排水処理装置
【課題】光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物の分解性能を向上させた排水処理装置を提供する。
【解決手段】第１の排水処理装置１０Ａは、排水１１中の有機物を処理する排水処理装置であって、排水１１を貯留する排水処理槽１２と、光源１３と、排水処理槽１２内に設けられ、光源１３から照射された光１４を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体１５の表面に光触媒を含む光触媒層１６が被覆された光触媒被覆漏洩導光体１７と、光源１３から照射された光１４を漏洩導光体１５に導光させる光ファイバ１８とを有する。
【解決手段】第１の排水処理装置１０Ａは、排水１１中の有機物を処理する排水処理装置であって、排水１１を貯留する排水処理槽１２と、光源１３と、排水処理槽１２内に設けられ、光源１３から照射された光１４を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体１５の表面に光触媒を含む光触媒層１６が被覆された光触媒被覆漏洩導光体１７と、光源１３から照射された光１４を漏洩導光体１５に導光させる光ファイバ１８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含んだ排水の処理を行う排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中の有機物を分解処理する方法として光触媒を利用した排水処理方法がある。例えば、光触媒を担持した活性炭などを吸着剤として用いて有機物等を吸着除去し、光触媒が担持されている活性炭に紫外線や可視光線などを照射して、有機物を処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、排水中の有機物の処理方法として光触媒を利用する他に、有機物を含有する排水中にオゾン（Ｏ3）を添加して紫外光を照射することで、排水中の有機物を分解し、処理する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの処理方法は、排水の有効な排水処理技術として従来より排水処理設備において活性汚泥法や物理化学的処理方法の補完装置として用いられている。
【０００３】
光触媒を用いて排水中の有機物を分解処理する際、光触媒を活性炭に担持させて使用する他に、例えば、吸着剤であるゼオライト等に光触媒を担持させて使用する方法も挙げられる。また、光透過性の高いガラス容器、プラスチック等に光触媒を担持させてチューブ構造に成型した組成物を使用する方法、ガラス容器、プラスチック等を用いて成型した光透過性を有する透明円筒体の表面、裏面に光触媒をコーティングして使用する方法などが挙げられる（例えば、特許文献３、４参照）。更に、管壁に複数の微細孔を有する中空管を円筒形に複数束ねて容器内に配置し、各々の中空管内に光触媒を充填するか、中空管の内壁及び外壁に光触媒を付着させ、光源の周囲に反射鏡を設け、光源からの光を複数の中空管に照射させる方法がある（例えば、特許文献５参照）。上記方法により光触媒を使用することで排水中の有機物を二酸化炭素と水とに分解することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１３６号公報
【特許文献２】特開平１１−１０４６１８号公報
【特許文献３】特開２０００−３５４７６２号公報
【特許文献４】特開２０００−９３９５２号公報
【特許文献５】特開平１１−２９０６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光触媒をコーティングしたガラス容器等を収容する容器に外部から光を照射するようにしても内部のガラス容器等には外側に配置されるガラス容器等により光が遮断されたり、光触媒をコーティングしたガラス容器等が複数の場合、裏側の容器は陰になるため光が遮断されたり、容器中の水に濁りがあれば光が散乱されるために光が遮断されるため、容器内の全ての光触媒をコーティングしたガラス容器等に光を十分照射できない、という問題がある。そのため、容器内に設けたガラス容器等に被覆された光触媒の触媒機能が十分発揮されないので、排水中の有機物が十分に分解除去されず、十分な排水処理効果が得られなかった。
【０００６】
そのため、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物を効率よく分解除去できる排水処理装置が求められている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物の分解性能を向上させた排水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者らは排水処理装置について鋭意研究をした。その結果、光を漏洩導光体を介して光触媒層の内側から外側に向かって照射することで、光を無駄なく効率よく光触媒層に照射することができるため、排水中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができ、排水中の有機物の分解性能を高めることができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
本発明の第１の発明は、排水中の有機物を処理する排水処理装置であって、前記排水を貯留する排水処理槽と、光源と、前記排水処理槽内に少なくとも一つ設けられ、前記光源から照射された光を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体の表面に光触媒を含む光触媒層が被覆された光触媒被覆漏洩導光体と、前記光源から照射された光を前記光触媒被覆漏洩導光体に導光させる導光体とを有し、前記排水中の有機物を前記光触媒により分解除去することを特徴とする排水処理装置である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記漏洩導光体が、前記光を導光する導光部を有する排水処理装置である。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記漏洩導光体が、更に、光の屈折率が前記導光部と同じかそれ以上であり、前記導光部から漏洩した光を漏洩させる漏洩部を有する排水処理装置である。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記光触媒層が、多孔質である排水処理装置である。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記排水処理槽内に前記光触媒被覆漏洩導光体に向けて酸素を供給する酸素供給部を有する排水処理装置である。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５の何れか一つの発明において、前記光源から照射された光を集光する光集光手段と、前記集光レンズから反射した光を受光し、前記導光体に導光する分配手段とを有する排水処理装置である。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６の何れか一つの発明において、前記光源が、可視光、紫外光又は太陽光である排水処理装置である。
【００１６】
第８の発明は、第１乃至７の何れか一つの発明において、前記導光部が、石英ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されてなる排水処理装置である。
【００１７】
第９の発明は、第１乃至８の何れか一つの発明において、前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄の少なくとも一つを含むものである排水処理装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光を漏洩導光体を介して光触媒層の内側から外側に向かって照射することで、光を無駄なく効率よく光触媒層に照射することができるため、排水中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができる。このため、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置の概略図である。
【図２】図２は、光触媒被覆漏洩導光体の断面図である。
【図３】図３は、漏洩導光体の構成の一例を簡略に示す断面図である
【図４】図４は、漏洩導光体内の光の漏洩状態を模式的に示す図である。
【図５】図５は、光触媒層の膜厚と光触媒の性能との関係を示す説明図である。
【図６】図６は、漏洩導光体の構成の他の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、光触媒被覆漏洩導光体の配置の一例を示す図である。
【図８】図８は、光触媒被覆漏洩導光体の他の配置の一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置の概略図である。図１に示すように、本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａは、排水１１中の有機物を処理する排水処理装置であって、排水１１を貯留する排水処理槽１２と、光源１３と、排水処理槽１２内に設けられ、光源１３から照射された光１４を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体１５の表面に光触媒を含む光触媒層１６が被覆された光触媒被覆漏洩導光体１７と、光源１３から照射された光１４を漏洩導光体１５に導光させる光ファイバ（導光体）１８とを有するものである。
【００２２】
排水処理槽１２には、例えば工場等から排出される排水１１が排水供給管２１を介して送給され、貯留される。排水処理槽１２に送給される排水１１の供給量は、調節弁Ｖ１１により調節される。また、排水処理槽１２に送給される排水１１は、例えば工場等から排出される排水等であるため、固形物や油等の光触媒を劣化させる物質等が含有されている。そのため、工場等から排出される排水中に含有されている光触媒を劣化させる原因となる物質等は、予め沈殿槽あるいはろ過装置等を用いて除去し、上記物質等の除去された排水１１が排水処理槽１２に送給される。
【００２３】
光ファイバ１８と光触媒被覆漏洩導光体１７とは、ファイバアダプタ２２により連結されている。光源１３から照射された光１４は光ファイバ１８を介して光触媒被覆漏洩導光体１７の漏洩導光体１５に導光される。
【００２４】
排水処理槽１２内には、複数（本実施例では、１０個）の光触媒被覆漏洩導光体１７が垂下して簾状に設けられている。図２は、光触媒被覆漏洩導光体１７の断面図である。図２に示すように、光触媒被覆漏洩導光体１７は、漏洩導光体１５と光触媒層１６とからなり、漏洩導光体１５は円柱状に形成され、その外壁の表面に光触媒を積層し、光触媒層１６を薄膜として形成したものである。
【００２５】
漏洩導光体１５は、光１４を導光しつつ漏洩させるものである。漏洩導光体１５は、光の透過性に優れた石英（ＳｉＯ2）ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されている。漏洩導光体１５は、ＳｉＯ2ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含む材料を融解、牽引して繊維状にして成形される。図３は、漏洩導光体１５の構成の一例を簡略に示す断面図である。図３に示すように、漏洩導光体１５は、光１４を導光する導光部１５ａと、導光部１５ａから漏洩した光を漏洩させる漏洩部１５ｂとの２層構造からなる。漏洩部１５ｂの光の屈折率は導光部１５ａと同等かそれ以上である。例えば、漏洩導光体１５の導光部１５ａの内径をａｍｍ、軸方向の長さをＬｍｍ、導光部１５ａの屈折率をｎ１、漏洩部１５ｂの屈折率をｎ２としたとき、導光部１５ａの屈折率の差ｎ１−ｎ２（Δｎ）は、下記関係式（Ａ）を満たすようにする。
Δｎ＞ｎ２（ａ／Ｌ）2 ・・・（Ａ）
【００２６】
導光部１５ａの光の屈折率が漏洩部１５ｂの光の屈折率より大きい場合には、導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向けて進行した光１４は漏洩部１５ｂで反射され、導光部１５ａ内で反射を繰り返しながら導光部１５ａを進行していくことになる。しかし、漏洩部１５ｂの光の屈折率は導光部１５ａと同等かそれ以上としているため、導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向けて進行した光１４は漏洩部１５ｂで反射されず漏洩導光体１５の外部に放出されることになる。
【００２７】
図４は、漏洩導光体１５内の光１４の漏洩状態を模式的に示す図である。図４に示すように、漏洩導光体１５に導光された光１４は導光部１５ａ内を進行しつつ、光１４の一部は漏洩光１４ｂとして導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向かった時、漏洩光１４ｂは漏洩部１５ｂで反射されることなく漏洩部１５ｂを通過して、漏洩導光体１５は漏洩光１４ｂを漏洩導光体１５の外部に漏洩させることができる。これにより、漏洩光１４ｂを光触媒層１６に照射させることができる。
【００２８】
漏洩導光体１５から光触媒層１６に向けて漏洩光１４ｂが照射されることで、光触媒層１６の表面では空気に由来する酸素（Ｏ2）と排水１１に由来する水（Ｈ2Ｏ）とが、光触媒により下記式（１）、（２）のように反応して酸化剤を発生させる。
Ｏ2 → Ｏ2- ・・・（１）
Ｈ2Ｏ → ＯＨ- ・・・（２）
【００２９】
光触媒層１６に含まれる光触媒により光触媒層１６に付着した排水１１中の有機物（ＣmＨn）を排水１１中に生じたＯＨ-により、下記式（３）のように、酸化して、排水１１中に溶解させ、分解処理することができる。
ＣmＨn＋ＯＨ- → ＣmＨn+1Ｏ ・・・（３）
【００３０】
排水１１中のＣｏ2+、Ｈｇ2+、Ｆｅ2+などの重金属イオンは、光触媒により還元され、排水１１中に含めることができる。
【００３１】
排水１１中の有機物が光触媒により分解された後、処理水２３として排出管２４を介して排水処理槽１２から排出され、排水１１中に含まれる重金属が除去された後、外部へ排出される。排水処理槽１２内の排水１１は排出管２４に設けた調節弁Ｖ１２により外部への排出量が調整される。
【００３２】
光源１３から照射された光１４は全ての漏洩導光体１５に均一に照射することができ、各々の漏洩導光体１５を介して光触媒層１６の内側から外側に向かって照射することができる。よって、光源１３から照射された光１４は全ての漏洩導光体１５を介して光触媒層１６の内側から外側に向かって照射することができるため、光１４を無駄なく効率よく光触媒層１６に照射することができる。これにより、光１４を光触媒に効率よく照射し、排水１１中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができるため、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００３３】
光触媒層１６の膜厚が、厚くなると、光触媒層１６を通過する光１４の光量が低下するため、光触媒層１６の光触媒の機能が低下していく。そのため、光触媒層１６の膜厚は、光触媒層１６を光１４が通過可能となるようにして光触媒層１６の触媒機能を有効に発揮できるようにするという観点から、０μｍよりも大きく０．５μｍ以下であることが好ましく、０μｍよりも大きく０．３μｍ以下であることがより好ましい。図５は、光触媒層１６の膜厚と光触媒の性能との関係を示す説明図である。図５に示すように、光触媒層１６の膜厚が０．３μｍまでは光触媒の性能を低下しないが、光触媒層１６の膜厚が０．３μｍから０．５μｍまでは、光触媒の性能が低下するが、排水１１中の有機物を分解処理するために必要な光触媒の性能を有効に保つことができる。光触媒層１６の膜厚が０．５μｍを超えると、光触媒の性能は更に低下し、排水１１中の有機物を分解処理するのに必要な光触媒の性能を有効に保つことができない。これは、光触媒層１６の膜厚に応じて光触媒層１６を通過する光１４の光量が変化するが、光触媒層１６の膜厚が０．５μｍを超えると、光１４が光触媒層１６の表面を十分通過できず、光触媒層１６の表面の光触媒機能を十分発揮できないからである。また、光触媒層１６の膜厚が、０．３μｍ以下の場合、光１４が光触媒層１６の表面をほとんど通過させることができるため、光触媒の性能の低下を殆ど生じさせないからである。よって、光触媒層１６の膜厚は、０μｍよりも大きく０．５μｍ以下とすることが好ましく、０μｍよりも大きく０．３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
光触媒として使用する材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化鉄などを挙げることができる。光触媒として使用する材料は、それぞれ単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。光触媒として使用する材料としては、特にＴｉＯ2を用いるのが好ましい。光触媒としてＴｉＯ2を用いる場合、触媒性能に優れたアナターゼ型の結晶構造を有するＴｉＯ2を用いるのが特に好ましい。
【００３５】
光触媒被覆漏洩導光体１７の作製方法としては、例えば漏洩導光体１５をＴｉＯ2など光触媒の原料となる溶液に浸漬し、引上げた後、熱処理等を行なう方法などがある。
【００３６】
光触媒層１６は、複数の空孔を有する多孔質体に光触媒を充填するようにしてもよい。これにより、光触媒層１６の表面積は大きくなり、排水１１と光触媒層１６との接触効率を更に大きくすることができるため、更に効率よく排水１１中の有機物を光触媒層１６により分解処理することができる。このとき、漏洩導光体１５に多孔質体となる材料をコーティングして得られる積層体を焼成して複数の空孔を有する多孔質体を形成し、この多孔質体に光触媒を担持して光触媒層を生成する。
【００３７】
漏洩導光体１５は、光１４を透過すると共に、光触媒として用いられる材料をコーティングすることが可能なものであれば特に限定されるものでない。
【００３８】
漏洩導光体１５は、導光部１５ａと漏洩部１５ｂとの２層構造としているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、漏洩導光体１５は、光１４を漏洩導光体１５の先端部分にまで導光しつつ、漏洩導光体１５の外部に漏洩させ、光触媒層１６に照射させることができればよい。図６は、漏洩導光体１５の構成の他の一例を示す断面図である。図６に示すように、漏洩導光体１５は、導光部１５ａのみとし、光ファイバ１８から入射した光１４を漏洩導光体１５の先端部分にまで導光しつつ、漏洩導光体１５の外部に向かった光１４はそのまま光触媒層１６に照射させるようにしてもよい。
【００３９】
漏洩導光体１５の形状は円柱状としているが、これに限定されるものではなく、円柱状の他に例えば漏洩導光体１５の軸方向から見たときの断面形状を三角形状、四角形状など多角形状としてもよいし、螺旋状などにしてもよい。漏洩導光体１５の形状を螺旋状とすることで、漏洩導光体１５の表面積を増大させることができるので、漏洩導光体１５の表面にコーティングできる光触媒の量を増大させることができる。このため、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００４０】
複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、光触媒被覆漏洩導光体１７同士が接触しないように配列している。図７は、光触媒被覆漏洩導光体１７の配置の一例を示す図である。図７に示すように、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、排水処理槽１２内に六方格子状に配列してもよい。複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、排水処理槽１２内に六方状に配置することで、排水１１と光触媒被覆漏洩導光体１７との接触効率が、各々の光触媒被覆漏洩導光体１７でほぼ均一にできるため、排水１１中の有機物を光触媒被覆漏洩導光体１７で更に効率よく処理することができる。図８は、光触媒被覆漏洩導光体１７の他の配置の一例を示す図である。図８に示すように、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は排水処理槽１２内に等間隔で四方に配列してもよい。また、光触媒被覆漏洩導光体１７の配置の方法については、特に限定されるものではなく、光触媒被覆漏洩導光体１７同士が接触しないように配列すればよく、図７、８に示すように規則的に配列する必要はない。
【００４１】
よって、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７を排水処理槽１２内に互いに接触しないように配置しつつ排水１１と各々の光触媒被覆漏洩導光体１７との接触効率をほぼ均一とすることで、各々の光触媒被覆漏洩導光体１７で排水１１中の有機物を効率良く分解することができる。
【００４２】
また、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７を排水処理槽１２中に垂下して設けるだけであり、設置が容易であり、メンテナンスの必要も少ないため、設備に要する運転費用を低くすることができると共に、装置の操作を簡単に行なうことができる。
【００４３】
更に、ＴｉＯ2の光触媒効果によって光触媒被覆漏洩導光体１７の表面には微生物や水垢等が付着することがないうえ、光触媒の光触媒性能の劣化はないため、装置の維持、管理などを容易に行なうことができる。
【００４４】
排水処理槽１２に垂下して設けられる光触媒被覆漏洩導光体１７の数、外径、長さは、排水処理槽１２内の排水１１中に光触媒被覆漏洩導光体１７の一部又は全部が浸漬されていればよく、排水１１の流量、排水１１中に含まれる有機物の濃度に応じて適宜変更可能なものである。
【００４５】
排出管２４には、処理水２３を抜出して排水処理槽１２に循環させる循環通路を設けるようにしてもよい。処理水２３中に有機物等が残っている場合には、前記循環通路から処理水２３を抜出して排水処理槽１２に循環させることで、光触媒被覆漏洩導光体１７により、再度、排水１１中に含まれる有機物を分解処理することができる。光触媒被覆漏洩導光体１７により、排水１１中に含まれる有機物を、再度、分解することで、処理水２３中に含まれる有機物濃度を更に低くして排出することができる。
【００４６】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、排水１１を排水処理槽１２に直接貯留するようにしているが、排水供給管２１中の排水１１に予めオゾン（Ｏ3）または過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を供給するようにしてもよい。また、排水処理槽１２内に貯留されている排水１１にＯ3またはＨ2Ｏ2を供給するようにしてもよい。排水１１にＯ3またはＨ2Ｏ2を混合しておくことで、排水１１中の酸化剤を増加させることができるため、排水１１中の有機物の分解を更に促進することができる。
【００４７】
このように、本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａによれば、光触媒被覆漏洩導光体１７の漏洩導光体１５を介して光１４を光触媒層１６の内側から照射することで、光１４を無断なく効率よく利用することができるため、光触媒層１６の光触媒機能を十分発揮させることができ、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００４８】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、光源１３からの光１４が可視光の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、水銀（Ｈｇ）ランプなどからの紫外光（ＵＶ）や太陽光など光触媒の光触媒性能が有効に発揮できる光であればよい。
【００４９】
光触媒層１６をＴｉＯ2からなるＴｉＯ2層とした場合、光源１３からＵＶを照射させた場合でも、空気に由来する酸素（Ｏ2）と排水１１に由来する水（Ｈ2Ｏ）から酸化剤が発生し、有機物を酸化分解できる。ＴｉＯ2を活性化させるためには３８０ｎｍより波長が短いＵＶでなければならないので、光源１３からの光１４を使用するよりも、ＵＶを使用する方がより多くの酸化剤を発生させることができる。よって、光触媒層１６をＴｉＯ2層とする場合、光源１３としてＵＶランプを用い、漏洩導光体１５からＵＶを排水１１に向けて照射することで、ＴｉＯ2の触媒効率を向上させることができるため、有機物の分解能力を更に向上させ、十分な排水１１の処理効果を得ることができる。このため、排水１１中の有機物の濃度が高い場合であっても有機物を効率良く分解除去し、処理水２３として排出することができる。
【００５０】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、工場等から排出される排水を対象として説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、有機物濃度が比較的低い家庭用排水等にも用いることができる。
【実施例２】
【００５１】
本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図９に示すように、本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂは、図１に示す実施例１に係る第１の排水処理装置１０Ａの排水処理槽１２内に光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて酸素（Ｏ2）３１を供給する酸素供給部３２を有するものである。酸素供給部３２は、光触媒被覆漏洩導光体１７の下端側から光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて酸素３１を排水１１中に供給するようにしている。排水処理槽１２内に供給される酸素３１の供給量は、調節弁Ｖ１３により調節される。
【００５２】
水中の水分子は、光触媒により上記式（２）のように、分解することで、ＯＨラジカル（ＯＨ-）が発生するが、酸素３１を排水１１中に供給することで、光触媒により下記式（４）のように、更に排水１１中にＯＨ-を発生させることができる。
１／２Ｏ2＋Ｈ+ → ＯＨ- ・・・（４）
【００５３】
排水１１中に生じたＯＨ-により、上記式（３）のように、排水１１中の固形分また光触媒表面に付着した有機物（ＣmＨn）を排水１１中に溶解させることができる。
【００５４】
排水１１中のＣｏ2+、Ｈｇ2+、Ｆｅ2+などの重金属イオンは、光触媒により還元され、光触媒層１６の表面に付着するが、酸素３１を排水１１中に供給することで、光触媒層１６の表面に付着した重金属イオンを酸素３１により酸化して排水１１中に溶解して除去することができる。
【００５５】
また、酸素３１を排水１１中に供給することで排水１１中に気泡が生じるため、気泡により光触媒層１６に付着した有機物や重金属を除去するのを促進することができる。
【００５６】
よって、本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂによれば、酸素供給部３２から排水１１中に光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて供給した酸素３１により、光触媒層１６に付着した有機物や重金属を除去することができるため、光触媒層１６の光触媒機能の性能低下を防止することができる。
【００５７】
本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂにおいては、漏洩導光体１５に光源１３から光１４として可視光を照射するようにしているが、本実施例は、これに限定されるものではなく、光源１３からＵＶを照射するようにしてもよい。光源１３からＵＶを照射する場合、酸素供給部３２から供給された酸素３１は光源１３のＵＶに含まれる１８５ｎｍから２５０ｎｍ程度の波長の光を吸収すると、下記式（５）のようにオゾン（Ｏ3）を生成する。
Ｏ2＋Ｏ → Ｏ3 ・・・（５）
【００５８】
光源１３からＵＶを照射することで、漏洩導光体１５を介して排水１１中にＵＶが照射される。光触媒層１６として、ＴｉＯ2からなるＴｉＯ2層とした場合、１８５ｎｍの波長の光を受けて排水１１中の酸素から生成されたオゾン（Ｏ3）は、ＴｉＯ2層の表面において下記式（６）のように反応して酸化剤を生成し、有機物を酸化分解する。また、光触媒層１６の担体を多孔質体とすることで、ＴｉＯ2層の表面積が増大し、ＴｉＯ2層の表面において更に多くの酸化剤を生成することができるため、有機物の酸化分解を促進し、更に効率よく有機物を酸化分解することができる。
Ｏ3 → Ｏ・＋Ｏ2- ・・・（６）
【００５９】
よって、光源１３からＵＶを照射することで、排水処理槽１２内に供給した酸素３１から生成されたオゾンが光触媒層１６の表面で分解し、Ｏ・及びＯ2-を生成する。これにより、排水１１に接触する酸化剤を増加させ、有機物の酸化分解を促進することができるため、有機物の分解効率を更に向上させ、排水１１中の有機物を更に効率良く分解することができ、十分な排水１１の処理効果を得ることができる。また、オゾンに変化しなかった酸素も光触媒層１６の光触媒により酸化剤を生成するため、有機物の分解に使用することができる。更に、オゾンを発生させるための装置を用いることなく使用することができるため、コストを更に低く抑えることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。なお、実施例１、２と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図１０に示すように、本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃは、図１に示す実施例１に係る第１の排水処理装置１０Ａに、太陽からの太陽光４１を集光する反射板（光集光手段）４２と、反射板４２で反射した太陽光４１を受光し、複数の光ファイバ１８に導光する分配器（分配手段）４３とを有するものである。なお、複数の光ファイバ１８は、ホルダー４４で束ねるようにしている。
【００６１】
反射板４２は、太陽光４１が照射される方向に湾曲した放物曲面を有する反射板である。反射板４２に入射した太陽光４１は反射板４２によって分配器４３の受光面の面上の一点又はその周辺に集光され、分配器４３で受光される。分配器４３は、複数の光ファイバ１８と連結され、反射板４２により集光した太陽光４１を分配器４３と連結する各々の光ファイバ１８に伝達し、光ファイバ１８を介して光触媒被覆漏洩導光体１７に導光する。
【００６２】
よって、本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃによれば、太陽光４１の受光量を増大させ、光触媒被覆漏洩導光体１７に導光する導光量を増加させることができる。このため、漏洩導光体１５から光触媒層１６に漏洩する光量を増大させることができるため、光触媒層１６における光触媒の反応効率を向上させ、排水１１中の有機物、金属イオンの除去効率を向上させることができる。
【００６３】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、光集光手段として、太陽光４１を反射して分配器４３に集光させる反射板４２を用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、光集光手段は、太陽光４１など光源からの光を分配器４３に集光させることができるものであればよい。光集光手段として、例えば、太陽光４１が透過可能な集光レンズを用い、集光レンズを透過した太陽光４１を分配器４３に集光させるようにしてもよい。
【００６４】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、太陽光４１を１つの反射板４２で分配器４３に集光するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、複数の反射板４２を用いて分配器４３に集光させるようにしてもよい。
【００６５】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、装置全体を反射率の高い反射鏡などで囲み、反射板４２に受光させ、太陽光４１を集光するようにしてもよい。反射板４２の回りを反射率の高い反射鏡などで囲むことにより、太陽光４１の集光効率を向上させ、外部の太陽光４１を更に効率良く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る排水処理装置は、排水中の有機物を効率的に分解することができるため、排水中に含まれる有機物を分解処理する排水処理装置として用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６７】
１０Ａ〜１０Ｃ 第１〜第３の排水処理装置
１１ 排水
１２ 排水処理槽
１３ 光源
１４ 光
１５ 漏洩導光体
１５ａ 導光部
１５ｂ 漏洩部
１６ 光触媒層
１７ 光触媒被覆漏洩導光体
１８ 光ファイバ（導光体）
２１ 排水供給管
２２ ファイバアダプタ
２３ 処理水
０２４ 排出管
３１ 酸素（Ｏ2）
３２ 酸素供給部
４１ 太陽光
４２ 反射板（光集光手段）
４３ 分配器（分配手段）
４４ ホルダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含んだ排水の処理を行う排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中の有機物を分解処理する方法として光触媒を利用した排水処理方法がある。例えば、光触媒を担持した活性炭などを吸着剤として用いて有機物等を吸着除去し、光触媒が担持されている活性炭に紫外線や可視光線などを照射して、有機物を処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、排水中の有機物の処理方法として光触媒を利用する他に、有機物を含有する排水中にオゾン（Ｏ3）を添加して紫外光を照射することで、排水中の有機物を分解し、処理する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの処理方法は、排水の有効な排水処理技術として従来より排水処理設備において活性汚泥法や物理化学的処理方法の補完装置として用いられている。
【０００３】
光触媒を用いて排水中の有機物を分解処理する際、光触媒を活性炭に担持させて使用する他に、例えば、吸着剤であるゼオライト等に光触媒を担持させて使用する方法も挙げられる。また、光透過性の高いガラス容器、プラスチック等に光触媒を担持させてチューブ構造に成型した組成物を使用する方法、ガラス容器、プラスチック等を用いて成型した光透過性を有する透明円筒体の表面、裏面に光触媒をコーティングして使用する方法などが挙げられる（例えば、特許文献３、４参照）。更に、管壁に複数の微細孔を有する中空管を円筒形に複数束ねて容器内に配置し、各々の中空管内に光触媒を充填するか、中空管の内壁及び外壁に光触媒を付着させ、光源の周囲に反射鏡を設け、光源からの光を複数の中空管に照射させる方法がある（例えば、特許文献５参照）。上記方法により光触媒を使用することで排水中の有機物を二酸化炭素と水とに分解することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１３６号公報
【特許文献２】特開平１１−１０４６１８号公報
【特許文献３】特開２０００−３５４７６２号公報
【特許文献４】特開２０００−９３９５２号公報
【特許文献５】特開平１１−２９０６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光触媒をコーティングしたガラス容器等を収容する容器に外部から光を照射するようにしても内部のガラス容器等には外側に配置されるガラス容器等により光が遮断されたり、光触媒をコーティングしたガラス容器等が複数の場合、裏側の容器は陰になるため光が遮断されたり、容器中の水に濁りがあれば光が散乱されるために光が遮断されるため、容器内の全ての光触媒をコーティングしたガラス容器等に光を十分照射できない、という問題がある。そのため、容器内に設けたガラス容器等に被覆された光触媒の触媒機能が十分発揮されないので、排水中の有機物が十分に分解除去されず、十分な排水処理効果が得られなかった。
【０００６】
そのため、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物を効率よく分解除去できる排水処理装置が求められている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物の分解性能を向上させた排水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者らは排水処理装置について鋭意研究をした。その結果、光を漏洩導光体を介して光触媒層の内側から外側に向かって照射することで、光を無駄なく効率よく光触媒層に照射することができるため、排水中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができ、排水中の有機物の分解性能を高めることができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
本発明の第１の発明は、排水中の有機物を処理する排水処理装置であって、前記排水を貯留する排水処理槽と、光源と、前記排水処理槽内に少なくとも一つ設けられ、前記光源から照射された光を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体の表面に光触媒を含む光触媒層が被覆された光触媒被覆漏洩導光体と、前記光源から照射された光を前記光触媒被覆漏洩導光体に導光させる導光体とを有し、前記排水中の有機物を前記光触媒により分解除去することを特徴とする排水処理装置である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記漏洩導光体が、前記光を導光する導光部を有する排水処理装置である。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記漏洩導光体が、更に、光の屈折率が前記導光部と同じかそれ以上であり、前記導光部から漏洩した光を漏洩させる漏洩部を有する排水処理装置である。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記光触媒層が、多孔質である排水処理装置である。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記排水処理槽内に前記光触媒被覆漏洩導光体に向けて酸素を供給する酸素供給部を有する排水処理装置である。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５の何れか一つの発明において、前記光源から照射された光を集光する光集光手段と、前記集光レンズから反射した光を受光し、前記導光体に導光する分配手段とを有する排水処理装置である。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６の何れか一つの発明において、前記光源が、可視光、紫外光又は太陽光である排水処理装置である。
【００１６】
第８の発明は、第１乃至７の何れか一つの発明において、前記導光部が、石英ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されてなる排水処理装置である。
【００１７】
第９の発明は、第１乃至８の何れか一つの発明において、前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄の少なくとも一つを含むものである排水処理装置にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光を漏洩導光体を介して光触媒層の内側から外側に向かって照射することで、光を無駄なく効率よく光触媒層に照射することができるため、排水中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができる。このため、光を光触媒に効率よく照射し、排水中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置の概略図である。
【図２】図２は、光触媒被覆漏洩導光体の断面図である。
【図３】図３は、漏洩導光体の構成の一例を簡略に示す断面図である
【図４】図４は、漏洩導光体内の光の漏洩状態を模式的に示す図である。
【図５】図５は、光触媒層の膜厚と光触媒の性能との関係を示す説明図である。
【図６】図６は、漏洩導光体の構成の他の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、光触媒被覆漏洩導光体の配置の一例を示す図である。
【図８】図８は、光触媒被覆漏洩導光体の他の配置の一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る第１の排水処理装置の概略図である。図１に示すように、本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａは、排水１１中の有機物を処理する排水処理装置であって、排水１１を貯留する排水処理槽１２と、光源１３と、排水処理槽１２内に設けられ、光源１３から照射された光１４を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体１５の表面に光触媒を含む光触媒層１６が被覆された光触媒被覆漏洩導光体１７と、光源１３から照射された光１４を漏洩導光体１５に導光させる光ファイバ（導光体）１８とを有するものである。
【００２２】
排水処理槽１２には、例えば工場等から排出される排水１１が排水供給管２１を介して送給され、貯留される。排水処理槽１２に送給される排水１１の供給量は、調節弁Ｖ１１により調節される。また、排水処理槽１２に送給される排水１１は、例えば工場等から排出される排水等であるため、固形物や油等の光触媒を劣化させる物質等が含有されている。そのため、工場等から排出される排水中に含有されている光触媒を劣化させる原因となる物質等は、予め沈殿槽あるいはろ過装置等を用いて除去し、上記物質等の除去された排水１１が排水処理槽１２に送給される。
【００２３】
光ファイバ１８と光触媒被覆漏洩導光体１７とは、ファイバアダプタ２２により連結されている。光源１３から照射された光１４は光ファイバ１８を介して光触媒被覆漏洩導光体１７の漏洩導光体１５に導光される。
【００２４】
排水処理槽１２内には、複数（本実施例では、１０個）の光触媒被覆漏洩導光体１７が垂下して簾状に設けられている。図２は、光触媒被覆漏洩導光体１７の断面図である。図２に示すように、光触媒被覆漏洩導光体１７は、漏洩導光体１５と光触媒層１６とからなり、漏洩導光体１５は円柱状に形成され、その外壁の表面に光触媒を積層し、光触媒層１６を薄膜として形成したものである。
【００２５】
漏洩導光体１５は、光１４を導光しつつ漏洩させるものである。漏洩導光体１５は、光の透過性に優れた石英（ＳｉＯ2）ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されている。漏洩導光体１５は、ＳｉＯ2ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含む材料を融解、牽引して繊維状にして成形される。図３は、漏洩導光体１５の構成の一例を簡略に示す断面図である。図３に示すように、漏洩導光体１５は、光１４を導光する導光部１５ａと、導光部１５ａから漏洩した光を漏洩させる漏洩部１５ｂとの２層構造からなる。漏洩部１５ｂの光の屈折率は導光部１５ａと同等かそれ以上である。例えば、漏洩導光体１５の導光部１５ａの内径をａｍｍ、軸方向の長さをＬｍｍ、導光部１５ａの屈折率をｎ１、漏洩部１５ｂの屈折率をｎ２としたとき、導光部１５ａの屈折率の差ｎ１−ｎ２（Δｎ）は、下記関係式（Ａ）を満たすようにする。
Δｎ＞ｎ２（ａ／Ｌ）2 ・・・（Ａ）
【００２６】
導光部１５ａの光の屈折率が漏洩部１５ｂの光の屈折率より大きい場合には、導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向けて進行した光１４は漏洩部１５ｂで反射され、導光部１５ａ内で反射を繰り返しながら導光部１５ａを進行していくことになる。しかし、漏洩部１５ｂの光の屈折率は導光部１５ａと同等かそれ以上としているため、導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向けて進行した光１４は漏洩部１５ｂで反射されず漏洩導光体１５の外部に放出されることになる。
【００２７】
図４は、漏洩導光体１５内の光１４の漏洩状態を模式的に示す図である。図４に示すように、漏洩導光体１５に導光された光１４は導光部１５ａ内を進行しつつ、光１４の一部は漏洩光１４ｂとして導光部１５ａから漏洩部１５ｂに向かった時、漏洩光１４ｂは漏洩部１５ｂで反射されることなく漏洩部１５ｂを通過して、漏洩導光体１５は漏洩光１４ｂを漏洩導光体１５の外部に漏洩させることができる。これにより、漏洩光１４ｂを光触媒層１６に照射させることができる。
【００２８】
漏洩導光体１５から光触媒層１６に向けて漏洩光１４ｂが照射されることで、光触媒層１６の表面では空気に由来する酸素（Ｏ2）と排水１１に由来する水（Ｈ2Ｏ）とが、光触媒により下記式（１）、（２）のように反応して酸化剤を発生させる。
Ｏ2 → Ｏ2- ・・・（１）
Ｈ2Ｏ → ＯＨ- ・・・（２）
【００２９】
光触媒層１６に含まれる光触媒により光触媒層１６に付着した排水１１中の有機物（ＣmＨn）を排水１１中に生じたＯＨ-により、下記式（３）のように、酸化して、排水１１中に溶解させ、分解処理することができる。
ＣmＨn＋ＯＨ- → ＣmＨn+1Ｏ ・・・（３）
【００３０】
排水１１中のＣｏ2+、Ｈｇ2+、Ｆｅ2+などの重金属イオンは、光触媒により還元され、排水１１中に含めることができる。
【００３１】
排水１１中の有機物が光触媒により分解された後、処理水２３として排出管２４を介して排水処理槽１２から排出され、排水１１中に含まれる重金属が除去された後、外部へ排出される。排水処理槽１２内の排水１１は排出管２４に設けた調節弁Ｖ１２により外部への排出量が調整される。
【００３２】
光源１３から照射された光１４は全ての漏洩導光体１５に均一に照射することができ、各々の漏洩導光体１５を介して光触媒層１６の内側から外側に向かって照射することができる。よって、光源１３から照射された光１４は全ての漏洩導光体１５を介して光触媒層１６の内側から外側に向かって照射することができるため、光１４を無駄なく効率よく光触媒層１６に照射することができる。これにより、光１４を光触媒に効率よく照射し、排水１１中の有機物を光触媒により効率よく分解除去することができるため、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００３３】
光触媒層１６の膜厚が、厚くなると、光触媒層１６を通過する光１４の光量が低下するため、光触媒層１６の光触媒の機能が低下していく。そのため、光触媒層１６の膜厚は、光触媒層１６を光１４が通過可能となるようにして光触媒層１６の触媒機能を有効に発揮できるようにするという観点から、０μｍよりも大きく０．５μｍ以下であることが好ましく、０μｍよりも大きく０．３μｍ以下であることがより好ましい。図５は、光触媒層１６の膜厚と光触媒の性能との関係を示す説明図である。図５に示すように、光触媒層１６の膜厚が０．３μｍまでは光触媒の性能を低下しないが、光触媒層１６の膜厚が０．３μｍから０．５μｍまでは、光触媒の性能が低下するが、排水１１中の有機物を分解処理するために必要な光触媒の性能を有効に保つことができる。光触媒層１６の膜厚が０．５μｍを超えると、光触媒の性能は更に低下し、排水１１中の有機物を分解処理するのに必要な光触媒の性能を有効に保つことができない。これは、光触媒層１６の膜厚に応じて光触媒層１６を通過する光１４の光量が変化するが、光触媒層１６の膜厚が０．５μｍを超えると、光１４が光触媒層１６の表面を十分通過できず、光触媒層１６の表面の光触媒機能を十分発揮できないからである。また、光触媒層１６の膜厚が、０．３μｍ以下の場合、光１４が光触媒層１６の表面をほとんど通過させることができるため、光触媒の性能の低下を殆ど生じさせないからである。よって、光触媒層１６の膜厚は、０μｍよりも大きく０．５μｍ以下とすることが好ましく、０μｍよりも大きく０．３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
光触媒として使用する材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化鉄などを挙げることができる。光触媒として使用する材料は、それぞれ単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。光触媒として使用する材料としては、特にＴｉＯ2を用いるのが好ましい。光触媒としてＴｉＯ2を用いる場合、触媒性能に優れたアナターゼ型の結晶構造を有するＴｉＯ2を用いるのが特に好ましい。
【００３５】
光触媒被覆漏洩導光体１７の作製方法としては、例えば漏洩導光体１５をＴｉＯ2など光触媒の原料となる溶液に浸漬し、引上げた後、熱処理等を行なう方法などがある。
【００３６】
光触媒層１６は、複数の空孔を有する多孔質体に光触媒を充填するようにしてもよい。これにより、光触媒層１６の表面積は大きくなり、排水１１と光触媒層１６との接触効率を更に大きくすることができるため、更に効率よく排水１１中の有機物を光触媒層１６により分解処理することができる。このとき、漏洩導光体１５に多孔質体となる材料をコーティングして得られる積層体を焼成して複数の空孔を有する多孔質体を形成し、この多孔質体に光触媒を担持して光触媒層を生成する。
【００３７】
漏洩導光体１５は、光１４を透過すると共に、光触媒として用いられる材料をコーティングすることが可能なものであれば特に限定されるものでない。
【００３８】
漏洩導光体１５は、導光部１５ａと漏洩部１５ｂとの２層構造としているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、漏洩導光体１５は、光１４を漏洩導光体１５の先端部分にまで導光しつつ、漏洩導光体１５の外部に漏洩させ、光触媒層１６に照射させることができればよい。図６は、漏洩導光体１５の構成の他の一例を示す断面図である。図６に示すように、漏洩導光体１５は、導光部１５ａのみとし、光ファイバ１８から入射した光１４を漏洩導光体１５の先端部分にまで導光しつつ、漏洩導光体１５の外部に向かった光１４はそのまま光触媒層１６に照射させるようにしてもよい。
【００３９】
漏洩導光体１５の形状は円柱状としているが、これに限定されるものではなく、円柱状の他に例えば漏洩導光体１５の軸方向から見たときの断面形状を三角形状、四角形状など多角形状としてもよいし、螺旋状などにしてもよい。漏洩導光体１５の形状を螺旋状とすることで、漏洩導光体１５の表面積を増大させることができるので、漏洩導光体１５の表面にコーティングできる光触媒の量を増大させることができる。このため、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００４０】
複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、光触媒被覆漏洩導光体１７同士が接触しないように配列している。図７は、光触媒被覆漏洩導光体１７の配置の一例を示す図である。図７に示すように、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、排水処理槽１２内に六方格子状に配列してもよい。複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は、排水処理槽１２内に六方状に配置することで、排水１１と光触媒被覆漏洩導光体１７との接触効率が、各々の光触媒被覆漏洩導光体１７でほぼ均一にできるため、排水１１中の有機物を光触媒被覆漏洩導光体１７で更に効率よく処理することができる。図８は、光触媒被覆漏洩導光体１７の他の配置の一例を示す図である。図８に示すように、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７は排水処理槽１２内に等間隔で四方に配列してもよい。また、光触媒被覆漏洩導光体１７の配置の方法については、特に限定されるものではなく、光触媒被覆漏洩導光体１７同士が接触しないように配列すればよく、図７、８に示すように規則的に配列する必要はない。
【００４１】
よって、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７を排水処理槽１２内に互いに接触しないように配置しつつ排水１１と各々の光触媒被覆漏洩導光体１７との接触効率をほぼ均一とすることで、各々の光触媒被覆漏洩導光体１７で排水１１中の有機物を効率良く分解することができる。
【００４２】
また、複数の光触媒被覆漏洩導光体１７を排水処理槽１２中に垂下して設けるだけであり、設置が容易であり、メンテナンスの必要も少ないため、設備に要する運転費用を低くすることができると共に、装置の操作を簡単に行なうことができる。
【００４３】
更に、ＴｉＯ2の光触媒効果によって光触媒被覆漏洩導光体１７の表面には微生物や水垢等が付着することがないうえ、光触媒の光触媒性能の劣化はないため、装置の維持、管理などを容易に行なうことができる。
【００４４】
排水処理槽１２に垂下して設けられる光触媒被覆漏洩導光体１７の数、外径、長さは、排水処理槽１２内の排水１１中に光触媒被覆漏洩導光体１７の一部又は全部が浸漬されていればよく、排水１１の流量、排水１１中に含まれる有機物の濃度に応じて適宜変更可能なものである。
【００４５】
排出管２４には、処理水２３を抜出して排水処理槽１２に循環させる循環通路を設けるようにしてもよい。処理水２３中に有機物等が残っている場合には、前記循環通路から処理水２３を抜出して排水処理槽１２に循環させることで、光触媒被覆漏洩導光体１７により、再度、排水１１中に含まれる有機物を分解処理することができる。光触媒被覆漏洩導光体１７により、排水１１中に含まれる有機物を、再度、分解することで、処理水２３中に含まれる有機物濃度を更に低くして排出することができる。
【００４６】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、排水１１を排水処理槽１２に直接貯留するようにしているが、排水供給管２１中の排水１１に予めオゾン（Ｏ3）または過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を供給するようにしてもよい。また、排水処理槽１２内に貯留されている排水１１にＯ3またはＨ2Ｏ2を供給するようにしてもよい。排水１１にＯ3またはＨ2Ｏ2を混合しておくことで、排水１１中の酸化剤を増加させることができるため、排水１１中の有機物の分解を更に促進することができる。
【００４７】
このように、本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａによれば、光触媒被覆漏洩導光体１７の漏洩導光体１５を介して光１４を光触媒層１６の内側から照射することで、光１４を無断なく効率よく利用することができるため、光触媒層１６の光触媒機能を十分発揮させることができ、排水１１中の有機物の分解性能を向上させることができる。
【００４８】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、光源１３からの光１４が可視光の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、水銀（Ｈｇ）ランプなどからの紫外光（ＵＶ）や太陽光など光触媒の光触媒性能が有効に発揮できる光であればよい。
【００４９】
光触媒層１６をＴｉＯ2からなるＴｉＯ2層とした場合、光源１３からＵＶを照射させた場合でも、空気に由来する酸素（Ｏ2）と排水１１に由来する水（Ｈ2Ｏ）から酸化剤が発生し、有機物を酸化分解できる。ＴｉＯ2を活性化させるためには３８０ｎｍより波長が短いＵＶでなければならないので、光源１３からの光１４を使用するよりも、ＵＶを使用する方がより多くの酸化剤を発生させることができる。よって、光触媒層１６をＴｉＯ2層とする場合、光源１３としてＵＶランプを用い、漏洩導光体１５からＵＶを排水１１に向けて照射することで、ＴｉＯ2の触媒効率を向上させることができるため、有機物の分解能力を更に向上させ、十分な排水１１の処理効果を得ることができる。このため、排水１１中の有機物の濃度が高い場合であっても有機物を効率良く分解除去し、処理水２３として排出することができる。
【００５０】
本実施例に係る第１の排水処理装置１０Ａにおいては、工場等から排出される排水を対象として説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、有機物濃度が比較的低い家庭用排水等にも用いることができる。
【実施例２】
【００５１】
本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施例２に係る第２の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図９に示すように、本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂは、図１に示す実施例１に係る第１の排水処理装置１０Ａの排水処理槽１２内に光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて酸素（Ｏ2）３１を供給する酸素供給部３２を有するものである。酸素供給部３２は、光触媒被覆漏洩導光体１７の下端側から光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて酸素３１を排水１１中に供給するようにしている。排水処理槽１２内に供給される酸素３１の供給量は、調節弁Ｖ１３により調節される。
【００５２】
水中の水分子は、光触媒により上記式（２）のように、分解することで、ＯＨラジカル（ＯＨ-）が発生するが、酸素３１を排水１１中に供給することで、光触媒により下記式（４）のように、更に排水１１中にＯＨ-を発生させることができる。
１／２Ｏ2＋Ｈ+ → ＯＨ- ・・・（４）
【００５３】
排水１１中に生じたＯＨ-により、上記式（３）のように、排水１１中の固形分また光触媒表面に付着した有機物（ＣmＨn）を排水１１中に溶解させることができる。
【００５４】
排水１１中のＣｏ2+、Ｈｇ2+、Ｆｅ2+などの重金属イオンは、光触媒により還元され、光触媒層１６の表面に付着するが、酸素３１を排水１１中に供給することで、光触媒層１６の表面に付着した重金属イオンを酸素３１により酸化して排水１１中に溶解して除去することができる。
【００５５】
また、酸素３１を排水１１中に供給することで排水１１中に気泡が生じるため、気泡により光触媒層１６に付着した有機物や重金属を除去するのを促進することができる。
【００５６】
よって、本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂによれば、酸素供給部３２から排水１１中に光触媒被覆漏洩導光体１７に向けて供給した酸素３１により、光触媒層１６に付着した有機物や重金属を除去することができるため、光触媒層１６の光触媒機能の性能低下を防止することができる。
【００５７】
本実施例に係る第２の排水処理装置１０Ｂにおいては、漏洩導光体１５に光源１３から光１４として可視光を照射するようにしているが、本実施例は、これに限定されるものではなく、光源１３からＵＶを照射するようにしてもよい。光源１３からＵＶを照射する場合、酸素供給部３２から供給された酸素３１は光源１３のＵＶに含まれる１８５ｎｍから２５０ｎｍ程度の波長の光を吸収すると、下記式（５）のようにオゾン（Ｏ3）を生成する。
Ｏ2＋Ｏ → Ｏ3 ・・・（５）
【００５８】
光源１３からＵＶを照射することで、漏洩導光体１５を介して排水１１中にＵＶが照射される。光触媒層１６として、ＴｉＯ2からなるＴｉＯ2層とした場合、１８５ｎｍの波長の光を受けて排水１１中の酸素から生成されたオゾン（Ｏ3）は、ＴｉＯ2層の表面において下記式（６）のように反応して酸化剤を生成し、有機物を酸化分解する。また、光触媒層１６の担体を多孔質体とすることで、ＴｉＯ2層の表面積が増大し、ＴｉＯ2層の表面において更に多くの酸化剤を生成することができるため、有機物の酸化分解を促進し、更に効率よく有機物を酸化分解することができる。
Ｏ3 → Ｏ・＋Ｏ2- ・・・（６）
【００５９】
よって、光源１３からＵＶを照射することで、排水処理槽１２内に供給した酸素３１から生成されたオゾンが光触媒層１６の表面で分解し、Ｏ・及びＯ2-を生成する。これにより、排水１１に接触する酸化剤を増加させ、有機物の酸化分解を促進することができるため、有機物の分解効率を更に向上させ、排水１１中の有機物を更に効率良く分解することができ、十分な排水１１の処理効果を得ることができる。また、オゾンに変化しなかった酸素も光触媒層１６の光触媒により酸化剤を生成するため、有機物の分解に使用することができる。更に、オゾンを発生させるための装置を用いることなく使用することができるため、コストを更に低く抑えることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施例３に係る第３の排水処理装置の構成を簡略に示す図である。なお、実施例１、２と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図１０に示すように、本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃは、図１に示す実施例１に係る第１の排水処理装置１０Ａに、太陽からの太陽光４１を集光する反射板（光集光手段）４２と、反射板４２で反射した太陽光４１を受光し、複数の光ファイバ１８に導光する分配器（分配手段）４３とを有するものである。なお、複数の光ファイバ１８は、ホルダー４４で束ねるようにしている。
【００６１】
反射板４２は、太陽光４１が照射される方向に湾曲した放物曲面を有する反射板である。反射板４２に入射した太陽光４１は反射板４２によって分配器４３の受光面の面上の一点又はその周辺に集光され、分配器４３で受光される。分配器４３は、複数の光ファイバ１８と連結され、反射板４２により集光した太陽光４１を分配器４３と連結する各々の光ファイバ１８に伝達し、光ファイバ１８を介して光触媒被覆漏洩導光体１７に導光する。
【００６２】
よって、本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃによれば、太陽光４１の受光量を増大させ、光触媒被覆漏洩導光体１７に導光する導光量を増加させることができる。このため、漏洩導光体１５から光触媒層１６に漏洩する光量を増大させることができるため、光触媒層１６における光触媒の反応効率を向上させ、排水１１中の有機物、金属イオンの除去効率を向上させることができる。
【００６３】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、光集光手段として、太陽光４１を反射して分配器４３に集光させる反射板４２を用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、光集光手段は、太陽光４１など光源からの光を分配器４３に集光させることができるものであればよい。光集光手段として、例えば、太陽光４１が透過可能な集光レンズを用い、集光レンズを透過した太陽光４１を分配器４３に集光させるようにしてもよい。
【００６４】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、太陽光４１を１つの反射板４２で分配器４３に集光するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、複数の反射板４２を用いて分配器４３に集光させるようにしてもよい。
【００６５】
本実施例に係る第３の排水処理装置１０Ｃにおいては、装置全体を反射率の高い反射鏡などで囲み、反射板４２に受光させ、太陽光４１を集光するようにしてもよい。反射板４２の回りを反射率の高い反射鏡などで囲むことにより、太陽光４１の集光効率を向上させ、外部の太陽光４１を更に効率良く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る排水処理装置は、排水中の有機物を効率的に分解することができるため、排水中に含まれる有機物を分解処理する排水処理装置として用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６７】
１０Ａ〜１０Ｃ 第１〜第３の排水処理装置
１１ 排水
１２ 排水処理槽
１３ 光源
１４ 光
１５ 漏洩導光体
１５ａ 導光部
１５ｂ 漏洩部
１６ 光触媒層
１７ 光触媒被覆漏洩導光体
１８ 光ファイバ（導光体）
２１ 排水供給管
２２ ファイバアダプタ
２３ 処理水
０２４ 排出管
３１ 酸素（Ｏ2）
３２ 酸素供給部
４１ 太陽光
４２ 反射板（光集光手段）
４３ 分配器（分配手段）
４４ ホルダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水中の有機物を処理する排水処理装置であって、
前記排水を貯留する排水処理槽と、
光源と、
前記排水処理槽内に少なくとも一つ設けられ、前記光源から照射された光を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体の表面に光触媒を含む光触媒層が被覆された光触媒被覆漏洩導光体と、
前記光源から照射された光を前記光触媒被覆漏洩導光体に導光させる導光体とを有し、
前記排水中の有機物を前記光触媒により分解除去することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記漏洩導光体が、前記光を導光する導光部を有する排水処理装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記漏洩導光体が、更に、光の屈折率が前記導光部と同じかそれ以上であり、前記導光部から漏洩した光を漏洩させる漏洩部を有する排水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記光触媒層が、多孔質である排水処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記排水処理槽内に前記光触媒被覆漏洩導光体に向けて酸素を供給する酸素供給部を有する排水処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つにおいて、
前記光源から照射された光を集光する光集光手段と、
前記集光レンズから反射した光を受光し、前記導光体に導光する分配手段とを有する排水処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つにおいて、
前記光源が、可視光、紫外光又は太陽光である排水処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つにおいて、
前記導光部が、石英ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されてなる排水処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つにおいて、
前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄の少なくとも一つを含むものである排水処理装置。
【請求項１】
排水中の有機物を処理する排水処理装置であって、
前記排水を貯留する排水処理槽と、
光源と、
前記排水処理槽内に少なくとも一つ設けられ、前記光源から照射された光を導光しつつ漏洩させる漏洩導光体の表面に光触媒を含む光触媒層が被覆された光触媒被覆漏洩導光体と、
前記光源から照射された光を前記光触媒被覆漏洩導光体に導光させる導光体とを有し、
前記排水中の有機物を前記光触媒により分解除去することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記漏洩導光体が、前記光を導光する導光部を有する排水処理装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記漏洩導光体が、更に、光の屈折率が前記導光部と同じかそれ以上であり、前記導光部から漏洩した光を漏洩させる漏洩部を有する排水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記光触媒層が、多孔質である排水処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記排水処理槽内に前記光触媒被覆漏洩導光体に向けて酸素を供給する酸素供給部を有する排水処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つにおいて、
前記光源から照射された光を集光する光集光手段と、
前記集光レンズから反射した光を受光し、前記導光体に導光する分配手段とを有する排水処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つにおいて、
前記光源が、可視光、紫外光又は太陽光である排水処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つにおいて、
前記導光部が、石英ガラス、プラスチックの少なくとも一つ以上を含んで形成されてなる排水処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つにおいて、
前記光触媒が、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウム、酸化鉄の少なくとも一つを含むものである排水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２０２１９（Ｐ２０１２−２０２１９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９１８０（Ｐ２０１０−１５９１８０）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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