JP2002018446A - 液体処理方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
に安定した放電を与え、液体の改質を小さい電力量で十
分に施すことのできる液体の処理方法、及びこうした方
法を実施する為の有用な装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも一組の電極対を設けると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極を液体に浸
漬させ、上記電極対にパルス状の電力を供給して電極間
に放電状態を形成し、上記液体を改質する液体処理方法
において、被処理液の導電率またはインピーダンスを検
知し、或いは被処理液への放電電圧または放電電流を測
定し、その変動に基づき、放電に係る高電圧パルスの電
圧、パルス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少な
くともいずれかを制御する様にして操業する。
Description
処理場における下水処理過程、或いは食品工場や化学工
場の排水過程等から排出される有機性廃液の生物学的な
好気性または嫌気性処理、また、前記の各工場の廃液
(ただし有機性廃液以外をも含む)、清浄な水を製造す
る過程における被処理水、上下水道水、食品、飲料水等
の滅菌・殺菌処理、脱色、脱臭処理、また、前記の各液
体等の滅菌・殺菌処理、脱色、脱臭処理の際や、ゴミ焼
却炉の浸出水の浸出の際等に現出されるダイオキシン、
環境ホルモン、PCB等の難分解性物質の分解処理等に適
用される液体の処理方法、およびこの様な処理方法を実
施する為に用いられる装置に関するものである。
量汚染物質の除去等の方法としては、従来から活性炭処
理、オゾン処理、膜処理等による各種方法が知られてお
り、実用化が進められている。しかしながら、活性炭処
理では、有機物の汚濁物質の吸着除去は可能であるが、
殺菌効果がなく、また活性炭を頻繁に交換する必要があ
る。また、オゾン処理では、脱色、脱臭、殺菌効果は優
れているが、オゾンの残留による二次処理の問題があ
る。更に、膜処理では、水処理の観点からは優れている
ものの維持管理が煩雑でコストも高く、しかも廃棄物が
発生するという問題がある。
ねてより研究を進めており、その研究の一環として特開
平11-253999号の様な技術を提案している。この技術で
は、例えば液体中に含有される有害な細菌類を死滅させ
て該液体を清浄化する方法として、或は液体中に含有さ
れる細菌やその死骸等からなる汚損成分を減容化する為
に、その汚損成分を好気的微生物が生化学的に処理しや
すい状態に改質する方法として、上記液体に高電圧パル
ス放電及び/または電界パルス印加を行なって液体を処
理するものである。この技術を、図面を用いて説明す
る。
装置の構成例を示す概略説明図であり、被処理液は有機
性廃液であって、該有機性廃液を生物学的に好気性処理
する場合を想定したものである。
経路7を介して活性汚泥槽(曝気槽)1に送られる。この
活性汚泥槽1には好気性微生物を含む活性汚泥が一定量
保持されており、その好気性微生物の生分解作用によっ
て、有機性廃液中の有機物が好気条件下に酸化分解され
て二酸化炭素と水を生成する(好気的処理工程)。ま
た、それと同時に有機性廃液中の有機物は同化されて活
性汚泥が増殖する。
れた状態で経路8を介して沈澱槽2に送られ、沈澱汚泥10
と上澄液(被処理液)20に固液分離される。該上澄液20
は、経路9から被処理液として排出される。この時必要
であれば、放流先の排出基準に従って硝化脱窒素若しく
はオゾン処理等の高次処理が施される。
経路11を介して活性汚泥槽(好気処理槽)1に返送する
と共に、一部好ましくは全部を経路12からポンプ17によ
って改質装置18に導入する。該改質装置18は改質槽3と
電源4を備えており、該電源4に接続された棒電極(+
極)5と平板電極(−極)6が、改質槽3内の汚泥に浸漬
される様にして平行に配設されている。改質槽3内部に
ある汚泥は、電気的にはある程度の誘電率を示す誘電体
とみなすことができ、上記電極5、6間に誘電体が満たさ
れた状態で電極5、6間に電位差を与えると、上記誘電体
(汚泥)の内部に電界が形成され、この電界の強さがあ
る程度以上となったときに絶縁破壊を生じ、電極5、6間
に放電が発生する。
することによって、沈澱汚泥中の微生物及び有機物質が
改質されて汚泥の可溶化が進行する。即ち微生物は死滅
し、更に細胞破壊等により分解されて低分子の有機物や
無機物が生成し、また有機物質は分解によって低分子化
され、易分解性物質(以下これを「改質汚泥」と称する
ことがある)となる。
性汚泥槽(好気性処理槽)1に返送する。該活性汚泥槽1
内においては上記改質汚泥を好気性微生物が餌として利
用し分解する。
して活性汚泥槽1に返送するという循環システムを組む
ことにより、システム内を循環する汚泥は減容化され、
その結果余剰汚泥として排出される量が低減する。
れた電極間に高電圧を印加していくと、電極間には相応
の高電界が形成され、陰極表面から電子が放出されて、
いわゆる一次なだれが形成される。この一次なだれのな
だれ経路においては、電子と正イオンとの付着作用によ
って、いくらかの残留負イオン(負イオン群)が発生す
る。液体中の電荷量は、その残留負イオンと従前より存
在している電荷との総和からなる所定量の空間電荷量と
なり、液体中の電界は、この空間電荷からなる電界と、
そもそも電極間に印加される高電圧の印加電界との合成
からなる合成電界となる。
ば、一次なだれの進展中に光電離で生じた電子が、上記
残留イオン群の重心に向って二次なだれとして成長す
る。上記一次なだれと二次なだれとにより、細い形状の
プラズマが形成される。これがストリーマ(放電)と呼
ばれる現象である。
的な状態で維持されるものではなく、場合によっては別
の放電状態に推移することもある。例えば、細いストリ
ーマ放電から、陽光柱が電極間に形成される様な別の形
態に推移することがある。こうした推移は、当然に上記
ストリーマ放電が電極間をどの様に伝播していくかに大
きく依存している。
いては、ストリーマ放電と、ストリーマ発生以降に推移
するストリーマ以外のアーク放電等の放電とが混在して
いる状態で処理が行われているのが一般的であり、その
状況下での被処理液の改質処理における処理効率は必ず
しも十分なものではなかった。即ち、アーク放電等の放
電の場合には、多くの電流が流れて大きな電力を消費す
る割には被処理液の改質が十分に進まず、所期した高電
圧処理効果が得られないという問題があった。また、ア
ーク放電等が発生した場合には、特有の異音が発生する
という事態も生じていた。
説明する。30は高電圧電源、31は高電圧スイッチ部、32
aはコンデンサ、33は処理容器を夫々示し、処理容器33
は電極5を備えている。該処理容器33は前記図1の改質槽
3に相当するものであり、電源5にパルス状(通常、矩形
波)の高電圧供給がなされる。該処理容器33には被処理
液が供給され(図示せず)、上記供給された高電圧パル
ス放電によって改質される。従来の放電回路では、被処
理液の導電率が変化すると、放電のインピーダンスが変
化し、これに伴いパルス幅もしくは放電電圧が変化し、
放電による処理量や処理効率に影響が出るという問題点
があった。
なされたものであり、その目的は、高効率で経済的にも
有利に液体を処理する為に安定した放電を与え、液体の
改質を小さい電力量で十分に施すことのできる液体の処
理方法、及びこうした方法を実施する為の有用な装置を
提供することにある。
のできた本発明の液体処理方法とは、少なくとも一対の
電極対を設けると共に、該電極対のうちの少なくとも一
方の電極を液体に浸漬させて、上記電極対にパルス状の
電力を供給し、前記電極対間に放電状態を形成して上記
液体を改質する液体処理方法において、被処理液の導電
率またはインピーダンスを検知し、その値の変動に基づ
き、放電に係る高電圧パルスの電圧、パルス幅、電極間
距離および被処理液の濃度の少なくともいずれかを制御
する様にして操業する点に要旨を有するものである。
処理装置とは、少なくとも一対の電極対を備えると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極が液体に浸
漬されるよう配置され、上記電極対にパルス状の電力を
供給し、前記電極対間に放電状態を形成し、上記液体を
改質する様に構成した液体処理装置において、被処理液
の導電率またはインピーダンスを検知する検知手段と、
その値の変動に基づき、放電に係る高電圧パルスの電
圧、パルス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少な
くともいずれかを制御する手段を備えたものである点に
要旨を有するものである。
圧または放電電流を測定し、その値の変動に基づき、放
電に係る高電圧パルスの電圧、パルス幅、電極間距離お
よび被処理液の濃度の少なくともいずれかを制御する様
にして操業しても達成される。
成としては、被処理液への放電電圧または放電電流を測
定する手段と、前記測定された放電電圧または放電電流
の変動に基づき、放電に係る高電圧パルスの電圧、パル
ス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少なくともい
ずれかを制御する手段を備える様に構成されたものであ
る装置が挙げられる。
課題を解決する為に様々な角度から検討した。その結
果、被処理液の導電率またはインピーダンス、もしく
は、被処理液への放電電圧または放電電流を検知し、そ
の値の変動に基づき放電に係る高電圧パルスの電圧、パ
ルス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少なくとも
いずれかを制御する様にして操業すれば、上記目的が見
事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
用いて更に詳しく説明するが、下記に示す構成は本発明
を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に基づ
いて設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に
含まれるものである。
ルス放電処理を行う場合の電極の配置状態および放電状
態の一例を示した概略説明図である。図3では棒電極
(+極)5とリング状電極(−極)23を用いており、電
源4からはパルス状の電力を供給している。図3に示した
構成では、棒電極5とリング状電極23を同心上に配置す
ることで、改質槽3の被処理液29に対して立体的に放電
できる様にしたものである。また、図3に示した装置に
おいては、棒電極5とリング状電極23から成る一組の電
極対を設けた模式図を示したが、電極対の数は2つ以上
設けることもでき、更に効率良く液体を処理できる。
対の少なくとも一方の電極を被処理液に浸漬させること
によって、その放電処理機能を発揮できるものであるが
放電の安定性という観点からすれば、液体中に浸漬する
電極は少なくともアノード電極であることが好ましく、
より好ましくはカソード電極とアノード電極の両方が浸
漬される構成とするのが良い。
式的に示した概略説明図であり、前記図2に示した従来
の放電回路に被処理液体の導電率もしくはインピーダン
スを検知するための検知装置34を配設したものである。
該検知装置34で検知された値の変動に基づきコンデンサ
の容量を変えることが出来るように可変コンデンサ32b
を用いた。被処理液の導電率もしくはインピーダンスの
測定は、処理容器33内、放電処理前(経路41中)、放電
処理後(経路42中)のいずれで行っても良い。
は、インピーダンスが小さくなると、放電パルス波形の
電圧が落ちる時間が短くなる、もしくは、パルス幅が狭
くなる。これにより、一回あたりの放電にかける放電の
電圧×時間が小さくなり、放電で処理できる領域が小さ
くなる。この時の放電25の様子を図5に模式的に示す。
また、場合によっては放電しないこともある(図示せ
ず)。
(4)の様に少なくともいずれかの装置を制御すればよ
い。 (1)放電に係る高電圧パルスのパルス電圧を上げる。 (2)放電に係る高電圧パルスのパルス幅を広げる。 (3)放電に係る一対の電極間距離を短くし電極間の電
界強度を上げる。 (4)被処理液の濃度を低くする。
しくは、インピーダンスが大きくなると、放電パルス波
形の電圧が落ちる時間が長くなる、もしくは、パルス幅
が広くなる。これにより、一回あたりの放電にかける放
電の電圧×時間が大きくなり、ストリーマ放電からアー
ク放電へ移行し、もしくは、ストリーマ放電に比べアー
ク放電のエネルギー的割合が大きくなり、無駄なエネル
ギーが被処理液に投入されることとなる。この時の放電
25の様子を図6に模式的に示す。図6にはストリーマ放電
26のうち何本かがアーク放電27へ移行し、ストリーマ放
電26とアーク放電27が混在した状態を示している。
(8)の様に少なくともいずれかの装置を制御すればよ
い。 (5)放電に係る高電圧パルスのパルス電圧を下げる。 (6)放電に係る高電圧パルスのパルス幅を狭くする。 (7)放電に係る一対の電極間距離を長くし電極間の電
界強度を下げる。 (8)被処理液の濃度を高くする。
しくはインピーダンスが変化しても、安定した放電によ
る液体処理が可能となった。
々の方法について詳細に説明をする。
には、被処理液の導電率もしくはインピーダンスの変化
に基づき可変コンデンサ32bの容量を切り替える、もし
くは高電圧スイッチ部を真空管等のスイッチとしパルス
幅をコントロールすることが考えられる。
動式のものとし、被処理液の導電率もしくはインピーダ
ンスの変化に基づき電極間距離を制御する。電極間距離
を制御することにより、電極間の電界強度を変化させる
ことができる。
は、図7や図8に示した様な方法が考えられる。
いて、被処理液の導電率が大きくなる、もしくは、イン
ピーダンスが小さくなると、被処理液の導電率を小さく
する、もしくは、インピーダンスを大きくするために、
図7に示したように、処理容器33の前段階において、経
路43から水もしくは濃度の低い被処理液を加え、導電率
調整部35で経路40から導入された被処理液と混合するよ
うにし、被処理液の導電率を制御することができる。
いて、被処理液の導電率が小さくなる、もしくは、イン
ピーダンスが大きくなると、被処理液の導電率を大きく
する、もしくは、インピーダンスを小さくするために、
図7に示したように、処理容器33の前段階において、経
路43から濃度の高い被処理液を加えるか、もしくは塩化
カリウムや塩化ナトリウム等の電解質等を添加し、導電
率調整部35で経路40から導入された被処理液と混合する
ようにし、被処理液の導電率を制御することができる。
また、図8のように、処理容器33の前に、濃縮槽36を配
設し、該被処理液を濃縮することで濃度を調整し、導電
率を制御する方法も考えられる。
成例を模式的に示した概略説明図であり、電圧検知部37
を設けた以外は図4と同じ構成である。高電圧電源30で
は数10kV以上(好ましくは70kV程度)の電圧を印加でき
るものである。高電圧スイッチ部31は、図9では機械的
なスイッチの構成を示したけれども、この高電圧スイッ
チ部31の構成は、サイライトロンや磁気スイッチ等の様
な高繰り返し運転の可能なスイッチング手段を用いるこ
とによって、高電圧電源30からの電圧をパルス状にする
ことができる。また、このとき、上記スイッチ手段を採
用することによって、所定時間以上の一定値以上の高電
圧の印加は許容しないものとなる。電圧検知部37では、
処理容器33(負荷側)での電位差(電圧)が検知され
る。
3に印加する電圧(即ち、被処理液に印加される電圧)
を電圧検知部37にて検出し、その値が微小時間当たりに
所定量以上の変動が認められた場合には、ストリーマ放
電がアーク放電に推移(若しくは移行)する兆候を示す
ことになる。そして、このアーク放電への推移の途中
で、上記のように放電に係る高電圧パルスの電圧、パル
ス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少なくともい
ずれかを制御することによって、ストリーマ放電からア
ーク放電へ推移を食い止めるか、若しくは推移を最小限
に留めることができる。
放電を維持し、アーク放電は電圧が低く電流が多い状態
で放電を維持することから、ストリーマ放電からアーク
放電に推移する場合には、放電部におけるアノードとカ
ソード間の電圧が急激に低下することになる。そして、
この低下した電圧(例えば、1〜10kV程度)を検知し
て、放電にかかる高電圧パルスの電圧、パルス幅、電極
間距離および被処理液の濃度の少なくともいずれかを制
御することによって、ストリーマ放電からアーク放電に
推移することを防止若しくはアーク放電への推移を最小
限に留め、ストリーマ放電とアーク放電が混在した状態
の発生を回避できるのである。また、こうした構成を採
用することによって、被処理液の改質を少ない電力量で
十分に施すことができ、高効率で経済的にも有利であ
る。尚、上記「微小時間とは」、数十nsec〜数百nsecを
意味する。
模式的に示した概略説明図であり、電流検知部38を設け
た以外は図9に示した構成と同様である。従って、図10
に示した装置におけるパルス形成原理や高電圧スイッチ
部31の機構等も、前記と同じである。
33に印加する電流(即ち、被処理液に印加される電流)
を電流検知部38にて検知し、その値が微小時間当たりに
所定量以上の変動が認められた場合に、放電に係る高電
圧パルスの電圧、パルス幅、電極間距離および被処理液
の濃度の少なくともいずれかを制御することによって、
ストリーマ放電からアーク放電へ移行を食い止めるか、
若しくは移行を最小限に留めることができる。
流は小さく、電流が多い状態でアーク放電を維持するこ
とから、ストリーマ放電からアーク放電に推移する場合
には、処理容器33に流れる電流が急激に増加することに
なる。そして、この電流の増加(例えば、300〜500A程
度以上)を検知して、放電に係る高電圧パルスの電圧、
パルス幅、電極間距離及び被処理液の濃度の少なくとも
いずれかを制御することによって、ストリーマ放電から
アーク放電に推移することを防止若しくはアーク放電へ
の推移を最小限に留め、ストリーマ放電とアーク放電が
混在した状態の発生を回避できるのである。
高効率で経済的にも有利に液体を処理する為に安定した
放電を与え、液体の改質を小さい電力量で十分に施すこ
とができる液体の処理方法及びこうした方法を実施する
為の有用な装置を提供することができた。
例を示す概略説明図。
図。
例を模式的に示した概略説明図。
略説明図。
の一例を示した概略説明図。
の他の例を示した概略説明図。
略説明図。
した概略説明図。
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくとも一組の電極対を設けると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極を液体に浸
漬させ、上記電極対にパルス状の電力を供給して電極間
に放電状態を形成し、上記液体を改質する液体処理方法
において、被処理液の導電率またはインピーダンスを検
知し、その値の変動に基づき、放電に係る高電圧パルス
の電圧、パルス幅、電極間距離および被処理液の濃度の
少なくともいずれかを制御する様にして操業することを
特徴とする液体処理方法。 - 【請求項2】 少なくとも一組の電極対を備えると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極が液体に浸
漬されるよう配置され、上記電極対にパルス状の電力を
供給して電極間に放電状態を形成し、上記液体を改質す
る様に構成した液体処理装置において、被処理液の導電
率またはインピーダンスを検知する検知手段と、その値
の変動に基づき、放電に係る高電圧パルスの電圧、パル
ス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少なくともい
ずれかを制御する手段を備えることを特徴とする液体処
理装置。 - 【請求項3】 少なくとも一組の電極対を設けると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極を液体に浸
漬させ、上記電極対にパルス状の電力を供給して電極間
に放電状態を形成し、上記液体を改質する液体処理方法
において、被処理液への放電電圧または放電電流を測定
し、その値の変動に基づき、放電に係る高電圧パルスの
電圧、パルス幅、電極間距離および被処理液の濃度の少
なくともいずれかを制御する様にして操業することを特
徴とする液体処理方法。 - 【請求項4】 少なくとも一組の電極対を備えると共
に、該電極対のうちの少なくとも一方の電極が液体に浸
漬されるよう配置され、上記電極対にパルス状の電力を
供給して電極間に放電状態を形成し、上記液体を改質す
る様に構成した液体処理装置において、被処理液への放
電電圧または放電電流を測定する手段と、前記測定され
た放電電圧または放電電流の変動に基づき、放電に係る
高電圧パルスの電圧、パルス幅、電極間距離および被処
理液の濃度の少なくともいずれかを制御する手段を備え
ることを特徴とする液体処理装置。
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JP2000207423A JP3773764B2 (ja) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | 液体処理方法およびその装置 |
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