(57)【要約】【課題】多くの微生物を生息させて効果的に水を浄化することを可能にし、特に、廃棄物として排出されるコンクリートがらを再利用し、有害成分である六価クロムなどを溶出することのない接触材および該接触材を用いる水の浄化方法を提供する。【解決手段】本発明の水質浄化用接触材１は、砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体２と、坦体２の表面全体を被覆するように塗布される接着層３と、接着層３に貼付けられる繊維４とを含む。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微生物を生息させて水を浄化するために用いられる水質浄化用接触材であって、
砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体と、
前記坦体の表面全体を被覆するように塗布される接着層と、
前記接着層に貼付けられる繊維とを含む、水質浄化用接触材。
【請求項２】
前記繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維またはこれらを混合した繊維から選択される、請求項１に記載の水質浄化用接触材。
【請求項３】
前記坦体は、コンクリートがらであり、前記繊維は、炭素繊維であり、前記接着層は、エポキシ樹脂からなる接着剤により形成された層である、請求項１に記載の水質浄化用接触材。
【請求項４】
砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体と、前記坦体の表面全体を被覆するように塗布される接着層と、前記接着層に貼付けられる繊維とを含む水質浄化用接触材を用いる水の浄化方法であって、
前記接触材の表面に設けられた前記繊維に前記微生物を付着させるステップと、
前記接触材の表面に前記微生物を生息させて該微生物により水を浄化するステップとを含む、水の浄化方法。
【請求項５】
さらに、前記繊維により水中に含まれる汚染物質を捕捉するステップを含む、請求項４に記載の水の浄化方法。
【請求項６】
前記繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維またはこれらの混合繊維から選択される、請求項４または５に記載の水の浄化方法。
【請求項７】
前記坦体は、コンクリートがらであり、前記繊維は、炭素繊維であり、前記接着層は、エポキシ樹脂からなる接着剤により形成された層である、請求項４〜６のいずれか１項に記載の水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄化用接触材および該接触材を用いる水の浄化方法に関し、より詳細には、砕石や礫、廃棄物として排出されるコンクリートがらを坦体として使用し、坦体の表面全体に炭素繊維を貼付けることにより、微生物の付着を容易にし、かつ一度付着した微生物が剥離しにくくなる接触材、および該接触材を用いることにより表面に多くの微生物を付着させ、表面に生息させた微生物によって適切に水の浄化を行うことを可能にする水の浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、河川などの水を浄化する方法として、多孔質で透水性があるコンクリートブロックを水路に設置して浄化する方法、木炭を綱袋に入れ、河床に沈めて浄化する方法、砕石や礫を用いた礫間接触酸化法などが使用されている。多孔質で透水性があるコンクリートブロックを水路に設置して浄化する方法は、ポーラスコンクリートといった多孔質で透水性のコンクリートブロックに存在する空隙構造を利用したフィルタ機能と、連続した空隙の内部に生息する微生物とによって水を浄化する方法である。木炭を綱袋に入れ、河床に沈めて浄化する方法は、多孔質で内表面に種々の物質を吸着する木炭の特性を利用し、水中の有機水銀などの有害物質を吸着除去する方法である。礫間接触酸化法は、砕石や礫などの層を人工的に形成し、その層を通すように水を透過させ、その際に砕石や礫の表面に形成される微生物による生物膜によって水を浄化する方法である。
【０００３】
上述したコンクリートブロックを水路に設置して浄化する方法は、ブロックに存在する空隙が小さい場合には透水性が悪くなり、反対に大きい場合には通過して漏洩してしまうといった問題があった。また、透水性コンクリートブロックは、吸着性が乏しいので、有機水銀などの有害物質を吸着除去することができなかった。さらに、ポーラスコンクリートの場合、本来コンクリートのもつ密着性とは反対に、多数の空隙が形成され、耐久性の低下が問題となっていた。
【０００４】
上述した問題に鑑み、コンクリートブロック内に炭素材や繊維を封入または固着した水質浄化用コンクリートブロックが提案されている。例えば、特開平９−２０６５２３号公報には、コンクリートブロック材料を用い、蓋と容器とを成形し、容器内に粉末状炭素材を入れ、蓋によって封入した透水性の水質浄化コンクリートブロックが開示されている。このブロックは、河川の段差の直下に設けられた堰に投入されたり、河川の堤部に護岸ブロックとして埋め込まれたりして、透水性コンクリートブロックの濾過作用と、粉末状炭素材の濾過および吸着作用とによって河川に含まれる汚濁物が除去されて水が浄化されるようになっている。また、特開平１０−２１６７６２号公報には、多数の粗骨材を被覆し、空隙を有するように粗骨材を互いに結合するセメントペースト層またはセメントモルタル層に繊維の一部が固着され、繊維の残部が空隙内に突出した水質浄化用コンクリートブロックが開示されている。空隙内には、繊維が突出しているため、抵抗となって通過する汚濁水の流速が遅くなり、空隙内に微生物が棲み付き易い環境となって微生物の繁殖が促進される。また、繁殖した微生物によって汚濁水中の有機物が分解され、河川を浄化することができるようになっている。
【０００５】
しかしながら、特開平９−２０６５２３号公報および特開平１０−２１６７６２号公報に開示のコンクリートブロックにおいては、コンクリートが水と直接接触することで、セメント中の有害成分、例えば六価クロムが溶出してくるおそれがあり、また底層に汚泥が堆積し、これを除去するためにメンテナンスの頻度が増加するといった問題があった。また、上述した木炭を使用する浄化方法については、木炭の表面のみで吸着が行われるため、河川などの大量の水を処理することができないといった問題があった。さらに、礫間接触酸化法については、天然の砕石や礫を用いるため、長時間使用すると、形状が崩れ、礫においては空隙率を低下させるほか、粒径調整が困難であり、礫間の表面や空隙にむらを生じ、均一な生物膜を形成することができなかった。
【０００６】
建設現場などから廃棄物として排出されるコンクリートがらは、クラッシャなどにより所定の大きさに破砕し、最終処分場において埋め立てるなどの処分が行われる。現在では、最終処分場の容量の問題や、処分場から発生する悪臭や汚水などの環境汚染の問題から廃棄物の排出を抑制し、再利用することが望まれている。コンクリートがらは、破砕すると表面に適当な凹凸ができ、上記礫間接触酸化法に用いられる接触材に適している。しかしながら、コンクリートがらは、空隙がほとんどなく、礫間接触酸化法の最大の特徴である微生物を生息させ、微生物によって水を浄化するといった効果が期待できなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題に鑑み、多くの微生物を生息させて効果的に水を浄化することを可能にする接触材および該接触材を用いる水の浄化方法を提供することを目的とし、特に、廃棄物として排出されるコンクリートがらを使用し、有害成分である六価クロムなどを溶出することなく水を浄化することを可能にする接触材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上述した課題は、本発明の水質浄化用接触材および該接触材を用いる水の浄化方法を提供することにより解決される。
【０００９】
本発明の請求項１の発明によれば、表面に微生物を生息させて水を浄化するために用いられる水質浄化用接触材であって、
砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体と、
前記坦体の表面全体を被覆するように塗布される接着層と、
前記接着層に貼付けられる繊維とを含む水質浄化用接触材が提供される。
【００１０】
本発明の請求項２の発明によれば、前記繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維またはこれらを混合した繊維から選択される水質浄化用接触材が提供される。
【００１１】
本発明の請求項３の発明によれば、前記坦体は、コンクリートがらであり、前記繊維は、炭素繊維であり、前記接着層は、エポキシ樹脂からなる接着剤により形成された層である水質浄化用接触材が提供される。
【００１２】
本発明の請求項４の発明によれば、砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体と、前記坦体の表面全体を被覆するように塗布される接着層と、前記接着層に貼付けられる繊維とを含む水質浄化用接触材を用いる水の浄化方法であって、
前記接触材の表面に設けられた前記繊維に前記微生物を付着させるステップと、
前記接触材の表面に前記微生物を生息させて該微生物により水を浄化するステップとを含む水の浄化方法が提供される。
【００１３】
本発明の請求項５の発明によれば、さらに、前記繊維により水中に含まれる汚染物質を捕捉するステップを含む水の浄化方法が提供される。
【００１４】
本発明の請求項６の発明によれば、前記繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維またはこれらの混合繊維から選択される水の浄化方法が提供される。
【００１５】
本発明の請求項７の発明によれば、前記坦体は、コンクリートがらであり、前記繊維は、炭素繊維であり、前記接着層は、エポキシ樹脂からなる接着剤により形成された層である水の浄化方法が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施の形態に限定されるわけではない。図１は、本発明の水質浄化用接触材を例示した図である。図１に示す水質浄化用接触材１は、砕石、礫、コンクリートがらから選択される坦体２と、坦体２の表面全体を被覆するように塗布される接着層３と、接着層３に貼付けられる繊維４とから構成されている。図１においては、接触材１の断面図の一部も示されており、坦体２の表面を被覆するように接着層３が設けられ、その上に複数の繊維４が貼付けられているのが示されている。
【００１７】
図１に示す接触材１は、汚染された河川や湖沼、海に浸漬させるなどして表面に微生物を付着させ、生息させることにより増殖させることができる。すなわち、河川や湖沼、海などにおいて汚染された水域や接触材１を設置する水域に生息する微生物は、川の流れや波によって浸漬した接触材１に接触するように流れると、接触材１の表面に設けられた繊維４によって捕捉され、繊維４に付着する。本発明において繊維４は、一度付着した微生物を剥離しにくくするといった特徴を有している。また、接触材１の表面では、繊維４が突出した構造となっているために繊維４が流れの抵抗となり、接触材１の表面においては、流速が遅く、微生物にとって生息し易い環境となる。こういった生息し易い環境を与え、微生物が増殖することで、接触材１の表面付近を流れる汚染された水は、微生物による分解が効果的に行われ、水を浄化することが可能となる。また、接触材１の表面に設けられた繊維４には、付着した微生物が出す粘性の強い分泌液や微生物が集合して形成される膜状となっている部分に、汚染物質として主に浮遊物質（ＳＳ）といった有機物質が捕捉され、上述した微生物により捕捉された有機物質も分解、除去される。
【００１８】
本発明において用いることができる坦体２としては、水中に浸漬させることができ、適度な大きさのものであればいかなるものであっても良いが、表面に適当な凹凸を有する砕石や礫、建築現場などにおいて排出されるコンクリートがらを用いることができる。本発明においては、坦体２としてコンクリートがらを再利用することで、処分場に投棄される廃棄物を減少させることができる。坦体２としてコンクリートがらを用いる場合には、砕石や礫に比較して空隙が少なく、そのままでは微生物が生息する場所が少ないといった問題がある。また、コンクリートがらをそのまま水中に浸漬すると、コンクリート中の六価クロムといった有害成分が溶出し、さらに汚染を拡大することとなる。本発明においては、コンクリートがらの表面全体を接着層３で覆い、さらに繊維４を貼り付けることで、上述した問題を解決することができる。また、砕石や礫においては、表面を接着層３で覆うことにより、上述した形状が崩れるといった問題を解決することができ、かつ表面に繊維４を貼りつけることで、微生物を生息させる場所を提供することができるため、上述した空隙率の低下の問題も解決することができる。
【００１９】
本発明において接着層３は、繊維４を貼付けるために塗布して形成される。本発明においては、接触材１が水中に浸漬されるため、水中での耐久性が高く、接着性の良いエポキシ樹脂といったエポキシ系、ウレタン系、酢酸ビニル樹脂エマルジョンなどの接着剤を用いることができる。また、坦体２としてコンクリートがらを用いる場合には、上述したように六価クロムといった有害成分が溶出するおそれがあるため、接着層３は、坦体２の表面全体を被覆するように設けられる。こうすることで、接触材１を水中に浸漬させた場合においても、有害物質の溶出を防止することができる。有害成分の溶出がない坦体２を用いる場合には、表面全体に接着層３を設けなくても良い。
【００２０】
本発明において用いることができる繊維４は、微生物を捕捉し、付着させることができるものであればいかなるものであっても良いが、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維またはこれらを混合した繊維を挙げることができる。これらの繊維４は、比表面積を大きくすることができ、微生物の捕捉および付着とともに、主に浮遊物質（ＳＳ）といった有機物質も固着させることができる。また、本発明においては、繊維４として微生物などの生物に対して高い親和性を有し、高い耐久性を有する炭素繊維を用いることで、より強固に微生物を付着させ、汚染水を浄化することができる。炭素繊維は、上述した他の繊維に比べて比表面積が大きく、弾性率が高いことから、微生物が増殖しやすく、かつ微生物が剥離しにくいといった性質を有しており、微生物を強固に付着させることができる。本発明において繊維４は、細かく切り刻んだものを貼付けることができ、切り刻む長さは、いかなる長さであっても良い。本発明においては、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。また、坦体２に貼付ける繊維４の数は、いかなる数であっても良いが、接着層３が露出しない程度に貼付けられることが好ましい。
【００２１】
図２は、本発明の水質浄化用接触材を製造しているところ示した図である。図２（ａ）は、建設現場などから排出されるコンクリートがら５を示した図である。図２（ａ）に示すコンクリートがら５は、建築現場などから排出され、例えば、幅０．２ｍ、奥行き１ｍ、高さ０．５ｍといった大きな塊とされている。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すコンクリートがら５を破砕したところ示した図である。図２（ｂ）に示すコンクリートがら５は、クラッシャなどの破砕機を用いて所定の大きさに破砕される。本発明においては、破砕されたコンクリートがら５は、表面に適当な凹凸を有しており、表面積が大きくなっている。特に、表面の凹部は、水中に浸漬した場合、微生物が生息しやすい環境となる。
【００２２】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す破砕したコンクリートがら５に接着層３を形成しているところを示した図である。図２（ｃ）に示す実施の形態では、エポキシ樹脂の接着剤が封入されたスプレー缶６から接着剤を噴射し、コンクリートがら５の表面全体に接着剤を塗布することにより接着層３を形成している。この接着層３は、図１に示す繊維４を貼付けることを可能にするとともに、水中に浸漬させた場合にコンクリートがら５に含まれる六価クロムといった有害物質が溶出しないように封止するために設けられる。図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す接着層３が形成されたコンクリートがら５の表面に炭素繊維といった繊維４を貼付けているところを示した図である。図２（ｄ）に示す繊維４は、上述したように細かく切り刻んで所定の長さにされ、接着層３に貼付けられる。本発明においては、接着層３が露出しない程度に貼付けることができるのであれば、直接貼付ける以外に、例えば、容器などに収容された繊維４に、接着層３を形成したコンクリートがら５を入れ、容器内部でコンクリートがら５を転がすなどして表面全体に繊維４を付着させることができる。
【００２３】
以下、図３および図４を用いて本発明の水の浄化方法について説明する。図３は、本発明の水の浄化方法の第１の実施の形態を示した図である。図３に示す実施の形態では、汚染物質により汚染された水が流れる水路７に、堰８が設けられ、堰８の前流側に水質浄化用接触材１が複数設置されている。図３に示す堰８は、水路７を閉鎖するように設けられ、堰８に設けられた開口部９から適切な量の水が流れるようになっている。水路７を流れる汚染水は、接触材と接触材との間の隙間を通して流れる。この隙間を通して流れる汚染水は、接触材１が流れの抵抗となって流速が低下し、さらには接触材１に設けられる図１に示す繊維４が抵抗となって流速が低下することとなる。また、汚染水には、微生物が存在し、微生物は、上記隙間を流れる汚染水の流速が遅いため、接触材１に設けられた図１に示す繊維４に容易に捕捉され、付着される。また、本発明では、付着させたい微生物を予め繁殖させた接触材１を用いて水の浄化を行うこともできる。このようにして各接触材１に付着された微生物は、繊維４から剥離しにくい性質によって、その場に留まり、栄養分を吸収して増殖し、接触材１の表面付近を流れる汚染水を効果的に分解して水を浄化することができる。上述したようにして浄化された水は、堰８の開口部９を通して堰８の後流側に排出される。また、汚染水に含まれる有機物質などの汚染物質も図１に示す繊維４に捕捉され、接触材１の表面に生息する微生物によって分解、除去される。さらに、繊維４では、付着した微生物の嫌気性および好気性のバランスが良いことから、付着した微生物が出す粘性の強い分泌液や微生物が集合して形成される微生物膜の肥大化が抑制される。これらのことから、上記微生物膜といった汚泥が水路７の水底に堆積することがなく、汚泥を除去するためのメンテナンスを減少させることができる。
【００２４】
図４は、本発明の水の浄化方法の第２実施の形態を示した図である。図４に示す実施の形態では、接触材１を河川の堤部１０および河床１１に設置し、接触材１に接触する汚染水を浄化することができるようになっている。河川においては、堤部１０や河床１１付近の水の流れが河川中央の水面付近の流れに比べて遅いため、堤部１０や河床１１に汚染物質が滞留しやすくなっている。本発明においては、上述した汚染物質が滞留しやすい流れの遅い場所、すなわち、曲がった河川の内縁や下流などに滞留または堆積しやすくなっている。本発明においては、こういった場所に接触材１を設置し、河川水に含まれる微生物を適切に捕捉して増殖させることで河川水を効率的に浄化することができる。
【００２５】
汚染物質によって汚染された河川水は、接触材１の間を通過する際、接触材１間の隙間が小さく、かつ接触材１に設けられた図１に示す繊維４が突出しているため、さらに流速が低下する。このように流速が低下することにより、河川水に含まれる微生物は、図１に示す繊維４に容易に捕捉されて付着する。繊維４に付着する微生物は、繊維４との親和性が高いものであり、また繊維４付近での流速が遅く、さらには付着した微生物の嫌気性および好気性のバランスが良いことから、形成される微生物膜の肥大化が抑制され、これにより一度付着すると剥離しにくくなる。さらに、微生物を付着した繊維４には、河川水の流れとともに主として有機物質である汚染物質も含まれており、流れが遅いために微生物に容易に捕捉され、分解される。また、有機物質は、表面に突出した図１に示す繊維４によって捕捉され、繊維４に付着した微生物によって分解される。河川水には、微生物の生命を維持するのに必要とされる栄養分も含まれており、これら栄養分も繊維４に捕捉されることにより生命を維持するとともに増殖することができる。微生物が増殖することにより、河川水の流れによって運ばれる有機物質の分解を促進させることができる。上述したように、主として有機物質である汚染物質を適切に捕捉し、増殖させた微生物によって分解させることで、河川の堤部１０や河床１１において汚泥の堆積を抑制することができ、汚泥除去のためのメンテナンスの頻度を減少させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
従って、本発明の水質浄化用接触材および該接触材を用いる水の浄化方法を提供することにより、水中に浸漬させておくだけで、多くの微生物を付着させ、生息させることを可能にし、微生物の住み良い環境を与えて効率的に水を浄化することが可能となる。また、接触材表面に形成される微生物膜の肥大化を抑制し、微生物を繊維から剥離しにくくすることで、主として有機物質である汚染物質を適切に捕捉して分解することができ、さらには汚泥の堆積を抑制することができるため、汚泥除去のためのメンテナンスの頻度を減少させることが可能となる。
【００２７】
本発明は、特に、廃棄物として排出されるコンクリートがらを再利用することで、廃棄物の排出を減少させることが可能となる。また、コンクリートがらを用いた場合においても、有害成分である六価クロムなどが溶出することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水質浄化用接触材を例示した図。
【図２】本発明の水質浄化用接触材の製造方法の概略を示した図。
【図３】本発明の水の浄化方法の第１の実施の形態を示した図。
【図４】本発明の水の浄化方法の第２の実施の形態を示した図。
【符号の説明】
１…接触材
２…坦体
３…接着層
４…繊維
５…コンクリートがら
６…スプレー缶
７…水路
８…堰
９…開口部
１０…堤部
１１…河床
【図１】
2004041982.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004041982.tif 000005
【図４】
2004041982.tif 000006