JPH10249336A - 光触媒を用いた水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒により浄化処理された被処理水と光触
媒微粒子の分離のための巨大な沈殿槽（分離槽）を必要
とすることなく、効率的にその分離を行うことができる
光触媒微粒子を懸濁させた水処理方法及び水処理装置を
提供する。 【解決手段】 本発明の水処理装置は、被処理水に光触
媒微粒子２を懸濁させた状態で光照射下で浄化処理する
ための内部に光照射装置が配置された処理区画と、光触
媒微粒子２を透過せずに被処理水１を透過して外部へ透
過水１１として取り出すことができる分離膜７が内部に
配置された分離区画を有する。前記処理区画と、前記分
離区画は互いに通路により連通されている。本発明によ
れば、巨大な沈澱槽（分離槽）を必要とすることなく、
光触媒の粒径を数ｍｍ以下、更にはミクロン以下とする
ことができるので、反応性に優れ、効率のよい水処理が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚染された水道
水、地下水、河川、或いはゴミ浸出水、し尿、下水、各
種産業排水などの汚染物を含む水の浄化のための水処理
方法及び水処理装置に関する。詳しくは、汚染物を含む
被処理水に光触媒微粒子を懸濁させて光照射下で浄化処
理するための水処理方法及び水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理水中の有害有機物や微生物類等の
汚染物を浄化処理する方法として、従来、活性炭による
吸着法、オゾンや塩素等による酸化処理法が利用されて
いた。これらの方法は多大なエネルギーを要したり、使
用する薬剤自体に毒性があったり、有害な中間生成物を
生ずることがあるという問題を有していた。

【０００３】近年、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５−７６８７７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、有害有機物や微生物類等の汚染
物を含む汚染水や排水の浄化処理に、光触媒の存在下に
光を照射して、これらの汚染物の分解あるいは滅菌させ
る水処理方法が提案されている。

【０００４】この光触媒を用いた方法には下記の三つの
手法がある。

【０００５】（１）光触媒微粒子を被処理水中に懸濁さ
せて使用する方法 （２）光触媒微粒子をガラス等の光透過性多孔材料又は
繊維状の支持材の中に充填して光触媒粒子が被処理水中
に分散しないように固定して使用する方法 （３）板状あるいはファイバー状のガラス、セラミック
等の支持材表面に光触媒微粒子を担持させて使用する方
法 前記（１）の光触媒微粒子を懸濁させる方法は、微粒子
の光触媒が懸濁状態であるため、光触媒の有効表面積が
大きく、そのため光触媒活性が他の方法に比べて最も高
いという利点があるが、浄化された水と懸濁された光触
媒を分離する点で難がある。光触媒の存在下に光を照射
して水中の有害物質や微生物類を分解あるいは死滅させ
る場合、通常の触媒反応と同様に光触媒の粒径が小さい
ほど（比表面積が大きいほど）効果が高いとされてい
る。しかしながら、用いた光触媒の粒径が小さくなれば
なるほどその分離回収は困難性を増すことになる。

【０００６】即ち、光触媒微粒子を分離回収する方法と
して、沈降分離法が一般的に使われているが、活性の高
い微粒子ほど沈降分離が困難になり、非常に大きな沈殿
槽（分離槽）が必要になる。

【０００７】前記（２）の支持材中に光触媒微粒子を充
填して固定したものを使用する方法は、取り扱いやすい
という利点があるが、光触媒反応に必須の光が充填層の
内部の光触媒に供給できず、効率のよい光触媒反応が行
えないという致命的な問題がある。

【０００８】前記（３）の支持材表面に光触媒微粒子を
担持させて使用する方法は、光触媒微粒子の分離回収の
必要性がないという利点がある。ところで、光触媒微粒
子を担持させるには、光触媒微粒子（例えばＴｉＯ
₂ 等）を水ガラス等のバインダーを用いて、板状、ファ
イバー状の支持材（例えば石英ガラス等のガラス材やセ
ラミック等）の表面に塗布するか、二酸化チタン前駆体
としての有機チタン化合物を支持材の表面に塗布した
後、焼成して作られる。このように、担持操作が複雑で
またそのためのコストが高価であるという難点があり、
しかも、得られる触媒の活性は低く、また、触媒成分が
徐々に剥離していくため、活性が低下するといった点で
問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題点を解決すべく、上記（１）の光触媒微粒子を懸濁さ
せて水処理を行う方法をさらに改良し、光触媒反応によ
り浄化処理された被処理水と光触媒微粒子の分離のため
の巨大な沈殿槽（分離槽）を必要とすることなく、効率
的にその分離を行うことができる水処理方法及び水処理
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、本発明の水処理方法は、光触媒微粒子を被処
理水中に懸濁させ、光照射下に被処理水中の有害物を浄
化処理する方法において、被処理水と光触媒微粒子の分
離に、光触媒微粒子を透過せずに被処理水を透過するこ
とができる分離膜を使用することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の水処理装置は、光照射装置
を有し、光触媒微粒子を被処理水中に懸濁させてなる懸
濁液を収容することができ、且つ光照射下で浄化処理す
ることができる処理区画と、光触媒微粒子を透過せずに
被処理水を透過して外部へ透過水として取り出すことが
できる分離膜が内部に配置された分離区画を有し、前記
処理区画と、前記分離区画は互いに通路により連通され
ていることを特徴とする。

【００１２】本発明の水処理装置において、前記処理区
画と前記分離区画とは別体で構成されていてもよく、ま
た内部にこれらの区画が設けられたものでもよい。

【００１３】本発明の水処理装置において、内部の光触
媒微粒子の懸濁液が攪拌混合されるための攪拌手段が設
けられていてもよく、このような手段は、光照射装置が
回転可能となるようにした回転手段、光照射装置の下方
に設けられたガスバブリング装置、分離膜が回転可能と
なるようにした回転手段、及び分離膜の下方に設けられ
たガスバブリング装置から少なくとも一つの手段を選ぶ
ことができる。これらの攪拌手段は、光触媒微粒子と被
処理水との混合、光照射装置の汚れ防止及び光触媒反応
の活性化に有効である。

【００１４】本発明で使用することのできる光触媒微粒
子は、粒径が数ｍｍ以下、更にはミクロン以下の微小粒
径の光触媒であり、そのため反応性に優れ、かつ、本発
明では分離膜が採用されるのでこの微小粒径の光触媒の
系外への流出を防止でき、光触媒微粒子の損失がない。
又、光触媒微粒子を回収するための大型の沈降分離装置
等を必要としない利点を有している。

【００１５】更に、本発明の水処理装置は、分離膜ある
いは光照射装置を回転させるか、あるいは空気等のガス
バブリングにより、それらの表面の付着物を剥離させる
ことによって閉塞することなく、長期の安定した分離性
能及び安定した触媒活性を保持した状態で運転が可能で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に示す
水処理装置、及び本発明のさらに別の実施の形態を図２
に示す水処理装置に添って説明する。

【００１７】図１において、有害物を含有する被処理水
１は光触媒微粒子２が懸濁する反応器３内に供給され
る。尚、光触媒反応を促進するために、反応器３内に酸
又はアルカリを添加してｐＨを調整したり、過酸化水素
等の酸化剤を添加してもよい。

【００１８】図１に示される水処理装置は、内部が仕切
板４で二つに区切られ、上部と下部で連通した２室（Ａ
室、Ｂ室）からなる反応器３を構成している。Ａ室内に
は電源５に接続された光照射ランプ６が配置され、光照
射によって有害物質が分解され浄化される。処理された
被処理水１はＢ室内に浸漬された分離膜７によって、水
のみが透過水１１として分離され、透過水ライン１０を
介して外部へ取り出される。このため光触媒微粒子２は
流出することなく、Ａ室へ循環される。

【００１９】尚、反応器３のＡ室の底部からは光触媒微
粒子２と被処理水１との混合、光照射ランプ６の汚れ防
止及び光触媒反応を早めるために、空気又はオゾン含有
空気８が供給される。場合によっては空気による攪拌に
代わって攪拌機を設けてもよい。また、Ｂ室の底部から
は分離膜７表面に付着する光触媒微粒子２やその他の粒
子を剥離するために空気又はオゾン含有空気９が供給さ
れる。

【００２０】尚、図１の水処理装置では反応器３を仕切
板４で区切ってＡ室、Ｂ室としたが、本発明の別の態様
では、図２に示す水処理装置のように、二つの槽（光触
媒反応槽１２，分離槽１３）に分けてもよく、この場
合、光触媒反応槽１２内の被処理水はライン１４を介し
て分離槽１３へ供給され、さらにライン１５を介して光
触媒反応槽１２へ循環される。図２に示す水処理装置の
効果は図１の水処理装置の場合と同じである。

【００２１】本発明に使用される分離膜としては回転膜
あるいは固定膜が使用される。また、膜の種類として
は、平膜、チューブラー、フォローファイバー等のＵＦ
膜、ＭＦ膜、ＲＯ膜等が挙げられる。一般に、油エマル
ジョン、ラテックス、大腸菌、ブドウ状球菌等が含まれ
る被処理水にはＭＦ膜が適しており、各種ウィルス、し
尿処理液、中水道、コロイダルシリカ等が含まれる被処
理水にはＵＦ膜が適しており、各種低分子成分が含まれ
る被処理水にはＲＯ膜が適している。これらの分離膜は
通常、流速と圧力をかけることにより、処理水が得られ
る。

【００２２】本発明に使用される光触媒微粒子として
は、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タングステン等の
酸化物、硫化カドミウム、硫化亜鉛等の金属硫化物ある
いはこれらに白金、金、パラジウム等を担持した触媒の
微粒子を使用することができる。又は比表面積の大きな
アルミナやシリカ等の多孔牲物質の微粒子の表面に二酸
化チタン等の触媒成分を担持させたものを使用すること
もできる。一般的には比較的安価であり、かつ毒性がな
く取り扱い易い二酸化チタン微粒子が使用される。光触
媒微粒子の粒径としては細かいほど活性であるが、通
常、0 ．０１μｍ〜数ｍｍのものが使用される。また、
光触媒微粒子の使用量としては０．１〜１００ｇ／ｌ、
好ましくは０．５〜３０ｇ／ｌ程度である。

【００２３】また、照射する光は使用する半導体物質
（二酸化チタン等の光触媒成分）を励起する波長（可視
及び／又は紫外光）を含むものであれば使用でき、具体
的な光源としては低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンラ
ンプ、殺菌灯、ハロゲンランプ、太陽光、エキシマレー
ザ光等を用いることができる。

【００２４】図１及び図２の水処理装置では光照射ラン
プを槽内に設置する場合を示したが、光照射ランプを外
部に設置し、反応槽の上部又は側面より照射してもよ
い。あるいは光照射ランプの光を光ファイバー等で伝送
し、水処理装置内に設置した発光担体（棒状、管状ある
いは板状のガラス又は光透過性プラスチック等）に供給
して水処理装置内に照射してもよい。そしてこの発光担
体の汚れを防止するために、あるいは水処理装置内の攪
拌のために発光担体を回転させて使用してもよい。

【００２５】

【実施例】本発明の効果を次の実施例により詳述する。

【００２６】図１に示す水処理装置の反応器３（Ａ室：
５リットル，Ｂ室３リットル）に０．０２ｐｐｍのクロ
ロホルムを溶解させた水道水を毎分０．１リットルの割
合で供給した。光照射ランプ６は石英保護管を備えた１
０Ｗの低圧水銀灯５本を使用した。光触媒微粒子２とし
ては、平均粒径約５μｍの二酸化チタン触媒を使用し、
触媒量としては被処理水１リットル当たり１ｇとした。

【００２７】また、光触媒微粒子２と被処理水１の分離
にはポリオレフイン系（公称径０．４μｍのＭＦ膜）の
固定浸漬平膜（分離膜７）を使用し、毎分０．１リット
ルの速度（Ｆｌｕｘ：０．５ｍ³ ／ｍ² ・ｄ）で吸引し
て透過水（処理水）１１を得た。尚、Ａ室、Ｂ室の底部
より光照射ランプ６の汚染防止及び分離膜７の閉塞防止
のために空気の気泡を供給して１ケ月間の連続運転を行
った。その結果、クロロホルムの分解率は９５％以上で
あり、また１か月経過時において分離膜７の閉塞もな
く、順調に被処理水１を処理することができた。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光触媒微粒子を被処理
水中に懸濁させて水処理を行う方法及び装置であるにも
かかわらず、光触媒により浄化処理された被処理水と光
触媒微粒子の分離のために巨大な沈澱槽（分離槽）を必
要とすることなく、効率的にその分離を行うことができ
る。

【００２９】本発明によれば、使用可能な光触媒の粒径
を数ｍｍ以下、更にはミクロン以下とすることができる
ので、そのため反応性に優れ、かつ、分離膜によってこ
の微小粒径の光触媒を系外への流出が防止できるので、
光触媒の揖失がない。

【００３０】本発明によれば、本発明の水処理装置内に
液体攪拌手段を設けることにより、分離膜あるいは光照
射装置の表面の付着物を剥離させることによって閉塞す
ることなく、長期の安定した分離性能及び安定した触媒
活性を保持した状態で運転が可能である。

【００３１】本発明によれば、光触媒を使用しているの
で、多大なエネルギーを使用することもなく、また有毒
な薬剤を使用しないので、水道水、地下水等の上水向け
やゴミ浸出水、し尿、下水、各種工場排水等の有機物の
分解、酸化処理に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の形態を示す水処理装置であ
る。

【図２】本発明の別の実施例の形態を示す水処理装置で
ある。

【符号の説明】

１ 被処理水 ２ 光触媒微粒子 ３ 反応器 ４ 仕切板 ５ 電源 ６ 光照射ランプ ７ 分離膜 ８，９ 空気又はオゾン含有空気 １０ 透過水ライン １１ 透過水（処理水） １２ 光触媒反応槽 １３ 分離槽 １４ ライン １５ ライン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光触媒微粒子を被処理水中に懸濁させ、
   光照射下に被処理水中の有害物を浄化処理する方法にお
   いて、浄化された被処理水と光触媒微粒子の分離に、光
   触媒微粒子を透過せずに被処理水を透過することができ
   る分離膜を使用することを特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】 光照射装置を有し、光触媒微粒子を被処
   理水中に懸濁させてなる懸濁液を収容することができ、
   且つ光照射下で浄化処理することができる処理区画と、 光触媒微粒子を透過せずに被処理水を透過して外部へ透
   過水として取り出すことができる分離膜が内部に配置さ
   れた分離区画を有し、 前記処理区画と、前記分離区画は互いに通路により連通
   されていることを特徴とする水処理装置。
3. 【請求項３】 前記処理区画と前記分離区画とは別体で
   構成されている請求項２記載の水処理装置。
4. 【請求項４】 内部に液体攪拌手段が設けられた請求項
   ２又は３記載の水処理装置。
5. 【請求項５】 前記液体攪拌手段は、光照射装置が回転
   するように設けられた回転手段、光照射装置の下方に設
   けられたガスバブリング装置、分離膜が回転するように
   設けられた回転手段、及び分離膜の下方に設けられたガ
   スバブリング装置から選ばれた少なくとも一つの攪拌手
   段である請求項４記載の水処理装置。