(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系汚濁物質を含む水を膜濾過し、有機系汚濁物質の付着により濾過性能の低下した膜に、光を照射することにより酸化力を発生する光触媒粉末を含む水を通水して、膜面に光触媒を付着させ、次いで光を照射して、膜面に付着していた汚濁物質を分解除去した後、光触媒を剥離させることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
光触媒粉末を含む水を通水する際に被処理水に過酸化水素を添加して酸化を促進する請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
有機系汚濁物質を含む水を膜濾過により水処理する装置であって、有機系汚濁物質の付着により濾過性能の低下した膜に、光を照射すると酸化力を発生する光触媒粉末を含む水を通水する手段と、汚濁物質上に付着した光触媒粉末に光を照射して汚濁物質を分解する光照射手段と、膜面に残存する光触媒を膜面から剥離する剥離手段とを備えた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、膜濾過による水処理方法及び水処理装置に係り、特に膜面に付着した有機系汚濁物質を分解除去しうる水処理方法及び水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜を用いて水中の有機系汚濁物質を分離除去する方法は、産業排水、農業集落排水、し尿処理、浄水などで実用化されている。これらの方法は、優れた分離特性を示す有効な処理であるが、処理に伴い膜表面に汚濁物質が付着し、膜を閉塞し、膜透過性能が低下するという問題がある。これらの問題を解決するために通常は逆洗やエアスクラビング、スポンジボール洗浄などの物理洗浄を定期的に行っている。しかし、運転を続けていくことにより、物理的な洗浄では除去できない有機系汚濁物質が膜表面に蓄積されるため、数週間〜数ヶ月に１回、次亜塩素酸ナトリウムなどの塩素系酸化剤、水酸化ナトリウムなどのアルカリ、界面活性剤、過酸化水素などの化学薬品による洗浄が必要不可欠である。
しかしながら、化学薬品による、いわゆる薬液洗浄は膜設備が大規模になるほど必要な薬液量が多くなり、また必要濃度も高い。したがって、薬液を貯留するタンクも大きくなり、膜処理の特徴である省スペースでの処理というメリットが相殺されてしまうという問題点がある。
また、劇物を使用することも多く、取り扱いが煩雑である。さらに、洗浄に伴い多量の高濃度の廃液が発生し、その処理のための設備や多額の処理費用がかかる、などの問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消し、有機系汚濁物質の付着により膜の透過性能の低下したときに、化学薬品を使用せずに有機物を分解除去でき、安全かつ安価に膜の透過性能を回復でき、長期間にわたって安定した処理を行うことができ、しかも廃薬液を排出しない優れた水処理方法及びこのような方法を効率よく実施しうる水処理装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機系汚濁物質により汚染された膜に、光触媒粉末を含む水を通水して膜表面上に光触媒粉末を付着させた後、紫外線などの光を照射すれば、光触媒と接触した有機物が光酸化効果により分解され、膜表面から除去される、という知見に基づいて完成したものである。
【０００５】
すなわち、本発明による水処理方法は、有機系汚濁物質を含む水を膜濾過し、有機系汚濁物質の付着により濾過性能の低下した膜に、光を照射することにより酸化力を発生する光触媒粉末を含む水を通水して、膜面に光触媒を付着させ、次いで光を照射して膜面に付着していた汚濁物質を分解除去した後、光触媒の剥離を行うことを特徴とする。
本発明は、さらに、有機系汚濁物質を含む水を膜濾過により水処理する装置であって、有機系汚濁物質の付着により濾過性能の低下した膜に、光を照射すると酸化力を発生する光触媒粉末を含む水を通水する手段と、汚濁物質上に付着した光触媒粉末に光を照射して汚濁物質を分解する光照射手段と、膜面に残存する光触媒を膜面から剥離する剥離手段とを備えた水処理装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら本発明をさらに具体的に説明する。
図１は、本発明の水処理方法の工程図である。本発明の水処理方法では、水の濾過工程及び物理洗浄工程は、従来と同様の通常運転で行う。通常の濾過工程及び物理洗浄工程を繰り返し続けていくと、物理洗浄では除去できない有機系汚濁物質が膜表面に付着蓄積され、濾過性能が低下してしまい、膜の洗浄が必要になる。
【０００７】
このとき、本発明方法においては、光触媒調整工程で膜濾過槽内に光触媒粉末を懸濁させる。懸濁する水は、被処理水、処理水、水道水、純水など、処理装置に応じて適当な水でよいが、光触媒粉末が光源から照射される光に効率よく照射されるように懸濁質の出来るだけ少ない水が好ましい。懸濁方法は、膜濾過槽中に光触媒粉末を直接投入してもよいが、光触媒粉末のスラリーを注入ポンプで配管中に注入する構成とし、自動化するのが好ましい。
【０００８】
ここで用いる光触媒粉末は、光照射により酸化力を発生する触媒であれば、特に制限はないが、波長４００ｎｍ以上の可視光線により酸化力を発生するものが好ましく、具体的には、価格、性能、安全性等の点から二酸化チタン粉末又は二酸化チタン粉末を白金などの金属や活性炭に担持したものが好ましい。
また、必要な光触媒粉末の量は、膜の汚れ方により異なるが、膜表面を均一に覆うことができればよく、膜面積１ｍ2 あたり１０〜１０００ｍｇの光触媒粉末を投入すればよい。また、用いる光触媒粉末は、膜細孔を透過しないような大きさであれば小さなものほど比表面積が大きいため洗浄効果が高く、膜により５ｎｍ〜１ｍｍの粉末・微粒子状光触媒を用いることができる。
【０００９】
膜濾過槽内で適当な濃度に調整された光触媒粉末を懸濁した液は、次に、光触媒付着工程で膜濾過される。この膜面には有機系汚濁物質が付着しているが、光触媒粉末は、この有機系汚濁物質上に付着し、光照射工程で光の照射を受けて酸化力を発生し、有機系汚濁物質を酸化分解し、除去する。
ここで用いる光源は、光触媒粉末に応じて低圧あるいは高圧紫外線ランプ、太陽光、ブラックライト、蛍光灯、水銀灯など、任意のものでよい。また、光源は、各種光源から照射された光を光ファイバー、鏡、レンズなどにより集光したもの、導いたものでもよい。特に太陽光を利用する場合は光ファイバー、鏡、レンズなどを単独又は組合せて利用することが好ましい。
【００１０】
光照射工程により膜面の有機系汚濁物質が除去されると、膜面には光触媒粉末が付着したまま残留するので、これを光触媒剥離工程で剥離する。光触媒の剥離は、物理洗浄によって行うことができる。ここで行う物理洗浄は、逆洗、膜に洗浄用空気を供給する空気洗浄、スポンジボールなどを供給して擦洗を行ってもよく、原水を流動させる、又は膜を動かすことで剪断力を与えて光触媒粉末を剥離させる方法でもよい。また、これらの方法を組合せて剥離してもよい。
【００１１】
剥離させた光触媒粉末は環境に無害であり、なおかつ少量、安価であるため、排水と共に排出してもよい。また、光触媒剥離工程を行わずに、光照射工程後、直接、通常の濾過過工程を行い、最初の物理洗浄工程で光触媒粉末剥離、排出してもよい。
【００１２】
本発明の方法によれば、上記のようにして化学薬品を使用することなく、膜面に付着した有機系汚濁物質を分解除去することができるが、このとき光触媒粉末とともに、過酸化水素を併用し、有機系汚濁物質の酸化分解を促進することもできる。
【００１３】
図２は、本発明の水処理装置の一実施例を膜面に有機系汚濁物質及び光触媒粉末が付着した状態で示す系統図である。
図２において、膜濾過槽１内には、膜２が設置されており、膜２で濾過された処理水は、処理水ポンプ１１により処理水槽１０に貯留される。膜濾過の運転により、膜２の表面には有機系汚濁物質６が付着蓄積する。この膜濾過槽１内には膜面に対して平行に光源３、底部に空気供給装置８が設置されており、被処理水流入管９には光触媒粉末５のスラリーを注入するポンプ４が結合されている。膜濾過槽１内で適当な濃度の光触媒粉末５を懸濁した液は、膜２により濾過され、膜２の表面に光触媒粉末５が付着する。膜２の表面には除去対象の有機系汚濁物質６が付着しているが、光触媒粉末５はこの有機系汚濁物質６上に付着する。この状態で光源３から光を照射すると、照射された光により光触媒が酸化力を発生して有機系汚濁物質６を酸化分解し、除去する。その結果、膜２の表面には有機系汚濁物質は消失し、光触媒粉末だけが残る。上記のポンプ４で光触媒粉末の注入を自動化することにより、無人で定期的な膜洗浄が可能となる。
【００１４】
膜表面に付着した光触媒粉末５は、種々の剥離手段、すなわち物理洗浄によって剥離される。ここで行う物理洗浄は、前記のように様々な方法で行うことができるが、例えば、図２に示したように、逆洗ポンプ７によって処理水槽１０から処理水を逆洗水として送水して逆洗してもよいし、空気供給装置８から膜２に洗浄用空気を供給して空気洗浄を行ってもよい。
【００１５】
図２に示した水処理装置を用いて水処理を実施する場合、まず、被処理水を被処理水流入管９より膜濾過装置１に導入し、膜２により濾過を行い、処理水ポンプ１１により処理水を導出し、処理水槽１０に貯留する。定期的に膜濾過を停止し、ポンプ７を作動させて膜の逆洗を行う。この操作を繰り返して実施すると、膜２の表面に逆洗では除去しきれない有機系汚濁物質が付着蓄積する。
膜面での汚濁物質の蓄積によって膜の濾過性能が低下したとき、ポンプ４より光触媒粉末スラリーを被処理水流入管９に注入し、膜濾過槽１内に光触媒粉末５が適切な濃度で存在するように調整し、膜濾過を行う。これにより膜面の有機系汚濁物質６の上に光触媒粉末５が付着することとなる。
【００１６】
次いで、光源３より光の照射を行うことにより、光触媒粉末５は酸化力を発生し、膜面の有機系汚濁物質を酸化分解し、除去する。汚濁物質が酸化分解除去された後、膜面には光触媒のみが残留することになる。この光触媒は、ポンプ７による処理水の吐出によって逆洗によって剥離される。本発明において、光触媒粉末５の量は、膜表面を薄くコーティングできればよく、非常に少量でよいため、逆洗後の光触媒スラリーは、低濃度で物理洗浄排水と同様の取り扱いが可能である。
逆洗後、再び膜濾過を開始し、効率のよい膜濾過を行うことができる。
【００１７】
本発明において、膜としては、特に制限はなく、様々なものを用いることができ、例えば、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などを用いることができ、材質としては、例えば、セラミックス又は金属であってよく、形状は、例えば、チューブラ、モノリス又は回転平膜であってよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、有機系汚濁物質により汚染された膜表面に、光触媒粉末を付着させて光を照射することで、光触媒と接触した有機物を光酸化効果により分解し、膜表面から除去することができる。光触媒粉末の量は、膜表面を薄くコーティングできればよく、非常に少量でよいため、洗浄後の光触媒スラリーは、低濃度で物理洗浄排水と同様の取り扱いが可能であり、本方法のために処理設備を設置する必要がなく、物理洗浄排水に混和して処理を行えばよい。したがって、本発明によれば、取り扱いが煩雑で危険な化学薬品を使用することなく、膜の表面に付着蓄積した有機系汚濁物質を効率よく分解除去することができ、しかも廃薬液の処理設備、処理費用が不要で安価に効率よく膜の透過性能を回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理方法の工程図である。
【図２】本発明の水処理装置の一実施例を、光触媒粉末を付着した状態で示す系統図である。
【符号の説明】
１  膜濾過槽
２  膜
３  光源
４  ポンプ
５  光触媒粉末
６  有機系汚濁物質
７  ポンプ
９  被処理水流入管
１０  処理水槽
１１  処理水ポンプ
【図１】
0004051863.tif 000002
【図２】
0004051863.tif 000003