(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反応槽に通水して、被処理水中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去し、吸着剤の吸着能が低下したときに、水中に維持した吸着剤を槽上部から下部にわたって設けられる紫外線ランプに沿って流動させながら、一定強度以上の紫外線を照射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着剤を再生することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反応槽に通水し、槽上部から下部にわたって設けられる紫外線ランプに沿って吸着剤を流動させる状態において、被処理水中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去しつつ、一定強度以上の紫外線を照射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着剤を再生することを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
吸着剤が、活性炭、ゼオライト、またはセラミックス系吸着剤などの多孔質吸着剤であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項４】
光触媒が二酸化チタンであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項５】
反応槽内に、酸素、オゾン、過酸化水素などの酸化性物質を存在させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水処理方法。
【請求項６】
被処理水供給手段と、内部に吸着剤を投入し、供給される被処理水を吸着処理する反応槽と、反応槽内の処理水を排出する排水手段と、
槽上部から下部にわたって設けられ、反応槽内の吸着剤に一定強度以上の紫外線を照射する紫外線ランプと、被処理水と槽外に取り出した処理水と空気等の気体との少なくとも１つを攪拌流体として反応槽内に上向流で導入する攪拌流体導入手段とを有したことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水中に含まれる有機物等を吸着剤により吸着除去する水処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上水や下水・し尿の二次処理水などを安定して良好に処理するために、活性炭吸着法など、吸着剤を用いて有機物等を吸着除去する処理方法が行われている。
【０００３】
このような処理方法では、たとえば破過（飽和）に達した活性炭は、１００℃で約３時間加熱して乾燥させた後、７００℃で約１時間加熱して表面に吸着した有機物を炭化させ（炭化処理）、さらに水蒸気の存在下、９００〜１０００℃で約２時間加熱して表面の炭化物をガス化させる（賦活化処理）ことによって再生されている。再生された活性炭は通常、未使用の活性炭の約９０％程度まで吸着能が回復する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような活性炭再生方法は、専用の再生炉で行う必要があり、活性炭の取り出しや運搬に手間がかかり、再生費用が高くなるだけでなく、再生炉における水蒸気濃度や賦活化温度や賦活化時間等の制御が難しく、十数％（２〜２５％）程度の再生ロスが生じ、再生を繰り返す間に劣化が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するもので、活性炭などの吸着剤を容易に再生できるようにし、それにより上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水の吸着処理をも容易かつ経済的に行えるようにすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の請求項１記載の水処理方法は、上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反応槽に通水して、被処理水中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去し、吸着剤の吸着能が低下したときに、水中に維持した吸着剤を槽上部から下部にわたって設けられる紫外線ランプに沿って流動させながら、一定強度以上の紫外線を照射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着剤を再生するものである。
【０００７】
請求項２記載の水処理方法は、上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反応槽に通水し、槽上部から下部にわたって設けられる紫外線ランプに沿って吸着剤を流動させる状態において、被処理水中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去しつつ、一定強度以上の紫外線を照射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着剤を再生するものである。
【０００８】
また、本発明の水処理装置は、被処理水供給手段と、内部に吸着剤を投入し、供給される被処理水を吸着処理する反応槽と、反応槽内の処理水を排出する排水手段と、槽上部から下部にわたって設けられ、反応槽内の吸着剤に一定強度以上の紫外線を照射する紫外線ランプと、被処理水と槽外に取り出した処理水と空気等の気体との少なくとも１つを攪拌流体として反応槽内に上向流で導入する攪拌流体導入手段とを有したものである。
【０００９】
一般に、下水・し尿の二次処理水などには有機物などの吸着質が含まれており、有機物の多くはＣＯＤ成分等の生物難分解性有機物であり、生物難分解性有機物は主として疎水性であるため、活性炭などの吸着剤によって効率的に吸着除去される。また、上水用の原水中にも、活性炭などの吸着剤によって効率的に吸着除去される物質が含まれている。
【００１０】
一方、光触媒として知られている物質の中に、一定以上のエネルギーを有する光、たとえば紫外線が照射されると、価電子帯から電子が飛び出して伝導帯に移り、酸化力の強いホール（穴）が表面に生じる（本明細書では、活性化されるともいう）ものがある。生じたホールに水分子が接触すると、酸化力の強い水酸化ラジカルが生じ、価電子帯から飛び出した電子に酸素、オゾン、過酸化水素などの酸化性物質が接触すると、酸化力の強いラジカルが生じる。たとえば、飛び出した電子に酸素が接触した場合は、過酸化ラジカルを経て過酸化水素ラジカルが生じる。このような酸化力の強いホールやラジカルに接触した吸着質は酸化分解され、吸着質が有機物である場合は最終的には二酸化炭素まで分解される。
【００１１】
上記した水処理方法は、このような光触媒を担持させた吸着剤を用いることにより、吸着処理の容易化およびコスト低減を図ったものである。
請求項１記載の水処理方法では、下水・し尿の二次処理水などの被処理水が反応槽の内部に導入され、被処理水中の有機物などの吸着質が吸着剤によって吸着除去され、有機物などの吸着質が除去された処理水が槽外に流出する。
【００１２】
そして、吸着剤の吸着能が低下したときに、水中で流動する吸着剤に紫外線等の有効波長を有する光が照射されて、その表面に担持された光触媒が活性化され、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤表面の吸着質が酸化分解される。その結果、吸着剤の吸着部位が空き、吸着剤は新たに吸着可能な状態に再生される。
【００１３】
つまり、この水処理方法では、有機物などの吸着質の吸着除去と吸着剤の再生とが交互に行われる。
請求項２記載の水処理方法では、下水・し尿の二次処理水などの被処理水が反応槽の内部に導入され、被処理水中の有機物などの吸着質が吸着剤によって吸着除去され、有機物などの吸着質が除去された処理水が槽外に流出する。
【００１４】
このとき、槽内の吸着剤に紫外線等の有効波長を有する光が照射されて、その表面に担持された光触媒が活性化され、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤表面の吸着質が酸化分解される。その結果、吸着剤の吸着部位が空き、吸着剤は新たに吸着可能な状態に再生される。
【００１５】
つまり、この水処理方法では、有機物などの吸着質の吸着除去と吸着剤の再生とが単一の反応槽内で同時かつ連続的に行われる。
このような水処理方法は、上記した水処理装置によって効率的に行うことができる。
【００１６】
上記した水処理方法を行う際には、反応槽内に、酸素、オゾン、過酸化水素などの酸化性物質を共存させることにより、ラジカルを効率的に生成させ、吸着質の酸化分解を促進するのが好ましい。攪拌流体として空気等を導入する場合は、別途酸化性物質を供給することを省略できる。
【００１７】
本発明の方法に使用する吸着剤としては、活性炭、ゼオライト、または活性アルミナ、シリカゲル、あるいは活性白土等のセラミックス系吸着剤などの多孔質吸着剤が好ましいが、被処理水中に投入して流動可能な吸着剤であればこれらに限定されることなく使用できる。
【００１８】
光触媒としては、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄などを用いることができるが、二酸化チタンが好ましく、なかでも触媒能に優れたアナターゼ型もしくはルチル型の二酸化チタンが好ましい。光触媒を吸着剤に担持させるには、光触媒を分散させた分散液中に吸着剤を含浸し、光触媒の分散液が付着した吸着剤を乾燥および／または高温焼成するなど、常法によればよい。
【００１９】
有効波長を有する光としては、高圧（中圧）紫外線ランプ、または低圧紫外線ランプ、またはブラックライトにより照射する紫外線が代表的である。それぞれの特徴は次の通りである。
【００２０】
１）高圧（中圧）紫外線ランプ・・ランプ出力が大きく、254,310,365,420,540nm  に強いスペクトルを持つ。
２）低圧紫外線ランプ・・ランプ出力が小さく、254nm  に強いスペクトルを持つ。
３）ブラックライト・・ランプ出力が小さく、360nm  に強いスペクトルを持つ。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１を参照しながら説明する。
図１に示した水処理装置は、上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水１を貯留する流量調整槽２と、流量調整槽２より供給される被処理水１を活性炭吸着処理する反応槽３と、反応槽３内で処理された処理水４を受け入れて貯留する貯水槽５とを備えている。
【００２２】
反応槽３は、逆円錐形に形成されており、槽内の下部に、表面に二酸化チタンを担持した活性炭６からなる活性炭層７が設けられるとともに、槽内の中央位置に、紫外線ランプ８が槽上部から下部にわたって設けられている。活性炭層７は、たとえば粒径０．６〜２ｍｍの活性炭６を槽容積の２分の１から３分の１充填することにより形成される。
【００２３】
流量調整槽２内の被処理水１を反応槽３へ供給する被処理水供給管９は反応槽３の上部に開口しており、反応槽３内で処理された処理水４を貯水槽５へ送る処理水管１０は反応槽４の底部に接続して設けられている。さらに、反応槽３の下部に、貯水槽５内に貯留された処理水４を返送する返送管１１が開口し、反応槽３の上部に、槽内の被処理水１や処理水４を排出する排水管１２が設けられている。
【００２４】
上記した構成の水処理装置では、通常時は、流量調整槽２内の被処理水１が被処理水供給管９を通じて反応槽３へ供給される。反応槽３に流入した被処理水１は槽内を下向きに流れて、たとえば１０〜２０分間で活性炭層７を通過し、その間に、被処理水１中のＣＯＤ成分等の有機物などが活性炭６に吸着され、有機物などが除去された処理水４が処理水管１０を通じて貯水槽５へ送られる。
【００２５】
そして、活性炭６が破過に近づいた時に、あるいは定期的に、活性炭層７の逆洗も兼ねて、活性炭６の再生が行われる。すなわち、反応槽３への被処理水１の供給が停止され、貯水槽５内の処理水４が返送管１１を通じて適当流量で反応槽３に供給されるとともに、紫外線ランプ８により紫外線が照射される。
【００２６】
反応槽３に流入した処理水４は槽内を上向きに流れて活性炭層７を通過し、その上向流により、活性炭６が紫外線ランプ８と槽内周面に沿って仮想線で示したように流動し、紫外線ランプ８に近づくほど強い紫外線の照射を受ける。
【００２７】
活性炭６が一定強度以上の紫外線を受けると、活性炭６に担持された二酸化チタンの表面にホール及びラジカルが生じ、生じたホールまたはラジカルの強い酸化力によって、活性炭６に吸着された有機物などが酸化分解される。その結果、活性炭６の吸着部位が空になり、活性炭６は、新たに有機物などが吸着可能な状態に再生される。
【００２８】
槽内上部に達した処理水４は排水管１２を通じて流出する。
このようにして、反応槽３内で、活性炭６による有機物などの吸着除去と活性炭６の再生とが交互に繰り返し行われる。なお、活性炭６を反応槽３の外部に取り出して再生させることも可能である。
【００２９】
本発明の他の実施形態を図２を参照しながら説明する。
図示した水処理装置は、図１に示した水処理装置とほぼ同様の構成を有している。ただし、流量調整槽２内の被処理水１を反応槽３へ供給する被処理水供給管９は反応槽３の底部に開口しており、反応槽３内で処理された処理水４を消毒槽（図示せず）などへ送る処理水管１０は反応槽３の上部に接続して設けられている。
【００３０】
上記した構成の水処理装置では、流量調整槽２内の被処理水１が被処理水供給管９を通じて反応槽３へ供給されるとともに、紫外線ランプ８により紫外線が照射される。
【００３１】
反応槽３に流入した被処理水１は槽内を上向きに流れて活性炭層７を通過し、その上向流により、活性炭６が紫外線ランプ８と槽内周面に沿って矢印で示したように流動し、被処理水１と十分接触しつつ、紫外線ランプ８に近づくほど強い紫外線の照射を受ける。
【００３２】
その結果、被処理水１中のＣＯＤ成分等の有機物などが活性炭６に効率的に吸着されるとともに、活性炭６に吸着された有機物などが酸化分解され、活性炭６は、新たに有機物などが吸着可能な状態に再生される。
【００３３】
有機物などが除去された処理水４は処理水管１０を通じて流出する。
このようにして、単一の反応槽３内で、活性炭６による有機物などの吸着除去と活性炭６の再生とが同時かつ連続的に行われる。
【００３４】
本発明のさらに他の実施形態を図３を参照しながら説明する。
図示した水処理装置は、図２に示した水処理装置とほぼ同様の構成を有している。この水処理装置が図２に示した水処理装置と異なるのは、反応槽３の底部に、空気ポンプ１３から導かれた空気供給管１４が開口している点である。
【００３５】
このような構成の水処理装置では、図２を用いて説明した水処理方法と同様に、流量調整槽２内の被処理水１が被処理水供給管９を通じて反応槽３へ供給され、紫外線ランプ８により紫外線が照射され、さらに、反応槽３の内部に、空気ポンプ１３より空気供給管１４を通じて空気が吹き込まれる。
【００３６】
この場合、空気が吹き込まれることによって、活性炭６の流動が促進され、活性炭６と被処理水１との接触機会が高まり、被処理水１中の有機物などが活性炭６に効率的に吸着される。
【００３７】
また、被処理水１中の溶存酸素が増大するとともに、活性炭６が紫外線の照射を受ける機会が高まり、それにより光触媒上のホールおよびラジカルの生成が促進される。それに伴って、活性炭６に吸着された有機物などが効率的に酸化分解され、活性炭６の再生が促進される。
【００３８】
なお、図３に示した水処理装置では、反応槽３の底部より被処理水１を導入して槽内を上向きに通過させ、その上向流によって活性炭６を流動させるようにしたが、反応槽３の上部より被処理水１を導入して槽内を下向きに通過させる場合も、空気によって活性炭６の流動を確保できる。
【００３９】
さらに、上記においては、二酸化チタンを担持した活性炭を用いて吸着処理を行ったが、その他の光触媒を担持した吸着剤を用いた場合も、上記と同様にして吸着処理し、紫外線等により再生することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、表面に光触媒を担持させた吸着剤を用いることにより、反応槽の内部で、紫外線等の照射によって吸着剤を再生することができ、被処理水の吸着処理を容易かつ経済的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理方法が行われる水処理装置の一実施形態を示した説明図である。
【図２】本発明の水処理方法が行われる水処理装置のその他の実施形態を示した説明図である。
【図３】本発明の水処理方法が行われる水処理装置のさらに他の実施形態を示した説明図である。
【符号の説明】
１    被処理水
３    反応槽
４    処理水
６    活性炭
８    紫外線ランプ
13    空気ポンプ
【図１】
0003647207.tif 000002
【図２】
0003647207.tif 000003
【図３】
0003647207.tif 000004