JP2000005747A - 光触媒とオゾン併用処理による水処理方法及びその装置 - Google Patents
光触媒とオゾン併用処理による水処理方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光触媒とオゾン処理を併用して、被処理水中
の有機物の無機化処理を効率的に行うことができる水処
理方法と装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 有機物を含有する被処理水に、所定の注
入率を保ってオゾンガスを注入溶解し、二酸化チタンの
担体が配置された光触媒反応槽内で、溶存オゾンを含む
被処理水に光源から発せられる均一で所定の光量範囲に
ある光を照射して光触媒反応を生起させ、この光触媒反
応とオゾン直接反応及び光触媒による溶存オゾン分解生
成活性種による反応の主として３つの反応により、被処
理水中の有機物を無機化処理する方法と装置を提供す
る。実施に際して、光源から溶存オゾン光分解活性種に
より生成される中間生成物が最小限となる光量範囲の均
一な光を選択的に照射して光触媒反応を生起させる。
の有機物の無機化処理を効率的に行うことができる水処
理方法と装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 有機物を含有する被処理水に、所定の注
入率を保ってオゾンガスを注入溶解し、二酸化チタンの
担体が配置された光触媒反応槽内で、溶存オゾンを含む
被処理水に光源から発せられる均一で所定の光量範囲に
ある光を照射して光触媒反応を生起させ、この光触媒反
応とオゾン直接反応及び光触媒による溶存オゾン分解生
成活性種による反応の主として３つの反応により、被処
理水中の有機物を無機化処理する方法と装置を提供す
る。実施に際して、光源から溶存オゾン光分解活性種に
より生成される中間生成物が最小限となる光量範囲の均
一な光を選択的に照射して光触媒反応を生起させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光触媒とオゾン処理
を併用して被処理水中の有機物の無機化処理を行う水処
理方法とその装置に関するものである。
を併用して被処理水中の有機物の無機化処理を行う水処
理方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光エネルギーを化学反応に直接利
用する方法として、光触媒を利用して水質を浄化する方
法が注目されている。このような光触媒の中でも二酸化
チタン（ＴｉＯ2）は高い活性と安定した触媒機能を有
しているため、水処理分野での応用が最も期待されてい
る。（ＴｉＯ2光触媒についてはＯ plus Ｅ，1997年6月
号，新技術コミュニケーションズを参照）。
用する方法として、光触媒を利用して水質を浄化する方
法が注目されている。このような光触媒の中でも二酸化
チタン（ＴｉＯ2）は高い活性と安定した触媒機能を有
しているため、水処理分野での応用が最も期待されてい
る。（ＴｉＯ2光触媒についてはＯ plus Ｅ，1997年6月
号，新技術コミュニケーションズを参照）。
【０００３】二酸化チタンを用いた光触媒は、酸化剤の
代表的物質であるオゾンとか塩素よりも強力な酸化力を
有し、この酸化力を利用して防汚，殺菌，脱臭作用を持
つ種々の製品が実用化されるとともに水処理に適用する
試みも行われている。（D.F.Ollis,H.Al-Ekabi;Photoca
talytic Purification and Treatment of Water andAi
r;Ed;Elsevier;Amsterdam,1993を参照）。
代表的物質であるオゾンとか塩素よりも強力な酸化力を
有し、この酸化力を利用して防汚，殺菌，脱臭作用を持
つ種々の製品が実用化されるとともに水処理に適用する
試みも行われている。（D.F.Ollis,H.Al-Ekabi;Photoca
talytic Purification and Treatment of Water andAi
r;Ed;Elsevier;Amsterdam,1993を参照）。
【０００４】一般に二酸化チタンを光触媒として用いる
場合に、粉状の二酸化チタンを用いる方法と担体に固定
した二酸化チタンを用いる方法との２通りの方法が考え
られるが、連続的に水処理を行うには二酸化チタンの回
収面から考慮して後者の方法が有効であるものと考察さ
れる。
場合に、粉状の二酸化チタンを用いる方法と担体に固定
した二酸化チタンを用いる方法との２通りの方法が考え
られるが、連続的に水処理を行うには二酸化チタンの回
収面から考慮して後者の方法が有効であるものと考察さ
れる。
【０００５】上記の光触媒を用いた水処理法は、反応の
完了までに所定の時間がかかるため、オゾン等を利用し
た酸化処理法と併用する手段が有効である。
完了までに所定の時間がかかるため、オゾン等を利用し
た酸化処理法と併用する手段が有効である。
【０００６】上記光触媒反応における二酸化チタンの光
吸収によって起こる光触媒反応としての機能は、半導体
における光励起反応の原理による。即ち、二酸化チタン
膜に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、価電子帯から伝導帯へ電子が励起され、伝導帯に
電子を、価電子帯に正孔を生じる。伝導帯に励起された
電子は還元力を有し、価電子帯の正孔は酸化力を有す
る。この電子と正孔は、照射光量、即ち、フォトン数に
応じて生成量が大略見積もれる。
吸収によって起こる光触媒反応としての機能は、半導体
における光励起反応の原理による。即ち、二酸化チタン
膜に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、価電子帯から伝導帯へ電子が励起され、伝導帯に
電子を、価電子帯に正孔を生じる。伝導帯に励起された
電子は還元力を有し、価電子帯の正孔は酸化力を有す
る。この電子と正孔は、照射光量、即ち、フォトン数に
応じて生成量が大略見積もれる。
【０００７】二酸化チタンアナターゼのバンドギャップ
は約３.２ｅＶであり、波長に直すと３８８ｎｍであ
る。
は約３.２ｅＶであり、波長に直すと３８８ｎｍであ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】二酸化チタンを利用し
た光触媒反応は、光を吸収することにより強力な酸化力
を二酸化チタンの表面で反応を進行させる所謂表面反応
であるため、光励起が必要であり、この光触媒を水処理
装置に適用するためには、採光方法などの効率アップの
ための要因が多く残存している。
た光触媒反応は、光を吸収することにより強力な酸化力
を二酸化チタンの表面で反応を進行させる所謂表面反応
であるため、光励起が必要であり、この光触媒を水処理
装置に適用するためには、採光方法などの効率アップの
ための要因が多く残存している。
【０００９】他方で従来からオゾン処理を水処理に適用
することにより、飲料水の悪臭除去及び塩素処理に伴う
有害物質の低減をはかる上で効果があることが知られて
いるが、処理水に含有されている有機物をＣＯ2などの
無機物に完全に分解することは困難である。
することにより、飲料水の悪臭除去及び塩素処理に伴う
有害物質の低減をはかる上で効果があることが知られて
いるが、処理水に含有されている有機物をＣＯ2などの
無機物に完全に分解することは困難である。
【００１０】図２５は、二酸化チタンを利用した光触媒
反応処理（１）、オゾン処理（２）、光触媒・オゾン併
用処理（３）について、水中の被処理物質の１つであ
り、農薬のモデル物質（ダイオキシンのモデル物質）で
ある３−クロロフェノール（以下３ＣＰと略称する）の
総量が、時間の経過に伴って減少していく状態を示した
グラフである。
反応処理（１）、オゾン処理（２）、光触媒・オゾン併
用処理（３）について、水中の被処理物質の１つであ
り、農薬のモデル物質（ダイオキシンのモデル物質）で
ある３−クロロフェノール（以下３ＣＰと略称する）の
総量が、時間の経過に伴って減少していく状態を示した
グラフである。
【００１１】二酸化チタンによる光触媒反応処理（１）
は表面処理であるため反応速度は遅く、オゾン処理
（２）は処理基質により処理速度が異なるものの（１）
に比較して反応速度は大となっている。光触媒・オゾン
併用処理（３）の場合には、オゾン処理（２）と光触媒
処理（１）の単純な和と考えることができる。そしてこ
の図からは、３ＣＰ自体の総量の減少は確認できるが、
３ＣＰが無機化して減少したのか、他の物質に変化した
ものかを断定することない。
は表面処理であるため反応速度は遅く、オゾン処理
（２）は処理基質により処理速度が異なるものの（１）
に比較して反応速度は大となっている。光触媒・オゾン
併用処理（３）の場合には、オゾン処理（２）と光触媒
処理（１）の単純な和と考えることができる。そしてこ
の図からは、３ＣＰ自体の総量の減少は確認できるが、
３ＣＰが無機化して減少したのか、他の物質に変化した
ものかを断定することない。
【００１２】また、先ほどの処理のみかたを変えて、Ｔ
ＯＣの減少量で比較したのが図８である。このＴＯＣは
全有機炭素量の略で、水溶液中に含まれている有機炭素
がどのくらいあるのかを見ている。光触媒反応処理
（１）は、図２５と同様のふるまいをみせているため、
３ＣＰは着実に分解無機化されているが、前述した表面
反応のため、処理速度が遅い結果となっている。
ＯＣの減少量で比較したのが図８である。このＴＯＣは
全有機炭素量の略で、水溶液中に含まれている有機炭素
がどのくらいあるのかを見ている。光触媒反応処理
（１）は、図２５と同様のふるまいをみせているため、
３ＣＰは着実に分解無機化されているが、前述した表面
反応のため、処理速度が遅い結果となっている。
【００１３】図８のオゾン処理をみると、あるところか
らＴＯＣの減少が飽和して停止していることが分かる。
このことを先ほどの図２５と比較すると、オゾン処理
（２）では３ＣＰの分解は進んでいるが、無機化が進ん
でいるのではなく、水酸化物など他の物質に変化してい
るだけであることがＴＯＣの減少停滞から推測される。
らＴＯＣの減少が飽和して停止していることが分かる。
このことを先ほどの図２５と比較すると、オゾン処理
（２）では３ＣＰの分解は進んでいるが、無機化が進ん
でいるのではなく、水酸化物など他の物質に変化してい
るだけであることがＴＯＣの減少停滞から推測される。
【００１４】このように光触媒反応処理（１）では処理
速度が遅く、実用面からみて適用が難しい。また、オゾ
ン処理（２）では３ＣＰの変質はある程度望めるが、３
ＣＰを他の有害物質に変化させている可能性があり、万
全な処理方法であるとは言えない。
速度が遅く、実用面からみて適用が難しい。また、オゾ
ン処理（２）では３ＣＰの変質はある程度望めるが、３
ＣＰを他の有害物質に変化させている可能性があり、万
全な処理方法であるとは言えない。
【００１５】そこで本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり、光触媒とオゾン処理とを併用して、被処理水中
の有機物及び中間生成物の無機化処理を効率的に行うこ
とができる水処理方法とその装置を提供することを目的
とするものである。
であり、光触媒とオゾン処理とを併用して、被処理水中
の有機物及び中間生成物の無機化処理を効率的に行うこ
とができる水処理方法とその装置を提供することを目的
とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１に記載したように、有機物を含
有する被処理水に、所定の注入率を保ってオゾンガスを
注入溶解し、二酸化チタンの担体が配置された光触媒反
応槽内で、溶存オゾンを含む被処理水に光源から発せら
れる均一で所定の光量範囲にある光を照射して光触媒反
応を生起させ、この光触媒反応とオゾン直接反応及び光
触媒による溶存オゾン分解生成活性種による反応の主と
して３つの反応により、被処理水中の有機物を無機化処
理することを基本手段としている。
成するために、請求項１に記載したように、有機物を含
有する被処理水に、所定の注入率を保ってオゾンガスを
注入溶解し、二酸化チタンの担体が配置された光触媒反
応槽内で、溶存オゾンを含む被処理水に光源から発せら
れる均一で所定の光量範囲にある光を照射して光触媒反
応を生起させ、この光触媒反応とオゾン直接反応及び光
触媒による溶存オゾン分解生成活性種による反応の主と
して３つの反応により、被処理水中の有機物を無機化処
理することを基本手段としている。
【００１７】更に請求項２により、オゾン直接反応によ
り生成する中間生成物を、光触媒反応と、光触媒による
溶存オゾン分解生成活性種による反応で無機化処理する
水処理方法を提供する。
り生成する中間生成物を、光触媒反応と、光触媒による
溶存オゾン分解生成活性種による反応で無機化処理する
水処理方法を提供する。
【００１８】請求項３により、有機物を含有する被処理
水に、所定の注入率を保ってオゾンガスの注入処理を行
った後に、光源から溶存オゾン光分解活性種により生成
される中間生成物が最小限となる光量範囲の均一な光を
選択的に照射して、光触媒反応を生起させる水処理方法
を提供する。
水に、所定の注入率を保ってオゾンガスの注入処理を行
った後に、光源から溶存オゾン光分解活性種により生成
される中間生成物が最小限となる光量範囲の均一な光を
選択的に照射して、光触媒反応を生起させる水処理方法
を提供する。
【００１９】光源として波長が３００〜４２０ｎｍの任
意の波長の光を発するブラックライトを用いる。
意の波長の光を発するブラックライトを用いる。
【００２０】以下、多数の実施形態に基づいて、光触媒
とオゾン併用処理による各種の水処理装置を実現してい
る。具体的には光ファイバーを用いた光触媒装置を主た
る構成としている。
とオゾン併用処理による各種の水処理装置を実現してい
る。具体的には光ファイバーを用いた光触媒装置を主た
る構成としている。
【００２１】かかる光触媒とオゾン併用処理による水処
理方法によれば、有機物を含有する被処理水に対して所
定の注入率を保ってオゾンガスを注入溶解し、更に光触
媒反応槽内で光源から発せられる均一で所定の光量範囲
にある光を二酸化チタンの担体に照射することにより、
溶存オゾンを含む被処理水に光触媒反応が生起して、こ
の光触媒反応と、オゾン直接反応及び溶存オゾンが光触
媒によって分解生成する活性種とにより、被処理水中の
有機物が無機物として無害化処理される。
理方法によれば、有機物を含有する被処理水に対して所
定の注入率を保ってオゾンガスを注入溶解し、更に光触
媒反応槽内で光源から発せられる均一で所定の光量範囲
にある光を二酸化チタンの担体に照射することにより、
溶存オゾンを含む被処理水に光触媒反応が生起して、こ
の光触媒反応と、オゾン直接反応及び溶存オゾンが光触
媒によって分解生成する活性種とにより、被処理水中の
有機物が無機物として無害化処理される。
【００２２】更にオゾン直接反応により生成する中間生
成物も光触媒反応と光触媒による溶存オゾン分解生成活
性種により無機化処理することができる。
成物も光触媒反応と光触媒による溶存オゾン分解生成活
性種により無機化処理することができる。
【００２３】請求項３に記載したように、被処理水に所
定の注入率を保ってオゾンガスの注入処理を行った後、
溶存オゾン光分解活性種により生成される中間生成物が
最小限となる光量範囲の均一な光を選択的に照射するこ
とにより、溶存オゾンが光によって分解されて生成する
中間生成物は最小限となり、光触媒反応及び溶存オゾン
が光触媒により分解されて生成する活性種による反応速
度が向上する。
定の注入率を保ってオゾンガスの注入処理を行った後、
溶存オゾン光分解活性種により生成される中間生成物が
最小限となる光量範囲の均一な光を選択的に照射するこ
とにより、溶存オゾンが光によって分解されて生成する
中間生成物は最小限となり、光触媒反応及び溶存オゾン
が光触媒により分解されて生成する活性種による反応速
度が向上する。
【００２４】本発明における被処理水に対するトータル
の反応は、二酸化チタンを利用した光触媒反応、オゾン
直接反応、光触媒による溶存オゾン分解生成活性種によ
る反応の主として３つの反応となり、このような光触媒
とオゾン併用処理によって各々の単独処理による弱点を
相補して協同的な反応が生起し、水処理における処理効
率が向上する。
の反応は、二酸化チタンを利用した光触媒反応、オゾン
直接反応、光触媒による溶存オゾン分解生成活性種によ
る反応の主として３つの反応となり、このような光触媒
とオゾン併用処理によって各々の単独処理による弱点を
相補して協同的な反応が生起し、水処理における処理効
率が向上する。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に本発明にかかる光触媒とオ
ゾン併用処理による水処理方法とその装置の各種実施形
態を説明する。本実施の各形態例では、被処理水に対し
て二酸化チタンによる光触媒とオゾン併用処理を行うこ
とにより、被処理水中の有害物質の分解反応効率を高め
たことが作用上の特徴となっている。
ゾン併用処理による水処理方法とその装置の各種実施形
態を説明する。本実施の各形態例では、被処理水に対し
て二酸化チタンによる光触媒とオゾン併用処理を行うこ
とにより、被処理水中の有害物質の分解反応効率を高め
たことが作用上の特徴となっている。
【００２６】図１は本発明の第１の実施形態を示す概要
図であり、先ず主要な構成要素を説明すると、１は光触
媒反応槽、２はオゾン反応槽、３は循環用流体ポンプ、
４は光源としてのブラックライトであり、光触媒反応槽
１の底壁近傍には、ハニカム状に形成された３次元構造
の二酸化チタンの担体５が配置されている。この担体５
の全面には予め二酸化チタン膜がコーティングされてい
る。又、光触媒反応槽１の上面は透明材料で構成された
蓋材１ａで被覆されている。
図であり、先ず主要な構成要素を説明すると、１は光触
媒反応槽、２はオゾン反応槽、３は循環用流体ポンプ、
４は光源としてのブラックライトであり、光触媒反応槽
１の底壁近傍には、ハニカム状に形成された３次元構造
の二酸化チタンの担体５が配置されている。この担体５
の全面には予め二酸化チタン膜がコーティングされてい
る。又、光触媒反応槽１の上面は透明材料で構成された
蓋材１ａで被覆されている。
【００２７】オゾン反応槽２にはオゾンガスの注入管６
と排出管７とが配備されている。尚、オゾン反応槽２は
ブラックライト４からできるだけ離し、該ブラックライ
ト４による溶存オゾンの分解現象が生じないように配慮
する。
と排出管７とが配備されている。尚、オゾン反応槽２は
ブラックライト４からできるだけ離し、該ブラックライ
ト４による溶存オゾンの分解現象が生じないように配慮
する。
【００２８】光触媒としての二酸化チタンは、パウダー
状もしくはゾル状の何れのものであってもよく、ハニカ
ム状担体５の全面に膜状に固定化する。パウダー状の場
合はバインダーとして無機系のＳｉアルコキシド、Ａｌ
アルコキシド又はＴｉアルコキシド等を用いて担体５に
固定化する。
状もしくはゾル状の何れのものであってもよく、ハニカ
ム状担体５の全面に膜状に固定化する。パウダー状の場
合はバインダーとして無機系のＳｉアルコキシド、Ａｌ
アルコキシド又はＴｉアルコキシド等を用いて担体５に
固定化する。
【００２９】又、ハニカム状担体５自体を二酸化チタン
で作製するケースもある。一般的にこのようなセラミッ
クスを作製するには、粉末原料から出発し、成形焼結す
る方法が用いられる。
で作製するケースもある。一般的にこのようなセラミッ
クスを作製するには、粉末原料から出発し、成形焼結す
る方法が用いられる。
【００３０】かかる構成による作用を以下に説明する。
説明に先立って以後用いられている用語についての定義
付けを行う。
説明に先立って以後用いられている用語についての定義
付けを行う。
【００３１】「光触媒による溶存オゾン分解生成活性
種」とは、二酸化チタンに特定波長の光を選択的に照射
した際に発生する光触媒反応により、溶存オゾンを分解
して生成する活性種を指しており、水中の有機物を無機
化するのに最も効果的な活性種である。
種」とは、二酸化チタンに特定波長の光を選択的に照射
した際に発生する光触媒反応により、溶存オゾンを分解
して生成する活性種を指しており、水中の有機物を無機
化するのに最も効果的な活性種である。
【００３２】「溶存オゾン光分解生成活性種」とは、
水中に溶解したオゾンに光が照射された際に、溶存オゾ
ンが分解して発生する活性種である。
水中に溶解したオゾンに光が照射された際に、溶存オゾ
ンが分解して発生する活性種である。
【００３３】「オゾン直接反応により生成する中間生
成物」とは、被処理水にオゾン直接処理を行った際に発
生する中間生成物であり、この中間生成物はできる限り
少なくすることが要求される。
成物」とは、被処理水にオゾン直接処理を行った際に発
生する中間生成物であり、この中間生成物はできる限り
少なくすることが要求される。
【００３４】「溶存オゾン光分解生成活性種により生
成される中間生成物」とは、の「溶存オゾン光分解生
成活性種」から生成される中間生成物であり、この中間
生成物も無害化処理する必要がある。
成される中間生成物」とは、の「溶存オゾン光分解生
成活性種」から生成される中間生成物であり、この中間
生成物も無害化処理する必要がある。
【００３５】そこで第１の実施形態において、光触媒反
応槽１内に被処理水を一定量貯留し、この被処理水に対
して、ブラックライト４から蓋材１ａを介して光触媒反
応槽１内に配置された担体４に３００〜４２０ｎｍの任
意の波長の光を照射することにより、二酸化チタンによ
る光触媒反応が生じる。
応槽１内に被処理水を一定量貯留し、この被処理水に対
して、ブラックライト４から蓋材１ａを介して光触媒反
応槽１内に配置された担体４に３００〜４２０ｎｍの任
意の波長の光を照射することにより、二酸化チタンによ
る光触媒反応が生じる。
【００３６】次に被処理水は管体８を介してオゾン反応
槽２に流入し、図外のオゾン発生機で得られたオゾンガ
スを注入管６から所定の注入率で注入することにより、
被処理水とオゾンガスとが混合して気液接触が行われ、
オゾンガス中のオゾンが被処理水中に溶解する。そして
溶存オゾンを含む被処理水は、循環用流体ポンプ３の作
用により管体９，１０を経由して光触媒反応槽１内に送
り込まれる。尚、オゾン反応槽２で未処理のオゾンガス
は排出管７を介して排出される。
槽２に流入し、図外のオゾン発生機で得られたオゾンガ
スを注入管６から所定の注入率で注入することにより、
被処理水とオゾンガスとが混合して気液接触が行われ、
オゾンガス中のオゾンが被処理水中に溶解する。そして
溶存オゾンを含む被処理水は、循環用流体ポンプ３の作
用により管体９，１０を経由して光触媒反応槽１内に送
り込まれる。尚、オゾン反応槽２で未処理のオゾンガス
は排出管７を介して排出される。
【００３７】被処理水に含まれている溶存オゾンは、光
触媒反応槽１内で二酸化チタンを用いた光触媒反応によ
り分解され、「光触媒による溶存オゾン分解生成活性
種」とオゾン直接反応とにより被処理水中の有機物等の
無機化処理が行われる。
触媒反応槽１内で二酸化チタンを用いた光触媒反応によ
り分解され、「光触媒による溶存オゾン分解生成活性
種」とオゾン直接反応とにより被処理水中の有機物等の
無機化処理が行われる。
【００３８】被処理水は流体ポンプ３の駆動により光触
媒反応槽１とオゾン反応槽２間を循環することによって
水質浄化処理が継続的に行われる。
媒反応槽１とオゾン反応槽２間を循環することによって
水質浄化処理が継続的に行われる。
【００３９】オゾン反応は選択的な反応であるため、処
理基質によって処理速度が異なり、酸化分解による最終
生成物である二酸化炭素にまで全て分解することは困難
である。特にオゾン反応には水酸化の過程が多く含まれ
ているため、中間生成物が多岐に亙って生成する。この
中間生成物についても前記「光触媒による溶存オゾン分
解生成活性種」により分解することができる。
理基質によって処理速度が異なり、酸化分解による最終
生成物である二酸化炭素にまで全て分解することは困難
である。特にオゾン反応には水酸化の過程が多く含まれ
ているため、中間生成物が多岐に亙って生成する。この
中間生成物についても前記「光触媒による溶存オゾン分
解生成活性種」により分解することができる。
【００４０】図２はオゾン反応により被処理物の１つで
ある３ＣＰが変化した中間生成物の種類の代表と、反応
速度定数についてまとめた概要図である。図示したよう
に中間生成物によって１００万単位であった反応速度定
数Ｋ1が、簡単な脂肪族化合物になるほどＫ2のように極
端に遅くなる。これは図１の処理方法において、図２に
示すように最初の基質３ＣＰが速やかに水酸化あるいは
開環し、一部がＣＯ2となって無機化されるが、分解生
成する脂肪族ケトン、アルデヒドなどがオゾンでは効率
よく処理できず、反応が滞っているように見えることか
らも分かる。従ってオゾン直接反応は選択的に行われ、
基質によって反応速度定数が極端に変化している。
ある３ＣＰが変化した中間生成物の種類の代表と、反応
速度定数についてまとめた概要図である。図示したよう
に中間生成物によって１００万単位であった反応速度定
数Ｋ1が、簡単な脂肪族化合物になるほどＫ2のように極
端に遅くなる。これは図１の処理方法において、図２に
示すように最初の基質３ＣＰが速やかに水酸化あるいは
開環し、一部がＣＯ2となって無機化されるが、分解生
成する脂肪族ケトン、アルデヒドなどがオゾンでは効率
よく処理できず、反応が滞っているように見えることか
らも分かる。従ってオゾン直接反応は選択的に行われ、
基質によって反応速度定数が極端に変化している。
【００４１】図３は二酸化チタンによる光触媒反応によ
り、３ＣＰを他の基質に変化させ、且つ最終生成物であ
る二酸化炭素（ＣＯ2）を生成するに至るまでの反応速
度定数について、二酸化炭素の生成により比較してまと
めた概要図である。この光触媒反応では、基質によって
当初１であった反応速度定数Ｋ3が、簡単な脂肪族化合
物になるとＫ4に示す２１となり、反応速度定数が高く
なっている。しかしオゾン反応に比較すると基質によっ
て反応速度はほとんど変化していないことが分かる。
り、３ＣＰを他の基質に変化させ、且つ最終生成物であ
る二酸化炭素（ＣＯ2）を生成するに至るまでの反応速
度定数について、二酸化炭素の生成により比較してまと
めた概要図である。この光触媒反応では、基質によって
当初１であった反応速度定数Ｋ3が、簡単な脂肪族化合
物になるとＫ4に示す２１となり、反応速度定数が高く
なっている。しかしオゾン反応に比較すると基質によっ
て反応速度はほとんど変化していないことが分かる。
【００４２】他方の二酸化チタンによる光触媒は表面反
応であるため、オゾン処理に比較して反応速度は低いと
いう問題があり、他方のオゾン処理は選択的に行われる
ため、基質によって反応速度が変化するという問題があ
る。しかもオゾン処理の場合には毒性側の生成物が不明
であるという問題点もあり、これらの条件がクリヤされ
ることにより水処理方法としての実用化が可能であるも
のと考えられる。
応であるため、オゾン処理に比較して反応速度は低いと
いう問題があり、他方のオゾン処理は選択的に行われる
ため、基質によって反応速度が変化するという問題があ
る。しかもオゾン処理の場合には毒性側の生成物が不明
であるという問題点もあり、これらの条件がクリヤされ
ることにより水処理方法としての実用化が可能であるも
のと考えられる。
【００４３】図４は本実施の形態における光触媒とオゾ
ン併用処理のイメージ図であり、図４（Ａ）は３ＣＰ水
溶液について１００％オゾン処理したケースを、図４
（Ｂ）は光触媒とオゾン併用処理を行うことにより、光
触媒による溶存オゾン分解生成活性種「Ｏ2＋Ｏ」が生
成したケースを示している。
ン併用処理のイメージ図であり、図４（Ａ）は３ＣＰ水
溶液について１００％オゾン処理したケースを、図４
（Ｂ）は光触媒とオゾン併用処理を行うことにより、光
触媒による溶存オゾン分解生成活性種「Ｏ2＋Ｏ」が生
成したケースを示している。
【００４４】更に図４（Ｃ）は、光触媒反応におけるブ
ラックライト４の照射光量を大とした場合に、溶存オゾ
ンの分解生成物とともに「溶存オゾン光分解生成活性
種」である３重項の酸素と励起された酸素原子「3Ｏ2＋
Ｏ（Ｄ）」になり、その「3Ｏ２＋Ｏ（Ｄ）」に起因す
る中間生成物が出現したケースを示している。このよう
に照射光量を大とすると、「溶存オゾン光分解生成活性
種により生成される中間生成物」が出現して水処理上で
好ましくない結果が生じることが判明した。
ラックライト４の照射光量を大とした場合に、溶存オゾ
ンの分解生成物とともに「溶存オゾン光分解生成活性
種」である３重項の酸素と励起された酸素原子「3Ｏ2＋
Ｏ（Ｄ）」になり、その「3Ｏ２＋Ｏ（Ｄ）」に起因す
る中間生成物が出現したケースを示している。このよう
に照射光量を大とすると、「溶存オゾン光分解生成活性
種により生成される中間生成物」が出現して水処理上で
好ましくない結果が生じることが判明した。
【００４５】そこで本発明は、最適な光照射条件下での
光触媒とオゾンの併用による水処理方法を実現すること
により、各々の単独処理の持つ欠点を相補して、効果的
な水処理を遂行することができるものとの観点に基づい
てなされたものである。具体的に述べると、光触媒反応
によるブラックライト４の照射光量を最適に制御するこ
とにより、光触媒による溶存オゾン分解生成活性種を利
用した反応が増大して「溶存オゾン光分解生成活性種に
より生成される中間生成物」を発生させないようにする
ことができる。
光触媒とオゾンの併用による水処理方法を実現すること
により、各々の単独処理の持つ欠点を相補して、効果的
な水処理を遂行することができるものとの観点に基づい
てなされたものである。具体的に述べると、光触媒反応
によるブラックライト４の照射光量を最適に制御するこ
とにより、光触媒による溶存オゾン分解生成活性種を利
用した反応が増大して「溶存オゾン光分解生成活性種に
より生成される中間生成物」を発生させないようにする
ことができる。
【００４６】図５は被処理物の１つである３ＣＰの水溶
液について、オゾン注入率を７．８（ｍｇ／ｌ）の一定
として、オゾンと光触媒反応の併用処理を１時間行った
場合のブラックライト４の照射光量の違いによる中間生
成物の数を示すグラフであり、図６は同じく中間生成物
の照射光量依存性を示したクロマトグラムである。
液について、オゾン注入率を７．８（ｍｇ／ｌ）の一定
として、オゾンと光触媒反応の併用処理を１時間行った
場合のブラックライト４の照射光量の違いによる中間生
成物の数を示すグラフであり、図６は同じく中間生成物
の照射光量依存性を示したクロマトグラムである。
【００４７】図５，図６から理解されるように、光触媒
とオゾン併用処理では中間生成物を抑制するに最適な照
射光量範囲が存在する。図示例ではブラックライト４の
照射光量の範囲が０.５〜１.２（ｍＷ／ｃｍ2）の場合
に中間生成物が最小となっていて、該中間生成物を抑え
るのに最適な光量範囲となっているが、オゾン注入率を
変化させた場合には、ブラックライト４の最適な照射光
量範囲も変化する。
とオゾン併用処理では中間生成物を抑制するに最適な照
射光量範囲が存在する。図示例ではブラックライト４の
照射光量の範囲が０.５〜１.２（ｍＷ／ｃｍ2）の場合
に中間生成物が最小となっていて、該中間生成物を抑え
るのに最適な光量範囲となっているが、オゾン注入率を
変化させた場合には、ブラックライト４の最適な照射光
量範囲も変化する。
【００４８】この照射光量の相違は二酸化チタンによる
光触媒活性の相違に対応しており、照射光量が０の場合
はオゾン単独処理となる。特にブラックライト４の照射
光量を必要以上に増加させると、光触媒活性が増加する
効果よりも、オゾン自身が光分解して「溶存オゾン光分
解生成活性種により生成される中間生成物」が増大して
しまうため、結果として中間生成物を抑制する効果が鈍
ることになる。
光触媒活性の相違に対応しており、照射光量が０の場合
はオゾン単独処理となる。特にブラックライト４の照射
光量を必要以上に増加させると、光触媒活性が増加する
効果よりも、オゾン自身が光分解して「溶存オゾン光分
解生成活性種により生成される中間生成物」が増大して
しまうため、結果として中間生成物を抑制する効果が鈍
ることになる。
【００４９】図７は光触媒とオゾン併用処理におけるブ
ラックライト４の照射光量が一定の場合と、同じ処理に
おける照射光量を変えた場合の被処理物の１つである総
有機炭素（ＴＯＣ，ｍｇ／ｌ）の処理速度の変化を示す
グラフであり、（イ）は照射光量を１.６（ｍＷ／ｃ
ｍ2）として２時間の併用処理を実施したケース、
（ロ）は照射光量を１.６（ｍＷ／ｃｍ2）として１時間
の処理を行った後、更に照射光量を０.５（ｍＷ／ｃ
ｍ2）として１時間の処理を行ったケースである。
ラックライト４の照射光量が一定の場合と、同じ処理に
おける照射光量を変えた場合の被処理物の１つである総
有機炭素（ＴＯＣ，ｍｇ／ｌ）の処理速度の変化を示す
グラフであり、（イ）は照射光量を１.６（ｍＷ／ｃ
ｍ2）として２時間の併用処理を実施したケース、
（ロ）は照射光量を１.６（ｍＷ／ｃｍ2）として１時間
の処理を行った後、更に照射光量を０.５（ｍＷ／ｃ
ｍ2）として１時間の処理を行ったケースである。
【００５０】このようにブラックライト４の照射光量を
変化させることで、光触媒とオゾン処理を併用した場合
のＴＯＣ除去能力が変化することが確認され、図７の例
では（イ）のケースよりも（ロ）のケースのように照射
光量をやや低減させた方がＴＯＣの除去能力は高くなっ
ていることが分かる。
変化させることで、光触媒とオゾン処理を併用した場合
のＴＯＣ除去能力が変化することが確認され、図７の例
では（イ）のケースよりも（ロ）のケースのように照射
光量をやや低減させた方がＴＯＣの除去能力は高くなっ
ていることが分かる。
【００５１】図８は二酸化チタンを利用した光触媒反応
処理（１）、オゾン処理（２）、光触媒とオゾン併用処
理（３）について反応時間（Ｈ）と総有機炭素（ＴＯ
Ｃ，ｍｇ／ｌ）の関係を示すグラフである。前述したよ
うに二酸化チタンによる光触媒反応処理（１）は前記し
たように表面処理であるため反応速度は遅く、ＴＯＣ処
理速度も遅くなる傾向があり、オゾン処理（２）は処理
基質により処理速度が異なるという選択的な反応をする
ため、ＴＯＣ処理速度が急激に遅くなる傾向がある。
処理（１）、オゾン処理（２）、光触媒とオゾン併用処
理（３）について反応時間（Ｈ）と総有機炭素（ＴＯ
Ｃ，ｍｇ／ｌ）の関係を示すグラフである。前述したよ
うに二酸化チタンによる光触媒反応処理（１）は前記し
たように表面処理であるため反応速度は遅く、ＴＯＣ処
理速度も遅くなる傾向があり、オゾン処理（２）は処理
基質により処理速度が異なるという選択的な反応をする
ため、ＴＯＣ処理速度が急激に遅くなる傾向がある。
【００５２】これに対して本発明を適用した光触媒とオ
ゾン併用処理（３）の場合には、（１）（２）による処
理の弱点を相補してＴＯＣ処理速度を大きく向上させる
ことができる。
ゾン併用処理（３）の場合には、（１）（２）による処
理の弱点を相補してＴＯＣ処理速度を大きく向上させる
ことができる。
【００５３】図９は光触媒処理とオゾン処理及び両者の
併用処理による中間生成物の数と分量を測定したクロマ
トグラムであり、保持時間７〜８分で出現しているのが
３ＣＰである。は処理前の３ＣＰ単独溶液に含まれる
もの、は光触媒処理した場合、はオゾン処理した場
合、は両者の併用処理を行った場合を示している。図
９によれば、光触媒とオゾンの併用処理により中間生成
物の数と分量が最小となっていることが分かる。
併用処理による中間生成物の数と分量を測定したクロマ
トグラムであり、保持時間７〜８分で出現しているのが
３ＣＰである。は処理前の３ＣＰ単独溶液に含まれる
もの、は光触媒処理した場合、はオゾン処理した場
合、は両者の併用処理を行った場合を示している。図
９によれば、光触媒とオゾンの併用処理により中間生成
物の数と分量が最小となっていることが分かる。
【００５４】以上説明したように、第１の実施形態によ
るトータルの反応は、二酸化チタンを利用した光触媒反
応、オゾンによる直接反応、光触媒による溶存オゾン分
解生成活性種による反応の３つが主たる反応であり、特
に担体５にコーティングされた二酸化チタン膜に対する
ブラックライト４の照射光量を最適に制御することによ
って「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される中
間生成物」を抑制するとともに、「光触媒による溶存オ
ゾン分解生成活性種」による反応を増大させることがで
きる。
るトータルの反応は、二酸化チタンを利用した光触媒反
応、オゾンによる直接反応、光触媒による溶存オゾン分
解生成活性種による反応の３つが主たる反応であり、特
に担体５にコーティングされた二酸化チタン膜に対する
ブラックライト４の照射光量を最適に制御することによ
って「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される中
間生成物」を抑制するとともに、「光触媒による溶存オ
ゾン分解生成活性種」による反応を増大させることがで
きる。
【００５５】次に本発明の第２の実施形態を説明する。
この例ではオゾンの選択的な反応の特徴を生かし、被処
理水を最初に図１に示すオゾン反応槽２に流入して１〜
２時間のオゾン処理を光触媒反応の起こらない光遮断下
で流体ポンプ３の駆動により循環させて行う。その後、
ブラックライト４の照射下で二酸化チタンの光触媒反応
とオゾン処理の併用処理を行う。
この例ではオゾンの選択的な反応の特徴を生かし、被処
理水を最初に図１に示すオゾン反応槽２に流入して１〜
２時間のオゾン処理を光触媒反応の起こらない光遮断下
で流体ポンプ３の駆動により循環させて行う。その後、
ブラックライト４の照射下で二酸化チタンの光触媒反応
とオゾン処理の併用処理を行う。
【００５６】このオゾン反応槽２でのオゾン直接反応処
理により生成した中間生成物を「光触媒による溶存オゾ
ン分解生成活性種」により分解することができて、水質
浄化作用を高めることができる。
理により生成した中間生成物を「光触媒による溶存オゾ
ン分解生成活性種」により分解することができて、水質
浄化作用を高めることができる。
【００５７】次に本発明の第３の実施形態を説明する。
この場合には被処理水を最初に図１に示すオゾン反応槽
２に流入して１〜２時間のオゾン処理を光触媒反応の起
こらない光遮断下で流体ポンプ３の駆動により循環させ
て行う。その後、ブラックライト４の照射下で二酸化チ
タンの光触媒処理を行う。この光触媒処理のもつ非選択
的な反応により、オゾン直接反応処理により生じた中間
生成物を無機化することができる。
この場合には被処理水を最初に図１に示すオゾン反応槽
２に流入して１〜２時間のオゾン処理を光触媒反応の起
こらない光遮断下で流体ポンプ３の駆動により循環させ
て行う。その後、ブラックライト４の照射下で二酸化チ
タンの光触媒処理を行う。この光触媒処理のもつ非選択
的な反応により、オゾン直接反応処理により生じた中間
生成物を無機化することができる。
【００５８】二酸化チタンによる光触媒反応は非選択的
な反応であるが、大きな分子であればあるほど処理に時
間がかかるという特性がある。従って予めオゾン処理に
より、細分化した中間生成物、即ち、小さくなった中間
生成物の分子を光触媒反応で処理すれば、「光触媒によ
る溶存オゾン分解生成活性種」による処理効果が大きく
なるものと考えられる。
な反応であるが、大きな分子であればあるほど処理に時
間がかかるという特性がある。従って予めオゾン処理に
より、細分化した中間生成物、即ち、小さくなった中間
生成物の分子を光触媒反応で処理すれば、「光触媒によ
る溶存オゾン分解生成活性種」による処理効果が大きく
なるものと考えられる。
【００５９】第３の実施形態は第２の実施形態に較べて
被処理水の処理速度が遅くなるが、オゾンの光分解に伴
う活性酸素種の振る舞いに留意する必要がないため、シ
ステムとしては簡素化されるという特長を有している。
被処理水の処理速度が遅くなるが、オゾンの光分解に伴
う活性酸素種の振る舞いに留意する必要がないため、シ
ステムとしては簡素化されるという特長を有している。
【００６０】図１０は本発明の第４の実施形態を示す概
要図であり、主要な構成要素は図１に示す第１の実施形
態と基本的に同一であるため、同一の構成部分に同一の
符号を付して表示してある。
要図であり、主要な構成要素は図１に示す第１の実施形
態と基本的に同一であるため、同一の構成部分に同一の
符号を付して表示してある。
【００６１】１は光触媒反応槽、３は循環用流体ポン
プ、４は光源としてのブラックライトであり、光触媒反
応槽１の底壁近傍には予め二酸化チタン膜がコーティン
グされた担体５が配置され、光触媒反応槽１の上面は透
明材料で構成された蓋材１ａで被覆されている。
プ、４は光源としてのブラックライトであり、光触媒反
応槽１の底壁近傍には予め二酸化チタン膜がコーティン
グされた担体５が配置され、光触媒反応槽１の上面は透
明材料で構成された蓋材１ａで被覆されている。
【００６２】又、流体ポンプ３と光触媒反応槽１間を連
結する大径の管体１０ａの略中間部に、オゾンガスの注
入管６が挿入されている。その他の構成は図１に示した
例と一致している。
結する大径の管体１０ａの略中間部に、オゾンガスの注
入管６が挿入されている。その他の構成は図１に示した
例と一致している。
【００６３】この例では、第１の実施形態におけるオゾ
ン反応槽２を省略し、これに代えて流体ポンプ３と光触
媒反応槽１間の光触媒反応領域にある管体１０ａの略中
間部にオゾンガスの注入管６を配備したことが特徴とな
っている。
ン反応槽２を省略し、これに代えて流体ポンプ３と光触
媒反応槽１間の光触媒反応領域にある管体１０ａの略中
間部にオゾンガスの注入管６を配備したことが特徴とな
っている。
【００６４】かかる構成によれば、光触媒反応槽１内に
貯留された被処理水に対して、ブラックライト４から担
体４に波長３００〜４２０ｎｍの任意の波長の光が発せ
られて二酸化チタンによる光触媒反応が行われ、次に流
体ポンプ３の作用により被処理水が管体８を介して該流
体ポンプ３から管体１０ａに送り込まれる。
貯留された被処理水に対して、ブラックライト４から担
体４に波長３００〜４２０ｎｍの任意の波長の光が発せ
られて二酸化チタンによる光触媒反応が行われ、次に流
体ポンプ３の作用により被処理水が管体８を介して該流
体ポンプ３から管体１０ａに送り込まれる。
【００６５】管体１０ａの略中間部に配備した注入管６
からオゾンガスが注入され、被処理水とオゾンガスとが
混合して気液接触が行われ、オゾンガス中のオゾンが被
処理水中に溶解する。そして溶存オゾンを含む被処理水
が光触媒反応槽１内に流入して、被処理水に含まれてい
る溶存オゾンが光触媒反応槽１内で二酸化チタンを用い
た光触媒反応により分解され、「光触媒による溶存オゾ
ン分解生成活性種」により、被処理水中の有機物と「オ
ゾン直接反応により生成する中間生成物」等の有害物質
の無機化処理が行われる。
からオゾンガスが注入され、被処理水とオゾンガスとが
混合して気液接触が行われ、オゾンガス中のオゾンが被
処理水中に溶解する。そして溶存オゾンを含む被処理水
が光触媒反応槽１内に流入して、被処理水に含まれてい
る溶存オゾンが光触媒反応槽１内で二酸化チタンを用い
た光触媒反応により分解され、「光触媒による溶存オゾ
ン分解生成活性種」により、被処理水中の有機物と「オ
ゾン直接反応により生成する中間生成物」等の有害物質
の無機化処理が行われる。
【００６６】第４の実施形態の場合、二酸化チタンによ
る光触媒反応領域でオゾンガスの注入を行うことが操作
上の特徴となっている。これにより金属イオンなど光触
媒反応を低減させる要因を物理的なオゾンバブルによる
除去と化学的なオゾン反応を行わせ、二酸化チタンによ
る光触媒を遂行する担体５の表面を常時クリーンな状態
に保つことができる。従って処理環境に左右されない処
理方法を実現することが可能となる。
る光触媒反応領域でオゾンガスの注入を行うことが操作
上の特徴となっている。これにより金属イオンなど光触
媒反応を低減させる要因を物理的なオゾンバブルによる
除去と化学的なオゾン反応を行わせ、二酸化チタンによ
る光触媒を遂行する担体５の表面を常時クリーンな状態
に保つことができる。従って処理環境に左右されない処
理方法を実現することが可能となる。
【００６７】次に本発明の第５の実施形態を説明する。
この場合には図１に示す第１の実施形態と同一の処理装
置をそのまま利用し、ブラックライト４による照射光量
を被処理水の持つ負荷に応じて変化させることにより、
ＴＯＣ処理速度の向上と中間生成物の低減をはかること
が動作上の特徴となっている。
この場合には図１に示す第１の実施形態と同一の処理装
置をそのまま利用し、ブラックライト４による照射光量
を被処理水の持つ負荷に応じて変化させることにより、
ＴＯＣ処理速度の向上と中間生成物の低減をはかること
が動作上の特徴となっている。
【００６８】以上本発明の第１〜第５の実施形態の説明
を行ったが、各実施の形態において、二酸化チタンによ
る光触媒反応とオゾンによる反応との併用処理を行うこ
とにより、各々の単独処理による弱点を相補し、二酸化
チタンを利用した光触媒反応、オゾン直接反応、光触媒
による溶存オゾン分解生成活性種を利用した反応が協同
的に起こる。更に「オゾン直接反応により生成する中間
生成物」は光触媒による分解と、「光触媒による溶存オ
ゾン分解生成活性種」による分解とにより無機化処理す
ることができるという特徴がある。
を行ったが、各実施の形態において、二酸化チタンによ
る光触媒反応とオゾンによる反応との併用処理を行うこ
とにより、各々の単独処理による弱点を相補し、二酸化
チタンを利用した光触媒反応、オゾン直接反応、光触媒
による溶存オゾン分解生成活性種を利用した反応が協同
的に起こる。更に「オゾン直接反応により生成する中間
生成物」は光触媒による分解と、「光触媒による溶存オ
ゾン分解生成活性種」による分解とにより無機化処理す
ることができるという特徴がある。
【００６９】図１１は本発明で用いた二酸化チタンによ
る光触媒反応を効果的に遂行させるための第６の実施形
態である光触媒装置の具体例であり、１１は透明体で構
成された反応セルであって、この反応セル１１の内部に
は、二酸化チタンが固定されたハニカム状の担体５が配
置されている。この反応セル１１の外方には複数本のブ
ラックライト４が平行に配備されている。１１ａはオゾ
ン処理された被処理水の流入口、１１ｂは同流出口であ
る。
る光触媒反応を効果的に遂行させるための第６の実施形
態である光触媒装置の具体例であり、１１は透明体で構
成された反応セルであって、この反応セル１１の内部に
は、二酸化チタンが固定されたハニカム状の担体５が配
置されている。この反応セル１１の外方には複数本のブ
ラックライト４が平行に配備されている。１１ａはオゾ
ン処理された被処理水の流入口、１１ｂは同流出口であ
る。
【００７０】この例では、ブラックライト４側の反応セ
ル１１の壁面と担体５間の隙間αをできる限り薄く形成
することにより、光による溶存オゾンの分解を防止して
効率的な光触媒反応を遂行することができる。
ル１１の壁面と担体５間の隙間αをできる限り薄く形成
することにより、光による溶存オゾンの分解を防止して
効率的な光触媒反応を遂行することができる。
【００７１】図１２は光ファイバー１２を利用した本発
明の第７の実施形態を示す光触媒装置の例であり、光フ
ァイバー１２のコア部１３は五酸化タンタル（Ｔａ
2Ｏ5）で構成され、該コア部１３をカバーするクラッド
部１４は二酸化チタン（ＴｉＯ2）で構成されている。
従ってコア部１３と二酸化チタンで構成されたクラッド
部１４により光触媒反応を生起させることができる。
明の第７の実施形態を示す光触媒装置の例であり、光フ
ァイバー１２のコア部１３は五酸化タンタル（Ｔａ
2Ｏ5）で構成され、該コア部１３をカバーするクラッド
部１４は二酸化チタン（ＴｉＯ2）で構成されている。
従ってコア部１３と二酸化チタンで構成されたクラッド
部１４により光触媒反応を生起させることができる。
【００７２】この例では、使用時に光ファイバー１２を
被処理水中に浸漬した際に、コア部１３とクラッド部１
４間で光触媒反応が進行し、被処理水中に光が漏れない
ため、溶存オゾンの光分解により生成する活性種に起因
する中間生成物が生じないという特徴がある。
被処理水中に浸漬した際に、コア部１３とクラッド部１
４間で光触媒反応が進行し、被処理水中に光が漏れない
ため、溶存オゾンの光分解により生成する活性種に起因
する中間生成物が生じないという特徴がある。
【００７３】図１３は光ファイバー１２ａを利用した本
発明の第８の実施形態を示す光触媒装置の例であり、こ
の例では光ファイバー１２ａのクラッド部１４ａに部分
的な切欠部１４ｂを形成して、該切欠部１４ｂ内に二酸
化チタン膜１６を固定してある。従ってコア部１３と二
酸化チタンで構成された膜１６により光触媒反応を生起
させることができる。
発明の第８の実施形態を示す光触媒装置の例であり、こ
の例では光ファイバー１２ａのクラッド部１４ａに部分
的な切欠部１４ｂを形成して、該切欠部１４ｂ内に二酸
化チタン膜１６を固定してある。従ってコア部１３と二
酸化チタンで構成された膜１６により光触媒反応を生起
させることができる。
【００７４】図１４は光ファイバー１２ａを利用した本
発明の第９の実施形態を示す光触媒装置の例であり、こ
の例ではファイバー端面に入射した光νが徐々に漏れる
漏光型ファイバー１２ａの側面に光触媒１２ｂを塗布し
たことにより、光触媒反応を生起させることができる
（漏光型ファイバーに関しては第４回シンポジウム「光
触媒反応の最近の展開」１９９７年１２月１２日発行を
参照）。
発明の第９の実施形態を示す光触媒装置の例であり、こ
の例ではファイバー端面に入射した光νが徐々に漏れる
漏光型ファイバー１２ａの側面に光触媒１２ｂを塗布し
たことにより、光触媒反応を生起させることができる
（漏光型ファイバーに関しては第４回シンポジウム「光
触媒反応の最近の展開」１９９７年１２月１２日発行を
参照）。
【００７５】図１２，図１３，図１４の各例では、使用
時に図１５に示したように光ファイバー１２をループ状
にセットして反応セル１１内に流入させた被処理水中に
浸漬し、光ファイバー１２の一端をソース部１５に接続
することにより、該ループ状光ファイバー１２の内部か
ら発生する光によって光触媒反応を行わせることができ
る。従って前記例におけるブラックライト４とか二酸化
チタンの担体を別途に設ける必要がないという特徴があ
る。
時に図１５に示したように光ファイバー１２をループ状
にセットして反応セル１１内に流入させた被処理水中に
浸漬し、光ファイバー１２の一端をソース部１５に接続
することにより、該ループ状光ファイバー１２の内部か
ら発生する光によって光触媒反応を行わせることができ
る。従って前記例におけるブラックライト４とか二酸化
チタンの担体を別途に設ける必要がないという特徴があ
る。
【００７６】図１６は本発明の第１０の実施形態を示す
光触媒装置例であり、前記光ファイバー１２の多数本を
用いて網目状に織ることにより、光触媒シート１７を構
成している。使用時にはこの光触媒シート１７を図１１
に示す反応セル１１の内部に配置して、この光触媒シー
ト１７の内部から発生する光によって光触媒反応を行わ
せることができる。
光触媒装置例であり、前記光ファイバー１２の多数本を
用いて網目状に織ることにより、光触媒シート１７を構
成している。使用時にはこの光触媒シート１７を図１１
に示す反応セル１１の内部に配置して、この光触媒シー
ト１７の内部から発生する光によって光触媒反応を行わ
せることができる。
【００７７】図１７，図１８は本発明の第１１の実施形
態を示す光触媒装置例であり、石英ファイバー１８の先
端部に二酸化チタンの被覆部１９を形成し、この石英フ
ァイバー１８を多数本束ねて図１９に示したようにバン
ドル状に構成する。尚、図１８は図１７のＢ部分の拡大
図、図１９は図１７のＡ矢視図である。
態を示す光触媒装置例であり、石英ファイバー１８の先
端部に二酸化チタンの被覆部１９を形成し、この石英フ
ァイバー１８を多数本束ねて図１９に示したようにバン
ドル状に構成する。尚、図１８は図１７のＢ部分の拡大
図、図１９は図１７のＡ矢視図である。
【００７８】使用時にはバンドル状に束ねた石英ファイ
バー１８を単に反応セル１１内に挿入するだけで、光触
媒反応を生起させることができる。
バー１８を単に反応セル１１内に挿入するだけで、光触
媒反応を生起させることができる。
【００７９】図２０（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１２の実
施形態を示す光触媒装置例であり、円筒状反応セル２０
内の中心位置にブラックライト４を配置し、反応セル２
０の内側の長手方向に沿う部位でブラックライト４を囲
繞する位置に、予め二酸化チタンが固定されて箱状に形
成したハニカム状の担体２１，２１を配置してある。
施形態を示す光触媒装置例であり、円筒状反応セル２０
内の中心位置にブラックライト４を配置し、反応セル２
０の内側の長手方向に沿う部位でブラックライト４を囲
繞する位置に、予め二酸化チタンが固定されて箱状に形
成したハニカム状の担体２１，２１を配置してある。
【００８０】第１２の実施形態によれば、ブラックライ
ト４から各二酸化チタンの担体２１，２１に対して一定
光量の光を照射することができる。
ト４から各二酸化チタンの担体２１，２１に対して一定
光量の光を照射することができる。
【００８１】図２１（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１３の実
施形態を示す光触媒装置例であり、図２０の実施形態の
変形例に相当する。即ち、円筒状反応セル２０内の中心
位置にブラックライト４を配置し、このブラックライト
４の長手方向に沿う近接した位置で該ブラックライト４
を囲繞する位置に、予め二酸化チタンが固定されて同心
円状に形成されて放射状部を有するハニカム状の担体２
２，２２を配置してある。図２２（Ａ）（Ｂ）は担体２
２のみを取り出して示している。
施形態を示す光触媒装置例であり、図２０の実施形態の
変形例に相当する。即ち、円筒状反応セル２０内の中心
位置にブラックライト４を配置し、このブラックライト
４の長手方向に沿う近接した位置で該ブラックライト４
を囲繞する位置に、予め二酸化チタンが固定されて同心
円状に形成されて放射状部を有するハニカム状の担体２
２，２２を配置してある。図２２（Ａ）（Ｂ）は担体２
２のみを取り出して示している。
【００８２】第１３の実施形態によれば、ハニカム状の
担体２２が同心円状で且つ放射状部を有することによっ
て、ブラックライト４から発する一定光量の光が効率良
く担体２２に照射され、光触媒反応の効率を高めるとと
もに反応にばらつきが生じないという効果が得られる。
担体２２が同心円状で且つ放射状部を有することによっ
て、ブラックライト４から発する一定光量の光が効率良
く担体２２に照射され、光触媒反応の効率を高めるとと
もに反応にばらつきが生じないという効果が得られる。
【００８３】図２３（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１４の実
施形態を示す光触媒装置例であり、円筒状反応セル２０
内の中心位置にブラックライト４を配置し、このブラッ
クライト４の長手方向に沿う表面部分に直接二酸化チタ
ンの膜がコーティングされている。
施形態を示す光触媒装置例であり、円筒状反応セル２０
内の中心位置にブラックライト４を配置し、このブラッ
クライト４の長手方向に沿う表面部分に直接二酸化チタ
ンの膜がコーティングされている。
【００８４】第１４の実施形態によれば、ブラックライ
ト４の表面部分に直接二酸化チタンの膜がコーティング
されたことにより、二酸化チタンによる光触媒反応効率
の向上をはかることができる。
ト４の表面部分に直接二酸化チタンの膜がコーティング
されたことにより、二酸化チタンによる光触媒反応効率
の向上をはかることができる。
【００８５】図２４は本発明の第１５の実施形態を示す
光触媒装置例であり、この例は多数本の光ファイバー１
２をバンドル状に束ね、このバンドル状光ファイバーの
側面から夫々１本づつ螺旋状の孔部２１，２１を形成し
て、この孔部２１，２１内に二酸化チタンの膜１６を固
定している。使用時にはバンドル状に束ねた光ファイバ
ー１２を単に反応セル１１内に挿入するだけで、光触媒
反応を生起させることができる。
光触媒装置例であり、この例は多数本の光ファイバー１
２をバンドル状に束ね、このバンドル状光ファイバーの
側面から夫々１本づつ螺旋状の孔部２１，２１を形成し
て、この孔部２１，２１内に二酸化チタンの膜１６を固
定している。使用時にはバンドル状に束ねた光ファイバ
ー１２を単に反応セル１１内に挿入するだけで、光触媒
反応を生起させることができる。
【００８６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光触媒とオゾン併用処理による水処理方法によれ
ば、有機物を含有する被処理水に所定の注入率を保って
オゾンガスを注入溶解し、更に光触媒反応槽内で光源か
ら発せられる均一で所定の光量範囲にある光を二酸化チ
タンの担体に照射することにより、光触媒反応とオゾン
による直接反応及び光触媒による溶存オゾン分解生成活
性種との協同作用によって被処理水中の有機物と、「オ
ゾン直接反応により生成する中間生成物」を無機物とし
て無害化処理することができる。
かる光触媒とオゾン併用処理による水処理方法によれ
ば、有機物を含有する被処理水に所定の注入率を保って
オゾンガスを注入溶解し、更に光触媒反応槽内で光源か
ら発せられる均一で所定の光量範囲にある光を二酸化チ
タンの担体に照射することにより、光触媒反応とオゾン
による直接反応及び光触媒による溶存オゾン分解生成活
性種との協同作用によって被処理水中の有機物と、「オ
ゾン直接反応により生成する中間生成物」を無機物とし
て無害化処理することができる。
【００８７】従ってトータルの反応は、二酸化チタンを
利用した光触媒反応、オゾン直接反応、光触媒による溶
存オゾン分解生成活性種を利用した反応が主となり、特
に担体に固定された二酸化チタン膜に対する光源からの
照射光量を最適に制御することにより、処理基質及び照
射強度条件によってオゾン処理後に本来発生すべきでは
ない「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される中
間生成物」を最小限とし、水処理効率を高めることがで
きる。
利用した光触媒反応、オゾン直接反応、光触媒による溶
存オゾン分解生成活性種を利用した反応が主となり、特
に担体に固定された二酸化チタン膜に対する光源からの
照射光量を最適に制御することにより、処理基質及び照
射強度条件によってオゾン処理後に本来発生すべきでは
ない「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される中
間生成物」を最小限とし、水処理効率を高めることがで
きる。
【００８８】又、本発明による光触媒とオゾン併用処理
による各種の水処理装置、特に光ファイバーを用いた光
触媒装置によれば、基本的に被処理水中に光が漏れない
ため、「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される
中間生成物」が生じないという効果が得られ、更に光フ
ァイバーから効率よく光触媒を生起させることができる
光量の光を供給することができるとともに、照射光量の
限定を受けないという効果が得られる。
による各種の水処理装置、特に光ファイバーを用いた光
触媒装置によれば、基本的に被処理水中に光が漏れない
ため、「溶存オゾン光分解生成活性種により生成される
中間生成物」が生じないという効果が得られ、更に光フ
ァイバーから効率よく光触媒を生起させることができる
光量の光を供給することができるとともに、照射光量の
限定を受けないという効果が得られる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概要図。
【図２】オゾン処理による３ＣＰの主な変化と反応速度
の相違を示す概要図。
の相違を示す概要図。
【図３】３ＣＰのオゾン処理により生成する中間生成物
の代表例を光触媒反応で処理した際のＣＯ2生成速度を
示す概要図。
の代表例を光触媒反応で処理した際のＣＯ2生成速度を
示す概要図。
【図４】光触媒とオゾン併用処理のイメージ図。
【図５】３ＣＰ水溶液の併用処理における照射光量の違
いによる中間生成物の数を示すグラフ。
いによる中間生成物の数を示すグラフ。
【図６】中間生成物の照射光量依存性を示すクロマトグ
ラム。
ラム。
【図７】照射光量を変えて処理した場合のＴＯＣ処理速
度の変化を示すグラフ。
度の変化を示すグラフ。
【図８】光触媒とオゾン反応の各単独処理及び併用処理
におけるＴＯＣ処理速度を示すグラフ。
におけるＴＯＣ処理速度を示すグラフ。
【図９】各単独処理及び併用処理による中間生成物の数
と生成量を表わしたクロマトグラム。
と生成量を表わしたクロマトグラム。
【図１０】本発明の第４の実施形態を示す概要図。
【図１１】本発明の第６の実施形態である光触媒装置の
具体例を示す要部断面図。
具体例を示す要部断面図。
【図１２】本発明の第７の実施形態である光触媒装置の
要部斜視図。
要部斜視図。
【図１３】本発明の第８の実施形態である光触媒装置の
要部断面図。
要部断面図。
【図１４】本発明の第９の実施形態である光触媒装置の
要部断面図。
要部断面図。
【図１５】第７，第８，第９の実施形態の使用時の態様
を示す概要図。
を示す概要図。
【図１６】本発明の第１０の実施形態である光触媒装置
の平面図。
の平面図。
【図１７】本発明の第１１の実施形態である光触媒装置
の斜視図。
の斜視図。
【図１８】図１７の要部拡大図。
【図１９】図１７のＡ方向からの矢視図。
【図２０】図２０（Ａ）は本発明の第１２の実施形態で
ある光触媒装置の平面図、図２０（Ｂ）は同側面図。
ある光触媒装置の平面図、図２０（Ｂ）は同側面図。
【図２１】図２１（Ａ）は本発明の第１３の実施形態で
ある光触媒装置の平面図、図２１（Ｂ）は同側面図。
ある光触媒装置の平面図、図２１（Ｂ）は同側面図。
【図２２】図２２（Ａ）は図２１の担体のみ取り出して
示す平面図、図２２（Ｂ）は同側面図。
示す平面図、図２２（Ｂ）は同側面図。
【図２３】図２３（Ａ）は本発明の第１４の実施形態で
ある光触媒装置の平面図、図２３（Ｂ）は同側面図。
ある光触媒装置の平面図、図２３（Ｂ）は同側面図。
【図２４】本発明の第１５の実施形態である光触媒装置
の側面図。
の側面図。
【図２５】光触媒とオゾン処理の各単独処理及び併用処
理により３ＣＰの総量が時間の経過に伴って減少する状
態を示したグラフ。
理により３ＣＰの総量が時間の経過に伴って減少する状
態を示したグラフ。
１…光触媒反応槽 １ａ…蓋材 ２…オゾン反応槽 ３…流体ポンプ ４…ブラックライト ５…（二酸化チタンの）担体 ６…（オゾンガスの）注入管 ７…（オゾンガスの）排出管 １１…反応セル １２，１２ａ…光ファイバー １２ｂ…光触媒 １３…コア部 １４…クラッド部 １４…光触媒シート １８…石英ファイバー ２０…円筒状反応セル ２１，２２…担体 ２３…（二酸化チタンの）膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592116165 橋本 和仁 神奈川県横浜市栄区飯島町2073番地の２ ニューシティ本郷台Ｄ棟213号 (72)発明者 藤嶋 昭 神奈川県川崎市中原区中丸子710番地５ (72)発明者 橋本 和仁 神奈川県横浜市栄区飯島町2073番地２ ニ ューシティ本郷台Ｄ棟213号 (72)発明者 渡部 俊也 神奈川県藤沢市鵠沼海岸６−15−７ (72)発明者 田川 良彦 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 4D037 AB14 AB18 BA16 BA18 BB01 CA12 4D050 AB07 AB11 AB19 BB01 BB02 BC04 BC09 BD06 BD08 CA07 4G069 AA01 AA03 BA04A BA04B BA48A CA05 CA07 CA11 CA19 DA06 EA03X EA03Y EA06 EA08 EA09 EA13 EA16 EA18 FB23
Claims (14)
- 【請求項１】 有機物を含有する被処理水に、所定の注
入率を保ってオゾンガスを注入溶解し、二酸化チタンの
担体が配置された光触媒反応槽内で、溶存オゾンを含む
被処理水に光源から発せられる均一で所定の光量範囲に
ある光を照射して光触媒反応を生起させ、この光触媒反
応とオゾン直接反応及び光触媒による溶存オゾン分解生
成活性種による反応の主として３つの反応により、被処
理水中の有機物を無機化処理することを特徴とする、光
触媒とオゾン併用処理による水処理方法。 - 【請求項２】 前記オゾン直接反応により生成する中間
生成物を、光触媒反応と、光触媒による溶存オゾン分解
生成活性種による反応で無機化処理することを特徴とす
る、光触媒とオゾン併用処理による水処理方法。 - 【請求項３】 有機物を含有する被処理水に、所定の注
入率を保ってオゾンガスの注入処理を行った後に、光源
から溶存オゾン光分解活性種により生成される中間生成
物が最小限となる光量範囲の均一な光を選択的に照射し
て、光触媒反応を生起させることを特徴とする請求項１
又は２に記載の光触媒とオゾン併用処理による水処理方
法。 - 【請求項４】 光源として波長が３００〜４２０ｎｍの
任意の波長の光を発するブラックライトを用いたことを
特徴とする請求項１，２又は３に記載の光触媒とオゾン
併用処理による水処理方法。 - 【請求項５】 オゾンが溶解した被処理水の流入口と流
出口を持つ反応セルの内部に、二酸化チタンが固定され
たハニカム状の担体を、溶存オゾン光分解活性種により
生成される中間生成物が最小限となる位置に配置し、該
反応セルの外方に単数又は複数本のブラックライトを配
置したことを特徴とする、光触媒とオゾン併用処理によ
る水処理装置。 - 【請求項６】 光ファイバーのコア部を五酸化タンタル
で構成し、該光ファイバーのクラッド部を二酸化チタン
で構成したことを特徴とする、光触媒とオゾン併用処理
による水処理装置。 - 【請求項７】 光ファイバーのクラッド部の適宜位置に
切欠部を形成して、該切欠部内に二酸化チタン膜を固定
したことを特徴とする、光触媒とオゾン併用処理による
水処理装置。 - 【請求項８】 光ファイバーの側面に光触媒を塗布した
ことにより、ファイバー端面に入射した光が徐々に漏れ
る漏光型ファイバーを用いたことを特徴とする、光触媒
とオゾン併用処理による水処理装置。 - 【請求項９】 光ファイバーをループ状にして反応セル
内に流入させたオゾンが溶解した被処理水中に浸漬し、
該光ファイバーの内部から発生する光によって光触媒反
応を行わせることを特徴とする、請求項６，７又は８に
記載の光触媒とオゾン併用処理による水処理装置。 - 【請求項１０】 光ファイバーの多数本を用いて網目状
に織ることにより、光触媒シートを構成したことを特徴
とする、請求項６，７又は８に記載の光触媒とオゾン併
用処理による水処理装置。 - 【請求項１１】 光ファイバーの先端部に二酸化チタン
の被覆部を形成したことを特徴とする、光触媒とオゾン
併用処理による水処理装置。 - 【請求項１２】 円筒状反応セル内の中心位置にブラッ
クライトを配置し、該反応セルの内側の長手方向に沿う
部位でブラックライトを囲繞する位置に、予め二酸化チ
タンが固定された担体を配置したことを特徴とする、光
触媒とオゾン併用処理による水処理装置。 - 【請求項１３】 円筒状反応セル内の中心位置にブラッ
クライトを配置し、このブラックライトの長手方向に沿
う近接した位置で該ブラックライトを囲繞する位置に、
予め二酸化チタンが固定されて同心円状に形成されて放
射状部を有する担体を配置したことを特徴とする、光触
媒とオゾン併用処理による水処理装置。 - 【請求項１４】 円筒状反応セル内の中心位置にブラッ
クライトを配置し、このブラックライトの長手方向に沿
う表面部分に二酸化チタンの膜をコーティングしたこと
を特徴とする、光触媒とオゾン併用処理による水処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171784A JP2000005747A (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 光触媒とオゾン併用処理による水処理方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171784A JP2000005747A (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 光触媒とオゾン併用処理による水処理方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000005747A true JP2000005747A (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=15929630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10171784A Pending JP2000005747A (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 光触媒とオゾン併用処理による水処理方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000005747A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6486533B2 (en) * | 1998-06-30 | 2002-11-26 | Semitool, Inc. | Metallization structures for microelectronic applications and process for forming the structures |
| JP2002350646A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-04 | Hiroshima Pref Gov | 光触媒担持用ガラス構造体 |
-
1998
- 1998-06-18 JP JP10171784A patent/JP2000005747A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6486533B2 (en) * | 1998-06-30 | 2002-11-26 | Semitool, Inc. | Metallization structures for microelectronic applications and process for forming the structures |
| JP2002350646A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-04 | Hiroshima Pref Gov | 光触媒担持用ガラス構造体 |
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