JP6913877B2 - 液体処理方法及び液体処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、液体処理方法及び液体処理装置に関する。
従来、二酸化チタンの微粒子等の触媒微粒子に紫外線を照射して被処理水を浄化する方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、処理槽と分離槽とが並べて設けられている光酸化処理装置が記載されている。処理槽には、紫外線照射ランプが挿入され、分離槽は限外濾過膜を備えている。処理槽に、触媒微粒子を懸濁させた被処理水が送られる。同時に、紫外線照射ランプから紫外線を照射して触媒微粒子により被処理水を浄化処理する。次に、被処理水は分離槽に送られ、限外濾過膜を通過させることにより、被処理水中に含まれる触媒微粒子が捕集される。さらに、限外濾過膜には被処理水の通水方向とは逆方向に洗浄水を通水させ、限外濾過膜に捕集された触媒微粒子を分離する。分離された触媒微粒子を含む洗浄水の全部又は一部を必要に応じて処理槽に戻す。
特開平２−２９８３９３号公報
特許文献１によれば、場合によっては浄化処理が充分でない被処理水が光酸化処理装置の外部に排出される可能性がある。そこで、本開示は、液体処理装置を用いた液体処理方法であって、液体処理が充分になされていない液体が外部に排出されることを防止する方法を提供する。
本開示は、
液体処理装置を用いた液体処理方法であって、
（Ｉａ）前記液体処理装置を提供する工程、
ここで、
前記液体処理装置は、
光触媒粒子を含む液体混合物を貯留するための内部空間を有する第一の槽、
前記光触媒粒子に照射される紫外光を発光するための光源、
濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第一室および第二室に分割された内部空間を有する第二の槽、
前記第一の槽の前記内部空間および前記第二の槽の前記第二室の間を連通させている連通流路、
前記第二の槽の前記第一室を減圧するための濾過ポンプ、
流路切替器、
前記流路切替器および前記第一の槽の前記内部空間の間を連通させている戻し流路、および
前記流路切替器および前記液体処理装置の外部の間を連通させている排出流路
を具備し、
前記液体混合物は、前記第一の槽の内部空間から前記第二の槽の前記第二室に前記連通流路を通って導かれ、
前記第一室を前記濾過ポンプにより減圧しながら、導かれた前記液体混合物を前記濾過膜により濾過して前記第二の槽の前記第一室に濾液を取得し、
前記濾液は前記濾過ポンプにより前記流路切替器に吸引され、そして
前記流路切替器は、前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻される循環状態および前記濾液が前記液体処理装置の外部に排出される排出状態との間で切替可能であり、
（Ｉｂ）前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻るように前記流路切替器を前記循環状態にセットして、前記液体処理装置内で前記液体混合物を循環させる工程、および
（Ｉｃ）前記第一の槽に含まれる前記光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、前記循環状態から前記液体処理装置の外部に濾液が排出される前記排出状態に前記流路切替器を切り替える工程
を具備する、液体処理方法を提供する。
上記の方法によれば、液体の処理が充分になされていない液体が外部に排出されることを防止できる。
図１は、本開示の第１態様に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図２は、濃度検出器の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、制御器の構成の一例を示すブロック図である。 図４は、本開示の液体処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、濃度安定化処理における液体処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、排出状態における液体処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、本開示の第２態様に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図８は、濃度安定化処理における液体処理装置の動作の別の一例を示すフローチャートである。
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
液体処理装置における液体処理の効率が低下する複数の要因が考えられる。例えば、スラリー中の光触媒粒子の濃度が低すぎると、光触媒反応により反応すべき物質と光触媒粒子との距離が反応に必要な距離になるようにその物質と光触媒粒子とが接近する確率が低くなる。これにより、光触媒反応の反応効率が低下し、液体処理の効率が低下する。逆に、スラリー中の光触媒粒子の濃度が高すぎると、スラリーにおける光の透過率が低下し、光源からの紫外光が到達できる範囲がスラリー中の光源から近距離の範囲に限定され、光触媒反応が光触媒反応により反応すべき物質の輸送律速となる。これにより、光触媒反応の反応効率が低下し、液体処理の効率が低下する。
本発明者らは、このような光触媒粒子の濃度が反応に適した濃度から大きく乖離する現象が、特に、液体処理装置の起動時に発生することを新たに見出した。液体処理装置の起動直前の停止状態における光触媒粒子の状態により、液体処理装置の起動時の光触媒粒子の低濃度化又は高濃度化が起こりうる。例えば、液体処理装置の停止中には、光触媒粒子が光触媒反応による液体の処理が行われる処理槽の底部に沈殿する。このため、この場合、液体処理装置の起動に伴う水流により光触媒粒子の分散が充分になされるまでの間、光触媒粒子の濃度が低くなることがある。濾過膜の膜面には濾過が行われている間は光触媒粒子がケークとして堆積する。しかし、液体処理装置の停止中には、濾過膜の膜面に堆積していたケークがスラリー中に拡散する。このため、液体処理装置の起動後に、濾過によって所定量の光触媒粒子が濾過膜の膜面にケークとして堆積するまでの間、スラリー中の光触媒粒子の濃度が高くなることがある。このような光触媒粒子の濃度が高い又は低い状態で、液体処理装置を通常運転と同様に運転させて濾液を液体処理装置の外部に排出すると、液体処理が充分でない濾液が液体処理装置の外部に排出されてしまう可能性がある。そこで、本発明者らは、液体の処理が充分になされていない液体が液体処理装置の外部に排出されることを防止できる技術について日夜検討を重ね、本開示の液体処理方法及び液体処理装置を案出した。なお、特許文献１には、光酸化処理装置の起動時に触媒微粒子の濃度が安定せず、浄化処理が充分でない水が光酸化処理装置の外部に排出されてしまうことを防ぐ必要性について記載も示唆もされていない。
＜第１実施形態＞
図１に示す通り、液体処理装置１ａは、第一の槽２と、光源２１と、濾過膜３１と、第二の槽３と、濾過ポンプ８１と、連通流路７と、濃度検出器４と、排出流路８５と、戻し流路８６と、流路切替器８３と、制御器５０と、を備えている。第一の槽２は、光触媒粒子を含むスラリーを貯留する内部空間２７を有する。光源２１は、光触媒粒子に紫外光を照射する。第二の槽３は、内部空間３５を有する。内部空間３５には、濾過膜３１が配置されているとともに第一室３５ａ及び第二室３５ｂを含む。第一室３５ａは、濾過膜３１の透過側の膜面３１ａに面している。第二室３５ｂは、濾過膜３１の供給側の膜面３１ｂに面している。濾過ポンプ８１は、第一室３５ａを減圧する。連通流路７は、第一の槽２の内部空間２７と第二室３５ｂとを連通させている。濃度検出器４は、第一の槽２における光触媒粒子の濃度を検出する。排出流路８５は、液体処理装置１ａの外部に延びている。戻し流路８６は、第一の槽２に接続されている。流路切替器８３は、循環状態と、排出状態とを切り替える。循環状態とは、第一室３５ａが戻し流路８６に連通している状態である。循環状態においては、第一室３５ａが排出流路８５に連通していない。排出状態とは、第一室３５ａが排出流路８５に連通している状態である。排出状態においては、第一室３５ａが戻し流路８６に連通していない。制御器５０は、流路切替器８３を制御する。
液体処理装置１ａを用いて以下の工程が実行される。
（Ｉｂ）濾液が第一の槽２に戻し流路８６を通って戻るように流路切替器８３を循環状態にセットして、液体処理装置１ａ内で液体混合物を循環させる工程、および
（Ｉｃ）第一の槽２に含まれる光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、循環状態から液体処理装置１ａの外部に濾液が排出される排出状態に流路切替器８３を切り替える工程。
上記の通り、制御器５０は、循環状態において、濃度検出器４によって検出された光触媒粒子の濃度が第一閾値以上であり、かつ、第二閾値以下であるときに、流路切替器８３に、循環状態を排出状態に切り替えさせる。
図１に示す通り、制御器５０は、濃度検出器４によって検出された光触媒粒子の濃度を示す情報を取得可能であるように濃度検出器４に無線又は有線によって接続されている。また、制御器５０は、流路切替器８３を制御するための制御信号を出力してその制御信号を流路切替器８３が受信可能であるように流路切替器８３に無線又は有線によって接続されている。
第一閾値及び第二閾値は、典型的には、光源２１から光触媒粒子に紫外光を照射したときの液体処理の効率が適切な範囲に収まるように定められている。例えば、第一閾値は、光触媒反応の効率が最も高くなる濃度の半分（０．５倍）程度に定められており、第二閾値は、光触媒反応の効率が最も高くなる濃度の２倍程度に設定されている。
上記の方法によれば、濃度検出器４によって検出された光触媒粒子の濃度が第一閾値以上であり、かつ、第二閾値以下であるときに、制御器５０による流路切替器８３の制御により、循環状態が排出状態に切り替わる。このため、第一の槽２における光触媒粒子の濃度が適切な液体処理の効率が発揮可能な範囲に収まる場合に、濾液を液体処理装置１ａの外部に排出できる。これにより、液体処理が充分になされていない液体が液体処理装置１ａの外部に排出されることを防止できる。
図１に示す通り、第一の槽２は、例えば、第１導入口２３、第１排出口２４、第２導入口２５、及び第３導入口２６を有する。汚染液（例えば、汚染水）は、第１導入口２３を通って第一の槽２に供給される。汚染液は、「被処理液」とも呼ばれる。第二の槽３は、例えば、供給口３２、第１排出口３３、及び第２排出口３４を有する。第１導入口２３には、導入流路６が接続されており、導入流路６には、ポンプ１１及び流量計１２が配置されている。第１排出口２４と供給口３２とは、連通流路７によって接続されている。供給口３２は、第二の槽３の第二室３５ｂに配置されている。例えば、連通流路７には、ポンプ７１及び流量計７２が配置されている。第一の槽２と第二の槽３との間には、第一の槽２の内部空間と第二の槽３の内部空間３５とを連通させるスラリー戻し流路８が形成されている。スラリー戻し流路８は、第二室３５ｂのスラリーをオーバーフローにより第一の槽２に戻す流路である。第２導入口２５と第１排出口３３とはスラリー戻し流路８によって接続されている。第２排出口３４と流路切替器８３とは、取り出し流路８４によって接続されている。第２排出口３４は、第一室３５ａと取り出し流路８４とを接続している。濾過ポンプ８１は、例えば、取り出し流路８４に配置されている。また、取り出し流路８４には流量計８２が配置されている。第３導入口２６は、戻し流路８６によって流路切替器８３と接続されている。また、流路切替器８３から排出流路８５が液体処理装置１ａの外側に向かって延びている。
例えば、ポンプ１１及びポンプ７１は、それぞれ、制御器５０から制御信号を受信可能であるように、無線又は有線によって制御器５０に接続されている。ポンプ１１、ポンプ７１、およびポンプ８１は、それぞれ、供給ポンプ１１、循環ポンプ、および濾過ポンプ８１とも呼ばれ得る。
第一の槽２には、光触媒粒子を含むスラリーが貯留される。例えば、ポンプ１１が作動することにより、導入流路６及び第１導入口２３を通過して汚染液が第一の槽２に供給される。このようにして、光触媒粒子を含むスラリーは汚染液と混合され、光触媒粒子および汚染液を含む液体混合物を調製する。ポンプ１１は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。チューブポンプは、弾性を有するチューブをローラなどでしごいて液体を送り出すポンプである。
汚染液は、光触媒粒子の光触媒作用により化学的に変化可能な物質又は死滅する生物を含む液体である。汚染液は、例えば、３価ヒ素及び６価クロムなどの金属、医薬品又は農薬に含まれる有機化合物、又は微生物などの人体に有害な物質及び生物を含む水である。汚染液は、光触媒粒子の光触媒作用により目的とする生成物を生成するための原料を含む液体であってもよい。光触媒粒子は、例えば、二酸化チタン粒子又はゼオライト等の担体粒子に二酸化チタン粒子がくっついている複合粒子である。光触媒粒子に紫外光が照射されることにより起こる光触媒反応によって汚染液に含まれる物質又は生物を処理する。このように、光触媒粒子に紫外光を照射することにより、汚染液が処理されて処理済液が生成される。処理済液は第１排出口２４を通って、第一の槽２から排出される。
例えば、光触媒粒子に二酸化チタンが含まれる場合、二酸化チタンに紫外光が照射されると、二酸化チタンにおいて励起電子と正孔とが生成される。さらに、正孔と水分子とが反応することで強い酸化力を持つＯＨラジカル（活性酸素）が生成される。そして、生成された励起電子及び活性酸素は、汚染液に含まれる物質の酸化還元反応を引き起こす。このため、医薬品又は農薬に含まれる有機化合物を分解でき、微生物を殺すことができる。また、有害金属を除去しやすい状態に変化させることができる。例えば、生成された活性酸素により３価ヒ素を５価ヒ素に変化させて吸着され易い状態にでき、又は、生成された励起電子により６価クロムを３価クロムに変化させて沈殿させることができる。このように、光触媒粒子は、光が照射されることで起こる光触媒反応によって汚染液に対して所定の液体処理を施すことができる。なお、有害金属は、除去され易い状態に変化された後（液体処理後）に、別の工程において吸着又は沈殿などの方法によって除去される。
図１に示す通り、例えば、第一の槽２には液位計２２が取り付けられている。液位計２２は、第一の槽２における液位を検出する。例えば、制御器５０は、液位計２２によって検出された液位を示す情報を取得可能であるように液位計２２に接続されている。
図１に示す通り、光源２１は、例えば、第一の槽２の内部空間に配置されている。例えば、光源２１の発光面は、第一の槽２の軸線方向に沿って円柱面として延びている。また、光源２１は、典型的には紫外光を出射する。光源２１から出射される紫外光の波長範囲は、例えば、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。光源２１から出射される紫外光は単色光及び連続光のいずれであってもよい。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Light-emitting diode(LED)である。場合によっては、光源２１は、第一の槽２の外部に配置されていてもよい。この場合、第一の槽２は紫外光を透過可能な材料でできており、光源２１から第一の槽２の壁を透過して紫外光が光触媒粒子に照射される。
例えば、ポンプ７１が作動することにより、第一の槽２から排出された処理済液が連通流路７及び供給口３２を通って第二の槽３の第二室３５ｂに導かれ貯留される。ポンプ７１は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。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く処理済液中の溶媒分子及び溶質分子よりも大きい孔径の複数の孔を有する。第２排出口３４は、第一室３５ａと取り出し流路８４との間に位置しており、濾過ポンプ８１が作動することにより第一室３５ａが減圧される。これにより、第二室３５ｂに貯留されている処理済液を含むスラリーが濾過膜３１によって濾過され濾液が得られる。すなわち、処理済液を濾過膜３１で濾過することにより、濾過膜３１の供給側の膜面３１ｂに光触媒粒子が留められ、第一室３５ａにおいて濾過膜３１を通過した光触媒粒子を含まない濾液である濾液が得られる。濾過ポンプ８１は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。濾液は、濾過ポンプ８１によって第一室３５ａが減圧されることにより、第２排出口３４を通って取り出し流路８４に導かれる。第二の槽３の第二室３５ｂには、濾過膜３１によって光触媒粒子が留められるので、光触媒粒子の濃度が高められたスラリーが貯留される。第二の槽３の第二室３５ｂにおける液位は、第一の槽２における液位よりも高くなるように調整されている。このため、第二室３５ｂに貯留された高濃度のスラリーは、オーバーフローにより、第１排出口３３、スラリー戻し流路８、及び第２導入口２５を通過して第一の槽２に送られる。
このように、第二の槽３では、濾過膜３１を用いて処理済液を含むスラリーを濾過することにより、濾液である濾液を得ることができる。具体的には、第二の槽３において、濾過膜３１を第二室３５ｂに貯留された処理済液を含むスラリー中に浸した状態で、第二室３５ｂによって取り囲まれた第一室３５ａ濾過ポンプ８１を用いて減圧する。これにより、光触媒粒子を含まない濾液を第一室３５ｂから取り出すことができる。なぜなら、処理済液を含むスラリーに分散している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を透過できないからである。
例えば、流路切替器８３には、取り出し流路８４、排出流路８５、及び戻し流路８６が接続されている。例えば、流路切替器８３は、取り出し流路８４を、排出流路８５及び戻し流路８６のいずれか一方に選択的に連通させることができる。例えば、流路切替器８３は、取り出し流路８４と排出流路８５とを連通させつつ取り出し流路８４と戻し流路８６とを遮断することによって排出状態を実現する。また、流路切替器８３は、取り出し流路８４と戻し流路８６とを連通させつつ取り出し流路８４と排出流路８５とを遮断することによって循環状態を実現する。流路切替器８３は、特に制限されないが、例えば三方弁である。
図１に示す通り、例えば、濃度検出器４は、第一の槽２に取り付けられている。濃度検出器４は、例えば、第一の槽２において、光源２１の発光面の下端よりも上方に貯留されているスラリー又は液体の光触媒粒子の濃度を検出する。
図１及び図２に示す通り、例えば、濃度検出器４は、検出用流路４０、検出用光源４１、照度計４２、演算部４３、及び出力部４４を備えている。検出用流路４０は、第一の槽２の内部空間とつながっており、第一の槽２のスラリー又は液体の一部が検出用流路４０に導かれる。検出用光源４１及び照度計４２は、検出用流路４０を挟んで互いに向かい合っている。検出用光源４１は、濃度検出時には、スラリー又は液体の一部が検出用流路４０に導かれた状態で照度計４２に向かって発光する。この場合、照度計４２は、検出用光源４１から出射され検出用流路４４におけるスラリー又は液体を透過した透過光を受光し、透過光の強度を測定する。照度計４２によって測定された透過光の強度を示す情報は、演算部４３に送られ、演算部４３は、この情報に基づいて第一の槽２における光触媒粒子の濃度Ｃｐを決定する。演算部４３によって決定された第一の槽２における光触媒粒子の濃度Ｃｐは、出力部４４を経由して制御器５０に向かって出力される。
演算部４３は、例えば、吸光度と光触媒粒子の濃度との関係を示すテーブル又は関係式を参照して、第一の槽２における光触媒粒子の濃度を決定する。この場合、例えば、演算部４３は、透過光の強度を示す情報及び検出用光源４１から出射された光の強度に関する情報を用いて吸光度を算出できる。場合によっては、演算部４３は、透過光の強度と光触媒粒子の濃度との関係を示すテーブル又は関係式を参照して、第一の槽２における光触媒粒子の濃度Ｃｐを決定してもよい。演算部４３における光触媒粒子の濃度の決定には、以下の（式１）で表される、ランベルト・ベールの法則を利用できる。式中、Ｉは媒質を透過した後の光の強度を示し、Ｉ0は媒質に入射する前の光の強度を示し、εはモル吸光度係数を示し、ｃは媒質のモル濃度を示し、ｌは媒質の長さを示す。媒質を透過した後の光の強度Ｉを測定することにより、第一の槽２における光触媒粒子の濃度を決定できる。
Ｉ＝Ｉ0・ｅｘｐ（−εｃｌ） （式１）
濃度検出器４は、例えば、第一の槽２の特定の箇所における液体又はスラリーの粘度又は比重を測定することによって第一の槽２における光触媒粒子の濃度を検出してもよい。また、濃度検出器４は、超音波又はＸ線を伝播させて、第一の槽２における光触媒粒子の濃度を検出してもよい。
図３に示す通り、制御器５０は、演算部５１、入力部５２、記憶部５３、及び出力部５４を有する。制御器５０は、第一の槽２又は第二の槽３に取り付けられていてもよいし、第一の槽２又は第二の槽３の近くに配置されていてもよいし、第一の槽２及び第二の槽３から遠く離れた遠隔地に配置されていてもよい。
制御器５０は、濃度検出器４の出力部４４から出力された第一の槽２における光触媒粒子の濃度Ｃｐを、入力部５２を経由して取得する。濃度Ｃｐは、演算部５１に送られる。また、演算部５１は、記憶部５３に記憶されている第一閾値及び第二閾値を取得する。その後、演算部５１は、濃度Ｃｐが第一閾値以上であり、かつ、第二閾値以下であるか否か判断する。この判断結果に基づいて、演算部５１は適切な制御信号を生成し、この制御信号は出力部５４を経由して流路切替器８３に向かって出力される。
次に、起動時における液体処理装置１ａの動作の一例を説明する。図４に示す通り、ステップＳ１において、第一の槽２及び第二の槽３に光触媒粒子を含むスラリーが投入される。なお、ステップＳ１は、液体処理装置１ａにおいて、第一の槽２及び第二の槽３に光触媒粒子を含むスラリーが既に投入されている場合には、省略可能である。次に、ステップＳ２において、循環ポンプ７１を起動させる。これにより、第一の槽２の内部にスラリー又は液体の流動を生じさせ、光触媒粒子が沈殿している場合、その沈殿している光触媒粒子を分散させる。次に、ステップＳ３において、光源２１のスイッチをＯＮにして、汚染液が第一の槽２に導かれた場合に直ちに光触媒粒子による酸化還元反応を発生させることができるようにスタンバイする。次に、ステップＳ４において濃度安定化処理を実行する。
図５に示す通り、濃度安定化処理は、例えば、以下のステップＳ４１〜Ｓ４９を含む。まず、ステップＳ４１において、制御器５０によって流路切替器８３を制御して循環状態を保つ。ステップＳ４１において、必要に応じて、制御器５０によって流路切替器８３を制御して排出状態が循環状態に切り替えられる。次に、ステップＳ４２において濾過ポンプ８１を起動する。これにより、濾過ポンプ８１によって、第一室３５ａが減圧され、第一室３５ａの濾液が取り出し流路８４及び戻し流路８６を通過して第一の槽２に送られる。この場合、液体処理装置１ｂの外部に液体が供給されることがなく、第一の槽２に液体が供給されることもないので、第一の槽２及び第二の槽３におけるスラリーの量は一定である。ステップＳ２において起動された循環ポンプ７１が作動することによる流れの発生により、第一の槽２の内部空間及び第二の槽３の内部空間に沈殿していた光触媒粒子が分散して、第一の槽２における光触媒粒子の濃度が高まる。加えて、ステップＳ４２において起動された濾過ポンプ８１が作動することにより、スラリーにおける光触媒粒子が濾過膜３１の供給側の膜面３１ｂにケーク層として堆積する。これにより、第一の槽２における光触媒粒子の濃度が低下する。これらの現象は、所定の時間経過後には飽和するので、第一の槽２における光触媒粒子の濃度は徐々に安定する。この期間に、ステップＳ４３において、濃度検出器４は、光触媒粒子の濃度Ｃｐを検出する。
ステップＳ４４において、制御器５０は、光触媒粒子の濃度Ｃｐを濃度検出器４から取得する。ステップＳ４５において、制御器５０は、光触媒粒子の濃度Ｃｐが第一閾値以上であるか否か判断する。ステップＳ４５における判断結果が否定的である場合、ステップＳ４６に進んで所定期間待機し、ステップＳ４３に戻る。この場合、必要に応じて、制御器５０から流路切替器８３に制御信号を送り、循環状態を保つ。ステップＳ４５における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ４７に進んで、制御器５０は、光触媒粒子の濃度Ｃｐが第二閾値以下であるか否か判断する。ステップＳ４７における判断結果が否定的である場合、ステップＳ４８に進んで所定期間待機し、ステップＳ４３に戻る。この場合、必要に応じて、制御器５０から流路切替器８３に制御信号を送り、循環状態を保つ。ステップＳ４７における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ４９に進み、制御器５０は、流路切替器８３に制御信号を送り、循環状態を排出状態に切り替える。これにより、濃度安定化処理が終了し、図４に示す通り、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ５において、第一の槽２に汚染液を導く。例えば、制御器５０は、ポンプ１１に制御信号を送りポンプ１１を起動させる。また、ステップＳ５において、オペレーターによってポンプ１１が起動されることにより、第一の槽２に汚染液を導かれてもよい。次に、ステップＳ６において、汚染液に対する液体処理が実行される。例えば、汚染液に対する液体処理は、図６に示すステップＳ６１〜Ｓ６３を含む。
ステップＳ６１において、光源２１から光触媒粒子に紫外光を照射することにより、汚染液を処理して処理済液を生成する。次に、ステップＳ６２において、濾過ポンプ８１によって第一室３５ａを減圧することにより、処理済液を含むスラリーを濾過膜３１で濾過して、濾液を取得する。次に、ステップＳ６３において、第一室３５ａから濾液を取り出して、排出流路８５を通過させて、液体処理装置１ａの外部に排出する。その後、ステップＳ７に移行する。なお、第二室３５ｂの貯留された高濃度のスラリーは、スラリー戻し路８を通って、第一の槽２に送られる。
ステップＳ７において、液体処理装置１ａの運転停止要求があるか否かを確認する。ステップＳ７における確認結果が否定的である場合、ステップＳ５及びステップＳ６の処理を継続する。ステップＳ７の確認結果が肯定的である場合、液体処理装置１ａの運転を停止させるための処理を行って一連の処理を終了する。
液体処理装置１ａにおけるユニット及びデバイスの一部は、半導体装置、半導体集積回路（IC）、又はlarge scale integration（LSI）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって構成されていてもよい。また、図２及び図３で示した濃度検出器４及び制御器５０における機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、IC、又はLSIを含む一つ又は一つ以上の電子回路によって構成されていてもよい。この場合、LSI又はICは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶部以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されていてもよい。ここで、便宜的にLSI又はICと呼んでいるが、集積の度合いによっては、システムLSI、very large scale integration（VLSI）又はultra large scale integration(ULSI)と呼ばれることもある。LSIの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array(FPGA)、またはLSI内部の接合関係の再構成またはLSI内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceが使用されてもよい。さらに、液体処理装置１ａにおけるユニット、装置、又は装置の一部の、全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは、例えば、一つ以上のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。ソフトウエアが、処理装置（processor）によって実行された場合に、ソフトウエアは、ソフトウエアに定義された特定の機能を、処理装置（processor）及び周辺のデバイスに実行させる。液体処理装置１ａにおけるシステム又は装置は、ソフトウエアが記録されている１つ以上の非一時的記録媒体、処理装置（processor）、および必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る液体処理装置１ｂ及び液体処理装置１ｂを用いた液体処理方法について説明する。第２実施形態は、特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様に構成される。第１実施形態の構成要素と同一又は対応する第２実施形態の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、第２実施形態にもあてはまる。
図７に示す通り、液体処理装置１ｂは、報知器７０を備えるとともに、制御器５０に代えて制御器５５を備える以外は、液体処理装置１ａと同様に構成されている。制御器５５も、制御器５０と同様に、演算部、入力部、記憶部、及び出力部を有する。報知器７０は、所定の情報を報知する。制御器５５は報知器７０を制御する。報知器７０は、制御器５５からの制御信号を取得可能であるように無線又は有線によって制御器５５に接続されている。また、制御器５５は、濃度検出器４によって検出された第一の槽２における光触媒粒子の濃度を濃度検出器４から取得できるように無線又は有線によって濃度検出器４に接続されている。
液体処理装置１ｂを用いて以下の方法が実行される。
（ＩＩｂ）濾液が第一の槽２に戻し流路８６を通って戻るように流路切替器８３を循環状態にセットして、液体処理装置１ａ内で液体混合物を循環させる工程、および
（ＩＩｃ）第一の槽２に含まれる光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、循環状態を排出状態に切り替えることが可能であることを示す情報を通知する工程、
オペレーターは、報知器７０において循環状態を排出状態に切り替え可能であることを示す情報が報知されていることを確認したうえで流路切替器８３を操作して循環状態を排出状態に切り替えることができる。このため、第一の槽２における光触媒粒子の濃度が光触媒反応に適した範囲に収まる場合に、濾液である濾液を液体処理装置１ｂの外部に排出できる。その結果、液体処理が充分になされていない液体が外部に排出されることを防止できる。
報知器７０は、人間の知覚に訴えて所定の情報を報知できる限り、特に制限されないが、例えば、音声によって所定の情報を通知可能なスピーカー若しくはブザー、所定の情報を表示可能な液晶ディスプレー等の表示装置、又は点灯若しくは点滅により所定の情報を通知可能な表示灯である。
液体処理装置１ｂの動作の一例を説明する。図８に示す通り、液体処理装置１ｂは、ステップＳ４において実行される濃度安定化処理が、ステップＳ１４１〜Ｓ１４９を含む以外は、液体処理装置１ａと同様に動作する。なお、ステップＳ１４１、ステップＳ１４２、ステップＳ１４３、ステップＳ１４４、ステップＳ１４５、ステップＳ１４６、ステップＳ１４７、及びステップＳ１４８は、それぞれ、ステップＳ４１、ステップＳ４２、ステップＳ４３、ステップＳ４４、ステップＳ４５、ステップＳ４６、ステップＳ４７、及びステップＳ４８と同様になされる。ステップＳ１４７における判断結果が肯定的な場合、ステップＳ１４９において、制御器５５は、報知器７０を制御して、循環状態を排出状態に切り替え可能であることを示す情報を報知させる。なお、ステップＳ１４５又はステップＳ１４７の判断結果が否定的である場合、制御器５５は、報知器７０を制御して、循環状態を保つべきことを示す情報を報知させてもよい。また、ステップＳ１４９の判断結果が肯定的である場合に、制御器５５は、報知器７０を制御して、第一の槽２に汚染液を導くことが可能であることを示す情報を報知させてもよい。
本開示の液体処理装置及び液体処理方法は、例えば、高い反応効率を有し、長期間の連続運転ができる水処理装置及び水処理方法に利用できる。
１ａ、１ｂ 液体処理装置
２ 第一の槽
３ 第二の槽
４ 濃度検出器
７ 連通流路
２１ 光源
３１ 濾過膜
３１ａ 透過側の膜面
３１ｂ 供給側の膜面
３５ 内部空間
３５ａ 第一室
３５ｂ 第二室
５０ 制御器
５５ 制御器
７０ 報知器
８１ 濾過ポンプ
８３ 流路切替器
８５ 排出流路
８６ 戻し流路

Claims (10)

  1. 液体処理装置を用いた液体処理方法であって、
    （Ｉａ）前記液体処理装置を提供する工程、
    ここで、
    前記液体処理装置は、
    光触媒粒子を含む液体混合物を貯留するための内部空間を有する第一の槽、
    前記光触媒粒子に照射される紫外光を発光するための光源、
    濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第一室および第二室に分割された内部空間を有する第二の槽、
    前記第一の槽の前記内部空間および前記第二の槽の前記第二室の間を連通させている連通流路、
    前記第二の槽の前記第一室を減圧するための濾過ポンプ、
    流路切替器、
    前記流路切替器および前記第一の槽の前記内部空間の間を連通させている戻し流路、および
    前記流路切替器および前記液体処理装置の外部の間を連通させている排出流路
    を具備し、
    前記液体混合物は、前記第一の槽の内部空間から前記第二の槽の前記第二室に前記連通流路を通って導かれ、
    前記第一室を前記濾過ポンプにより減圧しながら、導かれた前記液体混合物を前記濾過膜により濾過して前記第二の槽の前記第一室に濾液を取得し、
    前記濾液は前記濾過ポンプにより前記流路切替器に吸引され、そして
    前記流路切替器は、前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻される循環状態および前記濾液が前記液体処理装置の外部に排出される排出状態との間で切替可能であり、
    （Ｉｂ）前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻るように前記流路切替器を前記循環状態にセットして、前記液体処理装置内で前記液体混合物を循環させる工程、および
    （Ｉｃ）前記第一の槽に含まれる前記光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、前記循環状態から前記液体処理装置の外部に濾液が排出される前記排出状態に前記流路切替器を切り替える工程
    を具備する、液体処理方法。
  2. 請求項１に記載の液体処理方法であって、さらに
    （Ｉｄ） 前記排出状態において前記光源から発光される光に前記液体混合物を照射することによって前記液体混合物を処理する工程、
    を具備する、液体処理方法。
  3. 請求項２に記載の液体処理方法であって、
    工程（Ｉｄ）では、汚染液が前記第一の槽に供給される、
    液体処理方法。
  4. 液体処理装置を用いた液体処理方法であって、
    （ＩＩａ）前記液体処理装置を提供する工程、
    ここで、
    前記液体処理装置は、
    光触媒粒子を含む液体混合物を貯留するための内部空間を有する第一の槽、
    前記光触媒粒子に照射される紫外光を発光するための光源、
    濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第一室および第二室に分割された内部空間を有する第二の槽、
    前記第一の槽の前記内部空間および前記第二の槽の前記第二室の間を連通させている連通流路、
    前記第二の槽の前記第一室を減圧するための濾過ポンプ、
    流路切替器、
    前記流路切替器および前記第一の槽の前記内部空間の間を連通させている戻し流路、および
    前記流路切替器および前記液体処理装置の外部の間を連通させている排出流路
    を具備し、
    前記液体混合物は、前記第一の槽の内部空間から前記第二の槽の前記第二室に前記連通流路を通って導かれ、
    前記第一室を前記濾過ポンプにより減圧しながら、導かれた前記液体混合物を前記濾過膜により濾過して前記第二の槽の前記第一室に濾液を取得し、
    前記濾液は前記濾過ポンプにより前記流路切替器に吸引され、そして
    前記流路切替器は、前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻される循環状態および前記濾液が前記液体処理装置の外部に排出される排出状態との間で切替可能であり、
    （ＩＩｂ）前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻るように前記流路切替器を前記循環状態にセットして、前記液体処理装置内で前記液体混合物を循環させる工程、および
    （ＩＩｃ）前記第一の槽に含まれる前記光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、前記循環状態を前記排出状態に切り替えることが可能であることを示す情報を通知する工程、
    を具備する、液体処理方法。
  5. 請求項４に記載の液体処理方法であって、
    前記情報は、汚染液を前記第一の槽に供給することが可能であることをさらに示す、
    液体処理方法。
  6. 液体処理装置であって、
    光触媒粒子を含む液体混合物を貯留するための内部空間を有する第一の槽、
    前記光触媒粒子に照射される紫外光を発光するための光源、
    濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第一室および第二室に分割された内部空間を有する第二の槽、
    前記第一の槽の前記内部空間および前記第二の槽の前記第二室の間を連通させている連通流路、
    前記第二の槽の前記第一室を減圧するための濾過ポンプ、
    流路切替器、
    前記流路切替器および前記第一の槽の前記内部空間の間を連通させている戻し流路、および
    前記流路切替器および前記液体処理装置の外部の間を連通させている排出流路
    を具備し、
    ここで、
    前記液体混合物は、前記第一の槽の内部空間から前記第二の槽の前記第二室に前記連通流路を通って導かれ、
    前記第一室を前記濾過ポンプにより減圧しながら、導かれた前記液体混合物を前記濾過膜により濾過して前記第二の槽の前記第一室に濾液を取得し、
    前記濾液は前記濾過ポンプにより前記流路切替器に吸引され、そして
    前記流路切替器は、前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻される循環状態および前記濾液が前記液体処理装置の外部に排出される排出状態との間で切替可能であり、
    前記液体処理装置は、さらに制御器を具備し、
    前記制御器は、動作時に、
    前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻るように前記流路切替器を前記循環状態にセットして、前記液体処理装置内で前記液体混合物を循環させ、かつ
    前記第一の槽に含まれる前記光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、前記循環状態から前記液体処理装置の外部に濾液が排出される前記排出状態に前記流路切替器を切り替える、
    液体処理装置。
  7. 請求項６に記載の液体処理装置であって、
    前記制御器は、動作時に、さらに
    前記排出状態において前記光源から発光される光に前記液体混合物を照射することによって前記液体混合物を処理する、
    液体処理装置。
  8. 請求項７に記載の液体処理装置であって、
    前記制御器は、動作時に、さらに
    前記排出状態において、前記第一の槽に汚染液を供給する
    液体処理装置。
  9. 液体処理装置であって、
    光触媒粒子を含む液体混合物を貯留するための内部空間を有する第一の槽、
    前記光触媒粒子に照射される紫外光を発光するための光源、
    濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第一室および第二室に分割された内部空間を有する第二の槽、
    前記第一の槽の前記内部空間および前記第二の槽の前記第二室の間を連通させている連通流路、
    前記第二の槽の前記第一室を減圧するための濾過ポンプ、
    流路切替器、
    前記流路切替器および前記第一の槽の前記内部空間の間を連通させている戻し流路、および
    前記流路切替器および前記液体処理装置の外部の間を連通させている排出流路
    を具備し、
    ここで、
    前記液体混合物は、前記第一の槽の内部空間から前記第二の槽の前記第二室に前記連通流路を通って導かれ、
    前記第一室を前記濾過ポンプにより減圧しながら、導かれた前記液体混合物を前記濾過膜により濾過して前記第二の槽の前記第一室に濾液を取得し、
    前記濾液は前記濾過ポンプにより前記流路切替器に吸引され、そして
    前記流路切替器は、前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻される循環状態および前記濾液が前記液体処理装置の外部に排出される排出状態との間で切替可能であり、
    前記液体処理装置は、さらに制御器を具備し、
    前記制御器は、動作時に、
    前記濾液が前記第一の槽に前記戻し流路を通って戻るように前記流路切替器を前記循環状態にセットして、前記液体処理装置内で前記液体混合物を循環させ、かつ
    前記第一の槽に含まれる前記光触媒粒子の濃度が第一閾値以上第二閾値以下の範囲に収まる場合に、前記循環状態を前記排出状態に切り替えることが可能であることを示す情報を通知する、
    液体処理装置。
  10. 請求項９に記載の液体処理装置であって、
    前記情報は、汚染液を前記第一の槽に供給することが可能であることをさらに示す、
    液体処理装置。
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