JP2004082043A - 病原性微生物の不活化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線透過率の変動の激しい被処理液を対象とする場合においても、消費電力の無駄、ランプ寿命の短命化が可及的に防止される病原性微生物の不活化方法とする。
【解決手段】紫外線としてパルス紫外線を使用して、被処理液中の病原性微生物を不活化する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水原水などの被処理液中に存在するクリプトスポリジウムなどの病原性微生物を不活化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上水原水、上水（飲料水）処理プロセス排水、下水処理プロセス排水、下水処理水、焼却排水、各種洗浄排水などの被処理液中に存在する病原性微生物を不活化（殺菌）する方法は、従来、塩素による方法が最も一般的であった。
【０００３】
しかしながら、塩素による不活化方法は、トリハロメタン、ハロ酢酸等の発ガン性物質生成との関連性が示唆されており、また、病原性微生物、特に、近年集団感染が報告されているクリプトスポリジウムのオーシスト（Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ　ｏｏｃｙｓｔ）に対しては効果的でないという問題があった。
【０００４】
そこで、現在では、塩素による不活化方法に代わって、紫外線照射による不活化方法が、普及しつつある。この紫外線照射による不活化方法は、低圧紫外線ランプや中圧紫外線ランプ、あるいは高圧紫外線ランプによって、被処理液を紫外線照射して、不活化を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の紫外線照射による不活化方法には、以下に示すような問題があった。
すなわち、従来の方法によると、紫外線透過率の変動の激しい被処理液を対象とする場合、低圧紫外線ランプや中圧紫外線ランプ、あるいは高圧紫外線ランプの出力を、紫外線透過率が高くなるときを基準に設定すると、紫外線透過率が低くなったときに期待する効果が得られない。したがって、紫外線透過率が低くなるときを基準に出力を設定することになるが、これによると、紫外線透過率が高くなったときには過剰な紫外線量を与えることになり、必要以上に消費電力を消費するとともに、ランプ寿命が短命化することになる。
【０００６】
また、そもそも、従来の方法によると、被処理液の紫外線透過率が低い場合には十分な効果を得ることができない。例えば、特開２０００−１８５２８０号公報「紫外線殺菌方法及び殺菌装置」などにおいては、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上の被処理液を対象とする場合は、濁度を低減させるための前処理をしてから紫外線照射を行うものとされる。したがって、従来の方法によると、前処理によって処理が煩瑣なものとなるばかりでなく、前処理として、例えば膜分離を行った場合は、分離除去された固形分側にもクリプトスポリジウムなどの病原性微生物が存在することになるため、さらにその不活化処理が必要となり、より一層処理が煩瑣なものとなる。
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、紫外線透過率の変動の激しい被処理液を対象とする場合においても、消費電力の無駄、あるいはランプ寿命の短命化が可及的に防止される病原性微生物の不活化方法を提供することにある。また、本発明の主たる課題は、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上に変化する被処理液を対象とする場合においても、十分な不活化効果を得ることができ、しかも比較的簡易な処理となる病原性微生物の不活化方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次の通りである。
＜請求項１記載の発明＞
紫外線照射により被処理液中の病原性微生物を不活化する方法であって、
前記紫外線としてパルス紫外線を使用することを特徴とする病原性微生物の不活化方法。
【０００９】
＜請求項２記載の発明＞
被処理液の流量を測定し、この測定値に基づいて前記被処理液のレイノルズ数を算出し、この算出値に基づいて紫外線照射強度、紫外線照射間隔及び前記被処理液の流量のうちの少なくとも１つを制御する請求項１記載の病原性微生物の不活化方法。
【００１０】
＜請求項３記載の発明＞
被処理液の紫外線透過率を測定し、この測定値に基づいて紫外線照射強度、紫外線照射間隔及び前記被処理液の流量のうちの少なくとも１つを制御する請求項１又は請求項２記載の病原性微生物の不活化方法。
【００１１】
＜請求項４記載の発明＞
ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上に変化する被処理液を対象とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の病原性微生物の不活化方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜本発明の概要＞
本発明に係る病原性微生物の不活化方法は、紫外線照射により被処理液中の病原性微生物を不活化する方法であって、紫外線としてパルス紫外線を使用することを特徴とするものである。
従来の方法においては、低圧紫外線ランプ、中圧紫外線ランプ又は高圧紫外線ランプによって、被処理液を紫外線照射していた（なお、これらは、紫外線ランプ管内に充填された水銀蒸気圧の違いに基づく分類である。）。この点、低圧紫外線ランプは、図３に示すように、病原性微生物を直接不活化する波長２５４ｎｍ付近の紫外線を非常に効率よく発生する。また、中圧紫外線ランプ及び高圧紫外線ランプは、中圧紫外線ランプの場合について図２に示すように、波長２５４ｎｍ付近の紫外線を発生するとともに光触媒を活性化しうる波長４００ｎｍ付近の紫外線をも発生する。したがって、従来の方法においては、病原性微生物を効率よく不活化することを目的として低圧紫外線ランプが、光触媒併用の効果を向上させることを目的として中圧紫外線ランプ又は高圧紫外線ランプが用いられていた。しかしながら、これらの紫外線ランプはそのスペクトルが不連続であるが故に、被処理液の紫外線透過率による影響を受けやすい。紫外線ランプの輝線（例えば、低圧紫外線ランプの場合であれば、波長２５４ｎｍ付近の光。）の透過率が悪くなると、その影響を直接受け、被処理液全体にわたって光がとどかなくなり、病原性微生物の不活化が完全ではなくなってしまう。そこで、前述したように、従来は、紫外線の出力（照射強度）を強く設定し、あるいは照射時間を長く設定して対応している。しかしながら、かかる対応では紫外線透過率が向上したときには過剰な紫外線を与えることになり、必要以上に消費電力を消費することになる。特に、上水原水や排水などの紫外線透過率の変動が大きい被処理液を対象とする場合は、かかる過剰消費電力が顕著となる。これに対して、パルス紫外線は、図２に示すように、分光特性が連続スペクトルであり、また、波長２００〜３００ｎｍの不活化作用の強い光を充分に発する。したがって、特定の波長の紫外線透過率が悪くなっても他の波長の紫外線により補完されるので、被処理液の紫外線透過率の変動による影響が緩和される。つまり、紫外線透過率がよい場合と悪い場合とにおける不活化効果の差が少なくなるので、従来の方法に比して、消費電力の無駄が減少する。特に、本発明の方法は、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上に変化する被処理液を対象とする場合においても、病原性微生物を完全に不活化することができるので、従来の方法におけるような、前処理（例えば、濁度低減のための膜分離。）が不要となり簡易な方法となる。
【００１３】
本発明に係る不活化方法においては、被処理液の流量を測定し、この測定値に基づいて被処理液のレイノルズ数を算出し、この算出値に基づいて紫外線照射強度、紫外線照射間隔及び被処理液の流量のうちの少なくとも１つを制御するとより好ましいものとなる。紫外線照射によって被処理液全体を不活化することができるか否かは、被処理液の流動状態、具体的には、乱流状態にあるか、あるいは層流状態にあるか、によって大きな影響を受ける。したがって、本発明のように、レイノルズ数（算出値）に基づいて、つまり、被処理液の流動状態を考慮して、紫外線強度や、紫外線照射間隔を制御するようにすれば、病原性微生物の完全な不活化という効果を得ることができながら、余剰照射による消費電力の無駄の防止、ランプ寿命の短命化防止という効果はより優れたものとなる。
【００１４】
また、被処理液の流動状態が乱流であれば、紫外線照射量のバラツキが防止され被処理液全体を均一に不活化することができるので、レイノルズ数（算出値）に基づいて、被処理液の流量を、レイノルズ数が高まるように、制御しても、好ましいものとなる。ここで、一般に、被処理液の流動状態は、レイノルズ数１５００〜４０００が遷移領域で、それ以下であると層流になり、それ以上であると乱流になるとされているので、不活化効果を向上させるには、流量を多くするのが好ましい。例えば、レイノズル数が１５００以上となるように制御するのが好ましく、２０００以上となるように制御するのがより好ましい。なお、レイノルズ数は、流量に比例するものであるので、現在の流量からレイノルズ数を算出することができる。
【００１５】
以上の制御（紫外線照射強度、紫外線照射間隔又は被処理液の流量）は、被処理液の紫外線透過率を測定し、この測定値に基づいて行ってもよい。紫外線透過率によって不活化効果が異なるからである。当然、この測定値（紫外線透過率）と先のレイノルズ数とをともに基礎としてかかる制御を行ってもよい。
【００１６】
この制御は、レイノルズ数、あるいは紫外線透過率などに基づいて被処理液に照射されている現状の照射線量値を推定し、この推定値と目標照射線量値（期待する不活化効果を得るために必要とされる照射線量値）とを比較し、この比較値に基づいて行うことができる。
【００１７】
＜具体的設備例＞
次に、以上で説明した本発明の設備例を説明する。
図１に、本発明の設備例である不活化処理設備１を示した。
図１中の８は被処理液Ｔの貯留槽であり、２Ａ（２Ｂ）は被処理液Ｔの紫外線透過率測定装置であり、３は被処理液Ｔの流量計であり、４は被処理液Ｔの流量調整バルブであり、７は光反応容器であり、１０は光反応容器７内に収められた紫外線照射手段であり、９は貯留槽８内の被処理液Ｔを光反応容器７に送るための被処理液供給手段たるポンプである。また、６は電源装置であり、５は各種装置（紫外線透過率測定装置２Ａ（２Ｂ）、流量計３、バルブ４、ポンプ９、電源装置６）を制御するための制御装置である。さらに、２１，２２は被処理液Ｔを搬送するための輸送路であり、３１〜３８は各種装置間において電気や信号を授受するためのケーブルである。
【００１８】
本設備１において、貯留槽８中の被処理液Ｔは、ポンプ９によって輸送路２１を通して光反応容器７内に送られる。この光反応容器７内に送られた被処理液Ｔは、紫外線照射手段１０によって紫外線照射され、病原性微生物の不活化処理がなされる。不活化処理がなされた後の被処理液Ｔは、輸送路２２を通して系外に送られる。
【００１９】
本設備１において、紫外線照射手段１０は、パルス紫外線ランプとこれを内包するジャケットと、から主になっている。
パルス紫外線ランプは、その種類が特に限定されるものではないが、キセノンランプであるのが好ましい。パルス紫外線ランプからの発熱が大きい場合は、冷却手段を備えるとよい。冷却手段としては、例えば空冷式、水冷式の装置などを挙げることができる。また、ジャケットは、パルス紫外線ランプからの紫外線透過を著しく妨げるものでなければよく、例えば石英製のものを使用することができる。
【００２０】
パルス紫外線ランプには、ケーブル３７及び３８介して電源装置６から電圧が印加される。電源装置６としては、例えば、コンデンサ等の電力を蓄積することができる手段と、蓄積した電力を短時間にフラッシュすることができる回路とが備えられたものを挙げることができる。
【００２１】
紫外線照射手段１０を内包する光反応容器７は、特にその形状が限定されるものではない。例えば、円筒状、水路状などとすることができる。本実施の形態では、円筒状となっており、その内部に紫外線照射手段１０を被処理液Ｔの流れ方向に沿って設置している。したがって、被処理水Ｔは、光反応容器７の内壁と紫外線照射手段１０の外壁との間を、紫外線照射手段１０に沿って不活化処理されつつ流れることになる。この点、紫外線照射手段１０は、被処理液１０の流れ方向に対して垂直に設置することもできるが、被処理水Ｔの滞留防止という観点からは、流れ方向に沿って設置する方が好ましい（なお、これにより後述するレイノルズ数の向上も期待することができる。）。したがって、例えば不活化能力を向上させるためにパルス紫外線ランプを複数本用いる場合は、パルス紫外線ランプを光反応容器７内に被処理液Ｔの流れ方向に沿って直列に設置するか、あるいは被処理液Ｔの流れ方向に沿ってパルプ紫外線ランプ一本が内包された光反応容器７を直列に設置するのが好ましい。
【００２２】
本不活化処理設備１においては、輸送路２１上に備えられた紫外線透過率測定装置２Ａによって被処理液Ｔの紫外線透過率が測定される。紫外線透過率測定装置は、他の場所、例えば、図中に点線で符号２Ｂを付して示すように、貯留槽８内に備えることもできる。ただし、より正確な紫外線透過率を測定するためには、輸送路２１上に備えるほうが好ましい。紫外線透過率の測定値は、ケーブル３２（３１）を介して制御手段５に送信される。
【００２３】
紫外線透過率測定装置２Ａ（２Ｂ）は、紫外線透過率を測定することができるものであればよく特に限定されない。紫外線透過率を直接測定する紫外線透過率計を使用する構成としても、水質計や、濁度計、ＳＳ計、ＴＤＳ計などによって得られた測定値から経験的な係数によって紫外線透過率を算出する構成としてもよい。ここで使用する濁度計としては、例えばレーザー光式や散乱光式などの公知のものを使用することができる。ただし、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠するものを使用するのが好ましい。
【００２４】
本設備１においては、輸送路２１上に備えられた流量計３によって被処理液Ｔの流量が測定される。そして、流量の測定値は、ケーブル３３を介して、先の紫外線透過率の測定値同様、制御手段５に送信される。そして、この制御手段５は、与えられた流量値からレイノルズ数を算出し、この算出値に基づいて、場合によっては、先の紫外線透過率の測定値にも基づいて、被処理液に照射されている現状の照射線量値を推定する。この推定値を得るための推定式や、先の流量値からレイノルズ数を算出するための算出式は、例えば実験等で求め、あらかじめ制御手段５に入力しておくのが好ましい。このようにして求めた推定値は、目標照射線量値と比較して、比較値に変換する。本実施の形態では、目標照射線量値を、病原性微生物を完全に不活化するのに必要な照射線量値とする。なお、例えば、クリプトスポリジウムを完全に不活化するのに必要な照射線量値は、一般に、２〜１，０００〔ｍＷｓ／ｃｍ^２〕とされる。
【００２５】
制御手段５は、以上のようにして求めた比較値を、制御信号として、ケーブル３６を介して電源装置６に送信する。電源装置６は、送信された制御信号に基づいて紫外線照射手段１０に印加する電圧や印加間隔を変更し、もって紫外線照射強度や紫外線照射間隔を調整する。なお、紫外線の照射間隔を制御する場合は、当然、被処理液Ｔが光反応容器７内を通過する間に少なくとも１回以上照射がなされるように制御する必要がある。
【００２６】
他方、本設備１においては、制御手段５で算出されたレイノズル数が小さい場合は、流量を大きくするために、制御装置５からバルブ４及びポンプ９に制御信号が送信されるようになっている。バルブ４及びポンプ９は、送信された制御信号に基づいてバルブの開口量ないし被処理液Ｔの供給量を変更する。これにより、流路断面方向への紫外線照射量のバラツキが防止され、被処理液に照射される紫外線量が均一となる。
【００２７】
なお、周知のとおり、レイノルズ数は、液体の流量（流速及び流路の口径）に比例し、液体の粘度に反比例する。したがって、レイノルズ数を算出するにあたっては、液体の流量のほか、液体の粘度をも基礎とする必要がある。かかる液体の粘度は、例えば、経験的な値や、別途実測した値、オンラインで測定した値を用いることができる。
【００２８】
＜その他＞
（１）　本実施の形態では、被処理液Ｔを光反応容器７に供給する手段としてポンプ９を利用したが、これに限定されるものではない。例えば、被処理液Ｔを光反応容器７内に自然流下させてもよい。
【００２９】
（２）　本実施の形態では、被処理液Ｔの流量を調整する手段としてバルプ４を利用したが、これに限定されるものではない。例えば、堰を設け、あるいはポンプ９をインバーター制御してもよい。ただし、流量が紫外線照射強度や照射間隔に大きな影響を与えることから、流量制御の確実性という観点からバルブを利用することを推奨する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
被処理液の紫外線透過率を変化させた場合において、被処理液が実際に受けた照射線量値（実効値）を測定し、目標照射線量値との差異を明らかにすることとした。実施装置は、実施の形態で示した図１の装置を用いた。測定は、以下４条件のもとで行った。▲１▼流量を制御した場合、▲２▼パルス間隔を制御した場合、▲３▼流量やパルス間隔等の制御を行わず被処理液の流量を２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕に固定した場合（小流量）及び▲４▼被処理液の流量を６０〔Ｌ／ｍｉｎ〕に固定した場合（大流量）である。結果を図４に示した。なお、上記▲１▼〜▲４▼の条件と図中▲１▼〜▲４▼とが対応している。
【００３１】
制御系（▲１▼及び▲２▼）では、実効値が、概ね目標照射線量値に近い値となった。被処理液の紫外線透過率変化による影響が可及的に防止されることがわかる。これに対し、非制御系では、目標照射線量値に近い値となることはほとんどなく、概ね照射線量不足か、照射線量過多になってしまうことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、紫外線透過率の変動の激しい被処理液を対象とする場合においても、消費電力の無駄、ランプ寿命の短命化が可及的に防止される病原性微生物の不活化方法となる。また、本発明によれば、ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上に変化する被処理液を対象とする場合においても、十分な不活化効果を得ることができ、しかも比較的簡易な処理となる病原性微生物の不活化方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る不活化処理設備のフロー図である。
【図２】中圧紫外線（点線）及びパルス紫外線（実線）の照射スペクトル分布図である。
【図３】低圧紫外線の照射スペクトル分布図である。
【図４】処理制御による影響を示すための図である。
【符号の説明】
１…不活化処理設備、２Ａ，２Ｂ…紫外線透過率測定装置、３…流量計、４…流量調整バルブ、５…制御手段、６…電源装置、７…光反応容器、８…貯留槽、９…ポンプ、１０…紫外線照射手段、２１，２２…輸送路、３１〜３８…ケーブル、Ｔ…被処理液。

Claims (4)

1. 紫外線照射により被処理液中の病原性微生物を不活化する方法であって、
   前記紫外線としてパルス紫外線を使用することを特徴とする病原性微生物の不活化方法。
2. 被処理液の流量を測定し、この測定値に基づいて前記被処理液のレイノルズ数を算出し、この算出値に基づいて紫外線照射強度、紫外線照射間隔及び前記被処理液の流量のうちの少なくとも１つを制御する請求項１記載の病原性微生物の不活化方法。
3. 被処理液の紫外線透過率を測定し、この測定値に基づいて紫外線照射強度、紫外線照射間隔及び前記被処理液の流量のうちの少なくとも１つを制御する請求項１又は請求項２記載の病原性微生物の不活化方法。
4. ＪＩＳ　Ｋ　０１０１に準拠する方法で測定される濁度が、２０度以上に変化する被処理液を対象とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の病原性微生物の不活化方法。

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