JP4909726B2 - 紫外線消毒装置 - Google Patents

Description

本発明は、エキシマ分子を形成する放電ガスを使用している紫外線光源で発生した紫外線光により消毒を行う紫外線消毒装置に関する。

従来から上下水道の殺菌・消毒・脱色、工業用水の脱臭・脱色、あるいはパルプの漂白、さらには医療機器の殺菌等を行うために紫外線が用いられている。このような紫外線を生成する光源として、紫外線発生効率の高さから主に水銀ランプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１５６３５２号公報

このような水銀ランプを用いる装置では、水銀ランプ破損時の水銀の漏洩などを考えると、環境面に重大な影響を与えることから、特に、水道設備における水処理装置への適用は実質的に困難であった。しかし、水銀ランプ以外の装置では、紫外線発生効率、ランプ寿命が短く実用化が困難であった。

このような、水銀ランプに代る紫外線光源としてエキシマランプが近年用いられるようになった。エキシマランプでは、キセノン、クリプトン、アルゴンを励起媒質とした場合、それぞれ、１７２nm、１４６nm、１２６nmの波長の紫外線が得られる。

本発明の目的は、エキシマランプで発生する紫外線を利用することにより、高い安全性を維持しながら、効果的な殺菌を行うことができる紫外線消毒装置を提供することにある。

本発明による紫外線消毒装置は、被処理水が流通する紫外線処理槽と、この紫外線処理槽内に設けられ、紫外線を透過可能な材質で作られた保護管と、この保護管内に設けられ、紫外線を透過可能な誘電体の容器内にエキシマ分子を形成する放電ガスが充填され、前記容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させる紫外線光源と、前記紫外線処理槽より下流の被処理水流通路に設けられ、紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出した場合、前記下流の被処理水流通路を遮断する遮断装置とを備え、前記紫外線処理槽内を流れる被処理水に紫外線光源で発生した紫外線を照射して殺菌を行うことを特徴とする。

本発明では、前記紫外線処理槽は、その内部に設置された紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出しても、紫外線処理槽内における被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になる被処理水容積を備えている。

また、本発明では、前記紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出しても、被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になる被処理水容積を確保できるサブタンク又は水槽もしく配管容積が備えられている。

さらに、本発明では、前記紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出した場合、前記遮断装置により遮断された被処理水を貯留する水槽を備えている。

本発明によれば、機器破損などに対しても高い安全性を維持し、効果的に殺菌を行うことができるなど、紫外線殺菌装置の性能を飛躍的に向上させることができる。

以下、本発明による紫外線発生装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は紫外線殺菌装置を下水道施設に適用した場合の一実施の形態を示している。図1において、２は汚水調整池、３は最初沈殿池、５は曝気用のエアレーションタンク、６は最終沈殿池、８は塩素混和池、１１は紫外線消毒装置で、これらは下水処理場において下水の処理方向に沿って直列に配設され、連結されている。また、９は汚泥の濃縮タンク、１０は汚泥の脱水機で、汚泥濃縮タンク９は、最初沈殿池３及び最終沈殿池６の汚泥排出部と連結しており、また、その出口側は、脱水機１０の入り口側に連結している。

上記構成において、被処理水である下水は、汚水調整池２から、最初沈殿池３に送られ、ここで上澄みの下水と沈殿物の余剰汚泥４に分離される。上澄みの下水はエアレーションタンク５に送られ、ここで生物・薬品等の処理を受け最終沈殿池６に流入する。最終沈殿池６では上澄み水と沈殿物の余剰汚泥４に分離され、上澄み水は塩素混和池８に送られる。余剰汚泥４の一部はエアレーションタンク５に返送され、残りは濃縮タンク９に送られる。濃縮タンク９で濃縮された余剰汚泥４は脱水機（乾燥機）１０で更に水分を抜かれたのち、焼却もしくは肥料等に再生される。塩素混和池８を通過した水７は、紫外線消毒装置１１で消毒した後に、川や海等に放流される。塩素混和池８は、紫外線消毒装置１１が定期点検等で停止している場合、塩素の注入により消毒を行うために設置されている。

紫外線消毒装置１１は、図２で示すように、隣接する塩素混和池８との隔壁１５の下部に設けられた流路１２を通して被処理水を導入し、この被処理水を上向き流で流通させる紫外線処理槽１１ａを有する。この処理槽１１ａ内には紫外線光源１３が設けられ、処理槽１１ａ内を上向き流で流れる被処理水に紫外線を照射し、殺菌する。殺菌処理後の処理水は、川（放流溝）１４に放流される。

前記紫外線光源１３は、詳細に図示していないが、保護管と、放電管とから成る。すなわち、保護管は、紫外線を透過可能な材質で強固に作られており、被処理水中の固形物などから、その内部に設けられた放電管を保護する。放電管は、保護管内に設けられており、紫外線を透過可能な誘電体による円筒状の容器と、容器の周囲（通常は両端部）に互いに離間して配置された一対の電極とを有する。上記容器内には、エキシマ分子を形成する放電ガスが充填されており、前記一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させる。

紫外線光源１３の放電管となる容器内に充填されたエキシマ分子を形成する放電ガスとしては、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲン又はこれらハロゲンを供給するハロゲン化合物を充填するとよい。

また、この放電ガスとして、ヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲン又はこれらハロゲンを供給するハロゲン化合物とを含む混合気体を主成分とする放電ガスを充填する。

このように構成された紫外線消毒（滅菌）装置１１では、紫外線光源１３におけるエキシマ放電により紫外線を発生させ、その紫外線を被処理水に照射するので、被処理水に対する殺菌を効果的に行うことができる。また、紫外線光源１３が仮に破損しても、環境に当る影響は少なく、高い安全性を維持できる。すなわち、紫外線光源１３の放電管内に充填される放電ガスは、虫歯予防に添加されるフッ素や飲料水の消毒に用いられるヨウ素、塩素及び臭素などであるため、ランプが破損してガスが流出しても危険度は低く問題にならない。

もちろん、これらの濃度が著しく高くなれば、人体に対する影響も生じるが、紫外線消毒装置１１を経た処理水は川１４などに放流されるので、多量の水により希釈され、問題はない。すなわち、従来の水銀ランプが破損して水銀が流出した場合は、その毒性は比較にならないほど高いため、川などに放流することは危険でもあるが、上述したフッ素やヨウ素、塩素及び臭素などは、川などに放流することにより充分希釈され、環境に与える影響も少なく、なんら問題ない。

次に、上水施設や飲料水の殺菌に適用した場合の実施の形態を図３及び図４により説明する。

図３は浄水施設に適用した場合を示しており、１７は着水井、１８は急速攪拌池、１９はフロック形成池、２０は活性炭吸着池、３１は紫外線消毒装置、２１は急速ろ過池、２２は配水池で、これらは上水処理設備の処理の流れに沿って直列に配置され、かつ連結されている。

上記構成において、被処理水である原水は、着水井１７に流入する。原水は着水井１７から、急速攪拌池１８、フロック形成池１９に送られ、ここで凝集沈殿され、その上澄みの水が活性炭吸着池２０に送り込まれ、濾過される。濾過された水は紫外線消毒装置３１に送られ消毒（滅菌、不活化）される。更に、塩素注入後、急速濾過池２１に送られ、濾過された後、配水池２２に貯められる。そして、水道水として配水もしくは飲料水としてボトル詰めされ供給される。

紫外線消毒装置３１は、図２で示した紫外線消毒装置１１と同等の構成でもよいが、最終的に水道水として供給されることから図４で示す構成のものを用いるとよい。

図４は、地下水や表流水等を簡易的に飲料水とするための水処理システムに使われるユニット型の紫外線消毒装置３１を示す。図４において、２３は沈殿槽で、下部側面から導入された被処理水を上部側面に設けた排出口に向って上向き流で流し、沈殿物を底部から排出する。２５は濾過器で、その内部には同心的に設けられた筒状の活性炭フィルター２６が設けられている。そして、流量計２４を有する管路により、上部から導入された被処理水を、活性炭フィルター２６により濾過した後、下部側面の排出口より次段に向けて排出する。２８は紫外線照射用のリアクタ（紫外線処理槽）で、紫外線透過率計２７を有する管路により下部側面から導入された被処理水を、上部側面に設けられた排出口に向って上向き流で流す。

このリアクタ２８内には立て向きに保護管３０及び放電管２９とからなる紫外線光源１３が縦向きに設けられ、上向き流で流れる被処理水に紫外線を照射し、殺菌する。

上記紫外線光源１３は、図２で説明した紫外線光源と基本的に同じ構成であり、保護管３０及び放電管２９から成る。保護管３０は、紫外線を透過可能な材質で強固に作られており、被処理水中の固形物などから、その内部に設けられた放電管２９を保護する。放電管２９は、保護管３０内に設けられており、紫外線を透過可能な誘電体による円筒状の容器と、容器の周囲（通常は両端部）に互いに離間して配置された一対の電極とを有する。上記容器内には、エキシマ分子を形成する放電ガスが充填されており、前記一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させる。

紫外線光源１３の放電管２９となる容器内に充填されたエキシマ分子を形成する放電ガスについても同様であり、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲン又はこれらハロゲンを供給するハロゲン化合物を充填したり、或いは、ヘリウム、アルゴン、クリプトンおよびキセノンのいずれか一つ以上の希ガスと、フッ素、ヨウ素、塩素及び臭素のいずれか一つ以上のハロゲン又はこれらハロゲンを供給するハロゲン化合物とを含む混合気体を主成分とする放電ガスを充填する。

リアクタ２８の出口に連結する管路には、所定の容積を有するサブタンク３２が分岐連結され、また、その下流部分にはゲートバルブなどによる遮断装置３３が設けられている。

上記構成において、図示しないポンプなどにより地下水などの原水（被処理水）は沈殿槽２３に流入する。この沈殿槽２３では、水質によって凝集剤の添加が行われ、不純物が凝集沈殿され取り除かれる。沈殿槽２３からの上澄み水は、流量計２４にて流量を測定した後、濾過器２５に流入する。濾過器２５では、凝集沈殿できない水溶性の不純物が、活性炭フィルター２６により吸着される。濾過器２５を通過した水は、紫外線透過率計２７で透過率を測定後、紫外線照射用のリアクタ２８内に流入する。

紫外線照射リアクタ２８内部では、紫外線ランプが紫外線光源１３として適用され、図示しない紫外線ランプ用電源から電気の供給を受けて放電し、紫外線を発している。紫外線光源１３から放射された紫外線光は、紫外線を透過する材質で作られた保護管３１を介して上向き流の被処理水に照射され、消毒（滅菌、不活化）が行われ、水道水として配水もしくは飲料水としてボトル詰めされ供給される。

ここで、リアクタ（紫外線処理槽）２８は、その内部に設置された紫外線光源１３の容器内に含まれるハロゲンが、破損などにより流出しても、リアクタ２８内における被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になるように、被処理水容積を設定する。すなわち、紫外線照射用リアクタ２８の容積は、ハロゲンが破損などにより流出しても、ハロゲン及びその化合物の濃度が人体に影響の無い濃度以下になる容積以上に設定する。

また、紫外線照射用リアクタ２８の容積が小さい場合は、下流側の管路に連結するサブタンク３２、或いは図示しない水槽を用意し、もしくは配管容積を増大させるなどして、ハロゲンが破損などにより流出しても、ハロゲンの濃度が人体に影響の無い濃度以下になるように構成してもよい。すなわち、ハロゲンが破損などにより流出しても、被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になる被処理水容積を確保できるサブタンク又は水槽もしく配管容積を備えておけばよい。

また、ハロゲンが破損などにより流出した場合、ゲートバルブ等の遮断装置３３を直ちに閉鎖し、外部への流出を防止し、汚染された水を隔離するための機構を備えても良い。すなわち、紫外線処理槽２８より下流の被処理水流通路に遮断装置３３を設け、ハロゲンが破損などにより流出した場合、この遮断装置３３により下流の被処理水流通路を直ちに遮断することにより、汚染水の拡大を防止する。

汚染された水を隔離する機構としては、下流への流通路を遮断するバルブ及び遮断された被処理水を貯留する水槽を備えた構成としてもよい。

なお、人体に影響の無い濃度とは、虫歯予防に添加される薬剤でもあるフッ素の場合、ハロゲンのフッ素又はその化合物の濃度は、ＷＨＯの飲料水含有ガイドラインの１．５ｍｇ/ｌ以下である。また、飲料水の消毒に用いられる薬剤でもあるハロゲンの塩素又はその化合物の場合は、１００ｍｇ/ｌ以下の濃度である。また、プール水の消毒や災害時など緊急の飲料水消毒に用いられる薬剤でもあるハロゲンのヨウ素又はその化合物の場合は、人体に影響の無い濃度とは、５ｍｇ/ｌ以下の濃度である。さらに、下水やプール水の消毒に用いられる薬剤でもあるハロゲンの臭素又はその化合物の場合、人体に影響の無い濃度とは、４５ｍｇ/ｌ以下の濃度である。ただし、臭素化合物の臭素酸の場合、人体に影響の無い濃度とは、０.０１ｍｇ/ｌ以下の濃度である。

本発明に係る紫外線発生装置によれば、ランプが破損した場合の水銀流出の危険を回避できる。また、虫歯予防に添加されるフッ素や飲料水の消毒に用いられる薬剤であるヨウ素、塩素及び臭素などを放電ガスに用いた紫外線光源を用いるため、ランプが破損し、ガスが流出した場合の危険度が低い。

また、紫外線光源の放電管に含まれるハロゲンが破損などにより流出した場合でも、ハロゲンの濃度が人体に影響の無い濃度以下になるリアクタ容積を備えておけば、ガス流出に伴う危険が最小限となる。また、紫外線照射リアクタの容積に加えサブタンクや水槽を用意し、或いは配管容積を充分確保すれば、ハロゲンが破損などで流出しても、被処理水のハロゲンの濃度を、人体に影響の無い濃度以下にすることができ、ガス流出時の危険を最小限度に出来る。

さらに、ゲートバルブ等の遮断装置を備えておけば、ハロゲンが破損などにより流出した場合、人体に影響のある濃度のハロゲンの流出・拡大を防止することが出来る。この場合、ハロゲン流出により汚染された水を隔離するための機構を備えて、人体に影響のある濃度のハロゲンを隔離することが好ましい。

本発明による紫外線消毒装置を下水施設に適用した場合を示す処理系統図である。 図１で用いる紫外線消毒装置の構成例を示す断面図である。 本発明による紫外線消毒装置を上水施設に適用した場合を示す処理系統図である。 図３で用いる紫外線消毒装置の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１１、３１ 紫外線消毒装置
１１ａ，２８ 紫外線処理槽
１３ 紫外線光源
２９ 放電管
３０ 保護管
３２ サブタンク
３３ 遮断装置

Claims (4)

1. 被処理水が流通する紫外線処理槽と、
   この紫外線処理槽内に設けられ、紫外線を透過可能な材質で作られた保護管と、
   この保護管内に設けられ、紫外線を透過可能な誘電体の容器内にエキシマ分子を形成する放電ガスが充填され、前記容器の周囲に互いに離間して配置された一対の電極間に交流電圧もしくはパルス電圧を印加することにより、前記容器内部に放電を起こさせて紫外線光を発生させる紫外線光源と、
   前記紫外線処理槽より下流の被処理水流通路に設けられ、紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出した場合、前記下流の被処理水流通路を遮断する遮断装置とを備え、
   前記紫外線処理槽内を流れる被処理水に紫外線光源で発生した紫外線を照射して殺菌を行うことを特徴とする紫外線消毒装置。
2. 前記紫外線処理槽は、その内部に設置された紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出しても、紫外線処理槽内における被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になる被処理水容積を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線消毒装置。
3. 前記紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出しても、被処理水のハロゲンの濃度が、人体に影響の無い濃度以下になる被処理水容積を確保できるサブタンク又は水槽もしく配管容積が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線消毒装置。
4. 前記紫外線光源の容器内に含まれるハロゲンが破損などにより流出した場合、前記遮断装置により遮断された被処理水を貯留する水槽を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紫外線消毒装置。

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