JP2017205700A - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents
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一方、我が国において、水道水は、塩素処理によって消毒されており、また一般細菌の増殖防止のために、残留塩素が含まれている。水道水における残留塩素の濃度は、0.5mg/L程度とされている。
一般的に、残留塩素の除去処理の手法としては、水道水を活性炭によって濾過する手法、水道水に重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を注入する手法、および、水道水に紫外線(具体的には、例えば波長254nmの紫外線)を照射する手法などが挙げられる。
また、水処理システムにおいては、中圧水銀ランプが、ランプ温度が高温(具体的には、おおよそ600℃)となるものであることから、被処理水は高温となった中圧水銀ランプからの伝熱を受けて加温し、それに起因して後段の装置(具体的には、ポリアミドまたは酢酸セルロールよりなる逆浸透膜を備えた逆浸透膜分離装置)を劣化させるおそれがある。
従って、本発明の水処理方法によれば、被処理水を過度に加温することなく、有効塩素を効率よく分解することができることから、得られる処理済水を処理対象とする装置の劣化を抑制しつつ、被処理水中の有効塩素を効率的に除去処理することができる。
そして、本発明の水処理方法は、被処理水に対して紫外線を照射する紫外線照射工程を有するものである。この紫外線照射工程においては、被処理水に対して、残留塩素を分解する残留塩素除去処理が行われる。
すなわち、紫外線照射工程においては、被処理水に対して、波長190〜200nmの範囲にピーク波長を有する光が照射される。
被処理水に対して、紫外線光源から放射された波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有する光を照射することにより、後述の実験例から明らかなように、被処理水中の残留塩素を効率的に除去処理することができる。
被処理水に対して、紫外線光源から放射された波長170〜180nmの範囲に第2の発光波長を有する光が照射されることによれば、後述の実験例から明らかなように、被処理水中の残留塩素を、より一層効率的に除去処理することができる。
その理由について以下に説明する。
波長170〜180nmの光(紫外線)は、図1に示すように、水に吸収されやすい光であり、この波長170〜180nmの光が水に吸収されることによれば、ヒドロキシラジカルが生成する。ここに、図1は、水の紫外線透過スペクトルであって、水層の厚み(光(紫外線)の透過方向の厚み)が1mmの条件によって測定されたものである。この水の紫外光透過スペクトルにおいては、水の透過率の変曲点が波長189nmに存在することが示されている。そして、ヒドロキシラジカルは、残留塩素に作用して残留塩素を分解するものである。そのため、被処理水に対して、波長190〜200nmの範囲に主発光波長(第1の発光波長)を有すると共に、波長170〜180nmの範囲に第2の発光波長を有する光が照射されることにより、当該被処理水中に含まれる残留塩素が、紫外線光源から放射された光(具体的には、主として波長190〜200nmの範囲の光)の直接的な作用、および、当該紫外線光源から放射された光(具体的には、主として波長170〜180nmの範囲の光)の間接的な作用によって分解される。
特定紫外線放射ランプの好ましい具体例としては、発光ガスとしてキセノンガスなどの希ガスが封入された発光管の外周面に一対の電極が配設され、当該発光管の内面に、蛍光体としてネオジウム付活リン酸イットリウムを含有する蛍光体層が形成された蛍光体ランプが挙げられる。
また、特定紫外線放射ランプとしては、ArFランプ(波長193nmの単色光を放射するエキシマランプであって、例えば特開2009−301863号公報に記載のArFランプ)などを用いることもできる。
更に、紫外線光源としては、波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有するLED素子を用いることもできる。
本発明の水処理装置は、波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有する光を放射する紫外線光源と、当該紫外線光源から放射された光を被処理水に照射するための紫外線照射機構とを備えたものである。
この水処理装置10は、円筒状の被処理水収容容器(以下、「管状容器」ともいう。)11と、この管状容器11内に配置された円柱状の紫外線光源(紫外線放射ランプ20)と、当該管状容器11内において、紫外線光源を包囲するように設けられた紫外線透過性光源保護部材(以下、「光源保護管」ともいう。)12とを備えてなるものである。そして、水処理装置10においては、管状容器11と光源保護管12とにより、紫外線光源から放射された光を被処理水に照射するための紫外線照射機構が構成されている。
この図の例において、紫外線光源としては、両端に封止部を有する直円筒状の発光管を備え、この発光管の内部に円柱状の放電空間よりなる紫外線発生部が形成された紫外線放射ランプ20が用いられている。この紫外線放射ランプ20は、発光ガスとしてキセノンガスが封入され、波長190〜200nmの範囲に主発光波長(第1の発光波長)を有すると共に、波長170〜180nmに第2の発光波長を有する光を放射する蛍光体ランプ(以下、「特定蛍光体ランプ」ともいう。)である。
この図の例において、紫外線放射ランプ20と光源保護管12との間の空間は、窒素ガスなどの不活性ガスで満たされている。すなわち、紫外線放射ランプ20と光源保護管12との間には、不活性ガス層が形成されている。紫外線放射ランプ20と光源保護管12との間の空間が不活性ガスで満たされていることにより、当該空間において、オゾンなどの活性ガスが発生するおそれがなくなり、水処理装置10の劣化を抑制することができる。また、紫外線放射ランプ20から放射された光(紫外線)が、紫外線放射ランプ20と光源保護管12との間の空間に存在するガス(具体的には、例えば酸素などの紫外線吸収ガス)に吸収されることに起因して、被処理水に対する紫外線照射量が減少するおそれがない。この不活性ガス層の厚み、すなわち紫外線放射ランプ20と光源保護管12との間の距離d1は、例えば10mmである。このようにして、紫外線照射機構は、紫外線放射ランプ20から放射された光が紫外線吸収ガスを含有する紫外線吸収ガス層(具体的には、大気層など)を介することなく被処理水に照射する構成のものとされている。
従って、本発明の水処理方法によって残留塩素除去処理が行われる水処理装置10によれば、被処理水を過度に加温することなく、残留塩素を効率よく分解することができる。そのため、得られる処理済水を処理対象とする装置(具体的には、例えばイオン交換装置および脱電気イオン装置等)の劣化を抑制しつつ、被処理水中の残留塩素を効率的に除去処理することができる。
このように本発明の水処理装置を備えた水処理システムにおいては、本発明の水処理装置において、被処理水中の残留塩素を、被処理水を過度に加温することなく、効率的に除去処理することができる。そのため、ランニングコストを安価にすることができ、また、本発明の水処理装置の後段に配設された逆浸透膜分離装置および脱イオン装置に対して、残留塩素が含有する被処理水や悪影響が生じるような温度に加温された状態の被処理水が供給されることがない。
例えば、本発明の水処理装置は、波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有する光を放射する紫外線光源と、当該紫外線光源から放射された光を被処理水に照射する紫外線照射機構とを備えてなるものであればよい。
具体的には、本発明の水処理装置は、図2および図3の水処理装置において、被処理水収容容器(管状容器)内に紫外線透過性光源保護部材(光源保護管)が設けられておらず、紫外線光源(紫外線放射ランプ)が被処理水と接触する構成のものであってもよい。
また、本発明の水処理装置は、大気環境雰囲気下において被処理水収容容器と紫外線光源とが離間して配設されており、紫外線光源から放射された光が大気空間(大気層)を介して照射される構成のものであってもよい。
先ず、殺菌消毒剤「ピューラックス(次亜塩素酸ナトリウム6%)」を、超純水製造装置によって製造した超純水によって希釈することにより、実験用被処理水(有効塩素(残留塩素)を含有する水)として、濃度1.21mg/Lの次亜塩素酸水溶液を調製した。調製した実験用被処理水における次亜塩素酸の濃度は、「パックテスト総残留塩素(WAK−T・CIO)」(株式会社共立理化学研究所製)によって発色させた濃度測定用試料を用い、「デジタルパックテスト・マルチ(DMP−MT)」(株式会社共立理化学研究所製)により、測定範囲0.10〜2.00mg/Lの条件で測定した。
また、紫外線光源として、蛍光体ランプと中圧水銀ランプとの2種類の紫外線放射ランプを用意した。
ここに、蛍光体ランプとしては、発光ガスとしてキセノンガスが封入された、厚さ2mmの合成石英ガラス(Suprasil−F310)よりなる発光管の外周面に一対の電極が配設され、当該発光管の内面に、蛍光体としてネオジウム付活リン酸イットリウムを含有する蛍光体層が形成された蛍光体ランプ(特定蛍光体ランプ)を用いた。また、中圧水銀ランプとしては、ウシオ電機株式会社製の「UM−452」を用いた。
また、特に、紫外線光源として特定蛍光体ランプを用い、被処理水に対して、特定蛍光体ランプから放射された波長190〜200nmの範囲に主発光波長(第1の発光波長)を有すると共に波長170〜180nmの範囲に更に発光波長(第2の発光波長)を有する光を照射した場合には、紫外線光源として中圧水銀ランプを用いた場合に比して、残留塩素分解効率(有効塩素分解率)がさらに小さい、具体的には、残留塩素1mgを分解するために要する消費電力量がさらに少ないことが明らかである。具体的には、実験条件(2)と実験条件(3)とを比較すると、蛍光体ランプの消費電力あたりの残留塩素分解率は、中圧水銀ランプの消費電力あたりの残留塩素分解率の値に比して、18.5/0.85(≒21.8)倍の値である。
従って、被処理水に対して、紫外線光源から放射された波長190〜200nmの範囲に主発光長を有する光を照射する本発明の水処理方法によれば、被処理水中の有効塩素(残留塩素)を効率的に除去処理できることが確認された。
また、被処理水に対して、紫外線光源から放射された、波長190〜200nmの範囲に主発光長を有すると共に波長170〜180nmの範囲に更に発光波長を有する光を照射する本発明の水処理方法によれば、被処理水中の有効塩素(残留塩素)をより効率的に除去処理できることが確認された。
11 被処理水収容容器(管状容器)
11A 筒状本体
11B,11C 閉塞部材
12 紫外線透過性光源保護部材(光源保護管)
13 被処理水供給口
14 被処理水排出口
20 紫外線放射ランプ
Rw 被処理水収容部
Claims (4)
- 紫外線光源から放射された波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有する光を被処理水に照射することにより、当該被処理水中に含まれる有効塩素を除去処理することを特徴とする水処理方法。
- 前記被処理水に照射される前記紫外線光源から放射された光は、更に波長170〜180nmの範囲に発光波長を有することを特徴とする請求項1に記載の水処理方法。
- 波長190〜200nmの範囲に主発光波長を有する光を放射する紫外線光源と、当該紫外線光源から放射された光を被処理水に照射するための紫外線照射機構とを備えており、被処理水中に含まれる有効塩素を除去処理することを特徴とする水処理装置。
- 前記紫外線光源は、波長170〜180nmの範囲に更に発光波長を有する光を放射することを特徴とする請求項3に記載の水処理装置。
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