紫外線酸化装置及び紫外線酸化方法
【課題】被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことができる紫外線酸化装置を提供する。
【解決手段】紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置において、紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒フィルタと、被処理水を光触媒フィルタに透過させる流路と、を備えることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化装置を提供することができる。
【解決手段】紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置において、紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒フィルタと、被処理水を光触媒フィルタに透過させる流路と、を備えることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造等における有機物除去のための紫外線酸化装置及び紫外線酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工業等において、洗浄水等の用途に有機物、各種イオン等の不純物を極めて低いレベルにまで低下させた純水の利用が盛んになってきており、純水を更に高純度化した超純水も利用されるに至っている。
【０００３】
超純水の製造工程においては、ｐｐｂレベルの全有機炭素（ＴＯＣ）での有機物の混入までも問題視されるようになってきており、近年、微量有機分の除去方法についての種々の検討がなされ、その結果として、紫外線酸化処理を利用した有機物の分解除去工程が盛んに導入されている。
【０００４】
純水の製造装置は一般的にはイオン交換装置を主体として構成されており、ｐｐｂレベルでの有機物の除去効果は期待できない。そこで、イオン交換装置での各種イオンを除去して得られる純水中に含まれる有機物に、紫外線を照射してこれを酸化分解し、Ｒ−ＣＯＯ−、ＨＣＯ３−等の陰イオンに変化させる工程を紫外線酸化装置によって行い、この紫外線酸化処理によって生じたイオンを後段に設けたイオン交換装置で除去することでＴＯＣのｐｐｂレベルまでの低下を実現する方法が注目されている。
【０００５】
紫外線酸化装置自体の一般的な構造は、図６に示すとおりで、紫外線酸化装置５のステンレス製等の反応槽５２中に管状の紫外線ランプ５０（例えば、２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、２５４ｎｍと１９４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ等）が設置されており、被処理水中の微量有機物が紫外線照射により分解される。
【０００６】
紫外線酸化装置５で処理された処理水は、紫外線酸化装置５の後段に設置されたイオン交換装置に送り込まれ、有機物の酸化分解で生じた陰イオンがイオン交換樹脂によって除去される。
【０００７】
一方、従来、液体中に含まれているＴＯＣ成分を除去する技術として紫外線ランプと光触媒とを組み合わせた技術が数多く報告されており、超純水製造装置への適用もいくつか検討されている。例えば、特許文献１には、超純水等の液体中に過酸化水素、オゾンを添加するとともに、アナタース型等の光触媒の存在下において、紫外線ランプ等により紫外線照射を行い、超純水等の液体中のＴＯＣ成分を分解する方法が記載されている。また、特許文献２のように、紫外線ランプと内壁に光触媒を保持させた紫外線処理槽とを組み合わせた装置で、紫外線ランプ近傍で空気のバブリングを発生させることにより有機物の酸化を促進するような例も報告されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５１４５０号公報
【特許文献２】特許第２８８８１８５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９８６６号公報
【特許文献４】特許第３３７０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した紫外線酸化装置における紫外線ランプを用いた酸化処理では、一般的に、
ａ）紫外線ランプの消費電力が大きい（一般的に紫外線酸化装置は紫外線ランプが発する１８５ｎｍ紫外線により有機物を酸化分解するが、１８５ｎｍ紫外線の照射出力は投入電力の３〜５％程度に過ぎず、９５％強の電力が無効に消費されている。）。
ｂ）１８５ｎｍ紫外線は水への吸収が大きく、純水中でも１０ｍｍ程度しか透過しないため、十分な酸化効果を得るためには、紫外線ランプと紫外線酸化装置内壁の距離を短くしなければいけない。
ｃ）紫外線ランプには寿命があり、定期的な交換が必要であるにもかかわらず単価が高い。
ｄ）紫外線照射での酸化効果を十分なものにするためには、ランプ本数が必然的に必要となり、そのためランプの交換に手間がかかる。
ｅ）紫外線照射での酸化効果を十分なものにするためには過酸化水素の混合や、エアやオゾン等のバブリングが必要である等の理由によってランニングコストが高い。
等の問題があった。
【００１０】
例えば前述した紫外線ランプによって、超純水に含まれている５〜２０ｐｐｂのＴＯＣ成分を１ｐｐｂ以下に分解除去するためには、０．３〜３ｋｗｈ／ｍ３の電力量を必要とした。実処理ラインの液体の流量を５０ｍ３／ｈｒとした場合、その消費電力は１３〜２３ｋｗと高電力を消費するという問題があった。
【００１１】
また、従来の紫外線ランプと光触媒とを組み合わせた処理方法は、工業的な技術として完成されているものが少なく、実装置として運転されているものは、光触媒と処理対象液体の接触面積が小さく、結果として光触媒反応の利用効率が極端に悪いという問題があった。
【００１２】
例えば、特許文献２のように紫外線処理槽内壁に光触媒を保持する方法では、必ずしも処理対象とするＴＯＣ成分と光触媒が接触することなく、処理水が紫外線処理装置外に出て行ってしまう場合があるため、光触媒によるＴＯＣ成分の分解効率が極端に低くなってしまう可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１のように過酸化水素、オゾンを併用する方法では、ランニングコストが上昇するとともに、紫外線処理装置の後段でさらに過酸化水素、オゾンの除去を行わなければならず、装置が複雑化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことができる紫外線酸化装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、紫外線を照射する紫外線照射手段と、前記紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒を担持せしめた光触媒フィルタと、前記被処理水を前記光触媒フィルタに透過させる流路と、を備える紫外線酸化装置である。
【００１６】
また、前記紫外線酸化装置において、前記反応部の少なくとも１つに迂流部材を備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタは膜状であり、少なくともその両面に前記光触媒がコーティングされていることが好ましい。
【００１８】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタの前記紫外線照射手段に対する取り付け角度が４５度以上１３５度以下であることが好ましい。
【００１９】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタを前記被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置し、前記流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
また、前記紫外線酸化装置において、前記酸化分解処理された処理水を前記光触媒フィルタの流出側から流入側へ通水させて前記光触媒フィルタを洗浄する逆洗手段を備えることが好ましい。
【００２１】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯのうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つであることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法であって、紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行い、前記被処理水をさらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタを透過させる紫外線酸化方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置において、紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒フィルタと、被処理水を光触媒フィルタに透過させる流路と、を備えることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明では、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法において、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行い、その被処理水をさらに光触媒フィルタを透過させることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
以下に本発明の一実施形態に係る紫外線酸化装置を図面により説明する。図１は本実施形態に係る紫外線酸化装置１の縦断面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面矢視図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【００２７】
本実施形態に係る紫外線酸化装置１は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であり、紫外線照射手段である紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部２０を備える反応槽１４と、反応槽１４内に配置されて紫外線ランプ１０からの紫外線が照射されるように配置した、光触媒を担持せしめた膜状の光触媒フィルタ１６とを備える。また、反応槽１４内の被処理水の撹拌効率を上げるために迂流部材である迂流板（フィン）１８を備えることが好ましい。
【００２８】
図１の紫外線酸化装置１において、反応槽１４内の中心付近に紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２を少なくとも１本（図１の例では３本）配置し、光触媒を担持した光触媒フィルタ１６を紫外線ランプ１０と略垂直（取り付け角度９０度）になるように反応槽１４の高さ方向にほぼ等間隔に４枚配置している。また、反応槽１４は光触媒フィルタ１６により５つの反応部２０に分割され、両端部を除いた反応部２０のそれぞれには、被処理水の撹拌効率を向上させるためにフィン１８を１枚ずつ反応槽１４の内側面の周方向に沿って配置している。反応部２０は、被処理水を光触媒フィルタ１６に透過させる流路ともなっている。なお、紫外線ランプ１０の本数、設置位置、光触媒フィルタ１６の枚数、設置位置、フィン１８の枚数、設置位置等は一例であって、これらに限定するものではなく、適宜設定することができる。
【００２９】
このような紫外線酸化装置１に反応槽１４下部の入口から上向流で被処理水を流入させると、被処理水はフィン１８の影響で充分に撹拌されながら紫外線ランプ１０から照射された紫外線による有機物の酸化分解を受けるとともに、さらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタ１６を透過する。光触媒フィルタ１６には紫外線ランプ１０からの紫外線が照射され、光触媒フィルタ１６に担持された光触媒が活性化される。被処理水はさらに光触媒フィルタ１６を透過するため、この時、光触媒反応による残存したＴＯＣ成分の分解も進行する。ＴＯＣ成分の直接分解に寄与する波長１８５ｎｍ等の紫外線は一般的にランプ表面から１０ｍｍ程度の地点で光強度が１０％未満に減衰してしまうため、必ずしも分解効率が高いとはいえないが、本実施形態に係る紫外線酸化装置１では従来の紫外線酸化装置では無効消費されていた波長２５４ｎｍ等の紫外線が光触媒の励起に寄与し、有効に利用されるため、非常に高効率な紫外線酸化装置となる。
【００３０】
なお、図１の例では、被処理水を反応槽１４に上向流で通水しているが、被処理水を反応槽に下向流または水平流で通水してもかまわない。通常は上向流で通水する。また、ここでは縦置きの反応槽としたが、横置きの反応槽とすることもできる。
【００３１】
紫外線を照射する紫外線照射手段としては紫外線ランプ１０等が挙げられ、有機物を分解し、かつ光触媒を光活性化するために必要な波長領域の光を放出するランプであれば特に制限はなく、少なくとも波長１００ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外線を放出するランプであることが好ましい。例えば２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、２５４ｎｍと１９４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、中圧ランプ、高圧ランプ等を１本または複数本使用することができる。
【００３２】
光触媒フィルタ１６としては、保持材に光触媒を担持したものを用いることができる。
【００３３】
光触媒としては、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２等、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯ等の金属及び金属酸化物のうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つの他、従来公知のものがすべて適用できる。好ましくはＴｉＯ２などである。
【００３４】
酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物系半導体光触媒は、水の直接分解を利用した水素製造をはじめ、脱臭、殺菌、水中微量有機物の分解、排水処理等の応用が提案されている。この光触媒反応の特徴は、非常に強い酸化力を持つこと、選択性に乏しいこと、触媒反応であるため長寿命が期待できること等が挙げられる。
【００３５】
光触媒を担持する保持材としては、光触媒を保持し、ハンドリングや耐久性が実用上問題のない機械的特性を持ち、かつ液体が透過する性質を持つものであれば特に制限はない。例えば、ガラス繊維、セラミック、金属、プラスチック等はいずれも使用することができ、多孔質体または金属メッシュ等の透水性の保持材が好ましい。しかしながら、光触媒フィルタは紫外線に直接さらされかつ強い酸化力を持つ光触媒を保持することから、酸化反応により侵されにくいセラミック系材料や耐食性金属材料、好ましくはチタン、アルミニウム、ステンレスなどがよい。
【００３６】
光触媒フィルタ１６の平均細孔径は被処理水が透過することができれば良く特に制限はないが、１μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。光触媒フィルタ１６の平均細孔径が１μｍ未満であると被処理水の透過性が低下したり、目詰まりを起こしやすくなる場合があり、２０００μｍを超えると被処理水と触媒の接触効率が悪化し、有機物の除去率が低下する場合がある。
【００３７】
光触媒を保持材に担持させる方法としては、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、刷塗り法、ＣＶＤ法、陽極酸化法など従来公知のものがすべて適用できる。このうち均一な膜厚の光触媒膜が成膜可能で、かつ光触媒剥離の起きにくいディップコート法、ＣＶＤ法、陽極酸化法等がコーティング法としては好ましい。
【００３８】
光触媒フィルタ１６は、図１のような膜状のものを少なくとも１枚配置しても良いし、特開２００３−１７５３３３号公報で記載されているようなコーン型のフィルタを複数個多段に重ねるように配置しても良い。
【００３９】
光触媒フィルタ１６において、接触面積を増やしＴＯＣ成分の分解効率を向上させるために、膜状の保持材の少なくとも両面に光触媒がコーティングされていることが好ましい。細孔の表面全体に光触媒が担持されているとより接触面積が増えるためより好ましい。
【００４０】
膜状の光触媒フィルタ１６の厚みは、十分な強度を有すれば良く特に制限はないが、例えば、０．０５ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲とすればよい。光触媒フィルタ１６の厚みが０．０５ｍｍ未満では強度が足りず、５ｍｍを超えると保持材の内部まで光が照射されない場合がある。
【００４１】
膜状の光触媒フィルタ１６の紫外線ランプ１０に対する取り付け角度は、紫外線ランプ１０の本数および配置位置、反応槽１４の形状等により最適角度を設定すればよいが、４５度以上１３５度以下であることが好ましく、６０度以上１２０度以下であることがより好ましい。取り付け角度が４５度未満あるいは１３５度を超えると、光触媒フィルタ１６自身による光の遮蔽効果により、ＴＯＣ分解率が低下する傾向にある。ここで、取り付け角度とは紫外線ランプ１０の発光面と光触媒フィルタ１６の面のなす角度（図１におけるα）であり、図１の例では取り付け角度は９０度である。
【００４２】
また、接触面積を増やすために、光触媒フィルタ１６を反応槽１４内の被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置することが好ましい。さらに、光触媒フィルタ１６の目詰まり防止等のために、被処理水の流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側のフィルタの平均細孔径よりも小さいことが好ましい。これにより、被処理水中に懸濁物質が含まれていた場合、上流側の目の細かいフィルタでそれらを捕捉することにより、下流側に懸濁物質が洩れない効果がある。例えば、上流側の光触媒フィルタの平均細孔径を１０μｍ以上２０μｍ以下、下流側の光触媒フィルタの平均細孔径を２０μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。
【００４３】
反応槽１４に設置する迂流部材としては、被処理水の撹拌効率を向上させることができれば良く特に制限はない。例えば、図３のようなドーナツ形状、三日月形状、円形の一部を切り取った形状等の迂流板（フィン）を用いることができる。また、フィン１８は、反応槽１４の内側面の周方向に沿って配置することが好ましい。フィン１８は、被処理水の撹拌を効率良く行うことから、各反応部２０に少なくとも１枚設置することが好ましい。
【００４４】
反応槽１４の材質としては、ステンレス、チタン等の公知の材料を用いることができる。反応槽１４の内壁面は紫外線を十分に反射する材料で構成されることが好ましい。また、紫外線の反射性が高い材料でコーティングしても良い。また、反応槽１４の内壁面に上記光触媒を塗布しても良い。これらによりさらにＴＯＣ成分の分解効率を向上することができる。
【００４５】
紫外線酸化装置１内に上述の光触媒フィルタ１６を配置することにより、紫外線ランプ１０の近傍だけでなく、光触媒フィルタ１６表面においてもＴＯＣの酸化分解が効率的に行われるため、処理水質の向上、単位処理流量あたりの紫外線ランプ出力の低減が可能となる。特に紫外線酸化装置で一般的に用いられている低圧紫外線ランプを光源として用いた場合、１８５ｎｍ紫外線のほとんど届かないところに光触媒フィルタ１６を配置することにより、従来は無効消費されていた９５％強の２５４ｎｍ紫外線を効率的に使用することができるため、処理時間の短縮、紫外線処理槽の容積拡大、処理流量の増加、紫外線ランプ使用本数の低減など紫外線酸化処理におけるランニングコストの総合的な低減が可能となる。紫外線ランプ使用本数が低減できれば、複数の紫外線ランプを使用することにより放出した紫外線が遮蔽される陰の部分が少なくなり、ランプの紫外線利用効率をさらに向上することができる。
【００４６】
また、紫外線酸化装置１は、被処理水が光触媒フィルタ１６を透過する構造を有するため、光触媒と処理対象とするＴＯＣとが少なくとも１回（望ましくは複数回）は接触することとなる。このため、従来の光触媒装置と比べ格段に光触媒酸化効率が上がる。
【００４７】
また、紫外線酸化装置１では、反応槽１４に迂流部材であるフィン１８を設置することにより、紫外線酸化装置１内の被処理水の撹拌を効率良く行うことが可能であり、光触媒によるＴＯＣ成分の分解効率を向上することができる。また、従来型の整流板を配置する必要がない。
【００４８】
さらに、紫外線酸化装置１では過酸化水素やオゾンを併用したり、エアバブリング等を別途行ったりする必要はないため、シンプルな装置設計が可能である。
【００４９】
また、本実施形態に係る紫外線酸化装置において、酸化分解処理された処理水を光触媒フィルタ１６の流出側から流入側へ通水させて光触媒フィルタ１６を洗浄する逆洗手段として逆洗配管２２、処理水タンク２３、逆洗ポンプ２４等を図４に示すように備えることが好ましい。これにより、光触媒フィルタ１６の付着物を除去することができ、目詰まりを低減することができる。
【００５０】
本実施形態では、図５に示すように、紫外線酸化装置１で被処理水中に含まれるＴＯＣを酸化分解した後、その処理水を例えば後段に設けたイオン交換装置２６等に通水することにより、ＴＯＣが数ｐｐｂレベルまで除去が可能となる。
【００５１】
以上説明したとおり、本実施形態に係る紫外線酸化装置によれば、超純水または純水等の被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に促進することによって、ＴＯＣ成分の除去処理時間を短縮して、ＴＯＣ成分の少ない高品質の超純水または純水等の処理液体を、消費電力等の製造コストを低減して得ることができる。紫外線酸化装置内に光触媒を担持させた光触媒フィルタならびにフィンを配置することにより、ＴＯＣ成分の分解を紫外線ランプの近傍だけでなく、光触媒フィルタ表面でも進行させることができ、従来法に比較し、単位流量当りの紫外線ランプの出力を減少させることができる。特に本装置は被処理液体が光触媒フィルタを全量透過するという構造を有するため、従来の光触媒酸化装置と比較して、被処理液体と光触媒との接触面積が飛躍的に増大し、その結果として光化学反応処理効率はこれまでになく高まる。本実施形態に係る紫外線酸化装置を超純水の製造ライン等に組み込むことにより、高品質の超純水を、消費電力コストを大幅に削減しながら得ることが可能となる。
【００５２】
本実施形態に係る紫外線酸化装置は、半導体製造工業等において、洗浄水等の用途に用いる純水、超純水の製造等に使用することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１）
紫外線酸化装置としては図１に示す装置（ステンレス製、内径＝１３４ｍｍ、高さ＝１８００ｍｍ）を用いた。紫外線酸化装置１内のほぼ中心に２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧の紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２を１本、２本または３本配置し、光触媒（酸化チタン）を基材（多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６））の少なくとも両面にＣＶＤ法にて担持した透過性の光触媒フィルタ１６（平均細孔径＝２０μｍ）を、紫外線ランプ１０と略垂直（取り付け角度α＝９０度）になるように、また紫外線酸化装置１の高さ方向に等間隔になるように４枚配置した。また、各光触媒フィルタ１６により分割された５つの反応部２０の両端部を除いたそれぞれには、ドーナツ形状（幅１５ｍｍ）のフィン１８を反応槽１４の内側面の周方向に沿って、高さ方向のほぼ中央付近に１枚配置した。処理対象となる被処理水は２−プロパノールを超純水で希釈し、初期濃度５０ｐｐｂに設定した。また、処理流量は３ｍ３／ｈｒとして、紫外線酸化装置１に通水した。ＵＶランプを点灯後、３０分経ってから通水を開始し、通水から１時間後に採水を行って、２−プロパノールの濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１）
実施例１の光触媒フィルタ１６の代わりに光触媒を担持せずに多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６、孔径２０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
これらの結果より実施例１の紫外線酸化装置の高い処理性能が確認された。３本の紫外線ランプを使用する従来型の紫外線酸化装置と同程度のＴＯＣ分解効率を得るのに、光触媒フィルタを組み込んだ紫外線酸化装置では、紫外線ランプ本数が１本で足りることが判明した。
【００５８】
（実施例２）
実施例１の紫外線酸化装置内のフィン１８を外した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００５９】
この結果より紫外線酸化装置内にフィンを設置することにより、反応部での撹拌効率が向上し、ＴＯＣ分解率が上昇することがわかった。
【００６０】
（実施例３）
実施例１の紫外線酸化装置１において、光触媒フィルタ１６の取り付け角度αを１２度とした以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００６１】
この結果より光触媒フィルタ１６の紫外線ランプ１０に対する取り付け角度αを小さくしすぎると、光触媒フィルタ１６自身による光の遮蔽効果により、ＴＯＣ分解率が低下することがわかった。
【００６２】
（実施例４）
光触媒フィルタとして、光触媒（酸化チタン）を基材（多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６））の片面にコーティングした透過性の光触媒フィルタ１６（平均細孔径＝２０μｍ）を使用した以外は実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００６３】
この結果より光触媒を少なくとも両面に担持することにより、ＴＯＣ分解率が上昇することがわかった。
【００６４】
（実施例５）
被処理水の流れ方向の上流側の１枚の光触媒フィルタ１６として平均細孔径が１０μｍのもの、下流側の３枚の光触媒フィルタ１６として平均細孔径が２０μｍのものを使用し、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。また、図４のように逆洗配管２２、処理水タンク２３、逆洗ポンプ２４を配置し、逆洗を行えるような装置とした。通水は１週間連続で行い、１週間後の処理水ＴＯＣ、差圧ΔＰ（入口圧力−出口圧力）の値を測定した。さらにその後、逆洗を実施し、通水再開１時間後の処理水ＴＯＣ、差圧ΔＰの値を測定した。また、光触媒フィルタ１６として４枚全て平均細孔径が２０μｍのものを使用して、同様に実験を行った。結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
この結果より被処理水の流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径を下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さくすることにより、高いＴＯＣ分解率を長期間維持できることがわかった。これは被処理水中の懸濁物質を上流側の光触媒フィルタで捕捉することにより、後段の光触媒フィルタに悪影響を及ぼすと考えられる懸濁物質が流れ出ない効果と考えられる。またこの結果より、逆洗を行うことにより光触媒フィルタの付着物が除去可能で、光触媒活性も初期の値まで回復するということがわかった。
【００６７】
（実施例６）
実施例１の紫外線酸化装置１において、光触媒を担持した透過性の光触媒フィルタ１６として、平均細孔径を１０μｍ、７５μｍ、１０００μｍ、２０００μｍと変更した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表３に示す。
【００６８】
なお、光触媒フィルタの平均細孔径は、１０μｍ、２０μｍ、７５μｍのものはメーカ公証値であり、１０００μｍ、２０００μｍのものは目開きを実測した値である。
【００６９】
【表３】
【００７０】
これらの結果より、紫外線酸化装置で使用する光触媒フィルタの平均細孔径は１μｍ以上２０００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）図１におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。（ｂ）図１におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置における迂流部材の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置の他の例の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置をイオン交換装置と組み合わせた装置の一例の概略構成を示す図である。
【図６】従来の紫外線酸化装置の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，３，５ 紫外線酸化装置、１０，５０ 紫外線ランプ、１２ 透過筒、１４，５２ 反応槽、１６ 光触媒フィルタ、１８ 迂流板（フィン）、２０ 反応部、２２ 逆洗配管、２３ 処理水タンク、２４ 逆洗ポンプ、２６ イオン交換装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造等における有機物除去のための紫外線酸化装置及び紫外線酸化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工業等において、洗浄水等の用途に有機物、各種イオン等の不純物を極めて低いレベルにまで低下させた純水の利用が盛んになってきており、純水を更に高純度化した超純水も利用されるに至っている。
【０００３】
超純水の製造工程においては、ｐｐｂレベルの全有機炭素（ＴＯＣ）での有機物の混入までも問題視されるようになってきており、近年、微量有機分の除去方法についての種々の検討がなされ、その結果として、紫外線酸化処理を利用した有機物の分解除去工程が盛んに導入されている。
【０００４】
純水の製造装置は一般的にはイオン交換装置を主体として構成されており、ｐｐｂレベルでの有機物の除去効果は期待できない。そこで、イオン交換装置での各種イオンを除去して得られる純水中に含まれる有機物に、紫外線を照射してこれを酸化分解し、Ｒ−ＣＯＯ−、ＨＣＯ３−等の陰イオンに変化させる工程を紫外線酸化装置によって行い、この紫外線酸化処理によって生じたイオンを後段に設けたイオン交換装置で除去することでＴＯＣのｐｐｂレベルまでの低下を実現する方法が注目されている。
【０００５】
紫外線酸化装置自体の一般的な構造は、図６に示すとおりで、紫外線酸化装置５のステンレス製等の反応槽５２中に管状の紫外線ランプ５０（例えば、２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、２５４ｎｍと１９４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ等）が設置されており、被処理水中の微量有機物が紫外線照射により分解される。
【０００６】
紫外線酸化装置５で処理された処理水は、紫外線酸化装置５の後段に設置されたイオン交換装置に送り込まれ、有機物の酸化分解で生じた陰イオンがイオン交換樹脂によって除去される。
【０００７】
一方、従来、液体中に含まれているＴＯＣ成分を除去する技術として紫外線ランプと光触媒とを組み合わせた技術が数多く報告されており、超純水製造装置への適用もいくつか検討されている。例えば、特許文献１には、超純水等の液体中に過酸化水素、オゾンを添加するとともに、アナタース型等の光触媒の存在下において、紫外線ランプ等により紫外線照射を行い、超純水等の液体中のＴＯＣ成分を分解する方法が記載されている。また、特許文献２のように、紫外線ランプと内壁に光触媒を保持させた紫外線処理槽とを組み合わせた装置で、紫外線ランプ近傍で空気のバブリングを発生させることにより有機物の酸化を促進するような例も報告されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５１４５０号公報
【特許文献２】特許第２８８８１８５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９８６６号公報
【特許文献４】特許第３３７０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した紫外線酸化装置における紫外線ランプを用いた酸化処理では、一般的に、
ａ）紫外線ランプの消費電力が大きい（一般的に紫外線酸化装置は紫外線ランプが発する１８５ｎｍ紫外線により有機物を酸化分解するが、１８５ｎｍ紫外線の照射出力は投入電力の３〜５％程度に過ぎず、９５％強の電力が無効に消費されている。）。
ｂ）１８５ｎｍ紫外線は水への吸収が大きく、純水中でも１０ｍｍ程度しか透過しないため、十分な酸化効果を得るためには、紫外線ランプと紫外線酸化装置内壁の距離を短くしなければいけない。
ｃ）紫外線ランプには寿命があり、定期的な交換が必要であるにもかかわらず単価が高い。
ｄ）紫外線照射での酸化効果を十分なものにするためには、ランプ本数が必然的に必要となり、そのためランプの交換に手間がかかる。
ｅ）紫外線照射での酸化効果を十分なものにするためには過酸化水素の混合や、エアやオゾン等のバブリングが必要である等の理由によってランニングコストが高い。
等の問題があった。
【００１０】
例えば前述した紫外線ランプによって、超純水に含まれている５〜２０ｐｐｂのＴＯＣ成分を１ｐｐｂ以下に分解除去するためには、０．３〜３ｋｗｈ／ｍ３の電力量を必要とした。実処理ラインの液体の流量を５０ｍ３／ｈｒとした場合、その消費電力は１３〜２３ｋｗと高電力を消費するという問題があった。
【００１１】
また、従来の紫外線ランプと光触媒とを組み合わせた処理方法は、工業的な技術として完成されているものが少なく、実装置として運転されているものは、光触媒と処理対象液体の接触面積が小さく、結果として光触媒反応の利用効率が極端に悪いという問題があった。
【００１２】
例えば、特許文献２のように紫外線処理槽内壁に光触媒を保持する方法では、必ずしも処理対象とするＴＯＣ成分と光触媒が接触することなく、処理水が紫外線処理装置外に出て行ってしまう場合があるため、光触媒によるＴＯＣ成分の分解効率が極端に低くなってしまう可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１のように過酸化水素、オゾンを併用する方法では、ランニングコストが上昇するとともに、紫外線処理装置の後段でさらに過酸化水素、オゾンの除去を行わなければならず、装置が複雑化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことができる紫外線酸化装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、紫外線を照射する紫外線照射手段と、前記紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒を担持せしめた光触媒フィルタと、前記被処理水を前記光触媒フィルタに透過させる流路と、を備える紫外線酸化装置である。
【００１６】
また、前記紫外線酸化装置において、前記反応部の少なくとも１つに迂流部材を備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタは膜状であり、少なくともその両面に前記光触媒がコーティングされていることが好ましい。
【００１８】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタの前記紫外線照射手段に対する取り付け角度が４５度以上１３５度以下であることが好ましい。
【００１９】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒フィルタを前記被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置し、前記流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
また、前記紫外線酸化装置において、前記酸化分解処理された処理水を前記光触媒フィルタの流出側から流入側へ通水させて前記光触媒フィルタを洗浄する逆洗手段を備えることが好ましい。
【００２１】
また、前記紫外線酸化装置において、前記光触媒が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯのうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つであることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法であって、紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行い、前記被処理水をさらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタを透過させる紫外線酸化方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置において、紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒フィルタと、被処理水を光触媒フィルタに透過させる流路と、を備えることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明では、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法において、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行い、その被処理水をさらに光触媒フィルタを透過させることにより、被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に行うことが可能な紫外線酸化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
以下に本発明の一実施形態に係る紫外線酸化装置を図面により説明する。図１は本実施形態に係る紫外線酸化装置１の縦断面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面矢視図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【００２７】
本実施形態に係る紫外線酸化装置１は、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であり、紫外線照射手段である紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部２０を備える反応槽１４と、反応槽１４内に配置されて紫外線ランプ１０からの紫外線が照射されるように配置した、光触媒を担持せしめた膜状の光触媒フィルタ１６とを備える。また、反応槽１４内の被処理水の撹拌効率を上げるために迂流部材である迂流板（フィン）１８を備えることが好ましい。
【００２８】
図１の紫外線酸化装置１において、反応槽１４内の中心付近に紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２を少なくとも１本（図１の例では３本）配置し、光触媒を担持した光触媒フィルタ１６を紫外線ランプ１０と略垂直（取り付け角度９０度）になるように反応槽１４の高さ方向にほぼ等間隔に４枚配置している。また、反応槽１４は光触媒フィルタ１６により５つの反応部２０に分割され、両端部を除いた反応部２０のそれぞれには、被処理水の撹拌効率を向上させるためにフィン１８を１枚ずつ反応槽１４の内側面の周方向に沿って配置している。反応部２０は、被処理水を光触媒フィルタ１６に透過させる流路ともなっている。なお、紫外線ランプ１０の本数、設置位置、光触媒フィルタ１６の枚数、設置位置、フィン１８の枚数、設置位置等は一例であって、これらに限定するものではなく、適宜設定することができる。
【００２９】
このような紫外線酸化装置１に反応槽１４下部の入口から上向流で被処理水を流入させると、被処理水はフィン１８の影響で充分に撹拌されながら紫外線ランプ１０から照射された紫外線による有機物の酸化分解を受けるとともに、さらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタ１６を透過する。光触媒フィルタ１６には紫外線ランプ１０からの紫外線が照射され、光触媒フィルタ１６に担持された光触媒が活性化される。被処理水はさらに光触媒フィルタ１６を透過するため、この時、光触媒反応による残存したＴＯＣ成分の分解も進行する。ＴＯＣ成分の直接分解に寄与する波長１８５ｎｍ等の紫外線は一般的にランプ表面から１０ｍｍ程度の地点で光強度が１０％未満に減衰してしまうため、必ずしも分解効率が高いとはいえないが、本実施形態に係る紫外線酸化装置１では従来の紫外線酸化装置では無効消費されていた波長２５４ｎｍ等の紫外線が光触媒の励起に寄与し、有効に利用されるため、非常に高効率な紫外線酸化装置となる。
【００３０】
なお、図１の例では、被処理水を反応槽１４に上向流で通水しているが、被処理水を反応槽に下向流または水平流で通水してもかまわない。通常は上向流で通水する。また、ここでは縦置きの反応槽としたが、横置きの反応槽とすることもできる。
【００３１】
紫外線を照射する紫外線照射手段としては紫外線ランプ１０等が挙げられ、有機物を分解し、かつ光触媒を光活性化するために必要な波長領域の光を放出するランプであれば特に制限はなく、少なくとも波長１００ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外線を放出するランプであることが好ましい。例えば２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、２５４ｎｍと１９４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、中圧ランプ、高圧ランプ等を１本または複数本使用することができる。
【００３２】
光触媒フィルタ１６としては、保持材に光触媒を担持したものを用いることができる。
【００３３】
光触媒としては、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２等、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯ等の金属及び金属酸化物のうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つの他、従来公知のものがすべて適用できる。好ましくはＴｉＯ２などである。
【００３４】
酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物系半導体光触媒は、水の直接分解を利用した水素製造をはじめ、脱臭、殺菌、水中微量有機物の分解、排水処理等の応用が提案されている。この光触媒反応の特徴は、非常に強い酸化力を持つこと、選択性に乏しいこと、触媒反応であるため長寿命が期待できること等が挙げられる。
【００３５】
光触媒を担持する保持材としては、光触媒を保持し、ハンドリングや耐久性が実用上問題のない機械的特性を持ち、かつ液体が透過する性質を持つものであれば特に制限はない。例えば、ガラス繊維、セラミック、金属、プラスチック等はいずれも使用することができ、多孔質体または金属メッシュ等の透水性の保持材が好ましい。しかしながら、光触媒フィルタは紫外線に直接さらされかつ強い酸化力を持つ光触媒を保持することから、酸化反応により侵されにくいセラミック系材料や耐食性金属材料、好ましくはチタン、アルミニウム、ステンレスなどがよい。
【００３６】
光触媒フィルタ１６の平均細孔径は被処理水が透過することができれば良く特に制限はないが、１μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。光触媒フィルタ１６の平均細孔径が１μｍ未満であると被処理水の透過性が低下したり、目詰まりを起こしやすくなる場合があり、２０００μｍを超えると被処理水と触媒の接触効率が悪化し、有機物の除去率が低下する場合がある。
【００３７】
光触媒を保持材に担持させる方法としては、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、刷塗り法、ＣＶＤ法、陽極酸化法など従来公知のものがすべて適用できる。このうち均一な膜厚の光触媒膜が成膜可能で、かつ光触媒剥離の起きにくいディップコート法、ＣＶＤ法、陽極酸化法等がコーティング法としては好ましい。
【００３８】
光触媒フィルタ１６は、図１のような膜状のものを少なくとも１枚配置しても良いし、特開２００３−１７５３３３号公報で記載されているようなコーン型のフィルタを複数個多段に重ねるように配置しても良い。
【００３９】
光触媒フィルタ１６において、接触面積を増やしＴＯＣ成分の分解効率を向上させるために、膜状の保持材の少なくとも両面に光触媒がコーティングされていることが好ましい。細孔の表面全体に光触媒が担持されているとより接触面積が増えるためより好ましい。
【００４０】
膜状の光触媒フィルタ１６の厚みは、十分な強度を有すれば良く特に制限はないが、例えば、０．０５ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲とすればよい。光触媒フィルタ１６の厚みが０．０５ｍｍ未満では強度が足りず、５ｍｍを超えると保持材の内部まで光が照射されない場合がある。
【００４１】
膜状の光触媒フィルタ１６の紫外線ランプ１０に対する取り付け角度は、紫外線ランプ１０の本数および配置位置、反応槽１４の形状等により最適角度を設定すればよいが、４５度以上１３５度以下であることが好ましく、６０度以上１２０度以下であることがより好ましい。取り付け角度が４５度未満あるいは１３５度を超えると、光触媒フィルタ１６自身による光の遮蔽効果により、ＴＯＣ分解率が低下する傾向にある。ここで、取り付け角度とは紫外線ランプ１０の発光面と光触媒フィルタ１６の面のなす角度（図１におけるα）であり、図１の例では取り付け角度は９０度である。
【００４２】
また、接触面積を増やすために、光触媒フィルタ１６を反応槽１４内の被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置することが好ましい。さらに、光触媒フィルタ１６の目詰まり防止等のために、被処理水の流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側のフィルタの平均細孔径よりも小さいことが好ましい。これにより、被処理水中に懸濁物質が含まれていた場合、上流側の目の細かいフィルタでそれらを捕捉することにより、下流側に懸濁物質が洩れない効果がある。例えば、上流側の光触媒フィルタの平均細孔径を１０μｍ以上２０μｍ以下、下流側の光触媒フィルタの平均細孔径を２０μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。
【００４３】
反応槽１４に設置する迂流部材としては、被処理水の撹拌効率を向上させることができれば良く特に制限はない。例えば、図３のようなドーナツ形状、三日月形状、円形の一部を切り取った形状等の迂流板（フィン）を用いることができる。また、フィン１８は、反応槽１４の内側面の周方向に沿って配置することが好ましい。フィン１８は、被処理水の撹拌を効率良く行うことから、各反応部２０に少なくとも１枚設置することが好ましい。
【００４４】
反応槽１４の材質としては、ステンレス、チタン等の公知の材料を用いることができる。反応槽１４の内壁面は紫外線を十分に反射する材料で構成されることが好ましい。また、紫外線の反射性が高い材料でコーティングしても良い。また、反応槽１４の内壁面に上記光触媒を塗布しても良い。これらによりさらにＴＯＣ成分の分解効率を向上することができる。
【００４５】
紫外線酸化装置１内に上述の光触媒フィルタ１６を配置することにより、紫外線ランプ１０の近傍だけでなく、光触媒フィルタ１６表面においてもＴＯＣの酸化分解が効率的に行われるため、処理水質の向上、単位処理流量あたりの紫外線ランプ出力の低減が可能となる。特に紫外線酸化装置で一般的に用いられている低圧紫外線ランプを光源として用いた場合、１８５ｎｍ紫外線のほとんど届かないところに光触媒フィルタ１６を配置することにより、従来は無効消費されていた９５％強の２５４ｎｍ紫外線を効率的に使用することができるため、処理時間の短縮、紫外線処理槽の容積拡大、処理流量の増加、紫外線ランプ使用本数の低減など紫外線酸化処理におけるランニングコストの総合的な低減が可能となる。紫外線ランプ使用本数が低減できれば、複数の紫外線ランプを使用することにより放出した紫外線が遮蔽される陰の部分が少なくなり、ランプの紫外線利用効率をさらに向上することができる。
【００４６】
また、紫外線酸化装置１は、被処理水が光触媒フィルタ１６を透過する構造を有するため、光触媒と処理対象とするＴＯＣとが少なくとも１回（望ましくは複数回）は接触することとなる。このため、従来の光触媒装置と比べ格段に光触媒酸化効率が上がる。
【００４７】
また、紫外線酸化装置１では、反応槽１４に迂流部材であるフィン１８を設置することにより、紫外線酸化装置１内の被処理水の撹拌を効率良く行うことが可能であり、光触媒によるＴＯＣ成分の分解効率を向上することができる。また、従来型の整流板を配置する必要がない。
【００４８】
さらに、紫外線酸化装置１では過酸化水素やオゾンを併用したり、エアバブリング等を別途行ったりする必要はないため、シンプルな装置設計が可能である。
【００４９】
また、本実施形態に係る紫外線酸化装置において、酸化分解処理された処理水を光触媒フィルタ１６の流出側から流入側へ通水させて光触媒フィルタ１６を洗浄する逆洗手段として逆洗配管２２、処理水タンク２３、逆洗ポンプ２４等を図４に示すように備えることが好ましい。これにより、光触媒フィルタ１６の付着物を除去することができ、目詰まりを低減することができる。
【００５０】
本実施形態では、図５に示すように、紫外線酸化装置１で被処理水中に含まれるＴＯＣを酸化分解した後、その処理水を例えば後段に設けたイオン交換装置２６等に通水することにより、ＴＯＣが数ｐｐｂレベルまで除去が可能となる。
【００５１】
以上説明したとおり、本実施形態に係る紫外線酸化装置によれば、超純水または純水等の被処理水中のＴＯＣ成分の分解除去を効率的に促進することによって、ＴＯＣ成分の除去処理時間を短縮して、ＴＯＣ成分の少ない高品質の超純水または純水等の処理液体を、消費電力等の製造コストを低減して得ることができる。紫外線酸化装置内に光触媒を担持させた光触媒フィルタならびにフィンを配置することにより、ＴＯＣ成分の分解を紫外線ランプの近傍だけでなく、光触媒フィルタ表面でも進行させることができ、従来法に比較し、単位流量当りの紫外線ランプの出力を減少させることができる。特に本装置は被処理液体が光触媒フィルタを全量透過するという構造を有するため、従来の光触媒酸化装置と比較して、被処理液体と光触媒との接触面積が飛躍的に増大し、その結果として光化学反応処理効率はこれまでになく高まる。本実施形態に係る紫外線酸化装置を超純水の製造ライン等に組み込むことにより、高品質の超純水を、消費電力コストを大幅に削減しながら得ることが可能となる。
【００５２】
本実施形態に係る紫外線酸化装置は、半導体製造工業等において、洗浄水等の用途に用いる純水、超純水の製造等に使用することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
（実施例１）
紫外線酸化装置としては図１に示す装置（ステンレス製、内径＝１３４ｍｍ、高さ＝１８００ｍｍ）を用いた。紫外線酸化装置１内のほぼ中心に２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧の紫外線ランプ１０を内蔵した透過筒１２を１本、２本または３本配置し、光触媒（酸化チタン）を基材（多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６））の少なくとも両面にＣＶＤ法にて担持した透過性の光触媒フィルタ１６（平均細孔径＝２０μｍ）を、紫外線ランプ１０と略垂直（取り付け角度α＝９０度）になるように、また紫外線酸化装置１の高さ方向に等間隔になるように４枚配置した。また、各光触媒フィルタ１６により分割された５つの反応部２０の両端部を除いたそれぞれには、ドーナツ形状（幅１５ｍｍ）のフィン１８を反応槽１４の内側面の周方向に沿って、高さ方向のほぼ中央付近に１枚配置した。処理対象となる被処理水は２−プロパノールを超純水で希釈し、初期濃度５０ｐｐｂに設定した。また、処理流量は３ｍ３／ｈｒとして、紫外線酸化装置１に通水した。ＵＶランプを点灯後、３０分経ってから通水を開始し、通水から１時間後に採水を行って、２−プロパノールの濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１）
実施例１の光触媒フィルタ１６の代わりに光触媒を担持せずに多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６、孔径２０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
これらの結果より実施例１の紫外線酸化装置の高い処理性能が確認された。３本の紫外線ランプを使用する従来型の紫外線酸化装置と同程度のＴＯＣ分解効率を得るのに、光触媒フィルタを組み込んだ紫外線酸化装置では、紫外線ランプ本数が１本で足りることが判明した。
【００５８】
（実施例２）
実施例１の紫外線酸化装置内のフィン１８を外した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００５９】
この結果より紫外線酸化装置内にフィンを設置することにより、反応部での撹拌効率が向上し、ＴＯＣ分解率が上昇することがわかった。
【００６０】
（実施例３）
実施例１の紫外線酸化装置１において、光触媒フィルタ１６の取り付け角度αを１２度とした以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００６１】
この結果より光触媒フィルタ１６の紫外線ランプ１０に対する取り付け角度αを小さくしすぎると、光触媒フィルタ１６自身による光の遮蔽効果により、ＴＯＣ分解率が低下することがわかった。
【００６２】
（実施例４）
光触媒フィルタとして、光触媒（酸化チタン）を基材（多孔質ＳＵＳフィルタ（ＳＵＳ３１６））の片面にコーティングした透過性の光触媒フィルタ１６（平均細孔径＝２０μｍ）を使用した以外は実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表１に示す。
【００６３】
この結果より光触媒を少なくとも両面に担持することにより、ＴＯＣ分解率が上昇することがわかった。
【００６４】
（実施例５）
被処理水の流れ方向の上流側の１枚の光触媒フィルタ１６として平均細孔径が１０μｍのもの、下流側の３枚の光触媒フィルタ１６として平均細孔径が２０μｍのものを使用し、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。また、図４のように逆洗配管２２、処理水タンク２３、逆洗ポンプ２４を配置し、逆洗を行えるような装置とした。通水は１週間連続で行い、１週間後の処理水ＴＯＣ、差圧ΔＰ（入口圧力−出口圧力）の値を測定した。さらにその後、逆洗を実施し、通水再開１時間後の処理水ＴＯＣ、差圧ΔＰの値を測定した。また、光触媒フィルタ１６として４枚全て平均細孔径が２０μｍのものを使用して、同様に実験を行った。結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
この結果より被処理水の流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径を下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さくすることにより、高いＴＯＣ分解率を長期間維持できることがわかった。これは被処理水中の懸濁物質を上流側の光触媒フィルタで捕捉することにより、後段の光触媒フィルタに悪影響を及ぼすと考えられる懸濁物質が流れ出ない効果と考えられる。またこの結果より、逆洗を行うことにより光触媒フィルタの付着物が除去可能で、光触媒活性も初期の値まで回復するということがわかった。
【００６７】
（実施例６）
実施例１の紫外線酸化装置１において、光触媒を担持した透過性の光触媒フィルタ１６として、平均細孔径を１０μｍ、７５μｍ、１０００μｍ、２０００μｍと変更した以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。紫外線ランプ１０として２５４ｎｍと１８５ｎｍの各波長を持つ２００Ｗ低圧紫外線ランプを内蔵した透過筒１２を１本配置した。結果を表３に示す。
【００６８】
なお、光触媒フィルタの平均細孔径は、１０μｍ、２０μｍ、７５μｍのものはメーカ公証値であり、１０００μｍ、２０００μｍのものは目開きを実測した値である。
【００６９】
【表３】
【００７０】
これらの結果より、紫外線酸化装置で使用する光触媒フィルタの平均細孔径は１μｍ以上２０００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）図１におけるＡ−Ａ線断面矢視図である。（ｂ）図１におけるＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置における迂流部材の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置の他の例の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置をイオン交換装置と組み合わせた装置の一例の概略構成を示す図である。
【図６】従来の紫外線酸化装置の一例の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，３，５ 紫外線酸化装置、１０，５０ 紫外線ランプ、１２ 透過筒、１４，５２ 反応槽、１６ 光触媒フィルタ、１８ 迂流板（フィン）、２０ 反応部、２２ 逆洗配管、２３ 処理水タンク、２４ 逆洗ポンプ、２６ イオン交換装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、
紫外線を照射する紫外線照射手段と、
前記紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、
光触媒を担持せしめた光触媒フィルタと、
前記被処理水を前記光触媒フィルタに透過させる流路と、
を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線酸化装置であって、
前記反応部の少なくとも１つに迂流部材を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタは膜状であり、少なくともその両面に前記光触媒がコーティングされていることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタの前記紫外線照射手段に対する取り付け角度が４５度以上１３５度以下であることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタを前記被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置し、前記流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さいことを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記酸化分解処理された処理水を前記光触媒フィルタの流出側から流入側へ通水させて前記光触媒フィルタを洗浄する逆洗手段を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯのうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つであることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項８】
紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法であって、
紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行い、前記被処理水をさらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタを透過させることを特徴とする紫外線酸化方法。
【請求項１】
紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、
紫外線を照射する紫外線照射手段と、
前記紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、
光触媒を担持せしめた光触媒フィルタと、
前記被処理水を前記光触媒フィルタに透過させる流路と、
を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線酸化装置であって、
前記反応部の少なくとも１つに迂流部材を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタは膜状であり、少なくともその両面に前記光触媒がコーティングされていることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタの前記紫外線照射手段に対する取り付け角度が４５度以上１３５度以下であることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒フィルタを前記被処理水の流れ方向に少なくとも２段以上に配置し、前記流れ方向の上流側の光触媒フィルタの平均細孔径が下流側の光触媒フィルタの平均細孔径よりも小さいことを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記酸化分解処理された処理水を前記光触媒フィルタの流出側から流入側へ通水させて前記光触媒フィルタを洗浄する逆洗手段を備えることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の紫外線酸化装置であって、
前記光触媒が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ３、Ｋ２ＮｂＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＭｏＳ２、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ２、ＣｅＯ２、および、これらの光触媒にＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯのうち少なくとも１つを担持したものから選択される少なくとも１つであることを特徴とする紫外線酸化装置。
【請求項８】
紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化方法であって、
紫外線を前記被処理水に照射して前記有機物の酸化分解を行い、前記被処理水をさらに光触媒を担持せしめた光触媒フィルタを透過させることを特徴とする紫外線酸化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１８２８２（Ｐ２００９−１８２８２Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８４３８４（Ｐ２００７−１８４３８４）
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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