(57)【要約】【課題】  太陽電池パネル４１を電源として、湖沼、池、近海などの深層水域の水を上昇水流を造り出して水面上に送出し、水質悪化に起因して異常発生した植物性プランクトンの不活化や異常発生した有害バクテリアの殺菌、毒素の分解除去などを光触媒作用を用いて殆どランニングコストをかけずに高効率で効果的に行い水質浄化する技術を提供する。【解決手段】直射日光を受けフロート３で半水没浮遊体として、光触媒多孔質体５を濾材として配設した光触媒浄水テーブル２の中央部より深層に届く断熱揚水管１を設けて、揚水管内下方にリング状ヒーター４４を設けて、太陽電池パネル４１の発電電力により深層水を加熱し浮力を向上せしめ上昇水流８１を造り出し光触媒浄水テーブル２上に送出し光触媒浄化作用を受けた浄化水流８３として送出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に流路開口部を設けた側板を持つテーブル上に酸化チタン光触媒をコーティングし、光触媒浄水テーブルとして、下面にフロートを取り付けて光触媒浄水テーブルを水面付近で半水没状態に浮遊維持し、テーブル上面から水上に突出した架台を設けてその上部に制御箱を設置し、その上部に太陽電池を搭載し、太陽電池を電源として、制御箱から下方に通電管を降ろし下端にヒーターを取り付け通電加熱制御できるようにし、また、光触媒浄水テーブルの中央部から下方へ断熱層を持つ揚水管を降ろし、揚水管下端部に集水斜板を設け、下方に係留ワイヤーでウエイトを接続し係留し、揚水管内に先述のヒーターが配置されるようにし、ヒーター加熱による水温上昇で浮力を向上させ上昇水流を生ぜせしめ、深層水を光触媒浄水テーブル上に送出するようにし、光触媒の浄化作用を受けた後、光触媒浄水テーブル外周の流路開口部から流出するようにしたことを特徴とする深層水循環光触媒浄化装置。
【請求項２】
外周に流路開口部を設けた側板を持つテーブル上に濾材として多孔質体に酸化チタン光触媒を担持させた光触媒多孔質体または、光触媒繊維を適度の大きさの塊にまとめた光触媒繊維塊を並べ配設して光触媒浄水テーブルとしたことを特徴とする請求項１の深層水循環光触媒浄化装置。
【請求項３】
光触媒酸化チタンと銀イオンを担持させた光触媒銀イオン多孔質体をテーブル上に並べ配設して光触媒浄水テーブルとしたことを特徴とする請求項１の深層水循環光触媒浄化装置。
【請求項４】
紫外線を発する発光灯を設け、制御箱から支持し通電して、光触媒浄水テーブルを照射するとともに周囲から発光灯が目視できるようにしたことを特徴とする請求項１の深層水循環光触媒浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、湖沼水・池水、湾内水などを深層水域から水面付近に上昇循環させて、表層水面上で光触媒作用により水質浄化していく装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】近時、湖沼、池、内湾などへの生活廃水の流入や水産養殖場の有機汚濁による富栄養化現象などが進み、水質悪化が表面水域にとどまらず、深層水域まで達してきており、効果的対策が望まれている。【０００３】水中の溶存酸素濃度を高め好気性の生物浄化能力を高める方法としてコンプレッサーで圧搾空気を供給し水中に微細気泡を曝気させる微細気泡発生ユニットが用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】水質悪化した湖沼、池、湾内などでは夏期に水温が上昇すると植物性プランクトンが大量発生し、これにより富栄養化がますます促進され湖沼などではアオコなどの藻類が異常発生し水中の酸素が消費され貧酸素状態となり自然浄化能力を低下させている。そのため自然浄化能力を回復する目的で水中に微細気泡を曝気させる微細気泡発生ユニットが用いられているが、微細気泡の曝気方式のみでは、水質悪化が深刻な問題となっている今日、浄化能力に不足を来している。また、水質悪化は、深層水域にまで達してきており、浄化のための深層水域への微細気泡の曝気には、コンプレッサーによる圧搾空気と微細気泡発生ユニットが必要であり、これらの設備費が高額となる上、運転に動力費やメンテナンス費用などがかかりトータルで高ランニングコストとなっている。
湖沼、池などにおいて富栄養化の進行によるアオコの発生は様々な問題を引き起こしている。アオコを形成するシアノバクテリアは群体を形成して生息し毒素を内包していることからアオコの発生した湖沼の水を飲んだ野生生物や家畜や魚の斃死などが報告されており、アオコの生産毒素の分解除去や大量発生する植物性プランクトンの不活化に有効な浄化技術の開発が強く望まれている。
また、内湾などで行われている水産養殖場の有機汚濁は生活廃水に比べ驚くほど膨大なものがあり富栄養化の進行による水質悪化が深刻な問題となっている【０００５】本発明は、このような実状に鑑みなされたもので、無償で使える太陽光をエネルギー源として、酸化チタン光触媒の環境浄化作用と、太陽電池電力を電源として利用し深層水に浮力を与え深層から表層への上昇水流を造り出すことにより、水面付近でフロートにより浮遊する光触媒テーブル上で浄化作用が行われるようにして、低設備コストでランニングコストが殆どかからず、高効率な浄水作用がなされる装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】外周に流路開口部を設けた側板を持ち中央部に後述する揚水管の取付穴を設けてそこを起点として放射状に側板に至るリブ板を複数設けた薄板のテーブルに、テーブル上に水面上に突出した架台を設けて架台脚部をテーブル上面に固着して、テーブル上面及び側板及びリブ板に酸化チタン光触媒コーティングを施し光触媒浄水テーブルとする。
光触媒浄水テーブル中央の揚水管取付穴に揚水管をテーブル下方からテーブル上面へ上端をわずかに突出して接続固着する。この揚水管の構造は外筒の内側に空隙を設けて内筒を入れ、内筒内を流水路として内筒外側を上端板と下端板で密封固着して外筒内と内筒外側の空隙を真空引きして断熱効果を持たせて断熱揚水管とする。
揚水管長さは目的の浄化集水深度にあせて製作する、この揚水管の下端部の外周に円錐状の集水斜板を取り付ける。
テーブル上から水面上に突出した架台の上部にバッテリーと制御回路を内蔵した制御箱を設置し、その上部に太陽電池パネルを搭載し発電電力をバッテリーに蓄電する。
制御箱から下方に架台を貫通して通電管を揚水管内筒の内側に沿わせて降ろしリング形状のヒーターに接続して通電加熱できるようにし、このヒーターは揚水管下端より少し上方に位置するよう配置するものとする。
光触媒浄水テーブルの下面にフロートを取り付けて本発明の装置を水面付近で半水没状態に維持する浮遊体とし、揚水管下端部の集水斜板下方に係留ワイヤーを取付けて水底のウエイトに接続し係留する。
太陽光が光触媒浄水テーブルに照射されるとコーティングされた酸化チタン光触媒が活性化され、光触媒浄水テーブルの活性面に接する湖沼水・池水などに光触媒の強力な浄化作用を発現するとともに、同時に太陽電池パネルで発電がなされ発電電力が蓄電される。
また制御回路を介して深層部に達する揚水管下端部に設けたヒーターに通電し、ヒーター加熱による水温上昇で浮力が向上し上昇水流を生ぜせしめ、揚水管の断熱構造により水温の低下を僅少にして浮力の向上を維持して、深層水を光触媒浄水テーブル上に送出する。光触媒浄水テーブル上に送出された水流は拡散し極めてゆっくり流れるテーブル水流となりテーブル上での通過時間が長くなり、充分な光触媒作用時間が得られる。
テーブル上の光触媒コーティング部に接し浄化作用を受けながら外周方向に流動し側板に設けた流路開口部から光触媒浄水テーブル外に浄化水流として流れるようにした。【０００７】請求項２の発明は、請求項１の浄化装置の光触媒浄水テーブル部に、浄化作用を発揮する光触媒の比表面積を拡大するとともに浄化対象の細菌や有害バクテリアや異常発生植物プランクトンなどの吸着面積を拡大するための濾材として多孔質体または繊維状塊を用いて、その多孔質体に酸化チタン光触媒を担持させた光触媒多孔質体または、光触媒繊維を適度の大きさの塊状にまとめワイヤまたは繊維で固定化した光触媒繊維塊を並べ配設して光触媒浄水テーブルとする。【０００８】請求項３の発明は、多孔質体に光触媒酸化チタンと銀イオンを担持させて光触媒銀イオン多孔質体として、テーブル上に並べ配設して光触媒浄水テーブルとする。
太陽光や紫外線の照射がある時は活性化光触媒の浄化作用と銀イオンの殺菌作用の両方の浄化作用を活用し、太陽光や紫外線の照射が無く光触媒の活性化ができないときでも、銀イオンの持つ殺菌力が常に作用するようにした。【０００９】請求項４の発明は、光触媒を活性化する波長の紫外線を照射する発光灯を複数設け、制御箱から水上に支持し、夜間や太陽光が無いときに照度センサーで感知して自動的に制御箱内のバッテリーから制御回路を介し通電照光し、光触媒浄水テーブル面を照射し光触媒を活性化するとともに周囲から発光灯が目視できるようにして、湖沼や池を往来する船舶などへ本発明の装置の存在を明示する。また、周囲を若干明るくして水辺の景観を向上する。【００１０】太陽電池パネルの発電電力を制御箱内のバッテリーに蓄電し、制御回路でバッテリーの充放電やヒーターや照度センサーを用いて発光灯を制御管理する。
【発明の効果】
【００１１】以上説明したように本発明によれば、太陽電池パネルで発生した無償の電力を用い、深層の湖沼水、池水または内湾水を断熱揚水管中で加熱して温度上昇させ浮力を向上せしめて、上昇水流を造りだし光触媒テーブル上に送出することができ、深層から表層への循環水流を造ることができる。
光触媒テーブルに送出された深層水は濾材としてテーブル上に配設された光触媒多孔質体に接しながら流動し、水中の有機汚濁物質や異常発生プランクトンやバクテリア、細菌などを光触媒多孔質体に吸着させて流動することになり、日中は太陽光内の紫外線成分で光触媒が活性化され、夜間は発光灯（ブラックライト）の紫外線で活性化されていることから強力な有機物分解作用や殺菌作用などの光触媒浄化作用を受けて光触媒テーブル外に浄化水流として送出する。
水質悪化に起因して異常発生する植物性プランクトンの不活化やアオコの生産毒素の分解除去及び有機汚濁の分解除去による水中の光透過率の向上などに極めて有効である。
これらの作用が太陽光を利用して行われることから動力源が無償であり、機械的な稼動部が無いことからメンテナンスが容易でランニングコストが殆どかからず、設備トータルコストが廉価である。
夜間に水辺の照光ができ、景観の向上に寄与できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の深層水循環光触媒浄化装置を湖に設置した状態を示す要部断面構成図を示し、図中の光触媒多孔質体５の濾材は、テーブル上に配設する直前の状態を示している。外周に流路開口部２３を設けた側板２２を持ち中央部に後述する揚水管１の取付穴を設けてそこを起点として放射状に側板２２に至るリブ板２４を複数設けた薄板のテーブル２１に、テーブル上に水面上に突出した架台２５を設けて架台脚部をテーブル上面に固着して、テーブル２１上面及び側板２２及びリブ板２４に酸化チタン光触媒コーティングを施し光触媒浄水テーブル２とする。
テーブル２１及び側板２２及びリブ板２４及び架台２５の材質はオーステナイト系ステンレス鋼とし、海洋に設置する場合はＳＵＳ３１６系の材質とする。
光触媒浄水テーブル２中央部の揚水管取付穴に揚水管１をテーブル下方からテーブル上面へ上端がわずかに突出して揚水管１を接続固着する。
揚水管１の構造は図１に全体構成を記し図４及び図５に断面構造を示しており、外筒１３の内側に空間をあけて内筒１１を設け、上端部の外筒１３内側から内筒１１の外側にメクラ状に上端板１４を取付て、下端部の外筒１３内側から内筒１１の外側にメクラ状に下端板１５を取付て、密封固着して外筒１３内と内筒１１外側の空間を真空引きして断熱層１２として断熱効果を持たせて内筒１１の内側は流水路と通電管４３の取付部とする。
揚水管１の長さは目的の浄化集水深度にあせて製作する、この揚水管１の下端部の外周に円錐状の集水斜板１６を取り付ける。揚水管１及び集水斜板１６の材質はオーステナイト系ステンレス鋼とし、海洋に設置する場合はＳＵＳ３１６系の材質とする
テーブル上から水面上に突出した架台２５の上部にバッテリーと制御回路を内蔵した制御箱４２を設置し、その上部に太陽電池パネル４１を搭載し発電電力をバッテリーに蓄電する。
制御箱４２から下方に架台２５を貫通して通電管４３を揚水管内筒１１の内側に沿わせて降ろしリング形状のヒーター４４に接続して通電加熱できるようにし、このヒーター４４は揚水管１内の下端より少し上方に位置するよう配置する。
光触媒浄水テーブル２の下面にフロート３を取り付けて本発明の装置を水面８付近で半水没状態に維持する浮遊体とし、揚水管１下端部の集水斜板１６下方に係留ワイヤー７２を取付けて水底のウエイト７１に接続し係留する。
フロート３は光触媒浄水テーブル２の外形状に沿って小円筒状のものを複数円環上に配置して目的の浮力を得る。
太陽光が光触媒浄水テーブル２に照射されるとコーティングされた酸化チタン光触媒が活性化され、光触媒浄水テーブル２の活性面に接する湖沼水・池水に光触媒の強力な浄化作用を発現する、また同時に太陽電池パネル４１で発電がなされ発電電力が蓄電される。
また制御回路を介して深層部に達する揚水管１下端部に設けたヒーター４４に通電し、ヒーター加熱にり水温を上昇させ、水温上昇による浮力向上により上昇水流８１を生ぜせしめる。  ヒーター４４の加熱により生じた上昇水流８１が上昇していく過程で次第に揚水管内の水温を上げ、揚水管１は真空層を設けて断熱構造になっていることから水温の低下が僅少に維持され、浮力の向上が維持され、ヒーター４４の加熱の継続により上昇水流８１が継続して生じ、深層水を光触媒浄水テーブル２上に送出し、テーブル上に拡散してテーブル水流８２となり、テーブル上の光触媒コーティング部で後述する光触媒濾材に接し浄化作用を受けながら外周方向に流動し側板２２に設けた流路開口部２３から光触媒浄水テーブル２外に流れる浄化水流８３となるようにした。
上昇水流８１の発生により深層水は揚水管１内に引き込まれることになり深層水流８０が生じ、深層水が揚水管内に引き込まれ表層に引き出され浄化されることにより、次第に深層から表層への循環が行われることになる。
浮力向上には水温の僅かな上昇でよく、揚水管が長くとも内径が小さく断熱揚水管内容量は僅かであるので、日中の太陽電池パネル発電量で充分に機能することができる。【００１３】図２に示すように、光触媒浄水テーブル部に、浄化作用を発揮する光触媒の比表面積を拡大するとともに浄化対象の細菌やバクテリアや異常発生植物プランクトンなどの吸着面積を拡大するための濾材として多孔質体または繊維状塊を用いて、その多孔質体に酸化チタン光触媒を担持させた光触媒多孔質体５または、光触媒繊維を適度の大きさの塊状にまとめワイヤまたは繊維で固定化した光触媒繊維塊５”を並べ配設した光触媒浄水テーブル２とする。  濾材が波浪により流出しないよう光触媒浄水テーブル２に流出防止ネットを設けてもよい。（  流出防止ネットは図示していない  ）
光触媒多孔質体５は環境浄化用セラミックス多孔質体として（株）アドバンスなどから濾過材として商品化されており、希望サイズのオーダーもできる。
光触媒繊維塊５”としては、宇部興産（株）などからセラミック光触媒繊維などが市販されており、これは直径６μｍまでの極細繊維で結束など加工して使用することができる。光触媒の殺菌作用や有機物分解作用などの環境浄化作用は極めて強力であり、環境関係研究機関などから多くのデーターが公開され広く知られてている。【００１４】また、多孔質体に光触媒酸化チタンと銀イオンを担持させて光触媒銀イオン多孔質体として濾材を造るとき（株）シナネンゼオミックの銀イオン担持ゼオライトなどを添加することができる。
太陽光や紫外線の照射がある時は活性化光触媒の浄化作用と銀イオンの殺菌作用の両方の浄化作用を活用し、太陽光や紫外線の照射が無く光触媒の活性化ができないときでも、銀イオンの持つ殺菌力が常に作用するようにした。【００１５】図３に示すように、光触媒を活性化する波長の紫外線を照射する発光灯６を複数設ける。発光灯６は通常ブラックライトと呼ばれる紫外線照射灯で黒色蛍光管と白色の蛍光管形状のものがあり、紫外線と光りを透過する防水ケースに納めて発光灯６とする。
発光灯６は制御箱４２から水面８上に支持し、夜間や太陽光が無いときに照度センサーで感知して自動的に制御箱４２内のバッテリーから制御回路を介し通電照光し、光触媒浄水テーブル２面を照射し光触媒を活性化するとともに周囲から発光灯６が目視できるようにして、湖沼や池を往来する船舶などへ本発明の装置の存在を明示する。また、周囲を若干明るくして水辺の景観を向上する。
発電を行う太陽電池パネル４１は、制御箱４２の上方に位置して、実施例図の如く水平設置するか太陽への向角を付けて傾斜設置して受光効率を向上するようにしてもよい。
本発明の各電装部は防水対策し、波浪、風雨に耐えるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００１６】本発明は、近海、湖沼、池、養殖池、灌漑用水池、河川等の水質の改善・浄化に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る深層水循環光触媒浄化装置の要部断面構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る装置の平面図で光触媒浄水テーブル部及び太陽電池パネル部を示す。
【図３】本発明の実施の一例を示す装置の光触媒浄水テーブル部及び太陽電池パネル部及び発光灯部の正面図で、揚水管は一部を図示し途中より下方を省略。
【図４】本発明の図１のＡ−Ａ矢視断面図である
【図５】本発明の図１のＢ−Ｂ矢視断面図である
【符号の説明】
【００１８】１  揚水管
１１内筒
１３外筒
２  光触媒浄水テーブル
２１テーブル
２２テーブル側板
２３流路開口部
２５架台
３  フロート
４１太陽電池パネル
４２制御箱
４４ヒーター
５、５”光触媒多孔質体
６  発光灯
８０深層水流
８１上昇水流
８２テーブル水流
８３浄化水流
【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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