紫外線酸化処理装置及び水の紫外線酸化処理方法
【課題】紫外線酸化処理装置内での被処理水のショートパスを防止し、極低濃度のＴＯＣ濃度の処理水を得ることの可能な紫外線酸化処理装置を提供する。
【解決手段】還流板１１は、円環状の還流板本体部１２と、この還流板本体部１２の外周に配置されたシール部材１３とから構成されている。還流板本体部１２は、中央は石英保護管６から離間して開口しており、中間部の小径部１２Ｂと両側面部の大径部１２Ａとにより外周に凹部が形成されている。シール部材１３は、ステンレス鋼との摩擦の小さな合成樹脂あるいはエラストマーなどからなり、外径がシリンダ２の内径とほぼ等しいリング状体である。
【解決手段】還流板１１は、円環状の還流板本体部１２と、この還流板本体部１２の外周に配置されたシール部材１３とから構成されている。還流板本体部１２は、中央は石英保護管６から離間して開口しており、中間部の小径部１２Ｂと両側面部の大径部１２Ａとにより外周に凹部が形成されている。シール部材１３は、ステンレス鋼との摩擦の小さな合成樹脂あるいはエラストマーなどからなり、外径がシリンダ２の内径とほぼ等しいリング状体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の有機物や難分解性物質を分解するための紫外線酸化処理装置に関し、特に分解処理能力が高く、かつ処理効率の高い紫外線酸化処理装置に関する。また、本発明は、水中の有機物や難分解性物質を分解するための紫外線酸化処理方法に関し、特に分解処理能力が高く、かつ処理効率の高い紫外線酸化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中の有機物や難分解性物質の分解や殺菌を目的として紫外線が用いられている。特に低圧紫外線放電灯は、主波長である２５４ｎｍの波長の紫外線と、２２０ｎｍ以下の短波長の紫外線とを同時に放射するため、汎用的に用いられている。この低圧紫外線放電灯を用いた分解反応においては、２２０ｎｍ以下の短波長紫外線は強いエネルギーを有することから、水中の有機物分解に有効である。この短波長紫外線による有機物の分解のメカニズムは、まず、水分子が２２０ｎｍ以下の短波長紫外線のエネルギーで解離することで、ヒドロキシラジカルが生成される（反応式（１））。
【０００３】
【化１】
【０００４】
ここで生成したヒドロキシラジカルは強力な酸化剤であるため、下記に示すように水中の有機物と連鎖的な酸化反応を経て二酸化炭素、水、反応中間体としての有機酸、及び副生物としての過酸化水素が生成されることが広く知られている（反応式（２））。
【０００５】
【化２】
【０００６】
さらに、上記反応で副生される過酸化水素が、低圧紫外線放電灯の主波長である２５４ｎｍの波長の紫外線で分解されると、ヒドロキシラジカルが生成される（反応式（３））。この反応は、ＡＯＰ（促進酸化プロセス）として広く知られており、反応式（３）で生成されたヒドロキシラジカルは、上記反応式（１）の反応で水分子から生成するヒドロキシラジカルと同様に有機物の酸化分解反応を引き起こす。
【０００７】
【化３】
【０００８】
このような紫外線酸化による水中の有機物処理を効率的に行うためには、上記反応式（１）〜（３）の反応メカニズムにおいて、
（Ｉ）被処理水に波長２２０ｎｍ以下の短波長紫外線を照射する
（II）波長２５４ｎｍの紫外線も活用できるように反応時間を確保する
という２条件が重要である。
【０００９】
しかしながら、この２条件は、実際の装置化にあたっては相反する条件である。すなわち、波長２２０ｎｍ以下の紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線とを同時に、かつ経済的に得ることができるのは、一般的には低圧紫外線放電灯である。この低圧紫外線放電灯は、放射する主波長が２５４ｎｍであり、同時に２５４ｎｍの出力の２０％程度の出力の波長１８５ｎｍの紫外線を得ることが可能である。ところが、波長１８５ｎｍの紫外線は、水による吸収が激しく、不純物をほとんど含まない超純水中であっても１０ｍｍ以下の光路長でほぼ完全に吸収される。つまり、波長１８５ｎｍの紫外線が届く範囲は、石英保護管の外表面から１０ｍｍ以下であり、それより離れた位置を流通する水ではヒドロキシラジカルが生成しない。そこで、紫外線酸化処理装置の流路部分の水の厚みをすべて１０ｍｍ以下に薄層化することが考えられるが、そうすると装置の内容量が小さくなり、照射装置内での滞留時間（反応時間）を極短時間しか確保できなくなる。
【００１０】
このため、この相反する条件をできるだけ両立するように外筒体（シリンダ）内に還流板を設けた紫外線酸化処理装置が実用上は用いられている。このような還流板を設けた紫外線酸化処理装置の一例を図１２及び図１３に示す。紫外線酸化処理装置１は、給水部たる処理水流入口３を一側に、排水部たる処理水流出口４を他側にそれぞれ有する円筒状のステンレス鋼製シリンダ２と、石英保護管６内に収納することで液密状態に隔離した低圧紫外線放電灯５とからなる基本構造を有する。そして、このシリンダ２内に、一対のロッド７に所定の間隔で固定された複数枚の環状の還流板８ａ〜８ｅが配置されている。なお、９ａ，９ｂは図示しないＯリングにより液密状態に固定されたエンドプレートである。
【００１１】
上述したような装置において、被処理水Ｗが処理水流入口３から導入されると、低圧紫外線放電灯５から紫外線が照射され、処理水流出口４に向かって流れる。このとき、途中に還流板８ａ〜８ｅが配置されているので、被処理水Ｗが処理水流入口３と処理水流出口４間をショートパスするのを防止して、低圧紫外線放電灯５の近傍を流れつつ、滞留時間を確保することが可能となっている。なお、紫外線酸化による水中の有機物除去処理においては、前述したとおり反応中間体としての有機酸と二酸化炭素とが生成するため、これらの除去を目的として後段にイオン交換処理装置を配置するのが普通である。
【００１２】
しかしながら、この紫外線酸化処理装置１では、円筒状のステンレス鋼製シリンダ２内に、一対のロッド７に固定された複数枚の環状の還流板８ａ〜８ｅを挿入することになるため、これらの還流板８ａ〜８ｅもまた、超純水処理装置等に適用するには、耐溶出性、耐紫外線性の観点からステンレス鋼等の金属製とすることが避けられない。このため、還流板８ａ〜８ｅの外縁とシリンダ２の内面との隙間（クリアランス）をぎりぎりに設定すると、ステンレス同士が接触してしまう。ステンレス同士は摩擦力が大きく、還流板８ａ〜８ｅをシリンダ２内に収めることができなくなってしまうため、還流板８ａ〜８ｅの外縁とシリンダ２の内面との間には、ある程度のクリアランスを確保せざるを得ない。
【００１３】
そして、このような従来型の還流板を用いた紫外線酸化処理装置１では、処理水流量が多く高流速の場合には、シリンダ２内部の還流板８ａ〜８ｅで比較的大きな圧力損失が発生するため、被処理水Ｗの大部分は、前述した還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の間のクリアランス部分よりも間隙の大きい石英保護管６と還流板８ａ〜８ｅとの間の流路を多く通過することになり、問題が顕在化しない。しかしながら、非常にＴＯＣ濃度の低い処理水を得るときには、処理水流量を少なくして流速を低くするため、還流板８ａ〜８ｅで発生する圧力損失も小さくなる。このため、シリンダ２内を通過する被処理水Ｗは、還流板８ａ〜８ｅ及びシリンダ２の間のクリアランスの面積と、還流板８ａ〜８ｅ及び石英保護管６の間の流路面積との面積比に近似するように分流し、高流速で処理する場合に比べてショートパス分の割合が増加する。この還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランスの箇所は、低圧紫外線放電灯５から最も離れているため、そこを通過する被処理水Ｗは、波長が短く最も酸化能力が高い１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができない。このため還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランス部分をショートパスする被処理水Ｗは、十分な紫外線酸化を受けることができず、ＴＯＣ成分が除去されずに残留し、処理水全体のＴＯＣ濃度を十分に低下させることができないという問題点があった。
【００１４】
特に、近年、超純水処理装置に要求される処理水（超純水）のＴＯＣ濃度１μｇ／Ｌ未満を達成するためには、このショートパスの問題は重大である。
【００１５】
このような問題点を解決することを目的として、種々の紫外線酸化処理装置が提案されている。例えば、特許文献１には、波長２４０ｎｍ以下の紫外線の出力の維持率を高めることを目的とする、合成石英ガラス製の発光管を有する放電灯を用いた紫外線酸化処理装置が開示されている。また、特許文献２には、被処理水を滞留させることを目的とする、シリンダの内面に堰板を固着した紫外線酸化処理装置が開示されている。特許文献３には、被処理水に旋回流を与えることを目的とする、シリンダの内面に攪拌板を固着した紫外線酸化処理装置が開示されている。さらに、特許文献４には、四角形断面で内部に多数の紫外線ランプを設け、被処理水が紫外線ランプに対して直角方向に流れるように混合板を設置した紫外線酸化処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１４４９１２号公報
【特許文献２】特開平１０−４３７５３号公報
【特許文献３】特開２００３−２４９３４号公報
【特許文献４】特許第２６９６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載された紫外線酸化処理装置は、紫外線の出力の維持率を高めることはできるものの、被処理水Ｗの還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランスにおけるショートパスを防止することができない、という問題点がある。
【００１８】
また、特許文献２及び３に記載された紫外線酸化処理装置は、還流板をシリンダ本体内に溶接等で直接固定するものであり、装置、特にシリンダの製造が煩雑で高価になる、石英保護管が破損した場合にシリンダ内の破片除去が困難になる、という問題点がある。
【００１９】
さらに、特許文献４に記載された紫外線酸化処理装置は、反応容器が角形であり、水処理装置で必要とされる耐圧性能に劣るものである。そこで、容器の肉厚を厚くすることが考えられるが、シリンダ（円筒）形状と同等の耐圧性を確保するためには、容器の肉厚が厚くなり、装置重量が増えるだけでなく、高価で取り扱いが難しくなる、という問題点がある。また、円筒形状では、被処理水が紫外線ランプに対して直角にかつ均一に流れるように混合板を設置すること自体が困難である。
【００２０】
このように従来は、簡便かつ実用的な構造で、ＴＯＣ濃度１μｇ／Ｌ未満の超純水を確実に得ることのできる紫外線酸化処理装置はなかった。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、紫外線酸化処理装置内での処理水のショートパスを防止し、極低濃度のＴＯＣ濃度の処理水を得ることの可能な紫外線酸化処理装置及び水の紫外線酸化処理方法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】
【００２２】
上記課題を解決するために、第一に本発明は、管状の低圧紫外線放電灯が収容され、前記低圧紫外線放電灯の周囲に一端から他端側に向けて水が流通する外筒体と、前記外筒体内に、前記低圧紫外線放電灯の外周方向に当該低圧紫外線放電灯より離間して設けられてなる複数の還流板とを有する紫外線酸化処理装置において、前記還流板が、前記外筒体の内面との間をシールするシール部を有することを特徴とする紫外線酸化処理装置を提供する（請求項１）。
【００２３】
上記発明（請求項１）によれば、還流板と外筒体の内面との間をシールするシール部を有することで、還流板と外筒体との間のクリアランスが実質的になくなるため、外筒体の一端（給水部）から被処理水を供給し、他端（排水部）から排出する過程において、クリアランス部分を通ることで十分な紫外線照射を受けることなく被処理水が流出してしまう「漏洩流」を防止することができ、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、この結果、被処理水が低圧紫外線放電灯の照射を十分に受けることになるため、難分解性物質の分解・除去においても高い効果が得られる。
【００２４】
上記発明（請求項１）においては、前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯からの紫外線の照射を直接受けない構造であるのが好ましい（請求項２）。
【００２５】
上記発明（請求項２）によれば、シール部を合成樹脂、エラストマー等で構成したとしても、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射による劣化を防止することができる。
【００２６】
特に、前記還流板が、円環状であり、前記還流板が、円環状の還流板本体部と当該還流板本体部の外周に配置されたシール部とからなるのが好ましい（請求項３，４）。
【００２７】
上記発明（請求項３，４）によれば、シール部が円環状の還流板本体部の外周に配置されているので、還流板と外筒体との間のクリアランスをシール部が閉鎖するとともに、このシール部が低圧紫外線放電灯からの紫外線照射による劣化を防止することができる。
【００２８】
さらに、上記発明（請求項１〜４）においては、前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯から照射された紫外線に対して耐性を有する材料からなるのが好ましい（請求項５）。これにより、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射等によるシール部の劣化を完全に防止することができる。
【００２９】
そして、第二に本発明は、上記発明（請求項１〜５）に係る紫外線酸化処理装置を用いて水の紫外線酸化処理を行うことを特徴とする水の紫外線酸化処理方法を提供する（請求項６）。
【００３０】
上記発明（請求項６）によれば、還流板と外筒体の内面との間をシールするシール部を有することで、還流板と外筒体との間のクリアランスが実質的になくなるため、外筒体の一端（給水部）から被処理水を供給し他端（排水部）から排出する過程において、被処理水がクリアランス部分を通ることで十分な紫外線照射を受けることなく流出してしまう「漏洩流」を防止することができ、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、この結果、被処理水が低圧紫外線放電灯からの紫外線照射を十分に受けることになるので、難分解性物質の分解・除去においても高い効果が得られる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、紫外線酸化処理装置の還流板に、シリンダ内面との間のクリアランス部分をなくすための充填物としてのシール部が設けられていることにより、被処理水がこのクリアランス部分を通過することで十分な紫外線照射を受けることなく紫外線酸化処理装置から流出してしまう「漏洩流」を防止することができるため、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、難分解性物質の分解・除去においても高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図２】前記第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す側面図である。
【図３】前記第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図５】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す側面図である。
【図６】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す縦断面図である。
【図７】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第三の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図９】前記第三の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す断面図である。
【図１０】本発明の第四の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図１１】試験用の紫外線酸化処理システムを示すフロー図である。
【図１２】従来の紫外線酸化処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１３】従来の紫外線酸化処理装置の還流板を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の紫外線酸化処理装置の第一の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態に係る紫外線酸化処理装置は、還流板以外は、基本的には前述した図１２及び図１３に示す従来の紫外線酸化処理装置１と同じ構成を有するものであり、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図１〜３において、還流板１１は、円環状の還流板本体部１２と、この還流板本体部１２の外周に配置されたシール部としてのシール部材１３とから構成されている。なお、図１において、１４は一対のロッド７が挿入される挿入孔である。
【００３６】
ここで、還流板本体部１２は、ステンレス鋼製であって、ミシンのボビン又はＶベルトのプーリーのような形状をしており、中央には石英保護管６から１０ｍｍ以下程度、特に３〜１０ｍｍ程度離間する径の開口部が形成されていて、軸方向では中間部の小径部１２Ｂと両側面部の大径部１２Ａとにより外周の端部に凹部が形成されている。この還流板本体部１２は小径部１２Ｂと大径部１２Ａとが一体に成形されたものでもよく、またこれらが別々の成形体であってネジ等で一体に組み立てられたものでもよい。
【００３７】
このような還流板本体部１２の凹部（小径部１２Ｂの外周面）にシール部材１３が設けられる。シール部材１３は、ステンレス鋼との摩擦の小さい合成樹脂又はエラストマー等からなり、外径がシリンダ２の内径とほぼ等しくリング状体であって、弾性を有するものであるのが好ましい。具体的には、Ｏリング、バックアップリング等を用いることができる。なお、シール部材１３を構成する合成樹脂又はエラストマーとしては、耐水溶出性を備えていれば特に制限はないが、紫外線に対して不活性又は高耐久性を有するのが好ましい。また、表面に金属又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のような紫外線に対して不活性又は高耐久性の材料による遮光層を備えたものも好適に用いることができる。
【００３８】
上述したような還流板１１は、挿入孔１４，１４にロッド７，７を挿入して、複数枚（本実施形態においては５枚）を所定の間隔で当該ロッド７，７に固定される。そして、エンドプレート９ａ，９ｂ及び石英保護管６が未装着の状態で、シリンダ２内にロッド７ごと還流板１１を押し入れて仮固定し、続いてエンドプレート９ａ，９ｂを装着することにより、ロッド７と還流板１１とを固定し、その後石英保護管６を挿入するという順で紫外線酸化処理装置を組み立てればよい。
【００３９】
ここで、シール部材１３として、ステンレス鋼との摩擦を十分小さくできる材料が選択されているため、還流板本体部１２とシール部材１３との間、シール部材１３とシリンダ２の内面間とのクリアランスがほとんどなくでも、シリンダ２内にロッド７で結合した複数の還流板１１を装填することが可能であり、また必要に応じて取り出すことも可能となっている。
【００４０】
前述したような還流板１１を有する本実施形態の紫外線酸化処理装置の作用について説明する。図３に示すように、処理水流入口３から導入された被処理水Ｗは、石英保護管６と還流板１１ａとの間の流路を通過して、照射スペースＳに流入する。この照射スペースＳは、２枚の還流板１１ａ，１１ｂにより区画されているため、被処理水Ｗはここで滞留し、低圧紫外線放電灯５からの紫外線照射による十分な反応時間を確保した後、隣の照射スペースに向かって移動する。このとき、照射スペースＳの石英保護管６から１０ｍｍ以上離間した部分では、波長が短く最も酸化能力が高い波長１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができないが、シール部材１３の外径と、シリンダ２の内径とがほぼ等しく、還流板１１ａ及び１１ｂの外周縁とシリンダ２の内面とのクリアランス（隙間）が実質的にないため、被処理水Ｗは還流板１１ｂと石英保護管６との間の流路を通過せざるを得ない。この結果、被処理水Ｗの全てが波長１８５ｎｍの紫外線の照射を受けることになり、ヒドロキシラジカルが生成される。これを５枚の還流板により形成された４個の照射スペースＳにおいて繰り返すことにより、十分にＴＯＣ成分を分解することができる。また、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射を十分に受けることになるので、難分解性物質を高水準で分解することができる。
【００４１】
次に、本発明の紫外線酸化処理装置の第二の実施形態について図４〜図７に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る紫外線酸化処理装置１は、還流板の形状が異なる以外、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。還流板２１は、円環状の還流板本体部２２と、この還流板本体部２２の外周に配置されたシール部材１３とから構成されている。なお、図４において、２３は一対のロッド７の挿入孔である。
【００４２】
ここで、還流板本体部２２は、軸方向では中間部の小径部２２Ｂと両側面部の大径部２２Ａとにより外周の端部に凹部２４が形成されていて、大径部２２Ａの外縁部が軸方向に長く形成されている以外は前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４３】
前述したような還流板２１を有する本実施形態に係る紫外線酸化処理装置の作用について説明する。図７に示すように、処理水流入口から導入された被処理水Ｗは、石英保護管６と還流板２１ａとの間の流路を通過して、照射スペースＳに流入する。この照射スペースＳは、２枚の還流板２１ａ，２１ｂにより区画されているため、被処理水Ｗはここで滞留し、低圧紫外線放電灯５からの紫外線照射による十分な反応時間を確保した後、隣の照射スペースに向かって移動する。このとき、照射スペースＳの石英保護管６から１０ｍｍ以上離間した部分では、波長が短く最も酸化能力が高い波長１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができないが、シール部材１３の外径と、シリンダ２の内径とがほぼ等しく、還流板２１ａ及び２１ｂの外周縁とシリンダ２の内面とのクリアランス（隙間）が実質的にないため、被処理水Ｗは還流板２１ｂと石英保護管６との間の流路を通過せざるを得ない。この結果、被処理水Ｗの全てが十分な紫外線酸化を受けることになり、ヒドロキシラジカルが発生する。これを５枚の還流板により形成された４個の照射スペースＳにおいて繰り返すことにより、十分にＴＯＣ成分を分解することができる。また、低圧紫外線放電灯の照射を十分に受けることになるので、難分解性物質を高水準で分解することができる。
【００４４】
さらに、本発明の紫外線酸化処理装置の第三の実施形態について、図８及び図９に基づいて詳細に説明する。本実施形態の紫外線酸化処理装置１は還流板の形状が異なる以外、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４５】
同図において、還流板３１は、中央には石英保護管６から１０ｍｍ以下程度、特に３〜１０ｍｍ程度離間する径の開口部が形成された円板状の還流板本体部３２と、この還流板本体部３２の外周に固着されたシール部材３３とから構成されている。なお、図８において、３４は一対のロッド７の挿入孔である。前述したようにシール部材３３が紫外線照射による劣化を受けない構成からなるものである場合には、このような構成とすることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、シール部材は、リング状のものに限定されるものではなく、例えば、第一の実施形態において図１０に示すように合成樹脂又はエラストマーをコイル状に巻いたシール部材１３Ａとしてもよい。また、紫外線酸化処理装置としては、図１２及び図１３に示す形態のものに限られず、種々の紫外線酸化処理装置における還流板として適用可能である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の各実施例に何ら限定されるものではない。
【００４８】
〔試験用紫外線酸化処理システムの準備〕
図１２に示すような構造を有する紫外線酸化処理装置１を用い、図１１に示す純水製造装置を準備した。この純水製造装置は、紫外線（ＵＶ）酸化装置４１と、イオン交換樹脂カラム４２とからなり、紫外線（ＵＶ）酸化装置４１には、ＴＯＣタンク４３から薬注ポンプ４４によりＴＯＣを添加した超純水を供給して処理を行い、ＴＯＣ計４５により紫外線（ＵＶ）酸化装置４１の給水のＴＯＣ濃度と、イオン交換樹脂カラム４２を通過した処理水のＴＯＣ濃度とをそれぞれ測定する、というものである。
【００４９】
なお、後述する各実施例及び比較例において、共通する装置としては以下のものを使用した。
低圧紫外線放電灯：低圧水銀ランプＡＺ−２６（日本フォトサイエンス社製）
放電灯用安定器：電子安定器ＦＭ−１０Ｋｄ（日本フォトサイエンス社製）
イオン交換樹脂カラム：「ＫＲ−ＵＣ１」２Ｌと「ＫＲ−ＵＡ１」３Ｌ（いずれも栗田工業社製）を混床で使用
ＴＯＣ源：特級２−プロパノール及び特級尿素（いずれも関東化学社製）のそれぞれを超純水で希釈
ＴＯＣ計：ＳｉｅｖｅｒｓＰＰＴ（Ｓｉｅｖｅｒｓ社製）
評価試験時の処理水流量：７.５Ｌ／分
【００５０】
〔実施例１及び比較例１，２〕
シリンダ径５０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用して、ＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加して処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。なお、還流板１１は、還流板本体部１２がステンレス製で、シール部材１３がＦＥＰ（フッ素系樹脂）製のものを使用した。また、還流板１１と石英保護管との間隔は約５ｍｍとした。
【００５１】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例１）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例２）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表１にあわせて示す。
【００５２】
〔実施例２及び比較例３，４〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用した以外は実施例１と同様にしてＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
【００５３】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例３）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例４）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表１にあわせて示す。
【００５４】
〔実施例３〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図３〜図５に示す還流板２１（Ｂタイプ）とを用いた以外は実施例１と同様にしてＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。なお、還流板２１は、還流板本体部２２がステンレス製で、シール部材１３がポリエチレン樹脂製成形体の表面にチタン薄膜処理を施したものを使用した。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１から明らかなとおり、ＴＯＣ源として２−プロパノールを用いた実施例１〜３及び比較例１〜４において、実施例１〜３は処理水のＴＯＣ濃度が０．５μｇ／Ｌ以下であったのに対し、還流板を使用していない比較例１及び３は１．０μｇ／Ｌを超えるものであり、従来型の還流板を用いた比較例２及び４は０．５μｇ／Ｌを超えるものであった。この結果から、本発明の紫外線酸化処理装置によれば、ＴＯＣ濃度が極低濃度の処理水を得られることが裏付けられた。
【００５７】
〔実施例４及び比較例５，６〕
シリンダ径５０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用し、ＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加して処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００５８】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例５）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例６）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表２にあわせて示す。
【００５９】
〔実施例５及び比較例７，８〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用した以外は実施例４と同様にしてＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００６０】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例７）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例８）についても、同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表２にあわせて示す。
【００６１】
〔実施例６〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図３〜図５に示す還流板２１（Ｂタイプ）とを使用した以外は実施例４と同様にしてＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２から明らかなとおり、ＴＯＣ源として尿素を用いた実施例４〜６及び比較例５〜８においては、実施例４〜６は処理水の尿素濃度が３．０μｇ／Ｌ以下と約半分にまで減少したのに対し、還流板を使用していない比較例５及び７は４．０μｇ／Ｌを超えるものであり、従来型の還流板を用いた比較例６及び８は３．０μｇ／Ｌを超えるものであり、その除去率は非常に低かった。この結果から、本発明の紫外線酸化処理装置によれば、難分解性物質である尿素の分解・除去においても、優れた効果が得られることが裏付けられた。
【符号の説明】
【００６４】
１…紫外線酸化処理装置
２…シリンダ（外筒体）
３…処理水流入口（給水部）
４…処理水流出口（排水部）
５…低圧紫外線放電灯
６…石英保護管
１１，１１ａ，１１ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ，３１…還流板
１２，２２，３２…還流板本体部
１３，１３Ａ，３３…シール部材
４１…紫外線（ＵＶ）酸化装置
Ｗ…被処理水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の有機物や難分解性物質を分解するための紫外線酸化処理装置に関し、特に分解処理能力が高く、かつ処理効率の高い紫外線酸化処理装置に関する。また、本発明は、水中の有機物や難分解性物質を分解するための紫外線酸化処理方法に関し、特に分解処理能力が高く、かつ処理効率の高い紫外線酸化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中の有機物や難分解性物質の分解や殺菌を目的として紫外線が用いられている。特に低圧紫外線放電灯は、主波長である２５４ｎｍの波長の紫外線と、２２０ｎｍ以下の短波長の紫外線とを同時に放射するため、汎用的に用いられている。この低圧紫外線放電灯を用いた分解反応においては、２２０ｎｍ以下の短波長紫外線は強いエネルギーを有することから、水中の有機物分解に有効である。この短波長紫外線による有機物の分解のメカニズムは、まず、水分子が２２０ｎｍ以下の短波長紫外線のエネルギーで解離することで、ヒドロキシラジカルが生成される（反応式（１））。
【０００３】
【化１】
【０００４】
ここで生成したヒドロキシラジカルは強力な酸化剤であるため、下記に示すように水中の有機物と連鎖的な酸化反応を経て二酸化炭素、水、反応中間体としての有機酸、及び副生物としての過酸化水素が生成されることが広く知られている（反応式（２））。
【０００５】
【化２】
【０００６】
さらに、上記反応で副生される過酸化水素が、低圧紫外線放電灯の主波長である２５４ｎｍの波長の紫外線で分解されると、ヒドロキシラジカルが生成される（反応式（３））。この反応は、ＡＯＰ（促進酸化プロセス）として広く知られており、反応式（３）で生成されたヒドロキシラジカルは、上記反応式（１）の反応で水分子から生成するヒドロキシラジカルと同様に有機物の酸化分解反応を引き起こす。
【０００７】
【化３】
【０００８】
このような紫外線酸化による水中の有機物処理を効率的に行うためには、上記反応式（１）〜（３）の反応メカニズムにおいて、
（Ｉ）被処理水に波長２２０ｎｍ以下の短波長紫外線を照射する
（II）波長２５４ｎｍの紫外線も活用できるように反応時間を確保する
という２条件が重要である。
【０００９】
しかしながら、この２条件は、実際の装置化にあたっては相反する条件である。すなわち、波長２２０ｎｍ以下の紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線とを同時に、かつ経済的に得ることができるのは、一般的には低圧紫外線放電灯である。この低圧紫外線放電灯は、放射する主波長が２５４ｎｍであり、同時に２５４ｎｍの出力の２０％程度の出力の波長１８５ｎｍの紫外線を得ることが可能である。ところが、波長１８５ｎｍの紫外線は、水による吸収が激しく、不純物をほとんど含まない超純水中であっても１０ｍｍ以下の光路長でほぼ完全に吸収される。つまり、波長１８５ｎｍの紫外線が届く範囲は、石英保護管の外表面から１０ｍｍ以下であり、それより離れた位置を流通する水ではヒドロキシラジカルが生成しない。そこで、紫外線酸化処理装置の流路部分の水の厚みをすべて１０ｍｍ以下に薄層化することが考えられるが、そうすると装置の内容量が小さくなり、照射装置内での滞留時間（反応時間）を極短時間しか確保できなくなる。
【００１０】
このため、この相反する条件をできるだけ両立するように外筒体（シリンダ）内に還流板を設けた紫外線酸化処理装置が実用上は用いられている。このような還流板を設けた紫外線酸化処理装置の一例を図１２及び図１３に示す。紫外線酸化処理装置１は、給水部たる処理水流入口３を一側に、排水部たる処理水流出口４を他側にそれぞれ有する円筒状のステンレス鋼製シリンダ２と、石英保護管６内に収納することで液密状態に隔離した低圧紫外線放電灯５とからなる基本構造を有する。そして、このシリンダ２内に、一対のロッド７に所定の間隔で固定された複数枚の環状の還流板８ａ〜８ｅが配置されている。なお、９ａ，９ｂは図示しないＯリングにより液密状態に固定されたエンドプレートである。
【００１１】
上述したような装置において、被処理水Ｗが処理水流入口３から導入されると、低圧紫外線放電灯５から紫外線が照射され、処理水流出口４に向かって流れる。このとき、途中に還流板８ａ〜８ｅが配置されているので、被処理水Ｗが処理水流入口３と処理水流出口４間をショートパスするのを防止して、低圧紫外線放電灯５の近傍を流れつつ、滞留時間を確保することが可能となっている。なお、紫外線酸化による水中の有機物除去処理においては、前述したとおり反応中間体としての有機酸と二酸化炭素とが生成するため、これらの除去を目的として後段にイオン交換処理装置を配置するのが普通である。
【００１２】
しかしながら、この紫外線酸化処理装置１では、円筒状のステンレス鋼製シリンダ２内に、一対のロッド７に固定された複数枚の環状の還流板８ａ〜８ｅを挿入することになるため、これらの還流板８ａ〜８ｅもまた、超純水処理装置等に適用するには、耐溶出性、耐紫外線性の観点からステンレス鋼等の金属製とすることが避けられない。このため、還流板８ａ〜８ｅの外縁とシリンダ２の内面との隙間（クリアランス）をぎりぎりに設定すると、ステンレス同士が接触してしまう。ステンレス同士は摩擦力が大きく、還流板８ａ〜８ｅをシリンダ２内に収めることができなくなってしまうため、還流板８ａ〜８ｅの外縁とシリンダ２の内面との間には、ある程度のクリアランスを確保せざるを得ない。
【００１３】
そして、このような従来型の還流板を用いた紫外線酸化処理装置１では、処理水流量が多く高流速の場合には、シリンダ２内部の還流板８ａ〜８ｅで比較的大きな圧力損失が発生するため、被処理水Ｗの大部分は、前述した還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の間のクリアランス部分よりも間隙の大きい石英保護管６と還流板８ａ〜８ｅとの間の流路を多く通過することになり、問題が顕在化しない。しかしながら、非常にＴＯＣ濃度の低い処理水を得るときには、処理水流量を少なくして流速を低くするため、還流板８ａ〜８ｅで発生する圧力損失も小さくなる。このため、シリンダ２内を通過する被処理水Ｗは、還流板８ａ〜８ｅ及びシリンダ２の間のクリアランスの面積と、還流板８ａ〜８ｅ及び石英保護管６の間の流路面積との面積比に近似するように分流し、高流速で処理する場合に比べてショートパス分の割合が増加する。この還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランスの箇所は、低圧紫外線放電灯５から最も離れているため、そこを通過する被処理水Ｗは、波長が短く最も酸化能力が高い１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができない。このため還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランス部分をショートパスする被処理水Ｗは、十分な紫外線酸化を受けることができず、ＴＯＣ成分が除去されずに残留し、処理水全体のＴＯＣ濃度を十分に低下させることができないという問題点があった。
【００１４】
特に、近年、超純水処理装置に要求される処理水（超純水）のＴＯＣ濃度１μｇ／Ｌ未満を達成するためには、このショートパスの問題は重大である。
【００１５】
このような問題点を解決することを目的として、種々の紫外線酸化処理装置が提案されている。例えば、特許文献１には、波長２４０ｎｍ以下の紫外線の出力の維持率を高めることを目的とする、合成石英ガラス製の発光管を有する放電灯を用いた紫外線酸化処理装置が開示されている。また、特許文献２には、被処理水を滞留させることを目的とする、シリンダの内面に堰板を固着した紫外線酸化処理装置が開示されている。特許文献３には、被処理水に旋回流を与えることを目的とする、シリンダの内面に攪拌板を固着した紫外線酸化処理装置が開示されている。さらに、特許文献４には、四角形断面で内部に多数の紫外線ランプを設け、被処理水が紫外線ランプに対して直角方向に流れるように混合板を設置した紫外線酸化処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１４４９１２号公報
【特許文献２】特開平１０−４３７５３号公報
【特許文献３】特開２００３−２４９３４号公報
【特許文献４】特許第２６９６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載された紫外線酸化処理装置は、紫外線の出力の維持率を高めることはできるものの、被処理水Ｗの還流板８ａ〜８ｅとシリンダ２の内面との間のクリアランスにおけるショートパスを防止することができない、という問題点がある。
【００１８】
また、特許文献２及び３に記載された紫外線酸化処理装置は、還流板をシリンダ本体内に溶接等で直接固定するものであり、装置、特にシリンダの製造が煩雑で高価になる、石英保護管が破損した場合にシリンダ内の破片除去が困難になる、という問題点がある。
【００１９】
さらに、特許文献４に記載された紫外線酸化処理装置は、反応容器が角形であり、水処理装置で必要とされる耐圧性能に劣るものである。そこで、容器の肉厚を厚くすることが考えられるが、シリンダ（円筒）形状と同等の耐圧性を確保するためには、容器の肉厚が厚くなり、装置重量が増えるだけでなく、高価で取り扱いが難しくなる、という問題点がある。また、円筒形状では、被処理水が紫外線ランプに対して直角にかつ均一に流れるように混合板を設置すること自体が困難である。
【００２０】
このように従来は、簡便かつ実用的な構造で、ＴＯＣ濃度１μｇ／Ｌ未満の超純水を確実に得ることのできる紫外線酸化処理装置はなかった。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、紫外線酸化処理装置内での処理水のショートパスを防止し、極低濃度のＴＯＣ濃度の処理水を得ることの可能な紫外線酸化処理装置及び水の紫外線酸化処理方法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】
【００２２】
上記課題を解決するために、第一に本発明は、管状の低圧紫外線放電灯が収容され、前記低圧紫外線放電灯の周囲に一端から他端側に向けて水が流通する外筒体と、前記外筒体内に、前記低圧紫外線放電灯の外周方向に当該低圧紫外線放電灯より離間して設けられてなる複数の還流板とを有する紫外線酸化処理装置において、前記還流板が、前記外筒体の内面との間をシールするシール部を有することを特徴とする紫外線酸化処理装置を提供する（請求項１）。
【００２３】
上記発明（請求項１）によれば、還流板と外筒体の内面との間をシールするシール部を有することで、還流板と外筒体との間のクリアランスが実質的になくなるため、外筒体の一端（給水部）から被処理水を供給し、他端（排水部）から排出する過程において、クリアランス部分を通ることで十分な紫外線照射を受けることなく被処理水が流出してしまう「漏洩流」を防止することができ、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、この結果、被処理水が低圧紫外線放電灯の照射を十分に受けることになるため、難分解性物質の分解・除去においても高い効果が得られる。
【００２４】
上記発明（請求項１）においては、前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯からの紫外線の照射を直接受けない構造であるのが好ましい（請求項２）。
【００２５】
上記発明（請求項２）によれば、シール部を合成樹脂、エラストマー等で構成したとしても、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射による劣化を防止することができる。
【００２６】
特に、前記還流板が、円環状であり、前記還流板が、円環状の還流板本体部と当該還流板本体部の外周に配置されたシール部とからなるのが好ましい（請求項３，４）。
【００２７】
上記発明（請求項３，４）によれば、シール部が円環状の還流板本体部の外周に配置されているので、還流板と外筒体との間のクリアランスをシール部が閉鎖するとともに、このシール部が低圧紫外線放電灯からの紫外線照射による劣化を防止することができる。
【００２８】
さらに、上記発明（請求項１〜４）においては、前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯から照射された紫外線に対して耐性を有する材料からなるのが好ましい（請求項５）。これにより、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射等によるシール部の劣化を完全に防止することができる。
【００２９】
そして、第二に本発明は、上記発明（請求項１〜５）に係る紫外線酸化処理装置を用いて水の紫外線酸化処理を行うことを特徴とする水の紫外線酸化処理方法を提供する（請求項６）。
【００３０】
上記発明（請求項６）によれば、還流板と外筒体の内面との間をシールするシール部を有することで、還流板と外筒体との間のクリアランスが実質的になくなるため、外筒体の一端（給水部）から被処理水を供給し他端（排水部）から排出する過程において、被処理水がクリアランス部分を通ることで十分な紫外線照射を受けることなく流出してしまう「漏洩流」を防止することができ、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、この結果、被処理水が低圧紫外線放電灯からの紫外線照射を十分に受けることになるので、難分解性物質の分解・除去においても高い効果が得られる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、紫外線酸化処理装置の還流板に、シリンダ内面との間のクリアランス部分をなくすための充填物としてのシール部が設けられていることにより、被処理水がこのクリアランス部分を通過することで十分な紫外線照射を受けることなく紫外線酸化処理装置から流出してしまう「漏洩流」を防止することができるため、有機物濃度が極低濃度の超純水を得ることができる。また、難分解性物質の分解・除去においても高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図２】前記第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す側面図である。
【図３】前記第一の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図５】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す側面図である。
【図６】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す縦断面図である。
【図７】前記第二の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第三の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す平面図である。
【図９】前記第三の実施形態に係る紫外線酸化処理装置の還流板を示す断面図である。
【図１０】本発明の第四の実施形態に係る紫外線酸化処理装置を示す拡大断面図である。
【図１１】試験用の紫外線酸化処理システムを示すフロー図である。
【図１２】従来の紫外線酸化処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１３】従来の紫外線酸化処理装置の還流板を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の紫外線酸化処理装置の第一の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
本実施形態に係る紫外線酸化処理装置は、還流板以外は、基本的には前述した図１２及び図１３に示す従来の紫外線酸化処理装置１と同じ構成を有するものであり、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図１〜３において、還流板１１は、円環状の還流板本体部１２と、この還流板本体部１２の外周に配置されたシール部としてのシール部材１３とから構成されている。なお、図１において、１４は一対のロッド７が挿入される挿入孔である。
【００３６】
ここで、還流板本体部１２は、ステンレス鋼製であって、ミシンのボビン又はＶベルトのプーリーのような形状をしており、中央には石英保護管６から１０ｍｍ以下程度、特に３〜１０ｍｍ程度離間する径の開口部が形成されていて、軸方向では中間部の小径部１２Ｂと両側面部の大径部１２Ａとにより外周の端部に凹部が形成されている。この還流板本体部１２は小径部１２Ｂと大径部１２Ａとが一体に成形されたものでもよく、またこれらが別々の成形体であってネジ等で一体に組み立てられたものでもよい。
【００３７】
このような還流板本体部１２の凹部（小径部１２Ｂの外周面）にシール部材１３が設けられる。シール部材１３は、ステンレス鋼との摩擦の小さい合成樹脂又はエラストマー等からなり、外径がシリンダ２の内径とほぼ等しくリング状体であって、弾性を有するものであるのが好ましい。具体的には、Ｏリング、バックアップリング等を用いることができる。なお、シール部材１３を構成する合成樹脂又はエラストマーとしては、耐水溶出性を備えていれば特に制限はないが、紫外線に対して不活性又は高耐久性を有するのが好ましい。また、表面に金属又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のような紫外線に対して不活性又は高耐久性の材料による遮光層を備えたものも好適に用いることができる。
【００３８】
上述したような還流板１１は、挿入孔１４，１４にロッド７，７を挿入して、複数枚（本実施形態においては５枚）を所定の間隔で当該ロッド７，７に固定される。そして、エンドプレート９ａ，９ｂ及び石英保護管６が未装着の状態で、シリンダ２内にロッド７ごと還流板１１を押し入れて仮固定し、続いてエンドプレート９ａ，９ｂを装着することにより、ロッド７と還流板１１とを固定し、その後石英保護管６を挿入するという順で紫外線酸化処理装置を組み立てればよい。
【００３９】
ここで、シール部材１３として、ステンレス鋼との摩擦を十分小さくできる材料が選択されているため、還流板本体部１２とシール部材１３との間、シール部材１３とシリンダ２の内面間とのクリアランスがほとんどなくでも、シリンダ２内にロッド７で結合した複数の還流板１１を装填することが可能であり、また必要に応じて取り出すことも可能となっている。
【００４０】
前述したような還流板１１を有する本実施形態の紫外線酸化処理装置の作用について説明する。図３に示すように、処理水流入口３から導入された被処理水Ｗは、石英保護管６と還流板１１ａとの間の流路を通過して、照射スペースＳに流入する。この照射スペースＳは、２枚の還流板１１ａ，１１ｂにより区画されているため、被処理水Ｗはここで滞留し、低圧紫外線放電灯５からの紫外線照射による十分な反応時間を確保した後、隣の照射スペースに向かって移動する。このとき、照射スペースＳの石英保護管６から１０ｍｍ以上離間した部分では、波長が短く最も酸化能力が高い波長１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができないが、シール部材１３の外径と、シリンダ２の内径とがほぼ等しく、還流板１１ａ及び１１ｂの外周縁とシリンダ２の内面とのクリアランス（隙間）が実質的にないため、被処理水Ｗは還流板１１ｂと石英保護管６との間の流路を通過せざるを得ない。この結果、被処理水Ｗの全てが波長１８５ｎｍの紫外線の照射を受けることになり、ヒドロキシラジカルが生成される。これを５枚の還流板により形成された４個の照射スペースＳにおいて繰り返すことにより、十分にＴＯＣ成分を分解することができる。また、低圧紫外線放電灯からの紫外線照射を十分に受けることになるので、難分解性物質を高水準で分解することができる。
【００４１】
次に、本発明の紫外線酸化処理装置の第二の実施形態について図４〜図７に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る紫外線酸化処理装置１は、還流板の形状が異なる以外、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。還流板２１は、円環状の還流板本体部２２と、この還流板本体部２２の外周に配置されたシール部材１３とから構成されている。なお、図４において、２３は一対のロッド７の挿入孔である。
【００４２】
ここで、還流板本体部２２は、軸方向では中間部の小径部２２Ｂと両側面部の大径部２２Ａとにより外周の端部に凹部２４が形成されていて、大径部２２Ａの外縁部が軸方向に長く形成されている以外は前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４３】
前述したような還流板２１を有する本実施形態に係る紫外線酸化処理装置の作用について説明する。図７に示すように、処理水流入口から導入された被処理水Ｗは、石英保護管６と還流板２１ａとの間の流路を通過して、照射スペースＳに流入する。この照射スペースＳは、２枚の還流板２１ａ，２１ｂにより区画されているため、被処理水Ｗはここで滞留し、低圧紫外線放電灯５からの紫外線照射による十分な反応時間を確保した後、隣の照射スペースに向かって移動する。このとき、照射スペースＳの石英保護管６から１０ｍｍ以上離間した部分では、波長が短く最も酸化能力が高い波長１８５ｎｍの紫外線の照射をほとんど受けることができないが、シール部材１３の外径と、シリンダ２の内径とがほぼ等しく、還流板２１ａ及び２１ｂの外周縁とシリンダ２の内面とのクリアランス（隙間）が実質的にないため、被処理水Ｗは還流板２１ｂと石英保護管６との間の流路を通過せざるを得ない。この結果、被処理水Ｗの全てが十分な紫外線酸化を受けることになり、ヒドロキシラジカルが発生する。これを５枚の還流板により形成された４個の照射スペースＳにおいて繰り返すことにより、十分にＴＯＣ成分を分解することができる。また、低圧紫外線放電灯の照射を十分に受けることになるので、難分解性物質を高水準で分解することができる。
【００４４】
さらに、本発明の紫外線酸化処理装置の第三の実施形態について、図８及び図９に基づいて詳細に説明する。本実施形態の紫外線酸化処理装置１は還流板の形状が異なる以外、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４５】
同図において、還流板３１は、中央には石英保護管６から１０ｍｍ以下程度、特に３〜１０ｍｍ程度離間する径の開口部が形成された円板状の還流板本体部３２と、この還流板本体部３２の外周に固着されたシール部材３３とから構成されている。なお、図８において、３４は一対のロッド７の挿入孔である。前述したようにシール部材３３が紫外線照射による劣化を受けない構成からなるものである場合には、このような構成とすることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、シール部材は、リング状のものに限定されるものではなく、例えば、第一の実施形態において図１０に示すように合成樹脂又はエラストマーをコイル状に巻いたシール部材１３Ａとしてもよい。また、紫外線酸化処理装置としては、図１２及び図１３に示す形態のものに限られず、種々の紫外線酸化処理装置における還流板として適用可能である。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の各実施例に何ら限定されるものではない。
【００４８】
〔試験用紫外線酸化処理システムの準備〕
図１２に示すような構造を有する紫外線酸化処理装置１を用い、図１１に示す純水製造装置を準備した。この純水製造装置は、紫外線（ＵＶ）酸化装置４１と、イオン交換樹脂カラム４２とからなり、紫外線（ＵＶ）酸化装置４１には、ＴＯＣタンク４３から薬注ポンプ４４によりＴＯＣを添加した超純水を供給して処理を行い、ＴＯＣ計４５により紫外線（ＵＶ）酸化装置４１の給水のＴＯＣ濃度と、イオン交換樹脂カラム４２を通過した処理水のＴＯＣ濃度とをそれぞれ測定する、というものである。
【００４９】
なお、後述する各実施例及び比較例において、共通する装置としては以下のものを使用した。
低圧紫外線放電灯：低圧水銀ランプＡＺ−２６（日本フォトサイエンス社製）
放電灯用安定器：電子安定器ＦＭ−１０Ｋｄ（日本フォトサイエンス社製）
イオン交換樹脂カラム：「ＫＲ−ＵＣ１」２Ｌと「ＫＲ−ＵＡ１」３Ｌ（いずれも栗田工業社製）を混床で使用
ＴＯＣ源：特級２−プロパノール及び特級尿素（いずれも関東化学社製）のそれぞれを超純水で希釈
ＴＯＣ計：ＳｉｅｖｅｒｓＰＰＴ（Ｓｉｅｖｅｒｓ社製）
評価試験時の処理水流量：７.５Ｌ／分
【００５０】
〔実施例１及び比較例１，２〕
シリンダ径５０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用して、ＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加して処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。なお、還流板１１は、還流板本体部１２がステンレス製で、シール部材１３がＦＥＰ（フッ素系樹脂）製のものを使用した。また、還流板１１と石英保護管との間隔は約５ｍｍとした。
【００５１】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例１）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例２）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表１にあわせて示す。
【００５２】
〔実施例２及び比較例３，４〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用した以外は実施例１と同様にしてＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。
【００５３】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例３）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例４）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表１にあわせて示す。
【００５４】
〔実施例３〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図３〜図５に示す還流板２１（Ｂタイプ）とを用いた以外は実施例１と同様にしてＴＯＣ源として２−プロパノールを約１０μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表１に示す。なお、還流板２１は、還流板本体部２２がステンレス製で、シール部材１３がポリエチレン樹脂製成形体の表面にチタン薄膜処理を施したものを使用した。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１から明らかなとおり、ＴＯＣ源として２−プロパノールを用いた実施例１〜３及び比較例１〜４において、実施例１〜３は処理水のＴＯＣ濃度が０．５μｇ／Ｌ以下であったのに対し、還流板を使用していない比較例１及び３は１．０μｇ／Ｌを超えるものであり、従来型の還流板を用いた比較例２及び４は０．５μｇ／Ｌを超えるものであった。この結果から、本発明の紫外線酸化処理装置によれば、ＴＯＣ濃度が極低濃度の処理水を得られることが裏付けられた。
【００５７】
〔実施例４及び比較例５，６〕
シリンダ径５０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用し、ＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加して処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００５８】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例５）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例６）についても同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表２にあわせて示す。
【００５９】
〔実施例５及び比較例７，８〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図１及び図２に示す還流板１１（Ａタイプ）とを使用した以外は実施例４と同様にしてＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００６０】
また、比較のために還流板を使用しなかった場合（比較例７）、及び従来の還流板１１（シール部材１３を有しないもの）を使用した場合（比較例８）についても、同様に処理を行い、給水及び処理水のＴＯＣ濃度を測定した。結果を表２にあわせて示す。
【００６１】
〔実施例６〕
シリンダ径８０ｍｍφのＵＶ酸化装置４１と、これに適合した大きさの図３〜図５に示す還流板２１（Ｂタイプ）とを使用した以外は実施例４と同様にしてＴＯＣ源として尿素を約５μｇ／Ｌの濃度で添加した給水の処理を行った。この給水及び処理水のＴＯＣ濃度の測定結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２から明らかなとおり、ＴＯＣ源として尿素を用いた実施例４〜６及び比較例５〜８においては、実施例４〜６は処理水の尿素濃度が３．０μｇ／Ｌ以下と約半分にまで減少したのに対し、還流板を使用していない比較例５及び７は４．０μｇ／Ｌを超えるものであり、従来型の還流板を用いた比較例６及び８は３．０μｇ／Ｌを超えるものであり、その除去率は非常に低かった。この結果から、本発明の紫外線酸化処理装置によれば、難分解性物質である尿素の分解・除去においても、優れた効果が得られることが裏付けられた。
【符号の説明】
【００６４】
１…紫外線酸化処理装置
２…シリンダ（外筒体）
３…処理水流入口（給水部）
４…処理水流出口（排水部）
５…低圧紫外線放電灯
６…石英保護管
１１，１１ａ，１１ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ，３１…還流板
１２，２２，３２…還流板本体部
１３，１３Ａ，３３…シール部材
４１…紫外線（ＵＶ）酸化装置
Ｗ…被処理水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の低圧紫外線放電灯が収容され、前記低圧紫外線放電灯の周囲に一端から他端側に向けて水が流通する外筒体と、前記外筒体内に、前記低圧紫外線放電灯の外周方向に当該低圧紫外線放電灯より離間して設けられてなる複数の還流板とを有する紫外線酸化処理装置において、
前記還流板が、前記外筒体の内面との間をシールするシール部を有することを特徴とする紫外線酸化処理装置。
【請求項２】
前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯からの紫外線の照射を直接受けないことを特徴とする請求項１に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項３】
前記還流板が、円環状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項４】
前記還流板が、円環状の還流板本体部と当該還流板本体部の外周に配置されたシール部とからなることを特徴とする請求項３に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項５】
前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯から照射された紫外線に対して耐性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線酸化処理装置を用いて水の紫外線酸化処理を行うことを特徴とする水の紫外線酸化処理方法。
【請求項１】
管状の低圧紫外線放電灯が収容され、前記低圧紫外線放電灯の周囲に一端から他端側に向けて水が流通する外筒体と、前記外筒体内に、前記低圧紫外線放電灯の外周方向に当該低圧紫外線放電灯より離間して設けられてなる複数の還流板とを有する紫外線酸化処理装置において、
前記還流板が、前記外筒体の内面との間をシールするシール部を有することを特徴とする紫外線酸化処理装置。
【請求項２】
前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯からの紫外線の照射を直接受けないことを特徴とする請求項１に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項３】
前記還流板が、円環状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項４】
前記還流板が、円環状の還流板本体部と当該還流板本体部の外周に配置されたシール部とからなることを特徴とする請求項３に記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項５】
前記シール部が、前記低圧紫外線放電灯から照射された紫外線に対して耐性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線酸化処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の紫外線酸化処理装置を用いて水の紫外線酸化処理を行うことを特徴とする水の紫外線酸化処理方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２３４２０９（Ｐ２０１０−２３４２０９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３３７６（Ｐ２００９−８３３７６）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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