水処理装置
【課題】水位差の充分でない砂ろ過池、活性炭ろ過池、膜ろ過設備等の後段の水路において、自然流下によって処理するのに十分な水位差がなく、且つ１次側に流入する処理水が周期的に変動する場合においても定量的、且つ効率的に紫外線殺菌処理装置を運転することができ、更に２次側への有害物質の流出の危険性を防ぐことができる水処理装置を提供すること。
【解決手段】第１水路（上流側開水路１）と第２水路（下流側開水路２）と、第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管（バイパス管路１９）と、紫外線殺菌処理装置６と、揚水ポンプ７と、サイフォン配管の第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構１１と、該機構１１内の水面が第２水路の水面より高くするための堰と、第１水路の水位を測定する水位計１３と、検出水位信号によって紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置を設けた。
【解決手段】第１水路（上流側開水路１）と第２水路（下流側開水路２）と、第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管（バイパス管路１９）と、紫外線殺菌処理装置６と、揚水ポンプ７と、サイフォン配管の第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構１１と、該機構１１内の水面が第２水路の水面より高くするための堰と、第１水路の水位を測定する水位計１３と、検出水位信号によって紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水処理設備のろ過処理等の濁質除去を行った処理水を紫外線殺菌若しくは紫外線酸化処理を行うのに好適な水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理設備において、細菌、ウイルスや原生動物などを含む被処理水を消毒・殺菌する手段としては、従来から紫外線殺菌処理が実用化されている。近年では塩素耐性を持つ原虫類（例えばクリプトンポリジウム）の不活化等を目的として、水道分野においても普及している。代表的な浄水処理工程では凝集沈澱、急速ろ過など濁質を除去する工程を経た後に塩素消毒が行われている。このような浄水処理工程に紫外線処理を導入する場合、急速ろ過と塩素消毒の間に紫外線殺菌装置を設置して処理を行うことが望ましい。
【０００３】
一方、紫外線殺菌をする方法としては、紫外線ランプを被処理水の開水路に浸漬させる方法と、紫外線ランプを耐圧製の紫外線殺菌処理装置内に配置し、管路に接続して処理水を通過させる方法がある。水道分野においては、作業者への安全性や装置の効率性の観点から後者の装置が一般的である。そのため、新たに設置する浄水場において紫外線処理を実施する場合、急速ろ過池と塩素混和池の間に紫外線殺菌処理装置を管路で接続し、被処理水を自然流下で流通することにより紫外線処理を行う方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
一方、水路を上流側と下流側で二つに仕切り、配管で仕切りをまたいで上流側と下流側をつなぎ、その配管の途中に紫外線殺菌処理装置を設置する技術がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２０９３０７号公報
【特許文献２】実公平７−２１２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法には下記のような課題がある。
先ず第１に、ろ過池、活性炭ろ過、膜ろ過などの浄水工程では、間欠的にろ過媒体を洗浄する必要がある。多くの場合洗浄水は自身のろ過工程で生成した処理水を使用するため（水道施設設計指針（２０００）（社）日本水道協会）、洗浄工程時には後段に供給される処理水は減少するか或いは一旦停止する。このため後段に供給される処理水は周期的に変動するのが通常である。洗浄周期は、砂ろ過や活性炭ろ過では６〜７２時間に１回、膜ろ過では１５〜１２０分に１回が一般的である。ろ過装置は数基〜数十基程度の設備が１つの系列で設置され、それらは同時に洗浄を行うのではなく、数分〜数時間毎に順次１基ずつ行われるため、実際には数分〜数時間に１回程度の周期で洗浄が行なわれている。そのためこの周期で処理水の変動が生じることになる。
【０００６】
第２にサイフォンにより被処理水を送水する場合、上流側と下流側の水位差が十分に確保されている必要がある。即ち、紫外線殺菌処理装置を含めた配管全体の圧力損失が、水位差よりも小さいことが必要となる。ところが一般的に砂ろ過池や活性炭ろ過池の後段に位置する処理水渠は、０．１〜０．３ｍ程度の水位差で流れているが、これら紫外線装置を含むサイフォンは少なくとも１ｍ以上の圧力損失をもつのが一般的であり、そのままサイフォンのみで自然流下により通水することはできない。また、上流側の水位変動によって上流側の水位が下流側より低下した場合は、例えばせっかく処理した下流側にある多量の処理水がサイフォンにより逆流することになる。この場合は処理水を再度紫外線殺菌処理等をしなければならず、非効率的な処理をするおそれがあった。
【０００７】
ところで紫外線殺菌処理装置は、一定時間以上被処理水が流れないと紫外線ランプの放熱により装置内の温度が上昇するため、装置保護の観点から紫外線ランプを消灯しなければならないのが通常である。一方で紫外線ランプの消灯、点灯はランプの寿命を縮めることとなり、また、点灯直後の紫外線ランプから照射される紫外線は不安定であり、十分な殺菌効果を達成できない。これらのことから、ランプは極力連続点灯する必要が生じる。即ち、紫外線殺菌処理装置には、極力連続して被処理水を供給することが望ましい。特にサイフォン管により被処理水を流通する場合には、サイフォンが破壊すると紫外線殺菌処理装置内の水が流失するため、ランプを点灯し続けると放熱によってランプが重大な影響を受ける。そのため、サイフォンが破壊した場合に、直ちに紫外線ランプを消灯する必要があり、定常運転時においてサイフォンを維持することが必要であった。
【０００８】
従って、紫外線殺菌処理装置をこのような砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過などの後段に設置する場合、既存の技術では処理水の変動が大きく、紫外線ランプの消灯・点灯が生じる可能性があり、安定した紫外線処理とともに紫外線ランプの寿命が短くなることで維持管理コストが上昇するというといった課題があった。
【０００９】
更に、洗浄工程などによって流量変動が生じる場合には低水量時の問題ばかりではなく、常時においては水量が平均化されていないため、平均水量より高めの水量設定が必要になる。このことは、紫外線殺菌処理装置を配備する場合、本来の平均水量ではなく、水量変動を考慮した最大水量において規定の能力を発揮できるような装置を選定しなければならなくなる。つまり、紫外線殺菌処理設備を過大なものにしなければならなくなる。
【００１０】
第３に、紫外線殺菌処理装置は、通常図２に示すように、水銀を封入した紫外線ランプ１７を、石英ガラスなどの中空円筒形の保護管１８内に設置して構成されている。万一保護管１８と紫外線ランプ１７が破損した場合、処理水中に水銀や保護管１８や紫外線ランプ１７を形成するガラス等の破片が流出する恐れがあるため、保護管１８や紫外線ランプ１７の破損時は瞬時にこれらの流出防止対策をしなければならない。特に人体に直接影響を及ぼす飲料水である水道分野においては、万一の事故にも安全を確保することが大命題であり、既存技術では紫外線ランプが破損した時、ランプのガラス破片や封入水銀にどが２次側に流出する危険を回避できないという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、水位差の充分でない砂ろ過池、活性炭ろ過池、膜ろ過設備等の後段の水路において、自然流下によって処理するのに十分な水位差がなく、且つ１次側に流入する処理水が周期的に変動する場合においても定量的、且つ効率的に紫外線殺菌処理装置を運転することができ、更に２次側への水銀等の有害物質の流出の危険性を防ぐことができる水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明は、第１水路と第２水路と、第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管と、サイフォン配管に設けた紫外線殺菌処理装置と、第１水路の水を前記サイフォン配管を通して第２水路に揚水する揚水ポンプと、サイフォン配管の第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構と、流量安定化兼逆流防止機構内の水面が第２水路の水面より高くするための堰と、第１水路の水位を測定する水位計と、水位計で検出した水位信号によって紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする水処理装置にある。
【００１３】
また、本発明は上記水処理装置において、揚水ポンプは全揚程が４ｍ以下の低揚水型のポンプであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は上記水処理装置において、制御装置は、水位計の水位信号により、揚水ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記水処理装置において、サイフォン配管は、紫外線殺菌処理装置の下流側が最も高くなるサイフォン形状となっており、該サイフォン形状の頭頂部に真空破壊弁を設置したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記水処理装置において、制御装置は、紫外線殺菌処理装置のランプ破壊などの緊急信号によって真空破壊弁の開閉を制御し、サイフォン配管の真空破壊を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記水処理装置において、サイフォン配管の紫外線殺菌処理装置の下流側から、第１水路に水を循環させる循環配管を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
発明によれば、下記の効果が得られる。
（１）水位差が充分にない第１水路と第２水路の間においても管水路型の紫外線殺菌処理装置が設置でき、常に安定した紫外線殺菌処理が可能である。
【００１９】
（２）処理水量の変動する浄水装置の後段に紫外線殺菌処理装置を設置した場合でも、間欠運転を防止できるため紫外線殺菌処理装置の紫外線ランプのＯＮ−ＯＦＦを防止でき、紫外線ランプの寿命の延命化が図れる。
【００２０】
（３）処理水量の変動する浄水装置の後段に紫外線殺菌処理装置を設置した場合でも、流量の安定化が図れるため処理水の最大値が小さくなり、紫外線殺菌処理装置の最大処理能力を低減することができる。
【００２１】
（４）紫外線殺菌処理装置、揚水ポンプ、流量計等の機器を全て第１水路及び第２水路の上部床上に配置すること可能となるため、機器の設置が容易で且つ維持管理も容易となる。
【００２２】
（５）機器の設置が簡単容易であるため、既設開水路へ新たな装置を設置する場合や、或いは装置を別の開水路へ移設する場合などに適している。
【００２３】
（６）揚水ポンプの流量調整により、処理水流量を調節できるので、処理水流量の調整が容易で、且つ精度のよい流量調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。本実施の形態例では、本発明に係る水処理装置を浄水設備の急速ろ過池１００からの処理水の紫外線殺菌処理に適用する場合について説明するが、本発明に係る水処理装置は、急速ろ過池の処理水以外にも、活性炭吸着池ろ過水、膜ろ過設備のろ過水等の処理水の紫外線殺菌処理に適用できる。
【００２５】
上水処理設備には、一つの系列に急速ろ過池１００が数基〜数条基程度配置されており、流入する流入水は流入渠１０１に流入し、該流入渠１０１から各急速ろ過池１００に均等に配分されるようになっている。流入渠１０１から急速ろ過池１００に流入した水は流入サイフォン１０２を通って濾層１０３に流入し、該濾層１０３でろ過され、一旦浄水渠１０４に貯留され、その後流出堰１０５を越流して、本水処理装置の上流側開水路１に流入する。急速ろ過池１００は、濾層１０３の洗浄水として浄水渠１０４に貯留された処理水を利用するため、洗浄工程に入ると浄水渠１０４の水位は通常より低くなる。従って、洗浄中は流出堰１０５を越流して上流側開水路１に流入する水は減るか、殆どなくなる。一方、洗浄が終了すると浄水渠１０４の水位が上昇し、流出堰１０５を越流する水も回復する。
【００２６】
上流側開水路１と下流側開水路２は仕切り壁３により隔てられている。上流側開水路１には吸込み管４、下流側開水路２には排水管（吐出し管）５が設置されており、上流側開水路１と下流側開水路２の上方で吸込み管４と排水管５を管で連結してバイパス管路１９を形成している。このバイパス管路１９の途中、即ち吸込管４と排水管５の間には管内通水式の紫外線殺菌処理装置６、揚水ポンプ７、サイフォンポッド８等を設置している。これらは一体となってサイフォンを形成している。この紫外線殺菌処理装置６、揚水ポンプ７、及びサイフォンポッド８の配置順序は問わないが、下記の理由により、揚水ポンプ７、管内通水式の紫外線殺菌処理装置６、及びサイフォンポッド８の順に配備することが望ましい。なお、上流側開水路１及び下流側開水路２の上部は天井壁３０で覆われている。
【００２７】
最上流側に揚水ポンプ７を配置するのが望ましい。その理由は、吸込み揚程を小さくして、運転立ち上げを円滑に行うためである。ここで、揚水ポンプ７は陸上型でも上流側開水路１内に配備する水中型（図示せず）でもどちらでも良い。しかし、上水道設備の場合のように、製品である「処理水」を汚染する可能性のある物体は極力処理水に接水しない方が好ましい。また、後に説明するようにポンプ揚程が４ｍ程度以下で十分である本発明に係る水処理装置においては陸上型の低揚程が適している。
【００２８】
更に、サイフォンポッド８の取付け位置に関しては、紫外線殺菌処理装置６の後段にあることが望ましい。図２に示す構成の管内通水式の紫外線殺菌処理装置６では、紫外線ランプ１７が破損した場合にサイフォンポッド８が後段にあった方が破損物は下流側開水路２に流入しにくい。
【００２９】
吸込み管４のある上流側開水路１の水位は排水管５のある下流側開水路２の水位より高いのが通常であるが、揚水ポンプ７の全揚程からサイフォン全体の圧力損失を差し引いた水頭を超えなければ、下流側開水路２の水位が上流側開水路１と同じか若しくは高くても良く、揚水ポンプ７の作用により水を紫外線殺菌処理装置６に供給することが可能で、紫外線殺菌処理を安定して継続することができる。
【００３０】
下流側開水路２の水位低下がサイフォン形成に影響を与えず、且つ揚水ポンプ７の停止時に下流側開水路２の水位が上流側開水路１の水位よりも上昇した場合、下流側開水路２の水が逆流して水位差分の水量全てを上流側に移送してしまうのを防ぐため、流量安定化兼用逆流防止機構１１が必要である。上流側開水路１及び下流側開水路２は、一般的には水深２〜４ｍ程度である。上流側開水路１の水位は吸込み管４の下端より高い位置にあればよい。このような流量安定化兼用逆流防止機構１１によって上流側に逆流した水を再度多量に紫外線殺菌処理しなくてもよくなる。
【００３１】
流量安定化兼用逆流防止機構１１は単に下流側開水路２から上流側開水路１への水の逆流を防止するためだけではなく、下流側開水路２の水位を一定に保つ作用を有することから、揚水ポンプ７の流量を安定化し、紫外線殺菌処理装置６が安定して紫外線殺菌処理を行うという観点から極めて効果的である。図２に示す構成の管内通水式の紫外線殺菌処理装置６において、紫外線照射量は紫外線ランプ１７により処理水Ｗａに照射される紫外線量率と、照射槽２０における処理水Ｗａの滞留時間の積で表される。ここで紫外線量率とは、紫外線ランプから照射される面の単位面積あたりに入射する紫外線出力である。照射槽２０の容積は一定であるから滞留時間を一定化させるためには照射槽２０を通過する処理水Ｗａの流量の一定化がそのまま紫外線照射量の安定化に繋がり、安定した紫外線殺菌処理が行われるためには処理水Ｗａの流量の一定化が必要となる。
【００３２】
流量安定化兼用逆流防止機構１１の必要な設計について説明する。下流側開水路２の水位は、流量安定化兼用逆流防止機構１１を取り付けることにより、水位の下限を設ける必要がなくなる。但し逆流防止の観点から下流側開水路２の上限水位Ｌ３（図９参照）は流量安定化兼用逆流防止機構１１の堰１１ａのレベルＬ５より低い必要がある。また、立ち上げ当初のサイフォン形成時に必要な水を貯留する必要がある。従って、図９に示すＶａの体積（流量安定化兼用逆流防止機構１１のＬ５からＬ４までの体積からＬ５からＬ４の間の排出管５の外周に囲まれた内側部分の体積を除いた体積）が、Ｖｂの体積（逆Ｕ字管のＬ５より上部で且つａの線（サイフォン頂部中心を通る線）より右側までの部分の体積）より大きくなるように設計する必要がある。なお、図９は図１の一部の詳細を示す図である。このような流量安定化兼用逆流防止機構１１によって逆流する水量を堰１１ａに溜まる水量以下の量に抑えることができる。
【００３３】
また、揚水ポンプ７の停止時（１次側と２次側の水位が同等になった場合）のサイフォン破壊を防止するため、上流側開水路１の最低水位Ｌ２は下流側開水路２の排水管５の吐出口レベルＬ４よりも高い必要がある（Ｌ２＞Ｌ４）。また、万一紫外線ランプ１７が破損した時の、ガラスや水銀などの異物回収としての機能も奏することが可能となる。
【００３４】
上記流量安定化兼用逆流防止機構１１の構成例を図３〜図５に示す。図３に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、下流側開水路２の天井壁３０の下面に所定の体積Ｖａを有する容器２１のフランジを固定し、該容器２１の内部に排水管５の下端を挿入した構成である。図４に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、容器２１内に管２２を配置して取付けた構成であり、この管２２の上端をフランジ２４を介して排水管５の下端に接続している。これにより排水管５の下端は管２２の下端となる。また、図５に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、排水管５の下端にＵ字状管２７を介して上部が開口した漏斗状の容器２８を接続した構成である。
【００３５】
流量安定化兼用逆流防止機構１１としては、維持管理の面から水渠の水を抜くことなく上部から取り外しが出来る構造が望ましい。図３〜図５に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１のうち、図５に示すものは、シンプルで且つ経済的で維持管理が容易であり、本発明に係る水処理装置に用いるのに最も適している。なお、材質はステンレスなど耐食性があり、長期間の使用に耐える材質が望ましい。
【００３６】
揚水ポンプ７は、必要な水量及び揚程を満足していれば型式は問わないが、維持管理が容易に行うことができるよう、上流側開水路１の上部に設置されているか、若しくは上部に引き上げられる構造であるこことが望ましい。例としては横軸軸流ポンプ若しくは立軸軸流ポンプが適している。渦巻ポンプは陸上ポンプとして水道分野に限らず一般的によく使われているが、より高揚程（例えば５ｍ以上）に使われているため省エネルギーの観点からは本発明に係る水処理装置に適しているとは言えない。
【００３７】
次に、サイフォンポッド８の作用について述べる。本水処理装置運転時に、真空源（図示せず）に繋がったサイフォンポッド８の自動弁９を開き、サイフォン内を負圧にすることにより、吸込管４及び排水管５から水を吸い上げサイフォンを形成する。サイフォン管が満杯になったことはサイフォンポッド８に設けられた水位検知器１０等で確認する。サイフォン形成を確認後、自動弁９を閉じ、揚水ポンプ７を運転して必要な処理水を通水させる。真空源としては、エジェクタによる負圧の生成や、真空ポンプによる方法などがある。既設設備として真空タンク等で充分な真空源が確保されている場合はそれを利用することもできる。
【００３８】
なお、構造的にポンプ羽根が上流側開水路１の水面ＷＬ１より下方にある場合は、真空源がなくてもサイフォン管（バイパス管路１９）を満杯にすることは可能であるが、以下の理由により真空源によりサイフォン形成を行うべきである。即ち、紫外線殺菌処理装置６は発熱を伴うことから、装置の紫外線ランプの点灯はサイフォン形成後に行うべきである。その際、揚水ポンプ７を利用して立ち上げると未処理水が２次側に流出することになる。真空源によりサイフォンを形成する場合、処理水は上流側開水路１から下流側開水路２には流れることはなく安全にサイフォン管を満杯にすることができる。
【００３９】
上流側開水路１に連続的に水面ＷＬ１の水位を測定する水位計１３を設置し、その検出水位から必要な供給水量を計算し、揚水ポンプ７の回転数を制御する制御装置（図示せず）を設ける。この制御装置により、上流側開水路１の水位が低下した場合には供給水量を減らし、且つ紫外線殺菌処理装置６に途切れることなく連続して処理水Ｗａを送るように揚水ポンプ７の回転数を制御する。そして最大処理水量の低減化と流量の連続化を図ることにより、先に述べた通り紫外線殺菌処理装置６の能力を最大水量で規定能力を発揮するように設定する必要がなくなり、後述するように適正な能力のものに選定できる。
【００４０】
図６は供給水量Ｑと上流側開水路の水位ＷＬ１の関係を示す図である。また、図７、図８は時間経過と水位及び供給水量の変動を示す。図７及び図８の横軸に時間経過順に「ろ過」、「洗浄」、「ろ過」、「洗浄」と区分して示すのは、上流側開水路１の前段にある急速ろ過池１００の各工程の切り替えが行われることを示したものであり、両図の区分される時点において工程が同時に切り替わることを意味する。いずれの図も水位計１３の検出水位により制御を行わない従来技術の場合（破線Ｂ）と、水位計１３の検出水位による制御を行った本発明の場合（実線Ａ）を示す。図７の破線Ｂのａ〜ｆの各記号は従来の紫外線による殺菌処理において水位が変化する時点を示しており、ａは水位が一定の状態から低下に転じる時点を、ｂは水位が低下する状態から最低水位に達する時点を、ｃは水位が最低水位から上昇に転じる時点を、ｄは水位が上昇する状態から上限水位に達する時点をそれぞれ指す。ｅ、ｆはそれぞれａ、ｂと同様であり時間経過とともにこのような変動を繰り返す。そして図７のａ及びｅは、ろ過工程から洗浄工程に転じる時点であり、ｃは洗浄工程からろ過工程に転じる時点である。図８のｂ、ｄ及びｆの記号は図７における同一記号と同じ時点を意味し、図８においてｂ及びｆは揚水ポンプ７が水量一定（Ｑｍａｘ）の運転状態からポンプ停止状態に転じる時点、ｄはポンプ７の停止状態から水量一定の運転状態に転じる時点を示している。
【００４１】
このように、図７の破線Ｂで示すように処理流量の制御を行わない従来技術では、上流側開水路１の水位ＷＬ１が周期的に低下し、装置を停止する必要が生じる。一方本発明では、洗浄による周期的に変動する前段ろ過池１００等の処理水量に対し、上流側開水路１の水位ＷＬ１の低下時には紫外線殺菌処理装置６への処理水供給量を減らし、水位ＷＬ１の上昇時には処理水の供給量を増やすことで、水位ＷＬ１の変動を抑え、結果的に安定した運転ができる。また、図１０は流量制御ポンプにポンプの回転数制御を用いた場合のポンプの水量Ｑと揚程Ｈの関係を示す図である。
【００４２】
また、図８の実線Ａで示す本発明と破線Ｂで示す従来例とを比較すると、本発明では最大処理水量は小さくなり、紫外線殺菌処理装置６に小さい処理能力の装置を選定することができる。また、本発明では水位変動による装置停止も伴わないため、装置停止を頻繁に行う従来技術に比較して、例えば１日５〜１０回、紫外線殺菌処理装置６の紫外線ランプ１７を停止した場合に比べてランプ寿命は５０〜１００％伸びることになる。一般に、低圧紫外線ランプでは発熱量が少なく、処理停止時にランプを停止することは不要であるが、中圧紫外線ランプの場合、発熱量が多いため処理停止時に紫外線ランプも同時に停止するのが一般的である。
【００４３】
なお、紫外線殺菌処理装置６に供給する水量を変動させる手段としては、揚水ポンプ７の回転数制御が望ましいが、バルブによる流量調節も可能である。万一水位低下が生じた場合は、図１に示すように、循環バルブ３２を備えた循環配管３１を設置し、通常処理水よりも小さく、紫外線殺菌処理装置６の温度上昇を回避する必要最小限の処理水量を排水管５から上流側開水路１に戻すことにより、紫外線ランプを消灯することなく連続運転が可能である。
【００４４】
図１１は本発明に係る水処理装置の運転処理フロー示す図で、図１１（ａ）は運転開始処理フローを、図１１（ｂ）は停止処理フローを、図１１（ｃ）は非常停止処理フローをそれぞれ示す。運転開始は次の手順で行う。先ず、運転信号が発せられると（ステップＳＴ１）、水位検知器１０が満水、即ちサイフォン管が満杯状態にあることを検知しているか否かを判断する（ステップＳＴ２）。満水検知でない場合は真空弁（自動弁９）を開いて（ステップＳＴ３）満水を待ち、満水検知している場合は、紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６をＯＮにする（ステップＳＴ４）。ＵＶ装置のスタートアップタイムである所定時間Ｔａ（数分〜数十分）後、揚水ポンプ７の運転を開始し（図１０の最小流量Ｑｍｉｎ）（ステップＳＴ５）、続いて水位計１３の検出水位による揚水ポンプ７の回転数制御を行い（ステップＳＴ６）、通常運転となる。
【００４５】
運転停止は次の下記の手順で行う。水位計１３の検出水位Ｌｘ＝Ｌ２で揚水ポンプ７が図１０の最小流量Ｑｍｉｎにて運転状態である場合（ステップＳＴ１１）、紫外線殺菌処理装置６（ＵＶ装置）が通水なしの運転限界時間である所定時間Ｔｂ後に、循環配管３１の循環バルブ３２を開いて排水管５の処理水を上流側開水路１に循環させ（ステップＳＴ１２）、揚水ポンプ７の回転数ｆｘ＝ｆ１とする（ステップＳＴ１３）。水位計１３の検出水位ＷＬｘ＞Ｌ２であるか否かを判断し（ステップＳＴ１４）、ＮＯであったら処理水循環による運転待機時間である所定時間Ｔｃ後に循環バルブ３２を閉じ（ステップＳＴ１５）、揚水ポンプ７を停止（ＯＦＦ）し（ステップＳＴ１６）、続いて紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６を停止（ＯＦＦ）する。
【００４６】
前記ステップＳＴ１４で、ＹＥＳの場合、即ち検出水位ＷＬｘ＞Ｌ２である場合、循環バルブ３２を閉じ（ステップＳＴ１８）、揚水ポンプ７の運転を水位計１３による制御、即ち揚水ポンプの回転数を水位計１３の検知水位により制御し（ステップＳＴ１９）、通常運転となる。
【００４７】
非常停止は、次の手順で行う。紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６に異常が発生（紫外線ランプの破損、保護管の破損）（ステップＳＴ２１）すると、紫外線殺菌処理装置を停止し（ＯＦＦ）、真空破壊弁１６を開き、及び揚水ポンプ７を停止（ＯＦＦ）とする（ステップＳＴ２２）。
【００４８】
図１２は本発明に係る水処理装置の他の実施形態例を示す図である。図１に示す水処理装置と相違する点は、サイフォン管（バイパス管路１９）において、紫外線殺菌処理装置６の下流側がサイフォン管の中で最も高くなるように工夫し、その最高部に真空破壊弁１６を設置している。紫外線殺菌処理装置６は、図２に示すように、通例水銀を封入した紫外線ランプ１７を石英ガラスなどの強固な中空円筒形の保護管１８内に設置している。万一保護管１８と紫外線ランプ１７が破損した場合、処理水中に水銀や保護管１８や紫外線ランプ１７を形成するガラス等の破片が流出する恐れがあるため、保護管１８や紫外線ランプ１７の破損時には瞬時にこれらの流出防止対策をしなければならない。
【００４９】
本発明では、紫外線殺菌処理装置６の紫外線ランプ１７の破損や保護管１８の破損などを電気的に検知し、その信号により、図示しない制御装置は、瞬時に低揚程の揚水ポンプ７の運転を停止し、真空破壊弁１６を開くことによりサイフォンを破壊する。万一装置に異常があった場合にも、自然流下により水銀やガラス片が下流側開水路２へ流出することを防ぐことができる。本発明では、従来技術で採用されている自動弁や緊急遮断弁による方法と比較して遮断が迅速であり、より確実に水銀やガラス片の下流側開水路２への流出を防ぐことができる。
【００５０】
上述のように洗浄工程などによって流量変動が生じた場合、従来例では水量が平均化されないため、平均水量より高めの流量設定が必要となる。このことは紫外線殺菌処理装置を配備する場合、本来の平均水量ではなく、水量変動を考慮した最大水量において規定の殺菌能力を発揮させるため、従来は紫外線殺菌処理装置を過大なものにしていた。本発明では従来の最大水量に対するものの６０〜８０％にすることが可能であり、紫外線殺菌処理装置の能力としても６０〜８０％のもので済むので、コストの低減化が図れる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。
【図２】紫外線殺菌処理装置の構成例を示す図である。
【図３】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図４】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図５】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図６】供給水量と水位の関係を示す図である。
【図７】時間経過と上流側開水路の水位変化を示す図である。
【図８】時間経過と流量の変化を示す図である。
【図９】図１の一部の詳細を示す図である。
【図１０】流量制御にポンプの回転数制御を用いた場合のポンプ流量と揚程の変化を示す図である。
【図１１】本発明に係る水処理装置の運転処理フローを示す図である。
【図１２】本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 上流側開水路
２ 下流側開水路
３ 仕切壁
４ 吸込み管
５ 排水管
６ 紫外線殺菌処理装置
７ 揚水ポンプ
８ サイフォンポッド
９ 自動弁
１０ 水位検知器
１１ 流量安定化兼用逆流防止機構
１３ 水位計
１６ 真空破壊弁
１７ 紫外線ランプ
１８ 保護管
１９ バイパス管路
２０ 照射槽
２１ 容器
２２ 管
２５ 容器
２７ Ｕ字管
２８ 容器
３０ 天井壁
３１ 循環配管
３２ 循環バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水処理設備のろ過処理等の濁質除去を行った処理水を紫外線殺菌若しくは紫外線酸化処理を行うのに好適な水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理設備において、細菌、ウイルスや原生動物などを含む被処理水を消毒・殺菌する手段としては、従来から紫外線殺菌処理が実用化されている。近年では塩素耐性を持つ原虫類（例えばクリプトンポリジウム）の不活化等を目的として、水道分野においても普及している。代表的な浄水処理工程では凝集沈澱、急速ろ過など濁質を除去する工程を経た後に塩素消毒が行われている。このような浄水処理工程に紫外線処理を導入する場合、急速ろ過と塩素消毒の間に紫外線殺菌装置を設置して処理を行うことが望ましい。
【０００３】
一方、紫外線殺菌をする方法としては、紫外線ランプを被処理水の開水路に浸漬させる方法と、紫外線ランプを耐圧製の紫外線殺菌処理装置内に配置し、管路に接続して処理水を通過させる方法がある。水道分野においては、作業者への安全性や装置の効率性の観点から後者の装置が一般的である。そのため、新たに設置する浄水場において紫外線処理を実施する場合、急速ろ過池と塩素混和池の間に紫外線殺菌処理装置を管路で接続し、被処理水を自然流下で流通することにより紫外線処理を行う方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
一方、水路を上流側と下流側で二つに仕切り、配管で仕切りをまたいで上流側と下流側をつなぎ、その配管の途中に紫外線殺菌処理装置を設置する技術がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２０９３０７号公報
【特許文献２】実公平７−２１２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法には下記のような課題がある。
先ず第１に、ろ過池、活性炭ろ過、膜ろ過などの浄水工程では、間欠的にろ過媒体を洗浄する必要がある。多くの場合洗浄水は自身のろ過工程で生成した処理水を使用するため（水道施設設計指針（２０００）（社）日本水道協会）、洗浄工程時には後段に供給される処理水は減少するか或いは一旦停止する。このため後段に供給される処理水は周期的に変動するのが通常である。洗浄周期は、砂ろ過や活性炭ろ過では６〜７２時間に１回、膜ろ過では１５〜１２０分に１回が一般的である。ろ過装置は数基〜数十基程度の設備が１つの系列で設置され、それらは同時に洗浄を行うのではなく、数分〜数時間毎に順次１基ずつ行われるため、実際には数分〜数時間に１回程度の周期で洗浄が行なわれている。そのためこの周期で処理水の変動が生じることになる。
【０００６】
第２にサイフォンにより被処理水を送水する場合、上流側と下流側の水位差が十分に確保されている必要がある。即ち、紫外線殺菌処理装置を含めた配管全体の圧力損失が、水位差よりも小さいことが必要となる。ところが一般的に砂ろ過池や活性炭ろ過池の後段に位置する処理水渠は、０．１〜０．３ｍ程度の水位差で流れているが、これら紫外線装置を含むサイフォンは少なくとも１ｍ以上の圧力損失をもつのが一般的であり、そのままサイフォンのみで自然流下により通水することはできない。また、上流側の水位変動によって上流側の水位が下流側より低下した場合は、例えばせっかく処理した下流側にある多量の処理水がサイフォンにより逆流することになる。この場合は処理水を再度紫外線殺菌処理等をしなければならず、非効率的な処理をするおそれがあった。
【０００７】
ところで紫外線殺菌処理装置は、一定時間以上被処理水が流れないと紫外線ランプの放熱により装置内の温度が上昇するため、装置保護の観点から紫外線ランプを消灯しなければならないのが通常である。一方で紫外線ランプの消灯、点灯はランプの寿命を縮めることとなり、また、点灯直後の紫外線ランプから照射される紫外線は不安定であり、十分な殺菌効果を達成できない。これらのことから、ランプは極力連続点灯する必要が生じる。即ち、紫外線殺菌処理装置には、極力連続して被処理水を供給することが望ましい。特にサイフォン管により被処理水を流通する場合には、サイフォンが破壊すると紫外線殺菌処理装置内の水が流失するため、ランプを点灯し続けると放熱によってランプが重大な影響を受ける。そのため、サイフォンが破壊した場合に、直ちに紫外線ランプを消灯する必要があり、定常運転時においてサイフォンを維持することが必要であった。
【０００８】
従って、紫外線殺菌処理装置をこのような砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過などの後段に設置する場合、既存の技術では処理水の変動が大きく、紫外線ランプの消灯・点灯が生じる可能性があり、安定した紫外線処理とともに紫外線ランプの寿命が短くなることで維持管理コストが上昇するというといった課題があった。
【０００９】
更に、洗浄工程などによって流量変動が生じる場合には低水量時の問題ばかりではなく、常時においては水量が平均化されていないため、平均水量より高めの水量設定が必要になる。このことは、紫外線殺菌処理装置を配備する場合、本来の平均水量ではなく、水量変動を考慮した最大水量において規定の能力を発揮できるような装置を選定しなければならなくなる。つまり、紫外線殺菌処理設備を過大なものにしなければならなくなる。
【００１０】
第３に、紫外線殺菌処理装置は、通常図２に示すように、水銀を封入した紫外線ランプ１７を、石英ガラスなどの中空円筒形の保護管１８内に設置して構成されている。万一保護管１８と紫外線ランプ１７が破損した場合、処理水中に水銀や保護管１８や紫外線ランプ１７を形成するガラス等の破片が流出する恐れがあるため、保護管１８や紫外線ランプ１７の破損時は瞬時にこれらの流出防止対策をしなければならない。特に人体に直接影響を及ぼす飲料水である水道分野においては、万一の事故にも安全を確保することが大命題であり、既存技術では紫外線ランプが破損した時、ランプのガラス破片や封入水銀にどが２次側に流出する危険を回避できないという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、水位差の充分でない砂ろ過池、活性炭ろ過池、膜ろ過設備等の後段の水路において、自然流下によって処理するのに十分な水位差がなく、且つ１次側に流入する処理水が周期的に変動する場合においても定量的、且つ効率的に紫外線殺菌処理装置を運転することができ、更に２次側への水銀等の有害物質の流出の危険性を防ぐことができる水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明は、第１水路と第２水路と、第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管と、サイフォン配管に設けた紫外線殺菌処理装置と、第１水路の水を前記サイフォン配管を通して第２水路に揚水する揚水ポンプと、サイフォン配管の第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構と、流量安定化兼逆流防止機構内の水面が第２水路の水面より高くするための堰と、第１水路の水位を測定する水位計と、水位計で検出した水位信号によって紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする水処理装置にある。
【００１３】
また、本発明は上記水処理装置において、揚水ポンプは全揚程が４ｍ以下の低揚水型のポンプであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は上記水処理装置において、制御装置は、水位計の水位信号により、揚水ポンプの回転数を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記水処理装置において、サイフォン配管は、紫外線殺菌処理装置の下流側が最も高くなるサイフォン形状となっており、該サイフォン形状の頭頂部に真空破壊弁を設置したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記水処理装置において、制御装置は、紫外線殺菌処理装置のランプ破壊などの緊急信号によって真空破壊弁の開閉を制御し、サイフォン配管の真空破壊を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記水処理装置において、サイフォン配管の紫外線殺菌処理装置の下流側から、第１水路に水を循環させる循環配管を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
発明によれば、下記の効果が得られる。
（１）水位差が充分にない第１水路と第２水路の間においても管水路型の紫外線殺菌処理装置が設置でき、常に安定した紫外線殺菌処理が可能である。
【００１９】
（２）処理水量の変動する浄水装置の後段に紫外線殺菌処理装置を設置した場合でも、間欠運転を防止できるため紫外線殺菌処理装置の紫外線ランプのＯＮ−ＯＦＦを防止でき、紫外線ランプの寿命の延命化が図れる。
【００２０】
（３）処理水量の変動する浄水装置の後段に紫外線殺菌処理装置を設置した場合でも、流量の安定化が図れるため処理水の最大値が小さくなり、紫外線殺菌処理装置の最大処理能力を低減することができる。
【００２１】
（４）紫外線殺菌処理装置、揚水ポンプ、流量計等の機器を全て第１水路及び第２水路の上部床上に配置すること可能となるため、機器の設置が容易で且つ維持管理も容易となる。
【００２２】
（５）機器の設置が簡単容易であるため、既設開水路へ新たな装置を設置する場合や、或いは装置を別の開水路へ移設する場合などに適している。
【００２３】
（６）揚水ポンプの流量調整により、処理水流量を調節できるので、処理水流量の調整が容易で、且つ精度のよい流量調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。本実施の形態例では、本発明に係る水処理装置を浄水設備の急速ろ過池１００からの処理水の紫外線殺菌処理に適用する場合について説明するが、本発明に係る水処理装置は、急速ろ過池の処理水以外にも、活性炭吸着池ろ過水、膜ろ過設備のろ過水等の処理水の紫外線殺菌処理に適用できる。
【００２５】
上水処理設備には、一つの系列に急速ろ過池１００が数基〜数条基程度配置されており、流入する流入水は流入渠１０１に流入し、該流入渠１０１から各急速ろ過池１００に均等に配分されるようになっている。流入渠１０１から急速ろ過池１００に流入した水は流入サイフォン１０２を通って濾層１０３に流入し、該濾層１０３でろ過され、一旦浄水渠１０４に貯留され、その後流出堰１０５を越流して、本水処理装置の上流側開水路１に流入する。急速ろ過池１００は、濾層１０３の洗浄水として浄水渠１０４に貯留された処理水を利用するため、洗浄工程に入ると浄水渠１０４の水位は通常より低くなる。従って、洗浄中は流出堰１０５を越流して上流側開水路１に流入する水は減るか、殆どなくなる。一方、洗浄が終了すると浄水渠１０４の水位が上昇し、流出堰１０５を越流する水も回復する。
【００２６】
上流側開水路１と下流側開水路２は仕切り壁３により隔てられている。上流側開水路１には吸込み管４、下流側開水路２には排水管（吐出し管）５が設置されており、上流側開水路１と下流側開水路２の上方で吸込み管４と排水管５を管で連結してバイパス管路１９を形成している。このバイパス管路１９の途中、即ち吸込管４と排水管５の間には管内通水式の紫外線殺菌処理装置６、揚水ポンプ７、サイフォンポッド８等を設置している。これらは一体となってサイフォンを形成している。この紫外線殺菌処理装置６、揚水ポンプ７、及びサイフォンポッド８の配置順序は問わないが、下記の理由により、揚水ポンプ７、管内通水式の紫外線殺菌処理装置６、及びサイフォンポッド８の順に配備することが望ましい。なお、上流側開水路１及び下流側開水路２の上部は天井壁３０で覆われている。
【００２７】
最上流側に揚水ポンプ７を配置するのが望ましい。その理由は、吸込み揚程を小さくして、運転立ち上げを円滑に行うためである。ここで、揚水ポンプ７は陸上型でも上流側開水路１内に配備する水中型（図示せず）でもどちらでも良い。しかし、上水道設備の場合のように、製品である「処理水」を汚染する可能性のある物体は極力処理水に接水しない方が好ましい。また、後に説明するようにポンプ揚程が４ｍ程度以下で十分である本発明に係る水処理装置においては陸上型の低揚程が適している。
【００２８】
更に、サイフォンポッド８の取付け位置に関しては、紫外線殺菌処理装置６の後段にあることが望ましい。図２に示す構成の管内通水式の紫外線殺菌処理装置６では、紫外線ランプ１７が破損した場合にサイフォンポッド８が後段にあった方が破損物は下流側開水路２に流入しにくい。
【００２９】
吸込み管４のある上流側開水路１の水位は排水管５のある下流側開水路２の水位より高いのが通常であるが、揚水ポンプ７の全揚程からサイフォン全体の圧力損失を差し引いた水頭を超えなければ、下流側開水路２の水位が上流側開水路１と同じか若しくは高くても良く、揚水ポンプ７の作用により水を紫外線殺菌処理装置６に供給することが可能で、紫外線殺菌処理を安定して継続することができる。
【００３０】
下流側開水路２の水位低下がサイフォン形成に影響を与えず、且つ揚水ポンプ７の停止時に下流側開水路２の水位が上流側開水路１の水位よりも上昇した場合、下流側開水路２の水が逆流して水位差分の水量全てを上流側に移送してしまうのを防ぐため、流量安定化兼用逆流防止機構１１が必要である。上流側開水路１及び下流側開水路２は、一般的には水深２〜４ｍ程度である。上流側開水路１の水位は吸込み管４の下端より高い位置にあればよい。このような流量安定化兼用逆流防止機構１１によって上流側に逆流した水を再度多量に紫外線殺菌処理しなくてもよくなる。
【００３１】
流量安定化兼用逆流防止機構１１は単に下流側開水路２から上流側開水路１への水の逆流を防止するためだけではなく、下流側開水路２の水位を一定に保つ作用を有することから、揚水ポンプ７の流量を安定化し、紫外線殺菌処理装置６が安定して紫外線殺菌処理を行うという観点から極めて効果的である。図２に示す構成の管内通水式の紫外線殺菌処理装置６において、紫外線照射量は紫外線ランプ１７により処理水Ｗａに照射される紫外線量率と、照射槽２０における処理水Ｗａの滞留時間の積で表される。ここで紫外線量率とは、紫外線ランプから照射される面の単位面積あたりに入射する紫外線出力である。照射槽２０の容積は一定であるから滞留時間を一定化させるためには照射槽２０を通過する処理水Ｗａの流量の一定化がそのまま紫外線照射量の安定化に繋がり、安定した紫外線殺菌処理が行われるためには処理水Ｗａの流量の一定化が必要となる。
【００３２】
流量安定化兼用逆流防止機構１１の必要な設計について説明する。下流側開水路２の水位は、流量安定化兼用逆流防止機構１１を取り付けることにより、水位の下限を設ける必要がなくなる。但し逆流防止の観点から下流側開水路２の上限水位Ｌ３（図９参照）は流量安定化兼用逆流防止機構１１の堰１１ａのレベルＬ５より低い必要がある。また、立ち上げ当初のサイフォン形成時に必要な水を貯留する必要がある。従って、図９に示すＶａの体積（流量安定化兼用逆流防止機構１１のＬ５からＬ４までの体積からＬ５からＬ４の間の排出管５の外周に囲まれた内側部分の体積を除いた体積）が、Ｖｂの体積（逆Ｕ字管のＬ５より上部で且つａの線（サイフォン頂部中心を通る線）より右側までの部分の体積）より大きくなるように設計する必要がある。なお、図９は図１の一部の詳細を示す図である。このような流量安定化兼用逆流防止機構１１によって逆流する水量を堰１１ａに溜まる水量以下の量に抑えることができる。
【００３３】
また、揚水ポンプ７の停止時（１次側と２次側の水位が同等になった場合）のサイフォン破壊を防止するため、上流側開水路１の最低水位Ｌ２は下流側開水路２の排水管５の吐出口レベルＬ４よりも高い必要がある（Ｌ２＞Ｌ４）。また、万一紫外線ランプ１７が破損した時の、ガラスや水銀などの異物回収としての機能も奏することが可能となる。
【００３４】
上記流量安定化兼用逆流防止機構１１の構成例を図３〜図５に示す。図３に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、下流側開水路２の天井壁３０の下面に所定の体積Ｖａを有する容器２１のフランジを固定し、該容器２１の内部に排水管５の下端を挿入した構成である。図４に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、容器２１内に管２２を配置して取付けた構成であり、この管２２の上端をフランジ２４を介して排水管５の下端に接続している。これにより排水管５の下端は管２２の下端となる。また、図５に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１は、排水管５の下端にＵ字状管２７を介して上部が開口した漏斗状の容器２８を接続した構成である。
【００３５】
流量安定化兼用逆流防止機構１１としては、維持管理の面から水渠の水を抜くことなく上部から取り外しが出来る構造が望ましい。図３〜図５に示す流量安定化兼用逆流防止機構１１のうち、図５に示すものは、シンプルで且つ経済的で維持管理が容易であり、本発明に係る水処理装置に用いるのに最も適している。なお、材質はステンレスなど耐食性があり、長期間の使用に耐える材質が望ましい。
【００３６】
揚水ポンプ７は、必要な水量及び揚程を満足していれば型式は問わないが、維持管理が容易に行うことができるよう、上流側開水路１の上部に設置されているか、若しくは上部に引き上げられる構造であるこことが望ましい。例としては横軸軸流ポンプ若しくは立軸軸流ポンプが適している。渦巻ポンプは陸上ポンプとして水道分野に限らず一般的によく使われているが、より高揚程（例えば５ｍ以上）に使われているため省エネルギーの観点からは本発明に係る水処理装置に適しているとは言えない。
【００３７】
次に、サイフォンポッド８の作用について述べる。本水処理装置運転時に、真空源（図示せず）に繋がったサイフォンポッド８の自動弁９を開き、サイフォン内を負圧にすることにより、吸込管４及び排水管５から水を吸い上げサイフォンを形成する。サイフォン管が満杯になったことはサイフォンポッド８に設けられた水位検知器１０等で確認する。サイフォン形成を確認後、自動弁９を閉じ、揚水ポンプ７を運転して必要な処理水を通水させる。真空源としては、エジェクタによる負圧の生成や、真空ポンプによる方法などがある。既設設備として真空タンク等で充分な真空源が確保されている場合はそれを利用することもできる。
【００３８】
なお、構造的にポンプ羽根が上流側開水路１の水面ＷＬ１より下方にある場合は、真空源がなくてもサイフォン管（バイパス管路１９）を満杯にすることは可能であるが、以下の理由により真空源によりサイフォン形成を行うべきである。即ち、紫外線殺菌処理装置６は発熱を伴うことから、装置の紫外線ランプの点灯はサイフォン形成後に行うべきである。その際、揚水ポンプ７を利用して立ち上げると未処理水が２次側に流出することになる。真空源によりサイフォンを形成する場合、処理水は上流側開水路１から下流側開水路２には流れることはなく安全にサイフォン管を満杯にすることができる。
【００３９】
上流側開水路１に連続的に水面ＷＬ１の水位を測定する水位計１３を設置し、その検出水位から必要な供給水量を計算し、揚水ポンプ７の回転数を制御する制御装置（図示せず）を設ける。この制御装置により、上流側開水路１の水位が低下した場合には供給水量を減らし、且つ紫外線殺菌処理装置６に途切れることなく連続して処理水Ｗａを送るように揚水ポンプ７の回転数を制御する。そして最大処理水量の低減化と流量の連続化を図ることにより、先に述べた通り紫外線殺菌処理装置６の能力を最大水量で規定能力を発揮するように設定する必要がなくなり、後述するように適正な能力のものに選定できる。
【００４０】
図６は供給水量Ｑと上流側開水路の水位ＷＬ１の関係を示す図である。また、図７、図８は時間経過と水位及び供給水量の変動を示す。図７及び図８の横軸に時間経過順に「ろ過」、「洗浄」、「ろ過」、「洗浄」と区分して示すのは、上流側開水路１の前段にある急速ろ過池１００の各工程の切り替えが行われることを示したものであり、両図の区分される時点において工程が同時に切り替わることを意味する。いずれの図も水位計１３の検出水位により制御を行わない従来技術の場合（破線Ｂ）と、水位計１３の検出水位による制御を行った本発明の場合（実線Ａ）を示す。図７の破線Ｂのａ〜ｆの各記号は従来の紫外線による殺菌処理において水位が変化する時点を示しており、ａは水位が一定の状態から低下に転じる時点を、ｂは水位が低下する状態から最低水位に達する時点を、ｃは水位が最低水位から上昇に転じる時点を、ｄは水位が上昇する状態から上限水位に達する時点をそれぞれ指す。ｅ、ｆはそれぞれａ、ｂと同様であり時間経過とともにこのような変動を繰り返す。そして図７のａ及びｅは、ろ過工程から洗浄工程に転じる時点であり、ｃは洗浄工程からろ過工程に転じる時点である。図８のｂ、ｄ及びｆの記号は図７における同一記号と同じ時点を意味し、図８においてｂ及びｆは揚水ポンプ７が水量一定（Ｑｍａｘ）の運転状態からポンプ停止状態に転じる時点、ｄはポンプ７の停止状態から水量一定の運転状態に転じる時点を示している。
【００４１】
このように、図７の破線Ｂで示すように処理流量の制御を行わない従来技術では、上流側開水路１の水位ＷＬ１が周期的に低下し、装置を停止する必要が生じる。一方本発明では、洗浄による周期的に変動する前段ろ過池１００等の処理水量に対し、上流側開水路１の水位ＷＬ１の低下時には紫外線殺菌処理装置６への処理水供給量を減らし、水位ＷＬ１の上昇時には処理水の供給量を増やすことで、水位ＷＬ１の変動を抑え、結果的に安定した運転ができる。また、図１０は流量制御ポンプにポンプの回転数制御を用いた場合のポンプの水量Ｑと揚程Ｈの関係を示す図である。
【００４２】
また、図８の実線Ａで示す本発明と破線Ｂで示す従来例とを比較すると、本発明では最大処理水量は小さくなり、紫外線殺菌処理装置６に小さい処理能力の装置を選定することができる。また、本発明では水位変動による装置停止も伴わないため、装置停止を頻繁に行う従来技術に比較して、例えば１日５〜１０回、紫外線殺菌処理装置６の紫外線ランプ１７を停止した場合に比べてランプ寿命は５０〜１００％伸びることになる。一般に、低圧紫外線ランプでは発熱量が少なく、処理停止時にランプを停止することは不要であるが、中圧紫外線ランプの場合、発熱量が多いため処理停止時に紫外線ランプも同時に停止するのが一般的である。
【００４３】
なお、紫外線殺菌処理装置６に供給する水量を変動させる手段としては、揚水ポンプ７の回転数制御が望ましいが、バルブによる流量調節も可能である。万一水位低下が生じた場合は、図１に示すように、循環バルブ３２を備えた循環配管３１を設置し、通常処理水よりも小さく、紫外線殺菌処理装置６の温度上昇を回避する必要最小限の処理水量を排水管５から上流側開水路１に戻すことにより、紫外線ランプを消灯することなく連続運転が可能である。
【００４４】
図１１は本発明に係る水処理装置の運転処理フロー示す図で、図１１（ａ）は運転開始処理フローを、図１１（ｂ）は停止処理フローを、図１１（ｃ）は非常停止処理フローをそれぞれ示す。運転開始は次の手順で行う。先ず、運転信号が発せられると（ステップＳＴ１）、水位検知器１０が満水、即ちサイフォン管が満杯状態にあることを検知しているか否かを判断する（ステップＳＴ２）。満水検知でない場合は真空弁（自動弁９）を開いて（ステップＳＴ３）満水を待ち、満水検知している場合は、紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６をＯＮにする（ステップＳＴ４）。ＵＶ装置のスタートアップタイムである所定時間Ｔａ（数分〜数十分）後、揚水ポンプ７の運転を開始し（図１０の最小流量Ｑｍｉｎ）（ステップＳＴ５）、続いて水位計１３の検出水位による揚水ポンプ７の回転数制御を行い（ステップＳＴ６）、通常運転となる。
【００４５】
運転停止は次の下記の手順で行う。水位計１３の検出水位Ｌｘ＝Ｌ２で揚水ポンプ７が図１０の最小流量Ｑｍｉｎにて運転状態である場合（ステップＳＴ１１）、紫外線殺菌処理装置６（ＵＶ装置）が通水なしの運転限界時間である所定時間Ｔｂ後に、循環配管３１の循環バルブ３２を開いて排水管５の処理水を上流側開水路１に循環させ（ステップＳＴ１２）、揚水ポンプ７の回転数ｆｘ＝ｆ１とする（ステップＳＴ１３）。水位計１３の検出水位ＷＬｘ＞Ｌ２であるか否かを判断し（ステップＳＴ１４）、ＮＯであったら処理水循環による運転待機時間である所定時間Ｔｃ後に循環バルブ３２を閉じ（ステップＳＴ１５）、揚水ポンプ７を停止（ＯＦＦ）し（ステップＳＴ１６）、続いて紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６を停止（ＯＦＦ）する。
【００４６】
前記ステップＳＴ１４で、ＹＥＳの場合、即ち検出水位ＷＬｘ＞Ｌ２である場合、循環バルブ３２を閉じ（ステップＳＴ１８）、揚水ポンプ７の運転を水位計１３による制御、即ち揚水ポンプの回転数を水位計１３の検知水位により制御し（ステップＳＴ１９）、通常運転となる。
【００４７】
非常停止は、次の手順で行う。紫外線殺菌処理装置（ＵＶ装置）６に異常が発生（紫外線ランプの破損、保護管の破損）（ステップＳＴ２１）すると、紫外線殺菌処理装置を停止し（ＯＦＦ）、真空破壊弁１６を開き、及び揚水ポンプ７を停止（ＯＦＦ）とする（ステップＳＴ２２）。
【００４８】
図１２は本発明に係る水処理装置の他の実施形態例を示す図である。図１に示す水処理装置と相違する点は、サイフォン管（バイパス管路１９）において、紫外線殺菌処理装置６の下流側がサイフォン管の中で最も高くなるように工夫し、その最高部に真空破壊弁１６を設置している。紫外線殺菌処理装置６は、図２に示すように、通例水銀を封入した紫外線ランプ１７を石英ガラスなどの強固な中空円筒形の保護管１８内に設置している。万一保護管１８と紫外線ランプ１７が破損した場合、処理水中に水銀や保護管１８や紫外線ランプ１７を形成するガラス等の破片が流出する恐れがあるため、保護管１８や紫外線ランプ１７の破損時には瞬時にこれらの流出防止対策をしなければならない。
【００４９】
本発明では、紫外線殺菌処理装置６の紫外線ランプ１７の破損や保護管１８の破損などを電気的に検知し、その信号により、図示しない制御装置は、瞬時に低揚程の揚水ポンプ７の運転を停止し、真空破壊弁１６を開くことによりサイフォンを破壊する。万一装置に異常があった場合にも、自然流下により水銀やガラス片が下流側開水路２へ流出することを防ぐことができる。本発明では、従来技術で採用されている自動弁や緊急遮断弁による方法と比較して遮断が迅速であり、より確実に水銀やガラス片の下流側開水路２への流出を防ぐことができる。
【００５０】
上述のように洗浄工程などによって流量変動が生じた場合、従来例では水量が平均化されないため、平均水量より高めの流量設定が必要となる。このことは紫外線殺菌処理装置を配備する場合、本来の平均水量ではなく、水量変動を考慮した最大水量において規定の殺菌能力を発揮させるため、従来は紫外線殺菌処理装置を過大なものにしていた。本発明では従来の最大水量に対するものの６０〜８０％にすることが可能であり、紫外線殺菌処理装置の能力としても６０〜８０％のもので済むので、コストの低減化が図れる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。
【図２】紫外線殺菌処理装置の構成例を示す図である。
【図３】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図４】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図５】流量安定化兼用逆流防止機構の構成例を示す図である。
【図６】供給水量と水位の関係を示す図である。
【図７】時間経過と上流側開水路の水位変化を示す図である。
【図８】時間経過と流量の変化を示す図である。
【図９】図１の一部の詳細を示す図である。
【図１０】流量制御にポンプの回転数制御を用いた場合のポンプ流量と揚程の変化を示す図である。
【図１１】本発明に係る水処理装置の運転処理フローを示す図である。
【図１２】本発明に係る水処理装置の概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 上流側開水路
２ 下流側開水路
３ 仕切壁
４ 吸込み管
５ 排水管
６ 紫外線殺菌処理装置
７ 揚水ポンプ
８ サイフォンポッド
９ 自動弁
１０ 水位検知器
１１ 流量安定化兼用逆流防止機構
１３ 水位計
１６ 真空破壊弁
１７ 紫外線ランプ
１８ 保護管
１９ バイパス管路
２０ 照射槽
２１ 容器
２２ 管
２５ 容器
２７ Ｕ字管
２８ 容器
３０ 天井壁
３１ 循環配管
３２ 循環バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１水路と第２水路と、
前記第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管と、
前記サイフォン配管に設けた紫外線殺菌処理装置と、
前記第１水路の水を前記サイフォン配管を通して前記第２水路に揚水する揚水ポンプと、
前記サイフォン配管の前記第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構と、
前記流量安定化兼逆流防止機構内の水面が前記第２水路の水面より高くするための堰と、
前記第１水路の水位を測定する水位計と、
前記水位計で検出した水位信号によって前記紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置において、
前記揚水ポンプは全揚程が４ｍ以下の低揚水型のポンプであることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水処理装置において、
前記制御装置は、前記水位計の水位信号により、前記揚水ポンプの回転数を制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記サイフォン配管は、前記紫外線殺菌処理装置の下流側が最も高くなるサイフォン形状となっており、該サイフォン形状の頭頂部に真空破壊弁を設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記制御装置は、前記紫外線殺菌処理装置のランプ破壊などの緊急信号によって真空破壊弁の開閉を制御し、前記サイフォン配管の真空破壊を制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記サイフォン配管の前記紫外線殺菌処理装置の下流側から、前記第１水路に水を循環させる循環配管を配置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項１】
第１水路と第２水路と、
前記第１水路から前記第２水路をつなぐサイフォン配管と、
前記サイフォン配管に設けた紫外線殺菌処理装置と、
前記第１水路の水を前記サイフォン配管を通して前記第２水路に揚水する揚水ポンプと、
前記サイフォン配管の前記第２水路への出口に設けた流量安定化兼逆流防止機構と、
前記流量安定化兼逆流防止機構内の水面が前記第２水路の水面より高くするための堰と、
前記第１水路の水位を測定する水位計と、
前記水位計で検出した水位信号によって前記紫外線殺菌処理装置への水量を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置において、
前記揚水ポンプは全揚程が４ｍ以下の低揚水型のポンプであることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水処理装置において、
前記制御装置は、前記水位計の水位信号により、前記揚水ポンプの回転数を制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記サイフォン配管は、前記紫外線殺菌処理装置の下流側が最も高くなるサイフォン形状となっており、該サイフォン形状の頭頂部に真空破壊弁を設置したことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記制御装置は、前記紫外線殺菌処理装置のランプ破壊などの緊急信号によって真空破壊弁の開閉を制御し、前記サイフォン配管の真空破壊を制御することを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水処理装置において、
前記サイフォン配管の前記紫外線殺菌処理装置の下流側から、前記第１水路に水を循環させる循環配管を配置したことを特徴とする水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１２４３９（Ｐ２０１０−１２４３９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６５０３（Ｐ２００８−１７６５０３）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（３０８０２４３９５）荏原環境プラント株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（３０８０２４３９５）荏原環境プラント株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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