TW570816B - Ultraviolet ray irradiation device and operation method thereof - Google Patents

Description

570816 ----魏91124609_年 月-曰 修正__^ 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一，種將24Onm以下之短波域之紫外光能照射 於連續流動之被處理液所用之紫外線照射裝置及其運用方 法’係用以將該被處理液體中存在之有機物等分解處理 者。 【先前技術】 短波域之紫外線因具有高強之能量，故廣被應用於有 害物或有機物之分解等，尤其2 4 0 n m以下之波長之紫外線 月b使水（Η? 0 )解離而生成〇 Η基，故被利用於水中之有機物 之光反應分解，其反應式之一例如下所示： H20 +h —Η +0Η 基 CnHmOk +0Η 基—CO、C02、Η20 (η、m、k，為 1，2，3 …） 上述之反應式中，由水之解離生成之OH基因氧化力強 ，故具有能分解存在於水中之有機物生成C0、C02、H20等 作用。換言之，24Onm以下之短波紫外線（即紫外光）h v 為生成0H基之能量。 放射240nm以下之紫外線的紫外線光源為低壓水銀蒸 氣放電燈，此為一般所熟習。低壓水銀蒸氣放電燈，其紫 外線發光用之發光管（即燈管）通常係由石英玻璃製成， 於該發光管内的兩端裝設一對燈絲，並於管内封入婭（Ar) 等稀有氣體（惰性氣體）及適量之水銀（汞）所構成。對 此放電燈之一對燈絲供給放電電流時，可從發光管發出水 銀特有之1 85nm短波紫外線。此種短波紫外線能有效地使

第6頁 570816 91124609

— —案號. 五、發明說明（2) 混入於水中之有機物發生光反應分解。 上述之低壓水銀蒸氣放電燈已被用於紫外線昭射事置 ，來製造例如半導體製造工程中當作半製品或完；;品^之 洗淨水而大量使用之超純水。在此場合，由於被處理物為 液體，故處理物及未處理物無法像固形物加以數位化的區 分，加之’係連續的流動，因此對於被處理物之液體必須 不斷的照射紫外線。在此種環境下使用之紫外線裝置，其 操作成本之減低、生產性之提高（被處理液體之處理效率 之k南）以及環保之要求極為嚴酷，於是業界對於省能 源、省維修及省資源之要求非常的高。達成上述之各$求 的有效手段，可舉放電燈之使用壽命之延長。 然而，上述之紫外線照射裝置因需對連續流動之被處 理液體不斷進行照射，於是由該放電燈輸出之185nm短波 紫外線經過一年後便會大致減低一半，為此每經過一年即 需要將放電燈全部一起更換，此種定期維修及用過的放電 燈之廢棄處理是不可避免之作業。 本發明人4有鑑於放電燈在使用後隨時間之經過發生 185nm短波紫外線輸出之低降，曾作各種實驗並分析實驗 數據的結果發現縮短放電燈之使用壽命之主因乃在於構成 發光管（燈管）之石英玻璃之材質。使用於上述裝置之習 去放電燈，其燈管之材質係由以天然水晶作為原料製造之 熔融石英玻璃構成之石英玻璃。此種石英玻璃含混有數 ppm之鈉（Na )、鉀（K )、鈦（Ti )及鐵（Fe )等特別會 吸收紫外線之元素之不純物。此等不純物對短波域之紫外

570816

線ΐ =收作用，而被吸收之紫外線能（即紫外光能）促使 ^ 璃隻貝，使該石英玻璃發生混濁，降低紫外線透過 ί發$種透過率之降低及變質之循環在紫外線之放射中反 χ ’結果不但急速降低185nm之紫外線輸出且促進該 紫外線輪出之急速降低。 【發明内容】 本發明係藉提高放射24〇nm以下領域之紫外線之放電 燈1外線輸出之維持率，提供能耐長期間之連續運轉而· 真可達成省維修、省資源目的之紫外線照射裝置及其運用. 方法。 、為達成上述目的提供之本發明紫外線照射裝置備有： 合成1英玻璃製之發光管（燈管）、可放射24〇nm以下領 威之ί外線之放電燈以及能將該放電燈放射之紫外線照射 於連續流動之被處理液體之處理裝置。依此，將於後述， 使用上述之放電燈時，由於通過合成石英製之發光管可放 射240nm以下領域之紫外線，因此能抑制該紫外線之紫外 線透過率的降低，提高紫外線輸出之維持率。於是可使 處理裝置對連續流動之被處理液體長期照射紫外線，維持 連續運轉。從而拉長定期維修之期間，達成省維修及拉長 用過的放電燈之廢棄處理期間。 本發明之上述發光管係由含主成分99· 9%以上之氧化 石夕（S i 〇2 )、作為不純物之鋁（a 1) 1 5ppm以下，紹以外之其他 金屬性不純物3ppm以下及羥基（〇Η)ι〇00ρριη以下之合成石 英玻璃所製成。 .

第8頁 570816 " --麵 91124__年 月 曰_iii___ 五'發明說明（4) 本發明之紫外線照射裝置之運用方法係使用上述構成 f紫外線裝置之運用方法，其特徵包括於該處理裝置裝設 多數之上述放電燈，將該裝設之多數燈中之所定數之燈熄 燈而將其餘之燈點燈，並將此熄燈及點燈之放電燈隨時間 ，經過加以改變其組合。即，將並排裝設於處理裝置中之 多數具放電燈，以隔1或2燈之方式選擇的點燈，並且隨使 用時間的經過變更其組合，輪回使用。如此不但可延長放 電燈全部一起換新之期間、節省更換維修之工時而且可確 保裝置長期之連續運轉。 【實施方式】 兹佐以附圖說明本發明之可取實施形態。第1圖為本發 明糸外線照射裝置之一實施例之侧面剖視略圖；第2圖為 紫外線照射裝置用放電燈側面剖視略圖。 如第1圖所示，於處理裝置之不銹鋼製圓筒1内裝設包 覆於外管（保護管）20内之放電燈30，於該圓筒1内引入 被處理液體，將放電燈3 0放射之紫外線照射於該被處理液 體，對含存於該液體中之有機物進行分解處理。在該裝置 中所用放電燈30係可放射例如185nm波長域之紫外線之低 壓水銀蒸氣放電燈，將此放電燈3 0裝配於紫外線透過性之 外管20内，使該放電燈30與被處理液體液密的隔離。外管 2 0由紫外線透過性優異之石英玻璃製成。圓筒1之兩端係 用法蘭（flange) la、lb封密，而外管20之兩端則藉由大螺 帽40a、40b及橡膠製0環50a、50b水密狀的保持於圓筒}之 法蘭1 a、1 b。被處理液係由入水口 1 c引入圓筒1内，然後

57〇8l6 ----- 案號 91114紐g__年月日_____ 五、發明說明（5) 在圓筒1内一邊受紫外線的照射一邊向出水口 1 d流動，此 時為防止被處理液直通圓筒内流出，在圓筒1内設置複數 片（圖中為5片）之折流板le〜li。為了方便起見，在圖 中例示僅裝設有一具放電燈30之裝置，但實用上多為備有 多數放電燈10之大容量裝置。由放電燈30放射之紫外線透 過外管2 0照射於被處理液（水）而將含存於水中之有機物 分解成為例如CO、C02、H20等無害物質。 次說明裝設於上述裝置上之放電燈。第2圖所示為該 放-電燈之一實施例。首先說明此放電燈3 〇之基本構造。 放電燈30包含發光部10、密封部2a、2b及封蓋部3a、3b。 發光部10備有發光管（即燈管）11，該發光管丨丨内之兩端 没有燈絲2 1 a、2 1 b。該發光管11係由以四氯化石夕為原料人 工製造之合成石英玻璃所形成。燈絲21a、21b係由例如塗 有氧化鋇之射極（emitter)構成，並藉延伸自密封邱？ 2b之内部導糖〜22d分別支持。封蓋部3二:;陶£ 製，其一邊之封蓋5a設有一對電端子31a、31b。 密封部2a ' 2b利用鉬箔24a〜24d氣密地保持且經由内 部導線22a〜22d、鉬箔24a〜24d、及外部導線25a、25b及 26使燈絲21a、21b與電端子31a、31b電氣的連接。玻璃管 11内封裝有20mg左右之水銀及約4〇 〇pa的惰性氣體。此外 ，圖中所示之一係將放電燈30構成為二端子型放電燈。即 ，一邊之燈絲2 la之一端係經由内部導線22b、鉬箔24b、 外部導線25a連接於一邊之電端子3 la，另一邊之燈絲21匕 之一端則經由内部導線22c、鉬箱24c、外部導線25b、2Θ

570816 案號 91124609 年月日 條正 - 五、發明說明（6) 而連接於另一邊之電端子31b。 本實施例之放電燈30為可放射24Onm以下之短波域之 紫外線之放電燈、其紫外線發光用之發光管11係由合成石 英玻璃製成。此放電燈之發光管11的大小為外徑15 mm，壁 厚（管壁厚度）1 mm，一對燈絲2 1 a、2 1 b之間距為1 5 3 cm。 發光管11内封入有適量之水銀（例如2〇mg左右之水銀）及 約400 Pa之稀有氣體。於此放電燈3〇通上ία (安培）之放 電電流時，放電燈電力成為MOW (瓦特），並可將其中約 5 %之能量作為1 85nm之紫外線輸出，導出外部。此紫外線 輸出量大約相當於發光管之大小、燈、絲之間距、水銀及稀 有氣體之封入量及電氣諸條件與該放電燈3〇相同之習知技 術之放電燈之紫外線輸出量之約1 · 5倍。因此，本實施例 之放電燈3 0之紫外線放射效率較習知技術之放電燈明顯為 高0 在本實施例中所示之放電燈3 〇係管外徑1 5 mm、壁厚i mm、放電電流1A者。管外徑與壁厚之比最好設於〇. 1〜 〇· 04之範圍。此範圍係由紫外線吸收與機械的絕對強度之 相關關係取決。另外’放電電流密度（管内每單位面積之 放電電流）以200mA/cm2〜8〇〇mA/cm2範圍為佳，此與185 nm之紫外線的發光效率及經濟性有關連。即，脫離上述電 流密度範圍時，放電中轉變18511111之紫外線的變換效率會 急遽的降低，使使用高價之合成石英玻璃失去音義。 次說明本發明放電燈30之紫外線輸出量比^知技術之‘ 放電燈為高之理由說明於下。

570816 一 案號 91124609 年_月曰 修正 五、發明說明（7) '~-—- 放電燈30之發光管（即燈管）丨丨係由四氣化矽為原 料，人工的製造，之合成石英玻璃製成。合成石英玻璃中所 含之可吸收短波域之1 8 5nm紫外線之不純物，即鈉、鉀、 欽及鐵等量極少，例如合成石英玻璃中所含上述不純物之 置為一般溶融石英玻璃之1/1〇以下。使用此種合成石英玻 璃製成之發光管11之放電燈30之場合，其發光管1]L管壁之 紫外線吸收量較習知技術之放電燈少，具有優異之短波域 紫外線透過率之特徵。因此，不但使用初期之紫外線強度 (紫外線放射強度）高，且又可抑制由紫外線之吸收及石 英玻璃本身之變質的循環引起之經時劣化（隨時間經過而 起之變質劣化）。於是能長期保持短波域之185nm之紫外 線輸出，大幅延長該放電燈之耐用壽命。 即使用上述實施例所述之放電燈3 〇之紫外線照射裝置 時，由於放電燈30之長壽命化，使得能省去每年更換放電 燈30之更換維修之煩且又不必對用過之放電燈3〇作廢棄處 理，達成節省工時及節省資源等效果。 第3圖為裝設有本發明實施例所述放電燈3 〇之紫外線 照射裝置Α與裝設有習知技術之放電燈之紫外線照射裝置β 的性月b之比較貫驗的實測資料線圖。在此實驗中，各裝置 A、B所用之放電燈數各為20燈，被處理水中含有曱醇為源 之TOC (總有機碳）濃度20ppb。實驗時，用TOC計測定裝 置A及B之各進水口及出水口之TOC濃度，將其差值乘以處 理水量’所得數值作為總TOC分解量，同時將該總t〇c分解 篁除以放電燈之消費電力而將所得之每單位電力之分解量

I 1 S 1 I 1 _ 1 I I 第12頁 570816

五、發明說明（8) 作為裝置之性能指標。即，TOC分解性能可示如下式. T0C分解性能（mg/KWH )=(進水口T〇c濃度—出水 口 T0C濃度）X處理水量/消費電力 由圖示可Θ，習知裝置B在開始使用之初期將其放電 ，的T0C分解性能值設為1〇0%時，經使用一年後，分解性 =即降低至50%左右。以一點鎖線表示之性能分解值5〇 %為裝置B之容許極限能力，故使用裝置B時，經過一年即 需要將全部之放電燈一起更換。與其相較，本發明裝置a 之使用放電燈30的初期之分解性能值為〗48 % ，使用一年 ，刀解性能值僅降至丨〇 9 % ，二年後仍能維持8 6 %之性能 分解值。 本發明裝置A之分解性能值由實驗顯示，在放電燈使 =之初期至使用二年有逐漸少量減少之傾向，設此減少的 =向一直延續，則如破線所示，經過三年後，其分解性能 小仍I維持50 %以上，此意味，放電燈之定期更換期間至 習知裝置者延長三倍之久，對用後報廢之放電燈的廢 f Γ彳理可減少1 /3以下，加之可至少二年以上期間能使裝 保持在其容許極限能力即分解性能值50 %以上的條件 :運轉’因此如後述，容許實施放電燈之輪換點燈或調光 ”燈’獲得節省能源等可取效果。 麦說明備有上述實施例之放電燈30之紫外線照射裝置 之運用方法於下： 夕 對被處理液體施予有機物分解等處理之處理裝置設置 夕數個之放電燈3 0構成紫外線照射裝置。使該等設置之多

第13頁 570816 91124609

五、發明說明（9) 數個放電燈3 0中之所定數之燈點燈，其餘之燈熄燈，以實 施所謂之隔間式輪換點燈’且隨使用時間之經過適當的改 變上述點燈及熄燈之放電燈的組合。由於採用上述^式之 輪換點燈及熄燈，故可延長放電燈全部一起更換（換^ ) 之時期，達成減省更換及維修之麻煩並可長期連續操作。 此種運用方法之例子包括：於設有放射效率不佳之習知放 電燈η個全數點燈之紫外線照射裝置，若設置放燈效率高 之-本實施例放電燈30時，由於使用比η個少之m個放電燈1 點 燈就可發揮必要而充份之液體處理效果，故於該裝置使用 放射效率高之本實施例放電燈3〇多於該必要之m個之n個 (即與習知者同數）以構成紫外線照射裝置，可令此裝 置依上述隔間式輪換點燈實施液體處理，同時亦可採用^ 減放電燈之紫外線光度之所謂調光點燈之方法。 如上述，本發明係為了長期的確保紫外線照射裝置所 用之放電燈之紫外線輸出之維持率，使用由合成石英玻璃 構成之發光官（燈管）之放電燈。放電燈之構造本身並不 需限定如第2圖所示者，只要其使用之發光管具備本發明 特徵、，，則任何型式之放電燈均能發揮上述之優於習知技術 之效盈。例如，實施例係說明使用封入有金屬水銀（汞） 之放電燈，但封入有水銀與其他金屬之汞合金（amalgam) 之放電燈亦同樣有效。另外，例如常時加熱燈絲之連續加 熱型放電燈’或併設有燈絲及陽極之型式之放電燈，或兩 側有充，銷突出之兩封端型式者’只要是低壓水銀蒸氣放 電k均月匕發揮同樣之作用效果。當然，除低壓水銀蒸氣放

第14頁 570816 _素號91124609_年月 曰__ 五、發明說明（10) 電燈之外，例如利用氙氣（xenon gas)，或氪氣（krypton gas)與氯氣（Kr+Cl)之激發光（excimer emission)之放電 燈亦可。另外，放電燈之端子的構造亦不限定如第2圖所 示之由二端子31a、31b構成者，由四端子等構成者亦可。 另外，在本實施例中係對被處理液體連續流通之圓筒 1内設置有放電燈30之封閉型液體處理用紫外線照射裝置° 加以說明，但在被處理液體連續流通之開放水路中讲、 電燈30之開放型液體處理用紫外線照射裝置亦叹 【發明之效果】。 射裝置時，可對連 灵行連續運轉，並 ★如上所述，使用本發明之紫外線照 續流動之被處理液體長期照射紫外線， 且可達成省維修、省資源等有益功效。 抵不發明之紫外線照射裝 長，燈之全部-起更換之期間，；=時’由 成本，貫現長期間之連續運轉。 換之工時 570816 案號 91124609 年 Ά 曰 修正 圖式簡單說明 【圖式之簡單說明】 第1圖為紫外線照射裝置之一實施例，顯示封閉型液 體處理用紫外線照射裝置之側面剖視略圖； 第2圖為第1圖所示紫外線照射裝置所用之放電燈的一 實施例之側面剖視略圖； 第3圖為裝有第2圖所示放電燈之本發明紫外線照射裝 置與裝有習知之放電燈之習用紫外線照射裝置之隨時間而 起變化之處理能力之實驗結果的曲線圖。 Γ符號說明】 1…圓筒 11…發光管（燈管） 21a、21b…燈絲 2a、2b…密封部 22a〜22d…内部導線 1 0…發光部 20…外管（保護管） 3 0…放電燈 3a、3b…封蓋部 31a、31b…電端子

第16頁

Claims (1)

1. 570816

   1 · 一種紫外線照射裝置，係由·· 備有含主成分99. 9%以上之氧化矽（si%)、作為不純物 之鋁（Al)15PPm以下，鋁以外之其他金屬性不純物⑪㈣以 下及羥基（OH)l〇〇〇ppm以下之合成石英玻璃所製之發光管 且能放射240nm以下波長領域之紫外線之一放電燈7及可 將由該放電燈放射之紫外線照射於連續流動之被處理液體 之一處理裝置，構成為其特徵者。 2 · —種紫外線照射裝置之運用方法，其係申請專利範 圍第1項所述紫外線照射裝置之運用方法，其特徵包括： 於該處理裝置設置多數之該放電燈，令該設置之多數 之放電燈之所定數之燈熄燈而將其餘之燈點燈，並隨使用 時間之經過組合該熄燈及點燈之放電燈輪換使用，實行被 處理液之紫外線照射處理。