(57)【要約】【課題】使用に便利な、酸化チタン光触媒による水質浄化装置を提供する。【解決手段】供給手段１と給水手段２を備えた給水タンクＡと、紫外線を透過できる容器３内に、不繊布に酸化チタン光触媒を溶射、溶着して形成した光触媒シートを充填９した浄化器Ｃとを備えている。そして、浄化器Ｃの下部（流入側）と給水タンクＡを、循環ポンプ７を設けた流入管５で接続するとともに、浄化器Ｃの上部（流出側）と給水タンクＡを流出管６で接続する。循環ポンプ７の駆動により、給水タンクＡの水を浄化器Ｃに送入して浄化処理して給水タンクＡへと循環させ、給水タンクＡの水の水質浄化を図り、その浄化水を飲用等に供給する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道水等原水の供給管と給水管を接続した給水タンクと、不繊布に酸化チタン光触媒を溶射、溶着して形成した光触媒シートを、紫外線を透過できる材料で形成した容器内に充填してなる浄化器とを備え、この浄化器の一側と給水タンクとを循環ポンプを設けた流入管で接続するとともに、浄化器の他側と給水タンクを流出管で接続し、給水タンクと浄化器とに水を循環して水質の浄化処理を行えるようにした、酸化チタン光触媒による水質浄化装置。
【請求項２】
開閉弁を設けた原水の供給管を接続した浄化タンクと、不繊布に酸化チタン光触媒を溶射、溶着して形成した光触媒シートを、紫外線を透過できる材料で形成した容器内に充填してなる浄化器と、給水管を接続した給水タンクとを備え、浄化器の一側と浄化タンクとを循環ポンプを設けた流入管で接続するとともに、浄化器の他側と浄化タンクとを流出管で接続し、また、浄化タンクと給水タンクとを、送水ポンプを設けた送水管で接続し、給水タンクと浄化器とに水を循環して水質の浄化処理を行い、その処理水を供給タンクに送入、貯留して使用できるようにしたことを特徴とする、酸化チタン光触媒による水質浄化装置。
【請求項３】
複数の給水タンクと、不繊布に酸化チタンを溶射、溶着して形成した光触媒シートを、紫外線を透過できる材料で形成した容器に充填してなる浄化器とを備え、上記給水タンクには、そのどちらか一方の給水タンクに選択的に原水を送入する手段を設けた供給管と、そのどちらか一方の給水タンクに、その水を選択的に取り出す手段を設けた給水管を接続し、上記浄化器の一側と各給水タンクとを循環ポンプを設けた流入管で接続するとともに、浄化器の他側と各給水タンクとを流出管で接続し、各給水タンク別に、給水タンクと浄化器とに水を循環して水質の浄化処理を行ない、浄化処理を終えた給水タンクの水を使用するようにしたことを特徴とする、酸化チタン光触媒による水質浄化装置。
【請求項４】
浄化器に、紫外線の照射手段を付設したことを特徴とする、請求項１乃至３記載の酸化チタン光触媒による水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水道水等の飲料用水に混入した有機質性の夾雑物等の有害物質を、酸化チタン光触媒反応を利用して除去する水質浄化装置に関し、特に、水道水等の飲料水を溜めて利用する給水タンクや給湯タンク等の水質浄化を図る循環型の水質浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料用として供される水道水は、通常、厚生省による水道水の水質基準により安全性の確保が図られているが、今日行われている標準的な浄化処理では、源水中に存在している難分解性有機物等の有害性物質を完全に除去できない状況である。浄水処理では、通常、各種微生物の殺菌のための塩素注入と、各種有害化合物の酸化分解のためのオゾン注入が行われているが、それらが水中の水生微生物とフミン質と反応することによって、発ガン性物質として知られているトリハロメタンとアルデヒド類等の副産物を生成することになり、飲用水の安全性を脅かしているのが実情である。
【０００３】
現在の浄水処理場では、各種汚染物質の効果的な除去のため、一般的な浄水処理工程のほかに、オゾンと粒状活性炭を用いる高度浄水処理が行われている。しかし、このような高度浄水処理の工程は、多額の設備費と維持管理費を要するばかりでなく、それによっても、殺菌目的で注入された塩素により発生した発ガン性物質と、オゾン処理により生成された消素副産物は殆ど除去されることなく、一般家庭等に供給されている。また、塩素の注入は、これが水道水中に含まれるアンモニアと反応して刺激の強いカルキ臭を発生させることにもなっている。
【０００４】
水道水は、浄水処理場から一般家庭等の需要者に供給される間にも汚染される。すなわち、水道水は管路を経ることにより、鉛管による鉛の溶出や、鉄管の腐食にともなう赤水の発生等の二次汚染がある。また、マンション等では屋上に給水タンクを設置し、給水タンクより各家庭に給水しているが、給水タンクで水が停滞する死水域において水質が悪化したり、藻が発生したりする。
【０００５】
また、飲料用水として安全でおいしい水を得るため、家庭内等で浄水器の使用が増えている。日本水道協会認定の浄水器は、活性炭または活性炭と他のろ材を組み合せた水処理器具である。しかし、活性炭は、吸着能力は優れているが、通水時間の経過とともに吸着場所が埋まってしまい、除去能力が低下するので、活性炭のカートリッジを時々交換する必要がある。また、活性炭は、塩素を分解、除去する作用があるため、細菌は死滅せず、細菌汚染原因をなすことになり、この点が問題視されている。また、中空糸膜という特殊フィルターを組み込んだものもあるが、これも、細菌の通過を完全に阻止することはできない。また、浄化器内に溜まった細菌は、何日も浄化器を使わないと増殖するという問題もある。したがって、現在の水道水の浄化処理方法では、飲料水として十分な安全性が得られない状況である。
【０００６】
そこで、近年は、浄化処理工程で生成された汚染物質や増殖した細菌等を、酸化チタンを光触媒として使用する光化学処理によって分解し、殺菌する方法が開発されてきた。この方法としては、各種提案されているが、酸化チタンの使用方法としては、主として、酸化チタンの粉末または固定担体等に酸化チタンをコーティングする等の方法が採られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
粉末状酸化チタンを使用する方法では、これを水に懸濁させて水中の汚染物質を処理するが、酸化チタンの粉末の微粒子は比表面積が広いので汚染物質との触媒機会が多く、処理効率が高いが、再利用するための回収装置が別途必要で、設備費が高価となるとともに、維持、管理が面倒である等の問題がある。
【０００８】
また、固定担体やペレット等にコーティングを施して使用する方法では、分離回収には困難はないが、汚染物質との接触面積が少ないので、有害物質の除去効率が非常に低いとともに、コーティングを施した担体等のすべてに光を到達させることが難しく、光触媒の活性が低下するものが多くなり、汚染物質の分触効率がより低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、汚染物質との接触面積が大で有害物質の除去効率が高く、しかも柔軟性に富むシート状酸化チタン担体を使用し、光触媒の活性化が十分行われ、維持、管理が容易で、特に、給水タンクや給湯タンク、ソーラーシステム、家庭の飲料水用として適した、循環型の水質浄化装置を新規に提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的に、飲用のために供する水道水またはその温水、沸騰水を使用するための給水タンクと、光触媒シートを紫外線を透過する容器内に収容した浄化器とを、循環ポンプを備えた循環管路で接続し、給水タンク内の水を浄化器を通して循環させ、光触媒反応により除菌、殺菌、脱臭及び汚染物質の分解除去を行なうものである。
【００１１】
光触媒シートは、ポリエチレンやポリプロピレン等の不繊布に、酸化チタン光触媒をバインダーなしで溶射し、不繊布の繊維に酸化チタン光触媒を溶着して、形成する。それにより、汚染物質との接触面積が大であり、しかも、柔軟性があり加工性がよいとともに洗浄可能な光触媒シートが得られる。
【００１２】
給水タンク内の水は、貯留タンクと浄化器とを循環し、光触媒による酸化、還元作用により、水中に含まれる有機質性の夾雑物の分解、除去、除菌、殺菌及び脱臭が行われるとともに、水分子の細分化が行われ、給水タンク内の水の浄化が図られることになる。
【００１３】
浄化器中の光触媒シートへは、太陽紫外線または発光素子で発生した紫外線を外部より照射して、酸化チタン光触媒反応を持続させる。紫外線を照射する手段としては、浄化器を太陽光の当る屋外等に設置して使用する場合は、太陽光自体を照射源とし、他に特別の紫外線の照射手段を設けなくてもよい。また、浄化器を、太陽光の到達しにくい屋内等に設置して使用する場合は、浄化器に隣接して、浄化器内の光触媒シートに紫外線を照射する手段を設置する。
【００１４】
また、本発明では、浄水処理する、浄化タンクと浄化器を組み合せたものと、その浄水を溜めて使用する給水タンクを設置し、浄化タンク内の水を所要時間浄化処理した後、その浄水を逐次給水タンクに送入、貯留し、その貯留水を飲用水として使用できるようにすることができる。この場合、浄水タンクと給水タンクを別々に設置してもよく、また、それら両タンクを単一槽内を区切って設けるようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明では、給水タンクと浄化器を組み合せたものを複数設置し、各組をバッチ式浄化装置として交互に使用するようにすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１、図２は、本発明の第１の実施態様を示し、図３、図４は同第２の実施態様を示し、図５、図６は同第３の実施態様を示したものである。
【００１７】
まず、本発明の基本的な第１の実施態様について説明する。図１において、Ａは、家庭用あるいは事業用として飲用水（水道水）、またはその湯水等を貯留して供給するための給水タンクで、球形あるいは横型、竪型等の筒状に形成されており、その上部には水道水等原水の供給管１が接続され、また下部には需要先に送られる給水管２が接続されている。
【００１８】
Ｃは、給水タンクＡ内の水を光触媒反応を利用して浄化するための浄化器で、紫外線を透過する材料で竪型の筒状に形成した容器３の上端に着脱可能の蓋４が取り付けられており、その一側（下部）は上記給水タンクＡの下部と流入管５により接続され、また、その他側（上部）は給水タンクＡの上部と流出管６により接続されている。流入管５には循環ポンプ７が設けられ、循環ポンプ７の作動によって、給水タンクＡ内の水が浄化器Ｃに送り込まれ、そして給水タンクＡへと循環されるようになっている。
【００１９】
浄化器Ｃの容器３内には、その下部と上部に、水中に混入している夾雑物を補足するためのフィルター部材８が配置され、それら両フィルター部材８，８間には、光触媒の充填層９が設けられている。光触媒には、ポリエチレンやポリプロピレン等の不繊布に酸化チタン光触媒をバインダーなしに溶射により溶着した光触媒シートを使用する。そして、この光触媒シートは、例えば、帯状のシートを巻き重ね状にして充填し、あるいは、容器３内の断面形に沿う形に裁断したシート片を積み重ねて充填される。
【００２０】
上記の装置において、水道水等の原水は、供給管１より給水タンクＡに流入して溜められ、使用水は、供給管２より家庭等の水道の蛇口より放出される。通常は、給水タンクＡ内はほぼ満水状態とされ、水の使用量に応じて給水タンクＡ内へは原水が供給等１より随時補給されるようになっている。
【００２２】
他方、給水タンクＡ内に溜められた水は、循環ポンプ７の駆動により、給水タンクＡの下部から流入管５より浄化器Ｃの容器３の一側である下部へと送り込まれ、容器３内を上昇してその上端（他側）より流出管６を通って給水タンクＡの上部へと流通し、給水タンクＡ→流入管７→容器３→流出管６→給水タンクＡと循環を繰り返すことになる。
【００２３】
そして、給水タンクＡより容器３へと循環する水は、容器３内を通過する際、フィルター８により夾雑物がろ過されるとともに、充填された光触媒シートの酸化チタン光触媒反応によって有機物の分解、除菌、殺菌、脱臭処理され、その処理水が給水タンクＡへと戻されることになる。この水の循環により、酸化チタン光触媒反応を繰り返し受けることで、給水タンクＡ内の水の浄化が図られるのである。上記のフィルタ−８や光触媒シ−トが目詰まり等が生じた場合は、容器３の蓋４を外してフィルタ−８および光触媒シ−トを取り出し、洗浄し、再度使用できる。
【００２４】
酸化チタン光触媒は、水のある環境下で紫外線があたると活性化され、有機物（細菌、汚れなど）とすぐに反応して、分解、除菌、殺菌、消臭、無害化の機能が発揮されることから、上記浄化器Ｂは、屋外等太陽光のあたる場所に設置される。例えば、マンション等の集合住宅での使用においては、屋上等に設置された給水タンクＡの近くの陽当りのよい場所に設置できる。また、個々の住宅で使用する場合は、一般的に、給水タンクＡを台所等の屋内に設置し、浄化器Ｃは陽当りのよい屋外に設置すればよい。
【００２５】
図２は、上記の浄化器Ｃに、光（紫外線）の照射手段１０を付設したものである。すなわち、浄化器Ｂの容器３に近接して、容器３内に充填した光触媒に対する紫外線の照射ランプ１０が取り付けられており、光触媒は紫外線の照射により、常時活性化がなされる。この装置の場合は、浄化器Ｃを給水タンクＡとともに屋内に設置することができ、浄化器Ｃと給水タンクＡとを組み合せた装置全体がコンパクトにでき、また、光触媒は常に活性化される状態になり、高い浄化効率を維持することができる。なお、光の照射手段１０を設けた以外は、図１に示した例と同様であるから、その説明は省略する。
【００２６】
ついで、第２の実施態様について説明する。この装置は、定量の水を浄化処理する部分と、その処理水（浄水）を貯留して供給する部分を備えているのが特徴である。
【００２７】
図３は、その一例を示したもので、浄化処理部分は、浄化タンクＢと浄化器Ｃの組み合わせである。浄化タンクＢは球形あるいは横型、竪型等の筒状に形成されており、その上部は、開閉弁１６を設けた、原水の供給管１が接続され、その下部には、送水ポンプ１８を設けた送水管１７が取り付けられている。
【００２８】
この浄化タンクＢには、さきに説明したように浄化器Ｃが配設され、浄化器Ｃの下部と浄化タンクＢの下部とは循環ポンプ７を設けた流入管５で接続され、また、浄化器Ｃの上部と浄化タンクＢの上部とは流出管６で接続され、循環ポンプ６の作動によって、浄化タンクＢの水が浄化器Ｃに送り込まれ、そして浄化タンクＢへと循環されるようになっている。浄化器Ｃについてはさきの実施態様におけると同様であるから、その説明は省略する。上記浄化タンクＢとは別に給水タンクＡが設置されており、浄化タンクＢの下部に取り付けられた送水管１７の他端は給水タンクＡの上部に接続されている。そして、給水タンクＡの下部には給水管２が接続されている。
【００２９】
この装置では、浄化タンクＢに、送水ポンプ１８を運転しない状態で、開閉弁１６を開いて水道管１よりの水をほぼ満水状態となるように供給する。そして、循環ポンプ７を駆動して、浄化タンクＢの水を浄化器Ｃを通して浄化タンクＢへと循環させる。それによって、水は、上記した酸化チタン光触媒の作用により浄化処理されることになる。浄化タンクＢの水が浄化されたら、開閉弁１６を閉じ、送水ポンプ１８を駆動して、浄化タンクＢの浄化処理水を供給タンクＡに送入し、貯留する。供給タンクＡに溜められた水は需要者に給水管２より供給されることになる。
【００３０】
給水タンクＡへの送水により浄化タンクＢの水がほぼ空となった後は、再び送水ポンプ１８の運転を停止して開閉弁１６を開き、浄化タンクＢに水道水を充満させ、循環ポンプ７を駆動して浄化処理を行う。上述の工程を繰り返し行って、水の浄化処理と、その供給を継続するのである。なお、この場合、浄化器Ｃには、図２に示すように、光の照射手段１０を付設することができる。
【００３１】
この実施態様の装置では、図４に示すように、給水タンクＡと浄化タンクＢとを、同一タンク内に区切りて設けたものとすることができる。この場合、図示のように、浄化タンクＢと給水タンクＡを上下に並べたものでは、両タンクＡ，Ｂを接続する送水管１７には送水ポンプ１８に代って開閉弁１９を設け、浄化タンクＢから給水タンクＡへの送水とその停止を開閉弁１９の開閉操作により行うことができる。なお、両タンクＡ，Ｂを横方向に並列させたものでは、図３の例と同様に、送水管１７に送水ポンプ１８を設けるのがよい。また、この図４の装置の場合も、図２の例におけるように、浄化器Ｃに光の照射手段１０を付設することができる。
【００３２】
上記第２の実施態様の装置では、浄化処理を終えた浄化タンクＢの水を給水タンクに送って使用できるようにするものであるから、水の浄化処理が十分に行え、より安全な水が供給できることになる。
【００３３】
次に、第３の実施態様について説明する。この装置は、第１の実施態様に示す給水タンクＡと浄化器Ｃを組み合せた装置を複数設置し、浄化処理と給水が交互に行えるようにしたのが特徴である。
【００３４】
図５はその一例を示したもので、複数（図示のものは２基）の給水タンクＡ１，Ａ２にはそれぞれ浄化器Ｃが配設され、図１に示す例におけると同様に、浄化器Ｃの下部（流入側）と給水タンクＡ１（Ａ２）とは循環ポンプ７を設けた流入管５で接続され、また、浄化器Ｃの上部（流出側）と給水タンクＡ１（Ａ２）とは、流出管６で接続され、循環ポンプ７の駆動で、給水タンクＡ１，Ａ２からそれぞれの浄化器Ｃへと水が循環して浄化処理されるようになっている。
【００３５】
そして、この装置では、各給水タンクＡ１，Ａ２には、その上部に、供給管１に設けた切換弁２０よりの分岐管２１ａ，２１ｂが接続され、また、その下部には、給水管２に設けた切換弁２０よりの取出管２２ａ，２２ｂが接続されている。この装置における処理では、切換弁２０ａを操作して、給水タンクＡ１，Ａ２のどちらか一方（例えばＡ１）　に処理する水道水を、供給管１から分岐管２１ａを経て流入させほぼ満水状態にさせる。この場合、切換弁２０ａの方は閉じておく。その状態で、給水タンクＡ１側に配設の循環ポンプ７を駆動して、給水タンクＡ１から浄化器Ｃへと水を循環させる。なお、浄化器Ｃの構成及び作用については、さきに説明したとおりであるから、その説明は省略する。
【００３６】
この一方の給水タンクＡ１の水が浄化されたら、切換弁２ａを操作して、原水の流入を分岐管２１ａより分岐管２１ｂへと変換し、他方の給水タンクＡ２を、ほぼ満水状態とする。その際、切換弁２０ｂを操作して、給水タンクＡ２の水がその取出管２２ｂから流出しないように止めるとともに、給水タンクＡ１の取出管２２ａを給水管２に連通させる。それによって、浄化処理を終えた給水タンクＡ１の水が使用できるようになる。他方、給水タンクＡ２の方では、その循環ポンプ７を駆動して、水を給水タンクＡ２から浄化器Ｃへと循環させ給水タンクＡ２の水の浄化処理を行うようにするのである。このようにして、この第３の実施態様の装置では、上記の工程を繰返し、一方の給水タンクＡ１（Ａ２）の水を使用中に他方の給水タンクＡ２（Ａ１）の浄水処理が行えるようにしているのである。
【００３７】
この実施態様の装置では、図６に示すように、浄化器Ｃを、複数の給水タンクＡ１，Ａ２の浄化処理に共用させることができる。この場合、図示のように浄化器Ｃは１基配置する。そして、浄化器Ｃの下部（流入側）に接続の、循環ポンプ７を有する流入管５にさらに切換弁２０ｃを設け、この切換弁２０ｃと各給水タンクＡ１，Ａ２を取込管２３ａ，２３ｂで接続する。また、浄化器Ｃの上部（流出側）と各給水タンクＡ１，Ａ２とは、流出管に切換弁２０ｄを設け、これと給水タンクＡ１，Ａ２とを配分管２４ａ，２４ｂで接続する。なお、その他の構成については、図５の装置における６と同様であるから、その説明は省略する。
【００３８】
図６の装置では、切換弁２０ｄの切換え操作は給水タンクＡ１，Ａ２の切換弁２０ａと同調させ、切換弁２０ｃの切換え操作は同じく切換弁２０ｂの操作と同調して行うようにすることにより、各給水タンクＡ１，Ａ２の浄水処理が切り換えて行えることになる。なお、図５，図６の装置とも、浄化器Ｃは、図１の装置におけると同様に、紫外線の照射手段１０を付設することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、給水タンクと酸化チタン光触媒による水質浄化機能を有する浄化器とを組み合せ、給水タンクに供給された水を、給水タンクと浄化器とを循環させて浄化するようにしたので、水道水等に含まれる汚染物質の除去、除菌、殺菌、脱臭の浄化処理が効率よくできるとともに装置がコンパクトにでき、特に、家庭や事務所等で使用するのに適した飲用水用の水質浄化装置として提供できる。そして、浄化器はこれを陽当りのよい屋外等に設置すれば、酸化チタン光触媒の活性化が図られ、浄化器の機能を維持させることができる。また、浄化器に紫外線の照射手段を設けた装置では、浄化器を屋内に設置して使用することができ、設置はよりコンパクト化できるとともに、その利用範囲も拡大される。
【００４０】
特に酸化チタン光触媒には、不織布に酸化チタンを溶射、溶着して形成した光触媒シ−トを用いたので、水との接触面積が大で、浄化処理効率が高く、また、光触媒シ−トは柔軟性、加工性に優れ、各種の容器に対応できるとともに、維持、管理が容易であり、洗浄も自在で、長期にわたり使用することができる。
【００４１】
第２の実施態様及び第３の実施態様の装置では、浄化処理部分の給水部分とが別個となっており、十分に浄化処理の終えた水を給水部分（タンク）に貯留し、その水を給水できるので、より水質のよい安全度の高い飲用水を提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の第１の実施態様を示す概要図である。
【図２】同紫外線照射手段を設けた概要図である。
【図３】本発明装置の第２の実施態様を示す概要図である。
【図４】同他の例を示す概要図である。
【図５】本発明装置の第３の実施態様を示す概要図である。
【図６】同他の例を示す概要図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａ１，Ａ２　給水タンク
Ｂ　浄化タンク
Ｃ　浄化器
１　供給管
２　給水管
３　容器
４　蓋
５　流入管
６　流出管
７　循環ポンプ
８　フィルター
９　光触媒充填層
紫外線照射手段
開閉弁
１７　送水管
１８　送水ポンプ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　切換弁
２１ａ，２１ｂ　分岐管
２２ａ，２２ｂ　取出管
２３ａ，２３ｂ　取込管
２４ａ，２４ｂ　配分管
【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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