專利名稱：：環(huán)境水中的底泥的分解除去方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及將堆積在河川、航道、運(yùn)河、池塘、湖沼、海灣、水灣、海洋等淡水、咸水、海水等環(huán)境水中的底泥分解除去的方法。
背景技術(shù)：
：在河川、湖沼等的底部堆積著含有惡臭物質(zhì)的重油狀底泥。底泥一般被稱作污泥。對(duì)于水質(zhì)凈化，已經(jīng)開發(fā)出各種方法。但是，即便進(jìn)行水質(zhì)凈化，污濁物質(zhì)有時(shí)也會(huì)從沉積在河底或沼澤底或湖底的底泥(污泥)中溶出，完全的水質(zhì)凈化是不可能的。如果不將底泥分解或除去則無法進(jìn)行水質(zhì)凈化。作為去除底泥的方法，一般熟知挖泥的方法。另外，還提出了以下方法使用龍王石作為放射金屬離子、電磁波和遠(yuǎn)紅外線的多孔質(zhì)活性體，通過從龍王石釋放的金屬離子的氧化還原作用來凈化污染水，或通過由龍王石釋放的遠(yuǎn)紅外線促進(jìn)需氧性細(xì)菌的繁殖(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)l:日本特開平10-146593號(hào)公報(bào)但是，在目前實(shí)施的利用吸引泵吸引底泥的挖泥方法中，將在底泥中生長(zhǎng)的有用生物群，例如微生物、細(xì)菌等也吸引出而廢棄。另外，由于還強(qiáng)制地除去水草等植物群，因此破壞了生態(tài)系統(tǒng)。另一方面，在將龍王石鋪滿底泥中的方法中，成本提高的同時(shí)，即便需氧性細(xì)菌繁殖，其固定也很困難。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人等在研究人工藻的過程中發(fā)現(xiàn)碳材料適于需氧性細(xì)菌的繁殖和固定。本發(fā)明的目的在于根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在不破壞生態(tài)系統(tǒng)的情況下有效地分解底泥，進(jìn)行環(huán)境水的凈化。本發(fā)明可以有利地解決上述課題，本發(fā)明的環(huán)境水中的底泥分解除去方法的特征在于，在水中配置碳纖維性水質(zhì)凈化材，同時(shí)在底泥中埋入碳材(碳材料)。艮P，本發(fā)明在不破壞生態(tài)系統(tǒng)的情況下，有效地分解底泥，進(jìn)行環(huán)境水的凈化。在原理上，通過在處于厭氧狀態(tài)的底泥中繁殖具有分解底泥的能力的需氧性菌，從而將底泥分解。但是，由于需氧性菌不能在底泥中生長(zhǎng)，因此其中必須有增殖需氧性菌的結(jié)構(gòu)。其方法為在水中配置碳纖維制水質(zhì)凈化材，同時(shí)在底泥中埋入碳材(木炭、碳纖維等)。通過構(gòu)建這種結(jié)構(gòu)，可以將在水中生長(zhǎng)的需氧性菌捕獲于碳纖維制水質(zhì)凈化材中并使其增殖，使該增殖的需氧性菌移動(dòng)到設(shè)置在底泥中的碳材中。移動(dòng)至底泥中的需氧性菌將底泥分解，將重油狀的底泥進(jìn)行無機(jī)質(zhì)化。這些現(xiàn)象通過實(shí)驗(yàn)室中的水槽實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材優(yōu)選由通過浮體等如水草那樣豎起的碳纖維構(gòu)成。這些由碳纖維制作的凈化材可以為蜈蚣形、房子形等，末端成為開纖狀，或者也可以為具有平面形狀的成形體。形狀可以為片狀、腰帶狀、帶狀、細(xì)繩狀、筒狀、管狀、棒狀、長(zhǎng)條狀、螺旋狀、蝸旋狀、格子狀、孔狀、網(wǎng)狀。(碳纖維的懸掛)配置在水中的碳纖維的形態(tài)不僅在水中豎起，還可以從處于水面上的浮體上懸掛至底泥中的碳材。浮體有由木材、竹子、橡膠、塑料等制成的物體，或者將它們連接而成的筏子、平底船、棧橋、浮舟、浮標(biāo)等。將碳纖維固定在這些浮體上，由此處下垂至底泥。懸掛的碳纖維可以使用與在水中豎起的情況相同的碳纖維。由碳纖維制作的凈化材為蜈蚣形、房子形等，末端成為開纖狀，或者也可以為具有平面形狀的成形體或者織物狀。形狀可以為片狀、腰帶狀、帶狀、細(xì)繩狀、筒狀、管狀、棒狀、長(zhǎng)條狀、螺旋狀、蝸旋狀、格子狀、孔狀、網(wǎng)狀。或者，還可以是在由碳纖維制作的網(wǎng)或者由化學(xué)纖維或天然纖維制作的網(wǎng)中裝填木炭或碳纖維等碳材而得到的，或者在裝有木炭的網(wǎng)的外周部按照能夠在水中搖晃的方式安裝碳纖維而得到的。(碳纖維的安裝方法)利用繩子等將碳纖維制凈化材從水面懸掛至水中時(shí)，重要的是懸掛的繩子等的安裝方法。將安裝該懸掛繩子的支撐繩按照相對(duì)于河川的流動(dòng)方向垂直地張架在水面附近的方式配置的方法，作為安裝方法是容易的。但是，有可能發(fā)生在漲水時(shí)流出物掛在支撐繩上等誘發(fā)災(zāi)害的危險(xiǎn)。與此相反，將支撐繩系在從河底至水面附近立設(shè)的樁子等上而將支撐繩與水流方向平行地張架在水面附近時(shí)，即便在漲水時(shí)也很少有流出物掛在支撐繩上等的危險(xiǎn)。埋設(shè)于底泥中的碳材可以是木炭片、木炭粒、木炭粉?；蛘撸幢闶怯谜澈蟿┠棠咎糠鄱傻某尚臀镆诧@示出效果。可以是由碳纖維制作的蜈蚣形、房子形等，末端成為開纖狀，或者也可以是具有平面形狀的織物狀等的成形體。形狀可以為腰帶狀、片狀、帶狀、細(xì)繩狀、筒狀、管狀、棒狀、長(zhǎng)條狀、螺旋狀、蝸旋狀、格子狀、孔狀、網(wǎng)狀。配置于底泥中的碳材除了碳纖維、木炭之外，還可以是將竹炭或其它生物質(zhì)(biomass)碳化而形成的產(chǎn)物?；蛘撸€可以使用由煤炭制得的焦炭等。另外，配置于底泥中的碳材還可以是未經(jīng)特別加工的絲狀碳纖維本身，或者還可以是長(zhǎng)纖維狀或連續(xù)的碳纖維。而且，還可以利用短纖維的碳纖維纏繞而成的纖維。即便是短纖維較長(zhǎng)的碳纖維，通過分散于底泥中也可以促進(jìn)需氧性菌導(dǎo)致的底泥的分解。(生物質(zhì)碳化品的活用)當(dāng)將繭、棉、麻、羊毛、絹等具有纖維形態(tài)的生物質(zhì)碳化時(shí)，在強(qiáng)度方面具有問題，但變?yōu)樘疾?，配置在底泥中，則可發(fā)揮功能。因此，通過將不需要的纖維制品等碳化，可以將其作為配置于底泥中的碳^1吏用。此時(shí)，必須注意的是，纖維長(zhǎng)度過短時(shí)則會(huì)流出或消失。即便是機(jī)械強(qiáng)度低而變?yōu)榉勰?，通過將它們分散在底泥中，也可以發(fā)揮分解污泥的功能。配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材優(yōu)選與埋入在底泥中的碳材接觸或接近。由此，水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材中的需氧性菌容易地移向底泥中的碳材，在此將底泥分解。另外，埋入在底泥中的碳材更優(yōu)選為與配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材連續(xù)成一體的材料，例如為腰帶狀、片狀、帶狀、細(xì)繩狀、筒狀、管狀、棒狀、長(zhǎng)條狀、螺旋狀、蝸旋狀、格子狀、孔狀、網(wǎng)狀等的材料。由此，水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材中的需氧性菌因底泥中的碳材而容易地移動(dòng)。另外，還可以防止埋入在底泥中的碳材由于水流等而流失。而且，由于可以一起制造、搬送和設(shè)置水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材和埋入在底泥中的碳材，因此可以提高其制造、搬送和設(shè)置的操作性。(與植物凈化的并用)水中的污染源為氮和磷等。碳纖維將水中氮積極地分解。但是，對(duì)于磷而言，由于不能變化為氣體狀物質(zhì)，因此難以從水中除去。氮和磷對(duì)于植物來說是不可缺少的成分。從植物的根可積極地吸收氮和磷作為營養(yǎng)源。因此，有在水上配置植物、在水中配置植物的根和碳纖維、在底泥中配置碳材的水質(zhì)凈化方法。安裝于浮體下部的碳纖維如上所述，可以是從底部豎起的碳纖維，還可以是從浮體懸掛的碳纖維。通過將生長(zhǎng)的植物的根與碳纖維纏繞，可積極地進(jìn)行磷或氮的吸收，由此可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。植物雖然可高效地吸收水中的氮、磷，但由于到冬天時(shí)就會(huì)枯萎，因此具有積累的氮或磷再次溶解到水中的問題。為了解決該問題，采取在枯萎前割取植物，并扔到水環(huán)境外的方法。因此，安裝于浮體的植物優(yōu)選易于割取的植物。具體地說為高度較高的菖蒲、蘆葦、茅草等。(所用碳纖維的種類)使用的碳纖維可以是PAN系也可以是瀝青系。當(dāng)考慮到價(jià)格方面、強(qiáng)度方面時(shí)，配置于水中的碳纖維優(yōu)選為PAN系的連續(xù)長(zhǎng)纖維。另一方面，配置于底泥中的碳纖維由于強(qiáng)度并無特別要求，因此可以為瀝青系的通用纖維。纖維的長(zhǎng)度也沒有特別限定。PAN系碳纖維具有單纖維數(shù)不同的情況，但關(guān)于本專利，在實(shí)施上沒有特別問題。(氧化纖維的使用)有在制造PAN系碳纖維的階段，在20(TC30(TC左右的溫度下對(duì)原絲的丙烯腈系纖維實(shí)施了熱處理的氧化纖維(根據(jù)制造公司的不同也稱為耐燃化纖維或黑化纖維(英文blackenedfibre,日文黒化繊維))。用該纖維也可以進(jìn)行水質(zhì)凈化，還可以使用這些氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維代替配置于水中的碳纖維。另外，代替配置于底泥中的碳纖維或者部分使用氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維，也可以發(fā)揮凈化效果。但是，相比較于碳纖維，水質(zhì)凈化效果降低。(碳纖維表面的上膠劑)碳纖維的表面涂覆有上膠劑，使得作為復(fù)合材料使用時(shí)與母材良好地接合。特別是，用于以樹脂為母材的復(fù)合材料中時(shí)，為了提高兩者界面的結(jié)合力，使用環(huán)氧系的上膠劑。即便將帶有這種環(huán)氧系上膠劑的碳纖維放在水中，也會(huì)慢慢地開纖，發(fā)揮水質(zhì)效果。而且，當(dāng)想要在早期階段獲得水質(zhì)凈化效果時(shí)，使用涂覆有水溶性上膠劑的碳纖維可以更加發(fā)揮效果。因此，若不是期待早期效果，則碳纖維表面的上膠劑可以使用任何上膠劑。(水草的繁茂)本發(fā)明的效果之一為促進(jìn)水草的生長(zhǎng)。通過用碳材的設(shè)置效果分解除去底泥，水的透視度可提高。由此，水的透視度提高，太陽光可到達(dá)水中的內(nèi)部，光合作用變得活躍，植物繁茂。通過植物在水中生長(zhǎng)，產(chǎn)生氧氣，水中的溶存氧量增高，水中的需氧性菌的作用變得活躍，污濁物的分解被更加促進(jìn)。植物的生長(zhǎng)對(duì)于水質(zhì)凈化來說是優(yōu)選的，其根源為配置在底泥中的碳材的作用。(藻場(chǎng)功能、魚的增殖)另外，本發(fā)明的其它效果之一在于魚增殖、顯示作為藻場(chǎng)的功能。通過將碳纖維配置在水中，并在底泥中設(shè)置碳材，則魚增多。這是由于水中的碳纖維成為產(chǎn)卵場(chǎng)所、隱蔽場(chǎng)所、飼養(yǎng)場(chǎng)所、餌料場(chǎng)所。另外，在碳纖維上聚集很多浮游生物，捕食該浮游生物的魚類集中過來也是理由之一。通過在底泥中放置碳材，貝類、蝦、蟹等甲殼類增多。另外，在泥中繁殖的泥鰍、鰻魚等也增加。這些生物群捕食底泥中的營養(yǎng)成分而生長(zhǎng)。由于這些生物群的數(shù)量增加，底泥的分解被促進(jìn)。這些生物群可以繁殖的環(huán)境被早期構(gòu)建是配置碳材的效果。而且，生物群的捕食作用也是分解底泥的效果。另外，魚中具有在河底或水底產(chǎn)卵的種類。另外，所產(chǎn)的卵被位于碳纖維外周的粘著性物質(zhì)牢固地固定，流失也變少。另外，碳材本身釋放出遠(yuǎn)紅外線。由此可保溫。產(chǎn)卵場(chǎng)所的溫度高從孵化方面考慮是優(yōu)選的。這些現(xiàn)象對(duì)于魚類是優(yōu)選的，在底部配置碳材則會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮作為魚的繁殖場(chǎng)所的功能。(底泥中的碳材的配置方法)配置于底泥中的碳材有放置在底泥表面的情況、配置在底泥中的情況，僅配置在內(nèi)部的情況等?；緛碚f，優(yōu)選配置于水中的碳纖維與底泥中的碳纖維至少接觸。因此，即便配置在底泥的內(nèi)部，也有必要盡量避免形成處于表面和內(nèi)部的碳材無法接觸的狀態(tài)。這是由于要求底泥內(nèi)部的微生物可以移動(dòng)的配置。(碳材在底泥中的配置)即便當(dāng)初僅為配置于水中的碳纖維，隨著時(shí)間經(jīng)過，碳材也會(huì)存在于底泥中。特別是，在流動(dòng)劇烈的航道、處于湍流狀態(tài)的航道、波動(dòng)劇烈的航道等中，會(huì)發(fā)生碳纖維的單纖維從水中的碳纖維制凈化材中分離所導(dǎo)致的消耗。從碳纖維制凈化材中分離、落下的碳纖維堆積在底泥的內(nèi)部，成為微生物繁殖的場(chǎng)所。因此，即便不積極地配置碳材，隨著時(shí)間經(jīng)過，碳材也會(huì)分布、存在于底泥中。即便僅僅是水中的碳纖維制凈化材，初期階段的底泥分解速度小，但由于發(fā)生分解，因此底泥減少，對(duì)水質(zhì)凈化有所貢獻(xiàn)。具體實(shí)施方式以下通過實(shí)施例詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。(實(shí)施例1)本發(fā)明人通過使用水槽的以下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了底泥的凈化現(xiàn)象。在4個(gè)水槽(15x30x20cm、9升)中分別放入采自西湖的水7.0升和底泥2.0kg。將3種碳材埋入在底泥中，底泥的高度全部相同。從埋設(shè)有碳材的各水槽上部懸掛股線狀碳纖維(60cm、全長(zhǎng)12m、12g)。在各水槽中投入將市售的納豆放入到水中而溶出的分散液。在水槽內(nèi)通入空氣，在需氧性條件下進(jìn)行底泥的分解。在水槽中投入加熱器，將水溫保持在25i:進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另外，定期地?cái)嚢杷?。將配置于各水槽底部的碳材的種類和用量示于表中。1個(gè)月后測(cè)定底泥的性狀、流動(dòng)性和氣味、水槽內(nèi)的水的透視度。A水槽織物狀碳纖維15x30cm、32gB水槽碳?jí)|、13x25cm、厚度3cm、32gC水槽木炭粒、中片34cm、32gD水槽無(1)底泥顏色的變化從各水槽中將碳材全部取出，在未放有任何物質(zhì)的狀態(tài)下攪拌底泥后，觀察底泥的顏色。在未放有任何碳材的D水槽中，當(dāng)進(jìn)行攪動(dòng)時(shí)，成為深褐色，但織物狀碳纖維的A水槽、放入有碳?jí)|的B水槽和配置有木炭的C水槽中，為淡褐色。(2)底泥的流動(dòng)性的變化從各水槽中分別取出底泥，利用湯匙撈取，觀察底泥的流動(dòng)性。未放有碳材的D水槽的底泥為重油狀，而投入有碳材的A水槽、B水槽和C水槽中發(fā)生無機(jī)質(zhì)化，底泥變得松散。(3)底泥氣味的評(píng)價(jià)從各水槽吸取底泥，26位評(píng)審人員嗅聞氣味，依次評(píng)價(jià)臭、不臭、哪個(gè)最臭。并未告知各評(píng)審人員是哪個(gè)水槽的底泥。21位判定來自完全未放有碳材的D水槽的底泥最臭。與此相對(duì)照，評(píng)價(jià)埋入有碳材料的A、B、C水槽的氣味變?nèi)?。其中?0位評(píng)價(jià)配置有織物狀碳纖維的A水槽為最不臭、不臭。接著，是配置有碳?jí)|的B水槽、放有木炭的C水槽的順序。惡臭消失表明產(chǎn)生惡臭的有機(jī)物被微生物分解。根據(jù)碳材種類的不同氣味產(chǎn)生差異是由于微生物的活性度的差別所導(dǎo)致的。放入有各種碳材的水槽與未放有任何碳材的水槽相比，底泥的氣味變?nèi)?，由此可以認(rèn)為，通過需氧性菌增殖并活躍地活動(dòng)，可以分解底泥的有機(jī)物，促進(jìn)底泥的凈化。(4)透視度的測(cè)定從各水槽中將碳材全部取出，在未放有任何物質(zhì)的狀態(tài)下攪拌底泥。經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，取出水槽內(nèi)的液體，使用透視度計(jì)測(cè)定透視度。各測(cè)定時(shí)間的透視度示于表1中。未放有碳材的D水槽的透視度最初為5cm左右，在21小時(shí)后為6.5cm，透視度的變化少。放入有織物狀碳纖維的A水槽的透視度經(jīng)過21小時(shí)從6.5cm大大地變化至14cm。放入有木炭的C水槽從6.5cm變化至10cm。與此相比，配置有碳?jí)|的B水槽從9cm增高至18.5cm。表l經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后的透視度<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>放入有織物狀碳纖維和碳?jí)|的水槽與放入有木炭的水槽相比，透視度提高。這可以認(rèn)為是由于由碳纖維構(gòu)成的碳材具有很高的表面積，從而促進(jìn)微生物的增殖。通過在存在需氧性菌的水中投入各種碳材料，可以促進(jìn)底泥的分解。列舉其理由時(shí)，推測(cè)如下。(a)水中存在的需氧性菌通過水中豎起的碳纖維而增殖，其移動(dòng)至底泥中，分解底泥的有機(jī)物。(b)埋設(shè)到底泥中的碳材料可促進(jìn)存在于底泥中的微生物的增殖，該微生物可分解底泥的有機(jī)物。以上對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并非局限于上述例子，可以在權(quán)利要求書的記載范圍內(nèi)適當(dāng)變更。這樣，根據(jù)本發(fā)明的環(huán)境水中的底泥分解除去方法，可以在不破壞生態(tài)系統(tǒng)的情況下高效地分解底泥，可以進(jìn)行環(huán)境水的凈化。權(quán)利要求1.環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，在水中配置碳纖維制水質(zhì)凈化材，同時(shí)在底泥中埋入碳材。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材由如水草那樣豎起結(jié)構(gòu)的碳纖維或者從水表面的浮體懸掛的碳纖維構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述埋入在底泥中的碳材是利用粘合劑將木炭片、木炭?；蚰咎糠勰潭傻某尚臀锘蛘咛祭w維。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述埋入在底泥中的碳材是與所述配置在水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材成為一體的碳纖維、或者是在水中從所述配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材上分離的碳纖維。5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述配置在水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材與所述埋入在底泥中的碳材接觸或接近。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，進(jìn)行下述操作的至少一個(gè)在水中配置由氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維制成的水質(zhì)凈化材來代替所述碳纖維制水質(zhì)凈化材，以及在底泥中埋入氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維來代替所述碳材。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述氧化纖維、所述耐燃化纖維和所述黑化纖維是在200°C~300r的溫度下對(duì)丙烯腈系纖維實(shí)施了熱處理的纖維。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，由所述配置于水中的氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維制成的水質(zhì)凈化材與所述埋入在底泥中的碳材或氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維接觸或接近或者成為一體。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，所述配置于水中的碳纖維制水質(zhì)凈化材與所述埋入在底泥中的氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維接觸或接近或者成為一體。全文摘要本發(fā)明的目的在于在不破壞生態(tài)系統(tǒng)的情況下高效地分解底泥，進(jìn)行環(huán)境水的凈化。本發(fā)明為環(huán)境水中的底泥的分解除去方法，其特征在于，在水中配置碳纖維制或氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維制的水質(zhì)凈化材，同時(shí)在底泥中埋入碳材或氧化纖維或耐燃化纖維或黑化纖維。文檔編號(hào)C02F11/02GK101274811SQ20081008229公開日2008年10月1日申請(qǐng)日期2008年2月29日優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日發(fā)明者小島昭申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人國立高等專門學(xué)校機(jī)構(gòu)