JP2018122044A - Air bubble stirring type ultraviolet irradiation method and device - Google Patents

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出口 憲一郎
Kenichiro Deguchi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ultraviolet irradiation method and device capable of irradiating ultraviolet irradiation amount needed with corresponding to ultraviolet permeability of a stock solution.SOLUTION: In an ultraviolet irradiation method for flowing a stock solution 3 which is a target for ultraviolet irradiation through a spiral tube 22 having ultraviolet permeability and irradiating ultraviolet to the stock solution from an outside of spiral of the spiral tube 22, a gas is blown to the stock solution 3. The gas is at least one of gas selected from air, oxygen gas including ozone, carbonic acid gas, inert gas or specific gas suitable for generating, decomposing or chemically changing a target material by an optical chemical reaction on a specific material in the stock solution. Further it is preferable that a fine photocatalyst is added to the stock solution in the case that the optical chemical reaction is utilized.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、気泡攪拌式の紫外線照射方法及び装置に係り、特に、被処理液である原液に紫外線を照射して原液中の病原体を死滅又は不活化して無害化する技術、あるいは原液に紫外線を照射して原液中の特定成分を光化学反応により変性させる光化学反応技術、例えば目的成分の生成、合成、異性化、酸化、重合する技術、又は分解するなどの技術に用いる紫外線照射方法及び装置に関する。   The present invention relates to a bubble stirring type ultraviolet irradiation method and apparatus, and in particular, a technique for irradiating ultraviolet rays to a stock solution that is a liquid to be treated to kill or inactivate pathogens in the stock solution, or ultraviolet rays to the stock solution. UV irradiation method and apparatus used in photochemical reaction technology for modifying specific components in the stock solution by photochemical reaction, such as technology for generating, synthesizing, isomerizing, oxidizing, polymerizing, or decomposing target components .

紫外線照射装置は、例えば、ヒトを含む動物の健康を損なう恐れがある細菌(細菌などの生物やウイルス)等の病原体が含まれる飲料液体、食品、それらに添加する添加物など(以下、液状食品等という。)に、紫外線を照射して液状食品等に含まれる病原体を無害化するのに用いられる。また、液状食品等に、紫外線を照射して液状食品等に含まれる特定成分を光化学反応により、有用成分(例えば、ビタミンなど)を生成させ、あるいは味や臭いに影響する成分を生成又は化学変化させるのに用いられる。さらに、光化学反応技術には、紫外線により特定成分の合成、異性化、酸化、重合、又は特定成分の分解などの技術がある。   Ultraviolet irradiation devices include, for example, beverage liquids and foods containing pathogens such as bacteria (organisms such as bacteria and viruses) that may impair the health of animals including humans, additives added to them (hereinafter referred to as liquid foods) Etc.) is used to detoxify pathogens contained in liquid foods by irradiating with ultraviolet rays. In addition, ultraviolet light is irradiated to liquid foods, etc., to generate useful components (for example, vitamins, etc.) by photochemical reaction of specific components contained in liquid foods, etc., or to generate or chemically change components that affect taste and odor Used to make Furthermore, the photochemical reaction technique includes techniques such as synthesis, isomerization, oxidation, polymerization, or decomposition of a specific component by ultraviolet rays.

また、病原体の無害化技術と光化学反応技術を区別せず、それらを複合的に利用する技術が提案されている。例えば、水(用水、上水、下水、再生水、排水、等)に含まれる病原体を紫外線照射により無害化する。さらに、それらの水に含まれる有機物などの特定成分(有害物等)に紫外線を照射して、有害物を光化学反応により分解して無害化するために、それらの水にオゾンを注入し、オゾンの光化学反応を促進して効率的に水を無害化することが提案されている。   In addition, there has been proposed a technique that uses a combination of pathogen detoxification techniques and photochemical reaction techniques without distinguishing them. For example, pathogens contained in water (use water, clean water, sewage, reclaimed water, drainage, etc.) are rendered harmless by ultraviolet irradiation. Furthermore, in order to decompose and detoxify harmful substances by photochemical reaction by irradiating specific components such as organic substances (hazardous substances) contained in the water with ultraviolet rays, ozone is injected into the water. It has been proposed to make the water harmless by promoting the photochemical reaction.

ところで、病原体を無害化する技術において、例えば、スラリー状のものを含む液状食品等の場合は、塩素やオゾンなどの薬液等による処理が適さないもの、あるいは所定の加熱温度では無害化できない病原体、例えば芽胞などが含まれているものがある。特に、液状食品等を所定温度以上に加熱すると、味、香り、風味が変質して液状食品等の価値が損なわれるものがある。   By the way, in the technology for detoxifying pathogens, for example, in the case of liquid foods including slurries, those that are not suitable for treatment with chemicals such as chlorine and ozone, or pathogens that cannot be detoxified at a predetermined heating temperature, For example, some contain spores. In particular, when a liquid food or the like is heated to a predetermined temperature or higher, the taste, fragrance, and flavor are altered and the value of the liquid food or the like is impaired.

これに対し、紫外線照射による病原体の無害化処理は、基本的に液状食品等を加熱して病原体を無害化するものではないから、加熱に比べて一般的に設備費や維持費が安価であるという利点がある。ところが、紫外線照射による病原体の無害化処理は、処理対象の原液全体で考えると、全ての原液が紫外線照射を均等に受けることは、原理上難しい。すなわち、原液全体を微小流体隗(要素)に分割して考えると、原液が流通される装置の流路内における微小流体隗の流通経路、その流通経路に照射される紫外線照射量の違いなどによって、それぞれの微小流体隗が受ける紫外線照射量は異なってくる。   On the other hand, the pathogen detoxification treatment by ultraviolet irradiation does not basically detoxify the pathogen by heating liquid food or the like, and therefore generally has lower equipment costs and maintenance costs than heating. There is an advantage. However, the pathogen detoxification treatment by ultraviolet irradiation is difficult in principle for all the undiluted solutions to receive the ultraviolet irradiation evenly in consideration of the whole undiluted solution to be treated. That is, considering the whole stock solution divided into microfluidic soot (elements), depending on the flow path of the microfluidic soot in the flow path of the device through which the stock solution is circulated, the difference in the amount of ultraviolet radiation irradiated to the flow route, etc. The amount of UV irradiation received by each microfluidic cage varies.

一般に、原液全体の微小流体隗ごとの紫外線照射量を収集して統計処理すると、全微小流体隗の紫外線照射量は分布(例えば、正規分布)したものとなる。この紫外線照射量分布は、例えば、原液の紫外線透過率が低くなるほど紫外線照射量の分布幅(通常、半値幅で表す。)が大きくなる。したがって、紫外線照射量の分布幅が大きいと、紫外線照射量が低照射量の微小流体隗が多くなり、紫外線照射装置から排出される原液全体でみると、所定の紫外線照射量の処理を受けないで排出されるという不都合がある。そこで、所定の紫外線照射量の処理を施すことができる紫外線照射量分布となるように、紫外線照射方法及び装置の性能設計をする必要がある。   In general, when the ultraviolet irradiation amount of each microfluidic bottle in the whole stock solution is collected and statistically processed, the ultraviolet irradiation amount of all the microfluidic bottles is distributed (for example, a normal distribution). For example, as the ultraviolet ray transmittance of the stock solution decreases, the ultraviolet ray irradiation amount distribution width (usually expressed by a half-value width) increases. Therefore, if the distribution range of the UV irradiation amount is large, the amount of microfluids with a low UV irradiation amount increases, and the whole undiluted solution discharged from the UV irradiation device is not subjected to the predetermined UV irradiation processing. It is inconvenient to be discharged at Therefore, it is necessary to design the performance of the ultraviolet irradiation method and apparatus so as to obtain an ultraviolet irradiation distribution that can be processed with a predetermined ultraviolet irradiation.

ここで、紫外線照射量分布の技術的な意味について、さらに説明する。紫外線照射装置の流路に連続して原液を流通して紫外線を照射する場合、原液が受ける紫外線照射量は原液が通過する流路内の位置(主として、紫外線光源からの距離)における紫外線強度、及びその紫外線強度の紫外線を原液が受光する時間(滞留時間)によってまちまちになる。例えば、紫外線照射装置の流路内の原液の流れを動的に解析するため、周知の有限要素法などの手法を用い、解析要素として原液の流れに微小流体塊を設定する。また、微小流体塊が受ける紫外線照射量は、微小流体塊が流通する微小流路における紫外線強度と、その微小流路を通過する時間である微小滞留時間との積に相関する。そこで、原液が紫外線照射装置に流入してから流出されるまで流通する微小流路における紫外線強度と微小滞留時間に基づいて、微小流体塊ごとに紫外線照射量の積算値を求めて各微小流体隗の紫外線照射量を得る。これにより、原液全体の各微小流体塊が受ける紫外線照射量の集合が得られ、これにより原液全体の各微小流体塊の紫外線照射量の分散を統計的に求めることによって、原液全体の微小流体塊の紫外線照射量の分布が分かる。   Here, the technical meaning of the UV irradiation amount distribution will be further described. When irradiating ultraviolet light by continuously passing the stock solution through the flow path of the ultraviolet irradiation device, the ultraviolet irradiation amount received by the stock solution is the ultraviolet intensity at the position in the flow path through which the stock solution passes (mainly the distance from the ultraviolet light source), The time varies depending on the time (residence time) in which the undiluted solution receives ultraviolet rays having the ultraviolet intensity. For example, in order to dynamically analyze the flow of the stock solution in the flow path of the ultraviolet irradiation device, a technique such as a well-known finite element method is used to set a microfluid mass in the flow of the stock solution as an analysis element. The amount of ultraviolet irradiation received by the microfluidic mass correlates with the product of the ultraviolet intensity in the microchannel through which the microfluidic mass circulates and the micro residence time, which is the time for passing through the microchannel. Therefore, based on the ultraviolet intensity and the minute residence time in the microchannel through which the stock solution flows from the inflow to the outflow of the ultraviolet irradiation device, the integrated value of the ultraviolet irradiation amount is obtained for each microfluidic mass and each microfluidic fluid is obtained. The amount of UV irradiation is obtained. As a result, a set of ultraviolet irradiation doses received by each microfluidic mass of the whole stock solution is obtained, and by this, the dispersion of the ultraviolet irradiation doses of each microfluidic mass of the whole stock solution is obtained statistically, thereby obtaining the microfluidic mass of the whole stock solution. You can see the distribution of UV irradiation amount.

例えば、原液の紫外線透過率が高い場合は、紫外線が原液にほとんど吸収されないので、原液が通過する微小流路の位置(紫外線光源からの距離)にかかわらず、微小流体塊が受光する紫外線強度はほぼ一様となる。そのため、どの位置の微小流路を通過しても、微小流体塊が受ける紫外線強度の差は比較的小さいから、原液全体の微小流体塊の紫外線照射量分布の幅が比較的狭くなる。これにより、紫外線が原液全体に均一に照射されていることが分かる。   For example, when the stock solution has a high UV transmittance, the UV light is hardly absorbed by the stock solution, so the UV intensity received by the microfluid mass regardless of the position of the microchannel (distance from the UV light source) through which the stock solution passes is Almost uniform. For this reason, the difference in ultraviolet intensity received by the microfluidic mass is relatively small regardless of the position of the microchannel, so the width of the ultraviolet irradiation distribution of the microfluidic mass of the entire stock solution is relatively narrow. Thereby, it turns out that the ultraviolet-ray is uniformly irradiated to the whole undiluted | stock solution.

一方、原液の紫外線透過率が低い場合は、紫外線が原液に大きく吸収される。そのため、微小流体塊が紫外線の光源に近い位置を通過するほど受光する紫外線強度が指数関数的に増大する。逆に、紫外線の光源から遠い位置を流通する微小流体塊は、途中の光路の他の微小流体隗で紫外線が吸収されることから、受光する紫外線強度は指数関数的に低下する。そのため、紫外線透過率の高い原液に比べて原液全体の紫外線照射量分布の幅は広くなる。その結果、原液全体に対する紫外線照射量が不均一で、所定の紫外線照射量が照射されず、原液全体として無害化率等の紫外線処理効果が得られないことがある。   On the other hand, when the ultraviolet transmittance of the stock solution is low, the ultraviolet light is largely absorbed by the stock solution. Therefore, the intensity of the received ultraviolet light increases exponentially as the microfluid mass passes through a position closer to the ultraviolet light source. On the contrary, in the microfluid mass that circulates in a position far from the ultraviolet light source, the ultraviolet light is absorbed by other microfluids in the optical path on the way, so that the intensity of the received ultraviolet light decreases exponentially. Therefore, the width of the UV irradiation amount distribution of the whole stock solution is wider than that of a stock solution having a high UV transmittance. As a result, the amount of ultraviolet irradiation with respect to the whole stock solution is not uniform, and a predetermined amount of ultraviolet light irradiation is not irradiated, and the whole stock solution may not be able to obtain an ultraviolet treatment effect such as a detoxification rate.

ここで、原液全体としての病原体の所定の無害化率や分解率などの処理効果を得ることを前提とすると、紫外線照射量分布の幅が広い場合は、低照射量部においても所定の紫外線照射量を確保する必要がある。そのため、原液の紫外線透過率が低いほど、滞留時間を増加させるか、紫外線光源の数や紫外線強度を増大させるなどにより、原液全体の紫外線照射量を増加させる必要がある。   Here, assuming that treatment effects such as a predetermined detoxification rate and degradation rate of the pathogen as a whole stock solution are obtained, if the range of the UV irradiation dose distribution is wide, the predetermined UV irradiation is applied even in the low dose portion. It is necessary to secure the amount. Therefore, it is necessary to increase the ultraviolet irradiation amount of the whole stock solution by increasing the residence time or increasing the number of UV light sources and the UV intensity as the UV transmittance of the stock solution is low.

しかし、単純に紫外線光源の数や紫外線強度を増大させると、紫外線照射量分布の高照射量部(特にピーク部)の紫外線照射量が過大となると、味、香り、風味などの液状食品等の価値を損なうとともに、コストパフォーマンスを低下させる原因となる。そのため、高照射量部(特にピーク部)の紫外線照射量を増大させることなく、紫外線照射量分布を改善する技術開発が要請される。例えば、上水などは、一般に紫外線の透過率が高いので、コストパフォーマンスが十分に高いことから、紫外線照射による殺菌あるいは無害化の技術が一般に広く用いられている。しかし、液状食品等の原液は、紫外線透過率が極めて小さいものから中程度のものなど広く分布しているため、殺菌、無害化、分解等に適用するために、紫外線照射量分布を改善するなどの紫外線照射に係る技術の改良・工夫が要望される。   However, simply increasing the number of UV light sources and the UV intensity will cause excessive UV irradiation in the high irradiation part (especially peak part) of the UV irradiation distribution, resulting in liquid foods such as taste, aroma and flavor. It is a cause of deteriorating value and lowering cost performance. Therefore, there is a demand for technical development that improves the ultraviolet irradiation distribution without increasing the ultraviolet irradiation amount of the high irradiation portion (particularly the peak portion). For example, clean water or the like generally has a high ultraviolet light transmittance, so that its cost performance is sufficiently high. Therefore, a technique of sterilization or detoxification by ultraviolet irradiation is generally widely used. However, stock solutions such as liquid foods are widely distributed, such as those with extremely low to moderate UV transmittance, so that the UV irradiation dose distribution is improved for application to sterilization, detoxification, decomposition, etc. Improvement and ingenuity of technology related to ultraviolet irradiation are required.

一方、光化学反応に利用される紫外線照射装置の場合も、光化学反応処理の対象となる原液は、紫外線透過率が極めて小さいものから中程度のものなど広く分布するため、液状食品等と同様に紫外線照射量分布を改善するなどの紫外線照射に係る技術の改良・工夫が要望されている。   On the other hand, in the case of an ultraviolet irradiation device used for photochemical reaction, the stock solution to be subjected to the photochemical reaction treatment is widely distributed from extremely low to medium ultraviolet transmittance. There is a demand for improvements and ingenuity related to ultraviolet irradiation, such as improving the dose distribution.

例えば、特許文献1には、紫外線を照射する原液が流通される紫外線透過性のスパイラルチューブの径を細くし、かつ螺旋状に巻いて形成された紫外線照射装置が提案されている。これによれば、スパイラルチューブの径が細いから、紫外線透過率が低い原液でもスパイラルチューブの中心部の原液に照射される紫外線照射量を高く確保できる。これにより、紫外線照射量分布を改善、すなわち紫外線照射量分布の幅を狭くすることができる。また、螺旋状のスパイラルチューブを流れる間に、螺旋流による遠心力等の作用により原液が攪拌され、その攪拌作用により紫外線透過率が低い原液でもスパイラルチューブの紫外線が照射される壁面近傍を流通する確率が高くなる。その結果、紫外線照射量分布の幅を狭くすることができ、その結果として原液全体の紫外線照射量を増加させることができる。   For example, Patent Document 1 proposes an ultraviolet irradiation device formed by reducing the diameter of an ultraviolet ray transmitting spiral tube through which a stock solution for irradiating ultraviolet rays is distributed and winding it in a spiral shape. According to this, since the diameter of the spiral tube is thin, it is possible to secure a high ultraviolet irradiation amount to be irradiated to the stock solution in the central portion of the spiral tube even with a stock solution having a low ultraviolet transmittance. Thereby, the ultraviolet irradiation amount distribution can be improved, that is, the width of the ultraviolet irradiation amount distribution can be narrowed. In addition, while flowing through the spiral tube, the stock solution is stirred by the action of centrifugal force or the like by the spiral flow, and the stirring action circulates in the vicinity of the wall surface of the spiral tube irradiated with the ultraviolet light even with a stock solution having a low ultraviolet transmittance. Probability increases. As a result, the width of the ultraviolet ray irradiation amount distribution can be narrowed, and as a result, the ultraviolet ray irradiation amount of the whole stock solution can be increased.

特開2013−158717号公報JP 2013-158717 A

ところで、特許文献1に記載された紫外線照射装置は、紫外線透過率が低い原液であっても、紫外線照射量を増大させることができるが、さらに紫外線透過率が低い原液に対する紫外線照射量を増大させるとともに、紫外線照射量分布の幅を狭くすることが望まれている。すなわち、無害化対象又は光化学反応対象の原液には、紫外線透過率が極めて小さいものから中程度のものなど広く分布している。言い換えれば、原液そのものあるいは原液に含まれる懸濁物質や、その濃度の違い等によって、紫外線透過率(あるいは紫外線吸収率)が種々異なっている。そこで、それら原液の紫外線透過率に対応して、紫外線照射量分布をさらに改善し、原液全体として所定範囲の紫外線照射量を照射可能な紫外線照射方法及び装置が要望されている。   By the way, the ultraviolet irradiation device described in Patent Document 1 can increase the amount of ultraviolet irradiation even in a stock solution having a low ultraviolet transmittance, but further increases the amount of ultraviolet irradiation with respect to a stock solution having a low ultraviolet transmittance. At the same time, it is desired to narrow the width of the UV irradiation distribution. That is, the stock solution to be detoxified or subjected to photochemical reaction is widely distributed, such as one having an extremely low UV transmittance and a medium one. In other words, the ultraviolet light transmittance (or ultraviolet light absorption rate) varies depending on the stock solution itself or the suspended matter contained in the stock solution, the difference in concentration, and the like. Accordingly, there is a need for an ultraviolet irradiation method and apparatus that can further improve the ultraviolet irradiation distribution in accordance with the ultraviolet transmittance of these undiluted solutions and can irradiate the entire range of ultraviolet irradiation amounts within a predetermined range.

ところで、上述では、原液の紫外線透過率に基づいて、原液に照射される紫外線照射量という用語を用いて説明したが、本発明に係る技術分野では、原液中の特定物質あるいは気体(ガス)等に吸収された紫外線量という概念の紫外線吸収量という用語が用いられる場合がある。また、これに対応する紫外線吸収量分布という用語も用いられる。原液中の病原体の無害化技術の場合は、微小流体隗の単位表面積当たり(例えば、紫外線ランプのUV出力換算で、mj/cm)の紫外線照射量で評価するのが一般的である。一方、原液中の特定物質の光化学反応技術の場合は、微小流体隗の単位体積当たり(例えば、紫外線ランプのUV出力換算で、mj/cm)の紫外線吸収量で評価するのが一般的である。 By the way, in the above description, based on the ultraviolet transmittance of the stock solution, the term UV irradiation amount applied to the stock solution has been described. However, in the technical field according to the present invention, a specific substance or gas (gas) in the stock solution, etc. In some cases, the term “absorbed amount of ultraviolet rays” is used. In addition, the term ultraviolet ray distribution corresponding to this is also used. In the case of a technique for detoxifying a pathogen in a stock solution, the evaluation is generally performed by an ultraviolet irradiation amount per unit surface area of a microfluidic tub (for example, mj / cm 2 in terms of UV output of an ultraviolet lamp). On the other hand, in the case of a photochemical reaction technique for a specific substance in a stock solution, it is common to evaluate the UV absorption amount per unit volume of a microfluidic soot (for example, mj / cm 3 in terms of UV output of an ultraviolet lamp). is there.

しかし、病原体の無害化技術の場合であっても、原液の紫外線透過率が低い場合は、光源から遠い微笑流体隗が受ける紫外線量は途中の微小流体隗で吸収されるから、原液の紫外線吸光度の概念を用いる方が適切に説明できる。   However, even in the case of pathogen detoxification technology, if the UV transmittance of the stock solution is low, the amount of UV light received by the smiley fluid bottle far from the light source is absorbed by the microfluid bottle in the middle. This can be explained more appropriately.

紫外線透過率UVTは、紫外線照射対象である原液の紫外線吸光度αの関数で次式(1)のように表される。
UVT=10―α (1)
吸光度αは、紫外線が原液を透過する際に吸収される度合いを示す値であり、(1)式から明らかなように、吸光度αが大きくなるにつれて、紫外線透過率UVTが指数関数的に減少する。つまり、紫外線透過率は紫外線吸光度と表裏の関係にあるから、紫外線照射技術においては実質的に同様の概念である。したがって、病原体の無害化技術の場合は、紫外線が病原体である菌等に照射されて病原体が死滅又は不活化されるが、光源からの距離に応じた原液の紫外線吸光度に応じて微小流体隗の表面に照射される紫外線照射量が低下する。そこで、原液の紫外線吸光度を考慮し、光源からの距離によって変化する紫外線照射量を評価するのが好ましい。特に、本発明は、紫外線透過率が低い、つまり紫外線吸光度が高い原液(スラリーなども含む)を処理対象とする場合は、紫外線が原液で吸収されるので、光化学反応技術に適用しない場合であっても、原液の紫外線吸光度を考慮して対応する必要がある。
The ultraviolet transmittance UVT is expressed by the following equation (1) as a function of the ultraviolet absorbance α of the stock solution to be irradiated with ultraviolet rays.
UVT = 10 (1)
The absorbance α is a value indicating the degree to which ultraviolet rays are absorbed when passing through the undiluted solution, and as is clear from the equation (1), as the absorbance α increases, the ultraviolet transmittance UVT decreases exponentially. . That is, since the ultraviolet transmittance has a relationship between the front and back of the ultraviolet absorbance, the concept is substantially the same in the ultraviolet irradiation technology. Therefore, in the case of pathogen detoxification technology, the pathogen is killed or inactivated by irradiating the pathogen with germs, etc., but the microfluidic sputum depends on the UV absorbance of the stock solution according to the distance from the light source. The amount of ultraviolet irradiation applied to the surface decreases. Therefore, it is preferable to evaluate the amount of ultraviolet irradiation that varies depending on the distance from the light source in consideration of the ultraviolet absorbance of the stock solution. In particular, the present invention is a case where a raw solution (including slurry) having a low ultraviolet transmittance, that is, a high ultraviolet absorbance is used as a processing target, because ultraviolet rays are absorbed by the raw solution, and thus is not applied to the photochemical reaction technique. However, it is necessary to take into account the ultraviolet absorbance of the stock solution.

そこで、本明細書においては、紫外線透過率に代えて紫外線吸収量という用語を用いて本発明を説明するものとする。また、紫外線吸収量分布は、紫外線吸光度を考慮した場合の紫外線照射量分布と実質的に同義であるから、紫外線照射量分布という用語を用いて説明するものとする。   Therefore, in the present specification, the present invention will be described using the term ultraviolet absorption amount instead of ultraviolet transmittance. Further, since the ultraviolet absorption distribution is substantially synonymous with the ultraviolet irradiation distribution when the ultraviolet absorbance is taken into account, the ultraviolet absorption distribution will be described using the term ultraviolet irradiation distribution.

本発明が解決しようとする課題は、紫外線照射対象の原液を紫外線透過性のスパイラルチューブに流通して紫外線を照射するに際し、原液の紫外線吸光度(又は、紫外線透過率)、に応じて紫外線照射量分布をさらに改善でき、原液全体に所定の紫外線照射量を照射可能な紫外線照射方法及び装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is that when the stock solution to be irradiated with ultraviolet rays is circulated through an ultraviolet light permeable spiral tube and irradiated with ultraviolet rays, the amount of UV irradiation depends on the UV absorbance (or UV transmittance) of the stock solution. An object of the present invention is to provide an ultraviolet irradiation method and apparatus capable of further improving the distribution and capable of irradiating the entire stock solution with a predetermined ultraviolet irradiation amount.

上記の課題を解決するため、本発明の紫外線照射方法は、紫外線照射対象の原液を螺旋状に巻かれた紫外線透過性を有するスパイラルチューブに流通し、該スパイラルチューブの螺旋の内側と外側の少なくとも一方から紫外線を前記原液に照射する紫外線照射方法において、前記原液に気体を吹込むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the ultraviolet irradiation method of the present invention distributes a stock solution to be irradiated with ultraviolet rays through a spiral tube having ultraviolet transparency wound spirally, and at least the inner and outer sides of the spiral of the spiral tube. In the ultraviolet irradiation method of irradiating the stock solution with ultraviolet light from one side, a gas is blown into the stock solution.

このように、原液に気体を吹込むと、吹込まれた気体により液中に気泡が形成される。この気泡により原液が気液混相流となる。その気液混相流の攪拌作用等により、スパイラルチューブ内を流れる微小流体隗の流通経路がさまざま変化する。そのため、微小流体隗が受ける紫外線照射量を比較的均一な範囲に収めて、原液に高効率で紫外線照射することが可能になる。その結果、原液の紫外線吸光度に対応して気泡による攪拌作用を調整することにより、紫外線照射量分布の幅をさらに狭くすることができ、原液に対する紫外線照射量を高効率で増大させて、原液全体に所定の紫外線照射量を照射することができる。   Thus, when gas is blown into the stock solution, bubbles are formed in the liquid by the blown gas. Due to the bubbles, the stock solution becomes a gas-liquid mixed phase flow. Due to the stirring action of the gas-liquid mixed phase flow, the flow path of the microfluids flowing through the spiral tube changes variously. Therefore, it is possible to irradiate the stock solution with ultraviolet rays with high efficiency by keeping the amount of ultraviolet rays received by the microfluidic soot within a relatively uniform range. As a result, by adjusting the stirring action by bubbles corresponding to the UV absorbance of the stock solution, the width of the UV dose distribution can be further narrowed, and the UV dose to the stock solution can be increased with high efficiency and the whole stock solution Can be irradiated with a predetermined ultraviolet irradiation amount.

また、原液が螺旋状に巻かれたスパイラルチューブを流通する際に、螺旋流による原液の攪拌作用に加えて、気泡による攪拌作用により効果的に原液が攪拌されることにより、紫外線照射量分布の幅(半値幅)を一層狭くする方向に改善されるから、紫外線照射量を高めることが可能になる。さらに吹込む気泡のパラメータ(後述する。)を調整することにより、原液の紫外線吸光度に対応して紫外線照射量を高効率で調整できる。すなわち、紫外線照射量分布又は紫外線吸収量分布の幅を狭くして、紫外線照射量を増大させるには、スパイラルチューブ内における原液の攪拌が大きな因子である。   In addition, when the stock solution circulates in a spiral tube in which the stock solution is spirally wound, in addition to the stirring action of the stock solution by the spiral flow, the stock solution is effectively stirred by the stirring action of bubbles, so that Since the width (half width) is improved in the direction of further narrowing, it is possible to increase the amount of ultraviolet irradiation. Furthermore, by adjusting the parameters of bubbles to be blown (described later), the amount of ultraviolet irradiation can be adjusted with high efficiency corresponding to the ultraviolet absorbance of the stock solution. That is, stirring the undiluted solution in the spiral tube is a major factor in increasing the UV irradiation amount by narrowing the UV irradiation amount distribution or UV absorption amount distribution.

ここで、本発明における気泡による原液の攪拌作用について具体的に説明する。一般に、スパイラルチューブの内壁に接する極めて薄い領域(以下、極薄領域という。)の原液には、紫外線透過性の高いスパイラルチューブを介して紫外線が効果的に照射される。しかし、原液の紫外線吸光度が高いと、極薄領域のチューブ中心側を流れる原液には、十分に紫外線が届かないことがある。しかも、チューブ内壁に接する極薄領域の原液の流れはチューブ内壁に接した安定な流れであり、チューブの中心部側を流れる原液と混合し難い。このような現象に鑑み、本発明は、スパイラルチューブを流れる原液に気泡を吹込み、スパイラルチューブ内壁に接して安定して流れる極薄領域の原液層を、気泡によりスパイラルチューブ内壁から剥離させることにより、極薄領域の原液層を入れ替えて原液を攪拌することを特徴とする。つまり、気泡によってスパイラルチューブ内壁の安定した原液層が剥離され、剥離された後の内壁に新たな原液層が形成される。このようにして、入れ替わり形成される新たな原液層に紫外線が照射され、全体として原液に対する紫外線照射率が向上して紫外線照射量分布を改善することができる。さらに、原液中における浮力による気泡の挙動により、原液の攪拌効率が高められるので、紫外線照射量分布を一層改善することができる。   Here, the stirring effect | action of the undiluted | stock solution by the bubble in this invention is demonstrated concretely. In general, an undiluted solution in an extremely thin region (hereinafter referred to as an ultrathin region) in contact with the inner wall of the spiral tube is effectively irradiated with ultraviolet rays through the spiral tube having high ultraviolet transmittance. However, if the ultraviolet light absorbance of the stock solution is high, UV light may not reach the stock solution flowing on the tube center side in the extremely thin region. Moreover, the flow of the undiluted solution in contact with the inner wall of the tube is a stable flow in contact with the inner wall of the tube, and is difficult to mix with the undiluted solution flowing on the center side of the tube. In view of such a phenomenon, the present invention blows bubbles into the stock solution flowing through the spiral tube, and peels off the stock layer in the ultrathin region that flows stably in contact with the inner wall of the spiral tube from the inner wall of the spiral tube. The undiluted solution layer in the ultrathin region is replaced and the undiluted solution is stirred. That is, the stable stock solution layer on the inner wall of the spiral tube is peeled off by the bubbles, and a new stock solution layer is formed on the inner wall after the peeling. In this way, the ultraviolet rays are irradiated to the new stock solution layer formed by replacement, and the ultraviolet ray irradiation rate with respect to the stock solution is improved as a whole, and the ultraviolet ray irradiation amount distribution can be improved. Furthermore, since the stirring efficiency of the stock solution is enhanced by the behavior of bubbles due to buoyancy in the stock solution, the UV irradiation dose distribution can be further improved.

さらに、上述の攪拌作用に加えて、気泡により紫外線照射量が増大される他の作用について説明する。気泡は紫外線透過率が原液に比べてはるかに高いから、スパイラルチューブ内壁近傍の気泡に照射された紫外線が気泡内で乱反射して、気泡に接する原液に照射されるので、気泡の表面積により紫外線が照射される原液の照射面積が増加したことになり、原液に対する紫外線照射量を増大させることができる。   Furthermore, in addition to the stirring action described above, another action for increasing the amount of ultraviolet irradiation by bubbles will be described. Since bubbles have a much higher ultraviolet transmittance than the stock solution, the ultraviolet rays irradiated to the bubbles near the inner wall of the spiral tube are diffusely reflected in the bubbles and irradiated to the stock solution in contact with the bubbles. This means that the irradiation area of the irradiated stock solution is increased, and the amount of ultraviolet irradiation with respect to the stock solution can be increased.

このように、スパイラルチューブに原液を流し、その原液に気体を吹込んで形成される気泡による複合的な相乗作用により、本発明によれば、原液の実質的な紫外線吸光度を著しく低減することができ、気体を吹込まない従来法に比べて、原液に対する紫外線照射量を著しく増大させることができる。また、気泡の種々のパラメータ(例えば、原液に対する気泡の量(体積比)、気泡の粒径、気体の種類、等々)を、原液の紫外線吸光度の違いに応じて調整することにより、異なる紫外線吸光度の原液に対しても、紫外線照射量分布の幅を狭くすることによって高効率な紫外線照射が可能となる。特に、照射する無害化対象又は光化学反応対象の原液に対応させて、過剰照射や過小照射を極力減らして必要な紫外線照射量に調整することができる。   Thus, according to the present invention, the substantial ultraviolet absorbance of the stock solution can be significantly reduced by the combined synergistic action of the bubbles formed by flowing the stock solution into the spiral tube and blowing the gas into the stock solution. Compared with the conventional method in which no gas is blown, the amount of ultraviolet irradiation with respect to the stock solution can be remarkably increased. In addition, by adjusting various parameters of bubbles (for example, the amount (volume ratio) of bubbles to the stock solution, the particle size of the bubbles, the type of gas, etc.) according to the difference in the UV absorbance of the stock solution, different UV absorbance Even for this undiluted solution, high-efficiency ultraviolet irradiation can be performed by narrowing the width of the ultraviolet irradiation amount distribution. In particular, it is possible to adjust to the necessary UV irradiation amount by reducing excessive irradiation and under irradiation as much as possible in accordance with the detoxification target or photochemical reaction target stock solution to be irradiated.

また、スパイラルチューブを流通して紫外線照射により処理された処理液は、大気圧の処理液タンクに排出することができる。このとき、原液に吹込まれた気体(気泡)は、原液の圧力と大気圧との差圧に応じて処理液から自ずと脱気される。なお、差圧が大きいときは脱気が急激に行われるので、処理液タンク内の処理液が激しく波打つ場合がある。この場合は、処理液タンクを密閉型にし、圧力調整弁により脱気速度を調整することが好ましい。一方、自然脱気では時間がかかるときは、必要に応じて、真空引きにより脱気することが好ましい。   Further, the processing liquid that has been distributed through the spiral tube and processed by ultraviolet irradiation can be discharged into a processing liquid tank at atmospheric pressure. At this time, the gas (bubbles) blown into the stock solution is naturally degassed from the treatment solution according to the differential pressure between the pressure of the stock solution and the atmospheric pressure. Note that, when the differential pressure is large, degassing is performed rapidly, so that the processing liquid in the processing liquid tank may swell violently. In this case, it is preferable that the treatment liquid tank is sealed and the deaeration speed is adjusted by the pressure adjustment valve. On the other hand, when natural deaeration takes time, it is preferable to deaerate by vacuuming as necessary.

ここで、吹込む気体は、空気、酸素ガス(オゾンを含む)、炭酸ガス、不活性ガス(例えば、窒素ガスなど)、原液中の特定物質を光化学反応で目的物質を生成するのに適した特定ガスの中から選択した少なくとも1つとする。つまり、紫外線の照射目的に適した1種類又は複数種類の気体を選択することが好ましい。特に、気体の選択は、原液である液状食品等の品質低下又は光化学反応に悪影響を及ぼさないものが望ましい。例えば、原液に溶解しにくい気体、酸化しやすい液状食品等の場合は炭酸ガスなどの酸化しにくい気体あるいは窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。さらにまた、光化学反応に適用する場合は、光化学反応に適した気体を選択するのは当然である。   Here, the gas to be blown is suitable for generating a target substance by photochemical reaction of a specific substance in air, oxygen gas (including ozone), carbon dioxide gas, inert gas (for example, nitrogen gas), or a stock solution. At least one selected from the specific gas. That is, it is preferable to select one or more kinds of gases suitable for the purpose of irradiation with ultraviolet rays. In particular, it is desirable that the gas be selected so as not to adversely affect the quality degradation or photochemical reaction of the liquid food as the stock solution. For example, in the case of a gas that is difficult to dissolve in the stock solution, a liquid food that is easily oxidized, a gas that is difficult to oxidize, such as carbon dioxide, or an inert gas such as nitrogen gas is preferred. Furthermore, when applying to a photochemical reaction, it is natural to select a gas suitable for the photochemical reaction.

例えば、オゾンをエジェクタ等で紫外線照射装置に注入し、気液混相流としてスパイラルチューブ22内を流通させる。これにより、オゾン気泡の浮力によるショートパスを防ぐことができる。また、気液混相流の遠心力と慣性力とオゾン気泡の浮力の複合的な作用により、オゾン気泡から液相に高効率にオゾンが溶解し、溶存オゾン濃度を高めることができる。このように、溶存オゾンに紫外線を照射してヒドロキシラジカルを生成させ、生成されたヒドロキシラジカルにより水中の溶存有機化合物を酸化分解する反応を促進することができる。   For example, ozone is injected into the ultraviolet irradiation device with an ejector or the like, and is circulated in the spiral tube 22 as a gas-liquid mixed phase flow. Thereby, the short path | pass by the buoyancy of an ozone bubble can be prevented. Further, due to the combined action of the centrifugal force and inertial force of the gas-liquid mixed phase flow and the buoyancy of the ozone bubbles, ozone is dissolved from the ozone bubbles into the liquid phase with high efficiency, and the dissolved ozone concentration can be increased. In this way, it is possible to promote the reaction of oxidatively decomposing dissolved organic compounds in water by generating ultraviolet radicals by irradiating dissolved ozone with ultraviolet rays to generate hydroxy radicals.

また、光化学反応を促進するために、原液にフィルタ膜でろ過可能な微細粒径の光触媒粒子を添加することが好ましい。光化学反応を伴う目的物質(目的成分)の生成反応や、有害成分の分解反応を効果的に促進することができる。   In order to promote the photochemical reaction, it is preferable to add photocatalyst particles having a fine particle size that can be filtered with a filter membrane to the stock solution. The production reaction of the target substance (target component) accompanied by the photochemical reaction and the decomposition reaction of the harmful component can be effectively promoted.

本発明の紫外線照射方法を実施する紫外線照射装置は、被処理対象液体である原液を供給する原液供給配管と、該原液供給配管を流れる前記原液に気体を吹込む気体吹込み装置と、該気体吹込み装置から原液中に吹き込まれた気体の気泡を含む原液が流通される螺旋状に巻かれた紫外線透過性を有するスパイラルチューブと、該スパイラルチューブの螺旋の内側と外側の少なくとも一方に配置された紫外線光源とを備えてなる気泡攪拌式の紫外線照射装置を提案する。   An ultraviolet irradiation apparatus for carrying out the ultraviolet irradiation method of the present invention includes a stock solution supply pipe for supplying a stock solution that is a liquid to be treated, a gas blowing device for blowing gas into the stock solution flowing through the stock solution supply pipe, and the gas A spiral tube wound in a spiral shape through which a stock solution containing gas bubbles blown into the stock solution from a blowing device is circulated, and disposed on at least one of the inside and the outside of the spiral of the spiral tube A bubble stirring type ultraviolet irradiation device comprising an ultraviolet light source is proposed.

これによれば、上述した気泡攪拌式の紫外線照射方法を容易に実施することができ、上述したように、気体を原液に吹込んで形成された気泡の複合作用により、紫外線照射量分布の幅を狭くして原液に対する紫外線照射量を増大できるから、原液に吹込む気体の量等のパラメータを調整して必要な紫外線照射量に調整することができる。   According to this, the above-described bubble stirring type ultraviolet irradiation method can be easily carried out, and as described above, the width of the ultraviolet ray irradiation distribution is reduced by the combined action of bubbles formed by blowing gas into the stock solution. Since the amount of ultraviolet irradiation with respect to the stock solution can be increased by narrowing, the parameters such as the amount of gas blown into the stock solution can be adjusted to adjust to the necessary amount of ultraviolet irradiation.

本発明によれば、紫外線照射対象の原液を紫外線透過性のスパイラルチューブに流通して紫外線を照射するに際し、原液の紫外線吸光度(又は、紫外線透過率)、に応じて紫外線照射量分布をさらに改善でき、原液全体に所定の紫外線照射量を照射可能な紫外線照射方法及び装置を提供することができる。   According to the present invention, when an undiluted solution to be irradiated with ultraviolet rays is circulated through an ultraviolet light permeable spiral tube and irradiated with ultraviolet rays, the UV irradiation amount distribution is further improved according to the ultraviolet absorbance (or ultraviolet transmittance) of the undiluted solution. In addition, it is possible to provide an ultraviolet irradiation method and apparatus capable of irradiating the entire stock solution with a predetermined ultraviolet irradiation amount.

本発明の一実施形態の気泡攪拌式の紫外線照射方法を実施するのに好適な紫外線照射装置の系統構成図である。It is a system configuration | structure figure of the ultraviolet irradiation device suitable for implementing the bubble stirring type ultraviolet irradiation method of one Embodiment of this invention. 本発明の気泡攪拌式の紫外線照射装置に適用する一実施形態の紫外線照射装置の構成図である。It is a block diagram of the ultraviolet irradiation device of one embodiment applied to the bubble stirring type ultraviolet irradiation device of the present invention. 図2の矢印III−IIIから見た矢視図である。It is the arrow line view seen from the arrow III-III of FIG.

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments.

図1に示すように、本発明の一実施形態の気泡攪拌式の紫外線照射装置は、図2及び図3に示す紫外線照射装置1を中心に構成されている。原液タンク2には、被処理液である原液が貯留されている。なお、原液タンク2は省略し、原液3を図示していない供給源から直接供給するようにしてもよい。本実施形態の原液3は、粘度が高く、かつ紫外線透過率が極めて低い、つまり紫外線吸光度が高い食品等の添加物のスラリーである。原液タンク2内の原液3は、スラリー中の懸濁物質等の沈殿を防ぐため攪拌機4により攪拌されるようになっている。なお、原液3はこれに限られるものではなく、種々の液状食品等に適用できる。例えば、液状食品等に含まれる病原体に紫外線を照射して無害化する技術、あるいは液状食品等に紫外線を照射して液状食品等に含まれる特定成分の光化学反応により、有用成分(例えば、ビタミンなど)を生成させ、あるいは味や臭いに影響する成分を変化又は分解させる技術に適用することができる。また、水(上水、下水、用水、再生水、排水、等)中の有害物などを光化学反応により分解して無害化することを含む紫外線照射装置に適用することができる。   As shown in FIG. 1, the bubble stirring type ultraviolet irradiation device of one embodiment of the present invention is mainly configured by the ultraviolet irradiation device 1 shown in FIGS. The stock solution tank 2 stores a stock solution that is a liquid to be treated. The stock solution tank 2 may be omitted, and the stock solution 3 may be directly supplied from a supply source (not shown). The stock solution 3 of the present embodiment is a slurry of additives such as food having high viscosity and extremely low ultraviolet transmittance, that is, high ultraviolet absorbance. The stock solution 3 in the stock solution tank 2 is stirred by a stirrer 4 in order to prevent precipitation of suspended substances in the slurry. The stock solution 3 is not limited to this, and can be applied to various liquid foods. For example, useful ingredients (for example, vitamins, etc.) can be obtained by a technique for detoxifying pathogens contained in liquid foods by irradiating them with ultraviolet rays, or by photochemical reaction of specific ingredients contained in liquid foods by irradiating liquid foods with ultraviolet rays. ), Or a technique for changing or decomposing components that affect the taste and odor. Further, it can be applied to an ultraviolet irradiation device including decomposing and detoxifying harmful substances in water (water, sewage, irrigation water, reclaimed water, drainage, etc.) by a photochemical reaction.

原液タンク2内の原液3は吸引管5を介してポンプ6により吸引され、原液供給管7を介して紫外線照射装置1に供給されるようになっている。紫外線照射装置1を流通して紫外線が照射処理された処理液は、送液管8を介して処理液タンク9に排出されるようになっている。処理液タンク9は、密閉構造に形成され、圧力調整弁10を介して大気に開放されている。   The stock solution 3 in the stock solution tank 2 is sucked by a pump 6 through a suction tube 5 and supplied to the ultraviolet irradiation device 1 through a stock solution supply tube 7. The processing liquid that has been distributed through the ultraviolet irradiation device 1 and irradiated with ultraviolet light is discharged to the processing liquid tank 9 through the liquid feeding pipe 8. The treatment liquid tank 9 is formed in a sealed structure and is opened to the atmosphere via the pressure adjustment valve 10.

原液供給管7には、途中に気体吹込み装置11が設けられている。気体吹込み装置11は、原液供給管7中を流れる原液の一部を原液供給管7から分流して、元の原液供給管7に戻すバイパス配管12と、バイパス配管12に弁13a,13bに挟まれて設けられたエジェクタ14と、エジェクタ14の吸込み口に気体を供給する送気管15を介して連結された気体供給源16とを備えて構成されている。なお、エジェクタ14は、周知のものであり、基本構成は、原液3が流通される絞り部と、その絞り部の内面に開口して設けられた吸込み口とを有して形成される。そして、原液3の流通によってエジェクタ14の絞り部に発生する負圧によって、吸込み口から他の気体を吸い込むものである。また、送気管15には、気体吹込み量を調整する調整弁17が設けられている。本実施形態では、原液3の食品添加物のスラリーに含まれる病原体を無害化する例として、気体に空気を用いる例を説明するが、本発明は、これに限られるものではなく、気体として空気の他、酸素ガス(オゾンを含む)と、炭酸ガスと、窒素ガスを含む不活性ガスと、原液3中の特定物質を光化学反応で目的物質を生成するのに適した特定ガスの中から選択した少なくとも1つの気体を用いることができる。   The stock solution supply pipe 7 is provided with a gas blowing device 11 in the middle. The gas blowing device 11 divides a part of the stock solution flowing in the stock solution supply pipe 7 from the stock solution supply pipe 7 and returns the original stock solution supply pipe 7 to the original stock solution supply pipe 7 and the bypass pipe 12 to the valves 13a and 13b. The ejector 14 is provided with being sandwiched, and a gas supply source 16 connected via an air supply pipe 15 that supplies gas to the suction port of the ejector 14. In addition, the ejector 14 is a well-known thing, and a basic structure is formed by having the aperture | diaphragm | squeeze part through which the undiluted | stock solution 3 distribute | circulates, and the suction opening provided in the inner surface of the aperture | diaphragm | squeeze part. The other gas is sucked in from the suction port by the negative pressure generated in the throttle portion of the ejector 14 by the flow of the stock solution 3. In addition, the air supply pipe 15 is provided with an adjustment valve 17 that adjusts the gas blowing amount. In the present embodiment, as an example of detoxifying the pathogen contained in the slurry of the food additive of the stock solution 3, an example in which air is used for the gas will be described. However, the present invention is not limited to this, and the air is used as the gas. In addition, oxygen gas (including ozone), carbon dioxide gas, inert gas containing nitrogen gas, and specific substances in undiluted solution 3 are selected from specific gases suitable for generating target substances by photochemical reaction At least one gas can be used.

原液供給管7のバイパス配管12の下流側に、紫外線照射装置1に供給する原液3と気体の気液混相の流量を調整する流量調整弁18が設けられている。さらに、流量調整弁18とバイパス配管12の下流側との間の原液供給管7には、循環弁19を介して原液3を原液タンク2に循環する循環配管20が設けられている。   A flow rate adjusting valve 18 is provided on the downstream side of the bypass pipe 12 of the stock solution supply pipe 7 to adjust the flow rate of the stock solution 3 supplied to the ultraviolet irradiation device 1 and the gas-liquid mixed phase. Further, the stock solution supply pipe 7 between the flow rate adjusting valve 18 and the downstream side of the bypass pipe 12 is provided with a circulation pipe 20 that circulates the stock solution 3 to the stock solution tank 2 through a circulation valve 19.

図2及び図3を参照して、本実施形態の紫外線照射装置1を説明する。図2は、紫外線照射装置1を正面からみた内部の模式構成図であり、図3は図2を上面からみた内部の模式構成図である。図2に示すように、紫外線照射装置1は、外周面が紫外線の反射材で形成された支持パイプ21と、支持パイプ21の外周面に螺旋状に巻き付けられたスパイラルチューブ22と、スパイラルチューブ22に対向させて支持パイプ21の軸方向に平行に配置され複数の直管状の紫外線ランプ(以下、UVランプという。)23とを備え、これらの長手方向を縦にして反射ケース24の内部に収容されている。   With reference to FIG.2 and FIG.3, the ultraviolet irradiation device 1 of this embodiment is demonstrated. FIG. 2 is an internal schematic configuration diagram of the ultraviolet irradiation device 1 as viewed from the front, and FIG. 3 is an internal schematic configuration diagram of FIG. 2 as viewed from the top. As shown in FIG. 2, the ultraviolet irradiation device 1 includes a support pipe 21 whose outer peripheral surface is formed of a reflective material having ultraviolet rays, a spiral tube 22 spirally wound around the outer peripheral surface of the support pipe 21, and a spiral tube 22. And a plurality of straight tubular ultraviolet lamps (hereinafter referred to as UV lamps) 23 arranged in parallel to the axial direction of the support pipe 21, and accommodated in the reflection case 24 with their longitudinal directions being vertical. Has been.

ここで、本実施形態に示したUVランプ23は、紫外線光源(UV光源)の一つの例を示すものにすぎず、本発明のUV光源は直管状の低圧又は中圧の紫外線ランプに限られるものではない。例えば、UV−LEDモジュールやエキシマランプなど平面型のUV光源を用いてもよく、またU字型やW字型の水銀ランプを用いてもよい。さらに、UV光源から放射されるUVスペクトルはUV光源の種類によって様々であるから、殺菌や光化学反応の目的に応じてUV光源の種類を適宜選択することが好ましい。   Here, the UV lamp 23 shown in the present embodiment is merely an example of an ultraviolet light source (UV light source), and the UV light source of the present invention is limited to a straight tubular low-pressure or medium-pressure ultraviolet lamp. It is not a thing. For example, a planar UV light source such as a UV-LED module or an excimer lamp may be used, and a U-shaped or W-shaped mercury lamp may be used. Furthermore, since the UV spectrum emitted from the UV light source varies depending on the type of the UV light source, it is preferable to appropriately select the type of the UV light source according to the purpose of sterilization or photochemical reaction.

スパイラルチューブ22は、例えば、内径6φ、外径8φのフッ素樹脂製(例えば、ポリテトラフルオロエチレン製)である。しかし、スパイラルチューブ22の材料及び内径、外径はこれらに限られるものではなく、紫外線透過性を有する材料であればどのような材料(例えば、石英ガラスチューブなど)を用いてもよく、内径及び外径についても紫外線照射の処理条件等に応じて、適宜選択することが好ましい。反射ケース24は、図3に示すように、支持パイプ21のパイプ軸に直交する断面が矩形を有する直方体状に形成されている。また、反射ケース24の内面は、紫外線の反射材で形成されている。本実施形態の反射ケース24は、紫外線の反射率が高い純度の高いアルミニウム板を用いて形成されている。アルミニウム板は酸化されると反射率が大きく低下することから、反射ケース24の内面の反射率を保持するため、石英ガラスによりコーティングしたアルミニウム板を用いている。   The spiral tube 22 is made of, for example, a fluororesin (for example, made of polytetrafluoroethylene) having an inner diameter of 6φ and an outer diameter of 8φ. However, the material, the inner diameter, and the outer diameter of the spiral tube 22 are not limited to these, and any material (for example, a quartz glass tube) may be used as long as it is an ultraviolet light transmissive material. It is preferable to select the outer diameter as appropriate in accordance with the treatment conditions of the ultraviolet irradiation. As shown in FIG. 3, the reflection case 24 is formed in a rectangular parallelepiped shape whose cross section perpendicular to the pipe axis of the support pipe 21 has a rectangular shape. The inner surface of the reflection case 24 is formed of an ultraviolet reflecting material. The reflection case 24 of the present embodiment is formed using a high-purity aluminum plate having a high ultraviolet reflectance. When the aluminum plate is oxidized, the reflectance is greatly lowered. Therefore, in order to maintain the reflectance of the inner surface of the reflection case 24, an aluminum plate coated with quartz glass is used.

反射ケース24内に、スパイラルチューブ22が螺旋状に巻き付けられた支持パイプ21と、複数のUVランプ23が長手方向を縦にして収容されている。また、支持パイプ21は、上端と下端がそれぞれ支持部材32a,32bを介して、反射ケース24の天井壁と底壁に支持されている。反射ケース24の天井壁と底壁は、それぞれ補強部材25a,25bにより補強されている。また、反射ケース24は、紫外線が外部に漏れ出ないように、開口を極力少なくして形成されている。開口が必要な場合は、その開口から紫外線が漏れないように、図示していないが紫外線の漏れ光を遮断可能な遮蔽構造を有する開口にする。   A support pipe 21 in which a spiral tube 22 is wound in a spiral shape and a plurality of UV lamps 23 are accommodated in a reflective case 24 with the longitudinal direction thereof being longitudinal. The support pipe 21 is supported by the ceiling wall and the bottom wall of the reflection case 24 through support members 32a and 32b, respectively. The ceiling wall and the bottom wall of the reflection case 24 are reinforced by reinforcing members 25a and 25b, respectively. The reflection case 24 is formed with as few openings as possible so that ultraviolet rays do not leak outside. If an opening is necessary, an opening having a shielding structure (not shown) that can block the leakage light of ultraviolet rays is used so that ultraviolet rays do not leak from the opening.

反射ケース24は、箱形の直方体状の容器26の内部にベース部材27を介して収容し、支持部材28を介して容器26を床面に固定して設けられている。また、反射ケース24を容器26により包囲して紫外線が外部に漏れないようにしている。容器26の一面は全開可能な開口が設けられ、その開口は開閉可能な蓋26aで閉塞されている。なお、図示していないが、反射ケース24のスパイラルチューブ22などの収容機器類は紫外線の照射を受けて発熱する。そこで、容器26内の空気を図示していない換気装置により換気して、反射ケース24の収容機器類を冷却するようにしている。なお、換気装置には、反射ケース24内の浮遊塵埃を除去する図示していないフィルタが設けられる。   The reflection case 24 is housed inside a box-shaped rectangular parallelepiped container 26 via a base member 27 and is provided with the container 26 fixed to the floor surface via a support member 28. Further, the reflection case 24 is surrounded by a container 26 so that ultraviolet rays do not leak outside. An opening that can be fully opened is provided on one surface of the container 26, and the opening is closed by a lid 26a that can be opened and closed. Although not shown in the figure, the accommodation devices such as the spiral tube 22 of the reflection case 24 generate heat when irradiated with ultraviolet rays. Therefore, the air in the container 26 is ventilated by a ventilation device (not shown) to cool the accommodation equipment of the reflection case 24. Note that the ventilation device is provided with a filter (not shown) that removes floating dust in the reflection case 24.

支持パイプ21は、少なくとも外周面が紫外線を反射する部材で形成されている。例えば、アルミニウムパイプ又は樹脂製パイプの外周面にアルミニウム被膜を形成する。さらに、アルミニウムパイプの外周面又はアルミニウム被膜を石英ガラスでコーティング(被覆)してなる反射材が形成されている。スパイラルチューブ22は、支持パイプ21の外周面に1本又は複数本を並列にして、一重に並べて螺旋状に巻き付けられている。スパイラルチューブ22の並列本数は、原液3の処理流量、処理速度、原液3の紫外線吸光度(又は紫外線透過率)、滞留時間などの設計条件に応じて決定する。本実施形態では2本並列に巻き付けた例を示しているが、これに限られない。   The support pipe 21 is formed of a member that reflects at least an outer peripheral surface of ultraviolet rays. For example, an aluminum coating is formed on the outer peripheral surface of an aluminum pipe or resin pipe. Further, a reflecting material is formed by coating (coating) the outer peripheral surface of the aluminum pipe or the aluminum film with quartz glass. One or a plurality of spiral tubes 22 are arranged in parallel on the outer peripheral surface of the support pipe 21 and are wound in a spiral. The number of spiral tubes 22 in parallel is determined according to design conditions such as the processing flow rate of the stock solution 3, the processing speed, the ultraviolet absorbance (or ultraviolet transmittance) of the stock solution 3, and the residence time. Although this embodiment shows an example in which two are wound in parallel, the present invention is not limited to this.

UVランプ23は、直管型の水銀ランプであり、図3に示すように、支持パイプ21を挟んで反射ケース24の対向する内面24c,24dに沿って、それぞれ複数のUVランプ23を有する2つのUVランプ群A,Bに分けて配置されている。本実施形態では、UVランプ群A,Bは、それぞれ6本のUVランプ23から構成されているが、この例の本数に限られるものではなく、上述した設計条件に応じて、適切な本数を決定すればよい。   The UV lamp 23 is a straight tube type mercury lamp, and as shown in FIG. 3, each of the UV lamps 23 has a plurality of UV lamps 23 along inner surfaces 24c, 24d facing each other with the support pipe 21 therebetween. The UV lamp groups A and B are arranged separately. In the present embodiment, the UV lamp groups A and B are each composed of six UV lamps 23, but the number of UV lamps 23 is not limited to this example, and an appropriate number is selected according to the design conditions described above. Just decide.

UVランプ群A,Bは、それぞれ矩形の枠体29の上下の対向する辺部に設けられたソケット30に各UVランプ23を着脱可能に取り付けるようになっている。そして、枠体29に組付けられた複数のUVランプ23はUVランプユニットとして形成されている。また、各UVランプユニットは、図示していないが、枠体29の上下の対向する辺部を反射ケース24に着脱可能に固定するとともに、その枠体29の辺部に沿って反射ケース24及び容器26から外部に引き出せる構造になっている。つまり、反射ケース24及び容器26には、各UVランプユニットを引き出せるように開閉扉構造又は着脱可能な側壁部を設ける。なお、図3において符号31a、31bは、それぞれシール部材である。   Each of the UV lamp groups A and B is configured such that each UV lamp 23 is detachably attached to a socket 30 provided on the upper and lower opposing sides of the rectangular frame 29. The plurality of UV lamps 23 assembled to the frame body 29 are formed as UV lamp units. Although not shown, each UV lamp unit fixes the upper and lower opposing side portions of the frame body 29 to the reflection case 24 so as to be detachable, and the reflection case 24 and the side portions of the frame body 29 are attached. The container 26 can be pulled out. That is, the reflective case 24 and the container 26 are provided with an open / close door structure or a detachable sidewall so that each UV lamp unit can be pulled out. In FIG. 3, reference numerals 31a and 31b denote seal members.

次に、このように構成される本実施形態の気泡攪拌式の紫外線照射装置の動作を説明する。原液タンク2は、原液3のスラリーが沈殿しないように、また濃度が均一になるように攪拌機4を運転しておく。ポンプ6を運転して原液3を原液供給管7を介して紫外線照射装置1に供給するが、気体吹込み装置11を起動するまで、原液供給管7の流量調整弁18を閉じておき、循環弁19を開いて原液3を循環配管20を介して原液タンク2に戻し原液3を循環する。次いで、気体吹込み装置11の仕切弁13a13bを開いてバイパス配管12に原液3を流通する。気体供給源16は、気体として空気を用いる場合は、清浄な大気中に開口したフィルタを有する吸込み口であるが、他の種類の気体を用いる場合は、その気体を充填した気体ホルダ及び必要な場合は気体圧縮機などを備えて構成される。   Next, the operation of the bubble stirring type ultraviolet irradiation device of the present embodiment configured as described above will be described. In the stock solution tank 2, the stirrer 4 is operated so that the slurry of the stock solution 3 does not precipitate and the concentration is uniform. The pump 6 is operated to supply the stock solution 3 to the ultraviolet irradiation device 1 through the stock solution supply pipe 7, but the flow rate adjustment valve 18 of the stock solution supply pipe 7 is closed and circulated until the gas blowing device 11 is started. The valve 19 is opened and the stock solution 3 is returned to the stock solution tank 2 through the circulation pipe 20 to circulate the stock solution 3. Next, the gate valve 13 a 13 b of the gas blowing device 11 is opened, and the stock solution 3 is circulated through the bypass pipe 12. The gas supply source 16 is a suction port having a filter opened in a clean atmosphere when air is used as a gas. However, when other types of gas are used, a gas holder filled with the gas and necessary In some cases, a gas compressor is provided.

そして、送気管15の調整弁17を開いて気体供給源16をエジェクタ14の図示していない吸込み口に連通する。これにより、循環配管20を流通する原液3の流れによりエジェクタ14の吸込み口の圧力が負圧になり、気体供給源16から空気がエジェクタ14に吸い込まれて、細かい気泡になって原液3に吹き込まれ、循環配管20を介して原液タンク2に循環される。このときの原液3の供給流量L[m/min]は流量計13cにより計測し、気体の流量A[m/min]は流量計15aにより計測する。また、原液3の供給圧力は圧力計13dにより計測する。ここで、原液3の供給流量Lと気体の吹込み流量Aの気液比A/Lが設定された比率βになるように、循環弁19と送気量の流量調整弁17を調整する。 Then, the adjustment valve 17 of the air supply pipe 15 is opened, and the gas supply source 16 is communicated with a suction port (not shown) of the ejector 14. As a result, the pressure of the suction port of the ejector 14 becomes negative due to the flow of the stock solution 3 flowing through the circulation pipe 20, and air is sucked into the ejector 14 from the gas supply source 16 and blown into the stock solution 3 as fine bubbles. Then, it is circulated to the stock solution tank 2 through the circulation pipe 20. The supply flow rate L [m 3 / min] of the stock solution 3 at this time is measured by the flow meter 13c, and the gas flow rate A [m 3 / min] is measured by the flow meter 15a. The supply pressure of the stock solution 3 is measured by a pressure gauge 13d. Here, the circulation valve 19 and the flow rate adjustment valve 17 for the air supply amount are adjusted so that the gas-liquid ratio A / L of the supply flow rate L of the stock solution 3 and the gas injection flow rate A becomes the set ratio β.

次いで、紫外線照射装置1のUVランプ23を点灯し、流量調整弁18を開いて循環弁19を閉じる。これにより、紫外線照射装置1のスパイラルチューブ22に気泡が吹込まれた原液3が流通され、UVランプ23から照射される紫外線がスパイラルチューブ22内を流れる原液3に照射される。ここで、紫外線照射装置1への原液3の供給流量Lを確認するとともに、気体の吹込み流量A確認し、気液比L/Aが設定比率βになるように流量調整弁18と流量調整弁17を調整する。なお、必要に応じて、紫外線照射装置1のUVランプ23への供給電力を調整するのは言うまでもない。また、容器26内の温度を計測して、換気扇を回して容器26内の温度を調整する。   Next, the UV lamp 23 of the ultraviolet irradiation device 1 is turned on, the flow rate adjustment valve 18 is opened, and the circulation valve 19 is closed. As a result, the stock solution 3 in which bubbles are blown into the spiral tube 22 of the ultraviolet irradiation device 1 is circulated, and the ultraviolet light irradiated from the UV lamp 23 is irradiated to the stock solution 3 flowing in the spiral tube 22. Here, while confirming the supply flow rate L of the undiluted solution 3 to the ultraviolet irradiation device 1, the flow rate A of the flow rate adjustment valve 18 and the flow rate adjustment are adjusted so that the gas injection flow rate A is confirmed and the gas / liquid ratio L / A becomes the set ratio β. Adjust valve 17. It goes without saying that the power supplied to the UV lamp 23 of the ultraviolet irradiation device 1 is adjusted as necessary. Moreover, the temperature in the container 26 is measured, and the temperature in the container 26 is adjusted by turning the ventilation fan.

紫外線照射装置1のスパイラルチューブ22内を流通される気泡を含む原液3は、気泡による原液3の攪拌作用により、原液3の紫外線透過率UVT=10―α(αは原液の吸光度)が実質的に増加して、原液3に対する紫外線照射量が増大される。 The stock solution 3 containing bubbles circulated in the spiral tube 22 of the ultraviolet irradiation device 1 has a substantial UV transmittance UVT = 10− α (α is the absorbance of the stock solution) of the stock solution 3 due to the stirring action of the stock solution 3 by the bubbles. The amount of ultraviolet irradiation with respect to the stock solution 3 is increased.

ここで、気泡による原液の攪拌作用について具体的に説明する。スパイラルチューブ22の内壁に接する極めて薄い領域(以下、極薄領域という。)の原液3には、紫外線透過性の高いスパイラルチューブ22を介して紫外線が効果的に照射される。しかし、原液3の紫外線吸光度が高いと、チューブ中心側を流れる原液3には、十分に紫外線が届かないことがある。しかも、スパイラルチューブ22の内壁に接する極薄領域の原液3の流れはチューブ内壁に接した安定な流れであり、スパイラルチューブ22の中心部側を流れる原液3と混合し難い。   Here, the stirring action of the undiluted solution by the bubbles will be specifically described. The undiluted solution 3 in an extremely thin region (hereinafter referred to as an ultrathin region) in contact with the inner wall of the spiral tube 22 is effectively irradiated with ultraviolet rays through the spiral tube 22 having high ultraviolet transmittance. However, if the ultraviolet light absorbance of the stock solution 3 is high, UV light may not reach the stock solution 3 flowing in the center of the tube. In addition, the flow of the stock solution 3 in the ultrathin region in contact with the inner wall of the spiral tube 22 is a stable flow in contact with the inner wall of the tube, and is difficult to mix with the stock solution 3 flowing through the center side of the spiral tube 22.

そこで、本実施形態は、スパイラルチューブ22を流れる原液3に気泡を吹込み、スパイラルチューブ22の内壁に接して安定して流れる極薄領域の原液層を気泡によりチューブ内壁から剥離させることにより、極薄領域の原液層を入れ替えて原液を攪拌している。つまり、気泡によってスパイラルチューブ内壁の安定した原液層が剥離され、剥離された後の内壁に新たな原液層が形成される。このようにして、入れ替わり形成される新たな原液層に紫外線が照射され、全体として原液に対する紫外線照射率が向上し、紫外線照射量分布が改善されて、紫外線照射量を増大させることができる。さらに、原液中における浮力による気泡の挙動により、原液の攪拌効率が一層高められる。   Therefore, in this embodiment, bubbles are blown into the stock solution 3 flowing through the spiral tube 22, and the stock solution layer in the ultrathin region that flows stably in contact with the inner wall of the spiral tube 22 is peeled off from the inner wall of the tube by bubbles. The stock solution is stirred by changing the stock solution layer in the thin region. That is, the stable stock solution layer on the inner wall of the spiral tube is peeled off by the bubbles, and a new stock solution layer is formed on the inner wall after the peeling. In this way, the ultraviolet rays are irradiated to the newly formed stock solution layer that is replaced, and the ultraviolet irradiation rate with respect to the stock solution is improved as a whole, the ultraviolet ray irradiation amount distribution is improved, and the ultraviolet ray irradiation amount can be increased. Furthermore, the stirring efficiency of the stock solution is further enhanced by the behavior of bubbles due to buoyancy in the stock solution.

しかも、気泡は紫外線の透過率が原液3に比べてはるかに高いから、スパイラルチューブ22の内壁近傍の気泡に照射された紫外線が気泡内で乱反射して、気泡に接する原液3に照射されるので、気泡の表面積により紫外線が照射される原液3の照射面積が増加したことになり、スパイラルチューブ22の単位長当たりの紫外線照射率が向上する。その結果、原液3に対する紫外線照射量を増大させることができる。   In addition, since the transmittance of the bubbles is much higher than that of the stock solution 3, the ultraviolet rays applied to the bubbles near the inner wall of the spiral tube 22 are diffusely reflected in the bubbles and are applied to the stock solution 3 in contact with the bubbles. The irradiation area of the stock solution 3 irradiated with ultraviolet rays is increased by the surface area of the bubbles, and the ultraviolet irradiation rate per unit length of the spiral tube 22 is improved. As a result, the amount of ultraviolet irradiation with respect to the stock solution 3 can be increased.

なお、紫外線照射量は、病原体の無害化対象の原液の場合は単位面積当たり(例えば、紫外線光源のUV出力換算で、mj/cm)で評価され、光化学反応対象の原液の場合は単位体積当たり(例えば、紫外線光源のUV出力換算で、mj/cm)で評価されるのが一般的である。しかし、前述したように、本実施形態では、紫外線透過率が低い、つまり紫外線吸光度が高い原液(スラリーなども含む)を処理対象としているので、紫外線が原液で吸収される。そこで、光化学反応技術と併用しない場合であっても、原液3の紫外線吸光度を考慮して評価するものとする。 The amount of ultraviolet irradiation is evaluated per unit area (for example, mj / cm 2 in terms of UV output of an ultraviolet light source) in the case of a stock solution targeted for detoxification of a pathogen, and in the case of a stock solution subject to photochemical reaction. Generally, it is evaluated by hit (for example, mj / cm 3 in terms of UV output of an ultraviolet light source). However, as described above, in the present embodiment, since an undiluted solution (including slurry and the like) having a low ultraviolet light transmittance, that is, a high ultraviolet absorbance is used as a processing target, ultraviolet rays are absorbed by the undiluted solution. Therefore, even when not used in combination with the photochemical reaction technique, the evaluation is performed in consideration of the ultraviolet absorbance of the stock solution 3.

このように、スパイラルチューブ22内を流れる原液3に気体を吹込んで形成される気泡による複合的な作用により、本実施形態によれば、原液3の実質的な紫外線透過率を著しく向上させることができ、気体を吹込まない従来法に比べて、原液に対する紫外線照射量を著しく増大させることができる。また、気泡の種々のパラメータ(例えば、原液に対する気泡の量(体積比)、気泡の粒径、気体の種類、等々)を、原液3の紫外線透過率の違いに応じて調整することにより、紫外線透過率(又は、紫外線吸光度)が異なる原液3に対しても、紫外線照射量分布の幅を狭くすることによって高効率な紫外線照射が可能となる。特に、照射する無害化対象又は光化学反応対象の原液3に対応させて、過剰照射分や過小照射分を極力減らして必要な紫外線照射量に調整することができる。   As described above, according to the present embodiment, the substantial ultraviolet transmittance of the stock solution 3 can be remarkably improved by the combined action of bubbles formed by blowing gas into the stock solution 3 flowing in the spiral tube 22. In comparison with the conventional method in which no gas is blown, the amount of ultraviolet irradiation to the stock solution can be remarkably increased. Further, by adjusting various parameters of the bubbles (for example, the amount (volume ratio) of bubbles with respect to the stock solution, the particle size of the bubbles, the type of gas, etc.) according to the difference in the ultraviolet transmittance of the stock solution 3, Even for the stock solutions 3 having different transmittances (or ultraviolet absorbances), highly efficient ultraviolet irradiation can be performed by narrowing the width of the ultraviolet irradiation distribution. In particular, it is possible to adjust to the necessary UV irradiation amount by reducing the excessive irradiation amount and the under irradiation amount as much as possible in correspondence with the stock solution 3 to be detoxified or photochemical reaction target.

なお、本発明は、上記実施形態で説明したように、スパイラルチューブ22内を流れる原液3に気体を吹込むことにより、上述した攪拌効果を基本とする複合的な作用により、高効率で紫外線照射量を高めることができる。しかし、単に、従来型の紫外線照射装置の流路内を流通する原液に気泡を吹込むことにより、本発明の様に紫外線照射量を高効率で高めることはできない。例えば、一般的な従来の紫外線光源の周囲に通液する流液型内照式の紫外線照射装置に気泡を吹込んで気液混相流を形成すると、気泡の浮力によって気泡周辺に液体流れのショートパスが発生する。このようなショートパスした微小流体塊は、ショートパスしていない微小流体塊に比べ短時間(短い滞留時間で)で流出するため、低い紫外線照射量のまま紫外線照射装置を流出してしまう。このため通常の流液型の紫外線照射装置では、気液混相流とすることによって却って紫外線照射量分布が広くなり紫外線照射効率が低下する。   In addition, as described in the above embodiment, the present invention blows gas into the stock solution 3 flowing in the spiral tube 22, thereby irradiating ultraviolet rays with high efficiency by the combined action based on the stirring effect described above. The amount can be increased. However, the amount of ultraviolet irradiation cannot be increased with high efficiency as in the present invention by simply blowing bubbles into the stock solution flowing in the flow path of the conventional ultraviolet irradiation apparatus. For example, when a gas-liquid mixed phase flow is formed by blowing bubbles into a flow-type internally-illuminated ultraviolet irradiation device that flows around a conventional conventional ultraviolet light source, a short path of liquid flow around the bubbles due to the buoyancy of the bubbles Will occur. Such a short-passed microfluidic mass flows out in a shorter time (with a shorter residence time) than a microfluidic mass that has not been short-passed, and therefore flows out of the ultraviolet irradiation device with a low ultraviolet irradiation amount. For this reason, in a normal liquid-flow type ultraviolet irradiation device, by making the gas-liquid mixed phase flow, the ultraviolet irradiation amount distribution becomes wider and the ultraviolet irradiation efficiency is lowered.

この点、本発明によれば、気泡の浮上はスパイラルチューブの内壁上部で物理的に止まり、チューブ径とスパイラルの巻径による物理的上端部を超えてショートパスすることができない。このため、全ての微小流体隗は略均等な滞留時間で流出されるので、紫外線照射量分布が狭くなり紫外線照射効率が向上する。さらに、スパイラルチューブ内で流体は遠心力と慣性力により旋回する螺旋流となり、気液混相流の気泡の浮力も加わり、より激しく流体が混合されながらスパイラルチューブ内部を栓流(プラグフロー)に近い状態で流れるので、紫外線照射量分布の幅は極めて狭くなる。これにより、高効率な紫外線照射が可能となる。つまり、紫外線照射量分布又は紫外線吸収量分布の幅を狭くして、紫外線照射量を増大させるには、スパイラルチューブ内における原液の攪拌が大きな因子である。   In this regard, according to the present invention, the rising of the bubbles physically stops at the upper part of the inner wall of the spiral tube, and a short path cannot be made beyond the physical upper end due to the tube diameter and the spiral winding diameter. For this reason, since all the microfluids are flowed out with a substantially uniform residence time, the ultraviolet irradiation amount distribution is narrowed and the ultraviolet irradiation efficiency is improved. Furthermore, the fluid in the spiral tube turns into a spiral flow that is swirled by centrifugal force and inertial force, and the buoyancy of bubbles in the gas-liquid mixed phase flow is also added, so that the fluid is mixed more intensely and the inside of the spiral tube is close to plug flow (plug flow) Since it flows in a state, the width of the UV irradiation distribution becomes extremely narrow. Thereby, highly efficient ultraviolet irradiation is attained. In other words, stirring the undiluted solution in the spiral tube is a major factor in increasing the UV irradiation amount by narrowing the UV irradiation amount distribution or UV absorption amount distribution.

また、液体の体積に対して注入する気体の体積が大きい場合、又はチューブ径が小さい場合、気体と液体(気液混相流)とが交互に流れる流れとなる。しかし、この場合にもチューブ内壁に接する原液は気体により絶えず剥離されながら、さらに気液混相流の慣性力と遠心力と浮力の影響により液全体が激しく撹拌された栓流(プラグフロー)に近い状態で流れるため、紫外線照射量分布の幅は極めて狭くなる。これにより、高効率な紫外線照射が可能となる。   Moreover, when the volume of the gas injected with respect to the volume of the liquid is large, or when the tube diameter is small, the gas and the liquid (gas-liquid mixed phase flow) flow alternately. However, in this case as well, the undiluted solution in contact with the inner wall of the tube is constantly peeled off by the gas, and is close to a plug flow (plug flow) where the entire solution is vigorously stirred due to the effects of inertial force, centrifugal force and buoyancy of the gas-liquid mixed phase Since it flows in a state, the width of the UV irradiation distribution becomes extremely narrow. Thereby, highly efficient ultraviolet irradiation is attained.

一方、流体がスラリーの場合、流速が遅いとスパイラルチューブ内部で粉体が沈降し、チューブ内部に詰まりが生じる場合があるが、気液混相流とすることで粉体を沈降させずに撹拌させながら流通させることが可能である。また、流体がスラリーの場合にも、上述したように、チューブ内壁に接する原液は気体により絶えず剥離され、さらに気液固混相流に慣性力と遠心力、気体の浮力、粉体の重力が作用し、流体全体が激しく撹拌された栓流(プラグフロー)に近い状態で流れるため、紫外線照射量分布の幅は極めて狭くなる。これにより、高効率な紫外線照射が可能となる。   On the other hand, when the fluid is slurry, if the flow rate is slow, the powder may settle inside the spiral tube and clogging may occur inside the tube. However, by using a gas-liquid mixed phase flow, the powder can be stirred without settling. It is possible to distribute it. In addition, when the fluid is slurry, as described above, the undiluted solution in contact with the inner wall of the tube is constantly separated by gas, and inertial force and centrifugal force, gas buoyancy, and powder gravity act on the gas-liquid solid-phase flow. However, since the whole fluid flows in a state close to a vigorously stirred plug flow (plug flow), the width of the ultraviolet ray irradiation amount distribution becomes extremely narrow. Thereby, highly efficient ultraviolet irradiation is attained.

スパイラルチューブ22を流通して紫外線照射により処理された処理液は、圧力調整弁10を備えた処理液タンク9に排出される。圧力調整弁10を調整して、あるいは設定圧に自動調整して、処理液中の気体を徐々に脱気させる。すなわち、原液3の処理量に応じて、気泡が吹込まれた原液3の気液2相流がスパイラルチューブ22を通流する圧力損失に応じて、原液3の供給圧を高くする必要がある。つまり、原液3の供給圧PLが高いと、吹込まれる気体の体積は供給圧PLに応じて圧縮される。したがって、処理液タンク9において処理液が、いきなり大気圧に開放されると、処理液タンク9内の処理液から気泡が激しく脱気されるので、処理液タンク9内で処理液が激しく波打つおそれがある。そこで、圧力調整弁10により脱気速度を調整する。これにより、処理液の激しい波打ちを回避して、安定に脱気させることができる。必要に応じて、真空脱気又は脱気ポンプを設けてもよい。   The processing liquid that has flowed through the spiral tube 22 and has been processed by ultraviolet irradiation is discharged to a processing liquid tank 9 having a pressure regulating valve 10. The gas in the processing liquid is gradually degassed by adjusting the pressure adjustment valve 10 or automatically adjusting to the set pressure. That is, the supply pressure of the stock solution 3 needs to be increased according to the pressure loss at which the gas-liquid two-phase flow of the stock solution 3 in which bubbles are blown flows through the spiral tube 22 according to the processing amount of the stock solution 3. That is, when the supply pressure PL of the stock solution 3 is high, the volume of the blown gas is compressed according to the supply pressure PL. Therefore, if the processing liquid is suddenly released to the atmospheric pressure in the processing liquid tank 9, bubbles are evacuated from the processing liquid in the processing liquid tank 9, so that the processing liquid may undulate in the processing liquid tank 9. There is. Therefore, the deaeration speed is adjusted by the pressure adjustment valve 10. As a result, it is possible to avoid the intense waving of the processing liquid and to stably deaerate. If necessary, a vacuum deaeration or a deaeration pump may be provided.

上記の実施形態においては、エジェクタ14を用いて気体吹込み装置を構成したが、本願発明はこれに限られるものではなく、気体を気泡にして原液3に注入する散気ノズルであってもよい。この場合、気体供給源16に気体を圧縮して散気ノズルに供給する圧縮機を備えて構成する。また、原液タンク2には、原液3を連続的に供給することが可能になっている。さらに、処理液タンク9内の処理液も次の工程に連続的に排出できるようになっている。   In the above embodiment, the gas blowing device is configured by using the ejector 14, but the present invention is not limited to this, and may be an air diffuser nozzle that injects gas into the stock solution 3 as bubbles. . In this case, the gas supply source 16 is provided with a compressor that compresses gas and supplies it to the diffuser nozzle. Further, the stock solution 3 can be continuously supplied to the stock solution tank 2. Further, the processing liquid in the processing liquid tank 9 can be continuously discharged to the next process.

また、上記の実施形態においては、スパイラルチューブ22を支持パイプ21の外周面に巻き付けた例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、支持パイプ21を省略し、スパイラルチューブ22を螺旋状に巻いた空芯状のものであってもよい。この場合、スパイラルチューブ22を反射ケース24の天井壁と底壁に何らかの手段で支持すればよい。また、スパイラルチューブ22の螺旋状の空芯内に、又はスパイラルチューブ22の外側に、複数のUVランプ23を配置してもよい。また、上記の実施形態において、スパイラルチューブ22が巻き付けられた支持パイプ21を、縦にして配置する例を示したが、支持パイプ21を横向きに、例えば水平に配置してもよい。また、空芯状のスパイラルチューブの場合も横向きに配置することができる。この場合、UVランプ23の配置を適宜変更してもよく、また、適切な形状のUV光源を選択してもよい。   In the above embodiment, the spiral tube 22 is wound around the outer peripheral surface of the support pipe 21. However, the present invention is not limited to this, and the support pipe 21 is omitted, and the spiral tube 22 is An air core that is spirally wound may be used. In this case, the spiral tube 22 may be supported on the ceiling wall and the bottom wall of the reflection case 24 by some means. Further, a plurality of UV lamps 23 may be arranged in the spiral air core of the spiral tube 22 or outside the spiral tube 22. Further, in the above-described embodiment, the example in which the support pipe 21 around which the spiral tube 22 is wound is arranged vertically is shown. However, the support pipe 21 may be arranged horizontally, for example, horizontally. Also, an air-core spiral tube can be disposed sideways. In this case, the arrangement of the UV lamps 23 may be changed as appropriate, and an appropriately shaped UV light source may be selected.

さらに、上記の実施形態においては、複数のUVランプ23を支持パイプ21を挟んで反射ケース24の対向する内面24c,24dに沿って2つのUVランプ群A,Bに分けて配置した例を示した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、スパイラルチューブ22の螺旋の外側に、複数のスパイラルチューブ22を円筒状に配列してもよい。この場合、反射ケース24及び容器26は円筒状に形成することも可能である。   Furthermore, in the above embodiment, an example is shown in which a plurality of UV lamps 23 are arranged in two UV lamp groups A and B along the opposing inner surfaces 24c and 24d of the reflection case 24 with the support pipe 21 interposed therebetween. It was. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of spiral tubes 22 may be arranged in a cylindrical shape outside the spiral of the spiral tube 22. In this case, the reflection case 24 and the container 26 can be formed in a cylindrical shape.

以上説明した上記実施形態では、液状食品等に含まれる病原体に紫外線を照射して無害化する技術、あるいは液状食品等に紫外線を照射して液状食品等に含まれる特定成分の光化学反応により、有用成分(例えば、ビタミンなど)を生成させ、あるいは味や臭いに影響する成分を変化又は分解させる技術に適用する場合を例にしたが、さらに、光化学反応に適用する例について、以下に具体的に説明する。   In the above-described embodiment, it is useful due to the technology for detoxifying the pathogen contained in the liquid food etc. by irradiating the ultraviolet ray, or by the photochemical reaction of the specific component contained in the liquid food etc. by irradiating the liquid food etc. with the ultraviolet ray. An example of the case where it is applied to a technique for generating components (for example, vitamins) or changing or decomposing components that affect the taste or odor is given as an example. explain.

(光化学反応に利用した具体例)
光化学反応に適用する一例として、オゾンと紫外線による促進酸化処理(AOP:Advanced Oxidation Process)の例を説明する。紫外線併用のオゾン促進酸化水処理システム、オゾンガスを水中に溶け込ませて溶存オゾンとし、溶存オゾンに紫外線を照射してヒドロキシラジカルを生成させ、生成されたヒドロキシラジカルにより水中の溶存有機化合物を酸化分解する水処理技術が、例えば、特開2003―266088に記載されている。
(Specific examples used for photochemical reactions)
As an example applied to the photochemical reaction, an example of an advanced oxidation process (AOP) using ozone and ultraviolet rays will be described. An ozone-promoted oxidized water treatment system combined with ultraviolet rays, ozone gas is dissolved in water to form dissolved ozone, ultraviolet rays are irradiated to the dissolved ozone to generate hydroxy radicals, and the generated organic radicals oxidize and decompose dissolved organic compounds in water A water treatment technique is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-266088.

このような光化学反応を用いた水処理装置が対象とする水は、上水に限らず、例えば、下水、排水、再生水、用水、工業用水、などの各種の水の溶存有機化合物を酸化分解する処理に適用される。このような水処理装置においては、反応に利用する気体の溶存ガス濃度が極めて重要である。上記特許文献に記載された従来技術では、オゾンの気泡がショートパスするため溶存オゾン濃度を高めることが難しい。また、気泡オゾンとして処理水中で消費されきれなかった残留オゾンが処理槽上部に蓄積するので、オゾンの有効な利用効率が悪い。しかも、その残留オゾンを処理する装置が別途必要となるなどの問題がある。   The water targeted by the water treatment apparatus using such a photochemical reaction is not limited to clean water, but oxidatively decomposes dissolved organic compounds of various types of water such as sewage, wastewater, reclaimed water, industrial water, and industrial water. Applies to processing. In such a water treatment apparatus, the dissolved gas concentration of the gas used for the reaction is extremely important. In the prior art described in the above-mentioned patent document, it is difficult to increase the dissolved ozone concentration because the ozone bubbles short pass. Moreover, since residual ozone that could not be consumed in the treated water as bubble ozone accumulates in the upper part of the treatment tank, the effective utilization efficiency of ozone is poor. In addition, there is a problem that an apparatus for treating the residual ozone is required separately.

この点、上記実施形態の気泡攪拌方式の紫外線照射装置1を適用し、光化学反応に適用する気体としてオゾンを選択して、紫外線併用のオゾン促進酸化水処理システムを構成することにより、高効率なAOP処理が可能となる。すなわち、オゾンをエジェクタ等で上記実施形態の紫外線照射装置1に注入し、気液混相流としてスパイラルチューブ22内を流通させる。これにより、オゾンが水に効率よく溶け込んで、従来のAOP処理よりも目的物質の酸化分解反応の効率を向上させることができる。また、気液混相流の遠心力と慣性力とオゾン気泡の浮力の複合的な作用により、オゾン気泡から液相に高効率にオゾンが溶解し溶存オゾン濃度を高めることができる。   In this regard, by applying the bubble stirring type ultraviolet irradiation device 1 of the above embodiment, selecting ozone as a gas to be applied to the photochemical reaction, and configuring an ozone-promoted ozone water treatment system using ultraviolet rays, it is possible to achieve high efficiency. AOP processing is possible. That is, ozone is injected into the ultraviolet irradiation device 1 of the above-described embodiment with an ejector or the like, and is circulated through the spiral tube 22 as a gas-liquid mixed phase flow. Thereby, ozone dissolves in water efficiently, and the efficiency of the oxidative decomposition reaction of the target substance can be improved as compared with the conventional AOP treatment. Further, due to the combined action of the centrifugal force and inertial force of the gas-liquid mixed phase flow and the buoyancy of the ozone bubbles, ozone can be dissolved from the ozone bubbles into the liquid phase with high efficiency and the dissolved ozone concentration can be increased.

これに対し、従来のAOP処理の場合は、比較的大きな口径の容器内に原水を流通し、その原水中にオゾンを注入して紫外線を照射して酸化処理させる場合、オゾンの気泡が浮力により容器内を水中を上昇して上部に達するショートパスが発生することから、目的物質の酸化分解反応の効率を向上させることができない。   On the other hand, in the case of conventional AOP treatment, when raw water is circulated in a relatively large-diameter container, ozone is injected into the raw water and irradiated with ultraviolet rays for oxidation treatment, ozone bubbles are generated by buoyancy. Since a short path that reaches the upper part of the vessel ascending in water occurs, the efficiency of the oxidative decomposition reaction of the target substance cannot be improved.

また、AOP処理に用いる本発明の紫外線照射装置において、処理液タンク9の圧力調整弁10、処理液タンク9を省略した場合はスパイラルチューブ22の出口側の送液管8に圧力調整弁10を設け、その圧力調整弁10を調節して、スパイラルチューブ22の内圧を高めることにより、溶存オゾン濃度を任意に高めることができる。   Further, in the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention used for the AOP process, when the pressure adjusting valve 10 of the processing liquid tank 9 and the processing liquid tank 9 are omitted, the pressure adjusting valve 10 is provided in the liquid supply pipe 8 on the outlet side of the spiral tube 22. The dissolved ozone concentration can be arbitrarily increased by providing and adjusting the pressure regulating valve 10 to increase the internal pressure of the spiral tube 22.

さらに、上記実施形態で説明した原水の撹拌効果により、溶存オゾンと目的物質が溶解している微小流体塊はチューブ内表面に効率よく接近又は接触し、紫外線照射されてヒドロキシラジカルが生成され、目的物質の酸化分解反応が速やかに起こさせることができる。   Furthermore, due to the stirring effect of the raw water described in the above embodiment, the microfluid mass in which dissolved ozone and the target substance are dissolved efficiently approaches or contacts the inner surface of the tube, and is irradiated with ultraviolet rays to generate hydroxy radicals. The oxidative decomposition reaction of the substance can be caused promptly.

また、微小流体塊において瞬時に反応が完了し、微小流体塊における溶存オゾン濃度と目的物質濃度がともに低下するが、流体の撹拌効果と濃度拡散効果によって気泡オゾンから微小流体塊に速やか溶存オゾンが供給されて混合される。すなわち、スパイラルチューブ22内を流通中に、気泡オゾンから溶存オゾンが生成され、溶存オゾンからヒドロキシラジカルが生成され、ヒドロキシラジカルが目的物質を酸化分解するという、一連の促進酸化反応プロセスが瞬時に高効率に連続的に行われる。その結果、従来技術に比べ、気泡オゾンの無効消費による流出を防ぐことができ、オゾンの有効消費率を高めることができる。   In addition, the reaction is instantaneously completed in the microfluidic mass, and both the dissolved ozone concentration and the target substance concentration in the microfluidic mass decrease, but the dissolved ozone quickly moves from the bubble ozone to the microfluidic mass by the fluid stirring effect and concentration diffusion effect. Supplied and mixed. That is, a series of accelerated oxidation reaction processes in which dissolved ozone is generated from bubble ozone, hydroxy radicals are generated from dissolved ozone, and oxidative decomposition of the target substance is instantaneously increased while circulating in the spiral tube 22. Done continuously with efficiency. As a result, compared to the prior art, it is possible to prevent outflow due to ineffective consumption of bubble ozone and increase the effective consumption rate of ozone.

一方、AOP処理に用いる本発明の紫外線照射装置について、紫外線吸収量に着目すると、本発明によれば、微小流体塊中の溶存オゾン濃度を高めることができ、さらに微小流体塊中の溶存オゾンが吸収するUV吸収量を高めることができることから、微小流体塊中のヒドロキシラジカル濃度を高めることができる。   On the other hand, regarding the ultraviolet irradiation device of the present invention used for AOP treatment, when attention is paid to the amount of absorbed ultraviolet light, according to the present invention, the dissolved ozone concentration in the microfluidic mass can be increased, and the dissolved ozone in the microfluidic mass is further increased. Since the amount of UV absorption to be absorbed can be increased, the concentration of hydroxy radicals in the microfluidic mass can be increased.

また、流入から流出までの微小流体塊中の目的物質濃度及び溶存オゾン濃度は、促進酸化反応によって低下する一方で、物理的撹拌と濃度拡散によって補充、希釈されて常に変化する。しかし、流入から流出までの流体中の各微小流体塊における溶存オゾンが吸収したUV吸収量はほぼ均一となるので、溶存オゾンの紫外線吸収量分布の幅は極めて狭くなる。このため反応効率は極めて高くなるという効果が得られる。   Moreover, while the target substance concentration and dissolved ozone concentration in the microfluid mass from inflow to outflow decrease by the accelerated oxidation reaction, they are constantly replenished and diluted by physical stirring and concentration diffusion. However, since the UV absorption amount absorbed by the dissolved ozone in each microfluid mass in the fluid from the inflow to the outflow becomes substantially uniform, the width of the ultraviolet absorption amount distribution of the dissolved ozone becomes extremely narrow. For this reason, the effect that reaction efficiency becomes very high is acquired.

また、図1の圧力調整弁10に代えて、あるいは圧力調整弁10に加えて、スパイラルチューブ22の出口側の送液管8に圧力調整弁40を設けることが好ましい。これにより、圧力調整弁40を調節して、スパイラルチューブ22の内圧を高めて、溶存酸素濃度あるいは溶存ガス濃度を任意に高めることができ、反応効率をさらに高めることができる。   Moreover, it is preferable to provide the pressure adjusting valve 40 in the liquid supply pipe 8 on the outlet side of the spiral tube 22 instead of or in addition to the pressure adjusting valve 10 of FIG. Thereby, the pressure regulating valve 40 is adjusted, the internal pressure of the spiral tube 22 is increased, the dissolved oxygen concentration or the dissolved gas concentration can be arbitrarily increased, and the reaction efficiency can be further increased.

(光触媒反応装置に適用する具体例)
光触媒に紫外線を照射すると、光触媒表面にヒドロキシラジカルが発生することが知られている。光触媒は、活性炭やガラスビーズ、不織布などに担持させる方法や、焼成して粒状化するなど様々な方法により、マイクロフィルタ膜でろ過可能な微細粒径(例えば、0.2μm以上)に成型できることも知られている。
(Specific examples applied to photocatalytic reactors)
It is known that hydroxy radicals are generated on the surface of the photocatalyst when the photocatalyst is irradiated with ultraviolet rays. The photocatalyst can be formed into a fine particle size (for example, 0.2 μm or more) that can be filtered with a microfilter membrane by various methods such as support on activated carbon, glass beads, nonwoven fabric, etc., or baking and granulating. Are known.

しかし、光触媒反応はあくまでも表面反応であり、ヒドロキシラジカルは紫外線が照射された光触媒表面にのみ発生するから、粒径が大きいと光触媒の比表面積が小さくなるため十分な反応効率が得られない。そこで、膜ろ過可能で、かつ極力小さい微細な粒径に成型した光触媒粉体を用いるのが好ましい。しかし、光触媒の重量あたりの比表面積は増えるが、必要なヒドロキシラジカル濃度を確保するためには、高濃度の光触媒粉体を処理原水中に注入してスラリー状にする必要がある。しかし、前述したように、紫外線は光源近傍のスラリー表面のみにしか照射されず、紫外線光源から離れたスラリー内部は紫外線が届かないためにヒドロキシラジカルが発生しない。このため、光触媒粒子径を小さくして比表面積を大きくし、さらに光触媒濃度を高めても、紫外線を照射可能な光触媒表面積を増やすことができないため、水処理に必要なヒドロキシラジカル濃度を確保できないという問題がある。さらに、ヒドロキシラジカルは水と溶存酸素から生成されるため、光触媒反応が進むと、溶存酸素濃度が低下して反応効率が低下するという問題もある。   However, the photocatalytic reaction is a surface reaction, and hydroxy radicals are generated only on the surface of the photocatalyst irradiated with ultraviolet rays. Therefore, if the particle size is large, the specific surface area of the photocatalyst becomes small and sufficient reaction efficiency cannot be obtained. Therefore, it is preferable to use a photocatalyst powder that can be membrane-filtered and molded into a particle size as small as possible. However, although the specific surface area per weight of the photocatalyst increases, in order to ensure the necessary hydroxy radical concentration, it is necessary to inject a high concentration photocatalyst powder into the treated raw water to form a slurry. However, as described above, ultraviolet rays are irradiated only on the surface of the slurry near the light source, and no hydroxyl radicals are generated because the ultraviolet rays do not reach inside the slurry away from the ultraviolet light source. Therefore, even if the photocatalyst particle size is reduced to increase the specific surface area and the photocatalyst concentration is further increased, the photocatalyst surface area that can be irradiated with ultraviolet rays cannot be increased, so that the hydroxy radical concentration necessary for water treatment cannot be ensured. There's a problem. Furthermore, since the hydroxyl radical is generated from water and dissolved oxygen, when the photocatalytic reaction proceeds, there is also a problem that the dissolved oxygen concentration decreases and the reaction efficiency decreases.

この点、上記実施形態の気泡攪拌方式の紫外線照射装置を、光触媒反応装置に適用することにより、上述した問題を解決して高効率な光触媒反応装置を実現することが可能である。すなわち、マイクロフィルタ膜などのフィルタ膜でろ過可能な微細粒径の光触媒粒子を処理原水に投入し、スラリー状にして上記実施形態の紫外線照射装置に流通する。エジェクタ14で空気を処理原水に注入し、気液固混相流としてスパイラルチューブ22に流通させる。これにより、前述したように、スパイラルチューブ22の内壁に接する流体は気泡により絶えず剥離されながら流体の遠心力と慣性力、光触媒粒子の重力沈降、微細気泡の浮力、とが複合的に作用し激しく撹拌されながらスパイラルチューブ22の内部を栓流(プラグフロー)に近い状態で流れる。   In this regard, by applying the bubble stirring type ultraviolet irradiation device of the above-described embodiment to the photocatalytic reaction device, it is possible to solve the above-described problems and realize a highly efficient photocatalytic reaction device. That is, photocatalyst particles having a fine particle size that can be filtered with a filter membrane such as a microfilter membrane are charged into the treated raw water, and are made into a slurry and distributed to the ultraviolet irradiation device of the above embodiment. Air is injected into the treated raw water by the ejector 14 and circulated through the spiral tube 22 as a gas-liquid solid mixed phase flow. As a result, as described above, the fluid in contact with the inner wall of the spiral tube 22 is continuously peeled off by the bubbles, and the centrifugal force and inertial force of the fluid, gravity sedimentation of the photocatalyst particles, and the buoyancy of the fine bubbles act in a complex manner. While stirring, the inside of the spiral tube 22 flows in a state close to plug flow (plug flow).

さらにまた、上記実施形態の気泡攪拌方式の紫外線照射装置を用いた光触媒反応装置によれば、紫外線透過性のフッ素樹脂からなるスパイラルチューブ22は、紫外線を拡散透過するからチューブ壁が実質的に面光源化される。さらに、スパイラルチューブ22を通流される光触媒を含む気液混相流は、チューブ内壁近傍の気泡に照射された紫外線が気泡内で乱反射して、気泡に接する原液に効果的に照射される。つまり、気泡の全表面から微小流体塊中の光触媒に紫外線が照射されることになり、実質的に紫外線の照射面積が増加する。   Furthermore, according to the photocatalytic reaction apparatus using the bubble stirring type ultraviolet irradiation apparatus of the above embodiment, the spiral tube 22 made of ultraviolet transparent fluororesin diffuses and transmits ultraviolet rays, so that the tube wall is substantially surface. Light source. Further, in the gas-liquid mixed phase flow including the photocatalyst flowing through the spiral tube 22, the ultraviolet rays applied to the bubbles near the inner wall of the tube are diffusely reflected in the bubbles and effectively irradiated to the stock solution in contact with the bubbles. That is, ultraviolet rays are irradiated from the entire surface of the bubbles to the photocatalyst in the microfluidic mass, and the irradiation area of the ultraviolet rays is substantially increased.

その結果、微小流体塊中に溶存する目的物質は、光触媒粒子表面と、チューブ内壁面に接触又は接近したヒドロキシラジカルと反応する頻度が飛躍的に高まる。言い換えれば、紫外線照射装置への流入から流出までの各微小流体塊中の光触媒粒子が受ける紫外線照射量分布の幅を極めて狭くすることができる。これにより、光触媒反応の効率を大幅に向上させることができる。また、空気を注入して螺旋流として流通させているため、光触媒反応により溶存酸素が消費されても、気泡から溶存酸素が連続的に供給されるため、溶存酸素不足による反応効率低下は生じない。なお、注入ないし投入した光触媒粒子は、図1の処理液タンク9の底部に連結された処理液排出管40により被処理液を抜き出して、図示していない光触媒回収装置に導き、フィルタ膜により分離して回収することができる。すなわち、上記実施形態を光化学反応装置に適用し、原液3にフィルタ膜でろ過可能な微細粒径の光触媒粒子を添加することが好ましい。これにより、光化学反応を伴う目的物質(目的成分)の生成反応や、有害成分の分解反応を効果的に促進することができる。   As a result, the frequency of the target substance dissolved in the microfluid mass reacting with the photocatalyst particle surface and the hydroxyl radical in contact with or approaching the inner wall surface of the tube is dramatically increased. In other words, the width of the ultraviolet ray irradiation distribution received by the photocatalyst particles in each microfluid mass from the inflow to the outflow to the ultraviolet irradiation device can be extremely narrowed. Thereby, the efficiency of a photocatalytic reaction can be improved significantly. In addition, since air is injected and circulated as a spiral flow, even if dissolved oxygen is consumed by the photocatalytic reaction, the dissolved oxygen is continuously supplied from the bubbles, so the reaction efficiency does not decrease due to the lack of dissolved oxygen. . The injected or introduced photocatalyst particles are extracted by a processing liquid discharge pipe 40 connected to the bottom of the processing liquid tank 9 in FIG. 1, guided to a photocatalyst recovery device (not shown), and separated by a filter membrane. And can be recovered. That is, it is preferable to apply the above-described embodiment to a photochemical reaction apparatus and add to the stock solution 3 photocatalyst particles having a fine particle size that can be filtered with a filter membrane. Thereby, the production | generation reaction of the target substance (target component) accompanying a photochemical reaction and the decomposition reaction of a harmful | toxic component can be accelerated | stimulated effectively.

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to these, It is possible to implement in the form deform | transformed or changed in the range of the main point of this invention. It will be obvious to those skilled in the art, and it is obvious that such variations or modifications belong to the scope of the claims of the present application.

1 紫外線照射装置
2 原液タンク
3 原液
4 攪拌機
6 ポンプ
7 原液供給配管
9 処理液タンク
10、40 圧力調整弁
11 気体吹込み装置
12 バイパス配管
14 エジェクタ
15 送気管
16 気体供給源
21 支持パイプ
22 スパイラルチューブ
23 紫外線ランプ(UVランプ)
24 反射ケース
26 容器
29 枠体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultraviolet irradiation device 2 Stock solution tank 3 Stock solution 4 Stirrer 6 Pump 7 Stock solution supply piping 9 Processing solution tank 10, 40 Pressure adjustment valve 11 Gas blowing device 12 Bypass piping 14 Ejector 15 Air supply pipe 16 Gas supply source 21 Support pipe 22 Spiral tube 23 Ultraviolet lamp (UV lamp)
24 Reflective case 26 Container 29 Frame

Claims (14)

紫外線照射対象の原液を螺旋状に巻かれた紫外線透過性を有するスパイラルチューブに流通し、該スパイラルチューブの螺旋の内側と外側の少なくとも一方から紫外線を前記原液に照射する紫外線照射方法において、
前記原液に気体を吹込むことを特徴とする気泡攪拌式の紫外線処理方法。
In the ultraviolet irradiation method of irradiating the stock solution with ultraviolet rays from at least one of the inside and the outside of the spiral of the spiral tube, circulating the spirally wound stock solution to be irradiated with ultraviolet rays through a spiral tube having ultraviolet permeability.
A bubble stirring type ultraviolet ray processing method, wherein a gas is blown into the stock solution.
前記気体は、空気、酸素ガス、炭酸ガス、不活性ガス、又は前記原液中の特定物質を光化学反応で目的物質を生成、分解又は化学変化をするのに適した特定ガスの中から選択した少なくとも1つの気体であることを特徴とする請求項1に記載の気泡攪拌式の紫外線処理方法。   The gas is at least selected from air, oxygen gas, carbon dioxide gas, inert gas, or a specific gas suitable for generating, decomposing, or chemically changing a target substance by photochemical reaction of the specific substance in the stock solution. The bubble stirring type ultraviolet ray processing method according to claim 1, wherein the gas is a single gas. 前記光化学反応を促進するために、前記原液にフィルタ膜でろ過可能な微細粒径の光触媒粒子を添加することを特徴とする請求項2に記載の気泡攪拌式の紫外線処理方法。   3. The bubble stirring type ultraviolet ray treatment method according to claim 2, wherein in order to promote the photochemical reaction, photocatalyst particles having a fine particle size that can be filtered with a filter membrane are added to the stock solution. 被処理対象液体である原液を供給する原液供給配管と、該原液供給配管を流れる前記原液に気体を吹込む気体吹込み装置と、該気体吹込み装置から原液中に吹き込まれた気体の気泡を含む原液が流通される螺旋状に巻かれた紫外線透過性を有するスパイラルチューブと、該スパイラルチューブの螺旋の内側と外側の少なくとも一方に配置された紫外線光源とを備えてなる気泡攪拌式の紫外線照射装置。   A stock solution supply pipe that supplies a stock solution that is a liquid to be treated, a gas blowing device that blows gas into the stock solution that flows through the stock solution supply pipe, and a gas bubble that is blown into the stock solution from the gas blowing device A bubble-stirring type ultraviolet irradiation comprising: a spirally wound spiral tube wound in a spiral shape through which a stock solution is distributed; and an ultraviolet light source disposed on at least one of the inside and the outside of the spiral of the spiral tube apparatus. 前記気体は、空気、酸素ガス、炭酸ガス、不活性ガス、又は前記原液中の特定物質を光化学反応で目的物質を生成、分解又は化学変化をするのに適した特定ガスの中から選択した少なくとも1つの気体であることを特徴とする請求項4に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   The gas is at least selected from air, oxygen gas, carbon dioxide gas, inert gas, or a specific gas suitable for generating, decomposing, or chemically changing a target substance by photochemical reaction of the specific substance in the stock solution. The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 4, wherein the bubble irradiation type ultraviolet irradiation device is a single gas. 前記気体吹込み装置は、前記気体を気泡にして前記原液供給配管を流れる前記原液に注入する散気ノズルであることを特徴とする請求項5に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   6. The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 5, wherein the gas blowing device is an air diffuser nozzle that injects the gas into bubbles into the undiluted solution flowing through the undiluted solution supply pipe. 前記気体吹込み装置は、前記気体を圧縮して前記散気ノズルに供給する圧縮機を備えてなることを特徴とする請求項6に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   7. The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 6, wherein the gas blowing device includes a compressor that compresses the gas and supplies the compressed gas to the diffuser nozzle. 前記気体吹込み装置は、前記原液供給配管に設けられたバイパス配管と、該バイパス配管に設けられたエジェクタを備えてなり、該エジェクタは、前記原液が流通される絞り部と、該絞り部の内面に開口して設けられた吸込み口とを有し、該吸込み口を気体供給源に接続してなることを特徴とする請求項5に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   The gas blowing device includes a bypass pipe provided in the stock solution supply pipe and an ejector provided in the bypass pipe. The ejector includes a throttle section through which the stock solution is circulated, The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 5, further comprising a suction port provided in an inner surface and connected to a gas supply source. 前記スパイラルチューブは、支持パイプの外周面に螺旋状に巻き付けて支持され、前記紫外線光源は前記スパイラルチューブの螺旋の外側に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   The bubble agitating type of claim 4, wherein the spiral tube is spirally wound around and supported by an outer peripheral surface of a support pipe, and the ultraviolet light source is disposed outside the spiral of the spiral tube. UV irradiation device. 前記スパイラルチューブは、並列接続された複数のスパイラルチューブから形成され、該複数のスパイラルチューブは、前記支持パイプの外周面に並べて一重に螺旋状に巻き付けて支持されていることを特徴とする請求項9に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   The spiral tube is formed of a plurality of spiral tubes connected in parallel, and the plurality of spiral tubes are supported by being wound in a single spiral along the outer peripheral surface of the support pipe. 10. A bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to 9. 前記原液は、前記原液供給配管に設けられた流量調整弁を介して前記スパイラルチューブに供給され、
前記気体は、流量調整弁を介して前記前記気体吹込み装置に供給されることを特徴とする請求項6ないし8の何れか1項に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。
The stock solution is supplied to the spiral tube via a flow rate adjustment valve provided in the stock solution supply pipe,
The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to any one of claims 6 to 8, wherein the gas is supplied to the gas blowing device through a flow rate adjusting valve.
前記原液が水であり、前記気体がオゾンであることを特徴とする請求項4に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 4, wherein the stock solution is water and the gas is ozone. さらに、前記スパイラルチューブから排出される処理水の送水管に圧力調整弁を設け、
該圧力調整弁を調節することにより、前記スパイラルチューブの内圧を高めて、前記スパイラルチューブ内の前記水の溶存ガス濃度を設定濃度に高めることを特徴とする請求項4に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。
Furthermore, a pressure adjustment valve is provided in the water supply pipe of the treated water discharged from the spiral tube,
The bubble agitation method according to claim 4, wherein the pressure adjustment valve is adjusted to increase the internal pressure of the spiral tube and to increase the dissolved gas concentration of the water in the spiral tube to a set concentration. UV irradiation device.
前記原液は、フィルタ膜でろ過可能な微細粒径の光触媒粒子を含む原液であることを特徴とする請求項4に記載の気泡攪拌式の紫外線照射装置。   5. The bubble stirring type ultraviolet irradiation device according to claim 4, wherein the stock solution is a stock solution containing photocatalyst particles having a fine particle size that can be filtered with a filter membrane.
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