JP4371311B2

JP4371311B2 - 有機化合物汚染水浄化装置

Info

Publication number: JP4371311B2
Application number: JP2004105982A
Authority: JP
Inventors: 毅柳楽; 広志中島; 亮谷澤; 則男虻川
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005288289A

Description

本発明は、ダイオキシン類等の有機化合物により汚染された汚染水を浄化するための有機化合物汚染水浄化装置に関する。

一般に、土壌汚染、河川の底質汚染、清掃工場解体等においてダイオキシン類等の有機化合物による汚染が問題となっている。

工場、処分場浸出水等においては大がかりな装置を用い、浄化を行っているが、工事等により発生する汚染水に対して原位置で浄化を行う技術については、各社研究、実験段階である。

この原位置で浄化を行う技術としては、紫外線を用いるもの、オゾンを用いるもの、光触媒を用いるもの等が知られている。

紫外線を用いるものは、汚染水に強力な紫外線を照射することにより、分子間の結合を切り無害化するようになっている。

オゾンを用いるものは、汚染水にオゾンを注入することにより酸化し、分子間の結合を切り無害化するようになつている。

光触媒を用いるものは、光触媒に紫外線を照射すると、強い酸化作用が発現し、その状態で汚染水が接触すると、汚染物質が酸化分解され、無害化されるようになっている。

紫外線を用いるものやオゾンを用いるものは、装置が大がかりになり、装置費も高額になるという問題がある。

光触媒を用いるものとしては、特許文献１に示すように、光透過性を有し内部に光触媒を収容した筒体の外側に光触媒に励起光を照射する光源を装着したケーシングを配置し、筒体内を通過する排水をバブリングさせる導管の先端を筒体に配置した小型な水浄化装置の提案がなされている。
特開２００３−１８１４７５号公報

特許文献１に示される水浄化装置においては、紫外線の光源として紫外線殺菌ランプやブラックライトなどが用いられているが、これらは交換寿命が短く、ランプの取り替えなどの維持管理費が高くなってしまい、紫外線殺菌ランプなど短波長の光源を使った場合、使用する波長によっては有毒なオゾンガスが多く発生するという問題がある。

そこで、発光ダイオードを光源として使用することが考えられるが、発光ダイオードの場合には、１個あたりの照度が小さいため、装置中心付近で紫外線が十分に届かず、しかも、発熱により照度が落ちるため、発光ダイオードを密に配置して、照度を向上させることが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、消費電力が小さく、有害なオゾンガスが発生せず、寿命が長く維持管理負担が少ない上に、十分な照度を持たせることのできるコンパクトかつ低コストの有機化合物汚染水浄化装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の有機化合物汚染水浄化装置は、少なくとも一部が透明部材で形成され、有機化合物に汚染された被処理水を通過させる処理槽と、
前記処理槽の透明部材と並行して配設され、前記処理槽内を内部中空の透明な隔壁にて区画して前記透明部材と前記隔壁間及び前記隔壁同士間に光触媒体を収容し、前記被処理水を光触媒体と接触させて通過可能にした複数の区画通路と、
前記処理槽の透明部材外側位置及び前記各隔壁内にそれぞれ配設された基板に前記各区画通路に向けて搭載され、前記各区画通路内の光触媒体に対して両側から光を照射する複数の発光ダイオードと、
前記隔壁内の発光ダイオードの基板と一部接触し、他部を前記隔壁外の被処理水と接触させて配設され、前記被処理水により冷却可能とされた冷却部材と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、光源に発光ダイオードを用いることにより、消費電力が小さく、有毒なオゾンガスが発生せず、寿命が紫外線ランプに比べて格段に長く、維持管理負担を少なくすることができ、コンパクトかつ低コストなものとすることができる。

また、発光ダイオードを各区画通路に向けて搭載し、各区画通路内の光触媒体に対して両側から光を照射することで、１個あたりの照度が小さくても光触媒体に対して密に紫外線が届く状態にすることができ、しかも、発光ダイオードを冷却部材にて冷却可能とし、しかもこの冷却部材を被処理水により冷却することで、冷却部材による冷却効率を高めることができ、発熱により照度が落ちるのを防止して、発光ダイオードを密に配置し、照度を向上させることができる。

使用する発光ダイオードは、光触媒反応を発生させる波長の光を発するものであれば良いが、例えば紫外光を発する紫色発光ダイオードなどがある。

ここで、冷却部材は、被処理水によって冷却できるものであれば良い。

本発明においては、前記冷却部材としてヒートパイプを用いることができる。

このような構成とすることにより、より効率よく発光ダイオードを冷却して、発熱を抑え、照度を向上させることができ、しかも、ヒートパイプを使用した放熱機構は、電気などのエネルギーを一切必要とせず、かつメンテナンスフリーとすることができる。

この場合、前記処理槽は、下部に被処理水の入口、上部に出口を有し、
前記隔壁は、前記処理槽内の上方にスペースを有して上下方向に配設され、
前記ヒートパイプは、前記隔壁内から上方に突出して配設されるようにすることができる。

このような構成とすることにより、蒸発、凝縮を繰り返すヒートパイプを効率よく作動させ、しかも、ヒートパイプの凝縮部を隔壁内から上方に突出させて被処理水により冷却して凝縮効率を高め、その結果、冷却効率を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る有機化合物汚染水浄化装置を示す図である。

図１に示すように、この有機化合物汚染水浄化装置１０は、処理槽１２と、区画通路１４と、紫色発光ダイオード１６と、冷却部材としてのヒートパイプ１８とを有している。

処理槽１２は、ダイオキシン類等の有機化合物に汚染された被処理水を通過させるもので、下部左側に被処理水の入口２０、上部右側に出口２２を有する縦長のものとされている。

また、この処理槽１２は、全体が透明部材で形成された状態となっている。

区画通路１４は、処理槽１２内における被処理水の流路を複数に分割するもので、隔壁２４と、光触媒体としての光触媒を担持したシリカゲル（以下、光触媒シリカゲルと称す。）２６とを有している。

隔壁２４は、内部中空の透明な箱体からなり、処理槽１２の下部側に複数、例えば３個所定間隔で縦型に配設され、処理槽１２の両側壁と隔壁２４との間及び隔壁２４同士の間に処理水の通過領域を形成するようになっている。

光触媒シリカゲル２６は、各区画通路１４の下部側に多数充填され、その上下に金網２８が配設され、この金網２８によって光触媒シリカゲル２６をおさえることで、処理槽１２内で光触媒シリカゲル２６が移動するのを防止するようにしている。

この光触媒シリカゲル２６は、粒径が１．７〜４．０ｍｍのものが用いられている。

紫色発光ダイオード１６は、例えばガラス入りエポキシ樹脂からなるリフレクター基板３０を取り付けたアルミニウム製の発光ダイオード基板３２に所定ピッチで複数搭載された状態となっている。

そして、図２に示すように、光触媒シリカゲル２６の充填範囲における処理槽１２の外側位置及び隔壁２４内に、区画通路１４に向けて紫色発光ダイオード１６搭載の発光ダイオード基板３２が配設され、各区画通路１４内の光触媒シリカゲル２６に対して両側から光を照射するようになっている。

特に、各隔壁２４内では、発光ダイオード基板３２を背中合わせにして配設されるようになっている。

ヒートパイプ１８は、下部側が隔壁２４内に挿入され、背中合わせに配設された発光ダイオード基板３２間に挿入されて、発光ダイオード基板３２と接触されると共に、上部側を隔壁２４の上端より上方に突出させ、この上部側の突出部分を隔壁２４外の被処理水と接触させて、被処理水により冷却可能にされている。

このヒートパイプ１８は、図３に示すように、パイプ３４内に作動液３６として低沸点冷媒を真空封入した状態となっており、発光ダイオード基板３２と接触している部分が熱により作動液が蒸発して蒸発熱を奪う蒸発部３８とされ、隔壁２４の上端より突出して被処理水と接触する部分が凝縮部４２とされている。

そして、発光ダイオード基板３２からの熱を吸収した作動液が蒸発部３８で蒸発し、凝縮部４２で凝縮されて流下し蒸発部３８へと戻って循環することで冷却が行われるようになっている。

このように、ヒートパイプ１８によって蒸発熱を利用した熱交換を行い、凝縮部４２を被処理水自身で冷却して放熱する構造としたことで、放熱効率が向上し、紫色発光ダイオード１６を密に配置して十分な照度を確保することができた。

また、処理槽１２内に複数の区画通路１４を形成し、区画通路１４内の光触媒シリカゲル２６の両側に配設した紫色発光ダイオード１６によって両側から照射することで、紫外線を区画通路１４の中央まで均一に照射することが可能となった。

そして、紫色発光ダイオード１６のスイッチをオンにして、紫外線を光触媒シリカゲル２６に向けて照射した状態で、被処理水の入口２０からダイオキシン類等の有機化合物に汚染された被処理水を処理槽１２内に供給し、被処理水を光触媒シリカゲル２６が充填された区画通路１４内を通過させ、各区画通路１４を通過した被処理水が各区画通路１４で浄化された状態で上昇し、ヒートパイプ１８を冷却しつつ被処理水の出口２２より浄化された浄化水として被処理水が取り出されるようになっている。

次に、この有機化合物汚染水浄化装置１０を用いて汚染水の浄化を行った実験結果を図４に示す。

この実験では、汚染水の原水を１次処理を行ってダイオキシン類濃度１１ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの１次処理水と、ダイオキシン類濃度２．５ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの１次処理水との２種類の１次処理水を準備して、それぞれ処理時間２分、処理時間８分、処理時間１４分処理したものである。

その結果、１１ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの１次処理水は、処理時間２分で４．３ｐｇ−ＴＥＱ／ｌ、処理時間８分で２．１ｐｇ−ＴＥＱ／ｌ、処理時間１４分で１．４ｐｇ−ＴＥＱ／ｌという結果が得られ、排水基準である１０ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの値をいずれも下回った結果となっていた。

２．５ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの１次処理水は、処理時間２分で０．９ｐｇ−ＴＥＱ／ｌ、処理時間８分で０．４５ｐｇ−ＴＥＱ／ｌ、処理時間１４分で０．２９ｐｇ−ＴＥＱ／ｌという結果となり、処理時間８分及び１４分の場合にいずれも環境基準１ｐｇ−ＴＥＱ／ｌの値を下回った結果となっている。

従って、この有機化合物汚染水浄化装置１０によれば、簡易な装置で、効率よくダイオキシン類等の浄化を行うことができることが判明した。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。

例えば、前記実施の形態では、紫色発光ダイオードの冷却部材としてヒートパイプを用いたが、この例に限らず、アルミニウム製などの冷却プレートや液体や気体を媒体とした熱交換器を用いることも可能である。

また、処理槽は、全体が透明部材で形成されているが、この例に限らず、紫色発光ダイオードによって光触媒シリカゲルに紫外線を照射する部分が少なくとも透明部材とされていればよい。

さらに、光触媒体として光触媒シリカゲルを用いているが、この例に限らず、種々の光触媒体を用いることが可能である。

この光触媒体の粒径、形状は、汚染水の量、汚染の程度、区画通路の幅などによって適宜選択できる。

さらに、前記実施の形態では、紫色発光ダイオードを用いているが、この例に限定されるものではなく、他の波長の光を発生する発光ダイオードを用いることも可能である。

また、処理槽は、縦型に用いているが、横型に用いることも可能である。

さらに、被処理水の入口、出口は、上下逆にすることも可能である。

本発明の一実施の形態に係る有機化合物汚染水浄化装置を示す断面図である。図１の有機化合物汚染水浄化装置における区画通路部分の部分拡大図である。図１及び図２のヒートパイプの状態を示す断面図である。本実施の形態に係る有機化合物汚染水浄化装置を用いて浄化処理を行った実験結果を示す図である。

符号の説明

１０有機化合物汚染水浄化装置
１２処理槽
１４区画通路
１６紫色発光ダイオード
１８ヒートパイプ
２４隔壁
２６光触媒シリカゲル
３２発光ダイオード基板

Claims

少なくとも一部が透明部材で形成され、有機化合物に汚染された被処理水を通過させる処理槽と、
前記処理槽の透明部材と並行して配設され、前記処理槽内を内部中空の透明な隔壁にて区画して前記透明部材と前記隔壁間及び前記隔壁同士間に光触媒体を収容し、前記被処理水を光触媒体と接触させて通過可能にした複数の区画通路と、
前記処理槽の透明部材外側位置及び前記各隔壁内にそれぞれ配設された基板に前記各区画通路に向けて搭載され、前記各区画通路内の光触媒体に対して両側から光を照射する複数の発光ダイオードと、
前記隔壁内の発光ダイオードの基板と一部接触し、他部を前記隔壁外の被処理水と接触させて配設され、前記被処理水により冷却可能とされた冷却部材と、
を有することを特徴とする有機化合物汚染水浄化装置。
請求項１において、
前記冷却部材としてヒートパイプを用いることを特徴とする有機化合物汚染水浄化装置。
請求項２において、
前記処理槽は、下部に被処理水の入口、上部に出口を有し、
前記隔壁は、前記処理槽内の上方にスペースを有して上下方向に配設され、
前記ヒートパイプは、前記隔壁内から上方に突出して配設されることを特徴とする有機化合物汚染水浄化装置。