(57)【要約】【課題】安価で優れた生物固着性を有するポリアクリロニトリル系酸化繊維を用い、繊維の取扱い性の良い水浄化方法及び水浄化装置を提供する。【解決手段】結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を用いる水浄化方法、前記成形体を網袋又は金属カゴに収納してなる水浄化ユニット、及び前記成形体を生物膜用担体として用いる水浄化装置。酸化繊維成形体は、一辺１００ｍｍの中空立方体内に収まる大きさのフェルト、織物又は編物からなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を生物膜用担体として用いることを特徴とする水浄化方法。
【請求項２】
酸化繊維成形体が一辺１００ｍｍの立方体内に収まる大きさのフェルト、織物又は編物からなる請求項１に記載の水浄化方法。
【請求項３】
浄化槽へ所定流量の原水を供給する計量槽と、生物膜を担持した担体を備えた浄化槽と、計量槽へ原水を供給する手段とを有する水浄化装置であって、浄化槽の担体が結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体である水浄化装置。
【請求項４】
結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を複数網袋に収納してなる水浄化ユニット。
【請求項５】
結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を複数金属カゴに収納してなる水浄化ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系酸化繊維からなるフェルト片等を用いた河川、湖沼、海洋等の水（原水）を浄化する方法、同方法に用いる水浄化ユニット、及び水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
上下水、河川水等を浄化するための浄化装置には、バクテリア等の微生物を利用するものがある。微生物を水の浄化に用いる方法としては、水中の浮遊微生物を利用する方法や担体に微生物を付着させ生物膜を形成する方法がある。
【０００３】
従来、生物膜を形成させる担体としては、ナイロン、ポリ塩化ビニリデンなどの合成樹脂のフィルムや繊維が各種の形態に加工されて使用されている。また、近年では、水浄化装置に使用される生物膜用担体として炭素繊維が有効であることが公知となっている。例えば、特許第２９５４５０９号公報（特許文献１）には、水中でばらけて泳動するように加工した炭素繊維を水中に設置すると炭素繊維上に微生物が固着して増殖し、その結果水中の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）が減少することが記載されている。また、炭素繊維を水中に設置することによって微生物を定着させ、食物連鎖の場となる人工藻場、即ち魚礁を形成できることも公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
従来使用されているナイロン等の合成樹脂は微生物との親和性が低いため微生物が固着しにくい。また、炭素繊維を水浄化装置等の生物膜用担体に用いるには炭素繊維の価格が高く、経済面で問題である。
【０００５】
本発明者は、炭素繊維の前駆体であるＰＡＮ系酸化繊維に着目し、所定の結合酸素量を有するＰＡＮ系酸化繊維を用いれば、安価に優れた生物固着性を有する生物膜用担体が得られることを見出し、ＰＡＮ系酸化繊維を用いた生物膜用担体について先に特許を取得した（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９５４５０９号公報（段落番号（０００７））
【特許文献２】
特許第３０８０５６７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特許第３１８４９０５号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ＰＡＮ系酸化繊維を用いた生物膜用担体について更に研究を重ねた結果、ＰＡＮ系酸化繊維をフェルト等に加工した後切断する等の方法で製造した酸化繊維成形体は取扱い性の良い生物膜用担体として好適に使用できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は以下に記載するものである。
【０００９】
〔１〕  結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を生物膜用担体として用いることを特徴とする水浄化方法。
【００１０】
〔２〕  酸化繊維成形体が一辺１００ｍｍの立方体内に収まる大きさのフェルト、織物又は編物からなる〔１〕に記載の水浄化方法。
【００１１】
〔３〕  浄化槽へ所定流量の原水を供給する計量槽と、生物膜を担持した担体を備えた浄化槽と、計量槽へ原水を供給する手段とを有する水浄化装置であって、浄化槽の担体が結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体である水浄化装置。
【００１２】
〔４〕  結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を複数網袋に収納してなる水浄化ユニット。
【００１３】
〔５〕  結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系の酸化繊維成形体を複数金属カゴに収納してなる水浄化ユニット。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ＰＡＮ系酸化繊維の原料となるＰＡＮ系繊維は、アクリロニトリルの単独重合体であるポリアクリロニトリル、又はアクリロニトリル単量体９０質量％以上と公知の単量体とを共重合した分子量３０，０００以上の共重合体を紡糸することにより製造できる。アクリロニトリルと共重合させる単量体としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸又はこれらの塩、メチルエステル、若しくはエチルエステル；アクリルアミド；スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタクリルスルホン酸又はこれらの塩を挙げることができる。
【００１５】
ＰＡＮ系繊維は公知の方法により酸化処理して酸化繊維とするものであるが、紡糸、酸化処理は例えば以下の方法を用いることができる。
【００１６】
まず、アクリロニトリル単独重合体又は共重合体をジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の有機溶剤、塩化亜鉛濃厚水溶液、ロダン塩水溶液等の無機溶剤等の溶解剤に溶解させて重合体溶液とする。その後、得られた重合体溶液を溶解剤の水希釈液中（湿式法）又は溶剤の沸点近傍の温度雰囲気中（乾式法）にノズルから圧出して紡糸する。次いで脱溶媒中で２〜５倍延伸し、高温水中であるいは乾燥後蒸気中でさらに２〜５倍延伸してＰＡＮ系繊維を得る。この製造方法で得られるＰＡＮ系繊維は、通常繊維構成本数が１００〜１，０００，０００本の束（ストランド又はトウ）であり、３〜１０ｇ／ｄの引張強度を有している。
【００１７】
得られたＰＡＮ系繊維は、１０〜２００ｍｇ／ｄの張力下、２００〜３００℃の酸化性ガス雰囲気中で１０〜１００分程度の酸化処理することにより酸化繊維になる。
【００１８】
本発明においては、結合酸素量が４〜１５質量％のＰＡＮ系酸化繊維を使用する。結合酸素量が４質量％未満の場合は水中における微生物の固着が遅く、その増殖も少ないため水を浄化する効果が小さい。一方、結合酸素量が１５質量％を超えると繊維の引張伸度や強度が著しく低下し、取扱い性が低下するので好ましくない。
【００１９】
ＰＡＮ系酸化繊維の結合酸素量が４質量％を超えると微生物の固着、増殖が速くなり水を浄化する作用が大きくなるが、これは繊維表面の酸素官能基が増加して水との親和性が増加し、更に繊維表面組織が窒素を含む６員環構造に変わってくることが関係しているものと思われる。
【００２０】
本発明で使用するＰＡＮ系酸化繊維の結合酸素量は、水中の微生物の固着速度、固着した微生物の増殖特性、繊維の引張伸度等を考慮して、５〜１２質量％とすることが好ましい。
【００２１】
上記のようにして得たＰＡＮ系酸化繊維は公知の方法によりフェルト（不織布）、織物、編物に加工した後、型で打ち抜き等を行って小片に切断し、酸化繊維成形体とする。
【００２２】
フェルト等の厚さは１〜１００ｍｍとすることが好ましく、５〜３０ｍｍがより好ましい。また、フェルト等の比重は０．０６〜０．１２ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。比重が０．１２ｇ／ｃｍ３を超えると繊維が密になるため生物濾過に有効な表面積を充分に確保することが困難となり、０．０６ｇ／ｃｍ３未満ではフェルト等の製造自体が困難となる。
【００２３】
酸化繊維成形体の形状は任意の形状とすることができるが、ケージ等へ充填した場合に適度な空隙を有する形状とすることが好ましく、具体的には球状、円錐状、角錐状の他、厚さに対して垂直断面の形状を円、多角形等とすることが好ましい。好ましくは、酸化繊維成形体の寸法は一辺１００ｍｍの中空立方体内に収まる大きさである。
【００２４】
本発明において生物膜用担体として用いる酸化繊維成形体は、ＰＡＮ系酸化繊維をフェルト等に加工して切断する等により成形したものであるため、形状をある程度保持することができる。トウ状等の繊維を水中で泳動させて生物濾過を行うタイプの生物膜用担体と比較して繊維がばらけないので取扱い性が良好である。また、トウ状等の生物膜用担体を水中に設置した場合には水流により繊維が偏在して水の流れが偏るため、結果として生物濾過の効率が低下しやすい問題があるが、酸化繊維成形体を用いた場合には水流の影響を受けないためこのような問題が生じない。
【００２５】
図２の（１）〜（８）に酸化繊維成形体の例を示す。
【００２６】
上記のようにして得た酸化繊維成形体は、適当な目を有する網袋（ネット）、金属カゴ（ケージ）等に充填することにより水浄化ユニットを得ることができる。ケージ等への酸化繊維成形体の充填密度はおよそ０．０００１〜０．１ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。この水浄化ユニットは、そのまま河川等の水中に沈めて水の浄化に用いることができる。また、後述する水浄化装置の濾過槽に設置することも可能である。
【００２７】
図３は酸化繊維成形体２０をケージ２２に充填した水浄化ユニットの一例を示す。
【００２８】
次に、上記のＰＡＮ系酸化繊維からなる酸化繊維成形体を用いた水浄化装置を図１（ａ）に示す。
【００２９】
河川２を流れる水（原水）は、ポンプＰにより配管３を経由して計量槽５に送られる。計量槽５では後述する浄化槽に供給する原水の流量を所定量に制御する。計量槽５の水は配管７により河川に戻されるか又は配管８により計量槽より低い位置に設置された浄化槽９へ供給される。浄化槽９は、整流板１１ａ、１１ｂで仕切られた導入槽１３、濾過槽１５、処理水槽１７の３槽により構成される（図１（ｂ））。計量槽５を経た原水はまず導入槽１３へ供給され、次いで整流板１１ａを通過した後濾過槽１５へ流出する。濾過槽１５には上述した酸化繊維成形体を充填したケージ（水浄化ユニット）が設置されており（不図示）、濾過槽を流れる水は酸化繊維成形体を構成するＰＡＮ系酸化繊維表面に形成された生物膜と接触することにより有機物質が分解される。浄化槽を経て浄化された水は、処理水槽１７から配管１９を経由して最終的に河川へ放出される。
【００３０】
【実施例】
本発明について、実施例を挙げて更に詳しく説明する。
【００３１】
実施例
１５ｍｍ厚さのフェルト（東邦テナックス（株）製  パイロメックス、結合酸素量１２質量％、比重０．１２ｇ／ｃｍ３）を直径５０ｍｍの円盤状に加工してフェルト片５００個を得た。このフェルト片を１０００×１５００ｍｍのネット（ポリプロピレン製）に充填し、人工河川に設置した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明においては生物膜用担体として生物固着性に優れたＰＡＮ系酸化繊維を用いているので、安価に河川、工場排水等を浄化することができる。ＰＡＮ系酸化繊維をフェルト等に加工した後切断して得た酸化繊維成形体を用いるため取扱い性が良好で、トウ状の生物膜用担体を使用した場合のように水流により繊維が偏在しないため効率よく水の浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水浄化装置（ａ）及び水浄化装置を構成する浄化槽（ｂ）を示す概略図である。
【図２】（１）〜（８）はそれぞれ本発明の実施に使用する酸化繊維成形体の形状の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の水浄化ユニットの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
３、７、８、１９    配管
５    計量槽
９    浄化槽
１１ａ、１１ｂ    整流板
１３    導入槽
１５    濾過槽
１７    処理水槽
２０    酸化繊維成形体
２２    ケージ
Ｐ    ポンプ
【図１】
2004322048.tif 000003
【図２】
2004322048.tif 000004
【図３】
2004322048.tif 000005