JP2002052391A - 廃水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚染物質を含む水性ソース（source）から汚
染物質を分離する方法を提供する。 【解決手段】 １つの態様においては、水性システムに
溶解した高度に微細化された酸化体を使用する。ガスは
貯液容器内で水溶液中に溶解し、貯液容器内の圧力はコ
ントロール可能である。これは溶解した酸化ガスと汚染
物質との接触を最大限にする。酸化されると、貯液容器
の出口は流体力学的空洞現象を許容するように調節され
る。空洞現象の正味の効果はフロックを水溶液から独立
した相に移動させる泡の形成を誘発することである。別
の態様においてプロセスは電気凝集により増進される。
これは酸化体物質を含む貯液容器内に配置される電気セ
ルの使用を伴う。電極を設け電極を電流のソースに曝す
ことにより水溶液内の汚染物質を酸化または劣化させ、
溶解したガス状の酸化体による酸化を捕捉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は廃水処理方法および装置に関し、
より特には本発明は物質移動手法および電気凝集（elec
trocoagulation）法を使用して水溶液から汚染物質（ま
たはコンタミナント）を分離することに関する。

【０００２】水性システムから汚染物質を分離または除
去する問題は、何十年もの間、技術が慨嘆するほど複雑
であった。このために、水質汚染が産業の進歩とともに
比例的に増大するにしたがって、さらなる工業的プロセ
スとともに技術が発展した。初めは、水処理は単純に、
ある物質の沈殿を誘発する適当な物質を加えること、濾
過、イオン交換および他のプロセスの問題であった。清
浄な水に対する要求が継続的に厳しくなっている状況下
において、電気化学が好まれるようになった。セル内に
配置された電流が流れている電極を使用することは、汚
染物質を含む溶液を処理するのに広く有用であることが
判った。幾つかの例においては、不活性化合物にするた
めに他の単位操作がこの処理プロセスと組み合わされ
た。

【０００３】再検討のために選択された引用文献の１つ
はランドレス（Landereth）の米国特許第1,095,893号明
細書（1914年５月５日発行）である。この特許は電気化
学的な処理に関し、また、この特許において特許権者は
そのようなセルが水の処理に有用であることを確認して
いる。明細書において説明されたように、銅、アルミニ
ウム、真鍮、または他の合金の電極は、セルのプレート
物質として有用である。加えて、当該明細書は沈殿タン
クが物質の沈殿（またはフロック（もしくは綿状凝集
物）形成；floccing）を補助するのに有用であるという
事実を検討している。明細書の第２欄は、水が装置で上
昇し、遠回りの経路をとり、それにより水に加えられた
又は水で見つけられる物質のいずれもが完全に混合され
て液体のすべての粒子が電極と接触させられるように、
組の電極が配置されることを示している。明細書の第２
欄にはまた、電極は水平方向に配置されたプレートの形
態であること、ならびに、その端部にくぼみを有する他
の交互の組のプレートとともにプレートに中央に配置さ
れてもよい開口部（アパーチャー）が形成されてもよい
ことが説明されている。明細書の第３欄には以下のこと
が記載されている：

【０００４】「プレート14の間で液体の適切な経路また
は循環、および装置全体にわたる液体の移動を与えるた
めに、14Ａに示される開口部を具えた交互のプレートが
提供され、一方、中間のプレートは図８および図９で明
瞭に示されているように14Ｂにて切り欠きが形成され又
はくぼみがつけられた切断されたコーナーを有する。こ
の方法により、処理中の液体はそのフローの中で方向転
換し、個々のプレートの全表面と接触させられ、所望の
電気処理を確保する。」

【０００５】この明細書は水の電気化学的な処理の手順
を教示するのに有用であるものの、オゾンのような酸化
体（オキシダント）物質を追加することを全く示してい
ない。さらに、この特許の教示は電気化学に限定されて
おり；明細書は浮上分離（dissolved air flotatio
n）、流体力学、キャビテーション、フロック形成（flo
cculation）凝集、またはこの特許で教示された電気化
学セルの有用性を増大させるであろう他の流体力学の原
理のいずれに関しても詳細な説明を全くしていない。

【０００６】ランドレス（Landreth)の米国特許第1,14
6,942号明細書（1915年７月20日発行）において、先の
特許で論じられたことに関するバリエーションが述べら
れている。この引用文献においては、電極が異なる極性
のものであること、ならびに１組のプレートがある長さ
の時間中はカソードとして作用し、一方、もう１組のプ
レートがこの時間中、アノードとして作用するように、
転極スイッチ（一例が図において符号26で与えられてい
る）を使用して電流を切り替え得ることが明らかに示さ
れている。この文献は、ユニット内の個々のセルの極性
を変化させるために逆極性アレンジメント（または配
置）を与えることにより、技術を発展させたものであ
る。当該文献は、それと関連するものと同様に、溶解し
たガスによる向流酸化（countercurrent oxidation）に
ついての認識が不十分である。さらに、この装置は多種
多様の汚染物質（有機物、無機物、それらの組合せ等）
を扱うのに特に十分に適したものではないと考えられ
る。

【０００７】さらなる引用文献、即ちランドレス（Land
reth)の米国特許第1,131,067号明細書（1915年３月９日
発行）において、処理された液体を装置によって更に処
理するために再導入することについての検討が、金属電
極もしくは簡単な化学反応または電流によって誘発され
る化学反応のいずれかに由来して形成される綿状凝集物
の生成に関する処理あるいは酸化処理、あるいは他の処
理に関する検討と同様になされている。第２欄（第25行
以下参照）にて、装置で物質を再循環させてさらに処理
することが検討されている。

【０００８】プレイス（Preis）らは、米国特許第3,72
8,245号明細書（1973年４月17日発行）において、電気
凝集のために組の電解プレートを組み込んだ汚水処理装
置を教示している。特許権者は、殺菌作用を増すために
塩素およびオゾンが溶液で維持されるように回路で圧力
を維持する必要性を検討している。この引用文献は、酸
化体を用いて電気凝集を強化することにより、ランドレ
ス（Landreth）らが開発した技術を発展させたものであ
る。この文献は、この技術において更なる教示を与える
ものではあるが、処理された水性物質の流出口ストリー
ムにおける圧力変化による空洞現象（またはキャビテー
ション；cavitation）またはフロック（または綿状凝集
物；floc）形成に関する検討が不十分である。

【０００９】他の一般的な関連参考文献には、コーテン
（Korten）の米国特許第913,827号（1909年３月２日発
行）、メール（Mehl）の米国特許第3,523,891号（1970
年８月11日）、米国特許第5,928,493号；第5,705,050
号；第5,746,904号ならびに第5,549,812号、第3,846,30
0号、第5,587,057号および第5,611,907号が含まれる。

【００１０】電解プロセスは一般に有用であると考えら
れていたが、セルの構成は電極がしばしば屑（またはデ
ブリ；debris）を集め、したがってセルの電流の所要量
を変化させるようなものであった。さらに、既存のアレ
ンジメントにおいて多くのプレートはかなり大きく、表
面積を増大させて水中の処理されるべき汚染物質との反
応の回数を増加させるための改良を何らもたらすもので
はなかった。このことは当然に相互作用の度合いをより
低くし、屑の蓄積に起因する電流の所要量の点からみて
セルの運転コストをより高くしている。

【００１１】浮上分離システムを採用することもまた提
案されてきた。そのようなアレンジメント（または装
置）の１つはPrecision Environmental Systems社によ
って製造された。この会社は同一ユニット内のフロック
形成および凝集に有用な装置を製造している。このユニ
ットは、それの設計目的を達成するのにはかなり有用で
あるが、アレンジメントは非常に大きい設置面積を有
し、また、同一ユニット内で生じる種々の化学プロセス
に備えているものではない。

【００１２】水処理に関して当該分野で案出されたより
望ましいアレンジメントの中で、溶解したガスを酸化の
ために使用することは、おそらくかなり良い結果をもた
らした。現在知られている技術において、一般に酸化セ
ルは大気圧に開放されていて、溶液に溶解したガスは溶
液から放出され得る。この技術のアレンジメントは、可
能な限り気泡が溶液中に維持されるように、曲がりくね
った（または蛇行した）経路または他の加えられる力を
与える。これは、汚染物質が酸化され得るように酸化体
物質の反応サイト（気泡の表面）を与えるという利点を
有する。ガス状の物質がそれから表面に放出されると、
汚染物質は綿状に凝集して物質はそれから分離される。
これは通気（またはエアレーション；aeration）として
広く知られており、気泡を溶液中に維持し、従って、酸
化される又は除染される物質と気泡表面との相互作用の
程度を増大させるために、種々の装置がこの分野で提案
されてきた。

【００１３】溶液中でガスを維持するのに十分な圧力下
で、貯液容器（またはリザーバーもしくはタンク）また
は他のチャンバーあるいは閉じ込められた領域にガス状
の酸化体を導入することが可能なプロセスがあれば、好
ましいであろう。これは、溶液中の可能な限り小さい気
泡が溶液中に存在する汚染物質を酸化する機会を与え
る。溶解した酸化体ガスを溶液中で維持して可能な限り
小さい気泡を与え、したがって、分離すべき汚染物質と
の反応のために可能な限り大きい表面積を与えることが
でき、さらに気泡サイズの制御を可能にするシステムが
入手できれば特に好ましいであろう。

【００１４】本発明は、水溶液から汚染物質を分離する
優れた酸化技術および物質移動機構であって、圧力を減
少させ酸化体が溶液から出ていくのが好ましい時まで酸
化体が溶液中に維持されるものを提供することを目的と
する。

【００１５】本発明の１つの態様の目的は、水溶液から
汚染物質（またはコンタミナントもしくは不純物；cont
aminant）を分離する改良された方法を提供することで
ある。向流式物質移動（countercurrent mass transfe
r)機構が採用される。

【００１６】本発明の１つの態様のさらなる要旨は、連
続的に汚染物質を水溶液から分離する方法であって：汚
染物質を含む水溶液を供給する工程；入口および出口を
有し、前記入口が前記出口よりも高い位置にある閉じら
れた貯液容器（または容器、リザーバーもしくはタン
ク）を供給する工程；前記水溶液を前記貯液容器に導入
する工程；酸化体を前記水溶液中に引き込む（または同
伴させる、もしくは取り込む）工程；貯液容器内を過圧
（または大気圧よりも高い圧力；super atmospheric pr
essure）に維持して前記酸化体の気泡のサイズを最小限
にして、それにより水溶液中の前記汚染物質が利用可能
な酸化体の気泡の表面積を最大限にする工程；前記汚染
物質を酸化すること；ならびに前記貯液容器の外部にお
ける圧力変化（もしくは圧力の急激な変化または圧力の
不連続；pressure discontinuity）を選択的に引き起こ
して、酸化された汚染物質をフロックにして前記水溶液
から分離した相にする工程を含む方法を提供することで
ある。

【００１７】酸化体に関しては、オゾンが本発明で使用
するのに好ましい酸化体の１つであるが、特に、塩素、
臭素、過酸化水素、適当な窒素化合物のような他のいず
れの適当な酸化体も使用できることが容易に理解される
であろう。

【００１８】反対にした又は逆流させた通気システムを
実際に提供することによって、汚染物質が効果的に酸化
されることが判った。貯液容器は隔離されたチャンバ
ー、端部が閉じられたチューブであってよく、あるいは
別法として、水溶液中の汚染物質の地中処理のために空
隙構造（もしくは地絡構造；earth formation）を含ん
でいてよい。本発明の方法において、入口は出口よりも
高い位置に配置される。この様式において、入ってくる
引き込まれたガス状の酸化体は溶液を通過して下向きに
移動させられ、したがって、処理すべき水溶液と向流式
で作用するであろう。チャンバーの貯液容器コンテナ等
において過圧を維持することにより、ガス状の酸化体は
溶液中に非常に細かい気泡となって維持される。これは
顕著な結果をもたらした。なぜならば、より小さい気泡
は、汚染物質と接触する表面積を著しく増大させて汚染
物質を酸化するからである。これは、貯液容器内の圧力
および貯液容器の出口の圧力をコントロールすることに
よって達成される。このようにして、圧力は効果的に調
節することができ、使用者の要求に圧力を合わせること
ができる。これは、従来の技術、即ち、開放された容器
を事実上供給し、したがって圧力を大気圧と等しくし、
ガスが通過させられる回旋状または曲がりくねった経路
を単に与えている従来の技術と、著しい対照をなしてい
る。従来の技術の概念は、溶液中で気泡を維持して気泡
を処理される物質と少なくとも部分的に接触させること
を試みるために、曲がりくねった経路を与えることであ
った。従来の技術の手法は実際には、酸化のためにガス
が溶液中を通過させられる通気方法である。

【００１９】本発明の相違点はかなり顕著であり、この
技術に重大な進歩をもたらす。閉鎖されたチャンバー内
で圧力を維持することによって、使用者が選択した時間
中、ガス状の酸化体を溶液中に維持し得ることが判っ
た。これは、従来の技術が提案していたものとは対照を
なす。この態様は、チャンバー内で酸化体の気泡サイズ
の制御を可能にし、酸化体の気泡と水溶液による向流接
触を容易にし、さらに使用者が選択した圧力変化を、例
えば、流体力学的空洞現象（または流体力学的キャビテ
ーション；hydraulic cavitation）の形で可能にしてフ
ロックの形成を引き起こす。このレベルのコントロール
は従来の技術のいずれにおいても、これまで提案されな
かった。実際、従来の技術は、コントロールされたプロ
セスとは反対の「行き当たりばったり」的な通気プロセ
スを利用していた。コントロールされたプロセスはま
た、清浄な水溶液および多量のフロックの形成をもたら
す。

【００２０】本発明の一般的な概要と同様のことが、浮
上分離（dissolved air flotation）、流体空洞現象、
流体力学、物質移動および電気凝集を含む一連の技術を
同様に統合する。これらの概念は結びつけられて効果的
な汚染物質分離プロセスを与え、汚染物質に依存しな
い。これは従来の技術においては不可能であった特徴で
ある。既存の技術は、たいていの場合、処理されるシス
テムに存在する物質に左右される方法を提案する。都合
の良いことに、貯液容器の物質出口に対応させて物質入
口の圧力をコントロールすることによって、最大量のガ
ス状の酸化体を溶液中に保持することができ、それによ
り、可能な限り高い密度で可能な限り小さい気泡を溶液
中で可能な限り長い持続時間で与える。これらの特徴は
電気凝集の原理とともに、本明細書で説明するプロトコ
ルの良好な結果に寄与する。

【００２１】上述の物質移動プロセスを増大させるため
には、その技術と電気凝集とを組合せることが優れた結
果をもたらし、当該技術に関連する制約および問題を著
しく減少させることが判った。事実、本発明の１つの態
様の更なる要旨として、ガス状の酸化体システムを有す
る制御は電気凝集の利点と統合され得るであろう。した
がって、本発明の１つの態様の更なる要旨として、汚染
物質を水溶液から分離する連続的な方法であって：汚染
物質を含む水溶液を供給する工程；入口および出口を有
し、前記入口が前記出口よりも高い位置にある閉じた貯
液容器を提供する工程；前記水溶液に電場を印加するた
めに貯液容器に電気セルを配置する工程；前記水溶液を
前記貯液容器に導入する工程；酸化体を前記水溶液中に
引き込む工程；前記貯液容器内を過圧に維持して前記酸
化体の気泡のサイズを最小限にして、それにより前記水
溶液で前記汚染物質が利用できる酸化体の気泡の表面積
を最大限にする工程；前記汚染物質および前記酸化体を
酸化すること、及び前記電場に曝すことによって汚染物
質をフロック化する工程；ならびに貯液容器の外部にお
いて圧力変化を選択的に引き起こして、残存する酸化さ
れた汚染物質をフロック化して水溶液から分離した相に
する工程を含む方法が提供される。

【００２２】１つの態様の更なる要旨は、水溶液から汚
染物質を分離する方法であって： ａ．汚染物質を含む水溶液を供給する工程； ｂ．前記酸化体を溶液中で維持するために調節可能な過
圧下で前記水溶液を酸化体で酸化する工程； ｃ．汚染物質を電気凝集するために前記水溶液を電気セ
ルに曝す工程 ｄ．圧力変化を選択的に引き起こして、凝集し酸化した
汚染物質をフロックにして前記水溶液から独立した相に
する工程を含む方法を提供することである。

【００２３】水溶液が有機、無機廃物（または汚染物
質）の両方または両方の組合せを含んでよいという事実
は特に価値がある。

【００２４】本発明のさらなる要旨は水溶液から汚染物
質を分離する装置であって：汚染物質を含む水性ソース
（または供給源；source）；入口および出口を有し、前
記入口が前記出口よりも高い位置に配置されており、前
記入口が水性ソースと連通している、加圧可能な閉じた
貯液容器；加圧下で前記貯液容器に酸化体を導入する手
段；貯液容器に配置された、前記水性ソース中の物質を
電気凝集させる電気セル；電流を前記電気セルに供給す
る手段；および処理水溶液において流体力学的空洞現象
を選択的に引き起こし、酸化された汚染物質をフロック
にして前記水溶液から分離した相にする手段を有する装
置を提供することである。

【００２５】本発明の１つの態様の更なる要旨によれ
ば、水溶液から汚染物質を分離する方法であって：汚染
物質を含む水溶液を供給する工程；入口が出口よりも低
い位置にある入口および出口、処理される水溶液と接触
する電極、および可動電流キャリヤ（または電流担体）
を有する貯液容器を含む閉じた電気化学反応器を提供す
る工程；酸化体を前記水溶液中に引き込み、水溶液を貯
液容器に導入する工程；水溶液に電流を通すために貯液
容器内で可動電流キャリヤを流動化する工程；電極に電
圧を印加する工程；水溶液中で酸化された汚染物質の分
離可能なフロックを形成する工程を含む方法が提供され
る。

【００２６】可動の（または移動もしくは流動し得る）
電流キャリヤ（ビーズ）を使用することによって、フロ
ック形成工程が著しく向上することが認められた。キャ
リヤが導電性物質である場合、それは、セル内に配置さ
れる電極よりも電子をより供給しやすい材料から構成さ
れ得る。これは電極の寿命を長くし、電子の時期尚早な
劣化を減少させる。さらに、セル内でキャリヤを流動化
させることによって、引き込まれた加圧された酸化体の
存在下にてイオンの豊富な環境がもたらされ、この状態
は非常に効果的にフロックを形成させることとなる。

【００２７】本発明の１つの態様の別の要旨によれば、
汚染物質を含む水溶液から汚染物質を分離する装置であ
って：入口および出口を有し、前記入口が前記出口より
も低い位置に配置されており、前記入口が水性ソースと
連通している、加圧可能な閉じた貯液容器；前記貯液容
器に酸化体を導入する手段；前記水性ソースと接触する
電極；水性ソース中にあるときに、電極間で電流を流す
（または伝達する）可動電流キャリヤ；電極に電圧を供
給する手段を含み、電極に電圧を供給することによっ
て、可動電流キャリヤが水溶液中で貯液容器を移動させ
られたときに、キャリヤが電極から電流を運んで水性ソ
ース中の汚染物資を酸化し、分離可能なフロック相とし
てフロックにする装置が提供される。

【００２８】本発明を上記のように説明したうえで、好
ましい実施態様を示す添付した図面を参照する。各図に
おいて同じ符号は同じ要素を示す。

【００２９】［序文］本明細書で使用されるＢＯＤは生
物学的酸素要求量（または生化学的酸素要求量）を指
す；本明細書で使用されるＣＯＤは化学的酸素要求量を
指す。本明細書で使用されるＴＯＤは全酸素要求量を指
す。パーセント（％）で示される量は、別に示されてい
ない限り、重量パーセント（％）を指すと理解される。
記号ｗ／ｖは容量当たり重量を意味する。記号Ｏ₃はオ
ゾンガスを示す。ここで引用される他の化学記号はすべ
て通常の意味を有する。本明細書で使用されるＴＳＳは
全懸濁（または浮遊）固体を意味する。本明細書で使用
されるＴＤＳは溶解した全固体を指す。

【００３０】図面を参照すると、図１は本発明の方法を
実施するに際して用いられる装置の全体の模式図を示し
ている。この例において、有機汚染物質、無機汚染物質
またはそれらの組合せで汚染された水性ソースは、符号
10で示されている。流体をそのソース（10）から貯液容
器（14）に注入するためにポンプ（12）を設けてよい。
ソース（10）と貯液容器（14）の中間に、ベンチュリ
（16）を配置してよい。ベンチュリ（16）は、符号18で
示される酸化剤のソースと流体連通している。酸化剤が
ガスの状態にある場合、酸化剤はオゾン、臭素、塩素、
窒素化合物を含み得る。酸化剤が液体であるように選択
される場合、過酸化水素および他の関連する酸化体が有
用であろう。選択された酸化体がガス状でない例におい
て、酸化体は、当業者に公知の適当な手段によって、例
えば液体状態から気体状態に変換させることができる。
ソース（18）からの酸化体は、ベンチュリ（16）を利用
して貯液容器（14）に導入される。

【００３１】図示された例において、貯液容器（14）
は、少なくとも数気圧の圧力に耐え得る材料で構成され
た加圧可能なコンテナを含む。貯液容器（14）はベンチ
ュリ（16）と流体連通している入口（20）および出口
（22）を有する。入口（20）は出口（22）よりも高い所
に位置している。ベンチュリ（16）は酸化体を水性ソー
スに引き込み（または吸いこみ、同伴、取りこみ、もし
くはエントレインメント；entrainment）によって導入
する。引き込まれた酸化体および水溶液が貯液容器（1
4）に入ると、容器の内容物が加圧される。

【００３２】本明細書で説明する技術に関しては、貯液
容器（14）内で圧力を維持することが重要である。これ
はオゾンガスが溶液中に溶解するのを促進し、微細な泡
（図示せず）の形成を促進する。フロー（または流れ）
は入口（20）から出口（22）に向かって下方へ向かう。
この方法において、酸化体の気泡は水溶液と向流をなす
ように上昇する。このフロー・パターンは溶液中に小さ
い気泡が密集している場合に非常に有効である。小さい
気泡は、当業者であれば理解するように、より大きな気
泡と比較して大量の表面積を与える。加えて、圧力が維
持されれば、より小さな気泡は溶液中でより長い寿命を
有し、したがって、最大量の酸化力を与える。向流機構
は概括的に貯液容器（14）内の矢印（24，26）で示され
る。

【００３３】貯液容器（14）で十分な滞留時間が経過し
た後、出口（22）から出る酸化された物質はそれから、
流体空洞現象を引き起こすために圧力変化に付される。
この機構によって、圧力が解放されると、ガス状の酸化
体が溶液から出て、フロックとなった物質が実際に浮遊
し、その結果、フロック相が水性相から分かれる。圧力
変化は、フロー・コンストリクター（または流れ絞り
器；flow constrictor）、可変オリフィスプレート、ま
たは他の圧力解放機構によってもたらされ、それらは包
括的に符号28で示される。別個の相が形成され、したが
って汚染物質が水溶液から分離すれば、個々の相をさら
なる単位操作に付し得る。水性相に関して、水は、特に
イオン交換、特殊な蒸留手法によってさらに精製してよ
い。フロックに関していえば、フロックは特別な手法に
よって処理して、フロック内でマトリックス化され得る
何らかの価値を有するものに再生してよい。後で行われ
る上述の単位操作は図に示されていない。

【００３４】次に、図２には図１の装置のバリエーショ
ンが示されている。この態様において、符号30で包括的
に示されるセンサー装置が設けられ、水溶液が出口（2
2）から出る前に水溶液の過飽和を確保し、ベンチュリ
（16）により誘導される酸化体の量をコントロールす
る。これは、フロートバルブ（32）を設けることにより
実施される。フロートバルブは貯液容器（14）内で液面
に浮き、センサー（34）と電気的に接続している。次
に、センサー（34）はバルブ（36）と電気的または機械
的に通じている。バルブ（36）は酸化体（18）の供給源
と直接的に繋がっており、したがって、貯液容器（14）
内の液位が実質的に減少しているとフロート（32）が検
出すると、センサー（34）はバルブ（36）に信号を送っ
て、酸化体がシステムに導入されること、特にベンチュ
リ（16）を経由して入口（20）に導入されることを停止
する。別法として、このアレンジメント（または配置）
は簡単な通気管（図示せず）で置き換えることができ
る。

【００３５】次に図３を参照すると、図３には図１およ
び図２で説明されたものの別の態様が示されている。こ
の態様において、貯液容器（14）は地中に形成されたも
のとして示されており、この中には汚染源および水性相
（10）が配置されている。この態様はこの技術が直接的
に原油生産に適用され得るという事実をはっきりさせて
いる。これは、炭化水素の堆積または他の石油／有機化
合物が空隙構造（earth formation）において存在する
場合に利用される。空隙構造が過圧を長い時間持続する
のに十分でない物質から成る場合、その構造を物質で前
処理して、内側表面を不透水性にし、表面を固くし、あ
るいは長時間の圧力処理のために同様のものを準備する
ことができる。当業者であれば、適当な技術、化合物ま
たは他の処理を理解するであろう。

【００３６】このプロセスにおいて、酸化体は既に説明
した方法とほぼ同様の方法で導入することができる。酸
化体は構造内の入口（20）を経由して構造（14）に導入
される。上記で確認したように、構造（14）は、有機
物、無機物等の水性混合物を含み、したがって酸化体を
加圧して構造に導入することは、結果的には、図１およ
び図２に関して説明した機構と同じ機構（向流式）で汚
染物質を酸化する。酸化された物質は、圧力変化のため
に構造（14）内の出口（22）からポンプ（38）を経由し
てフロー・コンストリクター（28）に輸送され、したが
って酸化された化合物のフロックを形成しうる。フロッ
クが形成されると、汚染物質は水性相から有効に分離さ
れ、先に述べた後の単位操作に付すことができる。

【００３７】図１〜図３で説明したシステムの効率を増
加させるために、水溶液は電気凝集単位操作に付すこと
ができる。種々の態様をこれから説明する。

【００３８】図４を参照すると、図４には当該装置の別
のバリエーションが示されている。この態様において、
タンク（40）からの廃水はポンプ（12）で汲み出され、
ポンプ（12）の下流にあるベンチュリデバイス（16）を
経由する。オゾンのソース（18）によって生成されたオ
ゾンはベンチュリ（16）を経由して廃水中に引き込まれ
る。廃水はそれから貯液容器（14）内に配置された電気
（または電解）−フロック形成セル（electro-floccula
tion cell）（42）を通過する。貯水容器（14）および
セル（42）はひとまとめにして、以下、セル（42）と呼
ぶ。廃水はセル励起電子回路（cell excitation electr
onic circuitry）（44）によって生成された強い電場を
乱流となって通過させられる。それから、廃水は貯液容
器（14）から、例えばオフィリスプレート（28）である
フロー・コンストリクターを経由して、そこからタンク
（40）に戻る。

【００３９】ポンプ（12）とベンチュリ（16）との間に
ある廃水のフロー・ラインに、セル遮断バルブ（46）が
設けられる。ポンプ（12）とセル遮断バルブ（46）の間
に、排出遮断バルブ（50）を有するタンク排出ライン
（48）が接続される。セル遮断バルブ（46）は廃水処理
の間開いており、オペレーターが処理後、廃水をタンク
（40）から排出させたい場合に閉じられる。反対に、排
出遮断バルブ（50）は廃水処理の間、閉じられ、処理し
た廃水を排出させるために開く。

【００４０】ガスバルブ（52）が、廃水中へのオゾンの
フローを調節するために設けられる。ガスバルブ（52）
は、以下でより詳細に説明されるように、本発明の装置
の幾つかの態様において適宜電気的に制御される。

【００４１】オリフィスプレート（28）はステンレス
鋼、または廃水に対して溶解耐性を有する他の物質から
成るディスクであって、セル（42）とタンク（40）を繋
ぐ管に挿入され、エッジ（または縁）の鋭い開口部を少
なくとも１つ有するディスク（図示せず）を含んでよ
い。以下に詳細に説明される例示的な装置において、ベ
ンチュリ（16）を貫く流路よりも１０％程度大きい、単
一の開口部がオリフィスプレート（28）で用いられ、そ
の結果、装置の操作中、セル（42）内の廃水の圧力がポ
ンプの出口圧力よりも許容し得る程度低くなって、予定
された操作パラメータ内でベンチュリ（16）が適切に操
作されることを確保する。

【００４２】セル（42）内のより高い圧力は、幾つかの
廃水組成物に対して有利であり得るが、より高い圧力が
必要とされる場合には、ベンリュリ（16）で圧力を低下
させて処理される廃水の特定の組成について望ましい量
のオゾンを廃水中に引き込むために、ポンプ（12）はベ
ンチュリ（16）により高い圧力を与えるように選択され
なければならないことが理解されよう。オリフィスプレ
ート（28）の１または複数の開口部の面積を単純に減少
させてセル（42）内の圧力を増加させることは、ベンチ
ュリでの圧力低下を小さくするので、十分なオゾンがベ
ンチュリ（16）を経由してフローに引き込まれないため
に望ましくない。セル（42）内で所望の圧力が維持され
たとしても、オリフィスプレート（28）の１または複数
の開口部の面積が大きすぎることもまた好ましくない。
それはベンチュリ（16）での大きい圧力低下、および過
剰のオゾンの廃水中への引き込みをもたらし、セル（4
2）においてガスの蓄積およびオゾンの無駄、ならびに
セル（42）の操作の有効性がより低くなることを招くか
らである。

【００４３】次に図５を参照すると、図５には当該装置
の別のバリエーションが示されている。この態様におい
て、セル（42，42'，42"）のグループは、異なる電極ア
レンジメントを有するように示されている。セル（42）
内の電極は符号54で示され、ロッド（56，58）に接続さ
れ、ロッド（56，58）は次に、制御回路を含む定電流電
源（60）に接続されている。セル（42）の詳細に関する
より詳細な説明は後で行う。この構造（またはコンフィ
グレーション）において、セル（42）の出口（22）はセ
ル（42'）の入口（20）になっており、セル（42"）につ
いても同様である。酸化体（18）を必要なものとして加
えることができ、さらに、フロックおよび水性相を次の
セル内に移動する前に分離するべく、液体／固体分離デ
バイス（61）を回路に容易に組み込むことができる。

【００４４】異なる電極のジオメトリー（または幾何配
置）に関して言えば、セル（42）は同軸を有するように
鉛直方向で間隔を開けて配置した平行なプレートシステ
ムを与える。セル（42'）は延在する（または長い）電
極アレンジメントを与え、一方、セル（42"）は多数の
自由な（又はルーズな）ビーズを含む。

【００４５】図５は３つの異なる電極のジオメトリーを
示しているものの、これは例に過ぎない。セル（42）は
すべて、同じ電極ジオメトリーまたは他の組合せおよび
数量のいずれをも包含してよい。

【００４６】図６Ａおよび図６Ｂは操作状態にある逆流
方式のセル・アレンジメントを示している。図６Ａにお
いて、セル（42）は引き込まれた酸化体および水溶液と
ともに用いられる。引き込まれた酸化体および水溶液
は、矢印（62）で示されるフローの方向で入口（20）に
入り、出口（22）から出て逆流（back flush）セル（4
3）にその入口（20）から入る。適当なバルブ（64）が
出口（22）および入口（20）の間に配置される。セル
（43）内の流れの方向は矢印（66）で示される。セル
（43）内の物質は出口（22）に輸送され、次にフロー・
コンストリクター（28）に輸送される。適当なバルブが
出口（22）とコンストリクター（28）との間に配置され
る。

【００４７】図６Ｂは図６Ａの逆を示し、セル（42）は
逆流セルとして機能し、セル（43）は稼動（または処
理、運転もしくはサービス）セルとして機能する。セル
内でのフローもまた、図示するように逆にされる。操作
中、セル（43）からの処理された物質はセル（42）の入
口（20）に輸送される。バルブ（64）を使用してフロー
を制限し得、または無くし得る。処理された物質は出口
（22）およびコンストリクター（28）から出ていく。バ
ルブ（70）がコンストリクター（28）と出口（22）との
間に設けられる。

【００４８】セル（42）およびセル（43）は、二者択一
的に操作して逆流を容易にすることができ、したがって
図６Ａおよび図６Ｂのフローを交互に変えることができ
る。その場合、この説明において、セルの出口および入
口に関する説明は交換しなければならない；これは構造
の違いによるものではなく、むしろ操作上の相違によ
る。

【００４９】図６Ａおよび図６Ｂ間のサイクルは、必要
に応じて時間的に（または適当な時期に）変わる；短い
周期は３０秒から約１０分であってよく、より長い周期
は１時間から８時間またはそれ以上である。いつの時期
においても幾つの数のセルが稼動モードにあってよく、
あるいは逆流モードにあってよい。

【００５０】図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、図７Ａ
および図７Ｂには図６Ａおよび図６Ｂで示したものと同
様のアレンジメントであって、水溶液中の屑（またはデ
ブリ；debris）を捕集するものを備えたアレンジメント
が示されている。図示するように、符号72で示される屑
のトラップは、一般に各セルの各入口および出口に近接
して設けられる。トラップは、細かいメッシュのフィル
ター、パッド、セラミックボールまたは他の多孔性物質
のように屑を捕捉し保持し得るが、流体の通過は許容す
るであろう適当な材料のいずれをも含み得る。この特徴
は、各セルで清浄を維持し、したがって最適な性能を維
持するという利点をもたらす。

【００５１】図８Ａおよび図８Ｂは、逆流回路が符号72
で示される自由な（またはルーズな）ビーズを流動化さ
せるために用いられ得る態様を示す。ビーズ（72）は導
電性物質（後でさらに詳細に説明される）から成り、セ
ル（42/43）で部分的に消耗される。量の減少に伴って
層化が生じる。図示したアレンジメントに特有の逆流サ
イクルは層を再流動化し、さらにビーズの自己浄化とい
う利点をもたらす。

【００５２】図９および図１０は、セル（42）の別の内
部構造を２つ示している。図９はセル（42）を励起する
（またはセル（42）に電流を通す）電子回路（74）（図
９の構造では図示せず）がセル（42）内に封入されてい
ない１つの態様を示す；図１０は、セル（42）の構造の
下側部分を示し、当該部分には下側キャビティ（または
空洞）（76）が設けられ、キャビティにおいて電子セル
励起回路（74）が処理シンク（または凹部）（76）の内
部に封入されている。図９および図１０に示す態様は、
セル（42）の内部で廃水の液位を調節するために、過剰
ガスを排気するためのガス通気管（30）を含む。必要に
応じて、セル（42）内の廃水の液位は図２に示すような
フロートバルブセンサーシステム（30）によって調節し
てよい。

【００５３】図９に示すように、電気−フロック形成セ
ル（42）は一般に円筒形の長い、複数の部分から成る、
半径方向の断面が一般に円形であるケーシング（80）で
あり、ケーシングはＰＶＣパイプのように適当な非導電
性物質から成るものであってよく、あるいはプラスチッ
クの押出成形物またはガラス繊維から成るものであって
よい。

【００５４】ケーシング（80）は、間隔をあけて平行に
配置された１組のプレート（84）が取り付けられたキャ
ビティ（82）を有し、例示のため、そのようなプレート
（84）を１６個図示している。キャビティ（82）は、入
口（20）（入口にはベンチュリ（16）からの廃水が流れ
込む）、出口（22）（廃水は出口からオリフィスプレー
ト（28）に向かって流れる）および先に説明したガス通
気管（30）を除いて封止される。

【００５５】プレート（84）は、アルミニウムのような
適当な金属で形成できる。プレート（84）の代表的なも
のを図１１および図１２に示す。プレート（84）は、中
心をはずれたフロー開口部（86）を３個有し、開口部の
各中心は３つの等しい角度に区切られた半径方向の各線
（88，90，92）上に配置されている。フロー開口部（8
6）は鋭いエッジ（または縁）（94）を有する。プレー
ト（84）はまた、中央の開口部（96）および３つのロッ
ド開口部（98）を有する。ロッド開口部の中心はそれぞ
れ、半径方向の線（88，90，92）を二等分する半径方向
の各線上に配置されており、好ましくは、ロッド開口部
（98）の中心が、フロー開口部（86）の中心とプレート
（84）の中心との間の半径方向の距離とほぼ同じだけ、
プレート（84）の中心から離れるように配置される。プ
レート（84）は円形の対称形である；ロッド開口部（9
8）は円周方向でフロー開口部（86）と交互になってい
る。

【００５６】図９に示すように、プレート（84）は、ナ
イロンのような化学的に不活性であって強い材料から成
るロッドであって、嵌め込み用のナット（102）を装着
するように各端部にネジが切られたロッド（100）に取
り付けられる。ロッド（100）の周囲にプレート（84）
と交互に取り付けられた１組の１５個の同一の環状のス
ペーサー（104）は、連続するプレート（84）間で適当
な間隔を維持している。プレート（84）、スペーサー
（104）、およびロッド（100）の組合せは、ナット（10
2）を最も外側のプレート（84）に締め付けることによ
って一体に保持される。先に述べたようにフロック形成
を向上させるために、廃水はセル（42）を通過する曲が
りくねった経路をたどることが好ましい。廃水が通過さ
せられる開口部（86，98）の付近に強い電場を形成する
こともまた好ましい。廃水のフローのための曲がりくね
った経路を形成するために、いずれかの選択したプレー
ト（84）のフロー開口部（86）の中心と、（長さ方向に
おいて）当該選択したプレート（84）の両側に隣接する
プレート（84）のロッド開口部（98）の中心とがアセン
ブリーにおいて一直線上に位置するように、プレート
（84）の位相はロッド（100）に沿って交互となってお
り、それにより、概して廃水のバルク（bulk）のフロー
を曲がりくねった経路をたどらせて、より大きいフロー
開口部（86）を通過させる。さらに開口部（86）の鋭い
エッジ（94）は廃水のフローで乱流が生じるのを促進
し、また、局所的に電場を集中させる。

【００５７】プレート（84）をセル励起回路（74）に接
続し、プレート（84）を上述したように所望の整列状態
で保持するために、２つの金属製ロッド（106，108）
が、各プレート（84）において半径方向で向かい合った
ロッド開口部（86）およびフロー開口部（98）に挿入さ
れ、溶接箇所（110）にてロッド開口部（98）のエッジ
に溶接される。したがって、ロッド（106，108）はプレ
ート（84）の中心を通過する面においてロッド（100）
と平行に延びている。各ロッド（106，108）は１つおき
に、１つのプレート（84）において拘束されずにフロー
開口部（86）の中心を通過し、次のプレート（84）では
ロッド開口部（98）を通過し、これに溶接される。得ら
れる構造物はプレートを交互に２つの組に分け、各組は
独立したロッド（106，108）の１つに溶接され、したが
って各ロッドに電気的に接続されている。ロッド（10
6，108）は次にリード線（110，112）によってセル励起
回路（74）に接続され、以下に説明する方法で電流が供
給される。

【００５８】電流は２つのロッド（106，108）によって
プレート（84）に分配される。プレート（84）はアルミ
ニウムプレートで形成されてもよいが、鉄または溶液中
への金属溶解を許容する他の材料から製造されてよい。
幾つかの廃水組成については、異なる電気化学的な効果
をもたらすために、各セル（42）が異なるプレート材料
を有する２つまたはそれ以上のセル（42）を直列につな
いで使用することが有利である。プレート材料は、ター
ゲットとする汚染物質に適合するように経験に基づいて
最も良いように選択する。例えば、銅、炭素またはチタ
ンが幾つかの汚染物質については有用であり得る。

【００５９】コントロール可能な溶解した酸化体の概念
（当該概念は図１〜３に関連して説明されている）とと
もに、廃水が乱流となってプレート（84）（これはフロ
ーに対して部分的に障害物となる）と強制的に衝突させ
られるプレート（84）の構造は、先に提案された、セル
の構造設計でフローの中に配置される同心のパイプまた
はフローチャンバーに浸漬された単純な矩形のプレート
（両方の従来の構成において廃水はプレートと平行に流
れる）と比較して、電気凝集効果の増大をもたらすこと
が判った。

【００６０】一般に、セル励起電子回路（74）は、外部
の電源（図示せず）から受け取る線電流を整流および制
御する。線電流はパルス幅が変調されたものであり、リ
ード線（110，112）を介してプレート（84）に流され、
それによりプレート（84）に周期的に電圧を加えて、プ
レート（84）の付近で比較的強い電場を形成するのに十
分な電圧だけプレートの電位が交互に異なるようにして
いる。電極（84）に加えられる電流パルスのパルス幅を
変化させることにより、統合された電流（したがってセ
ル（42）によって消費される電力）を調節することがで
きる。約１Hz〜約１０００Hzの範囲のパルス周波数およ
び約０．１Ａin^-2〜１０Ａin^-2の範囲の統合された電流
密度がたいていの条件に関して一般に適当である。電流
のフロー（または電流の流量）は廃水の導電率によって
決まり、また導電率は装置の操作中変化し得るので、セ
ル励起電子回路（74）は、パルスの間に測定されたプレ
ート（84）間の導電率の測定値を使用して、次のパルス
の最適なパルス幅を決定する。セル励起回路（74）はま
た、パルスの極性を周期的に逆にして、プレートに凝集
体が蓄積するのを防止する。

【００６１】セル励起電子回路（74）は、セル励起信号
発生器、パワースイッチングデバイス、アナログ−デジ
タル変換器、タイマー、シグナル・マルチプレクサー、
およびセルの操作を最適化するための他の回路要素を含
むと考えられ得る。そのようなエレクトロニクスは、ダ
イオードおよびトランジスターのような独立したデバイ
スにおいて実現し得るが、好ましくは、図１３および図
１４に示すように、数式の電子的（または電子機器の）
等価物を操作し得るデジタル論理回路デバイスである。
セル励起回路（74）は、図１５および１６に一般に示さ
れるように、代わりにマイクロプロセッサー（114）を
利用して、外部の計算装置（例えばラップトップコンピ
ュータ）または他の直列データ転送システムでプログラ
ム可能なようにしてよい。

【００６２】図１３、１５、１６および１４は、セル励
起回路（74）の適当な態様の詳細な模式的な回路図（図
１３および図１４）または機能ブロック図（図１５およ
び図１６）を与えている。

【００６３】回路（74）の好ましい態様には、整流した
ＤＣ出力をセル（42）に与えるブリッジ整流器（図示せ
ず）を含む単極性電源が含まれる。極性逆転回路が、セ
ル（42）を流れる電流の極性を周期的に逆転させるため
に設けられる。極性逆転は図１４に示す電流スイッチン
グデバイスの、または図１５に示すようなマイクロプロ
セッサーをベースとする制御システムが用いられる場合
には図１６に示す電流スイッチングデバイスの、「Ｈ」
パターン（図１３では一般に参照符号116で示される）
内にセル（42）を配置することにより実施し得る。その
ようなデバイスは、シリコン制御整流器、絶縁ゲートバ
イポーラトランジスター、または大きい電流（例えば広
範囲の周波数に及ぶであろう電流）をスイッチングでき
るその他のデバイスのような、半導体スイッチング・コ
ンポーネントであり得る。極性逆転の頻度は、経験に基
づいて最も良いように決定され、廃水から除去すべき汚
染物質の性質および量に応じて決まると考えられる。

【００６４】周期的に極性が逆転されることに加えて、
セル（42）に供給される電流は、図１３または図１５に
示される電子回路（74）の部分によってパルス幅が変調
される。パルス幅は廃水の導電率から決定され、パルス
幅の選択は、セル（42）を通過する、時間で平均した電
流のフローを決定する。パルス幅は数ナノ秒から数秒の
範囲に及び、単一のセル配置（またはコンフィグレーシ
ョン）と固定された電源によって処理される幅広い導電
率を有する廃水の処理を可能にする。以下に説明される
例示的な態様において、処理可能な廃水の範囲は、一般
的な湖の飲料水の導電率である５０マイクロモーの導電
率を有する真水に近いものから１００ミリモーを超える
導電率を有する濃縮された海水にまで及ぶ。回路（74）
が連続的に導電率を測定しているので、装置は導電率が
急に変化する廃水、例えば、真水から塩水の導電率に交
互に導電率が変わる魚類処理プラントの廃水のフローを
処理することができる。回路（74）は、その場で、セル
を流れる廃水のリアルタイムの導電率を測定する。その
ような測定は、セルに供給される電流を電気凝集現象が
最大限となるのに十分なレベルに制限するために用いら
れる。そのような導電率データは、電子回路（74）にイ
ンターフェースで連結された外部の導電率センサー（図
示せず）によって得ることができる。あるいは、時分割
多重化を利用して、セル（42）の内部電極（ロッド10
6，108）を励起電流による導電率測定のために時間分割
方式で使用して同様のデータを与えることができる。セ
ルの電流は、図１５にて参照符号118で示される変流器
電流測定デバイス（current transformer current meas
uring device）により測定されて、セルのエネルギー消
費を制御するためにマイクロプロセッサー（114）への
インプットを形成する；この同じ電流値データを用いて
廃水の導電率を算出することもできる。

【００６５】図１５および図１６は、ＰＷＭコントロー
ルを実施するためにマイクロプロセッサー（114）を使
用していることを一般に示す。図１５の参照符号120、1
22、124はそれぞれ、温度、導電率、および濁度のセン
サーからマイクロプロセッサー（114）へのデータライ
ンを示す。図１６は、破線で囲まれた図１５の一部の別
個のコンポーネントの態様を示す。図１５のブロック
（126）は、図１６に示す４個の独立したデバイス（12
8，130，132，134）によって実行される機能を示してい
る。同様に、図１５で参照符号136により示されるデー
タのフローは、図１６に示す４個のシグナルライン（13
8，140，142，144）を示す。参照符号146は、電流のフ
ローのデータを演算増幅器を経由して変流器電流測定デ
バイス（118）からマイクロプロセッサー（114）に供給
するデータラインを示す。参照符号148は、マイクロプ
ロセッサー（114）をプログラミングするラップトップ
コンピュータのような外部の計算装置または他の直列デ
ータ転送システムからの通信データのフローを示す。

【００６６】先に説明したように、ベンチュリ（16）お
よびオリフィスプレート（28）は、セル（42）が過圧下
で操作されてセル（42）内でガスの溶解をもたらすよう
に選択される。電気凝集プロセスの間、電解によりセル
（42）内で生成された気体は、圧力変化が圧力減少の形
態で生じない限り、溶液中にとどまるであろう。ベンチ
ュリ（16）を経由して廃水に引き込まれたオゾンは、廃
水が大気圧よりも高い圧力に維持される限りにおいて、
セル（42）内で廃水中に溶解するであろう。オゾンは強
い酸化体および凝集剤であると認められている（別に、
過酸化水素、塩素、臭素、窒素化合物、または他の適当
な酸化体を使用できる）。

【００６７】セル（42）の機械的な構造（または構成）
は、廃水が過圧下で乱流となって通過させられる集中し
た電場を提供するという好ましい特性を具体化するもの
であるが、それは別の構造（または構成）で置き換える
ことができる。例えば、図１７のスパイラル・コンフィ
グレーション（150）に示されるように、水の流れをス
パイラル・コンフィグレーションの鉛直な壁（156）同
士の間に閉じ込める上側プレート（152）と下側プレー
ト（154）（図１８）との間に加えられる集中した電場
が流体に作用するので、廃水は固体を分離する遠心力に
より加速される。水が外側の末端で入口（158）からス
パイラル・コンフィグレーション（150）の中心に向か
って流れると、２つの独立した流出フローが形成され
る；一方の流出フローは固体のスラリーであり、他方の
ものは処理された液体である。２つの流出フローはそれ
が中心に達した後、処理された水のフローを、出口（16
2）に向かう処理された水のフローおよび出口（164）に
向かう固体のスラリーに分離するために、バッフル（16
0）によって分離される。

【００６８】必要に応じて、図１９において破線で囲ま
れた回路によってセル（42）に適用されるプレート（8
4）間の高電圧のパルスプラズマ放電は、セル（42）内
で全体の電気化学的反応に追加的に寄与し得る。水また
は水−固体スラリーへのパルスパワーの放出は、水中の
電極ギャップ間の蓄積された電気エネルギーの周期的な
急速な放出により特徴付けられる電気水力学的な現象で
ある。セル（42）のプレート（84）はセル励起回路（7
4）の制御下で時分割方式で使用される。このようにし
て、プレート（84）の通常の励起は、プラズマ放電がプ
レート（84）間で引き起こされている間の短い所定期間
の間、停止する。プラズマ放電が終了した後、通常の励
起が再開する。その結果得られる、高度にイオン化した
加圧されたプラズマは、解離、励起およびイオン化によ
って廃水のフローにエネルギーを伝達する。プラズマ放
電は高圧衝撃波（＞１４，０００ＡＴＭ）を生成する。
強度の空洞現象が、関係する化学的な変化とともに生
じ、さらには、懸濁および溶解した固体を水から分離す
る。プラズマ放電はまた、プレートを洗浄する作用を行
い、また自由電子表面を維持するのに役立つ。

【００６９】図１９は、プラズマ放電が、１組のプレー
ト（168）を有するテストセル（166）において、プレー
ト（168）の通常の励起を中断している短い時間の間に
どのようにして連続的に生成されたかを図示している。
プラズマ放電は、インダクター（174）を介してセル（1
66）に接続された適当な電源の供給電力（172）によっ
て帯電させられた大きなコンデンサーバンク（170）に
より生成される。コンデンサーバンク（170）の圧力
は、セル（166）のプレート（168）間でプラズマ放電を
生じさせるのに十分ではない。放電はパルス発生器（17
6）および逓昇変圧器（178）を含む再生コイル（tickle
r）によって開始させられる。パルス発生器（176）はセ
ル励起回路（74）の制御下で信号ライン（180）によっ
て制御される。パルス発生器（176）は逓昇変圧器（17
8）にトリガーパルスを加えて、プレート（168）間に印
加される高圧パルスを誘発し、プレート（168）間でス
パークを発生させる。スパークはイオン化された経路を
セル（166）に形成する。パスが形成されると、コンデ
ンサーバンク（170）に蓄積された電荷がイオン化され
た経路に沿って流れることが可能となる。インダクター
（174）はスパーク電流がコンデンサーバンク（170）を
通って地面に達することを防止する。

【００７０】複数のプレート（84）を有する一般的な生
産セル（42）（production cell）において、いずれの
隣接する組のプレート（84）間のスパークも全てのプレ
ート（84）を洗浄するのに十分なプラズマ放電を形成す
ること、ならびに、したがってそれは、いずれの特定の
放電においてもスパークが１つの隣接するプレート（8
4）の組の間だけで跳ぶであろうという可能性があるに
もかかわらず、プレート（84）に通常の励起をもたらす
ために使用される同じ接続ライン（110，112）の時分割
によってプレート（84）の組の全てに高電圧のパルスを
加えるのに十分であろうことが考えられる。したがっ
て、図１９に示す破線で囲まれた回路は、非常に多数の
プレート（84）を有するセル（42）とともに使用され得
る。尤も、時分割回路（図示せず）が、スパーク放出の
衝撃の影響を励起電圧から絶たせるために必要とされ
る。

【００７１】別法として、プレート（84）の付近にて独
立したスパークギャップ（または火花間隙）（図示せ
ず）もまた用いることができる。好ましくは、独立した
スパークギャップは、スパークの形成を促進する何らか
のガス（たいていの場合オゾン）が存在する傾向にある
入口（20）付近に配置すべきである。

【００７２】必要に応じて、図２０に示すようにセル
（42）の周りに巻かれた磁気界磁コイル（または磁場コ
イル）（182）は、適宜、セル（42）内で全体の電気化
学的反応に追加的に寄与し得る。界磁コイル（182）に
繰り返しパルスが送られて磁場を形成する。以下の実施
例で説明される類の例示的な装置において、１０，００
０ガウスを超える磁界強度が１８０ボルトのパルスを利
用して得られる。廃水から不純物を取り除くのに必要と
される、セルを通過する時間および回数が、２０％まで
減少することが、この変形例において観察された。

【００７３】本発明のアレンジメントの有効性に関する
実施例を挙げる前に、セル（42）の別の２つの態様を示
す図２１および図２２を参照する。

【００７４】図２１においては、わかりやすくするため
にパーツが省略され、また、ロッド（100）（背景につ
いては図９を参照）はセル（42）内に回転可能なように
取り付けられて、モーター（182）によって回転でき
る。モーター（182）は回路（74）または他の適当な電
源（図示せず）によって作動され得る。各プレート（8
4）はケーシング内（80）でロッド（100）に取り付けら
れ、ケーシング（80）内においてその場で回転してもよ
い。プレート（84）の回転は、それの清浄度を維持する
のを助け、したがってセル全体の性能を維持する。酸化
／フロック形成プロセスをさらに増大させるために、ロ
ッド（100）はオーガー（またはらせん：auger）状の輪
郭（184）を有してセル（42）内で流体を移動させ、ま
た、溶解したガスと水溶液の向流相互作用を補助してよ
い。これらの概念は図１〜図３に関して既に説明してい
る。

【００７５】図２２はセル（42）の同様の図を示してい
るが、プレート（84）の代わりにビーズ（72）を使用し
たものである。ビーズ（72）はプレート（84）に関して
説明した物質と同様の物質を含む。ビーズ（72）のサイ
ズは５０メッシュから１．５インチの範囲にあってよ
く、これは当然にセル（42）の特定の要求に応じて決定
されるであろう。電源（60）（図示せず）から供給され
る電流は、ロッド（56，58）に送られ、ロッド（58）は
導電性ビーズ（72）と相互作用する。オーガーロッド
（184）の設置は、セル内でビーズ（72）を循環させ又
は再流動化させるのに役立ち、また、有利には処理中、
ビーズから効果的にデブリを除去してビーズを洗浄し、
したがって処理のための新しい（またはきれいな）反応
表面を定期的に与える。この流動化はまた、ビーズの塊
をより均一に無くすこと（またはより均一な質量損失）
を促進し、他のビーズと比較して不相応な重量を有する
ビーズの部分を有しない。これに伴って有利には、これ
はプロセス制御を促進する。

【００７６】ビーズまたは粒子を用いる種類の装置に関
して、空間を占める水の体積に対してビーズが大きい表
面積を与え、結果的に導電率の低いフィードを処理する
のと同等の処理をすることが判った。本質的に、ビーズ
を用いて大きいプレートタイプの電極と同じ効果を得る
場合、セルを操作するために必要とされるアンペア数は
より低い。以上において本発明を説明したので、次に実
施例を説明する。

【００７７】

【実施例】上述の本発明に従って構成した例示的な試験
装置は下記の特徴を有していた。図９〜１２に示す例示
的なセル（42）とともに使用するために、称呼圧力６０
psi（ゲージ圧）にて速度６ガロン／分で中水道水（gra
y water）または汚染された廃水（もしくは流出水）を
供給することができるようにポンプ（12）を選択し、ベ
ンチュリ（16）をMazzi Injectorモデル６８４とし、ガ
スバルブ（52）をニードルバルブとし、オゾン源（18）
を１時間につき約４ｇのオゾンを供給するように選択し
た。セル（42）内の廃水の圧力はポンプ圧力の約半分と
なるように選択し、この場合においてはポンプの出口圧
力６０psi（ゲージ圧）に対し３０psi（ゲージ圧）とし
た。一般に、そのようなセル（18）を設計するにあた
り、ベンチュリ（16）での圧力降下はポンプ圧力の約半
分であれば十分である。セルにおいてより高い圧力を用
いてプロセスの効率を向上させることが可能であるが、
より大きなポンプおよび当該ポンプを運転するためのよ
り大きな電力に必要なコストはより高くなる。

【００７８】以下の説明において、特定のセル（42）の
正確な寸法を示して、そのセルに関する試験結果を与え
るが、セル（42）は設計者が適当であると考えるいずれ
のサイズにも設計し得ることが理解されるべきである。

【００７９】ケーシング（80）の直径は重要ではない。
以下の説明においては例示のために３インチの内径を採
用した。

【００８０】プレート（84）は厚さ０．１２５インチの
タイプの６０６１−Ｔ６アルミニウムで形成し、直径は
２．９９０インチとした。開口部（86）は直径が１．０
００インチであって、その中心はプレートの中心から
０．８７５インチの距離にて半径方向の線（88，90，9
2）の各線上に配置させた。開口部（96）は０．３８０
インチの直径を有し、直径０．２６５インチの３個のロ
ッド開口部（98）はそれぞれプレートの中心から０．８
７５インチの距離にて、半径方向の線（88，90，92）を
二等分する半径方向の各線上にその中心を位置させた。

【００８１】プレート（84）は、直径３／８インチの
６．５００インチのナイロン製ロッドであって各端部に
ナイロン製のナット（102）に合うようにねじが切られ
たロッド（100）に取り付けた。プレート（84）は、１
組の１５枚の直径０．５００インチのテフロン（登録商
標）製スペーサー（104）によって、長さ方向で等間隔
となるように互いに間隔をあけて配置した。各スペーサ
は０．３７５インチの中央開口部および０．２５０イン
チの厚さを有するものであった。

【００８２】金属ロッド（106，108）を、直径が１／４
インチ、長さが１４．２５０インチとなるように選択
し、互いに１．７５０インチ間隔をあけて配置した。

【００８３】セル励起回路（50）は三相の２２０ＶのＡ
Ｃ６０Ｈｚラインから電力を得た。連続するプレート
（84）とプレート（84）との間の電位は廃水の導電率に
応じて選択した。導電率の高い廃水、例えば魚類処理プ
ラントの廃水については、セル内の電圧は低く約３０ボ
ルトであって２０アンペアの電流を通過させるのが一般
的である。これは、セルにおいて約６００ワットの消費
電力をもたらし、それは上述したサイズおよび構造の直
径３インチのセル内のより導電率の低い廃水に関して、
適当な消費電力値である。プレートには、６００Hzのパ
ルス周波数にて６．５マイクロ秒から２秒の間で変動す
る幅のパルスにより電圧が加えられて、２０〜２５アン
ペアの時間平均電流を生じさせる。電流をより大きくす
ることは可能であり、電流をより大きくすることは（運
転コストはより高くなるものの）より大きなセルにおい
ては望ましいであろう。しかし、小さなセルにおける過
熱を防止するために電流は制限されなければならない。
加えられるパルスの極性を３０秒〜２分の範囲の間隔で
逆転させることは、試験において除去されることが求め
られる汚染物質に関しては好都合であることが判った。

【００８４】平均的な塩水の汚水について、プラズマ放
電を利用する場合、約４０００Ｖの放電電圧が十分であ
ることが判り、５秒間隔で放電された。

【００８５】上述した例示的な廃水処理装置を使用した
試験結果を以下に示す。「ＢＯＤ」は５日間のＢＯＤを
意味する。

【００８６】［実施例１］アイルランドのキリーベッグ
ス（Killybegs）の大規模な魚類加工プラントから廃水
の抜取試料を採取した。サンプルを採取したとき、この
プラントはマグロおよびニシンを加工していた。サンプ
ルはスクリーニング後であって、公営下水道に排水され
る前に採取した。約６リットルの廃水サンプルを、試験
ユニットを用いて処理した。未処理の廃水および処理し
た廃水をサンプリングして分析した。分析結果の概要を
表１に示す。

【００８７】

【表１】

【００８８】廃水は処理プロセスの間、十分にフロック
を形成し、フロックとなった物質はほとんどが液体の表
面に現れた。廃水のＢＯＤは約９５％減少し（これはか
なりの減少である）、ＣＯＤおよび浮遊固形物濃度も同
様に減少した。サンプルのｐＨは僅かに上昇して７．３
となったが、排出には影響しない。この試験においては
セル（42）の通過は３度実施した。

【００８９】［実施例２］廃水のサンプルをアイルラン
ドのキリーベッグス（Killybegs）の第２の魚類処理プ
ラントから、スクリーニング後、採取した。処理試験の
結果は表２に示すとおりである。

【００９０】

【表２】

【００９１】ＢＯＤ、ＣＯＤ、および浮遊固形物質の減
少量はすべて９５％を超えていた。サンプルのｐＨは処
理後７．７に上昇していた。この試験においてはセル
（42）の通過は３度実施した。

【００９２】［実施例３］サンプルをアイルランドのキ
リーベッグス（Killybegs）の第３の魚類処理プラント
から、スクリーニング後、採取した。当該プラントはサ
バを処理しており、廃水への大量の油（２０％に及ぶ）
の流入が予想され得た。プラントの管理者は、彼らの意
見では、この活量は廃水濃度に関してあり得る最も悪い
状態の１つの典型を示していると述べた。サンプルの結
果を表３に示す。

【００９３】

【表３】

【００９４】この結果は、ＢＯＤ、ＣＯＤおよび浮遊固
形物質が９５％以上減少したことを示している。この試
験においてはセル（18）の通過は６度実施した。

【００９５】本発明の装置においてプレート（84）は、
先に開示された当該分野において公知の電気−フロック
形成（もしくは凝集）セルのプレートと比較して、非常
にゆっくりと腐食することがわかった。これは、向流で
ある溶解したガス、プレート（84）の表面積を従来のプ
レートよりも減少させたこと、プレート（84）の開口部
（86，98）の鋭いエッジ、オリフィスプレート（28）の
開口部の鋭いエッジの組合せによるものであると考えら
れる。電場を局部に集中させる、そのような鋭いエッ
ジ、およびプラズマ放電を適宜使用することは、空洞現
象をもたらすと考えられる。空洞現象は固体の粉砕を招
くが、粉砕すると、得られた砕片は再結合して空洞現象
が生じる前よりもよりきれいな水をもたらすと考えられ
る。しかしながら、プレート（84）の開口部（86，98）
の鋭いエッジおよびオリフィスプレート（28）の開口
部、またはプラズマ放電の任意の使用のいずれかによる
空洞現象は、セル（42）の操作にとって不可欠なもので
はない。セル（42）の背圧が重要であり、したがってオ
リフィスプレート（28）は、適当な寸法のいずれの狭窄
部材（またはコンストリクター）でも置き換えることが
できる。

【００９６】要約すると、閉じたセルまたは貯液容器の
中で酸化体を背圧とともに使用することは、当該システ
ムにおける反応に使用する酸化体の小さい気泡の利用可
能性を高くする。無比である、このプロトコルは、水性
系で汚染物質を分離するのに極めて効果的である。この
プロトコルが説明した電気化学的な態様によって増強さ
れると、相乗的作用が得られ、単位操作のような別のプ
ロセスに組み込まれるという長所を有する非常に強力な
分離システムが提供される。

【００９７】ここで、図２３〜２６を参照すると、別の
態様の電気セルの種々の図が示されている。

【００９８】図２３には、電気セル（42）が円錐形の底
部を有する円筒形のセルのボディを含む別の態様の断面
が示されている。セルの底部には、処理される水溶液を
流入させるための、放射状に間隔をあけて配置された複
数の入口（20）が含まれる。

【００９９】この態様において、電極のアレンジメント
は、先の態様において提案されたそれとは異なってい
る。さらに（本明細書において後で述べるように）可動
電流キャリヤもまた供給される。この態様において、貯
液容器（14）のボディ（または本体）は、貯液容器（1
4）の内部に実質的に配置された第１電極および第２電
極を含み、第２電極は符号204で示される。図２３に示
すように、電極（204）の僅かな部分が貯液容器（14）
の外側に延びている。電極の寿命を保つために、電極は
好ましくは酸化イリジウムで被覆されたチタンから成
る。この組成は、それが溶液中に金属イオンを容易に供
給することを促進しないために特に有用である。他の態
様に関して本明細書で先に説明したように、適当な導電
性材料（例えばステンレス鋼または他の適当な化合物）
のいずれをも使用してよいことが理解されよう。しかし
ながら、寿命を長くするためには酸化イリジウムで処理
されたチタンが特に有用であり、現実に電気化学的に劣
化しにくいことがわかった。

【０１００】図２３に示すように、電極（204）はセル
（42）の縦方向（もしくは長さ方向）の軸と同軸の関係
におり、実際にはセル（42）から独立している。

【０１０１】電極（204）と関連する特徴の１つは、そ
れがガイド部材として有効に作用するという事実であ
る。電極（204）は、対向する端部（202，206）を有す
る実質的に中空の管状部材である。端部（202）は理解
されるように、可動電流キャリヤの入口であり、電極
（204）はこれをガイドする機能を奏する。ガイド（20
4）は実質的に貯液容器（14）の全長にわたって延び、
端部（206）は出口（200）から離れたところで終わって
いる。一般に、電極（204）の入口（202）に近接する位
置にて、かつセル（42）の内部に、開口部（208）が含
まれる。開口部（208）は可動電流キャリヤ（72）が再
度入ることを容易にする。可動電流キャリヤについてこ
れから説明する。

【０１０２】図２３において、可動な電流キャリヤ（7
2）は、高いイオン移動速度を有する適当な導電性材料
のビーズまたは小球（もしくはショット；shot）を含
む。適当な材料の例には、アルミニウムもしくは銑鉄、
またはイオン移動を促進する他のいずれの導電性物質も
含まれる。電流キャリヤ（72）は、電極（204）および
貯液容器（14）のボディ電極と接触することによって活
性化され、または帯電させられる。いずれの損傷または
短絡をも防止するために、貯液容器（14）の内部は、セ
ル（42）内で可動電流キャリヤ（72）を電極の内部表面
から隔てて、それと直接的に接触させないスペーサー
（210）を含む。図示した例において、符号210はこの目
的を達成するのに有用なメッシュを示す。

【０１０３】電流キャリヤは、説明した電極と接触する
ことによって活性化され又は帯電させられ、プロセスの
間、キャリヤ（72）は消費され、したがって質量を失
う。このように、電流キャリヤはプロセスにおいて犠牲
的である。説明したように、ガイド電極（204）は、電
流キャリヤ（72）が開口部（208）を経由してガイド電
極（204）に再度入ることを許容する。再度入る間、ビ
ーズ（72）は、貯液容器の頂部に一般に隣接するガイド
（204）の頂部に移動させられ、より特にはガイド（20
4）の出口（206）から放出される。それから、電流キャ
リヤは続いて、処理される溶液を経由して下向きに滝の
ように落ちる。デフレクター（207）が設けられて、キ
ャリヤを溶液中に偏向させる。

【０１０４】図示する例において、ビーズのごく一部だ
けが示されているが、セル（42）の内側容積が実質的に
ビーズで満たされていることが理解されよう。電極が電
流キャリヤよりもイオン移動をより招かないように処理
されるという事とともに導電性の電流キャリヤを使用す
ることによって、電極の摩耗量がかなり減少することが
認められた。このように、電流キャリヤは動的な電流キ
ャリヤであり、処理されるべき材料を入口（20）から導
入する作用によって流動化される。この態様は、流動化
の間、内部攪拌によって電流キャリヤが連続的に洗われ
ることを許容し、したがって表面の付着物を減少させる
こともまた認められた。これはまた、電極自身およびス
ペーサーとして存在するメッシュ材料（210）を洗うと
いう点においても有利であることが認められた。

【０１０５】例において示すように、一般に、出口（20
0）に近接して、出口（212，214）が含まれる。出口（2
12）に関して言えば、これは処理された溶液を、入口
（20）を経由させてセル（42）内に再び導入するための
ライン（216）を介して再循環させる再循環出口を含
む。再循環の間、ライン（216）に沿って、溶液は、符
号220で示されるオゾンのソース（または供給源）、お
よび必要に応じて、符号222で示される電解質のソース
（または供給源）から添加されるオゾンとともに、フィ
ードポンプ（218）により供給され得る。

【０１０６】次に出口（214）について説明すると、出
口（214）は、ビーズ（72）が、貯液セル（42）内で更
に循環するために、ライン（224）を介して電極（204）
の入口（202）に再導入されることを促進する。ビーズ
（72）が貯液容器内で移動するのを補助するために、ポ
ンプ（226）を設けてよい。

【０１０７】このアレンジメントの変形例として、再循
環回路を使用することによってビーズ（72）をセル（4
2）内に再導入してよい。特に、ビーズの循環ポンプ回
路を、バルブ（228）が組み込まれたポンプ（218）から
延びる、符号226で示される循環ループで置き換えてよ
い。再循環するビーズはそれから、再循環ループ（22
4）に関して説明したように、入口（202）にて導入され
る。

【０１０８】電流キャリヤ（72）は、セル（42）の内側
容積が実質的にビーズで満たされるとことに鑑みれば、
一般に「床」を形成する。酸化体の気泡は、この図にお
いて符号230で示される。電流キャリヤが一般に貯液容
器（14）の内部を経由して下向きに移動するので、酸化
体の気泡（230）の気泡成長寸法は多少制御され、気泡
はビーズまたは電流キャリヤの体積（又はかたまり）に
よって提供される濾床作用の結果、より細かい気泡にな
ることが認められた。これは、酸化体、水溶液および電
流キャリヤの相互作用を最大にするという点において非
常に有利である。なぜならば、キャリヤは床で移動し、
気泡（230）および処理される流体の移動に対して反対
向きに、実質的にひとまとめに（またはひとかたまりと
なって）下向きに溶液を経由して移動するからである。

【０１０９】電流キャリヤの寸法が減少した場合、電流
キャリヤを追加のビーズまたは電流キャリヤを入口（23
1）から貯液容器内に単に導入することによって補充し
てよい。このために、補充は、印加される電圧、特に酸
化体の含有量によって決定され得る頃合を見計らって行
われるようにしてよい。

【０１１０】特に好都合なものとして、他の態様に関連
して本明細書で先に説明したスイッチング回路（図示せ
ず）は、貯液容器および電極（204）が電交番される、
すなわち、カソードからアノードおよびその反対に変換
されることを可能にする。この方法においては、貯液容
器全体（14）に印加される電圧は潜在的な感電事故の懸
念がないものである。

【０１１１】電極（206）は本明細書にて先に説明した
ように一般に円筒形のものである。

【０１１２】処理される流入水が特に低い導電率を有す
る場合、図２３および図２４に示す態様はそのような状
況を取り扱うのに特に適している。導電率を増大させる
ために給する場合、適当な電解質を溶液（例えば海水）
に加えてよく、このことは、次に、適用される電流が同
じ場合に、電極間に印加される全体の電圧の所要量を低
下させる。これは、ガロンあたりの電力を相当節約する
こととなる。

【０１１３】貯液容器（14）で処理された廃水は出口
（200）から出る。処理された水は矢印232で示される。
処理された水（232）はまた、入口（20）にて貯液容器
内に再循環させてよく、また再導入してよい。これは、
使用者によって決定されるパラメータに応じて決まる。
別法として、処理された水はそれから、さらに使用する
ために排出（ディスペンス）されてよい。

【０１１４】図２４Ａおよび２４Ｂを参照すると、これ
らの図面は、図２３の線２４Ａに沿って切断した断面図
であり、セル（42）の内部の詳細を示す。

【０１１５】図２４Ａに関して説明すると、電極（20
6）は、表面積を増加させ、したがって電流キャリヤ（7
2）（わかりやすくするために図２４Ａまたは２４Ｂに
おいて図示せず）との相互作用を増大させるために、放
射状に間隔をあけて配置されたフィン（234）を含んで
よい。加えて、貯液容器（42）の内側領域は、内側に向
いた突起部またはフィン（236）であって、電極（206）
の放射状に向き決めされたフィン（234）と間隔をあけ
て配置される突起部またはフィン（236）を含んでよ
い。スペーサーまたはメッシュ（210）は図２４Ａおよ
び２４Ｂにおいて破線で示される。

【０１１６】図２４Ｂに関して説明すると、貯液容器
（42）の内側のアレンジメントは電極のフィン（234）
を含むが、この態様において容積は交差パターンまたは
算数の「プラス」の記号で分割されている。

【０１１７】図２５を参照すると、この図は電極（20
6）に結合しているベンチュリの詳細を拡大して簡単に
示している。ビーズ（72）がベンチュリの狭いチャンネ
ルに示されている。

【０１１８】次に図２６は、電極（206）がビーズのガ
イドのいずれからも完全に独立している、別の態様のア
レンジメントを示している。図示する態様において、電
極（206）は、電極（204）と同軸であって、それとは離
れた位置にある中空の円筒を含む。可動電流キャリヤ
（72）のガイド（または案内）は、この態様においては
ガイド（234）によって行われる。ガイド（234）は電極
のいずれの機能にも関与せず、図示するようにビーズが
処理される溶液の頂部に輸送される通路を単に与える。
この態様において、出口（200）から出る処理された水
は、入口（202）に再び進入させてさらに処理するため
に、再循環ループ（216）に沿って再循環させてよい。
本明細書において他の態様に関して先に説明した操作の
ように、処理された水をさらに操作に付して、分離可能
なフロックを処理された溶液から分離してよいことを、
当業者であれば理解するであろう。

【０１１９】図２３〜２６に示すセル（42）の態様は、
先に説明した図面に示した他のシステムのいずれにおい
ても、直接に且つ容易に実施され得ることが明らかに理
解されるであろう。

【０１２０】全体的に、図２３〜２６に示すセル（42）
は以下の利点をもたらすことがわかった。即ち： Ｉ．内部セル反応器電極の摩耗の減少； II．内部セル反応器構成部品の総付着量の減少； III．図示した反応器のための、多数の要素から成るア
レンジメントを無くすこと； IV．溶液中へのオゾンの溶解の向上； Ｖ．処理されるガロンあたりの全電力の相当な減少。

【０１２１】最後の利点に関して、図示したアレンジメ
ントにおいて測定したところ、電圧の７５％が節約さ
れ、また、溶液中におけるオゾンの気泡の寸法の改善
（即ち、より小さい気泡が保持されること）が確認され
た。

【０１２２】本発明の態様は上述したとおりであるが、
本発明はそれらに限定されるものではなく、当業者に
は、多くの変形例が請求の範囲に記載され明細書で説明
された発明の精神、性質および範囲から逸脱しないかぎ
りにおいて、本発明の一部を形成することは明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の１つの態様の模式図である。

【図２】 図２は本発明の第２の態様の模式図である。

【図３】 図３は本発明の第３の態様の模式図である。

【図４】 図４は本発明の第４の態様の模式図である。

【図５】 図５は本発明の第５の態様の模式図である。

【図６Ａ】 図６Ａは本発明で使用する逆流方式（back
flushing）回路の模式図である。

【図６Ｂ】 図６Ｂは本発明で使用する逆流方式（back
flushing）回路の模式図である。

【図７Ａ】 図７Ａは図６Ａの変形例の模式図である。

【図７Ｂ】 図７Ｂは図６Ｂの変形例の模式図である。

【図８Ａ】 図８Ａは図６Ａおよび図７Ａの変形例の模
式図である。

【図８Ｂ】 図８Ｂは図６Ｂおよび図７Ｂの変形例の模
式図である。

【図９】 図９は本発明のセルの一態様の縦方向の断面
図である。

【図１０】 図１０は図９の代替物の一部を切り欠いた
図である。

【図１１】 図１１は本発明で使用するプレートの平面
図である。

【図１２】 図１２は図１１の線１２−１２に沿った断
面図である。

【図１３】 図１３は本発明で使用する回路の模式図で
ある。

【図１４】 図１４は本発明で使用するスイッチング回
路の模式図である。

【図１５】 図１５は本発明で使用するマイクロプロセ
ッサー回路の模式図である。

【図１６】 図１６は本発明で使用するスイッチング回
路の別の模式図である。

【図１７】 図１７は本発明の別の態様の模式図であ
る。

【図１８】 図１８は図１７の断面図である。

【図１９】 図１９は本発明で使用するプラズマセルの
模式図である。

【図２０】 図２０は本発明の別の態様の模式図であ
る。

【図２１】 図２１は本発明のさらに別の態様の模式図
である。

【図２２】 図２２は本発明のさらに別の態様の模式図
である。

【図２３】 図２３は本発明の別の態様の模式図であ
る。

【図２４Ａ】 図２４Ａは線２４Ａ−Ｂ−２４Ａ−Ｂに
沿った断面図である。

【図２４Ｂ】 図２４Ｂは図２４Ａの変形例の態様であ
る。

【図２５】 図２５は貯液容器に結合しているベンチュ
リの拡大図である。

【図２６】 図２６は本発明のさらに別の態様の模式図
である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年９月２７日（２００１．９．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２４Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２４Ａ】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２４Ｂ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２４Ｂ】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２５】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス・ランバート カナダ、ブイ９ジー・１エイ６、ブリティ ッシュ・コロンビア、レディスミス、ボッ クス818、トーマス・ロード１−13136番 (72)発明者 ジェイコブ・ホールドーソン カナダ、ティ２ダブリュー・３エックス ６、アルバータ、カルガリー、サウスポー ト・ロード・サウス・ウエスト、ナンバー 533−10333番 (72)発明者 スティーブ・クレスニアック カナダ、ティ２ダブリュー・４エックス ９、アルバータ、カルガリー、サウスポー ト・ロード・サウス・ウエスト400−10201 番 Ｆターム(参考） 4D050 AA12 AB07 BB02 BB03 BB05 BB09 BB20 BC02 BD06 CA10 CA16 4D061 DA08 DC06 EA06 EB01 EB18 EB20 EB27 EB28 EB33 FA16

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶液から汚染物質を分離する方法であ
   って：汚染物質を含む水溶液を供給する工程；入口が出
   口よりも低い位置にある入口および出口、処理される前
   記水溶液と接触する電極、および可動電流キャリヤを有
   する貯液容器を含む閉じた電気化学反応器を提供する工
   程；酸化体を前記水溶液中に引き込み、前記水溶液を前
   記貯液容器に導入する工程；前記水溶液に電流を通すた
   めに前記貯液容器内で前記可動電流キャリヤを流動化す
   る工程；前記電極に電圧を印加する工程；前記水溶液中
   で酸化された汚染物質の分離可能なフロックを形成する
   工程を含む方法。
2. 【請求項２】 前記可動電流キャリヤが、前記電極に印
   加された電圧から受け取った電荷を前記水溶液を介して
   運ぶ請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記可動電流キャリヤを、前記入口から
   前記出口に近接する位置までガイドする工程をさらに含
   む請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記貯液容器内を過圧に維持する工程を
   さらに含む請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記可動電流キャリヤを、前記貯液容器
   内で前記水溶液を経由させて落とすために、前記出口に
   近接する位置から放出させる工程をさらに含む請求項３
   に記載の方法。
6. 【請求項６】 循環した可動電流キャリヤを、前記出口
   に近接する位置にガイドするために前記入口近傍に収集
   する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 収集した可動電流キャリヤを再循環させ
   る工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記可動電流キャリヤが繰り返し循環さ
   れることによって実質的に消費される請求項６に記載の
   方法。
9. 【請求項９】 実質的に消費される可動電流キャリヤが
   補充される請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記貯液容器内に十分な量の可動電流
    キャリヤを供給することによって、酸化体の気泡成長を
    制御する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記可動電流キャリヤの表面が、前記
    貯液容器内におけるガイドおよび流動の間に洗われる請
    求項１に記載の方法。
12. 【請求項１２】 酸化された処理されたソースを前記貯
    液容器内に再循環させる工程をさらに含む請求項１に記
    載の方法。
13. 【請求項１３】 前記水性ソースの導電率を高くする工
    程をさらに含む請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記導電率を前記水性ソースに電解質
    を導入することによって高くする、請求項１２に記載の
    方法。
15. 【請求項１５】 複数の反応器を提供する工程をさらに
    含む請求項１に記載の方法。
16. 【請求項１６】 汚染物質を含む水溶液から汚染物質を
    分離する装置であって：入口および出口を有し、前記入
    口が前記出口よりも低い位置に配置されており、前記入
    口が前記水性ソースと連通している、加圧可能な閉じた
    貯液容器；前記貯液容器に酸化体を導入する手段；前記
    水性ソースと接触する電極；前記水性ソース中にあると
    きに、前記電極間で電流を流す可動電流キャリヤ；前記
    電極に電圧を供給する手段を含み、 前記電極に電圧を供給することによって、前記可動電流
    キャリヤが前記水溶液中で前記貯液容器を移動させられ
    たときに、前記キャリヤが前記電極から電流を運んで前
    記水性ソース中の前記汚染物資を酸化し、分離可能なフ
    ロック相としてフロックにする装置。
17. 【請求項１７】 前記貯液容器がハウジングを含み、前
    記ハウジングが第１電極および第２電極を含む、請求項
    １６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記貯液容器がその内部に、前記貯液
    容器と前記可動電流キャリヤとの間で距離を隔てるスペ
    ーサー手段を含む請求項１６に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記スペーサー手段がメッシュスペー
    サーを含む請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記貯液容器が前記ハウジング内に間
    隔をあけた状態で、前記第１電極以外の電極を含む請求
    項１７に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記入口が、前記可動電流キャリヤの
    前記貯液容器内への進入をガイドするガイド手段を含む
    請求項１６に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記ガイド手段が前記貯液容器の縦方
    向の軸と同軸である請求項２１に記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記ガイド手段が前記第１電極以外の
    前記電極である請求項２２に記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記ガイド手段が、中空の解放された
    端部を有するガイド部材であって、前記入口内に同軸を
    有するように配置され且つ第１の端部にて前記入口に接
    続されているガイド部材を含む、請求項２３に記載の装
    置。
25. 【請求項２５】 前記ガイド手段が、前記可動電流キャ
    リヤを前記ガイド手段内に引き入れるベンチュリを含む
    請求項２３に記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記ガイド手段が、前記入口から離れ
    たところで終わっている請求項２４に記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記ガイド部材の前記第１の端部が、
    前記入口に近接した開口部であって、前記可動電流キャ
    リヤが前記ガイド手段内に再度入ることを促進する開口
    部を含む、請求項２４に記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記貯液容器が前記入口にて実質的に
    円錐形の輪郭を含む請求項１６に記載の装置。
29. 【請求項２９】 前記入口が前記円錐形の輪郭の頂部に
    位置する請求項２７に記載の装置。
30. 【請求項３０】 前記円錐形の輪郭が、放射状に間隔を
    あけて配置された、前記水性ソースを進入させるための
    複数の入口を含む請求項２７に記載の装置。
31. 【請求項３１】 前記可動電流キャリヤが導電性材料を
    含む請求項１６に記載の装置。
32. 【請求項３２】 前記導電性材料が金属を含む請求項３
    ０に記載の装置。
33. 【請求項３３】 前記金属が鉄を含む請求項３２に記載
    の装置。
34. 【請求項３４】 前記金属がアルミニウムを含む請求項
    ３２に記載の装置。
35. 【請求項３５】 前記貯液容器および前記電極が導電性
    材料を含む請求項１６に記載の装置。
36. 【請求項３６】 前記導電性材料がステンレス鋼を含む
    請求項３５に記載の装置。
37. 【請求項３７】 前記貯液容器および前記電極が電子の
    供給を最小限にするために処理される請求項３５に記載
    の装置。
38. 【請求項３８】 前記貯液容器および前記電極がイリジ
    ウムで被覆されたチタンを含む請求項３７に記載の装
    置。
39. 【請求項３９】 前記装置が、前記貯液容器の前記出口
    から離れたところに配置された、前記ガイド手段から放
    出された可動電流キャリヤを偏向させる偏向手段を含む
    請求項２６に記載の装置。
40. 【請求項４０】 前記貯液容器が、可動電流キャリヤの
    再循環ループを含む請求項２４に記載の装置。
41. 【請求項４１】 前記貯液容器が水溶液の再循環ループ
    を含む請求項２４に記載の装置。