JP5015542B2

JP5015542B2 - 水浄化装置

Info

Publication number: JP5015542B2
Application number: JP2006277221A
Authority: JP
Inventors: 友一佐藤; 昭司臼田
Original assignee: 株式会社アースプロテクト
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP2008093549A

Description

本発明は、地下水、工業用水、排水、循環水や家庭用飲料水等の水を浄化する水浄化装置に関する。

特許文献１には、水処理槽の内面に二酸化チタンを担持したシートを配置し、且つ液体処理槽内に紫外線ランプを挿入して、紫外線照射によるアンモニアや有機物の分解作用及び殺菌作用と、光触媒によるアンモニアや有機物の分解作用及び殺菌作用を併用して、水処理槽に導入した水の浄化を図る水浄化装置が開示されている。

特許文献１の技術では、水処理槽の内面に配置した二酸化チタン担持シートに水処理槽内に配置した紫外線ランプの光を当てて二酸化チタンを光活性化して、光触媒による殺菌作用を促進している。

特開平７−３９２７３号公報

しかし、紫外線ランプと二酸化チタン担持シートとが所定の距離を有するものであるから紫外線ランプによる光活性化作用に限界があり、二酸化チタン担持シートでは、十分な光触媒機能を奏することができなかった。

また、二酸化チタン担持シートは水処理槽の内周面に配置するだけなので、処理槽内にある原水との接触面積が限られる為、光触媒機能を十分に利用できないという問題点がある。

そこで、本発明は、簡易な構成で高い浄化機能を有する水浄化装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、導入口から導入された原水を滞留して導出口から導出する水処理槽と、水処理槽内に配置される紫外線ランプと、円柱状を成して中央部を中空にして中空内に紫外線ランプを挿通してあり紫外線ランプの長手方向に複数個重ねて配置したフィルタとを備え、紫外線ランプは透明筒内に収納してあり、フィルタは基材に酸化チタンを担持してあると共に多数の通水孔が形成してあり且つ内径を紫外線ランプを収納した透明筒の外径よりも大きくしてあり、紫外線ランプの透明筒と各フィルタとの間にはスペーサが圧着してあり、水処理槽内は空気又はオゾンを供給して曝気していることを特徴とする。

酸化チタンは、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。

フィルタの基材は、アルミナ、カーボン繊維製であることが好ましい。

スペーサは、テフロン（登録商標）などの紫外線による耐劣化性能に優れた材料で構成されることが好ましい。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、導入口は上水道の蛇口が接続される接続口であり、水処理槽には紫外線ランプをフィルタと共に引き抜き自在に垂下してあることを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、水処理槽内に、酸化剤を供給していることを特徴とする。酸化剤としては、過酸化水素、次亜塩素酸ソーダ、二酸化塩素等が用いられるが、これらは単独で用いてもよいし、オゾン等と組み合わせて用いても良い。

請求項１に記載の発明によれば、導入口から水処理槽内に導入された原水は、紫外線ランプの照射により殺菌される。更に、原水は酸化チタンを担持したフィルタを通過することにより酸化チタンの光触媒機能によっても殺菌及び浄化されるので、高い浄化機能を得ることができる。特に、酸化チタンの光触媒機能により原水中にあるアンモニアや有機物の分解を図ることができる。

酸化チタンにより、アンモニアや有機物の分解を図ることができるので、これらを除去する為の薬剤注入量を削減することができる。

酸化チタンを担持したフィルタに紫外線ランプを挿通する構成として、紫外線ランプと酸化チタンとが近接配置するので、紫外線照射による酸化チタンの光活性を高めることができる。紫外線ランプの波長帯のうち、一般的には、１８５ｎｍの波長がオゾン発生線、２５４ｎｍの波長が殺菌線であるが、波長が短いほど紫外線としてのエネルギが高く、通常の光触媒用に使用されている３７５ｎｍの紫外線に比べて酸化チタンの光活性をより効果的に得ることができる。

酸化チタンを担持したフィルタには多数の通水孔が形成してあるので、酸化チタンと原水との接触面積を大きくとることができ、光触媒作用を高めることができる。

フィルタを円柱状としてその中央に紫外線ランプを配置しているので、酸化チタンに均等に紫外線を照射できる。また、紫外線ランプの周囲に亘って紫外線の近接照射が可能となる。

フィルタが通水抵抗となるので、水処理槽内を流れる原水が短絡して導入口から導出口に流れるのを防止でき、紫外線照射と酸化チタンの光触媒機能とによる水浄化効率を高めることができる。

フィルタを発泡体製にすれば、フィルタが軽量で取り扱い易くできる。また、基材内に多数の通水孔を容易に形成できる。

フィルタは紫外線ランプの長手方向に複数配置しているので、フィルタの部分的な修理や交換が容易にでき、メンテナンスがし易い。
水処理槽内に空気又はオゾンを供給して曝気しているので、空気又はオゾン曝気により酸化による原水の浄化を促進すると共に、フィルタへの付着物を剥離し、フィルタの目詰まりを防止できる。

紫外線ランプと各フィルタとの間の間隔を均一に保持できると共に紫外線ランプに対するフィルタの位置決めが容易である。また、紫外線ランプの透明筒とフィルタとの間にスペーサを配置することにより、フィルタとの衝撃や接触による透明筒壁面の破損や傷などによる損傷を防止することができ、傷によるフィルタへの紫外線照射の低下を抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏することができると共に、フィルタとランプとが同時に水処理槽から引き抜きできるので、紫外線ランプ、フィルタ及び水処理槽の各メンテナンスが容易である。特に、上水道の蛇口に取付ける家庭用の水浄化装置の場合には、フィルタや紫外線ランプの交換や清掃が容易にできる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏することができると共に、酸化剤を併用することにより、汚濁物質の酸化分解を促進して、処理水の浄化促進を図ることができる。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施の形態にかかる水浄化装置の縦断面図であり、図２はフィルタの斜視図であり、図３は図１に示す水浄化装置の横断面図であり、図４は本実施の形態にかかるフィルタにおけるアンモニア分解実験のグラフであり、図５は本実施の形態にかかるフィルタにおける醤油水分解実験のグラフであり、図６はフィルタと紫外線ランプとの間隔が異なる場合の光触媒機能の変化を示すグラフであり、図７は通水孔の細かさと水浄化機能との関係を示すグラフであり、図８は本実施の形態に用いた紫外線ランプのスペクトル分布を示す図であり、図９は第２実施の形態にかかる水浄化装置を示す図である。

本発明の実施の形態にかかる水浄化装置１は工業用であり、例えば魚類養殖槽の循環路に設けて循環水の水質を維持するものである。この水浄化装置１は、水処理槽３と、紫外線ランプ５と、フィルタ７とを備えている。

水処理槽３は円筒形状であり、下部に原水の導入口９が設けてあり、上部に処理後の水を導出する導出口１１が設けてあり、導入口９から導入された原水は水処理槽３内で滞留した後、導出口１１から導出される。

水処理槽３の中央（円筒の中心軸線位置）には、直管の紫外線ランプ５が垂下されており、紫外線ランプ５は透明筒１３内に収納されている。紫外線ランプ５と透明筒１３とは蓋１５に設けた挿通孔１７から挿通して水処理槽３内に垂下されている。尚、紫外線ランプ５と透明筒１３とを総称して以下紫外線ランプ体１９という。

紫外線ランプ５は、図８に示すようなスペクトル分布を有し、オゾンを発生させる波長（１８５ｎｍ、以下オゾン線）、殺菌線といわれる波長（２５４ｎｍ）のほかに２８２ｎｍ以上の波長帯（２８２、３０２、３１３、３６５ｎｍ）と紫色（４０４，４３６ｎｍ）の可視光線をも有している。本実施の形態では、主に、オゾン線と殺菌線を光触媒用紫外線として使用することにある。オゾン線（１８５ｎｍ）は殺菌線に対して、相対強度で１０％程度有している。２８２ｎｍ以上の波長帯は、殺菌線（２５４ｎｍ）に対して相対強度は約１０％である。

図２に示すように、フィルタ７は円柱形状を成し、中央に紫外線ランプ体１９の挿通孔２１を有している。このフィルタ７は本実施の形態では、高さ約１５０ｍｍで、内周面と外周面との間の厚みが約１５ｍｍである。本実施の形態では、複数個のフィルタ７を紫外線ランプ１５に沿って重ねて配置しており、複数のフィルタ７で紫外線ランプ体１９を覆っている。

フィルタ７の外周面は水処理槽３の円筒内面に近接配置しており、フィルタ７で水処理槽３の容積のほとんどを埋めている。

フィルタ７の基材２３には、酸化チタンが担持してある。基材２３は、本実施の形態では、アルミナを発泡して形成してあり、図２に抜き出して示すように、いわゆるスポンジ状に多数の通水孔２５を形成してあり、通水孔２５をアルミナ薄膜材２７で囲む形状としている。通水孔２５は孔の数が５個／２５ｍｍ〜２０個／２５ｍｍ（直線２５ｍｍの中に含まれる孔の数、以下、５個／２５ｍｍは＃５、２０個／２５ｍｍは＃２０という）が好ましい。

紫外線ランプ体１９と各フィルタ７との間には、円環状のスペーサ２９が介在されて、紫外線ランプ体１９とフィルタ７の内周面との間の隙間を一定に保持すると共に、フィルタ７と紫外線ランプ体１９とにスペーサ２９が圧着して、紫外線ランプ体１９にフィルタ７を保持している。

水処理槽３の下部には、曝気部３１が設けてあり、曝気部３１に空気（又はオゾン）を通気して、水処理槽内３を曝気している。また、紫外線ランプ体１９のオゾン線により水処理槽内にオゾンが発生している。

必要に応じてオゾンの曝気に加えて処理槽内に酸化剤を供給することが望ましい。酸化剤としては、過酸化水素、二酸化塩素、次亜塩素酸ソーダ、等が好ましく用いられるが、これら酸化剤は単独で用いてもよいし、オゾンと組み合わせて用いても良い。このような酸化剤を併用することにより、汚濁物質の酸化分解を促進して、処理水の浄化促進を図ることができるものである。尚、本実施の形態によれば、酸化チタンやオゾンの酸化、殺菌及び浄化作用を併用しているので酸化剤の使用量は従来よりも少なくてすむ。

次に、本実施の形態にかかる水浄化装置１の作用、効果について説明する。導入口９から水処理槽３内に導入された原水は、紫外線ランプ５の照射により殺菌される。更に、酸化チタンを担持したフィルタ７を通過して酸化チタンの光触媒機能によっても殺菌及び浄化される。また、水処理槽３内では、曝気部３１から導入された空気により曝気されて、酸化処理を促すと共に滞留している原水を撹拌する。

本実施の形態によれば、酸化チタンを担持したフィルタ７に紫外線ランプ５を挿通する構成としているので、紫外線ランプ５と酸化チタンとが近接して位置し、紫外線の照射による酸化チタンの光活性を高めることができる。特に、図８に示すように、一般に使われている３６５ｎｍの紫外線よりも光エネルギの大きい波長帯であるオゾン線（１８５ｎｍ）と殺菌線（２５４ｎｍ）を使用しているので、酸化チタンの光活性を高めて、酸化チタンの光触媒機能によって水を浄化する。即ち、原水は紫外線のほかに酸化チタンの光触媒機能によっても殺菌及び浄化されるので、高い浄化機能を得ることができる。特に、酸化チタンの光触媒機能により原水中にあるアンモニアや有機物の分解を図ることができる。

酸化チタンを担持したフィルタ７には多数の通水孔２５が形成してあるので、酸化チタンと原水との接触面積を大きくとることができる。

フィルタ７を円柱状としてその中央に紫外線ランプ１５を配置しているので、紫外線ランプ１５の周囲ではフィルタ７が担持する酸化チタンに均等に紫外線を照射できる。また、紫外線ランプ１５の周囲に亘って紫外線の近接照射が可能となる。しかも、紫外線ランプ１５と水処理槽の内面との間には厚みのあるフィルタ７が介在するので、水処理槽３の内面に到達する紫外線を低減し、紫外線による水処理槽の劣化や損傷を防止できる。

フィルタ７が通水抵抗となっている為、水処理槽３内の原水が導入口９から導出口１１へ短絡して流れるのを防止でき、浄化処理効率が良い。

空気（又はオゾン）曝気により、水処理槽３内では酸化による原水の浄化を促進すると共に、フィルタ７の付着物を剥離して、フィルタ７の目詰まりを防止できる。

フィルタ７は、発泡により製造してあるので、フィルタ７が全体として軽量で取り扱い易い。

フィルタ７は中央に挿通孔２１を有する円柱状として、紫外線ランプ５の長手方向に複数個重ねており、換言すれば、フィルタを分割しているので、取り扱いが容易であり、且つフィルタ７の劣化や損傷が生じた場合には、一部のフィルタ７の修理や交換が容易にできる。

紫外線ランプ体１９とフィルタ７との間にスペーサ２９を設けているのでこれらの間の間隔を均一に保持できると共に紫外線ランプ体１９に対するフィルタ７の位置決めが容易である。また、スペーサ２９を紫外線ランプ体１９とフィルタ７とに圧接して両者を容易に固定することができる。

紫外線ランプ体１９とフィルタ７とを一体にして水処理槽３内に抜き差し自在に垂下しているので、フィルタ７、水処理槽３及び紫外線ランプ１５のメンテナンスが容易である。

次に、本実施の形態の効果確認について、種々の実験を行ったのでその結果について説明する。

（実験例１）
上述した実施の形態にかかるフィルタを平板状に形成したもの（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み１０ｍｍ）をアンモニア水溶液に浸漬し、経過時間毎にアンモニア水溶液のＰＨ値を測定すると共に、比較の為フィルタを浸漬しないもの（ブランク）についても同様にＰＨ値を測定した。尚、アンモニア水溶液は、吐水量が０．２リットル／ｍｉｎの循環ポンプで循環した。その結果を図４に示す。

図４から明らかなように、本実施の形態にかかるフィルタでは、ブランクに比較してＰＨ値が経過時間毎に著しく低下することから、フィルタに担持した酸化チタンの光触媒機能によるアンモニアの分解に優れることがわかる。

（実験例２）
実験例１と同様に酸化チタンを担持したフィルタを平板状にして醤油（有機物）を混入した水に浸漬し、実験例１と同様に醤油水を循環して、経過時間毎に導電率を測定した。また、フィルタを浸漬しないもの（ブランク）についても同様にＰＨ値を測定した。その結果を図５に示す。図５から明らかなように、フィルタを浸漬したものについては、経過時間と共に導電率が低下し、酸化チタンによる光触媒機能による醤油（有機物）の分解機能に優れることがわかる。

（実験例３）
ステンレス板の表面に酸化チタンをコーティングしたものに、紫外線ランプを近接配置（１５ｍｍ〜２０ｍｍの間隔）したもの、従来の間隔をあけて配置（１５０ｍｍ〜２００ｍｍの間隔）したもの、紫外線ランプのみ（ブランク）を、メチレンブルー水溶液（試験液）を入れた槽に配置して水溶液を循環させ、経過時間毎の光触媒作用によるメチレンブルー水溶液の脱色による透過度を測定した。その結果を図６に示す。尚、循環ポンプの吐水量は０．２リットル／ｍｉｎであった。また、紫外線ランプは上述した実施の形態と同じものを用いた。

図６に示すグラフから明らかなように、本実施の形態のように酸化チタンの担持体に紫外線ランプを近接配置した場合には、メチレンブルー水溶液の透過度が他のものに比較して著しく上昇した。すなわち、酸化チタンの担持体に紫外線ランプを近接配置した場合には、酸化チタンの光触媒機能が活性化して有機物の分解処理機能が高められることが明らかである。

（実験例４）
実験例１で用いたフィルタの通水孔の孔数を変えたもの、＃６と＃１５について実験例１と同じ平板状に形成して、メチレンブルー水溶液を入れた槽に配置して水溶液を循環させ、経過時間毎のメチレンブルー水溶液の透過度を測定したので、その結果を図７に示す。その他の条件は実験例３と同じとした。

図７に示すグラフから明らかなように、通水孔２５の径が小さい（メッシュの値が大きい）ほうが透過度が高く、酸化チタンによる有機物の分解処理機能が高い。

以下に、本発明の他の実施の形態について説明するが、以下の説明において上述した実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では、上述した実施の形態と主に異なる点を説明する。

図９に第２実施の形態にかかる水浄化装置１を示す。この水浄化装置１において、水処理槽３は直方体形状を成しており、槽３内に紫外線ランプ５とファイルタ７とを一体に取付けたものを多数配置して、大量の原水を処理するものである。

この第２実施の形態においても、上述した第１実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、第１実施の形態にかかる水処理槽３を小型にした家庭用水浄化装置としてもよい。この場合、導入口９には上水道の蛇口を接続し、水処理槽３には紫外線ランプ５をフィルタ７と共に引き抜き自在に垂下した構成とし、フィルタ７と紫外線ランプ５とが同時に水処理槽３から引き抜きできる構成とすることが好ましい。フィルタ７や紫外線ランプ５の交換や清掃が容易にできるからである。

水処理槽３で処理する原水は、地下水、工業用水、下水や、医療用等の純粋であってもよい。

フィルタ７は、発泡体に限らず、通水孔をハニカム状に形成するものであってもよし、その形状や製造方法は限定されない。また、フィルタ７は、酸化チタンを担持したカーボン繊維等を編んだものであって良い。

フィルタ７には、酸化チタンに加えて、銀、金、銅を添加したり、ゼイオライトやアパタイト等の吸着剤を混入したものであっても良い。

本発明の第１実施の形態にかかる水浄化装置の縦断面図である。フィルタの斜視図である。図１に示す水浄化装置の横断面図である。フィルタの光触媒機能実験のグラフであり、アンモニア水を試験水としたときの、経過時間毎におけるＰＨ値を示すグラフである。フィルタの光触媒機能実験のグラフであり、醤油水を試験水としたときの、経過時間毎における導電率を示すグラフである。フィルタと紫外線ランプとの間隔が異なる場合の光触媒機能の変化を示すグラフである。通水孔の細かさと水浄化機能との関係を示すグラフである。本実施の形態に用いた紫外線ランプのスペクトル分布を示す図である。第２実施の形態にかかる水浄化装置の概略構成を示す斜視図である。

１水浄化装置
３水処理槽
５紫外線ランプ
７フィルタ
９導入口
１１導出口
１９紫外線ランプ体
２１挿通孔
２３基材
２５通水孔
２９曝気部

Claims

導入口から導入された原水を滞留して導出口から導出する水処理槽と、水処理槽内に配置される紫外線ランプと、円柱状を成して中央部を中空にして中空内に紫外線ランプを挿通してあり紫外線ランプの長手方向に複数個重ねて配置したフィルタとを備え、紫外線ランプは透明筒内に収納してあり、フィルタは基材に酸化チタンを担持してあると共に多数の通水孔が形成してあり且つ内径を紫外線ランプを収納した透明筒の外径よりも大きくしてあり、紫外線ランプの透明筒と各フィルタとの間にはスペーサが圧着してあり、水処理槽内は空気又はオゾンを供給して曝気していることを特徴とする水浄化装置。
導入口は上水道の蛇口が接続される接続口であり、水処理槽には紫外線ランプをフィルタと共に引き抜き自在に垂下してあることを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
水処理槽内に、酸化剤を供給していることを特徴とする請求項２に記載の水浄化装置。