JP3934287B2

JP3934287B2 - 紫外線殺菌装置

Info

Publication number: JP3934287B2
Application number: JP26765999A
Authority: JP
Inventors: 康司小阪
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: JP2001087757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中圧紫外線ランプとその照度を変更する制御手段とを具備する紫外線殺菌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理放流水等の殺菌において、塩素系殺菌での環境への弊害が問題化していることに対し、紫外線による殺菌が有望視されている。紫外線殺菌は、殺菌対象物のＤＮＡに対する光の照射による殺菌であるゆえ、対象液の透過率（光の通過量の割合を示す）が大きな影響を与える。
【０００３】
下水処理放流水の殺菌を紫外線で行う場合、透過率７０％、ＳＳ（浮遊固形物）成分１０ｍｇ／ｌの対象水に対して大腸菌群の殺菌率が９９．９％と規定されている。適用される下水処理放流水は、二次処理の場合を考慮され、この基準が制定されたが、二次処理でも処理状況が良い場合は透過率も７５〜８０％程度になる。また二次処理に砂ろ過等を組み合わした三次処理水の場合、透過率は８５％程度に収まる。但し、季節変動や豪雨時に処理が悪化することもあるので、透過率７０％が規定されている。
【０００４】
一方対象とする大腸菌群を紫外線により殺菌するためには、必要な紫外線線量が決められている（紫外線線量は紫外線照度と照射時間の積であり、単位はｍＪ／ｃｍ²）。この紫外線線量は、各殺菌対象物により、固有の殺菌に必要な値が決まっているが、紫外線殺菌装置では、装置内を通過する殺菌対象物に、全て均一な線量を与えるわけではないので、各装置毎のテスト結果からその装置の必要線量、平均線量などを決定している。
【０００５】
そして下水処理放流水の殺菌においては、規定された下水処理放流水の性状（例えば透過率７０％、含まれるＳＳ成分１０ｍｇ／ｌ）と処理流量と殺菌率とが決まると、必要とされる紫外線ランプによる紫外線の照度が決まる。
【０００６】
ところで紫外線ランプは、使用時間経過と共にその照度が徐々に低下していく。そして照度が低下した場合、殺菌性能が落ちるので、使用期間を決めて定期的に紫外線ランプの交換が行われる。従って前記必要とされる紫外線ランプ照度は、最も殺菌性能の落ちた紫外線ランプ交換時の照度を基準にして計算される。紫外線ランプの経済的な使用範囲としては、初期照度に対して２０％程度の照度低下を限度とする場合が多い。
【０００７】
このことは紫外線殺菌装置が運転開始した初期においては、紫外線ランプの照度に関しては２０％程度の余裕があることを意味し、言い換えれば初期は必要以上の紫外線を照射していることとなる。その上、下水処理が良好な場合は、紫外線透過率も７０％より高い値なので、必要線量は少なくて良く、さらに照度に余裕が生まれている。
【０００８】
なお紫外線ランプは高い電力を印加した場合は、照度は上がるが、使用時間に対する照度低下率は大きくなり、このためその使用時間は短くなるので、紫外線ランプの初期の照度に余裕を持たせれば持たせるほど、その使用できる時間は短くなってしまう。
【０００９】
そこで紫外線ランプ寿命を延ばすためと、有効に照度を利用するために、紫外線ランプへの入力電力を切り換え（コンデンサの数を切り換える電流制御等で）て照度を変更してエネルギーの有効利用を図ることが考えられる。即ち水質が良い場合は、必要な殺菌率を得られる照度までランプ照度を落とし、また水質が悪化してきた場合は逆に照度を上げる操作を行う。紫外線ランプが複数本使用されている装置や、紫外線殺菌装置が複数台設置されている場合は、これに本数制御・台数制御を組み合わせれば制御範囲が広がる。
【００１０】
そして上記制御方法として、紫外線ランプの照度を装置外壁に設置した紫外線照度計で測定し、該照度が所定の照度になるように紫外線ランプの入力電力を制御する方法が考えられる。
【００１１】
しかしながらこの方法の場合、全て紫外線照度計の値に基づいて制御が行われるので、以下の原因で照度に関して正確な値を得ることが難しい。
▲１▼照度計自体の誤差。
▲２▼現地での校正が困難
即ち照度計のメンテナンスや部品交換時の校正は工場で実施されるが、現地組み立て時の校正が難しいことと、その信頼性評価が困難である。
▲３▼長時間使用している場合のドリフトの発見が困難。
▲４▼製品自体が絶対照度の測定を行うことができないので、紫外線ランプの初期値に対する照度を比例的に表示するものであり、殺菌率の保証に使用するには信頼性に欠ける。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、最適な紫外線ランプの照度とすることができ、消費される電力を低減し、照度計を用いなくても効率良く殺菌対象流体の殺菌が行える紫外線殺菌装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、中圧の紫外線ランプと、その照度を変更する制御手段とを具備し、前記制御手段は、事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度の時間経過による低下量を記憶しておき、所定の時点における紫外線ランプの照度を前記低下量を用いて計算により求め、その照度が必要とする殺菌率を得るのに適する照度となっていない場合は適する照度となるように紫外線ランプの入力電力を切り替えることを特徴とする。
また前記紫外線殺菌装置には、殺菌対象流体の透過率を測定する透過率計と殺菌対象流体の流量を測定する流量計とを設け、前記制御手段は、前記透過率計と流量計によって測定された殺菌対象流体の透過率と流量から必要とする殺菌率を得るのに適する照度を求めることを特徴とする。
また前記制御手段は、前記計算によって求めた所定の時点での紫外線ランプの照度と、前記事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度の時間経過による低下量とによって、それ以後印加される入力電力で紫外線ランプを使用した場合に予め設定した紫外線ランプ交換時の照度まで低下する残り時間を計算して表示することを特徴とする。
また前記制御手段は、前記紫外線ランプへの入力電力を切り替えることによっては紫外線ランプの照度を必要とする殺菌率を得るのに適する照度とすることができなくなった状態を検知するとともに、該検知によって別途設置しておいた紫外線殺菌装置を作動させるか、或いは別途設置しておいた警報手段によって警報を発することを特徴とする。
中圧の紫外線ランプとは、圧力が０．０７５〜０．７５ｍｍＨｇ（１０〜１００Ｐａ）程度のものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を適用する紫外線殺菌装置の一例の全体概略構成図である。同図に示すように紫外線殺菌装置８０は、下水処理放流水等を流す配管１００の途中に接続される。紫外線殺菌装置８０は筒状のケーシング８１のチャンバー８４に透明石英製の保護管８３で覆われた紫外線ランプ８２を設置して構成されている。そしてケーシング８１に設けた流入口８５と流出口８７に配管１００を接続してチャンバー８４に下水処理放流水を流せば、紫外線ランプ８２から照射される紫外線によって下水処理放流水の殺菌が行える。
【００１５】
前記配管１００の紫外線殺菌装置８０の上流側には流量調整弁９１と流量計９３とが取り付けられており、また紫外線殺菌装置８０の下流側には弁９５が取り付けられている。
【００１６】
一方紫外線殺菌装置８０の下流側の配管１００から引き出して紫外線殺菌装置８０の上流側の配管１００（流量調整弁９１と流量計９３の間）に接続される配管１１０の途中に、透過率計１２０が接続されている。透過率計１２０は、内部に循環ポンプと透過率測定部とを有している。
【００１７】
図２はこの紫外線殺菌装置８０の紫外線ランプ８２の照度を制御する制御装置（制御手段）を示すブロック図である。同図に示すように制御装置は、制御部３１に図１に示す透過率計１２０と流量計９３からの信号を入力して演算し、紫外線ランプ８２と流量調整弁９１と別途設けた警報部３３と予備の紫外線殺菌装置８０´とに信号を出力するように構成されている。ここで紫外線ランプ８２にはその入力電力を切り換えることで照度を切り換える信号が出力される。また警報部３３は例えば中央コントロール盤で構成され、ランプ寿命（残り使用時間）や、ランプ交換の表示又は別途設置した予備の紫外線殺菌装置８０´を駆動する旨の表示を行う。
【００１８】
ここでこの紫外線殺菌装置全体の動作を説明する。まず図１において流量調整弁９１と弁９５を開いてチャンバー８４内に下水処理放流水を流し、前記制御部３１からの信号によって紫外線ランプ８２を所定の入力電力で点灯して下水処理放流水に所定の照度の紫外線を照射してその殺菌を行う。
【００１９】
一方下水処理放流水の透過率を測定するため、透過率計１２０内の循環ポンプを駆動して、殺菌された下水処理放流水の一部を配管１１０に分岐して透過率計１２０内の透過率測定部でその透過率を測定し、紫外線殺菌装置８０の上流側に循環する。
【００２０】
そして透過率計１２０で測定した透過率と流量計９３で測定した流量とを制御部３１に入力することで、制御部３１は透過率から必要な殺菌率が得られる紫外線線量を計算し、流量からその紫外線線量が得られる照度を計算し、その照度となるように紫外線ランプ８２へ信号を出力してその入力電圧を切り替えるように制御する。現在の照度は以下に示すような計算によって求める。照度が予め設定しておいた紫外線ランプ８２交換時の照度（最低必要照度）以上の照度を維持できなくなった場合は、警報部３３においてランプ交換表示などを行う。
【００２１】
具体的制御の１例を図３を用いて説明する。紫外線ランプ８２は前述のように高い電力を印加した場合は図３のクラスIIIのように照度は上がるがランプ点灯時間に対する照度低下量は大きくなり、このためその使用時間は短くなる。そこで最初は切り換えられる最も低い電力を紫外線ランプ８２に印加することとして初期照度を例えばｈＩ＝１００とすると、図３のクラスＩのようにランプ点灯時間に対して照度は小さい低下量で低下していく。このランプ照度とランプ点灯時間経過による照度低下量、即ちクラスＩ， II， IIIの特性はランプメーカーからの資料で得られ、決まっている。各クラスＩ， II， IIIの式は、以下の通りである。
クラスＩ：ｆI（ｔ）＝−ＭI・ｔ＋ｈI
クラスII：ｆII（ｔ）＝−ＭII・ｔ＋ｈII
クラスIII：ｆIII（ｔ）＝−ＭIII・ｔ＋ｈIII
但し、ＭＩ，ＭII，ＭIII：傾き
ｈＩ，ｈII，ｈIII：初期のランプ照度
【００２２】
ランプ照度とランプ点灯時間の関係は、照度低下が初期よりその６０％程度までは直線的に変化して上記式が成り立つ。なお図３に示すランプ照度８０のラインは、予め設定しておいた最低必要照度（紫外線ランプ８２交換時の照度）を示すラインである。
【００２３】
そして前記クラスＩの入力電力のままでランプの点灯を行うと８０００時間経過したときに、照度８０となる。この時間は他のクラスIIやクラスIIIを初期から用いた場合に比べ、最も長時間である。そして本制御例において、８０００時間経過後に、クラスIIの電力を投入すると、再びその照度は所定の照度ａだけ上昇する。そして再びクラスII´のように照度は低下していくが、クラスII´の低下量はクラスIIの低下量と同じである。なおａは、ａ＝８０×（１１２／１００）＝８９．６で求まる。（１１２／１００）は初期値の比（ｈII／ｈＩ）である。
【００２４】
次に再びその照度が８０になったときは、クラスIIIの電力を投入し、再び照度を所定の照度ｂだけ上昇させる。そして再び照度はクラスIII´のように低下していくが、クラスIII´の低下量はクラスIIIの低下量と同じである。ｂはａと同様に、ｂ＝８０×（１２８／１１２）＝９１．４で求まる。
【００２５】
次に再びその照度が８０になったときは、これ以上入力電力を上げられないので、図２において制御部３１から警報部３３に信号を出力し、ランプを交換すべき旨の表示又は別途設置した予備の紫外線殺菌装置８０´を駆動する旨の表示を行う。また実際に予備の紫外線殺菌装置８０´の駆動を開始しても良い。このように紫外線ランプ８２への入力電力を切り換えれば、ランプ点灯時間を長くでき、また過剰に紫外線を照射することもなく、効率良く殺菌対象流体の殺菌が行える。
【００２６】
ところでこの制御例は、予め設定しておいた最低必要照度８０が、常に殺菌対象流体の実際に必要とする殺菌率の最低照度を超えている場合の制御例である。従ってこの制御例の場合は、実際に必要とする殺菌率の照度を意識せずに予め設定した最低必要照度８０のみを基準として制御している。従って前述したように制御部３１へ入力される透過率計１２０と流量計９３による透過率と流量によって演算される必要殺菌率を得るための照度の計算は実際は必要ない。このような制御は、殺菌対象流体の透過率と流量が時間によって変化しない場合は有効である。
【００２７】
従ってこの制御例の制御は、タイマーで紫外線ランプ８２の入力電力を切り換えていくことでも行える。即ち予め設定した紫外線ランプ交換時の照度以上の照度を維持するように、紫外線ランプの入力電力を、最初の入力電圧からより大きい入力電圧に予め定めておいた時間間隔で切り換えていくようにしてもよい。
【００２８】
図４は他の制御例を示す図である。殺菌対象流体の流量が変動したり、紫外線透過率が変化する場合は、殺菌効果確保のため、紫外線ランプへの入力電力を随時切り換える必要がある。
【００２９】
即ち紫外線ランプ８２を最初例えばクラスＩの入力電力で点灯する。そして時間ｔ１が経過したときに、殺菌対象流体の流量や透過率が変動してそのときの照度では必要な殺菌率が得られなくなった場合は、紫外線ランプ８２への入力電力を例えばクラスIIに上げる。そして時間ｔ２が経過したときに、殺菌対象流体の流量や透過率が変動してそのときの照度では過剰な殺菌率になる場合は、紫外線ランプ８２への入力電力をクラスＩに下げる。以下必要な殺菌率に適する照度となるようにクラスを変更して行き、例えばクラスIIの状態で予め設定しておいた最低必要照度（紫外線ランプ８２交換時の照度）まで低下したときはクラスIIIの入力電力に切り換えてその電力を上昇し、再び最低必要照度まで低下したときは、これ以上入力電力を上げられないので、図２において制御部３１から警報部３３に信号を出力し、紫外線ランプ交換表示や別途設置した予備の紫外線殺菌装置８０´を駆動する旨の表示を行う。また実際に予備の紫外線殺菌装置８０´の駆動を開始しても良い。また場合によっては制御部３１から流量調整弁９１に信号を出力してその流量を減少させることで必要な殺菌率を得るための最低照度を低下させてさらに紫外線ランプ８２の寿命を長くさせるようにしても良い。
【００３０】
以上のように紫外線ランプ８２への入力電力を切り換えて行けば、透過率が高い場合はランプ入力電圧を低い範囲で使用してランプ寿命を延ばし、透過率が低い場合は必要なランプ入力電力を選定して殺菌率を保証するように対応でき、これによって例え殺菌対象流体の流量や透過率が変動しても、ランプ点灯時間を長くでき、また過剰に紫外線を照射することもなく、効率良く殺菌対象流体の殺菌が行える。
【００３１】
なお実際に現在のランプ照度を事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度の時間経過による低下量を用いて計算により算出する方法を以下に説明する。
【００３２】
即ち前記図４において、各時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…ｔｎにおける各式ｆ（ｔ１），ｆ（ｔ２），ｆ（ｔ３），…ｆ（ｔｎ）の値、即ち照度は、以下のような式で求めることができる。
ｆ（ｔ１）＝−ＭI・ｔ１＋ｈI
ｆ（ｔ２）＝−ＭII・（ｔ２−ｔ１）＋ｆ（ｔ１）・ｋ１
ｆ（ｔ３）＝−ＭI・（ｔ３−ｔ２）＋ｆ（ｔ２）・ｋ２
………………
ｆ（ｔｎ）＝−ＭIII・（ｔｎ−ｔ（ｎ−１））＋ｆ（ｔ（ｎ−１））・ｋｎ
但し、ｋ１〜ｋｎ：レベルを切り換えるときのｈI，ｈII，ｈIIIの比（大きいレベルから小さいレベルに切り換えるときはマイナス符号）
ｆ（ｔ）：ｔ時間経過後のランプ照度
【００３３】
従ってこれらの式から現在の実際の照度Ｓｍを算出できる。
【００３４】
なお本発明のように事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度のランプ点灯時間経過における低下量を用いれば、現在の照度から、使用する入力電力毎に、その紫外線ランプのその後の寿命が計算できる（もちろん途中で入力電力が変更された場合は前記計算は正確でなくなるが）。従って警報部３３にその残り寿命の表示を行うこともできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、照度計を用いなくても、最適な紫外線ランプの照度を求めて効率良く殺菌対象流体の殺菌が行えるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する紫外線殺菌装置の一例の全体概略構成図である。
【図２】紫外線ランプ８２の照度を制御する制御手段を示すブロック図である。
【図３】紫外線ランプ８２の照度の一制御例を示す図である。
【図４】紫外線ランプ８２の照度の他の制御例を示す図である。
【符号の説明】
３１制御部
３３警報部（警報手段）
８０紫外線殺菌装置
８２紫外線ランプ
９３流量計
１２０透過率計

Claims

中圧紫外線ランプと、その照度を変更する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度の時間経過による低下量を記憶しておき、所定の時点における紫外線ランプの照度を前記低下量を用いて計算により求め、その照度が必要とする殺菌率を得るのに適する照度となっていない場合は適する照度となるように紫外線ランプの入力電力を切り替えることを特徴とする紫外線殺菌装置。
前記紫外線殺菌装置には、殺菌対象流体の透過率を測定する透過率計と、殺菌対象流体の流量を測定する流量計とを設け、
前記制御手段は、前記透過率計と流量計によって測定された殺菌対象流体の透過率と流量から必要とする殺菌率を得るのに適する照度を求めることを特徴とする請求項１記載の紫外線殺菌装置。
前記制御手段は、前記計算によって求めた所定の時点での紫外線ランプの照度と、前記事前に判明している紫外線ランプの入力電力毎のランプ照度の時間経過による低下量とによって、それ以後印加される入力電力で紫外線ランプを使用した場合に予め設定した紫外線ランプ交換時の照度まで低下する残り時間を計算して表示することを特徴とする請求項１又は２記載の紫外線殺菌装置。
前記制御手段は、前記紫外線ランプへの入力電力を切り替えることによっては紫外線ランプの照度を必要とする殺菌率を得るのに適する照度とすることができなくなった状態を検知するとともに、該検知によって別途設置しておいた紫外線殺菌装置を作動させるか、或いは別途設置しておいた警報手段によって警報を発することを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記載の紫外線殺菌装置。