(57)【要約】【課題】井戸水や地下水等の鉄やマンガンを多く含む水に対し、これらを安全に除去すると共に、完全に殺菌された処理水を得ることができる水の殺菌浄化装置を提供する。【解決手段】光触媒の存在下に空気に短波長紫外線を照射して活性酸素を発生させる装置と、該活性酸素発生装置で処理された空気を被処理水中に曝気し、被処理水中の鉄、マンガンの各イオンを凝集沈殿させるとともに、生成した固形物を濾過する酸化濾過塔と、該酸化濾過塔を出た被処理水に、光触媒の存在下に短中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行なう殺菌塔と、さらに長波長紫外線を照射し、前記工程で生成した過剰のヒドロキシラジカルを分解して元の水に戻す後処理装置を有することを特徴とする水の殺菌浄化装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒の存在下に空気に短中波長紫外線を照射して活性酸素を発生させる装置と、該活性酸素発生装置で処理された空気を被処理水中に曝気し、被処理水中の金属イオンを前記活性酸素により酸化析出させるとともに、生成した固形物を濾過する酸化濾過塔と、該酸化濾過塔を出た被処理水に、光触媒の存在下に中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行なう殺菌塔とを有することを特徴とする水の殺菌浄化装置。
【請求項２】
前記殺菌塔を出た処理水に長波長紫外線を照射し、前記殺菌塔で生成した過剰のヒドロキシラジカルを分解して元の水に戻す後処理装置をさらに有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記酸化濾過塔には、前記固形物を濾過する濾過層が設けられ、該濾過層の下部には、該濾過層を洗浄するための逆洗手段が設けられ、該逆洗手段は、前記殺菌塔からの処理水を供給する配管と、該配管に連結された噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
光触媒の存在下に空気に短中波長紫外線を照射して活性酸素を発生させる工程、該活性酸素を含有する空気を被処理水中に曝気し、被処理水中の金属イオンを前記活性酸素により酸化析出させるとともに、生成した固形物を濾過層を通過させて濾過する工程、および該濾過された被処理水に、光触媒の存在下に中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行なう工程と、前記濾過工程で、前記濾過層が汚染、または前記固形物の閉塞により、所定の圧力損失に達した時点で、前記水を殺菌する工程で処理された処理水により、該濾過層を逆洗する工程とを有することを特徴とする水の殺菌浄化方法。
【請求項５】
前記水を殺菌する工程で処理された処理水に長波長紫外線を照射し、前記工程で生成した過剰のヒドロキシラジカルを分解して元の水に戻す後処理工程をさらに有することを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の殺菌浄化方法および装置に関し、特に鉄、マンガン等の金属イオンを多く含む水を光触媒の存在下に紫外線を照射して効率よく水の殺菌浄化を行う方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紫外線による水の殺菌方法としては、１７０〜４００ｎｍの範囲の紫外線を照射し、被処理水中の被イオン性物質をイオン化し、該イオン化された物質を強酸性および強塩基性イオン交換樹脂により処理して除去する方法（特公昭５４−１９２２７号公報）、被処理水に波長１８０〜１９０ｎｍの紫外線（低圧紫外線ランプ）を照射し、酸化剤を用いることなく、有機物の分解、イオン化を行う方法（特開平１−１６４４８８号公報）などが知られている。しかしながらいずれの方法においても、被処理水中の有機物が分解、イオン化されて生成された物質はＣＯ２まで分解されず、カルボン酸等の中間形態のまま存在するため、イオン交換樹脂を通してイオン化物質を除去する必要がある。このため、装置が複雑化し、高価になる等の欠点があった。このような従来の欠点を改善する方法として、本発明者等は、酸化チタン粒子を含む光触媒の存在下で水に紫外線を照射する水の浄化方法を提案し、特に被処理水をオゾンで殺菌処理した後、中波長の紫外線を照射し、さらに長波長の紫外線を照射して前記工程で生成したヒドロキシラジカル等を水に戻す水の浄化方法を提案した（国際公開公報ＷＯ００／７８６８０Ａ１）。しかし、この方法では、被処理水中に鉄、マンガン等の金属イオンを多量に含む場合、光照射によって生じた活性酸素により、前記金属イオンが酸化されて酸化物を析出し、紫外線照射の光源に付着したり、水中に浮遊して光照射を妨げ、処理効率を低下させるという問題を生じた。
【０００３】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ００／７８６８０Ａ１
【特許文献２】特開平１−１６４４８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、井戸水や地下水等、鉄、マンガン等の金属イオンを多く含む水に対し、これらを除去して紫外線照射による析出物の発生を防止してその照射効率を高めると共に、完全に殺菌された浄化水を得ることができる水の殺菌浄化方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願により、特許請求される発明は以下の通りである。
（１）光触媒の存在下に空気に短中波長紫外線を照射して活性酸素を発生させる装置と、該活性酸素発生装置で処理された空気を被処理水中に曝気し、被処理水中の金属イオンを前記活性酸素により酸化析出させるとともに、生成した固形物を濾過する酸化濾過塔と、該酸化濾過塔を出た被処理水に、光触媒の存在下に中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行なう殺菌塔とを有することを特徴とする水の殺菌浄化装置。
【０００６】
（２）前記殺菌塔を出た処理水に長波長紫外線を照射し、前記殺菌塔で生成した過剰のヒドロキシラジカルを分解して元の水に戻す後処理装置をさらに有することを特徴とする（１）記載の装置。
【０００７】
（３）前記酸化濾過塔には、前記固形物を濾過する濾過層が設けられ、該濾過層の下部には、該濾過層を洗浄するための逆洗手段が設けられ、該逆洗手段は、前記殺菌塔からの処理水を供給する配管と、該配管に連結された噴射ノズルからなることを特徴とする（１）または（２）記載の装置。
【０００８】
（４）光触媒の存在下に空気に短中波長紫外線を照射して活性酸素を発生させる工程、該活性酸素を含有する空気を被処理水中に曝気し、被処理水中の金属イオンを前記活性酸素により酸化析出させるとともに、生成した固形物を濾過層を通過させて濾過する工程、および該濾過された被処理水に、光触媒の存在下に中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行なう工程と、前記濾過工程で、前記濾過層が汚染、または前記固形物の閉塞により、所定の圧力損失に達した時点で、前記水を殺菌する工程で処理された処理水により、該濾過層を逆洗する工程とを有することを特徴とする水の殺菌浄化方法。
【０００９】
（５）前記水を殺菌する工程で処理された処理水に長波長紫外線を照射し、前記工程で生成した過剰のヒドロキシラジカルを分解して元の水に戻す後処理工程をさらに有することを特徴とする（４）記載の方法。
【００１０】
本発明に用いる光触媒としては、酸化チタン粒子、または他の金属を担持した酸化チタン粒子が用いられる。酸化チタンとしては、一般によく知られている正方晶型（アナターゼ型およびルチル型）を用いることも出来るが、特に斜方晶型の酸化チタン、例えばブルッカイト（板チタン石）型の酸化チタンが好ましい。
【００１１】
本発明において、活性酸素発生装置に用いる紫外線ランプとしては、短中波長の紫外線、すなわち、１８５ｎｍと２５４ｎｍの両波長にピーク強度を有する紫外線ランプ、例えば岡谷電機株式会社製のＺＬ−４０紫外線ランプが好適に用いられる。このように短中波長紫外線ランプを用いることにより、特にオゾン発生装置等を用いることなく、簡単な装置で効率よく活性酸素を含有する空気を得ることができる。また中波長紫外線ランプとしては、ＵＶＢランプ（基本的に２５４ｎｍのみにピーク強度を有する）が用いられるが、前記の短中波長紫外線ランプを使用してもよい。中波長紫外線の照射により主に水中の殺菌が行われる。さらに長波長紫外線を照射する紫外線ランプとしては、基本的に３６５ｎｍにピーク強度を有するＵＶＣランプ（ブラックライト等）が用いられる。長波長紫外線の照射により、排水中に残留するヒドロキシラジカル、オゾン等の活性酸素種が無害化される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに詳細に説明する。
図１は、本発明装置の概要を示す説明図である。この装置は、光触媒３を塗布した容器内に短中波長紫外線を照射する紫外線ランプ５を有する活性酸素発生装置１と、該活性酸素発生装置１で処理された空気を被処理水中に曝し、水中の鉄、マンガン等の金属イオンを除去するための酸化濾過塔１０と、該酸化濾過塔１０を出た被処理水に、光触媒の存在下に紫外線ランプ３３から中波長紫外線を照射し、生成したヒドロキシラジカルにより水の殺菌を行う殺菌装置３１と、該殺菌装置で処理された水にさらに紫外線ランプ４１（例えばブラックライト）から長波長紫外線を照射し、前記工程で生成した過剰なヒドロキシラジカルを分解し、無害な水に戻す後処理装置３７とから主として構成される。後処理装置３７は、活性酸素を含有する水をそのまま使用する場合は不要である。活性酸素発生装置１は、容器内の側壁に光触媒３（例えばブルッカイト型の酸化チタン）が塗布されている。
【００１３】
空気７はブロアにより活性酸素発生装置１の下方から入り、光触媒３の存在下に短中波長紫外線照射によりオゾン、スーパーオキシド等の活性酸素種を発生した後、配管９により抜き出され、酸化濾過塔１０に供給されて、水の殺菌、浄化処理に用いられる。酸化濾過塔１０には、上部および下部にそれぞれ酸化ゾーン（空塔部）１１および濾過層１３が設けられ、塔頂部に原水１９の散布ノズル２１が設けられている。酸化ゾーン１１の下部には配管９からの活性酸素を含む空気の噴射ノズル１５が上向きに設けられ、また濾過層１３の直下には逆洗用の噴射ノズル１７が上向きに設けられている。濾過層１３には濾過材、例えば砂等が充填されている。濾過層１３には、いわゆる除鉄、除マンガン剤、例えば製鉄所の鉄スカムを固化した充填材を用いてもよい。濾過層１３を流下した水は塔底から抜き出され、配管３５およびポンプ３６により、殺菌装置３１に導入される。殺菌装置３１は、筒状容器内の側壁に前述の光触媒３を塗布し、中央部に中波長紫外線を照射するための紫外線ランプ３３を挿入したものである。紫外線ランプ３３は、２５４ｎｍにピーク強度を有する中波長紫外線ランプが用いられるが、１８５ｎｍと２５４ｎｍの両方にピーク強度を有する短中波長紫外線ランプでもよい。殺菌装置３１を出た処理水を無害化するための後処理装置３７は筒状容器内に長波長紫外線を照射するための紫外線ランプ４１（例えば市販のＵＶＣランプ、ブラックライト等）が設けられたものである。
【００１４】
殺菌装置３１に供給される処理水中には、常にヒドロキシラジカル等の活性酸素種が存在することが好ましく、このため酸化濾過塔１０には該塔で消化する以上の過剰量の活性酸素種を供給するように制御することが望ましい。なお、殺菌装置３１の活性酸素種の量が不足する場合には、配管９を分岐した配管４８のバルブから殺菌装置３１への排水供給配管３５に活性酸素種を含む空気を直接導入してもよい。
【００１５】
上記装置において、配管９から導入された、オゾン、スーパーオキシド等の活性酸素種を含む空気は、酸化濾過塔１０の酸化ゾーン１１の下方から噴射ノズル１５により噴射され、ここで散布ノズル２１から散布される原水１９と接触し、酸化ゾーン１１を流下する間に被処理水に含まれる鉄イオン、マンガンイオン等の金属イオンが酸化され、鉄酸化物、マンガン酸化物等の析出物を生成させる。これらの固形物を含む処理水は、酸化濾過塔１０の下部の濾過層１３で捕集、除去された後、塔底部から抜き出され、配管３５を通して殺菌装置３１内に導入され、ここで水中に残存する溶存活性酸素種を利用し、光触媒の存在下に中波長紫外線の照射によってヒドロキシラジカルを生成させ、排水の殺菌処理が行われる。この場合、排水中に残留する活性酸素種が少なすぎる場合には、配管４８のバルブを調整して活性酸素種を含有する空気を補充する。殺菌装置３１を出た処理水は次に配管３９を通って後処理装置３７に導入され、ここで長波長紫外線照射により水中の残存ヒドロキシラジカルやオゾンが無害化処理され、浄化水４３として系外に排出される。濾過層１３の圧力損失が高くなった場合、殺菌装置３１で殺菌処理された水を配管４５を通して酸化濾過塔１０に戻し、噴射ノズル１７から濾過層１３に向けて噴射し、濾過層１３を洗浄する。このように殺菌水を濾過層１３の逆洗用として用いることにより、該濾過層における菌の繁殖を防ぎ、濾過層の目詰まりを防止することができる。
【００１６】
以下、本発明の具体的実施例を述べる。
図１に示した装置として下記仕様のものを用い、下記の条件で水処理を行った。
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上記のように原水を処理した結果、浄化水４３の水質は、Ｍｎ２＋  ０．００７ｍｇ／ｌ、Ｆｅ２＋  ０．１ｍｇ／ｌ、一般細菌０ＣＦＵ／ｍｌに浄化された。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の発明によれば、鉄、マンガン等の金属イオンを含む被処理水からこれらの金属イオンを効率よく除去し、紫外線の照射効率を高めると共に、原虫類、真菌類、細菌、ウィルス等の細菌を除去した殺菌浄化水を得ることができる。
請求項４および５記載の発明によれば、上記の効果に加え、汚染した濾過層を系内で生成した殺菌水で洗浄し、菌の繁殖による汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水の殺菌浄化装置の一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１…活性酸素発生装置、３…光触媒、５…紫外線ランプ、７…空気、９…配管、１０…酸化濾過塔、１１…酸化ゾーン、１３…濾過層、１５、１７…噴射ノズル、１９…原水、２１…散布ノズル、３０…殺菌後処理装置、３１…殺菌装置、３３…紫外線ランプ、３５…配管、３６…ポンプ、３７…後処理装置、３９…配管、４１…紫外線ランプ、４３…浄化水、４５…配管。
【図１】
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