(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が導入される前段槽と前段槽で処理された被処理水が導入される後段槽からなり、前段槽に導入される被処理水に過酸化水素が添加されると共に、各槽内にはジャケットに収容された水銀ランプと、この水銀ランプからの紫外線が照射される光触媒を担持する光触媒担持体とがそれぞれ被処理水中に配置され、有機物の分解を優先する前段槽の光触媒の面積がランプ１Ｗ当たり８．３〜４２ｃｍ2、過酸化水素の残留量の減少を優先する後段槽の光触媒の面積がランプ１Ｗ当たり４２〜８３ｃｍ2であることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
光触媒担持体が、被処理水中を浮遊する、光触媒が表面に固定された粒状体であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
光触媒担持体が、槽の内壁や、槽内に配置された支持体の表面に光触媒が固定された膜体であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
光触媒担持体が、被処理水中を浮遊する、光触媒が表面に固定された粒状体と、槽の内壁や、槽内に配置された支持体の表面に光触媒が固定された膜体とが併用されたものであることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水処理の方法としては、生物浄化を利用した活性汚泥法の他、紫外線を利用した方法を含む種々の方法が行われている。紫外線を利用した方法としては、例えば紫外線と塩素や過酸化水素を併用したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、紫外線と塩素を併用した方法では、残留する塩素により有機塩素化合物等の有害物質の生成を誘発する可能性があり、また紫外線と過酸化水素を併用した方法では、過酸化水素の分解が遅いため、処理時間が長く、しかも過酸化水素が分解しきれずに処理水中に残留するという欠点があり、これらの方法は上水やプ−ル等の水処理には適さなかった。
【０００４】
本発明は、過酸化水素の残留が少なく、有機物を容易かつ経済的に分解処理できる、水処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明では、紫外線と過酸化水素と光触媒とを併用した。本発明者等は光触媒を併用することにより、過酸化水素の分解速度が速くなること、また過酸化水素の分解速度と光触媒の面積との間には関連性があることを見出し本発明をするに至った。
【０００６】
紫外線と過酸化水素と光触媒とを併用すると過酸化水素の分解速度が速くなり、残留する過酸化水素の量を減らすことができるが、過酸化水素の分解が速すぎると過酸化水素の量が減って、有機物の分解が十分でなくなる。そこで本発明では、処理槽を前段槽と後段槽に分け、前段槽と後段槽とで光触媒の面積を変えて、前段槽では有機物の分解を優先して行い、後段槽では過酸化水素の残留量の低減を優先するように役割を分担することにより、有機物の分解と、排出される処理水中における過酸化水素の残留量の低減とを達成するようにした。
【０００７】
即ち、本発明の水処理装置は、処理槽が前段槽と後段槽からなる複数の槽からなり、処理槽に導入される被処理水には過酸化水素が添加されると共に、各槽内には紫外線光源と、この紫外線光源からの紫外線が照射される光触媒担持体とがそれぞれ被処理水中に配置され、後段槽の光触媒の面積が、前段槽の光触媒の面積より大きくなされている。
【０００８】
処理槽は前段槽と後段槽からなるが、前段槽と後段槽の２つの槽に限らず、前段槽と後段槽をそれぞれ複数槽としてもよい。
【０００９】
槽内に配置される紫外線光源としては、例えば透光性のジャケットに収容された低圧乃至中高圧水銀ランプ等が使用でき、１８５ｎｍ以上の波長の紫外線を放射するものが好ましく、さらに好ましくは２５４ｎｍの波長の紫外線を主として放射するものがよい。
【００１０】
光触媒担持体は、被処理水中を浮遊する、光触媒が表面に固定された粒状体でも、槽の内壁や、槽内に配置された板状、網状、紐状等の支持体の表面に光触媒が固定された膜体でも、或いは粒状体と膜体の組合せでもよい。光触媒としては、二酸化チタン（Ｔi Ｏ2 ）を使用することができる。
【００１１】
光触媒が表面に固定された粒状体としては、例えば珪藻土の表面に光触媒が固定されたものが使用できる。粒状体の直径は１〜５ｍｍ程度がよい。１ｍｍより小さいと濾過が困難であり、５ｍｍより大きいと浮遊させるのに過大なエネルギ−を必要とする。
【００１２】
光触媒担持体が膜体の場合、紫外線光源からの距離は、照射される紫外線により光化学反応が効果的に行われる距離が好ましく、例えば紫外線照度が１ｍＷ／ｃｍ2 保持される距離がよい。
【００１３】
また光触媒が表面に固定された粒状体を使用する場合、それ自体浮遊性のものでも浮遊性でないものでもよく、いづれの場合でも、槽内にはエア−が導入されて粒状体を浮遊させると共に、粒状体及び被処理水を撹拌し、また有機物の酸化分解を助ける。
【００１４】
光触媒が表面に固定された粒状体は、粒状体が槽から出ないようにして使用しても、或いは粒状体が処理された処理水と共に槽から排出され、粒状体だけを濾過等により回収して再び槽に戻すようにしてもよい。その際、粒状体を洗浄したり紫外線を照射して再生した後に戻したりしてもよい。
【００１５】
本発明の水処理装置では、紫外線が過酸化水素および光触媒に照射されることによりそれぞれにて作り出される有機物の励起或いはＯＨラジカルイオンにより有機物の光酸化分解が行なわれる。また光触媒と過酸化水素の相互作用により光触媒の表面活性は保持され、且つ過酸化水素の分解速度は促進され、光酸化分解が促進される。
【００１６】
また、本発明では処理槽を複数の槽に分け、被処理水が導入される前段槽では光触媒の面積を少なくし、前段槽で処理された被処理水が導入される後段槽では光触媒の面積を多くするようになされているので、前段槽では有機物の分解が優先され、後段槽では有機物の分解も行われるが光触媒の面積が大きいので過酸化水素の分解が促進されて、排出時の処理水中の過酸化水素の残留量を減少させることができる。
【００１７】
なお、有機物の分解を優先させる前段槽においては、有機物の分解速度と過酸化水素の分解速度とがほぼ一致するように光触媒の面積を設定するのが好ましい。
【００１８】
例えば前段槽における光触媒の面積は、低圧水銀ランプ使用時では８．３〜４２ｃｍ2 ／Ｗであるのが好ましい。８．３ｃｍ2 ／Ｗより小さいとＴＯＣ（全有機体炭素）の除去率及び過酸化水素の除去率が共に悪い。また４２ｃｍ2 ／Ｗより大きいとＴＯＣの除去率が低下する。
【００１９】
一方、有機物の分解より過酸化水素の残留量を減少させることを優先させる後段槽では、４２〜１００ｃｍ2 ／Ｗであるのが好ましい。４２ｃｍ2 ／Ｗより小さいと過酸化水素の除去率がやや悪く。また１００ｃｍ2 ／Ｗより大きくしても過酸化水素の除去率はそれほど向上せずまた光触媒の経済的コストが大となりすぎる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示すもので、図１において、水処理装置１は２つの処理槽２、３からなり、各処理槽内には紫外線光源としてジャケット４内に収容された水銀ランプ５が配置されている。各処理槽の内壁及び整流板６には光触媒担持体として光触媒膜７が形成され、その面積は処理槽２より処理槽３の方が大になされている。各処理槽にはエア−管８を介してエア−が供給される。
【００２１】
被処理水（原水）は、前段槽２の入口９から導入され、その際、過酸化水素導入口１０から被処理水に過酸化水素が添加される。被処理水はエア−で撹拌されながら前段槽２内で有機物が分解処理される。
【００２２】
前段槽２を出た被処理水は後段槽３に入り前段槽２と同様に有機物が処理される。ただ後段槽３では光触媒膜の面積が大になされているので、過酸化水素の分解速度が早く、過酸化水素の残留量が少なくなる。処理水は後段槽３の出口１１から排出される。
【００２３】
この水処理装置によれば、有機物の酸化分解、フミン・フルボ系の色度成分の除去、かび臭の除去、ウイルス・一般細菌及び大腸菌群の殺菌、アンモニア性窒素の酸化等が行われ、しかも水処理装置から出る処理水中の過酸化水素の残留量は少なくなる。なおこれらは以下に述べる本発明の別の実施の形態においても同様である。
【００２４】
図２は光触媒膜の代わりに、光触媒担持体として、光触媒が表面に固定された粒状体を使用した本発明の別の実施の形態を示すもので、水処理装置２０は、２つの処理構成体、即ち前段槽２１と前段回収槽２２からなる前段処理構成体と、後段槽２３と後段回収槽２４からなる後段処理構成体とを有する。各処理構成体の被処理水中には、直径２ｍｍの珪藻土の表面に二酸化チタンが固定された粒状の光触媒担持体２５が浮遊せしめられている。なお前段の処理構成体の光触媒担持体の量は、後段の処理構成体の光触媒担持体の量より少なくなされている。前段槽及び後段槽内には、紫外線光源としてジャケット４内に収容された水銀ランプ５が配置されて、エア−管８を介してエア−が供給される。
【００２５】
被処理水（原水）は、前段槽２１の入口２６から導入され、その際、被処理水に過酸化水素導入口２７から過酸化水素が添加される。前段槽２１内で被処理水はエア−で撹拌され、紫外線が被処理水及び光触媒担持体に照射されることにより、被処理水中の有機物が分解処理される。前段槽２１で処理された被処理水は光触媒担持体２５と共に前段回収槽２２に送られる。前段回収槽２２で被処理水と光触媒担持体２５が濾過分離され、被処理水は後段槽２３に送られ、光触媒担持体２５は管２２ａを介して前段槽２１の入口２６から前段槽２１に戻される。
【００２６】
後段槽２３に入った被処理水は、前段槽２１におけると同様に処理された後に出口２８から排出される。ただし、後段槽２３内の光触媒担持体の量は、前段槽２１より多いので、過酸化水素の分解速度が早く、後段槽２３を出る処理水中の過酸化水素の残留量は少なくなる。後段回収槽２４で回収された光触媒担持体２５は管２４ａを介して後段槽２３に戻される。
【００２７】
図３は本発明のさらに別の実施の形態を示すもので、水処理装置３０は光触媒膜と粒状の光触媒担持体とを組合せてなる。水処理装置３０は、前段槽３１と後段槽３２と回収槽３３とからなる。被処理水中には、光触媒が表面に固定された粒状の光触媒担持体２５が浮遊せしめられ、後段槽３２内には光触媒膜３４が配置されている。
【００２８】
前段槽３１及び後段槽３２内には、紫外線光源としてジャケット４内に収容された水銀ランプ５が配置されて、エア−管８を介してエア−が供給される。
【００２９】
被処理水（原水）は、前段槽３１の入口３５から導入され、その際、被処理水に過酸化水素導入口３６から過酸化水素が添加される。前段槽３１内で被処理水はエア−で撹拌され、紫外線が被処理水及び粒状の光触媒担持体に照射されることにより、被処理水中の有機物が分解処理される。前段槽３１で処理された被処理水は粒状の光触媒担持体２５と共に後段槽３２に送られる。
【００３０】
後段槽３２内で被処理水はエア−で撹拌され、前段槽３１におけると同様に被処理水中の有機物が分解処理される。なお、後段槽３２内には光触媒担持体２５に加えて、光触媒膜３４が配置されているので、過酸化水素の分解速度が早く、後段槽３２を出る処理水中の過酸化水素の残留量は少なくなる。
【００３１】
粒状の光触媒担持体２５と共に後段槽３２を出た処理水は、回収槽３３に送られる。回収槽３３で処理水と粒状の光触媒担持体２５が分離され、処理水は出口３７から排出され、粒状の光触媒担持体２５は管３３ａを介して前段槽３１の入口３５から前段槽３１に戻される。
【００３２】
図２及び図３のように、浮遊する粒状の光触媒担持体を使用すると、光触媒担持体は紫外線の光源に、より近づき得るので、槽の内壁等に固定された膜状の光触媒よりも紫外線の透過率の悪い原水に対しては有利である。
【００３３】
【試験例】
容量５ｍ3 の処理槽内に、低圧水銀ランプ１２０Ｗを１００本配置し、処理槽の内壁等に光触媒（二酸化チタン）膜を、試験例１（Ｔ１）では５ｍ2、試験例２（Ｔ２）では１０ｍ2、試験例３（Ｔ３）では２０ｍ2、試験例４（Ｔ４）では５０ｍ2、試験例５（Ｔ５）では１００ｍ2とそれぞれ変えて設け、これにそれぞれ被処理水（原水）として０．１７％のクエン酸水溶液５ｍ3 の高濃度水を導入して処理した。なお添加した過酸化水素（３５％水溶液）は４．６リットルである。被処理水のＴＯＣ（全有機体炭素）は６４ｍｇ／リットルで、液温２０℃である。各試験例における１時間後、２時間後及び３時間後のＴＯＣの除去率と過酸化水素の除去率を表１に示す。また各試験例における３時間後のＴＯＣの除去率と過酸化水素の除去率をグラフにすると図４のようである。
【００３４】
【表１】
0003704761.tif 000002
【００３５】
表１及び図４から３時間後の状態では、過酸化水素の除去率は光触媒の面積と共に上昇するが、ＴＯＣの除去率はＴ３、Ｔ４、Ｔ５と次第に減少していることがわかる。これは光触媒の面積が大になると、過酸化水素の分解が早く進みそのため過酸化水素が少なくなって、有機物の分解が遅くなるためと思われる。従って、光触媒膜の面積を大きくすれば、ＴＯＣの除去率及び過酸化水素の除去率が向上するものではないことが分かる。
【００３６】
ＴＯＣの除去率と過酸化水素の除去率とを共に高い状態に維持しつつ処理するには（前段槽では）ＴＯＣの分解速度と過酸化水素の分解速度をほぼ一致させるのが好ましい。そのためには図４から光触媒膜（二酸化チタン）の面積を１０〜５０ｍ2 、即ちランプ１Ｗ当たり８．３〜４２ｃｍ2 ／Ｗにするのが好ましいことが分かった。
【００３７】
また、表１及び図４からＴＯＣの除去率が多少低下しても、過酸化水素の除去率を向上させて過酸化水素の残留量を少なくするには（後段槽では）、光触媒膜の面積を大きくする方がよいことが分かる。ただ試験例４（Ｔ４）と試験例５（Ｔ５）では過酸化水素の除去率にそれほど大きな差はなく、また光触媒のコスト等を考慮して光触媒膜（二酸化チタン）の面積は５０〜１００ｍ2 、即ちランプ１Ｗ当たり４２〜８３ｃｍ2 ／Ｗが好ましいことが分かる。
【００３８】
よって処理槽を前段槽と後段槽に分け、被処理水が導入される側にある前段槽では有機物の分解を優先させるため、光触媒膜の面積を小さくし、前段槽で処理された被処理水が導入され処理された処理水が排出される後段槽では光触媒膜の面積を大きくして有機物の分解と共に過酸化水素の残留量を少なくするようにすると効率よく水処理ができることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の水処理装置では、処理槽を有機物の分解処理を優先させる前段槽と、過酸化水素の残留量を少なくすることを重視する後段槽とに分けることにより、効率よく水処理が行え、しかも排出時の処理水中の過酸化水素の残留量を少なくできる。
【００４０】
さらに光触媒担持体として、被処理水中を浮遊する粒状体を使用することにより、紫外線の透過率の悪い原水の処理に有利であり、また光触媒の面積（量）を自由に変えることができると共に光触媒の交換及び維持管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の実施の形態を示す図。
【図２】水処理装置の別の実施の形態を示す図。
【図３】水処理装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図４】光触媒膜の面積を変えた場合の過酸化水素とＴＯＣの除去率を示すグラフ。
【符号の説明】
１  水処理装置
２  前段槽
３  後段槽
４  ジャケット
５  水銀ランプ
６  整流板
７  光触媒膜
８  エア−管
９  入口
１０  過酸化水素導入口
１１  出口
２０  水処理装置
２１  前段槽
２２  前段回収槽
２３  後段槽
２３ａ  管
２４  後段回収槽
２４ａ  管
２５  粒状の光触媒担持体
２６  入口
２７  過酸化水素導入口
２８  出口
３０  水処理装置
３１  前段槽
３２  後段槽
３３  回収槽
３３ａ  管
３４  光触媒膜
３５  入口
３６  過酸化水素導入口
３７  出口
【図１】
0003704761.tif 000003
【図２】
0003704761.tif 000004
【図３】
0003704761.tif 000005
【図４】
0003704761.tif 000006