JP2000107753A

JP2000107753A - 水処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2000107753A
Application number: JP27976398A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Takahashi; 和義高橋
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理水を浄化する能力を向上させうる水処
理方法及び装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の水処理方法は、光出射源７が浸
漬された処理槽３の被処理水１中に光触媒微粒子４を存
在させ、光出射源７から発せられる光を光触媒４に照射
して被処理水１を浄化する水処理方法において、被処理
水１中に光触媒４を付着させた浮遊固体５を存在させ、
被処理水１にガスを供給して被処理水１、浮遊固体５を
流動化させ、光出射源７の汚れを防止しつつ被処理水を
処理する構成である。この場合、被処理水１にガスを供
給すると、光触媒４を付着させた浮遊固体５および被処
理水１が流動化され、浮遊固体５の衝突で光出射源７へ
の付着物が効果的に剥離され、絶えずきれいな状態に保
持される。従って、光出射源７からの光が光触媒４に長
期間十分に照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理水中に存在
する光触媒に光を照射して被処理水を浄化する水処理方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理水中の有害有機物や微生物類等を
処理する水処理方法として、従来は、活性炭による吸着
法、オゾンや塩素等による酸化処理法が利用されていた
が、近年、例えばＴｉＯ₂等の光触媒の存在下に光を照
射して有害有機物や微生物類を分解あるいは滅菌させる
水処理方法が提案されている。例えば、被処理水中に光
触媒微粒子を懸濁させて光触媒微粒子に光を照射し、被
処理水の浄化を図る方法が知られている。この場合、光
触媒微粒子の粒径が微小であるので、処理中又は処理後
の光触媒微粒子の分離回収が困難である。

【０００３】そこで、光触媒微粒子の分離回収の問題を
解決し得る方法として、例えば特開平７−１４８４３４
号公報に開示される水処理方法が知られている。この方
法は、光触媒微粒子を多孔体等の担体表面に被覆して使
用する方法で、光触媒微粒子に対して効率的に光照射を
行うべく被処理水中に光源を設置し、光源から発せられ
る光を光触媒微粒子に照射して被処理水の浄化を図るも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開平７−１４８４３４号公報に記載の方法では、分
離回収の問題は解決し得るものの、被処理水を十分に浄
化することができないという問題がある。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、被処理水を浄
化する能力を向上させうる水処理方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前述した従
来の水処理方法のもつ問題点について検討した結果、被
処理水中に光源を設置する場合、光源の照射面の汚れに
より光の透過性が低下し、被処理水を浄化する能力が経
時的に劣化していくことを見出した。ここで、この問題
を解決するために照射面の汚れを人の手で定期的に拭き
取るか、機械的に拭き取る方法が考えられるが、これら
の方法では手間が掛かり、特に、自動化された機械的な
方法ではそれなりの付帯設備が必要になる。

【０００７】そこで、本発明者は、ガスバブリングによ
り被処理水を流動化させて、光源の光照射面の汚れを防
止しうることを見い出した。ここで、ＴｉＯ₂等の触媒
微粒子を懸濁させた被処理水に空気を供給して流動化さ
せ、照射面の汚れ防止することが考えられるが、光触媒
微粒子の衝突エネルギーでは照射面の付着物を剥離させ
るのに必要なせん断力が不足し、照射面の汚れを抑制す
ることができないおそれがある。このため、本発明者
は、光触媒微粒子を浮遊固体に付着させ、この浮遊固体
を空気等のバブリングにより流動化させることで、その
流動化した浮遊固体の衝突（せん断力）で光照射面の付
着物が剥離され、照射面を絶えずきれいな状態に保持で
きることを見出し、本発明を完成させた。

【０００８】即ち、本発明の水処理方法は、光出射源が
浸漬された処理槽の被処理水中に光触媒微粒子を存在さ
せ、光出射源から発せられる光を光触媒微粒子に照射し
て被処理水を浄化する水処理方法において、被処理水中
に光触媒粒子を付着させた浮遊固体を存在させ、被処理
水にガスを供給して被処理水および浮遊固体を流動化さ
せ、光出射源の汚れを防止しつつ被処理水を処理するこ
とを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、被処理水にガスを供給
すると、光触媒微粒子を付着させた浮遊固体および被処
理水が流動化される。このため、その流動化した浮遊固
体の衝突で光出射源への付着物が効果的に剥離され、光
出射源が絶えずきれいな状態に保持される。従って、光
出射源から発せられる光が光触媒微粒子に十分に照射さ
れ、被処理水中の有害物質と光触媒微粒子とが十分に反
応し、光触媒反応を早めることが可能となる。

【００１０】また、本発明の水処理装置は、光出射源が
浸漬された処理槽の被処理水中に光触媒微粒子を存在さ
せ、光出射源から発せられる光を光触媒微粒子に照射し
て被処理水を浄化する水処理装置において、被処理水中
に投入され、光触媒粒子が付着される浮遊固体と、被処
理水および浮遊固体を流動化させ、処理槽の底部からガ
スを供給するガス供給手段とを備えることを特徴とす
る。この構成の装置によれば、上記方法を有効に実施す
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面と共に本発明の水
処理装置の実施形態について詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明の水処理装置の一実施形態
を示す概略断面図である。図１に示すように、水処理装
置１０においては、有害有機物を含有する被処理水１が
ライン２を通して光触媒反応槽３内に供給される。光触
媒反応槽３内の被処理水１中には、光触媒微粒子４が担
持された浮遊固体５が懸濁されている。ここで、浮遊固
体５としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビ
ニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリウレタ
ン等のプラスチック粒子（球状、柱状、立方体及びそれ
らの形状で中空のものやその他ハニカム状など種々の形
状のものを使用することができる）等、あるいは比較的
軽く、表面積の大きな活性アルミナ、軽石、多孔質セラ
ミック、ゼオライト等の固体（形状はプラスチック材と
同様）が用いられる。浮遊固体５の粒径としては、細か
いほど活性であるが、触媒性能、分離性能の点から通
常、数ｍｍ〜数ｃｍのものが使用される。また、光触媒
微粒子４としては、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タ
ングステン等の酸化物、硫化カドミウム、硫化亜鉛等の
金属硫化物あるいはこれらに白金、金、パラジウム等を
担持した触媒を使用することができる。光触媒微粒子４
としては、比較的安価であり、かつ毒性がなく取り扱い
易い二酸化チタン（ＴｉＯ₂）微粒子が好適に使用され
る。

【００１３】浮遊固体５に光触媒微粒子４を付着させる
場合、プラスチック粒子の表面を溶融して光触媒粒子と
してのＴｉＯ₂微粒子等を接着させるか、プラスチック
粒子の表面に接着剤をつけこれに光触媒微粒子４を接着
保持させる。あるいは上述した活性アルミナ、軽石、多
孔質セラミック、ゼオライト等の固体をＴｉの有機化合
物（例えば、チタンテトラプロポキシド等）より調整し
たゾルに浸漬後、これを約４００〜６００℃程度の温度
で焼成して作ることもできる。以上のような操作によ
り、ｍｍオーダーからμｍオーダー、更にはナノメート
ルオーダーの微細な粒径を有したＴｉＯ₂等の光触媒微
粒子４を浮遊固体５の表面に担持させることができる。

【００１４】光触媒微粒子４が付着した浮遊固体５は、
被処理水１中で空気等のバブリングによる簡単な攪拌で
流動化することが好ましく、そのため含水状態における
見掛け比重が０．５〜４程度であることが好ましい。ま
た、光触媒微粒子４が付着した浮遊固体５の使用量とし
ては反応槽容積の０．１〜３０％、好ましくは１〜２０
％程度である。

【００１５】光触媒反応槽３の被処理水１中には電源６
に電気的に接続された光照射ランプ（光出射源）７が配
置され、光照射によって被処理水１中の有害物質が分解
される。照射する光は、使用する半導体物質（二酸化チ
タン等の触媒成分）を励起する波長（可視及び／又は紫
外光）を含むものであれば使用でき、光照射ランプ７と
しては例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンラン
プ、殺菌灯、ハロゲンランプ、太陽光、エキシマレーザ
光等を用いることができる。尚、図１では光照射ランプ
７を光触媒反応槽３内に設置する場合を示したが、光照
射ランプ７を外部に設置し、光照射ランプ７の光を光フ
ァイバー等で伝送し、光触媒反応槽３内に設置した発光
担体（光出射源）に供給して反応槽３内に照射してもよ
い。発光担体としては、例えばガラスあるいは光透過性
のプラスチック等が用いられ、例えば棒状、管状あるい
は板状のものが用いられる。そして、この発光担体の汚
れをより防止するために、あるいは光触媒反応槽３内の
被処理水１をより攪拌するために発光担体を回転させて
使用してもよい。

【００１６】水処理装置１０は、光触媒反応槽３の底部
から被処理水１にガスを供給して浮遊固体５を流動化さ
せるガス供給手段を備えている。ガス供給手段は、光触
媒反応槽３の底部からガスを供給できれば特に限定され
ず、例えばガス供給手段は、図１に示すように、ガス供
給源１１と、そのガス供給源１１から延びるガス供給ラ
イン８とを備えており、ガス供給ライン８の先端部には
複数の気泡発生穴が形成され、これらの気泡発生穴が光
照射ランプ７の下方に配置されている。ガスとしては空
気又は酸素が用いられるが、被処理水１の有害有機物の
酸化分解や殺菌という観点から空気や酸素にオゾンを含
有させたガスが好ましい。尚、水処理装置１０には、光
照射ランプ７の汚れ防止をより改善するためにガス供給
手段に加えて超音波発生装置が設けられてもよい。

【００１７】また、水処理装置１０は、処理された被処
理水１と浮遊固体５とを分離する分離手段を備えてい
る。分離手段としては、例えばスクリーン９が用いら
れ、スクリーン９としては、浮遊固体５を通過させない
程度の目の細かさを有するものが用いられる。スクリー
ン９は、例えば光触媒反応槽３の上側部に配置され、ス
クリーン９で分離された処理水は、ライン１２を通して
外部に取り出される。

【００１８】次に、前述した水処理装置１０の作用につ
いて説明する。

【００１９】ガス供給源からガス供給ライン８にガスを
供給し、気泡発生穴から被処理水１に気泡を供給する
と、気泡は上昇し、光触媒微粒子４を付着させた浮遊固
体５、および被処理水１が混合・流動化される。このた
め、その流動化した浮遊固体５の衝突（せん断力）で光
照射ランプ７の照射面への付着物が効果的に剥離され、
照射面を絶えずきれいな状態に保持することができる。
特に、気泡が光照射ランプ７の下方位置で被処理水１に
供給されると、気泡自体によって光照射ランプ７の照射
面の付着物が剥離され、光照射ランプ７の照射面の洗浄
効率が向上する。従って、光照射ランプ７から発せられ
る光が光触媒微粒子４に長期間十分に照射されることに
なり、被処理水１中の有害物質と光触媒微粒子４とが十
分に反応し、光触媒反応を早めることが可能となる。そ
の結果、被処理水１の浄化能力が十分に向上し、高い処
理性能を維持したまま水処理装置１０の長期安定運転が
可能となる。更に、微小粒径の光触媒微粒子４は、粒径
の大きな浮遊固体５で保持されているので光触媒反応槽
３の外部への流出が防止され、光触媒微粒子４の分離回
収を容易に行うことができる。

【００２０】尚、超音波発生装置により被処理水１に超
音波を付与することが好ましい。この場合、被処理水１
の浄化能力が一層向上する。また、光触媒微粒子４と有
害物質との反応を促進するために、光触媒反応槽３内に
酸又はアルカリを添加してｐＨを調整したり、過酸化水
素等の酸化剤を添加しても良い。

【００２１】また、光触媒微粒子４の酸化力は強いの
で、本発明の水処理方法は、水道水、地下水等の上水処
理や、ゴミ浸出水、し尿、下水、各種工場排水等におけ
る有機物の分解、酸化処理に有効である。

【００２２】以下、実施例により本発明の内容をより具
体的に説明する。

【００２３】

【実施例】図１に示す光触媒槽（有効容積５ｌ）に廃棄
物埋立処分場の浸出水を前処理、生物処理、凝集沈澱処
理及び砂ろ過処理した全有機炭素濃度（ＴＯＣ）４０ｍ
ｇ／ｌの被処理水を毎分０．０５ｌの割合で供給した。
光触媒微粒子としては粒径５ｍｍの球状ポリプロピレン
の表面に粒径約１μｍのＴｉＯ₂粒子を融着させた浮遊
担体触媒を反応槽内の有効容積の１０％（０．５ｌ）だ
け懸濁させて処理した。光照射ランプとしては、石英保
護管を備えた２５Ｗの低圧水銀灯３本を使用した。光触
媒微粒子と被処理水との分離には目開き１ｍｍのスクリ
ーンを使用した。

【００２４】尚、反応槽の底部からは被処理水の攪拌及
び光照射ランプの汚染防止のために空気を毎分２ｌ供給
して１ヶ月間の連続運転を行った。その結果、空気から
なる気泡による浮遊固体の流動化及び光照射面への衝突
によるクリーニング効果により光照射面の汚れはなく、
処理水のＴＯＣ濃度が１０ｐｐｍ以下の良好な結果が得
られた。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光触
媒微粒子が付着した浮遊固体が流動化し、光出射源に対
してクリーニング効果を有するので、光触媒微粒子に対
して光照射が長期間十分になされ、被処理水の浄化能力
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理装置の一実施形態を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１…被処理水、３…光触媒反応槽（処理槽）、４…光触
媒粒子、５…浮遊固体、７…光照射ランプ（光出射
源）、８…ガス供給ライン（ガス供給手段）、１０…水
処理装置、１１…ガス供給源（ガス供給手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光出射源が浸漬された処理槽の被処理水
中に光触媒微粒子を存在させ、前記光出射源から発せら
れる光を前記光触媒微粒子に照射して前記被処理水を浄
化する水処理方法において、前記被処理水中に前記光触媒微粒子を付着させた浮遊固
体を存在させ、前記被処理水にガスを供給して前記被処
理水および前記浮遊固体を流動化させ、前記光出射源の
汚れを防止しつつ前記被処理水を処理することを特徴と
する水処理方法。
【請求項２】前記処理槽内の底部であって前記光出射
源の下方位置で前記ガスを前記被処理水に供給すること
を特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】前記被処理水に超音波を与えることを特
徴とする請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】光出射源が浸漬された処理槽の被処理水
中に光触媒微粒子を存在させ、前記光出射源から発せら
れる光を前記光触媒微粒子に照射して前記被処理水を浄
化する水処理装置において、前記被処理水中に投入され、前記光触媒微粒子を付着さ
せた浮遊固体と、前記被処理水および前記浮遊固体を流動化させ、前記処
理槽の底部からガスを供給するガス供給手段と、を備え
ることを特徴とする水処理装置。
【請求項５】前記被処理水に超音波を与える超音波発
生装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の水処
理装置。