JP2006281145A

JP2006281145A - 多孔性物質積層よりなる水質改善材、及びおよびこれを用いた水質改善方法

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Publication number: JP2006281145A
Application number: JP2005107103A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokozawa; 広嗣横沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-04
Also published as: JP5135637B2

Abstract

【課題】軽量・安価で、取り扱いが容易な多段階式崩壊型の多孔質集積物及びこれを用いた水質改善方法を提供すること。
【解決手段】微生物を活性状態で保持する多孔質粉体Ａと、多孔質粉体Ａ同士を結着固定する結着物質Ｂとよりなり、中心部側から外周に向かって多孔質粉体を結着物質により結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層２０，２１，２２，２３に集積成形して形成する。また中心部側から外周に向かって集積成形する各多孔性物質層２３，２２，２１，２０を構成する多孔質粉体Ａを、各層ごとに異なる粒度、およびまたは細孔分布別のものを用いることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川または湖、沼、池、海洋等の水域の水質を改善するための水質改善材及び水質改善方法に関する。

従来、河川または湖、沼、池、海洋等の水域の水質を改善するための方法としては、曝気法、生物膜法、土壌トレンチ法、植物植栽法などが採用されている。しかしながら、曝気法を用いた水質浄化法では、有機物の分解は期待できるが、アオコ等の原因となる窒素化合物やリン酸の積極的な除去は期待できず、また、これらの方法を用いて、河川、湖沼等の水質を改善するには非常に大型の装置を必要とするので、装置の設置場所の確保が困難である上に装置を設置するための費用も高くなるという欠点があった。

また植物を利用したものでは有機物の分解は期待することが出来ない他、植物の手入れに手間がかかるという問題があった。
更に、上記問題を解決するために土壌トレンチ法による水質浄化法が行われているが、通水性が悪いために処理できる水の量が極端に少ないという問題がある。

植物や微生物類を組み合わせた水質改善資材、およびその方法に関する提案が種々なされている。例えば特許文献１には、生分解性樹脂ケースの内部に微生物類や植物類を充填物として充填する構成とした技術で、汚水に投与された後に、生分解性樹脂ケースが自然分解されて消滅すると共に、内部の微生物類や植物類により、水質改善を図ろうとする技術が提案されている。ところが、生分解性樹脂ケースに充填物を充填する煩わしさや、生分解性樹脂自体が高価であるといった課題があった。

特開平２００３−３４０４８２号公報

本発明は、上記の従来技術の有する課題に鑑み、軽量・安価で、取り扱いが容易な多孔性物質積層よりなる水質改善材、及びこれを用いた水質改善方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、１つの多孔性物質積層よりなる水質改善材で多種類の微生物を多層式に担持可能な水質改善資材を提供するだけでなく、植物種子や水棲動物をも保持させることができる多孔性物質積層よりなる水質改善材およびそれを用いた水質改善剤を提供することを目的とする。
更に本発明は、水質改善資材自体が環境の汚染をもたらすことがないような水質改善材を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたもので、以下の特徴点を有している。
（１）微生物を活性状態で保持する多孔質粉体と、多孔質粉体同士を結着固定する結着物質とよりなり、中心部側から外周に向かって多孔質粉体を結着物質により結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とする。

（２）前記各多孔性物質層を構成する多孔質粉体として、各層ごとに異なる粒度、およびまたは細孔分布別のものを用いることを特徴とする。
（３）更に、外周側に５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔質粉体を用い、内部側に２００Å以下の多孔質粉体を用い積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とする。

（４）前記各多孔性物質層を構成する多孔質物質同士を結着固定に使用する結着物質を、各層ごとに結着度の異なる性質のものを用い積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とする。
（５）更に、水に対する溶解度の高い結着物質を外周側の多孔性物質層に使用し、水に対する溶解度の低い結着物質内部側の多孔性物質層に使用して、集積成形して形成することを特徴とする。

（６）前記結着物質が水生植物の種子、苗および成体から選ばれる一種以上を有することを特徴とする。
（７）前記結着物質が水生動物の卵及び成体から選ばれる一種以上を有することを特徴とする。
（８）更に前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材を、直接又は連結部材を介し複数個連結することを特徴とする。
（９）前記（８）で記載した連結した多孔性物質積層よりなる水質改善材群に、浮力体を付加して設けたことを特徴とする。
（１０）本発明の水質改善方法は、（１）から（９）のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材を被処理水中に投入して水質を改善することを特徴とする。

本発明は、微生物を活性状態で保持する多孔質粉体からなる多孔性物質を結着固定する結着物質とよりなり、中心部から外周に向かって結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成する構成となっており、中心部側から外周に向かって集積成形する各多孔性物質層を構成する多孔質粉体を、各層ごとに異なる粒度、およびまたは細孔分布別とする構成とすることが出来るため、例えば外周側に５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔質粉体を用い、内部側に２００Å以下の多孔質粉体を用い積層構造の多孔性物質層とすることが出来る。従って、投入初期には外周側の５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔性物質層が被処理水中に接する。このときの外周側に設けられた２００Åの細孔分布の多孔性物質層には、好気性の微生物が付着し易いため、これにより例えば有機物等の除去等、被処理水の初期改善を行うように作用する。

次に、最外層の多孔性物質層が崩壊消失した場合には、当初内部層であった多孔性物質層が処理水に接する最外層となる。このとき処理水に接する多孔性物質層の細孔分布は、２００Å以下となる水質改善材となる。このときの２００Å以下の細孔分布の多孔性物質層には、嫌気性の微生物が付着し易いため、これにより例えば含窒素系有機物等の除去等、被処理水の改善を行うように作用する。
また、結着物質の水に対する溶解度を変化させて、多孔性物質層の消失時間を調整することが出来る為、処理水の処理段階の目的等に適切な処理対処が出来る。２層構造で言えば最外層の消失時間を７日、次いで内部層の消失時間を４日とするように作用させることも出来る。
このように、本発明では、積層構造とすることで、個々の処理水の汚染状況に応じた処理を行うように作用させることが出来る。

本発明の多孔性物質積層よりなる水質改善材は、上記のような簡易な形状及び構造、作用を有すると共に軽量であるため製作が容易であり、また、多孔質粉体が結着物質により積層構造となっているので、多孔性物質が大きく散乱するおそれがなく、そのまま水域に投げ込むことが可能となる。また、多孔性物質積層は、処理水の汚染状況に応じた多孔性物質を最外部とする多孔性物質層とすることが出来る為、処理水の処理過程に応じた多孔性物質を表面に配置する構成とすることが出来る。この為、汚染水域等に投入することにより、初期から水質維持に至る段階に応じて、長期間にわたって確実な水質改善を行うことができるので、水質汚染域の浄化用の水質改善材として好適なものである。さらに、多孔性物質の粒度や細孔分布により積層部位を変更できるため、あらゆる大きさの汚染物質を吸着できるだけでなく、例えば好気性微生物や嫌気性微生物を各層に住み分けさせて保持することが可能となる。

また、当該多孔性物質は、結着物質により積層され成形されるため、結着物質を積層部位によって変化させることにより、崩壊度合いを調整することが可能であり、１回の投与で多種類の異なった有効成分を積層化し、これを放出、又は接触等させることが可能となる。
更に、当該発明の結着物質に水生動植物等を付加することも可能であり、これにより、例えば金属類、窒素化合物、リン酸等の汚染物質を除去することができる。

本発明の具体的な実施の形態を以下で、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの具体例によって何ら限定されるものではない。
図１は、本発明の水質改善材の一例を示す一部断面斜視図である。
本発明の水質改善材１の構成は、微生物を活性状態で保持する多孔質粉体Ａと、多孔質物質同士を結着固定する結着物質Ｂとよりなり、中心部側から外周に向かって多孔質粉体を結着物質により結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層２３，２２，２１，２０に集積成形して形成している。
また、水質改善材１の最外郭部には、半円弧状、帯状等適宜形状の突起構造３を設けている。この突起構造３は、接触面積が広大になるようにする点、及び河川等に投入した時等に、摩擦抵抗を大きくする点に考慮したものである。
なお、水質改善材１の外観形状は、多孔性物質が積層できれば如何なる形状でも良く、例えば図２に示したように、球形（ａ）、楕円球（ｂ）、円柱（c）長方体（d）状等の各種の形状のものとすることができる。さらに、網状の材料を用い外周部を固定することもできる。
水質改善材の外観形状の大きさとしては、直径または一辺が１〜１２０ｃｍであり、好ましくは２〜２０ｃｍである。

本発明の水質改善材１の構成である多孔質粉体Ａ、結着物質Ｂ、複数の積層構造を具体的に説明する。
＜多孔質粉体Ａ＞
各積層部を構成する多孔質粉体Ａは、外径が０．５〜２０ｍｍ程度に形成されている多孔質の粉体で、水中の汚染物質及び有害物質を吸着除去して水質を改善する目的で使用する。
また、多孔性物質は、有用微生物群の良い床になるので、処理水等への投入後に該多孔性物質に、自然に微生物が取り込まれ、この微生物によって水質が改善に寄与する目的により使用することを主目的に使用する。また、後述するように使用目的に応じて、多孔質粉体Ａの多孔質内に水域への投入前に予め分解菌類のような有用微生物を封入して使用するための媒体としても使用することが出来る。このような作用を有する微生物は糸状菌や放線菌などの真菌類と微生物であり、多孔質材料内に住み着いた微生物により水の浄化作用が継続的に行われる。

具体的に、多孔質粉体Ａとしては、例えばゼオライト等の珪酸塩鉱物類、活性炭や木炭等の炭素材料、鹿沼土、珪藻土、火山礫等で例示される群から選ばれる１種又は２種以上の材料を用いることができ、また、これらの焼成物を用いることもできる。また、上記材料以外の材料としては例えば次のようなものを用いることができる。方解石などの炭酸塩鉱物、緑柱石などの珪酸塩鉱物、ピートモス、バーミキュライト、産業廃棄物活用土壌等の人工土壌、木材繊維、種子毛繊維、ヤシ繊維、麻、シュロ、籾殻、大豆粕、コーヒー粕等の植物繊維質、ロックウール繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維等の無機繊維質類などから選ばれる１種あるいは２種以上の混合物・複合物を用いることができ、これらを後述する結着物質Ｂにより固定して積層される。

また、多孔質粉体Ａとして、各層ごとに異なる細孔分布別のものを用いることが出来る。例えば、外周側に５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔質粉体Ａを用い、内部側に２００Å以下の多孔質粉体を用いることが出来る。このように細孔分布を変えることで、外周側に位置する５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔性物質層には、好気性の微生物が付着し易く、２００Å以下の細孔分布の多孔性物質層には、嫌気性の微生物が付着し易い性質を利用した水質改善材を製作することが出来る。
また、多孔質粉体Ａの粒度を異にするものは、例えば粒度を変えることで当該多孔質扮体同士の間隙が制御できるので、浮遊性汚染物が多岐に渡る場合に、該間隙部に汚染物を付着させ除去する目的で使用することが出来る。さらに、結着物質に水生動植物等を付加する場合には、植物種子が発芽するスペースを確保する目的や、水生動物が繁殖を行えるスペースを確保する目的で使用することが出来る。

＜結着物質Ｂ＞
次に結着物質Ｂは、前記多孔質粉体Ａ同士を結着させ、水質改善材１の最外層の多孔質粉体Ａを適切な時間で水質改善材１表面から分離する役割を有する。
結着物質Ｂとしては、例えばセルロース誘導体、ポリカルボン酸系樹脂、ポリアクリル酸塩系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル酸グラフト重合体、ポリビニルアルコール等の樹脂類、タンパク質、澱粉、澱粉誘導体、寒天、ペクチン、カラギーナン、セルロース、セルロース誘導体、グアーガム、パルプ等の糖質類からから選ばれる１種あるいは２種以上の混合物・複合物を用いることができ、これらの添加量および積層数は本発明の多孔性物質積層よりなる水質改善材を施工する環境に応じて適宜調整する。

本発明の多孔性物質積層よりなる水質改善材は、多孔質粉体Ａと結着物質Ｂを、中心部側から外周に向かって順次結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層２３，２２，２１，２０に集積成形して多孔性物質層を成形するか、或いは各多孔性物質層２３，２２，２１，２０を別々に結着成形させ、これらを例えば順次結着物質、或いは適宜接着剤を用い各多孔性物質層を結着固定して水質改善材を成形するものである。
なお、この場合、各多孔性物質層がすぐ内部の多孔性物質層から簡単に脱落しなければ良く、製作にあったて外側の多孔性物質層を２つ割にして、内部の多孔性物質層を装着後に外側の２つ割にした多孔性物質層を結着物質等の適宜な接着剤で接着し、多孔性物質層間を結着物質、或いは接着剤により固定する工程を省略することも出来る。

本発明の内部構造は、図１に示すように例えば多孔性物質層２３，２２，２１，２０と４層構造に形成し、単独又は多種類の多孔質粉体Ａを、単独あるいは複数の結着物質Ｂと組み合わせて積層されている構造としている。
なお、本発明の多孔性物質積層よりなる複数個の水質改善材を、図３に示す如く連結具４によって連結して用いても良い。この場合、例えば汚水処理時間等、処理対象性能の質の異なる水質改善材１、１’を複数連結して使用することが出来る他、図４に示すように浮力体５を設けて水面又は水中に浮遊させて使用しても良い。

実施例１の水質改善材１として、３層構造よりなる積層構造の多孔性物質層の水質改善材を形成した。
中心層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径１〜２ｍｍの多角形扮体で、細孔分布が２０〜１００Å程度の石炭系活性炭を用い、結着物質Ｂとして２％ポリビニルアルコール溶液を用いた。
中間層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径２〜６ｍｍの多角形扮体で、細孔分布が１００〜５００Å程度の木質系活性炭を用い、結着物質Ｂとして２％ポリビニルアルコール溶液を用いた。
最外層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径７〜２０ｍｍの多角形個体で、細孔分布が５００〜２，０００Å程度の木質系炭化物を用い、結着物質Ｂとして３％ポリビニルアルコール溶液を用いた。
上記材質で、中心層の厚み３０ｍｍ、中間層の厚み２５ｍｍ、最外層の厚み２５ｍｍで外形１３０ｍｍの水質改善材を形成した。
なお実施例では、上記各多孔性物質層をそれぞれ形成し、５％ポリビニルアルコールで接着する構成とした。

実施例２の水質改善材１として、３層構造よりなる積層構造の多孔性物質層の水質改善材を形成した。
中心層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径０.５〜１.２ｍｍの多角形扮体で、細孔分布が８〜３０Å程度のシリカを用い、結着物質Ｂとして５％ポリビニルアルコールを用いた。
中間層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径０.５〜８ｍｍの多角形個体で、細孔分布が２０〜２００Å程度の木質系活性炭を用い、結着物質Ｂとして５％カルシウム架橋型低メトキシルペクチンを用いた。
最外層の多孔性物質層の多孔質粉体Ａとして、外径１．２〜１．５ｍｍの円柱状個体で、細孔分布が３０〜５００Å程度の石炭系粒状活性炭を用い、結着物質Ｂとして５％カルシウム架橋型低メトキシルペクチンを用いた。
上記材質で、中心層の厚み９０ｍｍ、中間層の厚み２５ｍｍ、最外層の厚み２５ｍｍで外形１９０ｍｍの水質改善材を形成した。
なお実施例２では、上記各多孔性物質層をそれぞれ形成し、５％カルシウム架橋型低メトキシルペクチンで接着する構成とした。

上述の実施例１の最外層の溶解崩壊は３５日で、中間層の溶解崩壊は３４日であり、全体の崩壊消失は９２日であった。
他方、実施例２の最外層の溶解崩壊は１日で、中間層の溶解崩壊は１日であり、全体の崩壊消失は３２日であった。
このように、使用する多孔物粉体Ａ（又は結着物質Ｂ）の成分や添加量を変えることで、溶解崩壊の速度を制御することが出来る。

本発明の水質改善材を示す一部切り欠き斜視図である。本発明の水質改善材の外観形状の一例を示す斜視図である。本発明の水質改善材を連結した使用例を示す説明図である。本発明の水質改善材を連結した使用例に浮力体を付加した実施例を示す説明図である。

符号の説明

１，１’ 水質改善材
２０，２１，２２，２３多孔性物質層
３突起構造
４連結具
５浮力体
Ａ多孔性物質
Ｂ結着物質

Claims

微生物を活性状態で保持する多孔質粉体と、
多孔質粉体同士を結着固定する結着物質とよりなり、
中心部側から外周に向かって多孔質粉体を結着物質により結着固定し、複数の積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とする多孔性物質積層よりなる水質改善材。
各多孔性物質層を構成する多孔質粉体として、各層ごとに異なる粒度、およびまたは細孔分布別のものを用いることを特徴とする請求項１記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
外周側に５００〜１，０００Åの細孔分布の多孔質粉体を用い、内部側に２００Å以下の多孔質粉体を用い積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とするとする請求項２記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
各多孔性物質層を構成する多孔質物質同士を結着固定に使用する結着物質として、各層ごとに結着度の異なる性質のものを用い積層構造の多孔性物質層を集積成形して形成することを特徴とする請求項１〜３記載の何れか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
水に対する溶解度の高い結着物質を外周側の多孔性物質層に使用し、水に対する溶解度の低い結着物質を内部側の多孔性物質層に使用して、集積成形して形成することを特徴とする請求項４記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
結着物質が水生植物の種子、苗および成体から選ばれる一種以上を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
結着物質が水生動物の卵及び成体から選ばれる一種以上を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材を、直接又は連結部材を介し複数個連結してなる水質改善材。
請求項８記載の連結した多孔性物質積層よりなる水質改善材群に、浮力体を付加して設けたことを特徴とする多孔性物質積層よりなる水質改善材。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の多孔性物質積層よりなる水質改善材を被処理水中に投入して水質を改善することを特徴とする水質改善方法。