JP2017225545A - 流体処理装置および流体処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができる流体処理装置および流体処理方法を提供する。
【解決手段】マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体２４，２６を備える紫外線発光層２２を有する反応槽１０と、マイクロウェーブ発生装置１２と、を備え、マイクロウェーブ発生装置１２により発生させたマイクロウェーブを発光体に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理流体を反応槽１０に流通させて、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を行う流体処理装置１であり、反応槽１０において、発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式、および、発光体２６に対して被処理流体が内側を通る外照式の両方が使用されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物と細菌類とを含む液体や気体等の流体を処理する流体処理装置および流体処理方法に関する。

有機物を含む液体の酸化分解処理を行う方法としては、通常、波長１８５ｎｍの紫外線（ＵＶ）を発生する紫外線ランプ等を用いた紫外線照射処理が行われる。一方、細菌類を含む液体の殺菌処理を行う方法としては、通常、波長２５４ｎｍの紫外線を発生する紫外線ランプ等を用いた紫外線照射処理が行われる。

被処理液体中に処理対象となる有機物と細菌類とが混在する場合、一般的な中圧水銀紫外線ランプを用いれば波長１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線が同時に出力されるが、一つのランプで有機物の酸化に必要な１８５ｎｍ線量と細菌類の殺菌に必要な２５４ｎｍ線量とを過不足なく照射することは困難である。

一方、紫外線照射装置の一つとしてマイクロウェーブ紫外線発光装置が知られている。例えば、粒状の無電極紫外線発光体に外部から２．４５ＧＨｚ等のマイクロウェーブを照射して、紫外線発光させるものがある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。このようなマイクロウェーブ紫外線発光装置において、粒状の無電極紫外線発光体を反応槽に充填して、そこに被処理液を通液させ、被処理液中の有機物の酸化や細菌類の殺菌を行う方法がある。

しかし、マイクロウェーブは水に吸収されやすく熱に変換されやすいやすいため、無電極紫外線発光体を発光させるために過剰に出力を与える必要があり、エネルギー的に損失が大きい。このことから有機物と細菌類の両方を所定の除去率で除去して所定の濃度とするためには、いずれかの対象に対しては過剰な線量となるような装置設計となり、消費電力等からみても非効率的である。

特許第５０４９００４号公報

堀越 智、「光触媒コーティング無電極ランプによる被災地の汚染水浄化装置の開発に関する研究」、平成２６年３月、平成２５年度環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書

本発明の目的は、被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができる流体処理装置および流体処理方法を提供することにある。

本発明は、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体を備える紫外線発光層を有する反応槽と、マイクロウェーブ発生手段と、を備え、前記マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを前記発光体に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理流体を前記反応槽に流通させて、前記有機物の酸化分解処理とともに前記細菌類の殺菌処理を行い、前記反応槽において、前記発光体に対して前記被処理流体が外側を通る内照式、および、前記発光体に対して前記被処理流体が内側を通る外照式の両方が使用されている、流体処理装置である。

前記流体処理装置において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体が充填されたものであり、前記外照式が、前記反応槽の少なくとも一部に前記発光体として面状発光体が被覆されたものであることが好ましい。

前記流体処理装置において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体が充填されたものであり、前記外照式が、前記反応槽自体の少なくとも一部を前記発光体としたものであることが好ましい。

前記流体処理装置において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として２種類以上の粒状発光体が、前記被処理流体の流通方向に対してそれぞれ層状に充填されたものであることが好ましい。

前記流体処理装置において、前記内照式の発光体と前記外照式の発光体とは、ピーク発光波長が異なることが好ましい。

また、本発明は、マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体を備える紫外線発光層を有する反応槽における前記発光体に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理流体を前記反応槽に流通させて、前記有機物の酸化分解処理とともに前記細菌類の殺菌処理を行う紫外線照射処理工程を含み、前記反応槽において、前記発光体に対して前記被処理流体が外側を通る内照式、および、前記発光体に対して前記被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用する、流体処理方法である。

前記流体処理方法において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体を充填したものであり、前記外照式が、前記反応槽の少なくとも一部に前記発光体として面状発光体を被覆したものであることが好ましい。

前記流体処理方法において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体を充填したものであり、前記外照式が、前記反応槽自体の少なくとも一部を前記発光体としたものであることが好ましい。

前記流体処理方法において、前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として２種類以上の粒状発光体を、前記被処理流体の流通方向に対してそれぞれ層状に充填したものであることが好ましい。

前記流体処理方法において、前記内照式の発光体と前記外照式の発光体とは、ピーク発光波長が異なることが好ましい。

本発明によれば、被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができる流体処理装置および流体処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る流体処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る流体処理装置の他の例を示す概略構成図である。 比較例１で用いた液体処理装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る流体処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

本実施形態に係る流体処理装置１は、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体２４，２６を備える紫外線発光層２２を有する反応槽１０と、マイクロウェーブ発生手段として、マイクロウェーブ発生装置１２とを備える。流体処理装置１は、被処理流体を貯留するための被処理流体槽や、処理流体を貯留するための処理流体槽を備えてもよい。

図１の流体処理装置１において、反応槽１０の入口１８には、被処理流体配管１４が接続され、反応槽１０の出口２０には、処理流体配管１６が接続されている。被処理流体配管１４の一端は被処理流体槽の出口に接続されてもよく、処理流体配管１６の一端は処理流体槽の入口に接続されてもよい。反応槽１０には、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体として粒状発光体２４が充填された紫外線発光層２２が形成され、反応槽１０の少なくとも一部は、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体として面状発光体である中空管状発光体２６が被覆されている。反応槽１０には、マイクロウェーブ発生手段としてマイクロウェーブ発生装置１２が、紫外線発光層２２の粒状発光体２４および中空管状発光体２６にマイクロウェーブを照射できるように設置されている。

紫外線発光層２２において、例えば、粒状発光体２４のピーク発光波長と中空管状発光体２６のピーク発光波長が異なっていてもよい。ピーク発光波長の異なる２種類以上の発光体を用いることにより、処理対象物質に応じて適切な紫外線波長を適量照射することができる。図１の例では、粒状発光体２４が充填された１層の紫外線発光層が形成されているが、２種類以上の粒状発光体がそれぞれ充填された２層以上の紫外線発光層が流通方向に対して形成されてもよい。１層の紫外線発光層２２中に、発光波長の異なる２種類以上の粒状発光体が所定の割合で混合されて充填されていてもよい。図１の例では、反応槽１０の少なくとも一部は１つの中空管状発光体２６で被覆されているが、例えば流通方向に対して２つ以上の中空管状発光体により被覆されてもよい。また、図１の例では、反応槽１０の外周が中空管状発光体２６で被覆されているが、反応槽１０の外周の一部が少なくとも１つの面状発光体で被覆されていてもよい。

本実施形態に係る流体処理方法および流体処理装置１の動作について説明する。

マイクロウェーブ発生装置１２を起動させて、発生させたマイクロウェーブを紫外線発光層２２の粒状発光体２４および中空管状発光体２６に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理液体等の被処理流体が被処理流体配管１４を通して、反応槽１０下部の入口１８から供給され、反応槽１０を上向流で流通される。これにより、紫外線発光層２２において、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理が行われる（紫外線照射処理工程）。流通後の処理液等の処理流体は、反応槽１０上部の出口２０から処理流体配管１６を通して排出される。処理流体は、一部または全部が処理流体槽に貯留されてもよい。

紫外線照射処理では、マイクロウェーブの照射により紫外線発光層２２の粒状発光体２４および中空管状発光体２６から発光された紫外線によって、主に、細菌類の殺菌処理および紫外線の光酸化による有機物等の酸化分解処理が行われる。例えば、紫外線発光層２２の粒状発光体２４から波長１８５ｎｍの紫外線が発光され、有機物等の酸化分解処理が行われ、中空管状発光体２６から波長２５４ｎｍの紫外線が発光され、細菌類の殺菌処理が行われる。紫外線発光層２２の粒状発光体２４から波長２５４ｎｍの紫外線が発光され、細菌類の殺菌処理が行われ、中空管状発光体２６から波長１８５ｎｍの紫外線が発光され、有機物等の酸化分解処理が行われてもよい。

このように、被処理流体を反応槽１０に流通する流体処理装置１において、マイクロウェーブにより紫外線発光する中空管状発光体２６で被覆された反応槽１０内に、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体２４を充填し、被処理流体の紫外線による細菌類の殺菌処理および光酸化による有機物等の酸化分解処理を行うようにした。すなわち、被処理流体を反応槽１０に流通する流体処理装置１の反応槽１０において、粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式、および、中空管状発光体２６に対して被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用するようにした。これにより、被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができる。発光体に対して被処理流体が外側を通る内照式と内側を通る外照式の両方を使用するようにすることで、マイクロウェーブのエネルギーの一部を被処理流体の外側の中空管状発光体２６に当てて発光に使用することで、被処理流体の加熱が抑制され、電力エネルギー効率が高められ、被処理流体の内外から紫外線照射処理が行われる。また、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を行うことにより、流体処理装置の設置面積を低減することができる。

また、例えば、被処理流体を反応槽１０に流通する流体処理装置１の反応槽１０において、粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式、および、中空管状発光体２６に対して被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用するようにして、発光体として発光波長の異なる２種類以上をそれぞれに使用し、紫外線による細菌類の殺菌処理および光酸化による有機物の酸化分解処理をともに行うようにしてもよい。例えば、一方の発光体に波長２５４ｎｍの紫外線が発光される発光体を用い、もう一方の発光体に波長１８５ｎｍの紫外線が発光される発光体を用いれば、有機物の酸化に必要な１８５ｎｍ線量と細菌類の殺菌に必要な２５４ｎｍ線量とを過不足なく照射することが可能であり、有機物と細菌類の両方を所定の除去率で除去して所定の濃度とするために、いずれの対象に対しても適切な線量となるような装置設計を行えばよく、消費電力等からみても効率的である。

粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式の場合、被処理流体と粒状発光体２４との接触効率が高いため、処理効率が高いが、被処理流体が粒状発光体２４の発光により加熱されやすい。中空管状発光体２６に対して被処理流体が内側を通る外照式の場合、被処理流体が加熱されにくいが、被処理流体と中空管状発光体２６との接触効率が低いため、処理効率が低い。この両者の発光の割合を被処理流体の性状等により使い分けることにより、効率的な処理が可能となる。内照式と外照式の割合を適宜設定することで、被処理流体の加熱の度合いを設定することができる。細菌類を優先的に処理したい場合は紫外線照射の他に加熱殺菌も有効であり、より迅速に殺菌処理することができる。例えば、紫外線照射とマイクロウェーブ加熱を併用して迅速に殺菌処理を行いたい場合等、被処理流体を加温したい場合は内照式の強度を高めることが好ましい。有機物を優先的に処理して、より良いエネルギー効率を求め、加熱を抑制したい場合は外照式の強度の割合を高めることが好ましい。２層以上の紫外線発光層を形成した場合は、そのそれぞれについて、被処理流体の性状等に応じて、内照式および外照式のいずれかを選択してもよい。

処理対象となる被処理流体は、有機物と細菌類とを含む液体や、有機物と細菌類とを含む気体等の流体であればよく、特に制限はない。液体としては、例えば、水や、糖液等が挙げられる。気体としては、空気、酸素等の酸素含有気体や、窒素等が挙げられる。有機物としては、例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレン、１，４−ジオキサン等が挙げられ、細菌類としては、例えば、大腸菌、レジオネラ菌、ブドウ球菌等が挙げられる。その他に、固形分として、例えば、懸濁物質等を含んでもよい。懸濁物質等の固形分を含んでいても、粒状発光体がろ材として機能することにより固形分の固液分離処理を行うことができる。

処理対象となる被処理液体の有機物濃度は、例えば０．０１ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下、一般細菌数は、例えば、１０個／ｍＬ以上１００，０００個／ｍＬ以下、大腸菌数は、例えば、１ＣＦＵ／ｍＬ（ＣＦＵ＝Colony Forming Unit）以上１，０００ＣＦＵ／ｍＬ以下である。また、固形分を含む場合は、被処理液体の濁度は、例えば０．５度以上１０度以下である。被処理気体の有機物濃度は、例えば揮発性有機物濃度で１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下である。

反応槽１０における被処理流体の流通方向は、通常は図１に示すような上向流であるが、下向流であってもよいし、横向流であってもよい。

本実施形態に係る流体処理方法および流体処理装置１において、２層以上の粒状発光体の層を流通方向に対して形成してもよい。その場合、粒状発光体２４が、被処理流体の流通方向に対して、発光波長が短い波長から順次長い波長となるように層状に充填されていることが好ましい。これにより、有機物の酸化分解処理と細菌類の殺菌処理を効率よく行うことができる。例えば、被処理流体の流通方向に対して、発光波長が短い波長から順次長い波長となるように粒状発光体２４が層状に充填され、第１の粒状発光体から波長１８５ｎｍの紫外線が発光されて、有機物等の酸化分解処理が行われ、第２の粒状発光体から波長２５４ｎｍの紫外線が発光されて、細菌類の殺菌処理が行われることが好ましい。

紫外線発光層２２において、発光波長の異なる２種類以上の粒状発光体２４を充填する場合、その充填比率は、特に制限はなく、被処理流体の性状等に応じて、適宜変更すればよい。マイクロウェーブは水に吸収されやすいため、粒状発光体に過剰に出力を与える場合があり、エネルギー的に損失が大きい。発光波長の異なる２種類以上の粒状発光体を用い、その充填比率を適宜変更することにより、有機物、細菌類の両方を所定の除去率あるいは所定の処理流体濃度とするために、いずれの対象に対しても適切な線量とすることができ、消費電力からみても効率的である。

発光体の発光波長は、処理対象となる有機物と細菌類の種類等に応じて、適宜選択すればよく、特に制限はない。有機物の酸化分解処理には、通常、波長１８５±０．１ｎｍや２２０±０．１ｎｍの紫外線を発生する発光体が用いられ、細菌類の殺菌処理には、通常、波長２５４±０．７ｎｍや２６０±０．７ｎｍの紫外線を発生する発光体が用いられる。

反応槽１０におけるマイクロウェーブを照射する面を構成する材質としては、マイクロウェーブを透過する材質であればよく特に制限はないが、例えば、石英ガラス、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、セラミックス等が挙げられる。

マイクロウェーブ発生装置１２は、マイクロウェーブ（周波数：例えば、２．４５０ＧＨｚ±０．０５ＧＨｚ、５．８００ＧＨｚ±０．０７５ＧＨｚ、２４．１２５ＧＨｚ±０．１２５ＧＨｚ）を発生することができるものであればよく、その構成は特に制限はない。例えば、真空管を用いるマグネトロン方式の他に、半導体を用いるソリッドステート方式等が挙げられる。マグネトロン方式の発振器は、家庭用から業務用の電子レンジに幅広く用いられており比較的安価に入手できる利点があり、ソリッドステート方式の発振器は、寿命が比較的長く、波長の安定性が良好である等の利点がある。

マイクロウェーブ発生装置１２の構成例として、例えば、図１に示すように、電源装置２８と、マイクロウェーブ発振器３０と、導波管３２と、スリースタブチューナ３４と、短絡器３６とを備える構成が挙げられる。

例えば、電源装置２８から供給された電源により、マイクロウェーブ発振器３０が発生したマイクロウェーブが、導波管３２を通り、紫外線発光層２２の粒状発光体２４，２６に照射される。スリースタブチューナ３４により、導波管３２におけるインピーダンス整合を調整することができる。

マイクロウェーブの照射は、紫外線発光層２２のある１方向から行ってもよいし、２方向以上の複数方向から行ってもよい。反応槽１０の径が大きくなると（例えば、３０ｃｍ以上）、マイクロウェーブが中心部まで到達しない場合があるので、紫外線発光層２２に対して２方向以上の複数方向から照射を行うことが好ましい。

発光体は、マイクロウェーブにより紫外線（例えば、波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの光）発光するものであればよく、紫外線以外に可視光線（例えば、波長４００ｎｍ〜７８０ｎｍの光）や赤外線（例えば、波長７８０ｎｍ〜１ｍｍの光）の発生有無による制限は特にない。粒状発光体２４としては、例えば、紫外線の吸収が小さい石英製やテフロン（登録商標）樹脂等のフッ素樹脂製であって、球形状や、円筒の両端を球状にしたカプセル形状等の容器に、水銀ガス、水素ガス、キセノンガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、塩素ガス、フッ素ガス、重水素ガス等の、マイクロウェーブにより紫外線発光する放電ガスを所定の封入圧で封入した無電極紫外線発光カプセル等が挙げられる。放電ガスを封入した無電極紫外線発光カプセルに、マイクロウェーブを照射することにより、ガスが励起され、紫外線を発光する。放電ガスや封入圧を適宜選択することにより、発光波長を調整することができる。また、カプセルの比重を調整するために、このカプセルの両端または一端に、カプセルと同様の材料で形成した中空または中実の突起状の比重調整部を設けてもよい。

粒状発光体２４が球形状の場合、最大径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましい。粒状発光体２４が円筒の両端を球状にしたカプセル形状の場合、径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましく、高さは、例えば、２．０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、４．０ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲であることが好ましい。

比重調整部の径は、例えば、１．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることが好ましく、高さは、例えば、２．０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、４．０ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。

面状発光体としては、例えば、石英製やテフロン（登録商標）樹脂製であって、面状や、円筒形状、四角筒等の多角筒形状等の中空管状発光体の容器に、水銀ガス、水素ガス、キセノンガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、塩素ガス、フッ素ガス、重水素ガス等の、マイクロウェーブにより紫外線発光する放電ガスを所定の封入圧で封入した無電極紫外線発光面状発光体等が挙げられる。

本発明の実施形態に係る流体処理装置の他の例の概略を図２に示し、その構成について説明する。

本実施形態に係る流体処理装置３は、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体２４を備える紫外線発光層２２を有し、反応槽自体の少なくとも一部がマイクロウェーブにより紫外線発光する発光体で形成された中空管状の反応槽４０と、マイクロウェーブ発生手段として、マイクロウェーブ発生装置１２とを備える。流体処理装置１は、被処理流体を貯留するための被処理流体槽や、処理流体を貯留するための処理流体槽を備えてもよい。

図２の流体処理装置３において、反応槽４０の入口１８には、被処理流体配管１４が接続され、反応槽４０の出口２０には、処理流体配管１６が接続されている。被処理流体配管１４の一端は被処理流体槽の出口に接続されてもよく、処理流体配管１６の一端は処理流体槽の入口に接続されてもよい。反応槽４０はそれ自体がマイクロウェーブにより紫外線発光する発光体で形成されている。また、反応槽４０には、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体として粒状発光体２４が充填された紫外線発光層２２が形成されている。反応槽４０には、マイクロウェーブ発生手段としてマイクロウェーブ発生装置１２が、紫外線発光体である反応槽４０、および紫外線発光層２２の粒状発光体２４にマイクロウェーブを照射できるように設置されている。

流体処理装置３において、例えば、紫外線発光体である反応槽４０のピーク発光波長と粒状発光体２４のピーク発光波長とが異なっていてもよい。ピーク発光波長の異なる２種類以上の発光体を用いることにより、処理対象物質に応じて適切な紫外線波長を適量照射することができる。図２の例では、粒状発光体２４が充填された１層の紫外線発光層が形成されているが、２種類以上の粒状発光体がそれぞれ充填された２層以上の紫外線発光層が流通方向に対して形成されてもよい。１層の紫外線発光層２２中に、発光波長の異なる２種類以上の粒状発光体が所定の割合で混合されて充填されていてもよい。図２の例では、反応槽４０の少なくとも一部は１つの発光体で形成されているが、流通方向に対して２つ以上の発光体により形成されてもよい。また、図２の例では、反応槽１０の外周が発光体で形成されているが、反応槽１０の外周の一部が発光体により形成されてもよい。

本実施形態に係る流体処理方法および流体処理装置３の動作について説明する。

マイクロウェーブ発生装置１２を起動させて、発生させたマイクロウェーブを紫外線発光体である反応槽４０および紫外線発光層２２の粒状発光体２４に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理液体等の被処理流体が被処理流体配管１４を通して、反応槽４０下部の入口１８から供給され、反応槽４０を上向流で流通される。これにより、紫外線発光層２２において、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理が行われる（紫外線照射処理工程）。流通後の処理液等の処理流体は、反応槽４０上部の出口２０から処理流体配管１６を通して排出される。処理流体は、一部または全部が処理流体槽に貯留されてもよい。

紫外線照射処理では、マイクロウェーブの照射により紫外線発光体である反応槽４０および紫外線発光層２２の粒状発光体２４から発光された紫外線によって、主に、細菌類の殺菌処理および紫外線の光酸化による有機物等の酸化分解処理が行われる。例えば、紫外線発光層２２の粒状発光体２４から波長１８５ｎｍの紫外線が発光され、有機物等の酸化分解処理が行われ、紫外線発光体である反応槽４０から波長２５４ｎｍの紫外線が発光され、細菌類の殺菌処理が行われる。紫外線発光層２２の粒状発光体２４から波長２５４ｎｍの紫外線が発光され、細菌類の殺菌処理が行われ、紫外線発光体である反応槽４０から波長１８５ｎｍの紫外線が発光され、有機物等の酸化分解処理が行われてもよい。

このように、被処理流体を反応槽４０に流通する流体処理装置３において、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体で形成された反応槽４０内に、マイクロウェーブにより紫外線発光する粒状発光体２４を充填し、被処理流体の紫外線による細菌類の殺菌処理および光酸化による有機物等の酸化分解処理を行うようにした。すなわち、被処理流体を反応槽４０に流通する流体処理装置３の反応槽４０において、粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式、および、紫外線発光体である反応槽４０に対して被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用するようにした。これにより、被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができる。発光体に対して被処理流体が外側を通る内照式と内側を通る外照式の両方を使用するようにすることで、マイクロウェーブのエネルギーの一部を被処理流体の外側の発光体（反応槽４０）に当てて発光に使用することで、被処理流体の加熱が抑制され、電力エネルギー効率が高められ、被処理流体の内外から紫外線照射処理が行われる。また、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を行うことにより、流体処理装置の設置面積を低減することができる。

また、例えば、被処理流体を反応槽４０に流通する流体処理装置１の反応槽４０において、粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式、および、紫外線発光体である反応槽４０に対して被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用するようにして、発光体として発光波長の異なる２種類以上をそれぞれに使用し、紫外線による細菌類の殺菌処理および光酸化による有機物の酸化分解処理をともに行うようにしてもよい。例えば、一方の発光体に波長２５４ｎｍの紫外線が発光される発光体を用い、もう一方の発光体に波長１８５ｎｍの紫外線が発光される発光体を用いれば、有機物の酸化に必要な１８５ｎｍ線量と細菌類の殺菌に必要な２５４ｎｍ線量とを過不足なく照射することが可能であり、有機物と細菌類の両方を所定の除去率で除去して所定の濃度とするために、いずれの対象に対しても適切な線量となるような装置設計を行えばよく、消費電力等からみても効率的である。

粒状発光体２４に対して被処理流体が外側を通る内照式の場合、被処理流体と粒状発光体２４との接触効率が高いため、処理効率が高いが、被処理流体が粒状発光体２４の発光により加熱されやすい。紫外線発光体である反応槽４０に対して被処理流体が内側を通る外照式の場合、被処理流体が加熱されにくいが、被処理流体と発光体（反応槽４０）との接触効率が低いため、処理効率が低い。この両者の発光の割合を被処理流体の性状等により使い分けることにより、効率的な処理が可能となる。内照式と外照式の割合を適宜設定することで、被処理流体の加熱の度合いを設定することができる。細菌類を優先的に処理したい場合は紫外線照射の他に加熱殺菌も有効であり、より迅速に殺菌処理することができる。例えば、紫外線照射とマイクロウェーブ加熱を併用して迅速に殺菌処理を行いたい場合等、被処理流体を加温したい場合は内照式の強度を高めることが好ましい。有機物を優先的に処理して、より良いエネルギー効率を求め、加熱を抑制したい場合は外照式の強度の割合を高めることが好ましい。２層以上の紫外線発光層を形成した場合は、そのそれぞれについて、被処理流体の性状等に応じて、内照式および外照式のいずれかを選択してもよい。

本実施形態に係る流体処理方法および流体処理装置は、浄水処理、下水処理、工業用水処理、排水処理等の液体や、排ガス処理、空気浄化処理等における気体等の流体における紫外線による有機物の酸化分解処理と細菌類の殺菌処理とをともに行う場合に適用することができ、特に、浄水処理に好適に適用することができる。

本実施形態に係る流体処理方法および流体処理装置により、例えば有機物濃度で０．０１ｍｇ／Ｌ以上、細菌数で１０個／ｍＬ以上、大腸菌数で１ＣＦＵ／ｍＬ以上の被処理液体の液質を、例えば有機物濃度で０．０５ｍｇ／Ｌ以下、細菌数で１個／ｍＬ未満、大腸菌数で１ＣＦＵ／ｍＬ未満（不検出）の処理液とすることができる。また、固形分を含む場合は、例えば濁度で１．５度以上の被処理液体の液質を、例えば濁度で０．１度以下の処理液とすることができる。また、例えば揮発性有機物濃度で１０ｐｐｍ以上の有機物含有気体を０．１ｐｐｍ未満まで処理することができる。有機物の酸化分解処理により活性炭等の吸着物質を使用しなくても処理することができる。気体、液体の状態を問わず有機物の処理ができるので、処理装置へは気体のみ、液体のみ、そのいずれかを通過させても有機物の分解処理ができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１，２および比較例１＞
実施例１では、図１に示す流体処理装置１（紫外線発光層２２に充填された粒状発光体２４（内照式）、反応槽１０を被覆した中空管状発光体２６（外照式））で、比較例１では図３に示す液体処理装置５（反応槽５０の紫外線発光層５２に充填された、１種類の粒状発光体５４（内照式））で、比較例２では、図１に示す装置において粒状発光体２４を用いない（反応槽１０を被覆した中空管状発光体２６（外照式））構成で、有機物として１，４−ジオキサンを含む被処理液の処理を行った。

以下の装置仕様、通水条件で試験を行った。
［反応槽］
・反応槽本体：４００ｍＬ、材質 石英ガラス製
・通水条件：上向流、流量４００ｍＬ／ｍｉｎで通水
・紫外線発光層構成：
（比較例１）
反応槽に紫外線発光粒状発光体を２００ｍＬ充填
紫外線発光粒状発光体を内照式で照射
（比較例２）
反応槽を覆った中空管状発光体を外照式で照射
（実施例１）
中空管状発光体で覆った反応槽に紫外線発光粒状発光体を２００ｍＬ充填
紫外線発光粒状発光体を内照式で照射
反応槽を覆った中空管状発光体を外照式で照射

［紫外線発光粒状発光体（無電極紫外線発光カプセル）の詳細］
・サイズ：ガス封入部 径（φ）５ｍｍ×高さ（Ｌ）１０ｍｍ
・材質：石英
・封入ガス：水銀ガス、封入圧力５０，０００Ｐａ
・ピーク波長：１８５ｎｍ

［中空管状発光体の詳細］
・サイズ：ガス封入部 径（φ）６０ｍｍ×高さ（Ｌ）１８０ｍｍ
・材質：石英
・封入ガス：水銀ガス、封入圧力１０Ｐａ
・ピーク波長：２５４ｎｍ

［マイクロウェーブ発生装置］
・電源装置：３００Ｗ（３０〜３００Ｗ可変式） 投入電力２００Ｗ
・マイクロウェーブ発振器：マグネトロン
・周波数：２．４５ＧＨｚ
・導波管：Ｌ４００ｍｍ×Ｗ２００ｍｍ×Ｈ３００ｍｍ、アルミニウム製
・チューナー：スリースタブ方式

マイクロウェーブ発生装置の電源装置の投入電力を、２００Ｗに設定した。被処理液と処理液の水質（１，４−ジオキサン濃度、大腸菌数、一般細菌数）を表１に示す。１，４−ジオキサン濃度は、固相抽出−ガスクロマトグラフ−質量分析法（スチレンジビニルベンゼン共重合体および活性炭固相カラムを用いて濃縮および抽出し、ガスクロマトグラフ−質量分析計（ＧＣ：ＨＰ６８９０ ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ製、ＭＳ：５９７３Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｇｉｌｅｎｔ製）で測定）で測定した。大腸菌数は、特定酵素基質培地法（ピルビン酸添加ＸＧａｌ−ＭＵＧ培地（日水製薬製）を用いて３６±１℃で、２６±１時間培養した後、紫外線ランプにより波長３６６ｎｍの紫外線を照射し、蛍光の有無および比色液と比較）で測定した。一般細菌数は、標準寒天培地法（標準寒天培地（栄研化学製）を用いて３６±１℃で２４±２時間培養し、コロニー数を測定）で測定した。

比較例１では、処理液の１，４−ジオキサン濃度は０．１１ｍｇ／Ｌであり、一般細菌が２３／ｍＬ残留した。実施例１と比較例１では、大腸菌数では差が見られなかった。実施例１では、処理液の１，４−ジオキサン濃度および一般細菌数は検出下限以下まで処理することができた。比較例２の、発光体を外照式の中空管状発光体のみで行った場合の処理水は、大腸菌数は比較例１と同じ結果であり、１，４−ジオキサン濃度および一般細菌数は比較例１と大差なかった。しかし、比較例２ではマイクロウェーブを照射する側から見て中空管状発光体が被処理液体より先に存在しているために、マイクロウェーブのエネルギーが優先的に中空管状発光体へ使用されることから、水温は２４．１℃と比較例１の２６．５℃より低くなった。実施例１の水温は２２．６℃とさらに抑えることができ、内外から異なる波長の紫外線発光体を用いることで、水温上昇を抑えつつ高い水処理効果を得ることができた。

このように、被処理流体中に有機物と細菌類とが混在する場合でも、有機物の酸化分解処理とともに細菌類の殺菌処理を効率的に行うことができた。一つの反応槽で紫外線による有機物の酸化分解処理と細菌類の殺菌処理を効率的に行えるようなった。また、流体処理装置の設置面積と消費電力量、処理流体の温度上昇を低減することができた。

１，３ 流体処理装置、５ 液体処理装置、１０，５０ 反応槽、１２ マイクロウェーブ発生装置、１４ 被処理流体配管、１６ 処理流体配管、１８ 入口、２０ 出口、２２，５２ 紫外線発光層、２４，５４ 発光体（粒状発光体）、２６ 発光体（中空管状発光体）、２８ 電源装置、３０ マイクロウェーブ発振器、３２ 導波管、３４ スリースタブチューナ、３６ 短絡器、４０ 反応槽（中空管状発光体）。

Claims (10)

1. マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体を備える紫外線発光層を有する反応槽と、
   マイクロウェーブ発生手段と、
   を備え、
   前記マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを前記発光体に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理流体を前記反応槽に流通させて、前記有機物の酸化分解処理とともに前記細菌類の殺菌処理を行い、
   前記反応槽において、前記発光体に対して前記被処理流体が外側を通る内照式、および、前記発光体に対して前記被処理流体が内側を通る外照式の両方が使用されていることを特徴とする流体処理装置。
2. 請求項１に記載の流体処理装置であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体が充填されたものであり、
   前記外照式が、前記反応槽の少なくとも一部に前記発光体として面状発光体が被覆されたものであることを特徴とする流体処理装置。
3. 請求項１に記載の流体処理装置であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体が充填されたものであり、
   前記外照式が、前記反応槽自体の少なくとも一部を前記発光体としたものであることを特徴とする流体処理装置。
4. 請求項２または３に記載の流体処理装置であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として２種類以上の粒状発光体が、前記被処理流体の流通方向に対してそれぞれ層状に充填されたものであることを特徴とする流体処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体処理装置であって、
   前記内照式の発光体と前記外照式の発光体とは、ピーク発光波長が異なることを特徴とする流体処理装置。
6. マイクロウェーブ発生手段により発生させたマイクロウェーブを、マイクロウェーブにより紫外線発光する発光体を備える紫外線発光層を有する反応槽における前記発光体に照射しながら、有機物と細菌類とを含む被処理流体を前記反応槽に流通させて、前記有機物の酸化分解処理とともに前記細菌類の殺菌処理を行う紫外線照射処理工程を含み、
   前記反応槽において、前記発光体に対して前記被処理流体が外側を通る内照式、および、前記発光体に対して前記被処理流体が内側を通る外照式の両方を使用することを特徴とする流体処理方法。
7. 請求項６に記載の流体処理方法であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体を充填したものであり、
   前記外照式が、前記反応槽の少なくとも一部に前記発光体として面状発光体を被覆したものであることを特徴とする流体処理方法。
8. 請求項６に記載の流体処理方法であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として粒状発光体を充填したものであり、
   前記外照式が、前記反応槽自体の少なくとも一部を前記発光体としたものであることを特徴とする流体処理方法。
9. 請求項７または８に記載の流体処理方法であって、
   前記内照式が、前記反応槽に前記発光体として２種類以上の粒状発光体を、前記被処理流体の流通方向に対してそれぞれ層状に充填したものであることを特徴とする流体処理方法。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の流体処理方法であって、
    前記内照式の発光体と前記外照式の発光体とは、ピーク発光波長が異なることを特徴とする流体処理方法。