JP2007229598A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】均一な紫外線照射を行うことにより消毒性能を確保し、一部の紫外線ランプや保護管に異常が発生したとき、その影響を極力軽減化することにある。
【解決手段】円筒状の容器１０内に容器軸と平行に保護管１６に収納した複数本の紫外線ランプ１５−１〜１５−６が配置され、前記容器１０内の上部から下部方向へ旋回流しながら下降する被処理流体に対し前記紫外線ランプから紫外線を照射する紫外線照射装置１と、容器１０内部の紫外線照度を測定する照度測定手段６−１〜６−３と、容器１０に流入する被処理流体の所定流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を決定する紫外線照射量決定手段８Ａを有する浄水処理監視制御装置８とを設けた水処理システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線照射を利用して浄水処理を行う水処理システムに関する。

従来、水道を代表とする水処理システムでは、衛生学的安全性の観点から、塩素殺菌処理を基盤として運用されてきている。しかし、近年、クリプトスポリジウム、ジアルジア等の新興あるいは再興の病原微生物による水道汚染事故が発生している。

また、水道水源である湖沼、ダム、河川においては、富栄養化や有機物汚濁の進行などが原因となって大量の藻類が発生し、それに伴って異臭味、着色障害、凝集、沈澱阻害、濾過閉塞、濾過水の漏出などの障害などが起きている。

さらに、殺菌のために注入される塩素剤が原水中の有機物と反応して、有害な副生成物（トリハロメタン等）を生成するといった問題も起きている。

しかし、以上のような多くの問題に対し、従来の凝集、沈澱、濾過、塩素処理からなる基本的な浄化処理工程だけの水処理システムだけでは、十分に対応できない状況にある。

そこで、このような状況を踏まえ、従来の塩素処理の代替殺菌技術として、紫外線照射を利用した殺菌（以下、紫外線消毒と呼ぶ場合がある）技術が注目されている。紫外線消毒技術は、複雑な薬品注入管理が不要であり、また、有害な副生成物が生成しないという利点がある。

このため、浄水処理場等では、細菌や残留有機物の酸化を目的として紫外線照射処理を利用している場合がある。但し、紫外線の透過効率を考慮し、通常，濾過処理水あるいは凝集、沈澱処理水に対して、紫外線を照射する処理が行われている。

一方、凝集改善やクリプトスポリジウムなどの病原性原虫類の感染力消失等を目的とする場合、原水に対して紫外線を照射する処理が行われている。これは、塩素処理の代わりに紫外線を照射する処理である。

紫外線は、前述したように塩素とは異なり、トリハロメタン等の副生成物の生成がなく、クリプトスポリジウムの増殖能力にダメージを与えて感染力を消失させる効果が高いという特性を持っている。そのため、紫外線照射処理は当該紫外線の持つメリットを有効に生かして利用することができる。

さらに、浄水処理では、原水に含まれる藻類を繁殖させないことが重要であるが、紫外線照射処理の場合には藻類の繁殖を有効に防止できる効果が確認されている。

そこで、近年、紫外線照射を利用した浄水処理を行う技術が幾つか提案されている。

紫外線照射による浄水処理技術は、病原性微生物や原虫の消毒を目的とすることから、消毒に有効なＵＶ−Ｃ帯と呼ばれる２００ｎｍ〜３００ｎｍ波長領域の紫外線を出すランプ，つまり水銀蒸気を封入した低圧ないし中圧の水銀ランプが用いられている。

また、被処理流体に紫外線を照射する紫外線照射装置としては、被処理流体を流通させる機能をもった円筒容器と、当該円筒容器内に容器軸と平行に１本または複数本の紫外線ランプを配置した構成のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

しかし、消毒対象となる病原性原虫、病原菌、バクテリア、ウィルス等を不活性化するためには、微生物種毎に必要な紫外線照射量が異なっており、また、被処理流体が紫外線照射装置に入ってから出て行くまでの僅かな時間内に均等に紫外線の照射を受けている必要がある。一方、紫外線の照射効率は、被処理流体の濁度や色度により変化する。紫外線照射処理の場合、特に原水の水質を制御することが難しいことから、適切な紫外線の照射効率に維持することは難しい問題がある。すなわち、紫外線強度（照度）は、紫外線ランプからの距離の２乗に逆比例して減少する。その結果、紫外線照射を効果的に作用させるためには、被処理流体が紫外線ランプ近傍を通過させる必要がある。

この点を解決する技術手段としては、被処理流体が容器内で旋回しながら紫外線ランプ近傍を通って流れるように、容器の被処理流体入口管と出口管との配置に工夫を講じたものがある（例えば、特許文献１参照または特許文献２参照）。

また、他の紫外線照射技術としては、原水の濁度を検出し、その検出濁度に応じて紫外線ランプを収容した流水管に流す原水の流量を制御することにより、原水が紫外線照射を適切に受けられるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。当該文献には、貯水池などの存在する水中プランクトンの消失処理時に紫外線照射を利用することが提案されている。

また、濁度計に代えて、微粒子計を設置し、この微粒子計の出力を用いて、紫外線照射量を制御する技術も提案されている（非特許文献２）。さらに、濁度計と微粒子計を併用し、これら計器から得られる出力を用いて、紫外線ランプの紫外線照射量を制御する紫外線照射システムも提案されている（例えば、特許文献４参照）。

なお、容器内に配置される紫外線ランプを保護する目的のもとに、当該紫外線ランプを収納した保護管を設けたものがある。保護管の材料は、効率的に紫外線を通過させる必要から、結晶石英や合成石英ガラスが使用されている。その結果、保護管や紫外線ランプに無理な力や突発的な衝撃が加わると、簡単に破損してしまう危険がある。特に、紫外線ランプが破損した場合、ランプ内に封入されている水銀が処理流体内に入り込む危険や保護管等を構成する石英ガラスの破片が処理流体内に混入してしまう問題がある。

従来、このような不都合な問題を解決する手段としては、紫外線ランプの破損を検出するセンサと、紫外線照射装置に代えて迂回させるバイパス管とを設け、センサによるランプ破損時に被処理流体の紫外線照射装置への流入及び処理流水の排出を遮断し、バルブ開によってバイパス管に流すことにより、水銀で汚染された処理水が他の浄水工程に流れ込まないようにした紫外線照射システムが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特願２００５−３１９８２０号公報 特願２００５−３４７０６９号公報 特開平０５−１６９０５９号公報 特開２００４−１８８２７３号公報 特開２００４−１８８２７４号公報 "ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL．"，United States Environmental Protection Agency，June 2003，Draft． 木村繁夫他「微粒子測定機器の基礎的性能評価に関する調査」水道協会雑誌、第７１巻、第１０号、３１〜５１頁、平成１４年１０月発行

しかしながら、前述した各特許文献等に記載される紫外線照射装置や紫外線照射処理方法では、次のような問題が指摘されている。

一般に、原水は、水源や気象等の変動によって水質が大きく変化する。すなわち、藻類の大量発生や降雨等により、原水の濃度、微粒子数、有機物濃度が大きく変化し、これらの数値の上昇によって紫外線透過率が低下する。紫外線の透過率が低下すると、紫外線照射の効果が下がり、それに伴って病原菌などの殺菌（消毒）処理効果が低下する。そこで、殺菌処理の低下を防ぐために、原水の濁度や微粒子数等の測定結果に基づき、紫外線照射量を調整することが考えられる。

しかし、紫外線ランプから出力する紫外線照射量の調整が難しく、場合によっては殺菌すべき紫外線か照射効率が落ちてしまう可能性がある。特に、小規模向けの紫外線照射装置では、紫外線の出力調整システムのイニシャルコストがかかるだけで、消費電力の削減効果が小さい。その結果、出力調整機能を備えることなく、病原微生物を十分に消毒可能な最大出力で運転することが多い。

また、紫外線透過率の低下が大きく、最大出力で運転しても十分な消毒性能が得られない場合や保護管が割れた場合には、水処理システムを停止しなければならず、給水できなくなる状態が発生するとともに、その異常状態を正確に把握できない問題がある。

さらに、一部の紫外線ランプの異常によって消灯した場合、消灯したランプ近傍を流れる流体に紫外線が十分に照射されず、そのまま下流の浄水工程に流れ出てしまう問題がある。

本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、均一な紫外線照射により消毒性能を確保し、かつ、紫外線ランプや保護管の異常に対してその影響を極力軽減化する水処理システムを提供することを目的とする。

（１） 上記課題を解決するために、本発明に係る水処理システムは、円筒状の容器内に容器軸と平行に保護管に収納した複数本の紫外線ランプが配置され、前記容器内の上部から下部方向へ旋回しながら下降する被処理流体に対し前記紫外線ランプから紫外線を照射する紫外線照射装置と、前記容器内部の紫外線照度を測定する照度測定手段と、前記容器に流入される被処理流体の所定流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を決定する紫外線照射量決定手段を有する浄水処理監視制御装置とを備えた構成である。

なお、上記の構成は、被処理流体が所定の流量である場合、当該流量と前記照度測定手段で測定された照度との関係から紫外線照射量が決定できるが、被処理流体の流量が変化する場合、前記容器に流入する流量を測定する流量測定手段を設け、流量測定手段で測定された流量と前記照度測定手段で測定された照度とから所定の演算式により紫外線照射量を演算する構成であってもよい。

また、紫外線照射装置の設計能力から決定される最大流量を流入し、当該最大流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を決定する構成としてもよい。

（２） また、本発明は、以上のような水処理システムの構成に新たに、前記紫外線照射量と消毒対象微生物の不活性化に十分な照射量しきい値とを比較し、前記紫外線ランプの出力照射量の低下を判断する出力低下判断手段と、前記出力照射量の低下と判断されたとき、前記紫外線照射量が前記照射量しきい値に達するように前記紫外線ランプの出力照射量を調整する出力調整手段とをさらに付加した構成であってもよい。

さらに、前記照度測定手段としては、前記複数本の紫外線ランプのうち、所定数の紫外線ランプの対ごとに対応するように前記容器の壁位置に紫外線照度計を取り付け、各紫外線照度計で測定された照度を前記浄水処理監視制御装置に送信し、前記浄水処理監視制御装置としては、前記照度測定手段から送信されてくる測定照度から個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を監視し、個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整する構成とする。

このとき、前記浄水処理監視制御装置は、個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整したにも拘らず、前記紫外線照射量が消毒対象微生物の不活性化に十分な照射量しきい値に達しない場合、隣接する個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整し、紫外線照射量を増加させることができる。

（３） さらに、本発明は、前述した（１）の構成に新たに、前記保護管の破損を検知する検知手段と、前記紫外線照射装置の入力ライン及び出力ラインにそれぞれ設けられた流路切替手段と、入力側流路切替手段と出力側流路切替手段との間に接続されるバイパス管とを設け、前記浄水処理監視制御装置は、前記検知手段の出力から前記保護管の破損であると検知した場合、前記流路切替手段を切替え、被処理水入力ラインを流れる被処理流体を前記バイパス管に迂回させて前記処理水出力ラインに導くことにより、保護管の破損等によって汚染物質を流出させない構成とすることもできる。

また、本発明は、前述した（１）の構成に新たに、前記浄水処理監視制御装置として、前記各紫外線ランプの通電電流からランプの破損又は故障を検知する手段を付加した構成でもよい。

（４） なお、前述するように紫外線ランプの出力照射量を調整したにも拘らず、所定の紫外線照射量に達しない場合、又は前記保護管が破損と検知した場合、もしくは前記紫外線ランプが破損又は故障と検知した場合、少なくとも警報を発することにより、監視者に異常を通知することができる。

本発明によれば、均一な紫外線照射を行うことができ、一部の紫外線ランプが故障し、また紫外線ランプおよび保護管が破損したとき、その影響を軽減化し、よって消毒性能を確保する水処理システムを提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る水処理システムの一実施の形態を示す構成図である。

水処理システムは、被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置1と、この紫外線照射装置１の被処理水入力ラインに設置された流量計２及び入口三方弁３と、紫外線照射装置１の処理水出力ラインに設置された出口三方弁４と、入口三方弁３と出口三方弁４との間に接続されたバイパス管５と、紫外線照度計６と、保護管割れ検知器７と、浄水処理監視制御装置８と、ランプ出力調整電源部９とにより構成される。

紫外線照射装置１は、被処理水入力ラインから流入する被処理水に紫外線を照射することにより浄化した処理水を生成する仕組みを備えた装置であって、具体的には、紫外線が照射される胴部に相当する円筒形の照射部１０−１と、この照射部１０−１の上端部に連ねて膨らみ持たせた状態に形成され、上端開口部が金属製材料のカバーで閉塞された円筒形の流入部１０−２と、照射部１０−１の下端部に連なる逆円錐形の分離部１０−３とからなる照射容器１０と、被処理水入力ラインの流体出口側と接続される被処理水入口管１１と、前記流入部１０−２の上部からカバーを貫通して照射容器１０内部の中心軸ラインに挿入される処理水出口管１２と、分離部１０−２の下端部に取り付けられた汚染物質トラップ容器１３と、当該トラップ容器１３に取り付けられた汚染物質回収配管１４とが設けられている。

前記照射部１０−１としては、図２に示すように、容器軸と並行、かつ、円周方向に等間隔で複数本の紫外線ランプ１５（１５−１〜１５−６）が配列され、各紫外線ランプ１５の外周には当該ランプを収納し保護するための保護管１６が設けられている。

被処理水入口管１１は、流入部１０−２の一側壁面に取り付けられ、さらに詳しくは、照射容器１０を構成する流入部１０−２の円筒形容器断面部に対する接線方向に向けて取り付けられ、照射容器１０内の上部に流入する被処理水が初期旋回を生成する状態を作り出している。

処理水出口管１２は、前述したように照射容器１０の上部から容器中心軸に沿って照射容器１０内部に挿入されるが、その下端部は紫外線ランプ１５の下端部と同等又はそれよりも多少上方位置に設定される。

紫外線照度計６は、紫外線ランプ１５から照射される紫外線の届く場所であればどの位置に取り付けても構わないが、紫外線ランプ１５の上下方向の中央付近付近に相当する照射部１０−１の壁に取り付けるのが好ましい。また、紫外線照度計６は、１台でもよいが、全ての紫外線ランプ１５（１５−１〜１５−６）から照射される紫外線照射量を監視する必要から、複数台設置するのが好ましい。

因みに、本実施の形態においては、図２に示すように２本の紫外線ランプ１５から照射される紫外線照射量を主に監視する場合、例えば６本の紫外線ランプ１５−１〜１５−６に対し、隣接する対をなす２本の紫外線ランプ１５のほぼ中央位置に相当する照射部１０−１の円周壁面に等間隔で３台の紫外線照度計６−１〜６−３を取り付けるのが望ましい。つまり、紫外線照度計６−１は対をなす紫外線ランプ１５−１と１５−２とから照射される紫外線照射量を監視し、浄水処理監視制御装置８に送信する。同様に、紫外線照度計６−２は対をなす紫外線ランプ１５−３と１５−４、紫外線照度計６−３は対をなす紫外線ランプ１５−５と１５−６から照射される紫外線照射量をそれぞれ監視し、浄水処理監視制御装置８に送信する。

保護管割れ検知器７は、各保護管１６の破損を検知できるものであればどのような検知形式のものでもよい。各保護管１６が破損したとき、当該各保護管１６内へ被処理水が浸入してくるので、例えば電極による電位変化を検知する抵抗電極センサ、温度変化を検知する温度検知センサ、圧力変化を検知する圧力検知センサ、歪変化を検知する歪検知センサの何れかのセンサにより検知する。

また、保護管割れ検知器７は、各保護管１６の上下端部が液密状態に閉塞されている場合には各保護管１６内にそれぞれ個別に取り付けるが、例えば図示するように照射容器１０のカバーの下部に配置される断面凹状のスカート１７から上端開口した各保護管１６の上端が突出した状態で支持されている場合、スカート１７内の適宜な１個所に１つの保護管割れ検知器７を固定し、保護管割れを検知する構成であっても構わない。

ランプ出力調整電源部９は、浄水処理監視制御装置８から出力される個別ランプ指示を伴う出力増減信号に基づき、該当する紫外線ランプ１５の出力照射量を増減する機能を有し、また、各紫外線ランプ１５−１〜１５−６の通電電流を検出して浄水処理監視制御装置８に送出する機能を持っている。

前記浄水処理監視制御装置８としては、下記するように幾つかの実施の形態が存在する。

（実施の形態１）
図３は浄水処理監視制御装置８の実施の形態１に関するハードウエア構成図である。

すなわち、浄水処理監視制御装置８は、照射量しきい値、ランプ出力増減幅、照度−照射量テーブル用データその他必要なデータを入力設定するキーボードやマウス等の入力手段８１と、所定の処理を実行するプログラムデータを格納するプログラムメモリ８２と、このプログラムに従って所定の処理を実行するＣＰＵで構成された監視制御処理部８３と、各紫外線照度計６−１〜６−３の検出照度を取り込む信号変換機能を持った入力インタフェース８４と、表示部８５と、データ記憶装置８６とが設けられている。

監視制御処理部８３は、機能的には、各紫外線照度計６−１〜６−３で測定された照度から紫外線照射量を決定する紫外線照射量決定手段８Ａと、この決定された紫外線照射量と照射量しきい値とから該当紫外線ランプ例えば１５−１，１５−２の出力低下を判断するランプ出力低下判断手段８Ｂと、該当紫外線ランプ例えば１５−１，１５−２の出力照射量を上げたにも拘らず、紫外線照射量が照射量しきい値に達しないときに隣接する他の紫外線ランプ１５−３，１５−４、…の出力照射量を上げていくランプ出力調整手段８Ｃとが設けられている。

前記データ記憶装置８６は、照射量しきい値，ランプ出力増減幅その他必要な設定データを記憶するデータ設定記憶部８６ａ、各ランプ出力データを記憶するランプ出力記憶部８６ｂ、具体的には後記するが、図４に示すように所定の各流量毎に紫外線照度と紫外線照射量との関係を規定する照度−照射量テーブル８６ｃ及びその他のデータを記憶する他データ記憶部８６ｄが設けられている。

次に、以上のように構成された水処理システムの動作について説明する。
被処理水は、図５に示すように入力ラインに設置される入口三方弁３を通って紫外線照射装置１を構成する流入部１０−２の円筒形容器断面に対する接線方向に向かって取り付けられた被処理水入口管１１に入り、当該被処理水入口管１１から照射容器１０の流入部１０−２に流入し、容器軸を中心に右回転方向に旋回しながら容器上部から容器下部方向に順次移っていく。

さらに、詳しくは、被処理水は、周方向に配列された例えば６本の紫外線ランプ１５−１〜１５−６をそれぞれ収納した保護管１６の外周近傍を通りながら時計方向に螺旋状に回転しながら下部方向に下降しながら流れていく。

ここで、被処理水は、各紫外線ランプ１５（１５−１〜１５−６）の近傍を通って流れる間、各紫外線ランプ１５から紫外線が照射され、その紫外線の照射量に応じて図６に示すように色度が変化する。図６に示す（イ）は紫外線照射量に伴って色度が変化する様子を表したものである。つまり、被処理水は、紫外線照射量を受けるに従い、青色−赤色−緑色−黄色に変化し、被処理水に含む消毒対象微生物が不活性化され、分離部１０-３まで移っていく。この分離部１０−３では、不活性化された後、汚泥物質と処理水とに分離され、汚泥物質が沈降しながら汚泥物質とラップ容器１３に落ちていき、一方、処理水は処理水出口管１２の下端部から入って上昇しながら出力ラインの出口三方弁４を通って他の浄水工程（図示せず）に流出する。

ところで、消毒対象微生物を不活性化するには、下式で表す紫外線照射量Ｄoseが消毒対象微生物固有の照射量以上とする必要がある。例えばクリプトスポリジウムを不活性化するには、１０ｍJ（Jはジュール）／ｃｍ²以上の紫外線照射量で照射しなければならない。

紫外線照射量Ｄose＝I×ｔ（ｍJ／ｃｍ²） ……（１）
上式において、I：紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ²）、ｔ：照射時間（ｓ）であって、例えばｔ＝１秒〜３秒程度である。

本実施の形態では、図７に示すように被処理水が照射容器１０内を旋回しながら全ての紫外線ランプ１５の近傍を通って流れる過程において、全ての紫外線ランプ１５から紫外線の照射を受けるので、高い照射効率で消毒対象微生物を不活性化することができる。

浄水処理監視制御装置８としては、被処理水流量計２の測定流量と各紫外線照度計６の測定照度とを取り込み、下記演算式に基づいて演算すれば、紫外線照射量Ｄose^unitを算出することができる。
紫外線照射量Ｄose^unit＝I×ｔ×ｆ（Flow）（ｍJ／ｃｍ²） ……（２）
この式において、I：紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ²）、ｔ：照射時間（ｓ）、ｆ（Flow）：旋回流効率である。

なお、旋回流効率ｆ（Flow）は、被処理水の流量ｆlow（ｍ³／min）によって変化するが、被処理水の流量ｆlowを除けば、解析や実験によって紫外線照射装置１の固有の関数を決定できる。

従って、紫外線照射量Ｄose^unitとしては、被処理水の流量と紫外線照度計６の測定照度とによって決定できる。通常、入力ラインを流れる流量は、流速、入力ライン管径や紫外線照射装置１の処理能力等に依存することから、予めほぼ一定の流量とすることができる。

そのため、所定の流量ごとに紫外線照度と紫外線照射量との間には、実験の積み重ね等により図８示すような関係が成立する。そこで、図８示すような関係を踏まえ、前述した図３及び図４に示すようにデータ記憶装置８６内に照度−紫外線照射量テーブル８６ｃが作成される。

そこで、洗浄処理監視制御装置８においては、プログラムメモリ８２に格納されるプログラムに従い、かつ、照度−紫外線照射量テーブル８６ｃを用いて、図９に示すような一連の処理を実行する。

すなわち、洗浄処理監視制御装置８を構成する監視処理制御部８３は紫外線照射量決定手段８Ａを実行する。この紫外線照射量決定手段８Ａは、ステップＳ１に示すごとく所定の周期ごとに図示しないカウンタにＹ＝１（紫外線照度計６−１に相当する）及びＺ−１（ランプ１５−１又は対をなすランプ１５−１，１５−２に相当する）を設定し（Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ）た後、紫外線照度計６−１によって測定した照度を取り込み（Ｓ３）、予め定められている所定の流量にもとづき、図４に示す照度−紫外線照射量テーブル８６ｃから紫外線照射量を決定する（Ｓ４）。なお、同時に全部の紫外線照度計６−１〜６−３で測定した照度を取り込んでも構わない。

なお、紫外線照射量には、被処理水の紫外線透過率が変化したとき、各紫外線照度計６−１〜６−３の測定照度が変化するので、被処理水の紫外線透過率の変化が容易に反映させることができる。また、ランプの劣化やランプの故障による紫外線出力照射量の低下や保護管１６表面の汚れや傷等によっても同様に紫外線出力照射量が低下する。よって、これら出力照射量の低下に伴って測定照度が低下するので、同様に紫外線照射量に反映させることができる。

そこで、監視処理制御部８３は、引き続き、ランプ出力低下判断手段８Ｂを実行する。ランプ出力低下判断手段８Ｂは、ステップＳ４で決定された紫外線照射量とデータ設定記憶部８６ａに設定された照射量しきい値とを比較し、紫外線照射量が照射量しきい値よりも大きい否かを判断する（Ｓ５）。なお、照射量しきい値は、消毒対象微生物を不発生化するのに十分な値に相当する。

ここで、決定された紫外線照射量が照射量しきい値よりも大きい場合には消毒対象微生物を十分に不発生化する能力を持っているので、続いて、全ての紫外線照度計６−２，６−３の測定照度について照射量しきい値とを比較したか判断し（Ｓ６）、未だ判断していない場合にはＹ＝１に＋１をインクリメントし（Ｓ７）、ステップ３に戻って同様の処理を繰り返し実行する。全ての紫外線照度計６−１〜６−３の測定照度に基づいて決定された紫外線照射量が照射量しきい値よりも大きい場合、処理継続を条件とし（Ｓ８）、ステップＳ１に移行し、処理を継続する。

一方、監視処理制御部８３は、ステップＳ５において、決定された紫外線照射量が照射量しきい値よりも小さいと判断された場合、ランプ出力調整手段８Ｃを実行する。

ランプ出力調整手段８Ｃは、紫外線照度計６−１による測定照度から紫外線ランプ１５−１と１５−２の出力照射量が低下していると判断したとき、データ設定記憶部８６ａに設定される所定の出力増減幅に基づき、該当ランプの出力増加指令信号をランプ出力調整電源部９に送出する（Ｓ１１）。なお、各紫外線ランプに対する出力増減幅に基づく値はランプ出力値記憶部８６ｂに予め記憶されている。ここで、ランプ出力調整電源部９は、該当ランプの出力増加指令信号を受けると、該当する紫外線ランプ１５−１，１５−２の出力照射量を出力増幅分だけ上げる調整を行う。

ランプ出力調整手段８Ｃは、ランプ出力増加指令信号の出力後、該当紫外線ランプ１５−１，１５−２の出力照射量が出力上限値に達したかを判断し（Ｓ１２）、未だ予め定める出力上限値に達していない場合にはステップＳ３に戻り、紫外線ランプ１５−１，１５−２のランプ出力増加後の照度を取り込み、同様の処理を繰り返す。

また、紫外線ランプ１５−１，１５−２のランプ調整出力が出力上限値に達した場合、隣接する他の例えば紫外線ランプ１５−３，１５−４の出力増加（Ｓ１３）及び全ランプ調整未完了に基づき（Ｓ１４）、カウンタにＺ＝１に＋１をインクリメントし（Ｓ１５）、隣接する例えば紫外線ランプ１５−３，１５−４に対する所定の出力増幅に基づき、該当ランプ１５−３，１５−４の出力増加指令信号をランプ出力調整電源部９に送出し（Ｓ１１）、同様の処理を繰り返し実行する。

以上のようにして隣接するランプの出力照射量を上げる。それでも紫外線照射量Ｄose^unitが消毒対象微生物を不活性化するのに十分な照射量にならない場合、全ての紫外線ランプ１５−１〜１５−６のランプ出力照射量を上げていく。それでも、なおかつ十分な照射量に達しない場合、警報を出力する（Ｓ１６）。

なお、ステップＳ１３において、他ランプの出力増加を行わない場合、警報を出力するか否かを判断し（Ｓ１７）、警報する場合には警報を出力し（Ｓ１６）、処理を継続するか判断する（Ｓ１８）。警報を出力しないと判断された場合にはステップＳ７に移行し、処理次の紫外線照度計例えば６−２について前述する一連の処理を実行する。

従って、以上のような実施の形態によれば、被処理水は周方向に配列された例えば６本の紫外線ランプ１５−１〜１５−６をそれぞれ収納した保護管１６の外周近傍を時計方向、かつ、容器上部から下部方向に螺旋状に回りつつ無駄なく流通させるとともに、その間紫外線ランプ１５−１〜１５−６から紫外線の照射を受けるので、被処理水に対して効率よく紫外線を照射できる。

また、一部の紫外線ランプ例えば１５−１の劣化によって出力照射量が低下した場合、対応する紫外線照度計６−１の測定照度が低下し、紫外線照射量が低下する。よって、紫外線ランプ１５−１の出力照射量が低下した場合、徐々に紫外線ランプ１５−１，１５−２の出力照射量を上げるだけでなく、最大照射出力を出しても所定の照射量しきい値に達しない場合には隣接する他の紫外線ランプ１５−３，１５−４等の出力照射量を上げていくので、消毒対象微生物を不活性化するに十分な紫外線照射量を確保できる。一部の紫外線ランプ例えば１５−１が破損ないし故障した場合、ランプ出力調整電源部９が通電電流から検出し、浄水処理監視制御装置８に送信し、必要に処置を講ずることができる。

さらに、一部の紫外線ランプ例えば１５−１又は全ての紫外線ランプ１５−１〜１５−６の出力を上げても消毒対象微生物を不活性化するに十分な紫外線照射量に達しない場合、警報を出力するので、出力照射量が低下した紫外線ランプの交換を含む必要に処理を講じることができる。

さらに、紫外線照度計６−１〜６−３の測定照度から紫外線照射量を決定し、照射量しきい値よりも小さいとき、対応する紫外線ランプを個別又は対ごとに出力照射量を調整できるので、個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を最適な状態にすることができる。

さらに、照射容器１０の照射部１０−１の壁に１台の紫外線照度計６を取り付けた場合、処理水出口管１２の影になる領域が生じ、当該紫外線照度計６の設置場所と反対側の紫外線ランプが何らかの原因で出力照射量が低下しても、それを検出することができない。しかし、複数の紫外線ランプに対し、隣接する２つの紫外線ランプの中央部分にそれぞれ紫外線照度計６を配置すれば、全ての紫外線ランプ１５−１〜１５−６の異常を検出できるとともに、出力照射量を最適な状態に制御できる。なお、紫外線ランプ１５−１〜１５−６ごとに紫外線照度計６を設けることも可能であるが、コスト高、水質悪化による紫外線透過度低下の検出が難しく、確実に処理対象微生物を不活性化できなく恐れがあるが、本実施の形態のように対の紫外線ランプごとに紫外線照度計６を設けることにより、かかる不都合な問題を解決することができる。

（実施の形態２）
浄水処理監視制御装置８としては、照度―紫外線照射量テーブル８６ｃを用いて、紫外線照射量を決定したが、例えば照度―紫外線照射量テーブル８６ｃに代えて、図１０に示すようにデータ記憶装置８６のデータ設定記憶部８６ａに前述する（２）式の演算式データを設定し、また監視制御処理部８３としては、紫外線照射量決定手段８Ａに代えて、紫外線照射量演算手段８Ｄを設ける構成であってもよい。

浄水処理監視制御装置８の紫外線照射量演算手段８Ｄは、図９に示すステップＳ３にて流量計２の測定流量と紫外線照度計６の測定照度とを取り込んだ後、データ設定記憶部８６ａに設定される演算式に基づき、ステップ４にて紫外線照射量を演算する。その他の構成及び処理手順は図３及び図９と同様であるので、ここではその説明を省略する。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（実施の形態３）
（保護管割れ検知について）
前述した浄水処理監視制御装置８としては、主として紫外線ランプ１５−１〜１５−６の出力照射量の低下有無を判断し、低下した該当する紫外線ランプの出力照射量を上げる処理を実行したが、一部の紫外線ランプ又は全部の紫外線ランプの出力照射量が上げても所定の照射量しきい値を超えない場合、次の処理を行うこともできる。

浄水処理監視制御装置８は、所定の条件，つまり一部の紫外線ランプ又は全部の紫外線ランプの出力照射量が上げても所定の照射量しきい値を超えない場合、或いは図９に示すステップＳ１とステップＳ２の間にランプ出力低下を判断するに先立って優先的に例えばランプ出力調整電源部９を介して保護管割れ検知器７の出力を取り込み、保護管割れの有無を判断する。保護管割れ検知信号を取り込んだとき、保護管割れの有りと判断する。ここで、保護管割れ有りと判断されたとき、自動的に入口三方弁３及び出口三方弁４を切替え、被処理流体が紫外線照射装置１の迂回路として並設されたバイパス管５に流すとともに、装置管理者に保護管１６の検査を促すなどの警報を発するとともに、表示部８５に保護管割れのメッセージを表示すれば、速やかに保護管１６の検査又は交換を行うことができる。

（ランプの破損または故障について）
浄水処理監視制御装置８は、ランプ出力調整電源部９を介して各紫外線ランプ１５−１〜１５−６の通電電流を検出している。よって、通電電流断のときには少なくとも一部の紫外線ランプが破損又は故障であると判断できるので、前述したように隣接する紫外線ランプの出力照射量を増加させ、又は出力照射量の増加処理を行わずに該当する紫外線ランプの交換を促す警報を発するとともに、表示部８５に破損又は故障となった紫外線ランプの交換メッセージを表示すれば、速やかに該当する紫外線ランプを交換できる。なお、紫外線ランプの交換に当たっては、照射容器１０の上部蓋体を開け、スカート１７内から紫外線ランプ上部を把持して引き抜けば、容易に取り出し、新しい紫外線ランプに交換できる。

従って、このような実施の形態によれば、突発的な衝撃によって各紫外線ランプ１５や保護管１６が割れた場合、各紫外線ランプ１５や各保護管１６を構成する石英ガラス片や各紫外線ランプ１５内に内封された水銀が漏洩する。このような場合、被処理水の螺旋状回流による遠心分離作用と重力作用とにより、石英ガラス片や水銀等の汚染物質は確実に汚染物質トラップ容器１３に降下していくので、汚染物質が処理水に混入した状態で流出することはない。

また、突発的な衝撃によって各紫外線ランプ１５や各保護管１６が割れた場合、保護管割れ検知器７が保護管割れを検知し、自動的に入口三方弁３及び出口三方弁４を切替え、被処理水をバイパス管５に流すので、未処理水が混入した状態で出力ラインから流出することがない。

（その他の実施の形態）
（１） 予め最大流量時の旋回流効率ｆ（Ｆｌｏｗ）を考慮し、消毒対象微生物を十分に不活性化できる紫外線照射量Ｄoseになる照度を決定し、この決定された照度となるように紫外線ランプ（１５−１，１５−２）、（１５−３，１５−４）、（１５−５，１５−６）の出力照射量を調整し、被処理水に対する浄化処理を行う構成であってもよい。

（２） また、各紫外線照度計６の測定照度から得られる紫外線照射量が照射量しきい値と等しいかまたは小さいとき、少なくとも対応する紫外線ランプ１５の出力照射量を増加させるようにしたが、例えば紫外線ランプ１５の出力照射量を調整せずに、所定の出力照射量で紫外線ランプ１５を点灯する。

そして、浄水処理監視制御装置８は、紫外線照度計６の測定照度と流量計２の測定流量とから前記（２）式の演算式に基づいて求めた紫外線照射量Ｄose^unitが消毒対象微生物を十分に不活性化できる紫外線照射量に達しない場合、直ちに警報を発するようにしても構わない。

（３） 前記（２）と同様に、各紫外線ランプ１５の出力照射量を調整せずに、所定の出力照射量で紫外線ランプ１５を点灯し、また入力ラインに流量計２を設置しない構成とする。

浄水処理監視制御装置８は、以上のような状態において、紫外線照射装置１の設計した能力等から定まる最大流量と紫外線照度計６の検出照度とから、前記（２）式の演算式に基づいて求めた紫外線照射量Ｄose^unitが消毒対象微生物を十分に不活性化できる紫外線照射量に達しない場合、直ちに警報を発するような構成であっても構わない。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明に係る水処理システムの一実施の形態を示す構成図。 紫外線ランプと紫外線照度計との配置関係を示す図。 浄水処理監視制御装置の一具体例を示す構成図。 各流量における紫外線照度データと紫外線照射量データとの関係を規定したテーブル図。 被処理水を照射容器内で旋回流させた様子を説明する図。 被処理水が紫外線の照射を受けるに従って色度が変化する状態を表す図。 従来と本発明における流量に対する紫外線照射量の照射効率を説明する図。 各所定の流量に対する紫外線照度と紫外線照射量との関係特性図。 浄水処理監視制御装置における一連の処理例を説明するフローチャート。 浄水処理監視制御装置の他の具体例を示す構成図。

符号の説明

１…紫外線照射装置、２…流量計、３…入口三方弁、４…出口三方弁、５…バイパス管、６（６−１〜６−３）…紫外線照度計、７…保護管割れ検知器、８…浄水処理監視制御装置、８Ａ…紫外線照射量決定手段、８Ｂ…ランプ出力低下判断手段、８Ｃ…ランプ出力調整手段、８Ｄ…紫外線照射量演算手段、９…ランプ出力調整電源部、１０…照射容器、１０−１…照射部、１０−２…流入部、１０−３…分離部、１１…被処理水入口管，１２…処理水出口管、１３…汚染物質トラップ容器、１４…汚染物質回収配管、１５（１５−１〜１５−６）…紫外線ランプ、１６…保護管、８２…プログラムメモリ、８３…監視制御処理部、８６…データ記憶装置。

Claims (10)

1. 紫外線照射を利用して浄化処理を行う水処理システムにおいて、
   円筒状の容器内に容器軸と平行に保護管に収納した複数本の紫外線ランプが配置され、前記容器内の上部から下部方向へ旋回しながら下降する被処理流体に対し前記紫外線ランプから紫外線を照射する紫外線照射装置と、
   前記容器内部の紫外線照度を測定する照度測定手段と、
   前記容器に流入する被処理流体の所定流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を決定する紫外線照射量決定手段を有する浄水処理監視制御装置とを備えたことを特徴とする水処理システム。
2. 紫外線照射を利用して浄化処理を行う水処理システムにおいて、
   入力ライン内を流れる被処理流体の流量を測定する流量測定手段と、
   円筒状の容器内に容器軸と平行に保護管に収納した複数本の紫外線ランプが配置され、前記容器内の上部から下部方向へ旋回しながら下降する被処理流体に対し前記紫外線ランプから紫外線を照射する紫外線照射装置と、
   前記容器内部の紫外線照度を測定する照度測定手段と、
   前記流量測定手段で測定された流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を演算する紫外線照射量演算手段を有する浄水処理監視制御装置とを備えたことを特徴とする水処理システム。
3. 紫外線照射を利用して浄化処理を行う水処理システムにおいて、
   入力ラインを流れる被処理流体の流量を測定する流量測定手段と、
   円筒状の容器内に容器軸と平行に保護管に収納した複数本の紫外線ランプが配置され、前記容器内の上部から下部方向へ旋回しながら下降する被処理流体に対し前記紫外線ランプから紫外線を照射する紫外線照射装置と、
   前記容器内部の紫外線照度を測定する照度測定手段と、
   前記紫外線照射装置の設計能力から決定される最大流量と前記照度測定手段で測定された照度とに基づいて紫外線照射量を決定する紫外線照射量決定手段を有する浄水処理監視制御装置とを備えたことを特徴とする水処理システム。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
   前記被処理流体を旋回流させる手段は、前記容器上部の円筒断面部に対する接線方向に向けて前記被処理流体を前記容器内に流入させることを特徴とする水処理システム。
5. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
   前記紫外線照射量と消毒対象微生物の不活性化に十分な照射量しきい値とを比較し、前記紫外線ランプの出力照射量の低下を判断する出力低下判断手段と、
   前記出力照射量の低下と判断されたとき、前記紫外線照射量が前記照射量しきい値に達するように前記紫外線ランプの出力照射量を調整する出力調整手段とをさらに付加したことを特徴とする水処理システム。
6. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
   前記照度測定手段は、前記複数本の紫外線ランプのうち、所定数の紫外線ランプの対ごとに対応するように前記容器の壁位置に紫外線照度計を取り付け、各紫外線照度計で測定された照度を前記浄水処理監視制御装置に送信し、
   前記浄水処理監視制御装置は、前記照度測定手段から送信されてくる測定照度から個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を監視し、個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整することを特徴とする水処理システム。
7. 請求項５に記載の水処理システムにおいて、
   前記浄水処理監視制御装置は、個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整したにも拘らず、前記紫外線照射量が消毒対象微生物の不活性化に十分な照射量しきい値に達しない場合、隣接する個別又は対ごとの紫外線ランプの出力照射量を調整することを特徴とする水処理システム。
8. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
   前記保護管の破損を検知する検知手段と、前記紫外線照射装置の入力ライン及び出力ラインにそれぞれ設けられた流路切替手段と、入力側流路切替手段と出力側流路切替手段との間に接続されるバイパス管とを設け、
   前記浄水処理監視制御装置は、前記検知手段の出力から前記保護管の破損であると検知した場合、前記流路切替手段を切替え、被処理水入力ラインを流れる被処理流体を前記バイパス管に迂回させて前記処理水出力ラインに導くことを特徴とする水処理システム。
9. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
   前記浄水処理監視制御装置は、前記各紫外線ランプの通電電流からランプの破損又は故障を検知する手段を設けたことを特徴とする水処理システム。
10. 請求項７ないし請求項９の何れか一項に記載の水処理システムにおいて、
    前記紫外線ランプの出力照射量を調整したにも拘らず、所定の紫外線照射量に達しない場合、又は前記保護管が破損と検知した場合、もしくは前記紫外線ランプが破損又は故障と検知した場合、少なくとも警報を発することを特徴とする水処理システム。

Images