(57)【要約】【課題】  光触媒を利用して水中の微生物の殺滅や殺菌を行う水処理装置において、光触媒を新たなものに容易に替えることが可能な水処理装置および水処理システムを提供する。【解決手段】  光触媒５５Ｂが付着した磁性体粒子５５Ａを磁性により保持する粒子保持部材５３と、粒子保持部材５３の中空に挿入されることで粒子保持部材５３を磁化させる磁石５４と、光触媒５５Ｂに活性酸素種を発生させるために紫外線を照射する紫外線ランプ５６とを備え、磁石５４を粒子保持部材５３から引き抜くことにより劣化した光触媒５５Ｂが付着した磁性体粒子５５Ａを離脱させ、新たな光触媒５５Ｂを付着させた磁性体粒子５５Ａに容易に交換することを可能にする。【選択図】図２
2011110471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒が付着した磁性体粒子を、磁性により保持する粒子保持部材と、
この粒子保持部材を磁化させる磁化手段と、
前記磁性体粒子に付着した光触媒に、活性酸素種を発生させるために紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を備えることを特徴とする光触媒を用いた水処理装置。
【請求項２】
処理対象の水を導入する導入口と、処理済みの水を流出させる流出口とを有する容器本体と、
この容器本体内に収納された中空筒状の内挿管と、
この内挿管の外周面を覆うように設けられ、光触媒が付着した磁性体粒子を磁性により保持する粒子保持部材と、
棒状に形成されて前記内挿管の中空に挿入され、前記粒子保持部材を磁化させる磁化手段と、
前記容器本体内に収納され、前記磁性体粒子に付着した光触媒に活性酸素種を発生させるために紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を備えることを特徴とする光触媒を用いた水処理装置。
【請求項３】
前記粒子保持部材は、網状構造体で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項４】
前記磁化手段は、永久磁石または電磁石である
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の水処理装置と、
前記水処理装置に供給する、処理対象の水を貯留する貯留槽と、
を備えることを特徴とする光触媒を用いた水処理システム。
【請求項６】
前記貯留槽は、バラスト水を貯留するバラストタンクである
ことを特徴とする請求項５に記載の光触媒を用いた水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いて、船舶バラスト水等に含まれる微生物の殺滅や殺菌を行う、光触媒を用いた水処理装置および水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に積み込まれるバラスト水が出港地と異なる場所で排出されることにより、このバラスト水に含まれている水生生物が外来種として生態系に影響を与える問題が指摘されている。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１に記載された光触媒装置では、光触媒に紫外線を照射して該光触媒の表面にＯＨラジカルを生成させ、このＯＨラジカルによりバラスト水中の微生物や細菌類を除去するようにしている。
【０００４】
この装置を利用することにより、バラスト水に含まれる微生物の殺滅や殺菌を有効に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４９２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１に記載の光触媒装置では、装置内の反応器に光触媒を被覆または敷設させて固定し、放射線または紫外線を照射する構造になっているため、装置の使用により光触媒が不純物で汚染されて劣化したときにも取り替えが困難であり、処理能力が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光触媒を利用して水中の微生物の殺滅や殺菌を行う水処理装置において、光触媒の交換を容易にした水処理装置および水処理システム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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の光触媒を用いた水処理装置は、光触媒が付着した磁性体粒子を、磁性により保持する粒子保持部材と、この粒子保持部材を磁化させる磁化手段と、前記磁性体粒子に付着した光触媒に、活性酸素種を発生させるために紫外線を照射する紫外線照射手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の他の形態の水処理装置は、処理対象の水を導入する導入口と、処理済みの水を流出させる流出口とを有する容器本体と、この容器本体内に収納された中空筒状の内挿管と、この内挿管の外周面を覆うように設けられ、光触媒が付着した磁性体粒子を磁性により保持する粒子保持部材と、棒状に形成されて前記内挿管の中空に挿入され、前記粒子保持部材を磁化させる磁化手段と、前記容器本体内に収納され、前記磁性体粒子に付着した光触媒に活性酸素種を発生させるために紫外線を照射する紫外線照射手段とを備えることを特徴とする
これらの水処理装置の粒子保持部材は、網状構造体で形成してもよい。
【００１０】
また、これらの水処理装置の磁化手段は、永久磁石または電磁石で構成してもよい。
【００１１】
また、本発明の光触媒を用いた水処理システムは、前記いずれかの水処理装置と、前記水処理装置に供給する処理対象の水溶液を貯留する貯留槽とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この水処理システムの貯留槽は、バラスト水を貯留するバラストタンクで構成してもよい。
【００１３】
なお、本発明において「光触媒の交換」とは、処理対象の水に接触する光触媒を新たなものにすることを意味し、使用済みの劣化した光触媒は離脱させて除去してもよいし、除去せずにこの劣化した光触媒の上層に新たな光触媒を保持させることで処理対象の水に接触させる光触媒を替えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光触媒を用いた水処理装置および水処理システムによれば、光触媒を利用して水中の微生物の殺滅や殺菌を行う水処理装置において、光触媒を容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による水処理システムの構成を示す全体図である。
【図２】本発明の一実施形態による水処理装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による水処理装置に用いる金属酸化物粒子の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による水処理装置で処理された水溶液の大腸菌群数の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態として、石油タンカーやコンテナ船などから排出される船舶バラスト水を浄化する水処理装置について説明する。
【００１７】
〈一実施形態による水処理システムの構成〉
本発明の一実施形態による水処理システムの構成について、図１を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態による水処理システム１は、処理対象のバラスト水Ａを貯留する貯留槽であるバラストタンク１０と、バラストタンク１０からバラスト水を流出させて再度戻し入れるように循環させる流路を形成する第１循環ライン２０と、バラスト水を浄化処理するために第１循環ライン２０から分岐させる分岐流路を形成する第２循環ライン３０と、バラスト水を第１循環ライン２０または第２循環ライン３０に循環させるための循環ポンプ４０と、第２循環ライン３０により循環するバラスト水を、光触媒を用いて浄化処理する水処理装置５０と、浄化されたバラスト水を排出させる流路を形成する排出ライン６０とを有する。
【００１９】
また第１循環ライン上に弁２１が設けられるとともに、第２循環ライン上に弁３１が設けられ、弁２１を開いて弁３１を閉じることにより第１循環ライン上でバラスト水を循環させ、弁２１を閉じて弁３１を開くことにより浄化処理のために第２循環ライン３０上の分岐流路にバラスト水を通水させることができる。
【００２０】
水処理装置５０の詳細な構成を、図２に示す。水処理装置５０は容器本体５１を備え、この容器本体５１は、第２循環ライン３０により循環する浄化処理対象のバラスト水を導入する導入口５１Ａと、導入口５１Ａから導入され浄化処理された処理済みのバラスト水を第２循環ライン３０に流出させる流出口５１Ｂとを有する。
【００２１】
また容器本体５１には中空筒状の内挿管５２が収納されており、この内挿管５２には、外周面を覆うように磁性を持つ粒子保持部材５３が設けられている。そしてこの内挿管５２の中空に磁化手段としての棒状の磁石５４が挿入されることにより、粒子保持部材５３が磁化される。
【００２２】
本実施形態において容器本体５１内にはバラスト水が流入されるため、粒子保持部材５３はさびにくい材質、例えばＳＵＳ４３０、４１０、４２０、または４４０などのステンレス鋼で形成されることが望ましい。また形状は、後述するように金属酸化物粒子を保持させ且つ紫外線を透過させることができるもの、例えば網状構造体である金網やパンチングメタルなどが利用可能である。
【００２３】
さらに、磁化された粒子保持部材５３の表面には、金属酸化物粒子５５が磁性により保持されている。この金属酸化物粒子５５は、図３に示すように、磁性体粒子５５Ａの表面に光触媒５５Ｂが付着されることにより形成されている。またこの金属酸化物粒子５５は、磁石５４の磁性により粒子保持部材５３に保持されているため、磁石５４が内挿管５２から引き抜かれると粒子保持部材５３から容易に離脱される。
【００２４】
本実施形態において磁性体粒子５５Ａとしては、マグネタイト、マグヘマイト、またはニッケルフェライトなどを用いることができる。また光触媒５５Ｂとしては、酸化チタン、酸化タングステン、酸化鉄、酸化亜鉛などを用いることができる。この磁性体粒子５５Ａは、紫外線が照射されることにより表面に活性酸素種を発生させ、導入口５１Ａから導入された浄化処理対象のバラスト水を浄化する。
【００２５】
また容器本体５１には、粒子保持部材５３に保持された金属酸化物粒子５５に対して紫外線を照射する紫外線ランプ５６が収納されている。
【００２６】
〈水処理システム１によるバラスト水の浄化処理〉
次に、本実施形態による水処理システム１により行われるバラスト水の浄化処理について説明する。
【００２７】
まず、バラスト水の浄化処理が開始されると、弁２１が閉じられるとともに弁３１が開けられ、循環ポンプ４０が稼動されバラストタンク１０中のバラスト水が第１循環ライン２０に流出され、さらに第２循環ライン３０を経由して水処理装置５０に導入される。
【００２８】
水処理装置５０では、予め容器本体５１内に内挿管５２が収納されており、この内挿管５２の外周面には粒子保持部材５３が取り付けられている。そして内挿管５２の中空に磁石５４が挿入されることにより粒子保持部材５３が磁化され、表面に金属酸化物粒子５５が保持されている。さらにこの金属酸化物粒子５５に紫外線ランプ５６から紫外線が照射されることにより、金属酸化物粒子５５内の光触媒５５Ｂの表面に活性酸素種が発生している。
【００２９】
この水処理装置５０の容器本体５１内に、導入口５１Ａからバラスト水が導入され、光触媒５５Ｂの表面に発生した活性酸素種によりバラスト水中の微生物の殺滅や殺菌が行われ浄化される。
【００３０】
浄化されたバラスト水は流出口５１Ｂから流出され、第２循環ライン３０および第１循環ライン２０を通ってバラストタンク１０に再度戻し入れられる。浄化されたバラストタンク１０のバラスト水は、排出ライン６０から排出される。
【００３１】
〈水処理装置５０の金属酸化物粒子５５の交換処理〉
次に、水処理装置５０内で浄化処理に利用される金属酸化物粒子５５の交換処理について説明する。
【００３２】
水処理装置５０において、上述したように浄化処理が行われると、金属酸化物粒子５５中の光触媒５５Ｂは時間の経過とともに不純物で汚染されて触媒活性が劣化し、浄化処理能力が低下してくる。
【００３３】
このような場合に、金属酸化物粒子５５が磁石５４の磁性により粒子保持部材５３に保持されていることを利用して、以下の（１）〜（３）いずれかの方法を用いて劣化した金属酸化物粒子５５を新たなものに替えることが可能である。
【００３４】
（１）容器本体５１外で新たな金属酸化物粒子５５に交換する方法
磁石５４が挿入され金属酸化物粒子５５が粒子保持部材５３の表面に保持された内挿管５２を容器本体５１から離脱させ、さらに内挿管５２から磁石５４を引き抜いて離脱させる。内挿管５２から磁石５４を離脱させることにより粒子保持部材５３が磁性を示さなくなり、保持されていた金属酸化物粒子５５が粒子保持部材５３から脱離される。
【００３５】
そして、再度内挿管５２の中空に磁石５４を挿入して粒子保持部材５３が磁化された状態で、新たな金属酸化物粒子５５を粒子保持部材５３に保持させ、さらに内挿管５２を容器本体５１に戻し入れることで、浄化処理に利用する金属酸化物粒子５５を交換することができる。
【００３６】
（２）容器本体５１内で新たな金属酸化物粒子５５に交換する方法
金属酸化物粒子５５が粒子保持部材５３の表面に保持された内挿管５２が容器本体５１内に収納され、バラスト水が流入されている状態で、内挿管５２から磁石５４を引き抜いて離脱させる。内挿管５２から磁石５４を離脱させることにより粒子保持部材５３が磁性を示さなくなり、保持されていた劣化した金属酸化物粒子５５がバラスト水中に放出される。
【００３７】
バラスト水中に放出された金属酸化物粒子５５は比重が高く沈殿するため、容器本体５１の下部から回収される。
【００３８】
劣化した金属酸化物粒子５５が粒子保持部材５３から離脱され回収された後、新たな金属酸化物粒子５５を容器本体５１内に投入しバラスト水中に拡散させる。そしてバラスト水中に拡散された新たな金属酸化物粒子５５が、磁石５４により磁化された粒子保持部材５３に引き寄せられ保持されることで、浄化処理に利用する金属酸化物粒子５５を交換することができる。
【００３９】
（３）容器本体５１内で新たな金属酸化物粒子５５を重ねて保持させる方法
金属酸化物粒子５５が粒子保持部材５３の表面に保持された内挿管５２が容器本体５１内に収納され、バラスト水が流入されている状態で、新たな金属酸化物粒子５５を容器本体５１内に投入しバラスト水中に拡散させる。
【００４０】
そしてバラスト水中に拡散された新たな金属酸化物粒子５５が磁石５４により磁化された粒子保持部材５３に引き寄せられ、劣化した金属酸化物粒子５５を覆うように重ねて保持される。これにより、浄化処理の際にバラスト水に接触する金属酸化物粒子５５を新たなものにすることができる。
【００４１】
この（１）〜（３）の処理を行う間は、弁２１を開くとともに弁３１を閉じて、第２循環ライン３０にバラスト水が通水しないようにしておいてもよい。
【００４２】
〈実施例〉
本実施形態による水処理システム１において、磁性により保持された光触媒の有効性を確認するため、以下の実験を行った。
【００４３】
本実験においては、バラスト水を模擬した水溶液として、１０3〜１０6cfu/ml（cfu:Colony Forming Unit）の大腸菌群を含有させた大腸菌含有水溶液１Lを用い、この大腸菌含有水溶液を循環ポンプ４０により循環させることにより、水処理装置５０の容器本体５１内に流入させた。
【００４４】
また容器本体５１内に収納する内挿管５２には、ＳＵＳ４３０製のステンレスで形成された粒子保持部材５３である金網を取り付け、この内挿管５２の中空に棒状の永久磁石５４を挿入することにより金網を磁化させた。
【００４５】
また金網の表面に保持させる金属酸化物粒子５５としては、磁性体粒子５５Ａであるマグネタイト粒子に光触媒５５Ｂである酸化チタンを１２１．４４μｇ／ｃｍ2の密度で付着させた複合粒子を用いた。
【００４６】
磁化した金網に複合粒子を保持させた状態で、容器本体５１内に流入した大腸菌水溶液に紫外線ランプ５６により紫外線（０．１９Ｗ／ｃｍ2）を３時間照射し、照射開始から照射終了後２４時間までの大腸菌群数の変化を測定した。ここで紫外線照射終了後は、大腸菌水溶液をペトリフィルム培地に接種し、３５℃で２４時間培養して大腸菌群数を測定した。
【００４７】
また比較例として、バラスト水中の不純物により光触媒５５Ｂが汚染されて殺菌能力が低下した場合を模擬するため、酸化チタンを付着させないマグネタイト粒子を金属酸化物粒子５５として用いた場合の大腸菌数の変化を測定した。
【００４８】
これらの実験結果を、図４のグラフに示す。このグラフに示すように、金属酸化物粒子５５内に酸化チタンを含む場合（グラフ中の「酸化チタンあり」の場合）および酸化チタンを含まない場合（グラフ中の「酸化チタン無し」の場合）いずれも、紫外線照射開始から１時間で大腸菌群数はＩＭＯ（国際海事機構）の定める排出基準値２．５ｃｆｕ／ｍｌ以下に低下し、紫外線照射中（３時間）はこの排出基準値以下が保たれていたことが確認された。
【００４９】
そして紫外線照射終了後は、酸化チタンを含まない場合は大腸菌群が再増殖し、培養２４時間後には１０4ｃｆｕ／ｍｌ以上まで増加した。一方、酸化チタンを含む場合は培養２４時間後にも大腸菌群は検出されず、再増殖が抑制されていることが確認された。
【００５０】
以上の実験結果により、光触媒５５Ｂである酸化チタンが劣化し殺菌能力が低下した場合、大腸菌の再増殖が懸念される。
【００５１】
そこで、本実施形態による水処理装置５０のように光触媒５５Ｂを含む金属酸化物粒子５５を磁石５４の磁性により容器本体５１内に保持させておくことで、光触媒５５Ｂが劣化したときに磁石５４を引き抜いてこの金属酸化物粒子５５を離脱させ容易に新たな光触媒５５Ｂに交換することができ、殺菌効果を維持することができる。
【００５２】
以上の本実施形態の水処理装置においては、磁石が永久磁石の場合について説明したが、電磁石で構成することも可能であり、この場合は電磁石のスイッチのオン／オフを切り替えることにより、粒子保持部材５３に保持させた金属酸化物粒子５５の保持／離脱を操作することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…水処理システム
１０…バラストタンク
２０…第１循環ライン
３０…第２循環ライン
４０…循環ポンプ
５０…水処理装置
５１…容器本体
５１Ａ…導入口
５１Ｂ…流出口
５２…内挿管
５３…粒子保持部材
５４…磁石
５５…金属酸化物粒子
５５Ａ…磁性体粒子
５５Ｂ…光触媒
５６…紫外線ランプ
６０…排出ライン
【図１】
2011110471.tif 000003
【図２】
2011110471.tif 000004
【図３】
2011110471.tif 000005
【図４】
2011110471.tif 000006