JP2003062579A

JP2003062579A - 液体の処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2003062579A
Application number: JP2001256345A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Adachi; 成人足立; Junji Haga; 潤二芳賀; Masahiko Miura; 雅彦三浦
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】放電経路を確保するために消費される電気エ
ネルギーを低減して、液体を高効率に放電処理する方法
及び装置を提供する。【解決手段】高電圧パルスを印加して電極間に放電状
態を形成させ、高電圧パルス印加領域に存在する被処理
液を処理する方法及び装置において、高電圧パルス印加
領域への導入に先立って、該被処理液に気体を供給す
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、工場廃水、上・下
水、飲料水、ごみ焼却炉の浸出水などを含む種々の液体
を、短時間で効率良く殺菌・分解処理する方法及びその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記種々の液体を改質する方法の一つと
して、高電圧を用いた処理方法が知られている。この方
法は、処理しようとする液体（以下「被処理液」とす
る）に浸漬させた電極対に高電圧パルスを印加して、電
極間に放電状態を形成させることにより、該電極間に存
在する該液体を殺菌、分解、脱色、脱臭等するものであ
る。

【０００３】本発明者らも、かねてよりこうした高電圧
処理方法および装置の改良研究を進めており、その一環
として先に特開平１１−２５３９９９号の様な技術を提
案している。この技術は、活性汚泥法により有機性廃液
を分解処理する際に、該分解処理によって増殖した汚泥
を被処理液として高電圧処理するものである。これによ
り、汚泥中の微生物や他の有機物が低分子化されて改質
汚泥となり、再び有機性廃液の分解処理に使用されるの
で、余剰汚泥の低減が可能となる。

【０００４】また、本発明者らは、活性汚泥法における
汚泥の改質以外に、前述したような種々の液体を被処理
液として直接改質することができる高電圧液体処理装置
も別途提案している。この技術によれば、液体中に含ま
れる細菌を死滅させると共に有機物を低分子化させるこ
とができ、該液体の清浄化が図れる。

【０００５】上述したような従来の高電圧処理技術で
は、被処理液の種類に関わらず、図１に示すような処理
装置が用いられる。この高電圧液体処理装置において、
被処理液２は経路７からパルス印加処理槽１へ導入され
る。パルス印加処理槽１には、電源６に接続された棒電
極（＋極）４とリング状の平板電極（−極）５が配設さ
れている。電極４、５が液体２に浸漬された状態で、こ
れらの電極間に高電圧を印加すると、該電極間に放電３
が発生し、電極間に存在する液体２は殺菌・分解され
る。処理された後の被処理液２は、経路８から排出され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】被処理液２が汚泥であ
る場合は、汚泥は誘電体とみなすことができるので、電
極４、５間へ所定の高電圧を印加すると、該電極間に存
在する汚泥は絶縁破壊を起こし、その結果、該電極間に
放電３を発生させることができる。従って、電極間に与
えられる電気エネルギーの大部分が放電に利用され、汚
泥は比較的効率良く改質される。

【０００７】これに対し、被処理液２が廃水、上・下
水、飲料水、飲み物等の導電体である場合は、被処理液
２自体には放電状態が形成されない。電極４、５間に電
圧が印加されると、まず、電極間の被処理液２中に電気
が流れて、被処理液に含まれる水が電気分解され、陽極
側では酸素、陰極側では水素が発生する。発生した酸素
や水素は逐次被処理液中に溶け込んでいくが、それらの
気体が飽和濃度に達すると、それぞれの電極付近で酸素
及び水素の気泡が生じる。また、電圧印加や電気分解に
伴う発熱によって被処理液が昇温すると、電極付近で被
処理液中に溶解していたガス成分の一部が気化し、酸素
・水素等の気泡を生じる。これらの気泡が電極付近で増
加すると、電極４、５間に絶縁に近い状態が形成され、
これらの気泡を経路とする放電３が発生する。

【０００８】従って、水などの導電性を示す液体を被処
理液とする場合、その被処理液中に放電状態を形成する
には、放電経路を構成する気泡（絶縁体）の存在が不可
欠となる。ところが、従来の高電圧液体処理では、その
ような放電経路を確保するために大量の電気エネルギー
が消費されるという欠点があった。すなわち、電圧印加
当初は、付与される電気エネルギーのほとんど全てが電
気分解に使われ、放電が生じてからも、電気エネルギー
の一部は継続的に電気分解に使われる。そのため、該装
置に付与される電気エネルギーのうち放電そのものに使
われるエネルギーの割合が少なくなり、被処理液の殺菌
・分解効率が低くなるといった問題があった。

【０００９】上記問題を解決するために、発明者らは、
電極対の一方として管状電極を用い、該管状電極を通じ
て、気体を外部から被処理液中へ注入する構成の液体処
理装置を提案している（特開２０００−９３９６７
号）。このような構成を図２に示す。図２の装置では、
管状電極５の端部から気泡９が被処理液中に放出され、
これらの気泡９を経路として、電極４，５間に放電が発
生する。しかしながら、放電が起こると、その衝撃波の
一部が管状電極５の端部から電極内部まで入り込んで電
極内部の気体の放出を阻害し、その結果、気泡の放出が
断続的となり、安定した放電状態が形成されない恐れが
ある。

【００１０】本発明は、上記のような事情に着目してな
されたものであり、その目的は、液体、特に導電性を示
す被処理液中に、短時間で効率良く安定した放電状態を
形成し、該被処理液を高効率高電圧処理することのでき
る方法及びその装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明に係る液体の処理方法は、高電圧パルス
を印加して電極間に放電状態を形成させ、高電圧パルス
印加領域に存在する被処理液を処理する方法において、
該高電圧パルス印加領域への導入に先立って、該被処理
液に気体を供給し、該高電圧パルス印加領域に気泡を存
在させることを要旨とするものである。

【００１２】これにより、放電の経路となる気泡が高電
圧パルス印加領域において確保されやすくなり、放電経
路確保にのみ消費される電気エネルギー量を大幅に低減
することができ、高効率な放電処理が可能となる。な
お、気泡を高電圧パルス印加領域に存在させるには、気
体の供給によって生じた気泡をそのまま高電圧パルス領
域へ送り込んでも良いし、気体の供給によって被処理液
に一旦溶解させた気体を該領域内またはその上流で気化
させても良い。

【００１３】前記気体は酸素、水素、希ガス若しくはオ
ゾンまたはそれらの任意の混合ガスを含むことが望まし
い。これによって、液体の処理効果を高めることができ
る。

【００１４】前記気泡は、前記被処理液に気体を吹き込
むことによって形成しても良い。または、被処理液に加
圧下で気体を溶解させた後、該被処理液を減圧して気泡
を発生させてもよい。更に、被処理液の一部または別の
液体に加圧下で一旦気体を溶解させた後、減圧して気泡
を発生させ、その後、被処理液と混合して高電圧パルス
印加領域へ導入することもできる。

【００１５】前記気体の供給される領域より、高電圧パ
ルス印加領域を高温または負圧に制御すると、該印加領
域内における気泡発生率が増大し、パルスの発生が加速
されるので好ましい。

【００１６】また、予め気体の供給された被処理液は、
好ましくは、高電圧パルス印加領域の下方から導入され
る。これにより処理効果及び処理効率が向上する。

【００１７】更に、前記気泡は、高電圧パルス印加領域
において、平均径０．１ｍｍ以下であることが望まし
い。微小な気泡ほど電界強度が大きいので、より低い電
圧で放電状態を形成することが可能となる。

【００１８】一方、少なくとも１対の電極対を有し、該
電極対に高電圧パルスを印加して該電極対の電極間に放
電状態を形成させることによって、該電極間に存在する
被処理液を改質するパルス印加処理槽と、その上流側
に、被処理液に気体を含ませる気体供給手段とを備えて
いることを要旨とする。

【００１９】前記気体供給手段は、気体吹き込み手段を
含んでもよい。前記気体吹き込み手段は、前記パルス印
加処理槽における前記電極対の下方に設置されるか、ま
たは、別個に気体吹き込み槽を設けてそこに設置され
る。気体吹き込み槽を設ける場合は、該吹き込み槽とパ
ルス印加処理槽とを液体流路で連結すると良い。

【００２０】或いは、気体供給手段は、前記被処理液を
気体共存状態で加圧する加圧部と、加圧された該被処理
液を減圧して気泡を発生させる減圧部とを含むものでも
良い。或いは、前記被処理液の一部または他の液体を気
体共存状態で加圧する加圧部と、加圧された該液体を減
圧して気泡を発生させる減圧部と、該気泡を含む液体と
該気泡を含まない被処理液とを混合する混合部とを含む
ものであっても良い。このような気体供給手段は、前記
パルス印加処理槽と液体流路によって連結される。

【００２１】パルス印加処理槽は、電極対よりも上流側
に液体加熱手段を備えていても良い。被処理液に溶解し
ている気体の気化が促進され、気泡をより多く発生させ
ることができるからである。或いは、当該液体処理装置
が、パルス印加処理槽内を気体供給手段内よりも負圧に
する手段を更に備えていても、上記と同様の効果が得ら
れる。

【００２２】前記液体流路は、好ましくは、前記パルス
印加処理槽における電極対の下方に接続され、より好ま
しくは、電極対のうちの下方側の電極周辺に接続され
る。

【００２３】また、前記電極対のうち上方側の電極或い
はその周辺に排出口を設け、処理済液を気体と共にパル
ス印加槽外へ排出する構成が望ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態および実施例】上記のように本発明
では、被処理液に予め気体を含ませた後、該被処理液を
高電圧パルス印加領域へ導入する。ここで、「高電圧パ
ルス印加領域」とは、放電による改質効果が及ぶ領域の
ことであり、被処理液に浸漬配置された電極対の両電極
間（最短距離）を中心として、その周辺部をも含む領域
を指す。

【００２５】上記気体の供給は、放電のための経路確保
を目的としている。先に述べたように、従来は、放電経
路の確保を目的とする電気分解に大量の電気エネルギー
が使われ、それが液体処理効率を低下させていた。これ
に対して本発明では、電気分解のみに頼らず、気体の供
給によっても放電経路を確保できる様にしているので、
電気エネルギーの消費量を低減できる。

【００２６】すなわち、本発明において、放電経路は下
記の二つの現象によって確保される。第一の現象は、従
来と同様、被処理液中の水の電気分解であり、陽極側で
は酸素ガス泡、陰極側では水素ガス泡が発生し、放電経
路となる。

【００２７】また、第二の現象は、高電圧パルス印加領
域の上流側で実施される被処理液への気体の供給と、該
気体供給によって溶解させた気体の気化である。被処理
液に気体を供給すると、該被処理液中の溶存気体濃度が
高まり、飽和若しく飽和に近い状態となる。この被処理
液が高電圧パルス印加領域に導入されると、電極対への
電圧印加による被処理液の発熱（水の抵抗発熱）、電気
分解に伴う発熱による被処理液の昇温、及び放電による
被処理液の発熱によって、該気体の溶解度が低下し、被
処理液に溶け込んでいた気体が気化し気泡となって被処
理液中に放出される。また、場合によっては、供給され
た気体の一部が気泡の状態のまま高電圧パルス印加領域
に導入される。

【００２８】この第二の現象は、上記第一の現象である
電気分解に比べてエネルギーのロスが少ないため、電気
分解のみに頼っていた従来技術と比較して、放電経路の
確保に用いられる電気エネルギーが少なくて済む。言い
換えると、付与される電気エネルギーのうち、放電その
ものに使われる割合が増大し、より効率的な処理が可能
になるのである。更に、第二の現象を利用すれば、より
短時間に所定量の気泡が生成されるため、通電開始から
実際に液体処理が開始されるまでの時間を従来より大幅
に短縮することができる。

【００２９】なお、本発明では、気体の供給を高電圧パ
ルス印加領域への導入に先立って行っているが、これ
は、該領域内で気体を供給すれば、この領域で形成され
る放電状態を不安定なものにする可能性があるからであ
る。

【００３０】本発明において、被処理液に供給される気
体は、酸素、オゾン、水素及び希ガスのうちの何れか若
しくはそのうちの二種以上を含むことが好ましい。ちな
みに、放電による処理性能は、放電経路となる気体の酸
化力や還元力等にも依存し、例えば、酸素や水素の気体
中で放電を行うと、極めて強い酸化・還元力を有するオ
ゾン、ＯＨラジカル及び水素ラジカルが発生する。これ
らのラジカルが増加すれば、被処理液中に含まれる被処
理物をより確実且つ効率的に分解でき、処理性能を向上
させることができる。このうち、酸素を供給してオゾン
を発生させる場合には、上記電気化学的分解・処理に加
えて、浄化処理も行うことができて有利である。勿論、
オゾンそのものを被処理液に供給しても同様の効果が得
られる。また、被処理液に希ガスを供給して希ガス中で
放電を行う場合には、該希ガスに応じた波長の紫外線が
発生し、紫外線による殺菌・分解効果が得られる。

【００３１】気体を供給する方法は特に限定しないが、
ポーラスセラミックスノズル等を用いたバブリング手段
や気体導入ノズルのような気体吹き込み手段を用いるこ
とができる。

【００３２】気体吹き込み手段は、上記高電圧パルス印
加領域を含む処理槽（以下、「パルス印加処理槽」とい
う）における、高電圧パルス印加領域の上流側に設置す
るのが好ましい。「上流側」とは、被処理液の移動方向
の上流側を意味する。より好ましくは、被処理液をパル
ス印加処理槽の下方から上方へ移動させつつ処理する構
成の処理装置とし、該パルス印加処理槽の下方に気体吹
き込み手段を設置する。そのように構成すれば、吹き込
まれた気体は上方に移動するので、確実に高電圧パルス
印加領域へ供給される。しかも、吹き込まれた気体を、
パルス印加処理槽の上方から高電圧処理済の被処理液と
共に排出することが可能となり、ガス排出口を別個に設
ける必要がなく有利である。

【００３３】或いは、気体の吹き込みを、パルス印加処
理槽と別個に設けた気体吹き込み槽で行ってもよい。そ
の場合には、気体吹き込み手段を有する気体吹き込み槽
をパルス印加処理槽の上流側に設置し、これらの槽を液
体流路で連結すれば良い。好ましくは、液体流路をパル
ス印加処理槽における電極よりも下方側に接続し、気体
が吹き込まれた被処理液をパルス印加処理槽内で下方か
ら上方へ移動させつつ処理する。このような構成にすれ
ば、気体吹き込み槽内では、吹き込まれた気体の一部が
被処理液に溶解され、残りは該槽の上方等から排出され
る。その結果、気体吹き込みによって生じた気泡は直接
パルス印加処理槽に送り込まれず、一旦被処理液に溶解
することになる。このようにして被処理液に溶け込んだ
気体は、パルス印加処理槽の下方側で気化し、その気泡
に被処理液中の浮遊夾雑物が付着する。そして、浮遊夾
雑物が付着した気泡はそのまま上方へ浮上して、高電圧
パルス印加領域に移行して放電経路となる。このとき、
気泡に付着していた浮遊夾雑物は、ラジカル、紫外線、
高速電子などの影響を受けやすくなり、放電によって確
実且つ効率的に処理される。また、一旦溶解した気体の
気化により得られる気泡は比較的微小であるため、気泡
の電界強度が高く、より低い電圧での放電（プラズマ発
生）が可能となる。

【００３４】一方、気体吹き込み以外の気体供給方法と
して、被処理液を気体共存状態で加圧して気体を溶解さ
せた後、被処理液を減圧して気泡を発生させても良い。
ここで、「減圧」とは、前記加圧に対して相対的に減圧
という意味であり、加圧前の圧力に戻す（放圧）場合の
みならず、加圧前よりも高い圧力に「減圧」する場合も
含まれる。上記の構成では、加圧によって被処理液の溶
解度が増大して被処理液中に溶解する気体の量が増加
し、その後の減圧によって、溶解した気体が気泡となっ
て被処理液に放出される。このように、被処理液内で溶
解度を変化させることによって発生させた気泡のサイズ
は、外部からノズルや管状電極等によって直接気体を注
入して得られる気泡と比較して小さく、従って、気泡の
電界強度が大きいので、より低い電圧での放電（プラズ
マ発生）が可能となる。

【００３５】上記のような方法で気体を供給する場合、
被処理液と気体とを送りこんで加圧する加圧部と、加圧
部から送られる被処理液を減圧する減圧部とを、パルス
印加処理槽とは別個に設け、減圧部と該処理槽とを液体
流路によって連結すると良い。

【００３６】更に他の気体供給方法として、被処理液以
外の液体（例えば水）を上記と同様に加圧、減圧して気
泡を発生させ、放電処理の前に、被処理液と混合させる
こともできる。この方法は、被処理液が蒸発しやすく、
或いは腐食性が強い等のために加・減圧に不向きな場
合、特に有利である。或いは、被処理液の一部を加圧、
減圧して気泡を発生させ、放電処理の前に、残りの被処
理液と混合させてもよい。この方法によれば、被処理液
全体を加圧、減圧する前述の方法に比べて短時間で放電
処理を行うことが可能となる。

【００３７】上記方法による場合、好ましくは、被処理
液の一部または被処理液以外の液体と気体とを共に加圧
部に送り込んで加圧し、加圧された液体を減圧部にて減
圧し、次いで減圧された液体と被処理液とを混合部で混
合して、得られた混合液を液体流路によってパルス印加
処理槽へ導入する。或いは、減圧部と混合部とを分離せ
ず、同一容器内で行うこともできる。または、パルス印
加処理槽が減圧・混合部若しくは混合部を兼ねる構成と
することも可能である。但し、パルス印加処理槽におい
て気泡を発生させた液体と被処理液とを混合する場合に
は、高電圧パルス印加領域の上流で両者を混合する必要
がある。

【００３８】既に述べたように、高電圧パルス印加領域
において、被処理液に含まれる気泡は微小なものが望ま
しい。好適な気泡のサイズは、平均径：０．１ｍｍ以下
である。気泡のサイズが小さい程、気泡の電界強度が増
し、より低い電圧でプラズマを発生させることが可能と
なる。上記のような好ましいサイズの気泡は、被処理液
に気体を一旦溶解させた後、該気体を気化させることに
よって形成される。なお、溶解している気体を気化させ
る方法としては、前述のように、被処理液の溶解度を昇
温、減圧等によって低下させる方法が好適に用いられ
る。

【００３９】パルス印加処理槽の構成は特に限定しない
が、被処理液の処理槽への流入口が高電圧パルス印加領
域の下方に設置されることが望ましい。すなわち、被処
理液を気体供給手段からパルス印加処理槽へ移行させる
液体流路を、該処理槽における電極対の下方に接続す
る。これにより、被処理液をパルス印加処理槽内で下方
から上方へ移動させつつ処理することができる。このよ
うな構成にすれば、気体供給手段により一旦溶解した気
体の一部がパルス印加処理槽の下方側で気化し、その気
泡に被処理液中の浮遊夾雑物が付着する。そして、浮遊
夾雑物が付着した気泡はそのまま上方へ浮上して、高電
圧パルス印加領域に移行して放電経路となる。このと
き、気泡に付着していた浮遊夾雑物は、ラジカル、紫外
線、高速電子などの影響を受けやすくなり、放電によっ
て確実且つ効率的に処理される。

【００４０】上記の場合、気体を供給した被処理液を、
下方側の電極周辺からパルス印加処理槽へ導入すると更
に有利である。このような構成にすれば、被処理液に含
まれる気泡が電極表面に付着しやすくなり、下方側電極
の電界強度が増大し、放電状態が形成され易くなる。そ
の結果、より低い電圧で電極からプラズマを発すること
が可能となる。

【００４１】更に、パルス印加処理槽内に加熱手段を設
置して、該処理槽における高電圧パルス印加領域を、気
体供給領域よりも高温にしてもよい。また、当該液体処
理装置に、高電圧パルス印加領域を気体供給領域よりも
負圧にする手段を備えても良い。このような加熱手段や
負圧手段により、高電圧パルス印加領域の被処理液の溶
解度が低下し、被処理液に溶解された気体の気化が促進
され、上記第二の現象によって調達される放電経路（気
泡）の割合が増加する。その結果、放電経路を確保する
ための電気エネルギーを更に低減することができ、より
高効率な処理が可能となる。また、気化によって気泡を
形成する場合は、外部から直接供給される気泡よりも小
さな気泡が得られるという点でも有利である。

【００４２】上記加熱手段は、特に限定しないが、ヒー
ターやスチームなどを用いることができる。好適には、
高電圧パルス印加領域の直上流側の被処理液中にヒータ
ーを設置する。或いは、帯状のヒーターで被覆する等に
よって、パルス印加処理槽の外部から加熱しても良い。
その場合も、高電圧パルス印加処理領域の上流側を加熱
すると効果的である。

【００４３】被処理液の加熱にあたっては、温度が高く
なりすぎると、被処理液が沸騰して大きな気泡が多発す
ることとなり、却って放電による処理効率を低下させる
恐れが生じてくる。よって、気体供給領域における被処
理液の温度が室温付近であれば、高電圧パルス印加領域
の被処理液の温度は２０〜９０℃の範囲に調整すること
が望ましい。

【００４４】一方、上記負圧手段についても特に限定せ
ず、気体供給領域の被処理液を加圧し、及び／若しくは
高電圧パルス印加領域の被処理液を減圧する手段であれ
ば良い。好適には、気体供給領域への液体流入口に被処
理液を送り込むポンプを配置し、これと共に、若しくは
これに代わって、高電圧パルス印加領域からの液体排出
口に処理済みの液体を送り出すポンプを配置する。同時
に、気体供給領域と高電圧パルス印加領域との間にオリ
フィスなどの圧力隔壁を設ければ、両者に圧力差を生じ
させることができる。上記圧力差の好ましい範囲は、
０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ²である。

【００４５】高電圧パルス印加領域を構成する電極対の
種類、形状、配置等は特に限定しないが、立体的に放電
状態を形成できる構成であることが望ましい。例えば、
一方の電極を半環状、円筒状、半円筒状等、少なくとも
一部に円弧形状を有するものとし、放電状態に広がりを
もたせることが好ましい。但し、板状や棒状等のものの
採用を排除するものではない。具体的には、一方をリン
グ状電極、他方を棒電極とし、棒電極端部からリング状
電極内壁に向かって放射状に放電状態を発生させるよう
に配置することができる。或いは、一方の電極をドーム
状に形成し、他方の電極（棒電極）をその下方に配置し
てもよい。ドーム状の電極を用いる場合、その頂点付近
に液体排出口を設けて、処理済液を気泡と共に排出させ
るとより効率的である。

【００４６】本発明の液体処理方法及び装置は、工場廃
水、上・下水、飲料水、ごみ焼却炉の浸出水などを含む
種々の液体の殺菌・分解等の改質に幅広く適用すること
ができる。なかでも、比較的高い導電性を示す液体の処
理に用いれば、本発明によって得られる電気エネルギー
の低減効果が極めて大きく、大幅な処理効率の向上が可
能となる。同時に、確実且つ連続的に任意の気体を電極
間に送り込むことができるので、放電による液体処理性
能の向上も可能となる。

【００４７】また、本発明は、有機性廃液を活性汚泥法
により分解処理する際に必要となる汚泥の改質にも適用
できる。汚泥は、所定の誘電率を示す一種の誘電体とみ
なすことはできるが、完全な絶縁体ではないので、本発
明によって放電経路確保のための電気エネルギーを低減
させることができる。更に、上記汚泥等のように浮遊夾
雑物を比較的多く含む液体に本発明を適用すれば、該浮
遊夾雑物を気泡に付着させて積極的に放電に曝すことが
できるため、確実且つ効率良く浮遊夾雑物を分解処理で
きる。

【００４８】以下、本発明の構成および作用効果を、図
面を用いてより具体的に説明するが、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
に徴し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。

【００４９】図３は、本発明に係る液体処理装置の一例
を示す概略説明図である。被処理液１２は、液体流入口
１７から気体吹き込み槽１９内に導入され、気体吹き込
み手段２１によって気体が吹き込まれる。気体が吹き込
まれた被処理液１２は、その後、液体流路２０を介して
パルス印加処理槽１１に移されて放電処理され、液体排
出口１８から排出される。ここで、１４は棒電極（陽
極）、１５はリング状の電極（陰極）、１６は高電圧パ
ルス電源、２３はガス排出口を夫々示す。このような構
成により、気体吹き込み槽１９内で被処理液１２に吹き
込まれた気体２２は、電極１４、１５付近（高電圧パル
ス印加処理領域）で前記第二の現象によって気化し、放
電１３の経路となる。

【００５０】尚、図３に示した装置構成では、陽極側の
棒電極１４と陰極側のリング状電極１５を同芯上に配置
することによって、パルス印加処理槽１１内の被処理液
１２に対し立体的に放電できる様にしているが、電極の
形状は図示したものに限らないのは前述の通りである。
また、図３では、棒電極１４とリング状電極１５からな
る一対の電極対を設けた構成を示したが、２以上の電極
対を設けて処理効率を高めることも勿論有効である。

【００５１】また、放電状態の形成に採用される好まし
い印加電圧の程度は、パルス印加処理槽のサイズや、電
極の形状・サイズ、被処理液の種類、要求される処理レ
ベル等によって変わるため一概には決められないが、一
般的なのは、２０〜２００ｋＶである。

【００５２】図４は、本発明に係る液体処理装置の他の
例を示す概略説明図である。図４に示す装置では、液体
流路２０がパルス印加処理槽１１の下方に接続され、且
つ放電処理された被処理液を排出する液体排出口１８が
パルス印加処理槽１の上方に設けられている以外は、前
記図３に示した例と本質的に変わらない。但し、このよ
うな構成とすることにより、以下の利点を享受できる。

【００５３】第一に、気体吹き込み槽１９内で一旦溶解
した気体の一部がパルス印加処理槽１１の下方で気化し
て気泡となるので、被処理液中の浮遊夾雑物はそのよう
な気泡に付着し、該気泡と共に高電圧パルス印加領域に
導入されて、該気泡を経路とする放電によって確実且つ
効率的に処理される。第二に、気体吹き込み槽１９で吹
き込まれた気体は、放電によって処理された被処理液と
共に、パルス印加処理槽１１上方の液体排出口１８から
槽外へ排出されるため、図３に示す装置のようにガス排
出口を設ける必要がない。

【００５４】図５に示す装置は、図３に示す装置に液体
加熱手段２４を設置したものである。図５に示す装置で
は、気体が吹き込まれた被処理液１２は、パルス印加処
理槽１１に移された後、液体加熱手段２４によって加熱
され、ここで上記気体の気化が促進される。よって、高
電圧パルス印加領域の直ぐ上流において、及び高電圧パ
ルス印加領域内において、上記気体が気化される割合が
高くなり、放電経路（気泡）確保のための電気分解に要
する電気エネルギーを更に低減することができる。

【００５５】図６〜８は、気化を促進する他の手段とし
て、パルス印加処理槽１１における高電圧パルス印加領
域を気体供給領域よりも負圧にする手段を設けた場合の
装置構成例を示す。

【００５６】図６に示す装置は、上記負圧手段として、
気体吹き込み槽１９に加圧用シリンダ２８を設け、気体
吹き込み槽１９の液体流入口及び液体流路２０にそれぞ
れ弁２９及び３０を設けて、気体吹き込み槽内の被処理
液を加圧するものである。この装置では、まず弁２９が
開いて、被処理液１２が気体吹き込み槽１９内へ導入さ
れ、次いで弁２９及び３０が閉じた状態で、該槽内の被
処理液がシリンダ２８により加圧される。加圧後、弁３
０が開いて、加圧された被処理液がパルス印加処理槽１
１へ送り込まれ、そこで放圧される。

【００５７】図７に示す装置は、弁３０の代わりにオリ
フィスなどの圧力隔壁３１を用いること以外は、図６と
同様の構成を有している。この装置では、弁の開閉が不
要となり、加圧した被処理液を連続的にパルス印加処理
槽１１に送り込むことが可能となる。

【００５８】一方、図８に示すような構成にすれば、加
圧用シリンダ等を用いなくても、気体供給領域の被処理
液の圧力を高電圧パルス印加領域よりも高めることがで
きる。図８の装置では、気体吹き込み槽１９の液体流入
口１７に、気体吹き込み槽へ被処理液を送り込むポンプ
３２が配置されている。それと共に、或いはそれに代わ
って、パルス印加処理槽１１の液体排出口１８に、パル
ス印加処理槽から被処理液を送り出すポンプ３３が配置
されている。更に、両槽の間に設けられた液体流路２０
に圧力隔壁３１が設けられている。圧力隔壁３１は、そ
の上流側と下流側に圧力差を生じさせるものであれば良
く、オリフィスを用いても良いし、液体流路２０の一部
を絞り込むことによって構成しても良い。

【００５９】なお、上述した図５のような加熱手段や図
６〜８のような負圧手段は、気体吹き込み手段以外の気
体供給手段を用いた処理装置に設置しても勿論良い。

【００６０】図９に示す装置は、上記の装置構成例のよ
うに気体吹き込み槽を別個に設けるのではなく、パルス
印加処理槽１１内部で気体供給手段２１によって気体の
吹き込みを行うように構成されている。このような構成
では、パルス印加処理槽における高電圧パルス印加領域
の下方で吹き込まれた気体は、高電圧パルス印加領域に
導入されて放電の経路として用いられ、処理済液と共に
液体排出口１８から排出される。

【００６１】図１０に示す装置は、気体吹き込み手段に
代え、被処理液の加・減圧によって被処理液への気体の
供給を行うように構成されている。この装置では、被処
理液はまず加圧部２５に導入されて気体と共に加圧さ
れ、次いで減圧部２６において該加圧部よりも減圧にさ
れる。減圧によって気泡を含むようになった被処理液
は、その後、パルス印加処理槽１１において放電処理さ
れる。この装置における放電状態は、下方側に設置され
た棒状の電極１４から、上方側に設置されたドーム状の
電極１５に向かって放射状に形成される。放電処理され
た後の処理済液は、気泡と共に、ドーム状電極１５の頂
点付近に設けられた液体排出口１８から排出される。な
お、図１０の装置では、棒電極とドーム状電極とからな
る電極対を用いているが、電極の形状がこれらに限定さ
れないのは前述の通りである。

【００６２】図１１に示す装置は、図１０に示す装置と
同様の加・減圧手段によって、被処理液の一部または被
処理液以外の液体に対して気体を供給する構成となって
いる。従って、パルス印加処理槽１１の上流に混合部２
７が設けられ、該混合部において、予め気体を供給し液
体と被処理液（被処理液の一部に気体を供給した場合に
は残りの被処理液）とが混合される。混合された後の液
体は、パルス印加処理槽１１に導入されて、図８に示す
装置と同様の放電処理に供される。この装置は、加・減
圧が困難な被処理液を用いる場合にも適用できる点で有
利である。また、被処理液の一部のみに気体を供給する
ことにより、図１０の装置と比べて、処理速度を高める
ことが可能となる。

【００６３】図１２に示す装置は、本質的には図１０の
装置と変わらないが、下方側の棒電極１４周辺から、気
泡を含む被処理液がパルス印加処理層１１に送り込まれ
る構成となっている。これによって、被処理液中の気泡
が電極表面に付着しやすくなる。気泡が多く付着する
と、放電状態が形成され易くなるので、より低い電圧で
電極からプラズマを発することが可能となり、処理効率
の更なる向上が可能となる。

【００６４】

【発明の効果】本発明の液体の処理方法及び装置によれ
ば、特に水などの導電性を示す液体を被処理液として殺
菌・分解処理を行う際に、高電圧パルス印加領域に導入
される前の被処理液に気体を供給することにより、放電
のための経路を効率的に確保することができるので、短
時間で高効率な液体処理が可能となる。

【００６５】よって、本発明を適用すれば、（１）下水
処理場や屎尿処理場における下水処理過程、或は食品工
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
生物学的な好気性処理または嫌気性処理、（２）前記各
工場の廃水（但し、有機性廃水以外をも含む）、清浄な
純水を製造する過程における被処理水や上下水道および
食品や飲料水の滅菌・殺菌処理、脱色処理、脱臭処理、
（３）前記の各種液体の滅菌・殺菌処理、脱色処理、脱
臭処理する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
物質を分解処理、或いは（４）病院などの医療器具、廃
液等の有機物処理および殺菌等を短時間で効率良く行う
ことができるため、極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明者らが先に提案した高電圧処理装置の構
成例を模式的に示した図である。

【図２】本発明者らが先に提案した他の高電圧処理装置
の構成例を模式的に示した図である。

【図３】本発明の高電圧処理装置の構成例を模式的に示
した図である。

【図４】本発明の他の高電圧処理装置の構成例を模式的
に示した図である。

【図５】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を模
式的に示した図である。

【図６】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を模
式的に示した図である。

【図７】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を模
式的に示した図である。

【図８】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を模
式的に示した図である。

【図９】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を模
式的に示した図である。

【図１０】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を
模式的に示した図である。

【図１１】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を
模式的に示した図である。

【図１２】本発明の更に他の高電圧処理装置の構成例を
模式的に示した図である。

【符号の説明】

１パルス印加処理槽２被処理液３放電４棒電極５リング状平板電極６高電圧パルス電源７，８経路１１パルス印加処理槽１２被処理液１３放電１４棒電極１５リング状平板電極またはドーム状電極１６高電圧パルス電源１７液体流入口１８液体排出口１９気体吹き込み槽２０液体経路２１気体吹き込み手段２２気泡２３ガス排出口２４ヒーター２５加圧部２６減圧部２７混合部２８加圧用シリンダ２９、３０弁３１圧力隔壁３２、３３ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/50 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５２０Ｐ５３１５３１Ｂ５３１Ｒ５６０５６０Ｃ５６０Ｆ 1/70 1/70 Ｚ 1/74 1/74 Ｚ 1/78 1/78 (72)発明者三浦雅彦神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 4D050 AA03 AA13 AA15 AB03 AB04 AB13 AB19 BA14 BB01 BB02 BC10 BD02 4D061 DA03 DA08 DB01 DB19 DC03 DC04 DC08 EA13 EB01 EB07 EB17 ED03 ED20 4G035 AB05 4G075 AA15 AA37 BA05 BA06 BD13 CA15 CA51 DA01 EB01 EC21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高電圧パルスを印加して電極間に放電状
態を形成させ、高電圧パルス印加領域に存在する被処理
液を処理する方法において、該高電圧パルス印加領域へ
の導入に先立って、該被処理液に気体を供給し、該高電
圧パルス印加領域に気泡を存在させることを特徴とする
液体の処理方法。
【請求項２】前記気体が酸素、水素、希ガス若しくは
オゾンまたはそれらの任意の混合ガスを含む請求項１に
記載の液体の処理方法。
【請求項３】前記気体の供給は、前記被処理液に気体
を吹き込むことによって行われる請求項１または２に記
載の液体の処理方法。
【請求項４】前記気泡は、前記被処理液に加圧下で気
体を溶解させた後、該被処理液を減圧して気泡を発生さ
せることによって形成する請求項１または２の何れかに
記載の液体の処理方法。
【請求項５】前記気泡は、前記被処理液の一部または
別の液体に加圧下で一旦気体を溶解させた後、減圧して
気泡を発生させることによって形成され、その後、気泡
を含まない被処理液と混合して前記高電圧パルス印加領
域へ導入する請求項１または２に記載の液体の処理方
法。
【請求項６】前記気体の供給される領域より、前記高
電圧パルス印加領域を高温に制御する請求項１〜５の何
れかに記載の液体の処理方法。
【請求項７】前記気体の供給される領域より、前記高
電圧パルス印加領域を負圧に制御する請求項１〜６の何
れかに記載の液体の処理方法。
【請求項８】予め気体の供給された前記被処理液を、
前記高電圧パルス印加領域の下方から導入する請求項１
〜７の何れかに記載の液体の処理方法。
【請求項９】前記高電圧パルス印加領域において、前
記気泡が平均径０．１ｍｍ以下の気泡である請求項１〜
８の何れかに記載の液体の処理方法。
【請求項１０】少なくとも１対の電極対を有し、該電
極対に高電圧パルスを印加して該電極対の電極間に放電
状態を形成させることによって、該電極間に存在する被
処理液を改質するパルス印加処理槽と、その上流側に、
被処理液に気体を含ませる気体供給手段とを備えている
ことを特徴とする液体の処理装置。
【請求項１１】前記気体供給手段が、気体吹き込み手
段を含む請求項１０に記載の液体の処理装置。
【請求項１２】前記気体吹き込み手段が、前記パルス
印加処理槽における前記電極対の下方に設置されている
請求項１１に記載の液体の処理装置。
【請求項１３】前記気体吹き込み手段が気体吹き込み
槽に設置され、該気体吹き込み槽は前記パルス印加処理
槽と液体流路によって連結されたものである請求項１１
に記載の液体の処理装置。
【請求項１４】前記気体供給手段が、前記被処理液を
気体共存状態で加圧する加圧部と、加圧された該被処理
液を減圧して気泡を発生させる減圧部とを含み、該減圧
部は前記パルス印加処理槽と液体流路によって連結され
たものである請求項１０に記載の液体の処理装置。
【請求項１５】前記気体供給手段が、前記被処理液の
一部または他の液体を気体共存状態で加圧する加圧部
と、加圧された該液体を減圧して気泡を発生させる減圧
部と、該気泡を含む液体と気泡を含まない被処理液とを
混合する混合部とを含み、該混合部は前記パルス印加処
理槽と液体流路によって連結されたものである請求項１
０に記載の液体の処理装置。
【請求項１６】前記パルス印加処理槽における前記電
極対よりも上流側に液体加熱手段が設けられている請求
項１０〜１５の何れかに記載の液体の処理装置。
【請求項１７】前記パルス印加処理槽内を前記気体供
給手段内よりも負圧にする負圧手段を更に備えた請求項
１０〜１６の何れかに記載の液体の処理装置。
【請求項１８】前記液体流路が前記パルス印加処理槽
における前記電極対の下方に接続されている請求項１３
〜１７の何れかに記載の液体の処理装置。
【請求項１９】前記液体流路が前記パルス印加処理槽
における前記電極対のうちの下方側の電極周辺に接続さ
れている請求項１３〜１８の何れかに記載の液体の処理
装置。
【請求項２０】前記電極対のうち上方側の電極或いは
その周辺に液体排出口が設けられたものである請求項１
０〜１９の何れかに記載の液体の処理装置。