JP2002239550A

JP2002239550A - 汚染水の浄化処理方法及び浄化処理装置

Info

Publication number: JP2002239550A
Application number: JP2001043613A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Okuda; 洋一奥田; Takayuki Yanagida; 孝行柳田
Original assignee: TAKAGI REIKI KK
Current assignee: TAKAGI REIKI KK
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】様々な種類の有機化合物、無機化合物に対応
した電極反応を起こすことができる汚染水の浄化処理方
法及び装置を提供する。【解決手段】上述の課題を解決するために、本発明に
よる汚染水の処理方法は、汚染水（Ｗ）を浄化処理する
方法であって、汚染水を浄化処理槽（１２）に導入する
段階と、浄化処理槽内に配置された複数の対の電極
（８、１０）に、互いに独立した周期、パルス幅、電
圧、及び電流で直流パルス電圧を印加する段階と、を有
することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚染水等の処理対
象物に電圧又は電流を作用させることによって処理対象
物を浄化処理する方法及び装置に関し、特に、複数の対
の電極に夫々直流パルス電圧を印加することによって電
解作用を行う浄化処理方法及び浄化処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開２０００−２６３０５０号公報に
は、周波数発生回路と、スイッチング回路と、電力増幅
回路と、１対の電極とを有し、この１対の電極の間に低
周波及び高周波交流電圧を作用させることによって水処
理を行う廃水処理方法および装置が記載されている。

【０００３】また、特開平１０−６６９７７号公報に
は、直流電源と、直流電源の出力を高周波の交流に変換
するインバータと、インバータの出力が１次側巻線に接
続されたトランスと、該トランスの２次側巻線に接続さ
れた波形変換部と、波形変換部の出力に接続された電極
とを有する高周波電気分解装置が記載されている。この
高周波電気分解装置においては、１対の電極間に種々の
波形で電圧を作用させ、或いは、１本の共通電極と他の
２本の電極との間に種々の波形で電圧を作用させること
によって電気分解を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気分解装置で
は、１対の電極のみを使用しているので、汚水に含まれ
る様々な有機化合物、無機化合物に対応した電極反応を
生じさせることが困難であるという問題がある。また、
特開平１０−６６９７７号公報に記載されている１本の
共通電極と他の２本の電極とを用いる電気分解装置にお
いても、１本の電極を共有しているため、電極の材料を
自由に選択することができず、また、１本の電極と他の
２本電極との間に印加することができる電圧にも制約が
多く、多種の化合物に対応することができない点は同じ
である。

【０００５】更に、特開２０００−２６３０５０号公報
に記載されているような、交流電圧を電極間に印加する
ような電気分解装置では、十分な処理速度が得られない
という問題がある。また、電気分解の処理対象物によっ
ては電極に汚れが付着するという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、様々な種類の有機化合
物、無機化合物に対応した電極反応を起こすことができ
る汚染水の浄化処理方法及び装置を提供することにあ
る。本発明の第２の目的は、十分に速い処理速度で電気
分解を行うことができる汚染水の浄化処理方法及び装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本件特許出願の発明者
は、複数の対の電極を電気分解に使用し、各対の電極の
間に独立して直流パルス電圧を印加することにより、各
種の有機化合物に対応した電極反応（有機電解）が起り
やすくなることを見出した。即ち、非プロトン性溶媒等
の中で有機電解を行うと、カチオンラジカルやアニオン
ラジカルが生成することが多く、これらのラジカル種は
反応性が高いため、溶媒や支持塩、あるいは電極金属と
も反応する。この反応により、様々な生成物を生じる電
気化学反応（Ｅ）に続いて、化学反応（Ｃ）が起る場合
もある。このような反応はＥＣ反応と呼ばれる。このよ
うに、有機電解はしばしば複雑な反応プロセスとなり、
従来の装置ではうまく分解処理することができなかっ
た。しかしながら、この有機電解は、電極電位のみなら
ず、溶媒、支持塩、添加物などの条件にも依存するが、
複数の電極の対を使用し、各電極の対に印加する電圧パ
ルスを独立して操作することにより、種々の化合物につ
いて有機電解を有効に制御することが可能になることを
見出した。また、このような性質は、無機化合物につい
ても同様である。

【０００８】従って、本発明による汚染水の処理方法
は、汚染水を浄化処理する方法であって、汚染水を浄化
処理槽に導入する段階と、浄化処理槽内に配置された複
数の対の電極に、それぞれ直流パルス電圧を印加する段
階と、を有することを特徴としている。

【０００９】この方法では、汚染水を浄化処理槽に入
れ、次に、浄化処理槽の中に配置され、且つ、汚染水に
浸かっている複数の対の電極に、夫々直流パルス電圧を
印加する。この印加する直流パルス電圧は、印加する周
期、パルスの直流電圧、各電極の対に電圧を印加するタ
イミング等を、各対の電極の材質、電極の形状及び配
置、処理対象物、処理槽の大きさ等に応じて変化させる
ことができる。これにより、有機及び無機電解反応を有
効に制御することができる。

【００１０】好ましくは、直流パルス電圧は、互いに独
立した周期、パルス幅、電圧又は電流で印加するのが良
い。また、対をなす各電極を同一の材質とし、各対ごと
に電極の材質が異なるようにするのが良い。更に、各対
の電極に印加される直流パルス電圧を、各々同一周期と
し、全ての対の電極間に電圧が印加されていない状態で
ある休止時間を設けるのが良い。これにより、各対の電
極によって引起こされる電解反応同士の干渉を防ぐこと
ができ、また、異なる対の電極間に電流が流れるのを防
ぐことができる。

【００１１】本発明は又、汚染水を入れるための浄化処
理槽と、浄化処理槽内に配置された複数の対の電極と、
複数の対の電極各々に対してそれぞれ直流パルス電圧を
印加することができるパルス電源装置と、を有する汚染
水の浄化処理装置である。更に、本発明は、汚染水の浄
化処理に使用する複数の対の電極に電圧を印加するため
の電源装置であって、各々同一周期の直流パルス電圧
を、全ての対の電極間に電圧が印加されていない状態で
ある休止時間をもって出力することを特徴とする汚染水
の浄化処理用パルス電源装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施形態について説明する。図１に、本発明の実施形態
による汚染水の浄化処理装置１のブロック構成図を示
す。汚染水の浄化処理装置１は、汚染水Ｗを電気分解す
ることによって汚染水Ｗを浄化処理するための装置であ
って、２つの直流パルス信号を発生することができるパ
ルス発生装置２と該パルス発生装置２の一方の出力信号
を電力増幅するための第１電力増幅装置４とパルス発生
装置２の他方の出力信号を電力増幅するための第２電力
増幅装置６とを含むパルス電源装置７と、第１電力増幅
装置４の出力電圧を汚染水Ｗに印加するための第１電極
対８と、第２電力増幅装置６の出力電圧を汚染水Ｗに印
加するための第２電極対１０と、汚染水Ｗを収容するた
めの処理槽１２と、を有する。

【００１３】第１電極対８は陽極８ａと陰極８ｂからな
り、同様に、第２電極対１０は陽極１０ａと陰極１０ｂ
からなる。好ましくは、処理すべき汚染水Ｗに応じて、
第１電極対８の材質と、第２電極対１０の材質とを異な
るものにする。電極の材質としては、炭素の他、チタ
ン、アルミニウム、鉄等、種々の金属を使用することが
できる。電極の形状としては、長方形断面又は円形断面
の棒、円筒状のパイプ等種々の形状のものを使用するこ
とができる。各電極の配置は、適用に合わせて、図１の
ように、第１電極対８の間に第２電極対１０を配置し
て、４本の電極が一直線に並ぶように配置しても良い
し、又は、第１電極対の電極と第２電極対の電極が交互
に一直線に並ぶように配置しても良い。或いは、第１電
極対と第２電極対の４本の電極を、４角形を形成する位
置に配置し、対になる電極が対角の位置に置かれるよう
に配置しても良いし、又は、対を為す電極が隣り合うよ
うに配置しても良い。

【００１４】次に、図２を参照して、パルス発生装置２
の回路について説明する。パルス発生装置２が内蔵して
いるパルス発生回路１４は、パルス発生装置２の機能を
実現するための回路の一例である。パルス発生回路１４
は、周波数設定部１６と、デューティ設定部１８と、休
止時間設定部２０と、出力制御部１９と、波形整形部１
７とを有する。

【００１５】周波数設定部１６は、ＩＣ２２、２４と、
発振周波数を設定するためのコンデンサ２６、２８と、
発振周波数を切り換えるためのスイッチ３４と、発振周
波数を調整するための可変抵抗器４４と、を有する。ま
た、デューティ設定部１８は、デューティを設定するた
めのＩＣ４６と、周波数を設定するためのコンデンサ３
０、３２と、周波数を切り換えるためのスイッチ３６
と、デューティを調整するための可変抵抗器４２と、抵
抗器７０と、コンデンサ７２と、ＩＣ７４と、２つのパ
ルス出力波形を成形するためのＩＣ９４、９６、９８、
１００と、を有する。

【００１６】休止時間設定部２０は、休止時間を設定す
るためのＩＣ４８と、ＩＣ５０、５２、５４と、コンデ
ンサ５６、５８、６４と、抵抗器６０、６２と、休止時
間を調整するための可変抵抗器６８とを有する。出力制
御部１９は、パルス発生装置２の出力をオン／オフする
ためのスイッチ１１４と、出力状態を表示するための発
光ダイオード１１６と、抵抗器１１８乃至１２８と、コ
ンデンサ１３０と、オペアンプ１３２と、ＩＣ１３４と
を有する。波形整形部１７は、抵抗器１０２乃至１０８
と、抵抗器１０４及び１０８と夫々並列に接続されたコ
ンデンサ１１０及び１１２と、を有し、出力パルスの波
形をきれいな矩形波に整える。

【００１７】デューティ設定部１８のＩＣ９８からの出
力は抵抗器１０２、１０４及びコンデンサ１１０によっ
て形成される波形整形回路を介して第１出力端子７６
へ、ＩＣ１００からの出力は抵抗器１０６、１０８及び
コンデンサ１１２によって形成される波形整形回路を介
して第２出力端子７８へ接続されている。第１出力端子
７６からの出力は第１電力増幅装置４へ、第２出力端子
７８からの出力は第２電力増幅装置６へ夫々接続されて
いる。本実施形態によるパルス発生装置２は、１００ｋ
Ｈｚ乃至４００ｋＨｚのパルス波形を出力することがで
きるように構成されている。ここで、ＩＣ４６及び４８
として、例えば、７４ＨＣ４５３８ＡＰを、その他のＩ
Ｃとしては、７４ＨＣ１３２、７４ＨＣ３８、７４ＨＣ
０２、又は７４ＡＣ０８等を使用することができる。

【００１８】次に、図３を参照して、第１電力増幅装置
４が内蔵している電力増幅回路について説明する。図３
に概略を示す電力増幅回路８０は、電力増幅用トランジ
スタ８２、８４、８６と、電源回路Ｖ（図示せず）とを
有する。パルス発生装置２の第１出力端子７６が電力増
幅回路８０の入力端子８８に接続されている。電力増幅
回路８０の出力端子９０が第１電極対８の陽極８ａに接
続され、アース端子９２が陰極８ｂに接続されている。
しかしながら、ここに示した電力増幅回路は一例であ
り、他の増幅素子やＭＯＳパワーＩＣによって電力増幅
回路を構成しても良い。第２電力増幅装置６も第１電力
増幅装置４と全く同一の電力増幅回路（図示せず）を内
蔵しており、パルス発生装置２の第２出力端子７８がこ
の電力増幅回路（図示せず）の入力端子に、第２電極対
１０の陽極１０ａが電力増幅回路の出力端子（図示せ
ず）に、陰極１０ｂがアース端子（図示せず）に夫々接
続されている。

【００１９】次に、図４及び図５を参照して、本発明の
実施形態による汚染水の浄化処理装置１の作用について
説明する。まず、浄化処理すべき汚染水Ｗを処理槽１２
の中に導入する。処理槽１２への導入の仕方は浄化処理
装置１や汚染水Ｗの適用に合わせて、任意適当な方式で
導入することができる。本実施形態による浄化処理装置
１は、汚染水Ｗとして、水に界面活性剤等、蒸発成分の
有害不純物が溶解しているものを想定している。適用す
る汚染水によっては、水以外の溶媒や、支持塩等の添加
物を汚染水に添加してから処理を行っても良い。ここ
で、２つの電極の対８、１０が十分に汚染水Ｗの中に浸
かるように、汚染水Ｗを所定の量、処理槽１２の中に導
入する。或いは、各電極の位置が調整できるように浄化
処理装置１を構成しても良い。

【００２０】次に、パルス発生装置２の電源スイッチ
（図示せず）をオンにする。次いで、周波数設定部１６
のスイッチ３４及びデューティ設定部１８のスイッチ３
６を操作して所望の周波数の範囲にレンジを切り換え
る。本実施形態では、これらのスイッチによって、１０
０ｋＨｚ乃至２００ｋＨｚの範囲と、２００ｋＨｚ乃至
４００ｋＨｚの範囲とを切り換えることができる。更
に、周波数設定部１６の可変抵抗器４４を操作すること
によって発生するパルスの周波数を設定する。

【００２１】図４（ａ）は、パルス発生装置２の出力波
形の一例であり、同図上段は第１電力増幅装置４への出
力波形を、下段は第２電力増幅装置６への出力波形を夫
々示す。抵抗器４４を操作することによって、各波形の
パルスの周波数を変化させることができる、従って、パ
ルス発生周期Ｔを変化させることができる。続いて、デ
ューティ設定部１８の可変抵抗器４２を操作することに
よって、各電力増幅装置に出力されるパルスのデューテ
ィ比、即ち、各波形のパルスが出力されている時間の割
合を変化させることができる。図４（ａ）はデューティ
比が５０％／５０％の場合であり、同図（ｂ）はデュー
ティ比が７５％／２５％の場合である。パルスの周波数
及びデューティ比を、処理対象である汚染水Ｗに含まれ
る汚染物の成分、電極の配置、各対の電極の材質等に応
じて変化させることにより、有効に電気分解を行うこと
ができる。

【００２２】次に、休止時間設定部２０の可変抵抗器６
８を操作することにより出力パルス波形の休止時間を設
定する。図５（ａ）は休止時間ゼロの場合のパルス波形
を示し、同図（ｂ）は休止時間Ｓを設定した場合のパル
ス波形を示す。図５（ｂ）に示すように、休止時間Ｓの
区間においては、第１及び第２電力増幅装置に出力され
る電圧が両方ともゼロになる。図５（ａ）のように、休
止時間がゼロの場合には、ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃等のような第
１の対の電極間に電圧が印加される期間と第２の対の電
極間に電圧が印加される期間とが切り替わる点におい
て、各電極対によって引起こされる電解反応同士が干渉
したり、第１の対の電極から第２の対の電極に過電流が
流れる等の問題が生じる場合がある。

【００２３】以上のように、パルスの周波数、デューテ
ィ比、休止時間を設定したならば、出力制御部１９のス
イッチ１１４をオンにする。これにより、発光ダイオー
ド１１６が点灯すると共に、パルス発生装置２からパル
ス波形が出力される。パルス発生装置２からのパルス波
形は、波形整形部１７によってノイズ成分の無いきれい
な矩形波に整形されて電力増幅装置４、６に入力され
る。電力増幅装置４、６は、入力されたパルス波形を電
力増幅して電極の各対に印加する。処理槽１２に収容さ
れている汚染水Ｗには、第１の電極の対８及び第２の電
極の対１０によって交互に電圧が印加される。電圧を印
加することにより、種々の電解反応や化学反応が引起こ
され、汚染水Ｗ中の不純物が分離、分解、凝集される。
また、金属イオンによる電気的結合、分離及び酸化還
元、化学反応を作用させ、不純物を沈殿、或いは浮上分
離することによって汚染水を浄化する。

【００２４】誤操作等により、電極間に過大な電流が流
れると、出力制御部１９に接続された過電流検出回路
（図示せず）がそれを検出し、パルス発生装置２からの
パルス波形の出力が停止される。

【００２５】本発明の実施形態による浄化処理装置１
は、直流パルス波形状の電圧を印加しているため、各パ
ルスの立ち上がり時に突入電流が流れ、これにより効率
良く電気分解を行うことができる。また、パルスの周期
を変化させることによって、多種の汚染物質に対応した
電解反応を起こすことができる。更に、２対の電極を使
用しているので、発生させたい有機電解反応ごとに電極
の材質を選択することができ、これにより様々な化合物
に対して電解反応を起こさせることが可能になる。加え
て、デューティ比を調節することにより、２対の電極に
対して適切な電圧印加時間を与えることができ、各対の
電極によって引起こされる電解反応を独立に制御するこ
とができる。これにより、電解反応に続いて起る化学反
応をも制御することが可能になる。

【００２６】更に、パルスの休止時間を与えることによ
り、各対の電極によって引起こされる反応同士の不要な
干渉、及び電気的な干渉を防ぎ、また、異なる対の電極
間で電流が流れるのを防ぐことができる。以上のよう
に、本発明の実施形態による浄化処理装置は、特定され
た多数の有害物質各々に対応した有機電気分解、酸化還
元作用による分解、凝集を同時に多数発生させる汚水処
理を行うことができる。

【００２７】変形例として、第１電力増幅装置４のアー
ス端子と、第２電力増幅装置６の出力端子とを電気的に
接続することにより、汚染水Ｗに実質的に２倍の電圧を
印加することができる。また、第１電力増幅装置４と第
２電力増幅装置６のアース端子同士を電気的に接続する
ことにより、陰極８ｂ、１０ｂを共通電極として使用す
ることもできる。また、適用によっては、電力増幅装置
４及び６に電圧利得を持たせ、その利得が調整できるよ
うに各電力増幅装置を構成しても良い。更に、各電力増
幅回路に電流を制御するための回路を設けても良い。こ
れにより、各電極の対に異なる直流パルス電圧・電流を
印加することができるようになる。

【００２８】以上、本発明の好ましい実施形態を説明し
たが、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、特
許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内におい
て、開示した実施形態に種々の変更を加えることができ
る。特に、電極は、２対以上でも良く、この場合には、
パルス発生装置は１周期の間に電極の対の数だけパルス
波形を出力し、各パルスを電力増幅するために電極の対
の数だけパルス発生装置に電力増幅装置が接続される。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、様々な種類の有機化合
物、無機化合物に対応した電極反応を起こすことができ
る汚染水の浄化処理方法及び装置が得られた。また、本
発明により、十分に速い処理速度で電気分解を行うこと
ができる汚染水の浄化処理方法及び装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による汚染水の浄化処理装置
のブロック構成図である。

【図２】本発明の実施形態による浄化処理装置に含まれ
るパルス発生装置に内蔵されたパルス発生回路の一例を
示す概略回路図である。

【図３】本発明の実施形態による浄化処理装置に含まれ
る電力増幅装置に内蔵された電力増幅回路の一例を示す
概略回路図である。

【図４】パルス発生装置によって出力されるパルス波形
の一例である。

【図５】パルス発生装置によって出力されるパルス波形
に休止時間を設けた場合のパルス波形の一例である。

【符号の説明】

Ｓ休止時間Ｔパルスの周期Ｗ汚染水１汚染水の浄化処理装置２パルス発生装置４第１電力増幅装置６第２電力増幅装置７パルス電源装置８第１電極対８ａ第１電極対の陽極８ｂ第１電極対の陰極１０第２電極対１０ａ第２電極対の陽極１０ｂ第２電極対の陰極１２処理槽１４パルス発生回路１６周波数設定部１７波形整形部１８デューティ設定部１９出力制御部２０休止時間設定部８０電力増幅回路

フロントページの続きＦターム(参考） 4D061 DA08 DB15 DB19 DC08 DC13 EA03 EA06 EA07 EA08 EB07 EB14 EB27 EB28 EB29 EB30 EB40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚染水を浄化処理する方法であって、前記汚染水を浄化処理槽に導入する段階と、浄化処理槽内に配置された複数の対の電極に、それぞれ
直流パルス電圧を印加する段階と、を有することを特徴とする汚染水の浄化処理方法。
【請求項２】前記直流パルス電圧が、互いに独立した
周期、パルス幅、電圧、又は電流で印加されることを特
徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記対をなす各電極が同一の材質であ
り、各対ごとに電極の材質が異なることを特徴とする請
求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記各対の電極に印加される直流パルス
電圧が、各々同一周期であり、全ての対の電極間に電圧
が印加されていない状態である休止時間を有することを
特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の
方法。
【請求項５】汚染水を入れるための浄化処理槽と、浄化処理槽内に配置された複数の対の電極と、前記複数の対の電極各々に対してそれぞれ直流パルス電
圧を印加することができるパルス電源装置と、を有する
汚染水の浄化処理装置。
【請求項６】前記パルス電源装置が、独立した周期、
パルス幅、電圧又は電流で直流パルス電圧を印加できる
ことを特徴とする請求項５記載の浄化処理装置。
【請求項７】前記対をなす各電極が同一の材質であ
り、各対ごとに電極の材質が異なることを特徴とする請
求項５又は請求項６に記載の浄化処理装置。
【請求項８】前記各対の電極に印加される直流パルス
電圧が、各々同一周期であり、全ての対の電極間に電圧
が印加されていない状態である休止時間を有することを
特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の
浄化処理装置。
【請求項９】汚染水の浄化処理に使用する複数の対の
電極に電圧を印加するための電源装置であって、各々同一周期の直流パルス電圧を、全ての対の電極間に
電圧が印加されていない状態である休止時間をもって出
力することを特徴とする汚染水の浄化処理用パルス電源
装置。