JP3474491B2 - 炭素繊維に金属種を付着させる水浄化方法及び水浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被処理水中に溶存し
ている金属を除去して水を浄化する方法とその装置に関
する。詳しくは、被処理水に溶存している金属を段階的
に除去して水を浄化する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地下水、ダム、湖沼などでは
有機物の分解により底泥から鉄やマンガンが溶出し、そ
れらの酸化に伴う景観の悪化や、地下水を利用する企業
や水族館、魚の飼育・養魚場などへの悪影響が懸念され
ていた。特に、近年は水不足が起こりがちであり、地下
水の効率的な利用が望まれていた。

【０００３】そこで、被処理水中の溶存金属（主に鉄、
マンガン）を除去する方法として、ポリウレタンなどの
有機繊維フィルターによるろ過沈殿法や薬剤を用いた凝
集沈殿法などが行われてきた。

【０００４】一方、被処理水中に存在するＢＯＤ成分、
ＣＯＤ成分等を除去して水を浄化するために、アクリル
繊維を原料とするＰＡＮ系炭素繊維やピッチを原料とす
るピッチ系炭素繊維が用いられているが（特開平８−２
９０１９１号公報参照）、被処理水中の溶存金属、特に
鉄種（鉄イオン）やマンガン種（マンガンイオン）の除
去には用いられていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水浄化方法やそれを行うための装置では、水に溶解する
金属種、特に鉄種やマンガン種の除去が不十分であった
り、フィルターや薬剤が多く必要であったり、その処理
のための労力、コストが多大となる問題があった。

【０００６】そこで本発明は、水に溶存している金属
種、特に鉄種やマンガン種を除去することができる、炭
素繊維を用いて被処理水中の金属種を除去する水浄化方
法および水浄化装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等はかかる従来
の問題を解決すべく鋭意検討した結果、主として鉄種や
マンガン種等が溶存した水に酸素を溶存させ、金属イオ
ン酸化菌と炭素繊維を併存させること、また、第一段目
処理で主として鉄種を除去した後、第二段目処理で主と
してマンガン種を除去することにより、より効果的に該
金属種が除去できること、更に浄化を二段階で行う場
合、第一段目処理で炭素繊維に直流を通電し、主として
鉄種を効果的に除くこと、それらの装置を用いることに
より、炭素繊維の量が極めて少なく短時間で効果的に金
属種等を除去し、前記問題を解消できることを見出し本
発明に至った。

【０００８】すなわち、本発明の水浄化方法は、被処理
水中に酸素と金属イオンを酸化させる菌類（酸化菌とい
う）と炭素繊維を併存させて、被処理水に溶解している
金属種を炭素繊維表面に付着させることを特徴とする。
前記金属イオン酸化菌が、例えば、マンガン酸化菌であ
る場合には、炭素繊維表面に主としてマンガン種を付着
させて除去して水を浄化することができる。

【０００９】本発明の水浄化方法は、二段階浄化を行う
ことができ、即ち、被処理水中に酸素と炭素繊維を併存
させて、該被処理水に溶解している金属種を該炭素繊維
に付着させる第一段目処理を行い、第一段目処理が行わ
れた被処理水中に酸素と金属イオン酸化菌と炭素繊維を
併存させて、該被処理水に溶解している金属種を該炭素
繊維に付着させる第二段目処理を行うことを特徴とす
る。このような二段階浄化において、第一段目処理で炭
素繊維に付着させる金属種が主として鉄であり、且つ前
記第二段目処理で炭素繊維に付着させる金属種を主とし
てマンガン種とすることができる。

【００１０】本発明において、第一段目処理とは回分式
になったものを区別して第一段、第二段と称するのでは
なく、鉄種が０．１ｍｇ／リットル以下まで除かれるま
での工程を第一段という。また、第二段目処理とは、同
様に主としてマンガン種を除くための工程であって、回
分式がいくつあってもそれらを第二段目処理とする。

【００１１】本発明の二段階浄化を含む水浄化方法にお
いて、前記第一段目処理において、炭素繊維を陰極と
し、被処理水中に陽極を浸漬して直流を通電することに
より浄化効率を上げることができる。

【００１２】本発明の水浄化装置は、酸素を被処理水中
に溶存させる機構と、金属イオン酸化菌を被処理水中に
存在させるための機構と、炭素繊維を該被処理水中に浸
す機構とを含むことを特徴とする。該水浄化装置におい
て金属イオン酸化菌がマンガン酸化菌である場合には、
水浄化装置は被処理水に溶解している主としてマンガン
種を除去することができる。

【００１３】本発明の水浄化装置は処理装置が多段とな
っていてもよく、例えば、第一段目処理装置は、酸素を
被処理水に溶存させる機構と、炭素繊維を該被処理水中
に浸す機構とを含み、該第一段目処理装置で処理された
被処理水を処理するための第二段目処理装置は、酸素を
被処理水中に溶存させる機構と、金属イオン酸化菌を被
処理水中に溶存させるための機構と、炭素繊維を被処理
水中に浸す機構とを含む。このような多段の水浄化装置
においては、第一段目処理装置で被処理水に含まれる主
として鉄を炭素繊維に付着させ、次いで第二段目処理装
置で金属イオン酸化菌としてマンガン酸化菌を使用する
場合には、主としてマンガン種を付着させることができ
る。本発明の多段となった水浄化装置において、第一段
目処理装置は、炭素繊維に直流を通電する機構を備える
ことにより、直流を通電して浄化効率を上げることがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。

【００１５】炭素繊維 本発明で使用される炭素繊維には、引張弾性率８０ＧＰ
ａ以上、電気抵抗１×１０^-3Ωｍより低く、ＥＳＣＡで
測定されるＯ１ｓ／Ｃ１ｓが０．２０以上０．３５以下
を有する、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維
（ＰＡＮ系炭素繊維という）及びピッチ系炭素繊維から
選ぶことができ、これらを本発明では炭素繊維と称す
る。

【００１６】本発明で使用される炭素繊維の引張弾性率
が８０ＧＰａ以上である場合には被処理水中で炭素繊維
を揺動させて効果的に水と接触させることができるので
好ましい。

【００１７】前記ＰＡＮ系炭素繊維は、繊維構成本数１
００〜１，０００，０００本のストランドまたはトウの
状態が好ましく、引張強度が３〜１０グラム（ｇ）／デ
ニール（ｄ）を有する公知の方法で得られるアクリル繊
維を加熱炉などの公知の炉を用いて酸素などの酸化性ガ
ス雰囲気中で酸化した結合酸素量が４〜１５重量％の酸
化繊維を窒素、アルゴン等の不活性ガス中、７００℃以
上、管状炉などの公知の焼成炉を用いて数分間加熱して
未表面処理の炭素繊維とし、さらに必要ならば炭素繊維
を表面処理して製造することができる。

【００１８】前記ピッチ系炭素繊維は、石炭または石油
のピッチを原料として、公知の方法で得られる繊維でよ
く、好ましくは８００℃以上の不活性ガス中で焼成され
て製造されるものである。

【００１９】ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維共
にＥＳＣＡで測定されるＯ１ｓ／Ｃ１ｓが０．２０未満
の場合は表面処理を行うとよい。表面処理は、未表面処
理の炭素繊維を電解酸化法、空気やオゾン等中での気
相、過マンガン酸アルカリ塩等水溶液中で処理する薬品
処理酸化法などの公知の方法で行うことができる。

【００２０】特に、電解表面処理は、水酸化ナトリウ
ム、カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物およびその
塩の水溶液、硫酸、リン酸等の無機酸およびそれらのア
ルカリ塩およびアンモニウム塩等の電解質の０．５〜１
０重量％の水溶液中、１０〜７０℃で炭素繊維を陽極と
し、水溶液を陰極として電流密度０．１Ａ／ｍ² 以上の
直流を通電する等公知の方法で行うことができる。

【００２１】未表面処理及び表面処理された炭素繊維の
ＥＳＣＡで測定されるＯ１ｓ／Ｃ１ｓが０．２０未満の
場合、金属種の繊維への付着が遅くなる傾向となり、
０．３５を超える場合は炭素繊維表面の官能基の層が多
くなりすぎて繊維がもろいので、使用中切れやすくな
る。これらの傾向から、特に、Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓは０．２
１〜０．２８が好ましい。炭素繊維の電気抵抗が１×１
０^-3Ωｍ以上の場合は、通電して金属種を繊維への付着
が難しくなるので好ましくない。

【００２２】酸素の溶存 本発明において、被処理水中へ酸素を溶存させる方法
は、被処理水中に空気を吹き込む方法、被処理水を吸い
上げて噴水のように空気と接触させて落下させる方法等
が使用できるが、空気を吹き込むことが簡易であり好ま
しい。空気を吹き込む方法としては、例えば、エアレー
ションポンプを用いて被処理水中にバブリングする方法
があり、溶存酸素量は５ｍｇ／リットル以上とすること
が好ましい。溶存酸素量が５ｍｇ／リットル以下の場
合、被処理水中の溶解金属種の酸化が難しくなるだけで
なく、炭素繊維への金属種の付着量が少なくなるので好
ましくない。

【００２３】金属イオン酸化菌 本発明において被処理水中に存在させる金属イオン酸化
菌は公知のもの、例えば、マンガン酸化菌が使用でき
る。マンガン酸化菌は水中のマンガンイオンを酸化しマ
ンガン酸化物にする菌であって、一般にマンガン種を含
む水中に生息している菌である。例えば、Pseudomanas
sp. 等やマンガンイオンを含む特定の水系、例えば、阿
寒国立公園内の「湯の滝」や、発明者らの工場（徳島県
板野郡北島町高房川の上８）内の地下水貯留池に生息す
るマンガンを酸化する菌などである。金属イオン酸化菌
の生存のためには水中の溶存酸素量が５ｍｇ／リットル
以上とすることが好ましい。浄化槽内の水中に、オシシ
ラトリア、ナビキュラなどの糸状藻類等の固着性微生物
を生育させると、固着性微生物の産生する粘着物（ムコ
糖質等）が炭素繊維に固着し、その結果金属イオン酸化
菌がその粘着物を介して炭素繊維に固着しやすくなり、
金属イオン（主として溶解マンガン種）を金属酸化物
（主としてマンガン酸化物）として炭素繊維に積極的に
付着させることができるので好ましい。

【００２４】溶解金属種 本発明において、水中に溶解している金属種であって、
炭素繊維に付着させて水中から除去可能な溶解金属種に
は、鉄類、マンガン類、カルシウム類、マグネシウム
類、ナトリウム類が挙げられる。

【００２５】直流通電による金属種の付着除去 本発明の水浄化方法の第一段目処理における、被処理水
中に浸した炭素繊維を陰極とし、被処理水中に陽極を浸
して直流を通電する方法を説明する。詳しくは、金属種
を付着させるための炭素繊維を陰極として水中に浸し、
一方、炭素板、炭素棒などの導電性の高い材料を陽極と
して水中に浸して直流通電する。これらの陰極、陽極と
直流電源をつなぐリード線は腐蝕、断線しやすいことを
考慮して炭素繊維を束ねて使うことが好ましい。例え
ば、陽極（炭素板、炭素棒）よりも低い電気抵抗となる
ように、炭素繊維の本数を多くして束ねたひも状などの
形にした炭素繊維束をリード線として炭素板、炭素棒等
に接続した状態とし、これらの炭素繊維束を直流電源に
つなぎ、通電することにより長期にわたって金属種を付
着させて除くことができる。

【００２６】溶解金属種の除去 本発明の水浄化方法において、水中に溶解している金属
種を除去する方法は、炭素繊維の組織体を被処理水中に
浸漬して行う。炭素繊維の組織体は、前記の炭素繊維か
らなるフィラメント束を繊維方向に平行に並べて平板状
にするか、または、炭素繊維のモール状、リボン状、ロ
ープ状、網状、フェルト状、織物、編物、不織布等の公
知の組織体または、前記の炭素繊維と他の公知の有機繊
維、無機繊維とを組み合わせた前記組織体とし、これを
金属が溶存し、酸素を含み、金属イオン酸化菌の生息し
ている水中に浸漬することにより行う。

【００２７】炭素繊維の水中への浸漬方法は特に限定さ
れないが、適宜の支持部材に炭素繊維の組織体の一部を
固定し、該組織体が互いに接触しないような間隔で水中
に吊り下げるか、水平に取りつけることが好ましい。ま
た、水に溶解した金属種、特にマンガン種を炭素繊維に
十分に付着させるために処理する水中の１日当たり流入
する水中の溶解金属種の総量（ｇ／日）を炭素繊維の総
使用量（ｇ^-CF ）で除した値（以下、溶解金属負荷量と
いう）が１〜１００ｇ／日／ｇ^-CF になるようにするこ
とが好ましい。また、金属イオン酸化菌と糸状藻類が共
生している場合は水中の溶存金属種をより効率的に除去
できるので好ましい。

【００２８】特に、金属種を含む水に酸素を溶存させて
炭素繊維を浸して炭素繊維に主として鉄種を付着させて
水中の鉄を１ｍｇ／リットル以下に、特に０．１ｍｇ／
リットル以下にした（第一段階の処理という）後、得ら
れた水に酸素とマンガン酸化菌などのマンガンイオンを
酸化させる菌類を水中に生存させて該炭素繊維を浸漬す
る（第二段階の処理という）ことにより、効果的に鉄種
とマンガン種を除去することができる。この場合の第一
段階、第二段階の水に浸漬する炭素繊維の量は１日に処
理する水中の鉄種の総重量（ｇ）及びマンガン種の総重
量（ｇ）に対し、それぞれ０．１〜５００ｍｇ／日／ｇ
^-CF 、１〜１０００ｍｇ／日／ｇ^-CF とすることが効率
的である。

【００２９】更に好ましくは、前記二段階処理における
第一段階の処理で、水に浸漬した該炭素繊維に直流を通
電して、特に該炭素繊維を陰極、水を陽極として処理す
ることにより、水中の鉄種を短時間に除去することがで
きる。これにより、第二段階の処理におけるマンガン種
の除去に至るまでの処理時間を短縮できるので好まし
い。

【００３０】水浄化装置Ａ 図１は、本発明の水に溶解している金属種を除去するた
めの水浄化装置の概略側断面図である。図２はその上面
図、図３は図２のＡ−Ａの断面図である。図１〜図３の
水浄化装置（水浄化装置Ａということがある）は、被処
理水１を流入口２から受け入れ一旦貯留する受入槽３
と、受入槽３からオーバーフローした被処理水１を浄化
処理するための浄化槽４とを含む。

【００３１】流入口２は受入槽３の上部又は下部に設け
るのが好ましいが、受入槽３の側面に配置してもよい。
受入槽３の壁の一部は被処理水１がオーバーフローでき
るようにオーバーフロー堰板５を有している。オーバー
フロー堰板５からオーバーフローした被処理水１は浄化
槽４へ導かれる。

【００３２】浄化槽４は、炭素繊維６の一部分が固定さ
れたガラス製の炭素繊維固定棒７と、空気をバブリング
できる微細な細孔を有するパイプ状のバブリング装置８
を有している。炭素繊維６の浄化槽４内への配置は、流
入口２の位置や水の流れを考慮して、炭素繊維６が被処
理水の流れ方向に沿うように、且つ炭素繊維６が少なく
とも揺動できるように設置することが炭素繊維６と水と
の接触を大きくし、付着金属種を多くできるので好まし
い。炭素繊維６の固定側（炭素繊維固定棒７側）とは反
対側の端部にはガラス等の重り９を設ける。重り９は、
炭素繊維６が水との接触を大きくするために設けてい
る。

【００３３】炭素繊維６は前記のストランド単独より
も、加工した織物、編物、網状、ひも状など公知の加工
品、及びつぼ状、傘状等の立体形状のもの、並びに該加
工品を組合せた多面状に囲ったものなどが好ましい。

【００３４】浄化槽４の下部に配置されたバブリング装
置８は、プラスチックス、セラミック、炭素等の材料で
できた細孔を有するパイプ、球状の公知のバブリング部
材が好適に使用でき、エアーポンプで空気を送り込み水
中の溶存酸素濃度を１〜１５ｍｇ／リットルにできるも
のが望ましい。

【００３５】浄化槽４の水中には、金属イオン酸化菌、
例えば、マンガン酸化菌を併存させている。

【００３６】浄化槽４の被処理水の流れ方向の下流側の
終端は、オーバーフロー堰板１０となっており、オーバ
ーフロー堰板１０を越えて浄化処理の終わった水は、清
浄タンク槽１１へ流れ、清浄タンク槽１１で汚泥等を最
終的に取り除き（場合によって必ずしも必要ではな
い）、清浄タンク槽１１の下部に設けられた流出口１２
から清浄化された浄水が排出される。

【００３７】上記水浄化装置は浄化槽が１槽の場合を説
明しているが、浄化槽をオーバーフロー堰板で多数個連
結したものやパイプで連結したものを用いてもよい。

【００３８】図４は、隣り合う互いの一段目の浄化槽４
及び二段目の浄化槽１４がオーバーフロー堰板１５によ
って接してなる２槽の浄化槽を有する水浄化装置の実施
の態様を示す。これらの２槽の浄化槽を有する水浄化装
置は一段目の浄化槽４から隣接する二段目の浄化槽１４
へオーバーフローにより水が移動する。浄化槽は２基以
上の多段とすることができる。

【００３９】オーバーフローによって水を移動させる多
数個の浄化槽を設けた水浄化装置の場合、流入口１０２
は最初の浄化槽４にのみ設け、次の隣り合う浄化槽１４
には流入口を設けず、最初の浄化槽４からのオーバーフ
ロー水を次の隣接する浄化槽１４に送り込み、後続する
同様な浄化槽を順次オーバーフローした水を流入出させ
ることを繰り返しながら、最後の清浄タンク槽１１へオ
ーバーフローにより導入し、清浄化された水を装置外へ
流出口１１２により流出させる構造にするのが簡単な構
成の装置で効率よく金属種を除去できるので好ましい。

【００４０】図５は、隣り合う一段目浄化タンク２４と
二段目浄化タンク３４との間に、一段目浄化タンク２４
で処理された被処理水を一旦受け入れる受入タンク２３
を有し、これらをパイプで連結した水浄化装置の実施の
態様を示す。一段目浄化タンク２４と二段目浄化タンク
３４は類似の形状であってよく、各浄化タンク内には、
かご状枠２７に一部が固定された炭素繊維２６と、空気
をバブリングできる微細な細孔を有するパイプ状のバブ
リング装置２８を有している。

【００４１】図５の水浄化装置は、流入口２２から受け
入れた被処理水２１を一段目浄化タンク２４で一段目の
浄化処理を行い、次いで浄化処理された被処理水を、オ
ーバーフロー送付パイプ２５で受入タンク２３に導いて
一旦貯留し、次いで、必要に応じて受入タンク２３から
水中ポンプ２９を連結した取水パイプ３０で取水して隣
接の二段目浄化タンク３４へ送り、二段目の浄化処理を
行うことができる。

【００４２】二段目浄化タンク３４で浄化処理された被
処理水は一段目浄化タンク２４の場合と同様にオーバー
フロー送付パイプ３１で清浄タンク槽３３に導いて一旦
貯留し、浄水として排出してもよいし、さらに、同様な
第３番目の浄化槽（図示していない）に導いてさらに浄
化処理を行ってもよい。図５のような水浄化装置が水路
形状である場合は、即ち、図６に示すように、幅ａと深
さｂが短く、相対的に長さｌが極めて長い（ａ，ｂ＞＞
ｌ）側溝のような形状の水路形状である場合は、炭素繊
維２６を水路中に揺動するように設置するのが好まし
く、該水路形状の浄化槽では水の流出口３２は最下流に
設ける。

【００４３】前記した図１〜図５の水浄化装置におい
て、金属種を含んだ被処理水中にごみ、浮遊固形物など
がある場合は、水浄化装置の前に沈殿槽やごみ除去器具
など公知の装置を設けてそれらを取り除いておくこと
が、後続の水浄化装置へ水を均一に流入させ安定に水中
の溶解金属種を除去できるので好ましい。なお、図１、
図２、図４に示す浄化槽４の上流に接して設けられた受
入槽３は、前記沈殿槽やごみ除去器具の機能を果たす。

【００４４】前記した図１〜図５の水浄化装置におい
て、浄化槽４、１４或いは二段浄化タンク３４に接し下
流側に設けられた清浄タンク槽１１、３３は、処理され
た水中に含まれている汚泥などの生成物を取り除くため
のものである。しかしながら、このような清浄タンク槽
１１、２３は必ずしも必要でない場合もある。

【００４５】被処理水中に、特に、鉄種及びマンガン種
をそれぞれ１ｍｇ／リットル以上含む水から溶解したマ
ンガン種を取り除く場合は、図４或いは図５に示すよう
な浄化槽を２槽以上有する多段階装置（以下、多段階装
置Ｘという）を用いることが好ましい。

【００４６】すなわち、図４に示すように水浄化装置Ａ
からマンガン酸化菌を除いた装置を第一段目の装置（以
下、多段階装置Ｘの第一段装置という）とし、前記水浄
化装置Ａを第二段目の装置（以下、多段階装置Ｘの第二
段装置という）とした多段階装置Ｘを構成することがで
きる。この多段階装置Ｘを用いる場合は、多段階装置Ｘ
の第一段装置で主として鉄種を炭素繊維６に付着させて
水中の鉄種濃度を十分に低下させることができ、第二段
装置においては水に溶解しているマンガン種を効率的に
除去できるので好ましい。

【００４７】さらに好ましい多段階装置Ｘの構成例は、
図４に示すように多段階装置Ｘの第一段装置において、
炭素繊維６を陰極とし、炭素からなる板または棒を陽極
２０として水中に配置し、直流電源１９から直流を通電
できるようにした浄化槽４と、後続の第二段装置とから
なる多段階装置（以下多段階装置Ｙという）である。こ
の多段階装置Ｙを用いる場合は、第一段装置で主として
鉄種等のカチオンを効率的に炭素繊維に電気的に固着さ
せて除くことができるので、多段階装置Ｙの全体の大き
さを小さくできるなど経済的であり好ましい。

【００４８】多段階装置Ｙの第一段装置に印加される直
流は、水の電気分解電圧以上の電圧の直流を印加するこ
とが好ましい。

【００４９】図１に示す水浄化装置Ａのような水槽を１
つ以上有する装置の場合の炭素繊維の使用量は、溶解金
属種負荷量が１〜１００ｇ／日／ｇ^-CF になるようにす
ることが好ましい。また、この場合の浄化槽の大きさ
は、浄化槽中の水の総体積（ｍ ³ ）を、処理する水の流
入量（ｍ³ ／時間）で除した値（以下、接触時間とい
う）が３〜２０時間となるようにすることが好ましく、
また、このような大きさの浄化槽内に、炭素繊維の使用
量（ｇ^-CF ）を水浄化装置の水の総体積（ｍ³ ）で除し
た値（以下、容積装着量という）が１〜３００ｇ^-CF ／
ｍ³ になるように均等に装着することが、炭素繊維の単
繊維を水と十分に接触させて効率よく溶解金属種を付着
させることができるので好ましい。

【００５０】図４に示すような二段階処理の多段階装置
Ｘ及び図５で示すような二段階処理の多段階処理装置Ｙ
を用いる場合、第一段の装置の水槽に付着する炭素繊維
の量は、溶解鉄種の負荷量が０．１〜５００ｍｇ／日／
ｇ^-CF とし、第二段の装置の水槽に装着する炭素繊維の
量は溶解マンガン種の負荷量が１〜１０００ｍｇ／日／
ｇ^-CF とする以外は、第一段の装置及び第二段の装置の
接触時間、容積装着量は前記と同様の１〜２０時間、１
〜３００ｇ^-CF ／ｍ³ になるようにすることが効果的に
鉄種とマンガン種を除くことができるので好ましい。

【００５１】上記した方法及び装置を用いることによ
り、水に溶解した鉄種及びマンガン種等を簡単容易に除
くことができ、得られた浄水を動植物へ供与しても該浄
水による被害もなく、また、きれいな水環境を確保でき
る。

【００５２】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明にはその要旨を超えない限り下記実施例に
限定されるものではない。本発明に記載されるＥＳＣＡ
の測定は島津製作所製ＥＳＣＡ７５０（商品名）で測定
した。また、引張弾性率は単繊維について試験長５０ｍ
ｍ、引張速度１ｍｍ／分の速度でテンシロン引張強度試
験機を用いて求めた歪と応力曲線の初期勾配から求め
た。

【００５３】炭素繊維への付着量は付着した炭素繊維を
１１０℃で２時間乾燥し、デシケータ中常温で１時間放
置した後、繊維と付着物の総重量（Ｗｔ）を測定し、試
験前の繊維重量（Ｗｆ）から、付着物量比＝（Ｗｔ−Ｗ
ｆ）／Ｗｆとして求めた。

【００５４】用いた水は地下水とした。地下水の含有金
属種はＦｅ（鉄）０．９２ｍｇ／リットル、Ｍｎ（マン
ガン）３．２ｍｇ／リットル、その他Ｃａ（カルシウ
ム）１６８ｍｇ／リットル、Ｍｇ（マグネシウム）１３
９ｍｇ／リットル、Ｎａ（ナトリウム）１０ｍｇ／リッ
トル等である。各金属種の分析はＪＩＳＫ０１０２法に
準じて行った。

【００５５】〔実施例１〕図１に示す水浄化装置（長さ
１０ｍ、幅２０ｃｍ、水深２０ｃｍ）の水槽にＰＡＮ系
炭素繊維べスファイト^R ＨＴＡ−１２Ｋ（商品名、東邦
レーヨン社製、引張弾性率２３５ＧＰａ、引張強度３５
００ＭＰａ、ＥＳＣＡで測定されるＯ１ｓ／Ｃ１ｓが
０．２５であるフィラメント、直径７ミクロン、１２，
０００本フィラメント）の長さ３０ｃｍのストランドの
１０本を１束とし、この９束のそれぞれの一端に１ｇの
ガラス片を重りとして結びつけ、各９束の他端を水槽の
側壁に渡したガラス棒（直径８ｍｍ）を槽の長さ方向に
５０ｃｍの間隔で１９本取りつけた。地下からくみ上げ
た原水を被処理水１として流入口２を通じて受入槽３へ
供給した。受入槽３を満たしてオーバーフロー堰板５を
オーバーフローした被処理水を浄化槽４に導入した。

【００５６】浄化槽４の被処理水中に金属イオン酸化菌
としてマンガン酸化菌を約１０万個／ｃｍ³ 生育させる
と共に、地下水を１リットル／分、バブリング用空気３
０リットル／分供給し、溶解金属負荷量（金属としてＦ
ｅ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｎａの合計として）が１１ｇ／
日／ｇ^-CF 、接触時間４００分、容積装着量１０３ｇ／
ｍ³ の条件で６０日間連続処理した。

【００５７】その結果、炭素繊維に付着した金属種の合
計量は炭素繊維１ｇ当たり４ｇで、この付着物の中には
マンガンが１．８ｇ含まれており、マンガンの除去率は
２７％と、本実施例１の水浄化装置は浄化能力に優れて
いることが分かる。

【００５８】〔比較例１〕ＰＡＮ系炭素繊維をポリ塩化
ビニリデン製繊維（直径１５ミクロン）とする以外は前
記実施例１と同様に６０日間連続処理した。その結果、
ポリ塩化ビニリデン製繊維に付着した金属種の合計量は
該繊維１ｇ当たり０．６ｇであり、付着物中のマンガン
は０．２ｇと少なく、マンガンの除去率は３％であり、
浄化能力は劣っていた。

【００５９】〔実施例２〕図５に示す同じ大きさをした
２つの一段目浄化タンク（直径１ｍ、高さ１．５ｍ、水
深１．２ｍ、水量０．９ｍ³ ）と二段目浄化タンクを有
する水浄化装置の各タンク内に、炭素繊維を浸漬した。
該炭素繊維の形態は、図７に示すように芯３５に炭素繊
維２６を固定したモール３６となっている。該モール３
６は、ＰＡＮ系炭素繊維ベスファイト^R ＨＴＡ−３Ｋ
（商品名、東邦レーヨン社製、引張弾性率２９５ＧＰ
ａ、引張強度４５００ＭＰａ、ＥＳＣＡで測定されるＯ
１ｓ／Ｃ１ｓが０．２３のフィラメント直径５ミクロ
ン、構成本数３，０００本）を炭素繊維２６として用
い、ポリエステル繊維でつくった径２ｍｍのロープを芯
３５とするモール３６（直径６ｃｍ、長さ１ｍ、炭素繊
維量１５ｇ／本）である。

【００６０】ステンレス棒（径５ｍｍ）でつくった２個
の円型枠を互いに１ｍ間隔で上下に隔てて前記ステンレ
ス棒で、該２個の円型枠を連結して固定して製造したか
ご状枠を、直径８０ｃｍ、６０ｃｍ、４０ｃｍのもの計
３種類を用意した。この３種類のかご状枠の各上枠と下
枠との間に、緊張しない状態で大のかご状枠に前記モー
ルを１２本、中のかご状枠に９本、小のかご状枠に６本
等間隔になるように固定した。図８にモールが固定され
たかご状枠２７の一例を示す。前記モール３６が固定さ
れた大中小計３個のかご状枠２７をほぼ中心軸を同一に
して重ね合わせ、全体を浄化タンクの被処理水中に浸し
た。

【００６１】一段目浄化タンクにはマンガン酸化菌を生
育させず、二段目浄化タンクには、マンガン酸化菌を約
１０万個／ｃｍ³ 生育させた。この一段目浄化タンクに
前記実施例１で用いた地下水と同じ地下水を被処理水１
とし、流入口２２を通して一段目浄化タンク２４に流入
し、処理した水をオーバーフロー送付パイプ２５を経て
受入タンク２３に入れて６０日間連続処理した。

【００６２】また、この受入タンク２３の水を第二段目
浄化タンク３４と水中ポンプ２９を経て取水パイプ３０
を通して流入させ、清浄タンク槽３３に排水した。一段
目浄化タンクへの地下水の流入量は１リットル／分と
し、バブリング用空気３０リットル／分、溶解鉄種負荷
量を３．３ｍｇ／日／ｇ^-CF 、接触時間１８０分、容積
装着量４５０ｇ／ｍ³ とした。また、二段目浄化タンク
３４への第一段目処理オーバーフロー水の移送流入量は
１リットル／分、バブリング用空気３０リットル／分、
溶解マンガン種負荷量１１．４ｍｇ／日／ｇ^-CF 、接触
時間１８０分、容積装着量４５０ｇ／ｍ³ とした。

【００６３】この結果、一段目浄化処理における炭素繊
維に付着した鉄種は０．１２ｇ／ｇ ^-CF 、二段目浄化処
理において炭素繊維に付着したマンガン量は０．５９ｇ
／ｇ ^-CF であり、それぞれ鉄種６０％、マンガン種８７
％が除去され、良好であった。

【００６４】〔実施例３〕前記実施例１と同じ水槽を２
つ連結した略図４に示す水浄化装置を用いて、一段目浄
化槽では鉄種負荷量を１６．２ｍｇ／日／ｇ^-CF とし、
且つ炭素繊維を陰極、水を陽極として５ボルトの電圧を
印加すると共に二段目浄化槽ではマンガン種負荷量を５
６．２ｍｇ／日／ｇ^-CF として両水槽の炭素繊維の容積
装着量を４５０ｇ／ｍ³ 、接触時間を１６０分となるよ
うにし、前記実施例１と同じ地下水を流入し、６０日間
連続処理した。

【００６５】６０日後の水質を分析した結果、二段目浄
化槽からの排水中の鉄種は０．３ｍｇ／リットル、マン
ガン種は０．３ｍｇ／リットルまで低下し、炭素繊維に
よって水中のマンガンが９１％減少しており良好に除去
されていた。

【００６６】〔実施例４〕ＰＡＮ系炭素繊維として、電
気抵抗が１０Ωｃｍ、ＥＳＣＡで測定されるＯ１ｓ／Ｃ
１ｓが０．２５であるフィラメント直径７．４μｍであ
る以外は実施例１と同様にして６０日間連続して地下水
を処理した。

【００６７】その結果、炭素繊維に付着した金属種の合
計量は、炭素繊維１ｇ当たり３．８ｇでこの付着物中に
はマンガン１．７ｇ含まれていた。マンガン除去率は２
７％と、本実施例４はマンガン浄化能力に優れていた。

【００６８】

【発明の効果】本発明の水浄化方法及び水浄化装置は、
水に溶存している金属種、特に鉄種やマンガン種を炭素
繊維に付着させて効率的に除去することができる。

【００６９】本発明の水浄化方法及び水浄化装置は、二
段階浄化を行うことができ、即ち、被処理水中に酸素と
炭素繊維を併存させて、該被処理水に溶解している金属
種を炭素繊維に付着させる第一段目処理を行い、次い
で、第一段目処理が行われた被処理水中に酸素と金属イ
オン酸化菌と炭素繊維を併存させて、被処理水に溶解し
ている金属種を炭素繊維に付着させる第二段目処理を行
うことにより、第一段目処理で炭素繊維に付着させる金
属種が主として鉄であり、且つ前記第二段目処理で炭素
繊維に付着させる金属種を主としてマンガンとすること
ができる。本発明の二段階浄化による水浄化方法及び水
浄化装置は、第一段目処理において、炭素繊維を陰極と
し、被処理水中に陽極を浸漬して直流を通電することに
より、第一段目処理において主として鉄イオンを効率的
に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水に溶解している金属種を除去するための本発
明の水浄化装置の概略側断面図である。

【図２】図１の上面図である。

【図３】図２のＡ−Ａの断面図である。

【図４】隣り合う互いの一段目浄化槽及び二段目浄化槽
がオーバーフロー堰板によって接してなる２槽の浄化槽
を有する水浄化装置の実施の態様を示す。

【図５】隣り合う一段目浄化タンクと二段目浄化タンク
との間に、一段目浄化タンクで処理された被処理水を一
旦受け入れる受入タンクを有し、これらをパイプで連結
した水浄化装置の実施の態様を示す。

【図６】幅ａと深さｂが短く、相対的に長さｌが極めて
長い（ａ，ｂ＞＞ｌ）側溝のような形状の水路形状の水
浄化装置を示す。

【図７】芯に炭素繊維を固定したモールを示す。

【図８】モールが固定されたかご状枠の一例を示す。

【符号の説明】

１、２１ 被処理水 ２，２２，１０２ 流入口 ３ 受入槽 ４，１４ 浄化槽 ５，１０，１５ オーバーフロー堰板 ６，２６ 炭素繊維 ７ 炭素繊維固定棒 ８，２８ バブリング装置 ９ 重り １１，３３ 清浄タンク槽 １２，３２，１１２ 流出口 １９ 直流電源 ２０ 陽極 ２３ 受入タンク ２４ 一段目浄化タンク ２５，３１ オーバーフロー送付パイプ ２７ かご状枠 ２９ 水中ポンプ ３０ 取水パイプ ３４ 二段目浄化タンク ３５ 芯 ３６ モール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−18151（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−155335（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−290191（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−104230（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/02 - 3/10 C02F 3/28 - 3/34 C02F 1/58 - 1/64

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水中に酸素と金属イオン酸化菌と
   炭素繊維を併存させて、該被処理水に溶解している金属
   種を該炭素繊維表面に付着させることを特徴とする水浄
   化方法。
2. 【請求項２】 被処理水中に酸素と炭素繊維を併存させ
   て、該被処理水に溶解している金属種を該炭素繊維に付
   着させる第一段目処理を行い、 第一段目処理が行われた被処理水中に酸素と金属イオン
   酸化菌と炭素繊維を併存させて、該被処理水に溶解して
   いる金属種を該炭素繊維に付着させる第二段目処理を行
   うことを特徴とする水浄化方法。
3. 【請求項３】 前記金属イオン酸化菌がマンガン酸化菌
   であり、前記炭素繊維表面に付着させる金属種が主とし
   てマンガンである請求項１又は２記載の水浄化方法。
4. 【請求項４】 前記第一段目処理で炭素繊維に付着させ
   る金属種が主として鉄であり、且つ前記第二段目処理で
   炭素繊維に付着させる金属種が主としてマンガンである
   ことを特徴とする請求項２記載の水浄化方法。
5. 【請求項５】 前記第一段目処理において、炭素繊維を
   陰極とし、被処理水中に陽極を浸漬して直流を通電する
   ことを特徴とする請求項２又は４記載の水浄化方法。
6. 【請求項６】 被処理水中に酸素を溶存させる機構と、
   金属イオン酸化菌を存在させるための機構と、炭素繊維
   を該被処理水中に浸す機構とを含むことを特徴とする水
   浄化装置。
7. 【請求項７】 前記金属イオン酸化菌がマンガン酸化菌
   である請求項６記載の水浄化装置。
8. 【請求項８】 被処理水に酸素を溶存させる機構と、炭
   素繊維を該被処理水中に浸す機構を含む第一段目処理装
   置と、第一段目処理装置で処理された被処理水を処理す
   るための請求項６又は７記載の水浄化装置を第二段目処
   理装置として含むことを特徴とする水浄化装置。
9. 【請求項９】 前記第一段目処理装置は、炭素繊維に直
   流を通電する機構を備えている請求項８記載の水浄化装
   置。
10. 【請求項１０】 前記炭素繊維を該被処理水中に浸す機
    構は支持部材に炭素繊維の組織体の少なくとも一部を固
    定したものである請求項６又は８記載の水浄化装置。
11. 【請求項１１】 前記金属イオン酸化菌を存在させるた
    めの機構は、炭素繊維の組織体に固着性微生物を固着さ
    せ、該固着性微生物を介して金属イオン酸化菌が炭素繊
    維の組織体に固着する機構である請求項６又は８記載の
    水浄化装置。