(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記投入口から容器内に投入する廃水量を少なくとも廃水の循環時には前記光触媒の全てが廃水中に水没しない状態となるように調節する投入廃水量調節手段を設け、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って循環させることを特徴とする有害物質含有廃水処理装置。
【請求項２】
前記投入廃水量調節手段は、投入口から容器内に投入する廃水量を検知する投入量検知手段と、前記投入量の検知手段からの信号により前記投入口から投入する廃水を停止する廃水投入停止手段とより構成したことを特徴とする請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項３】
前記循環手段によって容器下部から導いた廃水を液滴状又は霧状で容器上部から滴下又は散布する構成としたことを特徴とする請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項４】
少なくとも容器上部に配置した光触媒を多孔体に担持させたことを特徴とする請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項５】
前記多孔体を織布としたことを特徴とする請求項４記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項６】
前記光触媒を酸化チタンとしたことを特徴とする請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項７】
前記光触媒をＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合層を介して酸化珪素を含む無機質繊維からなる織布に担持させたことを特徴とする請求項６記載の有害物質含有廃水処理装置。
【請求項８】
有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記光触媒の全てが前記廃水中に水没しない状態で、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って循環させることを特徴とする有害物質含有廃水処理方法。
【請求項９】
有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記投入口より所定量の廃水を容器内に投入する第１の工程と、前記光触媒の全てが前記廃水中に水没しない状態で、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って所定時間循環させる第２の工程と、容器内で所定時間循環した廃水を前記排出口より排出する第３の工程を有することを特徴とする有害物質含有廃水処理方法。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒を用い光を照射することにより、廃水中に存在するトリクロロエチレン、クロロホルム、ダイオキシン、テトラクロロエチレン等の有機ハロゲン化合物やシアン農薬成分、液中に存在する菌類等の有害物質を効率良く分解し、廃水を浄化する処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒を用いた廃水処理装置として、廃水を光触媒の入った容器内に封入したのち光を照射しながら循環するものが提案されている（例えば特開平７−２８４７６４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
有害物質の分解は、廃水中に浸漬された光触媒の表面でのみ進行するが、かかる従来の装置では、光触媒を廃水中に浸かった状態としているために分解速度が遅く処理時間がかかるといった課題を有していた。
本発明は、この従来技術の課題を解消し、廃水中の有害物質を速やかに、効率よく分解する処理装置及び処理方法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】
上記課題を解決するために本発明の有害物質含有廃水処理装置は、有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記投入口から容器内に投入する廃水量を少なくとも廃水の循環時には前記光触媒の全てが廃水中に水没しない状態となるように調節する投入廃水量調節手段を設け、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って循環させることを特徴とする。
【０００５】
また、請求項２記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置において、投入廃水量調節手段は、投入口から容器内に投入する廃水量を検知する投入量検知手段と、前記投入量の検知手段からの信号により前記投入口から投入する廃水を停止する廃水投入停止手段とより構成したことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項３記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置において、循環手段によって容器下部から導いた廃水を液滴状又は霧状で容器上部から滴下又は散布する構成としたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置において、少なくとも容器上部に配置した光触媒を多孔体に担持させたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項４記載の有害物質含有廃水処理装置において、多孔体を織布としたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項１記載の有害物質含有廃水処理装置において、光触媒を酸化チタンとしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項７記載の本発明の有害物質含有廃水処理装置は、請求項６記載の有害物質含有廃水処理装置において、光触媒をＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合層を介して酸化珪素を含む無機質繊維からなる織布に担持させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項８記載の本発明の有害物質含有廃水処理方法は、有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記光触媒の全てが前記廃水中に水没しない状態で、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って循環させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項９記載の本発明の有害物質含有廃水処理方法は、有害物質含有廃水を容器内に投入する投入口と、処理済みの廃水を容器外に排出する排出口と、容器下部の廃水を容器上部に導き容器内廃水を循環する循環手段と、容器内廃水と接触するように設けた光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源とを備えた有害物質含有廃水処理装置において、前記投入口より所定量の廃水を容器内に投入する第１の工程と、前記光触媒の全てが前記廃水中に水没しない状態で、前記容器上部に導いた廃水を水没していない前記光触媒を通って所定時間循環させる第２の工程と、容器内で所定時間循環した廃水を前記排出口より排出する第３の工程を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、容器内に投入する廃水量を調節し、容器の上部空間に廃水に水没しない状態の光触媒を存在させ、この光触媒に廃水を通過させることにより前記有害物質の分解速度を向上している。即ち容器上部から廃水を滴下又は散布することにより、廃水が空気と接する面積が大きくなり、この時気相での有害物質の移動速度は液相に比べ非常に大きいため有害物質の一部が気相中に拡散して、上部空間の光触媒表面で気相分解し、液相分解と組み合わせて分解効率を向上することができる。なお、容器下部の廃水を容器上部に導いて容器内廃水を循環させることにより、水より比重が大きく下部に溜まるテトラクロロエチレン等の有害物質を効率的に分解することができる。
【００１４】
また、容器内に廃水を封入して循環することにより、光源の熱で廃水温度が上昇し、反応効率がさらに向上する。また、廃水に水没しない状態の光触媒が邪魔板の役目を果たし、廃水の液滴や霧の落下が遅くなることにより廃水が光触媒と接触時間を長くすることができ、さらに分解速度が大きくなる。また、光触媒を酸化チタンとすることにより分解効率がよく、安全性が高く、かつ安定性もよい。また、光触媒をＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合層を介して酸化珪素を含む無機質繊維からなる織布に担持させることにより、光触媒を強固に担持し脱落しない。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の有害物質含有廃水処理装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図に示すように容器１は、その上部には有害物質含有廃水を容器１内に投入する投入口２を、その下部には処理済みの廃水を容器１外に排出する排出口３をそれぞれ設けている。また容器１は、循環パイプ４及び循環ポンプ５からなる循環手段を設けている。ここで循環パイプ４は、容器１の下部に導入口４ａを有し、その途中に循環ポンプ５を介し、容器１内の上部に導出口４ｂを有している。
容器１内には、所定間隔を空けて積層配置した光触媒６と、容器１上面より挿入され、積層配置した光触媒６のそれぞれの中心部を貫通して設けた光源７を有している。
【００１６】
ここで光触媒６としては、酸化チタンや酸化亜鉛など数多くのものが提案されているが、分解効率や安全性、安定性の点から酸化チタンを用いている。またこのとき酸化チタンに、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、銅等の貴金属あるいはそれらの貴金属塩類を担持させても良い。
また、光触媒６は、取扱い性や分解効率の点から、基材に膜状に担持させている。
ここで、光触媒６を担持する基材としては、棒、板、紙、織布などがあるが、特に容器１の上部空間に設けるものは、廃水の通過性の点から多孔体が好ましい。また、取扱い性、強度、光透過性などの点から織布が好ましい。さらに、織布の中でも酸化チタンと強固な結合（Ｔｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）を形成することができ、かつ耐薬品性、耐光性に優れた酸化珪素を含む無機質繊維で構成された織布が好ましい。ここでいう酸化珪素を含む無機質繊維とは、例えば石英ガラス、高石英ガラス、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ａガラス等、光を透すならばどのような組成でも構わないが、経済性からＥガラス繊維が好ましい。また、織布の目付け（ｇ／ｍ2 ）は、いくらのものでも構わないが、取扱い性や分解効率の関係から、通常１００〜９００ｇ／ｍ2 のものを用いる。また、構成する無機質繊維の平均繊維径は特に限定されるものではないが、製造可能でしかも廃水との接触面積を確保して効率を得るため５〜２０ミクロンが好ましい。さらに、織布の打込み密度、厚さ、引張強度は特に限定されるものではないが、廃水の流れに対する強度の観点から、各々タテ、ヨコ共に１０〜８０本／２５ｍｍ、０．０１〜２．０ｍｍ，５ｋｇｆ／２０ｍｍ巾以上が好ましい。
【００１７】
また、光源７は、低圧水銀灯や殺菌灯あるいはブラックライト蛍光灯等を用いると良いが、反応速度を考慮しなければ一般蛍光灯でもかまわない。
その他容器１内の上部には、循環パイプ４の導出口４ｂが連接され、下面に多数の孔を有する滴下皿８を設けている。また投入口２に連接した廃水管には投入電磁弁（廃水投入停止手段）９を、排出口３に連接した廃水管には排出電磁弁１０を設けている。さらに容器１には、容器１内の廃水量を検知する投入量検知手段１１を設けている。そして制御部１２は、この投入量検知手段１１からの信号により、容器１内の廃水量が廃水の循環時に、光触媒６の全てが廃水中に水没しない量となった時に容器１内への廃水の投入を停止する信号を投入電磁弁９に出力するものである。ここで、投入量検知手段１１と制御部１２と電磁弁９とで投入排水量調節手段を構成している。また容器１の上面には容器１の内圧上昇防止のためのガス抜き弁１３を設けている。
【００１８】
なお、容器１は、容器内部に光触媒を配置し容器の外側に設置した光源から光を照射するいわゆる外部照射型の場合には、プラスチック類、ホウ珪酸塩ガラスあるいは石英ガラス等からなる光透過性のよい材質にすることが必要である。
また、上記実施例のように容器に光源と光触媒を配置するいわゆる内部照射型の場合には、特に材質はこだわらない。但し、このような内部照射型の場合には、光の照射効率を向上させるために、光の当たる面に光反射性に富む素材、例えばステンレスのような金属を用いたほうが望ましい。
また、上記実施例では、投入排水量調節手段は、投入量検知手段１１と制御部１２と電磁弁９とで構成したが、少なくとも投入口から容器内に投入する廃水量を検知する投入量検知手段と、前記投入量の検知手段からの信号により前記投入口から投入する廃水を停止する廃水投入停止手段を有していればよい。また、このとき投入量検知手段としては、容器内の液面を検出するものの他、投入量を検出するもの、さらには直接廃水量を検知しなくても間接的なパラメータである投入時間などを検知するものであってもよい。
【００１９】
次に上記の有害物質含有廃水処理装置を用いたときの廃水処理方法について説明する。
まず投入電磁弁９を開き、投入口２より廃水を容器１内に投入する。この時排出電磁弁１０は閉じている。そして所定量の廃水が投入され光触媒６のうち上部の一部が未だ廃水中に浸っていない状態を投入量検知手段１１が検知すると、この検知信号に基づき制御部１２からの信号によって投入電磁弁９は閉じられる。この状態で循環ポンプ５を作動すると、容器１の下部の廃水は、導入口４ａから循環パイプ４内に導入され、導出口４ｂから滴下皿８に導かれる。そしてこの滴下皿８に導かれた廃水は、滴下皿８の下面に設けた孔より容器１の上部空間に配置した光触媒６上に滴下する。そして、廃水は、廃水中に浸かっていない光触媒に接触しながら順に落下し、その後容器１内に溜められた廃水中に落下する。このような廃水の循環を所定時間行う。
そして所定時間経過し、廃水中の有害物質の分解を十分行った後に、循環ポンプ５を停止し、排出電磁弁１０を開いて容器１内の処理済廃水を排出する。
処理済廃水を排出した後は、再度投入電磁弁９を開いて容器１内に廃水を投入し、上記動作を繰返すことによって廃水処理を継続して行う。
なお、光源７は容器１内での廃水の循環中は少なくとも点灯しておく必要がある。
次に、図１に示す装置の使用例に即し、有害物質としてテトラクロロエチレンを選定した場合の具体的な実施例を比較例と共に説明する。
【００２０】
（実施例）
容器１内に光触媒６を３重量％担持したＥガラス繊維製織布５０ｇを積層配置し、さらにテトラクロロエチレン含有廃水１リットルを封入した。このとき、廃水中に浸かっていない光触媒は５０ｇのうち１０ｇで、下部水中の光触媒は４０ｇであった。光源７としては、松下電器産業（株）製流水殺菌灯ＧＬ１３／Ｑを１本配置した。また、廃水中のテトラクロロエチレン濃度は、ＪＩＳ  Ｋ０１２５「用水・廃水中の低分子量ハロゲン化炭化水素試験方法」の溶媒抽出・ガスクロマトグラフ法により測定したところ、１００ｍｇ／ｌであった。
この廃水を循環パイプ４と循環ポンプ５により循環速度０．５ｌ／分で循環させて滴下皿８を通して光触媒に滴下させながら光照射を行ったところ、廃水中のテトラクロロエチレン濃度は８時間後に０．１ｍｇ／ｌとなった。また２４時間後には０．００１ｍｇ／ｌと非常に低濃度になった。
【００２１】
（比較例１）
次に容器１内の廃水の量を増やし、全ての光触媒を廃水中に浸かる状態とし、循環方向を上部から流出させ下部に流入させた。それ以外は上記実験例と同様の方法で試験を行ったところ、廃水中のテトラクロロエチレン濃度は８時間後に３．０ｍｇ／ｌ，２４時間後に０．５ｍｇ／ｌとなり、分解速度が小さい結果となった。
【００２２】
（比較例２）
比較例１と同様に、５０ｇ全ての光触媒ｃを廃水中に浸かる状態とした以外は上記実験例と同様の方法で試験を行ったところ、廃水中のテトラクロロエチレン濃度は８時間後に１．０ｍｇ／ｌ、２４時間後に０．１ｍｇ／ｌとなり、分解速度が小さい結果となった。
以上、実験例と比較例の結果を表１にまとめる。なお表中の数字は試験後の廃水中のテトラクロロエチレン濃度をｍｇ／ｌで示したものである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【発明の効果】
このように、本発明による有害物質含有廃水処理装置は、分解速度が早い気相中の反応を利用できるため、分解速度が大きく高効率であるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による有害物質含有廃水処理装置の概略構成図
【符号の説明】
１  容器
２  投入口
３  排出口
４  循環パイプ（循環手段）
５  循環ポンプ（循環手段）
６  光触媒
７  光源
９  投入電磁弁（廃水投入停止手段）
１１  投入量検知手段
【図１】
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