JPH1110136A - 水処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理
水を吸着処理するに際し、吸着剤を容易かつ経済的に再
生できるようにし、それにより吸着処理をも容易かつ経
済的に行えるようにする。 【解決手段】 光触媒たる二酸化チタンを担持させた活
性炭６を投入した反応槽３に被処理水１を通水する。活
性炭６の吸着能が低下したときに、紫外線ランプ８より
活性炭６に紫外線を照射して光触媒を活性化し、活性化
された光触媒の酸化触媒作用の下に、活性炭６に吸着し
た有機物などの吸着質を酸化分解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上水や下水・し尿
の二次処理水などの被処理水中に含まれる有機物等を吸
着剤により吸着除去する水処理方法およびその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】上水や下水・し尿の二次処理水などを安
定して良好に処理するために、活性炭吸着法など、吸着
剤を用いて有機物等を吸着除去する処理方法が行われて
いる。

【０００３】このような処理方法では、たとえば破過
（飽和）に達した活性炭は、１００℃で約３時間加熱し
て乾燥させた後、７００℃で約１時間加熱して表面に吸
着した有機物を炭化させ（炭化処理）、さらに水蒸気の
存在下、９００〜１０００℃で約２時間加熱して表面の
炭化物をガス化させる（賦活化処理）ことによって再生
されている。再生された活性炭は通常、未使用の活性炭
の約９０％程度まで吸着能が回復する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような活性炭再生方法は、専用の再生炉で行う必要が
あり、活性炭の取り出しや運搬に手間がかかり、再生費
用が高くなるだけでなく、再生炉における水蒸気濃度や
賦活化温度や賦活化時間等の制御が難しく、十数％（２
〜２５％）程度の再生ロスが生じ、再生を繰り返す間に
劣化が生じるという問題がある。

【０００５】本発明は上記問題を解決するもので、活性
炭などの吸着剤を容易に再生できるようにし、それによ
り上水や下水・し尿の二次処理水などの被処理水の吸着
処理をも容易かつ経済的に行えるようにすることを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の水処理方法は、上水や下水
・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を
担持した吸着剤を投入した反応槽に通水して、被処理水
中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去し、吸
着剤の吸着能が低下したときに、水中に維持した吸着剤
を流動させながら、紫外線等の有効波長を有する光を照
射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、活性化された光
触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化
分解して吸着剤を再生するようにしたものである。

【０００７】請求項２記載の水処理方法は、上水や下水
・し尿の二次処理水などの被処理水を、表面に光触媒を
担持した吸着剤を投入した反応槽に通水し、吸着剤を流
動させる状態において、被処理水中の有機物などの吸着
質を吸着剤により吸着除去しつつ、紫外線等の有効波長
を有する光を照射して吸着剤表面の光触媒を活性化し、
活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤に吸着し
た吸着質を酸化分解して吸着剤を再生するようにしたも
のである。

【０００８】また、本発明の水処理装置は、被処理水供
給手段と、内部に吸着剤を投入し、供給される被処理水
を吸着処理する反応槽と、反応槽内の処理水を排出する
排水手段と、反応槽内の吸着剤に紫外線等の有効波長を
有する光を照射する光照射手段と、被処理水と槽外に取
り出した処理水と空気等の気体との少なくとも１つを攪
拌流体として反応槽内に上向流で導入する攪拌流体導入
手段とを有して構成したものである。

【０００９】一般に、下水・し尿の二次処理水などには
有機物などの吸着質が含まれており、有機物の多くはＣ
ＯＤ成分等の生物難分解性有機物であり、生物難分解性
有機物は主として疎水性であるため、活性炭などの吸着
剤によって効率的に吸着除去される。また、上水用の原
水中にも、活性炭などの吸着剤によって効率的に吸着除
去される物質が含まれている。

【００１０】一方、光触媒として知られている物質の中
に、一定以上のエネルギーを有する光、たとえば紫外線
が照射されると、価電子帯から電子が飛び出して伝導帯
に移り、酸化力の強いホール（穴）が表面に生じる（本
明細書では、活性化されるともいう）ものがある。生じ
たホールに水分子が接触すると、酸化力の強い水酸化ラ
ジカルが生じ、価電子帯から飛び出した電子に酸素、オ
ゾン、過酸化水素などの酸化性物質が接触すると、酸化
力の強いラジカルが生じる。たとえば、飛び出した電子
に酸素が接触した場合は、過酸化ラジカルを経て過酸化
水素ラジカルが生じる。このような酸化力の強いホール
やラジカルに接触した吸着質は酸化分解され、吸着質が
有機物である場合は最終的には二酸化炭素まで分解され
る。

【００１１】上記した水処理方法は、このような光触媒
を担持させた吸着剤を用いることにより、吸着処理の容
易化およびコスト低減を図ったものである。請求項１記
載の水処理方法では、下水・し尿の二次処理水などの被
処理水が反応槽の内部に導入され、被処理水中の有機物
などの吸着質が吸着剤によって吸着除去され、有機物な
どの吸着質が除去された処理水が槽外に流出する。

【００１２】そして、吸着剤の吸着能が低下したとき
に、水中で流動する吸着剤に紫外線等の有効波長を有す
る光が照射されて、その表面に担持された光触媒が活性
化され、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着剤
表面の吸着質が酸化分解される。その結果、吸着剤の吸
着部位が空き、吸着剤は新たに吸着可能な状態に再生さ
れる。

【００１３】つまり、この水処理方法では、有機物など
の吸着質の吸着除去と吸着剤の再生とが交互に行われ
る。請求項２記載の水処理方法では、下水・し尿の二次
処理水などの被処理水が反応槽の内部に導入され、被処
理水中の有機物などの吸着質が吸着剤によって吸着除去
され、有機物などの吸着質が除去された処理水が槽外に
流出する。

【００１４】このとき、槽内の吸着剤に紫外線等の有効
波長を有する光が照射されて、その表面に担持された光
触媒が活性化され、活性化された光触媒の触媒作用の下
に、吸着剤表面の吸着質が酸化分解される。その結果、
吸着剤の吸着部位が空き、吸着剤は新たに吸着可能な状
態に再生される。

【００１５】つまり、この水処理方法では、有機物など
の吸着質の吸着除去と吸着剤の再生とが単一の反応槽内
で同時かつ連続的に行われる。このような水処理方法
は、上記した水処理装置によって効率的に行うことがで
きる。

【００１６】上記した水処理方法を行う際には、反応槽
内に、酸素、オゾン、過酸化水素などの酸化性物質を共
存させることにより、ラジカルを効率的に生成させ、吸
着質の酸化分解を促進するのが好ましい。攪拌流体とし
て空気等を導入する場合は、別途酸化性物質を供給する
ことを省略できる。

【００１７】本発明の方法に使用する吸着剤としては、
活性炭、ゼオライト、または活性アルミナ、シリカゲ
ル、あるいは活性白土等のセラミックス系吸着剤などの
多孔質吸着剤が好ましいが、被処理水中に投入して流動
可能な吸着剤であればこれらに限定されることなく使用
できる。

【００１８】光触媒としては、二酸化チタン、酸化亜
鉛、硫化カドミウム、酸化鉄などを用いることができる
が、二酸化チタンが好ましく、なかでも触媒能に優れた
アナターゼ型もしくはルチル型の二酸化チタンが好まし
い。光触媒を吸着剤に担持させるには、光触媒を分散さ
せた分散液中に吸着剤を含浸し、光触媒の分散液が付着
した吸着剤を乾燥および／または高温焼成するなど、常
法によればよい。

【００１９】有効波長を有する光としては、高圧（中
圧）紫外線ランプ、または低圧紫外線ランプ、またはブ
ラックライトにより照射する紫外線が代表的である。そ
れぞれの特徴は次の通りである。

【００２０】１）高圧（中圧）紫外線ランプ・・ランプ
出力が大きく、254,310,365,420,540nm に強いスペク
トルを持つ。 ２）低圧紫外線ランプ・・ランプ出力が小さく、254nm
に強いスペクトルを持つ。 ３）ブラックライト・・ランプ出力が小さく、360nm
に強いスペクトルを持つ。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１を参照
しながら説明する。図１に示した水処理装置は、上水や
下水・し尿の二次処理水などの被処理水１を貯留する流
量調整槽２と、流量調整槽２より供給される被処理水１
を活性炭吸着処理する反応槽３と、反応槽３内で処理さ
れた処理水４を受け入れて貯留する貯水槽５とを備えて
いる。

【００２２】反応槽３は、逆円錐形に形成されており、
槽内の下部に、表面に二酸化チタンを担持した活性炭６
からなる活性炭層７が設けられるとともに、槽内の中央
位置に、紫外線ランプ８が槽上部から下部にわたって設
けられている。活性炭層７は、たとえば粒径０．６〜２
ｍｍの活性炭６を槽容積の２分の１から３分の１充填す
ることにより形成される。

【００２３】流量調整槽２内の被処理水１を反応槽３へ
供給する被処理水供給管９は反応槽３の上部に開口して
おり、反応槽３内で処理された処理水４を貯水槽５へ送
る処理水管１０は反応槽４の底部に接続して設けられて
いる。さらに、反応槽３の下部に、貯水槽５内に貯留さ
れた処理水４を返送する返送管１１が開口し、反応槽３
の上部に、槽内の被処理水１や処理水４を排出する排水
管１２が設けられている。

【００２４】上記した構成の水処理装置では、通常時
は、流量調整槽２内の被処理水１が被処理水供給管９を
通じて反応槽３へ供給される。反応槽３に流入した被処
理水１は槽内を下向きに流れて、たとえば１０〜２０分
間で活性炭層７を通過し、その間に、被処理水１中のＣ
ＯＤ成分等の有機物などが活性炭６に吸着され、有機物
などが除去された処理水４が処理水管１０を通じて貯水
槽５へ送られる。

【００２５】そして、活性炭６が破過に近づいた時に、
あるいは定期的に、活性炭層７の逆洗も兼ねて、活性炭
６の再生が行われる。すなわち、反応槽３への被処理水
１の供給が停止され、貯水槽５内の処理水４が返送管１
１を通じて適当流量で反応槽３に供給されるとともに、
紫外線ランプ８により紫外線が照射される。

【００２６】反応槽３に流入した処理水４は槽内を上向
きに流れて活性炭層７を通過し、その上向流により、活
性炭６が紫外線ランプ８と槽内周面に沿って仮想線で示
したように流動し、紫外線ランプ８に近づくほど強い紫
外線の照射を受ける。

【００２７】活性炭６が一定強度以上の紫外線を受ける
と、活性炭６に担持された二酸化チタンの表面にホール
及びラジカルが生じ、生じたホールまたはラジカルの強
い酸化力によって、活性炭６に吸着された有機物などが
酸化分解される。その結果、活性炭６の吸着部位が空に
なり、活性炭６は、新たに有機物などが吸着可能な状態
に再生される。

【００２８】槽内上部に達した処理水４は排水管１２を
通じて流出する。このようにして、反応槽３内で、活性
炭６による有機物などの吸着除去と活性炭６の再生とが
交互に繰り返し行われる。なお、活性炭６を反応槽３の
外部に取り出して再生させることも可能である。

【００２９】本発明の他の実施形態を図２を参照しなが
ら説明する。図示した水処理装置は、図１に示した水処
理装置とほぼ同様の構成を有している。ただし、流量調
整槽２内の被処理水１を反応槽３へ供給する被処理水供
給管９は反応槽３の底部に開口しており、反応槽３内で
処理された処理水４を消毒槽（図示せず）などへ送る処
理水管１０は反応槽３の上部に接続して設けられてい
る。

【００３０】上記した構成の水処理装置では、流量調整
槽２内の被処理水１が被処理水供給管９を通じて反応槽
３へ供給されるとともに、紫外線ランプ８により紫外線
が照射される。

【００３１】反応槽３に流入した被処理水１は槽内を上
向きに流れて活性炭層７を通過し、その上向流により、
活性炭６が紫外線ランプ８と槽内周面に沿って矢印で示
したように流動し、被処理水１と十分接触しつつ、紫外
線ランプ８に近づくほど強い紫外線の照射を受ける。

【００３２】その結果、被処理水１中のＣＯＤ成分等の
有機物などが活性炭６に効率的に吸着されるとともに、
活性炭６に吸着された有機物などが酸化分解され、活性
炭６は、新たに有機物などが吸着可能な状態に再生され
る。

【００３３】有機物などが除去された処理水４は処理水
管１０を通じて流出する。このようにして、単一の反応
槽３内で、活性炭６による有機物などの吸着除去と活性
炭６の再生とが同時かつ連続的に行われる。

【００３４】本発明のさらに他の実施形態を図３を参照
しながら説明する。図示した水処理装置は、図２に示し
た水処理装置とほぼ同様の構成を有している。この水処
理装置が図２に示した水処理装置と異なるのは、反応槽
３の底部に、空気ポンプ１３から導かれた空気供給管１
４が開口している点である。

【００３５】このような構成の水処理装置では、図２を
用いて説明した水処理方法と同様に、流量調整槽２内の
被処理水１が被処理水供給管９を通じて反応槽３へ供給
され、紫外線ランプ８により紫外線が照射され、さら
に、反応槽３の内部に、空気ポンプ１３より空気供給管
１４を通じて空気が吹き込まれる。

【００３６】この場合、空気が吹き込まれることによっ
て、活性炭６の流動が促進され、活性炭６と被処理水１
との接触機会が高まり、被処理水１中の有機物などが活
性炭６に効率的に吸着される。

【００３７】また、被処理水１中の溶存酸素が増大する
とともに、活性炭６が紫外線の照射を受ける機会が高ま
り、それにより光触媒上のホールおよびラジカルの生成
が促進される。それに伴って、活性炭６に吸着された有
機物などが効率的に酸化分解され、活性炭６の再生が促
進される。

【００３８】なお、図３に示した水処理装置では、反応
槽３の底部より被処理水１を導入して槽内を上向きに通
過させ、その上向流によって活性炭６を流動させるよう
にしたが、反応槽３の上部より被処理水１を導入して槽
内を下向きに通過させる場合も、空気によって活性炭６
の流動を確保できる。

【００３９】さらに、上記においては、二酸化チタンを
担持した活性炭を用いて吸着処理を行ったが、その他の
光触媒を担持した吸着剤を用いた場合も、上記と同様に
して吸着処理し、紫外線等により再生することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、表面に
光触媒を担持させた吸着剤を用いることにより、反応槽
の内部で、紫外線等の照射によって吸着剤を再生するこ
とができ、被処理水の吸着処理を容易かつ経済的に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理方法が行われる水処理装置の一
実施形態を示した説明図である。

【図２】本発明の水処理方法が行われる水処理装置のそ
の他の実施形態を示した説明図である。

【図３】本発明の水処理方法が行われる水処理装置のさ
らに他の実施形態を示した説明図である。

【符号の説明】 １ 被処理水 ３ 反応槽 ４ 処理水 ６ 活性炭 ８ 紫外線ランプ 13 空気ポンプ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ 1/78 1/78 (72)発明者 品部 和宏 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 中野 浩二 東京都八王子市散田町五丁目８番３号 株 式会社日本フォトサイエンス内 (72)発明者 大庭 真治 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 吉崎 耕大 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上水や下水・し尿の二次処理水などの被
   処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反
   応槽に通水して、被処理水中の有機物などの吸着質を吸
   着剤により吸着除去し、吸着剤の吸着能が低下したとき
   に、水中に維持した吸着剤を流動させながら、紫外線等
   の有効波長を有する光を照射して吸着剤表面の光触媒を
   活性化し、活性化された光触媒の触媒作用の下に、吸着
   剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着剤を再生するこ
   とを特徴とする水処理方法。
2. 【請求項２】 上水や下水・し尿の二次処理水などの被
   処理水を、表面に光触媒を担持した吸着剤を投入した反
   応槽に通水し、吸着剤を流動させる状態において、被処
   理水中の有機物などの吸着質を吸着剤により吸着除去し
   つつ、紫外線等の有効波長を有する光を照射して吸着剤
   表面の光触媒を活性化し、活性化された光触媒の触媒作
   用の下に、吸着剤に吸着した吸着質を酸化分解して吸着
   剤を再生することを特徴とする水処理方法。
3. 【請求項３】 吸着剤が、活性炭、ゼオライト、または
   セラミックス系吸着剤などの多孔質吸着剤であることを
   特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の
   水処理方法。
4. 【請求項４】 光触媒が二酸化チタンであることを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水処理
   方法。
5. 【請求項５】 反応槽内に、酸素、オゾン、過酸化水素
   などの酸化性物質を存在させることを特徴とする請求項
   １から請求項４のいずれかに記載の水処理方法。
6. 【請求項６】 被処理水供給手段と、内部に吸着剤を投
   入し、供給される被処理水を吸着処理する反応槽と、反
   応槽内の処理水を排出する排水手段と、反応槽内の吸着
   剤に紫外線等の有効波長を有する光を照射する光照射手
   段と、被処理水と槽外に取り出した処理水と空気等の気
   体との少なくとも１つを攪拌流体として反応槽内に上向
   流で導入する攪拌流体導入手段とを有したことを特徴と
   する水処理装置。