JP2005000858A - 光触媒水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薬品を一切使用せずに、被処理水を貯留する貯留槽、配管及び紫外線ランプのジャケットに付着した無機系物質のスケールを溶解し剥離させる。
【解決手段】貯留槽１１を利用して、被処理水１００中の有機物及び無機系物質を分解するための光触媒水処理装置であって、貯留槽１１の外部に配置される装置本体部２と、装置本体部２の取水側に接続された取水配管８と、装置本体部２の排出側に接続された排出配管９と、からなる循環経路と、被処理水１００を循環させるポンプ４と、装置本体部２内に設けられるフィルタ５と、前記フィルタ５の下流側に設けられる光触媒担体７及び紫外線ランプ６による光触媒処理手段と、貯留槽１１の内部に設けられる電極部３と、を具備し、電極部３に通電されることにより、被処理水１００を電気分解する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理水が一旦貯留される貯留槽を利用して、電気分解によって被処理水中の無機系物質を分解することを特徴とする光触媒水処理装置に関するものである。特に、薬品を一切使用せずに、工業用循環水等の被処理水を貯留する貯留槽、配管及び紫外線ランプ等に付着した赤錆やシリカ・マグネシウム等の無機系化合物のスケールを電気分解により分解させる光触媒水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水質の保全や改善について真剣に見直しされ、快適な水質環境を維持するためにも、より高度な水処理技術を要求されている。とりわけ、ダイオキシン等の環境ホルモン、トリハロメタン等の有機塩素系化合物、さらにはレジオネラ菌、大腸菌等の有害細菌類への水処理技術は、急務である。
【０００３】
特に、レジオネラ症防止指針として、人がエアロゾルを直接吸引する可能性が低い人口環境水（冷却塔水など）においては、１０^２ＣＦＵ／１００ｍｌ以上のレジオネラ属菌が検出された場合、直ちに菌数を減少させるために清掃等の対策を講じなければならない。
【０００４】
また、人がエアロゾルを直接吸引する恐れがある浴槽水、シャワー水等においては、レジオネラ属菌数の目標値を１０ＣＦＵ／ｍｌ未満としなければならない。
【０００５】
他方で従来から、スケール障害や金属腐食等の無機系化合物による配管の閉塞などの深刻な弊害が発生しており、これらを分解・除去する新しい水処理技術の開発・実用化は、工業・産業界を問わず待ち望まれている。
【０００６】
従来の水処理を行う装置としては、光触媒を利用したものが一般的に知られている。従来の光触媒水処理装置では、被処理水の中で二酸化チタン等の光触媒に紫外線を照射して、発生する光触媒作用を利用した方式を採用している。
【０００７】
かかる方式のものとしては、例えば、媒体すなわち、被処理水の中でオゾンを発生させ、オゾンの発生と同時にオゾンと光触媒とを紫外線に暴露し、これにより、オゾンを分解すると共に、汚染物質を破壊する遊離基を得るために、オゾン発生手段と光触媒手段を併用した流体処理装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００８】
また、光触媒処理とオゾン処理とを併用して、被処理水中の有機物の無機化処理を行う水処理方法とその装置が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００９】
しかしながら、これらいずれの従来技術においても、光触媒による水処理装置では、長時間の使用により、スケールや油分が紫外線ランプの石英ガラスからなるジャケットに吸着して紫外線の透過率が減少し、それに伴い、紫外線ランプの性能が低下して長時間にわたる安定した水処理を行うことができなかった。
【００１０】
さらに、電気化学分解によって減菌処理する水処理装置も知られている。例えば、電解槽内の水を振動させて、電気分解によって電解槽の電極板表面に析出するスケールを除去しあるいは付着しにくくするとともに、電解槽のメンテナンスの労力を軽減できる水処理装置が提案されている（特許文献３参照。）。
【００１１】
しかしながら、この水処理装置では、電解槽内に振動発生手段として気泡を発生する手段もしくは超音波振動を付与する手段を設けなければならなかった。
【００１２】
さらには、薬品を用いた水処理装置も知られている。例えば、食品工場における排水浄化プロセスにおいて、ＰＨ調整、薬品凝縮、粒子成長性沈澱させる薬品処理部を備えた排水浄化装置が提案されている（特許文献４参照。）。
【００１３】
しかしながら、この水処理装置は、特に排水中に含まれるＣＯＤ、ＢＯＤ成分やヘキサン抽出物、全リン、全窒素等の分解除去を可能とするために、薬品の使用を必要とするものであり、このため薬品処理させる反応槽が必要となり、また、ランニングコストが大きい等の問題がある。
【００１４】
【特許文献１】
特表平１０−５１１５７２号公報
【特許文献２】
特開２０００−５７４７号公報
【特許文献３】
特開２００３−２４９４３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７９９９５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、薬品を一切使用せずに、工業用循環水等の被処理水を貯留する貯留槽、配管及び紫外線ランプのジャケットに付着した赤錆やシリカ・マグネシウム等の無機系化合物のスケールを溶解し、剥離させる画期的な処理を可能にする光触媒水処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の構成は、被処理水が一旦貯留される貯留槽を利用して、被処理水中の有機物及び無機系物質を分解するための光触媒水処理装置であって、
前記貯留槽の外部に配置され被処理水を通過させる装置本体部と、前記貯留槽から前記装置本体部の取水側に接続された取水配管と、前記装置本体部の排出側から前記貯留槽に接続された排出配管と、からなる循環経路と、
被処理水を前記循環経路内で循環させるポンプと、
前記装置本体部内に設けられるフィルタと、
前記装置本体部内で前記フィルタの下流側に設けられる光触媒担体及び紫外線ランプによる光触媒処理手段と、
前記貯留槽の内部に設けられる電極部と、を具備し、
前記電極部に通電されることにより、被処理水を電気分解することを特徴とする。
【００１７】
上記第一の構成によれば、貯留槽に一旦貯留された被処理水は、電極部による電気分解処理がなされ、また、ポンプの作動により装置本体部内に送り込まれ、この際に、フィルタによる濾過処理と下流側の光触媒処理手段による光触媒処理とが行われ、さらに、循環経路内を循環することで、これら各処理が繰り返し行われる。
【００１８】
ここで、被処理水は、電極部で電気分解されることにより、被処理水中の無機系化合物が溶解剥離及び凝集沈澱させて除去することで、循環経路内のスケールの付着が抑制される。
【００１９】
また、被処理水に対して光触媒処理と電気分解処理とを併用した処理を行うことで、従来に無い相乗効果が得られる。すなわち、かかる併用処理により、光触媒だけによる水処理を行うことで従来発生していた問題である、紫外線ランプのジャケットへの赤錆やカルシウム・マグネシウム等の無機系化合物のスケールの付着を、ほぼ完全に除去し、極めて効果的に水処理することが可能となる。それにより、保守点検も容易になり、紫外線ランプの透過率の低下を最小限に抑えることができるので、長期間にわたる安定した水処理が可能となり、定期的に紫外線ランプを外して手作業等でスケールを落とす、等のメンテナンスを減らすことができる。
【００２０】
本発明の第二の構成は、上記第一の構成において、電極部は、亜鉛、マグネシウム合金、銅、鉄、ステンレス、チタン合金、アルミニウム合金、白金のいずれか一種又は二種以上からなる２つ以上の電極を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第三の構成は、上記第一又は第二の構成において、電極部は、チタン合金に白金鍍金した金属を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第四の構成は、上記第一乃至第三のいずれか１の構成において、
フィルタは、多孔質の酸化物セラミックス、酸化アルミニウム、合成樹脂繊維、紙、ステンレス、活性炭のいずれか一種からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第五の構成は、上記第一乃至第四のいずれか１の構成において、紫外線ランプは、１８０〜４００ｎｍの範囲内のスペクトル分布を有する放射線を放出することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第六の構成は、上記第一乃至第五のいずれか１の構成において、光触媒担体は、貴金属、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素及びこれらの混合物のいずれか一種からなることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第七の構成は、上記第一乃至第六のいずれか１の構成において、被処理水は、工業用循環水、工業用排水、産業用排水、上水、下水、土壌及び地下水、池、プール、生活排水から選ばれる少なくとも一種からなることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（光触媒水処理装置の全体構成）
まず、図１を参照して、本発明を適用した光触媒水処理装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態である光触媒水処理装置１の概略断面図であり、光触媒水処理装置１で工業用循環水を被処理水１００として処理する場合を示している。
【００２８】
本実施形態の光触媒水処理装置１は、工場内に設置された工業用循環水を冷却するための冷却塔の貯留槽１１を利用して配置された構成になっている。すなわち、本実施形態では、循環水１００を循環させる不図示の工場用循環経路である第１の循環経路と、光触媒水処理装置１が配置される第２の循環経路と、の２つの循環経路が設けられており、この２つの循環経路の間に貯留槽１１が設けられている。そして、被処理水１００は、第１の循環経路内を循環させて工業用水用の循環水として使用されるものであり、第１の循環経路から接続された取入管１２を介して貯留槽１１に一旦貯留される。
【００２９】
本実施の形態の光触媒水処理装置１は、この貯留槽１１に挿入及び接続される構成とされることで、貯留槽１１を含む第２の循環経路に設けられ、貯留槽１１に貯留された被処理水１００を第２の循環経路内で循環させながら、有機物及び無機系物質を分解するための後述の各種処理を施す。
【００３０】
ここで、第２の循環経路は、図１に示すように、貯留槽１１と、貯留槽１１の外部に配置され被処理水を通過させる装置本体部２と、貯留槽１１から装置本体部２の取水側に接続された取水配管８と、装置本体部２の排出側から貯留槽１１に接続された排出配管９とにより形成される。
【００３１】
そして、光触媒水処理装置１で処理された被処理水１００は、貯留槽１１に接続された排出管１３を介して第１の循環経路内に戻され、再び循環水として使用される。さらに、第１の循環経路内に供給された被処理水１００は、工業用水として所定の期間使用、循環された後に、取入管１２を介して貯留槽１１に貯留され、同様に光触媒水処理装置１で処理された後に排出管１３を介して第１の循環経路内に戻される。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態の光触媒水処理装置１は、被処理水を貯留槽１１から取水する取水配管８と被処理水を排出して貯留槽１１に環流する排出配管９とを備えた装置本体部２と、装置本体部２に取水した被処理水を濾過するためのフィルタ５と、装置本体部２内の被処理水を光触媒反応させるための紫外線ランプ６及び光触媒担体７と、装置本体部２とは別体として貯留槽１１内の被処理水を取水配管８に送り出すためのポンプ４と、被処理水を電気分解するための電極部３と、を備えている。すなわち、この光触媒水処理装置１では、上流側から、電極部３と、ポンプ４と、装置本体部２とがそれぞれ別体で取付けられ、かつ、装置本体部２の内部には、フィルタ５と、紫外線ランプ６及び光触媒担体７とが、装置本体部２の取水側１０１からこの順に配設された構造となっている。
【００３３】
また、この光触媒水処理装置１は、外部の電源部１０に紫外線ランプ６の制御、電極部３の通電量や過電流保護の制御及び、ポンプ４の電気系統の制御を行うための不図示の制御盤を有しており、この制御盤に設けられた電源スイッチをオンにすることで、電極部３とポンプ４と各紫外線ランプ６とがそれぞれ稼働するようになっている。電源部１０は、電極部３とポンプ４と紫外線ランプ６とに電源を供給し、装置稼働時に、少なくとも電極部３に電源を供給する。
【００３４】
さらに、電源部１０は、ポンプ４に供給する電源出力を調整可能であり、ポンプ４の出力を調整するためのインバータ制御手段を備える。
【００３５】
光触媒水処理装置１の装置本体部２は、被処理水を取水する取水配管８と排出する排出配管９を設けた筺体で、ポンプ４と電極部３とは別体になっており、電極部３、ポンプ４及び各紫外線ランプ６の電源ラインは電源部１０に接続され、制御盤は、外部の電源部１０に設けられている。
【００３６】
電極部３は、一対の電極３Ａ，３Ｂと、各電極３Ａ，３Ｂを覆う電極カバー３０と、図２で後述する直流電源３１、抵抗３２，３３、及びコンデンサ３４を備えており、貯留槽１１内には、このうちの電極３Ａ，３Ｂ及び電極カバー３０が格納される。また、電極部３は、一対の電極３Ａ，３Ｂが相互に近接した状態で例えばネジとボルト等の締付けにより着脱可能に取付けられる。
【００３７】
電極部３の電極３Ａ，３Ｂは、例えば、亜鉛、マグネシウム合金、銅、鉄、ステンレス、チタン合金、アルミニウム合金、白金が使用される。酸化還元電位を低下させる電極としては、これらいずれの金属を用いた場合でも酸化還元電位の低下は見られるが、特にチタン合金に白金鍍金を施したものが、より顕著である。また、電極の形状は、板状、棒状、円筒状のいずれであってもよく、電極の数は、２つ以上あってもよい。
【００３８】
電極カバー３０は、各電極３Ａ，３Ｂについて、その配置を固定して、ぶつかり衝撃による破損等から保護する機能を有するとともに、各電極３Ａ，３Ｂへのスケールの付着を防止する機能も備えている。
【００３９】
詳細には、電極カバー３０は、全体が略円筒体状で、かつ表面が網状の外形を呈しており、貯留槽１１内に垂直方向に挿入されることで、各電極３Ａ，３Ｂがその長手方向に覆われるようにカバーされる。このため、電極カバー３０は、少なくともその表面が電極３Ａ，３Ｂとは絶縁される絶縁物質からなり、材質としては、例えば合成樹脂が好適に用いられる。
【００４０】
但し、電極カバー３０は、電極３Ａ，３Ｂとは導通させないように接地することで、この電極カバー３０自身が陰極の働きをなし、これによりスケールを捕集して、後段の紫外線ランプ６に付着するスケールを減少させる機能が得られる。従って、この場合には、電極カバー３０の材質としては、金属を用いることが好ましく、より好適には、防錆性に優れたステンレスやチタン等が用いられる。なお、電極カバー３０の材質を金属とする場合には、カバー表面の電極３Ａ，３Ｂとは絶縁を要する箇所に塗料を塗る等により、適宜絶縁層を形成させておけばよい。
【００４１】
ポンプ４は、不図示のモータや回転羽根等を備えており、被処理水１００を第２の循環経路内を循環させるものである。例えば貯留槽１１内の被処理水を吸引して、装置本体部２の取水側１０１へ排出するように作動する。
【００４２】
ポンプ４は、上述の制御盤に設けられた流量制御用ボタン（図示せず）の操作により、モータの出力が調節されることで、貯留槽１１からの被処理水の流量を制御して、被処理水取水配管８を通して被処理水を装置本体部２へ流動させる。ポンプ４は、被処理水循環経路内で被処理水を流動させるためのエネルギーを与えるものであればどのようなものでもよい。また、本実施の形態では、ポンプ４を貯留槽１１内に挿入して使用したが、貯留槽１１と装置本体部２とを接続する配管の途中にポンプ４を設ける構成としてもよい。
【００４３】
フィルタ５は、被処理水を濾過して固形物質や有機物などを除去するためのものであり、装置本体部２の内径と略同径の平面形状を呈し、その外縁が装置本体部２の内壁に固着される。このフィルタ５は、多数の細孔を有しており、被処理水が通過することで、被処理水に含まれる細孔の径以上の固形物質及び有機物を除去する。フィルタ５の材質としては、例えば、多孔質の酸化物セラミックス、酸化アルミニウム、合成樹脂繊維、紙、ステンレス、活性炭が使用される。このうち、合成樹脂繊維としては、ポリプロピレン繊維で形成された不織布を使用することが好ましい。また、フィルタ５は、その細孔のメッシュが６０〜２００メッシュ程度であるのが好ましく、１２０〜１６０メッシュ程度であるのがさらに好ましい。
【００４４】
この光触媒水処理装置１においては、図１に示すように、装置本体部２内の被処理水排出側１０２に、紫外線ランプ６と光触媒担体７とをそれぞれ複数備えており、個々の紫外線ランプ６と光触媒担体７とが等間隔でかつ交互に対向して配置された構成となっている。ここでは、紫外線ランプ６と光触媒担体７とが、それぞれ被処理水が流れる方向と平行に並んで配置された構成となっているが、被処理水が流れる方向と直交する方向に並んで配置されていてもよい。好ましくは、被処理水と光触媒担体７との接触時間が長くなるように、紫外線ランプ６と光触媒担体７の長手方向が、被処理水の流れる方向と略同一方向になるように配置されることがよい。
【００４５】
各紫外線ランプ６は、それぞれ電源部１０に接続されており、１８０〜４００ｎｍの範囲内のスペクトル分布を有する放射線を、近傍の光触媒担体７に対して照射する。ここで使用する紫外線ランプ６は、二重構造の石英ガラス管で形成されたものであり、外側の石英ガラス管は、内部の発光体を水から保護するジャケットとしての機能を有している。
【００４６】
光触媒担体７は、例えば、貴金属、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素及びこれらの混合物が使用される。この中でも光触媒担体７の材質としては、二酸化チタンの使用がより好ましい。
【００４７】
なお、この実施の形態では、紫外線ランプ６を３つ、光触媒担体７を２つ設けた構成としているが、紫外線ランプ６及び光触媒担体７の数については、充分な量の放射線が被処理水に照射できるものであれば良く、この数に限定されるものではない。すなわち、紫外線ランプ６及び光触媒担体７の数については、個々の紫外線ランプ６及び光触媒担体７の性能、被処理水の時間当たりの処理量、分解すべき有機物の種類、含有量、等の条件により適宜決めればよい。
【００４８】
この実施の形態では、光触媒水処理装置１で処理する被処理水１００を、工業用循環水としたが、光触媒水処理装置１で処理できる被処理水は、この他にも、例えば、工業用排水、産業用排水、各種の上水及び下水、土壌及び地下水、池、プール、生活排水、等が挙げられる。
【００４９】
また、図１では光触媒水処理装置１のポンプ４と電極部３を、工場内に設置された工業用循環水を冷却するための冷却塔の貯留槽１１内に組み込んだ例を示したが、本発明は、これに限定されず、例えば、工業用排水・下水排水の前処理として、貯留槽に設置したり、上水貯水タンクのメンテナンス等、水の貯留しているあらゆる箇所で、有機物・無機系化合物除去の目的で使用できる。
【００５０】
本実施の形態では、装置本体部２とポンプ４と電極部３とを、上述のように別体とすることにより、装置本体部２の小型軽量化が図られ、これにより、低コスト化が図られる。
【００５１】
（電極部の詳細）
次に、図２を参照して、電極部３の構成及び動作等について詳細に説明する。ここで、図２は、図１の光触媒水処理装置１における電極部３の構成を、電極カバー３０を除いた状態で示す電気回路図である。
【００５２】
光触媒水処理装置１の電極部３は、少なくとも一対の電極３Ａ，３Ｂと、上述した電極カバー３０と、図１の電源部１０の一部をなし、電極３Ａ，３Ｂに電流を供給するための直流電源３１と、直流電源３１及び各電極のうち一方の極に接続された抵抗３２と、他方の極に接続された抵抗３３と、電極３Ａと電極３Ｂとの間に接続されたコンデンサ３４とを備えた回路を有している。図２の例では、直流電源３１の正極が抵抗３２及びコンデンサ３４の一端側を介して電極３Ａに接続され、直流電源３１の負極が抵抗３３及びコンデンサ３４の他端側を介して電極３Ｂに接続された回路となっている。
【００５３】
ここで、直流電源３１は、その出力電圧値を、上述の制御盤に設けられた流量用ボリュームの操作により、被処理水の種類や用途等に応じて、１０Ｖ〜５０Ｖの範囲で選択して調整できるようになっている。また、この回路において、電極３Ａ及び電極３Ｂ間に印加される直流電圧値は、抵抗３２，３３の抵抗値によっても適宜定めることができる。
【００５４】
次に、電極部３による被処理水１００の処理の原理について説明する。
【００５５】
光触媒水処理装置１においては、被処理水１００が入った貯留槽１１内に挿入された電極部３の一対の電極３Ａ，３Ｂに１０Ｖ〜５０Ｖの電圧を加えると、被処理水１００に対する電気分解が始まり、電圧印加後数分で被処理水１００中に微細な気泡が発生する。光触媒水処理装置１では、この微細な気泡が貯留槽１１内に付着している赤錆やスケール等に衝突することで、付着物を剥離させる効果（エロージョン的効果）と凝縮沈澱させる効果が得られる。
【００５６】
従来より、これら付着物の大部分が細菌等の巣の原因となっていることから、光触媒水処理装置１の電解部３による電気分解処理は、かかる付着物を減少させることで、光触媒水処理への補助的役割を果たしている。
【００５７】
すなわち、本実施形態においては、光触媒水処理装置に電気分解処理を行うための電極部３を設けることにより、光触媒処理だけでは処理しきれない大量の細菌が混入している場合や、紫外線ランプの故障時もしくはメンテナンス時などに、電極部３によって補助的にあるいは代替的に滅菌を行うことができる。
【００５８】
また、光触媒水処理装置１の電極部３における電気分解処理によれば、貯留槽１１、各種の配管及び紫外線ランプ６のジャケットへの金属の赤錆の発生を防止することができ、カルシウム・マグネシウム等のスケールを溶解剥離及び凝縮沈澱させる効果が得られるとともに、その他に増加した溶存酸素により、藻の付着や細菌による腐敗を防止することができる。また、被処理水を電気分解する過程で次亜塩素酸が生成されるので、レジオネラ菌や大腸菌などの細菌に対する高い殺菌効果が得られる。特に、光触媒水処理装置１によれば、薬品を使用しないので、低コストの設備で被処理水を改質することができる。
【００５９】
さらに、光触媒水処理装置１の電極部３により、被処理水１００を長時間にわたって電気分解処理することで、電極３Ａ，３Ｂ間に供給される被処理水１００中に含有するカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム等を主成分とするスケールが、凝縮沈澱する。そして、長時間の電気分解処理を行った場合には、時間の経過に伴い、被処理水１００の濁度が安定して透明になり、紫外線ランプ６の透過率が上昇して、高い殺菌効果が得られる。
【００６０】
具体的には、本発明者が行った実験によれば、例えば連続して５５日間の電気分解処理を行ったところ、被処理水１００の酸化還元電位が＋１５１ｍＶから＋１１８ｍＶに下がった。光触媒水処理装置１でこのように処理された被処理水１００は、溶存酸素量が１０％程度増加し、処理後の電気伝導度が最初の電気伝導度に比べて３０％程度まで下がった。また、処理された水の溶存酸素量は、酸化還元電位を下げれば下げる程、増加することが分かった。
【００６１】
総じて、この光触媒水処理装置１では、電気分解による無機化合物処理として、以下の効果が得られる。
（１）イオン解離促進、沈降促進による無機化合物結晶化（スケール）の防止。
【００６２】
すなわち、カルシウム・マグネシウムスケールによる配管閉塞の抑制、沈降促進による被処理水の軟水化の効果が得られる。
（２）被処理水全体の酸化抑制（還元化）による鉄バクテリアの繁殖防止。
（３）酸化・還元剤生成による補助的効果。
（４）スケール結晶化防止作用により、紫外線ランプ６のジャケットにスケール皮膜が形成されることが防止され、結果として紫外線ランプ６の長寿化が図られる。
【００６３】
（光触媒水処理装置全体の動作等）
以下、被処理水の処理時における光触媒水処理装置１全体の動作及びこれに伴う被処理水の変化等について説明する。
【００６４】
まず、動作前の初期時では、貯留槽１１内に電極部３及びポンプ４が挿入され、装置本体部２が貯留槽１１に接続された状態となっている。この状態から上述の制御盤における電源部１０スイッチをオンにすると、電極部３とポンプ４と各紫外線ランプ６とがそれぞれ稼働を開始する。
【００６５】
そして、ポンプ４の稼働に伴って、貯留槽１１内の被処理水１００は、貯留槽１１から吸引され、取水配管８を通って装置本体部２の取水側１０１へ排出されるように流動する。
【００６６】
また、稼働開始後において、電極部３は、一対の電極３Ａ，３Ｂに１０Ｖ〜５０Ｖの電圧を加えられることにより、被処理水１００の電気分解を開始する。さらに、稼働開始後において、各紫外線ランプ６は、交互に対向して配置される複数の光触媒担体７に、１８０〜４００ｎｍの範囲内のスペクトル分布を有する放射線を照射する。
【００６７】
かくして、光触媒水処理装置１が稼働すると、被処理水１００につき、電極部３による電気分解処理と、フィルタ５による濾過処理と、光触媒担体７及び紫外線ランプ６による光触媒処理と、の各処理によって、被処理水１００中に含まれる無機系物質は、貯留槽１１内に沈澱し、手作業の清掃により除去される。
【００６８】
また、光触媒水処理装置１においては、ポンプ４で被処理水１００を強制的に送り出すことにより、図１の矢印で示すように、貯留槽１１内の被処理水１００が、取水配管８を通って装置本体部２内に流入し、装置本体部２から排出配管９を通って、再び貯留槽１１内に環流される。さらに、被処理水１００は、排出管１３を通って工場循環経路内に供給され、工業用用水として使用され、使用された被処理水１００は、取入管１２を介して貯留槽１１内に環流される。
【００６９】
被処理水１００は、工場稼働中においてはこの工場循環経路内を循環する。また、工場循環経路内に被処理水１００が供給されない場合でも、貯留槽１１と装置本体部２間の循環経路内で水処理することは可能である。
【００７０】
そして、被処理水が工場循環経路内を循環する間に、光触媒水処理装置１は、一旦貯留された貯留槽１１内の被処理水１００の有機物及び無機系物質を分解して除去させて、被処理水１００を以下のように浄化する。
【００７１】
すなわち、光触媒水処理装置１においては、電極部３の電極３Ａ，３Ｂに直流電流が通電されることで、被処理水１００の電気分解を行う。この電気分解処理を行うことにより、一対の電極３Ａ，３Ｂ間に電気化学反応が生じ、この反応により発生する気泡の衝突によって、貯留槽１１中の配管等に付着している赤錆やシリカ・マグネシウム等の無機系化合物のスケールが溶解し、剥離される。そして、溶解、剥離された無機系化合物のスケールは、貯留槽１１内で凝縮沈澱することで、その結晶化が阻害される。
【００７２】
また、取水配管８を介して装置本体部２に送給された被処理水１００は、装置本体部２内のフィルタ５を通過する際に濾過されることで、浮遊物質等の固形物質及び有機物が除去される。
【００７３】
さらに、フィルタ５を通過した被処理水１００は、１８０〜４００ｎｍの範囲内のスペクトル分布を有する放射線を出力する複数の紫外線ランプ６と、これら紫外線ランプ６からの放射線が照射される二酸化チタン等からなる複数の光触媒担体７とが設けられたエリアを通過することで、以下のような光触媒処理が行われる。
【００７４】
すなわち、紫外線ランプ６からの放射線が光触媒担体７に照射されると、光触媒担体７は、その表面の価電子帯の電子が励起されて伝導帯に移動し、励起された価電子帯には正孔が発生する。ここで、光触媒担体７の電子と正孔は、溶存酸素と被処理水１００に働きかけ、光触媒担体７の表面に、スーパーオキサイドイオンと水酸ラジカルという分解力をもつ２種の活性酸素と、親水性である−ＯＨ（親水基）と、を発生させる。
【００７５】
そして、フィルタ５を通過した被処理水１００と、これら２種の活性酸素と−ＯＨ（親水基）とが化学反応を起こすことで、被処理水１００中に含まれる有機物のほとんどを、炭酸ガスと水とに分解するとともに、被処理水１００中に含まれる無機の汚染物質であるＮＯＸやＳＯＸなどを酸化させて、硝酸や硫酸にする。さらに、他の無機系物質については、装置本体部２の底部に沈澱する。
【００７６】
かくして、装置本体部２で処理された被処理水は、再び貯留槽１１に環流され、装置本体部２が稼働している間は、繰り返し上記経路を循環し、上述した電気分解処理及び光触媒処理が継続して行われる。そして、被処理水１００は、このような各処理がなされることで、容易に固液分離が行われることとなり、再利用に当たっては貯留槽１１の上澄み水を用いることが可能となる。
【００７７】
光触媒水処理装置１では、光触媒反応による有機化合物や細菌等の有害物質の分解としては、以下の効果が得られた。
（１）殺菌効果
具体的には、レジオネラ菌属、大腸菌属、黄色ブドウ球菌属、緑膿菌属、等の人体に悪影響を及ぼすものを殺菌することが可能である。
（２）藻繁殖防止
すなわち、光触媒反応により藻の浮遊胞子を分解することで、藻の繁殖を防止することができる。
（３）微生物の死滅
微生物を光触媒反応の光酸化作用により、死滅させることができる。
（４）有機物質分解
トリハロメタン等の有機塩素系物質が分解される。
【００７８】
水処理を行う他の分野においても、光触媒水処理装置１は、薬品を用いないで、水中の有機化合物、無機化合物、汚染物質及び微生物をより効果的に浄化、消毒及び殺菌することができる。
【００７９】
本実施の形態の光触媒水処理装置１によれば、電気分解処理と光触媒処理とを組み合わせることで、電極３Ａ，３Ｂ、光触媒７及び紫外線ランプ６のジャケットに赤錆やスケールが付着しなくなるので、電極３Ａ，３Ｂによる電気分解反応と光触媒７及び紫外線ランプ６による光触媒反応の双方の性能を長期間に亘り維持することが可能となる。
【００８０】
また、光触媒水処理装置１によれば、貯留槽１１内或いは装置本体部２内に沈澱した無機系物質や有機物については、時々清掃して除去すれば足りるので、保守も容易となる。
【００８１】
さらには、光触媒水処理装置１によれば、薬品または洗浄剤による有毒な副生物を生成することがないので、装置の使用寿命が長く、保守点検箇所が少なくて済む。
【００８２】
また、光触媒水処理装置１によれば、薬品または洗浄剤を必要としないので、薬品処理させる反応槽等が不要となり、また、装置本体部２とポンプ４と電極部３を別体としたので、装置本体部２の小型軽量化が図られ、これにより、低コスト化が図られる。
【００８３】
【実施例】
次に、実験例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００８４】
本実験では、被処理水１００として工業用循環水（上水）を使用し、貯留槽１１として１０トンの開放型冷却塔を使用し、冷却塔内の水温が２５℃の状態で水処理を実施した。また、この実験では、電極部３について、電極３Ａ，３Ｂの材質についてはチタン合金に白金鍍金した金属とし、また、電極３Ａ，３Ｂの形状については幅４ｃｍ、長さ２０ｃｍの板状エキスパンドとして、各電極３Ａ，３Ｂに１６Ｖの直流電圧を印加して処理を行った。ポンプ４としては、日立製作所製でインバータ制御の出力０．７５ｋｗポンプを使用した。フィルタ５としては、１４０メッシュのポリプロピレン繊維を使用した。紫外線ランプ６としては、波長２５４ｎｍの放射線を出力する１４Ｗ低圧水銀ランプを２本使用した。一方、光触媒担体７としては、材質が二酸化チタンでエキスパンド形状のものを使用した。
【００８５】
そして、本実験では、このような構成の光触媒水処理装置（以下、本実験装置という。）で冷却塔水（上水）を８５日にわたり連続して水処理するとともに、水処理開始前、及び水処理テスト期間中に適宜、冷却塔水のレジオネラ属菌の数を測定して検査した。その結果を表１に示す。
【００８６】
【表１】

表１から分かるように、本実験装置によれば、水処理開始前にはレジオネラ属菌の混入数が４．０×１０^２ ＣＦＵ／１００ｍｌであったのに対して、水処理開始後のテスト日数５０日目には、１．０×１０^２ ＣＦＵ／１００ｍｌになり、すなわち４分の１まで減少した。さらには、テスト日数６６日目以降には、レジオネラ属菌が全く検出されなかった。
【００８７】
また、本発明者らは、本実験装置による冷却塔水の水処理テスト期間中に適宜、該冷却塔のＰＨ、電気伝導率、酸化還元電位、濁度、カルシウム硬度、及び塩化物イオン量を測定して検査した。その結果を表２に示す。
【００８８】
【表２】

表２に示されるように、本実験装置による水処理テストでは、通電日数が長くなるほど、酸化還元電位は低下する傾向を示し、濁度や塩化物イオンも低下したが、逆に、カルシウム硬度は高くなることが確認された。
【００８９】
これは、本実験に用いた被処理水が、酸化還元電位が低くなるにつれて、スケールが付着していた各種の配管内壁面が還元され、スケールが剥離し易くなるためで、本実験では、内壁面が還元されるに伴って赤錆も除去されることが確認された。
【００９０】
特に、本実験装置の電極３Ａ，３Ｂとして、酸化還元電位を顕著に低下させる金属チタン合金に白金鍍金した金属を用いたところ、水処理テスト開始前には＋１５１ｍＶであった被処理水の酸化還元電位を、水処理を開始して５５日後には＋１１８ｍＶに低下させることができた。
【００９１】
本実験装置によれば、電気分解処理を行うことで、電極部３を通過する被処理水に直流電流が流れ、被処理水が電気分解され、その結果、被処理水の酸化還元電位を下げることが確認された。そして、このように被処理水の酸化還元電位が低下すると、電子反応（例えば、イオン結合、共有結合等）や光触媒水処理に基づく化学反応が水中の有機化合物に対して発生し、有機化合物を分解することが可能となった。
【００９２】
また、本実験で得られた被処理水は、酸化還元電位が低いため、被処理水自体の電子結合が強くなり、他の物質を酸化させにくく、生体反応に良い水となった。さらに、本実験装置によれば、水自身を活性化させ、水本来の持つ洗浄能力を高める効果が認められた。ここで、洗浄能力とは、水が物質を溶かす能力であり、洗浄能力が高いほど水の中に汚れ成分が溶け込んでいる時間が長い、ということである。本実験装置によれば、水本来の持つ洗浄能力を高めることで内壁面の赤錆やスケールについても剥離・溶解した。
【００９３】
さらに、本実験装置によれば、電極部３による電気分解処理を行うことで、光触媒処理に先立って、カルシウム・マグネシウムが貯留槽１１内で除去されるので、これらが紫外線ランプ６のジャケットに付着することがなくなった。これにより、従来の光触媒による水処理方法において、紫外線ランプのジャケットや、配管、貯留槽等に付着して除去できなかった赤錆やカルシウム・マグネシウム等の無機系化合物のスケールを、ほぼ完全に除去することができ、極めて効果的に水処理することが可能となった。
【００９４】
また、本実験結果では、有機化合物のあるものはガス化し、他のものは装置本体部２の底部に沈澱することが確認され、本実験装置で処理した被処理水のうち、上澄み水は工業用水として再利用できるようになった。
【００９５】
さらに、本実験装置では、効果の再現性や持続性が高く、経時劣化は極めて少ないことが確認された。加えて、本実験装置によれば、薬品等の消耗品を必要としないので、ランニングコストが電気代のみとなり、１年〜１年６ヶ月ほどで設置コストを回収できた。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薬品を一切使用せずに、工業用循環水等の被処理水を貯留する貯留槽、配管及び紫外線ランプのジャケットに付着した赤錆やシリカ・マグネシウム等の無機系化合物のスケールを溶解し、剥離させる画期的な処理を可能にする光触媒水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した被処理水循環経路内の光触媒水処理装置の概略断面図である。
【図２】本発明の光触媒水処理装置における電極部の構成を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 光触媒水処理装置
２ 装置本体部
３ 電極部
３Ａ，３Ｂ 電極
３０ 電極カバー
３１ 直流電源
３２，３３ 抵抗
３４ コンデンサ
４ ポンプ
５ フィルタ
６ 紫外線ランプ
７ 光触媒担体
８ 取水配管
９ 排水配管
１０ 電源部
１１ 貯留槽
１２ 取入管
１３ 排出管
１０１ 被処理水取水側
１０２ 被処理水排出側
１００ 被処理水

Claims (7)

1. 被処理水が一旦貯留される貯留槽を利用して、被処理水中の有機物及び無機系物質を分解するための光触媒水処理装置であって、
   前記貯留槽の外部に配置され被処理水を通過させる装置本体部と、前記貯留槽から前記装置本体部の取水側に接続された取水配管と、前記装置本体部の排出側から前記貯留槽に接続された排出配管と、からなる循環経路と、
   被処理水を前記循環経路内で循環させるポンプと、
   前記装置本体部内に設けられるフィルタと、
   前記装置本体部内で前記フィルタの下流側に設けられる光触媒担体及び紫外線ランプによる光触媒処理手段と、
   前記貯留槽の内部に設けられる電極部と、を具備し、
   前記電極部に通電されることにより、被処理水を電気分解することを特徴とする光触媒水処理装置。
2. 前記電極部は、亜鉛、マグネシウム合金、銅、鉄、ステンレス、チタン合金、アルミニウム合金、白金のいずれか一種又は二種以上からなる２つ以上の電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の光触媒水処理装置。
3. 前記電極部は、チタン合金に白金鍍金した金属を備えることを特徴とする請求項２に記載の光触媒水処理装置。
4. 前記フィルタは、多孔質の酸化物セラミックス、酸化アルミニウム、合成樹脂繊維、紙、ステンレス、活性炭のいずれか一種からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光触媒水処理装置。
5. 前記紫外線ランプは、１８０〜４００ｎｍの範囲内のスペクトル分布を有する放射線を放出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光触媒水処理装置。
6. 前記光触媒担体は、貴金属、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素及びこれらの混合物のいずれか一種からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光触媒水処理装置。
7. 前記被処理水は、工業用循環水、工業用排水、産業用排水、上水、下水、土壌及び地下水、池、プール、生活排水から選ばれる少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光触媒水処理装置。

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