JP2010022888A - Water purification material and water purification method using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、河川湖沼、下水、または産業排水などに含まれる溶存成分を吸着し、除去することができる水質浄化材料およびそれを用いた水質浄化方法に関するものである。 The present invention relates to a water purification material capable of adsorbing and removing dissolved components contained in river lakes, sewage, industrial wastewater, and the like, and a water purification method using the same.
水中の溶存成分、特にリンの除去手段として、その水中にアルミニウム塩やカルシウム塩を凝集剤として添加して、溶存成分を凝集沈殿させる方法や、生物を用いて分解処理をする活性汚泥法などが知られている。また、水中の金属成分についても同様に凝集剤を用いて沈殿を形成させて分離する方法が一般に知られている。これらの凝集剤を用いた方法では多くの場合、処理すべき汚泥が大量に発生すること、および、溶存成分を取り込んだ凝集物が沈殿するのに時間がかかることなどの問題がある。これらの事由により凝集剤による処理を行うには一般的に大型の設備が必要とされている。さらに、このような凝集剤は多種のイオン成分を取り込んでフロックを形成する作用を有し、かつ凝集剤と凝集された溶存成分とを分離することが困難であることが一般的である。したがって、沈殿した汚泥は産業廃棄物として有償処理される場合が大半である。 As a means of removing dissolved components in water, especially phosphorus, there are a method of adding aluminum salt or calcium salt as a flocculant in the water and aggregating and precipitating the dissolved components, and an activated sludge method that decomposes using living organisms. Are known. In addition, a method of separating a metal component in water by using a flocculant to form a precipitate is also generally known. In many cases, the methods using these flocculants have problems such as the generation of a large amount of sludge to be treated and the time required for the agglomerates incorporating dissolved components to settle. For these reasons, a large facility is generally required to perform the treatment with the flocculant. Furthermore, such an aggregating agent generally has a function of incorporating various ionic components to form flocs, and it is generally difficult to separate the aggregating agent from the agglomerated dissolved components. Therefore, the precipitated sludge is mostly treated as industrial waste for a fee.
したがって、従来の方法で例えば水中の溶存成分を除去する場合においては、多くの処理時間、設備の大型化、汚泥処理の必要など、改善すべき点を抱えていると言える。 Therefore, for example, when removing dissolved components in water by a conventional method, it can be said that there are many points to be improved such as a large treatment time, an increase in equipment size, and a need for sludge treatment.
この問題を解決するために、凝集剤による処理で発生した汚泥を効率的に回収する手段の一つとして磁気分離が知られている。磁気分離についてはこれまでに多くの検討がなされている。その殆どに共通しているのは水中に凝集剤を添加した後、もしくは凝集剤と同時に磁性体（例えば強磁性体粒子）を投入することで水中の溶存成分および浮遊物を吸着した凝集剤と磁性体とでフロックを形成させ、フロックに対して強い磁場を印加することで強制的にフロックを分離または水中から除去する工程を含むことである。金網や高分子膜を用いてフロックと水とを分離させてから磁場を印加することで効率的にフロックを回収する方法などもこれまでに提案されている。例えば特許文献１には、汚濁粒子を含む水に対して凝集剤及び磁性粉を段階的に混入し、攪拌することで磁性フロックを形成させ、フロックを含む水を数ミクロンから数十ミクロンの目開きを有したステンレス鋼の網で作られた回転ドラムに投入することで水とフロックとを分離し、その後磁場発生手段によってフロックを回収している。 In order to solve this problem, magnetic separation is known as one of means for efficiently recovering sludge generated by the treatment with a flocculant. Many studies have been made on magnetic separation. The most common is that the flocculant adsorbs dissolved components and suspended matter in the water after adding the flocculant in water or by adding a magnetic substance (for example, ferromagnetic particles) simultaneously with the flocculant. The process includes forming a floc with a magnetic material and forcibly separating or removing the floc from water by applying a strong magnetic field to the floc. A method for recovering flocs efficiently by applying a magnetic field after separating flocs and water using a wire mesh or a polymer film has been proposed. For example, in Patent Document 1, a flocculant and magnetic powder are mixed stepwise into water containing polluted particles, and magnetic flocs are formed by stirring, and water containing flocs has a size of several microns to several tens of microns. Water and floc are separated by being put into a rotating drum made of a stainless steel net having an opening, and then the floc is recovered by a magnetic field generating means.
水中に含まれるリンや金属の回収を目的とした磁気分離は特許文献２に示されており、四三酸化鉄などの磁性粉と凝集剤として硫酸第二鉄系化合物とを使用することが記載されている。この特許文献２に記載された技術は、凝集剤として硫酸第二鉄系化合物を用いることで磁性フロックの密度を高めて回収効率を向上させている。水中に含まれるリンや金属の回収を目的とした磁気分離は特許文献３でも提案されている。この特許文献３には３価鉄塩を凝集剤として添加することで水中のリンや金属を常磁性微粒子にした後に、強磁性体微粒子を添加し、磁性フロックを形成させる方法を開示されている。 Magnetic separation for the purpose of recovering phosphorus and metals contained in water is shown in Patent Document 2, which describes the use of magnetic powders such as iron trioxide and ferric sulfate compounds as coagulants. Has been. The technique described in Patent Document 2 uses a ferric sulfate compound as a flocculant to increase the density of magnetic flocs and improve the recovery efficiency. Magnetic separation for the purpose of recovering phosphorus and metals contained in water is also proposed in Patent Document 3. This Patent Document 3 discloses a method of forming magnetic flocs by adding ferromagnetic fine particles after making trivalent iron salt as a flocculant to make phosphorus or metal in water into paramagnetic fine particles. .
磁気分離で用いる凝集剤は無機化合物に限られず高分子化合物を用いたものなども種々提案されている。また、その他にもｐＨ調整や粒子径の最適化による効率的な回収方法の提案や、効率的な回収を目指した磁気分離装置の改良についてもこれまでに多くの提案がなされている。 The flocculant used in the magnetic separation is not limited to inorganic compounds, and various types using a polymer compound have been proposed. In addition, many proposals have been made so far regarding proposals for an efficient recovery method by adjusting pH and optimizing the particle diameter, and improvement of the magnetic separation device aiming at efficient recovery.
以上のように水中の溶存成分の回収、特に水中からのリンや金属の除去を目的とした磁気分離についてはこれまでに数多くの提案がなされており、それらの多くは、効果的な装置形状や回収方法、もしくは凝集剤に関わる提案である。これらの提案において記載されている磁性体粒子はその多くが酸化鉄であり、この磁性体粒子の役割は担体としての機能である。即ち、磁性体粒子は水中の溶存成分等を吸着した凝集剤と共にフロックを形成し効率的に回収されるための担体としての役割のみを担っているに過ぎない。したがって、従来の技術では磁性体粒子自身はなんら直接的に溶存成分の吸着に寄与していなかった。従って、従来の磁気分離では磁性体粒子と凝集剤との両方を必要としており、このため水中の溶存成分等を吸着させた磁性フロックの処理が必要となる。即ち、回収した磁性フロックから磁性体粒子を再利用したい場合や磁性フロックに取り込まれた溶存成分等が貴金属であるなどの場合には、磁性フロックから凝集剤と磁性体粒子を分離する工程が必要となる。したがって、フロック分離を含めた水質浄化全体の効率性が低下し、改善の余地があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて、形成されたフロックの分離が容易かつ高い効率で行うことができ、リン酸イオンや、砒素および鉛などの有害金属を選択的に吸着できる、磁気分離可能な水質浄化材料とそれを用いた水質浄化方法を提供することを目的とするものである。 In view of the above problems, the present invention can easily and efficiently separate formed flocs, and can selectively adsorb toxic metals such as phosphate ions and arsenic and lead. It is an object of the present invention to provide a possible water purification material and a water purification method using the material.
本発明による水質浄化材料は、表面にカリウム、ナトリウム、アルミニウムおよび鉄から選ばれる少なくとも一つの元素がイオンの形態で担持され、かつ硫酸塩が担持された磁性体粒子を含むことを特徴とするものである。 The water purification material according to the present invention is characterized in that it includes magnetic particles on the surface of which at least one element selected from potassium, sodium, aluminum and iron is supported in the form of ions and sulfate is supported. It is.
また、本発明による水質浄化材料の製造方法は、磁性体粒子を硫酸イオンを含有する硫酸塩水溶液に浸漬し、攪拌することにより磁性体粒子の表面に硫酸塩を担持させる工程を含むことを特徴とするものである。 In addition, the method for producing a water purification material according to the present invention includes a step of supporting sulfate on the surface of the magnetic particles by immersing the magnetic particles in a sulfate aqueous solution containing sulfate ions and stirring. It is what.
また、本発明による水質浄化方法は、溶存成分を含む水に、前記の水質浄化材料を分散させ、前記磁性体粒子の表面に前記溶存成分を吸着させ、吸着後の前記磁性体粒子を磁力または遠心力を利用して前記水から分離することを含むことを特徴とするものである。 In the water purification method according to the present invention, the water purification material is dispersed in water containing dissolved components, the dissolved components are adsorbed on the surfaces of the magnetic particles, and the magnetic particles after adsorption are subjected to magnetic force or And separating from the water using centrifugal force.
本発明によれば磁性粒子に水中の溶存成分、特にリンや、砒素及び鉛などの有害金属の吸着能力が付与され、単独で溶存成分を凝集させることができ、かつ磁気による操作が可能な磁性フロックを形成させることができる水質浄化材料が提供される。このため、従来は磁性体とは別途必要であった凝集剤を必要としないか、若しくは凝集剤の使用量を削減することが可能となる。従って、回収された磁性フロックからの磁性体粒子や溶存成分の回収が大幅に簡素化され、その再利用が容易となる。また、凝集剤の使用量が無くなるか、減少するため廃棄処分される汚泥量も削減できる。 According to the present invention, magnetic particles are provided with the ability to adsorb dissolved components in water, particularly harmful metals such as phosphorus, arsenic, and lead, and the dissolved components can be agglomerated alone and can be operated by magnetism. A water purification material capable of forming a floc is provided. For this reason, a flocculant conventionally required separately from the magnetic material is not required, or the amount of the flocculant used can be reduced. Therefore, the recovery of the magnetic particles and dissolved components from the recovered magnetic floc is greatly simplified, and the reuse becomes easy. Further, since the amount of the flocculant used is eliminated or decreased, the amount of sludge discarded can be reduced.
本発明の実施形態を説明すると以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described as follows.
水質浄化材料
本発明による水質浄化材料は、表面にカリウム、ナトリウム、アルミニウムおよび鉄から選ばれる少なくとも一つの元素がイオンの形態で担持され、かつ硫酸塩が担持された磁性体粒子を含む。ここで、磁性体粒子は、鉄を構成元素のひとつとして含むものであれば特に限定されるものではない。また、用いられる磁性体粒子は、室温領域において強磁性を示す物質であることが望ましい。このような磁性体粒子としては、例えば鉄、および鉄を含む合金、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシアフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライト、などが挙げられる。これらのうち水中での安定性に優れたフェライト系化合物であればより効果的に本発明を達成することができる。例えば磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすいので好ましい。
Water Purification Material The water purification material according to the present invention includes magnetic particles on the surface of which at least one element selected from potassium, sodium, aluminum, and iron is supported in the form of ions, and sulfate is supported. Here, the magnetic particles are not particularly limited as long as they contain iron as one of the constituent elements. Moreover, it is desirable that the magnetic particles used be a substance exhibiting ferromagnetism in the room temperature region. Examples of such magnetic particles include iron and alloys containing iron, magnetite, titanite, pyrrhotite, magnesia ferrite, cobalt ferrite, nickel ferrite, barium ferrite, and the like. Of these, ferrite compounds having excellent stability in water can achieve the present invention more effectively. For example, magnetite (Fe 3 O 4 ), which is a magnetite, is preferable because it is not only inexpensive but also stable as a magnetic substance in water and safe as an element, so that it can be easily used for water treatment.
鉄を構成元素の一つとする磁性体、特にマグネタイトに代表される強磁性酸化鉄粒子の表面には無数の水酸基が存在していることが知られている。この水酸基とカリウム、ナトリウム、アルミニウムおよび鉄などのイオンと硫酸イオンが反応することにより、磁性体粒子表面にジャロサイト鉱物のような複塩が形成される。ジャロサイト鉱物はカリウム、鉄、硫酸基、水酸基で構成される鉱物であるが、鉄又はカリウム以外の金属イオンや硫酸基以外のイオン、特にリン酸や砒素および鉛をも取り込んで塩を生成することが出来る。また、鉄、水酸基、リン酸で構成されるウォルフ石鉱物の存在が示すように、リン酸は鉄、水酸基との間で塩を生成することが出来る。即ち、磁性体粒子表面において鉄、水酸基と硫酸イオンが存在することで、これらと水中の溶存成分、特にリン酸および金属イオンによって、磁性体粒子表面に複合塩が生成される。また、ジャロサイト鉱物は特にカリウム、ナトリウム、またはアルミニウムとの親和性が強いため、予めこれらの元素をイオン形態で磁性体粒子表面に担持させることで粒子表面でのリンや金属イオンの吸着をより活性化することが出来る。
また、磁性体粒子は、球状、多面体、不定形など種々の形状を取り得るが特に限定されないが、特に球状または角が丸い多面体構造が好ましい。
It is known that innumerable hydroxyl groups are present on the surface of a magnetic material having iron as one of the constituent elements, particularly ferromagnetic iron oxide particles represented by magnetite. A double salt such as a jarosite mineral is formed on the surface of the magnetic particles by reacting this hydroxyl group with ions such as potassium, sodium, aluminum and iron and sulfate ions. Jarosite minerals are minerals composed of potassium, iron, sulfate groups, and hydroxyl groups, but they also take in metal ions other than iron or potassium and ions other than sulfate groups, especially phosphoric acid, arsenic, and lead to form salts. I can do it. Moreover, phosphoric acid can produce | generate a salt between iron and a hydroxyl group, as the presence of the Wolfite mineral comprised from iron, a hydroxyl group, and phosphoric acid shows. That is, the presence of iron, hydroxyl groups and sulfate ions on the surface of the magnetic particles produces a composite salt on the surface of the magnetic particles by these and dissolved components in water, particularly phosphoric acid and metal ions. In addition, jarosite minerals have a particularly strong affinity for potassium, sodium, or aluminum, so that these elements can be supported in advance in the form of ions in the form of ions to further absorb phosphorus and metal ions on the particle surface. It can be activated.
Further, the magnetic particles can take various shapes such as a spherical shape, a polyhedron, and an indeterminate shape, but are not particularly limited, but a spherical shape or a polyhedral structure with rounded corners is particularly preferable.
好ましい磁性体粒子の粒子径は、製造コストなどを鑑みて適宜選択することができる。しかし、処理すべき溶存成分との相互作用を強くするために磁性体粒子の単位重量あたりの比表面積が大きい方が好ましい。したがって、磁性体粒子の平均粒子径が小さいほうが溶存成分との相互作用の観点からは好ましい。一方で、作業効率を高めるという観点からは、形成されるフロックの沈降速度を早くするために、磁性体粒子の平均粒子径が大きいことが好ましい。このような理由から、本発明における磁性体粒子の好ましい平均粒子径は０．１μｍ以上５μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下である。この平均粒子径は、後述するように表面に硫酸塩を担持しても実質的に変化しない。 A preferable particle diameter of the magnetic particles can be appropriately selected in view of manufacturing costs. However, it is preferable that the specific surface area per unit weight of the magnetic particles is large in order to strengthen the interaction with the dissolved component to be treated. Therefore, a smaller average particle diameter of the magnetic particles is preferable from the viewpoint of interaction with the dissolved component. On the other hand, from the viewpoint of increasing working efficiency, it is preferable that the average particle diameter of the magnetic particles is large in order to increase the sedimentation speed of the floc formed. For these reasons, the preferred average particle size of the magnetic particles in the present invention is 0.1 μm or more and 5 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less. As will be described later, this average particle diameter does not substantially change even when sulfate is supported on the surface.
ここでは平均粒子径は、マルバーン社製粒度分布測定装置マスターサイザーにより測定した。 Here, the average particle size was measured by a particle size distribution measuring device master sizer manufactured by Malvern.
磁性体粒子の表面へ硫酸塩を担持させる方法は特に限定されないが、磁性体粒子を硫酸塩水溶液に浸漬し、攪拌することが好ましい方法のひとつである。具体的には硫酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、または硫酸アルミニウムなどの硫酸塩水溶液を準備し、その溶液中に磁性体粒子を浸漬し、撹拌することで、磁性体粒子の表面に硫酸塩を担持させることができる。硫酸塩は必要に応じて任意のものを使用することができるが、３価の鉄イオンがリンイオンなどと塩を作り易いため、硫酸鉄（ＩＩＩ）が最も好ましい。また、硫酸水溶液などを用いることで硫酸イオンのみの担持も可能ではあるが、アルミニウムや鉄などのイオンを含む硫酸塩の状態で担持した場合と比較すると吸着効果は低下する。 The method for supporting the sulfate on the surface of the magnetic particles is not particularly limited, but it is one preferred method that the magnetic particles are immersed in an aqueous sulfate solution and stirred. Specifically, an aqueous sulfate solution such as iron (III) sulfate, iron (II) sulfate, or aluminum sulfate is prepared, and the magnetic particles are immersed in the solution and stirred. Sulfate can be supported. Any sulfate can be used as required, but iron (III) sulfate is most preferred because trivalent iron ions can easily form salts with phosphorus ions and the like. Although it is possible to support only sulfate ions by using a sulfuric acid aqueous solution or the like, the adsorption effect is reduced as compared with the case of supporting in the state of sulfate containing ions such as aluminum and iron.
これら硫酸塩水溶液は硫酸塩濃度が高すぎるとｐＨが大きく低下し、磁性体粒子が溶解する恐れがあるため、磁性体粒子の耐酸性に応じて濃度調整することが望ましい。具体的にはマグネタイトでは、一般にｐＨは３以上であれば必要な効果が得られるが、より好ましくは４以上がよい。一方、ｐＨの上限は特にないが、一般に１１以下、好ましくは９以下である。 In these sulfate aqueous solutions, if the sulfate concentration is too high, the pH is greatly lowered and the magnetic particles may be dissolved. Therefore, it is desirable to adjust the concentration according to the acid resistance of the magnetic particles. Specifically, in the case of magnetite, a necessary effect is generally obtained if the pH is 3 or more, but 4 or more is more preferable. On the other hand, the upper limit of the pH is not particularly limited, but is generally 11 or less, preferably 9 or less.
適切なｐＨの範囲であれば、溶液に含まれる硫酸塩の濃度が高いほど、磁性体粒子の表面に担持される硫酸塩の量は多くなる。そして、磁性体粒子の表面に存在する硫酸塩の量が多いほうが、溶存成分との相互作用が強くなり、好ましい結果が得られる傾向にある。しかしながら、本発明者らの検討によれば、磁性体粒子表面の硫酸塩の量が一定量を超えると得られる効果が飽和し、過度に多い場合には水中の溶存成分の吸着量が逆に低下していくことがあることが判った。従って、好ましい磁性体粒子の表面に担持される塩の数は磁性体粒子１グラムに対して０．５×１０−４以上５×１０−４ｍｏｌ以下が好ましく、より好ましくは０．５×１０−４以上３×１０−４ｍｏｌ以下である。担持量がこれより増えると逆に吸着効果は低下してしまうことが分かった。ここで、磁性体粒子の表面に担持される硫酸塩の数、すなわち担持される鉄イオンや硫酸イオンの数は、硫酸塩水溶液に磁性体粒子を浸漬させた前後における硫酸塩水溶液の濃度変化により測定することができる。 If the pH is within an appropriate range, the higher the concentration of sulfate contained in the solution, the greater the amount of sulfate supported on the surface of the magnetic particles. Then, the larger the amount of sulfate present on the surface of the magnetic particles, the stronger the interaction with the dissolved components and the better results tend to be obtained. However, according to the study by the present inventors, the effect obtained when the amount of sulfate on the surface of the magnetic particles exceeds a certain amount is saturated, and when it is excessively large, the amount of adsorption of dissolved components in water is reversed. It turned out that it may decline. Accordingly, the number of salts supported on the surface of the preferred magnetic particles is preferably 0.5 × 10 −4 or more and 5 × 10 −4 mol or less, more preferably 0.5 × 10 4 with respect to 1 gram of magnetic particles. −4 to 3 × 10 −4 mol. It has been found that the adsorption effect decreases when the loading amount increases. Here, the number of sulfates supported on the surface of the magnetic particles, that is, the number of iron ions and sulfate ions supported depends on the concentration change of the aqueous sulfate solution before and after the magnetic particles are immersed in the aqueous sulfate solution. Can be measured.
また、磁性体粒子を硫酸塩水溶液に浸漬する前に、磁性体粒子の表面を、アルコール洗浄や紫外線照射により処理して水酸基を形成させることで、より表面への担持量を増やすことが出来る。 Further, before the magnetic particles are immersed in the sulfate aqueous solution, the surface of the magnetic particles is treated with alcohol washing or ultraviolet irradiation to form a hydroxyl group, whereby the amount supported on the surface can be further increased.
本発明における磁性体粒子は、より平均粒子径の小さい一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。二次粒子であると、表面積が大きくなる傾向にあり、また、水中から磁性体粒子を分離する際においても作業性が向上する傾向があるので好ましい。このような二次粒子である磁性体粒子の表面に硫酸塩を担持させるには、凝集した二次粒子に硫酸塩を担持してもよいし、硫酸塩を磁性体粒子の表面に担持する過程で凝集体を形成させてもよい。 The magnetic particles in the present invention may be secondary particles in which primary particles having a smaller average particle diameter are aggregated. Secondary particles are preferred because the surface area tends to increase, and the workability tends to improve when separating magnetic particles from water. In order to support sulfate on the surface of such magnetic particles as secondary particles, the aggregated secondary particles may support sulfate, or the process of supporting sulfate on the surface of magnetic particles. Aggregates may also be formed.
本発明による水質浄化材料は、前記した、表面に硫酸塩を担持する磁性体粒子を含むものである。必要に応じて、その他の各成分を含んでいてもよい。具体的には、磁性体粒子の凝集作用を補助するための凝集剤、リンや金属以外の水中不純物、例えば油などを吸着する吸着剤などを含んでもよい。 The water purification material according to the present invention includes the above-described magnetic particles carrying sulfate on the surface. Other components may be included as necessary. Specifically, an aggregating agent for assisting the aggregating action of the magnetic particles, an adsorbing agent that adsorbs impurities in water other than phosphorus and metals, such as oil, and the like may be included.
水質浄化方法
本発明による水質浄化方法は、溶存成分、特にリンおよび金属を含む水から、それらを分離するものである。
Water Quality Purification Method The water quality purification method according to the present invention separates them from water containing dissolved components, particularly phosphorus and metals.
本発明による水質浄化方法は、まず、前記のリン等を含む水に、前記の水質浄化材料を分散させる。水質浄化材料に含まれる磁性体粒子の表面には硫酸塩が担持されており、その硫酸塩とリンや金属イオンとの親和性により、溶存成分が硫酸塩に吸着される。 In the water purification method according to the present invention, first, the water purification material is dispersed in water containing phosphorus or the like. Sulfate is supported on the surface of the magnetic particles contained in the water purification material, and dissolved components are adsorbed on the sulfate due to the affinity between the sulfate and phosphorus or metal ions.
磁性体粒子の表面にリン等を吸着させると同時に、磁性体粒子は凝集剤として作用し、粒子同士が凝集してフロックを形成する。このとき、水質浄化材料が磁性体粒子のほかの凝集剤を含む場合には、それと共にフロックが形成される。そして、このフロックを沈降させて分離することにより、水から溶存成分が除去される。ここで、磁性体粒子を水から分離する際には、磁力が利用される。すなわち、磁性体粒子が磁石により吸引されるので、フロックを簡便に回収することができる。ここで、重力による沈降や、サイクロンを用いた遠心力による分離を、磁気による分離と併用することも可能であり、それらの併用により、作業性を改善し、さらに迅速に回収をすることが可能となる。 At the same time as adsorbing phosphorus or the like on the surface of the magnetic particles, the magnetic particles act as an aggregating agent, and the particles aggregate to form a floc. At this time, if the water purification material contains other aggregating agent than the magnetic particles, flocs are formed therewith. The dissolved components are removed from the water by settling and separating the floc. Here, magnetic force is used when separating the magnetic particles from water. That is, since the magnetic particles are attracted by the magnet, the floc can be easily recovered. Here, sedimentation by gravity and separation by centrifugal force using a cyclone can be used together with separation by magnetism, and by using these together, workability can be improved and recovery can be performed more quickly. It becomes.
水質浄化の対象とされる水は特に限定されない。具体的には工業排水、下水、生活排水などに用いることができる。処理しようとする水に含まれる溶存成分濃度も特に限定されないが、過度に溶存成分濃度が高い場合には、水質浄化材料が多量に必要となるため、別の手段により溶存成分濃度を下げてから本発明による水質浄化方法に付すほうが効率的である。具体的には、本発明による水質浄化方法は、溶存成分濃度が１％以下の水に用いることが好ましく、０．１％以下の水に用いることがより好ましい。 There are no particular limitations on the water that is subject to water purification. Specifically, it can be used for industrial wastewater, sewage, domestic wastewater and the like. The concentration of dissolved components contained in the water to be treated is not particularly limited, but if the concentration of dissolved components is excessively high, a large amount of water purification material is required. It is more efficient to apply the water quality purification method according to the present invention. Specifically, the water purification method according to the present invention is preferably used for water having a dissolved component concentration of 1% or less, more preferably 0.1% or less.
処理後に回収された水質浄化材料は、再生して再利用することも可能であり。再生するためには吸着された溶存成分を磁性体粒子表面から除去することが必要である。このような溶存成分除去を行うためには、溶媒による洗浄を用いることが好ましい。この場合に用いられる溶媒は、磁性体粒子の表面に担持された硫酸塩を破壊または脱離せず、吸着した成分を溶解しえる溶媒、たとえばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサンおよびそれらの混合物を用いることが好ましい。また、それ以外の溶媒であっても、溶存成分の種類に応じて利用が可能である。 The water purification material recovered after the treatment can be recycled and reused. In order to regenerate, it is necessary to remove the adsorbed dissolved components from the surface of the magnetic particles. In order to remove such dissolved components, it is preferable to use washing with a solvent. The solvent used in this case is a solvent capable of dissolving the adsorbed components without destroying or desorbing the sulfate supported on the surface of the magnetic particles, such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, acetone, tetrahydrofuran, It is preferable to use n-hexane, cyclohexane and mixtures thereof. Also, other solvents can be used depending on the type of dissolved component.
水質浄化材料の水中への添加量は、多いほうが溶存成分の除去率は向上する傾向にあり、また作業性の観点からもフロック形成の効率などが高くなる。一方で、過度に添加すると経済性の問題が発生する。このため、水質浄化材料の添加量は、それに含まれる磁性体粒子の濃度が、水中の溶存成分、特に対象とするリンや金属イオン濃度と同程度から数倍程度、具体的には０．５〜５倍であることが好ましく、１．２〜２倍であることがより好ましい。 The greater the amount of water purification material added to the water, the higher the removal rate of dissolved components, and the higher the efficiency of flock formation from the viewpoint of workability. On the other hand, when it adds excessively, the problem of economical efficiency will generate | occur | produce. For this reason, the addition amount of the water purification material is such that the concentration of the magnetic particles contained therein is about the same as the dissolved component in water, particularly the target phosphorus or metal ion concentration, to about several times, specifically 0.5. It is preferably ˜5 times, and more preferably 1.2 to 2 times.
本発明を諸例を用いて説明すると以下の通りである。 The present invention will be described below with reference to various examples.
実施例１
硫酸鉄（ＩＩＩ）０．８ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．２μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。得られた分散液をろ過して粉末状四三酸化鉄を分別し、さらに純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体１を得た。供試体１の平均粒子径は０．２μｍのままで変化無く、また、磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．５×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 1
10 g of powdered iron trioxide having an average particle size of 0.2 μm was mixed with an aqueous solution in which 0.8 g of iron (III) sulfate was dissolved in 200 mL of pure water, and stirred for 10 hours. The obtained dispersion was filtered to separate powdered iron tetroxide, further washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain Specimen 1. The average particle diameter of the specimen 1 remained unchanged at 0.2 μm, and the supported amount of iron sulfate supported on the surface of the magnetic particles was 1.5 × 10 −4 mol / g.
実施例２
硫酸アルミニウム０．５ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．２μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。溶液をろ過して粉末状四三酸化鉄を純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体２とした。磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．６×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 2
To an aqueous solution in which 0.5 g of aluminum sulfate was dissolved in 200 mL of pure water, 10 g of powdered iron trioxide having an average particle size of 0.2 μm was mixed and stirred for 10 hours. The solution was filtered, the powdered iron tetroxide was washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 2. The amount of iron sulfate supported on the surface of the magnetic particles was 1.6 × 10 −4 mol / g.
実施例３
硫酸鉄（ＩＩＩ）０．３ｇ、および硫酸アルミニウム０．３ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．２μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。得られた分散液をろ過して粉末状四三酸化鉄を分別し、さらに純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体３とした。磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．６×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 3
An aqueous solution obtained by dissolving 0.3 g of iron (III) sulfate and 0.3 g of aluminum sulfate in 200 mL of pure water was mixed with 10 g of powdered iron trioxide having an average particle size of 0.2 μm and stirred for 10 hours. The obtained dispersion was filtered to separate powdered iron tetroxide, further washed with pure water, and dried in the atmosphere at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 3. The amount of iron sulfate supported on the surface of the magnetic particles was 1.6 × 10 −4 mol / g.
実施例４
硫酸鉄（ＩＩＩ）０．８ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．０５μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。溶液をろ過して粉末状四三酸化鉄を純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体４とした。磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．７×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 4
10 g of powdered iron trioxide having an average particle diameter of 0.05 μm was mixed with an aqueous solution in which 0.8 g of iron (III) sulfate was dissolved in 200 mL of pure water, and stirred for 10 hours. The solution was filtered, the powdered iron tetroxide was washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 4. Supported amount of iron sulfate carried on magnetic particles surface was 1.7 × 10 -4 mol / g.
実施例５
硫酸アルミニウム０．５ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．０５μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。溶液をろ過して粉末状四三酸化鉄を純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体５とした。磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．７×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 5
To an aqueous solution in which 0.5 g of aluminum sulfate was dissolved in 200 mL of pure water, 10 g of powdered iron trioxide having an average particle diameter of 0.05 μm was mixed and stirred for 10 hours. The solution was filtered, the powdered iron tetroxide was washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 5. The amount of iron sulfate supported on the surface of the magnetic particles was 1.7 × 10 −4 mol / g.
実施例６
硫酸鉄（ＩＩＩ）０．３ｇ、硫酸アルミニウム０．３ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．０５μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。溶液をろ過して粉末状四三酸化鉄を純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体６とした。磁性体粒子表面に担持された硫酸鉄の担持量は１．８×１０−４ｍｏｌ／ｇであった。
Example 6
To an aqueous solution in which 0.3 g of iron (III) sulfate and 0.3 g of aluminum sulfate were dissolved in 200 mL of pure water, 10 g of powdered iron trioxide having an average particle size of 0.05 μm was mixed and stirred for 10 hours. The solution was filtered, the powdered iron tetroxide was washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 6. The amount of iron sulfate supported on the surface of the magnetic particles was 1.8 × 10 −4 mol / g.
実施例７
硫酸鉄（ＩＩＩ）０．８ｇを純水２００ｍＬに溶解した水溶液に平均粒子径０．０５μｍの粉末状四三酸化鉄１０ｇを混合し、１０時間攪拌した。溶液をろ過して粉末状四三酸化鉄を純水で洗浄し、大気中８０℃で３時間乾燥して供試体７とした。排水模擬液として、鉛イオン濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるよう調整した水溶液を用いた。試験は５０ｍｇの供試体７を排水模擬液５０ｍＬに投入し、混合攪拌した。
Example 7
10 g of powdered iron trioxide having an average particle diameter of 0.05 μm was mixed with an aqueous solution in which 0.8 g of iron (III) sulfate was dissolved in 200 mL of pure water, and stirred for 10 hours. The solution was filtered, the powdered iron tetroxide was washed with pure water, and dried in the air at 80 ° C. for 3 hours to obtain a specimen 7. As the drainage simulation liquid, an aqueous solution adjusted to have a lead ion concentration of 10 mg / L was used. In the test, 50 mg of the specimen 7 was put into 50 mL of the simulated drainage solution and mixed and stirred.
比較例１
平均粒子径０．２μｍの粉末状四三酸化鉄を表面処理せずに供試体Ａとした。試験は実施例１と同様の要領で行った。
Comparative Example 1
Specimen A was prepared by subjecting powdered iron trioxide having an average particle size of 0.2 μm to no surface treatment. The test was conducted in the same manner as in Example 1.
比較例２
平均粒子径０．０５μｍの粉末状四三酸化鉄を表面処理せずに供試体Ｂとした。試験は実施例１と同様の要領で行った。
Comparative Example 2
Specimen B was prepared by subjecting powdered iron trioxide having an average particle diameter of 0.05 μm to surface treatment. The test was conducted in the same manner as in Example 1.
比較例３
平均粒子径０．２μｍの粉末状四三酸化鉄を表面処理せずに供試体Ｃとした。試験は実施例７と同様の要領で行った。
Comparative Example 3
Specimen C was prepared by subjecting powdered iron trioxide having an average particle size of 0.2 μm to no surface treatment. The test was performed in the same manner as in Example 7.
水質浄化材料の性能評価
得られた供試体１〜７およびＡ〜Ｃを用いて、それぞれの水質浄化材料としての性能を評価した。排水模擬液として、リン酸イオン濃度が２０ｍｇ／Ｌまたは鉛イオン濃度が１０ｍｇ／Ｌとなるよう調整した水溶液を準備した。試験は５０ｍｇの供試体をそれぞれ排水模擬液５０ｍＬに投入し、混合攪拌し、２０分後、６０分後、および１２０分後におけるリン酸イオン濃度または鉛イオン濃度を測定した。リン酸イオンの濃度日本ダイオネクス社製イオンクロマトグラフ装置ＤＸ−１２０、鉛イオン濃度はＩＣＰ発光分光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＳ１５００Ｖ型（商品名））により測定した。
得られた結果は表１および２に示すとおりであった。
Performance Evaluation of Water Purification Material Using the obtained specimens 1 to 7 and A to C, the performance as each water purification material was evaluated. As the drainage simulation liquid, an aqueous solution adjusted to have a phosphate ion concentration of 20 mg / L or a lead ion concentration of 10 mg / L was prepared. In the test, 50 mg of each specimen was put into 50 mL of the simulated drainage solution, mixed and stirred, and the phosphate ion concentration or lead ion concentration after 20 minutes, 60 minutes, and 120 minutes was measured. Phosphate ion concentration An ion chromatograph device DX-120 manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd., and lead ion concentration were measured with an ICP emission spectroscopic analyzer (SPS 1500V type (trade name) manufactured by SII Nanotechnology Inc.).
The obtained results were as shown in Tables 1 and 2.
比較例１〜３の結果が示すように、硫酸塩基を表面に担持していない四三酸化鉄を用いた場合においてはいずれにおいても水中のリン酸イオンおよび鉛イオンの濃度は低下しない。一方で、各実施例の結果が示すように、硫酸塩基を表面に担持した供試体を用いた場合ではいずれにおいても水中のリン酸イオンおよび鉛イオン濃度が低下していることがわかる。 As shown in the results of Comparative Examples 1 to 3, the concentration of phosphate ions and lead ions in water does not decrease in any case where triiron tetroxide that does not carry sulfate groups on the surface is used. On the other hand, as shown by the results of the examples, it can be seen that the concentrations of phosphate ions and lead ions in water are lowered in any case where the specimens carrying sulfate groups on the surface are used.
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