(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が供給される膜分離槽内に設けられ、二次側が中空部とされた膜モジュールと、
該膜モジュールの中空部に設けられ、光触媒担持体と光源を備えた光触媒酸化装置と、  前記膜分離槽内に設けられ、膜分離前の被処理水中にエアを曝気する曝気装置と、
前記膜モジュールの中空部から排出した処理水を再び前記膜モジュールの中空部に循環させる循環路と、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、水処理装置に係り、特に生物学的に酸化分解しづらい難分解性有機物を含む被処理水に対して好適な水処理装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば、ごみ埋め立て地の浸出水を処理する水処理装置は、易分解性有機物、浮遊物質、ダイオキシン類等の難分解性有機物を処理する必要がある。このことから、この種の被処理水に対する従来の水処理装置は、易分解性有機物を生物酸化する酸化処理装置、浮遊物質（ＳＳ）を沈澱処理，砂ろ過処理，膜分離処理する分離処理装置、難分解性有機物をオゾン又は紫外線，光触媒を用いた高度酸化処理する高度酸化処理装置の３つの装置が別個に設けられ、それぞれの装置で処理していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水処理装置では、易分解性有機物、浮遊物質、難分解性有機物をそれぞれ別個の装置で処理しているために、処理プロセスが多くなり、水処理装置の設備費や処理費が高コストになると共に、設備全体が大型化するという欠点があった。
【０００４】
また、オゾンと紫外線を組み合わせた高度酸化処理装置は、オゾンガスを水に溶解させた後、紫外線照射する装置構造のため、オゾン溶解槽と紫外線照射槽とが必要になり、高度酸化処理装置が大型化するという欠点がある。更に、水中に極微量含まれるダイオキシン類等の難分解性有機物では接触効率が悪く、分解速度が低下するために大量のオゾンガスを注入しなくてはならず、大型のオゾン発生器が必要になる。また、オゾンガスは低濃度であっても人体に有害であるため、余剰オゾンを分解して無害化してから排気する設備が必要になり、装置コストが増大するという欠点もある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、１つの装置で被処理水中に含有する難分解性有機物、浮遊物質の双方を処理することができるので、処理効率を高くできると共に、装置のコンパクト化及び設備費や処理費の低コスト化を図ることができる水処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、被処理水が供給される膜分離槽内に設けられ、二次側が中空部とされた膜モジュールと、該膜モジュールの中空部に設けられ、光触媒担持体と光源を備えた光触媒酸化装置と、前記膜分離槽内に設けられ、膜分離前の被処理水中にエアを曝気する曝気装置と、前記膜モジュールの中空部から排出した処理水を再び前記膜モジュールの中空部に循環させる循環路と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、被処理水中の膜分離可能な物質を除去した後、膜モジュールの二次側中空部に設けた光触媒酸化装置で難分解性有機物を分解するので、光触媒酸化力が難分解性有機物以外に浪費されることがなくなる。従って、難分解性有機物の分解効率を顕著に高めることができる。また、膜モジュールの中空部に光触媒酸化装置を収納するので、装置のコンパクト化、設備費及び処理費の低コスト化を図ることができる。この場合、光触媒担持体で筒状の光触媒層を形成し、膜モジュールで膜分離された分離水を光触媒層を通過させるようにすれば、分離水と光触媒との接触効率を高めることができるので、難分解性有機物の酸化分解効率を更に高めることができる。
【０００８】
また、膜分離槽にエア曝気装置を設けて、被処理水を膜分離する前に被処理水中の易分解性有機物を生物学的に酸化分解するようにした。
【０００９】
更に、膜モジュールの中空部から排出した処理水を再び中空部に循環させる循環路を設けるようにしたので、難分解性有機物を含有する水と光触媒担持体とを高頻度で接触させることができる。これにより、例えばダイオキシン類のような極微量な難分解性有機物であっても、短時間で分解処理することができると共に、被処理水中の難分解性有機物の含有量に応じて光触媒酸化装置での処理時間を任意に調整することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る水処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１１】
図１は、本発明の水処理装置の全体構成を示す概念図である。
【００１２】
図１に示すように、水処理装置１０は、主として、エアを曝気するエア曝気装置１２と、二次側の中空部に光触媒酸化装置１４を収納した膜モジュール１６とを、膜分離槽１８内に設けて構成される。
【００１３】
膜分離槽１８には被処理水を流入させる流入管２０が接続されると共に、膜分離槽１８の底部には沈降汚泥や膜モジュール１６を洗浄した際に発生する膜付着物等を排出する排出管２２が接続される。また、中空部１６Ａの一端部から処理水配管２４が延設されると共に、処理水配管２４の途中から循環配管２６が分岐され、循環配管２６が中空部１６Ａの他端部に接続される。この処理水配管２４と循環配管２６とにより、中空部１６Ａから排出した処理水を再び中空部１６Ａに循環させる循環路２８が形成される。処理水配管２４には吸引ポンプ３０が設けられると共に、処理水配管２４と循環配管２６の分岐部には自動三方弁３２が設けられる。これにより、吸引ポンプ３０を作動すると、膜モジュール１６の二次側中空部１６Ａが負圧になり、膜分離槽１８内の被処理水が中空部１６Ａに吸引される。吸引された処理水は、自動三方弁３２の切り換え方向により、水処理装置１０の系外に排出されるか、又は循環配管２６を通って中空部１６Ａに循環される。
【００１４】
処理水配管２４には、処理水の浄化度を測定する測定センサ３４が設けられる。測定センサ３４としては、処理水の浄化度の目安となるＴＯＣ計（有機炭素化合物濃度計）を設けることが好ましい。この場合、残存ＴＯＣと残存する難分解性有機物の関係を実験等によりある程度把握しておくとよい。測定センサ３４で測定された測定値は、コントローラ３６に入力され、コントローラ３６が自動三方弁３２を切り換える。即ち、コントローラ３６は、測定センサ３４での測定値が浄化度の設定値よりも高い場合には、循環路２８を介して処理水を膜モジュール１６の中空部１６Ａに循環するように自動三方弁３２を切り換え、測定値が設定値よりも低い場合には、循環路を循環させることなく系外に排出されるように自動三方弁３２を切り換える。尚、被処理水中に難分解性有機物が殆どなく、処理水を循環しない膜モジュール１６の１回パスで難分解性有機物を十分に除去できる場合には、循環配管２６や自動三方弁３２を設けずに、膜モジュール１６から吸引された処理水をそのまま系外に排出するように水処理装置１０を構成してもよい。
【００１５】
エア曝気装置１２は、膜分離槽１８内の底部に設けられた散気管３７と、散気管３７に接続されたブロア３８とで構成され、散気管３７から膜分離槽１８内の被処理水中にエアが曝気される。これにより、流入管２０から膜分離槽１８内に供給される被処理水が膜分離槽１８内の微生物と好気性状態で接触し、被処理水中の易分解性有機物が生物学的に酸化分解される。微生物としては、被処理水に同伴される浮遊汚泥でもよく、汚泥を付着固定化或いは包括固定化した担体を膜分離槽１８に投入したものでもよく、浮遊汚泥と担体の併用でもよい。この場合、散気管３７を膜分離槽１８内の底部に配置することで、被処理水中への酸素溶解効率が向上するので、易分解性有機物の酸化分解を促進することができる。
【００１６】
図２及び図３に示すように、膜モジュール１６は、筒状の膜支持材４０の外側にろ過膜４２を有し、このろ過膜４２の二次側が中空部１６Ａとされ、膜モジュール１６の両側端が蓋４４、４４で密閉される（図１参照）。そして、膜モジュール１６の中空部１６Ａに、光触媒担持体４６と光照射器４８とで構成される光触媒酸化装置１４が設けられる。光照射器４８から照射される光の波長の好ましい範囲は１８０〜４００ｎｍであり、紫外線ランプを使用することができる。図２は膜モジュール１６を円筒状にして円筒状の中心に光照射器４８を配置したものであり、図３は膜モジュール１６を楕円筒状にして楕円筒状の中空部１６Ａの長手方向に添って複数の光照射器４８，４８…を配置したものである。
【００１７】
膜分離に用いるろ過膜４２の材質としては、合成樹脂、金属、プラスチック、セラミック等を使用することができ、ろ過膜４２の目開きは浮遊物質が分離できれば特に制約されないが、精密ろ過膜又は限外ろ過膜の何れかが好適である。膜支持材４０は、金網状のものや多孔質性のもので被処理水を透過するものであればよい。光触媒担持体４６は、ステンレス、グラスファイバー等の光触媒４６Ａが担持可能な材質の担持材４６Ｂに光触媒４６Ａを担持して形成され、担持材４６Ｂの形状としては特に制約されないが図４のメッシュ状のシートや図５のチップ状のものが好ましい。光触媒４６Ａとしては、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛を使用することができる。
【００１８】
中空部１６Ａに充填する光触媒担持体４６の充填量は特に制約されないが、光触媒担持体４６の充填位置は光照射器４８からの光が十分に照射される範囲に均等に充填されていることが好ましい。従って、図４のメッシュ状のシートの光触媒担持体４６の場合には、図２及び図３のように、筒状の膜支持材４０の内側に、光触媒担持体４６で筒状の光触媒層を形成するとよい。また、図５のチップ状の光触媒担持体４６の場合には、筒状の膜支持材４０の内側に担持体支持材を設けた二重壁構造にして二重壁の間にチップ状の光触媒担持体４６を充填することで光触媒層を形成するとよい。この場合、担持体支持材は光照射器４８からの光が透過する形状や材質とする。これにより、膜モジュール１６の外側から順に、ろ過膜４２、膜支持材４０、光触媒担持体４６の光触媒層の３層筒型構造が形成され、この３層筒型構造の中心部に単数又は複数の光照射器４８を設けることができる。従って、被処理水はろ過膜４２→膜支持材４０→光触媒層を順に通過して光照射器４８で照射されるので、ろ過膜４２で膜分離された分離水を確実に光触媒担持体４６に接触させた状態で光照射器４８から光を照射することができる。
【００１９】
次に、以上の如く構成された水処理装置１０の作用について、易分解性有機物、難分解性有機物、及び浮遊物質の全てを含有する被処理水を処理する例で説明する。
【００２０】
図６に示すように、流入管２０から膜分離槽１８内に流入した被処理水は、先ず、散気管３７からのエア曝気による好気性条件下で微生物と接触し、被処理水中の易分解性有機物が生物学的に酸化分解される。次に、生物学的に処理されないゴミ等の浮遊物質は、膜モジュール１６のろ過膜４２で分離除去される。次に、膜モジュール１６のろ過膜４２を透過した分離水に残存するダイオキシン類等の微量の難分解性有機物は、光触媒酸化装置１４により光触媒酸化される。これにより、易分解性有機物や浮遊物質を除去してから光触媒酸化装置１４で難分解性有機物を光触媒酸化するので、光触媒酸化力が難分解性有機物以外に浪費されることがない。従って、難分解性有機物の分解効率を顕著に高めることができる。また、膜モジュール１６の中空部１６Ａから吸引されて処理水配管２４を流れる処理水は、測定センサ３４で測定されて設定値よりも高い場合には、循環路２８を介して処理水が膜モジュール１６の中空部１６Ａに循環される。これにより、難分解性有機物を含有する水と光触媒担持体４６とを高頻度で接触させることができるので、例えばダイオキシン類のような極微量な難分解性有機物であっても、短時間で分解処理することができる。更に、被処理水中の難分解性有機物の含有量に応じて光触媒酸化装置１４での処理時間を任意に調整することができる。
【００２１】
このように、実施形態の水処理装置１０は、１つの膜分離槽１８内において、被処理水中の易分解性有機物を生物酸化により酸化分解しながら、膜分離により被処理水中の浮遊物質を膜分離し、さらに生物酸化されなかった微量の難分解性有機物を光触媒酸化により分解処理することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。また、光触媒酸化装置１４を使用するので、従来のようにオゾン溶解槽、オゾン発生器、余剰オゾン分解設備が不要であり、設備費や処理費の低コスト化を図ることができる。尚、被処理水が前段の生物処理装置で処理を受け、被処理水中に易分解性有機物も含まない場合には、前記した曝気装置１２は省略することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る水処理装置によれば、１つの膜分離槽内で被処理水中に含有する難分解性有機物、浮遊物質の双方を処理することができる。また、膜分離槽内に曝気装置を設ける場合には、被処理水中の易分解性有機物を膜分離前に除去できるので、より一層、難分解性有機物の分解効率を高めることができる。この為、処理効率を高めることができると共に、装置のコンパクト化及び設備費や処理費の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の全体構成を示す概念図
【図２】膜モジュールと光触媒酸化装置の構造を説明する説明図
【図３】膜モジュールと光触媒酸化装置の構造の別態様を説明する説明図
【図４】光触媒担持体を説明する説明図
【図５】光触媒担持体の別の態様を説明する説明図
【図６】本発明の作用を説明するための概念図
【符号の説明】
１０…水処理装置、１２…エア曝気装置、１４…光触媒酸化装置、１６…膜モジュール、１６Ａ…中空部、１８…膜分離槽、２０…流入管、２２…排出管、２４…処理水配管、２６…循環配管、２８…循環路、３０…吸引ポンプ、３２…自動三方弁、３４…測定センサ、３６…コントローラ、３７…散気管、３８…ブロア、４０…膜支持材、４２…ろ過膜、４４…蓋、４６…光触媒担持体、４８…光照射器
【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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