(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を除去する水処理装置を用いた水処理方法であって、
（ａ）前記水処理装置を準備し、
前記水処理装置は、
光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留する第１の槽と、
前記光触媒粒子に紫外光を照射する第１の光源と、
前記第１の槽に導入される水溶液の量を測定する流量計と、
前記第１の槽に導入される水溶液のイオン伝導度を測定するイオン伝導度測定計と、
前記第１の槽のスラリー液の一部が導入される第２の槽と、
前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入する導入部と、
前記第２の槽に可視光を照射する第２の光源と、
前記第２の槽を通過した可視光の強度を検出する検出部と、
を備え、
（ｂ）前記第１の槽に不純物を含む水溶液を導入し、
（ｃ）前記第１の光源により前記光触媒粒子に紫外光を照射することにより、前記水溶液を、前記不純物が処理された処理済水にする、
水処理方法であって、
さらに、
（ｄ）前記流量計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液の量を測定し、
（ｅ）前記イオン伝導度測定計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液のイオン伝導度を測定し、
（ｆ）測定した前記水溶液の量と、測定した前記水溶液のイオン伝導度とを用いて、前記第１の槽に導入された前記水溶液の総量に含まれるイオンの総量を計算し、
（ｇ）計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入し、
（ｈ）前記導入部により、前記第２の槽に、前記マーカー分子または前記色素を導入し、
（ｉ）前記第２の光源により、前記第２の槽に、可視光を照射し、
（ｊ）前記検出部により、前記第２の槽を通過した可視光の第１強度を検出し、
（ｋ）前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値以下否かに基づいて、前記光触媒粒子が劣化しているか否かを判定する、
水処理方法。
【請求項２】
さらに、前記第２の槽に紫外光を照射する第３の光源を備え、
工程（ｈ）では、前記マーカー分子または前記色素が前記第２の槽に導入され、かつ
工程（ｈ）および工程（ｉ）の間で、
（ｈ１）前記第２の槽に前記第３の光源から紫外光を照射する、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
さらに、
（ｌ）前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値より大きい場合、前記第１強度を用いて、前記第１の閾値を、次に前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入すべき第３の閾値に更新し、
ここで、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、および（ｇ）が、（ｌ）の後に繰り返され、
繰り返し時の（ｇ）において、計算されたイオンの量が前記第３の閾値を超える場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入する、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記第２の槽を通過した前記可視光の第２強度に対する前記第１強度の割合と、前記第１の閾値とを乗算することによって、前記第３の閾値が算出され、
前記第２の槽を通過した前記可視光の第２強度は、前記光触媒粒子の活性が最大であって、かつ前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合に取得される、
請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
さらに、
（ｋ）前記光触媒粒子が劣化していると判定された場合、前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液の一方で洗浄する、
請求項１に記載の水処理方法。
【請求項６】
光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留し、不純物を含む水溶液が導入される第１の槽と、
前記光触媒粒子に紫外光を照射することにより、前記水溶液を、前記不純物が処理された処理済水にする第１の光源と、
前記第１の槽に導入される前記水溶液の量を測定する流量計と、
前記第１の槽に導入される前記水溶液のイオン伝導度を測定するイオン伝導度測定計と、
測定した前記水溶液の量と、測定した前記水溶液のイオン伝導度とを用いて、前記第１の槽に導入された前記水溶液の総量に含まれるイオンの総量を計算する計算回路と、
計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きいか否かを判定する第１の判定回路と、
前記第１の槽のスラリー液の一部が導入される第２の槽と、
前記第１の判定回路が計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きいと判定した場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入するポンプと、
前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入する導入部と、
前記第２の槽に可視光を照射する第２の光源と、
前記第２の槽を通過した可視光の第１強度を検出する検出部と、
前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値以下の場合、前記光触媒粒子の交換を促す情報、前記光触媒粒子の活性を回復する指示、または、前記光触媒粒子が劣化している旨を示す情報を出力する制御部と、
を備える、
水処理装置。
【請求項７】
さらに、前記導入部により前記第２の槽に色素が導入された場合、前記第２の槽に紫外光を照射する第３の光源を備え、
前記第２の光源は、前記第３の光源が前記第２の槽に紫外光を照射した後に、前記第２の槽に可視光を照射する、
請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
さらに、
前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、前記第１強度を用いて、前記第１の閾値を、次に前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入すべき第３の閾値に更新する更新回路を備え、
前記第１の判定回路は、前記更新回路により前記第１の閾値が前記第３の閾値に更新された場合、計算した前記イオンの総量が前記第３の閾値よりも大きいか否かを判定し、
前記ポンプは、計算した前記イオンの総量が前記第３の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入する、
請求項６に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記更新回路は、
前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、前記光触媒粒子の活性が最大であるときに算出される前記第２の槽を通過した可視光の第２強度を取得し、
前記第２強度に対する前記第１強度の割合と、前記第１の閾値とを掛け算することにより、前記第３の閾値を算出し、
前記第１の閾値を算出した前記第３の閾値に更新する、
請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
さらに、
前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する洗浄部を備え、
前記制御部は、前記光触媒粒子の活性を回復する指示として、前記洗浄部に前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する指示を出力する、
請求項６に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いた水処理方法および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を浄化できる装置として、水中に懸濁させた光触媒を用いて、連続的に流し入れた汚染水を処理す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、被処理水中に二酸化チタン等の微粒子を懸濁させて紫外線ランプの周囲を通過させることで殺菌処理を行え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】特許第２１２５６１０号公報
【特許文献２】特許第５１１１６９０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、上記従来技術では、水処理の対象である汚染水中に含まれる金属イオンが、光触媒粒子の表面に吸着することにより、光触媒としての機能が低下してしまうことに関しては検討されていない。光触媒としての機能が低下すれば、水処理後の水中（処理済水）に含まれる汚染物質の濃度が上昇し、例えば飲料水として使用する場合には健康被害が生じるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、光触媒を用いた水処理後の水である処理済水の品質低下を防ぐことのできる水処理方法および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に、本発明の一態様に係る水処理方法は、不純物を除去する水処理装置を用いた水処理方法であって、（ａ）前記水処理装置を準備し、前記水処理装置は、光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留する第１の槽と、前記光触媒粒子に紫外光を照射する第１の光源と、前記第１の槽に導入される水溶液の量を測定する流量計と、前記第１の槽に導入される水溶液のイオン伝導度を測定するイオン伝導度測定計と、前記第１の槽のスラリー液の一部が導入される第２の槽と、前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入する導入部と、前記第２の槽に可視光を照射する第２の光源と、前記第２の槽を通過した可視光の強度を検出する検出部と、を備え、（ｂ）前記第１の槽に不純物を含む水溶液を導入し、（ｃ）前記第１の光源により前記光触媒粒子に紫外光を照射することにより、前記水溶液を、前記不純物が処理された処理済水にする、水処理方法であって、さらに、（ｄ）前記流量計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液の量を測定し、（ｅ）前記イオン伝導度測定計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液のイオン伝導度を測定し、（ｆ）測定した前記水溶液の量と、測定した前記水溶液のイオン伝導度とを用いて、前記第１の槽に導入された前記水溶液の総量に含まれるイオンの総量を計算し、（ｇ）計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入し、（ｈ）前記導入部により、前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入し、（ｉ）前記第２の光源により、前記第２の槽に、可視光を照射し、（ｊ）前記検出部により、前記第２の槽を通過した可視光の第１強度を検出し、（ｋ）前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値以下の場合、前記光触媒粒子の交換を促す情報、前記光触媒粒子の活性を回復する指示または、前記光触媒粒子が劣化している旨を示す情報を出力する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水処理方法等によれば、光触媒を用いた水処理後の水である処理済水の品質低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における水処理装置の一例の模式断面図を示す図
【図２】実施の形態におけるイオン伝導度測定装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図３】実施の形態における光触媒活性測定装置の機能構成の一例を示すブロック図
【図４Ａ】図３に示す光源の詳細機能構成の一例を示すブロック図
【図４Ｂ】図４Ａに示す光源を備えた光触媒活性測定装置の構成図の一例
【図５Ａ】図３に示す光源の詳細機能構成の別の一例を示すブロック図
【図５Ｂ】図５Ａに示す光源を備えた光触媒活性測定装置の構成図の一例
【図６】実施の形態における制御部の機能構成の一例を示すブロック図
【図７】実施の形態における水処理装置の動作フローの概略を示す図
【図８】実施の形態における水処理装置の水処理フローの詳細動作を示す図
【図９】実施の形態における水処理装置の機能回復処理の判定処理の詳細を示す図
【図１０】比較例における水処理装置で水処理を行った時の処理後水中の汚染物質の濃度変化の一例を示す図
【図１１】実施形態における水処理装置で水処理を行った時の処理後水中の汚染物質の濃度変化の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明の基礎となった知見）
光触媒は、薬品が不要であり、繰り返し利用可能であるなど持続可能性に優れている。そのことから、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。
【００１０】
例えば特許文献１には、上述したように、水中に懸濁させた光触媒を用いて、連続的に流し入れた汚染水を処理する水処理装置が開示されている。特許文献１に開示されている水処理装置では、被処理水中に二酸化チタン等の微粒子を懸濁させて紫外線ランプの周囲を通過させることで殺菌処理を行うことができる。
【００１１】
また、例えば特許文献２には、二酸化チタンをゼオライトの外表面に吸着させることにより、汚染水に分散させた光触媒粒子を使用して汚染水を処理する水処理装置が開示されている。
【００１２】
一方、水処理装置において、水処理の効率が低下する複数の要因がある。例えば、汚染水中に含まれる金属イオンが光触媒粒子の表面に吸着して光触媒としての機能が低下することによる光触媒粒子の劣化や、光触媒粒子の分離膜が堆積してしまうことによる光触媒濃度の低下などがある。
【００１３】
しかしながら、特許文献１および特許文献２などの従来の水処理装置では、水処理中に光触媒の機能を監視する必要性について検討されていない。
【００１４】
また、上記従来の水処理装置では、使用によって光触媒の機能が低下したことを知る方法が無いという問題もある。当該装置の水処理機能が維持できているかどうかは処理済水を別途分析して調べる必要がある。しかも、汚染水が処理された時間と分析が終了した時間とに差が生じることから、汚染物質の基準濃度を超えてしまっている処理済水が製造されてしまう可能性もある。
【００１５】
また、処理済水を分析する装置として、処理済水に含まれる汚染物質の濃度を測定することができる高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、液体クロマトグラフィーなどがある。しかし、これらの装置は非常に高価で高度な操作技術が要求される。つまり、水処理装置は井戸水の取り出し口に置いて運転させるなどが想定されるが、上記のような処理済水を分析する装置で処理後水中の汚染物質の濃度を測定して、水処理機能が維持できているかどうかを確認するのは現実的でない。
【００１６】
さらに、地下水中に含まれる金属イオンの濃度は場所により異なる。また、時間により変化することもある。そのため、水処理装置が水処理を行った処理済水の量から、光触媒の劣化度合いを単純に推定することもできない。
【００１７】
そこで、本発明者らは、水処理装置が水処理を行っている間に、光触媒の機能が低下してしまうことを抑制するために、光触媒の機能劣化を事前に推定し、光触媒の機能が低下して処理性能を満たさなくなる前に光触媒の機能を回復することで、常に処理水中の汚染物質の濃度が基準値を上回らないように連続で処理し続けることができる水処理装置を見出した。
【００１８】
本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、光触媒を用いた水処理後の水である処理済水の品質低下を防ぐことのできる水処理方法および水処理装置を提供することを目的とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理方法は、不純物を除去する水処理装置を用いた水処理方法であって、（ａ）前記水処理装置を準備し、前記水処理装置は、光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留する第１の槽と、前記光触媒粒子に紫外光を照射する第１の光源と、前記第１の槽に導入される水溶液の量を測定する流量計と、前記第１の槽に導入される水溶液のイオン伝導度を測定するイオン伝導度測定計と、前記第１の槽のスラリー液の一部が導入される第２の槽と、前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入する導入部と、前記第２の槽に可視光を照射する第２の光源と、前記第２の槽を通過した可視光の強度を検出する検出部と、を備え、（ｂ）前記第１の槽に不純物を含む水溶液を導入し、（ｃ）前記第１の光源により前記光触媒粒子に紫外光を照射することにより、前記水溶液を、前記不純物が処理された処理済水にする、水処理方法であって、さらに、（ｄ）前記流量計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液の量を測定し、（ｅ）前記イオン伝導度測定計により、前記第１の槽に導入される前記水溶液のイオン伝導度を測定し、（ｆ）測定した前記水溶液の量と、測定した前記水溶液のイオン伝導度とを用いて、前記第１の槽に導入された前記水溶液の総量に含まれるイオンの総量を計算し、（ｇ）計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入し、（ｈ）前記導入部により、前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入し、（ｉ）前記第２の光源により、前記第２の槽に、可視光を照射し、（ｊ）前記検出部により、前記第２の槽を通過した可視光の第１強度を検出し、（ｋ）前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値以下の場合、前記光触媒粒子の交換を促す情報、前記光触媒粒子の活性を回復する指示または、前記光触媒粒子が劣化している旨を示す情報を出力する。
【００２０】
ここで、さらに、前記第２の槽に紫外光を照射する第３の光源を備え、（ｈ１）前記導入部により、前記第２の槽に、色素を導入した場合、（ｉ１）前記第３の光源により、前記第２の槽に、紫外光を照射した後に、前記第２の光源により、前記第２の槽に、可視光を照射するとしてもよい。
【００２１】
また、さらに、（ｌ）前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値より大きい場合、前記第１強度を用いて、前記第１の閾値を、次に前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入すべき第３の閾値に更新し、前記（ｄ）、前記（ｅ）および前記（ｆ）の後、（ｇ１）計算した前記イオンの量が前記第３の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入するとしてもよい。
【００２２】
また、前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、前記光触媒粒子の活性が最大であるときに算出される前記第２の槽を通過した可視光の第２強度を取得し、前記第２強度に対する前記第１強度の割合と、前記第１の閾値とを掛け算することにより前記第３の閾値を算出し、前記第１の閾値を算出した前記第３の閾値に更新するとしてもよい。
【００２３】
また、さらに、前記水処理装置は、前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する洗浄部を備え、前記（ｋ）において、前記光触媒粒子の活性を回復する指示として、前記洗浄部に前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する指示を出力するとしてもよい。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る水処理装置は、光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留し、不純物を含む水溶液が導入される第１の槽と、前記光触媒粒子に紫外光を照射することにより、前記水溶液を、前記不純物が処理された処理済水にする第１の光源と、前記第１の槽に導入される前記水溶液の量を測定する流量計と、前記第１の槽に導入される前記水溶液のイオン伝導度を測定するイオン伝導度測定計と、測定した前記水溶液の量と、測定した前記水溶液のイオン伝導度とを用いて、前記第１の槽に導入された前記水溶液の総量に含まれるイオンの総量を計算する計算回路と、計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きいか否かを判定する第１の判定回路と、前記第１の槽のスラリー液の一部が導入される第２の槽と、前記第１の判定回路が計算した前記イオンの総量が第１の閾値よりも大きいと判定した場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入するポンプと、前記第２の槽に、マーカー分子または色素を導入する導入部と、前記第２の槽に可視光を照射する第２の光源と、前記第２の槽を通過した可視光の第１強度を検出する検出部と、前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性が第２の閾値以下の場合、前記光触媒粒子の交換を促す情報、前記光触媒粒子の活性を回復する指示、または、前記光触媒粒子が劣化している旨を示す情報を出力する第２の判定回路と、を備える。
【００２５】
ここで、さらに、前記導入部により前記第２の槽に色素が導入された場合、前記第２の槽に紫外光を照射する第３の光源を備え、前記第２の光源は、前記第３の光源が前記第２の槽に紫外光を照射した後に、前記第２の槽に可視光を照射するとしてもよい。
【００２６】
また、さらに、前記第１強度に基づき算出される前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、前記第１強度を用いて、前記第１の閾値を、次に前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入すべき第３の閾値に更新する更新回路を備え、前記第１の判定回路は、前記更新回路により前記第１の閾値が前記第３の閾値に更新された場合、計算した前記イオンの総量が前記第３の閾値よりも大きいか否かを判定し、前記ポンプは、計算した前記イオンの総量が前記第３の閾値よりも大きい場合に、前記第１の槽のスラリー液の一部を前記第２の槽に導入する。
【００２７】
また、前記更新回路は、前記光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、前記光触媒粒子の活性が最大であるときに算出される前記第２の槽を通過した可視光の第２強度を取得し、前記第２強度に対する前記第１強度の割合と、前記第１の閾値とを掛け算することにより、前記第３の閾値を算出し、前記第１の閾値を算出した前記第３の閾値に更新するとしてもよい。
【００２８】
また、さらに、前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する洗浄部を備え、前記第２の判定回路は、前記光触媒粒子の活性を回復する指示として、前記洗浄部に前記光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する指示を出力するとしてもよい。
【００２９】
なお、本発明は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する一部の処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００３１】
（実施の形態）
図１は、本実施形態に係る水処理装置１の模式断面図である。図１に示す水処理装置１は、光反応槽２と、分離槽３と、流量計４１と、イオン伝導度測定装置４２と、ポンプ４３と、光触媒活性測定装置４４と、光触媒再生装置４６とを少なくとも備え、不純物を除去する。より具体的には、水処理装置１は、光反応槽２と、分離槽３と、制御部５（不図示）と、圧力計６と、流路７と、返送路８と、コンプレッサー９と、導入ポンプ１０、導入流量計１２と、光源２１と、水位計２２と、汚染水導入口２３と、第１の排出口２４と、第１の導入口２５と、濾過膜３１と、第２の導入口３２と、第２の排出口３３と、処理後水排出口３４と、流量計４１と、イオン伝導度測定装置４２と、ポンプ４３と、光触媒活性測定装置４４と、ポンプ４５と、光触媒再生装置４６と、循環ポンプ７１と、循環流量計７２と、濾過ポンプ８１と、濾過流量計８２とを備える。
【００３２】
＜光反応槽２＞
光反応槽２は、図１に示すように、光源２１と水位計２２とが取り付けられている。また、光反応槽２は、汚染水導入口２３と、流路７に接続されている第１の排出口２４と、返送路８に接続されている第１の導入口２５とを有する。光反応槽２は、第１の槽とも表記される。
【００３３】
本実施の形態では、光反応槽２は、光触媒粒子を含有するスラリー液を貯留する。また、光反応槽２は、例えばチューブポンプなどの導入ポンプ１０を用いて汚染水導入口２３から、不純物を含有するスラリー液すなわち汚染水が導入される。本明細書における不純物は、飲料水として、人に有害な物質を意味する。不純物は、例えば３価ヒ素などのヒ素または６価クロムなどのクロムを含む金属、臭素酸等のハロゲン化物、医薬品または農薬に含まれる有機物または微生物を含む物質である。汚染水は不純物が溶解されているスラリー液である。
【００３４】
光触媒粒子は、例えば二酸化チタン、ゼオライトなどの粒子に結合されている二酸化チタンなどの酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化鉄等である。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汚染水に含まれる不純物を除去する。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、汚染水に含まれる金属イオンと酸化還元反応を起こすことで、汚染水を無毒化する。または、電子正孔対により水中でＯＨラジカルを発生させ、ＯＨラジカルと汚染水に含まれる有機物とが反応することによって、有機物を分解する。本実施の形態では、光触媒粒子は、後述する光源２１から光を受け付け、光反応槽２に導入される汚染水に含有される不純物を処理して、汚染水を第１処理済水にする。なお、第１処理済水は、光触媒粒子（スラリー液）と処理された不純物とを含む水溶液であり、第１の排出口２４から流路７に排出される。汚染水に含まれる不純物を除去するとは、汚染水に含まれる不純物を酸化還元反応により無毒化すること、また不純物が有機物である場合には、その不純物（有機物）を分解し、無毒化された不純物を含む水溶液を生成することである。第１処理済水は、光触媒粒子、酸化還元反応後のイオン、分解生成物を含む。また、光触媒粒子は、これらの例に限らず、水処理装置１内を流動することができ、かつ、光触媒反応によって汚染水に含まれる不純物を処理することができるものである限り、他の公知の光触媒を用いるとしてもよい。
【００３５】
また、光反応槽２は、第１の導入口２５から分離槽３の濃縮水すなわち第１処理済水から第２処理済水が分離された水溶液（スラリー液）であって光触媒粒子の濃度が高まった水溶液（スラリー液）が導入（返送）される。
【００３６】
＜光源２１＞
光源２１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、またはＬＥＤである。
【００３７】
本実施の形態では、光源２１は、図１に示すように、光反応槽２の内部に配置され、光反応槽２の上面から下面まで続く円柱形状を有する。光源２１は、光反応槽２に含まれる光触媒粒子に紫外光を照射する。ここで、紫外線の波長範囲は、例えば２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。光源２１は、単色光および連続光のいずれを出力しても良い。
【００３８】
光源２１は、例えば光触媒粒子の材料が二酸化チタンである場合、光触媒粒子に、紫外線の波長範囲を有する光を照射することにより、ＯＨラジカルを発生させる。発生させたＯＨラジカルは除去対象物と反応することにより、汚染水から不純物を除去することができる。
【００３９】
なお、光源２１は、光反応槽２の内部に配置される場合に限らない。光源２１は、光反応槽２の外部に配置されてもよい。この場合、光源２１は、光反応槽２の材料を透過して、光反応槽２の内部に位置する光触媒粒子に向かって光を出射できればよい。
【００４０】
＜分離槽３＞
分離槽３は、図１に示すように、濾過膜３１と、濾過膜３１で囲まれる第一室と濾過膜３１で囲まれない第二室とを有する。分離槽３は、流路７と接続されている第２の導入口３２と、返送路８と接続されている第２の排出口３３と、処理後水排出口３４とを有する。分離槽３は、第２の導入口３２および流路７を介して、光反応槽２と接続されている。第１処理済水は、光反応槽２より流路７を介して、第２の導入口３２から分離槽３に導入される。第二室は、第１の処理済水を貯留する。
【００４１】
濾過膜３１は、例えば、中空糸膜または平膜などであり、上述した光触媒粒子よりも小さい径（直径）である複数の孔を有する。濾過膜３１により、分離槽３の内部は、第一室と第二室とに分割される。
【００４２】
第一室は、分離槽３の内部の領域のうち濾過膜３１に囲まれている領域であり、処理後水排出口３４を有する。第二室は、分離槽３の内部の領域のうち第一室および濾過膜３１を除く領域（濾過膜３１で囲まれない領域）であり、第２の導入口３２および第２の排出口３３を有する。
【００４３】
濾過膜３１は、濾過ポンプ８１により第一室が減圧されることにより、第二室に貯留されている第１処理済水を、濾過膜３１で留められる光触媒粒子と、濾過膜３１を通過する第２処理済水であって光触媒粒子を含まない第２処理済水とに分離することができる。つまり、第１処理済水を濾過膜３１で濾過することにより、濾過膜３１で光触媒粒子が留められるので、第一室には濾過膜３１を通過した光触媒粒子を含まない第２処理済水が貯留される。第一室に貯留された第２処理済水は、さらに濾過ポンプ８１により第一室が減圧されることにより、処理後水排出口３４から、水処理装置１の外部に処理後水として排出される。なお、分離槽３の第二室には、濾過膜３１で光触媒粒子が留められるので、光触媒粒子の濃度が高まるスラリー液（濃縮水）が貯留されることになる。そのため、分離槽３では、第２の排出口３３から返送路８に、濃縮水すなわち第１処理済水から第２処理済水が分離されたスラリー液であって光触媒粒子の濃度が高まったスラリー液を排出（返送）する。
【００４４】
このように、分離槽３では、濾過膜３１を用いた濾過を行うことにより、第１処理済水から光触媒の粒子を含まない第２処理済水を取り出すことができる。より具体的には、分離槽３では、濾過膜３１を第二室に貯留された第１処理済水中に浸漬せた状態で、濾過ポンプ８１で濾過膜３１の内側（第一室）を減圧することで、光触媒粒子を含まない第２処理済水を第一室に吸引することができる。第１処理済水に含まれる光触媒粒子の粒径が、濾過膜３１の孔の直径よりも大きいので、光触媒粒子は濾過膜３１を透過できないからである。
【００４５】
＜流路７及び返送路８＞
光反応槽２と分離槽３とは、上述したように流路７および返送路８を介して接続されている。より具体的には、流路７は、光反応槽２の第１の排出口２４と、分離槽３の第２の導入口３２とを接続する。また、流路７には、後述する循環ポンプ７１と循環流量計７２とが配置されている。流路７では、循環ポンプ７１により、光反応槽２の第１の排出口２４から排出された第１処理済水を、分離槽３の第２の導入口３２まで輸送される。
【００４６】
返送路８は、光反応槽２の第１の導入口２５と、分離槽３の第２の排出口３３とを接続する。分離槽３の水位は光反応槽２の水位より高くなるように調整されているので、返送路８を通じて、分離槽３の第２の排出口３３から排出された濃縮水が光反応槽２の第１の導入口２５まで輸送される。
【００４７】
＜循環ポンプ７１＞
循環ポンプ７１は、流路７に配置され、光反応槽２の第１の排出口２４から排出された第１処理済水を分離槽３の第２の導入口３２に導入する。循環ポンプ７１は、例えば、チューブポンプである。チューブポンプは、公知のポンプであり詳細な説明は省略するが、弾力性を有するチューブをローラでしごいて液体を押し出すことができる。
【００４８】
＜濾過ポンプ８１＞
濾過ポンプ８１は、処理後水排出口３４に接続されている流路に配置され、例えば、チューブポンプである。
【００４９】
濾過ポンプ８１は、減圧することにより濾過膜３１で光触媒粒子と光触媒粒子を含有しない水に分離する働きがある。つまり、濾過ポンプ８１は、第一室を減圧することにより、第１処理済水に含有される光触媒粒子を濾過膜３１に留まらせ、かつ、第１処理済水のうち光触媒粒子を含まない第２処理済水に濾過膜３１を通過させる。
【００５０】
より具体的には、濾過ポンプ８１は、濾過膜３１の内側（第一室）を減圧することで、分離槽３の第二室に貯留される第１処理済水を濾過膜３１で濾過した第２処理済水を第一室に吸引する。また、濾過ポンプ８１は、第一室を減圧し続けていることから、第１室に貯留された第２処理済水は、処理後水排出口３４から、水処理装置１の外部に処理後水として排出される。
【００５１】
本実施の形態では、濾過ポンプ８１は、処理後水排出口３４から排出される処理後水（第２処理済水）の流量が一定になるように圧力を制御する。ここで、例えば、濾過ポンプ８１は、濾過ポンプ制御部を有し、濾過ポンプ制御部は、処理後水排出口３４に接続されている流路に配置され、第２処理済水を排出する際の流量を測定する濾過流量計８２から流量の情報を受け付け（取得し）、流量が一定になるように、自身（濾過ポンプ８１）を制御するとしていてもよい。
【００５２】
なお、濾過膜３１の穴の大きさは光触媒粒子を通さないものであれば良い。光触媒粒子の大きさと濾過効率すなわち、濾過膜３１の穴径が大きいと光触媒粒子が透過してしまい、穴径が小さすぎると濾過時に吸引圧力を大きくする必要があるため、濾過ポンプ８１に必要以上の負荷がかかる。これを考慮すると、濾過膜３１の穴の大きさは、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００５３】
＜コンプレッサー９＞
コンプレッサー９は、運転中、光反応槽２および分離槽３に空気を供給する。供給された空気により、光反応槽２および分離槽３の内部に貯留されたスラリー液を撹拌することができる。つまり、コンプレッサー９は光反応槽２および分離槽３に空気を供給し泡が発生することにより光触媒粒子が沈殿するのを防いだり、濾過膜３１に付着した光触媒粒子を取り除いたり、光触媒がヒドロキシラジカルを発生させるのに必要な酸素を供給することができる。
【００５４】
また、コンプレッサー９は、分離槽３の濾過膜３１に空気を供給することができる。
【００５５】
＜圧力計６＞
圧力計６は、図１に示すように、濾過膜３１と濾過ポンプ８１の間の流路に配置され、濾過圧をモニターするのに使用する。濾過圧力が高くなると濾過膜３１が目詰まり等の問題が発生したことが検知できる。
【００５６】
＜流量計４１＞
流量計４１は、導入ポンプ１０と汚染水導入口２３との間に設置され、光反応槽２に導入される汚染水の量を測定する。なお、流量計４１は、導入流量計１２と別体で設置されているとしてもよいし導入流量計１２と同一であるとしてもよい。
【００５７】
本実施の形態では、流量計４１は、測定結果を逐次制御部５に送信する。
【００５８】
＜イオン伝導度測定装置４２＞
図２は、実施の形態におけるイオン伝導度測定装置４２の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００５９】
本実施の形態のイオン伝導度測定装置４２は、図２に示すように、イオン伝導度計４２１と、計算回路４２２と、記憶部４２３と、判定回路４２４と、出力回路４２５とを備える。
【００６０】
イオン伝導度計４２１は、イオン伝導度測定計とも表記され、光反応槽２に導入される汚染水に含まれるイオンの量を測定する。具体的には、イオン伝導度計４２１は、連続で汚染水のイオン伝導度を測定し続ける。
【００６１】
計算回路４２２は、流量計４１が測定した汚染水の量と、イオン伝導度計４２１が測定した汚染水のイオン伝導度とを用いて、光反応槽２に導入された汚染水の総量に含まれるイオンの総量を計算する。ここで、計算回路４２２は、流量計４１が測定したイオン伝導度の値と、地下水中におけるイオン濃度およびイオン伝導度の関係が示された表とに基づいて、汚染水に含まれるイオンの濃度を計算することができる。また、計算回路４２２は、汚染水に含まれるイオンの濃度の時間変化およびその時間積算値と、光反応槽２に流入した汚染水の総量から光反応槽２に流入したイオンの総量を計算することができる。
【００６２】
判定回路４２４は、例えば第１の判定回路とも表記され、計算回路４２２が計算したイオンの総量が第１の閾値よりも大きいか否かを判定する。ここで、第１の閾値は、光反応槽２の水溶液の一部を光触媒活性測定装置４４（測定槽４４１）に導入すべき閾値である。第１の閾値は、記憶部４２３に記憶されている。より具体的には、第１の閾値とは光触媒粒子の活性が性能を満たさなくなる値である。光触媒粒子の機能劣化に関係するイオンはカルシウムであることがわかっている。また、基礎検討により光触媒粒子の機能が低下してしまうＣａ量がわかっている。このＣａ量の値を元に第１の閾値が決定される。なお、イオン伝導度計４２１を用いて光反応槽２に流入したイオンの総量を計算することはできるが、各イオンの濃度を個別に求めることはできない。そこで、流入したカルシウム量の最大値は計算したイオンの総量の５０％として、第１の閾値を決めている。
【００６３】
記憶部４２３は、例えばＨＤＤ（ハードディスク・ドライブ）、不揮発性メモリ、ＲＡＭなどであり、地下水中におけるイオン濃度およびイオン伝導度の関係が示された表、第１の閾値を記憶している。また、記憶部４２３は、計算回路４２２がイオンの総量を計算する際にも用いられ、汚染水に含まれるイオンの濃度の時間変化およびその時間積算値を記憶する。
【００６４】
出力回路４２５は、判定回路４２４が計算回路４２２により計算されたイオンの総量が第１の閾値よりも大きいと判定した場合に、制御部５に警告信号を発すればよい。
【００６５】
＜光触媒再生装置４６＞
光触媒再生装置４６は、洗浄部とも表記され、活性が低下した光触媒粒子の機能を回復させる。より具体的には、光触媒再生装置４６は、酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄することにより光触媒粒子を再生する。本実施の形態では、光触媒再生装置４６は、後述する制御部５から光触媒粒子の活性を回復する旨の指示として光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する指示を受けた場合、光触媒再生装置４６に集められた光触媒粒子に酸溶液またはアルカリ溶液を添加して洗浄し光触媒粒子の機能を回復（再生）させる。洗浄後の光触媒粒子は、光反応槽２に戻されて使用される。ここで、酸は例えばクエン酸、塩酸、硫酸、硝酸が使用できる。アルカリは例えばアンモニア、水酸化ナトリウムが使用できる。
【００６６】
なお、後述するが、第１の閾値が第３の閾値に更新された場合、判定回路４２４は、計算回路４２２が計算したイオンの総量が第３の閾値よりも大きいか否かを判定すればよい。その他については上述した通りであるのでさらなる説明は省略する。
【００６７】
また、光触媒再生装置４６は、酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄することにより光触媒粒子を再生する場合に限らず、光触媒粒子を新しいものと交換することで、光触媒粒子を再生してもよい。
【００６８】
＜ポンプ４３＞
ポンプ４３は、光触媒活性測定装置４４と光反応槽２（または分離槽３）と間に配置され、光反応槽２の水溶液（スラリー液）の一部を光触媒活性測定装置４４に導入する。本実施の形態では、ポンプ４３は、イオン伝導度測定装置４２によりイオンの総量が第１の閾値よりも大きいと判定され警告信号が発せられた場合に、光反応槽２のスラリー液の一部を光触媒活性測定装置４４（測定槽４４１）に導入する。ここで、ポンプ４３は、例えば、チューブポンプである。チューブポンプは、公知のポンプであり詳細な説明は省略するが、弾力性を有するチューブをローラでしごいて液体を押し出すことができる。
【００６９】
＜光触媒活性測定装置４４＞
図３は、実施の形態における光触媒活性測定装置４４の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００７０】
光触媒活性測定装置４４は、図３に示すように、測定槽４４１と、導入部４４２と、光源４４３と、検出部４４４と、出力部４４５とを備える。本実施の形態の光触媒活性測定装置４４は、光触媒粒子の活性をマーカー分子または色素を用いて測定する。
【００７１】
測定槽４４１は、第２の槽とも表記され、光反応槽２の水溶液（スラリー液）の一部が導入される。本実施の形態では、測定槽４４１は、イオン伝導度測定装置４２が警告信号を発した場合に、制御部５により制御されたポンプ４３により、分離槽３の第２処理済水の一部が光反応槽２のスラリー液の一部として導入させてもよい。光反応槽２のスラリー液は、流路７を介して分離槽３に導入されるため、光反応槽２の水溶液と、分離槽３の第２処理済水の一部とは同じものである。
【００７２】
導入部４４２は、光反応槽２の水溶液の一部として、分離槽３の第２処理済水の一部が測定槽４４１に導入された場合、測定槽４４１にマーカー分子または色素を導入する。導入部４４２は、例えば自動ピペッターであり、測定槽４４１に導入された光触媒粒子を含む液体中に、マーカー分子を入れたり、色素を入れたりする。ここで、マーカー分子とは、水中に含まれる二価鉄と反応して発色するフェナントロリンであり、色素は、有機物からなる色素であり、例えばメチレンブルーである。
【００７３】
光源４４３は、測定槽４４１に可視光を少なくとも照射する。
【００７４】
検出部４４４は、測定槽４４１を通過した可視光の強度（第１強度）を検出する。本実施の形態では、検出部４４４は、光源４４３から出力された可視光の強度の情報と、測定槽４４１中の液体を透過した可視光の強度とを用いて、吸光度を求めるとしてもよい。
【００７５】
ここで、光触媒粒子が機能している場合、水中の鉄は還元されて二価になる。検出部４４４は、導入部４４２により測定槽４４１にフェナントロリンが導入される場合、吸光度測定することによって水中の二価鉄の濃度を測定することができる。吸光度が大きい場合に、光触媒粒子の活性度が高いという相関があるので、水中の二価鉄の濃度を測定することにより、光触媒粒子の活性度を測定することができるからである。なお、汚染水に三価鉄が含まれていない場合には、意図的に汚染水（または光反応槽２）に三価鉄を添加すればよい。
【００７６】
出力部４４５は、検出部４４４が検出した第１強度（または算出した吸光度）を示す情報を制御部５に出力する。
【００７７】
なお、光源４４３は、導入部４４２により色素が導入される場合、紫外線を照射してから、測定槽４４１に可視光を照射する必要がある。以下、この場合の構成について、図を用いて具体的に説明する。
【００７８】
図４Ａは、図３に示す光源４４３の詳細機能構成の一例を示すブロック図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す光源４４３を備えた光触媒活性測定装置４４の構成図の一例である。図５Ａは、図３に示す光源４４３の詳細機能構成の別の一例を示すブロック図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す光源４４３を備えた光触媒活性測定装置４４の構成図の一例である。なお、図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７９】
光源４４３は、図４Ａに示すように紫外光源４４３ａおよび可視光源４４３ｂを備えるとしてもよい。紫外光源４４３ａは、第３の光源とも表記し、測定槽４４１に紫外光を照射する。可視光源４４３ｂは、第２の光源とも表記し、紫外光源４４３ａが測定槽４４１に紫外光を照射した後に、測定槽４４１に可視光を照射する。より具体的には、光源４４３は、導入部４４２により測定槽４４１に色素が導入される場合、まず紫外光源４４３ａを測定槽４４１に照射することで、測定槽４４１の光触媒粒子に紫外線を照射して色素を分解させる。次に、紫外光源４４３ａを可視光源４４３ｂに切り替えて、可視光源４４３ｂで測定槽４４１に可視光を照射する。そして、検出部４４４により、測定槽４４１を通過した可視光の強度（第１強度）を検出すればよい。光触媒粒子の活性に応じて分解される色素の量が変化するため、一定時間光を照射した後の色素の濃度を吸光度で測定すれば、光触媒粒子の活性を測定することができるからである。この場合、吸光度が小さい場合に、光触媒粒子の活性度が高いという相関がある。
【００８０】
なお、光源４４３は、図４Ａに示すように紫外光源４４３ａおよび可視光源４４３ｂを備える場合に限らない。例えば、図５Ａに示すように、紫外光源４４３ａおよび可視光変換部４４３ｃを備えるとしてもよい。この場合、可視光源変換部４１３ｃはたとえば可変のフィルタであり、紫外光源４４３ａが照射した紫外光をフィルタに通すことにより可視光に変換することができる。その他は上述した内容通りであるので詳細な説明は省略する。
【００８１】
＜制御部５＞
図６は、実施の形態における制御部５の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００８２】
制御部５は、水処理装置１に備えられ（不図示）、例えば半導体集積回路（ＩＣ）などで実現される。本実施の形態の制御部５は、図６に示すように、判定部５１と、記憶部５２と、送受信部５３と、更新部５４とを備える。
【００８３】
判定部５１は、第２の判定回路とも表記される。判定部５１は、送受信部５３で受信した第１強度に基づき算出される光触媒粒子の活性が第２の閾値以下か否かを判定する。判定部５１は、光触媒粒子の活性が第２の閾値以下の場合、光触媒粒子の交換を促す情報、光触媒粒子の活性を回復する指示、または、光触媒粒子が劣化している旨を示す情報を送受信部５３に出力させる。光触媒粒子が劣化している旨を示す情報は、光触媒の活性が第２の閾値より大きいときに、光触媒粒子が劣化していない表示（第１表示）をしている場合、光触媒粒子の活性が第２の閾値以下のときに、第１表示を消すことも含む。第２の閾値は、記憶部５２に記憶されている。
【００８４】
なお、判定部５１は、記憶部５２に記憶されている閾値と吸光度とを比較して、吸光度がその閾値よりも大きい場合には、送受信部５３に運転継続の指示を出力させ、吸光度がその閾値以下の場合には、送受信部５３に光触媒機能回復動作を行う旨の指示を出力させてもよい。
【００８５】
記憶部５２は、例えばＨＤＤ（ハードディスク・ドライブ）、不揮発性メモリ、ＲＡＭなどであり、第２の閾値を記憶している。第２の閾値は、光触媒粒子の活性が劣化しており機能回復させる必要がある旨を判断できる値を示す。
【００８６】
送受信部５３は、イオン伝導度測定装置４２の警告信号、光触媒活性測定装置４４の測定結果として第１強度または吸光度を受信する。また、送受信部５３は、イオン伝導度測定装置４２により警告信号が発せられた場合に、光反応槽２の水溶液（スラリー液）の一部を光触媒活性測定装置４４（測定槽４４１）に導入する旨を示す信号をポンプ４３に送信する。また、送受信部５３は、光反応槽２の光触媒粒子を含むスラリー液を光触媒再生装置４６に集める旨を示す信号をポンプ４５に送信したり、光触媒活性測定装置４４に、光触媒粒子の活性を回復する旨の指示として光触媒粒子を酸性溶液またはアルカリ溶液で洗浄する指示を送信したりする。また、送受信部５３は、イオン伝導度測定装置４２が記憶する第１の閾値を第３の閾値に更新させる旨の情報を送信してもよい。
【００８７】
更新部５４は、更新回路とも表記され、送受信部５３で受信した第１強度に基づき算出される光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、第１強度を用いて、第１の閾値を第３の閾値に更新する。ここで、第３の閾値は、次に光反応槽２のスラリー液の一部を測定槽４４１に導入すべき閾値を示す。
【００８８】
より具体的には、更新部５４は、光触媒粒子の活性度が第２の閾値より大きい場合、光触媒粒子の活性が最大であるときに算出される測定槽４４１を通過した可視光の第２強度を取得し、第２強度に対する第１強度の割合と、第１の閾値とを掛け算することにより、第３の閾値を算出する。そして、更新部５４は、第１の閾値を算出した第３の閾値に更新する。
【００８９】
［水処理装置１の動作］
次に、以上のように構成された水処理装置１の動作について説明する。
【００９０】
＜水処理のフロー＞
まず、図７および図８を用いて、水処理装置１の動作について説明する。
【００９１】
図７は、本実施の形態における水処理装置１の動作フローの概略を示す図である。図８は実施の形態における水処理装置の水処理フローの詳細動作を示す図である。
【００９２】
まず、水処理装置１が準備される。具体的には、水処理装置１の使用者により購入されることを意味する。
【００９３】
次に、光反応槽２および分離槽３に光触媒粒子を含有するスラリー液が投入される（Ｓ１）。スラリー液が投入されると、コンプレッサー９を運転し、光反応槽２および分離槽３に空気を送り、スラリー液を撹拌する。続いて、循環ポンプ７１をＯＮにし、スラリー液を光反応槽２の内部で循環させる。また、光源２１をＯＮにし、汚染水が光反応槽２に導入された際にすぐに光触媒による酸化還元反応が発生するようにスタンバイする。
【００９４】
次に、光反応槽２に、汚染水が導入される（Ｓ２）。具体的には、汚染水は、例えば汚染水を貯留する外部の容器から光反応槽２の汚染水導入口２３に、導入ポンプ１０により導入される。
【００９５】
次に、水処理装置１は、光源２１がＯＮであり光反応槽２に貯留するスラリー液に紫外線が照射されているので、汚染水に含まれる不純物を処理する水処理を行う（Ｓ３）。より詳細には、図８に示すように、まず、水処理装置１は、光源２１により光反応槽２の光触媒粒子に紫外光を照射し、光触媒粒子の光触媒反応により、光反応槽２に導入された不純物を含有する汚染水を、不純物を処理した第１処理済水にする（Ｓ３１）。第１処理済水は、循環ポンプ７１によって分離槽３に送られる。続いて、水処理装置１は、濾過ポンプ８１により第一室が減圧されることにより、光反応槽２から排出され分離槽３に導入された第１処理済水を、濾過膜３１で留められる光触媒粒子（スラリー液）と、濾過膜３１を通過する第２処理済水であって光触媒粒子を含まない水溶液である第２処理済水とに分離する（Ｓ３２）。続いて、水処理装置１は、第２処理済水を処理後水として水処理装置１の外部に排出する（Ｓ３３）。分離槽３に残される光触媒粒子の濃度が高まったスラリー液（濃縮水）は返送路８を通って光反応槽２へ返送される。なお、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理の詳細は上述したのでここでの説明は省略する。
【００９６】
次に、水処理装置１は、機能回復処理が必要かを判定する（Ｓ４）。
【００９７】
ステップＳ４において、機能回復処理が必要でないと判定されれば（Ｓ４でＮｏ）、ステップＳ２の処理に戻る。なお、この場合、ステップＳ２およびステップＳ３の処理を止めることなく継続させることで、連続的な水処理を行うことができる。
【００９８】
一方、ステップＳ４において、機能回復処理が必要であると判定されれば（Ｓ４でＹｅｓ）、水処理装置１の運転を一旦停止した上で、機能回復処理を行う（Ｓ５）。そして、機能回復処理が終了後に、水処理装置１の運転を再開する（Ｓ６）。
【００９９】
このように、本実施の形態の水処理装置１は、光触媒粒子を光反応槽２の液体中に分散させた状態（スラリー液の状態）で、光触媒粒子に励起光（紫外光）を照射する。これにより、光触媒粒子を光反応槽２の内側壁などに固定して使う方式に比べ、１０倍以上の高い反応効率が得られる。分散させて用いる光触媒粒子は濃度が低くなると光触媒反応の発生数が減り反応効率が悪化してしまう一方で、濃度が高くなりすぎてもスラリー液の光透過率が低下することにより反応効率が低下する。光反応槽２における光触媒粒子の濃度は０．１ｇ／Ｌから４ｇ／Ｌの範囲にあることが好ましい。
【０１００】
＜機能回復処理の判定処理＞
次に、図９を用いて、図４に示すステップＳ４の判定処理について説明する。
【０１０１】
図９は、本実施の形態における水処理装置１の機能回復処理の判定処理の詳細を示す図である。
【０１０２】
ステップＳ４において、まず、水処理装置１は、計算したイオンの総量が第１の閾値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４１）。
【０１０３】
より具体的には、水処理装置１は、流量計４１が測定した汚染水の量と、イオン伝導度計４２１が測定した汚染水のイオン伝導度とを用いて、地下水中におけるイオン濃度およびイオン伝導度の関係が示された表と導入した汚染水の総量（総体積）から、水処理装置１に導入したイオンの量を積算していく。このようにして、水処理装置１は、光反応槽２に導入された汚染水の総量に含まれるイオンの総量を計算する。そして、水処理装置１は、計算したイオンの総量が第１の閾値よりも大きいか否かを判定する。
【０１０４】
なお、上述したように、イオン伝導度計４２１を用いて光反応槽２に流入したイオンの総量を計算することはできる。しかし、各イオンの濃度（総量）を個別に求めることはできない。イオン伝導度計４２１を用いて計算されたイオンの総量は全ての種類のイオンの総量を反映した値だからである。しかも、全てのイオンが光触媒の劣化に寄与する訳ではないので、流入総イオン量から光触媒の劣化度を特定することはできない。一方、光触媒粒子の機能劣化に関係するイオンはカルシウムであること、光触媒粒子の機能が低下してしまうＣａ量がわかっている。そこで、流入したカルシウム量の最大値を、上記で計算したイオンの総量の５０％と推定して、第１の閾値を算出している。
【０１０５】
次に、ステップＳ４１において、計算したイオンの総量が第１の閾値以下であった場合（Ｓ４１でＮｏ）、ステップＳ２の処理に戻り、運転を継続する。
【０１０６】
一方、ステップＳ４１において、計算したイオンの総量が第１の閾値より大きい場合（Ｓ４１でＹｅｓ）、光触媒活性測定装置４４で光触媒粒子の活性を測定し、光触媒粒子の活性が第２の閾値以下か否かを判定する（Ｓ４２）。
【０１０７】
なお、計算したイオンの総量が第１の閾値より大きい場合とは、光触媒粒子の機能を下限（性能を満たさなくなる値）まで劣化させるＣａのイオンが導入されたことを推定していることになる。光触媒活性測定装置４４で光触媒粒子の活性を測定することについては、上述した通りであるのでここでの説明は省略する。
【０１０８】
次に、ステップＳ４２において、光触媒粒子の活性が第２の閾値以下であった場合（Ｓ４２でＹｅｓ）、ステップＳ５の処理に進み、機能回復処理を実施する（Ｓ５）。
【０１０９】
一方、ステップＳ４２において、光触媒粒子の活性が第２の閾値より大きい場合（Ｓ４２でＮｏ）、第１の閾値を第３の閾値に更新する更新処理（Ｓ４３）を行った後、ステップＳ２の処理に戻り、運転を継続する。
【０１１０】
ここで、更新処理が必要な理由について説明する。光反応槽２に導入された汚染水の総量に含まれるイオンの総量においてカルシウムの濃度が最大（例えば５０％）と推定して算出された第１の閾値を用いていたが、光触媒粒子の活性が第２の閾値より大きいことから、実際のカルシウムの濃度は推定値（５０％）よりも少ない。このように初期の警告信号発生時などにステップＳ４の処理が行われた場合、光触媒粒子の活性は機能回復処理が必要なほど低下していない場合がある。
【０１１１】
しかし、光反応槽２に導入されたカルシウムイオンは一定の濃度に達していることから、連続運転する場合には、第１の閾値をそのまま使うことはできない。次に光反応槽２の水溶液（スラリー液）の一部を測定槽４４１に導入すべきと判定できる第３の閾値に更新する必要がある。現在の光触媒粒子の活性を示す値（例えば吸光度）を知ることができるので、現在の光触媒粒子の活性を示す値から、光触媒粒子の機能回復処理が必要な場合の光触媒粒子の活性を示す値となるＣａのイオンの量を計算することができる。つまり、次の光触媒活性測定までの運転時間を決める第３の閾値は、現時点で光反応槽２に導入された汚染水の総量に含まれるイオンの総量の値と、光反応槽２に導入できる汚染水の総量に含まれるイオンの総量から考え得る最大含有量のカルシウム量とを考慮して算出することができる。具体的には、第３の閾値は、測定した測定槽４４１を通過した可視光の強度（第１強度）と光触媒粒子の活性が最大であるときに算出される測定槽４４１を通過した可視光の第２強度とを用いて、第２強度に対する第１強度の割合と第１の閾値とを掛け算することにより、算出することができる。
【０１１２】
このように、本実施の形態の水処理装置１は、光触媒粒子の機能劣化の推定を２段階で行う。つまり、本実施の形態の水処理装置１では、第一段階目として、光触媒粒子の機能を下限まで劣化させるＣａのイオンが導入されたことを計算することで、光触媒粒子の機能が劣化したことを推定する。第二段階目として、実際に光触媒活性測定装置４４を用いてサンプリングした光触媒粒子の活性を測定することで、光触媒粒子の機能が実際に劣化していることを推定する。
【０１１３】
そして、本実施の形態の水処理装置１は、光触媒粒子の活性が性能を満たさなくなる程劣化してしまう前に水処理を一旦中止して、光触媒粒子を再生したり、交換したりして、光触媒粒子の機能回復処理を行う。
【０１１４】
これにより、光触媒粒子の機能の劣化を一定以下に保つことができるので、処理後水中の汚染物質の濃度が常に基準値を下回った状態で運転することができる。
【０１１５】
［効果等］
以上の説明で明らかなように、本発明の実施の形態における水処理装置によれば、光触媒を用いた水処理後の水である処理済水の品質低下を防ぐ運転方法が実現できる。
【０１１６】
より具体的には、光触媒粒子は汚染水中に含まれる特定の成分により、活性が劣化する。活性が劣化した状態で処理を続けると、汚染物質の基準濃度を超えた処理後水が製造されてしまう。
【０１１７】
ここで、図１０を用いて、比較例の水処理装置を用いた場合の汚染物質の濃度について説明する。図１０は、比較例における水処理装置を使用して水処理を行った時の処理後水中の汚染物質の濃度変化の一例を示す図である。図１０では、実施の形態１の水処理装置１と異なり、機能回復処理およびその判定処理を行わない比較例の水処理装置を使用して汚染水中の三価ヒ素を処理した時の処理後水中の三価ヒ素の濃度の例が示されている。
【０１１８】
図１０に示すように、比較例の水処理装置では、水処理を開始した当初は三価ヒ素の濃度は基準値以下であったが徐々に三価ヒ素の濃度が上昇し、水道水として定められた基準値（水道水基準値上限）を超えているのがわかる。比較例の水処理装置では、光触媒粒子の活性が低下したことに伴い三価ヒ素の処理能力（汚染水の除去能力）が低下したことによる。なお、図１０では三価ヒ素の濃度に関するデータを示したが、他の汚染物でも同様の結果となる。
【０１１９】
一方、図１１を用いて、本実施の形態における水処理装置１を用いた場合の汚染物質の濃度について説明する。図１１は、本実施形態における水処理装置１で水処理を行った時の処理後水中の汚染物質の濃度変化の一例を示す図である。図１１は、本実施の形態における水処理装置を使用して汚染水中の三価ヒ素を処理した時の処理後水中の三価ヒ素の濃度の例が示されている。
【０１２０】
図１１に示すように、本実施形態における水処理装置１では、水処理の処理時間とともに徐々に三価ヒ素の濃度が上昇するが、水道水基準値上限を超える前に光触媒機能が回復され、三価ヒ素の濃度が常に水道水基準値上限を超えないように保たれているのがわかる。
【０１２１】
本実施の形態による水処理装置１では、光触媒粒子の機能の劣化を推定し、光触媒粒子の機能が性能を満たさなくなる程劣化する前に水処理を中止して、光触媒粒子の機能を回復することができるので、光触媒粒子の機能劣化を一定以下に抑制することができる。そのため、本実施の形態による水処理装置１では、処理後水中の汚染物質の濃度が常に水道水基準値上限を下回った状態で運転することができる。
【０１２２】
また、本実施の形態による水処理装置１では、光触媒粒子の機能劣化の推定を２段階で行い、第一段階の閾値（第１の閾値）を更新する更新処理を合わせて行う。それにより、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）や液体クロマトグラフィーなどの分析装置を用いることなく、光触媒粒子の機能が性能を満たさなくなる程劣化する前に水処理を中止して、光触媒粒子の機能を回復することができる。
【０１２３】
以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る水処理方法および水処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１２４】
例えば、上記の実施の形態において、ユニット、デバイスの全部又は一部、又は図６に示されるブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩやＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ  ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、若しくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ  ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるかもしれない。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ  （ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
【０１２５】
さらに、ユニット、装置、または装置の一部の、全部または一部の機能または操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つまたは一つ以上のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスク・ドライブ、などの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行された場合に、ソフトウエアは、ソフトウエア内の特定の機能を、処理装置と周辺のデバイスに実行させる。システムまたは装置は、ソフトウエアが記録されている一つまたは一つ以上の非一時的記録媒体、処理装置、および必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、飲料水や廃水、又は内陸河川や湖沼に含まれる有害物を水中に懸濁させた光触媒を用いて実用的な時間で継続的に水処理できる水処理方法、水処理装置に利用でき、特に、家庭用の浄水設備や、公共用の浄水設備として利用することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１    水処理装置
２    光反応槽
３    分離槽
５    制御部
６    圧力計
７    流路
８    返送路
９    コンプレッサー
１０    導入ポンプ
１２    導入流量計
２１    光源
２２    水位計
２３    汚染水導入口
２４    第１の排出口
２５    第１の導入口
３１    濾過膜
３２    第２の導入口
３３    第２の排出口
３４    処理後水排出口
４１    流量計
４２    イオン伝導度測定装置
４３、４５    ポンプ
４４    光触媒活性測定装置
４６    光触媒再生装置
５１    判定部
５２、４２３    記憶部
５３    送受信部
５４  更新部
７１    循環ポンプ
７２    循環流量計
８１    濾過ポンプ
８２    濾過流量計
４２１  イオン伝導度計
４２２  計算回路
４２４  判定回路
４２５  出力回路
４４１    測定槽
４４２    導入部
４４３    光源
４４３ａ    紫外光源
４４３ｂ    可視光源
４４３ｃ    可視光変換部
４４４    検出部
４４５    出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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