(57)【要約】【課題】紫外線照射を利用する水処理システムにおいて、藻類対策及び病原菌などの殺菌処理などに紫外線照射効果を発揮できるシステムを提供することにある。【解決手段】紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、浄水処理工程の前段工程で紫外線を照射するための前段紫外線照射装置５と、後段工程で紫外線を照射するための後段紫外線照射装置１０と、これらの紫外線照射装置を制御するコントローラ１４とを備えた構成である。【選択図】図１
2010094676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記前段工程での原水の紫外線透過率を測定する原水紫外線透過率計とを有し、
前記制御手段は、前記原水紫外線透過率計の測定結果に基づいて、前記第１の紫外線照射装置に内蔵された紫外線ランプの出力を制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記前段工程での原水の紫外線透過率を測定する原水紫外線透過率計と、
前記後段工程での処理水である沈澱水の紫外線透過率を測定する沈殿水紫外線透過率計とを有し、
前記制御手段は、
前記原水紫外線透過率計の測定結果が予め設定した基準値と比較して高い透過率を示す場合には、前記第２の紫外線照射装置に内蔵した紫外線ランプの出力を下限値まで低下させるように制御し、
前記原水紫外線透過率計の測定結果が予め設定した基準値と比較して低い透過率を示す場合には、前記第１の紫外線照射装置の運転を停止し、前記第２の紫外線照射装置に内蔵した紫外線ランプの出力を標準値より増大させるように制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
第１の紫外線照射装置の紫外線照射を受けない流路を構成するバイパス配管を有し、
前記第１の紫外線照射装置の運転を停止したときに、前記バイパス配管を介して前記原水を前記後段工程に送るように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記前段工程での原水の濁度を測定する原水濁度計と、
原水の蛍光強度を測定する原水蛍光分析計とを有し、
前記制御手段は、前記原水濁度計及び前記原水蛍光分析計の各測定結果に基づいて、前記第１の紫外線照射装置に内蔵された紫外線ランプの出力を制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項５】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記後段工程での処理水である沈澱水の蛍光強度を測定する沈澱水蛍光分析計とを有し、
前記制御手段は、前記沈澱水蛍光分析計の測定結果に基づいて、前記第２の紫外線照射装置に内蔵された紫外線ランプの出力を制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記原水濁度計及び前記原水蛍光分析計の各測定結果から前記原水の紫外線透過率を算出し、
当該算出結果が予め設定した基準値と比較して低い透過率を示す場合には、前記第１の紫外線照射装置の運転を停止し、前記第２の紫外線照射装置に内蔵した紫外線ランプの出力を標準値より増大させるように制御することを特徴とする請求項４に記載の水処理システム。
【請求項７】
第１の紫外線照射装置の紫外線照射を受けない流路を構成するバイパス配管を有し、
前記第１の紫外線照射装置の運転を停止したときに、前記バイパス配管を介して前記原水を前記後段工程に送るように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記第２の紫外線照射装置内の紫外線照度を測定するための第２の紫外線照度計とを有し、
前記制御手段は、
紫外線照射効果に基づいた紫外線量目標値、及び原水の流量測定値、滞留時間及び前記紫外線量目標値に基づいて紫外線照度目標値を算出するための演算式が設定されて、
前記第２の紫外線照度計の測定値と前記演算式により算出される前記紫外線照度目標値とを比較し、
前記比較結果が前記紫外線照度目標値の方が大きい場合には、前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプの出力を増加するように制御し、
前記比較結果が前記紫外線照度目標値の方が小さい場合には、前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプの出力を低下するように制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項９】
前記第２の紫外線照射装置内の紫外線照度を測定するための第２の紫外線照度計とを有し、
前記制御手段は、
紫外線照射効果に基づいた紫外線量目標値、及び原水の流量測定値、滞留時間及び前記紫外線量目標値に基づいて紫外線照度目標値を算出するための演算式が設定されて、
前記第２の紫外線照度計の測定値と前記演算式により算出される前記紫外線照度目標値とを比較し、
前記比較結果が前記紫外線照度目標値の方が大きい場合には、前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプの出力を増加するように制御し、
前記比較結果が前記紫外線照度目標値の方が小さい場合には、前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプの出力を低下するように制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項１０】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記第１の紫外線照射装置内の紫外線照度を測定するための第１の紫外線照度計と、
前記第１の紫外線照射装置内の紫外線ランプを保護する紫外線ランプ保護管と、
前記紫外線ランプ保護管の表面を洗浄する洗浄部材とを有し、
前記制御手段は、
前記第１の紫外線照度計により測定された前記紫外線ランプ保護管の表面での紫外線照度が許容範囲外の場合に、前記洗浄部材を作動させるように制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項１１】
紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、
浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、
前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、
前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、
前記第２の紫外線照射装置内の紫外線照度を測定するための第２の紫外線照度計と、
前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプを保護する紫外線ランプ保護管と、
前記紫外線ランプ保護管の表面を洗浄する洗浄部材とを有し、
前記制御手段は、
前記第２の紫外線照度計により測定された前記紫外線ランプ保護管の表面での紫外線照度が許容範囲外の場合に、前記洗浄部材を作動させるように制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記洗浄部材の作動直後に、前記第１の紫外線照度計により測定された前記紫外線ランプ保護管の表面での紫外線照度が許容範囲外の場合に、前記第１の紫外線照射装置内の紫外線ランプの交換を通知するための制御を実行することを特徴とする請求項１０に記載の水処理システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、
前記洗浄部材の作動直後に、前記第２の紫外線照度計により測定された前記紫外線ランプ保護管の表面での紫外線照度が許容範囲外の場合に、前記第２の紫外線照射装置内の紫外線ランプの交換を通知するための制御を実行することを特徴とする請求項１１に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線照射を利用して浄水処理を行う水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、水道を代表とする水処理システムは、塩素殺菌による衛生学的安全性を基盤として運用されてきた。しかし、近年、クリプトスポリジウム、ジアルジア等の新興あるいは再興の病原微生物による水道汚染事故が発生している。
【０００３】
また、水道水源である湖沼、ダム、河川の富栄養化や、有機物汚濁の進行などで大量発生した藻類が、異臭味や着色障害、凝集、沈澱阻害、濾過閉塞、濾過水への漏出障害を引き起こす事態が発生している。
【０００４】
さらに、殺菌のために注入される塩素剤が原水中の有機物と反応して、有害な副生成物（トリハロメタン等）を生成してしまうという問題も起きている。このような事態に対して、従来の凝集、沈澱、濾過、塩素処理からなる基本的処理工程だけの水処理システムでは対応できなくなってきている。
【０００５】
このような背景のもと、従来の塩素処理の代替殺菌技術として、紫外線照射処理による殺菌（消毒）技術（以下、紫外線消毒と表記する場合がある）が注目されている。紫外線消毒は、複雑な薬品注入管理が不要で、有害な副生成物を発生しないという利点がある。このため、浄水処理場等において、殺菌や残留有機物の酸化を目的として紫外線照射処理が採用される場合がある。但し、紫外線の透過効率の観点から、一般的には濾過処理水あるいは凝集，沈澱処理水に紫外線を照射する処理が行なわれている。
【０００６】
一方、凝集改善やクリプトスポリジウムなどの病原性原虫類の感染力消失等を目的とする場合、原水に紫外線照射を行う処理がある。これは、塩素処理の代わりに紫外線を照射する処理である。前述したように、塩素とは異なり、紫外線がトリハロメタン等の副生成物の生成がなく、しかもクリプトスポリジウムの増殖能力にダメージを与えて感染力を消失させるのに効果が高い等という特性を備えているため、紫外線照射処理は当該紫外線のメリットを有効に利用することができる。
【０００７】
なお、浄水処理では原水に含まれる藻類を繁殖させないことが好適であり、紫外線照射処理は、藻類の繁殖を防止する処理としても効果的であることが確認されている。
【０００８】
ところで、紫外線の照射効率は、被処理水の濁度や色度により変化する。紫外線照射処理では、特に原水の水質を制御することが困難であるため、紫外線の照射効率を適切なものに維持することは難しいという問題がある。
【０００９】
このような点を解決するために、原水の濁度を検出し、検出濁度に応じて紫外線ランプを収容した流水管に流す原水の流量を制御することで、適切な紫外線照射制御を実現するための技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この文献には、貯水池などにおける水中プランクトンの殺藻処理において、紫外線照射を利用することが提案されている。
【００１０】
また、濁度計に代えて、微粒子計を採用して適切な紫外線照射制御を実現するための技術も提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。さらに、浄水処理場において原水に紫外線照射するシステムにおいて、濁度計と微粒子計を併用して紫外線ランプ出力を制御する紫外線照射システムも提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１６９０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８２７３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】木村繁夫他「微粒子測定機器の基礎的性能評価に関する調査」水道協会雑誌、第７１巻、第１０号、３１〜５１頁、平成１４年１０月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述の先行技術文献に記載されているような紫外線照射システムや紫外線照射処理方法では、以下に示すような課題がある。
【００１４】
一般的に、原水に対する凝集、沈殿処理後の処理水に紫外線を照射するだけでは、凝集、沈殿に障害を起こす原因となる藻類対策には対応できない。藻類対策として紫外線照射効果を利用するためには、凝集処理前の原水に紫外線を照射する必要がある。
【００１５】
しかしながら、原水は、水源、気象等の変動により水質が大きく変化する。即ち、藻類の大量発生や降雨により、原水の濁度、微粒子数、有機物濃度は大きく変化し、通常ではこれらの上昇により紫外線透過率が低下してしまう。この結果として、紫外線照射の効果が十分に発揮できなくなり、藻類対策だけでなく、病原菌などの殺菌（消毒）処理の効果も低下する問題点がある。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、紫外線照射を利用する水処理システムにおいて、藻類対策及び病原菌などの殺菌処理などに紫外線照射効果を発揮できるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の観点は、処理水の水質変動に適合する紫外線照射効果を発揮できるようにして、浄水処理に障害を及ぼす藻類対策や、病原菌の殺菌（消毒）処理、微生物及び病原性原虫の不活化または無害化などを実現する水処理システムである。
【００１８】
本発明の観点に従った水処理システムは、紫外線照射により浄水処理を行う水処理システムにおいて、浄水処理工程の前段工程として、原水の凝集・沈澱処理工程で紫外線を照射するための第１の紫外線照射装置と、前記浄水処理工程の後段工程において、前記前段工程の処理水に対して紫外線を照射するための第２の紫外線照射装置と、前記第１及び第２の紫外線照射装置を制御する制御手段と、前記前段工程での原水の紫外線透過率を測定する原水紫外線透過率計とを有し、前記制御手段は、前記原水紫外線透過率計の測定結果に基づいて、前記第１の紫外線照射装置に内蔵された紫外線ランプの出力を制御する構成である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、藻類対策及び病原菌などの殺菌（消毒）処理などに紫外線照射効果を発揮して、確実な浄水処理を実現する水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する水処理システムの要部を示すブロック図。
【図２】第２の実施形態に関する水処理システムの要部を示すブロック図。
【図３】第２の実施形態に関する濁度と紫外線透過率との関係を示す図。
【図４】第２の実施形態に関する蛍光強度と紫外線吸光度との関係を示す図。
【図５】第２の実施形態に関する蛍光強度と溶解性有機体炭素濃度との関係を示す図。
【図６】第３の実施形態に関する前段紫外線照射装置の内部構成を示す図。
【図７】第３の実施形態に関する水処理システムの要部を示すブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に関する紫外線照射を利用した水処理システムの要部を示すブロック図である。
【００２３】
本システムは、図示していない取水口で汲み上げられた原水を、導水管を介して導入する沈砂池１、及び当該沈砂池１を経由して一旦貯蔵するための着水井２を有する。この着水井２により、浄水工程に送る水量を調整する。
【００２４】
さらに、本システムは、着水井２から送られる原水を、前段処理工程を経て導入するための凝集・沈澱池３を有する。前段処理工程には、着水井２から凝集・沈澱池３まで原水を送るための配管の途中に、原水流量計４と第１の紫外線照射装置（以下前段紫外線照射装置と表記する場合がある）５が設置されている。また、原水が前段紫外線照射装置５を迂回する為のバイパス管６が配管されている。
【００２５】
バイパス管６は、前段紫外線照射装置５の入口側と入口三方弁７ａを介して接続し、その出口側と出口三方弁７ｂを介して接続している。入口三方弁７ａ及び出口三方弁７ｂは、それぞれ原水の流路を切替えるための弁である。配管の途中で、前段紫外線照射装置５により紫外線照射された水は、凝集・沈殿池３に送られる。
【００２６】
凝集・沈澱池３では、凝集剤が注入されて、急速撹拌、緩速撹拌、沈澱の手順で原水内の濁質が除去される。具体的には、細かな砂や泥、およびコロイド状（colloidal）の有機物質などが集まることでフロックを形成して、濁質が沈澱除去される。このとき、前段紫外線照射装置５による紫外線照射で死滅、あるいは生き残った藻類や病原性微生物の一部もフロック内に取り込まれて除去される。
【００２７】
更に、本システムでは、後段処理工程において、凝集・沈澱池３から濾過池８まで処理水を送るための配管の途中にも、沈澱水流量計９及び第２の紫外線照射装置（以下後段紫外線照射装置と表記する場合がある）１０が設置されている。
【００２８】
また、処理水が後段紫外線照射装置１０を迂回するためのバイパス管１１が配管されている。バイパス管１１は、後段紫外線照射装置１０の入口側と入口三方弁１２ａを介して接続し、その出口側と出口三方弁１２ｂを介して接続している。入口三方弁１２ａ及び出口三方弁１２ｂは、それぞれ原水の流路を切替えるための弁である。配管の途中で、前段紫外線照射装置５により紫外線照射された処理水は、濾過池８に送られる。
【００２９】
前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０のそれぞれの内部には、紫外線を照射するための紫外線ランプが複数本設置されている。各紫外線ランプはそれぞれ、紫外線ランプ電源装置１３ａ，１３ｂから電力が供給されて点灯する。
【００３０】
本システムの浄水処理監視制御装置（以下コントローラと表記する）１４は、紫外線ランプ電源装置１３ａ，１３ｂと制御信号線を介して接続し、当該各電源装置１３ａ，１３ｂの出力を制御することで、紫外線照射装置５，１０の各紫外線ランプへの電力供給量を調整する。
【００３１】
コントローラ１４は、前段処理工程に含まれる原水流量計４から原水流量の測定値を入力し、また後段処理工程に含まれる沈澱水流量計９から沈澱水流量の測定値を入力する。また、コントローラ１４は、原水紫外線透過率計１６により測定される原水の紫外線透過率を入力し、また沈澱水紫外線透過率計１８により測定される沈澱水の紫外線透過率を入力する。
【００３２】
原水紫外線透過率計１６は原水採水管１５に接続されて、着水井２と前段紫外線照射装置５を繋ぐ配管から、原水採水管１５により採水された原水サンプルの紫外線透過率を測定する。一方、沈澱水紫外線透過率計１８は沈澱水採水管１７に接続されて、凝集・沈澱池３と後段紫外線照射装置１０との間の配管から、沈澱水採水管１７により採水された沈澱水サンプルの紫外線透過率を測定する。
【００３３】
さらに、前段紫外線照射装置５および後段紫外線照射装置１０のそれぞれには、内部の任意の点の照度を検知するための紫外線照度計１９、２０が設置されている。コントローラ１４は、これらの紫外線照度計１９、２０からの測定値を入力する。
【００３４】
（第１の実施形態の作用効果）
以下、本実施形態に関する作用効果を説明する。
【００３５】
コントローラ１４は、前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０の各内部での紫外線照度を、下記式（１）を使用して算出する。ここで、紫外線照度は、紫外線ランプ表面が最大で、ランプから離れるにしたがって徐々に低下する。このときの減少量は、配管を流れる被処理流体（原水または沈殿水）に対する紫外線透過率と、ランプ表面からの距離により計算できる。
【００３６】
【数１】
2010094676.tif 000003
【００３７】
ここで、Iは紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ２）、Ｕｖはランプの紫外線出力（ｍＷ）、Ｔは紫外線透過率（％）、Ｚ0はランプからの距離（ｃｍ）、Ｚは紫外線が原水または処理水内を透過する距離（ｃｍ）を意味する。
【００３８】
なお、コントローラ１４は、原水紫外線透過率計１６及び沈澱水紫外線透過率計１８から紫外線透過率の測定値を入力する。
【００３９】
前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０による紫外線照射による殺藻及び殺菌（消毒）の性能は、配管を通過する原水または処理水に含まれる微生物が受ける照度と時間に基づいた紫外線量により決まる。一般的に、紫外線量は、下記式（２）で定義される。
【００４０】
【数２】
2010094676.tif 000004
【００４１】
ここで、Ｄｏｓｅは紫外線量（ｍＪ／ｃｍ２）、Ｉは紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ２）、ｔは照射時間（ｓ）を意味する。
【００４２】
また、処理対象の微生物を死滅、あるいは不活化（繁殖力を奪う、あるいは病原性微生物の場合は感染力を奪うこと）のために必要な紫外線量は、一般的に微生物の種類により異なる。したがって、処理対象の微生物の種類に応じて、紫外線照射装置５，１０の能力を考慮する必要がある。
【００４３】
（前段紫外線照射装置５の制御）
本実施形態では、前段紫外線照射装置５は、凝集・沈澱池３の前段である前段工程中に設置されているため、原水中に生存する病原性微生物の他に、藻類の対策としても有効である。従って、コントローラ１４は、複数の病原性微生物や藻類を死滅、又は不活化するのに必要な紫外線量による照射を得るために、前段紫外線照射装置５の紫外線ランプの出力を制御する。
【００４４】
コントローラ１４は、原水紫外線透過率計１６による測定値、原水流量計４による測定値、および前段紫外線照射装置５内の紫外線ランプ配置、及び内部構造と流量により変化する原水の流動状態を考慮して、前述の演算式（１）〜（２）などの演算式を使用して、前段紫外線照射装置５の紫外線ランプの出力を制御する。具体的には、コントローラ１４は、演算式により紫外線透過率、及び流量変化に合わせて必要な紫外線出力値を演算し、紫外線ランプ電源１３ａから前段紫外線照射装置５内の紫外線ランプに供給する電力を制御する。
【００４５】
また、コントローラ１４は、原水紫外線透過率計１６からの測定値に基づいて、原水の紫外線透過率が基準値と比較して十分に高いと判定した場合には、後段紫外線照射装置１０の紫外線ランプの出力を下限値まで低下させるか、または運転を停止させる制御を実行する。
【００４６】
即ち、原水の紫外線透過率が高い場合、前段紫外線照射装置５だけでも十分な殺藻及び殺菌（消毒）能力を発揮することができるため、後段紫外線照射装置１０の能力を低下させることにより、電力消費を節約することができる。この場合、紫外線ランプの特性上の観点から、点灯してから安定的に紫外線出力を行うために定常待ち時間が必要となるため、後段紫外線照射装置１０の運転を停止するよりも、出力低下運転の方が好ましい。
【００４７】
一方、紫外線透過率は、原水中の浮遊物や濁質や溶解性有機物により影響を受ける。このため、降雨などで原水濁度が上昇した場合は、紫外線透過率は大きく低下する。このような場合には、コントローラ１４は、前段紫外線照射装置５の運転を停止させるか、または紫外線ランプの出力を下限値まで低下させる制御を実行する。これは、紫外線透過率は大きく低下した場合には、前段紫外線照射装置５の最大能力で照射しても必要な紫外線量が得られない場合があるため、前段紫外線照射装置５に投入する電力は無駄になる可能性が高いためである。
【００４８】
この場合、コントローラ１４は、浮遊物、濁質の堆積や有機物付着による配管内の汚れを防止するため、原水をバイパス配管６に流すように三方弁７ａ，７ｂを操作して流路を切替える制御を実行する。さらに、コントローラ１４は、後段紫外線照射装置１０の出力を標準値より増大させて、前段工程での微生物の殺菌（消毒）能力の消失を補償する。
【００４９】
（後段紫外線照射装置１０の制御）
次に、後段紫外線照射装置１０の照射量制御方法について説明する。
【００５０】
後段紫外線照射装置１０は、凝集・沈澱池３の後段に設置されているため、処理水である沈澱水に対して紫外線照射を行う。原水内の浮遊物や濁質、および藻類や病原性微生物の一部は、フロックの中に取り込まれて、沈澱し汚泥として除去される。しかし、水中に溶解している有機物質は凝集・沈澱工程では除去できないため、後段紫外線照射装置内１０の紫外線吸収要因として残ることになる。
【００５１】
コントローラ１４は、凝集・沈澱処理後に残った複数の微生物が死滅、あるいは不活化するのに必要な紫外線量による照射を得るために、後段紫外線照射装置１０の紫外線ランプの出力を制御する。
【００５２】
コントローラ１４は、沈澱水紫外線透過率計１８による沈澱水の紫外線透過率、沈澱水流量計９による流量測定値、後段紫外線照射装置１０内部の紫外線ランプの配置により定まる紫外線照度分布、及び流路構造と流量により変化する流動状態を考慮して、前述の演算式（１）〜（２）などの演算式を使用して、後段紫外線照射装置１０の紫外線ランプの出力を制御する。具体的には、コントローラ１４は、演算式により紫外線透過率、及び流量変化に合わせて必要な紫外線出力値を演算し、紫外線ランプ電源１３ｂから後段紫外線照射装置１０内の紫外線ランプに供給する電力を制御する。
【００５３】
以上要するに、本実施形態のシステムは、前段工程での前段紫外線照射装置５による紫外線照射処理、及び後段工程での後段紫外線照射装置１０による紫外線照射処理をそれぞれ制御して実行する構成である。従って、前段工程での紫外線照射効果により、藻類を含む微生物などの不活化や無害化を実現すると共に、後段工程での紫外線照射効果により、凝集・沈澱処理後も残留した微生物を死滅あるいは不活化の処理を実現することができる。
【００５４】
これにより、特に水道などの浄水処理において、紫外線照射効果を発揮して、藻類対策及び病原菌などの殺菌（消毒）処理などを、安全かつ確実に行うことができる。また、従来では浄水処理工程で注入されていた塩素剤の使用量を、本実施形態のシステムでは大幅に削減できる。これにより、塩素剤による消毒の過程で生成されていたトリハトメタン等の有害な副生成物の発生を抑制することができるとともに、塩素剤注入にかかっていた費用を節約することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に関する水処理システムの要部を示すブロック図である。
【００５６】
本実施形態のシステムは、原水の紫外線透過率測定装置として原水濁度計２１及び原水蛍光分析計２３を有し、沈殿水の紫外線透過率測定装置として沈澱水蛍光分析計２４を有する構成である。なお、図１に示す第１の実施形態のシステムと同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施形態のシステムでは、コントローラ１４は、原水濁度計２１により測定される原水の濁度を入力し、また原水蛍光分析計２３により測定される原水の蛍光強度を入力する。また、コントローラ１４は、沈澱水蛍光分析計２４により測定される沈殿水の蛍光強度を入力する。
【００５８】
原水濁度計２１は、原水採水管１５に接続されて、着水井２と前段紫外線照射装置５を繋ぐ配管から、原水採水管１５により採水された原水サンプルの濁度を測定する。原水蛍光分析計２３は、原水採水管１５に接続されて、濾過装置２２を介して採水された原水サンプルの蛍光強度を測定する。
【００５９】
一方、沈澱水蛍光分析計２４は、沈澱水採水管１７に接続されて、凝集・沈澱池３と後段紫外線照射装置１０との間の配管から、沈澱水採水管１７により採水された沈澱水サンプルの蛍光強度を測定する。
【００６０】
ここで、原水蛍光分析計２３の前段に配置される濾過装置２２は、原水中の濁質を除去するためのものである。原水蛍光分析計２３では、原水内の溶解性有機物を正確に測定するために、濁質を除外する必要がある。これに対して、沈澱水蛍光分析計２４で測定する沈澱水は、凝集、沈澱池３で濁質は除去されているので、濾過装置は不要となる。
【００６１】
（第２の実施形態の作用効果）
以下図２と共に、図３から図５を参照して本実施形態の作用効果を説明する。
【００６２】
一般的に、紫外線が水中を透過する場合、水中に浮遊している粒子などの濁質による吸収、散乱や、溶解している有機物による吸収等により減衰する。これにより、紫外線強度は、照射面から離れるにしたがって低下する。紫外線透過率（％）は、１ｃｍの間隔を透過する紫外線の割合を表しており、紫外線透過率を測定する装置として、図１に示すような紫外線透過率計１６，１８がある。
【００６３】
しかしながら、一般的な紫外線透過率計は、試料水を石英ガラスの標準セルに入れてバッチで測定するか、石英ガラスセル内に試料水を流通させてリアルタイムで測定する構成である。バッチによる測定では、紫外線ランプ出力の制御指標とすることはできない。また、試料水を流通する構成では、石英ガラスセル表面の汚れにより正しく測定できなくなるという問題点がある。
【００６４】
本実施形態のシステムは、一般的な紫外線透過率計を使用することなく、原水の濁度と溶解性有機物濃度の測定結果に基づいて、紫外線透過率を推定する構成である。
【００６５】
紫外線透過率は、水中に浮遊する濁質による吸収や散乱による減衰分と、水中に溶解している有機物の吸収による減衰分とから成る。したがって、原水の濁度と溶解性有機物濃度を測定することにより、紫外線透過率を見積もることができる。
【００６６】
図３は、原水の濁度と、濁質成分による吸収、散乱のみによる影響を考えた場合の紫外線透過率との関係を示す図である。図３に示すように、濁度と紫外線透過率は相関があり、下記式（３）のような関係が成り立つ。
【００６７】
【数３】
2010094676.tif 000005
【００６８】
ここで、Ttuは紫外線吸収、散乱物質が濁質だけの場合の紫外線透過率（％）を意味し、ｔｕは濁度（度）を意味する。
【００６９】
また、水中の溶解性有機物による吸収を示す指標とした紫外線吸光度がある。紫外線吸光度と紫外線透過率の関係は、下記式（４）で定義されている。
【００７０】
【数４】
2010094676.tif 000006
【００７１】
ここで、αocは紫外線吸光度を意味し、Ｔocは溶解性有機物による吸収のみを考慮した場合の紫外線透過率（％）を意味する。したがって、紫外線吸光度を測定することにより紫外線透過率を求めることができる。
【００７２】
本実施形態のコントローラ１４は、原水蛍光分析計２３により測定された原水の蛍光強度を入力することにより紫外線吸光度を算出し、当該紫外線吸光度から原水中の溶解性有機物濃度を推定する（図４を参照）。
【００７３】
図４は、励起波長３４５ｎｍに反応して発生する蛍光波長４２５ｎｍの蛍光強度と、紫外線吸光度との関係を河川水を用いて測定した結果を示す図である。図４に示すように、蛍光強度（励起波長３４５ｎｍ、蛍光波長４２５ｎｍ）と、紫外線吸光度（波長２５３．７ｎｍ）には直線の相関がある。
【００７４】
また、このときの溶解性有機物濃度の指標である溶解性有機体炭素濃度（ＤＯＣ：Dissolved Organic Carbon）と蛍光強度との関係は、図５に示すように、非常に強い相関があることが確認されている。このことから、原水蛍光分析計２３により蛍光強度を測定し、図４と前記式（４）との関係から、下記式（５）に示すように、紫外線透過率Ｔoc（溶解性有機物による吸収のみを考慮した場合の値）を算出することができる。
【００７５】
【数５】
2010094676.tif 000007
【００７６】
ここで、ｃは係数、ＦＬは蛍光強度を意味する。
【００７７】
以上のことから、原水中の濁質と溶解している有機物による吸収、散乱を考慮した総紫外線透過率Ｔを、下記式（６）より求めることができる。
【００７８】
【数６】
2010094676.tif 000008
【００７９】
コントローラ１４は、原水濁度計２１により測定された原水の濁度と、原水蛍光分析計２３により測定された蛍光強度とを使用して、原水の紫外線透過率を計算する。そして、前述の第１の実施形態で説明したように、コントローラ１４は、原水の紫外線透過率に基づいて、前段紫外線照射装置５の紫外線ランプの出力を制御する。これにより、前段紫外線照射装置５に無駄のない適切な電力を供給することにより、原水から完全な藻類の殺藻、及び病原性微生物の殺菌（消毒）を実現することが可能となる。
【００８０】
また、前述の第１の実施形態と同様に、紫外線透過率は、原水中の浮遊物や濁質や溶解性有機物により影響を受ける。このため、降雨などで原水濁度が上昇した場合は、紫外線透過率は大きく低下する。このような場合には、コントローラ１４は、前段紫外線照射装置５の運転を停止させるか、または紫外線ランプの出力を下限値まで低下させる制御を実行する。この場合、コントローラ１４は、浮遊物、濁質の堆積や有機物付着による配管内の汚れを防止するため、原水をバイパス配管６に流すように三方弁７ａ，７ｂを操作して流路を切替える制御を実行する。さらに、コントローラ１４は、後段紫外線照射装置１０の出力を標準値より増大させて、前段工程での微生物の殺菌（消毒）能力の消失を補償する。
【００８１】
次に、本実施形態の後段紫外線照射装置１０の制御方法について説明する。
【００８２】
後段紫外線照射装置１０は、凝集・沈澱池３の後段に設置されているため、処理水である沈澱水に対して紫外線照射を行う。この場合、処理水は水中の濁質は除去されているので、コントローラ１４は、前記式（５）の関係から、沈澱水蛍光分析計２４により測定された蛍光強度に基づいて沈澱水の紫外線透過率を算出できる。
【００８３】
従って、コントローラ１４は、沈澱水の紫外線透過率及び沈澱水流量計９により測定された流量に基づいて、後段紫外線照射装置１０内の紫外線量が必要量確保できるように紫外線ランプの出力を制御する。このため、病原性微生物の消毒を確実に行うと供に、無駄な電力消費を防止することができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に関する水処理システムの要部を示すブロック図である。
【００８５】
本実施形態のシステムは、前段紫外線照射装置５および後段紫外線照射装置１０のそれぞれに設置されている紫外線照度計１９，２０を利用した紫外線照射制御に関するものである。なお、図１に示す第１の実施形態のシステムと同一の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８６】
図６は、本実施形態のシステムで使用されている前段紫外線照射装置５の内部構成を示す図であり、紫外線ランプ２７を、処理水の流れ方向に対して直角の向きになるように配置した場合の例を示している。なお、この内部構成は、後段紫外線照射装置１０の場合でも同様である。
【００８７】
本実施形態のシステムでは、図７に示すように、前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０のそれぞれには、紫外線照度計１９，２０が設けられている。コントローラ１４は、当該紫外線照度計１９，２０からの各測定結果を入力する。
【００８８】
ここで、前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０は、図６に示すように、複数の紫外線ランプ２７を内蔵し、各紫外線ランプ２７を保護するための石英ガラス製の紫外線ランプ保護管２８を有する。さらに、前段紫外線照射装置５及び後段紫外線照射装置１０は、保護管２８を洗浄するための洗浄用タワシ部材２９を有する。この洗浄用タワシ部材２９は、洗浄用駆動装置２５（但し、後段紫外線照射装置１０では洗浄用駆動装置２６）により駆動される。洗浄用駆動装置２５，２６は、コントローラ１４により制御される。
【００８９】
本実施形態のコントローラ１４は、後述するように、紫外線照度計１９，２０を利用した紫外線照射装置５，１０の各紫外線ランプ２７の出力制御、紫外線ランプ保護管２８の洗浄用タワシ部材２９の運転制御、および紫外線ランプ２７の性能監視を実行するように構成されている。以下、具体的に説明する。
【００９０】
（紫外線ランプ２７出力制御）
コントローラ１４は、前述の第１又は第２の実施形態で説明した制御方法により、前段紫外線照射装置５に内蔵された紫外線ランプ２７の出力を制御している。ここで、コントローラ１４は、紫外線照度計１９からの測定値を入力することで、前段紫外線照射装置５内の紫外線照度を常時監視している。
【００９１】
一方、コントローラ１４には、処理対象微生物（藻類あるいは病原菌など）を死滅または不活性化するために必要な紫外線量目標値Ｄｏｓｅtargが予め設定（記憶）されている。さらに、コントローラ１４には、原水流量計４の測定値ＦRと、前段紫外線照射装置５の流路構造から、滞留時間ｔを算出するための演算式（７）、および紫外線量目標値Ｄｏｓｅtarg、滞留時間ｔから紫外線照度計１９の設置位置における紫外線照度目標値Ｉtargを算出するための演算式（８）が設定されている。
【００９２】
【数７】
2010094676.tif 000009
【００９３】
ここで、ＦRは、原水流量計による測定値（ｍ３／ｓ）、Ｓは、代表流路断面積（ｍ２）、Ｌは、代表流路長（ｍ）である。
【００９４】
【数８】
2010094676.tif 000010
【００９５】
ここで、Ｃtは補正係数であり、紫外線照度計１９と紫外線ランプ２７の位置関係定数Kt、および原水紫外線透過率計１６による測定値ＴRに基づいて式（９）の関係で定まる。
【００９６】
【数９】
2010094676.tif 000011
【００９７】
コントローラ１４は、前記演算式（８）と紫外線照度計１９による測定値Ｉmeasを使用して、「Ｉmeas」と「Ｉtarg」とを比較して、比較結果が「Ｉmeas＜Ｉtarg」の場合は、紫外線ランプ２７の出力を増加するように制御する。また、比較結果が「Ｉmeas＞Ｉtarg」の場合は、紫外線ランプ２７の出力を低下するように制御する。
【００９８】
なお、コントローラ１４は、後段紫外線照射装置１０の紫外線ランプ２７についても、同様の出力制御を実行する。
【００９９】
（紫外線ランプ保護管の洗浄制御及び紫外線ランプの照射性能監視）
本実施形態のコントローラ１４には、紫外線ランプ２７の出力時に、紫外線ランプ保護管２８の表面での紫外線照度Ｉ0を算出するための演算式（１０）と、紫外線照度計１９による測定値Ｉmeasから紫外線ランプ保護管２８の表面での紫外線照度Ｉm0を算出するための演算式（１１）、およびＩ0とＩm0の差「ΔＩ＝Ｉ0−Ｉm0」の許容値ΔＩfが設定されている。
【０１００】
【数１０】
2010094676.tif 000012
【０１０１】
ここで、Ｗは紫外線ランプ定常入力電力（Ｗ）を意味する。また、ｗは紫外線ランプ入力電力設定値（Ｗ）を意味し、ηUVは紫外線出力効率（％）を意味する。
【０１０２】
【数１１】
2010094676.tif 000013
【０１０３】
ここで、Km0は、紫外線ランプ２７と、紫外線照度計１９の位置関係で決まる定数である。Ｉmeasは紫外線照度計１９による測定値（ｍＷ／ｃｍ２）を意味し、ＴRは原水紫外線透過率（％）を意味する。
【０１０４】
コントローラ１４は、前記演算式（１０），（１１）から算出したＩ0とＩm0の差「差ΔＩ＝Ｉ0−Ｉm0」と「ΔＩf」とを比較し、比較結果が「ΔI≧ΔＩf」の場合は、紫外線ランプ保護管２８の洗浄用タワシ２９を作動させるように、洗浄用駆動装置２５を制御する。
【０１０５】
次に、紫外線ランプの照射性能監視の動作について説明する。
【０１０６】
紫外線ランプ２７の紫外線発生効率は、個々のランプ特性に応じて経時的に低下するため、定期的に交換する必要がある。そこで、コントローラ１４は、紫外線ランプ２７が許容範囲を超える劣化が生じていると判定した場合に、表示器などから紫外線ランプ２７の交換を促す表示出力を行う制御を実行する。
【０１０７】
具体的には、コントローラ１４には、紫外線ランプ保護管２８の表面照度初期値Iini、と、ランプ性能低下の許容値ΔIiniが設定されている。コントローラ１４は、紫外線ランプ保護管２８の洗浄用タワシ部材２９の作動直後に、紫外線ランプ照度計１９による測定値Ｉmeasから紫外線ランプ保護管２８の表面紫外線照度Ｉm0を前記演算式（１１）により算出する。コントローラ１４は、当該算出値と、予め設定されている初期照度Iiniの差「ΔＩc＝Iini−Ｉm0」と、ランプ性能低下の許容値ΔIiniとを比較し、比較結果が「ΔＩc＞ΔIini」の場合は、紫外線ランプ２７の交換を促す表示出力を実行する。
【０１０８】
また、紫外線ランプ２７の交換直後は、「ΔＩc＝０」にならなければならないが、実際は紫外線ランプ２７の初期性能にバラツキがあるため、新品ランプの性能許容値をΔＩini,0として設定する。また、コントローラ１４は、紫外線ランプ２７を交換した直後の比較結果が「ΔＩc＞ΔＩini,0」ならば、保護管２８の異常、洗浄ブラシ２９の劣化等、その他装置故障の警報を発し、保護管２８の交換や、洗浄ブラシ２９の交換などの総合的なメンテナンスを促すような表示出力を実行する。
【０１０９】
なお、コントローラ１４は、後段紫外線照射装置１０の紫外線ランプ２７についても、同様の監視制御を実行する。
【０１１０】
以上要するに、本実施形態のシステムであれば、前段紫外線照射装置５および後段紫外線照射装置１０に設けられた紫外線照度計１９、２０による各測定値に基づいて、紫外線量の過不足を判断して、紫外線ランプ２７の出力をフィードバックにより補正制御することができる。さらに、紫外線ランプ保護管２８の表面上の汚れ状態を監視し、紫外線ランプ２７の紫外線発生効率の低下を監視することで、紫外線ランプ保護管２８の洗浄用タワシ部材２９の運転制御や、ランプメンテナンス支援を行うことができる。これにより、安定した紫外線照射性能の維持や、紫外線照射装置５，１０のメンテナンスを自動的に行うことができるような有用な水処理システムを実現することができる。
【０１１１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１…沈砂池、２…着水井、３…凝集・沈殿池、４…原水流量計、
５…前段紫外線照射装置、６…バイパス配管、７ａ…入口三方弁、７ｂ…出口三方弁、
８…濾過池、９…沈澱水流量計、１０…後段紫外線照射装置、１１…バイパス配管、
１２ａ…入口三方弁、１２ｂ…出口三方弁、１３ａ，１３ｂ…紫外線ランプ電源、
１４…浄水処理監視制御装置（コントローラ）、１５…原水採水管、
１６…原水紫外線透過率計、１７…沈澱水採水管、１８…沈澱水透過率計、
１９，２０…紫外線照度計、２１…原水濁度計、２２…濾過装置、
２３…原水蛍光分析計、２４…沈澱水蛍光分析計、
２５，２６…紫外線ランプ保護管の洗浄用駆動装置、２７…紫外線ランプ、
２８…紫外線ランプ保護管、２９…洗浄用タワシ部材。
【図１】
2010094676.tif 000014
【図２】
2010094676.tif 000015
【図３】
2010094676.tif 000016
【図４】
2010094676.tif 000017
【図５】
2010094676.tif 000018
【図６】
2010094676.tif 000019
【図７】
2010094676.tif 000020