(57)【要約】【解決課題】原水中の有害な有機物を安定して効果的に除去することができ、しかも、バイオファウリングを抑制することができて、長期間にわたって安定した水質の飲料水を得ることができる造水方法および造水装置を提供する。【解決手段】上向流式処理槽内に活性炭層と浸漬膜モジュールとを配置し、かつ、浸漬膜モジュールを活性炭層の上方に配置するとともに処理槽の上部空間を光触媒粒子の浮遊空間として構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を、活性炭を用いて吸着処理した後、光触媒の存在下に浸漬膜を用いて濾過する造水方法。
【請求項２】
光触媒にその光触媒を励起する自然光および／または人工光を照射する、請求項１に記載の造水方法。
【請求項３】
上向流式処理槽内に活性炭層と浸漬膜モジュールとを配置し、かつ、浸漬膜モジュールを活性炭層の上方に配置するとともに処理槽の上部空間を光触媒粒子の浮遊空間として構成してなる造水装置。
【請求項４】
処理槽に、光触媒を励起する光の反射手段を付設した、請求項３に記載の造水装置。
【請求項５】
光触媒粒子の浮遊空間に対向して、光触媒を励起する光照射手段を設けた、請求項３に記載の造水装置。
【請求項６】
活性炭層と浸漬膜モジュールとの間に光触媒粒子の沈降抑制手段を設けた、請求項３に記載の造水装置。
【請求項７】
活性炭層と沈降抑制手段との間に散気手段を設けた、請求項６に記載の造水装置。
【請求項８】
処理槽の前段に固液分離手段を設けた、請求項３に記載の造水装置。
【請求項９】
固液分離手段が凝集沈澱手段および／または砂濾過手段である、請求項８に記載の造水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性炭と、光触媒と、浸漬膜とを用いる造水方法および造水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水道水源の汚染の多様化、複雑化が大きな問題となっている。たとえば、下水の処理水中にフミン酸、フルボ酸等の有機物が存在すると、それが塩素と反応し、有害なトリハロメタンを生成する。また、田畑やゴルフ場等で使用される農薬、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン等の低沸点有機塩素化合物による汚染もある。さらに、哺乳動物や人の糞便が水道源に流入することに起因するクリプトスポリジウム、ジアルジア等の耐塩素性原虫による汚染もある。しかるに、このような汚染が複合した、いわゆる複合汚染は、単機能的な処理方法では対応しきれない。そこで、汚染の形態に応じて、砂濾過等の典型的な処理方法に加えて活性炭処理、オゾン処理、膜濾過処理等の各種の処理方法を組み合わせている。
【０００３】
たとえば、特開平１０−１０９０９５号公報には、上向流式の処理槽内に活性炭粒子を充填してなる濾層を設け、その濾層の上方に浸漬膜モジュールを設けた高度浄水処理装置が記載されている。すなわち、この従来の装置は、活性炭による有機物の吸着除去、活性炭に付着した微生物によるアンモニアの硝化処理、膜濾過による除濁、除菌を１個の槽内で行うようにしたものである。
【０００４】
ところで、このような装置においては、運転の継続に伴って活性炭の吸着能力が低下してくるが、活性炭で吸着除去可能な有機物は分子量が２，０００Ｄａ程度以下の低分子量有機物であり、一方、後段の浸漬膜ではそのような低分子量有機物はほとんど除去できない。また、何らかの原因で被処理水の有機物濃度が急激に上昇した場合、活性炭を交換または補充しなければ水質を維持できないが、そのような交換や補充は容易ではない。さらに、活性炭濾層で繁殖した微生物が剥離し、浸漬膜モジュールを構成する膜の表面に付着、繁殖して膜表面にゲル状の層が形成されることによる濾過性能の低下、すなわち、バイオファウリングによる濾過性能の低下もある。そのため、上記従来の装置によっては、長期間にわたって安定した水質の飲料水を得るのはなかなか難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の上述した問題点を解決し、有機物を安定して除去することができ、しかも、バイオファウリングを抑制することができて、長期間にわたって安定した水質の飲料水を得ることができる造水方法および造水装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、被処理水を、活性炭を用いて吸着処理した後、光触媒の存在下に浸漬膜を用いて濾過する造水方法を特徴とするものである。光触媒にその光触媒を励起する自然光および／または人工光を照射するのも好ましい。
【０００７】
また、本発明は、上記目的を達成するために、上向流式処理槽内に活性炭層と浸漬膜モジュールとを配置し、かつ、浸漬膜モジュールを活性炭層の上方に配置するとともに処理槽の上部空間を光触媒粒子の浮遊空間として構成してなる造水装置を提供する。処理槽に、光触媒を励起する光の反射手段を付設したり、光触媒粒子の浮遊空間に対向して光触媒を励起する光照射手段を設けたりするのも好ましい。また、活性炭層と浸漬膜モジュールとの間に、光触媒粒子の沈降防止手段を設けたり、活性炭層と沈降防止手段との間に散気手段を設けたりするのも好ましい。さらに、処理槽の前段に、凝集沈澱手段および／または砂濾過手段からなる固液分離手段を設けるのも好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において、河川水、湖沼水等の被処理水（原水）は、原水タンク１に一旦貯められた後、固液分離装置２に送られる。そして、固液分離装置２によって懸濁成分が除去された後、ポンプ３によって上向流式処理槽４にその下部から送り込まれる。
【０００９】
固液分離装置は、たとえば、凝集沈澱装置、砂濾過装置や、これらの装置を組み合わせたようなもので、被処理水中の懸濁成分を除去する。固液分離装置の設置は、後述する活性炭層５を構成する活性炭粒子の表面や浸漬膜モジュール６を構成する浸漬膜の表面への懸濁成分の付着を防止し、活性炭の吸着能力や浸漬膜の濾過性能を維持うえで有効である。なお、凝集沈殿装置を用いる場合、凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄等を用いることができる。
【００１０】
処理槽４に導入された水は、その処理槽４の下部に配置した活性炭層５に通される。活性炭層５は、活性炭粒子を緩く充填してなるもので、水中の有機物が活性炭により吸着除去される。
【００１１】
活性炭としては、木質系の椰子殻活性炭や石炭系活性炭等を用いることができる。椰子殻活性炭は、直径３ｎｍ以下の細孔を多くもち、３０ｎｍ以上の大きな細孔が少ないので、比較的低分子量の有機物を吸着除去するのに適している。一方、石炭系活性炭は、直径３ｎｍからかなり大きな細孔まで広く分布していることから、より大きな分子量の有機物を吸着除去するのに適している。これらを混合して用いてもよい。なお、活性炭の吸着能は、有機物の種類やその量によっても変わるので、事前に除去対象物質の種類、物性等を調査し、用いる活性炭を選定する。また、活性炭粒子は、水によって均等に流動せしめられるよう、粒子径の均一性、充填の密度を決める。通常、粒子径が０．３〜０．９ｍｍ程度で、均等係数が１．５〜２．１程度の、球形に近く、硬度の高いもの使用する。さらに、活性炭層の厚みやその内部における水の速度は、活性炭の吸着能力や、除去対象物質の種類、濃度等によって異なるため、予備実験等であらかじめ調べておくのが好ましい。
【００１２】
活性炭層５を通過した水は、散気管９によって上方に流動せしめられ、漏斗状の光触媒粒子沈降抑制板８の中心を通って処理槽４の上部に至り、浮遊する光触媒粒子１０と接触しながら浸漬膜モジュール６を構成する浸漬膜によって濾過された後、処理水が処理水タンク７へと送られる。処理槽４には、光触媒粒子１０が浮遊する上部に対向して光照射装置１１が付設されていて、光触媒は、この光照射装置１１の光を吸収して励起状態となり、ＯＨラジカルを生成した後水中の有機物と接触してその酸化反応を促進する。また、水中に存在したり浸漬膜の表面に付着している微生物と接触してそれを死滅、分解する。光触媒は、オゾンや塩素等のような毒性はなく、また、有害な中間副生成物を生成することもなく、ほとんど全ての有機物を二酸化炭素に酸化分解する性質をもっているので極めて安全である。
【００１３】
上記において、散気管は、必須のものではないが、これを設けると処理槽内の上向流をより均一にすることができ、光触媒粒子をより均一に拡散、浮遊させることができるようになるので好ましい。
【００１４】
また、光触媒沈降抑制板も必須のものではないが、これを設けると、何らかの理由で装置の運転を休止したときに光触媒粒子が活性炭層上に沈降するのを抑制することができるので好ましい。なお、図１に示したように散気管に対向する端縁を上方に折り曲げたり、真横に折り曲げたりすると、光触媒粒子の活性炭層上への沈降をより抑制することができるようになる。
【００１５】
光触媒粒子としては、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化タングステン等からなる酸化物粒子や、硫化カドミウム、硫化亜鉛等からなる金属硫化物粒子や、これらの粒子に白金、金、パラジウム等を担持したものを用いることができる。比表面積の大きなアルミナ粒子やシリカ粒子等の多孔質粒子に光触媒を担持させたものであってもよい。なかでも、比較的安価で人体に害のない二酸化チタン粒子の使用が好ましい。光触媒粒子は、小さければ小さいほど有効表面積が大きくなり、活性が高くなるので好ましいが、浸漬膜の孔を通過しないよう、浸漬膜の孔径より大きな粒子径のものを用いる。なお、光触媒粒子は、装置の運転を開始した後に処理槽内に投入するが、投入量は被処理水の水質等に応じて適宜選定する。
【００１６】
光照射装置の設置は、造水装置を屋内に設置する場合や、被処理水中の有機物濃度が高い場合や、雨天時や夜間のように自然光（太陽光）が被処理水中の有機物を酸化分解するのに十分でないような場合に有効である。光照射装置は、光触媒を励起する波長３８０ｎｍ程度以下の光を発するものであればよく、水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ブラックライト等を用いることができる。なお、処理槽上部の内壁面を明色に塗装したり、光反射板等を付設しておくと、自然光や光照射装置による光量を有効に活用できるようになる。
【００１７】
浸漬膜モジュールには、よく知られているように、平膜モジュールや中空糸膜モジュール等があるが、膜の充填率が高く、単位面積あたりの有効膜面積を大きくとれる中空糸膜モジュールを用いるのが好ましい。また、モジュールを構成する浸漬膜としては、欲する処理水の水質や水量、用いる光触媒粒子の粒径等によって、ＭＦ膜（精密濾過膜）を用いたり、ＵＦ膜（言外濾過膜）を用いたり、あるいは両者を併用したりする。
【００１８】
本発明の造水装置の運転方式は、一定の処理水量が得られ、また、制御が容易であるという理由で、定圧濾過運転よりも定流量濾過運転とするのが好ましい。濾過の運転動力としては、動力源を必要としない、処理槽の液面と処理水タンクの液面との水位差を利用したサイフォンによるのが好ましい。サイフォンでは所定の水量を確保できない場合には、吸引ポンプを併用する。
【００１９】
【実施例および比較例】
（実施例）
図１に示す造水装置を用いた。なお、被処理水としては、河川水を用いた。固液分離装置としては、凝集沈澱装置を用いた。凝集剤にはポリ塩化アルミニウムを使用し、添加量は２ｍｇ−Ａｌ／ｌとした。活性炭層には粒子径０．４ｍｍ、均等係数１．７の活性炭粒子を用い、厚みは２ｍとした。運転条件は、空間速度７．１ｈ−１、線速度１５ｍ／ｈとした。光触媒粒子としては、平均粒子径３μｍの二酸化チタン粒子を用い、５ｋｇ（１ｇ／ｌ）投入した。３個の光照射装置には、それぞれ１００Ｗのブラックライトを用いた。浸漬膜モジュールとしては、公称孔経０．１μｍのポリフッ化ビニリデン製中空糸膜型ＭＦ膜モジュールを用いた。運転は定流量濾過運転とし、濾過流束は１ｍ／日とした。
【００２０】
運転開始から１００時間後および３，０００時間後における被処理水および処理水の水質は表１に示すとおりであり、処理水中の有機物濃度は水道水質基準を満たしていた。また、浸漬膜モジュールの運転圧力は、運転開始時においては２０ｋＰａであったが、３，０００時間経過後においても２５ｋＰａと安定していた。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
（比較例）
実施例１において、光触媒粒子を用いないで造水した。被処理水は実施例と同じ河川水であり、運転開始日は実施例と同日である。
【００２３】
運転開始から１００時間後および３，０００時間後における被処理水および処理水の水質は表２に示すとおりであり、実施例によるものよりも水質が劣っていた。特に、３，０００時間後における処理水中の有機物濃度は極めて高く、シマジンは水道水質基準を満たしていなかった。浸漬膜モジュールの運転圧力は、運転開始時においては２０ｋＰａであったが、３，０００時間後には１００ｋＰａに上昇し、薬液洗浄で膜性能を回復せざるを得ない状態となった。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、実施例と比較例との対比からも明らかなように、被処理水中の有害な有機物を安定して効果的に除去することができ、しかも、バイオファウリングを抑制することができて、長期間にわたって安定した水質の飲料水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係る造水装置を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
１：原水タンク
２：固液分離装置（固液分離手段）
３：ポンプ
４：上向流式処理槽
５：活性炭層
６：浸漬膜モジュール
７：処理水タンク
８：光触媒沈降抑制板（光触媒粒子の沈降抑制手段）
９：散気管（散気手段）
１０：光触媒粒子
１１：光照射装置（光照射手段）
【図１】
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