(57)【要約】【課題】多くのエネルギーを必要とせず、かつ処理槽の大きさを小さくしなくても、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することが可能な水浄化装置及び水浄化方法を提供する。【解決手段】被処理水を収容する処理槽１０と、処理槽１０内の被処理水に酸素を供給して溶存させる酸素供給手段１２と、被処理水に溶存された酸素に紫外線を照射させる紫外線照射手段と、を備えた水浄化装置において、紫外線照射手段は、処理槽１０内に設けられ、長手方向に延びる形状からなり、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプ１４を有し、酸素供給手段１２は、紫外線ランプ１４よりも低い位置で、かつ紫外線ランプ１４の長手方向と平行な方向に沿って配列された複数の酸素供給孔２０を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を収容する処理槽と、該処理槽内の被処理水に酸素を供給して溶存させる酸素供給手段と、前記被処理水に溶存された酸素に紫外線を照射させる紫外線照射手段と、を備えた水浄化装置において、
前記紫外線照射手段は、前記処理槽内に設けられ、長手方向に延びる形状からなり、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、
前記酸素供給手段は、前記紫外線ランプよりも低い位置で、かつ前記紫外線ランプの長手方向と平行な方向に沿って配列された複数の酸素供給孔を有することを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
前記処理槽内の最低紫外線強度が１ｍＷ／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の水浄化装置。
【請求項３】
処理槽に収容された被処理水に酸素を供給して溶存させ、該被処理水に溶存された酸素に１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する水浄化方法であって、
前記紫外線は、長手方向に延びる形状からなる紫外線ランプから照射され、
前記酸素は、前記紫外線ランプよりも低い位置で、かつ前記紫外線ランプの長手方向と平行な方向に沿って配列された複数の酸素供給孔から供給されることを特徴とする水浄化方法。
【請求項４】
前記処理槽内の最低紫外線強度が１ｍＷ／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項３記載の水浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場排水などの被処理水に酸素を溶存させ、その溶存酸素に紫外線を照射させることによって、不要な有機物を分解する水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業技術の発達に伴い、工場排水の性質が多様化してきており、河川への放流による環境への影響が懸念されている。そのため、排水の水質基準も非常に厳しくなっており、水中に含まれる不要な有機物を効率的に分解し、浄化できる水浄化装置が求められている。水中に含まれる不要な有機物を浄化する装置として、例えば、工場排水などの被処理水の溶存酸素を制御し、半導体粉末を用いてエアレ−ションを行いながら紫外線を照射して水中に存在する不要な有機物を酸化分解する水浄化装置がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、紫外線を照射することによって被処理水中の有機物を十分に分解させるためには、多くのエネルギーを必要とする。このため、高出力の紫外線ランプなどが使用されるので、省エネルギー化の観点から好ましくない。一方、浄化装置の処理槽の大きさを小さくすることによって、有機物の分解効率を向上させることも行われているが、処理槽が小さいため、結果として浄化能力が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、多くのエネルギーを必要とせず、かつ処理槽の大きさを小さくしなくても、被処理水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することが可能な水浄化装置及び水浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、紫外線ランプ近傍の長手方向ほぼ全域に亘って酸素を供給し、被処理水中の高濃度の溶存酸素を乱流状態にしながら、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射することによって、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することができることを見出した。すなわち、本発明は、被処理水を収容する処理槽と、該処理槽内の被処理水に酸素を供給して溶存させる酸素供給手段と、前記被処理水に溶存された酸素に紫外線を照射させる紫外線照射手段と、を備えた水浄化装置において、前記紫外線照射手段は、前記処理槽内に設けられ、長手方向に延びる形状からなり、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、前記酸素供給手段は、前記紫外線ランプよりも低い位置で、かつ前記紫外線ランプの長手方向と平行な方向に沿って配列された複数の酸素供給孔を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る水処理装置において、前記処理槽は、被処理水を流入口から流入させ、流出口から流出させるよう構成されていることが好ましく、前記紫外線ランプは、その長手方向が被処理水の流動方向に交わるように、特に垂直に交わり、かつ処理槽の底面と平行に配置されていることが好ましい。また、紫外線ランプは、複数設けられていることが好ましく、その場合、縦方向に並列させるとともに、流動方向に並列させることが好ましい。紫外線ランプを流動方向に並列させた場合、前記酸素供給孔は、紫外線ランプ間に設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、処理槽に収容された被処理水に酸素を供給して溶存させ、該被処理水に溶存された酸素に１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する水浄化方法であって、前記紫外線は、長手方向に延びる形状からなる紫外線ランプから照射され、前記酸素は、前記紫外線ランプよりも低い位置で、かつ前記紫外線ランプの長手方向と平行な方向に沿って配列された複数の酸素供給孔から供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、多くのエネルギーを必要とせず、かつ処理槽の大きさを小さくしなくても、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することが可能な水浄化装置及び水浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る水処理装置の実施形態を示す概念図である。
【図２】図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明に係る水処理装置の実施例を示す概念図である。
【図４】本発明に係る水処理装置の実施例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る水処理装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態に係る水処理装置は、図１及び２に示すように、工場排水などの被処理水を収容する処理槽１０と、処理槽１０内の被処理水に酸素を供給して溶存させる酸素供給ライン１２と、被処理水に溶存された酸素に紫外線を照射させる紫外線ランプ１４とを備えている。
【００１２】
本実施形態に係る水処理装置において、処理槽１０は、直方体状に形成され、流動槽３の上流側の側面には、流入口１６が形成され、下流側の側面には、流出口１８が形成されており、図示しないポンプによって流入口１６から流出口１８に排水が流動されるように構成されている。
【００１３】
また、本実施形態に係る水処理装置において、紫外線ランプ１４は、上下方向に５本、流動方向に７列、合計３５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ処理槽１０の底面と平行となるように処理槽１０内に配置されている。紫外線ランプ１４の外表面には、円柱状に形成されたカバー部材が設けられ、カバー部材は、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施形態に係る排水処理装置において、紫外線ランプ１４は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能にしている。紫外線ランプ１４から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。なお、本実施形態において、紫外線ランプ１４のカバー部材は、円柱状に形成したが、これに限定されず、長手方向に延びる形状であればよい。紫外線照射ランプ１４の数は、求められる水質や処理水中に含まれる不要な有機物の量等に応じて決定される。さらに本発明において重要となるのは、後述する流動槽３内において最低紫外線強度を１ｍＷ／ｃｍ２以上にすることであり、紫外線ランプ１４の数は、これに応じても決定される。
【００１４】
本実施形態に係る水浄化装置において、紫外線ランプ１４は、流動槽内の流動槽内の最低紫外線強度が１ｍＷ／ｃｍ２、好ましくは２ｍＷ／ｃｍ２となるように設置・構成されていることが好ましい。流動槽内での最低紫外線強度が１ｍＷ／ｃｍ２以上であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。最低紫外線強度をこのような範囲に調整するためには、紫外線ランプの強度、数、配置と流動槽のサイズ等を適宜変更することによって行うことができる。ここで、最低紫外線強度とは、処理槽１０内において、最も紫外線強度が低くなる部分の紫外線強度を意味し、一般的には、紫外線ランプから最も離れた位置（例えば処理槽の角）における紫外線強度が最低紫外線強度となる。
【００１５】
酸素供給ライン１２は、直線状に形成されており、処理槽１０の底面に最も近い紫外線ランプ１４の紫外線ランプ間毎にそれらと平行な状態で複数配置されている。まこれら酸素供給ライン１２は、その上方の被処理水に向かって酸素を供給可能な酸素供給孔２０がその長手方向に沿って複数形成されており、紫外線ランプ１４の長手方向のほぼ全域に亘って空気を供給できるように構成されている。酸素供給ライン１２は、処理槽１０の下部からエアレーション方式でバブリング可能な装置である。酸素供給量は、２００〜５００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎであることがさらに好ましい。バブリングした水中の溶存酸素量は、飽和率で５０〜１００％であることが好ましい。また、この酸素供給ライン１２とともに、又はそれに代えてマイクロバブル発生装置を用いて空気を供給してもよい。一般にマイクロバブルの発生方法として加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式があるが、マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、及びエジャクタ式が好ましい。マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式の発生方法が特に好ましい。発生したマイクロバブルの直径は３０μｍ以下であることが好ましい。マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生した水中の溶存酸素量は飽和率で８０〜１５０％であることが好ましい。マイクロバブルの自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
【００１６】
本実施形態に係る水浄化装置は、処理槽１０の流入口１６から被処理水を流入させ、水浄化処理された被処理水が流出口から流出させる。処理槽１０内において、その底面に設けられた酸素供給ライン１２の酸素供給孔２０から水中に酸素が供給され溶存する。被処理水中に溶存した酸素に１８０〜１９０ｎｍの波長を有する紫外線を照射すると、酸素がオゾンに変換され、発生したオゾンに２５０〜２６０ｎｍの波長を有する紫外線が照射されると、化学的に活性なヒドロキシラジカルが発生する。こうして発生したヒドロキシラジカルによって有機物が分解され、さらに１８０〜１９０ｎｍの紫外線により水中の有機物を直接分解することができ、分解効果をより高く維持することができる。そして、完全分解まで至らなかった不要な有機物は、ＯＨラジカル等により分解中間生成物である有機酸にまで分解されているので、流出口１８から排出された処理水をイオン交換等によって除去してもよい。
【実施例】
【００１７】
実施例１
次に、本発明に係る水浄化装置に関し、紫外線ランプの間隔を変化させることによって、最低紫外線照射強度を変化させ、それに伴う有機物の分解効果を比較した。本実施例において、紫外線ランプ１４として三共電気製ＧＬ１６ＫＺＦ（出力：１５Ｗ）を用い、カバー部材としては、外径３０ｍｍΦの円筒型合成石英を使用した。出力は、１５Ｗとし、６本の紫外線ランプ１４を図３及び４のようにその距離を表１に示すように３０〜８０ｍｍとし、縦方向に３本、流動方向に２列配置した。水浄化装置のサイズは、長さ３００ｍｍ、幅２００ｍｍ、深さ４１０ｍｍである。紫外線ランプ１４の波長は２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方を放射するものである。紫外線ランプ１４の間の距離を長くすると、図４のように処理槽１０の角と紫外線ランプ１４の距離が縮まり、紫外線ランプ１４の間の距離を短くすると、図３のように処理槽１０の角と紫外線ランプ１４の距離が離れることになる。この処理槽１０内の最低紫外線強度は、紫外線ランプ１４の間の距離が３０ｍｍの場合が最も低く、０．２ｍＷ／ｃｍ２であり、紫外線ランプ１４の間の距離が８０ｍｍの場合が最も高く、５ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度は、ＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定した。また、紫外線ランプ１４の下の処理槽１０の底面から、エアレーションにより空気を１０Ｌ／ｍｉｎで導入し、処理水中の溶存酸素濃度の飽和率が８０％になるようにした。処理水は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液とした。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は、６ｐｐｍであった。
【００１８】
ＩＰＡ水溶液１００Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で前記水浄化装置を用いて２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定した結果を表１に示す。紫外線ランプ１４の間の距離を小さくし、処理槽１０内の最低紫外線強度が低い場合、処理後のＴＯＣ濃度が高くなっていた。紫外線ランプ１４の間の距離が小さい場合、図３に示すような構造となり、紫外線ランプ１４と処理槽１０の内面との距離が極めて大きくなるためである。したがって、同じエネルギーを投入して有機物の分解を行う場合、処理槽１０内の最低紫外線強度が高い方が、効率が良いことになる。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施例２
実施例１の水処理装置の酸素供給手段をエアレーションからマイクロバブル発生装置（加圧溶解式）に変更した以外は、実施例１の場合と同様の処理を行った。このときの処理水中の溶存酸素濃度の飽和率は、１２０％であった。循環処理後の水のＴＯＣを測定した結果を表２に示す。実施例１の場合と比較して、処理後のＴＯＣ濃度が低くなっており、水中の溶存酸素量を高めることによって効率的に有機物の分解が可能であることが分かった。また、実施例１の場合と同様に、紫外線ランプ１４の間の距離を小さくし、処理槽１０内の最低紫外線強度が低い場合、処理後のＴＯＣ濃度が高くなっていた。これは、同じエネルギーを投入して有機物の分解を行う場合、処理槽１０内の最低紫外線強度が高いほうが効率に優れることを意味している。
【００２１】
【表２】
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【符号の説明】
【００２２】
３  流動槽
１０  処理槽
１２  酸素供給ライン（酸素供給手段）
１４  紫外線ランプ
２０  酸素供給孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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