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発明の名称 水処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−259621(P2001−259621A)
公開日 平成13年9月25日(2001.9.25)
出願番号 特願2000−81643(P2000−81643)
出願日 平成12年3月23日(2000.3.23)
代理人
発明者 坂元 健二 / 常田 昌広 / 大島 功治 / 遠藤 慎良 / 安藤 茂
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 流入した被処理水に酸素を溶解させる酸素溶解手段を有する第一処理機構と、被処理水をエキシマランプから照射される紫外線により処理する第二処理機構とを備えた水処理装置において、前記第一処理機構によって溶存酸素濃度が所定の値以上に調整された被処理水を前記第二処理機構へ供給することを特徴とする水処理装置。
【請求項2】 前記請求項1記載の水処理装置において、第二処理機構から流出した処理水を再び第一処理機構に流入させる循環路を設け、被処理水を第一処理機構と第二処理機構を循環させながら処理することを特徴とする請求項1記載の水処理装置。
【請求項3】 被処理水の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出部を備えたことを特徴とする請求項1〜2記載の水処理装置。
【請求項4】 前記第二処理機構を通過する被処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することを特徴とする請求項1、3記載の水処理装置。
【請求項5】 前記酸素溶解手段がエジェクタであることを特徴とする請求項1〜4記載の水処理装置。
【請求項6】 前記酸素溶解手段がポンプであることを特徴とする請求項1〜4記載の水処理装置。
【請求項7】 前記酸素溶解手段がポンプと多孔体を用いたものであることを特徴とする請求項6記載の水処理装置。
【請求項8】 前記エキシマランプが150nm以上200nm以下の紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする請求項1〜7に記載の水処理装置。
【請求項9】 前記エキシマランプが172nmの紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする請求項1〜8に記載の水処理装置。
【請求項10】 前記エキシマランプは紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気であることを特徴とする請求項1〜9に記載の水処理装置。
【請求項11】 前記エキシマランプ設置部の部材が、エキシマランプからの紫外線を反射する材質で構成されたことを特徴とする請求項1〜10に記載の水処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理水に含まれる有害成分を紫外線により除去する水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水質汚染または大気汚染を起こす水中の有機化合物の処理方法として、活性炭吸着処理、オゾンの酸化力を利用したオゾン処理、膜処理などが実施されている。これらの処理法のうち、活性炭処理は活性炭は吸着材であるため、吸着量が飽和すると性能が低下し、浄化性能を維持するために新品と交換する必要があるため、経済的ではなく、さらに使用済みの活性炭を処分する手間がかかる。また、活性炭を再生する方式では、装置が複雑になり大型になる。さらに、活性炭で吸着できる有害有機化合物は、一般的に疎水性の有機物や非極性の官能基を有する有機物であるため、親水性や極性の高い有機物は活性炭では吸着除去できない。もしくは吸着除去しにくいといった問題があった。またオゾン処理は脱色、脱臭、殺菌効果は優れているが、汚濁物質の分解機能が低い。膜処理は水処理という観点からは優れているが、廃棄物を複製するという問題があった。
【0003】そこで前記処理法の問題点を総合的に解決するために低圧水銀ランプやエキシマランプと酸化剤、たとえばオゾンガスや過酸化水素との複合処理が知られている(特開平11−33569)。 記載の処理法は酸化剤により非常に酸化力の強い活性種を生成させ、生成した活性種をもって被処理水を処理するものである。活性種はオゾンや過酸化水素よりも強力な酸化剤であり、オゾン単独では分解できない被処理中の有害成分を分解除去することが可能である。また脱臭、脱色、殺菌効果が優れている上に二次的廃棄物も発生しない効果的な処理方法である。
【0004】また水中の溶存酸素から活性種を発生させる波長の紫外線を高出力で発するエキシマランプを利用して被処理水に酸化剤を添加することなく、被処理水を処理する方法も知られている。(特開平10―216716)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記のオゾンや過酸化水素と紫外線を併用する処理方法は強力な酸化酸化作用を有し、他の方法では処理の難しい有機化合物をクリーンに処理できるため極めて優れた特徴を有する反面、未反応の過酸化水素、オゾンガスを後工程で除去しなければならなず、装置装置が複雑になり大がかりになるといった問題があった。
【0006】また、エキシマランプ単独処理の場合は、未反応な酸化剤を除去する必要はないが、被処理中の溶存酸素濃度によって活性種の生成量が変化するため、同じ濃度の有機化合物を含んだ被処理水に同様にエキシマランプを照射した場合でも、被処理水中に含まれる溶存酸素濃度によって分解効率が異なるといった問題があった。また、溶存酸素濃度の低い被処理水に対しては処理にかかる時間が長くなりランニングコストが高くなるという問題があった。
【0007】本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、紫外線を利用した水処理装置において、酸素溶解手段を備え、被処理水に酸素を溶解させる第一処理機構と、第一処理機構で処理された被処理水をエキシマランプから照射される紫外線により処理するする第二処理機構からなる水の浄化方法であって、第一処理機構出口側の被処理水中の溶存酸素濃度が所定の値以上に維持されるように酸素溶解手段を制御することを水の浄化装置を提供することを目的とする。本発明により、酸化剤を添加することがなく、また常に安定した高い分解効率で被処理水を処理できるため、処理コスト、処理時間の低減を計ることができる。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明の研究の結果、被処理水中の有機化合物の濃度や種類に影響される値ではあるが、被処理水中の溶存酸素濃度が、分解効率に大きく影響することがわかった。すなわち溶存酸素濃度を一定水準に維持すればエキシマランプを利用した有機化合物の分解効率が上昇し、安定した処理が可能で有ることを見いだした。
【0009】そこで本発明は、流入した被処理水に酸素を溶解させる酸素溶解手段を有する第一処理機構と、被処理水をエキシマランプから照射される紫外線により処理する第二処理機構とを備えた水処理装置において、前記第一処理機構によって溶存酸素濃度が所定の値以上に調整された被処理水を前記第二処理機構へ供給することを特徴とする。
【0010】まず、図1に通常水処理に用いられる低圧水銀ランプとエキシマランプを被処理水に照射したときの、被処理水中の溶存酸素濃度の変化を示す。図1を見てわかるように、エキシマランプを用いた場合は、水中の溶存酸素から有機化合物分解に寄与する活性種を生成する波長の紫外線を高出力で照射するために、被処理水中の溶存酸素濃度が著しく低下していくことがわかる。
【0011】また図2にエキシマランプを用いた水処理における、水中の初期溶存酸素濃度と有機物濃度(TOC)の変化を示す。ここでDOとは溶存酸素をしめす。前述したように、エキシマランプから出力される紫外線により水中の溶存酸素から有機物分解に寄与する活性種が生成され、その活性種が有機物分解に寄与するため、溶存酸素濃度が高いほど有機物分解能力が高いことがわかる。また溶存酸素量として6ppm以上が好ましいことがわかる【0012】このことより上記構成にすることによって、分解効率に寄与する溶存酸素濃度が常に一定濃度以上に保たれた被処理水にエキシマランプから出力される紫外線を照射することができるため、分解効率が高く、かつ安定した分解能力を発揮する水処理装置を提供することができる。
【0013】また、被処理水に酸素を溶解させる際、酸素ガスを被処理水中にバブリングしてとけ込ませることが考えられるが、この処理を紫外線を照射する工程で同時に行うと、被処理水中で気泡として存在する酸素ガスと紫外線が反応して人体に有害なオゾンガスが生成し、このオゾンガスを処理する工程を別途設ける必要があり、装置が大がかりになる。
【0014】本発明の構成のように酸素を溶解させる工程と紫外線を照射する工程を分けることでこのようなオゾンガスが発生することがなく、オゾンガス除去工程を省くことができる。
【0015】また好ましくは 前記請求項1記載の水処理装置において、第二処理機構から流出した処理水を再び第一処理機構に流入させる循環路を設け、被処理水を第一処理機構と第二処理機構を循環させながら処理することを特徴とする。
【0016】図1に示すように、被処理水中に含まれる有機化合物濃度にもよるが、エキシマランプを用いて水処理を行う場合、エキシマランプは水中の溶存酸素から有機化合物分解に寄与する活性種を生成する波長の紫外線を高出力で照射するために、被処理水中の溶存酸素濃度が低下してくる。よって第二処理機構において紫外線による有機化合物処理において、溶存酸素濃度が不足してくると、その分解速度が低下することが考えられる。このことより上記構成にすることにより、第二処理機構においてエキシマランプによる紫外線処理において減少した溶存酸素を第一処理機構において再び被処理水中に酸素を供給し補うことができるため、迅速かつ高い分解効率で安定に有機化合物の処理を行うことができる。
【0017】また、好ましくは被処理水の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出部を備えたことを特徴とする。
【0018】溶存酸素検出部がない場合でも、酸素溶解手段により、過剰に酸素を添加することで、被処理水を所定の値以上の溶存酸素濃度に保つことができるが、溶存酸素検出部を設けることで、溶存酸素濃度が検知できるため、適量の酸素を供給することができるため、処理コストの低減がはかれ、また酸素の溶解がスムーズに短時間で行える。
【0019】さらに本発明の好ましい様態として、前記第二処理機構を通過する処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することを特徴とする。
【0020】従来の水処理装置においては、処理水の流量変化に応じて、有機化合物の分解除去能力は変化しない。そのため、処理水の流量が適量の場合は、十分な性能が発揮されるが、流量が多くなると有機化合物除去性能が不足し、有機化合物が満足に除去されていない水となる。
【0021】本発明の水処理装置により、第二処理機構を通過する処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することができる水処理装置であるため、流量が変化しても有機化合物分解除去性能が低下しない。結果、水の流量が変化しても有機化合物を除去した安全で清澄な水を供給できる。
【0022】また好ましくは、前記酸素溶解手段がエジェクタであることを特徴とする。
【0023】エジェクタは被処理水に酸素を効率良く溶解させることができ、さらにコンパクトなため装置規模の縮小に寄与する。
【0024】また好ましくは、前記酸素溶解手段がポンプであることを特徴とする。
【0025】ポンプを用いることで強制的に酸素の供給量を増やすことができるため、より迅速に被処理水に酸素を溶解させることができる。
【0026】またさらに好ましくは、前記酸素溶解手段がポンプと多孔体を用いたものであることを特徴とする。
【0027】酸素を気泡として混入させ被処理水に溶解させる際、その溶解性は、気泡と被処理水の接触面積に依存する。よってポンプと多孔体を用いて、微細な気泡を被処理水に混入させることによって、より迅速に被処理水に酸素を溶解させることができる。
【0028】また、好ましくは前記エキシマランプが150nm以上200nm以下の紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする。
【0029】紫外線は波長が短くなるほど光子のエネルギーが高く、波長200nm以下の光子のエネルギーは有機化合物中の分解しにくい炭素二重結合(C=C)等の結合を用意に切断する、また水中の溶存酸素と反応して酸化力の強い活性種を生成することが知られている。また、波長が150nm以下の紫外線は水やエキシマランプの保護管、または保護板に吸収されるため、有機化合物分解に寄与する紫外線量が極めて少ない。したがって、波長150nm以上200nm以下の紫外線を主波長とするエキシマランプにより被処理水中の有機化合物を効率よく分解除去できる。
【0030】さらに好ましい様態として、エキシマランプが172nmの紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする。
【0031】172nmの紫外線を主波長とするキセノンエキシマランプは、他のエキシマランプより高出力の紫外線を安定に、電気的に高い変換効率で出力することができるため、水道水、洗浄水から効率よく過酸化水素を生成できるとともに被処理水中の有機化合物を効率良く分解除去できる。
【0032】さらに好ましい様態として、エキシマランプは紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気としたことを特徴とする。
【0033】エキシマランプから出力される紫外線は、一般的なソーダライムガラス等で形成された保護管、または保護板ではほとんど透過しない。また、天然石英ガラスのようなケイ素と酸素以外の成分を多く含むガラスにおいても透過率は低いが、ケイ素と酸素以外の成分を微量しか含まない合成石英ガラスやフッ化マグネシウムガラスにおいては透過率が高い。また、収納部の雰囲気が酸素を含む雰囲気である場合、酸素分子に吸収され紫外線強度が低下するため、300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスである窒素ガス等が良い。
【0034】したがって、エキシマランプからの紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気とすることにより、被処理水中の有機化合物を効率良く分解除去できる。
【0035】さらに好ましい様態として、前記エキシマランプ設置部の部材が、エキシマランプからの紫外線を反射する材質で構成されたことを特徴とする。
【0036】エキシマランプから照射された紫外線は、エキシマランプ設置部内壁により吸収される。被処理水中にに含まれる溶存酸素や有機化合物と反応させ、効率よく分解除去するためには、エキシマランプ設置部に吸収される紫外線量を減らし、反射させることで再度被処理水中の有機化合物や溶存酸素と反応させることが好ましい。そのため、エキシマランプ設置部の内壁の材質を紫外線反射率の高いアルミニウム、ステンレス等で構成することが望ましい。
【0037】このことより、エキシマランプからの紫外線が照射されるエキシマランプ設置部の部材が、エキシマランプからの紫外線を反射する材質で構成することにより、有機化合物を効率良く分解除去できる。
【発明の実施の形態】
【0038】以下に本発明の実施例を図3に基づいて説明する。図3において1は被処理水配管、2は送水ポンプ、3は反応槽(a:第一処理機構、b:第二処理機構)、4は酸素供給手段(a:送気ポンプ、b:多孔体)、5は酸素流量調節計、6は溶存酸素検出部、7はエキシマランプ、8は被処理水流量計、10は酸素排出管、12は脱気膜である。
【0039】次にかかる実施例の動作について説明する。まず被処理水は被処理水配管1を通って送水ポンプ2により反応槽3aに導入される。ここでは送気ポンプ4aにより酸素もしくは同伴気体を含む酸素が酸素流量調節計5、多孔体4bを通って微細な気泡として反応槽3aに添加される。このことより、被処理水中には十分に酸素が溶解される。また、通常、被処理水中の有機化合物の濃度や種類によって被処理水中に含まれる初期溶存酸素濃度は異なる。そのため、被処理水に酸素溶解手段を用いて酸素を溶解させる際、溶存酸素検出部6により被処理水中の溶存酸素濃度を検知し、酸素流量調節計5により酸素供給量を制御することで、過剰に酸素を供給することを制御する。次に十分に酸素がとけ込んだ被処理水は流量計8、脱気膜12を通って、エキシマランプ7が内装された反応槽3bに導入される。この際、第一処理機構内の気泡が第一処理機構から第二処理機構への流路に混入した場合でも、この脱気膜により気泡は除去される。そして、第二処理機構内に導入された処理水はエキシマランプ7から照射される紫外線、または、エキシマランプ7から照射される紫外線が被処理水中の溶存酸素と反応して生成する活性種によって処理され、被処理水中の有機化合物が分解される。また、被処理水流量計8で検出される流量に応じてエキシマランプの紫外線出力が制御される。
【0040】図4は本発明における第二の実施例である。11は排出弁である。第一の実施例と異なる点は、構成として、第二処理機構から流出した処理水を再び第一処理機構に流入させる循環路9を設け、被処理水を第一処理機構と第二処理機構を循環させながら処理することである。このことより第二処理機構で消費された溶存酸素を随時第一処理機構で補うことができるため、被処理水の処理がよりスムーズに短時間で行われる。処理された水は排出弁11を開弁することにより吐水される。
【0041】本実施例において、第一処理機構から第二処理機構への流路内に混入された気泡を除去する手段として脱気膜を例に挙げたが、流路内の気泡を除去できるものであれば何でもよく、遠心分離による方法でもよい【0042】本発明を利用すれば、酸化剤を添加、人体に有害なオゾン等の除去工程が不要であり、また分解効率に寄与している溶存酸素濃度を常に所定の値以上に維持して処理することができるため、安定した高い分解効率で被処理水を処理でき、処理コスト、処理時間の低減を計ることができる。




 

 


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