JPH11138156A - 紫外線酸化装置 - Google Patents

紫外線酸化装置

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JPH11138156A
JPH11138156A JP9327146A JP32714697A JPH11138156A JP H11138156 A JPH11138156 A JP H11138156A JP 9327146 A JP9327146 A JP 9327146A JP 32714697 A JP32714697 A JP 32714697A JP H11138156 A JPH11138156 A JP H11138156A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中の有機物の紫外線酸化効率を向上させる
光触媒利用紫外線酸化装置を提供する。 【解決手段】 紫外線酸化装置(10)は、筒状の紫外線
照射ランプ(12)の周りにぐるりと設けられた螺旋状の
細長い石英製管(14)から成る。石英製管の中空部に
は、その入口端から出口端まで、液体中の有機物の紫外
線酸化を促進させる多数の酸化チタン被覆中空ガラスビ
ーズが充填されている。石英製管の少なくとも出口端に
は、ビーズが液体の流れに同伴されて石英製管から抜け
出ることのないようにするためのワイヤメッシュスクリ
ーンが設けられている。別の形態では、酸化チタン被覆
中空ガラスビーズを浮遊状態で収容し、少なくとも一部
が透明な材料で作られていて、水を通過させるよう入口
端と出口端を備えた中空容器が、紫外線照射ランプに近
接してその下方に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、代表的には水の汚
染度を表す水中の全有機炭素(TOC)を測定するため
の全有機炭素計測システム(「TOC計」と呼ばれるこ
とがある)又は水中の有機微粒子やコロイド状有機分子
を完全に除去するためのイオン交換方式TOC除去シス
テム等に用いられ、紫外線を水中の有機物に照射してこ
れを酸化させる紫外線酸化装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体の洗浄用、医療用薬品や注射液な
どの製造用、化学分析用等に用いられる水は、不純物、
例えば微粒子、各種イオン、細菌等の微生物、有機化合
物等の溶解物質を実質的に含んでいないことが必要不可
欠である。かかる純水を製造するシステムは通常、逆浸
透法、蒸留法、イオン交換法、吸着法、真空脱気法、紫
外線酸化法、限外濾過法を含む種々の濾過手段を組み合
わせて用いている。特に、例えば半導体製造分野では、
LSIの集積度の増大につれ回路の間隔が狭くなってい
るので、回路短絡を防止するために半導体洗浄水を一層
高純度にする必要があり、イオンのみならず、微粒子、
細菌や有機物質も可能な限り除去しなければならない。
【0003】純水の清浄度を表す方式の一つとして、水
中の有機物中の炭素量で汚染度を表す全有機炭素(TO
C)値(μg/l 又はppbで表される)がある。参考
までに、半導体洗浄用途では、0.20μg/l 以下の
TOC値が要求される場合がある。
【0004】純水のTOC値を測定する手段として、紫
外線(UV)酸化方式のTOC計が広く利用されてい
る。かかるTOC計では、測定ライン中を流れる試料水
の導電率を第1の導電率センサで測定した後、かかる試
料水を、かかる試料水を紫外線照射部へ導入し、ここで
試料水に紫外線を照射して試料水中の有機炭素を有機酸
に変化させる。しかる後、試料水の導電率を第2の導電
率センサで測定し、第1及び第2の導電率センサ得た導
電率の変化を表す差に基づいて既知のデータから試料水
のTOC値を求める。
【0005】また、半導体洗浄用純水製造システムに供
給される原水又は半導体洗浄プロセス部からの回収使用
済み純水は、相当高いTOC値を含む場合があり、特
に、半導体洗浄プロセス部からの回収純水には、半導体
洗浄プロセス部で用いられた有機溶剤が混入することが
あり、この場合には使用済み純水のTOC量は約500
ppb以上にもなる。所定レベルを越えるTOC量を含
有する原水又は使用済み純水中の高TOC値を低減させ
るため、通常、かかる水を紫外線照射部に導入してこれ
に紫外線を照射して水中の有機物が有機酸の形態になる
ようにし、しかる後、イオン交換装置でこれを水から除
去し、それにより低TOC値の純水が得られるようにす
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】TOC計、イオン交換
方式TOC除去システム等に用いられる従来型紫外線酸
化装置の一形式は、紫外線による有機物酸化効率を高め
るために筒状紫外線照射ランプの周りに巻き付けられる
ように設けられていて、照射ランプからの紫外線を透過
させることができる透明な材料、代表的には石英から成
る螺旋状管を有する。しかしながら、従来の紫外線酸化
装置では、試料水中の有機物を紫外線によって完全に酸
化させるには例えば約10分というような相当に長い照
射時間が必要であり、かくして、TOC計については計
測時間が長くなり、TOC除去システムでは除去効率が
制限されていた。
【0007】ところで、酸化チタンが光触媒として水中
に溶存している有機物の酸化分解を促進する作用を有す
ることは知られている。これは、受光した光との相互作
用により、酸化チタンがOHラジカルを生じ、このOH
ラジカルが有機物を効果的且つ迅速に酸化させるという
原理に基づいている。酸化チタンは、光触媒材料の中で
も、化学的に安定であって環境に対して実質的に無害で
あり、潜在的毒性もないことは実証されている。
【0008】TOC測定分野においても、試料水中の有
機物の酸化状態をモニターするために紫外線照射室内に
一対の酸化チタン被覆電極を配置利用する従来技術が存
在している。
【0009】しかしながら、かかる従来技術の構成で
は、試料水と酸化チタン被覆電極との接触面積が制限さ
れているので、水中の有機物の酸化が十分に促進される
とはいえない。
【0010】そこで、本発明の目的は、従来技術の課題
に鑑みて、TOC計やTOC除去システム等に用いら
れ、酸化チタンにより液体中の有機物の酸化を促進する
光触媒利用方式の改良型紫外線酸化装置を提供すること
にある。
【0011】
【課題を完結するための手段】本発明の要旨は、入口
端、出口端及びこれらと連通する中空部を画定し、少な
くとも一部が実質的に透明な材料で作られている液体通
路手段と、液体通路手段と連携して設けられていて、紫
外線を液体通路手段の実質的に透明な部分を通して、入
口端から出口端に向かって中空部内を流れている液体に
照射し、それにより液体中の有機物を酸化させて有機酸
の形態にするための紫外線照射ランプとから成り、前記
液体通路手段の中空部は、液体中の有機物の紫外線酸化
を促進させる多数の酸化チタン被覆中空ガラスビーズを
収容していることを特徴とする紫外線酸化装置にある。
【0012】本発明の一実施形態では、液体通路手段
は、筒状の紫外線照射ランプの周りにぐるりと設けられ
た螺旋状の細長い石英製管から成り、石英製管の螺旋状
中空部には、その入口端から出口端まで実質的に酸化チ
タン被覆中空ガラスビーズが充填されている。好ましく
は、石英製管の少なくとも出口端には、酸化チタン被覆
中空ガラスビーズが液体の流れに同伴されて石英製管か
ら抜け出ることのないようにするためのスクリーン手段
が設けられる。
【0013】本発明の別の実施形態では、液体通路手段
は、紫外線照射ランプに近接してその下方に配置されて
いて、酸化チタン被覆中空ガラスビーズを浮遊状態で収
容する中空部を備えると共に少なくとも一部が透明な材
料で作られた中空容器から成る。この容器は、液体を紫
外線照射のために中空部に導入する入口及び紫外線照射
後の水を中空部から送りだすための出口を有し、容器の
透明部分は、石英製管を透過して漏れる紫外線照射ラン
プからの紫外線を中空部内へ透過させるよう紫外線照射
ランプに向けて配置されている。
【0014】本発明の特徴は、既存の紫外線酸化装置に
レトロフィットでき、かくして、本発明の紫外線酸化装
置は、筒状の紫外線照射ランプの周りにぐるりと設けら
れた螺旋状石英製管と、紫外線照射ランプの真下に配置
されていて、酸化チタン被覆中空ガラスビーズを浮遊状
態で収容する中空部を備えると共に少なくとも一部が透
明な材料で作られた中空容器とから成る。容器は、液体
を紫外線照射のために中空部に導入する入口及び紫外線
照射後の水を中空部から送りだすための出口を有し、容
器の透明部分は、石英製管を透過して漏れる紫外線照射
ランプからの紫外線を中空部内へ透過させるよう紫外線
照射ランプに向けて配置されている。
【0015】
【発明の実施の形態】図面のうち特に図1を参照する
と、本発明の第1の実施形態として全体を符号10で示
された紫外線酸化装置が示されている。かかる紫外線酸
化装置10は、筒状の紫外線照射ランプ12の周りにぐ
るりと設けられた液体通路手段としての細長い透明な螺
旋状石英管14から成る。図2は、図1の石英製螺旋管
14の出口端の一ターンを拡大して示す部分切欠き図で
あり、後述するように本発明の特徴を最も良く示す図で
ある。
【0016】紫外線酸化装置10は、図示の第1の実施
形態では、例えば半導体用純水製造システムに組み込ま
れた試料水測定ラインと関連して設けられ、原水又は純
水のTOC値を測定する紫外線(UV)酸化方式TOC
計(図示せず)の一部を構成する全体としては公知形式
のものであり、石英管14は、入口端16、出口端18
及び入口端と出口端との間に延びていて、試料水を通す
螺旋状通路又は中空部20を有している。紫外線照射ラ
ンプ12は、入口端16から出口端18に向かって螺旋
管14中を流れている試料水に透明な石英壁を透過して
紫外線を照射し、それにより水中の有機物を完全酸化さ
せて有機酸の形態にするよう機能する。公知のTOC計
では、石英管の入口端16は、試料水測定ライン中に採
取した紫外線照射前の試料水の導電率を測定する第1の
センサ(図示せず)に連結され、出口端18は、紫外線
を受けて有機物が完全に酸化された状態の試料水の導電
率を測定する第2のセンサ(これ又、図示せず)に連結
されている。TOC計は、第1及び第2のセンサに接続
されていて、第1及び第2のセンサで得た導電率測定値
の差を検出し、この差に基づいて試料水のTOC値を決
定する手段を更に有している。
【0017】図2に明確に示されているように、石英管
14の螺旋状通路20は、好ましくはその入口端16か
ら出口端18に至るまで、好ましくは表面全体に酸化チ
タンを被覆した多数の中空ガラスビーズ22を収容して
いる。かかる中空ガラスビーズに施された酸化チタン被
膜は、光触媒の一タイプとして一般に知られているよう
に、照射された紫外線との相互作用により、水中に水中
の有機物の酸化を促進させるOHラジカルを生じさせる
のに役立つ。酸化チタンをビーズの形態で石英管中に浮
動状態で充填させることにより、例えば二本の電極に被
覆された形態の酸化チタンよりも有効表面積が大きくな
ってOHラジカルが一層多量に生じるようになり、かく
して一層良好な光触媒作用が得られることになることは
理解されよう。
【0018】図3は、図2に示した螺旋管ターンの任意
の部分のI−I線矢視断面図であり、分図(A)、
(B)、(C)は、紫外線酸化装置の動作中、酸化チタ
ン被覆中空ガラスビーズ22が石英管壁で構成される通
路又は中空部20内にどのように位置するかを例示的に
示す図である。ビーズ22は、通路断面を塞ぐように位
置するのではなく、図示のように、石英管壁との間に水
を十分に通すと共に紫外線照射ランプからの紫外線がそ
れほど妨害されずに、通過中の水全体に対して十分に照
射されるような寸法形状のものであることが必要であ
る。一例として、石英製管14の通路内径が約3〜4mm
の場合、酸化チタン被覆中空ガラスビーズの粒径は、約
1.5〜2mmである。実験結果によれば、石英管の任意
の通路断面に約2〜3個のビーズがランダムな配置状態
で納まることが望ましい。
【0019】図2を再び参照すると、石英製管の出口端
18には、酸化チタン被覆中空ガラスビーズが液体の流
れに同伴されて石英製管から抜け出ることのないように
するための抜出し防止手段24が設けられている。図示
の実施形態では、抜出し防止手段は、例えば細いステン
レスワイヤを丸めて石英管内部通路内に押し込んでスク
リーン又はフィルタの役目を果たすようにしたものであ
る。このワイヤメッシュスクリーン24は、挿入後、そ
のスプリングバック作用により石英管壁に対して押圧保
持される。当業者であれば、かかるワイヤメッシュスク
リーンに代わる種々の手段を想到できよう。要するに、
水を通過させるが、ビーズがこれに同伴された状態で螺
旋管14が抜け出ないようにする任意のフィルタ又はス
クリーン手段が用いられる。任意の従来型固定手段を用
いてこのスクリーン手段を石英管壁に固定できる。好ま
しくは、かかる抜出し防止手段24は、螺旋管の入口端
16にも配置される(図示せず)。
【0020】図4は、本発明の別の実施形態としての紫
外線酸化装置30を示す斜視図、図5は、本発明の新規
な特徴を示すための図4の紫外線酸化装置30の5−5
線矢視断面図である。この実施形態の紫外線酸化装置
は、代表的には、例えば半導体用純水製造装システム中
に設けられたTOC除去系統に直列に組み込まれて、入
口端を通って流入した原水又は被処理液に紫外線を照射
して液中の有機炭素が有機酸の状態になるようにし、し
かる後、出口端から次の処理のために送り出すようにな
っている。紫外線照射後の有機酸含有水は、次にイオン
交換樹脂装置に運ばれ、イオン交換樹脂装置は、水中の
有機酸をイオン交換作用により除去して水中の全有機炭
素量を減少させ、一層純度の高い水を生じさせるように
なっている。
【0021】紫外線酸化装置30は、紫外線照射ランプ
12に近接してその下方に長手方向に配置されたチャン
ネル形中空容器の形態の液体通路手段32を有してい
る。容器32は、紫外線照射ランプ12に向かって上部
が開いた横断面溝形の矩形本体34、この頂縁に任意の
固定手段、例えばクランプ枠36で固定的に取り付けら
れる透明な材料、好ましくは石英ガラス製の板状クロー
ジャ38、及び本体34とクロージャ38によって構成
される容器中空部又は内部室40を有している。容器本
体34の互いに反対側に位置した端部には、水を室40
内に受け入れる入口管状部材42及び室40から紫外線
照射により完全酸化状態になった水を室40から送りだ
す出口管状部材44が設けられている。
【0022】図5で分かるように、流動通過中の水で満
たされた容器32の中空部又は内部通路40は、多数の
酸化チタン被覆中空ガラスビーズ22を浮遊状態で収容
している。出口管状部材が取り付けられている容器本体
34の端部の内側部分には、フィルタから成るビーズ抜
出し防止手段を設けてもよいが、容器本体に対する出口
管状部材の取付け部を容器端部の比較的下方又は容器底
部に配置すると、ビーズは浮遊性なので、かかる抜出し
防止手段を設けなくても容器32から抜け出ることはな
い。入口管状部材の取付け場所もこれと同様にすれば良
い。
【0023】第2の実施形態の液体通路手段としての容
器32も、第1の実施形態の液体通路手段14の場合と
同様、紫外線照射ランプからの紫外線が石英ガラス板3
8を透過し、さらに中空部40内の浮遊状態の酸化チタ
ン被覆中空ガラスビーズ22を通ってその下に存在する
水に対し十分に照射されるような寸法形状のものである
ことが必要である。したがって、室40の深さ寸法を大
きくして一層多くのビーズを収容しても、室底部の水部
分まで紫外線が到達しにくくなり、その中に含まれてい
る有機物の酸化は促進されない。一例として、石英ガラ
ス板38が載置されている容器の横方向上部開口寸法を
Lとし、紫外線照射ランプ12の外径をdとすれば、L
=2〜3dの関係が成り立つことが望ましいことが実験
的に判明した。また、粒径が約1.5〜2mmの酸化チタ
ン被覆中空ガラスビーズを用いる場合、容器の中空部深
さは約3〜4mmである。実験結果によれば、この場合も
又、容器中空部内の水中には、鉛直方向に約2〜3個の
ビーズがランダムな重なり状態で浮遊することが望まし
い。また、好ましくは、石英ガラス板38の上面と紫外
線照射ランプ12の外周部との間の離隔距離は、約1〜
3mmである。なお、紫外線照射ランプからの紫外線がか
かる隙間中に存在する酸素と反応してオゾンが生じ、こ
れにより紫外線照射量が減少することのないようにする
ために、少なくとも紫外線照射ランプと容器32との間
の空間を、例えば覆いによって密閉し、この密閉空間内
に窒素ガスを充填するのが良い。
【0024】図6は、紫外線照射ランプ12の周りにぐ
るりと設けられた螺旋状の細長い石英製管14から成る
従来型紫外線酸化装置に、本発明の第2の実施形態の液
体通路手段である酸化チタンビーズ収容容器32をレト
ロフィットした構成例を示している。容器32は、螺旋
管14を備えた紫外線照射ランプ12の真下に長手方向
に近接し、その石英ガラス板38を上方に差し向けて配
置されている。図示のように、容器32の入口42を、
原水又は純水源に連結し、出口44を、螺旋状石英管1
4の入口端16に連結するのが良い。紫外線酸化装置の
動作中、容器32内を通過している水は、石英管14を
透過してリークした紫外線照射ランプからの紫外線の照
射を石英ガラス板38を透過して受け、酸化チタン被覆
中空ガラスビーズ22の光触媒作用により含有有機物の
酸化が促進されるようになる。
【0025】図7は、紫外線によっては比較的酸化しに
くいベンゾキシンを含有した水に対し、図1に示す本発
明の光触媒利用方式紫外線酸化装置を用いて紫外線照射
時間に対する水の導電率の変化を測定し、その結果を実
線で示している。他方、同一条件において、従来型紫外
線酸化装置を用いて得た結果を破線で示している。
【0026】ベンゾキシン含有水に対して紫外線を照射
すると、ベンゾキシンが有機酸に変化するにつれて導電
率曲線は上昇してピークを迎え、次に下降してついには
実質的に一定値となる。当業者には周知のように、かか
る導電率が一定値を取る時点を完全酸化点(以下、「F
点」という)と考えることができる。かかるグラフを参
照すると理解されるように、実線で示す本発明の装置に
関する導電率曲線のF点における紫外線照射時間は、約
3分であり、これは水中のベンゾキシンを完全に酸化す
るのに要する時間と考えることができる。これに対し
て、点線で示す従来機の場合、F点の紫外線照射時間
は、約6分である。したがって、本発明の構想に従って
酸化チタン被覆中空ガラスビーズを使用することによ
り、比較的酸化しにくい有機物であっても、従来方式と
比べて約半分の酸化時間で完全に酸化させることができ
る。かくして、本発明を具体化したTOC計では、TO
C値計測時間を約1/2に短縮させることができ、ま
た、本発明のTOC除去システムでは、TOC除去効率
が倍増することになる。
【0027】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来構成と同様に、筒状の紫外線照射ランプの
周りにぐるりと設けられた螺旋状の細長い石英製管から
成る紫外線酸化装置の斜視図である。
【図2】図1の石英製螺旋管の出口端のところの一ター
ンを拡大して示す部分切欠き図であり、本発明の特徴を
最も良く示す図である。
【図3】図2に示した螺旋管ターンの任意の部分のI−
I線矢視断面図であり、分図(A)、(B)、(C)
は、紫外線酸化装置の動作中、酸化チタン被覆中空ガラ
スビーズ22が石英管壁で構成される通路又は中空部内
にどのように位置するかを例示的に示す図である。
【図4】本発明の別の実施形態としての紫外線酸化装置
を示す斜視図であり、酸化チタン被覆中空ガラスビーズ
を収容すると共に通路手段として水を通過させる容器が
紫外線照射ランプの下に配置されている状態を示す図で
ある。
【図5】図4の紫外線酸化装置の5−5線矢視断面図で
ある。
【図6】従来型紫外線酸化装置に本発明の特徴をレトロ
フィットした例を示す斜視図である。
【図7】水中の有機物に紫外線を照射して有機酸の状態
にし、縦軸に導電率、横軸に紫外線(UV)照射時間を
とってプロットした本発明と従来構成の比較実験結果を
示すグラフ図である。
【符号の説明】
10,30 紫外線酸化装置 12 紫外線照射ランプ 14 螺旋状石英管 16,42 入口端 18,44出口端 20,40 中空部 22 酸化チタン被覆中空ガラスビーズ 24 ワイヤメッシュスクリーン 32 酸化チタン被覆中空ガラスビーズ収容容器 38 石英ガラス板

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入口端、出口端及びこれらと連通する中
    空部を画定し、少なくとも一部が実質的に透明な材料で
    作られている液体通路手段と、液体通路手段と連携して
    設けられていて、紫外線を液体通路手段の実質的に透明
    な部分を通して、入口端から出口端に向かって中空部内
    を流れている液体に照射し、それにより液体中の有機物
    を酸化させて有機酸の形態にするための紫外線照射ラン
    プとから成り、前記液体通路手段の中空部は、液体中の
    有機物の紫外線酸化を促進させる多数の酸化チタン被覆
    中空ガラスビーズを収容していることを特徴とする紫外
    線酸化装置。
  2. 【請求項2】 前記液体通路手段は、筒状の紫外線照射
    ランプの周りにぐるりと設けられた螺旋状の細長い石英
    製管から成り、石英製管の螺旋状中空部には、その入口
    端から出口端まで実質的に酸化チタン被覆中空ガラスビ
    ーズが充填されていることを特徴とする請求項1記載の
    紫外線酸化装置。
  3. 【請求項3】 石英製管の少なくとも出口端には、酸化
    チタン被覆中空ガラスビーズが液体の流れに同伴されて
    石英製管から抜け出ることのないようにするためのスク
    リーン手段が設けられていることを特徴とする請求項2
    記載の紫外線酸化装置。
  4. 【請求項4】 石英製管の中空部内径は、約3〜4mm、
    酸化チタン被覆中空ガラスビーズの粒径は、約1.5〜
    2mmであることを特徴とする請求項2又は3記載の紫外
    線酸化装置。
  5. 【請求項5】 前記液体通路手段は、紫外線照射ランプ
    に近接してその下方に配置されていて、酸化チタン被覆
    中空ガラスビーズを浮遊状態で収容する中空部を備える
    と共に少なくとも一部が透明な材料で作られた中空容器
    であり、容器は、液体を紫外線照射のために中空部に導
    入する入口及び紫外線照射後の水を中空部から送りだす
    ための出口を有し、容器の透明部分は、石英製管を透過
    して漏れる紫外線照射ランプからの紫外線を中空部内へ
    透過させるよう紫外線照射ランプに向けて配置されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の紫外線酸化装置。
  6. 【請求項6】 中空容器の少なくとも出口には、酸化チ
    タン被覆中空ガラスビーズが液体の流れに同伴されて中
    空容器から抜け出ることのないようにするためのスクリ
    ーン手段が設けられていることを特徴とする請求項5記
    載の紫外線酸化装置。
  7. 【請求項7】 前記中空容器は、その透明部分が紫外線
    照射ランプから間隔を置いた状態で配置され、透明部分
    と紫外線照射ランプとの間には、窒素ガスが充填された
    密閉空間が画定されていることを特徴とする請求項5又
    は6記載の紫外線酸化装置。
  8. 【請求項8】 前記紫外線酸化装置は、前記入口端に流
    入する試料水の導電率と、前記出口端から流出した試料
    水の導電率を測定し、これら導電率測定値の差に基づい
    て試料水の全有機炭素量を決定するTOC計の一部を構
    成していることを特徴とする請求項1の紫外線酸化装
    置。
  9. 【請求項9】 前記紫外線酸化装置は、前記出口から流
    出した水をイオン交換樹脂装置に導入し、ここで水中の
    有機酸を除去して水中の全有機炭素量を減少させるよう
    になったTOC除去系統の一部を構成していることを特
    徴とする請求項1の紫外線酸化装置。
  10. 【請求項10】 筒状の紫外線照射ランプの周りにぐる
    りと設けられた螺旋状石英製管と、紫外線照射ランプの
    真下に配置されていて、酸化チタン被覆中空ガラスビー
    ズを浮遊状態で収容する中空部を備えると共に少なくと
    も一部が透明な材料で作られた中空容器とから成り、容
    器は、液体を紫外線照射のために中空部に導入する入口
    及び紫外線照射後の水を中空部から送りだすための出口
    を有し、容器の透明部分は、石英製管を透過して漏れる
    紫外線照射ランプからの紫外線を中空部内へ透過させる
    よう紫外線照射ランプに向けて配置されていることを特
    徴とする紫外線酸化装置。
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