(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を供給する給水口と、
上面に光触媒又は浄化剤が備えられた濾過フィルターと、
前記濾過フィルターの上面に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
前記給水口から供給された水の勢いを緩衝させて、前記濾過フィルターに緩やかに水を流入させる水流緩衝部と、
前記濾過フィルターを透過した水を貯蓄する貯水部とを備え、
前記光触媒又は前記浄化剤は前記濾過フィルターに固着されておらず、
前記浄化剤は吸着剤と該吸着剤に担持された光触媒とから成り、
前記吸着剤はＳiＯ2とＡl2Ｏ3を主成分とする固体酸であり、前記吸着剤の化学構成はＨnＡlnＳi96-nＯ192で表され、
前記光触媒は二酸化チタン又は表面に貴金属を蒸着した二酸化チタンであることを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
前記貯水部内の水位を一定に保つ排水パイプが前記貯水部の底面に直立して備えられており、
前記濾過フィルター全体が前記貯水部内の水に浸されていることを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
【請求項３】
底面に穴が形成された保持トレイが備えられ、
該保持トレイは前記濾過フィルターを保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の浄水装置。
【請求項４】
前記保持トレイの上端部が前記貯水部内の水位よりも高く位置することを特徴とする請求項３に記載の浄水装置。
【請求項５】
水のpHを中性域に保つpH調整剤を前記貯水部内の水中に浸漬したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の浄水装置。
【請求項６】
前記pH調整剤はサンゴ石又はアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物であることを特徴とする請求項５に記載の浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は飲料水、飼育魚用水槽水、風呂水、洗濯水などの浄水処理に用いられる浄化剤及び浄水装置に係り、水中の溶存物質の除去と水質維持を目的とした浄化剤及び浄水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水にはゴミや砂などの汚れ、カルキやカビなどによる臭いや味がついていることがあり、生活用水に用いるには浄化を必要とする。また、鑑賞や養殖用の魚の水槽では飼育魚や水草へ与える飼料、飼育魚からの排泄物が原因となって、水の濁化や藻類の発生、水中のアンモニアの高濃度化が生じやすい。故に、飼育魚への悪影響を防ぐためには水槽水の浄化が必要となる。
【０００３】
従来、浄水手段として濾過や、水中有害物質の吸着除去、オゾン処理、生物処理、光触媒による酸化分解処理、また水槽水についていえば定期的な水の交換といった各方法が用いられている。水槽水の交換は直接的な水の浄化ではあるが、煩わしい交換作業を１回/２週といった頻度で行う必要がある。濾過フィルターは目詰まりの度に交換する必要があり、また水中に溶存する物質の除去については対応できない。
【０００４】
吸着除去は活性炭などを用いた物理吸着作業を利用したものと、イオン交換樹脂やゼオライトを用いた化学的吸着作用を利用したものがあるが、いずれの場合も吸着量に限界があり、吸着量が飽和すれば交換する必要がある。特に、活性炭は有機物やカルキの吸着除去能力は高いが、アンモニアなど無機物の吸着性能が低いという問題点があり、またゼオライトは製造方法や表面積、結晶相によって吸着能力が変化するという問題点がある。さらに、水中に溶存する物質の除去は可能だが、水の透明度維持や水槽内での藻類発生の抑制に対する直接的な手段とはなり得ない。
【０００５】
オゾン処理は下水処理に利用されるもので、浄水・殺菌能力を有した方法ではあるが、残留オゾンの処理が必要であり、また装置が大型になるという問題を有している。生物処理は硝化能力を有する微生物を用いるものでアンモニアの硝化能力は高いが、微生物の培養や立ち上がりには数十日が必要という問題点がある。また、水の透明度維持や水槽内での藻類発生の抑制に対する手段とはなり得ない。
【０００６】
光触媒による酸化分解処理としては、例えば特開平８-２２８６３６号公報ではゼオライトなどのＳi及びＯ含有無機物質から成る吸着剤に光触媒を担持することで浄化剤を得ている。この浄化剤によると、水中のアンモニアを分解除去することができる。
【０００７】
また、特願平８-３３９２６７号に開示されている浄水装置では、光触媒又はシリカを主成分とする吸着剤に光触媒を担持した浄化剤と、濾過フィルターが併用された浄水装置が開示されている。この浄水装置はアンモニア分解だけでなく、粒径の大きなゴミの捕集や有機物の分解も可能であり、水の透明度維持や水槽内での藻類発生の抑制に対する手段となり得るものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平８-２２８６３６号公報、及び特願平８-３３９２６７号では水質維持、或いはカルキの分解について言及されていない。また、水中のアンモニアは硝化作用を有する微生物によって亜硝酸、硝酸に分解されるが、この化学物質の濃度が高くなると水のpHは酸性側へ移行して飼育魚の生存に影響する。この酸性化に対応する手段についても考慮されていない。
【０００９】
また、特願平８-３３９２６７号の浄水装置では、供給された水が濾過フィルター上面に落ちる構成となっており、濾過フィルター上面の前記光触媒又は浄化剤の粒子は給水の勢いで散乱しないように固着されている。従って、この浄水装置を作成するには濾過フィルター上面に粒子を固着するための工程が必要になる。
【００１０】
上記課題をかんがみて、本発明はより強力なアンモニアの分解に加えて、カルキの分解及び水質維持がなされる浄化剤を提供することを目的とする。また、その他の目的は水のpH調整を行うことが可能な浄水装置であり、簡単な構成の浄水装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の浄水装置で用いる浄化剤はＳiＯ2とＡl2Ｏ3を主成分とする吸着剤と、該吸着剤に担持された光触媒とから成るものである。この浄化剤では吸着剤にアンモニアが吸着し、光触媒作用によってそのアンモニアが分解される。また、光触媒では水中のカルキや有機物も分解する。
【００１２】
また、上記構成の浄化剤において、吸着剤は固体酸であり、化学構成がＨnＡlnＳi96-nＯ192で表されることを特徴とする。吸着剤としては活性炭、アルミナボール、人工ゼオライト、天然鉱物など各種の多孔質体があるが、それぞれに吸着特性があり、吸着除去したい水中物質に合わせて吸着剤を選択する必要がある。本発明に用いる吸着剤としてはアンモニアの吸着能力に優れたものを選択する必要があり、アンモニアは水中でアルカリ性を示すことを考慮すると、使用する吸着剤としては構成成分に水素イオンを含む固体酸が好ましい。
【００１３】
また、上記構成の浄化剤において、ＳiＯ2とＡl2Ｏ3とから成る吸着剤のモル比(ＳiＯ2/Ａl2Ｏ3)を１０以上とするとよい。この吸着剤は固体酸強度が高く、アンモニアを吸着しやすい。
【００１４】
また、上記構成の浄化剤において、光触媒を二酸化チタン、又は表面に貴金属を蒸着した二酸化チタンとするとよい。光触媒についてはエネルギーギャップや酸化還元電位の異なる様々な金属酸化物が存在しているが、光活性や酸化力などを考慮すると二酸化チタンが好ましい。また、表面に貴金属を蒸着した二酸化チタンでは分解能力がさらに向上して好ましい。
【００１５】
本願の浄水装置は、水を供給する給水口と、上面に光触媒又は浄化剤が備えられた濾過フィルターと、前記濾過フィルターの上面に紫外線を照射する紫外線照射手段と、前記給水口から供給された水の勢いを緩衝させて、前記濾過フィルターに緩やかに水を流入させる水流緩衝部と、前記濾過フィルターを透過した水を貯蓄する貯水部とを備え、前記光触媒又は前記浄化剤は前記濾過フィルターに固着されておらず、前記浄化剤は吸着剤と該吸着剤に担持された光触媒とから成り、前記吸着剤はＳiＯ2とＡl2Ｏ3を主成分とする固体酸であり、前記吸着剤の化学構成はＨnＡlnＳi96-nＯ192で表され、前記光触媒は二酸化チタン又は表面に貴金属を蒸着した二酸化チタンであることを特徴とする。
また、上記構成の浄水装置において、前記貯水部内の水位を一定に保つ排水パイプが前記貯水部の底面に直立して備えられており、前記濾過フィルター全体が前記貯水部内の水に浸される構成とするとよい。
また、上記構成の浄水装置において、底面に穴が形成された保持トレイを備え、該保持トレイは前記濾過フィルターを保持する構成とするとよい。
また、上記構成の浄水装置において、前記保持トレイの上端部が前記貯水部内の水位よりも高く位置する構成とするとよい。
【００１６】
この浄水装置では、水流緩衝部によって勢いの弱まった水が濾過フィルターに送られ、濾過フィルターを透過して粒径の大きいゴミが取り除かれる。このとき、フィルター上面の浄化剤又は光触媒と接触して、吸着剤には水中に溶存する無機物や有機物が吸着される。また、光触媒では紫外線が照射されることで酸化分解が行われ、水中に溶存する又は吸着剤に吸着した無機物や有機物が除去される。濾過フィルターで捕集された有機物も光触媒によって分解される。
【００１７】
また、上記構成の浄水装置において、水のpHを中性域に保つpH調整剤を貯水部内の水中に浸漬したことを特徴とする。浄水装置では、アンモニアが亜硝酸、硝酸へ分解されていくに従って被処理水のpHが酸性側に移行する。故に、貯水部の水中にpH調整剤を浸漬することでpHを中性域に調整する。
【００１８】
また上記構成の浄水装置において、pH調整剤はサンゴ石又はアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物であることを特徴とする。このpH調整剤より溶出するミネラルによってpHを中性域に保持する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明に係る浄化剤は吸着剤に光触媒を担持したものである。吸着剤にはＳiＯ2とＡl2Ｏ3より得られた固体酸で、化学的構成がＨnＡlnＳi96-nＯ192で表されるように水素イオンを含むものを用いる。これによって、水中でアルカリ性を示すアンモニアを吸着するには好適なものとなる。また、ＳiＯ2とＡl2Ｏ3のモル比(ＳiＯ2/Ａl2Ｏ3)を10/1以上として得られるものであれば、固体酸強度が高くなってアンモニアの吸着により好ましい。
【００２０】
光触媒には二酸化チタン、又は表面に貴金属を蒸着させた二酸化チタンを用いる。二酸化チタンは光活性や酸化力などにおいて他の光触媒よりも酸化分解能力が高い。また、二酸化チタンの表面に貴金属を蒸着させると分解能力がさらに向上する。
【００２１】
吸着剤に光触媒を担持するには、例えばゾルゲル法によって行うとよい。まず、チタニアゾル中に顆粒状に成型した吸着剤を浸漬して引き上げ、乾燥、熱風乾燥を行って表面のチタニアゾルをゲル化する。その後、１５０℃以上の温度で焼成すると、本発明の浄化剤が得られる。尚、吸着剤に光触媒を担持する方法はこれに限られるものではない。
【００２２】
本発明に係る浄水装置については後述する第２実施例においてその詳細な構成を説明する。
【００２３】
［第１実施例］
第１実施例では、本発明に係る浄化剤を用いて実際に水を浄化したときのアンモニア分解能力を調べる。ここでは、吸着剤にＳiＯ2とＡl2Ｏ3のモル比(ＳiＯ2/Ａl2Ｏ3)が92/1の日産ガードラー(株)製ハイシリカゼオライトを用い、光触媒にチタンキレート剤(松本製薬(株)製ＴＣ-２００)を用いる。ハイシリカゼオライトをＴＣ-２００内に浸漬して５分間よく撹拌し、引き上げる。常温乾燥を５分、熱風乾燥を１００℃で１時間行った後、５００℃、２時間の条件で焼成して浄化剤を得る。
【００２４】
図１はこの実験に用いられる浄水装置の側断面概略図である。貯水容器４内には浄化剤保持トレイ３が設けられている。この保持トレイ３は底面がメッシュ状になっており、各側面には径６mmの穴３１が１２個ずつ形成されている。また、保持トレイ３内には上記浄化剤２が入っており、被処理水１０に浸漬されている。
【００２５】
被処理水１０は撹拌部材５によって撹拌されており、保持トレイ３の穴３１及びメッシュ部を介して効率よく浄化剤２と接触するようになっている。また、被処理水１０の水面より上方には紫外線ランプ１((株)ＮＥＣ製の殺菌灯ＧＬ-４(４Ｗ)１本)が設けられており、保持トレイ３内の浄化剤２を照射するようになっている。
【００２６】
被処理水１０は蒸留水３Ｌに２５％アンモニア水を添加してアンモニア濃度を２０ppmに調整してあり、水温を２５℃とする。また、浄化剤２は５ｇ用いられており、被処理水１０をよく撹拌しながらそのアンモニア濃度を測定した。
【００２７】
図２はこの浄水装置において時間経過に伴うアンモニア濃度の測定結果である。尚、比較実験として吸着剤(ハイシリカゼオライト)のみ５ｇを用いた場合の測定値も併せて記録している。実験開始時は紫外線は未照射である。アンモニアが浄化剤(又は、ハイシリカゼオライト)に吸着されてアンモニア濃度が一定になると(実験開始から４時間)、紫外線の照射を開始して実験開始より２８時間アンモニア濃度を測定した。この図によると、光触媒によって吸着剤に吸着されたアンモニアが分解されており、吸着剤の吸着量が飽和することなく、水中のアンモニア分解除去が進んでいることが認められる。
【００２８】
［第２実施例］
第２実施例では、本発明に係る浄水装置を用いて実際に水を浄化したときの濁度、ＣＯＤ、ｐＨについて調べる。図３はこの実験に用いられる浄水装置の側断面概略図である。浄水装置本体８内には底面に穴６１が形成されたフィルター保持トレイ６が設けられている。この保持トレイ６には底面と平行に濾過フィルター１１が設けられており、該濾過フィルター１１の上面には粒状の光触媒２(石原産業(株)製ＳＴ-Ｂ１１)が散在されている。
【００２９】
９は水流緩衝部であり、緩衝材９ａが入っている。ポンプによって汲み上げられた被処理水は給水口１３より水流緩衝部９へ送られ、保持トレイ６へ緩やかに流入する。故に、濾過フィルター１１上の光触媒２は濾過フィルター１１より脱落することがないので、光触媒２を濾過フィルター１１上面に固着させなくてもよい。
【００３０】
排水パイプ７は貯水容器４の底面に直立して設けられており、これによって浄水装置本体８内の被処理水１０の水位は一定となる。保持トレイ６の濾過フィルター１１は全体が被処理水１０に浸り、かつ保持トレイ６の側面上端部は被処理水１０の水位よりも高く位置するように構成されている。このように、濾過フィルター１１を被処理水１０に常に浸漬し、また濾過フィルター１１上面では水流が生じていることから、水は光触媒２と効率よく接触する。
【００３１】
被処理水１０の水面より上方には紫外線ランプ１((株)ＮＥＣ製の殺菌灯ＧＬ-１０(１０Ｗ)１本)が設けられており、保持トレイ６内の光触媒２を照射するようになっている。また、浄水装置本体８内の排水パイプ７付近にはpH調整剤であるサンゴ石１２が浸漬されており、被処理水１０はこのサンゴ石１２と接触して排水口から排水される。
【００３２】
このpH調整剤はサンゴ石の他に次のようなものも用いることができる。即ち、迅速にpHを調整するには水酸化カリウムなどのアルカリ金属化合物が好適である。また、ゆっくり水に溶けて程よくpHを調整するには、炭酸マグネシウム、乳酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属化合物が好適である。
【００３３】
上記浄水装置を使用して熱帯魚水槽の浄水実験を行った。水槽には熱帯魚を３０匹、エビを１０匹、水草を６種入れ、水温は２５〜３０℃に調整する。また、１日に１０時間だけ１０Ｗの蛍光灯２本を使用して光照射を行い、飼料は２回/日の頻度で投入した。そして、実験開始から４０日後に浄水装置本体８内にサンゴ石１２を投入し、１００日間水槽の水質を調べた。
【００３４】
図４(イ),(ロ),(ハ)は、この浄水装置を用いた水槽において時間経過に伴う濁度、ＣＯＤ、pHの測定結果である。尚、比較実験としてバイオ式浄化水槽による測定値も併せて記録している。これによると、上記浄水装置によって水槽水の透明度など水質維持効果が認められる。また、pH調整剤によって水のpHが中性域に調整されることが認められる。
【００３５】
［実施例３］
第３実施例では、第１実施例で用いた浄水装置を用いて光触媒により実際に水を浄化したときのカルキ分解能力を調べる。ここでは、光触媒に石原産業(株)製ＳＴ-Ｂ１１を用いる。また、被処理水は蒸留水３Ｌに０.３％塩素水を添加して塩素濃度を２ppmに調整してあり、水温を２５℃とする。紫外線ランプ((株)ＮＥＣ製ブラックライトＦＬ-４ＢＬ(４Ｗ)１本)で光触媒を照射し、被処理水をよく撹拌しながら被処理水中の残留塩素濃度を６時間測定した。
【００３６】
図５はこの浄水装置において、時間経過に伴う残留塩素濃度の測定結果である。尚、比較実験として紫外線を照射するだけの場合、光触媒だけを浸漬して光照射を行わない場合、被処理水を撹拌するだけの場合(ブランク)についての測定値も併せて記録している。この図によると、光触媒によって塩素が分解されていることが確認できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、ＳiＯ2とＡl2Ｏ3を主成分とする吸着剤と該吸着剤に担持された光触媒とから成る浄化剤は、吸着剤でアンモニアを吸着し、光触媒がそのアンモニアを酸化分解するので吸着剤の吸着量は飽和しない。故に、本発明の浄化剤は吸着剤の吸着量が飽和してそれ以上の浄水作用は得られなくなるといった問題がない。さらに、カルキや有機物については光触媒で酸化分解されるので、脱カルキや水質維持にも効果がある。
【００３８】
また、吸着剤として固体酸を用いたことにより、各種吸着剤の中でも抜群のアンモニア吸着性能が得られ、アンモニアの吸着効率を向上させることができる。
【００３９】
また、吸着剤において、ＳiＯ2とＡl2Ｏ3のモル比(ＳiＯ2/Ａl2Ｏ3)を１０以上とすることで吸着剤の固体酸強度を高め、アンモニアに対する吸着能力をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、光触媒として二酸化チタン、又は表面に貴金属を蒸着した二酸化チタンを担持したことから、酸化分解能力がさらに向上する。
【００４１】
また、本願の浄水装置は水流緩衝部を設けたことで濾過フィルターには緩やかに被処理水が流れる。故に、浄化剤又は光触媒を濾過フィルターに固着する必要がなく、簡単な構成ですむ。また、浄化剤又は光触媒と被処理水が効率よく接触して水中の溶存物質の吸着、酸化分解が行われやすい。さらに、光触媒が吸着剤に吸着した無機物や有機物、及び濾過フィルターで捕集された有機物を分解することから、吸着剤の吸着量飽和や有機物による濾過フィルターの目詰まりが発生せず、メンテナンスフリーとなる。
【００４２】
また、本願の浄水装置では特別な処理を行わずにpH調整剤を浸漬しておくだけで、浄水処理中に起こる水のpHの酸性側への移行が防がれ、水は常に中性を保つことができる。
【００４３】
また、本願の浄水装置ではpH調整剤としてミネラルを溶出する自然な物質を利用しているので、人体や動物に害がなく安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における浄化装置の側断面概略図。
【図２】第１実施例において、水中アンモニア濃度の経時変化を示すグラフ。
【図３】本発明に係る浄化装置の一実施形態であり、第２実施例で用いられる浄化装置の側断面概略図。
【図４】第２実施例において、(イ)濁度、(ロ)ＣＯＤ、(ハ)pHの経時変化を示すグラフ。
【図５】第３実施例において、残留塩素濃度の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１    紫外線ランプ
２    浄化剤又は光触媒
３    浄化剤保持トレイ
４    貯水容器
５    撹拌部
６    フィルター保持トレイ
７    排水パイプ
８    浄水装置本体
９    水流緩衝部
９ａ    緩衝材
１０    被処理水
１１    濾過フィルター
１２    pH調整剤
１３    給水口
【図１】
0003751147.tif 000002
【図２】
0003751147.tif 000003
【図３】
0003751147.tif 000004
【図４】
0003751147.tif 000005
【図５】
0003751147.tif 000006