平成２６年度「エコハイスクール推進事業」実施報告～お堀の水の浄化実験及びＰＶＡ樹脂の合成～本校、工業化学科では今年度、標記事業の「循環型社会づくり実践推進校」に指定され、平成２３年度から実施してきた松山城のお堀の水の浄化実験を引き続き行いました。以前、バッチ式で行ってきた浄化実験を今回は連続式の浄化装置を製作し浄化実験を行った結果を報告します。今回、連続式に変えた理由は微生物をＰＶＡ樹脂に定着させる際に吸着した培養液が浄化実験中に溶出しＣＯＤ値を上昇させていいたため溶出の様子を測定し除去する目的とＰＶＡ樹脂の割合を高くしてＣＯＤを下げる（ゼロにする）速度を早くする目的でおこないました。１実験方法 ①お堀の底の泥を採取し、培養液の中で３日間培養する。 ②ＰＶＡ樹脂を投入し２日間、繁殖・定着させる。 ③お堀の水を採取し、微生物を定着させたＰＶＡ樹脂を投入する。 ※ＰＶＡ樹脂はクラレ西条さんの排水処理施設で使用されているクラゲールを使用させていただきました。 ④定期的にサンプルを採取しＣＯＤを測定する。培養２定着 COD の測定連続式浄化実験装置の制作浄化装置の本体には廃棄されていた純水製造装置（昭和３２年製）の部品をリサイクルしました。連続式にするために上部に給水タンクを設置し、汚水を供給できるようにしました。下部より処理された水が取り出せるように二方コックを取り付けて流量を調整できるようにしました。空気を１分間当たり１Ｌの割合でバッキできるようエアポンプを取り付けました。製作した連続式浄化装置３結果 ①ＰＶＡ樹脂からの培養液の溶出浄化装置の中を流量を変えながらＣＯＤを測定した結果、流量をゼロにするとＣＯＤが上昇しました。このことからＰＶＡ樹脂に吸着した培養液が長い時間を掛けて溶出していることが分かりました。 25 4 流量とＣＯＤの関係 3.5 COD 20 3 流量 COD[mg/L] 流量[L/hr] 2.5 15 2 10 1.5 1 5 0.5 0 0 0 10 20 30 40 50 時間[hr] ②浄化実験の結果バッチ式で行った時、ＣＯＤの減少に６日間かかっていましたが、連続式で行ったところ約７時間で減少させることができました。今回、水に対するＰＶＡ樹脂の割合を体積比でバッチ式の２．５倍にした結果、微生物の数も増大し、著しくＣＯＤを下げることができました。浄化実験（連続式） 350 300 COD[mg/L] 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 時間[hr] 20 25 30 ４ＰＶＡ樹脂の合成市販されているＰＶＡ樹脂を学校の実験室で合成することを試みました。樹脂の特徴はＰＶＡゲルをホルムアルデヒドで架橋反応させて網目構造を形成させることです。（１）合成方法 ①重合度２０００のポリビニルアルコール１６％水溶液を調整する。 ②アルギン酸ナトリウム２％水溶液を調整し、この２種類の溶液を同量、よく混ぜ合わせる。 ※アルギン酸ナトリウムは球状にするために使用している。 ③この溶液を分液ロートに充填し、流量を調整して１％塩化カルシウム溶液に滴下して球状にする。 ④各溶液の濃度を変えて、滴下距離を調整することによって球状にする。 ⑤このゲル球を－５℃以下で凍結する。 ※ゲル球に含まれる水分を凍結・解凍することによって網目構造を形成させる。 ⑥つぎに凍結・解凍したゲル球を架橋剤で４０℃、２時間、ホルマール化をおこなう。架橋剤はホルムアルデヒド（1mol/L）、硫酸（2mol/L）硫酸ナトリウム（150g/L）に調整した水溶液を使用した。落下距離を調整４０℃でホルマール化完成した PVA 樹脂（２）合成結果特許内容を参考に合成したが、球状にすることはできませんでした。最初調整した溶液を薄めてポリビニルアルコール４％、アルギン酸ナトリウム１．３％水溶液を滴下距離４０ｃｍ以上で滴下することで球状にすることができました。凍結・解凍処理についてもゲル球が固まったまま行うと膨潤して球体が壊れてしまいましたがバラバラにして凍結・解凍後、ホルマール化することで強固な球状のＰＶＡ樹脂を合成することができました。５結果とまとめＰＶＡ樹脂の合成では市販品と全く同じ物はできませんでしたが溶液濃度や落下距離を調整することにより球状のゲル球を形成させることができました。また、網目構造を形成させるために行った凍結・解凍操作においても凍結させるときの並べ方や解凍方法を工夫することにより目的の物質に近づけることができました。お堀の水の浄化実験では連続式の浄化装置を用いてＰＶＡ樹脂の割合を高くすることで著しくＣＯＤの減少を早くすることができた。しかし、１２月から２月の寒い時期には水温が１０℃以下になりＣＯＤはほとんどゼロになることから浄化実験によってＣＯＤをゼロにできなかったことは非常に残念でした。この研究結果は１月に愛媛県の工業高校が参加して行われた生徒研究発表会で報告させていただき、愛媛大学の先生から今後のアドバイスを頂くと共に化学関係部会で最優秀賞を受賞しました。今後も工業化学科ではこのような環境保護活動に携わっていきたいと思います。