JPH0739273A

JPH0739273A - 水浄化装置

Info

Publication number: JPH0739273A
Application number: JP21087493A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kitamura; 雅紀北村; Hisashi Kudo; 寿士工藤
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1993-08-02
Filing date: 1993-08-02
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】簡便構造で優れた能力を有する水処理装置を
提供する。【構成】紫外線ランプ３を内蔵しかつ該紫外線ランプ
から放射される光を透過し得る内筒部と、処理水入口と
処理水出口とを備える外筒部とを備え、かつ該内筒部と
該外筒部により処理水流路空間を形成するとともに、該
外筒部内壁面にシート状の光触媒体１を押しあてて一体
化される。殺菌線および光触媒の相乗効果による強い殺
菌力を持つと同時に、従来の装置では実現できなかった
アンモニア態窒素を比較的無害な硝酸態窒素に効率よく
転換することを、比較的簡便な装置で、生物学的に全く
無害のまま、実現できる。従って、飼育魚の寿命の延命
はもちろんのこと、水の入れ替え作業回数の大幅な減
少、水資源の省資源化など多大な効果が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海水および淡水の鑑賞
用または食用を目的とする鮮魚等の、水槽、養魚槽、輸
送手段等に付設される水浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水槽中や養魚場などで魚貝類を飼育する
際には、飼育温度、明るさなどとともに、飼育する魚貝
類に適当な水質を確保することが非常に重要である。し
かしながら、自然環境中に生息する場合と比較して、一
定水量あたりに生育する魚貝類が非常に多いため、飼料
や魚貝類からの排泄物に由来する水質悪化がしばしば問
題となる。

【０００３】飼育にともなう汚染物質は、懸濁物質と溶
解物質とに大別される。このうち懸濁物質には、魚貝類
の食べ残した飼料そのものや、排泄物、細菌類、ゴミな
どがあり、排泄物、ゴミなどの除去は従来濾過法が広く
用いられている。また、細菌類は魚介類に直接感染し、
種々の病気を発生させる原因になるため、これらの除
去、さらには殺菌を行うことは非常に重要である。従
来、殺菌には例えば紫外線照射法が用いられている。

【０００４】一方、溶解物質には、アンモニア、塩素、
硝酸、などの無機イオン、有機物などがある。有機物は
一般にそのままでは安定であるが、飼育水中では酸素や
微生物の存在により分解され、同時に炭酸ガス、アンモ
ニアなどが生成する。飼育生物からは直接呼吸代謝によ
り炭酸ガスやアンモニアが排泄されており、有機物は炭
酸ガス、水、アンモニアに最終的には変化する。このア
ンモニアは微生物の生物的硝化反応により、その一部が
亜硝酸または硝酸に転換されるが、蓄積すると飼育生物
に障害を与え、場合によっては死滅することが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】紫外線照射法は、２５４ｎｍ
の紫外線、いわゆる殺菌線を照射する方法であるが、こ
のような短波長の紫外線を効率よく大量に発生する手段
は技術的に困難で、また水中での殺菌線の透過率が低い
ため、大量の水を効率よく処理できないといった問題が
あった。また、紫外線を照射するだけでは、殺菌はでき
ても上述の如きアンモニアの分解は不可能であった。

【０００６】さらに紫外線ランプを用いた水処理装置
は、一般に紫外線ランプを内蔵する内筒部と、プラスチ
ックからなる外筒部との間に、処理すべき水の流路を形
成するという構造からなっているが、プラスチック製外
筒部が、紫外線によって経時劣化するという問題点があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、水浄化槽内に
紫外線ランプと光触媒体とを備えてなる水浄化装置、例
えば、紫外線ランプを備える水処理装置において、紫外
線ランプを内蔵しかつ該紫外線ランプの光を透過し得る
内筒部と、処理水入口と処理水出口とを備える外筒部と
を備え、かつ該内筒部と該外筒部により処理水流路空間
を形成するとともに、該外筒部内壁面にシート状の光触
媒体を押しあてるか一体化させることで、上述の如き問
題を解決しようとするものである。

【０００８】

【作用】酸化チタンなどの金属酸化物系半導体光触媒
は、水の直接分解を利用した水素製造をはじめ、脱臭，
殺菌、水中微量有機物の分解、排水処理等の応用が提案
されている。例えば、酸化チタンを光触媒とし、清浄な
雰囲気での水中アンモニアを分解する反応はＣ．Ｐｏｌ
ｌｅｍａらによって確認されている（Monatsh Chem,12
3,4,333(1992)）。この光触媒反応の特徴は、非常に強
い酸化力を持つこと、選択性に乏しいこと、触媒反応で
あるため長寿命が期待できること、が挙げられる。そこ
で本発明者らは、紫外線ランプを備えた水処理装置中に
光触媒を導入することを試みたところ、本発明が従来の
装置において得られる以上の殺菌力を持ち、さらに飼育
水中においてもアンモニアの硝化作用を合わせ持つこと
を見いだし、本発明に至った。

【０００９】本発明の特徴は、紫外線ランプから放出さ
れる殺菌線による光殺菌効果は従来のまま、光触媒によ
る強力な殺菌効果を付加したこと、従来殺菌と同時には
期待できなかったアンモニアの硝化を行うこと、および
シート状光触媒体がプラスチック製の外筒部への紫外線
の到達を阻止すること、の３点にある。

【００１０】このことは、次のような構成上の特徴によ
り説明することができる。すなわち、殺菌線に比べより
長波長域の光により十分光活性化される光触媒は、処理
水に直接吸収されない光線を利用するため、光源からの
距離が比較的長くてもかまわない。つまり、光源からの
距離が遠くなれば殺菌力が低下した従来の光殺菌の効果
をそのまま保ちながら、光源から離れた位置において光
触媒による殺菌を付加し、その結果、殺菌効果が増大す
る。また、同時に光触媒上ではアンモニアの硝化反応が
すみやかに進行し、処理水のアンモニア濃度を低下させ
る。

【００１１】つまり、殺菌線による水中の殺菌作用や光
触媒によるアンモニアの硝化作用は、いずれも定性的に
は従来公知の技術ではあるが、本発明の構成はこれらの
欠点を相互に補完しながらなおかつ新たな機能を付加
し、しかも殺菌効果については従来得られた以上の効果
を得るに至ったものとして非常に優れている。

【００１２】そこで、このような本発明の作用を図１に
基づいて詳述する。

【００１３】まず、シート状光触媒体は装置外筒５の内
壁面に固定されている。ここでいうシート状光触媒体と
は、光触媒１とこれを支持する支持体２とによって構成
されるものをいう。紫外線ランプ３はランプジャケット
４中に設置され、飼育水と直接接することのない構造を
とる。ランプジャケット４は、パッキン１２を介し装置
外筒５に固定され、処理水等がランプ安定器１０、エア
ーポンプ１１等の電気系統部分に侵入しない構成となっ
ている。ここでランプジャケット４は、ランプの放射す
る光、特に２５４ｎｍの光を吸収して減衰させることが
ない材料、例えば石英ガラス等で構成されていることが
望ましい。しかしながら、光触媒による殺菌力が十分な
場合には、光触媒を活性化する波長の光を透過する材料
でよい。

【００１４】一方飼育水は、処理水入口８から装置中に
導入され、光触媒１とランプジャケット４の間の空間を
通り、処理水出口９より装置外に排出される。ここで、
エアーポンプ１１から送られてきた空気が、散気部６よ
り処理水中に放出され、処理水は空気の上昇する流れと
ともに装置中を撹拌しながら上昇する。この際、処理水
はランプジャケット４を介して放射される紫外線ランプ
からの殺菌線にさらされ、処理水中の生菌は光殺菌され
る。また、殺菌線以外の放射光は、処理水中を透過し光
触媒１に吸収される。ここで処理水は光触媒１とも直接
接し、光触媒による殺菌と、アンモニアの酸化が行われ
る。ここで、光触媒上でのアンモニアの反応は次のよう
に進行すると考えられる。

【００１５】Ｈ₂Ｏ＋ h⁺→ Ｈ⁺ ＋・ＯＨＮＨ₃ ＋６・ＯＨ → ＮＯ^2- ＋Ｈ⁺ ＋４
Ｈ₂ＯＮＯ^2- ＋２・ＯＨ → ＮＯ^3- ＋Ｈ₂Ｏまた、本反応はアルカリ性条件ではより進行し易い。こ
のことはアンモニアの蓄積を防ぐ方法としては非常に都
合のよい系である。

【００１６】次に、シート状光触媒体を構成する材料、
および紫外線ランプ３について述べる。なお、シート状
光触媒体は光触媒１と支持体２によって構成されること
は前述の通りである。また光触媒１は、光触媒とこれを
支持する結着剤とを備えるか、または光触媒のみで構成
される。

【００１７】光触媒としては、ＴｉＯ_２，ＺｎＯ，Ｓｒ
ＴｉＯ_３，ＣｄＳ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＢａＴ
ｉＯ_３，Ｋ_２ＮｂＯ_３，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_５，ＷＯ
_３，ＳｎＯ_２，Ｂｉ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，Ｃｕ_２Ｏ，Ｓｉ
Ｃ，ＳｉＯ_２，ＭｏＳ_２，ＩｎＰｂ，ＲｕＯ_２，ＣｅＯ
_２，などおよび、これらの光触媒にＰｔ，Ｒｈ，ＲｕＯ
_２，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｓｎ，ＮｉＯなどの金属及び金属酸化
物を担持した従来公知のものがすべて適応できる。好ま
しくは、ＴｉＯ_２などである。また、ＴｉＯ_２を用いた
場合には、生物学的に全く無害のシステムとすることが
できる点で優れている。なぜなら、ＴｉＯ_２は光が当た
らない場合には全く無害であり、白色の顔料としてホワ
イトチョコレートなどの食品添加物として認可されてい
るためである。したがって、飼育する魚介類に対して無
毒であるばかりでなく、食用の養殖を行う場合、万一光
触媒が魚介類中に取り込まれても、人体に全く影響のな
い安全なシステムとすることができる。

【００１８】また、支持体２として用いられる材料は、
光触媒を保持し、ハンドリングや耐久性が実用上問題の
ない機械的特性をもつものであれば特に制約はない。例
えば、ガラス、セラミック、金属、等はいずれも使用す
ることができる。しかしながら、支持体２は紫外線に直
接さらされかつ強い酸化力を持つ光触媒を保持すること
から、酸化反応により侵されにくいセラミック系材料や
耐食性金属材料好ましくはチタン，アルミニウム，ステ
ンレスなどがよい。しかし、これらに限定されるもので
はない。

【００１９】次に、紫外線ランプ３には、殺菌線を放射
し、かつ光触媒を光活性化するために必要な波長の光を
放出するランプであれば何れも用いることができる。例
えば光触媒に酸化チタンを用いる場合には、４２０ｎｍ
以下の波長の光が触媒の光活性化を行うので、例えば、
水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度放電
灯、殺菌灯、飼育用蛍光灯、などの蛍光灯類などがすべ
て適用可能である。なお、光触媒による殺菌力が十分に
強い場合は、用いる光触媒に適した分光分布を持つもの
がより好ましい場合がある。

【００２０】

【実施例】

＜実施例１＞まず光触媒にはアナターゼ型酸化チタン粉
末（平均粒子径３０ｎｍ）を用いた。これを厚さ０．２
ｍｍのチタン板上に、テトラエトキシシランを塩酸酸性
において加水分解して得られたシリカゾルをバインダー
として固定化した。こうして得られた光触媒担持チタン
板を、図１に示した装置中に装着した。紫外線ランプに
は、２０Ｗ低圧水銀ランプを用いた。ランプジャケット
から光触媒までの距離はおよそ３０ｍｍであった。比較
のために、ランプを点灯しないものおよびランプを点灯
して光触媒を担持しないチタン板を保護板２としたもの
を用いた。

【００２１】この３種類の装置をそれぞれ別の鑑賞用水
槽中に装着し、海水３０リットル中で真鯵（体長約２０
ｃｍ）５尾を１０日間飼育した。この間給飼は行わなか
った。各水槽においては通常の濾過装置も併設し運転し
た。１０日後の水質を検査したところ表１のようになっ
た。

【００２２】

【表１】＜実施例２＞実施例１において用いた３種の装置を用い
て、同様の実験を淡水において行った。飼育に用いた鯉
は、体長約２０ｃｍ、体重約２００ｇ程度であった。こ
れを各３尾ずつ水槽にいれ、１０日間飼育後の水質を検
査したところ表２のようになった。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる水
処理装置は、殺菌線および光触媒の相乗効果による強い
殺菌力を持つと同時に、従来の装置では実現できなかっ
たアンモニア態窒素を比較的無害な硝酸態窒素に効率よ
く転換することができる装置としてなる。しかもこれら
が、比較的簡便な装置で、しかも生物学的に全く無害の
まま実現することができる。本発明を実施することで、
飼育魚の寿命の延命はもちろんのこと、水の入れ替え作
業回数の大幅な減少、水資源の省資源化など多大な効果
が期待できる。その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる水処理装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例にかかる水処理装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

１光触媒３紫外線ランプ１１安定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水浄化槽内に紫外線ランプと光触媒体と
を備えてなる水浄化装置。
【請求項２】紫外線ランプを内蔵しかつ該紫外線ラン
プから放射される光を透過し得る内筒部と、処理水入口
と処理水出口とを備える外筒部とを備え、かつ該内筒部
と該外筒部により処理水流路空間を形成するとともに、
該外筒部内壁面にシート状の光触媒体を押しあてて一体
化させてなることを特徴とする請求項１記載の水浄化装
置。