JP2001232357A

JP2001232357A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2001232357A
Application number: JP2000049599A
Authority: JP
Inventors: Terufumi Miyata; 輝史宮田; Yutaka Takeda; 豊武田; Yasuyoshi Kato; 泰良加藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-28
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP3848515B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒を用いて廃水中の有害有機物であるダ
イオキシン、有機ハロゲン化合物、揮発性有機化合物、
農薬および菌類等の酸化分解を効率よく分解し、廃水を
浄化する水処理装置を提供すること。【解決手段】被処理液が流通する筒状反応器の内部に
光源２および光触媒体１を有する水処理装置であって、
前記光触媒体１は、反応器壁面に沿って螺旋状突起１９
を形成した円筒状光触媒体１で、その内部に光源２を有
し、該円筒状光触媒体１と光源２との間に被処理液５が
通過するように構成されていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水処理装置に関し、
特に光触媒を用いて廃水中の有害有機物であるダイオキ
シン、有機ハロゲン化合物、揮発性有機化合物、農薬お
よび菌類等の酸化分解を効率よく分解し、廃水を浄化す
る水処理装置および方法、ならびに光触媒体に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】廃水の処理・浄化には、活性炭吸着法、
イオン交換法、沈澱法、接触酸化法および薬液注入法等
があり、対象廃水によって最適な処理方法が単独または
複数の組合わせで用いられているが、これらの方法は建
設費、維持・管理費が高くなるという問題がある。これ
らの問題点を克服するため、コンパクトで取扱い易く、
安価でしかも処理効率の高い装置として二酸化チタン
（ＴｉＯ₂）等の光触媒を利用した水処理装置が提案さ
れている。この水処理装置は、光触媒への光照射で生じ
た強力な酸化力により殺菌、有害有機物または悪臭等を
分解するものである。

【０００３】従来の光触媒を用いた水処理装置として、
光源を内蔵する管状の反応器に被処理水を通過させる管
状の装置が提案されているが、これは、流速を上げて生
じた撹拌効果により液中の有機物の拡散抵抗を小さく
し、有機物と光触媒の接触効率を大きくして有機物の分
解率を高めようとするものである。

【０００４】図４に従来技術に基づく光触媒を用いた水
処理装置の概略を示す。この装置は、反応器外管４内壁
に設けられた織布に担持された光触媒体１と、反応器内
の中心部に設けられた光源２と、反応器の側面に設けら
れた廃水５の供給孔７および排出孔９とからなる。廃水
５は、供給孔７から反応器外管内に入り、反応器外管４
内壁と光源２との間隙を流れ、処理された後、排出孔９
から外部へ排出される。図中、８は処理水、１５は支持
体を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すように反応
器内壁に光触媒１、内部に光源２を設置した場合、反応
器内の廃水が光触媒と接触する長さが一定であれば、光
触媒と光源との間を流れる廃水の流路幅を狭くしたほう
が、反応器内の廃水の流速が大きくなり、撹拌効果が生
じるので分解率が高くなる。しかし、流路幅を狭くする
ことには限界があり、また流路幅が狭くなると反応器の
圧損が大きくなるという問題がある。本発明の課題は、
従来の問題点を解決し、廃水中の有害成分を高効率で分
解できる、光触媒を用いた水処理装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願で特許請求する発明は下記のとおりである。（１）被処理液が流通する筒状反応器の内部に光源およ
び光触媒体を有する水処理装置において、前記光触媒体
は、反応器壁面に沿って螺旋状突起を形成した円筒状光
触媒体で、その内部に光源を有し、該円筒状光触媒体と
光源との間に被処理液が通過するように構成されている
ことを特徴とする水処理装置。（２）螺旋構造を有する光触媒体が円筒状反応器内面に
挿入され、反応器壁を構成するようにしたことを特徴と
する（１）記載の水処理装置。（3)前記光触媒体が光触媒成分以外の触媒成分を担持し
ていることを特徴とする（１）または（２）記載の水処
理装置。（４）前記反応器の管端から有機化合物含有廃水をその
長さ方向に供給し、当該反応器により浄化処理された処
理水を供給口と反対位置の管端から上記と同じ方向で排
出することを特徴とする（１）記載の水処理装置を用い
た水処理方法。（５）無機繊維織布に酸化チタンが担持され、内壁に螺
旋状突起を有する円筒状に形成されたことを特徴とする
光触媒体。（６）（５）の光触媒体を用いた請求項１ないし３のい
ずれかに記載の水処理装置。

【０００７】本発明でいう反応器壁面に沿って螺旋状突
起を有する円筒状光触媒体とは、螺旋状突起を有する反
応管壁に光触媒成分を担持したものや、円筒状反応管内
に、あらかじめ光触媒成分を螺旋突起を有する円筒状に
成形した光触媒体を挿入したものが例示される。

【０００８】光触媒成分としては、二酸化チタン、チタ
ンストロンチウム、酸化亜鉛、酸化鉛およびセレン化カ
ドミウム等の数多くの半導体が利用可能であるが、分解
効率、安定性および安全性の観点から二酸化チタンの利
用が好ましい。二酸化チタンにはルチル型、アナターゼ
型の２種類の結晶形態が存在する。これは単独あるいは
併用して用いてもかまわないが、アナターゼ型はルチル
型よりも光触媒活性が高いのでアナターゼ型の利用が好
ましい。しかし、ルチル型はアナターゼ型よりもバンド
ギャップが低いので、紫外光よりもエネルギーの低い可
視光も利用できる利点がある。

【０００９】光触媒を螺旋突起を有する反応管に担持さ
せる場合には、光触媒と蓚酸アンモニウムを水中に懸濁
させた液を反応管の内面にコーティングすればよい。一
方、螺旋状突起を有する光触媒体をあらかじめ成形して
用いる場合には、光触媒、ポリビニルアルコールおよび
シリカゾルを水中に懸濁させた液を無機繊維織布に含浸
させたものを成形したり、光触媒、ガラス繊維、蓚酸お
よびシリカゾルを混練してペースト状としたものを成形
する方法などにより本発明の光触媒体を得ることができ
る。

【００１０】これら光触媒体をそのまま用いてもかまわ
ないが、光触媒体の活性向上あるいは対象廃水中の成分
の選択的分解のために、金、銀、白金およびパラジウム
等の貴金属またはこれらの塩化物、硫酸塩および各種錯
体等を当該光触媒を担持させてもよい。しかし、以上の
方法は一例であって、表面に螺旋状突起を有する円筒状
触媒体内部に光源が配置され、その間隙を被処理液が流
れるようにすれば、いずれも本発明の範囲内である。

【００１１】さらに、本発明の装置においては、反応器
内の円筒状触媒体内には光源が設置されている。光源は
反応器に内管を設けてその内部に設置してもよいし、光
源の配線部分が水と接触しないようにすれば、反応器内
管を用いず、そのまま円筒状触媒体内に設置してもよ
い。光触媒体へ照射する光源としては、光触媒を励起す
るものであればいずれでもよく、ブラックライト、低圧
水銀灯、高圧水銀灯、殺菌灯、キセノン灯および補虫灯
等の使用が可能である。条件によっては太陽光の利用も
可能である。光源の位置としては、光源から放射状に光
が照射されて光触媒体の全面に当たり、全光が有効に利
用できる反応器の中心部が好ましい。

【００１２】反応器外管は光を透過する必要がなく、耐
薬品性、耐腐食性を有する材質であればいずれでもよ
く、特に有機物濃度が低く外管を侵すおそれがない場合
はポリ塩化ビニル等の有機化合物の材質でもよい。反応
器内管はほとんど光を透過し、しかも耐薬品性、耐腐食
性に優れた石英ガラス等の材質であればいずれでもよ
い。

【００１３】本発明の装置を複数個組合わせる場合、当
該反応器を直列または並列で接続することができる。こ
の場合、反応器内の廃水の流れを均一化するために、廃
水、浄化水は当該反応器内の長さ方向、または廃水の流
れ方向に対して平行な方向で供給、排出されることが好
ましい。直列で組合わせる場合、反応器間は反応器径と
同じ径の配管で接続されることが好ましく、廃水供給口
を有する反応器から浄化水排出口を有する反応器へ廃水
が流れるに従って有機物濃度が小さくなるので、これに
応じて光量または触媒面積を低減してもよい。

【００１４】

【作用】螺旋状突起を有する光触媒体を用いれば、反応
器内の廃水の流れが乱れて液が撹拌されるので、廃水と
光触媒体の接触効率が向上する。そのため、従来技術よ
りも流速を小さくしても従来とほぼ同じ分解率が得ら
れ、圧損も低減できる。また、光触媒体が螺旋構造を有
しているために従来より光触媒面積が増加しているだけ
でなく、螺旋流も生じて反応器内の液の滞留時間が長く
なるので光触媒作用が促進される。

【００１５】以下、本発明を図面により具体的に説明す
る。図１は、反応器外管４内に螺旋突起１９を有する円
筒状光触媒体１を設置した場合の説明図である。

【００１６】螺旋構造を有する円筒状光触媒体１は、図
１のように反応器外管４内へ挿入され、光源２は反応器
内部に配置され、支持体１５により反応器内に固定され
る。上記装置において、廃水５は反応器の側面の廃水供
給口７から反応器外管４内に供給され、反応器外管４内
壁と光源２との間隙を流れ、浄化処理された後、反応器
側面の浄化水排出口９から系外に排出される。

【００１７】上記反応器を用いれば、反応器内に螺旋流
が生じて液が撹拌され、廃水と光触媒体の接触効率が向
上するので、有害な有機化合物の分解が促進される。

【００１８】光触媒体としては、光触媒、ポリビニルア
ルコールおよびシリカゾルから構成される含浸液を織
布、金属またはガラス等に含浸させて螺旋状突起を有す
る円筒状に成形したものを用いてもよく、光触媒、ガラ
ス繊維、蓚酸およびシリカゾルを混練してペースト状と
したものを螺旋構造を有する円筒状に成形したものを用
いてもよい。反応器内に円筒状触媒体を挿入するかわり
に、反応器自体の内壁を上記触媒体の成形原料で螺旋状
に形成してもよく、また反応器自体の内壁を螺旋状に加
工した後、触媒体材料を塗布してもよい。

【００１９】図１に示すように、反応器内の廃水の流れ
に対して直角方向に廃水が供給または排出される場合、
廃水供給口７または浄化水排出口９付近を通って流れる
廃水は遅く、これらと反対側の反応器外管４内壁付近を
流れる廃水は速くなるという偏流が生じる。しかし、図
２に示すように、廃水の流れに対して平行な方向で廃水
供給口７または排出口９から廃水が供給または排出され
れば、当該反応器内の廃水の流れ１６が均一となり、螺
旋流を形成しながら効率よく有機物の分解が行われる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明をさ
らに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により
制限されるものではない。実施例１図３に本発明の実施例に用いた水処理装置の概略を示
す。反応器はガラス管の二重構造となっている。反応器
外管４はパイレックス製で、長さは３５０mm、径は５０
mm、反応器内管３は石英製で、長さは４００mm、径は４
２mmで、内部に光源を有する。光触媒体１Ａはデグッサ
社製光触媒Ｐ２５（高品質）、酸化チタンＣＲ５０、ポ
リビニルアルコール（クラレ社製＃１１７）およびシリ
カゾルから構成される含浸液をＥ−ガラスに含浸させ、
螺旋構造を有する円筒状の鋳型を用いて円筒状に成形
後、４５０℃で８時間焼成して調製された。光触媒Ｐ２
５の担持率は１２％であった。光触媒体上の螺旋状突起
物は幅３mm、高さ１．５mmで、円筒の長さ方向に８本形
成されている。この円筒状触媒体１Ａを反応器内管３と
して反応器外管４内壁に挿入した。光源として、光量１
０Ｗのブラックライトブルー蛍光灯を反応器内管３の中
心部に配置し、光触媒体１Ａへ均一に光を照射できるよ
うにした。このような装置において、廃水５は反応器内
の廃水５の流れに対して平行な方向に循環タンク１７か
ら循環ポンプ１３を用いて１５Ｌ／ｍｉｎの流速で供給
される。廃水中の有機化合物は反応器内で分解されて廃
水５が浄化される。浄化水８は上記と同じ方向で供給側
と反対の位置から循環タンク１７へ排出される。この場
合、反応器内の廃液の流れ１６が螺旋流となり、廃水と
光触媒が効率的に接触するので有機化合物の分解率を向
上させることができる。

【００２１】比較例１実施例１で用いた水処理装置で、螺旋突起を有する円筒
状光触媒体の代わりに突起のない円筒状光触媒体を設置
してｏ−クロロフェノールの分解実験を行った。比較例
１と実施例１による分解実験の結果を比較したものを表
１に示す。なお、表中の分解率は光照射後１時間のもの
である。

【００２２】

【表１】実施例１では螺旋流による廃水の撹拌効果が見られ、比
較例１よりも分解率が向上していることがわかる。実施例２螺旋状突起を有した円筒状の光触媒体を用いる代わり
に、反応器外管４の内壁に光触媒体をコーティングした
幅３mm、高さ１．５mmの螺旋状突起物を８本設置したも
のを用い、それ以外は実施例１で示した反応器と同じ構
造のものを用いた。光触媒体のコーティングは、前記光
触媒体Ｐ２５および蓚酸チタンアンモニウムから構成さ
れる懸濁液中に反応器内管を浸し、室温で充分乾燥後、
４５０℃８時間焼成することにより行った。担持率は、
実施例１の場合と同じく１２％であった。

【００２３】実施例３実施例１に示した反応器で、廃水５が反応器内の廃水５
の流れに対して平行な方向で反応器へ供給し、上記と同
じ方向で浄化水８が反応器から排出されるようにした。
この場合、反応器内の廃液の流れが均一となるので、実
施例１よりさらに廃水と光触媒体が効率的に接触するこ
とになる。実験例１実施例１〜３で用いた水処理装置でｏ−クロロフェノー
ルの分解実験を行った。表２にその結果を示す。なお、
表中の分解率は光照射後１時間のものである。

【００２４】

【表２】実施例１、２の分解率は同じであり、螺旋状突起を有す
る円筒状の光触媒体または螺旋状突起を有する反応器外
管内壁に光触媒体をコーティングしたもののどちらを用
いても、反応器内に螺旋流が生じて同じ効果が得られ
る。

【００２５】実施例３の分解率は実施例１、２より大き
くなっている。これは実施例３で廃水の供給、浄化水の
排出を反応器内の廃水の流れと平行な方向とすることで
反応器内の廃液の流れが均一化され、実施例１、２より
廃水と光触媒体が効率的に接触するようにしたためであ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の光触媒を用いて廃水中の有害物
質を分解する水処理装置では、反応器内の均一な螺旋流
により撹拌効果を生じさせるため、光触媒と有害物質の
接触効率が向上し、光触媒の強力な酸化力と相まって廃
水中の有害成分を高効率で分解できるという効果を有す
る。本発明は、例えば廃水中に存在するトリクロロエチ
レン、ダイオキシン、ベンゼン等の有機化合物、農薬お
よび菌類の分解ができるため、工場廃水、焼却設備の浸
出水、ゴルフ場廃水、病院廃水等の廃水の浄化に本発明
の水処理装置を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理装置に用いる反応器の概略図。

【図２】本発明の水処理装置に用いる反応器の部分図。

【図３】本発明による水処理装置の廃水の流れを示す系
統図。

【図４】従来の水処理装置に用いる反応器の概略図。

【符号の説明】

１…担持光触媒、２…光源、３…反応器内管、４…反応
器外管、５…廃水、７…廃水供給口、８…浄化水、９…
浄化水排出口、１３…循環ポンプ、１５…支持体、１６
…反応器内の廃水の流れ、１７…循環タンク、１８…撹
拌機、１９…螺旋構造。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ (72)発明者加藤泰良広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 4D037 AA11 AA13 AB03 AB14 BA16 BB01 BB04 CA12 4D050 AA12 AA13 AB06 AB12 AB15 AB19 BB01 BC06 BC09 BD02 BD08 4G069 AA03 AA11 BA04A BA04B BA14B BA48A BB02A BC32A BC33A BC72A BC75A CA05 CA07 CA10 CA11 CA19 EA06 EA09 EA10 EB03 EB14Y

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理液が流通する筒状反応器の内部に
光源および光触媒体を有する水処理装置において、前記
光触媒体は、反応器壁面に沿って螺旋状突起を形成した
円筒状光触媒体で、その内部に光源を有し、該円筒状光
触媒体と光源との間に被処理液が通過するように構成さ
れていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】螺旋構造を有する光触媒体が円筒状反応
器内面に挿入され、反応器壁を構成するようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】前記光触媒体が光触媒成分以外の触媒成
分を担持していることを特徴とする請求項１または２記
載の水処理装置。
【請求項４】前記反応器の管端から有機化合物含有廃
水をその長さ方向に供給し、当該反応器により浄化処理
された処理水を供給口と反対位置の管端から上記と同じ
方向で排出することを特徴とする請求項１記載の水処理
装置を用いた水処理方法。
【請求項５】無機繊維織布に酸化チタンが担持され、
内壁に螺旋状突起を有する円筒状に形成されたことを特
徴とする光触媒体。
【請求項６】請求項５の光触媒体を用いた請求項１な
いし３のいずれかに記載の水処理装置。