JP2010012429A - 紫外線照射水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線照射装置内部の処理対象水の流れ方を考慮して適正な紫外線照度を確保し、適切な紫外線照射量を実現できる紫外線照射水処理装置を提供する。
【解決手段】処理水が流入する容器20と、容器内を通流する被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプ30A〜30Fと、１本または複数本の紫外線ランプがそれぞれ収納された複数のランプ保護管31A〜31Fと、容器内で被処理水の流速が速い部分のほうが遅い部分よりも紫外線照射量が多くなるように紫外線ランプの状態を制御する手段とを有する。
【選択図】 図２

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・遠洋船舶バラスト水処理等において、藻類・微生物・病原性原虫等を不活化も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。

近年、紫外線を照射して消毒する紫外線消毒は、上下水処理やプールなどの殺菌消毒処理、食品工業における水処理などの水処理全般において、水に含まれる病原性の微生物、特に最近ではウィルスの殺菌及び消毒を目的とした応用が推進されている。

紫外線消毒は、特に、浄水処理で問題となっている耐塩素性病原菌クリプトスポリジウムやジアルジアの対策として、非常に効果的な消毒方法である。クリプトスポリジウムやジアルジアは、従来の消毒技術である塩素消毒では不活化できないが、紫外線を僅かに照射するだけで不活化が可能である（例えば、非特許文献１を参照）。この非特許文献１には、クリプトスポリジウムやジアルジアの２log以上の不活化には、紫外線を１０mJ/cm²以上の照射で有効であると記載されている。

紫外線消毒を行う場合に、消毒対象の目標不活化率に対して、必然的に必要な紫外線の照射量が決定される。紫外線の照射量を一定にした運用を行うと、環境状況によっては、過剰な照射となることがある。紫外線の照射が過剰になると、紫外線の発光源である紫外線ランプの寿命が短くなり、かつ紫外線発光に要する電力を浪費する要因となる。一方、浄水処理では、人間が体内に摂取する飲料水となるために紫外線量が１０mJ/cm²以上の紫外線を確実に照射する必要がある。

このような技術的背景から紫外線照射方法について種々の提案がなされている。例えば特許文献１では、従来の紫外線照射水処理装置により紫外線消毒を行う場合に、紫外線消毒装置を効率良く、かつ確実に運用するため、紫外線強度（照度）の減衰特性（紫外線ランプからの距離の２乗に応じて紫外線強度が減衰する性質）を考慮し、被処理流体が旋回しつつ常に紫外線ランプ近傍に流れるように、容器の入口管と出口管との配置を工夫した紫外線照射技術を提案している。

また、紫外線照射技術では、ほとんどの場合、紫外線ランプが保護管に収納された構造を有している。しかしながら、保護管としては、耐衝撃性よりも紫外線の透過効率の方が優先されるため、結晶石英や合成石英ガラスといった比較的衝撃に弱い材料が使用される。これに伴い、紫外線照射水処理装置には、無理な力や突発的な衝撃により、保護管や紫外線ランプが破損し易い状況にある。紫外線ランプや保護管が破損した場合、ランプ内の水銀や石英ガラスの破片が処理流体に混入する不都合を生じることになる。

このような不都合を解消する技術として例えば特許文献２が提案されている。特許文献２に記載された従来装置では、センサが紫外線ランプの破損を検出した時に、紫外線照射装置への通水を遮断することにより、紫外線照射装置内の水銀汚染の拡大を防止している。しかし、紫外線照射装置への通水を遮断するまでの間に、紫外線照射装置内の水銀で汚染された処理水が下流側の浄水工程に混入するおそれがある。

一方、前述した特許文献１において、紫外線ランプの破損時に水銀で汚染された処理水が下流側の浄水工程に混入することを防止するために、紫外線照射装置に固液分離機能を付加したことにより、水銀や破片などの固形分を処理水から分離する技術が提案されている。
水道協会雑誌（２００４年６月）第７３巻第６号第６０頁 特開２００７−１４４３８６号公報 特開２００４−１８８２７４号公報

上述した特許文献１の装置では、容器内部の被処理水の流れ方が複雑になり、特に被処理水の流速が速い部分と遅い部分とを生じる。このため、流速が速い部分を流れる被処理水の紫外線照射量（紫外線強度と照射時間との積）が不足し、適正な紫外線照射を行うことができない場合がある。

流速が速い部分の紫外線照射量を増やすためには、その部分の紫外線照度（紫外線強度）を高くするか、あるいは処理流量を減少させて流速を下げることにより照射時間を長くする必要がある。しかし、後者の処理流量を減らす方法では、ランプから発光される紫外線を有効に利用していないため消毒効率が悪くなる。従って、実用的で高効率な紫外線消毒においては、容器内の被処理水の流れにあわせて、流れが速い部分の紫外線照度を高くした紫外線照射水処理装置を実現することが重要な課題である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、紫外線照射装置内部の処理対象水の流れ方を考慮して適正な紫外線照度を確保し、適切な紫外線照射量を実現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、処理水が流入する容器と、前記容器内を通流する被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプと、１本または複数本の前記紫外線ランプがそれぞれ収納された複数のランプ保護管と、前記容器内で被処理水の流速が速い部分のほうが遅い部分よりも紫外線照射量が多くなるように前記紫外線ランプの状態を制御する手段と、を有することを特徴とする。

本発明において、被処理水の流速が速い部分のほうを遅い部分よりも紫外線照射量を多くする紫外線ランプ状態制御手段として、（１）流速が速い部分に紫外線ランプを配置すること、（２）流速が遅い部分より流速が速い部分の紫外線ランプの本数を増やすこと、（３）流速が遅い部分より流速が速い部分の紫外線ランプの出力を高くすること、のうちの何れか１つまたは複数を組み合わせることができる。これにより紫外線ランプの配置状態や出力状態などを制御してランプから発光される紫外線を有効に利用することができる。

また、容器内で被処理水の流速が速い部分と遅い部分の流れを有する手段として、（Ａ）被処理水が流入する容器は円筒形状の側面部を有し、側面部の内周の接線方向に沿って容器の外壁に被処理水を流入させるための被処理水を流入させるための被処理水入口管と処理水を流出するための処理水出口管を備えるか、あるいは（Ｂ）容器の中心軸に、中心軸と平行に処理水出口管を備えて、容器内を被処理水が旋回しながら流れる旋回流として処理水を出口管から排出させるか、あるいは（Ｃ）被処理水が流入する容器は円筒形状の側面部を有し、容器の中心軸と直交する被処理水入口管と処理水出口管を備えて、被処理水を容器の中心軸と直交する向きに高流速で流入させることにより、容器の被処理水入口管の接続した側面部の反対側の側面部外壁近傍領域の流速を速くする、のうちの何れか１つを用いることができる。

本発明によれば、装置内部の処理水の流れ方と、適正な紫外線照度を確保し、高効率に処理する紫外線照射水処理装置が提供される。このような紫外線照射水処理装置であれば、結果として適正な紫外線量を確保できるため、紫外線照射水処理装置の消費電力の省力化や、紫外線発光源である紫外線ランプなどの寿命を相対的に長くすることが可能となる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態について説明する。

（第１の実施形態）
先ず図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０を説明する。本実施形態の紫外線照射水処理装置１０は、入口管２２から容器２０内に被処理水Ｗ１を流入させ、これに紫外線を照射して殺菌消毒の処理をし、処理した処理水Ｗ２を出口管２３より流出させるものである。

紫外線照射水処理装置１０の容器２０は、円筒形状の側面部２１を有し、その両端部には端面部２４Ａ、２４Ｂが設けられている。被処理水入口管２２および処理水出口管２３は容器２０の側面部２１に設けられている。被処理水入口管２２は、側面部２１の内周壁の接線Ｔに沿って被処理水Ｗ１が流入するような向き（Ｘ軸方向）に容器外壁に取り付けられた管である。

処理水出口管２３は、容器２０から処理水Ｗ２を流出させるために、側面部２１に取り付けられた管である。ここで、処理水出口管２３は、被処理水入口管２２から流入した被処理水Ｗ１の流線の方向に沿って側面部２１の外壁に設置される。さらに詳しくは、処理水出口管２３は、側面部２１の内周壁の接線Ｔに沿って処理水Ｗ２が流出するような向き（Ｘ軸方向）に容器外壁に取り付けられる。容器２０内において円滑な旋回流を形成するためには、被処理水入口管２２および処理水出口管２３の内径をそれぞれ容器２０の内径の５０％以下とすることが好ましい。

被処理水入口管２２および処理水出口管２３は、互いに離れた端部領域２１Ａと他の端部領域２１Ｂにそれぞれ取り付けられる。また、被処理水入口管２２と処理水出口管２３とは互いに中心軸がずれるように偏心して容器２０に取り付けられる。

容器２０の内部には、６本の保護管３１Ａ〜３１Ｆにそれぞれ収納された紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆが配置されている。紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、側面部２１の中心軸Ｓと平行なＺ軸方向に配列され、かつ中心軸Ｓ側より側面部２１の内壁側に位置している。また、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、中心軸Ｓを中心とする円周上に等ピッチ間隔となるように配置されている。保護管３１Ａ〜３１Ｆの両端は端面部２４Ａ，２４Ｂにそれぞれ取り付け支持されている。

本実施形態の装置１０では、容器２０の内のりの半径をｒとした場合に、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆが配置されるランプ配置半径ｒ１が容器半径ｒの５０％以上（ｒ１≧ｒ／２）となるように設定する。さらに、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆよりもさらに内側のスペース、すなわち中心軸Ｓ側に別の紫外線ランプを追加して配置するようにしてもよい。その場合は、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを、さらに側面部２１の内周壁寄りに配置することが望ましい。

本実施形態では、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆとして両端に電極を取り付けた石英管を用いる。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。本実施形態では、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、特に、２５４ｎｍの波長の紫外線を発生するものを用いる。発生した紫外線に被処理水Ｗ１を暴露することにより、被処理水Ｗ１中の消毒対象物質が無害化される。なお、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの直径（外径）は２〜１０ｃｍ程度のものを用いる。

保護管３１Ａ〜３１Ｆは、被処理水Ｗ１が各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆに直接接触しないようにするために、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを保護するためのものである。そのため、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを包むように個別に設置される。なお、この保護管３１Ａ〜３１Ｆは、石英ガラスにより形成され、端面部２４Ａ，２４Ｂに設置される。

図２に示すように、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは２本１組の３つのグループからなり、各グループのランプに制御器５０によって制御される３つの電源４１，４２，４３から別々に給電されるようになっている。すなわち、ランプ給電回路において、第１の電源４１は第１グループのランプ３０Ｂ，３０Ｅに接続され、第２の電源４２は第２グループのランプ３０Ａ，３０Ｆに接続され、第３の電源４３は第３グループのランプ３０Ｃ，３０Ｄに接続されている。制御器５０は、被処理水Ｗ１の流速に応じて３つの電源４１，４２，４３の動作を制御するものであり、これにより３つのグループのランプ（３０Ｂ，３０Ｅ），（３０Ａ，３０Ｆ），（３０Ｃ，３０Ｄ）に対する給電量がそれぞれ制御されるようになっている。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０の作用について説明する。

まず、被処理水Ｗ１が被処理水入口管２２を通り、容器２０内に流入してくる。ここで、被処理水入口管２２は、容器２０の内周壁の接線Ｔに沿う向き（Ｘ軸方向）に取り付けられているので、図１中に矢印で示すように、流入する被処理水Ｗ１は容器２０の内部で旋回する。

図３は容器中央断面の流速分布を示すベクトル図である。図中にてベクトルの腕が長いほど流速が速い部分を示す。この図から明らかなように、被処理水Ｗ１は、側面部２１の内周壁寄りで流速が速くなるような旋回流Ｗｃとなる。この際、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ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。

紫外線により消毒された被処理水Ｗ１は、処理水出口管２３を通って容器２０から処理水Ｗ２として排出される。このように処理された処理水Ｗ２は、次の浄水工程に送られて浄化処理されるか、または需要者に直接給水されることになる。

以上説明したように、本実施形態の紫外線照射水処理装置１０によれば、被処理水入口管２２の軸心が側面部２１の内周の接線Ｔに沿う向き（Ｘ軸方向）となるように被処理水入口管２２を設けているので、容器２０の内部で被処理水Ｗ１を円滑に旋回させることができる。さらに被処理水Ｗ１を旋回させることにより、被処理水Ｗ１の流速は、容器２０の側面部２１の内壁側のほうが、側面部２１の中心軸Ｓ側よりも速くなる。

本実施形態の装置１０では被処理体水Ｗ１の流速が速い部分に紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを配置している。このため、図３に示すように、被処理水Ｗ１を紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ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、ランプ配置半径ｒ１に沿って通流する被処理水の旋回流Ｗｃを生じさせるので、紫外線を無駄なく被処理水Ｗ１全体に照射することができる。

紫外線量Ｑ（ｍＪ／ｃｍ²）は、紫外線照度Ｌ（ｍＷ／ｃｍ²）と照射時間Ｔ（ｓｅｃ）との積から求まる（Ｑ＝Ｌ×Ｔ）。

本実施形態の装置１０では、被処理水Ｗ１を旋回流Ｗｃにしているので、流速が速い部分と遅い部分を生じるが、流速の速い部分は、通過時間は短くなるため、流速が速い部分に紫外線ランプを配置して、紫外線照度を高くすることにより、効率良く１０ｍＪ／ｃｍ²以上の紫外線量を被処理水Ｗ１に照射することができる。このため、クリプトスポリジウムの人への感染力を失活させることができる。

また、本実施形態の装置１０では、第１及び第２の電源４１，４２から第１グループのランプ３０Ｂ，３０Ｅおよび第２グループのランプ３０Ａ，３０Ｆへの給電量を大きくすることにより、流速が速くなる（すなわち照射時間Ｔが短い）図２中の左側領域への紫外線照度Ｌを増大させる一方で、第３の電源４３から第３グループのランプ３０Ｃ，３０Ｄへの給電量を小さくすることにより、流速が遅くなる（すなわち照射時間Ｔが長い）図２中の右側領域への紫外線照度Ｌを減少させることができる。このように被処理水Ｗ１の流速に応じてランプからの紫外線照度を増加または減少させることにより、左側領域と右側領域とで紫外線量Ｑをほぼ同レベルにバランスさせることができ、装置全体からみて紫外線の利用効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
次に図４と図５を参照して第２の実施形態の紫外線照射水処理装置１１を説明する。なお、本実施形態において上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の紫外線照射水処理装置１１は、上記第１の実施形態の装置１０の容器と異なる形状の容器を備えている。すなわち、本実施形態の装置１１の容器２０は、縦型の円筒形状の側面部２１および逆円錐形状の下部を有している。被処理水入口管２２は、上記の装置と同様に軸心が容器内周壁の接線Ｔに沿う向き（Ｘ軸方向）に取り付けられ、かつ、上方の端面部２４Ａ寄りの側面部２１に取り付けられた管である。これに対して、処理水出口管２３は、軸心がＺ軸に沿って下方に向けて延び出し、容器２０の最下部（反対側の端部）に取り付けられた管である。

なお、容器２０の径と処理水出口管２３の径とを同じにして、容器の下部を逆円錐状に絞り込むことなく、処理水出口管２３を容器２０に取り付けるようにしてもよい。容器２０の内部において円滑な旋回流を形成するためには、被処理水入口管２２の内径を側面部２１の内径の５０％以下にすることが望ましい。

容器２０の内部には４本のランプ保護管３１Ａ〜３１Ｄが中心軸Ｓのまわりに均等配置されている。保護管３１Ａ〜３１Ｄは、石英ガラスにより形成され、その上端が容器の端面部２４Ａにそれぞれ支持されている。保護管３１Ａ〜３１Ｄは、被処理水Ｗ１が各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄおよび３２Ａ〜３２Ｄと直接接触しないようにするために、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄおよび３２Ａ〜３２Ｄを保護するためのものである。そのため、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄおよび３２Ａ〜３２Ｄを包むように設置される。ただし、紫外線ランプの本数と保護管の本数は一致しない。

４本の保護管３１Ａ〜３１Ｄの各々には２本１組の紫外線ランプ（３０Ａ，３２Ａ），（３０Ｂ，３２Ｂ），（３０Ｃ，３２Ｃ），（３０Ｄ，３２Ｄ）がそれぞれ直列に収納されている。これらの紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄは、側面部２１の中心軸Ｓと平行な向き（Ｚ軸方向）に、かつ側面部２１の内壁寄りに配置される。また、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄは、図４に示すように側面部２１の中心軸Ｓと同心に螺旋状に配置される。

本実施形態においても、２本１組の紫外線ランプ（３０Ａ，３２Ａ），（３０Ｂ，３２Ｂ），（３０Ｃ，３２Ｃ），（３０Ｄ，３２Ｄ）よりもさらに内側のスペース、すなわち中心軸Ｓ側に別の紫外線ランプを追加して配置するようにしてもよい。その場合は、紫外線ランプ（３０Ａ，３２Ａ），（３０Ｂ，３２Ｂ），（３０Ｃ，３２Ｃ），（３０Ｄ，３２Ｄ）をさらに側面部２１の内周壁寄りに配置することが望ましい。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１１の作用について説明する。

まず、被処理水Ｗ１が被処理水入口管２２を通り、容器２０内に流入してくる。ここで、被処理水入口管２２の軸心が容器２０の内周壁の接線Ｔに沿う向きにしているので、流入する被処理水Ｗ１は容器２０内で旋回するようになる。

図５に紫外線照射水処理装置１１内部の被処理水Ｗ１の流跡線図を示す。被処理水Ｗ１は、側面部２１の内壁側の流速が速くなるような旋回流Ｗｃとなる。この旋回流Ｗｃは、上段に配置したランプ３０Ａ〜３０Ｄから紫外線（２５４ｎｍ付近の波長）を照射された後に、下段に配置したランプ３２Ａ〜３２Ｄから同じ波長の紫外線を照射される。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。

紫外線により消毒された被処理水Ｗ１は、処理水出口管２３から処理水Ｗ２として排出される。そして、処理水Ｗ２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。

本実施形態の装置１１によれば、被処理水Ｗ１の流速は、側面部２１の内壁側で大きく、中心軸Ｓ側で小さい旋回流となる。その流速が速い部分に位置するように紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄがらせん状に配置されている。このため、被処理水Ｗ１を、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄに有効に接触させながら通流させることができ、紫外線の照射効率を大幅に高めることができる。換言すれば、被処理水Ｗ１の旋回流を生じさせ、その旋回流に沿って紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄがらせん状に配置されているので、紫外線を無駄なく効率良く被処理水Ｗ１全体に照射することができる。

（第３の実施形態）
次に図６〜図８を参照して第３の実施形態の紫外線照射水処理装置１２を説明する。なお、本実施形態において上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の紫外線照射水処理装置１２は、上記第１の実施形態の紫外線照射水処理装置１０の容器の形状を変えたものであり、形状変更した容器２０の下部に汚染物質の回収機構をさらに備えている。具体的には、回収機構として、汚染物質トラップ容器７０および汚染物質回収配管８０を容器下部に備えている。紫外線照射水処理装置１２の容器２０は、上部から順に蓋部２７、流入部２８、縮径部２９、円筒形状の胴部２１、逆円錐形状の排出部２５、接続部２６および汚染物質トラップ容器７０を備えている。

被処理水入口２２は、容器２０において最大直径をもつ流入部２８に取り付けられている。図７に示すように、被処理水入口２２は、上記装置と同様に軸心が容器内周壁の接線Ｔに沿う向き（Ｘ軸方向）に取り付けられている。

一方、処理水出口管２３は、図６に示すように、容器２０の中心軸Ｓと同心に配置され、支持板２３Ｌに支持された状態で、支持板２３Ｌから上方に向かってＺ軸方向に延び出している。処理水出口管２３の下端を支持する支持板２３Ｌは、紫外線ランプの３１Ａ〜３１Ｆの最下端よりもさらに下方に位置するように配置されている。本実施形態の装置１２では、蓋部２７は中央が円柱形状に凹んだ凹部２７Ｈを有する。この凹部２７Ｈの高さは流入部２８の高さにほぼ等しい。このため、本実施の形態では、流入部２８の高さ分だけ蓋部２７が押し下げられ、これにより紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの全体が流入部２８よりも下方のスペースに押し下げるようにしている。

汚染物質トラップ容器７０は、容器下部において逆円錐形状の排出部２５に接続部２６を介して接続され、排出される被処理水Ｗ１および被処理水Ｗ１に含まれる汚染物質Ｄを捕捉し蓄積するための容器である。汚染物質回収配管８０は、汚染物質トラップ容器７０に蓄積された汚染物質Ｄを回収するためのものであり、定期的に開閉操作される排出弁を備えている。この排出弁を所定の回収日時に開くことにより、汚染物質トラップ容器７０に蓄積された汚染物質Ｄを排出させることができる。

紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、図７に示すように、被処理水入口管２２が接続された側（図中の左側）でランプ本数が少なく（３０Ｅ，３０Ｆの２本）、その反対側（図中の右側）でランプ本数が多く（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの４本）なるように配置する。また、図示しない制御器で給電量を制御することにより、被処理水入口管２２が接続された側の反対側の紫外線ランプ３０Ｂ、３０Ｃの出力を他の紫外線ランプ３０Ａ、３０Ｄ〜３０Ｆの出力より高くする。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１２の作用について説明する。

まず、図示しないポンプの駆動により被処理水Ｗ１が被処理水入口管２２を通って容器２０内に流入してくる。容器２０内に流入してきた被処理水Ｗ１は、側面部２１の周方向に配列された６本の紫外線ランプ３０〜３０Ｆの外周近傍を図７中の時計方向に流れる。

次いで、被処理水Ｗ１は、容器２０の上端から下端に至るまで容器内スペースを万遍なく流通する。すなわち、被処理水Ｗ１は、容器２０内を螺旋状に旋回しながら下方に向かって流れる。なお、旋回する被処理水Ｗ１の流線を模式的にあらわすと、例えば図８に示すようである。通常の場合は、被処理水Ｗ１が容器２０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、何らかの外乱に起因して突発的な衝撃等を受けることにより、保護管３１Ａ〜３１Ｆが割れ、さらに紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆが破損する場合がある。この場合、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆおよび保護管３１Ａ〜３１Ｆを構成する石英ガラス片が被処理水Ｗ１に混入したり、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆに内封された水銀が被処理水Ｗ１に漏洩したりする。このような石英ガラス片や水銀等は、被処理水Ｗ１を汚染する汚染物質Ｄとなる。ここで、被処理水である水の比重１に対して、石英ガラスの比重は２．２、水銀の比重は１３．５程度である。このように重たい物質を含んだ被処理水を容器内で旋回させると、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。すなわち、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異物は、側面部２１の内壁２１Ｗに到達し、その内壁２１Ｗに沿って重力の作用で下方のトラップ容器７０に集められる。

本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１２によれば、汚染物質Ｄが被処理水Ｗ１に混入した場合でも、被処理水Ｗ１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７０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。

また、図８に示すように被処理水入口管２２が接続された側と反対側の被処理水Ｗ１の流速が速くなる場合がある。その場合、本実施の形態のように紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、被処理水入口管２２が接続された側の反対側の領域でランプ本数が多くなるように配置され、さらに反対側の紫外線ランプ３０Ｂ、３０Ｃの出力を紫外線ランプ３０Ａ、３０Ｄ〜３０Ｆよりランプ出力を高くしているため、すなわち、流速が速い部分に多くの紫外線ランプが設置され、かつ、出力が高い紫外線ランプを使用している。そのため、被処理水Ｗ１を、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆに最も効率よく接触させながら通流させることができ、紫外線の照射効率をさらに高めることができる。

以上説明したように、本実施形態の紫外線照射水処理装置１２によれば、被処理水Ｗ１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Ｄ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。

なお、浄水処理施設等は社会的インフラとして、保守点検時を除い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１２にも常に被処理水Ｗ１が流入してくる。このように常に被処理水Ｗ１が流入してくる場合に、不用意に汚染物質回収配管８０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３０Ａ〜３０Ｆおよび保護管３１Ａ〜３１Ｆが破損するおそれがある。しかし、本実施形態の装置１２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７０を備えているため、定期的な保守点検が行なわれるまで排出弁を開くことがなく、突発的な水撃作用による紫外線ランプおよび保護管の破損を有効に防ぐことができる。

（第４の実施形態）
次に図９と図１０を参照して本発明の第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１３を説明する。なお、本実施形態において上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の紫外線照射水処理装置１３は、上記第３の実施形態の装置１２の紫外線ランプの本数、種類、配置（ランプの向き）を変更し、被処理水入口管２２の接続側やその反対側に関係なく旋回流を均一に発生させるようにしている。具体的には、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆは、各々の長手軸が容器２０の中心軸Ｓと交差するようにほぼ水平に支持され、図９に示すように全体として螺旋階段をなすような配置となっている。なお、図９では図示を省略しているが、上記実施形態の装置と同様に、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆは、それぞれ保護管３１Ａ〜３１Ｆおよび３３Ａ〜３３Ｆの中に収納された状態で図示しない支持部材により側面部２１の内壁に支持固定されている。

次に本実施形態の紫外線照射水処理装置１３の作用について説明する。

容器２０内に流入してきた被処理水Ｗ１は、側面部２１の周方向の螺旋状に配置された１２本の紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆの近傍を螺旋状に、かつ図１０中の時計方向に流れる。このとき、紫外線ランプ３２Ａ〜３２Ｄから２５４ｎｍ付近の波長の紫外線が被処理水Ｗ１に照射される。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。紫外線により消毒された被処理水Ｗ１は、処理水出口管２３を通って容器２０から処理水Ｗ２として排出される。

本実施形態の紫外線照射水処理装置１３によれば、容器２０の中心軸Ｓと同じ軸とした螺旋状に紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆが配置されており、また、ランプ自体が被処理水Ｗ１の整流ガイドの作用をする。このため、本実施形態の装置１３では上記第３の実施形態の装置１２のように被処理水入口管２２の接続側の反対側の被処理水Ｗ１の流速が速くなりすぎることなく、ランプ３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆの配列に沿って被処理水Ｗ１をほぼ均一な速さで旋回させることができる。すなわち、容器２０の内部スペースを有効に紫外線照射に活用でき、紫外線照射効率の向上と装置の小型化を実現できる。

また、紫外線ランプの石英管３１Ａ〜３１Ｆ、３１Ａ〜３１Ｆ内部の圧力（水銀蒸気圧）を上げることにより紫外線出力を大きくした中圧水銀紫外線ランプのように長さが短い紫外線ランプを使用できる。

ちなみに上記第３の実施形態の装置１２では、旋回流を有効に活用するために紫外線ランプの長さを長くするのが好ましく、大出力化が困難な低圧水銀紫外線ランプを使用することが多い。しかし、本実施形態の装置１３では、長さが短い紫外線ランプであっても旋回する被処理水Ｗ１に対して十分な量の紫外線を照射できる。よって、本実施形態の装置１３においては、大出力の中圧紫外線ランプを使用できるようになるため、同じ処理量の場合、低出力の低圧水銀ランプでは多くのランプが必要になり装置が大型化、装置構造が複雑になる。一方、高出力の中圧水銀紫外線ランプが使える本実施の形態では、装置構造の簡易化、小型化、低コスト化が可能になる。

（第５の実施形態）
次に図１１〜図１３を参照して本発明の第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置を説明する。なお、本実施形態において上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の紫外線照射水処理装置１４は、上記第１の実施形態の装置１０における被処理水入口管２２と処理水出口管２３の容器２０への接続方法を変更している。具体的には、容器２０の中心軸Ｓ（Ｚ方向）に対して直交するＸ方向に被処理水入口管２２および処理水出口管２３の中心軸が重なるように、被処理水入口管２２および処理水出口管２３は側面部の２つの端部２１Ａと端部２１Ｂにそれぞれ接続されている。

本実施形態の装置１４では、被処理水Ｗ１を容器２０の内部で旋回させることはできないが、被処理水の流れの速い部分と遅い部分を発生させることができ、被処理水入口管２２と処理水出口管２３が接続された容器２０の側面部２１の反対側の内壁近傍の流速が速くなる。

紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、図１２に示すように、被処理水入口管２２が接続された側（図中の右側）よりもその反対側（図中の左側）のほうでランプ本数が多くなるように配置する。すなわち、被処理水入口管２２の接続側に２本のランプ３０Ｃ，３０Ｄを配置し、その反対側に４本のランプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｅ，３０Ｆを配置する。さらに、ランプ給電量を制御することにより、反対側に配置した中央２本のランプ３０Ａ、３０Ｆの出力を他の４本のランプ３０Ｂ〜３０Ｅの出力より高くする。

図１３は、本実施形態の装置１４内を流れる被処理水の中心断面の流速ベクトルを矢印で模式的に表した図である。ベクトルの長さが水の流速を表わしている。この図から明らかなように、被処理水入口管２２と処理水出口管２３が接続された側の反対側において内壁近傍の流速が速くなる。すなわち、容器２０内において図１１中に白矢印で示した被処理水の流れＷ_Ｆが主要な流れとなり、その部分の流速が速い。

本実施の形態では紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、被処理水入口管２２が容器２０に接続された側よりもその反対側のほうがランプの本数が多くなるように配置されている。さらに、被処理水入口管２２の接続側の反対側の紫外線ランプ３０Ｂ、３０Ｃの出力を他の紫外線ランプ３０Ａ、３０Ｄ〜３０Ｆの出力より高くしている。すなわち、流速が速い部分に多くの紫外線ランプが設置され、かつ、出力が高い紫外線ランプを使用している。そのため、被処理水Ｗ１を、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆに最も効率よく接触させながら通流させることができ、紫外線の照射効率を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、上述した実施の形態と他の実施の形態とを適宜に組み合せて実施することが可能である。

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全体の概要を示す内部透視斜視図。 第１の実施形態の装置のブロック断面図。 第１の実施形態の装置の容器中央断面における流速ベクトルを模式的に示す図。 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全体の概要を示す内部透視斜視図。 第２の実施形態の装置内部の被処理水の流れ方を示す流跡線図。 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全体の概要を示す内部透視断面図。 第３の実施形態の装置の横断面図。 第３の実施形態の装置内部の被処理水の流れ方を示す流跡線図。 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全体の概要を示す内部透視斜視図。 第４の実施形態の装置の横断面図。 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全体の概要を示す内部透視斜視図。 第５の実施形態の装置の横断面図。 第５の実施形態の装置の容器中央断面における被処理水の流速ベクトルを模式的に示す図。

符号の説明

１０，１１，１２，１３，１４…紫外線照射水処理装置、
２０…容器、２１…側面部（胴部）、２１Ａ，２１Ｂ…端部領域、
２２…被処理水入口管、２３…処理水出口管、２４Ａ，２４Ｂ…端面部、
３０Ａ〜３０Ｆ、３２Ａ〜３２Ｆ…紫外線ランプ、３１Ａ〜３１Ｆ…保護管、
２５…排出部（逆円錐部）、２６…接続部、２７…蓋部、２７Ｈ…凹部、
２８…側面部（流入部）、２９…側面部（縮径部）、
４１，４２，４３…電源、５０…制御器、
６１…流速が大きい水流、６２…流速が小さい水流、
７０…汚染物質トラップ容器、８０…汚染物質回収配管、
Ｄ…汚染物質。

Claims (9)

1. 処理水が流入する容器と、
   前記容器内を通流する被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプと、
   １本または複数本の前記紫外線ランプがそれぞれ収納された複数のランプ保護管と、
   前記容器内で被処理水の流速が速い部分のほうが遅い部分よりも紫外線照射量が多くなるように前記紫外線ランプの状態を制御する手段と、
   を有することを特徴とする紫外線照射水処理装置。
2. 前記紫外線ランプ状態制御手段として、前記容器内で被処理水の流速が速い部分に前記紫外線ランプからの紫外線が照射されるように、前記複数のランプ保護管を配置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記紫外線ランプ状態制御手段として、前記容器内で被処理水の流速が速い部分のほうを遅い部分より前記紫外線ランプの数が多くなるように、前記複数のランプ保護管を配置することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記紫外線ランプ状態制御手段として、前記容器内で被処理水の流速が速い部分に設置する前記紫外線ランプの出力を前記容器内で被処理水の流速が遅い部分に設置する前記紫外線ランプの出力よりも高くすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記容器は、
   円筒形状の側面部と、
   流入する被処理水が前記胴部の内周壁の接線方向に流れるように前記側面部に連通する被処理水入口管と、
   紫外線照射処理された処理水を前記胴部から排出する処理水出口管と、
   を備え、
   前記被処理水入口管および前記処理水出口管は、被処理水が前記側面部のなかで前記容器の中心軸まわりの中央領域よりも前記側面部の内周壁近傍領域のほうで流速が速くなる旋回流となって通流するように、前記側面部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記容器は、
   円筒形状の側面部と、
   流入する被処理水が前記側面部の内周壁の接線方向に流れるように前記側面部に連通する被処理水入口管と、
   前記側面部の中心軸と平行に配置され、紫外線照射処理された処理水を前記側面部から排出する処理水出口管と、
   を備え、
   前記被処理水入口管および前記処理水出口管は、被処理水が前記側面部のなかで前記容器の中心軸まわりの中央領域よりも前記胴部の内周壁近傍領域のほうで流速が速くなる旋回流となって通流するように、前記側面部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記複数の紫外線ランプは、前記側面部内での被処理水の旋回流に沿うように螺旋状に配置されることを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記複数の紫外線ランプは、その長手軸が前記容器の軸と交差するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記容器は、
   円筒形状の側面部と、
   前記側面部の中心軸と交差する軸心を有し、被処理水を前記側面部に流入させる被処理水入口管と、
   前記側面部の中心軸と交差する軸心を有し、紫外線照射処理された処理水を前記側面部から排出させる処理水出口管と、
   を備え、
   前記被処理水を前記容器の中心軸と交差するように前記側面部に流入させ、前記処理水を前記処理水出口管から排出させることにより、前記胴部の前記被処理水入口管の接続した前記側面部の反対側の内周壁近傍の流速を速くすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。

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