(57)【要約】【課題】水浄化中に炭素繊維が抜けにくい水浄化材を提供する。【解決手段】本発明の水浄化材は、少なくとも炭素繊維を含む組紐を備える。本発明の水浄化材においては、前記組紐が、本線部１１と、本線部１１の側面から組紐を構成する炭素繊維の一部が突出して本線部１１の側面に設けられた枝線部１２とを有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも炭素繊維を含む組紐を備えることを特徴とする水浄化材。
【請求項２】
前記組紐が、本線部と、該本線部の側面から組紐を構成する炭素繊維の一部が突出して前記本線部の側面に設けられた枝線部とを有することを特徴とする請求項１に記載の水浄化材。
【請求項３】
前記組紐が、炭素繊維以外の少なくとも１種の他の繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の水浄化材。
【請求項４】
前記他の繊維が、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる１種以上の繊維を含むことを特徴とする請求項３に記載の水浄化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を浄化する際に用いられる水浄化材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖沼、海の水を浄化するために、または水質汚染の原因となる工場排水、温泉排水および家庭排水などの下水を処理するために、炭素繊維を利用した水浄化材を用いることが知られている。炭素繊維は、水を浄化する微生物が定着しやすいため、高い水浄化性能が得られる。例えば、特許文献１には、炭素繊維の織物を用いた水浄化材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３７１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、炭素繊維の織物からなる水浄化材を実際に海や川、排水処理場で用いると、水の力で揉まれ、繊維が織物組織から抜けて、バラバラになり、１０日も経たないうちに消失することがあった。その対策として、織物の端部を縫製して筒状や袋状等にすることが考えられるが、そのような形状にしても縫製部の繊維が直ぐに滑脱してしまい、その部分から解れて織物全体がバラバラになった。そのため、寿命が短期間であり、高価な炭素繊維を水処理に充分に利用できていなかった。
本発明は、水浄化中に炭素繊維が抜けにくい水浄化材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の水浄化材は、少なくとも炭素繊維を含む組紐を備えることを特徴とする。
本発明の水浄化材において、組紐に含まれる炭素繊維同士が組まれて拘束されているため、水浄化に用いた際に水の力でもまれても消失しにくい。そのため、本発明の水浄化材は寿命が長く、高価な炭素繊維を充分に利用できる。
【０００６】
本発明の水浄化材においては、前記組紐が、本線部と、該本線部の側面から組紐を構成する炭素繊維の一部が突出して前記本線部の側面に設けられた枝線部とを有することが好ましい。
本発明の水浄化材が枝線部を有すると、表面積が大きくなるため、微生物の定着量が多くなり、水浄化性能が向上する。
そのため、工場等から排出される排水の処理に対して、容積の小さな排水処理設備でも充分に処理が可能であり、広い敷地を有していなくても容易に排水処理できる。また、排水処理時の曝気量が少なくて済むため、電気代を削減でき、また、汚泥の発生量を減らすことができ汚泥処理経費を削減できる。これらのことから、排水処理費用を削減できる。
【０００７】
前記組紐は、炭素繊維以外の少なくとも１種の他の繊維をさらに含むことが好ましい。
一般に、担体に微生物を定着させる水浄化材においては、高い水浄化性能を維持するために、随時、活性の低下した微生物を担体から除去する必要があるが、水浄化材が炭素繊維からなる場合には、微生物が強固に定着するため、容易には除去できず、メンテナンスに多大な労力を要した。
しかし、他の繊維を有すると、定着した微生物の付着力が適度に低下し、活性が低下した微生物を水浄化材から取り除く除去作業が容易となり、メンテナンス性を向上させることができる。
また、枝線部を有して水浄化材の表面積を増やした場合、枝線部に他の繊維が含まれるとよい。
枝線部の炭素繊維は微生物の付着によって集束して一体化して開繊性が低下する傾向にある。開繊性が低下すると、水浄化に利用される面積が減少し、水浄化性能が低下する。
しかし、枝線部に他の繊維が含まれると、微生物の付着量を適度に抑えることができ、微生物の付着による繊維同士の集束を抑制できる。そのため、長期間使用した際にも水浄化材の表面積を高いまま維持できる。したがって、長期間使用しても水浄化性能を維持できる。
【０００８】
本発明の水浄化材において、前記他の繊維が、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる１種以上の繊維を含むことが好ましい。これらの繊維を用いれば、強度が向上し、耐久性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水浄化材は、水浄化中に炭素繊維が抜けにくく、長期間使用可能である。また、炭素繊維に加えて他の繊維を含めば、水浄化性能の低下を抑制でき、容易にメンテナンスできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の水浄化材の一実施形態を示す写真である。
【図２】本発明の水浄化材の他の実施形態を示す写真である。
【図３】実施例２における試験１の後の水浄化材への微生物の付着状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る水浄化材について説明する。
本実施形態の水浄化材は、図１に示すように、組紐であって、本線部１１と、本線部１１の側面から組紐を構成する炭素繊維の一部が突出して設けられた枝線部１２とを備える。
【００１２】
水浄化材を構成する組紐は、長手方向に対して垂直方向の断面が円形状の丸打組物からなる。また、組紐（丸打組物）の本線部１１の断面形状は、円形状であっても四角形（角打組物）等の多角形であってもよいが、繊維の切断を防ぐ点から、円形状が好ましい。さらに、本線部１１は筒状であってもよいし、中実でもよい。
本線部１１の長さは特に限定されるものではなく、水処理する場所に応じて、数ｃｍ〜数十ｋｍの長さの範囲で調整される。
【００１３】
本実施形態では、本線部１１の側面から突出した枝線部１２が輪奈状（環状）になっている。
枝線部１２の、本線部１１の側面からの長さは、１ｃｍ〜２０ｃｍであることが好ましく、３ｃｍ〜１０ｃｍであることがより好ましい。枝線部１２の長さが１ｃｍ以上であれば、水浄化の効果がより大きくなり、２０ｃｍ以下であれば、微生物の付着による繊維同士の集束を抑制しやすくなり、繊維の開繊性が向上して、水浄化材の表面積の低下を防ぐことができる。
【００１４】
本実施形態における組紐は、炭素繊維と、炭素繊維以外の少なくとも１種の他の繊維により構成されている。
ここで、炭素繊維としては、アクリル繊維から形成したＰＡＮ系炭素繊維、石油・石炭ピッチから形成したピッチ系炭素繊維、レーヨンから形成した炭素繊維のいずれであってもよい。
炭素繊維のフィラメント数は特に制限されない。例えば、炭素繊維は、フィラメント数が４８０００本以上のラージトウであってもよいし、２４０００本以下のレギュラートウであってもよい。レギュラートウとしては、例えば、２４０００本のトウ、１２０００本のトウ、６０００本のトウ、３０００本のトウ、１０００本のトウ等が挙げられる。
【００１５】
炭素繊維以外の少なくとも1種の他の繊維としては、例えば、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、綿、麻、絹、羊毛、レーヨン、トリアセテートなどの繊維が挙げられる。
これらの中でも、強度、微生物の親和性の観点からは、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
【００１６】
組紐における炭素繊維の含有割合は、水浄化性能の観点からは、０．１質量％以上が好ましく、１〜８０質量％がより好ましく、１０〜７０質量％がさらに好ましい。
【００１７】
また、水浄化材においては、組紐が筒状で、その内部（本実施形態では本線部の内部）に鉄材または多孔質材料が充填されてもよい。
筒状の組紐の内部に鉄材が充填された場合には、水中のリンの除去効果を向上させることができる。
鉄材を充填する場合には、組紐の内径は、０．０１〜５０ｃｍが好ましく、０．０５〜１０ｃｍがより好ましい。組紐の内径が０．０１ｃｍ以上であれば、充分な量の鉄材を組紐内部に充填でき、５０ｃｍ以下であれば、浄化する水域における水浄化材の表面積の割合が大きくなり、より高い水浄化効果を確保できる。
【００１８】
組紐内部に充填された鉄材は、水浄化材の水への浸漬時間が長くなるにつれて、溶出量が多くなり、次第に細くなっていく。組紐は長さ方向に伸びやすく、内径が小さくなりやすい。そのため、組紐内部の鉄材が次第に細くなっても、それに追従して組紐の内径が小さくなるので、炭素繊維と鉄材とを接触させ続けることができ、長期間にわたって優れた水浄化性能を維持する。
【００１９】
多孔質材料を組紐の内部に充填する場合には、汚泥の発生を抑制することができる。多孔質材料としては、珪藻土および汚泥の少なくとも一方を含む配合物を焼成して得た多孔質セラミックス焼結体の破砕粒が好ましい。前記多孔質セラミックス焼結体の破砕粒によれば、微生物がより定着するため、より優れた水浄化性能が得られる。
【００２０】
多孔質材料を充填する場合には、組紐の内径は、０．５〜５０ｃｍが好ましく、１〜１０ｃｍがより好ましい。組紐の内径が０．５ｃｍ以上であれば、充分な量の多孔質材料を組紐内部に充填でき、５０ｃｍ以下であれば、浄化する水域における水浄化材の表面積の割合が大きくなり、より高い水浄化効果を確保できる。
【００２１】
水浄化材の水中での固定方法については特に制限はない。例えば、水浄化材の一端のみを、棒、ロープ、金属線等の固定部材に取り付け、前記固定部材を水面上に配置し、水浄化材を水中に向けて吊り下げてもよい。また、水浄化材の両端を前記固定部材に取り付け、一方の固定部材を水面上に配置し、他方の固定部材を水中に配置してもよい。また、水浄化材の両端を枠体に鉛直方向または水平方向に取り付け、その枠体ごと、水中に浸漬してもよい。
その際、水浄化材の本数は１本である必要はなく、水浄化性能をより高めるためには、複数本であることが好ましい。
【００２２】
上記水浄化材は組紐により構成されているため、炭素繊維同士が組まれて（他の繊維を含む場合には、炭素繊維と他の繊維も組まれて）拘束され、水処理用時に抜けて流出することを防止できる。また、上記水浄化材では、本線部１１の組紐の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部１２を有し、表面積が大きくなるため、多くの微生物を定着させることができ、水浄化性能を向上させることができる。
微生物が多く付着しすぎると、微生物の付着によって炭素繊維同士が集束して開繊性が低下し、かえって表面積を低下させる上に、微生物の付着力が強くなる傾向にある。そのため、組紐を構成する繊維が炭素繊維のみからなり、枝線部１２を有する場合には、水浄化性能を損ない、また、メンテナンス性が低下するおそれがある。しかし、上記水浄化材を構成する組紐は、炭素繊維以外に他の繊維を含むため、微生物の定着を適度に抑制できる。そのため、微生物の付着による炭素繊維の集束を防ぐことができ、開繊性を確保でき、表面積を高いまま維持できる。さらに、定着した微生物の付着力を適度に低下させることができるため、水をかけるだけで水浄化材から微生物を容易に除去でき、メンテナンス性に優れる。
【００２３】
また、上記水浄化材では、従来の排水処理設備よりも小型化できるため、敷地が狭く、排水処理設備を設置できなかった場所においても排水処理が可能となり、設備費を削減できる。また、排水処理時の曝気量も３０％〜９５％程度減らすことができ、排水処理時の電気代を削減できる。また、排水処理時に発生する汚泥の量を２０〜９９％程度削減でき、汚泥処理費用、排水処理時のランニングコストも削減できる。さらに、汚泥の沈殿槽を小さく又は省略することができ、排水処理設備の面積の縮小、排水処理の経費を削減できる。
【００２４】
なお、本発明の水浄化材は、上記実施形態に限定されない。例えば、図２に示すように、枝線部は輪奈状でなくてもよく、輪奈が切断されて、端部１３ａを有する非環状の枝線部１３でもよい。
また、組紐は、丸打組物に限らず、平打組物であってもよい。
また、本発明の水浄化材は、枝線部を有さないものであってもよい。また、本発明の水浄化材は、他の繊維を有さず、炭素繊維のみで構成されていてもよい。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例を挙げてさらに本発明を詳細に説明する。
なお、各種の測定は以下の方法にておこなった。
【００２６】
（ＢＯＤ）  ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ２１、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ３２．３  隔膜電極法
（ＳＳ）  昭和４６年環告第５９号付表８  ろ過重量法
【００２７】
なお、以下の例において、組紐を構成する各繊維には以下のものを用いた。
炭素繊維：ＰＡＮ系炭素繊維、１２０００本（１２Ｋ）、直径  ６．５μｍ
アクリル繊維（毛糸）：ホビーメイクアクリル並太（商標）、４８ｇ玉巻（約７９ｍ）、手芸の山久より購入。
アクリル繊維（スパン）：１７番手
【００２８】
（実施例１）
水浄化材として、組紐で、炭素繊維のみから構成された本線部と、本線部の側面から炭素繊維の一部が突出して設けられた枝線部（輪奈を切断したもの、本線部からの長さは５ｃｍ）とを有するものを用いた。本線部は筒状の丸打組物である。
なお、水浄化材は、本線部の長さが１ｍのものと１．８ｍのものを作製した。
【００２９】
実施例１の水浄化材を用いて、下記試験１をおこなった。
（試験１：バッチ試験）
タテ２．５ｍ、ヨコ１．２ｍ、高さ２ｍの槽に、小松精練株式会社から排出される水処理前の排水６ｍ３を入れ、その中に長さ１ｍの水浄化材２００本、１．８ｍの水浄化材を２００本吊り下げた。その水浄化材の上下は紐を用いて固定した。
次いで、小松精練株式会社において水処理に用いている微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）を１０リットル／日投入して、水処理を開始した。水処理の際には、水中の溶存酸素が２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気した。
【００３０】
水処理開始から１０日後のＢＯＤおよびＳＳの測定結果を表１に示す。ＢＯＤおよびＳＳは水処理前よりも大幅に低減されていた。また、水浄化材はバラバラにならず形状を維持していた。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
（実施例２）
水浄化材として、図２に示すような、組紐で、炭素繊維、アクリル繊維（毛糸）、アクリル繊維（スパン）から構成され、本線部１１と、本線部１１の側面から炭素繊維１３ｂおよびアクリル繊維（毛糸）１３ｃの一部が突出して設けられた枝線部１３（輪奈を切断したもの、本線部１１からの長さは５ｃｍ）とを有するものを用いた。本線部１１は筒状の丸打組物である。
水浄化材にける炭素繊維、アクリル繊維（毛糸）、アクリル繊維（スパン）の質量割合は、炭素繊維：アクリル繊維（毛糸）：アクリル繊維（スパン）＝３２：２８：４とした。枝線部１３における炭素繊維とアクリル繊維（毛糸）は、炭素繊維とアクリル繊維（毛糸）の質量割合は１：１とした。
また、水浄化材の内部には、芯材として、炭素繊維およびアクリル繊維（スパン）を挿入した。本線部と枝線部の炭素繊維、芯材の炭素繊維、芯材のアクリル繊維（スパン）の質量割合は、本線部と枝線部の炭素繊維：芯材の炭素繊維：芯材のアクリル繊維（スパン）＝３０：２：２とした。
なお、水浄化材は、本線部１１の長さが１ｍのものと１．８ｍのものを作製した。
【００３３】
実施例２の水浄化材を用いて、上記試験１および下記試験２、３をおこなった。
（試験１：バッチ試験）
タテ２．５ｍ、ヨコ１．２ｍ、高さ２ｍの槽に、小松精練株式会社から排出される水処理前の排水６ｍ３を入れ、その中に長さ１ｍの水浄化材２００本、１．８ｍの水浄化材を２００本吊り下げた。その水浄化材の上下は紐を用いて固定した。
次いで、小松精練株式会社において水処理に用いている微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）を１０リットル／日投入して、水処理を開始した。水処理の際には、水中の溶存酸素が２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気した。
試験後の実施例２の水浄化材では、枝線部の炭素繊維が、微生物の付着による集束が抑制され、開繊性が高くなっていた。そのため、図３に示すように、繊維が広がった状態で微生物Ａが付着しており、微生物Ａの付着量が多かった。
【００３４】
（試験２：連続処理試験）
試験１の後、処理した水を取り除き、再度、前記の槽に小松精練株式会社から排出される水処理前の排水を連続供給した。排水の供給量は０．５ｍ３／ｈとし、これに合わせて微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）も連続投入（１リットル／日）して、水処理を施した。水処理の際には、試験１と同様に水中の溶存酸素が２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気した。また、槽内の滞留時間はおよそ１２時間とした。
【００３５】
実施例２では、曝気に要する電気代が４０円、余剰汚泥発生量が０．５ｋｇ／日であり、排水処理に要する費用等を大幅に削減できた。
上記水浄化材を用いない従来の排水処理方法では、処理能力が低く、実施例２の条件では水処理できなかった。すなわち、従来の排水処理において、実施例２と同程度にまで浄化するためには、１２ｍ３／日（０．５ｍ３／ｈ）の流入量で、容積１２ｍ３の処理槽を必要とし、滞留時間が２４時間、曝気に要する電気代が１８０円／日、余剰汚泥発生量が５ｋｇ／日であった。
【００３６】
（試験３：メンテナンス性試験）
試験２の後の微生物が付着した水浄化材に家庭用散水ホースを用いて水をかけて、微生物を除去させた。その際の、微生物の除去のしやすさにより、メンテナンス性を評価した。
その結果、実施例２では、微生物を除去することができた。対比のため、組紐を構成する繊維が炭素繊維のみからなること以外は実施例２と同様の実施例１の水浄化材を用いて排水処理した後、メンテナンス性を評価したところ、微生物の除去は困難であった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の水浄化材は、優れた水の浄化能力を有するため、滞留しやすい湖沼水の処理や、工場などから排出される排水の連続処理を行うこともできる。
【符号の説明】
【００３８】
１１  本線部
１２，１３  枝線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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