JP3760199B2

JP3760199B2 - 汚染流体の浄化方法及び浄化装置

Info

Publication number: JP3760199B2
Application number: JP36526499A
Authority: JP
Inventors: 邦夫木村; 吉忠根本; 茂金丸
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP2001179246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化チタン被覆シラスバルーンを利用して汚染された流体を浄化して、環境汚染を防止するための方法及び装置に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、光触媒を利用して汚染された水や空気のような流体を浄化してそれらにより環境が破壊するのを防止する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、汚染された水又は空気の浄化は、活性炭やゼオライトのような吸着剤により汚染物質を吸着、除去することによって行われている。
これらの吸着剤は、粒子状、繊維状に加工されて用いられているが、いずれも表面及びその近傍の細孔に汚染物質を吸着させて除去するものであるため、その吸着能に限界があり、定期的に交換することが必要である。
また、使用済の吸着剤は、焼成して再生し再使用するか、廃棄されているが、焼成時に発生する分解ガスや廃棄物から漏出する有害物質による二次公害を免れることができない。
【０００３】
他方、酸化チタンのような光触媒を用いて有機物を分解する方法は知られているが、この触媒は、通常微粉体であるため、取り扱いにくい上に、処理後の分離に適切な手段がなく、まだ実用化には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記したような従来の汚染された水や空気のような汚染流体の浄化方法が有する欠点を克服し、簡単な操作で、しかも二次公害のおそれなしに、汚染流体を浄化しうる方法及びそれに用いる装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者の中の１人は、先に光触媒として有用な酸化チタン被覆シラスバルーンを得るための新規な方法を提案したが（特開２０００−８６２９２号公報）、さらに研究を重ねた結果、このものを流動可能な状態で存在させて紫外線照射すると汚染流体の浄化に優れた効果を奏することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、粒径１０〜５０μｍ、粒子密度０．５〜１．５ｇ／ｃｍ ³の酸化チタン被覆シラスバルーンを充填率３０〜７０％で充填した帯域に、紫外線照射下、汚染流体を酸化チタン被覆シラスバルーンが流動化するのに十分な速度で通過させることを特徴とする汚染流体の浄化方法、及び管状紫外線光源、その周囲に付設された流体導入口及び流体排出口を有する外套管、光源と外套管との間の空隙に充填率３０〜７０％で充填された粒径１０〜５０μｍ、粒子密度０．５〜１．５ｇ／ｃｍ ³の酸化チタン被覆シラスバルーン及び該シラスバルーンを供給し、流動化させるための送入ポンプを有する汚染流体の浄化装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に添付図面により本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明方法の１例の説明図、図２は本発明装置の要部の縦断面図であって、紫外線発生管、例えば蛍光灯１，１′の周囲には、外套管２，２′が設けられた両者間の空隙３，３′には、光触媒として酸化チタン被覆シラスバルーンが充填率３０〜７０％で流動可能に充填され、充填層４，４′が形成されている。汚染流体例えば汚染水Ａは、循環ポンプ５により管系６を通って、外套管２の導入口７から充填層４に送られ、光触媒と接触し、流動化しながら移動し、排出口８より排出し、さらにもう１本の外套管２′の導入口７′から充填層４′に送られ、光触媒と接触し、流動化しながら移動して排出口８′より排出され、汚染水留め９に送られる。
この図１の例においては、２本の処理管を並列して用いているが、所望ならば１本で用いてもよいし、また３本以上を並列させて用いてもよい。
【０００８】
また、紫外線発生管１，１′としては、波長０．２〜３１５ｎｍの紫外線、例えば、近紫外線、遠紫外線、極端紫外線などを発生するものの中から任意に選ぶことができる。このような紫外線発生管１，１′としては、蛍光灯のほか水素放電管、キセノン放電管、水銀灯、エキシマレーザーなどを挙げることができる。
【０００９】
次に外套管２，２′の材質としては、ガラス管、金属管、セラミックス管などが用いられる。この外套管としては、紫外線発生管１，１′との間に１〜５ｍｍの空隙を生じる程度の寸法のものを用いるのが好ましい。この外套管２，２′は、紫外線発生管１，１′と水密的又は気密的に接合されていることが必要である。
【００１０】
他方、紫外線発生管１，１′と外套管２，２′との間の空隙３，３′に充填され、充填層４，４′を形成する酸化チタン被覆シラスバルーンは、ガラス質火山噴出物粉末を発泡させて得られるシラスバルーンの表面を酸化チタンで被覆したものである。このものは、例えば、塩化チタン含有塩酸水溶液又は硫酸チタン含有硫酸水溶液中に、シラス粉末を分散させ、アルカリ水溶液を滴下して該粉体粒子表面に酸化チタン水和物を析出させたのち、９００〜１１００℃において１〜６０秒間熱処理して発泡させることによって製造することができる。
【００１１】
このようにして得られる酸化チタン被覆シラスバルーンは、粒径１０〜５０μｍ、粒子密度０．５〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、被覆された酸化チタンは光触媒能の高いアナターゼ型である。
【００１２】
図２における充填層４の光触媒の充填率は、汚染流体や汚染物質の種類、汚染状態、汚染物質濃度、所望の処理時間などによって変わるが、光触媒の機能を有利に利用するには、紫外線ランプと外套管との間の空間の有効容積の３０〜７０％の範囲内で選ぶことが必要である。この充填率を１００％にすると、汚染流体を通した場合、光触媒は、流動せずに静置したままになり、これに紫外線を照射しても、これは光触媒の層４を０．１〜０．２ｍｍ程度透過するにすぎず、光触媒の能力が十分に発揮されない。また、光触媒としての能力を十分に発揮させるには、紫外線発生管１と外套管２との距離は１〜５ｍｍの範囲にするのがよい。外套管の両端部には、ソケット１０，１１が備えられ、このソケット１０，１１には、光触媒と汚染流体を分離するためのフィルター１２，１３が設けられている。
【００１３】
本発明方法においては、循環ポンプ５により、導入口７から、汚染流体を、光触媒が十分に流動化し得る速度で導入する。すなわち、流体が水の場合は５０〜５００ｍｌ／分、空気の場合は１００〜１０００ｍｌ／分の速度で充填層４に供給される。この充填層４は、充填容積に余裕があるため、供給された水又は空気の流れにより流動し、光触媒と汚染流体とは十分に接触する。そして、水の場合は、ＣＯＤ、ＢＯＤ及び有機塩素化合物、芳香族化合物などの水質汚染の原因となる有機物質、空気の場合は、ＮＯ_xやＣＯ₂のような大気汚染の原因となるガスやアンモニア、アルデヒド、メルカプタンなどの悪臭の原因となる物質が光触媒の作用で分解し、二次公害を全く伴わずに無害化する。このようにして、汚染水や汚染空気のような汚染流体を効率よく浄化することができる。
本発明方法で光触媒として用いる酸化チタン被覆シラスバルーンは、吸着剤の場合のように、性能低下に伴う再生処理又は交換処理を行う必要がなく、長期間にわたって使用することができる。
【００１４】
【実施例】
次に、実施例に従って、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
なお、各例においては、浄化装置として図２に示す構造においてＷ出力の紫外線ランプ（直径３０ｍｍ、長さ８０ｍｍ）の周囲をガラス製外套管（直径３６ｍｍ、長さ７０ｍｍ）で囲み、両者の間の空隙に酸化チタン被覆シラスバルーン（平均粒径３０μｍ、酸化チタン平均膜厚０．０５μｍ）を７０％の充填率で充填したものを用いた。
【００１６】
実施例１
ソケット１０に付設したフィルター（６３５メッシュ）１２を通して、導入口７より汚染水３リットルを１００ｍｌ／分の速度で循環供給した。この際の浄化の過程を色彩計により光の透過率を測定し、時間と浄化との関係を求めた。その結果を図３に示す。
透過率８５．８％の廃液を、本発明の酸化チタン被覆微細中空ガラス球状体による環境浄化装置で３０時間循環処理することにより、透過率９８．５％まで浄化することができた。透過率が９８．５％になると、見た目にも無色透明で、色的にはそのまま排水しても差し支えない状態である。また浄化時間が長いのは、本発明の酸化チタン被覆微細中空ガラス球状体による環境浄化装置一本で浄化したためで、複数本用いれば時間の短縮は可能である。
【００１７】
実施例２
海苔製造の工程で排出される汚染水には、海苔の屑が混入し、これが海洋汚染（赤潮）の原因の１つになっている。この汚染水には、ＣＯＤが１５ｐｐｍ程度含まれている。実施例１と同じ装置を用いて、汚染水５リットルを１００ｍｌ／分の速度で循環処理した。この際の処理時間とＣＯＤ濃度との関係を求め、その結果を図４に示す。この図から分かるように、時間と共にＣＯＤ濃度が下がり１５０分でＣＯＤの検出限界以下まで浄化することができた。
【００１８】
実施例３
マスフローコントローラーを用いて各濃度に調整したＮＯ_xを浄化装置に流速０．５リットル／分又は１．０リットル／分で通過させた。この時の出口ガスをＮＯ_x計に接続してＮＯ_x濃度を測定した。図５にＮＯ_xの分解結果を示す。ＮＯ_xの初期濃度５ｐｐｍまでは、流速０．５リットル／分、１．０リットル／分共、ほぼ１００％分解するが、ＮＯ_xの初期濃度が高くなると流速の影響が現われＮＯ_xの初期濃度１５ｐｐｍでは、流速０．５リットル／分で９８％の分解率に対し、流速１．０リットル／分では８７％の分解率となった。ＮＯ_xの分解に関しては高い分解能が得られた。
【００１９】
実施例４
生活臭の代表であるアンモニアの分解を試みた。この際、アンモニアの濃度は、実施例３同様マスフローコントローラーにより濃度１〜５ｐｐｍに調整し、排出ガスの分析を行った。その結果アンモニアでは、流速０．５リットル／分で処理すれば初期濃度１〜５ｐｐｍまでは完全に分解することができた。このことより室内空気の浄化等に有効な手段であることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によると、光触媒として酸化チタン被覆シラスバルーンを用い、二次公害を伴うことなく、汚染水や汚染空気の浄化を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の説明図。
【図２】本発明装置の要部の縦断面図。
【図３】実施例１における浄化処理時間と光透過率との関係を示すグラフ。
【図４】実施例２における浄化処理時間とＣＯＤ濃度との関係を示すグラフ。
【図５】実施例３における異なったガス流量のＮＯ_x濃度とＮＯ_x分解率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１，１′紫外線発生管
２，２′外套管
４，４′酸化チタン被覆シラスバルーン充填層
５循環ポンプ
７，７′導入口
８，８′排出口
１０，１１ソケット
１２，１３フィルター

Claims

粒径１０〜５０μｍ、粒子密度０．５〜１．５ｇ／ｃｍ ³の酸化チタン被覆シラスバルーンを充填率３０〜７０％で充填した帯域に、紫外線照射下、汚染流体を酸化チタン被覆シラスバルーンが流動化するのに十分な速度で通過させることを特徴とする汚染流体の浄化方法。
汚染流体が有機物質により汚染された汚染水である請求項１記載の浄化方法。
汚染流体がＮＯ _x 又はアンモニアにより汚染された汚染空気である請求項１記載の浄化方法。
管状紫外線光源、その周囲に付設された流体導入口及び流体排出口を有する外套管、光源と外套管との間の空隙に充填率３０〜７０％で充填された粒径１０〜５０μｍ、粒子密度０．５〜１．５ｇ／ｃｍ ³の酸化チタン被覆シラスバルーン及び該シラスバルーンを供給し、流動化させるための送入ポンプを有する汚染流体の浄化装置。