JPH03115387A - 土壌活性材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、保水力等を改良する土壌改良材、あるいはリ
ンを含む珪酸石灰質肥料として利用できる土壌活性材に
関する。

〈従来の技術及び発明が解決しようとする課題〉一般に
、土壌の構造や保水力を改善し、また、養分を補給する
ために、土壌改良材や各種肥料が使用される。

例えば、土壌の保水力や通気性を改善するためにはパー
ライトやバーミキュライトなどが用いられるが、これら
は一般に高価である。

また、施肥には、一般に化成肥料が用いられる。しかし
、三大養分のひとつで作物の生育に欠かすことができな
いリン肥料の原料は全て輸入にたよっているという問題
があり、また、リン資源は世界的にみても枯渇状態にあ
る。

本発明はこのような事情に鑑み、保水力等ｅ改良できる
土壌改良材、あるいはリンを含む肥料として利用でき、
安価な土壌活性材を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る土壌活性材は、珪酸質
原料と石灰質原料とからなる水スラリーを気泡剤の存在
下で発泡させると共に硬化させて得た発泡硬化物を水熱
反応処理して得られ且つ５０〜９０％の空隙率を有する
多孔質珪酸カルシウム水和物を主成分とする多孔質接触
材からなり、少なくともリン化合物を含む有機性汚水の
処理に利用したものであることを特徴とする。

ここで、本発明に係る土壌活性材の作用について説明す
る。

土壌活性材の母体となる多孔質接触材は、多孔質で５０
〜９０％の空隙率を有しているので、土壌に混入した場
合、その保水力、通気性等を改善する。

また、かかる多孔質接触材は、有機性汚水の生物膜法に
よる処理において微生物の生息に良好な環境を作り出す
とともにリン酸イオンを晶析除去し、且つ硝化に好適な
ｐＨを維持するので、有機性汚水の処理に有用である。

すなわち、汚水の処理をした後の多孔質接触材には、微
生物が多量に付着していると共に、リンや窒素が付着し
ている。また、多孔質接触材自体が珪酸や石灰分の供給
源となる。

したがって、汚水処理に使用した後の多孔質接触材を土
壌に混入することにより種々の養分の補給源となる。ま
た、ここで、多孔質接触材に付着しているリン分は、汚
水中のリン酸イオンがカルシウムヒドロキシアパタイト
の形となって晶析されたものである。つまり、リン分は
そのままでは水に溶けにくい形となっているが、植物の
根から生じる弱酸により分解されるようになっている。

よって、本発明の土壌活性材は緩効性リン肥料として有
用である。

次に、本発明に係る土壌活性材の母体となる多孔質接触
材について具体的に説明する。

この多孔質接触材は、例えば、珪酸質原料と石灰質原料
とを主原料とする水スラリーにアルミニウム粉末などの
起泡剤を添加して高温高圧下で水熱反応処理して得られ
る珪酸カルシウム水和物からなる成形物、あるいはこの
成形物を破砕して得られる破砕物で空隙率が５０〜９０
％のもの、又は珪酸質原料と石灰質原料とを主原料とす
る水スラリーを高温高圧下で水熱反応処理後粉砕して得
られる粉状物に気泡を入れて造粒あるいは成形した珪酸
カルシウム水和物からなる造粒物あるいは成形物で空隙
率が５０〜９０％のものである。

ここで、珪酸カルシウム水和物は珪酸質原料と石灰質原
料とを所定のＣａｂ／ＳｉＯ２モル比（０，５〜２．０
種度）で常法に従ってオートクレーブにて所要の圧力・
温度下で高温高圧養生することによって得られるもので
あり、珪酸質原料としては珪石、珪砂、クリストバライ
ト、無定形シリカ、珪藻土、フェロシリコンダスト、白
土などの粉末、石灰質原料としては生石灰、消石灰、セ
メントなどの粉末が挙げられる。このようにして得られ
る珪酸カルシウム水和物は、トバモライト、ゾノトライ
ト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、
ヒレプランダイト等よりなる群より選ばれる１種または
２種以上のものとなる。またこの中でもトバモライト、
ゾノトライト、ＣＳＨゲルはｐＨ緩衝能が高く、比表面
積が２０〜４００ｍ／ｇと大きいので特に好ましい。

本発明にかかる土壌活性材の母体となる多孔質接触材は
５０〜９０％の空隙率を有するが、この空隙を珪酸カル
シウム水和物の生成時に得る場合には珪酸質物質と石灰
質物質とをスラリー状にしたものに泡剤としてアルミニ
ウム粉末などの金属発泡剤やＡＥ剤などの起泡剤を添加
した後高温高圧下で水熱反応処理すればよい。ここで金
属発泡剤は化学反応によってガスを発生するもので、そ
の使用割合はスラリー中の巻き込み気泡や水の量にょっ
て変化するが化学反応式から導くことができる。また起
泡剤としては具体的には樹脂せっけん類、サポニン、合
成界面活性剤類、加水分解たんばく質、高分子界面活性
剤などがあり、主として界面活性作用により物理的に気
泡を導入するもので、単に原料と混合して撹拌する乙と
により泡を生じさせろ場合と、特殊な撹拌槽又は起泡装
置を使用して安定した泡をつくり、この泡を体積計量し
て原料に混合する場合とがある。このような起泡剤を用
いる場合には泡の安定性を試験した上、その添加量を決
定する必要がある。また、空隙率の小さい珪酸カルシウ
ム水和物を得た場合にはそれが成形物であれば粉末化し
？二接、造粒又は成形する過程で気泡を入れてその空隙
率を調整すればよい。つまり粉末状の珪酸カルシウム水
和物にアクリル樹脂エマルジョン等の高分子樹脂の糊剤
の水溶液を添加し、必要に応じて起泡剤を加えた後混練
りしたものをパンペレタイザーにより造粒したり型枠成
形したりすればよい。ここでの乾燥方法としては、自然
乾燥、加熱乾燥のどちらを採用してもよい。また、ここ
で、粉末状の珪酸カルシウム水和物としては、上記のよ
うに空隙を入れて成形したものを破砕したときに得られ
る粉末を用いてもよい。なお、空隙率の高い多孔質接触
材とする場合には、型枠成形を採用するのがよい。

本発明の土壌活性材は、かかる多孔質接触材を有機性汚
水の処理に使用した後のものである。

ここで、多孔質接触材の汚水処理への好適な用い方につ
いて説明する。

例えば、リン化合物、窒素化合物及び有機物を含む有機
性汚水を処理する場合に、多孔質接触材を好気性炉床槽
へ充填しておき、この好気性領域へ上記有機性汚水及び
／又は嫌気性処理水を通して空気存在下で当該多孔質接
触材に接触させて好気性処理水とし、次いでこの好気性
処理水を実質的に空気存在下で水素供与体と接触させて
嫌気性処理水とするようにする。

さらに評言すると、まず、上記多孔質接触材を充填した
好気性炉床槽に一次処理して浮遊物や沈澱物を除去した
有機性汚水を曝気しながら希釈せずに通水することによ
り、生物膜法による有機物の除去を行うものである。

すなわち、これにより多孔質接触材の表面に微生物が生
息して水浄化材となり、この水浄化材が生物膜法による
有機物の除去を行う。

またこれと同じに、リンの除去と、ＮＨニーＮの硝化と
をも同時に行い、さらに、Ｎ　Ｈ：　−Ｎが硝化された
Ｎｏ”、−Ｎ、　ＮｏニーＮを含む処理水を好気性炉床
槽に導入し、メタノールなどの水素供与体を加えて通気
性嫌気性状態で脱窒菌によりＮｏ”、−Ｎ、Ｎｏ″３−
ＮをＮ２ガスに還元することにより、生物学的脱窒素を
行うことができる。

ここで、好気性炉床槽に充填されている多孔質接触材は
、その表面に珪酸カルシウム水和物の結晶もしくはゲル
表面の微細な凹凸を有しているので微生物が固定されや
すく、生物膜の形成が容易であるとともに有機物の分解
生成物（１！に生物代謝産物）である乳酸、酪酸、酢酸
などの低級脂肪酸類によるｐＨ低下を緩和して微生物の
至適ｐＨである弱アルカリ性のｐＨ８〜９の状態を安定
に作り出すことができる。よって、この好気性炉床槽に
おいては、有機物の分解に寄与する細菌・原生動物及び
硝化を行う亜硝酸菌・硝酸菌の活動が活発となるので、
高負荷での処理が可能となり、導入する有機性汚水が一
般的豚舎の尿汚水程度の高濃度であっても希釈が不要と
なる。

また、かかる好気性炉床槽で同時に行われる脱リンは次
の作用による。

好気性炉床槽中多孔質接触材は、これを形成している珪
酸カルシウム水和物の結晶もしくはゲル表面からカルシ
ウムヒドロキシアパタイトの晶析に必要なＣａ　　を供
給するとともに該接触材のｐＨ緩衝能により、汚水のｐ
Ｈが低くまたその値が変動しても常にほぼｐＨ８〜９の
安定した状態をつくり出しているので、汚水中のリン酸
イオンはＣａ　　と反応してカルシウムヒドロキシアパ
タイトの形で該接触材表面に晶析される。このとき、多
孔質接触材の空隙は、汚水の一方向の流れを乱す作用を
するとともに該接触材表面の流速を緩和するように働く
ので、リン酸イオンとＣａ　　とによるカルシウムヒド
ロキシアパタイトの析出あるいは成長が促進される。ま
た、この多孔質接触材は、リン酸カルシウムあるいはカ
ルシウムヒドロキシアパタイトに類する「結晶覆」を含
んでいないが、吸着能を有しているため、通水初期にお
いては生成したカルシウムヒドロキシアパタイトを吸着
し、またその後はその表面がカルシウムヒドロキシアパ
タイトの核形成に都合のよい構造によってその微細空隙
、細孔部分にカルシウムヒト鴛キシアパタイトの核を形
成するものである。

汚水を処理した後の多孔質接触材、すなわち本発明に係
る土壌活性材を走査電子顕微鏡で観察するとその空隙内
部及び結晶表面に微生物が多量に着床・生息しているの
が見られ、また不定形結晶も観察され、ＥＰＭＡ　（Ｘ
線マイクロアナライザー）によりカルシウムヒドロキシ
アパタイトと同定された。

このことからも明らかなように、上記多孔質接触材の細
孔・空隙は微生物の着床及び脱リンに大きな効果を与え
ており、本発明の土壌活性材の母体となる多孔質接触材
は、空隙率が５０〜９０％、好ましくは６０〜８０％の
ものが微生物の着床及び脱リンに望ましい。

この多孔質接触材の空隙率が５０％未満では比表面積が
小さく微生物の着床が悪く且つリン除去率が小さく、一
方、空隙率が９０％を超えると好気性炉床槽内への汚水
導入及び曝気により浮上りが生じるとともに強度低下が
著しく、またｐＨ緩衝能力及びリン除去効果の持続性も
悪くなり、好ましくない。

また、多孔質接触材の大きさもリン除去性能に大きく関
与している。接触材の径が０．５閣より小さいとＳＳな
らびに晶析結晶により目づまりしやすいので長期使用す
ることができず、一方、径が大きすぎても接触面積の減
少によりリンの除去率が低下するのでともに好ましくな
い。よって、多孔質接触材は０．５〜１０＋ｍｓの大き
さのものが望ましい。

ここで、本発明に係る土壌活性材を得るための有機性汚
水の処理方法の例を第１図及び第２図に示す。

第１図に示す例は好気性炉床槽の次の嫌気性炉床槽を配
置した例である。同図に示すようにスクリーン沈砂池１
及び振動篩２により一次処理された有機性汚水は、上記
多孔質接触材が充填されている好気槽（好気性炉床槽）
３に導入されて有機物除去、脱リン及び硝化が行われる
。次いで、撹拌槽４に導入されてメタノール又は有椿性
汚水が添加された後嫌気槽（嫌気性炉床槽）５で脱窒素
され、再好気槽６及び消毒槽７を経て排水される。

第２図は循環式の処理工程の例である。同図に示すよう
にスクリーン沈砂池１及び振動篩２で一次処理された有
機性汚水は撹拌槽１３及び嫌気槽１４を経た後、多孔質
接触材が充填されている好気槽１５へ導入され、さらに
撹拌槽１３へ循環される。これにより有機物処理、脱リ
ン及び脱窒素が行われる。この処理水は再嫌気槽１６及
び消毒槽７を経て排水される。

これらからも明らかなように、本発明の土壌活性材の母
体となる多孔質接触材を用いた有機性汚水の処理方法に
よれば従来に比べて工程数が大幅に削減されるとともに
運転管理も容易となる。

そして、このような汚水処理によって使用済となった土
壌活性材は、珪酸石灰質肥料ならびに土壌改良材として
再利用できるので大変経済的である。

以下に、本発明の土壌活性材の母体となる多孔質接触材
の製造例、及び本発明の効果を示す試験例を示す。

（多孔質接触材の製造例） （１）ＣＳＨゲル接触材 珪石粉末４重量部、生石灰粉末２重量部、消石灰粉末１
重量部及び普通ポルトランドセメント３重量部（ＣａＯ
／ＳｉＯ。モル比＝１．５）に金属ア・ルミニウム粉末
ｏ、ｏｏｓ重量部を加えてなる混合物に水７重量部を加
えて水スラリーにした。次いで、この水スラリ゛−を型
枠に注入して４時間静置後説型したものを回転ブラシで
粉砕し、パンペレタイザーで５〜１０ｍの粒径に造粒後
オートクレーブにて１５０℃５気圧下で１０時間水熱処
理して多孔質接触材とした。この接触材の空隙率は７０
％であった。

（２）トバモライト接触材 珪石粉末５重量部、生石灰粉末２重量部及び普通ポルト
ランドセメント３重量部（ＣａＯ／Ｓ　ｉ　０２％　ル
比＝０．８）に金属アルミニウム粉末ｏ、ｏｏｓ重量部
を加えてなる混合物に水７重量部を加えて水スラリーに
した。

この水スラリーを型枠に注入して４時間静置後説型した
ものをオートクレーブにて１８０℃１０気圧下で１０時
間水熱処理した。得られた成形物をクラッシャーで粗砕
して５〜１０−の粒径にふるいわけて多孔質接触材とし
た。このものの空隙率は７５％であった。

（３）　　ゾノトライト接触材 珪石粉末と生石灰粉末とをＣａｂ／５ｉ０２モル比１．
０となるように混合し、固体成分に対して１０倍重量の
水に分散させて水スラリーを形成し、その後オートクレ
ーブ中にて２１０℃、２０気圧下で撹拌しながら１０時
間水熱処理した。このようにして得られたゾノトライト
粉末の絶乾物に対してアクリル樹脂エマルジ璽ン（固形
分１０％）を４重量倍加え、混練後造粒成形して１１０
℃で乾燥固化させ、５〜１０間の粒径にふるいわけて多
孔質接触材とした。このものの空隙率は７３％であった
。

（４）Ｍ々の空隙率を有するトバモライト接触材上記（
２）に示した製造方法において、金属アルミニウム粉末
及び水の添加割合を第１表に示すように変化させろこと
により各種トバモライト接触材を得た。

第　　１　　表 （試験例１） 第３図に示すように、多孔質接触材を充填し＃２００Ｘ
１５０Ｘ３１０ｍの第１の槽１０１及び２００Ｘ１５０
Ｘ２９０ｍの第２の槽１０２に、固液分離を行った後０
．３園φの鋼の振動節を通過させた膠原汚水の一次処理
水を上向き流で通水するとともに、各種１０１．１０２
の下方より５００　ｍｊ　７分で曝気を行うことにより
、各種多孔質接触材を母材とした水浄化材の性能を調べ
た。ここで、上記製造例（１）、　（２）、　（３）で
製造した各多孔質接触材を上記第１及び第２の槽１０１
，１０２に充填して一次処理水を１０１／日の流速で通
水したものをそれぞれ試験例Ａ−１，Ａ−２゜Ａ−３と
した。

比較のため、多孔質接触材の代りに市販のバラス、軽石
２石灰石及びボリプ四ピレンで粒度５〜１０ｍのものを
接触材として用いたものをそれぞれ比較例Ｂ−１，Ｂ−
２，Ｂ−３゜Ｂ−４とした。

これら試験例Ａ−１〜Ａ−３及び比較例Ｂ−１〜Ｂ−４
の２〜３ケ月経過時において、その処理水の透明度、ｐ
Ｈ，ＢＯＤ及びＴ−Ｐ（全リン）、ＮＨニーＮ、　Ｎｏ
ニーＮ、　Ｎｏ；−Ｎの各濃度を各４回測定し、その平
均を第２表に示す。

第 ２ 表 この結果に示すようにＢＯＤ容積負荷１．０ｋｇ／日・
ゴの高負荷の処理においてＢＯＤ除去率は比較例が７７
〜８７％であるのに対して本発明法では９５％以上の高
い除去率を示した。またリンの除去率は比較例において
は２５％以下でほとんど除去できていないが、本発明方
法では９０％以上の高い除去率であった。さらに次工程
で脱窒素を行なうためには、有機体窒素及びＮＨニーＮ
をＮｏ’；−ＮあろいばＮ０８−Ｎに硝化させる必要が
あるが、本発明法によれば、ＮＨニーＮ容積負荷カｏ、
４ｋｇ／日・−の高負荷処理でも完全に硝化が進行して
おり、次工程で脱窒素が完全に行える状態となっている
。これに対し比較例では１０〜３０％のＮＨニーＮが残
っているので、たとえその後生物学的脱窒素工程を付加
してもこの残存のＮＨニーＮはそのまま流出されること
になる。

（試験例２） 試験例１と同様な実験装置を用い、製造例（４）に示す
各種多孔質接触材を使用して膠原−次処理水を処理して
多孔質接触材の空隙率の大小による浄化の違いを試験し
た。なお他の条件は試験例１と同様とした。この結果は
試験例１と同様２〜３ケ月の間の４回の測定結果の平均
を第３表に示す。

第 表 第３表に示すように、多孔質接触材の空隙率が５０％以
上の時にＢＯＤ除去、リン除去の効果が大きくかつ硝化
が充分に進む。なお、空隙率が９０％を超えると通水時
の浮き上り現象により槽より流出してしまうと同時に強
度低下が著しい。

この結果より多孔質接触材の空隙構造は、有機性汚水と
の接触機会を高めるとともに細孔、空隙内に微生物を着
床のために極めて重要である。また、同時に晶析してく
るカルシウムヒドロキシアパタイトの結晶成長のために
も極めて重要でリン除去効果に大きく寄与している。

したがって、使用済の多孔質接触材は微生物が多量に付
着していると共に、リンがカルシウムヒドロキシアパタ
イトの形で付着してお吟、且つ母体自体は多孔質である
ので、リン等の肥料として有用であると共に土壌の保水
力や通気性をも改良しうるものである。また、有用な汚
水処理に使用した後の廃棄物であるので、経済的価値も
大きい。

（試験例３） 試験例１のＡ−２で使用済となった接触材を粗砕したも
のをリン肥料として用いて、こまつなの栽培試験（ワグ
ネルボット）を行った。

なお、各ポットについて硫安及び塩加を同時に施用し、
また、比較対照品としては汚水処理に使用前の多孔質接
触材を用いた。

試験の結果、発芽後、生育が進むに従って、４ 汚水処理使用後の接触材を用いたものの方が生育が次第
に勝ってきて、明らかな施用効果が認められた。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る土壌活性材は、土壌
の保水力や通気性を改良する作用を有すると共に、特に
リン、窒素、珪酸。

石灰などの供給源となるものであり、また、有用な汚水
処理方法に供した後の廃棄物であるので非常に経済的な
ものである。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第４図は本発明にかかり、第１図及び第２図は
有機性汚水の処理方法の例を示す工程図、第３図は試験
例に用いた装置を示す説明図、第４図は第１実施例に用
いた汚水処理装置を示す説明図である。 図　　面　　中、 ３．１５は好気性炉床槽、 ５．１４は嫌気性炉床槽である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪酸質原料と石灰質原料とからなる水スラリーを
   気泡剤の存在下で発泡させると共に硬化させて得た発泡
   硬化物を水熱反応処理して得られ且つ５０〜９０％の空
   隙率を有する多孔質珪酸カルシウム水和物を主成分とす
   る多孔質接触材からなり、少なくともリン化合物を含む
   有機性汚水の処理に利用したものであることを特徴とす
   る土壌活性材。
2. （２）多孔質珪酸カルシウム水和物が、トバモライト、
   ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイ
   ロライト、ヒレプランダイトの群から選ばれる１種ある
   いは２種以上のものである請求項１記載の土壌活性材。