JP2018187543A - Water treatment apparatus and water treatment method - Google Patents

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泰宏 橋本
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大輔 猪野
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Shunsuke KORI
俊輔 郡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for preventing a quality decline of treated water.SOLUTION: A water treatment apparatus (100) of the disclosure comprises a photoreaction tank (2), a separation tank (3), a light source (21), a filtration membrane (31), a supply channel (6), a transfer channel (7), a return channel (8), and a discharge channel (9). The supply channel (6) is a flow channel for supplying polluted water to the photoreaction tank (2). The transfer channel (7) is a flow channel for transferring slurry liquid from the photoreaction tank (2) to the separation tank (3). The return channel (8) is a flow channel for causing the slurry liquid to return from the separation tank (3) to the photoreaction tank (2). The discharge channel (9) is a flow channel for discharging treated water via the filtration membrane (31) to an outside. A concentration (n1) of photocatalytic particles in the photoreaction tank (2) is regulated by changing a ratio (v4/v3) of a flow rate (v4) of the treated water in the discharge channel (9) to a flow rate (v3) of the slurry liquid in the return channel (8).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、水処理装置及び水処理方法に関する。   The present disclosure relates to a water treatment apparatus and a water treatment method.

近年、光触媒を用いた水処理装置が提案されている。従来の水処理装置において、処理されるべき水に二酸化チタン粒子などの光触媒粒子が懸濁される。光触媒粒子を含む水が紫外線ランプの周囲を通過することによって水が処理される。   In recent years, water treatment apparatuses using a photocatalyst have been proposed. In a conventional water treatment apparatus, photocatalyst particles such as titanium dioxide particles are suspended in water to be treated. The water is treated by passing the water containing the photocatalyst particles around the ultraviolet lamp.

特許文献1に記載された水処理装置は、処理槽及び分離槽を備えている。処理槽に紫外線ランプが配置されている。分離槽に限外濾過膜が配置されている。浄化された水が処理槽から分離槽に移される。限外濾過膜の働きによって、二酸化チタン粒子が水から分離される。これにより、浄化された水が外部へと排出される。   The water treatment apparatus described in Patent Document 1 includes a treatment tank and a separation tank. An ultraviolet lamp is arranged in the treatment tank. An ultrafiltration membrane is disposed in the separation tank. The purified water is transferred from the treatment tank to the separation tank. The titanium dioxide particles are separated from the water by the action of the ultrafiltration membrane. Thereby, the purified water is discharged to the outside.

特許文献2〜4にも光触媒を用いた水処理装置が開示されている。   Patent Documents 2 to 4 also disclose a water treatment apparatus using a photocatalyst.

特許第2125610号公報Japanese Patent No. 2125610 特許第5111690号公報Japanese Patent No. 5111690 特開平9−290165号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-290165 特開2000−271492号公報JP 2000-271492 A

従来の水処理装置においては、運転中に光触媒粒子の濃度が変動して処理済水の品質が低下することがある。   In a conventional water treatment apparatus, the concentration of photocatalyst particles may fluctuate during operation and the quality of treated water may be reduced.

本開示の目的は、処理済水の品質の低下を防ぐための技術を提供することにある。   The objective of this indication is to provide the technique for preventing the fall of the quality of treated water.

すなわち、本開示は、
光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留する第1槽と、
前記第1槽に接続され、前記第1槽に汚染水を供給するための流路である第1流路と、
前記第1槽の中の前記光触媒粒子に光を照射する光源と、
前記第1槽に接続された第2槽と、
前記第2槽の内部に配置された濾過膜と、
前記第1槽と前記第2槽とを接続しており、前記第1槽から前記第2槽に前記スラリー液を移すための流路である第2流路と、
前記第2槽と前記第1槽とを接続しており、前記第2槽から前記第1槽に前記スラリー液を戻すための流路である第3流路と、
前記第2槽に接続され、前記濾過膜を通じて処理済水を外部に排出するための流路である第4流路と、
を備え、
前記第3流路における前記スラリー液の流量に対する前記第4流路における前記処理済水の流量の比率を変更することによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度が調節される、水処理装置を提供する。
That is, this disclosure
A first tank for storing a slurry liquid containing photocatalyst particles and water;
A first flow path that is connected to the first tank and is a flow path for supplying contaminated water to the first tank;
A light source for irradiating the photocatalyst particles in the first tank with light;
A second tank connected to the first tank;
A filtration membrane disposed inside the second tank;
A second flow path that connects the first tank and the second tank, and is a flow path for transferring the slurry liquid from the first tank to the second tank;
A third flow path that connects the second tank and the first tank, and is a flow path for returning the slurry liquid from the second tank to the first tank;
A fourth channel that is connected to the second tank and is a channel for discharging treated water to the outside through the filtration membrane;
With
A water treatment device, wherein the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is adjusted by changing a ratio of the flow rate of the treated water in the fourth flow channel to the flow rate of the slurry liquid in the third flow channel. provide.

本開示の技術によれば、処理済水の品質の低下を防ぐことができる。   According to the technology of the present disclosure, it is possible to prevent deterioration of the quality of treated water.

図1は、本開示の一実施形態に係る水処理装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a water treatment device according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、制御器のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the controller. 図3は、二酸化チタンの濃度と反応速度との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the concentration of titanium dioxide and the reaction rate. 図4は、光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける水の収支を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the balance of water in each of the photoreaction tank and the separation tank. 図5は、返送路におけるスラリー液の流量v3と光反応槽における光触媒粒子の濃度n1との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path and the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank. 図6は、水処理装置を運転するために制御器において実行される処理を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a process executed in the controller for operating the water treatment apparatus. 図7Aは、流量調節を行うことなく水処理装置の運転を継続したときの光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度の変化を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing changes in the concentration of photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank when the operation of the water treatment apparatus is continued without adjusting the flow rate. 図7Bは、流量調節を行うことなく水処理装置の運転を継続したときの処理済水中の三価ヒ素の濃度の変化を示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing a change in the concentration of trivalent arsenic in the treated water when the operation of the water treatment apparatus is continued without adjusting the flow rate. 図8Aは、本実施形態の水処理装置の光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度の変化を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing changes in the concentration of photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank of the water treatment apparatus of this embodiment. 図8Bは、本実施形態の水処理装置を用いて生成された処理済水中のアトラジンの濃度の変化を示すグラフである。FIG. 8B is a graph showing a change in the concentration of atrazine in the treated water generated using the water treatment apparatus of the present embodiment. 図9は、変形例に係る水処理装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a water treatment device according to a modification.

(本開示の基礎となった知見)
光触媒を用いた水処理装置において、水処理の効率は、複数の要因によって低下する。1つの要因として、光触媒粒子の濃度が運転中に変動することが挙げられる。光触媒粒子の濃度には最適値が存在し、濃度が低すぎても高すぎても処理効率が低下する。水処理装置の運転前に光触媒粒子の濃度を最適値に設定したとしても、種々の現象によって光触媒粒子の濃度が変動する。例えば、光触媒粒子が濾過膜に堆積することによって光触媒粒子の濃度が低下する。光触媒粒子が槽の底部に沈殿及び堆積することによって光触媒粒子の濃度が低下することもある。濾過膜から光触媒粒子が剥離し、光触媒粒子の濃度が上昇することもある。水の流動によって光触媒粒子が槽の底部から巻き上げられ、光触媒粒子の濃度が上昇することもある。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
In a water treatment apparatus using a photocatalyst, the efficiency of water treatment decreases due to a plurality of factors. One factor is that the concentration of photocatalyst particles varies during operation. There is an optimum value for the concentration of the photocatalyst particles, and the treatment efficiency is lowered if the concentration is too low or too high. Even if the concentration of the photocatalyst particles is set to an optimum value before the operation of the water treatment apparatus, the concentration of the photocatalyst particles varies due to various phenomena. For example, the photocatalyst particles are deposited on the filtration membrane, so that the concentration of the photocatalyst particles is reduced. The concentration of the photocatalyst particles may be lowered by the precipitation and deposition of the photocatalyst particles at the bottom of the tank. The photocatalyst particles may peel off from the filtration membrane, and the concentration of the photocatalyst particles may increase. The photocatalyst particles are wound up from the bottom of the tank by the flow of water, and the concentration of the photocatalyst particles may increase.

光触媒粒子の濃度が運転中に変動すると、水処理装置の処理機能が低下する。水処理装置の処理機能が低下すると、汚染物質を十分に取り除くことができず、処理済水の品質が低下する。   When the concentration of the photocatalyst particles fluctuates during operation, the treatment function of the water treatment device decreases. When the treatment function of the water treatment device is lowered, the contaminants cannot be sufficiently removed, and the quality of the treated water is lowered.

従来の水処理装置においては、光触媒粒子の濃度を運転中に監視し、光触媒粒子の濃度を適切な値に保つための工夫はなされていない。   In the conventional water treatment apparatus, the device for monitoring the concentration of the photocatalyst particles during operation and maintaining the concentration of the photocatalyst particles at an appropriate value has not been made.

本開示の第1態様に係る水処理装置は、
光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留する第1槽と、
前記第1槽に接続され、前記第1槽に汚染水を供給するための流路である第1流路と、
前記第1槽の中の前記光触媒粒子に光を照射する光源と、
前記第1槽に接続された第2槽と、
前記第2槽の内部に配置された濾過膜と、
前記第1槽と前記第2槽とを接続しており、前記第1槽から前記第2槽に前記スラリー液を移すための流路である第2流路と、
前記第2槽と前記第1槽とを接続しており、前記第2槽から前記第1槽に前記スラリー液を戻すための流路である第3流路と、
前記第2槽に接続され、前記濾過膜を通じて処理済水を外部に排出するための流路である第4流路と、
を備えたものであり、
前記第3流路における前記スラリー液の流量に対する前記第4流路における前記処理済水の流量の比率を変更することによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度が調節される。
The water treatment device according to the first aspect of the present disclosure is:
A first tank for storing a slurry liquid containing photocatalyst particles and water;
A first flow path that is connected to the first tank and is a flow path for supplying contaminated water to the first tank;
A light source for irradiating the photocatalyst particles in the first tank with light;
A second tank connected to the first tank;
A filtration membrane disposed inside the second tank;
A second flow path that connects the first tank and the second tank, and is a flow path for transferring the slurry liquid from the first tank to the second tank;
A third flow path that connects the second tank and the first tank, and is a flow path for returning the slurry liquid from the second tank to the first tank;
A fourth channel that is connected to the second tank and is a channel for discharging treated water to the outside through the filtration membrane;
With
The concentration of the photocatalyst particles in the first tank is adjusted by changing the ratio of the flow rate of the treated water in the fourth flow channel to the flow rate of the slurry liquid in the third flow channel.

第1態様によれば、第1槽(光反応槽)における光触媒粒子の濃度が適切に調節されるので、第1槽において効率的な水処理が行われる。したがって、高品質の処理済水を生成し続けることができる。   According to the first aspect, since the concentration of the photocatalyst particles in the first tank (photoreaction tank) is appropriately adjusted, efficient water treatment is performed in the first tank. Therefore, high quality treated water can continue to be generated.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る水処理装置は、前記第1槽と前記第2槽との間において、前記第2流路又は前記第3流路に配置されたポンプをさらに備えている。このポンプの働きによって、第1槽(光反応槽)から第2槽(分離槽)にスラリー液を移すことができる。   In the second aspect of the present disclosure, for example, the water treatment apparatus according to the first aspect includes a pump disposed in the second flow path or the third flow path between the first tank and the second tank. Is further provided. By the action of this pump, the slurry liquid can be transferred from the first tank (photoreaction tank) to the second tank (separation tank).

本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様に係る水処理装置は、前記第4流路に配置されたポンプをさらに備えている。このポンプによって、処理済水を水処理装置の外部へと取り出すことができる。   In the third aspect of the present disclosure, for example, the water treatment apparatus according to the first or second aspect further includes a pump disposed in the fourth flow path. With this pump, the treated water can be taken out of the water treatment apparatus.

本開示の第4態様において、例えば、第1〜第3態様のいずれか1つに係る水処理装置では、前記比率を減少させることによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を上昇させる。第4態様によれば、第1槽(光反応槽)における光触媒粒子の濃度が適正な範囲に調節される。   In the fourth aspect of the present disclosure, for example, in the water treatment device according to any one of the first to third aspects, the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is increased by decreasing the ratio. According to the fourth aspect, the concentration of the photocatalyst particles in the first tank (photoreaction tank) is adjusted to an appropriate range.

本開示の第5態様において、例えば、第1〜第4態様のいずれか1つに係る水処理装置では、前記比率を増加させることによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を低下させる。第5態様によれば、第1槽(光反応槽)における光触媒粒子の濃度が適正な範囲に調節される。   In the fifth aspect of the present disclosure, for example, in the water treatment device according to any one of the first to fourth aspects, the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is decreased by increasing the ratio. According to the fifth aspect, the concentration of the photocatalyst particles in the first tank (photoreaction tank) is adjusted to an appropriate range.

本開示の第6態様において、例えば、第1〜第5態様のいずれか1つに係る水処理装置は、前記第1槽に取り付けられ、前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を測定する濃度測定装置をさらに備えている。第6態様によれば、水処理装置の運転中において、第1槽(光反応槽)における光触媒粒子の濃度を正確に測定することができる。   In the sixth aspect of the present disclosure, for example, a water treatment device according to any one of the first to fifth aspects is attached to the first tank, and a concentration for measuring the concentration of the photocatalyst particles in the first tank. A measuring device is further provided. According to the sixth aspect, the concentration of the photocatalyst particles in the first tank (photoreaction tank) can be accurately measured during the operation of the water treatment apparatus.

本開示の第7態様において、例えば、第6態様に係る水処理装置では、前記濃度測定装置によって測定された前記光触媒粒子の濃度が閾値範囲に収まるように前記比率が調節される。第7態様によれば、光触媒粒子の濃度が適切に調節されるので、第1槽(光反応槽)において効率的な水処理が行われる。したがって、高品質の処理済水を生成し続けることができる。   In the seventh aspect of the present disclosure, for example, in the water treatment device according to the sixth aspect, the ratio is adjusted such that the concentration of the photocatalyst particles measured by the concentration measuring device falls within a threshold range. According to the seventh aspect, since the concentration of the photocatalyst particles is appropriately adjusted, efficient water treatment is performed in the first tank (photoreaction tank). Therefore, high quality treated water can continue to be generated.

本開示の第8態様に係る水処理方法は、
光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留している第1槽に汚染水を供給することと、
前記第1槽の中の前記光触媒粒子に光を照射することと、
前記第1槽から前記第2槽に前記スラリー液を移すことと、
前記第2槽から前記第1槽に前記スラリー液を戻すことと、
前記第2槽に配置された濾過膜を通じて処理済水を外部に排出することと、
前記第2槽から前記第1槽へと戻される前記スラリー液の流量に対する前記第2槽から前記外部へと排出される前記処理済水の流量の比率を変更して前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を調節することと、
を含むものである。
The water treatment method according to the eighth aspect of the present disclosure includes:
Supplying contaminated water to the first tank storing the slurry liquid containing photocatalyst particles and water;
Irradiating the photocatalyst particles in the first tank with light;
Transferring the slurry liquid from the first tank to the second tank;
Returning the slurry liquid from the second tank to the first tank;
Discharging the treated water to the outside through the filtration membrane disposed in the second tank;
The photocatalyst in the first tank is changed by changing the ratio of the flow rate of the treated water discharged from the second tank to the outside to the flow rate of the slurry liquid returned from the second tank to the first tank. Adjusting the concentration of the particles;
Is included.

第8態様によれば、第1槽(光反応槽)における光触媒粒子の濃度が適切に調節されるので、第1槽において効率的な水処理が行われる。したがって、高品質の処理済水を生成し続けることができる。   According to the eighth aspect, since the concentration of the photocatalyst particles in the first tank (photoreaction tank) is appropriately adjusted, efficient water treatment is performed in the first tank. Therefore, high quality treated water can continue to be generated.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

図1に示すように、本実施形態の水処理装置100は、光反応槽2、分離槽3、供給路6、移送路7、返送路8及び排出路9を備えている。供給路6は光反応槽2に接続されている。移送路7及び返送路8によって、光反応槽2及び分離槽3が互いに接続されている。排出路9は分離槽3に接続されている。供給路6を通じて、水処理装置100の外部から光反応槽2に汚染水が供給される。排出路9を通じて、分離槽3から水処理装置100の外部へと処理済水が排出される。   As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 100 of this embodiment includes a photoreaction tank 2, a separation tank 3, a supply path 6, a transfer path 7, a return path 8, and a discharge path 9. The supply path 6 is connected to the photoreaction tank 2. The photoreaction tank 2 and the separation tank 3 are connected to each other by the transfer path 7 and the return path 8. The discharge path 9 is connected to the separation tank 3. Contaminated water is supplied to the photoreaction tank 2 from the outside of the water treatment apparatus 100 through the supply path 6. The treated water is discharged from the separation tank 3 to the outside of the water treatment apparatus 100 through the discharge path 9.

水処理装置100は、さらに、濃度測定装置4、圧力計5、導入ポンプ11、導入流量計12、制御器13、圧縮機19、光源21、水位計22、濾過膜31、循環ポンプ71、循環流量計72、濾過ポンプ81及び濾過流量計82を備えている。   The water treatment device 100 further includes a concentration measuring device 4, a pressure gauge 5, an introduction pump 11, an introduction flow meter 12, a controller 13, a compressor 19, a light source 21, a water level meter 22, a filtration membrane 31, a circulation pump 71, a circulation A flow meter 72, a filtration pump 81, and a filtration flow meter 82 are provided.

<光反応槽2>
光反応槽2は、汚染水導入口23、第1排出口24及び第1導入口25を有する。汚染水導入口23に供給路6が接続されている。第1排出口24に移送路7が接続されている。第1導入口25に返送路8が接続されている。光反応槽2は、金属、樹脂などの耐食性材料で作られている。光反応槽2には、光源21及び水位計22が取り付けられている。光反応槽2は「第1槽」とも表記される。
<Photoreaction tank 2>
The photoreaction tank 2 has a contaminated water inlet 23, a first outlet 24 and a first inlet 25. A supply path 6 is connected to the contaminated water inlet 23. The transfer path 7 is connected to the first discharge port 24. The return path 8 is connected to the first introduction port 25. The photoreaction tank 2 is made of a corrosion resistant material such as metal or resin. A light source 21 and a water level gauge 22 are attached to the photoreaction tank 2. The photoreaction tank 2 is also referred to as “first tank”.

光反応槽2は、光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留する。導入ポンプ11を動作させると、汚染水導入口23を通じて光反応槽2に不純物を含む汚染水が導入される。「不純物」は、人に有害な物質を意味する。不純物は、例えば、3価ヒ素などのヒ素、6価クロムなどのクロムを含む金属、臭素酸などのハロゲン化物、医薬品に含まれる有機物、農薬に含まれる有機物、又は、微生物を含む物質である。汚染水は、不純物が溶解しているスラリー液である。   The photoreaction tank 2 stores a slurry liquid containing photocatalyst particles and water. When the introduction pump 11 is operated, the contaminated water containing impurities is introduced into the photoreaction tank 2 through the contaminated water inlet 23. “Impurity” means a substance harmful to humans. Impurities are, for example, arsenic such as trivalent arsenic, metals containing chromium such as hexavalent chromium, halides such as bromic acid, organic substances contained in pharmaceuticals, organic substances contained in agricultural chemicals, or substances containing microorganisms. The contaminated water is a slurry liquid in which impurities are dissolved.

光触媒粒子は、光源21から光を受け付け、汚染水に含まれた不純物を処理する。汚染水は、第1処理済水に変化する。第1処理済水は、光触媒粒子、処理された不純物及び水を含むスラリー液であり、第1排出口24を通じて移送路7に排出される。処理された不純物には、酸化還元反応によって生じたイオン、及び、分解生成物が含まれる。汚染水に含まれた不純物を除去することには、不純物を酸化還元反応によって無毒化することが含まれる。不純物が有機物である場合、その不純物を分解し、無毒化された不純物を含む水溶液を生成することも、汚染水に含まれた不純物を除去することに含まれる。   The photocatalyst particles receive light from the light source 21 and process impurities contained in the contaminated water. The contaminated water is changed to the first treated water. The first treated water is a slurry liquid containing photocatalyst particles, treated impurities and water, and is discharged to the transfer path 7 through the first discharge port 24. The treated impurities include ions generated by the oxidation-reduction reaction and decomposition products. Removing the impurities contained in the contaminated water includes detoxifying the impurities by a redox reaction. In the case where the impurity is an organic substance, the generation of an aqueous solution containing the detoxified impurity by decomposing the impurity is also included in removing the impurity contained in the contaminated water.

光反応槽2には、返送路8及び第1導入口25を通じて、分離槽3からスラリー液が戻される。このスラリー液は、第1処理済水から第2処理済水が分離されることによって生成されたスラリー液であり、光触媒粒子及び水を含んでいる。   The slurry liquid is returned from the separation tank 3 to the photoreaction tank 2 through the return path 8 and the first introduction port 25. This slurry liquid is a slurry liquid generated by separating the second treated water from the first treated water, and contains photocatalyst particles and water.

光触媒粒子は、例えば、二酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化タングステン粒子又は酸化鉄粒子である。これらから選ばれる1種又は2種以上が水処理装置100に使用されうる。これらの光触媒粒子は、ゼオライト粒子などの支持体に担持されていてもよい。光触媒粒子は、汚染水に含まれた不純物を光触媒反応によって除去する。   The photocatalyst particles are, for example, titanium dioxide particles, zinc oxide particles, tungsten oxide particles, or iron oxide particles. One or more selected from these can be used for the water treatment apparatus 100. These photocatalyst particles may be supported on a support such as zeolite particles. The photocatalyst particles remove impurities contained in the contaminated water by a photocatalytic reaction.

光触媒粒子の光触媒反応について詳細に説明する。例えば、二酸化チタンに紫外線の波長範囲を有する光が照射されると、励起電子と正孔とが生成される。正孔と水分子とが反応すると、強い酸化力を持つOHラジカル(活性酸素)が生成される。励起電子又は活性酸素は、不純物の酸化還元反応を引き起こす。これにより、医薬品に含まれた有機物、農薬に含まれた有機物、微生物などの有害物質が分解される。あるいは、有害金属が除去されやすい状態に変化する。例えば、活性酸素は、3価ヒ素を5価ヒ素に変化させる。5価ヒ素は、吸着剤に吸着されやすい。励起電子は、6価クロムを3価クロムに変化させる。3価クロムは、沈殿によって除去されやすい。光触媒粒子に光が照射されたときに起こる光触媒反応によって不純物が処理される。有害金属は、除去されやすい状態に変化した後、吸着工程、沈殿工程などの別の工程において除去される。   The photocatalytic reaction of the photocatalyst particles will be described in detail. For example, when titanium dioxide is irradiated with light having an ultraviolet wavelength range, excited electrons and holes are generated. When holes react with water molecules, OH radicals (active oxygen) having strong oxidizing power are generated. Excited electrons or active oxygen causes an oxidation-reduction reaction of impurities. Thereby, organic substances contained in pharmaceuticals, organic substances contained in agricultural chemicals, harmful substances such as microorganisms are decomposed. Alternatively, the state changes to a state where harmful metals are easily removed. For example, active oxygen changes trivalent arsenic to pentavalent arsenic. Pentavalent arsenic is easily adsorbed by the adsorbent. Excited electrons change hexavalent chromium to trivalent chromium. Trivalent chromium is easily removed by precipitation. Impurities are treated by a photocatalytic reaction that occurs when the photocatalyst particles are irradiated with light. The harmful metal is removed in another process such as an adsorption process or a precipitation process after changing to a state where it is easily removed.

光触媒粒子は、上記の例に限定されない。水処理装置100の内部を流動することができ、かつ、光触媒反応によって不純物を処理できる限り、他の公知の光触媒粒子も使用されうる。   The photocatalyst particles are not limited to the above example. Other known photocatalyst particles can be used as long as they can flow inside the water treatment apparatus 100 and can treat impurities by a photocatalytic reaction.

<光源21>
光源21は、例えば、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ、太陽光、ブラックライト又はLEDである。本実施形態において、光源21は、光反応槽2の内部に配置されている。光源21は、光反応槽2の上面から下面まで延びる円柱の形状を有する。光源21は、光反応槽2の中の光触媒粒子に紫外線を照射する。紫外線の波長範囲は、例えば、200〜400nmである。光源21は、単色光を出力してもよいし、連続光を出力してもよい。
<Light source 21>
The light source 21 is, for example, a low-pressure mercury lamp, a medium-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an excimer lamp, a xenon lamp, sunlight, black light, or an LED. In the present embodiment, the light source 21 is disposed inside the photoreaction tank 2. The light source 21 has a cylindrical shape extending from the upper surface to the lower surface of the photoreaction vessel 2. The light source 21 irradiates the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 with ultraviolet rays. The wavelength range of ultraviolet rays is, for example, 200 to 400 nm. The light source 21 may output monochromatic light or continuous light.

光触媒粒子の材料が二酸化チタンである場合、光源21は、光触媒粒子に紫外線の波長範囲を有する光を照射することによってOHラジカルを発生させる。OHラジカルは、除去対象物と反応することによって、汚染水から不純物を除去する。   When the material of the photocatalyst particles is titanium dioxide, the light source 21 generates OH radicals by irradiating the photocatalyst particles with light having an ultraviolet wavelength range. The OH radical reacts with the removal target to remove impurities from the contaminated water.

光源21は、光反応槽2の外部に配置されていてもよい。この場合、光源21から発せられた光は、光反応槽2を透過して、光反応槽2の中の光触媒粒子に向かって照射される。光反応槽2が紫外線透過性を有する材料で作られている場合、この構成が採用されうる。あるいは、光源21から発せられた光は、光反応槽2の上方から光反応槽2の中の光触媒粒子に向かって照射される。光反応槽2の上部が開放されている場合、この構成が採用されうる。   The light source 21 may be disposed outside the photoreaction tank 2. In this case, the light emitted from the light source 21 passes through the photoreaction vessel 2 and is irradiated toward the photocatalyst particles in the photoreaction vessel 2. When the photoreaction vessel 2 is made of a material having ultraviolet transparency, this configuration can be adopted. Alternatively, the light emitted from the light source 21 is irradiated from above the photoreaction tank 2 toward the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2. When the upper part of the photoreaction tank 2 is opened, this configuration can be adopted.

<分離槽3>
分離槽3は、第1室3a、第2室3b、第2導入口32、第2排出口33及び処理済水排出口34を有する。分離槽3の内部には濾過膜31が配置されている。第1室3aは濾過膜31によって囲まれた空間である。第2室3bは濾過膜31によって囲まれていない空間である。第2導入口32に移送路7が接続されている。第2排出口33に返送路8が接続されている。処理済水排出口34に排出路9が接続されている。移送路7を通じて、光反応槽2から分離槽3にスラリー液(第1処理済水)が導入される。スラリー液は、分離槽3の第2室3bに貯留される。分離槽3も、金属、樹脂などの耐食性材料で作られている。分離槽3は「第2槽」とも表記される。
<Separation tank 3>
The separation tank 3 has a first chamber 3a, a second chamber 3b, a second introduction port 32, a second discharge port 33, and a treated water discharge port 34. A filtration membrane 31 is disposed inside the separation tank 3. The first chamber 3 a is a space surrounded by the filtration membrane 31. The second chamber 3 b is a space that is not surrounded by the filtration membrane 31. The transfer path 7 is connected to the second introduction port 32. The return path 8 is connected to the second discharge port 33. A discharge path 9 is connected to the treated water discharge port 34. Through the transfer path 7, the slurry liquid (first treated water) is introduced from the photoreaction tank 2 to the separation tank 3. The slurry liquid is stored in the second chamber 3 b of the separation tank 3. The separation tank 3 is also made of a corrosion resistant material such as metal or resin. The separation tank 3 is also referred to as “second tank”.

濾過膜31は、例えば、中空糸膜又は平膜であり、光触媒粒子よりも小さい直径の複数の孔を有する。濾過膜31によって、分離槽3の内部空間が第1室3aと第2室3bとに分割されている。   The filtration membrane 31 is, for example, a hollow fiber membrane or a flat membrane, and has a plurality of holes having a diameter smaller than that of the photocatalyst particles. By the filtration membrane 31, the internal space of the separation tank 3 is divided into a first chamber 3a and a second chamber 3b.

第1室3aは、分離槽3の内部空間の一部であって、濾過膜31によって囲まれた空間である。処理済水排出口34が第1室3aに向かって開口している。第2室3bは、分離槽3の内部空間の一部であって、濾過膜31によって囲まれていない空間である。第2導入口32及び第2排出口33が第2室3bに向かって開口している。   The first chamber 3 a is a part of the internal space of the separation tank 3 and is a space surrounded by the filtration membrane 31. The treated water discharge port 34 opens toward the first chamber 3a. The second chamber 3 b is a part of the internal space of the separation tank 3 and is not surrounded by the filtration membrane 31. The second introduction port 32 and the second discharge port 33 are opened toward the second chamber 3b.

濾過ポンプ81を動作させると、第1室3aが減圧される。濾過膜31は、第2室3bに貯留された第1処理済水を濾過して光触媒粒子と第2処理済水とに分離する。第2処理済水は、濾過膜31を通過した水であって、光触媒粒子を含まない処理済水である。濾過膜31の働きによって、光触媒粒子が第2室3bに残留する。第1室3aには濾過膜31を通過した第2処理済水が貯留される。第2処理済水は、処理済水排出口34及び排出路9を通じて、水処理装置100の外部に処理済水として排出される。   When the filtration pump 81 is operated, the first chamber 3a is depressurized. The filtration membrane 31 filters the first treated water stored in the second chamber 3b and separates it into photocatalyst particles and second treated water. The second treated water is treated water that has passed through the filtration membrane 31 and does not contain photocatalyst particles. Photocatalyst particles remain in the second chamber 3b by the action of the filtration membrane 31. The second treated water that has passed through the filtration membrane 31 is stored in the first chamber 3a. The second treated water is discharged as treated water to the outside of the water treatment apparatus 100 through the treated water discharge port 34 and the discharge path 9.

第2室3bに光触媒粒子が残留する。詳細には、光触媒粒子を含むスラリー液が第2室3bに貯留される。このスラリー液は、第1処理済水から第2処理済水を分離することによって生成され、光触媒粒子を高い濃度で含む。第2排出口33を通じて、分離槽3から返送路8にスラリー液が排出される。   Photocatalyst particles remain in the second chamber 3b. Specifically, the slurry liquid containing the photocatalyst particles is stored in the second chamber 3b. This slurry liquid is generated by separating the second treated water from the first treated water, and contains the photocatalyst particles at a high concentration. The slurry liquid is discharged from the separation tank 3 to the return path 8 through the second discharge port 33.

分離槽3では、濾過膜31を用いた濾過が行われる。これにより、第1処理済水から第2処理済水が取り出される。第1処理済水に濾過膜31を浸漬させた状態で濾過ポンプ81を動作させて第1室3aを減圧すると、第2処理済水が第1室3aに吸引される。第1処理済水に含まれた光触媒粒子の粒径が濾過膜31の孔の直径よりも大きいので、光触媒粒子は、濾過膜31を透過できず、第2室3bに残留する。   In the separation tank 3, filtration using the filtration membrane 31 is performed. Thereby, the 2nd treated water is taken out from the 1st treated water. When the filtration pump 81 is operated with the filter membrane 31 immersed in the first treated water and the first chamber 3a is decompressed, the second treated water is sucked into the first chamber 3a. Since the particle diameter of the photocatalyst particles contained in the first treated water is larger than the diameter of the pores of the filtration membrane 31, the photocatalyst particles cannot pass through the filtration membrane 31 and remain in the second chamber 3b.

<供給路6及び排出路9>
供給路6及び排出路9は、それぞれ、光反応槽2及び分離槽3に接続されている。供給路6に導入ポンプ11及び導入流量計12が配置されている。供給路6は、光反応槽2に汚染水を供給するための流路である。排出路9に濾過ポンプ81及び濾過流量計82が配置されている。排出路9は、濾過膜31を通じて処理済水(第2処理済水)を外部に排出するための流路である。供給路6及び排出路9のそれぞれは、少なくとも1つの配管によって構成されている。
<Supply path 6 and discharge path 9>
The supply path 6 and the discharge path 9 are connected to the photoreaction tank 2 and the separation tank 3, respectively. An introduction pump 11 and an introduction flow meter 12 are arranged in the supply path 6. The supply path 6 is a flow path for supplying contaminated water to the photoreaction tank 2. A filtration pump 81 and a filtration flow meter 82 are disposed in the discharge path 9. The discharge path 9 is a flow path for discharging treated water (second treated water) to the outside through the filtration membrane 31. Each of the supply path 6 and the discharge path 9 is constituted by at least one pipe.

<移送路7及び返送路8>
移送路7は、光反応槽2の第1排出口24と分離槽3の第2導入口32とを接続している。移送路7は、光反応槽2から分離槽3にスラリー液(第1処理済水)を移すための流路である。移送路7には循環ポンプ71及び循環流量計72が配置されている。循環ポンプ71を動作させると、移送路7を通じて、光反応槽2の第1排出口24から分離槽3の第2導入口32へと第1処理済水が移される。移送路7は、少なくとも1つの配管によって構成されている。
<Transfer path 7 and return path 8>
The transfer path 7 connects the first discharge port 24 of the photoreaction tank 2 and the second introduction port 32 of the separation tank 3. The transfer path 7 is a flow path for transferring the slurry liquid (first treated water) from the photoreaction tank 2 to the separation tank 3. A circulation pump 71 and a circulation flow meter 72 are arranged in the transfer path 7. When the circulation pump 71 is operated, the first treated water is transferred from the first discharge port 24 of the photoreaction tank 2 to the second introduction port 32 of the separation tank 3 through the transfer path 7. The transfer path 7 is composed of at least one pipe.

返送路8は、光反応槽2の第1導入口25と分離槽3の第2排出口33とを接続している。返送路8は、分離槽3から光反応槽2にスラリー液を戻すための流路である。分離槽3の水位は、光反応槽2の水位を上回るように調整されている。返送路8を通じて、分離槽3の第2排出口33から光反応槽2の第1導入口25へとスラリー液が戻される。返送路8は、少なくとも1つの配管によって構成されていてもよいし、光反応槽2と分離槽3とを隔てる壁に設けられた孔あってもよい。   The return path 8 connects the first inlet 25 of the photoreaction tank 2 and the second outlet 33 of the separation tank 3. The return path 8 is a flow path for returning the slurry liquid from the separation tank 3 to the photoreaction tank 2. The water level of the separation tank 3 is adjusted to exceed the water level of the photoreaction tank 2. Through the return path 8, the slurry liquid is returned from the second discharge port 33 of the separation tank 3 to the first introduction port 25 of the photoreaction tank 2. The return path 8 may be configured by at least one pipe, or may have a hole provided in a wall separating the photoreaction tank 2 and the separation tank 3.

供給路6は「第1流路」とも表記される。移送路7は「第2流路」とも表記される。返送路8は「第3流路」とも表記される。排出路9は「第4流路」とも表記される。   The supply path 6 is also referred to as “first flow path”. The transfer path 7 is also referred to as “second flow path”. The return path 8 is also referred to as “third flow path”. The discharge path 9 is also referred to as “fourth flow path”.

<導入ポンプ11>
導入ポンプ11は、供給路6に配置されている。導入ポンプ11の働きによって、汚染水が汚染水導入口23を通じて光反応槽2に導入される。導入ポンプ11は、供給路6における汚染水の流量(単位:リットル/分)を変更できるポンプでありうる。導入ポンプ11は、例えば、チューブポンプである。チューブポンプは、弾力性を有するチューブと、そのチューブを変形させるローラとを備えている。ローラの回転速度(rpm)を変更することによって、チューブから押し出される液体の流量を調節することができる。
<Introduction pump 11>
The introduction pump 11 is disposed in the supply path 6. The contaminated water is introduced into the photoreaction tank 2 through the contaminated water inlet 23 by the function of the introduction pump 11. The introduction pump 11 can be a pump that can change the flow rate (unit: liter / min) of the contaminated water in the supply path 6. The introduction pump 11 is, for example, a tube pump. The tube pump includes a tube having elasticity and a roller that deforms the tube. By changing the rotation speed (rpm) of the roller, the flow rate of the liquid pushed out from the tube can be adjusted.

<循環ポンプ71>
循環ポンプ71は、移送路7に配置されている。循環ポンプ71の働きによって、第1処理済水は、第1排出口24を通じて光反応槽2から排出され、第2導入口32を通じて分離槽3に導入される。循環ポンプ71は、移送路7における第1処理済水の流量(単位:リットル/分)を変更できるポンプでありうる。循環ポンプ71として、導入ポンプ11と同じ構造を有するチューブポンプが使用されうる。循環ポンプ71によって、移送路7における第1処理済水の流量を調節できる。
<Circulating pump 71>
The circulation pump 71 is disposed in the transfer path 7. By the action of the circulation pump 71, the first treated water is discharged from the photoreaction tank 2 through the first discharge port 24 and is introduced into the separation tank 3 through the second introduction port 32. The circulation pump 71 can be a pump that can change the flow rate (unit: liter / min) of the first treated water in the transfer path 7. A tube pump having the same structure as the introduction pump 11 can be used as the circulation pump 71. The flow rate of the first treated water in the transfer path 7 can be adjusted by the circulation pump 71.

<濾過ポンプ81>
濾過ポンプ81は、排出路9に配置されている。濾過ポンプ81は、例えば、チューブポンプである。濾過ポンプ81は、例えば、排出路9における処理済水(第2処理済水)の流量が一定になるように制御される。濾過ポンプ81として、導入ポンプ11と同じ構造を有するチューブポンプが使用されうる。濾過ポンプ81によって、処理済水を水処理装置100の外部へと取り出すことができる。
<Filtration pump 81>
The filtration pump 81 is disposed in the discharge path 9. The filtration pump 81 is, for example, a tube pump. For example, the filtration pump 81 is controlled so that the flow rate of the treated water (second treated water) in the discharge passage 9 is constant. As the filtration pump 81, a tube pump having the same structure as the introduction pump 11 can be used. The treated water can be taken out of the water treatment apparatus 100 by the filtration pump 81.

濾過ポンプ81を動作させると第1室3aの圧力が下がる。第1室3aの圧力が第2室3bの圧力を下回ると、第1処理済水に含まれた水が第2処理済水として濾過膜31を通過する。第1処理済水に含まれた光触媒粒子は第2室3bに残留する。つまり、濾過ポンプ81は、第2処理済水を第1室3aに吸引する。濾過ポンプ81が第1室3aを減圧し続けると、第2処理済水は、処理済水排出口34及び排出路9を通じて、水処理装置100の外部へと排出される。   When the filtration pump 81 is operated, the pressure in the first chamber 3a decreases. When the pressure in the first chamber 3a falls below the pressure in the second chamber 3b, the water contained in the first treated water passes through the filtration membrane 31 as the second treated water. The photocatalyst particles contained in the first treated water remain in the second chamber 3b. That is, the filtration pump 81 sucks the second treated water into the first chamber 3a. When the filtration pump 81 continues to depressurize the first chamber 3a, the second treated water is discharged to the outside of the water treatment apparatus 100 through the treated water discharge port 34 and the discharge path 9.

濾過膜31の孔の大きさは、光触媒粒子を通さない大きさであれば特に限定されない。濾過膜31の孔径(平均孔径)が大きすぎると光触媒粒子が濾過膜31を透過する。濾過膜31の孔径が小さすぎると濾過時に大きい吸引圧力が必要であり、濾過ポンプ81に必要以上の負荷がかかる。これらを考慮すると、濾過膜31の孔の大きさは、例えば、10〜200nmの範囲にある。濾過膜31の平均孔径は、例えば、バブルポイント法によって測定される。   The size of the pores of the filtration membrane 31 is not particularly limited as long as it does not allow the photocatalyst particles to pass through. If the pore size (average pore size) of the filtration membrane 31 is too large, the photocatalyst particles pass through the filtration membrane 31. If the pore size of the filtration membrane 31 is too small, a large suction pressure is required during filtration, and the filtration pump 81 is loaded more than necessary. Considering these, the size of the pores of the filtration membrane 31 is, for example, in the range of 10 to 200 nm. The average pore diameter of the filtration membrane 31 is measured by, for example, the bubble point method.

<圧縮機19>
圧縮機19は、水処理装置100の運転中において、光反応槽2及び分離槽3に空気の泡を供給する。空気の泡は、光反応槽2及び分離槽3に貯留されたスラリー液を撹拌し、光触媒粒子が沈殿することを防いだり、光触媒がヒドロキシラジカルを発生させるために必要な酸素を供給したりする。圧縮機19は、分離槽3の濾過膜31に向けて空気の泡を供給できる。空気の泡によって、濾過膜31の表面から光触媒粒子が取り除かれる。
<Compressor 19>
The compressor 19 supplies air bubbles to the photoreaction tank 2 and the separation tank 3 during the operation of the water treatment apparatus 100. The air bubbles stir the slurry liquid stored in the photoreaction tank 2 and the separation tank 3 to prevent the photocatalyst particles from precipitating or supply the oxygen necessary for the photocatalyst to generate hydroxy radicals. . The compressor 19 can supply air bubbles toward the filtration membrane 31 of the separation tank 3. The photocatalyst particles are removed from the surface of the filtration membrane 31 by air bubbles.

<圧力計5>
圧力計5は、濾過膜31と濾過ポンプ81との間において排出路9に配置されている。圧力計5によって濾過圧力が監視される。「濾過圧力」は排出路9における処理済水の圧力である。濾過圧力によって濾過膜31に目詰まり等の問題が発生したことを検出できる。例えば、濾過膜31に目詰まりが発生すると、流量を維持するために濾過圧力が大幅に上昇する。
<Pressure gauge 5>
The pressure gauge 5 is disposed in the discharge path 9 between the filtration membrane 31 and the filtration pump 81. The filtration pressure is monitored by the pressure gauge 5. “Filtration pressure” is the pressure of the treated water in the discharge passage 9. It can be detected that a problem such as clogging has occurred in the filtration membrane 31 due to the filtration pressure. For example, when clogging occurs in the filtration membrane 31, the filtration pressure increases significantly to maintain the flow rate.

<流量計12,72及び82>
導入流量計12は、供給路6に配置されている。本実施形態では、導入ポンプ11と汚染水導入口23との間に導入流量計12が位置している。導入流量計12によって、供給路6における汚染水の流量が検出される。循環流量計72は、移送路7に配置されている。本実施形態では、循環ポンプ71と第2導入口32との間に循環流量計72が位置している。循環流量計72によって、移送路7におけるスラリー液(第1処理済水)の流量が検出される。濾過流量計82は、排出路9に配置されている。本実施形態では、濾過ポンプ81と水処理装置100の外部との間に濾過流量計82が位置している。濾過流量計82によって、排出路9における処理済水(第2処理済水)の流量が検出される。流量計12,72及び82の種類は特に限定されない。流量計12,72及び82として、電磁式流量計、カルマン渦式流量計、羽根車式流量計、超音波式流量計などの公知の流量計を用いることができる。
<Flow meters 12, 72 and 82>
The introduction flow meter 12 is disposed in the supply path 6. In the present embodiment, the introduction flow meter 12 is located between the introduction pump 11 and the contaminated water introduction port 23. The flow rate of contaminated water in the supply path 6 is detected by the introduction flow meter 12. The circulation flow meter 72 is disposed in the transfer path 7. In the present embodiment, the circulation flow meter 72 is located between the circulation pump 71 and the second introduction port 32. The flow rate of the slurry liquid (first treated water) in the transfer path 7 is detected by the circulation flow meter 72. The filtration flow meter 82 is disposed in the discharge path 9. In the present embodiment, a filtration flow meter 82 is located between the filtration pump 81 and the outside of the water treatment apparatus 100. The flow rate of treated water (second treated water) in the discharge passage 9 is detected by the filtration flow meter 82. The types of the flow meters 12, 72 and 82 are not particularly limited. As the flow meters 12, 72 and 82, known flow meters such as an electromagnetic flow meter, a Karman vortex flow meter, an impeller flow meter, and an ultrasonic flow meter can be used.

<水位計22>
水位計22は、光反応槽2の内部に配置されており、光反応槽2におけるスラリー液の水位を検出する。水位計22の種類は特に限定されない。水位計22は、接触式の水位計であってもよいし、非接触式の水位計であってもよい。接触式の水位計として、フロート式水位計及び静電容量式水位計が挙げられる。非接触式の水位計として、超音波式水位計が挙げられる。
<Water level gauge 22>
The water level meter 22 is disposed inside the photoreaction tank 2 and detects the water level of the slurry liquid in the photoreaction tank 2. The type of the water level gauge 22 is not particularly limited. The water level gauge 22 may be a contact type water level gauge or a non-contact type water level gauge. Examples of the contact type water level meter include a float type water level meter and a capacitance type water level meter. As a non-contact type water level gauge, an ultrasonic water level gauge can be mentioned.

<濃度測定装置4>
濃度測定装置4は、光反応槽2に取り付けられ、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を測定する。濃度測定装置4によれば、水処理装置100の運転中において、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を正確に測定することができる。
<Density measuring device 4>
The concentration measuring device 4 is attached to the photoreaction tank 2 and measures the concentration of photocatalyst particles in the photoreaction tank 2. According to the concentration measuring device 4, the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 can be accurately measured during the operation of the water treatment device 100.

濃度測定装置4は、セル40、光源41、照度計42及び制御回路43を備えている。セル40が光反応槽2に連通しており、スラリー液がセル40に流入する。光源41及び照度計42は、セル40に取り付けられており、セル40の中のスラリー液を介して互いに向かい合っている。光源41から照度計42に向かって光が照射され、照度計42よって透過光の強度Iが検出される。制御回路43は、透過光の強度Iに基づき、光触媒粒子の濃度を算出する。   The concentration measuring device 4 includes a cell 40, a light source 41, an illuminance meter 42, and a control circuit 43. The cell 40 communicates with the photoreaction tank 2, and the slurry liquid flows into the cell 40. The light source 41 and the illuminance meter 42 are attached to the cell 40 and face each other via the slurry liquid in the cell 40. Light is emitted from the light source 41 toward the illuminance meter 42, and the illuminance meter 42 detects the intensity I of transmitted light. The control circuit 43 calculates the concentration of the photocatalyst particles based on the intensity I of the transmitted light.

ランベルト・ベールの法則によると、透過光の強度Iは、入射光の強度I0、モル吸光係数ε、媒質のモル濃度c及び媒質の長さLを用い、下記式(1)で表される。透過光の強度Iを測定することによって、媒質のモル濃度cを算出することができる。 According to Lambert-Beer's law, transmitted light intensity I is expressed by the following formula (1) using incident light intensity I 0 , molar extinction coefficient ε, medium molar concentration c, and medium length L. . By measuring the intensity I of the transmitted light, the molar concentration c of the medium can be calculated.

I=I0・exp(−εcL)・・・(式1) I = I 0 · exp (−εcL) (Formula 1)

制御回路43は、例えば、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェースなどを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路43は、所定の濃度決定基準を参照し、照度計42によって検出された透過光の強度Iを用いて、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を算出する。所定の濃度決定基準の例は、吸光度と濃度との関係を表した関係式、又は、吸光度と濃度との関係が記述された参照テーブルである。吸光度は、透過光の強度Iと入射光の強度I0とを用いて算出される。制御回路43は、関係式又は参照テーブルを用い、吸光度に対応する濃度を算出する。所定の濃度決定基準の他の例は、透過光の強度と濃度との関係を表した関係式、又は、透過光の強度と濃度との関係が記述された参照テーブルである。 The control circuit 43 is constituted by, for example, a microcomputer including a processor, a memory, an input / output interface, and the like. The control circuit 43 refers to a predetermined concentration determination standard and calculates the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 using the intensity I of the transmitted light detected by the illuminometer 42. An example of the predetermined concentration determination standard is a relational expression that expresses the relationship between absorbance and concentration, or a reference table that describes the relationship between absorbance and concentration. Absorbance is calculated using transmitted light intensity I and incident light intensity I 0 . The control circuit 43 calculates the concentration corresponding to the absorbance using a relational expression or a reference table. Another example of the predetermined density determination standard is a relational expression representing the relationship between the intensity and density of transmitted light, or a reference table in which the relationship between the intensity and density of transmitted light is described.

算出されたモル濃度cは、光反応槽2における光触媒粒子の濃度としてそのまま扱われてもよい。あるいは、モル濃度c(mol/リットル)は、他の単位の濃度(mg/リットル)に換算されてもよい。   The calculated molar concentration c may be treated as it is as the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2. Alternatively, the molar concentration c (mol / liter) may be converted into the concentration (mg / liter) of other units.

制御回路43の機能は、制御器13に集約させてもよい。さらに、制御回路43が制御器13の機能の一部を担っていてもよい。   The functions of the control circuit 43 may be integrated into the controller 13. Furthermore, the control circuit 43 may take part of the function of the controller 13.

<制御器13>
図2に示すように、制御器13は、演算回路50、判定回路51、記憶回路52及び送受信回路53を有する。制御器13は、導入ポンプ11、光源21、圧縮機19、循環ポンプ71、濾過ポンプ81などの機器を制御する。制御器13は、導入流量計12、循環流量計72及び濾過流量計82に電気的に接続されている。流量計12,72及び82の検出信号が制御器13に入力される。検出信号に基づき、制御器13は、供給路6における流量、移送路7における流量及び排出路9における流量を特定する。
<Controller 13>
As illustrated in FIG. 2, the controller 13 includes an arithmetic circuit 50, a determination circuit 51, a storage circuit 52, and a transmission / reception circuit 53. The controller 13 controls devices such as the introduction pump 11, the light source 21, the compressor 19, the circulation pump 71, and the filtration pump 81. The controller 13 is electrically connected to the introduction flow meter 12, the circulation flow meter 72, and the filtration flow meter 82. Detection signals from the flow meters 12, 72 and 82 are input to the controller 13. Based on the detection signal, the controller 13 specifies the flow rate in the supply path 6, the flow rate in the transfer path 7, and the flow rate in the discharge path 9.

制御器13は、例えば、半導体集積回路によって構成されたマイクロコンピュータである。演算回路50及び判定回路51は、例えば、マイクロコンピュータのプロセッサユニット60である。   The controller 13 is, for example, a microcomputer configured with a semiconductor integrated circuit. The arithmetic circuit 50 and the determination circuit 51 are, for example, a processor unit 60 of a microcomputer.

演算回路50は、水処理装置100を運転するためのプログラムを実行する。記憶回路52は、例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及び大容量ストレージを含む。揮発性メモリの例は、プログラムのワークエリアとして利用されるランダムアクセスメモリである。不揮発性メモリの例は、プログラムが記憶されたリードオンリーメモリである。大容量ストレージの例は、ハードディスクドライブ又はフラッシュメモリである。   The arithmetic circuit 50 executes a program for operating the water treatment apparatus 100. The storage circuit 52 includes, for example, a volatile memory, a nonvolatile memory, and a large capacity storage. An example of a volatile memory is a random access memory used as a work area for a program. An example of the nonvolatile memory is a read-only memory in which a program is stored. An example of mass storage is a hard disk drive or flash memory.

送受信回路53は、制御器13と濃度測定装置4との間のデータの送受信に使用される回路である。濃度測定装置4は、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を測定し、制御器13に送信する。また、送受信回路53は、ポンプなどの機器に制御信号を出力するための回路であり、流量計などの機器から検出信号を取得するための回路である。   The transmission / reception circuit 53 is a circuit used for transmission / reception of data between the controller 13 and the concentration measuring device 4. The concentration measuring device 4 measures the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 and transmits it to the controller 13. The transmission / reception circuit 53 is a circuit for outputting a control signal to a device such as a pump, and is a circuit for acquiring a detection signal from a device such as a flow meter.

判定回路51は、光反応槽2における光触媒粒子の濃度が閾値範囲に収まっているかどうかを判定する。閾値範囲は、第1閾値と第2閾値とによって定められた範囲である。第1閾値は、光反応槽2における光触媒粒子の濃度の下限値を規定する。第2閾値は、光反応槽2における光触媒粒子の濃度の上限値を規定する。第1閾値及び第2閾値は、水処理装置100を運転するためのプログラムに記述されており、記憶回路52に記憶されている。   The determination circuit 51 determines whether the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is within the threshold range. The threshold range is a range defined by the first threshold and the second threshold. The first threshold defines the lower limit value of the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2. The second threshold defines an upper limit value of the concentration of photocatalyst particles in the photoreaction tank 2. The first threshold value and the second threshold value are described in a program for operating the water treatment apparatus 100 and are stored in the storage circuit 52.

図3のグラフは、二酸化チタンの濃度(mg/リットル)と反応速度k(min-1)との関係を示している。図3のグラフから理解できるように、光触媒粒子の濃度が第1閾値T1と第2閾値T2との間に収まっていると高い反応速度(k>0.9)が達成される。第1閾値T1は、高い浄化性能が得られない下限濃度である。第2閾値T2は、高い浄化性能が得られない上限濃度である。第1閾値T1及び第2閾値T2は、光触媒の種類、水に含まれた汚染物質の種類、水の温度など応じて適切に定められるべきである。光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1は、例えば、0.1g/リットル〜4g/リットルの範囲に調節される。この場合、第1閾値T1が0.1g/リットルであり、第2閾値T2が4g/リットルである。 The graph of FIG. 3 shows the relationship between the titanium dioxide concentration (mg / liter) and the reaction rate k (min −1 ). As can be understood from the graph of FIG. 3, a high reaction rate (k> 0.9) is achieved when the concentration of the photocatalyst particles is within the first threshold value T1 and the second threshold value T2. The first threshold T1 is a lower limit concentration at which high purification performance cannot be obtained. The second threshold T2 is an upper limit concentration at which high purification performance cannot be obtained. The first threshold value T1 and the second threshold value T2 should be appropriately determined according to the type of photocatalyst, the type of contaminant contained in water, the temperature of water, and the like. The concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is adjusted to a range of 0.1 g / liter to 4 g / liter, for example. In this case, the first threshold value T1 is 0.1 g / liter, and the second threshold value T2 is 4 g / liter.

次に、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を調節する方法を説明する。   Next, a method for adjusting the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 will be described.

図4に示すように、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1は、供給路6における汚染水の流量v1、移送路7におけるスラリー液の流量v2、返送路8におけるスラリー液の流量v3、排出路9における処理済水の流量v4、光反応槽2の容積M1、分離槽3の容積M2、及び、光触媒粒子の平均濃度αを用い、下記式(2)で表される。「平均濃度α」は、光触媒粒子が光反応槽2及び分離槽3に平均的に分散していると仮定した場合の濃度を意味する。平均濃度αは、光触媒粒子の総重量(単位:g)を光反応槽2の容積M1と分離槽3の容積M2との合計(単位:リットル)で割ることによって求められる。   As shown in FIG. 4, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 includes the flow rate v1 of the contaminated water in the supply path 6, the flow rate v2 of the slurry liquid in the transfer path 7, the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8. The flow rate v4 of the treated water in the path 9, the volume M1 of the photoreaction tank 2, the volume M2 of the separation tank 3, and the average concentration α of the photocatalyst particles are expressed by the following formula (2). “Average concentration α” means a concentration when it is assumed that the photocatalyst particles are dispersed in the photoreaction tank 2 and the separation tank 3 on the average. The average concentration α is obtained by dividing the total weight (unit: g) of the photocatalyst particles by the total (unit: liter) of the volume M1 of the photoreaction tank 2 and the volume M2 of the separation tank 3.

n1=α(M1+M2)/(M1+((v4/v3)+1)M2)・・・(2)   n1 = α (M1 + M2) / (M1 + ((v4 / v3) +1) M2) (2)

式(2)において、容積M1及びM2は定数である。流量の比率(v4/v3)が変化すれば、光反応槽2の光触媒粒子の濃度n1も変化する。返送路8におけるスラリー液の流量v3に対する排出路9における処理済水の流量v4の比率(v4/v3)を変更することによって、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1が調節されうる。   In the formula (2), the volumes M1 and M2 are constants. If the flow rate ratio (v4 / v3) changes, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreactor 2 also changes. By changing the ratio (v4 / v3) of the flow rate v4 of the treated water in the discharge path 9 to the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 can be adjusted.

図5のグラフは、式(2)の計算結果を示しており、返送路8におけるスラリー液の流量v3と光触媒粒子の濃度n1との関係を示している。グラフの横軸が流量v3を表している。グラフの縦軸が濃度n1を表している。図5のグラフを得る過程の計算においては、以下の条件を使用した。ただし、本開示は、これらの選択された値に限定されない。   The graph of FIG. 5 shows the calculation result of Expression (2), and shows the relationship between the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8 and the concentration n1 of the photocatalyst particles. The horizontal axis of the graph represents the flow rate v3. The vertical axis of the graph represents the density n1. The following conditions were used in the calculation of the process of obtaining the graph of FIG. However, the present disclosure is not limited to these selected values.

M1:6リットル
M2:8リットル
v4:1リットル/min
α :2g/リットル
M1: 6 liters M2: 8 liters v4: 1 liter / min
α: 2 g / liter

図5のグラフから理解できるように、流量v3が増加、すなわち、比率(v4/v3)が減少すると濃度n1が上昇する。流量v3が減少、すなわち、比率(v4/v3)が増加すると、濃度n1が低下する。   As can be understood from the graph of FIG. 5, when the flow rate v3 increases, that is, when the ratio (v4 / v3) decreases, the concentration n1 increases. When the flow rate v3 decreases, that is, the ratio (v4 / v3) increases, the concentration n1 decreases.

本実施形態では、濃度n1が第1閾値T1を下回ると比率(v4/v3)を減少させ、濃度n1が第2閾値T2を上回ると比率(v4/v3)を増加させる。濃度測定装置4によって測定された光触媒粒子の濃度n1が閾値範囲に収まるように比率(v4/v3)が調節される。光触媒粒子の濃度n1が適切に調節されるので、光反応槽2において効率的な水処理が行われる。したがって、高品質の処理済水を生成し続けることができる。   In the present embodiment, the ratio (v4 / v3) is decreased when the concentration n1 is lower than the first threshold T1, and the ratio (v4 / v3) is increased when the concentration n1 is higher than the second threshold T2. The ratio (v4 / v3) is adjusted so that the concentration n1 of the photocatalyst particles measured by the concentration measuring device 4 falls within the threshold range. Since the concentration n1 of the photocatalyst particles is appropriately adjusted, efficient water treatment is performed in the photoreaction tank 2. Therefore, high quality treated water can continue to be generated.

水処理装置100において、v3+v4=v2の関係が成立する。そのため、式(2)は、流量v2,v3及びv4から選ばれる2つの流量によって表現可能である。   In the water treatment apparatus 100, the relationship of v3 + v4 = v2 is established. Therefore, Expression (2) can be expressed by two flow rates selected from the flow rates v2, v3, and v4.

次に、水処理装置100の運転について説明する。   Next, the operation of the water treatment apparatus 100 will be described.

図6のフローチャートは、水処理装置100を運転するために制御器13において実行される処理を示している。水処理装置100の光反応槽2及び分離槽3は、光触媒粒子を含む所定量のスラリー液で予め満たされている。   The flowchart of FIG. 6 shows a process executed in the controller 13 in order to operate the water treatment apparatus 100. The photoreaction tank 2 and the separation tank 3 of the water treatment apparatus 100 are prefilled with a predetermined amount of slurry liquid containing photocatalyst particles.

ステップS1において、各種機器を始動させる。具体的には、圧縮機19を始動し、光反応槽2及び分離槽3に空気を送り、スラリー液を撹拌する。循環ポンプ71を始動し、スラリー液を光反応槽2及び分離槽3の内部で循環させる。光源21を点灯させ、汚染水が光反応槽2に導入されたら光触媒による酸化還元反応が直ちに起こるように準備する。   In step S1, various devices are started. Specifically, the compressor 19 is started, air is sent to the photoreaction tank 2 and the separation tank 3, and the slurry liquid is stirred. The circulation pump 71 is started and the slurry liquid is circulated inside the photoreaction tank 2 and the separation tank 3. When the light source 21 is turned on and contaminated water is introduced into the photoreaction tank 2, preparation is made so that a redox reaction by the photocatalyst occurs immediately.

次に、ステップS2において、導入ポンプ11を始動して光反応槽2に汚染水を導入する。汚染水は、例えば、外部の容器から光反応槽2に導入される。光反応槽2の中のスラリー液に向けて光源21から紫外線が照射されているので、汚染水の処理が直ちに行われる。光触媒粒子の光触媒反応によって、汚染水に含まれた不純物が分解され、汚染水は、第1処理済水に変化する。   Next, in step S <b> 2, the introduction pump 11 is started to introduce contaminated water into the photoreaction tank 2. The contaminated water is introduced into the photoreaction tank 2 from an external container, for example. Since the ultraviolet light is irradiated from the light source 21 toward the slurry liquid in the photoreaction tank 2, the contaminated water is immediately treated. Impurities contained in the contaminated water are decomposed by the photocatalytic reaction of the photocatalyst particles, and the contaminated water is changed to the first treated water.

次に、ステップS3において、濾過ポンプ81を始動させる。第1処理済水は、循環ポンプ71によって分離槽3に送られる。濾過ポンプ81を始動させると、分離槽3の第1室3aが減圧される。第1室3aが減圧されると、水が濾過膜31を透過して第1室3aに移り、光触媒粒子は濾過膜31を透過できず第2室3bに残留する。処理済水は、濾過ポンプ81に吸い込まれ、排出路9を通じて、水処理装置100の外部に排出される。分離槽3の第2室3bには、光触媒粒子を高い濃度で含むスラリー液(濃縮水)が残留する。スラリー液は、返送路8を通じて、分離槽3の第2室3bから光反応槽2へと戻される。   Next, the filtration pump 81 is started in step S3. The first treated water is sent to the separation tank 3 by the circulation pump 71. When the filtration pump 81 is started, the first chamber 3a of the separation tank 3 is decompressed. When the first chamber 3a is depressurized, water passes through the filtration membrane 31 and moves to the first chamber 3a, and the photocatalyst particles cannot pass through the filtration membrane 31 and remain in the second chamber 3b. The treated water is sucked into the filtration pump 81 and discharged to the outside of the water treatment device 100 through the discharge path 9. In the second chamber 3b of the separation tank 3, the slurry liquid (concentrated water) containing the photocatalyst particles at a high concentration remains. The slurry liquid is returned from the second chamber 3 b of the separation tank 3 to the photoreaction tank 2 through the return path 8.

本実施形態において、供給路6における汚染水の流量v1は、排出路9における処理済水の流量v4に等しい。この場合、流量v3を変更するだけで、比率(v4/v3)を変更することができる。また、水処理装置100の運転中において、汚染水の流量v1及び処理済水の流量v4は一定である。流量v1及びv4の調節が必須でない場合、供給路6及び排出路9の構成を簡素化できる。   In the present embodiment, the flow rate v1 of the contaminated water in the supply path 6 is equal to the flow rate v4 of the treated water in the discharge path 9. In this case, the ratio (v4 / v3) can be changed only by changing the flow rate v3. Further, during the operation of the water treatment apparatus 100, the flow rate v1 of the contaminated water and the flow rate v4 of the treated water are constant. When the adjustment of the flow rates v1 and v4 is not essential, the configuration of the supply path 6 and the discharge path 9 can be simplified.

次に、ステップS4において、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1を測定する。現在の濃度n1は、濃度測定装置4によって測定され、制御器13に送信される。   Next, in step S4, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is measured. The current concentration n1 is measured by the concentration measuring device 4 and transmitted to the controller 13.

ステップS5において、濃度n1が第1閾値T1以上であるかどうかを判断する。濃度n1が第1閾値T1よりも小さい場合、ステップS6において、返送路8におけるスラリー液の流量v3を増加させる。具体的には、循環ポンプ71の回転数を増加させる。循環ポンプ71の回転数を増加させると、移送路7におけるスラリー液の流量v2が増加する。移送路7におけるスラリー液の流量v2は、返送路8におけるスラリー液の流量v3に等しいので、流量v2が増加すると流量v3も増加する。図5を参照して説明したように、流量v3が増加すると、比率(v4/v3)が減少し、濃度n1が上昇する。これにより、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1が適正な範囲に調節される。   In step S5, it is determined whether the density n1 is greater than or equal to the first threshold value T1. When the concentration n1 is smaller than the first threshold value T1, the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8 is increased in step S6. Specifically, the rotational speed of the circulation pump 71 is increased. When the rotational speed of the circulation pump 71 is increased, the flow rate v2 of the slurry liquid in the transfer path 7 is increased. Since the flow rate v2 of the slurry liquid in the transfer path 7 is equal to the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8, the flow rate v3 increases as the flow rate v2 increases. As described with reference to FIG. 5, when the flow rate v3 increases, the ratio (v4 / v3) decreases and the concentration n1 increases. Thereby, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is adjusted to an appropriate range.

ステップS5において、濃度n1が第1閾値T1以上である場合、ステップS7において、濃度n1が第2閾値T2以下であるかどうかを判断する。濃度n1が第2閾値T2よりも大きい場合、ステップS8において、返送路8におけるスラリー液の流量v3を減少させる。具体的には、循環ポンプ71の回転数を減少させる。循環ポンプ71の回転数を減少させると、移送路7におけるスラリー液の流量v2が減少する。移送路7におけるスラリー液の流量v2は、返送路8におけるスラリー液の流量v3に等しいので、流量v2が減少すると流量v3も減少する。図5を参照して説明したように、流量v3が減少すると、比率(v4/v3)が増加し、濃度n1が低下する。これにより、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1が適正な範囲に調節される。   If the density n1 is greater than or equal to the first threshold T1 in step S5, it is determined in step S7 whether or not the density n1 is less than or equal to the second threshold T2. When the concentration n1 is larger than the second threshold value T2, the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8 is decreased in step S8. Specifically, the rotational speed of the circulation pump 71 is decreased. When the rotational speed of the circulation pump 71 is decreased, the flow rate v2 of the slurry liquid in the transfer path 7 is decreased. Since the flow rate v2 of the slurry liquid in the transfer path 7 is equal to the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8, when the flow rate v2 decreases, the flow rate v3 also decreases. As described with reference to FIG. 5, when the flow rate v3 decreases, the ratio (v4 / v3) increases and the concentration n1 decreases. Thereby, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is adjusted to an appropriate range.

次に、ステップS9において、水処理装置100の運転を継続するかどうかを判断する。例えば、水処理装置100の運転スイッチがオフされた場合、ステップS10において、各種機器を停止させ、水処理装置100の運転を停止させる。それ以外の場合には、ステップS4〜ステップS8の処理を繰り返し実行する。ステップS4〜S9の処理(機能回復処理)を継続することによって、連続的な水処理が行われる。   Next, in step S9, it is determined whether or not to continue the operation of the water treatment apparatus 100. For example, when the operation switch of the water treatment apparatus 100 is turned off, various devices are stopped and the operation of the water treatment apparatus 100 is stopped in step S10. In other cases, the processes in steps S4 to S8 are repeatedly executed. A continuous water treatment is performed by continuing the process (function recovery process) of steps S4 to S9.

循環ポンプ71の回転数を調節することによって、光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1は、第1閾値T1と第2閾値T2との間の範囲に維持される。光触媒粒子の濃度n1が適切に調節されるので、光反応槽2において効率的な水処理が行われる。したがって、高品質の処理済水を生成し続けることができる。処理済水における汚染物質の濃度は常に基準値を下回る。   By adjusting the rotation speed of the circulation pump 71, the concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is maintained in a range between the first threshold value T1 and the second threshold value T2. Since the concentration n1 of the photocatalyst particles is appropriately adjusted, efficient water treatment is performed in the photoreaction tank 2. Therefore, high quality treated water can continue to be generated. The concentration of contaminants in treated water is always below the reference value.

本実施形態によれば、光反応槽2の液体中(スラリー液)に分散している光触媒粒子に励起光(紫外線)が照射される。この方式は、光反応槽の内壁に固定された光触媒粒子に励起光を照射する方式に比べ、10倍以上の高い反応効率を達成できる。光触媒粒子の濃度n1が低すぎると光触媒反応の発生数が減少し、反応効率が低下する。光触媒粒子の濃度n1が高すぎるとスラリー液の光透過率が低下し、反応効率が低下する。光反応槽2における光触媒粒子の濃度n1は、望ましくは、0.1g/リットル〜4g/リットルの範囲にある。   According to the present embodiment, the excitation light (ultraviolet light) is irradiated to the photocatalyst particles dispersed in the liquid (slurry liquid) in the photoreaction tank 2. This method can achieve a reaction efficiency that is 10 times higher than the method in which the photocatalyst particles fixed to the inner wall of the photoreaction tank are irradiated with excitation light. If the concentration n1 of the photocatalyst particles is too low, the number of photocatalytic reactions occurring is reduced and the reaction efficiency is lowered. If the concentration n1 of the photocatalyst particles is too high, the light transmittance of the slurry liquid is lowered and the reaction efficiency is lowered. The concentration n1 of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 is desirably in the range of 0.1 g / liter to 4 g / liter.

本実施形態の水処理装置100によれば、光触媒粒子を用いた水処理において、処理済水の品質が高いレベルに維持されうる。不適切な濃度のまま水処理を続けると、処理済水における汚染物質の濃度が基準濃度を超えることがある。   According to the water treatment apparatus 100 of the present embodiment, the quality of treated water can be maintained at a high level in water treatment using photocatalyst particles. If water treatment is continued with an inappropriate concentration, the concentration of contaminants in the treated water may exceed the reference concentration.

図7Aのグラフは、流量調節を行うことなく水処理装置の運転を継続したときの光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度の変化を示している。図7Aのグラフにおいて、横軸は、運転開始からの経過時間を表す。縦軸は、光触媒粒子の濃度を表す。図7Aのグラフから理解できるように、流量調節を行わない場合、光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度は徐々に低下した。   The graph of FIG. 7A shows changes in the concentration of photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank when the operation of the water treatment apparatus is continued without adjusting the flow rate. In the graph of FIG. 7A, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of operation. The vertical axis represents the concentration of photocatalyst particles. As understood from the graph of FIG. 7A, when the flow rate was not adjusted, the concentration of the photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank gradually decreased.

図7Bのグラフは、流量調節を行うことなく水処理装置の運転を継続したときの処理済水中の三価ヒ素の濃度の変化を示している。図7Bのグラフにおいて、横軸は、運転開始からの経過時間を表す。縦軸は、三価ヒ素の濃度を表す。図7Bのグラフから理解できるように、運転を開始した時点において、三価ヒ素の濃度は基準値以下であった。運転を続けると三価ヒ素の濃度は徐々に上昇し、水道水として定められた基準値(水道水基準値上限)を超えた。光触媒粒子の濃度の低下に伴って三価ヒ素の処理能力(汚染物質の除去能力)が低下したと考えられる。三価ヒ素以外の汚染物質も同じ傾向を示すことが予測される。   The graph of FIG. 7B shows a change in the concentration of trivalent arsenic in the treated water when the operation of the water treatment apparatus is continued without adjusting the flow rate. In the graph of FIG. 7B, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of operation. The vertical axis represents the concentration of trivalent arsenic. As can be understood from the graph of FIG. 7B, the concentration of trivalent arsenic was not more than the reference value at the time when the operation was started. As the operation continued, the concentration of trivalent arsenic gradually increased and exceeded the standard value set for tap water (the upper limit of the tap water standard value). It is considered that the trivalent arsenic treatment capacity (contaminant removal capacity) decreased with decreasing photocatalyst particle concentration. Contaminants other than trivalent arsenic are expected to show the same trend.

他方、図8Aのグラフは、本実施形態の水処理装置の光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度の変化を示している。図8Aのグラフから理解できるように、比率(v4/v3)の調節によって、光反応槽及び分離槽のそれぞれにおける光触媒粒子の濃度は一定値に保たれていた。   On the other hand, the graph of FIG. 8A shows changes in the concentration of the photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank of the water treatment apparatus of this embodiment. As can be understood from the graph of FIG. 8A, the concentration of the photocatalyst particles in each of the photoreaction tank and the separation tank was kept constant by adjusting the ratio (v4 / v3).

図8Bのグラフは、本実施形態の水処理装置を用いて生成された処理済水中のアトラジン(農薬成分)の濃度の変化を示している。図8Bのグラフから理解できるように、処理済水におけるアトラジンの濃度も概ね一定値に保たれていた。   The graph of FIG. 8B has shown the change of the concentration of atrazine (agrochemical component) in the treated water produced | generated using the water treatment apparatus of this embodiment. As can be understood from the graph of FIG. 8B, the concentration of atrazine in the treated water was also maintained at a substantially constant value.

本実施形態の水処理装置100によれば、水道水基準値を満たす処理済水を継続的に製造することができる。   According to the water treatment apparatus 100 of the present embodiment, treated water that satisfies the tap water reference value can be continuously produced.

(変形例)
光反応槽2における光触媒粒子の濃度は、所定の最適濃度Pに収斂するように調節されてもよい。図3に示すように、最適濃度Pは、最も高い反応速度kが達成される濃度である。図6のフローチャートのステップS5〜ステップS8に代えて、以下の処理が実行されてもよい。すなわち、現在の濃度n1が最適濃度Pよりも小さい場合、返送路8におけるスラリー液の流量v3を増加させる。流量v3が増加すると、比率(v4/v3)が減少し、濃度n1が上昇する。現在の濃度n1が最適濃度Pよりも大きい場合、返送路8におけるスラリー液の流量v3を減少させる。流量v3が減少すると、比率(v4/v3)が増加し、濃度n1が低下する。これにより、濃度n1が常に最適濃度Pに近い値に保たれる。
(Modification)
The concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction tank 2 may be adjusted so as to converge to a predetermined optimum concentration P. As shown in FIG. 3, the optimum concentration P is the concentration at which the highest reaction rate k is achieved. Instead of step S5 to step S8 in the flowchart of FIG. 6, the following processing may be executed. That is, when the current concentration n1 is smaller than the optimum concentration P, the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8 is increased. When the flow rate v3 increases, the ratio (v4 / v3) decreases and the concentration n1 increases. When the current concentration n1 is larger than the optimum concentration P, the flow rate v3 of the slurry liquid in the return path 8 is decreased. When the flow rate v3 decreases, the ratio (v4 / v3) increases and the concentration n1 decreases. Thereby, the density n1 is always kept close to the optimum density P.

濾過ポンプ81は、濾過ポンプ制御器を有していてもよい。濾過ポンプ制御器は、排水路9に配置され、濾過流量計82から流量v4に関する情報を取得する。流量v4が一定に保たれるように、濾過ポンプ制御器によって濾過ポンプ81の回転数が制御されうる。   The filtration pump 81 may have a filtration pump controller. The filtration pump controller is arranged in the drainage channel 9 and acquires information on the flow rate v4 from the filtration flow meter 82. The rotation speed of the filtration pump 81 can be controlled by the filtration pump controller so that the flow rate v4 is kept constant.

図9に示すように、移送路7に代えて、返送路8に循環ポンプ71が配置されていてもよい。循環流量計72も返送路8に配置されていてもよい。図9に示すように、変形例に係る水処理装置102は、水処理装置100の構成に加え、分離槽3に取り付けられた水位計62をさらに備えている。水位計62は、分離槽3の内部に配置されており、分離槽3におけるスラリー液の水位を検出する。水位計62として、水位計22と同じ種類のものを使用できる。水処理装置102においては、光反応槽2における水位及び分離槽3における水位をそれぞれ一定に保つために、水位計22及び62の検出結果に応じてポンプ11及びポンプ81が制御される。   As shown in FIG. 9, a circulation pump 71 may be disposed in the return path 8 instead of the transfer path 7. The circulation flow meter 72 may also be disposed in the return path 8. As shown in FIG. 9, the water treatment device 102 according to the modified example further includes a water level gauge 62 attached to the separation tank 3 in addition to the configuration of the water treatment device 100. The water level meter 62 is disposed inside the separation tank 3 and detects the water level of the slurry liquid in the separation tank 3. As the water level gauge 62, the same type as the water level gauge 22 can be used. In the water treatment apparatus 102, the pump 11 and the pump 81 are controlled according to the detection results of the water level gauges 22 and 62 in order to keep the water level in the photoreaction tank 2 and the water level in the separation tank 3 constant.

流量v3を調節する方法は、循環ポンプ71の回転数を調節することに限定されない。水処理装置100は、例えば、移送路7及び返送路8から選ばれる少なくとも1つに配置された流量調整弁を備えていてもよい。循環ポンプ71が回転数を変更できるポンプでなかったとしても、流量調整弁の開度を変更することによって、流量v3を変更することができる。つまり、水処理装置100は、移送路7及び返送路8から選ばれる少なくとも1つに配置された機構であって、流量v3を調節するための機構を有していてもよい。流量v3を調節するための機構の例には、循環ポンプ71、流量調整弁などが含まれる。   The method for adjusting the flow rate v3 is not limited to adjusting the rotational speed of the circulation pump 71. The water treatment apparatus 100 may include, for example, a flow rate adjustment valve arranged in at least one selected from the transfer path 7 and the return path 8. Even if the circulation pump 71 is not a pump that can change the number of revolutions, the flow rate v3 can be changed by changing the opening of the flow rate adjustment valve. That is, the water treatment apparatus 100 may be a mechanism arranged in at least one selected from the transfer path 7 and the return path 8 and may have a mechanism for adjusting the flow rate v3. Examples of the mechanism for adjusting the flow rate v3 include a circulation pump 71, a flow rate adjustment valve, and the like.

本実施形態において、光反応槽2は単一の槽である。ただし、光反応槽2は、複数の槽によって構成されていてもよい。複数の槽は、少なくとも1つの流路によって互いに接続される。   In this embodiment, the photoreaction tank 2 is a single tank. However, the photoreaction tank 2 may be composed of a plurality of tanks. The plurality of tanks are connected to each other by at least one flow path.

制御器13は、1つのチップ上に集積された半導体回路によって構成されていてもよいし、複数のチップの組み合わせによって構成されてもよい。図7に示す処理の全てがソフトウェアによって実現されることは必須ではなく、その一部が専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。   The controller 13 may be constituted by a semiconductor circuit integrated on one chip, or may be constituted by a combination of a plurality of chips. It is not essential that all of the processes shown in FIG. 7 be realized by software, and a part thereof may be realized by a dedicated hardware circuit.

濃度測定装置4は分離槽3に取り付けられていてもよい。この場合、濃度測定装置4によって分離槽3における光触媒粒子の濃度を測定できる。光反応槽2と分離槽3の両方に濃度測定装置4が取り付けられていてもよい。ただし、光触媒反応は光反応槽2で起こるので、光反応槽2における光触媒粒子の濃度を直接測定することが望ましい。   The concentration measuring device 4 may be attached to the separation tank 3. In this case, the concentration of the photocatalyst particles in the separation tank 3 can be measured by the concentration measuring device 4. The concentration measuring device 4 may be attached to both the photoreaction tank 2 and the separation tank 3. However, since the photocatalytic reaction occurs in the photoreaction vessel 2, it is desirable to directly measure the concentration of the photocatalyst particles in the photoreaction vessel 2.

本明細書に開示された技術は、光触媒を用いた水処理方法及び光触媒を用いた水処理装置に有用である。本明細書に開示された技術は、特に、家庭用の浄水設備又は公共用の浄水設備に有用である。本開示の技術によれば、飲料水、廃水、内陸河川水、湖沼水などの水に含まれた不純物を実用的な時間で継続的に除去することができる。   The technology disclosed in this specification is useful for a water treatment method using a photocatalyst and a water treatment apparatus using a photocatalyst. The technology disclosed in this specification is particularly useful for domestic water purification facilities or public water purification facilities. According to the technology of the present disclosure, impurities contained in water such as drinking water, waste water, inland river water, and lake water can be continuously removed in a practical time.

2 光反応槽
3 分離槽
4 濃度測定装置
6 供給路
7 移送路
8 返送路
9 排出路
10 導入ポンプ
12 導入流量計
13 制御器
21 光源
22 水位計
23 汚染水導入口
24 第1排出口
25 第1導入口
31 濾過膜
32 第2導入口
33 第2排出口
34 処理済水排出口
62 水位計
71 循環ポンプ
72 循環流量計
81 濾過ポンプ
82 濾過流量計
100 水処理装置
2 Photoreaction tank 3 Separation tank 4 Concentration measuring device 6 Supply path 7 Transfer path 8 Return path 9 Discharge path 10 Introduction pump 12 Introduction flow meter 13 Controller 21 Light source 22 Water level gauge 23 Contaminated water introduction port 24 First discharge port 25 1 introduction port 31 filtration membrane 32 2nd introduction port 33 2nd discharge port 34 treated water discharge port 62 water level meter 71 circulation pump 72 circulation flow meter 81 filtration pump 82 filtration flow meter 100 water treatment device

Claims (8)

光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留する第1槽と、
前記第1槽に接続され、前記第1槽に汚染水を供給するための流路である第1流路と、
前記第1槽の中の前記光触媒粒子に光を照射する光源と、
前記第1槽に接続された第2槽と、
前記第2槽の内部に配置された濾過膜と、
前記第1槽と前記第2槽とを接続しており、前記第1槽から前記第2槽に前記スラリー液を移すための流路である第2流路と、
前記第2槽と前記第1槽とを接続しており、前記第2槽から前記第1槽に前記スラリー液を戻すための流路である第3流路と、
前記第2槽に接続され、前記濾過膜を通じて処理済水を外部に排出するための流路である第4流路と、
を備え、
前記第3流路における前記スラリー液の流量に対する前記第4流路における前記処理済水の流量の比率を変更することによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度が調節される、水処理装置。
A first tank for storing a slurry liquid containing photocatalyst particles and water;
A first flow path that is connected to the first tank and is a flow path for supplying contaminated water to the first tank;
A light source for irradiating the photocatalyst particles in the first tank with light;
A second tank connected to the first tank;
A filtration membrane disposed inside the second tank;
A second flow path that connects the first tank and the second tank, and is a flow path for transferring the slurry liquid from the first tank to the second tank;
A third flow path that connects the second tank and the first tank, and is a flow path for returning the slurry liquid from the second tank to the first tank;
A fourth channel that is connected to the second tank and is a channel for discharging treated water to the outside through the filtration membrane;
With
The water treatment device, wherein the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is adjusted by changing a ratio of the flow rate of the treated water in the fourth flow channel to the flow rate of the slurry liquid in the third flow channel.
前記第2流路又は前記第3流路に配置されたポンプをさらに備えた、請求項1に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to claim 1, further comprising a pump disposed in the second flow path or the third flow path. 前記第4流路に配置されたポンプをさらに備えた、請求項1又は2に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to claim 1, further comprising a pump disposed in the fourth flow path. 前記比率を減少させることによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を上昇させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is increased by decreasing the ratio. 前記比率を増加させることによって前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を低下させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the concentration of the photocatalyst particles in the first tank is decreased by increasing the ratio. 前記第1槽に取り付けられ、前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を測定する濃度測定装置をさらに備えた、請求項1〜5のいずれか1項に記載の水処理装置。   The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a concentration measuring device attached to the first tank and measuring the concentration of the photocatalyst particles in the first tank. 前記濃度測定装置によって測定された前記光触媒粒子の濃度が閾値範囲に収まるように前記比率が調節される、請求項6に記載の水処理装置。   The water treatment device according to claim 6, wherein the ratio is adjusted so that the concentration of the photocatalyst particles measured by the concentration measurement device falls within a threshold range. 光触媒粒子及び水を含むスラリー液を貯留している第1槽に汚染水を供給することと、
前記第1槽の中の前記光触媒粒子に光を照射することと、
前記第1槽から前記第2槽に前記スラリー液を移すことと、
前記第2槽から前記第1槽に前記スラリー液を戻すことと、
前記第2槽に配置された濾過膜を通じて処理済水を外部に排出することと、
前記第2槽から前記第1槽へと戻される前記スラリー液の流量に対する前記第2槽から前記外部へと排出される前記処理済水の流量の比率を変更して前記第1槽における前記光触媒粒子の濃度を調節することと、
を含む、水処理方法。
Supplying contaminated water to the first tank storing the slurry liquid containing photocatalyst particles and water;
Irradiating the photocatalyst particles in the first tank with light;
Transferring the slurry liquid from the first tank to the second tank;
Returning the slurry liquid from the second tank to the first tank;
Discharging the treated water to the outside through the filtration membrane disposed in the second tank;
The photocatalyst in the first tank is changed by changing the ratio of the flow rate of the treated water discharged from the second tank to the outside to the flow rate of the slurry liquid returned from the second tank to the first tank. Adjusting the concentration of the particles;
Including a water treatment method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112624451A (en) * 2020-12-04 2021-04-09 沈阳化工大学 Photocatalytic multistage membrane separation coupling sewage treatment system
US11548800B2 (en) 2019-04-26 2023-01-10 Geyser Remediation LLC Water purification apparatus and method

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