JP2009045517A - 紫外線照射水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大処理量下でも、効率よく被処理水を旋回させて紫外線照射効率を高くすることを主要な課題とする。
【解決手段】被処理水に紫外線を照射する紫外線照射水処理装置において、円筒型の容器１２と、該容器の中心軸と平行でかつ円周方向に等間隔に容器内に配置された複数本の紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆと、これらの紫外線ランプを夫々包むように配置された保護管１４ａ〜１４ｆと、被処理水を容器内に供給するための被処理水入口管１５ａ，１５ｂと、処理水を容器から排出するための処理水出口管１６ａ，１６ｂとを具備し、前記被処理水入口管１５ａ，１５ｂは、２本以上の複数本前記容器１２に接続したことを特徴とする紫外線照射水処理装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、浄水処理や下水処理，食品排水処理，薬品排水処理，遠洋船舶バラスと水処理等において、藻類，微生物，病原性原虫等を不活化若しくは無害化するために紫外線を被処理水に照射する紫外線照射水処理装置に係り、例えば紫外線の照射効率の高い紫外線照射水処理装置に関する。

従来から日本の上水道は、塩素消毒による衛生学的安全性を基盤として運用されている。このような運用のもと、近年、クリプトスポリジウムやジアルジア等の振興及び再興病原微生物による水道汚染事故が発生するという問題が生じている。また、水道水源である湖沼，ダム，河川の富栄養化や有機物汚濁の進行により、藻類が大量発生するというろ過閉塞，ろ過水漏出障害の原因となる。さらに、消毒のために注入される塩素剤が原水中の有機物と反応し、有害副生成物（トリハロメタン等）が生成されるという問題も生じている。

これらの問題を解消するために、日本の水道界が長年培ってきた、凝集から沈殿，ろ過，塩素処理へと順次処理していく基本パターンの運用の改善が検討されている。
具体的には、従来の塩素消毒に代わる代替消毒技術として、被処理水に紫外線を照射することによる紫外線消毒が利用され始めている。紫外線消毒は、複雑な薬品注入管理が不要であり、トリハロメタン等の有害副生成物を発生しないという利点がある。また、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する効果も高い。そのため、残留有機物の酸化や消毒を目的として、紫外線消毒による紫外線照射処理が浄水処理場等において行われる場合がある。

紫外線消毒をする場合、紫外線の透過効率の観点から、一般的には、ろ過処理水あるいは凝集沈殿処理水に紫外線を照射する。一方、凝集改善やクリプトスポリジウム等の病原性原虫類の感染力を消失させる等を目的とする場合、原水に紫外線照射を行なうことがある。即ち、前処理の代わりに紫外線を照射する。
また、浄水処理においては、藻類を繁殖させないことが望まれる。これに関し、藻類の繁殖を防止するのにも紫外線照射は効果的である。

上述したような紫外線照射処理が病原性微生物や原虫の消毒を目的として採用される場合、消毒に有効な紫外線波長領域は、ＵＶ−Ｃ帯の紫外線を発生させるためには、水銀蒸気をランプ内に封入した低圧又は中圧の水銀ランプが用いられる。

また、紫外線を被処理水に照射する装置としては、流体が流通する円筒容器内に容器の軸方向と平行に紫外線ランプを１本又は複数本配置する装置が知られている（非特許文献１）。しかし、消毒対象である病原性原虫や病原菌，ウィルス等を不活性化するために必要な紫外線の照射量は、微生物種毎に異なる。それ故、消毒対象となる病原性原虫や最近，バクテリア，ウィルス等を含む被処理水に対し、紫外線照射水処理装置に入ってから出て行くまでの僅かな時間内に効果的に紫外線を照射する必要がある。

また、紫外線の強度は、紫外線ランプからの距離の２乗に逆比例して減少する。それ故、効果的に紫外線を照射するためには、紫外線ランプ近傍に被処理水を通過させる必要がある。
そこで、被処理水が紫外線ランプの外周を旋回しながら流れるようにするための螺旋状のガイドベーンを設置する方法（特許文献１）や、被処理水全体が紫外線ランプ近傍を通過するように渦流等の２次流れを誘発する方法が提案されている（特許文献２、特許文献３）。

図１４は、従来の紫外線照射水処理装置１の一例を示す。
図中の符番２は、下部，上部に夫々被処理水入口管３，処理水出口管４が設けられた円筒形容器を示す。この円筒形容器２には、該容器２の中心軸に沿って保護管５によって囲まれた紫外線ランプ６が設置されている。また、容器２の内側で保護管５の外周部には、螺旋状のガイドベーン７が設置されている。
こうした構成の装置１の作用は次の通りである。被処理水Ｗ１は、容器２の下部の被処理水入口管３から入り、容器２の軸方向に沿って上昇する。この際、被処理水Ｗ１は、紫外線ランプ６の周囲を旋回しながら流れるので、被処理水Ｗ１全体に対して紫外線を均一に照射することができる。そして、被処理水Ｗ１は容器２内で紫外線を照射された後、容器２の上部の処理水出口管４から処理水Ｗ２として排出される。

図１５は、従来の他の紫外線照射水処理装置８の例を示す。但し、図１４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番９は、円筒形容器２内で保護管５の外周部に形成された，断面形状が半円形の螺旋状流路を示す。図１５の構成の装置８の作用は次の通りである。即ち、被処理水Ｗ１は、容器２の下部の被処理水入口管３から入り、容器２の軸方向に沿って螺旋状流路９を通る。螺旋状流路９は断面形状が半円形であるので、被処理水Ｗ１は流体の２次流れとして渦流が誘発される。そのため、紫外線ランプ６の近傍を被処理水Ｗ１が通過することにとなり、より効果的に紫外線を照射することができる。そして、被処理水Ｗ１は容器２内で紫外線を照射された後、容器２の上部の処理水出口管４から処理水Ｗ２として排出される。
"ULTRAVIOLET DISINFECTION GIDANCE MANUAL"，United States Environmental Protection Agency，June 2003，Draft． 特表平９−５０３１６０号公報 特表２００４−５１２９０５号公報 特表２００１−５１６６３７号公報

しかしながら、上述した従来の紫外線照射水処理装置では、以下に述べる問題がある。
（Ａ）大量の被処理水を処理するために、複数本の紫外線ランプを用いた場合には、装置の構造が複雑化して故障の原因になる。また、そのような構造の装置を製造するための製造コストが増大する。

（Ｂ）大量の被処理水を処理するために、被処理水の流れる方向と平行に複数の紫外線ランプを配置することが考えられる。しかし、複数の紫外線ランプを配置した場合、一部のランプが故障して消灯すると、消灯したランプの近傍には紫外線が十分に照射されないという問題がある。これは、周辺の紫外線ランプから照射される紫外線が、消灯したランプにより遮蔽されるからである。

（Ｃ）紫外線ランプを保護する目的で設置される保護管の材料には結晶石英や合成石英ガラスが用いられる。このような結晶石英や合成石英ガラスは、突発的な衝撃が加えられると、簡単に破損する。そのため、紫外線ランプ等が破損した場合に、紫外線ランプに内封されている水銀が被処理水に漏洩するという問題や、紫外線ランプ及び保護管を構成する石英ガラス等の破片が被処理水に混入するという問題もある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、被処理水を大量に処理する場合でも、効率よく被処理水を旋回させて紫外線照射効率を高くするとともに、万一、紫外線ランプおよび保護管が破損してもそれらの破片を分離回収できる紫外線照射水処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る紫外線照射水処理装置は、被処理水に紫外線を照射する紫外線照射水処理装置において、円筒型の容器と、該容器の中心軸と平行でかつ円周方向に等間隔に容器内に配置された複数本の紫外線ランプと、これらの紫外線ランプを夫々包むように配置された保護管と、被処理水を容器内に供給するための被処理水入口管と、処理水を容器から排出するための処理水出口管とを具備し、前記被処理水入口管は、２本以上の複数本前記容器に接続したことを特徴とする。

また、本発明に係る紫外線照射水処理装置は、被処理水に紫外線を照射する紫外線照射水処理装置において、上部が円筒形で、下部が逆円錐形をした容器と、該容器の中心軸と平行にかつ、円周方向に等間隔に容器内に配置された複数本の紫外線ランプと、これらの紫外線ランプを包むように配置された保護管と、被処理水を容器内に供給するための２本以上の複数本の被処理水入口管と、処理水を容器から排出するための処理水出口管とを具備し、前記処理水出口管は容器の軸方向に沿う中心に位置し、かつ処理水出口管の下端は円筒形の容器部内に位置するように挿入設置され、前記被処理水入口管は、上部の円筒形の容器部に該容器部の断面部に対して接線方向になるように取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、被処理水の大処理量下でも、効率よく被処理水を旋回させて紫外線照射効率を高くすることができる。また、汚染物質の回収機構を備えることにより、万一、紫外線ランプ及び保護管が破損しても、それらの破片を分離回収することができる。

以下、本発明の紫外線照射水処理装置について更に詳しく説明する。
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１（Ａ），（Ｂ）を参照する。ここで、図１（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の側面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の平面図（Ｘ矢視図）を示す。
紫外線照射水処理装置１１は、円筒型の容器１２と、複数本の紫外線ランプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆと、保護管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆと、２本の被処理水入口管１５ａ，１５ｂと、２本の処理水出口管１６ａ，１６ｂを備えている。
前記容器１２は円筒形の側面部１７を有し、容器１２の両端部には端面部１８ａ，１８ｂが設けられている。前記紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆは、容器１２内で且つ端面部１８ａ，１８ｂ間に、該容器１２の中心軸Ｓと平行で且つ中心軸Ｓを中心とする容器１２の円周方向に等間隔で配置されている。保護管１４ａ〜１４ｆは石英ガラスからなり、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆを夫々包むように配置されている。また、各保護管１４ａ〜１４ｆの両端は、端面部１８ａ，１８ｂに固定されている。具体的には、保護管１４ａ〜１４ｆは、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが各紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆに直接接触しないようにするために各紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆを保護するものである。

紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆとしては、両側に電極を取り付けた石英管をＵ字型にして棒状にしたもの、あるいは両側に電極を取り付けるが、片側の電極のリード線を一方に接続したI字型の棒状にしたものを用いる。石英管の内部はほぼ真空状態であり、水銀蒸気のみが存在する。このような状態の石英管の両電極間を高電圧放電させると、電子が水銀蒸気を励起させて紫外線を発するようになる。前記紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆとしては２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長の紫外線を発生する紫外線ランプを用いることができるが、本実施形態では特に２５４ｎｍ付近の波長の紫外線を発生するものを用いた。紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆで発生した紫外線に被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを暴露することにより、被処理水中の消毒対象物質を無害化する。また、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの直径は１〜１０ｃｍ程度のものを用いる。

前記被処理水入口管１５ａ，１５ｂは、容器内に被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを夫々流入させるためのものである。被処理水入口管１５ａ，１５ｂは、容器１２の外壁に側面部１７の内周の接線方向Ｔ１，Ｔ２に沿って設けられている。前記処理水出口管１６ａ，１６ｂは、容器内で処理した処理水Ｗ２ａ，Ｗ２ｂを容器１２の外に排出するためのものである。処理水出口管１６ａ，１６ｂは、容器１２の外壁に側面部１７の内周の接線方向Ｔ１，Ｔ２に沿って設けられている。

前記被処理水入口管１５ａ，１５ｂ及び処理水出口管１６ａ，１６ｂは、側面部１７の互に異なる端部１７ａ，１７ｂに夫々配管されている。換言すれば、被処理水入口管１５ａと処理水出口管１６ａとは夫々の管の中心軸をずらして容器１２に接続され、被処理水入口管１５ｂと処理水出口管１６ｂとは夫々の中心軸をずらして容器１２に接続されている。前記被処理水入口管１５ａ，１５ｂ及び処理水出口管１６ａ，１６ｂの内径は、側面部１７の内径の１／２以下である。

次に、図１の紫外線照射水処理装置の作用について説明する。
まず、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが夫々被処理水入口管１５ａ，１５ｂを通り、容器１２内に流入する。ここで、被処理水入口管１５ａ，１５ｂは、夫々容器１２の内周の接線方向Ｔ１，Ｔ２に沿って形成されているので、容器１２内に流入する被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、図２に示すように旋回する。
具体的には、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、側面部１７の内壁１７Ｗ側の流速が早くなるような旋回流となる。この際、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆから、２５４ｎｍ付近の波長の紫外線が照射される。波長が２５４ｎｍ付近の紫外線は、殺菌線として働き、被処理水中の耐塩素微生物のクリプトスポリジウムや他の微生物，大腸菌等の菌類，ウィルス，藻類等を不活化する。これにより、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは消毒される。
紫外線により消毒された被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、処理水出口管１６ａ，１６ｂから夫々処理水Ｗ２ａ，Ｗ２ｂとして排出される。そして、処理水Ｗ２ａ，Ｗ２ｂが、次の浄水工程に送られたり、需要者に直接給水されたりすることになる。

以上説明したように、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１によれば、側面部１７の内周の接線方向Ｔ１に沿って側面部１７の外周壁に被処理水入口管１５ａを、接線方向Ｔ２に沿って被処理水入口管１５ｂを設けているので、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを、旋回させることができる。そのため、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆに有効に接触させながら流すことができ、紫外線の照射効率を高めることができる。換言すれば、旋回流を生じさせるので、紫外線を無駄なく被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ全体に照射することができる。

上述した作用効果について図３の従来の紫外線照射水処理装置を参照して補足する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。なお、図中の符番１５は被処理水入口管、符番１９は紫外線照射水処理装置とする。また、処理水出口管は図示されていないが、被処理水入口管も処理水出口管も図１と同様に夫々１対あるとする。
図３に平面図を示す従来の紫外線照射水処理装置１９のように、被処理水入口管１５と処理水出口管とが、夫々１対とした場合、処理量が大きい場合、圧力損失を抑えるため被処理水入口管１５と処理水出口管の径が大きくなる。即ち、被処理水入口管１５及び処理水出口管の内径は、側面部１７の内径の１／２以上となり、容器１２の内周の接線方向に沿って形成することができない。このような場合、それらの接続部において被処理水Ｗ１は不均一な流れとなる。さらに、被処理水Ｗ１の流量が大きいので、被処理水入口管１５から処理水出口管にかけて被処理水Ｗ１の大部分が短絡流となる。そのため、被処理水Ｗ１全体に紫外線を均一に照射できなくなる。また、容器１２内の通過時間（照射時間)が短くなるので、消毒に十分な紫外線量を照射できなくなる。

これに対し、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１では、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを短絡流ではなく旋回流にしているので、通過時間を長くすることができる。なお、紫外線量（ｍＪ／ｃｍ^２）は、紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ^２）と照射時間（ｓｅｃ）との積で計算される。第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１では、１０ｍＪ／ｃｍ^２以上の紫外線量を被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに照射するので、クリプトスポリジウムの人への感染力を失活することができる。

また、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１によれば、一部の紫外線ランプが故障した場合でも均一に紫外線を照射できるという利点がある。
この点について補足すると、１本でも紫外線ランプが劣化または故障した場合には、紫外線ランプの出力が低下する。それ故、出力が低下した紫外線ランプの周辺の照度が不足し、十分に消毒されない恐れが生じる。例えば、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆのうち、１本（例えば紫外線ランプ１３ｆ）が消灯した場合の容器１２内における照度分布の概念は、図４に示されるようなものとなる。ここで、図４においては、照度が十分な領域をＬ１で示し、照度が不十分な領域をＬ２で示している。なお、図４は、容器１２の側面部１７の断面図を示している。
これに対し、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１は、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂを旋回流とするので、点灯している他の紫外線ランプ１３ａ〜１３ｅから紫外線が照射され、十分に消毒することができる。即ち、紫外線ランプの一部（１３ｆ）が故障して消灯した場合の影響を軽減できる。

また、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１は、複数の紫外線ランプ１３ａ〜１３ｅを並列に配置し、かつ、被処理水を全ランプ１３ａ〜１３ｅに接触するように流すことによって照射効率を高めることができる。その結果、装置を小さくすることができるため、既存設備に組み込むことが容易である。
このことは、紫外線照射水処理装置１１が浄水処理に利用されることを考えた場合に、顕著な効果を奏する。何故なら、浄水処理施設等が、既に社会全般に行き渡っており、且つ使用されているからである。それ故、既存の施設及び設備に組み込むことができるような紫外線照射水処理装置が望まれる。例えば、紫外線ランプを１本しか備えていない紫外線照射水処理装置においては、紫外線量を増やすためには、装置の全長を長くする必要がある。これに対し、第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１は紫外線ランプを複数（６本）備えており、同じ全長で数倍（６倍）の照射効率を上げることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、被処理水入口管１５ａと被処理水入口管１５ｂの径を変えても構わない。この場合、被処理水入口管１５ａの径を容器１２の径の１／２以下でできるだけ大きくする。被処理水入口管１５ｂを被処理水入口管１５ａの径より小さくする事により、被処理水入口管１５ａが配管しやすい位置に紫外線照射水処理装置１１を配置し、被処理水入口管１５ｂを被処理水入口管１５ａに接続する。これにより、配管工事が容易な径が小さい被処理水入口管１５ｂのみ複雑な配管にして、配管工事が困難な径が大きい被処理水入口管１５ａの配管工事を簡易にでき、設置費用を軽減できる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１の側面図を示す。同装置２１は、第１の実施形態の装置１１に対し、容器の形状を変形するとともに、汚染物質の回収機構を備えた点が異なる。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２２は容器を示し、円筒形状の容器本体２３と、この容器本体２３の下部に設けられた逆円錐形状の排出部２４と、この排出部２４の下部に設けられた接続部２５とを備えている。汚染物質の回収機構２６は、前記接続部２５と接続するための接続管２７と、汚染物質トラップ容器２８と、バルブ２９を介装した汚染物質回収配管３０とを備えている。また、符番１６は１本の処理水出口管であり、容器２２の中心軸Ｓに沿って設置されている。ここで、処理水出口管１６の下端１６Ｌは、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの下端よりも下方になるように設置されている（但し、図５では紫外線ランプ１３ａ，１３ｂ，１３ｅ，１３ｆのみ図示されている）。

前記汚染物質トラップ容器２８は、接続管２７を介して容器２２と接続し、被処理水Ｗ１ａ及びＷ１ｂに含まれる汚染物質Ｄを蓄積するための容器である。接続管２７は、汚染物質トラップ容器２８に挿入するように接続されている。具体的には、汚染物質トラップ容器２８の上端面と接続管２７の上端面と同じ位置にあり、汚染物質トラップ容器２８の底部は接続管２７の下端面より下に位置している。
汚染物質回収配管３０は、汚染物質トラップ容器２８に蓄積された汚染物質Ｄを回収するものである。回収日時にバルブ２９を開くことにより、汚染物質トラップ容器２８に蓄積された汚染物質Ｄを排出させることができる。

次に、第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１の作用について説明する。
まず、被処理水Ｗ１ａ及びＷ１ｂが夫々被処理水入口管１５ａ，１５ｂを通り、容器２２内に流入してくる。容器２２内に流入してきた被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、容器本体２３の周方向に配列された６本の紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの外周近傍を時計方向に順次流れる。
そして、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、容器２２の中心軸方向の上端から下端に至るまで無駄なく流通する。即ち、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、容器２２内を螺旋状に旋回しながら中心軸Ｓの下方に流れる。なお、旋回するときの被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流線Ｆ１，Ｆ２は、例えば図６に示すように表わされる。ここで、図６は容器２２の容器本体２３の断面図を示している。また、図６におけるＸ−Ｘ’断面における紫外線ランプ１３ａの流線方向の速度分布の概念図は図７に示すようになる。

ところで、通常は、上述したように被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが容器２２内を旋回しながら紫外線が照射されている状態となっている。しかし、突発的な衝撃等により、保護管１４ａ〜１４ｆが割れ、さらに紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆが割れる場合がある。
この場合、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆ及び保護管１４ａ〜１４ｆを構成する石英ガラス片が被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに混入したり、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆに内封された水銀が被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに漏洩したりする。そして、このような石英ガラス片や水銀等は、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの汚染物質Ｄとなる。

ここで、被処理水である水の比重１に対して、石英ガラスの場合は２．２、水銀の場合は１３．５程度である。このような物質を含んだ被処理水を旋回させると、遠心分離作用により比重の重い物質が旋回方向の外側に押し出される。即ち、内部の旋回流により遠心力が働き、内側を流れる流体から重い物質が分離されることになる。分離されたガラスや水銀等の物質は、容器本体２３の内壁２３Ｗに到達し、その内壁２３Ｗに沿って重力により下方に集められる。
即ち、第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１によれば、汚染物質Ｄが被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに混ざった場合でも、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの螺旋状の旋回流による遠心分離作用と重力作用とにより、汚染物質トラップ容器２８へ汚染物質Ｄを確実に導くことができる。これにより、汚染物質Ｄが混入した処理水Ｗ２の流出を防ぐことができる。

以上説明したように、第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１によれば、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの全体に紫外線を無駄なく照射することができる。
また、突発的な衝撃等により紫外線ランプが破損した場合でも、遠心分離作用により汚
染物質を処理水Ｗ２に混入させることがなく、安全かつ確実に紫外線照射を行なうことが
できる。
更に、万が一、複数ある紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆのうち、一部が故障して消灯した場合でも、全紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの近傍を被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが流通しているため、運転を停止すること無く継続して紫外線を照射することができる。

なお、浄水処理施設等は社会的インフラとして、常時稼動しているものである。そのため、紫外線照射水処理装置にも常に被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが流入してくる。このように常に被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが流入してくる場合に、不用意に汚染物質回収配管３０を開くと、水撃作用（ウォーターハンマー）により紫外線ランプ及び保護管が破損する。第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１においては、汚染物質Ｄを一時的に蓄積しておくことができる汚染物質トラップ容器２８を備えており、このような水撃作用による紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆ及び保護管１４ａ〜１４ｆの破損を防ぐことができる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置３１の側面図を示す。図９は図８の平面図を示す。但し、図１，５，６と同部材は同符番を付して説明を省略する。第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置３１は、被処理水の容器２２への流入部３２にカバー部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを設けたことを特徴とする。

カバー部材３３ａ〜３３ｄは、各保護管１４ａ〜１４ｆを保護するためのものであり、容器２２の上部に設置された蓋部３４の底面に固定されている。カバー部材３３ａ〜３３ｄの材料としては、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属が用いられる。なお、カバー部材３３ａ〜３３ｄの取り付け位置は、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆ全ての周囲でも構わない。しかし、被処理水入口管１５ａ，１５ｂが容器２２に接続された部分の近く、即ち、容器２２に流入する被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが直撃する紫外線ランプ１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆの周囲だけでも良い。また、夫々のランプ周囲ではなく、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが直撃する側のみカバー部材３３ａ〜３３ｄを設置してもよい。

上述したように、第３の実施例形態に係る紫外線照射水処理装置３１は、保護管１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｆの外周にカバー部材３３ａ〜３３ｄを備えているので、被処理水Ｗ１ａ、Ｗ１ｂの流入動圧が保護管１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｆに直接作用するのを緩和できる。補足すると、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流入動圧は、流入部３２に流入した直後において高い値を示すので、流入部３２における紫外線ランプを石英ガラスによる保護管よりも強固に保護しなければならない場合がある。そのような場合、金属等の部材を用いたカバー部材３３ａ〜３３ｄを備えることにより、紫外線ランプ１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆ及び保護管１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｆの破損を防止することができる。

また、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが直撃する紫外線ランプ１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆの周囲のみ、しかも、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが直撃する側のみカバー部材３３ａ〜３３ｄを設置する事により、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流入動圧が、直接かからない他の紫外線ランプ１３ｄ，１３ｅ及び半円状のカバー部材３３ａ〜３３ｄを設けた紫外線ランプ１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆの被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが直撃しない側は、紫外線が被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂに照射されるため、照射効率を上げることができる。

（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４１の構成を示す側面図であり、図１１は図１０の平面図である。但し、図１，図５，図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
本実施形態に係る紫外線照射水処理装置４１は、第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置２１の容器形状を変形したものである。具体的には、容器２２は、容器本体２２の上部に流入部４２とテーパ部４３とを備える。また、被処理水入口管１５，１５ｂは、容器本体２２の側面部ではなく、流入部４２に取り付けられる。なお、図１０において、排出部２４に連結した接続部２５の下端は、汚染物質トラップ容器２８の底部近くまで達している。

流入部４２は円筒形状の外壁及び内壁を有している。そして、内壁の接線方向Ｔ１に沿って被処理水Ｗ１ａを流入させるように、外壁の一部と内壁とを連通させて被処理水入口管１５ａが取り付けられている。また、内壁の接線方向T２に沿って被処理水Ｗ１ｂを流入させるように、外壁の一部と内壁とを連通させて被処理水入口管１５ｂが取り付けられるものである。流入部４２の内径は、被処理水理入口管１５ａ，１５ｂの径の２倍、あるいは、それ以上、例えば容器本体２３の径より大きくするのが好ましい。

テーパ部４３は、流入部４２の下端に設けられる逆円錐台形状のものである。また、テーパ部４３は、流入部４２の直径を徐々に小さくして容器本体２３の直径にするものである。即ち、テーパ部４３の上端の内径は流入部４２の内径に等しく、テーパ部４３の下端の内径は容器本体２３の内径に等しい。

次に、第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４１の作用について説明する。
まず、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂがそれぞれ被処理水入口管１５ａ，１５ｂを通り、容器２０内に流入してくる。この際、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流入方向に紫外線ランプ１３ａ，１３ｄが存在しないので、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流れが紫外線ランプ１３ａ，１３ｄにより妨害されず、効果的に旋回流が発生する。
旋回流となった被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆへ近づきながらテーパ部４３を旋回する。さらに、容器本体２３において紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの外周近傍を旋回しながら排出部２４の下端まで流れる。そして、排出部２４の下端まで達した旋回流は、上昇流となって中心軸Ｓを上昇し、処理水出口管１６から排出される。

以上説明したように、第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４１は、容器本体２３の内径より大きな内径を有する流入部４２を備えているので、流入直後の被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと紫外線ランプ１３ａとの接触を軽減することができる。また、被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流入方向に紫外線ランプ１３ａ，１３ｄが存在しないので、被処理水Ｗ１の流れが紫外線ランプ１３ａに妨害されず、効果的に旋回流が発生する。

また、テーパ部４３において、紫外線ランプと旋回流との距離を徐々に近づけており、容器本体２３においては、紫外線ランプ近傍を被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが旋回する。それ故、紫外線の照射効果を高めることができる。
更に、流入直後の被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと紫外線ランプ１３ａ，１３ｄとの接触を軽減するので、被処理水入口管１５ａ，１５ｂの夫々の入口近傍における被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂの流入動圧により生じる紫外線ランプ１３ａ，１３ｄ及び保護管１３ａ，１３ｄへのせん断力を緩和することができる。

（第５の実施形態）
図１２は本発明の第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４５の構成を示す側面図であり、図１３は図１２の平面図である。
第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４５は、第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４１の蓋部３４において、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの全体を押し下げるように円柱形状に凹んだ凹部４６を有することを特徴とする。ここでは、流入部４２の高さだけ蓋部３４を押し下げている。

第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置４５では、第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置と同様に凹部４６の外周面と流入部４２の内壁とにより環状流路が形成されるので、効率的に旋回流を発生させることができる。
また、第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置のように流入部４２の内径は、被処理水理入口管１５ａ，１５ｂの径の２倍、あるいは、それ以上、容器２２の径より大きくしなくても、効率的に旋回流を発生させることができる。しかも、流入する被処理水Ｗ１ａ，Ｗ１ｂが紫外線ランプに直撃しないため、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆ及び保護管１４ａ〜１４ｆの破損を防止することができる。

更に、凹部４６に、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆに電力を供給するための電線等の接続端子を収納する端子箱を設置することにより、装置全体の高さを低くすることができる。装置の高さを低くできることは、第１の実施形態でも述べたように、“既存の”浄水処理施設に紫外線照射水処理装置を導入する際の極めて重要な要素である。

更には、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆによる照射効率を向上させることができる。さらに詳しく説明すれば、紫外線ランプ１３ａ〜１３ｆの照射部分がテーパ部４３から容器本体２３の部分に存在するため、被処理流体Ｗ１ａ及びＷ１ｂは流入部４２の場合に比べて紫外線ランプの近傍を流れることになる。この結果、被処理流体Ｗ１ａ，Ｗ１ｂは強い紫外線照射を受けることになるため、照射効率が向上する。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る被処理水Ｗ１の旋回流の概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る被処理水入口管を１本した場合の図である。 本発明の第１の実施形態に係る紫外線ランプが消灯した場合の容器内における照度分布の概念を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の側面図である。 図５の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る被処理水Ｗ１が旋回するときの周方向における速度分布の概念を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の側面図である。 図８の平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の側面図である。 図１０の平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置の側面図である 図１２の平面図である。 従来の紫外線照射水処理装置の説明図である。 従来の他の紫外線照射水処理装置の説明図である。

符号の説明

１１，２１，３１，４１，４５…紫外線照射水処理装置、１２…容器、１３ａ〜１３ｆ…紫外線ランプ、１４ａ〜１４ｆ…保護管、１５ａ，１５ｂ…被処理水入口管、１６ａ，１６ｂ…処理水出口管、１７…側面部、１８ａ，１８ｂ…端面部、２２…容器、２３…容器本体、２４…排出部、２５…接続部、２６…接続管、２８…汚染物質トラップ容器、３０…汚染物質回収配管、３２，４２…流入部、３３ａ〜３３ｄ…カバー部材、３４…蓋部、４３…テーパ部、４６…凹部。

Claims (8)

1. 被処理水に紫外線を照射する紫外線照射水処理装置において、円筒型の容器と、該容器の中心軸と平行でかつ円周方向に等間隔に容器内に配置された複数本の紫外線ランプと、これらの紫外線ランプを夫々包むように配置された保護管と、被処理水を容器内に供給するための被処理水入口管と、処理水を容器から排出するための処理水出口管とを具備し、
   前記被処理水入口管は、２本以上の複数本前記容器に接続したことを特徴とする紫外線照射水処理装置。
2. 処理水出口管は、２本以上の複数本前記容器に接続したことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射水処理装置。
3. 前記被処理水入口管及び処理水出口管は、被処理水及び処理水が、前記容器内を紫外線ランプに沿って旋回するように、容器両端に該容器断面に対して接線方向に、かつ、被処理水入口管と処理水出口管の中心軸をずらして容器に取り付けられていることを特徴とする請求項２もしくは請求項３記載の紫外線照射水処理装置
4. 被処理水に紫外線を照射する紫外線照射水処理装置において、上部が円筒形で、下部が逆円錐形をした容器と、該容器の中心軸と平行にかつ、円周方向に等間隔に容器内に配置された複数本の紫外線ランプと、これらの紫外線ランプを包むように配置された保護管と、被処理水を容器内に供給するための２本以上の複数本の被処理水入口管と、処理水を容器から排出するための処理水出口管とを具備し、
   前記処理水出口管は容器の軸方向に沿う中心に位置し、かつ処理水出口管の下端は円筒形の容器部内に位置するように挿入設置され、
   前記被処理水入口管は、上部の円筒形の容器部分に該容器部分の断面部に対して接線方向になるように取り付けられていることを特徴とする紫外線照射水処理装置。
5. 円筒形の容器部分の上部に該容器部分の外径より、被処理水理入口管の径の分だけ大きい円筒形の流入室を設け、被処理水入口管は前記流入室の外周側に円筒形の容器部分の断面に対して接線方向になるように取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の紫外線照射水処理装置。
6. 前記被処理水入口管の接続口に近い保護管の外周側に、上端が容器に固定されたカバー部材が設置されていることを特徴とする請求項1乃至５いずれか一記載の紫外線照射水処理装置。
7. 前記被処理水入口管接続口側の外周のみに、前記カバー部材が設置されていることを特徴とする請求項６記載の紫外線照射水処理装置。
8. 前記被処理水入口管の径は、前記容器の半径より小さいことを特徴とする請求項１乃至７いずれか一記載の紫外線照射水処理装置。

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