(57)【要約】【課題】安価で優れた生物固着性を有するＰＡＮ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】一端が集束され、他端側が水中で揺動する酸化繊維束を用いる水浄化方法であって、酸化繊維束を構成する酸化繊維が結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系酸化繊維である水浄化方法、及び前記酸化繊維束を生物膜用担体として用いた水浄化装置。ポリアクリロニトリル系酸化繊維にはクリンプを形成することが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が集束され、他端側が水中で揺動する酸化繊維束を用いる水浄化方法であって、酸化繊維束を構成する酸化繊維が結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系酸化繊維である水浄化方法。
【請求項２】
酸化繊維がクリンプを有するものである請求項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酸化繊維からなる一端が集束され他端側が水中で揺動する酸化繊維束である水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系酸化繊維を用いた河川、湖沼、海洋等の水（原水）を浄化する方法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が利用されている。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、生物膜担体には、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、炭素繊維を織物や編物等の形態に加工して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】
しかしながら、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、経済面で問題となっている。
【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、この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】
本発明者は更にＰＡＮ系酸化繊維を用いた生物膜用担体について研究を行った結果、ＰＡＮ系酸化繊維を特定の形態とすることにより、ＰＡＮ系繊維の取扱い性が向上して生物膜用担体としてより一層好適に利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〕  一端が集束され、他端側が水中で揺動する酸化繊維束を用いる水浄化方法であって、酸化繊維束を構成する酸化繊維が結合酸素量４〜１５質量％のポリアクリロニトリル系酸化繊維である水浄化方法。
【００１０】
〔２〕  酸化繊維がクリンプを有するものである〔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酸化繊維からなる一端が集束され他端側が水中で揺動する酸化繊維束である水浄化装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる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。
【００１３】
ＰＡＮ系繊維は公知の方法により紡糸した後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。
【００１４】
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）また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（ストランドまたはトウ）であり、３〜１０ｇ／ｄの引張強度を有している。
【００１５】
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分程度酸化処理することにより酸化繊維になる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明で使用するＰＡＮ系酸化繊維の結合酸素量は、水中の微生物の速い固着速度、固着した微生物の速い増殖特性、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。
【００１９】
ＰＡＮ系酸化繊維にはクリンプを形成することが好ましい。クリンプを形成することにより繊維同士が絡み合って適度にまとまるため、汚泥の付着に伴って繊維束が大きく広がって水流を妨げたり、流通物による繊維の切断が生じたりすることを防止できる。更に、ＰＡＮ系酸化繊維束を構成する繊維数を３〜５００ｋ程度と多くした場合においても繊維のまとまりがよくＰＡＮ系酸化繊維束の取扱い性が向上する。
【００２０】
クリンプを形成する程度としては、クリンプ率を５〜３０％とすることが好ましい。クリンプ率が５％未満の場合、繊維同士の絡み合いが少ないため糸切れを生じ易い。クリンプ率が３０％を超える場合、単繊維強度が低下し、繊維切れが生じやすい。
【００２１】
また、クリンプ数は２〜１０ヶ／ｃｍの範囲が好ましい。クリンプ数が２ヶ／ｃｍ未満の場合には糸切れを生じ易い。クリンプ数が１０ヶ／ｃｍを超える場合、単繊維強度が低下したり、クリンプ加工時に繊維切れが生じたりする傾向にある。
【００２２】
本発明においては、上記のようにして得たＰＡＮ系酸化繊維束を一定の長さに切断し、一端で集束したものを微生物用担体として使用する。
【００２３】
本発明の一実施形態を図１に示す。図１は上記ＰＡＮ系酸化繊維を用いた水浄化ユニットで、（ａ）はユニットの平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）は側面図を示している。水浄化ユニット１は、多数のＰＡＮ系酸化繊維束３と、ＰＡＮ系酸化繊維束３を吊り下げたフラットバー５と、フラットバー５の両端５ａ、５ｂを支持するフレーム７から構成される。
【００２４】
図２は、図１に示す水浄化ユニットのフラットバー５とＰＡＮ系酸化繊維束３の状態を示す図である。ＰＡＮ系酸化繊維束３は上端が樹脂９により集束されるとともに、クリップ１１に挟まれている。クリップ１１は、連結部材１３を介してフラットバー５と連結され、ＰＡＮ系酸化繊維束３はフラットバー５の長さ方向に移動可能にフラットバー５に連結されている。
【００２５】
上記の水浄化ユニットは、そのまま河川等の水中に沈めて容易に設置できる。また、後述する水浄化装置の濾過槽等に設置することが可能である。上記ユニットは、フラットバーを取り外すことにより汚泥等が付着して浄化機能が低下したＰＡＮ系酸化繊維束を容易に交換可能である。
【００２６】
本発明の他の実施形態を図３に示す。水浄化ユニット１５は、アンカー１７と、ＰＡＮ系酸化繊維束１９と、フロート２１とからなる。ＰＡＮ系酸化繊維束１９の下端はアンカー１７に固定され、上端はフロート２１と接着している。フロート２１の浮遊に伴ってＰＡＮ系酸化繊維束１９の上端側は水中を揺動する。
【００２７】
次に、上記のＰＡＮ系酸化繊維を用いた水浄化装置を図４（ａ）に示す。
【００２８】
河川２２を流れる水（原水）は、ポンプＰにより配管２３を経由して計量槽２５に送られる。計量槽２５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２５の水は配管２７により河川に戻されるか又は配管２８により計量槽より低位置に設置された浄化槽２９へ供給される。浄化槽２９は、整流板３１ａ、３１ｂで仕切られた導入槽３３、濾過槽３５、処理水槽３７の３槽により構成される（図４（ｂ））。計量槽２５を経た原水はまず導入槽３３へ供給され、次いで整流板３１ａを通過した後濾過槽３５へ流出する。濾過槽３５には上述した図１に示す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ユニットの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化合物が分解される。濾過槽３５を経て浄化された水は、処理水槽３７から配管３９を経由して最終的に河川へ放出される。
【００２９】
【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。
【００３０】
実施例
図４に示す水浄化装置を用いて浄化処理した水の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）と浮遊物質（ＳＳ）の除去率を測定した。
【００３１】
ＰＡＮ系酸化繊維として３１２Ｋのトウ（東邦テナックス社製パイロメックス、結合酸素量１２質量％）を用い、一端を樹脂で集束した長さ１２００ｍｍ、幅２００ｍｍの繊維束を作製した。濾過槽（幅７５０ｍｍ、高さ７５０ｍｍ、長さ６５００ｍｍ）に前記繊維束を３本取り付けたバーを１３本設置した。浄化槽に供給する水量は１０ｍ３／ｈｒとした。
【００３２】
試験開始後５６日目の原水と放流水を採取し、それぞれＢＯＤ、ＳＳの測定を行った。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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表１から明らかなように、ＢＯＤ除去率は４５．７％、ＳＳ除去率は５７．０％であった。
【００３４】
【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。また、ＰＡＮ系酸化繊維にクリンプを形成した場合には、繊維の広がりによる水流の妨げや繊維の切断を防止して取扱い性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】本発明の一実施形態である水浄化ユニットの平面図（ａ）、正面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）である。
【図２】図１に示す水浄化ユニットのフラットバーに取り付けたＰＡＮ系酸化繊維束の状態を示す正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態であって、水浄化ユニットの他の例を示す概略図である。
【図４】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。
【符号の説明】
１、１５    水浄化ユニット
３、１９    ＰＡＮ系酸化繊維束
５    フラットバー
５ａ、５ｂ    フラットバー端部
７    フレーム
９    樹脂
１１    クリップ
１３    連結部材
１７    アンカー
２１    フロート
２３、２７、２８、３９    配管
２５    計量槽
２９    浄化槽
３１ａ、３１ｂ    整流板
３３    導入槽
３５    濾過槽
３７    処理水槽
Ｐ    ポンプ
【図１】
2004322047.tif 000004
【図２】
2004322047.tif 000005
【図３】
2004322047.tif 000006
【図４】
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