(57)【要約】【課題】  速度や処理量を向上した光触媒利用の水処理方法と装置を提供する。【解決手段】  不純物を含有する水の処理方法において、前記水を流水状態に保持して、該流水中に吸着及び光触媒機能を持つシート状素材（以下、光触媒シート）を該流れの方向と並行して浸漬し、該水中の不純物を吸着後、大気中に引き上げて紫外線又は可視光を照射し、吸着した不純物を分解あるいは不活性化する水処理方法としたものであり、前記吸着する不純物は、有害物質、有機物質、細菌又は藻類の一種以上であり、前記光触媒シートは、合成繊維、天然繊維、ガラス繊維又は金属繊維の不織布又は織布からなるシート状素材に光触媒と吸着剤とを保持させたものがよく、また、水中で大表面積の層状に構成することができ、大気中への引き上げは、連続的又は間欠的に行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含有する水の処理方法において、前記水を流水状態に保持して、該流水中に吸着及び光触媒機能を持つシート状素材（以下、光触媒シートと記する）を該流れの方向と並行して浸漬し、該水中の不純物を吸着後、大気中に引き上げて太陽光又は人工光の紫外線又は可視光を照射し、吸着した不純物を分解あるいは不活性化することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記吸着する不純物は、有害物質、有機物質、細菌又は藻類の一種以上であることを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記光触媒シートは、合成繊維、天然繊維、ガラス繊維又は金属繊維の不織布又は織布からなるシート状素材に、光触媒と吸着剤とを保持させたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記光触媒シートは、水中で大表面積の層状に構成されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の水処理方法。
【請求項５】
前記浸漬した光触媒シートの大気中への引き上げは、所定のプログラム又は制御のための信号により、間欠的あるいは連続的に行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水処理方法。
【請求項６】
不純物を含有する水が流れる水路と、該水路の流水中に流れの方向と平行に浸漬して層状に配備され、その一部が空気中に引き上げられるように走行自在に設置された光触媒シートと、空気中に引き上げられた光触媒シートに紫外線又は可視光を照射する照射手段とを有することを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業排水路、親水施設、用水路、河川等の屋外、又は下水処理、し尿処理、農業排水処理、工業排水処理等の高次処理に用いる水中に低濃度で含有する有害物質、有機物質、細菌及び藻類を除去、分解あるいは不活性化して、安全な水環境を提供するための水処理方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水環境中の低濃度の有害物質、有機物質、細菌及び藻類（以下、分解対象物質と記する）の処理には、オゾン、あるいはＵＶ照射などを用いた酸化分解処理（殺菌効果もある）、活性炭を用いた吸着除去処理などがある。
また、光触媒の実用化は、外装材、内装材に適用されるセルフクリーニング材料（汚れにくい材料）としての使用や、空気清浄器などへの使用が多く、水処理への適用は遅れているのが現状である。光反応性半導体を担持した処理シートを利用した水処理装置として特開平８−２２４５７４号公報があるが、この装置は、通水性のシートを用いて非処理水がシートを通過することを特徴としており、流水に適用する際には、通水抵抗が大きくなり処理速度が遅くなる。
【０００３】
オゾン処理においては、オゾン発生器が高価であり、酸化分解能に限界があるため副生成物ができる可能性があり、また、オゾン自体に残留性と毒性があるため、放流先の生物への影響が懸念されるといった問題がある。ＵＶ照射においても、酸化分解能力の不足による副生成物の生成や、分解対象物質の残留などが起こりうる。活性炭処理においては、破過や閉塞に対応するための運転管理や活性炭交換（再生を行う場合もある）の手間と費用、廃棄物の発生などが問題となる。
このような課題を克服できる可能性がある技術に、酸化分解能力の高い光触媒を利用した技術がある。光触媒酸化分解反応は、光触媒の表面反応であるために光触媒と分解対象物質が接触し、かつ光の照射を受ける必要がある。水中では、（１）分解対象物質の拡散速度が遅い、（２）光の減衰が起こり易い、（３）光触媒自身やその担持体が光を遮る、などが不利になり、効果的な装置の開発と実用化が遅れている。水中で多くの反応場を実現するために、光触媒、あるいはその担持体の粒子を懸濁させた状態で使用すると、光触媒酸化分解反応は早くなるが、粒子による遮光が生じ、また懸濁した光触媒粒子と処理水の固液分離が問題となる。
【特許文献１】特開平８−２２４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題を克服しる、速度や処理量を向上した光触媒利用の水処理方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、不純物を含有する水の処理方法において、前記水を流水状態に保持して、該流水中に吸着及び光触媒機能を持つシート状素材（光触媒シート）を該流れの方向と並行して浸漬し、該水中の不純物を吸着後、大気中に引き上げて太陽光又は人工光の紫外線又は可視光を照射し、吸着した不純物を分解あるいは不活性化することを特徴とする水処理方法としたものである。
前記処理方法において、吸着する不純物は、有害物質、有機物質、細菌又は藻類の一種以上であり、前記光触媒シートは、合成繊維、天然繊維、ガラス繊維又は金属繊維の不織布又は織布からなるシート状素材に、光触媒と吸着剤とを保持させたものであるのがよく、また、該光触媒シートは、水中で大表面積の層状に構成されるのがよく、前記浸漬した光触媒シートの大気中への引き上げは、所定のプログラム又は制御のための信号により、間欠的あるいは連続的に行うことができる。また、本発明の水処理方法は、低濃度の不純物を含む水に適用するのが好ましいが、それ以外の水の処理にも適用できる。
また、本発明は、不純物を含有する水が流れる水路と、該水路の流水中に流れの方向と平行に浸漬して層状に配備され、その一部が空気中に引き上げられるように走行自在に設置された光触媒シートと、空気中に引き上げられた光触媒シートに紫外線又は可視光を照射する照射手段とを有することを特徴とする水処理装置としたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、農業排水路、親水施設、用水路、河川、湖沼池などの屋外、あるいは室内の流水中において、光触媒機能を持つシート状素材を利用し、水中の低濃度の有害物質や有機物質、細菌、藻類を吸着後、大気中に引き上げて太陽光や人工光を照射し分解、あるいは不活性化することができ、効率的な処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、農業排水路、親水施設、用水路、河川、湖沼池などの屋外、あるいは室内の流水中において、吸着及び光触媒機能を持つシート状素材（光触媒シート）を流れの方向と並行して浸漬し、水中の低濃度の有害物質、有機物質、細菌及び藻類を吸着後、大気中に引き上げて太陽光や人工光の紫外線や可視光を照射し、分解あるいは不活性化する処理方法である。
水中に大表面積の光触媒シートを層状に大表面積で浸漬することにより、固液分離が困難な光触媒粒子を用いることなく、多量の水を処理対象とすることができる。光触媒シートは、水の流れ方向と並行に設置することにより、通水抵抗を低くすることができる。光触媒シートを、どの程度の高密度で浸漬して各層の間隔を設定するか、そして水の流れの幅に並行して設置される光触媒シートの幅の長さをどの程度に設定するかは、処理対象水の流速、求められる処理速度、処理性能、により設定する。例えば、幅の広い１本、又は、幅の細い１本を複数並べて使用することが可能であるが、光触媒シートの両面を有効利用するために、メビウス構造を採用する場合には後者になる。
【０００８】
水中での分解対象物質の処理は吸着が主となり、光触媒による分解と比較して、早急な除去が可能であり、吸着後の濃縮された分解対象物質の光触媒による酸化分解は、空気中で行われるため、反応に必要な酸素が供給されやすく、また水中では顕著な光の減衰が回避できる。空気中で、光を照射されて分解対象物質の分解や無機化が行われた光触媒シートは、繰り返し水中での処理に使用することが可能であり、廃棄物の発生量が抑えられる。光触媒シートは、前記の様に再生しながらの使用であるため長寿命となり、運転管理を自動化することが可能である。また、可動式の動力に水力を利用することも可能であり、省エネルギーを実現できる。光触媒シートを層状にすると、シート自身の遮光により、光触媒部分に光が照射されないという問題が生じるが、本発明では、分解対象物の吸着と分解を別途行うため、吸着時には光の照射は必要ない。従って太陽光を利用する場合に、夜間や雨天、曇天時でも対応が可能となる。
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を、作用と共に具体的に説明する。
本発明に使用する光触媒シートは、合成樹脂、天然繊維、金属又はガラス繊維などの不織布、織布など各種材料単独、あるいはそれらの複合物から構成されており、二酸化チタンなどからなる光触媒をその片面あるいは両面にコーティング、あるいは担持などにより保持してある。光触媒は、紫外線のみを利用するもの、あるいは可視光応答型が使用可能で、光源は太陽光あるいは人工光が利用できる。また、光触媒、あるいは光触媒シートには、吸着機能を有する活性炭あるいはアパタイトなどの吸着剤を併用し、その吸着能力を向上することができる。
光触媒シートは、各社、各機関の開発品があるが、例えば、特開２００３−９３４８５号公報の光触媒シートなどの機能を持つ物が利用できる。
【００１０】
図１に、本発明の水処理方法を説明するための一例の断面斜視図を示す。
図１において、農業排水路、親水施設、用水路、河川などの屋外、あるいは室内環境の流水中、あるいは、止水中において外部動力で発生させた流水の水路１に、光触媒シート２を浸漬し、水中の低濃度の分解対象物質を吸着させる。また本発明は、下水処理、し尿処理、農業排水処理、工場排水処理工程において、最終段階の高次処理に適用することが可能である。水中に大表面積の光触媒シートを、層状に大表面積で浸漬することにより、固液分離が困難な光触媒粒子を懸濁することなく、多量の水を処理対象とすることができる。光触媒シートは、流水の流れ方向と並行に設置することにより、通水抵抗を低くすることができる。
【００１１】
光触媒シートをどの程度の高密度で浸漬して各層の間隔を設定するか、そして水の流れの幅に並行して設置される光触媒シートの幅の長さをどの程度に設定するかは、処理対象水の流速、求められる処理速度、処理性能により、広範囲の設定変更が可能である。例えば、水中の一区画１ｍ３あたりを考えた場合、使用する光触媒シートの有効表面積（片面仕様シートの有効表面積は両面仕様シートの半分とする）は、０．１〜８００ｍ２の範囲、好ましくは１．０〜８０ｍ２の範囲で設定することができる。光触媒シートを高密度に浸漬すれば、単位容積あたりの処理能力は向上するが、通水抵抗が増えるため、シート密度を抑えて光触媒シートを適用する区間を長めに設定することにより、処理対象水の流速を早く保つことが可能である。
【００１２】
光触媒シートの水中への浸漬は、各種の制御と形態が適用可能である。図１のように、輪状になった光触媒シート２を連続的に回転させる方法、図２に示すように、制御部８によるタイマー制御により定期的に所定の長さのシートを水中から引き上げ、間欠的に運転する方法、あるいは太陽光センサー、水質測定センサー、その他情報受信機器などからの信号を、図２に示す制御部８に送り作動させる方法等がある。光触媒シートを連続的に回転や引き上げて移動させる場合は、そのスピードを広範囲で設定することが可能であり、１ｍｍ〜１００ｍ／ｈ、好ましくは１ｃｍ〜１０ｍ／ｈの範囲で設定できる。タイマー制御を行う場合は、光触媒シートの移動速度は更に広範囲に設定可能であり、その際は、タイマーによる運転時間の設定がより重要なファクターとなる。
【００１３】
光触媒シートを大気中で光照射する時間は、吸着した分解対象物質が充分に光触媒分解される時間であることが望ましいが、分解対象物質が全量分解されなくてもよい。再度水中に浸漬された光触媒シートが、分解対象物質を吸着できるような状態、好ましくは次に大気中に引き上げられるまで、光触媒シートが所定以上の吸着性能が維持できる時間に、光触媒シートの大気中での光照射時間を設定する。光触媒シートが大気中で光照射を受ける時間と、水中で分解対象物の吸着を行う時間の長さは、等しくする必要はない。水中で層状としている光触媒シートに吸着・濃縮した分解対象物を、大気中に引き上げて広げて光照射による分解を行う構造から、基本的には、水中に長時間浸漬していた光触媒シートを、相対的に短い時間、大気中で光照射することになる。また、太陽光センサーを使用すれば、一定以上の太陽光が照射された場合にのみ引き上げを開始し、一定時間以上の照射を行ったり、水質センサーを利用して、光触媒シート下流の水質をモニタリングして、水質の悪化が認められた場合に大気中に出して、分解対象物質の分解が進んだ光触媒シートを、水中に浸漬するなどの制御が可能となる。
【００１４】
大気中での光触媒シートの形態に関しては、図１の形態の他、例えば図６の様に大気中で照射される光触媒シートの表面積を大きく取れる様なデザインが適用可能である。大気中に引き上げられる光触媒シートの表面積を浸水部分に対して相対的に大きく取れば、光触媒シートを再生する時間を大きく取ることができる。例えば、図１の様に光触媒シートを輪状で使用する場合には、屋外では、光触媒シートの外側部分への太陽光照射が主となる。ここで光触媒機能をシートの両面に持たせて、かつ有効に利用するには、光触媒シートの内側部分にも人工光源を設置し、両面の光照射を行うことができる。また、図２に示すように、輪の一部をメビウスの輪構造６にすることにより、一方向から両面の光照射を可能とすることができる。この方法は、特に屋外での太陽光利用時に有効である。輪状の光触媒シートは、図２のように送りローラー５とローラーを組み合わせることにより移動することができる。
【００１５】
また、図５のように、光触媒シートの両端部に可動用の穴１３を開け、噛み合わせた可動用ギア１４を回転することにより移動させることも可能である。光触媒シートを移動させる動力源には、電力（太陽光発電も利用可能）のほか、水力を利用することができる。
輪状でない構成では、図３のように、光触媒シートを水路横で空中に鉛直方向に延長して行く方式、更にそれを一定距離後に地面方向に折り曲げて行く方式、これを水路両岸で行う方式などにより、水中に浸漬した全ての光触媒シートに対して所定時間以上、空中に引き上げる時間を設けることが可能である。図３のような形態を採用する場合は、図４のように光触媒シート１０の両端からワイアー部１１を延長し、両岸においてワイア一部の巻き取りとリリースを行うことで、光触媒シートを移動することができる。
【実施例】
【００１６】
実施例１
用水路の排水（ＣＯＤ：４０〜５０ｍｇ／Ｌ）を採明し、屋外に幅１０ｃｍ、水深１０ｃｍの人工水路を設直した。ここに両面に光触媒機能と吸着機能を持たせた幅１ｃｍ、長さ１２０ｃｍの無端の光触媒シートを、水流の方向と並行に１ｃｍの間隔でローラを用いて層状に構成した。
光触媒シートはメビウスの輪の形状とし、浸水部分には約９０ｃｍ、空気中には約３０ｃｍの光触媒シートが位置した。この構成の光触媒シートを、人工水路中の区間５０ｃｍの間に４５本並べた。浸水部分の９０ｃｍの光触媒シートが日照時間の間に３０ｃｍずつ空気中に出るように、空気中の光触媒シートの上面部と左右側面の合計３箇所に設置した
モーター駆動の送り用ローラで、タイマー制御により午前４時、午前１０時、午後２時、午後７時に光触媒シートの移動を行った。また、夜間にも光触媒シート浸水部が平均的に対象物質の吸着を行うように、午後１０時、午前１時に３０ｃｍのシート移動を行った。用水路から採水した原水を２００ｍＬ／ｍｉｎで通水した場合、ＣＯＤの除去率は約９０％となり、３５日後に積算処理水量が１０ｍ３を超過した段階でも、ほほ同様のＣＯＤ除去率が認められた。
【００１７】
実施例２
実施例１において、光触媒シートはメビウスの輪形状としなかった。用水路から採水した原水を２００ｍＬ／ｍｉｎで通水した場合、ＣＯＤの除去率は約９０％となり、３５日後に積算処理水量が１０ｍ３を超過した段階では、ＣＯＤ除去率は約７５％であった。
【００１８】
比較例１
実施例１において、水路容積当たりの光触媒シート使用量は等しくしたが、水流と平行にせず垂直に流れをせき止める形で設置した。また、光触媒シートはメビウスの輪形状としなかった。光触媒シートが水流を遮る形となり人工水路からは水が溢れ出たため流入水量を調整すると通水速度は１２０ｍＬ／ｍｉｎとなった。３５日後での積算処理水量６ｍ３と実施例と比較して少なく、その時点でのＣＯＤ除去率は約７５％であった。
【００１９】
比較例２
実施例１において、光触媒シートの移動をせず、浸水部の空気中への引き上げを行わなかった。用水路から採水した原水を２００ｍＬ／ｍｉｎで通水した場合、ＣＯＤの除去率は約９０％となり、３５日後に積算処理水量が１０ｍ３を超過した段階では、ＣＯＤ除去率は約４５％に低下していた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の水処理方法に用いる装置の一例を示す断面斜視図。
【図２】本発明に用いる光触媒シートの設置の方法の一例を説明する斜視図。
【図３】本発明水処理方法に用いる装置の他の例を示す概略構成図。
【図４】図３に用いる光触媒シートの部分拡大図。
【図５】本発明に用いる光触媒シートの部分拡大図。
【図６】本発明の水処理方法に用いる装置の他の例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１：水路、２、４、９、１０、１２、１５：光触媒シート、３、５、１６：ローラー、６：メビウスの輪構造、７：送りローラー、８：制御部、１１：ワイアー、１３：可動用押さえ穴、１４：可動用ギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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