(57)【要約】【課題】複数の波長の紫外線と微細気泡を併用して、消毒・不活化性能が高くかつ経済的な液体処理方法及び液体処理装置を提供する。【解決手段】反応槽１内に少なくとも２つの波長ピークの紫外線を照射する照射手段２を設置し、気泡生成手段４は処理水６の一部に気体８を注入して気体８の微細気泡を含有する二相流１０を生成し、生成された二相流１０を気泡注入手段１１から反応槽１に注入し、反応槽１の上部の注入口１２から流入した被処理水５は微細気泡９が滞留する中、照射手段２の放射する少なくとも２つの波長ピークの紫外線を受け、反応槽１の下部の排出口１３から処理水６として排出される。【選択図】図１
2007152304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水の注入口と処理水の排出口を具備した反応槽と、該反応槽内に設置され紫外線を放射する照射手段と、該照射手段に電力を供給する電源装置と、前記反応槽内に注入するための微細気泡を含む二相流を生成する微細気泡生成手段を備えた液体処理装置。
【請求項２】
被処理水の注入口を具備する第１の反応槽と、処理水の排出口を具備する第２の反応槽と、該第１の反応槽と第２の反応槽を連通する連通部と、前記第１の反応槽内に設置された第１の紫外線を放射する照射手段と、前記第２の反応槽内に設置された第２の紫外線を放射する照射手段と、前記第１の照射手段及び第２の照射手段に電力を供給する電源装置と、前記第２の反応槽内に注入するための微細気泡を含む二相流を生成する微細気泡生成手段を備えた液体処理装置。
【請求項３】
処理水の排出口を具備する反応槽と、該反応槽内に設置され被処理水の注入口を具備する内管と、該内管内に設置され紫外線を放射する照射手段と、該照射手段に電力を供給する電源装置と、前記反応槽の外管と前記内管との間の空間に注入するための微細気泡を含む二相流を生成する微細気泡生成手段を備えた液体処理装置。
【請求項４】
前記照射手段は、ピーク波長の異なる少なくとも２つの紫外線を放射するものであって、該ピーク波長の１つが２０３ｎｍ以下であり、他の１つが２５４ｎｍを含む波長領域である請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記微細気泡生成手段が粗大気泡を生成するものであって、該粗大気泡を前記反応槽内に注入するための気泡注入手段を備えた請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
【請求項６】
前記反応槽に設置される前記照射手段から照射される紫外線強度を検出する紫外線強度測定手段と、該紫外線強度測定手段により検出された紫外線強度により前記微細気泡生成手段の微細気泡又は粗大気泡の注入量を制御する制御手段を備えた請求項５に記載の液体処理装置。
【請求項７】
前記照射手段の長手方向の中間部から微細気泡を注入し、紫外線ランプの上部あるいは下部に微細気泡のある領域と、微細気泡の無い領域を形成する請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項８】
前記微細気泡生成手段と前記反応槽との間に気泡を消滅させるための圧力刺激印加手段を設けた請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項９】
反応槽に設けられた注入口から被処理水を取入れ、反応槽内に設置された照射手段により前記被処理水に紫外線を放射するとともに、微細気泡生成手段により酸素を含む微細気泡を含む二相流を生成して前記反応槽に注入し、処理水として反応槽に設けられた排出口から取出す液体処理方法。
【請求項１０】
反応槽に設けられた注入口から被処理水を取入れ、反応槽内に設置された照射手段により前記被処理水に２５４ｎｍ付近波長の紫外線を放射し、反応槽内に設置された照射手段により前記被処理水に２０３ｎｍ以下の紫外線を放射するとともに、微細気泡生成手段により酸素を含む微細気泡を含む二相流を生成して前記反応槽に注入し、処理水として反応槽に設けられた排出口から取出す液体処理方法。
【請求項１１】
前記微細気泡生成手段が粗大気泡を生成するものであって、前記微細気泡と粗大気泡を交互に注入する、もしくは前記微細気泡と粗大気泡を同時に注入する請求項９又は１０に記載の液体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，紫外線を用いた液体処理方法及び液体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔非特許文献１〕には、紫外線を用いた水処理方法が開示されている。紫外線消毒装置は、残留物や消毒副生成物がない、照射時間が短い、病原性原虫の不活化が可能、設備の建設および維持が比較的容易といった特長を有しているため、下水処理場や浄水場において適用事例がある。ただし、特に微生物の消毒・不活化に関しては、紫外線照射後に一旦不活化された微生物が蘇生（機能回復）する現象が見られる。このため、紫外線だけを使用した処理では消毒性能が不十分であるとして、塩素消毒等と併用される場合が多い。
【０００３】
紫外線照射による微生物の不活化および回復現象は、次のように説明されている。主に２６０ｎｍ付近の波長の紫外線を受けると、微生物はＤＮＡの複製を阻害されて感染能力や増殖能力を失って不活化されるが、代謝機能は維持されている。微生物はＤＮＡの損傷を修復する酵素を有しており、この酵素により波長が３１０ｎｍ〜４９０ｎｍの近紫外線から可視光線の光を受けて活性化される結果、ＤＮＡの損傷が修復される。この回復現象は、光回復と呼ばれている。
【０００４】
紫外線消毒装置は、紫外線照射部と電源制御盤で構成され、照射に用いられる紫外線ランプは、水銀蒸気の封入圧により低圧・中圧・高圧に分類される。低圧水銀ランプは主に波長２５４ｎｍの紫外線を、中圧・高圧水銀ランプは波長１７５ｎｍ〜４００ｎｍ前後の広範囲の紫外線を発生する。中圧水銀ランプは、２５４ｎｍ付近と２０３ｎｍ以下の波長を同時に発生する。
【０００５】
波長２０３ｎｍ以下の紫外線により、気中の酸素がオゾン気体となり、水中の酸素原子が解離して溶存オゾンが生成する。一方、波長２６０ｎｍ前後の紫外線はオゾンを酸素分子と活性酸素に分解する。
【０００６】
〔非特許文献２〕には、微細気泡の特性が示されており、一般に、直径約５０マイクロメータ以下の気泡は、気泡内気体が周囲液相へ溶け込むにしたがって直径が減少するため、表面張力の効果により内部が高圧，高温になり、消滅時にＯＨラジカルなどの酸化力の高いフリーラジカルと圧力波を生じること、このとき発光をともない、比表面積が大きく、上昇速度が小さいため、気泡中の気体の溶解度が高いことが開示されている。
【０００７】
〔特許文献１〕には、それぞれ短波長，中波長，長波長の紫外線を照射する３つの紫外線照射装置によりオゾンを利用して水を殺菌活水化すると同時に、紫外線照射装置内に設けられた光触媒機能体によっても水を殺菌活水化することにより特に海水を効率よく短時間で浄化することが記載されている。そして、酸素を含む気体に波長１８５ｎｍの紫外線を照射して生成したオゾン含有気体を、波長２５４ｎｍの紫外線を照射する反応槽内に散気し、溶存オゾンと紫外線により活性酸素を生成する促進酸化法を用いて被処理水を殺菌処理する手法が記載されている。
【０００８】
〔特許文献２〕には、波長１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近の紫外線を併用して、溶存酸素からのオゾン生成とその分解による活性酸素生成を同時に行って被処理水を殺菌処理することが開示されている。
【０００９】
〔特許文献３〕には、光触媒を配した反応容器内に注入した微細気泡に超音波を印加して気泡収縮を誘導し、微細気泡消滅の際の発光に含まれる紫外域の光による光触媒の酸化作用を利用する水処理方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−５４７８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６８４７号公報
【特許文献３】特開２０００−２１０６５９号公報
【非特許文献１】「環境影響低減化浄水技術開発研究ガイドライン集」、（財）水道技術研究センター、２００５年
【非特許文献２】「水の特性と新しい利用技術」、株式会社エヌ・ティー・エス、  １４２−１４６頁、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
〔非特許文献１〕に開示の紫外線を用いた水処理方法は、上述したように、紫外線だけを使用した処理では消毒性能が不十分であるという問題があり、〔非特許文献２〕に開示のものは微細気泡の特性を示しているが、液体処理について具体的な方法を開示しているものではない。
【００１２】
〔特許文献１〕には、中波長，長波長の紫外線を照射する３つの紫外線照射装置によりオゾンを利用して水を殺菌活水化することが開示されているが、オゾンガスの生成及び散気のための装置や配管が必要になり、余分な設備を設置する必要があるため経済性が低下し、オゾン生成のために用いる中圧水銀ランプから１８５ｎｍ付近の波長と同時に放射される波長２５４ｎｍ付近の紫外線が利用されないためエネルギー効率が低いという問題がある。又、被処理水は上昇流であるため、オゾン生成ができにくく、滞留しにくいという問題がある。
【００１３】
〔特許文献２〕に開示のものは、被処理水が含有していた溶存酸素のみを利用しているため、オゾンを含む活性酸素の生成量に限界があるという問題がある。
【００１４】
〔特許文献３〕に開示のものは、微細気泡の消滅に伴う発光のスペクトルは広く、発光のエネルギーが紫外線ランプのエネルギーより少ないため、充分な酸化力を得られない可能性があるという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、複数の波長の紫外線と微細気泡を併用して、消毒・不活化性能が高くかつ経済的な液体処理方法及び液体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】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の液体処理方法及び液体処理装置は、紫外線を含む光を放射する照射手段を備え、微細気泡生成手段により反応槽に微細気泡を注入するものである。
【００１７】
微細気泡には酸素を含む気体を用いるとよく、放射する赤外線のピーク波長の異なる２つ以上の照射手段、あるいは複数の異なる波長を含む紫外線を放射する照射手段を用い、照射手段の放射する紫外線のピーク波長の少なくとも１つが２０３ｎｍ以下であり、他の紫外線のピーク波長が２５０ｎｍから２６０ｎｍの間を含むものである。
【００１８】
消毒・不活化効果を高めるため、粗大気泡生成手段を設けて反応槽に粗大気泡を注入するものであり、反応槽に照射手段から放出された紫外線を検出する紫外線強度測定手段を設け、その強度計測値に基づき微細気泡または粗大気泡の注入量を制御するものである。
【００１９】
微細気泡を含む二相流と照射手段の照射面との間に被処理水を単相流状態で流してもよく、内管と外管からなる二重管で構成される反応槽の内管に短波長紫外線照射手段と被処理水を注入する被処理水供給手段を設け、外管に微細気泡生成手段から微細気泡を注入するものである。
【００２０】
また、照射手段の前段または後段に微細気泡生成手段と、注入された微細気泡の消滅を促進する刺激印加手段とを備えて気泡を消滅させるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、紫外線を用いた水処理装置の消毒・不活化性能と経済性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
紫外線を用いた水処理装置の消毒・不活化性能と経済性を向上させた液体処理方法および液体処理装置に関する本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。本発明者らの行った実験では、空気の微細気泡を被処理水の下降流中に注入すると、溶存酸素濃度が飽和濃度付近まで増加し、微細気泡は被処理水中に帯状に滞留した。
【００２３】
この知見に基づき、本発明者らは、２０３ｎｍ以下、又は２５４ｎｍ付近の波長を含む紫外線ランプの周辺に、酸素を含む気体を微細気泡として注入し、溶存酸素と滞留する微細気泡中の気体酸素に紫外線を作用させてオゾンを生成することにより、紫外線および紫外線と微細気泡併用の双方の消毒・不活化効果を利用して、消毒性能を促進することができた。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１である液体処理装置の構成図である。図１に示すように、反応槽１内には紫外線ランプすなわち紫外線の照射手段２が設置され、照射手段２の上部に電源装置３が取付けられている。反応槽１の上部には被処理水５の注入口１２が、反対側の下部には処理水６の排出口１３が設けられており、反応槽１の上部から被処理水５が注入され、反応槽１の下部から処理水６が排出される。排出口１３には循環流路７が設けられ、循環流路７は気泡生成手段４に接続され、気泡生成手段４は、気泡注入手段１１により排出口１３とは反対側で反応槽１の下部に接続されている。気泡生成手段には空気である気体８の取入口１４が設けられ、図示しないポンプ等により排水口１３から循環流路７を通って流入される処理水に気体を混入させることにより二相流１０を生成する。
【００２５】
このように、被処理水は上方から下方に流れる下方流中に二相流を注入しているので、溶存酸素濃度が飽和濃度付近まで増加し、微細気泡は被処理水中に帯状に滞留させることができる。
【００２６】
照射手段２は、２５４ｎｍ付近の波長を主に放射する低圧水銀ランプ、２５４ｎｍ付近と２０３ｎｍ以下の波長を含む中圧水銀ランプを含んで構成される。照射手段２は電源装置３から電力を供給されて、紫外線を照射する。
【００２７】
気泡生成手段４が作動すると、気泡生成手段４には微細気泡を混入して運ぶ液相として処理水６が循環流路７を通って供給される一方、気体８が注入され、気体８の微細気泡を含有する二相流１０が生成される。二相流１０は、気泡注入手段１１から反応槽１に注入され、このとき気泡注入手段１１から反応槽１内に微細気泡９が注入される。ここで、微細気泡９は、直径約５０マイクロメータ以下の気泡のことである。なお、微細気泡９を生成する気体には、酸素を用いてもよい。微細気泡９の注入後の被処理水中の溶存酸素濃度が高くなり、短波長の紫外線の照射を受けてオゾンが生じる割合が向上するためである。
【００２８】
中圧水銀ランプを用いる場合、気体酸素を含む微細気泡を注入すると、反応槽１内の溶存酸素濃度が増加し、２０３ｎｍ以下の波長の紫外線によって、溶存酸素から溶存状態のオゾンが生成する。一方、微細気泡は上昇速度が遅いため反応槽内に滞留する。ここに
２０３ｎｍ以下の波長の紫外線が照射されると、微細気泡中の気体酸素からオゾン気体が生成し、溶解して溶存オゾンとなる。こうして生じた溶存オゾンの酸化力により、微生物の不活化等の水処理性能が向上する。
【００２９】
又、微生物の不活化については、生成したオゾンに加え、微細気泡の消滅時に生じた圧力波やラジカル等の酸化力により細胞壁，細胞膜，細胞質等が物理的に破壊され、紫外線により損傷したＤＮＡの回復を阻害して光回復が抑制される可能性がある。
【００３０】
反応槽１の上部の注入口１２から流入した被処理水５は、微細気泡９が滞留する槽内で照射手段２の放射する紫外線を受け、反応槽１の下部の排出口１３から処理水６として排出される。
【００３１】
本実施例によれば、紫外線を用いた液体処理装置において、紫外線ランプの周辺に微細気泡を注入することにより、紫外線が持つ消毒・不活化効果に、微細気泡により増加した溶存酸素や微細気泡自体に紫外線が作用した結果生じるオゾンの消毒・不活化効果が加わり、消毒・不活化性能を向上することができる。
【００３２】
図１に示す実施例を次のように変形することができる。図１に示す例では、微細気泡９が紫外線の照射手段２周辺に滞留しすぎると、紫外線が散乱され紫外線の利用効率が低下する可能性がある。そこで、本例では、紫外線の照射を受ける前に、微細気泡を被処理水に注入しかつある程度消滅させておく。
【００３３】
すなわち、図１に示す反応槽１内に設置された照射手段２の下部に充分広い非照射領域が設けられており、気泡注入手段１１から反応槽１に注入された微細気泡を含む二相流
１０が、照射手段２の照射領域に達するまでに数分間の滞留時間を要するようになっている。このため、気泡がある程度消滅し、照射手段２の照射領域には気泡はほとんど含まれないようになっている。又、気泡生成手段４と気泡注入手段１１の間に二相流を滞留させる槽を設置してもよい。
【００３４】
本実施例によれば、反応槽１に注入する前に、微細気泡を含む二相流を滞留させて、微細気泡を溶解・消滅させておくことにより、被処理水の溶存酸素濃度は増加し、かつ照射手段の周辺に気泡が滞留しすぎない。このため、気泡中の酸素をオゾン化する効果は少なくなるが、照射手段の放射する紫外線が気泡により散乱されることがなく、気泡による紫外線の透過率低下を回避できる。これにより、微生物の不活化効果が増加し、同時に紫外線ランプから放射される紫外線の利用効率を向上することができる。
【実施例２】
【００３５】
図２は本発明の実施例２である液体処理装置の構成図である。図２に示すように、本実施例では、反応槽が反応槽２１と反応槽２２の２つ設けられ、反応槽２１の上部と反応槽２２の上部には連通部２７が設けられている。反応槽２１の連通部２７とは反対側の下部には被処理水５の注入口２６が設けられている。反応槽２１内には照射手段２３が、反応槽２２内には照射手段２４が設置され、照射手段２３，２４の上部には共通の電源装置
２５が取付けられている。
【００３６】
反応層２２には、連通部２７と反対側の下部に処理水６の排出口１３が、排出口１３には循環流路７が設けられている。循環流路７は気泡生成手段４に接続され、気泡生成手段４は、反応槽２２の下部に接続されている。
【００３７】
反応槽２１に被処理水５が注入され、反応槽２２から処理水６が排出される。照射手段２３は低圧水銀ランプのような２５４ｎｍ付近の波長を主に放射するランプを、照射手段２４は中圧水銀ランプのような２０３ｎｍ以下の波長を含むランプを用いる。照射手段
２３及び照射手段２４は電源装置２５から電力を供給される。気泡生成手段４には、微細気泡を運ぶための液相として処理水６が循環流路７を通って供給される。また気泡生成手段４には気体８が注入され、微細気泡を含有する二相流１０が生成される。二相流１０は、気泡注入手段１１から反応槽２２に注入される。
【００３８】
反応槽２１の下部から流入した被処理水５は、反応槽２１の上部から流出するまでの間、照射手段２３の放射する２５４ｎｍ付近の波長の紫外線を受ける。続いて流入する反応槽２２で、気泡注入手段１１から注入された微細気泡が滞留する中を、照射手段２４の放射する２０３ｎｍ以下の波長の紫外線を受け、反応槽２２の下部から処理水６として排出される。
【００３９】
反応槽２２において、空気の微細気泡を注入すると、実施例１と同様に、溶存オゾンが生成する。本実施例では、被処理水中の微生物は、反応槽２１で紫外線による不活化作用、続く反応槽２２で紫外線とオゾンによる不活化作用を受ける。すなわち、２５４ｎｍ付近の紫外線によりＤＮＡが損傷された後、オゾンの酸化力により細胞壁や細胞膜が損傷する。
【００４０】
溶存オゾンは再び紫外線を受けると活性酸素に分解される。従って、オゾン生成を前段にすると、溶存オゾンが残存する場合後段の紫外線処理の際に活性酸素が生成される。一方、オゾン生成を後段にすると、溶存オゾンが残存する場合、反応槽を出た後、暫時オゾンの酸化作用が残る。従って，消毒効果の向上を目的とする場合はオゾン生成を前段に、消毒効果の持続を目的とする場合はオゾン生成を後段に配置するとよい。
【００４１】
本実施例によれば、紫外線を用いた液体処理装置において、特に微生物のＤＮＡに作用する波長２５４ｎｍ付近と、オゾンを生成する波長２０３ｎｍ以下の紫外線を併用し、かつ２０３ｎｍ以下の紫外線ランプ周辺あるいは前段に微細気泡を注入することにより、紫外線が持つ消毒・不活化効果に、微細気泡により増加した溶存酸素や微細気泡自体に紫外線が作用した結果生じるオゾン等の消毒・不活化効果が加わり、消毒・不活化性能を向上することができる。
【実施例３】
【００４２】
図３は、本発明の実施例３である液体処理装置の構成図である。図３に示すように、反応槽４１内には内管４２が設けられ、内管４２と外管４６との二重管構造となっている。内管４２には、合成石英ガラス等の波長２０３ｎｍ付近以下の紫外線も透過するものを用いる。内管４２内には、紫外線の照射手段４３が設置され、照射手段４３の上部には電源装置４４が設けられる。照射手段４３は、中圧水銀ランプ等の２５４ｎｍ付近と２０３
ｎｍ以下の波長を同時に放射するものを用い、照射手段４３は電源装置４４から電力を供給される。反応槽４１の底部に設けられた被処理水５の注入口４５は、内管４２内と接続され、内管４２の上部には連通部４７が設けられている。
【００４３】
反応層４１には、注入口４５と反対側の下部に処理水６の排出口１３が、排出口１３には循環流路７が設けられている。循環流路７は気泡生成手段４に接続され、気泡生成手段４は、反応槽４１の下部で内管４２と外管４６の間の空間４８に接続されている。気泡生成手段４には、微細気泡を運ぶための液相として処理水６が循環流路７を通って供給される一方、気体８が注入され、気体８の微細気泡を含有する二相流１０が生成される。二相流１０は、気泡注入手段１１から内管４２と外管４６との空間４８に注入される。
【００４４】
注入口４５から内管４２に被処理水５が注入され、外管４６の排出口１３から処理水６が排出される。内管４２の下部から流入した被処理水５は、内管４２の上部から外管４６内へ流出するまでの間、微細気泡が混入されない状態で照射手段４３の放射する紫外線を受ける。続いて被処理水は外管４６内へ流入し、気泡注入手段１１から注入された微細気泡が滞留する中を、内管４２を通過してきた照射手段４３の放射する紫外線を受け、外管４６の下部から処理水６として排出される。
【００４５】
本実施例の変形例としては、紫外線ランプすなわち照射手段４３の長手方向の中間部から微細気泡を注入し、紫外線ランプの上部あるいは下部に微細気泡のある領域と、微細気泡の無い領域を形成するようにしてもよい。また、紫外線ランプの周囲で、ある距離を置いた円管状部分に微細気泡を注入・滞留させてもよい。
【００４６】
本実施例によれば、被処理水中の微生物は、まず気泡の無い領域で主に２５４ｎｍ付近の紫外線によるＤＮＡの損傷作用を受け、続いて微細気泡の滞留する領域で、主に２０３ｎｍ以下の紫外線が微細気泡および溶存酸素に作用して生成した活性酸素による酸化分解効果を受ける。これにより、微生物の不活化効果が増加し、同時に紫外線ランプから放射される紫外線の利用効率を向上することができる。
【実施例４】
【００４７】
一般に、紫外線は液中での減衰量が大きく速やかに減衰するため、紫外線による液体の処理では、紫外線ランプ近傍であれば十分な消毒・不活化効果が期待できる。そのため、消毒・不活化性能を上げるためには、ランプ周囲の液相を攪拌することが有効である。しかし、微細気泡を注入する場合、微細気泡は上昇速度が小さいため液相の攪拌効果はほとんど無い。又、微細気泡が紫外線ランプ近傍に滞留しすぎると、紫外線が散乱されて透過率が低下し、さらなる消毒・不活化性能の低下を招く。特に、被処理水中の溶存酸素や微細気泡中の酸素気体のオゾン化を目的として使用する紫外線は２０３ｎｍ以下の短波長であるため、２５０ｎｍ以上の紫外線と比較して透過距離が短く、到達領域がより狭い。以上のような理由から、紫外線と微細気泡を併用する場合、紫外線の照射効率を高めるためには、ランプ周辺の微細気泡を含む液相の攪拌が重要になる。
【００４８】
図４は、本発明の実施例４である液体処理装置の構成図である。実施例４は、実施例１と同様に構成されているが、実施例４では、図４に示すように反応槽１の上部にはガス抜き弁６３が設けられ、気泡生成手段６１には、照射手段２の下方に接続された第２の気泡注入手段６２が設けられている。反応槽１の側部には、紫外線強度測定手段７１が設置され、紫外線強度測定手段７１は制御手段７２に接続され、制御手段７２は気泡生成手段
６１に接続されている。
【００４９】
気泡生成手段６１は、例えばノズルの開口度を変更することにより運転条件を変更して気泡径を変更できる。気泡注入手段６２は粗大気泡を、気泡注入手段１１は微細気泡を反応槽１内に注入する。ここで粗大気泡とは、直径約１００マイクロメータ以上の気泡のことをいう。このように、本実施例では、紫外線ランプすなわち照射手段４３の周辺を攪拌するために、微細気泡に加えて粗大気泡を注入するようになっている。粗大気泡は照射手段２の表面と反応槽１の内壁との間を蛇行して上昇し、この際に周囲の液相が移動して攪拌効果が生じる。気泡注入手段６２には例えば散気管を用いる。
【００５０】
反応槽１の壁面に紫外線強度を感知する紫外線強度測定手段７１が設置され、紫外線強度測定手段７１によって計測された被処理水中を透過してきた紫外線強度の測定信号は制御手段７２に送信される。制御手段７２では入力された測定信号に基づいて注入する気泡の径を決定し、気泡生成手段６１の運転条件を変更する。
【００５１】
反応槽１の上部から被処理水５が注入され、反応槽１の下部から処理水６が排出される。反応槽１の上部から流入した被処理水５は、粗大気泡と微細気泡が滞留する中を、照射手段２の放射する紫外線を受け、反応槽１の下部から処理水６として排出される。
【００５２】
図５は、本実施例の制御フローチャートを示す図である。液体処理装置の運転方法は、図５に示すように、ステップ８１で、制御手段７２は、気泡生成手段６１を起動して微細気泡を生成し、気泡注入手段１１により反応槽１に微細気泡を注入する。
【００５３】
ステップ８２で、制御手段７２は、紫外線強度測定手段７１から送られた紫外線強度の測定信号Ｉを予め設定されたＩL と比較し、Ｉの方が大きい場合、気泡生成手段６１と気泡注入手段１１による微細気泡の注入を継続する。測定信号Ｉのほうが小さい場合は、ステップ８３に進み、制御手段７２は、気泡生成手段６１の運転条件を変更し、粗大気泡を生成して気泡注入手段６２により反応槽１に粗大気泡を注入する。
【００５４】
ステップ８４で、制御手段７２は、紫外線強度測定手段７１から送られた紫外線強度の測定信号Ｉを予め設定されたＩH と比較し、測定信号Ｉの方が小さい場合は、気泡生成手段６１と気泡注入手段６２による粗大気泡の注入を継続する。測定信号Ｉの方が大きい場合は、ステップ８１に戻り、制御手段７２は、気泡生成手段６１の運転を変更し、微細気泡を生成して気泡注入手段１１により反応槽１に注入する。
【００５５】
図６は、図５に示すフローチャートに従って制御が行われた場合の反応槽壁面での紫外線照射強度と、各波長の紫外線により被処理水流量当りの不活性効果の変化を示す図である。図６には、一定量の微細気泡を連続注入した場合の結果を（ａ）の破線で示し、微細気泡と粗大気泡を交互に注入した場合の結果を（ｂ）の実線で示している。
【００５６】
紫外線強度測定手段７１で測定される反応槽１の側壁での紫外線強度は、紫外線ランプと測定面との間に微細気泡が存在すると低下し、不活化効果は、微細気泡が存在すると溶存酸素や気泡中酸素がオゾン化する効果が加わり、微細気泡がない場合に比べ一度は増加する。しかし、紫外線ランプ周辺での微細気泡の充満度が増加すると、測定面での紫外線照射強度が低下して不活化効果は低下する。粗大気泡を注入して紫外線ランプ周辺の液相を攪拌することにより、不活化効果が増加するが、微細気泡量が減少すると不活化効果が再度低下する。
【００５７】
このように、同じ処理水の資質目標で運転する場合、一定量の微細気泡を連続注入する方法では、紫外線ランプ近傍の微細気泡が紫外線の透過を阻害するようになるため、不活化効率が低下していくが、本実施例のように、微細気泡と粗大気泡の交互に注入する方法では、透過する紫外線照射強度の低下が抑制できるため、不活化効率が増加する。その結果、紫外線の損失が少ないため、消費電力が低減できる。
【００５８】
本実施例の変形例としては、微細気泡生成装置と粗大気泡生成装置を別に設け、気泡注入を制御するようにしてもよい。この例では、微細気泡生成装置は処理水と気体を用いて微細気泡を含む二相流を生成し、粗大気泡生成装置は微細気泡生成装置の気泡注入手段に、気体を注入して粗大気泡を生成する。この場合、微細気泡と粗大気泡は同時に連続注入してもよい。注入量は被処理水の処理流量に基づいて設定する。
【００５９】
本実施例によれば、紫外線ランプ周辺の被処理水中に微細気泡と粗大気泡を交互あるいは同時に注入することにより、粗大気泡の上昇に伴う被処理水の攪拌効果により被処理水中の紫外線の到達領域を広げることができ、微生物の不活化効果が増加し、同時に紫外線ランプから放射される紫外線の利用効率を向上することができる。
【実施例５】
【００６０】
実施例４で述べたように、微細気泡は充填度が高くなるほど光の透過性が低下するため、処理効率が低下する場合がある。一方、微細気泡は前述のように溶解して収縮するが、例えば超音波のような外部からの圧力刺激により急速に溶解・収縮する。従って、微細気泡の収縮・溶解を促進させた後、紫外線処理を行うことにより紫外線の利用効率を維持しつつオゾンの生成量を増加できる可能性がある。
【００６１】
図７は、本発明の実施例５である液体処理装置の構成図である。実施例５は、実施例１と同様に構成されているが、実施例５では、気泡生成手段４と反応槽１との間に刺激印加手段８５が設置されており、気泡生成手段４と刺激印加手段８５とが気泡注入手段１１で接続され、刺激印加手段９１と反応槽１の下部が気泡注入手段９２で接続されている。刺激印加手段９１は、例えば超音波の照射手段を用い、圧力刺激は例えば数１０ｋＨｚの超音波とする。
【００６２】
気泡生成手段４では、微細気泡を運ぶための液相として処理水６が循環流路７を通って供給される一方、気体８が注入されて微細気泡を含有する二相流が生成される。二相流は刺激印加手段８１に流入し、圧力刺激を受けて気泡が消滅した後、気泡注入手段９２から反応槽１に注入される。
【００６３】
反応槽１の上部から流入した被処理水５は、照射手段２の周辺を流通し、反応槽１の下部から処理水６として排出される。
【００６４】
刺激印加手段８１の圧力刺激によって微細気泡の収縮が加速され、気泡中の酸素が周囲の液相に溶解して溶存酸素が増加する。又、微細気泡が消滅する場合は、前述のように圧力波やラジカルが生じるため、不活化効果が高められる。又、照射領域に至る前に微細気泡が消滅されるため、実施例１の変形例のように微細気泡を自然消滅させる方法に比べて、滞留部分が不要となるため反応槽が小型化できる。
【００６５】
本実施例によれば、微細気泡の収縮を加速させることにより、溶存酸素の濃度を増して液中のオゾン生成量を増加させることができる。又、気泡を消滅させることにより、気泡による紫外線の透過率低下を回避でき、微生物の不活化効果が増加し、同時に紫外線ランプから放射される紫外線の利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例１である液体処理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２である液体処理装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例３である液体処理装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例４である液体処理装置の構成図である。
【図５】実施例４の制御フローチャート図である。
【図６】反応槽壁面での紫外線照射強度と、各波長の紫外線により被処理水流量当りの不活性効果の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施例５である液体処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，２１，２２，４１…反応槽、２，２３，２４，４３…照射手段、３，２５，４４…電源装置、４，６１…気泡生成手段、５…被処理水、６…処理水、７…循環流路、８…気体、９…微細気泡、１０…二相流、１１，６２，９２…気泡注入手段、１２，２６，４５…注入口、１３…排出口、１４…取入口、２７，４７…連通部、４２…内管、４６…外管、６３…ガス抜き弁、７１…紫外線強度測定手段、７２…制御手段、９１…刺激印加手段。
【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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