JP2007330844A - 水の水質改質方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理水2を破砕して水分子同士の水素結合によるクラスターを分解した破砕水8を形成する水破砕工程Pと、この破砕水8に一部可視光領域を含む紫外線を照射して極性水分子に共鳴振動を励起し、他のイオン原子・イオン分子に対しての親水性・水和性の高い活性水とする光化学反応工程Qとから成る。
【選択図】図3
Description
本発明に係る水の水質改質方法は、図1に示すように、被処理水を破砕して水分子同士の水素結合によるクラスターが分解された破砕水を形成するための水破砕工程Pと、このようにして形成された破砕水に一部可視光領域を含む紫外線を照射して極性水分子に共鳴振動を励起させ、他のイオン原子・イオン分子に対しての親水性・水和性の高い活性水とするための光化学反応工程Qとから成る。
本装置は、第1の工程として、原水槽1に貯留する例えば湖沼、河川、市水、海水等の被処理水2を高圧水流ポンプ3により高圧ノズル4を介して破砕室7内に噴射させる。さらに詳しく説明すると、破砕室7内に例えば金属板またはセラミック板等による高硬度壁面6を設け、この高硬度壁面6に被処理水2である噴射原水5を衝突させることによって破砕水8が形成されるものである。このとき、高圧水流ポンプ3としては、各種実験により10気圧ポンプを使用して繰り返し循環噴射する破砕水8を利用することができるようにしているが、必要エネルギー値から判断して約30〜100気圧程度の高圧が好ましい。また、高硬度壁面6に対する噴射原水5の衝突をより有効的に行わせるために、当該高硬度壁面6自体を噴射距離1mに対応する放物面に形成してある。
尚、重力加速度を利用するために、垂直下に噴射しても良い。また、高硬度壁面6によって形成された破砕水8を循環水槽9に貯留して、高圧水流ポンプ3から再度噴射するようにしても良いことは既述のとおりである。
すなわち、前記第2の工程では、破砕水8に紫外線を照射するが、その紫外線の波長領域は100nmから500nmである。既に、酸化チタンに紫外線を照射することで電子・正孔対を生じ、空気中の酸素や水と反応することでスーパーオキサイドイオンや水酸ラジカルを生成するという所謂ホンダ・フジシマ効果として周知の技術である光触媒効果に重要な波長は、酸化チタン原子のエネルギーバンドのギャップエネルギー(3.2eV)やプランク定数等から波長が約387.5nmとして換算されている。したがって、当工程においては酸化チタンや酸化亜鉛等の光触媒性の金属酸化物に波長が約387.5nmの紫外線を照射することで、各種の臭気の分解、生菌雑菌類の制御等の光触媒効果を得るよう、前記容器11および処理完了水槽15の内底部には例えば酸化チタンもしくは酸化亜鉛等の光触媒プレート19を目的に応じて着脱可能となるように設置する。
先ず、第1の工程として、原水タンク1に貯留する被処理水2を高圧水流ポンプ3により高圧ノズル4を介して破砕室7内に噴射し、破砕室7内に設けられた高硬度壁面6に被処理水2である噴射原水5を衝突させる。そして、このようにして高硬度壁面6によって形成された破砕水8を循環水槽9に貯留し、高圧水流ポンプ3から再度噴射する。
尚、本構成において、上記した実施の形態と同じ部分には同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。すなわち、本構成では、破砕室7の下方にバルブ7aを介して容器11を設け、該容器11内に配したフィルター11aにより、破砕室7での破砕によって発生する沈殿物を除去するようにしてある。この構成の概略としては、被処理水2が、原水タンク1、高圧水流ポンプ3、破砕室7、容器11、循環ポンプ10、循環水槽9それぞれを循環するように構成してある。
尚、本構成において、上記した実施の形態と同じ部分には同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。すなわち、本構成では、破砕室7内の高硬度壁面6直前に羽歯車23を設け、該羽歯車23の被処理水2の噴出方向に逆らう矢方向24への回転によって被処理水2の高硬度壁面6に対する衝突速度を制御するものとしてある。そして、破砕室7の下方に連通するよう容器11を設け、該容器11内に配したフィルター11aにより、破砕室7での破砕によって発生する沈殿物を除去するようにしてある。
尚、本構成において、上記した実施の形態と同じ部分には同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。すなわち、本構成では、水破砕手段の前処理として、超音波発生装置21を備えた水槽25に被処理水2を通過させることより、当該被処理水2に20kHz程度もしくはそれ以上の振動を付与する。ついで、超音波処理水槽22内に貯留され、高圧水流ポンプ3の高圧ノズル4により破砕室7内に設けられた高硬度壁面6に衝突させる。
尚、本構成において、上記した実施の形態と同じ部分には同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。すなわち、本構成では、光化学反応手段は、紫外線管12を、放射紫外線の波長帯域に応じて複数本が同時に使用できるように容器11内に設置させ、放射効率を高めるよう容器11内の破砕水8に対し自動水流を生起させるようにしてある。例えば、図7(a)に示すように、紫外線管12を内装した長尺管状の容器11を例えば3本を蛇行状に接続してあり、一端から破砕水8が流入し、他端から処理完了水13が流出するようにしてある。
尚、本構成において、上記した実施の形態と同じ部分には同じ符号を付与してその詳細な説明を省略する。すなわち、本構成では、光化学反応手段は、容器11を透光可能な材質で形成し、この外周に複数環状のもしくはスパイラル状の紫外線管12を巻装してある。
本構成による第1工程は、原水に高圧をかけて金属鋼板、セラミックス等の高硬度壁面に向けて衝突させて破砕水8を生成することにある。この実験の結果、明確な有意性として大きく次の2点が確認された。すなわち、破砕前の原水と噴射後の破砕水との温度差が、1回目では12.7℃から15.0℃に昇温した。また、2回目では16.5℃から17.5℃に昇温した。このとき、同一の原水を使用したが、1回目の作業と2回目の作業との間に2時間の時間差があった。1回目のサンプルを2回目に使用したが、2回目の開始温度が15℃でなく、16.5℃であるのは、当日の実験地の気温からみて、放置時間における自然昇温であると判断される。また、放射熱を除く熱エネルギーの本質が、原子や分子等の振動によることは周知のことであるが、本実験の結果も原理通りであった。さらに、実験に使用した原水は、静岡県焼津市沖の水面下約640mから深水層として採集し、半透性膜で塩分を除去したものを用いた。
一般の農業用灌漑地でランダムに採集した水を原水として10気圧に加圧し、噴射距離1mで、鉄板壁に5回繰り返し衝突させて破砕水とし、この破砕水を電磁波シールドを施した別容器に入れ、その水中に波長275nmを中心値とする200ワットの紫外線管を埋設して、所定の時間だけ紫外線照射した破砕水の検査結果が図8に示されている。すなわち、目的とする透明度は大幅に向上し、明確に視認できる。一般の細菌もほぼ消滅した。細菌については、破砕後、一時増殖しているが、その後のテストによると菌の世代終了と共に消滅する。また、検査結果に「その他薬臭」とあるが、薬品は一切添加していない。これは、原水中に存在して水和していた物質が表面化したものと判断される。時間経過と共に異臭は消滅した。また、溜め池の原水であるために、目視できる程度に有機物が浮遊していたが、破砕水では視認できず、残渣としてわずかに水底に散乱していた。さらに、原水、破砕水共にpHに有意差は認められなかった。
当技術の普遍性も同時に判断するために、前記とは別の灌漑地の水を原水とし、前記と同一工程で処理した水を試験区として、市販の料理用小松菜(根付き泥無し)で、購入後8時間を経過して、萎えた状況のサンプルを処理水に浸漬した。比較区は一般の水道水とした。実験状況は試験区のサンプルはほぼ蘇生し、33時間経過後、有意性が明確になった。その後、蘇生し切れなかった水道水浸漬のサンプルを、試験区の処理水に浸漬し直したところ、約半数の葉が蘇生した。一義的には、水分子クラスターの微小化による浸透圧の変化によるものと判断される。
Q 光化学反応工程
1 原水槽
2 原水
3 高圧水流ポンプ
4 高圧ノズル
5 噴射原水
6 高硬度壁面
7 破砕室
8 破砕水
9 循環水層
10 循環ポンプ
11 容器
12 紫外線管
13 処理完了水
14 破砕水循環水槽
15 処理完了水槽
16 液体ガス
17 ガス用配管
18 気化ガス
19 光触媒プレート
20 減圧ポンプ
21 超音波発生装置
22 超音波処理水槽
23 羽歯車
24 噴出方向に逆らう矢方向
25 水槽
Claims (9)
- 被処理水を破砕して水分子同士の水素結合によるクラスターが分解された破砕水を形成する水破砕工程と、このようにして形成された破砕水に一部可視光領域を含む紫外線を照射して極性水分子に共鳴振動を励起させ、他のイオン原子・イオン分子に対しての親水性・水和性の高い活性水とする光化学反応工程とから成ることを特徴とした水の水質改質方法。
- 光化学反応工程は、植物種子類、各種高分子類、非晶質材料、結晶材料、各種双極性分子や結晶水を含む材料の少なくとも1つを破砕水中に浸漬し、前記紫外線を照射することで、材料に含まれる各種形態の水の改質を通じて、諸材料を改質可能にする請求項1記載の水の水質改質方法。
- 被処理水を破砕して水分子同士の水素結合によるクラスターが分解された破砕水を形成するために、被処理水を高圧加圧噴射し、金属板またはセラミック板の高硬度壁面に衝突粉砕させる水破砕手段と、このようにして形成された破砕水を、他のイオン原子・イオン分子に対しての親水性・水和性の高い活性水とするために、当該破砕水に、一部可視光領域を含む波長100〜500ナノメートル範囲の紫外線を照射して極性水分子に共鳴振動を励起させる光化学反応手段とから成ることを特徴とした水の水質改質装置。
- 水破砕手段は、被処理水を高圧加圧噴射する加圧ポンプと、この噴射水を衝突させる放物面を形成した高硬度壁面としての金属板またはセラミック板とを備え、光化学反応手段は、破砕水収容可能な容器であって、該容器の内壁面に光触媒性の金属酸化物材料を付設し、且つ内部に紫外線を照射可能とする紫外線放射管を備えて成る請求項3記載の水の水質改質装置。
- 水破砕手段の前処理として、超音波発生装置を備えた容器に被処理水を通過させることより、当該被処理水に20kHz程度もしくはそれ以上の振動を付与するものとした請求項3または4記載の水の水質改質装置。
- 光化学反応手段は、紫外線を連続的に照射可能とするよう容器中に設置された紫外線放射管と、紫外線放射効率を高め、且つ安全のために容器外部への紫外線漏洩を防止可能とするよう当該容器全体を金属薄膜によって電磁波シールドを施して成る請求項3乃至5のいずれかに記載の水の水質改質装置。
- 光化学反応手段は、紫外線放射管を、放射紫外線の波長帯域に応じて複数本が同時に使用できるように容器内に設置させ、放射効率を高めることを目的として容器内の破砕水に対し自動水流を生起させるようにした請求項4乃至6記載の水の水質改質装置。
- 水破砕手段、光化学反応手段、容器、およびこれらを結ぶ流路それぞれには、アルゴンガス等の不活性ガスもしくは酸素等の活性ガスを注入可能とした請求項3乃至7のいずれかに記載の水の水質改質装置。
- 光化学反応手段は、容器内に、植物種子類、各種高分子類、非晶質材料、結晶材料、各種双極性分子や結晶水を含む材料の少なくとも1つを破砕水と共に浸漬し、紫外線を照射することで、材料に含まれる各種形態の水の改質を通じて、諸材料を改質可能とした請求項3乃至8のいずれかに記載の水の水質改質装置。
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