有害物質含有液体処理装置
【課題】 液体中の有害物質を除去することができる有害物質含有液体処理装置を提供する。
【解決手段】 有害物質含有液体処理装置１は、処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とを含む。処理液貯留タンク２は、有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する。第１処理部３は、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理済液回収タンク５は、第２処理部４で処理された液体を回収する。
【解決手段】 有害物質含有液体処理装置１は、処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とを含む。処理液貯留タンク２は、有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する。第１処理部３は、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理済液回収タンク５は、第２処理部４で処理された液体を回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質を含有する液体を処理するための処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有害物質を含有する液体を処理するための処理装置が知られている。水に不溶な有害物質を含有する液体として、ポリ塩化ビフェニル（略称ＰＣＢ）を含有する絶縁油が挙げられる。ポリ塩化ビフェニルは、毒性が強くかつ安定で分解されにくい化合物であるために、廃棄物として処理が困難であるとともに、環境汚染物質の一つとして、生産及び使用が禁止されている。
【０００３】
従来のポリ塩化ビフェニル処理技術として代表的な方法に、金属ナトリウムやアルカリを用いた脱塩素による化学処理技術や光分解技術が挙げられ、実処理や様々なレベルの実試験データが公表されてきている。また、吸着浄化を基本概念とするポリ塩化ビフェニル処理技術もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、医療機関などにおいて、人工透析、手術または検査などで発生する、し尿、体液、血液などの液状感染性廃棄物は、水溶性の有害物質を含有する液体であり、滅菌・殺菌処理、化学処理等を施して安全に廃棄されることが求められる（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１９４０３号公報
【特許文献２】特開２００１−０００９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの有害物質を含有する液体を処理するためには、有害物質の周囲環境への影響に配慮した大規模の処理設備が必要とされる。特にＰＣＢ含有廃棄物は、保管事業者の責任において処理されなければならず、保管事業者自身、または専門の処理事業者に委託して処理されなければならない。またＰＣＢ含有廃棄物の保管および処理のための費用も莫大なものになっており、保管事業者にとって大きな負担となっている。
【０００７】
本発明の目的は、液体中の有害物質を除去することができる有害物質含有液体処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させる第１処理部と、
放電によって非平衡プラズマを発生させて、前記第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体を処理する第２処理部と、
前記第２処理部で処理された液体を回収する液体回収部とを含むことを特徴とする有害物質含有液体処理装置である。
【０００９】
本発明において、前記第２処理部は、
上下に延びる線状の放電電極と、
該放電電極に対向して上下に延びるアース電極と、
該放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する電源装置と、
該アース電極の上部に設けられ、前記第１処理部から供給された液体を該アース電極の該放電電極に臨む面に供給する第１液体供給部と、
該アース電極の下方に設けられ、該アース電極の該放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、前記液体回収部に該処理された液体を供給する第２液体供給部と、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記アース電極の前記放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施されることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記所定の気体は不活性ガスであり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記所定の気体は純酸素であり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記所定の気体はオゾンであり、前記処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体貯留部に貯留された有害物質を含有する処理すべき液体は、第１処理部に供給される。第１処理部では、液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡、たとえば直径５０μｍ以下のマイクロバブルが含有される。これによって、微細気泡を含有した液体の導電性が、処理前と比べて向上する。
【００１５】
第１処理部で微細気泡を含有した液体は、第２処理部に供給される。第２処理部では、内部の空気を放電によって電子とイオンとに電離させ、電子の電子温度がイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである非平衡プラズマを発生させる。この第２処理部では、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。この高速の電子は空気中の各種分子に衝突し、ラジカル、励起分子およびイオンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。液体に含有される有害成分は、その大部分が高速の電子の衝突とともに、化学的活性種による化学反応によって分解除去される。また液体に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、有害成分を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成する所定の気体が分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって有害成分が除去される。このようにして、第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体が処理される。
第２処理部で有害物質が分解除去された液体は、液体回収部に回収される。
【００１６】
このように、第１処理部で有害物質を含有する液体に微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部に供給しても、第２処理部において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部と第２処理部とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００１７】
また本発明によれば、第２処理部は、上下に延びる線状の放電電極と、アース電極と、電源装置と、第１液体供給部と、第２液体供給部とを含む。アース電極は、放電電極に対向して上下に延びている。電源装置は、放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する。第１液体供給部は、アース電極の上部に設けられ、第１処理部から供給された液体をアース電極の放電電極に臨む面に供給する。第２液体供給部は、アース電極の下方に設けられ、アース電極の放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマ雰囲気中で処理された液体を受容し、液体回収部に該処理された液体を供給する。
【００１８】
微細気泡を含有した液体は、第１液体供給部によって、アース電極の放電電極に臨む面上に供給され、アース電極の放電電極に臨む面上を流下し、第２液体供給部に受容される。アース電極の放電電極に臨む面は微細気泡を含有した液体で濡れている。液体中に微細気泡が含有されているので、液体の導電性が向上しており、アース電極の放電電極に臨む面上に液体が存在していても、安定して放電を行うことができる。したがって、微細気泡を含有した有害物質を含有する液体が放電電極およびアース電極間に形成される非平衡プラズマ雰囲気中を通過することで、液体中の有害物質を除去することができる。
【００１９】
さらに本発明によれば、アース電極の放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施される。これによって、処理すべき液体をアース電極の放電電極に臨む面全面にわたって一様に流下させることができ、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００２０】
さらに本発明によれば、所定の気体は不活性ガスであり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。所定の気体は不活性ガスであるので、絶縁油の性状に悪影響を与えない。また絶縁油中に不活性ガスによって形成された微細気泡が含有されるので、絶縁油の電気絶縁性能が低下し、すなわち導電性が向上し、非平衡プラズマによるポリ塩化ビフェニルの分解除去を行うことができる。
【００２１】
さらに本発明によれば、所定の気体は純酸素であり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。酸素によって形成された微細気泡は、消滅する際にラジカル（Ｏラジカルなど）を発生させ、これによって絶縁油中に含有されるポリ塩化ビフェニルを分解除去することができる。
【００２２】
さらに本発明によれば、所定の気体はオゾンであり、処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。これによって、オゾンによって液状感染性廃棄物を殺菌することができるとともに、微細気泡が消滅する際にオゾンを分解してラジカルを発生させて、このラジカルによって水溶性有害物質を分解除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の有害物質含有液体処理装置を概略的に示す全体図である。
【図２】気泡発生装置をその軸線に垂直な仮想平面で切断した断面を示す断面図である。
【図３】図２の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置を切断した断面図である。
【図４】第２処理部の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の有害物質含有液体処理装置を概略的に示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の有害物質含有液体処理装置１を概略的に示す全体図である。有害物質含有液体処理装置１（以下、単に「処理装置１」と称する場合がある）は、液体貯留部である処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、液体回収部である処理済液回収タンク５とを含む。なおこのような処理装置１は、有害物質を含有する処理すべき液体が外部環境に悪影響を及ぼさない状態で使用される。
【００２６】
処理液貯留タンク２は、ステンレス鋼から成り、有害物質を含有する処理すべき液体（以下、単に「処理液」と称する場合がある）を貯留する。本実施形態において、有害物質を含有する処理すべき液体は、ポリ塩化ビフェニル（略称ＰＣＢ）を含有する絶縁油である。
【００２７】
第１処理部３は、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。本実施形態において、所定の気体はアルゴンである。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理済液回収タンク５は、第２処理部４で処理された液体を回収する。処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とは、流路６，７，８，９，１０を介して接続される。
【００２８】
第１処理部３は、気泡発生装置２２と、圧力反応器２３と、ポンプ装置２４と、気体供給装置２５とを含んで構成される。
【００２９】
図２は、気泡発生装置２２をその軸線Ｌ２に垂直な仮想平面で切断した断面を示す断面図である。図３は、図２の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置２２を切断した断面図である。
【００３０】
気泡発生装置２２は、大略的に円筒状に形成され、耐腐食性の優れた材料、たとえばステンレス、チタンまたはカーボナイトおよびＡＢＳなどの合成樹脂から成る。以下では、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に平行な方向を軸線方向と称する。気泡発生装置２２は、筐体２６を含んで構成され、筐体２６には、第１筐体２７と、第２筐体２８と、第１蓋体２９と、第２蓋体３０とが含まれる。
【００３１】
第１筐体２７は、大略的に円筒状に形成される部材である。第１筐体２７の軸線は、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に一致している。第１筐体２７の内周面部３１は、部分的にテーパ状に形成されている。具体的には、第１筐体２７の内周面部３１は、その一端部である第１蓋体装着部３１ａおよび他端部である処理液導入部３１ｂが、軸線Ｌ２まわりにそれぞれ形成され、軸線Ｌ２に垂直な仮想平面で切断してみた断面、すなわち軸直角断面が同径の円形状にそれぞれ形成されている。
【００３２】
第１蓋体装着部３１ａは、処理液導入部３１ｂより大径に形成されている。内周面部３１の中間部である旋回部３１ｃは、軸線Ｌ２まわりに形成され、その軸線方向一端が第１蓋体装着部３１ａに、軸線方向他端が処理液導入部３１ｂに連なっている。旋回部３１ｃは、軸直角断面が円形状に形成され、軸線方向一端から他端に向かうにつれて先細りになるテーパ状に形成されている。本実施形態では、旋回部３１ｃは、軸線方向一端から他端に向かうにつれて半径方向内方に向かって直線的に傾斜している。ただし、直線的に傾斜することに限定されず、軸線方向一端から他端に向かうにつれて半径方向内方に向かって湾曲していてもよい。
【００３３】
第１筐体２７は、外周面部３２がその軸線方向一端部から他端部に向かって段階的に小さくなっている。第１筐体２７の最も大径に形成されている部分を大径部３３と称し、最も小径に形成される部分を小径部３４と称し、大径部３３より小径であって、小径部３４より大径に形成される部分を中径部３５と称する。第１筐体２７では、軸線方向一端部から他端部に向かって、大径部３３、中径部３５、小径部３４の順で形成されている。本実施形態では、大径部３３の内周面部３１が第１蓋体装着部３１ａおよび旋回部３１ｃに相当し、中径部３５および小径部３４の内周面部が処理液導入部３１ｂに相当する。
【００３４】
第２筐体２８には、循環路形成部３６と処理液供給管路部３７とが含まれる。図２および図３を参照しつつ説明する。循環路形成部３６は、その軸線が軸線Ｌ２に一致する円筒状に形成され、その外径が第１筐体２７の大径部３３の外径と一致している。循環路形成部３６の内周部は、軸直角断面で第１筐体２７の中径部３５の外形と同径の円形状に形成され、第１筐体２７の中径部３５が嵌り込むように形成されている。循環路形成部３６は、軸線方向一端部に中径部３５が嵌まり込んだ状態で、第１筐体２７の小径部３４との間に循環流路３８を形成する。
【００３５】
処理液供給管路部３７は、円筒状に形成され、その軸線Ｌ３が軸線Ｌ２に垂直な仮想平面上に含まれるように循環路形成部３６の外周部に配設されている。図２では、説明の便宜上、処理液供給管路部３７を循環路形成部３６に対して、周方向にずらしている。処理液供給管路部３７は、具体的には、その内径をｒとし、循環路形成部３６の内径をＲとした場合、軸線Ｌ３を含み軸線Ｌ２に平行な仮想一平面と、軸線Ｌ２を中心とする半径Ｒ−ｒの仮想平面Ｐ１の該仮想一平面との交線における接平面とのなす角が角度αになるように循環路形成部３６の外周部に配設されている。本実施形態では、角度αは、０度である。ただしαは０度に限定されず、０≦α＜９０の範囲内であればよい。第２筐体２８には、処理液供給管路部３７の軸線Ｌ３に沿って形成され、循環路形成部３６の内方に開口する処理液供給流路部３９が形成されている。
【００３６】
第１蓋体２９は、大略的に円筒状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第１蓋体２９は、軸線Ｌ２に沿って延びる円筒状部４０と、円筒状部４０の軸線方向一端部に連なる円錐状部４０ａとを含む。円筒状部４０は、その内部空間がガス溜まり４７として機能する。円錐状部４０ａは、円筒状部４０の軸線方向一端部から第２筺体２８側に突出し、軸線Ｌ２上に頂点を有する。さらに円錐状部４０ａには、その軸線Ｌ２に沿って延び、円錐状部４０ａの軸線方向両端部で開口する気体供給流路部４１が形成されている。気体供給流路部４１の円筒状部４０側の開口には、第１筐体２７内に供給された処理液が気体供給流路部４１を通ってガス溜まり４７に流入するのを防ぐ逆止弁４８が設けられる。
【００３７】
第２蓋体３０は、大略的に円盤状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第２蓋体３０は、軸線Ｌ２に沿って、その軸線方向一端部および他端部で開口する排出流路部４２が形成される。排出流路部４２は、第２蓋体３０の軸線方向一端部で開口し、軸線方向他端部に向かうにつれて先細りになるテーパ状の第１流路部分４２ａと、第２蓋体３０の軸線方向他端部で開口し、軸線一端部に向かうにつれて先細りになるテーパ状の第２流路部分４２ｂとを含む。第１および第２流路部分４２ａ，４２ｂは、互いに連なり、連なる部分が排出流路部４２の最狭部分となり、この部分をスロート部４２ｃと称する。
【００３８】
第１筐体２７の中径部３５は、第２筐体２８の軸線方向一端部と大径部３３とでシールを達成した状態で、第２筐体２８の内周部に嵌まり込んでいる。第１蓋体２９の円錐状部４０ａは、その外周部が大径部３３の内周部に当接して嵌まり込むように形成されている。第１蓋体２９は、その円筒状部４０を第１筐体２７の軸線方向一端部、すなわち大径部３３の軸線方向一端部に当接させてシールを達成した状態で、円錐状部４０ａが第１蓋体装着部３１ａに嵌まり込んでいる。さらに第２蓋体３０は、その外周部が第２筐体２８の内周部に当接して嵌まり込むように形成されている。
【００３９】
第２蓋体３０は、第２筐体２８の軸線方向他端部に、シールを達成した状態で嵌まり込み、その軸線方向一端部が第１筐体２７の軸線方向他端部、すなわち小径部３４が当接している。このように構成することによって、気泡発生装置２２の内方に、第１筐体２７、第１蓋体２９および第２蓋体３０とによって囲まれる旋回空間４３が形成される。また小径部３４と中径部３５と循環路形成部３６と第２蓋体３０とによって、円環状の循環流路３８を形成する循環流路部４４が形成される。この循環流路３８は、処理液を循環可能に形成されている。
【００４０】
第１筐体２７の小径部３４には、循環流路３８と旋回空間４３とを連通し、循環流路３８を循環する処理液を旋回空間４３に導入する複数の処理液導入流路部４５が形成されている。導入流路部である各処理液導入流路部４５は、第１筐体２７の軸線方向他端部に形成され、旋回空間に開口する開口部４６が互いに周方向に等間隔に形成されている。処理液導入流路部４５は、単数形成されても、複数形成されてもよい。本実施形態では、小径部３４に３つの処理液導入流路部４５が形成され、互いに処理液導入部３１ｂの周方向に６０度づつあけて形成されている。
【００４１】
処理液導入流路部４５は、循環流路３８を循環する処理液を、処理液導入部３１ｂに沿って旋回空間４３に導入可能に形成される。具体的には、各処理液導入流路部４５は、その下流側の壁面４５ａが、軸直角断面上で、処理液導入部３１ｂからその接線に平行な方向に延び、その上流側の壁面４５ｂが前記下流側の壁面４５ａに平行に形成されている。
【００４２】
また各処理液導入流路部４５は、軸線方向一方に開口し、その底部４５ｃが処理液供給流路部３９より軸線方向一方側に形成されている。軸線方向一方とは、第１筐体２７の軸線方向一端部から他端部に向かう方向である。処理液供給流路部３９の開口部４６は、互いに周方向に隣り合う２つの処理液導入流路部４５の間の壁面に対向するように配設され、処理液供給流路部３９から供給された処理液が処理液導入流路部４５に直接導入されることを防止している。ただし処理液導入流路部４５を前記開口部４６に臨むように構成してもよい。
【００４３】
図１を参照して、ポンプ装置２４は、吸入ポートから処理液を吸入可能に構成され、排出ポートから処理液を排出可能に構成される。ポンプ装置２４の吸入ポートは、処理液貯留タンク２に接続され、ポンプ装置２４の排出ポートは、処理液供給管５０によって処理液供給流路部３９に接続され、吸入ポートから吸入された処理液を処理液供給流路部３９に圧送可能に構成されている。ポンプ装置２４には、たとえば大東工業製ギヤポンプＨＳＲ−８−６０型が用いられる。ポンプ装置２４から気泡発生装置２２に印加される圧力は、たとえば５〜６ｋｇ／ｃｍ２（４９０〜５８８ｋＰａ）である。
【００４４】
処理液供給管５０には開閉弁４９が介在し、前記処理液供給管５０の管路の開閉を可能に構成されている。
【００４５】
気体供給装置２５は、不活性ガス（本実施形態ではアルゴン）が加圧状態で封入されたガスボンベ２５ａと気体供給管５５とを含んで構成される。ガスボンベ２５ａのガス噴出口には、気体供給管５５の一端部が接続される。気体供給管５５の他端部は、第１蓋体２９の円筒状部４０の軸線方向他端部に接続される。このように、ガスボンベ２５ａは、気体供給管５５、ガス溜まり４７および逆止弁４８を介して気体供給流路部４１に接続され、ガスボンベ２５ａ内の気体（アルゴン）を気体供給流路部４１に圧送可能に構成されている。
【００４６】
このように構成される第１処理部３は、気泡発生装置２２が圧力反応器２３に設けられている。圧力反応器２３は、いわゆるオートクレーブであり、処理液を封入して大気圧より高い圧力に保持可能な反応室５６を有する。前記圧力は、たとえば２〜４ｋｇ／ｃｍ２（１９６〜３９２ｋＰａ）である。気泡発生装置２２は、反応室５６に設けられている。
【００４７】
このような構成により、各処理液導入流路部４５から導入された処理液は、処理液導入部３１ｂに沿って、旋回空間４３を軸線Ｌ２まわりに旋回し、第１筐体２７の軸線方向他端部に向かう外側旋回流が発生する。この外側旋回流は、旋回部３１ｃで、この旋回部３１ｃに沿って旋回しつつ半径方向外方に拡がり、第１筐体２７の軸線方向一端部に達する。第１筐体２７の軸線方向一端部に達する外側旋回流は、軸線方向一方に向かう内側旋回流に転じる。
【００４８】
内側旋回流は、軸線Ｌ２まわりに旋回し、第１筐体２７の軸線方向他端部から第１蓋体２９の円錐状部４０ａに沿ってその頂点に向かい、その後外側旋回流の半径方向内方を排出流路部４２に向かう。内側旋回流の中心の圧力が気体供給管５５内の圧力より低下する。このときガスボンベ２５ａの開閉弁が開放されると、気体供給流路部４１から気体、本実施形態ではアルゴンが吸引される。この吸引された気体は、内側旋回流の中心で、軸線Ｌ２まわりに旋回し、気体供給流路部４１から排出流路部４２に向かう気体旋回流を発生させる。このように気体と処理液との気液二相流を発生させることができる。
【００４９】
排出流路部４２に達した内側旋回流および気体旋回流は、排出流路部４２を介して、反応室５６内に排出される。このとき各処理液導入流路部４５から導入される処理液の流量および速度が、所定の流量および速度に達していると、気体旋回流の速度は、排出流路部４２の第１流路部分４２ａにおいて、亜音速に達する。内側および気体旋回流が排出流路部４２に向かっているので、排出流路部４２を通過する気体の圧力は、気泡発生装置２２の外方、つまり反応室５６より高くなる。これによって排出流路部４２のスロート部４２ｃにおける気体旋回流の速度が音速になり、第２流路部分４２ｂで音速を超える。
【００５０】
気体旋回流がスロート部４２ｃで音速を超える際、気体旋回流が障壁にぶつかり分散される、つまり気体が排出流路部４２を気体とともに流れる処理液中に分散される。この分散によって、気体が直径５０μｍ以下のマイクロバブルなどの微細気泡となり、処理液とともに排出流路部４２から排出され、反応室５６内に微細気泡を放出する。なお、排出流路部４２の近傍に超音波発生器が設けられてもよい。排出流路部４２から放出される微細気泡に超音波発生器からの超音波を当てることによって、微細気泡をたとえばナノオーダーの直径を有する微細気泡とすることができる。
【００５１】
気体供給装置２５から供給された気体は、第１蓋体２９内のガス溜まり４７に供給された後、逆止弁４８を介して気体供給流路部４１に供給される。したがって、気体供給装置２５からの気体の供給量が変動しても、ガス溜まり４７がバッファとして機能し、気体を気体供給流路部４１に安定して供給することができる。また、第１蓋体２９には逆止弁４８が設けられるので、気体供給装置２５から気体が供給されていない状態であっても、旋回空間４３内の処理液の気体供給装置２５側への逆流を防ぐことができる。
【００５２】
このようにして反応室５６内で微細気泡を発生させることができる。また反応室５６内に放出される処理液は、ポンプによって圧送されるので、反応室５６内の圧力を高くすることができる。また微細気泡を発生させることによっても、反応室５６内の圧力を高めることができる。また反応室５６内で微細気泡は、キャビテーション現象によって、処理液に溶存する。溶存した微細気泡は、反応室５６から放出されると、再度処理液中に現れ、処理液中の異物を浮上分離させる。なお、本実施形態において、絶縁油に含有された微細気泡は、大気圧下において１０分程度で消滅する。
【００５３】
図１を参照して、第２処理部４は、第１処理部３の処理液の流下方向下流側に設けられる。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有する液体を処理する。第２処理部４は、非平衡プラズマを発生させる非平衡プラズマ発生部６０と、第１液体供給部６１と、第２液体供給部６２とを含んで構成される。
【００５４】
ここで非平衡プラズマとは、電離した電子の電子温度が電離したイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである。このような非平衡プラズマにおいては、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。このようにして得られた高速の電子をガス中の分子に衝突させて、ラジカル、励起分子、イオンあるいはオゾンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。
【００５５】
非平衡プラズマ発生部６０は、線状の放電電極６３と、円筒状のアース電極６４と、電源装置であるパルス電源装置６５と、ハウジング６６とを含む。放電電極６３およびアース電極６４は、ハウジング６６内に収容される。放電電極６３は、上下に延び、導電性を有する材料、たとえば鋼製の線状体から成り、その両端が碍子６７ａ，６７ｂを介してハウジング６６に接続される。アース電極６４は、円筒状に形成され、導電性を有する材料、たとえばステンレス鋼から成り、放電電極６３と同軸に設けられ、放電電極６３を外囲して上下に延びる。すなわち、アース電極６４は、放電電極６３に対向して上下に延びている。またアース電極６４の放電電極６３に臨む面、すなわちアース電極６４の内周面には、粗面化処理が施される。粗面化処理としては、たとえば、紙やすりなどの研磨布紙による処理またはサンドブラスト処理が挙げられる。パルス電源装置６５は、その正極が放電電極６３の上端部に接続される。
【００５６】
ハウジング６６の上部には、碍子６７ａに臨んで空気取入口６８が設けられ、ハウジング６６の下部には空気排出口６９が設けられる。空気排出口６９は、気体排出路７０を介して排気ファン７１に接続される。排気ファン７１が動作すると、空気取入口６８から空気が取り込まれ、取り込まれた空気は、アース電極６４によって取り囲まれる空間、空気排出口６９、気体排出路７０および排気ファン７１を介して外部に排気される。これによって、排気ファン７１が動作している間、碍子６７ａには新鮮な空気がもたらされ、碍子６７ａの汚損が防がれ、碍子６７ａの電気絶縁性能の低下を防ぐことができる。なお、気体排出路７０には、二酸化マンガンなどの触媒を充填した触媒装置、活性炭吸着装置または非平衡プラズマ発生装置などの後処理装置が設けられてもよい。
【００５７】
非平衡プラズマを発生させるには、放電電極６３およびアース電極６４間にコロナ放電を発生させ、放電電極６３およびアース電極６４間のガスを電離させる。ここで、放電電極６３およびアース電極６４の寸法の一例を示すと、放電電極６３の太さは２〜６ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ程度に選ばれる。アース電極６４の内径は、５０〜１０００ｍｍ程度、好ましくは１８０ｍｍ程度に選ばれる。このとき放電電極６３およびアース電極６４間には、直流電圧３０ｋ〜２００ｋＶ、好ましくは１００ｋ〜２００ｋＶ、周波数１００〜２０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝５００μｓ〜１０ｍｓ、好ましくは周波数１０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝１ｍｓのパルス電圧が印加される。また電圧の立上り時間τは、たとえば２０〜３００ｎｓ、好ましくは１００ｎｓであり、この極端に短い立上り時間τの間に質量の小さい電子だけが加速されて高速の電子が得られる。またパルス電圧の周期は立上り時間τに比べて充分に長いので、この期間中に冷却が行われて次のパルス電圧印加時には再び初期状態に復帰し、ガスの温度上昇が抑制され、ガスの温度は常温に保たれる。
【００５８】
ここでパルス電圧の極性は、放電電極６３を正極とし、アース電極６４を負極とする。これは正のストリーマコロナが強い進展傾向を有し、放電電極６３およびアース電極６４間の空間を橋絡し、全空間にわたって非平衡プラズマを発生させて単位容積あたりの反応効果が大幅に向上するためである。印加される電圧は、放電電極６３およびアース電極６４間の放電距離に対して決定される。すなわち前記放電距離が大きいときには高い電圧が印加され、前記放電距離が小さいときには低い電圧が印加される。
【００５９】
図４は、第２処理部４の一部を拡大して示す断面図である。第１液体供給部６１は、アース電極６４の上部に設けられ、第１処理部３から流路８を介して供給された液体をアース電極６４の内周面に供給する。第１液体供給部６１は、環状の底壁部７２と、底壁部７２の外縁に立設される円筒状の側壁部７３とを有する。底壁部７２は、アース電極６４の上端６４ａから所定の距離だけ下方の位置に設けられる。底壁部７２の内径はアース電極６４の外径にほぼ一致する。底壁部７２の外径は、ハウジング６６の内周面に到達するような大きさである。側壁部７３は、その外周面がハウジング６６の内周面に接するように設けられる。側壁部７３の上端７３ａは、アース電極６４の上端６４ａよりも上方に配置される。第１液体供給部６１には、流路８の先端８ａがハウジング６６および側壁部７３を貫通して設けられる。底壁部７２とアース電極６４とは水密に設けられ、流路８の先端８ａとハウジング６６および側壁部７３とは水密に設けられる。
【００６０】
第１処理部３から流路８を介して第１液体供給部６１に供給される微細気泡を含有する液体は、底壁部７２とアース電極６４と側壁部７３とによって形成される空間内に貯留される。貯留された液体の液面がアース電極６４の上端６４ａまで上昇し、さらに第１処理部３から該液体が供給されると、液体はアース電極６４の上端６４ａを越えて、アース電極６４の内周面に沿って下方に流下する。アース電極６４の内周面は粗面化処理が施されているので、処理すべき液体をアース電極６４の内周面全面にわたって一様に流下させることができる。なお、第１液体供給部６１に供給される液体の供給量は、流路８に設けられる各種開閉弁の開閉を調整して調節される。調整によって第１処理部３から第１液体供給部６１に供給されない余剰の液体は、流路８から分岐した流路９を介して処理液貯留タンク２に戻されてもよい。
【００６１】
図１を参照して、第２液体供給部６２は、アース電極６４の下方に設けられ、アース電極６４の内周面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、処理済液回収タンク５に処理された液体を供給する。第２液体供給部６２は、処理された液体を受容する液体受容部７４と、液体受容部７４に受容された液体を処理済液回収タンク５に供給する液体供給管７５とを有する。
【００６２】
アース電極６４の内周面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体は、液体受容部７４に受容される。液体受容部７４に受容された処理済の液体は、液体供給管７５を通って処理済液回収タンク５に供給されて、回収される。処理済液回収タンク５に貯留された液体は、流路１０を介して流路７に供給して、処理装置１内を循環させてもよい。
【００６３】
本発明によれば、処理液貯留タンク２に貯留された有害物質を含有する処理すべき液体は、第１処理部３に供給される。第１処理部３では、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定のガスを供給して、微細気泡が含有される。これによって、微細気泡を含有した液体の導電性が、処理前と比べて向上する。
【００６４】
第１処理部３で微細気泡を含有した液体は、第２処理部４に供給される。第２処理部４では、内部の空気を放電によって電子とイオンとに電離させ、電子の電子温度がイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである非平衡プラズマを発生させる。この第２処理部４では、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。この高速の電子は空気中の各種分子に衝突し、ラジカル、励起分子およびイオンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。液体に含有される有害成分は、高速の電子の衝突とともに、化学的活性種による化学反応によって分解除去される。また液体に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、有害成分を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成する所定の気体が分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって有害成分が除去される。たとえ、液体中の有害物質が第２処理部４の非平衡プラズマ発生部６０において液体から放出されることがあったとしても、有害物質は非平衡プラズマ雰囲気に曝露されるので、有害物質は非平衡プラズマによって分解除去され、安全に処理することができる。このようにして、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体が処理される。
【００６５】
第２処理部４で有害物質が分解除去された液体は、処理済液回収タンク５に回収される。
【００６６】
このように、第１処理部３で有害物質を含有する液体に微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部４に供給しても、第２処理部４において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部３と第２処理部４とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００６７】
また本発明によれば、第２処理部４は、上下に延びる線状の放電電極６３と、アース電極６４と、パルス電源装置６５と、第１液体供給部６１と、第２液体供給部６２とを含む。アース電極６４は、放電電極６３に対向して上下に延びている。パルス電源装置６５は、放電電極６３に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する。第１液体供給部６１は、アース電極６４の上部に設けられ、第１処理部３から供給された液体をアース電極６４の放電電極６３に臨む面に供給する。第２液体供給部６２は、アース電極６４の下方に設けられ、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上を流下して非平衡プラズマ雰囲気中で処理された液体を受容し、処理済液回収タンク５に該処理された液体を供給する。
【００６８】
微細気泡を含有した液体は、第１液体供給部６１によって、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上に供給され、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上を流下し、第２液体供給部６２に受容される。アース電極６４の放電電極６３に臨む面は微細気泡を含有した液体で濡れている。液体中に微細気泡が含有されているので、液体の導電性が向上しており、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上に液体が存在していても、安定して放電を行うことができる。したがって、微細気泡を含有した有害物質を含有する液体は、放電電極６３およびアース電極６４間に形成される非平衡プラズマ雰囲気中を通過し、液体中の有害物質を除去することができる。
【００６９】
さらに本発明によれば、アース電極６４の放電電極６３に臨む面に対して、粗面化処理が施される。これによって、処理すべき液体をアース電極６４の放電電極６３に臨む面全面にわたって一様に流下させることができ、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００７０】
さらに本発明によれば、所定の気体は不活性ガスであり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。所定の気体は不活性ガスであるので、絶縁油の性状に悪影響を与えない。また絶縁油中に不活性ガスによって形成された微細気泡が含有されるので、絶縁油の電気絶縁性能が低下し、すなわち導電性が向上し、非平衡プラズマによるポリ塩化ビフェニルの分解除去を行うことができる。
【００７１】
本実施形態において、不活性ガスがアルゴンである場合を述べたが、これに限定されず、ヘリウムまたはネオンなどの他の不活性ガスであってもよい。
【００７２】
本実施形態において、所定の気体は不活性ガスである場合を述べたが、これに限定されず、活性ガス、たとえば純酸素であってもよい。酸素によって形成された微細気泡は、消滅する際にラジカル（Ｏラジカルなど）を発生させ、これによって絶縁油中に含有されるポリ塩化ビフェニルを分解除去することができる。またこれに代えて、所定の気体は二酸化炭素であってもよい。二酸化炭素を微細気泡の形成に用いることによって、ラジカルが発生しやすい。
【００７３】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の有害物質含有液体処理装置１Ａを概略的に示す全体図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７４】
有害物質含有液体処理装置１Ａ（以下、単に「処理装置１Ａ」と称する場合がある）は、上述の実施形態の処理装置１の構成と類似し、注目すべきは第１処理部３Ａの構成が処理装置１の第１処理部３と異なり、有害物質を含有する処理すべき液体が異なる点である。処理装置１Ａは、液体貯留部である処理液貯留タンク２と、第１処理部３Ａと、第２処理部４と、液体回収部である処理済液回収タンク５とを含む。本実施形態において、処理液貯留タンク２に貯留される、有害物質を含有する処理すべき液体は、人工透析、手術または検査などで発生する、し尿、体液、血液などの水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。
【００７５】
第１処理部３Ａは、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。本実施形態において、所定の気体はオゾンである。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３Ａから供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理液貯留タンク２と、第１処理部３Ａと、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とは、流路６，７，８，９，１０を介して接続される。
【００７６】
第１処理部３Ａは、気泡発生装置２２と、圧力反応器２３と、ポンプ装置２４Ａと、気体供給装置２５Ａとを含んで構成される。ポンプ装置２４Ａは、吸入ポートから処理液を吸入可能に構成され、排出ポートから処理液を排出可能に構成される。ポンプ装置２４Ａの吸入ポートは、処理液貯留タンク２に接続され、ポンプ装置２４Ａの排出ポートは、処理液供給管５０によって処理液供給流路部３９に接続され、吸入ポートから吸入された処理液を処理液供給流路部３９に圧送可能に構成されている。ポンプ装置２４Ａには、たとえばＥＢＡＲＡ製バレルドモータポンプＭＭＬＦ／ＡＡＶＦ型が用いられる。ポンプ装置２４Ａから気泡発生装置２２に印加される圧力は、たとえば５〜６ｋｇ／ｃｍ２（４９０〜５８８ｋＰａ）である。
【００７７】
気体供給装置２５Ａは、コンプレッサ５１と、酸素濃縮器５２と、オゾン発生器５３と、チラー５４と、気体供給管５５とを含んで構成される。コンプレッサ５１は、吸入ポートから気体（空気）を吸入可能に構成され、排出ポートから圧縮された気体を排出可能に構成される。
【００７８】
コンプレッサ５１は、その排出ポートが酸素濃縮器５２の導入ポートに接続される。酸素濃縮器５２は、コンプレッサ５１から供給された圧縮空気の酸素濃度を９０％以上に濃縮する。酸素濃縮器５２は、その排出ポートがオゾン発生器５３の導入ポートに接続される。オゾン発生器５３は、沿面放電方式で酸素濃縮器５２によって酸素が濃縮された空気からオゾンを発生させる。チラー５４は、オゾン発生器５３のオゾン放電部を冷却する。オゾン発生器５３の排出ポートには、気体供給管５５が接続される。このように、コンプレッサ５１は、酸素濃縮器５２、オゾン発生器５３および気体供給管５５を介して気体供給流路部４１に接続され、吸入ポートから吸入した気体を気体供給流路部４１に圧送可能に構成されている。
【００７９】
このように構成することによって、第１処理部３Ａにおいて、オゾンで形成された微細気泡を含有する処理すべき液体を生成することができる。
【００８０】
生成された微細気泡を含有する処理すべき液体は、上述の実施形態の処理装置１と同様に、第１処理部３Ａから流路８を介して第２処理部４に供給され、非平衡プラズマによる処理がなされた後、処理済液回収タンク５に回収される。
【００８１】
本発明によれば、所定の気体はオゾンであり、処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。これによって、オゾンによって液状感染性廃棄物を殺菌することができるとともに、微細気泡が消滅する際にオゾンを分解してラジカルを発生させて、このラジカルによって水溶性有害物質を分解除去することができる。
【００８２】
さらに、処理すべき液体には、第１処理部３Ａによって直径５０μｍ以下の微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部４に供給しても、第２処理部４において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部３Ａと第２処理部４とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００８３】
上述の実施形態において、アース電極６４は円筒状の電極であるが、これに限定されず、平板状または波板状など、他の形状を有する電極であってもよい。
【００８４】
また本発明の第２の実施形態において、気泡発生装置２２には気体供給装置２５Ａで生成されたオゾンが供給されているが、これに限定されず、気泡発生装置２２には空気などの他の気体が供給されてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ 有害物質含有液体処理装置
２ 処理液貯留タンク
３，３Ａ 第１処理部
４ 第２処理部
５ 処理済液回収タンク
２２ 気泡発生装置
２３ 圧力反応器
２４，２４Ａ ポンプ装置
２５，２５Ａ 気体供給装置
６０ 非平衡プラズマ発生部
６１ 第１液体供給部
６２ 第２液体供給部
６３ 放電電極
６４ アース電極
６５ パルス電源装置
６６ ハウジング
６７ａ，６７ｂ 碍子
６８ 空気取込口
６９ 空気排出口
７０ 気体排出路
７１ 排気ファン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質を含有する液体を処理するための処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有害物質を含有する液体を処理するための処理装置が知られている。水に不溶な有害物質を含有する液体として、ポリ塩化ビフェニル（略称ＰＣＢ）を含有する絶縁油が挙げられる。ポリ塩化ビフェニルは、毒性が強くかつ安定で分解されにくい化合物であるために、廃棄物として処理が困難であるとともに、環境汚染物質の一つとして、生産及び使用が禁止されている。
【０００３】
従来のポリ塩化ビフェニル処理技術として代表的な方法に、金属ナトリウムやアルカリを用いた脱塩素による化学処理技術や光分解技術が挙げられ、実処理や様々なレベルの実試験データが公表されてきている。また、吸着浄化を基本概念とするポリ塩化ビフェニル処理技術もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、医療機関などにおいて、人工透析、手術または検査などで発生する、し尿、体液、血液などの液状感染性廃棄物は、水溶性の有害物質を含有する液体であり、滅菌・殺菌処理、化学処理等を施して安全に廃棄されることが求められる（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１９４０３号公報
【特許文献２】特開２００１−０００９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの有害物質を含有する液体を処理するためには、有害物質の周囲環境への影響に配慮した大規模の処理設備が必要とされる。特にＰＣＢ含有廃棄物は、保管事業者の責任において処理されなければならず、保管事業者自身、または専門の処理事業者に委託して処理されなければならない。またＰＣＢ含有廃棄物の保管および処理のための費用も莫大なものになっており、保管事業者にとって大きな負担となっている。
【０００７】
本発明の目的は、液体中の有害物質を除去することができる有害物質含有液体処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させる第１処理部と、
放電によって非平衡プラズマを発生させて、前記第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体を処理する第２処理部と、
前記第２処理部で処理された液体を回収する液体回収部とを含むことを特徴とする有害物質含有液体処理装置である。
【０００９】
本発明において、前記第２処理部は、
上下に延びる線状の放電電極と、
該放電電極に対向して上下に延びるアース電極と、
該放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する電源装置と、
該アース電極の上部に設けられ、前記第１処理部から供給された液体を該アース電極の該放電電極に臨む面に供給する第１液体供給部と、
該アース電極の下方に設けられ、該アース電極の該放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、前記液体回収部に該処理された液体を供給する第２液体供給部と、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記アース電極の前記放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施されることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記所定の気体は不活性ガスであり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記所定の気体は純酸素であり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記所定の気体はオゾンであり、前記処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体貯留部に貯留された有害物質を含有する処理すべき液体は、第１処理部に供給される。第１処理部では、液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡、たとえば直径５０μｍ以下のマイクロバブルが含有される。これによって、微細気泡を含有した液体の導電性が、処理前と比べて向上する。
【００１５】
第１処理部で微細気泡を含有した液体は、第２処理部に供給される。第２処理部では、内部の空気を放電によって電子とイオンとに電離させ、電子の電子温度がイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである非平衡プラズマを発生させる。この第２処理部では、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。この高速の電子は空気中の各種分子に衝突し、ラジカル、励起分子およびイオンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。液体に含有される有害成分は、その大部分が高速の電子の衝突とともに、化学的活性種による化学反応によって分解除去される。また液体に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、有害成分を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成する所定の気体が分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって有害成分が除去される。このようにして、第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体が処理される。
第２処理部で有害物質が分解除去された液体は、液体回収部に回収される。
【００１６】
このように、第１処理部で有害物質を含有する液体に微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部に供給しても、第２処理部において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部と第２処理部とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００１７】
また本発明によれば、第２処理部は、上下に延びる線状の放電電極と、アース電極と、電源装置と、第１液体供給部と、第２液体供給部とを含む。アース電極は、放電電極に対向して上下に延びている。電源装置は、放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する。第１液体供給部は、アース電極の上部に設けられ、第１処理部から供給された液体をアース電極の放電電極に臨む面に供給する。第２液体供給部は、アース電極の下方に設けられ、アース電極の放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマ雰囲気中で処理された液体を受容し、液体回収部に該処理された液体を供給する。
【００１８】
微細気泡を含有した液体は、第１液体供給部によって、アース電極の放電電極に臨む面上に供給され、アース電極の放電電極に臨む面上を流下し、第２液体供給部に受容される。アース電極の放電電極に臨む面は微細気泡を含有した液体で濡れている。液体中に微細気泡が含有されているので、液体の導電性が向上しており、アース電極の放電電極に臨む面上に液体が存在していても、安定して放電を行うことができる。したがって、微細気泡を含有した有害物質を含有する液体が放電電極およびアース電極間に形成される非平衡プラズマ雰囲気中を通過することで、液体中の有害物質を除去することができる。
【００１９】
さらに本発明によれば、アース電極の放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施される。これによって、処理すべき液体をアース電極の放電電極に臨む面全面にわたって一様に流下させることができ、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００２０】
さらに本発明によれば、所定の気体は不活性ガスであり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。所定の気体は不活性ガスであるので、絶縁油の性状に悪影響を与えない。また絶縁油中に不活性ガスによって形成された微細気泡が含有されるので、絶縁油の電気絶縁性能が低下し、すなわち導電性が向上し、非平衡プラズマによるポリ塩化ビフェニルの分解除去を行うことができる。
【００２１】
さらに本発明によれば、所定の気体は純酸素であり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。酸素によって形成された微細気泡は、消滅する際にラジカル（Ｏラジカルなど）を発生させ、これによって絶縁油中に含有されるポリ塩化ビフェニルを分解除去することができる。
【００２２】
さらに本発明によれば、所定の気体はオゾンであり、処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。これによって、オゾンによって液状感染性廃棄物を殺菌することができるとともに、微細気泡が消滅する際にオゾンを分解してラジカルを発生させて、このラジカルによって水溶性有害物質を分解除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の有害物質含有液体処理装置を概略的に示す全体図である。
【図２】気泡発生装置をその軸線に垂直な仮想平面で切断した断面を示す断面図である。
【図３】図２の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置を切断した断面図である。
【図４】第２処理部の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の有害物質含有液体処理装置を概略的に示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の有害物質含有液体処理装置１を概略的に示す全体図である。有害物質含有液体処理装置１（以下、単に「処理装置１」と称する場合がある）は、液体貯留部である処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、液体回収部である処理済液回収タンク５とを含む。なおこのような処理装置１は、有害物質を含有する処理すべき液体が外部環境に悪影響を及ぼさない状態で使用される。
【００２６】
処理液貯留タンク２は、ステンレス鋼から成り、有害物質を含有する処理すべき液体（以下、単に「処理液」と称する場合がある）を貯留する。本実施形態において、有害物質を含有する処理すべき液体は、ポリ塩化ビフェニル（略称ＰＣＢ）を含有する絶縁油である。
【００２７】
第１処理部３は、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。本実施形態において、所定の気体はアルゴンである。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理済液回収タンク５は、第２処理部４で処理された液体を回収する。処理液貯留タンク２と、第１処理部３と、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とは、流路６，７，８，９，１０を介して接続される。
【００２８】
第１処理部３は、気泡発生装置２２と、圧力反応器２３と、ポンプ装置２４と、気体供給装置２５とを含んで構成される。
【００２９】
図２は、気泡発生装置２２をその軸線Ｌ２に垂直な仮想平面で切断した断面を示す断面図である。図３は、図２の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置２２を切断した断面図である。
【００３０】
気泡発生装置２２は、大略的に円筒状に形成され、耐腐食性の優れた材料、たとえばステンレス、チタンまたはカーボナイトおよびＡＢＳなどの合成樹脂から成る。以下では、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に平行な方向を軸線方向と称する。気泡発生装置２２は、筐体２６を含んで構成され、筐体２６には、第１筐体２７と、第２筐体２８と、第１蓋体２９と、第２蓋体３０とが含まれる。
【００３１】
第１筐体２７は、大略的に円筒状に形成される部材である。第１筐体２７の軸線は、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に一致している。第１筐体２７の内周面部３１は、部分的にテーパ状に形成されている。具体的には、第１筐体２７の内周面部３１は、その一端部である第１蓋体装着部３１ａおよび他端部である処理液導入部３１ｂが、軸線Ｌ２まわりにそれぞれ形成され、軸線Ｌ２に垂直な仮想平面で切断してみた断面、すなわち軸直角断面が同径の円形状にそれぞれ形成されている。
【００３２】
第１蓋体装着部３１ａは、処理液導入部３１ｂより大径に形成されている。内周面部３１の中間部である旋回部３１ｃは、軸線Ｌ２まわりに形成され、その軸線方向一端が第１蓋体装着部３１ａに、軸線方向他端が処理液導入部３１ｂに連なっている。旋回部３１ｃは、軸直角断面が円形状に形成され、軸線方向一端から他端に向かうにつれて先細りになるテーパ状に形成されている。本実施形態では、旋回部３１ｃは、軸線方向一端から他端に向かうにつれて半径方向内方に向かって直線的に傾斜している。ただし、直線的に傾斜することに限定されず、軸線方向一端から他端に向かうにつれて半径方向内方に向かって湾曲していてもよい。
【００３３】
第１筐体２７は、外周面部３２がその軸線方向一端部から他端部に向かって段階的に小さくなっている。第１筐体２７の最も大径に形成されている部分を大径部３３と称し、最も小径に形成される部分を小径部３４と称し、大径部３３より小径であって、小径部３４より大径に形成される部分を中径部３５と称する。第１筐体２７では、軸線方向一端部から他端部に向かって、大径部３３、中径部３５、小径部３４の順で形成されている。本実施形態では、大径部３３の内周面部３１が第１蓋体装着部３１ａおよび旋回部３１ｃに相当し、中径部３５および小径部３４の内周面部が処理液導入部３１ｂに相当する。
【００３４】
第２筐体２８には、循環路形成部３６と処理液供給管路部３７とが含まれる。図２および図３を参照しつつ説明する。循環路形成部３６は、その軸線が軸線Ｌ２に一致する円筒状に形成され、その外径が第１筐体２７の大径部３３の外径と一致している。循環路形成部３６の内周部は、軸直角断面で第１筐体２７の中径部３５の外形と同径の円形状に形成され、第１筐体２７の中径部３５が嵌り込むように形成されている。循環路形成部３６は、軸線方向一端部に中径部３５が嵌まり込んだ状態で、第１筐体２７の小径部３４との間に循環流路３８を形成する。
【００３５】
処理液供給管路部３７は、円筒状に形成され、その軸線Ｌ３が軸線Ｌ２に垂直な仮想平面上に含まれるように循環路形成部３６の外周部に配設されている。図２では、説明の便宜上、処理液供給管路部３７を循環路形成部３６に対して、周方向にずらしている。処理液供給管路部３７は、具体的には、その内径をｒとし、循環路形成部３６の内径をＲとした場合、軸線Ｌ３を含み軸線Ｌ２に平行な仮想一平面と、軸線Ｌ２を中心とする半径Ｒ−ｒの仮想平面Ｐ１の該仮想一平面との交線における接平面とのなす角が角度αになるように循環路形成部３６の外周部に配設されている。本実施形態では、角度αは、０度である。ただしαは０度に限定されず、０≦α＜９０の範囲内であればよい。第２筐体２８には、処理液供給管路部３７の軸線Ｌ３に沿って形成され、循環路形成部３６の内方に開口する処理液供給流路部３９が形成されている。
【００３６】
第１蓋体２９は、大略的に円筒状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第１蓋体２９は、軸線Ｌ２に沿って延びる円筒状部４０と、円筒状部４０の軸線方向一端部に連なる円錐状部４０ａとを含む。円筒状部４０は、その内部空間がガス溜まり４７として機能する。円錐状部４０ａは、円筒状部４０の軸線方向一端部から第２筺体２８側に突出し、軸線Ｌ２上に頂点を有する。さらに円錐状部４０ａには、その軸線Ｌ２に沿って延び、円錐状部４０ａの軸線方向両端部で開口する気体供給流路部４１が形成されている。気体供給流路部４１の円筒状部４０側の開口には、第１筐体２７内に供給された処理液が気体供給流路部４１を通ってガス溜まり４７に流入するのを防ぐ逆止弁４８が設けられる。
【００３７】
第２蓋体３０は、大略的に円盤状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第２蓋体３０は、軸線Ｌ２に沿って、その軸線方向一端部および他端部で開口する排出流路部４２が形成される。排出流路部４２は、第２蓋体３０の軸線方向一端部で開口し、軸線方向他端部に向かうにつれて先細りになるテーパ状の第１流路部分４２ａと、第２蓋体３０の軸線方向他端部で開口し、軸線一端部に向かうにつれて先細りになるテーパ状の第２流路部分４２ｂとを含む。第１および第２流路部分４２ａ，４２ｂは、互いに連なり、連なる部分が排出流路部４２の最狭部分となり、この部分をスロート部４２ｃと称する。
【００３８】
第１筐体２７の中径部３５は、第２筐体２８の軸線方向一端部と大径部３３とでシールを達成した状態で、第２筐体２８の内周部に嵌まり込んでいる。第１蓋体２９の円錐状部４０ａは、その外周部が大径部３３の内周部に当接して嵌まり込むように形成されている。第１蓋体２９は、その円筒状部４０を第１筐体２７の軸線方向一端部、すなわち大径部３３の軸線方向一端部に当接させてシールを達成した状態で、円錐状部４０ａが第１蓋体装着部３１ａに嵌まり込んでいる。さらに第２蓋体３０は、その外周部が第２筐体２８の内周部に当接して嵌まり込むように形成されている。
【００３９】
第２蓋体３０は、第２筐体２８の軸線方向他端部に、シールを達成した状態で嵌まり込み、その軸線方向一端部が第１筐体２７の軸線方向他端部、すなわち小径部３４が当接している。このように構成することによって、気泡発生装置２２の内方に、第１筐体２７、第１蓋体２９および第２蓋体３０とによって囲まれる旋回空間４３が形成される。また小径部３４と中径部３５と循環路形成部３６と第２蓋体３０とによって、円環状の循環流路３８を形成する循環流路部４４が形成される。この循環流路３８は、処理液を循環可能に形成されている。
【００４０】
第１筐体２７の小径部３４には、循環流路３８と旋回空間４３とを連通し、循環流路３８を循環する処理液を旋回空間４３に導入する複数の処理液導入流路部４５が形成されている。導入流路部である各処理液導入流路部４５は、第１筐体２７の軸線方向他端部に形成され、旋回空間に開口する開口部４６が互いに周方向に等間隔に形成されている。処理液導入流路部４５は、単数形成されても、複数形成されてもよい。本実施形態では、小径部３４に３つの処理液導入流路部４５が形成され、互いに処理液導入部３１ｂの周方向に６０度づつあけて形成されている。
【００４１】
処理液導入流路部４５は、循環流路３８を循環する処理液を、処理液導入部３１ｂに沿って旋回空間４３に導入可能に形成される。具体的には、各処理液導入流路部４５は、その下流側の壁面４５ａが、軸直角断面上で、処理液導入部３１ｂからその接線に平行な方向に延び、その上流側の壁面４５ｂが前記下流側の壁面４５ａに平行に形成されている。
【００４２】
また各処理液導入流路部４５は、軸線方向一方に開口し、その底部４５ｃが処理液供給流路部３９より軸線方向一方側に形成されている。軸線方向一方とは、第１筐体２７の軸線方向一端部から他端部に向かう方向である。処理液供給流路部３９の開口部４６は、互いに周方向に隣り合う２つの処理液導入流路部４５の間の壁面に対向するように配設され、処理液供給流路部３９から供給された処理液が処理液導入流路部４５に直接導入されることを防止している。ただし処理液導入流路部４５を前記開口部４６に臨むように構成してもよい。
【００４３】
図１を参照して、ポンプ装置２４は、吸入ポートから処理液を吸入可能に構成され、排出ポートから処理液を排出可能に構成される。ポンプ装置２４の吸入ポートは、処理液貯留タンク２に接続され、ポンプ装置２４の排出ポートは、処理液供給管５０によって処理液供給流路部３９に接続され、吸入ポートから吸入された処理液を処理液供給流路部３９に圧送可能に構成されている。ポンプ装置２４には、たとえば大東工業製ギヤポンプＨＳＲ−８−６０型が用いられる。ポンプ装置２４から気泡発生装置２２に印加される圧力は、たとえば５〜６ｋｇ／ｃｍ２（４９０〜５８８ｋＰａ）である。
【００４４】
処理液供給管５０には開閉弁４９が介在し、前記処理液供給管５０の管路の開閉を可能に構成されている。
【００４５】
気体供給装置２５は、不活性ガス（本実施形態ではアルゴン）が加圧状態で封入されたガスボンベ２５ａと気体供給管５５とを含んで構成される。ガスボンベ２５ａのガス噴出口には、気体供給管５５の一端部が接続される。気体供給管５５の他端部は、第１蓋体２９の円筒状部４０の軸線方向他端部に接続される。このように、ガスボンベ２５ａは、気体供給管５５、ガス溜まり４７および逆止弁４８を介して気体供給流路部４１に接続され、ガスボンベ２５ａ内の気体（アルゴン）を気体供給流路部４１に圧送可能に構成されている。
【００４６】
このように構成される第１処理部３は、気泡発生装置２２が圧力反応器２３に設けられている。圧力反応器２３は、いわゆるオートクレーブであり、処理液を封入して大気圧より高い圧力に保持可能な反応室５６を有する。前記圧力は、たとえば２〜４ｋｇ／ｃｍ２（１９６〜３９２ｋＰａ）である。気泡発生装置２２は、反応室５６に設けられている。
【００４７】
このような構成により、各処理液導入流路部４５から導入された処理液は、処理液導入部３１ｂに沿って、旋回空間４３を軸線Ｌ２まわりに旋回し、第１筐体２７の軸線方向他端部に向かう外側旋回流が発生する。この外側旋回流は、旋回部３１ｃで、この旋回部３１ｃに沿って旋回しつつ半径方向外方に拡がり、第１筐体２７の軸線方向一端部に達する。第１筐体２７の軸線方向一端部に達する外側旋回流は、軸線方向一方に向かう内側旋回流に転じる。
【００４８】
内側旋回流は、軸線Ｌ２まわりに旋回し、第１筐体２７の軸線方向他端部から第１蓋体２９の円錐状部４０ａに沿ってその頂点に向かい、その後外側旋回流の半径方向内方を排出流路部４２に向かう。内側旋回流の中心の圧力が気体供給管５５内の圧力より低下する。このときガスボンベ２５ａの開閉弁が開放されると、気体供給流路部４１から気体、本実施形態ではアルゴンが吸引される。この吸引された気体は、内側旋回流の中心で、軸線Ｌ２まわりに旋回し、気体供給流路部４１から排出流路部４２に向かう気体旋回流を発生させる。このように気体と処理液との気液二相流を発生させることができる。
【００４９】
排出流路部４２に達した内側旋回流および気体旋回流は、排出流路部４２を介して、反応室５６内に排出される。このとき各処理液導入流路部４５から導入される処理液の流量および速度が、所定の流量および速度に達していると、気体旋回流の速度は、排出流路部４２の第１流路部分４２ａにおいて、亜音速に達する。内側および気体旋回流が排出流路部４２に向かっているので、排出流路部４２を通過する気体の圧力は、気泡発生装置２２の外方、つまり反応室５６より高くなる。これによって排出流路部４２のスロート部４２ｃにおける気体旋回流の速度が音速になり、第２流路部分４２ｂで音速を超える。
【００５０】
気体旋回流がスロート部４２ｃで音速を超える際、気体旋回流が障壁にぶつかり分散される、つまり気体が排出流路部４２を気体とともに流れる処理液中に分散される。この分散によって、気体が直径５０μｍ以下のマイクロバブルなどの微細気泡となり、処理液とともに排出流路部４２から排出され、反応室５６内に微細気泡を放出する。なお、排出流路部４２の近傍に超音波発生器が設けられてもよい。排出流路部４２から放出される微細気泡に超音波発生器からの超音波を当てることによって、微細気泡をたとえばナノオーダーの直径を有する微細気泡とすることができる。
【００５１】
気体供給装置２５から供給された気体は、第１蓋体２９内のガス溜まり４７に供給された後、逆止弁４８を介して気体供給流路部４１に供給される。したがって、気体供給装置２５からの気体の供給量が変動しても、ガス溜まり４７がバッファとして機能し、気体を気体供給流路部４１に安定して供給することができる。また、第１蓋体２９には逆止弁４８が設けられるので、気体供給装置２５から気体が供給されていない状態であっても、旋回空間４３内の処理液の気体供給装置２５側への逆流を防ぐことができる。
【００５２】
このようにして反応室５６内で微細気泡を発生させることができる。また反応室５６内に放出される処理液は、ポンプによって圧送されるので、反応室５６内の圧力を高くすることができる。また微細気泡を発生させることによっても、反応室５６内の圧力を高めることができる。また反応室５６内で微細気泡は、キャビテーション現象によって、処理液に溶存する。溶存した微細気泡は、反応室５６から放出されると、再度処理液中に現れ、処理液中の異物を浮上分離させる。なお、本実施形態において、絶縁油に含有された微細気泡は、大気圧下において１０分程度で消滅する。
【００５３】
図１を参照して、第２処理部４は、第１処理部３の処理液の流下方向下流側に設けられる。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３から供給された微細気泡を含有する液体を処理する。第２処理部４は、非平衡プラズマを発生させる非平衡プラズマ発生部６０と、第１液体供給部６１と、第２液体供給部６２とを含んで構成される。
【００５４】
ここで非平衡プラズマとは、電離した電子の電子温度が電離したイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである。このような非平衡プラズマにおいては、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。このようにして得られた高速の電子をガス中の分子に衝突させて、ラジカル、励起分子、イオンあるいはオゾンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。
【００５５】
非平衡プラズマ発生部６０は、線状の放電電極６３と、円筒状のアース電極６４と、電源装置であるパルス電源装置６５と、ハウジング６６とを含む。放電電極６３およびアース電極６４は、ハウジング６６内に収容される。放電電極６３は、上下に延び、導電性を有する材料、たとえば鋼製の線状体から成り、その両端が碍子６７ａ，６７ｂを介してハウジング６６に接続される。アース電極６４は、円筒状に形成され、導電性を有する材料、たとえばステンレス鋼から成り、放電電極６３と同軸に設けられ、放電電極６３を外囲して上下に延びる。すなわち、アース電極６４は、放電電極６３に対向して上下に延びている。またアース電極６４の放電電極６３に臨む面、すなわちアース電極６４の内周面には、粗面化処理が施される。粗面化処理としては、たとえば、紙やすりなどの研磨布紙による処理またはサンドブラスト処理が挙げられる。パルス電源装置６５は、その正極が放電電極６３の上端部に接続される。
【００５６】
ハウジング６６の上部には、碍子６７ａに臨んで空気取入口６８が設けられ、ハウジング６６の下部には空気排出口６９が設けられる。空気排出口６９は、気体排出路７０を介して排気ファン７１に接続される。排気ファン７１が動作すると、空気取入口６８から空気が取り込まれ、取り込まれた空気は、アース電極６４によって取り囲まれる空間、空気排出口６９、気体排出路７０および排気ファン７１を介して外部に排気される。これによって、排気ファン７１が動作している間、碍子６７ａには新鮮な空気がもたらされ、碍子６７ａの汚損が防がれ、碍子６７ａの電気絶縁性能の低下を防ぐことができる。なお、気体排出路７０には、二酸化マンガンなどの触媒を充填した触媒装置、活性炭吸着装置または非平衡プラズマ発生装置などの後処理装置が設けられてもよい。
【００５７】
非平衡プラズマを発生させるには、放電電極６３およびアース電極６４間にコロナ放電を発生させ、放電電極６３およびアース電極６４間のガスを電離させる。ここで、放電電極６３およびアース電極６４の寸法の一例を示すと、放電電極６３の太さは２〜６ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ程度に選ばれる。アース電極６４の内径は、５０〜１０００ｍｍ程度、好ましくは１８０ｍｍ程度に選ばれる。このとき放電電極６３およびアース電極６４間には、直流電圧３０ｋ〜２００ｋＶ、好ましくは１００ｋ〜２００ｋＶ、周波数１００〜２０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝５００μｓ〜１０ｍｓ、好ましくは周波数１０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝１ｍｓのパルス電圧が印加される。また電圧の立上り時間τは、たとえば２０〜３００ｎｓ、好ましくは１００ｎｓであり、この極端に短い立上り時間τの間に質量の小さい電子だけが加速されて高速の電子が得られる。またパルス電圧の周期は立上り時間τに比べて充分に長いので、この期間中に冷却が行われて次のパルス電圧印加時には再び初期状態に復帰し、ガスの温度上昇が抑制され、ガスの温度は常温に保たれる。
【００５８】
ここでパルス電圧の極性は、放電電極６３を正極とし、アース電極６４を負極とする。これは正のストリーマコロナが強い進展傾向を有し、放電電極６３およびアース電極６４間の空間を橋絡し、全空間にわたって非平衡プラズマを発生させて単位容積あたりの反応効果が大幅に向上するためである。印加される電圧は、放電電極６３およびアース電極６４間の放電距離に対して決定される。すなわち前記放電距離が大きいときには高い電圧が印加され、前記放電距離が小さいときには低い電圧が印加される。
【００５９】
図４は、第２処理部４の一部を拡大して示す断面図である。第１液体供給部６１は、アース電極６４の上部に設けられ、第１処理部３から流路８を介して供給された液体をアース電極６４の内周面に供給する。第１液体供給部６１は、環状の底壁部７２と、底壁部７２の外縁に立設される円筒状の側壁部７３とを有する。底壁部７２は、アース電極６４の上端６４ａから所定の距離だけ下方の位置に設けられる。底壁部７２の内径はアース電極６４の外径にほぼ一致する。底壁部７２の外径は、ハウジング６６の内周面に到達するような大きさである。側壁部７３は、その外周面がハウジング６６の内周面に接するように設けられる。側壁部７３の上端７３ａは、アース電極６４の上端６４ａよりも上方に配置される。第１液体供給部６１には、流路８の先端８ａがハウジング６６および側壁部７３を貫通して設けられる。底壁部７２とアース電極６４とは水密に設けられ、流路８の先端８ａとハウジング６６および側壁部７３とは水密に設けられる。
【００６０】
第１処理部３から流路８を介して第１液体供給部６１に供給される微細気泡を含有する液体は、底壁部７２とアース電極６４と側壁部７３とによって形成される空間内に貯留される。貯留された液体の液面がアース電極６４の上端６４ａまで上昇し、さらに第１処理部３から該液体が供給されると、液体はアース電極６４の上端６４ａを越えて、アース電極６４の内周面に沿って下方に流下する。アース電極６４の内周面は粗面化処理が施されているので、処理すべき液体をアース電極６４の内周面全面にわたって一様に流下させることができる。なお、第１液体供給部６１に供給される液体の供給量は、流路８に設けられる各種開閉弁の開閉を調整して調節される。調整によって第１処理部３から第１液体供給部６１に供給されない余剰の液体は、流路８から分岐した流路９を介して処理液貯留タンク２に戻されてもよい。
【００６１】
図１を参照して、第２液体供給部６２は、アース電極６４の下方に設けられ、アース電極６４の内周面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、処理済液回収タンク５に処理された液体を供給する。第２液体供給部６２は、処理された液体を受容する液体受容部７４と、液体受容部７４に受容された液体を処理済液回収タンク５に供給する液体供給管７５とを有する。
【００６２】
アース電極６４の内周面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体は、液体受容部７４に受容される。液体受容部７４に受容された処理済の液体は、液体供給管７５を通って処理済液回収タンク５に供給されて、回収される。処理済液回収タンク５に貯留された液体は、流路１０を介して流路７に供給して、処理装置１内を循環させてもよい。
【００６３】
本発明によれば、処理液貯留タンク２に貯留された有害物質を含有する処理すべき液体は、第１処理部３に供給される。第１処理部３では、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定のガスを供給して、微細気泡が含有される。これによって、微細気泡を含有した液体の導電性が、処理前と比べて向上する。
【００６４】
第１処理部３で微細気泡を含有した液体は、第２処理部４に供給される。第２処理部４では、内部の空気を放電によって電子とイオンとに電離させ、電子の電子温度がイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである非平衡プラズマを発生させる。この第２処理部４では、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。この高速の電子は空気中の各種分子に衝突し、ラジカル、励起分子およびイオンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。液体に含有される有害成分は、高速の電子の衝突とともに、化学的活性種による化学反応によって分解除去される。また液体に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、有害成分を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成する所定の気体が分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって有害成分が除去される。たとえ、液体中の有害物質が第２処理部４の非平衡プラズマ発生部６０において液体から放出されることがあったとしても、有害物質は非平衡プラズマ雰囲気に曝露されるので、有害物質は非平衡プラズマによって分解除去され、安全に処理することができる。このようにして、第１処理部３から供給された微細気泡を含有した液体が処理される。
【００６５】
第２処理部４で有害物質が分解除去された液体は、処理済液回収タンク５に回収される。
【００６６】
このように、第１処理部３で有害物質を含有する液体に微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部４に供給しても、第２処理部４において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部３と第２処理部４とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００６７】
また本発明によれば、第２処理部４は、上下に延びる線状の放電電極６３と、アース電極６４と、パルス電源装置６５と、第１液体供給部６１と、第２液体供給部６２とを含む。アース電極６４は、放電電極６３に対向して上下に延びている。パルス電源装置６５は、放電電極６３に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する。第１液体供給部６１は、アース電極６４の上部に設けられ、第１処理部３から供給された液体をアース電極６４の放電電極６３に臨む面に供給する。第２液体供給部６２は、アース電極６４の下方に設けられ、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上を流下して非平衡プラズマ雰囲気中で処理された液体を受容し、処理済液回収タンク５に該処理された液体を供給する。
【００６８】
微細気泡を含有した液体は、第１液体供給部６１によって、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上に供給され、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上を流下し、第２液体供給部６２に受容される。アース電極６４の放電電極６３に臨む面は微細気泡を含有した液体で濡れている。液体中に微細気泡が含有されているので、液体の導電性が向上しており、アース電極６４の放電電極６３に臨む面上に液体が存在していても、安定して放電を行うことができる。したがって、微細気泡を含有した有害物質を含有する液体は、放電電極６３およびアース電極６４間に形成される非平衡プラズマ雰囲気中を通過し、液体中の有害物質を除去することができる。
【００６９】
さらに本発明によれば、アース電極６４の放電電極６３に臨む面に対して、粗面化処理が施される。これによって、処理すべき液体をアース電極６４の放電電極６３に臨む面全面にわたって一様に流下させることができ、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００７０】
さらに本発明によれば、所定の気体は不活性ガスであり、処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油である。所定の気体は不活性ガスであるので、絶縁油の性状に悪影響を与えない。また絶縁油中に不活性ガスによって形成された微細気泡が含有されるので、絶縁油の電気絶縁性能が低下し、すなわち導電性が向上し、非平衡プラズマによるポリ塩化ビフェニルの分解除去を行うことができる。
【００７１】
本実施形態において、不活性ガスがアルゴンである場合を述べたが、これに限定されず、ヘリウムまたはネオンなどの他の不活性ガスであってもよい。
【００７２】
本実施形態において、所定の気体は不活性ガスである場合を述べたが、これに限定されず、活性ガス、たとえば純酸素であってもよい。酸素によって形成された微細気泡は、消滅する際にラジカル（Ｏラジカルなど）を発生させ、これによって絶縁油中に含有されるポリ塩化ビフェニルを分解除去することができる。またこれに代えて、所定の気体は二酸化炭素であってもよい。二酸化炭素を微細気泡の形成に用いることによって、ラジカルが発生しやすい。
【００７３】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の有害物質含有液体処理装置１Ａを概略的に示す全体図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成に対応する部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７４】
有害物質含有液体処理装置１Ａ（以下、単に「処理装置１Ａ」と称する場合がある）は、上述の実施形態の処理装置１の構成と類似し、注目すべきは第１処理部３Ａの構成が処理装置１の第１処理部３と異なり、有害物質を含有する処理すべき液体が異なる点である。処理装置１Ａは、液体貯留部である処理液貯留タンク２と、第１処理部３Ａと、第２処理部４と、液体回収部である処理済液回収タンク５とを含む。本実施形態において、処理液貯留タンク２に貯留される、有害物質を含有する処理すべき液体は、人工透析、手術または検査などで発生する、し尿、体液、血液などの水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。
【００７５】
第１処理部３Ａは、処理液貯留タンク２から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、直径５０μｍ以下の微細気泡を含有させる。本実施形態において、所定の気体はオゾンである。第２処理部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、第１処理部３Ａから供給された微細気泡を含有した液体を処理する。処理液貯留タンク２と、第１処理部３Ａと、第２処理部４と、処理済液回収タンク５とは、流路６，７，８，９，１０を介して接続される。
【００７６】
第１処理部３Ａは、気泡発生装置２２と、圧力反応器２３と、ポンプ装置２４Ａと、気体供給装置２５Ａとを含んで構成される。ポンプ装置２４Ａは、吸入ポートから処理液を吸入可能に構成され、排出ポートから処理液を排出可能に構成される。ポンプ装置２４Ａの吸入ポートは、処理液貯留タンク２に接続され、ポンプ装置２４Ａの排出ポートは、処理液供給管５０によって処理液供給流路部３９に接続され、吸入ポートから吸入された処理液を処理液供給流路部３９に圧送可能に構成されている。ポンプ装置２４Ａには、たとえばＥＢＡＲＡ製バレルドモータポンプＭＭＬＦ／ＡＡＶＦ型が用いられる。ポンプ装置２４Ａから気泡発生装置２２に印加される圧力は、たとえば５〜６ｋｇ／ｃｍ２（４９０〜５８８ｋＰａ）である。
【００７７】
気体供給装置２５Ａは、コンプレッサ５１と、酸素濃縮器５２と、オゾン発生器５３と、チラー５４と、気体供給管５５とを含んで構成される。コンプレッサ５１は、吸入ポートから気体（空気）を吸入可能に構成され、排出ポートから圧縮された気体を排出可能に構成される。
【００７８】
コンプレッサ５１は、その排出ポートが酸素濃縮器５２の導入ポートに接続される。酸素濃縮器５２は、コンプレッサ５１から供給された圧縮空気の酸素濃度を９０％以上に濃縮する。酸素濃縮器５２は、その排出ポートがオゾン発生器５３の導入ポートに接続される。オゾン発生器５３は、沿面放電方式で酸素濃縮器５２によって酸素が濃縮された空気からオゾンを発生させる。チラー５４は、オゾン発生器５３のオゾン放電部を冷却する。オゾン発生器５３の排出ポートには、気体供給管５５が接続される。このように、コンプレッサ５１は、酸素濃縮器５２、オゾン発生器５３および気体供給管５５を介して気体供給流路部４１に接続され、吸入ポートから吸入した気体を気体供給流路部４１に圧送可能に構成されている。
【００７９】
このように構成することによって、第１処理部３Ａにおいて、オゾンで形成された微細気泡を含有する処理すべき液体を生成することができる。
【００８０】
生成された微細気泡を含有する処理すべき液体は、上述の実施形態の処理装置１と同様に、第１処理部３Ａから流路８を介して第２処理部４に供給され、非平衡プラズマによる処理がなされた後、処理済液回収タンク５に回収される。
【００８１】
本発明によれば、所定の気体はオゾンであり、処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物である。これによって、オゾンによって液状感染性廃棄物を殺菌することができるとともに、微細気泡が消滅する際にオゾンを分解してラジカルを発生させて、このラジカルによって水溶性有害物質を分解除去することができる。
【００８２】
さらに、処理すべき液体には、第１処理部３Ａによって直径５０μｍ以下の微細気泡が含有されるので、液体の導電性が向上し、この微細気泡を含有した液体を第２処理部４に供給しても、第２処理部４において安定して放電を行うことができ、非平衡プラズマを安定して発生させることができる。非平衡プラズマによる有害物質の分解除去と微細気泡の消滅に際して生じる有害物質の分解除去との相乗効果によって、少なくとも第１処理部３Ａと第２処理部４とを有する設備で、液体中の有害物質を効率よく除去することができる。
【００８３】
上述の実施形態において、アース電極６４は円筒状の電極であるが、これに限定されず、平板状または波板状など、他の形状を有する電極であってもよい。
【００８４】
また本発明の第２の実施形態において、気泡発生装置２２には気体供給装置２５Ａで生成されたオゾンが供給されているが、これに限定されず、気泡発生装置２２には空気などの他の気体が供給されてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ 有害物質含有液体処理装置
２ 処理液貯留タンク
３，３Ａ 第１処理部
４ 第２処理部
５ 処理済液回収タンク
２２ 気泡発生装置
２３ 圧力反応器
２４，２４Ａ ポンプ装置
２５，２５Ａ 気体供給装置
６０ 非平衡プラズマ発生部
６１ 第１液体供給部
６２ 第２液体供給部
６３ 放電電極
６４ アース電極
６５ パルス電源装置
６６ ハウジング
６７ａ，６７ｂ 碍子
６８ 空気取込口
６９ 空気排出口
７０ 気体排出路
７１ 排気ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させる第１処理部と、
放電によって非平衡プラズマを発生させて、前記第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体を処理する第２処理部と、
前記第２処理部で処理された液体を回収する液体回収部とを含むことを特徴とする有害物質含有液体処理装置。
【請求項２】
前記第２処理部は、
上下に延びる線状の放電電極と、
該放電電極に対向して上下に延びるアース電極と、
該放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する電源装置と、
該アース電極の上部に設けられ、前記第１処理部から供給された液体を該アース電極の該放電電極に臨む面に供給する第１液体供給部と、
該アース電極の下方に設けられ、該アース電極の該放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、前記液体回収部に該処理された液体を供給する第２液体供給部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項３】
前記アース電極の前記放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施されることを特徴とする請求項１または２記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項４】
前記所定の気体は不活性ガスであり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項５】
前記所定の気体は純酸素であり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項６】
前記所定の気体はオゾンであり、前記処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項１】
有害物質を含有する処理すべき液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部から供給された液体に、加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させる第１処理部と、
放電によって非平衡プラズマを発生させて、前記第１処理部から供給された微細気泡を含有した液体を処理する第２処理部と、
前記第２処理部で処理された液体を回収する液体回収部とを含むことを特徴とする有害物質含有液体処理装置。
【請求項２】
前記第２処理部は、
上下に延びる線状の放電電極と、
該放電電極に対向して上下に延びるアース電極と、
該放電電極に、非平衡プラズマを発生させるための電力を供給する電源装置と、
該アース電極の上部に設けられ、前記第１処理部から供給された液体を該アース電極の該放電電極に臨む面に供給する第１液体供給部と、
該アース電極の下方に設けられ、該アース電極の該放電電極に臨む面上を流下して非平衡プラズマによって処理された液体を受容し、前記液体回収部に該処理された液体を供給する第２液体供給部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項３】
前記アース電極の前記放電電極に臨む面に対して、粗面化処理が施されることを特徴とする請求項１または２記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項４】
前記所定の気体は不活性ガスであり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項５】
前記所定の気体は純酸素であり、前記処理すべき液体はポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【請求項６】
前記所定の気体はオゾンであり、前記処理すべき液体は水溶性有害物質を含有する液状感染性廃棄物であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有害物質含有液体処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２１９００（Ｐ２０１１−１２１９００Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１００９（Ｐ２００９−２８１００９）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３９２００８１９４）オリエンタル機電株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３９２００８１９４）オリエンタル機電株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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