JP2004188274A

JP2004188274A - 紫外線ランプを含む水処理設備

Info

Publication number: JP2004188274A
Application number: JP2002356995A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Miyanoshita; 友明宮ノ下
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】紫外線ランプが破損したときに汚染の拡大を防止する。
【解決手段】紫外線照射装置１２の上流側に通水弁１４、下流側に排水弁２２および遮断弁１８を設ける。また、紫外線照射装置１２には、破損検知器２４を設けておく。破損検知器２４が紫外線ランプの破損を検出したときには、通水弁１４、遮断弁１８を閉じ、排水弁２２を開く。これによって、紫外線ランプの破損によって放出された水銀を含む汚染水は、排水弁２２、排水受け槽２８を介し重金属吸着塔３０に導入され処理される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水処理や工業用水処理あるいは排水処理等において、紫外線ランプを水中に設置して使用する紫外線ランプを含む水処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被処理水に紫外線（ＵＶ）を照射し、水中の微生物の殺菌や有機物の酸化を行う処理が提案され、実際に採用している設備もある。このような紫外線照射を水処理設備において行う場合、被処理水が流通する管路内に紫外線ランプを設置する。これは、被処理水をなるべく紫外線ランプの近くに流さないと、紫外線照射の効率が低下するからである。
【０００３】
ここで、紫外線ランプは水銀蒸気を封入した放電管を利用している。このため、水処理設備において、紫外線ランプが破損した場合には、被処理水中に水銀が流出する。そこで、通常の場合、安全対策として紫外線ランプ全体を覆う透明な保護管が設けられている。
【０００４】
なお、紫外線ランプを用いて、藻類を処理することについては、特許文献１などに記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６９０５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地震などにより紫外線ランプに大きな衝撃が加わり、水銀を封入した紫外線ランプのみならず保護管が破損した場合、処理水中に水銀が混入してしまう。そのような場合、浄水設備全体が停止することにより、水銀の混入した浄水が供給される事は防げるが、ＵＶ設備より下流の処理水の多くが汚染されてしまい、災害時の非常用水として使用できなくなる可能性がある。
【０００７】
また、地震等により紫外線ランプに大きな衝撃が加わり破損した場合などを考慮して、紫外線ランプへ被処理水を供給する管路に緊急遮断弁を設置することも考えられる。この緊急遮断弁を設置することで、水銀で汚染される処理水を、かなり減少できる。しかし、紫外線ランプの下流側の広範囲が水銀に汚染されるという問題があった。
【０００８】
また、水銀を含有した水がそのまま配管内に滞留するため、配管等も汚染されてしまい、従って災害からの復旧時に、水銀含有排水の処理や汚染された配管の洗浄や更新に労力を要するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、紫外線ランプの破損時の処理が効果的に行える紫外線ランプを含む水処理設備を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水中に設置された紫外線ランプの破損を検知する破損検知手段と、前記紫外線ランプの下流側に設けられ、前記紫外線ランプによる処理水の流れを遮断する遮断手段と、前記紫外線ランプの下流側に設けられ、前記紫外線ランプによる処理水を排水する排水手段と、この排水手段によって排水された下流側水を受ける排水槽と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
これによって、紫外線ランプの破損時に遮断弁が閉じるため、紫外線ランプから放出された水銀を含む水がその下流側に至るのを防止できる。そして、排水槽にこれを貯留することができ、別途安全に処理することができる。従って、水銀を含有した水を速やかに設備内から排水することができ、設備の汚染を最小限に留めることができる。
【００１２】
また、前記遮断手段および前記排水手段は、空気作動式の遮断弁および排水弁をそれぞれ含み、前記遮断弁は通電無しで閉、前記排水弁は通電無しで開となることが好適である。
【００１３】
空気作動弁を利用することで、弁の開閉が高速に行え、紫外線ランプ破損時に迅速な処理が行える。また、通電なしの場合に紫外線ランプを通過した水を遮断でき、排水することができるため、停電などが発生しても安全に遮断処理を行うことができる。
【００１４】
また、前記遮断手段は、前記破損検知手段による破損検知から前記遮断手段による処理水の流れの遮断に必要な時間を考慮して、被処理水の最大流速時において前記紫外線ランプの破損検出後に前記紫外線ランプを通過した被処理水が前記遮断手段まで至らない位置に設置されていることが好適である。
【００１５】
これによって、水銀に汚染された水が下流側に流出することを確実に防止することができる。
【００１６】
また、前記排水槽内の排水の水銀を除去する水銀処理手段を備えることが好適である。これによって、水銀によって汚染された水から水銀を除去することができ、水銀の処理を容易に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
本実施形態は、上水を生成する水処理施設である浄水場を対象としたものであり、原水としては、河川水、井水などが採用される。特に、本実施形態では、紫外線照射装置（紫外線ランプ）により被処理水に紫外線を照射し、これによってクリプトスポリジウムなどの有害微生物の増殖能力にダメージを与え不活性化する。
【００１９】
原水は、原水貯槽（着水井）１０に一旦貯留される。原水貯槽１０には、複数の紫外線ランプを内蔵する紫外線照射装置１２が接続されており、原水貯槽１０内の原水は、ポンプ（図示省略）などにより紫外線照射装置１２に供給される。なお、原水貯槽１０から紫外線照射装置１２に至る経路には、通水弁１４が配置されていると共に、この通水弁１４の原水貯槽１０側には、バイパス弁１６を有するバイパス管の一端が接続されている。
【００２０】
また、紫外線照射装置１２の出口側は、遮断弁１８を介し、凝集沈殿装置２０に接続されている。さらに、バイパス管の他端が凝集沈殿装置２０に接続されている。
【００２１】
従って、バイパス弁１６を閉じ、通水弁１４、遮断弁１８を開くことで、原水貯槽１０内の原水が紫外線照射装置１２を介し凝集沈殿装置２０に導入され、バイパス弁１６を開き、通水弁１４、遮断弁１８を閉じることで、原水貯槽１０内の原水が紫外線照射装置１２をバイパスして直接に凝集沈殿装置２０に供給される。また、紫外線照射装置１２の底部（下流側）には、紫外線照射装置１２内の水を排水するための排水弁２２が設けられている。
【００２２】
ここで、紫外線照射装置１２は、パイプ状の被処理水の流通路中に複数本の紫外線ランプが配置されたもので、紫外線ランプの周囲を被処理水が流れる際にその被処理水に紫外線が照射される。特に、紫外線ランプは、蛍光灯と同様の水銀が封入された放電管であり、蛍光剤が塗布されていないため、放電により発生した紫外線がそのまま放電管の外に射出されるものである。また、紫外線ランプの周囲には、これを覆って紫外線を透過させるガラス（石英ガラス）製の保護管が配置されている。従って、紫外線照射装置１２の被処理水通路内には、保護管が通路をほぼ横断するように配置されていることになる。
【００２３】
また、本実施形態では、紫外線照射装置１２に破損検知器２４が設けられている。この破損検知器２４は、例えば保護管の歪みを検出するものが採用できる。また、保護管内への水の侵入を検知するような形式のものなど紫外線ランプの破損を検出することができれば、どのような形式のものでもよい。
【００２４】
また、この破損検知器２４の検出結果は制御ユニット２６に供給されるようになっており、この制御ユニット２６は、破損検知器２４の検知結果に応じて、バイパス弁１６、通水弁１４、遮断弁１８および排水弁２２の開閉を制御する。すなわち、本実施形態において、バイパス弁１６は通常閉、通水弁１４、遮断弁１８は通常開、排水弁２２は通常閉に設定されている。従って、通常時は、紫外線照射装置１２を通過してここで処理された水が凝集沈殿装置２０に供給されるが、紫外線照射装置１２の紫外線ランプの破損時には、紫外線照射装置１２内の水が排水弁によって排水されるとともに、原水が直接凝集沈殿装置２０に供給される。
【００２５】
また、排水弁２２の下方には、排水受け槽２８およびこれに接続された重金属（水銀）吸着塔３０が設けられている。従って、排水弁２２を開いた時には、紫外線照射装置１２およびこの周囲の配管中の水は、排水受け槽２８を介し、重金属吸着塔３０に供給される。この重金属吸着塔３０内には、活性炭や、キレート樹脂などの重金属吸着剤が充填されている。従って、紫外線ランプの破損時に紫外線ランプから放出された水銀を含む水が重金属吸着塔３０に導入され、ここにおいて、水銀が処理される。そして、水銀が除去された排水が系外に排出される。なお、水銀の吸着剤としては活性炭が特に適している。
【００２６】
特に、遮断弁１８および排水弁２２は、空気作動式（ニューマチック式）の作動弁が用いられており、遮断弁１８は無通電時閉、排水弁２２は無通電時開となっている。従って、弁の動作として高速の動作が可能であり、かつ停電時などにおいても、紫外線照射装置１２をバイパスするルートに自動的に変更することができる。従って、地震などによって、紫外線ランプが破損した場合に停電が一緒に発生していても、適切な流路の切換を行うことができる。
【００２７】
なお、水銀を含有する水の処理には、活性炭による吸着が好適であるが、凝集沈殿処理などその他の処理によってもよい。
【００２８】
凝集沈殿装置２０は、急速撹拌機３２を有する混和槽２０ａ、緩速撹拌機３４を有する凝集槽２０ｂ、および傾斜板３６が配置された沈殿槽２０ｃからなっている。そして、混和槽２０ａには、凝集剤貯槽３８から凝集剤（例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ））などが供給される。これによって、被処理水に凝集剤が添加混合され、被処理水中に存在する固形物が凝集される。そして、凝集槽２０ｂでフロックの粗大化が図られ、沈殿槽２０ｃで粗大化したフロックが沈降分離され、被処理水中の固形物が沈殿除去される。なお、沈殿汚泥は、適宜系外に引き抜かれ、別途処分される。
【００２９】
また、凝集剤としては、ＰＡＣの他、硫酸バンドや塩化第二鉄などのアルミ系、鉄系の無機凝集剤が好適であり、これにあわせて高分子凝集剤を使用することも好適である。また、フロック化に適したｐＨでない場合には、水酸化ナトリウムや塩酸などの薬剤によってｐＨを適切なｐＨに調整することが好ましい。
【００３０】
凝集沈殿装置２０の処理水は沈殿槽２０ｃの上澄み水として得られ、この沈殿処理水はろ過器４０に導入される。このろ過器４０は、内部に砂ろ過層などを有するものであり、沈殿処理水中に残留する固形物をさらに除去する。そして、ろ過器４０のろ過処理水は、処理水貯槽４２に貯留された後、適宜消毒などの処理を受け、配水される。なお、ろ過器４０は、処理水貯槽４２内の処理水によって、適宜逆洗などの処理を受ける。
【００３１】
このように、本実施形態の水処理設備によれば、通常時には、原水貯槽１０内の原水は紫外線照射装置１２において、紫外線照射処理を受けた後、凝集沈殿、砂ろ過処理をうける。紫外線照射装置１２による紫外線照射によって、クリプトスポリジウムなどの病原性微生物が不活性化される。すなわち、紫外線照射処理は、微生物を完全に殺菌するまでの処理を行うには不適であるが、これら微生物の増殖が不能になるような不活性化の処理を行うことができる。従って、本実施形態の設備によって、クリプトスポリジウムなどの病原性微生物の増殖能力にダメージを与え不活性化して、実質的に問題のない処理水を得ることができる。
【００３２】
そして、地震などによって、紫外線照射装置１２に大きな力がかかって紫外線ランプが破損したときには、破損検知器２４がこれを検知する。制御ユニット２６は破損検知器２４の破損検出信号に応答して、バイパス弁１６および排水弁２２を開、通水弁１４および遮断弁１８を閉とする。これによって、原水貯槽１０からの原水はそのまま凝集沈殿装置２０に供給され、かつ通水弁１４から遮断弁１８までの紫外線ランプの水銀で汚染された汚染水（紫外線照射装置１２内の水を含む）は、排水弁２２、排水受け槽２８を介し、重金属吸着塔３０に導入される。従って、汚染水中の水銀が重金属吸着塔３０によって処理され、水銀の除去された水が重金属吸着塔３０から排水される。なお、排水弁２２を開いたときに、通水弁１４から遮断弁１８に至る紫外線照射装置１２の水が重力によって排水受け槽２８に導入されるように、排水受け槽２８を紫外線照射装置１２などの下方に設けることが好適である。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、紫外線ランプの破損時に、水銀に汚染された汚染水を自動的に排除すると共に、ここから水銀を除去することができる。
【００３４】
さらに、紫外線照射装置１２から遮断弁１８に至る経路の長さは、紫外線照射装置１２の最大処理水量および破損検知器２４による破損検知から遮断弁１８の閉までに要する時間に応じて決定する。すなわち、破損検知器２４による破損検知から遮断弁１８の閉までに要する時間をＴ、紫外線照射装置１２の最大処理水量をＱとした場合に、紫外線照射装置１２の出口から遮断弁１８に至る配管内の体積がＱ×Ｔより十分大きくなるように設定する。これによって、破損検知から遮断弁１８の遮断までの時間に紫外線照射装置１２からの水銀汚染水が遮断弁１８を通過することがなく、遮断弁１８の下流側（凝集沈殿装置２０側）へ汚染水が流出することを確実に防止することができる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、水中に設置された紫外線照射装置１２（紫外線ランプ）の破損時において、通水弁１４と、遮断弁１８により、紫外線照射装置１２への通水を遮断し、水銀に汚染された水が凝集沈殿装置２０へ流れないようにすることができる。また、水銀に汚染された水については、排水弁２２を介し、重金属吸着塔３０へ導入し、水銀を除去することができる。
【００３６】
従って、凝集沈殿装置２０等の下流側の施設の水銀による汚染を効果的に防止することができる。また、凝集沈殿装置２０の処理水などを緊急時の水として利用することができる。
【００３７】
さらに、遮断弁１８は通電無しで閉、排水弁２２は通電無しで開となるものを用いることで、停電時においても水銀汚染水が下流側に流れない安全側に弁操作を行うことができる。
【００３８】
さらに、紫外線ランプより下流側に被処理水の流れを遮断する遮断弁１８が設けられており、かつこの遮断弁１８は、最大流速時でも破断を検知し被処理水の流れを完全に遮断するまでに十分な時間を確保できる位置に設置している。そこで、水銀汚染水が下流側の凝集沈殿装置２０等に至ることを確実に防止することができる。
【００３９】
【実施例】
図１のフローの装置により、実際に処理を行った。その際の装置の仕様の一例を以下に示す。
【００４０】
・原水はダム水
・最大処理水量：２４，０００ｍ^３／ｄ＝１，０００ｍ^３／ｈ＝０．２８ｍ^３／秒
・紫外線照射装置出口配管口径：６００ｍｍ＝０．２８ｍ^２
・紫外線照射装置：低圧紫外線ランプ、最大出力４．０ｋＷ（１００Ｗランプ４０本）
・紫外線ランプの破損検知器２４：圧力感知式（保護管内部に設置）
・制御ユニット：非常用電源付き（４時間保持）
・紫外線ランプの破損検知器２４→制御ユニット２６→遮断弁１８までの伝達時間：１秒未満
・遮断弁１８：バタフライ弁、口径６００ｍｍ、空気作動式
・遮断弁１８の作動時間：７秒
・紫外線照射装置１２から遮断弁１８までの距離：１０ｍ＞８ｍ＝（緊急遮断弁作動までの時間１秒＋弁作動時間７秒）×流速１ｍ／秒
・バイパス弁１６は基本的に手動操作とするが、リミットスイッチにより、バイパス弁が全開で、通水弁：全閉、緊急遮断弁：全閉となる。
・排水受け槽２８：容量５．０４ｍ^３（φ６００ｍｍの配管１８ｍ分の容量）
・重金属吸着塔３０：φ８００ｍｍ×Ｈ１，０００ｍｍ＝０．５ｍ^２×１ｍ、粒状活性炭：５００Ｌ充填、ＬＶ（線速度）：２０ｍ／ｈ、ＳＶ（空塔速度）：２０ｈ^−１
【００４１】
このような、装置について、その処理性能を以下の要領で確認した。
【００４２】
大規模地震を模擬的に再現するため、紫外線ランプの破損検知器２４にダミー信号を送ると同時に各弁への通電を停止し、緊急停止時の状態とした。非常用電源により制御ユニット２６は正常に作動し、遮断弁１８は全開から全閉へ、排水弁２２は全閉から全開へ、通水弁１４は全開から全閉へと切り替わった。約４時間経過後に制御ユニット２６の非常用電源が切れたが、各弁は緊急停止時の状態を保持した。
【００４３】
一方、排水弁２２により排水された水は、排水受け槽２８に落下した後、重金属吸着塔３０に通水された。ここでは、模擬実験であるため、実際に水銀の含有した水の通水は行わなかった。
【００４４】
なお、重金属吸着塔３０における水銀の吸着容量は、事前の室内実験により確認しており、計算上全水銀ランプが破損しても十分に吸着できるだけの充填量としているため問題はない。具体的には、水銀は紫外線ランプ１本当たり２０ｍｇ充填されており、２０ｍｇ×４０本＝８００ｍｇとなる。８００ｍｇ／Ｌ÷５００Ｌ＝１．６ｍｇ／Ｌ以上の吸着容量であればよいことになるが、室内実験の結果、吸着容量は２０ｍｇ／Ｌと１０倍以上であった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線ランプの破損時に遮断弁が閉じるため、紫外線ランプから放出された水銀を含む水が下流側に至るのを防止できる。そして、排水槽にこれを貯留することができ、別途安全に処理することができる。従って、水銀を含有した水を速やかに設備内から排水することができ、設備の汚染を最小限に留めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る水処理設備の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０原水貯槽、１２紫外線照射装置、１４通水弁、１６バイパス弁、１８遮断弁、２０凝集沈殿装置、２０ａ混和槽、２０ｂ凝集槽、２０ｃ沈殿槽、２２排水弁、２４破損検知器、２６制御ユニット、２８排水受け槽、３０重金属吸着塔、３２急速撹拌機、３４緩速撹拌機、３６傾斜板、３８凝集剤貯槽、４０ろ過器、４２処理水貯槽。

Claims

水中に設置された紫外線ランプの破損を検知する破損検知手段と、
前記紫外線ランプの下流側に設けられ、前記紫外線ランプによる処理水の流れを遮断する遮断手段と、
前記紫外線ランプの下流側に設けられ、前記紫外線ランプによる処理水を排水する排水手段と、
この排水手段によって排水された下流側水を受ける排水槽と、
を備えることを特徴とする紫外線ランプを含む水処理設備。
請求項１に記載の設備において、
前記遮断手段および前記排水手段は、空気作動式の遮断弁および排水弁をそれぞれ含み、前記遮断弁は通電無しで閉、前記排水弁は通電無しで開となることを特徴とする紫外線ランプを含む水処理設備。
請求項２に記載の設備において、
前記遮断手段は、前記破損検知手段による破損検知から前記遮断手段による処理水の流れの遮断に必要な時間を考慮して、被処理水の最大流速時において前記紫外線ランプの破損検出後に前記紫外線ランプを通過した被処理水が前記遮断手段まで至らない位置に設置されていることを特徴とする紫外線ランプを含む水処理設備。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の設備において、
前記排水槽内の排水の水銀を除去する水銀処理手段を備えることを特徴とする紫外線ランプを含む水処理設備。