CN1502563A - 紫外线液体处理装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紫外线液体处理装置和处理方法。根据本发明能够抑制当用220nm以下短波长区域的紫外线进行液体中的有机物分解处理时容易发生的过氧化物的生成。用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等。通过用在发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯作为这种放电灯，能够防止放电灯点亮时产生的氧化汞吸附在发光管内表面上，能够抑制254nm紫外线的照度随时间下降。因为254nm紫外线对分解过氧化物有贡献，所以随时间经过维持254nm紫外线的照度能够长期抑制被处理液体中的过氧化物的生成量。

Description

紫外线液体处理装置和处理方法

技术领域

本发明涉及使用一起发出220nm以下短波长区域的紫外线和254nm的紫外线的放电灯，进行液体中的有机物分解等的处理的液体处理装置和方法。

背景技术

因为220nm以下短波长区域的紫外线具有强的能量，所以可以用于有害物和有机物的分解等多个方面。图10表示从来就知道的闭锁型的处理液体用的紫外线照射装置的一个例子。将放电灯30收藏在外管(保护管)20内，但是用收藏在不锈钢制的圆筒1内的放电灯30发出的紫外线照射导入该圆筒1内的被处理液体。作为放电灯30，可以使用例如辐射185nm短波长区域的紫外线和254nm波长区域的紫外线两者的低压汞蒸气放电灯。放电灯30的发光管泡10是由紫外线透过性卓越的石英玻璃制成的。将放电灯30收藏在具有紫外线透过性的外管(保护管)20的内部，使该放电灯30液体密封地与被处理液体隔离。这种外管20也是由紫外线透过性卓越的石英玻璃制成的。用法兰1a，1b封闭圆筒1的两端，从进水口10c取入的被处理液体在通过圆筒1内的过程中受到紫外线的照射，从出水口1d排出。被处理液体在圆筒1内从进水口1c向出水口1d流动，但是为了使被处理液体流过的路径不很短，形成在途中配置了多块(图中是5块)返流板1e～1i的构造。此外，为了方便起见，在图10中画出了只搭载1个放电灯的装置，但是实用上使用多灯式的大容量装置的情形是很多的。从放电灯30发出的紫外线透过外管20，照射被处理液体。照射的紫外线起着例如使存在水中的有机物如下式所示地分解成无害的CO，CO₂，H₂O的作用。

(n，m，k是1，2，3........)

这种有机物分解是通过185nm短波长区域的紫外线的作用进行的，但是，短波长区域的紫外线过多会产生包括双氧水(H₂O₂)在内的种种不希望的过氧化物作为中间体。为了除去这种过氧化物，在紫外线照射处理的后段设置使结束紫外线照射处理的被处理液体通过离子交换树脂的工序。从而，当被处理液体通过离子交换树脂时除去这些过氧化物，但是过多的过氧化物导致离子交换树脂的寿命缩短。

本发明就是鉴于上述问题提出的，本发明的目的是提供尽可能抑制过氧化物的产生那样地进行液体处理的紫外线液体处理装置和方法。又本发明的目的是提供与此相伴地能够延长在紫外线照射处理后段使用的离子交换树脂的寿命，长寿命，节省能量并且节省维护的光反应处理装置和方法。

与本发明有关的紫外线液体处理装置的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，作为上述放电灯，使用在它的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。如果根据本发明，则通过在放电灯的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜，能够防止放电灯点亮时产生的氧化汞吸附在发光管内表面上，能够抑制254nm紫外线的照度下降。

在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯中，220nm以下波长区域的紫外线与有机物分解的光化学处理有关。另一方面，254nm波长区域的紫外线担负着分解作为中间体的过氧化物的重要作用，减轻在紫外线照射处理后段使用的离子交换树脂的负担。可是，放电灯的紫外线的照度随着使用时间的经过而下降，对于220nm以下短波长区域的紫外线和254nm波长区域的紫外线，紫外线照度下降的原因是不同的。220nm以下短波长区域的紫外线照度下降的原因是成为放电灯管体的石英玻璃在紫外线的照射下发生变质使紫外线透过率降低。另一方面，254nm波长区域的紫外线照度下降的原因放电灯点亮时管内产生的氧气与汞发生反应生成的氧化汞吸附在石英玻璃内表面上，使石英玻璃的紫外线透过率降低。因此，我们考虑到对于220nm以下短波长区域的紫外线和254nm波长区域的紫外线，如图9所示，各自的紫外线照度维持特性是不同的，因为254nm紫外线一方照度下降得快，所以图9中254nm的维持率下降到220nm以下(例如185nm)的紫外线照度维持率的C点以后，导致过氧化物增加。与此相反，如果根据本发明，则通过在放电灯的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜，能够防止放电灯点亮时产生的氧化汞吸附在发光管内表面上，能够抑制254nm紫外线的照度下降。

又，与本发明有关的紫外线液体处理装置的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，作为上述放电灯，使用该放电灯的发光管是由将天然水晶或硅砂作为出发原料，由钠，钾，钛和铁4种元素组成的元素总含有量在2.5ppm以下，包含10ppm以上的OH基的石英玻璃构成的，在这个发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

在用天然水晶或硅砂作为出发原料的石英玻璃中，包含着各种作为杂质的物质。在这些杂质中也存在着很多钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)和铁(Fe)4种元素，成为导致石英玻璃透过率下降的原因。另一方面，OH基的存在能够缓和石英玻璃的变质。即，作为石英玻璃的主要成分的二氧化硅(SiO₂)的“Si-O”结合由于紫外线能量而分解产生成为透过率下降的原因的自由Si，但是OH基与自由Si结合形成“Si-OH”能够抑制这种下降。本发明者进行了实验和研究，结果判明当这4种元素的总含有量在2.5ppm以下，并包含10ppm以上的OH基时，能够很大地改善由于短波长区域的紫外线引起的石英玻璃随时间的恶化。因此，通过如此地选定或设定石英玻璃的材质，能够提高220nm以下短波长区域紫外线的照度维持率，这样通过在高性能放电灯的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜，能够进一步发挥抑制254nm紫外线的照度下降的效果。

又，与本发明有关的紫外线液体处理装置的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，作为上述放电灯，使用备有由内径8mm以上的合成石英玻璃构成的发光管和在这个发光管的两端上相距L(cm)间隔的一对灯丝，在内部封入稀有气体和至少含有汞的金属，点亮时的灯电压为V(V)与灯电流为I(A)，灯丝间距离L(cm)，放电路径的内径D(mm)具有下列关系式，并且在上述发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I}),$ 并且

2.6≤X≤4.2

但是，Vf是与点亮电源有关的常数因子，当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。详细情形将在后面述说，但是通过如上述关系式那样地设定条件，能够高效率地辐射220nm以下短波长区域的紫外线，通过在这种高性能放电灯的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜，能够进一步发挥抑制254nm紫外线的照度下降的效果。

本发明的优先实施样态是在上述放电灯的发光管内表面上形成的金属氧化物薄膜以由Al，硅，钙，镁，钇，锆和铪中选出的至少一种以上的金属的氧化物为主要成分。这些金属氧化物因为具有卓越的耐热性，从科学上说也很稳定，所以起着有效地防止氧化汞吸附在发光管内表面上的作用。

进一步与本发明有关的紫外线液体处理方法的特征是使用在上述那样的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯，用紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等。

附图说明

图1是表示在与本发明有关的紫外线液体处理装置中使用的放电灯的一个实施例的侧面截面概略图。

图2是表示从长期点亮的由钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)和铁(Fe)作为石英玻璃的组成制作的各种放电灯的实验得到的紫外线照度维持率曲线的曲线图。

图3是举例表示根据本发明使用的放电灯的一个实施例得到的实验结果的“电位梯度”与“185nm紫外线辐射效率”的关系的曲线图。

图4是举例表示根据本发明使用的放电灯的一个实施例得到的实验结果的“灯电流”与最佳“电位梯度”的关系的曲线图。

图5是举例表示根据本发明使用的放电灯的一个实施例得到的实验结果的玻璃管内径与最佳“电位梯度”的关系，与“灯电流”的各个值对应的曲线图。

图6是表示本发明使用的放电灯的185nm和254nm的紫外线照度维持率的一个例子的曲线图。

图7是举例表示与本发明有关的液体处理装置即紫外线照射装置中TOC分解处理能力的随时间经过变化的实验结果和已有装置比较的曲线图。

图8是举例表示与本发明有关的液体处理装置即紫外线照射装置中在离子交换树脂出口的电阻率值随时间的变化和已有装置比较的曲线图。

图9是表示已有技术的放电灯的185nm和254nm的紫外线照度维持率的一个例子的曲线图。

图10是表示使用已有放电灯的紫外线照射装置的一个例子的侧面截面概略图。

具体实施方式

下面我们参照附图说明本发明的实施形态。

图1表示在与本发明有关的液体反应处理装置和方法中使用的放电灯的一个实施例。首先我们说明这个放电灯31的基本构造，放电灯31具有能够一起发出220nm以下例如185nm的短波长区域的紫外线和254nm的紫外线那样的构成，包含发光管泡11，在该发光管泡11内配置在它的两端的一对灯丝21a，21b，设置在该发光管泡11两端的密封部分2a，2b和管座部分3a，3b。发光管泡11作为一个例子由内径13mm，壁厚1mm的合成石英玻璃构成，在玻璃内表面上形成金属氧化物薄膜44。薄膜44例如是由氧化Al那样的耐热性卓越化学上稳定的物质构成的。将灯丝21a，21b配置在两灯丝间相距153cm的间隔上。

在这些灯丝21a，21b上涂敷着例如氧化钡系的发射体，这些灯丝21a，21b分别被从密封部分2a，2b引出的内引线22a～22d保持住。管座部分3a，3b是陶瓷制成的，在一个管座部分3a备有一对电端子31a，31b。密封部分2a，2b起着由钼箔24a～24d保持气密性，并且通过内引线22a～22d，钼箔24a～24d，外引线25a，25b和26，使灯丝21a，21b与电端子31a，31b电连接的作用。在发光管泡11内封入20mg左右的汞和约400Pa的稀有气体。此外，在图中所示的例子中，作为一个例子，放电灯31构成2个端子型的放电灯。即，一方的灯丝21a的一端通过内引线22b，钼箔24b，外引线25a与一方的电端子31a连接，另一方的灯丝21b的一端通过内引线22c，钼箔24c，外引线25b，26与另一方的电端子31b连接。

如上所述，放电灯的紫外线的照度随着使用时间的经过而下降，254nm波长区域的紫外线照度下降的原因是放电灯点亮时管内产生的氧气与汞发生反应生成的氧化汞吸附在玻璃内表面上，使石英玻璃的紫外线透过率降低。这是因为作为汞的共振发光的254nm的紫外线由于汞的存在发生自吸收，氧化汞吸附在上述玻璃内表面上，使254nm的紫外线透过率选择地下降。鉴于这一点，本发明中使用的放电灯的特征是在发光管泡11的玻璃内表面上形成金属氧化物(在本实施例中为氧化Al)薄膜44，由这个薄膜44防止氧化汞吸附在玻璃内表面上，能够抑制254nm紫外线的照度下降。此外，通过在封入灯丝前预先将氧化Al的微细粉末与烧结剂一起悬浮在醋酸异丁脂中的溶液涂敷在玻璃管内表面上并经过干燥后，在氧化气氛进行加热处理，能够容易地形成薄膜44。

在本发明的实施例中，将具有上述那样构成的放电管31用作液体处理装置中的紫外线发光源。液体处理装置自身的构成既可以是例如图10所示的闭锁型液体处理装置，也可以是水路开放型的液体处理装置。又，在1个液体处理装置中使用的放电灯31的数目可以不限于1个而是许多个。

与本实施例有关的放电灯31的发光管泡11的材质既可以是将天然水晶或硅砂作为出发原料的熔融石英玻璃，也可以是合成石英玻璃。

首先，我们说明用熔融石英玻璃构成发光管泡11的材质的一个例子。例如，发光管泡11的石英玻璃是将天然水晶或硅砂作为出发原料，由钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)和铁(Fe)4种元素组成的元素总含有量在2.5ppm以下，包含10ppm以上的OH基的气体熔融石英玻璃构成的。这样，通过在构成放电灯31的发光管泡11的材质的石英玻璃中除了钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)和铁(Fe)4种元素外还包含OH基，能够很大地改善由于放电灯31发出的短波长紫外线引起的发光管泡11的石英玻璃随时间经过的恶化。

图2是将作为石英玻璃的组成的，钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)，铁(Fe)  的总含有量和OH基的含有量作为参数，对制作的各种放电灯经过长时间点亮实验得到的紫外线强度维持率曲线。在放电灯的形状，尺寸都相同的情形中，横轴为点亮时间，纵轴为将根据本发明的放电灯的强度初始值作为100％时的185nm波长的紫外线强度。与各曲线A，B，C，D对应的各放电灯中石英玻璃的组成条件如下表所示。

表1

曲线    Na，K，Ti，Fe的总含有量    OH基的含有量

A               2.5ppm以下           100ppm

B               4.2ppm               100ppm

C               4.5ppm               不到10ppm

D               6.4ppm               不到10ppm

曲线A是满足本实施例定义的钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)和铁(Fe)4种元素组成的元素总含有量在2.5ppm以下，包含10ppm以上的OH基的条件，曲线B，C，D不满足这个条件。如在图2中我们看到曲线A表示最佳结果那样地，通过按照本发明设定作为石英玻璃中的杂质钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)，铁(Fe)  4种元素的总含有量和OH基的含有量，能够很大地提高时间过程中短波长区域的紫外线照度维持率。此外，当进行图2的实验时，在大气中发生由于对紫外线的反应产生的臭氧，因为这样产生的臭氧介于放电灯和紫外线强度计之间造成测定值零散，所以将紫外线强度计直接贴附在放电灯外面进行测量。

在适用本发明的用紫外线的有机物分解处理等的技术领域中，因为不管放电灯的输入密度的大小，一般将使用1年后的紫外线维持率保持在70％那样地设计装置，所以从这个观点出发，我们看到造成图2曲线A的结果的石英玻璃组成是有效的，而造成图2曲线B，C，D的结果的石英玻璃组成显然是无效的。这样，如果作为石英玻璃中的杂质钠(Na)，钾(K)，钛(Ti)，铁(Fe)4种元素的总含有量在“2.5ppm以下”，则能够确保使用1年后的紫外线维持率在70％以上。此外，如果关于OH基的含有量没有注释，则不到10ppm对于Si-OH的再结合效果来说是不够的。

此外，由上述原材料构成的石英玻璃，不限于放电灯自身的发光管泡，也能够用于暴露在220nm以下波长区域的紫外线中使用的任何部分，部品，装置中。例如，能够用与本发明有关的石英玻璃作为如图4所示的在外管(保护管)20上的紫外线透过性玻璃壁的材质。这种收藏放电管的外管(保护管)即容器的形状不限于圆筒形，也可以是任何形状。

当然，构成与本实施例有关的放电灯31的发光管泡11的熔融石英玻璃的类型不限于上述气体熔融型，例如也可以是电熔融型。

进一步，与本实施例有关的放电灯31的其它实施形态的特征是用合成石英玻璃构成发光管泡11，这时，在能够高效率地发出波长185nm的紫外线的所定条件下决定该放电灯31的尺寸(管泡内径和灯丝间距离等的诸尺寸)。

我们将在后面进行详细的述说，但是，因此，能够达到提高放电灯的短波长区域的紫外线照度维持率，并且，提高短波长区域的紫外线照度效率的目的。在这种高性能的放电灯中，当将抑制了254nm的紫外线照度下降的放电灯用于处理液体用的紫外线照射装置中时，因为能够达到提高处理能力和使装置寿命飞跃地增加的目的，所以具有极大的意义。

现在我们说明在用合成石英玻璃构成发光管泡11的情形中，放电灯31的尺寸(管泡内径和灯丝间距离等的诸尺寸)的设定条件的一个例子。与本实施例有关的放电灯31的特征是为了能够高效率地发出波长185nm的紫外线那样地，由合成石英玻璃构成的发光管泡11的内径D(单位mm)的尺寸为8mm以上，令灯丝21a，21b的间隔为L(单位cm)，点亮时的灯电压为V(单位V(伏))，灯电流为I(单位A(安))时，具有下列关系式那样地设定各值的关系。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I}),$ 但是2.6≤X≤4.2

这里，Vf是阳极电压降电压，是由点亮电源唯一决定的因子(常数因素)，当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。

其次，我们说明作为高效率地发出波长185nm的紫外线的条件导出上述那样的关系式的根据。

本发明者们准备好多个具有各种尺寸的基本构造与图1所示的放电灯31相同的放电灯，将它们作为对象进行种种实验，对放电灯的电特性与185nm紫外线强度的关系进行评介。具体地说，在这些实验中所用的各放电灯的尺寸是用内径8mm，13mm，18mm，23mm的各个管径，壁厚1mm，管长100～160cm的合成石英玻璃管，将灯丝间距离L(cm)设定为95～153cm。当实验时，在中央部分附有用于测定185nm紫外线强度的支管，构成T字形的玻璃管内插入作为实验对象的放电灯，在该玻璃管内充满氮气并且在外侧流动着冷却水。又，在点亮电源中准备好约40kHz的电子镇流器(稳定器)和商用频率的电磁镇流器(稳定器)这样两种镇流器，令点亮时的灯电流分成0.4A，0.6A，0.8A，1.0A，1.4A(安)5个阶段。此外，用股份有限公司制造厂生产的紫外线照度计UV-185(商品名)进行185nm紫外线强度的测定。

在上述条件下，电流大致保持恒定，一面改变冷却水的温度一面测定各种电特性即灯电压V，灯电流I，灯功率和185nm紫外线强度。改变冷却水温度的理由是为了改变汞蒸气压。即，这是因为考虑到185nm紫外线辐射效率和电特性与汞蒸气压有关，所以要明确这种关系。通过改变冷却水温度改变剩余汞滞留的最冷部分的温度，改变汞蒸气压。顺便地说，因为灯电压V与灯内的汞蒸气压即蒸发量有关，所以通过改变最冷部分的温度，能够可变地设定灯电压V。在由这种物理尺寸构成的放电灯中，因为灯电流I也是由镇流器决定的常数因素，所以能够左右185nm紫外线强度的因素主要是灯电压V。因此，通过改变冷却水温度，结果可以改变灯电压V使它具有各种值，通过测定该灯电压V的值同时每次测定185nm紫外线强度，可以判明在由该物理尺寸和所定灯电流I构成的条件下，185nm紫外线强度与灯电压V的相关性。为此，进行这样的测定。

根据这个测定结果，关于185nm紫外线强度，从“每单位消耗电功率的紫外线强度”的观点出发，将测定的185nm紫外线强度的值除以测定的灯电功率，将它的商作为“辐射效率”的指标(即“185nm紫外线辐射效率”)。又，关于灯电压，从“每单位长度的电压”的观点出发，从测定的灯电压值V(V)减去称为阳极电压降电压(Vf)的固定值Vf(V)，将它的结果“V-Vf”除以灯丝间距离L，将这个商作为“电位梯度”(即，每单位长度的灯丝间距离的灯电压)。即，通过将测定的“185nm紫外线强度”和“灯电压V”分别换算成“185nm紫外线辐射效率”和“电位梯度”(每单位长度的灯丝间距离的灯电压)，能够对比与“电位梯度”的各值对应的“185nm紫外线辐射效率”的值，从而能够掌握辐射效率高的条件应该是什么样的。此外，关于阳极电压降电压Vf，如上所述，当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。

图3是表示，作为一个例子，在用壁厚1mm的合成石英玻璃管的放电灯的尺寸为内径13mm，管长154cm，灯丝间距离147cm的物理条件下，当作为电条件，灯电流I为1A(安)，使用约40kHz的电子镇流器(即Vf＝10)时“电位梯度”与“185nm紫外线辐射效率”的测定结果的图，是令“电位梯度”的值为横轴，与它相对应的“185nm紫外线辐射效率”的值为纵轴，用曲线表示测定结果的图。如上所述，通过改变冷却水的温度改变灯电压V。如果根据图2，则我们判明当“电位梯度”约为0.88(V/cm)时，“185nm紫外线辐射效率”达到最高值(约“6”)。从而判定如果使“185nm紫外线辐射效率”处于包含它的最高值即峰值(图2的例子中约为“6”)的适当的允许范围内那样地，设定物理和电的诸条件，则能够提供可以高效率地辐射185nm紫外线的放电灯和紫外线照射装置。作为这个允许范围，通过观察实际的紫外线照射状态，判明将“185nm紫外线辐射效率”峰值的约60～70％包含在允许范围内是适当的。例如，在图3的例子中，如果“185nm紫外线辐射效率”的值即便最低也在3.6以上，则可以认为能够得到高效率的辐射。这时，从图可以判明最好使“电位梯度”处于约0.72～1.16的范围内那样地设定诸条件。

进一步我们说明其它的实测结果。在尺寸与图3相同的管径13mm，管长154cm，灯丝间距离147cm的放电灯中，改变灯电流I使它具有各种不同的值，在各个灯电流值探索使“185nm紫外线辐射效率”成为峰值的最佳“电位梯度”。将从这个结果得到的各灯电流值(纵轴)的最佳“电位梯度”(横轴)画成曲线图，如图4所示。从图4我们判定最佳“电位梯度”大致与灯电流值(I)的平方根(

)成反比。

下面同样地，对于本实验中使用的上述全部尺寸的放电灯，探索使“185nm紫外线辐射效率”成为峰值的最佳“电位梯度”，结果，我们发现在无论什么样的管径，最佳“电位梯度”大致与灯电流值(I)的平方根(

)成反比。又，将管径(D)作为参数画出最佳“电位梯度”，结果我们判明如图5所示在无论什么样的电流，最佳“电位梯度”也大致与管径(D)的平方根(

)成反比。即，我们发现在内径(D)为8～23mm的放电灯中，在灯电流0.4～1.4A的范围内工作时，为了得到最大的185nm的辐射效率的最佳“电位梯度”与管径(D)和电流值(I)的平方根(

和

)成反比。这成为在用高频率的电子镇流器和商用频率的电磁镇流器的任何一个的情形中如果只考虑点亮电流的因子则也将它包含在内的结果。

如上所述，在最佳“电位梯度”，“电位梯度”即“(V-Vf)/L”具有与管径(D)的平方根(

)和灯电流I的平方根( )成反比的关系，令这个比例常数为X时，由下列那样的关系式表示。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I})$

在上述图3的例子中，因为内径D＝13mm，灯电流I＝1A，所以

约为3.605，所以为了使“电位梯度”处于上述的约0.72～1.16的允许范围内，比例常数X最好取大致在“2.6≤X≤4.2”的范围内的值。

考虑到以上的实验结果，在用图1所示的由合成石英玻璃构成的发光管11的放电灯31中，由合成石英玻璃构成的发光管11的内径D(单位mm)的尺寸为8mm以上，令灯丝21a，21b的间隔为L(单位cm)，点亮时的灯电压为V(单位V(伏))，灯电流为I(单位A(安))时，具有下列关系式那样地设定各值的关系，得到为了高效率地辐射185nm紫外线的条件最好是什么的结论。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I}),$ 但是2.6≤X≤4.2

这里，如上所述，作为由点亮电源唯一决定的因子的阳极电压降电压Vf当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。

这样，与上述实施例有关的放电灯31，作为根据上述条件的一个例子，除了发光管泡的内径13mm，灯丝间距离153cm，发光管泡11的材质由合成石英玻璃构成外，如图1所示，在上述发光管泡11内表面上形成金属氧化物(在本实施例中作为一个例子为氧化Al)的薄膜44。

其次，我们参照图6说明长期间点亮这个放电灯31进行实验得到的紫外线照度维持率的测定结果。在图6中，横轴为点亮时间，纵轴为将根据本发明的放电灯的照度初始值作为100％时的185nm和254nm波长的紫外线照度。在发光管泡11内表面上形成薄膜44，结果我们判明几乎看不到254nm波长区域的紫外线照度的下降，与上述图9所示的已有放电灯比较，飞跃地提高了照度维持率。又，我们判明也极大地提高了185nm波长区域的紫外线照度维持率。

因为与本发明有关的紫外线液体处理装置即紫外线照射装置用于例如半导体制造工序中使用的超纯水的精制，所以这时必须能够经受1年～3年的长期连续运转。如果用根据本发明的放电灯，则能够达到提高TOC(Total Organic Carbon：全有机体碳)分解处理能力和减轻离子交换树脂负担的相乘的效果。从而，本发明对于半导体制造工序等中使用的超纯水的精制处理是最适宜的。当然，与本发明有关的紫外线液体处理装置不限于半导体制造工序，也可以用于饮料制造，食品制造，医疗，水处理等为了有机物的分解处理·杀菌·消毒等而实施液体处理的广泛领域。图7是表示关于搭载根据已有技术的放电灯的紫外线照射装置B和搭载本发明的实施例所述的放电灯的紫外线照射装置A，以每单位消耗电功率量的流量比较它们的使TOC浓度10ppb的原水达到1ppb以下的处理能力的实测数据的图。该图表示以装置B的初期值为100％。我们可以判定在已有装置B和本发明装置A中，首先在初期存在大的性能差，随着使用时间的增加差异变得更大。这种TOC处理能力的提高是由于185nm紫外线辐射效率和维持率的提高造成的，但是短波长区域的紫外线过多，如上所述，生成过多的过氧化物，导致离子交换树脂的寿命缩短，然而，如果用与本发明有关的放电灯，则能够通过抑制254nm紫外线的照度下降，减轻离子交换树脂的负担。

图8是在后段的离子交换树脂工序的出口测定根据已有技术的紫外线照射装置B和使用本发明实施例所述的放电灯的紫外线照射装置A中的处理水的电阻率的结果。在图8中，纵轴表示电阻率值，横轴表示点亮时间。电阻率值与过氧化物的浓度有关，过氧化物的浓度越高，电阻率值越低。即，因为离子交换树脂恶化引起的过氧化物泄漏增加，电阻率值下降，所以离子交换树脂出口的电阻率值随时间的变化成为离子交换树脂恶化水平的指标。在装置使用初期的电阻率值在已有装置B和本发明装置A的任何一个装置中都为18MΩ强，但是在从装置开始使用时算起的1年后的时刻，已有装置B的电阻率值降低到要更新离子交换树脂的约16MΩ，与此相反，已经判明在本发明装置A中，经过使用期间后电阻率值的下降也是极少的，能够减轻离子交换树脂的负担。这是因为254nm波长区域的紫外线照度维持率飞跃地提高，维持了过氧化物处理能力。

如上所述，本发明是在一起发出220nm以下短波长区域和254nm的紫外线的放电灯中，在发光管内表面上形成金属氧化物薄膜，提高了254nm的紫外线照度维持率，用来自该放电灯的紫外线对作为处理对象的液体进行有机物分解等处理，促进不希望的中间生成物分解的发明。在上述实施例中，我们说明了用合成石英玻璃构成发光管，在能够高效率地发出波长185nm的紫外线的所定条件下决定该放电灯的尺寸，虽然这时能够得到特别大的作用效果，但是本发明的实施样态不限于此，例如，作为上述发光管的原材料，用通常的(天然)石英玻璃时也能够得到同样的作用效果。又，我们说明了用作在放电灯的玻璃内表面上形成的薄膜的金属氧化物，作为一个例子使用氧化Al的情形，但是不限于此，如果以从Al，硅，钙，镁，钇，锆和铪中选出的至少一种以上的金属的氧化物为主要成分，则也是有效的。此外，放电灯的形态，如果是一起发出220nm以下的波长区域和254nm的紫外线的放电灯，则在封入汞和其它金属的合金型的放电灯，灯丝总是加热着的连续加热型或灯丝和阳极合并设置型等等的任何一种形态中都能够应用本发明，能够得到同样的作用效果。

如上所述，如果根据本发明，则显著提高了一起发出220nm以下波长区域和254nm的紫外线的放电灯中的254nm的紫外线照度维持率，同时提高了220nm以下的紫外线辐射效率，通过提高了照度维持率，在使用该放电灯的液体处理装置和方法中能够达到各设备机器的长寿命和节省能量，节省维护的效果。

Claims (7)

1.液体处理装置，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，

作为上述放电灯，使用在它的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

2.液体处理装置，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，

作为上述放电灯，使用该放电灯的发光管是由将天然水晶或硅砂作为出发原料，由钠，钾，钛和铁4种元素组成的元素总含有量在2.5ppm以下，包含10ppm以上的OH基的石英玻璃构成的，在这个发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

3.液体处理装置，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理装置中，

作为上述放电灯，使用备有由内径8mm以上的合成石英玻璃构成的发光管和在这个发光管的两端上相距L(cm)间隔的一对灯丝，在内部封入稀有气体和至少含有汞的金属，点亮时的灯电压为V(V)与灯电流为I(A)，灯丝间距离L(cm)，放电路径的内径D(mm)具有下列关系式，并且在上述发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I}),$ 并且

2.6≤X≤4.2

但是，Vf是与点亮电源有关的常数因子，当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。

4.权利要求项1到3中任何一项记载的液体处理装置，它的特征是在上述放电灯的发光管内表面上形成的金属氧化物薄膜以由Al，硅，钙，镁，钇，锆和铪中选出的至少一种以上的金属的氧化物为主要成分。

5.液体处理方法，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理方法中，

作为上述放电灯，使用在它的发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

6.液体处理方法，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理方法中，

作为上述放电灯，使用该放电灯的发光管是由将天然水晶或硅砂作为出发原料，由钠，钾，钛和铁4种元素组成的元素总含有量在2.5ppm以下，包含10ppm以上的OH基的石英玻璃构成的，在这个发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

7.液体处理方法，它的特征是在用从一起发出220nm以下的紫外线和254nm的紫外线的放电灯辐射出来的紫外线照射作为处理对象的液体，进行该液体的有机物分解处理等的液体处理方法中，

作为上述放电灯，使用备有由内径8mm以上的合成石英玻璃构成的发光管和在这个发光管的两端上相距L(cm)间隔的一对灯丝，在内部封入稀有气体和至少含有汞的金属，点亮时的灯电压为V(V)与灯电流为I(A)，灯丝间距离L(cm)，放电路径的内径D(mm)具有下列关系式，并且在上述发光管内表面上形成金属氧化物薄膜的放电灯。

$(V-\mathrm{Vf})/L=X/(\sqrt{D}\·\sqrt{I}),$ 并且

2.6≤X≤4.2

但是，Vf是与点亮电源有关的常数因子，当由1kHz以上的高频电源点亮时Vf＝10，当由不到1kHz的电源点亮时Vf＝50。

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