JP3858734B2

JP3858734B2 - 水処理装置

Info

Publication number: JP3858734B2
Application number: JP2002069091A
Authority: JP
Inventors: 伸彦久保田; 栄福永; 利大月; 岳遠藤
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003265936A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機化合物、微生物などの有機物を含む水を処理する装置に関し、特に、濾過膜を用いて水を処理する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、有機化合物、微生物などの有機物を含む水を処理する装置としては、濾過膜を用いて水に含まれる有機化合物、微生物などの有機物を分離除去する装置が知られている。こうした装置は、薬剤や熱源などの二次的影響の恐れがある手段を用いないため、利用しやすいという利点がある一方、濾過膜に有機物（有機化合物、微生物や有機性コロイド）が付着して目詰まりが起こりやすいという問題がある。
【０００３】
また、上記水処理装置において、紫外線照射によって水に含まれる有機物や濾過膜に付着した有機物を殺菌あるいは光酸化分解する技術が提案されている。こうした技術としては、例えば、濾過膜に供給される水を紫外線照射する技術（特開昭６０−０２３８４１号公報）、循環供給される水を紫外線照射する技術（特開昭５７−１４４０８３号公報）、濾過膜を紫外線照射する技術（特開昭６３−２９１６０４号公報）などがある。こうした提案により、有機物を殺菌あるいは光酸化分解することにより、濾過膜の目詰まりを抑制するための試みがなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、紫外線照射によって有機物を殺菌あるいは光酸化分解するには、多量な照射エネルギーが必要となり、照射装置が大掛かりとなってコストアップにつながりやすい。
【０００５】
また、光触媒（ＴｉＯ２など）を用いて、有機物の分解効率を高め、これにより濾過膜の目詰まりを抑制する上記従来の技術は、未だその抑制効果が十分でなく、結果として有機物の分解効率の面でも改善すべき点のあるものであった。
【０００６】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、濾過膜の目詰まりを効果的に抑制し、有機物を含む水を効率よく分解し得る水処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。第１の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記気体供給装置は多孔質状の散気体を備えてなることを特徴とするものである。
この発明の水処理装置によれば、前記気体供給装置が多孔質状の散気体を備えているので、微細な気泡が発生して、混合水は攪拌されることにより効率よく循環され、混合水中での光触媒の沈下が防止されるとともに、この気体によって水中に光触媒が均質に分散し、前記混合水への光照射に伴う有機物の分解が効率的に行われる。
【０００８】
第２の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記濾過膜の近傍に副気体供給装置が設けられ、該副気体供給部は散気体を備えてなることを特徴とする。
この発明の水処理装置によれば、前記濾過膜の近傍に副気体供給装置が設けられ、該副気体供給部は散気体を備えているので、濾過膜に対して副気体供給装置が気泡を供給するので目詰まりが防止され、この場合、特に副気体供給装置は、間欠的に作動されるので、濾過膜の目詰まり防止効果が効率的に行われる。
【０００９】
第３の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記光源が複数個設けられると共に、該光源を選択的に動作制御する制御部を備えてなることを特徴とするものである。
この発明の水処理装置によれば、処理容量に応じて光源の数が選択され、効率的な運転がなされる。
【００１０】
第４の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記光源が配置される領域と前記濾過膜が配置される領域とを仕切る仕切り板が設けられていることを特徴とする。
この発明の水処理装置によれば、前記光源が配置される領域と前記濾過膜が配置される領域とを仕切る仕切り板が設けられているので、この仕切り板の位置を適切に設定することで、効果的な有機排水の分解がなされる。
【００１１】
第５の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記光源が透光性の材料からなる管体内に配置され、該管体内に前記光源を冷却するためのエアを供給するエア供給装置が設けられていることを特徴とするものである。
この発明の水処理装置によれば、前記光源が透光性の材料からなる管体内に配置され、該管体内に前記光源を冷却するためのエアを供給するエア供給装置が設けられているので、光源の高温化が防止され、光源周辺部おける各種光透過阻害物質の付着が防止される。
【００１２】
第６の発明は、濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、前記水に混合される粉末状の光触媒と、前記水と前記光触媒との混合水を照射する光を発する光源と、前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置とを備え、前記濾過膜、前記混合水、前記光源が反応容器内に配設され、該反応容器内内面に反射膜が設けられていることを特徴とするものである。
この発明の水処理装置によれば、前記光源からの光が前記反射膜により反射され、光と光触媒との反応が効果的に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係る水処理装置を示す概略的な構成図、図２は図１に示す実施の形態の要部を示す平面図である。この水処理装置１は、家庭用水、浄水、工業用水など、有機化合物、微生物などの有機物を含む水を光触媒と混合させて、光照射によって無害化、かつ分解し固液分離させるようになっている。
この水処理装置１は、その内部に濾過膜２、光源３、仕切り板４が配設された反応容器１Ａと、エア供給装置５と、気体供給装置６Ａと、副気体供給装置６Ｂと、混合水供給装置７とを主な構成要素として構成されている。
【００１４】
濾過膜２は、排水配管１０によって出水タンク１１に接続され、排水配管１０の途中には、ポンプ１２が介在されている。ポンプ１２は、その駆動によって後述する混合水１３を出水タンク１１に排出させるものである。濾過膜２には、膜フィルターが採用されており、多孔質状の孔が設けられたファイバで構成され、水だけ吸い取り光触媒（ＴｉＯ２）の微細な粉末を取り除くようになっている。
【００１５】
光源３は、棒状に形成されたものであって、石英製の管体２１の中に設けられており、管体２１は空気配管２２によってエア供給装置５に接続されており、空気配管２２の途中には、フローメータ２３が介在している。この光源３は、図２に示すように反応容器１Ａ内に複数設けられている。この場合、光源３は、格子状に区画された領域内において、格子の交点部分に配設されている。この光源３は、制御部１００により、反応容器１Ａ内に貯留される混合水１３の処理量に応じてその数が選択されて点灯されるようになっている。
また、反応容器１Ａの内面には、反射膜２４が設けられており、光源３が発する光を反応容器１Ａの内面に反射するようになっている。
なお、この発明の一実施の形態としての光源３としては、紫外域（波長２５４ｎｍ程度）の波長の光を発する紫外線ランプが用いられている。
【００１６】
仕切り板４は、濾過膜２が配置される領域と光源３が配置される領域との間を仕切るものであり、混合水１３中の有機物含有量に応じて、その仕切る位置を適切に設定することによりに有機物の分解を効率的に行うようになっている。
【００１７】
気体供給装置６Ａは、反応容器１Ａの底部に設けられた多孔質状の散気体３１、３２と、散気体３１、３２にエアを供給するエア供給系５０とからなっている。エア供給系５０は、散気体３１、３２に設けられたバルブ３４、３５、３６と、バルブ３４、３５、３６を制御する制御部３７、３８と、空気流量を測定するフローメータ３９、４０と、空気量を調節するレギュレータ４１と、空気を乾燥させるドライヤ４２と、吸気を供給するコンプレッサ４３と、配管４４〜４８によって構成されている。
副気体供給装置６Ｂは、濾過膜２の側方に設けられた多孔質状の散気体４９と前記気体供給装置６Ａと共用のエア供給系５０とからなるものである。
【００１８】
混合水供給装置７は、反応容器１Ａに混合水１３を供給するようにバルブ６１と、ポンプ６２と、制御部６３と、タンク６４と、配管６５とによって構成されている。反応容器１Ａは、ポンプ６２と配管６５を介してタンク６４に接続され、制御部６３は反応容器１Ａの混合水１３の量を検知してポンプ６２を駆動するようになっており、反応容器１Ａ内の混合水１３は所定の量となるように制御されている。
【００１９】
図１において符号９はレベルメータ部であり、このレベルメータ部９は、レベルメータ７０により混合水１３の水位を検出するものであり、この水位が異常値となった場合に、ブザー７２から警報音が発せられるようになっている。
【００２０】
また、反応容器１Ａに流入した混合水１３には、粉末状の光触媒（光触媒作用を有する粉末）が混入されている。光触媒としては、例えば、ＴｉＯ２，ＺｎＯ等を用いられるが、この発明の一実施の形態では、光触媒として粒径１〜１０μｍ程度のＴｉＯ２が採用されている。
【００２１】
次に、上記構成の水処理装置１の作用について説明する。
まず、この水処理装置１を運転するには、有機排水の供給量に応じて制御部１００により、光源３の数を適切な数に設定する。そして、この水処理装置１において、反応容器１Ａ内に流入した処理対象の有機排水は、濾過膜２によって濾過され、清浄な水となって外部に排出される。
【００２２】
即ち、反応容器１Ａ内に流入した水は、光触媒（ＴｉＯ２）と混合される。水と光触媒との混合水１３（懸濁水）は、光源３により光照射され、この光照射により、水に含まれる有機物が分解される。この場合、光照射により、混合水１３中のＴｉＯ２の電子が励起して、正孔（ホール）が生じ、この正孔が水と反応して、強力な酸化力を有するＯＨラジカルが生じる。そして、ＯＨラジカルが水中の有機物から電子を奪うことで、有機物が分解される。このように、処理対象の水に含まれる多くの有機物が分解されることで、濾過膜２への有機物（有機化合物、微生物や有機性コロイド等）の付着が抑制される。
【００２３】
このとき、反応容器１Ａ内には、気体供給装置６Ａの散気体３１、もしくは３２によりエアが供給されており、副気体供給装置６Ｂの散気体３３により濾過膜２に間欠的にエアが供給されている。これにより、反応容器１Ａ内の混合水１３は、撹拌され、循環される。また、濾過膜２に付着した有機物の一部は、このエア（気泡）の力を受けて濾過膜２から離れる。このように、副気体供給装置６Ｂから供給される気体によって濾過膜２が洗浄されることにより、濾過膜２の目詰まりが確実に防止される。
【００２４】
また、気体供給装置６Ａからの気体は、反応容器１Ａの底部から混合水１３中に供給されているので、その気体によって、混合水１３が満遍なく攪拌されることで、混合水１３中での光触媒の沈下が防止され、１３中に光触媒が均質に分散する。このように、混合水１３中に光触媒が均質に分散することにより、光照射に伴って有機物の分解が効果的に進行する。
【００２５】
また、この場合、光源３が配置された管体２１内には、冷却用のエアが供給されるので光源３の高温化が防止され、管体２１を含む光源３の周辺部に光の透過を阻害する物質が付着するのを有効に防止することができる。
【００２６】
本例の水処理装置１０では、濾過膜２の目詰まりが確実に防止されるとともに、光照射に伴って有機物が効果的に分解される。したがって、有機物を含む水を長期に渡り安定的に処理（殺菌、滅菌、除菌など）できる。
【００２７】
さらに、紫外線照射によって有機物を光酸化分解するのに比べて、光触媒（Ｔｉ２）を用いることで、少ないエネルギーで効果的に有機物を分解できる。なお、混合水１３中の光触媒は、濾過膜２で分離され、反応容器１Ａ中に新たに流入する処理対象の水に繰り返し混合されて利用される。また、光触媒としてのＴｉＯ２は、人体に対して有害性は極めて低く、わずかに濾過膜２を通過しても有害にはなりにくい。
【００２８】
また、混合水１３中の光触媒が濾過膜２で分離されることで、濾過膜２の表面に光触媒が付着し、濾過膜２の表面を光触媒が覆うようになる。この光触媒が濾過膜２の表面を覆うことによって、物理的に有機物の濾過膜２への付着が抑制される。
【００２９】
また、上記の有機物の分解作用において、光源３から発せられた光が反射膜２４により反射され、光が有効利用されて有機物の分解が効率的に行われる。
【００３０】
上述したように、水処理装置１においては、混合水１３を循環させ、かつ、気体供給装置６Ａ、６Ｂによりエアを供給するので、濾過膜２の目詰まり防止できると共に、有機物の分解を効率的に行うことができ、固液分離を効率的に行い得て、水処理を効率的に行うことができる。この場合、気体供給装置６Ａは、多孔質状の散気体３１、３２によってエアを供給するので、微細なエアを満遍なく供給し得て有機物の分解を効率的に行うことができる。また、副気体供給装置６Ｂは、散気体３３によってエアを供給するので、前記目詰まりの防止を効率的に行うことができる。また、光源３の数を適切に設定できるので、光源３への電力の削減できる効果が得られる。また、更に、仕切り板４を設けたので、その位置を適切に設定することによって、有機物の分解処理をより効率的に行うことができる。また、光源３周辺部に光透過を阻害する物質が付着するのを防止できるので、有機物の分解を常に安定して、効率的に行うことができる。また、反応容器１Ａ内に設けた反射膜２４により光の有効利用が図れ、有機物の分解を効果的に行うことができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３１】
なお、上記の水処理装置１の実施の形態については、有機排水の分解について述べたが、有機排水に含まれる菌の殺菌、滅菌、除菌もできる。
【００３２】
また、上記の水処理装置１の実施の形態については、光源３として、２５４ｎｍの波長を有する紫外線を用いたが、その他の光触媒を活性化させる波長のランプを使用しても良い。また、処理対象の有機排水が難分解性の場合には、エキシマレーザを用いても良く、また、この光源３として、発光ダイオードを用いても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水処理装置によれば、以下の効果が得られる。
第１の発明によれば、反応容器内に気体供給装置を設け、この装置に多孔質状の散気体を用いるようにしたので、濾過膜の目詰まりを防止できると共に、有機物の分解を効率的に行うことができ、固液分離を効率的に行い得て、水処理を効率的に行うことができる。
また、第２の発明によれば、濾過膜の近傍に副気体供給装置を設けたので、特に、濾過膜の目詰まりを有効に防止できる。
また、第３の発明によれば、光源を選択的に動作できるので、光源へ供給する電力の削減を図ることができる。
また、第４の発明によれば、光源と、濾過膜とが配置される領域を仕切ることにより有機物の分解をより効果的に行うことができる。
また、第５の発明によれば、光源周辺部に光透過阻害物質が付着するのを防止でき、有機物の分解を常に安定して効果的に行うことができる。
また、第６の発明によれば、反射膜により、光源からの光を有効に活用し得て、有機物の分解を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水処理装置の一実施の形態を示す概略的な構成図である。
【図２】図１に示す実施の形態の要部を示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１水処理装置
１Ａ反応容器
２濾過膜
３光源
４仕切り板
５エア供給装置
６Ａ気体供給装置
６Ｂ副気体供給装置
１３混合水
２１管体
２４反射膜
３１〜３３散気体
１００制御部

Claims

濾過膜を用いて有機物を含む水を濾過する水処理装置であって、
前記水に混合される粉末状の光触媒と、
前記水と前記光触媒との混合水に照射する光を発する光源と、
前記濾過膜に気体を供給し、前記混合水を攪拌させる気体供給装置と、
前記濾過膜の近傍に設けられ、散気体を有する副気体供給装置とを備え、
前記濾過膜は、垂直方向に延在するものであって、
前記副気体供給装置は、前記濾過膜に対向する平板状の散気体を有し、前記濾過膜に対して側方から気体を供給する
ことを特徴とする水処理装置。
前記光源は、複数備えられ、該光源を前記水の供給量に応じて選択的に動作制御する制御部を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。