紫外线水处理装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于净水、中水、下水的紫外线水处理装置。
背景技术
为了对大肠菌等的细菌类或病原性原虫的隐孢子虫(クリプトスポリジウム)进行杀菌、不活化，紫外线水处理装置正在普及。在紫外线水处理装置中主要的机器是紫外线灯，通常使用在玻璃管内封入水银后的放电管。从该放电管照射的紫外线使大肠菌等的DNA损伤，由此能够杀菌、不活化。在普通的紫外线水处理装置中，其结构为：在紫外线灯和被处理水之间设置石英玻璃制的保护管，被处理水不直接与紫外线灯接触。
由于保护管与被处理水接触，因此若紫外线水处理装置工作，被处理水中的金属(铁、锰等)或钙等无机物，或者有机物逐渐向保护管的表面附着，并且从紫外线灯发出的紫外线被这些附着物遮挡而不能充分到达被处理水。为了抑制该附着，很多紫外线水处理装置具备基于滑动片等物理方法的保护管的自动清洗机构。
但是，即使具有自动清洗机构也难以完全除去附着物。其结果，保护管每隔几年需要更换，产生了用于此的维修费用。另外，自动清洗机构结构复杂且构件个数多，产生初始费用和其维修费用。相对于紫外线灯发光所需要的电费和管更换费，这些维修费用和初始费用占有不可忽视的比例，这些费用的降低成为课题。
为了解决该课题，例如提出在(专利文献1)记载的对策技术。(专利文献1)记载的现有技术具有如下结构：在沿铅垂方向配置长轴的紫外线灯的外侧设置固体的圆筒，使被处理水沿该圆筒面薄膜状地流下，所述的现有技术中不具备保护管。由于从紫外线灯至到达被处理水之前不存在无机物或有机物附着的部分，所以具有不产生光量减少的优点。
另外，在(专利文献2)中记载如下内容：在水处理装置中，将被处理水雾状态地供给紫外线反映空间，其中该水处理装置具备：配置在反应容器内的紫外线灯和被处理供给机构、被处理水取出口、气体供给口和取出口。
但是，在(专利文献1)记载的现有技术中，由于被处理水以与壁面接触的状态流下，因此成为液膜的厚度薄的薄膜。另外，在(专利文献2)记载的现有技术中，因为以雾状态供给，实际存在浮游并附着保护管的问题，紫外线的利用效率也低。一般对杀菌或不活化有效的紫外线波长是254nm附近，该波长的紫外线在水中的衰减小。因此，若被处理水的薄膜薄或者是雾状态，则多数的光没被有效的利用而通过被处理水的薄膜到达壁面。这种情况在进行紫外线处理的对象是净水或下水的二次处理水等低浊度、低色度的场合下变得显著。
另外，在壁面完全吸收紫外线的情况，有可能存在对于产生的紫外线杀菌、不活化的利用效率极其低的情况。壁面是镜面，完全反射紫外线的情况该利用效率提高，可是因为被处理水经常接触该镜面，与保护管的情况同样不能避免逐渐附着无机物或有机物进而光的反射率降低。
由此，在(专利文献1)、(专利文献2)记载的现有技术中，产生不能有效利用以杀菌或不活化为目的的254nm附近波长的紫外线的问题。
专利文献1：日本特许第4090241号公报
专利文献2：日本特开2001-232359号公报
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种即使没有保护管或清洗机构，也能有效地利用杀菌或不活化用的254nm附近波长的紫外线的紫外线水处理装置。
用于达到上述目的的本发明的紫外线水处理装置具备：紫外线灯；壁面，该壁面设置在该紫外线灯的外侧；供给口，该供给口有多个，设置在所述紫外线灯地上端的上方处且使呈柱状或平板形状的重力落下的被处理水流动；紫外线支承构件，该紫外线支承构件将所述紫外线灯固定支承在所述壁面上；以及集水部，该集水部对从供给口重力落下后的被处理水进行集水，在重力落下的被处理水与所述紫外线灯以及壁面中的任一方都不接触处设置所述供给口。
根据本发明，能够降低紫外线水处理装置的初始费用和维修费用，能够有效地利用杀菌或不活化用的紫外线。
【附图说明】
图1是表示作为本发明的第一实施方式的紫外线水处理装置的结构的立体图。
图2是本实施方式的被处理水的供给口处的横截面图。
图3是本实施方式的被处理水的供给口处的横截面图。
图4是表示本实施方式的重力落下的被处理水的形状例的立体图。
图5是作为本发明的第二实施方式的紫外线水处理装置的供给口处的横截面图。
图6是作为本发明的第三实施方式的紫外线水处理装置的集水部的纵截面图。
图7是作为本实施方式的紫外线水处理装置的集水部的纵截面图。
图8是表示作为本发明的第四实施方式的紫外线水处理装置的结构的立体图。
图9是表示作为本发明的第五实施方式的紫外线水处理装置的结构的立体图。
图中：10-紫外线灯；12-壁面；14-供给口；18-被处理水；20-排水口；22-紫外线灯支承件；24-电源电缆；26-集水部；28-取入口(取込口)；30-鼓风机；32-空气供给口。
【具体实施方式】
利用附图对本发明的各实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示作为本发明的第一实施方式的紫外线水处理装置的结构的立体图。
在本实施方式的紫外线水处理装置中，在圆筒形的壁面12的上部安装平板13，在平板13上设置两个供给口14，在供给口14上设置用于流过被处理水的配管15。在壁面12的下部设置圆锥形状的集水部26，在集水部26上设置排水管20。
在壁面12的内侧，在上下方向两处的圆周方向的多处安装紫外线灯的支承件22。紫外线灯的支承件22由球状的固定部和棒状的支承部构成，在紫外线灯10上也设置球状的支承部，通过紫外线灯支承构件，紫外线灯10以与壁面12平行的状态配置。
电源电缆24与紫外线灯10连接，从平板13取出到外部，形成能够从外部电源供给。在壁面12和紫外线灯10之间且从供给口14流下的被处理水不与紫外线灯支承件22接触的位置设置供给口14，以使得从供给口14流下的被处理水在与集水部26接触前，不和其它构件接触。
由于被这样构成，所以流入的被处理水18从位于紫外线灯10的铅垂方向的上部的供给口14流入，通过重力向铅垂下方下落。如上所述，供给口14在距离紫外线灯10及壁面12间隔一定距离处设置，下落的被处理水18与紫外线灯10、壁面12中的任一方都不接触。另外，下落的被处理水18与固定紫外线灯10的紫外线灯支承件22也不接触。用于向紫外线灯10供给电力的电源电缆24按上述的方式设置，与紫外线灯支承件22同样和下落的被处理水18不接触。
紫外线灯10由电源装置供电而放射紫外线，并且对下落的被处理水18进行杀菌、不活化。到达紫外线灯10下方的被处理水18，并由集水部26所收集，从排水管20流出。
若接触固体表面，则在此处液体扩展，可是如本实施方式的结构，在被处理水18从供给口14流入至到达集水部26之前与固体表面不接触的情况下，由于液体的分子彼此通过表面张力拉合，因此和在中途与固体接触的情况相比，液柱的形状不发生大的变化。
作为该结果，通过将被处理水供给口14充分变大，能够得到紫外线通过的液中距离(液中距離)变长的粗厚的水柱。由于在杀菌或不活化方面效果大的波长254nm附近的紫外线在水中的衰减小，由此通过该结构使紫外线通过的液中距离变长进而能够增大有效利用的比例。
另外，由于被处理水18和紫外线灯10不接触，因此紫外线灯10的表面不附着无机物或有机物，也不产生由那些附着物引起的进入被处理水18的光量降低的问题。另外，由于不需要保护管且也不需要自动清洗机构，由此能够降低装置的初始费用以及由更换保护管产生的维修费用。
但是，在外线灯10万一损伤的情况下，以免在内部包含的水银和玻璃片同处理水一起流出，例如也可以在紫外线灯10的周围设置封闭了底部的保护管。这种情况也需要将被处理水供给口14设置成被处理水18在到达集水部26之前与该保护管不接触。
在长时间使用紫外线水处理装置期间，到达集水部26的被处理水18产生微小的水滴，该水滴上升进而可能附着在紫外线灯10上。在该情况下，该水滴在紫外线灯10的表面蒸发，并且溶解后的离子或浊质(濁質)成分附着在紫外线灯10的表面上，可能降低提供给被处理水18的光量。为了防止该情况，例如考虑为了与紫外线灯10的表面接触并形成薄膜，从另一上部连续地供给纯水或超纯水。此外，可以考虑在紫外线灯10的外侧配备更换容易且廉价的薄树脂筒。
由此，通过采用本实施方式的结构，不需要现有装置中必要的石英玻璃制的保护管和自动清洗机构。其结果，能够得到初始费用降低、维修费用降低的优点。另外，由于能够将被处理水18下落时的水柱变粗，因此相比于与壁面12接触且形成薄膜状流下的情况，能够提高紫外线的有效利用率。
图2是本实施方式的供给口14处的横截面图。流入的被处理水18从被处理水的供给口14重力落下(重力落下する)。在供给口14有多个的情况下，希望以距离紫外线灯10等距离的方式设置该设置位置。
如上所述，图2(a)是供给口14有两处的情况的例子，图2(b)是将供给口14在圆周方向增加且为8处设置的情况的例子。
由此，通过将多个供给口14以距离紫外线灯10等距离的方式设置，与距离紫外线灯10不等距离的情况相比，能够使杀菌、不活化性能的离散(ばらつき)变小。
紫外线灯10的光量十分大的情况，杀菌、不活化性能的离散的影响变小，在希望提高紫外线的有效利用率的情况下，同心圆状地多层配置被处理水的供给口14也有效。
图3是作为本实施方式的供给口14的变形例的供给口处的断面图，图4是表示重力落下的被处理水的形状的立体图。
如图3所示，被处理水的供给口14呈具有一定宽度的环型的形状，如图4所示，从此处重力落下的被处理水18形成在内侧具有空气层的圆筒状。
为了减少杀菌、不活化性能的离散，希望被处理水的供给口14的形状是正圆，另外，从有效利用紫外线的观点上，也可以将环型形状的供给口14多个同心圆状地配备。
另外，也可以将图2中所示的多个供给口14和图3中所示的环型的供给口14并用。
一般，光从空气向水中入射时发生反射，为了更有效地进行被处理水18的杀菌、不活化处理，希望尽可能减少在水面的反射。因此光的入射角为0度，即，光相对于水面垂直入射是理想的。
如图4所示的环型形状的水柱中，由于从中心部向外侧放射的紫外线相对于水面垂直入射，因此与图2中所示形状的被处理水18的水柱相比反射更少，能够进一步提高紫外线的利用效率。
但是，将被处理水形成环型的情况，由于被处理水与图1所示形状的紫外线灯支承件22接触，所以紫外线灯10需要在作为装置上部的盖的平板13上固定，或使其从平板13垂下。
(第二实施方式)
图5是作为本发明的第二实施方式的紫外线水处理装置的供给口14处的横截面图。
在本实施方式中，将壁面12作为反射紫外线的镜面。从紫外线灯10放射的紫外线到达被处理水18，一部分在水面反射，剩余的向水中入射。通过水后的紫外线再次进入空气中。在壁面12吸收紫外线的情况下，进入空气中的光以及在水面反射的光在那里转换成热能散失。若壁面12是镜面，由于这些光能再次提供给水柱，因此能够减少能量损失，能够提高紫外线的利用效率。
图5是生成图4所示形状的水柱的情况的例子，从紫外线灯10放射的紫外线(i)进入水柱，作为透过光的紫外线(ii)与壁面12接触(当たり)并反射，作为来自壁面的反射光的紫外线(iii)再次提供给被处理水18。
(第三实施方式)
图6、图7是本发明的第三实施方式的集水部26的截面图。基于重力落下的被处理水18从设置在上方的供给口14到达集水部26。在到达集水部26时，被处理水18主要具有相应(相当する)其落差的运动能量，但是根据集水部26的形状存在通过其能量在空气中产生水滴的情况。通过该水滴向上方向移动，来自水滴的有机物或无机物附着在紫外线灯10或作为镜面的壁面12上，产生的光不能有效地利用。
作为该对策之一有如下方法，从紫外线灯10或作为镜面的壁面12向铅垂下方离开而设置集水部26，以形成产生的气泡不到达紫外线灯10或其附近的壁面12的结构。
作为另外的对策有如下方法，如图6、图7所示在集水部26处设置斜度进而抑制水滴的产生。
如图6、图7所示，若将集水部26的斜度用偏离水平面的角度θ表示，角度θ越接近0°水滴越容易产生，角度θ越接近90°水滴越难产生。若角度θ为45°以上，由于下落且与集水部26碰撞而变化的被处理水18的运动量没有铅垂向上方向的分量，由此水滴的发生率减少，污染紫外线灯10或壁面12的比例骤减。因此，希望角度θ是45°以上且不足90°。
如图7所示，集水部26的形状作为纵断面来看可以是平滑的曲线，或者也可以将斜度阶段地变化成折线状。在任何一种情况下，最重要的是与下落的被处理水18接触处的斜度，若该点的角度θ相对于水平面呈45°以上且不足90°就能够抑制水滴的发生。能够防止引起光量下降。
(第四实施方式)
图8是作为本发明的第四实施方式的紫外线水处理装置的立体图。
在本实施方式的紫外线水处理装置中，在平板状的壁面42的上部平行地设置两个长方体状的给水口44，在给水口44上设置用于使被处理水48流动的配管。在壁面42的下部设置三棱柱形状的集水部52，在集水部52的底部设置排水口50。
在壁面42的内侧设置沿水平方向配置的紫外线灯40，用未图示的紫外线灯支承构件进行固定支承，紫外线灯40通过紫外线灯支承构件以与壁面42平行的方式配置。
未图示的电源电缆与紫外线灯10连接，能够从外部供给电源。在壁面42和紫外线灯40之间且从供给口44流下的被处理水不与紫外线灯40和紫外线灯支承构件接触的位置设置供给口44，以使得从供给口44流下的被处理水在与集水部26接触前，不和其它构件接触。
在本实施方式中，在紫外线灯40的周围下落的处理水48具有平板形状。在图8中，被处理水48在紫外线灯40的两侧下落，但是在受装置的尺寸制约的情况下，被处理水48也可以在一侧下落，在另一侧形成镜面的壁面。另外，在图8中的紫外线灯40的长轴设置成水平方向，但是紫外线灯40的长轴也可以沿铅垂方向或倾斜方向配置。紫外线灯40也可以具备多根。在进一步大规模化的情况下，也可以多列设置图8所示的“平板形状水柱-紫外线灯-平板形状水柱”的排列进而以“平板形状水柱-紫外线灯-平板形状水柱-紫外线灯-平板形状水柱”的方式构成。
(第五实施方式)
图9是作为本发明的第五实施方式的紫外线水处理装置的立体图。在本实施方式中，在紫外线灯10的下端和集水部26之间设置含有水滴的空气取入口(取込口)28，其上方，在图9所示的例子中，在紫外线灯10的上端和平板13之间设置空气供给口32。来自鼓风机(ブロワ)30的空气供给空气供给口32。
由于这样构成，在紫外线水处理装置内的气相中，空气的流动成为下降流动，在集水部26中产生的水滴通过该空气的下降流动受到向下方向的力进而从取入口28流出。由此，能够防止紫外线灯10及壁面12附着水滴。
在图9所示的例子中，将鼓风机30与空气供给口32连接，但是为了产生从紫外线灯10向集水部26的空气的下降流动，空气供给口可以向大气敞开，并且也可以将鼓风机30与取入口28连接而吸引空气。
由此，在本实施方式中，由于在紫外线灯10的周围产生空气的下降流动，由此也能得到了冷却紫外线灯10的效果。通常，紫外线灯10若温度变高则紫外线的发生效率降低。利用空气的下降流动将紫外线10的表面温度适当地调整，由此能够得到更加高效率的紫外线水处理装置。
也可以构成为：测量取入口28处或其管内流出的风的温度，从该温度推算紫外线灯10的表面的温度进而能够调整鼓风机的风量，通过该结构，即使产生原水温度或气温的变动，也能够得到更加高效率的紫外线水处理装置。
如以上所述，根据各实施方式，能够降低紫外线装置的初始费用和维修费用，能够有效地利用杀菌或不活化用的紫外线。另外，也有不产生由于工作停止时的污染或冻结引起的紫外线灯的破损等问题的效果。另外，具有若使空气流动则有降低灯表面温度的效果，并具有即使在冬季也有良好的发光效率的效果。