JP2011218327A - 水処理装置及びバラスト水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】海水中の微生物を除去するための水処理装置において、低圧力損失でありながら、処理効果の高い水処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被処理水２が通水する筐体３内に、光触媒が担持されたプレート４を中心軸５から放射状に等間隔角度で配置してなり、被処理水２による水圧をプレート４が受けることによって回転する羽根車６と、羽根車６が一定方向（図面では時計回り）に回転するように被処理水２の流れを制御する遮蔽板７と、プレート４の表面に紫外線を照射する励起光源８とを備えたことを特徴とする水処理装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は海水中の微生物を除去するための水処理装置及び、バラスト水タンクに収容するバラスト水の処理に適用できるバラスト水処理装置に関するものである。

従来、海水中の微生物を除去する方法として、光触媒によって殺滅または殺菌を行う処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その処理装置について図を参照しながら説明する。

図９に示すように、光触媒装置１０１は、反応容器１０２内に光触媒１０３とＵＶランプ１０４を備えている。光触媒は反応容器内に単層あるいは複数層敷設されており、その層内にＵＶランプを貫通し、光触媒に照射光を当てながら光触媒層内に未処理海水を通す。こうすることで光触媒の反応によってＯＨラジカルが生成され、海水中の微生物を除去することができる。

特開２００５−３４９２５９号公報

このような従来の光触媒装置においては、光触媒である酸化チタンを反応容器内に粉末、繊維状、ペレット状にて支持し、それらをＵＶランプからの光が効率よく照射されるようにＵＶランプと反応容器の間に充填するように配置されている。

しかし、一般的にバラスト水の処理量は数百ｍ³／分と極めて多く、それほどの水量を処理するには圧力損失が高いという課題があった。また、ＵＶランプの周りに光触媒が厚く層状に充填されているため、ＵＶランプから離れた部分の光触媒には効率よく光が照射されずに除去性能が低下するという課題があった。また、ＵＶランプの発光管表面には常に接触するように海水が大量に流れており、海水に含まれる成分によって発光管の表面に汚れが付着しやすく、光源からの光が遮られて効率が低下するという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、低い圧力損失でありながら微生物の除去に対して高い性能を有する水処理装置を提供することを目的とする。また、励起光源の表面に汚れが付着しにくく、照射効率の高い水処理装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、低い圧力損失でありながら、効率よく光触媒に光源の光を照射することで被処理水中の微生物の除去性能を高め、さらに光源の表面に汚れが付着しにくくするようにしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、光触媒を担持したプレートを中心軸から放射状に等間隔角度で配置して羽根車形状とし、被処理水による水圧で羽根車が回転することで処理部にかかる水圧を低減するものであり、これによって処理装置にかかる圧力損失を低減することができる。また、光触媒を担持したプレートが軸を中心として回転することで励起光源の光を光触媒表面に効率よく均一に照射し、高い処理性能を発揮することができる。さらに、羽根車を挟んで遮蔽板の後ろ側に励起光源を配置することで、励起光源の表面に汚れが付着しにくくなり、効率よく光を照射することができる。

本発明の実施の形態１の水処理装置の概略断面を示す構成図 水処理装置の概略斜視図 本発明の実施の形態２の水処理装置の概略斜視図 本発明の実施の形態３の水処理装置の概略断面を示す構成図 本発明の実施の形態４の水処理装置の概略断面を示す構成図 本発明の実施の形態５の水処理装置の概略断面を示す構成図 本発明の実施の形態６の水処理装置の概略断面を示す構成図 本発明の実施の形態７のバラスト水処理装置の概略断面を示す構成図 従来の水処理装置の概略断面を示す構成図

本発明の水処理装置は、被処理水が通水する筐体内に、光触媒が担持されたプレートを中心軸から放射状に等間隔角度で配置してなり、被処理水による水圧をプレートが受けることによって回転する羽根車と、羽根車が一定方向に回転するように処理水の流れを制御する遮蔽板と、プレート表面に紫外線を照射する励起光源とを備えた水処理装置であって、羽根車を挟んで遮蔽板の後ろ側に励起光源を配置するという構成を有する。

これにより、圧力損失を低減することができるという効果を奏する。また、光触媒を担持したプレートが軸を中心として回転することで励起光源の光を光触媒表面に効率よく均一に照射し高い処理性能を発揮することができ、さらに、羽根車を挟んで遮蔽板の後ろ側に励起光源を配置することで励起光源の表面に汚れが付着しにくくなり、効率よく光を照射することができるという効果を奏する。

また、プレートの少なくとも一部に被処理水が通り抜けるための孔が設けられている構成にしてもよい。これによって処理装置の圧力損失をより低くすることができるという効果を奏する。更に、プレートと被処理水との接触面積が増え、除去効果を高めることができるという効果を奏する。

また、プレートが円弧状に湾曲している構成にしてもよい。こうすることで湾曲させる方向を決めることで羽根車の回転方向も決めることができるため、処理水の流れを制御するための遮蔽板を設ける必要がなく、装置の簡略化が可能であるという効果を奏する。

また、プレートを無機基材上に光触媒を無機バインダで固定化した構成にしてもよい。こうすることで励起光源からのＵＶ光によって基材やバインダが侵されることなく、また海水による腐食を防ぐことができるという効果を奏する。

また、光触媒に吸着材を混合する構成にしてもよい。こうすることで被処理水中に含まれる菌や微生物の除去性能を高めることができるという効果を奏する。

また、回転軸の表面を鏡面加工とする構成にしてもよい。こうすることで励起光源からの光を回転軸の部分で反射し、光を効率よく光触媒に照射することができるという効果を奏する。

また、プレートの先端部に励起光源に付着した汚れを取り除くための拭き取り部を備える構成にしてもよい。こうすることで励起光源に付着した汚れを羽根車が回転することで拭き取り、常に効率よく光を照射することができるという作用を有する。

また、本発明のバラスト水処理装置は、水処理装置の前段にろ過フィルタを備える構成を有している。

タンカーや貨物船等の船舶において、荷重物を搭載しない状態で運行するときは船舶を安定させるために荷物の代わりにバラスト水として海水をバラスト水タンクに収容する。この際、バラスト水に含まれる微生物による海洋汚染や公害、生態系の破壊を回避するために海水中の微生物を除去する処理が施される。しかし、海水に含まれる微生物はサイズが１０μｍ以下の菌や、５０μｍ以上のプランクトンなど多種多様であるため、全ての微生物を同じ処理方法で処理することは非効率的である。

そこで、ろ過フィルタによって比較的大きな微生物を事前に処理することで、被処理海水に含まれる菌などの微細な生物を光触媒によって効果的に脱臭することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、水処理装置１は被処理水２が通水する筐体３内に、光触媒が担持されたプレート４を中心軸５から放射状に等間隔角度で配置してなり、被処理水２による水圧をプレート４が受けることによって回転する羽根車６と、羽根車６が一定方向（図面では時計回り）に回転するように被処理水２の流れを制御する遮蔽板７と、プレート４の表面に紫外線を照射する励起光源８とを備えている。

このような構成にすれば大きな圧力損失を生じることなく、全ての被処理水２を光触媒が担持されたプレート４に接触させながら一定方向に流すことができる。その際、被処理水２は光触媒が担持されたプレート４で構成された羽根車６に接触しながら通過することで被処理水２に含まれる菌やプランクトンなどの微生物や汚染物質がプレート４に吸着するものである。さらに回転することで励起光源８付近まで達したプレート４は酸化チタンなどの光触媒を含んでおり、励起光源８から照射される紫外線の働きにより、プレート４上でＯＨラジカルなどの活性種が生成され、プレート４に吸着した微生物や汚染物を除去することができる。

図２に、水処理装置の概略斜視図を示す。羽根車６を構成するプレート４は略短冊状であり、これらを中心軸５から複数枚放射状に配置されてなる。これらプレート４が被処理水２による水圧を受けると羽根の役割を果たし、回転軸９を中心に回転する仕組みになっている。このとき羽根車６の上流側に被処理水２の流れを制御する遮蔽板７を設けて水の流れを操作し、羽根車６の一部分にだけ水圧がかかるようにすることで回転方向を一定にすることができる。

励起光源８は被処理水２の流れに対して羽根車６の下流に配置されており、更に遮蔽板７によって制御された被処理水２の進路上にならないように遮蔽板７と羽根車６によって遮蔽される位置に配置されている。

このような構成にすれば、光触媒を担持したプレート４が回転軸９を中心として回転することで励起光源８の光をすべての光触媒が担持されたプレート４の表面に効率よく均一に照射し、高い処理性能を発揮することができる。さらに、羽根車６を挟んで遮蔽板７の後ろ側に励起光源８を配置することで、励起光源８の表面に汚れが付着しにくくなり、効率よく光を照射することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態において、羽根車６の中心軸５の表面を鏡面加工する構成にしてもよい。こうすることで励起光源８からの光を中心軸５の部分で反射し、光を効率よく光触媒に照射することができる。

次にプレート４の製造方法について説明する。プレート４は板状あるいはシート状の基材に光触媒である酸化チタンとバインダ成分をスラリー状に質化したものを、基材に塗布した後に加熱乾燥する方法で製造することができる。基材の材質としては様々なものを用いることができるが、励起光源８から紫外線が照射させることや、海水など様々なイオン物質が存在しているような液体中での使用を考慮すれば、光触媒を担持する基材としてはガラスやセラミックなどの無機材料であることが望ましく、中でもセラミック繊維を抄紙工法で紙状に成形したセラミックペーパーは、耐光性や強度そして加工性の面から基材としてより好ましい。また、バインダにおいても無機成分を主原料としたものが好ましく、例えばシリカやアルミナといった無機成分の水溶性ゾルが挙げられる。

また、光触媒と一緒に吸着剤を混合する構成にしてもよい。こうすることで被処理水２がプレート４と接触した際に菌やプランクトンなどをより効率良く吸着することができ、吸着された微生物や汚染物質を光触媒によって効率よく除去することができるという効果を奏する。

吸着剤としては活性炭、ゼオライト、ハイドロキシアパタイトなどの多孔質体を用いることができ、除去したい菌やプランクトンのサイズに合わせて選定することができる。

なお、本実施の形態では光触媒は酸化チタンを用いるとしたが、これに限定されるものではなく、酸化スズ、酸化タングステン、などの光触媒としての特性を有する物質であれば同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では棒状の励起光源８から紫外線が照射されるものとしたが、具体的には冷陰極管、ＬＥＤ、ブラックライト、殺菌ランプ、高圧ＵＶランプ、中圧ＵＶランプ、アマルガムランプ、メタルハライドランプ、パルスキセノンランプなど様々なものを用いることができ、装置の大きさや水の処理量、コストなどに合わせて選定すればよく、光触媒を励起させることができるものであればいかなるものを用いても同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では励起光源８の上流側にのみ羽根車６を配置しているが、同様の構造をもった羽根車６を励起光源８の下流側に配置してもなんら問題はなく、さらに除去効率の高い水処理装置１を形成することができる。

（実施の形態２）
図３において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３に示すように本実施の形態においては、基材として目開き構造を有したものを用いており、被処理水２が通り抜けるための孔１０が設けられている構成となっている。これによって水処理装置１の圧力損失をより低くすることができるという効果を奏する。更に、プレート４と被処理水２との接触面積が増え、微生物の除去効果を高めることができるという効果を奏する。

なお、目開き構造としては無機基材上にパンチングメタルのように等間隔で通水孔を設けたものや、ガラス繊維を格子状に織ったガラスクロスなど様々なものを用いることができる。

（実施の形態３）
図４に実施の形態３の水処理装置の概略断面図を示す。図４に示すように水処理装置１は前記構成の水処理装置を複数用い、並列に一列に並べて組み合わせてなる。こうすることで多くの処理量を必要とする場合においても効果的に処理を行うことができるという効果を奏する。

（実施の形態４）
図５において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５に実施の形態４の水処理装置の概略断面図を示す。隣り合う羽根車６が互いに逆回転で回転するように遮蔽板７を配置している。また、励起光源８は被処理水２の流れに対して遮蔽板７の後方かつ、２つの羽根車６の中間に配置されている。

このような構成にすれば２つの羽根車６に共通の被処理水２が遮蔽される部分が形成され、１つの励起光源８で２つの羽根車６を同時に光照射することができるため、励起光源８の数を少なくすることができ、効率の良い水処理装置１を形成できるという効果を奏する。

（実施の形態５）
図６において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６に実施の形態５の水処理装置の概略断面図を示す。本実施の形態では光触媒を担持したプレート４を円弧状に湾曲させ、その湾曲の方向を隣接する羽根車で逆にしている。

このような構成にすることで湾曲させる方向によって水圧を受けたときの回転方向が決めることができる。つまり羽根車６の回転方向も決めることができるため、遮蔽板を設ける必要がなく、装置を簡略化することができる。また、遮蔽板によって遮られていた部分のプレート４を露出させることで微生物の除去効果を高めることができる。なお、本実施の形態においてはプレート４の湾曲させる度合いを変化させることで水圧を受けたときの回転速度を制御することができ、処理量に合わせた設計が容易に行うことができる。

（実施の形態６）
図７において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図７に実施の形態６の水処理装置における羽根車と励起光源の概略拡大図を示す。羽根車６を構成するプレート４の先端部に拭き取り部１１を具備しており、羽根車６が回転することで拭き取り部１１が励起光源８の表面を拭うようになっている。このような構成にすることで励起光源８に付着した汚れを羽根車６が回転することで拭き取り、常に効率よく光を照射することができるという効果を奏する。

（実施の形態７）
図８において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図８に実施の形態７のバラスト水処理装置の概略断面図を示す。なお、図に示すようにバラスト水処理装置は船舶内の例えばエンジンルーム内に搭載されているものとする。

バラスト水処理装置１２は、水処理装置１の水処理装置の前段にろ過フィルタ１３を備えた構成を有している。海水の汲み上げ手段（図示なし）によって汲み上げられた海水はまずろ過フィルタによって海水中に含まれるゴミやプランクトンなどの比較的大きな微生物が除去される。次にろ過フィルタ１３では取りきれなかった微細な菌などの微生物は水処理装置１の光触媒によって除去され、清浄な海水となったものが船舶１４のバラスト水タンク１５に導入される。こうすることで、ろ過フィルタ１３によって比較的大きな微生物を事前に処理することで、被処理海水に含まれる菌などの微細な生物を光触媒によって効果的に処理することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では海水を汲み上げ、バラスト水タンクに導入する場合について記載しているが、海水を搬送するパイプの流路をバルブを切り替えることでバラスト水タンクから海へ海水を放水する際にもバラスト水処理装置を通して処理することができる。

本発明にかかる水処理装置は、低い圧力損失でありながら、効率よく光触媒に光照射することで優れた水処理性能を発揮するものであるので、処理量の多いバラスト水の処理に使用されるバラスト水処理装置として有用である。

１ 水処理装置
２ 被処理水
３ 筐体
４ プレート
５ 中心軸
６ 羽根車
７ 遮蔽板
８ 励起光源
９ 回転軸
１０ 孔
１１ 拭き取り部
１２ バラスト水処理装置
１３ ろ過フィルタ
１４ 船舶
１５ バラスト水タンク

Claims (8)

1. 被処理水が通水する筐体内に、光触媒が担持されたプレートを中心軸から放射状に等間隔角度で配置してなり、被処理水による水圧をプレートが受けることによって回転する羽根車と、羽根車が一定方向に回転するように処理水の流れを制御する遮蔽板と、プレート表面に紫外線を照射する励起光源とを備えた水処理装置であって、羽根車を挟んで遮蔽板の後ろ側に励起光源を配置することを特徴とする水処理装置。
2. プレートの少なくとも一部に被処理水が通り抜けるための孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
3. プレートが円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項１または２記載の水処理装置。
4. プレートが無機基材上に光触媒を無機バインダで固定化したものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の水処理装置。
5. 光触媒に吸着材を混合することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の水処理装置。
6. 回転軸の表面を鏡面加工することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の水処理装置。
7. プレートの先端部に励起光源に付着した汚れを取り除くための拭き取り部を備えることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の水処理装置。
8. 請求項１乃至７いずれか記載の水処理装置の前段にろ過フィルタを備えることを特徴とするバラスト水処理装置。

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