JPH0749118B2

JPH0749118B2 - 紫外線酸化分解装置

Info

Publication number: JPH0749118B2
Application number: JP61076752A
Authority: JP
Inventors: 善弘見目; 茂大野; 正博風間; 勝弘河合; 忍弦田; 正益広瀬
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPS62234591A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、半導体製造工場等で使用される純水の再生利
用時や排水時に問題となる有機物を除去するため、被処
理水に紫外線を照射して、他の手段では分解できない有
機物、特に低分子のアルコール類やケトン類等を酸化分
解する装置に関するものである。

［従来の技術とその問題点］従来、半導体製造工程において、精度の高い半導体を得
るために処理水の中に含まれている有機物、例えば、メ
タノール、エタノール及びイソプロパノール等に紫外線
を照射して分解除去することが行なわれている。

かかる手段を用いて工業用純水を数トン単位で得る装置
として従来は例えば第３図に示すようなものが使用され
てきた。これは、数トン単位の水を貯水することができ
る装置本体１の内部に、石英ガラス等の紫外線透過材で
構成した二重構造のジャケット２を収納すると共に同ジ
ャケット２の内管の内側に10〜20kw程度の高圧水銀ラン
プ３を適数本収納したものである。ジャケット２の内管
と外管との間には、高圧水銀ランプ３の放射熱により被
処理水の温度が上昇するのを防ぐために冷却水を注入、
循環させるように構成してある。

かかる装置を運転する場合は、装置本体１に貯水された
水に過酸化水素等の酸化物を混入し撹拌するとともに、
高圧水銀ランプを１〜２時間程度点灯して水に含まれる
有機物を紫外線により分解除去する。

しかし、かかる構造の装置は、数トン単位の水を貯水す
るため装置本体が大形になるという問題がある。また、
大容量の高圧水銀ランプを連続して点灯するため電力消
費が嵩むという問題もある。しかも、水の有機物を分解
除去できるまでに要する時間が１〜２時間程度と長い欠
点もある。さらにランプを収納するジャケットに冷却水
を循環させるための装置を必要とするためコスト高にも
なる。

［発明の目的］本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小形かつ簡
単な装置により、少ない電力費で短時間のうちに必要量
の工業用純水を連続的に得ることのできる紫外線酸化分
解装置を提供することを目的とする。

［発明の構成及び作用］以下、本発明の典型的な実施例を図に基づいて説明す
る。第１図において、６はステンレス材等で構成された
筒状の装置本体である。この装置本体６の一端には被処
理水の注入口７が設けてある。また、装置本体６の内面
は紫外線反射が効率良く行なわれるように研磨されてい
る。９は紫外線透過率の良い材料、例えば高純度石英ガ
ラスにより構成された筒状のジャケットで装置本体６の
内部に適数本配置してある。

10はジャケット９の内部に収納した紫外線放電灯であ
り、本発明においては、電極間距離1cmあたり２〜8wの
高負荷の低圧水銀ランプを使用する。かかる高負荷の低
圧水銀ランプは点灯中に何らかの方法で冷却しないと短
寿命となるが、本発明では装置本体６とジャケット９の
間を流れる被処理水によって冷却されるため問題はな
い。なお、この場合、被処理水の温度上昇に注意しなけ
ればならないが、高負荷の低圧水銀ランプは高圧水銀ラ
ンプに比べれば発熱量は少なく、しかも被処理水は連続
的に流れることとなるので被処理水の温度は殆ど上がら
ない。

かかる装置を運転する場合は、被処理水を注入口７を通
して装置本体６内に注入する。この際、投入口11を通じ
て被処理水に過酸化水素等の酸化剤をを投入する。そし
て装置本体６内に注入した被処理水に低圧水銀ランプ10
により紫外線を照射し、被処理水中の有機物を酸化分解
させる。

処理された水は流出口８を通して連続的に外部に取り出
される。なお、12は装置本体に注入した被処理水を撹拌
して酸化分解を効率よく行なわせるための乱流板であ
る。

かかる装置により被処理水中の有機物の酸化分解を行な
う場合、被処理水及び装置における様々な要素及びそれ
らの条件が有機物の酸化分解や小形化等に大きな影響を
及ぼすため、これらの条件を適当に選定しないと期待す
る効果は得られない。発明者等は種々実験を重ねた結
果、低圧水銀ランプの有効出力、該有効出力の利用効
率、被処理水の紫外線透過率及び装置本体とジャケット
との間を流れる被処理水の厚さ等が効果に最も影響があ
る要素であることを確認した。

ここに低圧水銀ランプの有効出力とは、低圧水銀ランプ
から放射される全エネルギーのうち被処理水の紫外線吸
収特性に基づき反応に寄与する紫外線出力をいう。すな
わち、第２図（ｂ）に示すように、低圧水銀ランプから
放射される全エネルギーを棒線であらわし、被処理水の
紫外線吸収特性Ａ曲線であらわすと、Ａ曲線よりも下側
における紫外線出力が有機物の分解に有効に使われる紫
外線出力であり、これを有効出力と称する。

次に、利用効率とは紫外線の有効出力のうち、被処理水
の水層厚や単位長あたりの紫外線透過率との関係で、実
際にどれだけの出力が利用されるかを示すものでこれを
Ｅとすると下記の式により算出される。

ここで、ａは被処理水の水層厚（cm）で第１図の装置本
体６とジャケット９との間の距離であり、trは被処理水
1cmあたりの紫外線透過率（％）である。

前記被処理水の厚みａ（cm）は、前記利用効率Ｅ（％）
との関係において適当な範囲に選定しなければならな
い。これは、被処理水の酸化剤の反応に大きな影響があ
り、それによって有機物の分解能力が左右されるからで
ある。

すなわち、被処理水に酸化剤として代表的な過酸化水素
（H₂O₂）を混入した場合、該混入水に紫外線を照射する
と次のような反応が生じる。

上記反応式に示すように、H₂O₂に紫外線が吸収され活性
酸素が発生する。この反応には吸収された光だけが寄与
する（Grotthos−Draperの原則）ことから、より効率よ
く反応を起させるためにはどれだけ紫外線を吸収させう
るかを考慮しなければならない。被処理水の単位長あた
りの紫外線透過率は任意に変えられないから、被処理水
の厚みａを利用効率Ｅとの関係で選定するのが実際的で
あることが判明した。

発明者等の実験によれば、被処理水の厚みａ（cm）は利
用効率Ｅ（％）が80〜98％となるように選定するのが最
も効果的であることが判明した。

Ｅ＜80（％）になるようにａを選択すると、利用されな
い紫外線が無駄となり、結果的に消費電力が増大し装置
全体も大形になる。反対にＥ＞98（％）になるようにａ
を選択すると、従来のタンク式と同様水層厚が極めて大
となり、装置本体内壁側を流れる水は処理されない結果
となる。この場合、撹拌等の手段を用いれば処理は可能
であるが、処理スピードを落とさなければならず、装置
本体内の通過時間を長くとらなければならないので結果
的には装置が大形になる。

本発明は、紫外線放電灯として高負荷の低圧水銀ランプ
を使用したうえで前記のごとく被処理水の水層厚を選定
する点が特色である。このように高負荷の低圧水銀ラン
プを使用する理由は、ランプから放射される全エネルギ
ーのうち有機物の酸化分解反応に寄与する紫外線の割合
（赤外線放射効率）が高圧水銀ランプに比べて高く、消
費電力を小さくすることができるからである。第１表は
高負荷の低圧水銀ランプ及び高圧水銀ランプの紫外線放
射効率、紫外線放射効率比及び消費電力の比較表であ
る。

このように、紫外線の放射効率が高負荷の低圧水銀ラン
プの方が優れている理由は、第２図（ａ）、（ｂ）に示
すように放電灯のエネルギー分布に基因する。すなわ
ち、第２図（ａ）に示すように、高圧水銀ランプでは有
機物の酸化分解反応に有効な300nm以外の近紫外線・可
視領域に発光がずれるのに対して、高負荷の低圧水銀ラ
ンプでは第２図（ｂ）のように反応に寄与する主波長の
254nmのスペクトルが有効に利用されるからである。し
かし、紫外線放射効率の高い低圧水銀ランプでも、従来
の殺菌灯や蛍光灯に使用されているような0.4〜0.7w/cm
の低負荷のものでは、本発明の目的の一つである装置の
小形化は不可能である。これは紫外線の絶対出力が低い
ため、所定の有効出力を得るためには多数の低圧水銀ラ
ンプを使用しなければならないためである。第２表は、
数トンの水を処理するために高圧水銀ランプを使用した
場合、低負荷の低圧水銀ランプを使用した場合及び本発
明に係る高負荷の低圧水銀ランプを使用した場合の必要
ランプ灯数、消費電力及び装置の体積比を比較したもの
である。なお、同じ処理能力で比較するために、紫外線
の有効出力をほぼ同じ値として比較してある。

なお、本発明において使用する低圧水銀ランプの負荷が
2w/cmより小さいと、所定の処理能力を得るために必要
なランプ灯数が多くなるため装置の大形化を招き、反対
に8w/cmより大きいと、エネルギー分布が長波長側にず
れて放射効率が悪くなり省電力の効果がうすれる。

また、第１図の実施例では、装置本体６の内部に複数の
ジャケット９を収納した例を示したが、ジャケット９は
単数であっても差し支えなく、さらに単数または複数の
ジャケットを有する装置本体を複数個直列または並列に
接続配置してもよい。

更に、被処理水に添加する酸化剤として過酸化水素を用
いた場合について説明したが、次亜塩素酸等の紫外線照
射で活性酸素を生ずるものであればよい。又、装置本体
の内面の紫外線反射率を高めたり、装置本体内に注入し
た被処理水を乱流にして撹拌する手段等を付加すると酸
化分解効果を高めることができる。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば従来装
置に比較して小型・簡単な装置により、少ない電力費で
短時間に必要とする工業用純水を連続的に得ることがで
きる紫外線酸化分解装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る紫外線酸化分解装置の断面図、第
２図（ａ）は高圧水銀ランプの照射光の分光エネルギー
分布図、第２図（ｂ）は高負荷の低圧水銀ランプの照射
光の分光エネルギー分布図、第３図は従来の紫外線酸化
分解装置の断面図である。第１図において、６……装置本体、９……ジャケット、
10……低圧水銀ランプ。

フロントページの続き (72)発明者河合勝弘埼玉県行田市富士見町１丁目20番地岩崎電気株式会社開発センター内 (72)発明者弦田忍埼玉県行田市富士見町１丁目20番地岩崎電気株式会社開発センター内 (72)発明者広瀬正益埼玉県行田市壱里山町１丁目１番地岩崎電気株式会社埼玉製作所内審判の合議体審判長吉村康男審判官柴沼雅樹審判官原健司 (56)参考文献特開昭53−84362（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−88847（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−79950（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−86159（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−35445（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−51876（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の装置本体の内部に紫外線透過材で構
成したジャケットを収納するとともに、該ジャケットの
内部に紫外線放電灯を収納し、装置本体とジャケットと
の間に酸化剤を混入した被処理水を流して、これに紫外
線を照射して被処理水中の有機物を酸化分解する装置に
おいて、前記紫外線電灯として電極間距離1cmあたり２〜８ワッ
ト（ｗ）の高負荷の低圧水銀ランプを使用するととも
に、該低圧水銀ランプから放射される全エネルギーのう
ち被処理水の紫外線吸収特性に基づき反応に寄与する紫
外線の有効出力が被処理水の中の有機物の酸化分解に有
効に利用される割合（利用効率）をＥ（％）、装置本体
とジャケットとの間を流れる被処理水の厚さをａ（c
m）、被処理水1cmあたりの紫外線透過率をtr（％）とし
た場合、利用効率Ｅを、なる式で算出し、その値が80〜98％となるように被処理
水の厚さａ（cm）を選定したことを特徴とする紫外線酸
化分解装置。