JP4690872B2

JP4690872B2 - 紫外線照射水処理装置

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Publication number: JP4690872B2
Application number: JP2005347069A
Authority: JP
Inventors: 健志出; 法光阿部; 孝浩相馬; 清一村山; 政雄金子; 省二郎環
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007152155A

Description

本発明は、浄水処理や下水処理・食品排水処理・薬品排水処理・遠洋船舶バラスト水処理等において、藻類・微生物・病原性原虫等を不活化もしくは無害化するために紫外線を被処理水に照射する紫外線照射水処理装置に係り、例えば、紫外線の照射効率の高い紫外線照射水処理装置に関する。

従来から日本の上水道は、塩素消毒による衛生学的安全性を基盤として運用されている。

このような運用のもと、近年、クリプトスポリジウムやジアルジア等の新興および再興病原微生物による水道汚染事故が発生するという問題が生じている。また、水道水源である湖沼・ダム・河川の富栄養化や有機物汚濁の進行により、藻類が大量発生するという問題も生じている。大量発生した藻類は、異臭味や着色障害・凝集・沈澱阻害・ろ過閉塞・ろ過水漏出障害の原因となる。さらに、消毒のために注入される塩素剤が原水中の有機物と反応し、有害副生成物（トリハロメタン等）が生成されるという問題も生じている。

これらの問題を解消するために、日本の水道が長年培ってきた、凝集から沈澱・ろ過・塩素処理へと順次処理していく基本パターンの運用の改善が検討されている。

具体的には、従来の塩素消毒に変わる代替消毒技術として、被処理水に紫外線を照射することによる紫外線消毒が利用され始めている。紫外線消毒は、複雑な薬品注入管理が不要であり、トリハロメタン等の有害副生成物を発生しないという利点がある。また、クリプトスポリジウムの増殖能力にダメージを与えて感染力を消失する効果も高い。そのため、残留有機物の酸化や消毒を目的として、紫外線消毒による紫外線照射処理が浄水処理場等において行われる場合がある。

紫外線消毒をする場合、紫外線の透過効率の観点から、一般的には、ろ過処理水あるいは凝集沈澱処理水に紫外線を照射する。一方、凝集改善やクリプトスポリジウムなどの病原性原虫類の感染力を消失させる等を目的とする場合、原水に紫外線照射を行なうことがある。すなわち、前塩素処理の代わりに紫外線を照射する。

また、浄水処理においては、藻類を繁殖させないことが望まれる。これに関し、藻類の繁殖を防止するのにも紫外線照射は効果的である。

上述したような紫外線照射処理が病原性微生物や原虫の消毒を目的として採用される場合、消毒に有効な紫外線波長領域は、ＵＶ−Ｃ帯と呼ばれる２００ｎｍ〜３００ｎｍである。このＵＶ−Ｃ帯の紫外線を発生させるためには、水銀蒸気をランプ内に封入した低圧または中圧の水銀ランプが用いられる。

また、紫外線を被処理水に照射する装置としては、流体が流通する円筒容器内に容器の軸方向と平行に紫外線ランプを１本または複数本配置する装置が知られている（非特許文献１）。

しかし、消毒対象である病原性原虫や病原菌・ウィルス等を不活化するために必要な紫外線の照射量は、微生物種毎に異なる。それゆえ、消毒対象となる病原生原虫や細菌・バクテリア・ウィルス等を含む被処理水に対し、紫外線照射水処理装置に入ってから出て行くまでの僅かな時間内に、効果的に紫外線に照射する必要がある。

また、紫外線の強度は、紫外線ランプからの距離の２乗に逆比例して減少する。それゆえ、効果的に紫外線に照射するためには、紫外線ランプ近傍に被処理水を通過させる必要がある。

そこで、被処理水が紫外線ランプの外周を旋回しながら流れるようにするための螺旋状のガイドベーンを設置する方法（特許文献１）や、被処理水全体が紫外線ランプ近傍を通過するように渦流等の２次流れを誘発する方法が提案されている（特許文献２，特許文献３）。

例えば、従来の紫外線照射水処理装置１００としては、図１５に構成を示すものが挙げられる。

紫外線照射水処理装置１００において、被処理水Ｗ１は、円筒形容器１０１の下部の被処理水入口管１０２から入り、容器１０１の軸方向に上昇する。そして、容器１０１の上部の処理水出口管１０３から流出するように流れる。円筒形の容器１０１の中心軸には、保護管１０４によって囲われた紫外線ランプ１０５が設置されている。さらに、容器１０１の内部には、螺旋状のガイドベーン１０６が設置されている。このように構成された紫外線照射水処理装置１００では、被処理水Ｗ１は、螺旋状ガイドベーン１０６に沿って紫外線ランプ１０５の周囲を旋回しながら流れる。それゆえ、被処理水Ｗ１の全体に対して紫外線を均一に照射することができる。

また、他の紫外線照射水処理装置１００Ｓとして、例えば図１６に示す構成のものが挙げられる。なお、図１６において、図１５と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

紫外線照射水処理装置１００Ｓにおいて、被処理水Ｗ１は、円筒形容器１０１の下部に形成された被処理水入口管１０２から流入し、容器１０１の軸方向に上昇する。そして、容器１０１の上部に形成された処理水出口管１０３から流出する。円筒形容器１０１の中心軸には、保護管１０４によって囲われた紫外線ランプ１０５が設置されている。さらに、円筒形の容器１０１の内壁面には、紫外線ランプ１０５を囲うように半円形断面の螺旋状流路１１０が形成されている。すなわち、図１６のように構成された紫外線照射水処理装置１００Ｓにおいては、被処理水Ｗ１は被処理水入口管１０２から流入して、螺旋状流路１１０を通る。それゆえ、被処理水Ｗ１は、紫外線ランプ１０５の外周を旋回しながら流れることになる。これにより、被処理水Ｗ１の全体に対して紫外線を均一に照射することができる。さらに、螺旋状流路１１０の断面形状が半円形であるので、流体の２次流れとして渦流が誘発される。そのため、紫外線ランプ１０５の近傍を被処理水Ｗ１が通過することとなり、より効果的に紫外線を照射することができる。
"ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL.", United States Environmental Protection Agency , June 2003, Draft. 特表平９−５０３１６０号公報特表２００４−５１２９０５号公報特表２００１−５１６６３７号公報

しかしながら、上述したような従来の紫外線照射水処理装置においては、以下に示すような問題がある。

（Ａ）まず、紫外線照射水処理装置の容器内部に螺旋状ガイドベーンを設置したり、容器内壁に螺旋状流路を形成したりすると、容器を流通するための流体抵抗が増大する。そのため、紫外線の照射効率が低下する場合があるという問題がある。

（Ｂ）また、大量の被処理水を処理するために、被処理水の流れる方向と並行に複数の紫外線ランプを配置することが考えられる。しかし、複数の紫外線ランプを配置した場合、一部のランプが故障して消灯すると、消灯したランプの近傍には紫外線が十分に照射されないという問題がある。これは、周辺のランプから照射される紫外線が消灯したランプにより遮蔽されるからである。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、紫外線の照射効率の高い紫外線照射水処理装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、被処理水を流入させて紫外線を照射する処理をし、処理した処理水を流出する紫外線照射水処理装置であって、前記装置本体は、円筒形の側面部を有する容器を備え、前記容器内に、前記側面部の中心軸と平行に設置された複数の棒状の紫外線ランプと、前記各紫外線ランプを保護するために、前記各紫外線ランプを包むように個別に設置された複数の保護管と、前記保護管の外周面に接する保護管の貫通部を有し、前記被処理水を前記中心軸に向かうように整流する複数の孔を前記保護管の貫通部を除く全領域に有する仕切り板とを備え、前記容器外壁に、前記被処理水を流入させるための被処理水入口管と、前記処理水を流出するための処理水出口管とを備え、前記複数の紫外線ランプは、前記中心軸を中心とする円周上に等間隔に設置され、前記仕切り板は、前記中心軸に沿って設定される内円により、前記容器内壁から該内円までの第１領域と、該内円から前記中心軸までの第２領域とに区分けされ、前記被処理水に対する前記第２領域の流動抵抗を前記第１領域の流動抵抗より小さくした紫外線照射水処理装置を提供する。

＜作用＞
従って、本発明は、異方性の孔を有する仕切り板を容器内に設けたことにより、被処理水を流入させた場合、被処理水の速度分布を均一化することができる。それゆえ、被処理水に均一に紫外線を照射でき、紫外線の照射効率の高い紫外線照射水処理装置を提供できる。

本発明によれば、紫外線の照射効率の高い紫外線照射水処理装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第1の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０の構成を示す側面図であり、図２は紫外線照射水処理装置１０の平面図である。

紫外線照射水処理装置１０は、被処理水Ｗ１を流入させて紫外線を照射する処理をし、処理した処理水Ｗ２を流出するものである。

紫外線照射水処理装置１０の容器２０は、円筒形の側面部２１を有するものである。

容器２０の外壁には、被処理水入口管２２と処理水出口管２３とが設けられている。また、容器２０の底面の両端には端面部２４Ａ・２４Ｂが設けられている。

被処理水入口管２２は、側面部２１に設けられた管であり、被処理水Ｗ１を流入させるためのものである。

処理水出口管２３は、側面部２１に設けられた管であり、処理水Ｗ２を流出するためのものである。

また、被処理水入口管２２および処理水出口管２３は、側面部２１における互いに異なる端部２１Ａ・２１Ｂにそれぞれ配管される。

容器２０の内側には、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆと、保護管３１Ａ〜３１Ｆと、仕切り板３２Ａ・３２Ｂとが設置されている。

紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、側面部２１の中心軸Ｓと平行に設置される。また、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆは、中心軸Ｓを中心とする円周上に等間隔に端面部２４Ａ・２４Ｂに設置される。具体的には、紫外線ランプとして、両側に電極を取り付けた石英管をＵ字型にして棒状にしたものを用いる。石英管の内部は、ほぼ真空状態であり、水銀蒸気のみが存在する。このような状態の石英管の両電極間を高電圧放電させると、電子が水銀蒸気を励起させて紫外線を発するようになる。

本実施形態では、２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長の紫外線を発生する紫外線ランプを用いることができるが、特に、２５４ｎｍの波長の紫外線を発生するものを用いる。そして、発生した紫外線に被処理水Ｗ１を暴露することにより、被処理水中の消毒対象物質を無害化する。

保護管３１Ａ〜３１Ｆは、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆに被処理水Ｗ１が直接接触しないようにするために、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを保護するためのものである。そのため、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆを包むように個別に設置される。なお、各保護管３１Ａ〜３１Fは、石英ガラスにより形成され、端面部２４Ａ・２４Ｂに設置される。

仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、異方性の孔を開けた多孔仕切り板であり、中心軸Ｓと垂直になるように設置される。なお、仕切り板３２Ａは、被処理水Ｗ１の入口側に設けられる。詳しくは、被処理水入口管２２より下流側であって、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより被処理水Ｗ１に紫外線が照射される紫外線照射領域の上流側に設けられる。一方、仕切り板３２Ｂは、処理水Ｗ２の出口側に設けられる。具体的には、処理水出口管２３より上流側であって、紫外線照射領域の下流側に設けられる。

この仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、中心軸Ｓに沿って設定される内円Ｃにより、側面部２１の内壁２１Ｗから内円Ｃまでの第１領域Ｒ１と、内円Ｃから中心軸Ｓまでの第２領域Ｒ２とに区分けされている。そして、第１領域Ｒ１の孔の大きさより第２領域Ｒ２の孔の大きさを大きくしてある。例えば、図３に示すような異方性の穴が開いたメッシュ板を用いることができる。

上述したような仕切り板３２Ａ・３２Ｂを用いると、孔のない部分により被処理水Ｗ１に流動抵抗が加わる。そして、この流動抵抗により、被処理水Ｗ１を中心軸Ｓに向かうようにすることができる。具体的には、被処理水Ｗ１が仕切り板３２Ａ・３２Ｂを通過する前後で、図４に示すような速度分布の変化が生じる。図４は、被処理水Ｗ１が流入する流入方向Ｔにおける速度分布の概念を示す図である。被処理水Ｗ１は流入すると、被処理水入口管２２に対向する側（図１においてＩ側）に偏った速度分布Ｖ１を示す。これに対し、仕切り板３２Ａを通過すると、速度分布が均一化されて、中心軸Ｓを中心とした速度分布Ｖ２に変化する。

なお、仕切り板３２Ａ・３２Ｂとしては、図５に示すように、多孔質膜を用いることができる。また、図６に示すように、多孔板を用いることができる。さらに、図７に示すように、ハニカム構造体を用いることができる。また、仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、金属・セラミック・樹脂により形成することができる。

また、仕切り板３２Ａ・３２Ｂは保護管３１Ａ〜３１Ｆと接しており、その接している保護管３１Ａ〜３１Ｆを支えている。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０の作用について説明する。

まず、被処理水Ｗ１が、被処理水入口管２２を通り、容器２０内に流入してくる。容器２０内に流入してきた被処理水Ｗ１においては、流れの速い領域と遅い領域とが生じている。それゆえ、被処理水Ｗ１は、不均一な速度分布を有することになる。

続いて、被処理水Ｗ１は、仕切り板３２Ａを通過する。仕切り板３２Ａは、側面部２１の内壁２１Ｗ側より中心軸Ｓ側の孔径が大きくなるように孔が開いている。それゆえ、中心軸Ｓ側の流量が多くなるように、被処理水Ｗ１が整流される。なお、このように中心軸側に整流された被処理水Ｗ１の水流を「中央部高流速均一水流」という。

次に、被処理水Ｗ１は、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより最も有効的に紫外線が照射される領域（以下「有効領域」ともいう。）に流入する。有効領域においては、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの全てから被処理水Ｗ１に紫外線が照射される。それゆえ、容器２０の中心軸Ｓにおいて照射される紫外線量は、複数の紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆから照射される紫外線量の総和になる。また、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆからは、２５４ｎｍ付近の波長の紫外線が照射される。波長が２５４ｎｍ付近の紫外線は、殺菌線として働き、被処理水中の耐塩素微生物のクリプトスポリジウムや他の微生物・大腸菌等の菌類・ウィルス・藻類等を不活化する。これにより、被処理水Ｗ１が消毒される。

続いて、消毒された被処理水Ｗ１は仕切り板３２Ｂを通過して、処理水出口管２３により容器２０から排出される。通常であれば、容器２０の横に処理水出口管２３が配管されている場合、配管が形成されている部分において不均一な流れが生じる。これに対し、本実施形態の紫外線照射水処理装置１０のように仕切り板３２Ｂが設けられている場合には、不均一な流れが有効領域の流れに影響しないように整流される。

そして、処理水出口管２３から排出された被処理水Ｗ１は処理水Ｗ２として、次の浄水工程に送られたり、需要者に直接給水されたりすることになる。

以上説明したように、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０は、異方性の孔を有する仕切り板３２Ａ・３２Ｂを容器２０内に設けたことにより、被処理水Ｗ１を容器２０内に流入させた場合、被処理水Ｗ１の速度分布を均一化することができる。それゆえ、被処理水Ｗ１に紫外線を均一に照射でき、紫外線の照射効率の高くすることができる。

特に、被処理水Ｗ１の流れが速い場合には、この効果は顕著なものとなる。すなわち、被処理水Ｗ１の流れが速い場合に、仕切り板３２Ａが無いと、被処理水入口管２２と処理水出口管２３との間で高速の短絡流になるからである。ここで、紫外線量（Ｊ／ｃｍ^２）は紫外線照度（Ｗ／ｃｍ^２）と照射時間（ｓｅｃ）との積で表わされ、紫外線による消毒効果は紫外線量（Ｊ／ｃｍ^２）に比例する。そのため、短絡流となって流速が速くなると線量不足となり、被処理水Ｗ１を十分に消毒できなくなる。一方、被処理水Ｗ１の流れが遅いと、紫外線の照射量が過剰となる。そのため、被処理水Ｗ１の流量に対して紫外線の照射量が適切ではないことになる。そこで、仕切り板３２Ａを用いて被処理水Ｗ１を均一な流れに整流すると、最も効果的に紫外線が照射される有効領域に被処理水Ｗ１を流入させることができるので、被処理水Ｗ１に紫外線を効果的に照射することができる。

なお、紫外線照度はランプからの距離に比例して被処理水中で減衰する。そのため、側面部２１の内壁側を流れる被処理水は、最も近い紫外線ランプが発する紫外線に影響を受ける。また、遠くにある他の紫外線ランプから照射される紫外線は、大きく減衰するだけでなく、近くの紫外線ランプの陰になって遮られる場合がある。そのため、被処理水は、遠くの紫外線ランプから照射される紫外線の影響をほとんど受けない。すなわち、側面部２１の内壁側より中心軸側の方が照度は高い。

また、複数ある紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆのうち、一部（３０Ｆ）が消灯してしまった場合や出力低下してしまった場合は、内壁側は照度不足となり被処理水が十分消毒されないことになる。これに対し、中心軸側は、それ以外の紫外線ランプ（３０Ａ〜３０Ｅ）から紫外線が照射されるため、消毒性能を維持することができる。

まとめると、仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、側面部２１の内壁側の孔径より中心軸側の孔径を大きくしているので、消毒効果の高い容器２０の中央部に被処理水Ｗ１の流量が多くなるように整流することができる。そのため、複数の紫外線ランプの一部が消灯してしまった場合や出力低下してしまった場合でも、被処理水Ｗ１に対し十分な紫外線量を照射することができ、確実に消毒することができる。

また、仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、各保護管３１Ａ〜３１Ｆを支持する支持体でもある。さらに、整流効果により、保護管３１Ａ〜３１Ｆに不均一な水流による応力がかからない。その結果、保護管３１Ａ〜３１Ｆおよび紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆが破損するリスクを軽減できる。また、保護管３１Ａ〜３１Ｆに要求される強度を減らすことができるので、保護管３１Ａ〜３１Ｆの肉厚を薄くできたり、容器２０へ固定することを簡易化できたりする。結果として、イニシャルコストを軽減できる。なお、このような効果は、紫外線照射の有効領域以外の場所、すなわち、被処理水入口管２２や処理水出口管２３が接続された部分では、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面を金属管で覆う事により、さらに向上することができる。

（変形例）
なお、図８に示すように、仕切り板３２Ａ・３２Ｂとして、第1領域Ｒ１の孔の大きさと第２領域Ｒ２の孔の大きさは同じものを用いるが、第1領域Ｒ１の孔の数より第２領域Ｒ２の孔の数を多くしたものを用いても、被処理水Ｗ１が中心軸Ｓに向かうような流動抵抗を加えることができる。また、メッシュ板でなく、多孔質膜・多孔板・ハニカム構造体を用いても同様の効果を得ることができる。

また、図９に示すように、仕切り板３２Ａ・３２Ｂとして、金属製またはセラミック製・樹脂製のメッシュ板を用い、保護管３１Ａ〜３１Ｆの周縁に設定される第３領域Ｒ３における孔の大きさを、他の領域における孔の大きさより大きくしたものを用いて、流動抵抗を加えることもできる。これにより、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの表面近傍の流量を速くし、その周辺の場所では流量を遅くすることができる。ここで、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの表面近傍では、紫外線の照度が高く消毒効果が高い。また、それ以外の場所では、紫外線の照度が低く消毒効果が低い。すなわち、上述したような仕切り板を用いることにより、消毒効果を高くすることができ、効果的に紫外線を照射することができる。

なお、仕切り板として、保護管３１Ａ〜３１Ｆの周縁に設定される第３領域Ｒ３における孔の数を、他の領域における孔の数より多くすることでも効果的に紫外線を照射することができる。また、メッシュ板ではなく、多孔質膜・多孔板・ハニカム構造体を用いても同様の効果を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
図１０は本発明の第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ａの構成を示す側面図であり、図１１は紫外線照射水処理装置１０Ａの平面図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、特に説明がない限りは重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ａは、第1の実施形態に係る仕切り板３２Ａ・３２Ｂを駆動する駆動機構４０を組み込んだものである。

駆動機構４０は、接続部材４１・駆動軸４２・駆動モーター４３を備える。

接続部材４１は、仕切り板３２Ａを駆動軸４２に固定して支持するとともに、駆動軸４２の回転に応じて仕切り板３２Ａを駆動軸４２に沿って移動させるものである。具体的には、仕切り板３２Ａに取り付けられるものであり、駆動軸４２とは互いに雄螺子・雌螺子構造で接続されるものである。

駆動軸４２は、容器２０の中心軸Ｓに沿って設置されており、回転することにより接続部材４１を中心軸Ｓに沿って駆動するものである。すなわち、接続部材４１と雄螺子・雌螺子構造で接続されていることにより、駆動軸４２の回転エネルギーを接続部材４１の駆動エネルギーに変換している。

駆動モーター４３は、駆動軸４２を回転させるためのモーターである。また、駆動モーター４３は、駆動するタイミングを設定することができる。例えば、内蔵するタイマーにより1５分毎に駆動するように設定できる。

以上説明したように、紫外線照射水処理装置１０Ａは駆動機構４０を具備するので、仕切り板３２Ａを、中心軸Ｓに沿って動かすことができる。

また、本実施形態においては、駆動軸４２により仕切り板３２Ａのみを中心軸Ｓに沿って動かしているが、仕切り板３２Ｂを同時に動かしてもよい。具体的には、仕切り板３２Ｂにも接続部材４１を取り付けて、仕切り板３２Ａ・３２Ｂと駆動軸４２とをそれぞれ雄螺子、雌螺子構造で接続する。この際、仕切り板３２Ａと仕切り板３２Ｂとで螺子の凹凸方向を逆にする。これにより、駆動軸４２の回転に応じて、仕切り板３２Ａ・３２Ｂを中心軸Ｓに沿って逆方向に動かすことができる。このように、仕切り板３２Ａ・３２Ｂを移動することができると、仕切り板３２Ａ・３２Ｂを設けることによる圧力損失を調節することができる。

補足すると、被処理水Ｗ１の流量が少ない時は、被処理水Ｗ１の速度分布は均一化して流速が遅くなる。流速が遅くなると、容器２０内を被処理水Ｗ１が通過する通過時間が延びるので、仕切り板３２Ａ・３２Ｂにより整流する必要が無い場合がある。この場合には、むしろ、仕切り板３２Ａ・３２Ｂを設けることによる圧力損失が生じている。そこで、紫外線を効果的に照射するためには、被処理水入口管２２と処理水出口管２３との間の流れとは無関係の領域（例えば容器２０の端面部２４Ａ・２４Ｂの裏側）に仕切り板３２Ａ・３２Ｂを移動させておいた方がよい。このように圧力損失を調節することができると、仕切り板３２Ａ・３２Ｂの分解洗浄、交換コストやポンプ動力コスト等のランニングコストも軽減できる。

また、仕切り板３２Ａ・３２Ｂは、被処理水Ｗ１を整流する作用以外に、被処理水中の濁度物質を捕捉する作用も有している。具体的には、被処理水Ｗ１が被処理水入口管２２から容器２０に流入し、仕切り板３２Ａで整流される際、仕切り板３２Ａの孔径より大きい濁度物質を仕切り板３２Ａの表面で捕捉する。それゆえ、被処理水Ｗ１から濁質を除去できる。

また、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面の付着物質が剥離した場合、仕切り板３２Ｂの孔径より大きいものは、処理水Ｗ２が仕切り板３２Ｂを通過する際、その表面で捕捉する。これにより、処理水Ｗ２から濁質を除去できる。

なお、仕切り板３２Ａが目詰まりを起こした場合には、処理水出口管２３から洗浄水を流入させ、その洗浄水を被処理水入口管２２から排出する「逆流洗浄」を行なうことにより、目詰まりを起こした成分を取り除くことができる。また、仕切り板３２Ｂが目詰まりを起こした場合には、仕切り板３２Ａを、被処理水入口管２２を超えて端面部２４Ａ近傍まで移動させておく。洗浄排水は、被処理水入口管２２から容器２０の外に排出されると、図示していない排水処理工程に送られる。

また、仕切り板３２Ａより下流側であって仕切り板３２Ｂより上流側に、逆流洗浄水を流入するための導入管および流出するための排水管を設けてもよい。このようにすれば、仕切り板３２Ａを動かさずに逆流洗浄をすることができる。

＜第３の実施形態＞
図１２は本発明の第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｂの平面図である。

本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る仕切り板３２Ａに洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆを備えたものである。

仕切り板３２Ａには、保護管３１Ａ〜３１Ｆの円周方向に沿って洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆが取り付けられている。

洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆは、保護管３１Ａ〜３１Ｆを擦って汚れを落とすものである。具体的には、紫外線で劣化しないフッ素系樹脂等の樹脂製ブラシまたはＳＵＳ等の金属製ブラシを用いることができるが、特に、ステンレス製のブラシを用いることが好ましい。

また、洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆとして、ブラシ状ではなくリング状のものを用いてもよい。具体的には、樹脂やフッ素樹脂系のＯリングを用いることができる。洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆとしてブラシを用いると、そのブラシ毛の破損により、処理水Ｗ２に破片が混入することがある。そのため、次処理工程で破片除去のための膜分離を行なう必要がある。これに対し、洗浄部材４４Ａ〜４４ＦとしてＯリングを用いれば、この膜分離の処理を省くことが可能となる。それゆえ、浄水処理に際しては、洗浄部材４４Ａ〜４４ＦとしてＯリングを用いることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｂは、仕切り板３２Ａに洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆを取り付けており、保護管３１Ａ〜３１Ｆとの接触面を洗浄することができる。それゆえ、保護管表面の汚れによる紫外線照射の阻害を防ぐことができ、紫外線照射による消毒性能を維持することができる。

（洗浄部材）
ここで、洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆを備えることの効果について補足する。

被処理水中の有機物・無機物等の溶解物は、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面に付着する。特にカルシウムなどの無機物は水温が高いほど溶解度が低下する。そのため、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの加熱により保護管３１Ａ〜３１Ｆが熱せられると、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面にカルシウム等が析出して付着する。ここでは、このような付着したカルシウム等を「汚れ」とよぶ。

そして、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面が汚れると、被処理水Ｗ１への紫外線の照射が阻害される。これにより、紫外線照射水処理装置１０Ｂの消毒性能が低下する。このような消毒性能の低下を回避するためには、保護管３１Ａ〜３１Ｆの洗浄を１日に数回行なう必要がある。

そこで、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｂでは、ブラシや洗浄リングなどで保護管表面を擦る物理洗浄により、保護管３１Ａ〜３１Ｆを洗浄する。これにより、保護管３１Ａ〜３１Ｆの表面は常に洗浄された状態となるので、紫外線照射による消毒性能を維持することができる。なお、洗浄する際には、薬品による化学洗浄を用いてもよい。

また、洗浄して除去された付着物（汚れ）は、仕切り板３２Ｂにより捕捉する。これにより、処理水Ｗ２に付着物を混入しないようにすることができる。ただし、仕切り板３２Ｂの孔径を大きくして、処理水Ｗ２とともに排出する場合もある。この場合、洗浄頻度を増やし、除去された付着物の処理水中における濃度を水質基準以下にする。

なお、本実施形態では、仕切り板３２Ｂには洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆを取り付けていないが、仕切り板３２Ｂに洗浄部材４４Ａ〜４４Ｆを取り付けても良いことは言うまでもない。その場合、仕切り板３２Ａと３２Ｂとの螺子の凹凸方向を逆にする。これにより、駆動軸４２の回転に対し、仕切り板３２Ａ・３２Ｂを中心軸Ｓに沿って逆方向の動くようにすることができる。

＜第４の実施形態＞
図１３は本発明の第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｃの構成を示す側面図である。

本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｃは、第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Bとは容器２０の形状が異なるものである。

紫外線照射水処理装置１０Ｃの容器２０は、円筒形の側面部２１と円錐形の流入部２５とを有する。また、被処理水入口管２２は、流入部２５の絞られた側に、流入口２５Ａを介して設置される。処理水出口管２３は、容器２０の側面部２１に設けられる。仕切り板３１Ｂは、処理水出口管２３より上流側であって、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより被処理水に紫外線が照射される紫外線照射領域の下流側に設置される。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Cの作用について説明する。

まず、被処理水Ｗ１が、流入口２５Ａに接続された被処理水入口管２２を通り、容器２０の中心軸Ｓに沿って流入してくる。容器２０内に流入してきた被処理水Ｗ１は、流入部２５から側面部２１までの間、減速しながら均一に広がっていく。そして、側面部２１において、被処理水Ｗ１は、中心軸Ｓに沿って平行に流れるとともに、内壁側より中心軸側が速く流れるようになる。

続いて、被処理水Ｗ１には、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより紫外線が照射される。この際、波長が２５４nm付近の殺菌線である紫外線により、被処理水中の耐塩素微生物のクリプトスポリジウムや他の微生物・大腸菌等の菌類・ウィルス・藻類などが不活化される。これにより、被処理水Ｗ１が消毒される。

続いて、消毒された処理水Ｗ１は仕切り板３２Ｂを通過して、処理水出口管２３から排出される。通常であれば、容器２０の横に処理水出口管２３が配管されている場合、配管が形成されている部分において不均一な流れが生じる。これに対し、本実施形態の紫外線照射水処理装置１０のように仕切り板３２Ｂが設けられている場合には、不均一な流れが有効領域の流れに影響しないように整流される。

以上説明したように、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｃの容器２０は、円筒形の側面部２１と円錐形の流入部２５とを有するので、側面部２１において、被処理水Ｗ１が中心軸Ｓに沿って平行に流れるようにすることができる。また、側面部２１の内壁側より中心軸側の流速を速くすることができる。それゆえ、中央部高流速均一水流にすることができ、被処理水Ｗ１への紫外線の照射効率の高くすることができる。

また、第３の実施形態における仕切り板３２Ａを設けることの作用・効果を、流入部２５により満たすことができるので、仕切り板３２Ａを省くことができる。

また、本実施形態の紫外線照射水処理装置１０のように仕切り板３２Ｂが設けられている場合には、不均一な流れが有効領域の流れに影響しないように整流することができる。すなわち、有効領域において、中央部高流速均一水流を維持できる。この結果、第３の実施形態と同様に、万が一、複数ある紫外線ランプ３のうち、一部が消灯してしまった場合や、出力低下してしまった場合の影響を最小限に抑えつつ、被処理水中の耐塩素微生物のクリプトスポリジウムや他の微生物・大腸菌等の菌類・ウィルス・藻類などを効率的に不活化できる。

＜第５の実施形態＞
図１４は本発明の第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄの構成を示す側面図である。

本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄは、第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Bとは容器２０の形状が異なるものである。

紫外線照射水処理装置１０Ｄの容器２０は、円筒形の側面部２１と円錐形の流出部２６とを有する。また、被処理水入口管２２は、容器２０の側面部２１に設けられる。処理水出口管２３は、流出部２６の絞られた側に、流出口２６Ａを介して設置される。仕切り板３１Ａは、被処理水入口管２２より下流側であって、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより被処理水に紫外線が照射される紫外線照射領域の上流側に設置される。

次に、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄの作用について説明する。

まず、被処理水Ｗ１が、被処理入口管２２から流入してくる。容器２０内に流入してきた被処理水Ｗ１においては、流れの速い領域と遅い領域とが生じている。それゆえ、被処理水Ｗ１は、不均一な速度分布を有することになる。

続いて、被処理水Ｗ１は、仕切り板３２Ａを通過する。仕切り板３２Ａは、側面部２１の内壁２１Ｗ側より中心軸Ｓ側の孔径が大きくなるように孔が開いている。それゆえ、中心軸Ｓ側の流量が多くなるように、被処理水Ｗ１が整流される。

次に、被処理水Ｗ１は、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆにより最も有効的に紫外線が照射される有効領域に流入する。有効領域においては、紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆの全てから被処理水Ｗ１に紫外線が照射される。それゆえ、容器２０の中心軸Ｓにおいて照射される紫外線量は、複数の紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆから照射される紫外線量の総和になる。また、各紫外線ランプ３０Ａ〜３０Ｆからは、２５４ｎｍ付近の波長の紫外線が照射される。波長が２５４ｎｍ付近の紫外線は、殺菌線として働き、被処理水中の耐塩素微生物のクリプトスポリジウムや他の微生物・大腸菌等の菌類・ウィルス・藻類等を不活化する。これにより、被処理水Ｗ１が消毒される。

続いて、消毒された被処理水Ｗ１は、容器２０の流出部２６で不均一な流れになることなく、容器２０の流出口２６Ａに接続された処理水出口管２３から排出される。

以上説明したように、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄは、第３の実施形態同様、側面部２１の内壁２１Ｗ側より中心軸Ｓ側の孔径が大きくなるように、仕切り板３２Ａの孔を開けており、消毒効果の高い容器中央部に流量が多くなるように整流することができる。このため、最も効果的に紫外線照射を行なうことができる。

また、本実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄの容器２０は、円筒形の側面部２１と円錐形の流出部２６とを有するので、第３の実施形態における仕切り板３２Ｂを設けることの作用・効果を流出部２６により満たすことができるので、仕切り板３２Ｂを省くことができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０の構成を示す側面図である。同実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０の平面図である。同実施形態に係る仕切り板３２Ａ・３２Ｂの例を示す図である。同実施形態に係る被処理水Ｗ１の速度分布の概念を示す図である。同実施形態に係る仕切り板として多孔質膜を用いたときの図である。同実施形態に係る仕切り板として多孔板を用いたときの図である。同実施形態に係る仕切り板としてハニカム構造体を用いたときの図である。同実施形態に係る仕切り板として孔数を変えたものを用いたときの図である。同実施形態に係る仕切り板３２Ａ・３２Ｂの他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ａの構成を示す側面図である。同実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ａの平面図である。本発明の第３の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｂの平面図である。本発明の第４の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｃの構成を示す側面図である。本発明の第５の実施形態に係る紫外線照射水処理装置１０Ｄの構成を示す側面図である。従来の紫外線照射水処理装置１００の構成を示す図である。従来の他の紫外線照射水処理装置１００Ｓの構成を示す図である。

符号の説明

１０・１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ・１０Ｄ…紫外線照射水処理装置、２０…容器、
２１…側面部、２２…被処理水入口管、２３…処理水出口管、２４Ａ・２４Ｂ…端面部、
２５・・・流入部、２５Ａ…流入口、２６…流出部、２６Ａ…流出口、
３０Ａ〜３０Ｆ…紫外線ランプ、３１Ａ〜３１Ｆ…保護管、３２Ａ・３２Ｂ…仕切り板、
４０…駆動機構、４１…接続部材、４２…駆動軸、４３…駆動モーター、
４４Ａ〜４４Ｆ…洗浄部材、１００・１００Ｓ…従来の紫外線照射水処理装置
１０１…容器、１０２…被処理水入口管、１０３…処理水出口管、１０４…保護管、
１０５…紫外線ランプ、１０６…ガイドベーン、１１０…螺旋状流路、Ｒ１…第１領域、
Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｓ…中心軸、Ｗ１…被処理水、Ｗ２…処理水。

Claims

被処理水を流入させて紫外線を照射する処理をし、処理した処理水を流出する紫外線照射水処理装置であって、
前記装置本体は、円筒形の側面部を有する容器を備え、
前記容器内に、
前記側面部の中心軸と平行に設置された複数の棒状の紫外線ランプと、
前記各紫外線ランプを保護するために、前記各紫外線ランプを包むように個別に設置された複数の保護管と、
前記保護管の外周面に接する保護管の貫通部を有し、前記被処理水を前記中心軸に向かうように整流する複数の孔を前記保護管の貫通部を除く全領域に有する仕切り板と
を備え、
前記容器外壁に、
前記被処理水を流入させるための被処理水入口管と、
前記処理水を流出するための処理水出口管と
を備え、
前記複数の紫外線ランプは、前記中心軸を中心とする円周上に等間隔に設置され、
前記仕切り板は、
前記中心軸に沿って設定される内円により、前記容器内壁から該内円までの第１領域と、該内円から前記中心軸までの第２領域とに区分けされ、
前記被処理水に対する前記第２領域の流動抵抗を前記第１領域の流動抵抗より小さくした
ことを特徴とする紫外線照射水処理装置。
前記仕切り板は、前記第１領域の孔の数より前記第２領域の孔の数の方が多い
ことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。
前記被処理水入口管および前記処理水出口管は、前記容器側面部に個別に設けられ、
前記仕切り板は、
前記被処理水入口管より下流側であって、前記紫外線ランプにより前記被処理水に紫外線が照射される紫外線照射領域の上流側に設けられる第１仕切り板と、
前記処理水出口管より上流側であって、前記紫外線照射領域の下流側に設けられる第２仕切り板と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。
前記処理水出口管は、前記容器の側面部に設けられ、
前記仕切り板は、前記処理水出口管より上流側であって、前記紫外線ランプにより前記被処理水に紫外線が照射される紫外線照射領域の下流側に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。
前記被処理水出口管は、前記容器の側面部に設けられ、
前記仕切り板は、前記被処理水入口管より下流側であって、前記紫外線ランプにより前記被処理水に紫外線が照射される紫外線照射領域の上流側に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射水処理装置。