JP6721487B2 - 水処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、水処理装置に関し、特には、紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置に関するものである。
近年、飲料水等の被処理水を殺菌する技術として、紫外線照射を用いる技術（紫外線処理）が検討されている。そして、被処理水の紫外線処理には、被処理水が流れる流路と、流路内を流れる被処理水に紫外線を照射する光源とを備える水処理装置が用いられている。
ここで、紫外線処理に用いられる水処理装置においては、使用中に光源に汚れが付着し、処理性能が低下することがある。そこで、例えば特許文献１では、下水管内に設置された光源としての紫外線ランプに対して超音波発振器を直接取り付け、超音波発振器を用いて紫外線ランプを超音波洗浄することにより、水処理装置の処理性能の低下を抑制している。また、例えば特許文献２では、被処理水が流入する装置本体の底面に取り付けた超音波発振器を用いて装置本体内に設置した紫外線ランプを超音波洗浄することにより、水処理装置の処理性能の低下を抑制している。
ところで、紫外線照射を用いた水処理装置においては、得られる処理水の水質の向上および均一化の観点から、被処理水に対して紫外線を十分な照射量で均一に照射することが求められている。しかし、一般に光源からの距離が大きくなるほど紫外線の強度は低下するため、被処理水の流れ方向に交差する方向（例えば、被処理水の流れ方向に直交する方向）から紫外線を照射した場合には、被処理水に対して紫外線を十分な照射量で均一に照射することが困難である。
このような問題に対し、例えば図３に示すような、被処理水の流入方向に対向する方向（図３では左方向）に窓部２１を介して紫外線を照射する紫外線照射部２２を設けた水処理装置２０を使用することにより、被処理水の流れ方向の広い範囲に亘って均一な紫外線処理を可能にし、十分な照射量を確保することが考えられる。しかし、上述したような構成を有する水処理装置には、被処理水の流路が邪魔になって窓部を洗浄する機器や窓部の状態などを検知するセンサを取り付け難いという問題があった。
そこで、本発明は、被処理水に対して紫外線を十分な照射量で均一に照射することが可能であると共に洗浄機器などの取り付けが容易な水処理装置を提供することを目的とする。
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の水処理装置は、紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置であって、被処理水が流れる流路と、前記流路の流入口側とは反対側に設けられ、前記流路内を流れる被処理水に対し、透明部材からなる窓部を介して前記流入口側に紫外線を照射する紫外線照射部とを備え、前記流路は拡径部を有し、前記拡径部に、前記窓部の洗浄に用いられる洗浄機器およびセンサの少なくとも一方が設けられていることを特徴とする。このように、流路の流入口側とは反対側に紫外線照射部を設け、流路内を流れる被処理水に対して流入口側に向かう方向に紫外線を照射すれば、被処理水の流れ方向の広い範囲に亘って被処理水を均一に紫外線処理することができる。また、流路に拡径部を設ければ、流路、窓部および紫外線照射部を上述した配置にした場合であっても、窓部の洗浄に用いられる洗浄機器やセンサを容易に取り付けることができる。
ここで、本発明の水処理装置において、前記拡径部は、前記被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状を有していることが好ましい。拡径部が逆テーパー形状を有していれば、洗浄機器やセンサを窓部の中心に指向させて取り付けることが容易になるからである。
また、本発明の水処理装置は、前記拡径部には、超音波発振器を備える洗浄機器が少なくとも設けられており、前記流路は、内周面がポリテトラフルオロエチレンでライニングされていることが好ましい。流路の内周面がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でライニングされていれば、内周面における紫外線の反射を利用して被処理水を更に良好に紫外線処理することができるからである。なお、ＰＴＦＥのライニングは超音波を伝達させ難いが、拡径部に洗浄機器を設ければ、超音波発振器を備える洗浄機器を用いる場合であっても、超音波発振器を窓部に指向させて配置して窓部を良好に洗浄することができる。
そして、本発明の水処理装置は、前記拡径部には、超音波発振器を備える洗浄機器が少なくとも設けられており、前記超音波発振器の超音波発振面が前記窓部の中心に指向していることが好ましい。超音波発振器を窓部の中心に指向させて設置することで、窓部を効果的に洗浄することができるからである。
本発明の水処理装置によれば、被処理水に対して紫外線を十分な照射量で均一に照射することができると共に、洗浄機器などを容易に取り付けることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。
ここで、本発明の水処理装置は、特に限定されることなく、例えば、浄水場等の大型設備、小型のウォーターサーバー、下水処理場および超純水製造設備等において被処理水を殺菌する際に用いることができる。中でも、本発明の水処理装置は、浄水場において飲用水を製造する際の殺菌処理などに好適に用いることができる。
（水処理装置）
図１に、本発明の水処理装置の一例の概略構成を、被処理水の流れ方向に沿う断面で示す。図１に示す水処理装置１０は、流入した被処理水に対して紫外線を照射し、被処理水を紫外線処理して処理水を得る装置である。
そして、水処理装置１０は、被処理水が流れる流路１と、流路１の流入口２側（図１では左側）とは反対側に設けられた窓部５および紫外線照射部６と、被処理水を紫外線処理して得た処理水が流れる処理水流路３と、処理水流路３から処理水が流出する流出口４とを備えている。また、流路１には、流入口２側から窓部５および紫外線照射部６側に向かって内径が拡大する拡径部７が設けられている。更に、流路１の拡径部７には、窓部５の洗浄に用いられる洗浄機器としての超音波発振器８と、窓部５の汚れの状態を検知するセンサ９とが設けられている。
図１に、本発明の水処理装置の一例の概略構成を、被処理水の流れ方向に沿う断面で示す。図１に示す水処理装置１０は、流入した被処理水に対して紫外線を照射し、被処理水を紫外線処理して処理水を得る装置である。
そして、水処理装置１０は、被処理水が流れる流路１と、流路１の流入口２側（図１では左側）とは反対側に設けられた窓部５および紫外線照射部６と、被処理水を紫外線処理して得た処理水が流れる処理水流路３と、処理水流路３から処理水が流出する流出口４とを備えている。また、流路１には、流入口２側から窓部５および紫外線照射部６側に向かって内径が拡大する拡径部７が設けられている。更に、流路１の拡径部７には、窓部５の洗浄に用いられる洗浄機器としての超音波発振器８と、窓部５の汚れの状態を検知するセンサ９とが設けられている。
＜被処理水の流路＞
流路１は、特に限定されることなく、例えばＳＵＳ配管などの配管を用いて形成することができる。なお、流路１は、複数の配管をフランジ等の既知の接続手段を用いて接続することにより形成してもよい。
流路１は、特に限定されることなく、例えばＳＵＳ配管などの配管を用いて形成することができる。なお、流路１は、複数の配管をフランジ等の既知の接続手段を用いて接続することにより形成してもよい。
そして、水処理装置１０の流路１は、流入口２側から被処理水の流れ方向に沿って、小径部と、拡径部７と、小径部よりも内径が大きい大径部とをこの順に有している。ここで、流路１の拡径部７は、小径部側から大径部側へと向かって（即ち、被処理水の流れ方向に向かって）内径が漸増する逆テーパー形状を有している。また、流路１の大径部は、後に詳細に説明する処理水流路３を形成する配管と二重管構造を形成しており、被処理水の流れ方向（図１では左右方向）に見て大径部の流入口２側とは反対側の端縁（図１では右側の端縁）は、窓部５と接触することなく終端している。即ち、被処理水が流れる流路１は、窓部５との間に隙間を空けた状態で終端している。
なお、特に限定されるものではないが、紫外線照射部６から照射された紫外線を流路１の内周面で良好に反射させて被処理水を更に良好に紫外線処理する観点からは、流路１の内周面、特に大径部の内周面は、ポリテトラフルオロエチレンでライニングされていることが好ましい。
＜窓部＞
窓部５は、紫外線照射部６から照射された紫外線を透過可能な透明部材からなり、流路１の流入口２側とは反対側（図１では右側）に水密に設けられて被処理水が紫外線照射部６へと流入するのを防止している。また、窓部５は、流路１の大径部の内径よりも直径が大きく、紫外線照射部６から照射された紫外線が流路１内を流れる被処理水全体に照射されるように構成されている。
なお、窓部５を形成する透明部材としては、特に限定されることなく、石英ガラス、サファイアガラス、フッ素系樹脂等が挙げられる。中でも、耐久性および紫外線の透過性の観点から、石英ガラスが好ましい。また、窓部５を水密に設置する方法としては、特に限定されることなく、例えば処理水流路３を形成する配管と紫外線照射部６とを接続するフランジ（図示せず）に窓部５を構成する透明部材を設置する窪みを設けると共に、Ｏ−リングやパッキン等を用いてフランジ接続部を水密に封止する方法などが挙げられる。
窓部５は、紫外線照射部６から照射された紫外線を透過可能な透明部材からなり、流路１の流入口２側とは反対側（図１では右側）に水密に設けられて被処理水が紫外線照射部６へと流入するのを防止している。また、窓部５は、流路１の大径部の内径よりも直径が大きく、紫外線照射部６から照射された紫外線が流路１内を流れる被処理水全体に照射されるように構成されている。
なお、窓部５を形成する透明部材としては、特に限定されることなく、石英ガラス、サファイアガラス、フッ素系樹脂等が挙げられる。中でも、耐久性および紫外線の透過性の観点から、石英ガラスが好ましい。また、窓部５を水密に設置する方法としては、特に限定されることなく、例えば処理水流路３を形成する配管と紫外線照射部６とを接続するフランジ（図示せず）に窓部５を構成する透明部材を設置する窪みを設けると共に、Ｏ−リングやパッキン等を用いてフランジ接続部を水密に封止する方法などが挙げられる。
＜紫外線照射部＞
紫外線照射部６は、紫外線の光源を備えており、窓部５を介して流入口２側へと紫外線を照射する。具体的には、紫外線照射部６は、例えば、所望の紫外線強度を確保可能な個数の光源を収容室内に収容して形成されている。そして、紫外線照射部６は、流路１の大径部内を流れる被処理水に対して略均一な強度の紫外線を照射する。
なお、紫外線の光源としては、特に限定されることなく、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、紫外線ＬＥＤなどの任意の光源を用いることができる。中でも、安全性およびコストの観点からは、紫外線ＬＥＤが好ましい。また、光源が照射する紫外線の波長は、特に限定されることなく、好ましくは２００ｎｍ以上、より好ましくは２４０ｎｍ以上であり、好ましくは３００ｎｍ以下、より好ましくは２８５ｎｍ以下である。上記波長域の紫外線は殺菌力が高いからである。
紫外線照射部６は、紫外線の光源を備えており、窓部５を介して流入口２側へと紫外線を照射する。具体的には、紫外線照射部６は、例えば、所望の紫外線強度を確保可能な個数の光源を収容室内に収容して形成されている。そして、紫外線照射部６は、流路１の大径部内を流れる被処理水に対して略均一な強度の紫外線を照射する。
なお、紫外線の光源としては、特に限定されることなく、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、紫外線ＬＥＤなどの任意の光源を用いることができる。中でも、安全性およびコストの観点からは、紫外線ＬＥＤが好ましい。また、光源が照射する紫外線の波長は、特に限定されることなく、好ましくは２００ｎｍ以上、より好ましくは２４０ｎｍ以上であり、好ましくは３００ｎｍ以下、より好ましくは２８５ｎｍ以下である。上記波長域の紫外線は殺菌力が高いからである。
＜処理水流路＞
処理水流路３は、特に限定されることなく、例えばＳＵＳ配管などの配管を用いて形成することができる。具体的には、処理水流路３は、流路１の大径部の外側に配置されて流路１の大径部と二重管構造を形成する配管（以下、「外管」と称することがある。）を用いて、流路１の大径部の外周面と外管の内周面との間に形成することができる。
処理水流路３は、特に限定されることなく、例えばＳＵＳ配管などの配管を用いて形成することができる。具体的には、処理水流路３は、流路１の大径部の外側に配置されて流路１の大径部と二重管構造を形成する配管（以下、「外管」と称することがある。）を用いて、流路１の大径部の外周面と外管の内周面との間に形成することができる。
なお、水処理装置１０では、外管は流路１と同軸上に配置されている。そして、外管の軸線方向一方（図１では左側）の端部は流路１の大径部を形成する配管の流入口２側の端縁と水密に接続されている。また、外管の軸線方向他方（図１では右側）の端部は窓部５と水密に接続されている。
＜超音波発振器＞
窓部５の洗浄機器としての超音波発振器８は、流路１の拡径部７に、超音波発振面を窓部５に指向させて設けられている。具体的には、超音波発振器８は、特に限定されることなく、溶接等の手段を用いて拡径部７に水密に取り付けられた筒状体よりなるケースの内側に、超音波発振面が窓部５の中心を指向するように設置されている。なお、ケースへの超音波発振器８の固定は、特に限定されることなく、クランプなどの既知の手段を用いて行うことができる。また、ケースの流路１側とは反対側の端部は蓋などの手段を用いて水密に封止することができる。更に、ケースおよび超音波発振器８の一部は、流路１内まで延出していてもよい。
窓部５の洗浄機器としての超音波発振器８は、流路１の拡径部７に、超音波発振面を窓部５に指向させて設けられている。具体的には、超音波発振器８は、特に限定されることなく、溶接等の手段を用いて拡径部７に水密に取り付けられた筒状体よりなるケースの内側に、超音波発振面が窓部５の中心を指向するように設置されている。なお、ケースへの超音波発振器８の固定は、特に限定されることなく、クランプなどの既知の手段を用いて行うことができる。また、ケースの流路１側とは反対側の端部は蓋などの手段を用いて水密に封止することができる。更に、ケースおよび超音波発振器８の一部は、流路１内まで延出していてもよい。
＜センサ＞
また、窓部５の汚れの状態を検知するセンサ９は、流路１の拡径部７に窓部５に指向させて設けられている。具体的には、センサ９は、特に限定されることなく、溶接等の手段を用いて拡径部７に水密に取り付けられた筒状体よりなるケースの内側に、検出面が窓部５を指向するように設置されている。なお、ケースへのセンサの固定は、特に限定されることなく、クランプなどの既知の手段を用いて行うことができる。また、ケースの流路１側とは反対側の端部は蓋などの手段を用いて水密に封止することができる。更に、ケースおよびセンサ９の一部は、流路１内まで延出していてもよい。
また、窓部５の汚れの状態を検知するセンサ９は、流路１の拡径部７に窓部５に指向させて設けられている。具体的には、センサ９は、特に限定されることなく、溶接等の手段を用いて拡径部７に水密に取り付けられた筒状体よりなるケースの内側に、検出面が窓部５を指向するように設置されている。なお、ケースへのセンサの固定は、特に限定されることなく、クランプなどの既知の手段を用いて行うことができる。また、ケースの流路１側とは反対側の端部は蓋などの手段を用いて水密に封止することができる。更に、ケースおよびセンサ９の一部は、流路１内まで延出していてもよい。
ここで、センサ９としては、特に限定されることなく、窓部５を透過した紫外線の強度の変化から窓部５の汚れの状態を把握し得る紫外線センサなどの既知のセンサを用いることができる。また、センサ９の検出面の向きは、窓部５の任意の位置に指向させることができるが、センサ９で検出した汚れに基づいて適切なタイミングで窓部５を洗浄する観点からは、洗浄機器としての超音波発振器８の超音波発振面と同じ位置に指向させることが好ましい。
＜紫外線処理＞
そして、上述した構成を有する水処理装置１０によれば、流入口２から窓部５側へと（図１では右側に）向かって流れてくる被処理水に対し、紫外線照射部６から窓部５を介して流入口２側（図１では左側）へと紫外線を照射することができる。従って、被処理水の流れ方向の長い範囲に亘って十分な量の紫外線を均一に照射し、被処理水を良好に紫外線処理することができる。また、水処理装置１０によれば、流路１の内周面がポリテトラフルオロエチレンでライニングされているので、流路１の内周面において紫外線を良好に反射させ、被処理水を更に良好に紫外線処理することができる。
そして、上述した構成を有する水処理装置１０によれば、流入口２から窓部５側へと（図１では右側に）向かって流れてくる被処理水に対し、紫外線照射部６から窓部５を介して流入口２側（図１では左側）へと紫外線を照射することができる。従って、被処理水の流れ方向の長い範囲に亘って十分な量の紫外線を均一に照射し、被処理水を良好に紫外線処理することができる。また、水処理装置１０によれば、流路１の内周面がポリテトラフルオロエチレンでライニングされているので、流路１の内周面において紫外線を良好に反射させ、被処理水を更に良好に紫外線処理することができる。
なお、水処理装置１０では、被処理水を紫外線処理して得た処理水は、流路１と窓部５との間の隙間を介して処理水流路３へと流入させ、流出口４から取り出すことができる。
＜窓部の洗浄＞
また、水処理装置１０によれば、流路１が拡径部７を有しているので、超音波発振器８およびセンサ９を所望の方向に指向させた状態で容易に取り付けることができる。そして、水処理装置１０は、超音波発振器８およびセンサ９を備えているので、センサ９で窓部５の汚れの状態を検知し、超音波発振器８を用いて窓部５を洗浄することで、窓部５の汚れにより被処理水に対する紫外線照射量が低下するのを抑制することができる。特に、水処理装置１０では、超音波発振器８の超音波発振面を窓部５の中心に指向させているので、被処理水中を伝播させた超音波を用いて窓部５を均等に洗浄することができる。また、水処理装置１０では、超音波発振器８の超音波発振面を窓部５に指向させているので、流路１の内周面が超音波を伝達し難い材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）でライニングされている場合であっても、窓部５を良好に洗浄することができる。
また、水処理装置１０によれば、流路１が拡径部７を有しているので、超音波発振器８およびセンサ９を所望の方向に指向させた状態で容易に取り付けることができる。そして、水処理装置１０は、超音波発振器８およびセンサ９を備えているので、センサ９で窓部５の汚れの状態を検知し、超音波発振器８を用いて窓部５を洗浄することで、窓部５の汚れにより被処理水に対する紫外線照射量が低下するのを抑制することができる。特に、水処理装置１０では、超音波発振器８の超音波発振面を窓部５の中心に指向させているので、被処理水中を伝播させた超音波を用いて窓部５を均等に洗浄することができる。また、水処理装置１０では、超音波発振器８の超音波発振面を窓部５に指向させているので、流路１の内周面が超音波を伝達し難い材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）でライニングされている場合であっても、窓部５を良好に洗浄することができる。
なお、窓部５を均等に洗浄する観点からは、水処理装置１０の拡径部７に複数の超音波発振器８を配置する場合には、各超音波発振器８は拡径部７の周方向に等間隔で設置することが好ましい。また、窓部５にスケールが析出すると超音波の照射のみでは除去し難く、また、窓部５から除去されたスケールが流路１と窓部５との間の隙間に詰まる虞があるため、超音波発振器８による洗浄は短い間隔で実施することが好ましい。
以上、一例を用いて本発明の水処理装置について説明したが、本発明の水処理装置は、上記一例に限定されることはなく、本発明の水処理装置には、適宜変更を加えることができる。
具体的には、例えば、上記一例の水処理装置１０では、洗浄機器としての超音波発振器８およびセンサ９の両方を拡径部７に取り付けたが、本発明の水処理装置では、センサを設けることなく洗浄機器のみを拡径部に取り付けて所定間隔で洗浄を実施してもよいし、センサのみを拡径部に取り付けて汚れが検知されたタイミングで分解洗浄または窓部の交換を実施するようにしてもよい。
また、上記一例の水処理装置１０では、被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状の拡径部７を用いたが、拡径部７の形状は逆テーパー形状に限定されるものではない。具体的には、例えば、図２に示す水処理装置１０Ａのように、拡径部は水の流れ方向に対して直交する方向に延在する（即ち、流路１の内径がステップ状に拡大する）拡径部７Ａであってもよい。但し、洗浄機器やセンサを窓部の所望の位置に指向させた状態で取り付け易くする観点からは、拡径部は、被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状であることが好ましい。
更に、上記一例の水処理装置１０では、拡径部７に窓部５の洗浄に用いる超音波発振器８およびセンサ９のみを設けたが、拡径部７には、窓部５の洗浄に使用する超音波発振器８およびセンサ９の汚れの状態を検知するセンサや、窓部の洗浄に使用する超音波発振器８の超音波発振面およびセンサ９の検出面に汚れが付着した場合に当該汚れを洗浄する洗浄機器が更に設けられていてもよい。
具体的には、例えば、上記一例の水処理装置１０では、洗浄機器としての超音波発振器８およびセンサ９の両方を拡径部７に取り付けたが、本発明の水処理装置では、センサを設けることなく洗浄機器のみを拡径部に取り付けて所定間隔で洗浄を実施してもよいし、センサのみを拡径部に取り付けて汚れが検知されたタイミングで分解洗浄または窓部の交換を実施するようにしてもよい。
また、上記一例の水処理装置１０では、被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状の拡径部７を用いたが、拡径部７の形状は逆テーパー形状に限定されるものではない。具体的には、例えば、図２に示す水処理装置１０Ａのように、拡径部は水の流れ方向に対して直交する方向に延在する（即ち、流路１の内径がステップ状に拡大する）拡径部７Ａであってもよい。但し、洗浄機器やセンサを窓部の所望の位置に指向させた状態で取り付け易くする観点からは、拡径部は、被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状であることが好ましい。
更に、上記一例の水処理装置１０では、拡径部７に窓部５の洗浄に用いる超音波発振器８およびセンサ９のみを設けたが、拡径部７には、窓部５の洗浄に使用する超音波発振器８およびセンサ９の汚れの状態を検知するセンサや、窓部の洗浄に使用する超音波発振器８の超音波発振面およびセンサ９の検出面に汚れが付着した場合に当該汚れを洗浄する洗浄機器が更に設けられていてもよい。
本発明によれば、被処理水に対して紫外線を十分な照射量で均一に照射することが可能であると共に洗浄機器などの取り付けが容易な水処理装置を提供することができる。
１ 流路
２ 流入口
３ 処理水流路
４ 流出口
５，２１ 窓部
６，２２ 紫外線照射部
７ 拡径部
８ 超音波発振器
９ センサ
１０，２０ 水処理装置
２ 流入口
３ 処理水流路
４ 流出口
５，２１ 窓部
６，２２ 紫外線照射部
７ 拡径部
８ 超音波発振器
９ センサ
１０，２０ 水処理装置
Claims (4)
- 紫外線を用いて被処理水を紫外線処理する水処理装置であって、
被処理水が流れる流路と、
前記流路の流入口側とは反対側に設けられ、前記流路内を流れる被処理水に対し、透明部材からなる窓部を介して前記流入口側に紫外線を照射する紫外線照射部と、
を備え、
前記流路は拡径部を有し、
前記拡径部に、前記窓部の洗浄に用いられる洗浄機器およびセンサの少なくとも一方が設けられている、水処理装置。 - 前記拡径部は、前記被処理水の流れ方向に向かって内径が漸増する逆テーパー形状を有している、請求項１に記載の水処理装置。
- 前記拡径部には、超音波発振器を備える洗浄機器が少なくとも設けられており、
前記流路は、内周面がポリテトラフルオロエチレンでライニングされている、請求項１または２に記載の水処理装置。 - 前記拡径部には、超音波発振器を備える洗浄機器が少なくとも設けられており、
前記超音波発振器の超音波発振面が前記窓部の中心に指向している、請求項１〜３の何れかに記載の水処理装置。
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