JPH0796115B2

JPH0796115B2 - 水処理接触材

Info

Publication number: JPH0796115B2
Application number: JP3232551A
Authority: JP
Inventors: 博昭奥村; 徹木島; 勝夫服部; 和則鍋倉; 範行加藤; 洋司前川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0550085A

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
グを主原料としてその１重量部に対し、高炉水砕微粉末
又はこれに生石灰を混合したものを水硬性バインダーと
して０．１〜０．４重量部添加し、調湿・混練し、所要
の形体に成型してなるものである。

【００１４】

【作用】本発明による水処理接触材は高炉水砕スラグを
主原料とする。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／ｃｍ^２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。そのため、気孔率が高く、表
面積が大である。

【００１５】高炉水砕スラグには、カルシウム、マグネ
シウム、鉄、リン等が含有されており、これら含有成分
の処理水に与える影響は次のとおりである。（１）カルシウム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、高炉水砕スラグから
溶出したＣａイオンが中和作用の働きをし、微生物が成
育し易い環境を提供することができる。湖沼などの富栄養化の原因とされているリンが高炉
水砕スラグから溶出したＣａイオンに反応し、リン酸カ
ルシウムの形で固定できる。高炉水砕スラグから溶出したＣａイオンは、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
効果がある。（２）マグネシウム、鉄、リンマグネシウム、鉄、リンは微生物の成育を助長させる働
きを有する。特に高炉水砕スラグはマグネシウム含有量
が高く、リンの含有量は少ない。

【００１６】しかし、高炉水砕スラグをただ有姿又は粒
調して粉分を除去したもの等を充填層に装入し、対象水
を通水すると、有姿の場合は粒度構成の範囲が広いため
ＳＳ分が影響し目詰まりを起こし、また粒調品はその表
面が大きいため処理水の偏流を招く欠点がある。そこ
で、高炉水砕スラグにセメントを加えて所要の形体に成
型し、流動抵抗を減少させることが考えられるが、高炉
水砕スラグをセメントで固化成形した場合には、上記の
ように微生物の成長を助長する成分を有する高炉水砕ス
ラグがセメントに包み込まれ、その効果が半減してしま
う。

【００１７】そこで、本発明では、セメントに代わる水
硬性バインダーとして、高炉水砕スラグと同様の効能を
有する高炉水砕微粉末を採用したものである。すなわ
ち、高炉水砕微粉末をバインダーとした高炉水砕スラグ
の固化成形物は、高炉水砕スラグを、これと同じ効能を
有する高炉水砕微粉末が包み込んだ形となるため、高炉
水砕スラグの効能を損なわずに生物化学的水処理が可能
となる。

【００１８】また、バインダーが高炉水砕微粉末のみで
は成形物に十分な初期強度を持たせることができない場
合もあるので、本発明では必要に応じて生石灰を刺激剤
として使用する。種々ある刺激剤の中から生石灰を選ん
だ理由は、それから溶出するＣａイオンが上記ないし
で説明した効能を有しているからである。すなわち、
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Ｃ
ａＯ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、高炉水砕スラグ及び高炉水砕微粉末と同様に、
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。

【００１９】湖沼、地下水、海洋中には広く硫酸塩が存
在しているが、この硫酸塩はセメントによって生じた水
酸化カルシウムと反応して硫酸カルシウムを生成する。
次に、この硫酸カルシウムの一部が石膏不足に起因する
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３（アルミ酸化カルシウム）の単独
水和物４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＸＨ_２Ｏと反応してエト
リンガイドを生成し、その際に大きな体積膨張を起こし
て成形体を破壊する。しかし、高炉水砕微粉末は、ポル
トランドセメントに比べＡｌ_２Ｏ_３分が格段に多いのに
も拘わらず、これの混合セメントの耐硫酸塩性は、むし
ろポルトランドセメントよりも優れている。この理由
は、アルミネート相の組成と構造の違いに起因している
ものと思われる。

【００２０】一方、本発明の水処理接触材は、淡水処理
に限らず海水（例えば養魚用水）処理にも用いるため、
ポルトランドセメントをバインダーとした水処理材では
上記理由から海水中の硫酸塩により膨張崩壊する恐れが
ある。そこで、本発明はこのようなことも鑑み、バイン
ダーとして高炉水砕微粉末又はこれに生石灰を混合した
ものを使用したものである。

【００２１】本発明の水処理接触材の成型方法として
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。

【００２２】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５ｍ
ｍ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。

【００２３】成型は、粒度調整した高炉水砕スラグに水
硬性バインダーとして高炉水砕微粉末又はこれに生石灰
を混合したものを添加し、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】水硬性バインダーである高炉水砕微粉末又
はこれに生石灰を混合したもの添加量は、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】

【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２０ｍ
ｍ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）をそれぞれ上記と同じ大きさに成型
した。

【００２８】

【表１】

【００２９】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１００
ｍｍ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、ＢＯ
Ｄ、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。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】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
５００ｍｍ、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。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】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。

【００３７】

【表７】

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【表８】

【００４３】

【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、多孔質の高炉水砕スラグを主原料とするの
で、処理水を中性に保つことが可能で、ＣＯＤ、ＢＯ
Ｄ、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１〜５ｍｍに粒度調整し
たものであるので、安価に得られ、またバインダーも高
炉水砕微粉末、生石灰を使用するので、高炉水砕スラグ
の優れた生物化学的水処理性能及び気孔率を損なわずに
所要の形体に固化成形できるに加え、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 (56)参考文献特開昭63−296891（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−9840（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−83231（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−287596（ＪＰ，Ａ)

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
砕スラグを主原料としてその１重量部に対し、高炉水砕
微粉末又はこれに生石灰を混合したものを水硬性バイン
ダーとして０．１〜０．４重量部添加し、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。