JP2005013839A - 光凝集濾過方法及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】飽和とともに廃棄物になるイオン交換樹脂や吸着剤等を用いることなく、０．０５μｍより小さい金属イオンや超微粒子を効率良く除去できる光凝集濾過方法及びそのシステムを提供せんとする。
【解決手段】被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射する光源を設けてなる光凝集装置１と、該光凝集装置１の下流側に設けた濾過装置２とより構成し、前記光凝集装置１は、被処理液に前記波長を有する光を照射し、液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることによって近接乃至凝集させ、前記濾過装置２は、当該凝集体を含む被処理液が供給され、当該装置内の濾過層２０で前記凝集体を捕捉する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射による凝集現象を利用した新規な凝集濾過方法及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は既に、水溶性液体に低電圧の交流又は高周波電圧を荷電し、その振動を利用して液中不純物粒子を接近させて粒子間引力で凝集させたり、油等の絶縁性液体に低電圧の直流を荷電し、微粒子の持つ電荷を中和して粒子間引力で凝集粗大化させることにより、濾目の大きいフィルターで効率的に濾過することができる荷電凝集濾過装置や油水分離できる荷電凝集油水分離装置を提案し、特許取得するとともに商品化している。（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
しかし、これら荷電凝集濾過装置や荷電凝集油水分離装置では、０．０５μｍの微粒子を凝集させ、これを濾目１μｍ程の濾過層で除去することが限界であった。即ち、荷電凝集現象を利用した装置（荷電凝集濾過装置）では、０．０５μｍまでの微粒子の凝集・濾過が、実用化の限界であった。
【０００４】
また、この液を濾目０．０５μｍ以下の限外濾過膜又は精密濾過膜で濾過することも考えられるが、膜の目詰りが激しい上、イオンや低分子領域の界面活性剤などは膜を通過してしまい、有効に除去することができなかった。
勿論、これらイオン等の物質を通過させて有効に再利用できる場合もあるが、これらイオン等を除去したいといった要望もあった。
【０００５】
これらイオンや低分子物質を除去するには、従来、イオン交換樹脂や吸着剤などを使用していたが、これらは吸着飽和点を有し、当該飽和とともに廃棄物になるといった欠点があった。また、吸着容量が小さく廃棄される廃棄物も量的に多く、再生するにも手間やコストを要するといった問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特公平８−２１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−４６８０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、飽和とともに廃棄物になるイオン交換樹脂や吸着剤等を用いることなく、０．０５μｍより小さい金属イオンや超微粒子を効率良く除去できる光凝集濾過方法及びそのシステムを提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射し、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることにより近接乃至凝集させた後、当該凝集体を濾過層で捕捉することを特徴とする光凝集濾過方法を提供し、また、被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射する光源を設け、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることにより近接乃至凝集させる光凝集装置と、該光凝集装置で凝集された当該凝集体を含む被処理液を濾過層に送液し、前記凝集体を該濾過層で捕捉する濾過装置とを備えたことを特徴とする光凝集濾過システムを構成した。
【０００９】
このような光凝集濾過方法又はそのシステムによれば、波長０．５μｍ以下の光を照射することで被処理液中の当該波長以下の粒径、例えば０．０５μｍより小さい粒径を有するイオンや低分子物質が振動、乃至分子間力により凝集され、０．０５μｍ以上の微粒子に凝集粗大化された後、濾過層により効率良く捕捉されることになる。
【００１０】
ここで、前記光を透過する流通管内の被処理液に対し、当該流通管に臨む光源から光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させる方法が好ましく、具体的には、前記光凝集装置が、光を透過する流通管及び該流通管に被処理液を流通させる送液手段を設けるとともに、該流通管に臨む位置に光源を設けてなり、前記流通管内の被処理液に対して光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させることが好ましい。
【００１１】
また、前記流通管を、前記光の光源を囲むように螺旋状に配設する方法が好ましく、具体的には、前記光凝集装置の光源を長尺な筒体に構成するとともに、該光源の外周面に沿って前記流通管を螺旋状に配設してなるシステムが好ましい。
【００１２】
更に、前記流通管及び光源を内装した筐体内壁に、光を反射する鏡面を設ける方法が好ましく、具体的には、前記光凝集装置を、前記流通管及び光源を内装した筐体より構成し、該筐体の内壁に光を反射させる鏡面を設けてなるシステムが好ましい。
【００１３】
前記光凝集装置の流通管は、石英管とすることが好ましい実施例である。
【００１４】
また、前記濾過層を、限外濾過膜又は精密濾過膜としたもの、具体的には、前記濾過装置を、限外濾過装置又は精密濾過装置としたシステムが好ましい。
【００１５】
更に、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を凝集させた後、当該凝集体を有する被処理液を中間槽に貯留させ、該中間槽よりポンプ圧力で濾過層に送液する方法が好ましく、具体的には、前記光凝集装置と濾過装置との間に、該光凝集装置で処理された前記凝集体を有する被処理液を貯留するための中間槽を設けたシステムが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る光凝集濾過システムの全体構成を示す説明図であり、図１〜３は代表的実施形態を示し、図中符号Ｓは光凝集濾過システム、１は光凝集装置、２は濾過装置、３は中間槽をそれぞれ示している。
【００１８】
本発明の光凝集濾過システムＳは、図１に示すように、被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射する光源を設けてなる光凝集装置１と、該光凝集装置１の下流側に設けた濾過装置２とより構成されており、前記光凝集装置１は、被処理液に前記波長を有する光を照射し、液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることによって近接乃至凝集させるものであり、前記濾過装置２は、当該凝集体を含む被処理液が供給され、当該装置内の濾過層２０で前記凝集体を捕捉するものである。
【００１９】
光凝集装置１は、図２に示すように、光を透過する流通管１０及び該流通管１０に被処理液を流通させる送液手段としての送液ポンプ１１が設けられており、更に、前記流通管１０に臨む位置には、光源として紫外線ランプ１２が設けられている。
【００２０】
前記送液ポンプ１１は、インバーター装置１３により制御可能に構成されており、当該送液ポンプ１１による被処理液の流量を制御することで、間接的に被処理液に対する紫外線の照射時間がコントロール可能とされている。
【００２１】
また、前記紫外線ランプ１２は、長尺な筒体で構成され、本例では発光面を効率よく配置できるＵ字管構造が採用されており、下端を支持部１６により支持されるとともに、上端の端子部１２ａに接続されるソケット１４により筐体１５内に着脱自在に取付けられている。この紫外線ランプ１２は石英ガラスよりなり破損しやすいため、上下の支持は耐震構造とすることが好ましい。
尚、紫外線ランプは、直管型としても良く、また、本例は上下に配置したが、水平やその他の方向に配置することも可能である。また、波長０．５μｍ以下の可視光線を照射するランプを用いることも可能であり、また、複数設けることも可能である。
【００２２】
この紫外線ランプ１２に隣接して前記被処理液を流通する流通管１０が配置されている。本例では、それ自体紫外線吸収が少なく、内部の被処理液に対して紫外線を効率良く照射できる石英管が採用され、前記紫外線ランプ１２の外周面に沿って螺旋状に配設されている。このように流通管１０を前記紫外線ランプ１２に対して螺旋状に配設すれば、限られたサイズの紫外線ランプ１２により被処理液に効率良く光照射することができ、結果として処理速度の向上が図られている。そして、前記流通管１０内の被処理液に対して前記紫外線ランプ１２から紫外線を連続照射することにより、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子は連続的に近接乃至凝集することとなる。
【００２３】
尚、その他の例としては、例えば、図４（ａ）に示すように真直な流通管１０の周囲に複数の紫外線ランプ１２を配置することや、図４（ｂ）に示すように紫外線ランプ１２の周囲に流通管１０を並列配置すること、その他、紫外線ランプを螺旋状に構成し、その中央の空間部に真直な流通管を配置すること等も好ましい実施例である。
【００２４】
これら流通管１０及び紫外線ランプ１２は、図２に示すように、これらを外部から覆う筐体１５に内装されており、該筐体１５の内壁には、照射された紫外線を反射させるための鏡面１５ｂがアルミ蒸着等により形成されている。このように筐体１５に流通管１０と紫外線ランプ１２を密閉することにより、照射された紫外線が鏡面１５ｂにより確実に反射され、外部に漏れることなく被処理液に対して照射されることになる。
【００２５】
筐体１５の内外の流通管同士の接続、筐体外部の流通管同士の接続部分には、それぞれナイロン等の合成樹脂製の流体継手１７を用いて石英管からなる各流通管を確実に接続しているが、石英管は少なくとも紫外線照射される筐体１５内部に用いればよく、筐体外部の流通管１０には石英管以外の管を用いるとともに汎用の金属継手等を用いることも可能である。即ち、石英管は、紫外線ランプ１２に対面する部分のみとすることも好ましく、例えば前記筐体内部の流通管１０のみ石英管で構成することも可能である。
更に、流通管の紫外線ランプに対面する側に、部分的に石英ガラス窓を設けるとともに、その他の部分の内壁にはアルミ蒸着等により紫外線を反射する鏡面を設けることも好ましく、また、図５に示すように、石英管１０の紫外線ランプ１２に対面する側を除く周壁部分に、同じくアルミ蒸着等により紫外線を反射する鏡面１０ｂを設けることも好ましい実施例である。
【００２６】
尚、本例では、流通管１０内部の被処理液に対して紫外線を連続照射しているが、本発明はこれに限らず、例えば図４（ｃ）に示すように、貯留槽１７内の被処理液に紫外線ランプ１２を単又は複数浸漬しておき、これら槽内の被処理液に紫外線を照射してなるものも好ましく、適宜、上記同様の鏡面が貯留槽１７の内面等に設けられる。また、流通管内に紫外線ランプを配置し、同じく被処理液に浸漬された当該ランプより流通する被処理液に連続的に紫外線を照射するものも好ましい実施例である。
【００２７】
前記光凝集装置１と濾過装置２との間には、該光凝集装置１で処理された前記凝集体を有する被処理液を一時的に貯留するための中間槽３が設けられている。この中間槽３には、前記光凝集装置１から供給される前記凝集体を有する被処理液を流入するための流入口３０以外に、圧送ポンプ２１を介して前記濾過装置２に被処理液を送るための流出口３１、及び該濾過装置２内の濾過層２０を通過することなく還流路２２を通じて帰還してきた被処理液を受け入れるための還流口３２が設けられている。
【００２８】
尚、このような中間槽３を設けることで、前記石英管よりなる流通管１０の低い耐圧性に影響されることなく当該中間槽３から前記濾過装置２に対して被処理液を圧送できるのであり、耐圧性に優れた配管を用いる場合には、当該中間槽３を設けることなくシステム全体を構成することも可能である。
【００２９】
前記濾過装置２は、本例では、濾目０．０５μｍ以上の限外濾過膜（ウルトラフィルタ）や精密濾過膜（マイクロフィルタ）等の中空糸フィルタを備えた濾過装置とされており、０．０５μｍ以上に凝集した凝集体を目詰まりすることなく効率良く除去できるが、本発明はこれに限らず、例えば炭素繊維等を圧縮生計したものや、焼結金属、多孔性セラミックス、活性炭等の濾過層を備えた濾過装置を用いることも勿論可能であり、逆に逆浸透膜を備えた濾過装置を採用することも可能である。
【００３０】
（実施例）
以下、紫外線照射による金属イオンの光凝集濾過の実験結果について説明する。
【００３１】
（実験条件）
使用液した被処理液は、ＬＬＣ（不凍液）廃液である。
処理方法は、容器内に前記ＬＬＣを入れて静止した状態で処理するバッチ式とした。
照射光源は、５００ｎｍ以下の紫外線とした。
濾過層は、０．０１μｍの限外濾過膜とした。
紫外線照射が所定時間経過する毎にサンプルを取り、ＬＬＣに含まれる鉄、銅、アルミニウムの各金属イオンについてそれぞれ測定を行った。
各金属イオンの測定は、ＪＩＳ Ｋ０１１６に準じたＩＣＰ発光分光分析装置を使用して実施した。
【００３２】
（実験結果）
結果は以下の表１の通りとなった。
【００３３】
【表１】

【００３４】
バッチ処理３０分が最も良好となり、時間の経過とともに紫外線照射によって再イオン化が進むものと見られる。
銅イオンの凝集が顕著なのは２５０ｎｍの紫外線波長が銅イオンの固有振動数に共振した現象と考えられる。
アルミニウムは原子番号１３で原子量が２６、９８、鉄は原子番号２６で原子量５５、８５、銅は原子番号２９で原子量６３、５５であり、原子番号と原子量の大きいものほどこの紫外線の波長でのイオンの凝集が進むことを示している。
何れにしても、紫外線照射でイオンが凝集する事実を明らかに示している。
今後は、イオンの種類による適切な紫外線波長を確定していくことが望まれる。
【００３５】
紫外線照射によるイオンや低分子物質の分解や凝集が生じる理由は、以下のように考えられる。すなわち、物質にはその大きさや種類によって固有の振動数を有しており、この振動の波長が外から与えられる光の振動数と共振を起したときに、激しい振動が生じ、物質の分解と接近が起って分子間引力圏内に入り、凝集が起ると考えられる。勿論光も波であり、この発明で照射する光（本例では紫外線）の波長がイオンや低分子物質の固有の振動数と共振する結果、分解や凝集が生じた考えられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光凝集濾過方法又はそのシステムによれば、波長０．５μｍ以下の光を照射することで、被処理液中の当該波長以下の粒径、例えば０．０５μｍより小さい粒径を有するイオンや低分子物質が振動、乃至分子間力により凝集され、０．０５μｍ以上の微粒子に凝集粗大化された後、濾過層により効率良く捕捉されるのであり、飽和とともに廃棄物になるイオン交換樹脂や吸着剤等を用いることなく、０．０５μｍより小さい金属イオンや超微粒子を、濾目０．０５μｍ以上の限外濾過膜等の濾過装置を用いて目詰まりを生じることなく効率良く除去することができる。
【００３７】
また、前記光を透過する流通管内の被処理液に対し、当該流通管に臨む光源から光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させ、具体的には、前記光凝集装置が、光を透過する流通管及び該流通管に被処理液を流通させる送液手段を設けるとともに、該流通管に臨む位置に光源を設けてなり、前記流通管内の被処理液に対して光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させてたので、流通する被処理液を連続的に処理できる。
【００３８】
また、前記流通管を、前記光の光源を囲むように螺旋状に配設したので、被処理液に対して効率よく光照射できる。
【００３９】
また、前記流通管及び光源を内装した筐体内壁に、光を反射する鏡面を設けたので、反射する光を利用して被処理液に対して再度光照射されるとともに外部への光の漏れが防止される。
【００４０】
また、前記流通管を石英管としたので、照射した光の流通管への吸収が比較的小さく、当該光をより確実に被処理液に照射できる。
【００４１】
また、前記濾過層を、限外濾過膜又は精密濾過膜としたので、比較的微細な凝集体をも捕捉できる。
【００４２】
また、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を凝集させた後、当該凝集体を有する被処理液を中間槽に貯留させ、該中間槽よりポンプ圧力で濾過層に送液したので、流通管の耐圧性に左右されることなく高い圧力で濾過層に送液することができる。
【００４３】
本発明は、イオン交換樹脂や吸着剤の代りに、超純水の再生、排水処理、飲料水の精製、イオンの除去、金属加工液の排水処理、低分子有機物の分解吸着等の分野に応用することができ、また、特に紫外線照射では、有機物の分解凝集が可能であり、活性炭吸着や酸、アルカリの分解も可能と考えられる為、紫外線の波長の選定、照射時間の調節等により、その利用分野の拡大が期待できる。特に飲料水等の用途では有毒菌の殺菌を効果的に行うことができ、再利用する純水や金属加工液、クーラー冷却水などでは腐敗菌が殺菌されて悪臭防止に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光凝集濾過システムを示す説明図。
【図２】光凝集装置の構成を示す説明図。
【図３】光凝集装置の要部を示す部分断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、被処理液に対する光照射形態の変形例を示す説明図。
【図５】被処理液の流通管に鏡面を設けた変形例を示す部分断面図。
【符号の説明】
Ｓ 光凝集濾過システム
１ 光凝集装置
２ 濾過装置
３ 中間槽
１０ 流通管
１０ｂ 鏡面
１１ 送液ポンプ
１２ 紫外線ランプ
１２ａ 端子部
１３ インバーター装置
１４ ソケット
１５ 筐体
１５ｂ 鏡面
１６ 支持部
１７ 貯留槽
２０ 濾過層
２１ 圧送ポンプ
２２ 還流路
３０ 流入口
３１ 流出口
３２ 還流口

Claims (14)

1. 被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射し、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることにより近接乃至凝集させた後、当該凝集体を濾過層で捕捉することを特徴とする光凝集濾過方法。
2. 前記光を透過する流通管内の被処理液に対し、当該流通管に臨む光源から光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させる請求項１記載の光凝集濾過方法。
3. 前記流通管を、前記光の光源を囲むように螺旋状に配設してなる請求項２記載の光凝集濾過方法。
4. 前記光源及び該光源により光照射される配管部分を覆う筐体を設け、該筐体の内壁に光を反射する鏡面を設けてなる請求項２又は３記載の光凝集濾過方法。
5. 前記流通管を石英管とした請求項２〜４の何れか１項に記載の光凝集濾過方法。
6. 前記濾過層を、限外濾過膜又は精密濾過膜とした請求項１〜５の何れか１項に記載の光凝集濾過方法。
7. 前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を凝集させた後、当該凝集体を有する被処理液を中間槽に貯留させ、該中間槽よりポンプ圧力で濾過層に送液してなる請求項２〜６の何れか１項に記載の光凝集濾過方法。
8. 被処理液に対して波長０．５μｍ以下の光を照射する光源を設け、前記被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を振動或いは共振させることにより近接乃至凝集させる光凝集装置と、該光凝集装置で凝集された当該凝集体を含む被処理液を濾過層に送液し、前記凝集体を該濾過層で捕捉する濾過装置と、を備えたことを特徴とする光凝集濾過システム。
9. 前記光凝集装置に、光を透過する流通管及び該流通管に被処理液を流通させる送液手段を設けるとともに、該流通管に臨む位置に光源を設けてなり、前記流通管内の被処理液に対して光を連続照射し、該被処理液中のイオン又は低分子物質微粒子を連続的に近接乃至凝集させてなる請求項８記載の光凝集濾過システム。
10. 前記光凝集装置の光源を長尺な筒体で構成するとともに、該光源の外周面に沿って前記流通管を螺旋状に配設してなる請求項９記載の光凝集濾過システム。
11. 前記光凝集装置に、前記光源及び該光源により光照射される配管部分を覆う筐体を設け、該筐体の内壁に光を反射する鏡面を設けてなる請求項９又は１０記載の光凝集濾過システム。
12. 前記光凝集装置の流通管が石英管である請求項８〜１１の何れか１項に記載の光凝集濾過システム。
13. 前記濾過装置を、限外濾過装置又は精密濾過装置とした請求項８〜１２の何れか１項に記載の光凝集濾過システム。
14. 前記光凝集装置と濾過装置との間に、該光凝集装置で処理された前記凝集体を有する被処理液を貯留するための中間槽を設けてなる請求項８〜１３の何れか１項に記載の光凝集濾過システム。

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