JP2002186966A

JP2002186966A - 光触媒を用いた濡れ壁式水処理装置

Info

Publication number: JP2002186966A
Application number: JP2000384080A
Authority: JP
Inventors: Terufumi Miyata; 輝史宮田; Yasuyoshi Kato; 泰良加藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-07-02

Abstract

(57)【要約】光源を保護する反応器内管の汚れを防止し、光触媒作用
により有害有機物を効率よく長期に安定して分解できる
水処理装置を提供する。【課題】【解決手段】内管と外管とを備えた反応器と、反応器の
内管中心部に設けられて紫外線を照射する光源と、反応
器の外管内壁に設けられて紫外線の照射により被処理液
中の有害有機物を酸化分解する光触媒体と、内管と外管
の間に被処理液を供給する被処理液供給手段および処理
された液を系外に排出する処理液排出手段とを備えた水
処理装置において、反応器下部に被処理液を貯留する液
溜めを設置し、該液溜めを介して被処理液を反応器上部
に循環させる循環手段を設け、該被処理液が反応器外管
内壁の光触媒体上に濡れ壁を形成して供給されるように
濡れ壁形成手段を設けた光触媒を利用した濡れ壁式水処
理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光触媒を利用した濡
れ壁式水処理装置に係り、さらに詳しくは光触媒作用で
廃水中のダイオキシン、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有害有機物を酸化分解し
て廃水を浄化するとともに、光源周囲の汚れを防止する
ことができる光触媒を利用した濡れ壁式水処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に光触媒である酸化チタン（ＴｉＯ
₂）の表面に３８０ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照
射すると、ＴｉＯ₂表面が活性化されて強力な酸化能を
示すことが知られている。近年、このようなＴｉＯ₂の
光触媒作用を利用して廃水中の有害有機物を酸化分解す
る試みが盛んに行われている。このような光触媒作用を
利用する場合には、光の直進性のために光を有効に受光
できる触媒面積を増やす必要があり、必然的に触媒形状
は光源の形状に影響される。例えば、ブラックライト蛍
光灯、殺菌灯、高圧水銀灯などの管状光源を使用する場
合、陰を形成しにくい円筒状光触媒構造体が必要とな
る。また光源は紫外線を光触媒に均一に照射できるよう
に反応器の中心に配置される。

【０００３】図５は、従来技術による光触媒を用いた水
処理装置の説明図である。図５において、水処理装置
は、円筒状でガラス製の反応器内管３および反応器外管
４を備えた二重管構造を有する反応器１０と、反応器外
管４の内壁面に配置された、無機繊維織布（Ｅガラスク
ロス）に光触媒が担持された円筒状光触媒体１と、反応
器内管３の内部中心に配置された光源２とを有し、反応
器外管４の一方の外壁面には廃水を供給する廃水供給口
７が、他方の外壁面には浄化された浄化水を排出する浄
化水出口９が設けられている。通常、反応器外管４はパ
イレックス（登録商標）ガラスで、反応器内管３は石英
ガラスで構成され、また光源２には、例えば４０Ｗの殺
菌灯が用いられる。なお、１３は支持体である。

【０００４】このような構成において、廃水５は廃水供
給口７から供給され、光触媒体１と反応器内管３で形成
される流路を被処理水１９として通過し、該通過中に被
処理水１９に含まれる有機物が、紫外線照射を受けた光
触媒体１の光触媒作用により酸化分解され、浄化され、
浄化水８として浄化水出口９から系外に排出される。上
記従来技術による水処理装置によれば、反応器１０の内
部を通過する被処理水１９がほぼ整流化され、光触媒体
１に均一に光が照射されるため、効率よく有機物の酸化
分解を行うことができる。しかし、被処理水１９が光源
２を保護する反応器内管３に直接接触して通過するた
め、装置の稼働時間とともに徐々に被処理水中の有害有
機物質以外の成分が反応器内管３の表面に付着して汚れ
を生じ、光源２からの紫外線の透過が阻害され、光触媒
体１の光触媒性能が低下するという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の問題点を解決し、光源を保護する反応器内管
の汚れを防止し、光触媒作用により有害有機物を効率よ
く分解でき、しかも長期間にわたって安定した分解性能
を得られることができる光触媒を利用した濡れ壁式水処
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】本発明者らは、上記課題
に鑑み、鋭意検討した結果、反応器内に被処理液を供給
する際に、該被処理液を反応器内管に接触させずに反応
器外管内壁の光触媒体表面上に薄膜（濡れ壁）を形成さ
せて流下させるようにしたことにより、該反応器内管の
汚れを防止でき、光源から照射される紫外線を有効利用
した光触媒作用で有害有機物を効率よく分解できること
を見いだし、本発明に到達したものである。上記課題を
達成するために本願で特許請求される発明は以下の通り
である。

【０００７】（１）内管と外管とを備えた反応器と、該
反応器の内管中心部に設けられて紫外線を照射する光源
と、前記反応器の外管内壁に設けられて前記紫外線の照
射により被処理液中の有害有機物を酸化分解する光触媒
体と、前記内管と外管の間に被処理液を供給する被処理
液供給手段および処理された液を系外に排出する処理液
排出手段とを備えた光触媒を用いた水処理装置におい
て、前記反応器下部に被処理液を貯留する液溜めを設置
し、該液溜めを介して被処理液を前記反応器上部に循環
させる循環手段を設けるとともに、該被処理液が前記反
応器外管内壁の光触媒体上に濡れ壁を形成して供給され
るように濡れ壁形成手段を設けたことを特徴とする光触
媒を利用した濡れ壁式水処理装置。

【０００８】（２）前記光触媒体が起伏状の表面を有し
ていることを特徴とする（１）に記載の光触媒を利用し
た濡れ壁式水処理装置。（３）前記光源の長さが光触媒体の長さより上方に長い
ことを特徴とする（１）または（２）に記載の光触媒を
利用した濡れ壁式水処理装置。（４）前記液溜めの被処理液に酸素含有気体を供給する
手段を設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれ
かに記載の光触媒を利用した濡れ壁式水処理装置。（５）前記反応器を直列または並列に複数個接続したこ
とを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の光触
媒を利用した濡れ壁式水処理装置。（６）前記光触媒体の光触媒がアナターゼ型またはルチ
ル型の酸化チタンであることを特徴とする（１）〜
（５）のいずれかに記載の光触媒を利用した濡れ壁式水
処理装置。（７）前記光触媒体の担体が無機繊維織布であることを
特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の光触媒を
利用した濡れ壁式水処理装置。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により説明す
る。図１は、本発明の一実施例による光触媒を用いた濡
れ壁式水処理装置の説明図である。図１において、図５
と異なる点は、反応器１０を直立状態とし、該反応器１
０の下部に液溜め１５を設置し、その上部に廃水５を供
給する廃水供給口７を、またその下部に浄化水８を系外
に排出する浄化水出口９を設けるとともに、反応器１０
の上部に濡れ壁形成手段としてホロコーン型のスプレー
ノズル１６を設置し、液溜め１５に貯留された被処理水
１９を、該液溜め１５の下部に設けた配管接続口１１、
循環ポンプ１６および配管１２を介して該スプレーノズ
ル１６に供給し、光触媒体１の表面に該被処理水１９の
薄膜（濡れ壁）を形成させて流下させ、循環するように
した点である。被処理水の濡れ壁を形成させる手段とし
ては上記ホロコーン型のスプレーノズル以外でも光触媒
体の表面に濡れ壁を形成させることができる手段であれ
ばどのようなものでもよい。

【００１０】このような濡れ壁式水処理装置を用いるこ
とにより、被処理水１９は光触媒体１の表面上を反応器
１０の上部から流下して薄膜を形成して濡れ壁を形成
し、流下した被処理水１９は反応器１０の下部に設置さ
れた液溜め１５に蓄えられた後、循環ポンプ１６により
再び反応器１０の上部のスプレーノズル１４に供給さ
れ、光触媒体１の表面を濡れ壁を形成して流下する。従
って、被処理水１９と反応器内管３の表面との間には間
隙が生じ、これらが直接接することがないため、反応器
内管３の表面の汚れが防止され、長期にわたって一定の
紫外線の透過を維持することができる。図２は、被処理
水１９が濡れ壁を形成して光触媒体１表面上を流下する
状態を図示したものである。

【００１１】また廃水５を一旦液溜め１５に貯留して被
処理水１９として反応器１０内を循環させ、被処理水１
９が光触媒と接触する延べ時間を増大させることによ
り、被処理水中の有害有機物質の分解効率を向上させる
ことができる。被処理水１９は一定時間循環されて浄化
された後、浄化水出口９から系外に排出され、その後、
再び廃水５が液溜め１５に供給されて被処理液１９の処
理が開始される。なお、液溜め１５は反応器１０の上部
に設置されていてもよく、また反応器１０と分離して設
けられていてもよい。また反応器１０は複数個直列また
は並列に接続されていてもよい。

【００１２】本発明において、光触媒体１の表面は起伏
状の表面であることが好ましい。光触媒体が起伏状の表
面を有することにより、被処理水１９が光触媒に接触す
る時間が増大し、効率よく有機物の分解が可能になる。
起伏の形状としては、例えば凹凸状、階段状、スパイラ
ル状などが挙げられる。また図３に示すように、液溜め
１５に散気装置１７を設置し、被処理水１９に酸素含有
ガス１８を供給して被処理水１９に含まれる揮発性成分
をガス化することが好ましい。該ガスは濡れ壁と反応器
内管に形成される間隙を通過して、反応器上部に設けた
ガス抜き口２１から系外に排出されるが、この間隙を通
過中に有害な有機性ガスが紫外線の照射を受けて分解す
るため、分解効率を向上させることができる。さらに図
４に示すように、光源を光触媒体の長さより上方に長く
して設置し、反応器内に紫外線による分解領域と光触媒
による分解領域を分けて形成させることは分解効率が向
上する点で好ましい。

【００１３】本発明に用いられる光触媒には特に限定は
ないが、ルチル型またはアナターゼ型の結晶形態を有す
る二酸化チタンを用いるのが好ましい。これらは単独で
または併用して用いてもよいが、アナターゼ型の二酸化
チタンはルチル型のものよりも光触媒活性が高いので好
ましい。光触媒の活性向上また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
等の貴金属またはこれらの塩化物、硫酸塩および各種錯
体等を光触媒を担持させてもよい。光触媒の担体として
は、一般にはＥ−ガラス繊維、シリガラス繊維、炭化ケ
イ素繊維等を布状または網状体とした無機繊維織布が用
いられる。通常はＥ−ガラス繊維の使用が価格の点で優
れているが、耐食性が必要な場合にはシリガラスや炭化
ケイ素繊維等が使用される。また光源としては従来公知
のブラックライト蛍光灯、殺菌灯、高圧水銀灯などの管
状光源が好ましく用いられる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。実施例１図１の濡れ壁式水処理装置を用いて一般廃棄物最終処分
場からの浸出水（廃水）の処理を行った。この廃水の主
な性状を表１に示した。反応器１０の反応器外管４に
は、長さ２５００mm、内径１００mmのパイレックスガラ
ス管を、反応器内管３には長さ１２００mm、外径９０mm
の石英ガラス管を用いた。また光触媒体１としてはその
表面にスパイラル状の起伏を有する長さ５００mmの円筒
状光触媒体を２個用い、これを繋げて反応器外管の内壁
に配置し、廃水との接触長さが１０００mmとなるように
した。光触媒体１に紫外光を照射するための光源２には
４０Ｗ殺菌灯を用い、反応器内管３の内部に設置した。

【００１５】廃水の処理は次のように行った。まず図示
しない１ｍ³タンクに１０００Ｌの廃水を貯留し、５０
０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌しながら、３Ｌの廃水５を液
溜め１５に供給した。次に該廃水５（被処理水１９）を
循環ポンプを用いて１Ｌ／ｍｉｎの流速で反応器１０の
上部に循環供給させした。液溜め１５への廃水５の供給
と浄化水８の排出は３時間ごとに行った。稼働３０日後
の反応器内管を通過する紫外線の減少率を測定し、その
結果を表２に示した。なお、反応器内管を透過する紫外
線の減少率は、反応器内管表面から１０mm離れた位置で
実測した紫外線強度の値を用い、下記式により算出し
た。透過する紫外線の減少率（％）＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×
１００Ａ：実験前の紫外線強度Ｂ：実験後の紫外線強度

【００１６】比較例１図５に示した水処理装置を用いて実施例１と同じ廃水の
浄化を行い、同様にして稼働３０日後の反応器内管を通
過する紫外線の減少率を測定し、その結果を表２に示し
た。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表２から、実施例１では被処理水と反応器
内管が接触しないので反応器内管の表面が汚れず、透過
する紫外線の減少率がごくわずかであり、長期にわたり
一定の紫外線透過率を維持できるることが確認された。
これに対し、比較例１では廃水と反応器内管が接触する
ので装置の稼働時間とともに被処理水中の各種成分が徐
々に反応器内管表面に付着して汚れを生じ、透過する紫
外線の減少率も大きくなった。なお、図３および図４の
濡れ壁式水処理装置を用いて実施例１と同様の条件で廃
水の処理を行ったが、実施例１と同様に透過する紫外線
の減少率はごくわずかであった。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、光源または光源を保持
するガラス管の汚れを抑制して光触媒の表面に一定の紫
外線を照射できるため、長期間にわたって高効率で廃水
中の有害有機物を分解することができる。従って、本発
明の光触媒を用いた濡れ壁式水処理装置は、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、ゴミ最終処分場
からの浸出水、ゴルフ場廃水、病院廃水等の廃水の浄化
に好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す濡れ壁式水処理装置の
説明図。

【図２】図１の装置で被処理水により濡れ壁が形成され
ている状態を示す図。

【図３】本発明の他の実施例を示す濡れ壁式水処理装置
の説明図。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す濡れ壁式水処
理装置の説明図。

【図５】従来技術による水処理装置の説明図。

【符号の説明】

１…光触媒体、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
化水出口、１０…反応器、１１…配管接続口、１２…配
管、１３…支持体、１４…スプレーノズル、１５…液溜
め、１６…循環ポンプ、１７…散気装置、１８…酸素含
有ガス、１９…被処理水、２１…ガス抜き口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D037 AA11 AB01 AB14 BA18 CA12 4D050 AA12 AB06 AB12 AB19 BB01 BC06 BD06 CA07 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA14B BA48A CA05 DA06 EA09 EA11 EC22X EC22Y

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内管と外管とを備えた反応器と、該反応
器の内管中心部に設けられて紫外線を照射する光源と、
前記反応器の外管内壁に設けられて前記紫外線の照射に
より被処理液中の有害有機物を酸化分解する光触媒体
と、前記内管と外管の間に被処理液を供給する被処理液
供給手段および処理された液を系外に排出する処理液排
出手段とを備えた光触媒を用いた水処理装置において、
前記反応器下部に被処理液を貯留する液溜めを設置し、
該液溜めを介して被処理液を前記反応器上部に循環させ
る循環手段を設けるとともに、該被処理液が前記反応器
外管内壁の光触媒体上に濡れ壁を形成して供給されるよ
うに濡れ壁形成手段を設けたことを特徴とする光触媒を
利用した濡れ壁式水処理装置。
【請求項２】前記光触媒体が起伏状の表面を有してい
ることを特徴とする請求項１に記載の光触媒を利用した
濡れ壁式水処理装置。
【請求項３】前記光源の長さが光触媒体の長さより上
方に長いことを特徴とする請求項１または２に記載の光
触媒を利用した濡れ壁式水処理装置。
【請求項４】前記液溜めの被処理液に酸素含有気体を
供給する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の光触媒を利用した濡れ壁式水処理装
置。
【請求項５】前記反応器を直列または並列に複数個接
続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の光触媒を利用した濡れ壁式水処理装置。
【請求項６】前記光触媒体の光触媒がアナターゼ型ま
たはルチル型の酸化チタンであることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の光触媒を利用した濡れ壁式
水処理装置。
【請求項７】前記光触媒体の担体が無機繊維織布であ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光
触媒を利用した濡れ壁式水処理装置。