(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-14
(45)【発行日】2022-10-24
(54)【発明の名称】水浄化エレメントおよび水浄化装置
(51)【国際特許分類】
C02F 3/10 20060101AFI20221017BHJP
C02F 3/34 20060101ALI20221017BHJP
C02F 1/28 20060101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
C02F3/10 Z
C02F3/34 101B
C02F1/28 D
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018067103
(22)【出願日】2018-03-30
(65)【公開番号】P2019177325
(43)【公開日】2019-10-17
【審査請求日】2021-01-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000001834
【氏名又は名称】三機工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000512
【氏名又は名称】弁理士法人山田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長野 晃弘
(72)【発明者】
【氏名】大森 聖史
【審査官】佐々木 典子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１４４７２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０７－２４１５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２０２２８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０８９９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０７１４７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１５４２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０５６２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１７７１１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １／２８、
３／０２－ ３／１０、
３／２８－ ３／３４
Ｂ０１Ｊ ２０／００－２０／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多孔質の素材により形成され、活性炭粉末が保持された柱状の多孔体と、複数の環状のリング部を軸方向に沿って延びる柱部によって接続された枠体を備え、
前記多孔体は、外周部の前記柱部に面する箇所が該柱部によって径方向内側に潰されるように変形する一方、その他の部分は前記枠体から径方向外側にはみ出すように前記枠体に収容されることにより、前記多孔体が前記枠体から脱落しにくくなるよう構成されたこと
を特徴とする水浄化エレメント。
【請求項2】
前記多孔体に対し活性炭粉末を表面から添加することで、前記多孔体の間隙に活性炭粉末が保持されることを特徴とする請求項１に記載の水浄化エレメント。
【請求項3】
活性炭粉末の平均粒径は、前記多孔体の平均孔径に対して３０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の水浄化エレメント。
【請求項4】
前記多孔体に保持される活性炭粉末の体積は、前記多孔体の体積に対して０．１％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の水浄化エレメント。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載の水浄化エレメントを内部に収容すると共に、前記水浄化エレメントに対して上方から水を供給する反応槽と、該反応槽に対して水を供給する供給流路と、
前記反応槽の下部に溜まった水を活性炭粉末と共に前記反応槽内の前記水浄化エレメントに戻す還流路と
を備えたことを特徴とする水浄化装置。
【請求項6】
水中生物を収容する水槽との間で水を循環させるよう構成されたことを特徴とする請求項５に記載の水浄化装置。
【請求項7】
前記水槽における水温は２０℃未満であることを特徴とする請求項６に記載の水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微生物を担持する水浄化エレメント、およびこれを用いた水浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
魚介類等の生物を養殖する養殖設備の排水、その他の産業排水や生活排水、上下水、河川水等を浄化するための技術として、例えば下記特許文献１に記載の如き技術が提案されている。
【0003】
図７は下記特許文献１に記載されている汚水浄化装置と概ね同様の水浄化装置を示しており、ここに示す水浄化装置４は、筐体５内に水平方向に沿ってメッシュ状の仕切板５ａを備え、該仕切板５ａの上に多数の水浄化エレメント３が収容されている。筐体５の上部には、散水装置６の散水管６ａと、散水ノズル６ｂが設けられており、散水管６ａに対し、外部から給水管６ｃを通じて供給される水Ｗが、散水ノズル６ｂから筐体５内の水浄化エレメント３に散水されるようになっている。散水された水Ｗは、筐体５の仕切板５ａより下部に設けられた処理水排出装置７の排水管７ａから外部へ排出される。
【0004】
また、筐体５の仕切板５ａより下部には給気装置８の給気管８ａが設置されており、ここから筐体５内に空気Ａが供給される。そして、水浄化エレメント３に付着した好気性の微生物を活動させることで、水Ｗ中の汚濁物質等を浄化するようにしている。筐体５内に供給された空気Ａは、筐体５の上部に接続された排気装置９の排気管９ａから排出される。
【0005】
こうして、散水ノズル６ｂから筐体５に散水された水Ｗは、水浄化エレメント３に付着した微生物の働きによって浄化され、排水管７ａから排出されるようになっている。
【0006】
図８、図９は、筐体５（図７参照）内に収容される水浄化エレメント３の形態の一例を示している。水浄化エレメント３は、円筒状の枠構造をなす枠体２内に、円筒状の多孔体１を収容して構成される。多孔体１の素材としては、微生物の付着する空隙を有し、且つ保水性を有する連続気泡の多孔質体が用いられる。具体的には、不織布やポリウレタン等からなるスポンジ状の素材を採用することができる。枠体２は、複数の環状体２ａを、軸方向へ延びる複数の接続部材２ｂにより接続した形状をなし、一端側には、径方向に沿って十字状に延びる支持部材２ｃが取付けられている。そして、枠体２の他端側から多孔体１を挿入することで、水浄化エレメント３が構成される。
【0007】
このような水浄化エレメント３および水浄化装置４は、例えば、生きた魚介類等を収容する水槽の水を浄化する目的で使用される。その場合、水浄化エレメント３には多孔体１に硝化菌が担持され、魚介類等から排出されるアンモニアを酸化して硝酸や亜硝酸に変える役割を果たす。そして、水浄化装置４と水槽の間で水Ｗを循環させることで、水槽における水Ｗ中のアンモニアの濃度を低く保ち、水槽中の魚介類の生存率や状態を保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２００３－７１４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、アンモニアを酸化する硝化菌の働きは、３０℃前後で最も活発であり、これより低い温度帯では温度の低下に伴って鈍る。特に、水温が２０℃を下回ると、温度の低下に対し、硝化菌によるアンモニアの酸化速度はほぼ指数関数的に低下していく。
【0010】
一方、魚介類の場合、鮮度を保つためには水温をある程度低く設定することが好ましい。水温が高いと病気のリスクが大きくなるし、また、水温が低ければ代謝量が低下するので、餌の量や排泄物の量が少なく済むからである。具体的には、例えば水槽に生きた状態でストックした魚介類を調理して供する飲食店等の場合、水槽内の水温は１０℃程度に設定される。
【0011】
このような魚介類用の水槽の水温は、硝化菌の活動にとって不向きであり、仮に硝化菌に１０℃程度の水中で硝化反応を行わせた場合、アンモニアの酸化速度は極めて遅くなる。一般に、魚介類等の水槽においては、アンモニアの濃度を１ｐｐｍ程度までに保つことが望ましいとされるが、１０℃程度の低温において、図７に記載の如き水浄化装置４によりアンモニアの濃度を１ｐｐｍ以下に保とうとすれば、必要な水浄化エレメント３の体積は膨大となり、設備全体が巨大なものになってしまう。
【0012】
本発明は、斯かる実情に鑑み、小さいスペースで効率良く水を浄化し得る水浄化エレメントおよび水浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、多孔質の素材により形成され、活性炭粉末が保持された柱状の多孔体と、複数の環状のリング部を軸方向に沿って延びる柱部によって接続された枠体を備え、前記多孔体は、外周部の前記柱部に面する箇所が該柱部によって径方向内側に潰されるように変形する一方、その他の部分は前記枠体から径方向外側にはみ出すように前記枠体に収容されることにより、前記多孔体が前記枠体から脱落しにくくなるよう構成されたことを特徴とする水浄化エレメントにかかるものである。
【0014】
本発明の水浄化エレメントにおいては、前記多孔体に対し活性炭粉末を表面から添加することで、前記多孔体の間隙に活性炭粉末を保持することができる。
【0015】
本発明の水浄化エレメントにおいて、活性炭粉末の平均粒径は、前記多孔体の平均孔径に対して３０％以上８０％以下であることが好ましい。
【0016】
本発明の水浄化エレメントにおいて、前記多孔体に保持される活性炭粉末の体積は、前記多孔体の体積に対して０．１％以上３０％以下であることが好ましい。
【0018】
また、本発明は、上述の水浄化エレメントを内部に収容すると共に、前記水浄化エレメントに対して上方から水を供給する反応槽と、該反応槽に対して水を供給する供給流路と、前記反応槽の下部に溜まった水を活性炭粉末と共に前記反応槽内の前記水浄化エレメントに戻す還流路とを備えたことを特徴とする水浄化装置にかかるものである。
本発明の水浄化装置は、水中生物を収容する水槽との間で水を循環させるよう構成することができる。
本発明の水浄化装置において、前記水槽における水温は２０℃未満とすることができる。
本発明の水浄化装置は、水中生物を収容する水槽との間で水を循環させるよう構成することができる。
本発明の水浄化装置において、前記水槽における水温は２０℃未満とすることができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明の水浄化エレメントおよび水浄化装置によれば、小さいスペースで効率良く水を浄化し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施例による水浄化エレメントの形態を示す正面図である。
【図2】本発明の実施例による水浄化エレメントの形態を示す平面図である。
【図3】本発明の実施例による水浄化エレメントの形態を示す分解斜視図である。
【図4】本発明の実施例による水浄化装置の形態を示す全体構成図である。
【図5】本発明の実施例による水浄化エレメントおよび水浄化装置を用い、アンモニアの除去を行った試験の結果を示すグラフである。
【図7】従来例による水浄化装置の形態を示す断面図である。
【図8】従来例による水浄化エレメントの形態を示す正面図である。
【図9】従来例による水浄化エレメントの形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0022】
【0023】
本実施例の水浄化エレメント１０は、微生物の付着する間隙を有する多孔体１１と、該多孔体１１を収容する枠体１２により構成される。
【0024】
多孔体１１は、連続気泡構造の多孔質体であり、保水性と柔軟性を備えた素材により形成される。多孔体１１の素材としては、具体的には、例えばウレタン樹脂、エステル重合体、エーテル重合体といった樹脂を発泡させた多孔質体が用いられる。尚、多孔体１１を構成する多孔質体は完全な連続気泡構造である必要はない。後述する多孔体１１内部への水Ｗや酸素の供給（図４参照）が損なわれない程度に、独立した気泡セルを多少含んでいても差し支えない。
【0025】
多孔体１１は、図３に示す如く柱状（ここでは円柱状）に形成される。枠体１２は、全体として円筒形の籠状の形状をなし、図３に示す如く枠体１２の周をなすように環状に延びる複数のリング部１２ａと、軸方向に沿って延びてリング部１２ａ同士を接続する柱部１２ｂとを備えて構成される。そして、図１、図２に示す如く、リング部１２ａと、柱部１２ｂとにより枠体１２内に形成される円筒状の空間に、中心軸が互いに一致するよう、多孔体１１が収容される。ここで、多孔体１１の円筒面をなす外周部は、柱部１２ｂに面する箇所が柱部１２ｂによって径方向内側に潰されるように変形する一方、その他の部分は枠体１２から径方向外側にはみ出す。こうすることで、多孔体１１を枠体１２から脱落しにくくしている。水浄化エレメント１０は、後述するように反応槽２１に収容され、多孔体１１に水Ｗを吸わせる形で使用されるが（図４参照）、水浄化エレメント１０が反応槽２１に収容される際の衝撃や、水Ｗを含んだ多孔体１１の重み等により、多孔体１１が枠体１２から脱落する可能性がある。そこで、多孔体１１の径を枠体１２の内側に形成される空間の径よりも大きめに設定することで、多孔体１１を枠体１２の内部に固定するようにしているのである。
【0026】
柱状のスポンジ等である多孔体１１は、例えば均一な厚みの素体を、多孔体１１の平面視の形状（本実施例の場合、円形）に配置された刃により上下に打ち抜くことで形成することができる。また、枠体１２は、例えばプラスチック樹脂等を所定の型に対してインジェクション成形することにより形成することができる。
【0027】
そして、本実施例の水浄化エレメント１０の場合、さらに多孔体１１の表面や間隙に活性炭粉末Ｃを保持させた点を特徴としている。
【0028】
多孔体１１に保持させる活性炭粉末Ｃとしては、多孔体１１の平均孔径に対し、平均粒径が３０％以上８０％以下程度のものを利用すると、活性炭粉末Ｃを多孔体１１に保持させるにあたって簡便である。多孔体１１の孔径に対する活性炭粉末Ｃの粒径が大きすぎると、活性炭粉末Ｃが多孔体１１の間隙に入り込むことが難しいし、また、粒径が小さすぎると、活性炭粉末Ｃが多孔体１１の間隙を簡単に通り抜けて脱落してしまい、うまく保持できない。
【0029】
多孔体１１としては、平均孔径が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の多孔質体を使用することができ、活性炭粉末Ｃとしては、平均粒径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下程度のものを使用することができる。より具体的には、例えば平均孔径０．７ｍｍの多孔質体を素材として形成した多孔体１１に対し、平均粒径０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度の粒径の活性炭粉末Ｃを用いることができる。
【0030】
多孔体１１に対し、保持される活性炭粉末Ｃは、体積比で０．１％以上３０％以下程度とする。より好適には０．５％以上５％以下であり、一例としては１Ｌの多孔体１１に対し、２％の活性炭粉末Ｃを保持させると良い。後述するように、本実施例の水浄化エレメント１０では、多孔体１１に活性炭粉末Ｃを保持することにより、目的とする反応に係る対象物質（例えばアンモニア）を吸着すると共に微生物に対して水Ｗや空気Ａ（図４参照）を効率良く供給し、微生物の担持量を増大することを狙いとしており、多孔体１１に対して活性炭粉末Ｃが少なすぎると対象物質の吸着量があまり多くならない一方、多すぎれば活性炭粉末Ｃにより多孔体１１が目詰まりしてしまい、水Ｗや空気Ａの供給が妨げられてしまうからである。
【0031】
水浄化エレメント１０に活性炭粉末Ｃを保持させるには、多孔体１１に対し、適当な量の活性炭粉末Ｃをまぶし、混和すれば良い。多孔体１１の孔径に対し、活性炭粉末Ｃの粒径が適当な大きさであれば、多孔体１１に対し活性炭粉末Ｃを表面から添加するだけで、活性炭粉末Ｃは多孔体１１の間隙に入り込んで保持される。そして、適当な培地にて培養した微生物（例えば、硝化菌）を含む液に多孔体１１を浸すことで、多孔体１１の表面や間隙に微生物が担持される。さらに、微生物を担持させた多孔体１１を適当な液中に浸し、培養を続ければ、担持された微生物を増殖させることができる。
【0032】
上述の如き水浄化エレメント１０が、図４に示す如き水浄化装置２０において使用される。水浄化装置２０は、水Ｗを浄化する反応を行う微生物（例えば、アンモニアを酸化する硝化菌）を担持した水浄化エレメント１０を反応槽２１内に収容し、該反応槽２１に導入した水Ｗを浄化するようになっている。
【0033】
反応槽２１内の空間は、下部に備えた仕切板２１ａと、上部に備えた散水板２１ｂにより上下に３分割されている。仕切板２１ａおよび散水板２１ｂは、いずれも空気Ａや水Ｗが流通し得るよう、多数の孔を備えた板として構成されている。仕切板２１ａと散水板２１ｂの間には、微生物を付着させる担体としての水浄化エレメント１０（図１～図３参照）が多数収容される。
【0034】
尚、図１～図３に示した水浄化エレメント１０の形状や構成はあくまで一例であって、反応槽２１内で使用する水浄化エレメントは、微生物を担持する多孔体を備えたものであればどのような構成であっても良い。例えば、枠体や多孔体の形状は図１～図３に示す多孔体１１や枠体１２とは異なっていても良いし、あるいは、多孔体１１を反応槽２１内に吊るすような構成としても良い。
【0035】
反応槽２１の上部の散水板２１ｂより上側の空間には、水排出源２２から抜き出された水Ｗが流通する供給流路２３の下流側の端部が接続され、ここから浄化対象としての水Ｗが供給される。供給流路２３の途中には、水排出源２２から反応槽２１への水Ｗの流通を駆動するポンプ２４が備えられている。また、供給流路２３におけるポンプ２４の下流側の位置には逆止弁２３ａが備えられ、反応槽２１から水排出源２２への水Ｗの逆流を防止するようになっている。
【0036】
水排出源２２は、例えば魚介類等の水中生物を収容する水槽であるが、その他、浄化すべき水Ｗを排出する種々の機器や設備を想定することができる。また、水浄化エレメント１０に担持される微生物の種類は、ここでは生物から排出されるアンモニアを酸化する硝化菌を想定しているが、水Ｗの種類によっては、他の種類の微生物を担持しても良い。すなわち、水Ｗから除去すべき成分に応じ、水浄化エレメント１０に担持される微生物の種類を選択することができる。
【0037】
散水板２１ｂより上側の空間には送気部としてのファン２５が設けられており、外部空間から空気Ａを引き込み、反応槽２１の内部へ送り出すようになっている。尚、反応槽２１へは、空気Ａ以外に例えば酸素を送り込むようにしても良い。
【0038】
また、本実施例では水Ｗの浄化のために反応槽２１内で硝化菌によるアンモニアの酸化反応を行うことを想定しているので、ファン２５から送り込むガスは空気Ａや酸素としているが、反応槽２１内で生じさせる反応の種類や、水浄化エレメント１０に担持する微生物の種類によっては、これ以外のガスを反応槽２１に送り込むようにしても良い。
【0039】
反応槽２１の下部の仕切板２１ａより下側の空間は、水Ｗを貯留すると共に活性炭Ｃを沈殿させる沈殿室２１ｃとして構成される。
【0040】
沈殿室２１ｃの上部には、反応槽２１内の空気Ａを適宜抜き出すための排気管２６が接続される。沈殿室２１ｃの底面は、一方から他方（ここに図示した例では、図中左側から右側）に向かって下り勾配を有する斜面として構成されている。また、沈殿室２１ｃにおける上下方向に関して中間部には、一方から他方に向かって下り勾配を有する傾斜板２１ｄが設けられている。傾斜板２１ｄの上端（左側の端部）は沈殿室２１ｃを構成する反応槽２１の内壁と接しているが、下端（右側の端部）は反応槽２１の内壁と離間しており、仕切板２１ａから滴下する水Ｗや活性炭粉末Ｃが、傾斜板２１ｄの傾斜に沿って沈殿室２１ｃの右側に導かれ、沈殿室２１ｃの底部に貯留されるようになっている。
【0041】
沈殿室２１ｃには、還流路２７と、抜出流路２８が接続される。還流路２７は、仕切板２１ａの下部に溜まった水Ｗを、後述するように活性炭粉末Ｃと共に供給流路２３へ戻す流路である。還流路２７の一端は、斜面をなす沈殿室２１ｃの底面の下端部に接続され、他端は供給流路２３に逆止弁２３ａより下流側の位置にて合流している。還流路２７の途中にはポンプ２９が備えられ、反応槽２１から還流路２７を通って供給流路２３に合流する水Ｗの動きを駆動するようになっている。還流路２７におけるポンプ２９の前後の位置には、それぞれ開閉弁２７ａ，２７ｂが設けられている。
【0042】
抜出流路２８は、水浄化エレメント１０に担持された微生物による浄化を経た水Ｗを抜き出す流路である。抜出流路２８は、沈殿室２１ｃにおける左右方向に関して還流路２７の接続位置とは反対側の内壁に、傾斜板２１ｄより下側に接続される。そして、沈殿室２１ｃに貯留された水Ｗの上澄みをこの位置から抜き出すようになっている。抜出流路２８から抜き出した水Ｗは、例えば水排出源２２へ戻しても良いし、別の機器や設備（例えば、脱窒槽）へ導いて次の浄化工程を施しても良いし、あるいはその他の機器や設備に送っても良い。
【0043】
次に、上記した本実施例の作動を説明する。
【0044】
反応槽２１（図４参照）に、多孔体１１に活性炭粉末Ｃを保持し、微生物（硝化菌）を担持させた水浄化エレメント１０（図１～図３参照）を収容する。水排出源２２から排出される水Ｗを、供給流路２３から反応槽２１の散水板２１ｂの上側の空間へ導く。同時に、ファン２５を作動させ、反応槽２１に対し散水板２１ｂの上側の空間から空気Ａを導入する。
【0045】
水Ｗは、水浄化エレメント１０に対して上方から供給され、多孔体１１（図２、図３参照）の表面や内部を通りながら、反応槽２１の内部空間を下方へ移動する。この間、水Ｗは、水浄化エレメント１０の多孔体１１の表面や間隙、また、多孔体１１に担持された硝化菌の働きにより、アンモニアを酸化除去される。このとき、多孔体１１に保持された活性炭粉末Ｃにアンモニアが吸着されると共に、硝化菌に対し、ファン２５から送り込まれた空気Ａが多孔体１１の間隙を通じて供給され、酸素によるアンモニアの硝化反応が効率良く進行する。浄化された水Ｗは、仕切板２１ａを通って落ち、沈殿槽２１ｃに貯留される。
【0046】
活性炭粉末Ｃが保持された多孔体１１を水Ｗが上から下に向かって通過する際、水Ｗの動きに伴い、多孔体１１に保持された活性炭粉末Ｃの一部は徐々に下方へ移動し、多孔体１１から下方に抜ける。その結果、反応槽２１の仕切板２１ａの下側の空間には、水Ｗと共に多孔体１１から脱落した活性炭粉末Ｃが貯留される。
【0047】
沈殿槽２１ｃに貯留された水Ｗの一部は、抜出流路２８から抜き出されて次の浄化工程に移り、あるいは水排出源２２に戻される。このとき、沈殿槽２１ｃには、底面のなす斜面の下端にあたる右側に活性炭粉末Ｃが沈殿し、反対側（左側）の水面付近から、活性炭粉末Ｃを含まない（あるいは、ほとんど含まない）水Ｗが排出流路２８から抜き出される。
【0048】
また、沈殿室２１ｃの底部に沈殿した活性炭粉末Ｃは、水Ｗと共に還流路２７から抜き出されて供給流路２３に合流し、再度反応槽２１の上部の空間へ戻される。本実施例において想定される活性炭粉末Ｃ（粒径約０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下（粒度分布９８．８％））の比重は約１．５程度であり、沈殿室２１ｃにおいて、活性炭粉末Ｃを良好に沈殿させて水Ｗから分離し、抜出流路２８からは清澄な水Ｗを得ることができる。
【0049】
こうして、反応槽２１の水浄化エレメント１０から脱落した活性炭粉末Ｃが水浄化エレメント１０に対して供給され、その一部は水浄化エレメント１０の多孔体１１内に再び保持される。尚、排出流路２８から抜き出す水Ｗから活性炭粉末Ｃを除去するため、本実施例では上述の如き沈殿室２１ｃによる沈殿工程を経ているが、活性炭粉末Ｃを除去する方法はこれに限定されない。例えば、適宜図示しないフィルタ等に水Ｗを通すようにしても良い。
【0050】
本実施例の水浄化エレメント１０においては、多孔体１１に活性炭粉末Ｃを保持させることで、反応に係る物質（例えば、アンモニア）を活性炭粉末Ｃに吸着させ、これにより、単位体積あたりの微生物（硝化菌）の担持量を増加させ、高い浄化効率を実現している。すなわち、発泡ポリウレタン等の多孔質体である多孔体１１に、アンモニアの吸着性にすぐれる活性炭粉末Ｃを多孔体１１に保持させることで、微生物を担持する足場を構成する多孔体１１内に、水Ｗに含まれるアンモニアを効率良く集めることができる。また、連続気泡の多孔質体である多孔体１１には、酸素が溶け込んだ水Ｗが内部まで流通するので、多孔体１１に担持された硝化菌に対して酸素が効率良く供給される。こうして、硝化菌にとって好適な増殖環境を構築して担持される硝化菌の数を増やすことができ、また、硝化菌は活性炭粉末Ｃに吸着されたアンモニアを、水Ｗ中の溶存酸素によって効率良く酸化することができるのである。
【0051】
多孔体１１に活性炭粉末Ｃを保持させるにあたり、本実施例では、上述の如く多孔体１１の孔径に対し適当な粒径の活性炭粉末Ｃを加えることで、多孔体１１の内部に活性炭粉末Ｃを入り込ませるようにしている。このようにすると、多孔体１１に対して表面から活性炭粉末Ｃを添加し、振り混ぜるといった簡単な操作で活性炭粉末Ｃを保持させることができ、非常に簡便である。その反面、活性炭粉末Ｃが多孔体１１から脱落しやすいという性質があるが、本実施例の如く脱落した活性炭粉末Ｃを水Ｗと共に多孔体１１に再度供給するようにすれば、活性炭粉末Ｃが脱落した分だけ多孔体１１における対象物質（ここでは、アンモニア）の吸着量が減少してしまうようなことがない。
【0052】
図５、図６は、上述の如き本実施例の水浄化エレメント１０および水浄化装置２０による水Ｗの浄化性能を試験した結果を示している。反応槽２１内の水浄化エレメント１０に硝化菌を担持させ、水排出源２２からはアンモニアを含む水Ｗを反応槽２１に供給し、抜出流路２８から抜き出される水Ｗは水排出源２２に戻す。このようにして水Ｗを循環させつつ、抜出流路２８を流通する水Ｗ中のアンモニア濃度を経時的に測定した。対照区として、水浄化エレメント１０に活性炭粉末Ｃを担持しない場合と、活性炭粉末Ｃの代わりに同程度の平均粒径を有するゼオライトを担持させた場合についてもあわせて測定を行った。
【0053】
図５は水温２０℃の条件下における結果を示している。担持物なしの場合、およびゼオライトを担持させた場合は、アンモニアが１００％除去されるまでに４０日程度を要したが、活性炭粉末Ｃを担持させると、２７日目の時点で既にアンモニアの除去率は１００％に達している。
【0054】
また、図６は水温１０℃の条件下における結果を示している。この温度帯では、硝化菌によるアンモニアの酸化速度は非常に遅く、担持物なしの場合、およびゼオライトを担持させた場合は、５０日以上が経過してもほとんどアンモニアは除去されなかった。これに対し、活性炭粉末Ｃを担持させた水浄化エレメント１０を使用した水浄化装置２０では、４０日目の段階で５０％のアンモニアが除去された。
【0055】
このように、本実施例の水浄化エレメント１０および水浄化装置２０によれば、室温（２０℃）程度の水温で高いアンモニアの除去効率を達成でき、また、低温域（１０℃）においてもアンモニアを効率的に除去できることが示された。
【0056】
以上のように、上記本実施例の水浄化エレメント１０は、多孔質の素材により形成された多孔体１１を備え、該多孔体１１に活性炭粉末Ｃを保持させている。こうすることにより、活性炭粉末Ｃにおける微生物の活動が効率的に行われるようにすることができ、高い効率で水Ｗを浄化することができる。
【0057】
また、本実施例の水浄化エレメント１０においては、多孔体１１に対し活性炭粉末Ｃを表面から添加することで、多孔体１１の間隙に活性炭粉末Ｃを保持することができる。
【0058】
また、本実施例の水浄化エレメント１０において、活性炭粉末Ｃの平均粒径は、多孔体１１の平均孔径に対して３０％以上８０％以下であり、このようにすると、活性炭粉末Ｃを多孔体１１に簡便に保持させることができる。
【0059】
また、本実施例の水浄化エレメント１０において、多孔体１１に保持される活性炭粉末Ｃの体積は、多孔体１１の体積に対して０．１％以上３０％以下であり、このようにすると、水浄化エレメント１０における対象物質の吸着量を増やしつつ、多孔体１１における目詰まりの発生を抑える上で好適である。
【0060】
また、本実施例の水浄化エレメント１０は、複数のリング部１２ａを軸方向に沿って延びる柱部１２ｂによって接続され、全体として円筒形をなす枠体１２を備え、多孔体１１が枠体１２に収容されるようになっている。
【0061】
また、本実施例の水浄化装置２０は、上述の水浄化エレメント１０を内部に収容すると共に、水浄化エレメント１０に対して上方から水を供給する反応槽２１と、該反応槽２１に対して水Ｗを供給する供給流路２３と、反応槽２１の下部に溜まった水Ｗを活性炭粉末Ｃと共に反応槽２１内の水浄化エレメント１０に戻す還流路２７とを備えている。このようにすれば、活性炭粉末Ｃが脱落した分だけ多孔体１１における対象物質（アンモニア）の吸着量が減少してしまうようなことがない。
【0062】
したがって、上記本実施例によれば、小さいスペースで効率良く水を浄化し得る。
【0063】
尚、本発明の水浄化エレメントおよび水浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0064】
１０ 水浄化エレメント
１１ 多孔体
１２ 枠体
１２ａ リング部
１２ｂ 柱部
２０ 水浄化装置
２１ 反応槽
２３ 供給流路
２７ 還流路
Ｃ 活性炭粉末
Ｗ 水
１１ 多孔体
１２ 枠体
１２ａ リング部
１２ｂ 柱部
２０ 水浄化装置
２１ 反応槽
２３ 供給流路
２７ 還流路
Ｃ 活性炭粉末
Ｗ 水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】