(57)【要約】【課題】凝集分離処理と光触媒を用いた酸化処理を組み合わせ、効果的な処理を行う。【解決手段】凝集沈殿のフロック形成槽２６に、サイクロン２４から光触媒粒子を添加する。光触媒粒子を含む汚泥は沈殿槽３４において沈殿し、これがサイクロン２４に供給され、光触媒粒子がフロック形成槽２６に循環される。フロック形成槽２６には、紫外線照射装置２０が配置されているため、ここで光触媒反応を利用して原水中の有機物の酸化や病原性微生物の不活性化が効果的に行われる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に凝集剤を混合して凝集フロックを形成した後、凝集フロックを分離して、凝集フロックが分離された処理水を得る凝集分離手段と、
前記凝集剤の添加前または添加後の被処理水に光触媒粒子を添加する光触媒粒子添加手段と、
前記凝集分離手段で得られた分離固形物から前記光触媒粒子を分離回収し、前記光触媒粒子添加手段に返送する光触媒粒子回収手段と、
前記光触媒粒子が添加された被処理水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、
を備えることを特徴とする光触媒を利用する水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記凝集分離手段は、凝集剤と被処理水を撹拌混合して凝集フロックを形成する凝集手段と、この凝集手段からの処理液を沈降分離して凝集フロックを沈殿分離する沈殿槽を有する凝集沈殿手段であることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記光触媒粒子は、光触媒物質として、酸化チタンを含む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、凝集沈殿処理等の凝集分離処理と光触媒を用いた酸化処理を組み合わせたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、浄水処理、工業用水処理、下水処理、排水処理において、凝集沈殿処理が広く採用されている。また、酸化チタンなどの光触媒は、紫外線を照射することによって酸化触媒として機能するため、水処理においても光触媒酸化処理を利用することが検討されている。
【０００３】
従来の凝集沈殿処理は、被処理水を撹拌機を備えた凝集槽に導入し、ここで凝集剤を添加すると共に急速撹拌して凝集剤を混合する。次に、混合液を撹拌機を備えたフロック形成槽に導入しここで緩速撹拌して凝集フロックを形成し、この凝集フロックを含む処理液を沈殿槽に導入し、固形物を沈殿分離して上澄み液に固形物が除去された処理水を得ている。
【０００４】
また、このような凝集沈殿処理の改良として、凝集剤と共に砂などの粒子を沈降促進材として添加して、沈殿槽における固液分離を改善することも提案されている。この場合には、凝集槽において無機凝集剤を添加し、フロック形成槽において沈降促進材を高分子凝集剤と共に、添加混合する。これによって、形成される凝集フロックは比重の大きい沈降促進材を含むものとなり、沈殿分離性能が改善される。また、沈殿分離された汚泥はサイクロン等の分離手段に供給され、ここで汚泥から沈降促進材が分離され、分離された沈降促進材は再利用されている。
【０００５】
このような凝集沈殿処理は、特許文献１、２等に開示されている。
【０００６】
また、被処理水中の微生物や有機物を不活化あるいは分解するためには、オゾン処理や紫外線処理などの化学的酸化処理が利用されている。オゾンの酸化力は強力であり、オゾン処理は各種有機物の酸化に非常に効果的である。
【０００７】
ここで、被処理水中の微生物や有機物を不活化あるいは分解する手段として光触媒法がある。これは二酸化チタン等に紫外線を照射することにより、紫外線単独時よりも効率よく生じるヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）が、有機物の酸化分解に有効であることを利用している。
【０００８】
このような光触媒を利用した処理については、特許文献３、４等に記載がある。また、特許文献５では、二酸化チタン単体粒子ではなく、ケイ砂やガラスビーズに二酸化チタンをコーティングしたものを用いている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−４７６０６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０４７１２号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３６４号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０５０６４号公報
【特許文献５】
特開平９−２３９３５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、浄水処理では、被処理水中に有機物や微生物が多く含まれる場合に、上述のような凝集沈殿装置のみでは、良好な水質の水、例えば飲料水を製造することはできない。そこで、オゾン処理や紫外線処理あるいは光触媒処理を組み合わせることが必要になる。
【００１１】
しかし、オゾン処理を浄水処理で使用する場合、還元剤などを使用する排オゾン処理設備や残留オゾンを除去するために活性炭処理まで設置する必要があり、処理コストが高くなるという問題がある。一方、紫外線処理は、比較的安価であるが、水中に含まれる多くの有機物を分解するには、十分な酸化力を有していない。
【００１２】
また、光触媒に関しては、光触媒の効率的な使用方法が難しいという問題がある。すなわち、触媒作用はその表面で生じるため、比表面積（触媒容積当たりの表面積）を大きくすることが効果的であり、粒状の光触媒を用いることが好ましい。しかし、粒状の光触媒を用いると、処理効率は良いが、光触媒を反応槽内に保持するためにフィルター等を用いて流出を防止する等の仕組みを設ける必要がある。
【００１３】
本発明は、凝集沈殿処理等の凝集分離処理と光触媒を用いた酸化処理を組み合わせ、効果的な処理が行える水処理装置に関する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理水に凝集剤を混合して凝集フロックを形成した後、凝集フロックを分離して、凝集フロックが分離された処理水を得る凝集分離手段と、前記凝集剤の添加前または添加後の被処理水に光触媒粒子を添加する光触媒粒子添加手段と、前記凝集分離手段で得られた分離固形物から前記光触媒粒子を分離回収し、前記光触媒粒子添加手段に返送する光触媒粒子回収手段と、前記光触媒粒子が添加された被処理水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記凝集分離手段は、凝集剤と被処理水を撹拌混合して凝集フロックを形成する凝集手段と、この凝集手段からの処理液を沈降分離して凝集フロックを沈殿分離する沈殿槽を有する凝集沈殿手段であることが好適である。
【００１６】
また、前記光触媒粒子は、光触媒物質として、酸化チタンを含むことが好適である。
【００１７】
このように、本発明によれば、光触媒粒子により光触媒酸化処理が行えると共に、この光触媒粒子を凝集分離処理の分離促進材、特に沈降促進材として利用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態に係る水処理装置は、ダム水や、河川水などを浄化して、水道水として用いる浄水を得るための装置である。
【００２０】
取水井等から供給される原水は、まず凝集槽１０に供給される。この凝集槽１０には、撹拌機１２が設けられており内部が撹拌されると共に、無機凝集剤貯槽１４からポンプ１６によって無機凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム：ＰＡＣ）が供給される。従って、この凝集槽１０において、無機凝集剤が原水に混合され無機凝集フロックが形成される。ここで、この凝集槽１０には、紫外線照射装置２０が配置されているとともに、サイクロン２４から光触媒粒子が供給される。このため、凝集槽１０内においては、無機凝集フロックを含む原水中に光触媒粒子が撹拌混合された状態で、ここに紫外線照射装置２０からの紫外線が照射される。これによって、原水中の有機物について、光触媒粒子表面における触媒作用を利用した酸化処理が行われる。
【００２１】
凝集槽１０の凝集処理水は、フロック形成槽２６に供給される。このフロック形成槽２６には、撹拌機２８が設けられていると共に高分子凝集剤貯槽３０からの有機高分子凝集剤（例えば、ポリアクリルアミド系のポリマーなどで、通常はアニオンまたはノニオン系のもの）がポンプ３２により供給されている。このため、このフロック形成槽２６においては、無機凝集フロックが光触媒粒子と共に高分子凝集剤により凝集され、粗大化したフロックであって、光触媒粒子を取り込んだことで比重が大きなものが形成される。
【００２２】
フロック形成槽２６の凝集フロックを含む処理水は、沈殿槽３４に導入される。この沈殿槽３４はその上部に多数の傾斜板３６が配置されており、下部はホッパ状の汚泥集積部３８となっている。そこで、沈殿槽３４においては、光触媒粒子を取り込んだ比重の大きな粗大フロックは、直接ホッパ状の汚泥集積部３８に沈降し、光触媒粒子が取り込まれなかった比重の小さな微細フロックは、傾斜板３６間を通過する際に固形物（微細フロック）の沈殿が促進され、固形物の除去された上澄み液が処理水として上部から排出される。
【００２３】
ここで、この実施形態では、凝集槽１０、フロック形成槽２６、及び沈殿槽３４で、凝集沈殿装置１００を形成している。
【００２４】
この沈殿槽３４の処理水は、下降流の急速ろ過器である二層ろ過器４０に供給され、ここでろ過処理され、微細な固形物が除去される。この二層ろ過器４０のろ材は、例えばアンスラサイトと、砂である。そして、この二層ろ過器４０のろ過処理水が、浄水として排出される。この浄水には、次亜塩素酸ナトリウム貯槽４２からの次亜塩素酸ナトリウムがポンプ４４により所定量注入されることで消毒処理がなされ、これが配水タンクなどを経て浄水として配水される。なお、この例では、次亜塩素酸ナトリウム貯槽４２からの次亜塩素酸ナトリウムは、二層ろ過器４０の流入水にも添加されるようになっている。
【００２５】
また、沈殿槽３４の汚泥集積部３８の底部には、汚泥循環ポンプ４６が接続されており、沈殿汚泥は、汚泥循環ポンプ４６によってサイクロン２４に供給される。このサイクロン２４は、供給されてくる光触媒粒子を含む汚泥を筒状の本体内の内壁に沿って高速で旋回するように流入させ、その際の遠心力で、比重の大きな光触媒粒子をその他汚泥から分離する。そして、分離された汚泥は、系外に排出され、光触媒粒子が凝集槽１０に供給される。従って、光触媒粒子は、凝集槽１０において原水に添加され、沈殿槽３４で処理水から分離され、サイクロン２４で回収され凝集槽１０に循環利用される。
【００２６】
このように、本実施形態では、凝集槽１０において、原水と光触媒粒子が混合され、ここに紫外線照射装置２０から紫外線が照射される。そこで、原水中の有機物が酸化処理される。特に、フミン酸などのトリハロメタンの前駆物質が光触媒を利用することによって、効率的に除去され、これによって後段における塩素（次亜塩素酸ナトリウム）注入によって、トリハロメタンが生成されるのを効果的に低減することができる。
【００２７】
さらに、この紫外線照射によって、原水中に含まれる微生物について効果的な処理が行われる。例えば、クリプトスポリジウムのオーシストの増殖能力が劣化され、不活性化される。従って、浄水中にクリプトスポリジウムのオーシストが残留する可能性を大きく低減することができる。
【００２８】
そして、光触媒粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）またはガラス粒子、ケイ砂などに酸化チタンをコーティングして形成されている。従って、この光触媒粒子はその比重が比較的大きく、沈殿槽３４において容易に沈殿する。そこで、凝集沈殿処理において、沈降促進材として作用する。そこで、沈殿槽３４における沈殿処理の効率を上昇することができる。このように、本実施形態によれば、光触媒粒子は、単に光触媒体として機能するだけでなく、沈降促進材としても作用するため、全体として処理効率を上昇することができる。なお、酸化チタンの粒子は、比重がかなり大きく、ガラス粒子や、ケイ砂などに酸化チタンをコーティングした方が比重を適当な値に調整しやすいので便利である。すなわち、酸化チタンの粒子の場合、粒径を数１００μｍにすると沈降速度が大きすぎ、凝集槽１０内において十分浮遊させることが難しくなる。そこで、酸化チタン粒子の場合、粒子径をより小径ものとすることが好適である。
【００２９】
ここで、本実施形態では、凝集槽１０において、紫外線を照射する光触媒酸化処理を行ったが、凝集槽１０で光触媒酸化処理を行わずに、沈殿処理水に紫外線を照射する方法も考えられる。この処理は、浄水中に残留するオーシストを不活化させるのには有利な方法と考えられる。しかし、この処理では、汚泥中のオーシストを不活化させることができない。浄水汚泥は様々な形で再利用され、例えば酸汚泥循環法として再利用される場合などは、着水井あるいは凝集槽に汚泥が戻され、オーシスト濃度が上昇してしまうので、オーシストを不活化させておくことが重要となり、本実施形態の方式が有利となる。
【００３０】
図２には、他の実施形態の構成を示してある。この実施形態の水処理装置では、凝集槽１０とフロック形成槽２６との間に独立した光触媒酸化処理槽１８を設けており、ここに紫外線照射装置２０および撹拌機２２を設けると共に、サイクロン２４からの光触媒粒子を供給する。そこで、凝集槽１０からの無機フロックを含む凝集処理水について、紫外線照射下での光触媒反応が生起される。
【００３１】
この実施形態においても、上述の実施形態と同様の作用効果が得られると共に、撹拌機２２の撹拌強度などを独立して制御できるなどの利点がある。
【００３２】
図３には、さらに他の実施形態の構成を示してある。この実施形態に係る水処理装置では、独立した光触媒酸化処理槽１８（図２参照）を設けず、フロック形成槽２６内に紫外線照射装置２０が配置され、かつサイクロン２４からの光触媒粒子が供給される。そこで、本実施形態においては、高分子凝集剤による粗大フロックの形成と、光触媒による酸化処理がフロック形成槽２６内において並行して起きることになる。
【００３３】
この実施形態においても、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
なお、図２において、光触媒酸化処理槽１８を凝集槽１０の前段に配置したり、フロック形成槽の後段に設けたりすることもできる。
【００３５】
また、上述の実施形態では、凝集フロックを分離する固液分離処理として凝集沈殿処理を採用したが、固液分離処理としては沈殿処理に代えて膜ろ過処理なども採用することができ、この場合には光触媒粒子がフロックの核になり分離促進材として作用する。
【００３６】
【実施例】
図３に示す水処理装置による処理を行った。また、図３の構成で、光触媒粒子に代えてケイ砂を採用したものを従来例として処理を行った。原水として、ダム水を利用した。このダム水には、畜産排水や生活雑排水などが含まれており、対塩素性のある病原性原虫クリプトスポリジウムなどが含まれている可能性がある。従って、ここでの光触媒酸化処理は、有機物の酸化分解処理を行うだけでなく病原性原虫の不活化をも目的としている。
【００３７】
図３における装置の仕様、運転条件は以下の通りである。
・処理水量  ９．５ｍ３／ｈ
・原水濁度  ３．７〜４．５度、平均濁度：４．０度
・凝集沈殿装置  スキッド本体寸法：２．３ｍＷ×１．５ｍＤ×３．４ｍＨ、凝集槽（１０）：０．４４ｍ３、フロック形成槽（２６）：０．５０ｍ３、沈殿槽（３４）：０．５０ｍ３（表面積：０．２５ｍ２、０．５ｍ×０．５ｍ）、汚泥循環量：０．５ｍ３／ｈ
・汚泥濃縮槽  １ｍ３
・凝集剤  ＰＡＣ：注入率２０〜５０ｍｇ／Ｌ
・凝集助剤  ノニオン性アクリルアミドポリマー：分子量１６００万（ｄａｌｔｏｎ）、注入率：０．４〜０．８ｍｇ／Ｌ
・二酸化チタン触媒  ガラスビーズにＴｉＯ２をコーティング、粒径：８０μｍ、比重：２．８
通常触媒の添加量は、フロック形成槽２６での濃度を０．５〜２．０％とするが、１．０％±０．３％に制御した。
・紫外線照射装置（２０）  中圧紫外線ランプ、最大出力８００Ｗ（１００Ｗランプ８本）
・効果確認のためクリプトスポリジウムのオーシストを１０６個／ｍ３（１０３個／Ｌ）添加し、１時間通水を行った。
【００３８】
この間の処理水は公称孔径１μｍの膜ろ過装置に通水し、凝集沈殿処理水に残留するクリプトスポリジウム・オーシストを含む濁質を捕捉した。この膜ろ過装置にて捕捉したオーシストについては、蛍光顕微鏡による個数濃度の測定とマウス感染試験により感染率を求め、感染率から生残率を算出した。循環汚泥は、サイクロン２４により光触媒粒子（沈降促進材）と汚泥とに分離されるが、その汚泥は全量濃縮槽に貯留し、沈殿処理水同様オーシストの分析に用いた。また、比較として、沈降促進材を従来用いられているケイ砂とした場合のデータも同様に収集した。
【００３９】
沈殿処理水中に残留したオーシストの個数濃度及び生残率と汚泥中のオーシストの個数濃度及び生残率を表１に示す。
【表１】
2004267855.tif 000003
【００４０】
このように、沈降促進材が違う以外は同じ条件で、光触媒粒子を用いた本実施形態の方が、個数濃度、生残率ともに従来法よりも小さくなっており、オーシストの凝集沈殿処理での除去率及び不活化率を向上させていることが確認できた。なお、オーシストの生残率とは、沈殿処理水あるいは汚泥中に顕微鏡観察により計測されたオーシストの内、マウスに感染する能力を有しているオーシストの割合を表している。
【００４１】
次に、有機物の分解について、従来法（沈降促進材にケイ砂を用いたもので、紫外線は同条件で照射）と本発明の方法で比較したものを表２に示す。
【表２】
2004267855.tif 000004
【００４２】
ここでは、トリハロメタンの前駆物質（＝フミン酸などの有機物）の減少を２６０ｎｍ紫外部吸光度（５０ｍｍセル）＝Ｅ２６０により評価した。原水の水質によっても異なるが、このＥ２６０の値に０．３ｍｇ／Ｌを掛けたものがおおよそのトリハロメタン生成能を表す。水道水質基準値では、総トリハロメタンで０．１ｍｇ／Ｌ以下となっているので、Ｅ２６０で考えると０．３３未満とする必要がある。凝集沈澱と、紫外線酸化分解により従来法でもＥ２６０は０．３３未満となっているが、沈降促進材に光触媒粒子を用いた本実施形態の方法が、さらにＥ２６０を低減できている。
【００４３】
なお、図１、２の装置における処理結果は省略したが、図３の処理結果とほぼ同等であり、従来例に比べ良好な処理効果が得られることが確認されている。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光触媒粒子により光触媒酸化処理が行えると共に、この光触媒粒子を凝集分離処理の分離促進材、特に沈降促進材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る水処理装置の構成を示す図である。
【図２】他の実施形態に係る水処理装置の構成を示す図である。
【図３】さらに他の実施形態に係る水処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  凝集槽、１２  撹拌機、１４  無機凝集剤貯槽、１６  ポンプ、１８  光触媒酸化処理槽、２０  紫外線照射装置、２２  撹拌機、２４  サイクロン、２６  フロック形成槽、２８  撹拌機、３０  高分子凝集剤貯槽、３２  ポンプ、３４  沈殿槽、３６  傾斜板、３８  汚泥集積部、４０  二層ろ過器、４２  次亜塩素酸ナトリウム貯槽、４４  ポンプ、４６  汚泥循環ポンプ、１００  凝集沈殿装置。
【図１】
2004267855.tif 000005
【図２】
2004267855.tif 000006
【図３】
2004267855.tif 000007