JP2001038348A - 水質浄化法及び水質浄化装置 - Google Patents
水質浄化法及び水質浄化装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機汚濁物質、窒素化合物及びリン化合物を
同時に処理する。 【解決手段】 処理水を二酸化チタンにてなる光触媒４
に接触させつつ、その処理水に紫外線６を照射すること
により、窒素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン
酸イオンに、有機化合物が二酸化炭素に変換する。電極
１０，１２に電圧を印加して電解を行ない、陽極１０で
二酸化炭素を気相に放出し、陰極１２で硝酸イオンを窒
素ガスやアンモニアに還元して気相の放出する。処理水
中に多価金属イオンを共存させておき、多価金属イオン
とリン酸イオンを反応させてリン酸塩からなる沈殿物１
４を析出させ、リン酸イオンを固相として固定する。
同時に処理する。 【解決手段】 処理水を二酸化チタンにてなる光触媒４
に接触させつつ、その処理水に紫外線６を照射すること
により、窒素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン
酸イオンに、有機化合物が二酸化炭素に変換する。電極
１０，１２に電圧を印加して電解を行ない、陽極１０で
二酸化炭素を気相に放出し、陰極１２で硝酸イオンを窒
素ガスやアンモニアに還元して気相の放出する。処理水
中に多価金属イオンを共存させておき、多価金属イオン
とリン酸イオンを反応させてリン酸塩からなる沈殿物１
４を析出させ、リン酸イオンを固相として固定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、湖沼水や河川水な
どの環境水や、養殖場、水槽、工場排水、家庭排水な
ど、環境に係る水質浄化法及び水質浄化装置に関し、特
に、富栄養価の原因物質である有機汚濁物質、窒素化合
物及びリン化合物を除去する水質浄化法及び水質浄化装
置に関するものである。このような水質浄化法は、生物
の生息に必要な環境を整える環境浄化の手段として役立
つものである。
どの環境水や、養殖場、水槽、工場排水、家庭排水な
ど、環境に係る水質浄化法及び水質浄化装置に関し、特
に、富栄養価の原因物質である有機汚濁物質、窒素化合
物及びリン化合物を除去する水質浄化法及び水質浄化装
置に関するものである。このような水質浄化法は、生物
の生息に必要な環境を整える環境浄化の手段として役立
つものである。
【０００２】
【従来の技術】自然界における有機化合物や窒素化合
物、リン化合物は多くは気体や固体、水溶液の状態で存
在している。これらの物質は、例えば、植物→生物→土
壌・環境水→堆積物→植物というように、地球化学的な
長い時間をかけて自然界を循環している。炭素、窒素及
びリンは生体や生物にとって欠かすことのできない元素
であるとともに、湖沼や河川、海水の富栄養化による環
境汚染の原因物質でもある。その環境汚染の汚染源は、
工場排水や化学肥料、農薬、生活排水が主因になってい
る。
物、リン化合物は多くは気体や固体、水溶液の状態で存
在している。これらの物質は、例えば、植物→生物→土
壌・環境水→堆積物→植物というように、地球化学的な
長い時間をかけて自然界を循環している。炭素、窒素及
びリンは生体や生物にとって欠かすことのできない元素
であるとともに、湖沼や河川、海水の富栄養化による環
境汚染の原因物質でもある。その環境汚染の汚染源は、
工場排水や化学肥料、農薬、生活排水が主因になってい
る。
【０００３】水中の窒素化合物は、大別して、硝酸態窒
素、アンモニア態窒素、有機態窒素に分類される。これ
らの形態で自然界に存在する窒素を同じ手段で除去する
ことは困難であるが、従来は主としてアンモニア態窒素
や硝酸態窒素を微生物による活性汚泥法で除去してい
た。活性汚泥法では、アンモニアを好気的条件で硝化菌
により硝酸イオン又は亜硝酸イオンに酸化し、その後、
嫌気的条件で脱窒菌により窒素ガスに変換して大気に放
出する。
素、アンモニア態窒素、有機態窒素に分類される。これ
らの形態で自然界に存在する窒素を同じ手段で除去する
ことは困難であるが、従来は主としてアンモニア態窒素
や硝酸態窒素を微生物による活性汚泥法で除去してい
た。活性汚泥法では、アンモニアを好気的条件で硝化菌
により硝酸イオン又は亜硝酸イオンに酸化し、その後、
嫌気的条件で脱窒菌により窒素ガスに変換して大気に放
出する。
【０００４】水中のリン化合物は、大別して、リン酸イ
オン、加水分解性リン、有機リンに分類される。これら
の形態で自然界に存在するリンは、有機化合物や窒素化
合物のように無害な成分（二酸化炭素分子や窒素分子）
に変換して水中から除去することができず、リンを凝縮
して分離しなければならない。水中からリンを分離除去
する方法は、アルミニウム塩やカルシウム塩などによる
凝集沈殿法や晶析法などの化学的除去法や、微生物を利
用した活性汚泥法などの生物的除去法がある。凝集沈殿
法は多価金属イオンとリン酸イオンが結合して溶解度の
低い沈殿物として水中から分離する方法である。活性汚
泥法は、活性汚泥中にポリリン酸の形で堆積する微生物
を増殖させ、その微生物による好気的条件におけるリン
の取込み、嫌気的条件におけるリンの放出及び有機物取
込みを利用している。有機汚濁物質は活性汚泥法が主流
である。
オン、加水分解性リン、有機リンに分類される。これら
の形態で自然界に存在するリンは、有機化合物や窒素化
合物のように無害な成分（二酸化炭素分子や窒素分子）
に変換して水中から除去することができず、リンを凝縮
して分離しなければならない。水中からリンを分離除去
する方法は、アルミニウム塩やカルシウム塩などによる
凝集沈殿法や晶析法などの化学的除去法や、微生物を利
用した活性汚泥法などの生物的除去法がある。凝集沈殿
法は多価金属イオンとリン酸イオンが結合して溶解度の
低い沈殿物として水中から分離する方法である。活性汚
泥法は、活性汚泥中にポリリン酸の形で堆積する微生物
を増殖させ、その微生物による好気的条件におけるリン
の取込み、嫌気的条件におけるリンの放出及び有機物取
込みを利用している。有機汚濁物質は活性汚泥法が主流
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンモニア用活
性汚泥法は、アンモニアを好気的条件で硝化菌で硝酸イ
オン又は亜硝酸イオンに、嫌気的条件で脱窒菌で窒素ガ
スに変換することには有効であるが、有機態窒素には効
果がない。また、好気的条件で有機物除去も同時に行な
うことも提案されているが、微生物同士の共存条件の管
理が困難で、実質的に効果的とは言えず、かつ汚泥処理
の問題も残る。
性汚泥法は、アンモニアを好気的条件で硝化菌で硝酸イ
オン又は亜硝酸イオンに、嫌気的条件で脱窒菌で窒素ガ
スに変換することには有効であるが、有機態窒素には効
果がない。また、好気的条件で有機物除去も同時に行な
うことも提案されているが、微生物同士の共存条件の管
理が困難で、実質的に効果的とは言えず、かつ汚泥処理
の問題も残る。
【０００６】また、従来のリン化合物用凝集沈殿法は、
高濃度のリン酸イオン及び一部の加水分解性リンに有効
であるが、有機リンには効果がなく、希薄なリン酸イオ
ンには効果が薄い。リン化合物用活性汚泥法は、好気的
条件や嫌気的条件の制御が難しく、ポリリン酸蓄積能の
高い細菌を優先的に増殖させなければならないという不
安定要素もあり、さらに活性汚泥の処理の問題が残る。
また、活性汚泥法によって窒素化合物、リン化合物及び
有機汚濁物質を同時に処理する場合には、有機物用、ア
ンモニア用、硝酸用、リン酸用など、複数菌の優先的増
殖という全く困難な条件が必要であり、かつ汚泥処理の
問題が残る。
高濃度のリン酸イオン及び一部の加水分解性リンに有効
であるが、有機リンには効果がなく、希薄なリン酸イオ
ンには効果が薄い。リン化合物用活性汚泥法は、好気的
条件や嫌気的条件の制御が難しく、ポリリン酸蓄積能の
高い細菌を優先的に増殖させなければならないという不
安定要素もあり、さらに活性汚泥の処理の問題が残る。
また、活性汚泥法によって窒素化合物、リン化合物及び
有機汚濁物質を同時に処理する場合には、有機物用、ア
ンモニア用、硝酸用、リン酸用など、複数菌の優先的増
殖という全く困難な条件が必要であり、かつ汚泥処理の
問題が残る。
【０００７】そこで本発明は、上記のような不具合を生
じさせることなく、窒素化合物、リン化合物及び有機汚
濁物質を同時に処理することのできる水質浄化法及び水
質浄化装置を提供することを目的とするものである。
じさせることなく、窒素化合物、リン化合物及び有機汚
濁物質を同時に処理することのできる水質浄化法及び水
質浄化装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の水質浄化法は、
処理水を光触媒に接触させつつその処理水に紫外線を照
射して、処理水中の有機化合物を二酸化炭素に、窒素化
合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン酸イオンに同時
に酸化分解した後、二酸化炭素を気相に放出し、硝酸イ
オンを電解還元して窒素ガス又はアンモニアに変換して
気相に放出し、リン酸イオンを多価金属イオンと反応さ
せて固相として固定する方法である。
処理水を光触媒に接触させつつその処理水に紫外線を照
射して、処理水中の有機化合物を二酸化炭素に、窒素化
合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン酸イオンに同時
に酸化分解した後、二酸化炭素を気相に放出し、硝酸イ
オンを電解還元して窒素ガス又はアンモニアに変換して
気相に放出し、リン酸イオンを多価金属イオンと反応さ
せて固相として固定する方法である。
【０００９】本発明の水質浄化装置は、光触媒と、その
光触媒を活性化する紫外線を照射する光学系と、処理水
を電解する電解手段と、処理水に多価金属イオンを供給
する多価金属供給手段を備えたものである。
光触媒を活性化する紫外線を照射する光学系と、処理水
を電解する電解手段と、処理水に多価金属イオンを供給
する多価金属供給手段を備えたものである。
【００１０】本発明の水質浄化法及び水質浄化装置で行
なわれる方法は化学的方法の一種の光化学的方法であ
り、硝酸態窒素、アンモニア態窒素、有機態窒素を含む
窒素化合物を硝酸イオンに変換し、リン酸イオン、加水
分解性リン、有機リンを含むリン化合物をリン酸イオン
に変換し、及び有機化合物を二酸化炭素に変換する。光
触媒による酸化分解条件はいずれの化合物も同一条件で
行なうことができる。有機化合物は二酸化炭素として気
化し、リン化合物は光触媒の作用による酸化と同時に又
はその後の工程で多価金属イオンと結合して水中から分
離され、窒素化合物は電解還元により窒素ガス又はアン
モニアとして気化される。この方法において、残渣はリ
ン酸塩のみであり、後処理が単純化される。
なわれる方法は化学的方法の一種の光化学的方法であ
り、硝酸態窒素、アンモニア態窒素、有機態窒素を含む
窒素化合物を硝酸イオンに変換し、リン酸イオン、加水
分解性リン、有機リンを含むリン化合物をリン酸イオン
に変換し、及び有機化合物を二酸化炭素に変換する。光
触媒による酸化分解条件はいずれの化合物も同一条件で
行なうことができる。有機化合物は二酸化炭素として気
化し、リン化合物は光触媒の作用による酸化と同時に又
はその後の工程で多価金属イオンと結合して水中から分
離され、窒素化合物は電解還元により窒素ガス又はアン
モニアとして気化される。この方法において、残渣はリ
ン酸塩のみであり、後処理が単純化される。
【００１１】
【発明の実施の形態】光触媒の好ましい例は二酸化チタ
ンであり、紫外線は４００ｎｍ以下のものであることが
好ましい。そのような紫外線を発生する光源は、光触媒
に広く利用されているブラックライトでもよいが、より
効果的にするにはオゾン発生の可能な低圧水銀灯が好ま
しい。試料水に紫外線を照射すると、次のような反応が
起こり、水中に酸素原子やオゾンが発生する。この酸素
原子やオゾンが二酸化チタンからなる光酸化触媒の作用
とともに、有機化合物、窒素化合物及びリン化合物の酸
化を促す。 光触媒の酸化作用とともに、酸素原子やオゾンも酸化力
をもっているので、処理水中の炭素化合物、窒素化合物
及びリン化合物を同時に強力酸化してそれぞれ二酸化炭
素、硝酸イオン及びリン酸イオンに変換する。これによ
り、難分解性の有機化合物、窒素化合物、リン化合物も
酸化分解することができる。
ンであり、紫外線は４００ｎｍ以下のものであることが
好ましい。そのような紫外線を発生する光源は、光触媒
に広く利用されているブラックライトでもよいが、より
効果的にするにはオゾン発生の可能な低圧水銀灯が好ま
しい。試料水に紫外線を照射すると、次のような反応が
起こり、水中に酸素原子やオゾンが発生する。この酸素
原子やオゾンが二酸化チタンからなる光酸化触媒の作用
とともに、有機化合物、窒素化合物及びリン化合物の酸
化を促す。 光触媒の酸化作用とともに、酸素原子やオゾンも酸化力
をもっているので、処理水中の炭素化合物、窒素化合物
及びリン化合物を同時に強力酸化してそれぞれ二酸化炭
素、硝酸イオン及びリン酸イオンに変換する。これによ
り、難分解性の有機化合物、窒素化合物、リン化合物も
酸化分解することができる。
【００１２】処理水に酸素を含む気体を導入する酸素導
入機構をさらに備えることが好ましい。その結果、光触
媒の酸化力を高め、紫外線照射による酸素原子及びオゾ
ンの生成も促進することができる。処理水のｐＨを調整
するｐＨ調整機構をさらに備えることが好ましい。その
結果、有機化合物、窒素化合物及びリン化合物の酸化分
解効率、硝酸イオンの電解効率、並びにリン酸イオンの
固定効率を制御することができる。
入機構をさらに備えることが好ましい。その結果、光触
媒の酸化力を高め、紫外線照射による酸素原子及びオゾ
ンの生成も促進することができる。処理水のｐＨを調整
するｐＨ調整機構をさらに備えることが好ましい。その
結果、有機化合物、窒素化合物及びリン化合物の酸化分
解効率、硝酸イオンの電解効率、並びにリン酸イオンの
固定効率を制御することができる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の水質浄化法の概念とともに
示す水質浄化装置の概略構成図である。反応槽２の内部
に光触媒４が備えられている。この光触媒４は、例えば
Ｔｉ網の表面にＴｉＯ2（二酸化チタン）層を形成し、
その上にアナタース型ＴｉＯ2粉末と粉ガラスとを焼結
させたものであり、特開平９−２７６６９４号公報に記
載の条件で製造されたものである。反応槽２の外側には
反応槽２内に紫外線６を照射する低圧水銀灯やブラック
ライトなどの光源８が配置されている。反応槽２の内部
には、陽極１０としてＰｔ電極、陰極１２としてＣｕ電
極が設けられている。
示す水質浄化装置の概略構成図である。反応槽２の内部
に光触媒４が備えられている。この光触媒４は、例えば
Ｔｉ網の表面にＴｉＯ2（二酸化チタン）層を形成し、
その上にアナタース型ＴｉＯ2粉末と粉ガラスとを焼結
させたものであり、特開平９−２７６６９４号公報に記
載の条件で製造されたものである。反応槽２の外側には
反応槽２内に紫外線６を照射する低圧水銀灯やブラック
ライトなどの光源８が配置されている。反応槽２の内部
には、陽極１０としてＰｔ電極、陰極１２としてＣｕ電
極が設けられている。
【００１４】処理水を光触媒４に接触させつつ、その処
理水に紫外線６を照射することにより、窒素化合物（Ｎ
化合物）が硝酸イオン（ＮＯ3 -）に、リン化合物（Ｐ化
合物）がリン酸イオン（ＰＯ4 3-）に、有機化合物（Ｃ
化合物）が二酸化炭素（ＣＯ2）に変換される。二酸化
炭素はほとんどが大気に放出されるが、一部は炭酸イオ
ンとして水中に溶存する。電極１０，１２に電圧を印加
して電解を行なうと、陽極１０では水中の二酸化炭素が
気化されて二酸化炭素ガス（ＣＯ2）が発生し、陰極１
２では硝酸イオンが還元されて、窒素ガス（Ｎ2）やア
ンモニア（ＮＨ3）が発生する。
理水に紫外線６を照射することにより、窒素化合物（Ｎ
化合物）が硝酸イオン（ＮＯ3 -）に、リン化合物（Ｐ化
合物）がリン酸イオン（ＰＯ4 3-）に、有機化合物（Ｃ
化合物）が二酸化炭素（ＣＯ2）に変換される。二酸化
炭素はほとんどが大気に放出されるが、一部は炭酸イオ
ンとして水中に溶存する。電極１０，１２に電圧を印加
して電解を行なうと、陽極１０では水中の二酸化炭素が
気化されて二酸化炭素ガス（ＣＯ2）が発生し、陰極１
２では硝酸イオンが還元されて、窒素ガス（Ｎ2）やア
ンモニア（ＮＨ3）が発生する。
【００１５】処理水中に多価金属イオン（多価金属）を
共存させておくと、その多価金属イオンとリン酸イオン
が光触媒の作用で反応してリン酸塩からなる沈殿物１４
が生成する。光触媒４として二酸化チタンを用いた場合
には、酸性下では多価金属イオンが存在しなくてもリン
酸イオンは二酸化チタンと反応してチタンとのリン酸塩
を生成する。ｐＨ調整液を混合してｐＨを例えば１１に
調整する。これにより、有機化合物、窒素化合物及びリ
ン化合物の酸化分解効率、硝酸イオンの電解効率、並び
にリン酸イオンの固定効率を向上させることができる。
このようにして、処理水中の有機化合物、窒素化合物及
びリン化合物及びが除去される。
共存させておくと、その多価金属イオンとリン酸イオン
が光触媒の作用で反応してリン酸塩からなる沈殿物１４
が生成する。光触媒４として二酸化チタンを用いた場合
には、酸性下では多価金属イオンが存在しなくてもリン
酸イオンは二酸化チタンと反応してチタンとのリン酸塩
を生成する。ｐＨ調整液を混合してｐＨを例えば１１に
調整する。これにより、有機化合物、窒素化合物及びリ
ン化合物の酸化分解効率、硝酸イオンの電解効率、並び
にリン酸イオンの固定効率を向上させることができる。
このようにして、処理水中の有機化合物、窒素化合物及
びリン化合物及びが除去される。
【００１６】図２は、水質浄化装置の他の実施例を表す
概略構成図である。反応槽２は底をもつ円筒状で、内容
積が１００ｍｌ余りのパイレックスガラス製である。反
応槽２中には低圧水銀灯１６（出力１０〜２４Ｗ）が１
本設置され、反応槽２の外側にはブラックライト１８
（出力１０Ｗ）が９本設置されている。２０は水銀灯用
電源である。反応槽２内には低圧水銀灯１６の周りを取
り囲むように、円筒状に曲げられた光触媒４が設置され
ている。この光触媒４は、Ｔｉ網の表面にＴｉＯ2層を
形成し、その上にＴｉＯ2粉末と粉ガラスとを焼結させ
たものであり、特開平９−２７６６９４号公報に記載の
条件で製造されたものである。反応槽２の内部には、陽
極１０及び陰極１２も設けられている。陽極１０及び陰
極１２には、電解時に電圧を印加する電解用電源２２が
接続されている。反応槽２の底部には酸素の供給と試料
水の撹拌を兼ねる清浄空気を供給する空気供給口（図示
略）が設けられている。
概略構成図である。反応槽２は底をもつ円筒状で、内容
積が１００ｍｌ余りのパイレックスガラス製である。反
応槽２中には低圧水銀灯１６（出力１０〜２４Ｗ）が１
本設置され、反応槽２の外側にはブラックライト１８
（出力１０Ｗ）が９本設置されている。２０は水銀灯用
電源である。反応槽２内には低圧水銀灯１６の周りを取
り囲むように、円筒状に曲げられた光触媒４が設置され
ている。この光触媒４は、Ｔｉ網の表面にＴｉＯ2層を
形成し、その上にＴｉＯ2粉末と粉ガラスとを焼結させ
たものであり、特開平９−２７６６９４号公報に記載の
条件で製造されたものである。反応槽２の内部には、陽
極１０及び陰極１２も設けられている。陽極１０及び陰
極１２には、電解時に電圧を印加する電解用電源２２が
接続されている。反応槽２の底部には酸素の供給と試料
水の撹拌を兼ねる清浄空気を供給する空気供給口（図示
略）が設けられている。
【００１７】次に、本発明の水質浄化法の酸化分解工程
を行なった例を説明する。この光化学反応装置を用い、
１００ｍｌの試料水を反応槽２に入れる。その試料水
は、（ＮＨ4）2ＳＯ4として窒素成分を２ｐｐｍと、Ｃ6
Ｈ5ＮａＰＯ4としてリン成分を１ｐｐｍと、Ｃ6Ｈ12Ｃ6
として炭素成分を１００ｐｐｍ含んだものであり、反応
前のｐＨは１１であった。その試料水に対し、反応槽２
の底部から清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供給しなが
ら、低圧水銀灯１６を２４Ｗの出力で点灯し、９本のブ
ラックライト１８をそれぞれ１０Ｗの出力で点灯して、
４０分間光酸化分解反応を起こさせた。
を行なった例を説明する。この光化学反応装置を用い、
１００ｍｌの試料水を反応槽２に入れる。その試料水
は、（ＮＨ4）2ＳＯ4として窒素成分を２ｐｐｍと、Ｃ6
Ｈ5ＮａＰＯ4としてリン成分を１ｐｐｍと、Ｃ6Ｈ12Ｃ6
として炭素成分を１００ｐｐｍ含んだものであり、反応
前のｐＨは１１であった。その試料水に対し、反応槽２
の底部から清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供給しなが
ら、低圧水銀灯１６を２４Ｗの出力で点灯し、９本のブ
ラックライト１８をそれぞれ１０Ｗの出力で点灯して、
４０分間光酸化分解反応を起こさせた。
【００１８】図３は、酸化時間に対する窒素成分及びリ
ン成分の酸化効率、並びに全有機態炭素（ＴＯＣ）濃度
を示すグラフである。横軸は酸化時間（分）を表し、縦
軸は窒素成分及びリン成分の酸化効率（％）、ＴＯＣ濃
度（ｐｐｍ）並びにｐＨを表す。酸化時間が４０分で、
リン成分のほぼ１００％がリン酸イオンに変換し、窒素
成分の約８５％が硝酸イオンに変換し、炭素成分の約９
０％が二酸化炭素に変換した。このときのｐＨは約８で
あった。
ン成分の酸化効率、並びに全有機態炭素（ＴＯＣ）濃度
を示すグラフである。横軸は酸化時間（分）を表し、縦
軸は窒素成分及びリン成分の酸化効率（％）、ＴＯＣ濃
度（ｐｐｍ）並びにｐＨを表す。酸化時間が４０分で、
リン成分のほぼ１００％がリン酸イオンに変換し、窒素
成分の約８５％が硝酸イオンに変換し、炭素成分の約９
０％が二酸化炭素に変換した。このときのｐＨは約８で
あった。
【００１９】次に、炭素成分分解能について、ＴＯＣ濃
度依存性を調べた結果を示す。図４は、ＴＯＣ濃度の異
なる試料水をそれぞれ光酸化反応を起こさせた結果を示
すグラフである。横軸は試料水のＴＯＣ濃度（ｐｐｍ）
を示し、縦軸はＴＯＣ消失率（％）を示す。装置は図２
の光化学反応装置を用い、試料水はＣ6Ｈ12Ｃ6として炭
素成分を５０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍ含んだものを用
い、反応前のｐＨは１１であった。その試料水に対し、
反応槽２の底部から清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供
給しながら、低圧水銀灯１６を２４Ｗの出力で点灯し、
９本のブラックライト１８をそれぞれ１０Ｗの出力で点
灯して、４０分間光酸化分解反応を起こさせた。図４に
示すように、いずれの試料水に対してもＴＯＣ消失率は
約９０％であり、炭素成分分解能はＴＯＣ濃度に依存し
ないことがわかる。
度依存性を調べた結果を示す。図４は、ＴＯＣ濃度の異
なる試料水をそれぞれ光酸化反応を起こさせた結果を示
すグラフである。横軸は試料水のＴＯＣ濃度（ｐｐｍ）
を示し、縦軸はＴＯＣ消失率（％）を示す。装置は図２
の光化学反応装置を用い、試料水はＣ6Ｈ12Ｃ6として炭
素成分を５０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍ含んだものを用
い、反応前のｐＨは１１であった。その試料水に対し、
反応槽２の底部から清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供
給しながら、低圧水銀灯１６を２４Ｗの出力で点灯し、
９本のブラックライト１８をそれぞれ１０Ｗの出力で点
灯して、４０分間光酸化分解反応を起こさせた。図４に
示すように、いずれの試料水に対してもＴＯＣ消失率は
約９０％であり、炭素成分分解能はＴＯＣ濃度に依存し
ないことがわかる。
【００２０】次に、本発明の水質浄化法のリン酸イオン
除去能ついて、ｐＨ条件を検討した結果を示す。試料水
としては、蒸留水にＫＨ2ＰＯ4を溶解して１ｐｐｍＰに
調製したもの（1ppmP-KH2PO4：試料Ａ）及びその溶液に
合計で１０ｐｐｍのＣａとＭｇをさらに添加したもの
（1ppmP-KH2PO4+10ppmCa,Mg：試料Ｂ）、並びにそれら
の溶液に粉状のアナタース型二酸化チタンを光触媒とし
てさらに添加したもの（1ppmP-KH2PO4+TiO2：試料Ｃ、1
ppmP-KH2PO4+10ppmCa,Mg+TiO2：試料Ｄ）を用意し、そ
れらの試料水の試験前のｐＨを調整して用いた。それら
の試料水に対し、清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供給
しながら、低圧水銀灯を２４Ｗの出力で点灯し、８本の
ブラックライトをそれぞれ１０Ｗの出力で点灯して、４
０分間光酸化分解反応を起こさせた。
除去能ついて、ｐＨ条件を検討した結果を示す。試料水
としては、蒸留水にＫＨ2ＰＯ4を溶解して１ｐｐｍＰに
調製したもの（1ppmP-KH2PO4：試料Ａ）及びその溶液に
合計で１０ｐｐｍのＣａとＭｇをさらに添加したもの
（1ppmP-KH2PO4+10ppmCa,Mg：試料Ｂ）、並びにそれら
の溶液に粉状のアナタース型二酸化チタンを光触媒とし
てさらに添加したもの（1ppmP-KH2PO4+TiO2：試料Ｃ、1
ppmP-KH2PO4+10ppmCa,Mg+TiO2：試料Ｄ）を用意し、そ
れらの試料水の試験前のｐＨを調整して用いた。それら
の試料水に対し、清浄空気を１０ｍｌ／分の流量で供給
しながら、低圧水銀灯を２４Ｗの出力で点灯し、８本の
ブラックライトをそれぞれ１０Ｗの出力で点灯して、４
０分間光酸化分解反応を起こさせた。
【００２１】図５は、本発明の水質浄化法のリン酸イオ
ン除去能ついて、ｐＨ条件を検討した結果を示すグラフ
である。横軸は試料水の試験前のｐＨを示し、縦軸はリ
ン酸イオン残存濃度（ｐｐｍ）を示す。試料Ａについて
は、ｐＨを変化させてもリン酸イオンの除去はできなか
った。試料Ｂは、従来の凝集沈殿法と同様に、ｐＨを１
０以上にすることにより、Ｃａ，Ｍｇのリン酸塩として
除去することができた。試料Ｃについては、ｐＨが酸性
側ではほとんどのリン酸イオンを除去できたが、アルカ
リ性側ではその除去率が低下し、ｐＨが１０を越えると
ほとんど除去できなかった。試料Ｄについては、ｐＨに
かかわらず、リン酸イオンをほとんど除去することがで
きた。
ン除去能ついて、ｐＨ条件を検討した結果を示すグラフ
である。横軸は試料水の試験前のｐＨを示し、縦軸はリ
ン酸イオン残存濃度（ｐｐｍ）を示す。試料Ａについて
は、ｐＨを変化させてもリン酸イオンの除去はできなか
った。試料Ｂは、従来の凝集沈殿法と同様に、ｐＨを１
０以上にすることにより、Ｃａ，Ｍｇのリン酸塩として
除去することができた。試料Ｃについては、ｐＨが酸性
側ではほとんどのリン酸イオンを除去できたが、アルカ
リ性側ではその除去率が低下し、ｐＨが１０を越えると
ほとんど除去できなかった。試料Ｄについては、ｐＨに
かかわらず、リン酸イオンをほとんど除去することがで
きた。
【００２２】次に、電解による硝酸イオンの除去能つい
て、条件を検討した結果を示す。試料水としては、蒸留
水にＫＮＯ3を溶解して１ｐｐｍの濃度に調製し、ｐＨ
を１１に調整したものを用いた。装置は、作用電極（陰
極）としてＺｎ電極、対極（陽極）及び比較電極として
Ｐｔ電極を備えた電解装置を用いた。各電極として、板
状で電極寸法が２ｃｍ×２．５ｃｍのものを用いた。
て、条件を検討した結果を示す。試料水としては、蒸留
水にＫＮＯ3を溶解して１ｐｐｍの濃度に調製し、ｐＨ
を１１に調整したものを用いた。装置は、作用電極（陰
極）としてＺｎ電極、対極（陽極）及び比較電極として
Ｐｔ電極を備えた電解装置を用いた。各電極として、板
状で電極寸法が２ｃｍ×２．５ｃｍのものを用いた。
【００２３】図６は、電解による硝酸イオンの除去能つ
いて、条件を検討した結果を示すグラフであり、（Ａ）
は電解時間が４０分、電解電圧が３Ｖ又は６Ｖで電解を
行なった結果を示すグラフ、（Ｂ）は電解電圧が６Ｖ、
電解時間３０分又は６０分で電解を行なった結果を示す
グラフである。（Ａ）において、横軸は電解電圧
（Ｖ）、縦軸は硝酸イオン消失率（％）を表し、（Ｂ）
において、横軸は電解時間（Ｖ）、縦軸は硝酸イオン消
失率（％）を表す。これらの結果から、少なくとも６Ｖ
の電解電圧で４０分以上電解を行なえば、全硝酸イオン
を窒素ガス又はアンモニアに変換して除去できることが
わかる。
いて、条件を検討した結果を示すグラフであり、（Ａ）
は電解時間が４０分、電解電圧が３Ｖ又は６Ｖで電解を
行なった結果を示すグラフ、（Ｂ）は電解電圧が６Ｖ、
電解時間３０分又は６０分で電解を行なった結果を示す
グラフである。（Ａ）において、横軸は電解電圧
（Ｖ）、縦軸は硝酸イオン消失率（％）を表し、（Ｂ）
において、横軸は電解時間（Ｖ）、縦軸は硝酸イオン消
失率（％）を表す。これらの結果から、少なくとも６Ｖ
の電解電圧で４０分以上電解を行なえば、全硝酸イオン
を窒素ガス又はアンモニアに変換して除去できることが
わかる。
【００２４】図７は、水質浄化装置のさらに他の実施例
を表す概略構成図である。この実施例は流通式反応槽を
備えたものである。未処理の処理水を収容する光分解・
脱炭槽２４が設けられており、光分解・脱炭槽２４の内
部には紫外線を照射するランプ２６が設けられている。
光分解・脱炭槽２４の上部には光触媒投入機構（図示は
省略）が備えられており、光分解・脱炭槽２４の内部に
は光触媒２８としてのＴｉＯ2が設置される。光触媒２
８は、図２に示すような固定化されたものでもよい。光
分解・脱炭槽２４の上部にはｐＨ調整液を投入するｐＨ
調整機構３０も備えられている。
を表す概略構成図である。この実施例は流通式反応槽を
備えたものである。未処理の処理水を収容する光分解・
脱炭槽２４が設けられており、光分解・脱炭槽２４の内
部には紫外線を照射するランプ２６が設けられている。
光分解・脱炭槽２４の上部には光触媒投入機構（図示は
省略）が備えられており、光分解・脱炭槽２４の内部に
は光触媒２８としてのＴｉＯ2が設置される。光触媒２
８は、図２に示すような固定化されたものでもよい。光
分解・脱炭槽２４の上部にはｐＨ調整液を投入するｐＨ
調整機構３０も備えられている。
【００２５】光分解・脱炭槽２４に隣接して脱窒槽３２
が設けられている。光分解・脱炭槽２４と脱窒槽３２と
は底部付近で相互に流通している。脱窒槽３２の内部に
は陽極（Ｐｔ）３４及び陰極（Ｃｕ）３６が設けられて
おり、陽極３４及び陰極３６には電解電圧を印加する電
解用電源３８が接続されている。本発明の水質浄化装置
を構成する電解手段は、陽極３４、陰極３６及び電解用
電源３８により構成される。脱窒槽３２に隣接して脱リ
ン槽４０が設けられている。脱窒槽３２と脱リン槽４０
間の側壁には一部低く形成された部分が設けられてい
る。脱リン槽４０の上部には、脱リン槽４０に多価金属
イオンを投入する多価金属イオン投入機構４２が設けら
れている。
が設けられている。光分解・脱炭槽２４と脱窒槽３２と
は底部付近で相互に流通している。脱窒槽３２の内部に
は陽極（Ｐｔ）３４及び陰極（Ｃｕ）３６が設けられて
おり、陽極３４及び陰極３６には電解電圧を印加する電
解用電源３８が接続されている。本発明の水質浄化装置
を構成する電解手段は、陽極３４、陰極３６及び電解用
電源３８により構成される。脱窒槽３２に隣接して脱リ
ン槽４０が設けられている。脱窒槽３２と脱リン槽４０
間の側壁には一部低く形成された部分が設けられてい
る。脱リン槽４０の上部には、脱リン槽４０に多価金属
イオンを投入する多価金属イオン投入機構４２が設けら
れている。
【００２６】次に、動作を説明する。光分解・脱炭槽２
４に導いた処理水に、ｐＨ調整機構によりｐＨ調整液を
投入してｐＨを調整する。調整後のｐＨは例えば１１で
ある。ランプ２６を点灯し、処理水に紫外線を照射す
る。処理水中の有機化合物は酸化され二酸化炭素に変換
されて気相に放出され、窒素化合物は硝酸イオンに変換
され、リン化合物はリン酸イオンに変換される。その処
理水は光分解・脱炭槽２４から脱窒槽３２に流れる。
４に導いた処理水に、ｐＨ調整機構によりｐＨ調整液を
投入してｐＨを調整する。調整後のｐＨは例えば１１で
ある。ランプ２６を点灯し、処理水に紫外線を照射す
る。処理水中の有機化合物は酸化され二酸化炭素に変換
されて気相に放出され、窒素化合物は硝酸イオンに変換
され、リン化合物はリン酸イオンに変換される。その処
理水は光分解・脱炭槽２４から脱窒槽３２に流れる。
【００２７】電解用電源３８をオンにして陽極３４及び
陰極３６に電圧を印加して、処理水の電解を行なう。陰
極３６では、処理水中の硝酸イオンが分解されて、窒素
ガス又はアンモニアに変換され、気相に放出される。処
理水は脱窒槽３２から脱リン槽４０に流れる。脱リン槽
４０に流れた処理水に多価金属イオン投入機構４２によ
り多価金属イオンを投入する。多価金属イオンとして
は、Ａｌ3+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+などが挙げられる。処理水
中のリン酸イオンが多価金属イオンと結合してリン酸塩
４４が析出して沈殿する。このようにして、光分解・脱
炭槽２４で有機化合物が除去され、脱窒槽３２で窒素化
合物が除去され、脱リン槽４０でリン化合物が除去され
た処理水は脱リン槽４０から排出される。
陰極３６に電圧を印加して、処理水の電解を行なう。陰
極３６では、処理水中の硝酸イオンが分解されて、窒素
ガス又はアンモニアに変換され、気相に放出される。処
理水は脱窒槽３２から脱リン槽４０に流れる。脱リン槽
４０に流れた処理水に多価金属イオン投入機構４２によ
り多価金属イオンを投入する。多価金属イオンとして
は、Ａｌ3+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+などが挙げられる。処理水
中のリン酸イオンが多価金属イオンと結合してリン酸塩
４４が析出して沈殿する。このようにして、光分解・脱
炭槽２４で有機化合物が除去され、脱窒槽３２で窒素化
合物が除去され、脱リン槽４０でリン化合物が除去され
た処理水は脱リン槽４０から排出される。
【００２８】本発明の水質浄化装置は、図１、図２又は
図３に示された形状及び構成に限定されるものではな
く、本発明を実現するのに必要な機能を備えたものであ
れば、いかなる形状及び構成でもよい。
図３に示された形状及び構成に限定されるものではな
く、本発明を実現するのに必要な機能を備えたものであ
れば、いかなる形状及び構成でもよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明の水質浄化装置は、光触媒と、そ
の光触媒を活性化する紫外線を照射する光学系と、処理
水を電解する電解手段と、処理水に多価金属イオンを供
給する多価金属供給手段を備え、本発明の水質浄化法
は、処理水を光触媒に接触させつつその処理水に紫外線
を照射して、処理水中の有機化合物を二酸化炭素に、窒
素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン酸イオンに
同時に酸化分解した後、二酸化炭素を気相に放出し、硝
酸イオンを電解還元して窒素ガス又はアンモニアに変換
して気相に放出し、リン酸イオンを多価金属イオンと反
応させて固相として固定する用にしたので、窒素化合
物、リン化合物及び有機汚濁物質を同時に処理すること
ができる。
の光触媒を活性化する紫外線を照射する光学系と、処理
水を電解する電解手段と、処理水に多価金属イオンを供
給する多価金属供給手段を備え、本発明の水質浄化法
は、処理水を光触媒に接触させつつその処理水に紫外線
を照射して、処理水中の有機化合物を二酸化炭素に、窒
素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン酸イオンに
同時に酸化分解した後、二酸化炭素を気相に放出し、硝
酸イオンを電解還元して窒素ガス又はアンモニアに変換
して気相に放出し、リン酸イオンを多価金属イオンと反
応させて固相として固定する用にしたので、窒素化合
物、リン化合物及び有機汚濁物質を同時に処理すること
ができる。
【図１】 本発明の水質浄化法の概念とともに示す水質
浄化装置の概略構成図である。
浄化装置の概略構成図である。
【図２】 水質浄化装置の他の実施例を表す概略構成図
である。
である。
【図３】 酸化時間に対する窒素成分及びリン成分の酸
化効率、並びにＴＯＣ濃度を示すグラフである。
化効率、並びにＴＯＣ濃度を示すグラフである。
【図４】 ＴＯＣ濃度の異なる試料水をそれぞれ光酸化
反応を起こさせた結果を示すグラフである。
反応を起こさせた結果を示すグラフである。
【図５】 本発明の水質浄化法のリン酸イオン除去能つ
いて、ｐＨ条件を検討した結果を示すグラフである。
いて、ｐＨ条件を検討した結果を示すグラフである。
【図６】 電解による硝酸イオンの除去能ついて、条件
を検討した結果を示すグラフであり、（Ａ）は電解時間
が４０分、電解電圧が３Ｖ又は６Ｖで電解を行なった結
果を示すグラフ、（Ｂ）は電解電圧が６Ｖ、電解時間３
０分又は６０分で電解を行なった結果を示すグラフであ
る。
を検討した結果を示すグラフであり、（Ａ）は電解時間
が４０分、電解電圧が３Ｖ又は６Ｖで電解を行なった結
果を示すグラフ、（Ｂ）は電解電圧が６Ｖ、電解時間３
０分又は６０分で電解を行なった結果を示すグラフであ
る。
【図７】 水質浄化装置のさらに他の実施例を表す概略
構成図である。
構成図である。
２ 反応槽 ４，２８ 光触媒（ニ酸化チタン） ６ 紫外線 ８ 光源 １０，３４ 陽極 １２，３６ 陰極 １４，４４ 沈殿物 １６ 低圧水銀灯 １８ ブラックライト ２０ 水銀灯用電源 ２２，３８ 電解用電源 ２４ 光分解・脱炭槽 ２６ ランプ ３０ ｐＨ調整機構 ３２ 脱窒槽 ４０ 脱リン槽 ４２ 多価金属イオン投入機構
Claims (7)
- 【請求項１】 処理水を光触媒に接触させつつその処理
水に紫外線を照射して、処理水中の有機化合物を二酸化
炭素に、窒素化合物を硝酸イオンに、リン化合物をリン
酸イオンに同時に酸化分解した後、その処理水中の二酸
化炭素を気相に放出し、硝酸イオンを電解還元して窒素
ガス又はアンモニアに変換して気相に放出し、リン酸イ
オンを多価金属イオンと反応させて固相として固定する
ことを特徴とする水質浄化法。 - 【請求項２】 前記光触媒は二酸化チタンであり、前記
紫外線は４００ｎｍ以下の光である請求項１に記載の水
質浄化法。 - 【請求項３】 前記酸化分解を、処理水に酸素を含む気
体を導入しながら行なう請求項１又は２に記載の水質浄
化法。 - 【請求項４】 光触媒と、前記光触媒を活性化する紫外
線を照射する光学系と、処理水を電解する電解手段と、
処理水に多価金属イオンを供給する多価金属供給手段を
備えたことを特徴とする水質浄化装置。 - 【請求項５】 前記光触媒は二酸化チタンであり、前記
紫外線は４００ｎｍ以下の光である請求項４に記載の水
質浄化装置。 - 【請求項６】 処理水に酸素を含む気体を導入する酸素
導入機構をさらに備える請求項４又は５に記載の水質浄
化装置。 - 【請求項７】 処理水のｐＨを調整するｐＨ調整機構を
さらに備える請求項４から６のいずれかに記載の水質浄
化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213442A JP2001038348A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 水質浄化法及び水質浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213442A JP2001038348A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 水質浄化法及び水質浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038348A true JP2001038348A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16639309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11213442A Pending JP2001038348A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 水質浄化法及び水質浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001038348A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006095509A1 (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | 排水処理方法および排水処理装置 |
| US7578942B2 (en) | 2005-03-03 | 2009-08-25 | Sharp Kabushiki Kaisha | Wastewater treatment equipment and method of wastewater treatment |
| JP2009214033A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Tokyo Univ Of Science | 光触媒並びに硝酸イオンおよび亜硝酸イオン還元方法 |
| US7691268B2 (en) | 2005-03-04 | 2010-04-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Waste gas/wastewater treatment equipment and method of treating waste gas/wastewater |
| JP2012228659A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Sharp Corp | 水浄化装置 |
| CN103787448A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-05-14 | 南京大学 | 一种脱氮药剂与紫外光联用的脱氮方法 |
| CN104591335A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-06 | 安徽国星生物化学有限公司 | 一种运用半导体纳米材料处理毒死蜱废水的新方法 |
-
1999
- 1999-07-28 JP JP11213442A patent/JP2001038348A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7578942B2 (en) | 2005-03-03 | 2009-08-25 | Sharp Kabushiki Kaisha | Wastewater treatment equipment and method of wastewater treatment |
| WO2006095509A1 (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | 排水処理方法および排水処理装置 |
| JP2006239613A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Sharp Corp | 排水処理方法および排水処理装置 |
| US7641802B2 (en) | 2005-03-04 | 2010-01-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Wastewater treatment method and wastewater treatment equipment |
| US7691268B2 (en) | 2005-03-04 | 2010-04-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Waste gas/wastewater treatment equipment and method of treating waste gas/wastewater |
| JP2009214033A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Tokyo Univ Of Science | 光触媒並びに硝酸イオンおよび亜硝酸イオン還元方法 |
| JP2012228659A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Sharp Corp | 水浄化装置 |
| CN103787448A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-05-14 | 南京大学 | 一种脱氮药剂与紫外光联用的脱氮方法 |
| CN104591335A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-06 | 安徽国星生物化学有限公司 | 一种运用半导体纳米材料处理毒死蜱废水的新方法 |
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