JP2001170625A

JP2001170625A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2001170625A
Application number: JP35379499A
Authority: JP
Inventors: Akio Tamaki; 昭夫田巻
Original assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Current assignee: Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の技術よりも効果的に被処理水中の被処理
物質を分解処理することができ、各種の難分解性の被処
理物質をより効率的に処理することができる水処理装置
を提供する。【解決手段】被処理水に紫外線を照射して被処理水中の
被処理物質を分解処理する水処理装置において、被処理
水に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、酸化剤が混合
された被処理水を加圧する加圧供給ポンプと、紫外線透
過保護管により保護された紫外線ランプ及び光触媒が内
設され、加圧された被処理水に紫外線を照射して被処理
水中の被処理物質を分解処理する加圧式紫外線照射反応
器とを設けたことを特徴とする水処理装置

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水・し尿などの
処理水、河川・湖沼水、廃棄物最終処分場の浸出水又は
各種産業排水などを浄化処理する装置に関するものであ
り、更に詳しくは、酸化剤と紫外線を併用して水を高度
に浄化処理する水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からオゾン、過酸化水素又は次亜塩
素酸塩などの酸化剤の強力な酸化作用を利用して、水中
のＣＯＤ、生物難分解性有機物及び有害有機物を分解し
て水を浄化処理する方法や紫外線の光化学的作用を利用
して水中の病原菌などの微生物を殺菌処理する方法など
が実施されており、また、酸化剤と紫外線を併用し、そ
の相乗効果を利用して水を浄化処理する方法も実施され
ている。

【０００３】前記の酸化剤と紫外線を併用して水を浄化
処理する方法では、酸化剤が紫外線により分解されて、
酸化力の強力なヒドロキシラジカルが生成し、そのヒド
ロキシラジカルにより有機物が酸化分解されるもので、
特開平６−２７７６６０号公報には、オゾン反応装置の
後段に紫外線照射装置を設け、オゾン反応装置にオゾン
（オゾンを含有するガスであり、以下オゾン化ガスとい
う）を供給して被処理水中の有機物をオゾンにより酸化
分解したのちに、紫外線照射装置で紫外線を照射し、発
生したヒドロキシラジカルにより更に酸化分解処理する
装置が開示され、また、特開平１０−１２８３７７号公
報には、紫外線ランプが内設されたオゾン処理槽内の被
処理水中にオゾン化ガスを供給しながら紫外線を照射
し、被処理水中の有機物を酸化分解処理する方法が開示
されている。

【０００４】更に、特開平７−１０８２８５号公報に
は、廃棄物最終処分場の浸出水や各種産業排水などの汚
水中に含まれているダイオキシン類の処理に、オゾン化
ガスを供給しながら紫外線を照射して分解除去する方法
が開示されており、また、特開平１０−７６２９５号公
報には、廃棄物最終処分場の浸出水や各種産業排水など
の汚水中に含まれているダイオキシンや溶解性有機汚濁
物質の処理に、オゾン化ガスを供給しながら紫外線を照
射して分解除去する方法が開示されている。

【０００５】前記従来のオゾンと紫外線を併用して水を
浄化処理する方法では、いずれも常圧下でオゾン化ガス
を散気供給しているが、オゾン化ガスはほとんどが酸素
や窒素であり、オゾン濃度は１０〜２００ｇＯ３／Ｎｍ
３と低く、また、常温、常圧におけるオゾンの水に対す
る溶解度も５〜６ｍｇ／Ｌと極めて低いため、被処理水
中にオゾンが十分に溶解せず、更に、ほとんどのオゾン
化ガスは気泡として流通するため、オゾンとダイオキシ
ンや溶解性有機汚濁物質などの被処理物との接触効率が
低く、被処理物の分解が不十分となる。従って、オゾン
の供給量に対する処理効率が低いという問題がある。

【０００６】また、オゾン化ガスが気泡として流通する
ことにより、紫外線が気泡により吸収され、紫外線を処
理装置内の被処理水全体に照射することができない。従
って、オゾンから酸化力の強いヒドロキシラジカルの発
生が十分行われず、オゾンと紫外線を併用した作用によ
る十分な効果を得ることができず、処理効率も低いとい
う問題もある。

【０００７】本件出願人は、先に前記従来の技術が抱え
る問題に鑑みて、オゾンが溶解した被処理水を加圧式紫
外線照射装置内の加圧下で紫外線を照射してオゾンと紫
外線により処理することにより、オゾンを確実に溶解さ
せ、オゾンからヒドロキシラジカルの発生が十分行わ
れ、その強力な酸化力によりダイオキシン類や生物難分
解性の有機物などの被処理物の分解を促進して水を浄化
処理することのできる水処理装置及び水処理方法を出願
した。（特願平１１−６９３６３号）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記の先に出願した特
願平１１−６９３６３号の発明は、従来の技術よりも効
果的に被処理水中の被処理物質を分解処理することがで
きるが、各種の難分解性の被処理物質をより効率的に処
理することができる水処理装置が望まれていたため、本
発明は、先の出願の発明を基に、より処理効率の高い水
処理装置を提供することを目的として成されたものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の要旨は、請求項１に記載した発明において
は、被処理水に紫外線を照射して被処理水中の被処理物
質を分解処理する水処理装置において、被処理水に酸化
剤を供給する酸化剤供給装置と、酸化剤が混合された被
処理水を加圧する加圧供給ポンプと、紫外線透過保護管
により保護された紫外線ランプ及び光触媒が内設され、
加圧された被処理水に紫外線を照射して被処理水中の被
処理物質を分解処理する加圧式紫外線照射反応器とを設
けたことを特徴とする水処理装置である。

【００１０】また、請求項２に記載した発明において
は、酸化剤供給装置がオゾン化ガスを生成するオゾン発
生器であ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に記載した発明においては、加圧式紫外線
照射反応器に内設される光触媒が、紫外線ランプを保護
する紫外線透過保護管の外側面又は／及び前記反応器の
内壁に被覆して固定されていることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の水処理装置、請求項４に記載した
発明においては、加圧式紫外線照射反応器に内設される
光触媒が、前記反応器の内壁に沿って設けられた長尺担
体の被処理水側表面に被覆して固定されていることを特
徴とする請求項１又は請求項２記載の水処理装置であ
り、また請求項５に記載した発明においては、加圧式紫
外線照射反応器に内設される光触媒が、紫外線ランプの
周囲に併設された複数の紫外線透過性長尺担体の全表面
に被覆して固定されていることを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の水処理装置である。

【００１１】前記において、紫外線透過保護管は、石
英、合成石英ガラスなどの材料で形成された管体であ
る。また、酸化剤としては、オゾン、過酸化水素又は次
亜塩素酸塩などが用いられるが、取扱性や酸化効果など
からオゾンを用いるのが好ましい。また、光触媒として
は、二酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム又は酸
化鉄など、紫外線により励起されて触媒作用を惹起する
物質であればいずれでもよいが、触媒作用の安定性、効
率の高さ及び安全性などから二酸化チタンを用いるのが
好ましく、光触媒は、粉末状やペ−スト状で担体などに
塗布して加温固定される。更に、長尺担体としては、ス
テンレス、ガラス類、プラスチック類などの管状、板状
又は蛇腹状などの担体が用いられるが、外面が反応器内
面に密着するステンレス管が、紫外線により照射を受け
る光触媒の面積も比較的広くとれ、また、強度も強いた
め好ましい。また、紫外線透過性長尺担体としては、石
英、合成石英ガラス、その他ガラス類などの管状、棒状
又は板状などの担体であり、紫外線透過効率が高く被処
理水の流通も良好な合成石英ガラス管又は石英管が好ま
しい。

【００１２】前記構成では、加圧供給ポンプの吸入側の
被処理水供給管に酸化剤を供給するため、酸化剤と被処
理水を十分に混合することができ、また、加圧状態とす
ることにより加圧式紫外線照射装置内で紫外線照射によ
り発生するオゾンやヒドロキシラジカルを完全に溶解す
ることができるため、被処理水中のＣＯＤ、生物難分解
性有機物やダイオキシン類などの被処理物の分解を促進
することができる。更に、加圧式紫外線照射装置内に光
触媒を配設したことにより、紫外線により励起された光
触媒の強力な酸化作用により、酸化剤からのヒドロキシ
ラジカル生成がより活発となり、それら酸化作用の相乗
効果により、効率的に被処理物の分解を促進することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形
態の系統図、図２は内壁に沿って光触媒担持長尺担体が
設けられた加圧式紫外線照射反応器の縦断面図、図３は
複数の光触媒担持紫外線透過性長尺担体が併設された加
圧式紫外線照射反応器の縦断面図、図４は図３のＡ−Ａ
矢視断面図である。

【００１４】図１において、１は下水・し尿などの処理
水、河川・湖沼水、廃棄物最終処分場の浸出水又は各種
産業排水などの被処理水（以下原水という）を貯留する
原水槽であり、攪拌機１１及び原水のｐＨを測定すると
共にｐＨを制御するためのｐＨ調節計１２が付設され、
また、原水を導入する原水導入管Ａ、原水を加圧供給ポ
ンプ２で吸引して抜き出す原水供給管Ｂ、原水のｐＨを
調節する水酸化ナトリウムなどのアルカリ液をアルカリ
貯留槽９から供給するアルカリ供給管Ｈ及び硫酸などの
酸を酸貯留槽１０から供給する酸供給管Ｉ及び処理水を
循環する処理水循環管Ｅが接続及び配置されている。

【００１５】２は原水槽１から加圧式紫外線照射反応器
３（以下単に反応器３という）内に原水を供給する加圧
供給ポンプであり、加圧供給ポンプ２の吸入側の原水供
給管Ｂにオゾン発生器４で生成されたオゾン化ガスを供
給するオゾン供給管Ｇが接続している。また、加圧供給
ポンプ２の吐出側には、オゾンが溶解された原水を反応
器３に供給する原水供給管Ｃが接続している。なお、加
圧供給ポンプ２としては、カスケ−ドポンプやウエスコ
型ポンプなど高圧供給可能なポンプであれば使用するこ
とができる。

【００１６】３は立設された円筒密閉形状の反応器で、
紫外線透過保護管により保護された紫外線ランプ６が軸
心部に縦通して内設されている内照式反応器であり、長
尺担体の被処理水側表面に光触媒が被覆して固定されて
いる光触媒担持長尺担体５ａが反応器１内面に密着して
設けられている。また、下端側面にはオゾンを溶解した
原水供給管Ｃが接続し、また、上端側面には反応処理水
排出管Ｄが接続している。なお、反応器の形状は円筒状
以外に矩形筒状や槽体であってもよい。

【００１７】前記光触媒は、図２に記載されている反応
器３の内壁に沿って設けられた長尺担体の被処理水側表
面に被覆して固定されている光触媒担持長尺担体５ａや
図３記載されている紫外線ランプ６の周囲に併設された
複数の紫外線透過性長尺担体の全表面に被覆して固定さ
れている光触媒担持紫外線透過長尺担体５ｂでもよく、
また、紫外線ランプ６を保護する紫外線透過保護管３５
の外側面又は／及び反応器の内壁に光触媒を被覆して固
定してもよい。

【００１８】前記紫外線ランプ６は、紫外線照射操作盤
７により制御され、照射する紫外線の波長は、１８５ｎ
ｍと２５４ｎｍ又は３００ｎｍなどが用いられるが、１
８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を用いるのが好ましい。
また、紫外線ランプ６や紫外線ランプの周囲に併設され
る光触媒担持紫外線透過長尺担体５ｂの設置本数は、被
処理水の処理量、被処理物質の分解処理の難易度又は紫
外線ランプ性能などによって適宜に設定される。

【００１９】なお、図２に記載されている反応器３は、
両端面が開放した円筒管３１の両端面がフランジ部を介
して閉鎖部材３２、３３で閉鎖され、一端の閉鎖部材３
２にオゾンを溶解した原水供給管Ｃ及びドレンノズル３
４が接続され、他端側面には反応処理水排出管Ｄが接続
されている。また、軸心部には、縦通して紫外線透過保
護管３５で囲繞された紫外線ランプ６が内設され、更
に、長尺担体の被処理水側表面に光触媒が被覆して固定
されている光触媒担持長尺担体５ａが反応器１内面に密
着して設けられている。また、図３及び図４に記載され
ている反応器３は、両端面が開放した円筒管３１の両端
面がフランジ部を介して閉鎖部材３２、３３で閉鎖さ
れ、一端の閉鎖部材３２にオゾンを溶解した原水供給管
Ｃ及びドレンノズルが接続され、他端側面には反応処理
水排出管Ｄが接続されている。また、軸心部には、縦通
して紫外線透過保護管３５で囲繞された紫外線ランプ６
が内設され、更に、紫外線ランプの周囲には紫外線透過
性長尺担体の全表面に被覆して固定されている光触媒担
持紫外線透過長尺担体５ｂが複数併設されている。

【００２０】４は酸化剤であるオゾン化ガスを生成する
オゾン発生器であり、オゾン化するガスとしては、空気
や純酸素などが用いられ、それらのガスを、加圧下又は
常圧下で紫外線照射や放電により電気化学的な反応を行
わせて酸素の一部をオゾンに変換する装置である。ま
た、酸化剤としては、過酸化水素や次亜塩素酸塩であっ
てもよい。

【００２１】８は反応器３の反応処理水排出管Ｄが下方
に接続し、排出管Ｄから排出された反応処理水から未反
応オゾンを含有する廃ガスを分離する気液分離器であ
り、底部には処理水を系外に排出する処理水排出管Ｆが
接続し、処理水排出管Ｆから分岐して処理水循環管Ｅが
接続している。また、頂部には、廃ガス排出管Ｊが接続
し、更に、廃ガス排出管Ｊの後段には図示しない活性炭
塔や触媒反応塔などのオゾン処理装置が設けられてい
る。

【００２２】以下に本発明の一実施の形態の水処理方法
について更に詳述する。原水を原水導入管Ａから原水槽
１に導入し、原水のｐＨをｐＨ調節計１２で測定すると
共に、原水のｐＨが所定の値ではない場合には、ｐＨ調
節計１２で制御して、アルカリ貯留槽９からアルカリ供
給管Ｈを経てアルカリ液を供給、又は、酸貯留槽１０か
ら酸供給管Ｉを経て酸を供給して所定のｐＨに調整す
る。なお、ｐＨ調整の際には、攪拌機１１を可動して均
一混合しながら行われる。また、ｐＨの値としては、
６．５〜７．５に調整するのが、オゾンなどの反応効率
が高いため好ましい。

【００２３】所定のｐＨに調整された原水を、原水供給
管Ｂから加圧供給ポンプ２により抜き出し、加圧供給ポ
ンプ２の吸入側に接続されたオゾン供給管Ｇから、オゾ
ン発生器４で生成されたオゾン化ガスを供給し、原水と
オゾン化ガスを混合してオゾン化ガスが混合されたオゾ
ン溶解の原水とし、加圧供給ポンプ２で加圧して吐出側
の原水供給管Ｃから加圧式紫外線照射反応器３に供給す
る。

【００２４】なお、オゾン発生器で生成されるオゾン化
ガス中のオゾン濃度は１０〜２００ｇＯ３／Ｎｍ３であ
り、また、加圧供給ポンプ２で供給される原水へのオゾ
ン化ガスの混合量は、３〜１５ｖｏｌ％である。３ｖｏ
ｌ％以下では、被処理物の分解が不十分で処理効率が低
くなり、また、１５ｖｏｌ％以上ではオゾン化ガスの溶
解が不完全となるため気泡が残留し、紫外線の透過を阻
害するため好ましくない。なお、オゾン化ガスが混合さ
れたオゾン溶解の原水中のオゾン濃度は２０〜１００ｍ
ｇ／Ｌであり、好ましくは５０〜１００ｍｇ／Ｌであ
る。

【００２５】更に、加圧供給ポンプ２で加圧された原水
の圧力は、０．５〜５ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは、１〜
３ｋｇ／ｃｍ２であり、この圧力によりオゾン化ガスは
完全に原水中に溶解される。０．５ｋｇ／ｃｍ２以下で
は溶解が不完全となり気泡が残留し、３ｋｇ／ｃｍ２以
上では装置全体を耐圧性の高い材料で製造する必要があ
るため、装置費が嵩む問題がある。

【００２６】前記において、加圧供給ポンプ２で吸引さ
れる原水量は、流量計１３により制御され、また、原水
と混合されるオゾン化ガスの供給量は流量計１４により
制御される。更に原水供給管Ｃにおける圧力は、加圧供
給ポンプ２の吸入側では圧力計１５、吐出側では圧力計
１６により監視され制御される。

【００２７】原水供給管Ｃから反応器３に供給されたオ
ゾン溶解の原水は、上向流で流通する間に、内設された
紫外線ランプ６から照射される紫外線により、加圧下で
のオゾン、紫外線及び光触媒の相乗作用で、原水中のダ
イオキシンや難生物分解性物質及びＣＯＤ源物質などの
被処理物質が効率よく分解される。前記における分解
は、原水中に溶解するオゾンが励起された光触媒５の触
媒作用と紫外線によりオゾンよりも酸化力の強力なヒド
ロキシラジカルが効率的に生成し、そのヒドロキシラジ
カルにより有機物が酸化分解されることによる。

【００２８】なお、前記で照射する紫外線は、波長が１
８５ｎｍと２５４ｎｍ又は３００ｎｍなどが用いられる
が、１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を用いるのが好ま
しい。また、反応器３に供給された原水の滞留時間は、
５〜６０ｍｉｎ好ましくは１０〜３０ｍｉｎであり、滞
留時間が５ｍｉｎ未満では被分解物の分解が不十分とな
り、滞留時間が６０ｍｉｎ以上では反応器３が過大とな
る。

【００２９】被処理物質が分解処理された処理水は、反
応処理水排出管Ｄから排出されて気液分離器８に供給さ
れ、、反応処理水から未反応オゾンを含有する廃ガスを
分離し、廃ガスは廃ガス排出管Ｊから図示しない活性炭
塔や触媒反応塔などのオゾン処理装置に供給して、未反
応オゾンを処理したのち大気などに排出する。また、廃
ガスが分離された処理水は、処理水循環管Ｅから原水槽
１に循環されるが、連続式で処理する場合には、処理水
排出管Ｆから一部を系外に排出することにより行われ
る。

【００３０】次に前記の水処理装置で処理した実施例に
ついて述べる。（実施例１）ヘキサクロロベンゼンを０．０２３４ｍｇ
／Ｌ含有した原水を用いて、オゾン濃度３０ｇＯ３／Ｎ
ｍ３のオゾン化ガスを原水の７ｖｏｌ％混合し、原水を
加圧供給ポンプで３ｋｇ／ｃｍ２に加圧して加圧式紫外
線照射反応器に供給し、１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外
線を照射して、滞留時間３０ｍｉｎで処理した。その結
果、処理水中のヘキサクロロベンゼンは０．００９５ｍ
ｇ／Ｌ（除去率５９．４％）に低下させることができ
た。

【００３１】（実施例２）ヘキサクロロベンゼンを０．
０３８２ｍｇ／Ｌ含有した原水を用いて、オゾン濃度３
０ｇＯ３／Ｎｍ３のオゾン化ガスを原水の７ｖｏｌ％混
合し、原水を加圧供給ポンプで３ｋｇ／ｃｍ２に加圧し
て加圧式紫外線照射反応器に供給し、１８５ｎｍと２５
４ｎｍの紫外線を照射して、滞留時間３０ｍｉｎで処理
した。その結果、処理水中のヘキサクロロベンゼンは
０．０１０ｍｇ／Ｌ（除去率７３．８％）に低下させる
ことができた。

【００３２】（比較例１）ヘキサクロロベンゼンを０．
０２３４ｍｇ／Ｌ含有した原水を用いて、オゾン濃度３
０ｇＯ３／Ｎｍ３のオゾン化ガスを原水の７ｖｏｌ％混
合して光触媒を内設した紫外線照射反応器に加圧しない
で供給し、１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を照射し
て、滞留時間３０ｍｉｎで処理した。その結果、処理水
中のヘキサクロロベンゼンは０．０１５ｍｇ／Ｌ（除去
率３５．９％）であった。

【００３３】（比較例２）ヘキサクロロベンゼンを０．
０２３４ｍｇ／Ｌ含有した原水を用いて、オゾン濃度３
０ｇＯ３／Ｎｍ３のオゾン化ガスを原水の７ｖｏｌ％混
合して光触媒を内設しない紫外線照射反応器に加圧しな
いで供給し、１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を照射し
て、滞留時間３０ｍｉｎで処理した。その結果、処理水
中のヘキサクロロベンゼンは０．０１９ｍｇ／Ｌ（除去
率１８．８％）であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、加圧状態で被処理水中の被処
理物質と酸化剤を反応させるにあたり、酸化剤、紫外線
及び励起した光触媒の酸化作用の相乗効果を利用するた
め、ヒドロキシラジカルの発生が効率的におこなわれ、
従って、ダイオキシン類や生物難分解性の有機物などの
被処理物質の分解が促進され、効率的な水浄化処理を行
うことができる水処理装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の系統図

【図２】内壁に沿って光触媒担持長尺担体が設けられた
加圧式紫外線照射反応器の縦断面図

【図３】複数の光触媒担持紫外線透過性長尺担体が併設
された加圧式紫外線照射反応器の縦断面図

【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図

【符号の説明】

１：原水槽２：加圧供給ポンプ３：加圧式紫外線照射反応器４：オゾン発生器５ａ：光触媒担持長尺担体５ｂ：光触媒担持紫外線透過長尺担体６：紫外線ランプ８：気液分離器３５：紫外線透過保護管

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水に紫外線を照射して被処理水中の
被処理物質を分解処理する水処理装置において、被処理
水に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、酸化剤が混合
された被処理水を加圧する加圧供給ポンプと、紫外線透
過保護管により保護された紫外線ランプ及び光触媒が内
設され、加圧された被処理水に紫外線を照射して被処理
水中の被処理物質を分解処理する加圧式紫外線照射反応
器とを設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】酸化剤供給装置がオゾン化ガスを生成する
オゾン発生器であ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】加圧式紫外線照射反応器に内設される光触
媒が、紫外線ランプを保護する紫外線透過保護管の外側
面又は／及び前記反応器の内壁に被覆して固定されてい
ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水処理
装置。
【請求項４】加圧式紫外線照射反応器に内設される光触
媒が、前記反応器の内壁に沿って設けられた長尺担体の
被処理水側表面に被覆して固定されていることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の水処理装置。
【請求項５】加圧式紫外線照射反応器に内設される光触
媒が、紫外線ランプの周囲に併設された複数の紫外線透
過性長尺担体の全表面に被覆して固定されていることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の水処理装置。