(57)【要約】【課題】光触媒活性の面で優れた流動床の光触媒に適したカスケード型光反応容器を提供すること。水溶液中に含有される有機系汚染物質を無毒化する方法を提供すること。【解決手段】光反応容器において受光面209はカスケード型に配置されており、固定堰208を備える。さらに受光面の相互間は通水樋210により結ばれている。この通水樋は、適当な水位を保つように固定堰の側面に設けられ、かつ受光面内で短絡流を発生させないように、固定堰の対角方向に位置をずらして設けられている。その結果、固定堰の長軸と平行に流れる水流211を導くことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の有機系汚染物質を除去する水処理装置で用いる光反応容器であって、前記光反応容器はカスケード型に構成された多段の受光面を備え、各受光面は水をせき止める固定堰（せき）を有し、被処理水と光触媒粒子を混合して懸濁の状態にある光触媒混合液に紫外光を照射することを特徴とする、水処理装置。
【請求項２】
前記固定堰は、固定堰の長軸と平行に流れる水流を導くことができる導水構造を有してい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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒により水中の汚染物質を除去して水を浄化する水処理装置に関するものである。特に難分解性の有機系汚染物質を除去して飲料水を浄化する水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、グローバルな水危機の状況下において、環境負荷が小さくサステナビリティーに優れた新しい水浄化技術の実現が強く求められている。数ある高度酸化水処理技術のなかでも二酸化チタン光触媒を用いた水処理方法では、活性が非常に高いことで知られているOHラジカルや励起電子・励起正孔を生成させることにより、水中の汚染物質を除去することができるという特徴を有する。この方法では、光反応容器において水中の二酸化チタン光触媒の固体表面に波長がλ= 250 nmから350 nmの範囲の紫外光を照射する。紫外光を照射する手段として、水銀ランプやブラックライトなどの人工光源の代わりに、太陽光に含まれる紫外光成分を用いることも可能である。
【０００３】
水処理効率に優れた反応容器の設計は、全ての水処理装置の開発において最も重要な要素の一つである。従来、種種の反応容器の提案がなされている。例えば特許文献1では、OHラジカルを用いて水中の雑菌を死滅させる目的で、階段状の流路をしたカスケード型と呼ばれる反応容器が開示されている。さらに非特許文献1では、二酸化チタン光触媒を用いた水処理装置におけるカスケード型光反応容器が開示されている。非特許文献1に記載の従来のカスケード型光反応容器101では、図1に示したように、固定床の光触媒106で表面が形成された平板状の受光面が階段状に設置されていて、被処理水102が階段に沿って滝のように流れる事を特徴としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-96141号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A.H.C. Chan著「Solar photocatalytic thin film cascade reactor for treatment of benzoic acid containing wastewater」Water research 37巻、2003年（P1125-1135）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら前記従来のカスケード型光反応容器の構成では、光反応容器の表面を光触媒でコーティングすることにより得た固定床の光触媒106の光触媒活性が低いために、太陽光の紫外光成分のような微弱な紫外光を照射しても汚染物質の除去がほとんど起こらないという欠点があった。水中の汚染物質を除去するには、紫外光の照射下においてOHラジカルを生成する過酸化水素のような化学薬品を水中に大量投入する必要があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、二酸化チタン光触媒を用いた水処理装置において、固定床の光触媒に比べて水処理効率の面で優れる流動床の光触媒に適したカスケード型光反応容器を提供することを目的とする。流動床の光触媒では、粉末状の光触媒粒子と被処理水を混合することにより得られる懸濁液を光反応容器に導入する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために本発明は、水中の有機系汚染物質を除去する水処理装置で用いる光反応容器であって、前記光反応容器はカスケード型に構成された多段の受光面を備え、各受光面は水をせき止める固定堰（せき）を有し、被処理水と光触媒粒子を混合して懸濁の状態にある光触媒混合液に紫外光を照射することを特徴とする、光反応容器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の方法によれば、光触媒活性に優れた光触媒混合液とカスケード型光反応容器を水処理に適用して、水中の有機系汚染物質を除去する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】固定床の光触媒を用いたカスケード型光反応容器の図
【図２】本発明の実施の形態１におけるカスケード型光反応容器の図
【図３】本発明の実施の形態１におけるカスケード型光反応容器の鳥瞰図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１形態は、水中の有機系汚染物質を除去する水処理装置で用いる光反応容器であって、前記光反応容器はカスケード型に構成された多段の受光面を備え、各受光面は水をせき止める固定堰（せき）を有し、被処理水と光触媒粒子を混合して懸濁の状態にある光触媒混合液に紫外光を照射することにより実現される。上記態様によれば、光触媒粒子は被処理水と良く混合された状態で紫外光の照射を受けるので、光触媒の有する表面活性サイトのほぼ全てを有効に利用できる。また、カスケード型に構成された多段の受光面に沿って光触媒混合液が流れると、水中における反応物質の濃度分布不均一性が解消される。
【００１２】
紫外光照射時の光反応容器における光触媒混合液の水位の最適値は、光触媒混合液の光透過率に依存する。実際の触媒混合液の光透過率において、指数関数モデルの半減距離が9mmである事実を考慮すると、水位の最適値は10mm前後である。
【００１３】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１におけるカスケード型光反応容器の図である。本実施形態のカスケード型光反応容器201は、カスケード型に配置された多段の受光面209を備えている。また受光面209の表面には固定堰208が設けられていて、これにより受光面209の表面において光触媒混合液202の水位を最適値である10mm前後に設定することができる。
【００１５】
図3は、本発明の実施の形態１におけるカスケード型光反応容器の鳥瞰図である。受光面209はカスケード型に配置されており、その相互間は通水樋210により結ばれている。この通水樋は、適当な水位を保つように固定堰に設けられたもので、かつ受光面内で短絡流を発生させないように、対角方向に位置をずらして設けられている。その結果、固定堰の長軸と平行に流れる水流211を導くことができる。
【００１６】
（実施例１）
光触媒粒子は二酸化チタン粒子（デグサ社製：P25）を用いた。光触媒混合液は、被処理水中に二酸化チタン粒子を濃度0.1g/Lで投入して超音波攪拌することによりを得た。処理する有機系汚染物質として、濃度1000μg/Lのジクロフェナックナトリウム塩の水溶液を用いた。紫外光の光源は30W型ブラックライト(パナソニック社製)を用いた。カスケード型光反応容器の受光面における紫外光強度は1mW/cm2であった。
【００１７】
光照射後の溶液を採取して、溶液中の各物質の濃度をHPLC/MS(アジレント社製1260&6120)により定量分析した。紫外光を10分間照射した後の、有機系汚染物質の除去率は91％であった。本実施例のカスケード型光反応容器によって有機系汚染物質の大部分が除去されていることがわかった。結果を表１にまとめた。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
（比較例１）
比較のため、二酸化チタン粒子をカスケード型光反応容器の表面にコーティングして得られる固定床の光触媒を作製し、有機系汚染物質の除去率の評価を行った。二酸化チタン粒子10g、シリカアルコキシドとしてTEOS（テトラエトキシラン）8.7g、エタノール20g、濃度1mol/L塩酸水溶液50gをビーカー内で混合し直ちに氷浴で冷却しながら、マグネチックスターラーで30分間攪拌した。この混合液にカスケード型光反応容器の受光面を浸漬し、固定床の光触媒をコーティングした。これを比較溶液１とした。
【００２０】
比較例１において、紫外光を10分間照射した後の有機系汚染物質の除去率はわずか5%で非常に低く、実施例１に比べて18分の1以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、飲料水や排水、または内陸河川や湖沼に含まれる有機系汚染物質の浄化に関して、実用的な時間で継続的に水処理できる方法および装置を提供することができる。家庭や集合住宅向けの中規模浄水設備として使用することが可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１０１  カスケード型光反応容器
１０２  被処理水
１０３  紫外光を照射する手段
１０４  ガラスシールド
１０５  拡大した領域
１０６  固定床の光触媒
１０７  被処理水の流れ
２０１  カスケード型光反応容器
２０２  光触媒混合液
２０３  紫外光を照射する手段
２０４  ガラスシールド
２０５  拡大した領域
２０７  被処理水の流れ
２０８  固定堰
２０９  受光面
２１０  通水樋
２１1  固定堰の長軸と平行に流れる水流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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