(57)【要約】【課題】自然環境に優しく、汚染物質の量的変動に柔軟に対応でき、且つ比較的安価に製造することのできる生物膜水浄化装置を提供する。【解決手段】炭素質繊維槽６と前記炭素質繊維槽の後段に連設した木炭槽２０とを有する生物膜水浄化装置１００であって、炭素質繊維槽６がその内部に通気管１６と炭素質繊維を揺動自在に取りつけた生物膜担体１０とを収納すると共に、木炭槽２０がその内部に通気管２４と木炭３２を充填した木炭カートリッジ２８とを収納してなる生物膜水浄化装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質繊維槽と前記炭素質繊維槽の後段に連設した木炭槽とを有する生物膜水浄化装置であって、炭素質繊維槽がその内部に送気管と炭素質繊維を揺動自在に取りつけた生物膜担体とを収納すると共に、木炭槽がその内部に送気管と木炭を充填した木炭カートリッジとを収納してなる生物膜水浄化装置。
【請求項２】
炭素質繊維が、炭素繊維、酸化繊維、又は活性炭素繊維である請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項３】
炭素質繊維がサイズ剤を含む請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項４】
炭素質繊維がサイズ剤を含まない請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項５】
炭素質繊維がストランド、紐、編織物、不織布、マット、又はモールヤーンに形成された請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項６】
モールヤーンが、炭素質繊維ストランドに、その長手方向に直交して短い炭素質繊維を接着してなる請求項５に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項７】
炭素質繊維槽の前段に流量調整槽を設けてなる請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【請求項８】
木炭槽の後段に沈殿槽を設けてなる請求項１に記載の生物膜水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物膜接触酸化方式により処理用原水を浄化処理する生物膜水浄化装置に関し、更に詳述すれば本発明は炭素質繊維及び木炭を生物膜担体に用いる生物膜水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、家庭排水、工場排水、河川、沼等の水の浄化方法として、バクテリア等の微生物、或は微小生物等の生物膜を形成させた担体を用いて水中の汚染物質を生物的に接触酸化分解する方法がある。
【０００３】
生物膜を形成させる担体としては、石英粗面岩、活性炭、木炭、蛎殻、ポリアミド綱等が知られている（特許文献１）。
【０００４】
これら各種の担体のうち、木炭は細孔が多いため表面積が広く、吸着性があり、生物的、化学的にも安定で自然に対して優しく安全な担体である。しかし、実際に生物膜を形成させる担体として使用すると、比較的短期間に生物膜により細孔が塞がれて表面積が減少し、このため生物的な接触酸化分解能が低減する問題がある。このため汚染物質が高濃度の場合、又は汚染物質の濃度変動が大きい場合は、完全に汚染物質の浄化処理ができない場合がある。
【０００５】
一方、生物膜を担持させる担体としてアクリル繊維を酸化して得られる酸化繊維、又は炭素質繊維を用いる報告がある。炭素質繊維は微生物が早く、多く固着することも記載されている（特許文献２）。
【０００６】
また、炭素質繊維を結束したり、編んだり、織ったりして種々の形状に形成し、これを生物膜を担持させる担体に用いる接触酸化水浄化装置も報告されている（特許文献３）。
【０００７】
しかし、炭素質繊維は木炭等と比較し高価であり、このため浄化装置の製造コスト、及びランニングコストが高くなる問題ある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２９９９２号公報（請求項３）
【特許文献２】
特許第３１８４９０５号公報（請求項１、２、段落番号（０００４））
【特許文献３】
特許第２９５４５０９号公報（請求項１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、自然環境に優しく、汚染物質の量的変動に柔軟に対応でき、且つ比較的安価に製造することのできる生物膜水浄化装置を開発するため種々検討しているうち、生物膜担体として炭素質繊維と木炭とを組合わせて用いる場合、上記問題を解決できることを知得した。従って、本発明の目的とするところは上記問題を解決する生物膜水浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００１１】
〔１〕  炭素質繊維槽と前記炭素質繊維槽の後段に連設した木炭槽とを有する生物膜水浄化装置であって、炭素質繊維槽がその内部に送気管と炭素質繊維を揺動自在に取りつけた生物膜担体とを収納すると共に、木炭槽がその内部に送気管と木炭を充填した木炭カートリッジとを収納してなる生物膜水浄化装置。
【００１２】
〔２〕  炭素質繊維が、炭素繊維、酸化繊維、又は活性炭素繊維である〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１３】
〔３〕  炭素質繊維がサイズ剤を含む〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１４】
〔４〕  炭素質繊維がサイズ剤を含まない〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１５】
〔５〕  炭素質繊維がストランド、紐、編織物、不織布、マット、又はモールヤーンに形成された〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１６】
〔６〕  モールヤーンが、炭素質繊維ストランドに、その長手方向に直交して短い炭素質繊維を接着してなる〔５〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１７】
〔７〕  炭素質繊維槽の前段に流量調整槽を設けてなる〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１８】
〔８〕  木炭槽の後段に沈殿槽を設けてなる〔１〕に記載の生物膜水浄化装置。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１を用いて本発明の一例につき説明する。
【００２０】
図中、１００は生物膜水浄化装置で、２は流量調整槽である。汚染物質を含む原水は原水流入管４を通って、流量調整槽２に供給され、原水３は一時的にこの中に貯留される。流量調整槽２内の原水３は、次いでポンプＰにより三角堰流量計量槽５に送られ、一定量が後述の炭素質繊維槽６に送られる。余った原水はオーバーフローして流量調整槽２に戻る。これにより、原水中の汚染物質の濃度変動及び流量変動が緩和される。
【００２１】
前記流量調整槽２の後段（下流側）には炭素質繊維槽６が設けられており、流量調整槽２中の原水３はオーバーフロー部８を通って炭素質繊維槽６内に供給される。１０は、炭素質繊維槽６内に設けられた生物膜担体で、枠体１２に多数の炭素質繊維１４が垂直方向に揺動自在に張設されている。
【００２２】
図２は上記生物膜担体１０の拡大図である。この図においては、枠体１２に炭素質繊維１４が所定間隔で張設されている。炭素質繊維１４の両端側はプラスチックチューブ等が被覆されて枠体１２に固定されることにより、炭素質繊維１４の切断が防止される。枠体１２の材質としては、特に制限が無く、プラスチック、強化プラスチック、竹、ステンレススチール等の金属、木材等が挙げられる。
【００２３】
炭素質繊維１４としては、通常の炭素繊維、酸化繊維、活性炭素繊維が含まれる。通常の炭素繊維としては、アクリル繊維、ピッチ、メゾフェースピッチを酸化性雰囲気中、加熱炉を用いて酸化して得た酸化繊維、及びフェノール樹脂繊維等を８００℃以上の不活性ガス中で炭素化して得られる炭素含有量が８５質量％以上の炭素質繊維、及び炭素含有量が９０質量％以上のアクリロニトリル系、ピッチ系、メゾフェース系、フェノール系の炭素繊維で、繊維直径が５〜１０μｍ、引張り強度が５００ＭＰａ以上、引張り弾性率が５０ＧＰａ以上の公知の繊維である。構成本数は１０００〜１００００００本のフィラメント束が好ましい。
【００２４】
また、炭素質繊維１４としては、特許第３１８４９０５号公報の段落番号（００２３）に記載されている、アクリル繊維を酸化して結合酸素量が４〜１５質量％の酸化繊維とし、更にこれを炭素化した結合酸素量が２質量％を超える炭素繊維であっても良い。
【００２５】
更に、炭素質繊維１４としては、アクリル繊維を酸化性雰囲気中で加熱炉で酸化することにより得られる、特許第３１８４９０５号公報の段落番号（００１９）に記載された、結合酸素量が４〜１５質量％の酸化繊維であっても良い。
【００２６】
更に上記炭素質繊維１４は、サイズ剤を含有していても良く、また含有していなくても良い。サイズ剤としては、微生物の固着を阻害しないものが好ましい。
【００２７】
具体的には、ポリエチレンオキシド・ポリプロピレンオキシドランダム共重合体のアルキルモノエーテル、ポリオキシエチレンポリシロキサン、セルロース誘導体、水溶性熱可塑性樹脂等がある。サイズ剤の付着量は０．１〜２質量％が好ましい。
【００２８】
図１において、１６は炭素質繊維槽６内のオーバーフロー部８近傍に挿入された送気管で、その先端は前記炭素質繊維槽６の底壁近くに配置されている。エアライン１８を通って供給される空気は、この送気管１６を通して炭素質繊維槽６の炭素質繊維槽水１７に吹込まれる。これにより、炭素質繊維槽水１７が曝気され、これに酸素が供給される。
【００２９】
炭素質繊維槽６内の送気管１６近傍の炭素質繊維槽水１７は、前記送気管１６から供給される空気が泡となって上方に移動するのに伴って上方に送られ（矢印ａ）、前記生物膜担体１０内を下方に流れる（矢印ｂ）。この際に、炭素質繊維槽水１７は炭素質繊維１４の表面に形成された生物膜と接触し、炭素質繊維槽水１７中の汚染物質が効率よく生物分解される。
【００３０】
炭素質繊維槽６内で、生物膜により浄化処理された炭素質繊維槽水１７は、次いでオーバーフロー部２２を通って炭素質繊維槽６の後段（下流側）に連結された木炭槽２０内に供給される。
【００３１】
オーバーフロー部２２の近傍には、炭素質繊維槽６と同様に送気管２４が挿入され、エアーライン１８から供給される空気が木炭槽２０内の木炭槽水２６に供給される。
【００３２】
木炭槽２０内には、木炭カートリッジ２８が配設されている。この木炭カートリッジ２８は、底部をメッシュ板で覆った円筒状のカートリッジ主体３０内に、木炭３２が充填されている。
【００３３】
木炭槽２０内の送気管２４近傍の木炭槽水２６は、前記送気管２４から供給される空気が泡となって上方に移動するのに伴って上方に送られ（矢印Ａ）、前記木炭カートリッジ２８内を下方に流れる（矢印Ｂ）。この際に、木炭３２の表面に形成された生物膜と接触し、木炭槽水２６中の汚染物質が効率よく生物分解される。
【００３４】
前記木炭槽水２６内で生物分解され、汚染物質が除去された木炭槽水２６は、次いでオーバーフロー部３３を通って後段（下流側）に連結された沈殿槽３４に送られ、ここで懸濁物等が沈降除去された後、沈殿槽水３６はオーバーフロー部３８を通って外部に放流される。
【００３５】
なお、上記説明においては、炭素質繊維槽６の後段に木炭槽２０を直接連結したがこれに限られず、炭素質繊維槽６と木炭槽２０との間に沈殿槽を介在させても良い。沈殿槽を介在させると、汚濁負荷が高い場合にも十分対応できる。更に、カートリッジ主体３０の形状は円筒状に限られず、角筒等任意の形状を採用できる。
【００３６】
また、上記説明においては、生物膜担体として、炭素質繊維を張設した枠体を例示したが、これに限られず、以下のような生物膜担体が好適に採用できる。
【００３７】
即ち、図３は、生物膜担体の他の例を示す。この例においては、生物膜担体は保持体６０とその表面に固着された多数の炭素質短繊維６２で構成されている。前記短繊維６は、その一部分が接着材で保持体６０に固着されており、短繊維６２の接着されていない部分が水中で自由に揺動するようになっている。この生物膜担体は、保持体６０の表面に接着材を予め塗布しておき、炭素質短繊維を振りかけたり、炭素質短繊維の中に挿入することにより簡単に製造できる。
【００３８】
図４は、生物膜担体の更に他の例を示す。この生物膜担体は、保持体６６に、比較的短い炭素質繊維６８を掛渡し、これを保持体６６に接着材で固着したり、クリップ等の固定具６９を用いて係止させている（図４（ｂ））。図４（ｃ）は前記保持体を多数アングル７０等に固定して用いる状態を示す。
【００３９】
図５は、２枚の板状保持体７４、７６間に比較的短い炭素質繊維７８を挟持させて生物膜担体を構成している。この場合は、図５（ｂ）に示すように、保持体の一端側を針金８０等で掛止することにより単位体積当り多数の生物膜担体を炭素質繊維槽に配設できる。
【００４０】
図６は、四角筒状の保持体８４の上端側及び下端側内周面に炭素質繊維８６の端部が固着された生物膜担体を示す。この生物膜担体は、図６（ｂ）に示すように、四角筒８５内に積重ねることにより炭素質繊維槽内に多数配設できる。
【００４１】
図７は、短い炭素質繊維８６の中央部を接着材や金属リング等の固着部材８７を用いて結束してなる生物膜担体を示す。炭素質繊維ストランドの長さは、５〜１０ｃｍが好ましい。この生物膜担体は、炭素質繊維槽内に固定することなく、炭素質槽水中に浮遊させた状態で使用する。
【００４２】
図８は、シート８８に比較的短い炭素質繊維９０の端部を固着した生物膜担体を示す。シート８８としては、一般織布、不織布が利用できる。特に炭素質繊維の不織布が好ましい。
【００４３】
図９は、保持体としての炭素質繊維束９０の外周に繊維束長手方向と直交して比較的短い炭素質単繊維９２を多数接着した構造のモールヤーンである。炭素質単繊維９２の長さは、炭素質繊維束９０の直径の２〜２０倍が好ましい。このような形態のモールヤーンは、例えば炭素質繊維束９０の外周に炭素質繊維を螺旋状に巻付け、部分的に繊維束９０と巻付けた単繊維とを接着した後、炭素質繊維束９０の長手方向に沿って、単繊維を切断することにより得られる。なお、炭素質繊維束９０の代りに、保持体として針金やプラスチック棒等を用いることもできる。
【００４４】
【実施例】
実施例１
図１に示す生物膜水浄化装置を製造した。調整槽２の容積は１．７ｍ３、炭素質繊維槽の容積は２．４ｍ３、木炭槽の容積は２．３ｍ３、沈殿槽の容積は１．４ｍ３であった。炭素質繊維槽内に生物膜担体として炭素繊維ストランド（東邦テナックス（株）製    ストランド１２Ｋ）を３２０ｇ張設した枠体を配設した。繊維同士の絡み合いを防ぐため、繊維ストランド同士の間隔を５０ｍｍとした。
【００４５】
木炭槽内に木炭カートリッジを配設した。木炭カートリッジの寸法は、１ｍｘ１ｍｘ１ｍの角筒状で、底面は金属網で覆った。内部に、５〜７ｃｍ角の釜だし木炭（赤松、杉、樫系の黒炭）を１４０ｋｇ充填した。
【００４６】
曝気用空気は、各槽に等量供給し、合計供給量は１時間当り１０ｍ３であった。
【００４７】
１週間の慣らし運転後、沼の水を本装置に供給した。結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
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比較例１
生物膜担体の代りに、木炭槽に配設した木炭カートリッジと同じ木炭カートリッジを炭素質繊維槽内に配設した以外は実施例１と同様の装置を用いて、実施例１と同様に操作した。結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2004188284.tif 000004
実施例２
実施例１の生物膜浄化装置を用いて、し尿処理水を処理した。表３に示すように、脱窒効果が確認された。
【００５０】
【表３】
2004188284.tif 000005
【００５１】
【発明の効果】
本発明の生物膜水浄化装置は、炭素質繊維を用いる生物膜担体と、木炭を生物膜担体とする木炭カートリッジとを組合わせる構成としているので、炭素質繊維を用いる生物膜担体のみで構成する生物膜水浄化装置と比較し、安価に製造できる。更に、木炭は天然物を利用して製造する物であり自然に優しい。更に、生物膜担体は汚染物質の量的変動に対し、柔軟に対応できるので木炭のみを用いる生物膜水浄化装置と比較して、負荷変動により柔軟に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明生物膜水浄化装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】生物膜担体の概要を示す拡大図である。
【図３】生物膜担体の他の例を示す拡大図である。
【図４】生物膜担体の他の例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はアングル組立て図である。
【図５】生物膜担体の他の例を示す（ａ）は部分図、（ｂ）は組立部分図である。
【図６】生物膜担体の他の例を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は組立図である。
【図７】生物膜担体の他の例を示す側面図である。
【図８】生物膜担体の他の例を示す斜視部分図である。
【図９】生物膜担体の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２    流量調整槽
３    原水
４    原水流入管
５    三角堰流量計量槽
６    炭素質繊維槽
８    オーバーフロー部
１０    生物膜担体
１２    枠体
１４    炭素質繊維
１６    送気管
１７    炭素質繊維槽水
１８    エアライン
２２    オーバーフロー部
２０    木炭槽
２４    送気管
２６    木炭槽水
２８    木炭カートリッジ
３０    カートリッジ主体
３２    木炭
３３    オーバーフロー部
３４    沈殿槽
３６    沈殿槽水
３８    オーバーフロー部
６０    保持体
６２    炭素質短繊維
６６    保持体
６８    炭素質繊維
６９    固定具
７０    アングル
７４、７６    板状保持体
７８    炭素質繊維
８０    針金
８４    保持体
８６    炭素質繊維
８７    固着部材
８８    シート
９０    炭素質繊維
９２    炭素質単繊維
１００    生物膜水浄化装置
【図１】
2004188284.tif 000006
【図２】
2004188284.tif 000007
【図３】
2004188284.tif 000008
【図４】
2004188284.tif 000009
【図５】
2004188284.tif 000010
【図６】
2004188284.tif 000011
【図７】
2004188284.tif 000012
【図８】
2004188284.tif 000013
【図９】
2004188284.tif 000014