JP2009066478A - 紫外線照射水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波により紫外線照射装置表面の汚れを有効に除去することができる紫外線照射水処理装置を提供する。
【解決手段】処理容器２内に導入された被処理水に対し、周囲を透光性の保護管４により覆われた長尺状の紫外線ランプ３により構成され紫外線照射装置により紫外線を照射する紫外線照射水処理装置であり、保護管４を含む紫外線ランプ３の周囲を囲むように環状に形成された振動体７を設け、さらに、この振動体７に超音波振動子８一体的に取り付け、この超音波振動子８及びこれと一体の振動体７による超音波振動により、紫外線照射装置外面（保護管４の外面）の汚れを洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水処理、下水処理、食品や薬品排水処理、遠洋船舶バラスト水処理等に用いられ、紫外線照射により藻類や微生物及び病原性原虫を不活化、無害化するための紫外線照射水処理装置に関する。

日本の上水道は、これまで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きた。しかし、近年、クリプトスポリジウム、ジアルジア等の新興、再興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、河川の富栄養化し、有機物汚濁が進行することで、藻類が大量発生し、異臭味や着色障害、凝集、沈澱阻害、ろ過閉塞、ろ過水漏出障害の原因になっている。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て、有害副生成物（トリハロメタン等）を生成してしまうという問題も起きており、日本の水道が長年培なってきた、凝集→沈澱→ろ過→塩素処理から成る基本パターンだけでは対応できなくなってきている。

このような背景のもと、従来の塩素消毒に変わる代替消毒技術として紫外線照射による消毒システムが注目されている。紫外線消毒は複雑な薬品注入管理が不要で、有害副生成物を発生しないという利点がある。このため、浄水処理場等において、消毒や残留有機物の酸化を目的として紫外線照射処理が採用されることが考えられた。この場合、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澱処理水に紫外線を照射している。

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、原水に紫外線照射を行うことがある。これは前塩素処理の代わりに紫外線を照射するものである。このようにすると、塩素を加えた場合のように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のに効果が高いという、紫外線のメリットを有効に利用することができる。なお、藻類についても浄水処理においてはこれを繁殖させないことが好適であり、藻類の繁殖を防止するのにも紫外線照射が効果的である。

病原性微生物や原虫の消毒を目的として紫外線照射処理が採用される場合、消毒に有効な紫外線波長領域は、ＵＶ−Ｃ帯と呼ばれる２００ｎｍ〜３００ｎｍである。このため、紫外線照射用のランプ(以下、紫外線ランプ)としては、ランプ内に水銀蒸気を封入した低圧、或いは中圧水銀ランプが用いられている。この他、不活性ガスを封入したエキシマランプを用いることも考えられる。

紫外線照射装置として用いられる紫外線ランプには、その周囲を覆うように透明な保護管が設けられている。この保護管の表面には、被処理流体の長期暴露によりファウリング（汚れの沈着）が発生し、紫外線(以下、ＵＶ)透過率が低下する。汚れの原因は無機成分（鉄およびカルシウムなど）、有機成分（水アカ）などである。保護管の洗浄はオフライン（処理停止中）による薬液洗浄や、オンライン（装置稼動中）の機械式洗浄がある。薬液洗浄には、クエン酸、リン酸などを使用してファウリング物質を溶解させる方法である。機械式洗浄にはステンレス製のリング状ブラシあるいはテフロン製のリング状ブラシを保護管の外周に密着させ、動力モータにより、保護管の軸方向に沿って上下動させて、物理的にファウリング物質を除去していた。

しかし、薬液洗浄の場合、残留した薬液が装置運用時に処理水とともに流れでないようにする必要がある。このため、容器のなかに薬液が残らないよう、十分に被処理水ですすぎ排水する必要があり多くの手間を要する。また、薬液代としてランニングコストが増える。さらに、薬液洗浄中は紫外線処理が停止するため、それを加味して処理量を算出するか、あるいは装置を複数台設置して交互運転により連続処理を実現する必要があり、必要以上の設備規模が必要となる。一方、機械式洗浄の場合は、ステンレス製ブラシやテフロン製リングの劣化による交換が必要であり、さらにブラシによる保護管表面の必要以上の研磨によって、保護管に傷をつけてＵＶ透過率を低下させる原因となる。

そこで、一般的な洗浄技術として知られている、超音波を利用して汚れを除去することが考えられている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平１１−２６２７５３号公報 特開２００６−１１６５３６号公報

しかし、上述した超音波により洗浄を行うものは、いずれも超音波振動子を、処理槽に直接取り付け、処理槽自体を振動させるものである。このため、処理槽の強度を上げるために処理槽を強固に作ると、その剛構造のため振動が伝わり難く、被処理水に充分な振動を伝えるためには、極めて大出力の超音波振動子が必要となる。また、充分に振動が伝わるように柔構造に処理槽を構成すると、処理槽としての強度が弱くなるため、家庭用の浴槽に対する除菌槽のような比較的小型の設備にしか適用できなかった。

本発明の目的は、超音波により紫外線照射装置表面の汚れを有効に除去することができる紫外線照射水処理装置を提供することにある。

本発明による紫外線照射水処理装置は、処理容器内に導入された被処理水に対し、前記処理容器内に設けられた紫外線照射装置により紫外線を照射する紫外線照射水処理装置であって、前記紫外線照射装置の周囲を囲むように環状に形成された振動体及びこの振動体に一体的取り付けられた超音波振動子を備え、この超音波振動子及びこれと一体の前記振動体による超音波振動により、前記紫外線照射装置外面の汚れを洗浄することを特徴とする。

本発明では、紫外線照射装置は、周囲を透光性の保護管により覆われた長尺状の紫外線ランプにより構成され、振動体は、この紫外線ランプの周囲を囲むように環状に配置されている。

また、本発明では、紫外線照射装置は、周囲を透光性の保護管により覆われた長尺状の紫外線ランプを、複数本、その長さ方向が互いに平行となるように配置構成し、振動体は、これら複数本の紫外線ランプ全体の周囲を囲むように環状に配置した構成でもよい。

さらに、本発明では、振動体は、駆動装置により紫外線ランプの長さ方向に沿って移動可能に構成してもよい。

本発明によれば、紫外線照射装置に対して超音波による新規な洗浄方式を用いたことにより、繰り返し実施される洗浄工程においても消耗品が発生せず、また保護管表面を劣化させることなく、ブラシでは落ちない微細な汚れも落とすことができる。

以下、本発明による紫外線照射水処理装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、この実施の形態による紫外線照射水処理装置の構成を示す斜視図である。

図１において、紫外線照射水処理装置は、円筒形をした処理容器２を基体としたもので、この処理容器２内には、紫外線照射装置として、容器軸と平行に紫外線ランプ３が配置されている。また、この紫外線ランプ３は長尺状のもので、その外周を包むように構成された石英ガラスなどによる透明な保護管４が配置されている。また、処理容器２の側面上部には被処理水入口管５が、同じく側面下部には、処理水出口管６が設けられており、被処理水を処理容器２内に流通させて紫外線を照射処理するように構成している。

７は環状に形成された振動体であり、紫外線照射装置を構成する紫外線ランプ３の保護管４の周囲を囲むように設けられている。この振動体７には帯状のステンレス材が用いられ、保護管４の表面から数ｍｍ程度の距離をとってこの保護管４の周囲を取り囲んでいる。また、この振動体７には超音波を発生する超音波振動子８が一体に設けられており、この超音波振動子８及びこれと一体の振動体７による超音波振動により、紫外線照射装置を構成する保護管４の外面の汚れを洗浄する。さらに、この振動体７は、駆動用のシャフト９及び動力モータ１０からなる駆動装置と連結しており、この駆動装置により紫外線ランプ３の長さ方向に沿って移動可能に構成されている。

上記構成において、被処理水は処理容器２の側面上部に設けられた入口管５から処理容器２内に導入される。そして、この処理容器２内において紫外線ランプ３により透明な保護管４を通して紫外線を照射され、被処理水中の病原性微生物や原虫の消毒や残留有機物の酸化などの処理が行われる。このような処理が施された被処理水は、出口管６から排出される。

このような処理を継続すると、紫外線ランプ３の保護管４外面にファウリング（汚れの沈着）が発生し、紫外線の透過率が低下するので、定期的に超音波洗浄を実施する。すなわち、超音波振動子８を動作させることにより、この超音波振動子８の発生する微振動がステンレス製の環状振動体７に伝わり、この振動体７の壁面に発生する超音波が、無数の小さな気泡を発生させる。そして、この気泡が保護管４の表面に当たって壊れるときの衝撃波などにより、保護管４の表面の汚れを落とす。このように、超音波によるキャビテーション効果・振動加速度の効果・直進流の効果により、保護管表面の汚れを落とす。このとき、駆動装置のモータ１０を動作させ、駆動用シャフト９によりステンレス製の振動体７を紫外線ランプ３の長さ方向に沿って上下動させると、保護管４の表面全体の汚れを有効に除去することができる。

この超音波による洗浄動作の頻度は、例えば、３０分に１回程度と、比較的短い周期で行うとよい。この洗浄動作は、被処理水に対する紫外線照射を止めることなく行われるので、上述した比較的短い周期で行っても水処理効率が低下することはなく、頻繁な洗浄により保護管表面への汚れの付着を効果的に防止して、高い透光性を維持することができる。

ここで、従来のブラシによる機械式洗浄は接触による研磨であり、ブラシの消耗および、保護管表面の劣化は避けられない。これに対して、本発明による超音波振動法では非接触であるため、保護管４に傷をつけることなく、長期的に洗浄を行える。また、ブラシでは落ちない微細な汚れも落とすことができる。

また、超音波振動子８を、従来のように処理槽(容器)自体に取り付けるのではなく、処理容器２内の洗浄対象物近くに、処理容器２とは別体に設けた振動体７に取り付けたので、保護管４の表面に効率的に超音波を作用させることができる。このため、大形の処理水容器２で大量の被処理水に紫外線照射する場合であっても、超音波振動子８を大出力のものにする必要はなく、また、処理容器２自体は充分に強固な構造とすることができる。したがって、大量の被処理水を安定して処理することができる。

次に、図２で示す実施の形態を説明する。この実施の形態では、紫外線照射装置として、長尺状の紫外線ランプ３を、複数本、その長さ方向が互いに平行となるように配置している。これら紫外線ランプ３には、その周囲を覆う透光性の保護管４がそれぞれ設けられている。そして、これら複数本の紫外線ランプ３及び保護管４により構成される紫外線照射装置は、処理容器２内に、その軸芯と各紫外線ランプ３の長さ方向が平行となるように設置される。

１１は環状に形成された振動体であり、保護管４を取り付けた複数本の紫外線ランプ３全体の周囲を囲むように設けられている。この振動体１１にも帯状のステンレス材が用いられ、複数の紫外線ランプ３のうち外側に位置する紫外線ランプ３の保護管４の表面から数ｍｍ程度の距離をとって設置される。また、この振動体１１には超音波を発生する超音波振動子８が一体に設けられており、この超音波振動子８及びこれと一体の振動体１１による超音波振動により、複数の保護管４の外面の汚れを洗浄する。さらに、この振動体１１も、駆動用のシャフト９及び動力モータ１０からなる駆動装置と連結しており、この駆動装置により紫外線ランプ３の長さ方向に沿って移動可能に構成されている。

上記構成において、被処理水は処理容器２の側面上部に設けられた入口管５から処理容器２内に導入される。そして、この処理容器２内において複数の紫外線ランプ３により、それぞれ透明な保護管４を通して紫外線を照射され、被処理水中の病原性微生物や原虫の消毒や残留有機物の酸化などの処理が行われる。このような処理が施された被処理水は、出口管６から排出される。

このような処理を継続すると、各紫外線ランプ３の保護管４の外面にファウリング（汚れの沈着）が発生し、紫外線の透過率が低下するので、定期的に超音波洗浄を実施する。すなわち、超音波振動子８を動作させることにより、この超音波振動子８の発生する微振動がステンレス製の環状振動体１１に伝わり、この振動体１１の壁面に発生する超音波が、無数の小さな気泡を発生させる。そして、この気泡が保護管４の表面に当たって壊れるときの衝撃波などにより、保護管４の表面の汚れを落とす。このように、超音波によるキャビテーション効果・振動加速度の効果・直進流の効果により、保護管４の表面の汚れを落とす。このとき、駆動装置のモータ１０を動作させ、駆動用シャフト９によりステンレス製の振動体１１を紫外線ランプ３の長さ方向に沿って上下動させると、各保護管４の表面全体の汚れを有効に除去することができる。すなわち、複数の保護管４の表面全体の汚れを、ひとつのステンレス製の振動体１１によってまとめて除去することが可能である。

このように、複数の保護管４をひとつの振動体１１で取り囲む方式のため、保護管４の数が多くなった場合、各保護管４をブラシ等で洗浄する方式に比べて、ブラシ交換などの手間も省くことができる。

なお、本発明が適用される紫外線照射水処理装置は、前述のように、上水道における浄水処理での処理水、下水処理における処理後の河川放流水、食品や薬品排水処理における処理後の放流水、遠洋船舶バラスト水（バラストタンク内に紫外線照射装置を設けて直接バラスと水を紫外線照射する場合を含む）など、透光性を有する被処理水を対象とした水処理に適用され、紫外線照射により藻類や微生物及び病原性原虫を不活化、無害化する。

本発明による紫外線照射水処理装置の一実施の形態を示す斜視図である。 本発明による紫外線照射水処理装置の他の実施の形態を示す斜視図である。

符号の説明

２ 処理容器
３，４ 紫外線照射装置を構成する紫外線ランプ及び保護管
５，６ 被処理水の入り口管及び出口管
７，１１ 振動体
８ 超音波振動子
９，１０ 駆動装置を構成するシャフト及び動力モータ

Claims (4)

1. 処理容器内に導入された被処理水に対し、前記処理容器内に設けられた紫外線照射装置により紫外線を照射する紫外線照射水処理装置であって、
   前記紫外線照射装置の周囲を囲むように環状に形成された振動体及びこの振動体に一体的に取り付けられた超音波振動子を備え、
   この超音波振動子及びこれと一体の前記振動体による超音波振動により、前記紫外線照射装置外面の汚れを洗浄することを特徴とする紫外線照射水処理装置。
2. 前記紫外線照射装置は、周囲を透光性の保護管により覆われた長尺状の紫外線ランプにより構成され、前記振動体は、この紫外線ランプの周囲を囲むように環状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。
3. 前記紫外線照射装置は、周囲を透光性の保護管により覆われた長尺状の紫外線ランプを、複数本、その長さ方向が互いに平行となるように配置構成し、前記振動体は、これら複数本の紫外線ランプ全体の周囲を囲むように環状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。
4. 前記振動体は、駆動装置により紫外線ランプの長さ方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の紫外線照射水処理装置。

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