JP3559370B2

JP3559370B2 - 水浄化装置

Info

Publication number: JP3559370B2
Application number: JP34244295A
Authority: JP
Inventors: 信康奥田; 武彦大沢; 俊夫斉藤; 孝寿小川; 猛広松
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09174046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水浄化装置に関し、詳しくは湖沼、河川、修景池や親水公園の人工池への使用に適する光触媒活性による酸化分解作用を応用した処理効率の良好な水浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湖沼、河川、修景池や親水公園の人工池、水路の水質浄化方法としては、現在、生物処理、ろ過、紫外線酸化、オゾン酸化等の方法が用いられている。しかしながら、紫外線酸化、オゾン酸化などは、高いエネルギーを投入する必要があり、生物処理やろ過においては、所望の処理能力を維持するための雰囲気の制御やろ材の浄化などのメンテナンスが必要であり、しかも、いずれの方法も人工池の如きＢＯＤ値１０ｍｇ／リットル以下の低濃度汚濁に対しては高濃度時に比べて処理効率が低いという問題があり、また、汚濁の程度は低いが処理対象となる水が大量にある湖沼や河川の水に対しては初期設備コストや処理コストが高くなるという問題があった。
【０００３】
特に、修景池で魚介類を飼育する場合には、魚介類の排泄物に含まれる有機物、栄養塩によって藻類が発生したり、水中アンモニア濃度が上昇して、水質の汚濁、臭気の発生が生じて、魚介類にも悪影響を及ぼす虞がある。しかしながら、殺藻剤などの薬剤は魚介類への影響が強いため使用することができず、有効な水浄化処理方法は見いだされていない。
【０００４】
また、水遊びが可能な都市型の親水公園の人工池や水路においては、清潔で安全な水質が保たれることが重要であり、このため薬剤等による水処理は不適とされていた。
【０００５】
一方、酸化チタン等の光触媒活性を有する物質（以下、適宜光触媒と称する）に紫外線を照射すると強力な酸化能を有するラジカルが生成され、このラジカルにより液体及び気体中の被酸化物質が酸化されることが知られている。
【０００６】
この光触媒活性を応用して流体の浄化処理を行うことが提案されており、例えば、特公平４−５４５１１号には、流体の浄化方法として、酸化チタンを透光性の物質により多孔性の塊状体とし、流体中に分散させ、紫外線照射により光分解する方法が記載されている。この方法によればバインダーにより酸化チタンを塊状にするため、光触媒反応に係る表面積が減少し、反応効率が悪いという問題がある。
【０００７】
また、流出油の処理方法として用いられる酸化チタン等の光触媒を塗布したガラスビーズを水中に散布す方法も提案されているが、使用した光触媒を回収することができず、ガラスビーズそのものによる二次汚染やコストが高い等の問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、修景池や親水公園の人工池、水路等に好適に使用される、簡単な構造であり、安全性が高く、水の浄化処理効率が良好で、しかも、エネルギーの供給や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提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、光触媒活性を有する物質（以下、適宜、光触媒と称する）を紐状又は中空チューブ状の支持体、好ましくは支持体表面、に担持させた材料を使用することにより、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の請求項１に係る水浄化装置は、紐状又は中空チューブ状の形状を有する支持体に、光触媒活性を有する物質を担持させ、その両端を枠体に固定した成形体と、成形体と固着された浮遊体と、を備えた水浄化装置であって、該浮遊体が水面に浮遊したとき、該成形体が水深２ｍｍ〜１０ｃｍで水中に位置するように該成形体と該浮遊体とを固着した、ことを特徴とする。
【００１１】
前記前記光触媒活性を有する物質を担持させた支持体が水面と略平行になるように枠体に固着されていることが効果の観点から好ましい。
【００１２】
また、前記支持体の材料は、ガラス、繊維、合成樹脂、セラミック、ゼオライト、活性炭から選択されることが好ましく、前記紐状の支持体は、糸状、ロープ状、又は、テープ状の形状をなすことが好ましい。
【００１３】
この装置によれば、修景池等の水中の汚染物質を酸化チタン等の光触媒と接触させ、太陽光の照射によって反応させるため、反応速度が速く高効率的に光触媒反応を行うことができる。この反応により、水中の被酸化物質の酸化によるＣＯＤの削減、水中に発生したアンモニアの硝化、大腸菌などの菌類の殺菌などが行われ、池、水路等の水を、他からエネルギーを供給することなく、常に効率的に浄化処理することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る水浄化装置においては、前記光触媒を担持した成形体が、水深２ｍｍ〜１０ｃｍに位置するように固着され、且つ、前記光触媒活性を有する物質を担持させた支持体が水面と略平行になるように枠体に固着されるため、光触媒に照射する太陽光の強度が好適な範囲に保持され、また、水との接触状態も良好であり、光触媒反応効率の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は実施例１の水浄化装置１０の構成を示す概略斜視図である。
【００１６】
図１の水浄化装置１０は、紐状の形状を有する支持体であるグラスファイバー製のロープ１２を枠体１４に網状に固定した成形体１６と、成形体１６に固着された浮遊体である合成樹脂製の中空球体１８とで構成されている。
【００１７】
前記成形体１６と中空球体１８とは、合成樹脂製の柱部２０を介して固着されている。
【００１８】
グラスファイバー製のロープ１２表面には光触媒活性を有する物質である酸化チタン粉末２２が担持されている。
【００１９】
図２は、実施例１の水浄化装置１０を水中に配置した状態を示す概略断面図である。合成樹脂製の中空球体１８が水面に浮遊し、柱部２０を介して中空球体１８に固着されている成形体１６は水中に位置している。
【００２０】
ここで、水面から水中に位置する成形体１６までの距離（図２中、ｄで表される）、即ち、水深は２ｍｍから１０ｃｍ程度であることが好ましい。成形体１６が水深２ｍｍよりも浅いところに位置していると、条件によっては成形体１６を構成する光触媒を担持させた網状のグラスファイバーロープ１２が水面に露出することになり、光触媒反応効率上好ましくない。また、成形体１６が水深１０ｃｍより深いところに位置すると、光触媒表面に到達する太陽光に含まれる有効な波長の紫外線が減衰され、光触媒反応効率が低下する。
【００２１】
即ち、光触媒反応を効率よく行うためには、光触媒表面に到達する紫外線（例えば、波長３６０ｎｍ）は０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上であることが好ましく、太陽光の晴天時における前記波長の紫外線の照度は約５ｍＷ／ｃｍ^２であることから、前記範囲が決定される。
【００２２】
成形体１６の水中における位置（水深）は、浮遊体１８の水面での浮遊状態、成形体１６と浮遊体１８との距離などにより、調整することができる。この調整は、通常、成形体１６と浮遊体１８とを固着する柱部２０の長さ、成形体１６の重量などにより調整することができる。また、成形体１６と浮遊体１８との固着は、必ずしも柱部２０を介さなくてもよく、水面から水中の成形体１６までの距離ｄが前記好ましい範囲にあれば、図３の概略断面図に示すように、成形体１６と浮遊体１８とが直接固着されていてもよい。
【００２３】
ここで、浮遊体１８として用いられているのは合成樹脂製の中空球体であるが、成形体１６を水面下の好適な位置に保持できるものであれば、その大きさ、形状、素材に特に制限はなく、合成樹脂製の他、ガラス、セラミック等無機材料製の中空体でもよく、比重の軽い材料、例えば、発泡スチロール、木材等で形成されていてもよい。
【００２４】
この水浄化装置１０を湖沼や河川に配置することにより、水面近傍に位置するグラスファイバーロープ１２に担持された酸化チタン粉体２２表面と水との接触面において、太陽光の紫外線による光触媒反応が起こり、ＴＣＥ、ＰＣＥ、アンモニアなどの汚染物質の分解や殺菌が行われる。
【００２５】
本実施例１のように光触媒を担持したロープ１２が網状に固定されていると、水の動きの大きなところでは網状の部分で水が攪拌された状態になり、処理対象水と光触媒２２との接触頻度が向上するとともに、光触媒反応に必要な酸素の大気中からの溶け込み、光触媒２２表面と被処理水との接触、分解生成物の離脱が促進され、反応効率の低下を防ぐことができる。さらに、網状の形態は、ねじれや曲げなどの外的応力に対しての強度が高いため好ましい。この特徴は、例えば、格子状の形態でも同様に発現される。
【００２６】
水浄化装置１０の大きさに特に制限はないが、１個あたりの反応効率及び持ち運び性を考慮すれば、成形体１６の枠体１４が２ｍ×４ｍ程度のものが使用性が良好である。
【００２７】
この水浄化装置１０は湖沼や河川の広さ、汚染の状態などにより複数個連結して使用してもよい。また、河川等では流失を防止するため、ロープ等で岸に繋ぎ止めて利用してもよい。
（実施例２）
図４は実施例２の水浄化装置２４の構成を示す概略斜視図である。
【００２８】
本実施例２においては、光触媒２２は、広幅のテープ状の支持体２６の表面に担持されており、テープ状の支持体２６は、平行に配置され、枠体１４に両端を固定されている他は、実施例１と同様である。
【００２９】
この成形体の態様によれば、受光面積が大きくとれ、成形も簡単に行うことができる。このテープ状の支持体２６の幅や固定間隔は処理対象水の汚染状態などにより選択することができるが、通常は幅１〜２０ｃｍ程度のものが好適に用いられる。
（実施例３）
図５は実施例３の水浄化装置２８の構成を示す概略斜視図である。
【００３０】
本実施例３においては、光触媒２２は、ガラス又は多孔質セラミック製の直径２〜３０ｍｍ程度の中空チューブ形の支持体３０の表面に担持されており、この中空チューブ形の支持体３０は、中空部にワイヤー３２を通した形で固定され、ワイヤー３２は、平行に配置され、枠体１４に両端を固定されている他は、実施例１と同様である。
【００３１】
処理対象水の水面に浮遊物が多く存在する場合には、通常の支持体であると、光触媒２２表面に浮遊物が付着し、光触媒反応効率が低下する場合があるが、本実施例３の如く回転可能に固定された中空チューブ状支持体３０に光触媒２２を担持させることにより、回転の摩擦で浮遊物の光触媒２２表面への付着を防止することができる。この回転可能に固定された中空チューブ形の支持体３０の大きさや配置密度は目的に応じて任意に選択することができる。
【００３２】
これらの処理装置１０、２４、２８においては、光触媒として酸化チタンを使用しているが、光触媒はこれに制限されるものなく、例えば、特公平２−９８５０号の記載の如き光触媒活性を有する物質として公知の物質を任意に使用することができる。光触媒のなかでも、酸化チタン、酸化鉄、酸化タングステン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム等が代表的なものとして広く知られており、これらのうち、光触媒活性効果、安全性及びコストの観点、及び、水中のリン酸化合物を吸着する観点からは、各実施例に使用されている酸化チタンが好ましい。
【００３３】
また、これら光触媒の光触媒活性を向上させるために、これらと共存して、光触媒反応において還元反応サイトになりうる金属、例えば、白金、金、パラジウム、銀、銅、ニッケル、コバルトからなる群から選択される金属、好ましくは、白金、金、パラジウム、銀等を併用することもできる。
【００３４】
光触媒を担持させる支持体としては、紐状又は中空チューブ状に成形でき、光触媒反応によって劣化せず、且つ、耐久性があって加工しやすい物質を任意に使用することができる。耐久性及びファイバー状に加工して表面積を大きくとりうる観点からは、本実施例のガラスを原料とするグラスファイバーが最適であるが、その他、繊維、合成樹脂、セラミック、ゼオライト、活性炭などを好適なものとして使用することができる。繊維としては、耐久性に優れた炭素繊維、合成繊維などが好適なものとして挙げられる。また、セラミックとしては、表面積を大きくとりうるという観点から多孔質セラミックを用いることが好ましい。
【００３５】
処理対象水にやや濁りがあり、太陽光の吸収が大きい場合には、支持体の材料として透明なガラスやグラスファイバーを用いて、入射した光をガラス内部で散乱させ、深部まで光触媒反応を有効に行わせしめることが好ましい。処理対象水の被酸化物濃度が高い場合には、ゼオライトや活性炭を添加して光触媒を固定化することにより、被酸化物質を吸着、濃縮し、除去速度の向上を図ることが好ましい。また、銅や鉄を微量添加することにより光触媒反応を促進させることもできる。
【００３６】
これらの材料はフィラメント状若しくはファイバー状に加工して、それを単糸、撚り合わせ糸、引き揃え糸等の糸状として用いることができる。またさらに、それらの糸を数本寄り合わせてロープ状に加工したり、それらの糸を織って幅広のテープ状に加工して使用することができる。また、合成樹脂などでは、フィルム状に成形してそれを紐状、テープ状に切断して用いることもできる。
【００３７】
また、ガラス、セラミック等の無機材料や合成樹脂は、前記紐状、テープ状に加えて中空チューブ状に成形して用いることもできる。
【００３８】
支持体の形状は、なるべく表面積を多くとりうるものが好ましく、その観点からはモノフィラメントやフィルムを切断してなるテープ状のものよりも、撚り糸状、ロープ状や、織物からなるものが好ましく、ミクロ的に見れば細かなひげ状の繊維が枝状に出ている形状のものがより好ましい。また、固体材料の場合は、表面に微細な凹凸を有するものや多空質のものを好適な例として挙げることができる。これらは、目的に応じて任意に選択することができる。
【００３９】
支持体表面に酸化チタン被膜を形成させる方法としては、公知の方法を任意に用いることができ、例えば、酸化チタンゾルを支持体上にスピンコーティング、ディップコーティング等によって塗布して所望により焼成する方法、フィルム状に成形した酸化チタンを支持体上に接着する方法等を使用することができる。
【００４０】
また、酸化チタン被膜を形成させる別の方法としては、紫外線照射条件下で酸化チタンスラリー（酸化チタン粉末を１０〜２０ｇ／リットルの濃度で水に分散させたもの）を噴霧し、乾燥、焼成する方法が挙げられる。
【００４１】
これらの紐状、中空チューブ状に加工され、表面に光触媒を担持した支持体は、適当な枠体に固定されて用いられる。枠体の素材は、水中で使用される場合の耐久性と強度の要求を満たせば特に制限はなく、防錆処理した金属、耐水性、耐候性の良好な合成樹脂などの公知の素材を用いることができる。
【００４２】
支持体の枠体への固定は、受光面を効率よくとるという観点から、支持体同志を編み織りして網状として固定する方法、縦横に平行に格子状として固定する方法、幅広のテープ状の支持体を平行に配置して固定する方法、中空チューブ状の支持体の中空部に針金などを通して、針金を枠体に固定することにより、中空チューブ状の支持体を回転可能に固定する方法等が挙げられる。
【００４３】
この水浄化装置においては、光触媒自体が汚れ付着防止性や殺菌性を有するためメンテナンスは殆ど不要であるが、酸化チタン被膜に物理的な汚れの付着等による光触媒活性の低下が認められた場合には、水浄化装置を一旦回収し、光触媒表面を洗浄するメンテナンスを適宜行うことが効果的の観点から好ましい。
【００４４】
また、本発明の水浄化装置には、太陽光をより効率的に光触媒表面に集光するためのリフレクターの如き反射集光板を水面の好適な位置に固着して使用することができる。さらに、光触媒反応の効率化の観点から、太陽光が照射されないときでも浄化機能を持続させるために、ブラックライトなどの紫外線光源を配置して用いてもよい。
【００４５】
本発明の水浄化装置は、景勝池、人工池に適用する際にはこれらを単独で或いは複数個連結させて、水面に浮遊させて用いればよく、河川、人工小川、水路に用いる場合には、流失を防止するため、護岸などにロープで固定して用いてもよい。
【００４６】
本発明の水浄化装置は、適用される環境、汚染状態、例えば、魚類等の生物の有無、利用者の数などによって要求される処理能力に対して好適な態様を選択することができる。
【００４７】
処理能力に適合する態様は、例えば、水浄化装置の大きさ、支持体の形状、用いる光触媒の種類、光触媒を担持させた支持体の配置密度などを調製することにより、好適な条件を達成しうる。
【００４８】
本発明の水浄化装置は、修景池や親水公園の人工池、人工小川、水路等、高い水質と安全性を要求される全ての分野で利用することができ、特に、水量が多く汚染濃度の低い水系で好適に利用することができる。
【００４９】
本発明の水浄化装置は、前記の如く構造が簡単であり、このため、装置の配置、回収、撤去を簡単に行うことができ、エネルギーの供給や煩雑なメンテナンスが不要で、安全性が高いことから、応用の範囲は広い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の水浄化装置は、修景池や親水公園の人工池、水路等に好適に使用され、安全性が高く、簡単な構造であり、水の浄化処理効率が良好で、しかも、高いエネルギーの供給や煩雑なメンテナンスを必要としないという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の水浄化装置の概要を示す斜視図である。
【図２】実施例１の水浄化装置を水中に配置した状態を示す概略断面図である。
【図３】浮遊体と成形体とを直接固着した水浄化装置を水中に配置した状態を示す概略断面図である。
【図４】実施例２の水浄化装置の概要を示す斜視図である。
【図５】実施例３の水浄化装置の概要を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０水浄化装置
１２グラスファイバーロープ（支持体）
１４枠体
１６成形体
１８浮遊体
２２酸化チタン（光触媒活性を有する物質）
２４水浄化装置
２６テープ状の支持体
２８水浄化装置
３０中空チューブ状の支持体
３２ワイヤー

Claims

紐状又は中空チューブ状の形状を有する支持体に光触媒活性を有する物質を担持させ、その両端を枠体に固定した成形体と、成形体と固着された複数の浮遊体と、を備えた水浄化装置であって、
該浮遊体が水面に浮遊したとき、該成形体が水深２ｍｍ〜１０ｃｍで水中に位置するように該成形体と該浮遊体との距離が等間隔になるように互いに固着した、ことを特徴とする水浄化装置。
前記成形体と前記浮遊体とが、柱部を介して等間隔になるように固着されていることを特徴とする請求項１記載の水浄化装置。
前記成形体と前記浮遊体とが、等間隔になるように直接固着されていることを特徴とする請求項１記載の水浄化装置。
前記光触媒活性を有する物質を担持させた支持体が水面と略平行になるように枠体に固着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水浄化装置。
前記支持体が、ガラス、繊維、合成樹脂、セラミック、ゼオライト、活性炭から選択されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水浄化装置。
前記紐状の支持体が、糸状、ロープ状、又は、テープ状の形状をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水浄化装置。
前記光触媒を担持した紐状の支持体が、枠体に網状に複数本固定されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水浄化装置。
前記光触媒を担持した紐状の支持体が、枠体に略平行に複数本固定されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水浄化装置。
前記光触媒を担持した中空チューブ形の支持体が、中空部にワイヤーを通した形で平行に配置され、枠体に両端を固定されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の水浄化装置。