(57)【要約】【課題】光触媒による被処理水の浄化効率を向上させることのできる被処理水の浄化方法及び被処理水の浄化装置を提供する。【解決手段】所定波長の励起光により励起可能で通水性及び透光性を有する光触媒フィルター３を被処理水Ｗに浸し、光触媒フィルター３に励起光を照射し、光触媒フィルター３における励起光の入射側と反対側まで励起光を到達させ、活性酸素であるＯＨラジカルを生じさせて、被処理水Ｗ中のウイルス及び細菌を酸化分解し、あるいは、有害な有機物を酸化分解して、最終的に二酸化炭素Ｃを発生させて被処理水Ｗを浄化するようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の励起光により励起可能で通水性及び透光性を有する光触媒フィルターを被処理水に浸し、
前記光触媒フィルターに励起光を照射し、前記光触媒フィルターにおける前記励起光の入射側と反対側まで前記励起光を到達させ、活性酸素であるＯＨラジカルを生じさせて、前記被処理水中のウイルス及び細菌を酸化分解し、あるいは、有害な有機物を酸化分解して、最終的に二酸化炭素を発生させて前記被処理水を浄化する被処理水の浄化方法。
【請求項２】
複数の前記光触媒フィルターを前記励起光の入射方向に並べ、前記各光触媒フィルターを一括して励起する請求項１に記載の被処理水の浄化方法。
【請求項３】
前記光触媒フィルターは、紫外光で励起可能な酸化チタンを含む請求項１または２に記載の被処理水の浄化方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の被処理水の浄化方法に用いられる被処理水の浄化装置であって、
前記被処理水が供給される供給部と、
前記供給部に配置される前記光触媒フィルターと、
前記光触媒フィルターに前記励起光を照射する発光部と、を備えた被処理水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を利用した被処理水の浄化方法及び被処理水の浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の被処理水の浄化装置として、大径と小径に形成した径の異なるステンレススプリングを底部支持部材と上部支持部材の間に二重構造となるように固定したカゴ状の通水性容器と、小径のスプリング内に上部支持部材の中心部に形成した穴から挿入・固定した水中紫外線灯と、小径のスプリングと大径のスプリングの間に堆積した光触媒担持体とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この被処理水の浄化装置では、被処理水を上記カゴ状の通水性容器に通過させることによって浄化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３５７７１２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、特許文献１に記載の被処理水の浄化装置では、光触媒担持体に担持された光触媒のうち、紫外光により励起されるのは、水中紫外線灯の紫外光が届く径方向内側の光触媒のみで、紫外光が十分に届かない水中紫外線灯と反対側の径方向外側では、光触媒が十分に励起されずに水の浄化は殆ど行われていない。従って、特許文献１に記載の被処理水の浄化装置では、被処理水の浄化効率が悪いという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被処理水の浄化効率を向上させることのできる被処理水の浄化方法及び被処理水の浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、所定波長の励起光により励起可能で通水性及び透光性を有する光触媒フィルターを被処理水に浸し、前記光触媒フィルターに励起光を照射し、前記光触媒フィルターにおける前記励起光の入射側と反対側まで前記励起光を到達させ、活性酸素であるＯＨラジカルを生じさせて、前記被処理水中のウイルス及び細菌を酸化分解し、あるいは、有害な有機物を酸化分解して、最終的に二酸化炭素を発生させて前記被処理水を浄化する被処理水の浄化方法が提供される。
【０００７】
上記被処理水の浄化方法において、複数の前記光触媒フィルターを前記励起光の入射方向に並べ、前記各光触媒フィルターを一括して励起してもよい。
【０００８】
上記被処理水の浄化方法において、前記光触媒フィルターは、紫外光で励起可能な酸化チタンを含んでいてもよい。
【０００９】
また、本発明では、上記被処理水の浄化方法に用いられる被処理水の浄化装置であって、前記被処理水が供給される供給部と、前記供給部に配置される前記光触媒フィルターと、前記光触媒フィルターに前記励起光を照射する発光部と、を備えた被処理水の浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被処理水の浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す被処理水の浄化装置の説明図である。
【図２】酸化剤の種類と酸化剤ごとの酸化力を示す表である。
【図３】発光部の実装基板の平面図である。
【図４】作動時の浄化装置の説明図である。
【図５】第１の実験における二酸化炭素の濃度変化を示すグラフである。
【図６】第２の実験における二酸化炭素の濃度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１から図４は本発明の一実施形態を示し、図１は被処理水の浄化装置の説明図、図２は酸化剤の種類と酸化剤ごとの酸化力を示す表、図３は発光部の実装基板の平面図、図４は作動時の浄化装置の説明図である。
【００１３】
図１に示すように、この被処理水の浄化装置１は、被処理水Ｗが供給される透光性の容器２と、容器２の内側に配置され被処理水Ｗに浸される光触媒フィルター３と、容器２の外部に配置され光触媒フィルター３に対して紫外光を照射する発光部４と、を有している。本実施形態においては、２つの光触媒フィルター３が水平方向に間隔をおいて配置されている。
【００１４】
図１に示すように、供給部としての容器２は、上端が開放されて開口２１をなしている。容器２は、発光部４から照射される紫外光に対する透光性を有していれば材質は任意であり、例えばガラス、プラスチック等の透明材料から構成することができる。尚、容器２は紫外光の入射部分だけ透光性を有していればよく、例えば、金属等の不透明材料から構成された容器２の入射部分に、透光性の窓を設けても差し支えない。
【００１５】
光触媒フィルター３は、透光性及び通水性を有し、光触媒としての酸化チタン（ＴｉＯ２）がコーティングされたプラスチックフォームからなる。プラスチックフォームの材質は任意であるが、例えばポリエステルからなる。酸化チタンは４１５ｎｍ以下の波長の光で励起可能であり、励起状態となると光触媒フィルター３の表面にて被処理水Ｗを浄化する。本実施形態においては、光触媒フィルター３は板状に形成され、２枚の光触媒フィルター３が紫外光の入射方向に並べられている。
【００１６】
光触媒フィルター３の厚さは任意であるが、例えば５ｍｍ〜１５ｍｍとすることができ、本実施形態では１０ｍｍである。光触媒フィルター３の縦方向及び横方向の寸法は任意であるが、例えばそれぞれ５ｃｍ〜２０ｃｍとすることができ、本実施形態では１０ｃｍ×１０ｃｍである。光触媒フィルター３の両面には凹凸が形成され、これにより表面積の増大が図られている。光触媒フィルター３の凹凸の数は任意であり、例えば断面１０ｃｍあたりの凸の個数を１０〜１００とすることができ、本実施形態においては断面１０ｃｍあたりの凸の個数は２５である。また、光触媒フィルター３における光触媒の担持量は任意であるが、例えば０．０５ｇ／ｍ２〜１０ｇ／ｍ２とすることができ、好ましくは０．５ｇ／ｍ２〜５．０ｇ／ｍ２である。
【００１７】
ここで、酸化チタンの被処理水Ｗの浄化作用を説明する。酸化チタンは、紫外光が照射されて励起状態となると、正孔と励起電子が生成される。そして、正孔と水が反応して活性酸素であるＯＨラジカルが生成され、被処理水Ｗ中に含まれる物質が酸化分解される。これにより、被処理水Ｗ中のウイルス及び細菌、あるいは、有害な有機物が酸化分解され、最終的に二酸化炭素及び水に分解される。図２に示すように、ＯＨラジカルの酸化力は、オゾン、次亜塩素酸、塩素等よりも強いことから、有機物の除去に極めて有利である。
【００１８】
図１に示すように、発光部４は、複数の実装基板４１と、各実装基板４１に実装される複数のＬＥＤ素子４２と、を有する。図３に示すように、各実装基板４１は平面視にて正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子４２が縦方向及び横方向に整列して配置される。回路パターン４３は、アノード電極４４及びカソード電極４５を有し、各ＬＥＤ素子４２へ電力を供給する。本実施形態においては、各実装基板４１ごとに、１３個のＬＥＤ素子４２が並べられた４つの直列接続部４６が並列に接続され、計５２個のＬＥＤ素子４２が使用される。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子４２はフェイスアップ型であり、それぞれワイヤ４７により回路パターン４３と電気的に接続される。
【００１９】
具体的に、各ＬＥＤ素子４２は平面視にて３５０μｍ×３５０μｍであり、２０μｍから２００μｍの間隔で実装基板４１に搭載される。各ＬＥＤ素子４２は、例えばＩｎＧａＮ系の発光層を有し、紫外光を発する。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子４２の波長は３９５〜４１５ｎｍであり、通電時に順電流が３０ｍＡとなるよう設定され、このときの光出力は３５ｍＷである。本実施形態においては、発光部４は、５２個のＬＥＤ素子４２が実装された６つの実装基板４１により構成され、光出力が１０９２０ｍＷとなっている。５０個以上のＬＥＤ素子４２を２０μｍから２００μｍの間隔で搭載することにより各ＬＥＤ素子４２の高集積構造が実現され、１００００ｍＷ以上の高出力の発光部４が実現される。
【００２０】
以上のように構成された被処理水の浄化装置１では、図４に示すように、各光触媒フィルター３を被処理水Ｗに浸した状態で、発光部４から各光触媒フィルター３に対して紫外光を照射することにより、容器２内の被処理水Ｗを浄化することができる。被処理水Ｗにウイルス及び細菌、あるいは、有害な有機物が含まれていた場合、二酸化炭素Ｃと水に分解される。発生した二酸化炭素Ｃは、図４に示すように、被処理水Ｗの上面から大気に放出される。各光触媒フィルター３は透光性を有していることから、各光触媒フィルター３における紫外光の入射側と反対側まで紫外光が到達し、全体的に励起された光触媒フィルター３で被処理水Ｗを浄化することができる。また、複数の光触媒フィルター３を紫外光の入射方向に並べ、各光触媒フィルター３を一括して励起するようにしたので、被処理水Ｗの浄化効率を飛躍的に向上させることができる。
【００２１】
このように、本実施形態の被処理水の浄化装置１によれば、光触媒フィルター３を用いて、ウイルス及び細菌、あるいは、有害な有機物のＯＨラジカルによる強力な酸化分解を行うことができる。また、１つの発光部４で複数の光触媒フィルター３を一括して励起することができ、光触媒フィルター３ごとに発光部４を設ける必要はない。また、光触媒フィルター３及び発光部４を比較的自由に配置することができ、装置の設計自由度が極めて高い。
【００２２】
実際に前記実施形態の被処理水の浄化装置１を作成し、水道水に有機物を溶かして生成された被処理水Ｗを用いて実験を行った。第１及び第２の実験の結果を、図５及び図６のグラフに示す。図５及び図６は、横軸を時間、縦軸を検出された二酸化炭素の濃度としたグラフである。
図５に示すように、１回目の実験では、二酸化炭素の濃度の測定開始から１０分間は通電等を行わずに、二酸化炭素の濃度が略一定となることを確認した。この後、発光部４に５分間にわたって通電したところ、二酸化炭素の濃度が上昇し続けた。これにより、被処理水Ｗ中の有機物が酸化分解されたことが確認された。
図６に示すように、２回目の実験でも、二酸化炭素の濃度の測定開始から１０分間は通電等を行わずに、二酸化炭素の濃度が略一定となることを確認した。この後、発光部４の通電を間欠的に行った。具体的には、７分間の通電、３分間の通電停止、３分間の通電、３分間の通電停止、３分間の通電をこの順で行った。図６に示すように、通電時に二酸化炭素の濃度が上昇し、通電停止時に二酸化炭素の濃度が減少した。これにより、通電時に被処理水Ｗ中の有機物が酸化分解され、通電停止時に有機物の酸化分解が止んだことが確認された。
【００２３】
尚、前記実施形態においては、被処理水Ｗが供給される供給部として容器２を示したが、供給部は容器に限定されるものではなく、例えば、被処理水Ｗが連続的に供給される配管であってもよい。また、前記実施形態の容器２内に、容器２内の被処理水Ｗを攪拌するための攪拌部を配置してもよい。
【００２４】
また、前記実施形態においては、光触媒フィルター３が酸化チタンを含むものを示したが、光触媒機能を有する他の材料により被処理水Ｗの浄化を行うものであってもよい。この場合、発光部４のＬＥＤ素子４２として、光触媒材料の励起波長に対応する発光波長のものを使用すればよい。尚、発光部４は、図１等に示す板状の実装基板４１を並べて構成したものに限定されず、実装基板４１が収容される筐体を含んだランプ形状としてもよいことは勿論である。さらに、発光部４は、例えば蛍光灯のような、ＬＥＤ素子以外の発光体により構成することもできる。
【００２５】
また、前記実施形態においては、２つの光触媒フィルター３を紫外光の入射方向に並べたものを示したが、３つ以上の光触媒フィルター３を紫外光の入射方向に並べることも可能である。また、光触媒フィルター３を１つとすることもでき、光触媒フィルター３の個数は任意である。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組み合わせの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００２７】
１  被処理水の浄化装置
２  容器
３  光触媒フィルター
４  発光部
Ｗ  被処理水
【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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