JP2018043233A - 液体処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濾過膜の乾燥を防止できる液体処理装置の制御方法を提供する。
【解決手段】本開示の液体処理装置の制御方法では、（ｉ）液体処理装置（１ａ〜１ｅ）を提供する。（ii）光触媒反応槽（２）において光触媒反応より汚染液を処理して処理済液を生成する。（iii）循環ポンプ（１２）によって光触媒反応槽（２）から送り流路（２２）を通過させて分離槽（３）に液体混合物を導く。（iv）分離槽に導かれた液体混合物を濾過膜（１９）によって濾過しつつ濾液を取り出し流路（２３）を通過させて分離槽の外部に導くとともに、液体混合物をオーバーフロー流路（１４）を通過させて光触媒反応槽に送る。（ｖ）制御器（５０）によって循環ポンプを制御することにより、液体混合物流量計（１６）によって測定される液体混合物の流量を濾液流量計（１７）によって測定される濾液の流量よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本開示は、液体処理方法および装置に関する。

従来、浄水のための光触媒反応器等の液体処理装置が提案されている。例えば、非特許文献１には、膜が水中に浸された光触媒反応器が記載されている。この光触媒反応器では、ナノ構造のＴｉＯ₂／シリカゲル光触媒が懸濁した状態で使用されている。すなわち、この光触媒反応器は、流動床式の反応器である。光触媒反応器は、耐光性のバッフルによって光触媒酸化ゾーンと膜分離ゾーンとに分かれている。光触媒酸化ゾーンと膜分離ゾーンとは、ボトムフロー流路及びオーバーフロー流路によってつながっている。光触媒酸化ゾーンにはＵＶランプが配置され、膜分離ゾーンにはポリビニリデン製の中空糸膜でできたmicrofiltration（ＭＦ）膜モジュールが配置されている。吸い上げポンプによって濾液が連続的に取り出される。光触媒反応器の水位が一定に保たれるように水位計が使用されている。

特許文献１には、膜分離装置の液面管理方法として、被処理水の比重をパラメータとして入力することが可能なレベル計を使用する方法が記載されている。

特開２００３−１９４８１号公報

Jianfeng Fu et. al. "A new submergedmembrane photocatalysis reactor (SMPR) for fulvic acid removal using anano-structured photocatalyst" Journal of Hazardous Materials B131 (2006)238？242

非特許文献１及び特許文献１によれば、確実に濾過膜の乾燥を防止するための検討を行う必要がある。そこで、本開示は、確実に濾過膜の乾燥を防止するための液体処理装置の制御方法を提供する。

本開示は、液体処理装置を用いる液体処理方法を提供する。本開示による液体処理方法は、
（Ｉａ） 以下を具備する液体処理装置を用意する工程、
光触媒粒子を含有する液体混合物を貯留するための内部空間を有する第１槽、
前記光触媒粒子に紫外光を照射する紫外光を発光する光源、
濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第１室および第２室に分割された内部空間を有する第２槽、
前記第１槽の内部空間および前記第２槽の第２室の間を連通している連通流路、
循環ポンプ、
前記第２槽の第１室および前記液体処理装置の外部の間を連通している排出流路、および
前記第１槽の内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しているオーバーフロー流路、
（Ｉｂ） 汚染液を前記第１槽に供給して、前記光触媒粒子および前記汚染液を含有する前記液体混合物を調製する工程、
（Ｉｃ） 前記第１槽の内部空間に貯留された前記液体混合物に含有される光触媒粒子に前記光源からの光を照射して、前記第１槽内で前記液体混合物を処理液にする工程、
（Ｉｄ） 前記循環ポンプを用いて、前記処理液を前記第１槽の内部空間から前記連通流路を通して前記第２槽の前記第２室に吸引する工程、そして
（Ｉｅ） 前記第２槽内で前記濾過膜により前記処理液を濾過して、前記第２槽の前記第１室で得られた濾液を、前記第２槽の前記第１室から前記排出流路を通して排出する工程、
を具備し、
ここで、
工程（Ｉｄ）および（Ｉｅ）において、以下の条件（Ｉ）〜条件（ＩＶ）
条件（Ｉ） 前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液の液位以下であること、
条件（ＩＩ） 前記連通流路を通過する前記処理液の流量が、前記排出流路を通過する前記濾液の流量よりも大きいこと、
条件（ＩＩＩ） 前記第２槽の前記第２室に含有される処理液の一部が、前記オーバーフロー流路を通って前記第１槽に戻されること、
条件（ＩＶ） 前記濾過膜の少なくとも一部が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液に浸漬されていること、
が充足される。

上記の方法によれば、より確実に濾過膜の乾燥を防止できる。

図１は、本開示の液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図２Ａは、本開示の液体処理装置の濾過膜及びホルダーの一例を示す断面図である。 図２Ｂは、図２Ａに記載の濾過膜の一部を拡大した斜視図である。 図３は、図２Ａに記載の濾過膜及びホルダーと液位Ｌｂとの関係を示す断面図である。 図４は、図２Ａに記載の濾過膜及びホルダーと液位Ｌｂとの関係を示す断面図である。 図５Ａは、濾過膜及びホルダーの別の一例を示す断面図である。 図５Ｂは、濾過膜及びホルダーのさらに別の一例を示す断面図である。 図６Ａは、濾過膜及びホルダーのさらに別の一例を示す断面図である。 図６Ｂは、図６ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図７Ａは、濾過膜の露出部分と液位Ｌｂとの関係を示す図である。 図７Ｂは、濾過膜の露出部分と液位Ｌｂとの関係を示す図である。 図７Ｃは、濾過膜の露出部分と液位Ｌｂとの関係を示す図である。 図８は、液体処理装置が起動運転するときの制御器の動作を示すフローチャートである。 図９Ａは、液体処理装置が通常運転するときの制御器の動作を示すフローチャートである。 図９Ｂは、液体処理装置が通常運転するときの制御器の動作を示すフローチャートである。 図９Ｃは、液体処理装置が通常運転するときの制御器の動作を示すフローチャートである。 図１０は、液位Ｌａが異常低下したときの制御器の動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、液位Ｌａが異常低下したときの制御器の動作の別の一例を示すフローチャートである。 図１２は、液体処理装置が停止運転するときの制御器の動作を示すフローチャートである。 図１３は、変形例に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図１４は、別の変形例に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図１５は、さらに別の変形例に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。 図１６は、さらに別の変形例に係る液体処理装置の構成を概念的に示す図である。

＜本発明者らの検討に基づく知見＞
水中の不純物処理や化学反応プロセスに用いられる流動床の液体処理装置において、典型的には、光触媒反応及び濾過が行われる。この場合、例えば、光触媒反応により汚染液を処理することによって生成された処理済液と光触媒粒子とを含む液体混合物を濾過する濾過膜における透過液量の低下が処理の効率を低下させる可能性がある。液体処理装置において、膜面積あたりのコスト及び取り扱いの容易さなどの理由から、液体混合物に浸漬させて使用するのに適した有機膜又は無機膜を濾過膜として使用することが考えられる。このような濾過膜は大気に曝されると濾過膜の親媒性が低下する可能性がある。これにより、濾過膜における透過流量が低下するので、このような濾過膜は大気に曝されずに液体混合物に浸っていることが必要である。

非特許文献１に記載の技術では、ＭＦ膜モジュールが配置されている光触媒反応器の水位が一定に保たれるように水位センサが使用されている。また、特許文献１に記載の技術では、被処理水の比重をパラメータとして入力することが可能なレベル計を使用されており、レベル計が小型化されている。水位センサを用いて濾過膜が配置されている槽の液体混合物の液位を一定に保つ方法としては、汚染液の供給流量及び液体混合物から分離された濾液の流量を制御量とし、槽の液体混合物の液位を目標値とするフィードバック制御を行う方法が考えられる。しかし、このようなフィードバック制御によれば、実際には、突発的な流量変動又は液位計の測定誤差に起因して槽の液体混合物の液位が大きく変動し、濾過膜が確実に液体混合物に浸された状態を保証できない可能性がある。なお、非特許文献１及び特許文献１では、光触媒反応と液体混合物の濾過とを別々の槽で行うことは記載も示唆もされていない。

このような事情に鑑み、本発明者らは、より確実に濾過膜の乾燥を防止するための方法について日夜検討を重ねた。その結果、本発明者らは、光触媒反応と液体混合物の濾過とを別々の槽で行い、光触媒反応が行われる槽から液体混合物の濾過が行われる槽に液体混合物をポンプによって送ることが濾過膜の乾燥防止の観点から有利であることを新たに見出した。そのうえで、本発明者らは、光触媒反応が行われる槽から液体混合物の濾過が行われる槽への液体混合物の流量が所定の関係を満たすようにそのポンプを制御することによって、より確実に濾過膜の乾燥を防止できることを新たに見出した。本開示の方法は、このような本発明者らが新たに見出した知見に基いて案出されたものである。なお、上記の知見は、本発明者らの検討に基づく知見であり、先行技術として自認するものではない。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に示す通り、液体処理装置１ａは、第１槽２と、濾過膜１９と、ホルダー２６と、第２槽３と、供給流路２１と、連通流路２２と、循環ポンプ１２と、オーバーフロー流路１４と、排出流路２３と、処理済液流量計１６と、濾液流量計１７と、制御器５０とを備えている。第１槽２は、光触媒反応により汚染液を処理する光触媒粒子を含む。濾過膜１９は、第１槽２で汚染液を処理することによって生成された処理済液及び光触媒粒子を含む液体混合物を濾過する。ホルダー２６は、濾過膜１９の膜面の一部を外側から覆っている。加えて、ホルダー２６にはその膜面の一部が液密に取り付けられている。第２槽３は、濾過膜１９及びホルダー２６が配置された内部空間を有する。供給流路２１は、第１槽２に接続された流路である。連通流路２２は、第１槽２と第２槽３とを連通させている流路である。循環ポンプ１２は、連通流路２２に配置されている。循環ポンプ１２の作動により、第１槽２から第２槽３に液体混合物が導かれる。オーバーフロー流路１４は、液体混合物をオーバーフローにより第２槽３から第１槽２に送る流路である。オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置が濾過膜１９のホルダー２６から露出している部分２５の上端以上の高さに位置している。排出流路２３は、ホルダー２６に接続されているとともに液体処理装置１ａの外部に延びている。処理済液流量計１６は、連通流路２２を流れる処理済液の流量を測定する。濾液流量計１７は、排出流路２３における、濾過膜１９によって液体混合物を濾過して得られた濾液の流量を測定する。制御器５０は、循環ポンプ１２を制御する。

例えば、液体処理装置１ａの制御方法は、以下のステップを含む。
（Ｉｂ） 汚染液を第１槽２に供給して、光触媒粒子および汚染液を含有する液体混合物を調製する工程、
（Ｉｃ） 第１槽２の内部空間に貯留された液体混合物に含有される光触媒粒子に光源からの光を照射して、第１槽２内で液体混合物を処理液にする工程、
（Ｉｄ） 循環ポンプ１２を用いて、処理液を第１槽２の内部空間から連通流路２２を通して第２槽３の第２室２に吸引する工程、そして
（Ｉｅ） 第２槽３内で濾過膜１９により処理液を濾過して、第２槽３の第１室３１で得られた濾液を、第２槽３の第１室３１から排出流路２３を通して排出する工程。

工程（Ｉｄ）および（Ｉｅ）において、以下の条件（Ｉ）〜条件（ＩＶ）が充足される。
条件（Ｉ） 第１槽２に含有される液体組成物の液位が、第２槽３の第２室３２に含有される処理液の液位以下であること。
条件（ＩＩ） 連通流路２２を通過する処理液の流量が、排出流路２３を通過する濾液の流量よりも大きいこと。
条件（ＩＩＩ） 第２槽３の第２室３２に含有される処理液の一部が、オーバーフロー流路１４を通って第１槽２に戻されること。
条件（ＩＶ） 濾過膜１９の少なくとも一部が、第２槽３の第２室３２に含有される処理液に浸漬されていること。

このように、制御器５０は、通常運転期間において、処理済液流量計１６によって測定される液体混合物の流量が濾液流量計１７によって測定される濾液の流量よりも大きくなるように、循環ポンプ１２を制御する。通常運転とは、連通流路２２を通過させて第２槽３に液体混合物を導き、かつ、排出流路２３を通過させて第２槽３の外部に濾液を導くとともにオーバーフロー流路１４を通過させて第２槽３から第１槽２に液体混合物を送る運転である。

図７Ａに示す通り、供給流路２１における汚染液の流量、連通流路２２における液体混合物の流量、及び排出流路２３における濾液の流量を、それぞれ、ｖ１、ｖ２、及びｖ３と定義する。ここで、ｖ１、ｖ２、及びｖ３は、体積流量を意味する。第１槽２の液位Ｌａ及び第２槽３の液位Ｌｂが、図７Ａに示す初期状態であるときに、ｖ２＞ｖ３又はｖ２＜ｖ３となるように循環ポンプ１２が制御されることを考える。ｖ２＞ｖ３の場合、換言すると、第２槽３に入ってくる液体混合物の流量が第２槽３から出ていく濾液の流量よりもｖ２−ｖ３だけ多い場合、第２槽３の液位Ｌｂは次第に上昇し、液体混合物がオーバーフロー流路１４に流入し始める。その後、第２槽３の液位Ｌｂが、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０を超えると、液体混合物がオーバーフロー流路１４を通過して第１槽２に戻される。その後、図７Ｂに示す通り、ｖ２−ｖ３に相当する流量ｖ４で液体混合物が第２槽３から第１槽２へオーバーフローする。これにより、第２槽３に入ってくる液体混合物の流量が第２槽３から出ていく濾液の流量よりもｖ２−ｖ３だけ多く、かつ、ｖ２−ｖ３に相当する流量で液体混合物が第２槽３から第１槽２へオーバーフローする平衡状態になる。その結果、第２槽３内の液体混合物の体積が一定となり、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも高い位置で液位Ｌｂが安定する。オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０は、濾過膜１９のホルダー２６から露出している部分２５の上端以上の高さに位置しているので、濾過膜１９の少なくとも一部は、平衡状態において安定した液位Ｌｂよりも低い高さに位置する。よって、濾過膜１９の少なくとも一部が必然的に液体混合物に浸される。これにより、通常運転期間中に、濾過膜１９の少なくとも一部が大気に曝されることなく、確実に濾過膜１９の乾燥を防止できる。

一方、ｖ２＜ｖ３の場合、換言すると、第２槽３から出ていく濾液の流量が第２槽３に入ってくる液体混合物の流量よりもｖ３−ｖ２だけ多いので、第２槽３の液位Ｌｂが下降し、濾過膜１９の露出部分２５の上端に到達する。さらに、図７Ｃに示す通り、濾過膜１９の露出部分２５の少なくとも一部が液位Ｌｂより上に現れ濾過膜１９の一部が大気に曝されてしまう。

図１に示す通り、処理済液流量計１６及び濾液流量計１７は、処理済液流量計１６及び濾液流量計１７によって測定された流量を示す信号が制御器５０に入力されるように、制御器５０に有線又は無線によって接続されている。また、循環ポンプ１２は、制御器５０からの制御信号を取得可能に有線又は無線によって制御器５０に接続されている。制御器５０は、例えば、インターフェース、ＣＰＵなどの演算装置、並びにＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶装置を備えた、コンピュータである。

図１に示す通り、液体処理装置１ａは、例えば、供給ポンプ１１及び濾過ポンプ１３をさらに備えている。供給ポンプ１１は、供給流路２１に配置されている。濾過ポンプ１３は、排出流路２３に配置されている。制御器５０は、供給ポンプ１１及び濾過ポンプ１３をさらに制御し、液体処理装置１ａを起動するときに、循環ポンプ１２及び供給ポンプ１１の作動中に濾過ポンプ１３を作動させ始める。換言すると、濾過ポンプ１３は循環ポンプ１２及び供給ポンプ１１の停止中には作動し始めない。このため、液体処理装置１ａを起動するときに、濾過ポンプ１３の作動により第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂが低下して濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることを防止できる。

供給ポンプ１１及び濾過ポンプ１３は、制御器５０から制御信号を取得可能に有線又は無線によって制御器５０に接続されている。

図１に示す通り、液体処理装置１ａは、濾過ポンプ１３に加えて、レベルセンサ２０をさらに備えている。レベルセンサ２０は、第１槽２における液位を測定するセンサである。制御器５０は、レベルセンサ２０によって測定された第１槽２における液位Ｌａが特定の液位Ｌｍよりも低いことを示す信号が入力されたときに、濾過ポンプ１３を制御する。特定の液位Ｌｍは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも低い。これにより、濾液流量計１７によって測定される濾液の流量を低下させる、又は、濾過ポンプ１３を停止させる。この場合、第１槽２における液位が低下しすぎた場合に濾過ポンプ１３の制御により、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂの低下を防止できる。その結果、より確実に濾過膜１９の乾燥が防止される。

レベルセンサ２０は、レベルセンサ２０によって測定された液位Ｌａを示す信号が制御器５０に入力されるように、制御器５０に有線又は無線によって接続されている。

図１に示す通り、液体処理装置１ａは、供給ポンプ１１及びレベルセンサ２０に加えて、汚染液流量計１５をさらに備えている。汚染液流量計１５は、供給流路２１における汚染液の流量を測定する。制御器５０は、レベルセンサ２０によって測定された液位Ｌａが特定の液位Ｌｍよりも低いことを示す信号が入力されたときに、供給ポンプ１１を制御することにより汚染液流量計１５によって測定される汚染液の流量を増加させてもよい。この場合、第１槽２における液位Ｌａが低下しすぎた場合に供給ポンプ１１の制御により、第１槽２における液位Ｌａがゼロになることを防止できる。これにより、第２槽３の液体混合物の液位の低下を予め防止できる。

汚染液流量計１５は、汚染液流量計１５によって測定された流量を示す信号が制御器５０に入力されるように、制御器５０に有線又は無線によって接続されている。

制御器５０は、循環ポンプ１２、供給ポンプ１１、及び濾過ポンプ１３を制御し、液体処理装置１ａを停止するときに、循環ポンプ１２及び供給ポンプ１１の作動中に濾過ポンプ１３を停止させる。このため、濾過ポンプ１３の作動中に循環ポンプ１２及び供給ポンプ１１を停止させないので、濾過ポンプ１３の作動により第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂが低下して濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることを防止できる。

図１に示す通り、第１槽２は、例えば、汚染液導入口３６、第一排出口３７、及び第一導入口４１を有する。第２槽３は、例えば、第二導入口３８及び第二排出口４０を有する。汚染液導入口３６に供給流路２１が接続されている。第一排出口３７と第二導入口３８とは連通流路２２によって接続されている。第二排出口４０と第一導入口４１とはオーバーフロー流路１４によって接続されている。

図１に示す通り、液体処理装置１ａは、光源１８を備えている。光源１８及びレベルセンサ２０は、第１槽２に取り付けられている。光源１８は、例えば、第１槽２の内部に配置されている。光源１８は、第１槽２の外部に配置されていてもよい。この場合、第１槽２は、光源１８からの光を透過可能な材料でできており、光源１８からの光は第１槽２の壁を第１槽２の内部空間に向かって透過するように出射される。

第１槽２には、光触媒粒子を分散質として含む液体混合物が貯留されている。光触媒粒子は、例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄、又はＡｃｒ⁺−Ｍｅｓ等の材料でできている。光触媒粒子は、これらの材料でできた粒子をゼオライト等の担体粒子にくっつけた複合粒子であってもよい。光触媒粒子の粒子径は液体混合物を形成できる限り特に制限されないが、例えば、光散乱法によって測定される光触媒粒子の平均粒子径は、望ましくは、０．１μｍ〜１００μｍ程度である。

供給ポンプ１１が作動することにより、供給流路２１を通って汚染液導入口３６から第１槽２に汚染液が導入される。供給ポンプ１１は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。供給流路２１における汚染液の流量は汚染液流量計１５によって測定される。

汚染液は、例えば、光触媒反応により化学的に変化可能な汚染物質を含む水である。

汚染物質は、例えば、医薬品、農薬、又は有害金属である。光触媒粒子に光源１８からの光が照射されると、光触媒反応により、汚染液に含まれる汚染物質が化学的に変化する。例えば、医薬品又は農薬に含まれる有機化合物は分解され、有害金属は酸化還元により除去されやすい状態に変化する。汚染液が有害金属を含む場合、光触媒反応により処理された有害金属に由来する溶質は、後の工程で吸着又は沈殿等の方法によって除去される。

汚染液は、光触媒反応により所望の反応生成物を得るための原料を含む液であってもよい。この場合、溶媒は、例えば水又は液体有機化合物である。光触媒粒子に光源１８からの光が照射されると、光触媒粒子は、光源１８から吸収した光によって電子正孔対を形成する。形成された電子正孔対が直接的又は間接的に汚染液に含まれる原料を酸化還元することにより、第１槽２の液体混合物中で所望の反応生成物が生成される。

このように、第１槽２において光触媒反応により汚染液を処理することにより処理済液が生成される。処理済液及び光触媒微粒子を含む液体混合物は、第一排出口３７を通って連通流路２２に導かれる。

光源１８は、光触媒反応に適した波長範囲の光を出射する。例えば、光触媒微粒子が光触媒として酸化チタンを含む場合、光源１８から出射される光の波長範囲は、例えば２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。光源１８は、単色光及び連続光のいずれを出射してもよい。例えば、汚染液が光触媒反応により化学的に変化可能な汚染物質を含む水である場合、励起電子及び正孔によって引き起こされる酸化還元反応によって、汚染液に含まれる汚染物質が除去され易い状態に変化する。また、正孔が水分子と反応して発生するＯＨラジカルが強い酸化力を持っていることが知られており、このＯＨラジカルによって汚染物質を無害化できる。光源１８は、例えば、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、キセノンランプ、太陽光、ブラックライト、ＬＥＤ、白熱灯、及び蛍光灯等である。図１示す通り、光源１８は、例えば、第１槽２の軸線に沿って延びている円柱面状の発光面を有する。

第一排出口３７を通って連通流路２２に導かれた液体混合物は、循環ポンプ１２の作動により、第二導入口３８を通って第２槽３に導かれる。循環ポンプ１２は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。連通流路２２における液体混合物の流量は、処理済液流量計１６によって測定される。液体処理装置１ａは、例えば、連通流路２２に逆流防止機構を備えている。逆流防止機構は、液体混合物の逆流、すなわち、第１槽２に向かって液体混合物が流れることを防止する。この場合、循環ポンプ１２を停止して、第２槽３に貯留された液体混合物が連通流路２２を逆流して第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂが低下することを防止できる。これにより、濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることを防止でき、より確実に濾過膜１９の乾燥が防止される。

逆流防止機構は、例えば、逆止弁又は開閉弁等のバルブである。逆流防止機構は、循環ポンプ１２として、チューブポンプ等の流体の逆流を許容しないポンプを用いる場合、循環ポンプ１２自体であってもよい。

図１に示す通り、第２槽３の内部空間は、第一室３１と第二室３２とを有する。第一室３１は、濾過膜１９の透過側の膜面及びホルダー２６の内周面に面している。第一室３１には、濾液取り出し口３９が位置している。濾液取り出し口３９は、排出流路２３がホルダー２６に接続されて定められている。第二室３２は、濾過膜１９の供給側の膜面及びホルダー２６の外周面に面している。第二導入口３８及び第二排出口４０は、第二室３２に位置する。連通流路２２を通って第２槽３に送られた液体混合物は、第二室３２に貯留される。

濾過ポンプ１３の作動により第一室３１が減圧される。濾過ポンプ１３は、特に制限されないが、例えばチューブポンプである。これにより、第二室３２に貯留されている液体混合物が濾過膜１９によって濾過され、第一室３１には光触媒粒子を含まない濾液が貯留される。一方、液体混合物中の光触媒粒子は、濾過膜１９の供給側の膜面に留められる。これにより、液体混合物を濾液と光触媒粒子とに分離できる。つまり、第二室３２に貯留された液体混合物が濾過膜１９の露出部分２５で濾過されることにより、光触媒粒子は濾過膜１９の露出部分２５に留まり、第一室３１には濾過膜１９を通過した光触媒粒子を含まない濾液が貯留される。第一室３１に貯留された濾液は、濾過ポンプ１３によって第一室３１が減圧されることにより、濾液取り出し口３９から排出流路２３を通って、液体処理装置１ａの外部に排出される。排出流路２３における濾液の流量は濾液流量計１７によって測定される。第２槽３の第二室３２には、濾過膜１９の露出部分２５で光触媒粒子が留められるので、光触媒粒子の濃度が高められた液体混合物（濃縮液）が貯留される。そのため、第２槽３では、第二排出口４０からオーバーフロー流路１４に高濃度の液体混合物が導かれ、高濃度の液体混合物が第１槽２に送られる。

このように、第２槽３において濾過膜１９を用いた濾過を行うことにより、処理済液及び光触媒粒子を含む液体混合物から光触媒粒子を含まない濾液を取り出すことができる。具体的には、第２槽３の第二室３２に貯留された液体混合物に濾過膜１９を浸した状態で濾過ポンプ１３によって濾過膜１９の内側空間（第一室３１）を減圧することにより、第一室３１において光触媒粒子を含まない濾液を得ることができる。なぜなら、液体混合物に含まれる光触媒粒子の粒径は濾過膜１９の孔の直径よりも大きく、光触媒粒子が濾過膜１９を透過できないからである。

濾過膜１９は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、酢酸セルロース、ポリプロピレン、ニトロセルロース、ポリアミド、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、及びステンレス等でできた中空糸膜又は平膜である。

図１に示す通り、オーバーフロー流路１４は、例えば、上に凸な形状を有している。この場合、オーバーフロー流路１４において光触媒粒子がオーバーフロー流路１４の底面に沈殿することを防止できる。オーバーフロー流路１４は、水平方向又は第二排出口４０から第一導入口４１に向かって下る斜め方向に直線状に延びる流路であってもよい。

レベルセンサ２０は、第１槽２における液位を測定する。レベルセンサ２０は、例えば、フロート式のレベルセンサ、光式のレベルセンサ、電極式のレベルセンサ、比重式のレベルセンサ、又は超音波式のレベルセンサである。レベルセンサ２０は、第１槽２における液位を連続的に測定可能であってもよいし、特定の液位の上方及び下方のいずれにあるかを測定するセンサであってもよい。また、場合によっては、レベルセンサ２０による液位の測定に代えて、第１槽２における液位を目視にて確認してもよい。

制御器５０は、例えば、半導体デバイス、半導体集積回路（ＩＣ）、又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１以上の電子回路によって構成されている。制御器５０は、インターフェースの入力端子から入力された電気信号に基づいて予め定められた演算則に従って所定の電気信号を生成し、その電気信号をインターフェースの出力端子から出力する。汚染液流量計１５、処理済液流量計１６、濾液流量計１７、及びレベルセンサ２０は、例えば、制御器５０のインターフェースの入力端子に接続されており、測定された流量又は液位を示す電気信号を制御器５０に向かって出力する。また、供給ポンプ１１、循環ポンプ１２、濾過ポンプ１３、及び光源１８は、例えば制御器５０のインターフェースの出力端子に接続されており、制御器５０から出力された流量又は光量を指定する電気信号を取得する。

図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、濾過膜１９は、例えば中空糸膜である。ホルダー２６は、例えば箱状の部材であり、ホルダー２６の外部空間からホルダー２６の内部空間に延びる複数の貫通孔を有する。ホルダー２６の内部には集液空間２７が定められている。集液空間２７及び濾過膜１９である中空糸膜の中空空間は第一室３１を形成している。濾液取り出し口３９は、集液空間２７に位置しており、濾液取り出し口３９から上方に排出流路２３が延びている。複数本の濾過膜１９である中空糸膜のそれぞれの両端が上方を向くように濾過膜１９が配置されている。複数本の濾過膜１９である中空糸膜のそれぞれの両端部がホルダー２６の貫通孔に差し込まれたうえで貫通孔におけるホルダー２６と濾過膜１９との隙間が封止されている。また、濾過膜１９である各中空糸膜は、懸垂線状に垂れ下がっている。濾過膜１９である各中空糸膜のホルダー２６の貫通孔に差し込まれていない部分の外周面によって、濾過膜１９の露出部分２５が形成されている。

第二室３２に貯留された液体混合物の濾過は、濾過膜１９の露出部分２５において行われる。図３に示す通り、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂが濾過膜１９の露出部分２５の上端以上の高さに位置していれば、濾過膜１９の露出部分２５の全体が液体混合物に浸されて濾過膜１９の露出部分２５の乾燥を防止できる。これにより、濾過膜１９の濾過性能の低下を防止できる。一方、図４に示す通り、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂが濾過膜１９の露出部分２５の上端よりも低い高さに位置していると、濾過膜１９の露出部分２５の少なくとも一部が大気に曝され乾燥し、濾過膜１９の濾過性能が低下する。

図５Ａに示す通り、濾過膜１９は、濾過膜１９である中空糸膜の両端が互いに反対方向を向くように配置されていてもよい。この場合、一対のホルダー２６の複数の貫通孔が形成されている面が向かい合うように一対のホルダー２６が配置される。濾過膜１９である中空糸膜の両端部の一方が、一対のホルダー２６の一方の貫通孔に差し込まれ、濾過膜１９である中空糸膜の両端部の他方が、一対のホルダー２６の他方の貫通孔に差し込まれる。貫通孔におけるホルダー２６と濾過膜１９の外周面との隙間は封止されている。

図５Ｂに示す通り、複数本の濾過膜１９である中空糸膜のそれぞれの両端が下方を向くように濾過膜１９が配置されてもよい。この場合、複数本の濾過膜１９である中空糸膜のそれぞれは、例えば、吊り下げ糸６０によって吊られている。

図６Ａ及び図６Ｂに示す通り、濾過膜１９は平膜であってもよい。この場合、例えば、一対の濾過膜１９のそれぞれの透過側の膜面が所定の間隔で向かい合うように一対の濾過膜１９が配置されている。濾過膜１９は、例えば方形状である。また、ホルダー２６は、方形状の枠として形成されており、ホルダー２６は内側に向かって開口する溝を有している。例えば、一対の濾過膜１９の供給側の膜面の周縁部とホルダー２６の溝の内周面とが封止されるように一対の濾過膜１９がホルダー２６に固定されている。ホルダー２６の溝の少なくとも一部は、集液空間２７を形成しており、集液空間２７は、一対の濾過膜１９の透過側の膜面同士の隙間及び排出流路２３に連通している。濾過膜１９のうちホルダー２６の溝から露出した部分が濾過膜１９の露出部分２５に相当する。また、一対の濾過膜１９の透過側の膜面同士の隙間には濾過膜１９の変形を低減する目的でメッシュ状又は短冊状のスペーサが配置されていてもよい。

次に、液体処理装置１ａの動作の一例を説明する。まず、起動運転における液体処理装置１ａの動作について説明する。なお、液体処理装置１ａは、典型的には、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂがオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ高さになるように停止される。このため、多くの場合、液体処理装置１ａの起動時には、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂがオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ高さである。このような状態で、液体処理装置１ａを起動する場合に以下の動作が行われる。

図８に示す通り、ステップＳ１０１において、制御器５０は光源１８に向かって運転開始の信号を出力する。これにより、光源１８が発光し始める。次に、ステップＳ１０２において、制御器５０は、処理済液流量計１６から連通流路２２における液体混合物の流量ｖ２を取得する。なお、初めてステップＳ１０２が実行される場合、ｖ２＝０である。次に、ステップＳ１０３において、制御器５０は、ｖ２が目標値以上であるか否か判断する。なお、初めてステップＳ１０３が実行される場合、ｖ２＝０であり、ｖ２の目標値は０より大きいので、ステップＳ１０３おける判断結果は否定的である。ステップＳ１０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１０４に進み、制御器５０は、流量ｖ２を増加させるための制御信号を循環ポンプ１２に出力する。なお、初めてステップＳ１０４が実行されるときに、循環ポンプ１２が起動される。その後、ステップＳ１０５に進んで所定時間待機し、ステップＳ１０２に戻る。これにより、循環ポンプ１２が正常に起動され、第１槽２から第２槽３へ液体混合物が送られ始める。同時に、第２槽３の液体混合物の液位Ｌｂは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０から上昇し始め、オーバーフローによって第２槽３から第１槽２へ液体混合物が送られ始める。循環ポンプ１２の作動により、第１槽２及び第２槽３の液体混合物が流動し、光触媒粒子が分散するので、液体処理装置１ａの運転停止中に沈殿していた光触媒粒子が光触媒反応に適した懸濁状態となる。つまり、光源１８の起動とも相まって、これ以後に汚染液が第１槽２に供給される場合の光触媒反応の準備が整っている。

ステップＳ１０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１０６に進み、制御器５０は、汚染液流量計１５から供給流路２１における汚染液の流量ｖ１を取得する。最初にステップＳ１０６が実行される場合、ｖ１＝０である。次に、ステップＳ１０７において、制御器５０は、ｖ１が目標値以上であるか否か判断する。最初にステップＳ１０７が実行される場合、ｖ１＝０であり、ｖ１の目標値は０より大きいので、ステップＳ１０７における判断結果は否定的である。ステップＳ１０７における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１０８に進み、制御器５０は、流量ｖ１を増加させるための制御信号を供給ポンプ１１に出力する。なお、初めてステップＳ１０８が実行されるときに、供給ポンプ１１が起動される。その後、ステップＳ１０９に進んで所定時間待機し、ステップＳ１０６に戻る。これにより、供給ポンプ１１が正常に起動され、汚染液の第１槽２への供給が開始されるとともに光触媒反応が開始される。これにより、液体処理装置１ａにおける液体混合物の総量は増加し続けるので、元来所定量の液体混合物が貯留されていた第１槽２から第２槽３への液体混合物の供給が滞ることはなく、オーバーフローは継続される。

ステップＳ１０７における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１０に進み、制御器５０は、濾液流量計１７から排出流路２３における濾液の流量ｖ３を取得する。なお、初めてステップＳ１１０が実行される場合、ｖ３＝０である。次に、ステップＳ１１１において、制御器５０は、ｖ３が目標値以上であるか否か判断する。なお、初めてステップＳ１１１が実行される場合、ｖ３＝０であり、ｖ３の目標値は０より大きいので、ステップＳ１１１における判断結果は否定的である。ステップＳ１１１における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１１２に進み、制御器５０は、流量ｖ３を増加させるための制御信号を濾過ポンプ１３に出力する。なお、初めてステップＳ１１２が実行される場合に、濾過ポンプ１３が起動される。その後、ステップＳ１１３に進んで所定時間待機し、ステップＳ１１０に戻る。ステップＳ１１１における判断結果が肯定的である場合、通常運転に移行する。これにより、液位Ｌｂは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ又はより高い高さに保たれる。このため、濾過膜１９の露出部分２５の上端をオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さに配置することにより、濾過膜１９の露出部分２５は液体混合物に浸されたまま液体処理装置１ａの起動運転が完了する。

図９Ａに示す通り、通常運転において、制御器５０は、ステップＳ２００において、停止運転への移行指示があるか否か判断する。ステップＳ２００における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ２０１に進み停止運転に移行する。ステップＳ２００における判断結果が否定的である場合、制御器５０は、ステップＳ２０２において、処理済液流量計１６からｖ２を取得し、ステップＳ２０３においてｖ２が目標値以内であるか否かを判断する。なお、ｖ２の目標値は、例えば、上限値及び下限値を有する所定の範囲の値の集合として定められている。ステップＳ２０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ２０４に進み所定時間待機してステップＳ２００に戻る。ステップＳ２０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ２０５に進み、制御器５０は、ｖ２が目標値を超えているか否か判断する。ステップＳ２０５の判断結果が否定的な場合、ステップＳ２０６に進み、制御器５０は、流量ｖ２を増加させるための制御信号を循環ポンプ１２に出力する。その後、ステップＳ２０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ２００に戻る。ステップＳ２０５の判断結果が肯定的な場合、ステップＳ２０７に進み、流量ｖ２を低下させるための制御信号を循環ポンプ１２に出力する。その後、ステップＳ２０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ２００に戻る。

図９Ｂに示す通り、通常運転において、制御器５０は、ステップＳ３００において、停止運転への移行指示があるか否か判断する。ステップＳ３００における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ３０１に進み停止運転に移行する。ステップＳ３００における判断結果が否定的である場合、制御器５０は、ステップＳ３０２において、汚染液流量計１５からｖ１を取得し、ステップＳ３０３においてｖ１が目標値以内であるか否かを判断する。なお、ｖ１の目標値は、例えば、上限値及び下限値を有する所定の範囲の値の集合として定められている。ステップＳ３０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ３０４に進み所定時間待機してステップＳ３００に戻る。ステップＳ３０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ３０５に進み、制御器５０は、ｖ１が目標値を超えているか否か判断する。ステップＳ３０５の判断結果が否定的な場合、ステップＳ３０６に進み、制御器５０は、流量ｖ１を増加させるための制御信号を供給ポンプ１１に出力する。その後、ステップＳ３０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ３００に戻る。ステップＳ３０５の判断結果が肯定的な場合、ステップＳ３０７に進み、流量ｖ１を低下させるための制御信号を供給ポンプ１１に出力する。その後、ステップＳ３０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ３００に戻る。

図９Ｃに示す通り、通常運転において、制御器５０は、ステップＳ４００において、停止運転への移行指示があるか否か判断する。ステップＳ４００における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ４０１に進み停止運転に移行する。ステップＳ４００における判断結果が否定的である場合、制御器５０は、ステップＳ４０２において、濾液流量計１７からｖ３を取得し、ステップＳ４０３においてｖ３が目標値以内であるか否かを判断する。なお、ｖ３の目標値は、例えば、上限値及び下限値を有する所定の範囲の値の集合として定められている。ステップＳ４０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ４０４に進み所定時間待機してステップＳ４００に戻る。ステップＳ４０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ４０５に進み、制御器５０は、ｖ３が目標値を超えているか否か判断する。ステップＳ４０５の判断結果が否定的な場合、ステップＳ４０６に進み、制御器５０は、流量ｖ３を増加させるための制御信号を濾過ポンプ１３に出力する。その後、ステップＳ４０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ４００に戻る。ステップＳ４０５の判断結果が肯定的な場合、ステップＳ４０７に進み、流量ｖ３を低下させるための制御信号を濾過ポンプ１３に出力する。その後、ステップＳ４０８に進んで所定時間待機した後、ステップＳ４００に戻る。

通常運転におけるｖ１、ｖ２、及びｖ３の目標値は、例えば、ｖ２＞ｖ３＝ｖ１の関係を満たすように定められている。なお、ｖ３＝ｖ１とは、ｖ３の目標値の上限値とｖ１の目標値の上限値とが一致しており、かつ、ｖ３の目標値の下限値とｖ１の目標値の下限値とが一致していることを意味する。これにより、通常運転において供給ポンプ１１、循環ポンプ１２、及び濾過ポンプ１３のそれぞれの流量は目標値に近い値に保たれ、ｖ２＞ｖ３の関係が保たれる。このため、オーバーフローが継続し、液位Ｌｂは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０より高い高さに保たれる。その結果、濾過膜１９の露出部分２５の上端がオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さに位置するので、濾過膜１９の露出部分２５が液体混合物に浸った状態が保たれる。

次に、通常運転中に、第１槽２における液位Ｌａが異常低下した場合の液体処理装置１ａの動作の一例を説明する。液位Ｌｂはオーバーフローによって保たれるので、ｖ２＞ｖ３の関係を処理済液流量計１６及び濾液流量計１７の測定誤差に対して充分に大きく定めれば、液位Ｌｂは安定する。一方、液位Ｌａについては、ｖ１＝ｖ３である場合、原理的には液体処理装置１ａの内部の総液量が一定となり、安定である。しかし、実際の使用条件下においてはｖ１とｖ３とを厳密に誤差なく一致させることは難しく、一時的に又は継続的にｖ１＜ｖ３の関係が保たれた場合、液位Ｌａは低下する。この液位Ｌａの低下が第１槽２の底に達すると、第２槽３への液体混合物の供給が途絶え、液位Ｌｂが低下し、いずれ濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝される可能性がある。このため、以下の一連の処理が行われることが望ましい。なお、この一連の処理は、例えば、通常運転における処理に対する割り込み処理として扱われる。

まず、図１０に示す通り、ステップＳ５００において、制御器５０は、レベルセンサ２０から第１槽２における液位Ｌａが下限値Ｌｍ未満であることを示す信号を取得する。次に、ステップＳ５０１において、制御器５０は、ｖ３を低下させるための制御信号を濾過ポンプ１３に出力する。次に、ステップＳ５０２に進んで所定時間待機する。この場合、供給ポンプ１１及び循環ポンプ１２は通常運転における目標値の近くに保たれており、ｖ１及びｖ２はほぼ一定である。オーバーフローが起こる条件であるｖ２＞ｖ３の大小関係に変化はないので、オーバーフローは保たれる。図７Ｂに示す通り、ｖ２＝ｖ３＋ｖ４が成り立つので、ｖ３が減少するとｖ４は増加する。ここで第１槽２における液体の流入量及び流出量に注目すると、流出量であるｖ２は一定であり、流入量であるｖ１＋ｖ４は、ｖ１が一定であるので、ｖ４が増加する分、第１槽２において液体が流入超過となる。その結果、液位Ｌａが上昇する。次に、ステップＳ５０３に進んで、制御器５０は、レベルセンサ２０から液位Ｌａが標準値Ｌｓ以上であることを示す信号を取得しているか否か判断する。標準値Ｌｓは、下限値Ｌｍよりも高く、かつ、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも低い値である。ステップＳ５０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ５０４に進み、通常運転に移行する。ステップＳ５０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ５０１に戻る。この一連の処理により、液位Ｌａが何らかの原因で異常に低下した場合でも、濾過ポンプ１３の制御により、オーバーフローが保たれた状態で液位Ｌａを適切な状態に戻すことができる。その結果、濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることなく、通常運転に戻る。

次に、通常運転中に、第１槽２における液位Ｌａが異常低下した場合の液体処理装置１ａの動作の別の一例を説明する。なお、この一連の処理は、例えば、通常運転における処理に対する割り込み処理として扱われる。まず、図１１に示す通り、ステップＳ６００において、制御器５０は、レベルセンサ２０から第１槽２における液位Ｌａが下限値Ｌｍ以下であることを示す信号を取得する。次に、ステップＳ６０１において、制御器５０は、ｖ１を増加させるための制御信号を供給ポンプ１１に出力する。次に、ステップＳ６０２に進んで所定時間待機する。この場合、循環ポンプ１２及び濾過ポンプ１３は通常運転時の目標値の近くに保たれるので、ｖ２及びｖ３はほぼ一定であり、オーバーフローが起こる条件であるｖ２＞ｖ３の大小関係に変化はない。このため、オーバーフローは維持される。ｖ２＝ｖ３＋ｖ４の関係が成り立つので、ｖ２及びｖ３が一定であれば、ｖ４も一定である。第１槽２における液体の流入量及び流出量に注目すると、流出量であるｖ２は一定であり、流入量であるｖ１＋ｖ４は、ｖ４が一定であるので、ｖ１が増加する分だけ第１槽２は液体の流入超過となる。その結果、液位Ｌａを上昇させることができる。次に、ステップＳ６０３に進んで、制御器５０は、レベルセンサ２０から液位Ｌａが標準値Ｌｓ以上であることを示す信号を取得しているか否か判断する。なお、標準値Ｌｓは、下限値Ｌｍよりも高く、かつ、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも低い値である。ステップＳ６０３における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ６０４に進み、通常運転に移行する。ステップＳ６０３における判断結果が否定的である場合、ステップＳ６０１に戻る。この一連の処理により、液位Ｌａが何らかの原因で異常に低下した場合でも、供給ポンプ１１の制御により、オーバーフローが保たれた状態で液位Ｌａを適切な状態に戻すことができる。その結果、濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることなく、通常運転に戻る。

次に、液体処理装置１ａの停止運転の一例について説明する。図１２に示す通り、ステップＳ７００において、制御器５０は、濾過ポンプ１３を停止するための制御信号を濾過ポンプ１３に出力する。これにより、ｖ３は次第に減少するので、ｖ２＞ｖ３の大小関係は保たれ、オーバーフローが継続する。次に、ステップＳ７０１において、制御器５０は、濾液流量計１７からｖ３を取得する。次に、ステップＳ７０２において、制御器５０は、ｖ３がゼロであるか否か判断する。ステップＳ７０２における判断結果が否定的である場合、所定時間待機してステップＳ７０１に戻る。ステップＳ７０２における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ７０３に進み、供給ポンプ１１を停止させるための制御信号を供給ポンプ１１に出力する。次に、ステップＳ７０４において、制御器５０は、汚染液流量計１５からｖ１を取得する。次に、ステップＳ７０５において、制御器５０は、ｖ１がゼロであるか否か判断する。ステップＳ７０５における判断結果が否定的である場合、所定時間待機してステップＳ７０４に戻る。ステップＳ７０５における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ７０６に進む。この場合、ｖ２＞ｖ３の大小関係は保たれており、オーバーフローは継続するので第２槽３における液量は一定であり、ｖ１がゼロになるまで第１槽２における液量は、ｖ１分だけ流入超過となる。このため、液位Ｌａは通常状態よりも特定の量だけ上昇する。ステップＳ７０６において、循環ポンプ１２を停止させるための制御信号を循環ポンプ１２に出力する。次に、ステップＳ７０７において、制御器５０は、処理済液流量計１６からｖ２を取得する。次に、ステップＳ７０８において、制御器５０は、ｖ２がゼロであるか否か判断する。ステップＳ７０８における判断結果が否定的である場合、所定時間待機してステップＳ７０７に戻る。ステップＳ７０８における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ７０９に進む。循環ポンプ１２の停止とともにオーバーフローも終了する。連通流路２２または循環ポンプ１２のいずれかの箇所に、第２槽３から第１槽２へ向かって液体混合物が逆流しないよう、逆流防止機構を備えていることにより、液位Ｌｂは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ高さに保たれる。液体処理装置１ａの休止中も、液位Ｌｂは、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ高さに保たれる。

ステップＳ７０９において、制御器５０は、光源１８に運転停止するための制御信号を出力する。光源１８の発光が停止し、液体処理装置１ａが休止中の状態になる。この一連の処理により、液体処理装置１ａの休止直前までオーバーフローが継続され、液体処理装置１ａの休止中も液位Ｌｂはオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０と同じ高さに保たれるので、濾過膜１９の露出部分２５が大気に曝されることを防ぐことができる。

（変形例） 液体処理装置１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、液体処理装置１ａは、図１３〜図１６に示す、液体処理装置１ｂ〜１ｅのように変更されてもよい。なお、液体処理装置１ｂ〜１ｅは、特に説明する場合を除き液体処理装置１ａと同様に構成されている。液体処理装置１ａの構成要素と同一又は対応する液体処理装置１ｂ〜１ｅの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。液体処理装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、液体処理装置１ｂ〜１ｅにもあてはまる。

図１３に示す通り、液体処理装置１ｂにおける第１槽２は、直列に接続された複数の槽を含む多段式の反応槽である。オーバーフロー流路１４は、複数の槽において汚染液が最初に供給される槽に接続されている。この場合、多段式の反応槽により光触媒反応の反応効率を高めることができる。加えて、オーバーフロー流路１４を通って第１槽２に戻された光触媒粒子は、汚染液が最初に供給される槽から直列に接続された複数の槽を順次通過するので、特定の槽において光触媒粒子が不足することを防止できる。

図１３に示す通り、第１槽２は、例えば、直列に接続された第１サブタンク２ａ、第２サブタンク２ｂ、及び第３サブタンク２ｃを含む。第１サブタンク２ａに、汚染液が最初に供給され、液体混合物は、第１サブタンク２ａ、第２サブタンク２ｂ、及び第３サブタンク２ｃの順番で貯留されつつ輸送される。第一排出口３７は第３サブタンク２ｃに形成されており、液体混合物は第３サブタンク２ｃから連通流路２２を通過して、第２槽３に導かれる。第２槽３における濾過により生じた高濃度の液体混合物はオーバーフロー流路１４を通って、オーバーフローにより第１サブタンク２ａに送られて汚染液と混ざる。第１サブタンク２ａ、第２サブタンク２ｂ、及び第３サブタンク２ｃは、それぞれ、完全混合槽とみなすことができ、複数の完全混合槽が直列に接続されているので、光触媒反応の反応効率が向上する。濾過膜１９の露出部分２５ａが液体混合物に浸された状態を保つためには、濾過膜１９の露出部分２５ａの上端がオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さになるように配置され、かつ、液体処理装置１ｂの運転中にオーバーフローを保つことが有効である。オーバーフローが保たれる条件は、液体処理装置１ａと同様にｖ２＞ｖ３である。第１槽２が、３段以外の段数の多段式の反応槽である場合でも、複数の槽のうち汚染液が供給される槽へオーバーフロー流路１４を接続し、かつ、濾過膜１９の露出部分２５の上端がオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さに配置される。これにより、起動運転、通常運転、停止運転、及び休止中のそれぞれにおいて、濾過膜１９の露出部分２５ａを液体混合物に浸すことができる。

図１４に示す通り、液体処理装置１ｃは、第２槽３に直列に接続された第３槽３ｂを備えている。第３槽３ａは、第２槽３と同一である。本パラグラフでは、第２槽３は第２槽３ａと呼ばれる。流路が、第３槽３ｂおよび第２槽３ａの間を連通している。このように、第２槽３ａと同一の第３槽３ｂが配置されていることにより、液体処理装置１ｃのデッドスペース削減及び設置の自由度が高まる。第１槽２において処理された処理済液を含む液体混合物は、連通流路２２を通って第２槽３ａに導かれる。第２槽３ａと第３槽３ｂとは液面下で連通している。オーバーフロー流路１４は、第３槽３ｂに接続されている。液体混合物は、第３槽３ｂに貯留された後、オーバーフローにより第１槽２に戻される。オーバーフローは、ｖ２＞ｖ３の関係を保つことによって継続される。オーバーフローが起こる間、第３槽３ｂの液位Ｌｂはオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも高く保たれ、液面下で連通している第２槽３ａと第３槽３ｂの液位Ｌｂは一致する。その結果、第２槽３ａにおける濾過膜１９の露出部分２５及び第３槽３ｂにおける濾過膜１９の露出部分２５のそれぞれの上端が、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さに配置されることで、各濾過膜１９の露出部分２５が液体混合物に浸される。なお、循環ポンプ１２の作動により連通流路２２を通って送られる液体混合物は、第２槽３ａおよび第３槽３ｂのそれぞれに供給されてもよい。この場合でも、同様の効果が得られる。液体処理装置１ｃによれば、起動運転、通常運転、停止運転、及び休止中のいずれの場合にも、常に各濾過膜１９の露出部分２５を液体混合物に浸すことができる。

図１５に示す通り、液体処理装置１ｄは、直列に接続された第２槽３ａ及び第３槽３ｄを備えている。第３槽３ｄは、第２槽３と同一である。本パラグラフでは、第２槽３は第２槽３ｃと呼ばれる。第２槽３ｃと第３槽３ｄとは、オーバーフロー流路８０によって接続されている。この場合、液体混合物は、第１槽２から第２槽３の第２槽３ｃに送られ、第２槽３ｃにおける濾過により濃縮された液体混合物がオーバーフロー流路８０を通ってオーバーフローにより第３槽３ｄに送られる。第３槽３ｄにおける濾過により、さらに濃縮された液体混合物がオーバーフロー流路１４を通って、第１槽２に送られる。このオーバーフローは、ｖ２＞ｖ３の関係が保たれることにより継続する。このとき第２槽３ｃの液位Ｌｂ１は、オーバーフロー流路８０の底面における最も高い位置８５よりも高く、第３槽３ｄの液位Ｌｂ２は、オーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０よりも高く保たれる。このため、第２槽３ｃにおける濾過膜１９の露出部分２５の上端がオーバーフロー流路８０の底面における最も高い位置８５以下の高さに配置されると、第２槽３ｃにおける濾過膜１９の露出部分２５が液体混合物に浸される。また、第３槽３ｄにおける濾過膜１９の露出部分２５の上端がオーバーフロー流路１４の底面の最も高い位置３０以下の高さに配置されると、第３槽３ｄにおける濾過膜１９の露出部分２５が液体混合物に浸される。このように、上流の槽から下流の槽に液体混合物をオーバーフローされる場合、そのオーバーフローをさせる流路の底面における最も高い位置以下の高さに上流側の槽における濾過膜の上端を配置する。これにより、濾過膜が液体混合物に浸った状態を保つことができる。液体処理装置１ｄによれば、起動運転、通常運転、停止運転、及び休止中のいずれの場合にも、常に各濾過膜１９の露出部分２５を液体混合物に浸すことができる。

図１６に示す通り、液体処理装置１ｅは、レベルセンサ２０ｃを備えている。レベルセンサ２０ｃは、光源１８からの光量を検知する光検知部２０ａ及び２０ｂを有する。光源１８は、第１槽２に含まれる光触媒粒子に向かって光を照射する。これにより、第１槽２における液位Ｌａを測定するために、光触媒反応のための光源１８の光を有効に利用できる。

例えば、光検知部２０ａ及び２０ｂは、光検知部２０ａ及び２０ｂの光測定方向が水平方向になるように配置されている、液位Ｌａが光検知部２０ａ又は２０ｂより高い位置にある場合には光源１８からの光が光触媒粒子によって散乱又は吸収されることにより測定される光量は比較的小さい。逆に、液位Ｌａが光検知部２０ａ又は２０ｂより低い位置にある場合には測定される光量が比較的大きくなる。これにより、液位Ｌａが光検知部２０ａ及び２０ｂのそれぞれの高さより上方及び下方のいずれにあるかを測定できる。

例えば、光検知部２０ａは、標準値Ｌｓに相当する高さに配置され、光検知部２０ｂは、下限値Ｌｍに相当する高さに配置されている。これにより、液位ＬａがＬｍ未満になったこと及び標準値Ｌｓ以上になったことを検知できる。

本開示の液体処理装置は、長期間処理性能を維持できる。

１ａ〜１ｅ 液体処理装置
２ 光触媒反応槽
３ 分離槽
１１ 供給ポンプ
１２ 循環ポンプ
１３ 濾過ポンプ
１４ オーバーフロー流路
１６ 液体混合物流量計
１７ 濾液流量計
１８ 光源
１９ 濾過膜
２０ レベルセンサ
２０ａ、２０ｂ 光検知部
２０ｃ レベルセンサ
２１ 供給流路
２２ 送り流路
２３ 取り出し流路
２６ ホルダー
５０ 制御器

Claims (20)

1. 液体処理装置を用いる液体処理方法であって、以下の工程
   （Ｉａ） 以下を具備する液体処理装置を用意する工程、
   光触媒粒子を含有する液体混合物を貯留するための内部空間を有する第１槽、
   前記光触媒粒子に紫外光を照射する紫外光を発光する光源、
   濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第１室および第２室に分割された内部空間を有する第２槽、
   前記第１槽の内部空間および前記第２槽の第２室の間を連通している連通流路、
   循環ポンプ、
   前記第２槽の第１室および前記液体処理装置の外部の間を連通している排出流路、および
   前記第１槽の内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しているオーバーフロー流路、
   （Ｉｂ） 汚染液を前記第１槽に供給して、前記光触媒粒子および前記汚染液を含有する前記液体混合物を調製する工程、
   （Ｉｃ） 前記第１槽の内部空間に貯留された前記液体混合物に含有される光触媒粒子に前記光源からの光を照射して、前記第１槽内で前記液体混合物を処理液にする工程、
   （Ｉｄ） 前記循環ポンプを用いて、前記処理液を前記第１槽の内部空間から前記連通流路を通して前記第２槽の前記第２室に吸引する工程、そして
   （Ｉｅ） 前記第２槽内で前記濾過膜により前記処理液を濾過して、前記第２槽の前記第１室で得られた濾液を、前記第２槽の前記第１室から前記排出流路を通して排出する工程、
   を具備し、
   ここで、
   工程（Ｉｄ）および（Ｉｅ）において、以下の条件（Ｉ）〜条件（ＩＶ）
   条件（Ｉ） 前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液の液位以下であること、
   条件（ＩＩ） 前記連通流路を通過する前記処理液の流量が、前記排出流路を通過する前記濾液の流量よりも大きいこと、
   条件（ＩＩＩ） 前記第２槽の前記第２室に含有される処理液の一部が、前記オーバーフロー流路を通って前記第１槽に戻されること、
   条件（ＩＶ） 前記濾過膜の少なくとも一部が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液に浸漬されていること、
   が充足される、液体処理方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプ、前記第１槽に接続された供給流路、および前記供給流路に配置された供給ポンプをさらに具備し、
   前記汚染液は、前記供給流路を通って前記第１槽に流れ、かつ
   前記液体処理装置の起動時において、前記循環ポンプおよび前記供給ポンプを作動させながら前記濾過ポンプの動作を開始させる、
   方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプをさらに具備し、かつ
   前記方法は、
   前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が所定の液位未満であれば、前記濾過ポンプを用いて前記濾液の流量を下げるか、または前記濾過ポンプの動作を停止させる工程
   をさらに具備する、
   方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、前記第１槽に接続された供給流路および前記供給流路に配置された供給ポンプをさらに具備し、
   前記汚染液は、前記供給流路を通って前記第１槽に流れ、かつ
   前記方法は、
   前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が所定の液位を超えていれば、前記供給流路を通って流れる汚染液の流量を増加させる工程、
   をさらに具備する、
   方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１槽に含有される液体混合物の液位は、前記光源から発光される光の強度に基づいて測定される、
   方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプ、前記第１槽に接続された供給流路、および前記供給流路に配置された供給ポンプをさらに具備し、
   前記汚染液は、前記第１槽に前記供給流路を通って流れ、かつ
   前記液体処理装置を停止させるときに、前記循環ポンプおよび前記供給ポンプを作動させながら前記濾過ポンプの動作を停止させる、
   方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、前記連通流路に設けられ、かつ前記処理液の逆流を防止する逆流防止機構をさらに具備する、
   方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１槽は、前記第１サブタンクおよび第２サブタンクを具備し、
   前記液体処理装置は、前記第２サブタンクに含有される前記光触媒粒子に紫外線を照射するための第２光源を具備し、
   前記連通流路は、前記第１槽の前記第２サブタンクの内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しており、
   前記オーバーフロー流路は、前記第１槽の前記第１サブタンクの内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しており、かつ
   前記第１槽は、前記第１サブタンクの前記内部空間および前記第２サブタンクの前記内部空間の間を連通している流路を具備している、
   方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体処理装置は、
   内部に濾過膜を具備し、かつ前記濾過膜により第１室および第２室に分割された内部空間を有する第３槽、および
   前記第２槽の前記第２室および前記第３槽の第２室の間を連通している流路
   をさらに具備し、かつ
   前記排出流路は、さらに、前記第３槽の前記第１室および前記液体処理装置の外部の間を連通している、
   方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    前記汚染液は、光触媒反応により化学的に変化可能な汚染物質を含有している水である、
    方法。
11. 液体処理装置であって、
    光触媒粒子を含有する液体混合物を貯留するための内部空間を有する第１槽、
    前記光触媒粒子に紫外光を照射する紫外光を発光する光源、
    濾過膜を内部に具備し、かつ前記濾過膜により第１室および第２室に分割された内部空間を有する第２槽、
    前記第１槽の内部空間および前記第２槽の第２室の間を連通している連通流路、
    循環ポンプ、
    前記第２槽の第１室および前記液体処理装置の外部の間を連通している排出流路、
    前記第１槽の内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しているオーバーフロー流路、および
    制御器
    を具備し、
    前記制御器は、動作時に、
    汚染液を前記第１槽に供給して、前記光触媒粒子および前記汚染液を含有する前記液体混合物を調製し、
    前記第１槽の内部空間に貯留された前記液体混合物に含有される光触媒粒子に前記光源からの光を照射して、前記第１槽内で前記液体混合物を処理液にし、
    前記循環ポンプを用いて、前記処理液を前記第１槽の内部空間から前記連通流路を通して前記第２槽の前記第２室に吸引し、そして
    前記第２槽内で前記濾過膜により前記処理液を濾過して、前記第２槽の前記第１室で得られた濾液を、前記第２槽の前記第１室から前記排出流路を通して排出する
    ための信号を出力し、
    ここで、前記吸引および排出において、以下の条件（Ｉ）〜条件（ＩＶ）
    条件（Ｉ） 前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液の液位以下であること、
    条件（ＩＩ） 前記連通流路を通過する前記処理液の流量が、前記排出流路を通過する前記濾液の流量よりも大きいこと、
    条件（ＩＩＩ） 前記第２槽の前記第２室に含有される処理液の一部が、前記オーバーフロー流路を通って前記第１槽に戻されること、
    条件（ＩＶ） 前記濾過膜の少なくとも一部が、前記第２槽の前記第２室に含有される前記処理液に浸漬されていること、
    が充足されるように前記制御器は前記液体処理装置を制御する、
    液体処理装置。
12. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプ、
    前記第１槽に接続された供給流路、および
    前記供給流路に配置された供給ポンプ
    をさらに具備し、
    前記制御器は、
    前記汚染液が、前記供給流路を通って前記第１槽に流れ、かつ
    前記液体処理装置の起動時において、前記循環ポンプおよび前記供給ポンプを作動させながら前記濾過ポンプの動作を開始させる
    ように前記液体制御装置を制御する、
    液体制御装置。
13. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプをさらに具備し、
    前記制御器は、前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が所定の液位未満であれば、前記濾過ポンプを用いて前記濾液の流量を下げるか、または前記濾過ポンプの動作を停止させる、
    液体処理装置。
14. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第１槽に接続された供給流路、および
    前記供給流路に配置された供給ポンプ
    をさらに具備し、
    前記制御器は、前記汚染液が、前記供給流路を通って前記第１槽に流れるように前記液体制御装置を制御し、かつ
    前記制御器は、前記第１槽に含有される前記液体組成物の液位が所定の液位を超えていれば、前記供給流路を通って流れる汚染液の流量を増加させるための信号を出力する、
    液体処理装置。
15. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第１槽に含有される液体混合物の液位は、前記光源から発光される光の強度に基づいて測定される、
    液体処理装置。
16. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第２槽の前記第１室を減圧する濾過ポンプ、
    前記第１槽に接続された供給流路、および
    前記供給流路に配置された供給ポンプ
    をさらに具備し、
    前記制御器は、
    前記汚染液が、前記第１槽に前記供給流路を通って流れ、かつ
    前記液体処理装置を停止させるときに、前記循環ポンプおよび前記供給ポンプを作動させながら前記濾過ポンプの動作を停止させる
    ように前記液体制御装置を制御する、
    液体制御装置。
17. 請求項１６に記載の液体処理装置であって、
    前記連通流路に設けられ、かつ前記処理液の逆流を防止する逆流防止機構をさらに具備する、
    液体処理装置。
18. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記第１槽は、前記第１サブタンクおよび第２サブタンクを具備し、
    前記液体処理装置は、前記第２サブタンクに含有される前記光触媒粒子に紫外線を照射するための第２光源を具備し、
    前記連通流路は、前記第１槽の前記第２サブタンクの内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しており、
    前記オーバーフロー流路は、前記第１槽の前記第１サブタンクの内部空間および前記第２槽の前記第２室の間を連通しており、かつ
    前記第１槽は、前記第１サブタンクの前記内部空間および前記第２サブタンクの前記内部空間の間を連通している流路を具備している、
    液体処理装置。
19. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    内部に濾過膜を具備し、かつ前記濾過膜により第１室および第２室に分割された内部空間を有する第３槽、および
    前記第２槽の前記第２室および前記第３槽の第２室の間を連通している流路
    を具備し、かつ
    前記排出流路は、さらに、前記第３槽の前記第１室および前記液体処理装置の外部の間を連通している、
    液体処理装置。
20. 請求項１１に記載の液体処理装置であって、
    前記汚染液は、光触媒反応により化学的に変化可能な汚染物質を含有している水である、
    液体処理装置。

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