JPH11210024A

JPH11210024A - 高度浄水処理機能を有する配水池

Info

Publication number: JPH11210024A
Application number: JP10009536A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sugiura; 鋭一杉浦; Michio Uzawa; 道雄鵜澤; Michio Kimura; 美千雄木村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】浄水場における既存設備に僅かな改良を加え
ることで、高度浄水処理設備とし得る配水池を提供する
ことを目的とするものである。【解決手段】上水を貯留する貯槽２０と、貯槽２０の
壁内面に設けられた酸化チタン層を形成したタイル２１
と、タイル２１に光を照射して発生する光酸化作用によ
って、貯槽２０に貯留される上水に含まれる微量有機物
を分解するために、貯槽内に配置された人工光源２６と
を具備する高度浄水処理機能を有する配水池であり、貯
槽２０の壁面に酸化チタンを焼き付けたタイル２１を全
面に張り付けて、人工光源２６から光をタイル表面に照
射して、酸化チタンの光酸化作用により、上水中の微量
有機物を酸化分解する働きを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高度浄水処理機能
を有する配水池に関し、殊に凝集・沈殿・急速砂ろ過法
に代表される浄水過程で除去することが困難な色度成分
・臭気成分・農薬・トリクロロエチレン等の微量有機物
を光触媒により分解することができる高度浄水処理機能
を有する配水池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上水中に残存する微量有機物の分
解除去は、オゾン処理装置と活性炭処理装置、若しくは
オゾン処理装置と生物活性炭処理装置の組み合わせによ
るのが主流であり、通常このような単位操作の組み合わ
せによる処理装置（以下、複合型処理装置と称する。）
で構成されている（従来例１）。この複合型処理装置で
は、オゾン処理装置にて、オゾンの持つ強力な酸化力で
微量有機物を酸化分解し、活性炭処理装置にて、分解生
成物を活性炭で吸着するか、或いは生物活性炭で吸着す
るとともに有機物を生物処理して分解するものである。

【０００３】一方、微量有機物を単槽でオゾン処理と生
物活性炭処理を行って、高度浄水処理を行う処理装置が
ある。その代表的な例が、特開平６−２２６２９４号公
報（従来例２）に高度浄水処理装置に開示されている。
図５を参照して説明すると、この装置は、除塵機１、粉
末活性炭注入設備２、オゾン化空気導入管３、及び空気
導入管４を備えた生物反応槽５並びに膜分離装置６から
構成されている。膜処理水は、塩素注入ライン７から塩
素を注入して滅菌処理した後、上水として供給される。
膜分離装置６の濃縮液は、ライン８から濃縮槽９へ導入
して、その上澄水を返送配管１０を介して生物反応槽５
に返送して水回収率を向上させている。

【０００４】この装置では、粉末活性炭注入設備とオゾ
ン化空気導入管を備えた生物反応槽５を膜分離装置６の
前段に設けたものである。原水は、先ず除塵機１に送ら
れ、ここで塵などが粗取りされて、生物反応槽５に流入
する。生物反応槽５に送り込まれるオゾン化空気には、
滅菌作用があるので、生物反応槽５内に間欠的に供給さ
れて処理されている。生物反応槽５では、生物の増殖作
用と酸化作用による殺菌作用とを交互に繰り返して原水
中の有機物を分解除去して、その処理水を膜分離装置６
に送られる。その膜処理水は、塩素注入ライン７から塩
素を注入して滅菌して浄水池または配水池に送られる。
このように原水に対して生物の増殖作用と殺菌作用とを
交互に行って、その処理水を膜分処理して高度処理上水
として用いるものであり、この方法によって大量の処理
水を安価に供給するのは困難である。

【０００５】さらに、近年では、ＮＦ膜等を用いて、原
水中の微量有機物を物理的に直接分離除去する膜処理法
による高度浄水処理法も、実用化に向けて研究開発がな
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例２の単段の単位
操作で微量有機物を除去する処理装置では、活性炭が用
いられており、安価にしかも大量に高度処理した処理水
を上水として供給するのは困難であり、微量有機物を除
去する処理方法は、従来例１で示したオゾン処理装置と
生物活性炭処理装置を組み合わせた複合型処理装置を採
用せざるを得ないのが実情である。

【０００７】しかし、この複合処理装置の場合では、水
質条件に最適な単位操作の組み合わせを見い出すため
に、各種のパイロットプラントを設置して、長期間にわ
たるフィールド・テストを行って、その結果を判定する
などの煩わしい過程を経る必要がある。その結果、人件
費、薬品代、分析費等に多額の費用を要する欠点があ
り、しかも従来例１では、浄水処理のための運転操作が
複雑であるなどの欠点がある。

【０００８】また、オゾン処理法では、オゾンが貯留で
きないことから、これを必要とする浄水場で発生させ
て、即時消費しなければならない。従って、オゾン処理
を行う場合は、オゾン発生機を設置する必要がある。ま
た、オゾンは、それ自体が強力な毒性を有するものであ
り、取り扱いに注意を要する欠点があり、排オゾンの処
理施設を設けなければならない欠点がある。さらに、オ
ゾン発生には、莫大な電力を必要とし、イニシャル時の
経費並びにランニングコストが大きいという欠点があ
る。

【０００９】さらに、膜分離法による高度浄水処理は、
近年従来に比べてより低圧で微量有機物を分離できる膜
モジュールが市販されるようになったが、膜分離法で
は、前処理を必要とすることに加えて、加圧ポンプを用
いることからランニングコストが大きい欠点がある。ま
た、その膜の寿命は、一般的に数年程度であるので、高
度処理費用のコストアップの要因となっており、膜分離
法を高度処理法として、本格的に採用する迄には至って
いないのが実情である。

【００１０】上述のような微量有機物を除去する高度浄
水処理装置では、一般に浄水場内に用地を確保して新た
な設備を建設する必要がある。従って、高度浄水処理に
おけるランニングコストが高価であるとともに、新たな
設備を建設する必要があり、コストアップの要因となっ
ており、安価に高度浄水処理を行える処理装置が望まれ
ている。

【００１１】本発明は、上述のような課題に鑑みなされ
たものであり、既存設備に僅かな改良を加えることで、
高度浄水処理設備とし得る配水池を提供することを目的
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１の発明は、
上水を貯留する貯槽と、前記貯槽の内面に設けられた酸
化チタン層を形成したタイルと、前記タイルに光を照射
して発生する光酸化作用によって、前記貯槽に貯留され
る上水に含まれる微量有機物を分解するために配置され
た人工光源とを具備することを特徴とする高度浄水処理
機能を有する配水池である。この発明は、貯槽の内面
に、酸化チタンを焼き付けたタイルまたはナトリウムブ
ロック層を設けた上に酸化チタンをコーティングしてな
るガラスタイル等を含むタイルを全面に張り付けて、人
工光源から光をタイル表面に照射して、酸化チタンの酸
化・還元作用による光酸化作用によって、原水中の微量
有機物を分解する働きを有する。

【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の配水池において、前記タイルがセラミックに酸化チタ
ンを焼結したタイル、酸化チタンの薄膜をコーティング
してなるガラスタイル、またはナトリウムブロック層を
設けた上に酸化チタンの薄膜をコーティングしてなるガ
ラスタイルの何れかであることを特徴とする高度浄水処
理機能を有する配水池である。この発明は、酸化チタン
を７００〜８００℃で焼結したタイルまたはナトリウム
ブロック層を設けた上に酸化チタンの薄膜をコーティン
グしたガラスタイルを用いており、酸化チタンの光酸化
作用によって、原水中の微量有機物を酸化分解する働き
を有し、電子捕捉効果を有する金属種を分散させること
で、より効果的に光酸化作用を働かせることができる。
なお、ガラス基板にソーダを含有しない場合はナトリウ
ムブロック層を必要としない。

【００１４】また、請求項３の発明は、請求項１または
２に記載の配水池において、前記人工光源が電灯、蛍光
灯または発光ダイオードであることを特徴とする高度浄
水処理機能を有する配水池である。この発明は、請求項
１または２を前提とし、人工光源を電灯または発光ダイ
オードとし、４００ｎｍ以下の紫外線を多く含む光源に
よる光を用いて、酸化チタンを照射することで、その酸
化作用と還元作用とにより、上水中の微量有機物を分解
する働きを有する。

【００１５】また、請求項４の発明は、請求項１，２ま
たは３に記載の配水池において、前記人工光源が水中埋
没型であることを特徴とする高度浄水処理機能を有する
配水池である。この発明は、請求項１，２または３を前
提とし、人工光源を水中に設置することによって、光を
効果的にタイルに照射して、タイル表面に被着された酸
化チタンによる光酸化作用によって、上水中の微量有機
物を酸化分解する働きを有する。

【００１６】また、請求項５の発明は、請求項１，２，
３または４に記載の配水池において、前記貯留される上
水の流入管と流出管との間に少なくとも１つの仕切を設
けたことを特徴とする高度浄水処理機能を有する配水池
である。この発明は、請求項１，２，３または４を前提
とし、仕切による押出型の流れを形成し、しかも上水の
短流を解消することで、上水に対して光酸化作用を十分
に働かせることができる。

【００１７】また、請求項６の発明は、請求項１，２，
３，４または５に記載の配水池において、前記貯槽に、
水中撹拌機、水中プロペラ、散気装置、循環ポンプの何
れか１つを設置するか、またはそれらを組み合わせて設
置することを特徴とする高度浄水処理機能を有する配水
池である。この発明は、請求項１，２，３，４または５
を前提とし、上水を撹拌等によって十分な撹拌がなされ
ることにより、上水に対して十分に光酸化作用を働かせ
ることが可能であり、上水の貯層内での停滞時間を設定
して所定の水質に高度処理された上水を得ることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる高度浄水処
理機能を有する配水池の実施の形態について、図面を参
照して説明する。因みに、本発明の配水池は、高度浄水
処理機能を有するものであり、同様の機能を浄水池に実
施してもよく、本発明と実質同一機能を有する浄水池を
包含するものである。

【００１９】図１（ａ）は、本発明に係る配水池の一実
施形態の概略を示す断面図であり、同図（ｂ）は、その
壁面の要部断面図を示している。同図（ａ）に示した配
水池は、貯槽２０の内側壁面と底面に、酸化チタンを被
着したタイル２１が貼付され、貯槽２０は天蓋部２２で
覆われている。貯槽２０には、上水が投入される流入配
管２３が設けられ、漏斗型の貯槽２０の底部の流出ピッ
ト２４に流出配管２５が設けられている。天蓋部２２に
は、電灯、水銀灯、紫外線蛍光灯、または発光ダイオー
ド等の人工光源２６が設けられ、人工光源２６からの光
が水面からその底部まで到達するように照射されてい
る。人工光源２６は、光の波長が４００ｎｍ以下の光が
好ましい。なお、ＨＷは最高水位を示し、ＬＷは最低水
位を示している。

【００２０】タイル２１は、同図（ｂ）に示したよう
に、モルタル等の接着層２７で貯槽壁２０ａの内側壁面
に、酸化チタン層２１ｂが表側となるように貼付されて
いる。タイル２１は、その基体２１ａがセラミック（粘
土を含有するものも含む）等で形成され、その基体２１
ａの片面に酸化チタン層２１ｂが形成されている。タイ
ル２１は、例えば貯槽壁２０ａの内側壁面の全面と底面
に被着されている。酸化チタン層２１ｂは、例えば二酸
化チタン（ＴｉＯ₂）を含む有機化合物（チタンアルコ
キシド）を基体２１ａに塗布して、７００〜８００℃以
上の高温で焼成して被着形成されている。無論、酸化チ
タン層２１ｂは、二酸化チタンを蒸着やその懸濁系溶液
を基体２１ａに付着させた後、高温で焼成して被着形成
してもよいし、タイルに二酸化チタンを焼成して酸化チ
タン層２１ｂを形成したタイルであってもよい。さら
に、タイル２１は、ガラス基板に酸化シリコン等による
ナトリウムブロック層を形成した上に、酸化チタンの薄
膜をコーティングしたガラスタイルであってもよい。な
お、ソーダを含有しないガラス基板の場合は、ナトリウ
ムブロック層を必要としない。

【００２１】また、酸化チタン層２１ｂには、電子捕捉
効果を有する金属種を二酸化チタンと一緒に基体２０ａ
に固定してもよい。すなわち、二酸化チタンに代表され
る光触媒機能を発揮するのに十分なバンド・ギャップを
有する半導体粒子に、電子捕捉効果を有する金属種を固
定する。この金属種は、難溶性または不溶性処理された
電子捕捉効果を持つ金属種であって、例えば、Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ等のイ
オン化傾向が小さく、自身が還元され易い金属およびイ
オンとし、これらの金属種は、複数併用して用いてもよ
い。その固定方法は、金属種を含む金属塩の懸濁液また
は溶液を光触媒活性粒子に混合または付着させて乾燥さ
せて、７００〜８００℃以上の高温で焼成して形成す
る。

【００２２】続いて、同図を参照して、本実施形態の配
水池における光触媒による酸化・還元作用による光酸化
作用について説明する。河川から取水された原水は、凝
集・沈殿・急速砂ろ過法等に代表される浄水過程を経
て、流入配管２３から貯槽２０に送り込まれる。貯槽２
０の天蓋部２２に設けられた人工光源２６からは、４０
０ｎｍ以下の波長の光が貯槽２０の底部にまで到達する
ように照射される。この光が酸化チタン層２１ｂに当た
ると、電子と正孔が励起され、この電子と正孔が酸化チ
タンの表面にある酸素や水と反応して、活性酸素とＯＨ
ラジカルを発生させる。これらの活性酸素とＯＨラジカ
ルによる酸化・還元反応による働きにより、微量有機物
は炭酸ガスや水に分解される。

【００２３】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の配水池の
他の実施形態であり、図１と同一部分には同一符号が付
与され、同一部分の説明は省略する。同図（ａ）は、浄
水池や配水池の貯槽２０のほぼ中央に、人工光源２６ａ
を配置したものであり、紫外線を含む光が槽内全体に照
射される。また、図２（ｂ）は、人工光源２６ａを分散
させて配置され、かつ天蓋部２２に人工光源２６が設け
られ、紫外線を含む光が槽内全体に照射されており、光
触媒作用が効果的に機能する。

【００２４】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の
配水池の他の実施形態であり、図１と同一部分には同一
符号が付与され、同一部分の説明は省略する。同図
（ａ）は、配水池の貯槽２０の底部に流入配管２３が配
置され、上水が槽内に流入しており、上水が流入する部
分に仕切２８が設けられ、流入した上水は、矢印で示し
たように上昇して槽内に投入される。仕切２８には、タ
イル２１が貼付されている。同図（ｂ）は、貯槽２０Ａ
の底部が平坦な構造であり、流出配管２５から上水が流
出する部分に仕切２８が設けられ、同図（ｃ）に示した
ように、仕切２８で囲まれている。仕切２８には、タイ
ル２１が貼付され、最低水位ＬＷを設定するための流出
孔２８ａが設けられている。このように貯槽底部は漏斗
状とする必要はない。なお、図示されていなが、貯槽２
０内に、酸化チタン層が形成されたタイル２１を貼付さ
れた仕切２８を複数配置して、上水の流れを規制して、
タイル２１による光触媒作用により、微量有機物を分解
するようにしてもよい。

【００２５】図４は、本発明の配水池の他の実施形態で
あり、図１と同一部分には同一符号が付与され、同一部
分の説明は省略する。同図は、図１の実施形態に、浄水
池や配水池の貯槽２０の内壁面に人工光源２６ｂが設け
られ、さらに貯槽底部に水中プロペラ２９が設けられて
おり、上水を循環させてタイル２１の表面に形成された
酸化チタン層２１ｂに接触させる必要性から槽内の原水
が撹拌されている。水中プロペラ２９以外に、水中撹拌
機、水中ポンプ、循環ポンプ、散気装置などを配置して
もよいし、上水を効率的に循環させるための内筒管（ド
ラフトチューブ）を設けてもよい。また、これらの撹拌
手段を複数組み合わせてもよい。

【００２６】上記のように、本発明は、浄水場の最終設
備である浄水池または配水池に高度浄水処理機能を備え
たものである。その構成要素は、上水を貯留する貯槽
と、その貯槽の内面に設けられた酸化チタン層を形成し
たタイルと、そのタイルに光を照射して発生する光酸化
作用によって、前記貯槽に貯留される上水に含まれる微
量有機物を分解するために配置された人工光源とを具備
するものであり、既存の浄水場に容易に設置することが
可能な高度浄水処理設備であり、極めて有効である。

【００２７】この光触媒作用を有するタイルは、セラミ
ックに酸化チタンを焼結したタイル、またはタイルに酸
化チタンを焼結したもの、または酸化シリコン等による
ナトリウムブロック層の上に酸化チタンの薄膜をコーテ
ィングしてなるガラスタイルである。この酸化チタン層
が形成されたタイルに、電灯、蛍光灯、または発光ダイ
オード等の人工光源からの光が照射されることにより、
その酸化・還元作用によって、上水中の微量有機物が分
解される。なお、人工光源として、発光ダイオードを使
用する場合は、タイルの光触媒反応による酸化・還元電
位（３Ｖ）を利用して、タイルに近接させて電極を設け
るか、タイルに絶縁層を形成してその上に電極層を形成
して、電池を形成し、この電池による起電圧によって発
光ダイオードを点灯して、光触媒作用を高めるようにし
てもよい。

【００２８】さらに、人工光源は、上記に説明したよう
に、天井に配置してもよいし、水中に設置する埋没型と
してもよいし、それらの組み合わせでもよい。また、貯
留される上水の流入管と流出管との間に少なくとも１つ
の仕切を設けてもよい。さらに、配水池の内部に、水中
撹拌機、散気装置、水中撹拌機、水中ポンプ、循環ポン
プ、内筒管（ドラフトチューブ）の何れか一つを設けて
もよいし、これらの人工光源や撹拌手段を複合的に組み
合わせて、浄水場の浄水池や配水池に、高度浄水機能を
与えてもよい。

【００２９】

【発明の効果】上述記載のように、本発明によれば、酸
化チタンによる光触媒は、その表面に４００ｎｍ以下の
波長の光が当たると３Ｖもの非常に高い酸化電位が発生
し、この電位の値は、オゾン・過酸化水素水・塩素より
も大きく、殆ど全ての有機物を完全電解できる値であ
り、中間体ができ難い特徴を有する。そのために本設備
の後段に中間体を除去するための設備を必要とせず、単
段で高度処理できるという利点がある。さらに、高度浄
化処理がなされた上水は、光酸化作用による滅菌作用が
働く利点がある。無論、酸化チタンは、人体に対して全
く無害なので、取り扱いが容易である利点がある。

【００３０】また、本発明によれば、人工光源を点灯す
るだけで、上水の高度浄水処理ができるので、複雑な計
装制御を必要としない利点があるとともに、上水の高度
処理に新たな用地と設備を必要とすることなく、既存の
施設に設置が可能であり、建設費が大幅に低減できる利
点がある。

【００３１】また、本発明によれば、酸化チタンの光酸
化作用に要する時間は、一般に数時間程度であるので、
深夜電力を利用して人工光源で酸化チタンを照射し続け
て、微量有機物に対して光酸化作用を働かせることがで
きる。その結果、ランニングコストの殆どを占める電力
費をさらに低減できる利点がある。

【００３２】また、本発明によれば、表面に酸化チタン
を焼き付けたタイルを浄水池または配水池の内面に貼っ
た構造であるので、タイルの表面に汚れ等が付着した場
合でも、洗浄が容易に行えるので、維持管理が容易であ
る利点がある。

【００３３】また、本発明の処理対象である上水は、透
明度が高く、また上水に溶在している有機化合物は微量
であり、低エネルギーの光でこれらを分解できるので、
省エネルギーの高度浄水処理が可能な浄水池なたは配水
池を提供することがきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明に係る高度浄水処理機能を有
する配水池の一実施形態を示す断面図、（ｂ）は貯槽壁
面を示す断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る高度浄水処理
機能を有する配水池の他の実施形態を示す断面図であ
る。

【図３】（ａ）は、本発明に係る高度浄水処理機能を有
する配水池の他の実施形態を示す断面図、（ｂ）は、本
発明に係る高度浄水処理機能を有する配水池の他の実施
形態を示す断面図、（ｃ）は、（ｂ）の部分拡大図であ
る。

【図４】本発明に係る高度浄水処理機能を有する配水池
の他の実施形態を示す断面図である。

【図５】従来の上水の高度処理装置の概略図である。

【符号の説明】

２０，２０Ａ貯槽２１タイル２１ａ基体２１ｂ酸化チタン層２２天蓋部２３流入配管２４流出ピット２５流出配管２６，２６ａ，２６ｂ人工光源２７接着層２８仕切２９水中プロペラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上水を貯留する貯槽と、前記貯槽の内面
に設けられた酸化チタン層を形成したタイルと、前記タ
イルに光を照射して発生する光酸化作用によって、前記
貯槽に貯留される上水に含まれる微量有機物を分解する
ために配置された人工光源とを具備することを特徴とす
る高度浄水処理機能を有する配水池。
【請求項２】請求項１に記載の配水池において、前記タイルがセラミックに酸化チタンを焼結したタイ
ル、酸化チタンの薄膜をコーティングしてなるガラスタ
イル、またはナトリウムブロック層を設けた上に酸化チ
タンの薄膜をコーティングしてなるガラスタイルの何れ
かであることを特徴とする高度浄水処理機能を有する配
水池。
【請求項３】請求項１または２に記載の浄水池におい
て、前記人工光源が電灯、蛍光灯または発光ダイオードであ
ることを特徴とする高度浄水処理機能を有する配水池。
【請求項４】請求項１，２または３に記載の配水池に
おいて、前記人工光源が水中埋没型であることを特徴とする高度
浄水処理機能を有する配水池。
【請求項５】請求項１，２，３または４に記載の配水
池において、前記貯留される上水の流入管と流出管との間に少なくと
も１つの仕切を設けたことを特徴とする高度浄水処理機
能を有する配水池。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５に記載の
配水池において、前記貯槽に、水中撹拌機、水中プロペラ、散気装置、循
環ポンプの何れか１つを設置するか、またはそれらを組
み合わせて設置することを特徴とする高度浄水処理機能
を有する配水池。