JPH0478675B2

JPH0478675B2 -

Info

Publication number: JPH0478675B2
Application number: JP2133862A
Authority: JP
Inventors: Yukio Fukaya; Kazuyuki Hatano; Kazuhiro Sainohira
Original assignee: Onoda ALC Co Ltd
Current assignee: Clion Co Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1992-12-11
Also published as: JPH03115387A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明は、保水力等を改良する土壌改良材、あ
るいはリンを含む珪酸石灰質肥料として利用でき
る土壌活性材に関する。＜従来の技術及び発明が解決しようとする課題＞一般に、土壌の構造や保水力を改善し、また、
養分を補給するために、土壌改良材や各種肥料が
使用される。例えば、土壌の保水力や通気性を改善するため
にはパーライトやバーミキユライトなどが用いら
れるが、これらは一般に高価である。また、施肥には、一般に化成肥料が用いられ
る。しかし、三大養分のひとつで作物の生育に欠
かすことができないリン肥料の原料は全て輸入に
たよつているという問題があり、また、リン資源
は世界的にみても枯渇状態にある。本発明はこのような事情に鑑み、保水力等を改
良できる土壌改良材、あるいはリンを含む肥料と
して利用でき、安価な土壌活性材を提供すること
を目的とする。＜課題を解決するための手段＞前記目的を達成する本発明に係る土壌活性材
は、珪酸質原料と石灰質原料とからなる水スラリ
ーを気泡剤の存在下で発泡させると共に硬化させ
て得た発泡硬化物を水熱反応処理して得られ且つ
50〜90％の空〓率を有する多孔質珪酸カルシウム
水和物を主成分とする多孔質接触材からなり、少
なくともリン化合物を含む有機性汚水の処理に利
用したものであることを特徴とする。ここで、本発明に係る土壌活性材の作用につい
て説明する。土壌活性材の母体となる多孔質接触材は、多孔
質で50〜90％の空〓率を有しているので、土壌に
混入した場合、その保水力、通気性等を改善す
る。また、かかる多孔質接触材は、有機性汚水の生
物膜法による処理において微生物の生息に良好な
環境を作り出すとともにリン酸イオンを晶析除去
し、且つ硝化に好適なPHを維持するので、有機性
汚水の処理に有用である。すなわち、汚水の処理をした後の多孔質接触材
には、微生物が多量に付着していると共に、リン
や窒素が付着している。また、多孔質接触材自体
が珪酸や石灰分の供給源となる。したがつて、汚水処理に使用した後の多孔質接
触材を土壌に混入することにより種々の養分の補
給源となる。また、ここで、多孔質接触材に付着
しているリン分は、汚水中のリン酸イオンがカル
シウムヒドロキシアパタイトの形となつて晶析さ
れたものである。つまり、リン分はそのままでは
水に溶けにくい形となつているが、植物の根から
生じる弱酸により分解されるようになつている。
よつて、本発明の土壌活性材は緩効性リン肥料と
して有用である。次に、本発明に係る土壌活性材の母体となる多
孔質接触材について具体的に説明する。この多孔
質接触材は、例えば、珪酸質原料と石灰質原料と
を主原料とする水スラリーにアルミニウム粉末な
どの起泡剤を添加して高温高圧下で水熱反応処理
して得られる珪酸カルシウム水和物からなる成形
物、あるいはこの成形物を破砕して得られる破砕
物で空〓率が50〜90％のもの、又は珪酸質原料と
石灰質原料とを主原料とする水スラリーを高温高
圧下で水熱反応処理後粉砕して得られる粉状物に
気泡を入れて造粒あるいは成形した珪酸カルシウ
ム水和物からなる造粒物あるいは成形物で空〓率
が50〜90％のものである。ここで、珪酸カルシウム水和物は珪酸質原料と
石灰質原料とを所定のCaO／SiO₂モル比（0.5〜
2.0程度）で常法に従つてオートクレーブにて所
要の圧力・温度下で高温高圧養生することによつ
て得られるものであり、珪酸質原料としては珪
石、珪砂、クリストバライト、無定形シリカ、珪
藻土、フエロシリコンダスト、白土などの粉末、
石灰質原料としては生石灰、消石灰、セメントな
どの粉末が挙げられる。このようにして得られる
珪酸カルシウム水和物は、トバモライト、ゾノト
ライト、CSHゲル、フオシヤジヤイト、ジヤイ
ロライト、ヒレプランダイト等よりなる群より選
ばれる１種または２種以上のものとなる。またこ
の中でもトバモライト、ゾノトライト、CSHゲ
ルはPH緩衝能が高く、比表面積が20〜400m²／ｇ
と大きいので特に好ましい。本発明にかかる土壌活性剤の母体となる多孔質
接触材は50〜90％の空〓率を有するが、この空〓
を珪酸カルシウム水和物の生成時に得る場合には
珪酸質物質と石灰質物質とをスラリー状にしたも
のに泡剤としてアルミニウム粉末などの金属発泡
剤やAE剤などの起泡剤を添加した後高温高圧下
で水熱反応処理すればよい。ここで金属発泡剤は
化学反応によつてガスを発生するもので、その使
用割合はスラリー中の巻き込み気泡や水の量によ
つて変化するが化学反応式から導くことができ
る。また起泡剤としては具体的には樹脂せつけん
類、サポニン、合成界面活性剤類、加水分解たん
ぱく質、高分子界面活性剤などがあり、主として
界面活性剤作用により物理的に気泡を導入するも
ので、単に原料と混合して攪拌することにより泡
を生じさせる場合と、特殊な攪拌槽又は起泡装置
を使用して安定した泡をつくり、この泡を体積計
量して原料に混合する場合とがある。このような
起泡剤を用いる場合には泡の安定性を試験した
上、その添加量を決定する必要がある。また、空
〓率の小さい珪酸カルシウム水和物を得た場合に
はそれが成形物であれば粉末化した後、造粒又は
成形する過程で気泡を入れてその空〓率を調整す
ればよい。つまり粉末状の珪酸カルシウム水和物
にアクリル樹脂エマルジヨン等の高分子樹脂の糊
剤の水溶液を添加し、必要に応じて起泡剤を加え
た後混練りしたものをパンペレタイザーにより造
粒したり型枠成形したりすればよい。ここでの乾
燥方法としては、自然乾燥、加熱乾燥のどちらを
採用してもよい。また、ここで、粉末状の珪酸カ
ルシウム水和物としては、上記のように空〓を入
れて成形したものを破砕したときに得られる粉末
を用いてもよい。なお、空〓率の高い多孔質接触
材とする場合には、型枠成形を採用するのがよ
い。本発明の土壌活性材は、かかる多孔質接触材を
有機性汚水の処理に使用した後のものである。ここで、多孔質接触材の汚水処理への好適な用
い方について説明する。例えば、リン化合物、窒素化合物及び有機物を
含む有機性汚水を処理する場合に、多孔質接触材
を好気性床槽へ充填しておき、この好気性領域
へ上記有機性汚水及び／又は嫌気性処理水を通し
て空気存在下で当該多孔質接触材に接触させて好
気性処理水とし、次いでこの好気性処理水を実質
的に空気存在下で水素供与体と接触させて嫌気性
処理水とするようにする。さらに詳言すると、まず、上記多孔質接触材を
充填した好気性床槽に一次処理して浮遊物や沈
澱物を除去した有機性汚水を曝気しながら希釈せ
ずに通水することにより、生物膜法による有機物
の除去を行うものである。すなわち、これにより
多孔質接触材の表面に微生物が生息して水浄化材
となり、この水浄化材が生物膜法による有機物の
除去を行う。またこれと同じに、リンの除去と、
NH⁺ ₄−Ｎの硝化とをも同時に行い、さらに、
NH⁺ ₄−Ｎが硝化されたNO^- ₂−Ｎ、NO^- ₃−Ｎを含
む処理水を嫌気性床槽に導入し、メタノールな
どの水素供与体を加えて通気性嫌気性状態で脱窒
菌によりNO^- ₂−Ｎ、NO^- ₃−ＮをN₂ガスに還元す
ることにより、生物学的脱窒素を行うことができ
る。ここで、好気性床槽に充填されている多孔質
接触材は、その表面に珪酸カルシウム水和物の結
晶もしくはゲル表面の微細な凹凸を有しているの
で微生物が固定されやすく、生物膜の形成が容易
であるとともに有機物の分解生成物（微生物代謝
産物）である乳酸、酪酸、酢酸などの低級脂肪酸
類によるPH低下を緩和して微生物の至適PHである
弱アルカリ性のPH８〜９の状態を安定に作り出す
ことができる。よつて、この好気性床槽におい
ては、有機物の分解に寄与する細菌・原生動物及
び硝化を行う亜硝酸菌・硝酸菌の活動が活発とな
るので、高負荷での処理が可能となり、導入する
有機性汚水が一般的豚舎の尿汚水程度の高濃度で
あつても希釈が不要となる。また、かかる好気性床槽で同時に行われる脱
リンは次の作用による。好気性床槽中多孔質接触材は、これを形成し
ている珪酸カルシウム水和物の結晶もしくはゲル
表面からカルシウムヒドロキシアパタイトの晶析
に必要なCa²⁺を供給するとともに該接触材のPH
緩衝能により、汚水のPHが低くまたその値が変動
しても常にほぼPH８〜９の安定した状態をつくり
出しているので、汚水中のリン酸イオンはCa²⁺
と反応してカルシウムヒドロキシアパタイトの形
で該接触材表面に晶析される。このとき、多孔質
接触材の空〓は、汚水の一方向の流れを乱す作用
をするとともに該接触材表面の流速を緩和するよ
うに働くので、リン酸イオンとCa²⁺とによるカ
ルシウムヒドロキシアパタイトの析出あるいは成
長が促進される。また、この多孔質接触材は、リ
ン酸カルシウムあるいはカルシウムヒドロキシア
パタイトに類する「結晶種」を含んでいないが、
吸着能を有しているため、通水初期においては生
成したカルシウムヒドロキシアパタイトを吸着
し、またその後はその表面がカルシウムヒドロキ
シアパタイトの核形成に都合のよい構造によつて
その微細空〓、細孔部分にカルシウムヒドロキシ
アパタイトの核を形成するものである。汚水を処理した後の多孔質接触材、すなわち本
発明に係る土壌活性材を走査電子顕微鏡で観察す
るとその空〓内部及び結晶表面に微生物が多量に
着床・生息しているのが見られ、また不定形結晶
も観察され、EPMA（Ｘ線マイクロアナライザ
ー）によりカルシウムヒドロキシアパタイトと同
定された。このことからも明らかなように、上記多孔質接
触材の細孔・空〓は微生物の着床及び脱リンに大
きな効果を与えており、本発明の土壌活性材の母
体となる多孔質接触材は、空〓率が50〜90％、好
ましくは60〜80％のものが微生物の着床及び脱リ
ンに望ましい。この多孔質接触材の空〓率が50％
未満では比表面積が小さく微生物の着床が悪く且
つリン除去率が小さく、一方、空〓率が90％を超
えると好気性床槽内への汚水導入及び曝気によ
り浮上りが生じるとともに強度低下が著しく、ま
たPH緩衝能力及びリン除去効果の持続性も悪くな
り、好ましくない。また、多孔質接触材の大きさもリン除去性能に
大きく関与している。接触材の径が0.5mmより小
さいとSSならびに晶析結晶により目づまりしや
すいので長期使用することができず、一方、径が
大きすぎても接触面積の減少によりリンの除去率
が低下するのでともに好ましくない。よつて、多
孔質接触材は0.5〜10mmの大きさのものが望まし
い。ここで、本発明に係る土壌活性材を得るための
有機性汚水の処理方法の例を第１図及び第２図に
示す。第１図に示す例は好気性床槽の次の嫌気性
床槽を配置した例である。同図に示すようにスク
リーン沈砂池１及び振動篩２により一次処理され
た有機性汚水は、上記多孔質接触材が充填されて
いる好気槽（好気性床槽）３に導入されて有機
物除去、脱リン及び硝化が行われる。次いで、攪
拌槽４に導入されてメタノール又は有機性汚水が
添加された後嫌気槽（嫌気性床槽）５で脱窒素
され、再好気槽６及び消毒槽７を経て排水され
る。第２図は循環式の処理工程の例である。同図に
示すようにスクリーン沈砂池１及び振動篩２で一
次処理された有機性汚水は攪拌槽１３及び嫌気槽
１４を経た後、多孔質接触材が充填されている好
気槽１５へ導入され、さらに攪拌槽１３へ循環さ
れる。これにより有機物処理、脱リン及び脱窒素
が行われる。この処理水は再嫌気槽１６及び消毒
槽７を経て排水される。これらからも明らかなように、本発明の土壌活
性材の母体となる多孔質接触材を用いた有機性汚
水の処理方法によれば従来に比べて工程数が大幅
に削減されるとともに運転管理も容易となる。そして、このような汚水処理によつて使用済と
なつた土壌活性材は、珪酸石灰質肥料ならびに土
壌改良材として再利用できるので大変経済的であ
る。以下に、本発明の土壌活性材の母体となる多孔
質接触材の製造例、及び本発明の効果を示す試験
例を示す。多孔質接触材の製造例 (1) CSHゲル接触材珪石粉末４重量部、生石灰粉末２重量部、消
石灰粉末１重量部及び普通ポルトランドセメン
ト３重量部（CaO／SiO₂モル比＝1.5）に金属
アルミニウム粉末0.008重量部を加えてなる混
合物に水７重量部を加えて水スラリーにした。
次いで、この水スラリーを型枠に注入して４時
間静置後脱型したものを回転ブラシで粉砕し、
パンペレタイザーで５〜10mmの粒径に造粒後オ
ートクレーブにて150℃５気圧下で10時間水熱
処理して多孔質接触材とした。この接触材の空
〓率は70％であつた。 (2) トバモライト接触材珪石粉末５重量部、生石灰粉末２重量部及び
普通ポルトランドセメント３重量部（CaO／
SiO₂モル比＝0.8）に金属アルミニウム粉末
0.008重量部を加えてなる混合物に水７重量部
を加えて水スラリーにした。この水スラリーを
型枠に注入して４時間静置後脱型したものをオ
ートクレーブにて180℃10気圧下で10時間水熱
処理した。得られた成形物をクラツシヤーで粗
砕して５〜10mmの粒径にふるいわけて多孔質接
触材とした。このものの空〓率は75％であつ
た。 (3) ゾノトライト接触材珪石粉末と生石灰粉末とをCaO／SiO₂モル
比1.0となるように混合し、固体成分に対して
10倍重量の水に分散させて水スラリーを形成
し、その後オートクレーブ中にて210℃、20気
圧下で攪拌しながら10時間水熱処理した。この
ようにして得られたゾノトライト粉末の絶乾物
に対してアクリル樹脂エマルジヨン（固形分10
％）を４重量倍加え、混練後造粒成形して110
℃で乾燥固化させ、５〜10mmの粒径にふるいわ
けて多孔質接触材とした。このものの空〓率は
73％であつた。 (4) 種々の空〓率を有するトバモライト接触材上記(2)に示した製造方法において、金属アル
ミニウム粉末及び水の添加割合を第１表に示す
ように変化させることにより各種トバモライト
接触材を得た。

【表】試験例１第３図に示すように、多孔質接触材を充填した
200×150×300mmの第１の槽１０１及び200×150
×290mmの第２の槽１０２に、固液分離を行つた
後0.3mmφの鋼の振動篩を通過させた豚尿汚水の
一次処理水を上向き流で通水するとともに、各槽
１０１，１０２の下方より500ml／分で曝気を行
うことにより、各種多孔質接触材を母材とした水
浄化材の性能を調べた。ここで、上記製造例(1)、
(2)、(3)で製造した各多孔質接触材を上記第１及び
第２の槽１０１，１０２に充填して一次処理水を
10／日の流速で通水したものをそれぞれ試験例
Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３とした。比較のため、多孔質接触材の代りに市販のバラ
ス、軽石、石灰石及びポリプロピレンで粒度５〜
10mmのものを接触材として用いたものをそれぞれ
比較例Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４とした。これら試験例Ａ−１〜Ａ〜３及び比較例Ｂ−１
〜Ｂ−４の２〜３ケ月経過時において、その処理
水の透明度、PH、BOD及びＴ−Ｐ（全リン）、
NH⁺ ₄−Ｎ、NO^- ₂−Ｎ、NO^- ₃−Ｎの各濃度を各４
回測定し、その平均を第２表に示す。

【表】この結果に示すようにBOD容積負荷1.0Kg／
日・m³の高負荷の処理においてBOD除去率は比
較例が77〜87％であるのに対して本発明法では95
％以上の高い除去率を示した。またリンの除去率
は比較列においては25％以下でほとんど除去でき
ていないが、本発明方法では90％以上の高い除去
率であつた。さらに次工程で脱窒素を行なうため
には、有機体窒素及びNH⁺ ₄−ＮをNO^- ₃−Ｎある
いはNO^- ₂−Ｎに硝化させる必要があるが、本発
明法によれば、NH⁺ ₄−Ｎ容積負荷が0.4Kg／日・
m³の高負荷処理でも完全に硝化が進行しており、
次工程で脱窒素が完全に行える状態となつてい
る。これに対し比較例では10〜30％のNH⁺ ₄−Ｎ
が残つているので、たとえその後生物学的脱窒素
工程を付加してもこの残存のNH⁺ ₄−Ｎはそのま
ま流出されることになる。試験例２試験例１と同様な実験装置を用い、製造例(4)に
示す各種多孔質接触材を使用して豚尿一次処理水
を処理して多孔質接触材の空〓率の大小による浄
化の違いを試験した。なお他の条件は試験例１と
同様とした。この結果は試験例１と同様２〜３ケ
月の間の４回の測定結果の平均を第３表に示す。

【表】第３表に示すように、多孔質接触材の空〓率が
50％以上の時にBOD除去、リン除去の効果が大
きくかつ硝化が充分に進む。なお、空〓率が90％
を超えると通水時の浮き上り現象により槽より流
出してしまうと同時に強度低下が著しい。この結果より多孔質接触材の空〓構造は、有機
性汚水との接触機会を高めるとともに細孔、空〓
内に微生物を着床のために極めて重要である。ま
た、同時に晶析してくるカルシウムヒドロキシア
パタイトの結晶成長のためにも極めて重要でリン
除去効果に大きく寄与している。したがつて、使用済の多孔質接触材は微生物が
多量に付着していると共に、リンがカルシウムヒ
ドロキシアパタイトの形で付着しており、且つ母
体自体は多孔質であるので、リン等の肥料として
有用であると共に土壌の保水力や通気性をも改良
しうるものである。また、有用な汚水処理に使用
した後の廃棄物であるので、経済的価値も大き
い。試験例３試験例１のＡ−２で使用済となつた接触材を粗
砕したものをリン肥料として用いて、こまつなの
栽培試験（ワグネルポツト）を行つた。なお、各ポツトについて硫安及び塩加を同時に
施用し、また、比較対照品としては汚水処理に使
用前の多孔質接触材を用いた。試験の結果、発芽後、生育が進むに従つて、汚
水処理使用後の接触材を用いたものの方が生育が
次第に勝つてきて、明らかな施用効果が認められ
た。＜発明の効果＞以上説明したように、本発明に係る土壌活性材
は、土壌の保水力や通気性を改良する作用を有す
ると共に、特にリン、窒素、珪酸、石灰などの供
給源となるものであり、また、有用な汚水処理方
法に供した後の廃棄物であるので非常に経済的な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明にかかり、第１図及び
第２図は有機性汚水の処理方法の例を示す工程
図、第３図は試験例に用いた装置を示す説明図、
第４図は第１実施例に用いた汚水処理装置を示す
説明図である。図面中、３，１５は好気性床槽、５，１４は
嫌気性床槽である。

Claims

【特許請求の範囲】１珪酸質原料と石灰質原料とからなる水スラリ
ーを気泡剤の存在下で発泡させると共に硬化させ
て得た発泡硬化物を水熱反応処理して得られ且つ
50〜90％の空〓率を有する多孔質珪酸カルシウム
水和物を主成分とする多孔質接触材からなり、少
なくともリン化合物を含む有機性汚水の処理に利
用したものであることを特徴とする土壌活性材。２多孔質珪酸カルシウム水和物が、トバモライ
ト、ゾノトライト、CSHゲル、フオシヤジヤイ
ト、ジヤイロライト、ヒレプランダイトの群から
選ばれる１種あるいは２種以上のものである請求
項１記載の土壌活性材。