JPH0871573A

JPH0871573A - 光触媒による水処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0871573A
Application number: JP23018094A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fujii; 敏昭藤井; Yasuhiro Mitsui; 康弘三井; Kazuhiko Sakamoto; 和彦坂本; Hiroaki Tada; 弘明多田
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】取扱い易く、コンパクトで安価な、しかも処
理効率のよい光触媒による水処理方法とその装置を提供
する。【構成】有機物を含む水を接触処理する装置におい
て、表面が凹凸状をなす光透過性支持体の表面に光触媒
を担持させた光触媒担持体３と、該光触媒担持体に光を
照射する光源４と、酸素含有気体を供給する手段６とを
有することとしたものであり、前記光源は、装置の中心
部に設置され、光透過性支持体の裏面から光が照射でき
るように設けるのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機物を含む水の接触
処理方法に係り、特に、各種産業廃水、都市下水、上水
等の水中の有機物及び／又は微生物類を光触媒により酸
化分解処理（微生物類においては殺菌あるいは増殖防
止）する方法及び装置に関する。表１に、本発明の利用
分野と用途を示す。

【表１】

【０００２】

【従来の技術】水中の有機物の処理方法について説明す
る。従来から、微生物を使用する方法以外の方法として
一般に良く知られている排水中の溶解有機物の除去方法
としては、活性炭法、オゾン法、電気分解法、化学的酸
化法、電気透析法などがある。この中、実際規模のもの
として工業化されているものとしては、活性炭法、オゾ
ン法、電気分解法の各処理法がある。しかしながら、こ
れらの処理法には次の如き問題点がある。

【０００３】活性炭法処理効率は比較的良いが、活性炭の再生が面倒でありコ
ストが高い。オゾン法有機物処理として脱色、脱臭、分解作用の効率は比較的
良く、他に殺菌作用が存在するが、オゾンは製造するの
にコスト高であり、また未利用のオゾンが廃オゾンとし
て放出されるため、リーク廃オゾンの公害対策が必要で
ある。電気分解法有機物処理としての脱色の効率は比較的良いが、有機物
分解には充分な効果が得られない。また、コスト高であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決し、取扱い易く、コンパクトで安価
な、しかも処理効率のよい光触媒による水処理方法とそ
の装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、有機物を含む水を接触処理する方法に
おいて、該水を、表面が凹凸状をなす光透過性支持体の
表面に光触媒を担持させた光触媒担持体と、光照射下
に、酸素含有気体の存在下で接触させることとしたもの
である。前記処理方法において、光照射は、光透過性支
持体の裏面から行うのがよく、また電場下で行うことも
できる。

【０００６】また、本発明では、有機物を含む水を接触
処理する装置において、表面が凹凸状をなす光透過性支
持体の表面に光触媒を担持させた光触媒担持体と、該光
触媒担持体に光を照射する光源と、酸素含有気体を供給
する手段とを有することとしたものである。前記装置に
おいて、光源は、装置の中心部に設置され、光透過性支
持体の裏面から光が照射できるように設けることのがよ
い。本発明では、光照射による光触媒の作用により、被
処理水中の有機物及び／又は微生物類、例えば有機塩素
化合物（例、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレ
ン等や水中の各種菌体が効果的に分解及び／又は滅菌さ
れ安全な処理水となる。

【０００７】次に、本発明の各構成を詳細に説明する。
本発明において、照射する光は紫外光及び／又は可視光
が使用でき、太陽光でも人工光でもよい。本発明で用い
る光触媒は、表面を凹凸状（粗面化）とした光透過性支
持体の表面に担持させて用いる。こうすることで、触媒
担持体に光を照射することにより光触媒による反応速度
が著しく向上する。ここで光の照射は、前記支持体の表
面に被覆した光触媒に、該支持体内部に導入した光、す
なわち、被覆した触媒に対して裏面から光を照射するの
がよい。上記の光触媒による作用が効果的になる理由は
次の２つの効果に起因するものである。１つは、平滑表
面状支持体を用いる場合に比べて、本発明では表面の凹
凸状支持体によって光反応面積が一層増大することであ
る。他の１つは、光が該表面の凹凸で散乱されるため
に、有効に光触媒としての半導体によって吸収されるこ
とである。

【０００８】光透過性支持体の材料としては、紫外光及
び／又は可視光透過率が大きなもので有れば何でも用い
ることができるが、特に耐光性に優れた石英ガラス、パ
イレックスガラス、ソーダライムガラスなどのガラス材
を好適に用いることができる。形状は、板状、シート
状、曲面状、柱状、棒状、線状、網状、格子状、ファイ
バー状等が使用できる。光透過性支持体の厚さや太さ
は、薄いほどあるいは細ければ細い程良いが、強度的に
は０．１ｍｍ以上の厚さ、あるいはφ０．１ｍｍ以上で
あることが望ましい。また、上限は無いが、厚いほど、
また太くなるほどファイバーの体積当りの光反応効率は
低下することになるが、用途によっては１０ｍｍ程度で
も使用することができる。

【０００９】なお、光透過性支持体表面の粗面化法とし
ては、特に限定されず、ＨＦ水溶液による化学的エッチ
ング及び研磨材による物理的なスリ加工などを用いれば
良い。凹凸のディメンジョンとしては、紫外及び／又は
可視光を散乱するために、約２００ｎｍ以上が必要にな
る。しかし、凹凸サイズが大きすぎると、反応表面積が
小さくなることから、効率は低下することになる、その
結果、上限は０．１ｍｍであることが望ましい。凹凸状
の光透過性支持体上に担持する光触媒の種類は、対象と
なる有害ガス及び光源の種類などを考慮の上、選定する
ことができる。光触媒活性の高さと化学的な安定性か
ら、現在最も広範に用いられている光触媒はＴｉＯ₂で
あり、本発明に好適に使用することができる。しかしな
がら、本発明に使用される光触媒はこれに限定されるこ
となく、従来光触媒として知られているものは如何なる
ものでも使用することができる。

【００１０】通常半導体材料が効果的であり容易に入手
出来、加工性も良いことから好ましい。効果や経済性の
面から、Ｓｅ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ａｌ，
Ｓｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃ，Ｃｄ，Ｓ，Ｔ
ｅ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｓｒ，Ｗ，Ｃｒ，
Ｂａ，Ｐｂのいずれか、又はこれらの化合物、又は合
金、又は酸化物が好ましく、これらは単独で、又は二種
類以上を複合して用いる。例えば、元素としてはＳｉ，
Ｇｅ，Ｓｅ、化合物としてはＡｌＰ，ＡｌＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＡｌＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＳｂ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＭｏＳ₂，
ＷＴｅ₂，Ｃｒ₂Ｔｅ₃，ＭｏＴｅ，Ｃｕ₂Ｓ，Ｗ
Ｓ₂、酸化物としてはＴｉＯ₂，Ｂｉ₂Ｏ₃，ＣｕＯ，
Ｃｕ₂Ｏ，ＺｎＯ，ＭｏＯ₃，ＩｎＯ₃，Ａｇ₂Ｏ，Ｐ
ｂＯ，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，Ｃｏ₃Ｏ₄，Ｆｅ
₂Ｏ₃，ＮｉＯ等がある。

【００１１】光触媒膜の厚みは、薄すぎると、光を十分
に吸収できない。一方、厚すぎると、膜中で生じた光キ
ャリヤーが表面まで拡散できないために、触媒活性が低
下する。従って、最適値が存在することになる。その値
は、用いる光触媒の種類によって異なるが、数ｎｍ〜数
μｍの範囲になる。上記の光触媒の使用においては、電
場下で行うと効果的である。電場の強さは、１Ｖ／ｃｍ
〜１０ｋＶ／ｃｍ、通常１０Ｖ／ｃｍ〜１ｋＶ／ｃｍで
ある。電場は、光触媒の近傍に線状、網状、棒状、格子
状など、適宜の電極材を設置し、該光触媒との間に電圧
を印加することにより設定でき、光触媒や電極材の形状
などにより、適宜予備試験を行い、適正条件を選び行う
ことができる。

【００１２】光触媒の種類や厚み、電場の有無やその強
さは、利用分野、処理対象物質の種類や濃度、光源の種
類、光触媒の支持体の種類や形状、要求性能等により適
宜予備試験を行い決めることができる。光源は、光触媒
を励起する波長を有するものであれば、何れでも良く、
低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノン灯等が
使用でき、また利用先によっては太陽光が適宜利用でき
る。通常、反応器の中心部に光源を設置すると、光源か
ら放射状に放出される光が全て有効利用されるので好ま
しい。本発明で用いる酸素含有気体は、通常空気でよ
く、空気以外に酸素富化空気あるいは酸素を用いること
ができ、その供給手段としては通常の散気装置を用いる
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。実施例１図１に、本発明の光触媒を用いた水処理装置の一例の概
略構成図を示す。図１において、生物化学的に処理され
た上水用原水が、原水導入口１より反応部Ａに導入さ
れ、反応部Ａで原水中の微量有機物、特に有機塩素化合
物が酸化分解処理され、処理水は出口２より排出され
る。反応部Ａは、表面が凹凸状の光透過性支持体の表面
に光触媒を担持させた光触媒担持体３及び紫外線ランプ
４よりなる。図１（ｂ）に図１（ａ）のＡ−Ａ′断面図
を示す。下部配管５より空気が散気装置６を介して原水
に供給される。該空気は、反応部Ａ中を気泡となり上昇
し、その攪拌作用等により反応部Ａにおける作用を促進
する。

【００１４】反応部Ａでは、紫外線ランプの照射を受け
た光触媒の作用により、原水中の有機物、特に有機塩素
化合物（例、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレ
ン）が効果的に分解され、安全な上水となる。上記の光
触媒担持体３は、多数のガラス製棒状支持体上に光触媒
のＴｉＯ₂を３０ｎｍ被覆したものを用いており、反応
器内に紫外線ランプ４を設置している。一方、適用分
野、光源の種類、装置形状によっては、光源を反応器の
外側に設置し、反応器内に設置した線状あるいはファイ
バー状の光触媒担持体に光を導入し、上記と同様にして
処理を行うことができる。

【００１５】実施例２図１に示した装置を用いて、トリクロルエタン１ｍｇ／
リットルを含む排水を光触媒反応器に入れ、空気又は酸
素を散気孔を介して導入し、トリクロルエタンの濃度変
化を調べた。反応器の大きさ：３リットル光源：主波長３６５ｎｍの水銀灯、２５０Ｗ空気又は酸素の供給量：０．５リットル／ｍｉｎ光触媒担持体は、次のようにして製造した。

【００１６】光透過性支持体としては、表面を研磨した
平滑表面石英製ロッド（直径１０ｍｍ）を用意し、表面
を研磨砂によるスリ加工を行い、粗面化した。チタン
（ＩＶ）プロポキシド２８．３９ｇを１８．４３ｇの無
水エタノールに添加し、室温で約３分間攪拌した後に、
氷冷した（溶液Ａ）。エタノール（１８．４３ｇ）、水
（１．８ｇ）、塩酸（０．２９ｇ）の混合水溶液を調製
した（溶液Ｂ）。溶液Ａを攪拌しながら、溶液Ｂをビュ
レットを用いてゆっくりと滴下することにより、均一混
合溶液とした（溶液Ｃ）前記石英製ロッドを溶液Ｃ中に浸漬した後に、ディッピ
ング装置を用いて、１．８ｃｍ／分の一定速度で引き上
げた。空気中で十分に乾燥させた後に、５００℃で１０
分間焼成した。得られたＴｉＯ₂被覆石英製ロッドの光
触媒担持体の模式図を図２に示した。

【００１７】図２は、本発明の光触媒２０の作用を示す
説明図である。光透過性支持体１０の表面には、光触媒
膜１２が担持されている。光透過性支持体１０から導入
された光１３は、凹凸化された支持体１０の表面の作用
で効果的に光触媒膜１２に吸収される。光触媒膜１２
が、禁制帯の幅以上のエネルギーを持つ光を吸収すると
電子は伝導帯１４に励起され、価電子帯１５に正孔１７
ができる。このようにして、価電子帯１５の正孔１７は
酸化力を、伝導帯１４の励起電子１６は還元力を持つ。
１８は被処理物であり、被処理物は上記作用の力により
分解され、無害分解生成物１９となる。

【００１８】結果反応部における滞留時間と、除去率の関係を図３に示
す。図において、空気を供給した場合は−○−、酸素を
供給した場合は−●−である。なお、比較のため、紫外
線ランプを点灯しない場合、−△−（空気の供給）、−
▲−（酸素の供給）、また、平滑表面の石英製支持体
（直径１０ｍｍ）を粗面化しないで同様にＴｉＯ₂を被
覆したものの場合、−□−を示す。この図より、本発明
では短時間に１００％近い除去率が得られた。

【００１９】実施例３実施例２において、し尿処理場における凝集沈殿工程後
の下記試料を、同様に調べた。試料；ＣＯＤ：２９（ｍｇ／リットル）、色：黄色臭気：臭気濃度２０結果１、５分後の各測定値を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、光触媒の支持体として
凹凸状の光透過性のガラス材を用いたことにより、次の
ような効果を奏した。支持体がガラス材であるので、光触媒への紫外光及
び／又は可視光の光照射を処理物を介さずに、光触媒の
裏面より直接できるので、該照射が長期にわたり、安定
してできた。すなわち、従来の表面のみからの照射だ
と、時間経過により光触媒表面に固体状物質などが付着
した場合、その部分は全くデッドスペースとなり性能劣
化した。また、従来法は処理物を介して照射されるの
で、処理物により性能が影響を受け、また処理物によっ
ては処理物が光を吸収してしまい光が有効に利用できな
かった。本発明では、前記したように性能が処理物によ
らず、長時間安定に維持できた。

【００２２】凹凸状の支持体であるので、光反応
（照射）の面積が増大した。また、光が該凹凸表面で散
乱されるので、有効に光触媒に吸収された。これによ
り、処理効率が向上し、反応速度が早くなった。有機物、微生物類の両方が同時処理されるので（有
機物がなくなるので）、各種の微生物、菌類の発生や、
増殖防止が効果的にできた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光触媒を用いた水処理装置の
一例を示す概略構成図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断
面図。

【図２】本発明で用いる光触媒の作用を示す説明図。

【図３】滞留時間と除去率の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１：原水導入口、２：処理水排出口、３：光触媒担持
体、４：紫外線ランプ、５：空気導入管、６：散気装
置、Ａ：反応部、１０：光透過性支持体、１１：支持体
凹凸面、１２：光触媒膜、１３：光、１４：伝導帯、１
５：価電子帯、１６：励起電子、１７：正孔、１８：有
害有機物、１９：無害分解生成物、２０：光触媒担持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三井康弘東京都港区港南１丁目６番27号荏原インフィルコ株式会社内 (72)発明者坂本和彦埼玉県浦和市南元宿２−４−１ (72)発明者多田弘明大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機物を含む水を接触処理する方法にお
いて、該水を、表面が凹凸状をなす光透過性支持体の表
面に光触媒を担持させた光触媒担持体と、光照射下に、
酸素含有気体の存在下で接触させることを特徴とする光
触媒による水処理方法。
【請求項２】前記光照射は、光透過性支持体の裏面か
ら行うことを特徴とする請求項１記載の光触媒による水
処理方法。
【請求項３】前記光照射は、電場下で行うことを特徴
とする請求項１又は２記載の光触媒による水処理方法。
【請求項４】有機物を含む水を接触処理する装置にお
いて、表面が凹凸状をなす光透過性支持体の表面に光触
媒を担持させた光触媒担持体と、該光触媒担持体に光を
照射する光源と、酸素含有気体を供給する手段とを有す
ることを特徴とする光触媒による水処理装置。
【請求項５】前記光源は、装置の中心部に設置され、
光透過性支持体の裏面から光が照射できるように設ける
ことを特徴とする請求項４記載の光触媒による水処理装
置。