クレアテラ




  水質浄化用砒素吸着剤AS-CATCH2  
特許第3961558  
NETIS登録番号 KT-150112-A  


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P-CATCHカタログ
水質浄化用リン濾過材
P-CATCHカタログ

 

ピーキャッチの性質カタログ
ピーキャッチの性質カタログ
 

ピーキャッチによる水質浄化システム
ピーキャッチによる
水質浄化システム

 

使用済ピーキャッチの再利用
使用済ピーキャッチの再利用
 

As-Catch2カタログ1
As-Catch2カタログ1
 

As-Catch2カタログ2
As-Catch2カタログ2
 
 

砒素(As)を含む水や食料を摂取しつづけると、「角化症」や「色素脱失」などの砒素(ヒ素)中毒症を引起し、やがて「気管支炎」や「肝臓癌」を併発し死に至る。
砒素(ヒ素)中毒が南アジア、東南アジア、中国内モンゴルなどの広範な農村部で広がりつつあり、大きな社会問題となっている。これは皮肉にも農業開発に起因するもので、灌漑用に多量の地下水を汲み上げると地中に空気が入り込んで地中を酸化させるため、鉱物中の砒素(ヒ素)が地下水に溶けだすことが原因であるとされている。

 As-Catch2は砒酸、亜ヒ酸吸着力を著しく強化した活性が高い水酸化第二鉄で、砒素(ヒ素)吸着力が最も強いとされている吸着剤の6倍以上の吸着力を持った水質浄化用砒素(ヒ素)吸着濾過剤です。亜砒酸も前処理なしで効率よく吸着します。
安価で吸着能力が高いため工場排水は勿論のこと飲用水の浄化に適しています。
 
特長
 
  1.砒素(ヒ素)吸着力

 図1に示す吸着等温線からわかりますようにAs-Catch2の砒素(ヒ素)吸着力は極めて強く、図2に示すように砒素(ヒ素)吸着力が高いとされている製品の6倍以上で、0.01ppm以下の極低濃度の亜砒酸、砒酸を多量に吸着します。
画像の説明   画像の説明
図1 As-Catch2の砒素(ヒ素)吸着等温線(原液20mg/L、pH7.0、温度20℃)
  
画像の説明
図2 As-Catch2と他の砒素(ヒ素)吸着材の吸着等温線
(Awwa Research FoundationのArsenic Removal with Agglomerated Nanoparticle Mediaに記載。
市販中の砒素(ヒ素)吸着剤のスクリーニング試験で最も性能が高いとされた製品に関する吸着等温線にAs-Catch2のデータを加筆)
 
  2.砒素(ヒ素)吸着速度

 As-Catch2
の砒素(ヒ素)吸着速度は図3に示すように極めて速いため、通水速度が速くても砒素(ヒ素)を吸着するので、装置の小型化が可能です。
画像の説明   画像の説明
図3 As-Catch2の砒素(ヒ素)吸着速度(原液濃度20mg/L、As-Catch2 10g/L)
 
  3.砒素(ヒ素)吸着力のpH依存性

 As-Catch2
の砒素(ヒ素)吸着力は図4のようにpHにほとんど影響しません。図からAs-Catch2はpHにかかわらず砒素(ヒ素)を吸着することがわかります。
画像の説明    画像の説明
図4 砒素(ヒ素)吸着力のpH依存性(1時間振盪,原液濃度20mg/L、As-Catch2 10g/L)
 
  4.砒素(ヒ素)吸着力に及ぼす共存イオンの影響

 表1に示すように、地下水によく含まれているイオンがかなり多量に存在してもAs-Catch2の砒素(ヒ素)吸着力に及ぼす影響はほとんどありません。

共存陰イオン濃度(mg/L) ヒ酸除去率
0.0 100.0
SO42- 384.3 100.0
768.6 100.0
Cl- 70.9 100.0
141.8 100.0
NO3- 62.0 100.0
124.0 100.0
HCO3- 183.0 100.0
366.0 100.0


共存陰イオン濃度(mg/L) 亜ヒ酸除去率
0.0 100.0
SO42- 384.3 98.2
768.6 98.2
Cl- 70.9 98.8
141.8 98.9
NO3- 62.0 99.0
124.0 99.3
HCO3- 183.0 100.0
366.0 100.0

表1 As-Catch2の砒素(ヒ素)吸着力に及ぼす共存イオンの影響
砒酸イオン濃度20mgAs(Ⅴ)/L, 亜砒酸イオン濃度20mgAs(Ⅲ)/L, As-Catch2 10g/L)
 
  5.浄化処理水のpH

 As-Catch2中を通水しても処理水のpHにほとんど影響を与えません。
画像の説明   画像の説明
図5 As-Catch2処理水pHの経時的変化
 
  6.砒素(ヒ素)吸着の持続性

 As-Catch2
の砒素(ヒ素)吸着力は図6のように極めて強く、処理水の砒素濃度0.01mg/L以下を維持する期間は砒酸では原水平均濃度0.40mg/L、通水速度SV6.6で159日間で亜砒酸では原水平均濃度0.68mg/L、通水速度SV7.7で82日間です。その間の砒素(ヒ素)吸着量は砒酸では24mg/gで、亜砒酸では22mg/gです。
 本材は砒酸・亜砒酸濃度が0.1mg/Lの場合9万倍以上容積の水を浄化できます。
画像の説明   画像の説明
図6 As-Catch2処理による水中砒素(ヒ素)濃度の経時的変化(現在継続中)
 
  7.As-Catch2の物性

 As-Catch2
の主成分は水酸化第二鉄で一部硫酸第二鉄を含んでいます。成分は表2の通りで、人の健康に悪影響を与える元素を含んでいません。

全鉄(T-Fe) (%) 50.6 2価Fe0.58%、3価Fe50.0%
全硫黄(T-S) (%) 1.75 硫酸根として5.26%、Oは3.51%
全塩素(T-Cl) (%) 0.13
OH基(%) 44.0 元素分析結果から算出
重金属元素 検出されず
pH 5.0
電気伝導度(dS/m) 0.5
嵩比重(g/cm3) 0.68 (タッピング20回)
粒径(μm) 100~300

 

保存形態 水中
表2 As-Catch2の物性
 
 As-Catch2は特殊製法で作った、非晶質(図7参照)の水酸化第二鉄で粒径は0.1~0.3mmの顆粒です。
 顆粒を構成している微粒子の大きさは図8の電子顕微鏡写真でわかるように約0.7μmと小さく、これら物性がAs-Catch2の砒素(ヒ素)吸着力を強くしている理由です。
画像の説明   画像の説明
図7 X線回折測定チャート          図8 SEM電子顕微鏡写真
 
8.As-Catch2を用いる砒素(ヒ素)吸着装置の特長

As-Catch2の特性を活かし次の特長を持つ砒素(ヒ素)吸着装置を製造できます。

①.亜砒酸も事前に酸化処理することなく除去できる。
②.砒素(ヒ素)吸着域がpH3~9と広いので、処理前後のpH調整が要らない。
③.対象水中の共存イオンの影響をほとんど受けない。
④.凝集剤は不要。(凝集剤を使用する砒素(ヒ素)除去方式は砒素含有汚泥の処理が大変)
⑤.砒素(ヒ素)吸着速度が速くSV10で通水できるため、設備が小さくてすむ。
⑥.砒素(ヒ素)吸着能力が高いので、As-Catch2は長持ちし、取替え頻度は少ない。
   たとえば、200mlのAs-Catch2に砒酸濃度が0.1mg/Lの水を毎日40L通水しても、
   1年間以上にわたって砒素濃度を0.01mg/L以下にする。
⑦.砒素(ヒ素)飽和As-Catch2から砒素を効率よく抽出できるので砒素回収可能。
⑧.処理水量当たりの装置費、運転費が安価。
 
各種砒素(ヒ素)吸着材の性能とコスト比較

吸着剤の種類 As-Catch2 セリウム系 Fe系 Al2O3 MnO2 ジルコニウム系
吸着性 g/L-Ad
右欄水濃度を下欄
濃度にする時の
砒素(ヒ素)吸着力
1.0
mg/L
35 6.00 2.00 1.50 1.50 4.50
0.05
mg/L
19.25 2.00 1.00 0.75 0.75 0.30
吸着処理後砒素(ヒ素)濃度 mg/L <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.01
砒素(ヒ素)吸着可能pH域   3~9 5.8~8.6 5~6 4~6 4~7 7~9
亜ヒ酸の酸化   不要 不要 NaClO NaClO NaClO 不要
凝集剤の添加   不要 不要 不要
対象水のpH調整   不要 不要 H2SO4 HCl HCl
使用済吸着剤の再生  
通水速度(SV) m3/h・m3 10.0 10.0 5.0 5.0 5.0
砒素(ヒ素)吸着可能水量
右欄濃度の水を
0.01mg/L以下まで
吸着可能な水:吸着剤比
0.1
mg/L
180,000          
0.03
mg/L
  60,000        
0.12
mg/L
      20,000 15,000  
単価 円/L 4,200 4,000   1,250 1,250 6,000
処理ランニングコスト*1 円/m3 25 65~130*2   70+α*3 35+α*3  
廃棄物処理コスト*4  
総合評価  
※1 砒素濃度0.05mg/Lの流入水1m3を0.01 mg/L以下にするに要する吸着剤のコスト。
※2 同社発表資料記載のランニングコストを換算した。
※3 凝集剤添加による汚泥処理コストをαとした。
※4 廃棄物処理コストは廃棄吸着剤処理費と発生汚泥処理費を勘案した。
  以上のデータは「環境技術」2006, No.4, p.283-294を参考し,加筆した。
 

  As-Catch2に関する研究論文
 
研究論文 冊子名 発行
新規に合成した水酸化鉄のヒ素吸着特性
柳田友隆・江 耀宗・中村未来
水環境学会誌,36(5)
,149155
2013
新規に合成した水酸化鉄の亜ヒ酸吸着に及ぼす共存陰イオンの影響
  耀宗・柳田友隆・三谷知世
水環境学会誌,37(5)
,169-176

2014

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