水質浄化材
【課題】水中の鉄イオンを効率的に増加させて水質浄化を促進することにある。
【解決手段】鉄材と炭素材とが混在してなる水質浄化材である。
【解決手段】鉄材と炭素材とが混在してなる水質浄化材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を低下させるとともに水中で藻類を繁茂させて水質を浄化する水質浄化材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国を取りまく海域は、近年水質汚染が進行し、磯焼けや赤潮などの発生が見られている。磯焼けや赤潮などの防止策としては、種々の方策がとられているが、効果を発揮しているとはいえない。
【０００３】
磯焼けや赤潮などの発生増加の一因に、海藻の枯渇がある。かつての日本の沿岸には、海藻が繁茂していたと言われている。海藻が枯渇した理由には、水質汚濁、海藻を食べる生物群の繁殖・増殖、陸地からの土砂の流出による海藻芽の埋没などがある。
【０００４】
さらに、海藻が枯渇した理由の一つに、鉄分の欠乏があげられている。海水中に鉄分を増やせば、植物は繁茂するといわれている。そこで、海水中に鉄塊を投入することも行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
海の水質浄化を進行するには、鉄分の溶け出しによる海藻の繁殖が不可欠である。海藻が繁茂することで、酸素ガスの発生が行われ、水質浄化が促進される。しかしながら、鉄塊を単独で水中に投入しても鉄分の増加の効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで本発明者は、鉄分を効率的に水中溶解させる方法を鋭意研究し、炭素材と鉄材とを隣接あるいは接触させることで、鉄分が効果的に溶解して鉄イオンが効率的に増加することを発見した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上述の知見に基づき従来技術の課題を有利に解決したものであり、この発明の水質浄化材は、鉄材と炭素材とが混在してなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の水質浄化材を水中に入れて炭素材と鉄材とを接触させると、一種の局部電池が形成されて、鉄材からの鉄イオンの溶け出しが促進され、これにより水中の鉄イオンが効率的に増加し、水中の鉄濃度が高められる。
【０００９】
従って、この発明の水質浄化材によれば、効率的に増加した鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物を凝集させ、また鉄イオンが水中の藻類の繁殖を促して、藻類から酸素ガスを発生させるので、水質浄化を促進することができる。
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応してリン酸鉄となる。この物質は不溶性であることから、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度は低下する。
水中のリン酸の除去は、従来は困難であったが、上述の如くして本発明によれば、水中のリン酸の除去（脱リン）を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施形態について説明する。この発明の水質浄化材においては、前記鉄材と前記炭素材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．９：０．１までの間とすればよく、１：１とするとさらに好ましい。
【００１１】
また、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材に代えて、または加えて炭素繊維が混在すると好ましい。
【００１２】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材および前記炭素材と、前記炭素繊維との混合割合は、鉄材と炭素材との混合物に対し炭素繊維が重量で１％から５０％までの間であると好ましい。
【００１３】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材は、粒状、粉状、板状、球状および／または棒状のものであり、前記炭素材は、粒状、塊状、球状、筒状および／または粉状のものであって、前記鉄材と接触するように混在していると好ましい。
【００１４】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記水質浄化材は、海水、産業排水、都市下水、畜産排水等の、電解質を含む水に用いられると好ましい。
【００１５】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材は、前記炭素材の凹部や空間部や空隙部や空孔部に分散されまたは集中されて充填されていると好ましい。
【００１６】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材は、木炭、竹炭および活性炭等の、有機物を炭化した炭素材および／または電極等の黒鉛材であると好ましい。
【００１７】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材と前記鉄材とは、水の流通ができる容器または網（ネット）もしくは袋内に納められていると好ましい。
【００１８】
一方、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材と前記鉄材とは、互いに一体化するように、セメント、石膏、樹脂または他の材料等からなる耐水性のバインダーで接着されていても好ましい。
【００１９】
上記各実施形態について詳述すると、鉄材の原料としては、高炉、転炉、電気炉等から廃棄物として排出される地金含有スラグの地金部を精製、破砕し粒状化した鉄を用いてもよい。あるいは、鉄、鉄の表面の一部が酸化されて酸化鉄になった小片でもよい。粒鉄の大きさは、直径が５ｍｍ、３ｍｍおよび１ｍｍなどがある。あるいは、篩処理を行うので、さらに小さな鉄粒、もしくはさらに大きな粒を作ることも可能である。
【００２０】
炭素材としては、入手しやすさの点から木炭、オガ炭あるいは竹炭が最適である。これら炭素材の嵩密度を上げる方法として、本発明者は炭素材と鉄粒を複合化させる下記の方法を案出した。この場合に使用する鉄は、直径数ｍｍの粒状である。
【００２１】
鉄材と炭素材とを混在させ、接触させ、一体化するのは通常は困難である。その理由は素材の密度の差にある。鉄の密度は７．９ｇ/ｃｍ3、炭素は黒鉛では２．４ｇ/ｃｍ3、木炭では嵩密度は０．５ｇ/ｃｍ3であり、密度が高いといわれる備長炭でも１．１ｇ/ｃｍ3程度である。鉄と炭素の密度には、約３倍から１０倍の差がある。木炭のみでは水中には沈まない。そのため木炭を水中、特に海底や湖底、沼底、池底、川底などに埋設する場合には、網の中に石あるいはコンクリート塊などと一緒に入れて埋設する必要がある。かかる作業は、木炭を浄化材として利用する場合の短所となっている。
【００２２】
しかし、木炭と鉄と複合化することで、嵩密度は１ｇ/ｃｍ3以上になるので、網にいれることも、石をいれることも不要となり、作業性を著しく高めることになる。また、環境水中に設置し、使用する網は、プラスチック製が主であり、環境にとっては好ましくない。さらに、重りとして使用する石やコンクリート塊は、環境水にとっては不要なモノで、廃棄物を環境に投入することにもなりかねない。しかし、以下に述べるこの発明の方法は、このような問題点を払拭するものである。この発明で使用する木炭および鉄は何れも、漁業関係者の世界では海中に入れてもよいもの、環境を破壊するものではないものと理解されている。
【００２３】
水質浄化材において、炭素材と鉄材とを混在させ、あるいは分散させ、あるいは混合する方法の例を、下記に示す。
（竹炭の空洞の中に鉄粒を充填する方法）
鉄材と炭素材との割合を任意にするには、鉄粒と木炭粉（竹炭あるいは木炭粒）を混合したものを竹炭の中空部に詰める。その際には、両者の配合を任意で設定することが可能である。中空部には蓋をする。蓋は粘土などでもよい。この構成によれば、鉄材と炭素材との複合材の密度は、任意に調整可能である。密度を高めるには鉄の含有量を高めればよい。水に沈む程度にするには、嵩密度が１以上であればよい。
【００２４】
（木炭に孔を穿ち、そこに鉄粒を充填する方法）
この方法によれば、孔の大きさ、深さによって、混合物の密度を制御できる。この方法が適用できるのは、木炭の直径が少なくとも鉄粒より大であることが必要である。
【００２５】
（炭粒あるいは炭片と粒鉄とを通水性の容器あるいは網もしくは袋内に充填し、それを水中に設置する方法）
この方法では、容器の材質、通水性の確保、耐久性、衝撃性などを考慮する必要がある。具体的な容器としては、金属製、セラミックス製、コンクリート製、木製などのものがある。さらに、プラスチック製の容器も使用可能である。
【００２６】
（炭素繊維製網、容器あるいは袋を使用する方法）
炭素材として炭素繊維製の網（ネット）または容器あるいは袋を使用し、この中に鉄材を格納、包み込みもしくは巻き込みする。使用する鉄材は、粒状、板状、棒状、筒状であっても可能である。
【００２７】
（鉄製容器内に炭素材を充填あるいは格納する方法）
通水性の鉄製容器あるいは鉄網あるいは鉄メッシュの中に炭素材を充填することで、鉄の溶け出しが可能となる。鉄の溶け出し速度が大である場合には、形態を維持できなくなるので、形態を維持できるように例えば容器の壁厚を枠状に部分的に厚くする等の対策を講じておくと好ましい。
【００２８】
（鉄材に炭素繊維を接触させる方法）
炭素繊維は、海水、水中で強度や性能が低下することはない。従って、鉄材の周囲に炭素繊維を巻き付ける、あるいは接着する、あるいは接触させることで、鉄の溶け出しが生じる。炭素繊維は、フィラメント状のもの、織物状、不織布状、パイプ状であっても可能である。
【００２９】
（水質浄化材）
炭素材と鉄材とを含む材料を、水中に設置した場合、水の汚染度合いを示すＣＯＤ値は低下し、木炭のみを投入した場合よりも低下の度合いは大であった。特にその水が、海水および、電解質物質が溶解した水の場合には、低下の度合いは顕著であった。これは、炭素材と鉄材とを共存させることで、鉄が溶解して、鉄イオンとして水中に存在し、その鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物が凝集され、それによって浄化されたものである。
【００３０】
粒状の鉄と、粒状の炭素材とを効率よく接触させようとしても、固体と固体との接触点は通常はごくわずかである。一方、接触点を増やせば、鉄の溶け出しは促進され、それによって水質浄化効果も高められる。接触点を増やすために、この発明では炭素繊維を分散させる。炭素繊維の直径は７ミクロン、１本の炭素繊維束の中のフィラメント数は１２０００本であるから、鉄材と炭素材との接触点はきわめて多くなる。それによって、水質浄化効果が高められる。このように炭素材、鉄材および炭素繊維を含むものは、高い水質浄化機能を示す。
【００３１】
（炭素材と鉄材との混合割合）
炭素材と鉄材との混合割合は、重量比としてはほぼ１：１、容積比では炭素材８５，鉄材１５であると好ましい。また炭素材に加えて炭素繊維を使用する場合、炭素繊維は、炭素材の重量に対して５％から３００％とすると好ましい。なお、炭素材と鉄材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．１：０．１であっても水質浄化効果は発揮される。
【００３２】
（海藻繁茂促進材）
後述する実施例のように、粒鉄と木炭とを含むセメント板を海水中にいれ、動物や植物の生長繁茂状況を観察した。試料は静岡県熱海市沖の海水中に吊り下げて設置し、海草および海藻の生育状況を観察した。設置数ヶ月後には、フジツボやムラサキガイなどの付着があった。それらの付着数や大きさは、鉄と木炭とを含むセメント板の方がセメント単独板より大であった。また海藻・海草の生育状況も、鉄と木炭とを含むセメント板の方が、セメント単独板より、生育数も長さも何れも大であった。さらに、鉄と木炭とを含むセメント板からの鉄イオンの溶出の有無を調べた。溶け出した鉄イオンは、セメント周囲のアルカリ成分によって水酸化鉄となるため、遊離の鉄イオンとしては検出できなかった。
以下、上記実施形態に基づくこの発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３３】
（淡水中での水質浄化材）
［実験方法］
粒状の鉄と木炭とを共存させることによる水質浄化効果を検討した。混合物は、こぼれない程度の穴のあいているネット状の栗袋（１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）に充填した。
使用した粒鉄と木炭粒は、４ｍｍおよび１．４ｍｍの篩で分級し、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上のものを用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）
試料２：木炭９５容積％、鉄粒 ５容積％
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）
試料７：試料５に炭素繊維製水質浄化材（CF）（ムカデ形、１本）を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに環境水（群馬高専内にある「正観寺池」から採水）を入れ、蓋をし、太陽光の影響のない状態で行った。
環境水と試料とで容積を２０リットルとし、試料は容器の１０容積％入れた。ｐＨ、ＣＯＤおよび鉄イオンの測定を、所定期間（１日、３日、６日、７日）経過後に行った。測定は、いずれもパック法で行った。
【００３４】
［ｐＨの変化］
所定期間経過後のｐＨの測定値を表１に示す。７日間経過後の試料水のｐＨは、ブランクの場合は８．０であった。また、木炭のみをいれた試料では７．８であった。ともに、ｐＨの変化は見られなかった。しかし、炭と鉄とを含む試料の場合には、いずれの場合でもｐＨはより高くなり、９．４〜９．７程度にまで上昇した。これは鉄イオンば溶出したことに基因していると推定される。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［ＣＯＤの変化］
所定日数経過後の試料水のＣＯＤの測定結果を表２に示す。容器内の試料水のＣＯＤは、ブランクの場合には８ｍｇ・Ｌであったが、炭と鉄とが共存する場合には、ＣＯＤ値は低くなり、４から６ｍｇ/ｌにまで低下した。特に、炭素繊維を加えた場合には、ＣＯＤは最も低くなった。これは、繊維径の小さい炭素繊維を鉄と炭と混合物中に分散させたことから、鉄イオンの溶出が促進されたためであろうと推定される。
【００３７】
【表２】
【００３８】
［鉄イオンの変化］
試料水中の第二鉄イオン濃度の変化を表３に示す。試料水中の第二鉄イオンは、ブランクおよび炭のみの場合、鉄のみの場合には、溶出はなかった。それに対し、炭と鉄とが共存する場合には、溶出し、鉄量が多い場合には0.75mg/ｌにまで増大した。
【００３９】
【表３】
【実施例２】
【００４０】
（塩水中での水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。更に各試料に炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：木炭９５容積％、鉄粒５容積％、炭素繊維３０ｇ
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料７：試料５に炭素繊維製水質浄化材（CF）（ムカデ形、１本）を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある「正観寺池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度１重量％になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の１０容積％入れた。
所定期間（１日、３日、６日、９日）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００４１】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表４に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランクの場合には８ｍｇ/ｌであるが、鉄と木炭とを含む場合には、３ｍｇ/ｌにまで低下した。炭に炭素繊維を加えた試料では、ＣＯＤ値の減少は見られないことから、炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００４２】
【表４】
【実施例３】
【００４３】
（海藻繁茂促進材）
［実験方法］
木炭と粒鉄との複合材を製作する場合のバインダーとして、セメントを用いた。粒鉄と木炭粒は、１．４ｍｍ篩の篩下を用いた。
所定割合で混合した粒鉄、木炭粒およびセメントは、混練り後、金型枠（縦１６ｃｍ、横１３ｃｍ、高さ４ｃｍ）に充填して成型し、板状試料を作製した。
作製した試料は下記の２種類であった。
試料１：セメントのみ（バインダー１００容積％）
試料２：炭素材５２容積％、鉄粒３１容積％、セメント１７容積％
各試料は、成型後、金型ごと湿気箱に入れ２４時間養生し、その後脱型し、真水中にて２７日間養生した。
これらの試料は、海水中での植物の繁殖状況を検証するために、静岡県熱海市の熱海港内の岸壁付近の海水中に設置した。設置場所は、水深４ｍで、防波堤の内側であるので、波浪の直接の影響は比較的少ない場所であった。試料は、海底より１００ｃｍ、水面より３００ｃｍの位置に吊り下げた。設置開始は２００６年１月であった。
所定期間（１ケ月、２ケ月、３ヶ月、４ヶ月、５ヶ月、７ヶ月、１３ヶ月）経過後、各試料を引き上げ、動物（フジツボ、ムラサキガイ等）および植物（海草、緑藻、褐藻、紅藻など）の付着状況、成育状況を観察した。
【００４４】
［動物類の付着状況］
フジツボの生長および付着状況を表５に示す。経過月数の項に記載した数字は、上段は面積％、中段は最大殻径、下段は最大殻高をそれぞれ示している。
設置してから３ケ月間は、フジツボの付着はなかった。４ケ月後から、付着が見られた。いずれの試料とも、フジツボが付着した。各試料とも、フジツボの付きは、良好で良く密着していた。フジツボの容積は、フジツボを円錐として体積を算出した。フジツボの成長は、炭と鉄とを含む試料２では、セメント単独試料に比べ容積で１．９倍も大きくなった。
【００４５】
【表５】
【００４６】
［ムラキイキガイの付着状況］
試料に付着したムラサキガイの個体数の変化を表６に示す。設置してから５ケ月間は、ムラサキガイの付着は見られなかった。７ヶ月後には、ムラサキガイの生長、付着が見られた。成長したムラサキイキガイは、炭と鉄とを含む試料の方が、セメント単独の場合よりも、個体数で２．３倍多く生息していた。
【００４７】
【表６】
【００４８】
［海藻・海草類の付着状況］
（１）海藻類
設置２ケ月後から、海藻類の成長が確認された。付着したのは全て、緑藻、褐藻、紅藻、珪藻等の海藻類で、アマモ類等の海草類は着生しなかった。
（２）緑藻類
各試料には、緑藻の付着成長が見られた。炭と鉄を含む試料では、設置２ケ月後から緑藻が成長したが、セメント単独では見られなかった。１３ケ月後では、鉄を含む試料では３１個、セメント単独では２５個と、顕著な違いがあった。さらに、生長した緑藻の長さにも差があり、セメント単独では１２ｍｍしか成長しないが、鉄を含む試料では１６ｍｍと、大きく成長していた。これらの違いも、鉄の溶出による効果である。
（３）紅藻類
紅藻類は、いずれの試料でも設置７ケ月間は生育しなかった。しかし、紅藻類は１３ケ月後から生育し、鉄と木炭を含む試料の方が。セメント単独試料よりも紅藻の生育状況は、やや良好であった。
（４）褐藻類
褐藻の着生は、いずれの試料でも確認できた。炭と鉄とを含む試料の場合の方が、発芽および成長が共に早く、株数も大であった。
（５）珪藻類
珪藻類は、設置１ケ月後から付着生育が確認された。付着数も試料２の方が、試料１よりも５倍ほど大であった。
【００４９】
これらの実験結果から、鉄と木炭を含むセメント板の周囲には、動植物が繁茂することがわかった。
【実施例４】
【００５０】
（塩分０．５重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。更に、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：木炭９５容積％、鉄粒５容積％、炭素繊維３０ｇ
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料７：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇを網にいれたものを、容器の底から１０ｃｍ上に浮かせて配置。
試料８：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇを網にいれたものに、炭素繊維製水質浄化材（ムカデ形、１本）を巻き付けたもの。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．５重量％になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の１０容積％程度充填した。
所定期間（１日、３日、５日、７日）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５１】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表７に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には１８ｍｇ/ｌで変化は見られない。鉄と木炭と炭素繊維を含む場合には、１１ｍｇ/ｌにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００５２】
【表７】
【実施例５】
【００５３】
（塩分０．２重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１ｋｇ用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の５種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：粒鉄のみ（鉄容積１００％）
試料３：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料４：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
ブランク：環境水のみ
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．２重量％になるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の約１０容積％程度充填した。
所定時間（１時間、３時間、６時間、９時間、１２時間、２４時間）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５４】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表８に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には２０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、１４ｍｇ／ｌにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００５５】
【表８】
【実施例６】
【００５６】
（塩分０．２重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材でのリンイオンの低減）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１ｋｇ用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の５種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：粒鉄のみ（鉄容積１００％）
試料３：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料４：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
ブランク：環境水のみ
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．２重量％になるように加えた。さらに、試薬リン酸二水素ナトリウムを、リン酸イオンとしての濃度が１０ｍｇ／ｌとなるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の約１０容積％程度充填した。
所定時間（１６時間、２４時間）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５７】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表９に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には２０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、２４時間で１８ｍｇ／ｌにまで低下した。
【００５８】
【表９】
【００５９】
［リン酸イオンの変化］
リン酸イオンの測定結果を表１０に示す。リン酸イオンは、炭と鉄とが共存する場合には、低下した。ブランク（木炭のみ）の場合には１０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、２４時間で６ｍｇ／ｌにまで低下した。
【００６０】
【表１０】
【００６１】
以上、実施形態および実施例について説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、炭素材や鉄材は上述した例以外のものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
かくしてこの発明の水質浄化材によれば、炭素材との電気的作用により鉄材から効果的に鉄イオンが溶け出し、これにより効率的に増加した鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物を凝集させ、またその鉄イオンが水中の藻類の繁殖を促して、藻類から酸素ガスを発生させるので、水質浄化を促進することができる。
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応して不溶性のリン酸鉄となるため、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度が低下するので、水中のリン酸の除去（脱リン）を容易に行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を低下させるとともに水中で藻類を繁茂させて水質を浄化する水質浄化材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国を取りまく海域は、近年水質汚染が進行し、磯焼けや赤潮などの発生が見られている。磯焼けや赤潮などの防止策としては、種々の方策がとられているが、効果を発揮しているとはいえない。
【０００３】
磯焼けや赤潮などの発生増加の一因に、海藻の枯渇がある。かつての日本の沿岸には、海藻が繁茂していたと言われている。海藻が枯渇した理由には、水質汚濁、海藻を食べる生物群の繁殖・増殖、陸地からの土砂の流出による海藻芽の埋没などがある。
【０００４】
さらに、海藻が枯渇した理由の一つに、鉄分の欠乏があげられている。海水中に鉄分を増やせば、植物は繁茂するといわれている。そこで、海水中に鉄塊を投入することも行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
海の水質浄化を進行するには、鉄分の溶け出しによる海藻の繁殖が不可欠である。海藻が繁茂することで、酸素ガスの発生が行われ、水質浄化が促進される。しかしながら、鉄塊を単独で水中に投入しても鉄分の増加の効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで本発明者は、鉄分を効率的に水中溶解させる方法を鋭意研究し、炭素材と鉄材とを隣接あるいは接触させることで、鉄分が効果的に溶解して鉄イオンが効率的に増加することを発見した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上述の知見に基づき従来技術の課題を有利に解決したものであり、この発明の水質浄化材は、鉄材と炭素材とが混在してなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の水質浄化材を水中に入れて炭素材と鉄材とを接触させると、一種の局部電池が形成されて、鉄材からの鉄イオンの溶け出しが促進され、これにより水中の鉄イオンが効率的に増加し、水中の鉄濃度が高められる。
【０００９】
従って、この発明の水質浄化材によれば、効率的に増加した鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物を凝集させ、また鉄イオンが水中の藻類の繁殖を促して、藻類から酸素ガスを発生させるので、水質浄化を促進することができる。
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応してリン酸鉄となる。この物質は不溶性であることから、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度は低下する。
水中のリン酸の除去は、従来は困難であったが、上述の如くして本発明によれば、水中のリン酸の除去（脱リン）を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施形態について説明する。この発明の水質浄化材においては、前記鉄材と前記炭素材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．９：０．１までの間とすればよく、１：１とするとさらに好ましい。
【００１１】
また、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材に代えて、または加えて炭素繊維が混在すると好ましい。
【００１２】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材および前記炭素材と、前記炭素繊維との混合割合は、鉄材と炭素材との混合物に対し炭素繊維が重量で１％から５０％までの間であると好ましい。
【００１３】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材は、粒状、粉状、板状、球状および／または棒状のものであり、前記炭素材は、粒状、塊状、球状、筒状および／または粉状のものであって、前記鉄材と接触するように混在していると好ましい。
【００１４】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記水質浄化材は、海水、産業排水、都市下水、畜産排水等の、電解質を含む水に用いられると好ましい。
【００１５】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記鉄材は、前記炭素材の凹部や空間部や空隙部や空孔部に分散されまたは集中されて充填されていると好ましい。
【００１６】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材は、木炭、竹炭および活性炭等の、有機物を炭化した炭素材および／または電極等の黒鉛材であると好ましい。
【００１７】
さらに、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材と前記鉄材とは、水の流通ができる容器または網（ネット）もしくは袋内に納められていると好ましい。
【００１８】
一方、この発明の水質浄化材においては、前記炭素材と前記鉄材とは、互いに一体化するように、セメント、石膏、樹脂または他の材料等からなる耐水性のバインダーで接着されていても好ましい。
【００１９】
上記各実施形態について詳述すると、鉄材の原料としては、高炉、転炉、電気炉等から廃棄物として排出される地金含有スラグの地金部を精製、破砕し粒状化した鉄を用いてもよい。あるいは、鉄、鉄の表面の一部が酸化されて酸化鉄になった小片でもよい。粒鉄の大きさは、直径が５ｍｍ、３ｍｍおよび１ｍｍなどがある。あるいは、篩処理を行うので、さらに小さな鉄粒、もしくはさらに大きな粒を作ることも可能である。
【００２０】
炭素材としては、入手しやすさの点から木炭、オガ炭あるいは竹炭が最適である。これら炭素材の嵩密度を上げる方法として、本発明者は炭素材と鉄粒を複合化させる下記の方法を案出した。この場合に使用する鉄は、直径数ｍｍの粒状である。
【００２１】
鉄材と炭素材とを混在させ、接触させ、一体化するのは通常は困難である。その理由は素材の密度の差にある。鉄の密度は７．９ｇ/ｃｍ3、炭素は黒鉛では２．４ｇ/ｃｍ3、木炭では嵩密度は０．５ｇ/ｃｍ3であり、密度が高いといわれる備長炭でも１．１ｇ/ｃｍ3程度である。鉄と炭素の密度には、約３倍から１０倍の差がある。木炭のみでは水中には沈まない。そのため木炭を水中、特に海底や湖底、沼底、池底、川底などに埋設する場合には、網の中に石あるいはコンクリート塊などと一緒に入れて埋設する必要がある。かかる作業は、木炭を浄化材として利用する場合の短所となっている。
【００２２】
しかし、木炭と鉄と複合化することで、嵩密度は１ｇ/ｃｍ3以上になるので、網にいれることも、石をいれることも不要となり、作業性を著しく高めることになる。また、環境水中に設置し、使用する網は、プラスチック製が主であり、環境にとっては好ましくない。さらに、重りとして使用する石やコンクリート塊は、環境水にとっては不要なモノで、廃棄物を環境に投入することにもなりかねない。しかし、以下に述べるこの発明の方法は、このような問題点を払拭するものである。この発明で使用する木炭および鉄は何れも、漁業関係者の世界では海中に入れてもよいもの、環境を破壊するものではないものと理解されている。
【００２３】
水質浄化材において、炭素材と鉄材とを混在させ、あるいは分散させ、あるいは混合する方法の例を、下記に示す。
（竹炭の空洞の中に鉄粒を充填する方法）
鉄材と炭素材との割合を任意にするには、鉄粒と木炭粉（竹炭あるいは木炭粒）を混合したものを竹炭の中空部に詰める。その際には、両者の配合を任意で設定することが可能である。中空部には蓋をする。蓋は粘土などでもよい。この構成によれば、鉄材と炭素材との複合材の密度は、任意に調整可能である。密度を高めるには鉄の含有量を高めればよい。水に沈む程度にするには、嵩密度が１以上であればよい。
【００２４】
（木炭に孔を穿ち、そこに鉄粒を充填する方法）
この方法によれば、孔の大きさ、深さによって、混合物の密度を制御できる。この方法が適用できるのは、木炭の直径が少なくとも鉄粒より大であることが必要である。
【００２５】
（炭粒あるいは炭片と粒鉄とを通水性の容器あるいは網もしくは袋内に充填し、それを水中に設置する方法）
この方法では、容器の材質、通水性の確保、耐久性、衝撃性などを考慮する必要がある。具体的な容器としては、金属製、セラミックス製、コンクリート製、木製などのものがある。さらに、プラスチック製の容器も使用可能である。
【００２６】
（炭素繊維製網、容器あるいは袋を使用する方法）
炭素材として炭素繊維製の網（ネット）または容器あるいは袋を使用し、この中に鉄材を格納、包み込みもしくは巻き込みする。使用する鉄材は、粒状、板状、棒状、筒状であっても可能である。
【００２７】
（鉄製容器内に炭素材を充填あるいは格納する方法）
通水性の鉄製容器あるいは鉄網あるいは鉄メッシュの中に炭素材を充填することで、鉄の溶け出しが可能となる。鉄の溶け出し速度が大である場合には、形態を維持できなくなるので、形態を維持できるように例えば容器の壁厚を枠状に部分的に厚くする等の対策を講じておくと好ましい。
【００２８】
（鉄材に炭素繊維を接触させる方法）
炭素繊維は、海水、水中で強度や性能が低下することはない。従って、鉄材の周囲に炭素繊維を巻き付ける、あるいは接着する、あるいは接触させることで、鉄の溶け出しが生じる。炭素繊維は、フィラメント状のもの、織物状、不織布状、パイプ状であっても可能である。
【００２９】
（水質浄化材）
炭素材と鉄材とを含む材料を、水中に設置した場合、水の汚染度合いを示すＣＯＤ値は低下し、木炭のみを投入した場合よりも低下の度合いは大であった。特にその水が、海水および、電解質物質が溶解した水の場合には、低下の度合いは顕著であった。これは、炭素材と鉄材とを共存させることで、鉄が溶解して、鉄イオンとして水中に存在し、その鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物が凝集され、それによって浄化されたものである。
【００３０】
粒状の鉄と、粒状の炭素材とを効率よく接触させようとしても、固体と固体との接触点は通常はごくわずかである。一方、接触点を増やせば、鉄の溶け出しは促進され、それによって水質浄化効果も高められる。接触点を増やすために、この発明では炭素繊維を分散させる。炭素繊維の直径は７ミクロン、１本の炭素繊維束の中のフィラメント数は１２０００本であるから、鉄材と炭素材との接触点はきわめて多くなる。それによって、水質浄化効果が高められる。このように炭素材、鉄材および炭素繊維を含むものは、高い水質浄化機能を示す。
【００３１】
（炭素材と鉄材との混合割合）
炭素材と鉄材との混合割合は、重量比としてはほぼ１：１、容積比では炭素材８５，鉄材１５であると好ましい。また炭素材に加えて炭素繊維を使用する場合、炭素繊維は、炭素材の重量に対して５％から３００％とすると好ましい。なお、炭素材と鉄材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．１：０．１であっても水質浄化効果は発揮される。
【００３２】
（海藻繁茂促進材）
後述する実施例のように、粒鉄と木炭とを含むセメント板を海水中にいれ、動物や植物の生長繁茂状況を観察した。試料は静岡県熱海市沖の海水中に吊り下げて設置し、海草および海藻の生育状況を観察した。設置数ヶ月後には、フジツボやムラサキガイなどの付着があった。それらの付着数や大きさは、鉄と木炭とを含むセメント板の方がセメント単独板より大であった。また海藻・海草の生育状況も、鉄と木炭とを含むセメント板の方が、セメント単独板より、生育数も長さも何れも大であった。さらに、鉄と木炭とを含むセメント板からの鉄イオンの溶出の有無を調べた。溶け出した鉄イオンは、セメント周囲のアルカリ成分によって水酸化鉄となるため、遊離の鉄イオンとしては検出できなかった。
以下、上記実施形態に基づくこの発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３３】
（淡水中での水質浄化材）
［実験方法］
粒状の鉄と木炭とを共存させることによる水質浄化効果を検討した。混合物は、こぼれない程度の穴のあいているネット状の栗袋（１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）に充填した。
使用した粒鉄と木炭粒は、４ｍｍおよび１．４ｍｍの篩で分級し、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上のものを用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）
試料２：木炭９５容積％、鉄粒 ５容積％
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）
試料７：試料５に炭素繊維製水質浄化材（CF）（ムカデ形、１本）を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに環境水（群馬高専内にある「正観寺池」から採水）を入れ、蓋をし、太陽光の影響のない状態で行った。
環境水と試料とで容積を２０リットルとし、試料は容器の１０容積％入れた。ｐＨ、ＣＯＤおよび鉄イオンの測定を、所定期間（１日、３日、６日、７日）経過後に行った。測定は、いずれもパック法で行った。
【００３４】
［ｐＨの変化］
所定期間経過後のｐＨの測定値を表１に示す。７日間経過後の試料水のｐＨは、ブランクの場合は８．０であった。また、木炭のみをいれた試料では７．８であった。ともに、ｐＨの変化は見られなかった。しかし、炭と鉄とを含む試料の場合には、いずれの場合でもｐＨはより高くなり、９．４〜９．７程度にまで上昇した。これは鉄イオンば溶出したことに基因していると推定される。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［ＣＯＤの変化］
所定日数経過後の試料水のＣＯＤの測定結果を表２に示す。容器内の試料水のＣＯＤは、ブランクの場合には８ｍｇ・Ｌであったが、炭と鉄とが共存する場合には、ＣＯＤ値は低くなり、４から６ｍｇ/ｌにまで低下した。特に、炭素繊維を加えた場合には、ＣＯＤは最も低くなった。これは、繊維径の小さい炭素繊維を鉄と炭と混合物中に分散させたことから、鉄イオンの溶出が促進されたためであろうと推定される。
【００３７】
【表２】
【００３８】
［鉄イオンの変化］
試料水中の第二鉄イオン濃度の変化を表３に示す。試料水中の第二鉄イオンは、ブランクおよび炭のみの場合、鉄のみの場合には、溶出はなかった。それに対し、炭と鉄とが共存する場合には、溶出し、鉄量が多い場合には0.75mg/ｌにまで増大した。
【００３９】
【表３】
【実施例２】
【００４０】
（塩水中での水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。更に各試料に炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：木炭９５容積％、鉄粒５容積％、炭素繊維３０ｇ
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料７：試料５に炭素繊維製水質浄化材（CF）（ムカデ形、１本）を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある「正観寺池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度１重量％になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の１０容積％入れた。
所定期間（１日、３日、６日、９日）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００４１】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表４に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランクの場合には８ｍｇ/ｌであるが、鉄と木炭とを含む場合には、３ｍｇ/ｌにまで低下した。炭に炭素繊維を加えた試料では、ＣＯＤ値の減少は見られないことから、炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００４２】
【表４】
【実施例３】
【００４３】
（海藻繁茂促進材）
［実験方法］
木炭と粒鉄との複合材を製作する場合のバインダーとして、セメントを用いた。粒鉄と木炭粒は、１．４ｍｍ篩の篩下を用いた。
所定割合で混合した粒鉄、木炭粒およびセメントは、混練り後、金型枠（縦１６ｃｍ、横１３ｃｍ、高さ４ｃｍ）に充填して成型し、板状試料を作製した。
作製した試料は下記の２種類であった。
試料１：セメントのみ（バインダー１００容積％）
試料２：炭素材５２容積％、鉄粒３１容積％、セメント１７容積％
各試料は、成型後、金型ごと湿気箱に入れ２４時間養生し、その後脱型し、真水中にて２７日間養生した。
これらの試料は、海水中での植物の繁殖状況を検証するために、静岡県熱海市の熱海港内の岸壁付近の海水中に設置した。設置場所は、水深４ｍで、防波堤の内側であるので、波浪の直接の影響は比較的少ない場所であった。試料は、海底より１００ｃｍ、水面より３００ｃｍの位置に吊り下げた。設置開始は２００６年１月であった。
所定期間（１ケ月、２ケ月、３ヶ月、４ヶ月、５ヶ月、７ヶ月、１３ヶ月）経過後、各試料を引き上げ、動物（フジツボ、ムラサキガイ等）および植物（海草、緑藻、褐藻、紅藻など）の付着状況、成育状況を観察した。
【００４４】
［動物類の付着状況］
フジツボの生長および付着状況を表５に示す。経過月数の項に記載した数字は、上段は面積％、中段は最大殻径、下段は最大殻高をそれぞれ示している。
設置してから３ケ月間は、フジツボの付着はなかった。４ケ月後から、付着が見られた。いずれの試料とも、フジツボが付着した。各試料とも、フジツボの付きは、良好で良く密着していた。フジツボの容積は、フジツボを円錐として体積を算出した。フジツボの成長は、炭と鉄とを含む試料２では、セメント単独試料に比べ容積で１．９倍も大きくなった。
【００４５】
【表５】
【００４６】
［ムラキイキガイの付着状況］
試料に付着したムラサキガイの個体数の変化を表６に示す。設置してから５ケ月間は、ムラサキガイの付着は見られなかった。７ヶ月後には、ムラサキガイの生長、付着が見られた。成長したムラサキイキガイは、炭と鉄とを含む試料の方が、セメント単独の場合よりも、個体数で２．３倍多く生息していた。
【００４７】
【表６】
【００４８】
［海藻・海草類の付着状況］
（１）海藻類
設置２ケ月後から、海藻類の成長が確認された。付着したのは全て、緑藻、褐藻、紅藻、珪藻等の海藻類で、アマモ類等の海草類は着生しなかった。
（２）緑藻類
各試料には、緑藻の付着成長が見られた。炭と鉄を含む試料では、設置２ケ月後から緑藻が成長したが、セメント単独では見られなかった。１３ケ月後では、鉄を含む試料では３１個、セメント単独では２５個と、顕著な違いがあった。さらに、生長した緑藻の長さにも差があり、セメント単独では１２ｍｍしか成長しないが、鉄を含む試料では１６ｍｍと、大きく成長していた。これらの違いも、鉄の溶出による効果である。
（３）紅藻類
紅藻類は、いずれの試料でも設置７ケ月間は生育しなかった。しかし、紅藻類は１３ケ月後から生育し、鉄と木炭を含む試料の方が。セメント単独試料よりも紅藻の生育状況は、やや良好であった。
（４）褐藻類
褐藻の着生は、いずれの試料でも確認できた。炭と鉄とを含む試料の場合の方が、発芽および成長が共に早く、株数も大であった。
（５）珪藻類
珪藻類は、設置１ケ月後から付着生育が確認された。付着数も試料２の方が、試料１よりも５倍ほど大であった。
【００４９】
これらの実験結果から、鉄と木炭を含むセメント板の周囲には、動植物が繁茂することがわかった。
【実施例４】
【００５０】
（塩分０．５重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１Kg用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。更に、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の８種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：木炭９５容積％、鉄粒５容積％、炭素繊維３０ｇ
試料３：木炭９０容積％、鉄粒１０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料４：木炭８０容積％、鉄粒２０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料５：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
試料６：鉄粒のみ（鉄１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料７：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇを網にいれたものを、容器の底から１０ｃｍ上に浮かせて配置。
試料８：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇを網にいれたものに、炭素繊維製水質浄化材（ムカデ形、１本）を巻き付けたもの。
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．５重量％になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の１０容積％程度充填した。
所定期間（１日、３日、５日、７日）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５１】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表７に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には１８ｍｇ/ｌで変化は見られない。鉄と木炭と炭素繊維を含む場合には、１１ｍｇ/ｌにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００５２】
【表７】
【実施例５】
【００５３】
（塩分０．２重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１ｋｇ用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の５種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：粒鉄のみ（鉄容積１００％）
試料３：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料４：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
ブランク：環境水のみ
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．２重量％になるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の約１０容積％程度充填した。
所定時間（１時間、３時間、６時間、９時間、１２時間、２４時間）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５４】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表８に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には２０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、１４ｍｇ／ｌにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってＣＯＤ値が低下したものである。
【００５５】
【表８】
【実施例６】
【００５６】
（塩分０．２重量％の場合の、鉄+木炭+炭素繊維の水質浄化材でのリンイオンの低減）
［実験方法］
使用した試料は、網状の袋（栗袋、１ｋｇ用、縦３０ｃｍ、横１８ｃｍ）にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維３０ｇ（約３０ｍ）をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、４ｍｍ篩の篩下〜１．４ｍｍ篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の５種類である。
試料１：木炭のみ（木炭１００容積％）、炭素繊維３０ｇ
試料２：粒鉄のみ（鉄容積１００％）
試料３：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％
試料４：木炭７０容積％、鉄粒３０容積％、炭素繊維３０ｇ
ブランク：環境水のみ
水槽（容積２２リットル、深さ３９ｃｍ）の底部に試料を容器底全面に厚さ５ｃｍ程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水（群馬高専内にある通称「下田池」から採水）をいれ、これに食塩を濃度０．２重量％になるように加えた。さらに、試薬リン酸二水素ナトリウムを、リン酸イオンとしての濃度が１０ｍｇ／ｌとなるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を２０リットルとし、各試料は容器の約１０容積％程度充填した。
所定時間（１６時間、２４時間）経過後、ＣＯＤの測定をパック法で行った。
【００５７】
［ＣＯＤの変化］
ＣＯＤの測定結果を表９に示す。ＣＯＤは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク（木炭のみ）の場合には２０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、２４時間で１８ｍｇ／ｌにまで低下した。
【００５８】
【表９】
【００５９】
［リン酸イオンの変化］
リン酸イオンの測定結果を表１０に示す。リン酸イオンは、炭と鉄とが共存する場合には、低下した。ブランク（木炭のみ）の場合には１０mg／ｌで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、２４時間で６ｍｇ／ｌにまで低下した。
【００６０】
【表１０】
【００６１】
以上、実施形態および実施例について説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、炭素材や鉄材は上述した例以外のものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
かくしてこの発明の水質浄化材によれば、炭素材との電気的作用により鉄材から効果的に鉄イオンが溶け出し、これにより効率的に増加した鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物を凝集させ、またその鉄イオンが水中の藻類の繁殖を促して、藻類から酸素ガスを発生させるので、水質浄化を促進することができる。
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応して不溶性のリン酸鉄となるため、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度が低下するので、水中のリン酸の除去（脱リン）を容易に行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄材と炭素材とが混在してなる水質浄化材。
【請求項２】
前記鉄材と前記炭素材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．９：０．１までの間である、請求項１記載の水質浄化材。
【請求項３】
前記炭素材に代えて、または加えて炭素繊維が混在してなる、請求項1または２記載の水質浄化材。
【請求項４】
前記鉄材および前記炭素材と前記炭素繊維との混合割合は、鉄材と炭素材との混合物に対し炭素繊維が重量で１％から５０％までの間である、請求項３記載の水質浄化材。
【請求項５】
前記鉄材は、粒状、粉状、板状、球状および／または棒状のものであり、
前記炭素材は、粒状、塊状、球状、筒状および／または粉状のものであって、前記鉄材と接触するように混在している、請求項１から４までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項６】
前記水質浄化材は、電解質を含む水に用いられる、請求項１から５までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項７】
前記鉄材は、前記炭素材の凹部や空間部や空隙部や空孔部に分散されまたは集中されて充填されている、請求項１から６までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項８】
前記炭素材は、有機物を炭化したものおよび／または黒鉛材である、請求項１から７までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項９】
前記炭素材と前記鉄材とは、水の流通ができる容器または網もしくは袋内に納められている、請求項１から８までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項１０】
前記炭素材と前記鉄材とは、互いに一体化するように、耐水性のバインダーで接着されている、請求項１から９までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項１】
鉄材と炭素材とが混在してなる水質浄化材。
【請求項２】
前記鉄材と前記炭素材との混合割合は、重量比で０．１：９９．９から９９．９：０．１までの間である、請求項１記載の水質浄化材。
【請求項３】
前記炭素材に代えて、または加えて炭素繊維が混在してなる、請求項1または２記載の水質浄化材。
【請求項４】
前記鉄材および前記炭素材と前記炭素繊維との混合割合は、鉄材と炭素材との混合物に対し炭素繊維が重量で１％から５０％までの間である、請求項３記載の水質浄化材。
【請求項５】
前記鉄材は、粒状、粉状、板状、球状および／または棒状のものであり、
前記炭素材は、粒状、塊状、球状、筒状および／または粉状のものであって、前記鉄材と接触するように混在している、請求項１から４までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項６】
前記水質浄化材は、電解質を含む水に用いられる、請求項１から５までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項７】
前記鉄材は、前記炭素材の凹部や空間部や空隙部や空孔部に分散されまたは集中されて充填されている、請求項１から６までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項８】
前記炭素材は、有機物を炭化したものおよび／または黒鉛材である、請求項１から７までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項９】
前記炭素材と前記鉄材とは、水の流通ができる容器または網もしくは袋内に納められている、請求項１から８までの何れか１項記載の水質浄化材。
【請求項１０】
前記炭素材と前記鉄材とは、互いに一体化するように、耐水性のバインダーで接着されている、請求項１から９までの何れか１項記載の水質浄化材。
【公開番号】特開２００９−２９７６２２（Ｐ２００９−２９７６２２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５３４１０（Ｐ２００８−１５３４１０）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（５０８１７４６８７）石井商事株式会社 (8)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（５０８１７４６８７）石井商事株式会社 (8)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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