JPH09105120A

JPH09105120A - 水処理装置

Info

Publication number: JPH09105120A
Application number: JP7264145A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kato; 一実加藤; Haruyoshi Yamase; 晴義山瀬; Kenzo Okui; 謙三奥井
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】海水の取水口に連結される配管に対する
水性生物の付着防止や、水の浄化処理に使用しうる安全
で且つ効果的な水処理装置を提供する。【解決手段】紫外線を透過し得る素材で形成された中
空管２０の内部に、立体的な網目構造を有する多孔質セ
ラミックの表面に二酸化チタンの如き光触媒活性を有す
る材料を担持させた多孔質体１４を配置して、自然光又
は人工光に暴露しながら管２０内に通水することを特徴
とする水処理装置２１。好ましくは、光を効率的に利用
するためのリフレクター２２を中空管２０近傍の好適な
位置に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海水の取水口に連
結される配管に対する水性生物の付着防止や、水の浄化
処理に使用しうる、安全で且つ効果的な水処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、河川、湖沼、海洋に設置される取
水パイプに種々の水生生物が付着してパイプを劣化させ
ることが知られている。例えば、発電所の取水・排水パ
イプ、等に、フジツボ類、ムラサキガイ、ゴカイ、コケ
ムシ類、カイメン類、ホヤ等の海洋生物や珪藻類等の藻
類、海草類等の水生生物が付着して、機能を低下させ、
パイプ材料を劣化させる問題があり、これらの水生生物
の付着を防止する種々の技術が提案されている。

【０００３】この方法としては、配管内に次亜塩素酸を
注入する方法があるが、トリハロメタン等の有害な有機
塩素化合物が発生する可能性があり、好ましくない。ま
た、パイプ内に水生生物付着を防止しうる塗料を塗布す
る方法がある。該水生生物付着防止作用を有する塗料と
して、トリブチルスズオキシド等の有機錫系塗料が知ら
れているが、溶出した塗料の魚類や人体への影響が懸念
されている。このため、錫系の代替塗料として亜酸化銅
系のものが汎用されている。これらはいずれも忌避成分
の溶出により、水性生物の付着防止を図っているため、
海洋、河川に使用するには環境的観点からは好ましくな
かった。

【０００４】また、工場廃水などの浄化のための水処理
技術として、有害物質の分解を効率的に行う種々の方法
が検討されている。この水処理に光触媒機能を有する材
料の使用が提案されている。これは、光触媒機能を有す
る材料粉体を液体に懸濁させて水の浄化を行うものであ
るが、処理後に液体と粉体とを分離することが困難であ
るため、汎用されるには至っていない。光触媒機能は、
後述するように材料表面近傍のみで発現するため、光触
媒機能を有する材料を基材に固定化しても、液体との接
触面積が少ないため、効率が悪いという問題があった。

【０００５】液体との接触面積を増加させた光触媒材料
の担体として、富山県工業技術センター研究報告No. ７
（１９９３年）においてセラミック多孔質体が提案され
ているが、工業的な規模にスケールアップするには、光
触媒材料への光エネルギーの供給方法など、なお、種々
の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記欠点を
考慮してなされたものであり、本発明の目的は、環境汚
染の虞がなく、水生生物付着防止を発現し、さらに、水
の浄化を効率よく行い得る優れた水処理装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明等は鋭意検討の結
果、光触媒機能を有する材料を利用することによって、
本発明の前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を
完成した。

【０００８】即ち、本発明の水処理装置は、立体的な網
目構造を有する多孔質セラミックの基材表面に光触媒活
性を有する材料を担持させてなる多孔質体を内部に配置
した中空体を備え、該中空体が紫外線を透過し得る素材
で形成されることを特徴とする。

【０００９】また、前記中空体の近傍に光を効率的に利
用するためのリフレクターを配置することが好ましい。

【００１０】本発明の請求項３記載の水処理装置は、立
体的な網目構造を有する多孔質セラミックの基材表面に
光触媒活性を有する材料を担持させてなる多孔質体を内
部に配置した中空体を備え、該中空体内部に、さらに、
該多孔質体に光エネルギーを供給するための紫外線光源
を配置することを特徴とする。

【００１１】この紫外線光源は、前記多孔質体の断面中
央付近に形成された長孔内に配置することが好ましい。

【００１２】また、前記光触媒機能を有する材料は、二
酸化チタン、酸化亜鉛炭化ケイ素及びこれらの混合物か
ら選択されることが好ましく、前記多孔質体を構成する
多孔質セラミックは、アルミナ−シリカ系セラミックで
あることが好ましい。

【００１３】光触媒機能とは、例えば、二酸化チタン、
酸化亜鉛炭化ケイ素等の無機材料にそのバンドギャップ
以上のエネルギーを持つ光を照射すると、その表面上に
正孔・電子対が生成する現象をさす。

【００１４】図１は、光触媒の原理をしめすモデル概念
図である。光エネルギーにより生じた正孔１０は、水と
接することにより下記の反応を生じる。

【００１５】Ｈ₂Ｏ＋ｈ⁺→・ＯＨ＋Ｈ⁺ また、電子１２が空気と接することにより下記の反応を
生じる。

【００１６】Ｏ₂＋ｅ^-→・Ｏ₂ ^- ここで発生した・ＯＨ（水酸ラジカル）及び・Ｏ
₂ ^-（活性酸素：スーパーオキサイドイオン）はオゾン
以上の強い酸化作用を有している。この活性酸素は強い
殺菌力を有しており、微生物の細胞膜を破壊する作用を
発現する。この働きは活性酸素の寿命が非常に短いこと
から光触媒の表面のみでおこり、表面から離れた部位に
は影響を及ぼすことはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の水処理装置に用いられる
光触媒機能を有する材料の担持体である立体的な網目構
造を有する多孔質セラミックは、直径が数ｍｍのマクロ
ポアと、直径が数μｍのミクロポアとを有する構造体で
あり、金属酸化物系セラミックス及び非酸化物系セラミ
ックスの粉体を用いて作られるもの、例えば、金属酸化
物系セラミックスとしてアルミナ、コージライト、ムラ
イト、ジルコニア、シリカ、マグネシア等及びこれらの
混合物、非酸化物系セラミックスとして、炭化ケイ素、
窒化ケイ素から得られる多孔質セラミックスなどが好ま
しく用いられる。

【００１８】多孔質セラミックの製造方法としては、例
えば、前記の材料をシルト状（泥水状）としてこれをフ
ォーム剤に含浸させ、１５００℃ていどの高温で焼結さ
せて製造する方法等が挙げられる。

【００１９】また、光触媒機能を有する材料（以下適
宜、光触媒材料と称する）としては、二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂）、酸化亜鉛（Ｚｎ₂Ｏ）、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、酸化第二鉄（Ｆ
ｅ₂Ｏ₃）、酸化第二インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、三酸
化タングステン（ＷＯ₃）など、所謂光触媒半導体と称
される材料はすべて使用することができるが、太陽光な
どの自然光で光触媒機能を発現する二酸化チタン、酸化
亜鉛、炭化ケイ素などが好ましく用いられる。これら
は、１種を用いても、その光触媒機能を損なわない限り
において、２種以上を混合して用いても、さらに、これ
らを主材とする合金として用いてもよい。

【００２０】なかでも、水に不溶であり、化粧品や歯磨
きの材料としても用いられる二酸化チタンは、安全性も
確認されており、バンドギャップが３ｅＶであって４０
０ｎｍ以下の波長の光、即ち、太陽光で励起され光触媒
機能を発現するため、特に好ましい。

【００２１】多孔質セラミックの表面に光触媒材料を担
持させる方法としては特に制限はないが、ゾル−ゲル法
により構成材料の表面に光触媒材料を適用する方法、ス
プレードライ法、溶射法等が一般的である。ゾル−ゲル
法による具体的な適用方法としては、多孔質セラミック
をエタノールで洗浄し、乾燥して清浄にしたものを、チ
タンイソプロポキシド／エタノール溶液中に浸漬しなが
ら加水分解を行い、溶液から取り出して乾燥する方法等
が挙げられる。

【００２２】図２（Ａ）は、光触媒材料を担持させた多
孔質体１４の斜視図、図２（Ｂ）は、多孔質体１４の空
孔部分の拡大断面図である。多孔質体１４の表面のみな
らず、内部の空孔内においても基材である多孔質セラミ
ック１６の表面に光触媒材料の層１８が形成されてい
る。

【００２３】光触媒材料を担持させた多孔質体を配置す
る中空体の形状に制限はなく、箱体の如き直方体であっ
てもパイプの如き管状であってもよいが、処理の効率か
ら、中空管を用いることが好ましい。

【００２４】多孔質セラミックは、予め、中空体内の配
置に適応する形状、例えば、中空管を用いる場合には円
柱状、に成形したのち、光触媒材料を担持させる処理を
行うことが好ましい。また、液体との接触面積と処理中
の目詰まり防止の観点から、光触媒材料を担持させた多
孔質体のマクロポアの直径は０．５〜８ｍｍ程度である
ことが好ましい。光触媒機能は低下しにくいため、この
多孔質体は長期間メンテナンスを行うことなく、連続使
用が可能である。また、水に含まれた固形物により目詰
まりを生じた場合でも、取り出して洗浄することによ
り、再使用が可能であるため資源の無駄がない。

【００２５】この多孔質体に担持させた光触媒材料に水
処理に必要な光を供給するものであるが、この内部に多
孔質体を配置した中空体を紫外線を透過し得る素材で形
成することにより、外部の光、即ち、太陽光の如き自然
光や、工場等の設備に付属する蛍光灯などの照明からの
人工光を利用することができる。このような光があたる
場所にこの装置を配置して外部光を利用することによ
り、水の浄化や水性生物付着防止のための処理に必要な
光エネルギーを供給するために特別な装置や光源が不要
となる。

【００２６】紫外線を透過し得る素材としては、ガラス
等の紫外線透過性無機材料、ポリカーボネート、フッ素
樹脂系等の有機合成樹脂等が挙げられるが、強度と耐久
性の観点から、フッ素樹脂系などの有機合成樹脂製を用
いることが好ましい。

【００２７】また、さらに、この中空体近傍の好適な位
置にリフレクターを備えることにより、自然光や人工光
を集光して効率的に光触媒材料に供給することができ、
また、リフレクターの反射を利用して前記の光源と対向
する方向からも光を供給することができるため、水処理
を一層効率的に行うことができる。図３は、本発明の水
処理装置２１の多孔質体１４を内部に配置した中空管２
０近傍にリフレクター２２を設けた状態を示す斜視図で
ある。リフレクター２２は、パイプの如き中空体の長さ
方向の全域に亘って利用し得るように設けられていて
も、図３に示すように中空管２０近傍の一部にのみ設け
られていてもよい。

【００２８】前記の水処理装置２１は、外部の光を利用
しうる場所に配置して用い、中空体２０内の光触媒材料
を担持させた多孔質体１４を光に暴露しながら中空体２
０内に通水することにより水処理を行うものである。

【００２９】パイプの如き中空体に紫外線透過性の材料
を用いて、光触媒材料として太陽光や蛍光灯の光等で光
触媒機能を発現する材料を選択して、水処理装置を構成
することにより、格別の光エネルギーの供給手段が不要
となり、長期間メンテナンスを行うことなく水処理能力
が持続するという利点を有する。

【００３０】次に本発明の請求項３に記載の水処理装置
について説明する。水処理装置を外部光が利用できな
い、即ち、光の到達しない場所で使用する場合には、中
空体内部の光触媒材料を担持させた多孔質体表面に光エ
ネルギーを供給するための紫外線光源を配置して、紫外
線に暴露しながら該中空体内に通水して水処理を行う。

【００３１】この水処理装置に用いられる光触媒材料を
担持した多孔質体は、前記したものと同様であるが、こ
こで用いられる中空体の素材には特に制限はなく、光を
透過しない着色樹脂を含む有機合成樹脂材料や、金属、
セラミック等の無機系材料等を目的に応じて使用するこ
とができる。

【００３２】また、紫外線光源には、特に制限はなく、
どのような形状のものでも、どのような構成のものでも
よく、例えば、ブラックライト等の公知のものを任意に
使用することができる。

【００３３】紫外線光源は、中空体内のいずれの部位に
備えられていてもよいが、多孔質体表面に担持された光
触媒材料に効率よく光を供給するためには、多孔質体の
中央付近に配置されることが好ましい。このため、図４
に示すように、多孔質体１４の断面中央付近に円柱状の
長孔２４を設けて、この長孔２４内に一般的な円柱形紫
外線ランプ２６等を配置することが好ましい。図４は多
孔質体１４の中央付近に紫外線光源２６を配置した水処
理装置２５を示す一部破断した斜視図である。

【００３４】使用する中空体の断面積によっては、図５
に示すように断面中央付近に紫外線光源２６を配置した
多孔質体１４を複数本、中空体の内部に配置することも
できる。図５は、中空管２０内に、複数本の断面中央付
近に紫外線光源２６を配置した多孔質体１４を備えた水
処理装置中空管２０の概略断面図である。

【００３５】光源とともに用いる中空体は、内部に配置
された紫外線光源からの光を効率的に利用するため、内
部に光反射率の高いものを用いることが好ましい。具体
的には、内部を鏡面処理した金属管、内部に光反射率の
高い材料によるコーティング処理を行った樹脂管などが
挙げられる。

【００３６】該水処理装置においては、中空体内部の多
孔質体表面に担持された光触媒材料に、多孔質体中央付
近に配置された紫外線光源による光を適用しながら、通
水することにより、水処理を行う。

【００３７】水処理機構としては、前記いずれの水処理
装置においても、水と光触媒材料との接触面において強
い酸化作用により、有害な有機物質の分解、微生物の細
胞膜を破壊する作用を発現する。このため、水の中に存
在するフェノール、エチレングリコール等の化合物は分
解され、また、光触媒材料に付着した水性生物の種子や
幼生体は生長を阻害され、水性生物のパイプ表面にへの
付着が防止される。また、この働きは活性酸素の寿命が
非常に短いことから光触媒の表面のみでおこり、表面か
ら離れた部位には影響を及ぼすことはなく、水系への影
響が極めて少ない。さらに、光触媒材料の担持体として
多孔質セラミックを使用しているため、耐久性にすぐ
れ、光触媒材料と水との接触面積が大きいため、効率よ
く水処理を行うことができる。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）ポリカーボネート製の直径１５０ｍｍ、長
さ５００ｍｍの中空管内に、二酸化チタンを担持させた
アルミナ−シリカ系多孔質セラミックを配置した。

【００３９】この中空管外部にリフレクターを長さ６０
０ｍｍにわたって配置した。この装置全体を太陽光に暴
露しながら、６０リットル／時の流速で、一日に６時間
通水した。

【００４０】水処理開始２カ月後に観察したところ、パ
イプの内部表面には藻類の発生及び水性生物の付着は殆
ど認められなかった。（実施例２）二酸化チタンを担持させたアルミナ−シリ
カ系多孔質セラミックの断面中央付近に長孔を設け、紫
外線ランプを配置した前記の紫外線ランプを備えた多孔質体を金属製の直径１
６０ｍｍ、長さ６００ｍｍの中空管内に配置した。

【００４１】紫外線ランプを点灯しながら、６０リット
ル／時の流速で、一日に６時間通水した。

【００４２】水処理開始２カ月後に観察したところ、パ
イプの内部表面には藻類の発生及び水性生物の付着は殆
ど認められなかった。（実施例３）実施例２で用いた水処理装置を用いて、フ
ェノールを混合した純水を紫外線ランプを点灯しなが
ら、１２時間連続的に処理した。

【００４３】その結果、フェノールの濃度が開始時に比
較して大幅に減少しているのが確認された。

【００４４】

【発明の効果】本発明の水処理装置は前記構成としたの
で、環境汚染の虞がなく、水生生物付着防止機能を発現
し、さらに、水の浄化を効率よく行い得るという優れた
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】光触媒の原理をしめすモデル概念図である。

【図２】光触媒材料を表面に担持させた多孔質体を示
し、（Ａ）は光触媒材料を表面に担持させた多孔質体の
斜視図であり、（Ｂ）は多孔質体内孔の拡大断面図であ
る。

【図３】中空管近傍にリフレクターを配置した水処理装
置を示す斜視図である。

【図４】多孔質体の中央付近に紫外線光源を配置した水
処理装置を示す一部破断した斜視図である。

【図５】中央付近に紫外線光源を配置した多孔質体を複
数本備えた水処理装置の中空管の概略断面図である。

【符号の説明】

２１、２５水処理装置１４多孔質体１６多孔質セラミック１８光触媒活性を有する材料２０中空管（中空体）２６紫外線ランプ（紫外線光源）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山瀬晴義神奈川県横浜市戸塚区名瀬町52−１−606 (72)発明者奥井謙三神奈川県横浜市戸塚区戸塚町2069−72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立体的な網目構造を有する多孔質セラミ
ックの基材表面に光触媒活性を有する材料を担持させて
なる多孔質体を内部に配置した中空体を備え、該中空体が紫外線を透過し得る素材で形成されることを
特徴とする水処理装置。
【請求項２】前記中空体の近傍にリフレクターを配置
することを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】立体的な網目構造を有する多孔質セラミ
ックの基材表面に光触媒活性を有する材料を担持させて
なる多孔質体を内部に配置した中空体を備え、該中空体内部に、さらに、該多孔質体に光エネルギーを
供給するための紫外線光源を配置することを特徴とする
水処理装置。
【請求項４】前記紫外線光源を、前記多孔質体の断面
中央付近に形成された長孔内に配置することを特徴とす
る請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】前記光触媒機能を有する材料が、二酸化
チタン、酸化亜鉛、炭化ケイ素及びこれらの混合物から
選択されることを特徴とする請求項１乃至４記載の水処
理装置。
【請求項６】前記多孔質体を構成するセラミックが、
アルミナ−シリカ系セラミックであることを特徴とする
請求項１乃至４記載の水処理装置。