(57)【要約】広大な水面を有する湖や池等において、光触媒を設けた複数のパネルを放射状に浮きに取付けて水中に垂直に設置し、水中でプロペラを回転させて水を光触媒を設けたパネルへ送り、水中の有機物を光触媒により分解させて水の浄化さるとともに、浄化した水を四方へ広げて流れるような水の循環を湖に生じさせることにより、湖や池等の水の効果的な浄化を少ないエネルギー消費で行う技術を実現する。
2003020646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮きと、表面に光触媒を設けたパネルを放射状に配置した水浄化手段と、水を当該パネルに向けて送る水中プロペラとを有し、浮きによりパネルが垂直に水中に吊り下げられている水の浄化装置。
【請求項２】
前記浮きの外周上に沿って前記パネルの内側の端部が並ぶように配置されている請求項１に記載の水の浄化装置。
【請求項３】
前記水中プロベラを駆動するための風車を有する請求項１又は請求項２に記載の水の浄化装置。
【請求項４】
水を濾過するフィルタと、水を当該フィルタに向けて送る水くみ上げ手段を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水の浄化装置。
【請求項５】
水を前期パネルに向けて送る第１のプロペラと、水を濾過するフィルタと、水を汲み上げて当該フィルタに向けて送る第２のプロペラとを有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水の浄化装置。
【請求項６】
前記フィルタが光触媒を備えるものである請求項４又は請求項５に記載の水の浄化装置。
【請求項７】
前記フィルタが光触媒を備える層と光触媒を備えない層より構成されているものである請求項４又は請求項５に記載の水の浄化装置。
【請求項８】
光触媒を設けた複数のパネルを放射状に浮きに取付けて水中に垂直に設置し、水中でプロペラを回転させて水を光触媒を設けたパネルへ送り、水中の有機物を光触媒により分解させる水の浄化方法。
【請求項９】
光触媒を設けた複数のパネルを放射状に浮きに取付けて水中に垂直に設置し、水中でプロペラを回転させて水を光触媒を設けたパネルへ送り、水中の有機物を光触媒により分解させるとともに、水上にフィルタを設け、水をくみ上げて前記フィルタに送り、フィルタにて水を濾過する水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、水の浄化装置および浄化方法に係るもので、特に、貯水池やダム、或いは貯水槽の水の浄化又は汚染の防止に関するものである。
背景技術
従来貯水池やダムの水を浄化する技術としては、上水道として飲料水を供給する前に浄水場で浄化を行っている。従って、水源である貯水池やダムにおいては特に浄化の措置は行われていない。かかる浄化方法によれば、上水道により供給される水は一定の水準を保つことができるであろうが、貯水池やその下流の河川において有害物質による生態系等への悪影響を防止することはできない。特に、環境ホルモンと呼ばれる物質は少量でも生態系への影響は大きく、貯水池や河川にあるうちに処分されることが望ましい。また、汚染が進んでアオコが発生したりすると悪臭を発生するが、このような悪臭は貯水池から除去することが望ましい。さらに、水が貯水池やダムにあるうちに浄化しておけば、その後の浄水場での処理も容易になり、トリハロメタン等を発生させる要因になる塩素の使用も減らすことができる。
城の周辺の堀や公園の池等は、都市部に多く存在しており汚染が進みやすいが、このような場所では汚染による臭いの除去が強く求められる。しかし、城や多くの公園は文化財としての価値が高く、そこに大規模な浄化設備を建設することは困難である。
水を簡易かつ効果的に浄化する技術として光触媒により汚染物質を分解する方法は近年使われるようになってきた。しかしながら、そのほとんどは浄化槽中の限られた量の水を処理するものであった。貯水池やダムのような広大な水面において大量の水を処理する技術は少なかった。
広大な水面において適用して水を浄化する方法として、特開平１１−１０４６２９号公開特許公報にて光触媒を表面に担持した筏を水に浮かべ太陽光による光照射時の光触媒反応に基づく酸化力を利用して、水に浮遊している微生物を死滅させることが提案されている。同様に、特開２００１−７９５４５、特開２０００−１２６７６１、特開平９−１７４０４６、特開２０００−１２６７６１、特開平９−１７４０４６にも光触媒を浮きによって水面に浮かせて、水を浄化する技術が記載されている。しかし、これらの浄化方法のほとんどは水を循環させる手段を持たない。波が発生することによる水の自然な移動により浄化範囲が拡大することを期待するものである。従って、その効果を広範囲に及ぼすには広大な水面に対し相当な密度で筏等を設置しなければならないと考えられる。また、風によって発生する波によって水が移動するのは水面のごく近くに限られ、深い位置の水に含まれる汚染は浄化できない。既に汚染が進んで底に汚染物質が沈殿している場合には、これによって深部の水も汚染されていると思われるが、この水もやはり水道水として供給されるのである。特開２００１−７９５４５には、水を循環することについての記載があるが、これは水を汲み上げて水面より上にある光触媒に注ぐものであり、浄化された水が遠くへ広がっていくような効果を有するものではない。
実用新案登録第３０６８１３１号登録実用新案公報には、光触媒を利用した水質浄化装置を河川の流れに沈めて河川の浄化を行うことが提案されている。この水質浄化装置は水車を備え、水車により光触媒の入ったかご（Ｃａｇｅ）を回転させることが記載されている。しかしながら、当該公報の記載では、どのようにして装置を沈めながら水車を水面に効果的に設置するのか明らかではない。また、この水車は光触媒の入ったかごを回転させるものであり、水の循環を起こすものではない。装置が機能するために水の流れがあることを前提としており、河川はともかく流れがほとんどない貯水池やダムでの適用は想定されていない。
本発明は、貯水池やダム、或いは大型の貯水槽等の広大な水面において大量の水を簡易かつ効果的に浄化できる水の浄化装置および浄化方法を提供することを目的とする。しかも、少ない資材で広範囲の水を効率的に浄化することを目的とする。
発明の開示
本発明の水の浄化装置は、浮きと、表面に光触媒を設けたパネルを放射状に配置した水浄化手段と、水を当該パネルに向けて送る水中プロペラとを有し、浮きによりパネルが垂直に水中に吊り下げられているものである。前記浮きの外周上に沿って前記パネルの内側の端部が並ぶように配置することもできる。また、前記水中プロベラを風車で駆動してもよい。水を濾過するフィルタと、水を当該フィルタに向けて送る水くみ上げ手段を設けることもでき、水を前期パネルに向けて送る第１のプロペラと、水を汲み上げてフィルタに向けて送る第２のプロペラとを設けてもよい。フィルタは光触媒を備えるものであってもよく、光触媒を備える層と光触媒を備えない層より構成されているものであってもよい。
本発明の水の浄化方法は、光触媒を設けた複数のパネルを放射状に浮きに取付けて水中に垂直に設置し、水中でプロペラを回転させて水を光触媒を設けたパネルへ送り、水中の有機物を光触媒により分解させるものである。
本発明の別の水の浄化方法は、光触媒を設けたパネルを浮きに取付けて水中に設置し、水中でプロペラを回転させて水を光触媒を設けたパネルへ送り、水中の有機物を光触媒により分解させるとともに、水上にフィルタを設け、水をくみ上げて前記フィルタに送り、フィルタにて水を濾過するものである。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に示すために、添付の図面に従ってこれを説明する。以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る水の浄化装置の第１の実施例を示す正面断面図であり、図２は同平面図である。本発明に係る水の浄化装置１は上部に浮き２を備える。この浮き２の下に水浄化手段３が吊り下げられている。本例では水浄化手段３はプラスチック、ステンレス、或いは鋼板等のパネルにより構成されているが、円筒条の部材や網状の部材であってもよい。ここでは、厚さ２ｍｍ、幅８００ｍｍ、高さ２０００ｍｍのパネルを水面に対して垂直に立てて、８枚放射状に配置している。このように、パネルを垂直に立てて放射状に配置することにより、水平な配置に比べ光触媒表面積の拡大を計るとともに浄化された水の効果的な拡散・循環を得ることができる。また、本実施例では外部にも８枚のパネルを八角形状に配置してある。このパネルの大きさ及び枚数は設置する場所の深さや汚染の度合い等により適宜決めればよく、例えば、幅は５００〜１５００ｍｍ、高さ３００〜２５００ｍｍ程度の範囲から適宜選択すればよい。また、ひとつの浄化装置１に取付けるパネルの数も適宜変更可能である。深い場所においてはこの水浄化手段３を２個または３個を縦につなげて設置してもよく、外部のパネルは脱着することも可能である。この水浄化手段３の表面には光触媒が設けられている。光触媒としてセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、そして酸化チタン（ＴｉＯ２）等が可能である。これらの光触媒は特定の波長の光を受けることによりその酸化分解力で水中の汚染物質や微生物を分解する。光触媒は触媒の一種としてこの分解反応を作用させるものであり、反応により消耗されない。したがって、水浄化手段３の表面からはがれるようなことがない限り、水の浄化を継続することができる。上述の光触媒のうち、太陽光を利用するという本発明の性質から特に光触媒作用を持つ酸化チタンが適している。すなわち、酸化チタンの３種類の異性体であるアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型のうち、アナターゼ型とブルッカイト型がより高い光触媒活性を持つ。このうち、特にアナターゼ型が工業用に利用されており入手性もよく、より適している。パネルの基材がアルミニウムやステンレスであるときは酸化チタン溶液を付着させたあと高温焼結により表面に膜を形成させればよく、パネルの基材がプラスチックであるときは塗布により中間層とその外部の酸化チタン含有層の２層コーティングを形成する。
水面の上には風車４が設けられ、水上の風を受けて回転する。本例の風車４はくぼみのあるしゃもじ状の部材を複数設け、くぼんだ面で風をうけるように構成してある。この風をうける部分はくぼみのある円形にしてもよく、後述するように本浄化装置が設置された場合の美観も考慮にいれて形状を選択すればよい。風車４は、減速器５を介して水中のプロペラ６と接続されている。従って、風車４の回転により、プロペラ６が水中で回転する。なお、風車４とプロペラ６は浄化手段３に対してベアリングを介して回転自在に支持されている。プロペラ６の外側には、水草等の侵入を防止する網７が設けられている。さらに、アンカー８が設けられており、水の浄化装置１が流されないように固定される。
次に上述の水の浄化装置を用いて水を浄化する方法について説明する。浄化を行おうとする貯水池やダム、或いは大型の貯水槽に水の浄化装置１を設置する。設置する浄化装置１の間隔は光触媒が設けられた表面の面積や水の汚れの具合、その場所の日射量等を考慮して適宜決める。浮き２により吊り下げられるが、光触媒を設けたパネルの上部がなるべく水面に近くなるようにする。そして、その位置から移動しないようアンカー８で固定する。以上で水の浄化装置１は設置される。
水面上の風により風車４が回転する。この風車４の回転により水中のプロペラ６が回転する。風車４とプロペラ６の間には減速器５があり、ここで所定の回転数に減速させる。水の循環はあまり速くないほうがよい。プロペラ６の回転により水は上の浄化手段３に向かって運ばれる。そして、水が放射状に配置されたパネルの表面に沿って流れていくときに、水の中の汚れ（主に有機物）や微生物は酸化チタンの光触媒作用により分解される。浄化手段３を通過した水は水面付近に上昇した後に四方へ分かれて移動する。この水の循環によって、浄化の範囲は広がり、少ない数の浄化装置で広いダム等の浄化を行うことができる。
浄化装置を設置した以降の作用は人手を介さずに行われる。また、汚れの分解は太陽光を利用した光触媒作用により、水の循環は風力により行われるので、人工的なエネルギーを必要としない。汚れ成分の分解において光触媒は消耗しないので長期間継続的に浄化を行うことができる。また、浄化の初期の段階より水の悪臭が除去できる。これは、例えば城の周りの堀など、人が近くを通る場所において有用な効果である。
なお、この浄化装置は美観にも優れるものである。水上に現れる浮き２および風車４の形状や色を適切に選べば、景観を損なうことがなく、むしろ水面に浮かんだ多数の風車が回転する様は見る者の美的関心を喚起するものである。
次に本発明の第２の実施例を示す。図３は、本実施例を示す正面断面図である。本例においては、プロペラ６を駆動する手段として風車４に加えて電動モータ９を備えている。そして、本例の減速器５は内部にクラッチを含んでいる。通常は大きな池やダムの水上では十分な風があるので風車４によりプロペラ６を駆動できるが、風がないときにはクラッチによって電動モータ９を接続し電力により水を循環させることができる。
次に本発明の第３の実施例を示す。図４は本実施例を示す正面断面図であり、図５は同平面図である。本実施例では浮き２は略半球状であり、球面側が水中に入るようになっている。また、浮き２の上に電動モーター１２を設け駆動原とし、光触媒を設けるパネルは塩化ビニールプレートであり、安価でしかも軽量なものにしてある。第１・第２の実施例と同様にパネルを水面に対して垂直に立てて放射状に配置している。本例では浮き２の周囲を囲むようにパネルを配置する。すなわち、各パネルの一辺を浮きの外周に沿って並べる。各パネルの他辺は外部に向けられ、全体として浮きを中心に放射状に配置される。また、本例においては浄化力を強化するためにパネルの枚数を２４枚としている。この枚数は水の汚れの程度に合わせて浮きの浮力調整をすることによってさらに増やすこともできる。本例ではパネルは放射状にのみ配置し、外部には設けない。パネルの周囲には固定のための手段として例えばひもや針金等が巻かれてある。このようにパネルを配置することにより、プロペラ６で上向いて運ばれた水は浮き２の球面状の底面により水平方向に向きを変え、放射状に配置されたパネルの間を流れる。ここでパネル表面に設けられた光触媒によって浄化されたあと、四方八方へと広がっていくという理想的な水の流れができる。本実施例の浮き２は直径６００ｍｍの発泡スチロールであり、パネルは厚さ２ｍｍ、幅１０００〜４０００ｍｍ、高さ３００〜１０００ｍｍである。浮き２は、これより大きなものでもよく、内部に空気を密閉した構造のものでもよい。
図６は本発明に係る水の浄化装置の第４の実施例を示す正面断面図であり、図７は同平面図である。本実施例において浄化装置１は上部に浮き２を備える。この浮き２の下に水浄化手段３が吊り下げられている。本例では水浄化手段３はプラスチック、ステンレス、或いは鋼板等のパネルにより構成されている。水面の上には風車４が設けられ、水上の風を受けて回転する。風車４は、減速器５を介して水中の第１のプロペラ６と接続されている。従って、風車４の回転により、プロペラ６が水中で回転し、水の循環手段として機能する。風車４と第１のプロペラ６をつなぐ軸の外には管９が設けられている。管９の上側の開口付近には水をくみ上げるための第２のプロペラ１０が設けられている。リング状の浮き２の内部にはフィルタ１１が水面の上に保持されている。管９の開口はフィルタ１１の中心から上に突き出している。なお、水をくみ上げる手段としては、風車４とプロペラ６をつなぐ軸の周りにらせん状の羽根を設けたものでもよい。プロペラ６の外側には、水草等の侵入を防止する網７が設けられている。さらに、アンカー８が設けられており、水の浄化装置１が流されないように固定される。
次に本実施例の水の浄化装置を用いて水を浄化する方法について説明する。浄化を行おうとする貯水池やダム、城の堀或いは公園の池等に水の浄化装置１を設置する。風車４の回転により水中のプロペラ６が回転することにより水は上の浄化手段３に向かって運ばれる。水がパネルの表面を流れていくときに、水中の汚れ（主に有機物）や微生物は酸化チタンの光触媒作用により分解される。浄化手段３を通過した水は水面付近に上昇した後四方へ分かれて移動する。この水の循環によって、浄化の範囲は広がり、少ない数の浄化装置で広いダム等の浄化を行うことができる。さらに水の一部はプロペラ１０により管９を通してくみ上げられフィルタ１１へ注ぎ込まれる。従って、水は光触媒による浄化作用とフィルタ１１による濾過の複合的作用により効果的に浄化される。（なお、プロペラ１０によっても周辺の水の移動は起こるが、これで水の循環が十分であればプロペラ６は省略してもよい。）フィルタ１１は定期的に交換される。城の周りの堀など汚染の著しい場所では、浄化の初期の段階においてこのフィルタ１１の作用は重要である。
なお、本実施例の水の浄化装置および浄化方法において、フィルタ１１にも光触媒を設けてもよい。この場合、フィルタ１１に残った汚れは光触媒により分解される。光触媒による分解が汚れの蓄積より早い場合にはフィルタの交換作業が不要となり、汚れの蓄積の方が早い場合にもフィルタ交換の回数が少なくてすむというメリットがある。使用後に取り外されたフィルタは太陽光の下に放置しておけば、光触媒の作用で汚れが分解され再使用ができる。
図８に第５の実施例を示す。図８はフィルタの部分を拡大表示した正面断面図である。この実施例では、フィルタ１１は図８に示すように光触媒を備える層１１ａと光触媒を備えない層１１ｂより構成されている。太陽光が多くあたる上層では光触媒による汚れの分解を行い、太陽光が届かない下層では安価なフィルタを使用してコストダウンを図る。
図９は、本発明に係る水の浄化装置の別の実施例を示す正面断面図である。本例においては、プロペラ６を駆動する手段として風車４に加えて電動モータ１２を備えている。そして、本例の減速器５は内部にクラッチを含んでいる。通常は大きな池やダムの水上では十分な風があるので風車４によりプロペラ６を駆動できるが、風がないときにはクラッチによって電動モータ１２を接続し電力により水を循環させることができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、貯水池やダム、或いは貯水槽等の広大な水面において大量の水を簡易かつ効果的に浄化できる。光触媒による汚染物質の分解には太陽光を利用するものであるため省エネルギーであり環境保護に合致しており、またランニングコストも低い。また、副次的な効果として美観にすぐれることがあげられる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係る水の浄化装置の第１の実施例を示す正面断面図である。図２は同平面図である。図３は本発明に係る水の浄化装置の第２の実施例を示す正面断面図である。図４は本発明に係る水の浄化装置の第３の実施例を示す正面断面図である。図５は同平面図であるである。図６は本発明に係る水の浄化装置の第４の実施例を示す正面断面図である。図７は同平面図である。図８は本発明に係る水の浄化装置の第５の実施例を示す正面断面図である。図９は本発明に係る水の浄化装置の第６の実施例を示す正面断面図である。
【図１】
2003020646.tif 000003
【図２】
2003020646.tif 000004
【図３】
2003020646.tif 000005
【図４】
2003020646.tif 000006
【図５】
2003020646.tif 000007
【図６】
2003020646.tif 000008
【図７】
2003020646.tif 000009
【図８】
2003020646.tif 000010
【図９】
2003020646.tif 000011
【国際調査報告】
2003020646.tif 000012
2003020646.tif 000013
2003020646.tif 000014
2003020646.tif 000015