JP3430218B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃水処理、浄水処
理、河川浄化あるいは水の殺菌処理などを行うための水
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生活排水や産業廃水などによる水
質汚染が問題となっているが、特に、現在広く採用され
ている活性汚泥法などの水処理方法では除去が困難であ
る有機塩素系の溶剤、農薬、合成洗剤（界面活性剤）あ
るいは合成染料などの化学物質による水源の汚染などが
広範囲に進んでおり、環境の汚染が大きな社会問題にな
りつつある。

【０００３】現在広く行われている廃水処理法は、活性
汚泥法であるが、この方法は、微生物を用いる生物処理
法であるため、その微生物が曝される反応条件、例え
ば、温度、ｐＨ、ガス雰囲気、毒性などの制約が厳しい
うえ、前記の農薬、有機溶媒（特に有機ハロゲン系溶
媒）、界面活性剤（特に構造上、側鎖を有する化合
物）、合成染料などの分解、除去が必ずしも容易ではな
いという欠点があった。

【０００４】一方、このような廃水処理の分野で、ある
種の半導体の持っている光触媒作用の基づく水処理方法
が注目されている。これは、例えば、二酸化チタンなど
の半導体に光を照射すると強い還元作用を持つ電子と、
強い酸化作用を持つ正孔を形成され、この状態の半導体
に接触した分子種を酸化、還元作用により分解すること
ができる。

【０００５】半導体のこのような作用は、光触媒作用と
いわれるのであるが、この光触媒作用を利用することに
よって、廃水中に存在する有機溶媒や農薬あるいは界面
活性剤、合成染料などの難分解性環境汚染物質の分解除
去を行うことができるようになった。この方法は、光触
媒としての半導体と光を利用するだけであり、微生物を
利用する生物処理により方法に比較し、温度、ｐＨ、ガ
ス雰囲気、毒性などの反応条件の制約が少なく、しかも
生物処理法では処理しにくかった有機ハロゲン化合物や
有機リン化合物にような汚染物質での比較的容易に分解
できるという長所が認められるのである。

【０００６】このような光触媒を用いた廃水処理方法に
ついては、次の報文、著者A.L.Pruden,D.F.Ollis、「 J
ournal of Catalysis 」誌 VOL.82、404 （1983）、著
者H.Hidaka,H.Jou,K.Nohara,J.Zhao、「Chemosphere 」
雑誌 VOL.25 、1589（1992）、および著者 久永輝明、
原田賢二、田中啓一「工業用水」誌 第379 号 12 (199
0)などに記載されているが、これらにおける光触媒とし
ては、専ら半導体の粉末が用いられていた。

【０００７】ところが、前記した廃水処理では、処理後
に光触媒を再利用するため光触媒と処理水とを分離し、
光触媒を回収する必要がある。このため、処理水を濾過
することになるが、この光触媒は通常微粉末であるた
め、目詰まりを起こしやすく濾過操作が容易ではなく、
光触媒と処理水との分離に長時間かかったり、また連続
的に水処理しにくいなどの問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、従来の活性汚
泥法などでは処理しにくい難分解性物質、例えば、先に
述べた有機ハロゲン系の農薬や有機溶媒など、構造式上
側鎖を有する界面活性剤、合成染料などを含む廃水を温
和な条件で操作が容易かつ短時間に処理して浄化するこ
とができる水処理装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めになされた本発明の水処理装置は、内部に配置した二
酸化チタンからなる光触媒微粒子を固定した担体である
光触媒体に被処理水を接触させながら流通させる処理槽
からなり、前記光触媒体に対して光を照射する光源と、
前記処理槽を回転させるための駆動装置を備えるととも
に、前記処理槽が円筒状容器であって、その中心軸をほ
ぼ水平に配置し、かつこの中心軸の回りに回転自在と
し、かつ前記処理槽を回転させて転動する光触媒体の表
面が被処理水で濡れた状態で前記光源からの照射光に露
出して照射されるものとしたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の水処理装置に係る
実施形態を図１を参照して説明する。図１は、本発明の
装置の要部を示す断面モデルであり、その要部をなす処
理槽１は、プラスチックス製のほぼ内径１５ｍ×長さ１
５０ｃｍのサイズの円筒形状容器であり、モータなどで
駆動される回転支軸２１からなる駆動装置２上に取り付
けられ、中心軸を軸にして、毎分１〜５回転程度の速さ
で回転するよう設置されている。

【００１１】この処理槽１には、直径５ｍｍ程度の球状
ガラスの担体にアナターゼ型結晶からなる二酸化チタン
を主成分としたコーティングが施された無数の光触媒体
３を収容しており、さらにこの光触媒体３に対して光を
照射する棒状紫外線ランプ４が前記処理槽１内に配置し
てある。

【００１２】そして、処理槽１の一方には被処理水の導
入パイプ１１が、また他方には排出パイプ１２が設けら
れ、この処理槽１に所定の流通量となるよう被処理水が
導入、排出されるよう設定されている。この場合、被処
理水の滞留量は、先に収容した光触媒体３の最上部が露
出する程度に浸漬するレベルとするのが適当である。

【００１３】このように構成された本発明の水処理装置
を運転するするには、処理槽１内に二酸化チタンからな
る光触媒体３を配置し、紫外線ランプ４による光の照射
下にこの光触媒体３を転動させながら、導入した被処理
水を接触させて酸化還元処理し、排出すればよい。

【００１４】具体的には、紫外線ランプ４を点灯して紫
外線を照射するとともに、被処理水を流通させながら、
処理槽１を回転させると、流通する被処理水は、処理槽
１内において転動する光触媒体３と強制的に接触させら
れることになり、被処理水で表面が濡れた光触媒体３が
紫外線の照射面に露出するので、紫外線が減衰すること
なく光触媒体３に照射されることになる。

【００１５】一方、処理槽１内上部の空気中の酸素は、
被処理水に溶解するとともに、光触媒体３によって大き
な酸化ポテンシャルを持つ活性酸素を発生させるのであ
るが、この活性酸素が前記被処理水に作用して、被処理
水中の汚染物質を効果的に分解処理するのである。

【００１６】かくして、本発明の水処理装置によれば、
照射光が被処理水によって減衰されないから、光触媒作
用を効果的に利用でき、従来の活性汚泥法などでは処理
しにくい有機ハロゲン系の農薬や有機溶媒などの難分解
性物質を無害化処理できる。さらに、廃水を常温、常圧
下で処理槽内を流通させるだけで処理できるので、その
処理条件が極めて温和であるから後処理に手間をかける
こともなく、浄化操作自体も容易であって、処理時間も
短時間で済むという利点が得られるものである。

【００１７】本発明において、二酸化チタンからなる光
触媒体を処理槽の内部に配置する仕方としては、先の図
１に示すように、光触媒微粒子を固定した担体の形で処
理槽に収容すれば、処理槽を回転させることにより、こ
の担体自体を転動させ、被処理水との接触を促進させる
ことができるので、特に好ましい。しかしながら、本発
明では、この形態に限定されるものではなく、二酸化チ
タンからなる光触媒微粒子をこの処理槽の内壁にコーテ
ィングする形態に具体化するようにしてもよい。

【００１８】前記光触媒微粒子を固定するための担体の
材質としては、多孔質の材料が好ましく、活性炭、活性
アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、粘土焼結体、多孔
質ガラス、フォームセラミックス、発泡金属、フォーム
プラスチックスなど多くの材料が応用可能である。そし
て、耐久性を高めるには、耐磨耗性に優れていることが
望ましい。

【００１９】また、担体の形状としては、多角粒形、球
形、板状、円筒状、角柱状、円錐状、瓢箪型、ラグビー
ボール型などが採用され得るが、処理槽内部で転がりや
すい形状が好ましく、この点から多角粒形、球形のよう
な単純な形状が好適である。

【００２０】なお、本発明の光触媒体としての二酸化チ
タンとしては、触媒としての効率上、アナターゼ型結晶
のものであるのが好ましい。二酸化チタンの結晶形とし
ては、アナターゼの他に、ルチル型、ブルッカイト型な
どがあり、その他に非晶質のものもあるが、これらの二
酸化チタンは光触媒活性に劣るため、本発明の用途に
は、アナターゼ相を多く含むものが好ましい。

【００２１】また、本発明の二酸化チタンを担持した担
体は、処理槽の内部で流通する被処理水に接触しなが
ら、転動するものであるから、被処理水に対して、沈下
する比重が１超過の場合、浮上する１未満の場合のいず
れも利用可能であるが、被処理水の流動によって動きや
すい点からみて、その嵩比重は、０．５〜５．０の範囲
に選定するの好ましく、さらには０．７〜２．０の範囲
が特に好適である。

【００２２】さらに、この二酸化チタンの粒子表面に、
白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、銅、亜
鉛から選ばれる１種以上の金属を被覆加工すると、触媒
活性がさらに増加するので、本発明の目的には特に好適
である。

【００２３】次に、本発明の水処理装置の処理槽につい
て説明すると、その形状は、球形、円筒状、角筒状など
が利用可能であるが、製作のし易さ、回転操作の容易
性、あるいは内容物の攪拌効率などの点から、円筒形状
の槽が適当である。

【００２４】また、この処理槽に配置される光源として
は、太陽光、水銀ランプ、キセノンランプ、ブラックラ
イト、ＵＶ（紫外線）ランプ、冷陰極管、発光ダイオー
ド、蛍光灯、タングステンランプ、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプなどが応用可能であるが、光触媒体
を活性化しやすい紫外線を多く照射できるタイプが好適
である。

【００２５】また、図１の事例では、光源装置を処理槽
内部において被処理水層の上方に配置しているが、この
光源装置を処理槽外部に配置することも可能である。こ
の場合には、照射光が内部に到達するよう、処理層の構
成部材を透明材料で形成する、採光用窓を配設するなど
の措置が必要となる。

【００２６】さらに、本発明の水処理装置による廃水の
浄化処理に際して、前記被処理水に過酸化水素、オゾ
ン、酸素の少なくとも１種の酸化剤の供給源を準備して
おき、その所要量を添加するようにすれば、極めて大き
な酸化ポテンシャルを有する前記活性酸素種を効率よく
生成させることができ、その強力な酸化力によって、被
処理物質を迅速に炭酸ガスなどに酸化分解し、効率よく
無害化することができる利点が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の水処理装置は、以上に説明した
ように構成されているので、従来の活性汚泥法などでは
処理しにくい難分解性物質を効果的に分解でき、それら
を含む廃水を無害化する水処理が可能となり、かつ、処
理条件が厳しくなく、比較的単純であるので、後処理に
手間をかけることもなく、操作が容易であって、処理時
間も短時間で済むので、処理コストがかからない、また
水処理装置自体の構造も簡単に構成できるというという
優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消
した水処理装置として、その工業的価値は極めて大なる
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための断面モデル
図。

【符号の説明】

１ 処理槽、１１ 導入パイプ、１２ 排出パイプ、２
駆動装置、２１ 回転支軸、３ 光触媒体、４ 紫外
線ランプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 597095980 深谷 光春 愛知県名古屋市千種区北千種１丁目６番 32号 千種西住宅２棟501号 (73)特許権者 597095979 渡辺 栄次 愛知県海部郡佐屋町大字善太新田字古株 41番地 (73)特許権者 598143697 伊勢田 耕三 三重県桑名市大山田４丁目11番１号 (73)特許権者 301021533 独立行政法人産業技術総合研究所 東京都千代田区霞が関１−３−１ (74)上記１名の復代理人 100059096 弁理士 名嶋 明郎 （外２名） (72)発明者 鍋島 良宏 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日本碍子株式会社内 (72)発明者 竹村 知正 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日本碍子株式会社内 (72)発明者 垰田 博史 愛知県名古屋市名東区平和が丘１丁目70 番地 猪子石住宅４棟301号 (72)発明者 野浪 亨 愛知県名古屋市名東区平和が丘１丁目70 番地 猪子石住宅１棟302号 (72)発明者 深谷 光春 愛知県名古屋市千種区北千種１丁目６番 32号 千種西住宅２棟501号 (72)発明者 渡辺 栄次 愛知県海部郡佐屋町大字善太新田字古株 41番地 (72)発明者 伊勢田 耕三 三重県桑名市大山田４丁目11番１号 (56)参考文献 特開 昭55−127142（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−193191（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−119394（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−202257（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−263534（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−3494（ＪＰ，Ｕ) 国際公開99／64357（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/72 101 B01J 35/02 C02F 1/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に配置した二酸化チタンからなる光触
   媒微粒子を固定した担体である光触媒体に被処理水を接
   触させながら流通させる処理槽からなり、前記光触媒体
   に対して光を照射する光源と、前記処理槽を回転させる
   ための駆動装置を備えるとともに、前記処理槽が円筒状
   容器であって、その中心軸をほぼ水平に配置し、かつこ
   の中心軸の回りに回転自在とし、かつ前記処理槽を回転
   させて転動する光触媒体の表面が被処理水で濡れた状態
   で前記光源からの照射光に露出して照射されるものとし
   たことを特徴とする水処理装置。
2. 【請求項２】 前記光触媒体の比重が０．５〜５．０であ
   る請求項２に記載の水処理装置。
3. 【請求項３】 前記被処理水に過酸化水素、オゾン、酸素
   の少なくとも１種の酸化剤を添加可能とした請求項１ま
   たは２に記載の水処理装置。