WO2003040041A1 - Dispositif d'irradiation a ultraviolet et procede d'exploitation correspondant - Google Patents

Dispositif d'irradiation a ultraviolet et procede d'exploitation correspondant Download PDF

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ultraviolet
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Koji Nakano
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Photoscience Japan Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet irradiation apparatus that irradiates a continuously flowing liquid to be treated with ultraviolet energy in a short wavelength range of 240 nm or less and a method of operating the ultraviolet irradiation apparatus, and decomposes organic substances and the like present in the liquid to be treated. It is used in the field. Background art
  • Ultraviolet light in the short wavelength region has a high energy and is widely used for decomposing harmful substances and organic substances.
  • ultraviolet light in a wavelength region of 240 nm or less dissociates water (H 2 0) to generate OH radicals, which is useful for photoreactive decomposition of organic substances mixed in water.
  • An example of the reaction formula is shown below.
  • the OH radicals generated by dissociation of water has a strong oxidizing power, it will play an effect of decomposing organic matter present in the water such as CO, C0 2, H 2 0 .
  • short-wave ultraviolet light of 240 nm or less is energy for generating OH radicals.
  • a low-pressure mercury vapor discharge lamp is known as an ultraviolet light source that emits ultraviolet light of 240 nm or less.
  • a low-pressure mercury vapor discharge lamp has an arc tube made of quartz glass for emitting ultraviolet light, a pair of filaments provided at both ends in the arc tube, and a rare gas such as argon (Ar) in the arc tube.
  • This is a discharge lamp filled with an appropriate amount of mercury.
  • mercury-specific short-wavelength ultraviolet light of 185 nm is emitted from the arc tube. Works effectively for photoreactive decomposition.
  • the above-mentioned low-pressure mercury vapor discharge lamp is, for example, a semi-finished product or a finished product in the semiconductor manufacturing process. It is used in ultraviolet irradiation equipment for production plants of ultrapure water, which is used in large quantities as washing water.
  • the object to be treated is a liquid, it is difficult to digitally separate the object to be treated and the untreated object like a solid, and the object flows continuously.
  • UV rays must be continuously emitted to the processing liquid.
  • Ultraviolet irradiation equipment used in such an environment is extremely strict in pursuit of productivity improvement (improvement of processing efficiency of liquids to be treated) and environmental preservation as well as cost reduction. Is getting very high. An effective means to achieve these requirements is to extend the life of discharge lamps.
  • the present inventors focused on the phenomenon of a decrease in the output of short-wavelength ultraviolet light of 185 nm in a discharge lamp, performed various experiments, and analyzed the experimental data.
  • the factor that hinders the long life of the discharge lamp is the material of the quartz glass that forms the arc tube.
  • the material of the arc tube is quartz glass made of fused quartz glass manufactured using natural quartz as a raw material. This quartz glass contains several ppm of impurities such as sodium (Na), potassium (K), titanium (71), and iron (Fe), which are elements that particularly absorb ultraviolet rays.
  • the present invention enables continuous operation for a long period of time by increasing the maintenance rate of the ultraviolet output of a discharge lamp that emits ultraviolet light in the region of 240 nm or less, thereby reducing maintenance.
  • the aim is to provide an ultraviolet irradiation device and a method of operating the device that achieve nonce and resource saving.
  • An ultraviolet irradiation apparatus has a discharge tube made of synthetic quartz glass, emits ultraviolet light in a region of 240 nm or less, and a liquid to be treated that continuously emits ultraviolet light emitted from the discharge lamp. And a processing device for irradiating the light. According to this, although details will be described later, ultraviolet rays in a region of 240 nm or less are emitted from a discharge lamp through an arc tube made of synthetic quartz glass, so that a decrease in ultraviolet transmittance of the ultraviolet rays can be suppressed. Accordingly, the maintenance ratio of the ultraviolet output can be increased.
  • the processing apparatus a continuous operation of irradiating a continuously flowing liquid to be processed with ultraviolet rays for a long period of time becomes possible. Therefore, the period of the periodic maintenance is extended, and the maintenance can be achieved. In addition, the disposal period of the used discharge lamp can be extended, thereby saving resources.
  • the method for operating the ultraviolet irradiation apparatus is a method for operating the ultraviolet irradiation apparatus having the above-described configuration, wherein a plurality of the discharge lamps are installed in the processing apparatus. A predetermined number of the plurality of lamps are extinguished and the rest are lit, and the combination of the extinguished and lit discharge lamps is changed over time. According to this, the number of discharge lamps less than the total number of installed discharge lamps is thinned out, and the combination of the thinned lightings is changed according to the passage of time and reused, so that the discharge lamps can be replaced simultaneously. Can be extended, and replacement maintenance work can be omitted, and operation can be performed for a long period of time. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 shows an embodiment of an ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention, and is a schematic side sectional view of a closed liquid processing ultraviolet irradiation apparatus,
  • FIG. 2 is a schematic side sectional view showing an embodiment of a discharge lamp mounted on the ultraviolet irradiation device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a graph illustrating an experimental result of a change in processing capability over time of an ultraviolet irradiation apparatus equipped with the discharge lamp shown in FIG. 2 in comparison with a conventional apparatus.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an example of a closed type ultraviolet irradiation device for liquid treatment.
  • the discharge lamp 30 housed in an outer tube (protective tube) 20 is housed in a stainless steel cylinder 1 which is a processing device, and the liquid to be treated is introduced into the cylinder 1 and The liquid to be treated is irradiated with ultraviolet rays emitted from the discharge lamp 30.
  • a low-pressure mercury vapor discharge lamp that emits ultraviolet rays in a wavelength range of 185 nm is used.
  • the discharge lamp 30 is housed inside an outer tube (protective tube) 20 that transmits ultraviolet light, and the discharge lamp 30 is liquid-tightly isolated from the liquid to be treated.
  • the outer tube 20 is made of quartz glass having excellent ultraviolet transmittance.
  • Both ends of the cylinder 1 are closed by flanges 1a and 1b. Both ends of the outer tube 20 are water-tightly held on the flanges 1a and 1b of the cylinder 1 via ground nuts 40a and 4 Ob and rubber 0 rings 50a and 50b.
  • the liquid to be treated introduced from the water inlet 1c is irradiated with ultraviolet rays while passing through the cylinder 1, and flows through the cylinder 1 toward the water outlet 1d.
  • the structure is such that a plurality of (five in the figure) reflux plates 1e to li are arranged in the middle so that the liquid does not short-pass. For convenience, FIG.
  • Ultraviolet rays emitted from the discharge lamp 30 pass through the outer tube 20 and irradiate the liquid to be treated. Irradiated ultraviolet rays, the organic matter present in the water for example, CO, C0 2, etc. H 2 0 will play an effect decompose into harmless substances.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the discharge lamp.
  • the discharge lamp 30 includes a light emitting section 10, airtight seal sections 2a and 2b, and base sections 3a and 3b.
  • the light emitting section 10 includes an arc tube bulb (hereinafter, the arc tube is referred to as an arc tube) 11, and a pair of filaments 2 a and 21 b are arranged at both ends inside the arc tube 11. It is.
  • the arc tube 11 is made of synthetic quartz glass artificially manufactured using silicon tetrachloride as a starting material.
  • the filaments 2 la and 21 b are formed by applying, for example, a barium oxide-based emitter.
  • the filaments 21a and 21b are held by inner leads 22a to 22d protruding from the seal portions 2a and 2b, respectively. Is held.
  • the bases 3a and 3b are made of ceramic, and one base 3a is provided with a pair of electric terminals 31a and 31a.
  • the seal portions 2a and 2b are kept airtight by the molybdenum foils 24a to 24d, and are connected to the filaments 21a and 21b via the inner leads 22a to 22d, the molybdenum foils 24a to 24d, and the outer leads 25a, 25b, and 26. It plays the role of electrically connecting the electric terminals 31a and 31b.
  • the discharge lamp 30 is configured as a two-terminal type discharge lamp. That is, one end of one filament 21a is connected to one electric terminal 31a via an inner lead 22b, a molybdenum foil 24b, and an outer lead 25a, and one end of the other filament 2b is connected to an inner lead 22c and a molybdenum foil. It is connected to the other electric terminal 31b via the foil 24c and the outer leads 25b and 26.
  • the discharge lamp 30 according to the present embodiment is a discharge lamp that emits ultraviolet light in a region of 240 nm or less, and the arc tube 1 for emitting ultraviolet light is formed of synthetic quartz glass.
  • the size of the arc tube 11 is 15 mm in outer diameter and 1 mm in wall thickness, and the distance between the pair of filaments 21 a and 21 b (that is, the distance between the filaments) is small. It is 1 53cm.
  • the light emitting tube 11 contains an appropriate amount of mercury (for example, about 20 mg of mercury) and a rare gas of about 400 Pa.
  • the discharge lamp 30 When a discharge current of 1 A was passed through the discharge lamp 30, the discharge lamp power became 140 W, and about 5% of the energy was able to be extracted to the outside as a 185 nm ultraviolet output.
  • the amount of ultraviolet output is approximately 1.5 of the amount of ultraviolet output radiated by a conventional discharge lamp whose discharge lamp size, distance between filaments, amount of enclosed mercury and rare gas, and electrical conditions are the same as those of the discharge lamp 30. This is equivalent to double the output amount. Therefore, the discharge lamp 30 according to the present embodiment has significantly improved ultraviolet radiation efficiency as compared with the discharge lamp of the related art.
  • the discharge lamp 30 shown in the present example had a tube outer diameter of 15 mm, a wall thickness of ⁇ mm, and a discharge voltage of 1 A, but the ratio of the wall thickness to the tube outer diameter was in the range of 0.1 to 0.04. preferable. This range is a range determined from the correlation between the ultraviolet absorption and the absolute mechanical strength.
  • the discharge current density (discharge current with respect to the cross-sectional area in the tube) is preferably in the range of 200 mAZcm 2 to 800 mA / cm 2 . This is related to the luminous efficiency and economics of 185 nm UV. In other words, if the current density is out of this range, the conversion efficiency to 185 nm ultraviolet light during discharge is sharply reduced, and there is no point in using expensive synthetic quartz glass.
  • the amount of ultraviolet output by the discharge lamp 30 is higher than that of the prior art discharge lamp.
  • the arc tube 11 is made of synthetic quartz glass which is artificially manufactured using silicon tetrachloride as a starting material.
  • Synthetic quartz glass has very few impurities that absorb ultraviolet light in the short wavelength range of 185 nm, such as sodium (Na), potassium (K), titanium (Ti), and iron (Fe).
  • the above-mentioned impurities contained in the synthetic quartz glass are 1/10 or less of quartz glass made of fused quartz glass.
  • the amount of ultraviolet light absorbed by the tube wall of the light tube 11 is smaller than that of the conventional discharge lamp, and the ultraviolet light in the short wavelength region It has the advantage of excellent transmittance.
  • the intensity of ultraviolet rays (intensity of ultraviolet radiation) in the initial stage of use is increased, and deterioration over time due to cycles of absorption of ultraviolet rays and alteration of quartz glass itself is suppressed. This results in a long-life discharge lamp with significantly improved 185 nm UV output in the short wavelength range over the long term.
  • the life of the discharge lamp 30 is extended, so that the maintenance work for replacing the discharge lamp 30 every year is troublesome. This eliminates the need to dispose of the discharge lamp 30 every year, thereby achieving resource savings.
  • FIG. 3 is a diagram showing actually measured data obtained by performing a comparative experiment on the performance of the ultraviolet irradiation device A equipped with the discharge lamp described in the embodiment of the present invention and the ultraviolet irradiation device B equipped with the discharge lamp of the conventional technology. is there.
  • the number of installed discharge lamps was 20, and the water to be treated contained a TOC (Total Organic Carbon) source in 20 ppb methyl alcohol.
  • the TOC concentrations at the inlet and outlet of devices A and B were measured with a TOC meter, and the difference multiplied by the treatment flow rate was used as the total TOC decomposition amount, which was used as the power consumption of the discharge lamp.
  • the amount of decomposition per unit power is used as an index of performance. That is, the TOC decomposition performance is represented by the following equation.
  • the horizontal axis indicates the number of months of use of equipment A and B as the number of months of equipment use
  • the vertical axis indicates the TOC decomposition performance of equipment A and B obtained according to the number of months of use of the equipment as the TOC decomposition performance ratio.
  • the initial Assuming a decomposition value of 100% the performance decomposition value decreased to nearly 50% after one year.
  • the decomposition performance value of 50% indicated by the dashed line is the permissible limit of the device B, and requires simultaneous replacement of the discharge lamps after one year.
  • the initial performance decomposition value when using the discharge lamp was 148%, the I ability decomposition value was ⁇ 09% after one year, and Also maintained a performance decomposition value of 86%.
  • the performance decomposition value of the device A according to the present invention tends to decrease asymptotically from the beginning of the use of the discharge lamp to two years later, assuming that this decreasing trend continues over time, as shown by the broken line. Probably, it is estimated that the performance degradation value of 50% or more is sufficiently maintained even after 3 years. As a result, the regular maintenance period of the discharge lamp can be extended three times or more. This means that waste, that is, used discharge lamps, can be reduced to 1/3 or less. In addition, for more than two years, there is enough room for the performance decomposition value of 50%, which is the permissible limit capacity of the device A. Can be achieved, leading to energy savings.
  • the discharge lamp according to the present embodiment having good radiation efficiency is used.
  • an ultraviolet irradiator is constructed by installing n more than m (as usual) and decimating it as described above.
  • the quartz glass forming the arc tube is made of synthetic quartz glass for the purpose of securing the maintenance rate of the ultraviolet output of the discharge lamp mounted on the ultraviolet irradiation device for a long period of time.
  • This is an invention using a discharge lamp. Therefore, the structure of the discharge lamp itself is not limited to the type shown in FIG. 2 as long as it satisfies such features of the present invention, and may have any structure.
  • the discharge lamp in which metal mercury is sealed is described. However, the same effect can be obtained with a discharge lamp in which mercury and amalgam of another metal are sealed.
  • the discharge lamp is not limited to a low-pressure mercury vapor discharge lamp, and may be a discharge lamp using excimer emission of xenon gas (Xe2) -crypton gas and chlorine gas (Kr + CI).
  • the terminal configuration of the discharge lamp is not limited to the configuration including the two terminals 31a and 31b as shown in FIG. 2, but may be a four-terminal configuration or the like.
  • a closed-type liquid processing ultraviolet irradiation apparatus applied to an open channel installation type in which the discharge lamp 30 is installed in the cylinder 1 through which the liquid to be processed flows continuously is described.
  • the present invention is not limited to this, and may be an open channel installation type liquid treatment ultraviolet irradiation apparatus in which the discharge lamp 30 is installed in an open channel through which the liquid to be treated is continuously flown.
  • the ultraviolet irradiation apparatus of the present invention continuous operation of irradiating a continuously flowing liquid with ultraviolet light for a long period of time becomes possible, so that maintenance and resource saving can be achieved. It has an excellent effect.
  • the simultaneous replacement period of the discharge lamp can be extended, so that the trouble of replacement maintenance can be saved, and the long-term operation can be performed. Play.

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Description

明 細 書 紫外線照射装置及びその運用方法 技術分野
本発明は、 240nm以下の短波長域の紫外線エネルギーを、連続して流れる被 処理液体に照射する紫外線照射装置及びその運用方法に関するものであり、被処 理液体中に存在する有機物などの分解処理の分野で利用されるものである。 背景技術
短波長域の紫外線は強いエネルギーを有することから、有害物や有機物の分解 など多岐にわたって利用されている。特に、 240nm以下の波長域の紫外線は、水 (H20)を解離して OHラジカルを生成するので、水中に混入している有機物の光反 応分解に役立つ。反応式の一例を下に示す。
H20+ hレ→H+ OHラジカル
Cn Hm Ok+ OHラジカル→CO、 C02、 H20
(n, m， k，は 1， 2, 3，■'…- )
上記の反応式において、水を解離することで生成された OHラジカルは酸化力が 強いので、水中に存在する有機物を CO、 C02、 H20などに分解する作用を果たす ことになる。つまり、 240nm以下の短波長紫外線 (式中の hi )は OHラジカルを生 成するためのエネルギーである。
240nm以下の紫外線を放射する紫外線光源として、低圧水銀蒸気放電灯が知 られている。低圧水銀蒸気放電灯は、一般に、紫外線発光用の発光管が石英ガラ スでできており、該発光管内の両端に一対のフィラメントを設け、当該発光管内にァ ルゴン (Ar)などの希ガスと適量の水銀を封入した放電灯である。この低圧水銀蒸気 放電灯では、一対のフィラメントに放電電流を供給することで、 1 85nmという水銀特 有の短波長紫外線を発光管から発するので、該短波長紫外線が水中に混入してい る有機物の光反応分解に有効に働く。
上記の低圧水銀蒸気放電灯は、例えば、半導体製造工程で半製品や完成品な どの洗浄水として大量に使用される超純水の製造プラン卜用の紫外線照射装置に使 用される。この場合、被処理物は液体であるので、処理物と未処理物とを固形物の 如くデジタル的に区分することが難しく、且つまた連続的に流れるものであるから、 被処理物である被処理液体に対して紫外線を絶え間な . §射し続けなければならな いという環境下にある。このような環境下で使用される紫外線照射装置では、コスト 低減と共に生産性向上 (被処理液体の処理効率の向上)並びに環境保全の追求が 極めて厳しく、そのため、省エネルギー '省メンテナンスおよび省資源に対する要求 が非常に高くなつている。これらの要求を達成するための有効な手段として、放電灯 の長寿命化が挙げられている。
しかしながら、上記紫外線照射装置では、連続して流れる被処理液体に紫外線 を絶え間な 射し続けるので、放電灯による 1 85nmの短波長紫外線の出力が 1 年後にはほぼ半減してしまい、 1年毎に放電灯を一斉交換する定期メンテナンス並 びに使用済みの放電灯の廃棄処分という作業が必要であった。
そこで、本発明者らは、放電灯において、 1 85nmの短波長紫外線の出力低下と いう事象に注目し、種々の実験を行い、その実験データを解析した。その結果、放電 灯の長寿命化を阻害する要因が発光管を成す石英ガラスの材質にあることを突き 止めた。上記装置に使用されている従来の放電灯では、発光管の材質は天然水晶 を原料として製造される溶融石英ガラスからなる石英ガラスである。この石英ガラス には、ナ卜リウ厶 (Na)、カリウム (K)、チタニウム (71)、鉄 (Fe)など、特に紫外線を P及収する元素である不純物が数 ppm混入している。これらの不純物は短波長域の 紫外線の吸収に作用し、吸収された紫外線エネルギーは石英ガラス自身を変質さ せて当該石英ガラスに濁りを発生させ、更にその濁りが紫外線透過率を低下させる。 このような透過率低下と変質のサイクルが紫外線の放射中に繰り返され、これによ つて、 1 85nmの紫外線出力が急速に低下すると共に、その紫外線出力の低下が急 速に促進されるものと考えられる。 発明の開示
本発明は、 240nm以下の領域の紫外線を放射する放電灯の紫外線出力の維 持率を高めることで、長期間にわたる連続運転を可能にし、これによつて、省メンテ ナンス、省資源を図った、紫外線照射装置及びその運用方法を提供しょうとするも のである。
本発明に係る紫外線照射装置は、合成石英ガラス製の発光管を有し、 240nm 以下の領域の紫外線を放射する放電灯と、前記放電灯から放射される紫外線を、 連続して流れる被処理液体に対して照射する処理装置とを具えたものである。これ によれば、詳細は後述するが、放電灯において、合成石英ガラス製の発光管を介し て 240nm以下の領域の紫外線を放射するので、該紫外線の紫外線透過率の低下 を抑制でき、これによつて、紫外線出力の維持率を高めることができる。これにより、 処理装置において、連続して流れる被処理液体に対して紫外線を長期間にわたり照 射する連続運転が可能になる。よって、定期メンテナンスの期間が延長され、省メン テナンスを図れると共に、使用済み放電灯の廃棄期間も延長され、省資源を図れる。
本発明に係る紫外線照射装置の運用方法は、上記のような構成からなる前記紫 外線照射装置を運用するための方法であって、前記処理装置において前記放電灯 を複数灯設置し、設置された複数灯のうち所定数を消灯し残りを点灯し、この消灯及 び点灯する放電灯の組み合わせを時間的経過に従い変更するものである。これに よれば、設置した放電灯の総数よりも少ない数の放電灯を間引き点灯し、この間引 き点灯の組み合わせを時間的経過に従い変更して、使い回しすることで、放電灯の 一斉交換期間を延長させることができ、交換メンテナンスの手間を省き、長期間にわ たる稼働を可能にすることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明に係る紫外線照射装置の一実施例を示し、閉鎖型の液体処理用 紫外線照射装置の側面断面略図、
図 2は、図 1に示す紫外線照射装置に搭載される放電灯の一実施例を示す側面 断面略図、
図 3は、図 2に示す放電灯を搭載した紫外線照射装置における時間経過に伴う 処理能力の変化の実験結果を、従来装置と比較して例示するグラフ、である。 発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図 1に本発明に係る紫外線照射装置の一実施例を示す。図 1は、閉鎖型の液体 処理用紫外線照射装置の一例を示す側面断面略図である。
図 1において、放電灯 30を外管 (保護管) 20内に収納したものが、処理装置であ るステンレス製のシリンダー 1内に収容され、被処理液体が該シリンダー 1内に導入 されて当該被処理液体に放電灯 30から放射した紫外線が照射される。放電灯 30と しては、例えば 1 85nmの波長域の紫外線を放射する低圧水銀蒸気放電灯が使用 される。放電灯 30は紫外線透過性の外管 (保護管) 20の内部に収納され、該放電 灯 30が被処理液体から液密に隔離される。外管 20は紫外線透過性に優れた石英 ガラスでできている。シリンダー 1の両端はフランジ 1 a， 1 bで閉じられている。外管 2 0の両端は、シリンダー 1のフランジ 1 a, 1 bに、グランドナツ卜 40 aおよび 4 Obと、ゴ 厶製の 0リング 50aおよび 50bとを介して水密に保持されている。シリンダー 1では、 入水口 1 cから取り入れられた被処理液体が、シリンダー 1内を通過する過程で紫外 線が照射され、出水口 1 dに向かってシリンダー 1内を流れることになるが、被処理 液体がショートパスしないように、途中に複数枚 (図では、 5枚)の還流板 1 e〜l iを配 置した構造になっている。なお、便宜上、図 1には放電灯 30を 1灯だけ搭載した装置 を図示したが、実用的には多灯式の大容量装置が使用される場合が多い。放電灯 30から放射された紫外線は、外管 20を透過し、被処理液体に照射される。照射さ れた紫外線は、水中に存在する有機物を例えば、 CO、 C02、 H20など無害な物質 に分解する作用を果たすことになる。
次に、上記装置に搭載される放電灯について説明する。図 2にその放電灯の一 実施例を示す。まず、この放電灯 30の基本的構造について説明すると、放電灯 30 は、発光部 1 0と、気密シール部 2a， 2bと、口金部 3a， 3bとを含む。発光部 1 0は、 発光管バルブ (以下、発光管バルブを「発光管」と記す） 1 1を備え、該発光管 1 1内 の両端には一対のフィラメント 2 Ί a， 21 bが配置してある。発光管 1 1は、四塩化ケィ 素を出発原料として人工的に製造された合成石英ガラスでできて L、る。フィラメント 2 l a, 21 bは例えば酸化バリウム系のェミッタ一を塗布してなる。このフィラメント 2 1 a， 2 1 bはシール部 2a， 2bから出ているインナ一リード 22a〜22dによってそれぞれ保 持されている。口金部 3a， 3 bはセラミック製であり、一方の口金部 3aにおいて一対 の電気端子 3 1 a, 3 1 aが備えられている。シール部 2a, 2bは、モリプデン箔 24a〜 24dによって気密を保持しつつ、且つインナーリード 22a〜22d、モリプデン箔 24a ~24d、アウターリード 25a， 25b及び 26を介して、フィラメント 21 a， 21 bと電気端 子 3 1 a， 3 1 bを電気的に接続する役割を担っている。なお、図の例では、一例として、 放電灯 30は 2端子タイプの放電灯として構成されている。すなわち、一方のフィラメ ン卜 21 aの一端がインナーリード 22b、モリプデン箔 24b、アウターリード 25aを介し て一方の電気端子 31 aに接続され、他方のフィラメント 2 Ί bの一端がインナーリード 22c、モリプデン箔 24c、アウターリード 25b， 26を介して他方の電気端子 31 bに接 続されている。
本実施例に係る放電灯 30は、 240nm以下の領域の紫外線を放電灯であって、 紫外線発光用の発光管〗 1が合成石英ガラスで形成されている。本実施例に示す放 電灯 30は、例えば、発光管 1 1のサイズが外径 1 5mm、肉厚 1 mmであり、一対の フィラメント 21 a， 21 b間の間隔 (すなわち、フィラメント間距離)が 1 53cmである。発 光管 1 1内には適量の水銀 (例えば、 20mg程度の水銀)と約 400Paの希ガスを封 入してある。この放電灯 30に 1 Aの放電電流を流すと、放電灯電力は 1 40Wとなり、 その内、約 5%のエネルギーを 1 85nmの紫外線出力として外部に導き出すことが できた。この紫外線出力量は、発光管サイズ、フィラメント間距離、水銀および希ガス の封入量、電気的諸条件が放電灯 30と共通する従来技術の放電灯で放射される 紫外線出力量のおおむね 1 . 5倍の出力量に相当する。したがって、本実施例に係 る放電灯 30は、従来技術の放電灯よりも紫外線の放射効率が格段に向上している。
なお、本実施例に示す放電灯 30は、管外径 1 5mm,肉厚 Ί mm、放電電 1 Aとし たが、管外径に対する肉厚の比は 0. 1〜0. 04の範囲が好ましい。この範囲は、紫 外線吸収と機械的絶対強度との相関関係に由来して定まる範囲である。また、放電 電流密度 (管内の断面積に対する放電電流)は 200mAZcm2〜800mA/cm2の 範囲が好ましい。これは、 1 85nmの紫外線の発光効率と経済性に関係する。つま リ、この電流密度範囲を外れると放電中における 1 85nmの紫外線への変換効率が 急激に低下するので、高価な合成石英ガラスを使用する意味がなくなるからである。
次に、放電灯 30による紫外線出力量が従来技術の放電灯のそれよりも高ぐよる 理由を説明する。放電灯 30において、発光管 1 1は、四塩化ケィ素を出発原料とし て人工的に製造された合成石英ガラスでできている。合成石英ガラスでは、短波長 域の 1 85nmの紫外線を吸収する不純物すなわちナトリウム（Na)、カリウム（K)、チ 夕ニゥ厶 (Ti)、鉄 (Fe)などが極めて少ない。ちなみに、合成石英ガラスに含まれる 上記不純物は溶融石英ガラスからなる石英ガラスの 1 /1 0以下である。このように、 合成石英ガラスで発光管 1 1を形成した放電灯 30では、当該^光管 1 1の管壁での 紫外線吸収量が従来技術の放電灯に比べて少なく、短波長域の紫外線透過率に優 れるという特長がある。これによつて、使い始め初期の紫外線強度 (紫外線放射強 度)が高まると共に、紫外線の吸収、石英ガラス自身の変質というサイクルによる経 時劣化が抑制される。これにより、短波長域の 1 85nmの紫外線出力を長期にわた つて大幅に向上させた寿命の長い放電灯になる。
したがって、本発明の実施例で述べた放電灯 30を使用してなる紫外線照射装置 では、放電灯 30の長寿命化によって、 1年毎に放電灯 30を交換する交換メン^ "ン スの手間を省けると共に、 1年毎に放電灯 30を廃棄する廃棄処分が不要になるの で省資源が達成できる、という効果を奏する。
図 3は、本発明の実施例で述べた放電灯を搭載した紫外線照射装置 Aと従来技 術の放電灯を搭載した紫外線照射装置 Bとの性能について比較実験を行った実測 データを示す図である。この実験において、放電灯の搭載数はそれぞれ 20灯であり、 被処理水は TOC (Total Organic Carbon :全有機体炭素）源を 20ppbのメチルアルコ -ルに含む。実験にあたっては、装置 A及び Bについて、入水口と出水口の TOC濃 度を TOCメーターで測定し、その差に処理流量を掛けた数値を総 TOC分解量とし、 それを放電灯の消費電力で割り返して、単位電力当たりの分解量を性能の指標とし ている。すなわち、 TOC分解性能は下記の式で表される。
TOC分解性能 (mg/kWH)
= (入水口 TOC濃度-出水口 TOC濃度) X処理流量 消費電力
図では、装置 A及び Bの使用月数を装置使用月数として横軸に示し、この装置使用 月数に応じて得られる装置 A及び Bの TOC分解性能を TOC分解性能比として縦軸に 示す。
図から明らかなように、従来技術の装置 Bでは、放電灯を使い始めた初期の性肓 分解値を 1 00%とすると、 1年後には性能分解値が 50%近くまで低下した。一点鎖線 で示される分解性能値 50%は装置 Bの許容限界能力であり、 1年後には放電灯の一 斉交換を必要とする。これに対して、本発明による装置 Aでは、まず放電灯を使い始め た初期の性能分解値が 1 48%で、 1年経過後で I生能分解値が Ί 09%、 2年経過後で も 86%の性能分解値を維持した。本発明による装置 Aの性能分解値は、放電灯の使 い始め初期から 2年経過まで漸近的に減少する傾向を示すので、この減少傾向が経 時的に継続すると仮定すると、破線で示すように恐らく 3年経過後でも 50%以上の性 能分解値を十分に維持するものと推定できる。その結果、放電灯の定期メンテナンス 期間を 3倍以上に延ばすことができる。これは、廃棄物すなわち使用済みの放電灯を 1 /3以下に低減できることを意味している。加えて、 2年間余りは装置 Aの許容限界能 力である性能分解値 50%に対して十分余裕があるので、追って説明するように、放電 灯の間弓 Iき点灯や調光点灯を行うことも可能になり、省エネルギーにも繋がるという、 優れた効果を期待できる。
すなわち、上記実施例に係る放電灯 30を使用した紫外線照射装置の運用方法に ついて説明すると、該放電灯 30を設置して所定の被処理液体に対して有機物分解等 の処理を施す処理装置において、該放電灯 30を複数灯設置する。そして、設置された 複数灯のうち、所定数を消灯し残りを点灯するという謂わば「間弓 Iき点灯」を行い、かつ、 この消灯及び点灯する放電灯の組み合わせ (つまり「間引き点灯」の組み合わせ)を時 間的経過に従い適宜変更するようにする。これにより、設置した放電灯の総数よりも少 ない数の放電灯を間弓 Iき点灯使用し、この間弓 Iき点灯の組み合わせを時間的経過に 従い変更して、使い回しすることで、放電灯の一斉交換期間を延長させることがでさ、 交換メンテナンスの手間を省き、長期間にわたる稼働を可能にすることができる。この ような運用方法の運用例としては、例えば放射効率の悪かった従来型の放電灯を n個 設置して全数点灯していた紫外線照射装置において、本実施例に係る放射効率の良 い放電灯を用いれば n個よりも少数の m個の放電灯を点灯するだけで必要十分な処 理効粜を上げることができることに鑑み、本実施例に係る放射効率の良い放電灯を同 時に点灯必要な m個より多い n個 (従来通り）設置して紫外線照射装置を構成し、これ を上記のように間引き運転する、という運用例がありうる。また、他の運用方法として、 放電灯の紫外線光度を加減する調光点灯を適宜行ってもよい。 以上述べたように、本発明は、紫外線照射装置に搭載される放電灯の紫外線出力 の維持率を長期にわたって確保することを目的として、発光管をなす石英ガラスを合成 石英ガラスで構成してなる放電灯を使用した発明である。よって、そのような本発明の 特徴を充足するものであれば、放電灯の構造それ自体は図 2に示したタイプのものに 限られず、どのような構造のものであってもよい。例えば、実施例では、金属水銀を封 入した放電灯について述べたが、水銀と他の金属のアマルガムを封入した放電灯であ つても同様の効果を奏する。また、フィラメントを常時加熱するコンテ二ユアスヒーティン グタイプの放電灯やフィラメントとアノードを併設したタンプの放電灯、あるいは両側に 充電ピンを出した両口金タイプであっても、低圧水銀蒸気放電灯であれば、同様の作 用 ·効果を発揮するものである。もちろん、低圧水銀蒸気放電灯に限らず、キセノンガ ス (Xe2 )ゃクリプ卜ンガスと塩素ガス (Kr+ CI)のエキシマ発光を利用した放電灯であ つてもよい。また、放電灯の端子構成も、図 2のような 2端子 31 a， 31 bからなるものに 限られず、 4端子構成等であってもよい。
また、本実施の形態では、被処理液体が連続的に流されるシリンダー 1内に放電灯 30を設置する開水路設置タイプに適用される閉鎖型の液体処理用紫外線照射装置を 説明したが、本発明は、これに限られるものでなく、被処理液体が連続的に流される開 水路中に放電灯 30を設置する開水路設置タイプの液体処理用紫外線照射装置でもよ い。
以上の通り、本発明に係る紫外線照射装置によれば、連続して流れる被処理液 体に対して紫外線を長期間にわたり照射する連続運転が可能になるので、省メンテナ ンス及び省資源を図れる、という優れた効果を奏する。
本発明に係る紫外線照射装置の運用方法によれば、放電灯の一斉交換期間を延 長させることができるので、交換メンテナンスの手間を省き、長期間にわたる稼働が可 能なる、という優れた効果を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 合成石英ガラス製の発光管を有し、 240nm以下の領域の紫外線を放射する放 電灯と、
前記放電灯から放射される紫外線を、連続して流れる被処理液体に対して照射する 処理装置と
を具えた紫外線照射装置。
2. 前記請求項 1に記載の紫外線照射装置を運用するための方法であって、前記処 理装置において前記放電灯を複数灯設置し、設置された複数灯のうち所定数を消灯し 残りを点灯し、この消灯及び点灯する放電灯の組み合わせを時間的経過に従い変更 することを特徴とする紫外線照射装置の運用方法。
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