(57)【要約】【課題】水中の有用菌を安定して大量に保持すると共に、水中のリン及び窒素を効率的に吸着して、上記有用菌によって吸着したリン及び窒素を除去して、水質浄化の即効性、安定性を備えた水質浄化材を提供すること。【解決手段】陽イオン交換能を有する多孔質材料を、微細透過孔が形成された接着樹脂で以て、不織布の構成繊維表面に固着して成り、上記接着樹脂が有機溶媒に可溶な熱可塑性重合体であり、上記多孔質材料が製紙スラッジ焼却残渣をアルカリ水溶液で加熱処理して得られた生成物である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン交換能を有する多孔質材料を、微細透過孔が形成された接着樹脂で以て、不織布の構成繊維表面に固着したことを特徴とする水質浄化材。
【請求項２】
接着樹脂が、有機溶媒に可溶な熱可塑性重合体である請求項１に記載の水質浄化材。
【請求項３】
多孔質材料が、製紙スラッジ焼却残渣をアルカリ水溶液で加熱処理して得られた生成物である請求項１に記載の水質浄化材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼・貯水池・農業用池等の閉鎖性水域やダム流入河川、生活・産業排水等の用水路や飲料用地下水の浄化処理装置において、水の浄化やろ過に使用する水質浄化材に関し、特に水の富栄養化の主原因物質の一つであるリン成分（リン酸塩や有機リン、以下リンという））や水道法に基づく水質基準に関する省令で水質基準項目の一つに規定されている窒素（硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素、以下窒素という）を除去するようになしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水質浄化材として、不織布・織物・編み物・ネット・布帛等の多孔質基材が用いられている。これらは、水中のリンや窒素を栄養源とする有用菌を繊維表面に付着させて、微生物による生分解作用を利用したものである。
しかし、上記多孔質基材単独の水質浄化材によるときは、繊維表面に保持できる有用菌の量が少なく、また繊維表面に付着した有用菌が流水によって流されたり、有用菌の増殖が水質の変化によって左右される。このため、有用菌を安定的に保持することが困難であり、また有用菌の増殖が遅く、水質浄化効果が顕現するまで時間を要するだけでなく、不安定になっていた。
【０００３】
そこで、上記多孔質基材に多孔質無機粉体を接着樹脂により付着した各種の水質浄化材が提案されている（特開平８−２３８４９５号公報、特開平９−１９２６５６号公報、特開平９−２７６８９７号公報）。
【０００４】
まず、特開平８−２３８４９５号公報記載の水質浄化材は、通水性と処理面積を改良することを課題として、上記多孔質基材に多孔質無機粉粒体を熱接着性樹脂により付着したものである。この公報には、多孔質無機粉粒体として、珪藻土、活性炭、パーライト、カオリン、アロフェン、シラス、アルミナなどの開孔径が０．１ｎｍ〜１０００ｎｍ（１μｍ）の微細な多孔質構造を持つ無機粉粒体が使用されることが記載されている。また、熱接着性樹脂として、エチレン−酢酸ビニル系共重合体、酢酸ビニル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル系共重合体などの熱接着性樹脂を主成分とするものが適していることが記載されている。
【０００５】
また、特開平９−１９２６５６号公報記載の水質浄化材は、水中のリンを吸着することを課題として、上記多孔質基材にマグネシウム系無機粒子を接着剤により付着したものである。この公報には、接着剤として、アクリル系樹脂・塩化ビニル樹脂・塩化ビニリデン樹脂等を用いることが記載されている。
【０００６】
さらに、特開平９−２７６８９７号公報記載の水質浄化材は、水中のアンモニア性窒素を除去することを課題として、上記多孔質基材にアンモニアに対する選択吸着性のあるゼオライトを接着樹脂で付着したものである。この公報には、接着樹脂として、上記特開平８−２３８４９５号公報に記載と同一の熱接着性樹脂を主成分とするものが適していることが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、不織布の構成繊維表面に多孔質粉粒体を接着樹脂で固着した水質浄化材であって、多孔質粉粒体を改良し、さらに接着樹脂と多孔質粉粒体との接着構造を改良して、有用菌を安定して大量に保持すると共に、水中のリン及び窒素を効率的に吸着して、上記有用菌によって吸着したリン及び窒素を除去して、水質浄化の即効性、安定性を備えた水質浄化材を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の水質浄化材は、陽イオン交換能を有する多孔質材料を、微細透過孔が形成された接着樹脂で以て不織布の構成繊維表面に固着したことを特徴とする。
【０００９】
この手段によれば、陽イオン交換能を有する多孔質材料が不織布の構成繊維表面に機能発現可能な状態で固着されているから、多孔質材料の陽イオン交換能によって水中の窒素が確実に吸着され、かつ多孔質材料が含有するカルシウムと水中のリン酸とによりリン酸カルシウムが生成されリンが固定される。しかも接着樹脂の微細透過孔と多孔質材料の細孔とによって、水との接触面積が大幅に増大して、水中の有用菌が大量に捕捉され安定して保持される。
従って、吸着したリン及び窒素が有用菌の栄養源になり、有用菌が効率よく安定的に増殖して、水質浄化の即効性と安定性が大幅に向上される。
【００１０】
本発明において、接着樹脂としては、有機溶媒に可溶な熱可塑性重合体を用いることができる。このような接着樹脂を用いると、水質浄化材の耐水性が良好になると共に、有機溶媒の蒸発によって、不織布の構成繊維表面に付着した接着樹脂に微細透過孔が容易に形成される。よって、多孔質材料は、接着樹脂によって被覆される面積が減少して、水との接触面積が増加して、水質浄化機能が十分に発揮される。
【００１１】
また、多孔質材料としては、製紙スラッジ焼却残渣をアルカリ水溶液で加熱処理して得られる生成物が好適である。というのは、製紙スラッジ焼却残渣を利用すると、それまで埋立処分されていたものが水質浄化材として有用リサイクルされるからである。なお、製紙スラッジ焼却残渣は、スラッジを焼却することにより粘土鉱物が強熱減量として得られるものである。その成分は、性格上ばらつきが生じるがおよそ表１に示すとおりである。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１において、水質浄化材Ａは、不織布の構成繊維１の表面に、有機溶媒に可溶な接着樹脂２で以て、陽イオン交換性の多孔質材料３を、少なくともその一部が水と接触可能な状態で固着して成る。上記接着樹脂２には、無数の微細透過孔２ａを有して成る。
【００１５】
上記水質浄化材Ａの空隙率は、少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上が好適である。というのは、５０％未満になると、水が通過し難くなり、水との接触が少なくなり、水質浄化の十分な効果が期待し難くなるからである。
【００１６】
上記水質浄化材Ａは、不織布に、接着樹脂２と多孔質材料３とを有機溶剤（例えば、キシレン、トルエン、メチルシクロヘキサン等）に均一に希釈した溶液を、スプレー法や含浸法によって付着して形成することができる。
【００１７】
この場合において、不織布に対する多孔質材料の付着量は、重量比で、不織布１００部に対して、多孔質材料が１００〜７００部の範囲が好ましく、より好ましい範囲としては、３００〜５００部である。というのは、１００部未満になると付着量が少ないことで、水が多孔質材料と十分に接触せずに通過してしまい、水質浄化作用が低下する傾向になり、また７００部を越えると水質浄化材の空隙率が減少して５０％未満になり、透水性が悪くなり水質浄化材としての機能を果たさなくなってしまうからである。
【００１８】
また、接着樹脂と多孔質材料との配合比率（重量比）は、接着樹脂１００部に対して多孔質材料を５０〜７００部であり、より好ましい範囲としては３００〜６００部である。
【００１９】
上記多孔質材料が、粒径が１〜１００μｍの範囲のものが好適であるが、特に１〜３０μｍの範囲のものを用いると、同一重量での粉体の表面積を増加することができるという利点を有する。
【００２０】
そして、不織布に対する多孔質材料の付着量や接着樹脂と多孔質材料との配合比率等を適宜調整することによって、接着樹脂が不織布を構成する繊維表面全体に付着し、かつ多孔質材料が少なくとも一部を露出した状態で接着樹脂に均一に分散した水質浄化材を形成することができる。
【００２１】
ところで、上記不織布としては、繊維交点をバインダー樹脂で固定したレジンボンド、バインダー繊維を用いたサーマルボンド、繊維を機械的に交絡したニードルパンチ、水流により交絡したウォータジェットパンチのいずれのタイプでもよいが、水質浄化材の空隙率の点を考慮すると、サーマルボンドタイプ又はレジンボンドタイプが好適である。
【００２２】
不織布の構成繊維としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、その他生分解性繊維等を単独又は複数種類混合して用いることができる。また、主構成繊維の繊維径としては、５ｄｔｅｘ〜３００ｄｔｅｘ，好ましくは３０ｄｔｅｘ〜２００ｄｔｅｘの範囲のものが好適である。というのは、５ｄｔｅｘ未満の場合、立体的な空間が得られ難くなる傾向にあり、３００ｄｔｅｘを越えると、水が繊維表面と接触せずにそのまま通過してしまう割合が多くなる傾向になるからである。
【００２３】
また、接着樹脂としては、有機溶媒に可溶なスチレン系熱可塑性重合体が好適であり、具体的には、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ樹脂）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ樹脂）、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ樹脂）、エチレン系共重合体、プロピレン系共重合体、シリコン系共重合体をあげることができる。このような接着樹脂を用いると、耐水性が良好であると共に、加工時において、溶媒の蒸発によって形成された微細透過孔を有する構造にすることができる。
これによって、水質浄化材全体の表面積を増加することが可能になり、多孔質材料は、接着樹脂によって被覆される面積が減少し、水と接触する面積が増加して、水質浄化機能を十分に発揮することができる。
【００２４】
さらに、上記多孔質材料としては、カオリナイトを主成分とする粘土鉱物を含む製紙汚泥焼却灰又はカオリナイト粘土を、陽イオン交換性を高め、かつ表面に多数の細孔を有するように化学処理したものがよい。このような化学処理をした多孔質材料は、天然のゼオライトと比較して、陽イオン交換能が大きく、比表面積も活性炭と同等に大きく、十分な吸着機能を発揮することができる。
【００２５】
上記多孔質材料は、特開平１１−１１４５４９号公報の方法によって製造することができる。すなわち、例えば、製紙スラッジ残渣１ｋｇについて水酸化ナトリウム２〜３モルの水溶液を４〜５リットルの割合で混合し、１００〜１４０度の温度により加熱処理して得ることができる。
【００２６】
【実施例】
７０ｄｔｅｘのナイロン繊維１００％を用いて、目付４００ｇ／ｍ２　のランダムウェッブを形成し、スプレー法にてＳＢＲエマルジョンをウェブ両面に１５０ｇ／ｍ２　散布して繊維間を固定して不織布シートを作製した。
次に、この不織布シートを、下記配合条件の混合溶液に含浸した後、熱風乾燥処理（１５０℃×３０分間）して、溶剤を蒸発し、続いて厚み調整のために、熱ロール（温度１３０℃）によるカレンダー加工をして、付着量２３１０ｇ／ｍ２　，目付２８６０ｇ／ｍ２　，厚み２０ｍｍの水質浄化材を作製した。
配合条件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重量部
ＳＥＢＳ樹脂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１００部
多孔質材料（平均粒径５μｍ）　　　　　　　　　　　　　　４００部
溶媒（キシレン）
固形分濃度　５０．０％
【００２７】
（比較例１）
実施例の不織布シートに、多孔質材料に替えて天然ゼオライト（平均粒径５μｍ）を同様にして付着した水質浄化材を作製した。
【００２８】
（比較例２）
実施例の不織布シートに、ＳＥＢＳ樹脂に替えてエマルジョン型ゴム系接着樹脂（ＳＢＲ）により多孔質材料（平均粒径５μｍ）を同様に付着した水質浄化材を作製した。
【００２９】
次に、本発明品である実施例と比較例１、２の水質浄化材（巾５ｃｍ×長さ５ｃｍ）を用いて、総窒素量（Ｔ−Ｎ）２．２０ｍｇ／ｌ，総リン量（Ｔ−Ｐ）１．６２ｍｇ／ｌの河川原水が流れるようにした水路（巾６０ｃｍ×長さ１０ｍ×深さ６０ｃｍ）にて試験を行い、水路出口における河川原水のＴ−ＮとＴ−Ｐを測定したところ表２の結果が得られた。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表１から明らかなように、本発明品は、比較例１、２に比べて、Ｔ−Ｎ除去率、Ｔ−Ｐ除去率とも優れた効果を有していることが判明した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によるときは、陽イオン交換能を有する多孔質材料が微細透過孔を有する接着樹脂よって固着されているから、水との接触面積が増大して、水中のリン及び窒素を効率的に吸着することができると共に、有用菌を大量に捕捉して確実に保持することができる。よって、有用菌が吸着したリン及び窒素を栄養源として消費するため、水中のリン及び窒素を効率的に除去することができる。
【００３３】
また、不織布に陽イオン交換能を有する多孔質材料を確固に固着したから、上記粉体を脱落することなく種々の形状に成形して、広範囲の用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水質浄化材の一実施の形態を示す繊維表面の模式図である。
【符号の説明】
Ａ・・・水質浄化材
１・・・構成繊維
２・・・接着樹脂
２ａ・・微細透過孔
３・・・多孔質材料
【図１】
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