JPH0550085A

JPH0550085A - 水処理接触材

Info

Publication number: JPH0550085A
Application number: JP3232551A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okumura; 博昭奥村; Toru Kijima; 徹木島; Katsuo Hattori; 勝夫服部; Kazunori Nabekura; 和則鍋倉; Noriyuki Kato; 範行加藤; Yoji Maekawa; 洋司前川
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0796115B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高炉水砕スラグを使用して低廉に得られ、しか
も気孔率及び吸水率が高くて微生物の付着性が良好であ
る半面、目詰まりすることも少なく、かつ軽量で作業性
の良い水処理接触材を提供する。【構成】１〜５mmに粒度調整した多孔質の高炉水砕スラ
グとセメント等の水硬性無機質バインダーとを調湿・混
練し、所要の形体に成型してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排水や河川等の生物化
学的浄化処理において、微生物を固定化させて浄化する
ために使用される水処理接触材、特に、高炉水砕スラグ
を原料とした水処理接触材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、我が国では湖沼の富栄養化や河川
の汚濁が社会問題となっており、その主な汚染源である
家庭排水や工場排水の浄化処理は勿論のこと、汚染され
た湖沼水や河川水の浄化処理も急務となっている。

【０００３】これら汚水の浄化処理法の一つとして、
礫、プラスチック、ゼオライト、セラミックス、コーク
スなどによる水処理接触材を水中に没し、その表面に形
成した微生物膜により生物化学的に処理する方法があ
る。

【０００４】ところで、製鉄工程において大量に副生す
る溶融スラグを吹製して得られる高炉水砕スラグは、各
種骨材等にその大半が有効利用されている。この高炉水
砕スラグは、カルシウム、マグネシウム、鉄、リン等の
微生物の成育を助長する成分を含有していることから、
上記のような目的の水処理接触材の原料にも利用されて
いる。

【０００５】従来、高炉水砕スラグを使用した水処理接
触材としては、例えば次の公報に記載のものが知られて
いる。＜特開昭５７−７５１８９号＞直径５mm以上の高炉水砕
スラグをそのまま使用する。＜特開昭６３−７７５９６号＞４０〜１５０μｍ程度の
高炉水砕微粉末に粘土及び気孔形成材を配合し、成型、
焼成したもの。

【０００６】＜特開昭６３−２９６８９１号＞平均粒径
２００μｍ程度の高炉水砕微粉末と合成樹脂とを混練
し、サドル形又はリング状に成形したもの。＜特開昭６３−２９６８９５号＞サドル又はリング状に
成形した担体素材の表面に接着剤層を形成し、該接着剤
層に平均粒径２０〜５００μｍ程度の高炉水砕微粉末を
付着させたもの。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水処理
接触材では次のような問題点があった。礫によるもの
は、それ自体が気孔率及び吸水率が低いため、微生物の
付着性が悪く、微生物付着しない部分が多くなるため、
重量当たりの有効表面積が小さい。また、重量が重いた
め取り扱いにくく、粒度構成範囲が広いので処理槽に挿
入したときに槽内の空隙率が小さくなり、目詰まりが早
い等々の欠点がある。

【０００８】プラスチックは、気孔率及び吸水率が小さ
く、表面が滑らか過ぎるため微生物の付着安定性が悪
い。セラミックやゼオライトは成型が難しく、また高価
である。コークスは、気孔率及び吸水率の点においては
上記の原料のいずれにも劣ることはないが、使用中に粉
化して目詰まりを起こし、また、もともと燃料として使
用されるものであるためコストが高く、水処理接触材と
しての大量利用には不向きである。

【０００９】また、上記のような原料を使用した場合、
表面積を大きくして微生物の付着を容易にするため、水
処理接触材の形状として、紐状、筒状、ネット状、ハニ
カム構造などとしているが、複雑な形状、構造となるた
め製造コストの増大は避けられなかった。

【００１０】直径５mm以上の高炉水砕スラグをそのまま
使用するものでは、その形状が一定でなく、表面の凹凸
が大きいため処理水の偏流を生じたり、粒度構成が広範
囲であるため、処理槽内で目詰まりを生ずる等の欠点が
ある。

【００１１】高炉水砕微粉末に粘土及び気孔形成材を混
ぜて成型、焼成したものは、高温処理が必要であるた
め、コスト高である。また、高炉水砕微粉末と合成樹脂
とを混練し、サドル形又はリング状に成形したものは、
気孔率や吸水率が低い。更に、サドル又はリング状に成
形した担体素材の表面の接着剤層に高炉水砕微粉末を付
着させたものは、担体素材の製造工程、高炉水砕スラグ
を粉砕する工程、接着工程が必要で、製造が複雑であ
り、しかも高価な接着剤を必要とするなど、コストの非
常に高いものとなる。

【００１２】そこで、本発明の目的は、高炉水砕スラグ
を使用して低廉に得られ、しかも気孔率及び吸水率が高
くて微生物の付着性が良好である半面、目詰まりするこ
とも少なく、かつ軽量で作業性の良い水処理接触材を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による水処理接触
材は、１〜５mmに粒度調整した多孔質の高炉水砕スラグ
と水硬性無機質バインダーを調湿・混練し、所要の形体
に成型してなるものである。高炉水砕スラグと水硬性無
機質バインダーの混合割合は、高炉水砕スラグ１重量部
に対し、水硬性無機質バインダー０．１〜０．４重量部
とするのが好ましい。水硬性無機質バインダーとして
は、セメント、高炉水砕微粉末、生石灰のうちの１種又
は２種を使用すると良い。

【００１４】

【作用】本発明の水処理接触材は、高炉水砕スラグを主
原料としてこれを１〜５mmに粒度調整し、これにセメン
ト等の水硬性無機質バインダーを添加し、調湿・混練し
た後、型枠に流し込んで成型して得られる。

【００１５】製鉄工程において副生する溶融状態のスラ
グは、冷却の方法により異なった種々の性状となる。そ
の一つの方法として、溶融状態の高炉スラグを吹製装置
に流し、１〜３Ｋｇ／ｃｍ²の圧力水によって冷却する
と、瞬時に粒状化し高炉水砕スラグとなる。この場合の
高炉水砕スラグの大半は砂状で、外観は灰黄色のガラス
質粒子が大部分を占め、粒子は無数の気泡を有し、角張
った形状を呈している。

【００１６】そのため、気孔率が高く、表面積が大であ
るので、これに水硬性無機質バインダーを加えて成型す
ると、微生物皮膜が形成し易い水処理接触材となる。ま
た、高炉水砕の主成分はＣａＯ（ＣａＯを最大として、
ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃が主な成分）であるため、水処理接
触材として機能させた場合、Ｃａイオンが溶出し、処理
水を循環させることにより窒素が硝酸化し、処理水が酸
性化することに対応して中和作用が働き、微生物が成育
し易い環境を提供することができる。また、処理水中の
ＳＳ（浮遊懸濁物質）の凝集沈澱作用を促進させる効果
もある。

【００１７】更に、湖沼などでの富栄養化の原因とされ
ているＰ（リン）もリン酸カルシウムの形で固定・除去
出来るので、従来提供されている水処理接触材にはなか
った効果を発揮する。また、高炉水砕はＦｅＯ及びＭｇ
Ｏも微量であるが含有しており、これらも微生物の成育
を助長させるので、本発明の水処理接触材は微生物との
親和性に優れたものとなる。

【００１８】本発明は、高炉水砕の上記のような性状に
着目し、これを有効利用しようとするものであるが、製
造後の高炉水砕スラグは粒度構成の幅が広いため、その
ままを処理槽内に挿入すると、槽内の空隙が緻密になり
処理水の流動抵抗が大きくなるので、その流動のために
動力が必要となり、処理効率の非常に悪いものとなる。
そのため、高炉水砕スラグにバインダーを加えて所要の
形体に成型し、流動抵抗を減少させる必要がある。

【００１９】成型方法としては、パン型ペレタイザーを
使用する転動造粒法やブリケットマシンを使用する圧縮
成型法などが一般的であるが、これらの方法による成型
は原料に対して微粒部分が要求されるため、高炉水砕ス
ラグそのままでは成型出来ず、それを粉砕することによ
って始めて成型が可能となる。しかも、出来上がった成
型体は緻密なものとなり、水処理接触材として使用する
に当たって成型体内部まで処理水が十分に行き渡らず、
微生物との接触においては甚だ効率の悪いものとなる。

【００２０】本発明では、このような問題を解決するた
め、高炉水砕スラグを篩分けて１〜５mmに粒度調整した
ものを原料として使用する。粒度が１mm以下であると、
成型体が緻密になるので通水性が悪化し、また５mm以上
であると成型体構成粒子の表面積が小さくなって処理効
率が悪くなるとともに、強度的に脆弱になる。１〜５mm
に粒度調整したものであると、成型体とした場合にも、
高炉水砕スラグの上記のような性状、つまり無数の気泡
を有する角張った性状をフルに発揮させることができる
に加え、水硬性無機質バインダーによる固着及び成型体
の形状保持の上でも適度な粒度である。

【００２１】成型は、粒度調整した高炉水砕スラグに水
硬性無機質バインダーを添加し、調湿・混練（水を加え
て混練する）して型枠に流し込む。調湿・混練に当たっ
ては、コンクリートミキサーやローラーミキサー等の一
般的なミキシング装置、また流し込み成型に当たって
は、所要の形状及び大きさの木型や金型等の型枠を使用
することができる。

【００２２】成型品は、いわば粟おこし状の透水性に富
んだ成型体となるので、高炉水砕スラグの気孔率を低下
させることがなく、しかも成型表面及び内部もポーラス
となるので、微生物の付着性が非常に良いものとなる。

【００２３】本発明では、高炉水砕スラグを主原料とす
るが、型枠への流し込み成型時における成型性の向上を
目的とした粒度構成改善や、成型品の気孔率の改善など
を目的として、高炉スラグを原料として製造されるロッ
クウールの規格外品、いわゆる屑綿を高炉水砕スラグに
少し添加しても構わない。

【００２４】本発明では、高炉水砕スラグ同士の固着化
及び成型形状保持のため、水硬性無機質バインダーを使
用する。リグニンや糖蜜等の有機質バインダーを用いる
ことも考えられるが、水処理接触材として使用とする際
に有機質が水中に溶出混入し、処理水のＣＯＤ、ＢＯＤ
が高くなって二次汚染の原因となり、水処理接触材本来
の機能を果たさない。また、有機質バインダーの場合は
水と接触すると溶解し、成型品の形状を保持することが
できないものもある。

【００２５】水硬性無機質バインダーとしては、普通ポ
ルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉
セメント等に代表されるセメントが好適である。セメン
トは、有機質バインダーのような二次汚染の問題がな
い。また、セメントはＣａＯが溶出するので、前述した
高炉水砕スラグの特徴である、処理水の中性化、ＳＳの
凝集沈澱促進、リンの除去等、同様の効果がある。

【００２６】水硬性無機質バインダーの添加量は、粒度
調整した高炉水砕スラグ１重量部に対して０．１〜０．
４重量部である。０．１重量部以下では、成型品の強度
が不足し、運搬等のハンドリング中や処理槽に挿入した
際に崩壊する恐れがあり、またＣａＯの溶出が少なく、
上記のような効果が薄れる。一方、０．４重量部以上で
は、成型品の強度は向上するが、成型品が緻密になり過
ぎて気孔率が低下するので、水処理接触材としての機能
が低下するとともに、コスト高となる。

【００２７】水硬性無機質バインダーとしてはセメント
の他に、高炉水砕微粉末、高炉水砕微粉末と生石灰との
混合物を使用することができる。高炉水砕微粉末は、冶
金用原料の事前処理法として含鉄原料を焼成せずに塊成
化する方法においてバインダーとして使用されている。
例えば、特開昭５７−９８４０号公報、同６３−８３２
３１号公報参照。すなわち、高炉水砕微粉末は潜在水硬
性を有し、高炉水砕中のアルカリ分と反応して硬化する
ので、本発明においてセメントの代替として成型品の形
状保持に使用することができる。また、高炉水砕微粉末
は高炉スラグが原料であるので、高炉水砕スラグと同様
の成分構成である。つまり、前述した処理水の中性化、
ＳＳの凝集沈澱促進、リンの除去等の効果がある。

【００２８】高炉水砕微粉末の潜在水硬性を積極的に促
進する方法として、アルカリ刺激剤を添加する方法があ
るが、本発明では生石灰を用いる。生石灰は、高炉水砕
微粉末と反応して潜在水硬性を促進し、成型品の形状を
保持するとともに、その主成分がＣａＯであるので、こ
れを本発明の水処理接触材に配合した場合、前述の高炉
水砕スラグ、高炉水砕微粉末、セメントと同様に、処理
水の中性化、ＳＳの凝集沈澱促進、リンの除去等の効果
を発揮する。

【００２９】以上のように本発明では、水硬性無機質バ
インダーとしてセメント、高炉水砕微粉末、高炉水砕微
粉末と生石灰との混合物を使用するが、これらの選択は
任意であり、成型品に求められる強度、流し込み成型後
の養生期間の短縮、経済性等を勘案して適宜に選択すれ
ばよい。なお、いずれの場合においても、粒度調整した
高炉水砕スラグに対する配合割合は、前述したとおり１
重量部に対して０．１〜０．４重量部であることに変わ
りはない。

【００３０】

【実施例】図２に本発明による水処理接触材の製造手順
を示す。表１に示すような成分の高炉水砕スラグを、篩
い分け機により粒度が１〜５mmの範囲内のものだけ篩い
分けた。図１にその粒度調整した高炉水砕スラグを示
す。この粒度１〜５mmの高炉水砕スラグ８５％に対し
て、水硬性無機質バインダーとしての生石灰５％、高炉
水砕微粉末１０％と、適量の水を加えて混練機で混練し
た後、型枠に流し込んで縦７０mm、横７０mm、高さ２０
mmの板状の水処理接触材を成型した。成型後、養生室に
て３日間養生し、型枠から取り出して図３に示すような
製品とした。この製品（第１例）の比重は１．４０、吸
水率は２７％であった。また、粒度１〜５mmの高炉水砕
スラグ８５％に対して、生石灰１０％、高炉水砕微粉末
５％としたもの（第２例）、高炉水砕微粉末１５％とし
たもの（第３例）、セメント１５％としたもの（第４
例）をそれぞれ上記と同じ大きさに成型した。

【００３１】

【表１】

【００３２】上記４種類の製品の効果を確認するため次
のような実験を行った。その実験方法は、図４に示すよ
うに散水濾床法を想定して多数の水処理接触材１を内法
寸法８０mm×８０mm、高さ１００mmの角形容器２内に充
填し、縦３００mm、横３００mm、高さ１００mmの水槽３
から、対象水として屎尿処理場の一次処理排水を定量ポ
ンプ４で角形容器２の上部に散水し、水処理接触材１を
通過した処理水を角形容器２の下部出口から水槽３へ返
流した。７はそのリサイクル処理水を示す。このときの
経時変化に伴う対象水のＣＯＤ、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−
Ｐを測定した。球状プラスチックによる従来品について
も同様に測定した。その測定結果を表２及び表３に示
す。これらの表から分かるように本発明による水処理接
触材はＣＯＤ、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐの除去に関し従
来品よりも格段に優れている。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】また、図５に示すような実験を行った。す
なわち、浸漬濾床法を想定して多数の水処理接触材１を
縦２００mm、横３００mm、高さ２５０mmの上端部に流出
口を有する処理槽５に充填し、縦３００mm、横５００m
m、高さ４００mmの水槽３に、対象水として屎尿処理場
の一次処理排水を入れ、その水を定量ポンプ４で処理槽
５に送り、水処理接触材１を通過した処理水を水槽３へ
返流した。また、水槽３ではエアーレーション装置６で
空気によるバブリングを行い、経時変化に伴う対象水の
ＣＯＤ、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐを測定した。球状プラ
スチックによる従来品についても同様に測定した。その
測定結果を表４から表６に示す。この場合も本発明によ
る水処理接触材はＣＯＤ、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐの除
去に関し従来品よりも格段に優れている。

【００３６】

【表４】

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】図５に示した実験装置において対象水を水
道水に替え、図６に示すように水槽３に淡水魚を３匹入
れて表７に示すようにバブリングと対象水の循環を行
い、ＣＯＤ変化に伴う淡水魚の生息状況を観察した。

【００４０】

【表７】

【００４１】表７において、試験番号１では、試験開始
当初からバブリングと水処理接触材への対象水循環を行
い、４０日目からは水処理接触材への循環を止め、バブ
リングのみを行った。４０日目までのＣＯＤは６．８〜
９．７ｍｇ／ｌと低い値を示し続けたが、４０日目以降
はその値が次第に上昇し、４７日目には１７ｍｇ／ｌ以
上となって魚は死亡した。

【００４２】試験番号２では、試験開始当初からバブリ
ングのみを行ったところ、７日目にはＣＯＤが１６ｍｇ
／ｌとなり、９日目になって魚は全て死亡した。死亡し
た魚を取り除き、そのままバブリングのみを続けたとこ
ろ、４０日目にはＣＯＤが５２ｍｇ／ｌと非常に高い値
を示すに至った。この汚染された対象水を４０日目から
はバブリングと水処理接触材への循環を行った結果、Ｃ
ＯＤは次第に減少し、５５日目には７．４ｍｇ／ｌと魚
が生息できる状態まで回復した。

【００４３】この実験から、本発明の水処理接触材を用
いて対象水の浄化処理を行っている間は、ＣＯＤは低い
値を示し、魚は生息しているが、バブリングのみではＣ
ＯＤ値は次第に増加し、数日後には魚が死亡するほどに
増加することが判明した。また、本発明の水処理接触材
は魚の生息に対して無害であることも判明した。

【００４４】図５に示した実験装置において、対象水を
ＣＯＤ値の低い河川水に替えてバブリングと対象水の循
環を行い、本発明の水処理接触材による浄化能力を確認
した。測定項目は上記と同じくＣＯＤ、ＢＯＤ、Ｔ−
Ｎ、Ｔ−Ｐで、その測定結果を表８に示す。この表から
判るように、本発明の水処理接触材は低ＣＯＤ水に対し
ても顕著な浄化作用を示す。

【００４５】

【表８】

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の水処理接触材
によれば、処理水を中性に保つことが可能で、ＣＯＤ、
ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐの除去性能も非常に良好であ
る。また、従来の水処理接触材は、高ＣＯＤ水に対して
はその除去率は高くとも、低ＣＯＤ水に対しては効果が
少なかったが、本発明の水処理接触材は低ＣＯＤ水に対
しても十分な浄化作用を発揮するとともに、魚の生息に
関しても無害であることから、安全性の高いものであ
る。更に、主原料が高炉水砕スラグを粒度調整したもの
であるので、安価に得られ、またバインダーもセメン
ト、高炉水砕微粉末、生石灰を使用するので、総合的に
経済性に富むとともに、軽量であるので作業性が良好で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主原料となる粒度調整した高炉水砕ス
ラグの現物写真である。

【図２】本発明の水処理接触材の製造手順を示すフロー
チャートである。

【図３】本発明の水処理接触材の一例の現物写真であ
る。

【図４】本発明の水処理接触材の性能試験例の示す説明
図である。

【図５】別の試験例の説明図である。

【図６】更に別の試練例の説明図である。

【符号の説明】

１水処理接触材２角形容器３水槽４定量ポンプ５処理槽６エアーレーション装置７リサイクル処理水

フロントページの続き (72)発明者服部勝夫千葉県君津市君津１番地株式会社鐵原君津支店内 (72)発明者鍋倉和則千葉県君津市君津１番地株式会社鐵原君津支店内 (72)発明者加藤範行千葉県君津市君津１番地株式会社鐵原君津支店内 (72)発明者前川洋司東京都千代田区富士見１丁目４番４号株式会社鐵原内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１〜５mmに粒度調整した多孔質の高炉水砕
スラグと水硬性無機質バインダーとを調湿・混練し、所
要の形体に成型してなることを特徴とする水処理接触
材。
【請求項２】前記高炉水砕スラグを１重量部に対し、前
記水硬性無機質バインダーを０．１〜０．４重量部添加
としたことを特徴とする請求項１に記載の水処理接触
材。
【請求項３】前記水硬性無機質バインダーが、セメン
ト、高炉水砕微粉末、生石灰のうちの１種又は２種以上
である請求項１又は２に記載の水処理接触材。