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炭素繊維による水質浄化
汚れた河川・湖沼・海洋をきれいな水にもどしましょう！
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炭素繊維とは？ |
炭素繊維は、ほぼ炭素だけからできている繊維といえ、アクリル繊維を特殊な熱処理工程を経て作られる「微細な黒鉛結晶構造をもつ繊維状の炭素物質」です。「軽くて強く、腐食しない」先端機能材料といわれている炭素繊維は、軽くて優れた機械的な性質と、炭素質からくる優れた特性を併せもつため、いろいろな用途に幅広く使われています。
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水利用に用いられる炭素繊維 |
水質浄化材に用いられる炭素繊維は、ＰＡＮ系（ポリアクリロニトリル繊維を炭素化して作られる。）の繊維で一般工業用とは異なり、水中での広がりを持たせるため特殊なサイジング処理が施されています。現在の水質浄化材は、７ミクロンの微細なフィラメントが12,000本集まり房(束)となっているものを使用して作られています。
 注意
一般工業用炭素繊維を水質浄化用として加工され販売されているものは、水利用向けにサイジング処理（のり付け）された炭素繊維製品とは異なりますのでご注意下さい。
水利用に表面処理された炭素繊維は、水中にてサイジング剤が溶け、繊維1本1本がばらけ広がります。一般工業用炭素繊維はエポキシ系のサイジング剤を使用しているため水中で溶けませんので、その効果は大きく異なります。
水質浄化用炭素繊維にて製造された水質浄化材は、「ミラカーボン」のみです。
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炭素繊維による水の浄化は、環境に負荷をかけない経済的（安価）かつ効果的方法です。
炭素繊維の高い生物親和性により活性な生物膜を形成し、その微生物の働きで汚濁物質を捕集・分解します。
また炭素繊維から発せられるという音波は魚類を呼び寄せ、産卵や稚魚の養育環境である藻場としての機能を発揮します。
炭素繊維のはたらき
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水質浄化のしくみ |
炭素繊維による水質浄化は、炭素繊維の微細なフィラメントの持つ大きな表面積による汚濁物質捕捉能力と、併せて付着する有用微生物群の形成する生物膜が汚濁物質を分解することで成されます。このしくみは、排水処理方法の一つである生物膜処理法を炭素繊維を接触材として行うものです。
炭素繊維を水中に入れると、繊維1本1本がふわっと広がる。
↓
水中の汚濁物質や微生物が付着。
↓
付着した微生物が、活性な生物膜を形成し、汚濁物質を分解。 |
炭素繊維から発せられる音波は、微生物を活性化させ、
魚類を呼び産卵や稚魚の養育環境の藻場となります。 |
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水中に入れると繊維一本一本が広がります。
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水中の汚濁物質や微生物が付着します。
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付着した微生物が生物膜を形成します。
（写真は、炭素繊維を活性汚泥に入れたとき） |
顕微鏡でみると微生物が確認できます。 |
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炭素繊維の揺れ |
水中で炭素繊維が揺れることにより、汚濁物質と微生物膜が多く接触し分解処理が効率的に行われます。また、高い弾性率をもつ炭素繊維が、水中で揺れながらネットポンプ運動といわれる変形−回復の運動を繰り返すことで、微生物膜内の物質移動はより活発となります。
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| 炭素繊維の揺れによる水の動きと汚濁物質分解 |
微生物膜内の微生物の主な栄養（汚濁）物質と代謝成物 |
生物膜処理による水質浄化のしくみ
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有機物の分解 |
微生物群には、好気性菌（酸素を好む菌）と嫌気性菌（無酸素を好む菌）とが良く分散した状態で存在します。好気条件下では好気性菌により有機物は二酸化炭素と水などに分解され、嫌気条件下では嫌気性菌により有機物はメタン、二酸化炭素などに分解されます。
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| 好気・嫌気条件下の有機物分解 |
生物膜による有機物分解 |
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栄養塩類（窒素・リン）の除去 |
微生物群には、脱窒細菌が存在し、硝化反応により形成された硝酸性窒素を窒素ガスに分解し大気に拡散させます。また、微生物はリン酸イオンをポリリン酸として蓄積するため、水中よりリンも除去されます。炭素繊維には鉄イオンを溶出させる働きがあり、鉄イオンとリン酸イオンが反応するとリン酸鉄となって不溶化し固定化されます。
注意
炭素繊維による水質浄化は、炭素繊維自体の吸着効果だけではなく、繊維に固着する微生物膜の働きによるので、微生物膜が形成されない環境では水質浄化効果は現れづらくなります。また、もともと微生物のいない環境や貧酸素状態（溶存酸素DO不足）、流れの全くない状態では効果が現れるまで長い時間を要します。
したがって、より高い水質浄化効果を得る場合には、微生物環境をつくることが重要です。（対策：酸素供給、循環等）
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炭素繊維による水質浄化効果
炭素繊維による水質浄化の効果は、短時間での透視度（SS)の改善、COD及びBODの低減も顕著であり全窒素および全リンに関しても浄化効果が確認されています。
炭素繊維による水質浄化項目の除去率（％）
| 項目 |
河川 |
湖沼 |
下水 |
| BOD 生物化学的酸素要求量 |
50〜70 |
20〜90 |
90〜95 |
| SS 浮遊性懸濁物 |
50〜70 |
20〜90 |
90〜95 |
| TN 全窒素 |
10〜30 |
10〜30 |
30〜70 |
| TP 全リン |
10〜50 |
30〜90 |
30〜50 |
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出典元：群馬工業高等専門学校 小島研究室 |
排水処理設備機能向上
炭素繊維による微生物活性化作用により生物処理機能を向上させます。
微生物活性化により、処理速度向上
接触時間短縮により、処理能力向上
同じ接触時間ならば、処理水質向上
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従来の接触材に比べ１／３の接触時間により同等の効果が得られます。 詳しくはこちら
ミラカーボン〜炭素繊維水質浄化材〜
ミラカーボンは(株)ソーエンの登録商標です。
炭素繊維水質浄化材ミラカーボンは(株)ソーエンが総販売元ですので、類似品にご注意ください。
ミラカーボンの設置方法
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設置方法 |
炭素繊維水質浄化材ミラカーボンは、炭素繊維が水中で有効に揺れ動くように、設置しなければなりません。 使用目的、現場状況等により・吊り下げ式、・取付枠式、・浮上式、・水底敷設、・浮上＋水底敷設などの設置方法があります。
各方式のセット品、ユニットの製品も販売しています。
●吊り下げ式  ミラカーボンロープ吊り下げセット
ミラカーボン縦連結セット・炭素繊維接触材
ミラカーボンロープフローティングユニット
●取付枠式 ミラカーボンフレームユニット
●浮上式 ミラカーボンフロートユニット
「ミラカーボンコンブ」による人工藻場
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設置計画 |
ミラカーボンは、水中に設置するだけで大きな水質浄化効果を得ることができますが、水面積・水深・水量・水流・水質などの現場状況と設置方法・設置量により、その効果の現れ方は大きく異なります。したがって、より費用対効果の高い水質浄化を求める場合には最適な設置計画を行うことが大切です。
河川や浄化設備のような水流のある場合には、流量、流速により炭素繊維との適切な接触時間を確保し、池や湖沼などの閉鎖水域では、適切な配置計画が必要です。全域に設置することが困難な場合には、曝気設備、循環設備との併用が効果的で、直接水域に設置することが困難な場合は、ミラカーボン浄化槽を設け汚濁水を浄化槽に引き込み処理し、処理水を水域に戻すことが効果的です。
水質汚染は、様々な排水の問題や、周辺流域の開発や下水道の普及などによる複合的な影響を受けていることがほとんどで、発生源の特定が困難な場合が多いため、汚染問題を抱える水域を直接浄化できるシステムの計画が有効です。以下に、環境水域の水質浄化計画における炭素繊維設置方式の分類を示します。
炭素繊維水質浄化材ミラカーボンを用いた水質浄化の最適設計、施工を行いますので、ご相談下さい。
設置量
設置量は、水質、形状、水深、空気量、水流、接触時間等によります。
| 設置場所 |
目的 |
炭素繊維量（g/m3） |
| 池・湖沼・海 |
水質浄化 |
１０〜１００ |
| 河川 |
水質浄化 |
１００〜２００ |
| 下水・工場排水 |
水質浄化 |
２００〜６００ |
| 池・湖沼・海 |
藻場形成 |
１０〜２００ |
ミラカーボンの設置施工例
●吊り下げ式 ミラカーボンロープ吊り下げセット
ミラカーボン縦連結セット・炭素繊維接触材
ミラカーボンロープフローティングユニット
●取付枠式 ミラカーボンフレームユニット
●浮上式 ミラカーボンフロートユニット
「ミラカーボンコンブ」による人工藻場
施工実績
特許
炭素繊維による水利用（水質浄化及び藻場形成）は、特許技術となります。
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【特許３３３１３７２】 炭素繊維人工藻場および複数種類の炭素繊維人工藻を
組み合わせてなる炭素繊維人工藻場システム
【特許３３２８７００】 排水浄化方法
【特許３０８０５６７】 人工藻場
【特許２９５４５０９】 接触酸化式水浄化装置における接触濾材
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本技術は(独)科学技術振興機構との許諾により、当社にて事業推進しています。
ミラカーボンを事業目的でお使いになる場合はお問い合せ下さい。
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炭素繊維水質浄化材の設置に関わる特許
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【特開２００９−１９５８４８】 水質浄化構造物（浮き島式）
【特開２００９−１９５８４９】 水質浄化構造物（ロープ吊り下げ式）
【特開２００９−１９５８５０】 水質浄化ユニットおよび水質浄化システム
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出願人 株式会社ソーエン
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