JP2002079244A - 光分解による水処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で有機物を効率よく分解できる水処理
方法、および長期間にわたって安定した分解性能が得ら
れる水処理装置を実現する。 【解決手段】 一定時間ごとに被処理水が供給されて浄
化水が排出され、紫外線を照射する光源を有する紫外線
反応器（７）と、紫外線を照射する光源（２）および光
触媒（１）を有する光触媒反応器（２０）が接続され、
両反応器間を被処理水が循環する水処理装置であって、
紫外線反応器（７）内の被処理水の体積が光触媒反応器
（２０）内の被処理水の体積より大きい水処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光分解による水処理
装置および方法に係り、特に光触媒作用で廃水中のダイ
オキシン類、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有害有機物を効率よく酸化分解し、
廃水を浄化する水処理装置および水処理方法に関するも
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あるい
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。このような問題点を
克服するためコンパクトで取扱い易く、安価でしかも処
理効率の高い水処理装置として二酸化チタン等の光触媒
を利用したものに関する発明が多数なされている。特
に、光触媒への光照射だけで強力な酸化力が生じて殺
菌、有害有機物あるいは悪臭等の分解ができるので、さ
まざまな分野への応用展開が精力的に進められている。

【０００３】従来の光触媒を用いた水処理装置の一例と
して、処理過程の前段部に紫外線反応器および後段部に
光触媒反応器を設置したものがあげられる。これは前段
部に配置された３００ｎｍ以下の紫外線を照射できる光
源で有機塩素化合物の脱塩素化を行った後、後段部で光
触媒を励起可能な光源から紫外線を照射して光触媒の強
力な酸化力で有機物を分解することにより、光触媒単独
よりも有機物分解を促進させるものである。図３にこの
ような従来技術に基づく水処理装置の一例を示す。当該
水処理装置は、紫外線反応器７の外部に接続配管１２に
より直列に接続された円筒状の光触媒反応器２０から構
成される。紫外線反応器７には殺菌灯２が挿入された石
英製ジャケット１５が配置されている。一方、光触媒反
応器２０はガラス製の二重管構造となっている。光触媒
反応器外管４はパイレックス（登録商標）製、光触媒反
応器内管３は石英製である。光触媒反応器外管４内壁に
無機繊維織布に光触媒を担持した光触媒体１が配置され
ている。反応器内管３内部の中心に光源２としてブラッ
クライトブルー蛍光灯が配置されている。廃水５は光触
媒反応器外管４の管端付近の側面から供給され、光触媒
反応器２０内で光触媒反応器外管４内壁に設置された光
触媒体１と反応器内管３外壁との間を流れ、処理され
る。廃水５は紫外線反応器７、光触媒反応器２０の順に
通過して浄化された後、浄化水８が光触媒反応器２０に
設置された浄化水排出管１０から排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】紫外線による有機物の
分解速度および光触媒反応速度は遅いので、図３のよう
にほぼ同一容量の紫外線反応器７と光触媒反応器２０を
直列に接続した場合では分解効率が低いという問題点を
生じる。また、両反応器を接続する場合、以下のような
問題も生じる。

【０００５】すなわち、紫外線反応器７では高流速化で
生じた撹拌効果を利用して光源から照射される紫外線と
有機物の接触効率を向上させようとすれば、長手方向は
光源の長さで決まるので断面方向の長さが小さくなり、
紫外線反応器７の容積が小さくなる。したがって、反応
器内の滞留時間が短くなるだけでなく、多くの有機物へ
紫外線を照射できないので分解性能の低下を招くことに
なる。

【０００６】一方、光触媒反応器２０では反応器内の滞
留時間を長くするために光触媒反応器２０の容積を大き
くすれば、長手方向は光源の長さできまので必然的に断
面方向の長さが大きくなる。そのため光触媒面積を大き
くできる利点はあるが、光源から照射された紫外線が光
触媒へ到達されるまでに廃水へ吸収されて、光触媒を励
起させるのに充分な光エネルギーが得られず、分解性能
の低下を招くことになる。

【０００７】本発明の課題は、上記した従来技術の問題
点を鑑み、短時間で有機物を効率よく分解できる水処理
方法、および長期間にわたって安定した分解性能が得ら
れる水処理装置を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。 （１）一定時間ごとに被処理水が供給されて浄化水が排
出され、紫外線を照射する光源を有する紫外線反応器
と、紫外線を照射する光源および光触媒を有する光触媒
反応器が接続され、両反応器間を被処理水が循環する水
処理装置において、紫外線反応器の被処理水の容積が光
触媒反応器の容積より大きいことを特徴とする光分解に
よる水処理装置。

【０００９】（２）連続して浄化水を抜出しながら被処
理水が供給され、紫外線を照射する光源を有する紫外線
反応器と、紫外線を照射する光源および光触媒を有する
光触媒反応器が接続され、両反応器間で被処理水を循環
させて処理する水処理方法において、紫外線反応器内の
被処理水の体積を光触媒反応器内の被処理水の体積より
大きくし、かつ被処理水の循環量が被処理水の供給量よ
りも大きくすることを特徴とする光分解による水処理方
法。 （３）紫外線反応器内へ過酸化水素水を供給することを
特徴とする（２）記載の水処理方法。

【００１０】

【作用】バッチ式水処理装置では、紫外線反応器内に保
持される廃水の体積を光触媒反応器内に保持される廃水
の体積より大きくする。紫外線反応器では廃水の体積を
大きくするため、廃水の流れに対して垂直方向の断面の
長さを大きくする。これにより紫外線が照射できる範囲
が広くなるだけでなく、流速が遅くなり滞留時間も長く
なるので、紫外線を吸収する有機物量が増加して分解性
能が向上する。光触媒反応器では廃水の体積を小さくす
るため、廃水の流れに対して垂直方向の断面の長さを小
さくする。これにより光源から照射される紫外線の廃水
への吸収が抑制されて光触媒を励起させるのに充分な光
エネルギーが光触媒表面に到達できる。また、反応器内
の流速も速くなり液撹拌効果が生じるので、廃水と光触
媒の接触頻度が増加するので分解性能を向上させること
ができる。さらに、供給口および排出口付近に液溜まり
を設ければ整流効果が生じて反応器内の廃水の流れが均
一になる。

【００１１】連続して浄化水を抜出しながら廃水が供給
され、装置内で廃水が循環する構造のオーバーフロー式
水処理装置の場合も、同様に紫外線反応器内に保持され
る廃水の体積を光触媒反応器内に保持される廃水の体積
より大きくする。

【００１２】オーバーフロー方式の場合、マスバランス
から浄化水中の有機物濃度：Ｃは下記の（１）式で与え
られる。 Ｃ＝ｑ・Ｃｉ／（ｑ＋η・Ｑ） （１） ここで、Ｃｉ：廃水中の有機物濃度、ｑ：廃水の供給
量、Ｑ：廃水の循環量、η：反応率。 したがって、浄化水中の有機物濃度を小さくする、すな
わち分解性能を高めるために廃水の循環量を廃水の供給
量よりも大きくすることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において、一定時間ごとに
被処理水が供給されて浄化水が排出され、装置内で廃水
が循環する構造のバッチ式水処理装置では、紫外線反応
器内に保持される廃水の体積が光触媒反応器内に保持さ
れる廃水の体積より大きくする。紫外線反応器内の廃水
の体積は、光触媒反応器内の廃水の体積の２〜５０倍が
好ましく、さらに好ましくは２〜３０倍である。被処理
水の循環量は、被処理水の供給量の２〜３０倍が好まし
く、さらに好ましくは２〜１５倍である。

【００１４】一方、連続して浄化水を抜出しながら廃水
が供給され、装置内で廃水が循環する構造のオーバーフ
ロー式水処理装置では、紫外線反応器内で保持される廃
水の体積が光触媒反応器内で保持される廃水の体積より
大きくする。この場合も、被処理水の循環量は被処理水
の供給量よりも多くすることが好ましい。

【００１５】紫外線反応器では、有機物の各元素間結合
を切断するのに充分なエネルギーを供給できる３００ｎ
ｍ以下の紫外線を廃水へ照射する。有機物中の炭素−炭
素二重結合、炭素−酸素二重結合等は紫外線吸収スペク
トルの極大値が２００〜３００ｎｍ付近にあるので、特
に有機物は３００ｎｍ以下の紫外線をよく吸収して分解
される。光源は電気配線と廃水が接触しないようにジャ
ケットに封入して用いることが好ましい。ジャケットの
材質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かまわ
ない。

【００１６】紫外線反応器はバッファタンクとして利用
することも可能であり、その材質は耐薬品性、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
の有機物の材質でもかまわない。さらに、紫外線反応器
内へ過酸化水素水を供給すれば、紫外線分解と過酸化水
素水との相乗効果により有機物分解が促進される。

【００１７】光触媒反応器は二重管構造となっており、
反応器外管内壁に光触媒が配置され、反応器内管内部に
光触媒体へ光を照射するための手段として光源が設置さ
れている。反応器外管径一定で内管径を大きくすれば、
光触媒反応器の体積を小さくできる。

【００１８】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
は塩化ビニル等の有機化合物の材質でもかまわない。光
触媒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
れでもかまわない。光触媒反応器外管内部には光触媒体
が設置される。光触媒体として強度があり、加工し易
く、耐薬品性、耐腐食性および耐光性等に優れた織布、
金属、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン等に光触媒
を担持して螺旋構造を有するものに成形して用いること
もできるし、ペースト状の光触媒を螺旋構造に成形して
用いることもできる。

【００１９】光触媒反応器内の光触媒としては、二酸化
チタン、チタン酸ストロンチウム、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
酸化チタンが好ましい。さらに、上記光触媒の活性向上
あるいは対象廃水中の成分の選択的分解のために、金、
銀、銅、白金およびパラジウム等の貴金属あるいはこれ
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。

【００２０】光触媒反応器内部には光源が設置される
が、光源は光触媒反応器内管の内部に設置されてもかま
わないし、また光源の配線部分が水と接触しないように
すれば、光触媒反応器内管を用いず、そのまま設置され
てもかまわない。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。条件によっては適宜
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。

【００２１】

【実施例】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
ものではあい。 実施例１ 図１に本発明になるバッチ式水処理装置の例を示す。こ
の水処理装置は、一定時間ごとに被処理水５が供給され
て浄化水８が排出され、紫外線を照射する光源２を有す
る紫外線反応器７と、紫外線を照射する光源２および光
触媒１を有する光触媒反応器２０とからなり、両反応器
間は配管１２により被処理水が循環するように構成さ
れ、紫外線反応器７内の被処理水の体積が光触媒反応器
２０内の被処理水の体積より大きいことを特徴としてい
る。被処理水である廃水５は廃水供給管６から紫外線反
応器７へ供給される。紫外線反応器７の中心部に光源２
として石英製ジャケット１５に挿入された４０Ｗの殺菌
灯が設置されている。紫外線反応器７の壁面と石英製ジ
ャケット１５との長さは３５mmである。光触媒反応器は
ガラス管の二重構造で光触媒反応器外管４はパイレック
ス製、光触媒反応器内管３は石英製である。光触媒反応
器外管４内壁に光触媒体１が配置され、光触媒体１に紫
外光を照射するための光源２として光触媒反応器内管３
の内部に４０Ｗのブラックライトブルー蛍光灯が配置さ
れている。光源２の配置位置は光触媒反応器内管３の断
面方向の中心で、かつ光触媒体１に面するところであ
る。光触媒体１は無機繊維織布であるＥ−ガラスに光触
媒Ｐ２５（主成分：酸化チタン、デグッサ社製）を含浸
させて１０００mm×５０φの円筒状に成形したものであ
る。光触媒体１と光触媒反応器内管３との長さは５mm
（紫外線反応器７と光触媒反応器２０の体積比：約４．
５倍）となっている。なお、図中１３は内管３の支持
体、１６はバルブである。

【００２２】このような構成において、被処理水である
廃水は、廃水供給管６から紫外線反応器７へ供給され処
理された後、循環ポンプ１４により光触媒反応器２０に
供給され、処理された後その一部が配管接続口１１およ
び配管１２を通って紫外線反応器７に戻され、水処理装
置内を循環し、紫外線反応器７および光触媒反応器内で
有害な有機物が分解されて廃水５が浄化される。浄化水
８は紫外線反応器７下部に設置された浄化水排出管１０
から排出される。一定時間ごとに水処理装置へ廃水５の
供給、浄化水８の排出が繰返される。

【００２３】実施例２ 図２に、本発明になるオーバーフロー式水処理装置の例
を示す。本実施例は実施例１と異なる点は、実施例１で
はバルブ１６の操作により一定時間ごとに水処理装置へ
廃水５の供給、浄化水８の排出が繰返されるが、本実施
例では浄化水８が排出されながら廃水５が供給されるこ
とである。他の水処理装置の構成は実施例１の場合と同
じである。 比較例１ 図１に示した水処理装置で、紫外線反応器の壁面と石英
製ジャケットとの長さを５mm、光触媒体と反応器内管と
の長さを３５mmとし、他は実施例１の装置と同様にした
水処理装置を構成した。

【００２４】実施例の効果を示すため図１の装置を用
い、ダイオキシン類（ＤＸＮ）模擬化合物であるｏ−ク
ロロフェノールの分解実験を行い、比較例の場合と比較
した。 実験例１ 模擬廃水としてｏ−クロロフェノールを１．６ppm を純
水１５Ｌに溶解させたものを用い、これを循環ポンプに
より１５Ｌ／ｍｉｎで循環した。実験方法は実施例１で
示したとおりである。

【００２５】実験例１の結果を表１に示す。表１の結果
からわかるように、紫外線反応器内の廃水の体積を光触
媒反応器内の廃水の体積より大きくすることにより、高
い分解性能を得ることができた。本発明になる実施例１
の水処理装置はは短時間でＤＸＮ模擬化合物のｏ−クロ
ロフェノールの分解が可能で優れたものである。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明の水処理装置および方法によれ
ば、紫外線反応器と光触媒反応器を最適な構造で組合わ
せ、最適条件で処理するようにしたため、廃水中の有害
有機物を効率よく分解することができる。また、紫外線
反応器の光源として高出力のものを用いれば、難溶解性
の有機物を低分子化して可溶させ、光触媒反応器での有
機物分解を促進させることが可能である。そのため短時
間で廃水中の有害な有機物を分解できるという効果を有
する。具体的には、光触媒の強力な酸化力により廃水中
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、ゴミ浸出水、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】本発明の実施例１に基づく水処理装置の概略
図。

【図２】本発明の実施例２に基づく水処理装置の概略
図。

【図３】従来技術に基づく水処理装置の概略図。

【符号の説明】

１…光触媒体、２…光源、３…光触媒反応器内管、４…
光触媒反応器外管、５…廃水、６…廃水供給管、７…紫
外線反応器、８…浄化水、９…貯水、１０…浄化水排出
管、２０…光触媒反応器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D037 AA11 AB03 AB14 BA18 4D050 AA12 AB06 AB12 AB19 BB09 BC06 BC09 4G069 AA03 BA04A BA04B BA14A BA14B BA48A BB02A BB04A BB06A BC12A BC35A BC36A BC50A BD09A CA05 CA07 CA10 CA19 EA09 EB08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定時間ごとに被処理水が供給されて浄
   化水が排出され、紫外線を照射する光源を有する紫外線
   反応器と、紫外線を照射する光源および光触媒を有する
   光触媒反応器が接続され、両反応器間を被処理水が循環
   する水処理装置において、紫外線反応器の被処理水の容
   積が光触媒反応器の容積より大きいことを特徴とする光
   分解による水処理装置。
2. 【請求項２】 連続して浄化水を抜出しながら被処理水
   が供給され、紫外線を照射する光源を有する紫外線反応
   器と、紫外線を照射する光源および光触媒を有する光触
   媒反応器が接続され、両反応器間で被処理水を循環させ
   て処理する水処理方法において、紫外線反応器内の被処
   理水の体積を光触媒反応器内の被処理水の体積より大き
   くし、かつ被処理水の循環量が被処理水の供給量よりも
   大きくすることを特徴とする光分解による水処理方法。
3. 【請求項３】 紫外線反応器内へ過酸化水素水を供給す
   ることを特徴とする請求項２記載の水処理方法。