JP4322636B2 - 紫外線照射槽および液処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水層中に含まれる有機化合物に紫外線を照射することにより、当該有機化合物を分解処理するための紫外線分解処理装置に関する。

近年、浄水、下水、ゴミ最終処分場浸出水などの排水について、トリクロロエチレンやダイオキシン類などの難分解性有害有機化合物による汚染が問題となっている。このような難分解性の有害有機化合物を分解する方法として、一般にオゾンや過酸化水素などの酸化剤を排水中に添加し、紫外線を照射することにより排水中の難分解性有機化合物を酸化分解する方法が知られている。

そして、当該方法においては、排水中の難分解性有機化合物の濃度を測定し、その結果を用いて有機化合物の分解の程度を確認したり、オゾンなどの添加量及び紫外線の照度を制御するために用いられることが多い。

例えば、特開２００２−２３３８８３号公報（特許文献１）には、オゾンを添加した被処理液に紫外線を照射して処理液として排出する処理装置であって、濃度計により測定された汚染成分の濃度に基づいて、オゾン添加量や紫外線ランプの点灯出力を制御する技術が開示されている。

図１１に特許文献１に開示されている液処理装置のシステムフロー図を示す。この液処理装置は、貯留タンク９１に貯留された被処理液をポンプ９３を用いて紫外線照射槽９４に移送する。この配管Ｌ２２にはエジェクタ９５が設けられており、オゾナイザ９６によって発生されたオゾンが配管Ｌ２３を通って被処理液に添加される。紫外線照射槽９４によって酸化分解された処理液の一部は、配管Ｌ５によって貯留タンク９１に戻されると共に、残りは配管Ｌ２４を通って排水される。

配管Ｌ２４には、濃度計９８が設けられており、有機化合物の濃度を測定する。有機化合物濃度の値は制御装置１１１に送信され、紫外線ランプ９４ａの電圧の調整を行う電圧調整装置９７へ印加される電圧及びオゾナイザ９６へのオゾン発生用電圧を調整することにより、紫外線照射量及びオゾン添加量を調整する。
特開２００２−２３３８８３号公報

しかし、上記の液処理装置は、配管Ｌ２４の途中に濃度計９８が設けられており、当該濃度計に処理液を送りこむための配管Ｌ２１を別途必要とするため、配管内の汚れ自体で、処理対象物の汚れとは異なる測定値を得る場合や、当該配管の詰まりなどの問題が生じる。また、別途濃度計を設置するためのスペースを必要とし、処理装置自体の大型化を招くと共にコストの上昇の問題が生じる場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記問題を解決し、小型に構成することができ、コストを抑えた液処理装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために以下の構成の液処理装置を提供する。

本発明の第１態様の液処理装置は、紫外線照射槽内の被処理液に紫外線を照射して処理液として排出する場合に、前記被処理液の水質の指標となる水質指標物質の含有量について測定し、当該測定結果に基づいて前記被処理液に照射される紫外線の照射量を制御するものである。そして、前記紫外線照射槽は、紫外線を照射する紫外線ランプと、内側に前記紫外線ランプを収納可能な透明体で構成されその一部が前記紫外線ランプからの光を透過する紫外線透過部を構成する内筒と、前記内筒の周りに設けられ前記内筒とで画定された処理空間に被処理液を貯留する有底の外筒とを備え、
前記紫外線透過部に対向して前記紫外線照射槽の外筒に設けられ、前記処理空間に存在する被処理液を透過することによって前記水質指標物質の含有量の情報を有する前記紫外線ランプからの紫外線を受光可能な受光センサと、
前記受光センサからの出力に基づいて、紫外線の照射量を制御する制御装置を有する。

上記構成において、受光センサは、紫外線照射槽において被処理液を処理するために用いられる紫外線を受光し、処理空間に被処理液が存在した場合には、当該紫外線がこれを透過することによって、被処理液に含まれる水質指標物質の含有量の情報を含む信号が出力される。ここで水質指標物質とは、被処理液の水質の指標となる物質であって、被処理液に溶解する化学物質のほか、被処理液内に存在する固形成分や気泡などを含む概念であり、含有量は濃度や重量などのほか当該被処理液に存在する水質指標物質の量を一般的に示す概念である。制御装置は、当該受光線センサからの信号を直接、あるいは、前記水質指標物質の濃度などに変換された情報を用い、必要に応じて補正して紫外線の照射量を制御する。

本発明の第２態様の液処理装置は、第１態様の液処理装置において、前記制御装置は、前記水質指標物質の含有量計測の基準となる受光センサからの基準出力と、前記水質指標物質の含有量の情報を有する紫外線を受光した前記受光センサからの出力とを比較することによって、水質指標物質の含有量を測定する。水質指標物質の含有量計測の基準となる基準出力と水質指標物質の含有量の情報を有する紫外線を受光した受光センサの出力とを相対的に比較することができ、水質指標物質の含有量を高精度に計測することができる。上記構成において、含有量計測の基準は、例えば、水質指標物質をまったく含まない場合としてもよいし、含有量既知の水質指標物質を含む場合としてもよい。なお、比較される基準出力と含有量の情報を有する出力とは、同じ受光センサにより出力されてもよいし、別の受光センサから出力されてもよい。

また、本発明の第３態様の液処理装置は、前記外筒が被処理液を前記処理空間に導入する供給口と、前記供給口よりも高位置に設けられ前記処理空間から紫外線処理槽の外部に処理液を排出する排出口とを備え、前記紫外線透過部は、前記供給口よりも低位置に設けられている。

本発明の第４態様の液処理装置は、前記内筒が底壁を有し前記底壁に前記紫外線透過部を備えている。

また、本発明の第５態様の液処理装置は、前記処理空間が前記紫外線透過部からの紫外線と前記受光センサの受光面との間の厚みが１〜１５ｍｍとなるように構成されている。ここで、受光センサの受光面とは、処理空間の被処理液と区画される面であって、例えば、受光センサに透明部材などで被覆がなされている場合には、当該被覆面が該当する。

また、本発明の第６態様の液処理装置は、前記受光センサが、前記紫外線透過部に対向した位置に受光窓を備え少なくとも一部が前記処理空間に突出して設けられたケーシング内に収納され、前記受光窓を透過した紫外線を受光するように設けられている。

本発明の第７態様の液処理装置は、前記ケーシング内に、前記透過窓を透過した紫外線の光路を２つに分ける分光手段と、
前記分光手段で分けられた紫外線の第１の光路中に設けられ、当該光路の紫外線のうち第１の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該光路の紫外線を第１の波長の紫外線とする第１光学フィルタと、
前記分光手段で分けられた紫外線の第２の光路中に設けられ、当該光路の紫外線のうち第２の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該光路の紫外線を第２の波長の紫外線とする第２光学フィルタとを備え、
前記受光センサは、前記第１及び第２光学フィルタを透過した第１及び第２の波長の紫外線を受光する第１及び第２の受光センサであり、
前記制御装置は、前記第１及び第２の受光センサからの出力に基づいて、前記被処理液に含まれる複数の水質指標物質の含有量について測定する。

上記構成において、第１及び第２の波長は、それぞれ複数の水質指標物質における吸光度が高い波長に設定され、それぞれ第１及び第２受光センサからの出力に基づいて複数の水質指標物質の含有量を計測するようにしてもよいし、１つの水質指標物質について高い吸光度を有する波長と低い吸光度特性しか示さない波長に設定することによって、当該水質指標物質について、他の物質の影響を排除した含有量計測を行うようにしてもよい。

また、本発明の第８態様の液処理装置は、さらに、前記処理空間の被処理液がその内部に侵入しないように前記処理空間と密閉され、前記紫外線ランプからの紫外線を透過可能に構成された第２ケーシングを備え、
当該第２ケーシング内に、前記第２ケーシング内に透過された紫外線を受光して前記基準出力を出力するブランク用の受光センサとを備える。

本発明の第９態様の液処理装置は、第８態様の液処理装置において、前記第２ケーシング内に、
前記第２ケーシング内に透過された紫外線の光路を２つに分ける第２分光手段と、
前記第２分光手段で分けられた紫外線の第１の光路中に設けられ、当該光路の紫外線のうち前記第１の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該光路の紫外線を前記第１の波長の紫外線とする第３光学フィルタと、
前記第２分光手段で分けられた紫外線の第２の光路中に設けられ、当該光路の紫外線のうち前記第２の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該光路の紫外線を前記第２の波長の紫外線とする第４光学フィルタとを備え、
前記ブランク用の受光センサは、前記第３及び第４光学フィルタを透過した第１及び第２の波長の紫外線を受光して前記基準出力を出力する第１及び第２のブランク用の受光センサであり、
前記制御装置は、さらに前記第１及び第２のブランク用の受光センサからの基準出力に基づいて、前記被処理液に含まれる複数の水質指標物質の含有量について測定する。なお、上記構成において、分光手段、第２分光手段としては、例えば、ハーフミラーやプリズムなどを用いることができる。

また、本発明の第１０態様の液処理装置は、上記第１態様において、前記制御装置が、前記受光センサからの出力に基づいて、前記処理空間内の被処理液の水質指標物質の濃度を算出し、当該濃度に基づいて前記紫外線ランプの照射量を制御する。

本発明の第１１態様の液処理装置は、上記第８又は第９態様において、前記制御装置は、前記受光センサ及びブランク用の受光センサからの出力に基づいて、前記処理空間内の被処理液の水質指標物質の濃度を算出し、当該濃度に基づいて前記紫外線ランプの照射量を制御する。

また、本発明の第１２態様の液処理装置は、上記第１１態様において、制御装置が、前記第１の波長が前記水質指標物質の吸収が大きい波長近傍の波長で、前記第２の波長が前記水質指標物質の吸収が少ない波長近傍の波長であって、前記処理空間に存在する気泡の影響を除外するために前記水質指標物質の濃度を以下の式（１）により算出し、当該濃度に基づいて前記紫外線ランプの照射量を制御する。
Ｃ_ＣＯＤ＝（ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ１／Ｉ_Ｒ１）−ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２／Ｉ_Ｒ２））／Ｋ （１）
式（１）中、Ｉ’_Ｓ１は気泡混入時の第１の波長の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ１は第１の波長のブランク用の受光センサの信号強度、Ｉ’_Ｓ２は気泡混入時の第２の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ２は第２のブランク用の受光センサの信号強度、Ｋは比例定数を示す。

上記第１の波長及び第２の波長は、紫外線吸収スペクトルにおいて、当該水質指標物質が顕著な吸収を示す波長が第１の波長であり、ほとんど吸収を示さない波長が第２の波長となる。すなわち、第１の波長及び第２の波長は、水質指標物質の種類によって異なる。例えば、有機化合物を水質指標物質とする場合は、概ね、第１の波長は２５４ｎｍ近傍であり、第２の波長は３６５、４０２、５４５ｎｍ近傍などである。

本発明の第１３態様の液処理装置は、上記第１において、さらに、前記受光センサの出力に基づいて、当該処理空間内の被処理液の水質指標物質の濃度を算出し、当該算出された濃度の情報を前記制御装置に送信する算出手段を備える。

本発明の第１４態様は、上記第８から第９態様において、さらに、前記受光センサ及びブランク用受光センサからの出力に基づいて、当該処理空間内の被処理液の水質指標物質の濃度を算出し、当該算出された濃度の情報を前記制御装置に送信する算出手段を備える。

本発明の第１５態様は、上記第１４態様において、算出手段は、前記第１の波長が前記水質指標物質の吸収が大きい波長近傍の波長で、前記第２の波長が前記水質指標物質の吸収が少ない波長近傍の波長であって、前記処理空間に存在する気泡の影響を除外するために前記水質指標物質の濃度を以下の式（２）により算出する。
Ｃ_ＣＯＤ＝（ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ１／Ｉ_Ｒ１）−ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２／Ｉ_Ｒ２））／Ｋ （２）
式（２）中、Ｉ’_Ｓ１は気泡混入時の第１の波長の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ１は第１の波長のブランク用の受光センサの信号強度、Ｉ’_Ｓ２は気泡混入時の第２の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ２は第２のブランク用の受光センサの信号強度、Ｋは比例定数を示す。なお、第１の波長及び第２の波長は、上記第１１態様と同様に水質指標物質によって適宜異なる。

上記構成の紫外線照射槽によれば、汚染物質の分解に用いる紫外線を利用して被処理液中の汚染物質の濃度を測定することができる。したがって、別に濃度計を設ける必要がなく、液処理装置のコストを抑えることができると共に、濃度計を被処理液又は処理液を導くための配管を設ける必要がない。よって、当該配管の詰まりが生じず、また、当該配管の汚れによる濃度測定の誤差を生じないため、濃度測定の精度を向上させることができる。

以下、本発明の各実施形態に係る排水処理装置について、図面を参照しながら説明する。

図４は、本発明の第１実施形態の排水処理装置の構成を示す図である。図４に示すように、被処理排水は、配管Ｌ１を通って、貯留タンク１に一旦貯留される。配管Ｌ１には、被処理排水導入用のバルブ２が設けられており、当該バルブ２の開閉により貯留タンク１内の被処理排水の貯留量を調整することができる。

貯留タンク１内の被処理排水はポンプ３により配管Ｌ２を通って紫外線照射槽１０に導入される。配管Ｌ２には、エジェクタ４が設置されており、オゾナイザ５により発生したオゾンが配管Ｌ３を通って被処理排水に添加される。したがって、紫外線照射槽１０には、オゾンが添加された被処理排水が導入される。オゾナイザ５は、図示しないオゾン発生用電源を内蔵しており、この電源電圧に応じてオゾン添加量を増減させることができる。

紫外線照射槽１０は、２重筒を構成する有底の本体１１の内部に紫外線ランプ１２が配置されており、また、本体１１の底部分には、当該紫外線ランプからの紫外線を受光可能に構成された受光ユニット１３が設けられている。紫外線ランプ１２は図示しない電圧調整装置に接続され、その照度を変更することできるようになっている。また、受光ユニットは、紫外線ランプからの紫外線量を測定し、この紫外線量の情報に基づいて、被処理排水中の汚染物質濃度を測定することができる。紫外線照射槽１０の具体的な構成は後述する。

紫外線照射槽１０内で紫外線照射された被処理排水は、処理排水として配管Ｌ４を通って、外へ排出される。配管Ｌ４には、処理排水排出バルブ７が設けられており、これを開閉することにより紫外線照射槽１０から排出される処理排水量を調整することができる。

一方、紫外線照射槽から排出される処理排水は、配管Ｌ５を通って貯留タンク１に返送することができるようになっている。配管５には、流量調節バルブ８が設けられており、これを開閉することにより、貯留タンクに返送することができる処理排水量を調整可能となっている。

紫外線照射槽１０の受光ユニットにより得られた紫外線の強度に基づいて計測された被処理排水中の汚染物質濃度の情報は、制御装置６に送信される。制御装置６はオゾナイザ５及び紫外線ランプの電圧調整装置に接続されており、制御装置６によってオゾン発生用電源の電圧の制御及び紫外線ランプの電圧調整装置の電圧を制御し、オゾン添加量及び紫外線照射量を制御することができるようになっている。

次に、紫外線照射槽の構成について説明する。図１は紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。紫外線照射槽１０には、上述の通り、本体１１の内部に紫外線ランプ１２が設けられている。紫外線分解処理に用いられる紫外線ランプとしては、低圧水銀ランプが広く用いられているが、例えば、ケイエルブイ株式会社製（アメリカＢＨＫ社）の「Ａｎａｌａｍｐ」（商品名）８１−１１２７−０１（型番）であれば、後述する好適な範囲の波長の紫外線を放射するため、好適に用いることができる。また、浜松ホトニクス株式会社製シリコンフォトダイオードＳ２６８４−２５４（商品名）も好適に使用することができる。

本体１１は、有底の外筒１４及び有底の内筒１５の２重の壁で囲まれた空間を処理空間１６とし、当該処理空間に分解対象物質である汚染物質（例えば、ＣＯＤ、ダイオキシン等）を含む被処理排水を貯留し、内筒１５を通して紫外線ランプからの紫外線を被処理排水に照射することにより、汚染物質を酸化分解させるものである。外筒１４には、それぞれ処理空間１６に連通し、被処理排水を処理空間１６内に供給する供給口１７と、処理空間に貯留された処理排水を紫外線照射槽の外部へ排出する排出口１８とが供給口１７よりも高い位置に設けられている。

本体１１を構成する内筒１５は、ガラスなどの透明な部材で構成されており、その内側に収納された紫外線ランプから照射された紫外線が処理空間１６内の被処理排水に到達することができるようになっている。また、内筒１５の底壁の一部は図３に示すように、平らに構成されており、当該部分１９を通って紫外線が処理空間１６を透過する。内筒１５の底壁の紫外線透過部分１９に対して対向する位置に受光ユニット１３が設けられている。受光ユニット１３は、外筒１４の底壁２０を貫通し、その上端が底壁２０の上面よりも高くなるように設けられたケーシング２１を備えている。ケーシング２１の上面には、処理空間１６を透過した紫外線ランプからの紫外線がケーシング２１内に入射するための受光窓２２を備える。ケーシング２１の上面が外筒１４の底壁よりも高い位置に設けられていることにより、被処理排水中に含まれる固形成分などが当該受光窓２２の上に堆積することを防止することができる。

また、上述のように、ケーシング２１は、外筒１４の底壁に設けられており、また、内筒１５の底壁に設けられた紫外線透過部分１９が供給口１８よりも低位に位置しているので、供給口１７から気泡が混入されても、紫外線の光路に気泡が侵入するのを阻止できるようになっている。受光窓２２からケーシング２１内に入射した紫外線は、特定の波長の紫外線のみを透過させる光学フィルタ２３を介して受光センサ２４に到達する。当該光学フィルタの透過波長範囲は、２００ｎｍから３８０ｎｍ、好ましくは２００から２３０ｎｍまたは２５０から２８０ｎｍ、さらに好ましくは、２１８ｎｍ近傍又は２５４ｎｍ近傍である。

受光センサ２４は、処理空間１６に存在する被処理排水を透過した紫外線の強度を測定する。この紫外線強度を測定することにより、被処理排水の汚染物質の濃度を測定することができる。この濃度測定のために、紫外線強度のブランク値を測定するセンサ２５が内筒１５に設けられている。また、紫外線が被処理排水を通過する距離、すなわち、内壁１５の底壁とケーシング２１の受光窓２２までとの距離Ｗは、概ね０．１〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１５ｍｍ程度に設定しておくことが好ましい。

本実施形態では、受光センサ２４及びブランク値を測定するブランク用受光センサ２５の紫外線強度の情報は、図示しない演算装置により汚染物質の濃度の情報が算出され当該情報が制御装置６に送信される。但し、この濃度計算は、制御装置６により行ってもよい。

本実施形態にかかる排水処理装置を用いて排水処理を行う場合は、先ず、ポンプ３を駆動させて貯留タンク１から紫外線照射槽１０へ被処理排水を送りこむ。上述のように、その途中で、被処理排水にオゾンが添加される。紫外線照射槽１０では、紫外線照射により、被処理排水中の分解対象である汚染物質が酸化分解される。被処理排水を透過した紫外線ランプからの紫外線は、ケーシング２１の受光窓２２から受光センサに到達する。受光センサは、受光した紫外線の強度を計測する。

紫外線照射槽１０の排出口１８から排出された処理排水は、配管Ｌ４又はＬ５を通って、貯留タンク１に返還され、または装置の外部へ排出される。

受光センサ２４により測定された紫外線強度及びブランク測定用のセンサ２５からの紫外線強度の情報に基づいて算出された濃度の情報は、制御装置６に送られる。制御装置では、当該情報に基づいて、以下のように紫外線照射量及びオゾン添加量を制御する。

汚染成分の濃度が、予め定められた設定濃度値Ｃ１を超える場合には、制御装置６は、オゾナイザ５のオゾン発生用電源の電圧を制御し、オゾン添加量を増加させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線ランプ１２の照射量を増加させる。すると、紫外線照射槽１０内でＯＨラジカルが多量に生成されるので、汚染成分の酸化分解反応が促進され、汚染成分濃度が設定濃度値Ｃ１以下まで低減される。

一方、汚染成分の濃度が、予め定められた設定濃度値Ｃ２（＜Ｃ１）を下回る場合には、制御装置６は、オゾナイザ５の電圧を制御し、オゾン添加量を減少させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線の照射量を減少させる。すると、紫外線照射槽１０内のＯＨラジカルが減少するので、汚染成分の酸化分解反応が抑制され、汚染成分の濃度が設定濃度値Ｃ２以上となる。

以上のような制御を行うことで、処理排水中の汚染成分濃度が、予め設定された範囲（Ｃ１〜Ｃ２）内の濃度に制御される。なお、Ｃ２が０であってもよい。この場合は、処理排水中の汚染成分濃度が設定濃度範囲を超える場合にのみ、電圧調整装置及びオゾナイザ５を制御すればよい。

次に本発明の第２実施形態の排水処理装置について説明する。図９は、本発明の第２実施形態の排水処理装置の構成を示す図である。図９に示すように、被処理排水は、配管Ｌ１を通って、貯留タンク３１に一旦貯留される。配管Ｌ１には、被処理排水導入用のバルブ３２が設けられており、当該バルブ３２の開閉により貯留タンク３１内の被処理排水の貯留量を調整することができる。

貯留タンク３１内の被処理排水はポンプ３３により配管Ｌ２を通って紫外線照射槽４０に導入される。配管Ｌ２には、エジェクタ３４が設置されており、オゾナイザ３５により発生したオゾンが配管Ｌ３を通って被処理排水に添加される。したがって、紫外線照射槽４０には、オゾンが添加された被処理排水が導入される。オゾナイザ３５は、図示しないオゾン発生用電源を内蔵しており、この電源電圧に応じてオゾン添加量を増減させることができる。

紫外線照射槽４０は、２重筒を構成する有底の本体４１の内部に紫外線ランプ４２が配置されており、また、本体４１の底部分には、当該紫外線ランプからの紫外線を受光可能に構成された、受光ユニット４３が設けられている。紫外線ランプ４２は図示しない電圧調整装置に接続され、その照度を変更することできるようになっている。また、受光ユニットは、紫外線ランプからの紫外線量を測定し、この紫外線量の情報に基づいて、被処理排水中の汚染物質濃度を測定することができる。紫外線照射槽４０の具体的な構成は後述する。

紫外線照射槽４０内で紫外線照射された被処理排水は、処理排水として配管Ｌ４を通って、外へ排出される。配管Ｌ４には、処理排水排出バルブ３７が設けられており、これを開閉することにより紫外線照射槽４０から排出される処理排水量を調整することができる。

一方、紫外線照射槽から排出される処理排水は、配管Ｌ５を通って貯留タンク３１に返送することができるようになっている。配管Ｌ５には、流量調節バルブ８が設けられており、これを開閉することにより、貯留タンクに返送することができる処理排水量を調整可能となっている。

紫外線照射槽４０の受光ユニットにより得られた紫外線の強度に基づいて計測された被処理排水中の汚染物質濃度の情報は、制御装置３６に送信される。制御装置３６はオゾナイザ３５及び紫外線ランプの電圧調整装置に接続されており、制御装置３６によってオゾン発生用電源の電圧の制御及び紫外線ランプの電圧調整装置の電圧を制御し、オゾン添加量及び紫外線照射量を制御することができるようになっている。

次に、紫外線照射槽の構成について説明する。図５は紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。紫外線照射槽４０は、上述の通り、本体４１の内部に紫外線ランプ４２が設けられている。紫外線分解処理に用いられる紫外線ランプとしては、低圧水銀ランプが広く用いられているが、例えば、ケイエルブイ株式会社製（アメリカＢＨＫ社）の「Ａｎａｌａｍｐ」（商品名）８１−１１２７−０１（型番）であれば、後述する好適な範囲の波長の紫外線を放射するため、好適に用いることができる。また、浜松ホトニクス株式会社製シリコンフォトダイオードＳ２６８４−２５４（商品名）も好適に使用することができる。

本体４１は、有底の外筒４４及び有底の内筒４５の２重の壁で囲まれた空間を処理空間４６とし、当該処理空間に分解対象物質である汚染物質を含む被処理排水を貯留し、内筒４５を通して紫外線ランプからの紫外線を被処理排水に照射することにより、汚染物質を酸化分解させるものである。外筒４４には、それぞれ処理空間４６に連通し、被処理排水を処理空間４６内に供給する供給口４７と、処理空間に貯留された処理排水を紫外線照射槽の外部へ排出する排出口４８とが設けられている。

本体４１を構成する内筒４５は、ガラスなどの透明な部材で構成されており、その内側に収納された紫外線ランプからの照射された紫外線が処理空間４６内の被処理排水に到達することができるようになっている。また、内筒４５の底壁の一部は図８に示すように、部分的に平らに構成されており、当該部分４９を透過して紫外線が処理空間に照射される。内筒４５の紫外線透過部分４９に対して対向する位置に受光ユニット４３が設けられている。受光ユニット４３は、外筒４４の底壁５０を貫通し、その上端が底壁５０よりも高くなるように設けられたケーシング５１を備えている。ケーシング５１の上面には、処理空間４６を透過した紫外線ランプ４２からの紫外線をケーシング５１内に入射させるための受光窓５２を備える。ケーシング５１の上面が外筒４４の底壁５０よりも高い位置に設けられていることにより、被処理排水中に含まれる固形成分などが当該受光窓５２の上に堆積することを防止することができる。

ケーシング５１内には、分光手段であるハーフミラー５３が設けられており、受光した紫外線を２つに分光する。分割された２つの紫外線光路は、それぞれ、特定の波長を有する紫外線のみを透過する光学フィルタ５４、５５を通って受光センサ５６、５７に到達する。光学フィルタ５４、５５は、それぞれ２５４ｎｍの波長及び３６５．０ｎｍの波長の紫外線を透過させる光学フィルタであり、受光センサは、５６，５７は、それぞれこの波長の紫外線の強度を測定する。これにより、被処理排水の汚染物質の濃度を測定することができる。また、紫外線が被処理排水を通過する距離、すなわち、内壁４５の底壁とケーシング５１の受光窓５２までとの距離Ｗ_１は、概ね０．１〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ程度に設定しておくことが好ましい。

また、図７及び図８に示すように、外筒の側壁には、処理空間４６中の被処理排水が侵入しないように、処理空間４６と完全に密閉されたケーシング５９を備えるブランク光測定部５８が設けられている。ブランク光測定部５８は、その内部に、内壁４５の表面との距離が、内壁４５の底壁とケーシング５１の受光窓５２までとの距離Ｗ_１と同じ間隔Ｗ_２を持って設けられた透過ガラス６０と、透過ガラス６０を透過した紫外線を２つに分光する第２分光手段であるハーフミラー６１と、ハーフミラー６１を透過したそれぞれの紫外線のうち特定の波長を有する紫外線のみを透過させる光学フィルタ６２、６３と、光学フィルタ６１、６２を透過した特定波長の紫外線強度を測定する受光センサ６４、６５とを備えている。光学フィルタ６２、６３は、光学フィルタ５４、５５と同様のものであり、それぞれ２５４ｎｍの波長及び３６５．０ｎｍの波長の紫外線を透過させる。ブランク光測定部５８により、処理空間４６を透過しない紫外線の強度を測定することができる。

本実施形態にかかる紫外線照射槽４０では、汚染物質（ＣＯＤ）に対して強い吸収を示す２５４ｎｍの波長及びほとんど吸収を示さない３６５．０ｎｍの２つの波長において、それぞれ被処理排水を透過した紫外線とブランク光との紫外線強度を得ることができ、これを用いて、被処理排水中に含まれる気泡の影響を除いた汚染成分濃度の算出を行うことができる。

すなわち、２５４ｎｍ側の受光ユニット４３の受光センサ（本実施形態では、受光センサ５６）の信号強度をＩ_２５４とし、２５４ｎｍ側のブランク光測定部５８の受光センサ（本実施形態では、受光センサ６４）の信号強度をＩ_Ｒ２５４とすると被処理排水の汚染物質濃度Ｃ_ＣＯＤは、ｌｏｇ（Ｉ_２５４／Ｉ_Ｒ２５４）＝Ｋ・Ｃ_ＣＯＤと表せる（Ｋは比例定数）。ここで被処理排水中の気泡の影響により、受光センサ５６の紫外線強度がＩ’_２５４＝Ｉ_２５４×ΔＩ_２５４となったとする（ΔＩ_２５４は変化割合）。ここで、ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２５４／Ｉ_Ｒ２５４）＝Ｋ×Ｃ_ＣＯＤ＋Ｅが成立するので、
ｌｏｇ（（Ｉ_Ｓ２５４×ΔＩ_Ｓ２５４）／Ｉ_Ｒ２５４）＝Ｋ×Ｃ_ＣＯＤ＋Ｅ
ｌｏｇ（Ｉ_Ｓ２５４／Ｉ_Ｒ２５４）＋ｌｏｇ（ΔＩ_Ｓ２５４）＝Ｋ×Ｃ_ＣＯＤ＋Ｅ （３）
となる。（Ｅは気泡の影響を示す。Ｅ＝ｌｏｇ（ΔＩ_Ｓ２５４））

ここで、有機物の吸収が少ない３６５．０ｎｍの受光センサ（それぞれ受光センサ５７、６５）の信号強度を測定します。ブランク光測定部５８の受光センサ６５の信号強度をＩ_Ｒ３６５とし、受光ユニット４３の受光センサ５７の信号強度をＩ_Ｓ３６５とすると、通常は、
Ｉ_Ｓ３６５／Ｉ_Ｒ３６５ ≒１
であり、気泡の混入により光量が変化した場合は、
Ｉ’_Ｓ３６５＝Ｉ_Ｓ３５６×ΔＩ_Ｓ３６５
ΔＩ_Ｓ３６５＝Ｉ’_Ｓ３６５／Ｉ_Ｓ３５６＝Ｉ’_Ｓ３６５／Ｉ_Ｒ３５６
となる。ここで気泡による光量の影響に波長依存性はほとんどなく、
ΔＩ_Ｓ２５４ ≒ΔＩ_Ｓ３６５
とみなせるので、これを（３）式に代入し、
Ｋ×Ｃ_ＣＯＤ＝ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２５４／Ｉ_Ｒ２５４）−Ｅ
Ｃ_ＣＯＤ＝（ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２５４／Ｉ_Ｒ２５４）−ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ３６５／Ｉ_Ｒ３５６））／Ｋ （４）
により気泡の影響を除外したＣ_ＣＯＤの値が求められる。

本実施形態にかかる排水処理装置を用いて排水処理を行う場合は、先ず、ポンプ３３を駆動させて貯留タンク３１から紫外線照射槽４０へ被処理排水を送りこむ。上述のように、その途中で、被処理排水にオゾンが添加される。紫外線照射槽４０では、紫外線照射により、被処理排水中の分解対象である汚染物質が酸化分解される。被処理排水を透過した紫外線ランプからの紫外線は、ケーシング５１の受光窓５２から受光センサ５６、５７に到達する。受光センサ５６、５７は、受光した紫外線の強度を計測する。

紫外線照射槽４０の排出口４８から排出された処理排水は、配管Ｌ４又はＬ５を通って、貯留タンク３１に返還され、または装置の外部へ排出される。

受光センサ５６、５７により測定された紫外線強度及びブランク測定用の受光センサ６４、６５からの紫外線強度の情報は、制御装置３６に送られる。制御装置では、当該情報に基づいて、上述の式（１）に基づいて気泡の影響を除去した汚染成分の濃度を演算する。

制御装置３６で算出された汚染成分の濃度が、予め定められた設定濃度値Ｃ１を超える場合には、制御装置３６は、オゾナイザ３５のオゾン発生用電源の電圧を制御し、オゾン添加量を増加させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線ランプ４２の照射量を増加させる。一方、制御装置３６で算出された汚染成分の濃度が、予め定められた設定濃度値Ｃ２（＜Ｃ１）を下回る場合には、制御装置３６は、オゾナイザ３５の電圧を制御し、オゾン添加量を減少させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線の照射量を減少させる。以上のような制御を行うことで、処理排水中の汚染成分濃度が、予め設定された範囲（Ｃ１〜Ｃ２）内の濃度に制御される。なお、Ｃ２＝０であってもよい。この場合は、処理排水中の汚染成分濃度が設定濃度範囲を超える場合にのみ、電圧調整装置及びオゾナイザ３５を制御すればよい。

以上説明したように、上記各実施形態にかかる排水処理装置によれば、汚染物質の分解に用いる紫外線を利用して被処理排水中の汚染物質の濃度を測定することができる。したがって、別部材として濃度計を備える必要がなく、排水処理装置のコストを抑えることができると共に、濃度計を被処理排水又は処理排水を導くための配管を設ける必要がない。よって、当該配管の詰まりが生じず、また、当該配管の汚れによる濃度測定の誤差を生じないため、濃度測定の精度を向上させることができる。

また、第２実施形態にかかる排水処理装置によれば、被処理排水と共に紫外線照射槽に混入される気泡の影響を除去して汚染成分濃度の測定を行うことができ、より正確な濃度測定を行うことができる。

次に本発明の第３実施形態の排水処理装置について説明する。図１０は本発明の第３実施形態にかかる排水処理装置の部品を構成する紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。本実施形態にかかる排水処理装置も、図４に示す排水処理装置と同様に貯留タンクからの排水が途中でオゾン添加を受けて紫外線照射槽に導入され、紫外線照射槽において紫外線の照射を受けて酸化分解する。図１０に示すように、本実施形態にかかる受光ユニットは、紫外線照射槽７０の本体７１の外筒７４に設けられており、照度が変更可能に構成されている紫外線ランプの紫外線量を測定することができる。

紫外線照射槽７０は、図１０に示すように、本体７１の内部に紫外線ランプ７２が設けられている。本体７１は、有底の外筒７４及び有底の内筒７５の２重の壁で囲まれた空間を処理空間７６とし、当該処理空間に分解対象物質である汚染物質を含む被処理排水を貯留し、内筒７５を通して紫外線ランプからの紫外線を被処理排水に照射することにより、汚染物質を酸化分解させるものである。外筒７４には、それぞれ処理空間７６に連通し、被処理排水を処理空間７６内に供給する供給口７７と、処理空間に貯留された処理排水を紫外線照射槽の外部へ排出する排出口７８とが設けられている。

本体７１を構成する内筒７５は、ガラスなどの透明な部材で構成されており、その内側に収納された紫外線ランプからの照射された紫外線が処理空間７６内の被処理排水に到達することができるようになっている。内筒７５の紫外線透過部分に対して対向する位置には受光ユニット７３が設けられている。受光ユニット７３は、外筒７４の周壁を貫通して設けられたケーシングを備えている。受光ユニット７３の内部構成は、第１実施形態にかかる受光ユニットとほぼ同様の構成である。なお、受光ユニット７３は、供給口７７から供給される排水中の気泡の影響を少なくするため、供給口７７よりも低い位置に設けられている。

また、図１０に示すように、処理空間７６の下方には、処理空間７６中の被処理排水が侵入しないように、処理空間７６を完全に２つに仕切る仕切り板７９が設けられており、当該仕切り板７９より下側にブランク空間８０を画定する。ブランク空間８０には、ブランク光測定部８１が設けられている。ブランク光測定部８１は、受光ユニット７３とほぼ同様の構成であり、紫外線ランプ７２の下方部７２ａからブランク空間８０に照射された光を直接受光して、ブランク光の強度を測定する。

本実施形態では、受光ユニット７３内に設けられた受光センサ（図示なし）及びブランク光測定部８１内に設けられたブランク用受光センサ（図示なし）からの紫外線強度及びブランクの紫外線強度の情報に基づいて制御装置により紫外線ランプの強度及びオゾンの添加量の制御がなされる。具体的には、受光ユニット７３内の受光センサとブランク光測定部８１のブランク用受光センサとの紫外線強度の差を演算し、当該差が所定の値よりも大きい場合は、処理空間７６内の排水中の汚染成分が多く含まれていることから、オゾナイザ５のオゾン発生用電源の電圧を制御し、オゾン添加量を増加させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線ランプ１２の照射量を増加させる。

一方、受光センサとブランク用受光センサとの強度の差が、予め定められた設定値より小さい場合には、排水中に含まれる汚染成分が少ないということであるから、制御装置はオゾナイザの電圧を制御し、オゾン添加量を減少させると共に、電圧調整装置の電圧を制御し、紫外線の照射量を減少させる。

以上のような制御を行うことで、処理排水中の汚染成分が、予め設定された範囲内に制御される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

例えば、上記実施形態では、紫外線ランプは１本のみ設けられているが、複数設け、点灯させる紫外線ランプの本数を調整することにより紫外線強度の制御を行うようにしてもよい。

また、第２実施形態において、例えば、紫外線を３つ以上の光路に分光するような光学手段を有していてもよい。

本発明の第１実施形態の排水処理装置の部品を構成する紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。 図１の紫外線照射槽の断面図である。 図２の紫外線照射槽の部分拡大図である。 本発明の第１実施形態の排水処理装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の排水処理装置の部品を構成する紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。 図５の紫外線照射槽の断面図である。 図５の紫外線照射槽のＩ−Ｉ断面図である。 図６の紫外線照射槽の部分拡大図である。 本発明の第２実施形態の排水処理装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の排水処理装置の部品を構成する紫外線照射槽の外観構成を示す斜視図である。 従来の排水処理装置のシステムフロー図である。

符号の説明

１，３１ 貯留タンク
２，３，７，８，３２，３３，３７，３８ バルブ
３，３３ ポンプ
４，３４ エジェクタ
５，３５ オゾナイザ
６，３６ 制御装置
１０，４０，７０ 紫外線照射槽
１１，４１，７１ 本体
１２，４２，７２ 紫外線ランプ
１３，４３，７３ 受光ユニット
１４，４４，７４ 外筒
１５，４５，７５ 内筒
１６，４６，７６ 処理空間
１７，４７，７７ 供給口
１８，４８，７８ 排出口
１９，４９ 紫外線透過部
２１，５１ ケーシング
２４，５６，５７ 受光センサ
２５，６４，６５ ブランク用受光センサ
１００，１０１ 排水処理装置

Claims (12)

1. 被処理液に紫外線を照射して処理液として排出する場合に、前記被処理液の水質の指標となる水質指標物質の濃度を算出し、当該濃度に基づいて前記被処理液に照射する紫外線の照射量を制御する液処理装置であって、
   紫外線を照射する紫外線ランプと、内側に前記紫外線ランプを収納可能な透明体で構成されその一部が前記紫外線ランプからの光を透過する紫外線透過部を構成する内筒と、前記内筒の周りに設けられ前記内筒とで画定された処理空間に被処理液を貯留する有底の外筒とを備える紫外線照射槽と、
   前記紫外線ランプから照射され、前記内筒と前記外筒との間に貯留された前記被処理液を透過した紫外線のうち、前記水質指標物質による吸収が顕著な波長近傍の第１の波長の紫外線のみを透過させる第１光学フィルタと、
   前記第１光学フィルタを透過した前記第１の波長の紫外線を受光して、前記水質指標物質の濃度に関する信号を出力する第１の受光センサと、
   前記紫外線ランプから照射された紫外線のうち、前記水質指標物質による吸収がほとんどない波長近傍の第２の波長の紫外線のみを透過させる第２光学フィルタと、
   前記第２光学フィルタを透過した前記第２の波長の紫外線を受光して、前記水質指標物質の濃度に影響されない基準信号を出力する第２の受光センサと、
   前記第１の受光センサから出力された前記水質指標物質の濃度に関する信号と、前記第２の受光センサから出力された前記水質指標物質の濃度に影響されない基準信号とによって、ランベルト・ベールの法則によって算出された前記被処理液に含まれる前記水質指標物質の濃度に基づいて、前記被処理液に照射する紫外線の照射量を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする、液処理装置。
2. 前記紫外線ランプから照射された紫外線のうち、前記内筒と前記外筒との間に貯留された前記被処理液を透過した紫外線の光路を２つに分ける第１分光手段をさらに備え、
   前記第１光学フィルタは、前記第１分光手段で分けられた紫外線の第１の光路中に設けられ、当該第１の光路の紫外線のうち前記水質指標物質による吸収が顕著な波長近傍の第１の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該第１の光路の紫外線を第１の波長の紫外線として、
   前記第２光学フィルタは、前記第１分光手段で分けられた紫外線の第２の光路中に設けられ、当該第２の光路の紫外線のうち前記水質指標物質による吸収がほとんどない波長近傍の第２の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該第２の光路の紫外線を第２の波長の紫外線とする、請求項１に記載の液処理装置。
3. 前記外筒は、前記被処理液を前記処理空間に導入する供給口と、前記供給口よりも高位置に設けられ、前記処理空間から前記紫外線照射槽の外部に前記処理液を排出する排出口とを備え、
   前記紫外線透過部は、前記供給口よりも低位置に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液処理装置。
4. 前記内筒は、底壁を有し、前記底壁に前記紫外線透過部を備えていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の液処理装置。
5. 前記処理空間は、前記紫外線透過部からの紫外線と前記第１及び第２受光センサの受光面との間の厚みが１〜１５ｍｍとなるように構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の液処理装置。
6. 前記第１及び第２受光センサは、前記内筒の前記紫外線透過部と前記処理空間を挟んで対向した前記外筒の位置に受光窓を備え、少なくとも一部が前記処理空間に突出して前記外筒の一部に設けられた第１ケーシング内に収納され、前記受光窓を透過した紫外線を受光するように設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の液処理装置。
7. さらに、前記内筒の前記紫外線透過部と前記処理空間を挟んで対向した前記外筒の位置に受光窓を備え、少なくとも一部が前記処理空間に突出して前記外筒の一部に設けられ、前記処理空間内の前記被処理液がその内部に侵入しないように前記被処理液と隔離され、前記紫外線ランプから前記内筒を透過した紫外線が前記被処理液を透過することなく透過可能に構成された第２ケーシングを備え、
   当該第２ケーシング内に、前記紫外線ランプから照射された紫外線のうち、前記被処理液を透過することなく前記第２ケーシング内に透過した紫外線を受光して、前記被処理液内に存在する気泡の影響を除外するためのブランク信号を出力するブランク用受光センサを備えることを特徴とする、請求項１に記載の液処理装置。
8. 前記第２ケーシング内に、
   前記第２ケーシング内に透過した紫外線の光路を２つに分ける第２分光手段と、
   前記第２分光手段で分けられた紫外線の第１の光路中に設けられ、当該第１の光路の紫外線のうち前記第１の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該第１の光路の紫外線を前記第１の波長の紫外線とする第３光学フィルタと、
   前記第２分光手段で分けられた紫外線の第２の光路中に設けられ、当該第２の光路の紫外線のうち前記第２の波長の紫外線のみを透過させることにより、当該第２の光路の紫外線を前記第２の波長の紫外線とする第４光学フィルタとを備え、
   前記ブランク用受光センサは、前記第３光学フィルタを透過した前記第１の波長の紫外線を受光して第１のブランク信号を出力する第１のブランク用受光センサと、前記第４光学フィルタを透過した前記第２の波長の紫外線を受光して第２のブランク信号を出力する第２のブランク用受光センサとを含み、
   前記制御装置は、前記第１及び第２の受光センサから出力された信号及び基準信号に加えて、さらに前記第１及び第２のブランク用受光センサから出力された前記第１及び第２のブランク信号に基づいて前記被処理液内に存在する気泡の影響を除外してランベルト・ベールの法則によって算出された前記被処理液に含まれる前記水質指標物質の濃度に基づいて、前記被処理液に照射する紫外線の照射量を制御することを特徴とする、請求項７に記載の液処理装置。
9. 前記水質指標物質は、ＣＯＤであって、
   前記制御装置は、前記被処理液内に存在する気泡の影響を除外するために前記ＣＯＤの濃度を以下の式（１）により算出し、当該濃度に基づいて前記紫外線ランプの照射量を制御することを特徴とする、請求項８に記載の液処理装置。
   Ｃ_ＣＯＤ＝（ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ１／Ｉ_Ｒ１）−ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２／Ｉ_Ｒ２））／Ｋ （１）
   式（１）中、Ｉ’_Ｓ１は気泡混入時の前記第１の波長についての前記第１の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ１は前記第１の波長についての前記第１のブランク用受光センサの信号強度、Ｉ’_Ｓ２は気泡混入時の前記第２の波長についての前記第２の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ２は前記第２の波長についての前記第２のブランク用受光センサの信号強度、Ｋは比例定数を示す。
10. さらに、前記第１及び第２の受光センサから出力された信号及び基準信号に基づいて、ランベルト・ベールの法則によって当該処理空間内の前記被処理液の前記水質指標物質の濃度を算出し、当該算出された前記水質指標物質の濃度を前記制御装置に送信する算出手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の液処理装置。
11. さらに、前記第１及び第２の受光センサから出力された信号及び基準信号と、前記第１及び第２のブランク用受光センサから出力された前記第１及び第２のブランク信号とに基づいて前記被処理液内に存在する気泡の影響を除外して、ランベルト・ベールの法則によって当該処理空間内の前記被処理液の前記水質指標物質の濃度を算出し、当該算出された濃度を前記制御装置に送信する算出手段を備えることを特徴とする、請求項８に記載の液処理装置。
12. 前記水質指標物質は、ＣＯＤであって、
    前記算出手段は、前記被処理液内に存在する気泡の影響を除外するために前記ＣＯＤの濃度を以下の式（２）により算出することを特徴とする、請求項１１に記載の液処理装置。
    Ｃ_ＣＯＤ＝（ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ１／Ｉ_Ｒ１）−ｌｏｇ（Ｉ’_Ｓ２／Ｉ_Ｒ２））／Ｋ （２）
    式（２）中、Ｉ’_Ｓ１は気泡混入時の前記第１の波長についての前記第１の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ１は前記第１の波長についての前記第１のブランク用受光センサの信号強度、Ｉ’_Ｓ２は気泡混入時の前記第２の波長についての前記第２の受光センサの信号強度、Ｉ_Ｒ２は前記第２の波長についての前記第２のブランク用受光センサの信号強度、Ｋは比例定数を示す。

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