JPH05293A - 水質改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 微生物の活性を利用して、簡単で設備費が安
く、河川や排水溝に適用しうる有効な水質改善法を提供
するのを目的とする。本発明は、更に河川や排水溝のみ
ならず、養魚池、生簀、活魚輸送槽、アクアリアム等の
水質低下防止にも役立つ水質改善法を提供すること。 ［構成］ 好気性微生物を担持し又は担持しうる疎水性
の多孔質材を対象水と接触させる。多孔質材は、シート
状、筒状、袋状などであって、内部に微生物用担体を含
むことができ、かつ所望により、好気性微生物を担持し
ていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、水質の低下した河川や排
水溝の浄化、養魚池、生簀、活魚輸送槽、アクアリアム
等の水質低下防止等の多種多様の用途に利用しうる水質
改善法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 背景 今日、河川や湖沼の水質低下が強く懸念されている。水
質の低下は、マクロ的には地球の環境破壊の一つの現れ
でもあるが、結果的に上水道の水質低下、水棲生物の減
少乃至絶滅、赤潮の発生による養殖魚類の死滅、悪臭の
発生など、ヒトの生活に重大な影響を及ぼす。元来地球
上には多種多様の好気性微生物が生存しており、水質低
下の主要な原因である腐敗した食物や屎尿、動物の死
体、生活排水などに含まれる窒素、炭素及びリン化合物
を栄養源としてこれらを終極的に窒素、炭酸ガスなどに
還元する作用を営んでおり、河川水もこれら微生物によ
る自浄作用により自然に浄化されるが、人口の都市への
集中、植生の破壊、農薬の散布などによる生態系の変化
は、これら微生物の増殖、延いてはそれによる自浄作用
を鈍らせ、今日の事態を招くこととなった。

【０００３】 従来技術の問題点 水質浄化のための根本的な手段は、人口の分散、下水道
の完備、森林の回復、農薬の使用中止、産業排水の完全
浄化などにより生態系を復旧させることである。しかし
ながら、これらの対策の実施には長い年月がかかり、到
底焦眉の急には間に合わないし、また産業排水の完全浄
化や農薬の使用中止のような、経済性との関連で実施困
難な事項もある。特に、下水道の完備は最重要な課題で
あるが、現在実用されている下水処理施設として、散水
濾床法、回転円板法、表面曝気活性汚泥法、浸漬濾床
法、流動層法、懸濁粒子活性汚泥法、散気式活性汚泥
法、ディープシャフト法などの何れを採用するにしても
大規模な設備とポンプ、コンプレッサなどに多量のエネ
ルギーを必要とする他、特に、各家庭その他の排水発生
源から下水処理場への配管を国内津々浦々まで張り巡ら
すことは、事実上不可能な問題である。加えて、装置か
ら処理量に応じて排出される活性汚泥は極めて強い悪臭
を持ち、処理場周囲への悪臭の防止や汚泥の廃棄処理も
関係者を悩ます問題である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上の実情に鑑み、本
発明は、微生物の活性を利用して、簡単で設備費が安
く、どの河川や排水溝に適用しうる有効な水質改善法を
提供するのを目的とする。本発明は、更に河川や排水溝
のみならず、養魚池、生簀、活魚輸送槽、アクアリアム
（金魚や熱帯魚の飼育水槽）の水質低下防止にも役立つ
水質改善法を提供するのを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 概念 微生物の化学的能力は、他の生物に比べてずばぬけてい
る。例えば体重１kg当たり消費する酸素の量は、ヒトの
場合30℃で１時間当たり約200ml であるが、亜硝酸イオ
ンを硝酸に酸化する性質を有するアゾトバクター（G.Az
tobacter) の酸素消費量は1,200,000mlに達する（岩波
新書８２７、服部勉著《大地の微生物》58頁参照）。従
って、このような微生物の酸化能力を利用することによ
り、汚染の主因となる有機化合物をCO₂ 、N₂、水、又は
NO₃ のような無害の無機物に変化させることができれ
ば、水質低下の減少が防止できることになる。しかしな
がら、河水中への酸素の供給は大気との接触界面に限ら
れているから、酸素の供給量が少なければ、折角の微生
物の作用も発揮できない。加えて、単に微生物を水中へ
散布しても、水流により押し流され、集団としての能力
を発揮できないことになる。加えて、河水中には極めて
多種類の微生物が存在するから、好ましい有用な微生物
の増殖が他種微生物により妨害されることもありうる。
因に、微生物が棲み分けをしているかどうか、更に進ん
で、微生物同士が互いに高等動植物に見られるような生
存競争をしているかどうかは未だ充分確認されていない
が、少なくとも土壌中の団粒組織が土壌細菌の棲み家と
して役立っていることは確認されており、また放線菌類
のある種に見られる抗生物質の産生や、糸状菌と細菌と
の拮抗関係或は細菌捕食性ブデロビブリオ菌及びバクテ
リオファージの発見は、微生物の世界においてもある種
の秩序が存在すべきことを推測させるものである。

【０００６】本発明者は、先に特開昭62-186730 号に係
る発明をし、非吸水性の化学繊維などからなる非吸水材
を水面に浮かべることにより、水中溶存酸素量を増加さ
せることを提案したが、今般、先発明から一歩を進め、
水中の有用好気的微生物に酸素と棲み家とを提供するこ
とが究極的に水質改善に役立つであろうことを発想し、
この発想を簡単に実現する手段につき検討を加えた結
果、本発明に到達した。

【０００７】 概要 以上の構想に基づき、本発明は、好気性微生物を担持し
又は担持しうる疎水性の多孔質材を対象水と接触させる
ことを特徴とする水質改善法を要旨とする。以下、項分
けして発明を構成する要素等につき項分けして説明す
る。

【０００８】 好気的微生物 本発明における“好気的微生物”なる用語は、植物性で
あると動物性であるとを問わず、好気的又は通性嫌気的
に生育して有機又は無機物を資化する性質を有する顕微
鏡的な生物を意味する。ここに該微生物の電子供与体と
なる物質は、通常有機物であるが、場合により、硫化水
素、硝酸塩、アンモニアなども栄養源となりうる。特に
通性嫌気性微生物は、嫌気的条件下でも発育しうるの
で、高温の水中や水底等の溶存酸素量の低下した場所で
も増殖しうるという利点がある。

【０００９】本発明の実施に好適な好気性微生物の種類
を一義的に特定するのは困難であるが、活性汚泥中で優
先種となる原生動物として有柄鞭毛虫類に属するVoltic
ella,Carchesium,Zoothaminium,Opercularia,Epistytis
などの微生物は、一般的に有用である。またZoogloes,S
paerotilusなどの細菌も有効に利用される。この他、Ni
torosomonas,Azotobacter,Rhizobium などの硝化菌類、
Erythrobacter 、Rho-dospirilum、Rhodopseudomonas な
どの光合成細菌及び藍藻類も好気性微生物として利用で
きる。とりわけ、藍藻の酸素発生能力は非常に大である
から、ＢＯＤの低減に特に有効である。但し、本発明の
趣旨は、好気性有機物分解菌に対し増殖に必要な酸素と
棲み家とを与えることであるので、特定微生物の使用は
要旨ではなく、次項で説明する疎水性多孔質材が水と接
触したとき、当該水中に存在した好気的微生物が該材又
は該材が担持する微生物用担体中に自然に着生する場合
を包含する。なお、本発明を海棲養殖魚介類用の生簀材
料として利用するときは、好気性微生物として耐塩性又
は好塩性のものを選ぶ必要がある。

【００１０】 担体 本発明における担体としては、疎水性多孔質材が利用さ
れる。ここに疎水性多孔質材というのは、例えば、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリアミド、ポリビニルクロライド、ポリビニリデ
ンクロライド、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン等
の吸水性の乏しい合成繊維又は天然ゴム若しくは合成ゴ
ムから作られた編組物、織成物、不織布又はスポンジを
意味するが、発明目的上、特に疎水性の強いポリオレフ
ィン系繊維から造られた編組物、織成物又は不織布が好
ましい。なお、色彩は通常無色でよいが、微生物の増殖
を助けるためには、黄色、橙黄色乃至赤色系の紫外線遮
断性の色彩に着色されている方が好ましい。

【００１１】以上の多孔質材は、シート状、管状又は袋
状の形態を有するのが望ましく、所望により、管状又は
袋状に成形された内部に綿、落綿、木綿、鋸屑、腐葉
土、鹿沼土、燻炭、ピートモス、赤玉土、蛭石、パーラ
イト、水苔、ヘゴ末、樹皮末、寒天、グルコマンナン、
カルボキシメチルセルロース、アルギン酸、ゼオライ
ト、アルミナ、シリカゲル又はスポンジゴム、ビスコー
ススポンジ、発泡ウレタン若しくはポリスチロール屑な
どの微生物用担体を含むことができる。本担体も成るべ
く水で膨潤しない性質のものが好ましい。

【００１２】更に所望により、各種の糖類又はその変性
物（例えばグルコース、スタキオース、メリビオース、
ショ糖脂肪酸エステル等）、尿素、硫安、難溶性リン酸
塩類、アミノ酸類（例えばグリシン）、各種ビタミン類
（例えばチアミン、ニコチン酸アミド、葉酸、ビオチン
等）、麦芽抽出物、廃糖蜜、酵母抽出物、コーンスティ
ープリカ−、肉エキス、微量必須元素等の微生物用栄養
源を含有していてもよい。これら成分の中、水に易溶性
の成分は、例えばチアミンを硝酸塩の形に変形したり、
又はデキストリン（好ましくはシクロデキストリン）に
包接させたり、或はシリカゲル、ゼオライト、活性炭、
アルミナなどの吸着材に担持させたりするのが望まし
い。しかしながら、多くの場合、対象水自身が高ＢＯＤ
の、即ち、微生物にとって栄養水であるから、一般に特
別な栄養源の補給は不必要であり、ときたま必須アミノ
酸、ビオチンなどを補給すれば足りる。

【００１３】上記多孔質材は一般に水より軽いから、対
象水に適用すると水面に浮遊する。従って、若し水底又
は水面と水底との間に適用したければ、水より重い担体
を適宜併用するのがよい。

【００１４】 適用形態 本発明において、多孔質材を対象水に適用するやり方に
は種々の形式がある。最も簡単な方法は、シート状の多
孔質材に適当なアンカーを付して又は該材を岸辺から繋
索を用いて水面に浮かせる方法である。この方法は簡単
であるが、シート状多孔質材自身は多量の微生物を担持
する程の空間を有しないから、本シートをフロートと兼
用して該材から内部に微生物用担体（所望により持久的
な微生物用栄養源を含む）を入れた管状の多孔質材を懸
垂するのがよい。或は、シート状多孔質材を溝渠の上縁
からその側壁から底部及び対向する側壁に沿って他方の
上縁にまで跨がらせたり、又は一方若しくは両方の側壁
に沿わせて添設し又は底部のみに敷設する方法もある。

【００１５】また別の形式として多孔質材を管状乃至袋
状の形態として、内部にビニロン綿等の微生物用担体を
入れたものを、水面に浮かせたり、水底に沈めたり又は
水中に懸垂させる方法がある。いづれの形式も多孔質材
が多量の微生物用担体を担持できるから、多量のＢＯＤ
負荷を処理できるという長所がある。特に管状のもの
は、大気中へ引き出した管の一端から所望により空気、
微生物用栄養源などを積極的に供給することにより、一
層浄化効率を上げることができる。

【００１６】さらに特殊な方式として、レンズで菌叢に
集光する方法がある。この方式は、多くの光合成菌又は
藍藻のような、光合成を行う微生物に対し好適に利用さ
れる。

【００１７】 用途 本発明方法は、水質の低下した河川、湖沼、溜め池など
の水質向上、養魚池、生簀、鑑賞魚用水槽の水質低下防
止などに対し、省エネルギー的水質向上手段として広く
利用できる。

【００１８】

【作用】本発明を構成する疎水性多孔質材は、自体大き
な表面積を有すると共に、その無数の空間内に水中好気
的微生物に対し好適な住み家を提供すると同時に毛管作
用により空気／水界面間のガス交換を活発にする。それ
と同時に、前記無数の空間は、該微生物を補食するプラ
ンクトン等から微生物を保護するから、該微生物は富化
した酸素により活発に増殖して水中有機物を活発に分
解、無機化する。かつ、該菌の菌勢が活発となるにつ
れ、コロニーを形成しながら四方八方へ拡散して菌体と
水との接触面積が大きくなり、大きな浄化能力を発揮す
るようになる。このようにして、好気性微生物の増殖が
盛んとなるにつれ、悪臭発生の原因となる嫌気性菌の増
殖も押さえられ、水底のヘドロも次第に減少する。特
に、藍藻類は酸素を水中に提供するので、下層の有機物
資化細菌の増殖が増加する。さらにある種の光合成細菌
は、水底のヘドロなどから発生する硫化水素を脱水素し
て硫黄へ変化させるから、これら微生物の綜合作用によ
り水質が向上する。なお、多孔質材は、深層への酸素供
給を活発化するため、なるべく水面上から水底まで垂直
に分布していることが好ましい。

【００１９】以上の作用に加え、多孔質材は、クロマト
グラフ的作用を持ち、水中に溶存する塩類を系外へ析出
させることにより濃縮する作用を奏するから、動物体か
ら排出されるナトリウム等の塩類濃度を低下させること
により、一層水質の向上に貢献する。なお、微生物とし
て対象水中に分布するものに替え、対象水の水質に適し
た高度の有機物乃至有害無機物分解性のものを選択する
と、一層の浄水効果を期待できる。

【００２０】以上要するに、本発明は、自然の炭素、窒
素及び硫黄などの元素循環系の中、河水などの汚染成分
である有機物、アンモニア、硫化水素等が微生物の作用
により無害の炭酸ガス、窒素、硫黄などへ変化する自浄
作用を、疎水性多孔質材の接触面積の大きさと、多孔性
とを利用して促進、助成しようとするものであって、本
質的に動力を必要としないから、汚染水の浄化手段とし
て合理的な方法である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により発明実施の態様を説明す
るが、例示は単に説明用のもので、発明思想の制限又は
限定を意味するものではない。

【００２２】実施例１ 水田の湛水（豊富に藍藻を含む）中にポリプロピレン製
織布を浸漬したものを容量50ｌの金魚用水槽の狭い側の
側面に添設し、これに汚染した河水（微かに臭気あり）
を満たして該槽の底部に置いたヘドロ付小石の状態を観
察した。実験10日後、織布の表面には一面に藍藻が付着
し、臭気も殆ど感じられなくなると共に、ヘドロが石の
表面から剥離した。これに反し、単に河水を満たしただ
けの対照水槽には何の変化もなかった。

【００２３】実施例２ 図１は、多孔質材としてシート状の織布１を河川の浄化
に応用する例を示す。本例において、ポリプロピレン製
の織布１の下面から内部に綿状のポリプロピレンとゼオ
ライトとの混合担体５（予めEpistytis の培養菌体を吸
着）を充填した、同じくポリプロピレン製のマルチフィ
ラメントを編組してなる筒状体２（詳細は図２参照）が
多数吊り下げられると共に、碇Ａにより水底に繋止され
ている。

【００２４】本例においては、新鮮な空気が常時織布１
から筒状体２を構成する繊維束を介して該筒状体の内部
へ供給されるから、内部で増殖する菌叢は常に豊富な酸
素を利用して活発に有機物分解、硝化などの作用を営
む。なお、使用微生物のエピスチチスは、増殖につれフ
ロックを形成して織り目に詰まるから、水流の速度が速
くても剥離し難い。

【００２５】実施例３ 図３は、本発明をゴルフ場などの排水溝や灌漑用水路な
どの浄化に適用した例を示す。本例において、ポリプロ
ピレン製の矩形の織布１は、アンカーＡ，Ａを用いて溝
Ｔの一方の縁から他方の縁にかけて溝の側壁から底部及
び他方の側壁に沿って添設されると共に、両端部が杭
Ｐ，Ｐにて固定されている。

【００２６】本例においては、自然に織布１に着生した
好気性微生物が織布１の織り目を経て供給される空気に
より増殖を促進され、水中のＢＯＤを低減させるが、特
に溝Ｔの側壁や底面では水流速度が極端に低下するの
で、織布１の毛管作用により豊富に酸素が供給されるこ
とは、該微生物の発育に好条件を提供する。

【００２７】実施例４ 図４は、前例における多孔質材１をポリプロピレン繊維
製編組物からなる筒状体２に変更すると共に、該筒状体
の内部へ綿状ポリプロピレン繊維（担体）５を充填し、
更に該綿状繊維内に細い小孔７，７・・付ゴムチューブ
６を貫通させた例を示す。

【００２８】本例におけるゴムチューブ６は、必要に応
じ本チューブを介して微生物培養液、微生物用液状栄養
源又は空気を供給するのに役立つ。従って、本例は状況
に応じて優先微生物の種類を変更したり、増殖程度を変
化させたりするのに便利である。

【００２９】実施例５ 図５は、別の多孔質材の例を示す。本例の多孔質材は、
ポリプロピレン製の編布（ニット）３からなる袋状の外
被の内部にウレタンフォーム5'を充填してなる。

【００３０】本例の多孔質材を例えば鑑賞魚用水槽に浮
かべると、外被1'から常時新鮮な空気がスポンジ5'へ供
給され、着生した好気性微生物の増殖を促す。全体は予
め藍藻培養液に浸漬してから水槽内へ施用するのが望ま
しい。

【００３１】実施例６ 図６は、特殊な例として多孔質材が自体集光レンズを具
備している例を示すもので、合成樹脂製の集光レンズ８
の中央部に穿たれた孔９を通して内部に球状フロート10
を包みこむようにポリプロピレン繊維製の丸編みニット
４の先端部が突出すると共に、下方に実施例２と同様の
重り兼用筒状多孔質材が吊り下げられている。

【００３２】本例の多孔質材４は、水面から突き出たニ
ット４の先端部４ａから筒状体２の内部まで常時空気が
供給されると共に、レンズ９により集光された強い光線
が水面下を照らすから、特に寒冷時における光合成細菌
や藍藻の発育が優れている。従って、これを多数養魚池
などの水面に浮かべておくと、水中の酸素が富化して魚
介類に好影響を与えると同時に水質の汚染が抑制され
る。

【００３３】実施例７ 実施例２と同様の橙色袋状多孔質材（60mm×25mmφ；内
部に綿状ポリプロピレンを充填）にフスマに吸着させた
通性嫌気性細菌（Pseudomonas sp.)の培養物各１ｇを収
容し、これを事前に曝気し又は曝気しない各２ｌの大和
川（堺市香ヶ丘町）の河水各２ｌを容れた３個のポリ容
器（130 ×150 ×200mm)中に夫々５個づつ収容し（但し
試料Ｂは水面に浮遊配置、試料Ｃは水底に沈下配置、試
料Ａには添加せず）、平成３年１月13日から21日に至る
９日間の水質変化を被検水のpH及び酸素含有量（ＤＯ）
変化により測定した。結果を表１に示す。

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、多孔質材を添加
した試料のpH及び溶存酸素量は、対照に比べていづれも
高くなる傾向がある。しかし多孔質材を被処理水の水面
に浮かべるのと水底に沈めるのとの間では有意の差異は
認められなかった。

【００３５】実施例８ 図７は、発明の別の実施例を示す破断斜視図である。本
例では、ドーナッツ状のフロート10' の内部に同じく好
気性微生物を吸着したドーナツ状の発泡ポリウレタン製
芯材（担体）5'が挿入されると共に、該芯材5'の周囲を
更にポリプロピレン製ニット４で被覆してなる。なお、
装飾用の造花11が芯材5'の孔5'a の内部に挿着されてい
る。

【００３６】本例の多孔質材を鑑賞魚用アクアリアムに
浮かべると、芯材内部の微生物が次第に増殖して水槽内
の水を浄化すると同時に、魚の活動に伴って水面を浮遊
し人の眼を楽しませる。因に、本例の多孔質材を先述ポ
リプロピレン製織布等を外被として自由に拡大してゴル
フ場の池等に人口島として浮遊させることも可能であ
り、島は風により揺動（造花として大型の造木又は天然
樹を使用する）してエアレーションを活発にする。

【００３７】実施例９ 図８は、本発明を下水管の浄化用に適用する場合の一例
を示す部分破断側面図である。本例の多孔質材は、ポリ
プロピレン糸製織布からなる管状体４の内部にウレタン
フォーム製担体5'を断続的に充填してなる。

【００３８】本例の多孔質材を例えば排水桝を経て下水
管中に挿入すると、排水は多孔質材の外面の凹凸部に触
れて乱流(Tf)となり、編組物３及び担体5'に増殖した微
生物に対し豊富な酸素を供給するから、活発な排水浄化
作用が行われる。なお、交換は多孔質材の一端部に設置
された鳩目12に結び付けた紐又は針金を引っ張って行
う。

【００３９】実施例10 図９は、本発明を猫用トイレの脱臭に利用した例を示す
部分断面図である。本例の多孔質材は、ポリプロピレン
製織布１，１の間にリゾビウム菌、アゾトバクター菌及
びニトロソモナス菌の純粋培養物とマメ科植物の根エキ
スを担持させた綿状ポリプロピレン繊維5'' をサンドイ
ッチ状に挟んだシートである。

【００４０】以上のシートを猫用トイレTTのすの子Ｍ上
に敷いて上面に砂SDを置くと、侵入した尿中の尿素等か
ら生じるアンモニアが微生物の作用で硝酸塩に酸化され
るから、糞便の付着した砂を除くだけで長く無臭状態を
維持できる。

【発明の効果】設備上説明した如く、本発明は、微生物
の活性を利用して、簡単で設備費が安く、どの河川や排
水溝にも適用可能であって、河川や排水溝の浄化のみな
らず、養魚池、生簀、活魚輸送槽、アクアリアム（金魚
や熱帯魚の飼育水槽）の水質低下防止及びペット動物の
尿の浄化にも役立つ水質改善法を提供できたことによ
り、産業界及び民生に対して寄与しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模型的断面図

【図２】図１における筒状体の拡大切欠断面図

【図３】本発明のなお別の例を示す模型的断面図

【図４】本発明の更に別の例を示す部分拡大切欠断面図

【図５】本発明の実施に使用される多孔質材の別例を示
す切欠断面図

【図６】本発明の実施に使用される多孔質材の更に別の
例を示す切欠断面図

【図７】発明の別の実施例を示す破断斜視図

【図８】本発明を下水管の浄化用に適用する場合の一例
を示す部分破断側面図

【図９】本発明を猫用トイレの脱臭に利用した例を示す
部分断面図

【符号の説明】

１ 多孔質材（疎水性合成繊維製織布） ２ 多孔質材（疎水性合繊繊維製筒状編組物） ３ 多孔質材（疎水性合成繊維製編組布） ４ 多孔質材（疎水性合成繊維製丸編みニット） ５ 微生物用担体（合成綿・ゼオライト混合物） 5' 微生物用担体（ウレタンフォーム） 5'' 微生物用担体（合成綿） ６ ゴムチューブ ７ ６の小孔 ８ レンズ ９ ８の透孔 10 球状フロート 10' ドーナッツ状フロート 11 造花 12 鳩目 Ａ 碇 Ｐ 杭 SD 砂 Ｔ 溝渠 TT 猫用トイレ Ｗ 水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 3/10 Ｚ 6647−4Ｄ 3/34 １０１ Ｄ 7158−4Ｄ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 好気性微生物を担持し又は担持しうる疎
   水性の多孔質材を対象水と接触させることを特徴とする
   水質改善法。
2. 【請求項２】 多孔質材がシート状である請求項１の方
   法。
3. 【請求項３】 多孔質材が筒状である請求項１の方法。
4. 【請求項４】 多孔質材が袋状である請求項１の方法。
5. 【請求項５】 多孔質材が微生物用担体を含む請求項１
   〜４のいづれかの方法。
6. 【請求項６】 多孔質材に微生物用栄養源を供給する請
   求項１〜５のいづれかの方法。