JP4105081B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、上下水道水および産業廃水について殺菌、難分解性有機物分解を目的とする水処理装置に関する。

産業技術の発達に伴い、水処理プロセスにおける被処理水性状は多種多様化しており、このため被処理水中に含有する微生物に対しても、安全かつ効率的な殺菌方法が必要とされている。従来、殺菌プロセスでは、塩素化合物を中心とした薬剤注入処理がなされていた。しかし、この処理では、クリプトスポリジウムをはじめとした人体に有害な微生物類が被処理水に混入するので、従来の水処理プロセスでは十分な殺菌が困難となってきている。

このため、紫外線殺菌などの新しい殺菌方法が開発されてきている。紫外線殺菌では微生物ＤＮＡ損傷による殺菌能をもつことから、直接殺菌の目的に合致した処理方法である。また、難分解有機成分の大量処理に際して、オゾン法が有効であり普及しつつある。また、更にその効率を高めるため、紫外線照射や過酸化水素添加などの併用法の効果が確認されており、水処理における紫外線照射プロセス導入方法の確立が求められている。

水中での紫外線照射においては、紫外線ランプによる水中照射が一般的である。この場合、被処理水中の無機物、有機物、微生物および処理生成物などが、紫外線ランプ表面に静電的に吸着・付着し、照射強度の低下などが懸念されている。そこで、機械的にランプ表面を洗浄する方法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

しかし、これらの方法は機械操作を伴うため、ランプ表面への損傷や、紫外線ランプの断続運転を伴い、結果として紫外線ランプ寿命へ影響する可能性がある。
特開２０００−６２４１５号公報 特開２００１−２９９４１号公報

このように、紫外線ランプの水中照射により被処理際を処理する場合、紫外線ランプ表面に、被処理水中の無機物、有機物、微生物および処理生成物などが静電的に吸着・付着し、照射強度の低下を引き起こす。そこで、機械的にランプ表面を洗浄することが考えられているが、ランプ表面への損傷や、紫外線ランプの断続運転を伴い、紫外線ランプ寿命に影響を与えることになる。これらのことから、紫外線ランプ表面の定期的な洗浄操作を不要とする紫外線ランプ照射が望まれている。

本発明の目的は、紫外線ランプ表面の機械的な洗浄を行うことなく、照射強度を維持でき、被処理水に対する殺菌処理を適切に行うことができる水処理装置を提供することにある。

本発明の水処理装置は、被処理水が導入される処理水槽内に紫外線ランプを設置し、この紫外線ランプから照射される紫外線により被処理水を処理する水処理装置であって、導電性かつ紫外線透過性を有する材料により前記紫外線ランプ表面に形成された被覆電極と、前記処理水槽内に前記被覆電極と対向して配置され、この被覆電極との間に所定電圧が印加される対電極とを備えたことを特徴とする。

本発明では、被覆電極と対電極との間に印加される電圧の極性を周期的に極性転換するとよい。

また、本発明では、紫外線ランプが浸漬された処理水槽内に、オゾンを導入するとよい。

さらに、本発明では、紫外線ランプが浸漬された処理水槽内に、過酸化水素水を導入してもよい。

これらの発明では、導電性かつ紫外線透過性を有する材料により紫外線ランプ表面に被覆電極を形成し、この被覆電極と対向して対電極を配置し、これら被覆電極と対極との間に所定電圧を印加して紫外線ランプの表面電荷を制御することにより、紫外線ランプ表面に対する、被処理水中の無機物、有機物、微生物および処理生成物などの静電的な吸着・付着を抑制し、紫外線照射能を適切に維持する。

本発明によれば、紫外線ランプ表面に対する、被処理水中の無機物、有機物、微生物および処理生成物などの静電的な吸着・付着を抑制するので、長期間に亘って紫外線照射能を適切に維持でき、被処理水に対する殺菌処理を適切に行うことができる。

以下、本発明による水処理装置の一実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１はこの実施の形態による水処理装置の全体構成を示している。図１において、処理水槽２には、被処理水１が導入される。この処理槽２内には紫外線ランプ３が浸漬状態で設置されている。この紫外線ランプ３は、ランプ電源４に接続しており、このランプ電源４からの供給電力により点灯し、紫外線を照射して被処理水１を殺菌処理する。

５は被覆電極で、導電性かつ紫外線透過性を有する材料を、紫外線ランプ３表面に被覆形成してなる。６は対電極で、処理水槽２内に、被覆電極５と対向して配置されている。この被覆電極５及び対電極６はランプ表面荷電電源７に接続されており、これら被覆電極５と対電極６との間に所定電圧を印加する。

処理水槽２に導入された被処理水１は、処理水槽２内において紫外線ランプ３により紫外線照射され、処理水８として処理水槽２から排出される。ここでいう被処理水１は、前段の固形分分離工程を経ていることが望ましい。その他の公知の水処理工程の有無については、特に制限はない。

紫外線ランプ３は、公知の紫外線発生源でよく、例えば、低圧水銀ランプなどを用いる。紫外線ランプ被覆電極５は、導電性を有し、かつ紫外線透過性を有するもので、例えば、ホウ素等の不純物を添加したダイヤモンド薄膜などが適している。このダイヤモンド薄膜は、バンドギャップが約５．５ｅＶと、ＤＮＡ 損傷殺菌や、酸素活性種生成を目的とする場合に必要な２５０ｎｍ 近傍の紫外光を透過し、導電性を有する。

対電極６は、紫外線ランプ被覆電極５と幾何学的に等距離に配置することが望ましく、その距離は１ｍ以下とする。この対電極６は、メッシュ構造としてもよく、電極材料としては紫外線ランプ被覆電極５と同材料、もしくは水中電解時に不溶性の電極材料、例えば、白金（Ｐｔ） 被覆のチタン（Ｔｉ） 電極などが望ましい。

ランプ表面荷電電源７は、被覆電極６の材料構造に影響を及ぼさないよう電圧印加を行うことが望ましい。この印加電圧値は、０．５ｖ〜２０ｖ程度であり、望ましくは１ｖ〜５ｖの電圧値を用いる。この電圧印加により、紫外線ランプ被覆電極５の表面電荷が制御され、その表面への処理生成物などの付着を抑制する。

次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。図１において被処理水１は処理水槽２に導入され、この処理水槽２内にて紫外線ランプ３から供給される紫外線が照射される。このため、被処理水１中の微生物のＤＮＡ 損傷殺菌や、紫外線照射による生成酸素活性種によって有機物分解が起こる。その際、被処理水１由来の荷電無機物、有機物、微生物、およびそれらの紫外線照射反応生成物が、紫外線ランプ３の表面に付着しようとする。

しかし、この付着は、ランプ表面荷電電源７によって電荷制御された被覆電極５によって抑制され、紫外線ランプ３の表面が汚れることはない。すなわち、被処理水中に含まれる荷電成分、特にカルシウムイオンや金属イオン分の他、電荷を有する有機物・コロイド・タンパクなどが、同一電荷に保たれる電極表面と静電的反発を生じ、電極表面への付着が抑制される。このため、長期間に亘って紫外線ランプ３による紫外線照射が安定に行われ、被処理水１を処理水槽２内で適切に浄化することができる。

次に、図２で示す実施の形態について説明する。図２に示す実施の形態は、ランプ表面荷電電源７に対して、電圧印加電極の極性制御装置９を配したものであり、他は図１と略同一である。尚、極性制御装置９は、直流極性の時間制御、交流方式など、いずれの方法でもよい。

このような構成からなる実施の形態の作用について説明する。図２において、極性制御装置９は、ランプ表面荷電電源７による被覆電極５の電圧印加極性を反転させる。この極性反転により、被覆電極５や対電極６に静電的作用や、電極表面上での酸化還元による付着物質の抑制を行うことができる。例えば、陽イオンの電極表面への付着析出（還元）を例にとると、極性反転により電極表面電荷が反転することによって、付着析出物質が再びイオン化（酸化）するので、電極表面への付着析出を抑制できる。このように、極性を反転して電極表面へ静電的に作用する荷電種を切換えることにより、付着物質を抑制できる。

尚、極性の反転は、４８ｈ以内の周期とすることが望ましく、反転は交流方式、直流方式の時間制御による極性反転いずれでもよい。これらは処理水質や処理機器構成によって決定することが望ましい。

ここで、反転周期を４８ｈ以内としたのは次の理由による。被処理水の水質にもよるが、長期に渡って同一の電極荷電状態を維持した場合、電極表面に付着析出が生じる。例えば、比較的水質が良い水道水等での試験したところ、４８ｈを超えると電極上への析出物が顕著となる傾向が観察された。このため、最大でも４８ｈという数値を採用した。電極表面の健全維持のみに着目した場合、反転周期は短いほどよいが、極性反転頻度による機器消耗等も考慮した設定を行うことが望ましい。例えば、電圧制御電源を用いた場合、電圧印加等による電流値計測を実施し、電極表面への付着進行による電気抵抗増加に伴う電流値低下等から極性反転周期を制御しても良い。

なお、交流方式の場合は、商用電源とは別に、別途交流電源を配して電圧印加を行うことが望ましい。商用電圧を印加した際、電圧によっては電極表面の劣化や、電気エネルギーの熱エネルギー変換量が膨大となるためである。

このように、極性反転を行うことにより、陽電荷、陰電荷を有する物質双方の被覆電極５への付着を抑制することが可能となり、紫外線ランプ３によって生成する紫外線照射が安定に行われ、被処理水１を処理水槽２内で適切に浄化することができる。

次に、図３で示す実施の形態について説明する。図３に示す実施の形態では、処理水槽２にオゾンを供給するオゾン発生装置１０を配したものであり、他は図１および図２と略同一である。なお、オゾン発生装置１０は、放電式オゾン発生、電解式オゾン発生など、いずれの方式によるものでもよい。

このような構成からなる実施の形態の作用について説明する。図３において、オゾン発生装置１０によって処理水槽２にオゾンが供給され、紫外線ランプ３によって照射される紫外線との相互作用によって、水中でのヒドロキシラジカル生成が加速化される。このため、被処理水１中に含有する有機物の分解を促進することができる。

すなわち、オゾン発生装置１０から供給されるオゾンと、被覆電極５の電荷制御によって安定照射される紫外線との相互作用により、被処理水１を処理水槽２内で適切に浄化することができる。

次に、図４で示す実施の形態について説明する。図４に示す実施の形態では、処理水槽２に過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置１１を配したものであり、他は図１乃至図３と略同一である。なお、過酸化水素供給装置１１は、過酸化水素水貯留タンクからのポンプ供給によるもの、或いは、電解式過酸化水素生成供給によるものなど、いずれの方式でもよい。

このような構成からなる実施の形態の作用について説明する。図４において、過酸化水素供給装置１１によって処理水槽２に過酸化水素が供給され、紫外線ランプ３によって照射される紫外線との相互作用によって、水中でのヒドロキシラジカル生成が加速化される。このため、被処理水１中に含有する有機物の分解を促進することができる。

すなわち、過酸化水素供給装置１１から供給される過酸化水素と、被覆電極５の電荷制御によって安定照射される紫外線により、被処理水１を処理水槽２内で適切に浄化することができる。

本発明による水処理装置の一実施の形態を示す構成図である。 本発明による水処理装置の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明による水処理装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。 本発明による水処理装置のさらにまた他の実施の形態を示す構成図である。

符号の説明

１ 被処理水
２ 処理水槽
３ 紫外線ランプ
４ ランプ電源
５ 被覆電極
６ 対電極
７ ランプ表面荷電電源
８ 処理水
９ 極性制御装置
１０ オゾン発生装置
１１ 過酸化水素供給装置

Claims (4)

1. 被処理水が導入される処理水槽内に紫外線ランプを設置し、この紫外線ランプから照射される紫外線により被処理水を処理する水処理装置であって、
   導電性かつ紫外線透過性を有する材料により前記紫外線ランプ表面に形成された被覆電極と、
   前記処理水槽内に前記被覆電極と対向して配置され、この被覆電極との間に所定電圧が印加される対電極と、
   を備えたことを特徴とする水処理装置。
2. 被覆電極と対電極との間に印加される電圧の極性を周期的に極性転換することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 紫外線ランプが浸漬された処理水槽内に、オゾンを導入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
4. 紫外線ランプが浸漬された処理水槽内に、過酸化水素水を導入することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水処理装置。

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