低圧UV酸化装置を使用した排水回収システム

Wastewater

recoverylowIPreSSuresystem

UVwithoxidation(環)営業部第2グループ

杉揮

Masanori

政宣Sllgisawa(環)技術部第1グループ

阿野

Masataka

真隆

Ano

TOCが1mg凡程度の低濃度有機排水を回収する場合,従来から使用されている高圧uv酸化装置では,排水1m3当たり1.1kWhの照射電力が必要であった｡一方,パイロット装置を使用して低J

圧uv酸化装置に過酸化水素を添加した試験を行った結果,照射電力を0.55kWhと50%削減することができた｡

また,電子部品工場に本システムを採用することにより1日当たり825kWhの電力を削減できた｡
このことはISO14001における省エネルギーの要求に貢献するものである｡
また,設置スペースも50%に削減することができた｡

The

high‑pressure

conventional

treating

low‑strength

electricity

wasreduced

UV

oxidation

unitwithelectronicfactory

contributing

tobyof about

O･55 kWb1required

1.1 kWb

per1 m3

in

mg凡TOC.

by

50 %

by

systemcould

reduceorelectricity of abouthydrogenapplying

peroxide

tolow‑pressure

apilot test.

aappliedenergyunit hasoxidation

wastewaterorganic

But

An

UV

savingwiththedemandedby

ISO

14001.

The

its electric
installation

byconsumption
space

wasalso825

kWh/d,contractedby50%.

J
全有機性炭素TOC

電子部品工場

Electronic

低圧uv

酸化

Low‑pressure

省エネルギー
過酸

化 水

factory

Energy素Organic

ま えがきoxidizationsavlng

Hy血ogen

有機排水処理UVperoxide
wastewater

treatmentの回収量も増加するため,水処理系におけるエネル

電子部品工場においてもISO14001‑の取り組みギー消費量も大きな割合を占るようになってきた｡

が積極的に進められているが,廃棄物の削減とともに使用エネルギーの低減が大きなテーマになってい一次純水製造装置では低圧逆浸透膜の適用によるポンプ消費動力の低減などが進めれており,また有る｡クリーンルームを持つ工場では,大量の空調用機排水の回収では効率的な酸化分解法が研究されて電力を消費しているが,半導体や液晶パネルの微細いる｡当社においてもこれまで省エネルギー型の排化が進むに従い純水･超純水の使用量が増加し排水水回収装置として過酸化水素を併用した低圧uv

Vol.

45

No.

1(2001/8)

神鋼パンテツク技報

51

(ultraviolet‑紫外線)酸化装置1)や,微生物を利用

2.

した微量TOC除去装置2)の提案を行ってきたが,本2.

UV酸化処理について
1紫外線の分類

報では低圧uv酸化装置の実装置への適用例についuvとはⅩ線と可視光線との間の約100‑400n皿て紹介する｡の波長城を総称したものである｡

uvはその作用に

1.電子部品工場における排水回収よりさらに320‑400nmのUV‑A(色素沈着,光化

電子部品工場のなかでも半導体や液晶製造工場で学作用), 280‑320nmのUV‑ちは大量の薬品,たとえばIPA(イソプロピルアルコール),メタノール,アセトン,TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド),斑の生成),(ビタミン生成,紅(殺菌作用)に分180‑280nmのUV‑C類されている｡(ジDMSO

2. 2tJVランプの種類と特徴

メチルスルホキシド),フェノール,酢酸,界面活UVランプは基本的には水銀ランプの一種であり性剤等が使用されている｡特に液晶製造ラインではランプ内の水銀蒸気圧で高圧ランプ,低圧ランプに有機系の薬品類の使用が多くなるため,洗浄排水も分けられている｡高圧uvランプはランプ内の水銀(全有機炭素)濃度で数mg化から数百mg/L

TOC

蒸気圧が1‑10atm,低圧uvランプで0.01mmHg程度である｡また放射される波長分布は封入されてとなることがある｡

高濃度の有機排水を生物処理した場合でも処理水いる水銀蒸気圧により変化し,特徴的な輝線部を有にはTOCが数mgnJ残留するので,回収するためしている｡第1図に低圧UVランプのスペクトル分には再度TOC除去が必要となる｡また,無機排水布の例を,第2図に高圧uvランプのスペクトル分の回収においても無機イオン成分以外に1mg凡程度のTOCを含むことが多いため,これらの後処理

布の例を示した｡

も必要となる｡(殺菌線)の出力が大きい｡このうち185/JmのUV

低圧uvランプでは185nm

以上のように排水を回収再利用する場合には,TOCとして1t(オゾン線), 254nm

は水分子に作用しヒドロキシラジカルを生成するため,数十FLg/L濃度のTOCであれば過酸化水素を添‑数mg凡の微量な有機物を含む大量(例えば1000‑2000m3/d)の排水をTOC数十‑敬加せずに酸化分解するこが可能である｡このため低百〟g凡程度までに処理する必要がある｡

圧uv酸化装置は2次純水装置等でTOC除去･殺この処理方法としては,大出力のランプが入手可菌装置として使用されている｡

能な高圧uv酸化装置が従来より使用されてきたが,高圧uvランプのスペクトルは連続に近く,また消費電力が処理水1m3あたり1‑3kWbと大きく185nmのスペクトルは認められない｡単独では酸消費電力を低減することが課題であった｡この値は化作用が極めて弱いため,過酸化水素等の光増感剤TOCが百mg/程度の有機排水の処理に匹敵し,従来方式による微量濃度域でのTOC除去は非常に効を併用する｡低圧UVランプより発光効率が悪いが大出力のランプが製作できるため,排水回収で用い率が悪いものであった｡

屯100
100365254

亘

室

A>･､･芸;=･B
l=BA̲.A)
亡50q)a)>>･▲L.≡50rdq,)‑Iく勺[弓Q)〔<200300Wave

第1図Fig･52400
lengthof UVSpectral

distribution

200of low‑pressure

300

400

WavelengthofUV

低圧uvランプのスペクトル分布
1100

600

500

[nm]

第2図
mercury

lamp

Fig･

500600【nml

高圧uvランプのスペクトル分布
2

神鋼パンテツク技報

Spectral

distribution

high‑pressureofVol.

45

No.

mercury

1lamp(2001/8)

難しい｡

られることが多い｡
酸化分解の機構

2. 3

このため185nmの放射が殆ど無い高圧uvラン

有機物の酸化分解には次の2つのメカニズムが関

プでは光増感剤として過酸化水素を添加する｡また,与している｡

数mg凡のTOCを含む排水の処理に低圧UVランuvの持つエネルギーにより直接有機物内のプを適用する場合にはヒドロキシラジカルの生成能結合を開裂する｡

力が不足するため,高圧uvランプと同様に過酸化185nmのUVがH20に作用しヒドロキシラ水素の添加が必要となる｡過酸化水素からヒドロキジカル(･OH)を生成し,これが有機物を酸化分解する｡ ((1式))

シラジカルが生成する反応を(2)式に示した｡

①②(2)

2･OH

H202＋hレ‑(1)

H20＋hレ‑H･＋･OH

このようにして生成させたヒドロキシラジカルはレは振動数である｡
光のもつエネルギーは波長スに反比例し,次式2.8Vという高い酸化ポテンシャルを持っている｡

で示される｡

3.06Vに近い強い酸化力であるためuv酸化の効率

これはオゾンの2.07Vと比較しても高く,フッ素のを高めるのに有効である｡

I

3.低圧UVランプと高圧UVランプの効率
比較

E‑N･h･C/A

両ランプの特性の違いについては前節で述べたが,E:光量子1molのエネルギー

h:ブランクの定数6.626×10￣34J･sec

uvスペクトルの相違以外に入力に対する紫外線へ2.998×108m/secの変換効率が大きく異なっている｡一般的には高圧

c:光速

N:アボガドロ数6.022×1023/moIJをKcalに,uvランプでは10%程度,低圧UVランプでは25‑30%程度といわれており,消費電力を1/2.5‑1/3にÅをnmに換算すると削減することが期待できる｡しかし,E‑

185nmUVの出力は排水回収で使用するには不足であるため,高2.859×104/A

圧UVランプの場合と同じように光増感剤の併用がたとえば185nmではEは113‑155Kcal/mol,365nmでは78.3Kcal/mol,必要となる｡
第3図はTOC濃度3mg凡の模擬排水を使用し高Kcal/molである｡

分子の結合を開裂させるのに必要な結合解離エネ

圧uVランプと低圧uVランプの分解性能について185nmではほとん比較試験を行なった結果である｡試験は800Lの反ルギーの例を第1表に示した｡

I

254nmでどの結合を開裂することができるが,第1表
Table

365nmでは応槽を使用し,その中央に1kWの高圧uvランプ

結合解離エネルギー1dissociation

Bondenergy

tip‑UV

7.1 kWh/m3

HP‑UV

lamp

W90‑

LPIUV

lamp

W90 ‑4.3

EP･UV

Dissociation

Dissociation
Bond

Bondenergy

亘3lamp

Run‑2

LP一口V

energykcal/mol

Run‑1‑‑7ef‑‑

lamp

1さ9C)

kcal/mol

lamp＋

kWh/m3‑‑ ‑･‑

50

【勺
=lC‑C

C‑Oaldehydes

82.6

C‑Oketones

葛176
179

C‑C

145.8

C‑Cl

81

C‑H

98.7

C‑F

116

N‑HNH3102.2

C‑N

72.8

S‑0119C‑N147

N‑0162＼■tL)
lJU⊂)f一⊥vo45

No.

1(2001/8)

2
Irradiation

第3図Fig.

Vol.

13energy[kWb/m3]

効率の比較
3

神鋼パンテツク技報

ComparisonofPerformance

5Sと670Wの低圧uvランプをとりつけで性能比較しあたり,低圧uv酸化装置の検討をおこなった｡

たものである｡排水としては純水に有機源として本排水はリンス排水が大半を占めており,TOC濃度が0.8‑IPAを溶解したものを使用しているが,この結果より低圧uvランプは高圧uvランプと比較して消費1mg凡という低濃度の有機排水である｡
処理方式としては生物活性炭方式のバイオリアクタ一電力を大幅に削減できることが確認できた｡

についても検討した｡この方式は高圧uv酸化装置,低圧uv酸化装置と比較して消費電力やランニング

IPAの酸化分解反応は(1)式に示したように,アセトン,酢酸が中間体として生成する｡

コストの面で優れているが,本工場では設置スペー＋02‑H2＋02(cH3) (CH) oH‑(CH3)2CO‑CH,COOH＋CO2＋fI20

IPA

アセトン

2スの面で適用し難く,最もコンパクトな低圧UV酸化装置を採用することになった｡

酢酸‑システムの設計に先立ち,類似排水によりパイロッ

3CO2＋3H20(1)ト試験を実施し必要照射電力の確認を行なった｡既炭酸ガス,水設工場における高圧uv酸化装置の運転実績では,処理水TOC濃度を300/Jg凡まで下げるのに必要な

また,メタノールではホルムアルデヒドや蟻酸が,照射電力量としておよそ1.1kWIVm3であったが,パアセトンでは酢酸が生成される｡これらの中間体の内,酢酸や蟻酸はイオン性であるため逆浸透膜やイ

イロット試験の結果では第4図のように1/2以下の一.
･Zl警雪空言三言苧票ぎ冨ヲオン交換樹脂で除去することが可能である｡そのため目標TOC濃度によっては完全酸化は不要となる｡

実施したがⅢ202除去はNa口SO3を添加しておこなっ

4.納入装置4.

.

た｡次にパイロット試験装置の概略仕様を示す｡
l1排水回収への適用

ラ

電子部品工場における低濃度有機排水の回収に適

シ1)ンダー寸法:150￠×1500L用した例を紹介する｡本工場では従来より高庄uv通酸化装置により排水の処理･匝川又を行っていたが,

光ン

プ出力:o.54kW
量:

水増感

消費電力や設置スペースの削減のため設備の増設に

0.38‑1.5m3nl

剤:H202(注入量15‑150ml凡)

350

EL00

RoⅦ

A

Row

water:TOC830ト1g/L
OC93
0LLg/Lwater:T

A=巧

2Eu=‑T%:‑ーー
=ニーー

50i

□￣●●■̲00■

I

I‑.=亡官̲‑.7,､三'し〕
C)
E‑

50

眉'訪00

G≡EiO
50

00.2

0.4

0.6

0.8

Irradiation

第4図
Fig･

1

1.2

energy(KWh/m3)

energy

and

1.4

1.6

1.8

uv照射量と残留TOCの関係
4

RelationshipbetweenIrradiation

residual

TOC

fI202

Rowwater

第5図Fig･

54tankLow‑press1∬e

UVoxidation

Activfle.tee;rbonトイca:ltl:≡ge
Treatedllnitwater

低圧uv酸化装置を使用した排水回収システムフロー
5Flowdiagramofwastewater

recovetysystemwithlow‑pressure

神鋼パンテツク技報

UVoxidation

Vol.

45

No.

1(2001/8)

8 OUU

E]･ankO40m2[ [5 400

17.3 m2

く⊃
⊂>く>
LD] □

Low‑pressure

第6図
Fig･

写真1

Pump

B】owerUV
UV

E3suu:,[3Eigh‑pressure UV

低圧uv酸化装置と高圧uv酸化装置の配置図
6

Layoutofhigh‑pressure

low‑pressureandUV

oxidationsystem

低圧uv酸化装置

Photo1Low‑pressuretion

UV

た｡本設備の反応器は立体的に設置されているうえoxida‑unitに,電源盤と一体構造としているのでコンパクな設備となっている｡また,同処理量の高圧uv酸化装I

置とのスペースの比較を第6図に示したが,高圧41')21&mrt^3xAv#Z笠置

uv酸化装置では電源盤やブロア‑,中間ポンプな形

式:多管式シリンダー型光酸化反応器

ラ化装置の設置スペースは高圧uv酸化装置の約50ンプ出力:5.4kW/塞台%に削減することができた｡

数:4基/台×2台
流処理

むす び
水処理用エネルギーの削減と省スペース化の目的

量:75m3n12 )過酸化水素添加設備

で,低圧uv酸化装置を低濃度有機排水の回収装置

添加量:最大注入量

貯留槽:既設高圧uv酸化設備用から分50mg凡として電子部品工場に納入した｡

取塔▲I

1日あたりの電力消費量が従来方式と825kWh削減することが可能となり,設備スペースについても50%に削減するこ式:下降流式活性炭充填塔

活性炭充填量:

この結果,比較して約50%,

3)過酸化水素除去塔
形

どの付帯設備の占めるスペースが大きく低圧uv酸とができた｡

5.9m3[参考文献]

数: 2塔

1)知福博行:神鋼パンテツク技報,

vol.40,No.2(1997),

4)処理水フィルター‑/蒜仁/'､/′'芸てヵートリッジ式5pm
台2冒̀1是揮政宣ほか‥神綱パンテ

数: 3台

本設備のフローを第5図に,外観を写真lに示し(1999), p.76
3)照明学会編:ライティングハンドブック

連絡先
杉貰

政宣

環境装置事業部
水処理本部
営業部
第2グループTE
FAX
E‑mailVol.

45

No.

L

078‑232‑8094
078‑232‑8075

m.sugisawa@pantec.cojp

1(2001/8)

神鋼パンテツク技報55