JP2010064045A - Hybrid type water purifying apparatus and water purifying method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド型水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法に関し、とくに、難分解性物質を短時間で分解可能であり、消費電力が少なく、太陽光のみで作動させることができ、災害時等の飲料水確保等に用いて好適な、ハイブリッド型水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法に関する。 The present invention relates to a hybrid-type water purification apparatus and a water purification method using the same, and in particular, can decompose a hardly decomposable substance in a short time, consumes less power, can be operated only by sunlight, The present invention relates to a hybrid type water purification apparatus suitable for securing drinking water at times and the like and a water purification method using the same.
光触媒を用いて被処理水の含有物質を分解する水浄化方法が知られている。例えば、特許文献１には、光触媒を担持した不織布を用いて、光触媒反応により被処理水に含まれる有機物を分解する水浄化方法が開示されている。この光触媒による有機物の分解反応は、光照射によって光触媒表面で生成するヒドロキシラジカルが有機物を酸化させることによって起こるが、このヒドロキシラジカルは高い酸化力を有しており、通常の有機化合物だけでなく芳香族化合物などの難分解性物質も酸化させることが可能である。 A water purification method for decomposing substances contained in water to be treated using a photocatalyst is known. For example, Patent Document 1 discloses a water purification method in which an organic substance contained in water to be treated is decomposed by a photocatalytic reaction using a nonwoven fabric carrying a photocatalyst. The decomposition reaction of organic matter by this photocatalyst occurs when the hydroxyl radical generated on the photocatalyst surface by light irradiation oxidizes the organic matter. This hydroxy radical has a high oxidizing power and is not only an ordinary organic compound but also an aromatic. Refractory substances such as group compounds can also be oxidized.
このような水浄化処理に用いられる光触媒の光源は、そのほとんどが紫外光である。紫外光を照射可能な光源として、従来は紫外線ランプや水銀灯等が利用されてきたが、近年、環境保護および化石燃料使用量削減の観点から、例えば特許文献１に開示されている水処理方法のように、太陽光を光源として利用可能な水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法がいくつか開発されている。このような太陽光を光源とする水浄化装置は、光源を付設する必要がなく、製造コストの削減や装置の小型化を実現することが可能である。しかしながら、太陽光の紫外光強度は紫外線ランプ等よりも低いため、光触媒への照射光の光源として太陽光を使用する水浄化装置は、紫外線ランプ等を用いた従来装置と同程度の分解効率を達成することが困難であり、分解処理により長い時間を必要とする場合が多く、高濃度の汚染水の浄化処理においては必ずしも好適でない場合が多い。 Most of the light sources of the photocatalyst used for such water purification treatment are ultraviolet light. Conventionally, ultraviolet lamps, mercury lamps, and the like have been used as light sources capable of irradiating ultraviolet light, but in recent years, from the viewpoint of environmental protection and reduction of fossil fuel consumption, for example, a water treatment method disclosed in Patent Document 1 As described above, several water purification apparatuses that can use sunlight as a light source and water purification methods using the same have been developed. Such a water purification apparatus using sunlight as a light source does not need to be provided with a light source, and can reduce manufacturing costs and downsize the apparatus. However, since the ultraviolet light intensity of sunlight is lower than that of ultraviolet lamps, etc., water purification devices that use sunlight as the light source of light irradiated to the photocatalyst have the same decomposition efficiency as conventional devices using ultraviolet lamps. It is difficult to achieve and often requires a long time for the decomposition treatment, and is not always suitable for the purification treatment of high-concentration contaminated water.
一方、近年、導電性ダイヤモンドからなる電極を用いた電気分解処理が水浄化方法として注目を集めている。例えば、特許文献２および特許文献３には、導電性ダイヤモンドからなる電極を用いた電気分解処理により、被処理水に含まれる難分解性物質を分解する水浄化方法が開示されている。導電性ダイヤモンドからなる電極は、他の材質からなる電極と比べて広い電位窓を有しており、水溶液の電気分解時に高い電圧を印加しないと酸素と水素が発生しないという特徴がある。すなわち、導電性ダイヤモンドからなる電極を用いた電気分解においては、比較的高い電圧を印加して水中にヒドロキシラジカルなどの活性酸素種を効率良く発生させることができるので、被処理水の含有物質を効率良く酸化させることができ、難分解性物質を含む被処理水を短時間で浄化することができる。
しかしながら、導電性ダイヤモンドからなる電極を用いた電気分解は、ヒドロキシラジカルなどの活性酸素種を発生させるために比較的高い電圧を印加する必要があり、消費電力量が大きく、運用コストがかかるという問題点を有している。上述の特許文献３には、電気分解後に分離工程および濃縮工程を設けて被処理水等を再利用することにより、電気分解処理の分解効率を維持して電力消費量の増加を抑制する方法が開示されているが、この方法は水処理工程の増加を伴うため、処理コストの上昇、装置製造コストの上昇、および装置の大型化を招くおそれがある。 However, electrolysis using electrodes made of conductive diamond requires the application of a relatively high voltage to generate active oxygen species such as hydroxy radicals, resulting in high power consumption and high operating costs. Has a point. In Patent Document 3 described above, there is a method in which a separation step and a concentration step are provided after electrolysis and the water to be treated is reused, thereby maintaining the decomposition efficiency of the electrolysis treatment and suppressing an increase in power consumption. Although disclosed, this method involves an increase in the number of water treatment steps, which may lead to an increase in treatment costs, an increase in device manufacturing costs, and an increase in size of the device.
そこで本発明の課題は、難分解性物質を短時間で分解可能であり、消費電力が少なく、太陽光のみをエネルギー源として水浄化処理を実施可能であり、災害時等の飲料水確保等に用いて好適な、水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法を提供することにある。 Therefore, the problem of the present invention is that it is possible to decompose a hardly decomposable substance in a short time, consume less power, and can carry out water purification treatment using only sunlight as an energy source, for securing drinking water at the time of disaster, etc. An object of the present invention is to provide a water purification apparatus and a water purification method using the same, which are suitable for use.
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド型水浄化装置は、導電性ダイヤモンドからなる電極を備え被処理水の含有物質を電気化学的に酸化分解する電気分解部と、前記電気分解部より導出された被処理水が導入され、該被処理水の含有物質を光触媒を用いて分解処理する光触媒処理部とを有することを特徴とするものからなる。 In order to solve the above-described problems, a hybrid water purification apparatus according to the present invention includes an electrode having an electrode made of conductive diamond and electrochemically oxidizing and decomposing a substance contained in water to be treated, and the electrolysis unit. And a photocatalyst treatment unit that introduces the treated water derived from the water and decomposes the substance contained in the water to be treated using a photocatalyst.
このような本発明に係るハイブリッド型水浄化装置においては、導電性ダイヤモンドからなる電極を備え被処理水を電気分解する電気分解部と、被処理水の含有物質を光触媒を用いて分解処理する光触媒処理部とが備えられているので、それぞれの長所を活用することにより、消費電力量を抑制しつつ、難分解性物質を短時間で効率的に分解することが可能である。 In such a hybrid water purification apparatus according to the present invention, an electrolysis part that includes an electrode made of conductive diamond and electrolyzes water to be treated, and a photocatalyst that decomposes a substance contained in the water to be treated using a photocatalyst Since the processing unit is provided, it is possible to efficiently decompose the hardly decomposable substance in a short time while suppressing the power consumption by utilizing the respective advantages.
上記のハイブリッド型水浄化装置においては、被処理水は最初に導電性ダイヤモンドからなる電極を備える電気分解部において電気分解される。上述の如く、導電性ダイヤモンドを電極として用いた電気分解処理は高い酸化能力を発揮可能であるため、高濃度の汚染水を短時間で浄化することが可能であり、かつ、被処理水に難分解性物質が含まれている場合においても適用可能である。 In the hybrid water purification apparatus, the water to be treated is first electrolyzed in an electrolysis unit having an electrode made of conductive diamond. As described above, since electrolysis using conductive diamond as an electrode can exhibit high oxidation ability, it is possible to purify highly concentrated contaminated water in a short time, and it is difficult to treat water to be treated. It is applicable even when degradable substances are included.
しかしながら、導電性ダイヤモンドを電極として用いた電気分解処理は消費電力量が比較的大きく、長時間作動させると電力コストが上昇してしまうという懸念がある。そこで、本発明に係るハイブリッド型水浄化装置においては、電気分解部における分解処理を短時間実施した後、電気分解部により含有物質の一部が分解された被処理水を光触媒処理部へ導入し、残存する含有物質を光触媒処理部において分解処理することにより、上記の電力消費量の問題を解決している。光触媒処理部は光触媒への光照射のみで分解処理を実施可能であり、電気分解部と比べて電力消費量が格段に少なくて済む。また、後述の試験例で示す通り、光触媒を用いた分解処理は被処理水の含有物質濃度が低くなるほど処理速度が向上することが観察されており、電気分解部において予め被処理水の含有物質を分解し、光触媒処理部へ導入される被処理水の含有物質濃度を低下させておくことにより、光触媒処理部における分解処理速度を向上させることが可能となる。 However, the electrolysis process using conductive diamond as an electrode consumes a relatively large amount of power, and there is a concern that the power cost increases when operated for a long time. Therefore, in the hybrid type water purification apparatus according to the present invention, after performing the decomposition treatment in the electrolysis section for a short time, the water to be treated, in which part of the contained material is decomposed by the electrolysis section, is introduced into the photocatalyst treatment section. The above-described problem of power consumption is solved by decomposing the remaining contained material in the photocatalyst processing section. The photocatalyst processing unit can perform the decomposition process only by irradiating the photocatalyst with light, and the power consumption is much smaller than that of the electrolysis unit. In addition, as shown in the test examples described later, it has been observed that the decomposition rate using the photocatalyst increases the treatment speed as the concentration of the substance to be treated decreases, and the substance to be treated in advance in the electrolysis section. It is possible to improve the decomposition treatment speed in the photocatalyst treatment unit by reducing the concentration of the substance to be treated introduced into the photocatalyst treatment unit.
すなわち、本発明に係るハイブリッド型水浄化装置によれば、導電性ダイヤモンドを電極として用いた電気分解部の優れた分解能力により難分解性物質を含む被処理水を浄化可能であり、かつ、光触媒処理部の活用により残存物質を分解するとともに装置全体の電力消費量を抑制することが可能となる。また、電気分解部によって含有物質の一部が分解された被処理水を光触媒処理部へ導入することにより、光触媒処理部の分解処理速度の改善も実現される。したがって、上記の構成によって、水浄化装置全体の処理効率およびエネルギー効率を大きく改善することができ、電気分解部と光触媒処理部の単なる組み合わせでは得られない高性能なハイブリッド型水浄化装置を実現することが可能となる。 That is, according to the hybrid water purification apparatus of the present invention, the water to be treated containing the hardly decomposable substance can be purified by the excellent decomposition ability of the electrolysis part using conductive diamond as an electrode, and the photocatalyst By utilizing the processing unit, it is possible to decompose the remaining material and suppress the power consumption of the entire apparatus. In addition, by introducing the water to be treated, in which a part of the contained material is decomposed by the electrolysis part, into the photocatalyst treatment part, the decomposition treatment speed of the photocatalyst treatment part can be improved. Therefore, the above-described configuration can greatly improve the processing efficiency and energy efficiency of the entire water purification device, and realize a high-performance hybrid water purification device that cannot be obtained by a simple combination of an electrolysis unit and a photocatalyst processing unit. It becomes possible.
なお、光触媒処理部に導入される被処理水は、電気分解部より導出された被処理水をそのまま使用可能であり、分離工程や濃縮工程を経由することなく光触媒処理部へ導入することができる。 In addition, the water to be treated introduced into the photocatalyst treatment unit can be used as it is, and can be introduced into the photocatalyst treatment unit without going through a separation step or a concentration step. .
上記電気分解部における電極の構成は、とくに限定されず、少なくともいずれか一方の電極が導電性ダイヤモンドからなる構成であればよい。すなわち、陽極電極および陰極電極が両方とも導電性ダイヤモンドからなる構成であってもよいし、いずれか一方の電極のみが導電性ダイヤモンドからなる構成であってもよい。いずれか一方の電極のみが導電性ダイヤモンドからなる場合、もう一方の電極の材質はとくに限定されず、例えば、白金等を使用可能である。 The structure of the electrode in the electrolysis part is not particularly limited as long as at least one of the electrodes is made of conductive diamond. That is, both the anode electrode and the cathode electrode may be composed of conductive diamond, or only one of the electrodes may be composed of conductive diamond. When only one of the electrodes is made of conductive diamond, the material of the other electrode is not particularly limited, and for example, platinum or the like can be used.
また、上記電気分解部における電極は複数設けられていてもよい。これらの設置形態はとくに限定されず、要は、水浄化装置に要求される浄水性能に適した設置形態であればよい。例えば、電気分解部における電極は、複数の電極が流路に対し並列に設置されていてもよいし、複数の電極が流路に対し直列に設置されていてもよいし、それらの設置形態が組み合わされた形態であってもよい。同様に、上記光触媒処理部における光触媒担持体は複数設けられていてもよく、その設置形態はとくに限定されない。 Moreover, the electrode in the said electrolysis part may be provided with two or more. These installation forms are not particularly limited. In short, any installation form suitable for the water purification performance required for the water purification apparatus may be used. For example, as for the electrodes in the electrolysis section, a plurality of electrodes may be installed in parallel to the flow path, a plurality of electrodes may be installed in series with respect to the flow path, and their installation form is The combined form may be sufficient. Similarly, a plurality of photocatalyst carriers in the photocatalyst processing section may be provided, and the installation form is not particularly limited.
本発明における導電性ダイヤモンドとしては、例えば、ボロンドープダイヤモンド（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｄｉａｍｏｎｄ）を適用可能である。ボロンドープダイヤモンド単体およびそれを用いた電極は複数の企業より市販されており、水浄化装置の要求性能に適したものを選択することにより、装置の部品コストおよび組立コストを低減させることが可能である。 As the conductive diamond in the present invention, for example, boron-doped diamond can be applied. Boron-doped diamond and electrodes using it are commercially available from several companies. By selecting the appropriate one for the required performance of the water purification device, it is possible to reduce the component cost and assembly cost of the device. is there.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、とくに限定されないが、太陽電池が付設されていることが好ましく、太陽電池から供給される電力のみで作動可能に構成されていることがとくに好ましい。なお、本発明における太陽電池には、太陽光を光源として発電を行う発電部と、発電された電力を蓄積する蓄電池部の両方が含まれるものとする。このような太陽電池が付設されることで、水浄化装置の作動に必要な電力を太陽光からのエネルギーによって供給することが可能となり、装置の運用コストを低減させることが可能となる。また、照射により発電部において産生された電力の余剰分を蓄電池部に充電することにより、曇天時や夜間においても水浄化装置を作動させることが可能となる。 Although the hybrid type water purification apparatus in the present invention is not particularly limited, it is preferably provided with a solar cell, and particularly preferably configured to be operable only with electric power supplied from the solar cell. Note that the solar cell in the present invention includes both a power generation unit that generates power using sunlight as a light source and a storage battery unit that stores the generated power. By attaching such a solar cell, it becomes possible to supply the electric power necessary for the operation of the water purification device by the energy from sunlight, and it is possible to reduce the operation cost of the device. Moreover, it becomes possible to operate a water purification apparatus also at the time of a cloudy day or night by charging the storage battery part with the surplus of the electric power produced in the power generation part by irradiation.
本発明において、光触媒を用いた分解処理における光触媒への照射光の光源は、光触媒の光活性を発揮させ得るものであればとくに限定されず、例えば、光源として太陽光を使用するように光触媒処理部を構成することができる。光源として太陽光を使用することにより、装置内に光源を設置する必要がなくなるため、装置の製造コストおよび組立コストを削減することができ、装置の小型化および軽量化が容易に実現可能となる。また、光源が太陽光であるため、光源を作動させるための電力が不要となり、水浄化装置の消費電力量の低下および運用コストの削減を実現することができる。 In the present invention, the light source of the irradiation light to the photocatalyst in the decomposition treatment using the photocatalyst is not particularly limited as long as it can exhibit the photoactivity of the photocatalyst. For example, the photocatalyst treatment so as to use sunlight as the light source. Can be configured. By using sunlight as a light source, it is not necessary to install a light source in the apparatus, so that the manufacturing cost and assembly cost of the apparatus can be reduced, and the apparatus can be easily reduced in size and weight. . Moreover, since the light source is sunlight, the electric power for operating a light source becomes unnecessary, and the fall of the power consumption of a water purification apparatus and the reduction of operation cost can be implement | achieved.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、太陽電池から供給される電力のみで作動可能に構成し、かつ、光触媒への照射光の光源として太陽光を利用可能に構成することにより、太陽光からのエネルギーのみで装置全体を作動させることが可能である。このような水浄化装置は太陽光のみで水浄化処理を行うことができるので、環境負荷をほとんど発生させることなく水浄化処理を行うことができ、安定した電力供給が困難な場所（例えば、離島や山間部など）においても水浄化処理を行うことが可能である。このような水浄化装置は、とくに、災害時の飲料水確保や、海外支援事業における水浄化処理に用いて好適なものである。 The hybrid water purification apparatus in the present invention is configured to be operable only with electric power supplied from the solar cell, and configured to be able to use sunlight as a light source of irradiation light to the photocatalyst. It is possible to operate the entire device with only energy. Since such a water purification device can perform water purification processing only with sunlight, it can perform water purification processing with little environmental load, and a place where stable power supply is difficult (for example, a remote island) Water purification treatment can also be performed in a mountainous area or the like. Such a water purification apparatus is particularly suitable for use in securing drinking water during a disaster or for water purification treatment in an overseas support project.
本発明における光触媒の材質は、光触媒反応により被処理水の含有物質を分解可能であれば、とくに限定されるものではない。このような分解機能を発揮可能な光触媒の材質としては、代表的には酸化チタンを適用できる。光触媒として酸化チタンを使用することにより、酸化力に優れ難分解性物質を分解可能な光触媒処理部を低コストで実現することが可能である。 The material of the photocatalyst in the present invention is not particularly limited as long as the material to be treated can be decomposed by the photocatalytic reaction. As a material of the photocatalyst capable of exhibiting such a decomposition function, titanium oxide can be typically applied. By using titanium oxide as a photocatalyst, it is possible to realize a photocatalyst processing section that has excellent oxidizing power and can decompose a hardly decomposable substance at low cost.
本発明における光触媒は、とくに限定されないが、多孔質体に担持されていることが好ましい。光触媒が多孔質体に担持された場合、光触媒の表面積が増大し、光触媒と被処理水の含有物質との接触面積が増大するため、光触媒反応における反応速度を向上させることができ、光触媒処理部における分解処理の効率を向上させることができる。光触媒を担持可能な多孔質体としては、例えば、多孔質セラミックス、多孔質ガラス、ガラスファイバ、グラスウール、アルミナボール、セラミックボール、金属繊維等が挙げられる。 The photocatalyst in the present invention is not particularly limited, but is preferably supported on a porous body. When the photocatalyst is supported on the porous body, the surface area of the photocatalyst increases, and the contact area between the photocatalyst and the material to be treated increases, so the reaction rate in the photocatalytic reaction can be improved, and the photocatalyst treatment unit The efficiency of the decomposition process can be improved. Examples of the porous body that can support the photocatalyst include porous ceramics, porous glass, glass fiber, glass wool, alumina ball, ceramic ball, and metal fiber.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、電解質添加手段を有する構成にすることができる。被処理水に予め電解質を添加しておくことにより、電気分解部における電気分解処理の処理速度を向上させることができ、電気分解部の処理効率を向上させることができる。被処理水に添加される電解質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム等が挙げられるが、これら以外にも任意の電解質を適用可能である。 The hybrid water purification apparatus in the present invention can be configured to have an electrolyte addition means. By adding an electrolyte to the water to be treated in advance, the treatment speed of the electrolysis process in the electrolysis part can be improved, and the treatment efficiency of the electrolysis part can be improved. Examples of the electrolyte added to the water to be treated include sodium chloride, potassium chloride, sodium sulfate, sodium nitrite and the like, but any electrolyte other than these can be applied.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、とくに限定されないが、被処理水に含まれる浮遊物および沈殿物等を除去可能なプレフィルターが設けられていることが好ましく、とくに、０．５μｍ以上の大きさの浮遊物および沈殿物等を除去可能なプレフィルターが設けられていることがより好ましい。このようなプレフィルターをハイブリッド型水浄化装置内に設けることにより、分解困難な大型の浮遊物等を予め被処理水から除去しておくことができ、それらの浮遊物等による流路の狭窄もしくは詰まりを未然に防止することができるため、浮遊物等が大量に含まれた被処理水を処理する場合においても、ハイブリッド型水浄化装置の処理効率が維持される。また、光触媒処理部の後段に最終フィルターを配置し、光触媒処理部より導出された水から電極や光触媒担持部の剥離等に起因する望ましくない浮遊物を除去することもできる。なお、プレフィルターおよび最終フィルターの構成は、浮遊物等を除去可能であればとくに限定されるものではなく、例えば、孔径が異なる複数のフィルターが設けられていてもよいし、フィルター材を容易に交換可能なカセットフィルターが設けられていてもよい。 The hybrid type water purification apparatus in the present invention is not particularly limited, but is preferably provided with a prefilter capable of removing suspended matters and sediments contained in the water to be treated, and in particular, a size of 0.5 μm or more. More preferably, a pre-filter capable of removing the suspended matter and sediment is provided. By providing such a pre-filter in the hybrid water purification device, it is possible to previously remove large floating matters that are difficult to decompose from the water to be treated, and the flow path is narrowed by these floating matters or the like. Since clogging can be prevented in advance, the treatment efficiency of the hybrid water purification apparatus is maintained even when treating the water to be treated containing a large amount of suspended matters or the like. In addition, a final filter may be disposed at the subsequent stage of the photocatalyst processing unit to remove undesirable suspended matters caused by peeling of the electrode or the photocatalyst carrying unit from the water derived from the photocatalyst processing unit. The configurations of the pre-filter and the final filter are not particularly limited as long as suspended matters can be removed. For example, a plurality of filters having different pore diameters may be provided, and the filter material may be easily used. A replaceable cassette filter may be provided.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、電気分解部および光触媒処理部で処理された被処理水に残存する電解質の除去手段を有する構成とすることができる。被処理水に残存する電解質としては、上述の電解質添加手段により添加されるものの他、被処理水にもともと含有されていたもの、電気分解部または光触媒処理部の分解処理により生成したもの等が存在している可能性がある。これらの電解質は人体もしくは環境に対して影響を及ぼすおそれのある物質である可能性があるため、とくに、ハイブリッド型水浄化装置によって処理された水を飲料水として使用する場合、上述の電解質除去手段がハイブリッド型水浄化装置に設けられていることが好ましい。電解質の除去手段としては、例えば、イオン交換樹脂等が挙げられる。 The hybrid type water purification apparatus in the present invention can be configured to have a means for removing the electrolyte remaining in the water to be treated which has been treated in the electrolysis part and the photocatalyst treatment part. The electrolyte remaining in the water to be treated includes those added by the above-mentioned electrolyte addition means, those originally contained in the water to be treated, and those generated by the decomposition treatment of the electrolysis part or the photocatalyst treatment part. There is a possibility. Since these electrolytes may be substances that may affect the human body or the environment, the above-mentioned electrolyte removing means is particularly used when water treated by a hybrid water purification device is used as drinking water. Is preferably provided in the hybrid water purification apparatus. Examples of the electrolyte removing means include an ion exchange resin.
本発明における電気分解部には、被処理水循環用のポンプが設けられていてもよい。被処理水を循環させることにより、電気分解処理された被処理水が電極の周辺に滞留することを防止し、分解処理の効率を向上させることができる。 The electrolysis section in the present invention may be provided with a pump for circulating the water to be treated. By circulating the water to be treated, the electrolyzed water to be treated can be prevented from staying around the electrode, and the efficiency of the decomposition treatment can be improved.
また、本発明における光触媒処理部には、被処理水循環用のポンプを設けることができる。被処理水を循環させることにより、光触媒により分解処理された被処理水が光触媒担持部の周辺に滞留することを防止し、分解処理の効率を向上させることができる。 Moreover, the photocatalyst processing part in the present invention can be provided with a pump for circulating the water to be treated. By circulating the water to be treated, the water to be treated decomposed by the photocatalyst can be prevented from staying around the photocatalyst supporting portion, and the efficiency of the decomposition treatment can be improved.
本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、移動式装置として構成することができる。装置を移動可能に構成することにより、装置の運搬が容易となり、水浄化処理が必要とされている場所へハイブリッド型水浄化装置を迅速に運ぶことができる。とくに、本発明におけるハイブリッド型水浄化装置を移動式装置として構成し、かつ、上述の如く太陽光からのエネルギーのみで作動可能に構成することにより、電力供給が困難な地域にハイブリッド型水浄化装置を運搬して水浄化処理を実施することが可能となる。このようなハイブリッド型水浄化装置は、とくに、災害時の飲料水確保や海外支援事業における水浄化処理において有用である。 The hybrid water purification apparatus in the present invention can be configured as a mobile apparatus. By configuring the apparatus to be movable, the apparatus can be easily transported, and the hybrid water purification apparatus can be quickly transported to a place where water purification treatment is required. In particular, the hybrid water purification device according to the present invention is configured as a mobile device and is configured to be operable only with energy from sunlight as described above, so that the hybrid water purification device can be used in areas where power supply is difficult. It becomes possible to carry out water purification treatment by transporting the water. Such a hybrid-type water purification apparatus is particularly useful for securing drinking water during a disaster and water purification treatment in an overseas support project.
本発明はまた、難分解性物質を短時間で分解可能であり、低消費電力で実施可能な水浄化方法についても提供する。すなわち、本発明に係る水浄化方法は、上述のいずれかのハイブリッド型水浄化装置を用いて水浄化処理を実施することを特徴とする方法からなる。このような水浄化方法は、上述の如く、導電性ダイヤモンドを電極として用いた電気分解部の優れた分解能力により難分解性物質を含む被処理水を浄化可能であり、かつ、光触媒処理部の活用により、さらに浄化を進めるとともに、運用に係る電力消費量を削減することが可能である。 The present invention also provides a water purification method that can decompose a hardly decomposable substance in a short time and can be carried out with low power consumption. That is, the water purification method according to the present invention comprises a method characterized in that water purification treatment is performed using any one of the above-described hybrid type water purification devices. Such a water purification method, as described above, can purify the water to be treated containing a hardly decomposable substance by the excellent decomposing ability of the electrolysis part using conductive diamond as an electrode, and the photocatalyst treatment part. By utilizing it, it is possible to further purify and reduce power consumption related to operation.
環境省による「生活環境の保全に関する環境基準」は、環境基準ＡＡおよび水道１級（濾過等による簡易な浄水操作により水道水として利用可能な水質）の要件の一つとして、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）１ｍｇ／Ｌ以下という水質基準を設定している。そこで、本発明における水浄化方法により浄化された水を飲料水または生活用水として利用する場合、とくに限定されるものではないが、ハイブリッド型水浄化装置は被処理水をＣＯＤ１ｍｇ／Ｌ以下まで浄化可能であるように構成されていることが好ましい。 “Environmental standard on the preservation of living environment” by the Ministry of the Environment is the COD (Chemical Oxygen Demand) as one of the requirements of the environmental standard AA and the first grade of water supply (water quality that can be used as tap water by simple water purification operations such as filtration) ) A water quality standard of 1 mg / L or less is set. Therefore, when the water purified by the water purification method of the present invention is used as drinking water or domestic water, the hybrid water purification apparatus can purify the water to be treated to COD of 1 mg / L or less, although it is not particularly limited. It is preferable that it is comprised so that.
また、上記の水質基準を達成可能となるようにハイブリッド型水浄化装置を構成する場合、ハイブリッド型水浄化装置の電気分解部は、とくに限定されるものではないが、被処理水をＣＯＤ１００ｍｇ／Ｌ以下まで浄化可能であるように構成されていることが好ましく、ＣＯＤ５０ｍｇ／Ｌ以下まで浄化可能であるように構成されていることがより好ましい。後述の試験例において示されている通り、光触媒処理部の分解効率は導入される被処理水のＣＯＤが低くなるほど向上するため、電気分解部において予め被処理水のＣＯＤを上述の水準まで低下させておくことにより、光触媒処理部の処理速度を向上させることができ、上述の水質基準を短時間で達成することが可能となる。
Further, when the hybrid water purification apparatus is configured to achieve the above water quality standard, the electrolysis part of the hybrid water purification apparatus is not particularly limited, but the water to be treated is
本発明における被処理水は、被処理水の含有物質を水浄化装置の電気分解部および光触媒処理部により分解可能であればよく、被処理水の種類についてはとくに限定されない。本発明に係る水浄化方法により処理可能な被処理水としては、例えば、河川水、湖沼水、海水、雨水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、工場排水等が挙げられる。 The treated water in the present invention is not particularly limited as long as the material contained in the treated water can be decomposed by the electrolysis unit and the photocatalyst processing unit of the water purification device. As treated water that can be treated by the water purification method according to the present invention, for example, river water, lake water, seawater, rainwater, domestic wastewater, wastewater treatment plant wastewater, wastewater treatment facility wastewater, agricultural wastewater, golf course wastewater, Examples include factory wastewater.
本発明に係る水浄化方法により浄化された水は、いかなる用途に用いてもよく、例えば、飲料水、生活用水、工業用水、中水などとして利用可能である。 The water purified by the water purification method according to the present invention may be used for any purpose, and can be used as, for example, drinking water, domestic water, industrial water, and middle water.
このように、本発明に係るハイブリッド型水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法によれば、光触媒処理部の活用により装置全体の電力消費量を抑制しつつ、導電性ダイヤモンドを電極として用いた電気分解部の高い分解能力により、汚染水に含まれる難分解性物質を含む各含有物質を短時間で分解することが可能である。 Thus, according to the hybrid water purification apparatus and the water purification method using the same according to the present invention, conductive diamond is used as an electrode while suppressing the power consumption of the entire apparatus by utilizing the photocatalyst processing unit. Due to the high decomposing ability of the electrolysis section, it is possible to decompose each contained substance including the hardly decomposable substance contained in the contaminated water in a short time.
また、本発明におけるハイブリッド型水浄化装置は、装置の動力供給源として太陽電池を付設し、太陽電池の光源および光触媒への照射光の光源として太陽光を使用することにより、太陽光のみをエネルギー源として全ての水浄化処理を実施することが可能となる。このようなハイブリッド型水浄化装置は、外部電力源の確保が困難な場合においても水浄化処理を実施可能であり、とくに、災害時の飲料水確保や、海外支援事業における水浄化処理に有用である。 Further, the hybrid water purification apparatus according to the present invention is provided with a solar cell as a power supply source of the apparatus, and uses sunlight as a light source of the solar cell and a light source for irradiating the photocatalyst, so that only sunlight is used as energy. It becomes possible to carry out all water purification treatment as a source. Such a hybrid water purification device can perform water purification treatment even when it is difficult to secure an external power source, and is particularly useful for securing drinking water during disasters and water purification treatment in overseas support projects. is there.
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様におけるハイブリッド型水浄化装置を示しており、とくに、太陽電池が付設され、光触媒への照射光の光源として太陽光が使用されるハイブリッド型水浄化装置の概略構成を示している。図１において、ハイブリッド型水浄化装置１に導入された被処理水２は、電解質添加槽３により電解質が添加され、プレフィルター４により被処理水２に含まれる浮遊物等が除去された後、導電性ダイヤモンドからなる電極６が備えられた電気分解部５に導入される。電気分解部５には被処理水循環用のポンプ（図示略）が設けられており、電気分解部５に導入された被処理水２ａが電気分解部５内を循環する間、被処理水２ａの含有物質は、電極６から発生するヒドロキシラジカル等の活性酸素種により酸化され分解される。被処理水２ａは、電気分解部５の電気分解処理により含有物質の一部が分解された後、光触媒処理部７に導入される。光触媒処理部７には、光触媒８および被処理水循環用のポンプ（図示略）が設けられており、光触媒処理部７に導入された被処理水２ｂが光触媒処理部７内を循環する間、被処理水２ｂ内に残存する含有物質は、光触媒８の光触媒作用により分解される。光触媒処理部７により処理された水は、最終フィルター９により浮遊物等が除去され、イオン交換樹脂１０により電解質が除去された後、処理水１１としてハイブリッド型水浄化装置１より導出され、飲料水や生活用水等として利用される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a hybrid water purification apparatus according to an embodiment of the present invention, and in particular, an outline of a hybrid water purification apparatus equipped with a solar cell and using sunlight as a light source of light irradiated to a photocatalyst. The configuration is shown. In FIG. 1, to-
図１において、ハイブリッド型水浄化装置１は太陽電池１２を有しており、上述の電気分解処理に必要な電力や被処理水循環用ポンプを作動させるためのエネルギーは、全て太陽電池１２のみで供給可能に構成されている。また、光触媒８は、照射光の光源として太陽光１３を使用することができる。したがって、ハイブリッド型水浄化装置１は、太陽光１３のみをエネルギー源として全ての水浄化処理動作を実施することが可能である。
In FIG. 1, the hybrid water purification apparatus 1 has a
図１に示したハイブリッド型水浄化装置１の電気分解部において動作試験を実施し、分解効率を最適化するための条件を調査した。この動作試験では、電極としてＢＤＤ（ボロンドープダイヤモンド）セルを使用し、モデル汚染物質としてフェノールを使用し、電解質として硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）を０．１Ｍ添加し、５．０Ｖの電圧を印加し、流速を０．１Ｌ／ｍｉｎに設定し、電気分解反応における反応速度定数、半減期、消費電力量を測定した。結果を表１に示す。 An operation test was performed in the electrolysis section of the hybrid water purification apparatus 1 shown in FIG. 1 to investigate conditions for optimizing the decomposition efficiency. In this operation test, a BDD (boron doped diamond) cell is used as an electrode, phenol is used as a model contaminant, 0.1 M sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) is added as an electrolyte, and a voltage of 5.0 V is applied. Applied, the flow rate was set to 0.1 L / min, and the reaction rate constant, half-life, and power consumption in the electrolysis reaction were measured. The results are shown in Table 1.
表１において、試験（１）はＢＤＤセル数１、フェノール濃度２．５ｍＭ、被処理水体積０．５Ｌという条件における測定結果を示している。一方、試験（２）は試験（１）と同様の条件で、ＢＤＤセル数を２に増やした場合の測定結果を示している。試験（１）と試験（２）を比較すると、ＢＤＤセル数を２倍にすることにより、消費電力量は２倍に増加するが、反応速度定数ｋ１も２倍となり、電気分解部における分解処理速度が向上することが分かる。 In Table 1, test (1) shows the measurement results under the conditions that the number of BDD cells is 1, the phenol concentration is 2.5 mM, and the volume of water to be treated is 0.5 L. On the other hand, test (2) shows the measurement results when the number of BDD cells is increased to 2 under the same conditions as test (1). Compared Test (1) Test (2), by the number of BDD cell doubling, the power consumption is increased to twice, also doubled reaction rate constant k 1, degradation in the electrolysis unit It can be seen that the processing speed is improved.
また、表１において、試験（３）は、ＢＤＤセル数３、フェノール濃度２．５ｍＭ、被処理水体積３．０Ｌという条件における測定結果を示しており、試験（４）は試験（３）と同様の条件で、被処理水の体積を１．０Ｌに変更した場合の測定結果を示している。試験（３）と試験（４）を比較すると、被処理水の体積を１／３に変更することにより、反応速度定数ｋ１は３倍となり、消費電力量を維持しつつ、電気分解部における分解処理速度を向上させることが可能となる。 In Table 1, test (3) shows the measurement results under the conditions of 3 BDD cells, phenol concentration 2.5 mM, and treated water volume 3.0 L. Test (4) is the same as test (3). The measurement result at the time of changing the volume of to-be-processed water to 1.0L on the same conditions is shown. When test (3) and test (4) are compared, by changing the volume of the water to be treated to 1/3, the reaction rate constant k 1 is tripled, while maintaining the power consumption, It is possible to improve the decomposition processing speed.
さらに、表１において、試験（５）は、試験（４）と同様の条件で、溶液濃度を７．５ｍＭに変更した場合の測定結果を示している。試験（４）と試験（５）を比較すると、被処理水の濃度が３倍に増加した場合、反応速度定数ｋ１および消費電力量は変化しないことが分かる。 Furthermore, in Table 1, test (5) shows the measurement results when the solution concentration is changed to 7.5 mM under the same conditions as in test (4). Compared test (4) Test (5), when the increase in the 3-fold concentration of the water to be treated, it can be seen unchanged reaction rate constant k 1 and the power consumption.
上述の結果から、本発明に係るハイブリッド型水浄化装置の電気分解部における分解処理速度は、ＢＤＤセル数に比例し、体積に反比例するが、溶液濃度には依存しないことが分かる。したがって、ＢＤＤセル数を増加する、もしくは一度に処理する被処理水の体積を少量に抑えることにより、電気分解部における分解効率を向上させることができる。また、電気分解部の分解処理速度は溶液濃度に依存しないため、高濃度の汚染水に対しても高い分解効率を発揮可能である。 From the above results, it can be seen that the decomposition rate in the electrolysis unit of the hybrid water purification apparatus according to the present invention is proportional to the number of BDD cells and inversely proportional to the volume, but does not depend on the solution concentration. Therefore, the decomposition efficiency in the electrolysis part can be improved by increasing the number of BDD cells or suppressing the volume of water to be treated to be small at a time. Moreover, since the decomposition treatment speed of the electrolysis part does not depend on the solution concentration, it is possible to exhibit high decomposition efficiency even for highly concentrated contaminated water.
図２は、図１に示したハイブリッド型水浄化装置の光触媒処理部における動作試験の実施結果を示している。この動作試験では、光触媒担持体として酸化チタンが焼き付けられたグラスウールを使用し、モデル汚染物質としてフェノールを使用し、電解質として硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）を０．１Ｍ添加し、光源として２．５ｍＷ／ｃｍ２のブラックライトを使用し、被処理水の体積を０．５Ｌとし、流速を０．１Ｌ／ｍｉｎに設定し、被処理水のＣＯＤに対する半減期の変化を測定した。図２の縦軸は半減期を示しており、値が小さいほど分解速度が大きい。図２から、被処理水のＣＯＤが１００ｍｇ／Ｌ以下になると、半減期が急速に減少して分解速度が著しく上昇することが分かる。この効果は、ＣＯＤが減少するにつれてより顕著になる。したがって、被処理水が光触媒処理部へ導入される前に、予め電気分解部において被処理水のＣＯＤを１００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以下まで低下させておくことにより、光触媒処理部における分解処理速度を向上させることができ、被処理水の含有物質をより効率的に分解することが可能となる。 FIG. 2 shows a result of an operation test in the photocatalyst processing unit of the hybrid water purification apparatus shown in FIG. In this operation test, glass wool baked with titanium oxide is used as a photocatalyst carrier, phenol is used as a model contaminant, 0.1 M sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) is added as an electrolyte, and 2. A black light of 5 mW / cm 2 was used, the volume of the water to be treated was 0.5 L, the flow rate was set to 0.1 L / min, and the change in half-life with respect to the COD of the water to be treated was measured. The vertical axis in FIG. 2 indicates the half-life, and the smaller the value, the greater the degradation rate. From FIG. 2, it can be seen that when the COD of the water to be treated is 100 mg / L or less, the half-life is rapidly decreased and the decomposition rate is remarkably increased. This effect becomes more pronounced as COD decreases. Therefore, before the water to be treated is introduced into the photocatalyst treatment section, the COD of the water to be treated is reduced to 100 mg / L or less, preferably 50 mg / L or less in the electrolysis section in advance, so that The decomposition treatment speed can be improved, and the substance contained in the water to be treated can be decomposed more efficiently.
本発明に係るハイブリッド型水浄化装置およびそれを用いた水浄化方法は、あらゆる水浄化処理に適用可能であり、とくに、災害時の飲料水確保や海外支援事業における水浄化処理に用いて好適なものである。 The hybrid-type water purification apparatus and the water purification method using the same according to the present invention can be applied to all water purification treatments and are particularly suitable for securing drinking water at the time of disaster and water purification treatment in overseas support projects. Is.
１ ハイブリッド型水浄化装置
２ 被処理水
３ 電解質添加槽
４ プレフィルター
５ 電気分解部
６ 導電性ダイヤモンドからなる電極
７ 光触媒処理部
８ 光触媒
９ 最終フィルター
１０ イオン交換樹脂
１１ 処理水
１２ 太陽電池
１３ 太陽光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hybrid type
Claims (21)
The water purification method according to any one of claims 17 to 20, wherein the treated water is used as drinking water, domestic water, industrial water, or intermediate water.
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