排水処理装置
【課題】簡単な構成で、排水中に存在する有機物を効果的に分解し、且つ、分解能力を長期間維持することができる排水処理装置を提供することである。
【解決手段】少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段（１８）を有する第１反応槽（３）と、前記第１反応槽（３）の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段（５）と、酸化チタンを表面に有する光触媒（３０）と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段（１９）と、を有する第２反応槽（７）と、を備えた排水処理装置（１）であって、第１反応槽（３）の排水が第１紫外線照射手段（１８）と金属水酸化物除去手段（５）によって処理された後に、前記第１反応槽（３）の排水が前記第２反応槽（７）に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置（１）である。
【解決手段】少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段（１８）を有する第１反応槽（３）と、前記第１反応槽（３）の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段（５）と、酸化チタンを表面に有する光触媒（３０）と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段（１９）と、を有する第２反応槽（７）と、を備えた排水処理装置（１）であって、第１反応槽（３）の排水が第１紫外線照射手段（１８）と金属水酸化物除去手段（５）によって処理された後に、前記第１反応槽（３）の排水が前記第２反応槽（７）に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置（１）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水に含まれる有機物を分解するための排水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水の再生利用が進められており、再生利用をするために生物処理による排水中に含まれる有機物の分解が行われてきた。しかし、上記生物による排水処理は処理施設の大型化及び処理時間の長時間化は否めない。そのため、排水中に含まれる有機物を効果的に分解、浄化できる排水処理装置が求められている。
【０００３】
排水処理方法としては、例えば、有機物含有排水に酸素を加えて高温・高圧容器内で酸化し水と炭酸ガスにまで分解する湿式酸化処理法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４９２３２
【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、特許文献１に記載の方法では、酸素純度の高い酸素ガスを用いるために、酸素ガスの取扱いに注意が必要となる。また耐圧・耐熱容器などの特殊な装置等が必要となり、高価であり、実用的ではない。さらに処理された排水は、有機物の分解等が不十分であるため工場用排水として排水されているのが現状であり、工場の水洗水などとして再利用することは皆無に等しい。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、排水中に存在する有機物を効果的に分解し、且つ、分解能力を長期間維持することができる排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、有機物及び金属イオンを含有する排水において、紫外線を照射することによって有機物が分解すると、排水中の金属イオンと反応して金属水酸化物を生成し、その金属水酸化物によって排水処理能力を長時間維持できないことを知見し、その知見のもと、光触媒に紫外線を照射させて排水中の有機物を分解する前に、排水中の金属水酸化物を生成するとともに、それを除去することによって排水処理能力を長時間維持できることを見出した。すなわち、本発明は、少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段を有する第１反応槽と、前記第１反応槽の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段と、酸化チタンを表面に有する光触媒と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段と、を有する第２反応槽と、を備えた排水処理装置であって、第１反応槽の排水が第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、簡単な構成で、排水中に存在する有機物を効果的に分解し、且つ、分解能力を長期間維持することができる排水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。
【図２】光触媒カートリッジの概念図である。
【図３】実施形態に係る工程図である。
【図４】比較例２において用いられた排水処理装置の概念断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る排水処理装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。排水処理装置１は、有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射可能な第１反応槽３と、第１反応槽３の排水中に生成された金属水酸化物を捕集することによって除去するろ過器５と、酸化チタンを表面に有する光触媒や排水に紫外線を照射させる第２反応槽７と、第１反応槽３と第２反応槽７を連通する流通路１２と、を備えている。
【００１１】
第１反応槽３は、直方体状に形成された流動槽２０と、流動槽２０の底面の上流側（図１の左側）と底面の下流側（図１の右側）を連通する循環路１０、１１と、を備えており、この流通路１０と１１の間にろ過器５が設けられている。流動槽２０の上流側の側面には、排水流入口１６が形成され、下流側の側面には、流通路１２の上流側が接続された排水流出口１７が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口１６から排水流出口１７に排水が流動されるように構成されている。また、図示しないポンプによって流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０とろ過器５の間を循環するように、すなわち排水が流動槽２０→循環路１０→ろ過器５→循環路１１→流動槽２０と循環するように構成されている。さらに、流動槽２０内には、流動槽２０内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１８と、その排水に酸素を注入する空気注入部２２が配置されている。
【００１２】
紫外線ランプ１８は、上下方向に５本、流動方向に７列、合計３５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２０の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１８の外表面には、円柱状に形成されたカバー部材が設けられ、カバー部材は、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施形態に係る排水処理装置において、紫外線ランプ１８は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能にしている。紫外線照射ランプ１８から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。なお、本実施形態において、紫外線照射ランプ１８のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されない。紫外線照射ランプ１８の数は、排水に含まれる有機物の量等に応じて決定される。
【００１３】
空気注入部２２は、流動槽２０の底面に最も近い紫外線ランプ１８の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１８の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２２は、第１反応槽３の下部からエアレーション方式でバブリング可能な装置である。空気供給量は、排水２００Ｌ／ｍｉｎに対して、２００〜５００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎであることがさらに好ましい。バブリングした水中の溶存酸素量は、飽和率で５０〜１００％であることが好ましい。また、この空気注入部２２とともに、又はそれに代えてマイクロバブル発生装置を用いて空気を供給してもよい。一般にマイクロバブルの発生方法として加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式があるが、マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、及びエジャクタ式が好ましい。マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式の発生方法が特に好ましい。発生したマイクロバブルの直径は３０μｍ以下であることが好ましい。マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生した水中の溶存酸素量は飽和率で８０〜１５０％であることが好ましい。マイクロバブルの自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
【００１４】
本実施態様に係る排水処理装置において、ろ過器５は、そこを通過する排水中の金属酸化物を捕集する機能を有し、このようなろ過器５としては、例えば、吸速ろ過方法として用いられるプレフィルター、砂ろ過、生物ろ過、活性炭、及び分離膜を用いることができるが、プレフィルターを用いることが好ましい。プレフィルターの形状としてはプリーツ型が好ましく、目開きサイズは０．２〜２μｍであることが好ましい。
【００１５】
第２反応槽７は、直方体状に形成された流動槽２８と、流動槽２８の底面の上流側と底面の下流側を連通する循環路３２と、を備えている。流動槽２８の上流側の側面には、連通路１２の下流側が接続された排水流入口２５が形成され、下流側の側面には、排水流出口２６が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口２５から排水流出口２６に排水が流動されるように構成されている。流動槽２８内には、光触媒及び流動槽２８内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１９と、その排水に酸素を注入する空気注入部２３と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ３０とが配置されている。
【００１６】
紫外線ランプ１９は、光触媒カートリッジ３０に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に３列、合計１５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２８の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１９は、本実施形態においては第１反応槽３で用いられた紫外線ランプ１８と同じものを用いることができる。空気注入部２３は、流動槽２８の底面に最も近い紫外線ランプ１９の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１９の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２３は、第１反応槽３で用いられた空気注入部２２と同じものを用いることができる。平板状の光触媒カートリッジ３０は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ１９を挟むように一対配置されており、流動槽２８の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。本実施態様に係る排水処理装置においては一対のみ配置したが、処理能力等に応じて複数対配置してもよい。また、本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０は、このように排水の流動方向に対して垂直に交わるように配置したが、流動する排水が効率よく各平板状不織布３４を通過すればよく、例えば、斜めに配置してもよい。平板状不織布３４を斜めに配置する場合、流動方向に対して１０°前後、傾いて設置されることが好ましく、５°前後であることがさらに好ましい。
【００１７】
本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０に用いられている光触媒としては、アナターゼ型の酸化チタンが用いられることが好ましい。この光触媒の形状は、粉末、繊維、薄膜、厚膜の形態をとることができる。繊維形態の場合、大別して三種類の光触媒繊維が存在する。酸化チタンで構成される繊維、ガラス繊維などの表面に酸化チタンがコーティングされている繊維、及び表面が酸化チタン、内部が高強度のシリカの傾斜構造を有する繊維である。酸化チタンで構成されている場合、繊維自体の強度が低く流水圧による破断が生じやすく、またコーティングの場合、コーティング相が流水による剥がれ落ちるという問題がある。本発明者らは、すでに特許第３４６５６９９に示すように、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に酸化チタンを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維を開発している。この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないために繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題点も解決されているので、好ましく用いることができる。
【００１８】
光触媒カートリッジ３０は、上述した光触媒繊維を用いて平板状に形成された平板状不織布３４と一対の金網３６とからなり、図２に示されるように平板状不織布３４が一対のステンレス製の金網３６によって挟持されている。このように金網３６をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布３４を容易に取り換えることができる。
【００１９】
次に、本実施態様に係る排水処理装置に用いられる光触媒繊維からなる平板状不織布３４の好ましい例について詳細に説明する。光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（以下、第１相という。）とＴｉを含む金属酸化物相（以下、第２相という。）との複合酸化物であるシリカ基複合酸化物繊維からなることが好ましい。
【００２０】
第１相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素（Ｂ）としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。
【００２１】
第１相は、シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の存在割合は４０〜９８重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。
【００２２】
一方、第２相は、Ｔｉを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、Ｔｉが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよい。第２相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第２相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。第２相のＴｉを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ以下が好ましい。
【００２３】
第２相に含まれる金属酸化物のＴｉの存在割合は、シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでもよい。尚、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ちシリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を示している。
【００２４】
シリカ基複合酸化物繊維からなる光触媒繊維は、次の製造方法により得ることができる。
【００２５】
（溶融紡糸法）
シリカ基複合酸化物繊維は、下記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを、有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシランあるいは変性ポリカルボシランと有機金属化合物との混合物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼成することにより、シリカ基複合酸化物繊維を製造することができる。以下、これらを第１工程乃至第４工程に分けて詳細に説明する。
【００２６】
【化１】
【００２７】
（第１工程）
シリカ基複合酸化物繊維を製造するための出発原料として使用する数平均分子量が１，０００〜５０，０００の変性ポリカルボシランを製造する工程である。変性ポリカルボシランの基本的な製造方法は、特開昭５６−７４１２６号に極めて類似しているが、その中に記載されている官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。これについて以下に概説する。
【００２８】
出発原料である変性ポリカルボシランは、主として上記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランと、一般式、Ｍ（ＯＲ’）ｎあるいはＭＲ”ｍ（Ｍは金属元素、Ｒ’は炭素原子数１〜２０個を有するアルキル基又はフェニル基、Ｒ”はアセチルアセトナート、ｍとｎは１より大きい整数）を基本構造とする有機金属化合物とから誘導されるものである。
【００２９】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、前記有機金属化合物の一部のみがポリカルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する必要がある。その為には２８０℃以下、好ましくは２５０℃以下の温度で、不活性ガス中で反応させる必要がある。この反応条件では、有機金属化合物は、ポリカルボシランと反応したとしても、１官能性重合体として結合（即ちペンダント状に結合）しており、大幅な分子量の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合した変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じる。
【００３０】
尚、２官能基以上の多くの官能基が結合した場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、１官能基しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存している場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。
【００３１】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、未反応の有機金属化合物を意図的に残存させる条件を選択することが望ましい。主として上記変性ポリカルボシランと未反応状態の有機金属化合物あるいは２〜３量体程度の有機金属化合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポリカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカルボシラン成分が含まれる場合は、同様に出発原料として使用できる。
【００３２】
（第２工程）
第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物（以下、前駆体という場合がある。）を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、５０〜２００℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設けてもよい。尚、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変えることにより調整される。
【００３３】
前記溶融紡糸の他に、第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物を、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあるいはその他変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により紡糸し、巻き取り速度を制御して目的とする繊維を得ることができる。
【００３４】
これらの紡糸工程において、必用ならば、紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒のうち少なくとも１つの気体との混合雰囲気とするか、あるいは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維の固化を制御することができる。
【００３５】
（第３工程）
第２工程で得られた紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力または無張力の作用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。この工程は、後工程の焼成の際に繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うものである。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、特に限定されないが、一般に５０〜４００℃の範囲内で、数時間〜３０時間の処理上条件が選択される。酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていてもよく、酸素分圧を意図的に変えてもよい。
【００３６】
ところで、原料中に含まれる低分子量物の割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が５０℃を下回る場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度よりも低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場合もある。尚、同第２工程並びに第３工程の際に、原料中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリードアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成されるものと考えられる。
【００３７】
（第４工程）
第３工程により不融化された繊維を、張力または無張力下で、５００〜１８００℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、表層に向かって第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。この工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。このような状態でも、目的とする機能に支障を来さない場合はそのまま使用されるが、支障を来す場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成並びに結晶構造に問題が生じない温度、処理時間が選択されなければならない。
【００３８】
第４工程により得られた光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維を短繊維にした後、ニードルパンチ等を行い、平板状不織布３４とすることができる。
【００３９】
（メルトブロー法）
また、他の製造方法としては、シリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布は、メルトブロー法を用いて、前記前駆体を溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集することにより不織布を形成させ、次いで、その不織布を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製造することができる。
【００４０】
紡糸ノズルの直径は通常１００〜５００μｍ程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は３０〜３００ｍ／ｓ程度であり、速度が速いほど細い繊維が得られる。また、窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が得られれば特に制限はないが、通常５００℃程度に加熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、前記前駆体を紡糸するには窒素を用いる必要がある。噴出ガスとして窒素を用いることにより安定して紡糸を行うことができる。
【００４１】
紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら紡糸することが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は２〜１０ｍ／ｓ程度の範囲が好ましい。
【００４２】
得られた不織布に上記溶融紡糸の場合と同様の不融化処理及び焼成を行うことにより、シリカ基複合酸化物繊維の不織布とすることができる。上記メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊維は、平均繊維径が１〜２０μｍ、好ましくは、１〜８μｍ、より好ましくは、２〜６μｍと、溶融紡糸で製造される繊維に比べてより細いものとすることができる。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性が増大する。また、メルトブロー法により製造される不織布は、溶融紡糸法で製造された長さ４０〜５０ｍｍ程度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比べて繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度が高く（引張強度２Ｎ以上）、フィルター等に加工する際に十分なプリーツ加工性を有する。
【００４３】
平板状不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが、通常目付けが５０〜５００ｇ／ｍ２、厚みは好ましくは０．５〜２０ｍｍのものが用いられる。厚みは、必要に応じて不織布を積層することにより調整できる。厚みは、０．５ｍｍよりも薄い場合には、光触媒量そのものが少なすぎて水の浄化効果が十分に得られない。２０ｍｍよりも厚い場合は平板状不織布が抵抗となり、圧力損失が増大し、水処理が難しくなる。平板状不織布の形状は特に制限はないが、平板状不織布３４を挿入する流動槽の形状に合わせて、丸型、角型などにすることができ、平板状不織布３４の表面積を大きくするために波板状にすることもできる。
【００４４】
上記のような平板状不織布３４の製造方法によれば、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に酸化チタンを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維からなる平板状不織布３４が得られる。また、この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないため、繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題がない。さらにこの繊維からなる平板状不織布３４は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、処理流体と光触媒との接触面積が非常に大きくなる。一般に、光触媒の機能を十分に引き出すためには、光触媒への光の照射効率と処理流体との接触効率を高めることが必要である。
【００４５】
上記光触媒繊維の表面は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持しているのが好ましい。
【００４６】
前記金属の担持方法は、特に制限はないが、前記金属の金属イオンが含まれる液と前記シリカ基複合酸化物繊維を接触させながら、第２相を構成する金属酸化物のバンドギャップに相当するエネルギー以上のエネルギーを有する光を照射することによって、前記金属酸化物の還元サイト（光の非照射面）に還元した金属粒子を担持することができる。例えば、第２相がアナターゼ型の酸化チタンの場合、そのバンドギャップは３．２ｅＶであるので、これに相当するエネルギー、すなわち３８７ｎｍ以下の波長を有する光を照射することによって、酸化チタン粒子の表面に金属粒子を担持することができる。
【００４７】
第１反応槽３と第２反応槽７を連通する流通路１２には、バルブ１４が設けられており、バルブの閉口状態とすることにより、第１反応槽３と第２反応槽７をそれぞれ独立させた系とすることができる。本実施形態に係る排水処理装置において、バルブ１４は、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ストップバルブ、及びチェックバルブなどを用いることができ、ボールバルブを用いることが好ましい。また、バルブ１４は、任意の時間で開閉できる機能を有することが好ましく、このようなバルブとして、電磁バルブや電動バルブが好ましい。開閉のタイミングは、第１反応槽３内のｐＨで制御することが好ましく、ｐＨ５．５になった時にバルブの開閉を行うことが好ましい。
【００４８】
次に、図３に示す工程図を用いて本実施形態に係る排水処理装置の動作を詳細に説明する。本実施形態に係る排水処理装置の動作は、有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射する第１紫外線照射工程と、第１紫外線照射工程によって生成された金属水酸化物を捕集する金属水酸化物捕集工程と、酸化チタンを表面に有する光触媒に第１紫外線照射工程及び金属酸化物除去工程により処理された排水を接触させ、前記光触媒に紫外線を照射する第２紫外線照射工程とを備える。
【００４９】
（第１紫外線照射工程）
まず、バルブ１４を閉口状態とし、次いで、図示しないポンプを稼働することによって、金属イオン及び有機物を含んだ排水を排水流入口１６から第１反応槽３内に流入する。この際、バルブ１４が閉口状態であるので、第１反応槽３内に流入した排水は、第２反応槽７に流入することはない。この流入と同時に紫外線ランプ１８及び空気注入部２２を稼働することによって、排水に紫外線を照射するとともに空気を供給し、これにより排水中の有機物が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１８を稼働する前から供給してもよい。分解された有機物によって排水のｐＨは、４以下の酸性側から徐々に中性側に移行する。ｐＨが中性側に移行してくると、水中の金属イオンが反応し金属水酸化物を形成する。一般的に水中のｐＨが５．５のとき、金属イオンはイオンとして溶存することはほとんどできなく、金属水酸化物として析出することが知られている。また、水酸化物として析出する金属イオンとしては、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、及び亜鉛などがある。
【００５０】
（金属酸化物捕集工程）
次に、図示しないポンプを稼働することによって、循環路１０を介して第１反応槽３内で処理された金属水酸化物を含む排水をろ過器５に供給すると、このろ過器５により排水中の金属水酸化物が捕集され、次いで、循環路１１を介して第１反応槽３に戻す。戻された排水に対して、再度紫外線を照射し、その排水をろ過器５に送るという操作を排水のｐＨが好ましくは５．５、さらに好ましくは６．５になるまで繰り返す。所定のｐＨになった後、バルブ１４を開口状態とし、第１反応槽３と第２反応槽７とを連通状態とするとともに、図示しないポンプを稼働して、第１反応槽３内の排水を第２反応槽７に供給する。本実施形態に係る排水処理装置においては、このようにろ過器５によって金属酸化物が捕集され除去され、金属イオンをほとんど含まない状態で、排水が第２反応槽７に供給される。排水が第２反応槽７に供給された後、バルブ１４を閉口状態とする。その後、第１反応槽３内に新たな排水を流入して、前述した第１紫外線照射工程及び金属水酸化物捕集工程を再度同様に行い、これと同時に、後述の第２紫外線照射工程を行う。
【００５１】
（第２紫外線照射工程）
次に、第１紫外線照射工程及び金属水酸化物捕集工程によって処理された排水が第２反応槽７に流入すると同時に、紫外線ランプ１９及び空気注入部２３を稼働することによって、排水及び光触媒カートリッジ３０に紫外線を照射するとともに、排水中に空気を供給し、これにより、排水中の有機物が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１９を稼働する前から供給してもよい。紫外線ランプ１９は、波長１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する短波長紫外線ランプを用いている。一般的に、このような短波長紫外線ランプによる有機物の分解機構としては、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によって水中に溶存する酸素が酸化されＯＨラジカルが発生し、この発生したＯＨラジカルによって水中の有機物が分解される。すなわち、有機物の分解は水中のＯＨラジカルの発生量に支配されることから、常に空気を供給することで水中の溶存酸素量を高い状態で維持することができ、分解効果を高く維持することができる。
【００５２】
通常、酸化チタン光触媒を利用した排水処理装置においては、紫外線ランプは、波長３５１ｎｍのブラックライト蛍光ランプ又は波長２５４ｎｍの殺菌ランプが用いられる。酸化チタン光触媒は、３８７ｎｍ以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。本実施形態に係る排水処理装置１においては、従来用いられなかった紫外線を利用し、さらに高い分解効率を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る排水処理装置１においては、光触媒繊維からなる平板状不織布３４と、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線ランプ１９とを有するので、上記光触媒への光照射効率と排水との接触効率を高く維持することができる。このため、２５０〜２６０ｎｍの紫外線を平板状不織布３４に照射することにより光触媒を励起し、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によりＯＨラジカルを発生させ排水中の有機物を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。この際、金属水酸化物捕集工程により、排水中の金属イオンが捕集されて除去されているので、第２反応槽７において、金属水酸化物が形成されることは少ない。これにより、十分な有機物の分解能力を長期間維持することができる。
【００５３】
平板状不織布上の平均紫外線強度は、１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに２〜８ｍＷ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線ランプと平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。
【００５４】
有機物の分解が不十分な場合は、流動槽２８の底面の排水流出口２６側から流通路１２側へのびる循環路３２によって排水を循環させ、有機物の分解を繰り返す。有機物が十分に分解されたら、排水流出口２６から処理された排水を取り出し、排水処理が完了する。
【００５５】
本実施形態に係る排水処理装置１によって処理された排水は、再利用できる。この水の導電率は、１０μＳ／ｍ以下であり、純水の導電率と同等レベルである。排水流出口２６から排出された処理水は、イオン交換等によって残留する金属イオンや有機物を除去してもよい。また、本排水処理装置前後に適切な前処理装置及び後処理装置を設置することにより排水処理システムとして利用することが可能である。このような前処理装置としては例えば、砂ろ過、マイクロフィルター、及び活性炭フィルターなど主として粒子状の異物を除去するものが挙げられる。また、後処理装置としては、例えば、イオン交換装置、限外ろ過膜、マイクロフィルター、及び活性炭フィルターなど排水中に微量含まれる溶存物質の除去又は粒子状の異物除去を目的としたものが挙げられる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明に係る水浄化装置の実施例を説明する。
【００５７】
（製造例１）
先ず、実施例に用いられる平板状不織布として酸化チタン／シリカ繊維を製造した。すなわち、５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。
【００５８】
ポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００５９】
この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、製造例１に係る酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。
【００６０】
（製造例２）
製造例１で得られた酸化チタン／シリカ繊維不織布をパラジウム濃度２．５ｐｐｍのパラジウムメッキ液（パラデックス：田中貴金属（株）製）内に浸漬し、波長が３５１ｎｍの紫外線を４ｍＷ／ｃｍ２の強度で４時間照射した。照射後、繊維を取り出し、水洗、さらに乾燥を行うことによって、製造例２に係るパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。重量測定の結果から、パラジウム担持量は、０．０５重量％であった。
【００６１】
（実施例１）
製造例１で得られた酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図１に示される排水処理装置を作製した。用いた紫外線ランプは、ヘレウス株式会社製ＮＩＱ２０１／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材としては合成石英が使用されている。出力は２００Ｗであり、この紫外線ランプを第１反応槽で５本×７列の３５本、第２反応槽で５本×３列の１５本使用した。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。第１反応槽における紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとし、また第２反応槽では紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は１３５ｍｍとした。平板状不織布表面の平均紫外線強度は８ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度はＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定し、平板状不織布表面の中央部から端部まで９箇所を測定し、この平均値を平均紫外線強度とした。ろ過器としては、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。
【００６２】
処理水は、蓚酸およびアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、第１反応槽では空気注入部から計３５０Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させ、一方、第２反応槽では空気注入部から計２００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらに第１反応槽では、図示しないマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを６０Ｌ／ｍｉｎで発生させた。各反応槽における処理溶液中の平均溶存酸素飽和率は第１反応槽で１１０％、第２反応槽で８０％であった。溶存酸素量はＨＯＲＩＢＡ製Ｄ−５０溶存酸素計を用いて測定し、飽和溶存酸素量は温度と水中の酸素溶存量から算出した。
【００６３】
前記蓚酸処理溶液４００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。第１反応槽で１０パス処理を行い、処理された液をバルブを開放して第２反応槽に送液し、次いで第２反応槽で１２パス処理を行った。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１反応槽で１０パス処理を行うと処理時間は２４分かかり、第２反応槽で１２パス処理を行うと、第２反応槽のみで処理時間は、２８．８分経過し、本排水処理装置全体で５２．８分処理に要する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。本条件で検討した結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度０．６ｐｐｍまで分解し得た。なお、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であり、２０回目でも初期と同程度の蓚酸分解特性が得られた。
【００６４】
（実施例２）
製造例２に記載の方法で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布用いて、実施例１と同様の条件で検討を行った。アルミニウムイオンが３０ｐｐｍかつ２００ｐｐｍの蓚酸を含む処理溶液４００Ｌを１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理した。第１反応槽で１０パス処理を行い、処理された液をバルブを開放して第２反応槽に送液し、次いで第２反応槽で１２パス処理を行った。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１反応槽で１０パス処理を行うと処理時間は２４分かかり、第２反応槽で１２パス処理を行うと、第２反応槽のみで処理時間は、２８．８分経過し、本排水処理装置全体で５２．８分処理に要する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。その結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度０．２ｐｐｍまで分解し得た。なお、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であり、２０回目でも初期と同程度の蓚酸分解特性が得られた。
【００６５】
（比較例１）
図１に示す第２反応槽に製造例１及び２に記載の方法で得られたパラジウム担持及び担持無し酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を設置せず、実施例１と同様の条件で検討を行った。アルミニウムイオンが３０ｐｐｍかつ２００ｐｐｍの蓚酸を含む処理溶液４００Ｌを１６７Ｌ／ｍｉｎで実施例１と同様の循環処理を行った。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。その結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度２ｐｐｍまでしか分解できず、排水処理能力は著しく低かった。しかしながら、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であった。
【００６６】
（比較例２）
実施例１および２に示した２槽構造排水処理装置の有用性を調べるために、製造例２に記載の方法で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図４に示される１槽構造の比較例２に係る排水処理装置５０を作製した。
【００６７】
図４に示されるように、排水処理装置５０は、直方体状に形成された流動槽５２と、流動槽５２の底面の上流側（図４の左側）と底面の下流側（図４の右側）を連通する循環路５４、５５とを備えており、この循環路５４と５５の間にろ過器５２が設けられている。流動槽５２の上流側の側面には、排水流入口５６が形成され、下流側の側面には、排水流出口５８が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口５６から排水流出口５８に、及び循環路５４及び５６に排水が流動するように構成されている。流動槽５２の下流側の側面の下部から接続されているマイクロバブル発生機（図示せず）とを備えている。
【００６８】
流動槽５２内には、光触媒及び流動槽５２内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ６６と、その排水に酸素を注入する空気注入部７０と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ６４とが配置されている。紫外線ランプ６６は、光触媒カートリッジ６４に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に１０列、合計５０本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽５２の底面と平行となるように配置されている。空気注入部７０は、流動槽５２の底面に最も近い紫外線ランプ６６の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ６６の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。平板状の光触媒カートリッジ６４は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ６６を挟むように一対配置されており、流動槽５２の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。
【００６９】
比較例２に係る排水処理装置５０においては、紫外線ランプと光触媒カートリッジの最も近い距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとした。紫外線ランプは５本×１０列の合計５０本使用し、光触媒カートリッジは２枚使用した。平板状不織布表面の平均紫外線強度は８ｍＷ／ｃｍ２であった。使用した紫外線ランプは実施例１と同様にヘレウス株式会社製ＮＩＱ２０１／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材は合成石英が使用されている。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。ろ過器６２は、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。
【００７０】
処理水は、蓚酸およびアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、空気注入部から計３５０Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらにマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを６０Ｌ／ｍｉｎで発生させた。反応槽における処理溶液中の平均溶存酸素飽和率は１１０％であった。溶存酸素量はＨＯＲＩＢＡ製Ｄ−５０溶存酸素計を用いて測定し、飽和溶存酸素量は温度と水中の酸素溶存量から算出した。
【００７１】
前記蓚酸処理溶液４００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。この処理は２２パスであった。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。
【００７２】
本条件で検討した結果、１４パス後、蓚酸濃度０．１ｐｐｍ以下、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少した。また、繰返性の検討を行った結果、繰返回数の増加に伴って分解特性が低下し、２０回目には処理時間１４パス後で蓚酸濃度は１５ｐｐｍと著しい分解特性が低かった。以上の結果を表１にまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１中、繰返性は、前記排水処理装置の蓚酸分解性能低下を評価しており、具体的に初期処理の１回目と繰返２０回目での蓚酸分解性能低下程度を評価している。
【００７５】
第１反応槽、金属水酸化物除去手段、及び第２反応槽を組み合わせた排水処理装置は、極めて優れた蓚酸の分解性能、アルミニウムイオンの除去性能、及び極めて優れた繰返性能を示すことがわかる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 排水処理装置
３ 第１反応槽
５ ろ過器
７ 第２反応槽
１４ バルブ
１８ 紫外線ランプ
１９ 紫外線ランプ
２２ 空気注入部
２３ 空気注入部
３０ 光触媒カートリッジ
３４ 平板状不織布
３６ 金網
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水に含まれる有機物を分解するための排水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水の再生利用が進められており、再生利用をするために生物処理による排水中に含まれる有機物の分解が行われてきた。しかし、上記生物による排水処理は処理施設の大型化及び処理時間の長時間化は否めない。そのため、排水中に含まれる有機物を効果的に分解、浄化できる排水処理装置が求められている。
【０００３】
排水処理方法としては、例えば、有機物含有排水に酸素を加えて高温・高圧容器内で酸化し水と炭酸ガスにまで分解する湿式酸化処理法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４９２３２
【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、特許文献１に記載の方法では、酸素純度の高い酸素ガスを用いるために、酸素ガスの取扱いに注意が必要となる。また耐圧・耐熱容器などの特殊な装置等が必要となり、高価であり、実用的ではない。さらに処理された排水は、有機物の分解等が不十分であるため工場用排水として排水されているのが現状であり、工場の水洗水などとして再利用することは皆無に等しい。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、排水中に存在する有機物を効果的に分解し、且つ、分解能力を長期間維持することができる排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、有機物及び金属イオンを含有する排水において、紫外線を照射することによって有機物が分解すると、排水中の金属イオンと反応して金属水酸化物を生成し、その金属水酸化物によって排水処理能力を長時間維持できないことを知見し、その知見のもと、光触媒に紫外線を照射させて排水中の有機物を分解する前に、排水中の金属水酸化物を生成するとともに、それを除去することによって排水処理能力を長時間維持できることを見出した。すなわち、本発明は、少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段を有する第１反応槽と、前記第１反応槽の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段と、酸化チタンを表面に有する光触媒と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段と、を有する第２反応槽と、を備えた排水処理装置であって、第１反応槽の排水が第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、簡単な構成で、排水中に存在する有機物を効果的に分解し、且つ、分解能力を長期間維持することができる排水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。
【図２】光触媒カートリッジの概念図である。
【図３】実施形態に係る工程図である。
【図４】比較例２において用いられた排水処理装置の概念断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る排水処理装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。排水処理装置１は、有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射可能な第１反応槽３と、第１反応槽３の排水中に生成された金属水酸化物を捕集することによって除去するろ過器５と、酸化チタンを表面に有する光触媒や排水に紫外線を照射させる第２反応槽７と、第１反応槽３と第２反応槽７を連通する流通路１２と、を備えている。
【００１１】
第１反応槽３は、直方体状に形成された流動槽２０と、流動槽２０の底面の上流側（図１の左側）と底面の下流側（図１の右側）を連通する循環路１０、１１と、を備えており、この流通路１０と１１の間にろ過器５が設けられている。流動槽２０の上流側の側面には、排水流入口１６が形成され、下流側の側面には、流通路１２の上流側が接続された排水流出口１７が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口１６から排水流出口１７に排水が流動されるように構成されている。また、図示しないポンプによって流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０とろ過器５の間を循環するように、すなわち排水が流動槽２０→循環路１０→ろ過器５→循環路１１→流動槽２０と循環するように構成されている。さらに、流動槽２０内には、流動槽２０内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１８と、その排水に酸素を注入する空気注入部２２が配置されている。
【００１２】
紫外線ランプ１８は、上下方向に５本、流動方向に７列、合計３５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２０の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１８の外表面には、円柱状に形成されたカバー部材が設けられ、カバー部材は、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施形態に係る排水処理装置において、紫外線ランプ１８は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能にしている。紫外線照射ランプ１８から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。なお、本実施形態において、紫外線照射ランプ１８のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されない。紫外線照射ランプ１８の数は、排水に含まれる有機物の量等に応じて決定される。
【００１３】
空気注入部２２は、流動槽２０の底面に最も近い紫外線ランプ１８の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１８の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２２は、第１反応槽３の下部からエアレーション方式でバブリング可能な装置である。空気供給量は、排水２００Ｌ／ｍｉｎに対して、２００〜５００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎであることがさらに好ましい。バブリングした水中の溶存酸素量は、飽和率で５０〜１００％であることが好ましい。また、この空気注入部２２とともに、又はそれに代えてマイクロバブル発生装置を用いて空気を供給してもよい。一般にマイクロバブルの発生方法として加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式があるが、マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、及びエジャクタ式が好ましい。マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式の発生方法が特に好ましい。発生したマイクロバブルの直径は３０μｍ以下であることが好ましい。マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生した水中の溶存酸素量は飽和率で８０〜１５０％であることが好ましい。マイクロバブルの自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
【００１４】
本実施態様に係る排水処理装置において、ろ過器５は、そこを通過する排水中の金属酸化物を捕集する機能を有し、このようなろ過器５としては、例えば、吸速ろ過方法として用いられるプレフィルター、砂ろ過、生物ろ過、活性炭、及び分離膜を用いることができるが、プレフィルターを用いることが好ましい。プレフィルターの形状としてはプリーツ型が好ましく、目開きサイズは０．２〜２μｍであることが好ましい。
【００１５】
第２反応槽７は、直方体状に形成された流動槽２８と、流動槽２８の底面の上流側と底面の下流側を連通する循環路３２と、を備えている。流動槽２８の上流側の側面には、連通路１２の下流側が接続された排水流入口２５が形成され、下流側の側面には、排水流出口２６が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口２５から排水流出口２６に排水が流動されるように構成されている。流動槽２８内には、光触媒及び流動槽２８内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１９と、その排水に酸素を注入する空気注入部２３と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ３０とが配置されている。
【００１６】
紫外線ランプ１９は、光触媒カートリッジ３０に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に３列、合計１５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２８の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１９は、本実施形態においては第１反応槽３で用いられた紫外線ランプ１８と同じものを用いることができる。空気注入部２３は、流動槽２８の底面に最も近い紫外線ランプ１９の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１９の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２３は、第１反応槽３で用いられた空気注入部２２と同じものを用いることができる。平板状の光触媒カートリッジ３０は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ１９を挟むように一対配置されており、流動槽２８の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。本実施態様に係る排水処理装置においては一対のみ配置したが、処理能力等に応じて複数対配置してもよい。また、本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０は、このように排水の流動方向に対して垂直に交わるように配置したが、流動する排水が効率よく各平板状不織布３４を通過すればよく、例えば、斜めに配置してもよい。平板状不織布３４を斜めに配置する場合、流動方向に対して１０°前後、傾いて設置されることが好ましく、５°前後であることがさらに好ましい。
【００１７】
本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０に用いられている光触媒としては、アナターゼ型の酸化チタンが用いられることが好ましい。この光触媒の形状は、粉末、繊維、薄膜、厚膜の形態をとることができる。繊維形態の場合、大別して三種類の光触媒繊維が存在する。酸化チタンで構成される繊維、ガラス繊維などの表面に酸化チタンがコーティングされている繊維、及び表面が酸化チタン、内部が高強度のシリカの傾斜構造を有する繊維である。酸化チタンで構成されている場合、繊維自体の強度が低く流水圧による破断が生じやすく、またコーティングの場合、コーティング相が流水による剥がれ落ちるという問題がある。本発明者らは、すでに特許第３４６５６９９に示すように、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に酸化チタンを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維を開発している。この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないために繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題点も解決されているので、好ましく用いることができる。
【００１８】
光触媒カートリッジ３０は、上述した光触媒繊維を用いて平板状に形成された平板状不織布３４と一対の金網３６とからなり、図２に示されるように平板状不織布３４が一対のステンレス製の金網３６によって挟持されている。このように金網３６をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布３４を容易に取り換えることができる。
【００１９】
次に、本実施態様に係る排水処理装置に用いられる光触媒繊維からなる平板状不織布３４の好ましい例について詳細に説明する。光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（以下、第１相という。）とＴｉを含む金属酸化物相（以下、第２相という。）との複合酸化物であるシリカ基複合酸化物繊維からなることが好ましい。
【００２０】
第１相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素（Ｂ）としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。
【００２１】
第１相は、シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の存在割合は４０〜９８重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。
【００２２】
一方、第２相は、Ｔｉを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、Ｔｉが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよい。第２相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第２相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。第２相のＴｉを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ以下が好ましい。
【００２３】
第２相に含まれる金属酸化物のＴｉの存在割合は、シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでもよい。尚、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ちシリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を示している。
【００２４】
シリカ基複合酸化物繊維からなる光触媒繊維は、次の製造方法により得ることができる。
【００２５】
（溶融紡糸法）
シリカ基複合酸化物繊維は、下記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを、有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシランあるいは変性ポリカルボシランと有機金属化合物との混合物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼成することにより、シリカ基複合酸化物繊維を製造することができる。以下、これらを第１工程乃至第４工程に分けて詳細に説明する。
【００２６】
【化１】
【００２７】
（第１工程）
シリカ基複合酸化物繊維を製造するための出発原料として使用する数平均分子量が１，０００〜５０，０００の変性ポリカルボシランを製造する工程である。変性ポリカルボシランの基本的な製造方法は、特開昭５６−７４１２６号に極めて類似しているが、その中に記載されている官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。これについて以下に概説する。
【００２８】
出発原料である変性ポリカルボシランは、主として上記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランと、一般式、Ｍ（ＯＲ’）ｎあるいはＭＲ”ｍ（Ｍは金属元素、Ｒ’は炭素原子数１〜２０個を有するアルキル基又はフェニル基、Ｒ”はアセチルアセトナート、ｍとｎは１より大きい整数）を基本構造とする有機金属化合物とから誘導されるものである。
【００２９】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、前記有機金属化合物の一部のみがポリカルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する必要がある。その為には２８０℃以下、好ましくは２５０℃以下の温度で、不活性ガス中で反応させる必要がある。この反応条件では、有機金属化合物は、ポリカルボシランと反応したとしても、１官能性重合体として結合（即ちペンダント状に結合）しており、大幅な分子量の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合した変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じる。
【００３０】
尚、２官能基以上の多くの官能基が結合した場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、１官能基しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存している場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。
【００３１】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、未反応の有機金属化合物を意図的に残存させる条件を選択することが望ましい。主として上記変性ポリカルボシランと未反応状態の有機金属化合物あるいは２〜３量体程度の有機金属化合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポリカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカルボシラン成分が含まれる場合は、同様に出発原料として使用できる。
【００３２】
（第２工程）
第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物（以下、前駆体という場合がある。）を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、５０〜２００℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設けてもよい。尚、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変えることにより調整される。
【００３３】
前記溶融紡糸の他に、第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物を、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあるいはその他変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により紡糸し、巻き取り速度を制御して目的とする繊維を得ることができる。
【００３４】
これらの紡糸工程において、必用ならば、紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒のうち少なくとも１つの気体との混合雰囲気とするか、あるいは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維の固化を制御することができる。
【００３５】
（第３工程）
第２工程で得られた紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力または無張力の作用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。この工程は、後工程の焼成の際に繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うものである。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、特に限定されないが、一般に５０〜４００℃の範囲内で、数時間〜３０時間の処理上条件が選択される。酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていてもよく、酸素分圧を意図的に変えてもよい。
【００３６】
ところで、原料中に含まれる低分子量物の割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が５０℃を下回る場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度よりも低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場合もある。尚、同第２工程並びに第３工程の際に、原料中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリードアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成されるものと考えられる。
【００３７】
（第４工程）
第３工程により不融化された繊維を、張力または無張力下で、５００〜１８００℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、表層に向かって第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。この工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。このような状態でも、目的とする機能に支障を来さない場合はそのまま使用されるが、支障を来す場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成並びに結晶構造に問題が生じない温度、処理時間が選択されなければならない。
【００３８】
第４工程により得られた光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維を短繊維にした後、ニードルパンチ等を行い、平板状不織布３４とすることができる。
【００３９】
（メルトブロー法）
また、他の製造方法としては、シリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布は、メルトブロー法を用いて、前記前駆体を溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集することにより不織布を形成させ、次いで、その不織布を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製造することができる。
【００４０】
紡糸ノズルの直径は通常１００〜５００μｍ程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は３０〜３００ｍ／ｓ程度であり、速度が速いほど細い繊維が得られる。また、窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が得られれば特に制限はないが、通常５００℃程度に加熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、前記前駆体を紡糸するには窒素を用いる必要がある。噴出ガスとして窒素を用いることにより安定して紡糸を行うことができる。
【００４１】
紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら紡糸することが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は２〜１０ｍ／ｓ程度の範囲が好ましい。
【００４２】
得られた不織布に上記溶融紡糸の場合と同様の不融化処理及び焼成を行うことにより、シリカ基複合酸化物繊維の不織布とすることができる。上記メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊維は、平均繊維径が１〜２０μｍ、好ましくは、１〜８μｍ、より好ましくは、２〜６μｍと、溶融紡糸で製造される繊維に比べてより細いものとすることができる。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性が増大する。また、メルトブロー法により製造される不織布は、溶融紡糸法で製造された長さ４０〜５０ｍｍ程度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比べて繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度が高く（引張強度２Ｎ以上）、フィルター等に加工する際に十分なプリーツ加工性を有する。
【００４３】
平板状不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが、通常目付けが５０〜５００ｇ／ｍ２、厚みは好ましくは０．５〜２０ｍｍのものが用いられる。厚みは、必要に応じて不織布を積層することにより調整できる。厚みは、０．５ｍｍよりも薄い場合には、光触媒量そのものが少なすぎて水の浄化効果が十分に得られない。２０ｍｍよりも厚い場合は平板状不織布が抵抗となり、圧力損失が増大し、水処理が難しくなる。平板状不織布の形状は特に制限はないが、平板状不織布３４を挿入する流動槽の形状に合わせて、丸型、角型などにすることができ、平板状不織布３４の表面積を大きくするために波板状にすることもできる。
【００４４】
上記のような平板状不織布３４の製造方法によれば、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に酸化チタンを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維からなる平板状不織布３４が得られる。また、この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないため、繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題がない。さらにこの繊維からなる平板状不織布３４は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、処理流体と光触媒との接触面積が非常に大きくなる。一般に、光触媒の機能を十分に引き出すためには、光触媒への光の照射効率と処理流体との接触効率を高めることが必要である。
【００４５】
上記光触媒繊維の表面は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持しているのが好ましい。
【００４６】
前記金属の担持方法は、特に制限はないが、前記金属の金属イオンが含まれる液と前記シリカ基複合酸化物繊維を接触させながら、第２相を構成する金属酸化物のバンドギャップに相当するエネルギー以上のエネルギーを有する光を照射することによって、前記金属酸化物の還元サイト（光の非照射面）に還元した金属粒子を担持することができる。例えば、第２相がアナターゼ型の酸化チタンの場合、そのバンドギャップは３．２ｅＶであるので、これに相当するエネルギー、すなわち３８７ｎｍ以下の波長を有する光を照射することによって、酸化チタン粒子の表面に金属粒子を担持することができる。
【００４７】
第１反応槽３と第２反応槽７を連通する流通路１２には、バルブ１４が設けられており、バルブの閉口状態とすることにより、第１反応槽３と第２反応槽７をそれぞれ独立させた系とすることができる。本実施形態に係る排水処理装置において、バルブ１４は、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ストップバルブ、及びチェックバルブなどを用いることができ、ボールバルブを用いることが好ましい。また、バルブ１４は、任意の時間で開閉できる機能を有することが好ましく、このようなバルブとして、電磁バルブや電動バルブが好ましい。開閉のタイミングは、第１反応槽３内のｐＨで制御することが好ましく、ｐＨ５．５になった時にバルブの開閉を行うことが好ましい。
【００４８】
次に、図３に示す工程図を用いて本実施形態に係る排水処理装置の動作を詳細に説明する。本実施形態に係る排水処理装置の動作は、有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射する第１紫外線照射工程と、第１紫外線照射工程によって生成された金属水酸化物を捕集する金属水酸化物捕集工程と、酸化チタンを表面に有する光触媒に第１紫外線照射工程及び金属酸化物除去工程により処理された排水を接触させ、前記光触媒に紫外線を照射する第２紫外線照射工程とを備える。
【００４９】
（第１紫外線照射工程）
まず、バルブ１４を閉口状態とし、次いで、図示しないポンプを稼働することによって、金属イオン及び有機物を含んだ排水を排水流入口１６から第１反応槽３内に流入する。この際、バルブ１４が閉口状態であるので、第１反応槽３内に流入した排水は、第２反応槽７に流入することはない。この流入と同時に紫外線ランプ１８及び空気注入部２２を稼働することによって、排水に紫外線を照射するとともに空気を供給し、これにより排水中の有機物が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１８を稼働する前から供給してもよい。分解された有機物によって排水のｐＨは、４以下の酸性側から徐々に中性側に移行する。ｐＨが中性側に移行してくると、水中の金属イオンが反応し金属水酸化物を形成する。一般的に水中のｐＨが５．５のとき、金属イオンはイオンとして溶存することはほとんどできなく、金属水酸化物として析出することが知られている。また、水酸化物として析出する金属イオンとしては、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、及び亜鉛などがある。
【００５０】
（金属酸化物捕集工程）
次に、図示しないポンプを稼働することによって、循環路１０を介して第１反応槽３内で処理された金属水酸化物を含む排水をろ過器５に供給すると、このろ過器５により排水中の金属水酸化物が捕集され、次いで、循環路１１を介して第１反応槽３に戻す。戻された排水に対して、再度紫外線を照射し、その排水をろ過器５に送るという操作を排水のｐＨが好ましくは５．５、さらに好ましくは６．５になるまで繰り返す。所定のｐＨになった後、バルブ１４を開口状態とし、第１反応槽３と第２反応槽７とを連通状態とするとともに、図示しないポンプを稼働して、第１反応槽３内の排水を第２反応槽７に供給する。本実施形態に係る排水処理装置においては、このようにろ過器５によって金属酸化物が捕集され除去され、金属イオンをほとんど含まない状態で、排水が第２反応槽７に供給される。排水が第２反応槽７に供給された後、バルブ１４を閉口状態とする。その後、第１反応槽３内に新たな排水を流入して、前述した第１紫外線照射工程及び金属水酸化物捕集工程を再度同様に行い、これと同時に、後述の第２紫外線照射工程を行う。
【００５１】
（第２紫外線照射工程）
次に、第１紫外線照射工程及び金属水酸化物捕集工程によって処理された排水が第２反応槽７に流入すると同時に、紫外線ランプ１９及び空気注入部２３を稼働することによって、排水及び光触媒カートリッジ３０に紫外線を照射するとともに、排水中に空気を供給し、これにより、排水中の有機物が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１９を稼働する前から供給してもよい。紫外線ランプ１９は、波長１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する短波長紫外線ランプを用いている。一般的に、このような短波長紫外線ランプによる有機物の分解機構としては、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によって水中に溶存する酸素が酸化されＯＨラジカルが発生し、この発生したＯＨラジカルによって水中の有機物が分解される。すなわち、有機物の分解は水中のＯＨラジカルの発生量に支配されることから、常に空気を供給することで水中の溶存酸素量を高い状態で維持することができ、分解効果を高く維持することができる。
【００５２】
通常、酸化チタン光触媒を利用した排水処理装置においては、紫外線ランプは、波長３５１ｎｍのブラックライト蛍光ランプ又は波長２５４ｎｍの殺菌ランプが用いられる。酸化チタン光触媒は、３８７ｎｍ以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。本実施形態に係る排水処理装置１においては、従来用いられなかった紫外線を利用し、さらに高い分解効率を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る排水処理装置１においては、光触媒繊維からなる平板状不織布３４と、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線ランプ１９とを有するので、上記光触媒への光照射効率と排水との接触効率を高く維持することができる。このため、２５０〜２６０ｎｍの紫外線を平板状不織布３４に照射することにより光触媒を励起し、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によりＯＨラジカルを発生させ排水中の有機物を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。この際、金属水酸化物捕集工程により、排水中の金属イオンが捕集されて除去されているので、第２反応槽７において、金属水酸化物が形成されることは少ない。これにより、十分な有機物の分解能力を長期間維持することができる。
【００５３】
平板状不織布上の平均紫外線強度は、１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに２〜８ｍＷ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線ランプと平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。
【００５４】
有機物の分解が不十分な場合は、流動槽２８の底面の排水流出口２６側から流通路１２側へのびる循環路３２によって排水を循環させ、有機物の分解を繰り返す。有機物が十分に分解されたら、排水流出口２６から処理された排水を取り出し、排水処理が完了する。
【００５５】
本実施形態に係る排水処理装置１によって処理された排水は、再利用できる。この水の導電率は、１０μＳ／ｍ以下であり、純水の導電率と同等レベルである。排水流出口２６から排出された処理水は、イオン交換等によって残留する金属イオンや有機物を除去してもよい。また、本排水処理装置前後に適切な前処理装置及び後処理装置を設置することにより排水処理システムとして利用することが可能である。このような前処理装置としては例えば、砂ろ過、マイクロフィルター、及び活性炭フィルターなど主として粒子状の異物を除去するものが挙げられる。また、後処理装置としては、例えば、イオン交換装置、限外ろ過膜、マイクロフィルター、及び活性炭フィルターなど排水中に微量含まれる溶存物質の除去又は粒子状の異物除去を目的としたものが挙げられる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明に係る水浄化装置の実施例を説明する。
【００５７】
（製造例１）
先ず、実施例に用いられる平板状不織布として酸化チタン／シリカ繊維を製造した。すなわち、５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。
【００５８】
ポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００５９】
この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、製造例１に係る酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。
【００６０】
（製造例２）
製造例１で得られた酸化チタン／シリカ繊維不織布をパラジウム濃度２．５ｐｐｍのパラジウムメッキ液（パラデックス：田中貴金属（株）製）内に浸漬し、波長が３５１ｎｍの紫外線を４ｍＷ／ｃｍ２の強度で４時間照射した。照射後、繊維を取り出し、水洗、さらに乾燥を行うことによって、製造例２に係るパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。重量測定の結果から、パラジウム担持量は、０．０５重量％であった。
【００６１】
（実施例１）
製造例１で得られた酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図１に示される排水処理装置を作製した。用いた紫外線ランプは、ヘレウス株式会社製ＮＩＱ２０１／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材としては合成石英が使用されている。出力は２００Ｗであり、この紫外線ランプを第１反応槽で５本×７列の３５本、第２反応槽で５本×３列の１５本使用した。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。第１反応槽における紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとし、また第２反応槽では紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は１３５ｍｍとした。平板状不織布表面の平均紫外線強度は８ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度はＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定し、平板状不織布表面の中央部から端部まで９箇所を測定し、この平均値を平均紫外線強度とした。ろ過器としては、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。
【００６２】
処理水は、蓚酸およびアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、第１反応槽では空気注入部から計３５０Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させ、一方、第２反応槽では空気注入部から計２００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらに第１反応槽では、図示しないマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを６０Ｌ／ｍｉｎで発生させた。各反応槽における処理溶液中の平均溶存酸素飽和率は第１反応槽で１１０％、第２反応槽で８０％であった。溶存酸素量はＨＯＲＩＢＡ製Ｄ−５０溶存酸素計を用いて測定し、飽和溶存酸素量は温度と水中の酸素溶存量から算出した。
【００６３】
前記蓚酸処理溶液４００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。第１反応槽で１０パス処理を行い、処理された液をバルブを開放して第２反応槽に送液し、次いで第２反応槽で１２パス処理を行った。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１反応槽で１０パス処理を行うと処理時間は２４分かかり、第２反応槽で１２パス処理を行うと、第２反応槽のみで処理時間は、２８．８分経過し、本排水処理装置全体で５２．８分処理に要する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。本条件で検討した結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度０．６ｐｐｍまで分解し得た。なお、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であり、２０回目でも初期と同程度の蓚酸分解特性が得られた。
【００６４】
（実施例２）
製造例２に記載の方法で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布用いて、実施例１と同様の条件で検討を行った。アルミニウムイオンが３０ｐｐｍかつ２００ｐｐｍの蓚酸を含む処理溶液４００Ｌを１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理した。第１反応槽で１０パス処理を行い、処理された液をバルブを開放して第２反応槽に送液し、次いで第２反応槽で１２パス処理を行った。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１反応槽で１０パス処理を行うと処理時間は２４分かかり、第２反応槽で１２パス処理を行うと、第２反応槽のみで処理時間は、２８．８分経過し、本排水処理装置全体で５２．８分処理に要する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。その結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度０．２ｐｐｍまで分解し得た。なお、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であり、２０回目でも初期と同程度の蓚酸分解特性が得られた。
【００６５】
（比較例１）
図１に示す第２反応槽に製造例１及び２に記載の方法で得られたパラジウム担持及び担持無し酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を設置せず、実施例１と同様の条件で検討を行った。アルミニウムイオンが３０ｐｐｍかつ２００ｐｐｍの蓚酸を含む処理溶液４００Ｌを１６７Ｌ／ｍｉｎで実施例１と同様の循環処理を行った。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。その結果、第１反応槽処理後、蓚酸濃度１０ｐｐｍ、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少し、その後、第２反応槽処理後、蓚酸濃度２ｐｐｍまでしか分解できず、排水処理能力は著しく低かった。しかしながら、繰返回数２０回目でもその分解特性はほぼ同等であった。
【００６６】
（比較例２）
実施例１および２に示した２槽構造排水処理装置の有用性を調べるために、製造例２に記載の方法で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図４に示される１槽構造の比較例２に係る排水処理装置５０を作製した。
【００６７】
図４に示されるように、排水処理装置５０は、直方体状に形成された流動槽５２と、流動槽５２の底面の上流側（図４の左側）と底面の下流側（図４の右側）を連通する循環路５４、５５とを備えており、この循環路５４と５５の間にろ過器５２が設けられている。流動槽５２の上流側の側面には、排水流入口５６が形成され、下流側の側面には、排水流出口５８が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口５６から排水流出口５８に、及び循環路５４及び５６に排水が流動するように構成されている。流動槽５２の下流側の側面の下部から接続されているマイクロバブル発生機（図示せず）とを備えている。
【００６８】
流動槽５２内には、光触媒及び流動槽５２内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ６６と、その排水に酸素を注入する空気注入部７０と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ６４とが配置されている。紫外線ランプ６６は、光触媒カートリッジ６４に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に１０列、合計５０本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽５２の底面と平行となるように配置されている。空気注入部７０は、流動槽５２の底面に最も近い紫外線ランプ６６の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ６６の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。平板状の光触媒カートリッジ６４は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ６６を挟むように一対配置されており、流動槽５２の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。
【００６９】
比較例２に係る排水処理装置５０においては、紫外線ランプと光触媒カートリッジの最も近い距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとした。紫外線ランプは５本×１０列の合計５０本使用し、光触媒カートリッジは２枚使用した。平板状不織布表面の平均紫外線強度は８ｍＷ／ｃｍ２であった。使用した紫外線ランプは実施例１と同様にヘレウス株式会社製ＮＩＱ２０１／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材は合成石英が使用されている。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。ろ過器６２は、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。
【００７０】
処理水は、蓚酸およびアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、空気注入部から計３５０Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらにマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを６０Ｌ／ｍｉｎで発生させた。反応槽における処理溶液中の平均溶存酸素飽和率は１１０％であった。溶存酸素量はＨＯＲＩＢＡ製Ｄ−５０溶存酸素計を用いて測定し、飽和溶存酸素量は温度と水中の酸素溶存量から算出した。
【００７１】
前記蓚酸処理溶液４００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。この処理は２２パスであった。前記排水処理装置では、４００Ｌの蓚酸処理溶液を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、２．４分で全溶液４００Ｌが処理されるこの処理時間を便宜上、１パスと定義する。また、前記排水処理装置の繰返特性を検討するために、前記排水処理装置を用いて処理した溶液に、アルミニウムイオンが３０ｐｐｍ含む２００ｐｐｍの蓚酸水溶液を作成し循環処理を行い、これを繰返回数２０回まで行った。
【００７２】
本条件で検討した結果、１４パス後、蓚酸濃度０．１ｐｐｍ以下、アルミニウムイオン濃度０．１ｐｐｍ以下まで減少した。また、繰返性の検討を行った結果、繰返回数の増加に伴って分解特性が低下し、２０回目には処理時間１４パス後で蓚酸濃度は１５ｐｐｍと著しい分解特性が低かった。以上の結果を表１にまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１中、繰返性は、前記排水処理装置の蓚酸分解性能低下を評価しており、具体的に初期処理の１回目と繰返２０回目での蓚酸分解性能低下程度を評価している。
【００７５】
第１反応槽、金属水酸化物除去手段、及び第２反応槽を組み合わせた排水処理装置は、極めて優れた蓚酸の分解性能、アルミニウムイオンの除去性能、及び極めて優れた繰返性能を示すことがわかる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 排水処理装置
３ 第１反応槽
５ ろ過器
７ 第２反応槽
１４ バルブ
１８ 紫外線ランプ
１９ 紫外線ランプ
２２ 空気注入部
２３ 空気注入部
３０ 光触媒カートリッジ
３４ 平板状不織布
３６ 金網
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段を有する第１反応槽と、
前記第１反応槽の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段と、
酸化チタンを表面に有する光触媒と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段と、を有する第２反応槽と、
を備えた排水処理装置であって、
第１反応槽の排水が第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記第１反応槽と第２反応槽を流通させる流通路をさらに備え、
前記流通路には、その流通状態を遮断可能なバルブを備え、
第１反応槽の排水を第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記バルブを開口させて、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記金属水酸化物除去手段は、前記第１反応槽に接続され、排水が循環可能になるように設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記第１反応槽及び前記第２反応槽の少なくとも一つは、さらに排水中に酸素を注入する酸素注入手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記第２紫外線照射手段は、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線が照射できることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記光触媒が、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記光触媒繊維の不織布は、平板状に形成された平板状不織布であり、前記第２紫外線照射手段は、紫外線ランプを備え、
前記平板状不織布は、その面が排水の流動方向に対して交わるように設置され、前記紫外線ランプは、その長手方向が排水の流動方向に対して交わるように設置されてことを特徴とする請求項６記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物の繊維からなり、第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しているシリカ基複合酸化物繊維であることを特徴とする請求項６又は７記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記光触媒繊維の表面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持されていることを特徴とする請求項６乃至８いずれか記載の排水処理装置。
【請求項１】
少なくとも有機物及び金属イオンが含有された排水に紫外線を照射させる第１紫外線照射手段を有する第１反応槽と、
前記第１反応槽の排水中に生成された金属水酸化物を除去する金属水酸化物除去手段と、
酸化チタンを表面に有する光触媒と、少なくとも該光触媒に紫外線を照射させる第２紫外線照射手段と、を有する第２反応槽と、
を備えた排水処理装置であって、
第１反応槽の排水が第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記第１反応槽と第２反応槽を流通させる流通路をさらに備え、
前記流通路には、その流通状態を遮断可能なバルブを備え、
第１反応槽の排水を第１紫外線照射手段と金属水酸化物除去手段によって処理された後に、前記バルブを開口させて、前記第１反応槽の排水が前記第２反応槽に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記金属水酸化物除去手段は、前記第１反応槽に接続され、排水が循環可能になるように設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記第１反応槽及び前記第２反応槽の少なくとも一つは、さらに排水中に酸素を注入する酸素注入手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記第２紫外線照射手段は、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線が照射できることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記光触媒が、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記光触媒繊維の不織布は、平板状に形成された平板状不織布であり、前記第２紫外線照射手段は、紫外線ランプを備え、
前記平板状不織布は、その面が排水の流動方向に対して交わるように設置され、前記紫外線ランプは、その長手方向が排水の流動方向に対して交わるように設置されてことを特徴とする請求項６記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物の繊維からなり、第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しているシリカ基複合酸化物繊維であることを特徴とする請求項６又は７記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記光触媒繊維の表面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持されていることを特徴とする請求項６乃至８いずれか記載の排水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１２５７８（Ｐ２０１１−２１２５７８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２９２４（Ｐ２０１０−８２９２４）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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