WO2005075364A1 - 多糖類を主成分として含む天然原料から形成された水質浄化用固形材およびこれを用いた水質浄化方法 - Google Patents

多糖類を主成分として含む天然原料から形成された水質浄化用固形材およびこれを用いた水質浄化方法 Download PDF

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organic carbon
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Makoto Hosoya
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Takachiho Corp.
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K63/00—Receptacles for live fish, e.g. aquaria; Terraria
    • A01K63/04—Arrangements for treating water specially adapted to receptacles for live fish
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used

Definitions

  • the present invention relates to a solid material for water purification which is supplied into treated water and promotes microbial activity when purifying water using microorganisms, and a water purification method using the same.
  • Organic wastes (water pollutants) dissolved in natural and artificially constructed water systems are detoxified by oxidative alternation accompanying the biological metabolism of aerobic microorganisms. Specifically, ammonia nitrogen mainly generated from the excrement of living organisms living in water systems is converted into nitrogen oxides such as nitrite nitrogen and nitrate nitrogen, and organic and phosphorus organic waste. Will be replaced with iodine-type phosphoric acid sardines such as sulfates and phosphates. However, the accumulation of these sardines in water causes a decrease in pH, eutrophication, and aggravation of algae and moss, leading to deterioration of water quality. Become.
  • the above-mentioned oxidized sardines can be used to produce anaerobic microorganisms if there is an anoxic region in the water system and an anaerobic microorganism and an organic carbon source that is the energy required for its vital metabolism are present. It is broken down into nitrogen gas and the like by metabolic fermentation, that is, reductive alternation, and released into the atmosphere.
  • the amount of nitrogenous waste that is decomposed and removed by such biological alternation generally depends on the abundance ratio of nitrogen and carbon (CZN ratio). That is, the amount of nitrogen decomposed and reduced by microbial metabolism, in particular, the amount of nitrogen oxides such as nitrite nitrogen and nitrate nitrogen decomposed is determined by the concentration of organic carbon source in the anoxic region where anaerobic microorganisms are present. It depends. Generally, a highly efficient CZN ratio for leading to a fermentation state with the highest microbial metabolic activity is 6 or more. Therefore, artificially providing an organic carbon source is a very important matter for biologically purifying water quality.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9 234493 discloses a material obtained by mixing a low-molecular saccharide with a polysaccharide in a porous substrate. Is used as an organic carbon source for water treatment.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-269699 describes that a biodegradable plastic carrier derived from starch is used as an organic carbon source for water treatment. .
  • the organic carbon source of Patent Document 1 uses at least a porous substrate, low-molecular-weight saccharides and polysaccharides as raw materials, and the organic carbon source of Patent Document 2 has an artificial source. Because of the use of these plastics, there are limits to reducing the cost of each product.
  • the present invention is to provide a solid material for water purification that is low in cost and easy to handle, not only having excellent water purification functions, using only natural raw materials. For that purpose.
  • the present invention has the following features (1) to (9).
  • a solid material for water purification used in carrying out water purification using microorganisms, characterized by processing only natural raw materials containing a polysaccharide as a main component.
  • a material having a certain CZN ratio that is, a composition as a mixture of carbon and nitrogen and having a very small mixture ratio of nitrogen is used in an aqueous system to be subjected to water quality improvement or water quality maintenance.
  • the main point is to keep the water system in a nitrogen-deficient state by continually promoting low-level (low activity!) Biochemical reactions (fermentation) by placing them in the anoxic region.
  • Nitrogen deficiency caused by microbial metabolism that is continuously carried out in a partial area of the water system causes the eutrophication of water by greedily consuming (reducing replacement) nitrogen oxides generated in the water system. It works to maintain and possibly maintain clean water quality in water systems that tend to accumulate and tend to be eutrophic.
  • natural raw materials containing polysaccharides as the main component, especially natural extracted starch often have a shortage of nitrogen sources in their composition to obtain the most efficient biochemical reaction (fermentation).
  • the lack of nitrogen sources will be obtained from the water system, and such biochemical reactions correlated with carbon and nitrogen will be continuously carried out in the water system.
  • Toxic Substances Produced and Accumulated Acid It promotes atmospheric release accompanying the decomposition of substances, etc., and maintains the oligotrophic state of the water system, thus contributing to maintaining a very stable and clean water environment.
  • the solid material for water purification of the present invention does not use an artificial material, but uses only a natural material containing a polysaccharide as a main component. Therefore, it is possible to procure the material at low cost and easily. it can. As a result, it is possible to provide organic carbon sources to individual users stably and at low cost, and it is necessary to use relatively large amounts of solid materials for water purification such as lakes, rivers, or large water tanks.
  • the water treatment can be performed inexpensively in the following places. Further, since the solid material of the present invention does not require an additional supply for a relatively long period of time, as well as a continuous supply such as alcohol, it is necessary to easily purify and maintain the quality of the water to be treated. In addition, long-term costs required for water purification can be reduced.
  • water purification solid material of the present invention is particularly suitable for breeding aquatic organisms such as fish, amphibians and aquatic plants from the above viewpoints.
  • the present invention provides a solid material for water purification characterized by processing and molding only a natural material containing a polysaccharide as a main component.
  • the polysaccharide is not particularly limited as long as it produces a substance that becomes an energy source of microorganisms when decomposed in the water to be treated, but starch is preferred.
  • Starch is decomposed into glucose in the water to be treated, and then into lower alcohol (ethanol) and carbon dioxide.
  • the lower alcohol is used as an energy source for anaerobic microorganisms
  • the diacid carbon is used as an energy source for aerobic microorganisms. This makes it possible to efficiently oxidize and reduce ammonia in the water to be treated, and finally remove it as nitrogen gas from the water to be treated.
  • the carbon-Z nitrogen ratio (CZN ratio) of the starch used is preferably 6 or more in order to maintain the CZN ratio in water that is optimal for microbial activity and perform efficient water treatment. More preferred to be That's right.
  • the natural raw material containing a polysaccharide as a main component is not particularly limited, and for example, grains such as rice, rice cake, konjac yam, corn, potato, and sweet potato, agar, and kuzu can be used. Can be used alone or in combination of two or more.
  • the natural raw materials as mentioned in the above specific examples are easily dissolved in water as they are, and the water becomes cloudy. Therefore, it is necessary to perform processing to prevent this.
  • the type of processing to be performed is a matter to be determined by conducting appropriate experiments in consideration of the natural materials used, the period of use, cost, etc., and is not particularly limited. Any process may be used as long as the solubility in water is reduced as compared with the raw material itself, and the solid material of the present invention is gradually decomposed in water for a desired period or more.
  • drying treatment such as natural drying, hot air drying, vacuum drying, freeze drying (freeze drying), kneading, pulverizing, heating, cooling or a combination thereof, etc. Perform basic processing to reduce its solubility.
  • “soluble” means that a natural material itself and a predetermined amount of the solid material of the present invention obtained by processing the natural material are put into water and left for a predetermined period (two days and one week). Means the degree of white turbidity of the water, and it is desirable that the degree of the solid material of the present invention is thinner and more transparent than the natural raw material itself.
  • the amount of the organic carbon source of the present invention to be supplied is not particularly limited since the decomposition rate and the amount of decomposition of the supplied organic carbon source are naturally adjusted based on the CZN ratio. However, it is preferable to add 0.1-5 g to 1 L of the water to be treated, and it is more preferable to add 0.1-lg. If the supply amount per liter of treated water is less than 0.1 lg, there is a possibility that a sufficient amount of organic carbon source cannot be supplied over a long period of time. Also, if the supply amount per 1 L of the water to be treated exceeds 5 g, the water may become cloudy due to excessive elution of the organic carbon source, and the BOD value may increase.
  • the solid material for water purification described above is mixed with the poor acid in the water to be treated. It is characterized by being installed in the elementary region.
  • the anoxic region is a region where the oxygen concentration in the water is low, and is an environmental region suitable for anaerobic microorganisms to act.
  • the low oxygen region is preferably 30% or less of the dissolved oxygen saturation point (the maximum amount of oxygen dissolved in water) at a predetermined water temperature. It can also be determined by the oxidation-reduction potential (ORP). In this case, since the ORP of ordinary rivers and ponds is 360-430 mV, if the ORP is less than -50-200 mV, the oxygen-deficient condition of the present invention can be determined. Area.
  • the formation site is set in an aquarium for ornamental or live fish for ordinary households or business use, or in an aquarium!
  • sand that does not change the water characteristics is laid at the bottom of the tank with a thickness of about 5 to 20 cm, and a stagnant area of water flow is formed below this sand layer. Since the water in the aquarium always circulates and generates a water flow, almost no water flows through the above-mentioned stagnant area, or a very small amount of water flow is generated. An area is configured.
  • a housing is provided at the bottom of a water tank with a small opening that allows a small amount of water and gas to pass therethrough, and an oxygen-deficient region is formed inside the housing.
  • a double-type filter medium capable of forming an aerobic area on the upper side and an anaerobic area on the lower side is installed, and the aerobic area on the surface of the filter medium is provided. The water that passes through the aerobic zone is consumed by the aerobic microbial community that is implanted, so the lower anaerobic zone constitutes the anoxic zone.
  • a filter housing in which a very small amount of water can circulate is provided inside the water tank, and the water is circulated very slowly in the filter, so that an oxygen-deficient region is formed inside the housing.
  • a fifth example is to provide a stagnant area of water inside the bottom filter laid on the inner bottom of the water tank or outside the water passage, and circulate a very small amount of water in the stagnant area. Can be configured.
  • the above five examples show the case where the oxygen-deficient region is formed in the water tank.
  • a hypoxic region outside the tank and circulate a small amount of water in the tank.
  • a partition is provided inside a filter housing installed outside a water tank to form a stagnant area of water through which only a very small amount of water passes, and a stagnant area above the stagnant area is formed. By blocking the surface from the atmosphere, an oxygen-deficient region can be formed.
  • a return pipe that returns water to the inside of the water tank installed in the outside of the water tank has a bypass with a filter, and a small amount of water returning to the water tank is traced to the bypass filter.
  • the oxygen-deficient region is formed inside or outside the water tank.
  • the water to be treated is water that exists in the natural world, such as stored water at a purification plant, rivers, ponds, or seawater, a position where only a small amount of water passes under the soil at the bottom of the water
  • An anoxic region can be set at
  • a filter housing that can circulate a certain amount of water outside the water or in the water is installed. Regions can be configured.
  • anoxic regions can be constructed by installing a filter housing in the same manner as above. be able to.
  • an oxygen-deficient region in an environment with a small amount of dissolved oxygen can be formed inside or outside a water tank, or inside or outside water existing in nature.
  • the shape is a round dumpling (about 20 mm in diameter).
  • the average weight per piece is 10g.
  • the dissolved ammonia and carbon dioxide concentrations were measured using a colorimetric solution method from TETRA, and the nitrite and nitric acid concentrations were measured using a colorimetric test paper from MERCK. Table 1 shows the results.
  • nitrite and nitrate nitrogen the values in the test plot tend to be constant or decreasing, whereas the values in the control plot tend to increase. In other words, it was shown that nitrite and nitrate nitrogen in the test plot were decomposed without accumulating in water by anaerobic microorganisms using alcohol generated by the decomposition of glucose as an energy source.
  • pH value stability As described above, in the test plot, pH value stability, ammonia elimination rate, nitrite and nitrate All values, such as the decomposition of acid nitrogen and the stability of carbon dioxide concentration, were superior to those in the control group, demonstrating that there was a clear difference in the microbial activities between the two groups.
  • Example 2 the same evaluation as in Example 1 was performed with the type of the organic carbon source changed.
  • processed rice starch (test zone 2) and processed kudzu starch (test zone 3) were used as organic carbon sources in the test plot, and a water tank (organic control) without organic carbon source was used as a control plot.
  • Section 2) and an aquarium containing a biodegradable resin PHB (polyhydroxybutylate, Mitsubishi Monsanto Kasei Co., Ltd.) as an organic carbon source (control section 3) were prepared as in Example 1. Was evaluated.
  • processed rice starch is manufactured by milling rice cake rice, cutting it into long and thin pieces, wrapping it in paper, knitting it with straw, immersing it in water for about four to five days, hanging it under the eaves in the cold, and drying it.
  • processed kudzu starch is produced by dissolving kudzu in water, boiled down, cooled and solidified.
  • the evaluation items are the concentrations of ammonia, nitrous acid and nitric acid and the total hardness (TH).
  • TH is a numerical value indicating the amount of minerals such as Mg and Ca present in water, and is a useful evaluation criterion for understanding water pollution. The higher the value, the more water pollution. Table 2 shows the results.
  • Elapsed water temperature Test plot 2 (organic carbon source: frozen rice cake) Test plot 3 (organic carbon source: crunchy) Control plot 2 (no organic carbon source) Control plot 3 (organic carbon source: PHB) Days (V) pH ⁇ 4 ⁇ 0 2 ⁇ 0 3 ⁇ H ⁇ 4 ⁇ 0 2 ⁇ 0 3 ⁇ pH ⁇ 4 ⁇ 0 2 ⁇ 0 3 ⁇ pH NH 4 N0 2 N0 3 TH
  • Example 2 it is particularly notable that there was a difference in water purification function between the control plot 3 containing the organic carbon source PHB and the test plot.
  • the fact shows that the organic carbon source of the present invention and the water purification method using the same are superior to the conventionally used solid organic carbon source. It is considered that such a difference is largely caused by a trace amount of nitrogen contained in the organic carbon source using natural starch in the test plot.
  • an organic carbon source naturally starch
  • the nitrogen should always maintain the CZN ratio in water in an optimal range for microbial activity.
  • an organic carbon source (PHB) containing no nitrogen is used, the CZN ratio in water depends only on the nitrogen dissolved in water. It is considered that the microbial activity became intermittent and unstable.
  • the solid material for water purification of the present invention can be used for water stored in large-scale water tanks installed in water tanks used in ordinary households or for business, aquariums, and the like, gardens, golf, and the like. Ponds installed at sites, or water used for general living water, well water, agriculture and livestock, industrial water, or their drainage, as well as lakes and rivers, all of which require purification It is suitable for the water to be treated.

Landscapes

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Abstract

　天然の原料のみを用いて、比較的低コストでかつ取り扱いが容易な水質浄化用固形材およびこれを用いた水質浄化方法を提供するために、微生物を利用して水質浄化を行う際に用いる水質浄化用固形材であって、多糖類を主成分として含む天然原料のみを加工してなることを特徴とする、水質浄化用固形材およびこれを用いた水質浄化方法を提供する。

Description

明 細 書
多糖類を主成分として含む天然原料カゝら形成された水質浄ィ匕用固形材 およびこれを用いた水質浄化方法
技術分野
[0001] 本発明は、微生物を利用して水質浄化を行う際に被処理水中に供給され、微生物 活性を促す水質浄化用固形材およびこれを用いた水質浄化方法に関する。
背景技術
[0002] 自然および人工的に構築された水系に溶解した有機廃物 (水質汚濁物質)は、好 気性微生物群の生物代謝に伴う酸化交代により無毒化される。具体的には、水系に 生息する生物の排泄物から主に発生するアンモニア態窒素は、亜硝酸態窒素ゃ硝 酸態窒素等の窒素酸化物に、また、ィォゥ系有機廃物やリン系有機廃物は硫酸塩や リン酸塩等のィォゥ系'リン系酸ィ匕物に交代する。しかし、これらの酸ィ匕物の水中への 蓄積は、 PH低下や富栄養化を招き、藻や苔の発生を促すなど水質悪化の原因とな るため、長期的な水質維持にとって大きな妨げとなる。
[0003] 一方、上記酸ィ匕物は、水系に貧酸素領域が存在し、そこに嫌気性微生物およびそ の生命代謝に必要なエネルギーとなる有機炭素源が存在すれば、嫌気性微生物の 生物代謝による発酵、すなわち還元交代により窒素ガス等に分解、大気中に放出さ れる。
[0004] こうした生物学的交代により分解 Z除去される窒素系廃物の量は概ね窒素と炭素 の存在比 (CZN比）に依存することが知られている。すなわち、微生物代謝により酸 ィ匕 ·還元される総窒素、特に、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素等の窒素酸化物の分解量 は、嫌気性微生物が存在する貧酸素領域中の有機炭素源濃度によることになる。一 般的に微生物代謝活性の最も高い発酵状態に導くための高効率な CZN比は、 6以 上とされる。したがって、生物学的に水質を浄ィ匕するためには有機炭素源を人為的 に供与することが極めて重要な事項であると 、える。
[0005] 一般的に、この有機炭素源としては、メタノールやエタノールなどの低級アルコール を用いることが広く知られている力 この場合、液体である低級アルコールを供給する ため、アルコールの頻繁かつ継続的な供給が必要となり、さらには、アルコールの過 投与による水質汚濁を防ぐための量的制御装置が必要となるため大掛力りな設備が 必要となる。また、メタノールを使用する場合には、人体への悪影響も考慮する必要 力 Sあり、特に個人が一般家庭において使用するには十分な注意が必要となる。
[0006] 液体の有機炭素源を用いることにより生じる課題を解決するために、例えば、日本 国特開 9 234493号公報では、多孔質基材に低分子の糖類を多糖類と混合させた 資化物を含有させたものを水処理用有機炭素源として用いること、日本国特開 2001 —269699号公報では、澱粉由来の生分解プラスチック担体を水処理用有機炭素源 として用いることが記載されて 、る。
発明の開示
[0007] しかしながら、特許文献 1の有機炭素源は、少なくとも多孔質基材、低分子の糖類、 および多糖類をその原料として用いるため、また、特許文献 2の有機炭素源は、その 原料に人工のプラスチックを用いているため、いずれも製品のコストを低くするには限 界がある。
[0008] 有機炭素源となる水処理材を用いて水環境を改善し、これを維持していく上では、 有機炭素源そのものの特性や効果も大事であるが、その他にも、コストが低いことや 炭素源を供給する手間が少ないということも重要なことである。特に、個人が観賞魚 などの水生生物を飼育する場合、あるいは湖や河川など有機炭素源が大量に必要と される個所においては、水処理用固形材のコストが低いことは非常に重要である。
[0009] 発明者が調査したところによると、上記のような条件を全て満たす水処理用固形材（ 有機炭素源）は現在、安定供給されるに至っておらず、入手が困難であり、仮に入手 が可能であるとしても極めて高価であると 、うのが現状である。
[0010] そこで、本発明は、天然原料のみを用いて、水浄化機能が優れていることはもちろ んのこと、低コストでかつ取り扱 ヽが容易な水質浄化用固形材を提供することをその 目的とする。
[0011] すなわち、本発明は、以下（1)一（9)に記載の事項をその特徴とする。
[0012] (1)微生物を利用して水質浄ィ匕を行う際に用いる水質浄ィ匕用固形材であって、多 糖類を主成分として含む天然原料のみを加工してなることを特徴とする水質浄化用 固形材。
[0013] (2)前記多糖類が澱粉であることを特徴とする上記（1)記載の水質浄化用固形材。
[0014] (3)前記澱粉の CZN比が 6以上であることを特徴とする上記（2)記載の水質浄ィ匕 用固形材。
[0015] (4)被処理水 1Lに 0. 1— 5g添加されることを特徴とする上記（1)一（3)のいずれか に記載の水質浄化用固形材。
[0016] (5)加工前の前記天然原料そのものよりも水に対する溶解性が低いことを特徴とす る上記（1)一（4)の 、ずれかに記載の水質浄化用固形材。
[0017] (6)多孔質形状であることを特徴とする上記（1)一 (5)の 、ずれかに記載の水質浄 化用固形材。
[0018] (7)水生生物飼育用として用いることを特徴とする上記（1)一 (6)の 、ずれかに記 載の水質浄化用固形材。
[0019] (8)前記加工が、乾燥処理を含むことを特徴とする上記（1)一（7)のいずれかに記 載の水質浄化用固形材。
[0020] (9)上記（1)一 (8)の 、ずれかに記載の水質浄化用固形材を被処理水中の貧酸 素領域に配置することを特徴とする水質浄化方法。
[0021] 本発明は一定の CZN比、即ち、炭素と窒素の混合物としての組成を有し、しかも、 窒素の混合比が極めて微量である素材を水質改善若しくは水質維持の対象となる水 系内の貧酸素域に配置して低位の (活性の低!、)生化学反応 (醱酵)を継続的に促 すことにより、水系を常に窒素欠乏状態におくことを骨子とする。
[0022] 水系の部分的領域において継続的に行われる微生物代謝により引き起こされる窒 素欠乏は、水系に生成される窒素酸ィ匕物を貪欲に消費 (還元交代)して水の貧栄養 化を維持し、ともすれば蓄積して富栄養化に傾きがちな水系を清浄な水質に保つ働 きをする。つまり、多糖類を主成分として含む天然原料、特に天然抽出澱粉の多くは 最も効率的な生化学反応 (醱酵)を得るにはその組成内の窒素源が常に不足傾向に あることから、一定の生化学反応を維持しながら、より高い微生物活性を促すために 不足傾向にある窒素源を水系より得ることになり、こうした炭素と窒素の相関関係に成 り立つ生化学反応は水系に継続的に生成される毒性物質の交代と蓄積される酸ィ匕 物の分解等々に伴う大気放出を促して水系の貧栄養状態を維持し、如いては極め て安定的に清浄な水環境を保つことに寄与する。
[0023] 本発明の水質浄化用固形材は、原料として、人工のものを使用せず、多糖類を主 成分とする天然原料のみを使用するため、原料を安価にかつ容易に調達することが できる。その結果、個人のユーザーに対して有機炭素源を安定して安価に提供する ことが可能となり、また、湖や河川、あるいは大規模な水槽など比較的大量に水浄ィ匕 用固形材が必要となる個所においても安価に水処理を行うことができる。さらに、本 発明の固形材は、アルコールのような日々の継続的な供給はもとより、比較的長期間 にわたり追加供給を必要としないため、被処理水の水質を容易に浄化、維持管理す ることができ、その上、水浄ィ匕に要する長期的なコストをも下げることができる。
[0024] また、本発明の水質浄化用固形材は、上記のような観点から、特に、魚類や両生類 あるいは水生植物などの水生生物の飼育用として好適である。
[0025] 本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願 2004— 030519号（出願日 2004年 2月 6曰 )および曰本国特許出願 2004— 211857号（出願曰 2004年 7月 20 日）に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書を参照のためにここに 組み込むものとする。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 本発明は、多糖類を主成分として含む天然原料のみを加工成形してなることを特 徴とする水質浄化用固形材を提供する。
[0027] 上記多糖類としては、被処理水中にて分解されたときに微生物のエネルギー源とな る物質が生成されるものであれば特に限定されないが、澱粉であることが好ましい。 澱粉は、被処理水中にてグルコースに分解され、さらに低級アルコール (エタノール） と二酸化炭素に分解される。この低級アルコールは、嫌気性微生物群のエネルギー 源として利用され、二酸ィ匕炭素は、好気性微生物群のエネルギー源として利用され ることになる。これにより効率的に被処理水中におけるアンモニアを酸化 ·還元させ、 最終的には窒素ガスとして被処理水から除去することが可能となる。また、用いる澱 粉の炭素 Z窒素比（CZN比）は、微生物の活動に最適な水中の CZN比を維持し、 効率的な水処理を行うために 6以上であることが好ましぐ 8以上であることがより好ま しい。また、多糖類を主成分として含む天然原料としては、特に限定されないが、例 えば、米、餅米、コンニヤクイモ、トウモロコシ、ジャガイモ、サツマィモなどの穀類、寒 天、クズなどを用いることができ、これらは 1種または 2種以上併用することができる。
[0028] また、上記具体例として挙げたような天然原料は、そのままでは水中で容易に溶解 し、水が白濁してしまうため、これを防ぐ加工を施す必要がある。本発明では、この加 ェを、特別な装置や条件を用いず、できるだけ容易にすることが低コストィ匕のために 重要である。どのような加工を行うかは、使用する天然原料、使用期間、コストなどを 考慮に入れて適宜実験を行い、決定すべき事項であり、特に限定されないが、基本 的には、加工前の天然原料そのものと比較して水に対する溶解性を低下させ、なお かつ本発明の固形材が所望期間以上にわたり徐々に水中で分解するような加工で あればよい。より具体的には、 1種または 2種以上の天然原料について、自然乾燥、 熱風乾燥、真空乾燥、凍結乾燥 (フリーズドライ)などの乾燥処理、混練、粉砕、加熱 、冷却またはこれらの組み合わせなどの基本的な加工を行い、その溶解性を低下さ せる。なお、本発明において、「溶解性」とは、天然原料そのもの、および当該天然原 料を加工してなる本発明の固形材の所定量を水中に投入、所定期間（2日一 1週間） 放置した場合の水の白濁程度をいい、本発明の固形材においては、その程度が天 然原料そのものよりも薄ぐかつ透明に近 、ことが望ま 、。
[0029] また、本発明の有機炭素源の形状は、用途や使用環境などにより適宜決定すれば よぐ特に限定されないが、多孔質形状であると優れた微生物担体としても使用する ことが可能となり、より効率的な水質浄ィ匕を行うことができる。
[0030] また、本発明の有機炭素源を供給する量は、供給された有機炭素源の分解速度や 分解量が上記 CZN比に基づき自然調整されるものであるから、特に限定されるもの ではないが、被処理水 1Lに 0. 1— 5g添加することが好ましぐ 0. 1— lg添加するこ とがより好ましい。被処理水 1Lに対する供給量が 0. lg未満であると、長期間にわた り十分な量の有機炭素源を供給できない恐れがある。また、被処理水 1Lに対する供 給量が 5gを超えると、有機炭素源の過剰な溶出により水が白濁し、 BOD値が上昇 するする恐れがある。
[0031] 本発明の水質浄化方法は、上記で述べた水質浄化用固形材を被処理水内の貧酸 素領域に設置することをその特徴としている。なお、貧酸素領域とは、水中の酸素濃 度が低い個所のことであり、嫌気性微生物群が活動するに適した環境領域である。 本発明における貧酸素領域は、所定水温における溶存酸素飽和点 (水に酸素が溶 存する最大量)の 30%以下であることが好ましい。また、酸化還元電位 (ORP)により 判断することもでき、この場合、通常の河川や池の水の ORPが 360— 430mVである ことから、— 50— 200mV以下程度であれば本発明における貧酸素領域であるとする ことができる。
[0032] 貧酸素領域を形成する方法としては、形成場所が一般家庭若しくは業務用の観賞 魚用あるいは活魚用の水槽、又は水族館に設置されて!、る大規模な水槽等の場合 、第 1の例として、水槽の底部に水の特性に変化を与えない砂を 5— 20cm程度の厚 さに敷き、この砂層の下方部分に水流の停滞域を形成する。水槽の水は、常に水が 循環流して水流が生じているので、上記した停滞域には水がほとんど通らないか、若 しくはごく微量の水流が発生している状態であるから、貧酸素領域が構成される。第 2の例としては、水槽の底部に微量な水と気体が通過可能な程度の小孔を適度に開 設したハウジングを設け、上記ハウジングの内部に貧酸素領域を構成する。第 3の例 としては、水槽の底部に、上側に好気性領域、下側に嫌気性領域を形成することが できる二重特性の濾過材を設置し、上記濾過材の表面の好気性領域に着床する好 気性微生物群により、好気性領域を通過する水が酸素消費されるので、下側の嫌気 性領域が貧酸素領域を構成することになる。第 4の例としては、水槽の内部にごく微 量の水が循環流することができるフィルターハウジングを設け、フィルター内をごく緩 やかに水を循環させることによって、ハウジングの内部に貧酸素領域を構成すること ができる。第 5の例としては、水槽の内部底面に敷く底面フィルターの内部若しくは水 通過口の外側に水の停滞域を設け、その停滞域にごく微量の水を循環させること〖こ より貧酸素領域を構成することができる。
[0033] 上記した 5つの例は、水槽内に貧酸素領域を構成する場合を示した。しかし、水槽 の外部に貧酸素領域を構成して、水槽内の水を微量に循環させることもできる。その ような構成の第 1の例としては、水槽の外部に設置するフィルターハウジングの内部 に仕切りを設けて水がごく微量しか通らない水の停滞域を形成し、上記停滞域の上 面を大気と遮断することにより、貧酸素領域を構成することができる。第 2の例として は、水槽の外部に設置するフィルターハウジング力 水槽の内部に水を戻す戻りパイ プに、フィルターを有するバイパスを設けて水槽に戻る水の一部をバイパスのフィル ターにごく微量だけ通過させ、このバイノ スのフィルターに貧酸素領域を構成するの である。第 3の例としては、水槽の外部に設置するフィルターハウジングの内部に、上 側に好気性領域、下側に嫌気性領域を形成することができる二重特性の濾過材を設 置し、上記濾過材の表面の好気性領域に着床する好気性微生物群により、好気性 領域を通過する水が酸素消費されるので、下側の嫌気性領域が貧酸素領域を構成 するのである。
[0034] 上記した各例は、水槽の内部若しくは外部に貧酸素領域を構成する場合を説明し た。しかし、処理する水が浄化処理場等の貯溜水、河川、池、海の水のように自然界 に存在する水中の場合には、水中の底面の土壌下において、水が微量しか通過し ない位置に貧酸素領域を設定することができる。また、水が存在する部分の外側に、 あるいは水中に定量の水を循環流させることができるフィルターハウジングを設置し、 ノ、ウジング内のフィルターをごく緩やかに水を循環流させることにより、貧酸素領域を 構成することができる。また、処理の対象となる水が、生活用水、生活排水、農業や 畜産業若しくは工業での排水の場合であっても、上記と同様にフィルターハウジング を設置することにより、貧酸素領域を構成することができる。
[0035] 上記の通り水槽の内部や外部であっても、若しくは自然界に存在する水の内部や 外部においても、溶存酸素量が少ない環境下の貧酸素領域を構成することができる 。このように貧酸素領域に水質浄化用固形材を供給することで、好気性微生物群に 対してはもちろん、特に嫌気性微生物群にエネルギー源を持続的に供給することが でき、その結果、微生物の活動を活性化させ、効率的な水質浄ィ匕を行うことができる 実施例
[0036] (実施例 1)
底部に無干渉性敷砂約 50mmが敷かれ、被処理水 50Lおよび金魚 8尾（平均体長 9cm,平均体重 50g)が入った水槽の無干渉性敷砂内に有機炭素源として「寒天で 繋いだ米粒」 50gを配置し、金魚から継続的に排出、生成されるアンモニア、亜硝酸 、硝酸、二酸化炭素の各濃度を測定して、その浄ィ匕作用を検証した (試験区 1)。また 、対照区として、有機炭素源を配置しない水槽についても同様に測定を行った (対照 区 1)。なお、「寒天で繋いだ米粒」は、寒天と米粒を 2 : 1の重量比で配合して力卩工成 形したものであり、その形状は丸い団子状（直径約 20mm)であり、 1個あたりの重量 は平均 10gである。また、溶存アンモニアおよび二酸化炭素濃度は、 TETRA社の比 色溶液法を用いて、亜硝酸および硝酸濃度は MERCK社の比色試験紙を用いて測 定した。これらの結果を表 1に示す。
[0037] [表 1]
Figure imgf000009_0001
[0038] アンモニアについては、有機炭素源の主成分である澱粉の分解により生成した二 酸化炭素が好気性微生物 (アンモニア酸ィ匕細菌）のエネルギー源として利用され、そ の結果、試験区におけるアンモニアの硝化が促進されたと考えられる。
[0039] また、亜硝酸および硝酸態窒素については、試験区の値が一定もしくは減少傾向 にあるのに対し、対照区の値は増加傾向にあることが分かる。つまり、試験区の亜硝 酸および硝酸態窒素は、グルコースの分解で生成したアルコールをエネルギー源と する嫌気性微生物により水中に蓄積されることなく分解されていることが示された。
[0040] 以上、試験区においては、 pH値の安定性、アンモニア消去速度、亜硝酸および硝 酸態窒素の分解、二酸化炭素濃度の安定性など、全ての値において対照区よりも優 位な数値を示し、両者の微生物活性に明らかな差があることが実証された。
[0041] (実施例 2)
次に有機炭素源の種類を代えて実施例 1と同様の評価を行った。すなわち、試験 区の有機炭素源として、米澱粉の加工品 (試験区 2)、および葛澱粉の加工品 (試験 区 3)を用い、また、対照区として、有機炭素源を入れない水槽 (対照区 2)、および生 分解性榭脂である PHB (ポリヒドロキシプチレート、三菱モンサント化成 (株)）成型品 を有機炭素源として加えた水槽 (対照区 3)を用意し、実施例 1と同様の評価を行った 。なお、上記米澱粉の加工品は、餅米を搗いて細長く切り、紙に包んでワラで編み、 4一 5日ほど水に浸した後、寒中の軒下につるし、乾燥させて製造したものであり、葛 澱粉の加工品は、葛粉を水で溶いて煮詰め、冷やし固めて製造したものである。
[0042] 評価項目は、アンモニア、亜硝酸、硝酸濃度ならびに総硬度 (TH)である。ここで、 THとは、水中に存在する Mgや Caといったミネラル分の量を示す数値であり、水質 の汚濁を把握する上で有用な評価基準となる。この数値が大きいほど水質汚濁があ るということになる。表 2に結果を示す。
[0043] [表 2]
経過 水温 試験区 2 (有機炭素源：凍り餅） 試験区 3 (有機炭素源：葛きり） 対照区 2 (有機炭素源なし） 対照区 3 (有機炭素源： PHB) 日数 (V) pH ΝΉ4 Ν02 Ν03 ΤΗ H ΝΠ4 Ν02 Ν03 ΤΗ pH ΝΗ4 Ν02 Ν03 ΤΗ pH NH4 N02 N03 TH
0 15 7.0 0 0 8 〉50 7.0 0 0 8 >50 7.0 0 0 8 >50 7.0 0 0 8 >50
7 11 7.0 3 0 2 >50 7.0 3 0 4 >50 7.0 3 0 8 〉50 7.0 3 0 6 >50
14 17 7.0 5 0 0 >50 7.0 5 0 0 〉50 7.0 5 0 2 >50 7.0 5 0 0 >50
21 17 7.0 5 2 8 >50 7.0 5 0 2 >50 7.2 5 0 10 >50 7.2 5 0 4 〉50
28 16 7.0 3 0 30 >50 6.5 2 8 50 >50 7.2 3 30 80. >50 7.5 5 5 10 >50
35 13 7.0 0 0 60 >70 6.0 0 2 80 >70 5.5 0.5 10 100 >50 7.0 0 10 80 >70
42 23 7.0 0 0 30 >70 5.5 0 2 80 >70 5.0 2 0 100 >50 6.0 0 3 80 >70
49 23 7.0 0 0 30 >70 6.0 0 1 80 >70 4.8 3 0 150 >100 7.0 0 1 80 >70
56 18 7.0 0 0 30 >70 6.8 0 0 40 >70 4.6 3 0 150 >125 6.0 0 1 60 >100
63 18 7.0 0 0 30 〉70 7.0 0 0 40 〉70 4.4 3 0 200 >125 7.2 0 0 60 MOO
70 23 7.0 0 0 30 >70 7.0 0 0 30 >70 4.0 3 0 200 >125 6.2 0 0 60 >100
77 22 7.0 0 0 30 >70 7.0 0 0 30 >70 4.2 3 0 200 >125 7.0 0 0 60 >100
[0044] 表 2から、試験区のアンモニア濃度および亜硝酸濃度が最終的に 0となり、なおか つ硝酸濃度が対照区のそれと比較して低くなつていることがわかる。さらに、微生物 の活動を左右する pH値は試験区においては安定しており、 TH値も対照区のそれと 比較して低いレベルを維持している。また、評価期間を通じて試験区の水槽壁面に 藻などが付着することはな力つた。
[0045] 実施例 2にお 、て、特に注目すべきは、有機炭素源である PHBを入れた対照区 3 と試験区との間にも水浄化機能の差が生じたことであり、この事実は本発明の有機炭 素源およびこれを用いた水質浄ィ匕方法が、従来用いられている固形有機炭素源より も優れていることを示すものである。このような差が生じた要因としては、試験区の、天 然澱粉を原料とする有機炭素源に微量に含まれる窒素分が大きく影響していると思 われる。つまり、窒素分を含み、一定以上の CZN比を有する有機炭素源 (天然澱粉 )を用いた場合には、その窒素分が水中の CZN比を常に微生物の活動に最適な範 囲に維持することに貢献したと思われ、これに対し窒素分を含まない有機炭素源 (P HB)を用いた場合には、水中の CZN比が水に溶存している窒素分のみに依存する ことになるため、微生物活動が断続的かつ不安定になってしまったと考えられる。
[0046] 以上のように、本発明の水浄化用固形材は、一般家庭や業務用として使用する水 槽ゃ水族館等に設置されている大規模な水槽に貯溜されている水、庭園やゴルフ場 等に設置してある池、あるいは一般生活水や井戸水、農畜業用水、工業用水に供さ れる貯溜水もしくはこれらの排水、さらには、湖や河川など、浄化が必要とされるあら ゆる被処理水に対して好適である。
[0047] 前述したところが、この発明の好ましい実施態様であること、多くの変更及び修正を この発明の精神と範囲とにそむくことなく実行できることは当業者によって了承されよ
5o

Claims

請求の範囲
[1] 微生物を利用して水質浄ィ匕を行う際に用いる水質浄ィ匕用固形材であって、多糖類 を主成分として含む天然原料のみを加工してなることを特徴とする水質浄化用固形 材。
[2] 前記多糖類が澱粉であることを特徴とする請求項 1記載の水質浄ィ匕用固形材。
[3] 前記澱粉の CZN比が 6以上であることを特徴とする請求項 2記載の水質浄ィ匕用固 形材。
[4] 被処理水 1Lに 0. 1— 5g添加されることを特徴とする請求項 1一 3のいずれか 1項記 載の水質浄化用固形材。
[5] 加工前の前記天然原料そのものよりも水に対する溶解性が低いことを特徴とする請 求項 1一 4のいずれか 1項記載の水質浄ィ匕用固形材。
[6] 多孔質形状であることを特徴とする請求項 1一 5のいずれか 1項記載の水質浄化用 固形材。
[7] 水生生物飼育用として用いることを特徴とする請求項 1一 6のいずれか 1項記載の 水質浄化用固形材。
[8] 前記加工が、乾燥処理を含むことを特徴とする請求項請求項 1一 7のいずれか 1項 記載の水質浄化用固形材。
[9] 請求項 1一 8のいずれか 1項に記載の水質浄化用固形材を被処理水中の貧酸素 領域に配置することを特徴とする水質浄化方法。
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