(57)【要約】【課題】光源の表面への物質の供給を高め、高効率に処理溶液を光触媒処理することを目的とした水処理装置を提供する。【解決手段】  ある実施形態における水処理装置（１０１）は、光触媒分散液（１０２）を内蔵する反応槽（１０３）と、前記光触媒分散液（１０２）に対して光を照射する光源（１０４）と、前記光源（１０４）に沿って前記反応槽（１０３）内に配置される循環筒（１０５）と、前記循環筒（１０５）の内側と外側との間で光触媒分散液（１０２）を循環させる循環流を発生させる循環流発生手段（１０６）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒分散液を内蔵する反応槽と、
前記光触媒分散液に対して光を照射する光源と、
前記光源に沿って前記反応槽内に配置される循環筒と、
前記循環筒の内側と前記循環筒の外側との間で前記光触媒分散液を循環させる循環流を発生させる循環流発生手段と、
を備える、水処理装置。
【請求項２】
前記光源は、前記循環筒の内側に配置される、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記光源と前記循環筒の側壁との距離は、前記循環筒の側壁と前記反応槽の側壁との距離よりも短い、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記循環筒は内側に乱流を発生させる構造を有する、請求項２または３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記循環流発生手段は、気体供給装置を備え、
前記気体供給装置を用いて、前記循環筒の内側へ気体を流入させることで前記循環流を発生させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記循環流発生手段は、前記光触媒分散液を攪拌する攪拌装置を備え、
前記攪拌装置を用いて、前記反応槽内の前記光触媒分散液を攪拌することで、前記循環流を発生させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記循環筒はＵＶ透過性を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記循環筒はＵＶ反射性を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記反応槽内の混合溶液の濃度は、前記光源から前記反応槽の側壁までの距離よりも前記混合溶液の光進入長が短くなる濃度である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記混合溶液の濃度は、当該混合溶液中の光触媒粒子の濃度である、請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記混合溶液の濃度は、当該混合溶液中の光触媒粒子および処理物質の濃度である。請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記光源は、前記循環筒の外側に配置され、
前記光源と前記循環筒の側壁との距離は、前記循環筒の側壁と前記反応槽の中心位置との距離よりも短い、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記循環流発生手段は、気体供給装置を備え、
前記気体供給装置を用いて、前記循環筒の側壁と前記光源との間に気体を流入させることで前記循環流を発生させる、請求項１２に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光触媒の触媒作用の低下を防いで水処理を行う水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所定の汚染物質を含む水溶液である汚染水の浄化などの水処理に光触媒を利用することが期待されている。光触媒を用いて汚染水などの処理溶液を光触媒処理できる装置として、空気の供給により光触媒を含む水溶液の攪拌を行うことで、処理溶液の光触媒処理を促進させる水処理装置が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、被処理溶液中に二酸化チタン等の微粒子を懸濁させて空気または酸素の供給により水溶液を攪拌し光触媒反応の起こる光源の周囲を通過させることで排水処理を行うことのできる水処理装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−５５１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、反応槽を大きくした場合、光源から反応槽の側面までの距離が長くなり、光触媒反応の起こる光源の表面への物質の供給が弱まることで、処理溶液を光触媒処理する効率が低下する。
【０００５】
本開示は、前記従来の課題を解決するもので、光源の表面への物質の供給を高め、高効率に処理溶液を光触媒処理することを目的とした水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するための本開示に係る水処理装置の一態様は、光触媒分散液を内蔵する反応槽と、前記光触媒分散液に対して光を照射する光源と、前記光源に沿って前記反応槽内に配置される循環筒と、前記循環筒の内側と前記循環筒の外側との間で前記光触媒分散液を循環させる循環流を発生させる循環流発生手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の水処理装置によれば、光触媒反応の起こる光源の表面への物質の供給を高めることができ、高効率に処理溶液を光触媒処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の実施の形態１における水処理装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、本開示の実施の形態１における循環筒の一形態である反射性を有する循環筒の一例を示す図である。
【図３】図３は、本開示の実施の形態１における循環筒の一形態である乱流を発生させる循環筒の一例を示す図である。
【図４】図４は、光触媒の濃度と光の進入長の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本開示の実施の形態における水処理装置を用いて水処理を行った場合の処理時間に対する水中の処理物質の濃度変化を示すグラフである。
【図６】図６は、本開示の実施の形態２における水処理装置の一例を示す図である。
【図７】図７は、本開示の実施の形態３における水処理装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の第１態様に係る水処理装置は、
光触媒分散液を内蔵する反応槽と、
前記光触媒分散液に対して光を照射する光源と、
前記光源に沿って前記反応槽内に配置される循環筒と、
前記循環筒の内側と前記循環筒の外側との間で前記光触媒分散液を循環させる循環流を発生させる循環流発生手段と、
を備えるものである。
【００１０】
第１態様によれば、光触媒反応の起こる光源の表面への物質の供給を高めることができ、高効率に処理溶液を光触媒処理することができる。
【００１１】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る水処理装置の前記光源は、前記循環筒の内側に配置される。
【００１２】
本開示の第３態様において、例えば、第２態様に係る水処理装置の前記光源と前記循環筒の側壁との距離は、前記循環筒の側壁と前記反応槽の側壁との距離よりも短い。第３態様によれば、光源の近傍に処理物質を供給できる。
【００１３】
本開示の第４態様において、例えば、第２または第３態様に係る水処理装置の前記循環筒は内側に乱流を発生させる構造を有する。第４態様によれば、循環筒の内側において均一な処理を行うことができる。
【００１４】
本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つに係る水処理装置の前記循環流発生手段は、気体供給装置を備え、前記気体供給装置を用いて、前記循環筒の内側へ気体を流入させることで前記循環流を発生させる。第５態様によれば、循環流を効率的に発生させることができる。
【００１５】
本開示の第６態様において、例えば、第１態様に係る水処理装置の前記循環流発生手段は、前記光触媒分散液を攪拌する攪拌装置を備え、前記攪拌装置を用いて、前記反応槽内の前記光触媒分散液を攪拌することで、前記循環流を発生させる。第６態様によれば、循環流を効率的に発生させることができる。
【００１６】
本開示の第７態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つに係る水処理装置の前記循環筒はＵＶ透過性を有する。第７態様によれば、処理効率を高めることができる。
【００１７】
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つに係る水処理装置前記循環筒はＵＶ反射性を有する。第８態様によれば、処理効率を高めることができる。
【００１８】
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つに係る水処理装置の前記反応槽内の混合溶液の濃度は、前記光源から前記反応槽の側壁までの距離よりも前記混合溶液の光進入長が短くなる濃度である。第９態様によれば、処理効率を高めることができる。
【００１９】
本開示の第１０態様において、例えば、第９態様に係る水処理装置の前記混合溶液の濃度は、当該混合溶液中の光触媒粒子の濃度である。
【００２０】
本開示の第１１態様において、例えば、第９態様に係る水処理装置の前記混合溶液の濃度は、当該混合溶液中の光触媒粒子および処理物質の濃度である。
【００２１】
本開示の第１２態様において、例えば、第１態様に係る水処理装置の前記光源は、前記循環筒の外側に配置され、前記光源と前記循環筒の側壁との距離は、前記循環筒の側壁と前記反応槽の中心位置との距離よりも短い。第１２態様によれば、光源の近傍に処理物質を供給できる。
【００２２】
本開示の第１３態様において、例えば、第１２態様に係る水処理装置の前記循環流発生手段は、気体供給装置を備え、前記気体供給装置を用いて、前記循環筒の側壁と前記光源との間に気体を流入させることで前記循環流を発生させる。第１３態様によれば、循環流を効率的に発生させることができる。
【００２３】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る水処理装置の一例を示す図である。以後の図において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２５】
図１に示す水処理装置１０１は、反応槽１０３と、光源１０４と、電源１０８と、循環筒１０５と、気体供給装置１０６と、流入口１０７を備える。
【００２６】
＜反応槽１０３＞
図１に示すように、反応槽１０３には、光源１０４と循環筒１０５とが取り付けられている。反応槽１０３には光触媒分散液１０２が内蔵されている。また、反応槽１０３は、内蔵される光触媒分散液１０２を循環筒１０５の内側と外側との間で循環させる循環流発生手段を備える。本実施の形態においては、気体供給装置１０６が前記循環流発生手段を担っている。
【００２７】
光触媒分散液１０２は、水または有機溶媒に分散された光触媒粒子を含み、反応槽１０３において処理物質の含有されている処理溶液と混合される。ここで、処理物質は、例えば、医薬品類、農薬等の化学物質、あるいは有害金属等である。処理溶液は、例えば、これらの処理物質を含む排水である。また、例えば、化学反応プロセスに光触媒反応を適用する場合には、処理物質は、化学反応プロセスにおいて原材料として用いられる物質である。処理溶液は、例えば、当該物質が溶けた溶液である。光触媒粒子は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化鉄等の金属酸化物の粒子であってもよい。また、前述の化合物をゼオライト粒子などと結合させた物質を光触媒粒子として用いることもできる。なお、本開示において、光触媒分散液１０２と処理溶液とを混合したものを「混合溶液」と呼ぶ。
【００２８】
光触媒粒子は、光が照射されることで起こる光触媒反応によって処理溶液に含まれる処理物質を処理する。より具体的には、光触媒粒子は、光が照射されると電子正孔対を発生させ、処理溶液に含まれる処理物質の酸化還元反応を起こす。または、電子正孔対により水中でＯＨラジカルなどの活性酸素が発生し、活性酸素と処理物質とが反応することによって、処理物質が酸化反応を起こす。本実施の形態では、光触媒粒子は、後述する光源１０４から照射される光を受け、反応槽１０３に導入される処理溶液に含有される処理物質を処理する。また、光触媒粒子は、上述の例に限らず、反応槽１０３内を流動することができ、かつ、光触媒反応によって処理溶液に含まれる処理物質を処理することができるものであれば、特に限定されない。
【００２９】
＜光源１０４＞
光源１０４は、光触媒反応に必要な波長範囲の光を照射する。例えば光触媒に酸化チタンを用いる場合、光の波長範囲の例は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。光源１０４は、単色光および連続光のいずれを出力してもよい。２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長範囲の光は、ＵＶ（Ultraviolet）光に含まれる。
【００３０】
光源１０４としては、例えば、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ、太陽光、ブラックライト、ＬＥＤ、白熱灯、蛍光灯等を用いることができる。
【００３１】
例えば、図１に示すように、光源１０４は、反応槽１０３の上面から下面まで続く円柱形状を有し、反応槽１０３の中心に設置される。本実施の形態において、光源１０４は、循環筒１０５の内側に配置されている。反応槽１０３に内蔵される光触媒分散液１０２に光を照射することのできるものであれば、光源１０４の構造および設置位置についてはこれらの例に限られない。
【００３２】
＜循環筒１０５＞
循環筒１０５は反応槽１０３の鉛直方向に沿って配置されている。循環筒１０５は筒状である。循環流発生手段によって生じる光触媒分散液１０２の流れが循環筒１０５の内側と外側とで逆向きになる効果を有するものであれば、循環筒１０５の構造および設置位置は限定されない。循環筒１０５の材質は、例えば、アクリル、ガラス、ステンレスなどから選択して用いてもよい。また、循環筒１０５には、光の透過性を有する材質を用いてもよい。光触媒分散液１０２の濃度、反応槽１０３の大きさ、および、光源１０４の光照射強度によっては、光源１０４から照射された光が光触媒分散液１０２によって完全には吸収されないことが考えられる。光触媒分散液１０２に吸収されず透過した光は循環筒１０５によって吸収または散乱される。これは光触媒処理に利用される光が減少し処理の効率が低下することを意味する。そのため光の透過性を有する循環筒１０５を用いることにより、光触媒分散液１０２によって吸収されず透過した光は、循環筒１０５に吸収されることなく循環筒１０５の外側まで透過する。循環筒１０５を透過した光は、循環筒１０５の外側の光触媒分散液１０２によって吸収されて光触媒反応を起こすため、処理効率が低下しない。ここで、光の透過性とは、光触媒分散液１０２に吸収される波長範囲の光が循環筒１０５に照射された際に透過前後の光強度の減少が５０％以下であること、つまり透過率が５０％以上であることをいう。例えば、光触媒粒子として酸化チタンを用いる場合に必要な２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長の光に対して、１ｃｍの厚みを有する石英ガラスは９０％以上の透過率を有する。
【００３３】
また、循環筒の形態の一つの例として、図２に光の反射性を有する循環筒２０１の一例を示す。図２では、循環筒の内側を光の反射性を有する物質でコーティングした例を示している。循環筒２０１には、反射性コーティング層２０２が設けられている。反射性コーティング層２０２は、例えば、アルミニウム、銀などの金属によって作られている。循環筒２０１の内表面が光の反射性を有することにより、光触媒分散液１０２によって吸収されず透過した光は循環筒２０１の内表面で反射され、循環筒２０１の内側の光触媒分散液１０２に再度照射される。再度照射された光により光触媒反応が起こるため、処理効率が低下しない。前述の光の反射性とは、光触媒分散液１０２に吸収される波長範囲の光が循環筒２０１に照射された際に反射前後の光強度の減少が５０％以下であること、つまり反射率が５０％以上であることをいう。例えば、光触媒粒子として酸化チタンを用いる場合に必要な２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長の光に対して、アルミニウム（アルミニウム製の反射性コーティング層２０２）は９０％以上の反射率を有する。
【００３４】
図３は、内側に乱流を発生させる構造を有する循環筒３０１の一例を示す図である。内側にらせん状の突起を取り付けることにより、循環筒３０１の内側を通る処理溶液の流れが乱されて乱流が発生する。
【００３５】
ここで、内側に突起のない循環筒１０５を用いた水処理装置１０１について考える。光源１０４から照射された光は光触媒分散液１０２によって吸収されるため、循環筒１０５の内側において、光源１０４から近い位置ほど光強度が強く、光源１０４から遠い位置ほど光強度が弱い光強度分布ができる。そのため、循環筒１０５の内側を流れる光触媒分散液１０２が層流である場合、光触媒分散液１０２が流れる位置によって光強度が異なるため処理が均一に行われない。つまり、循環筒１０５の内側において、過剰に処理される領域と処理が不足する領域とができる可能性がある。循環筒１０５に代わって循環筒３０１を用いることで、循環筒３０１の内側に光触媒分散液１０２の乱流を発生させ、循環筒３０１の内側において均一な処理を行うことができる。これによって、水処理装置１０１の処理効率が向上する。
【００３６】
循環筒３０１の内側にらせん状の突起を取り付けることを説明したが、循環筒３０１は、内側にらせん状のくぼみを有していてもよい。内側にらせん状のくぼみを有する場合も、循環筒３０１の内側において乱流を発生させることが可能である。
【００３７】
水処理装置１０１において、循環筒１０５の内側に光源１０４が配置される場合、循環筒１０５の内側の領域が広くなればなるほど光強度の強い光源１０４の近傍に処理物質を供給することが困難になる。よって、循環筒１０５の内側の領域が外側の領域よりも狭いことが望ましい。例えば、図１に示すように、反応槽１０３の中心に光源１０４のある円筒型の水処理装置１０１の場合、循環筒１０５は、光源１０４と循環筒１０５の側壁との距離Ｌ１が、循環筒１０５の側壁と反応槽１０３の側壁との距離Ｌ２よりも短くなる位置に配置されることが望ましい。
【００３８】
＜循環流発生手段＞
循環流発生手段は、反応槽１０３の外部または内部に設置され、循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる機能を有する。
【００３９】
本実施の形態において、循環流発生手段は、気体供給装置１０６および流入口１０７を含む。気体供給装置１０６は、流入口１０７を介して反応槽１０３の中の光触媒分散液１０２へ気体を供給する。流入口１０７は反応槽１０３の下部に配置され、流入口１０７を介して光触媒分散液１０２へ供給された気体は、気泡を形成して反応槽１０３内を上昇していく。気泡が反応槽１０３内を上昇することで、反応槽１０３に内蔵されている光触媒分散液１０２にも流れが発生する。このとき、流入口１０７は、反応槽１０３の底面に配置されることが望ましい。
【００４０】
また、流入口１０７の配置位置によって、循環筒１０５の周りに生じる循環流の向きが異なる。循環筒１０５は、反応槽１０３内において鉛直方向に沿って配置されている。このとき、反応槽１０３の内部を鉛直方向の上側から観察した場合に、反応槽１０３の底面の流入口１０７を循環筒１０５の内側または外側に設置することにより、循環筒１０５の内側または外側に気体が上昇する上向きの流れが生じ循環流が発生する。一方で、気体供給装置１０６は、少なくとも気体を貯蔵する機構と気体を圧縮する機構とを備える。気体を貯蔵する機構とは、例えば、ガスボンベ、空気を直接取り込む場合は内部に空間を有する部屋または筐体そのものである。また、気体を圧縮する機構とは、例えばコンプレッサーである。気体供給装置１０６に対しては、必要に応じて、ポンプ等の気体を流入口１０７へ流す機構、および／または気体を精製する機構を組み合わせてもよい。また、気体とは、空気、酸素ガス、窒素ガス、オゾンガス、アルゴンガス、その他様々な気体、またはこれらを混合したもののことである。循環流発生手段として気体供給装置１０６を用いる場合、使用する気体によって処理が促進される場合もある。例えば、酸素ガスを使用すると溶存酸素濃度が上昇し、酸素が電子を受け取るため、酸化反応が促進される。一方で、窒素ガスを使用すると溶存酸素濃度が低下するため、還元反応が促進される。反応槽１０３に気体を供給し、循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる機能を有する機構であれば、循環流発生手段の構造または設置位置については前述の例に限定されない。
【００４１】
循環流発生手段としては、他にも光触媒分散液１０２または処理溶液をポンプ等で流し循環流を発生させる方法等が考えられる。循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる循環流を発生させる機能を有する機構であれば、循環流発生手段の構造および設置位置は前記例に限らない。
【００４２】
＜光触媒分散液１０２の濃度と光進入長＞
図４は、光触媒分散液１０２の濃度と光の進入長との関係を示すグラフである。ここでは光触媒分散液１０２として酸化チタンを用いている。また、光の進入長は、光源１０４から照射された波長２５４ｎｍの光の強度が１／ｅまで減衰する距離で定義している。一般的に使用される光触媒分散液１０２の濃度範囲は、０．１〜１０ｇ／Ｌであり、光の進入長は短く、１ｃｍ以下である。この場合、光源１０４の近傍でのみ光触媒反応が生じる。つまり、攪拌のない系を考えると、反応槽１０３の光の直進方向の大きさが光の進入長より大きい場合、反応槽１０３内の光触媒分散液１０２の光源１０４の近傍以外の大部分には光が届かない。そのため、光触媒分散液１０２の大部分では光触媒反応が起こらない。そのため、一般的には先行例のように、反応槽１０３の全体をバブリングすることにより攪拌したり、攪拌装置を用いて攪拌したりすることで光源１０４の近傍に物質を供給し光触媒反応を促進する。しかし、前記攪拌手段では反応槽１０３内が均一に攪拌されるため反応槽１０３が大きくなるほど光触媒反応の起こる光源１０４の近傍への物質の供給は弱まってしまい、処理効率が低下する。
【００４３】
本開示の水処理装置１０１では、循環流発生手段により循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる機構を有する。循環筒１０５の内側の処理溶液は光源１０４の近傍に位置するため、光触媒反応により処理され、光触媒反応が弱い循環筒１０５の外側へ送られる。一方で、循環筒１０５の外側の処理溶液は光触媒反応が強い循環筒１０５の内側へ送られ光触媒反応によって処理される。つまり、前述の光触媒分散液１０２を循環させる機構により光触媒反応が強い光源１０４の近傍への物質の供給が促進され、全体を均一に攪拌した場合と比較して処理効率が向上する。本開示の水処理装置１０１を効果的に用いるために、混合溶液中の光の進入長が、光源１０４の表面から反応槽１０３の側壁までの距離よりも短くなるよう、混合溶液の濃度を調整してもよい。「混合溶液の濃度」は、光触媒粒子が光吸収性の材料であり、処理物質が光透過性の材料であった場合、混合溶液における光触媒粒子の濃度（ｇ／Ｌ）により算出される。光触媒粒子および処理物質の両方が光吸収性の材料であった場合、「混合溶液の濃度」は、混合溶液における光触媒粒子および処理物質の濃度（ｇ／Ｌ）により算出される。「光触媒粒子および処理物質の濃度（ｇ／Ｌ）」は、光触媒粒子と処理物質との合計質量（ｇ）を混合溶液の体積（Ｌ）で除することによって算出される。
【００４４】
図５は、実施の形態における水処理装置１０１を用いて有機物の酸化分解処理を行った場合の処理時間に対する水中の処理物質（すなわち、分解分子）の濃度変化を示す。また、比較のために、循環筒１０５を取り外して、全体を均一に攪拌する水処理装置を用いて実施した結果も同時に示している。光触媒として酸化チタンを使用し、光源１０４としては低圧水銀ランプを用いた。光触媒分散液中の光の進入長は１ｃｍで、光源１０４の表面から反応槽１０３の側壁までの距離は３ｃｍである。また循環筒１０５は光源１０４の表面から１ｃｍの位置に設置した。循環筒１０５の取り付けにより処理効率が７倍程度向上しており、本開示の水処理装置１０１による処理効率向上が示された。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、本開示の実施の形態２に係る水処理装置６０１の一例を示す図である。以後の図において、図１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４６】
図６に示す水処理装置６０１は、反応槽１０３と、光源１０４と、光源用電源１０８と、循環筒１０５と、攪拌装置６０２と、攪拌装置用電源６０３を備える。実施の形態１の水処理装置１０１と比較すると、水処理装置６０１は、循環流発生手段として、気体供給装置１０６と流入口１０７の代わりに、攪拌装置６０２と攪拌装置を駆動する攪拌装置用電源６０３を備えている。
【００４７】
＜反応槽１０３＞
図６に示すように、反応槽１０３には、光源１０４と循環筒１０５とが取り付けられている。反応槽１０３には光触媒分散液１０２が内蔵されている。また、反応槽１０３は、内蔵される光触媒分散液１０２を循環筒１０５の内側と外側との間で循環させる循環流発生手段を備える。本実施の形態においては、攪拌装置６０２が前記循環流発生手段を担っている。
【００４８】
光触媒分散液１０２は、実施の形態１と同じ構成であるため、説明を省略する。
【００４９】
＜循環流発生手段＞
循環流発生手段は、反応槽１０３の外部または内部に設置され、循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる機能を有する。
【００５０】
図６は、本実施形態の水処理装置６０１を示す図である。循環流発生手段として、反応槽１０３に攪拌装置６０２を設置した例を示す。攪拌装置６０２は、少なくとも回転する機構と、回転を処理溶液に伝える機構と、回転する機構を駆動する動力源とによって構成され、力学的な攪拌により循環流を発生させる。具体的には、例えば、攪拌装置６０２は、羽と、モーターとを備え、攪拌装置用電源６０２から供給される電力によってモーターを駆動させることによって、羽を介してモーターの回転を光触媒分散液１０２へ伝える構成であってもよい。また、攪拌装置６０２は、磁気攪拌子を備え、磁力によって磁気攪拌子を回転させ、その回転を光触媒分散液１０２へ伝える構成であってもよい。処理装置６０１のように装置の底に攪拌装置６０２を設置している場合、モーターまたは磁気撹拌子の回転を光触媒分散液１０２へ伝える機構は、例えばスクリュー羽のような上向きの流れを作る形状であってもよい。なお、循環筒１０５の内側と外側との間で光触媒分散液１０２を循環させる循環流を力学的な攪拌により発生させる機能を有する機構であれば、循環流発生手段の構造および設置位置は前記例に限らない。
【００５１】
水処理装置６０１における光触媒分散液１０２の濃度と光の進入長については、実施の形態１と同様の関係を示すため説明を省略する。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は、本開示の実施の形態３に係る水処理装置の一例を示す図である。以後の図において、図１または図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５３】
図７に示す水処理装置７０１は、光触媒分散液１０２を内蔵した反応槽１０３と、光源７０２と、光源７０２を駆動する光源用電源１０８と、循環筒１０５と、気体供給装置１０６と、気体供給装置１０６から反応槽１０３に気体を流入させる流入口１０７を備える。本実施の形態は、光源７０２は、循環筒１０５の外側に配置され、反応槽１０３の外周近傍から反応槽１０３の内側へ向けて光を照射する。
【００５４】
光触媒分散液１０２、循環流発生手段、および光触媒分散液１０２の濃度と光進入長との関係については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。図７に示す例では、循環流発生手段は気体供給装置を備え、光源７０２と循環筒１０５の側壁との間に気体を流入させることで循環流を発生させている。
【００５５】
＜反応槽１０３＞
反応槽１０３には、循環筒１０５が取り付けられ、光触媒分散液１０２が内蔵されている。また、反応槽１０３は、光触媒分散液１０２を循環筒１０５の内側と外側との間で循環させる循環流発生手段を備える。図７において、気体供給装置１０６が前記循環流発生手段を担っている。また、反応槽１０３の周囲を囲むように光源７０２が設置されている。
【００５６】
光触媒分散液１０２および循環流発生手段については、実施の形態１と同じ構成要素であるため説明を省略する。
【００５７】
＜光源７０２＞
光源７０２は、反応槽１０３の外周近傍から反応槽１０３の内側へ向けて光触媒反応に必要な波長範囲の光を照射する。例えば光触媒に酸化チタンを用いる場合、光の波長範囲の例は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。光源７０２は、単色光および連続光のいずれを出力してもよい。
【００５８】
光源７０２の具体例は、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ、太陽光、ブラックライト、ＬＥＤ、白熱灯、蛍光灯等である。
【００５９】
光源７０２は、例えば、図７に示すように、反応槽１０３の上面から下面まで続く円柱形状を有する光源を反応槽１０３の側壁の内面に沿って並べて設置したものである。循環筒１０５の外側から反応槽１０３に内蔵される光触媒分散液１０２に光を照射することのできるものである限り、光源の構造および設置位置についてはこれらの例に限られない。反応槽１０３が光透過性の材料で形成されている場合、光源７０２は、反応槽の外に配置されてもよい。
【００６０】
本実施の形態において、光源７０２と循環筒１０５の側壁との距離Ｌ３は、循環筒１０５と反応槽１０３の中心位置Ｏとの距離Ｌ４よりも短い。このような構成によれば、光源７０２の近傍に処理物質を効率よく供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本開示にかかる水処理装置は、高効率な光触媒反応性を有し、水中の汚染物質の除去手段等として有用である。また、本開示の技術は、酸化還元反応で物質を変換する化学反応プロセスにも応用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０１、６０１、７０１  水処理装置
１０２  光触媒分散液
１０３  反応槽
１０４、７０２  光源
１０５  循環筒
１０６  気体供給装置
１０７  流入口
１０８  光源用電源
２０１  反射性を有する循環筒
２０２  反射性コーティング層
３０１  乱流を発生させる循環筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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