(57)【要約】【課題】光触媒を利用した水処理装置であって、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、有機物質を確実に分解することができる。【解決手段】水処理装置１０は、光触媒粉を含有する紙からなる浄化体２と、円錐台状に形成され、広径側が開口する第１の容器１１と、給水口６と排水口７が形成され、第１の容器１１の全体を覆う第２の容器１２とを有し、第１の容器１１は、第２の容器１２内に回転可能に設置され、第１の容器１１及び第２の容器１２の内表面は、浄化体２で覆われ、給水口６は、第２の容器１２において前記開口と対向する位置に形成され、処理対象の水を第１の容器１１内に供給可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記光触媒粉は、酸化チタンであること特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第２の容器内に、紫外線又は水銀ランプが設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【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。
【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。
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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る。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の水処理装置を示す略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
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
【図１】
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【図２】
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