(57)【要約】【課題】  農林水産業において、余分な労力、動力、フィルタなどの高価な資材や化学薬品処理などを必要とすることなく、農作物や魚介類の発育促進、収穫量向上などに寄与するように水の水質を改善する水質改善構造体およびこれを用いた水質改善方法を提供する。【解決手段】  軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体において、水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となるように調整する。前記構造体を光が透過する材料で形成する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体であって、
水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となることを特徴とする水質改善構造体。
【請求項２】
前記構造体は光を透過する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の水質改善構造体。
【請求項３】
軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体であって、水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となる水質改善構造体を被処理水に浮かべ、被処理水を前記光触媒膜に接触させて、被処理水を浄化することを特徴とする水質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農林水産業において植物、魚介類などの発育促進、収穫量向上などの生産性向上に寄与する水質改善作用を有する水質改善構造体およびこれを用いた水質改善方法に関し、特に、光触媒機能を利用した、水に浮くことのできる水質改善構造体およびこれを用いた水質改善方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
農産物の育成に必要とされる水や、養魚場などで使用される水の中に含まれる不必要な雑菌や藻類などの微生物、および有害化学物質を除去し、水質を改善した水を使用することが、農作物や魚介類の発育促進、収穫量向上などの生産性向上に大きく寄与することが知られている。
【０００３】
従来、このような寄与を得るための水質改善方法としては、水をフィルタに通して、水中に含まれる微生物および有害化学物質を除去する方法（例えば、特許文献１参照。）や、化学薬品により処理する方法などが用いられている。
【０００４】
フィルタを使用する方法は、フィルタ自体が高価なばかりでなく、雑菌などの極微小なものを除去するには、ポンプを用いて圧力を加えないと処理効率が上がり難い。また、フィルタが目詰りすることがあるため、メンテナンスが必要になるなど、余分な労力や動力が必要となるという問題がある。
【０００５】
化学薬品により処理する方法は、速効性があるものの、薬品自体が農産物や魚貝類、さらには作業者にまで悪影響を及ぼすことがあるため、処理後、化学薬品を除去する工程が必要であるばかりでなく、化学薬品が残留していないかを確認する必要もある。また、この方法によって得られる効果は一時的なものであるため、定期的に繰り返して処理しなければならず、手間とコストが多く掛かるという問題がある。
【０００６】
農林水産業の従事者からは、動力を必要とすることなく、化学薬品の残留による影響を恐れる必要もなく、さらには、長期にわたりメンテナンスフリーで、安価に、農作物や魚介類の発育促進・収穫量向上に寄与する水質改善方法が望まれている。
【特許文献１】特開平９−１０７８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、農林水産業において、余分な労力、動力、フィルタなどの高価な資材や化学薬品処理などを必要とすることなく、農作物や魚介類の発育促進、収穫量向上などに寄与するように水の水質を改善する水質改善構造体およびこれを用いた水質改善方法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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体であって、水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となる水質改善構造体を提供する。
【０００９】
上記構成の水質改善構造体において、前記構造体は光を透過する材料からなることが好ましい。
【００１０】
本発明は、軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体であって、水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となる水質改善構造体を被処理水に浮かべ、被処理水を前記光触媒膜に接触させて、被処理水を浄化する水質改善方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水質改善構造体を、水田や畑作用の貯水池・タンクをはじめ、水耕栽培用水、淡水・海水での魚貝類の養殖場内、さらには、観賞用水棲生物の水槽などで使用することにより、自然の太陽光などの光を有効に活用でき、特別な動力や有害な化学薬品を使用することなく、長期にわたって水質を浄化・改善する機能を発揮し続けることができる。また、特別なメンテナンスもほとんど不要となり、効果的に水質浄化・改善が行われ、農作物や魚介類の発育促進・収穫量向上、さらには、観賞用水棲生物の長寿命化などの効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の水質改善構造体は、軸対称な形状からなる水に浮く構造体と、その表面の少なくとも一部に光触媒機能を有する光触媒膜とを備えた水質改善構造体であって、水に浮かべた際に、水面上と水面下との体積比率が５：９５〜９５：５となるものである。
【００１３】
本発明の水質改善構造体を構成する構造体としては、軸対称な形状からなる水に浮くものが用いられる。ここで、軸対称な形状とは、１つの軸の回りにある図形を回転させてなる形状のことであり、例えば、球形、円錐形、円柱形、円筒形、ラグビーボール形、あるいは、これらの形状を、回転軸を同じくして組み合わせたものなどが挙げられる。
また、水に浮く構造としては、中空体、多孔質体などが挙げられる。
【００１４】
このような構造体をなす材料としては、樹脂、金属、ガラス、木などが用いられる。これらの中でも、無色透明な樹脂、ガラスなどの光を透過する材料が好ましい。
【００１５】
本発明では、構造体として、例えば、軸対称な形状の樹脂、金属、ガラス、木などからなる多孔質体、中空体などが用いられる。具体的に、多孔質体としては、発泡スチロール、軽石などが挙げられ、中空体としては、円筒形のＰＥＴボトル、ゴム製や金属製のボールなどが挙げられる。これらの中でも、無色透明な樹脂、ガラスなどの光を透過する材料からなる中空体が好ましい。
【００１６】
光触媒膜を構成する光触媒としては、光により励起されて強力な酸化還元能力を発揮するものであればいかなるものでも適用できるが、化学的に安定で、かつ比較的安価なものとして、紫外領域の光により励起される二酸化チタンが好ましく用いられる。
また、触媒活性を高めるために、白金、パラジウムなどの白金族をはじめとする金属を担持させた光触媒を用いることもできる。さらには、紫外領域のみならず、可視領域においても触媒活性を発現する光触媒も、光のエネルギーをより有効に活用できることから、好ましい。
【００１７】
光触媒膜は、上述の構造体の表面の少なくとも一部に設けられていればよいが、光触媒機能の観点から、構造体の表面全面に設けられていることが望ましい。
また、構造体として、光を透過する材料からなるものを用いる場合には、構造体の表面から内面に入射した光が、水面下にある光触媒膜にまで届くように、光触媒膜の厚みを光が透過する程度に薄くしてもよい。さらには、光触媒膜を、構造体の表面に点状、線状、帯状、格子状など部分的に設けてもよい。
また、構造体が多孔質体の場合には、孔の内部にも光触媒膜を設けてもよい。
【００１８】
光触媒膜を構造体の表面に設ける方法としては、光触媒を、バインダー樹脂などを用いて構造体の表面に直接塗布する方法、光触媒を構造体の表面に焼き付ける方法、ゾルゲル法を用いて構造体の表面に光触媒膜を形成する方法、構造体形成時に、構造体をなす材料に光触媒練り込んで構造体表面に光触媒膜を形成する方法などが用いられる。また、別途、光触媒とバインダー樹脂を混合してなる光触媒機能剤を樹脂製フィルム上に塗布して光触媒膜を形成してから、構造体の表面にこの光触媒膜を有するフィルムを固着してもよい。
【００１９】
本発明の水質改善構造体は、水に浮かべることができるから、自然の風や水流によって水上を移動することができるため、余分な労力、動力を必要とせずに広範囲の水との接触が可能となる。また、この水質改善構造体は軸対称な形状であるから、風や水流によって、水質改善構造体自体が容易に回転するので、水質改善構造体の表面に設けられた光触媒膜が未処理の被処理水と接触し易く、かつ水質改善構造体の水中にある部分の表面付近の水を、水質改善構造体の回転と共に水面上に持ち上げることで、被処理水を水質改善構造体表面の広い範囲で効率的に浄化することができる。
【００２０】
また、本発明の水質改善構造体は、水に浮かべた際に、水面上と水面下の体積比率が５：９５〜９５：５となるように調整されているから、風や水流によって、容易に水上を移動し、回転することができ、水と光触媒膜が接触する際に受ける光の量や強度が適度なものとなり、水の浄化効率が向上する。
【００２１】
水面上の水質改善構造体の体積比率が５未満では、水面下の体積比率が大きくなり過ぎて、水の抵抗が増して水質改善構造体が回転し難くなる。その結果、未処理の被処理水との接触効率が低下するだけでなく、ほとんどの光触媒膜が水中に没するので、光触媒膜に届く光の量や強度が水の吸収により減少して、水の浄化効率も低下する。一方、水面上の体積比率が９５を超えると、光触媒膜と水との接触効率が低くなり過ぎるだけでなく、弱い風によっても、水質改善構造体が被処理水の存在する水場から吹き飛ばされてしまうおそれがある。
【００２２】
本発明の水質改善構造体を水に浮かべた際に、水面上と水面下の体積比率が５：９５〜９５：５となるように調整する方法としては、適当な比重の材料からなる構造体を用いたり、比重の軽いものを組み合わせるなど水質改善構造体の構成により調整することなどが挙げられ、例えば、水質改善構造体を構成する構造体がＰＥＴボトルなどの中空体の場合には、中空体内に水などの流動性の充填物を適量注入する方法が挙げられる。このように、中空体内に流動性の充填物を注入すれば、この充填物は水質改善構造体の水面下となる側に常に存在するように流動するから、水質改善構造体の回転を妨げることはない。
【００２３】
さらに、構造体を、光を透過する材料からなるものとすることで、構造体の表面から内面に入射した光が、水面下にある光触媒膜にも届くようになり、水質改善構造体全体で水質改善作用を発揮することができる。
【００２４】
また、本発明の水質改善構造体は、複数の水質改善構造体を並列に連ねた筏様のものとしてもよい。このような構成とすれば、水質改善構造体は一度に広範囲の水との接触が可能となるため、水の浄化効率が向上する。
【００２５】
次に、本発明の水質改善方法について説明する。
本発明の水質改善方法は、上記の本発明の水質改善構造体を被処理水に浮かべ、被処理水を光触媒膜に接触させて、被処理水を浄化するものである。
【００２６】
水質改善構造体を被処理水に浮かべることにより、被処理水が光触媒膜に接触して、光触媒の強力な酸化還元能力によって、被処理水が浄化される。また、水質改善構造体は風や水流によって水上を移動することができるため、余分な労力、動力を必要とせずに広範囲の水との接触が可能となる。さらに、風や水流によって、水質改善構造体自体が容易に回転するので、水質改善構造体の表面に設けられた光触媒膜が未処理の被処理水と容易に接触するので、水を効率的に浄化することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
厚み５０μｍのポリエステルフィルムの片面に、シリケートを主成分とし、バインダー樹脂溶液を混合してなる基剤を塗布してアンダー層を形成した。続いて、このアンダー層の上に、アナターゼ型二酸化チタンを主成分とし、上記基剤に用いられるバインダー樹脂溶液を混合してなる光触媒機能剤をコーティング法にて塗布してトップ層を形成し、アンダー層とトップ層とからなる光触媒膜を有する光触媒機能フィルムを作製した。
得られた光触媒機能フィルムにおける光触媒（アナターゼ型二酸化チタン）の付着量は、０．１ｇ／ｍ２であった。
この光触媒機能フィルムを、容積５００ｍＬの円筒形ＰＥＴボトルの側面全面に、耐水性接着剤によって密着させて、表面に光触媒膜を有する、軸対称な形状の水質改善構造体を得た。
【００２９】
次に、ＰＥＴボトル内に水を入れて、水に浮かべた際の水面上と水面下との体積比率が、５０：５０（実施例Ａとする。）、１：９９（比較例Ａ−１とする。）、９８：２（比較例Ａ−２とする。）となるように調整した水質改善構造体を、それぞれ用意した。
【００３０】
次に、広さ５０ｃｍ×５０ｃｍ、深さ２０ｃｍの水槽を４つ用意して、各水槽に同じ農業用水を満たし、上記水質改善構造体のそれぞれを各水槽に１個ずつ浮かべた。残りの１つの水槽には何も浮かべずに、原水のままとした（比較例Ａ−３とする。）。
【００３１】
晴天の日に、これらの水槽を屋外に並べて、太陽光下に８時間放置した後、各水中の雑菌数を調べた。
水中の雑菌数の測定は、培養法（厚生省令第６９号）に従って行った。
結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2005040769.tif 000002
【００３３】
表１の結果から、水質改善構造体を用いていない比較例Ａ−３と比較すると、比較例Ａ−２以外では、雑菌数の減少が見られた。しかしながら、比較例Ａ−１では雑菌数の減少が少ないのに対して、実施例Ａでは雑菌数が大きく減少していることが確認された。
また、比較例Ａ−２では、水面下の体積比率が小さ過ぎるため、試験途中で、風により水質改善構造体が水槽外へ飛ばされてしまったために、水の浄化があまり行われず、原水（比較例Ａ−３）と同程度の結果となったと考えられる。
【００３４】
（実施例２）
実施例１で作製した光触媒機能フィルムを、容積２Ｌの円筒形ＰＥＴボトルの側面全面に、耐水性接着剤によって密着させて、表面に光触媒膜を有する、軸対称な形状の水質改善構造体を得た。
次に、ＰＥＴボトル内に水を入れて、水に浮かべた際の水面上と水面下との体積比率が、５０：５０となるように調整した。
次に、広さ８ｍ×５ｍ、深さ１ｍの畑作用灌漑用水の貯水池を仕切りで二分して、その一方にはこの水質改善構造体を１０個浮かべ、他方には水質改善構造体を浮かべなかった。
【００３５】
水質改善構造体を用いて水質の改善を行った畑作用灌漑用水（実施例Ｂとする。）と、水質の改善を行っていない畑作用灌漑用水（比較例Ｂとする。）とをそれぞれ用いて、ニラの栽培を行い、その成育の状態を観察した。
ニラの成育状態の評価は、ほぼ同じ丈のニラの苗を畑に植え付けて、実施例Ｂまたは比較例Ｂの畑作用灌漑用水を用いて栽培し、植え付けから２５日後にニラを収穫してニラの平均丈を測定することによって行った。結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2005040769.tif 000003
【００３７】
表２に示したように、実施例Ｂでは、収穫時のニラの平均丈が比較例Ｂより４割も長く、ニラの成育に明らかに差があることが確認された。
【００３８】
また、実施例Ｂおよび比較例Ｂの畑作用灌漑用水中の雑菌数を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2005040769.tif 000004
【００４０】
表３に示したように、実施例Ｂでは、水質改善構造体による水質改善作用により、畑作用灌漑用水中の雑菌数が大幅に減少していることが分かった。このような雑菌数の大幅な減少が、ニラの成育促進に大きく寄与していると考えられる。
【００４１】
（実施例３）
直径３０ｃｍ、長さ１ｍの無色透明円筒形プラスチックの側面全面に、実施例１で調製した光触媒機能剤をスプレー法にて塗布し、無色透明円筒形プラスチックの側面に直接、光触媒膜を形成して、軸対称な形状の水質改善構造体を得た。
得られた水質改善構造体における光触媒（アナターゼ型二酸化チタン）の付着量は、０．３ｇ／ｍ２であった。
【００４２】
この水質改善構造体を、長手方向に２本、長手方向と垂直な方向に５本の計１０本を配列させて、それぞれをロープで繋いで筏様の水質改善構造体を作製した。この際、各々の水質改善構造体の回転を妨げないように、ロープの締め付け具合には余裕を持たせた。
【００４３】
この筏様の水質改善構造体から、牡蠣の稚貝を着けたロープを海水中に吊下げて養殖を行い、牡蠣の成育の状態を観察した（実施例Ｃとする。）。この際、水質改善構造体の水面上と水面下との体積比率は、６０：４０であった。実施例Ｃとの比較のために、筏様の水質改善構造体を用いずに、従来の養殖用筏から、牡蠣の稚貝を着けたロープを海水中に吊下げて養殖を行い、牡蠣の成育の状態を観察した（比較例Ｃとする。）。
【００４４】
牡蠣の成育状態の評価は、ほぼ同じ大きさの牡蠣の稚貝をロープに着け、養殖開始から１ヶ月毎に牡蠣の大きさを測定し、牡蠣の１ヶ月当たりの平均成育速度を測定することによって行った。結果を表４に示す。
【００４５】
【表４】
2005040769.tif 000005
【００４６】
表４に示したように、実施例Ｃでは、牡蠣の成育速度が比較例Ｃより３割以上も促進されることが確認された。これも、海水に浮かべた筏様の水質改善構造体により、その付近の海水の水質が改善されたためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の水質改善構造体は、プールなどの水の雑菌抑制といった用途にも適用可能である。このような用途では、化学薬品を使用する必要がなくなるから、化学薬品によって人体の健康を害することなく、安全に水中の雑菌を抑制することができる。