CN102224112B - 水净化系统以及净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种在不破坏生态系统的情况下提高水中的溶解氧浓度，利用好氧性细菌来对环境水、工业废水、污水等生活废水进行净化的方法。本发明的水净化系统通过在水中配置碳纤维制或者氧化纤维、耐焰纤维或各种纤维制的水质净化材料(2)，并且在底部或净化对象水域壁部或者底泥中埋入碳纤维、氧化纤维或者耐焰纤维等碳材(6)，而提高环境水、工业废水、污水等生活废水中的溶解氧浓度。

Description

水净化系统以及净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法

技术领域

本发明涉及一种使用生物从存在于河流、水渠、运河、池、湖沼、湾、湖岔、海洋等中的淡水、半咸水、海水等环境水和工业废水及污水中除去污浊物质的水净化系统，以及净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法。 

背景技术

近年来，水质污染不仅在日本而且在世界各国日趋加剧。可以说水华(water bloom)的产生、赤潮(red tide)的产生等水质污染从今往后成为全球环境问题。特别是水资源的确保，是继全球变暖或二氧化碳减少问题之后的全球规模的环境问题。若该状况恶化，则可能会引起水战争。 

和自然界所具有的恢复力相比，水被人为地污染、污浊对水质污染加剧的影响更大。若水质污染进一步加剧，则在河流、湖沼等的水底部会堆积含有恶臭物质的底泥。底泥通常被称为淤泥(sludge)。 

针对所述情况，人们已经开发出了各种方法作为对水进行净化的水质净化方法。但是，即使利用以前的方法来进行水质净化，底泥也不分解，因此有时污浊物质会从沉积在河底、池底或湖底的底泥(淤泥)中溶出，而难以将水质完全净化。因此，为了可靠地进行水质净化，必须将底泥分解或者除去。 

淤泥堆积的原因可以举出：水中的溶解氧浓度降低，在该环境下，分解污浊物质的微生物难以生存。因此，为了除去底泥，必须使分解污浊物质的好氧性的微生物繁殖，由此分解污浊物质而将水净化。但是，为了使好氧性微生物分解污浊物质而将水净化，水中的溶解氧不可缺少。其原因在于，当水中无溶解氧时，成为厌氧状态，好氧性微生物对污浊物质的分解速度、也 就是水的净化速度明显下降。 

这里，关于除去底泥的其他方法，通常广为人知的是疏浚(dredging)。但是，目前实施的利用抽吸泵来汲取底泥的疏浚方法中，生存在底泥中的有用的生物群例如微生物、细菌等也被汲取出而废弃。而且，水草等植物群也被强制除去，因此也会破坏生态系统。 

针对该问题，日本专利特开2001-47095号公报中公开了以下方法：不使用疏浚而利用由炼钢厂排出的炼钢渣来进行淤泥的脱磷、脱氮、脱氨。但是，该方法是以淤泥中的氮或磷的分解除去为目的，而并非以分解除去淤泥的主要成分即碳成分为目的，所以淤泥的分解效率低。因此，无论如何都必须使用网状袋体等来人为地补充脱氮细菌等以分解底泥。 

发明内容

发明要解决的技术课题 

鉴于以上所说明的以往技术所具有的各种问题，本发明的目的在于提供一种不人为地疏浚底泥，或人为地在水底补充设置微生物、细菌等来分解底泥，而是直接利用自然界中存在的生物资源来分解除去底泥的水净化系统以及净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法。 

另外，本发明的目的在于提供一种使自然界中存在的生物在净化对象水中积极地增殖，从净化对象水中分解除去污染物质或污浊物质而将净化对象水净化，并且将增殖的生物积极地用于净化对象水中的底泥的分解除去的水净化系统以及净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法。 

解决课题的技术手段 

本发明人发现，碳材料适合于好氧性细菌的繁殖和固定，从而想到，通过在水中配置碳纤维，在底泥中配置碳材，而有效地分解底泥，进行环境水的净化。并且本发明人发现，此时通过在水中配置碳纤维制水质净化材料等纤维制水质净化材料，并且在底泥中埋入木炭、碳纤维等碳材，可以使具有 分解底泥的能力的好氧性细菌繁殖而分解底泥。而且，根据该发现而构思出了本发明的水净化系统，该水净化系统可以在不破坏生态系统的情况下分解底泥，而且有效地利用存在于净化对象水中的生物，也可以有效地分解水中的污浊物质或污染物质，由此可以进行污浊水或污染水的净化。 

这里，本发明人推测，在本发明的水净化系统中，存在于水中的好氧性细菌附着于浸渍在水中的碳纤维制水质净化材料等特定的纤维制水质净化材料并增殖，并且通过纤维制水质净化材料而增殖的好氧性细菌的一部分移动到水底部，好氧性细菌在水底部所配置的碳材中繁殖，由此好氧性细菌对底泥的分解受到促进而引起底泥的分解。 

另外，本发明人推测，在如上所述的水净化系统中，好氧性细菌在水底部增殖，结果植物性浮游生物(plankton)或植物等繁殖，由植物等产生氧气而水中的溶解氧浓度增加，好氧性细菌对底泥的分解进一步受到促进。因此，本发明人为了确认这些推测而进行了各种实验，结果再次确认到，本发明的水净化系统高效地分解底泥而使其减少。 

进一步，本发明人在进行所述可以分解底泥的水净化系统相关的实验时测定了水中的溶解氧浓度，结果发现，在设置了水净化系统的场所和未设置水净化系统的场所，水中的溶解氧浓度有明显差异。而且令人惊讶的是，当溶解氧浓度产生了差异时，从水净化系统的设置开始起仅经过了两周，因此提供氧的水草等水生植物几乎未繁殖，但尽管如此，在水净化系统的设置场所的溶解氧浓度明显增加。本发明人推测该现象的原因在于，通过设置所述的水净化系统，好氧性细菌从水中向纤维制水质净化材料及碳材移动并增殖，由于和此种情况有关的某些原因，水中的溶解氧浓度变高。 

而且，本发明人对所述现象进行了详细分析，结果想出了本发明的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法。 

这里，本发明的特征在于：在水中配置纤维制水质净化材料，并且在底泥中埋入碳材；从而本发明可以在不破坏生态系统的情况下提高水中的溶解 氧浓度，将底泥分解除去。 

于是，本发明提供“一种水净化系统，其特征在于：具备浸渍在净化对象水中的纤维制水质净化材料、和覆盖所述净化对象水的水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部的碳材，使所述净化对象水中所含的分解污浊物质和/或污染物质的生物附着在所述纤维制水质净化材料上，并且以所述生物可以移动到所述碳材的方式来配置所述纤维制水质净化材料，使所述净化对象水中的溶解氧浓度增加”，来作为用来解决所述课题的本发明的“水净化系统”。 

另外，本发明提供“一种净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：将纤维制水质净化材料浸渍在净化对象水中，用碳材覆盖所述净化对象水的水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部，使所述净化对象水中所含的分解污浊物质和/或污染物质的生物附着在所述纤维制水质净化材料上并增殖，使增殖后的所述生物从所述纤维制水质净化材料移动到所述碳材，并且使所述净化对象水中的溶解氧浓度增加”，来作为用来解决所述课题的本发明的“净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法”。 

此时，若将所述纤维制水质净化材料以像水草那样立起的构造、或从水表面的浮体悬吊而下的构造浸渍在净化对象水中，则好氧性细菌附着在纤维制水质净化材料上并增殖，并且通过纤维制水质净化材料而增殖的好氧性细菌移动到覆盖净化对象水的水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部的碳材并繁殖，由此可以将底泥分解除去。 

另外，通过使设置在水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部的碳材为从木炭片、木炭粒、木炭粉或用粘结剂(binder)将木炭粉固定而成的成型物、碳纤维、活性炭纤维、氧化纤维以及耐焰纤维中选择的至少一种材料或所述材料的两种以上的组合，可以构筑好氧性细菌等生物容易增殖的环境。 

此外，若在形成水底的底泥中也埋设一部分碳材，则好氧性细菌等生物 可以容易地进入到底泥中，进一步促进底泥的分解，因此较好。 

另外，若由从碳纤维、活性炭纤维、氧化纤维、耐焰纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、偏二氯乙烯纤维以及聚乙烯纤维中选择的至少一种纤维或所述纤维的两种以上的组合来构成所述纤维制水质净化材料，则好氧性细菌等生物容易附着在纤维制水质净化材料上，因此较好。 

进一步，若使用对丙烯酸系纤维在200℃～300℃下进行热处理所得的纤维来作为所述氧化纤维，则好氧性细菌等生物更容易附着，因此较好。 

而且，本发明作为对象的净化对象水可以列举：(1)存在于河流、水渠、运河、池、湖沼、湾、湖岔、海洋等中的环境水；(2)由工厂等排出的工业废水；和/或(3)包含人类或家畜等的排泄物的生活废水。 

发明的效果 

通过使用本发明的“水净化系统”或者“净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法”，水中的溶解氧浓度变高。像这样水中的溶解氧浓度变高是在水中配置纤维制水质净化材料及碳材的结果，由此水中的好氧性细菌等生物繁殖，进行水质净化。而且，由此发挥以下的特别显著的效果：水的透明度变高而太阳光照射到水中，因此植物繁殖，通过碳酸同化作用而产生氧气，由此使溶解氧浓度二次增加，进一步促进水质净化。纤维制水质净化材料及碳材的设置提高水中的溶解氧浓度这一情况是由实验来确认，可以推测其原因之一在于，水中的浮游性悬浮物固定在纤维制水质净化材料及碳材上，净化对象水的透明度提高，植物性浮游生物增殖。 

另外，根据本发明，准备在水中繁殖的好氧性细菌等生物的一部分沿着纤维制水质净化材料而源源不断地移动到设置在水底或壁部的碳材的环境，因此也发挥以下的特别显著的效果，即利用自然界中普遍存在的好氧性细菌等生物来将底泥分解除去。 

附图说明

图1是表示本发明的水净化系统的一实例的平面图。 

图2是表示从图1中的箭头A方向观察到的所述实例的水净化系统的一部分的侧面图。 

具体实施方式

分解底泥的系统和/或方法、净化水质的系统和/或方法、使鱼贝类在水中增殖的系统和/或方法等中重要的事项是水中的溶解氧浓度。 

这里，利用好氧性细菌来分解底泥是使用本发明的水净化系统的水质净化的根本。其原因在于，底泥的分解在利用好氧性细菌实施时分解速度大。此外，关于污浊物质或污染物质的分解，使用厌氧性细菌和好氧性细菌都可以进行，若利用好氧性细菌进行分解，则分解产物为二氧化碳和水，若利用厌氧性细菌进行分解，则分解产物为甲烷等。 

而且，为了使好氧性细菌繁殖来促进好氧性细菌对底泥的分解，氧是不可缺少的。因此，通常在利用好氧性细菌的水质净化中进行曝气处理，即以微气泡(microbubble)等的形式吹入空气，提高水中的溶解氧浓度。但是，若进行曝气处理，则有消耗电力变大的问题。 

相对于此，本发明中无需进行曝气处理，本发明中好氧性细菌在水底部增殖，植物性浮游生物或植物等繁殖，结果所产生的氧气是以单独分子的形式而产生，比纳米尺寸更小，是用于微生物的代谢作用的更优选的尺寸。 

本发明对于工业废水、污水等也可以应用。当应用于工业废水或污水时，在填充了废水的容器或水槽的底部或壁部配置碳材，使该碳材与在水槽内悬吊而下的纤维制水质净化材料接近或接触，由此水中的溶解氧浓度增加，因此污浊物质的分解受到促进，进行水质净化。 

通过构筑此种构造，可以提高水中的溶解氧浓度，将生存在水中的好氧 性细菌捕获到纤维制水质净化材料上并使其增殖，并使该增殖的好氧性细菌移动到设置在水底部或底泥中的碳材中。移动到碳材中的好氧性细菌将底泥分解，使重油状的底泥成为无机质。此外，这些现象是由实验来证实。 

配置在净化对象水中的由碳纤维等构成的纤维制水质净化材料优选的是由利用浮体等像水草那样立起的碳纤维所构成。这些由碳纤维制作的纤维制水质净化材料可以是蜈蚣形、缨穗形等末端开纤而成为松散状态的材料或者具有平面形状的成形体。此外，形状也可以是片状、带状、条状、绳状、筒状、管状、棒状、短条状、螺旋状、螺线状、格子状、开孔状、网状。 

(纤维制水质净化材料的悬吊) 

浸渍在水中而配置的纤维制水质净化材料的形态优选的是不仅在水中立起，而且从位于水面上的浮体朝底泥中的碳材悬吊而下的形态。浮体可以使用由木材、竹子、橡胶、塑料等制作的物体，或者将这些物体连结而成的筏、浮桥(pontoon)、栈桥、浮筒(float)、浮标等。将纤维制水质净化材料固定在这些浮体上，并从这里开始悬吊直到底泥。 

悬吊的纤维制水质净化材料可以使用和上述从水中立起的情况相同的材料，并且蜈蚣形或缨穗形等末端成为开纤状的材料、或者具有平面形状的成形体或形成织物状的材料也可以使用。形状可以是片状、带状、条状、绳状、筒状、管状、棒状、短条状、螺旋状、螺线状、格子状、开孔状、网状。 

此外，纤维制水质净化材料可以使用由碳纤维制作的网、或在由化学纤维或天然纤维制作的网中装入木炭或碳纤维等碳材的材料、或者在装有木炭的网的外周部以在水中摇晃的方式安装碳纤维的材料。 

(在有水流的场所安装纤维制水质净化材料的方法) 

在利用绳索(rope)等将纤维制水质净化材料从水面上悬吊到水中的情况下，悬吊绳索等的安装方法较为重要。例如在河中设置纤维制水质净化材料时，容易的安装方法是与河的水流成直角并在水面附近展开配置支撑绳索，在该支撑绳索上安装悬吊纤维制水质净化材料的绳索。但是，水量增加时可 能漂流物挂在支撑绳索上等而引发灾害。相对于此，当将支撑绳索系到从河底开始竖立设置直到水面附近的木桩等上并与水流平行而在水面附近展开支撑绳索时，即使水量增加时，漂流物挂在支撑绳索等的可能性也变少。 

覆盖水底(底泥)的上表面的至少一部分、或净化对象水域的壁部的一部分或全部的碳材可以是木炭片、木炭粒、木炭粉。或者也可以是用水泥硬化物、石膏、玻璃、塑料、淀粉等粘结剂将木炭粉固定而成的成型物。另外，也可以是由碳纤维制作的蜈蚣形、缨穗形等末端成为开纤状的碳材或具有平面形状的织物状等的成形体。碳材的形状可以采用带状、片状、条状、绳状、筒状、管状、棒状、短条状、螺旋状、螺线状、格子状、开孔状、网状等。 

本发明中，将这种碳材也埋入到底泥中使用时，进一步促进分解底泥的效果，因此较好，这种碳材除了碳纤维或木炭以外，可以使用将竹子或其他生物质(biomass)炭化而成的材料，此外，由石炭所制作的焦炭(cokes)等也可以用作碳材。 

进一步，覆盖底泥的上表面、或埋入到底泥中的碳材也可以是未经特别加工的丝状的碳纤维本身、或长纤维状的碳纤维。进一步，也可以是将短纤维的碳纤维互相缠绕而成的碳材。即使是短纤维状的碳纤维，也通过分散在底泥中而促进好氧性细菌对底泥的分解。 

(生物质炭化品的有效应用) 

若将茧、棉、麻、羊毛、丝等具有纤维形态的生物质炭化，则虽然在强度方面有问题，但通过作为碳材配置在底泥中，而发挥作为本发明的碳材的功能。因此，将无用的纤维制品等炭化而成的材料也可以用作配置在底泥中等的碳材。此时需注意的是，若纤维长度短则有时会流出。此外，碳材的机械强度低，即使在设置后碳材被破坏而成为粉末状，也由于这些粉末分散在底泥中而发挥分解底泥的功能。 

配置在水中的纤维制水质净化材料理想的是和覆盖水底(底泥)的上表面的至少一部分、或净化对象水域的壁部的一部分或全部的碳材接触或接近。 如果这样，则水中的纤维制水质净化材料上附着的好氧性细菌容易移动到底泥中的碳材中，因此可以分解底泥。此外，所说的接近例如是指纤维制水质净化材料和碳材根据水的流动情况不同而接触或不接触的距离。 

(和植物净化的并用) 

水中的污浊源有氮及磷等。附着在碳纤维上的微生物将水中氮积极地分解。但是关于磷，由于其不变化为气体状物质，因此难以从水中除去。 

这里，氮及磷对于植物来说是不可缺少的成分。植物从根部积极地吸收氮或磷作为营养源。因此，想出了在水上配置植物、在水中配置植物的根部及碳纤维、在底泥中(水底)配置碳材的水质净化方法。具体来说，想到了在浮体的上部配置植物，在浮体的下部配置碳纤维。这里，安装在浮体下部的碳纤维可以使用上文所述那样的从底部立起的碳纤维或从浮体悬吊而下的碳纤维，具体可以使用蜈蚣形、缨穗形等末端开纤而成为松散状态的碳纤维，具有平面形状的成形体，片状、带状、条状、绳状、筒状、管状、棒状、短条状、螺旋状、螺线状、格子状、开孔状、网状的碳纤维等。像这样，已成长的植物的根部和碳纤维相互交缠，由此植物的根部积极地吸收磷或氮，借此促进植物的成长。 

此外，虽然植物高效地吸收水中的氮、磷，但是到冬季时植物会枯萎，因此所聚集的氮或磷会再次溶解在水中而成问题。解决此问题的方法可以列举：将植物在枯萎前割下，除去到水环境外。因此，安装在浮体上的植物理想的是容易割下。具体可以列举长得高的菖蒲、芦苇、茅草等。 

(所使用的碳纤维的种类) 

本发明中使用的碳纤维可以是腈纶(polyacrylonitrile，PAN)系，也可以是沥青(pitch)系。考虑到价格方面、强度方面，配置在水中的碳纤维理想的是PAN系的长纤维。另一方面，配置在底泥中的碳纤维因不特别要求强度，所以也可以是沥青系的通用纤维。配置在底泥中时，纤维的长度也不特别成问题。PAN系碳纤维有时长丝(filament)数不同，但本发明中在实施方面并 不特别成问题。 

(氧化纤维的使用) 

在制造PAN系碳纤维的过程中，当对原丝丙烯酸系纤维以200℃以上且300℃以下左右进行热处理时，制造出氧化纤维(例如公开于日本专利第2184095号中)或耐焰纤维(东邦特耐克丝(Tohotenax)制造，费罗迈克斯(Pyromex)(商标)等)。这些纤维也可以进行水质净化，也可以使用这些氧化纤维或耐焰纤维来代替配置在水中的碳纤维。 

另外，通过使用氧化纤维或耐焰纤维来代替配置在底泥中的碳纤维、或碳纤维的一部分，也发挥净化效果。但是，水质净化效果与使用碳纤维的情况相比变低。 

(碳纤维表面的上浆剂(sizing agent)) 

将碳纤维用作复合材料时，在碳纤维的表面涂敷上浆剂以与母材良好地接合。特别是用于以树脂为母材的复合材料时，为了提高两者的界面结合力，而使用环氧系的上浆剂。本发明中，即使将这种涂有环氧系上浆剂的碳纤维放入到水中时，也逐渐开纤而发挥水质净化效果。 

这里，若想在早期阶段中获得水质净化效果，则使用涂敷了水溶性上浆剂的碳纤维便可以更早地发挥水质净化效果。此外，若不期望在早期阶段中发挥水质净化效果，则涂敷在碳纤维表面的上浆剂无论是哪种都可以使用。 

(水草的茂盛) 

本发明的效果之一在于促进水草的成长。通过设置碳材，有效地将底泥分解除去，由此水的透视度提高。借此，水的透视度变高，太阳光到达净化对象水中的底部附近，光合成作用变活跃，则植物变得茂盛。植物在水中成长由此产生氧气，水中的溶解氧量变得更高，水中的好氧性细菌的作用变活跃，进一步促进污浊物质的分解。植物的成长对于水质净化来说较好，本发明中，配置在底泥中的碳材发挥作用，由此促进植物的成长。 

(藻场功能、鱼的增殖) 

本发明的另一效果在于鱼类繁殖，水净化系统表现出作为藻场的功能。通过将碳纤维配置在水中并使用碳材覆盖底泥的上表面，或在底泥中设置碳材，鱼类增加。其原因在于，水中的碳纤维成为鱼的产卵场、隐蔽场、饲养场、摄饵场等。另外其原因在于，碳纤维上聚集了大量的浮游生物，因而捕食此浮游生物的鱼类聚集。这些现象是由水中的溶解氧浓度提高所引起。 

进一步，本发明的水净化系统中，通过在底泥的上表面和底泥中设置碳材，贝类、虾、螃蟹等甲壳类增多。而且，在泥中生长的泥鳅或鳗鱼等也增多。这些生物群捕食底泥中的营养成分而生存。这种现象也是由水中的溶解氧浓度提高所引起。 

(配置在底泥中的碳材的配置方法) 

配置在底泥中的碳材有放置在底泥表面的情况、配置在底泥中的情况、和仅配置在底泥内部的情况等。基本上优选的是配置在水中的碳纤维和底泥中的碳材相接触。 

因此，即使在底泥的内部配置碳材，也必须尽可能地避免形成表面和位于内部的碳材无法接触的状态。其原因在于：要求配置成底泥内部的微生物可以移动。 

本发明人发现，为了提高环境水中的溶解氧浓度，通过在环境水中构筑所述的纤维制水质净化材料及碳材的配置，水中的溶解氧浓度增加。且通过在水中配置碳纤维，并且在底泥的上表面配置碳材，水底部的溶解氧浓度明显增加。本发明人注意到，在水中悬吊碳纤维并且在底部配置碳材的场所和不设置的场所相比，溶解氧浓度较高。 

水中的配置了碳纤维的场所的水底部的溶解氧浓度比水表面附近更低。其原因在于，附着在碳纤维上的微生物、或堆积在水底部的底泥消耗溶解氧。但是，配置了碳材及碳纤维的场所和不配置的场所相比，溶解氧浓度较高。 

通过本发明，观察到了下述变化。即，水中的溶解氧浓度增加，透明度提高，从底泥中产生的甲烷气体产生量减少或不产生甲烷气体。此外，虽然 设置净化系统前的底泥产生了剧烈的恶臭，但设置净化系统后，恶臭减少或消失。 

进一步，关于其他变化，底泥的性状发生了变化。设置净化系统前，底泥中存在有机成分，底泥产生恶臭并且带有粘性。但是设置净化系统后，底泥中的微细粒子由于有机物的分解而流出，环境水的污浊在短时间内消失而使透明度迅速提高。另外，小型鱼类的生存数量增加。进一步，悬吊的碳纤维上附着了贝类。 

实例 

另外，通过实施本发明，令人惊讶的是，从设置了净化系统的场所起往下游域也看到了溶解氧浓度增加。以下，通过实例对本发明进行详细说明。 

(实例1) 

本发明人通过使用水槽的以下实验证实了环境水中的溶解氧浓度增加。图1是表示本发明的水净化系统的一实例的平面图，图2是表示从图1中的箭头A方向观看到的所述一实例的水净化系统的一部分的侧面图。 

该实例中，像图1、图2所示那样，在蓄积水极缓慢地流动的进水渠道的水域中，设置使用由橡胶片形成的壁部将周围划成正方形的实验水槽1(12m×12m)，利用泵使环境水EW像箭头所示那样以每单位时间为一定量(每分钟19L)而持续流入到该实验水槽1中。该实验水槽1的底部是堆积了底泥BM的河底，特别形成不铺展橡胶片等而进行水的渗入、渗出等的状态。虽然存在对实验水槽1的环境水EW的流入口，但并无流出口。实验水槽1内的环境水EW虽然流出场所并不明确，但其是从橡胶片的周围一点点地少量渗出。实验水槽1的水深平均为1.5m。在实验水槽1的下部堆积了20cm左右的底泥BM，在设置水净化系统前已看到甲烷气体的产生。 

为了将实验水槽1内的水质净化，从在水表面WS中展开的绳索3经过小浮筒4而悬吊作为纤维制水质净化材料的碳纤维制水质净化材料2。对后述的碳材6(织物状碳纤维)每一片各展开3条绳索3。进一步，配置大浮筒 5以使绳索3不沉到水中。所使用的碳纤维制水质净化材料2是柿文织物合资股份有限公司制造的蜈蚣形、长度为60cm的材料。该形状是在中央部8的聚酯制片(宽4cm)2片之间，在片材的长度方向上以1cm的间隔、以左右的长度各成为20cm的方式配置股线(strand)状的碳纤维9(PAN系，12K)，由中央部的聚酯制片夹住而固定。1根碳纤维制水质净化材料2所使用的碳纤维重量为20g。实验水槽1的水深为1.5m，用扎带将2.5根碳纤维制水质净化材料2连结，以与该水深一致的1.5m的长度使用。 

另外，设置在实验水槽1的底泥BM的上表面的碳材6是使用织物状碳纤维。该碳材6是福冈机业(有)制造的平纹织物，长1m×宽1m。为了使该碳纤维下沉而设置在水中，像图2所示那样使用扎带固定在作为垂坠物的钢网7(长1m×宽1m)上。进一步，在各碳材6上排列纵3条×横3条而固定共计9条的将2.5根所述蜈蚣形碳纤维制水质净化材料2连结而成的材料。 

在实验水槽1内，像图1所示那样在1排中连续配置9片碳材6，进一步平行配置3排。因此，固定在1排中的蜈蚣形碳纤维制水质净化材料2为202.5条。而且，通过平行配置3排，总共为607.5条。因此，所使用的碳纤维重量为12150g。另外，由于1片碳材6的重量约为1000g，因此碳材6的重量为27000g。 

在2008年8月11日设置净化材料2及碳材6。此时的溶解氧浓度在水表面附近约为10mg/l，在水底部约为1mg/l以下。溶解氧浓度的测定是使用溶氧(Dissolved Oxygen，DO)计(饭岛电子(股)制造，1D-100)来进行。在实验水槽1内改变场所进行测定，但数值相同。 

设置净化材料2及碳材6经过14天后再次测定溶解氧浓度。在流入水(环境水EW)的导入场所附近，水表面附近为10mg/l，从水表面往下100cm之处为5mg/l，水底部为1mg/l以下。数值与设置前相同。但是，在配置了净化材料2及碳材6的水域中，溶解氧浓度发生了变化。水表面附近为10mg/l，该值与流入域相同。但是，水底部为3mg/l～4mg/l，该数值与设置前不同。 在配置了净化材料2及碳材6的场所内改变测定位置进行测定，但数值相同。 

流入水通过净化材料2及碳材6后从实验水槽1中流出。因此，若在比净化材料2及碳材6的设置区域更靠下游的水域中测定溶解氧浓度，则数值与设置了净化材料2及碳材6的场所相同。由此表明，通过在水中悬吊碳纤维制水质净化材料2，且在底部配置织物状的碳材6，水中的溶解氧浓度提高。 

在配置净化材料2及碳材6之前，明显从实验水域底部产生了甲烷气体。特别是使用棒或采泥器搅拌底部时，产生了大量的甲烷气体。在设置2周后进行同样的操作。在未配置净化材料2及碳材6的上游域中，同样看到了甲烷气体的产生。但是，在配置了净化材料2及碳材6的场所未看到甲烷气体的产生。而且，实验水域的下游域中的甲烷气体的产生量远少于设置前，为少量。 

(底泥气味的评价) 

试闻所采集的底泥的臭味。感觉到流入域的底泥发出恶臭。但是，在配置了净化材料2及碳材6的水域中，底泥变松散且臭味也消失。在实验水域的下游域，虽然稍许感觉到臭味，但其程度较为轻微而无法与流入域相比。恶臭消失表示水中的溶解氧浓度提高，由此微生物的作用活化，将产生恶臭的底泥中的有机物分解。 

测定在各流域中采集的水的透视度。流入域中为10cm，配置了净化材料2及碳材6的水域中为20cm。其下游域为两者的中间值15cm。 

采集设置了净化材料2及碳材6的水域的中央部的表面水。采水时，在长棒的顶端安装采水容器，在不搅拌周围的水的情况下进行采水。观察所采集的水的状态，结果可推测是水蚤(daphnia)的5只动物性浮游生物生机勃勃地游动着。利用同样的方法采集未设置净化材料2及碳材6的场所的表面水并进行观察。但是，此时看不到动物性浮游生物的存在。一般认为产生这种现象的原因在于：在设置了净化材料2及碳材6的水域中，溶解氧浓度高，因此动物性浮游生物可以繁殖；但在未设置净化材料2及碳材6的水域，溶 解氧浓度低、或极少，因此动物性浮游生物无法繁殖。 

而且，在设置了本发明的水净化系统的水域中，由于溶解氧浓度的增加而由微生物进行水质净化，与此同时，浮游性悬浮物固定在表面积大的碳纤维制水质净化材料上。 

像上文所述那样，通过在环境水中配置碳材料，溶解氧浓度变高。若列举其原因，则推测如下。即，粘着性细菌附着于在水中竖起的碳纤维上，浮游性悬浮物固定在该粘着性细菌上，由此水的透明度提高。借此，直到水底附近植物性浮游生物增殖，使水中产生氧气。由此溶解氧浓度变高，好氧性细菌增殖，借此将底泥捕食分解，因此使底泥除臭并且不产生甲烷。进一步，透明度提高而水中植物也繁殖，由此氧气的产生量变得更多。此外，所说的粘着性细菌是分泌粘着性物质的细菌、例如纳豆菌(Bacillus natto)。 

(实例2) 

在位于关东地区的底部堆积了淤泥、夏季产生水华的池沼(面积约为3万m2)中进行实验。 

具体而言，首先制作将竹材组合而成的筏(2m×2m)作为浮体，并且在该筏上以30cm的间隔安装49条(7排×7排)将蜈蚣形碳纤维在长度方向上连结3根而成的纤维制水质净化材料。然后，使安装了纤维制水质净化材料的筏浮在池沼的一部分的水深约为2m的场所的水面上，将纤维制水质净化材料浸渍在水中并从筏悬吊而下。进一步，在筏的下方且底泥(淤泥)的上部，设置将作为碳材的织物状碳纤维(1m×1m)展开附着在铁网上的材料，使从筏悬吊而下的纤维制水质净化材料的下部和织物状的碳纤维接触。 

设置纤维制水质净化材料及织物状碳纤维经过3个月后，利用DO计(饭岛电子(股)制造，1D-100)测定位于筏中央的下部的水的溶解氧浓度。结果水面附近的溶解氧浓度为18.0mg/l，离水面50cm下部的溶解氧浓度为17.5mg/l。进一步，离水面1m下部的溶解氧浓度为12.0mg/l，离水面1.5m下部的溶解氧浓度为8.0mg/l，离水面2m下部(底泥附近)的溶解氧浓度为 6.8mg/l。 

此外，在离筏10m的场所也同样地测定溶解氧浓度，结果水面附近为19.1mg/l，离水面50cm下部为16.6mg/l，离水面1m下部为12.0mg/l，离水面2m下部为1.6mg/l。顺便说一下，设置纤维制水质净化材料及织物状碳纤维前的溶解氧浓度在水面附近为19.1mg/l，离水面50cm下部为16.6mg/l，离水面1m下部为12.0mg/l，离水面2m下部为1.6mg/l。 

另外，在设置纤维制水质净化材料及织物状碳纤维前、与设置经过9个月后，采集位于筏下部的底泥，测定400℃及800℃下的加热重量减少率。 

具体来说，首先用滤纸过滤底泥后，在105℃的干燥器中干燥而获得干燥物。然后，将干燥物放入到坩埚中准确称量后，在方形电炉中在空气环境下用4小时加热到400℃。此后，在400℃保持3小时而获得加热物。然后，在电炉内对坩埚进行空气冷却，测定重量。 

另外，除了在方形电炉中用8小时加热到800℃以外，与加热到400℃的情况同样地进行底泥的干燥、加热及重量测定。 

接着，由下式计算出400℃及800℃下的加热重量减少率。将结果示于表1中。 

(加热前的干燥物重量-加热物重量)/加热前的干燥物重量×100％ 

[表1] 

加热条件	设置前的加热重量减少率	设置后9个月的加热重量减少率
			400℃	21.6％	16.9％
800℃	29.3％	22.9％

由所述实验表明，通过配置本发明的水净化系统，可以使水中特别是底 泥部附近的溶解氧浓度增加。另外，设置水净化系统后，底泥的加热重量减少率下降，底泥中的有机物量减少，因此得知进行了底泥的分解。 

(实例3) 

在流入了生活废水的池(约10m×10m×1.3mH)中进行实验。 

具体来说，在池中设置除了以下方面以外具有与实例1相同的构成的水质净化系统：使用利用对位芳族聚酰胺纤维(Technora T230，粗度：1670dtex，2000长丝)的蜈蚣形的对位芳族聚酰胺纤维制水质净化材料代替碳纤维制水质净化材料，来作为纤维制水质净化材料；将作为碳材的织物状碳纤维及作为垂坠物的钢网的尺寸设定为长0.5m×宽0.5m；在碳材上排列纵2条×横2条而固定共计4条的将蜈蚣形的对位芳族聚酰胺纤维制水质净化材料2根连结而成的材料。此外，1根纤维制水质净化材料所使用的对位芳族聚酰胺纤维的重量为4g。 

而且，设置水质净化系统经过19天后，利用DO计(饭岛电子(股)制造，1D-100)测定设置了水质净化系统的场所的水底部的溶解氧浓度。结果，设置了水质净化系统的场所的溶解氧浓度在设置水质净化系统前为0.16mg/l，相对于此，19天后上升到4.9mg/l。此外，未设置任何水质净化系统的场所的19天后的水底部的溶解氧浓度为0.33mg/l。 

(实例4) 

使用利用耐焰纤维(东邦特耐克丝(Tohotenax)制造，费罗迈克斯(Pyromex)(商标))的蜈蚣形的耐焰纤维制水质净化材料作为纤维制水质净化材料，除此以外，与实例3同样地进行实验。此外，1根纤维制水质净化材料所使用的耐焰纤维的重量为12g。 

而且，设置水质净化系统经过19天后，利用DO计(饭岛电子(股)制造，1D-100)测定设置了水质净化系统的场所的水底部的溶解氧浓度。结果，设置了水质净化系统的场所的溶解氧浓度在设置水质净化系统前为0.31mg/l，相对于此，19天后上升到6.6mg/l。此外，未设置任何水质净化系统的 场所的19天后的水底部的溶解氧浓度为0.33mg/l。 

由实例3及实例4表明，即使利用对位芳族聚酰胺纤维或耐焰纤维作为纤维制水质净化材料，也可以使水中特别是底泥部附近的溶解氧浓度增加。 

(比较例1) 

进行实例2中记载的实验时，在离水质净化系统30m的场所(3处)的底泥中，配置将(1)将木炭装在塑料制网袋中所得的物品、(2)织物状碳纤维(1m×1m)、(3)5根蜈蚣形碳纤维净化材料横向排列而成的材料作为碳材。 

而且，3个月后利用DO计(饭岛电子(股)制造，1D-100)测定设置了所述(1)～(3)的场所的水中的溶解氧浓度。结果，无论哪一场所都是水面附近的溶解氧浓度为19.1mg/l，离水面50cm下部的溶解氧浓度为16.6mg/l，离水面1m下部的溶解氧浓度为12.0mg/l，离水面2m下部(底泥附近)的溶解氧浓度为1.6mg/l。此外，未设置碳材的场所的溶解氧浓度与设置了(1)～(3)的场所的溶解氧浓度相同。 

以上，对实例进行了说明，但本发明不限定于上述例，可以在权利要求所记载的范围内适当进行变更。 

产业上的可利用性 

像上文所述那样，根据本发明的提高环境水、工业废水及生活废水中的溶解氧浓度的方法，可以在不破坏生态系统的情况下有效地分解污浊物质，进行环境水、工业废水及生活废水的净化。 

Claims (16)

1.一种水净化系统，其特征在于：具备浸渍在净化对象水中的纤维制水质净化材料、和覆盖所述净化对象水的水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部的碳材，

使所述净化对象水中所含的分解污浊物质和/或污染物质的生物附着在所述纤维制水质净化材料上，并且以所述生物可以移动到所述碳材的方式来配置所述纤维制水质净化材料，使所述净化对象水中的溶解氧浓度增加。

2.根据权利要求1所述的水净化系统，其特征在于：所述纤维制水质净化材料的形态是不仅在水中立起，而且从位于水面上的浮体朝底泥中的碳材悬吊而下的形态。

3.根据权利要求1所述的水净化系统，其特征在于：所述碳材是由从木炭片、木炭粒、木炭粉和/或用粘结剂将木炭粉固定而成的成型物、碳纤维、活性炭纤维、以及氧化纤维中选择的一种材料和/或所述材料的两种以上的组合所构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水净化系统，其特征在于：将所述碳材的一部分埋设在形成水底的底泥中。

5.根据权利要求1所述的水净化系统，其特征在于：所述纤维制水质净化材料是由从碳纤维、活性炭纤维、氧化纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、偏二氯乙烯纤维以及聚乙烯纤维中选择的至少一种纤维和/或所述纤维的两种以上的组合所构成。

6.根据权利要求3或5所述的水净化系统，其特征在于：所述氧化纤维是对丙烯酸系纤维在200℃以上且300℃以下进行热处理所得的纤维。

7.根据权利要求1所述的水净化系统，其特征在于：所述碳材是由从木炭片、木炭粒、木炭粉和/或用粘结剂将木炭粉固定而成的成型物、碳纤维、活性炭纤维、以及耐焰纤维中选择的一种材料和/或所述材料的两种以上的组合所构成。

8.根据权利要求1所述的水净化系统，其特征在于：所述纤维制水质净化材料是由从碳纤维、活性炭纤维、耐焰纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、偏二氯乙烯纤维以及聚乙烯纤维中选择的至少一种纤维和/或所述纤维的两种以上的组合所构成。

9.一种净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：将纤维制水质净化材料浸渍在净化对象水中，

用碳材覆盖所述净化对象水的水底上表面及净化对象水域壁部中的至少一方的一部分或全部，

使所述净化对象水中所含的分解污浊物质和/或污染物质的生物附着在所述纤维制水质净化材料上并增殖，

使增殖后的所述生物从所述纤维制水质净化材料移动到所述碳材，并且使所述净化对象水中的溶解氧浓度增加。

10.根据权利要求9所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述纤维制水质净化材料的形态是不仅在水中立起，而且从位于水面上的浮体朝底泥中的碳材悬吊而下的形态。

11.根据权利要求9或10所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述碳材是由从木炭片、木炭粒、木炭粉或用粘结剂将木炭粉固定而成的成型物、碳纤维、活性炭纤维、以及氧化纤维中选择的至少一种材料或所述材料的两种以上的组合所构成。

12.根据权利要求11所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述氧化纤维是对丙烯酸系纤维在200℃以上且300℃以下进行热处理所得的纤维。

13.根据权利要求9或10所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：在所述净化对象水中，使所述纤维制水质净化材料与所述碳材接触或接近。

14.根据权利要求9或10所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述纤维制水质净化材料是由从碳纤维、活性炭纤维、氧化纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、偏二氯乙烯纤维以及聚乙烯纤维中选择的至少一种纤维和/或所述纤维的两种以上的组合所构成。

15.根据权利要求9或10所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述碳材是由从木炭片、木炭粒、木炭粉或用粘结剂将木炭粉固定而成的成型物、碳纤维、活性炭纤维、以及耐焰纤维中选择的至少一种材料或所述材料的两种以上的组合所构成。

16.根据权利要求9或10所述的净化对象水中的溶解氧浓度的增加方法，其特征在于：所述纤维制水质净化材料是由从碳纤维、活性炭纤维、耐焰纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、偏二氯乙烯纤维以及聚乙烯纤维中选择的至少一种纤维和/或所述纤维的两种以上的组合所构成。

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