JP2002346557A - 廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒式廃水処理装置の性能を長期間高く維
持し、廃水中の有害有機物を連続的に効率よく処理する
ことができる、廃水処理方法を提供する。 【解決手段】 廃棄物埋立処分場の浸出水を、光源と光
触媒とを有する光触媒式廃水処理装置に導入して浸出水
に含まれる有害有機物を光触媒の存在下に分解、除去す
る廃水処理方法において、光触媒式廃水処理装置６に流
入する浸出水に、ｐＨが５以下となるように塩酸を連続
的または間欠的に添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃水処理方法に係
り、特に、廃棄物埋立処分場において浸出する浸出廃水
中の有害有機物を光触媒式廃水処理装置を用いて分解、
除去する廃水処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物埋立処分場は地下水に対して耐水
構造となっており、その底部には集水設備が設けられて
いる。この集水設備に集まる水、いわゆる浸出水は、降
雨による浸透水、ごみ層の圧密の進行に伴って排出され
る保有水、ごみ層内部の有機物の分解による分解水など
である。このような浸出水には、例えばトリハロメタ
ン、ダイオキシン類等に代表される難分解性有機物が多
く残留しており、人体や自然環境に有害なために、これ
をどのように処理するかが重要な課題となっていた。

【０００３】このような状況に鑑み、カルシウム（Ｃ
ａ）除去装置、生物処理装置、凝集沈殿槽、砂ろ過槽な
どを採用した浸出水の処理方法が提案されたが、これだ
けでは難分解性有機物を充分に処理することができない
ため、上記処理手段の後流に光触媒反応器を設けて難分
解性有機物を分解、除去する、浸出水の高度処理が提案
されている。このような従来技術に関するものとして、
例えば、特開平９−１２２６４０号公報等が挙げられ
る。

【０００４】図６は、このような従来技術に適用される
光触媒式廃水処理装置の系統図である。図において、こ
の装置は、原水タンク１と、該原水タンク１に供給ポン
プ２を介して連結された循環タンク４と、該循環タンク
４に循環ポンプ５を介して連結された光触媒反応器モジ
ュール６と、該光触媒反応器モジュール６の出口液を前
記循環タンク４に循環する循環ライン７と、前記循環タ
ンク４から処理水を排出する排水ポンプ３とから主とし
て構成されている。原水としての、例えば浸出水は、原
水タンク１から供給ポンプ２によって循環タンク４に導
入され、その後、循環ポンプ５、光触媒反応器モジュー
ル６、循環ライン７を経て前記循環タンク４に流入する
ように循環され、浸出水中の有害有機物が光触媒によっ
て分解される。

【０００５】しかしながら、浸出水にはナトリウムなど
を含むアルカリ塩やカルシウムなどを含むアルカリ土類
塩、さらに鉄などが数ppm 〜数１００ppm 溶解してお
り、これらが光触媒表面に析出して触媒性能を低下させ
ることが指摘されている。これに対し、（１）反応器に
水を流して光触媒を洗浄、再生させる技術、例えば特開
平１１−１５１４８３号公報、（２）光触媒を無機酸入
り洗浄容器に導入して付着した物質を除去する技術、例
えば特開２０００−４２５３号公報等が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記反応器に水を流し
て光触媒を洗浄する方法においては、触媒に付着、堆積
した塩類を充分に脱着させることが難しく、また光触媒
を無機酸入り洗浄容器に導入して付着物質を除去する技
術では、光触媒の性能を一定限度まで回復させることは
できるが、付着物を完全に除去することは困難であっ
た。また、付着物は光触媒のみならず、反応器の内側に
も同様に付着するため、光触媒だけを抜き出して酸洗浄
する従来技術では反応器に付着した付着物を完全に除去
することができないため光源からの光量が不足し、光触
媒反応器としての性能を充分に回復させることはできな
かった。

【０００７】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、光触媒式廃水処理装置の性能を長期間高く維持
し、廃水中の有害有機物を連続的に、かつ効率よく処理
することができる、廃水処理方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らは、浸出水処理に使用した光触媒の劣化原因
について詳細に検討した結果、浸出水中の炭酸カルシウ
ム、鉄等が触媒表面に付着することが光触媒の劣化原因
であることを明らかにし、これらを触媒表面から取り除
いて性能を回復させるためには、従来から行なわれてい
る酸洗浄が有効であるが、浸出水処理に数ヶ月間使用し
た光触媒を抜出して酸洗浄しても触媒性能が初期状態ま
で回復しないことが判明した。

【０００９】図４に、浸出水処理に使用した光触媒の模
擬物質分解率の経時変化を、酸洗浄の前後で比較した結
果を示す。浸出水処理に使用した光触媒の性能は、使用
期間が長くなるにつれて低下し、およそ９ヶ月経過した
光触媒の性能は、初期の約６０％程度にまで低下する
（図４のａ）。そこで、数ヶ月ごとに抜出した触媒を
０．１mol/l の塩酸水溶液中に浸漬して付着物を洗浄す
る試験を行なって活性の回復を図ったところ、浸出水中
での使用期間が比較的短い触媒の活性は酸による洗浄で
ある程度回復するが、長い期間浸出水処理に使用した触
媒は、酸洗浄しても性能が回復し難く、特に９ヶ月近く
使用した触媒ではほとんど性能が回復しないことが分か
った。また、浸出水中の付着物は、光触媒だけでなく反
応管表面にも付着することから光触媒式廃水処理装置の
性能を回復させるためには光触媒だけでなく反応器に付
着した付着物も同時に除去する必要があることが改めて
分かった。

【００１０】そこで、本発明者は、光触媒や反応器への
析出物の付着機構について詳細に検討したところ、以下
の知見を得た。

【００１１】すなわち図５は、析出物の光触媒への付着
状況を模式的に示したものである。浸出水の処理に使用
された光触媒５１には、浸出水中に含まれるカルシウム
や鉄等が溶液中から徐々に析出して炭酸カルシウムや水
酸化鉄等の粒子状析出物５２となって付着し始める（図
５（Ａ））。その後、しばらくすると、はじめに付着し
た粒子状析出物５２が基点となってさらに付着が進み、
難溶解性析出物５３となる（図５（Ｂ））。さらに時間
が経つと、光触媒の内部にまで結晶化が進行して付着が
強固になり、付着物が除去され難くなる（図５
（Ｃ））。図５（Ｂ）や（Ｃ）のように強固に付着し、
結晶化が進行した後は、酸洗浄しても触媒表面からこれ
ら付着物を完全に取除くことができないため、性能回復
率は著しく低くなる。このような現象は触媒だけでなく
反応管についても同様である。

【００１２】本発明者は、上記知見に基いて鋭意研究し
た結果、被処理液としての廃水に連続的に塩酸を添加し
てｐＨを下げるか、または光触媒に対してカルシウム塩
や鉄分等の付着が始まった初期の時点（図５（Ａ））
で、反応器に流入する廃水に間欠的に塩酸を添加してそ
のｐＨを下げることにより、前記付着初期の粒子状態の
炭酸カルシウムや水酸化鉄の反応性が高いので、これら
が容易に溶解、除去されることを見出し、本発明に到達
した。

【００１３】すなわち、本願で特許請求する発明は、以
下のとおりである。 （１）廃水を光源と光触媒とを有する光触媒式廃水処理
装置に導入して前記廃水に含まれる有害有機物を光触媒
の存在下に分解、除去する廃水処理方法において、前記
光触媒式廃水処理装置に流入する廃水に塩酸を添加する
ことを特徴とする廃水処理方法。 （２）前記廃水のｐＨが５以下となるように塩酸を添加
することを特徴とする上記（１）に記載の廃水処理方
法。 （３）前記塩酸の添加を連続的または間欠的に行うこと
を特徴とする上記（１）または（２）に記載の廃水処理
方法。 （４）前記廃水が、廃棄物埋立処分に伴う浸出水である
ことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の
廃水処理方法。 （５）前記廃水処理装置から排出された廃水を中和処理
することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記
載の廃水処理方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例を用いて詳
細に説明する。図１は、本発明方法に適用される光触媒
式廃水処理装置の系統図である。図１において、この装
置が図６の従来技術と異なるところは、循環タンク４
に、塩酸供給ライン８および塩酸供給ポンプ１１を介し
て塩酸タンク１０を連結した点である。光触媒反応器モ
ジュール６は、例えば内管と外管とからなる二重管構造
を呈しており、内管の中に殺菌灯またはブラックライト
が配置され、外管の内壁面に光触媒がセットされた光触
媒反応器を多数直列に連結したものである。

【００１５】このような構成において、廃棄物埋立処分
場で浸出した浸出水は、例えばカルシウム除去、ＢＯ
Ｄ、ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ、ＳＳ分などを除去するための生物
処理槽、ＣＯＤ、ＳＳ、Ｔ−Ｐや微量重金属類を除去す
るための凝集沈殿設備等を経て処理され、砂ろ過塔で沈
殿物が除去された後、原水タンク１に貯留される。原水
タンク１に貯留された浸出水は、供給ポンプ２によって
循環タンク４に導入され、ここで塩酸供給ポンプ１１お
よび塩酸供給ライン８を介して、塩酸水溶液（以下、単
に塩酸という）が添加されて、例えばｐＨ１〜５に調整
されたのち、光触媒反応器モジュール６の図示省略した
内管と外管との間に流入し、光触媒上で有害有機物が分
解される。光触媒反応器モジュール６を流出した、有害
有機物の一部が分解された浸出水は、循環ライン７を経
て再び循環タンク４に流入し、必要に応じて再度塩酸が
添加されてｐＨ調整されたのち、光触媒反応器モジュー
ル６に循環され、再度有害有機物の分解が行われる。こ
のようにして光触媒反応器モジュール６に複数回循環し
て有害有機物が分解された浸出水は排出ポンプ３を経て
処理液として系外へ排出される。

【００１６】本実施例によれば、光触媒反応器モジュー
ル６に流入する浸出水に塩酸を添加することにより、光
触媒反応器モジュール６の光触媒および反応器壁面への
アルカリ塩類等の析出物の付着が抑制されるので、従来
技術のように、劣化した触媒の再生だけでは達成できな
かった、長期間安定した有害有機物処理を効率よく行な
うことができる。また、被処理水である浸出水の導入を
停止させる必要がなく連続的処理が可能となるので処理
効率が向上するとともに、触媒や反応管を取出して洗浄
するといった操作も不要となり、触媒を取り出すことに
よる触媒の劣化がなくなり、触媒交換頻度も少なくなる
ので、ランニングコスト等を著しく低減することができ
る。

【００１７】本実施例において、塩酸の添加は自動で行
なってもよいが、手動で行うこともできる。また浸出水
を循環処理する場合、塩酸の添加位置は、循環タンク４
に添加する他、循環タンク４の出口（図１中Ｃ）、光触
媒反応器モジュール６の入口（図１中Ｂ）、または出口
（図１中Ａ）のどの位置であってもよい。また浸出水の
循環回数は、要求される処理水の性状に応じて適宜選択
される。なお、一回パスで処理目的が達成できるとき
は、循環処理する必要はない。

【００１８】本発明において、光触媒反応器モジュール
の構造は、光源と光触媒の間を被処理廃液が通過できる
構造であることが好ましく、例えば中央に円柱型光源を
配した円筒二重管構造等が好適である。使用する光触媒
は公知のものでよいが、触媒成分として酸化チタンを用
いたものは高い触媒作用が得られる。光触媒の形状は、
板状、ハニカム状、円筒状等どのような形状であっても
よいが、蛍光灯等の円柱型光源を用いる場合は、光を均
一に受光できる円筒型であることが好ましい。光源とし
ては、通常光触媒反応に用いられる３８０nm以下の紫外
光を発する光源、例えば殺菌灯、ブラックライトが好適
に用いられる。

【００１９】本発明において、被処理水のｐＨが５以
下、好ましくはｐＨ１〜ｐＨ５となるように塩酸が添加
される。ｐＨが５より高いとカルシウム塩や鉄などの成
分付着を完全に除去することができず、ｐＨが低すぎる
と酸使用量が増加する他、触媒基材として無機繊維を用
いた場合では、繊維が溶出するなどの問題を生じるおそ
れがある。

【００２０】本発明において、塩酸の添加は連続的であ
ってもよいが、塩酸使用量の低減、処理液のｐＨ調製等
のメンテナンスを考慮して図５（Ａ）に示したような炭
酸カルシウム等の付着が生じ始めたときだけ添加しても
容易に堆積物を除去できるので、間欠的に塩酸を添加す
る方法も有効である。塩酸を連続的に添加する場合は廃
水のｐＨを高めに、間欠的に添加する場合は低めに設定
することが好ましい。また被処理液中に含まれる光触媒
劣化物質量が多い場合にはｐＨを低めにするなど、条件
によって塩酸の添加量、添加頻度を調節することが好ま
しい。

【００２１】塩酸を間欠的に添加する場合の塩酸添加周
期は、浸出水の処理量や浸出水中に含まれる光触媒の劣
化原因物質の量などにより異なるが、少なくとも１ヶ月
に１度、好ましくは１〜数週間に１度程度の割合で添加
するのが好ましい。

【００２２】図３（Ａ）に、浸出水に塩酸を間欠的に添
加して有害有機物を分解、除去する際のタイムテーブル
の一例を示す。図において、一定量の浸出水に対して一
定期間ごとに間欠的に塩酸が添加されている。このよう
な操作を行なうことにより、光触媒や反応器表面に付着
し始めたカルシウム塩等が上記塩酸酸性によって溶解し
て取り除かれるので、光触媒および反応管の初期状態を
長期間維持することができる。

【００２３】本発明において、被処理液である廃水は、
例えば廃棄物埋立処分場の浸出水である。

【００２４】本発明において、有害有機物が除去された
塩酸酸性処理液は、別途設けられた中和処理装置また
は、例えば光触媒反応器モジュール６の前段に設けられ
た、既存の中和処理装置（凝集沈殿設備）に戻して中和
処理される。既存の装置を用いることによって中和処理
装置の追加が不要となる。

【００２５】本発明において、廃水処理を一次的に停止
し、光触媒反応器に、廃水に代えて塩酸溶液を流通させ
ることによって光触媒反応器を初期状態に戻すこともで
きる。図２は、このような廃水処理に適用される装置で
あり、図１と異なるところは、塩酸供給ライン８、塩酸
タンク１０および塩酸供給ポンプ１１の代わりに、被処
理水の循環ライン７とは別に塩酸循環ライン９および塩
酸タンク１２を設けた点である。なお、循環ポンプ５は
兼用できる。

【００２６】このような構成の装置において、被処理水
である浸出水を循環ライン７を介して光触媒反応器モジ
ュール６に循環させることにより浸出水中の有害有機物
が分解、処理される。このとき、所定の間隔で循環ライ
ン７を停止して塩酸循環ライン８に切り替えることによ
り光触媒反応器モジュール６の光触媒および反応器壁面
に付着した析出物が塩酸水溶液によって洗浄、除去され
る。析出物の洗浄が終了し、性能が回復した光触媒反応
器モジュール６に再度原水である浸出水を流入させて同
様の有害有機物処理が行われ、以下浸出水処理と塩酸水
溶液による洗浄が繰り返される。

【００２７】上記処理方法のタイムテーブルを図３
（Ｂ）に示す。図において、浸出水処理を定期的に停止
させ、該浸出水処理を停止したときに塩酸水溶液の循環
が行われている。このように操作することにより、光触
媒や反応器表面に付着し始めたカルシウム塩等が溶解、
洗浄されるので、触媒および反応管を初期状態に戻すこ
とができる。塩酸を循環させる頻度は、処理条件によっ
ても異なるが、なるべく早い時期に定期的に行なうこと
が好ましい。

【００２８】

【実施例】次に本発明の具体的実施例を説明する。 実施例１ 平織りしたＥガラス繊維に酸化チタン、シリカゾル、Ｐ
ＶＡを用いて調製したスラリを含浸させ、成形後、乾
燥、焼成して得られた直径１００mm、長さ１０００mmの
円筒状触媒の中央に４０w の円筒状殺菌灯を配置し、こ
れを１２本直列に連結したものを光触媒反応器モジュー
ルとして用いた図１の光触媒式廃水処理装置において、
ゴミ焼却炉施設から浸出した浸出水を２０ l/minの速度
で１時間循環させたのち系外に排出する、浸出水処理試
験を、該浸出水の塩酸濃度が０．１(mol/l) となるよう
に塩酸を添加し、この塩酸添加浸出水を２週間に１度２
時間だけ循環させる条件で連続６ヶ月間行った。試験終
了後、光触媒を抜出し、３cm角に切り出して表１の条件
で模擬物質の分解試験を行なったところ、試験前の初期
性能と同等であった。

【００２９】

【表１】 比較例１ 塩酸を全く添加しなかった以外は上記実施例１と同様の
条件で同様にして浸出水処理試験を連続６ケ月間行い、
試験後、同様の模擬物質分解試験を行ったところ、試験
終了後の触媒には白色および褐色の析出物が付着してお
り、その性能は初期の約３０％まで低下していた。

【００３０】実施例１および比較例１の結果から、２週
間おきに塩酸添加処理を行なった実施例１は、塩酸添加
処理を行なわない比較例１に比べて長期間安定に排水処
理を行うことができることが分かった。

【００３１】実施例２ 上記実施例１で用いた光触媒反応器モジュールを採用し
た図１の装置を用い、原水である浸出水に、そのｐＨが
１〜５となるように連続的に塩酸を添加しながら前記光
触媒反応器モジュール６に循環させて実施例１と同様の
浸出水中の有害有機物を処理したところ、光触媒表面お
よび反応管へのカルシウム塩等の付着がなく、長期間安
定に、かつ効率よく処理することができた。なお、本実
施例では常時酸性の処理液が得られるので中和処理が必
要となる。

【００３２】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
光触媒式廃水処理装置の性能を長期間初期状態に保つこ
とができるので、廃水中の有害有機物を連続的、かつ効
率よく分解、処理することができる。また触媒の抜出し
操作が不要となり触媒交換頻度も大幅に低減できる。

【００３３】本願の請求項２に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、最適塩酸消費量により、ランニン
グコストの低減を図ることができる。

【００３４】本願の請求項３に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、塩酸消費量をより低減し、ランニ
ングコストの更なる低減を図ることができる。

【００３５】本願の請求項４に記載の発明によれば、廃
棄物埋立処分に伴う浸出水中の有害有機物を連続的、か
つ効率よく分解、処理することができる。

【００３６】本願の請求項５に記載の発明によれば、上
記発明の効果に加え、二次汚染のおそれのない処理水が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用される光触媒式廃水処理装置の系
統を示す図。

【図２】本発明に適用される別の廃水処理装置の系統を
示す図。

【図３】廃水処理方法におけるタイムテーブルの一例を
示す図。

【図４】光触媒の酸洗浄効果を示す図。

【図５】光触媒への析出物の付着状況を示す図。

【図６】従来技術の説明図。

【符号の説明】

１…原水タンク、２…供給ポンプ、３…排水ポンプ、４
…循環タンク、５…循環ポンプ、６…光触媒反応器モジ
ュール、７…循環ライン、８…塩酸供給ライン、９…塩
酸循環ライン、１０…塩酸タンク、１１…塩酸供給ポン
プ、１２…塩酸タンク、５１…光触媒、５２…粒子状析
出物、５３…難溶解性析出物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今田 尚美 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 (72)発明者 横山 公一 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 AB14 BA18 CA12 CA14 4D050 AA12 AB19 BB01 BC04 BC09 CA13 4G069 AA03 AA08 BA02B BA04B BA48A CA05 CA10 CA11 DA06 EA09 FA03 FB15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃水を光源と光触媒とを有する光触媒式
   廃水処理装置に導入して前記廃水に含まれる有害有機物
   を光触媒の存在下に分解、除去する廃水処理方法におい
   て、前記光触媒式廃水処理装置に流入する廃水に塩酸を
   添加することを特徴とする廃水処理方法。
2. 【請求項２】 前記廃水のｐＨが５以下となるように塩
   酸を添加することを特徴とする請求項１に記載の廃水処
   理方法。
3. 【請求項３】 前記塩酸の添加を連続的または間欠的に
   行うことを特徴とする請求項１または２に記載の廃水処
   理方法。
4. 【請求項４】 前記廃水が、廃棄物埋立処分に伴う浸出
   水であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載
   の廃水処理方法。
5. 【請求項５】 前記廃水処理装置から排出された廃水を
   中和処理することを特徴とする請求項１〜４の何れかに
   記載の廃水処理方法。