(57)【要約】  【課題】  光触媒を用いて水処理を行う場合において、光利用効率、光触媒効率及びガス利用効率に優れ、且つ、オゾン処理施設の不要な水処理装置および水処理方法を提供すること。  【解決手段】  有機物含有水を光触媒に接触させて処理する装置であって、酸化チタンなどの光触媒と、光触媒に光を照射する高圧水銀灯などの光照射手段と、有機物含有水に酸素含有ガスの気泡径１００μｍ未満の微細気泡を供給する微細気泡供給手段とを有する有機物含有水処理装置を用い、気泡径０．１〜５０μｍの酸素含有ガスの存在下で有機物含有水を光触媒反応によって分解除去する。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物含有水を光触媒に接触させて処理する装置であって、
光触媒と、光触媒に光を照射する光照射手段と、有機物含有水に酸素含有ガスの微細気泡を供給する微細気泡供給手段とを有する有機物含有水処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
該微細気泡供給手段によって発生する微細気泡が１００μｍ以下であることを特徴とする有機物含有水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、
酸素含有ガスは酸素濃度を高める手段によって処理されたものであることを特徴とする有機物含有水処理装置。
【請求項４】
有機物含有水に酸素含有ガスの微細気泡を供給する工程と、
酸素含有ガスの微細気泡が供給された有機物含有水を光触媒に接触させるとともに光を照射する工程と、
を有することを特徴とする有機物含有水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物含有水を光触媒によって酸化処理する有機物含有水処理装置および有機物含有水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線やオゾン、過酸化水素等を複合的に組み合わせることで生成する酸化力の強いOHラジカルを用いて、水中の有機物を分解させる促進酸化法を利用した水処理技術が様々な排水に対して適用されている。
【０００３】
オゾンは水への溶解効率が低く、水中での半減期も短いという欠点がある。さらにはオゾンは人体に有害なため、気密処置と廃オゾン処理のための設備を付設しなければならず、ランニングコストが非常に高くなる。
【０００４】
また、過酸化水素と紫外線を併用する促進酸化法では被処理水の酸化還元電位によって、過酸化水素が酸化剤にも還元剤にも作用するために反応条件を一定に維持することが困難であり、分解効率は非常に低い。
【０００５】
そこでこれらの短所を解消する手法として光触媒を用いた有機物含有水の処理技術が提案されている。例えば、特許文献１にはサブミクロンの酸化チタン粒子を混合した被処理水を槽内で圧縮空気の供給によって撹拌し、有機物を分解処理することが開示されている。また、特許文献２には、酸素透過性隔膜を介して有機物含有水中に溶存酸素を供給しながら光触媒によって有機物を分解処理することが開示されている。さらに、特許文献３には、微細オゾン気泡を有機物含有水に供給しながら光触媒によって有機物含有水を処理することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−０７０９３５号公報
【特許文献２】特開２００４−０６６０９９号公報
【特許文献３】特開２００４−２６７９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載された方法においても、光触媒そのものの処理効率は十分とは言えず、このため、ランプの本数や触媒量が増加しランニングコストが高くなってしまうため更なる処理効率の向上が要望されていた。また、特許文献３に記載された発明においては有機物の分解効率は優れるものの、オゾンを用いた処理と同様の課題、すなわち、気密処置と廃オゾン処理のための設備を付設しなければならないという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の有機物含有水処理装置は、有機物含有水を光触媒に接触させて処理する装置であって、光触媒と、光触媒に光を照射する光照射手段と、有機物含有水に酸素含有ガスの微細気泡を供給する微細気泡供給手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の有機物含有水処理装置は、請求項１において、該微細気泡供給手段によって発生する微細気泡が１００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の有機物含有水処理装置は、請求項１または２のいずれかにおいて、酸素含有ガスは酸素濃度を高める手段によって処理されたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の有機物含有水の処理方法は、有機物含有水に酸素含有ガスの微細気泡を供給する工程と、酸素含有ガスの微細気泡が供給された有機物含有水を光触媒に接触させるとともに光を照射する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、光触媒による酸化作用を用いて水処理を行う場合において、光利用効率、光触媒作用効率、ガス利用効率に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明に係わる水処理装置および水処理方法の例を示すものであり、これら例示された実施形態により、本発明が狭く限定されることはない。
【００１３】
図１は、本発明の有機物含有水処理装置の好適な実施形態の構成を簡略に示す図である。有機物含有水１は貯留槽２に一時的に貯留される。ここで有機物含有水１としては、有機物の酸化分解が要求される汚水、排水、廃水、工業用水、純水製造用水などを広く包含するものであって、特に限定されるものではない。
【００１４】
貯留槽２に一時的に貯留された有機物含有水１はポンプ３によって微細気泡供給手段５によって酸素含有ガスの微細気泡が供給された後に反応槽７に送液される。ここで、微細気泡供給手段５としては特に限定されるものではないが、気泡径１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の気泡が生成できるものであればどのような微細気泡供給手段も使用することができる。例えば加圧ポンプとエジェクタを組み合わせた装置、あるいは特開２００３−３０５４９４号に記載された球状体を用いるものなどが挙げられる。加圧ポンプとエジェクタを組み合わせた微細気泡供給手段としては、有機物含有水の一部を分流し加圧ポンプとエジェクタにより酸素含有ガスを吸引し微細気泡を配管流路内に発生させる装置が挙げられる。
【００１５】
微細気泡供給手段５によって発生させる微細気泡の気泡径は、有機物含有水の除去対象物質の濃度に応じ必要な酸素溶解速度を決定し、その決定値に応じて気泡径を決めることが好ましいが、具体的には１００μｍ以下、特に０．１〜５０μｍであることがより好ましい。１００μｍ以上であると酸素の溶解速度が十分ではなく、０．１μｍ以下であると気泡径を微細化するのに多大な動力を要するためである。
【００１６】
また、本発明で使用する酸素含有ガスとしては空気、酸素などが使用できるが、空気を使用する場合には、微細気泡供給手段に送る前段階で、酸素富化膜やＰＳＡなどに代表される酸素分離装置によって酸素濃度を高めるためのガス処理工程を有することが好ましい。
【００１７】
酸素含有ガスの微細気泡が供給された有機物含有水１は反応槽７に供給され、反応槽７に充填された光触媒６に接触するとともに反応槽７の内部に備えられた光照射部８から光が照射され、光触媒６の光触媒作用によって有機物含有水中の除去対処有機物が酸化分解される。
【００１８】
本発明において使用される光触媒に特に制限はなく、粉末、粒状、三次元体へ固定化したもののいずれを用いてもかまわない。また、光触媒を構成する物質も特に制限はなく、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化チタン及び酸化セリウム等の金属酸化物あるいは、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化水銀などの金属酸化物が挙げられ、さらには、これらの金属に対して、窒素イオンや硫黄イオン等の不純物イオンをドープしたもの、あるいはこれらの金属に対して、白金等の金属を担持したもの等が挙げられる。
【００１９】
中でも、酸化チタンはその構造安定性、光酸化還元反応による有害物質除去能、取り扱い上の安全性等から、本発明においても有利に用いられる。酸化チタンは、汎用の二酸化チタンの他、メタチタン酸、オルトチタン酸、含水酸化チタン、水和酸化チタン、水酸化チタン、及び過酸化チタン等のチタン酸化物や水酸化チタンが挙げられる。中でもアナタースやルチル結晶構造を有する酸化チタンは比較的安価で性能が優れる。さらには、白金等の金属を担持することで光反応における効率が向上できる。
【００２０】
また通常、酸化チタンは３８０ｎｍ以下の紫外光領域を吸収し、効果を発揮するものであるが、窒素イオンや硫黄イオンなどの不純物イオンをドープすることにより、３８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の可視光領域でも光触媒能を発揮することができ、紫外線照射装置以外の光照射手段も適用することができる。
【００２１】
しかしながら、本発明における酸化チタンは光触媒機能を有するものであれば、結晶構造、結晶性等は限定されるものではない。
【００２２】
本発明においては、上述した光触媒自体あるいは光触媒を担持した担体を反応槽７内に流動床あるいは固定床を形成するようにして用いる。固定床として用いる場合には、光触媒を石英ガラスなどの光透過性素材からなるラシヒリング等の担体に担持したものを用いることによって、光利用効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明において使用する光照射部８は、例えば、水素放電管、キセノン放電管、水銀ランプ、レーザー光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの中から、使用する光触媒が光触媒機能を破棄する光を照射できる光源を適宜採用することができる。
【００２４】
本実施形態においては光照射部８は反応槽７の内部に設けられているが、反応槽７の外部に設けてもよく、反応槽７の内部と外部の両方に設けても良い。
【００２５】
以上のような有機物含有水処理装置によって有機物が分解除去された処理水は、反応槽７の上部より取り出され、隣接する処理水槽１０に一旦貯留された後に所定の目的に利用するために系外へ送液される。
【実施例１】
【００２６】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを純水に溶解して、ＴＯＣ（全有機炭素）濃度１０ｍｇ／Ｌの有機物含有水を５００Ｌ調整し、図１に記載の装置を用いて有機物含有水の循環処理をおこない、有機物含有水のＴＯＣ濃度を経時的に測定した。なお、循環処理は反応槽７から取り出した処理水を処理水槽１０に送液せずに貯留槽２に返送することによっておこなった。また、光触媒はデグサ社製酸化チタンＰ−２５（平均粒径０．０２１ｍｍ）を１．５ｋｇ用い、光源としては主波長３６５ｎｍの高圧水銀ランプを用い、酸素含有ガスとして空気を用いて気泡径５〜１０μｍ、供給速度３０Ｌ／ｍｉｎで添加した。結果を表１に示す。
実施例２
空気の替わりに酸素を用いた以上は実施例１と同じ条件で有機物含有水の処理を行った。有機物含有水のＴＯＣ濃度の経時変化を表１に示す。
比較例１
空気の替わりにオゾンガスを用いた以外は実施例１と同じ条件で有機物含有水の処理をおこなった。有機物含有水のＴＯＣ濃度の経時変化を表１に示す。
比較例２
微細気泡供給手段の変わりに通常の散気管を用いた以外は実施例２と同じ条件で有機物含有水の処理を行った。なお、散気管によって発生する気泡の気泡径は１〜５ｍｍであった。有機物含有水のＴＯＣ濃度の経時変化を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2006281032.tif 000003
【００２８】
表１に示された結果から明らかなように、通常の散気装置を用いた場合（比較例２）には酸素ガスを用いた場合でも十分なＴＯＣの除去効率を示さなかったのに対して、微細気泡供給手段によって酸素含有ガスを供給した場合には、空気を用いた場合（実施例１）でも比較例１を大きくうわまわるＴＯＣの除去効果を示し、酸素ガスを用いた場合（実施例２）に至ってはオゾンガスを用いた場合（比較例１）とほぼ同等のＴＯＣ除去効果を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、種々の汚水、排水、廃水の有機物分解処理或いは純水や用水の製造過程における有機物除去などを行う際の水処理装置あるいは方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明装置の一態様の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  有機物含有水
２  貯留槽
３  送液ポンプ
４  酸素含有ガス
５  微細気泡供給手段
６  光触媒
７  反応槽
８  光照射部
９  処理水
１０  処理水槽
【図１】
2006281032.tif 000004