JP2017080701A - 液体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置を提供する。
【解決手段】液体処理装置１は、被処理水１１５を保持するための液体処理槽１０１と、液体処理槽１０１内の被処理水１１５に気泡を供給する気泡供給器１１０と、紫外線を液体処理槽１０１内に向けて発する紫外線光源１０４と、液体処理槽１０１に供給された気泡のうち被処理水１１５に溶解しない気泡の内部気体を回収し、気泡供給器１１０へ供給する気体供給器１０７とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、液体を分解処理する液体処理装置に関する。

近年、産業排水および生活排水などによる水の汚染が進んでおり、いわゆる水環境汚染が社会問題になっている。具体的には、上水用の水源である上流河川において、農薬、ダイオキシン、または環境ホルモンなどの難分解性の汚染物質が微量に含まれていることが指摘されている。この様な背景のもとに、水環境保全技術の開発が活発に行われており、活性炭処理、膜処理、オゾン処理、紫外線処理、および生物学的な処理などの技術開発が行われている。

その中でも、総合的な水処理技術として、泡状のオゾンと紫外線とを組み合わせた促進酸化技術（ＡＯＰ：Ａｄｖａｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ、以下ＡＯＰと略記する）、および、空気の微小な気泡と紫外線とを組み合わせた分解処理技術が有望視されている。

特許文献１には、被処理水が流入される反応槽と、当該反応槽内の被処理水にオゾンを供給するオゾン供給手段と、当該反応槽内に紫外線を照射するように配設された紫外線発生手段と、当該紫外線発生手段に対して紫外線の照射および非照射を交互に行わせる紫外線照射制御手段とを備えた水処理装置が開示されている。これによれば、オゾンよりも酸化力の強いラジカル種を生成させ、従来オゾンで処理できなかった難分解物質などを分解することが可能であるとしている。また、オゾン発生器を用いないものとして、例えば、特許文献２のように、ナノバブルやマイクロナノバブルの持つ界面活性作用および殺菌作用と紫外線とを組み合わせることで、殺菌や難分解性物質を分解する技術なども開発されている。

特開２００１−２５９６６６号公報 特開２００９−２６２００８号公報

本開示は、高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置を提供する。

本開示の液体処理装置は、液体を保持するための液体処理槽を備えた液体処理装置であって、前記液体処理槽内の液体に気泡を供給する気泡供給器と、紫外線を前記液体処理槽内に向けて発する紫外線光源と、前記液体処理槽に供給された前記気泡のうち前記液体に溶解していない前記気泡の内部気体を回収し、前記気泡供給器へ供給する気体供給器と、を備える。

本開示によれば、高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置を実現できる。

実施の形態１に係る液体処理装置の構成を示す模式図である。 実施の形態２に係る液体処理装置の構成を示す模式図である。 実施の形態２に係る平面型紫外線光源の構成の一例を示す断面図である。 実施の形態３に係る液体処理装置の構成を示す模式図である。 実施例に係る液体処理装置のインディゴカーミンの残存量の時間推移を示すグラフである。 実施例に係る液体処理装置のオゾン濃度の時間推移を示すグラフである。 従来の水処理装置の模式図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、特許文献１および２に開示された従来の水処理装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。

図７は、従来の水処理装置５００の模式図である。同図に示された水処理装置５００は、液体処理槽５０１、光源用スレーブ５０３、紫外線光源５０４、紫外線発生用電源５０５、オゾン発生器５０６、オゾン化ガス散気装置５１６、および、有害ガス分解装置５０８で構成されている。

上記構成を有することにより、オゾン化ガス散気装置５１６から発生した気泡状のオゾン化ガスを被処理水５１５中に溶解させつつ、当該オゾン化ガスに紫外線を照射することで、オゾンよりも酸化力の強いラジカル種を生成させる。これにより、オゾンで処理できなかった難分解物質の分解が可能となる。また、オゾンと紫外線とを組み合わせた促進酸化技術を利用すれば、分解効率の向上、脱臭、脱色、および殺菌作用の向上を図ることができ、さらには二次廃棄物を生じさせない浄化処理を行うことができる。

しかしながら、図７に示された従来の水処理装置５００の構成では、高い分解処理効果および殺菌効果を得るために、オゾンの気泡を発生させるオゾン発生器５０６が必要となる。また、特許文献２に記載された水処理装置の構成では、マイクロバブルおよびナノバブルのような特殊な気泡を生成する気泡発生器が必要となる。このため、装置構成が複雑となり、さらに、作製費用が高価となる問題がある。

また、図７に示された従来の水処理装置５００では、液体処理槽５０１の中に円柱状の水銀ランプからなる紫外線光源５０４が配置されている。さらに、水銀ランプが割れた際に被処理水５１５に水銀ランプの破片や水銀が混入するのを防ぐため、水銀ランプは、当該水銀ランプよりも一回り大きい筒状の光源用スレーブ５０３内に設置されている。

紫外線光源５０４は被処理水５１５の中に配置されているため、紫外線光源５０４に接続される電線および電極部の腐食を防ぐための特別な対策が必要となる。このため、被処理水５１５中への紫外線光源５０４の配置は、水処理装置の作製費用が高価となる要因となる。

また、紫外線により生成される活性なガスおよび分解物が光源用スレーブ５０３の表面に汚れを付着させるため、光源用スレーブ５０３の定期的な交換や清掃が必要となり、保守費用が増加するといった問題がある。特に、浄水設備などの大型処理装置においては、スレーブを自動で清掃する機構を設ける場合があるが、円筒状のために機構設計が複雑になり、清掃機構を設けるための費用が高くなるという問題がある。

また、紫外光源は、自身の発する紫外線により光源の管の透過率が悪化することがある。また、水銀ランプの電極が放電によりダメージを受けることから、頻繁に紫外線光源５０４を交換する必要がある。しかし、上記構成を有する水処理装置５００の場合、ランプを交換する際に液体処理槽５０１の中を一旦開ける必要があるため、保守作業が煩わしいといった問題を有する。

本開示は、このような問題を解決するために鋭意検討した結果、想到したものである。

そのような本発明の一形態における液体処理装置は、液体を保持するための液体処理槽を備えた液体処理装置であって、前記液体処理槽内の液体に気泡を供給する気泡供給器と、紫外線を前記液体処理槽内に向けて発する紫外線光源と、前記液体処理槽に供給された前記気泡のうち前記液体に溶解していない前記気泡の内部気体を回収し、前記気泡供給器へ供給する気体供給器と、を備える。

これにより、液体に溶解しない気泡の内部気体は、気泡供給器により気泡となって液体処理槽内の液体に放たれ、当該気泡は、紫外線光源から出射される紫外線によりオゾンを生成し、当該オゾンは気泡となって水中に溶解する。よって、溶解したオゾン、および、さらなる紫外線照射により生成されるラジカル種により液体中の菌や難分解物質を分解することが可能となる。また、液体に溶解しきれなかった気泡の内部気体は、再度、気体供給器により吸引される。これを繰り返すことで、液体処理槽内の気体に含まれるオゾンの濃度が上昇するので、オゾン発生器を設けることなくオゾンの泡を生成することが可能となる。よって、高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置が実現される。

ここで、前記液体処理槽は、前記液体に接する空間領域を含み、前記気体供給器は、前記液体に溶解していない前記気泡が前記空間領域に放たれた気体を回収してもよい。

これにより、空間領域の気体は、気泡供給器により気泡となって液体処理槽内の液体に放たれる。つまり、液体に溶解しきれなかった気泡は、上記空間領域の気体へと戻り、再度、気体供給器により吸引される。これを繰り返すことで、液体処理槽内の気体に含まれるオゾンの濃度が上昇するので、オゾン発生器を設けることなくオゾンの泡を生成することが可能となる。よって、高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置が実現される。

また、前記気体は、酸素を含み、前記液体処理槽に供給された前記気泡に前記紫外線が照射されることによりオゾンが生成されてもよい。

これにより、酸素が含まれる気体を気体供給器が回収し、気泡供給器から液体中に酸素が含まれる気泡が供給される。この気泡中に酸素が含まれることで、紫外線照射によりオゾンを発生することが可能となる。

また、前記紫外線光源は、前記液体処理槽内の前記液体中に配置されていてもよい。

また、さらに、前記液体処理槽の底面部に配置され、前記紫外線を透過する紫外線透過窓を備え、前記紫外線光源は、前記紫外線透過窓に接するように前記液体処理槽の外部に配置され、前記紫外線光源は、前記紫外線透過窓を介して前記紫外線を前記液体内の前記気泡に照射してもよい。

これにより、液体処理槽の底面部の外に紫外線光源が配置されているので、液体処理槽内の上部に保持された気体中のオゾンの光分解が抑制され、オゾン濃度の低下を防ぐことが可能となる。さらに、紫外線光源を液体処理槽の外部に配置することにより、紫外線光源の劣化および破損の際でも容易に紫外線光源を交換することができ、紫外線光源に異常があった際も気が付きやすくなり、紫外線光源が破損しても破片が液体に混ざらない。

また、前記紫外線透過窓は、サファイアまたはフッ化マグネシウムで構成されてもよい。

これにより、紫外線透過窓は真空紫外線を透過させることが可能となる。

また、さらに、前記液体内に、前記気泡を回収して前記気体供給器へ供給する気泡回収器部を備えてもよい。

これにより、液体中の気泡を直接回収できるので、気泡および液体処理槽内の気体に含まれるオゾンおよびラジカル種の濃度の上昇速度を高めることが可能となり、高い殺菌効果および処理効果が得られる。

また、前記液体処理槽は、前記液体を外部から前記液体処理槽内に供給するための給液口と、前記液体を前記液体処理槽から外部へ放出するための排液口と、を備えてもよい。

これにより、液体の連続処理が可能となり、処理効率が向上する。

また、前記紫外線光源は、前記紫外線として真空紫外線と深紫外線とを発生してもよい。

これにより、真空紫外線の照射により、空気に含まれる酸素からオゾンが生成される。また、深紫外線の照射により、オゾンを分解してヒドロキシラジカルのような活性なラジカルが生成される。よって、オゾンおよびラジカル種を高効率に生成することが可能となり、液体の分解処理効果を高くすることが可能となる。

また、前記紫外線光源は、キセノンの放電により前記真空紫外線を発生してもよい。

これにより、キセノンの放電に伴う波長１４７ｎｍの高いエネルギーを持つ真空紫外線を発することができる。さらに、キセノンの放電は、投入電力に対する真空紫外線の生成効率が非常に高いため、高い分解効率を実現できる。

また、前記紫外線光源は、バリア放電部と、深紫外線を発する蛍光体とを備えてもよい。

これにより、紫外線光源は、真空紫外線および深紫外線の双方を発生させることが可能となる。

また、前記蛍光体は、酸化マグネシウムで構成されてもよい。

これにより、波長２３０ｎｍを発光中心としたブロードな深紫外線の発光を得ることが可能となる。

以下、本開示の実施の形態に係る液体処理装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、異なる図面であっても、同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明の繰り返しはしない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る液体処理装置１の構成を示す模式図である。同図に示された液体処理装置１は、液体処理槽１０１と、光源用スレーブ１０３と、紫外線光源１０４と、紫外線発生用電源１０５と、気体供給器１０７と、有害ガス分解装置１０８と、気泡供給器１１０とを備える。

液体処理槽１０１は、被処理水１１５（液体）と、被処理水１１５に接する気体１１２とを保持することが可能な容器である。言い換えると、液体処理槽１０１は、被処理水１１５に接する空間領域を含んでいる。

液体処理槽１０１内には、円柱状の水銀ランプで構成された紫外線光源１０４、および、光源用スレーブ１０３が配置されている。紫外線光源１０４は、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を発する光源である。光源用スレーブ１０３は、紫外線を透過させ、紫外線光源１０４の水銀ランプよりも一回り大きい筒状の保護部材であり、当該水銀ランプが割れた際に、被処理水１１５に水銀ランプの破片や水銀が混入するのを防ぐ機能を有する。上記構成により、紫外線光源１０４から出射された紫外線は、光源用スレーブ１０３を介して被処理水１１５に照射される。

また、液体処理槽１０１の側面部には、気泡供給器１１０、給液口１１６、および排液口１１７が設けられている。給液口１１６は、被処理水１１５を液体処理槽１０１へ供給し、排液口１１７は、液体処理装置１により分解処理された被処理水１１５を液体処理槽１０１の外部へ排水する。給液口１１６および排液口１１７の配置により、被処理水１１５への連続処理が可能となり、処理効率が向上する。なお、給液口１１６および排液口１１７は、本実施の形態に係る液体処理装置１に必須の構成要素ではない。

気体供給器１０７は、液体処理槽１０１内であって、被処理水１１５の上部に保持されている気体１１２を吸引して回収し、当該吸引した気体を気泡供給器１１０へ供給する。

気泡供給器１１０は、液体処理槽１０１内の被処理水１１５に気泡を供給する。気泡供給器１１０は、気体供給器１０７から供給された気体を気泡化し、当該気泡を液体処理槽１０１の底面部から光源用スレーブ１０３に向けて吹き付ける。

また、液体処理槽１０１の上面部には、液体処理槽１０１内の圧力を一定にするための、吸引弁１０９および排気弁１１３が設けられている。排気弁１１３には、有害ガス分解装置１０８が接続されている。有害ガス分解装置１０８は、液体処理槽１０１の内部圧力が高くなった場合に排気弁１１３を介して排出される気体１１２を無害化し、当該無害化した気体を外部へ放出する。なお、吸引弁１０９および排気弁１１３は、本実施の形態に係る液体処理装置１に必須の構成要素ではない。

以上の構成によれば、液体処理槽１０１内の気体１１２は、気泡供給器１１０により気泡となって液体処理槽１０１内の被処理水１１５に吹き付けられ、当該気泡は、紫外線光源１０４から出射される紫外線によりオゾンを生成し、当該オゾンは気泡となって水中に溶解する。さらに、溶け込んだオゾンは紫外線光源１０４の光で分解されることで当該オゾンよりも酸化力の強いラジカル種を生成し、当該ラジカル種により被処理水１１５中の菌や難分解物質を分解することが可能となる。また、被処理水１１５に溶解しきれなかった気泡は、液体処理槽１０１内の上部の空間領域に保持される気体１１２へと戻り、再度、気体供給器１０７により吸引される。これを繰り返すことで、液体処理槽１０１内の気体１１２に含まれるオゾンの濃度が上昇するので、図７に記載された従来の水処理装置５００のようにオゾン発生器５０６を設けることなく、オゾンの泡を生成することが可能となる。よって、従来の水処理装置と比較して、被処理水１１５中の菌や物質を簡易な構成でかつ高効率に分解することができる。

なお、紫外線光源１０４が発する紫外線は、２００ｎｍ以下の真空紫外と呼ばれる波長領域を有する真空紫外線と、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外と呼ばれる波長領域を有する深紫外線との双方である方が望ましい。この真空紫外線および深紫外線の双方を発生する紫外線光源１０４を用いた場合、上記真空紫外線により空気に含まれる酸素からオゾンを生成し、上記深紫外線によりオゾンを分解してヒドロキシラジカルのような活性なラジカルを生成できる。よって、被処理水１１５の分解処理効果を高くすることが可能となる。また、真空紫外線の波長によっては、水を励起することでＨ_２Ｏ_２等のラジカル種も生成できる。さらに、液体中の殺菌の用途においては、真空紫外線による菌の分解と、深紫外線のＤＮＡ破壊による菌の不活化の両方の効果が得られるため、高い殺菌効果を得ることが可能となる。

なお、紫外線光源１０４は、キセノン（Ｘｅ）の放電により上記真空紫外線を発生させてもよい。特に、キセノンの放電で発生させる真空紫外線の場合は、キセノンの放電に伴う波長１４７ｎｍの高いエネルギーを持つ真空紫外線を発することができる。さらに、キセノンの放電は、投入電力に対する真空紫外線の生成効率が非常に高いため、高い分解効率を実現できる。

また、紫外線光源１０４は、石英管を放電管に用いることで真空紫外線を発する水銀ランプ、ならびに、バリア放電部と深紫外線を発する蛍光体とを組み合わせた光源などであってもよい。より具体的には、バリア放電部と深紫外線を発する蛍光体とを組み合わせた光源とは、例えば、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスをバリア放電により励起させて発生させた真空紫外光を上記蛍光体に照射することで深紫外光を取り出す光源である。

上述した真空紫外線および深紫外線の双方を発する光源を用いる場合は、光源用スレーブ１０３は石英、サファイア、またはフッ化マグネシウム等の真空紫外線を透過する材料にする方が望ましい。

気泡供給器１１０としては、ベンチュリー式や回転翼剪断式等の流体に気体を混合させて高速剪断を与える方法が安価に実現できるため一般的であるが、手法としては特に限定しない。ただし、気泡が小さいほどオゾンが被処理水１１５に溶解しやすいため、分解効果が高くなると考えらえられる。

液体処理槽１０１内の気体１１２の雰囲気は特に限られないが、酸素が含まれる場合にオゾンが発生することから、空気を用いることが望ましい。また、必要に応じて酸素ガスを供給してもよい。ただし、酸素を含まない雰囲気においても、分解物質によっては気化まで分解された際に酸素やラジカル種を発する場合もある。

以上、本実施の形態に係る液体処理装置１によれば、液体処理槽１０１内で循環する気体１１２から生成した気泡に紫外線光源１０４から出射される紫外線が照射されることで、気体１１２が循環するほどオゾンやラジカル種が高濃度となる。このため、オゾン発生器や特殊な気泡を形成する機構を設けることなく、高い分解効果を得ることができる。よって、高い分解処理能力を確保しつつ装置構成が簡素化された液体処理装置１が実現され、液体処理装置１の作製費用および保守費用を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、保守作業（メンテナンス）を簡素化できる液体処理装置の構成について説明する。

図２は、実施の形態２に係る液体処理装置２の構成を示す模式図である。同図に示された液体処理装置２は、液体処理槽１０１と、平面型紫外線光源１０２と、紫外線発生用電源１０５と、紫外線透過窓１１１と、気体供給器１０７と、有害ガス分解装置１０８と、気泡供給器１１０とを備える。本実施の形態に係る液体処理装置２は、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、紫外線光源の配置構成が異なる。以下、本実施の形態に係る液体処理装置２について、実施の形態１に係る液体処理装置１と同じ構成については同じ符号を用いて説明を省略し、液体処理装置１と異なる構成を中心に説明する。

図２に示すように、液体処理装置２は、液体処理槽１０１内に配置された紫外線光源１０４を備える代わりに、液体処理槽１０１の外部に配置された平面型紫外線光源１０２を備える。

さらに、紫外線透過窓１１１は、液体処理槽１０１の底面部に配置され、平面型紫外線光源１０２から照射される紫外線を透過する。平面型紫外線光源１０２は、紫外線透過窓１１１に接するように液体処理槽１０１の外部に配置され、紫外線透過窓１１１を介して液体処理槽１０１内の被処理水１１５に紫外線を照射する構成となっている。また、気泡供給器１１０から発する気泡は、紫外線透過窓１１１に向けて液体処理槽１０１内に放出されることで、当該気泡には紫外線が照射される。

本実施の形態のように、紫外線光源として平面形状である平面型紫外線光源１０２を用いる理由は、液体処理槽１０１の底面部に紫外線光源を密着させることで、液体処理槽１０１の外に平面型紫外線光源１０２を設置しても、効率良く被処理水１１５に紫外線を照射することができるためである。

また、実施の形態１の構成では、液体処理槽１０１内の被処理水１１５の上部に接する空間領域に保持された気体１１２の近くに紫外線光源１０４が配置されている。このため、紫外線光源１０４が出射する深紫外光により、気体１１２中のオゾンが分解されて気体１１２のオゾン濃度が低下してしまう。

これに比べて、実施の形態２では、液体処理槽１０１の底面部の外に紫外線光源が配置されているので、気体１１２中のオゾンの分解が抑制され、気体１１２のオゾン濃度の低下を防ぐことが可能となる。

さらに、紫外線光源を液体処理槽１０１の外部に配置する利点として、（１）紫外線光源の劣化および破損の際でも容易に紫外線光源を交換することができる、（２）紫外線光源に異常があった際も気が付きやすくなる、（３）紫外線光源が破損しても破片が被処理水１１５に混ざることが無い、等が挙げられる。特に、上記（１）については、紫外線光源が液体処理槽１０１内に設置された場合には、紫外線光源を交換する手間が大きいが、本実施の形態のように、紫外線光源が液体処理槽１０１の外部に配置されることで、紫外線光源を容易に交換することが可能となる。

また、本実施の形態に係る構成では、紫外線透過窓１１１を板状とすることができるため、実施の形態１の円柱状の光源用スレーブ１０３を配置するよりも安価で交換することが可能となる。また、紫外線透過窓１１１が平面形状であるため、紫外線透過窓１１１の清掃機構を、円柱状の光源用スレーブ１０３の清掃機構よりも安価に設けることが可能となる。

平面型紫外線光源１０２としては、バリア放電部と深紫外光を発する蛍光体とを組み合わせた光源が挙げられる。

図３は、実施の形態２に係る平面型紫外線光源１０２の構成の一例を示す断面図である。平面型紫外線光源１０２は、図３に示すように、第１の基体２１０と、第２の基体２１１と、複数の電極２２０（一対の電極２２１および２２２で構成）と、誘電体層２３０と、発光層２４０と、保護層２５０と、発光層２６０と、封着材２７０とを備える。平面型紫外線光源１０２では、第１の基体２１０と第２の基体２１１とを封着材２７０を介して接合することで、放電空間２１２を形成している。第１の基体２１０には、バリア放電２９０を発生させるための電圧を印加する複数の電極２２０が配設され、複数の電極２２０を覆うように誘電体層２３０が積層されている。誘電体層２３０上の放電空間２１２側には、イオン衝撃から誘電体層２３０を保護する保護層２５０と、紫外光を発する発光層２４０とが形成されている。発光層２４０および２６０が発した紫外光は、第２の基体２１１側から素子外部に出射される（同図中の紫外光２９１）。なお、紫外光２９１は、具体的には、ピーク波長が２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲に存在する深紫外光である。平面型紫外線光源１０２の上記構成のうち、第１の基体２１０、第２の基体２１１、複数の電極２２０、誘電体層２３０、および、封着材２７０がバリア放電部に相当する。

放電空間２１２には、例えば、キセノン（Ｘｅ）、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）、フッ素（Ｆ_２）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ_２）などの放電ガスが所定の圧力で封入されている。

第１の基体２１０及び第２の基体２１１の少なくとも一方は、発光層２４０および２６０で発生した紫外光を素子外部に取り出すため、紫外光を透過する材料から形成される。紫外光を透過する材料としては、例えば、紫外光を透過しやすい特殊ガラス、石英ガラス（ＳｉＯ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、又は、サファイアガラス（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることができる。

誘電体層２３０は、第１の基体２１０と第２の基体２１１との間に位置する。本実施の形態では、誘電体層２３０は、第１の基体２１０の主面上に位置し、複数の電極２２０を覆う。誘電体層２３０は、例えば、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、または酸化燐（ＰＯ_４）を主成分とする低融点ガラスで形成された層を用いることができる。

発光層２４０は、誘電体層２３０上に位置し、紫外光を発する。発光層２４０は、誘電体層２３０上に形成される保護層２５０上に形成される。なお、保護層２５０は形成されなくてもよい。

発光層２６０は、第２の基体２１１の主面に位置し、紫外光を発する。第２の基体２１１にも発光層を設けることで、発光強度を高めることができる。なお、発光層２６０は、第２の基体２１１の主面の反対側に位置してもよい。なお、発光層２６０は形成されなくてもよい。

発光層２４０および２６０に用いられる材料は、発光効率と作製プロセスの容易さとの観点から、紫外光を発光する蛍光体が使用される。これらの蛍光体としては、希土類の発光中心をドープしたＹＰＯ_４：Ｐｒ、ＹＰＯ_４：Ｎｄ、ＬａＰＯ_４：Ｐｒ、ＬａＰＯ_４：Ｎｄ、ＹＦ_３：Ｃｅ、ＳｒＢ_６Ｏ_１０：Ｃｅ、ＹＯＢｒ：Ｐｒ、ＬｉＳｒＡｌＦ_６：Ｃｅ、ＬｉＣａＡｌＦ_６：Ｃｅ、ＬａＦ_３：Ｃｅ、Ｌｉ_６Ｙ（ＢＯ_３）_３：Ｐｒ、ＢａＹ_２Ｆ_８：Ｎｄ、ＹＯＣｌ：Ｐｒ、ＹＦ_３：Ｎｄ、ＬｉＹＦ_４：Ｎｄ、ＢａＹ_２Ｆ_８：Ｐｒ、Ｋ_２ＹＦ_５：Ｐｒ、ＬａＦ_３：Ｎｄを用いることができる。あるいは、蛍光体としては、結晶中の欠陥若しくはバンドギャップで発光するＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＢＮ等を用いることができる。

本実施の形態では、発光層２４０および２６０は、紫外光を発する粉末状の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する。特に、蛍光体に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合、波長２３０ｎｍを発光中心としたブロードな深紫外光が得られるため、深紫外光によるオゾンの生成およびオゾンによる分解効果を同時に得ることが可能となる。

発光層２４０および２６０は、放電空間２１２に充填されたガス中における複数の電極２２０間の放電によって発光する。具体的には、発光層２４０および２６０は、放電によって発生する励起光が、含有する蛍光体に照射されることで、蛍光体が紫外光を発光する。例えば、発光層２４０および２６０は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にピーク波長が存在する紫外光（深紫外光）を発光する。なお、励起光は、例えば、真空紫外光または深紫外光である。

平面型紫外線光源１０２の上記構成において、複数の電極２２０間（電極２２１と電極２２２間）に所定の交流電圧が印加されることにより、当該複数の電極２２０間でバリア放電２９０が発生し、真空紫外光が出射される。このバリア放電２９０により発生した真空紫外光が発光層２４０および２６０に照射されることで当該発光層から紫外光（より特定的には深紫外光）が発せられる。

なお、紫外線透過窓１１１は、サファイアまたはフッ化マグネシウムであることが望ましい。サファイアまたはフッ化マグネシウムは、波長１４５ｎｍ付近の光に吸収端を持つため、幅広い波長の真空紫外線を透過させることが可能となる。

以上の構成によれば、液体処理槽１０１内の気体１１２は、気泡供給器１１０により気泡となって液体処理槽１０１内において紫外線透過窓１１１に向けて吹き付けられ、当該気泡は、平面型紫外線光源１０２から出射される紫外線によりオゾンを生成し、当該オゾンは気泡となって水中に溶解する。さらに、溶け込んだオゾンは平面型紫外線光源１０２から照射される紫外線で分解されることで当該オゾンよりも酸化力の強いラジカル種を生成し、当該ラジカル種により被処理水１１５中の菌や難分解物質を分解することが可能となる。また、被処理水１１５に溶解しきれなかった気泡は、液体処理槽１０１内上部の空間領域に保持される気体１１２へと戻り、再度、気体供給器１０７により吸引される。これを繰り返すことで、液体処理槽１０１内の気体１１２に含まれるオゾンの濃度が上昇するので、図７に記載された従来の水処理装置のようにオゾン発生器５０６を設けることなく、オゾンの泡を生成することが可能となる。よって、従来の水処理装置と比較して、被処理水１１５中の菌や物質を効果的かつ高効率に分解することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に係る液体処理装置２と比較して、気泡中のオゾンおよびラジカルの濃度の上昇効率を高める構成について説明する。

図４は、実施の形態３に係る液体処理装置３の構成を示す模式図である。同図に示された液体処理装置３は、液体処理槽１０１と、平面型紫外線光源１０２と、紫外線発生用電源１０５と、紫外線透過窓１１１と、気体供給器１０７と、有害ガス分解装置１０８と、気泡供給器１１０と、気泡回収器１１４とを備える。本実施の形態に係る液体処理装置３は、実施の形態２に係る液体処理装置２と比較して、気泡回収器１１４が付加された点のみが構成として異なる。以下、本実施の形態に係る液体処理装置３について、実施の形態１に係る液体処理装置１および実施の形態２に係る液体処理装置２と同じ構成については同じ符号を用いて説明を省略し、液体処理装置２と異なる構成を中心に説明する。

図４に示すように、気泡回収器１１４は、被処理水１１５中の気泡が液体処理槽１０１内の気体１１２と混合される前に、被処理水１１５中の気泡を回収して気体供給器１０７へ供給する気泡回収機構である。気泡回収器１１４は、例えば、液中での気泡の上昇を遮るように液体処理槽１０１内の被処理水１１５中に設けられた、受け皿を反転させたような湾曲面を有する部品で構成される。気泡回収器１１４は、この湾曲面に保持された気泡または気体を回収して気体供給器１０７へ供給する。これにより、被処理水１１５中の気泡に含まれるオゾンおよびラジカル種の濃度の上昇速度を高めることが可能となり、高い殺菌効果および処理効果が得られる。

次に、以上の実施の形態１〜３に従って構成した液体処理装置を試作し、オゾン濃度および分解効果を比較する実験を行ったので、実施例として説明する。本実施例では、実施の形態１の構成に従って作製した液体処理装置を液体処理装置１、実施の形態２の構成に従って作製した液体処理装置を液体処理装置２、実施の形態３の構成に従って作製した液体処理装置を液体処理装置３として説明する。

本実施例では、液体処理装置１〜３についての、気体１１２中のオゾン濃度、および、被処理水１１５に含まれたインディゴカーミンのオゾンによる分解効果を確認した。

液体処理槽１０１は、液体処理装置１〜３のいずれにおいても、同じ容積５００ｃｍ^３のアクリル製密閉容器を用いた。

液体処理装置１の紫外線光源１０４としては、４Ｗ型のオゾンランプを用いた。また、液体処理装置２および３の平面型紫外線光源１０２としては、自作した平面型光源を用いた。自作した平面型光源は、キセノンによる放電を行う放電部と酸化マグネシウム紛体を含む蛍光体とで構成された放電機構を有する。これにより、平面型紫外線光源１０２は、キセノンの放電に伴う波長１４７ｎｍおよび波長１７２ｎｍの輝線を有する真空紫外線と、上記蛍光体から出射された波長２３０ｎｍのブロードな深紫外線とを発する。また、発光領域の発光サイズは２．５ｃｍ角であり、約２５ｍＷ／ｃｍ^２の発光強度を有する。

液体処理装置１の光源用スレーブ１０３は、水銀ランプの真空紫外線波長が１８５ｎｍであり、厚さ１ｍｍの石英管を用いた。一方、液体処理装置２および３で用いる紫外線透過窓１１１には、キセノンの放電による波長１４７ｎｍの真空紫外線を透過させるため、厚さ０．５ｍｍのサファイアの平板を用いた。

気泡供給器１１０は、ベンチュリー式のものを用いた。

液体処理槽１０１内の気体１１２の初期雰囲気は空気とした。

被処理水１１５は、インディゴカーミンの濃度が２ｐｐｍである水溶液３５０ｇを用いた。この被処理水１１５の吸光度を測定することで、分解量を初期からの相対値により評価した。また、液体処理槽１０１内の気体１１２のオゾン濃度は、検知管にて評価した。

上記仕様により作製した液体処理装置１〜３の性能評価結果を図５および図６に示す。

図５は、実施例に係る液体処理装置１〜３のインディゴカーミンの残存量の時間推移を示すグラフである。また、図６は、実施例に係る液体処理装置１〜３のオゾン濃度の時間推移を示すグラフである。図５に示されたグラフの縦軸は、初期濃度が２ｐｐｍであるインディゴカーミンの被処理水１１５中の残存比率を示している。図６に示されたグラフの縦軸は、液体処理槽１０１に確保された空間領域に保持された気体１１２のオゾン濃度を示している。

図６から、本実施例に係る液体処理装置１〜３のいずれにおいても、時間の経過とともに、気体１１２のオゾン濃度が増加していることがわかる。これにより、オゾン発生器を設けずとも、気体１１２の回収、気体供給器１０７からの回収気体の供給、回収気体を用いた気泡供給器１１０からの気泡供給、気泡への紫外線照射という一連の循環処理により、被処理水１１５中にオゾンの泡を生成できることがわかる。

また、実施例に係る液体処理装置１〜３のうち、液体処理装置３が最もオゾン濃度の上昇速度が高く、３０分で最大６０ｐｐｍ程度まで上昇することがわかる。これは、気体１１２の回収だけでなく、気泡回収器１１４の配置により被処理水１１５中の気泡を直接回収していることによるものと判断される。

また、図５から、本実施例に係る液体処理装置１〜３のいずれにおいても、時間の経過とともに、インディゴカーミンの残存比率が減少していることがわかる。これにより、オゾン発生器を設けずとも、上記一連の循環処理により被処理水１１５中にオゾンの泡が生成されることで、オゾンによる分解処理効果が時間経過とともに上昇していることがわかる。

また、実施例に係る液体処理装置１〜３のうち、液体処理装置３が最もインディゴカーミン残存比率の減少速度が高く、３０分で３５％程度まで分解されていることがわかる。

また、液体処理装置２および３においては、上述したようにオゾン濃度上昇速度およびインディゴカーミン残存比率の減少速度が高いのに加え、紫外線光源が液体処理槽１０１の外部に配置され、さらにスレーブを用いていないことから、液体処理装置の保守費用の抑制および保守作業の簡素化が可能である。

（その他の実施の形態）
以上、本開示の実施の形態に係る液体処理装置について、実施の形態およびその実施例を挙げて説明したが、本開示の液体処理装置は、上記実施の形態およびその実施例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその実施例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその実施例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の液体処理装置を内蔵した各種機器も本開示に含まれる。

例えば、実施の形態１〜３では、液体処理槽１０１内の上部には気体１１２を保持する空間領域が存在しているが、当該空間領域が存在しない場合であってもよい。つまり、被処理水１１５の種類により、被処理水１１５内のみで気泡を回収する構成であってもよい。

また、例えば、実施の形態１の構成と実施の形態３の構成とを併せ持つ液体処理装置として、実現してもよい。具体的には、実施の形態１の被処理水１１５内に配置される紫外線光源１０４と、実施の形態３の被処理水１１５内に配置される気泡回収器１１４とを備える液体処理装置としてもよい。これにより、被処理水１１５中の気泡に含まれるオゾンおよびラジカル種の濃度の上昇速度を高めることが可能となり、高い殺菌効果および処理効果が得られる。

本開示にかかる液体処理装置は、安価で高い分解効果と殺菌効果とを有し、殺菌や難分解性物質を分解する装置として有用である。

１、２、３ 液体処理装置
１０１ 液体処理槽
１０２ 平面型紫外線光源
１０３ 光源用スレーブ
１０４ 紫外線光源
１０５ 紫外線発生用電源
１０７ 気体供給器
１０８ 有害ガス分解装置
１０９ 吸引弁
１１０ 気泡供給器
１１１ 紫外線透過窓
１１２ 気体
１１３ 排気弁
１１４ 気泡回収器
１１５ 被処理水
１１６ 給液口
１１７ 排液口
２１０ 第１の基体
２１１ 第２の基体
２１２ 放電空間
２２０ 複数の電極
２２１、２２２ 電極
２３０ 誘電体層
２４０、２６０ 発光層
２５０ 保護層
２７０ 封着材
２９０ バリア放電
２９１ 紫外光

Claims (12)

1. 液体を保持するための液体処理槽を備えた液体処理装置であって、
   前記液体処理槽内の液体に気泡を供給する気泡供給器と、
   紫外線を前記液体処理槽内に向けて発する紫外線光源と、
   前記液体処理槽に供給された前記気泡のうち前記液体に溶解していない前記気泡の内部気体を回収し、前記気泡供給器へ供給する気体供給器と、を備える
   液体処理装置。
2. 前記液体処理槽は、前記液体に接する空間領域を含み、
   前記気体供給器は、前記液体に溶解していない前記気泡が前記空間領域に放たれた気体を回収する
   請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記気体は、酸素を含み、
   前記液体処理槽に供給された前記気泡に前記紫外線が照射されることによりオゾンが生成される
   請求項２に記載の液体処理装置。
4. 前記紫外線光源は、前記液体処理槽内の前記液体中に配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体処理装置。
5. さらに、
   前記液体処理槽の底面部に配置され、前記紫外線を透過する紫外線透過窓を備え、
   前記紫外線光源は、前記紫外線透過窓に接するように前記液体処理槽の外部に配置され、
   前記紫外線光源は、前記紫外線透過窓を介して前記紫外線を前記液体内の前記気泡に照射する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体処理装置。
6. 前記紫外線透過窓は、サファイアまたはフッ化マグネシウムで構成される
   請求項５に記載の液体処理装置。
7. さらに、
   前記液体内に、前記気泡を回収して前記気体供給器へ供給する気泡回収器部を備える
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体処理装置。
8. 前記液体処理槽は、
   前記液体を外部から前記液体処理槽内に供給するための給液口と、
   前記液体を前記液体処理槽から外部へ放出するための排液口と、を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体処理装置。
9. 前記紫外線光源は、前記紫外線として真空紫外線と深紫外線とを発生する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体処理装置。
10. 前記紫外線光源は、キセノンの放電により前記真空紫外線を発生する
    請求項９に記載の液体処理装置。
11. 前記紫外線光源は、バリア放電部と、深紫外線を発する蛍光体とを備える
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体処理装置。
12. 前記蛍光体は、酸化マグネシウムで構成される
    請求項１１に記載の液体処理装置。

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