(57)【要約】【課題】長期にわたって炭素繊維と鉄材との接触面積を維持して水浄化性能（特にリンの除去性能）の低下を抑制できる水浄化材を提供する。【解決手段】本発明の水浄化材は、少なくとも炭素繊維を有して構成された筒状の丸打組物からなる組紐と、該組紐の内部に充填された鉄材とを備える。本発明の水浄化材においては、前記組紐は、本線部１１と、本線部１１の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部１２とを有することが好ましい。【選択図】図１
2012125740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも炭素繊維を有して構成された筒状の丸打組物からなる組紐と、該組紐の内部に充填された鉄材とを備えることを特徴とする水浄化材。
【請求項２】
前記鉄材が、柱状、球状、板状、筒状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の水浄化材。
【請求項３】
前記組紐は、本線部と、該本線部の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の水浄化材。
【請求項４】
前記組紐は、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる１種以上の繊維を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水浄化材。
【請求項５】
組紐の内径が０．０１〜５０ｃｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の水浄化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を浄化する際に用いられる水浄化材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖沼、海の水を浄化するために、または水質汚染の原因となる工場排水、温泉排水および家庭排水などの下水を処理するために、炭素繊維を利用した水浄化材を用いることが知られている。炭素繊維には、水を浄化する微生物が定着しやすいため、高い水浄化性能が得られる。
ところで、水処理においては、鉄イオンが存在すると、水中の汚濁物の凝集を促進する効果や、水中に溶解しているリン酸イオンと反応して不溶性のリン酸鉄を生成してリンを除去する効果が発現する。
特許文献１には、炭素繊維と鉄材とを組み合わせた水浄化材が提案されている。特許文献１に記載の水浄化材では、炭素と鉄との接触により、局部電池が形成されて、鉄材からの鉄イオンの溶出が促進され、水浄化性能がより向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９７６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の水浄化材では、時間の経過と共に鉄材が消費されて細くなっていくため、炭素繊維と鉄材との接触面積が減少し、鉄の溶出性が低下することがあった。そのため、リンの除去性能が損なわれることがあった。
本発明は、長期にわたって炭素繊維と鉄材との接触面積を維持して水浄化性能（特にリンの除去性能）の低下を抑制できる水浄化材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の水浄化材は、少なくとも炭素繊維を有して構成された筒状の丸打組物からなる組紐と、該組紐の内部に充填された鉄材とを備えることを特徴とする。
上記水浄化材では、組紐の内部に充填された鉄材から溶出した鉄イオンによって水中のリンを捕捉することで、水中のリンを除去することができる。
また、上記水浄化材では、組紐の内部に充填された鉄材の鉄がイオンとなって溶出し、鉄材が細くなった場合においても、それに追随して組紐が締まってくるため、常に鉄材と炭素繊維とを接触させることができる。したがって、長期にわたって炭素繊維と鉄材との接触面積を維持し、リンの除去性能の低下を抑制できる。
また、本発明の水浄化材において、組紐に含まれる炭素繊維同士が組まれて拘束されているため、水浄化に用いた際に水の力でもまれても消失しにくい。そのため、本発明の水浄化材は寿命が長く、高価な炭素繊維を充分に利用できる。
【０００６】
本発明の水浄化材においては、前記鉄材が、柱状、球状、板状、筒状のいずれかであることが好ましい。鉄材が柱状、球状、板状、筒状のいずれかであれば、組紐の内部に容易に充填できる。
【０００７】
本発明の水浄化材においては、前記組紐は、本線部と、該本線部の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部とを有することが好ましい。
本発明の水浄化材が、枝線部を有すると、水浄化材の表面積が増加し、微生物の付着量が増え、水浄化性能をより高くできる。
そのため、工場等から排出される排水の処理に対して、容積の小さな排水処理設備でも充分に処理が可能であり、広い敷地を有していなくても容易に排水処理できる。また、排水処理時の曝気量が少なくて済むため、電気代を削減でき、また、汚泥の発生量を減らすことができ汚泥処理経費を削減できる。これらのことから、排水処理費用を削減できる。
【０００８】
本発明の水浄化材において、前記他の繊維が、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる１種以上の繊維を含むことが好ましい。これらの繊維を用いれば、強度が向上し、耐久性をより向上させることができる。
【０００９】
組紐は、その内径が０．０１〜５０ｃｍであることが好ましい。組紐の内径が前記範囲であれば、充分な量の鉄材を組紐内部に充填でき、また、より高い水浄化効果を確保できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水浄化材は、長期間使用しても水浄化性能（特にリンの除去性能）の低下を抑制でき、容易にメンテナンスできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水浄化材の一実施形態を示す写真である。
【図２】本発明の水浄化材の他の実施形態を示す写真である。
【図３】実施例１の水浄化材を示す写真である。
【図４】実施例２における試験１後の水浄化材への微生物の付着状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る水浄化材について説明する。
本実施形態の水浄化材は、図１に示すように、組紐であって、本線部１１と、本線部１１の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部１２とを有する。
【００１３】
水浄化材を構成する組紐は、長手方向に対して垂直方向の断面が円形状で筒状の丸打組物からなる。また、組紐（丸打組物）の本線部１１の断面形状は、円形状であっても四角形（角打組物）等の多角形であってもよいが、繊維の切断を防ぐ点から、円形状が好ましい。
本線部１１の長さは特に限定されるものではなく、水処理する場所に応じて、数ｃｍ〜数十ｋｍの長さの範囲で調整される。
【００１４】
本実施形態では、本線部１１の側面から突出した枝線部１２が輪奈状（環状）になっている。
枝線部１２の、本線部１１の側面からの長さは、１ｃｍ〜２０ｃｍであることが好ましく、３ｃｍ〜１０ｃｍであることがより好ましい。枝線部１２の長さが１ｃｍ以上であれば、水浄化の効果がより大きくなり、２０ｃｍ以下であれば、微生物の付着による繊維同士の集束を抑制しやすくなり、繊維の開繊性が向上して、水浄化材の表面積の低下を防ぐことができる。
【００１５】
本実施形態における組紐は、炭素繊維と、炭素繊維以外の少なくとも１種の他の繊維により構成されている。
ここで、炭素繊維としては、アクリル繊維から形成したＰＡＮ系炭素繊維、石油・石炭ピッチから形成したピッチ系炭素繊維、レーヨンから形成した炭素繊維のいずれであってもよい。
炭素繊維のフィラメント数は特に制限されない。例えば、炭素繊維は、フィラメント数が４８０００本以上のラージトウであってもよいし、２４０００本以下のレギュラートウであってもよい。レギュラートウとしては、例えば、２４０００本のトウ、１２０００本のトウ、６０００本のトウ、３０００本のトウ、１０００本のトウ等が挙げられる。
【００１６】
炭素繊維以外の少なくとも１種の他の繊維としては、例えば、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、綿、麻、絹、羊毛、レーヨン、トリアセテートなどの繊維が挙げられる。
これらの中でも、強度、微生物の親和性の観点からは、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１７】
組紐における炭素繊維の含有割合は、水浄化性能の観点からは、０．１質量％以上が好ましく、１〜８０質量％がより好ましく、１０〜７０質量％がさらに好ましい。
【００１８】
組紐の内径（本線部の内径）は、０．０１〜５０ｃｍが好ましく、０．０５〜１０ｃｍがより好ましい。組紐の内径が０．０１ｃｍ以上であれば、充分な量の鉄材を組紐内部に充填でき、５０ｃｍ以下であれば、浄化する水域における水浄化材の表面積の割合が大きくなり、より高い水浄化効果を確保できる。
【００１９】
本実施形態の水浄化材においては、組紐の内部（本線部の内部）に鉄材が充填されている。鉄材の形状としては、組紐の内部に容易に充填できることから、柱状、球状、板状、筒状が好ましい。
【００２０】
組紐の内部に充填された鉄材は、水浄化材の水への浸漬時間が長くなるにつれて、溶出量が多くなり、次第に細くなっていく。組紐は長さ方向に伸びやすく、内径が小さくなりやすい。そのため、組紐内部の鉄材が次第に細くなっても、それに追従して組紐の内径が小さくなるので、炭素繊維と鉄材とを接触させ続けることができ、長期間にわたって優れた水浄化性能を維持する。
【００２１】
また、水浄化材においては、微生物の定着面積を大きくするために、組紐の内部に多孔質材料が充填されてもよい。
多孔質材料を組紐内部に充填する場合には、汚泥の発生を抑制することができる。多孔質材料としては、珪藻土および汚泥の少なくとも一方を含む配合物を焼成して得た多孔質セラミックス焼結体の破砕粒が好ましい。前記多孔質セラミックス焼結体の破砕粒によれば、微生物がより定着するため、より優れた水浄化性能が得られる。
【００２２】
水浄化材の水中での固定方法については特に制限はない。例えば、水浄化材の一端のみを、棒、ロープ、金属線等の固定部材に取り付け、前記固定部材を水面上に配置し、水浄化材を水中に向けて吊り下げてもよい。また、水浄化材の両端を前記固定部材に取り付け、一方の固定部材を水面上に配置し、他方の固定部材を水中に配置してもよい。また、水浄化材の両端を枠体に鉛直方向または水平方向に取り付け、その枠体ごと、水中に浸漬してもよい。
その際、水浄化材の本数は１本である必要はなく、水浄化性能をより高めるためには、複数本であることが好ましい。
【００２３】
上記水浄化材では、組紐の内部に鉄材が充填されているため、水中のリンを除去することができる。また、組紐内に充填された鉄材が溶出して細くなっても、それに追随して組紐が締まってくるため、常に鉄材と炭素繊維とを接触させることができる。そのため、長期にわたって炭素繊維と鉄材との接触面積を維持して水浄化性能の低下を抑制できる。
【００２４】
炭素繊維の織物からなる水浄化材を海や川、排水処理場で用いた場合には、水の力で揉まれ、繊維が織物組織から抜けて、バラバラになり、１０日も経たないうちに消失することがあった。そのため、織物の端部を縫製して筒状や袋状等にすることもあるが、そのような形状にしても縫製部の繊維が直ぐに滑脱してしまい、その部分から解れて織物全体がバラバラになった。
しかし、上記水浄化材は組紐により構成されているため、炭素繊維同士が組まれて（他の繊維を含む場合には、炭素繊維と他の繊維も組まれて）拘束され、水処理用時に抜けて流出することを防止できる。また、上記水浄化材では、本線部１１の組紐の側面から組紐を構成する繊維の一部が突出して設けられた枝線部１２を有し、表面積が大きくなるため、多くの微生物を定着させることができ、水浄化性能を向上させることができる。
微生物が多く付着しすぎると、微生物の付着によって炭素繊維同士が集束して開繊性が低下し、かえって表面積を低下させる上に、微生物の付着力が強くなる傾向にある。そのため、組紐を構成する繊維が炭素繊維のみからなり、枝線部１２を有する場合には、水浄化性能を損ない、また、メンテナンス性が低下するおそれがある。しかし、上記水浄化材を構成する組紐は、炭素繊維以外に他の繊維を含むため、微生物の定着を適度に抑制できる。そのため、微生物の付着による炭素繊維の集束を防ぐことができ、開繊性を確保でき、表面積を高いまま維持できる。さらに、定着した微生物の付着力を適度に低下させることができるため、水をかけるだけで水浄化材から微生物を容易に除去でき、メンテナンス性に優れる。
【００２５】
また、上記水浄化材では、従来の排水処理設備よりも小型化できるため、敷地が狭く、排水処理設備を設置できなかった場所においても排水処理が可能となり、設備費を削減できる。また、排水処理時の曝気量も３０〜９５％程度減らすことができ、排水処理時の電気代を削減できる。また、排水処理時に発生する汚泥の量を２０〜９９％程度削減でき、汚泥処理費用、排水処理時のランニングコストも削減できる。さらに、汚泥の沈殿槽を小さく又は省略することができ、排水処理設備の面積の縮小、排水処理の経費を削減できる。
【００２６】
なお、本発明の水浄化材は、上記実施形態に限定されない。例えば、図２に示すように、枝線部は輪奈状でなくてもよく、輪奈が切断されて、端部１３ａを有する非環状の枝線部１３でもよい。
また、本発明の水浄化材は、枝線部を有さないものであってもよい。また、本発明の水浄化材は、他の繊維を有さず、炭素繊維のみで構成されていてもよい。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げてさらに本発明を詳細に説明する。
なお、各種の測定は以下の方法にておこなった。
【００２８】
（ＢＯＤ）  ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ２１、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ３２．３  隔膜電極法
（全リン）  ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ４６．３．１  ペルオキソ二硫酸カリウム分解法
（ＳＳ）  昭和４６年環告第５９号付表８  ろ過重量法
【００２９】
なお、以下の例において、組紐を構成する各繊維には以下のものを用いた。
炭素繊維：ＰＡＮ系炭素繊維、１２０００本（１２Ｋ）、直径  ６．５μｍ
アクリル繊維（毛糸）：ホビーメイクアクリル並太（商標）、４８ｇ玉巻（約７９ｍ）、手芸の山久より購入。
アクリル繊維（スパン）：１７番手
【００３０】
（実施例１）
水浄化材として、炭素繊維のみから構成され、断面形状が円形状で筒状の丸打組物の組紐１０ａ（図３参照）と、組紐の内部に充填した３本の鉄製の５寸釘からなる鉄材とを有するものを用いた。組紐は、長さ２０ｃｍで、伸ばした際の内径が１ｃｍ、縮めた際の内径が４ｃｍのものとした
アクリル製水槽（タテ２８ｃｍ、ヨコ１５ｃｍ、高さ１７ｃｍ）の中に、木場潟（石川県小松市）の水４リットル、小松精練株式会社の水処理に用いている微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）を１００ミリリットル入れ、その中に前記水浄化材を設置した。また、前記水槽の内部には、空気の排出口となるエアーストーン（商品名：ラバーストーン、株式会社貝沼産業）を配置し、これを鑑賞魚用エアーポンプ（商品名：ノンノイズＷ３００、日本動物薬品株式会社製）に接続した。
そして、エアーポンプを用い、エアーストーンを介して空気を水槽内の水に吐出量１．５リットル／分で供給して、水浄化処理をおこなった。
処理開始から２日後の処理水のＢＯＤ、全リン、ＳＳを測定した。測定結果を表１に示す。
ＢＯＤ、全リンおよびＳＳは水処理前よりも大幅に低減されていた。
【００３１】
【表１】
2012125740.tif 000003
【００３２】
（実施例２）
水浄化材として、組紐と、組紐の内部に充填した太さ２ｍｍの針金からなる鉄材とを備えるものを用いた。
上記組紐は、炭素繊維、アクリル繊維（毛糸）、アクリル繊維（スパン）から構成され、本線部１１と、本線部１１の側面から炭素繊維１２ｂおよびアクリル繊維（毛糸）１２ｃの一部が突出して設けられた枝線部１２とを有するものとした（図１参照）。組紐の本線部１１は、伸ばした際の内径が０．０５ｃｍ、縮めた際の内径が０．５ｃｍの断面形状が円形状で筒状の丸打組物である。
組紐における炭素繊維、アクリル繊維（毛糸）、アクリル繊維（スパン）の質量割合は、炭素繊維：アクリル繊維（毛糸）：アクリル繊維（スパン）＝３０：２８：２とした。枝線部１２は輪奈になっており、その大きさは、輪奈の先端を引っ張って線状にした状態で測定した際の長さが５ｃｍ（輪奈の全周では１０ｃｍ）とした。枝線部１２における炭素繊維とアクリル繊維（毛糸）は、炭素繊維とアクリル繊維（毛糸）の質量割合は１：１とした。
なお、水浄化材は、本線部の長さが１ｍのものと１．８ｍのものを作製した。
【００３３】
実施例２の水浄化材を用いて、以下の試験１、２、３をおこなった。
（試験１：バッチ試験）
タテ２．５ｍ、ヨコ１．２ｍ、高さ２ｍの槽に、小松精練株式会社から排出される水処理前の排水６ｍ３を入れ、その中に長さ１ｍの水浄化材２００本、１．８ｍの水浄化材を２００本吊り下げた。その水浄化材の上下は紐を用いて固定した。
次いで、小松精練株式会社において水処理に用いている微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）を１０リットル／日投入して、水処理を開始した。水処理の際には、水中の溶存酸素が２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気した。
【００３４】
水処理開始から１０日後のＢＯＤおよびＳＳの測定結果を表１に示す。ＢＯＤおよびＳＳは水処理前よりも大幅に低減されていた。試験後の実施例２の水浄化材では、枝線部の炭素繊維が、微生物の付着による集束が抑制され、開繊性が高くなっていた。そのため、図４に示すように、繊維が広がった状態で微生物Ａが付着しており、微生物Ａの付着量が多かった。
【００３５】
（試験２：連続処理試験）
試験１の後、処理した水を取り除き、再度、前記の槽に小松精練株式会社から排出される水処理前の排水を連続供給した。排水の供給量は０．５ｍ３／ｈとし、これに合わせて微生物（種菌：ＭＬＳＳ１４０００ｍｇ／Ｌ）も連続投入（１リットル／日）して、水処理を施した。水処理の際には、試験１と同様に水中の溶存酸素が２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気した。また、槽内の滞留時間はおよそ１２時間とした。
【００３６】
実施例２では、曝気に要する電気代が４０円、余剰汚泥発生量が０．５ｋｇ／日であり、排水処理に要する費用等を大幅に削減できた。
上記水浄化材を用いない従来の排水処理方法では、処理能力が低く、実施例２の条件では水処理できなかった。すなわち、従来の排水処理において、実施例２と同程度にまで浄化するためには、１２ｍ３／日（０．５ｍ３／ｈ）の流入量で、容積１２ｍ３の処理槽を必要とし、滞留時間が２４時間、曝気に要する電気代が１８０円／日、余剰汚泥発生量が５ｋｇ／日であった。
【００３７】
（試験３：メンテナンス性試験）
試験２の後の微生物が付着した水浄化材に家庭用散水ホースを用いて水をかけて、微生物を除去させた。その際の、微生物の除去のしやすさにより、メンテナンス性を評価した。
その結果、実施例２では、微生物を除去することができた。対比のため、組紐を構成する繊維が炭素繊維のみからなること以外は実施例２と同様に水浄化材を作製し、その水浄化材を用いて排水処理した後、メンテナンス性を評価したところ、微生物の除去は困難であった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の水浄化材は、優れた水の浄化能力を有するため、滞留しやすい湖沼水の処理や、工場などから排出される排水の連続処理を行うこともできる。
【符号の説明】
【００３９】
１１  本線部
１２，１３  枝線部
【図１】
2012125740.tif 000004
【図２】
2012125740.tif 000005
【図３】
2012125740.tif 000006
【図４】
2012125740.tif 000007