(57)【要約】【課題】微生物が再活性化する光回復現象の抑えを図る。【解決手段】紫外線照射による被処理水中の殺菌・不活化の水処理を行う場合に、高圧水銀ランプが生成する２５０〜２８０ｎｍの波長帯分光スペクトルのピークエネルギー値Ｘと３５０〜３８０ｎｍの波長帯分光スペクトルのピークエネルギー値Ｙが、それぞれのピークエネルギー値を、Ｘ＜Ｙの関係として紫外線照射を行った。これにより、光回復の抑制効果が高く、再活性化による微生物数を減少させることが可能となり、紫外線処理後に被処理水が可視光に照射されたとしても殺菌・不活化効果を高く維持することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線ランプから照射される紫外線により被処理水中の殺菌・不活化等の水処理を行う紫外線処理装置において、
前記紫外線ランプは、２５０〜２８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値Ｘとし、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値Ｙとしたとき、前記ピークエネルギー値Ｘ，Ｙは、Ｘ＜Ｙの関係が成り立つことを特徴とする紫外線処理装置。
【請求項２】
Ｘ＜Ｙの関係が成り立つ前記紫外線ランプは、高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項１記載の紫外線処理装置。
【請求項３】
Ｘ＜Ｙの関係が成り立つ前記紫外線ランプは、２５０〜２８０ｎｍの波長帯のピークエネルギー値Ｘを低圧水銀ランプで生成し、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値Ｙを有するＵＶ−ＬＥＤで生成したことを特徴とする請求項１記載の紫外線処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線ランプを用いて例えば被処理水中の殺菌・不活化などの水処理を行う紫外線処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の被処理水中の殺菌・不活化などの水処理を行う紫外線処理装置は、紫外線光源として、一般に２５４ｎｍの殺菌線を含む３００ｎｍ以下の波長帯を有する紫外線ランプが用いられている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５６３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、３００ｎｍ以下の波長の殺菌・不活化原理は、紫外線が直接微生物の遺伝子に作用し、異常な遺伝子配列を作り出すことで、増殖能力を失わせることが知られている。
【０００５】
しかしながら、微生物種によっては、紫外線照射後に近紫外〜可視光域の波長３００〜５００ｎｍが照射されることで、異常な遺伝子配列が回復し、再活性化する光回復現象が問題とされている。
【０００６】
この発明の目的は、微生物が再活性化する光回復現象を抑えることのできる紫外線処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明の紫外線処理装置は、紫外線ランプから照射される紫外線により被処理水中の殺菌・不活化等の水処理を行う紫外線処理装置において、前記紫外線ランプは、２５０〜２８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値Ｘとし、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値Ｙとしたとき、前記ピークエネルギー値Ｘ，Ｙは、Ｘ＜Ｙの関係が成り立つことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、光回復の抑制効果が高く、結果的に再活性化する微生物数を減少させ、紫外線処理後に被処理水が可視光に照射されたとしても殺菌・不活化効果の高い維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の紫外線処理装置に関する一実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ’線の側断面図である。
【図４】図１で用いる高圧水銀ランプの概念的な分光スペクトルについて説明するための説明図である。
【図５】図１で用いる高圧水銀ランプの一例について説明するための構成図である。
【図６】この発明に用いる高圧水銀ランプの分光スペクトルについて説明するための説明図である。
【図７】この発明と従来の紫外線照射処理後における大腸菌の光回復について説明するための説明図である。
【図８】この発明の紫外線処理装置に関する他の実施形態について説明するための概略的なシステム構成図である。
【図９】この発明に用いる低圧水銀ランプの分光スペクトルについて説明するための説明図である。
【図１０】この発明のＵＶ−ＬＥＤの分光スペクトルについて説明するための説明図である。
【図１１】図９に示す分光スペクトルと図１０に示す発光スペクトルとを合成した場合の相対エネルギーについて説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図５は、この発明の紫外線処理装置に関する一実施形態について説明するための、図１は概念的な斜視図、図２は図１の側断面図、図３は図２の一部を断面で示したＩ−Ｉ’線の側断面図、図４は図１で用いる高圧水銀ランプの分光スペクトルについて説明するための説明図、図５は図１の高圧水銀ランプの構成図である。  
先ず、図１〜図３において、１００は、例えば水道水に紫外線を照射させて殺菌処理を行うランプハウス１０および処理容器２０から構成される紫外線照射装置である。ランプハウス１０は、下面に近い側に開口部１０１が設けられて箱状に形成される。このランプハウス１０内には、２５０〜２８０ｎｍの波長帯と３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルを有する紫外線を発光させる高圧水銀ランプ１１とが併設の状態で配置される。
【００１２】
開口部１０１と対向する位置には、リフレクター１０２が配置され、開口部１０１とは反対側に放射された高圧水銀ランプ１１からの紫外線を、開口部１０１に反射させている。
【００１３】
ここで、高圧水銀ランプ１１は、図４において概念的に示した、２５０〜２８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値をＸとし、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルのピークエネルギー値をＹとした場合に、Ｘ＜Ｙの条件を充たしたものを使用する。
【００１４】
図５を参照し、高圧水銀ランプ１１についてさらに説明する。高圧水銀ランプ１１は、紫外線透過性を有する石英ガラス製で放電空間１１１を形成する発光管１１２の長手方向両端の内部には、例えばタングステン製の電極１１３，１１４が配置される。発光管１１２は、例えば、発光長Ｌが１５００ｍｍ程度の一重管で構成される。
【００１５】
電極１１３，１１４は、それぞれインナーリード１１５，１１６を介してモリブデン箔１１７，１１８の一端に溶接される。モリブデン箔１１７，１１８の他端には、図示しないアウターリードの一端を溶接する。モリブデン箔１１７，１１８の部分は発光管１１２のインナーリード１１５，１１６からアウターリードの一端までの発光管１１２を加熱して封止する。
【００１６】
モリブデン箔１１７，１１８は、発光管１１２を形成する石英ガラスの熱膨張率に近い材料であれば何でもよいが、この条件に適したものとしてモリブデンを使用する。モリブデン箔１１７，１１８に一端がそれぞれ接続されたアウターリードには、例えばセラミック製のソケット１１９，１２０の内部で電気的に接続された給電用のリード線１２１，１２２を絶縁封止するとともに図示しない電源回路に接続される。
【００１７】
発光管１１２内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが１０±１Ｔｏｒｒで、水銀が２．６４ｍｇ／ｃｃでそれぞれ封入されている。
【００１８】
このように構成することにより、図６で示すような相対エネルギーを有する高圧水銀ランプを実現することができる。この場合、２５０〜２８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルがピークエネルギー値に対し、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルがピークエネルギー値の約３倍となり、図４に示すランプの条件である、Ｘ＜Ｙを満足している。
【００１９】
再び図１〜図３において、２０は、腐食性の例えばステンレスで形成された処理容器である。処理容器２０は、三角柱の一つの頂点を下にし、内部空間に処理部２０１が形成される。処理容器２０の三角柱の上面にあたる側面には、処理部２０１に送り込む処理対象の水を取り込む給水口２０２が形成される。三角柱の底面にあたる側面には、処理部２０１で処理された水を送り出す排水口２０３が形成される。給水口２０２には図示しない被処理水を流し込むパイプが、排水口２０３には図示しない処理部２０１で処理された処理水を送り出すためのパイプがそれぞれ取り付けられる。
【００２０】
ところで、給水口２０２は、処理容器２０の底部２０４に近い側に、排水口２０３は、処理容器の上部２０５に近い側にそれぞれ形成される。これにより、給水口２０２に取り込まれた被処理水は、深い位置と浅い位置の何れの位置も通過し排水口２０３から送り出されることとなる。
【００２１】
処理容器２０の三角柱の頂点と対向する側面にあたる部分には、ランプハウス１０の開口部１０１と合わさるような大きさの窓部２０６が形成される。この窓部２０６には、紫外線透過性の機能を備えた、例えば石英ガラス製の紫外線透過材１２が取り付けられる。処理部２０１には、紫外線透過材１２を介して高圧水銀ランプ１１からの紫外線が照射可能となる。
【００２２】
このように構成された紫外線照射装置では、高圧水銀ランプ１１から放射された紫外線は直接、紫外線透過材１２を介して処理部２０１に照射される分とリフレクター１０２で反射させ、紫外線透過材１２を介して処理部２０１に照射される分とにより、処理部２０１に給水口２０２から取り込まれる被処理水に紫外線を照射させている。
【００２３】
図７は、図６の分光スペクトルを有するこの発明の高圧水銀ランプと従来の低圧水銀ランプを紫外線照射量３０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線照射処理を行った場合における大腸菌の光回復について説明するための説明図である。
【００２４】
すなわち、低圧水銀ランプの２５４ｎｍ紫外線照射量３０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線照射処理を行った場合における大腸菌生残率は、図７の（ａ）に示すように０．０３％になる。しかし、この場合の光回復後の大腸菌生残率は、図７の（ｂ）に示ように１０％近くになり、殺菌効果が著しく低下することになる。
【００２５】
図６の分光スペクトルを有する高圧水銀ランプの２５４ｎｍ紫外線照射量３０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線照射処理を行った場合における大腸菌生残率は、図７の（ｃ）に示すように、低圧水銀ランプと同じような値の０．０３％になる。この場合の光回復後の大腸菌生残率は、図７の（ｄ）に示ように０．３％であり、光回復が生じたものの、高圧水銀ランプは、低圧水銀ランプよりも光回復抑制効果が高いことになる。
【００２６】
高圧水銀ランプの光回復抑制効果が高かった考えられる理由としては、低圧水銀ランプからはほとんど放射されてない３００ｎｍ以上の光エネルギーが作用していると考えられる。これは、一般的に殺菌・不活化に作用するといわれる２５４ｎｍの紫外線照射量を同一としたにも関わらず、高圧水銀ランプの光回復抑制効果が高かったためである。
【００２７】
この実施形態では、高圧水銀ランプの２５０〜２８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルがピークエネルギー値に対し、３５０〜３８０ｎｍの波長帯の分光スペクトルがピークエネルギー値の大きいものを、被処理水中の殺菌・不活化などの水処理に使用したことにより、殺菌や不活性等の処理に効果的に寄与する。
【００２８】
図８〜図１１は、この発明の紫外線処理装置に関する他の実施形態について説明するための、図８は概念的な断面図、図９は低圧水銀ランプの分光スペクトルについて説明するための説明図、図１０はＵＶ−ＬＥＤの分光スペクトルについて説明するための説明図、図１１は図９に示す分光スペクトルと図１１に示す発光スペクトルとを合成した場合の相対エネルギーの状態について説明するための説明図である。
【００２９】
８１は、２５０〜２８０ｎｍの波長帯にピークエネルギー値Ｘを有する紫外線を発光させる低圧水銀ランプである。低圧水銀ランプ８１は、例えば高圧水銀ランプと同じような構成をしており、ランプの発光管内には、アーク放電を維持させるための希ガスである十分な量のアルゴンガスが０．４９±０．１Ｔｏｒｒで、水銀が１００ｍｇ±５ｍｇ／Ｐでそれぞれ封入されている。
【００３０】
図９は、低圧水銀ランプ８１の分光スペクトルを示している。このスペクトルからもわかるように、低圧水銀ランプ８１は２５０〜２８０ｎｍ波長帯の２５４ｎｍ付近にピークエネルギーがあるが、３５０〜３８０ｎｍの波長帯にある分光スペクトルのピークエネルギーは、２５０〜２８０ｎｍ波長帯に比べて１／１８倍程度に低いものである。
【００３１】
このため、図４の関係である２５０〜２８０ｎｍの波長帯のピークエネルギー値Ｘと、３５０〜３８０ｎｍの波長帯のピークエネルギー値Ｙが、Ｘ＜Ｙの条件を充たしていないことになる。
【００３２】
３０は、紫外線透過性の例えば石英ガラス製の内管３０１と外管３０２の二重管で構成された処理容器である。低圧水銀ランプ８１は、処理容器３０の内管３０１内に配置される。
【００３３】
３５０〜３８０ｎｍの波長帯にピークエネルギー値Ｙを有する紫外線を発光させる光源としては、ＵＶ−ＬＥＤ１５を用いる。ＵＶ−ＬＥＤ１５は、処理容器３０の外管３０２の外周に、満遍なく配置する。図８では、断面しか示されていないが、処理容器３０の長手方向にも満遍なく配置される。
【００３４】
低圧水銀ランプ８１で照射された紫外線は、処理容器３０の内管３０１を介して処理容器３０の被処理水が通過される処理部３０３に照射される。また、ＵＶ−ＬＥＤ１５で照射された紫外線は、処理容器３０の外管３０２を介して処理容器３０の被処理水が通過される処理部３０３に照射される。
【００３５】
図１０は、ＵＶ−ＬＥＤ１５の発光スペクトルを表している。この図で示されるように、３６５ｎｍ付近にピークを有する分光スペクトルを得ていることがわかる。
【００３６】
図１１は、図９に示す低圧水銀ランプ８１の分光スペクトルと図１０に示すＵＶ−ＬＥＤ１５の発光スペクトルとを合成した場合の相対エネルギーの状態を示している。これからわかるように、３５０〜３８０ｎｍの波長帯においては、低圧水銀ランプ１１の分光スペクトルに比べてＵＶ−ＬＥＤ１５の発光スペクトルは、数倍のエネルギーを有することになる。
【００３７】
これは、図４に示す２５０〜２８０ｎｍの波長帯のピークエネルギー値Ｘと、３５０〜３８０ｎｍの波長帯のピークエネルギー値Ｙが、Ｘ＜Ｙの関係である条件を満足していることになる。
【００３８】
ここで、低圧放電ランプ１１とＵＶ−ＬＥＤ１５との紫外線を被処理水に対して紫外線照射量３０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線照射処理を行った後の光回復による生残率は、図７に示すのと同様に、低圧水銀ランプで２桁以上確認されたのに対し、1桁にとどまった。これより、ＵＶ−ＬＥＤ１５と低圧水銀ランプを組み合わせ、図４に示す条件を満足させることにより、高い光回復抑制能力を得ることができる。
【００３９】
この実施形態においても、一実施形態と同様に光回復抑制能力の高いシステムを実現することが可能となる。
【００４０】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば図１〜図７で説明した一実施形態では、処理容器の外側に高圧水銀ランプを配置する、いわゆる外照式の紫外線処理装置について説明したが、処理容器２０の処理部２０１に直接、高圧水銀ランプを配置する内照式の紫外線処理装置であっても構わない。
【００４１】
また、図８〜図１１で説明した他の実施形態では、ＵＶ−ＬＥＤ１５は処理容器３０の外管３０２の外側に、低圧水銀ランプ８１は処理容器３０の内管３０１内に配置するようにしたが、低圧水銀ランプ８１は、処理容器３０の処理部３０３内に配置する内照式の紫外線処理装置であっても構わない。
【符号の説明】
【００４２】
１００  紫外線照射装置
１０  ランプハウス
１０１  開口部
１０２  リフレクター
１１  高圧水銀ランプ
２０，３０  処理容器
２０１，３０３  処理部
２０２  給水口
２０３  排水口
２０４  底部
２０５  上部
２０６  窓部
３０１  内管
３０２  外管
１５  ＵＶ−ＬＥＤ
１５１  ＬＥＤ
８１  低圧水銀ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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