(57)【要約】【課題】装置の小型化が可能であり、かつ取り扱いが容易であり、しかも長期間にわたり処理効率を高く維持することができる水質浄化装置を提供する。【解決手段】微生物を担持する担体１を用い、担体１は、繊維状の炭化物からなるものであり、好気条件下において、表層部が好気条件となり、かつ中央部が嫌気条件となるように形成されている。【選択図】　　図１
2004114000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を担持可能な担体を用いて好気条件の被処理水を浄化する水質浄化装置であって、
担体は、繊維状の炭化物からなるものであり、好気条件下において、表層部が好気条件となり、かつ中央部が嫌気条件となるように形成されていることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
担体は、活性炭素繊維からなるものであることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば湖沼、池、ダム、溜池、貯水池、河川、用水路、堀、運河、水槽、地下水などの水を生物学的に処理する水質浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生物学的に窒素除去等を行う浄化装置としては、微生物を固定化した包括固定化担体を用いたものや、炭素繊維からなる担体を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３４３６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
包括固定化担体を用いた浄化装置では、担体内に微生物が固定化されているため微生物相が変化しにくいことから、季節変化などにより被処理水の水質が変動すると、処理効率が悪化することがあった。このため、長期間にわたって処理効率を高く維持するのが難しかった。
また、包括固定化担体内での拡散抵抗により被処理物質と微生物との接触効率が低くなりやすいことから、多量の担体が必要となり、装置が大型化するという問題もあった。
さらに、包括固定化担体は、微生物の活性低下を防ぐため、保存や輸送の際に乾燥防止措置などが必要となることから、取り扱いが難しい問題があった。
炭素繊維からなる担体を用いた浄化装置では、通常、担体が好気処理（アンモニア態窒素やＢＯＤ成分の除去）に用いられており、脱窒などの嫌気処理を行う場合には、嫌気処理用の処理槽が別途必要となり、装置が大型化する問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、装置の小型化が可能であり、かつ取り扱いが容易であり、しかも長期間にわたり処理効率を高く維持することができる水質浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水質浄化装置は、微生物を担持可能な担体を用いて好気条件の被処理水を浄化する水質浄化装置であって、担体が、繊維状の炭化物からなるものであり、好気条件下において、表層部が好気条件となり、かつ中央部が嫌気条件となるように形成されていることを特徴とする。
担体としては、活性炭素繊維からなるものを用いるのが好ましい。
担体としては、最短径が１０ｍｍ以上であるものを用いるのが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の水質浄化装置の第１の実施形態を示すもので、ここに示す水質浄化装置は、微生物を担持可能な担体１が充填された担体充填層２が容器３内に設けられた浄化部４を有する。
図２に示すように、担体１は、複数の単担体１ａを集合させた構成とすることができる。
【０００７】
単担体１ａは、繊維状の炭化物からなるものである。
繊維状炭化物としては、ポリアクリルニトリル系、等方性ピッチ系、メソフェーズピッチ系、気相成長系などのものがある。
繊維状炭化物としては、活性炭素繊維を用いるのが好ましい。
活性炭素繊維としては、セルロース系繊維、ピッチ系繊維、フェノール系繊維、アクリル系繊維、ビニロン系繊維、レーヨン系繊維などの前駆体繊維を炭化および賦活したものが使用できる。
【０００８】
単担体１ａの形状は、特に限定されず、円柱状、角柱状、球状、半球状、多面体状などとすることができる。図示例において、単担体１ａは、多数の繊維状炭化物からなる略円柱状に形成されている。
単担体１ａの粒径は、３〜１０ｍｍとするのが好適である。図示する略円柱状の単担体１ａでは、軸方向長さに相当する粒径Ｌ１を３〜１０ｍｍとするのが好適である。
【０００９】
なお、図３に示すように、比較的長い繊維状炭化物（例えば長さ１０〜２００ｍｍ）からなる単担体１ｂを集合した担体１を用いることもできる。
【００１０】
担体１は、合成樹脂などからなる接着剤を用いて単担体１ａを互いに固定して集合させた構成とすることができる。
この場合には、単担体１ａ間の隙間が接着剤で完全に閉塞してしまうことがないように、隣り合う単担体１ａの間にのみ接着剤を介在させることによって、被処理物質（窒素成分やＢＯＤ成分）が担体１の内部に浸透できるようにするのが好ましい。
【００１１】
担体１は、複数の単担体１ａが固定化剤によって固定化された構造とすることもできる。固定化剤としては、ポリエチレングリコール系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルアミド系樹脂、アルギン酸塩、カラギーナン、寒天などを用いることができる。
担体１は、複数の単担体１ａを、透水可能なネット体内に収容した構造とすることもできる。ネット体としては、ポリエチレンなどからなるものが好適である。
担体１では、ひも状体を用いて複数の単担体１ａを束ねて集合させた構成とすることもできる。
【００１２】
担体１の形状は、特に限定されず、円柱状、角柱状、球状、半球状、多面体状などとすることができる。図１において、担体１は略円柱状（図２では略六角柱状）に形成されている。
担体１の粒径（最短径）は、３０〜２００ｍｍとするのが好ましく、５０〜１５０ｍｍとするのがさらに好ましい。
粒径がこの範囲未満であると、嫌気条件となる中央部が小さくなり、嫌気処理（脱窒）の効率が低下する。
粒径がこの範囲を越えると、中央部内に、被処理物質が到達しない部分が生じ、担体体積あたりの処理効率が低下する。
なお、担体１の最短径とは、粒径が最も小さい部分の長さをいい、例えば円柱状の担体であれば直径と軸方向長さのうち短い方を指し、直方体状の担体であれば最短辺の長さを指す。
図示例では、最短径Ｌ２は、略円柱状の担体１の軸方向長さに相当する。
【００１３】
図４に示すように、担体１は、好気条件下において、表層部５が好気条件となり、かつ中央部６が嫌気条件となるように形成されている。
すなわち、担体１は、好気条件の被処理水中において、被処理水中の酸素が拡散により表層部５には至るものの、中央部６には達しないように構成されている。
担体１は、表層部５の厚さが約５ｍｍとなるように形成するのが好ましい。
なお、好気条件とは溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌ以上（好ましくは５ｍｇ／Ｌ以上）であることを指し、嫌気条件とは溶存酸素濃度がこの範囲未満であることを指す。
【００１４】
以下、この水質浄化装置を用いた浄化処理過程を詳しく説明する。
本発明においては、被処理水として、湖沼、池、ダム、溜池、貯水池、河川、用水路、堀、運河、水槽、地下水などの水を例示することができる。一般に、これらの被処理水は、酸素が多量に溶存する状態（好気条件）となっている。
【００１５】
図１に示すように、給水機構７（ポンプ）を用い、給水経路８を通して、被処理水を浄化部４の担体充填層２に導入する。
担体１は、吸着能を有する繊維状炭化物からなるものであるため、被処理水中の被処理物質（窒素成分やＢＯＤ成分）は担体１の表面付近に吸着され、この表面付近での被処理物質濃度が高くなる。
このため、担体１の表層部５には、硝化菌や従属栄養菌などの好気性微生物が付着、繁殖する。これによって、この好気性微生物は表層部５に担持される。
被処理水中のアンモニア態窒素は、表層部５で硝化菌により硝化される。ＢＯＤ成分は従属栄養菌などにより酸化分解される。
被処理水は担体１の内部に浸透するが、被処理水の酸素は表層部５の好気性微生物により消費され、中央部６には達しない。
このため、担体１は、表層部５が好気条件となり、中央部６が嫌気条件となる。
【００１６】
嫌気条件の中央部６には、脱窒菌などの嫌気性微生物が付着し繁殖する。これによってこの嫌気性微生物は中央部６に担持される。
被処理水中の硝酸態窒素は、中央部６で脱窒菌による脱窒反応によって還元され、単体の窒素（窒素ガス）となり、系外に放出される。
【００１７】
このように、被処理水が担体充填層２を通過する過程では、担体１の表層部５で好気処理（硝化、ＢＯＤ酸化）が進行するとともに、中央部６で嫌気処理（脱窒）が進行し、被処理水から窒素成分、ＢＯＤ成分等が除去される。
窒素成分、ＢＯＤ成分等が除去された処理水は、排水経路９を通して排出される。
【００１８】
図５および図６は、担体１に活性炭素繊維を用いた場合と、それ以外の繊維状炭化物を用いた場合の担体１の内部構造の違いを模式的に示す図である。
図５（ａ）に示すように、活性炭素繊維１１は、多数の表面細孔を有し、表面積が大きいため、高い吸着能を有する。
このため、担体１に活性炭素繊維１１を用いた場合には、微生物の栄養源となる窒素成分やＢＯＤ成分がその表面に多く吸着され、活性炭素繊維１１の表面に、厚い微生物膜Ｍ１が付着する。
図５（ｂ）に示すように、担体１内部に浸透する被処理水中の酸素は、厚い微生物膜Ｍ１によって迅速に消費されるため、好気条件の表層部５の厚さは小さくなる。なお、図中、ＤＯ濃度とは溶存酸素濃度を意味する。
【００１９】
図６（ａ）に示すように、活性炭素繊維以外の繊維状炭化物１２を用いた場合には、繊維状炭化物１２の吸着能が比較的低いため、窒素成分やＢＯＤ成分の吸着量が少なくなり、微生物膜Ｍ２は薄くなる。
図６（ｂ）に示すように、微生物膜Ｍ２は薄くなるため、担体１に浸透する被処理水中の酸素が比較的深部まで達することから、好気条件の表層部５の厚さは大きくなる。
【００２０】
上記水質浄化装置は、担体１が、繊維状の炭化物からなるものであり、表層部５が好気条件となり、かつ中央部６が嫌気条件となるように形成されているので、以下に示す効果を得ることができる。
（１）担体１の表層部５で好気処理（硝化、ＢＯＤ酸化）が進行するとともに、中央部６で嫌気処理（脱窒）が進行する。
このため、１つの浄化部４内で好気処理（硝化、ＢＯＤ酸化）と嫌気処理（脱窒）とを同時進行させ、窒素成分およびＢＯＤ成分を効率よく除去できる。
従って、嫌気処理用の処理槽を別途設ける必要がなく、装置の小型化が可能となる。
（２）担体１を製造する段階で微生物を担持させる必要がないため、乾燥させた状態で担体１の保存や輸送が可能となる。
従って、包括固定化担体を用いる場合に比べ、担体１の取り扱いが容易となる。
（３）微生物を固定化した包括固定化担体を用いる場合に比べ、被処理水の水質に応じて担体１内の微生物相が変化しやすいため、季節変化などにより被処理水の水質が変動した場合でも、処理効率の悪化を防ぐことができる。
従って、長期間にわたって処理効率を高く維持することができる。
（４）吸着能力に優れた繊維状炭化物からなる担体１を用いるので、その表面付近に被処理物質（窒素成分、ＢＯＤ成分等）が吸着される。このため、担体１の表層部５に多くの好気性微生物が付着し、担体１内部に浸透する被処理水中の酸素が消費されやすくなる。
よって、嫌気条件の中央部６が十分な大きさとなり、嫌気処理（脱窒）が効率よく進行する。
従って、被処理水が好気条件である場合でも、被処理水中の硝酸態窒素を効率よく除去し、窒素除去効率を向上させることができる。
（５）包括固定化担体に比べ安価な繊維状炭化物を用いるので、低コスト化が可能である。
（６）繊維状炭化物として、活性炭素繊維１１を用いることによって、より多くの被処理物質（窒素成分、ＢＯＤ成分等）が担体１に吸着されるため、表層部５に多くの微生物を担持させることができる。
このため、嫌気条件の中央部６を十分な大きさとし、嫌気処理（脱窒）の効率を高めることができる。
従って、被処理水が好気条件である場合でも、被処理水中の硝酸態窒素を効率よく除去し、窒素除去効率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の水質浄化装置は、担体が繊維状の炭化物からなるものであり、表層部が好気条件となり、かつ中央部が嫌気条件となるように形成されているので、以下に示す効果を得ることができる。
（１）担体の表層部で好気処理（硝化、ＢＯＤ酸化）が進行するとともに、中央部で嫌気処理（脱窒）が進行するため、１つの浄化部内で好気処理と嫌気処理とを同時進行させ、窒素成分およびＢＯＤ成分を効率よく除去できる。
従って、装置の小型化が可能となる。
（２）担体を製造する段階で微生物を担持させる必要がないため、乾燥させた状態で担体の保存や輸送が可能となる。従って、担体の取り扱いが容易となる。
（３）包括固定化担体を用いる場合に比べ、被処理水の水質に応じて担体内の微生物相が変化しやすいため、被処理水の水質が変動した場合でも、処理効率の悪化を防ぐことができる。
従って、長期間にわたって処理効率を高く維持することができる。
（４）吸着能力に優れた繊維状炭化物からなる担体を用いるので、その表面付近に被処理物質（窒素成分、ＢＯＤ成分等）が吸着される。このため、担体の表層部に多くの好気性微生物が付着し、表層部で被処理水中の酸素が消費されやすくなる。
よって、嫌気条件の中央部が十分な大きさとなり、嫌気処理（脱窒）が効率よく進行する。
従って、被処理水が好気条件である場合でも、被処理水中の硝酸態窒素を効率よく除去し、窒素除去効率を向上させることができる。
（５）包括固定化担体に比べ安価な繊維状炭化物を用いるので、低コスト化が可能である。
（６）繊維状炭化物として、活性炭素繊維を用いることによって、より多くの被処理物質（窒素成分、ＢＯＤ成分等）が吸着されるため、嫌気条件の中央部を十分な大きさとし、嫌気処理（脱窒）の効率を高めることができる。
従って、窒素除去効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水質浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の水質浄化装置に使用可能な担体の一例の構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の水質浄化装置に使用可能な担体の他の例の構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の水質浄化装置に用いられる担体の一例の内部構造を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）本発明の水質浄化装置に用いられる繊維状炭化物の一例である活性炭素繊維を模式的に示す説明図である。（ｂ）（ａ）に示す活性炭素繊維を用いた場合の担体の内部構造を模式的に示す断面図、および担体内部の溶存酸素濃度を示すグラフである。
【図６】（ａ）本発明の水質浄化装置に用いられる繊維状炭化物の他の例を模式的に示す説明図である。（ｂ）（ａ）に示す繊維状炭化物を用いた場合の担体の内部構造を模式的に示す断面図、および担体内部の溶存酸素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・担体、５・・・表層部、６・・・中央部、１１・・・活性炭素繊維、１２・・・繊維状炭化物
【図１】
2004114000.tif 000003
【図２】
2004114000.tif 000004
【図３】
2004114000.tif 000005
【図４】
2004114000.tif 000006
【図５】
2004114000.tif 000007
【図６】
2004114000.tif 000008