(57)【要約】【課題】処理水内に浮遊物が混入するのを効果的に抑制する。【解決手段】実施形態による紫外線照射システムは、紫外線照射装置と、フィルタ装置と、洗浄装置とを備える。紫外線照射装置は、処理対象の処理水を一時的に貯める処理槽と、処理槽内の処理水に対して紫外線を照射する紫外線照射部とを備える。フィルタ装置は、紫外線照射装置の前段に設けられ、処理槽に流入する処理水内の浮遊物を除去するように構成される。洗浄装置は、所定の温度範囲の温水をフィルタ装置に供給し、フィルタ装置を洗浄するように構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の処理水を一時的に貯める処理槽と、前記処理槽内の前記処理水に対して紫外線を照射する紫外線照射部とを備えた紫外線照射装置と、
前記紫外線照射装置の前段に設けられ、前記処理槽に流入する前記処理水内の浮遊物を除去するフィルタ装置と、
所定の温度範囲の温水を前記フィルタ装置に供給し、前記フィルタ装置を洗浄する洗浄装置とを備える、紫外線照射システム。
【請求項２】
前記洗浄装置は、前記紫外線照射装置からの排熱を利用して前記温水を加熱可能な加熱部を備える、請求項１に記載の紫外線照射システム。
【請求項３】
前記洗浄装置は、前記温水の温度が前記所定の温度範囲より高い場合に前記温水を冷却可能な冷却部を備える、請求項１または２に記載の紫外線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、紫外線照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下水道の殺菌・消毒や、工業用水の殺菌・消毒・脱色、パルプの漂白、医療機器の殺菌などの処理を行うため、処理対象物に紫外線を照射する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような技術では、処理対象の処理水内に混入した固形の浮遊物が問題となる場合がある。すなわち、浮遊物は紫外線の照射を妨げてしまうため、処理水の十分な消毒・殺菌がなされない可能性が高まる。そのため、処理水内に浮遊物が混入するのを抑制したいという要望がある。このような要望に対応するため、たとえば、浮遊物を除去可能なフィルタ装置を設けることが考えられる。しかし、フィルタ装置の機能を維持するためにはフィルタ装置の定期的なメンテナンスが要求されるため、処理水の消毒・殺菌処理を定期的に停止しなければならない。そのため、フィルタ装置のメンテナンスを頻繁に行うことなくその機能を維持することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態による紫外線照射システムは、紫外線照射装置と、フィルタ装置と、洗浄装置とを備える。紫外線照射装置は、処理対象の処理水を一時的に貯める処理槽と、処理槽内の処理水に対して紫外線を照射する紫外線照射部とを備える。フィルタ装置は、紫外線照射装置の前段に設けられ、処理槽に流入する処理水内の浮遊物を除去するように構成される。洗浄装置は、所定の温度範囲の温水をフィルタ装置に供給し、フィルタ装置を洗浄するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態による紫外線照射システムを用いた水の処理手順を示したフローチャートである。
【図２】図２は、第１実施形態による紫外線照射システムで用いられる紫外線照射装置の内部構成を示した構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態による紫外線照射システムによる処理水の処理系統を示した模式図である。
【図４】図４は、第２実施形態による紫外線照射システムで用いられる紫外線照射装置の内部構成を示した構成図である。
【図５】図５は、第２実施形態による紫外線照射システムによる処理水の処理系統を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態による紫外線照射システム１００（図２参照）による水の処理手順を示したフローチャートである。
【０００９】
この水処理システムでは、図１に示すように、まず、Ｓ１の工程（取水工程）において、川、湖または地下水などから原水が取水される。そして、Ｓ２の工程（凝縮沈殿工程）において、Ｓ１で取水された原水が凝集沈殿槽に導入され、導入された原水に凝集剤が添加される。そして、Ｓ３の工程（活性炭濾過工程）において、Ｓ２の凝集沈殿工程を経た原水のうちの上澄み水が抽出され、活性炭濾過槽に送られて、上澄み水から異物が濾過される。
【００１０】
そして、Ｓ４の工程（ＵＶ消毒工程）において、Ｓ３の活性炭濾過工程を経た濾過水（以下、処理水という）が紫外線照射システム１００に送られて、処理水に対して紫外線（ＵＶ：Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）による殺菌、消毒および脱色処理などが行われる。そして、Ｓ５の工程（塩素注入工程）において、Ｓ４のＵＶ消毒工程を経た処理水が塩素注入槽に送られ、処理水に塩素が注入される。そして、Ｓ６の工程（配水工程）において、Ｓ５の塩素注入工程を経た処理水が、一般家庭や事業所などに配水される。
【００１１】
図２は、第１実施形態による紫外線照射システム１００で用いられる紫外線照射装置１０の内部構成を示した構成図である。
【００１２】
図２に示すように、紫外線照射装置１０は、処理対象の処理水を一時的に貯めるための処理槽１１を備える。処理槽１１は、中空の直方体形状（箱形状）に構成されているが、中空の円柱形状などであってもよい。図２の例では、処理槽１１は、Ｙ方向に対向する上面部１１ａおよび下面部１１ｂと、Ｙ方向に直交するＸ方向に対向する側面部１１ｃおよび１１ｄとを有している。上面部１１ａおよび下面部１１ｂには、処理槽１１の剛性を高めるための複数のリブ１１ｅが設けられている。また、下面部１１ｂには、処理水が流入する給水部１２ａが設けられており、上面部１１ａには、処理水が流出する排水部１２ｂが設けられている。
【００１３】
また、紫外線照射装置１０は、処理槽１１の内部を通過する処理水に紫外線を照射する紫外線照射部１５を備える。紫外線照射部１５は、紫外線光源である紫外線ランプ１３と、当該紫外線ランプ１３を収納可能な管状部材１４とを備える。管状部材１４は、紫外線を透過する誘電体、たとえば石英ガラスにより構成されている。
【００１４】
図２の例では、管状部材１４が、Ｘ方向に沿って延設されている。また、管状部材１４のＸ方向の一端（図２の例では、左端）および他端（図２の例では、右端）は、それぞれ、側面部１１ｃ、１１ｄから突出している。そして、側面部１１ｃ、１１ｄから突出した管状部材１４の両端は、上面部１１ａおよび下面部１１ｂに取り付けられるカバー部材１７によって覆われている。カバー部材１７は、遮光機能や、感電防止機能、電磁シールド機能、結露抑制機能などを有する。なお、紫外線ランプ１３の両端部は、電源部１６に配線１８を介して接続されている。電源部１６は、紫外線ランプ１３に電力を供給するとともに放電の安定性を維持する機能を備えている。
【００１５】
図３は、第１実施形態による紫外線照射システム１００による処理水の処理系統を示した模式図である。
【００１６】
図３に示すように、紫外線照射システム１００は、紫外線照射装置１０と、フィルタユニット２０と、バルブ３１〜３３とを備える。フィルタユニット２０は、紫外線照射装置１０の前段に設けられ、図１にてＳ３で示された活性炭濾過工程を経た処理水に含まれる固形の浮遊物を除去するために用いられる。
【００１７】
一般に、浮遊物が紫外線照射装置１０に流入すると、紫外線照射装置１０内における紫外線の照射が妨げられ、図１にてＳ４で示されたＵＶ消毒工程における殺菌、消毒および脱色に必要な量の紫外線を照射できなくなる。紫外線照射装置１０の前段にフィルタユニット２０を設けることで、浮遊物が紫外線照射装置１０に流入するのを抑制し、処理水に対して照射されるべき紫外線照射量を維持できる。
【００１８】
バルブ３１〜３３は、開閉可能に構成され、紫外線照射システム１００内における処理水の流量を制御する。具体的には、バルブ３１〜３３は、ＵＶ消毒工程Ｓ４が行われる場合に開状態となる。
【００１９】
バルブ３１〜３３の全てが開状態になると、活性炭濾過工程Ｓ３を経た処理水は、バルブ３１を介してフィルタユニット２０に流入し、当該フィルタユニット２０によって浮遊物が除去・低減された後、バルブ３２を介して紫外線照射装置１０に流入する。そして、紫外線照射装置１０に流入した処理水は、ＵＶ消毒工程Ｓ４による殺菌、消毒および脱色が施された後、バルブ３３を介して、塩素注入工程Ｓ５のために図示しない塩素注入漕に流出する。
【００２０】
ところで、上記のような流路で処理水が流れ続けると、フィルタユニット２０に浮遊物が徐々に付着し、フィルタ詰まりが発生する。このため、フィルタユニット２０の機能を維持するために、フィルタユニット２０を定期的に洗浄するなどのメンテナンスを行い、フィルタ詰まりを解消する必要がある。
【００２１】
そこで、第１実施形態では、常温水をフィルタユニット２０の洗浄に適した温度まで加熱した温水（熱水）をフィルタユニット２０に定期的に供給し、フィルタユニット２０を洗浄する洗浄装置４０が設けられている。洗浄装置４０は、バルブ４０ａ〜４０ｃと、温水貯蔵タンク４０ｄと、逆止弁４０ｅと、ヒータ（加熱部）４０ｆとを備える。
【００２２】
温水貯蔵タンク４０ｄは、加熱された温水の温度を維持したまま長時間貯蔵できるよう構成されている。また、逆止弁４０ｅは、一方向（温水貯蔵タンク４０ｄからフィルタユニット２０に向かう方向）にのみ温水を供給するよう構成されている。また、ヒータ４０ｆは、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水を所定の温度範囲（たとえば２０℃以上８０℃以下）のうちの適切な温度まで加熱できるよう、例えば湯沸し器で採用される機能が具備されている。なお、ヒータ４０ｆの加熱機能としては、湯沸し器に代えて、たとえばヒートポンプや太陽光集熱器など）を用いて、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水を加熱してもよい。フィルタユニット２０の洗浄に必要となる温水の適切温度は、フィルタユニット２０の処理能力、フィルタの面積、フィルタの材料、あるいは与えられた洗浄時間などを勘案して適宜決定される。
【００２３】
フィルタユニット２０の洗浄が行われる場合には、バルブ４０ａおよび４０ｂは開状態となり、バルブ３１および３２は閉状態となる。バルブ４０ａおよび４０ｂが開状態になると、温水貯蔵タンク４０ｄとフィルタユニット２０との間に、開状態のバルブ４０ａと逆止弁４０ｅとを介した流路が構成され、この流路を介してフィルタユニット２０に流入した温水は、開状態のバルブ４０ｂを介して流出する。バルブ３１および３２が閉状態であるため、フィルタユニット２０の洗浄のために用いられる温水は、紫外線照射装置１０などフィルタユニット２０以外の機器類に流入することはない。
【００２４】
そして、紫外線照射装置２０による殺菌、消毒および脱色が行われる場合には、バルブ４０ａおよび４０ｂは閉状態となり、バルブ３１および３２は開状態となる。バルブ３１、３２、４０ａ、４０ｂの開閉制御は、あらかじめ決められた洗浄スケジュールに基づき、図示しないコントローラによって行うことができる。
【００２５】
ところで、フィルタユニット２０としてたとえば有機膜を用いる場合では、当該有機膜の材質によっては、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水がフィルタユニット２０の洗浄に適した適切温度の範囲を超えてしまう場合がある。
【００２６】
そこで、第１実施形態では、温水貯蔵タンク４０ｄからバルブ４０ａおよび逆止弁４０ｅを介してフィルタユニット２０に流入する温水の温度が上記適切温度の範囲より高い場合には、バルブ４０ｃを開状態に制御することで当該温水に常温水もしくは冷水を加水して当該温水を適切温度まで冷却できるように構成されている。バルブ４０ｃは、フィルタユニット２０に流入する温水の冷却が必要ない場合、つまり当該温水が上記適切温度の範囲内である場合には閉状態となるように制御される。
【００２７】
一方、温水がフィルタユニット２０に供給される過程で配管等から熱が奪われてしまうことを考慮し、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水の温度を予め上記適切温度よりやや高い状態のまま貯蔵しておくことも可能である。この場合、バルブ４０ｃの開閉制御との組み合わせによって、フィルタユニット２０に供給する温水をより細かく温度制御することができる。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態では、紫外線照射装置１０の前段に設けられ、紫外線照射装置１０に流入する処理水内の浮遊物を除去するフィルタユニット２０と、所定の温度範囲の温水をフィルタユニット２０に供給し、フィルタユニット２０を洗浄する洗浄装置７０とが設けられている。これにより、フィルタ装置のメンテナンスを頻繁に行うことなくその機能を維持することができる。
【００２９】
＜第２実施形態＞
上記の第１実施形態では、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水をヒータ４０ｆによって加熱する構成を例示した。しかしながら、温水を加熱する手法はこれに限らない。以下に説明する第２実施形態では、温水を加熱する手法として、紫外線照射装置が発生する熱エネルギーを利用する手法と、フィルタユニットの洗浄に使用した使用済み温水の持つ熱エネルギーを利用する手法との両方を併用した構成を例示する。
【００３０】
図４は、第２実施形態による紫外線照射装置２１０の構成を示した例示図である。
【００３１】
図４に示すように、第２実施形態による紫外線照射装置２１０は、第１実施形態の構成に加えて、紫外線照射部１５からの排熱を回収可能な熱回収ユニット１９を備える。熱回収ユニット１９は、「加熱部」の一例である。熱回収ユニット１９は、断熱部材１９ａと、集光板１９ｂと、熱伝達部１９ｃとを備える。
【００３２】
断熱部材１９ａは、管状部材１４と同心の円筒形状に構成されている。そして、断熱部材１９ａは、管状部材１４を挟み込んで対向するように上面部１１ａおよび下面部１１ｂの内面に取り付けられている。なお、断熱部材１９ａは、光を透過可能な材料（たとえば石英ガラスや耐熱ガラスなど）によって構成される。
【００３３】
また、紫外線ランプ１３からの紫外線の照射を受ける集光板１９ｂは、断熱部材１９ａで覆われることにより処理槽１１内の処理水と直接接触しないように構成されている。
【００３４】
集光板１９ｂの内部には、集光板１９ａの熱を回収可能な冷媒が通過可能な多数の空隙（不図示）が設けられている。この冷媒は、集光板１９ｂの空隙から熱伝達部１９ｃを介して、紫外線照射装置２１０と温水貯蔵タンク４０ｄとの間を循環する。
【００３５】
ここで、紫外線ランプ１３の紫外線発生効率がたとえば１０％〜３０％であるものとすると、残りの７０％以上に相当するエネルギーは、可視光の生成に消費される。第１実施形態では、上記の熱回収ユニット１９を設けることによって、当該可視光から熱エネルギーを回収し、有効に利用することができる。
【００３６】
図５は、第２実施形態による紫外線照射システム２００による処理水の処理系統を示した模式図である。
【００３７】
図５に示すように、第２実施形態による洗浄装置４０は、バルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｇと、温水貯蔵タンク４０ｄと、逆止弁４０ｅと、ヒータ４０ｉとを備える。
【００３８】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、バルブ４０ａおよび４０ｂは、フィルタユニット２０の洗浄が行われる場合に開状態となる。さらに、バルブ４０ａおよび４０ｂが開状態となった場合、バルブ４０ｇも開状態となる。これにより、フィルタユニット２０の洗浄に使用された使用済みの温水（温水貯蔵タンク４０ｄから開状態のバルブ４０ａおよび逆止弁４０ｅを介してフィルタユニット２０を通過した温水）は、開状態のバルブ４０ｂを介して、ヒータ４０ｉ内の熱交換器２１に流入する。そして、熱交換器２１は、使用済み温水の熱を回収し、熱回収後の使用済み温水を、開状態のバルブ４０ｇを介して排出する。
【００３９】
ヒータ４０ｉは、開状態のバルブ４０ｈを介して流入する水を一時的に貯蔵し、貯蔵した水を、熱交換器２１で回収した熱によって加熱する。そして、ヒータ４０ｉは、熱交換器２１で回収した熱によって加熱した水を温水貯蔵タンク４０ｄに提供することで、温水貯蔵タンク４０ｄ内の水（フィルタユニット２０の洗浄用の温水）を加熱する。
【００４０】
なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４１】
以上説明したように、第２実施形態では、紫外線照射部１５からの排熱を利用して温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水を加熱可能な熱回収ユニット１９と、フィルタユニット２０の洗浄に使用した使用済み温水を利用してヒータ４０ｉ内の温水を加熱可能な熱交換器２１が設けられている。すなわち、温水貯蔵タンク４０ｄ内の温水を加熱するためのエネルギー源として紫外線照射装置そのものの排熱を利用することにより、第１実施形態に比べて省エネルギー化を図ることができる。
【００４２】
なお、第２実施形態では、熱回収ユニット１９と熱交換器２１の両方が設けられた例を示したが、いずれか一方のみを用いた構成（たとえば熱回収ユニット１９のみ）であってもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態およびその変形は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの省略、置き換え、変更は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４４】
たとえば、上記実施形態の各構成要素の形状や個数などは、適宜に変更して実施することが可能である。すなわち、上記実施形態では、処理槽が中空の箱形状または円筒形状に構成された例を示したが、処理槽は、箱形状および円筒形状以外の形状（たとえば球形状など）に構成されていてもよい。また、上記実施形態では、紫外線照射部の個数が１個である例を示したが、管状部材の個数は、複数であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０、２１０  紫外線照射装置
１１  処理槽
１５  紫外線照射部
１９  熱回収ユニット（加熱部）
２０  フィルタユニット
２１  熱交換器
４０ｃ  バルブ（冷却部）
４０ｄ  温水貯蔵タンク
４０ｆ、４０ｉ  ヒータ
７０、２７０  洗浄装置
【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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