JPH0796116B2

JPH0796116B2 - 水処理接触材

Info

Publication number: JPH0796116B2
Application number: JP3232552A
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: JPH0550086A

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、解きほぐされた
ロックウール又はその屑綿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】

【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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】ところで、ロックウールは、製鉄工程にお
いて大量に副生する高炉スラグ又は玄武岩、安山岩等の
天然石をキュポラ、電気炉等で溶融し、遠心力又は空
気、水蒸気等の圧力により繊維化して製造されている。
その製造に当たっては、製綿工程、粒状化工程、篩い分
け工程等にて種々の屑綿が発生し、また、ロックウール
を使用した各種製品を製造する際にも種々の屑綿が発生
する。この屑綿は、高炉スラグや天然岩石からなるガラ
ス質短繊維のランダムな集合物で、ロックウール製品の
ように方向性、規則性をもった繊維配列ではなく、その
繊維が互いに絡み合ってスポンジ状をなしているもので
ある。しかも、屑綿は、その発生に由来して形状が不揃
いであり、また軽量で嵩張るためそのままでは有効利用
の途がなく、大半が埋め立て処分されていた。一部では
あるが、屑綿に粘土とバインダーを加えてブリケットに
成型し、ロックウール原料の一部として再利用される程
度であった（例えば特開平１−１９２７４３号公報参
照）。

【０００８】本発明の目的は、上記のように大半が埋め
立て処分されていたロックウールの屑綿を有効利用し
て、従来よりも気孔率及び吸水率が高くて微生物の付着
性が良好な水処理接触材を経済的に得られるようにする
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の水処理接触材
は、解きほぐされたロックウール又はその屑綿を主原料
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・混練して所要の形体に造
粒成型してなるものである。

【００１０】

【作用】解きほぐされたロックウール又はその屑綿は、
その発生に由来して形状が不揃いの短繊維状の集合物で
あるため、成型すると気孔率が高く、表面積が大である
ので、微生物皮膜が形成し易い。また、ロックウールは
主として高炉スラグを主原料として製造されたものであ
るので、屑綿も高炉スラグと同様に次のような性質を有
する。

【００１１】高炉スラグには、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
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。

【００１２】従って、このような高炉スラグから得られ
たロックウール又はその屑綿は、ＣａＯを大量に含有す
るので（ＣａＯ、ＳｉＯ、Ａｌ_２Ｏ_３が主な成分）、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。

【００１３】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、ロックウール及びその屑綿
はＦｅＯ及びＭｇＯ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。

【００１４】しかし、解きほぐされたロックウール又は
その屑綿は、形状が不揃いの短繊維状であるため、その
ままでは水処理接触材として使用に耐えないので、水硬
性バインダーを添加し、調湿・混練した後、転動造粒し
て成形体とする。この場合、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。更に、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。また、水硬
性バインダーとしてセメントを使用することが考えられ
るが、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（高炉スラグ）がセメント
に包み込まれ、その効果が半減してしまう。

【００１５】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スラグの固化成形
物は、高炉スラグを、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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】解きほぐされたロックウール又はその屑綿
は、形状がランダムでしかも崩壊し易いスポンジ状であ
るため、ブリケットに成型するのが困難である。すなわ
ち、成型用の型に入れて圧力を加えても、その圧力を解
放すると弾力により元に戻り、可撓性に欠けるが故に成
型し難い。そのため、従来では前述のように粘土鉱物を
バインダーとして添加し、屑綿の繊維内に粘土を浸透さ
せてブリケットに成型していた。

【００２０】本発明では、解きほぐされたロックウール
又はその屑綿の繊維間の空隙を利用して転動造粒を行
う。解きほぐされたロックウール又はその屑綿は吸水す
ると粘性を帯びるので、上記のように高炉水砕微粉末又
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
て添加し、調湿・混練することで転動造粒が可能とな
る。

【００２１】調湿・混練に当たっては、コンクリートミ
キサー、ローラーミキサー等の一般的なミキシング装置
を用いることができ、転動造粒に当たっても、パン型ペ
レタイザー、ドラム型ペレタイザー等の通常の造粒装置
の使用が可能である。解きほぐされたロックウール又は
その屑綿は、転動造粒することにより、気孔率を低下さ
せることなく成型でき、成型物表面も凹凸の激しい粗面
となるので、微生物の付着が良好になる。しかし、ブリ
ケットに成型すると、上記のように粘土鉱物などのバイ
ンダーが必要となり、気孔率が著しく低下するととも
に、成型物表面も滑らかとなって微生物の付着が困難に
なる。また、嵩密度が大となり、単位重量当たりの表面
積が小さくなるとともに、処理槽に挿入したとき重量が
嵩むという欠点がある。

【００２２】水硬性バインダーとして使用する高炉水砕
微粉末又はこれに生石灰を混合したものの添加量は、解
きほぐされたロックウール又はその屑綿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。

【００２３】

【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屑綿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、造粒
装置にて水を加えながら転動させて造粒し、直径２０〜
３０ｍｍの球形水処理接触材を成型した。このとき使用
した屑綿を図１に示す。成型後、養生室にて３日間養生
し、図３に示すような直径２０〜３０ｍｍの製品とし
た。この製品（第１例）の比重は１．３８、吸水率は２
０％であった。また、同様の屑綿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
上記と同様に成型した。

【００２４】

【表１】

【００２５】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を内径
８０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒容器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で円筒容器２の上部に散水し、水処理接触材１を通
過した処理水を円筒容器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である。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。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】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。

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】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。

【００３３】

【表７】

【００３４】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７〜１０
ｍｇ／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、４５日目には１８ｍｇ／ｌ以上とな
って魚は死亡した。

【００３５】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１５ｍｇ
／ｌとなり、１０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５０ｍｇ／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、
ＣＯＤは次第に減少し、５５日目には８ｍｇ／ｌと魚が
生息できる状態まで回復した。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】

【表８】

【００３９】

【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、高炉スラグから得られたロックウール又はそ
の屑綿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、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Ｃ
ＯＤ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、解きほぐされたロッ
クウール又は従来は埋め立て処分されていたその屑綿で
あるので、極めて安価であり、省資源に貢献するととも
に、軽量であるので作業性が良好である。しかも、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
混合したものを使用するので、ロックウールの成分の優
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主原料となる屑綿の現物写真である。

【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】更に別の試験例の説明図である。

【符号の説明】

１水処理接触材２円筒容器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)参考文献特開平２−5852（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−9840（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−83231（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】解きほぐされたロックウール又はその屑綿
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・混練して所要の
形体に造粒成型してなることを特徴とする水処理接触
材。