JP2000093972A - 液体処理方法及び液体処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の針電極／平板電極を用いた電気的液体
処理装置では比較的印加電圧を低く抑えられるが、従来
の平板電極対の装置では高電圧を印加する必要があり、
エネルギーコストが高くつく。また上記いずれの装置も
プラズマ発生部位が限定されないから、不浄化処理領域
が存在する様になり、処理効率が悪い。 【解決手段】 処理槽２０の平板電極１１，１２間に、
貫通孔１４を有する電気絶縁性隔離壁１３を設ける。被
処理液１０は貫通孔１４を介して、前記隔離壁１３によ
り分離された導入側処理槽２０ａから取出側処理槽２０
ｂに通過する。電圧を印加すると、貫通孔１４において
電界が集中してプラズマが発生する。被処理液１０は貫
通孔１４を通過する際にプラズマ処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理液をプラズ
マ処理する液体処理方法及び液体処理装置に関するもの
であり、詳細には下水，屎尿，食品工場や化学工場等か
ら排出される産業排水，或いは廃棄物埋立て地からの浸
出水等、またこれらの二次処理水等に対してプラズマ浄
化処理を施す方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水や産業排水等に対して浄化処理が実
施されているが、近年、水道水源の微量汚染物質による
汚染が問題となってきており、窒素，燐の除去を目的と
した従来の高度処理に加えて、脱臭，脱色，殺菌，微量
汚染物質の除去等を目的とした処理方法の導入が進めら
れようとしている。また廃棄物埋立地浸出水からダイオ
キシン類や内分泌攪乱物質が検出され、これらの除去も
要望されている。

【０００３】この様な社会状況の下、微量汚染物質等の
除去法や水を再利用可能とする処理法として、活性炭処
理法，オゾン処理法，膜分離処理法，電気的処理法等が
提案され、実用化が進められている。

【０００４】しかし上記活性炭処理は、有機性の汚染物
質を吸着除去するものであって、殺菌作用がなく、また
頻繁な活性炭の交換が必要である。また上記オゾン処理
は、脱色，脱臭，殺菌効果に優れるものの、残存オゾン
の問題があり、この残存オゾンを更に２次処理する必要
がある。上記膜分離処理は、除菌可能であり、また残存
オゾンの問題もないので、水処理という観点から優れた
方法であるが、維持管理が煩雑でまたコストが高くつ
き、更に使用済み処理膜等といった廃棄物が生じるとい
う問題がある。

【０００５】これらの処理法に対し上記電気的処理法
は、汚濁物質の分解率が高く、脱臭，脱色，殺菌作用に
優れる上、二次的な廃棄物も生じず、好ましい処理方法
である。該電気的処理法は、被処理液に対して通電を行
ってプラズマを発生させ、このプラズマの発生に伴って
生じる衝撃波，紫外線，ラジカル，また急激な電界の変
化によって、被処理液中の汚濁成分を分解除去し、また
微生物の細胞膜等を破壊して殺菌するという浄化殺菌処
理（本明細書において、プラズマ処理と称することがあ
る）法である。尚この様な電気的液体処理法としては、
例えば特開昭６１−１３６４８４号公報に示されてい
る。

【０００６】図５は上記従来の電気的液体処理法の装置
を示す模式図であり（従来例）、(a) が電界の様子を
表す図で、(b) がプラズマ発生の様子を表す図である。

【０００７】この液体処理装置は円筒形の処理槽３０の
両端に平板型の＋電極１１と−電極１２が備えられもの
であり、これら電極１１，１２に高電圧を印加すること
によってプラズマが発生し、処理槽３０内の被処理液１
０がプラズマ処理される。

【０００８】上記平板電極１１，１２以外に、平板電極
と棒電極、或いは平板電極と針電極を用いる装置もあ
る。

【０００９】図６は上記平板電極と針電極を用いた液体
処理装置を示す模式図であり（従来例）、(a) が電界
の様子を表す図で、(b) がプラズマ発生の様子を表す図
である。

【００１０】従来例の装置においては、上述の様に＋
電極３１として針型の電極が用いられており、他の構成
は上記従来例と同じである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】プラズマを発生させる
為には高電圧を印加して電界密度を高める必要がある
が、上記従来例の装置では平板電極を使用しているか
ら、高電界密度とするには極めて高い電圧を印加する必
要があり、よってエネルギーコストが高くつくという問
題がある。またプラズマは平板電極上の任意に位置に発
生し、しかもプラズマ発生部位が限定されないから、被
処理液に、プラズマ処理が活発でないか或いはプラズマ
処理が全く作用しない領域（以下、不浄化処理領域と称
することがある）が存在する様になり、この為に処理効
率が悪いという問題がある。

【００１２】一方上記従来例の様な針電極／平板電極
を用いた装置や、棒電極／平板電極を用いた装置では、
棒或いは針先端部分に電界集中部を形成するから、プラ
ズマ発生の為の必要な印加電圧を低く抑えることができ
る。しかしながらこの場合も上記と同様に、プラズマ発
生部位が限定されず、不浄化処理領域が存在する為に、
処理効率が悪い。加えて上述の様に棒或いは針電極先端
部分に電界が集中してプラズマが発生するから、該棒或
いは針先端が発熱し易く、この為に電極に崩落が起こる
等して、電極部の耐久性が低いという問題がある。また
発熱により電極成分が溶出し、処理済水に不純物として
含有されるという問題がある。

【００１３】そこで本発明においては、低エネルギーで
且つ効率良く処理ができる液体処理方法及び液体処理装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液体処理方
法は、狭窄部に被処理液を通過させつつ、前記狭窄部に
プラズマを発生させることを要旨とする。

【００１５】上記狭窄部においてはプラズマに対する被
処理液の接触効率が高く、不浄化処理領域がほとんど無
いから、当該狭窄部における被処理液のプラズマ処理効
率が良い。そして該狭窄部を被処理液が次々と通過する
から、被処理液全体が良好に効率良くプラズマ処理され
る。

【００１６】加えて狭窄部は狭い範囲であるから、印加
する電圧が低くても狭窄部においては電界密度が高くな
るのでプラズマが発生し易く、従って高電圧を印加する
必要がなくなり、供給エネルギーを低減することができ
る。

【００１７】また本発明に係る液体処理装置は、処理槽
に設けられた一対の電極間に電圧を印加して被処理液を
プラズマ処理する液体処理装置であって、前記電極間
に、貫通孔を有する電気絶縁性隔離壁が設けられ、前記
被処理液が前記貫通孔を介して前記隔離壁により分離さ
れた一方の槽から他方の槽に通過する様に構成されたも
のであることを要旨とする。

【００１８】前記隔離壁により隔てられた上記一対の電
極に電圧を印加すると、上記隔離壁は電気絶縁性である
から、電界は該隔離壁の貫通孔に集中し、該貫通孔部分
でプラズマが発生することとなる。前記貫通孔は小さい
から該貫通孔を通過する被処理液と前記プラズマとの接
触効率が高く、しかも全ての被処理液は前記貫通孔を通
過して前記一方の槽から前記他方の漕に移動するから、
被処理液が効率良くプラズマ処理される。

【００１９】この際電極としてはいずれの形状であって
も良く、例えば平板型の電極の様に電極部分に電界集中
部を形成しない形状のものが使用でき、該平板電極等で
は電極部分においてプラズマが生じないから、電極に発
熱が起こり難く、よって電極成分が溶出して処理液に混
入したり、また電極の崩落等を生じる恐れが低減する。

【００２０】また電界は上記貫通孔に集中して電界密度
が高められるから、プラズマ発生に必要な印加電圧が低
くて済み、消費エネルギーを低減することができる。

【００２１】尚、上記隔離壁の貫通孔が上記狭窄部に相
当する。また上記狭窄部や上記貫通孔の長さとしては、
被処理液を充分な時間プラズマと接触させる為に、０．
５mm以上が好ましい。

【００２２】更に本発明に係る液体処理装置において
は、前記貫通孔が直径０．１〜５mmの円孔であることが
好ましく、より好ましくは直径１mm以上、３mm以下であ
る。あまり貫通孔が大きいとプラズマ発生に要する印加
電圧が高いものとなり、また被処理液とプラズマとの接
触効率が低いものとなって好ましくないからであり、一
方あまり貫通孔が小さいと、該貫通孔を被処理液が通過
するのに長時間を要し、処理効率が悪くなるからであ
る。

【００２３】前記隔離壁としては耐久性のある素材で構
成されていることが好ましく、例えばセラミックス製或
いは合成樹脂製であることが好ましい。これらは絶縁性
を有し、且つ耐久性が良好だからである。

【００２４】加えて本発明においては、プラズマを効率
良く発生させる為に、前記電極にパルス状の電圧を印加
することが推奨される。この際パルス状印加電圧のデュ
ーティ比，振幅，パルス長のうち少なくとも一つを可変
制御可能に構成したものであることが好ましい。この様
に可変制御可能であれば、貫通孔の大きさや通過被処理
液量，被処理液中の汚濁物質量に応じてプラズマの発生
を調整することができる。

【００２５】また前記被処理液が有機性汚泥の場合に
は、上記本発明に係る液体処理装置や方法によって汚泥
の減容化が行え、系外に排出する余剰汚泥量を非常に低
減或いは零にすることができ、有機性廃液の処理に効果
的である。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る液体処理装置
の一例を示す模式図である。電気絶縁性処理槽２０は平
板型の＋電極１１と平板型の−電極１２を備えており、
該＋電極１１，−電極１２間には電気絶縁性隔離壁１３
が設けられ、該隔離壁１３によって上記処理槽２０が導
入側処理槽２０ａと取出側処理槽２０ｂに分離されてい
る。上記隔離壁１３には貫通孔１４が形成されており、
被処理液導入口１５から導入された被処理液１０が上記
貫通孔１４を通過し、処理済液取出口１６に至る。

【００２７】＋電極１１は高電圧電源１７に接続され、
一方−電極１２は地絡部１８に接続されており、上記高
電圧電源１７によって電極１２，１３間にパルス状の高
電圧が印加される様になっている。

【００２８】図２は上記電極１２，１３間に電圧を印加
した際の電界の様子を表す概念図である。

【００２９】電極１２，１３間に高電圧を印加すると、
貫通孔１４に電界が集中し（電界集中部１９）、プラズ
マが発生する。このとき該貫通孔１４を通過する前記被
処理液１０は、プラズマにより生じた紫外線やラジカ
ル，衝撃波等に曝されて、消毒，殺菌，脱色，脱臭さ
れ、また有機物の分解，透明性の向上，ＢＯＤやＣＯＤ
の低減，或いは有機性汚泥の可溶化が起こる。

【００３０】この様に貫通孔１４を有する隔離壁１３を
設けることで、プラズマ発生領域を限定することがで
き、また上記貫通孔１４は小さいものであるから、被処
理液１０のプラズマへの接触効率が良い。

【００３１】一方被処理液１０は必ず貫通孔１４を通っ
て導入側処理槽２０ａから取出側処理槽２０ｂに移動す
るから、被処理液１０は次々とプラズマに曝されること
になり、全被処理液１０が処理を受けることとなる。よ
って上記従来の様に被処理液１０に不浄化処理領域がな
く、効率良く処理できる。

【００３２】また上述の様に貫通孔１４において電界が
集中するから、平板電極を用いても低電圧でプラズマを
発生させることができ、よって電圧印加の為のエネルギ
ーを低減することができ、低コストとなる。また平板電
極の様に電極部分で電界集中部を形成しない電極では、
電極に発熱が起こり難く、従って電極崩落等の恐れが低
減して電極の耐久性が向上し、また処理済液に電極成分
が溶出する恐れが低減する。従って安定して処理が行
え、また電極の取り替えをあまり行う必要がないから、
メンテナンスコストが低減する。よって運転コストの低
減を図ることができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明に係る液体処理装置及び方法に
関して、実施例を示しつつ具体的に説明するが、本発明
はもとより下記実施例に限定される訳ではなく、前・後
記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施す
ることも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的
範囲に包含される。

【００３４】図３は本発明の一実施例に係る液体処理装
置を示す模式図である。尚図１と同じ構成部分について
は同一の符号を付して重複説明を避ける。

【００３５】処理槽２０はアクリル樹脂製であって電気
絶縁性を示し、直径４０mmの円筒形である。電極１１，
１２はステンレス鋼等の金属製で、直径３０mmの円形平
板である。電気絶縁性隔離壁１３は厚さ1.5mm のセラミ
ックス製板で、両電極１１，１２間の中央に設けられて
いる。尚隔離壁１３は上記電極１１，１２からそれぞれ
１５mm離れて位置している。また該隔離壁１３には円形
の貫通孔１４が１つ設けられている。

【００３６】尚液体処理装置として、上記貫通孔１４の
直径が0.1 ，0.5 ，1.0 ，2.0 ，3.0mm の５種類のもの
を作製した（装置No. １〜５）。

【００３７】貯留槽２４内の被処理液１０は、ポンプ２
１によって被処理水導入経路２２を経由して導入口１５
から導入側処理槽２０ａ内に導入される。そしてこの被
処理液１０は隔離壁１３に設けられた貫通孔１４を通過
して取出側処理槽２０ｂに至り、取出口１６から取り出
され、処理済水排出経路２３を経て、貯留槽２４に返送
される。

【００３８】この際、電極１１，１２間には高電圧電源
１７によりパルス状の高電圧が印加され、上記貫通孔１
４においてプラズマが発生し、上記被処理液１０がプラ
ズマ処理される。尚上記高電圧電源１７においては、交
流１００Ｖを高圧トランスによって昇圧し、整流器によ
り整流してプラズマ発生に必要な高電圧を得ており、こ
の高電圧によって容量６０００ｐＦのコンデンサを充電
し、この充電電圧をスパークギャップ（コンデンサと処
理槽２０との間に設けられたギャップ）を通じて周波数
５０Ｈｚで処理槽２０に印加する。尚後述の「投入エネ
ルギー」とは上記高電圧電源１７における上記コンデン
サーの充電に供されるエネルギーを示す。よって処理槽
２０に供給されるエネルギー量は、この投入エネルギー
に比べて相対的に低い値となっている。

【００３９】＜プラズマ発生に必要な最低電圧に関する
実験＞上記装置No. １〜５についてプラズマ発生に必要
な最低の印加電圧に関する実験を行った。尚比較とし
て、上記貫通孔１４付き隔離壁１３を有しない液体処理
装置（他の条件は上記装置No. １〜５と同じ：装置No.
６）について同様に実験を行った。

【００４０】被処理液１０として、蒸留水にＫＯＨを添
加して導電率を２．０×１０^-4Ｓ／cmに調整した試料液
を使用し、プラズマが発生する最低電圧を測定した。そ
の結果を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】貫通孔１４付き隔離壁１３を有しない液体
処理装置No. ６では、たとえ３０ｋＶ印加してもプラズ
マが発生しなかったが、上記表１から分かる様に、貫通
孔直径2.0mm 以下の装置No. １〜４においては、低い電
圧でプラズマの発生が確認された。また孔直径が小さい
もの程、プラズマ発生に必要な電圧が低くなる傾向にあ
ることが分かった。

【００４３】＜プラズマ処理に要するエネルギー量に関
する実験＞上記装置No. ３に関してプラズマ処理に要す
るエネルギー量に関する実験を行った。尚比較として、
貫通孔１４付き隔離壁１３を有さず、且つ−電極１２と
して針電極を用いた液体処理装置（他の条件は上記装置
No. １〜５と同じ：装置No. ７）、及び上記装置No. ６
に関して、同様に実験を行った。

【００４４】被処理液１０として、蒸留水にフェノール
を５０ppm 添加し、更にＫＯＨを添加して導電率を２．
０×１０^-4Ｓ／cmに調整した試料液３００mlを使用し、
上記装置No. ３，６，７において２０kVの電圧を印加し
てフェノールの分解を行った。その結果を図４に示す。
尚図４は、電圧印加における投入エネルギーと、被処理
液のフェノール濃度との関係を表すグラフである。

【００４５】装置No. ６（隔離壁１３を有しない平板電
極対のもの）ではプラズマが発生せず、フェノール分解
がほとんど起こらなかった。装置No. ３，７においては
プラズマの発生があり、フェノールの分解が確認された
が、図４に示す様にフェノール分解量あたりの投入エネ
ルギーを比較すると、貫通孔付き隔離壁を備えた装置N
o. ３の方が、装置No. ７よりも投入エネルギー量が少
なく、効率良く分解が行われた。

【００４６】＜下水余剰汚泥の減容化に関する実験＞上
記液体処理装置No. ４，６に関して、汚泥を含有する有
機性廃液を処理する場合について実験を行った。

【００４７】被処理液１０として、下水余剰汚泥を10,0
00ppm に調整した汚泥液を用い、該汚泥液３００mlに対
し、２０kVの電圧を印加して１００J/mlの電力量を供給
し、汚泥の減容化率を調べた。その結果を表２に示す。

【００４８】

【表２】

【００４９】表２から分かる様に、装置No. ４では約２
８％の汚泥が可溶化されて減容化した。一方装置No. ６
ではプラズマの発生が認められず、汚泥の減容化が起こ
らなかった。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る液体処理装置や液体処理方
法によれば、従来よりも消費エネルギーが低減され、且
つ高効率で被処理液の浄化，殺菌，または汚泥の減容化
等を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体処理装置の一例を示す模式
図。

【図２】図１に示す液体処理装置の電極間に電圧を印加
した際の電界の様子を表す概念図。

【図３】本発明の一実施例に係る液体処理装置を示す模
式図。

【図４】電圧印加における投入エネルギーと、被処理液
のフェノール濃度との関係を表すグラフ。

【図５】従来例の液体処理装置を示す模式図。

【図６】従来例の液体処理装置を示す模式図。

【符号の説明】

１０ 被処理液 １１，３１ ＋電極 １２ −電極 １３ 電気絶縁性隔離壁 １４ 貫通孔 １５ 被処理液導入口 １６ 処理済液取出口 １７ 高電圧電源 １８ 地絡部 １９ 電界集中部 ２０，３０ 処理槽 ２０ａ 導入側処理槽 ２０ｂ 取出側処理槽 ２１ ポンプ ２２ 被処理水導入経路 ２３ 処理済水排出経路 ２４ 貯留槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳賀 潤二 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 足立 成人 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 Ｆターム(参考） 4D059 AA01 AA03 BF20 BK01 BK21 4D061 AA08 AB01 AB15 AB18 AC06 AC08 BA13 BB07 BB11 BB16

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 狭窄部に被処理液を通過させつつ、前記
   狭窄部にプラズマを発生させることを特徴とする液体処
   理方法。
2. 【請求項２】 処理槽に設けられた一対の電極間に電圧
   を印加して被処理液をプラズマ処理する液体処理装置に
   おいて、 前記電極間に、貫通孔を有する電気絶縁性隔離壁が設け
   られ、 前記被処理液が、前記貫通孔を介して前記隔離壁により
   分離された一方の槽から他方の槽に通過する様に構成さ
   れたものであることを特徴とする液体処理装置。
3. 【請求項３】 前記貫通孔が、直径０．１〜５mmの円孔
   である請求項２に記載の液体処理装置。
4. 【請求項４】 前記隔離壁がセラミックス製或いは合成
   樹脂製である請求項２または３に記載の液体処理装置。