(57)【要約】【課題】  家畜の排泄物等の有害有機物質により汚染された水を、酸化チタン等の光触媒反応を用いて分解処理を行う際、その分解処理の処理速度の向上と触媒体球の長寿命化する方法を提供すること。【解決手段】汚染水が効率よく浄化されるために、二重円筒２の内周筒壁が紫外線透過材料で構成され、該外周筒壁が磁化透過材料で構成され、該筒壁には紫外線反射するためのアルミニウムの反射膜３があり、二重円筒２には交番磁界を処理室２−Ａ内に発生させるコイル４が巻かれ、そのコイル４に交番磁界を発生するための電流源６が設けられ、紫外線ランプ１が二重円筒２の中心に設けられ、二重円筒２にまかれたコイル４から発生する磁界に追随するための磁石を内包する光触媒体球５が充填された、被処理水が流れる処理室２−Ａを持ち、被処理水の入口７と、その対角に浄化された水の出口８が設けられている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重円筒の内周筒壁が紫外線透過材料で、該外周筒壁が磁化透過材料で構成され、該筒壁には紫外線反射材料がコーティングされ、紫外線ランプが二重円筒の中心に設けられ、二重円筒には交番磁界を処理室内に発生させるコイルが巻かれ、そのコイルに交番磁界を発生するための電流源が設けられ、二重円筒の外部磁界に追随するための磁石を内包する光触媒体球が充填された、被処理水が流れる処理室を持ち、被処理水の入口と浄化された水の出口が二重円筒の対角に設けられている構成とする浄水殺菌装置を特徴とする。
【請求項２】
請求項１記載の光触媒体球は、磁気に反応する材料、例えば磁化された鉄やアルニコ磁石などの磁石を内包し、該光触媒体球表面に、光触媒層が、例えば酸化チタンを全てもしくは酸化チタンを主として窒素や他の元素などの異種材料を含んだ材料で構成されていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１及び２記載の光触媒体球は、該光触媒体球の主たる母材料としてチタンを主成分として形成されて、一つ以上の磁石を内包し、該光触媒体球の表面は、光触媒層、例えば酸化チタンで覆われた構造を特徴とする。
【請求項４】
請求項１及び２記載の光触媒体球は、該光触媒体球の主たる母材料としてセラミックス、例えば、アルミナやケイ素を主成分とし、一つ以上の磁石を内包し、該光触媒体球の表面は、光触媒層、例えば酸化チタンで覆われた構造を特徴とする。
【請求項５】
請求項１及び２記載の光触媒体球は、該光触媒体球の主たる母材料として磁化しやすい材料、例えば、鉄を主成分とし、一定方向に磁化され、該光触媒体球の表面は、光触媒層、例えば酸化チタンで覆われた構造を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、酸化チタン系による光触媒反応を面積を増大し処理速度の向上を行い、かつ交番磁界を用い光触媒体球を長寿命化させた浄化方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  生活排水や家畜などの排泄物は、有機塩素物質、硫黄成分、有機ハロゲン化合物などの有機物を大量に含んでいる。これられの汚染水を浄化が不十分なまま排水を行うことで、河川、湖沼、海湾などの水や海水に対し、汚染、悪臭が発生、富栄養化現象などの様々な環境被害をもたらしている。増殖した藻類、菌類、細菌類を殺藻あるいは殺菌するには、例えば、塩素、オゾン、硫酸銅、紫外線などによって処理する方法が採用されている。また、発生した臭気物や着色物を取り除くには、たとえば、活性炭や中空系フィルターに吸着させる方法が採用されている。一方、酸化チタンなどの光半導体粒子にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を照射すると光励起により生じた電子や正孔により、強い還元力や酸化力を利用して脱臭及び脱色や殺菌する方法が知られている。たとえば、活性炭をフィルタとして持ち、紫外線ランプを内部に持った酸化チタン等の光触媒体が充填された触媒室にて浄化する方法などが提案されている。
【特許文献１】実開平５−３９６９６号公報
【０００３】  また、その光触媒体として、酸化チタンとグラファイトシリカを主成分とする光触媒体や軽石などの無機多孔質粒子表面及び該無機多孔質粒子が有する空孔壁に光半導体粒子が付着されている光触媒体などが提案されている。
【特許文献２】特開２００７−１６７７７２号公報
【特許文献３】特開２００７−１４８４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  塩素や硫酸銅を用い処理する方法は、塩素や硫酸銅から生ずる副生成物の処理が新たな環境問題となる。また、活性炭や中空糸フィルターを用いた吸着方法では一定期間毎に活性炭や中空糸フィルターを交換する必要がある。実開平５−３９６９６号公報にて示される光触媒体を用いた浄化装置では、一定の効果が見られるものの、紫外線が当たる領域が固定化されため光触媒反応が限定されることから、反応面積が限られ処理速度が遅いことや、影になった部分に未反応の有機物が堆積することなどの問題がある。つまり、反応面積が小さいため、光触媒の利用効率が悪く、一定期間毎に、光触媒体を交換するメンテナンスが必要があった。【０００５】  また、特開２００７−１６７７７２号公報及び特開２００７−１４８４３４号公報で示される光触媒体は、光が当たる場所が限られ触媒反応が生じる場所が限られることや、光が当たる場所が固定化されることにより酸化チタン層と母材質との密着性が弱くなり、長期簡使用すると酸化チタンが剥離してしまう問題があった。【０００６】  本発明の目的は、従来の構成が有していた問題を解決し、さらに、光触媒反応の領域を増大し処理速度の向上と、光触媒体の寿命を長くすることの方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の第１の課題解決手段は、二重円筒の内周円筒壁が紫外線透過材質で構成された筒壁で区画し、該筒壁の外周に光触媒体球を充填した触媒室を設け、該二重円筒の内部に紫外線ランプを装填するとともに、該二重円筒の外周円筒壁が磁場透過材質で構成され、その外壁には紫外線を反射する金属、たとえばアルミニウムを主とする材料で覆われている筒壁で区画し、該内壁の外周に磁界を発生するコイルを設けている。被浄化水は該二重円筒の下部から触媒室へ導入され、コイルが発生する磁界の交番によって回転する光触媒体球の間を通過し、二重円筒の上部にある出口から浄化水を取り出す構成である。【０００８】  本発明の第２の解決手段は、光触媒体球は、二重円筒の外周に設けられたコイルが発生する磁界に追随するために、磁界に反応する材料、例えば磁化された鉄やアルニコ磁石などの磁石を一つ以上内包し、光触媒層は、例えば酸化チタンを全てもしくは酸化チタンを主として窒素や他の元素などの異種材料を含んだ材料で表面層が構成されている。【０００９】  本発明の第３の解決手段は、光触媒体球の主な母材料としてチタンを主成分とし、内部に磁化された鉄もしくは磁石を一つ以上内包し、該外部磁界制御型球の表面は、高温処理により酸化させた酸化チタンで覆われた表面層で構成されている。【００１０】  本発明の第４の解決手段は、光触媒体球の主な母材料とし、セラミックス、例えば、アルミナやケイ素を主成分とし、内部に磁化された鉄もしくは磁石を一つ以上内包し、球の表面は光触媒層、例えば酸化チタンで覆われた表面層で構成されている。【００１１】  本発明の第５の解決手段は、光触媒体球の主な母材料とし、磁化する材料、例えば、鉄を主成分とした材料で構成し、一定方向に磁化され、酸化チタンで覆われた表面構造で構成されている。
【発明の効果】
【００１２】  上記、第１の課題解決手段による作用効果は次の通りである。紫外線ランプから発せられる紫外線は光触媒体球の表面にある光触媒層が吸収し、その光励起により生じた電子や正孔により、強い還元力や酸化力により被浄化水に存在する有機物の分解や細菌の殺菌反応が起こり被浄化水の浄化が進む。二重筒外部に設けられたコイルから発生する磁界により、磁化された磁石を一つ以上内包する光触媒体球はその磁界の交番に応じ回転する。そのため光触媒反応は、光触媒体球の固定化された場所で生ずるのではなく触媒体表面均一に生ずる。その結果、酸化チタンと母材間に熱膨張によるストレスなどが抑えられ光触媒層の剥離を防止することや影になる部分がないことから未反応物が堆積することが抑えられ、飛躍的に寿命が伸びる。また、二重筒の外周筒壁には紫外線反射膜が設けられているため、二重筒内部に設けられた紫外線ランプにより発せられた紫外線を再度反射させること出来るため紫外線を有効利用出来、光触媒反応の面積を増大し、汚染水の浄化する処理能力が大幅に増す。また、被浄化水の入口と出口は二重円筒の対角に設けられているため、光触媒体球と被浄化水の接触する時間が増す。【００１３】  上記、第２の課題解決手段による作用効果は次の通りである。光触媒体球は、内部に磁石を持つために、二重円筒の外部に設けられたコイルが発生する交番磁界に追随しようと、光触媒体球が回転する。そのため紫外線ランプから発生するもしくは二重円筒の反射面から反射する紫外線に満遍なく光触媒表面をさらすことが出来、該光触媒体球の寿命を飛躍的に延ばすことが可能となる。【００１４】  上記、第３の課題解決手段による作用効果は次の通りである。光触媒体球は、母材料としてチタンであることから、酸素もしくは水蒸気の高温処理により密着力が強い酸化チタンを触媒体表面上に、容易に形成出来る。そのため多少の摩擦による剥離や紫外線光による熱ストレスによる剥離が生じにくい。母材料の一部分に磁化された一つ以上の磁石を持つことから、コイルで発生させた交番磁界により連動するするように光触媒体球が回転する。【００１５】  上記、第４の課題解決手段による作用効果は次の通りである。光触媒体球は、母材料として、金属より軽いセラミックス、例えば、アルミナやケイ素を主成分とし、内部に磁化された棒状の磁石を持つことから、金属で構成された光触媒体球よりも軽いことにより、交番磁界の磁界強度が小さくても光触媒体球を回転させることが出来、水浄化に必要なエネルギーを少なくすることが出来る。【００１６】  上記、第５の課題解決手段による作用効果は次の通りである。光触媒体球は、母材料として、鉄で形成するため、容易に一定方向に磁化することが可能であり、酸化チタンを表面に形成することも簡単になり、光触媒体球を作製する費用を下げることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の実施形態として、実施例を図１〜図４に基づいて用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】  図１において、本発明の浄化装置は、紫外線ランプ１が二重円筒２の中心に設けられ、二重円筒２の内周筒壁材料は紫外線透過材料である石英ガラスが用いられ、円筒２の内部に光触媒球５が充填され被処理水が流れる処理室２−Ａを持つ構造である。処理室２−Ａの外周壁材料として磁界透過材料として石英ガラスが用いられ、紫外線反射するアルミニウム膜３が形成され、石英ガラスには交番磁界を処理室内に発生させるコイル４が巻かれている。そのコイルに交番磁界を発生するための電流源６が設けられている。被処理水の入口７と、浄化された水の出口８が二重円筒２の対角状に設けられている。
【実施例２】
【００１９】  図２において、光触媒球は、チタン、セラミックスなどを材料とする球状の母材１０の表面に、酸化チタンを主とする光触媒層９がコーティングされ、その球の中心に磁石１１が設けられている。
【実施例３】
【００２０】  図３において、外部磁界制御型光触媒球は、チタン、セラミックスなどを材料とする球状の母材１３の表面に、酸化チタンを主とする光触媒層１２がコーティングされ、その球の内部に磁石１４が１個以上内包している。
【実施例４】
【００２１】  図４において、光触媒球は、鉄などの磁石を材料とする球状の母材１５の表面に、酸化チタンを主とする光触媒層１４がコーティングされている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例を示す光触媒浄化装置の断面図
【図２】本発明の実施例を示す外部磁界制御型光触媒球の断面図
【図３】本発明の実施例を示す外部磁界制御型光触媒球の断面図
【図４】本発明の実施例を示す外部磁界制御型光触媒球の断面図
【符号の説明】
【００２３】１  紫外線ランプ
２  二重円筒
２−Ａ  処理室
３  アルミニウム反射膜
４  コイル
５  外部磁界制御型光触媒球
６  交番磁界用電流源
７  汚染水入口
８  浄水出口
【符号の説明】
【００２４】  ９  酸化チタン触媒層
１０  母材
１１  磁石
１２  酸化チタン触媒層
１３  母材
１４  磁石
１５  酸化チタン触媒層
１６  母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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