(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
袋織部を含む立体織物からなり、複数の、互いに平行な筒状の空間部分が形成され、該空間部分が、該袋織部の織物組織を含む該立体織物の織物組織により囲まれてなることを特徴とする水質浄化用接触材。
【請求項２】
立体織物が、経２重・緯３重からなる織物であることを特徴とする前記請求項１に記載の水質浄化用接触材。
【請求項３】
立体織物が、収縮糸の収縮を利用して立体化された織物であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の水質浄化用接触材。
【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に関し、より詳しくは、汚水処理、河川及び湖沼の浄化に使用する水質浄化用接触材に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、水質浄化用接触材としては、プラスチックの成形品や繊維製品が提案されてきた。しかしながら、プラスチックの成形品は、ネット状、ハニコーム状、マット状等々に成形されているが、いずれも重くて取り付けや保守が容易ではなかった。また、接触面積が小さいために、浄化能力に問題があった。
【０００３】
繊維製品による水質浄化用接触材は、表面積が大きいために多量の微生物が付着できるメリットがあり、従来から、中空管の芯に巻き付けた紐状の接触材などが知られている。しかしながら、汚水処理の流速が大きくなって乱流となると、接触材が動かされ、その表面に付着していた有用微生物が離脱し、汚水処理能力が低下してしまうという問題があった。また、上記紐状の接触材では、送り込まれる空気との接触が過度になりやすく、好気性菌ばかりが繁殖し、嫌気性菌が繁殖しにくいという問題もあった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであって、高い処理能力を備え、汚水処理の流速が比較的大きくても処理能力が安定している水質浄化用接触材を提供しようとするものである。さらに、取り付けや保守作業の容易な水質浄化用接触材を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するため、次の手段を取るものである。すなわち、本発明に係る水質浄化用接触材の要旨とするところは、立体織物からなり、処理水の流れ方向と平行に、筒状の空間部分を形成したことにある。
【０００６】
また、かかる水質浄化用接触材において、立体織物を、経２重・緯３重からなる織物としたことにあり、更に、立体織物を、収縮糸の収縮を利用して立体化された織物としたことにある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる立体織物は、三次元に製織された織物や、高収縮糸を用いた織物を熱処理することによって製造された嵩高織物等々であるが、その製造方法は特に限定されない。立体織物の厚さは、５ｍｍ以上、望ましくは１０ｍｍ以上である。
【０００８】
本発明の立体織物を構成する繊維は、天然繊維や合成繊維であり特に限定されない。例えば、綿糸、麻糸、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、塩化ビニル系繊維、等々を用いることができる。
【０００９】
本発明の立体織物を構成する繊維には、経糸または緯糸の少なくともどちらかに、剛性のあるモノフィラメントを用いるのが好ましい。水質浄化用接触材として用いる時には、立体織物としての形状が維持されていなければならず、処理水の流れによって変形されないだけの剛性が要求される。モノフィラメントとして用いる繊維は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系等々のいずれでもよいが、耐薬品性の大きいポリプロピレンモノフィラメントを用いるのが望ましい。モノフィラメントの太さは５０〜２０００デニールが好ましく、さらに好ましくは１００〜１０００デニールである。
【００１０】
処理水の流れに平行に設けられる筒状の空間部は、立体織物の内部に予め形成しておくことができる。例えば、ダンボールに似た構造として、２面の平らな表面の間に筒状の空間部を形成しておくことができる。あるいは、円柱状の筒状空間部を、経糸方向又は緯糸方向に断続的に並べて形成しておくこともできる。円柱状空間の形状は、必ずしも全てを同一にする必要はない。大小の組み合わせを適当に設計することによって、立体織物内の流れや隣接する立体織物間の流れに乱れをおこさせ、汚水処理の均一性を向上させることもできるのである。筒状空間部の断面積は、少なくとも１ｃｍ2 、好ましくは５ｃｍ2 以上が必要である。
【００１１】
筒状の空間部は、積層された立体織物間の間隙に形成されてもよい。例えば、波板状に成形された立体織物を、位相をずらして重ね合わせれば立体織物の間に円柱状の空間が形成される。あるいは、互いに曲率の異なる波板状の立体織物を、位相を合わせて重ねれば、断面半月状の筒状空間部が形成されるのである。立体織物の形状と重ね合わせの方法を適当に組み合わせることにより、筒状空間部の形状を自由に設計できるのである。
【００１２】
汚水処理の実施に当たっては、立体織物は並べられ、あるいは重ねられ、あるいは丸められて使用される。処理水の流れ方向と筒状空間部の方向が一致するように汚水処理槽あるいは河川の中に取り付けられなければならない。支持部材を用いることによって、立体織物を水平方向または鉛直方向に並べた状態に固定することができる。あるいは、立体織物を丸めて俵状にしたものを積み重ねたりして用いることもできる。
【００１３】
立体織物を予め積層体に成形しておけば取り付けの作業性が簡便になる。立体織物を重ね合わせて、接着又は縫製又は溶着等の手段によって、立体織物の多数枚からなる積層体を製造することができる。筒状空間部の方向を揃えるように積層されるが、必ずしも全ての筒状空間部が平行である必要はない。例えば、一部の立体織物を直角に置き換えて筒状空間部が交差する部分を設ければ、処理水の流れが横方向に混じり合う効果が生じ、汚水処理の均一性向上が期待できるのである。
【００１４】
収縮糸を用いて立体織物を製造することも可能である。経糸または緯糸の一部に収縮糸を用いて製織した織物を熱処理することにより、収縮糸は収縮し、その他の繊維で構成される部分はループ状に浮き出ることになる。熱処理は収縮糸のガラス転移点以上の温度で行われるが、乾熱処理または湿熱処理のどちらによってもよい。収縮糸の種類、混入量、織組織等々により、様々の立体織物を製造することができる。用いる収縮糸としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、塩化ビニル等々が適当であるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
収縮糸としては、繊維自身が収縮して短くなるものと、巻縮して見かけ上短くなるものとがある。潜在巻縮糸を熱処理して巻縮を発現させ、織物に局所的な収縮を起こさせることにより、織物を嵩高な立体織物にすることができる。
【００１６】
経２重、緯３重の織物において、緯糸に高収縮糸を用いれば、水質浄化用接触材に最適の立体織物を製造することができる。すなわち、経糸方向に連続して長い、断面がほぼ円形に近い筒状空間部が形成された立体織物を得ることができる。経糸に収縮糸を用いて、緯糸方向に平行な畝状凸部を形成した立体織物の例は知られているが、経糸方向に平行な畝状突起を形成した立体織物の例は知られていない。本例のように、経糸方向に長い筒状空間部が設けられた接触材は、河川や湖沼の浄化用途において特に有用である。何故なら、河川や湖沼の浄化には長い接触材を必要とするが、緯糸方向に平行な筒状空間部を形成した立体織物では、織機の機械幅が接触材の最大長さとなるために、長い接触材を製造することができない。そのため、どうしても、複数個の寄せ集めとなり、取り付けや保守の作業性が悪くなってしまうのである。
【００１７】
本発明の水質浄化用接触材は嵩高である。このため、保管や流通には広い収容スペースが必要となる。嵩の小さい、熱処理前の状態で保管や流通を行い、使用の直前に熱処理して嵩高にすることにより、流通コストの低減をはかることも可能である。使用者が処理し易いように、出来るだけ低い温度での熱処理が望ましく、１００°Ｃ以下の乾熱または湿熱によって収縮する収縮糸を用いると便利である。
【００１８】
次に、本発明に係わる水質浄化用接触材の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
【００１９】
図１は、本発明の水質浄化用接触材となる立体織物の例であるが、経２重、緯３重の多重織物として製織した後、熱処理を行って立体織物１２としたものである。断面がほぼ円形の筒状空間部１４が経糸方向に平行に形成されていて、その表層１６及び裏層１８は、それぞれ経糸と緯糸からなる織物組織となっているが、断面を横切る中間層２０は、収縮された緯糸だけからなる糸条の引き揃え体である。結合部２２は、経糸及び緯糸の全てから構成された１枚の織物となっている。
【００２０】
図２を用いてさらに詳しく説明する。図２（ａ）と（ｂ）に示されているように、熱処理前の織物は、袋織部２４と結合部２２とからなる。緯糸には高収縮糸と剛性の高いモノフィラメントとを用い、経糸にはモノフィラメントとスパン糸を用いてある。袋織部２４の表層１６及び裏層１８を構成する緯糸はモノフィラメントだけであり、中間層２０は高収縮糸だけからなっている。また、結合部２２は、１枚の織組織になっている。
【００２１】
熱処理を受けると、図２（ａ）で示された断面は、図２（ｃ）のように変化する。すなわち、中間層２０が収縮することによって、その長さが短くなり、収縮の起こらない表層１６と裏層１８とは、膨らまされてループ状になって筒状空間部１４を形成するようになる。表層１６及び裏層１８は、それぞれに含まれているモノフィラメントの反発弾性によって円弧状の曲面を形作り、外からの変形応力に対して変形しにくい形状となっている。したがって、表層１６と裏層１８で囲まれた円柱状の空間部は、処理水の通路として安定に機能するのである。熱処理によって、結合部２２の経糸２６の間隔は狭まり織物組織は密になるが、袋織部２４が変形した表層１６、裏層１８における経糸２６の間隔は、変化しないで適当な大きさの間隙が保たれたままになっている。したがって、処理水の一部は、表層１６または裏層１８を通って、筒状空間部１４を出入りすることが出来るのである。
【００２２】
上述したように、モノフィラメントは立体織物の剛性を高め、全体の形状を維持するために必要な構成要素であるが、一方、経糸に用いたスパン糸は、汚水処理に必要な活性菌の付着面積を増やすためのものである。重量当たりの表面積は、繊維が細いほど大きくなるから、、通常衣料用途に用いられている比較的細い繊維を用いるのがよい。剛性と表面積とのバランスを考慮して、モノフィラメントと細い繊維との割合を設計することになる。
【００２３】
汚水処理の実際に当たっては、立体織物１２を図３または図４のように組み立てて使用する。支持部材３０に立体織物を予め固定してから、汚水処理槽に取り付けてもよいし、汚水処理槽に取り付けた支持部材３０に立体織物１２を逐次固定していってもよい。矢印で示した処理水の流れ方向に対して、筒状空間部１４が平行になるように取り付けられる。筒状空間部１４及び隣接する立体織物１２の間に形成される空間部を通って流れるあいだに、汚水は活性菌によって浄化される。
【００２４】
立体織物１２は丸めて俵状にして用いることもできる。すなわち、図５に示すように丸めたものを、必要なら紐等で縛って、俵積みしたり縦積みしたりして汚水処理槽に投入して使用する。筒状空間部１４の方向と処理水の流れ方向とは一致させなければならない。重りを用いるだけで特別の支持部材を必要としない使用方法も可能である。
【００２５】
活性菌には好気性菌と嫌気性菌との２種類があるが、両者がバランス良く存在しなくてはならない。本発明の水質浄化用接触材を使用する場合には、汚水処理槽の底部から空気を供給して好気性菌の繁殖を助けるのが有効な方法であるが、筒状空間部１４の中にある中間層２０には空気が接触しずらいため、嫌気性菌が優先的に繁殖する。すなわち、立体織物１２の表面層１６、裏層１８、結合部２２には好気性菌が繁殖し、中間層２０には嫌気性菌が繁殖することになり、両者のバランスが適度に保たれることになって、高い汚水浄化力を発揮できるのである。
【００２６】
活性菌の付着・繁殖が局所的に不均一な場合がある。したがって、上下左右の方向にも適当に流れるようにして処理水を混ぜ合わせ、浄化の均一性を向上させる必要がある。筒状空間部１４は織物組織になっているので、処理水は組織の間隙を通って出入りし易い。すなわち、矢印方向に流れる処理水の一部は、表面層１６または裏層１８を通り抜け、上下左右方向に移動し、混ざり合うことができて、浄化の均一性を高めるのである。立体織物を水質浄化用接触材に用いることのメリットの一つである。
【００２７】
筒状空間部の形状を工夫して、処理水の流れを適度に乱すことによって浄化の均一性を向上させることができる。図６に示すように、断面積の異なる筒状空間部１４の組み合わせとしたり、図７に示すように、長さ方向に断面形状が異なる筒状空間部１４としたりすることによって、図３又は図４のように構成して用いる時の流れの状態を変化させて適度の乱れを生じさせることができる。その結果、処理水が混ぜられて平均化され、局所的な不均一性を解消することができる。
【００２８】
立体織物を積層して成形したブロック体を、水質浄化用接触材に用いることもできる。図８に示す、片面が波板状の立体織物１２を位相をずらして積層し、積層面を接着剤を用いて接着すれば、図９に示すように、立体織物の間に円柱状の空間が形成され、全体として、ハニコーム状構造の強固なブロック体３２を得ることができる。また、図１に示すような立体織物１２を積層すれば、図１０に示すようなブロック体３２を成形することができる。このブロック体３２には、立体織物１２にすでに形成されていた円柱状空間部３３に加えて、六角柱状の筒状空間部３５が新たに形成され、処理水の流路となって、浄水効果を一段と高めることが出来るのである。
【００２９】
図１０に示すブロック体３２は、円柱状空間部３３の方向を揃えて積層されたものであるが、図１１に示すように、一部の立体織物１２を直角方向に置き変えてもよい。筒状空間部の交差する部分で処理水の流れを適度に乱し、浄化の均一性を向上させることが出来る。
【００３０】
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものである。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明に係る水質浄化用接触材の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
【００３２】
【実施例１】
経糸にポリプロピレンスパン糸２４／４（綿番手）及びポリプロピレンモノフィラメント１０００デニール、緯糸にポリプロピレンモノフィラメント１０００デニール及びポリエステルマルチフィラメント高収縮糸５００デニールを使用して、図１２の組織図により経２重・緯３重の織物を製織した。イ、ロ、ハはそれぞれ、表層、裏層、結合部の経糸であり、上述の２種類の繊維からなる。また、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、表層、中間層、裏層を構成する緯糸である。ＡとＣは、ポリプロピレンモノフィラメント、Ｂはポリエステルマルチフィラメント高収縮糸である。製織した織布を１００℃で１５分間、熱風乾燥機を用いて熱処理したところ、図１に示す外観の立体織物１２を得ることができた。筒状空間部１４は直径が約６０ｍｍの円柱状であり、結合部２２の幅は約２０ｍｍであった。この織布を河川に浸漬したところ、短期間で微生物の付着が見られた。
【００３３】
本例の立体織物を用いて生活排水の浄化テストを行った。装置の概要を図１３
に示す。容積１０リットルの汚水処理槽３４の中に処理原水８リットルを入れ、予め微生物を付着させてある立体織物１２を充填率が６０％となるように取り付けた。処理液はタンク３７の中に溜めておき、ポンプ３６を用いて汚水処理層３４の上方から供給した。供給量は２５ミリリットル／分であり、排水はオーバーフローによって行った。また、散気管３８から１６７ミリリットル／分の流量で空気を吹き込み好気状態を維持した。
【００３４】
処理期間１週間の後に、水質を分析した結果を表１に示す。比較には市販のマット状水質浄化用接触材を用いた。ＣＯＤ及びＢＯＤの低下が顕著であり、本発明の水質浄化用接触材の高い浄化機能を確認することが出来た。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
【発明の効果】
本発明の水質浄化用接触材は、織物から構成されているために比表面積が大きく空隙率も大きい。このため、多量の微生物を付着固定でき、生物が付着しても有効な表面積はほとんど変わることはないし、菌体の生育による目詰まりも起きないので、高い浄化機能を維持することができる。また、筒状の空間部を処理水が流れるので、処理水の流動抵抗が小さく、菌体も剥離しにくい。さらに、本発明の水質浄化用接触材によれば、織物組織の間隙を横切る流れによって、処理水の流れが適当に乱されて混じり合い、均一な浄化結果を得ることができる。さらにまた、立体織物の外側には好気性菌を、内側には嫌気性菌を優先的に繁殖させることによって浄化機能を高め、水質の異なる汚水の浄化にも幅広く対応できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる水質浄化用接触材の一例を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係わり、図１に示す水質浄化用接触材の成形法を説明するものであり、図（ａ）は熱処理前の断面図、図（ｂ）はその平面図、図（ｃ）は熱処理後の断面図である。
【図３】本発明に係わる水質浄化用接触材の使用状態の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明に係わる水質浄化用接触材の使用状態の他の例を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係わる水質浄化用接触材の使用状態の他の例を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明に係わる質浄化用接触材の他の一例を示す断面説明図である。
【図７】本発明に係わる水質浄化用接触材の筒状空間部の一例を示す断面説明図である。
【図８】本発明に係わり、水質浄化用接触材を構成する立体織物の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係わる水質浄化用接触材の他の一例を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係わる水質浄化用接触材の他の一例を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係わる水質浄化用接触材の他の一例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係わり、水質浄化用接触材を構成する立体織物の組織を示す説明図である。
【図１３】本発明に係わり、浄化機能評価テストの装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１２：立体織物
１４，３５：筒状空間部
１６：表面層
１８：裏層
２０：中間層
２２：結合部
２４：袋織部
２６：経糸
２８：緯糸
３０：支持部材
３２：ブロック体
３３：円柱状空間部
３４：汚水処理槽
３６：循環ポンプ
３７：タンク
３８：散気管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003783880.tif 000011
【図１０】
0003783880.tif 000012
【図１１】
0003783880.tif 000013
【図１２】
0003783880.tif 000014
【図１３】
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