JP6904110B2 - Water treatment equipment - Google Patents
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Description
この発明は、光触媒を利用した水処理装置に関する。 The present invention relates to a water treatment apparatus using a photocatalyst.
従来より、酸化チタン(TiO2)等の光触媒を利用した水処理装置が提案されている(特許文献1および2等)。酸化チタンを利用した水処理装置では、酸化チタンが紫外線を受けることでその表面に活性酸素(ヒドロキシラジカルやスーパーオキサイドアニオン)が発生し、この活性酸素が、処理水に含まれている有機物を二酸化炭素や水に酸化分解することで、処理水が浄化される。ヒドロキシラジカルは、紫外線により酸化チタンの表面の電子が励起して生じた正孔に、処理水中や空気中に存在する水酸化物イオンなどから電子が奪われて生じる。スーパーオキサイドアニオンは、励起した電子が処理水中や空気中に存在する酸素と結合して生じる。
Conventionally, water treatment devices using a photocatalyst such as titanium oxide (TiO2) have been proposed (
特許文献1に記載された水浄化装置は、浄化槽内に設けた浄化部として、複数の板状光触媒部材と被処理水の流路を含む。板状光触媒部材は、好ましくはTiO2を含む光触媒層と、その少なくとも一面に設けた板状発光体を有する。板状発光体はパルス光を面発光し、光触媒層はパルス光を受光する。浄化部は、短冊形状の板状光触媒部材が格子状に配置された構造を有する。また、光触媒層としては、光触媒を含む薄膜、厚膜、またはフィルム、あるいは光触媒が担持されたガラスや繊維体が例示されている。
特許文献2には、光触媒としてフッ素を含有する酸化チタンを用いた水浄化装置が記載されている。そして、水中での酸化チタンからのフッ素の脱離を抑制するために、フッ素を含有する酸化チタンに無機固定酸触媒(ゼオライト)を接触させ、無機系基材(セラミックスペーパー)に固定することが記載されている。得られた光触媒シートを複数枚積層したものを、光触媒ユニットとして筐体内に設置している。
The water purification device described in
一方、特許文献3には、酸化チタン担持紙として、無機物(シリカ等)が担持されたパルプ繊維を、酸化チタンを担持させる支持体として用いたものが記載されている。また、有機物である紙は酸化チタンの作用で分解されて劣化するが、この酸化チタン担持紙によれば、単なる紙を支持体として用いたものよりも分解が抑制されると記載されている。
On the other hand,
光触媒を利用した水処理装置には、容器の体積当たりの受光面積および水接触面積を大きくするという点で改善の余地がある。
特に、水中の分解をしたい有機物質(ターゲット物質)は、より多くが紙表面の光触媒と接触することが求められる。
しかしながら、例えば、水で満たした容器の底に光触媒ペーパーを沈めた場合、光触媒ペーパーに接触する水は限定されるため、光触媒ペーパーから遠くに離れた水に含まれる有機物質(ターゲット物質)は、いつまでたっても分解されないという問題点がある。
There is room for improvement in the water treatment apparatus using a photocatalyst in terms of increasing the light receiving area and the water contact area per the volume of the container.
In particular, more organic substances (target substances) that are desired to be decomposed in water are required to come into contact with the photocatalyst on the paper surface.
However, for example, when the photocatalyst paper is submerged in the bottom of a container filled with water, the water that comes into contact with the photocatalyst paper is limited, so that the organic substance (target substance) contained in the water far away from the photocatalyst paper is. There is a problem that it will not be disassembled forever.
この発明の課題は、光触媒を利用した水処理装置として、水接触面積を大きくして、光触媒ペーパーの表面に浄化したい水を絶えず接触させ、有機物質(ターゲット物質)を確実に分解することができる水処理装置を提供することである。 An object of the present invention is that, as a water treatment apparatus using a photocatalyst, the water contact area can be increased so that the surface of the photocatalyst paper is constantly brought into contact with the water to be purified, and the organic substance (target substance) can be reliably decomposed. To provide a water treatment device.
上記課題を解決するために、本発明の水処理装置は、光触媒粉を含有する紙からなる浄化体と、円錐台状に形成され、広径側が開口する第1の容器と、給水口と排水口が形成され、前記第1の容器の全体を覆う第2の容器とを有し、前記第1の容器は、前記第2の容器内に回転可能に設置され、前記第1の容器及び前記第2の容器の内表面は、前記浄化体で覆われ、前記給水口は、前記第2の容器において前記開口と対向する位置に形成され、処理対象の水を前記第1の容器内に供給可能であり、前記排水口は、前記第2の容器の底部に形成され、前記浄化体と接触しながら浄化された水を装置外に排水可能である。 In order to solve the above problems, the water treatment apparatus of the present invention includes a purifier made of paper containing photocatalyst powder, a first container formed in a conical stand shape and having a wide diameter side open, a water supply port and drainage. It has a second container in which a mouth is formed and covers the entire first container, the first container being rotatably installed in the second container, the first container and the said. The inner surface of the second container is covered with the purifying body, and the water supply port is formed at a position facing the opening in the second container to supply water to be treated into the first container. possible der is, the drain outlet, the formed at the bottom of the second container, it is possible drain water that is purified while in contact with the purifier from the apparatus.
本発明によれば、光触媒を利用した水処理装置として、水接触面積を大きくして、光触媒ペーパーの表面に浄化したい水を絶えず接触させ、有機物質(ターゲット物質)を確実に分解することができる。 According to the present invention, as a water treatment apparatus using a photocatalyst, the water contact area can be increased so that the surface of the photocatalyst paper is constantly brought into contact with the water to be purified, and the organic substance (target substance) can be reliably decomposed. ..
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the embodiments shown below. In the embodiments shown below, technically preferable limitations are made for carrying out the present invention, but this limitation is not an essential requirement of the present invention.
<構成について>
図1および図2に示すように、本実施形態の水処理装置10は、容器1と、浄化体(光触媒ペーパー)2と、UVライト3と、モータ4とを有して構成される。容器1は、円錐台形状の第1の容器11と、この第1の容器11とモータ4を内包する有底円筒状の第2の容器12からなる。第1の容器11は、モータ4と連結して回転可動とされている。容器1の内側表面には、浄化体2が脱着可能に貼り付けられている。
<About the configuration>
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の容器11は、モータ4により鉛直方向軸を中心として回転可能に備えられ、鉛直方向で下端の内径より上端の内径が大径に形成された側面視円錐台形状のいわゆるコップ形状で、上側が開放され、円形状の底面11aと、その底面11aの円形状外周から立ち上がる円錐台形状の側面11bから形成される。側面11bの外周面と第2の容器12との間には、ベアリング(軸受)5が備えられ、第1の容器11は第2の容器12の内部にベアリング(軸受)5で回転可能に保持されている。なお、第1の容器11の回転方向は、図2の矢印Lで示すような時計方向(正転方向)であっても、反時計方向(逆転方向)でも構わない。
The
ベアリング(軸受)5は、第1の容器11と第2の容器12(内部容器12)と間に備えられている。これにより、第1の容器11が安定して回転することができる。ベアリング(軸受)5の個数および配置位置は、複数段にしても良く、いずれも水処理規模によって適宜変更可能である。また、ベアリング(軸受)5には、第1の容器11と第2の容器12とで形成された内部空間Bから漏水しないように、密封性のシール(図示せず)が備えられている。
The
第2の容器12は、第1の容器11を取り囲むように備えられ、第1の容器11から溢れ出た水を受け入れられるように形成されている。具体的には、第2の容器12は、内部容器121を覆う外部容器122とで内部空間を形成する二重構造となっている。
内部容器121は、円筒形状からなり、第1の容器11の周囲を取り巻くように形成されている。内部容器121の上端部は、ベアリング5が取り付けられ、その位置は第1の容器11の開口部より下方にある。
外部容器122は、円板状上面122aと、円筒状側面122bと、円板状底面122cとからなる円筒形状であり、内部容器121を取り巻くように形成されている。なお、外部容器122と、内部容器121の中心軸は同一である。また、外部容器122の高さは、第1の容器11の開口部より上方にある。
The
The
The
外部容器122は、円板状上面122aの中央部に給水口6が形成され、円筒状側面122bの下端部に(底面122cと接するように)排水口7が形成されている。給水口6と排水口7は、それぞれ内部空間Bと連通している。また、外部容器122は、円板状上面122aにUVライト3が取り付けられている。
In the
給水口6は、第1の容器11の開口の上方に位置し、図示しない水供給側と接続される。なお、給水口6の数は、上面122aの中央部に配置されているため1個としているが、これに限定されず、複数個であってもよい。いずれにせよ、全ての給水口が、第1の容器11内に処理対象の水を注ぎ込める位置に備えられている。
排水口7は、内部空間Bを通過した(浄化)水を装置外に排出する。なお、排水口7の数は、外部容器122の両脇に配置されているため2個となっているが、これに限定されず、1個であっても3個以上であってもよい。いずれにせよ、全ての排水口が、内部空間B内の水を排水できる位置に備えられている。
The
The
UV(Ultra Violet)ライト3は、第1の容器11の内部および内部空間Bに紫外線を照射するため、第2の容器12の上面122aにおいて、給水口6の近傍に1個と、外周に沿って等間隔で4個配置されている。UVライト3は、一般的な水銀ランプを用いて構わない。なお、図2では、UVライト3からの点線は、紫外線の照射範囲を示す。
Since the UV (Ultra Violet)
浄化体2は、光触媒粉を含有する紙(例えば、紙の表面だけでなく内部も含めた全体で、セルロース繊維の表面に酸化チタン微粒子を付着させた光触媒ペーパー)からなり、第1の容器11の内側(底面11aと側面11b)と、第2の容器12の内部空間B(内部容器121の側面121bと、外部容器122の側面122b)とに貼り付けられている。
このような水処理装置10は、処理対象の水8が浄化体2の紙面に沿って移動するように構成されているため、処理対象の水が浄化体の紙面に対して垂直に通過するよりも、浄化体2に目詰まりが生じにくい。
なお、図示していないが、第1の容器11と第2の容器12には浄化体2を組み付けるための突起物や溝が設けられており、取り外しが容易となるように構成されている。
The
Since the
Although not shown, the
浄化体2の材料は、セルロース繊維、酸化チタン、および若干の抄紙薬品だけであり、浄化体2は従来の製紙設備を用いて製造することが可能である。
浄化体2に含まれる酸化チタンは、紫外線を受けると触媒作用を発揮する。なお、酸化チタンとして、アナターゼ結晶の含有率が高く、平均粒径が10nm程度の酸化チタン微粒子を使用することが好ましい。これにより、浄化体2による浄化効果の向上を図ることができる。
The material of the
Titanium oxide contained in the
また、本実施形態では、処理対象の水8に酸素を混合することにより、活性化酸素として、処理対象の水8中に含まれている水酸化物イオンに由来するヒドロキシラジカルと、空気中に含まれている酸素に由来するスーパーオキサイドアニオンに加えて、処理対象の水8に混合された酸素に由来するスーパーオキサイドアニオンが生じることから、浄化効果の向上を図ることができる。
処理対象の水8への酸素混合方法としては、処理対象の水8に細かい気泡(ナノバブルなど)を入れる方法、処理対象の水8を細かい水滴にして給水口6に導入する方法が挙げられる。
Further, in the present embodiment, by mixing oxygen with the
Examples of the method of mixing oxygen with the
本実施形態では、浄化体2は、紙製であるため、折り曲げや穴開けが容易であるとともに、低コストで製造可能である。これにより、劣化した浄化体2の取り替えを躊躇せずに行うことが可能である。
例えば、セルロース繊維とEvonik Degussa社製のP25(平均粒径30nm)を、セルロース繊維:酸化チタン=2:1〜20:1の比率(質量比)で混合し、製紙用薬品を加えて抄紙したものを、浄化体2に使用する。紙の厚さは0.1mm〜0.7mm程度とする。
In the present embodiment, since the
For example, cellulose fibers and P25 (average particle size 30 nm) manufactured by Evonik Degussa were mixed at a ratio of cellulose fibers: titanium oxide = 2: 1 to 20: 1 (mass ratio), and papermaking chemicals were added to make paper. The thing is used for the
なお、浄化体2として、シート状のものではなく、ジャバラ状に折ったものを、第1の容器11や第2の容器12の表面に合わせて円錐台状に成形して貼り付けてもよい。これにより、浄化体2と処理水との接触面積がさらに増え、浄化能力の向上を図ることができる。
The
<使用方法、動作、作用、効果等について>
本実施形態の水処理装置10は、給水口6から処理対象の水を入れると、UVライト3からの紫外線照射を受けて触媒作用を発揮している第1の容器11と第2の容器12の表面に貼られた浄化体2(光触媒ペーパー)と接触して浄化され、排水口7から排出される。以下、図2を用いて説明する。
<About usage, operation, action, effect, etc.>
In the
まず、矢印F41、F42で示すように、分解したい有機物質(ターゲット物質)を含んだ処理対象の水(処理水)8を、給水口6から第1の容器11内に供給する。
次に、矢印F43、F44で示すように、第1の容器11内に注がれた処理水は、底面11aに到達後、容器の回転による遠心力の効果によって側面11bに移動し、第1の容器11が末広がりの円錐台形状であることから側面11bに沿って螺旋を描くように上部へ移動し、開口から第1の容器11の外へ飛び出る。
処理対象の水8は、矢印F41〜F44で示すように第1の容器11を流れる際に、底面11aと側面11bに貼られた浄化体2(光触媒ペーパー)と接触する。浄化体2は、UVライト3の紫外線照射を受けて触媒作用を発揮し、処理水に含まれる有機物(ターゲット物質)を分解する。つまり、処理対象の水は、浄化体2の酸化チタンの光触媒作用により浄化される。
First, as shown by arrows F41 and F42, the water (treated water) 8 to be treated containing the organic substance (target substance) to be decomposed is supplied from the
Next, as shown by arrows F43 and F44, the treated water poured into the
The
続いて、矢印F45で示すように、第1の容器12から溢れ出た処理水8は、第2の容器12の内表面(121b、122b)の浄化体2と接触して浄化されながら内部空間Bを下方へ流れ、底部に設けられた排水口7に向かっていく。
Subsequently, as shown by the arrow F45, the treated
本実施形態は、第1の容器11の底面11aや側面11b、第2の容器12の内部容器121の側面121bや外部容器122の側面122bなど、装置内壁全体に浄化体2を貼り付けることにより、処理水8と浄化体2との接触面積を増やし、処理対象の水8が含有する有機物(ターゲット物質)を効率よく分解することができる。
In the present embodiment, the
最後に、浄化された処理水8は、矢印46で示すように、排水口7から水処理装置10の外に導出される。
Finally, the purified treated
以上説明したように、本実施形態の水処理装置10は、第1の容器11の回転による遠心機能を用いて、処理対象の水8を浄化体2(光触媒ペーパー)の表面に絶えず接触させることにより、水浄化性能の向上が期待できる。また、浄化体2(光触媒ペーパー)で装置内壁全体を覆うことにより、処理水と触媒の接触面積・機会が増え、浄化作用を最大限に発揮させることができる。
As described above, the
なお、水処理装置10の一連の動作の中で、浄化体2(光触媒ペーパー)が配置されている場所に紫外線が照射されることにより、処理対象の水8の有機物(ターゲット物質)が分解されるが、光触媒で分解されない物質は第1の容器11の底面11aに溜まる。底面11aの汚れが一定量に達した際には、第1の容器11から浄化体2を取り外し、新たな浄化体2と交換すればよい。本実施形態では、浄化体2の交換を容易に行うことができるので、水の浄化性能を常に良好に維持できる。
In the series of operations of the
1 容器
2 浄化体(光触媒ペーパー)
3 UVライト
4 モータ
5 ベアリング
6 給水口
7 排水口
8 処理対象の水
10 水処理装置
11 第1の容器
12 第2の容器
11a 第1の容器の底面
11b 第1の容器の側面
121 第2の容器の内部容器
121b 内部容器の側面
122 第2の容器の外部容器
122a 外部容器の上面
122b 外部容器の側面
122c 外部容器の底面
1
3
Claims (3)
円錐台状に形成され、広径側が開口する第1の容器と、
給水口と排水口が形成され、前記第1の容器の全体を覆う第2の容器とを有し、
前記第1の容器は、前記第2の容器内に回転可能に設置され、
前記第1の容器及び前記第2の容器の内表面は、前記浄化体で覆われ、
前記給水口は、前記第2の容器において前記開口と対向する位置に形成され、処理対象の水を前記第1の容器内に供給可能であり、
前記排水口は、前記第2の容器の底部に形成され、前記浄化体と接触しながら浄化された水を装置外に排出可能であることを特徴とする水処理装置。 A purifier made of paper containing photocatalytic powder and
A first container that is formed in a truncated cone shape and has a wide diameter opening,
It has a water supply port and a drainage port, and has a second container that covers the entire first container.
The first container is rotatably installed in the second container.
The inner surface of the first container and the second container is covered with the purifying body, and the inner surface is covered with the purifying body.
The water inlet, the formed at a position opposed to the opening in the second container, Ri suppliable der water to be processed within the first container,
The water treatment device is characterized in that the drain port is formed at the bottom of the second container and can discharge purified water to the outside of the device while contacting the purifying body.
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