JP2002066278A - Titanium dioxide porous film, and method and apparatus for treating water using the same - Google Patents

Titanium dioxide porous film, and method and apparatus for treating water using the same

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JP2002066278A
JP2002066278A JP2000264563A JP2000264563A JP2002066278A JP 2002066278 A JP2002066278 A JP 2002066278A JP 2000264563 A JP2000264563 A JP 2000264563A JP 2000264563 A JP2000264563 A JP 2000264563A JP 2002066278 A JP2002066278 A JP 2002066278A
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JP
Japan
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titanium dioxide
water
membrane
porous membrane
treated
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Application number
JP2000264563A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Tsuru
稔了 都留
Masaji Asae
正司 浅枝
Tomohisa Yoshioka
朋久 吉岡
Terutaka Toyosada
輝敬 豊貞
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water treatment method and apparatus using a titanium dioxide porous film, which requires no regular irradiation with ultraviolet rays, has durability and can decompose organic matter at a high level, capable of continuously removing organic matter by simple apparatus constitution and capable of simply regulating a permeation flux without washing the film. SOLUTION: Water treatment is performed using a titanium dioxide porous film which is a filter film wherein a film based on titanium dioxide is uniformly supported on the outer surface and/or inner surface of a filter base material and has a pore size of <4 nm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、二酸化チ
タン多孔性膜とそれを用いた水処理方法および水処理装
置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発
明は、有機物を高レベルに分解できる二酸化チタン多孔
性膜と、それを用いた、紫外線を常時照射する必要がな
く、簡素な装置構成と有機物の連続的な除去が可能で、
さらには膜の洗浄をすることない水処理方法とその水処
理装置を提供する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous titanium dioxide membrane, a water treatment method and a water treatment apparatus using the same. More specifically, the invention of this application provides a titanium dioxide porous membrane capable of decomposing organic substances to a high level, and a simple apparatus configuration and continuous removal of organic substances using the same without the need to constantly irradiate ultraviolet rays. Possible,
Further, the present invention provides a water treatment method and a water treatment apparatus without cleaning the membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】農薬やトリハロメタン、トリ
クロロエチレンなど、健康を害する恐れのある物質によ
る河川の汚染がしばしば身近な話題として取り上げられ
るようになってきた。そのため、従来より、これらの有
害有機物を除去するために、光触媒活性を持つ二酸化チ
タンを用いた有害有機物質の無害化処理技術が研究され
てきている。
2. Description of the Related Art Pollution of rivers by substances that may harm health, such as pesticides, trihalomethanes, and trichloroethylene, has often been taken up as a familiar topic. Therefore, in order to remove these harmful organic substances, techniques for detoxifying harmful organic substances using titanium dioxide having photocatalytic activity have been studied.

【0003】二酸化チタンを用いた水の無害化処理技術
は、例えば、特許登録第4263615号に開示され
た、酸化チタンの多孔質薄膜触媒を用いる水処理技術が
知られている。この水処理技術は、厚さが0.3〜0.
8μmで、細孔径が10〜1200nmの二酸化チタン
膜を石英ガラス板の表面に作成し、被処理水中に浸漬さ
せて紫外線を照射することにより、水溶液中のトリメチ
ルアミン,テトラクロロエチレン,トリクロロエチレ
ン,酢酸等が分解できるようにしたものである。この水
処理技術によると、光触媒活性を示す二酸化チタンを粒
子として被処理水中に浮遊させることがないため、処理
後の水から粒子を回収する必要がないという利点があ
る。しかし、この水処理技術は、二酸化チタン膜によっ
て被処理水を濾過するものではなく、光触媒である二酸
化チタン膜と被処理水とを接触させて行うため、処理前
の水と処理後の水が分離できず、連続処理プロセスに不
向きで処理効率が悪いという問題がある。
As a water detoxification treatment technique using titanium dioxide, for example, a water treatment technique using a titanium oxide porous thin film catalyst disclosed in Japanese Patent No. 4263615 is known. This water treatment technique has a thickness of 0.3-0.
A titanium dioxide film having a pore size of 8 to 10 nm and a pore diameter of 10 to 1200 nm is formed on the surface of a quartz glass plate, immersed in water to be treated, and irradiated with ultraviolet light to decompose trimethylamine, tetrachloroethylene, trichloroethylene, acetic acid, etc. in the aqueous solution. It is made possible. According to this water treatment technique, titanium dioxide exhibiting photocatalytic activity is not suspended as particles in the water to be treated, so that there is an advantage that it is not necessary to collect the particles from the treated water. However, this water treatment technology does not filter the water to be treated with a titanium dioxide film, but performs the treatment by contacting the titanium dioxide film, which is a photocatalyst, with the water to be treated. There is a problem that it cannot be separated, is not suitable for a continuous processing process, and has a low processing efficiency.

【0004】一方で、二酸化チタンを用い、かつ濾過作
用を利用した水処理技術が提案(例えば、特開平9−8
5058号公報)されてもいる。
On the other hand, a water treatment technique using titanium dioxide and utilizing a filtration action has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-8 / 1997).
No. 5058).

【0005】この水処理技術は、多孔質膜からなる濾過
基材上に親水性材と光触媒(二酸化チタン等)を同時に
露出した状態で担持させ、紫外線を照射させながら被処
理水を濾過して有害有機物質を分解する技術である。し
かしながら、この水処理技術においては、親水性材とし
て有機高分子化合物を用い、光触媒の接着剤として機能
させているために、光触媒による親水性材の酸化が生じ
て濾過材が劣化してしまうという問題が考えられる。ま
た、有害有機物質を分解するためには、長時間の循環濾
過が必要であることや、常時紫外線照射をする必要があ
ること、水処理装置の運転動力を多く必要とする等とい
った問題がある。
[0005] In this water treatment technique, a hydrophilic material and a photocatalyst (such as titanium dioxide) are simultaneously supported and exposed on a filtration substrate made of a porous membrane, and the water to be treated is filtered while irradiating with ultraviolet rays. This technology decomposes harmful organic substances. However, in this water treatment technology, since the organic polymer compound is used as the hydrophilic material and the photocatalyst is used as an adhesive, the photocatalyst oxidizes the hydrophilic material and deteriorates the filter material. There is a problem. In addition, in order to decompose harmful organic substances, there are problems that a long-time circulation filtration is required, that it is necessary to constantly irradiate ultraviolet rays, that a large amount of operating power is required for a water treatment apparatus, and the like. .

【0006】また、微細孔を有する濾過膜による水処理
方法は、従来より目詰まりの問題が指摘されてきた。濾
過膜の目を微細孔にすると、膜面や細孔内に目詰まり物
質が付着して溶媒の透過を妨害し、透過流束が低下して
しまう。そのため、透過流束を回復するには、従来よ
り、酸・アルカリによる膜の洗浄や、酵素洗剤などを用
いる洗浄、あるいは透過側から逆圧力を掛けて細孔内お
よび表面の付着物を除去する逆洗浄等の膜洗浄工程が不
可欠とされている。すなわち、微細な孔を有する濾過膜
による濾過は、膜の洗浄のための手間と時間を必要とす
るものであった。
[0006] In the water treatment method using a filtration membrane having micropores, clogging has been conventionally pointed out. If the pores of the filtration membrane are micropores, a clogging substance adheres to the membrane surface or the pores, hinders the permeation of the solvent, and reduces the permeation flux. Therefore, in order to recover the permeation flux, conventionally, washing of the membrane with an acid or alkali, washing with an enzyme detergent, or the like, or applying a reverse pressure from the permeation side to remove deposits in the pores and on the surface. A membrane washing step such as back washing is indispensable. That is, filtration using a filtration membrane having fine pores requires labor and time for washing the membrane.

【0007】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、紫外線を常時照射する必要がなく、耐久性を有
し、有機物を高レベルに分解できる二酸化チタン多孔性
膜と、それを用いた、簡素な装置構成と有機物の連続的
な除去が可能で、さらには膜の洗浄をすることなく透過
流束の簡便な調節が可能な水処理方法および水処理装置
を提供することを目的とする。
Therefore, the invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and solves the problems of the prior art, which eliminates the need to constantly irradiate ultraviolet rays, has durability, and has an organic material. Titanium dioxide porous membrane capable of decomposing to a high level, and using it, a simple equipment configuration and continuous removal of organic substances are possible.Furthermore, it is possible to easily adjust the permeation flux without washing the membrane. It is an object to provide a possible water treatment method and a water treatment device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供
する。
Means for Solving the Problems The invention of this application provides the following inventions to solve the above problems.

【0009】すなわち、まず第1には、二酸化チタンを
主成分とする膜が濾過基材の外面および/または内面に
一様に担持された濾過膜であって、膜の細孔径が4nm
未満であることを特徴とする二酸化チタン多孔性膜を提
供する。
That is, first, a filtration membrane having titanium dioxide as a main component is uniformly supported on the outer surface and / or inner surface of the filtration substrate, and the pore diameter of the membrane is 4 nm.
And providing a titanium dioxide porous membrane, characterized in that:

【0010】そして第2には、この出願の発明は、上記
第1の発明において、膜の細孔径が1.1nm以下であ
ることを特徴とする二酸化チタン多孔性膜を、第3に
は、膜の細孔径が0.8nm以下であることを特徴とす
る二酸化チタン多孔性膜を提供する。
Secondly, the invention of the present application provides a titanium dioxide porous membrane according to the first invention, wherein the pore diameter of the membrane is 1.1 nm or less. Provided is a porous titanium dioxide membrane, wherein the pore diameter of the membrane is 0.8 nm or less.

【0011】そして第4には、この出願の発明は、上記
第1ないし3のいずれかに記載の発明の二酸化チタン多
孔性膜に被処理水を通水することで、有機物が除去され
た濾液を得ることを特徴とする水処理方法を提供する。
Fourthly, the invention of this application is directed to a filtrate from which organic substances have been removed by passing water to be treated through the titanium dioxide porous membrane according to any one of the first to third aspects. And a water treatment method characterized by obtaining

【0012】また第5には、この出願の発明は、上記第
4の発明において、二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照
射しながら通水することを特徴とする水処理方法を、第
6には、二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照射すること
によって、被処理水の膜透過流束を変化させることを特
徴とする水処理方法を、第7には、紫外線の照射は、必
要に応じて行うことを特徴とする水処理方法を提供す
る。
Fifthly, the invention of this application is directed to a water treatment method according to the fourth invention, wherein water is passed while irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays. A water treatment method characterized by changing the membrane permeation flux of the water to be treated by irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays. Seventh, the irradiation of ultraviolet rays is performed as necessary. A water treatment method is provided.

【0013】一方で、第8には、この出願の発明は、上
記第4ないし第7いずれかに記載の水処理方法を行うた
めの装置であって、被処理水を入れる被処理水タンク
と、被処理水タンク内に備えられた二酸化チタン多孔性
膜と、被処理水を攪拌するための攪拌手段と、二酸化チ
タン多孔性膜に接続された集合室と、二酸化チタン多孔
性膜に紫外線を照射する紫外線照射手段と、被処理水を
送液する送液手段を備え、紫外線の照射を制御しながら
送液手段によって二酸化チタン多孔性膜に被処理水を通
過させて有機物が除去された濾液を集合室で回収するこ
とを特徴とする水処理装置を提供する。
On the other hand, eighthly, the invention of this application is an apparatus for performing the water treatment method according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the apparatus comprises a water tank for storing water to be treated. A titanium dioxide porous membrane provided in a water tank to be treated, a stirring means for stirring the water to be treated, a collecting chamber connected to the titanium dioxide porous membrane, and an ultraviolet ray applied to the titanium dioxide porous membrane. A filtrate having an ultraviolet irradiation means for irradiating, and a liquid sending means for sending the water to be treated, wherein the organic substance is removed by passing the water to be treated through the titanium dioxide porous membrane by the liquid sending means while controlling the irradiation of ultraviolet rays The water treatment apparatus is characterized in that the water is collected in a collecting room.

【0014】加えて、第9には、この出願の発明は、上
記第8の発明において、送液手段が、集合室内に吸引圧
力を発生させる吸引ポンプであることを特徴とする水処
理装置を、第10には、攪拌手段が、被処理水中に気体
を散気する散気装置であることを特徴とする水処理装置
をも提供する。
Ninth, the present invention provides a water treatment apparatus according to the eighth aspect, wherein the liquid sending means is a suction pump for generating a suction pressure in the collecting chamber. Tenthly, the present invention also provides a water treatment apparatus, wherein the stirring means is a diffuser for diffusing gas into the water to be treated.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て詳しく説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the features as described above, and the embodiments will be described in detail below.

【0016】まず、この出願の第1の発明の二酸化チタ
ン多孔性膜は、濾過基材の外面および/または内面に一
様に担持されて用いられる二酸化チタンを主成分とする
濾過膜であって、膜の細孔径が4nm未満であることを
特徴としている。
First, the titanium dioxide porous membrane of the first invention of this application is a filtration membrane containing titanium dioxide as a main component, which is used by being uniformly supported on the outer surface and / or inner surface of a filtration substrate. , Characterized in that the pore diameter of the membrane is less than 4 nm.

【0017】この出願の発明の二酸化チタン多孔性膜
は、細孔径が4nm未満であり、量子サイズ効果が得ら
れるために高い光触媒活性を示し、その光触媒活性は、
細孔径が小さい方がより効率よく発揮されるという特性
を有する。二酸化チタン多孔性膜は二酸化チタン(Ti
2)のみの単一組成であってもよいし、光触媒活性を
高めるための微量の元素等が含まれていてもよい。ま
た、この出願の発明の二酸化チタン多孔性膜は、驚くべ
きことに、紫外線を照射させなくとも、従来知られてい
る光触媒による有機物の分解と同程度、ないしはそれ以
上の有機物を阻止する能力を有している。従来より知ら
れている二酸化チタンによる低分子有機物の分解除去で
は、紫外線の照射が必須とされており、この出願の発明
の二酸化チタン多孔性膜は、従来は全く知られていなか
った、微細な孔を有する二酸化チタン多孔性膜の新たな
用途を提供するものである。
The titanium dioxide porous membrane of the present invention has a pore diameter of less than 4 nm and exhibits high photocatalytic activity because a quantum size effect can be obtained.
It has the characteristic that the smaller the pore size is, the more efficiently it is exhibited. Titanium dioxide porous membrane is made of titanium dioxide (Ti
It may have a single composition of only O 2 ), or may contain a trace element for enhancing photocatalytic activity. Also, the titanium dioxide porous membrane of the invention of the present application surprisingly has the ability to inhibit organic substances at the same level or higher than the decomposition of organic substances by a conventionally known photocatalyst without irradiation with ultraviolet rays. Have. In the conventionally known decomposition and removal of low-molecular-weight organic substances by titanium dioxide, irradiation with ultraviolet rays is indispensable, and the titanium dioxide porous membrane of the invention of the present application has a fine, previously unknown microscopic structure. It is intended to provide a new use of a porous titanium dioxide membrane having pores.

【0018】そして、この出願の発明の二酸化チタン多
孔性膜は、もちろん、紫外線を照射することによって、
濾過膜の細孔中を通過する有機物を分解することもでき
る。この場合、有機物は、従来より分解除去の対象とさ
れていた低分子有機物のみならず、高分子有機物をも分
解することができる。さらには、濾過によって細孔に目
詰まりを起こしている有機物(ファウリング物質)をも
分解することもできる。このことは、従来の技術におい
て不可欠とされていた濾過膜の洗浄あるいは逆洗等とい
った洗浄工程を必要とせずに、ファウリング物質を分解
して濾過膜の透過流束を回復させることを可能とするも
のである。
The titanium dioxide porous membrane of the invention of this application is, of course,
Organic substances passing through the pores of the filtration membrane can also be decomposed. In this case, the organic substances can decompose not only low-molecular-weight organic substances that have been conventionally targeted for decomposition removal but also high-molecular-weight organic substances. Furthermore, organic substances (fouling substances) that have clogged the pores by filtration can also be decomposed. This makes it possible to decompose fouling substances and recover the permeation flux of the filtration membrane without the need for a washing step such as washing or backwashing of the filtration membrane, which is indispensable in the prior art. Is what you do.

【0019】以上のように、この出願の発明の二酸化チ
タン多孔性膜には、有機物の阻止および濾過中の有機物
の高レベルな分解、さらには光触媒活性による透過流束
の回復等、従来知られていなかった特異的な現象が実現
される。これらの現象は、個々に独立した作用ではな
く、光触媒活性を有する濾過膜に分子レベルの微細な透
過孔を付与することによりみられる固有の現象が、程度
を変えて現れたものであると考えられる。そのため、こ
の出願において、二酸化チタン多孔性膜の細孔径の上限
値は、実際に上記の現象が確認できた二酸化チタン多孔
性膜における平均細孔径の上限値である4nmとした。
As described above, the titanium dioxide porous membrane of the invention of the present application has been known in the prior art, for example, for inhibiting organic substances, decomposing organic substances at a high level during filtration, and recovering permeation flux by photocatalytic activity. A specific phenomenon that has not been realized is realized. It is thought that these phenomena are not independent actions, but are different degrees of the phenomena inherent in the provision of microscopic pores at the molecular level in a filtration membrane having photocatalytic activity. Can be Therefore, in this application, the upper limit of the pore diameter of the titanium dioxide porous membrane was set to 4 nm, which is the upper limit of the average pore diameter of the titanium dioxide porous membrane in which the above phenomenon was actually confirmed.

【0020】この出願の発明の二酸化チタン多孔性膜の
細孔径は、阻止あるいは分解の対象とする物質の分子量
に応じて適宜調整することができる。
The pore size of the titanium dioxide porous membrane of the invention of this application can be appropriately adjusted according to the molecular weight of the substance to be inhibited or decomposed.

【0021】例えば、低分子有機物であるトリクロロエ
チレン(TCE)を含む溶液を濾過する場合は、二酸化
チタン多孔性膜の平均細孔径は0.8nm以下とするこ
とが好ましい。また、高分子有機物を濾過する場合には
目詰まりが起こりやすくなる。そのため、例えば、分子
量が1800程度のポリエチレンイミン(PEI)を分
解する場合は、二酸化チタン多孔性膜の平均細孔径を
1.1nm以下として紫外線を照射しながら濾過するこ
とが好ましい。また、細孔径の下限値については、水等
の溶媒が通過できる範囲であればよい。
For example, when filtering a solution containing trichloroethylene (TCE), which is a low molecular organic substance, the average pore diameter of the titanium dioxide porous membrane is preferably 0.8 nm or less. In addition, when filtering high molecular organic substances, clogging is likely to occur. Therefore, for example, when decomposing polyethyleneimine (PEI) having a molecular weight of about 1800, it is preferable that the titanium dioxide porous membrane has an average pore diameter of 1.1 nm or less and is filtered while being irradiated with ultraviolet rays. Further, the lower limit of the pore diameter may be within a range that allows a solvent such as water to pass through.

【0022】細孔径分布については、二酸化チタン多孔
性膜の種々の特性を最大限に発揮するために、細孔径の
分散が小さく、細孔径を極力均一にすることが好まし
い。そして、平均細孔径の異なる二酸化チタン多孔性膜
を複数併用したり、平均細孔径の異なる二酸化チタン多
孔性膜の多層膜としてもよい。
Regarding the pore size distribution, it is preferable that the dispersion of the pore size is small and the pore size is as uniform as possible in order to maximize the various properties of the titanium dioxide porous membrane. Then, a plurality of titanium dioxide porous films having different average pore sizes may be used in combination, or a multilayer film of titanium dioxide porous films having different average pore sizes may be used.

【0023】以上のようなこの出願の発明の二酸化チタ
ン多孔性膜は、濾過基材の外面および/または内面に、
膜の細孔径が4nm未満の二酸化チタン多孔性膜が一様
に担持されて構成されている。
The titanium dioxide porous membrane of the invention of the present application as described above is provided on the outer surface and / or inner surface of a filtration substrate.
The titanium dioxide porous membrane having a pore diameter of less than 4 nm is uniformly supported.

【0024】濾過基材は、濾過器具として一般に使用さ
れている材質からなる、平均細孔径が1μm程度の多孔
質材であれば、その形状等は特に制限されない。例え
ば、平均細孔径が1μm程度の透過孔を有するαアルミ
ナやムライト等の無機質材料を用いることが好ましい例
として示される。なかでも、強度が高く、下地処理加工
が容易にできる点で、αアルミナを用いることが好まし
い。そして、その形状は、管状(1cm程度以上の外
径)、キャピラリー状(1〜10mm程度の外径)、モ
ノリス状(多数孔一体型)、平板状等と任意のものとす
ることができる。
The shape of the filtration substrate is not particularly limited as long as it is a porous material having a mean pore diameter of about 1 μm, which is made of a material generally used as a filtering device. For example, it is shown as a preferable example to use an inorganic material such as α-alumina or mullite having a transmission hole having an average pore diameter of about 1 μm. Above all, it is preferable to use α-alumina from the viewpoint that the strength is high and the base treatment can be easily performed. The shape can be any shape such as a tubular shape (outer diameter of about 1 cm or more), a capillary shape (outer diameter of about 1 to 10 mm), a monolithic shape (multi-hole integrated type), a flat plate shape, and the like.

【0025】二酸化チタン多孔性膜は、上記のような濾
過基材に対し、ゾル−ゲル法またはCVD法によって直
接されることが好ましい。この出願の発明の二酸化チタ
ン多孔性膜は、細孔径を極力均一にすることが好ましい
ため、細孔径を制御しやすいゾル−ゲル法を用いて濾過
膜を製造することがより好ましい例として示される。ゾ
ル−ゲル法においては、コロイドゾルの粒径を調整する
ことで、二酸化チタン多孔性膜の細孔径を制御すること
ができる。そしてコロイドゾルの粒径は、コロイド溶液
を調整する際の縮重合反応温度によって制御することが
できる。
The titanium dioxide porous membrane is preferably applied directly to the above-mentioned filtration substrate by a sol-gel method or a CVD method. Since the titanium dioxide porous membrane of the invention of this application preferably makes the pore diameter as uniform as possible, it is shown as a more preferable example to produce a filtration membrane using a sol-gel method in which the pore diameter is easily controlled. . In the sol-gel method, the pore diameter of the titanium dioxide porous membrane can be controlled by adjusting the particle size of the colloid sol. The particle size of the colloid sol can be controlled by the condensation polymerization reaction temperature when adjusting the colloid solution.

【0026】二酸化チタン多孔性膜は、濾過基材の形状
によって異なるが、濾過基材の外面、内面、または内外
の両面に作成することができる。さらに、有機物の分離
と高分子付着物の分解には、一つの多孔性膜で対応して
もよいし、濾過基材の異なる面や別の基材に相異なる方
法で作成された複数の膜を用いる等してもよい。
The titanium dioxide porous membrane varies depending on the shape of the filtration substrate, but can be formed on the outer surface, the inner surface, or both the inner and outer surfaces of the filtration substrate. Furthermore, the separation of organic substances and the decomposition of polymer deposits may be handled by one porous membrane, or a plurality of membranes formed by different methods on different surfaces of a filtration substrate or another substrate. May be used.

【0027】これによって、有機物を分離することがで
き、紫外線を照射することで有機物を高レベルに分解で
きる二酸化チタン多孔性膜を得ることができる。また、
この出願の発明の二酸化チタン多孔性膜は、全体が無機
質で構成されており、有機高分子製の膜に比べて高い耐
久性を得ることができる。
As a result, an organic substance can be separated, and a titanium dioxide porous membrane capable of decomposing the organic substance to a high level by irradiating ultraviolet rays can be obtained. Also,
The titanium dioxide porous membrane of the invention of this application is entirely composed of an inorganic material, and can have higher durability than an organic polymer membrane.

【0028】そして、この出願の第4の発明の水処理方
法は、上記第1ないし3のいずれかの発明の二酸化チタ
ン多孔性膜に、被処理水を通水することで、有機物が除
去された濾液を得るようにしている。
According to the water treatment method of the fourth invention of this application, the organic matter is removed by passing the water to be treated through the titanium dioxide porous membrane of any of the first to third inventions. To obtain the filtrate.

【0029】上記のように、この出願の発明の二酸化チ
タン多孔性膜は、一回の濾過によって有機物が高レベル
に除去された濾液を得ることができる。
As described above, the titanium dioxide porous membrane of the invention of the present application can obtain a filtrate from which organic substances have been removed to a high level by a single filtration.

【0030】また、この発明の水処理方法は、濾過によ
る水処理方法であるため、光触媒活性物質を回収する必
要がなく、処理前の水と処理後の水が分離されて、連続
的な水処理プロセスに利用することができる。
Further, since the water treatment method of the present invention is a water treatment method by filtration, it is not necessary to recover the photocatalytically active substance, and the water before treatment and the water after treatment are separated, and continuous water treatment is performed. Can be used for processing processes.

【0031】これによって、被処理水に含まれる有機物
を濾過のみで除去することができ、連続処理プロセスが
可能で効率の良い水処理方法が実現される。
As a result, the organic matter contained in the water to be treated can be removed only by filtration, and a continuous treatment process can be performed, thereby realizing an efficient water treatment method.

【0032】この出願の第5の発明の水処理方法は、上
記第4の発明において、二酸化チタン多孔性膜に紫外線
を照射しながら通水することを特徴としている。
The water treatment method according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, water is passed while irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays.

【0033】上記第4の発明の水処理方法においては、
水処理が進むにつれて、濾過された低分子有機物が細孔
内に溜まることが考えられ、被処理水に高分子有機物が
多量に含まれる場合には、高分子有機物によって二酸化
チタン多孔性膜が目詰まりを起こしてしまうことが考え
られる。このような場合には、被処理水の膜透過流束が
低下し、効率のよい水処理を行うことができない。
[0033] In the water treatment method of the fourth invention,
As the water treatment progresses, it is conceivable that filtered low-molecular-weight organic matter accumulates in the pores. If the water to be treated contains a large amount of high-molecular-weight organic matter, the titanium dioxide porous membrane is targeted by the high-molecular-weight organic matter. It is possible to cause clogging. In such a case, the membrane permeation flux of the water to be treated is reduced, so that efficient water treatment cannot be performed.

【0034】そこで、二酸化チタン多孔性膜に紫外線を
照射しながら通水することで、細孔内を通過中の有機物
を分解することが可能となり、透過水の有機物を分解除
去した濾液を得ることができる。また、二酸化チタン多
孔性膜の表面に目詰まりしている有機物を、紫外線の照
射によって分解することも可能となる。
Therefore, by passing water through the titanium dioxide porous membrane while irradiating it with ultraviolet rays, it is possible to decompose organic substances passing through the pores, and to obtain a filtrate from which permeated organic substances are decomposed and removed. Can be. In addition, it becomes possible to decompose organic substances clogging the surface of the titanium dioxide porous membrane by irradiation with ultraviolet rays.

【0035】これによって、有機物を阻止するだけでな
く、有機物を分解除去することが可能となり、高い膜透
過流束を維持することが可能な水処理方法が実現され
る。
Thus, a water treatment method capable of not only inhibiting organic substances but also decomposing and removing the organic substances and maintaining a high membrane permeation flux is realized.

【0036】この出願の第6の発明の水処理方法は、上
記第5の発明において、二酸化チタン多孔性膜に紫外線
を照射することによって、被処理水の膜透過流束を変化
させるようにしている。
The water treatment method according to a sixth aspect of the present invention is the water treatment method according to the fifth aspect, wherein the titanium dioxide porous membrane is irradiated with ultraviolet rays so as to change the membrane permeation flux of the water to be treated. I have.

【0037】二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照射する
ことで、細孔内に溜まった低分子有機物および目詰まり
した高分子有機物を分解することができるだけでなく、
被処理水の膜透過流束を制御することも可能となる。こ
の被処理水の膜透過流束は、二酸化チタン多孔性膜への
紫外線の照射量によって、所望の値に制御することがで
きる。
By irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays, not only can low-molecular organic substances accumulated in the pores and clogged high-molecular organic substances be decomposed,
It is also possible to control the membrane flux of the water to be treated. The membrane permeation flux of the water to be treated can be controlled to a desired value by the irradiation amount of the ultraviolet rays to the titanium dioxide porous membrane.

【0038】これによって、従来より不可欠とされてい
た濾過膜の洗浄工程を必要とせず、膜透過流速を制御し
た効率の良い水処理方法を実現することができる。
As a result, it is possible to realize an efficient water treatment method in which the membrane permeation flow rate is controlled without requiring a filtration membrane washing step which has been indispensable in the past.

【0039】この出願の第7の発明の水処理方法は、上
記第4ないし第6のいずれかの発明において、紫外線の
照射は、必要に応じて行うことを特徴とする水処理方法
を提供する。
A water treatment method according to a seventh aspect of the present invention provides the water treatment method according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein irradiation of ultraviolet rays is performed as needed. .

【0040】この出願の発明の水処理方法においては、
紫外線を照射しなくても、有機物を除去することが可能
である。そのため、紫外線は常時照射する必要がなく、
必要に応じて照射することができる。たとえば、有機物
の目詰まりにより膜透過流束が極めて低くなったときに
二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照射して、目詰まりし
ている有機物を完全に分解除去することもできるし、紫
外線のON/OFFをこまめに制御して、一定の透過流
速を維持させることもできる。すなわち、被処理水の膜
透過流束を、紫外線照射のON/OFFによって自由に
制御することができる。
In the water treatment method of the present invention,
Organic substances can be removed without irradiation with ultraviolet rays. Therefore, there is no need to constantly irradiate ultraviolet light,
Irradiation can be performed as needed. For example, when the membrane permeation flux becomes extremely low due to the clogging of organic substances, the titanium dioxide porous membrane can be irradiated with ultraviolet rays to completely decompose and remove the clogged organic substances, By controlling / OFF frequently, a constant permeation flow rate can be maintained. That is, the membrane permeation flux of the water to be treated can be freely controlled by ON / OFF of the ultraviolet irradiation.

【0041】これによって、紫外線の照射を常時必要と
しない低コストな水処理方法が実現される。
This realizes a low-cost water treatment method that does not always require irradiation with ultraviolet rays.

【0042】この出願の第8の発明の水処理装置は、上
記第4ないし第7いずれかに記載の水処理方法を行う装
置であって、被処理水を入れる被処理水タンクと、被処
理水タンク内に備えられた二酸化チタンナノ濾過膜と、
被処理水を攪拌するための攪拌手段と、二酸化チタンナ
ノ濾過膜に接続された集合室と、二酸化チタンナノ濾過
膜に紫外線を照射する紫外線照射手段と、被処理水を送
液する送液手段を備え、紫外線の照射を制御しながら送
液手段によって二酸化チタンナノ濾過膜に被処理水を通
過させて有機物が除去された濾液を集合室で回収するこ
とを特徴としている。このようなこの出願の発明の水処
理装置は、例えば、図1に例示した浸漬濾過装置等とし
て実現される。
The water treatment apparatus according to an eighth aspect of the present invention is an apparatus for performing the water treatment method according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein a water tank for storing the water to be treated, A titanium dioxide nanofiltration membrane provided in the water tank,
Stirring means for stirring the water to be treated, a collecting chamber connected to the titanium dioxide nanofiltration membrane, ultraviolet irradiation means for irradiating ultraviolet rays to the titanium dioxide nanofiltration membrane, and a liquid sending means for sending the water to be treated The method is characterized in that the water to be treated is passed through the titanium dioxide nanofiltration membrane by the liquid sending means while controlling the irradiation of ultraviolet rays, and the filtrate from which organic substances have been removed is collected in the collecting chamber. Such a water treatment apparatus of the invention of this application is realized, for example, as an immersion filtration apparatus illustrated in FIG.

【0043】図1において、1は被処理水タンク、2は
被処理水、3は二酸化チタン多硬性膜による濾過材、4
は濾過された水を集める集合室、5は送液手段としての
吸引ポンプ、6は紫外線照射手段としての紫外線ラン
プ、7は攪拌手段としての散気管、8は散気管へ気体を
送る送気ポンプ、9は保持体である。
In FIG. 1, 1 is a water tank to be treated, 2 is water to be treated, 3 is a filtration material made of titanium dioxide multi-hard film,
Is a collecting chamber for collecting filtered water, 5 is a suction pump as liquid sending means, 6 is an ultraviolet lamp as ultraviolet irradiation means, 7 is an air diffuser as stirring means, and 8 is an air feed pump for sending gas to the air diffuser. , 9 are holders.

【0044】例えば2本の濾過材(3)が、その一端を
保持体(9)に固定され、他端を集合室(4)に接続さ
れて、被処理水タンク(1)の底面に設置されている。
濾過材(3)と平行に、紫外線ランプ(6)も設置され
ている。被処理水タンク(1)には被処理水(2)が入
れられ、被処理水(2)は散気管(7)から放出された
気泡によって常時攪拌されている。
For example, two filter media (3) are fixed at one end to the holder (9), and the other end is connected to the collecting chamber (4) and installed on the bottom surface of the water tank (1). Have been.
An ultraviolet lamp (6) is also provided in parallel with the filter medium (3). The to-be-treated water tank (1) is filled with the to-be-treated water (2), and the to-be-treated water (2) is constantly stirred by the bubbles discharged from the air diffuser (7).

【0045】吸引ポンプ(5)で集合室(4)に吸引圧
力を発生させると、被処理水(2)の水頭圧力と吸引圧
力との差が濾過材(3)の膜間差圧となって、被処理水
(2)が濾過材(3)を通過し、有機物が除去された濾
液として集合室(4)に送られ回収できるようになって
いる。この時、被処理水(2)中の有機物は、濾過材
(3)の表面に阻止される。これによって、有機物が高
レベルに除去された濾液を得ることができる。
When a suction pressure is generated in the collecting chamber (4) by the suction pump (5), the difference between the head pressure of the water to be treated (2) and the suction pressure becomes the transmembrane pressure of the filtration material (3). Thus, the water to be treated (2) passes through the filter medium (3) and is sent to the collecting chamber (4) as a filtrate from which organic substances have been removed, and can be collected. At this time, the organic matter in the water to be treated (2) is blocked on the surface of the filter medium (3). As a result, a filtrate from which organic substances have been removed to a high level can be obtained.

【0046】また、この方法によると、被処理水(2)
と濾液が分離されるので、集合室(4)に送られた濾液
中の有機物の濃度をさらに低下させる必要がある場合に
は、直列に配置された同様の濾過装置(図示せず)を通
して再度濾過処理することもできる。これによって、被
処理水を連続的に処理することができ、処理プロセスが
簡素となる。
According to this method, the water to be treated (2)
And the filtrate are separated, so if it is necessary to further reduce the concentration of the organic matter in the filtrate sent to the collecting chamber (4), it is again passed through a similar filtration device (not shown) arranged in series. Filtration can also be performed. Thus, the water to be treated can be treated continuously, and the treatment process is simplified.

【0047】また、紫外線ランプ(6)によって濾過材
(3)の表面に紫外線を照射し、濾過材(3)の光触媒
活性を高めることで、濾過材(3)を通過している低分
子有機物を分解することもできる。さらに、濾過材
(3)の表面の高分子有機物を分解することもできる。
これによって、透過流束を制御でき、膜洗浄を必要とし
ない水処理方法が実現される。
Further, the surface of the filter medium (3) is irradiated with ultraviolet rays by an ultraviolet lamp (6) to enhance the photocatalytic activity of the filter medium (3), so that the low molecular weight organic substances passing through the filter medium (3). Can also be decomposed. Furthermore, high molecular organic substances on the surface of the filter medium (3) can be decomposed.
Thereby, a permeation flux can be controlled, and a water treatment method that does not require membrane cleaning is realized.

【0048】紫外線照射手段としては、紫外線ランプ
(6)としてのブラックライトがよく用いられるが、そ
の他にも、水銀ランプ、キセノンランプ等を使用するこ
ともできる。また、紫外線照射手段は、被処理水タンク
(1)内ではなく外に設置してもよいし、例えば光ファ
イバー等を通して導いた紫外光を濾過材(3)の表面に
照射すること等も可能である。濾過材(3)への紫外線
の照射は、常時照射してもよいが、必要に応じて照射す
る等の制御を行うこともできる。これによって、低コス
トな水処理が実現される。
As an ultraviolet irradiation means, a black light as an ultraviolet lamp (6) is often used, but a mercury lamp, a xenon lamp or the like can also be used. Further, the ultraviolet irradiation means may be installed outside the water tank to be treated (1) instead of in the tank to be treated. For example, it is possible to irradiate the surface of the filtering material (3) with ultraviolet light guided through an optical fiber or the like. is there. Irradiation of ultraviolet rays to the filter medium (3) may be performed at all times, but control such as irradiation may be performed as necessary. Thereby, low-cost water treatment is realized.

【0049】なお、図1において、被処理水タンク
(1)は開放系となっているが閉鎖系であってもよい
し、また、集合室(4)を被処理水タンク(1)の外に
設けるなどしてもよい。濾過材(3)の形状および数等
も任意である。
In FIG. 1, the to-be-treated water tank (1) is an open system, but may be a closed system. Alternatively, the collecting chamber (4) may be provided outside the to-be-treated water tank (1). May be provided. The shape and number of the filter medium (3) are also optional.

【0050】もちろん、送液装置は吸引ポンプ(5)に
限定されることはなく、加圧式等の各種のものが利用で
き、攪拌装置についても散気管(7)及び送気ポンプ
(8)に限定されることなく、攪拌式等の各種のもので
あってよい。
Of course, the liquid feeding device is not limited to the suction pump (5), but various types such as a pressurized type can be used, and the stirring device is also provided with the air diffuser (7) and the air feeding pump (8). Without limitation, various types such as a stirring type may be used.

【0051】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings, and embodiments of the present invention will be described in more detail.

【0052】[0052]

【実施例】(実施例1)この出願の発明の二酸化チタン
多孔性膜を用いた濾過材を作成した。濾過材の形状は円
筒状とし、濾過部とその両端の接続部とから構成されて
いる。接続部には、配管用ガラス管を用いた。濾過部
は、濾過基材として、外径10mm,肉厚1mm,長さ
9cmで平均細孔径が1μmのαアルミナ多孔質管を用
い、その外表面上に、二酸化チタン多孔性膜をゾル−ゲ
ル法により以下のように作製した。
EXAMPLES (Example 1) A filter medium using the titanium dioxide porous membrane of the present invention was prepared. The filtering material has a cylindrical shape, and is composed of a filtering portion and connecting portions at both ends thereof. A glass tube for piping was used for the connection part. The filtration unit uses an α-alumina porous tube having an outer diameter of 10 mm, a wall thickness of 1 mm, a length of 9 cm and an average pore diameter of 1 μm as a filtration base material, and a titanium dioxide porous membrane on the outer surface of which is a sol-gel. It was produced as follows by the method.

【0053】二酸化チタン多孔性膜の原料として、チタ
ンイソプロポキシド(TTIP),イソプロピルアルコ
ール(IPA),塩酸(HCl)および水(H2O)を
準備し、これらのモル比が、TTIP/IPA/HCl
/H2O=1/140/0.4/4となるように調整し
た。この溶液を、5℃で1時間静置して加水分解させ、
さらに所定の熟成温度で10時間撹拌して縮重合反応さ
せ、二酸化チタンコロイドゾルを得た。
Titanium isopropoxide (TTIP), isopropyl alcohol (IPA), hydrochloric acid (HCl) and water (H 2 O) were prepared as raw materials of the titanium dioxide porous membrane, and their molar ratio was TTIP / IPA. / HCl
/ H 2 O = 1/140 / 0.4 / 4. The solution is left at 5 ° C. for 1 hour to hydrolyze,
Further, the mixture was stirred at a predetermined aging temperature for 10 hours to cause a condensation polymerization reaction to obtain a titanium dioxide colloid sol.

【0054】この二酸化チタンコロイドゾルを、濾過基
材であるαアルミナ多孔質管にコーティングして乾燥さ
せ、次いで所定の焼成温度で15分間以上焼成して、多
孔質状の二酸化チタン多孔性膜1〜3を得て、濾過材を
完成させた。
This titanium dioxide colloidal sol is coated on an α-alumina porous tube as a filtration substrate, dried, and then baked at a predetermined calcination temperature for 15 minutes or more to form a porous titanium dioxide porous membrane 1. To 3 were completed to complete the filter material.

【0055】得られた二酸化チタン多孔性膜1〜3の平
均細孔径および分画分子量を測定し、その作成条件と共
に、表1に示した。
The average pore diameter and the molecular weight cut-off of the obtained titanium dioxide porous membranes 1 to 3 were measured, and the results are shown in Table 1 together with the preparation conditions.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】ここで、平均細孔径は、ケルビンの毛管凝
縮法を用いて湿り空気の透過実験から求めた。分画分子
量とは、濾過膜の性能を評価するために用いられる指標
であり、その膜を用いて濾過を行ったときに、見かけの
阻止率が0.9となる溶液中の溶質の分子量で表され
る。分画分子量は、溶質として分子量の異なる糖をもち
いた溶液を二酸化チタン多孔性膜1〜3に濾過すること
で求めた。
Here, the average pore diameter was determined from a humid air permeation experiment using the Kelvin capillary condensation method. The molecular weight cutoff is an index used to evaluate the performance of a filtration membrane, and is the molecular weight of a solute in a solution having an apparent rejection of 0.9 when filtration is performed using the membrane. expressed. The molecular weight cutoff was determined by filtering a solution using sugars having different molecular weights as solutes through the titanium dioxide porous membranes 1 to 3.

【0058】表1より、細孔径が4nm以下の二酸化チ
タン多孔性膜が作製されたことが確認された。またその
平均細孔径は、二酸化チタン多孔性膜の作製条件によっ
て制御することができ、濾過対象とする有機物に合わせ
て選択できることが示された。 (実施例2)実施例1で作製した二酸化チタン多孔性膜
1を有する濾過材を設置した濾過装置Aを作製し、トリ
クロロエチレン、ベンゼン、トルエン、キシレンの4種
類の低分子有機物を含む被処理水の濾過を行った。濾過
装置Aの概略を、図2に示した。
From Table 1, it was confirmed that a titanium dioxide porous membrane having a pore diameter of 4 nm or less was produced. In addition, it was shown that the average pore diameter can be controlled by the preparation conditions of the titanium dioxide porous membrane, and can be selected according to the organic substance to be filtered. (Example 2) A filtration device A equipped with a filtration material having the titanium dioxide porous membrane 1 produced in Example 1 was produced, and treated water containing four kinds of low molecular organic substances of trichloroethylene, benzene, toluene and xylene was prepared. Was filtered. FIG. 2 schematically shows the filtering device A.

【0059】濾過装置Aは、回分型の濾過装置であり、
35℃に設定された恒温水槽(10)内に、リザーバタ
ンク(15)と透過実験用セル(16)の2つの透明な
密閉円筒容器が直列に設置されている。リザーバタンク
(15)には加圧のための窒素ガスがN2ボンベ(1
1)より供給されており、リザーバタンク(15)内の
窒素ガス圧は圧力調整弁(12)、圧力計(13)、リ
ーク弁(14)で制御できるようになっている。透過実
験用セル(16)には被処理水が満たされ、その中央に
は二酸化チタン多孔性膜1を有する濾過材(17)が配
置されている。透過実験用セル(16)内の被処理水
は、窒素による加圧と透過液圧との間で設定された膜間
差圧によって濾過材(17)を透過し、膜透過濾液(1
9)として回収される。なお、透過実験用セル(16)
は、濃度分極の影響を無くすために35mmの攪拌子を
900rpmで回転させ、濾過材の表面まで十分混合し
た。
The filtration device A is a batch type filtration device,
In a constant temperature water bath (10) set at 35 ° C., two transparent closed cylindrical containers, a reservoir tank (15) and a permeation experiment cell (16), are installed in series. The reservoir tank (15) is filled with nitrogen gas for pressurization in an N 2 cylinder (1).
1), the nitrogen gas pressure in the reservoir tank (15) can be controlled by a pressure regulating valve (12), a pressure gauge (13), and a leak valve (14). The permeation experiment cell (16) is filled with the water to be treated, and a filter medium (17) having the titanium dioxide porous membrane 1 is arranged in the center thereof. The water to be treated in the permeation experiment cell (16) permeates the filter medium (17) by the transmembrane pressure difference set between the pressurization with nitrogen and the permeate pressure, and the permeate filtrate (1).
Collected as 9). The cell for permeation experiments (16)
In order to eliminate the influence of concentration polarization, a 35 mm stirrer was rotated at 900 rpm to mix sufficiently to the surface of the filter.

【0060】このような構成の装置において、被処理溶
液として、トリクロロエチレン、ベンゼン、トルエン、
キシレンの4種類の低分子有機物を約500ppmに調
整し、それぞれの被処理水の濾過を行なった。濾過材に
供給する被処理水の濃度(Cb)および濾液の濃度(C
p)と、被処理水の透過流速の測定を行なった。低分子
有機物の濃度測定は、ガスクロマトグラフによって行な
った。また、阻止率Rとして、1−Cp/Cb値を求
め、それらの結果を表2に示した。
In the apparatus having such a configuration, trichloroethylene, benzene, toluene,
The four kinds of low molecular organic substances of xylene were adjusted to about 500 ppm, and the respective water to be treated was filtered. The concentration (Cb) of the water to be treated to be supplied to the filter medium and the concentration (C
p) and the permeation flow velocity of the water to be treated were measured. The measurement of the concentration of the low molecular weight organic substance was performed by gas chromatography. Also, 1-Cp / Cb values were obtained as the rejection ratio R, and the results are shown in Table 2.

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】表2より、この出願の発明の二酸化チタン
多孔性膜1によって、紫外線の照射が無い場合でも、ト
リクロロエチレン、ベンゼン、トルエン、キシレンの4
種類の低分子有機物を阻止率20〜30%程度で分離で
きることが確認された。 (実施例3)実施例1で作製した二酸化チタン多孔性膜
3を有する濾過材を用いた濾過装置Bを作製し、被処理
水としてトリクロロエチレン溶液の濾過を行った。濾過
装置Bの概略を、図3に示した。
From Table 2, it can be seen that the titanium dioxide porous membrane 1 of the invention of the present application shows that the titanium dioxide porous membrane 1 of trichloroethylene, benzene, toluene and xylene can be used even without irradiation of ultraviolet rays.
It was confirmed that various kinds of low molecular organic substances can be separated with a rejection of about 20 to 30%. (Example 3) A filtration device B using a filtration material having the titanium dioxide porous membrane 3 produced in Example 1 was produced, and a trichlorethylene solution was filtered as water to be treated. FIG. 3 schematically shows the filtering device B.

【0063】濾過装置Bは、流通型の濾過装置であり、
供給液タンク(20)に溜められた被処理水(2)は、
ギアポンプ(21)によって濾過材(17)の設置され
た透明なテストセルハウジング(22)に供給され、濾
過材(17)を通過した液のみが膜透過濾液(19)と
して回収される。また、主波長が350nmのブラック
ライト(4W×2本)(23)をテストセルハウジング
(22)の外側に設置して、必要時に濾過材(17)へ
紫外線を照射できるようにしてある。ギアポンプ(2
1)から供給される被処理水(2)の流量はフロート式
流量計で、濾過材の上流側の圧力(P1)および下流側
の圧力(P2)は圧力計(13)によって測定される。
被処理水(2)の圧力は流量と圧力調整弁(12)で制
御されて、膜間差厚が0.1kgf/cm2、透過流束
が1.5×10-63/m2・sとなるように設定されて
いる。また、被処理水(2)の温度は25℃であった。
The filtration device B is a flow-type filtration device.
The water to be treated (2) stored in the supply liquid tank (20) is
The liquid is supplied to the transparent test cell housing (22) provided with the filter medium (17) by the gear pump (21), and only the liquid that has passed through the filter medium (17) is collected as the membrane-permeable filtrate (19). Further, a black light (4 W × 2 lines) (23) having a main wavelength of 350 nm is provided outside the test cell housing (22) so that the filter medium (17) can be irradiated with ultraviolet rays when necessary. Gear pump (2
The flow rate of the water to be treated (2) supplied from 1) is a float type flow meter, and the pressure (P1) on the upstream side and the pressure (P2) on the downstream side of the filter are measured by a pressure gauge (13).
The pressure of the water to be treated (2) is controlled by the flow rate and the pressure regulating valve (12), the transmembrane thickness is 0.1 kgf / cm 2 , and the permeation flux is 1.5 × 10 −6 m 3 / m 2.・ It is set to be s. The temperature of the water to be treated (2) was 25 ° C.

【0064】このような構成の装置Bにおいて、まず、
紫外線を照射せず被処理水を濾過処理し、次いで紫外線
を照射して濾過処理をすることを2回繰り返し、それぞ
れの処理前後でのトリクロロエチレンの濃度変化を測定
した。その結果を、阻止率Rとともに表3に示した。な
お、各濾過処理において供給側のトリクロロエチレン濃
度(Cb)が低下しているのは、各濾過処理間にトリク
ロロエチレンが揮発してしまったためと思われるが、濾
過処理中のトリクロロエチレンの揮発はほどんどないこ
とを確認している。
In the device B having such a configuration, first,
Filtration treatment of the water to be treated without irradiating ultraviolet rays, and then irradiating with ultraviolet rays and performing filtration treatment were repeated twice, and the change in the concentration of trichlorethylene before and after each treatment was measured. The results are shown in Table 3 together with the rejection R. In addition, the reason why the concentration of trichlorethylene (Cb) on the supply side is reduced in each filtration process is considered to be that trichlorethylene has volatilized during each filtration process, but trichlorethylene volatilization during the filtration process is scarce. Make sure that.

【0065】[0065]

【表3】 [Table 3]

【0066】紫外線を照射しない場合は、濾過前後でト
リクロロエチレンの濃度は変化しなかった。これは、濾
過材に用いた二酸化チタン多孔性膜3の分画分子量が3
万であり、トリクロロエチレンの分子量131にくらべ
て大きすぎ、濾過効果が測定にかからなかったためであ
る。すなわち、二酸化チタン多孔性膜3は、トリクロロ
エチレンの濾過による除去には適さないことが確認され
た。
When no ultraviolet ray was irradiated, the concentration of trichlorethylene did not change before and after filtration. This is because the molecular weight cut off of the titanium dioxide porous membrane 3 used as the filter material is 3
This is because it was too large compared to the molecular weight 131 of trichlorethylene, and the filtration effect was not measured. That is, it was confirmed that the titanium dioxide porous membrane 3 was not suitable for removing trichloroethylene by filtration.

【0067】一方、紫外線を照射した場合は、二酸化チ
タン多孔性膜3を1回通過させるごとに、トリクロロエ
チレンの濃度が5〜10ppm減少することが分かっ
た。
On the other hand, when ultraviolet light was irradiated, it was found that the concentration of trichlorethylene was reduced by 5 to 10 ppm each time the titanium dioxide porous membrane 3 was passed.

【0068】このことから、トリクロロエチレンは二酸
化チタン多孔性膜3を通過中に分解されていることがわ
かった。ここで用いた二酸化チタン多孔性膜3の厚さは
約1μm程度であり、透過流束が1.5×10-63
2・sであることから計算すると、トリクロロエチレ
ンは二酸化チタン多孔性膜を通過する約1秒の間にその
約20%が分解されたことが分かった。
From this, it was found that trichloroethylene was decomposed while passing through the porous titanium dioxide membrane 3. The thickness of the titanium dioxide porous membrane 3 used here is about 1 μm, and the permeation flux is 1.5 × 10 −6 m 3 /
Calculated from m 2 · s, it was found that about 20% of trichlorethylene was decomposed in about 1 second after passing through the titanium dioxide porous membrane.

【0069】従来のチタンによるトリクロロエチレン分
解技術では、初期濃度500ppmのトリクロロエチレ
ンを5ppmにまで低減させるのに15分〜10日間か
かっており、この出願の発明の水処理方法によって、効
率よく、高レベルでトリクロロエチレンの分解を行える
ことが示された。 (実施例4)目詰まりを起こしやすい高分子有機物を含
む被処理水の水処理を行なった。高分子有機物としては
分子量が1800のポリエチレンイミン(PEI)を用
い、100ppmに調整したPEI溶液を用いて水処理
を行なった。濾過には、実施例1で作製した二酸化チタ
ン多孔性膜1または2を設置した回分型濾過装置(濾過
装置A)または流通型ろ過装置(濾過装置B)を用い、
膜間差圧を0.2または10kgf/cm2で一定にし
たまま、紫外線を入り切りして透過流束の変化を測定し
た。
In the conventional trichlorethylene decomposition technology using titanium, it takes 15 minutes to 10 days to reduce the initial concentration of 500 ppm of trichlorethylene to 5 ppm, and the water treatment method of the invention of the present application efficiently and at a high level. It has been shown that trichlorethylene can be decomposed. (Example 4) Water to be treated containing a high-molecular-weight organic material that is likely to cause clogging was treated. Water treatment was performed using polyethyleneimine (PEI) having a molecular weight of 1800 as a high molecular weight organic material and using a PEI solution adjusted to 100 ppm. For filtration, a batch type filtration device (filtration device A) or a flow type filtration device (filtration device B) provided with the titanium dioxide porous membrane 1 or 2 prepared in Example 1 was used.
With the transmembrane pressure kept constant at 0.2 or 10 kgf / cm 2 , ultraviolet light was turned on and off and the change in the permeation flux was measured.

【0070】透過流速の測定は、まず最初に、紫外線を
照射せずに濾過した純水に対して行い、次いでPEI溶
液、その後に紫外線を照射しながら濾過したPEI溶液
について行なった。また、比較のために、光触媒活性を
示さないをSi−Zr膜を用いても同様に、透過流速の
変化を調べた。その測定結果を表4に示した。
The measurement of the permeation flow rate was first performed on pure water filtered without irradiating ultraviolet rays, then on the PEI solution, and then on the PEI solution filtered while irradiating ultraviolet rays. For comparison, a change in the permeation flow rate was examined in the same manner even when a Si-Zr film, which does not exhibit photocatalytic activity, was used. Table 4 shows the measurement results.

【0071】[0071]

【表4】 [Table 4]

【0072】二酸化チタン多孔性膜1または2を用いた
場合は、共に、PEI溶液を通すと、純水を通した場合
と比較して、透過流束は極端に減少するが、紫外線を照
射することによって透過流速は純水を通した場合の約1
/2程度にまで回復することが確認された。また、表に
は示さなかったが、紫外線の照射を再び停止すると、P
EI溶液の透過流束が減少することも確認された。
In the case where the titanium dioxide porous membrane 1 or 2 is used, when the PEI solution is passed, the permeation flux is extremely reduced as compared with the case where pure water is passed. Therefore, the permeation flow rate is about 1 when pure water is passed through.
It was confirmed to recover to about / 2. Although not shown in the table, when the irradiation of the ultraviolet rays was stopped again, P
It was also confirmed that the permeation flux of the EI solution was reduced.

【0073】光触媒機能を持たないSi−Zr膜は、紫
外線を照射しても透過流束の回復は見られなかった。
The Si-Zr film having no photocatalytic function showed no recovery of the transmitted flux even when irradiated with ultraviolet rays.

【0074】以上のことから、この出願の発明の水処理
方法によって、被処理水中の高分子有機物の分解除去が
可能なことが確認された。また、被処理水の透過流束を
制御できることが確認された。この水処理方法による
と、必要時にだけ紫外線を照射することによって高分子
有機物の分解が可能となるため、省エネルギーな水処理
が実現できることも示された。
From the above, it was confirmed that the water treatment method of the invention of the present application can decompose and remove high molecular organic matter in the water to be treated. It was also confirmed that the permeation flux of the water to be treated can be controlled. According to this water treatment method, high-molecular organic matter can be decomposed by irradiating ultraviolet rays only when necessary, and it has been shown that energy-saving water treatment can be realized.

【0075】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
Of course, the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various embodiments are possible in detail.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、紫外線を常時照射する必要がなく、耐久性を損ね
ることなく、有機物を高レベルに分解できる二酸化チタ
ン多孔性膜と、それを用いた、簡素な装置構成と有機物
の連続的な除去が可能で、さらには膜の洗浄をすること
なく透過流束の簡便な調節が可能な水処理方法とその装
置が提供される。
As described in detail above, according to the present invention, there is no need to constantly irradiate ultraviolet rays, and a titanium dioxide porous membrane capable of decomposing organic substances to a high level without impairing durability, and using the same, Provided are a water treatment method and a water treatment method which have a simple apparatus configuration, can continuously remove organic substances, and can easily adjust a permeation flux without washing a membrane.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この出願の発明の水処理方法を適用した浸漬型
の濾過装置を例示した概略図である。
FIG. 1 is a schematic view illustrating a immersion-type filtration device to which a water treatment method of the present invention is applied.

【図2】実施例において用いた回分型の濾過装置を例示
した概略図である。
FIG. 2 is a schematic view illustrating a batch type filtration device used in Examples.

【図3】実施例において用いた流通型の濾過装置を例示
した概略図である。
FIG. 3 is a schematic view illustrating a flow-type filtration device used in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被処理水タンク 2 被処理水 3 濾過材 4 集合室 5 吸引ポンプ 6 紫外線ランプ 7 散気管 8 送気ポンプ 9 保持体 10 恒温水槽 11 N2ボンベ 12 圧力調整弁 13 圧力計 14 リーク弁 15 リザーバタンク 16 透過実験用セル 17 濾過材 18 攪拌子 19 膜透過濾液 20 給水タンク 21 ギアポンプ 22 テストセルハウジング 23 ブラックライト1 treated water tank 2 water to be treated 3 filtering material 4 collecting chamber 5 the suction pump 6 ultraviolet lamp 7 aeration tube 8 air pump 9 holding member 10 constant temperature water bath 11 N 2 gas cylinder 12 pressure regulating valve 13 pressure gauge 14 leak valve 15 reservoir Tank 16 Cell for permeation experiment 17 Filtration material 18 Stirrer 19 Membrane permeate filtrate 20 Water tank 21 Gear pump 22 Test cell housing 23 Black light

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/32 ZAB C02F 1/32 ZAB 1/58 1/58 A (72)発明者 豊貞 輝敬 広島県東広島市西条町寺家7247−1 ハル ハレーンD棟202号 Fターム(参考) 4D006 GA06 HA01 HA21 HA41 JA31A JA53A KA31 KA43 KB04 KC22 KD30 KE03Q KE03R KE12Q KE12R KE13Q KE13R KE16Q KE16R MA03 MA22 MA40 MB05 MC03 MC03X NA31 NA39 PB08 4D037 AA11 AB02 AB14 BA18 BB04 BB05 CA03 4D038 AA08 AB07 AB14 BB07 BB09 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA04A BA04B BA13A BA48A CA05 CA19 EA08 EB14Y EC11X EC12X EC12Y EC13X EC13Y FA03 FB23 FB30──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C02F 1/32 ZAB C02F 1/32 ZAB 1/58 1/58 A (72) Inventor Terutaka Toyada Hiroshima Prefecture 7247-1, Saijomachiji, Higashihiroshima-shi Haru Haren D Bldg. No. 202 F-term (reference) 4D006 GA06 HA01 HA21 HA41 JA31A JA53A KA31 KA43 KB04 KC22 KD30 KE03Q KE03R KE12Q KE12R KE13Q KE13R KE16Q KE16R MA03 MA22 MA03 NA03 MC03 NA03 AA11 AB02 AB14 BA18 BB04 BB05 CA03 4D038 AA08 AB07 AB14 BB07 BB09 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA04A BA04B BA13A BA48A CA05 CA19 EA08 EB14Y EC11X EC12X EC12Y EC13X EC13Y FA03 FB23 FB30

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二酸化チタンを主成分とする膜が濾過基
材の外面および/または内面に一様に担持された濾過膜
であって、膜の細孔径が4nm未満であることを特徴と
する二酸化チタン多孔性膜。
1. A filtration membrane in which a membrane containing titanium dioxide as a main component is uniformly supported on an outer surface and / or an inner surface of a filtration substrate, wherein the pore diameter of the membrane is less than 4 nm. Titanium dioxide porous membrane.
【請求項2】 膜の細孔径が1.1nm以下であること
を特徴とする請求項1記載の二酸化チタン多孔性膜。
2. The titanium dioxide porous membrane according to claim 1, wherein the pore diameter of the membrane is 1.1 nm or less.
【請求項3】 膜の細孔径が0.8nm以下であること
を特徴とする請求項1記載の二酸化チタン多孔性膜。
3. The titanium dioxide porous membrane according to claim 1, wherein the pore diameter of the membrane is 0.8 nm or less.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の二
酸化チタン多孔性膜に被処理水を通水することで、有機
物が除去された濾液を得ることを特徴とする水処理方
法。
4. A water treatment method comprising passing a water to be treated through the titanium dioxide porous membrane according to claim 1 to obtain a filtrate from which organic substances have been removed.
【請求項5】 二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照射し
ながら通水することを特徴とする請求項4記載の水処理
方法。
5. The water treatment method according to claim 4, wherein water is passed while irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays.
【請求項6】 二酸化チタン多孔性膜に紫外線を照射す
ることによって、被処理水の膜透過流束を変化させるこ
とを特徴とする請求項5記載の水処理方法。
6. The water treatment method according to claim 5, wherein the membrane permeation flux of the water to be treated is changed by irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet rays.
【請求項7】 紫外線の照射は、必要に応じて行うこと
を特徴とする請求項5または6記載の水処理方法。
7. The water treatment method according to claim 5, wherein the ultraviolet irradiation is performed as needed.
【請求項8】 請求項4ないし7いずれかに記載の水処
理方法を行う装置であって、被処理水を入れる被処理水
タンクと、被処理水タンク内に備えられた二酸化チタン
多孔性膜と、被処理水を攪拌するための攪拌手段と、二
酸化チタン多孔性膜に接続された集合室と、二酸化チタ
ン多孔性膜に紫外線を照射する紫外線照射手段と、被処
理水を送液する送液手段を備え、紫外線の照射を制御し
ながら送液手段によって二酸化チタン多孔性膜に被処理
水を通過させて有機物が除去された濾液を集合室で回収
することを特徴とする水処理装置。
8. An apparatus for performing the water treatment method according to claim 4, wherein a water tank to be filled with water to be treated and a titanium dioxide porous membrane provided in the water tank to be treated. A stirring means for stirring the water to be treated; a collecting chamber connected to the titanium dioxide porous membrane; an ultraviolet irradiation means for irradiating the titanium dioxide porous membrane with ultraviolet light; A water treatment apparatus, comprising: a liquid means, and a filtrate from which organic substances are removed by passing water to be treated through a titanium dioxide porous membrane by a liquid sending means while controlling the irradiation of ultraviolet rays.
【請求項9】 送液手段が、集合室内に吸引圧力を発生
させる吸引ポンプであることを特徴とする請求項8記載
の水処理装置。
9. The water treatment apparatus according to claim 8, wherein the liquid sending means is a suction pump for generating a suction pressure in the collection chamber.
【請求項10】 攪拌手段が、被処理水中に気体を散気
する散気装置であることを特徴とする請求項8または9
記載の水処理装置。
10. The agitation means is an air diffuser for diffusing gas into the water to be treated.
A water treatment apparatus as described in the above.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006326530A (en) * 2005-05-27 2006-12-07 Hiroshima Univ Nanoporous titanium oxide membrane and method for treating volatile organic compound using the same
CN1319634C (en) * 2005-07-30 2007-06-06 大连理工大学 Titanium dioxide nanometer pipe composite separating membrane, its preparation and use thereof
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