JP2002336878A

JP2002336878A - 連続水処理装置および方法

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Publication number: JP2002336878A
Application number: JP2001145381A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Fujii; 良隆藤居; Shoichi Kamimura; 彰一上村; Shigehiro Yoshio; 滋洋吉尾
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】有機物を含む水を高効率で分解かつ連続的に水
処理する装置およびその方法。【解決手段】光触媒と紫外線および気泡オゾンを用い
て、被処理液中に含まれる溶存物質を分解し、さらに沈
降分離管を用いることにより触媒と被処理液とを連続的
分離して効率的に水処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒とオゾンと
さらに紫外線の組み合わせを利用して水処理を行う効率
的にかつ連続水処理装置およびその方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、光触媒を用いた水処理装置には、
（１）光触媒粒子を処理液中に流動させる方法（特開平
１１−１０１３６）、（２）処理槽壁面に光触媒を塗布
し固定化させるもしくは光触媒を塗布し固定化させた
物質を槽内に挿入する方法（特開平９−５７２７９）が
ある。また、オゾンと紫外線を用いた水処理装置のオゾ
ン分解方法は、（３）アンモニアガスを散気管にてバブ
リングする方法（特開平１１−１９４５６）、（４）エ
ジェクター等の気液接触装置を用いる方法（特開平１０
−３０９４５０）などがある。

【０００３】（１）の光触媒を処理液中に流動させる方
法は、光触媒との接触確立を向上させる効果があり水処
理には有効であるが、処理後の処理液と光触媒粒子との
分離が困難であった。また、（２）の光触媒を塗布し固
定化する方法は、光触媒塗布面に接触した処理液のみし
か分解ができないため反応効率が悪く、光触媒塗布面に
処理液中の溶解物質の分解物が付着し、反応効率を低下
させる問題点があった。

【０００４】また、光触媒を用いた水処理装置は、光触
媒の分解能力は十分あるが反応速度が遅いため処理液の
処理速度が遅く大量の水を処理するためには設備が大掛
かりになる問題点があった。

【０００５】（３）の気体を散気管にてバブリングする
方法は、装置は簡単な構造でできるが、形成する気泡径
を微細にすることは困難で、気体の溶解効率を向上させ
ることは困難である。（４）のエジェクター等の気液接
触装置を用いる方法は、期待の溶解効率を向上させるこ
とは容易であるが、循環ポンプなどの動力源を必要と
し、ランニングコストがあがる問題を有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、被処
理液中の溶存物質を連続分解処理する処理装置におい
て、促進酸化法を利用することで処理液中の溶存物資を
高効率に分解でき、かつ分解した処理液を容易に分離排
出する連続水処理装置および方法を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る連続水処理
装置は、被処理液を貯蔵するタンクと、被処理液に紫外
線を照射するために設置した紫外線ランプと、光触媒粒
子を攪拌しながら散気装置より発生した微小気体気泡と
効率的に接触させ、光触媒粒子を分離するために設置し
た沈降分離装置を有することを特徴とする。

【０００８】光触媒を流動させる気体にオゾンガスを使
用し、紫外線照射によりオゾンガスを分解し、発生した
ＯＨラジカルの反応を利用するものである。即ち、使用
する紫外線の波長が１８９．４ｎｍを多く含む紫外線ラ
ンプを使用し、被処理液の流動により紫外線ランプへの
接触確立を向上させランプ近傍で発生する高エネルギー
を利用して水処理を行い、また、光触媒と溶存物質の分
解物を沈降分離管にて連続的に分離することを特徴とし
た連続水処理装置である。

【０００９】光触媒としては、種々の金属、金属化合
物、金属塩などまたはこれらとの組み合わせが知られて
いる。本発明に使用する光触媒としては、疎水性、親水
性を問わず、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、
硫化鉄などで、特に酸化チタン化合物が好ましい。ま
た、シリカゲル等の担持体に担持させて使用することも
できる。また粒径として、被処理液との接触確立を向上
させるため粒子径の小さいものを使用するのがよく、粒
度分布がＤ５＝７５μｍ以上１２０μｍ以下、Ｄ９５＝
４００μｍ以上５００μｍ以下であるものを使用するの
がよい。Ｄ５＝７５μｍがこれ以下であれば、沈降分離
管での分離性能が悪くなり、１２０μｍ以上であれば触
媒と処理液との接触面積が小さくなるため分解効率が悪
くなる。また、Ｄ９５＝４００μｍ以下であれば沈降分
離管での分離性能が悪くなり、５００μｍ以上であれ
ば、触媒と処理液との接触面積が小さくなるため分解効
率が悪くなる。好ましくは、Ｄ５＝７５μｍ以上１００
μｍ以下、Ｄ９５＝４２０μｍ以上４５０μｍ以下、で
ある。この結果、被処理液の分解とともに該処理液と分
解物、触媒との分離が非常に効率的になる。

【００１０】微小気体気泡としては、酸化力を持つ気体
であればよく、酸素やオゾン、好ましくは、オゾンガス
が最も適している。オゾンガスは分解してラジカルが発
生し、これが一般に物質を酸化するものであり、広く酸
化剤としても使用されている。本発明はさらに、このオ
ゾンガスを紫外線照射により、[０００９]記載の光触媒
と反応させて、一層酸化力を増すものである。気泡の大
きさは、２ｍｍ〜５μｍ、好ましくは５００μｍ〜１０
μｍであり、さらに効率よく分解処理が可能となる。

【００１１】紫外線は、セン特殊光源社製の紫外線照射
装置を用いて行い、波長領域としては、１８４．９ｎｍ
以上４２０．０ｎｍ以下、好ましくは、１８４．９ｎｍ
以上２５４ｎｍ以下である。この範囲以上であれば、オ
ゾン、光触媒との反応は遅く、また、これ以下であれ
ば、酸化反応の速度はほぼ同一のレベルとなる。紫外線
の照射は、被処理液に効率的に照射するために反応タン
ク蓋の内側に設置するか、側面に設置すればよい。

【００１２】光触媒、オゾン、紫外線との組み合わせる
ことにより、被処理溶液中の溶存物質とこれら光触媒、
オゾンとの接触がさらに確実に密になり、酸化処理が一
層進みやすくなる。即ち、酸化チタン表面にラジカルの
発生がより促進される。

【００１３】さらに、微小気体気泡を微細な穴のあいた
散気管より噴出することにより、被処理液中に均一にま
んべんに拡散する。この結果、より一層光触媒と溶存物
質が接触しかつオゾンも確実に接触し、紫外線の照射が
一層効率的になる。

【００１４】これらの処理を行う反応タンク内の被処理
液を攪拌機により攪拌することにより更に効率的に、光
触媒、微小気体気泡との接触を行い酸化処理を行う。

【００１５】本発明の被処理溶液とは、地下浸出水など
で有機系溶剤を含むものである。これら地下浸出水は工
場敷地や廃棄物の最終処分場から排出されるものであ
る。また、上水や下水・し尿の維持処理水なども含まれ
る。特に、土壌などに含まれる動植物の分解物を含む排
水などの処理に好適である。

【００１６】本発明によって処理された処理液は、反応
タンク中で光触媒と紫外線とオゾンにより分解される。
この分解を連続的に行うためには光触媒により連続的に
分解することが必要になる。そこで沈降分離管を反応タ
ンクに設置することにより、常時反応タンク内に光触媒
が滞留し被処理水の連続処理が可能となる。

【００１７】本発明では、反応タンク内において、光触
媒と被処理液中の溶存物質を分解された処理液を連続的
に分離する沈降分離管を該系内に設置し、該沈降管によ
り、光触媒を該系内に沈降させつつ被処理液を通過させ
る流路が形成され、該被処理液中の分解された溶存物質
において被処理液を導入する開口部は、該被処理液のバ
ブリングによる循環流の下流方向に向けられ、かつ該流
路の少なくとも１ヶ所が曲げられていることを特徴とす
る連続水処理装置ものである。

【００１８】即ち、沈降分離管の概略図を図１に示す。
この沈降分離管を図１に示される反応容器内の被処理液
中に一方の端を開口させ、他端は排出管を通じてポンプ
により系外に排出口を持つ。被処理液中の開口は、反応
タンク内の紫外線ランプの下端の高さが好ましい、かつ
該流路の少なくとも１ヶ所が曲げられている。この管内
において、光触媒と分解した溶存物質が比重差により分
離する。沈降分離管は反応タンク内で流れの乱れを発生
させない形状がよく、円筒形で沈降分離管入口の流速が
粒子の沈降速度以下になる形状が好ましい。

【００１９】開口部は図２（ａ）のように開口部の対向
する管壁をほぼ平行に形成するか、また図２（ｂ）のよ
うに開口部近傍での乱れ、渦を発生させにくいラッパ状
にすることで、被処理液の流動状態の持ち込みを最小限
にすることができる。

【００２０】また、沈降分離管内に分解物が堆積するこ
とがなければ、図２（ｃ）のように開口部の内径に対し
て内部の管内径を徐々に拡大した形状も差し支えない。
また、図２（ｄ）に示すように開口部に分離板３１を設
けたものや、図２（ｅ）に示すように沈降分離管に必要
な断面積を得るために、複数の開口部を有する形状など
を利用することができる。本発明においては、（ｃ）が
好適であった。

【００２１】沈降分離管を用いることにより、分解した
溶存物質と光触媒との分離は容易にでき、従来行なわれ
ているフィルターによる分離時に発生する目詰まりもな
くも、連続運転が可能となる。この結果、被処理液中の
分解物は、反応タンク内にとどまり、浄化された水のみ
が系外に排出される。特に光触媒としての二酸化チタン
の粒度分布がＤ５＝７５μｍ、Ｄ９５＝５００μｍでは
酸化処理効果とともに沈降分離管による分離効果に優れ
た効果が発揮される。

【００２２】攪拌機は上下循環流を形成する攪拌翼形状
であれば良い。攪拌翼の取り付け位置は、沈降分離管の
開口部の位置により下側であれば、沈降分離管開口部に
被処理液の流動の影響を小さくできるため、好ましい。
気体気泡を微小化するとともに攪拌することにより、さ
らに被処理液の処理が効率的になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の連続水処理装置を図例を
用いて説明する。図１は、本発明の連続水処理装置のフ
ロー図である。本発明の連続水処理装置は処理液を貯蔵
する反応タンク１と、被処理液を供給する被処理液供給
管２と被処理液供給ポンプ３と、反応タンク１に設置さ
れた紫外線ランプ４と、オゾンを供給するオゾン供給管
１３とオゾン散気装置６と、光触媒と被処理液とを攪拌
混合する攪拌翼５、光触媒粒子を分離する沈降分離管７
と処理液を排出する処理液排水管８と排水ポンプ９と、
未反応オゾンを系外に排気するオゾン排気管１０と排オ
ゾン処理装置１１から構成される。

【００２４】次に処理液中の溶存物質の分解方法につい
て説明する。反応タンク１に被処理液を受け入れ、下方
からオゾン散気装置６により気体オゾンを供給し、発生
したオゾン気泡および攪拌機５により被処理液中に投入
した光触媒粒子を被処理液中に分散、流動させる。被処
理液中に流動している光触媒粒子は反応タンクに設置さ
れた紫外線ランプ４の光エネルギーを吸収し光触媒反応
を起こし、この光触媒反応により発生したラジカルによ
り被処理液中の溶存物質を酸化分解する。酸化分解後の
処理液は沈降分離管７により光触媒粒子と処理液に分離
され処理液のみ排水パイプ８を経由し排水ポンプ９によ
り系外に排水される。反応タンクに供給され未反応のオ
ゾンはオゾン排気管１０から排オゾン装置１１を経由し
系外に排気される。

【００２５】本装置において供給された気体オゾンは光
触媒粒子を反応タンク１内を流動させ被処理液との接触
確率を向上させる作用のみでなく、オゾン自体の分解に
より発生するヒドロキシラジカルにより酸化分解を発生
させる。供給されたオゾンは反応タンク１に設置された
紫外線ランプ４の光エネルギーにより分解速度が促進さ
れヒドロキシラジカルの生成速度が向上することにより
酸化分解の効率が向上する。

【００２６】また、被処理液をオゾン気泡で攪拌翼５に
攪拌することにより紫外線ランプ４表面近傍で発生して
いる波長１８９．４ｎｍの高エネルギーを利用して溶存
物質を高効率に分解することが可能となる。

【００２７】本装置において使用する反応タンクはオゾ
ン、紫外線に耐え得る材質がよく、ステンレス材を使用
することが好ましい。オゾン散気装置材質は金属焼結フ
ィルター、セラミックフィルターを使用することが好ま
しく、開口は数十マイクロメートル程度のものを使用す
ることが好ましい。

【００２８】攪拌翼は、上下循環流を形成できる翼形状
とし、回転速度及び翼径は、攪拌レイノズル数が乱流域
となる条件を選定するのが良く、レイノルズ数２０００
０以上、１０００００以下、好ましくは３００００以
上、７００００以下であれば、十分効率的に攪拌ができ
被処理液の液面変動も少ない。これ以下の攪拌速度で
は、攪拌効率が低下し、逆にこの範囲以上の回転数であ
れば、液面変動が大きく沈降分離管への影響が出で来
る。

【００２９】

【実施例１】以下、実施例を示し、本発明を具体的に説
明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものでは
ない。

【００３０】図１の装置構成において、被処理液として
は、フミン物質（たんぱく質を分解すると生じる黒色不
要物）を含むものを２５℃、１５分混合、酸化処理し
た。光触媒として、石原産業社製のものを酸化チタン
３．５ｇ重量添加した。沈降分離管より抜き取る処理速
度は３００ｃｃ／minとした。色度は、ＪＩＳＫ０１０
１の方法に従って、測定した。以下実施条件をまとめ
た。・対象液：フミン質を含む廃液・反応タンク容量：３．５Ｌ・光触媒径：５００μｍ・紫外線ランプ：４０Ｗ・オゾン空気量：２Ｌ／ｍｉｎ・散気管口径：４０ミクロン・通液速度：３００ｃｃ／ｍｉｎ・攪拌翼の回転数：４００ｒｐｍ

【００３１】

【表１】

【００３２】上記結果から本装置においてフミン質の分
解を時間の経過による色度の変化で確認した。即ち、本
処理装置を用いることにより、比較例に比べて色度は小
さく、透明性を確認し十分効果があることが明らかにな
った。

【００３３】

【実施例２】図１の装置構成において、被処理液として
は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を含むもモ
デル排液を２５℃、で酸化処理した。光触媒として、新
東Ｖセラックス社製のものを７５ｇ重量添加した。・対象液：ＮＭＰ物質を含む廃液・反応タンク容量：１５Ｌ・光触媒径：５００μｍ・通液速度：７００ｃｃ／ｍｉｎ・循環流量：８Ｌ／分・攪拌翼回転数：４００ｒｐｍ表1に実験結果の一部を示す。実験はバッチで３０分処
理後、上記通液速度で連続処理を行った。評価は排液中
のＮＭＰ濃度をガスクロマトグラフで測定した。比較例
として光触媒を投入しない条件で行った。即ち、光触媒
投入以外は実施例と同一条件として行った。結果を表１
に示す。

【００３４】図１の装置構成において、被処理液として
は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を含むもモ
デル排液を２５℃、で酸化処理した。光触媒として、新
東Ｖセラックス社製のものを７５ｇ重量添加した。・対象液：ＮＭＰ物質を含む廃液・反応タンク容量：１５Ｌ・光触媒径：５００μｍ・通液速度：７００ｃｃ／ｍｉｎ・循環流量：８Ｌ／分・攪拌翼回転数：４００ｒｐｍ表1に実験結果の一部を示す。実験はバッチで３０分処
理後、上記通液速度で連続処理を行った。評価は排液中
のＮＭＰ濃度をガスクロマトグラフで測定した。比較例
としては、光触媒径１ｍｍのものを使用して行った。即
ち、オゾン、紫外線照射は実施例を同一条件とした。結
果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】上記結果から本装置においてＮＭＰの分解
を時間経過による濃度の変化で確認した。即ち、本処理
装置を用いることにより、比較例に比べてＮＭＰの分解
量は大きく、十分効果があることが明らかになった。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る連続水処理装置によれば、
光触媒粒子を用いた連続水処理ができ、被処理液中に含
まれる溶存物質を高効率に酸化分解が可能となる。本発
明は産業上、大いに役立つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続水処理装置のフロー図例である。

【図２】本発明の連続水処理装置に用いられる沈降分離
管の具体例を示す概略図。

【符号の説明】１．反応タンク２．被処理液供給管３．被処理液供給ポンプ４．紫外線ランプ５．攪拌翼６．散気装置７．沈降分離管８．処理液排水管９．処理液排水ポンプ１０．オゾン排気管１１．排オゾン処理装置１２．攪拌機１３．オゾン供給管３１．分離板

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０２Ｆ 1/32 1/78 1/78 Ｆターム(参考） 4D037 AA11 AB01 BA18 BB04 BB05 CA06 CA12 4D050 AA12 AB07 AB17 BB02 BC04 BC09 BD02 BD03 BD06 CA16 4G035 AA01 AB05 AB10 4G069 AA02 BA04B BA48A CA05 CA10 CA11 DA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理液中の溶存物質を微小気体気泡と紫
外線と光触媒を用いて分解する系において、該系に新た
に被処理液を連続的供給し、同時に被処理液を攪拌しな
がら、被処理液中の溶存物質が分解された該処理液を沈
降分離管により該系外に排出する連続水処理装置。
【請求項２】請求項１記載の連続水処理装置において、
光触媒と被処理液中の溶存物質を分解された処理液を連
続的に分離する沈降分離管を該系内に設置し、被処理液
を攪拌しながら、光触媒と微小気体気泡を接触させ、該
沈降管により、光触媒を該系内に沈降させつつ被処理液
を通過させる流路が形成され、該被処理液中の分解され
た溶存物質において被処理液を導入する開口部は、該被
処理液の攪拌による循環流の下流方向に向けられ、かつ
該流路の少なくとも１ヶ所が曲げられていることを特徴
とする連続水処理装置。
【請求項３】被処理液を貯蔵する反応タンクと、被処
理液に紫外線を照射するために設置した紫外線ランプ
と、光触媒粒子を攪拌させて散気装置より発生する微小
気体気泡との接触を高率的にすることを特徴とする請求
項１乃至２のいずれかに記載の連続水処理装置。
【請求項４】微小気体気泡の大きさが５μｍ以上５ｍ
ｍ以下のオゾンであることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の連続水処理装置。
【請求項５】光触媒が二酸化チタンであることを特
徴とした請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の連続
水処理装置。
【請求項６】光触媒が粒子状であり、粒度分布がＤ
５＝７５μｍ以上１２０μｍ以下、Ｄ９５＝４００μｍ
以上５００μｍ以下であることを特徴とした請求項１乃
至請求項５のいずれかに記載の連続水処理装置。
【請求項７】光触媒と紫外線とオゾンを組み合わせし
たことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに
記載の連続水処理装置。
【請求項８】被処理液が有機物質を含む排液であるこ
とを特徴とした請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の連続水処理装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の連続
水処理装置を用いた連続水処理方法。