JP6422900B2 - 液体処理装置及び液体処理システム - Google Patents
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Description
一般に、紫外線ランプは、同じ電気入力でも点灯累積時間に応じて紫外線放射量が減衰することが知られている。そのため、紫外線照射装置に内蔵される紫外線ランプ個々の能力変化を監視し、また、そのために装着される紫外線モニタの劣化を軽減する必要があった。
さらに、紫外線ランプの紫外線照射量の低下が、被処理流体の紫外線透過率の低下によるものであるか、紫外線ランプの経年変化によるものであるか、紫外線モニタの劣化によるものであるか、の判定が困難であった。このことから、紫外線ランプを1台の紫外線モニタで監視するだけでは不十分であった。
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の水処理システムの構成を示す系統図である。
実施形態の水処理システム10は、地下水を水源とする浄水処理場の紫外線消毒システムとして構築されている。
コントローラ27には、流量計13、18、22、および紫外線照射ユニット14,19,23に設けられている紫外線モニタ用センサUVS1、UVS2の出力信号が入力され、紫外線照射ユニット14、19、23を制御している。なお、図2では紫外線照射ユニット23を代表例として描いてある。
紫外線照射ユニット23は、処理水の殺菌、消毒、不活化等を行うものであり、通水胴31と、ランプハウジング32と、フランジ継手33と、を備えている。
本実施形態では、処理水が流入する側の開口部を給水口31aとし、処理水が流出する側の開口部を排水口31bと称する。
第1紫外線モニタ用センサUVS1が収納された測定孔39と紫外線ランプ37aが収納された保護管38との間の第1の所定距離(=140mm)は、所定の処理流量範囲内の任意の処理流量において、処理水の紫外線透過率が90%〜100%の範囲(第1の紫外線透過率範囲)で紫外線ランプ37aの出力が変化した場合でも第1紫外線用センサ13による紫外線強度測定値及び処理流量のみをパラメータとする第1の関数により、紫外線照射ユニット23における紫外線照射量が計算可能となる最適な位置として設定されている。
通水試験装置50は、原水OLを蓄える原水槽51と、蓄えられた原水OLを搬送するポンプ52と、原水OLを均一にするためのラインミキサ53と、紫外線モニタ用センサ(本実施形態の場合、第1紫外線モニタ用センサUVS1あるいは第2紫外線モニタ用センサUVS2)が設置された試験用リアクタ54と、流量を測定するための流量計55と、を備え、流量計55の流出側を循環用配管56により原水槽51につなぐことにより、原水OLを循環させる構成となっている。
そして、試験用リアクタ54内の紫外線モニタ用センサを用いて、循環紫外線強度を紫外線モニタ用センサにより測定した。
試験用リアクタ54においては、図5に示すように紫外線ランプ37を収納する保護管38の外周面と紫外線モニタ用センサを収納する測定孔39の窓面39Aとの間の距離L(=L1,L2あるいはL3)が異なる状態A,B,Cの3点で測定した。
図7は、紫外線ランプを覆う保護管の外周面と紫外線モニタ用センサを収納する測定窓の窓面との間の距離が中間である場合(L=L2)の測定結果の一例の説明図である。
図8は、紫外線ランプを覆う保護管の外周面と紫外線モニタ用センサを収納する測定窓の窓面との間の距離が遠い場合(L=L3)の測定結果の一例の説明図である。
図9は、紫外線照射量解析用の紫外線照射装置の説明図である。
図9において、図2と同様の部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
kλ:ランプから発する紫外線の強さに関するランプ固有の定数
PX:発光点からの距離
r:紫外線強度を計算する位置におけるランプからの半径距離
q:保護管の半径
T:処理水の紫外線透過率(%)
fL:ランプ劣化係数
fQ:保護管透過率
fD:保護管汚れ係数
である。なお、上記の解析方法の妥当性は、非特許文献2により検証済みである。
図11は、紫外線透過率95%における紫外線強度分布の解析方法による解析結果の一例の説明図である。
図13は、紫外線透過率85%における紫外線強度分布の解析方法による解析結果の一例の説明図である。
図14は、紫外線透過率90%、95%、98%におけるS*/QとMS2−REDの関係説明図である。
図15は、紫外線透過率75%、80%、85%におけるS*/QとMS2−REDの関係説明図である。
図16に示すように、被処理水の紫外線透過率の範囲が90%〜98%の場合は、測定孔39の窓面39Aと紫外線ランプ37を収納した保護管38の表面との距離Lが140mmのときにR2が最大値(0.9918)となった。
図17は、紫外線照射装置の監視制御システムを含む紫外線処理設備の概要構成説明図である。以下の説明においても、紫外線照射ユニット23を例として説明するが他の紫外線照射ユニット14,19についても同様である。
ここで、ランプ電源105には、紫外線照射ユニット23に搭載された紫外線ランプのそれぞれに対応するように、紫外線ランプと同数の電子安定器が備えられている。
第1紫外線モニタ用センサUVS1および第2紫外線モニタ用センサUVS2は、紫外線照射ユニット23に取り付けられている。
このとき、流量調整弁104は、紫外線処理設備監視制御装置107の制御下で弁の開閉が行われることにより、紫外線照射ユニット23に流入する処理流体の量を調整する。
ランプ電源105は、紫外線照射ユニット23に搭載された紫外線ランプ37に電力を供給する。
ところで、紫外線ランプ37および保護管38は、紫外線照射ユニット23の運転時間の経過と共に劣化する。これに伴い第1紫外線モニタ用センサUVS1あるいは第2紫外線モニタ用センサUVS2で検知される紫外線強度も低下する。
ここで、紫外線ランプ37の劣化による紫外線維持率を0.8、保護管38の劣化による保護管の紫外線透過率維持率を0.95と仮定して設計された紫外線照射装置の場合について、寿命末期における紫外線ランプ出力制御値と、第1紫外線モニタ用センサUVS1により検知された第1紫外線モニタ109で変換された紫外線強度と、を(2)式に代入し紫外線透過率UVTcalFを逆算した結果が示されている。
以下に、第1実施形態における監視・制御手順を説明する。
続いて、紫外線照射量監視制御装置106は流量計103の出力(流量Q)を読み込む(ステップS2)。
続いて、紫外線照射量監視制御装置106は、紫外線ランプ37aの出力制御値PS1を読み込む(ステップS4)。
この結果、紫外線ランプを駆動するための無駄な電量消費を防ぎ、省エネルギーを実現することができる。
この結果、紫外線照射量不足により、処理水内に病原性を保持した微生物が残存することに起因する感染拡大を防止することができる。
次に、第2実施形態の紫外線照射装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において上述の第1実施形態の紫外線照射装置と同様の構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略するものとする。
本第2実施形態の紫外線照射装置70では、紫外線ランプ37aから発光される紫外線強度を監視するための第1紫外線モニタ用センサUVS1と、紫外線ランプ37a〜37dから発光される紫外線強度を監視するための第2紫外線モニタ用センサUVS21〜UVS24が設定されている。
一方、紫外線照射装置70の紫外線照射量計算値と目標紫外線照射量の差が負の場合は、紫外線照射量計算値と目標紫外線照射量が等しくなるまで、第1紫外線モニタ用センサUVS1の監視対象である紫外線ランプ37aの出力を上げるように制御する。
図22において、図20に示したフローチャートと同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
続いて、紫外線照射量監視制御装置は流量計の出力(流量Q)を読み込む(ステップS2)。
続いて、紫外線照射量監視制御装置106は、紫外線ランプ37aの出力制御値PS1を読み込む(ステップSTB4)。
さらに、ステップS14Bの判断において、第2紫外線モニタ用センサUVS22〜UVS24により検知された紫外線強度S2Dm2〜S2Dm4のいずれかが、第2紫外線モニタ用センサUVS21で検知された紫外線強度S2Dm1より大きい場合は(No)、第2紫外線モニタ用センサUVS21で検知された紫外線強度S2Dm1より大きかった第2紫外線モニタ用センサUVS22〜UVS24の監視対象である紫外線ランプ37b〜37dの出力を下げるように制御する(ステップS15B)。
11 井戸
12 取水配管
12 洗浄ワイパー
13 第1紫外線用センサ
13 流量計
14 紫外線照射ユニット
14 第2紫外線モニタ用センサ
14 紫外線照射装置
15 集合配管
15 測定窓面
16 分散配管
17 送水配管
18 流量計
19 紫外線照射ユニット
20 集合配管
21 送水配管
22 流量計
23 紫外線照射ユニット
24 浄水池
25 消毒剤注入装置
26 処理水送水配管
27 コントローラ
31 通水胴
31E 給水口
31E 流入口
31X 排水口
31X 排出口
32 ランプハウジング
33 フランジ継手
34 紫外線照射管
35 ランプハウジング蓋
37 紫外線ランプ
38 保護管
39 測定孔
39A 窓面(測定窓)
40 洗浄板駆動軸
41 駆動モータ
42 移動コマ
43 洗浄板
44 洗浄ワイパー
50 通水試験装置
51 原水槽
52 ポンプ
53 ラインミキサ
54 試験用リアクタ
55 流量計
56 循環用配管
60 紫外線照射装置
70 紫外線照射装置
UVS1 第1紫外線モニタ用センサ
UVS2 第2紫外線モニタ用センサ
UVS21〜UVS24 第2紫外線モニタ用センサ
101 紫外線処理設備
103 流量計
104 流量調整弁
105 ランプ電源
106 紫外線照射量監視制御装置
107 紫外線処理設備監視制御装置
109 第1紫外線モニタ
111 第2紫外線モニタ
Claims (8)
- 紫外線ランプと、
前記紫外線ランプに対し処理水の紫外線透過率が所定の透過率範囲で測定された紫外線強度値及び流量値をパラメータとする一つの関数で近似できる複数の位置に前記紫外線ランプの紫外線強度を測定する測定窓が位置するように配置された複数の紫外線モニタ用センサを具備する、
液体処理装置。 - 前記紫外線強度値に対応する前記複数の紫外線モニタ用センサの出力信号及び前記流量値に対応する流量信号が入力され、前記複数の紫外線モニタ用センサの出力信号のいずれかに基づいて、前記監視対象の紫外線ランプの紫外線照射量の制御を行う紫外線照射量監視制御装置を備えた、
請求項1記載の液体処理装置。 - 前記紫外線ランプと他の紫外線ランプとを備え、
前記紫外線照射量監視制御装置は、前記複数の紫外線モニタ用センサの出力信号に基づいて、前記紫外線ランプ及び前記他の紫外線ランプの紫外線強度を制御する、
請求項2記載の液体処理装置。 - 前記紫外線照射量監視制御装置は、前記紫外線ランプ及び前記他の紫外線ランプに対して同一の制御を行う、
請求項3記載の液体処理装置。 - 前記他の紫外線ランプの紫外線強度を監視するための紫外線モニタ用センサをそれぞれの前記他の紫外線ランプに対応づけて設け、
前記紫外線照射量監視制御装置は、前記紫外線ランプに対応する前記複数の紫外線モニタ用センサの出力及び前記他の紫外線ランプに対応する紫外線モニタ用センサの出力に基づいて、前記紫外線ランプ及び前記他の紫外線ランプの紫外線強度が等しくなるように制御を行う、
請求項3記載の液体処理装置。 - 前記紫外線ランプに対応する紫外線モニタ用センサ毎に前記透過率範囲を異ならせている、
請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載の液体処理装置。 - 前記紫外線ランプに対応する紫外線モニタ用センサは一対設けられており、
一方の前記紫外線モニタ用センサは、前記紫外線透過率が第1の透過率範囲で測定された前記紫外線強度値及び前記流量値をパラメータとする一つの関数で近似できる位置に配置され、
他方の前記紫外線モニタ用センサは、前記紫外線透過率が前記第1の透過率範囲よりも透過率が低い第2の透過率範囲で測定された前記紫外線強度値及び前記流量値をパラメータとする一つの関数で近似できる位置に配置されている、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項記載の液体処理装置。 - 複数系統の液体処理系統の処理を行うに際し、前記液体処理系統を複数段構成とし、前段の液体処理系統をまとめて液体処理を行う液体処理システムであって、
紫外線ランプをそれぞれ有し、各段を構成する液体処理系統毎に設けられた複数の液体処理装置と、
各液体処理装置の前段に設けられ流量信号を出力する流量計と、
前記紫外線ランプの紫外線照射量の制御を行う紫外線照射量監視制御装置と、
を備え、
前記液体処理装置は、前記紫外線ランプと、前記紫外線ランプに対し処理水の紫外線透過率が所定の透過率範囲で測定された紫外線強度値及び流量値をパラメータとする一つの関数で近似できる複数の位置に前記紫外線ランプの紫外線強度を測定する測定窓が位置するように複数の紫外線モニタ用センサがそれぞれ配置されており、
前記紫外線照射量監視制御装置は、前記紫外線強度値に対応する前記複数の紫外線モニタ用センサの出力信号及び前記流量値に対応する前記流量信号が入力され、前記複数の紫外線モニタ用センサの出力信号のいずれかに基づいて、前記紫外線ランプの紫外線照射量の制御を行う、
液体処理システム。
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