JP2004160408A

JP2004160408A - 水浄化装置および水浄化方法

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Publication number: JP2004160408A
Application number: JP2002331310A
Authority: JP
Inventors: Akira Igawa; 明井川; Tahei Tomita; 太平冨田
Original assignee: TAIKO KINZOKU KK
Current assignee: TAIKO KINZOKU KK
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP4025626B2

Abstract

【課題】本発明は城の周辺の堀や公園の池の水の浄化に適した水浄化装置および水浄化で、日光を有効に利用して光触媒により簡易かつ効果的に水の浄化を行えるものを提供することを目的とする。
【解決手段】水を水面上に汲み上げる水汲み上げ手段と、水面上に設置された水浄化パネル７を有し、当該水浄化パネル７は略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっており、水浄化パネル７の表面には光触媒が設けられている水浄化装置１により、城の周辺の堀や公園の池におけるの効果的な水の浄化を実現する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水の浄化装置および浄化方法に係るもので、特に、貯水池やダム、城の堀或いは公園の池等の水の浄化又は汚染の防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来貯水池やダムの水を浄化する技術としては、上水道として飲料水を供給する前に浄水場で浄化を行っている。従って、水源である貯水池やダムにおいては特に浄化の措置は行われていない。かかる浄化方法によれば、上水道により供給される水は一定の水準を保つことができるであろうが、貯水池やその下流の河川において有害物質による生態系等への悪影響を防止することはできない。特に、環境ホルモンと呼ばれる物質は少量でも生態系への影響が大きく、貯水池や河川にあるうちに処分されることが望ましい。また、汚染が進んでアオコが発生したりすると悪臭を発生するが、このような悪臭は貯水池から除去することが望ましい。さらに、水が貯水池やダムにあるうちに浄化しておけば、その後の浄水場での処理も容易になり、トリハロメタン等を発生させる要因になる塩素の使用も減らすことができる。
【０００３】城の周辺の堀や公園の池等は、都市部に多く存在しており汚染が進みやすいが、このような場所では汚染による臭いの除去が強く求められる。しかし、城や多くの公園は文化財としての価値が高く、そこに大規模な浄化設備を建設することは困難である。
【０００４】広大な水面において適用して水を浄化する方法として、特開平１１−１０４６２９号公報にて光触媒を表面に担持した筏を水に浮かべ太陽光による光照射時の光触媒反応に基づく酸化力を利用して、水に浮遊している微生物を死滅させることが提案されている。また、特開２００１−７９５４５号公報には水面下に置かれた光触媒に水を運び、浄化することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０４６２９号公報
【特許文献２】特開２００１−７９５４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特開平１１−１０４６２９号公報に記載された筏では、水面上に出た部分は水に接触していないので、波によって水をかぶる場合等を除いてはほとんど水浄化の作用を有しないと考えられ、また、水面下の部分はほとんどが影となって日光が届かず同様に水浄化に寄与しにくいと考えられる。一方、特開２００１−７９５４５号公報に記載された技術によれば、光触媒は水面下に置かれ、さらにスクリューと整流板により処理水は強制的に光触媒に搬送されるので、水浄化が十分に行われるようにも見える。しかし、同公報００２７段に記載されているように５０ｍｍまでの深さに設置するとされているが、本願発明者が試験を繰り返し検討した結果では、５０ｍｍの深さでは光は減衰し十分な浄化がされず、結局、光触媒の上に水垢等が積層することになり、最終的には水浄化機能は停止することが確認された。この試験は水道水を用いて日照のよい場所で行ったものであり、もともと汚染の進んでいる堀の水などに適用すれば、さらに短期間で浄化作用が停止することになる。定期的に表面の清掃を行えば浄化作用は維持できるであろうが、その作業に要する労力・費用が発生する。本発明は、日光を有効に利用して光触媒により簡易かつ効果的に水の浄化を行える水浄化装置および水浄化方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明に係る水浄化装置は、水を水面上に汲み上げる水汲み上げ手段と、水面上に設置された水浄化パネルを有し、当該水浄化パネルは略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっており、水浄化パネルの表面には光触媒が設けられているものである。前記水汲み上げ手段が、水に空気を混合させて二相流により水を上昇させるものとすることができる。また、浮きを備え、浮きにより前記水浄化パネルを水面上に支持するものとすることができる。前記水汲み上げ手段の出口を水浄化パネルの中心部の上側に設けるとともに、水汲み上げ手段の出口と水浄化パネルの間に水を一時的に受ける水受け部を設けてもよい。前記水浄化パネルの表面に凹凸が設けられていてもよく、その凹凸は同心円状の山部および谷部としてもよい。また、本発明に係る水浄化方法は、略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっており表面には光触媒が設けられている水浄化パネルを浮きにより水面上に支持し、水面上より空気を水面下に導入し水と混合することにより水を水面上に汲み上げ、汲み上げた水を中心部より前記水浄化パネルに注ぎ、光触媒により水中の汚染物質を分解することにより水を浄化するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係る水浄化装置および水浄化方法の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水浄化装置の概要を示す正面断面図である。水浄化装置１は水を水面上に汲み上げる水汲み上げ手段として、例えば図１に示すようなエアポンプ４とエアノズル５を有する。エアノズル５は水搬送管３の内部に設けられている。水搬送管３は両端が開放されたパイプであり、一端は水中に、他端は水面上に出ており、垂直に設けられている。その水中側の端にはごみよけ用の網６がかぶせられている。そして、水搬送管３を取り巻くように円錐状の水浄化パネル７が水面上に設けられている。この水浄化パネル７は円錐状以外にも例えば半球面状でもよく、上部から見て略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっていればよい。そして、水浄化パネル７の表面には光触媒が設けられている。光触媒としてセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、そして酸化チタン（ＴｉＯ_２）等が可能である。これらの光触媒は特定の波長の光を受けることによりその酸化分解力で水中の汚染物質や微生物を分解する。光触媒は触媒の一種としてこの分解反応を作用させるものであり、反応により消耗されない。したがって、水浄化パネル７の表面からはがれるようなことがない限り、水の浄化を継続することができる。上述の光触媒のうち、太陽光を利用するという本発明の性質から特に光触媒作用を持つ酸化チタンが適している。すなわち、酸化チタンの３種類の異性体であるアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型のうち、アナターゼ型とブルッカイト型がより高い光触媒活性を持つ。このうち、特にアナターゼ型が工業用に利用されており入手性もよく、より適している。水浄化パネル７の基材がアルミニウムやステンレスであるときは酸化チタン溶液を付着させたあと高温焼結により表面に膜を形成させればよく、パネルの基材がプラスチックであるときは塗布により中間層とその外部の酸化チタン含有層の２層コーティングを形成する。図１においては、水浄化パネル７を水面上に支持するために浮き２を設けてその上に水浄化パネル７を置いているが、浮遊式にする以外にも、支柱や土台を設けてその上に水浄化パネル７を設けるような固定型でもよい。
【０００９】水浄化装置１は浄化するべき対象となる水のある場所に置かれる。水源地であるダム、湖、河川あるいは海岸等に置くことができる。また、本発明に係る水浄化装置１は小型ながらも高い浄化力を持つものであり、城の周囲にある堀や公園内の池等に設けることもできる。水汲み上げ手段により水搬送管３の下端から水を汲み上げ、水面上に開いた上端より水をくみ出す。図１においてはエアポンプ４から送り出される空気が多数の小さな穴を有するエアノズル５を通って水搬送管３内の水の中に放出される。このようにして空気と水とが混合された流体は二相流を形成し上昇する。空気と水との混合である気液二相流体では、空気は主に水搬送管３の中心部分を上昇し、水は気相によって乱された界面を持つ液膜として水搬送管３の壁面にそって上昇する。この二相流の作用により設置された場所の水を水面下から水面上へと移動させる。なお、水汲み出し手段としては二相流によるもの以外にも、例えば水搬送管３の内部にスクリューを設けて、スクリューを回転させて水を上昇させるようなものでもよい。
【００１０】水搬送管３の中を上昇して上端に達した水は、水面上で水搬送管３の外へ放出される。図１に示す例では、水搬送管３の上端に円錐状部材８を設け、水が円錐状部材８に当たりながら全ての方向に均一に放出されるように構成されている。円錐状部材以外にも、回転自在に支持された回転羽根により全周方向に均一に水を放出するようにしてもよい。放出された水は水浄化パネル７の中心部に落下する。水浄化パネル７は略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなった形状であり、水は水浄化パネル７の表面に沿って全方向に広がりながら周辺部へ向かって流れていく。水は水浄化パネル７の上に薄い膜を構成するようにして流れていくが、この水の膜の厚さが２〜５ｍｍ程度、特に２ｍｍ程度になるように構成することが好ましい。また、流速を調整するために水浄化パネル７の表面に凹凸を設けてもよい。水浄化パネル７の表面を流れる水に含まれる微生物や汚染物質は光触媒に接触して分解される。水浄化パネル７は水面上に設けられているので、太陽光はほとんど減衰されることなく光触媒に届く。従って太陽光は効果的に光触媒に作用し、効率的に汚染物質の分解を行う。従って、水浄化力が高い上に、水浄化パネル７の表面上に水垢等がつきにくく、表面の清掃作業を行わなくても長期間に渡って水の浄化力を維持することができる。また、水が斜面に沿って流れ落ちるような構成にしていることも水垢等の積層を防止することに寄与しており、たとえ水の汚染が著しくなって一時的に浄化力を上回ることになって少しの水垢を発生させても、太陽光の到達を完全に阻害するまではいたりにくい。光触媒により浄化された水は周辺に達した後、堀や池に戻り、外へ放射状に広がっていく。
【００１１】水浄化装置１は水浄化パネル７の大きさや処理すべき水の汚染の度合いを考慮して、必要な数を設置する。堀の底や岸に土台を築いて水浄化パネル７を保持してもよいが、特に城の周囲の堀のように文化財としての価値の高い場所においては、設置される場所への影響が少なくなるようにするために浮きによって浮遊させることが好ましい。この場合、アンカー９を設けて、一定の位置に固定する。
【００１２】
【実施例】次に、図２に基づいて実施例について説明する。図２は水浄化装置の実施例を示す正面断面図である。本実施例は浮き２により水浄化パネル７を支持した例である。浮き２は発泡スチロールを素材としている。直径は、例えば１５００〜６０００ｍｍ程度の範囲から要求される処理能力に合わせて選択するが、さらに大規模な水浄化を行うためにこれより大きいものにすることもできる。水汲み上げ手段は二相流によるものである。浮きの中心に直径８０ｍｍの空気吸入管１０を設けており、浮き２の中に設けられたブロワー４で水面上の空気を水中へ取り込むようにしてある。付近に３本の水搬送管３が設けられている。空気吸入管１０の周りには直径６０ｍｍの水搬送管３が３本設けられている。汲み上げる水量が多い場合には太い管を設けるよりも、細い管を複数設けるほうが二相流によるくみ上げ効率はよくなる場合が多い。ブロワーにより空気を水搬送管内の水に吹き込むことにより上昇する二相流を発生させる。空気と水との混合である気液二相流体では、空気は主に水搬送管３の中心部分を上昇し、水は気相によって乱された界面を持つ液膜として水搬送管３の壁面にそって上昇する。また、空気を水に吹き込むことにより、水中に存在する嫌気性の菌を空気に接触させて殺す効果も有する。このようにして空気と水とが混合された流体は二相流を形成し上昇する。本実施例においては、水搬送管３の出口付近に水受け部１１が設けられており、出口を通った水は一旦ここにためられる。図３は水受け部１１の上面図である。水受け部１１の底には多数の穴があけられており、水はこの穴を通って水浄化パネル７の中心部に注がれる。本実施例では一定間隔で円周状に穴を配置してある。また、底ではなく側面壁に穴を設けてもよいが、その場合でもなるべく下の方、底に近い高さに設けるようにすることにより、気泡が含まれていない水を放出することができる。このようにして水搬送管３を出た水は水受け部１１にためられ、気泡がなくなって透明になってから水浄化パネル７へ注がれる。従って、水浄化パネル７の表面を流れる水には気泡が含まれていないので透明度が高く、太陽光が散乱されることなく水浄化パネル７の表面に設けられた光触媒に到達し、光触媒による汚染物質の分解を効率的に行う。また、水受け部１１と水浄化パネル７の間にも一定の距離をおいており、落下する間に水は空気に触れるので嫌気性の菌はここでも減少する。
【００１３】水浄化パネル７の表面には流速を抑えるために凹凸を設けることができる。図４（ａ）のように同心円状の凹凸を設けたり、図４（ａ）のように円形のくぼみを多数設けることができる。
【００１４】本実施例では、水面下５００ｍｍの深さに水搬送管３の入り口を設け、水面上８００ｍｍの高さまで水を持ち上げでいる。なお、ブロワー４を駆動するための電源は図示しないケーブルにより外部から供給する。
【００１５】
【発明の効果】本発明に係る水浄化装置および水浄化方法は、光触媒により太陽光を利用して水中の微生物や汚染物質を分解するものであり、小規模な設備で簡易に水の浄化を行うことができるという効果を有する。光触媒を水面下ではなく水面上に設けるので太陽光の減衰がなく、効果的に水の浄化を行うことができる。大規模な工事を必要としないため、設置場所への影響が小さく文化財としての価値の高い場所にも適用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水浄化装置の概要を示す正面断面図である。
【図２】本発明の水浄化装置の実施例を示す正面断面図である。
【図３】水受け部を示す上面図である。
【図４】水浄化パネルを示す上面図である。
【符号の説明】
１．水浄化装置
２．浮き
３．水搬送管
４．エアポンプ（ブロワー）
５．エアノズル
７．水浄化パネル
９．アンカー
１０．空気吸入管
１１．水受け部

Claims

水を水面上に汲み上げる水汲み上げ手段と、水面上に設置された水浄化パネルを有し、当該水浄化パネルは略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっており、水浄化パネルの表面には光触媒が設けられている水浄化装置。
前記水汲み上げ手段が、水に空気を混合させて水を上昇させるものである請求項１に記載の水浄化装置。
浮きを備え、浮きにより前記水浄化パネルを水面上に支持するものである請求項１または請求項２に記載の水浄化装置。
前記水汲み上げ手段の出口が水浄化パネルの中心部の上側に設けられており、水汲み上げ手段の出口と水浄化パネルの間に水を一時的に受ける水受け部を設けた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水浄化装置。
前記水浄化パネルの表面に凹凸が設けられている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水浄化装置。
前記水浄化パネルの表面に同心円状の凹凸が設けられている請求項５に記載の水浄化装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の水浄化装置により水を浄化する水浄化方法。
略円形状であってその中心部が高く周辺部が低くなっており表面には光触媒が設けられている水浄化パネルを浮きにより水面上に支持し、水面上より空気を水面下に導入し水と混合することにより水を水面上に汲み上げ、汲み上げた水を中心部より前記水浄化パネルに注ぎ、光触媒により水中の汚染物質を分解することにより水を浄化する水浄化方法。