JP2010069353A

JP2010069353A - 浄化装置

Info

Publication number: JP2010069353A
Application number: JP2008236304A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Tanaka; 利暖田中
Original assignee: Toyo Valve Co Ltd
Current assignee: Toyo Valve Co Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】簡単な構成により全体のコンパクト化を図りつつ高い殺菌・浄化性能を維持することができる浄化装置を提供する。
【解決手段】この浄化装置は、循環ライン１と、除菌浄化ユニット２と、ろ過装置３とを有し、被処理水Ｗを循環させる循環ライン１に対して、被処理水Ｗを砂・砂利等のろ過材６０でろ過するろ過装置３と、このろ過装置３を通過した被処理水Ｗを除菌浄化して有機物を除去する除菌浄化ユニット２とを接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、温泉水やプール水などの被処理水を殺菌・浄化する浄化装置に関し、特に、大量の被処理水を循環させて再利用する場合に好適な浄化装置に関する。

従来より、大量の被処理水を浄化しながら循環させて再利用する場合、砂や砂利をろ過材とした砂式のろ過器が用いられることがある。砂ろ過器は、水質の変動に強く、比較的安定した水質の処理水が得られるため一般的に多く利用されている。
砂ろ過器は、一般的には、下層から上層まで、３段階から５段階程度の粒度の異なる大量の砂利や砂等がろ過材として積層されている。砂ろ過器に上流側から被処理水を流すと、上層側の細かい粒度の砂側からこの被処理水が入り、被処理水に含まれる不純物やゴミがろ過されるようになっている。

一方において、特許文献１においては、螺旋形ろ過材が開示されている。このろ過材は、バクテリアを付着させる機能を有し、これにより浄化能力を高めようとするものである。

他方、特許文献２の微生物の不活性・浄化処理システムは、オゾン供給・処理装置と、砂ろ過装置とが設けられている。この処理システムは、オゾンが有する殺菌・分解能力により水中の微生物の不活性・浄化と有害成分の殺菌・分解とを行い、続いて、砂ろ過装置のろ過機能により、更に微生物の不活性・浄化、有害成分の除去を行なおうとするものである。

また、特許文献３の浄化装置は、浮遊物濾過器と、微細濾過器と、光触媒殺菌分解器と、活性炭素触媒分解除去器と、浮遊微細菌死骸除去器とを有している。浮遊物濾過器は、網からなり大きなゴミを除去する。微細濾過器は、前段・後段のフィルターからなり前段フィルターでゴミを除去し、後段フィルターでかび等やレジオネラ菌を除去する。また、光触媒殺菌分解器は、細菌類の殺菌等を行い、活性炭素触媒分解除去器は、残留有機物を２次分解し、浮遊微細菌死骸除去器は、細菌等を除去しようとするものである。

特許第３３２８３４９号公報特公平６−５９４７４号公報特開２００３−１９０９８９号公報

砂ろ過器の場合、不純物やゴミは、砂ろ過器内に蓄積されるため、この砂ろ過器を定期的に逆洗浄してこれらを外部に排出する必要がある。
しかし、粒度の異なる砂利や砂等を積層したろ過器により被処理水をろ過した場合、被処理水中の垢等の有機物がその粘度により、ろ過材に絡み易くなっている。そのため、仮に逆洗浄を実施したとしても、この有機物は排出され難くなっている。しかも、有機物は、一般に温泉やプールで利用されている除菌剤の次亜塩素酸で分解しようとしても、その濃度が低いため、ほとんど分解されることがない。

これが原因となって、有機物がろ過材内部に徐々に溜まって固まりとなって残ることがある。そして、この固まりにより、被処理水がろ過材を通過し難しくなりろ過されない水の通り道が形成されることがある。また、蓄積した有機物に被処理水内に含まれる鉱物等が絡まると、ろ過材が堅くなることがある。これらの場合、ろ過材がろ過機能を発揮できなくなるため、定期的にろ過材を交換することが必要になる。

その場合、ろ過材が大量であることからコストがかかり、また、ろ過材に付着した有機物内に繁殖した菌を殺菌するための消毒が必要になり、しかも、交換作業中には、十分に注意を払う必要もある。例えば、毎時２０ｔのろ過能力を有するろ過器のろ過材は、通常、３００Ｌ程度の砂と１００Ｌ程度の砂利・小石とを有している。大量に菌が付着した場合、これらの大量のろ過材を産業廃棄物として処理する必要が生じるため処理にかかる費用が大になる。

また、特許文献１の螺旋形ろ過材は、主に、生活排水や産業廃棄物を含む汚水をろ過するために利用されるものである。そのため、このろ過材は細かいゴミや垢等をろ過することができず、温泉やプール等の水処理システムにおいてはろ過材としての十分な機能が得られない。

一方、特許文献２の処理システムは、オゾン処理装置と、砂ろ過装置とを組合わせることにより水浄化性能を向上させようとしているが、同文献２にはシステム全体の小型化については記載されておらず、機能の異なるオゾン処理装置と砂ろ過装置とを組合わせた場合、システム全体が大型化することになる。しかも、この処理システムにおいて砂ろ過装置のろ過機能を発揮させるためには大量のろ過材が必要となるため、前述したろ過材の問題も解消されることはない。

特許文献３の浄化装置は、複数の濾過器、分解器、除去器を有しているためシステム全体が複雑化していた。また、この浄化装置では、浮遊物濾過器と、前段・後段の微細濾過器とによりゴミや菌を除去しようとしているため、特に、濾過器を構成する部分の大型化を防ぐことが難しくなっている。更に、濾過器として特殊なフィルターを用いているため汎用的ではない。

本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、簡単な構成により全体のコンパクト化を図りつつ高い殺菌・浄化性能を維持することができる浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被処理水を循環させる循環ラインに、被処理水を砂・砂利等のろ過材でろ過するろ過装置と、このろ過装置を通過した被処理水を除菌浄化して有機物を除去する除菌浄化ユニットとを接続した浄化装置である。

請求項２記載の発明は、除菌浄化ユニットは、被処理水に紫外線を照射する紫外線照射機能と、被処理水にオゾンを供給するオゾン供給機能と、被処理水に光触媒を作用させる光触媒作用機能とを有するユニットである浄化装置である。

請求項３記載の発明は、除菌浄化ユニットで生成されるオゾンを被処理水と混合させてオゾン水を生成し、このオゾン水をろ過装置の１次側に供給した浄化装置である。

請求項４記載の発明は、除菌浄化ユニットは、除菌浄化装置を有し、この除菌浄化装置は、被処理水に紫外線を照射する紫外線光源と、電極の帯電によりオゾンを発生させるオゾン発生部と、チタン又はチタン合金製の大表面積材料からなる光触媒とを有する浄化装置である。

請求項５記載の発明は、除菌浄化ユニットは、気液混合装置を有し、この気液混合装置は、除菌浄化装置とは別体に設けられ、除菌浄化装置を通過した被処理水と除菌浄化装置により発生させたオゾンとを攪拌・混合する装置である浄化装置である。

請求項６記載の発明は、ろ過装置のろ過材をパッケージ化した浄化装置である。

請求項７記載の発明は、ろ過装置の上流側と下流側とをそれぞれ分岐管により分岐し、この各分岐管の一方側を被処理水の流入側、他方側を被処理水の流出側とすると共に、各分岐管の分岐箇所に開閉弁を設け、この開閉弁の切換えによりろ過装置に順流又は逆流に被処理水を流すようにした浄化装置である。

請求項１に係る発明によると、簡単な構成により全体のコンパクト化を図りつつ、被処理水中に含まれる有機物とそれ以外の不純物・ゴミなどを別々に除去することで浄化機能の急速な低下を防いで高い殺菌・浄化性能を長期に亘って維持することができる浄化装置である。しかも少量のろ過材で不純物やゴミを除去できることにより、このろ過材の再利用や廃棄も簡単に実施できる。

請求項２に係る発明によると、オゾンと紫外線と光触媒とを併用することにより高い除菌・浄化機能を発揮して除菌・浄化された被処理水を常に循環ラインに供給できる浄化装置である。

請求項３に係る発明によると、オゾン水の作用により有機物を除去し、このオゾン水をろ過装置の１次側に供給することでろ過装置に対する有機物の詰まり、腐食、ぬめり等を防ぐことができる浄化装置である。

請求項４に係る発明によると、簡単な構成により有機的にオゾンと紫外線と光触媒とを被処理水に作用させて、高い除菌・浄化機能を発揮する浄化装置である

請求項５に係る発明によると、被処理水とオゾンとを浄化装置と別体の気液混合装置で攪拌・混合することができるため、浄化装置を通過した被処理水のうちの一部に対して気液混合装置によりオゾンガスを混合させ、これをろ過装置に供給して有機物の分解をより迅速に行うことができる浄化装置である。

請求項６に係る発明によると、流水時のろ過材の移動による傷が防がれ、樹脂等の比較的軟らかい材料により外装したろ過材を提供できる浄化装置である。また、ろ過材を一度に交換することができるためメンテナンスが容易であり、被処理水に対する除菌浄化作用を殆ど断つことなくろ過材を交換可能な浄化装置である。

請求項７に係る発明によると、ろ過装置への流路を順流に切換えた場合には、このろ過装置で不純物やゴミ等を除去して被処理水をろ過し、ろ過装置への流路を逆流に切換えた場合には、ろ過装置内のろ過材を逆洗浄してろ過材内部に蓄積した不純物・ゴミ等を外部に排出する浄化装置である。

以下に、本発明における浄化装置の好ましい実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、本発明の浄化装置は、被処理水Ｗが循環する循環ライン１に、被処理水Ｗをろ過するろ過装置３と、このろ過装置３を通過した被処理水Ｗを除菌浄化して有機物を除去する除菌浄化ユニット２とを接続し、このろ過装置３と除菌浄化ユニット２とにより、被処理水Ｗに除菌浄化処理を施して再利用可能に設けたものである。被処理水Ｗとしては、例えば、温泉の湯やプールの水がある。循環ライン１には、除菌浄化ユニット２、ろ過装置３以外にも、熱交換器４と、浴槽５と、ヘアキャッチャー６と、循環ポンプ７とが接続されている。また、これらの間には、第１流出流路１１、第２流出流路１２、管路１３、１４、１５、１６、合流流路１８、気液混合流路１９、流入流路２０、エア供給流路２１、オゾン供給流路２２が設けられている。

循環ライン１において、除菌浄化ユニット２の２次側の流路１２と熱交換器４とが接続されている。熱交感器４と浴槽５とは、管路１３により接続されている。浴槽５とヘアキャッチャー６とは管路１４により接続されている。ヘアキャッチャー６と循環ポンプ７とは、管路１５により接続されている。循環ポンプ７の２次側の管路１６と第１流出流路１１は、気液混合装置２６により、オゾンと混合され、オゾン水となって気液混合流路１９を介して合流流路１８に繋がれ、この合流流路１８は、ろ過装置３に繋がっている。ろ過装置３と除菌浄化ユニット２とは、流入流路２０により接続されている。

除菌浄化ユニット２は、除菌浄化装置２５と気液混合装置（ミキシングポンプ）２６、及び、制御盤２７、エアポンプ（又は、酸素濃縮器）２８を有し、被処理水Ｗに紫外線を照射する紫外線照射機能と、紫外線が照射されない部分（ろ過装置３から除菌浄化装置２５の範囲の被処理水）にオゾンを供給するオゾン供給機能と、オゾンよりも強い除菌能力と有機物の分解能力とを有し、この有機物を除去する光触媒を被処理水Ｗに作用させる光触媒作用機能とを有している。除菌浄化ユニット２は、この３つの機能により、被処理水Ｗを除菌浄化して有機物を除去する。

図２、３において、除菌浄化装置２５は、第１流出流路１１とオゾン供給流路２２とにより気液混合装置２６に接続されている。この除菌浄化装置２５は、ケース３０と接続体３１、３２とを有している。ケース３０は、保護筒３３と取付筒３４、３５とからなり、このケース３０の内部には内筒３６と外筒３７とが収納されている。保護筒３３は、断熱性を有する適宜の材料により略円筒状に形成される。また、取付筒３４、３５は、保護筒３３及び内筒３６、外筒３７を両端側から挟むように設けてこれらを一体化するものであり、内筒３６、外筒３７、保護筒３３を所定間隔に装着するための段部３８、３９、４０を有している。

取付筒３４、３５の内部には、それぞれエア流路３４ａ、３５ａが形成され、このエア流路３４ａ、３５ａは、内筒３６と外筒３７とを一体化したときに形成される後述する空間Ｓと連通している。また、取付筒３４、３５と内筒３６、外筒３７との間には、Ｏリング４１、４２が設けられている。このＯリング４１、４２は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンとプロピレン及び架橋用ジェンモノマーとの三元共重合体）製から成る。

接続体３１、３２は、内部に被処理水Ｗが流れる流入路３１ａ、流出路３２ａをそれぞれ有し、また、ケース３０への取付け側と外部への取付け側にそれぞれフランジ３１ｂ、３２ｂを有している。接続体３１、３２は、フランジ３１ｂ、３２ｂを介してケース３０の上流、下流側にボルト４３で取付けられ、更に、残りのフランジ部と外部の流路とが接続可能になっている。更に、接続体３２には分岐口３２ｃが形成され、内部を流れる被処理水Ｗがこの分岐口３２ｃからも流出するようになっている。

内筒３６と外筒３７は、非導電性であり、紫外線を透過可能な透明或は半透明のガラス材料によって形成される。このガラス材料としては、石英ガラスやホウ珪酸ガラス、高珪酸ガラスなどがある。ホウ珪酸ガラス、高珪酸ガラスは比較的安価であるが、紫外線透過率、耐熱性、強度等の点を考慮した場合には石英ガラスが最も好ましい。

内筒３６は、内部側に被処理水Ｗが流れる流体流路３６ａを有している。この流体流路３６ａには、網やチタン線、繊維状チタン材料の集合体、或は、その他の多孔性チタン材料等からなるチタン又はチタン合金製の大表面積材料４５が収納されている。大表面積材料４５は、光触媒となり、上記の光触媒作用機能を発することができるようになっている。更に、大表面積材料４５の表面側には、予め二酸化チタンが光触媒として設けられている。特に、大表面積材料４５を細状に設けた場合には、この大表面積材料４５とオゾンとの反応性が高くなって光触媒が形成されやすくなる。大表面積材料は、チタンやチタン合金以外の材料製であってもよく、例えば、ガラスやステンレス、シリカゲル等を材料としてもよい。

外筒３７は、内筒３６から所定の間隔の空間Ｓを空けて配設される。この空間Ｓの幅は、例えば、０．５〜２ｍｍ程度とすることがよい。更には、空間の幅を０．６〜１．５ｍｍまでの範囲内とすることが最も望ましく、この場合、後述するオゾンの発生時において、異なる電圧に対しても収縮比が高まって発生量がより多くなる。また、外筒３７は、内筒３６に対して同心状に設けられ、空間Ｓが円周方向において均一の幅になっている。

また、外筒３７の内周側には、導電性材料からなる電極４６が配設され、この電極４６は、図示しない外部の高圧電源のプラス極に接続され、この高圧電源により高圧に帯電可能に設けられている。高圧電源から電極４６に電圧が加わったときには、内筒３６方向に放電するようになっている。電極４６は、帯状の単純な形状であればよく、本実施形態においては、外筒３７の長さ方向に沿って概ね１０〜５０ｍｍ程度の幅で断面略Ｃ字状に形成されている。また、電極４６は、断面Ｃ字形状以外であってもよく、外筒３７の内周面に沿ってほぼ１周（全周）に亘って配設してもよい。

更に、電極４６は、例えば、ステンレス製材料により薄膜状に形成されているが、これ以外にも、ニッケルクロムを真空蒸着で装着してもよく、この場合、放電とオゾンの両方に対して強い薄膜となる。電極４６は、アルミや銅、或は、チタン等を材料とすることもできるが、特に、アルミ、銅を材料とする場合には、耐オゾン用として塗装等による表面処理を行う必要がある。ただし、空気や酸素の水分含有率が低ければ問題なく使用できる。
上記の電極４６と、内筒３６と外筒３７とによりオゾン発生部４７が構成され、電極４６の帯電によりこのオゾン発生部４７よりオゾンを発生するオゾン供給機能が発揮される。

外筒３７の外側には紫外線光源５０が配設され、この紫外線光源５０は、外筒３７に対して紫外線を照射する紫外線照射機能を有している。紫外線光源５０は、例えば、蛍光灯等からなり、より具体的には、光触媒４５が正孔および電子を効率良く生じることができる波長の紫外線（例えば、波長４１０ｎｍ以下）を多く含むことが望ましい。このため、紫外線光源５０は、蛍光灯以外にも、例えば、紫外線ランプや低圧又は高圧水銀ランプ、又は、３００〜４００ｎｍの波長の蛍光ランプや、紫外線を照射するＬＥＤを複数個並べたものであってもよい。ＬＥＤランプを紫外線光源５０としたときには、寿命が延び、また、全体が小型化し、発熱量も抑えられてより効率の高い紫外線照射が可能になる。

更に、紫外線光源５０は、直線（ストレート）形、円筒（サークル）形、螺旋形、波形などのうちの適宜の形状に形成され、光触媒４５に対してより効率的に紫外線を照射することが必要である。また、本実施形態における紫外線光源５０は、無電極によって放電する無電極放電管であり、これにより、オゾン生成時における放電時に、この無電極放電管５０を電極４６に近接させるだけで無電極による発光が可能になっている。紫外線光源５０を無電極放電管とした場合、この無電極放電管５０を明るく点灯させるためには、高電圧・高周波の電極４６を用いればよい。また、紫外線光源５０は、無電極放電管以外にも、通常の電極を設けて発光させるタイプであってもよい。何れの紫外線光源であっても、電極４６の間隔を調整して被処理水Ｗや大表面積材料４５まで紫外線が到達できるようにする。

紫外線光源５０は、保護筒３３と外筒３７との間の形成される断熱空間Ｒ内に収納される。なお、保護筒３３の内周面側には、図示しないアルミなどの反射部材を蒸着等の手段により貼り付けてもよく、この場合、反射部材により紫外線が反射されて高効率の照射が可能になる。

図１において、気液混合装置２６は、除菌浄化装置２５を通過した被処理水Ｗと除菌浄化装置２５により発生させたオゾンとを攪拌・混合し、オゾンを被処理水Ｗに溶け込ませるものであり、被処理水Ｗの流入口である液体流入口５１と、オゾン流入口５２と、オゾンが混合した被処理水（オゾン水）Ｗを流出する気液流出口５３とを有している。液体流入口５１は、分岐口３２ｃと接続され、オゾン流入口５２は、オゾン供給流路２２と接続され、また、気液流出口５３は、ろ過装置３にオゾン水Ｗを供給するための気液混合流路１９に接続されている。これにより、気液混合装置２６は、除菌浄化装置２５内に流れ込む被処理水Ｗの一部を第１流出流路１１を介して取り込み、この被処理水Ｗにオゾンを混合させてオゾン水として気液混合流路１９に送るようになっている。

制御盤２７は、除菌浄化装置２５に接続され、この除菌浄化装置２５の紫外線照射動作とオゾン供給動作と光触媒作用動作とを制御できるようになっている。制御盤２７の内部には、例えば、図示しないタイマーが内蔵され、このタイマーにより除菌浄化装置２５のオゾン発生をオンオフし、この除菌浄化装置２５からのオゾン供給量を制御する。ただし、オゾンは、ろ過装置３を経て除菌浄化装置２５に入った場合には、ろ過装置３内で有機物と反応を起こすことにより濃度が減少することになり、しかも、ろ過装置３を経た後に残ったオゾンも除菌浄化装置２５内の紫外線照射や光触媒により効率よく消費される。このため、オゾンが浴槽に進入することはほとんどない。また、紫外線照射と光触媒作用の動作も同様にして制御盤２７により制御される。

エアポンプ２８は、取付筒３５のエア流路３５ａの一次側に接続され、このエアポンプ２８よりエア供給流路２１に気体を供給可能になっている。このエアポンプ２８は、空気、又は空気よりも酸素濃度の高い気体を生成できるようになっている。

一方、ろ過装置３は、図４に示すように、循環ポンプから送られてくる被処理水Ｗを砂・砂利からなるろ過材６０でろ過する機能を有し、ヘアキャッチャー６により回収できない微細な異物等を除去可能になっている。ろ過装置３の内部には、図５に示したろ過材６０をパッケージ化したカートリッジ６１が収納されている。ろ過材６０は、ステンレスメッシュなどの被覆体６２内にパッケージ化される。ろ過材６０が被覆体６２によりパッケージ化されると、ろ過材によるろ過器内面の摩耗が無くなるので、ケース６３は、アクリル樹脂、塩ビ等の透明又は半透明の材料でも成形でき、視認性のよいろ過装置の製作が可能となる。また、ケース６３は、ステンレス、ライニング材等の非透明材料により形成されてもよい。

ここで、通常の砂濾過装置は、例えば、砂の層が７割、砂利・石の層が３割程度の割合で砂の層が多く、内径も大きくなっているが、本実施形態のカートリッジ６１は、被処理水Ｗ中の有機物以外の固形物等を濾過すればよいため、ケース６３の内径が小さく、このケース６３内に収納されるろ過材６０の量も少なくなっている。
また、カートリッジ６１は、パッケージ化されているため、このカートリッジ６１のみをろ過装置３から取り出してろ過材６０を交換することが可能になっている。

また、ろ過装置３は、カートリッジ６１内に砂のみを収納し、この砂が通過できない目の大きさの網を設けることで砂利を省略することも可能である。また、砂や砂利の代わりに活性炭等の図示しない機能性ろ過材を利用することも可能であり、この機能性ろ過材による脱臭や促進酸化により、より早い有機物の処理が可能となる。

図４に示すように、ろ過装置３の上流側の合流流路１８は、第１分岐流路６５と第２分岐流路６６により分岐され、更に、第１分岐流路６５は、分岐管であるチーズ６７によりろ過装置３の上流側と外部流路６８とに分岐され、一方、第２分岐流路６６は、チーズ６９によりろ過装置３の下流側と流入流路２０に接続される側とに分岐されている。そして、外部流路６８は、図示しない排水管に接続され、また、流入流路は、除菌浄化ユニット２の流入路３１ｂに接続されている。

更に、上流側チーズ６７の分岐箇所には、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２がそれぞれ設けられ、下流側チーズ６９の分岐箇所には、第３開閉弁７３、第４開閉弁７４がそれぞれ設けられている。各開閉弁７１、７２、７３、７４は、２方弁であり、制御盤２７によりそれぞれ開閉制御され、これにより、ろ過装置３に対する流路が切換えられ、このろ過装置３に順流又は逆流により被処理水Ｗが流れるようになっている。

また、ろ過装置３の上流側には、空気抜き弁７５が設けられている。この空気抜き弁７５は、ろ過器６３内部に溜まった空気を抜き、被処理水Ｗの流れを円滑にして配管内部が腐食することを防止する。

循環ライン１において、熱交換器４は、除菌浄化装置２５からの被処理水Ｗの温度を調節し、所定温度に昇温させることが可能になっている。浴槽５は、被処理水Ｗを溜めており、この浴槽５内には、熱交換器４によって温められた被処理水が供給される。ヘアキャッチャー６は、浴槽５内の被処理水Ｗに混じった髪の毛やゴミなどの比較的大きな混入物を除去する。また、循環ポンプ７は、浴槽５内の被処理水Ｗを汲み上げ、この被処理水Ｗをろ過装置３から循環ライン１、除菌浄化ユニット２へ流し、循環させる。

次に、本発明の浄化装置の上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
浄化装置を動作させると、浴槽５内の被処理水Ｗが循環ポンプ７により加圧されて循環ライン１内を循環する。ここで、便宜上、被処理水Ｗが流入流路２０から除菌浄化ユニット２の除菌浄化装置２５内に流入する地点から説明する。

被処理水Ｗが流入流路２０から除菌浄化ユニット２の流入路３１ａから流れ込むと、この被処理水Ｗは、内筒３６の流体流路３６ａ内に流れ込む。
また、この除菌浄化ユニット２にはエアポンプ（又は、酸素濃縮器）２８からエア供給流路２１を介してエア（又は、酸素）が導入され、エア流路３４を通って空間Ｓまで導かれている。この状態で高圧電源により電極４６を高圧に帯電させると、この帯電に対して内筒３６内に満たされた被処理水Ｗがアース電極の働きをして空間Ｓ内で放電が行われる。この放電は、電極４６と誘電体である内筒３６とを介しているため無声放電となる。なお、流体流路３６ａ内に被処理水Ｗが流れていないときにはアース電極が存在しないため放電は行われない。

電極４６が放電すると、この放電により紫外線が発生し、この紫外線が被処理水Ｗに照射され、被処理水Ｗの紫外線による浄化が行われる。このとき、内筒３６が紫外線透過型の材料により形成されているため、紫外線は、内筒３６を透過して被処理水Ｗに照射される。

更に、放電時には、その放電エネルギーによって紫外線光源５０が発光して紫外線が照射される。この紫外線は、内筒３６と外筒３７とを透過して電極４６の無い部分から被処理水Ｗに照射される。このように、電極４６からの紫外線と紫外線光源５０からの紫外線とが被処理水Ｗに照射され、これらの２種類の紫外線により浄化効果が向上した状態で被処理水Ｗが除菌浄化される。更に、紫外線光源５０を一般的な紫外線ランプとした場合には、より強力な紫外線を被処理水Ｗに照射して除菌浄化することもできる。

また、上記の放電時においては、放電区間を気体が通過することでオゾン発生部によりオゾンが生成される。このオゾンは、溶存酸素とともに内筒３６と外筒３７との間の空間Ｓを通ってエア流路３４ａより吐出され、更に、オゾン供給流路２２を介して気液混合装置２６内に流入する。

また、被処理水Ｗが内筒３６内を通過する際には、大表面積材料４５の隙間を通過する。このとき、上述したように、電極４６からの紫外線が大表面積材料４５まで達するため、この大表面積材料４５が被処理水Ｗに対して除菌能力と有機物の分解能力とを有する光触媒作用が発揮し、被処理水Ｗが除菌浄化される。

このときの光触媒４５による除菌浄化作用の原理を説明する。光触媒４５である二酸化チタン等に波長が４００ｎｍ以下の紫外線が照射されると、価電子帯に正孔が発生するとともに伝導帯に電子が生じる。この正孔の酸化電位は、フッ素、オゾン、過酸化水素等の酸化電位よりも高いため、有機物は光触媒作用により完全に酸化分解され、最終的には二酸化炭素と水に完全分解される。光触媒は、紫外線が照射された際に生じる正孔またはこの正孔と水が反応して生じる極めて反応活性に富むヒドロオキシルラジカル（ＯＨラジカル）により酸化反応が起こる。このとき、紫外線が照射された際に生じる正孔と同時に発生する電子と酸素ガス等との還元反応が平行して進行する。

光触媒４５は、このような強力な酸化反応によって従来のオゾンや過酸化水素、塩素等の除菌剤よりも強い除菌能力を発揮でき、また、有機物の分解能力も備えている。更に、光照射により生じた正孔やＯＨラジカルの寿命はミリ秒以下と短いので、オゾンや過酸化水素等の酸化剤のように処理後に残留することがなく、残留酸化剤を処理する装置が不要であるという利点がある。以上により、大表面積材料４５を用いて光触媒作用を発揮させて被処理水Ｗに残存しているオゾンにより浄化のできなかった混入物を効果的に浄化できる。

しかも、前述のように内筒３６を紫外線透過型の材料により設けているので、電極４６からの紫外線が大表面積材料４５に対して高効率で照射され、光触媒作用による浄化機能が向上する。また、電極４６を外筒３７の長さ方向に任意の幅で配設しているので、大表面積材料４５全体に紫外線が照射され、それ以外の範囲には外部の紫外線が照射されることで大表面積材料４５の深部まで紫外線が照射されるようになっている。

なお、紫外線光源５０からの紫外線は、電極４６が影となることでその一部が遮られるが、この電極４６からも紫外線が放射されることで、前述のように大表面積材料４５の全体に照射できる。また、紫外線光源５０は、外筒３７の外側に設けられているので、被処理水Ｗがこの紫外線光源５０に対して直接接触することがなく、紫外線光源５０に被処理水Ｗの汚れ等が付着することが抑えられている。これにより、紫外線光源５０は、常に一定の紫外線照射量を維持している。

除菌浄化装置２５内において、紫外線の照射と光触媒作用が行われた被処理水Ｗは、その一部が第１流出流路１１を介して気液混合装置２６内に流入する。このとき、オゾン発生部４７により発生した前述のオゾンと溶存酸素とがこの被処理水Ｗ内に混入され、被処理水Ｗとオゾンとが攪拌・混合する。

このように、除菌浄化ユニット２は、被処理水Ｗに対して、紫外線照射機能と、オゾン及び溶存酸素供給機能と、光触媒作用機能とによる複合的な除菌浄化作用を施すことができ、これらの相乗効果により効果的な除菌浄化が可能となる。そして、この除菌浄化ユニット２により有機物の除去が行われて気液混合装置２６の２次側から流出する被処理水Ｗ内に有機物が残留することが防がれている。また、この有機物の分解作用により、被処理水Ｗが温泉水やプール水であるとき、これらの濁度が改善され、また、これらが塩素を含んでいる場合にはその塩素臭も少なくなる。
気液混合装置２６によりオゾンが攪拌・混合された被処理水Ｗは、気液混合流路１９を介して合流流路１８に送られる。

一方、除菌浄化装置２５内を通過した残りの被処理水Ｗは、第２流出流路１２から熱交換器４に送られ、この熱交換器４により所定温度に昇温された後に管路１３を介して浴槽５内に送られる。
次に、浴槽５内の被処理水Ｗは、管路１４を介してヘアキャッチャー６に送られ、このヘアキャッチャー６により髪の毛等が除去された後に、管路１５、１６を介して合流流路１８方向に流れる。この合流流路１８により、除菌浄化装置２５で紫外線照射と光触媒作用とが発揮された管路１６側からの被処理水Ｗと、この被処理水Ｗに更に気液混合装置２６によりオゾンが攪拌・混合された気液混合流路１９からの被処理水Ｗとが合流し、これらが混ざり合った状態でろ過装置３に送られる。そのため、管路１６側から合流する被処理水Ｗに対しても有機物の処理が行われ、合流流路１８内を流れる被処理水Ｗ内に有機物が残留することが防がれる。このように、除菌装置は、除菌浄化ユニット２で生成されるオゾンを被処理水Ｗと混合させてオゾン水を生成し、このオゾン水をろ過装置３の１次側に供給するようになっている。これにより、除菌浄化ユニット２の２次側のろ過装置３に対する有機物の詰まり、腐食、ぬめり等が防がれる。

続いて、被処理水Ｗは、ろ過装置３により砂ろ過される。被処理水Ｗをろ過する場合には、このろ過装置３内を被処理水Ｗが順流で流れるように開閉弁７１、７２、７３、７４を制御盤２７で開閉制御する。この場合、図４において、第１開閉弁７１が開状態、第２開閉弁７２が閉状態、第３開閉弁７３が閉状態、第４開閉弁７４が開状態となる。図２において、被処理水Ｗが順流により流れる場合を実線の矢印で示す。

合流流路１８から被処理水Ｗが流れると、被処理水Ｗは、第１開閉弁７１を通過してろ過装置３の一次側からカートリッジ６１内に流れ込み、被覆体６２を通過してろ過材６０によりろ過される。このとき、ろ過装置３内のろ過時の流速は、例えば、０．０４〜０．１６ｍ／ｓであり、一般的な砂濾過装置の流速である０．０１ｍ／ｓよりも早い流速になっている。これにより、ろ過速度が速まっている。

次いで、この被処理水Ｗは、第４開閉弁７４を通過して流入流路２０に流れ込み、この流入流路２０を介して除菌浄化ユニット２に送られる。以降、上述と同様に被処理水Ｗが除菌浄化ユニット２により除菌浄化されるため、その説明を省略する。

一方、ろ過装置３を逆洗浄する場合には、このろ過装置３内を被処理水Ｗが逆流で流れるように各開閉弁７１、７２、７３、７４を制御盤２７により制御して流路を切換える。この場合、図４において、第１開閉弁７１が閉状態、第２開閉弁７２が開状態、第３開閉弁７３が開状態、第４開閉弁７４が閉状態となる。図２において、被処理水Ｗが逆流により流れる場合を破線の矢印で示す。

この状態で合流流路１８から被処理水Ｗが流れると、この被処理水Ｗは、第３開閉弁７３を通過してろ過装置３の二次側からカートリッジ６１内に流れ込んでろ過材６０を逆洗浄する。これにより、ろ過材６０内に蓄積している不純物やゴミ等がろ過材６０から取り除かれ、これらが外部流路６８を介して排水管から排出される。このとき、気液混合流路１９から合流するオゾン混合水（オゾン水）により、有機物が分解され、ろ過装置３内の有機物が減少する。そのため、逆洗浄により効果的に不純物等を排出することができる。また、順流の場合と同様に気液混合装置２６を介してオゾン水が混入されているため、ろ過装置３内にあらたに有機物が混入することが防がれている。

このようにして、ろ過材６０を逆洗浄することでこのろ過材６０を再利用でき、長期に亘ってろ過装置３のろ過性能を維持できる。
また、ろ過材６０をカートリッジ６１としてパッケージ化しているので、ろ過材６０の再利用が困難になった場合には、このろ過材６０をカートリッジ６１ごと容易に交換することができる。更には、ろ過材６０をカートリッジ６１から取り出すこともできるため、このろ過材６０に逆洗浄以外の適宜の処理を施して再利用したり、或は、産業廃棄物として簡単に処分することもできる。この場合、カートリッジ６１を再利用することができる。

本発明の浄化装置は、前記のように、ろ過装置３の上流側で除菌浄化ユニット２により除菌浄化しているため、有機物の総量が大幅に少なくなり、ろ過装置３内に有機物が蓄積することを防いでいるのでろ過材６０の使用量を大幅に削減でき、例えば、一般的な砂濾過装置のみによる濾過の場合と比較してろ過材の量をおよそ１／１０以下に抑えることができる。このため、ろ過装置全体を小型化することができ、例えば、一般的な砂濾過装置のみによる濾過システムの砂濾過装置に対して、径方向において１／２〜１／４程度、縦方向において１／２〜１／３程度の大きさに小型化できる。更に、上記したように、ろ過材６０の使用量が少ないことによりろ過時の抵抗を少なくでき、ろ過速度を速めることができる。
また、除菌浄化ユニット２は、ろ過装置のみを有する既存の浄化装置に対しても取付けることが可能であり、装置全体が大型化することなく大幅に除菌浄化機能を高めることが可能である。

なお、上記実施形態においては、除菌浄化ユニット２が紫外線照射機能と、オゾン供給機能と、光触媒作用機能とを有する場合を説明したが、除菌浄化ユニット２は、オゾン供給機能のみ、或は、オゾン供給機構と紫外線供給機能とを有するものであってもよい。
しかし、上記実施形態のように３つの機能を組合わせた場合や、オゾン供給機能と紫外線供給機能とを組み合わせた場合には、酸化を促進することができ、効率よく有機物を処理することができる。
また、上記において、開閉弁として４つの２方弁を利用したシステムとしたが、図示しない３方弁を２台用いたり、５方弁を１台用いて流路の切換えを制御することもできる。

図６のグラフにおいては、上記実施形態において、オゾン供給機能と紫外線照射機能と光触媒作用機能とを働かせた場合と、オゾン供給機能と紫外線照射機能とを働かせた場合と、オゾン供給機能のみを働かせた場合と、被処理水Ｗに塩素のみを含有させた場合との比較を示している。実線に示したように、３つの機能を併用した場合には、その他の場合に比較して有機物を効果的に分解できる。また、塩素のみによる場合には有機物を分解することはほとんどできない。

本発明の浄化装置を用いて浴槽内の被処理水を除菌浄化したときの濁度を測定した。このとき、除菌浄化ユニットには、オゾン供給機能と紫外線照射機能と光触媒作用機能とである３つの機能を働かせた。また、ろ過装置場合におけるろ過材の層をおよそ４ｃｍとした。
この状態で浄化装置を動作させて被処理水を循環させ、循環を開始した基準日から１２週間後までの入浴者と濁度を測定した。その結果を図７に示す。

図７の結果より、濁度は、入浴者数の増減と経過日数に関係なくほぼ０．１度前後で推移している。風呂の濁度の基準値は５度以下であるため、測定結果は、この基準値よりも大幅に低くなっている。なお、プールの濁度の基準値は２度以下であり、測定結果は、この値についてもクリヤしている。以上のように、入浴者数と経過日数にかかわらず、濁度が安定し、その数値も低く抑えられた。

本発明における浄化装置の一例を示した模式図である。除菌浄化ユニットを示した正面図である。除菌浄化ユニットの要部を示した拡大断面図である。図１のろ過装置付近を示した拡大模式図である。ろ過カートリッジを示した概略断面図である。有機物の削減効果を示したグラフである。浴槽への入浴者数に対する濁度を示したグラフである。

符号の説明

１循環ライン
２除菌浄化ユニット
３ろ過装置
２５除菌浄化装置
２６気液混合装置
４５大表面積材料（光触媒）
４６電極
４７オゾン発生部
５０紫外線光源
６０ろ過材
６１カートリッジ
６７、６９チーズ（分岐管）
７１、７２、７３、７４開閉弁
Ｗ被処理水

Claims

被処理水を循環させる循環ラインに、被処理水を砂・砂利等のろ過材でろ過するろ過装置と、このろ過装置を通過した被処理水を除菌浄化して有機物を除去する除菌浄化ユニットとを接続したことを特徴とする浄化装置。
前記除菌浄化ユニットは、被処理水に紫外線を照射する紫外線照射機能と、被処理水にオゾンを供給するオゾン供給機能と、被処理水に光触媒を作用させる光触媒作用機能とを有するユニットである請求項１に記載の浄化装置。
前記除菌浄化ユニットで生成されるオゾンを被処理水と混合させてオゾン水を生成し、このオゾン水を前記ろ過装置の１次側に供給した請求項２記載の浄化装置。
前記除菌浄化ユニットは、除菌浄化装置を有し、この除菌浄化装置は、被処理水に紫外線を照射する紫外線光源と、電極の帯電によりオゾンを発生させるオゾン発生部と、チタン又はチタン合金製の大表面積材料からなる光触媒とを有する請求項１乃至３の何れか１項に記載の浄化装置。
前記除菌浄化ユニットは、気液混合装置を有し、この気液混合装置は、前記除菌浄化装置とは別体に設けられ、前記除菌浄化装置を通過した被処理水と前記除菌浄化装置により発生させたオゾンとを攪拌・混合する装置である請求項４に記載の浄化装置。
前記ろ過装置のろ過材をパッケージ化した請求項１乃至５の何れか１項に記載の浄化装置。
前記ろ過装置の上流側と下流側とをそれぞれ分岐管により分岐し、この各分岐管の一方側を被処理水の流入側、他方側を被処理水の流出側とすると共に、前記各分岐管の分岐箇所に開閉弁を設け、この開閉弁の切換えにより前記ろ過装置に順流又は逆流に被処理水を流すようにした請求項１乃至６の何れか１項に記載の浄化装置。