JP3691005B2 - 有機物処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の環境汚染対策の分野において、排水や排気である被処理流体に含まれる汚染物質のうち、特に有機物を光触媒により分解処理する有機物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃水・大気処理技術の分野では、機能性セラミックを触媒にした各種の処理装置が知られている。特に光触媒反応を利用した酸化チタンは、その応用技術の範囲が拡大されつつある。かかる分野では、特にアナターゼ型酸化チタンが主として利用されているが、この光触媒機能を発揮させるための光源は主として紫外線が有効であった。
【０００３】
光触媒としての酸化チタンは、特に紫外線のほか、可視光線、赤外線、電波、ガンマ線、Ｘ線など各種の電磁波エネルギーにより活性化され、多くの有機物を酸化分解する性質を持っている。また、水、食用油、鉱物油の酸化に対する還元作用も有している。さらに、最近の光触媒としての酸化チタンでは、特に紫外線エネルギーではなくても、太陽光や蛍光灯などでも十分に触媒機能を発揮するものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の技術では、光触媒としての酸化チタンは、粉末ないし粒子状のものをガラスや合成樹脂などの担体表面上にバインダーなどを介して固定することにより、平面的な触媒シートとして使用する場合がほとんどであった。
【０００５】
そのため、平面的な触媒シート上にて、光触媒がバインダーに覆われたり埋没してしまうほか、前記触媒シート自体は通水性ないし通気性を有するものでもなく、光触媒と被処理流体との接触効率に関しては、光触媒表面の有効利用という点において不十分であった。すなわち、光触媒自体をより有効かつ効果的に機能させることができず、処理能力が低いという問題点があった。
【０００６】
実際の光触媒の応用技術の範囲では、被処理流体である液体や気体に対して、より効果的な有機物の分解処理能力を得るためには、被処理流体中の処理対象である有機物と光触媒自体の接触効率を高めることが最も有効な方策であることは言うまでもない。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、光触媒表面と被処理流体との接触効率を高めることにより、被処理流体中に含まれる有機物などを分解する処理能力をよりいっそうと高めることができる有機物処理装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項に存する。
［１］液体に含まれる不要な有機物を、光触媒により分解処理する有機物処理装置（１０）において、
粒状に成形された光触媒粒子（１１）を多数保持する光触媒担体（２０）と、該光触媒担体（２０）に光を照射して光触媒粒子（１１）を励起させる光照射手段（３０）と、前記光触媒担体（２０）内に前記液体を積極的に導入させる流体誘導手段（４０）と、を有し、
前記光触媒担体（２０）は、前記光触媒粒子（１１）の粒径より小さい網目を備えた網目状シート（２１，２２）により、一端側が開口して他端側が閉じられた筒状の二重管として形成され、該二重管の内管（２１）と外管（２２）との間隙に多数の光触媒粒子（１１）を充填して成り、前記網目状シート（２１，２２）の表裏に連通する各光触媒粒子（１１）間の隙間を前記液体の通過経路とし、
前記流体誘導手段（４０）は、前記二重管の開口（２３）付近に設けられ、該開口（２３）の周囲より気泡を該開口（２３）内に向けて噴出する排気部（４１）と、該排気部（４１）に空気を供給するブロワーとから成り、
前記光触媒担体（２０）である二重管は、その開口（２３）側を下にして前記液体中に浸された状態で使用され、前記一端側の開口（２３）より内管（２１）内側に導入された前記液体を前記通過経路を通して外管（２２）外周の略全域より導出させることを特徴とする有機物処理装置（１０）。
【００１３】
［２］前記光照射手段（３０）を防水性を備えた棒状に形成し、該光照射手段（３０）を、前記光触媒担体（２０）である二重管の内管（２１）内側における軸心に沿って配置したことを特徴とする［１］記載の有機物処理装置（１０）。
【００１４】
［３］前記光触媒担体（２０）に、前記光触媒粒子（１１）に加えて別の機能性触媒を混在させて保持させることを特徴とする［１］または［２］記載の有機物処理装置（１０）。
【００１５】
［４］前記光触媒担体（２０）を、複数横方向に組み合わせてユニットとして構成したことを特徴とする［１］，［２］または［３］記載の有機物処理装置（１０）。
【００１６】
次に前述した解決手段に基づく作用を説明する。
本発明に係る有機物処理装置（１０）によれば、光触媒担体（２０）の外壁を成す網目状シート（２１，２２）に囲まれた空間内に多数の光触媒粒子（１１）が充填され、網目状シート（２１，２２）の表裏に連通する各光触媒粒子（１１）間は三次元的な網目状の隙間となり、この隙間全体が被処理流体の通過経路となる。網目状シート（２１，２２）には、可撓性のあるネット状のものから可撓性のない薄板状のものまで様々な態様が考えられるが、何れにせよ透光性を有する材質で薄く成形すると良い。
【００１７】
光照射手段（３０）により、前記光触媒担体（２０）に光を照射して光触媒粒子（１１）を励起させている間に、該光触媒担体（２０）内の通過経路を被処理流体が通過する過程において、その被処理流体に含まれる不要な有機物などは、個々の光触媒粒子（１１）の表面により広い範囲で接触することになり、効率良く分解処理される。
【００１８】
前記光触媒担体（２０）の形状としては、例えば、網目状シート（２１，２２）により筒状の二重管として形成することができる。二重管の内管（２１）と外管（２２）との間に光触媒粒子（１１）を充填し、二重管の一端側を開口（２３）させて他端側は閉じることにより、一端側の開口（２３）から内管（２１）内側に導入する被処理流体を外管（２２）外周の略全域より導出させることで、各光触媒粒子（１１）のより広い表面積に被処理流体を接触させることができる。
【００１９】
ここで前記光照射手段（３０）を防水性を備えた棒状に形成し、この光照射手段（３０）を、前記光触媒担体（２０）である二重管の内管（２１）内側における軸心に沿って配置すれば、内管（２１）の内周全域にわたりくまなく光を照射することができる。もちろん、外管（２２）の外部からも光照射手段（３０）とは別に自然光などが当たるようにすれば、より優れた光触媒活性が得られる。
【００２０】
また、前記光触媒担体（２０）である二重管の開口（２３）付近に、該開口（２３）内に向けて被処理流体を積極的に導入させる流体誘導手段（４０，５０）を設けることにより、被処理流体に積極的にエネルギーを与えて、二重管の開口（２３）に被処理流体を積極的に導く流れを形成することができる。それにより、被処理流体を各光触媒粒子（１１）に効果的に接触させつつ、迅速に通過経路を通過させることができる。
【００２１】
具体的には、前記光触媒担体（２０）である二重管を、その開口（２３）側を下にして被処理流体中に浸して使用することを前提とし、前記流体誘導手段（４０）を、開口（２３）の周囲より気泡を該開口（２３）内の上方に向けて噴出する排気部（４１）と、該排気部（４１）に空気を供給するブロワーとから構成すると良い。この場合、気泡の上昇流に伴い被処理流体が二重管内に積極的に引き込まれることになる。
【００２３】
さらにまた、前記光触媒担体（２０）に、光触媒粒子（１１）に加えて別の機能性触媒も混在させるようにすれば、通常の光触媒による有機物の分解能に加えて、各種の機能性触媒の独自の処理能力を発揮させることができる。なお、前記光触媒担体（２０）を、複数横方向に組み合わせてユニットとして構成すれば、取り扱いが容易となり、より大きな処理能力を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を代表する各種実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１実施の形態を示している。
本実施の形態に係る有機物処理装置１０は、液体である被処理流体に含まれる有機物を光触媒により分解処理する装置である。
【００２５】
図１に示すように、有機物処理装置１０は、粒状に成形された光触媒粒子１１を多数保持する光触媒担体２０と、これに光を照射して光触媒粒子を励起させる光照射手段３０とを有して成る。本装置１０は、飲食店などから出る廃液中の有機物を分解処理するのに優れるものであり、様々な廃液処理に応用することができるものである。
【００２６】
光触媒担体２０は、光触媒粒子１１の粒径より小さい網目を備えた網目状シート２１，２２に囲まれた空間内に多数の光触媒粒子１１を充填して成り、本実施の形態では、筒状の内管２１と外管２２とが重なる二重管として形成されている。この内管２１と外管２２との間、すなわち網目状シート２１，２２に囲まれた空間内に多数の光触媒粒子１１が充填されており、内管２１と外管２２のそれぞれの表裏に連通する各光触媒粒子１１間の隙間が、廃液などの被処理流体の通過経路となっている。
【００２７】
光触媒担体２０である二重管は、上下方向に立つような状態で被処理流体中に浸されて使用されるが、二重管の下端側は開口２３し上端側は閉じられており、下端側の開口２３より内管２１内側に導入された被処理流体は外管２２外周の略全域より導出されるようになっている。内管２１と外管２２とは、例えば透明な合成樹脂など、透光性を有する材質で薄い管状に成形されている。なお、内管２１と外管２２との間隔は、光触媒粒子１１が１〜２個程度重なり得る程度の薄さに抑えると良い。
【００２８】
光触媒粒子１１の元である光触媒は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する物質であり、紫外線などの光の照射により励起して活性化され、有機物の酸化反応を促進させて無臭物質まで分解する性質を有する。具体的には、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウムなどの金属酸化物粒子が挙げられるが、特に二酸化チタンはその構造安定性や取り扱い上の安全性などから最も適している。
【００２９】
かかる光触媒は、そのもの自体を所望の大きさの粒状の塊として用いても良く、あるいは合成樹脂やセラミックなどの担体である粒子の表面部分に密に積層させたものを用いても良い。何れにせよ光触媒粒子１１は、所定の密度で内管２１と外管２２との間に収容される。ここで光触媒粒子１１を実質的に回動動作の自由度を与えてある程度に充填して、次述する光照射手段３０の光が満遍なく効率良く当たるようにしても良く、非常に密に充填することで、光触媒粒子１１を実質的に位置固定した状態としても良い。
【００３０】
光触媒担体２０の内管２１の内側には、光触媒粒子１１に光を照射して励起させる光照射手段３０が二重管の軸心に沿って配置されている。光照射手段３０は、光源ランプ３１を保護防水容器３２の内部に設置し、防水性を備えた棒状に構成されている。この光源ランプ３１の電源は安定器３４より供給される。なお、電源としては、一般的なＡＣ電源の他、ソーラー発電を始め他の発電電源エネルギーを利用できることは言うまでもない。
【００３１】
光源ランプ３１は、光触媒を励起する波長を有し脱臭性や抗菌性を発現させる光を照射できるものであり、具体的には、ブラックライト、殺菌ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどが該当する。特に波長３５０ｎｍ付近にピークを持つ近紫外光を発するブラックライトは、二酸化チタン光触媒の励起光源として最適なものである。
【００３２】
保護防水容器３２は、光透過性に優れ所定の強度も有するガラスなどにより形成されたものであり、光源ランプ３１を出し入れする開口部分は蓋フランジ３３により防水シールされている。この蓋フランジ３３により、光触媒担体２０である二重管の上端側は閉じられている。
【００３３】
また、二重管の下端側の開口２３付近には、該開口２３内に向けて被処理流体を積極的に導入させる流体誘導手段４０が設けられている。この流体誘導手段４０は、二重管の開口２３の周囲より気泡を該開口２３内の上方に向けて噴出する排気部４１と、該排気部４１に空気を供給するブロワー（図示せず）とから成る。
【００３４】
排気部４１は、二重管の開口２３の周囲を周回する目皿状に形成されており、その内部に通気管４３を介して前記ブロワーから通気されるようになっている。排気部４１の内部に供給された空気は、その上端面に複数穿設された通気孔４２から散気されて気泡となって、二重管内部を上昇するように設定されている。
【００３５】
次に第１実施の形態の作用を説明する。
図１に示すように本装置１０は、被処理流体である液体中に浸漬された状態で使用され、二重管の下端側にある排気部４１には、通気管４３を介してブロワー（図示せず）から空気が供給される。排気部４１内の空気は、多数の通気孔４２から散気されて気泡となり、気泡は保護防水容器３２と内管２１との間を次々に上昇する。この気泡の上昇流に乗って被処理流体は二重管内を上昇し、開口２３から被処理流体が積極的に二重管内に引き込まれる流れが形成される。
【００３６】
内管２１内側に導入された被処理流体は外管２２外周の略全域より導出されるが、このとき、被処理流体中の有機物は、光と光触媒による酸化反応によって、無機物へと分解処理される。内管２１と外管２２との間には、多数の光触媒粒子１１が充填されており、各光触媒粒子１１間の隙間が三次元的な網目状の通過経路となっている。このような通過経路により、光触媒表面と被処理流体との接触効率を格段に高めることができ、被処理流体中に含まれる有機物などを分解する処理能力をよりいっそうと高めることができる。
【００３７】
すなわち、通過経路を被処理流体が通過する過程で、被処理流体に含まれる有機物などは、個々の光触媒粒子１１の表面により広い範囲で接触することになる。ここで光源ランプ３１からの光の照射を受けた光触媒粒子１１による光触媒作用により、被処理流体中の有機物、特に処理目的とする油分、アンモニア、タンパク成分などを効果的に分解することができる。また、藻類などの発生を防止することもでき、スライムの発生も防止され、通過経路に目詰まりなどが生じることもない。
【００３８】
また、光照射手段３０は二重管の内管２１内側における軸心に沿って配置されるため、光源ランプ３１から全周方向に放射状に放出される光を総て有効利用することができる。もちろん、外管２２外部からも光照射手段３０とは別に自然光などが当たるようにすれば、より優れた光触媒活性が得られる。
以上のような本装置１０によれば、対象とする被処理流体を循環濾過（通過）させながら、大量の廃液を処理することができる。
【００４５】
また、光触媒担体２０である内管２１と外管２２との間に光触媒粒子だけを充填していたが、この光触媒粒子に加えて別の機能性セラミックを混在させて光触媒担体２０に保持させるように構成しても良い。それにより、通常の光触媒による有機物の分解能に加えて、各種の機能性触媒の独自の処理能力を発揮させることができる。
【００４６】
機能性触媒とは、具体的には例えば、フェライト系に少なくとも磁性体や鉄、コバルト、チタンなどの複数種類の金属酸化物を組み合わせたものを粒状に焼結した機能性セラミックが相当する。ここで金属化合物の種類に応じて特有の触媒性能を得ることができる。
【００４７】
詳しく言えば、フェライト系に磁性体、鉄、モリブデン、コバルト、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、ジルコニウム、珪素の金属酸化物を組み合わせたものを焼結したものでは、特に殺菌や脱臭作用に顕著な効果を発揮する。また、フェライト系に磁性体と鉄とマンガン、コバルト、チタン、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、ジルコニウム、珪素の金属酸化物を組み合わせたものを焼結したものでは、特に油分解や殺菌作用に顕著な効果を発揮する。
【００４８】
このような機能性触媒の粒子を前記光触媒粒子１１に所定の比率で混合させることにより、より高い脱臭、殺菌、油分解などの効果を発揮させることが可能となる。
【００４９】
また、前記二重管として構成した光触媒担体２０を、複数横方向に組み合わせてユニットとして構成しても良く、ユニット化することにより、取り扱いが容易となり、いっそう大きな処理能力を得ることができる。
【００５０】
また、本装置１０を使用する場所や状態によっては、周知の有害物質除去手段と適宜組み合わせることができる。具体的には例えば、活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、イオン交換フィルタ、有機高分子フィルタなどの脱臭剤や、銀や亜鉛または燐酸カルシウムなどを主成分とする無機系抗菌剤、ベンツイミダゾール系、イソチアゾリン系などの有機系抗菌剤などが挙げられる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、光触媒担体２０の形状は二重管に限られるものではない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る有機物処理装置によれば、光触媒担体は、光触媒粒子の粒径より小さい網目を備えた網目状シートに囲まれた空間内に多数の光触媒粒子を充填して成り、該網目状シートの表裏に連通する各光触媒粒子間の隙間を被処理流体の通過経路とし、二重管の開口付近に設けた排気部にブロアーによって空気を供給して、開口の周囲より気泡を開口内に向けて噴出するようにしたので、被処理流体が積極的に二重管内に引き込まれるとともに被処理流体に含まれる不要な有機物は、個々の光触媒粒子の表面により広い範囲で接触することになり、有機物の分解処理能力をよりいっそうと向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態に係る有機物処理装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…有機物処理装置
１１…光触媒粒子
２０…光触媒担体
２１…内管
２２…外管
２３…開口
３０…光照射手段
３１…光源ランプ
３２…保護防水容器
３３…蓋フランジ
３４…安定器
４０…流体誘導手段
４１…排気部
４３…通気管

Claims (4)

1. 液体に含まれる不要な有機物を、光触媒により分解処理する有機物処理装置において、
   粒状に成形された光触媒粒子を多数保持する光触媒担体と、該光触媒担体に光を照射して光触媒粒子を励起させる光照射手段と、前記光触媒担体内に前記液体を積極的に導入させる流体誘導手段と、を有し、
   前記光触媒担体は、前記光触媒粒子の粒径より小さい網目を備えた網目状シートにより、一端側が開口して他端側が閉じられた筒状の二重管として形成され、該二重管の内管と外管との間隙に多数の光触媒粒子を充填して成り、前記網目状シートの表裏に連通する各光触媒粒子間の隙間を前記液体の通過経路とし、
   前記流体誘導手段は、前記二重管の開口付近に設けられ、該開口の周囲より気泡を該開口内に向けて噴出する排気部と、該排気部に空気を供給するブロワーとから成り、
   前記光触媒担体である二重管は、その開口側を下にして前記液体中に浸された状態で使用され、前記一端側の開口より内管内側に導入された前記液体を前記通過経路を通して外管外周の略全域より導出させることを特徴とする有機物処理装置。
2. 前記光照射手段を防水性を備えた棒状に形成し、該光照射手段を、前記光触媒担体である二重管の内管内側における軸心に沿って配置したことを特徴とする請求項１記載の有機物処理装置。
3. 前記光触媒担体に、前記光触媒粒子に加えて別の機能性触媒を混在させて保持させることを特徴とする請求項１または２記載の有機物処理装置。
4. 前記光触媒担体を、複数横方向に組み合わせてユニットとして構成したことを特徴とする請求項１，２または３記載の有機物処理装置。

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