多孔質材料を用いた水質浄化実験のモニタリングとその評価 - 土木学会

土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)
Ⅲ-263
多孔質材料を用いた水質浄化実験のモニタリングとその評価
日本大学理工学部
正会員
下辺悟
日本大学大学院
学生会員 ○江戸将
循環式浸透ろ
１．はじめに
環境問題の一つに、水質汚染問題がある。様々な水
過試験では、図－
質浄化技術があるが、その改善方法の一つとして、多
2 に示す水平土壌
孔質材料の有効活用があげられる。多孔質材料とは、
カラム（長さ
その表面に大小無数の細孔が存在し、優れた調湿、吸
33cm、幅 13cm、
着、ろ過などを持つ機能性素材である。
高さ 12cm）を用
本研究は、これらの優れた特性を生かした水質浄化
図－2 水平土壌カラム装置
い、測定濃度調整した園芸用液体肥料を 20ℓ循環させる
機能をモニタリング手法により検討したものである。
たびに前述した測定を行った。
ここでは、ADR プローブ（以降、SM200 と呼ぶ）と 4
３．懸け流し式浸透ろ過試験の結果と考察
電極式土中導電率計（以降、4 極センサー（FES）と呼
各試料の懸け流し式浸透ろ過試験における流出水の
ぶ）を用いて、土壌カラム法に基づく多孔質材料の汚
水質特性について、図－3 に相対 COD（CODｒ）、図－4
濁原水浸潤による水質浄化過程について、その全体像
に pH の経時変化を示す。なお、COD の除去率につい
の把握を主眼としている。
ては、図－3 では COD の初期値が試験ごとに若干異な
1)
っているため、正規化表示としている。図－3 より、液
２．浸透ろ過試験の概要
懸け流し式浸透
体肥料での各試料における平均 CODｒの除去率は、珪
ろ過試験では、図－
藻土の場合 84％、ゼオライトで 69％、備長炭では 54％
１に示す鉛直土壌
を示した。一方、サンゴ砂は 20％の除去率で期待した
カラム（内径 12.5cm、
ほどの結果は得られなかった。
高さ 37cm）に粒径
1.2
0.850～2.000mm に
1
平均CODr
相対COD　（CODｒ）
サンゴ砂(液体肥料)
粒度調整した試料
（珪藻土、ゼオライ
珪藻土(液体肥料)
ゼオライト(液体肥料)
備長炭(液体肥料)
サンゴ砂(液体肥料)
懸け流し式
図－1 鉛直土壌カラム装置
ト、備長炭、サンゴ砂）と蒸留水を入れて飽和させて、
0.8
0.6
備長炭(液体肥料 )
0.4
珪藻土(液体肥料)
0.2
繰り返し前処理を行った後、貯水タンク内の濃度調整
ゼオライト(液体肥料)
0
した園芸用液体肥料を土壌カラム内に流入させた。カ
0
60
120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
経過時間　ｔ　（分）
図－3 相対 COD の経時変化
ラムの流出口から流出水が出水し始めたら、計測を開
10
始した。計測開始後、カラムからの流出量を考慮し、1
ア
ル
カ
リ
性
懸け流し式
9
時間から 6 時間は 30 分毎に、6 時間から 12 時間は 1 時
8
7
間毎に流出水の COD、pＨ、T－P（全リン）、T－N（全
酸
性
pH
6
窒素）
、気温、水温、湿度、流入出水量を測定した。さ
5
4
らに、流出水の電気伝導度 ECｗ、カラム内の所定位置
3
に挿入した SM200 および 4 極センサーの各出力電圧を
1
珪藻土(液体肥料)
ゼオライト(液体肥料)
2
備長炭(液体肥料)
サンゴ砂(液体肥料)
0
0
計測し、カラム内の浸潤過程のモニタリングとその評
60
120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
経過時間　ｔ　（分）
図－4 pH の経時変化
価を行った（図－1 参照）
。
キーワード水質浄化、多孔質材料、土壌カラム法、浸透ろ過実験
連絡先
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TEL 047-469-5241 FAX 047-469-2581
-525-
土木学会第65回年次学術講演会(平成22年9月)
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図－4 より、珪藻土の流出水の pH は試料の素材の影
その結果、図－6 より SM200 4 の予測体積含水率が
響を受け、酸性となった。ゼオライト、備長炭は弱ア
高い。これは SM200 4 が流出水出口に近く、カラム下
ルカリ性で安定している。サンゴ砂は、途中 pH が若干
部まで飽和しているためと考えられる。また図－7 より、
高くなるものの、ほぼ弱アルカリ性で安定した。図－5
4 極センサーの値が上部からカラム下部にかけて予測
に全リン、全窒素の経時変化を示す。その結果、珪藻
電気伝導度が低下し、さらに流出水の電気伝導度も低
土で全リンの値がかなり軽減された。ゆえに、珪藻土
くなっていることから、カラム内における水質浄化過
は全リンを吸着ろ過する特徴がある。また、ゼオライ
程のモニタリングが可能であることがわかった。
トは全リン・全窒素ともに吸着ろ過するようである。
４．循環式浸透ろ過試験の結果と考察
珪藻土の循環式浸透ろ過試験における計測データを
30
懸け流し式
ゼオライト(液体肥料.全リン)
備長炭(液体肥料.全リン)
サンゴ砂(液体肥料.全リン)
珪藻土(液体肥料.全窒素)
ゼオライト(液体肥料.全窒素)
備長炭(液体肥料.全窒素)
サンゴ砂(液体肥料.全窒素)
以下の図－8 に示す。なお、図中の 1～10 はサイクル数
である。
20
20
15
全リン (mg/ℓ）
汚濁原水
蒸留水
18
循環式珪藻土　(液体肥料)
全窒素(mg/ℓ）
COD (mg/ℓ）
10
16
全リン (mg/ℓ）、全窒素(mg/ℓ）、
ＣＯＤ　（mg/ℓ）、ｐＨ
全リン　T-P　(mg/ℓ)
全窒素　T-N　(mg/ℓ)
25
珪藻土(液体肥料.全リン)
pH
14
5
12
0
0
60
10
120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
経過時間　ｔ　（分）
図－5 T－P、T－N の経時変化
次に、浸潤浄化過程の全体像を珪藻土を一例として
示す。カラム内に挿入した SM200 の出力電圧から求め
8
6
4
2
0
0
1
＊
られた予測体積含水率 θw を図－6 に、4 極センサーか
ら得られた間隙溶液の電気伝導度 ECw＊と流出水の ECw
*
5
二
6
三
7
8
四
五
六
七
八
九
十
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
経過時間　ｔ　（時間）
図－8 より、循環式浸透ろ過試験における COD 除去
率は平均 27％となった。また、全リン、全窒素は循環
掛け流し珪藻土(液体肥料)
90
予測体積含水率　θw （％）
一
4
COD、pH の経時変化
れたキャリブレーション試験結果に基づいている。
サイクル毎に見ると、全リンの値が上昇すると全窒素
80
の値も上昇し、全リンの値が低下すると全窒素の値も
70
60
低下する傾向が見受けられる。pH は徐々に低下してい
50
40
くが、懸け流し式浸透ろ過試験よりは高い値を示し、
30
ＳＭ200 1
素材の影響を抑制してくれるようである。
ＳＭ200 2
20
ＳＭ200 3
10
ＳＭ200 4
５．結論
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
1
経過時間　ｔ　（分）
図－6 珪藻土における予測体積含水率の経時変化
2
予測電気伝導度　EＣw (dS/m)
流出水の電気伝導度　ＥＣw（dS/m）
掛け流し　珪藻土(液体肥料)
1.6
FES 2
FES 3
1.2
珪藻土の循環式浸透ろ過試験では、5 サイクル終了
時までは浄化機能が維持でき、それ以降は浄化機能
FES 1
1.4
懸け流し式浸透ろ過試験では珪藻土が最も高い水
質浄化機能を有している。
1.8
＊
3
図－8 循環式浸透ろ過試験による T－P、T－N、
を図－7 に示す。なお、いずれの値もあらかじめ求めら
100
2
が発揮されているとはいいがたく、試験方法の改善
FES 4
流出水の電気伝導度　ＥＣw
1
も含め今後の課題である。
0.8
参考文献
0.6
1）下辺悟・江戸将：多孔質材料による水質浄化実験、
0.4
0.2
第 64 回土木学会全国大会講演概要.
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
経過時間　ｔ　（分）
図－7 珪藻土における ECw＊、ECw の経時変化
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