JP2001079545A - 水浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能で安全性が高く、水浄化処理が効率的
で、しかも煩雑なメンテナンスを必要としない低ランニ
ングコストの水浄化装置を供給する。 【解決手段】 枠体２の内部左右に光触媒１、中央に整
流板５を配置し、枠体２の下部にフロート部（浮体）４
を配置する。フロート部４の中央下部に搬送管７を鉛直
方向に連結し、連結部の開口に交叉するように整流板５
を設置し、開口から流出する原水が、整流板５の下面に
衝突して平らな流れに整流され、触媒反応領域全域に這
うように流れる。これにより、搬送管７内にはスクリュ
ー６が設けられ、強制的に処理水を搬送する。本発明に
よれば、湖沼や修景池等の水浄化処理として、光触媒の
表面上に常に安定した水の連続した流れができる。その
ため、高効率かつ高性能でメンテナンスのない水浄化処
理を安定して実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水浄化装置に係り、
特に、湖沼や修景池等の閉鎖水系の原水を、触媒を用い
て浄化するのに好適な装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】湖沼や修景池等の閉鎖水系は、原水の排
出がないために富栄養化が進みやすく、微生物等の発生
による水質の悪化が起こりやすい。特に湖沼において
は、富栄養化することにより、景観の悪化、異臭、魚介
類のへい死、アオコの発生等、さまざまな障害の生じる
ことが少なくない。

【０００３】また、修景池にはごみによる汚染が、湖沼
には付近の工場や家庭からの排水による汚染が生じる恐
れがあり、特に湖沼の場合には、排水中に含まれる有機
物質が飲料水とともに直接人体に取り込まれたり、魚介
類中に濃縮された有機物質が、魚介類の食用とともに人
体に取り込まれる場合があり、閉鎖水系の浄化は重要な
課題となっている。

【０００４】従来、行われてきた閉鎖水系の浄化技術と
しては、生物除去法、吸着ろ過法、ばっ気循環法等が挙
げられる。このうち生物除去法は、微生物や植物を固定
させた構造体を、湖面もしくは湖岸に設置し、生物の養
分として有機物を分解除去する方法であり、生物の育成
条件を最適に保つ必要があり、メンテナンスのコストが
かかるという欠点を有する。

【０００５】吸着ろ過法は、ろ材に被処理水を流通させ
て、ろ過処理する方法であり、微生物や藻類の除去が可
能であるものの、ろ材の詰まりのために、再生処理等の
メンテナンス作業が必要であるだけでなく、有機物を除
去しづらいという欠点を有する。

【０００６】ろ過法を改良して、ろ材表面に微生物を繁
殖させ、微生物の分解作用で除去することにより、メン
テナンスコストを低減する方法も試みられているが、こ
の方法でも有機物の除去が困難である点には変わりな
い。

【０００７】また、ばっ気循環法は、湖底もしくは湖中
からばっ気したり水を循環させることによって、溶存酸
素が高く、藻類等の微生物が多く生息している表水層の
水と、溶存酸素が少なく、湖底から溶出した栄養塩を多
く含む深水層の水とを循環させて、藻類の生産を押さえ
るとともに、富栄養化を抑制する方法である。

【０００８】このばっ気循環法は、吸着剤の交換や生物
育成のような繁雑な作業を伴わずに行えるものの、抑制
できるものは主に藻類であって、有機物の除去ができな
いことに加え、あくまで抑制でしかなく、積極的に除去
できないという欠点を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に対し、
浮遊体と、二酸化チタンを担持したひも状グラスファイ
バーを含む成形体とから構成される水浄化装置が提案さ
れている（特開平０９−１７４０４６号公報参照）。

【００１０】グラスファイバーに担持された二酸化チタ
ンは光触媒であり、紫外光を含む光を受光して強い酸化
触媒作用を発現し、有機物分解や殺菌等の微生物除去を
行うことができる。この光触媒を用いることで、有機物
分解と微生物除去を同時に行うことが可能となるもの
の、下記の欠点を有している。

【００１１】すなわち、光触媒は、受光する面積部での
み反応が起こるため、受光面積が少ないひも状の場合、
それほど高分解能が得らない。また、光触媒成形体を浮
遊体で水中に浮遊させているだけであり、浄化する水を
搬送する機構を持たないため、特に水の移動があまり行
われない湖沼や修景池などの閉鎖水系では、装置のごく
近辺の水だけが浄化されて、水系全体の水浄化がなされ
ない。

【００１２】本発明の課題は、湖沼や修景池等の閉鎖水
系の水浄化処理において、上記問題点を解決し、効率的
かつ高性能で、しかも煩雑なメンテナンスを必要としな
い低ランニングコストの水浄化処理を安定して行うこと
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は、水浄化装置
の構造を、光触媒を組み込んだ触媒反応部と、原水すな
わち被処理水を触媒反応部に送り込むスクリュー等の搬
送手段を備えた搬送路と、装置全体を水中に浮かばせる
フロート部とで構成した構造とすることで解決できる。

【００１４】一般に、光触媒としては二酸化チタン単
独、もしくは、二酸化チタンに添加剤として白金やパラ
ジウム等の貴金属を加えたものが一般的であるが、この
場合の光触媒としては、光を照射することで化学反応を
生じるものであれば、特に成分にはこだわらない。ま
た、触媒の形状は板状が好適である。

【００１５】前述の特開平０９−１７４０４６号公報に
記載の水浄化装置では、触媒が担持されているのはひも
状の支持体表面であるため、受光面積がごく限られてお
り、高い性能が得られにくいという問題があったが、本
発明では、触媒は空孔を持たない形状であるため、触媒
領域に照射される光は全て反応に関与することができ
る。

【００１６】さらに、本発明では、上述のように、処理
水を強制的に移動させるスクリュー等の搬送手段を備え
た搬送路を、触媒反応部に連結して設けたので、連続的
に原水を触媒反応部に導入したり、あるいは、処理した
浄水を排出したりすることができる。このため、同じ触
媒領域面積での分解性能を向上させることができる。

【００１７】なお、搬送手段によって深層部の原水を触
媒反応部に送り込むだけでなく、例えば、スクリューを
逆回転させることにより、触媒反応部で浄化した浄水
を、搬送路を通じて深層部に排出することもできる。

【００１８】また、触媒形状を平板板状とすることによ
り、受光面積を大きくして触媒性能をより向上させると
同時に、風や波によって生じる力を抑え、装置が転覆す
るのを防ぐ機能を持たせることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１〜図２に示すように、本発
明の水浄化装置は、枠体２の内部左右に光触媒１が設置
され、中央に整流板５が配置されている。枠体２の下部
にフロート部（浮体）４を配置して光触媒を水に浮かせ
ている。

【００２０】フロート部４のほぼ中央下部に搬送管７が
鉛直方向に連結され、整流板５は搬送管７の連結部の開
口に交叉するように設置され、開口から流出する原水が
整流板５の下面にぶつかるようになっている。搬送管７
内には搬送手段としてスクリュー６が設けられ、処理水
を搬送するようになっている。

【００２１】本例では、搬送管７をパイプで構成し、ス
クリュー６は処理水系の深部までのびているパイプ７の
中にあり、浄化すべき水を汲み上げては、光触媒１によ
る触媒反応部３に搬送する。

【００２２】原水が搬送管７から触媒反応部３に入ると
ころに、触媒面に均等に水が配分されるようにガイド板
１０が設置されている。搬送用電力は太陽電池で発電し
た電気を利用し、搬送用電力の一部もしくは全部をまか
なう。

【００２３】触媒の形状としては平板状の形状を採用す
る。浄化すべき原水を整流板５に衝突させて拡散させ、
平板状光触媒の全面に原水を接触させる流れができるこ
とにより、触媒と水とが十分接触するようにする。

【００２４】また、平板形状に波形のある波板状を採用
することにより、太陽の角度が変わっても、太陽の照射
光８を垂直に受光する部分を必ず存在させることができ
る。さらに、波形の稜線方向を水流方向に向けることに
より、原水あるいは浄化処理した浄水が、スムーズに触
媒表面を流通して装置外に排出される。

【００２５】触媒の構成としては、金属もしくはセラミ
ック等の無機材料坦体に担持した構成とするが、触媒と
しては空孔を有さない形状とする。この場合、無機坦体
として空隙を持つものを使用すれば、重量を低減できて
より好ましい。

【００２６】触媒反応部３に設置する光触媒１の位置
は、少なくとも触媒表面が水に覆われているだけでな
く、受光する光８が水中で減衰しない位置である必要が
あり、水深５０ｍｍまでの深さに設置することが望まし
い。ただし、波形等受光性を高めるための形状とするた
めに、一部に５０ｍｍより深い部分が生じる場合にはこ
の限りではない。

【００２７】被処理水（原水）を触媒反応部３に送り込
んだり、処理水（浄水）を装置外に送り出すための搬送
路７としては、水を効果的に搬送できるスクリュー６な
どの手段を設け、動力源の一部もしくは全部として、光
発電を利用した太陽電池を整流板５の上面に設けて使用
することが望ましい。

【００２８】搬送路７と整流板５の関係としては、搬送
路７から送られる水を連続的に処理するため、搬送路か
らの水の流れを、光触媒１に這うように流す必要がある
が、搬送路の開口部の上に整流板５を設け、搬送路７か
らの水を光触媒１の表面に流れるように設定してあれ
ば、具体的な装置内の設置位置には必ずしもこだわらな
い。

【００２９】装置の効果を最大限に引き出すためには、
深部まで届くパイプを搬送路７にさらに接続し、深部か
らの原水を触媒反応部３に連続的に送り込んだり、ある
いは、逆に表層の水を触媒反応部３に引き込んで、浄化
した水を深部に連続的に送り込む機構を備え付けること
が望ましい。

【００３０】さらに、上述したように、搬送路から搬送
されてきた水を触媒領域に均等に送るためのガイド板１
０等の分散器を設けることが望ましい。この分散器１０
は、深部の水を触媒反応部３に連続的に送り込む場合に
は、触媒反応部３と搬送路の連結部に設置する必要があ
る。

【００３１】逆に、表層の水を触媒反応部３に引き込む
場合は、光触媒１の表面を流れてくる水が、整流板５の
働きによって、光触媒１の表面の状態に影響なく均一に
流れる。すなわち、光触媒１の表面に藻類等があると、
水は流れやすい表面部の水のみが流れ、光触媒１と接触
しにくくなるが、整流板５の沈み込み部の働きにより、
光触媒１の表面の流れができ、光触媒１と水との接触が
確保できる。

【００３２】上記ガイド板１０等の分散器は、触媒反応
部３と搬送路７との連結部、あるいは装置から触媒反応
部３への吸い込み口部、あるいはその両方に設置すると
よい。さらに、触媒反応部が少なくとも一部に波形を有
する波板形状の場合、搬送路から搬送する水の流れと、
波形の稜線とを同方向にすることにより、処理される水
が効率よく装置外へと搬送される。

【００３３】また、触媒性能を上げるためには、触媒反
応領域の細孔をできるだけ増やして多孔質にすることが
望まれるが、内側領域まで多孔質とすると強度が弱くな
ってしまう。このため、金属もしくはセラミック等の無
機材料坦体に担持した構成とすることが望ましい。

【００３４】このとき、反応は触媒表面の表層部分での
み起こっているため、内側領域が触媒成分でなくとも触
媒反応に影響は及ぼされない。ここで、使用する無機坦
体が重すぎると、装置のフロート部４の体積を増やす必
要があるため、坦体に空孔部を持たせて重量を軽減させ
ることにより、水処理装置全体をコンパクトにできる。

【００３５】また、前述の特開平０９−１７４０４６号
公報に記載の水浄化装置では、光触媒成形体を浮遊体で
水中に浮遊させているだけであるため、特に水の移動が
あまり行われない湖沼や修景池などの閉鎖水系では、装
置のごく近辺の水だけが浄化されて水系全体の水浄化が
なされない。

【００３６】これに対して、本装置は構成要素としてス
クリュー等の搬送手段を含んでおり、これにより触媒反
応時には定常的に水が搬送されるため、浄化される水の
量は反応時間とともに増加していき、より効果的に水を
浄化することができる。

【００３７】この搬送部の動力源の一部もしくは全部と
して、光発電を利用した太陽電池を使用することで、作
動に必要なエネルギーを抑えることができ、低ランニン
グコスト性を実現することができる。

【００３８】本装置は光触媒反応を用いた装置のため、
装置が作動するためには光８が当たっていることが必要
であり、その条件の際には、おのずから太陽電池にも光
８が照射されているため、作動時には必ず搬送動力とし
て光エネルギーが使用されていることになる。太陽電池
は、整流板５の上部に設けることが、コスト削減に有効
である。

【００３９】また、装置の効果を最大限に引き出すため
には、前述のように、深部まで届くパイプを搬送路に接
続し、深部の水処理をする構造とするとよい。このよう
にすることで、水系の水には垂直方向への循環が生じ、
従来技術の一つであるばっ気循環法と同様の効果さえも
付与される。

【００４０】この方法には、図２に矢印９で示すよう
に、水系深部の水を触媒反応部３に連続的に送り込み、
触媒反応部３で浄化した水を装置外に送り出すものと、
図３に示すように、水系表層の原水を装置内に引き込ん
で、触媒反応部３で浄化し、処理後の浄水を水系深部に
矢印９で示すように送り出す方法とがある。

【００４１】図２に示した前者の方法は、深部の原水を
大気の酸素と接触させるため、表水層と深水層とで溶存
酸素濃度の変化が激しく、深水層の溶存酸素が枯渇して
しまっている場合に有効である。

【００４２】逆に、図３に示した後者の方法は、表面の
水が深部に搬送されるため、表層にいた藻類にとっては
光合成を抑制され、また他の微生物にとっても溶存酸素
が少ない深部に搬送されることにより、呼吸が制限され
て増殖を押さえる効果が生じる。したがって、表水の富
栄養化のために微生物や藻類が大発生してしまい、より
効果的にこれらの微生物や藻類を除去する必要がある場
合に有効である。

【００４３】さらに、前述したように、本例では、触媒
反応に不均一が生じないように、水を反応領域に均等に
送るための分散器（ガイド板１０）を設けている。この
分散器の設置位置は、深部の水を触媒反応部３に連続的
に送り込む場合（図２）には、触媒反応部３と搬送路７
との連結部に設置する必要があるが、逆に、表層の水を
触媒反応部３に引き込む場合（図３）は、上記連結部の
ほか、装置から触媒反応部３への吸い込み口、あるいは
その両方に設置するとよい。

【００４４】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、湖沼や
修景池等の水浄化処理として、光触媒の表面上に常に安
定した水の流れができるため、高効率かつ高性能で、し
かも煩雑なメンテナンスを必要としない低ランニングコ
ストの水浄化処理を安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水浄化装置の一実施形態を示す斜視図
である。

【図２】本発明の水浄化装置の一実施形態を示す側面図
である。

【図３】本発明の水浄化装置の他の実施形態を示す側面
図である。

【符号の説明】

１ 光触媒 ２ 枠体 ３ 触媒反応部 ４ フロート部 ５ 整流板 ６ スクリュー ７ 搬送管 ８ 照射光 ９ 水の流れ方向 １０ 分散器

フロントページの続き (72)発明者 永井 良憲 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 Ｆターム(参考） 4D037 AA05 AB02 AB03 BA18 CA12 4D050 AA02 AB06 AB11 BB01 BC04 BC09 BD01 CA07 4G069 AA03 AA08 BA04A BA48A CA05 CA10 DA05 EA11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水を浄水に浄化する光触媒を備えた浮
   体と、前記浮体に連結され、原水または浄水を搬送する
   搬送手段を備えた搬送路とを有してなる水浄化装置にお
   いて、前記光触媒による反応領域が平面状の領域に形成
   され、前記反応領域に開口する前記搬送路の開口部に、
   前記開口部から流出する原水を平らな流れに整流する整
   流手段が設けられていることを特徴とする水浄化装置。
2. 【請求項２】 前記光触媒による反応領域は、波形を有
   する平板状に形成されてなる請求項１に記載の水浄化装
   置。
3. 【請求項３】 前記光触媒は、空隙を有する無機材料担
   体に光触媒成分を担持してなる請求項１または２に記載
   の水浄化装置。
4. 【請求項４】 前記搬送路が前記反応領域に連結される
   連結部に、前記原水を前記反応領域に分散させる分散手
   段が設けられている請求項１、２または３に記載の水浄
   化装置。
5. 【請求項５】 前記搬送手段は、前記反応領域へ原水を
   供給する方向、または、前記反応領域から浄水を排出す
   る方向のいずれかの方向に、前記原水または浄水を搬送
   する請求項１ないし４のうちいずれかに記載の水浄化装
   置。
6. 【請求項６】 前記搬送手段は、動力源が太陽電池であ
   る請求項１ないし５のうちいずれかに記載の水浄化装
   置。