(57)【要約】【課題】下水、工場排水、生活排水等の汚水を生物膜接触酸化法により水処理するに当たり、炭素の粒子や粉末を合成樹脂に混入または添着した含炭素材または／および炭素繊維を房とする水処理用フリンジ型生物膜担体、該担体からなるユニットおよび浄化方法を提供する。【解決手段】水処理するに当たり接触材が合成繊維の芯材と炭素繊維または／および炭素の粒子を合成樹脂に混入または添着した含炭素材または／および炭素繊維の房が直交し、房長さａと房長さｂの割合ｂ／ａが前者が０．５〜２．５で、後者が１．０〜２．５の水処理用フリンジ型生物膜担体であり、好ましくは、該担体の隣接する房の向きが異なるように芯材両端を筒状布材に固定した水処理用フリンジ型生物膜担体ユニット（図３）である。また、該担体または／およびユニットを水中に設置し、水中底部からメンブラン型散気管を用いて微細気泡を全面散気する水処理方法である。【選択図】      図３
2004330156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成繊維からなる芯材と炭素粒子を含む合成樹脂からなる含炭素材の房を直交に固定した水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体。
【請求項２】
房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが０．５〜２．５であることを特徴とする請求項１に記載の水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体。
【請求項３】
芯材と房が弾性を有する接着剤または／およびつかみ織りにより固定した請求項１または／および請求項２に記載の水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体。
【請求項４】
合成繊維からなる芯材と炭素繊維からなる房を直交且つ房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが１．０〜２．５になるように弾性を有する接着剤または／およびつかみ織りにより固定した水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体。
【請求項５】
請求項１または／および請求項２または／および請求項３に記載の含炭素材フリンジ型生物膜担体または／および請求項４に記載の水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体の隣接した房が異方向に且つ芯材の両端が筒状布材に固定された水処理用フリンジ型生物膜担体ユニット。
【請求項６】
請求項１または／および請求項２または／および請求項３に記載の水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体または／および請求項４に記載の水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体または／および請求項５に記載の水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットを水中に配置し、水中底部からメンブラン型散気管を用いて微細気泡を全面散気することを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は下水、工場排水、生活排水等の汚水を微生物により浄化する生物膜担体および方法に関するものである。より詳しくは、合成繊維の芯材と炭素粒子を含む合成樹脂からなる炭素材（以下、含炭素材という）または／および炭素繊維の房からなる水処理用フリンジ型生物膜担体、水処理用フリンジ型生物膜担体ユニット、およびそれらを用いて微細気泡散気して水浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、下水、工場排水、生活排水などの汚水を浄化する方法として、該汚水を入れた水槽中に配置した散気管を用いて曝気して水中の溶存酸素濃度を所定量に維持する一方、水中に生物膜担体としてナイロン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等からなる合成樹脂の繊維状物やその編織・不織布等からなる組織体やフイルム、板状物などを浸漬させて、該担体表面にバクテリア、好気性菌、微生物あるいは微小生物を繁殖、増殖させることによって水中の栄養分を消費してＢＯＤ、ＣＯＤ成分を低減した処理水としたのち、別途に設けた沈殿槽に移流後に浮遊物質であるＳＳ成分を沈降分離することによって浄化した水をつくる生物膜接触酸化法が用いられている。
【０００３】
特に、生物膜接触酸化法では、特開平８−２６６１８４号公報、特開平８−２９０１９１号公報、特開平１０−２３９７６７号公報、特開平１１ー９０４７２号公報、に示されるように、水浄化に使用される生物膜担体として炭素質繊維（以下、炭素繊維と言う）や炭素繊維のストランドまたは織物、編物、紐、綱などの形態に加工した組織体からなる炭素繊維生物膜担体を河川や汚水などの一定方向の流れや静止水中に配置して炭素繊維を構成している単繊維を開繊し揺動させることによって該繊維上により多くの好気性菌や微生物を固着して水中のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ成分などを低減して水浄化できることが公知となっている。また、近年、曝気法の一つとして微細気泡散気法があり、散気により局部的な乱流、撹拌を起こし、水と微細気泡との接触機会を増大させるため、既存の大口径から大容量散気して水槽汚水を旋回流することによって水処理する活性汚泥水処理法に比べて省エネルギーで効率的な溶存酸素濃度を実現できるので注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら公知の炭素繊維生物膜担体を汚水槽中に沈め、下部から微細気泡散気して局部的な乱流の中で炭素繊維を揺動させて水浄化した場合、炭素繊維に撚りがかかり、また構成している単繊維同士が絡まるなどにより単繊維間に汚水の出入りが困難になり、好気性菌や微生物などからなる汚泥の固着効果が極めて悪くなるという問題があった。特に、炭素繊維を房とするフリンジ型生物膜担体を用いて微細気泡散気した場合、炭素繊維が芯材や房同士で互いに絡まって好気性菌や微生物などからなる汚泥の固着が悪くなる他、芯材と固着した該汚泥の塊により所謂きりたんぽや串団子様のものが形成されるために、房である炭素繊維の重要な揺動効果が低下し、水中のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ成分などの汚染物質を十分に除去できないという問題があった。また、微細気泡散気により生ずる局部的な乱流により該生物膜担体の炭素繊維が長期間の屈曲動作により切断し好気性菌や微生物の固着が低下する傾向になるという問題があった。さらに、水処理するために炭素繊維を房とするフリンジ型生物膜担体を水槽中に配置する際に、取り付ける該担体を多くしなければならず、ステンレスなどの棒やパイプに適当な間隔で取り付けるための労力や作業時間が多大になるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、前記従来の問題点を解決し、下水、工場排水、生活排水などの汚水を生物膜接触酸化法により水処理するに当たって、房が芯材や房間で絡まず、切断せずに長期間水中で揺動して、水中のＢＯＤ、ＳＳ成分などの汚染物質を効率的に除去できる含炭素材からなる新規な水処理用フリンジ型生物膜担体（以下、水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体という）および炭素繊維を房とする水処理用フリンジ型生物膜担体（以下、水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体という）を提供することにある。また、汚水中に容易に設置して、房が芯材や房間で絡まず、切断せずに長期間水中で揺動して汚染物質を効率的に除去できる含炭素材フリンジ型生物膜担体および水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体のユニットを提供することおよび該フリンジ型生物膜担体を用いて水中のＢＯＤ、ＳＳ成分などの汚染物質を効率的に除去する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明者等は前記目的を達成するために鋭意検討した結果、炭素を混入または添着等によって含有させた含炭素材の房を芯材に固定した含炭素材フリンジ型生物膜担体および固定した房の長さと房間隔が適当な関係にあり、芯材と房を適度に固定した含炭素材および炭素繊維を房とするフリンジ型生物膜担体は水中で揺動して好気性菌や微生物を固着して水中のＢＯＤ、ＳＳ成分などの汚染物質を効率的に除去できることを見出した。また、該含炭素材フリンジ型生物膜担体および該炭素繊維フリンジ型生物膜担体の複数体を適当な間隔で、且つ、房を異方向になるように一体化したユニットは該生物膜担体を水中に容易に設置できること、さらに、該フリンジ型生物膜および該ユニットを微細気泡散気による水処理に適用した場合、房が芯材や房同士で絡むことなく、長期の揺動による固定された部分と固定されない部分の境界における屈曲摩耗や房同士の摩擦による損傷・切断もなく水中で揺動でき、良好に水処理ができることを見出し本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は合成繊維からなる芯材と炭素粒子を含む合成樹脂からなる含炭素材の房を直交に固定した水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体からなる。
【０００８】
前記生物膜担体の房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが０．５〜２．５である水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体からなる。
【０００９】
前記生物膜担体の芯材と房が弾性を有する接着剤または／およびつかみ織りにより固定した水処理用含炭素材フリンジ型生物膜担体からなる。
【００１０】
本発明は合成繊維からなる芯材と炭素繊維からなる房を直交且つ、房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが１．０〜２．５になるように弾性を有する接着剤または／およびつかみ織りにより固定した水処理用炭素繊維フリンジ型生物膜担体からなる。
【００１１】
前記含炭素材フリンジ型生物膜担体または／および炭素繊維フリンジ型生物膜担体の隣接した房が異方向に且つ芯材の両端が筒状布材に固定された水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットからなる。
【００１２】
前記含炭素材フリンジ型生物膜担体または／および前記炭素繊維フリンジ型生物膜担体または／および前記水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットを水中に配置し、水中底部からメンブラン型散気管を用いて微細気泡を全面散気することを特徴とする水処理方法からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施について詳述する。
【００１４】
本発明の房に用いられる含炭素材はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル系、ポリ塩化ビニリデンなどの公知の合成樹脂に炭素含有量が７０重量％以上の少なくとも３００℃以上で焼成または炭焼きした炭素材の粒子、粉末などを該合成樹脂に対して１〜５０重量％混入して繊維状およびフィルム状に成形したもの、または、該合成樹脂の繊維状物およびフィルムに該粒子または該粉末を接着剤と混合して添着させたもので、断面の外周が３０〜３００ミクロンメートルの円形断面または矩形断面などをした細長い繊維状、帯状のものが好ましい。繊維状や帯状の細長いものは該合成樹脂の公知の紡糸法やフィルムを成形法により紡糸前に該炭素材の粒子、粉末などを混入して口金を通して紡出して作製するまたは形成したフィルムを細長く切断して作製したものが好ましい。断面の外周が３０ミクロンメートル未満の該含炭素材をフリンジ型生物膜担体の房に用いた場合、房を長くすると芯材に絡まりやすくなり水処理効果が低下する傾向になり、３００ミクロンメートル超の場合該含炭素材の単位重量当たりの表面積が小さくなるため、水処理のための使用量が大量となり経済的な負担が増大するため好ましくない。該炭素材における炭素の混入量または添着量が１重量％以下の場合、好気性菌や微生物の固着が少なくなり水の浄化効果が低下する傾向となるので好ましくない。５０重量％以上混入した場合、含炭素材の強さが低くなり水処理時に切断し易くなるので好ましくない。特に、房に用いる含炭素材は混入させた炭素粒子や粉末が表面に現れているものが好ましい。
【００１５】
本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体の房に用いられる炭素繊維は、アクリル繊維、ピッチ、メゾフェースピッチを酸素などの酸化性ガス雰囲気中、加熱炉などの公知の炉を用いて酸化して得た酸化繊維およびフェノール樹脂を用いた繊維を６００℃以上の不活性ガス中で焼成して得られるポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、メゾフェース系、フェノール系の公知の繊維であって、比重が１．５〜１．８、直径が５〜１０ミクロンメートル、引張強度が５００ＭＰａ以上、引張弾性率が５０ＧＰａ以上を有し炭素含有量が７５〜９９重量％のものである。
【００１６】
本発明における炭素繊維および含炭素材からなる水処理用フリンジ型生物膜担体の芯材はポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル系繊維などの直径５〜１０００ミクロンメートルの水中で長期に安定な公知の合成樹脂からなる繊維の束、紡績糸およびモノフィラメント、および糸、紐、綱、縄が好ましい。特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルは耐水性に優れているため芯材として好ましく、それらの糸、紐、綱、縄は該生物膜担体の房に好気性菌や微生物が固着して増加する重量に耐えられる強さに加工した公知の組織体であることが好ましい。
【００１７】
本発明における房に用いられる炭素繊維および含炭素材の形態は、散気する微細気泡やそれによる水の動きに伴い該炭素繊維および含炭素材が揺動しやすいものであれば使用できる。特に、繊維状や帯状の含炭素材や炭素繊維を構成する本数が１００〜５００，０００本の束およびそれらの紐、綱、縄が好ましく、紐、綱、縄にあっては芯材との固定部分以外の繊維および帯状物がバラけて開繊できるカット状、ループ状の形態であるものが好ましい。
【００１８】
本発明における含炭素材および炭素繊維の水処理用フリンジ型生物膜担体は図１に示すように房１が芯材２に直交するように固定してなることが好ましい。本発明における房と芯材の固定は必ずしも房のほぼ中央に芯材を位置させる必要はないが、水中における房をバランスよく揺動させて好気性菌や微生物などを均等に固着させるためには房のほぼ中央に芯材を位置させて固定することが好ましい。また、本発明における直交とは図１における房１が芯材２となす角度が約６０〜１２０°であるほぼ十の字型に交わり固定された状態である。房を芯材に直交させない場合は該房である含炭材および炭素繊維が芯材に絡まりやすく汚水中での揺動が困難になり、その結果好気性菌や微生物の固着が低下し、水中の汚泥物質の除去効率が低下するので好ましくない。
【００１９】
本発明において房と芯材の固定は房となる該含炭素材および／または炭素繊維と必要ならば固定部分に木製、合成樹脂製の細棒、細管、合成繊維製紐、綱、縄など公知の材料を添え木として補強して芯材と重ねる、結ぶまたは芯材の中を貫通させて結ぶまたは／および接着する、または／およびポリエステル、ポリプロピレンなどの公知の糸で縛る方法や、房となる該含炭素材または／および該炭素繊維と該芯材を織ることによりつくることができる。特に、該水処理用フリンジ型生物膜担体を汚水中に配置して水浄化した場合、散気により局部的に激しく乱流する水の動きにより房である該含炭素材および該炭素繊維が激しく揺動して、房への引っ張り力や房と芯材が直交する部分で激しく摩擦、摩耗して、房である含炭素材および炭素繊維が経時的に損傷し芯材から脱落する傾向になるため、芯材と房が直交する部分を摩擦、摩耗が生じないように互いが動かないように固定することが好ましく、特に、接着により固定することが好ましい。接着固定するために用いる接着剤は水中で長期に安定して耐水性を保持し、且つ房である該含炭素材および炭素繊維が接着境界部で起こる繰り返しの屈曲作用による損傷を生じさせないものが好ましく、特に、弾性を有するニトリルゴム系、ウレタン系やシリコンゴム系接着剤が好ましい。
【００２０】
本発明における該水処理用フリンジ型生物膜担体は芯材とする材料を経糸、房となる該含炭素材および／または該炭素繊維を緯糸として織物や網を作製した後、緯糸を経糸間で切断して房にする方法で作製できる。特に、図２に示すように、芯材に合成繊維の経糸３と４または５と６または７と８のような対となる２本で緯糸である該炭素材および／または該炭素繊維２１、２２または２３、２４または２５、２６を挟んだ後経糸の対となる２本を半回転または１回転して捻ったあと、次の緯糸を挟み、次いで捻ることを順次繰り返しながら織り進む所謂つかみ織り方式により、緯糸を集中して数本織り込んだ後、間隔を開けて再び緯糸を集中して織り込むようにして間欠的に緯糸の含炭素材および／または炭素繊維を織り込んだ織物としたあと、経糸間の中央付近の緯糸を切断することにより経糸を芯材、緯糸を房とする水処理用フリンジ型生物膜担体をつくることが出来る。該つかみ織りした織物から作製した水処理用フリンジ型生物膜担体は経糸と緯糸が交差する部分が該フリンジ型生物膜担体の芯材と房が直交ししっかり固定されるので、汚水中で激しく揺動しても房が芯材から抜けたり、摩擦、摩耗にも耐える傾向があるので好ましいが、特に、房である含炭素材および／または炭素繊維と芯材である経糸のからみ織りした部分を前記弾性の接着剤でさらに接着したフリンジ型生物膜担体とすることが長期間の使用でも抜け落ちることがなく、より安定して水処理できる生物膜担体にできるのでより好ましい。
【００２１】
本発明における水処理用フリンジ型生物膜担体において、図１に示す芯材の中心から房の先端までの房長さ（以下、ａとする）と隣接する房間長さ（以下、ｂとする）の割合ｂ／ａは房と芯材との絡まりや房同士での絡まりを少なくするために重要であり、房が含炭素材である場合太さの影響もあるが、ｂ／ａの値は０．５〜２．５であることが好ましい。ｂ／ａが０．５より小さい場合は隣接する該房同士が絡まりやすくなり汚泥物質の除去効率が低下するので好ましくない。また、ｂ／ａが２．５より大きい場合、房である含炭素材の房間での絡まりは無くなり水中での揺動が十分となるが、フリンジ型生物膜担体における１箇所の房に対する含炭素材を多くしなければならず、多くした場合房内部への好気性菌の固着が少なくなるため水中の汚泥物質の除去効率が低下するので好ましくない。房が炭素繊維である場合炭素繊維の単繊維直径が細いためｂ／ａ値は１．０〜２．５であることが好ましい。ｂ／ａが１．０より小さい場合は隣接する該房同士が絡まりやすくなり汚泥物質の除去効率が低下するので好ましくない。また、ｂ／ａが２．５より大きい場合、房である該炭素繊維の房間での絡まりは無くなり水中での揺動が十分となるが、フリンジ型生物膜担体における炭素繊維量を多くしなければならず、多くした場合房内部にある炭素繊維への好気性菌の固着が少なくなるため水中の汚泥物質の除去効率が低下するので好ましくない。また、また、該炭素繊維房または／および含炭素材の房の長さａは十分に揺動し汚泥を固着できる３ｃｍ以上が好ましく、長さａが１５ｃｍを超えると芯材に絡まりやすくなる。
【００２２】
本発明における該水処理用フリンジ型生物膜担体のユニットは該ユニットの１例を図３の正面図を示すように、該フリンジ型生物膜担体２９、３０、３１、３２の芯材両端を棒やパイプを貫通できる筒状布材２７、２８の垂直方向に取り付けたものであり、筒状布材に通した棒やパイプを汚水槽壁のアングルや金属製枠の上下部分に容易に渡して固定し、該フリンジ型生物膜担体の該房により汚水を浄化するのに使用される。該筒状布材はポリエステル、ポリプロピレンなど公知の耐水性繊維を用いた公知の織物、編み物を汚水浄化する際に用いる棒やパイプを容易に貫通させることができる内径に縫製したものである。該ユニットは該フリンジ型生物膜担体の芯材両端部と該筒状布材との結合は、接着剤や縫い糸を用いて直接的方法により取り付けることにより、また、該筒状布材に予め所定の位置にポリエステル、ポリプロピレンなどの細織物、紐、綱、縄を取り付けておき、これと該フリンジ型生物膜担体の両端部を結びつける間接的方法により行うことができる。
【００２３】
本発明における該水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットは隣接した房が異方向にあるように筒状布材に固定したものが好ましい。該フリンジ型生物膜担体の隣接した房が異方向にあるとは、図３に示す該水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットの芯材真上から芯材下方へ投影した図４に示すように、隣接した房３６と３７、また房３７と３８、また房３８と３９が同じ方向にないことであり、この場合隣接しない房３６と３８、３７と３９は同じ方向にあってもよい。隣接した房が同じ方向にある場合は、汚水中で隣接する房同士が絡まりやすくなり揺動が困難となり、水処理が不十分になる傾向になる。好ましくは、隣接した房が前記投影した投影図における角度が６０〜１２０°、より好ましくは９０°程度の方向に該房が配置されるように筒状布材に取りつけたユニットであり、該ユニットは該フリンジ型生物膜担体の芯材に撚りをかけたのち、筒状布材の予め取り付けた紐などに結びつけることによって造ることができる。
【００２４】
本発明の該フリンジ型生物膜担体のユニットにおける該フリンジ型生物膜担体の芯材の間隔は隣接する芯材にある房が絡み合わない程度の距離とすることが好ましい。特に、房が短い場合は房の先端が接触する程度の芯材間隔とし、房が長い場合は房長さａの１．３倍以上の芯材間隔とすることが好ましい。１．３倍未満の場合、水中で房同士が絡まり、房の含炭素材または／および炭素繊維が揺動困難になるので好ましくない。
【００２５】
本発明における該フリンジ型生物膜担体または／および該ユニットを用いた水処理は、汚水中の上部に該フリンジ型生物膜担体を該芯材が好ましくは上下になるように、また、該担体芯材の隣接する房同士が絡まない芯材間隔で配置し、該水処理用フリンジ型生物膜担体または／および該ユニットの底部からメンブラン型散気管から微細気泡を全面散気することによって行う方法からなる。
【００２６】
本発明の水処理方法における該フリンジ型生物膜担体または／および該ユニットの量は流入する汚水の量やＢＯＤ濃度によって計算されるＢＯＤ負荷量（ｍｇ／日）と処理槽の容積や生物学的処理時間に対応して用いられるが、通常、処理槽の単位水量（ｍ３）に対して房である含炭素材または／および炭素繊維の全表面積（繊維直径や帯状物外周から求めた外表面とする）が１０〜２５０ｍ２となるようにすることが好ましい。ＢＯＤ負荷量（ｍｇ／日）が高い場合は房である含炭素材または／および炭素繊維を多くした該水浄化用フリンジ型生物膜担体を用いるまたは／および該水浄化用フリンジ型生物膜担体の量を多くし、生物学的処理時間が長い場合は該含炭素材または／および炭素繊維の量を少なくしても効果的に水を浄化できるので経済的であり好ましいが、該含炭素材または／および炭素繊維の表面積が槽の単位水容量（ｍ３）に対して１０ｍ２未満になるような該水浄化用フリンジ型生物膜担体の使用量の場合は水浄化に長時間を要したり、水浄化が不完全になりやすいので好ましくない。また、該含炭素材または／および炭素繊維の表面積が槽の単位水容量（ｍ３）に対して２５０ｍ２を超えるような使用量の場合、該含炭素材または／および炭素繊維使用量当たりの汚染物質の低減効果が低くなるので経済的に負担が増大するので好ましくない。
【００２７】
本発明の方法における微細気泡は水中に配置した散気管に空気を送り込み、散気管表面の微小孔から空気を水中に吹き出すことによってつくられ、水中で該フリンジ型生物膜担体の該房である該含炭素材または／および炭素繊維を適度に揺動させるととも、該含炭素材または／および炭素繊維近傍の溶存酸素濃度を速やかに高めて、該含炭素材または／および炭素繊維に好気性菌や微生物をよく固着し水を容易に浄化きるので好ましい。特に、該フリンジ型生物膜担体および該ユニットを汚水槽に均等に配置し、且つ、該微細気泡を全面散気ことにより、該炭素材または／および炭素繊維と気泡が均等に接触するだけでなく効果的な揺動と、芯材と該房の絡みを防ぎ安定した好気性菌や微生物の固着による水浄化を容易にできるので好ましい。本発明において、微細気泡が水槽に配置した該フリンジ型生物膜担体または／および該ユニットの少なくとも上部の水槽面全体に行き渡るように散気管を配置することを全面配置と定義し、また、該全面配置した該散気管から水中に気泡を放出することを全面散気と定義する。従って、全面散気は水槽底面に散気管を必ずしも隙間なく配置して散気する必要はなく、散気管から放出された該微細気泡が水槽水面に上昇し、該生物膜担体または／および該ユニットの少なくとも上部水面全体に行き渡るように、適当且つ均等に配置して行うことが好ましい。
【００２８】
本発明の微細気泡をつくるために用いられる散気管は合成樹脂、セラミックス等からなる微細径の粒子を粒子間に空気通路を有するよう接着剤等で固めた粒子タイプのものや、スリットタイプのものであり、形状は水槽底部に全面配置するのに容易である矩形状、円盤状、パイプ状のものが好ましい。より好ましくは、微細気泡を多数形成する機能を有するスリットタイプ散気管であり、同心円状に多数のスリットが配置されたディスク状のもの、辺に平行に多数のスリットが配列した矩形状のもの、パイプにスリットを設けた筒状のものを使うことができる。どの散気管を用いるかは水槽の形状、設置する該含炭素材または／および該炭素繊維のフリンジ型生物膜担体や設置状態等によって選択できるが、スリット状の微小孔を有するメンブランを用いたスリットタイプ散気管がバラツキの少ない微細気泡をつくることが出来るので好ましい。特に、スリットを有するメンブランを用いたディスク状、筒状散気管はバラツキの少ない微細気泡をつくることが出来るので好ましい。該メンブランはシリコーンゴム、二トリルゴム、ポリエチレンプロピレン系ゴムなどの他、ポリ塩化ビニールなどの厚み１〜１０ｍｍの薄板に、厚み方向にカッター、レーザーなどで切れ目を貫通させたものであり、通常はスリットが閉じた状態にあるが、散気管に空気圧を加えることによって該スリットが開口し空気が噴出し均一な微細気泡をつくることができる。特に、シリコーンゴムを用いたメンブランは散気を停止した際にスリット孔が閉塞しにくいので好ましい。該スリットタイプ散気管のスリット長さは用いる微細気泡の大きさ、浮上速度や該散気管を設置する水深によって選択されるが、０．１〜１．５ｍｍが好ましく、特に、０．４〜０．７ｍｍが平均径２〜３ｍｍの微細気泡をつくることができるので好ましい。該散気管のスリットの長さ方向および幅方向におけるスリット間の隙間はいずれも１〜５ｍｍが空気圧に対する形状保持性、微細気泡の合体を防止しながら気泡の数をできるだけ多くするなどの観点から好ましい。
【００２９】
本発明に用いられる該微細気泡の大きさは該気泡が水中の溶存酸素量を速やかに高めること、水を均等、適度に動かすこと、さらに該含炭素材または／および炭素繊維の生物膜担体に該気泡が接触しても滞留することなく容易に浮上することが可能な平均径１〜５ｍｍが好ましい。１ｍｍ以下の場合、該気泡による水の適度な動きが乏しくなり該房である含炭素材または／および炭素繊維を開繊しにくくなり、そのため汚泥物質の除去効率が低下する傾向になる。また、平均径５ｍｍ以上の場合、水中からの浮上が過大に速くなって水との接触時間が短くなるため水中の溶残酸素量を高く維持することが困難になる傾向となる。より好ましくは、水槽中の汚水を均一に動かすとともに水中の溶存酸素濃度を速く高めて安定に維持することが出来ること、および用いる該フリンジ型生物膜担体の房である含炭素材または／および炭素繊維に接触しても該房に止まらず容易に浮上できる平均径が２〜３ｍｍの微細気泡が好ましい。
【００３０】
本発明の方法における該微細気泡の散気量は該気泡の大きさ、処理する水槽の深さに、水中の必要な溶存酸素量などによって異なるが、０．５ｍ３／時以上が好ましい。０．５ｍ３／時以下の場合、溶存酸素濃度を好気性菌や微生物の生息、増殖に必要な２ｍｇ／Ｌ以上にすることが困難になる。
【００３１】
上記した本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体、該担体のユニットを用いた水処理、特に、微細気泡全面散気による水処理を行うことにより、下水、工場排水、生活排水などの汚水中の汚染物質であるＢＯＤ、ＳＳ成分を経済的に、且つ極めて効率的に除去できるため、きれいな水環境を確保できる。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り下記実施例に限定されるものではない。なお、特に指定しない限り％は重量％を意味する。
【００３３】
本発明における該微細気泡の平均直径は水中においた散気管で連続的に発生させた気泡を該散気管から２０ｃｍ上昇した時で写真撮影し、写真の気泡１００個をノギスで測定し求めた。
【００３４】
実施例１
芯材に２４００デニールのポリエステル糸の１３本からなる幅１ｃｍの平組紐を用い、房としてポリエチレンに粒径１ミクロンメートルに粉砕したスギ炭粉末を１０％混入して溶融紡糸して作製した円形断面をした外周４５ミクロンメートルの炭素混入繊維状ポリエチレン（以下、含炭素ポリエチレンという）の９万本束（引張強度１３０ＭＰａ、引張弾性率１ＧＰａ）を用いて、該含炭素ポリエチレンを平組紐の幅方向２箇所に直交するように貫通させて、貫通部分における該含炭素ポリエチレンを有機シリコーン系接着剤（セメダイン社製セメダインスーパーＸ）で芯材と固定し、芯材の両側に房長さａが８ｃｍ、房間隔ｂが１２ｃｍでｂ／ａが１．５であるように該含炭素ポリエチレンを切断して房の長さを調整する方法で、芯材と該含炭素ポリエチレンの固定部分が１７箇所ある含炭素ポリエチレンを房とする水処理用フリンジ型生物膜担体を作製した。図３に示すように、このフリンジ型生物膜担体２９、３０、３１、３２、３３の５本を芯材の中心間距離１６ｃｍになるようにポリエステル繊維製平織物で作製した内径５ｃｍ、長さ８０ｃｍの筒型布材２７、２８の２つに、布材縦端部から８ｃｍのところから等間隔で、筒型布材の内径中心部間の距離が２１８ｃｍ、且つ、芯材に６個の撚りをかけて隣接する房と芯材とで形成する面がほぼ６０〜９０°の異方向になるようにしてフリンジ型生物膜担体ユニットを作製した。直径３ｃｍ、長さ２５０ｃｍのステンレスパイプを３枚の該ユニット両端の筒状布材に貫通させたものを１組として、これを２５組作製し、これらを幅２５０ｃｍ、長さ４２０ｃｍ、高さ２５０ｃｍのステンレス製枠に、該ユニットの筒型布材に貫通させたステンレスパイプが該枠の幅方向に平行で、パイプ中心間距離を１６ｃｍ、フリンジ型生物膜担体が高さ方向になるようにして固定して該フリンジ型生物膜担体ユニットを固定した枠を作製した。該ユニットを固定した枠の最下部に図５に示す直径３０ｃｍのスリット４１を有するシリコーン製メンブラン４０を用いたディスク型散気管をほぼ等間隔に碁盤の目のように枠の幅に平行に７列、長さに平行に５列になるように配列して、合計３５個を枠の下面に空気供給パイプと連結させて取り付けた後、幅２．９ｍ、長さ４．６ｍ、水深３．２ｍの汚水曝気槽（水容量４２．６９ｍ３）に該含炭素材フリンジ型生物膜担体ユニットを固定した該枠を沈めて、日平均のＢＯＤ濃度が５１５ｍｇ／Ｌである食肉工場排水を１．７８ｍ３／時流入して、房である含炭素材の槽水容量に対する表面積が９６．８ｍ２／ｍ３、生物学的処理時間を２４時間とし、これに７．６Ｎｍ３／分の空気を送風して平均直径約２ｍｍの微細気泡を全面散気して水処理した。連続処理した１ヶ月後と３ヶ月後に流入排水（以下、原水という）と処理水のＢＯＤ濃度を測定した結果、１ヶ月後の原水が５２４ｍｇ／Ｌであるのに対して処理水は１２ｍｇ／Ｌであり、３ヶ月後の原水が５０３ｍｇ／Ｌであるのに対して処理水は８ｍｇ／Ｌを示し、良好に水処理できた。また、３ヶ月後に該ユニットを固定した枠を取り出し目視観察した結果、好気性菌や微生物からなる汚泥が固着し、さらに該フリンジ型生物膜担体の含炭素材の房は芯材や房同士で殆ど絡まっておらず���房である含炭素材が水中で良好に揺動できていたことを示していた。
【００３５】
実施例２
芯材に２４００デニールのポリエステル糸の１３本からなる幅１ｃｍの平組紐を用い、房として炭素含有量が９５％である炭素繊維のストランド（構成本数１２０００本、比重１．７６、単繊維直径７ミクロンメートル、引張強度３７５０ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ）の１６束を用いて、１つの房が該炭素繊維１６束となるように平組紐の幅方向２箇所に直交するように貫通させて、貫通部分における該炭素繊維束を有機シリコーン系接着剤（セメダイン社製セメダインスーパーＸ）で芯材と固定し、芯材の両側に房長さａが１０ｃｍ、房間隔ｂが１６ｃｍでｂ／ａが１．６であるように該炭素繊維束を切断して房の長さを調整する方法で、芯材と該炭素繊維束の固定部分が２４箇所ある炭素繊維を房とするフリンジ型生物膜担体を作製した。このフリンジ型生物膜担体の６本を芯材の中心間距離１６ｃｍになるようにポリエステル繊維製平織物で作製した内径５ｃｍ、長さ９６ｃｍの筒型布材２つに、布材縦端部から８ｃｍのところから等間隔で、筒型布材の内径中心部間の距離が４３０ｃｍ、且つ、芯材に８個の撚りをかけて隣接する房と芯材とで形成する面がほぼ９０°の異方向になるようにして炭素繊維フリンジ型生物膜担体ユニットを作製した。直径３ｃｍ、長さ２１０ｃｍのステンレスパイプを２枚の該ユニット両端の筒状布材に貫通させたものを１組として、これを２５組作製し、これらを幅２００ｃｍ、長さ４００ｃｍ、高さ４３０ｃｍのステンレス製枠に、該ユニットの筒型布材に貫通させたステンレスパイプが該枠の幅方向に平行で、パイプ中心間距離を１６ｃｍ、フリンジ型生物膜担体が高さ方向になるように固定して該フリンジ型生物膜担体ユニットを固定した枠とした。該ユニットを固定した枠の最下部に直径３０ｃｍのシリコーンゴム製散気管５０個を枠の下面において均等に取り付けた後、日平均のＢＯＤ濃度が５００ｍｇ／Ｌである食品工場排水を１．９８ｍ３／時流入している幅２．４ｍ、長さ４．４ｍ、水深４．５ｍの汚水曝気槽（水容量４７．５２ｍ３）に沈めて、房である炭素繊維の槽容量に対する表面積が６４．０ｍ２／ｍ３、生物学的処理時間を２４時間とし、これに７．６Ｎｍ３／分の空気を送風して平均直径約２ｍｍの微細気泡を全面散気して水処理した。連続処理した１ヶ月後と３ヶ月後に流入排水（以下、原水という）と処理水のＢＯＤ濃度を測定した結果、１ヶ月後の原水が５２４ｍｇ／Ｌであるのに対して処理水は１２ｍｇ／Ｌであり、３ヶ月後の原水が５０３ｍｇ／Ｌであるのに対して処理水は８ｍｇ／Ｌを示し、良好に水処理できた。また、３ヶ月後に該ユニットを固定した枠を取り出し、好気性菌や微生物からなる汚泥が固着した該フリンジ型生物膜担体の房の状態を目視観察した結果、炭素繊維の房は芯材や房同士に殆ど絡まっておらず、房である炭素繊維が水中で良好に揺動できていたことを示していた。
【００３６】
比較例１
スギ炭粉末を混入しない以外は実施例１と同様にして、ポリエチレンを房とするフリンジ型生物膜担体のユニットを装着したステンレス製枠を作製し、汚水曝気槽に沈めて微細気泡散気して水処理した。この場合の房であるポリエチレンの槽容量に対する表面積が６４．０ｍ２／ｍ３、生物学的処理時間２４時間として連続的に水処理した。１ヶ月後における原水と処理水のＢＯＤ濃度を測定した結果、原水４７２ｍｇ／Ｌに対して処理水は２５１ｍｇ／Ｌおよび３ヶ月後の原水と処理水のＢＯＤ濃度は４４９ｍｇ／Ｌ、２４３ｍｇ／Ｌであり、汚染物質であるＢＯＤの除去は全く不十分であった。また、３ヶ月後に該カセットを固定した枠を取り出し該フリンジ型生物膜担体の房の状態を目視観察した結果、房が芯材や房同士で絡みつく現象はあまり見られなかったが、好気性菌や微生物は殆ど固着せず、水浄化効果はなかった。
【００３７】
比較例２
房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが０．５である房長さａ８ｃｍ、房間隔ｂ４ｃｍであり、炭素繊維束が４本、芯材と炭素繊維束の固定部分が９６箇所である以外は実施例２と同様にしてフリンジ型生物膜担体のユニットを作製してステンレス製枠に取り付け汚水曝気槽で水処理した。この場合の房である炭素繊維の汚水曝気槽（水容量４７．５２ｍ３）容量に対する表面積は５１．２ｍ２／ｍ３、生物学的処理時間２４時間として連続的に水処理した。１ヶ月後における原水と処理水のＢＯＤ濃度を測定した結果、原水５３２ｍｇ／Ｌに対して処理水は５２ｍｇ／Ｌおよび３ヶ月後の原水と処理水のＢＯＤ濃度は４９３ｍｇ／Ｌ、７５ｍｇ／Ｌであり、汚染物質であるＢＯＤの除去は不十分であった。また、３ヶ月後に該カセットを固定した枠を取り出し、好気性菌や微生物からなる汚泥が固着した該フリンジ型生物膜担体の房の状態を目視観察した結果、炭素繊維の房は芯材や房同士で絡みつく串団子のように好気性菌や微生物の塊が固着しており、房である炭素繊維が水中で良好に揺動できていなかったことを示していた。
【００３８】
比較例３
房長さａと房間隔ｂの割合ｂ／ａが４である房長さａ１０ｃｍ、房間隔ｂ４０ｃｍであり、炭素繊維束が３２本、芯材と炭素繊維束の固定した部分の房が１２箇所である以外は実施例１と同様にして製作したフリンジ型生物膜担体のユニットを用いて、実施例１と同様にして、房である炭素繊維の汚水曝気槽（水容量４７．５２ｍ３）容量に対する表面積を５８．２ｍ２／ｍ３として汚水曝気槽で連続的に水処理した。１ヶ月後における原水と処理水のＢＯＤ濃度は５４１ｍｇ／Ｌ、９３ｍｇ／Ｌおよび３ヶ月後の原水と処理水のＢＯＤ濃度は５２１ｍｇ／Ｌ、８２ｍｇ／Ｌであり、汚染物質であるＢＯＤの除去が不十分であった。また、３ヶ月後に該カセットを固定した枠を取り出し、好気性菌や微生物からなる汚泥が固着した該フリンジ型生物膜担体の房の状態を目視観察した結果、炭素繊維の房は芯材や房同士で絡みつく現象は余り認められなかったが、炭素繊維の房に固着した菌や微生物の塊が炭素繊維の本数の割には小さい塊であるだけでなく、汚泥の内側が黒く嫌気の状態であったことが水浄化効果を低下させたことを示していた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体、該生物膜担体からなるユニットおよびそれらを用いた微細気泡による全面散気による水処理法により房の芯材や房同士との絡みがなく、下水、工場排水、生活排水等の汚染物質を極めて効果的に除去できるため、従来必須とされていた沈殿槽をほとんど必要とせず、極めて経済的である。また、本発明は微細気泡散気と該含炭素材または／および該炭素繊維のフリンジ型生物膜担体の効果により、少ない空気量で水中の溶存酸素濃度を均一且つ急速に高めることができ、また、好気性菌や微生物などを該含炭素材または／および該炭素繊維に均一、均等に固着させるため、従来の水処理に比べて少ない空気量と少ない供給電気エネルギーで効率的な水処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体の概略正面図
【図２】本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体の芯材と房のつかみ織り方式により作製した組織体の概略図
【図３】本発明の水処理用フリンジ型生物膜担体ユニットの正面図
【図４】本発明の水浄化用フリンジ型生物膜担体ユニットに装着した水処理用フリンジ型生物膜担体の概略投影図
【図５】本発明の水処理方法に用いたシリコーンゴム製メンブラン型散気管の概略図
【符号の説明】
１、３４、３６、３７、３８、３９      房
２、３５      フリンジ型生物膜担体の芯材
３、４        つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
５、６        つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
７、８        つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
９、１０      つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
１１、１２    つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
１３、１４    つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
１５、１６    つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
１７、１８    つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
１９、２０    つかみ織りフリンジ型生物膜担体の芯材となるひもの対
２１、２２、２３、２４、２５、２６      つかみ織りフリンジ型生物膜担体の房となる含炭素材または／および炭素繊維
２７、２８    フリンジ型生物膜担体ユニットの筒状布材
２９、３０、３１、３２、３３      フリンジ型生物膜担体
４０          シリコーンゴム製メンブラン
４１          スリット
４２          空気室
４３          空気供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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