JPH06170360A

JPH06170360A - 水中異臭味物質の分解方法

Info

Publication number: JPH06170360A
Application number: JP35207492A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kitamura; 雅紀北村; Yuko Fujita; 雄耕藤田
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】水に含まれている異臭味物質を効果的に分解
除去するとともに、長期間有効な浄水効果を有する水中
異臭味物質の分解方法を提供する。【構成】水に溶解している異臭味物質を光照射されて
いる光触媒により分解させることを特徴とする異臭味物
質の分解方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湖沼，河川，井戸など
の水中または、これらの水源からの水を原水とする上水
道中に含まれる、カビ臭の原因となる異臭味物質およ
び、上水の上水処理プロセスまたは配水管中などで生成
するカルキ臭の原因となる異臭味物質、を分解除去する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に都市部において、上水の原水
となる湖沼や河川の水質の悪化が問題となっている。こ
のような水質の悪化にともない、これらの水源を原水と
する上水中に、異臭味物質が混入または生成することが
ある。例えば夏期には、２−メチルイソボルネオールや
ジオスミンなどの強いカビ臭を発する物質がしばしば混
入する。また、微量のフェノールが混入したりアンモニ
ア性窒素が混入すると、上水処理プロセス中または配水
管中で、消毒用に加えられている塩素と結合し、いわゆ
る結合塩素となり、強いカルキ臭を発する（小島，化学
工学，５５，９，６９１（１９９１））。

【０００３】尚、ここで言うアンモニア性窒素とは、一
級、二級および三級のアミン類のことである。また、ア
ミン類にはアンモニアを含む。

【０００４】これらの異臭味物質の特徴は、ごく低濃度
でも強く発臭し、その臭気を感じる限界の閾値濃度も非
常に低いことが挙げられる。例えば、２−メチルイソボ
ルネオールの場合は、通常上水中に１０ｐｐｔのオーダ
ーで含まれていると、かび臭として認識され、飲用とし
ては極端にまずい水となることが分かっている。また、
その閾値濃度も５ｐｐｔ程度であり、現行の急速濾過方
式の浄水方法では処理できない。このような異臭味物質
をとり除く目的で、従来各家庭において浄水器を設置し
ている。

【０００５】このような浄水器には通常、活性炭吸着式
のものが用いられている。すなわち上水を活性炭層を通
すことにより、活性炭上に異臭味物質を物理的に吸着、
除去しようとするものである。また、活性炭層に細菌が
増殖する問題がしばしば起こるため、細菌が通ることの
できない中空糸状フィルターを併用したものが一般的に
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来用い
られている活性炭吸着法は、物理的に吸着する方法であ
るため、吸着処理を繰り返すたびに、異臭味物質の除去
性能は徐々に低下し、吸着層の処理能力の範囲内の処理
量でも、寿命末期にはほとんど除去能力がなくなるとい
う問題があった。

【０００７】そのため、この吸着層をひんぱんに新しい
ものと交換せねばならず、経済性に欠けるといった問題
もある。

【０００８】また、活性炭は異臭味物質のみならず、上
水中に細菌が増殖することを防ぐために加えられている
残留塩素をも除去するため、吸着層内に処理水が滞留す
ると、細菌が増殖する問題があった。このことは飲用，
調理用などに用いられることを考慮すると、衛生上問題
がある。

【０００９】またこの細菌の増殖を防止するため、中空
子状フィルターを用いて細菌が通過できないようにした
り、また活性炭に銀などの金属を担持して抗菌性を付与
したりするものがあるが、前者は活性炭層に細菌が増殖
することには何ら変わりなく、後者は銀などの重金属が
溶出する危険があり、いずれもその信頼性に欠けるとい
った問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、水を光照射さ
れている光触媒で処理することによって異臭味物質を分
解し、上述の如き問題を解決しようとするものである。

【００１１】

【作用】半導体にそのバンドギャップ以上のエネルギー
を有するしかるべき波長の光を照射し、半導体中に生成
した電子−正孔ペアが、半導体と接する溶液種の酸化還
元反応を促進する半導体光触媒は、たとえば、排水の浄
化処理（特公平２−５５１１７，特公平３−４６１１
９）、超純水の製造（特開昭６２−１９３６９６）、車
室内の脱臭（特開昭６３−８０８３３）、水の殺菌（特
開昭６１−７６１６０）、などの応用が提案されてい
る。

【００１２】この半導体光触媒の反応は、いくつかの特
徴があるが、その中でも最大の特徴は非常に強い酸化力
を持っていることである。たとえば、光触媒となり得る
さまざまな半導体のうち、化学的安定性に優れる酸化チ
タンの場合、近紫外光の照射下で、溶液種から電子を引
き抜く正孔は、３．０Ｖ（標準水素電極電位基準）のポ
テンシャルエネルギーを持つことが知られている。これ
は、０₂／Ｈ₂Ｏの１．２３Ｖ，０₃／０₂の２．０７
Ｖと比較してもわかるように、理論上かなりの難分解性
物質をも酸化する能力がある。実際、難分解性化合物と
して知られるＬＡＳ，ＰＣＢ（泉，電気化学，５３，
３，１７８（１９８５））、トリクロロエチレンなどの
有機塩素系化合物（田中，水処理技術，３２，２，６１
（１９９２））、などの分解反応が、それぞれ報告され
ている。逆に、たとえば水中に溶解している有機物を除
去しようとする場合に、この強い酸化力のため、ほとん
どの有機物が酸化分解され、好都合であると考えられ
る。

【００１３】このような半導体光触媒反応の従来公知の
技術、特に水中の溶存有機物質の分解に関する技術にお
いて、処理しようとする有機物質にはさまざまなものが
提案されている。しかし、これらの応用で考えられてい
る被処理汚染物質は、そのほとんどが環境負荷の重いも
の、または人体の健康に対して有害であるものである。
例えば、パルプ排水（特公平３−４６１１９）などの排
水処理の分野では、ＣＯＤ値が数百ｐｐｍ程度の有機物
雑排水であるし、有機塩素系化合物（田中，水処理技
術，３２，２，６１（１９９２））の希薄溶液の場合も
その濃度は数ｐｐｍ程度のオーダーである。これらは、
その産業上の利用分野を考えると、汚染物質の濃度は、
低いものでも１０ｐｐｂ以下の程度にまで低減すれば、
十分な効果が得られるものである。

【００１４】しかしながら、従来の技術の項でも述べた
ように、水中の異臭味物質は１ｐｐｂ以下、さらに通常
は１００ｐｐｔ以下の濃度領域でしか含まれることはな
く、このような希薄な濃度領域では、その反応速度が濃
厚溶液の場合のものを必ずしも適用できないと考えられ
る。さらには、異臭味物質を含む水においては、異臭味
の原因物質以外に、むしろより高い濃度で他の不純物を
含んでいると考えられる。

【００１５】そこで本発明者らは、この強い酸化力を有
する半導体光触媒で、水中の異臭味物質をいわば選択的
に分解させることを試み、誠意研究の結果、光触媒によ
る上水などの水中に含まれる異臭味物質の処理が非常に
有効な方法であることを見いだし、本発明に至った。

【００１６】本発明にかかる異臭味物質の分解方法は、
例えば、光触媒を担持や充填をした反応器に光源から光
を照射し、異臭味物質を含む水を反応器中を通過させる
ことにより実施することができる。これを図１により詳
述する。

【００１７】まず反応器１は、石英，ホウケイ酸，ソー
ダなどのガラス材料または、アクリル系，塩化ビニル系
などの透光性をもったプラスチックなどの材料で構成さ
れる。またはプラスチック，金属，セラミックなどの材
料に、前述の透光性材料からなる光透過窓を設けた構成
としてもよい。また、反応器中には、光触媒が粉末状，
粒状で充填されるか、または支持体や反応器そのものに
固定化された形で存在する。反応器１は、光源の強さ，
光照射の効率，試料水の滞留時間，圧力損失などの条件
から、球状，円筒状，角柱状，管状，平板状，円盤状ま
たは、これらの中空状の形状とする。特に、円筒状の中
空形状，平板状または、管状のスパイラル形状など、と
すると有効なことがある。また光触媒が脱落し、処理水
中に混入することを防ぐため、フィルターを併用するこ
とも有効である。

【００１８】また、光触媒２には、ＴｉＯ₂，ＺｎＯ，
ＳｒＴｉＯ₃，ＣｄＳ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，Ｂ
ａＴｉＯ₃，Ｋ₂ＮｂＯ₃，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，
ＷＯ₃，ＳｎＯ₂，Ｂｉ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，Ｃｕ₂Ｏ，Ｓ
ｉＣ，ＳｉＯ₂，ＭｏＳ₂，ＩｎＰｂ，ＲｕＯ₂，Ｃｅ
Ｏ₂など、およびこららの光触媒粉末にＰｔ，Ｒｈ，Ｒ
ｕＯ₂，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｓｎ，ＮｉＯなどの金属及び金属
酸化物を担持したもの、など従来公知のものがすべて適
応できる。特に、その光触媒活性，安全性，入手し易
さ，などの条件から、ＴｉＯ₂，ＳｒＴｉＯ₃などが好
ましい。また、これらの光触媒に酸素の還元反応を促進
する反応のメディエーターを加えると有効なことがあ
る。光触媒２は、粉末状、膜状、多孔質状などさまざま
な形状を取り得るが、被処理水との分離、取扱いやす
さ、光励起の効率などを考慮すると、プラスチック，セ
ラミックやガラスなどの支持体上に固定化された膜状ま
たは多孔質状のものが好ましい。

【００１９】次に、光源３には、用いる光触媒を励起し
得る光源たとえば、白熱灯などのフィラメントランプ、
水銀灯，キセノン灯などの高輝度放電灯、蛍光灯，ブラ
ックライト，殺菌灯などの蛍光灯類、レーザー光源など
の人工光源または、太陽光の自然光源を用いることがで
きる。また自然光源の補助光源として人工光源を同時に
使用してもよい。

【００２０】そこで、本発明において、光触媒を用いる
意義は、まず第一に、光触媒が異臭味物質に対して非常
に強い酸化力をもつことが挙げられる。上水中に含まれ
る異臭味物質は、極微量で強い臭気となる物質が多い
が、光触媒はこのような極微量の物質にもかかわらず非
常に有効に作用し、すみやかに分解するからである。ま
た、異臭味物質のみならず、他の混入している有機物に
対しても作用し、他の有害有機物質の除去といった浄化
の役割をはたしているとも考えられる。さらに、この酸
化力は処理水が滞留している場合も、光照射のあるかぎ
り作用するため、細菌の増殖を未然に防ぐことにもな
る。

【００２１】第２に、これらの作用がすべて触媒反応で
あることが挙げられる。物理的吸着法や化学的な薬剤に
よる処理と異なり、触媒そのものはなんら変化しないこ
とから、連続的にかつ、長期間使用し続けることが可能
となる。つまり、一定量の触媒あたりの処理量が大き
く、このことはランニングコストの低減に大いに寄与す
る。

【００２２】第３に、光触媒には、人体に全く無毒のも
のを用いることができる点である。万一、何らかの理由
で触媒が処理水中に混入しても、衛生上何ら問題がない
システムとすることが可能となる。たとえば、ＴｉＯ₂
は主として白色の顔料として、ホワイトチョコレートな
どの食品添加物として認可されており、全く無害である
ことが知られている。

【００２３】以上、詳述してきたように、本発明は上水
中の異臭味物質を分解する方法として、好適な条件を満
足する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。

【００２５】［実施例１］まず、試料水には、残留塩素
を０．２ｐｐｍ程度含む上水中に、２ーメチルイソボル
ネオールとジオスミンをそれぞれ１００ｐｐｔの濃度と
なるように溶解させた水を用いた。次に、本発明を実施
する実験系には、図２に示すような実験系を用いた。こ
こで、光触媒には、チタンテトライソプロポキシドを反
応器内で加水分解し、内壁に酸化チタンゾルを付着せし
め、５００℃で焼成して固定化するとともに結晶化させ
て得られた、ゾルゲル法の酸化チタンを用い、反応器に
は、内径１０ｍｍ硬質ガラス管５ｍを直径１０ｃｍのス
パイラル形状に巻いたものを用いた。光源には、２ｋＷ
高圧水銀ランプを用い、反応器のスパイラル中に設置し
た。

【００２６】そこで、高圧水銀ランプからの光照射を行
いながら、試料水を１分間１リットルの流速で被測定水
注入口より導入し、処理後の２ーメチルイソボルネオー
ルトジオスミンの濃度をガスクロマトグラフ質量分析装
置で分析したところ、５ｐｐｔ以下の検出限界以下であ
った。

【００２７】［実施例２］まず実験系には、図３に示し
たような系を用いた。反応器は、石英ガラス製の内径１
００ｍｍ，外径１２５ｍｍ，長さ１５０ｍｍ，内容積３
００ｍｌの円筒シリンダ状二重管構造とした。光源に
は、１ｋＷメタルハライドランプを用いた。光触媒に
は、セラミックマット中にアナターゼ型の酸化チタンを
固定化した光触媒体を用い、反応器シリンダ中央に配設
した。

【００２８】次に、光触媒体は次のように調製した。ま
ず、光触媒粉末にアナターゼ型酸化チタン（比表面積５
０ｍ３／ｇ、粒子径０．０３μｍ）を用い、この１００
ｇを１リットルの水に懸濁し、水スラリーとし、これを
面積１６００ｃｍ２（４００ｍｍ×４００ｍｍ）、厚さ
３ｍｍのセラミックマット基体に含浸し、乾燥して光触
媒粉末を担持した。次に、テトラエトキシシラン３０ｇ
を６００ミリリットルのエタノールに溶解しここに、３
０００ミリリットルのエタノール、３０ミリリットルの
水及び、４．５ミリリットルの濃塩酸の混合溶液を加
え、加水分解しシリカゾルを得た。このシリカゾルに、
あらかじめ酸化チタンを含浸、担持したセラミックマッ
トを浸積し、すばやく引き上げて５０℃、１時間乾燥処
理し溶媒のアルコールを飛ばした後、４００℃、２時間
熱処理して光触媒体とした。

【００２９】試料水には、京都市の上水をそのまま用
い、１．５ｌ／ｍｉｎの流速で反応器内に導入した。そ
の処理前後の官能試験を行ったところ、処理後のかび臭
および塩素臭について、顕著な脱臭効果が認められた。
また、５日間の通水後も、その効果に全く変化はみられ
なかった。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、湖沼，河
川，井戸などの水中または、これらの水源からの水を原
水とする上水中に含まれる、カビ臭の原因となる異臭味
物質および、上水の上水処理プロセスまたは配水管中な
どで生成するカルキ臭の原因となる異臭味物質、を分解
除去する方法に関するものである。本発明によれば、上
水中に含まれて、不快な異臭味物質を、効果的に分解除
去し、しかも従来の方法では短かかった浄水効果を、長
期間有効に保つことができる。本発明の価値は極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法にかかる、異臭味物質の分解装置
の概念図である。

【図２】本発明の第１の実施例にかかる、水中異臭味物
質の分解装置の外観を示した図である。

【図３】本発明の第２の実施例にかかる、水中異臭味物
質の分解装置の外観を示した図である。

【図４】本発明の第２の実施例にかかる、水中異臭味物
質の分解装置の断面構造を示した図である。

【符号の説明】

１反応器２光触媒３光源４被処理水導入口５被処理水排出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水に溶解している異臭味物質を光照射さ
れている光触媒により分解させることを特徴とする異臭
味物質の分解方法。
【請求項２】異臭味物質が溶解している水が都市上水
である、請求項１記載の異臭味物質の分解方法。
【請求項３】異臭味物質が２−メチルイソボルネオー
ルおよび、またはジオスミンである、請求項１記載の異
臭味物質の分解方法。
【請求項４】異臭味物質がその水素の一部または全部
が塩素と置換したアミン類である、請求項１記載の異臭
味物質の分解方法。