JPH10202257A - 光触媒水処理装置及び光触媒水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中の被処理有機物を光触媒反応により分解
するのに、光触媒反応の最大の問題点である、固体表面
反応に由来する反応効率の低さを解決し、効率よく浄化
することができる光触媒水処理装置、及びその光触媒水
処理装置を使用した有機物を分解する方法を提供する。 【解決手段】 被処理有機物の吸着能を有する吸着材
と、光触媒とを接するように担持させた円板状支持体５
を用意し、水中において該円板状支持体５表面の吸着材
に水中の被処理有機物を吸着させることにより該円板状
支持体５表面に被処理有機物を濃縮した後、該円板状支
持体５を水中から引き上げて円板状支持体５表面に紫外
光を照射することにより水酸ラジカルを生成させ、該水
酸ラジカルが吸着されている有機物の酸化分解に有効に
使われるようにし、このような被処理有機物の吸着、光
触媒反応物による分解処理を連続的に行えるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚染された地下水
などに含まれる有機汚染物質を分解して水を浄化する水
処理装置に関する。詳しくは、分解が困難な有機物、特
に有機塩素系化合物などで汚染された地下水などの水を
光触媒に接触させ、これに紫外光を照射することにより
水中の汚染物質を光触媒反応により分解して水を浄化す
る光触媒水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土壌・地下水汚染の顕在化が年々増加
し、大きな問題となっている。汚染物質は有機塩素系化
合物、重金属、ＰＣＢ、石油系炭化水素化合物、未規制
化学物質などである。特に有機塩素系化合物による地下
水汚染は深刻化を極め、その浄化が課題となっている。

【０００３】有機塩素系化合物による汚染地下水の浄化
方法としては、有機塩素系化合物が比較的揮発しやすい
ため、地下水をポンプで揚水し処理装置中で逆方向の空
気の流れに接触させて汚染物質を空気中に揮散させて除
去するエアストリッピング法がある。しかしエアストリ
ッピング法では汚染物質を分解せずにそのままの状態で
空気中に放散するだけなので、場合によっては二次汚染
を引き起こすという問題点を有する。

【０００４】その他の方法として活性炭吸着法により、
水中の有機塩素系化合物を吸着除去する方法も一般的で
ある。該活性炭吸着法により活性炭に吸着された汚染物
質は、さらに加熱分解して無害化される。この場合、加
熱分解に多大なエネルギーを必要とすること、有機塩素
系化合物等の汚染物質の分解が完全ではなく有害な有機
塩素系の中間生成物を生ずることがあり、この方法も二
次汚染の可能性があるという問題点を有する。

【０００５】さらに別の方法において、光触媒は多大な
エネルギーを必要とすることなく酸化力が強く殆どの有
機物を分解することができるため、特開平５−７６８７
７号公報、特開平７−１４８４３４号公報、特公平７−
３６９１２号公報などに見られるように廃水の処理に、
光触媒反応を利用した浄化方法を使用することが近年提
案されている。光触媒は二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸
化タングステンあるいはそれらの触媒に白金、パラジウ
ム、酸化鉄などを担持させたものなど多くのものが知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光触媒反応は光触媒上
における固体表面反応であることから、紫外光の照射に
より、強い酸化力を有する水酸ラジカルなどの中間反応
体が光触媒表面にのみ発生し、水中には殆ど存在しな
い。そのため、水中において光触媒反応により被処理有
機物の分解を行うには、水中の被処理有機物を光触媒上
に拡散等により移動させる（存在させる）必要があり、
且つ同時に紫外光を水中の光触媒表面に供給しなければ
ならない。

【０００７】しかしながら、水中における被処理有機物
を光触媒により分解するための水処理装置においては、
水中で光触媒反応を行わせるのでは光の利用効率は悪
く、且つ上記の要件は水処理装置の設計に大きな困難性
を伴うという問題がある。したがって、光触媒を用いた
水処理装置は未だ実用化には至っていないというのが現
状である。

【０００８】そこで本発明は、水中に存在する被処理有
機物を分解するための、光触媒反応を使用した光触媒水
処理装置、及びその光触媒水処理装置を使用した被処理
有機物を分解する方法において、光触媒反応の最大の問
題点である、固体表面反応に由来する反応効率の低さを
解決し、有機物で汚染された地下水などを光触媒反応に
より効率よく浄化することができる光触媒水処理装置、
及びその光触媒水処理装置を使用した有機物を分解する
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明は、被処理有機物の吸着能を有する吸着
材と、光触媒とを接するように担持させた支持体を用意
し、水中において該支持体表面の吸着材に水中の被処理
有機物を吸着させることにより該支持体表面に被処理有
機物を濃縮した後、該支持体を水中から引き上げて支持
体表面に紫外光を照射することにより水酸ラジカルを生
成させ、吸着材に吸着されている有機物の酸化分解に該
水酸ラジカルが有効に使われるようにし、このような被
処理有機物の吸着、光触媒反応物による分解処理を連続
的に行えるようにした。

【００１０】すなわち、本発明の光触媒水処理装置は、
被処理有機物を吸着することができる吸着材と光触媒と
を接した状態で担持した支持体を有し、該支持体は、水
中への浸漬と水面上への引上げが連続的にできるように
配置され、水面上に引上げられた支持体に対して紫外光
を照射することができる光源が配置されていることを特
徴とする。

【００１１】前記本発明の光触媒水処理装置において、
支持体を円板状とし、該支持体は被処理水に対し常に半
没水となるように設置して、且つ水中へ浸漬し及び水面
上へ引上げるのに該支持体を回転させて行えるように設
置することにより、連続的な光触媒反応が可能となる。

【００１２】本発明の光触媒水処理装置では、被処理有
機物を吸着する吸着材と光触媒が接した状態で支持体に
担持されているので、水中に溶解している被処理有機物
は、水中に浸漬されている部分の支持体の吸着材に吸着
されることにより濃縮され、光触媒上への存在濃度を高
めることができる。したがって、該支持体を水面上に引
上げ紫外光を照射したときの光の利用効率を高めること
ができる。

【００１３】また、本発明の水処理方法は、被処理有機
物を吸着することができる吸着材と光触媒とを接した状
態で担持した支持体を、被処理有機物が含有されている
被処理水に半没水させ、次いで該支持体を水面上に引き
上げ、且つ該支持体が少なくとも水面上に位置する時
に、紫外光を照射して、吸着材に吸着された被処理有機
物を光触媒反応により分解することを特徴とする。

【００１４】前記本発明の光触媒水処理方法において、
支持体の被処理水への半没水及び水面上への引上げは、
支持体の上下移動、回転、円周移動等によって連続的に
行うことができ、支持体が円板状である場合には支持体
を円板中心で回転させることによって、光触媒反応を連
続的に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の光触媒水処理装置におけ
る支持体に担持させる光触媒には、二酸化チタン、酸化
亜鉛、三酸化タングステンあるいはそれらの触媒に白
金、パラジウム、酸化鉄などを担持させたものが挙げら
れるが、安定性、価格、毒性を考慮すると二酸化チタン
が最も好ましい。

【００１６】吸着材及び光触媒を担持させるための支持
体は、それ自体が吸着材又は光触媒であってもよく、ま
た、吸着材又は光触媒とは別の材料であってもよい。支
持体が吸着材又は光触媒と同一の材料である場合には、
吸着材又は光触媒の何れか一方からなる支持体に、本発
明の構成成分である他方の光触媒又は吸着材を担持させ
るだけで、両者が接する状態となる。

【００１７】本発明の光触媒水処理装置において、支持
体の少なくとも一部分は、水中への浸漬と水面上への引
上げができるように配置されることにより、紫外光の照
射が水面上で行うことができ、光触媒反応における光の
利用効率を高める。このような浸漬及び引上げができる
ための支持体の形状及び配置は任意であるが、支持体を
円板状とした場合には、該円板を被処理水に対し常に半
没水となるように設置し、且つ該支持体の回転により水
中への浸漬及び水面上への引上げを連続して行うことが
できる。

【００１８】紫外光の供給源は人工光源でも、太陽光で
もよいが、人工光源は必要な照度を調整するのに効果的
な光源であり、また、太陽光は、エネルギーコストを低
減させる上に効果的な光源である。

【００１９】本発明の光触媒水処理装置の作用につい
て、円板状の支持体を用いた場合を例にして、以下に具
体的に説明する。

【００２０】光触媒と被処理有機物の吸着能を有する吸
着材を接した状態で担持した円板状の支持体を半没水状
態で回転させ、該支持体が水中を回転している間に支持
体上の吸着材に水中の被処理有機物を吸着させる。水中
に没していた部分の支持体がさらに回転して水面上に浮
上してくると、支持体表面に紫外光が直接照射され、支
持体上の光触媒表面において光触媒反応が活発となり、
酸化力の強い水酸ラジカルなどの中間反応物が生成し、
光触媒に近接する吸着材に吸着された被処理有機物が中
間反応物により酸化分解される。

【００２１】光触媒と吸着材を接する状態で支持体上に
担持させることで、支持体を被処理水に浸漬したときに
被処理有機物を濃縮させて光触媒表面に接して存在させ
ることができ、且つ支持体の浸漬及び引上げを行うとき
に紫外光を効率よく供給できるため、光触媒反応が非常
に効率的（光エネルギーの利用効率が高い）に行われ
る。

【００２２】本発明の光触媒水処理装置を用いた紫外光
の照射により、吸着された被処理有機物が最終酸化物で
ある二酸化炭素や水にまで分解され、また被処理有機物
が塩素系有機物である場合には、二酸化炭素、水、塩化
水素にまで分解されるため、吸着材は光触媒反応により
再生された形となる。続いて支持体が被処理水中に移動
したとき、再び吸着材は有機物を吸着でき、本発明の光
触媒水処理装置は繰返し使用が可能となる。

【００２３】本発明の光触媒水処理装置における支持体
の被処理水への浸漬及び引上げについて、円板状支持体
を用いた場合、半没水状態で回転させることで、水中の
被処理有機物の支持体上への吸着と、吸着された被処理
有機物の光反応による酸化分解と、吸着材の再生を連続
的に行うことができる。このような円板状支持体の回転
は、被処理水を攪拌混合させる効果を生じるため、支持
体上の吸着材への有機物の拡散吸着、即ち均一な吸着が
促進される。

【００２４】本発明の光触媒水処理装置によれば、汚染
地下水に含まれる有機物、特に有機塩素系化合物を、中
間生成物を生じさせずに、水や二酸化炭素、或いは塩化
水素などの最終酸化物まで分解が可能となるので、塩素
含有中間有機物等の生成による二次汚染を起こさない環
境調和型のクリーンな処理ができる。

【００２５】

【実施例】図１は本発明による光触媒水処理装置の一例
を示す概念図であり、図２はその分解図である。１は処
理槽であり、該処理槽１内に被処理有機物を含む被処理
液２を供給するための被処理液流入部３、及び光触媒反
応により分解処理された被処理液２を排出するための被
処理液流出部４が設けられている。５は光触媒および吸
着材を担持した円板状支持体であり、複数の円板状支持
体５が平行に一定間隔で回転軸６に取り付けられてお
り、回転軸６の回転により円板状支持体５も同時に回転
するようになっている。円板状支持体５は処理槽１内の
被処理液２に対して半没水で設置されている。

【００２６】処理槽１の上部にはカバー７が取り付けら
れている。カバー７の内側には紫外光源８が取り付けら
れており、円板状支持体５の表面に紫外光を照射できる
ようになっている。なお、太陽光を利用する場合には、
カバー７は無くてもよく、或いは紫外光を透過するよう
な材質のカバー７を設けてもよく、紫外光源８を併用し
てもよい。

【００２７】紫外光源８は４００ｎｍ以下の波長を持っ
た光が得られる人工光源などが使用される。紫外光源８
には太陽光、ブラックライト、ハロゲンランプなどが使
用可能であるが、本発明は特に限定するものではない。

【００２８】円板状支持体５の一実施例を以下に述べ
る。すなわち、まずカーボン粉末を板状に成形し、炭
化、賦活して得た多孔質の活性炭成形体の表面にチタニ
アゾルをコーティングした後、加熱、焼成することによ
り、二酸化チタン膜を有する活性炭成形体を得る。この
二酸化チタン膜を表面に担持した活性炭成形体を円板状
に形成して円板状支持体５とする。

【００２９】なお、吸着材としては活性アルミナ、シリ
カなどを用いることもでき、本発明は吸着材を限定する
ものではない。

【００３０】多孔質の吸着材である活性炭などへの二酸
化チタン膜の被覆方法は、上記以外の方法では、例え
ば、特開平８−１９６９０３号公報、活性炭などへの二
酸化チタン膜の担持方法には、例えば、特開平８−２１
５５６３号公報に記載の方法を用いることができる。上
記の二酸化チタン膜を表面に担持した活性炭支持体の作
成方法は一例であり、光触媒と有機物吸着材が接した状
態で支持体上に担持できる方法であれば良く、本発明に
おいて特に限定するものではない。

【００３１】図１の光触媒水処理装置の円板状支持体５
を回転軸６を中心軸にして回転させて、同時に紫外光源
８により紫外光を照射する。このとき、被処理液２に浸
漬されている円板状支持体５は、被処理液２中の被処理
有機物を吸着し、濃縮する。次いで、回転により円板状
支持体５が水面上に引き上げられ、同時に紫外光源８に
より紫外光が照射される。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、分解が困難な有機物を
含む被処理水、特に有機塩素系化合物に汚染された地下
水などを、多大なエネルギーを必要とすることなく、且
つ、有害な中間生成物を生ずるような二次汚染を起こす
ことなく、処理することができ、被処理有機物を完全に
無機物にまで容易に分解し、被処理水を浄化することが
できる。したがって、環境に負荷をかけないクリーンな
環境調和型の処理が可能である。

【００３３】本発明の被処理有機物を含む被処理水の浄
化処理において、薬剤などを全く使用しないので運転コ
ストが低く、太陽光を利用することも可能なので更に運
転コストを低減できる。

【００３４】本発明によれば、従来の光触媒反応を適用
した水処理方法に比較して光エネルギーの利用効率を高
めることができ、装置のコンパクト化、運転コストの低
減ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒水処理装置の一例を示す概念図
である。

【図２】図１の分解図である。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 被処理液 ３ 被処理液流入部 ４ 処理済液流出部 ５ 円板状支持体 ６ 回転軸 ７ カバー ８ 紫外光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理有機物を吸着することができる吸
   着材と光触媒とを接した状態で担持した支持体を有し、 該支持体は、水中への浸漬と水面上への引上げが連続的
   にできるように配置され、 水面上に引上げられた支持体に対して紫外光を照射する
   ことができる光源が配置されていることを特徴とする光
   触媒水処理装置。
2. 【請求項２】 前記支持体は円板状であり、被処理水に
   対し常に半没水となるように設置され、且つ水中への浸
   漬及び水面上への引上げは該支持体の回転により行われ
   るように設置されている請求項１記載の光触媒水処理装
   置。
3. 【請求項３】 被処理有機物を吸着することができる吸
   着材と光触媒とを接した状態で担持した支持体を、被処
   理有機物が含有されている被処理水に半没水させ、 次いで該支持体を水面上に引き上げ、且つ該支持体が少
   なくとも水面上に位置する時に、紫外光を照射して、吸
   着材に吸着された被処理有機物を光触媒反応により分解
   することを特徴とする光触媒水処理方法。
4. 【請求項４】 前記支持体の被処理水への半没水及び水
   面上への引上げは、円板状の支持体の回転により連続的
   に行うことを特徴とする請求項３記載の光触媒水処理方
   法。