(57)【要約】【課題】光触媒を利用した水処理装置であって、容器の体積当たりの受光面積および水接触面積が大きい装置を提供する。【解決手段】水処理装置１０は、上板３、下板、および側板により内部に空間が形成された容器を有する。上板３および下板の少なくともいずれかは紫外線透過性材料からなる。光触媒を含有する紙でジャバラ状に形成された浄化体２を有する。浄化体２は、容器内に、上板３および下板とジャバラの伸縮方向とが交差するように配置されて、ジャバラの斜面で空間を複数の平行な流路に区画する。容器に形成されて流路の上流部に接続される液体導入口１２ａを有する。容器に形成されて流路の下流部に接続される液体導出口１３ａを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上板、下板、および側板により内部に空間が形成された容器であって、前記上板および前記下板の少なくともいずれかは紫外線透過性材料からなる容器と、
光触媒を含有する紙でジャバラ状に形成された浄化体であって、前記容器内に、前記上板および前記下板と前記ジャバラの伸縮方向とが交差するように配置されて、前記ジャバラの斜面で前記空間を複数の平行な流路に区画する浄化体と、
前記容器に形成された前記流路への液体導入口と、
前記容器に形成された前記流路からの液体導出口と、
を有する水処理装置。
【請求項２】
前記ジャバラの斜面は、ジャバラの伸縮方向両端部を除き、谷折り線から山折り線に向かう第一斜面と、山折り線から谷折り線に向かう第二斜面とからなり、
前記上板と前記第一斜面および前記第二斜面とで上側流路が形成され、前記下板と前記第一斜面および前記第二斜面と下側流路が形成され、
前記第一斜面および前記第二斜面の一方には、前記上側流路の上流端となる位置に斜面を貫通する第一穴が形成され、他方には、前記上側流路の下流端となる位置に斜面を貫通する第二穴が形成され、
前記上側流路と前記下側流路とが前記第一穴および前記第二穴により接続されて、前記容器内に連続した流路が形成されている請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記容器で対向する一対の前記側板は、前記連続した流路の上流側に配置された第一側板と下流側に配置された第二側板とからなり、
前記上板または前記下板と、前記第一側板と、前記ジャバラの伸縮方向一端部をなす一端部斜面とで、上流端流路が形成され、
前記上板または前記下板と、前記第二側板と、前記ジャバラの伸縮方向他端部をなす他端部斜面とで、下流端流路が形成され、
前記上流端流路とこれに隣接する前記下側流路または前記上側流路とが、前記一端部斜面を貫通する貫通穴で接続され、
前記下流端流路とこれに隣接する前記下側流路または前記上側流路とが、前記他端部斜面を貫通する貫通穴で接続されている請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第一側板の、前記一端部斜面の前記貫通穴が形成されていない部分と対向する位置に、前記液体導入口が形成され、
前記第二側板の、前記他端部斜面の前記貫通穴が形成されていない部分と対向する位置に、前記液体導出口が形成されている請求項３記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光触媒を利用した水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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発光する。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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４４４４０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１７９２２号公報
【特許文献３】特許第３２５４３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
この発明の課題は、光触媒を利用した水処理装置として、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できる水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明の一態様の水処理装置は、下記の構成要件(1) 〜(3) を有する。
(1) 上板、下板、および側板により内部に空間が形成された容器を有する。この容器は、上板および下板の少なくともいずれかが紫外線透過性材料からなる。
(2) 光触媒を含有する紙でジャバラ状に形成された浄化体を有する。この浄化体は、容器内に、容器の上板および下板とジャバラの伸縮方向とが交差するように配置されて、ジャバラの斜面で容器内の空間を複数の平行な流路に区画する。
(3) 前記流路への液体導入口および前記流路からの液体導出口が、前記容器に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の一態様は、光触媒を利用した水処理装置であって、ジャバラ状の浄化体を有することで、容器の体積当たりの受光面積および水接触面積が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の水処理装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態の水処理装置の構成部品を示す斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
＜構成について＞
図１〜図３に示すように、この実施形態の水処理装置１０は、容器本体１と、浄化体２と、ガラス板３と、で構成されている。
図２に示すように、容器本体１は、上側が開いた直方体状の浅い箱体であって、底板（下板）１１と二対四枚の側板１２〜１５とからなる。対をなす側板１２，１３は、底板１１をなす長方形の短辺から立ち上がる、短冊状の側板である。対をなす側板１４，１５は、底板１１をなす長方形の長辺から立ち上がる、短冊状の側板である。
【００１２】
側板１２の長手方向一端部に、貫通穴（液体導入口）１２ａが形成されている。図３に示すように、側板１３の長手方向他端部（側板１２の貫通穴１２ａが形成されている端部とは反対側の端部）に、貫通穴（液体導出口）１３ａが形成されている。図２に示すように、側板１２に液体導入管１８が、貫通穴１２ａと液体導入管１８の穴を合わせて固定されている。図３に示すように、側板１３に液体導出管１９が、貫通穴１３ａと液体導出管１９の穴１９ａを合わせて固定されている。
ガラス板３は紫外線透過性を有し、容器本体１の開口側に載せて使用される。つまり、容器本体１とガラス板３とで容器が構成され、ガラス板３はこの容器の上板である。
【００１３】
浄化体２は、光触媒である酸化チタンを含有する紙（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が付着している紙）により、ジャバラ状に折られたものである。ジャバラの伸縮方向Ｈ１（図２に表示）の両端部を除き、ジャバラの斜面は、谷折り線から山折り線に向かう第一斜面２１と、山折り線から谷折り線に向かう第二斜面２２とからなる。ジャバラの伸縮方向一端部の斜面は、第一斜面２１と平行な一端部斜面２１ａであり、伸縮方向他端部の斜面は第二斜面２２と平行な他端部斜面２２ａである。
【００１４】
図１では省略されているが、浄化体２の山折り線の部分を下側から支持する複数個の円錐状突起１６が、容器本体１の底板１１に図２に示す配置で固定されている。浄化体２の谷折り線の部分を上側から支持する複数個の円錐状突起３１が、ガラス板３に固定されている。複数個の円錐状突起３１は、図２のガラス板３では省略されているが、組立状態で、側板１４に沿って配置されている４行の各２１個の円錐状突起１６の間に一つずつ配置されるように、ガラス板３に固定されている。円錐状突起１６，３１は、円錐の尖端部が少し切り落とされた形状を有し、大径部（底面部）が底板１１およびガラス板３に固定されている。
【００１５】
さらに、図２に示すように、側板１４，１５の内面に、三角形の支持板１７が２１枚ずつ固定されている。支持板１７は二等辺三角形であり、底辺の面が底板１１側に配置され、等辺の斜面１７ａ，１７ｂが浄化体２の支持面となる。支持板１７の一方の斜面１７ａとその隣の支持板１７の他方の斜面１７ｂとにより、Ｖ字状凹部１７ｃが形成されている。ガラス板３には、下面（容器本体１と対向させる面）の側板１４，１５側となる両端部に、二等辺三角形の支持板３２が２０枚ずつ固定されている。ガラス板３の支持板３２は、容器本体１の各Ｖ字状凹部１７ｃに、僅かな隙間を介して嵌まる寸法および配置で固定されている。これらの支持板１７，３２も、図１では省略されている。
【００１６】
水処理装置１０を組み立てる際には、先ず、浄化体２を容器本体１内に入れて、底板１０の円錐状突起１６で浄化体２の山折り線の部分を下側から支持する。また、浄化体２の折り線に沿った方向の両端部を支持板１７の斜面１７ａ，１７ｂに載せる。次に、容器本体１の上にガラス板３を載せて、円錐状突起３１で浄化体２の谷折り線の部分を上側から支持する。また、浄化体２の折り線に沿った方向の両端部に支持板３２を載せて、この両端部を支持板１７の斜面１７ａ，１７ｂと支持板３２の斜面とで挟む。
【００１７】
次に、ガラス板３と容器本体１の底板１１とを、複数箇所に設置された挟持部品で挟む。これにより、図３に示すように、浄化体２の斜面で、容器の内部に形成された空間が複数の平行な流路（上側流路４１および下側流路４２）に区画される。また、浄化体２のジャバラの山折り線がガラス板３に接触し、谷折り線が底板１１の内面に接触した状態になる。
また、浄化体２には、図１および図２に示すように、ジャバラの折り線に沿った方向Ｈ２（図２に表示）の一端部に、第二斜面２２および他端部斜面２２ａを貫通する第一穴２３，２３ａが形成され、他端部に第一斜面２１および一端部斜面２１ａを貫通する第二穴２４，２４ａが形成されている。第一穴２３および第二穴２４により、隣り合う上側流路４１および下側流路４２が接続される。これにより、容器内に、複数の上側流路４１および下側流路４２からなるジグザグの連続した流路が形成されている。この流路の上流側に側板１２が配置され、下流側に側板１３が配置されている。
【００１８】
そして、図３に示すように、ガラス板（上板）３と一端部斜面２１ａと側板（第一側板）１２とにより、上流端流路４３が形成されている。また、ガラス板（上板）３と他端部斜面２２ａと側板（第二側板）１３とにより、下流端流路４４が形成されている。上流端流路４３とこれに隣接する下側流路４２が、一端部斜面２１ａの第二穴２４ａで接続されている。下流端流路４４とこれに隣接する下側流路４２が、他端部斜面２２ａの第一穴２３ａで接続されている。
これにより、水処理装置１０の容器内に、側板１２の貫通穴（液体導入口）１２ａから側板１３の貫通穴（液体導出口）１３ａに向かう、ジグザグの連続した長い流路が形成されている。
【００１９】
また、円錐状突起１６および支持板１７は、下側流路４２内の第一穴２３および第二穴２４から外れた位置に存在し、円錐状突起３１および支持板３２は、上側流路４１内の第一穴２３および第二穴２４から外れた位置に存在する。
図１では、上側流路４１の流れをＦ４１、下側流路４２の流れをＦ４２、上流端流路４３の流れをＦ４３、下流端流路４４の流れをＦ４４で示す。
【００２０】
＜浄化体の製法について＞
浄化体２は、平板状の浄化紙を抄紙する工程と、得られた浄化紙を所定寸法に切断して第一穴２３，２３ａおよび第二穴２４，２４ａを形成する切断穴開け工程と、切断穴開け工程後の浄化紙をジャバラ状に折り畳む折り畳み工程で得ることができる。
抄紙工程では、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する。浄化紙の厚さは０．１ｍｍ〜０．７ｍｍ程度とする。折り畳み工程では、容器の深さより少し大きな幅で折り畳んだ後、しっかりとした折れ線をつけるために加圧する。
【００２１】
＜使用方法、動作、作用、効果等について＞
この実施形態の水処理装置１０を使用する際には、液体導入管１８から処理対象の水（処理水）を導入して、ガラス板３側から浄化体２に紫外線を照射する。処理水の導入にはポンプを使用する。
これに伴い、処理水は、液体導入管１８から液体導入口１２ａを介して上流端流路４３に入り、一端部斜面２１ａに沿って流れた（図１の流れＦ４３）後、第二穴２４ａから隣の下側流路４２に入る。下側流路４２に入った処理水は、第一斜面２１および第二斜面２２に沿って流れた（図１の流れＦ４２）後、第一穴２３から隣の上側流路４１に入る。上側流路４１に入った処理水は、第一斜面２１および第二斜面２２に沿って流れた（図１の流れＦ４１）後、第二穴２４から隣の下側流路４２に入る。
【００２２】
このように、液体導入管１８から導入された処理水は、第一斜面２１および第二斜面２２に触れながら、ジグザグに長い距離を流れて、最後は第一穴２３ａから下流端流路４４に入る。そして、他端部斜面２２ａに沿って流れた（図１の流れＦ４４）後、貫通穴１３ａから液体導出管１９に入り、水処理装置１０の外に導出される。この流れの間、処理水が浄化体２にしみ込み、処理水に含まれている有機物が、酸化チタンの光触媒作用で生じた活性酸素により分解される。つまり、処理水が酸化チタンの光触媒作用で浄化される。そして、浄化された水が、水処理装置１０の外に導出される。
【００２３】
この実施形態の水処理装置１０によれば、ジャバラ状の浄化体２を用いたことで、平板状の浄化体を用いた場合と比較して、紫外線が当たる面積が大きくなり、処理水と浄化体２との接触面積も大きくなる。つまり、体積当たりの受光面積および水接触面積を大きくできる。
また、ガラス板３から入射された紫外線は、浄化体２の第一斜面２１および第二斜面２２で反射が繰り返されるため、紫外線の入射角度が変化しても第一斜面２１および第二斜面２２の両方に紫外線が当たる。よって、紫外線の光源として太陽光を用いた場合でも、太陽光の入射角度の変化に伴う触媒作用の低下が抑制される。
【００２４】
さらに、浄化体２の第一斜面２１、第二斜面２２、一端部斜面２１ａ、および他端部斜面２２ａに、第一穴２３，２３ａおよび第二穴２４，２４ａを設けたことで、深さの浅い容器に、連続した長い流路が形成される。
また、この実施形態の水処理装置１０は、処理水を、浄化体２の紙面に対して垂直に通過させるのではなく、浄化体２の紙面に沿って平行に移動させるため、浄化体２に目詰まりが生じにくい。また、処理水を導入するためのポンプに動力損失が生じないため、水処理装置１０は、エネルギーロスが低く、寿命が長い装置である。
【００２５】
また、水処理装置１０では、容器を容器本体１とガラス板（上板）３とに分けているため、挟持部品による挟持を解除してガラス板３を外せば、浄化体２を容易に取り替えることができる。
さらに、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。また、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。以上のことから、浄化体２は低コストで製造できるため、安価なものとなる。
【００２６】
また、この実施形態の水処理装置１０では、容器本体１の底板１１とガラス板３とにそれぞれ、水流を妨害しないような形状および配置で設けた円錐状突起１６，３１により、浄化体２の山折り線の部分および谷折り線の部分が支持されている。よって、底板１１が水平から傾いた状態になった場合でも、水の重さで浄化体２が撓んだり、容器本体１の下方になった部分（下流側）に浄化体２がずれたりすることが防止できる。つまり、傾斜状態でも、水を適切に流すことで浄化作用を最大限に発揮させることができる。
さらに、この実施形態の水処理装置１０では、容器本体１の底板１１とガラス板３とにそれぞれ設けた支持板１７，３２により、浄化体２の端部が挟んで支持されているため、処理水が、上述のジグザグの流路から外れて側板１４，１５に沿って流れることが防止できる。これにより、浄化作用を最大限に発揮させることができる。
【００２７】
なお、上側流路４１（上流端流路４３および下流端流路４４を含む）では、ガラス板３を透過した紫外線が、直接、第一斜面２１、第二斜面２２、一端部斜面２１ａ、および他端部斜面２２ａの流路側の面に照射されるため、酸化チタンの光触媒作用が直ちに生じる。これに対して、下側流路４２では、浄化体２を透過して第一斜面２１、第二斜面２２、一端部斜面２１ａ、および他端部斜面２２ａの流路側の面に至った紫外線により、酸化チタンの光触媒作用が生じる。
よって、上側流路４１を流れている時と下側流路４２を流れている時を比較すると、下側流路４２を流れている時の方が、処理水の浄化速度（処理水に含まれている有機物が酸化チタンの作用で分解される速度）が低い。底板１１の内面を紫外線の反射率が高い面（光沢面など）とすることで、下側流路４２における処理水の浄化速度を高めることができる。
また、この実施形態のように、円錐状突起１６，３１と支持板１７，３２を併用することが好ましいが、円錐状突起１６，３１は設けていなくてもよい。
【００２８】
＜好ましい形態など＞
浄化体２内の酸化チタンは、浄化体２の表面から内部に入り裏面に至る紫外線と接触して、触媒作用を発揮する。浄化体２が白いほど、表面からの紫外線反射率が高く、裏面に至る紫外線量が少なくなるため、下側流路４２での浄化効率は低下する。
酸化チタンとしては、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による浄化効果が高くなる。
【００２９】
処理水に酸素を入れてから液体導入管１８に導入すると、活性化酸素として、処理水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だけでなく、処理水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も生じるため、高い浄化能力が得られる。
処理水への酸素混合方法としては、処理水に細かい気泡（ナノバブルなど）を入れる方法、処理水を細かい水滴にして液体導入管１８に導入する方法が挙げられる。
この実施形態の水処理装置１０では、容器の上板として紫外線透過性材料からなるガラス板３を用いているが、紫外線（波長４００ｎｍ未満光）の透過率が高い合成樹脂材料からなる板材を用いてもよい。紫外線透過率の高い樹脂としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂やアクリル樹脂が挙げられる。また、下側から紫外線を照射する場合は、底板（下板）１１を紫外線透過透過性材料からなるものとする。
【００３０】
なお、第一斜面２１、第二斜面２２、一端部斜面２１ａ、および他端部斜面２２ａに、第一穴２３，２３ａおよび第二穴２４，２４ａを設けず、流路（上側流路４１、下側流路４２、上流端流路４３、下流端流路４４）毎に、側板１４，１５に液体導入口および液体導出口を設けて、各流路を独立に使用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  水処理装置
１  容器本体
１１  底板（下板）
１２  側板（第一側板）
１２ａ  貫通穴（液体導入口）
１３  側板（第二側板）
１３ａ  貫通穴（液体導出口）
１４  側板
１５  側板
１８  液体導入管（液体導入口）
１９  液体導出管（液体導出口）
２  浄化体
２１  第一斜面（ジャバラの斜面）
２１ａ  一端部斜面（ジャバラの斜面）
２２  第二斜面（ジャバラの斜面）
２２ａ  他端部斜面（ジャバラの斜面）
２３  第一穴
２４  第二穴
２３ａ  第一穴（他端部斜面の貫通穴）
２４ａ  第二穴（一端部斜面の貫通穴）
３  ガラス板（上板）
４１  上側流路
４２  下側流路
４３  上流端流路
４４  下流端流路
Ｈ１  ジャバラの伸縮方向
Ｈ２  ジャバラの折り線に沿った方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018111051.tif 000005