水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置
【課題】エネルギーコストをあまりかけず、かつ、装置を大型化することなく、水処理を効率よく行うことができる水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】放電空間内に被処理水Ｗを水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴Ｍ中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴Ｍを他方向から噴射された水滴Ｍと放電空間内で衝突させるようにした。
【解決手段】放電空間内に被処理水Ｗを水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴Ｍ中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴Ｍを他方向から噴射された水滴Ｍと放電空間内で衝突させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物、無機物、微生物を分解処理する水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている（特許文献１参照）。
しかしながら、オゾンは酸化力が弱く、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。
【０００３】
そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いOHラジカルやOラジカル等を発生させ、このオゾン及びラジカルを含む放電空間（放電場）に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理するようにした水処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、ラジカルは寿命が短く、消滅しやすく、そのため効率が悪く、上記のような先に提案された水処理装置ではラジカルによる酸化作用を十分に発揮させることができない。
【０００４】
そこで、本発明の発明者は、接地電極である円筒電極の中心軸に沿って電圧印加電極である線状電極を設け、線状電極に高電圧を印加して両電極間で放電を生じさせるとともに、この放電空間に被処理水を水滴状にして供給し、放電空間内で生じるラジカルやオゾン等の活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置を先に提案している（特許文献３参照）。
すなわち、この水処理装置は、放電によってラジカルやオゾンをつぎつぎに発生させるとともに、被処理水を水滴化して、このラジカルやオゾンとの接触表面積を上げることによって処理効率を良くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６７０９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２７９９７７号公報
【特許文献３】特開２００９−２４１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記先に提案された水処理装置の場合、従来の方法に比べれば処理効率がよかったが、実用化するにあたってはさらに処理効率をよくすることが求められている。
すなわち、上記水処理装置においては、水滴ができるだけ長時間放電空間に止まっている必要があるが、水滴を長時間放電空間に止まっているようにするには、電極を大きく長くすることが必要になり、装置が大型化するとともに、放電に要する電気エネルギーも多量に必要となり、コストがかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて、エネルギーコストをあまりかけず、かつ、装置を大型化することなく、水処理を効率よく行うことができる水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の発明者が、放電にかかる電気エネルギーが同じでも、より効率よく水処理できる方法を検討した結果、放電空間内に供給される水滴の大きさをできるだけ小さくすれば、同じ量の被処理水であっても、活性種との接触する被処理水のトータルの表面積が大きくなり、より処理効率が向上するのではないかと考えた。
【０００９】
しかし、噴射ノズルの口径を小さくして、細かい水滴を供給する方法では、水圧を高めなくてはならず、ポンプにかかる負荷が大きくなるとともに、噴射される水滴の広がり角度が大きくなり、放電空間内に水滴を集中して供給することが難しく、却って処理効率を低下させてしまうおそれがある。また、口径が小さいと被処理水に固形粒子などが含まれていると詰まりやすく、メンテナンスに問題がでてくる。
そこで、本発明の発明者が、さらに、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる水処理方法（以下、「本発明の水処理方法」と記す）は、放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明にかかる水処理装置（以下、「本発明の水処理装置」と記す）は、噴射ノズルから噴射された被処理水の水滴を放電空間内に供給し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置であって、放電空間に向かって異なる方向から噴射する複数の噴射ノズルを備えるとともに、これらの噴射ノズルが、１つの噴射ノズルから噴射された水滴が他の噴射ノズルから噴射された水滴と、放電空間内で衝突するように配置されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明において、活性種とは、Ｏラジカル、ＯＨラジカルなどのラジカル及びオゾンを意味する。
【００１３】
本発明において、噴射ノズルは、放電空間内に水滴を集中的に供給できれば、特に限定されない。
【００１４】
本発明において、放電方式は、高エネルギーの電子や紫外線が発生する放電が発生すれば、特に限定されないが、一方の電極を電圧印加電極とし、他方の電極を接地電極として、電圧印加電極に高圧パルス電圧を印加する方式が挙げられる。
上記電圧印加電極及び接地電極の材質は、特に限定されないが、耐食性を考慮するとチタンやステンレス鋼が好ましい。
【００１５】
電極の形状は、特に限定されないが、接地電極の場合、特に限定されないが、円筒電極、円筒メッシュ電極などの円筒状電極、平板電極などが挙げられ、円筒状電極が好適である。
一方、電圧印加電極は、例えば、接地電極が円筒状電極の場合、円筒状電極の中心軸に沿って設けられるワイヤー電極、ネジ状電極、剣山状電極、ワイヤーブラシ状電極などが挙げられ、接地電極が平板電極の場合、この平板電極に平行に設けられる平板電極が挙げられる。
【００１６】
また、電圧印加電極及び接地電極は、処理室内に1対だけでなく複数対設けるようにしても構わない。
【００１７】
電圧印加電極と接地電極との間に印加される放電電圧は、放電が起きる電圧であれば特に限定されない。
【００１８】
本発明において、処理対象物質としては、特に限定されないが、各種有機化合物、細菌や臭気成分などの有機物が挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水処理方法は、放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させるので、エネルギーコストをあまりかけず、かつ、装置を大型化することなく、水処理を効率よく行うことができる。
【００２０】
すなわち、大きな水滴となるが、広がり角が狭く、放電空間に集中的効率よく噴射できる噴射口径の大きい噴射ノズルを用いても、放電空間内で、噴射ノズルから噴射された水滴を、放電空間内で他の噴射ノズルから噴射された水滴と衝突させることで、衝突の衝撃によって、大きな水滴が破砕されて、放電空間内で噴射ノズルから噴射された水滴より小径の水滴が発生する。したがって、水処理効率が向上する。
【００２１】
しかも、噴射口径の大きい噴射ノズルを用いることができるので、ポンプにも負荷がかからず、エネルギーコストをあまりかける必要がないとともに、被処理水が固形粒子を含んでいても噴射ノズルがつまりにくく、メンテナンス頻度が少なくなる。
また、垂直方向に長く、水平方向が短い放電空間に、被処理水を水平方向に設けられた噴射ノズルから噴射した場合、水滴が他の方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突しないと、水滴は、放電空間の水平方向の短い幅内を通過して、そのまま突き抜けてしまい、水滴の放電空間内を通過する時間が少なくなってしまう。しかし、衝突によって水滴の水平方向の運動エネルギーが失われ、垂直方向にそのまま落下するようになり、水滴が放電空間を通過する時間が長くなる。したがって、このことからも水処理効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態を説明する概略図である。
【図２】図１の水処理装置の高電圧パルス発生装置の回路図である。
【図３】本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態を説明する模式図である。
【図４】本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態を説明する模式図である。
【図５】実施例１、比較例１で調べた処理時間の経過に伴う被処理水のインディゴカルミン濃度変化を対比してあらわすグラフである。
【図６】実施例２、比較例２で調べた処理時間の経過に伴う被処理水のインディゴカルミン濃度変化を対比してあらわすグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態をあらわしている。
【００２４】
図１に示すように、この水処理装置１ａは、処理室２と、円筒状電極３と、線状電極４と、処理水貯槽５と、ポンプ６と、上部噴射ノズル７ａと、下部噴射ノズル７ｂと、被処理水供給管７１と、混合気体供給手段８ａと、高圧電源である高電圧パルス発生装置１０と、を備えている。
処理室２は、例えば、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、あるいは、ステンレス鋼の筒状体の内面が絶縁材料で被覆された形成されて、円筒状をしている。
【００２５】
処理室２は、上蓋２３を備え、この上蓋２３に上部噴射ノズル７ａが噴射孔を下方に向けるとともにその中心軸を処理室２の中心軸に一致させるように固定されている。
処理室２の下端部には、排気管２５が設けられている。排気管２５の途中または出口にはオゾン除去フィルター等のオゾン除去装置を設けることが好ましい。
【００２６】
円筒状電極３は、例えば、ステンレス鋼製の２．５メッシュ、線径１．１ｍｍの金網を円筒状に加工することによって得られ、外径が処理室本体２１の内径より少し小さくなっている。
線状電極４は、例えば、直径１ｍｍのチタン鋼線で形成され、円筒状電極３の中心軸に沿うように設けられている。
【００２７】
処理水貯槽５ａは、槽本体５１と、蓋５２とを備えている。
槽本体５１は、上部開口の箱状をして下端でポンプ６に接続されている。
【００２８】
蓋５２は、処理室２の下端開口を臨む部分に設けた孔５２ａを除き、槽本体５１の上部開口を閉じ、かつ、処理室２を下方から支持するとともに、下部噴射ノズル７ｂが噴射孔を上方に向けるとともにその中心軸を処理室２の中心軸に一致させるように固定されている。
ポンプ６は、槽本体５１中の貯留された被処理水Ｗを、被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａと、下部噴射ノズル７ｂとに送るようになっている。
【００２９】
上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂは、被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして噴射するようになっている。
また、上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂは、円筒状電極３の高さ方向の中央の水平面内で、噴射された水滴同士が衝突するとともに、円筒状電極３の高さ方向の中央の水平面での水滴の広がり形状が、円筒状電極３の内径とほぼ一致する円か、円筒状電極３の内径より少し小径の円となるように、噴角が調整されている。
【００３０】
混合気体供給手段８ａは、酸素ボンベ８１と、酸素供給管８２と、窒素ボンベ８３と、窒素供給管８４と、ミキサー（マツモト機械製、GM-A２）８５と、混合気体供給管８６とを備えている。
【００３１】
ミキサー８５は、酸素ボンベ８１から酸素供給管８２を介して送られてきた酸素と、窒素ボンベ８３から窒素供給管８４を介して送られてきた窒素とを、酸素が所定の混合比率に混合するようになっている。
混合気体供給管８６は、ミキサー８５で混合されて得られた混合気体を処理室２の上端部から処理室２内に供給するようになっている。
なお、混合気体中の酸素濃度は、２５〜９０容量％に設定されている。
【００３２】
高電圧パルス発生装置１０は、図２に示すように、高圧直流電源１０１、コンデンサ１０２、抵抗１０３、トリガトロンギャップスイッチ１０４、パルストランス１０５およびトリガ回路１０６を備えている。
【００３３】
そして、高電圧パルス発生装置１０は、以下のように動作する。
すなわち、高圧直流電源１０１からの電流が抵抗１０３を介してコンデンサ１０２に供給され、コンデンサ１０２が充電される。目標電圧までコンデンサ１０２が充電された後、トリガ回路１０６からの高電圧のトリガパルスによりトリガトロンギャップスイッチ１０４がオン状態になる。このとき、コンデンサ１０２に充電された電荷がパルストランス１０５の１次側に流れ込み、相互インダクタンスにより２次側にパルス状の誘起電圧が発生する。
【００３４】
このようにしてパルストランス１０５の２次側に生じた高電圧パルスは、線状電極４と円筒状電極３との間に印加される。
すなわち、端子１０７が、線状電極４に導通状態にされ、端子１０８が円筒状電極４と導通状態にされる。
【００３５】
端子１０７、１０８間に出力されるパルスの繰り返し数は、トリガ回路１０６におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また出力パルスの電圧は、高圧直流電源１０１の出力電圧を切り替えることによって制御される。
【００３６】
この水処理装置１ａは、以下のようにして、被処理水Ｗ中の有機化合物を分解処理する。
すなわち、処理水貯槽５に有機物等を含む被処理水Ｗを仕込む。
【００３７】
そして、高電圧パルス発生装置１０によって、円筒状電極３と線状電極４との間に、高電圧をパルス状に印加し、円筒状電極３内に上下方向に円柱状となった放電空間を形成するとともに、ポンプ６を駆動させて、槽本体５１内の被処理水Ｗを、被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送り、円筒状電極３の上下から円筒状電極３内に向かって水滴化して噴射する。
また、処理室２の下端まで落下してきた処理水は、孔５２ａを通り、槽本体５１内に戻り、被処理水と混ざり合い、再び被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送られる。すなわち、循環する。
【００３８】
この水処理装置１ａは、上記のようになっており、処理水水槽５の槽本体５１内に貯留された被処理水Ｗが、ポンプ６によって被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送られて、円筒状電極３と線状電極４との間に生じた放電空間内に向かって水滴状にして噴射される。
そして、上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂから噴射された水滴は、円筒状電極３の高さ方向中央で衝突し、この衝突によって小さな水滴になる。
【００３９】
したがって、放電空間で生じた活性種と、被処理水との接触総面積が大きくなり、処理効率が向上する。
しかも、上部噴射ノズル７ａから噴射された水滴は、衝突によって落下速度が遅くなり、放電空間内での滞留時間が長くなる、したがって、被処理水の活性種との接触時間も長くなり、処理効率が向上する。
【００４０】
また、この水処理装置１ａは、上記のように、処理室２内には、混合気体供給手段８ａによって、酸素が２５〜９０容量％、窒素が残部である混合気体が充満するように供給されるので、ＯＨラジカル、Ｏラジカルが多量に効率よく発生し、より処理を速く行うことができる。
【００４１】
図３は、本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図３に示すように、この水処理装置１ｂは、混合気体供給手段を備えていないとともに、以下に述べる構成以外は、上記水処理装置１aと、同じ構成となっている。
【００４２】
すなわち、この水処理装置１ｂは、処理室２内で円筒状電極３がその円筒の中心軸が水平になり、線状電極４が円筒の中心軸に沿うように水平に設けられている。
そして、両噴射ノズル７ｃ，７ｃから噴射された水滴が円筒状電極３の中央部で衝突するようになっている。
この水処理装置１ｂは、以上のように、両噴射ノズル７ｃ，７ｃから噴射された水滴が、円筒状電極３の中央部で衝突する。したがって、水滴が放電空間内で小さく破砕されるとともに、衝突によって、水平方向の運動エネルギーが失われて、放電空間内をほぼ真下に向かって落下する。
したがって、処理効率が向上する。
【００４３】
図４は、本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図４に示すように、この水処理装置１ｃは、混合気体供給手段を備えていないとともに、以下に述べる構成以外は、上記水処理装置１aと、同じ構成となっている。
【００４４】
すなわちこの水処理装置１ｃは、２つの噴射ノズル７ｄ，７ｄが、互いの噴射孔の中心軸が、同一線上に載るとともに、円筒状電極３の上下方向の中間位置で、円筒状電極３の中心軸に直交するように処理室２内に設けられている。
そして、両噴射ノズル７ｄ，７ｄは、噴射方向後方からみて、噴射孔の中心軸に直交する円筒状電極３の中心軸に平行な面で上下方向の長さと水平方向の長さとの比が、円筒状電極の中心軸方向の長さ（高さ方向の長さ）と、円筒状電極３の内径との比に一致する長方形に広がるように噴射できるようになっている。
【００４５】
さらに、噴射された水滴は、円筒状電極３の網目部分を通過して円筒状電極３に入り込み、他方の噴射ノズル７ｄから噴射された水滴と、円筒状電極３内で衝突するようになっている。
【００４６】
この水処理装置１ｃは、以上のように、両噴射ノズル７ｄ，７ｄから噴射された水滴が、円筒状電極３の中央部で衝突する。したがって、水滴が放電空間内で小さく破砕されるとともに、衝突によって、水平方向の運動エネルギーが失われて、放電空間内をほぼ真下に向かって落下する。
すなわち、水平方向の運動エネルギーが失われた水滴は、高さ方向に長い放電空間内を確実に落下するので、水滴が放電空間内に滞留する時間が長くなり、より処理効率が向上する。
【００４７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、高電圧パルス発生装置を備えていたが、高電圧パルス発生装置は市販のものを別途容易するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、被処理水が循環するようになっていたが、被処理水槽と放電空間を通過した処理水を受ける処理水槽とを別に設けて循環させないようにしても構わない。
【００４８】
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。
【００４９】
（実施例１）
図３に示す水処理装置１ｂを用い、以下の実験条件で被処理水Ｗ中の処理対象物質と してのインディゴカルミンの分解処理を行い、紫外可視分光光度計（日立ハイテクノロ ジーズ社製商品名Ｕ−１９００）を用いて６１０ｎｍでの吸光度によって、被処理水Ｗ の処理時間の経過に伴うインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
〔実験条件〕
被処理水Ｗ中のインディゴカルミン初期濃度：約２０ｐｐｍ
被処理水Ｗ量：７リットル
被処理水Ｗの噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２０ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極３の性状：２．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率79.5％、溶接金網
円筒状電極３の外径：３９．５ｍｍ
円筒状電極３の長さ（中心軸方向の長さ）：２００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
噴射ノズル７ｃの噴角：３０°
【００５０】
（比較例１）
一方の噴射ノズル７ｃからの噴射を停止した以外は、実施例１と同様にしてインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
【００５１】
上記実施例１及び比較例１の処理時間の経過に伴う、インディゴカルミンの濃度変化を
対比して、図５に示した。
【００５２】
（実施例２）
図４に示す水処理装置１ｃを用い、以下の実験条件で被処理水Ｗ中の処理対象物質と してのインディゴカルミンの分解処理を行い、紫外可視分光光度計（日立ハイテクノロ ジーズ社製商品名Ｕ−１９００）を用いて６１０ｎｍでの吸光度によって、被処理水Ｗ の処理時間の経過に伴うインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
〔実験条件〕
被処理水Ｗ中のインディゴカルミン初期濃度：約２０ｐｐｍ
被処理水Ｗ量：７リットル
被処理水Ｗの噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２０ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極３の性状：２．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率79.5％、溶接金網
円筒状電極３の外径：３９．５ｍｍ
円筒状電極３の長さ（中心軸方向の長さ）：２００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
【００５３】
（比較例２）
一方の噴射ノズル７ｄからの噴射を停止した以外は、実施例１と同様にしてインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
上記実施例１及び比較例１の処理時間の経過に伴う、インディゴカルミンの濃度変化を
対比して、図６に示した。
図５及び図６から本発明の水処理方法によれば、インディゴカルミンの分解を速くすることができること、すなわち、水処理効率が向上することがよくわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、有機物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ，１ｂ，１ｃ 水処理装置
２ 処理室
３ 円筒状電極
４ 線状電極
５ 処理水貯槽
５１ 槽本体
６ ポンプ
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 噴射ノズル
７１ 被処理水供給管
８ａ 混合気体供給手段
８１ 酸素ボンベ
８２ 酸素供給配管
８３ 窒素ボンベ
８４ 窒素供給配管
８５ ミキサー
８６ 混合気体供給配管
１０ 高電圧パルス発生装置（高圧電源）
Ｗ 被処理水
Ｍ 被処理水ミスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物、無機物、微生物を分解処理する水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている（特許文献１参照）。
しかしながら、オゾンは酸化力が弱く、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。
【０００３】
そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いOHラジカルやOラジカル等を発生させ、このオゾン及びラジカルを含む放電空間（放電場）に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理するようにした水処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、ラジカルは寿命が短く、消滅しやすく、そのため効率が悪く、上記のような先に提案された水処理装置ではラジカルによる酸化作用を十分に発揮させることができない。
【０００４】
そこで、本発明の発明者は、接地電極である円筒電極の中心軸に沿って電圧印加電極である線状電極を設け、線状電極に高電圧を印加して両電極間で放電を生じさせるとともに、この放電空間に被処理水を水滴状にして供給し、放電空間内で生じるラジカルやオゾン等の活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置を先に提案している（特許文献３参照）。
すなわち、この水処理装置は、放電によってラジカルやオゾンをつぎつぎに発生させるとともに、被処理水を水滴化して、このラジカルやオゾンとの接触表面積を上げることによって処理効率を良くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６７０９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２７９９７７号公報
【特許文献３】特開２００９−２４１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記先に提案された水処理装置の場合、従来の方法に比べれば処理効率がよかったが、実用化するにあたってはさらに処理効率をよくすることが求められている。
すなわち、上記水処理装置においては、水滴ができるだけ長時間放電空間に止まっている必要があるが、水滴を長時間放電空間に止まっているようにするには、電極を大きく長くすることが必要になり、装置が大型化するとともに、放電に要する電気エネルギーも多量に必要となり、コストがかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて、エネルギーコストをあまりかけず、かつ、装置を大型化することなく、水処理を効率よく行うことができる水処理方法及びこの水処理方法に用いる水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の発明者が、放電にかかる電気エネルギーが同じでも、より効率よく水処理できる方法を検討した結果、放電空間内に供給される水滴の大きさをできるだけ小さくすれば、同じ量の被処理水であっても、活性種との接触する被処理水のトータルの表面積が大きくなり、より処理効率が向上するのではないかと考えた。
【０００９】
しかし、噴射ノズルの口径を小さくして、細かい水滴を供給する方法では、水圧を高めなくてはならず、ポンプにかかる負荷が大きくなるとともに、噴射される水滴の広がり角度が大きくなり、放電空間内に水滴を集中して供給することが難しく、却って処理効率を低下させてしまうおそれがある。また、口径が小さいと被処理水に固形粒子などが含まれていると詰まりやすく、メンテナンスに問題がでてくる。
そこで、本発明の発明者が、さらに、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる水処理方法（以下、「本発明の水処理方法」と記す）は、放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明にかかる水処理装置（以下、「本発明の水処理装置」と記す）は、噴射ノズルから噴射された被処理水の水滴を放電空間内に供給し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置であって、放電空間に向かって異なる方向から噴射する複数の噴射ノズルを備えるとともに、これらの噴射ノズルが、１つの噴射ノズルから噴射された水滴が他の噴射ノズルから噴射された水滴と、放電空間内で衝突するように配置されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明において、活性種とは、Ｏラジカル、ＯＨラジカルなどのラジカル及びオゾンを意味する。
【００１３】
本発明において、噴射ノズルは、放電空間内に水滴を集中的に供給できれば、特に限定されない。
【００１４】
本発明において、放電方式は、高エネルギーの電子や紫外線が発生する放電が発生すれば、特に限定されないが、一方の電極を電圧印加電極とし、他方の電極を接地電極として、電圧印加電極に高圧パルス電圧を印加する方式が挙げられる。
上記電圧印加電極及び接地電極の材質は、特に限定されないが、耐食性を考慮するとチタンやステンレス鋼が好ましい。
【００１５】
電極の形状は、特に限定されないが、接地電極の場合、特に限定されないが、円筒電極、円筒メッシュ電極などの円筒状電極、平板電極などが挙げられ、円筒状電極が好適である。
一方、電圧印加電極は、例えば、接地電極が円筒状電極の場合、円筒状電極の中心軸に沿って設けられるワイヤー電極、ネジ状電極、剣山状電極、ワイヤーブラシ状電極などが挙げられ、接地電極が平板電極の場合、この平板電極に平行に設けられる平板電極が挙げられる。
【００１６】
また、電圧印加電極及び接地電極は、処理室内に1対だけでなく複数対設けるようにしても構わない。
【００１７】
電圧印加電極と接地電極との間に印加される放電電圧は、放電が起きる電圧であれば特に限定されない。
【００１８】
本発明において、処理対象物質としては、特に限定されないが、各種有機化合物、細菌や臭気成分などの有機物が挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水処理方法は、放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させるので、エネルギーコストをあまりかけず、かつ、装置を大型化することなく、水処理を効率よく行うことができる。
【００２０】
すなわち、大きな水滴となるが、広がり角が狭く、放電空間に集中的効率よく噴射できる噴射口径の大きい噴射ノズルを用いても、放電空間内で、噴射ノズルから噴射された水滴を、放電空間内で他の噴射ノズルから噴射された水滴と衝突させることで、衝突の衝撃によって、大きな水滴が破砕されて、放電空間内で噴射ノズルから噴射された水滴より小径の水滴が発生する。したがって、水処理効率が向上する。
【００２１】
しかも、噴射口径の大きい噴射ノズルを用いることができるので、ポンプにも負荷がかからず、エネルギーコストをあまりかける必要がないとともに、被処理水が固形粒子を含んでいても噴射ノズルがつまりにくく、メンテナンス頻度が少なくなる。
また、垂直方向に長く、水平方向が短い放電空間に、被処理水を水平方向に設けられた噴射ノズルから噴射した場合、水滴が他の方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突しないと、水滴は、放電空間の水平方向の短い幅内を通過して、そのまま突き抜けてしまい、水滴の放電空間内を通過する時間が少なくなってしまう。しかし、衝突によって水滴の水平方向の運動エネルギーが失われ、垂直方向にそのまま落下するようになり、水滴が放電空間を通過する時間が長くなる。したがって、このことからも水処理効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態を説明する概略図である。
【図２】図１の水処理装置の高電圧パルス発生装置の回路図である。
【図３】本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態を説明する模式図である。
【図４】本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態を説明する模式図である。
【図５】実施例１、比較例１で調べた処理時間の経過に伴う被処理水のインディゴカルミン濃度変化を対比してあらわすグラフである。
【図６】実施例２、比較例２で調べた処理時間の経過に伴う被処理水のインディゴカルミン濃度変化を対比してあらわすグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態をあらわしている。
【００２４】
図１に示すように、この水処理装置１ａは、処理室２と、円筒状電極３と、線状電極４と、処理水貯槽５と、ポンプ６と、上部噴射ノズル７ａと、下部噴射ノズル７ｂと、被処理水供給管７１と、混合気体供給手段８ａと、高圧電源である高電圧パルス発生装置１０と、を備えている。
処理室２は、例えば、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、あるいは、ステンレス鋼の筒状体の内面が絶縁材料で被覆された形成されて、円筒状をしている。
【００２５】
処理室２は、上蓋２３を備え、この上蓋２３に上部噴射ノズル７ａが噴射孔を下方に向けるとともにその中心軸を処理室２の中心軸に一致させるように固定されている。
処理室２の下端部には、排気管２５が設けられている。排気管２５の途中または出口にはオゾン除去フィルター等のオゾン除去装置を設けることが好ましい。
【００２６】
円筒状電極３は、例えば、ステンレス鋼製の２．５メッシュ、線径１．１ｍｍの金網を円筒状に加工することによって得られ、外径が処理室本体２１の内径より少し小さくなっている。
線状電極４は、例えば、直径１ｍｍのチタン鋼線で形成され、円筒状電極３の中心軸に沿うように設けられている。
【００２７】
処理水貯槽５ａは、槽本体５１と、蓋５２とを備えている。
槽本体５１は、上部開口の箱状をして下端でポンプ６に接続されている。
【００２８】
蓋５２は、処理室２の下端開口を臨む部分に設けた孔５２ａを除き、槽本体５１の上部開口を閉じ、かつ、処理室２を下方から支持するとともに、下部噴射ノズル７ｂが噴射孔を上方に向けるとともにその中心軸を処理室２の中心軸に一致させるように固定されている。
ポンプ６は、槽本体５１中の貯留された被処理水Ｗを、被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａと、下部噴射ノズル７ｂとに送るようになっている。
【００２９】
上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂは、被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして噴射するようになっている。
また、上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂは、円筒状電極３の高さ方向の中央の水平面内で、噴射された水滴同士が衝突するとともに、円筒状電極３の高さ方向の中央の水平面での水滴の広がり形状が、円筒状電極３の内径とほぼ一致する円か、円筒状電極３の内径より少し小径の円となるように、噴角が調整されている。
【００３０】
混合気体供給手段８ａは、酸素ボンベ８１と、酸素供給管８２と、窒素ボンベ８３と、窒素供給管８４と、ミキサー（マツモト機械製、GM-A２）８５と、混合気体供給管８６とを備えている。
【００３１】
ミキサー８５は、酸素ボンベ８１から酸素供給管８２を介して送られてきた酸素と、窒素ボンベ８３から窒素供給管８４を介して送られてきた窒素とを、酸素が所定の混合比率に混合するようになっている。
混合気体供給管８６は、ミキサー８５で混合されて得られた混合気体を処理室２の上端部から処理室２内に供給するようになっている。
なお、混合気体中の酸素濃度は、２５〜９０容量％に設定されている。
【００３２】
高電圧パルス発生装置１０は、図２に示すように、高圧直流電源１０１、コンデンサ１０２、抵抗１０３、トリガトロンギャップスイッチ１０４、パルストランス１０５およびトリガ回路１０６を備えている。
【００３３】
そして、高電圧パルス発生装置１０は、以下のように動作する。
すなわち、高圧直流電源１０１からの電流が抵抗１０３を介してコンデンサ１０２に供給され、コンデンサ１０２が充電される。目標電圧までコンデンサ１０２が充電された後、トリガ回路１０６からの高電圧のトリガパルスによりトリガトロンギャップスイッチ１０４がオン状態になる。このとき、コンデンサ１０２に充電された電荷がパルストランス１０５の１次側に流れ込み、相互インダクタンスにより２次側にパルス状の誘起電圧が発生する。
【００３４】
このようにしてパルストランス１０５の２次側に生じた高電圧パルスは、線状電極４と円筒状電極３との間に印加される。
すなわち、端子１０７が、線状電極４に導通状態にされ、端子１０８が円筒状電極４と導通状態にされる。
【００３５】
端子１０７、１０８間に出力されるパルスの繰り返し数は、トリガ回路１０６におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また出力パルスの電圧は、高圧直流電源１０１の出力電圧を切り替えることによって制御される。
【００３６】
この水処理装置１ａは、以下のようにして、被処理水Ｗ中の有機化合物を分解処理する。
すなわち、処理水貯槽５に有機物等を含む被処理水Ｗを仕込む。
【００３７】
そして、高電圧パルス発生装置１０によって、円筒状電極３と線状電極４との間に、高電圧をパルス状に印加し、円筒状電極３内に上下方向に円柱状となった放電空間を形成するとともに、ポンプ６を駆動させて、槽本体５１内の被処理水Ｗを、被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送り、円筒状電極３の上下から円筒状電極３内に向かって水滴化して噴射する。
また、処理室２の下端まで落下してきた処理水は、孔５２ａを通り、槽本体５１内に戻り、被処理水と混ざり合い、再び被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送られる。すなわち、循環する。
【００３８】
この水処理装置１ａは、上記のようになっており、処理水水槽５の槽本体５１内に貯留された被処理水Ｗが、ポンプ６によって被処理水供給管７１を介して上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂに送られて、円筒状電極３と線状電極４との間に生じた放電空間内に向かって水滴状にして噴射される。
そして、上部噴射ノズル７ａ及び下部噴射ノズル７ｂから噴射された水滴は、円筒状電極３の高さ方向中央で衝突し、この衝突によって小さな水滴になる。
【００３９】
したがって、放電空間で生じた活性種と、被処理水との接触総面積が大きくなり、処理効率が向上する。
しかも、上部噴射ノズル７ａから噴射された水滴は、衝突によって落下速度が遅くなり、放電空間内での滞留時間が長くなる、したがって、被処理水の活性種との接触時間も長くなり、処理効率が向上する。
【００４０】
また、この水処理装置１ａは、上記のように、処理室２内には、混合気体供給手段８ａによって、酸素が２５〜９０容量％、窒素が残部である混合気体が充満するように供給されるので、ＯＨラジカル、Ｏラジカルが多量に効率よく発生し、より処理を速く行うことができる。
【００４１】
図３は、本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図３に示すように、この水処理装置１ｂは、混合気体供給手段を備えていないとともに、以下に述べる構成以外は、上記水処理装置１aと、同じ構成となっている。
【００４２】
すなわち、この水処理装置１ｂは、処理室２内で円筒状電極３がその円筒の中心軸が水平になり、線状電極４が円筒の中心軸に沿うように水平に設けられている。
そして、両噴射ノズル７ｃ，７ｃから噴射された水滴が円筒状電極３の中央部で衝突するようになっている。
この水処理装置１ｂは、以上のように、両噴射ノズル７ｃ，７ｃから噴射された水滴が、円筒状電極３の中央部で衝突する。したがって、水滴が放電空間内で小さく破砕されるとともに、衝突によって、水平方向の運動エネルギーが失われて、放電空間内をほぼ真下に向かって落下する。
したがって、処理効率が向上する。
【００４３】
図４は、本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図４に示すように、この水処理装置１ｃは、混合気体供給手段を備えていないとともに、以下に述べる構成以外は、上記水処理装置１aと、同じ構成となっている。
【００４４】
すなわちこの水処理装置１ｃは、２つの噴射ノズル７ｄ，７ｄが、互いの噴射孔の中心軸が、同一線上に載るとともに、円筒状電極３の上下方向の中間位置で、円筒状電極３の中心軸に直交するように処理室２内に設けられている。
そして、両噴射ノズル７ｄ，７ｄは、噴射方向後方からみて、噴射孔の中心軸に直交する円筒状電極３の中心軸に平行な面で上下方向の長さと水平方向の長さとの比が、円筒状電極の中心軸方向の長さ（高さ方向の長さ）と、円筒状電極３の内径との比に一致する長方形に広がるように噴射できるようになっている。
【００４５】
さらに、噴射された水滴は、円筒状電極３の網目部分を通過して円筒状電極３に入り込み、他方の噴射ノズル７ｄから噴射された水滴と、円筒状電極３内で衝突するようになっている。
【００４６】
この水処理装置１ｃは、以上のように、両噴射ノズル７ｄ，７ｄから噴射された水滴が、円筒状電極３の中央部で衝突する。したがって、水滴が放電空間内で小さく破砕されるとともに、衝突によって、水平方向の運動エネルギーが失われて、放電空間内をほぼ真下に向かって落下する。
すなわち、水平方向の運動エネルギーが失われた水滴は、高さ方向に長い放電空間内を確実に落下するので、水滴が放電空間内に滞留する時間が長くなり、より処理効率が向上する。
【００４７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、高電圧パルス発生装置を備えていたが、高電圧パルス発生装置は市販のものを別途容易するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、被処理水が循環するようになっていたが、被処理水槽と放電空間を通過した処理水を受ける処理水槽とを別に設けて循環させないようにしても構わない。
【００４８】
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。
【００４９】
（実施例１）
図３に示す水処理装置１ｂを用い、以下の実験条件で被処理水Ｗ中の処理対象物質と してのインディゴカルミンの分解処理を行い、紫外可視分光光度計（日立ハイテクノロ ジーズ社製商品名Ｕ−１９００）を用いて６１０ｎｍでの吸光度によって、被処理水Ｗ の処理時間の経過に伴うインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
〔実験条件〕
被処理水Ｗ中のインディゴカルミン初期濃度：約２０ｐｐｍ
被処理水Ｗ量：７リットル
被処理水Ｗの噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２０ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極３の性状：２．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率79.5％、溶接金網
円筒状電極３の外径：３９．５ｍｍ
円筒状電極３の長さ（中心軸方向の長さ）：２００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
噴射ノズル７ｃの噴角：３０°
【００５０】
（比較例１）
一方の噴射ノズル７ｃからの噴射を停止した以外は、実施例１と同様にしてインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
【００５１】
上記実施例１及び比較例１の処理時間の経過に伴う、インディゴカルミンの濃度変化を
対比して、図５に示した。
【００５２】
（実施例２）
図４に示す水処理装置１ｃを用い、以下の実験条件で被処理水Ｗ中の処理対象物質と してのインディゴカルミンの分解処理を行い、紫外可視分光光度計（日立ハイテクノロ ジーズ社製商品名Ｕ−１９００）を用いて６１０ｎｍでの吸光度によって、被処理水Ｗ の処理時間の経過に伴うインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
〔実験条件〕
被処理水Ｗ中のインディゴカルミン初期濃度：約２０ｐｐｍ
被処理水Ｗ量：７リットル
被処理水Ｗの噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２０ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極３の性状：２．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率79.5％、溶接金網
円筒状電極３の外径：３９．５ｍｍ
円筒状電極３の長さ（中心軸方向の長さ）：２００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
【００５３】
（比較例２）
一方の噴射ノズル７ｄからの噴射を停止した以外は、実施例１と同様にしてインディゴカルミンの濃度変化を調べた。
上記実施例１及び比較例１の処理時間の経過に伴う、インディゴカルミンの濃度変化を
対比して、図６に示した。
図５及び図６から本発明の水処理方法によれば、インディゴカルミンの分解を速くすることができること、すなわち、水処理効率が向上することがよくわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、有機物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ，１ｂ，１ｃ 水処理装置
２ 処理室
３ 円筒状電極
４ 線状電極
５ 処理水貯槽
５１ 槽本体
６ ポンプ
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 噴射ノズル
７１ 被処理水供給管
８ａ 混合気体供給手段
８１ 酸素ボンベ
８２ 酸素供給配管
８３ 窒素ボンベ
８４ 窒素供給配管
８５ ミキサー
８６ 混合気体供給配管
１０ 高電圧パルス発生装置（高圧電源）
Ｗ 被処理水
Ｍ 被処理水ミスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、
噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
噴射ノズルから噴射された被処理水の水滴を放電空間内に供給し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置であって、
放電空間に向かって異なる方向から噴射する複数の噴射ノズルを備えるとともに、これらの噴射ノズルが、１つの噴射ノズルから噴射された水滴が他の噴射ノズルから噴射された水滴と、放電空間内で衝突するように配置されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
少なくとも一対の円筒状電極及び線状電極と、円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加して放電空間を形成する高圧電源とを備えている請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
円筒状電極は、水滴が通過可能な多数の小孔を備えたメッシュ状材料からなり、噴射ノズルが円筒状電極の外側面にその噴射方向を向けて設けられている請求項２または請求項３に記載の水処理装置。
【請求項１】
放電空間内に被処理水を水滴化して噴射し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理方法であって、
噴射を複数方向から行うとともに、噴射された水滴を他方向から噴射された水滴と放電空間内で衝突させることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
噴射ノズルから噴射された被処理水の水滴を放電空間内に供給し、放電空間内で放電によって発生した活性種によって、水滴中の処理対象物質を分解処理するようにした水処理装置であって、
放電空間に向かって異なる方向から噴射する複数の噴射ノズルを備えるとともに、これらの噴射ノズルが、１つの噴射ノズルから噴射された水滴が他の噴射ノズルから噴射された水滴と、放電空間内で衝突するように配置されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
少なくとも一対の円筒状電極及び線状電極と、円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加して放電空間を形成する高圧電源とを備えている請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
円筒状電極は、水滴が通過可能な多数の小孔を備えたメッシュ状材料からなり、噴射ノズルが円筒状電極の外側面にその噴射方向を向けて設けられている請求項２または請求項３に記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５５２６３（Ｐ２０１１−２５５２６３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９７９３（Ｐ２０１０−１２９７９３）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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