水銀フリーの安全で「新奇」なろ過殺菌水処理・循環システム
大阪産業大学 デザイン工学部 環境理工学科准教授

高浪龍平

2023年 3月 2日
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1. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途

ろ過殺菌水処理4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報2

1. 従来技術とその問題点

水の紫外線処理の背景
水道の紫外線照射装置の導入
2018年

394件
2007年

25件

15倍
省令改正が契機に水俣条約、水銀規制

水銀フリー

紫外線ランプのニーズ
しかし

低圧水銀ランプ
低コスト化・規格化
競争力高い

水銀フリー光源黎明期

UV-LED

深紫外領域の出力不足

プラズマUV

深紫外領域に対応
ブロード発光が特徴→補完技術に着目

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1. 従来技術とその問題点

深紫外光源の特徴

172, 260, 350nmを中心とするブロード波長（プラズマUV）
中心波長265, 275, 285nm等の単波長（UV-LED）

ブロード域

185, 254nm単波長（低圧水銀ランプ）
160

180

200

オゾン発生

220

240

260

280

DNA損傷・殺菌効果

抗生物質・COD分解

300

320

340

360

400
波長(nm)

濁質・COD分解・藻類増殖抑制

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1. 従来技術とその問題点

水の循環・再利用のニーズと課題

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1. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途

ろ過殺菌水処理4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報6

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

プラズマUVの発光原理と光源の構造• 放電させる気体にキセノンガスを用いると、真空紫外線が発生• 蛍光体を用いることで、発光波長を長波長に変換【資料提供】株式会社 紫光技研

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プラズマUVの発光波長
プラズマUV(3光源)

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

低圧水銀(オゾンレス)

ブロードな波長帯域が殺菌・酸化力に寄与
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2. 新技術の特徴・従来技術との比較

深紫外線光源を用いた反応槽の構造と特徴

プラズマUVは均一かつ連続的な照射が可能な面光源

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2. 新技術の特徴・従来技術との比較

プラズマUVの特徴

LAF（プラズマUV）LML（低圧水銀）

安全性
応答性
拡張性
波長選択性
課題

△

割れても安全△

オンデマンド運転可△

小規模処理可△カスタマイズ可水銀使用
安定まで１時間
サイズ・形状に制約

254nmの単波長

〇

水銀不使用

〇

数秒で安定

〇

サイズ・形状に自由度大〇VUVからのブロード波長

導入コスト・互換性

割れても安全！ 水銀不使用の新光源！
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2. 新技術の特徴・従来技術との比較

枯草菌の不活化
0LAF
LMLlog 生残率-1-23 log 不活化-3-402468

照射エネルギー量 ( mJ / cm2 )1012• LAF（プラズマUV）およびLML（低圧水銀）の枯草菌の不活化を確認した• 3 log 不活化に必要な照射エネルギーは、LAFで約 9 mJ/cm2、LMLで約 11 mJ/cm2となり、LAFはLML相当かそれ以上の不活化能力を有している
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大腸菌の不活化と光回復照LML
射線量10.62.2LAF2)(mJ/cm

ダミー

光LML
回
復率
LAF

(%)

5.55

LML
0.13※継続して確認中
紫外線照射条件を固定

LAF

2. 新技術の特徴・従来技術との比較• 大腸菌を3 log 不活化に必要な照射エネル
ギーは、LAFで 2.2 mJ/cm2、LMLで10.6 mJ/cm2となり、LAFはLMLの5倍程度の不活化能力を有している• LAFの光回復率は0.13%とLMLより低く、高い不活化能力を有している
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反応槽の構造で３倍の性能
0全方位照射(LAF)
1方位照射(LAF)
log 生残率-1-23 log 不活化-3-40510

照射時間 ( 秒 )1520

2. 新技術の特徴・従来技術との比較• 平面と円筒の異なる構造により、1方位と全方位照射による枯草菌の不活化を確認した• 3 log 不活化に必要な照射時間は、全方位で約 4.5 秒、1方位で約14.5 秒となり、全方位照射により処理性能が3.2 倍向上した※全方位における照射強度の測定は困難なため照射時間で比較
13有機物（抗生物質）の分解
100%

LAF

分解率

80%

60%

40%

20%

0%

LML

2. 新技術の特徴・従来技術との比較• LAFおよびLMLの抗生物質の分解を確認した• SDMXを除いたすべての物質においてLAFの分解率が高く、LAFはLML相当かそれ以上の有機物分解能力を有している

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1. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途

ろ過殺菌水処理4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報
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高分子対応促進酸化システム

3. 想定される用途

350nm → 260nm → 178nm の光源を組み合わせ、光源冷却時に発生する排オゾンを活用した、濁質などの高分子有機物に対応する促進酸化水処理システム※ 特許出願済（特願2021-093268）

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「高耐久」流水ろ過殺菌システム

3. 想定される用途

水路を紫外線透過率の高い樹脂に置き換えた、振動などへの耐久性が高く、割れても安全な装置全体が樹脂製のため紫外線殺菌と高性能なろ材吸着を組み合わ振動 と 海水 に 対 応 せた「高耐久」な流水ろ過殺菌装置

171. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途

ろ過殺菌水処理4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報18

光源による紫外線処理コスト

4. 実用化に向けた課題

光源

紫外線
発光効率

紫外線線量

紫外線
実効エネルギー比

低圧水銀(LML)

30 %12.6 mW/cm2

46.6

プラズマUV（LAF）

3%

2.7 mW/cm2

1(基準)

光源

大腸菌
不活化能力

全方位照射に改善

実効不活化能力比

低圧水銀(LML)1(基準)1(１方位照射)1(基準)プラズマUV（LAF）

5

3

15

46.6 ÷ 15 ≒ 3
プラズマUVは低圧水銀の3倍処理コストがかかる
安全等の付加価値と技術進歩で対応

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処理規模の最適化と規格化ろ過の最適化

4. 実用化に向けた課題

ろ材の前処理で濁質の７割を除去可能
紫外線処理に最適な透過率まで循環ろ過するユニットの構築 ろ過と紫外線処理の最適バランスで処理装置をユニット化し、処理システムを規格化する

比較的小規模なろ過殺菌水処理・循環処理をユニット化したシステムで対応し、生産コストを削減する。
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1. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途ろ過殺菌水処理

4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報
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紫外線処理はすそ野が広い

5. 企業への期待

企業様
メーカー
光源ろ材
ニーズに沿ったコンソーシアムの構築が必要

循環・再利用水処理システムの開発

設計
プラント
メーカー

企画・研究
大阪産業大学22

1. 従来技術とその問題点
水銀フリーの

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

安全で「新奇」な

3. 想定される用途ろ過殺菌水処理

4. 実用化に向けた課題

・循環システム5. 企業への期待
6. 本技術に関する情報23

本技術に関する知的財産権

6. 本技術に関する情報

発明の名称： 水処理装置および水処理方法

出願番号： 特願2021-093268

出願人： 学校法人大阪産業大学

発明者： 高浪龍平24

お問い合わせ先

6. 本技術に関する情報

大阪産業大学
社会連携・研究推進センター 産業研究所事務室〒574-8530
大阪府大東市中垣内3丁目1番1号
Tel： 072-875-3001 (代)Fax： 072-875-6551

Email ： sangaku@cnt.osaka-sandai.ac.jp
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ご清聴
ありがとうございました
本技術の紹介パンフレット
もご覧ください26