光触媒を用いた水処理方法および装置
【課題】光触媒を用いて被処理水中の有機物を効率よく分解し、脱色する水処理方法および装置を提供する。
【解決手段】被処理水を流入口５から流入させるコンクリート製水槽４内に、光触媒を担持した不織布の布帛１を設置する。太陽光により、光触媒にヒドロキシラジカルを発生させる一方、被処理水中の有機物を効率良く分解し、脱色する。脱色された処理水を放流口６より放流する。また、光触媒を担持した不織布の布帛１全体を水中で往復運動させたり振動させたりすることにより、単位時間に光触媒に接する水の量を飛躍的に増やすことができ、処理効率を高めることができる。さらに、被処理水を不織布プリーツ構造体２の上に直接流下する方法、さらに、懸濁した被処理水を散水する方法により、処理効率を高めることができる。
【解決手段】被処理水を流入口５から流入させるコンクリート製水槽４内に、光触媒を担持した不織布の布帛１を設置する。太陽光により、光触媒にヒドロキシラジカルを発生させる一方、被処理水中の有機物を効率良く分解し、脱色する。脱色された処理水を放流口６より放流する。また、光触媒を担持した不織布の布帛１全体を水中で往復運動させたり振動させたりすることにより、単位時間に光触媒に接する水の量を飛躍的に増やすことができ、処理効率を高めることができる。さらに、被処理水を不織布プリーツ構造体２の上に直接流下する方法、さらに、懸濁した被処理水を散水する方法により、処理効率を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いた水処理方法および装置に関し、とくに、家畜排泄物による糞尿汚水等の被処理水を処理するに際し、被処理水中の有機物を、光触媒を用いることで効果的に分解し、脱色することが可能な水処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の畜産は、飼育規模の拡大、担い手の減少および高齢化の進行により厳しい状況に直面しており、家畜排泄物の適正処理が困難となっている経営体が見られる。一方、地域の生活環境に関する問題も生じている。従来、家畜排泄物による糞尿汚水は、土壌浸透状態におかれ、適切な処理がなされていなかった。
【０００３】
平成１１年７月２８日に「家畜排泄物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が公布され、平成１１年１１月１日より施行された。畜産農家では地域環境と調和した健全な経営が求められ、家畜排泄物が風雨によって川や周辺の農地に流れ出したり、地下に浸透しないよう、コンクリートや遮水シートで作った貯留槽で適正に管理すること、家畜排泄物の処理の高度化を図るための施設の整備が義務づけられた。畜糞の野積みや汚水のため池、素堀貯留が禁止された。
【０００４】
家畜排泄物について遵守すべき管理基準をクリアーできる施設を持たない農家に対し、施設の整備に要する期間を考慮するため、構造設備と管理方法の一部について、５年間の猶予期間が設定された。平成１６年１１月１日より施設の構造設備に関する基準、管理施設内における家畜排泄物の管理が適用された。
【０００５】
家畜排泄物による糞尿汚水は生物処理、曝気処理、膜分離処理を組み合わせた方法で行われているが、たとえ放流基準値に達していても、最終処理水が茶褐色を呈しているため、放流するには支障がある場合が多い。
【０００６】
糞尿汚水の着色の主な原因は、有機物であるフミン質（フルボ酸，フミン酸など）である。養豚においては、特に雌種豚の屎尿の着色が濃い。
【０００７】
有機物を分解し、脱色する方法に、繰り返し使用可能な光触媒を使った処理方法がある。この方法によれば近紫外線を照射するだけでよく、エネルギーをあまり必要としない。光触媒を担持させた円盤状、平板状または管状のものによる池の浄化方法（特許文献１）や光触媒を担持させた筏により水を浄化する方法（特許文献２）が提案されている。ところがこれらの提案においては、光触媒を充填剤・槽内・粒子・板・筏に担持しているために、水と光触媒との接触効率が悪く、光触媒を介した分解速度が遅いという問題があった。
【０００８】
特許文献３には、円板状支持体を回転させることで連続的に被処理水に浸漬後、引き上げを行う装置が提案されている。この装置では、水中で前記円板に吸着されやすい物質のみが分解されることになり、水中で前記円板に吸着されにくい物質は分解されないという問題があった。
【０００９】
さらに、農業に関して、脱色のために光触媒担持体を使用する畜産排水の処理方法（特許文献４、特許文献５）や、農業用液体を多孔質体に担持させた光触媒により処理方法（特許文献６）が提案されているが、分解速度が遅く、かつ、担持体が高価であるという問題があった。
【００１０】
また、閉鎖性の湖、沼、修景池、鑑賞池などでは、河川や海洋と比べ、依然として、水汚染が深刻である。現在でも、製造業、水産業などの産業排水、インクや染料の有機着色成分を含む着色排水などによる水汚染の問題がある。
【特許文献１】特開平11-151486号公報
【特許文献２】特開平11-104629号公報
【特許文献３】特開平10-202257号公報
【特許文献４】特開2002-11483号公報
【特許文献５】特開2003-24957号公報
【特許文献６】特開2004-82095号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、かかる現状に鑑み、光触媒を担持させた不織布の布帛を用いることで、とくにそれを水中に浮遊させた状態で用いることで、エネルギーをあまり必要とせず水処理費用を低く抑える一方、被処理水と光触媒との接触の効率を上げることにより、家畜排泄物による糞尿汚水中等における有機物を高い速度で効率よく分解し、脱色まで可能とすることが可能な水処理方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究した結果、被処理水中に存在する有機物を分解する光触媒反応は、光触媒表面で生成したヒドロキシラジカルが不織布の布帛の表面で有機物と反応して起きることに注目した。さらに、固定化光触媒の表面積を大きくするためには光触媒を担持した不織布の布帛とすることが好ましいこと、さらに加えて単位時間当たりに光触媒担持不織布の布帛表面に接触する水の量を多くすることが好ましいことが解明された。
【００１３】
この解明結果に基づき、上述の課題を解決するための、本発明に係る第１の手段は、被処理水中の有機物を分解して脱色する処理方法であって、被処理水中に、光触媒を担持した不織布の布帛を浸漬し、光（とくに、紫外線を含有する光）を照射することで、前記被処理水中の有機物を分解することにより脱色することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法である。
【００１４】
第２の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中に浮遊させた状態で往復運動させることを特徴とする第１の手段に記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１５】
第３の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中で振動させることを特徴とする第１の手段に記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１６】
第４の手段は、前記被処理水を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする第１〜３の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１７】
第５の手段は、前記被処理水を、前記光触媒を担持した不織布の布帛の上に散水する散水手段を有することを特徴とする第１〜４の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１８】
第６の手段は、前記紫外線を含有する照射光が、太陽光、蛍光灯、ブラックライト、殺菌灯、水銀灯、ハロゲンランプ及び白熱ランプの光より成る群から選ばれる少なくとも一種の光であることを特徴とする第１〜５の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１９】
第７の手段は、前記被処理水が、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水より成る群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする第１〜６の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２０】
第８の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも一種の繊維からなり、前記繊維表面に光触媒粉末を露出させ、かつ、前記繊維を不織布の布帛に加工した構造体であることを特徴とする第１〜７の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。繊維を構成するポリエステルとしては例えばポリエチレンテレフタレートを、ポリオレフィンとしてはポリプロピレンやポリエチレンを、ポリアミドとしては各種ナイロンを、用いることができる。
【００２１】
第９の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体であることを特徴とする第１〜８の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２２】
第１０の手段は、前記光触媒が酸化チタンからなる第１〜９の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２３】
また、本発明に係る光触媒を用いた水処理装置は、被処理水が導入、排出される水槽と、該水槽内の被処理水中に浸漬される光触媒を担持した不織布の布帛とを有することを特徴とするものからなる。
【００２４】
この光触媒を用いた水処理装置においては、前記水槽が、被処理水が順次流下される複数の小水槽に分割されている構造を採用することができる。
【００２５】
また、上記光触媒を用いた水処理装置には、さらに、前記光触媒を担持した不織布の布帛を前記被処理水中で往復運動または振動させる手段を有する構造を採用することが好ましい。
【００２６】
さらに、この光触媒を用いた水処理装置においても、前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光触媒を用いた水処理方法および装置によれば、水中に設置できる光触媒を担持した不織布の布帛は、従来の光触媒を担持させた多孔質体等と比較して、安価であるので、処理費用を低減できる。
【００２８】
また、この光触媒を担持した不織布の布帛は、非常に弱いトルクのモーターを用いて水中に浮遊させた状態で往復運動させることができ、あるいは、水中で振動させることができるので、単位時間あたりの被処理水との接触効率を飛躍的に向上させることができる。そして、太陽光で短時間に有機物を分解し、脱色することが可能になる。
【００２９】
したがって、飼育規模の拡大、担い手の減少および高齢化の進行により厳しい状況に直面している畜産農家からの家畜排泄物による糞尿汚水の適正処理を、経営を圧迫せずに迅速に行うことができ、地域環境と調和した健全な経営が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本発明に用いる光触媒を担持した不織布の布帛としては、水との接触を良くするために、綿状に加工した構造体にしてもよく、プリーツ状にした構造体を使用してもよい。図１に、光触媒を担持した不織布の布帛１をプリーツ構造体２に構成したものを例示する。光触媒としては、代表的には酸化チタン、とくに酸化チタンの粉末が用いられる。
【００３１】
この光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２とは、光触媒を担持した不織布の布帛１を、プリーツ状に加工したものである（図１、図２）。側面には水との接触を良くするために、通水用の穴１１を開けてもよい（図２）。このプリーツ構造体２の平面形状は特に限定されないが、多数敷設する場合を考慮すると、例えば図３に示すような矩形、あるいは正方形の形状が好ましい。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた水処理施設としては、例えば図４、図５に示すように構成できる。この水処理施設２１は、例えばコンクリート作りで（例えば、コンクリート製水槽４の形態に構成され）、導入されてきた被処理水３が地下に浸透しない構造になっている。水処理施設２１は被処理水の流入口５と処理水の放流口６を備え、仕切り壁２２で区画された複数の小水槽、つまり、上流側の水槽４ａから下流側の水槽４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅへ順次流下していくように、各仕切り壁２２に、順次段差を持たせた堰として機能する連通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが設けられている。流入口５、連通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、放流口６は、平面的に見て図５に示すように互い違いの位置に配置されており、被処理水が各水槽４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを自然に少しずつ流れた後、放流口６から排出されるようになっている。
【００３３】
流入口５より被処理水を流入すると、流路にある光触媒担持不織布布帛１（例えば、不織布プリーツ構造体２）を通過する時に、酸化チタン光触媒と接触し、紫外線を含有する光（とくに、太陽光）により、被処理水中の有機物が分解され、放流口６から処理された水が排出される（図４、図５）。
【００３４】
このような水処理施設２１においては、光触媒担持不織布布帛１を水中に浮遊させた状態で往復運動させ、被処理水との接触効率を高め、処理効率を高めることが好ましい。例えば図６、図７に示すように、円盤９付きモーター８の回転運動を、不織布布帛１への連結棒７と滑車１０とを介して、往復運動に変換することが可能である。モーター８に付設された円盤９と連結棒７との間に、円盤９の回転運動を往復運動に変換するクランク機構を設ける構成とすることも可能である（図示略）。光触媒を担持した不織布布帛１（例えば、不織布プリーツ構造体２）を水中浮遊状態で往復運動させることにより、水との接触効率を上げることができる。水との接触効率を上げる方法としては、光触媒を担持した不織布布帛１を浮遊状態で振動させることでもよい。また、この場合、太陽電池を電源とした小型モーターを用い、往復運動や振動させることもできる。さらに、光触媒を担持した不織布布帛１（とくに、剛性の高い不織布プリーツ構造体２）に帆を立てることにより、風の力を利用して往復運動や振動を行わせることもできる。
【００３５】
さらに図示は省略するが、各水槽４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの少なくとも一つには、被処理水を攪拌する攪拌手段を設けておくこともできる。
【００３６】
さらに、本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた流下式水処理施設２４としては、例えば図８に示すように構成できる。ここで使用する不織布プリーツ構造体２は通水用の穴を開けていないものである。流下式水処理施設２４は被処理水の流入口５と処理水の放流口６を備え、上流側の水槽２５ａに浮かした不織布プリーツ構造体の上に被処理水が流下するように、各段には多数の穴を開けた導水部２６がある。水槽は順次段差を持たせ、穴の開いた高さで堰として機能し、下流側の水槽２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅへ順次流下していくように配置されており、自然に流れた後、放流口６から排出されるようになっている。光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を被処理水が通過するため、光触媒との接触効率が各段に向上する。
【００３７】
この流下式水処理施設２４は、コンクリート以外に、金属やプラスチックで作ることもできる。
【００３８】
さらに、本発明の他の装置形態として、光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた筏式水処理としては、例えば図９に示すように構成できる。ここで使用する不織布プリーツ構造体２は通水用の穴を開けていないものである。固定用筏３１に循環ポンプ３２と不織布プリーツ構造体２を水面に浮遊した状態に固定する。この装置形態は散水手段を具備する構成であるが、被処理水を循環ポンプ３２により取水口３３から導水管３４を通して、放水口３５からシャワー状態（シャワー３７）で不織布プリーツ構造体２の上から散水する。電源の確保が困難な湖沼では循環ポンプ３２の電源としては、太陽電池３６を使用することもできる。尚、本出願の技術では、光触媒と被処理水との接触効率を高める目的で、上述した往復運動手段、振動、撹拌手段並びに散水手段を任意好適に組み合わせることができる。
【００３９】
懸濁したプールや池や湖沼で光触媒担持した不織布プリーツ構造体２を固定用筏３１で水面に浮かし、筏に固定した循環ポンプ３２で懸濁した被処理水を不織布プリーツ構造体の上から散水することにより、懸濁物質が除去されただけでなく、光触媒と汚濁物質の接触効率が向上し、水中の有機物が酸化され、水質が改善される。水質が改善される。
【実施例】
【００４０】
実施例１、比較例１
着色の被処理水として、青色のメチレンブルーの５０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液０．８Ｌを用いた。実施例ではコンクリート作りの水槽の代わりに、小型のプラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）を用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した不織布プリーツ構造体（ポリオレフィン繊維からなる面密度５０ｇ／ｍ２の不織布に光触媒粒子（酸化チタン粒子）の担持量が面密度１８ｇ／ｍ２となるように担持処理後、プリーツの頂点の間隔を５ｍｍ、プリーツ高さが１０ｍｍになるように作製された構造体）２枚を、前記のプラスチックパットに入れ、被処理水の深さ１４ｍｍの条件で、平成１６年１１月２１日の晴天日に太陽光で実験した。実施例では、４０ｍＬ／ｍｉｎの水流を作るために、ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用いて槽内循環させた。
【００４１】
比較例１として、光触媒を担持した東芝セラミックス株式会社製のＢ−６：光触媒担持セラミックスフォーム（材質はアルミナで、寸法は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、多孔体でセル数は２５ｍｍに６個、重量は９０ｇから１１０ｇ）２枚を用い、青色のメチレンブルーの５０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液０．８Ｌを、同じ条件で処理した。
【００４２】
正午１２時に実験を開始し、日没後にメチレンブルーの濃度を測定した。結果を表１に示す。メチレンブルーの濃度は波長６６５ｎｍの吸光度を測定して求めた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
光触媒を担持した比較例１に係るセラミックスフォームの場合と比較して、本発明の実施例１に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を使うと、明らかに、メチレンブルーの分解の速度が速いことがわかる。
【００４５】
実施例２、比較例２
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水０．８Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した（実施例１で用いたプリーツ構造体と同じ）不織布プリーツ構造体２枚を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ１４ｍｍで、平成１６年１１月２３日から２５日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで槽内循環させた。
【００４６】
比較例２として、厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した東芝セラミックス株式会社製Ｂ−６：光触媒担持セラミックスフォーム（材質はアルミナで、寸法は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、多孔体でセル数は２５ｍｍに６個、重量は９０ｇから１１０ｇ）２枚を用い、養豚農場の糞尿を含む汚水を曝気処理後の黄褐色に着色した汚水０．８Ｌを、同じ条件で処理した。
【００４７】
正午１２時に実験を開始した。白金・コバルト法により色度を測定した。黄褐色の白金・コバルト色度標準液（1000度：ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸カリウム2.49ｇと塩化コバルト（ＩＩ）六水和物2.00ｇをとり、濃塩酸200 ｍＬを加え、水を加えて全量を1000ｍＬにする）を薄めて、各色度の溶液を作り、試料と各色度の溶液を390 ｎｍの吸光度で測定し、比較して求めた。ただし、養豚場の汚水には懸濁物が混ざっているので、毎分１２０００回転で４分間遠心分離し、懸濁物を分離後に、被処理水の吸光度を測定した。２日と半日間の処理結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
養豚場の糞尿の汚水の脱色も、本発明の光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使った方が、光触媒担持したセラミックスフォームを使った場合よりも、効果的であることが確認された。
【００５０】
実施例３、参考実施例３
着色の被処理水として、青色のメチレンブルーの２０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液１．４Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ２３ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを２３ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）不織布プリーツ構造体２枚全体を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ３０ｍｍで、浮遊状態で連結棒７により６０回転／ｍｉｎで円盤９付きモーター８（オリエンタルモーター株式会社製のスピードコントロールモーターで、モーターユニットＵＳ５９０−５０１Ｃとギヤヘッド５ＧＵ３．６ＫＢ）を回転させ、２ｃｍ往復運動させた。平成１６年１１月２８日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで、槽内循環させた。参考実施例３として、光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を往復運動させないで、同じ条件で処理した。結果を表３に示す。
【００５１】
正午１２時に実験を開始した。メチレンブルーの濃度を測定した。結果を表３に示す。メチレンブルーの濃度は波長６６５ｎｍの吸光度を測定して求めた。
【００５２】
【表３】
【００５３】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使い、さらに、往復運動させると、明らかに、メチレンブルーの分解の速度が速いことがわかる。
【００５４】
実施例４、参考実施例４
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水を用いた。ただし、水で２倍に薄め、１．４Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ２３ｍｍの光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ３０ｍｍで、浮遊状態で連結棒７により６０回転／ｍｉｎで円盤９付きモーター８（オリエンタルモーター株式会社製のスピードコントロールモーターで、モーターユニットＵＳ５９０−５０１Ｃとギヤヘッド５ＧＵ３．６ＫＢ）を回転させ、不織布プリーツ構造体を２ｃｍ往復運動させた。平成１６年１１月３０日から１２月２日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで槽内循環させた。参考実施例４として光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を往復運動させないで同じ条件で処理した。２日と半日間の処理結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使い、さらに、往復運動させると、明らかに、し尿の脱色の速度が速くなることがわかる。
【００５７】
実施例５
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水を用いた。ただし、水で２倍に薄め、６．０Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ３５ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを３５ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）通水用の穴を開けていない不織布プリーツ構造体４枚を、図８に示した４段に分かれた水槽（各水槽は容積１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×４０ｍｍ）に浮かし、ポンプにより４．０Ｌ／ｍｉｎで水を循環させた。各段の被処理水は導水部から不織布プリーツ構造体の上に流下するために、光触媒を担持した不織布を通過する。平成１７年１２月３日の晴天日に、太陽光で実験した。結果を表５に示す。
【００５８】
【表５】
【００５９】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を被処理水が通過することにより、光触媒と汚濁物質の接触効率が向上し、し尿の脱色の速度が速くなることがわかる。
【００６０】
実施例６
被処理水として、ＣＯＤが３．９ｍｇ／Ｌの濃度の懸濁した沼の水２０Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ３５ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを３５ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）不織布プリーツ構造体１枚全体を、水槽（容積４４５ｍｍ×２４０ｍｍ×３００ｍｍ）に浮かし、循環ポンプ３２により３．２Ｌ／ｍｉｎで通水用の穴を開けていない不織布プリーツ構造体２の上から散水した（図９）。平成１７年１１月２６日の晴天日に、太陽光で実験した。結果を表６に示す。
【００６１】
【表６】
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る光触媒を用いた水処理方法および装置は、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水等の分解・脱色処理に好適であり、とくに、家畜排泄物による糞尿汚水や汚濁した湖沼の水の処理に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る水処理施設の縦断面図である。
【図５】図４の水処理施設の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る、不織布往復運動機構を採用した水処理施設の縦断面図である。
【図７】図６の水処理施設の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を用いた流下式水処理施設の縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係わる筏式水処理の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 光触媒を担持した不織布の布帛
２ 光触媒を担持した不織布プリーツ構造体
３ 被処理水
４ コンクリート製水槽
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ 水槽
５ 流入口
６ 放流口
７ 連結棒
８ モーター
９ 円盤
１０ 滑車
１１ 通水用穴
２１ 水処理施設
２２ 仕切り壁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 連通孔
２４ 流下式水処理施設
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ 水槽
２６ 導水部
３１ 固定用筏
３２ 循環ポンプ
３３ 取水口
３４ 導水管
３５ 放水口
３６ 太陽電池
３７ シャワー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いた水処理方法および装置に関し、とくに、家畜排泄物による糞尿汚水等の被処理水を処理するに際し、被処理水中の有機物を、光触媒を用いることで効果的に分解し、脱色することが可能な水処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の畜産は、飼育規模の拡大、担い手の減少および高齢化の進行により厳しい状況に直面しており、家畜排泄物の適正処理が困難となっている経営体が見られる。一方、地域の生活環境に関する問題も生じている。従来、家畜排泄物による糞尿汚水は、土壌浸透状態におかれ、適切な処理がなされていなかった。
【０００３】
平成１１年７月２８日に「家畜排泄物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」が公布され、平成１１年１１月１日より施行された。畜産農家では地域環境と調和した健全な経営が求められ、家畜排泄物が風雨によって川や周辺の農地に流れ出したり、地下に浸透しないよう、コンクリートや遮水シートで作った貯留槽で適正に管理すること、家畜排泄物の処理の高度化を図るための施設の整備が義務づけられた。畜糞の野積みや汚水のため池、素堀貯留が禁止された。
【０００４】
家畜排泄物について遵守すべき管理基準をクリアーできる施設を持たない農家に対し、施設の整備に要する期間を考慮するため、構造設備と管理方法の一部について、５年間の猶予期間が設定された。平成１６年１１月１日より施設の構造設備に関する基準、管理施設内における家畜排泄物の管理が適用された。
【０００５】
家畜排泄物による糞尿汚水は生物処理、曝気処理、膜分離処理を組み合わせた方法で行われているが、たとえ放流基準値に達していても、最終処理水が茶褐色を呈しているため、放流するには支障がある場合が多い。
【０００６】
糞尿汚水の着色の主な原因は、有機物であるフミン質（フルボ酸，フミン酸など）である。養豚においては、特に雌種豚の屎尿の着色が濃い。
【０００７】
有機物を分解し、脱色する方法に、繰り返し使用可能な光触媒を使った処理方法がある。この方法によれば近紫外線を照射するだけでよく、エネルギーをあまり必要としない。光触媒を担持させた円盤状、平板状または管状のものによる池の浄化方法（特許文献１）や光触媒を担持させた筏により水を浄化する方法（特許文献２）が提案されている。ところがこれらの提案においては、光触媒を充填剤・槽内・粒子・板・筏に担持しているために、水と光触媒との接触効率が悪く、光触媒を介した分解速度が遅いという問題があった。
【０００８】
特許文献３には、円板状支持体を回転させることで連続的に被処理水に浸漬後、引き上げを行う装置が提案されている。この装置では、水中で前記円板に吸着されやすい物質のみが分解されることになり、水中で前記円板に吸着されにくい物質は分解されないという問題があった。
【０００９】
さらに、農業に関して、脱色のために光触媒担持体を使用する畜産排水の処理方法（特許文献４、特許文献５）や、農業用液体を多孔質体に担持させた光触媒により処理方法（特許文献６）が提案されているが、分解速度が遅く、かつ、担持体が高価であるという問題があった。
【００１０】
また、閉鎖性の湖、沼、修景池、鑑賞池などでは、河川や海洋と比べ、依然として、水汚染が深刻である。現在でも、製造業、水産業などの産業排水、インクや染料の有機着色成分を含む着色排水などによる水汚染の問題がある。
【特許文献１】特開平11-151486号公報
【特許文献２】特開平11-104629号公報
【特許文献３】特開平10-202257号公報
【特許文献４】特開2002-11483号公報
【特許文献５】特開2003-24957号公報
【特許文献６】特開2004-82095号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、かかる現状に鑑み、光触媒を担持させた不織布の布帛を用いることで、とくにそれを水中に浮遊させた状態で用いることで、エネルギーをあまり必要とせず水処理費用を低く抑える一方、被処理水と光触媒との接触の効率を上げることにより、家畜排泄物による糞尿汚水中等における有機物を高い速度で効率よく分解し、脱色まで可能とすることが可能な水処理方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究した結果、被処理水中に存在する有機物を分解する光触媒反応は、光触媒表面で生成したヒドロキシラジカルが不織布の布帛の表面で有機物と反応して起きることに注目した。さらに、固定化光触媒の表面積を大きくするためには光触媒を担持した不織布の布帛とすることが好ましいこと、さらに加えて単位時間当たりに光触媒担持不織布の布帛表面に接触する水の量を多くすることが好ましいことが解明された。
【００１３】
この解明結果に基づき、上述の課題を解決するための、本発明に係る第１の手段は、被処理水中の有機物を分解して脱色する処理方法であって、被処理水中に、光触媒を担持した不織布の布帛を浸漬し、光（とくに、紫外線を含有する光）を照射することで、前記被処理水中の有機物を分解することにより脱色することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法である。
【００１４】
第２の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中に浮遊させた状態で往復運動させることを特徴とする第１の手段に記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１５】
第３の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中で振動させることを特徴とする第１の手段に記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１６】
第４の手段は、前記被処理水を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする第１〜３の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１７】
第５の手段は、前記被処理水を、前記光触媒を担持した不織布の布帛の上に散水する散水手段を有することを特徴とする第１〜４の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１８】
第６の手段は、前記紫外線を含有する照射光が、太陽光、蛍光灯、ブラックライト、殺菌灯、水銀灯、ハロゲンランプ及び白熱ランプの光より成る群から選ばれる少なくとも一種の光であることを特徴とする第１〜５の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００１９】
第７の手段は、前記被処理水が、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水より成る群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする第１〜６の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２０】
第８の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも一種の繊維からなり、前記繊維表面に光触媒粉末を露出させ、かつ、前記繊維を不織布の布帛に加工した構造体であることを特徴とする第１〜７の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。繊維を構成するポリエステルとしては例えばポリエチレンテレフタレートを、ポリオレフィンとしてはポリプロピレンやポリエチレンを、ポリアミドとしては各種ナイロンを、用いることができる。
【００２１】
第９の手段は、前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体であることを特徴とする第１〜８の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２２】
第１０の手段は、前記光触媒が酸化チタンからなる第１〜９の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法である。
【００２３】
また、本発明に係る光触媒を用いた水処理装置は、被処理水が導入、排出される水槽と、該水槽内の被処理水中に浸漬される光触媒を担持した不織布の布帛とを有することを特徴とするものからなる。
【００２４】
この光触媒を用いた水処理装置においては、前記水槽が、被処理水が順次流下される複数の小水槽に分割されている構造を採用することができる。
【００２５】
また、上記光触媒を用いた水処理装置には、さらに、前記光触媒を担持した不織布の布帛を前記被処理水中で往復運動または振動させる手段を有する構造を採用することが好ましい。
【００２６】
さらに、この光触媒を用いた水処理装置においても、前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光触媒を用いた水処理方法および装置によれば、水中に設置できる光触媒を担持した不織布の布帛は、従来の光触媒を担持させた多孔質体等と比較して、安価であるので、処理費用を低減できる。
【００２８】
また、この光触媒を担持した不織布の布帛は、非常に弱いトルクのモーターを用いて水中に浮遊させた状態で往復運動させることができ、あるいは、水中で振動させることができるので、単位時間あたりの被処理水との接触効率を飛躍的に向上させることができる。そして、太陽光で短時間に有機物を分解し、脱色することが可能になる。
【００２９】
したがって、飼育規模の拡大、担い手の減少および高齢化の進行により厳しい状況に直面している畜産農家からの家畜排泄物による糞尿汚水の適正処理を、経営を圧迫せずに迅速に行うことができ、地域環境と調和した健全な経営が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本発明に用いる光触媒を担持した不織布の布帛としては、水との接触を良くするために、綿状に加工した構造体にしてもよく、プリーツ状にした構造体を使用してもよい。図１に、光触媒を担持した不織布の布帛１をプリーツ構造体２に構成したものを例示する。光触媒としては、代表的には酸化チタン、とくに酸化チタンの粉末が用いられる。
【００３１】
この光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２とは、光触媒を担持した不織布の布帛１を、プリーツ状に加工したものである（図１、図２）。側面には水との接触を良くするために、通水用の穴１１を開けてもよい（図２）。このプリーツ構造体２の平面形状は特に限定されないが、多数敷設する場合を考慮すると、例えば図３に示すような矩形、あるいは正方形の形状が好ましい。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた水処理施設としては、例えば図４、図５に示すように構成できる。この水処理施設２１は、例えばコンクリート作りで（例えば、コンクリート製水槽４の形態に構成され）、導入されてきた被処理水３が地下に浸透しない構造になっている。水処理施設２１は被処理水の流入口５と処理水の放流口６を備え、仕切り壁２２で区画された複数の小水槽、つまり、上流側の水槽４ａから下流側の水槽４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅへ順次流下していくように、各仕切り壁２２に、順次段差を持たせた堰として機能する連通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが設けられている。流入口５、連通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、放流口６は、平面的に見て図５に示すように互い違いの位置に配置されており、被処理水が各水槽４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを自然に少しずつ流れた後、放流口６から排出されるようになっている。
【００３３】
流入口５より被処理水を流入すると、流路にある光触媒担持不織布布帛１（例えば、不織布プリーツ構造体２）を通過する時に、酸化チタン光触媒と接触し、紫外線を含有する光（とくに、太陽光）により、被処理水中の有機物が分解され、放流口６から処理された水が排出される（図４、図５）。
【００３４】
このような水処理施設２１においては、光触媒担持不織布布帛１を水中に浮遊させた状態で往復運動させ、被処理水との接触効率を高め、処理効率を高めることが好ましい。例えば図６、図７に示すように、円盤９付きモーター８の回転運動を、不織布布帛１への連結棒７と滑車１０とを介して、往復運動に変換することが可能である。モーター８に付設された円盤９と連結棒７との間に、円盤９の回転運動を往復運動に変換するクランク機構を設ける構成とすることも可能である（図示略）。光触媒を担持した不織布布帛１（例えば、不織布プリーツ構造体２）を水中浮遊状態で往復運動させることにより、水との接触効率を上げることができる。水との接触効率を上げる方法としては、光触媒を担持した不織布布帛１を浮遊状態で振動させることでもよい。また、この場合、太陽電池を電源とした小型モーターを用い、往復運動や振動させることもできる。さらに、光触媒を担持した不織布布帛１（とくに、剛性の高い不織布プリーツ構造体２）に帆を立てることにより、風の力を利用して往復運動や振動を行わせることもできる。
【００３５】
さらに図示は省略するが、各水槽４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの少なくとも一つには、被処理水を攪拌する攪拌手段を設けておくこともできる。
【００３６】
さらに、本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた流下式水処理施設２４としては、例えば図８に示すように構成できる。ここで使用する不織布プリーツ構造体２は通水用の穴を開けていないものである。流下式水処理施設２４は被処理水の流入口５と処理水の放流口６を備え、上流側の水槽２５ａに浮かした不織布プリーツ構造体の上に被処理水が流下するように、各段には多数の穴を開けた導水部２６がある。水槽は順次段差を持たせ、穴の開いた高さで堰として機能し、下流側の水槽２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅへ順次流下していくように配置されており、自然に流れた後、放流口６から排出されるようになっている。光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を被処理水が通過するため、光触媒との接触効率が各段に向上する。
【００３７】
この流下式水処理施設２４は、コンクリート以外に、金属やプラスチックで作ることもできる。
【００３８】
さらに、本発明の他の装置形態として、光触媒を担持した不織布の布帛１（例えば、上記の如くプリーツ構造体２に構成されたもの）を用いた筏式水処理としては、例えば図９に示すように構成できる。ここで使用する不織布プリーツ構造体２は通水用の穴を開けていないものである。固定用筏３１に循環ポンプ３２と不織布プリーツ構造体２を水面に浮遊した状態に固定する。この装置形態は散水手段を具備する構成であるが、被処理水を循環ポンプ３２により取水口３３から導水管３４を通して、放水口３５からシャワー状態（シャワー３７）で不織布プリーツ構造体２の上から散水する。電源の確保が困難な湖沼では循環ポンプ３２の電源としては、太陽電池３６を使用することもできる。尚、本出願の技術では、光触媒と被処理水との接触効率を高める目的で、上述した往復運動手段、振動、撹拌手段並びに散水手段を任意好適に組み合わせることができる。
【００３９】
懸濁したプールや池や湖沼で光触媒担持した不織布プリーツ構造体２を固定用筏３１で水面に浮かし、筏に固定した循環ポンプ３２で懸濁した被処理水を不織布プリーツ構造体の上から散水することにより、懸濁物質が除去されただけでなく、光触媒と汚濁物質の接触効率が向上し、水中の有機物が酸化され、水質が改善される。水質が改善される。
【実施例】
【００４０】
実施例１、比較例１
着色の被処理水として、青色のメチレンブルーの５０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液０．８Ｌを用いた。実施例ではコンクリート作りの水槽の代わりに、小型のプラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）を用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した不織布プリーツ構造体（ポリオレフィン繊維からなる面密度５０ｇ／ｍ２の不織布に光触媒粒子（酸化チタン粒子）の担持量が面密度１８ｇ／ｍ２となるように担持処理後、プリーツの頂点の間隔を５ｍｍ、プリーツ高さが１０ｍｍになるように作製された構造体）２枚を、前記のプラスチックパットに入れ、被処理水の深さ１４ｍｍの条件で、平成１６年１１月２１日の晴天日に太陽光で実験した。実施例では、４０ｍＬ／ｍｉｎの水流を作るために、ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用いて槽内循環させた。
【００４１】
比較例１として、光触媒を担持した東芝セラミックス株式会社製のＢ−６：光触媒担持セラミックスフォーム（材質はアルミナで、寸法は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、多孔体でセル数は２５ｍｍに６個、重量は９０ｇから１１０ｇ）２枚を用い、青色のメチレンブルーの５０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液０．８Ｌを、同じ条件で処理した。
【００４２】
正午１２時に実験を開始し、日没後にメチレンブルーの濃度を測定した。結果を表１に示す。メチレンブルーの濃度は波長６６５ｎｍの吸光度を測定して求めた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
光触媒を担持した比較例１に係るセラミックスフォームの場合と比較して、本発明の実施例１に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を使うと、明らかに、メチレンブルーの分解の速度が速いことがわかる。
【００４５】
実施例２、比較例２
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水０．８Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した（実施例１で用いたプリーツ構造体と同じ）不織布プリーツ構造体２枚を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ１４ｍｍで、平成１６年１１月２３日から２５日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで槽内循環させた。
【００４６】
比較例２として、厚さ１０ｍｍの光触媒を担持した東芝セラミックス株式会社製Ｂ−６：光触媒担持セラミックスフォーム（材質はアルミナで、寸法は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、多孔体でセル数は２５ｍｍに６個、重量は９０ｇから１１０ｇ）２枚を用い、養豚農場の糞尿を含む汚水を曝気処理後の黄褐色に着色した汚水０．８Ｌを、同じ条件で処理した。
【００４７】
正午１２時に実験を開始した。白金・コバルト法により色度を測定した。黄褐色の白金・コバルト色度標準液（1000度：ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸カリウム2.49ｇと塩化コバルト（ＩＩ）六水和物2.00ｇをとり、濃塩酸200 ｍＬを加え、水を加えて全量を1000ｍＬにする）を薄めて、各色度の溶液を作り、試料と各色度の溶液を390 ｎｍの吸光度で測定し、比較して求めた。ただし、養豚場の汚水には懸濁物が混ざっているので、毎分１２０００回転で４分間遠心分離し、懸濁物を分離後に、被処理水の吸光度を測定した。２日と半日間の処理結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
養豚場の糞尿の汚水の脱色も、本発明の光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使った方が、光触媒担持したセラミックスフォームを使った場合よりも、効果的であることが確認された。
【００５０】
実施例３、参考実施例３
着色の被処理水として、青色のメチレンブルーの２０ｍｇ／Ｌの濃度の水溶液１．４Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ２３ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを２３ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）不織布プリーツ構造体２枚全体を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ３０ｍｍで、浮遊状態で連結棒７により６０回転／ｍｉｎで円盤９付きモーター８（オリエンタルモーター株式会社製のスピードコントロールモーターで、モーターユニットＵＳ５９０−５０１Ｃとギヤヘッド５ＧＵ３．６ＫＢ）を回転させ、２ｃｍ往復運動させた。平成１６年１１月２８日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで、槽内循環させた。参考実施例３として、光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を往復運動させないで、同じ条件で処理した。結果を表３に示す。
【００５１】
正午１２時に実験を開始した。メチレンブルーの濃度を測定した。結果を表３に示す。メチレンブルーの濃度は波長６６５ｎｍの吸光度を測定して求めた。
【００５２】
【表３】
【００５３】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使い、さらに、往復運動させると、明らかに、メチレンブルーの分解の速度が速いことがわかる。
【００５４】
実施例４、参考実施例４
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水を用いた。ただし、水で２倍に薄め、１．４Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ２３ｍｍの光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を、プラスチックパット（内容積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ×５８ｍｍ、受光面積３４６ｍｍ×１６５ｍｍ）に入れ、被処理水の深さ３０ｍｍで、浮遊状態で連結棒７により６０回転／ｍｉｎで円盤９付きモーター８（オリエンタルモーター株式会社製のスピードコントロールモーターで、モーターユニットＵＳ５９０−５０１Ｃとギヤヘッド５ＧＵ３．６ＫＢ）を回転させ、不織布プリーツ構造体を２ｃｍ往復運動させた。平成１６年１１月３０日から１２月２日の晴天日に、太陽光で実験した。ロータリーポンプ（コールパーマー社製ＰＡ−２５Ａ）を用い、水流は４０ｍＬ／ｍｉｎで槽内循環させた。参考実施例４として光触媒を担持した不織布プリーツ構造体２枚を往復運動させないで同じ条件で処理した。２日と半日間の処理結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を使い、さらに、往復運動させると、明らかに、し尿の脱色の速度が速くなることがわかる。
【００５７】
実施例５
養豚場の糞尿汚水の脱色試験を行った。被処理水は、養豚農場の糞尿を含む水を曝気処理した後の黄褐色に着色した汚水を用いた。ただし、水で２倍に薄め、６．０Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ３５ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを３５ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）通水用の穴を開けていない不織布プリーツ構造体４枚を、図８に示した４段に分かれた水槽（各水槽は容積１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×４０ｍｍ）に浮かし、ポンプにより４．０Ｌ／ｍｉｎで水を循環させた。各段の被処理水は導水部から不織布プリーツ構造体の上に流下するために、光触媒を担持した不織布を通過する。平成１７年１２月３日の晴天日に、太陽光で実験した。結果を表５に示す。
【００５８】
【表５】
【００５９】
光触媒担持した不織布プリーツ構造体を被処理水が通過することにより、光触媒と汚濁物質の接触効率が向上し、し尿の脱色の速度が速くなることがわかる。
【００６０】
実施例６
被処理水として、ＣＯＤが３．９ｍｇ／Ｌの濃度の懸濁した沼の水２０Ｌを用いた。１４９ｍｍ×１４９ｍｍ×厚さ３５ｍｍの光触媒を担持した不織布の布帛１の（プリーツの山高さを３５ｍｍにした以外、実施例１で用いた不織布プリーツ構造体と同様な）不織布プリーツ構造体１枚全体を、水槽（容積４４５ｍｍ×２４０ｍｍ×３００ｍｍ）に浮かし、循環ポンプ３２により３．２Ｌ／ｍｉｎで通水用の穴を開けていない不織布プリーツ構造体２の上から散水した（図９）。平成１７年１１月２６日の晴天日に、太陽光で実験した。結果を表６に示す。
【００６１】
【表６】
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る光触媒を用いた水処理方法および装置は、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水等の分解・脱色処理に好適であり、とくに、家畜排泄物による糞尿汚水や汚濁した湖沼の水の処理に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る水処理施設の縦断面図である。
【図５】図４の水処理施設の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る、不織布往復運動機構を採用した水処理施設の縦断面図である。
【図７】図６の水処理施設の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光触媒を担持した不織布プリーツ構造体を用いた流下式水処理施設の縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係わる筏式水処理の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 光触媒を担持した不織布の布帛
２ 光触媒を担持した不織布プリーツ構造体
３ 被処理水
４ コンクリート製水槽
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ 水槽
５ 流入口
６ 放流口
７ 連結棒
８ モーター
９ 円盤
１０ 滑車
１１ 通水用穴
２１ 水処理施設
２２ 仕切り壁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 連通孔
２４ 流下式水処理施設
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ 水槽
２６ 導水部
３１ 固定用筏
３２ 循環ポンプ
３３ 取水口
３４ 導水管
３５ 放水口
３６ 太陽電池
３７ シャワー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中に、光触媒を担持した不織布の布帛を浸漬し、光を照射することで、前記被処理水中の有機物を分解することにより脱色することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法。
【請求項２】
前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中に浮遊させた状態で往復運動させることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項３】
前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中で振動させることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項４】
前記被処理水を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項５】
前記被処理水を、前記光触媒を担持した不織布の布帛の上に散水する散水手段を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項６】
前記照射される光が、太陽光、蛍光灯、ブラックライト、殺菌灯、水銀灯、ハロゲンランプ及び白熱ランプの光より成る群から選ばれる少なくとも一種の光であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項７】
前記被処理水が、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水より成る群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項８】
前記光触媒を担持した不織布の布帛が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも一種の繊維からなり、前記繊維表面に光触媒粉末を露出させ、かつ、前記繊維を不織布の布帛に加工した構造体であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項９】
前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項１０】
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項１〜９のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項１１】
被処理水が導入、排出される水槽と、該水槽内の被処理水中に浸漬される光触媒を担持した不織布の布帛とを有することを特徴とする光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１２】
前記水槽が、被処理水が順次流下される複数の小水槽に分割されている、請求項１１の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１３】
さらに、前記光触媒を担持した不織布の布帛を前記被処理水中で往復運動または振動させる手段を有する、請求項１１または１２の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１４】
前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体からなる、請求項１１〜１３のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１】
被処理水中に、光触媒を担持した不織布の布帛を浸漬し、光を照射することで、前記被処理水中の有機物を分解することにより脱色することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法。
【請求項２】
前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中に浮遊させた状態で往復運動させることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項３】
前記光触媒を担持した不織布の布帛を、前記被処理水中で振動させることを特徴とする、請求項１に記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項４】
前記被処理水を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項５】
前記被処理水を、前記光触媒を担持した不織布の布帛の上に散水する散水手段を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項６】
前記照射される光が、太陽光、蛍光灯、ブラックライト、殺菌灯、水銀灯、ハロゲンランプ及び白熱ランプの光より成る群から選ばれる少なくとも一種の光であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項７】
前記被処理水が、家畜排泄物による糞尿汚水を含む排水、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水、ゴルフ場排水、着色排水より成る群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項８】
前記光触媒を担持した不織布の布帛が、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも一種の繊維からなり、前記繊維表面に光触媒粉末を露出させ、かつ、前記繊維を不織布の布帛に加工した構造体であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項９】
前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項１０】
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項１〜９のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。
【請求項１１】
被処理水が導入、排出される水槽と、該水槽内の被処理水中に浸漬される光触媒を担持した不織布の布帛とを有することを特徴とする光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１２】
前記水槽が、被処理水が順次流下される複数の小水槽に分割されている、請求項１１の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１３】
さらに、前記光触媒を担持した不織布の布帛を前記被処理水中で往復運動または振動させる手段を有する、請求項１１または１２の光触媒を用いた水処理装置。
【請求項１４】
前記光触媒を担持した不織布の布帛がプリーツ構造体からなる、請求項１１〜１３のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１９２４２７（Ｐ２００６−１９２４２７Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５７６８５（Ｐ２００５−３５７６８５）
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【出願人】（５９１２７０６８２）
【出願人】（５０１１３２５７２）
【出願人】（０００２２９５４２）日本バイリーン株式会社 (378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【出願人】（５９１２７０６８２）
【出願人】（５０１１３２５７２）
【出願人】（０００２２９５４２）日本バイリーン株式会社 (378)
【Ｆターム（参考）】
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