(57)【要約】【課題】光触媒による殺菌作用を恒久的に維持することができ、殺菌作用も高い水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】風呂水等の被処理水１２を流すポンプ２０と、被処理水１２が流れる配管１６の途中に設けられる反応容器３２を有する。反応容器３２の中に、チタンまたはチタン合金製の線状材料等の大表面積材料３０を備える。大表面積材料３０の上流側には、被処理水１２中にオゾンを注入するオゾン発生器２６が接続され、大表面積材料３０に紫外線を照射する紫外線光源３４を備える。チタンまたはチタン合金製の大表面積材料３０は、表面の二酸化チタンの光触媒が剥離しても、オゾンにより材料のチタン原子が酸化して、常時二酸化チタンの光触媒を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が流れる配管の途中に設けられる反応容器内にチタンまたはチタン合金製の大表面積材料を設け、この大表面積材料の表面に酸化チタンから成る光触媒を形成し、この大表面積材料の上流側で上記被処理水中にオゾンを注入し、上記大表面積材料に紫外線を照射して、オゾンにより上記被処理水を殺菌するとともに上記光触媒により殺菌を行ない、上記オゾンにより上記チタンまたはチタン合金表面に酸化チタンを形成するようにしたことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
被処理水を流すポンプと、被処理水が流れる配管の途中に設けられる反応容器と、この反応容器の中に設けられたチタンまたはチタン合金製の大表面積材料と、この大表面積材料の上流側で上記被処理水中にオゾンを注入するオゾン注入手段と、上記大表面積材料に紫外線を照射する紫外線光源とを備えたことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浴槽水、生活排水、飲料水、プール水、冷却水、洗浄水、貯留水、養殖用水、産業廃水などの水を殺菌処理等する水処理装置および水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８−８９７２５号公報
【特許文献２】特開平１１−２６２７５９号公報
従来、例えば温泉や健康施設における風呂水は、循環させながら温度管理、殺菌及び浮遊物の除去等が行なわれている。この浴槽水は、鉱物粒子が入った濾過槽、オゾン注入装置による殺菌装置を介して、浴槽の水をある程度きれいにして循環ポンプにより循環させているものであった。
【０００３】
上記のような構成では、大規模な浴場で殺菌に必要なオゾン量が多く高濃度のオゾンを用いる必要がった。しかしながら高濃度のオゾンでは被処理水中に溶解しきらなかった高濃度オゾンが空気中に排出され、好ましいものでなかった。また、大規模な浴場施設の循環水の場合、循環する湯の量が多く低濃度のオゾンではオゾン発生装置が大型化し効率が悪いという問題があった。
【０００４】
一方、特許文献１，２に開示されているように、被処理水を循環させる経路の途中に光触媒が設けられた反応容器を設け、この反応容器に紫外線を照射して、光触媒により被処理水中の菌を無害化するものも提案されている。この水処理装置は、酸化チタンが溶射された網を反応容器中に入れ紫外線ランプを照射して、被処理水を通過させ光触媒の作用により殺菌するものである。また、特許文献２では同様の装置を用いて、被処理水中にオゾンを含有した気体を供給する処理方法も提案されている。
【０００５】
この光触媒を用いた殺菌処理等の原理は以下のようなものである。半導体物質である酸化チタン等の光触媒に波長が４００ｎｍ以下の紫外光が照射されると、価電子帯に正孔が発生するとともに伝導帯に電子が生じる。この正孔の酸化電位は、フッ素、オゾン、過酸化水素等の酸化電位よりも高く、有機物は光触媒により完全に酸化分解されて最終的には二酸化炭素ガスと水、硫酸、硝酸などに完全酸化される。光触媒による酸化反応のメカニズムは、光触媒に紫外光が照射された際に生じる正孔またはこの正孔と水が反応して生じる極めて反応活性に富むヒドロオキシルラジカル（ＯＨラジカル）により、酸化反応が起こると考えられている。このとき、紫外線が照射された際に生じる正孔と同時に発生する電子と酸素ガス等との還元反応が並行して進行する。光触媒の作用は、このような強力な酸化反応により、従来のオゾンや過酸化水素、塩素等の殺菌剤よりも強い殺菌能力を有し、有機物の分解機能も備えている。また、光照射により生じた正孔やＯＨラジカルの寿命はミリ秒以下と短いので、オゾンや過酸化水素等の酸化剤のように処理後に残留がなく、残留酸化剤を処理する装置が不要であるという利点がある。このようなことから、これまでに光触媒を用いた多くの水処理装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光触媒による作用は光が照射される光触媒表面のみで起こるため、効率良く処理を行うには光触媒の表面積を大きくして被処理水との接触効率を高める必要がある。また、光触媒に紫外光が照射された際に生じる正孔またはＯＨラジカルは寿命が短いので短時間で反応させる必要がある。また、紫外光は水に吸収されやすく、水中で減衰しやすいという問題がある。
【０００７】
さらに、上記従来の技術の場合、酸化および殺菌作用は紫外線が照射された光触媒の表面のみで起こり、酸化チタン等の光触媒が表面に溶射された網の表面に接触するごく一部の被処理水のみしか処理されず、処理能力が低いものであった。また、酸化チタン等の光触媒が溶射された網は、表面の光触媒が剥離等しやすく耐久性が低い。溶射された光触媒がなくなると、光触媒としての作用がなくなり、その部分を交換しなければならないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、光触媒による殺菌作用を恒久的に維持することができ、殺菌作用も高い水処理装置および水処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、被処理水が流れる配管の途中に設けられる反応容器内にチタンまたはチタン合金製の網や線状集合体の大表面積材料を設け、この大表面積材料の表面に酸化チタンから成る光触媒を形成し、この大表面積材料の上流側で上記被処理水中にオゾンを注入し、上記大表面積材料に紫外線を照射して、オゾンにより上記被処理水を殺菌するとともに上記光触媒により殺菌を行ない、さらに上記オゾンにより、上記チタンまたはチタン合金表面に酸化チタンを常時形成可能とする水処理方法である。
【００１０】
またこの発明は、被処理水を流すポンプと、被処理水が流れる配管の途中に設けられる反応容器と、この反応容器の中に設けられたチタンまたはチタン合金製の大表面積材料と、この大表面積材料の上流側で上記被処理水中にオゾンを注入するオゾン発生器等のオゾン注入手段と、上記大表面積材料に紫外線を照射する紫外線光源とを備えた水処理装置である。上記反応容器は、へーキャッチャー等の処理槽を兼用しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の水処理装置の第一実施形態を示す概略図で、この実施形態の水処理装置１０は、被処理水１２として温泉や健康施設等において循環するお風呂の湯を処理するものである。この実施形態の水処理装置１０は、大浴槽１４の被処理水１２が流れ込み循環させる循環用配管１６に、髪の毛を回収するヘアーキャッチャー１８と、ヘアーキャッチャー１８の下流に設けられた循環ポンプ２０とを有している。循環ポンプ２０の下流側には、濾過タンク２２が設けられ、濾過タンク２２の下流に熱交換器２４が設けられ、被処理水１２の温度を所定温度に昇温し、循環用配管１６を介して大浴槽１４に被処理水１２を戻している。
【００１２】
循環用配管１６の大浴槽１４の取水口１６ａとヘアーキャッチャー１８との間には、オゾン発生器２６に接続されたオゾン配管２８が接続されている。オゾン発生器２６は、放電により空気中にオゾンを発生させ、所定濃度のオゾンガスを送るものである。発生したオゾンは、オゾン配管２８から循環用配管１６の被処理水１２中に混入され、被処理水１２中に溶解する。
【００１３】
ヘアーキャッチャー１８と循環ポンプ２０との間の循環用配管１６には、図２に示すように、内部にチタンまたはチタン合金製の、網やチタン線、繊維状チタン材料の集合体、その他多孔質チタン材料等の大表面積材料３０を収容した反応容器３２が取り付けられている。大表面積材料３０は、チタンまたはチタン合金の表面に予め二酸化チタンの光触媒が形成されていても良く、後述するように、オゾンにより、使用中に二酸化チタンの光触媒を形成するものでも良い。
【００１４】
反応容器３２は少なくとも一部が透明で、透明部分は紫外線を通しやすい材料で形成されている。反応容器３２の透明部分に面して、紫外線を照射する蛍光灯等の紫外線光源３４が配置されている。紫外線光源３４は、二酸化チタンの光触媒が正孔および電子を効率良く生じさせる紫外光（波長が４１０ｎｍ以下）を多く含むことが望ましく、紫外線ランプや低圧または高圧水銀ランプ、または３００〜４００ｎｍの波長をもつ蛍光ランプなどであってよい。さらに、紫外光を出すＬＥＤを複数個並べたものでも良い。
【００１５】
次に、この実施形態の動作作用について説明する。被処理水１２は循環ポンプ２０により加圧されて、水処理装置１０の濾過タンク２２内に圧送され、異物等がある程度除去され、熱交換器２４を介して一定の温度に温められて大浴槽１４内に戻される。また、循環ポンプ２０の上流側では、大浴槽１４からの被処理水１２が、循環用配管１６によりヘアーキャッチャー１８で髪の毛等を除去され、反応容器３２を経て循環ポンプ２０に吸引される。このとき、反応容器３２の上流側の循環用配管１６では、オゾン発生器２６からのオゾン含有空気が被処理水１２に混合され、このオゾンを有する被処理水１２が反応容器３２内の大表面積材料３０間を通過する。大表面積材料３２の表面では、二酸化チタンによる光触媒が形成され、この光触媒３２の周囲では、紫外線照射によりＯＨラジカルによる殺菌や有機物の分解が行われる。この殺菌メカニズムは上述の通りである。同時に、オゾンによる殺菌も行われる。また、チタンまたはチタン合金製の大表面積材料３０は、その表面の光触媒が剥離した場合、露出したチタン原子に対して被処理液１２中のオゾンが反応し、容易に表面に二酸化チタンの光触媒が形成される。
【００１６】
この実施形態の水処理方法と装置によれば、被処理水１２に殺菌及び有機物の分解処理を光触媒により高効率で確実に行うことができ、さらに、オゾンによる殺菌も行われ、レジオラ菌等による浴槽水の汚染を確実に防止することができ、大量の被処理水１２の処理が可能となる。さらに、反応容器３２内の大表面積材料３０の二酸化チタンによる光触媒が、長期間の使用により剥離しても、オゾン発生器２６からのオゾンにより、チタンまたはチタン合金製の大表面積材料３０の表面には、常時二酸化チタンが生成され、光触媒がなくなることはない。
【００１７】
また、紫外光照射時に光触媒では、正孔と同時に生成した電子が酸素と迅速に反応してスーパーオキサイド（Ｏ２−）が生成する。このとき、酸素が不足すると未反応の電子が正孔と再結合し、正孔の酸化反応を阻害することになるが、この発明では、オゾンを含む十分な酸素含有気体が光触媒表面に供給されるので、上記の電子と正孔の再結合を防止することができ、その結果、被処理水１２と二酸化チタンの光触媒との酸化反応効率を高めることができる。
【００１８】
さらに、この実施形態によれば、反応容器３２における被処理水１２の混合攪拌効果により、被処理水１２を光触媒表面に効率良く接触させることができるとともに、十分な酸素が供給され、二酸化チタン等の光触媒と被処理水１２との反応効率を飛躍的に高めることができる。
【００１９】
次にこの発明の第二実施形態について図３〜図５に基づいて説明する。ここで、上記実施の形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の水処理装置４０は、熱交換器２４の下流側に、大浴槽１４へ送る被処理水１２をバイパス配管４２によりバイパスして加圧する二次側加圧ポンプ４４を備えたもので、このバイパス配管４２に、オゾン発生器２６が接続されたものである。そして、反応容器３２は、バイパス配管４２が循環用配管１６に接続された部位の下流側の循環用配管１６に設けられている。
【００２０】
オゾン発生器２６からのオゾンは、オゾン配管２８を経てバイパス配管４２を流れる被処理水１２に混合され溶解する。バイパス配管４２とオゾン配管２８の連結部は、図４に示すように、二次側加圧ポンプ４４の下流に設けられ、この連結部には混合器４６が設けられている。混合器４６は、内部がベンチュリ管状に形成され、オゾン配管２８はベンチュリ管の喉部に接続され、負圧により混合器４６内に吸引され効率的に混合溶解が行われる。
【００２１】
また、バイパス配管４２とオゾン配管２８の連結部が、図５に示すように、二次側加圧ポンプ４４の上流に設けても良い。この場合、二次側加圧ポンプ４４により、オゾンと被処理水１２は十分に撹拌されオゾンが被処理水１２内に溶解していく。
【００２２】
この実施形態の水処理装置４０によっても、オゾンが混合した被処理水１２が反応容器３２内に送られ、反応容器３２内でオゾンによる殺菌と二酸化チタンによる光触媒の作用で、殺菌及び有機物の分解が効率的に行われる。さらに、反応容器３２内の大表面積材料３０は、表面の光触媒が剥離してもオゾンによりチタン原子が次々に二酸化チタンに酸化され、二酸化チタンの光触媒が剥離してなくなることはない。
【００２３】
なお、この発明の被図処理方法と装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、大表面積材料３０は、チタンまたはチタン合金の線状材料を所定形状に形成した集合体や、チタンまたはチタン合金の針状体や粒状体の集合物、または多孔質体を集めたものでも良い。また、紫外線光源３４は、図６に示すように、反応容器３２の周囲３箇所に設けても良く、適宜複数箇所に配置しても良い。これによりより効率よく光触媒による反応が促進される。
【００２４】
また、図７（Ａ）に示すように、反応容器３２内に紫外線光源３４を配置しても良い。これにより、反応容器３２による紫外線の減衰を無くすことができ、より効率的に光触媒の反応を起こさせることができる。さらに、図７（Ｂ）に示すように、反応容器３２をヘアーキャッチャー１８等の処理槽と兼用してもよい。例えば、反応容器１３の被処理水１２の入り口側にヘアーキャッチャーの籠４８を設け、反応容器３２内の隔壁５０を隔てて、下流側に大表面積材料３０を設けたものである。これにより、さらに装置の小型化、省スペース化を図ることができる。
【００２５】
この発明の水処理方法と装置の対象とする被処理水は、浴槽の湯以外に生活排水や工業用水その他殺菌処理等を必要とする水全てに利用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
この発明に係る光触媒を用いた水処理方法と装置によれば、被処理水をオゾンとともに、光触媒により殺菌及び有機物の分解処理を行わせるようにしたので、被処理水に含まれる有害有機物、細菌等の微生物、臭気物質や難分解物質などを効率良く大量に殺菌、分解除去することができる。さらに、光触媒を表面に形成した大表面積材料を、チタンまたはチタン合金により形成したので、二酸化チタンの光触媒が長期使用により剥離しても、オゾンによる強力な酸化作用で、大表面積材料のチタン原子を酸化し、表面に二酸化チタンの光触媒を常に形成する。これにより、大表面積材料は、半永久的に光触媒として機能することができ、使用による光触媒の剥離等の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態の水処理装置の概略配管図である。
【図２】この実施形態の反応容器の縦断面図である。
【図３】この発明の第二実施形態の水処理装置の概略配管図である。
【図４】この実施形態の反応容器の配管を示す縦断面図である。
【図５】この実施形態の反応容器の他の配管を示す縦断面図である。
【図６】この発明の他の実施形態の紫外線光源の配置を示す概略断面図である。
【図７】この発明の他の実施形態の紫外線光源を配置した反応容器の概略断面図（Ａ）と、ヘアーキャッチャーと兼用した反応容器の概略断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１０  水処理装置
１２  被処理水
１４  大浴槽
１６  循環用配管
２０  循環ポンプ
２２  濾過タンク
２４  熱交換器
２６  オゾン発生器
３０  大表面積材料
３２  反応容器
３４  紫外線光源
【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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【図７】
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