水処理装置
【課題】ストリーマ放電を利用して被処理水を効率よく、かつ、低コストで処理することができ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】被処理水Ｗを水滴化手段によって水滴化して処理室１内に設けた電圧印加電極１４と接地電極１３間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴Ｍ中の処理対象物質を分解処理する水処理装置Ａに、処理室１内の気体を吸引するとともに、被処理水Ｗを水滴化する前工程で被処理水Ｗ中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段２ａを設けた。
【解決手段】被処理水Ｗを水滴化手段によって水滴化して処理室１内に設けた電圧印加電極１４と接地電極１３間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴Ｍ中の処理対象物質を分解処理する水処理装置Ａに、処理室１内の気体を吸引するとともに、被処理水Ｗを水滴化する前工程で被処理水Ｗ中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段２ａを設けた。
【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、微生物を放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種により分解処理す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、脱臭等の処理対象物質を酸化分解処理する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た上でそのオゾンから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雰囲気中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、上記のようにして生成した各種ラジカルは放電場の気相中には存在するが、その寿命が短く、消滅しやすい。しかも、各種ラジカルの水への溶解性は低いために積極的には被処理水中に拡散されず、被処理水中の処理対象物質は被処理水表面近傍でしか各種ラジカルによる分解処理を受けられない。
【０００４】
一方、被処理水中に含まれた処理対象物質を分解処理する方法として、ストリーマ放電電極を被処理水中に浸漬させて処理する方法も提案されている（特許文献３参照）。
すなわち、ストリーマ放電は、高エネルギーのプラズマが３次元的に拡がる為、その高エネルギーを受けてその場で各種ラジカル及びオゾンなどが発生し、その場に存在する処理対象物質の分解に効率よく寄与する。
【０００５】
しかし、上記のようにストリーマ放電電極を被処理水中に浸漬させて処理する方法の場合、放電電極が被処理水中に浸漬されているため、放電を起こさせるのに過大な印加電圧が必要である。したがって、この方法は、経済面で有効でないとともに、ストリーマ放電によって生じた活性種が被処理水中で処理対象となる処理対象物質を攻撃するまでに水によって減衰してしまい、充分な効果が得られ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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２００５−５８９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて、ストリーマ放電を利用して被処理水を効率よく、かつ、低コストで処理することができ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、本発明にかかる水処理装置は、被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の水処理装置には、酸素リッチにしてオゾンやＯラジカル、ＯＨラジカルの発生効率を上げるために、処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、水滴化手段としては、特に限定されず、例えば、噴射ノズルが挙げられる。
なお、水滴は、特に限定されないが、放電場での発生ラジカル及びオゾンとの接触をより高めるために、できるだけ細かい水滴とすることが好ましい。
【００１１】
また、気体吸引供給手段は、オゾンと被処理水との直径が１００μｍ以下（より好ましくは５０μｍ以下）のマイクロバブル状態にして気体を被処理水中に供給できる構造とすることが好ましい。
すなわち、この供給した気体中の活性成分が被処理水中の分解対象物と反応するのも、その活性成分の水への溶解性の低さから気液界面近傍のみとなる。
従って、分解対象物の分解効率を高めようとするには、気液界面の面積を広くする、つまり導入する気泡の気泡径を小さくすることが有効である。
【００１２】
マイクロバブル化手段については、特に限定されないが、超高速旋回せん断方式、ベンチュリー減圧発泡方式、高速攪拌方式などが挙げられる。
気体吸引供給手段が、気体を供給する場所は、被処理水を水滴化する前工程であれば、特に限定されないが、例えば、被処理水の貯水タンク、貯水タンクから水滴化する場所まで被処理水配管などが挙げられる。
【００１３】
また、本発明において、電圧印加電極と接地電極の材質は、特に限定されないが、耐食性を考慮するとステンレス鋼が好ましい。
電極の形状は、特に限定されないが、電圧印加電極の場合、例えば、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が挙げられ、ストリーマ発生効率を高めるために、ネジ状電極、剣山状電極、ワイヤーブラシ状電極などの放電先端がシャープに尖った形状のものが好ましい。
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、平行平板電極などが挙げられる。
【００１４】
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。
【００１５】
被処理水を水滴化して供給する方法としては、特に限定されないが、噴射ノズルから細かい水滴状にして供給することが好ましい。
【００１６】
処理対象物質としては、特に限定されないが、各種有機溶媒等の有機物、細菌や臭い成分が挙げられる。
【００１７】
さらに、本発明の水処理装置においては、電圧印加電極と接地電極との間に高電圧を印加する高圧電源、シャワー状にして処理室内に供給された被処理水を受けて貯める貯水タンク、この貯水タンクに貯められた水を被処理水として噴射ノズルに送る給水ポンプ等を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる水処理装置は、被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象を分解処理する水処理装置であって、前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えているので、ストリーマ放電を利用して被処理水を効率よく、かつ、低コストで処理することができる。
【００１９】
すなわち、被処理水を水滴状にしてストリーマ放電場に供給するようにしたので、放電電極が被処理水中に浸漬されている場合に比べ、小さな印加電圧で放電を起こさせることができる。また、被処理水の発生した活性種との接触面積も大きくなり活性種が被処理水中で処理対象物質を攻撃するまでに減衰せず、効率よく処理対象物質を分解処理できる。
【００２０】
しかも、気体吸引供給手段が処理室内の気体を吸引し、この気体を気泡状にして被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給するようにしたので、気体中に含まれる使用されずに残っていたオゾンが被処理水中の処理対象物質の分解処理に効率よく用いられる。
したがって、オゾン発生に使用されていたストリーマ放電エネルギーを有効に用いることで処理能力を向上できるとともに、エネルギー効率の向上により低コスト化を図ることができる。
【００２１】
さらに、上記処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えている構成とすれば、処理室内が酸素リッチな雰囲気になり、空気中の窒素成分の酸化に伴う窒素酸化物の複成を抑えることができる。しかも、Ｏラジカル、ＯＨラジカル及びオゾンが高濃度で発生するので、更に効率よく有機物を分解処理することができる。
【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の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図２】本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図３】本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図４】図３の水処理装置の要部断面図である。
【図５】本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態を模式的にあらわす処理室本体部分を水平面で切断した横断面図である。
【図６】本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態をあらわし、その処理室本体部分を垂直面で切断した縦断面図である。
【図７】実施例１，２及び比較例１，２のエチレングリコール分解性能を比較してあらわす図である。
【図８】実施例３，４及び比較例３，４のパラクロロフェノール分解性能を比較してあらわす図である。
【発明を実施するための形態】
【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Ａは、処理室１と、気体吸引供給手段２ａと、酸素供給手段３とを備えている。
処理室１は、処理室本体１１と、貯水タンク収容部１２とを備えている。
【００２５】
処理室本体１１は、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、円筒状部１１１と、天板部１１２と、底板部１１３とを備えている。
【００２６】
円筒状部１１１は、内部に電圧印加電極１３と接地電極１４とが収容されている。
電圧印加電極１３は、直径０．２８ｍｍのステンレス鋼線からなり処理室本体１１の円筒の中心軸に沿って水処理装置Ａの設置面に対して垂直かつ伸張状態に設けられている。
接地電極１４は、中心軸に電圧印加電極１３に配置されるようにステンレス鋼製の１〜１００メッシュの厚さ０．３５ｍｍの網を円筒状に加工して形成されている。
【００２７】
そして、この電圧印加電極１３及び接地電極１４は、処理室１の外部に設けられた高圧電源であるパルスパワー発生装置４に接続されていて、パルスパワー発生装置４から電圧が印加されると、電圧印加電極１３と接地電極１４と間でストリーマ放電場を形成するようになっている。
【００２８】
天板部１１２は、後述する噴射ノズル５及び酸素供給管３２が接続された状態で円筒状部１１１の上部開口を塞ぐように設けられている。
底板部１１３は、円筒状部１１１の下端を塞ぐとともに、円筒状部１１１の内部を臨む位置に通水孔１１３ａが穿設されている。
【００２９】
貯水タンク収容部１２は、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成された上部に開口１２１を備えた箱状をしていて、処理室本体１１の底板部１１３によって開口１２１が通水孔１１３ａ部分を除き塞がれている。
また、貯水タンク収容部１２内には、貯水タンク１５が収容されている。
【００３０】
貯水タンク１５は、上部の開口が上記通水孔１１３ａを下方から臨むように貯水タンク収容部１２内に収容されていて、貯水された被処理水Ｗの給水ポンプ１６及び後述する気体吸引供給手段２ａのマイクロバブル化ノズル２４が内部に設けられている。
また、貯水タンク１５には、図示していないが、被処理水Ｗの給液管及び処理完了後の処理水を排出する排水管が接続されている。
【００３１】
給水ポンプ１６は、被処理水配管５１を介して噴射ノズル５へ貯水タンク１５に貯水された被処理水Ｗを供給するようになっている。
噴射ノズル５は、被処理水配管５１を介して送られてきた被処理水Ｗを細かいミスト状の水滴Ｍにして接地電極１４の上部開口に向かって噴射するようになっている。
【００３２】
また、噴射ノズル５の噴角は、噴射される水滴Ｍの最大広がり部でストリーマ放電場の最外縁である円筒状をした接地電極１４の内壁面に沿うような角度に調整されている。
【００３３】
気体吸引供給手段２ａは、吸気管２１と、吸気ポンプ２２と、排気管２３と、マイクロバブル化ノズル（例えば、商品名ナノプラネット社M2型マイクロバブル発生装置）２４とを備えている。
吸気管２１は、円筒状部１１１の上端部の噴射ノズル５から噴射される水滴Ｍを避けた位置で円筒状部１１１の壁面を貫通して、一端が円筒状部１１１内に臨み、他端が吸気ポンプ２２の吸気口に接続されている。なお、円筒状部１１１の吸気管２１の貫通部は気密状態にシールされている。
【００３４】
排気管２３は、一端が吸気ポンプ２２の排気口に接続されるとともに、貯水タンク収容部１２及び貯水タンク１５の側壁を貫通し、他端が貯水タンク１５内に臨んでいる。
マイクロバブル化ノズル２４は、貯水タンク１５内で排気管２３の他端に接続されている。
すなわち、気体吸引供給手段２ａは、吸気ポンプ２２によって吸気管２１を介して処理室１内の気体を吸気し、排気管２３を介して貯水タンク１５内に送り込み、マイクロバブル化ノズル２４によってマイクロバブル状態で貯水タンク１５内の被処理水Ｗに気体を供給するようになっている。
【００３５】
酸素供給手段３は、酸素ボンベ３１と、酸素供給管３２とを備えている。
酸素供給管３２が、一端が酸素ボンベ３１と接続され、他端が天板部１１２を貫通して円筒状部１１１内に臨んでいる。
【００３６】
つぎに、この水処理装置Ａを用いた水処理方法を説明する。
まず、貯水タンク１５内に被処理水Ｗを貯水した状態でパルスパワー発生装置４から電圧印加電極１３と接地電極１４と間に高電圧を印加して、電圧印加電極１３と接地電極１４と間で円柱状のストリーマ放電場を形成する。そして、貯水タンク１５の被処理水Ｗを給水ポンプ１６を介して噴射ノズル５に供給し、噴射ノズル５からストリーマ放電場に細かいミスト状の水滴Ｍとして噴射する。
【００３７】
同時に、酸素供給手段３によって処理室１内に酸素を供給し、処理室１内の酸素濃度を上げるとともに、気体吸引供給手段２ａによって処理室１内の気体を吸気管２１から吸引して排気管２３及びマイクロバブル化ノズル２４を介してマイクロバブル状態にして貯水タンク１５内の被処理水に供給する。
なお、ストリーマ放電場を通過した被処理水は、通水孔１１３ａを通り、貯水タンク１５に戻り、再び噴射ノズル５に供給される。
【００３８】
この水処理装置Ａは、上記のように、ストリーマ放電場中に被処理水Ｗを水滴Ｍ状態で供給するようになっているので、被処理水Ｗが放電場中で発生するラジカル及びオゾンなどの活性種に効率よく接触し、被処理水Ｗ中の有機物等の処理対象物質が少ないエネルギーで効率よく分解処理される。
【００３９】
しかも、気体吸引手段２ａを備えているので、放電場で発生するオゾンを無駄なく処理対象物質の分解処理に用いることによってより効率よく処理対象物質を分解処理することができる。
すなわち、放電場において、発生する活性種のうちラジカルはその寿命が短くすぐに安定な分子に変化するが、オゾンは、その寿命が長いため、被処理水Ｗに接触せず、処理対象物質の分解処理に消費されないと、処理室１内に残った状態になる。そこで、気体吸引供給手段２ａによって処理室１内の気体を吸引し、この気体を細かい気泡にして貯水タンク１５内の被処理水Ｗに供給することによって被処理水Ｗ中の処理対象物を分解処理する。
また、気体がマイクロバブル化されているので、有機物との接触面積が大きくなりより効率よく処理対象物質を分解できる。
【００４０】
さらに、酸素供給手段３によって処理室１内に酸素が供給されるので、処理室１内が酸素リッチな雰囲気になり、空気中の窒素成分の酸化に伴う窒素酸化物の複成を抑えられるとともに、Ｏラジカル、ＯＨラジカル及びオゾンが高濃度で発生する。したがって、更に効率よく処理対象物質を分解処理することができる。
【００４１】
図２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２に示すように、この水処理装置Ｂは、酸素供給手段３が設けられておらず、気体吸引供給手段２ｂの吸気管２１の吸気口が、貯水タンク収容部１２内を臨むように設けた以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４２】
この水処理装置Ｂは、上記のように、酸素供給手段が設けられていないため、上記水処理装置Ａに比べ、処理能力は少し劣るのであるが、気体吸引供給手段２ｂを設けていない水処理装置に比べると処理能力が向上する。しかも、上記水処理装置Ａに比べ、装置構造が単純であるから低コスト化を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明にかかる水処理装置の第３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Ｃは、酸素供給手段３が設けられておらず、気体吸引供給手段２ｃが、吸気管２１と、図４に示すように、被処理水配管５１の噴射ノズル５近傍に組み込んだアスピレータ部２６とで構成した以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
すなわち、気体吸引供給手段２ｃは、アスピレータ部２６において、被処理水配管５１を流れる被処理水によって負圧が生じることによって吸気管２１を介して処理室１内の気体を吸引するとともに、吸引した気体を気泡状にして被処理水Ｗに供給するようにしている。
【００４４】
すなわち、この水処理装置Ｃは、上記水処理装置Ａに比べ、処理能力は少し劣るのであるが、気体吸引供給手段２ｃを設けていない水処理装置に比べると処理能力が向上する。しかも、吸気ポンプ２２が不要となり、より低コスト化を図ることができる。
【００４５】
図５は、本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態をあらわしている。
図５に示すように、この水処理装置Ｄは、処理室本体１１内に電圧印加電極１３と、接地電極１４とからなる電極対を６対備えている以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４６】
図６は、本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態をあらわしている。
図６に示すように、この水処理装置Ｅは、処理室本体１１内に電圧印加電極１３と、接地電極１４とからなる電極対を６対備えているとともに、これらの電極対が接地電極１４の、円筒の中心軸が水処理装置Ｅの設置面に対して平行となった状態で水平方向に並べて配置されている以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４７】
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、処理室の１箇所で気体を吸引していたが、複数個所で吸引して構わない。また、吸引された気体の供給場所も貯水タンク及び供給配管の両側に行うようにしても構わない。
さらに、第１の実施の形態と第２の実施の形態の気体吸引供給手段とを併用、第１の実施の形態及び／または第２の実施の形態の気体吸引供給手段と、第３の実施の形態の気体吸引供給手段とを併用しても構わない。
【００４８】
つぎに、本発明の具体的な実施例を比較例と合わせて説明する。
（実施例１）
上記図１の構造をした水処理装置Ａを用いて以下の処理条件で初期濃度を５００ｐｐｍに調整した被処理水としての５Ｌのエチレングリコール水溶液の処理を行った。
〔放電条件〕
電圧印加電極：線径０．２８ｍｍのステンレス鋼線
接地電極：線径０．２８ｍｍ×16メッシュのステンレス鋼製の網を外径φ４０×長さ３００ｍｍの円筒形にしたもの
一次印加電圧：２９kV
発生パルス：１００pps
パルス幅：１００ns
〔気体供給条件〕
吸気ポンプにて０．３L/minで吸気し、マイクロバブル発生器（ナノプラネット社製M2-MS/PVC）を用いて平均気泡径約５０μmにして貯水タンク内のエチレングリコール水溶液内に吹き込みを行った
〔酸素供給条件〕
０．３L/minで供給した。
〔被処理水循環条件〕
エチレングリコール水溶液を０．３ＭPa×５L/minで噴射ノズルから噴射、循環処理した。
【００４９】
（実施例２）
酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例１と同様にしてエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５０】
（比較例１）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わなかった以外は、実施例１と同様にしてエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５１】
（比較例２）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わないとともに、酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例１と同様にして初期濃度を５００ｐｐｍに調整した５Ｌのエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５２】
処理時間経過に伴う上記実施例１，２及び比較例１，２におけるエチレングリコール水溶液のCODを測定しCOD量の維持率を以ってエチレングリコールの残存率を算出し、その結果を図７に示した。
【００５３】
（実施例３）
被処理水として初期濃度を５００ｐｐｍに調整した５Ｌのパラクロロフェノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同じ処理条件でパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
た。
【００５４】
（実施例４）
酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５５】
（比較例３）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５６】
（比較例４）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わないとともに、酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５７】
処理時間経過に伴う上記実施例３，４及び比較例３，４におけるパラクロロフェノール水溶液のCODを測定しCOD量の維持率を以ってパラクロロフェノールの残存率を算出し、その結果を図８に示した。
【００５８】
図６及び図７から、本発明のように、気体吸引供給手段を設けることによってストリーマ放電のみの処理に比べ処理対象物質の分解処理速度が上がることがわかる。そして、酸素供給手段を設けて処理室内を酸素リッチにすればより分解処理速度が上がることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、処理対象物質を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 水処理装置
１ 処理室
１３ 電圧印加電極
１４ 接地電極
２ａ，２ｂ，２ｃ 気体吸引供給手段
２１ 吸気管
２２ 吸気ポンプ
２３ 排気管
２４ マイクロバブル化ノズル
２６ アスピレータ部
３ 酸素供給手段
３１ 酸素ボンベ
３２ 酸素供給管
Ｗ 被処理水
Ｍ 水滴
【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、微生物を放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種により分解処理す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、脱臭等の処理対象物質を酸化分解処理する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た上でそのオゾンから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雰囲気中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、上記のようにして生成した各種ラジカルは放電場の気相中には存在するが、その寿命が短く、消滅しやすい。しかも、各種ラジカルの水への溶解性は低いために積極的には被処理水中に拡散されず、被処理水中の処理対象物質は被処理水表面近傍でしか各種ラジカルによる分解処理を受けられない。
【０００４】
一方、被処理水中に含まれた処理対象物質を分解処理する方法として、ストリーマ放電電極を被処理水中に浸漬させて処理する方法も提案されている（特許文献３参照）。
すなわち、ストリーマ放電は、高エネルギーのプラズマが３次元的に拡がる為、その高エネルギーを受けてその場で各種ラジカル及びオゾンなどが発生し、その場に存在する処理対象物質の分解に効率よく寄与する。
【０００５】
しかし、上記のようにストリーマ放電電極を被処理水中に浸漬させて処理する方法の場合、放電電極が被処理水中に浸漬されているため、放電を起こさせるのに過大な印加電圧が必要である。したがって、この方法は、経済面で有効でないとともに、ストリーマ放電によって生じた活性種が被処理水中で処理対象となる処理対象物質を攻撃するまでに水によって減衰してしまい、充分な効果が得られ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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２００５−５８９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて、ストリーマ放電を利用して被処理水を効率よく、かつ、低コストで処理することができ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、本発明にかかる水処理装置は、被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の水処理装置には、酸素リッチにしてオゾンやＯラジカル、ＯＨラジカルの発生効率を上げるために、処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えていることが好ましい。
【００１０】
本発明において、水滴化手段としては、特に限定されず、例えば、噴射ノズルが挙げられる。
なお、水滴は、特に限定されないが、放電場での発生ラジカル及びオゾンとの接触をより高めるために、できるだけ細かい水滴とすることが好ましい。
【００１１】
また、気体吸引供給手段は、オゾンと被処理水との直径が１００μｍ以下（より好ましくは５０μｍ以下）のマイクロバブル状態にして気体を被処理水中に供給できる構造とすることが好ましい。
すなわち、この供給した気体中の活性成分が被処理水中の分解対象物と反応するのも、その活性成分の水への溶解性の低さから気液界面近傍のみとなる。
従って、分解対象物の分解効率を高めようとするには、気液界面の面積を広くする、つまり導入する気泡の気泡径を小さくすることが有効である。
【００１２】
マイクロバブル化手段については、特に限定されないが、超高速旋回せん断方式、ベンチュリー減圧発泡方式、高速攪拌方式などが挙げられる。
気体吸引供給手段が、気体を供給する場所は、被処理水を水滴化する前工程であれば、特に限定されないが、例えば、被処理水の貯水タンク、貯水タンクから水滴化する場所まで被処理水配管などが挙げられる。
【００１３】
また、本発明において、電圧印加電極と接地電極の材質は、特に限定されないが、耐食性を考慮するとステンレス鋼が好ましい。
電極の形状は、特に限定されないが、電圧印加電極の場合、例えば、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が挙げられ、ストリーマ発生効率を高めるために、ネジ状電極、剣山状電極、ワイヤーブラシ状電極などの放電先端がシャープに尖った形状のものが好ましい。
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、平行平板電極などが挙げられる。
【００１４】
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。
【００１５】
被処理水を水滴化して供給する方法としては、特に限定されないが、噴射ノズルから細かい水滴状にして供給することが好ましい。
【００１６】
処理対象物質としては、特に限定されないが、各種有機溶媒等の有機物、細菌や臭い成分が挙げられる。
【００１７】
さらに、本発明の水処理装置においては、電圧印加電極と接地電極との間に高電圧を印加する高圧電源、シャワー状にして処理室内に供給された被処理水を受けて貯める貯水タンク、この貯水タンクに貯められた水を被処理水として噴射ノズルに送る給水ポンプ等を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる水処理装置は、被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象を分解処理する水処理装置であって、前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えているので、ストリーマ放電を利用して被処理水を効率よく、かつ、低コストで処理することができる。
【００１９】
すなわち、被処理水を水滴状にしてストリーマ放電場に供給するようにしたので、放電電極が被処理水中に浸漬されている場合に比べ、小さな印加電圧で放電を起こさせることができる。また、被処理水の発生した活性種との接触面積も大きくなり活性種が被処理水中で処理対象物質を攻撃するまでに減衰せず、効率よく処理対象物質を分解処理できる。
【００２０】
しかも、気体吸引供給手段が処理室内の気体を吸引し、この気体を気泡状にして被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給するようにしたので、気体中に含まれる使用されずに残っていたオゾンが被処理水中の処理対象物質の分解処理に効率よく用いられる。
したがって、オゾン発生に使用されていたストリーマ放電エネルギーを有効に用いることで処理能力を向上できるとともに、エネルギー効率の向上により低コスト化を図ることができる。
【００２１】
さらに、上記処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えている構成とすれば、処理室内が酸素リッチな雰囲気になり、空気中の窒素成分の酸化に伴う窒素酸化物の複成を抑えることができる。しかも、Ｏラジカル、ＯＨラジカル及びオゾンが高濃度で発生するので、更に効率よく有機物を分解処理することができる。
【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の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図２】本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図３】本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図４】図３の水処理装置の要部断面図である。
【図５】本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態を模式的にあらわす処理室本体部分を水平面で切断した横断面図である。
【図６】本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態をあらわし、その処理室本体部分を垂直面で切断した縦断面図である。
【図７】実施例１，２及び比較例１，２のエチレングリコール分解性能を比較してあらわす図である。
【図８】実施例３，４及び比較例３，４のパラクロロフェノール分解性能を比較してあらわす図である。
【発明を実施するための形態】
【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Ａは、処理室１と、気体吸引供給手段２ａと、酸素供給手段３とを備えている。
処理室１は、処理室本体１１と、貯水タンク収容部１２とを備えている。
【００２５】
処理室本体１１は、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、円筒状部１１１と、天板部１１２と、底板部１１３とを備えている。
【００２６】
円筒状部１１１は、内部に電圧印加電極１３と接地電極１４とが収容されている。
電圧印加電極１３は、直径０．２８ｍｍのステンレス鋼線からなり処理室本体１１の円筒の中心軸に沿って水処理装置Ａの設置面に対して垂直かつ伸張状態に設けられている。
接地電極１４は、中心軸に電圧印加電極１３に配置されるようにステンレス鋼製の１〜１００メッシュの厚さ０．３５ｍｍの網を円筒状に加工して形成されている。
【００２７】
そして、この電圧印加電極１３及び接地電極１４は、処理室１の外部に設けられた高圧電源であるパルスパワー発生装置４に接続されていて、パルスパワー発生装置４から電圧が印加されると、電圧印加電極１３と接地電極１４と間でストリーマ放電場を形成するようになっている。
【００２８】
天板部１１２は、後述する噴射ノズル５及び酸素供給管３２が接続された状態で円筒状部１１１の上部開口を塞ぐように設けられている。
底板部１１３は、円筒状部１１１の下端を塞ぐとともに、円筒状部１１１の内部を臨む位置に通水孔１１３ａが穿設されている。
【００２９】
貯水タンク収容部１２は、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成された上部に開口１２１を備えた箱状をしていて、処理室本体１１の底板部１１３によって開口１２１が通水孔１１３ａ部分を除き塞がれている。
また、貯水タンク収容部１２内には、貯水タンク１５が収容されている。
【００３０】
貯水タンク１５は、上部の開口が上記通水孔１１３ａを下方から臨むように貯水タンク収容部１２内に収容されていて、貯水された被処理水Ｗの給水ポンプ１６及び後述する気体吸引供給手段２ａのマイクロバブル化ノズル２４が内部に設けられている。
また、貯水タンク１５には、図示していないが、被処理水Ｗの給液管及び処理完了後の処理水を排出する排水管が接続されている。
【００３１】
給水ポンプ１６は、被処理水配管５１を介して噴射ノズル５へ貯水タンク１５に貯水された被処理水Ｗを供給するようになっている。
噴射ノズル５は、被処理水配管５１を介して送られてきた被処理水Ｗを細かいミスト状の水滴Ｍにして接地電極１４の上部開口に向かって噴射するようになっている。
【００３２】
また、噴射ノズル５の噴角は、噴射される水滴Ｍの最大広がり部でストリーマ放電場の最外縁である円筒状をした接地電極１４の内壁面に沿うような角度に調整されている。
【００３３】
気体吸引供給手段２ａは、吸気管２１と、吸気ポンプ２２と、排気管２３と、マイクロバブル化ノズル（例えば、商品名ナノプラネット社M2型マイクロバブル発生装置）２４とを備えている。
吸気管２１は、円筒状部１１１の上端部の噴射ノズル５から噴射される水滴Ｍを避けた位置で円筒状部１１１の壁面を貫通して、一端が円筒状部１１１内に臨み、他端が吸気ポンプ２２の吸気口に接続されている。なお、円筒状部１１１の吸気管２１の貫通部は気密状態にシールされている。
【００３４】
排気管２３は、一端が吸気ポンプ２２の排気口に接続されるとともに、貯水タンク収容部１２及び貯水タンク１５の側壁を貫通し、他端が貯水タンク１５内に臨んでいる。
マイクロバブル化ノズル２４は、貯水タンク１５内で排気管２３の他端に接続されている。
すなわち、気体吸引供給手段２ａは、吸気ポンプ２２によって吸気管２１を介して処理室１内の気体を吸気し、排気管２３を介して貯水タンク１５内に送り込み、マイクロバブル化ノズル２４によってマイクロバブル状態で貯水タンク１５内の被処理水Ｗに気体を供給するようになっている。
【００３５】
酸素供給手段３は、酸素ボンベ３１と、酸素供給管３２とを備えている。
酸素供給管３２が、一端が酸素ボンベ３１と接続され、他端が天板部１１２を貫通して円筒状部１１１内に臨んでいる。
【００３６】
つぎに、この水処理装置Ａを用いた水処理方法を説明する。
まず、貯水タンク１５内に被処理水Ｗを貯水した状態でパルスパワー発生装置４から電圧印加電極１３と接地電極１４と間に高電圧を印加して、電圧印加電極１３と接地電極１４と間で円柱状のストリーマ放電場を形成する。そして、貯水タンク１５の被処理水Ｗを給水ポンプ１６を介して噴射ノズル５に供給し、噴射ノズル５からストリーマ放電場に細かいミスト状の水滴Ｍとして噴射する。
【００３７】
同時に、酸素供給手段３によって処理室１内に酸素を供給し、処理室１内の酸素濃度を上げるとともに、気体吸引供給手段２ａによって処理室１内の気体を吸気管２１から吸引して排気管２３及びマイクロバブル化ノズル２４を介してマイクロバブル状態にして貯水タンク１５内の被処理水に供給する。
なお、ストリーマ放電場を通過した被処理水は、通水孔１１３ａを通り、貯水タンク１５に戻り、再び噴射ノズル５に供給される。
【００３８】
この水処理装置Ａは、上記のように、ストリーマ放電場中に被処理水Ｗを水滴Ｍ状態で供給するようになっているので、被処理水Ｗが放電場中で発生するラジカル及びオゾンなどの活性種に効率よく接触し、被処理水Ｗ中の有機物等の処理対象物質が少ないエネルギーで効率よく分解処理される。
【００３９】
しかも、気体吸引手段２ａを備えているので、放電場で発生するオゾンを無駄なく処理対象物質の分解処理に用いることによってより効率よく処理対象物質を分解処理することができる。
すなわち、放電場において、発生する活性種のうちラジカルはその寿命が短くすぐに安定な分子に変化するが、オゾンは、その寿命が長いため、被処理水Ｗに接触せず、処理対象物質の分解処理に消費されないと、処理室１内に残った状態になる。そこで、気体吸引供給手段２ａによって処理室１内の気体を吸引し、この気体を細かい気泡にして貯水タンク１５内の被処理水Ｗに供給することによって被処理水Ｗ中の処理対象物を分解処理する。
また、気体がマイクロバブル化されているので、有機物との接触面積が大きくなりより効率よく処理対象物質を分解できる。
【００４０】
さらに、酸素供給手段３によって処理室１内に酸素が供給されるので、処理室１内が酸素リッチな雰囲気になり、空気中の窒素成分の酸化に伴う窒素酸化物の複成を抑えられるとともに、Ｏラジカル、ＯＨラジカル及びオゾンが高濃度で発生する。したがって、更に効率よく処理対象物質を分解処理することができる。
【００４１】
図２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２に示すように、この水処理装置Ｂは、酸素供給手段３が設けられておらず、気体吸引供給手段２ｂの吸気管２１の吸気口が、貯水タンク収容部１２内を臨むように設けた以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４２】
この水処理装置Ｂは、上記のように、酸素供給手段が設けられていないため、上記水処理装置Ａに比べ、処理能力は少し劣るのであるが、気体吸引供給手段２ｂを設けていない水処理装置に比べると処理能力が向上する。しかも、上記水処理装置Ａに比べ、装置構造が単純であるから低コスト化を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明にかかる水処理装置の第３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Ｃは、酸素供給手段３が設けられておらず、気体吸引供給手段２ｃが、吸気管２１と、図４に示すように、被処理水配管５１の噴射ノズル５近傍に組み込んだアスピレータ部２６とで構成した以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
すなわち、気体吸引供給手段２ｃは、アスピレータ部２６において、被処理水配管５１を流れる被処理水によって負圧が生じることによって吸気管２１を介して処理室１内の気体を吸引するとともに、吸引した気体を気泡状にして被処理水Ｗに供給するようにしている。
【００４４】
すなわち、この水処理装置Ｃは、上記水処理装置Ａに比べ、処理能力は少し劣るのであるが、気体吸引供給手段２ｃを設けていない水処理装置に比べると処理能力が向上する。しかも、吸気ポンプ２２が不要となり、より低コスト化を図ることができる。
【００４５】
図５は、本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態をあらわしている。
図５に示すように、この水処理装置Ｄは、処理室本体１１内に電圧印加電極１３と、接地電極１４とからなる電極対を６対備えている以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４６】
図６は、本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態をあらわしている。
図６に示すように、この水処理装置Ｅは、処理室本体１１内に電圧印加電極１３と、接地電極１４とからなる電極対を６対備えているとともに、これらの電極対が接地電極１４の、円筒の中心軸が水処理装置Ｅの設置面に対して平行となった状態で水平方向に並べて配置されている以外は、上記水処理装置Ａと同様になっている。
【００４７】
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、処理室の１箇所で気体を吸引していたが、複数個所で吸引して構わない。また、吸引された気体の供給場所も貯水タンク及び供給配管の両側に行うようにしても構わない。
さらに、第１の実施の形態と第２の実施の形態の気体吸引供給手段とを併用、第１の実施の形態及び／または第２の実施の形態の気体吸引供給手段と、第３の実施の形態の気体吸引供給手段とを併用しても構わない。
【００４８】
つぎに、本発明の具体的な実施例を比較例と合わせて説明する。
（実施例１）
上記図１の構造をした水処理装置Ａを用いて以下の処理条件で初期濃度を５００ｐｐｍに調整した被処理水としての５Ｌのエチレングリコール水溶液の処理を行った。
〔放電条件〕
電圧印加電極：線径０．２８ｍｍのステンレス鋼線
接地電極：線径０．２８ｍｍ×16メッシュのステンレス鋼製の網を外径φ４０×長さ３００ｍｍの円筒形にしたもの
一次印加電圧：２９kV
発生パルス：１００pps
パルス幅：１００ns
〔気体供給条件〕
吸気ポンプにて０．３L/minで吸気し、マイクロバブル発生器（ナノプラネット社製M2-MS/PVC）を用いて平均気泡径約５０μmにして貯水タンク内のエチレングリコール水溶液内に吹き込みを行った
〔酸素供給条件〕
０．３L/minで供給した。
〔被処理水循環条件〕
エチレングリコール水溶液を０．３ＭPa×５L/minで噴射ノズルから噴射、循環処理した。
【００４９】
（実施例２）
酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例１と同様にしてエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５０】
（比較例１）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わなかった以外は、実施例１と同様にしてエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５１】
（比較例２）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わないとともに、酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例１と同様にして初期濃度を５００ｐｐｍに調整した５Ｌのエチレングリコール水溶液の処理を行った。
【００５２】
処理時間経過に伴う上記実施例１，２及び比較例１，２におけるエチレングリコール水溶液のCODを測定しCOD量の維持率を以ってエチレングリコールの残存率を算出し、その結果を図７に示した。
【００５３】
（実施例３）
被処理水として初期濃度を５００ｐｐｍに調整した５Ｌのパラクロロフェノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同じ処理条件でパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
た。
【００５４】
（実施例４）
酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５５】
（比較例３）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５６】
（比較例４）
気体吸引供給手段を用いた気体の貯水タンク内への供給を行わないとともに、酸素供給手段から酸素を供給しなかった以外は、実施例３と同様にしてパラクロロフェノール水溶液の処理を行った。
【００５７】
処理時間経過に伴う上記実施例３，４及び比較例３，４におけるパラクロロフェノール水溶液のCODを測定しCOD量の維持率を以ってパラクロロフェノールの残存率を算出し、その結果を図８に示した。
【００５８】
図６及び図７から、本発明のように、気体吸引供給手段を設けることによってストリーマ放電のみの処理に比べ処理対象物質の分解処理速度が上がることがわかる。そして、酸素供給手段を設けて処理室内を酸素リッチにすればより分解処理速度が上がることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、処理対象物質を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 水処理装置
１ 処理室
１３ 電圧印加電極
１４ 接地電極
２ａ，２ｂ，２ｃ 気体吸引供給手段
２１ 吸気管
２２ 吸気ポンプ
２３ 排気管
２４ マイクロバブル化ノズル
２６ アスピレータ部
３ 酸素供給手段
３１ 酸素ボンベ
３２ 酸素供給管
Ｗ 被処理水
Ｍ 水滴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、
前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
上記処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
気体吸引供給手段が直径を１００μｍ以下のマイクロバブル状態にして気体を被処理水中に供給する請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項１】
被処理水を水滴化手段によって水滴化して処理室内に設けた電圧印加電極と接地電極間で発生するストリーマ放電場に供給することにより水滴中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、
前記処理室内の気体を吸引するとともに、被処理水を水滴化する前工程で被処理水中に吸引した気体を気泡状態にして供給する気体吸引供給手段を備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
上記処理室内に酸素を供給する酸素供給手段を備えている請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
気体吸引供給手段が直径を１００μｍ以下のマイクロバブル状態にして気体を被処理水中に供給する請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１９４５２７（Ｐ２０１０−１９４５２７Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４５９０８（Ｐ２００９−４５９０８）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【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２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【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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