紫外線消毒技術は、化学薬剤投与不要、広範囲の消毒効果、副生成物の少なさといった利点から注目されているが、石英管のスケール付着によって消毒効果の維持が困難となり、紫外線消毒技術の発展のボトルネックとなっている。下水処理場の紫外線消毒渠において中間試験装置を設置し、超音波を利用して石英管のスケール形成を抑制した結果、超音波はスケールの誘導期間を延長することでスケールの生成を抑制できることが示された。相対紫外線強度を対象に単因子試験により超音波出力、洗浄周期、超音波時間の適切な範囲をそれぞれ500〜1000 W、0.5〜1.0日、20〜40分に設定した。使用年数が0、0.5、1、3、5年の石英管に対して超音波はいずれも優れた抑スケール効果を示した。さらなるパラメータ最適化のため、Box-Behnken計画法と応答曲面解析法を用いて主要因子を最適化し、応答曲面回帰モデルと最適解を得た。結果、超音波技術による抑スケールおよび洗浄の最適プロセスパラメータは超音波出力P=965 W、洗浄周期T=0.5日、超音波時間t=34分であり、予測される相対紫外線強度の最大値は1.01であった。統計的検定によりモデルの適合性が良好であり、最適条件下で得られた相対紫外線強度の予測値は実験値と近く、誤差は1.00%であった。

超音波; 紫外線消毒; 石英管; スケール; 応答曲面法