JP3388966B2 - 粒状リン吸着剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川や湖沼の水、
下水、排水からリンを効果的に除去可能な新規リン吸着
剤（以下、脱リン剤ともいう）、及びこれを用いて各種
水からリンを除去する方法（以下、脱リン方法ともい
う）に関する。本発明のリン除去技術はとりわけ河川な
どの大水量の自然環境水域に含まれる０．１ｍｇ／リッ
トル以下のレベルの微量のリンを除去するのに適してい
る。

【０００２】

【従来の技術】従来公知の粒状リン吸着剤には活性アル
ミナ、鹿沼土造粒焼成物がある。しかしこれらのリン吸
着剤には次の問題点があり更に理想的なリン吸着剤（以
下「脱リン剤」ともいう）の開発が望まれている。 １．活性アルミナは、それ自体高価な活性アルミナ粉末
を造粒焼成するため価格が更に高くなり、低ランニング
コストを必須とする大水量の水処理にはあまり適してい
ない。 ２．河川に使用するときには、通水性の容器等に充填し
て河川の通水部に設置するようにされる場合が多いが、
河川の濁質による充填物の閉塞を防ぐため、活性アルミ
ナ、鹿沼土いずれも粒径数センチの大粒径にする必要が
あるが、こうすると粒状物が多孔性でないため燐酸イオ
ンのリン吸着剤粒内への拡散が悪く、粒状物の内部がリ
ンの吸着に利用できない。 ３．鹿沼土の造粒物はリン吸着容量が比較的少ない。 ４．鹿沼土の造粒焼成設備が必要であり、焼成のための
コストが必要となる。 ５．造粒物の強度が石のように固く、廃脱リン剤を林地
等に散布して処分する場合の自然崩壊性が遅い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の欠点を解決することを課題とするものであり、具体的
には次の事項を解決課題とする。 １．高いリン吸着性を維持したまま粒状化することが困
難であった水酸化鉄、水酸化アルミニウム等のリン吸着
性微粒子を効果的に多孔性に造粒できること。 ２．粒状脱リン剤の製造工程が非常に簡単であること。 ３．造粒物の焼成の必要がないこと。 ４．リン吸着性、リン吸着量が優れていること。 ５．粒状脱リン剤が多孔性で透水性が良く粒径を１セン
チ以上の大粒にした場合でも脱リン剤の内部がリン吸着
に利用できること。 ６．廃脱リン剤の強度が固すぎず自然崩壊性が良好で、
処分が容易であること。 ７．脱リン剤が低価格で大水量の水処理用に適している
こと。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は次の技術
構成によって解決できる。 （１）リン吸着性微粒子、カルシウム塩、水及び高吸水
性高分子の混合物を混練して造粒した粒状リン吸着剤。 （２）前記（１）項の粒状リン吸着剤をリン含有水と接
触させるリンの除去方法。

【０００５】リン吸着性微粒子としては、水酸化鉄、酸
化鉄、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、アロフ
ェン、鹿沼土、活性アルミナ、酸化ジルコニウム、リン
鉱石、骨炭などが採用できるが、特に水酸化鉄、水酸化
アルミニウムが本発明にとって最も好適である。本発明
者はリン吸着性の優れた水酸化鉄、水酸化アルミニウム
微粒子のスラリはポリ硫酸第２鉄（通称「ポリ鉄」）、
塩化第２鉄、硫酸バンド、ＰＡＣなどの鉄塩またはアル
ミニウム塩水溶液をアルカリでｐＨ６〜８の範囲に中和
することによって生成できることを見出した。図１にこ
の方法によって作成した水酸化鉄微粒子のリン吸着等温
線を示す。これによると優れたリン吸着性能があること
が認められる。水酸化アルミニウム微粒子も図１と同様
なリン吸着等温線を示す。アルカリとしては水酸化マグ
ネシウム、消石灰、水酸化ナトリウムなどが採用でき
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明者の実験によれば、リン吸
着性微粒子、カルシウム塩（各種石膏、炭酸カルシウム
など、特に種類は限定されない）、水分及び高吸水性高
分子を混練すると驚くべきことに造粒物が著しく多孔性
の団粒物になり、しかも適当な強度を持つ弾性体が形成
されることが見いだされた。得られるリン吸着剤１の構
造は、図３に示すように、菓子の「おこし」のような無
数の小粒（リン吸着性微粒子２）が、水を吸収した高吸
水性高分子ゲル３を媒介として集合し多孔性の団粒構造
４を形成していた。本発明に用いる高吸水性高分子とし
ては、紙おむつなどに多用されている種々の高吸水性高
分子（ポリアクリル酸塩、澱粉−アクリル酸塩グラフト
ポリマ、酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール系
など）を利用できるが特に吸水量が大きなものが好まし
い。吸水量については、高吸水性高分子粉末１ｇ当たり
純水３００ｇ以上を吸収できるものが好ましい。

【０００７】本発明の粒状脱リン剤（リン吸着剤）の代
表的製造工程例を図２に基づいて説明する。例えばリン
吸着性が優れた水酸化第２鉄微粒子スラリ、または水酸
化アルミニウム微粒子スラリ（水分９０％程度）に石膏
を添加し混合した後、高吸水性高分子粉末を添加する
と、高吸水性高分子が水酸化鉄、水酸化アルミニウム微
粒子スラリの水分を速やかに吸収し高吸水性高分子粒子
が膨潤する。これを数分間混練すると水を吸って膨潤し
た前記高分子が糊のような粘着力を帯び、バインダーと
なって水酸化鉄、水酸化アルミニウム微粒子が効果的に
団粒化する。この際、石膏が存在するために、水を吸収
して膨潤した高吸水性高分子ゲルが、カルシウムイオン
の作用によってゲル硬化現象を呈し著しく強度が増加す
る。これを適当な粒径、形状に整形（例えば押し出し造
粒法）すれば水中に漬けても崩壊しない強度の弾性を持
つ多孔性の粒状脱リン剤が得られる。この製造手段によ
ると、従来の脱リン剤の製造に必要であった乾燥工程、
焼成工程を設けることなく極めて簡単な工程で、短時間
で多孔性の粒状脱リン剤が製造できる。なお更に強度を
高めたい場合はセメントを少量併用すれば良い。

【０００８】本発明粒状脱リン剤を用いてリン含有水か
らリンを除去するには粒状脱リン剤をカラム等に充填し
リン含有水を適切な空間速度（ＳＶ）で通水すれば良
い。また河川からリン除去を行なうには粒径数センチに
造粒した脱リン剤をネット袋、金網製バスケットなど透
水性容器に詰め、これを河川に水没させる方法が、河川
の濁質による該脱リン剤の目詰りが少なく最も簡便なリ
ン除去技術として推薦できる。

【０００９】なお、本発明者の先願（特開平６−１５４
５９７号公報）「金属水酸化物と高吸水性高分子の複合
粒状物」は、高吸水性高分子を利用するものであるが、
高吸水性高分子などの作用が本発明とは本質的に異なる
ものである。すなわち先願技術は、「高吸水性高分子よ
りなり、水中で膨潤して弾性を示すヒドロゲル粒子各々
の内部に金属水酸化物を保持させる」ものであるが、こ
れは、高吸水性高分子と金属塩水溶液を混合し、その混
合物中の金属塩を加水分解することにより製造している
から、その金属水酸化物は極めて微小な粒子ないしゲル
として高吸水性高分子内に均一に分散している状態で存
在している。このため、図４に示すように「高吸水性高
分子のネットワーク構造全体のなかに吸着剤固相を拡散
固定化した構造」となっている。すなわち、このリン吸
着剤１１は、高吸水性高分子ゲル３の中に吸着剤である
金属水酸化物の極めて小さい微小な粒子が均一に分散し
ている状態となっている。

【００１０】これに対し、本発明は、リン吸着性微粒子
が高吸水性高分子と混練されて粒状化されるために、リ
ン吸着性微粒子自体がある程度まとまった状態で高吸水
性高分子と混合されている状態となるものであって、図
３に示すように、リン吸着性微粒子が団粒構造を形成し
その空隙部や周囲に高吸水性高分子ゲルがバインダーと
して存在することにより高吸水性高分子ゲル粒子を形成
した構造であり、リン吸着性微粒子としては該ゲル粒子
内部に保持されているものもあれば該ゲル粒子表面に露
出しているものもある。また、先願はヒドロゲル粒子を
一つ一つ分散させた状態で小粒径のリン吸着剤として利
用するものであり、本発明のように、団粒構造を骨格と
した大粒径の脱リン剤とし充填物として利用するもので
はない。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明を実施例を用いてさらに詳細
に説明するが、本発明はこの実施例により制限されるも
のではない。 （実施例１）ポリ鉄原液を水道水で３倍に希釈し（ｐＨ
２）、これに水酸化マグネシウムを添加しｐＨ７に中和
してリン吸着性の良好な水酸化第２鉄微粒子スラリを得
た。このスラリ３００ccに対し石膏５０ｇを添加した
後、高吸水性高分子粉末７０ｇを添加し３分混練したと
ころ、容易に多孔性の団塊状に集合した。更にポリ鉄３
倍希釈液を１００cc添加し混練したところ造粒物の強度
が増加し、水中でも崩壊しない粒状物となった。これを
粒径１０〜１２mmに成型し２時間風乾したところ、更に
強度が増加し、弾性のある適当な強度（手でかなり強く
握ると壊すことができる）の多孔性脱リン剤が製造され
た。

【００１２】（実施例２）液体硫酸バンド（液バン）原
液を２倍に希釈したものに水酸化ナトリウムを添加しｐ
Ｈ６に中和し、リン吸着性の良い水酸化アルミニウム微
粒子スラリを得た。このスラリ３００ccに対し炭酸カル
シウム３０ｇを添加した後、高吸水性高分子粉末を６０
ｇ添加し２分混練したところ同様に容易に団塊化し、実
施例１と同様の多孔性脱リン剤が製造された。

【００１３】（実施例３）栃木県鹿沼市に産出する鹿沼
土（リン吸着性がある）粉末１５０ｇに水１００cc、石
膏３０ｇ、セメント１５ｇを添加したのち高吸水性高分
子粉末１００ｇを添加し３分混練したところ容易に多孔
性の団塊になり、強度の大きな多孔性脱リン剤が製造で
きた。 （実施例４）実施例１〜３で製造した脱リン剤を用いて
リン除去カラム試験を行なった。試験条件と試験結果を
表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１から本発明の脱リン剤は良好な脱リン
性能を示し、特に水酸化鉄微粒子、石膏を素材としたも
のが高成績を示していることが認められる。なお原水ｐ
Ｈ７．０に対し、処理水ｐＨはいずれも７．３〜８．３
の範囲にあり水質規制値を満足した。

【００１６】

【発明の効果】

１．乾燥、焼成等の煩雑な操作をすることなく極めて簡
単にかつ短時間で、多孔性で適当な強度の粒状脱リン剤
を製造できる。従って大量生産に向いており、製造設備
費、ランニングコストも従来より著しく削減できる。 ２．多孔性であるため大粒径であってもリン吸着面の表
面積が大きくリン吸着性能が良い。 ３．強度が適当であり、自然崩壊性が優れているので廃
脱リン剤の森林への散布処分が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる水酸化鉄微粒子のリン吸着等温
線を表したグラフを示す。

【図２】本発明のリン吸着剤の代表的製造例を示す工程
図。

【図３】本発明の粒状リン吸着剤の構造を示す概念図。

【図４】従来技術のリン吸着剤の構造を示す概念図。

【符号の説明】

１ 粒状リン吸着剤 ２ リン吸着性微粒子 ３ 高吸水性高分子ゲル ４ 団粒構造 １１ リン吸着剤 １２ 金属水酸化物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石居 宏志 東京都千代田区麹町２丁目14番２号 麹 町ＮＫビル 財団法人ダム水源地環境整 備センター内 (72)発明者 片岡 克之 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 小林 滋 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 浅井 良紀 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (56)参考文献 特開 平６−182358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−22374（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/28 C02F 1/58 B01J 2/00 - 2/30 B01J 20/00 - 20/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン吸着性微粒子、カルシウム塩、水及
   び高吸水性高分子の混合物を混練して造粒した粒状リン
   吸着剤。
2. 【請求項２】 請求項１の粒状リン吸着剤をリン含有水
   と接触させるリンの除去方法。