JP2003112186A - 物質処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物質に対して高周波を効率よく吸収させるこ
とができ、物質中の混在物の分離等を効率よく行うこと
のできる物質処理システムを提供する。 【解決手段】 凝集加速装置７３の高周波分離処理手段
は、高周波発振部３が配設された高周波反応装置１を有
し、高周波発振回路７により発振された高周波原信号を
バースト制御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバー
スト変調し、この変調後の高周波信号を前記高周波発振
部３から発振させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は物質処理システムに
係り、特に、河川や湖沼の水をはじめ畜産用排水や工業
用排水等の高濃度排水、その他の水溶性有機物や微生物
を含む液体、さらには、各種混雑物を含む気体、その他
の物質を浄化するのに好適な物質処理システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から牛や豚等の糞尿を含んだ畜産用
排水、あるいは洗浄液や工場廃液等の化学物質を含む工
業用排水を浄化処理するシステムが提案されている。

【０００３】このような液体の処理システムとして、本
発明者は、液体中に含まれた水溶性有機物や微生物等の
コロイド粒子を液体から除去することによって液体の浄
化を行う特開２０００−２６３０５６号公報に記載され
ている物質処理システムを開発した。

【０００４】この発明によれば、浄化を行う処理対象で
ある処理水に対して、高周波分離処理手段により、１０
０Ｍ〜５００ＭＨｚ、より好ましくは２７０ＭＨｚの周
波数の高周波をかけて高周波電界による誘導プラズマを
発生させて処理水を最適に共振させることで、水溶性有
機物の吸着性を促進させるようになっている。この高周
波電界による誘導プラズマによって水溶性有機物は水分
子に再び溶け込むことがなくなり完全分離させるように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た公開公報に記載した物質処理システムによれば、高周
波分離処理手段により、所定周波数の高周波を発振させ
る技術は開示されているものの、単に高周波を発振させ
るだけでは、処理水に対して高周波を効率よく吸収させ
ることができないという問題を有している。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、物質に対して高周波を効率よく吸収させるこ
とができ、物質中の有用性有機物の分離等を効率よく行
うことのできる物質処理システムを提供することを目的
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に係る本発明の液体処理方法は、物質に高周波
を発振する高周波分離処理手段を備え、この高周波分離
処理手段は、高周波発振部が配設された高周波反応装置
を有し、高周波発振回路により発振された高周波原信号
をバースト制御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバ
ースト変調し、この変調後の高周波信号を前記高周波発
振部から発振させるようにしたことを特徴とするもので
ある。

【０００８】この請求項１に記載の発明によれば、高周
波発振回路により発振された高周波原信号をバースト制
御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバースト変調
し、この変調後の高周波信号を高周波発振部から発振さ
せるようにしているので、物質の分子に対して振動ある
いは回転エネルギを付与し、物質を最適に共振させるこ
とで高周波電界による誘導プラズマによって混在物を完
全分離させることができる。さらに、バースト制御信号
により変調された高周波信号が印加されるため、分子の
振動、回転が断続的に生じることになり、連続で印加し
た場合より完全に分離を行うことができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、処理水中
の浮遊物を除去するための浮遊物除去装置と、処理水中
に混入している水溶性有機物や微生物のコロイド粒子を
水分子から分離させて凝集除去するとともに殺菌、脱臭
および脱色を行うための凝集装置と、前記処理水にマイ
クロ波を発振してコロイド粒子と液体分子とに分離する
マイクロ波分離処理手段、前記マイクロ波を発振した後
の液体に超音波を発振して前記コロイド粒子を凝集させ
る超音波凝集処理手段および前記処理水に高周波を発振
する高周波分離処理手段をそれぞれ備えている凝集加速
装置とを備え、前記高周波分離処理手段は、高周波発振
部が配設された高周波反応装置を有し、高周波発振回路
により発振された高周波原信号をバースト制御信号に応
じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバースト変調し、この変調
後の高周波信号を前記高周波発振部から発振させるよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１０】この請求項２に記載の発明によれば、高周
波発振回路により発振された高周波原信号をバースト制
御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバースト変調
し、この変調後の高周波信号を高周波発振部から発振さ
せるようにしているので、処理水の水の分子に対して振
動あるいは回転エネルギを付与し、処理水を最適に共振
させることで水溶性有機物の吸着性を促進させて、高周
波電界による誘導プラズマによって水溶性有機物は水分
子に再び溶け込むことがなくなり完全分離させることが
できる。さらに、バースト制御信号により変調された高
周波信号が印加されるため、分子の振動、回転が断続的
に生じることになり、連続で印加した場合より完全に水
溶性有機物の分離を行うことができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
において、前記高周波発振部から発振される高周波信号
の周波数を２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲で設定し
たことを特徴とするものである。

【００１２】この請求項３に記載の発明によれば、高周
波発振部から発振される高周波信号の周波数を２００Ｍ
Ｈｚ〜３００ＭＨｚの範囲で設定するようにしているの
で、処理水に対して効率よく共振させることができ、水
溶性有機物の分離を効率よく行うことができる。

【００１３】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
２または請求項３において、前記バースト制御信号は、
５０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの周波数で、５％〜９５％の
デューティ比の範囲で設定されるようにしたことを特徴
とするものである。

【００１４】この請求項４に記載の発明によれば、バー
スト制御信号を５０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの周波数で、
５％〜９５％のデューティ比の範囲で設定するようにし
ているので、適正にバースト変調された高周波を処理水
に対して効率よく発振させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図１６を参照して説明する。

【００１６】なお、本発明は、プール等の上水はもちろ
ん、養豚や養牛等の畜産排水、工場廃液等の工業排水お
よび廃油等種々の液体や各種気体等の物質を浄化する場
合に利用が可能であるが、便宜上、以下の説明において
は養豚排水または工業用排水等の水浄化処理システムを
実施の一例として説明する。

【００１７】図１から図６は本発明に係る物質処理シス
テムの実施の一形態を示したもので、本実施形態におけ
る物質処理システムは、図１から図６に示すように、主
として、処理水中の浮遊物を除去するための浮遊物除去
装置７１と、処理水中に混入している水溶性有機物や微
生物のコロイド粒子を水分子から分離させて凝集除去す
るとともに殺菌、脱臭および脱色を行うための凝集装置
７２と、さらに前記コロイド粒子の凝集除去を加速する
とともに殺菌や脱臭処理等を促進させるための凝集加速
装置７３と、処理水中に残留する凝集物を強制的に沈殿
させて除去するための第１沈殿装置７４ａおよび第２沈
殿装置７４ｂと、凝集除去された凝集物から水分を除去
して濃縮する濃縮装置７５と、これらの各タンクにおけ
る種々の処理動作を制御するための集中制御装置７６と
から構成されている。

【００１８】なお、処理する原水中に糞尿等の重量比の
大きい固形物が含まれている場合には、前記浮遊物除去
装置７１の前に、前処理手段としての遠心分離器やスク
リーン（いずれも図示せず）を任意に配設し、糞尿を含
む原水中から重量比の大きい固形物を遠心分離させて除
去するようにすればよい。

【００１９】つぎに、前記各装置の構成および作用につ
いてより具体的に説明する。

【００２０】前記浮遊物除去装置７１には、固形物が除
去された原水を貯留する浮遊物除去タンク７８が配設さ
れており、この浮遊物除去タンク７８には、図２から図
４に示すように、正面側の側面に固形物が除去された原
水が流入されるための原水流入パイプ７９が連結されて
おり、図２の左側の側面に浮遊物が除去された後の処理
水を次の処理へ移送するための第１移送パイプ８０ａが
連結されている。前記原水流入パイプ７９には、原水を
流入させる動力源である原水ポンプ８１が連結されてお
り、また、前記浮遊物除去タンク７８の下方には、エア
ー吸込みパイプ８２が連結されているとともに、内側上
方には複数の回転羽根（図示せず）が偏心回転するよう
に配設されている。

【００２１】また、前記エアー吸込みパイプ８２には、
エアーコンプレッサー８３が取り付けられており、この
エアーコンプレッサー８３からエアー吸込みパイプ８２
を介して前記浮遊物除去タンク７８内に直径数十μｍ程
度のエアーが吹き込まれるようになっており、このエア
ーの泡が原水中の浮遊物を吸着して一緒に浮上するよう
になっている。そして、水面まで浮上した浮遊物は回転
羽根によりかき集められて、図示しない排出口から順次
排出されて堆肥プラント（図示せず）へ搬送されるよう
になっている。

【００２２】浮遊物除去処理装置において浮遊物の除去
処理が行われた処理水は、第１移送パイプ８０ａを通っ
て凝集装置７２へと移送される。

【００２３】前記凝集装置７２には、図１から図３に示
すように、浮遊物除去処理後の処理水を貯留する凝集タ
ンク８４が配設されており、この凝集タンク８４内に
は、図１に示すように、帯電荷・細胞破壊処理手段８５
たる交流高電圧電極８６が２つの陽極８６ａおよび１つ
の陰極８６ｂからなる、いわゆる３電極方式で配設され
ている。この交流高電圧電極８６は、通常、約６００ｋ
〜１８００ｋＨｚの周波数であって２０ｋＶ以上の電圧
を８ｍＡ〜１００ｍＡで約１０ｍｓ〜４０ｍｓの所定周
期で切り換えて印加されるようになっており、本実施形
態では、より効果的に帯電荷および細胞破壊を行う観点
から、９７０ｋＨｚの周波数であって２５ｋ〜２８ｋＶ
の電圧を約８ｍＡ〜１２ｍＡで１２ｍｓの周期で印加す
るようになっている。なお、３電極方式により印加する
電圧を所定の周期で切り換えるのは、交流高電圧電極８
６の摩耗を防止するとともに凝集タンク８４内での帯電
荷および細胞破壊の処理範囲を広げるためである。

【００２４】また、前記交流高電圧電極８６の高電圧パ
ルスの印加方法は、グロー放電方式またはアーク放電方
式により行い、陽極８６ａと陰極８６ｂとをそれぞれ液
面と水中、あるいは水中に配設するようになっている。
本実施形態では、陽極８６ａと陰極８６ｂとを水中に配
設しており、水中間において放電するようになってい
る。

【００２５】なお、前記交流高電圧電極８６は、１セッ
トのみを配設するようにしてもよいが、複数セット、本
実施形態では２セットの交流高電圧電極８６が配設され
ており、処理水の濃度や水量、種類等に応じて最適な交
流高電圧電極８６に任意に回路を切り換えることができ
るようになっている。

【００２６】このように前記交流高電圧電極８６により
処理水に高い周波数の高電圧を印加することにより、こ
の高電圧により生じる電界が、処理水中の水溶性有機物
および微生物のコロイド粒子および水分子を帯電荷させ
てコロイド粒子を凝集させ、さらに、処理水中の水溶性
有機物および微生物の細胞を破壊して大腸菌等を死滅す
るようになっている。

【００２７】ここで、本実施形態における水溶性有機物
等のコロイド粒子を凝集させるメカニズムについて説明
すると、コロイド粒子とは、液体中に分散する水溶性有
機物の微粒子や微生物、微細藻類等の液体分子以外の物
質のことをいい、図７に示すように、これらは液体中に
おいて水和安定状態や疎水コロイド準安定状態にある。
したがって、水溶性有機物等のコロイド粒子を処理水か
ら分離除去するには、水分子の親水基の結合エネルギ以
上のエネルギを与えて親水基を切断して親水性コロイド
を疎水化し、さらに疎水コロイド準安定状態を崩壊させ
てコロイド粒子を疎水化することで凝集させればよい。
このため、本実施形態では、図８の化学式に示すよう
に、高電圧パルスのエネルギにより陽極８６ａに生じた
ＯＨラジカルによって親水基を切断し、高電圧パルスに
より生じる電界でコロイド粒子を帯電荷させて疎水コロ
イド準安定状態を崩壊して疎水化し、凝集させるように
なっている。また、コロイド粒子が凝集して水分子から
分離されることにより水分子の脱臭および脱色がなされ
るようになっている。

【００２８】そして、凝集したコロイド粒子は、当該処
理により発生する窒素や二酸化炭素、酸素、水素等のガ
スとともに浮上し、これらのガスが拡散した後に沈降す
るようになっている。このため、前記凝集タンク８４の
底には、図１に示すように、凝集物排出処理手段８８と
してのネオジューム等の永久磁石８９が敷設されてお
り、これの磁力によって帯電状態にある凝集物を吸引
し、沈殿させるようになっている。

【００２９】その後、前記凝集タンク８４の底部に集め
られた沈殿物は、底部に連結されている排出パイプ９３
から濃縮装置７５へと排出されるようになっている。

【００３０】一方、アオコ等の細胞や大腸菌等の菌類
は、高電圧パルスにより発生したＯＨラジカルにより破
壊され死滅するようになっている。

【００３１】さらに、前記凝集タンク８４内には、酸化
還元処理手段９１たる直流高電圧電極９２が、２つの陽
極および１つの陰極９２ｂからなる３電極方式により配
設されている。この直流高電圧電極９２は、約１８〜５
５Ｖおよび約８０〜１６０Ｖの直流電圧を約３〜５０Ａ
で印加するようになっており、本実施形態では、より効
果的に酸化還元反応を促進させる観点から約５５Ｖおよ
び約１００Ｖの直流電圧を約７〜１３Ａで印加するよう
になっている。また、この直流高電圧電極９２は、電極
の摩耗防止および凝集タンク８４内での酸化還元処理を
広範囲にわたって行う観点から、所定の周期で陽極およ
び陰極９２ｂの極性を交互に切り換えて動作するように
なっている。

【００３２】この直流高電圧を印加することにより、処
理水の酸化還元反応が促進されて帯電荷が進行するとと
もに、炭素成分を分解することにより誘電率を均等化さ
せることができてより高電圧を印加させやすくなってい
る。

【００３３】また、本実施形態では、前記凝集装置７２
の交流高電圧電極８６および直流高電圧電極９２は、そ
れぞれグラファイトにより形成されているが、これに限
る必要はなく、例えば、陰極８６ｂ、９２ｂを石灰棒な
どのマグネシウム系の材質により形成しイオン媒体電極
として使用するようにしてもよい。このような陰極８６
ｂ、９２ｂを用いると、マグネシウムが処理水中に溶け
出して凝集剤としての機能を発揮し、分離されたコロイ
ド粒子の凝集作用をより促進させるようになる。

【００３４】さらに、前記凝集装置７２の交流高電圧電
極８６を白金とチタンとの合金材料により形成し、一
方、直流高電圧電極９２を銅とタングステンとの合金材
料により形成するようにしてもよい。このような電極材
質を用いると、電極の摩耗を抑制しつつ電子の授受を通
常よりも１０倍程度促進させることができるようになっ
ている。

【００３５】なお、本実施形態において、前記交流高電
圧電極８６を白金とチタンとの合金材料により形成する
場合には、重量や製造コストおよび取り扱いの容易性に
鑑みて、白金とチタンの重量比をそれぞれ７：３となる
ようにしており、一方、前記直流高電圧電極９２を銅と
タングステンとの合金材料により形成する場合には、同
様の理由により、銅とタングステンの重量比をそれぞれ
７：３となるようにしている。

【００３６】また、前記凝集タンク８４には、図２の右
側面に第２移送パイプ８０ｂが連結されており、この第
２移送パイプ８０ｂを介して凝集処理後の処理水が次の
凝集加速装置７３へと移送されるようになっている。

【００３７】つぎに、凝集加速装置７３について説明す
る。

【００３８】この凝集加速装置７３には、図１から図３
および図５に示すように、凝集装置７２における凝集処
理後の処理水を貯留する凝集加速タンク９５が配設され
ており、この凝集加速タンク９５の内部には、前述した
凝集タンク８４の内部と同様に、帯電荷・細胞破壊処理
手段８５たる交流高電圧電極８６および酸化還元処理手
段９１たる直流高電圧電極９２が３電極方式で配設され
ており、継続的に分離凝集処理を行うようになっている
とともに、さらに処理水中に混入する微細なコロイド粒
子を分離凝集し、かつ、コロイド粒子自体の脱臭を行う
ため等に種々の処理手段が配設されている。

【００３９】まず、前記凝集加速タンク９５には、移送
パイプ（図示せず）を介してマイクロ波分離処理手段９
６たる導波管９７が連結されている。この導波管９７か
らは処理水の濃度に応じて３００Ｍ〜１６ＧＨｚの周波
数のマイクロ波、より効果的にコロイド粒子を分離する
点に鑑みると２．４Ｇ〜１０．５ＧＨｚの周波数のマイ
クロ波、さらにより効果的には１０．５ＧＨｚの周波数
の電磁波のマイクロ波が発振されるようになっており、
このマイクロ波により処理水中のより微細な状態で混入
しているコロイド粒子を水分子から分離するようになっ
ている。

【００４０】つぎに、前記マイクロ波分離処理手段９６
たる導波管９７には、移送パイプ（図示せず）を介して
第１超音波凝集処理手段９９たる超音波ボックス１００
が連結されており、この超音波ボックス１００に４０ｋ
〜１２００ｋＨｚの周波数の超音波、より好ましくは９
５０ｋＨｚの超音波を発振する振動子（図示せず）が配
設されており、この振動子から発振される超音波のキャ
ビテーション作用などにより処理水中の分離されたコロ
イド粒子を凝集させるとともに水分子から分散させるよ
うになっている。

【００４１】また、第１超音波凝集処理手段９９たる超
音波ボックス１００には、ミキシング管等の細分帯電荷
処理パイプ３０が連結されており、図９に示すように、
前記細分帯電荷処理パイプ３０の上下部には、ネオジュ
ーム板３１ａが配設されているとともに、前記細分帯電
荷処理パイプ３０内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁
力のネオジューム素子３１ｂが埋設されたセラミックス
材料からなるネオジューム素子羽根３２が配設されてい
る。このネオジューム素子羽根３２は、螺旋状にねじら
れた平板により形成されており、例えば図９に示すよう
に、処理水が通過される方向に沿って羽根３２の幅方向
端部にネオジューム素子３１ｂが「ＮＮＳＳＮＮＳＳ・
・・」の順に交互に埋設されている。前記ネオジューム
板３１ａ、前記ネオジューム素子３１ｂの磁界および前
記ネオジューム素子羽根３２のミキシングの作用によ
り、処理水中の水分子を細分化して負電子に帯電荷（イ
オン化）させるとともにコロイド粒子を細分化して正電
子に帯電荷させてそれぞれ整列させるようになってい
る。このため、細分帯電荷処理手段２９では、同電位の
分子を強力に吸着させてマイクロ波による分離凝集処理
において除去しきれなかった、より微細な水溶性有機物
を分離凝集処理しやすくするようになっている。なお、
前記ネオジューム板３１ａを電磁石により形成するよう
にしてもよい。

【００４２】また、前記細分帯電荷処理パイプ３０に
は、図１０に示すように、脱臭処理パイプ３８が連結さ
れており、この脱臭処理パイプ３８の外側を囲むように
して脱臭処理ボックス３７が配設されている。この脱臭
処理パイプ３８の外側の上下位置には、それぞれＮ極と
Ｓ極の極性を有する外部磁石３９ａが配設されていると
ともに、脱臭処理パイプ３８の軸心位置には棒状の内部
磁石３９ｂが前記外部磁石３９ａの極性と反対の極性が
対向するように配設されている。本実施形態では、前記
外部磁石３９ａは電磁石により形成されており、前記内
部磁石３９ｂは永久磁石により形成されている。さら
に、前記脱臭処理パイプ３８の左右側面には、処理水の
濃度に応じて３Ｍ〜３００ＭＨｚ、より効果的には１０
０ＭＨｚの周波数の超音波を発振する高周域超音波発振
器４０が配設されている。

【００４３】また、処理水は、前記脱臭処理パイプ３８
においてミキシングあるいは振動されながら通過するよ
うになっており、本実施形態では、脱臭処理パイプ３８
内に配設された図示しないノズルから噴出されるととも
に、このノズルの出口近傍に図示しない振動板が配設さ
れており、この振動板に処理水が衝突することにより激
しく振動するようになっている。これらの外部磁石３９
ａおよび内部磁石３９ｂと高周域超音波発振器４０によ
り、磁界と電界の合成効果が生じて、いわゆる電磁超音
波が発生されるようになっており、この電磁超音波によ
り処理水から悪臭、主としてコロイド粒子のアミノ酸を
粉砕することによるコロイド粒子自体の臭気を除去する
ようになっている。

【００４４】なお、このような電磁超音波による効果を
増やすために、前記細分帯電荷処理手段２９の細分帯電
荷処理パイプ３０に対しても、磁界中に電界を交互にか
けて１ｋＷの出力で高周域の超音波を発振するようにし
てもよい。

【００４５】また、前記脱臭処理手段３７たる脱臭処理
パイプ３８には、高周波分離処理手段１０２が連結され
ている。

【００４６】図１１はこの高周波分離処理手段１０２の
具体的な構成を示したもので、本実施形態においては、
円筒状に形成された２つの高周波反応装置１，１を並列
配置し、この一方の高周波反応装置１の下部には、処理
水が導通されるようになっている。また、この一方の高
周波反応装置１の上部から他方の高周波反応装置１の下
部に連結パイプ２を介して処理水が導通され、この高周
波反応装置１の上部から処理水を取り出すようになって
いる。また、これら各高周波反応装置１の内面部分に
は、コイル状に巻回された高周波発振部３が配設されて
おり、この高周波発振部３に高周波信号を印加する経路
の中途部には、インピーダンスの整合をとり、高周波エ
ネルギの損失を減少させるためのチューニングボックス
４が配設されている。

【００４７】また、図１２は高周波分離処理手段の制御
装置の実施形態を示したもので、この制御装置６は、例
えば、ＰＬＬシンセサイザ等からなり、集中制御装置７
６による設定により２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、好ま
しくは２７０ＭＨｚの周波数の高周波原信号を発振する
高周波発振回路７を有しており、この高周波発振回路７
による高周波の周波数は、集中制御装置７６の設定によ
り１ＭＨｚ毎に変更することができるようになってい
る。そして、この高周波発振回路７から出力される高周
波原信号は変調回路８に送られるようになっている。

【００４８】また、例えば、ＰＬＬシンセサイザ等から
なり集中制御装置７６による設定により５０ｋＨｚ〜１
５０ｋＨｚの周波数であって５％〜９５％のデューティ
比のバースト制御信号をデューティ生成回路１０に出力
するバースト制御用シンセサイザ９が設けられており、
集中制御装置７６の設定により、バースト制御用シンセ
サイザ９によるバースト制御信号の周波数は集中制御装
置７６の設定により１ｋＨｚ毎に変更することができる
とともに、デューティ比は５％毎に変更することができ
るようになっている。

【００４９】また、デューティ比生成回路１０は、バー
スト制御用シンセサイザ９から送られるバースト制御信
号に応じてカウントし、このカウントの期間、変調回路
８にＯＮ信号を送るようになっている。この場合、デュ
ーティ比は、ＯＮ信号から次のＯＮ信号までの周期に対
するＯＮ信号の比で表される。そして、変調回路８によ
り、高周波原信号は、デューティ比生成回路のＯＮ信号
に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるようになっている。

【００５０】この変調後の高周波信号は、電力増幅回路
１１により最大５０Ｗまで増幅されて方向性結合器１２
に送られ、出力信号モニタ部１３により、方向性結合器
１２に送られた高周波信号の進行波と反射波とのレベル
をモニタし、直流電圧に変換してモニタ信号として集中
制御装置７６に送られるようになっている。そして、方
向性結合器１２に送られた高周波信号は、サーキュレー
タ１４を介して高周波反応装置１の内部に発振されるよ
うになっている。

【００５１】図１３は高周波反応装置１の内部に導通さ
れる処理水に対して高周波発振部３から高周波を発振さ
せた場合の分子の運動を示したもので、まず、図１３
（ａ）に示すように、誘電体においては、通常状態で
は、内部において一般に＋のイオンと、その近傍に束縛
された−の電子が対をなしており、全体として電界が０
の状態となっている。

【００５２】ここに、強い電界が与えられると、イオン
の対が、図１３（ｂ）に示すように、電界の方向に整列
し、電界が逆になると、図１３（ｃ）に示すようにイオ
ン、電子対の方向も逆の配列に代わる。この配列の変化
が連続で起きると分子内で双極子の回転や振動が発生す
る。この回転運動または振動には固有振動数があり、印
加する電磁波の周波数と固有振動数が一致すると共振現
象が発生し、その固有振動数をもった分子もしくは、イ
オン、電子対は違う固有振動数をもった分子より激しく
運動することになる。ここで、処理水中にこの固有振動
数より低い振動数をもった分子が存在した場合、分子列
が分解されることとなる。

【００５３】そのため、本実施形態のように処理水に対
して高周波を印加することにより、高周波が水の分子に
対してエネルギを付与し、分子レベルでの振動あるいは
回転エネルギとなり、処理水を最適に共振させることで
水溶性有機物の吸着性を促進させるようになっている。
この高周波電界による誘導プラズマによって水溶性有機
物は水分子に再び溶け込むことがなくなり完全分離され
る。

【００５４】さらに、本実施形態においては、バースト
制御信号による変調により、高周波信号がバースト波形
として印加されるため、分子の振動、回転が断続的に生
じることになり、連続で印加した場合より、反応が激し
くなる。そのため、より完全に水溶性有機物の分離を行
うことができる。

【００５５】さらに、前記高周波分離処理手段１０２に
は、水分子細分化処理手段１０５たる細分化処理パイプ
１０６が連結されている。この細分化処理パイプ１０６
の上部と下部には、それぞれ約１００００Ｇａｕｓｓの
ネオジューム等の永久磁石が磁界形成体として埋設され
ており、強力な磁場が形成されている。この強力な磁力
により、処理水が細分化処理パイプ１０６内を通過する
と、水のクラスターをより細分化して活性化された、い
わゆる活性水を生成するようになっている。

【００５６】そして、前記水分子細分化処理手段１０５
たる細分化処理パイプ１０６には、移送パイプ（図示せ
ず）を介して前記凝集加速タンク９５が連結されてお
り、前述の各処理を終えた処理水が再び凝集加速タンク
９５内に流入されるようになっている。

【００５７】また、前記凝集加速タンク９５内には、前
述の交流高電圧電極８６および直流高電圧電極９２のほ
かに、第２超音波凝集処理手段１０８たる１００ｋＨｚ
以下の超音波を発振する複数の超音波発振体１０９が配
設されている。本実施形態の超音波発振体１０９は、そ
れぞれ２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚおよび４８ｋＨｚの周波
数の縦波による超音波と１００ｋＨｚの周波数の横波に
よる超音波を発振するようになっている。これらの超音
波は、処理水の濃度により使い分けるようになってお
り、水溶性有機物を凝集するとともに、これらの凝集物
と水分子とを分散させる役割を有している。

【００５８】また、前記凝集加速タンク９５内の底部に
は、凝集物排出処理手段８８たるネオジューム等の永久
磁石８９が敷設されており、流入された処理水のうち帯
電状態にある凝集物が前記永久磁石８９の磁力により吸
引されて底部に沈殿化するようになっている。

【００５９】その後、前記凝集加速タンク９５の底部に
集められた沈殿物は、底部に連結されている排出パイプ
９３から濃縮装置７５へと排出されるようになってい
る。

【００６０】なお、本実施形態では、製品化の都合上、
マイクロ波分離処理手段９６、超音波凝集処理手段、細
分帯電荷処理手段、脱臭処理手段、高周波分離処理手段
１０２および水分子細分化処理手段１０５が、それぞれ
凝集加速タンク９５の外部に配設される構成となってい
るが、これらを凝集加速タンク９５の内部に配設するよ
うにしてもよく、同等の効果を得ることができる。ま
た、前記凝集加速タンク９５では、ポンプ等により処理
水を順次循環させるようになっており、処理水の水量が
多い場合には循環速度を高めて複数回循環させるように
なっている。

【００６１】つぎに、第１沈殿装置７４ａおよび第２沈
殿装置７４ｂについて説明する。

【００６２】第１沈殿装置７４ａは、第３移送パイプ８
０ｃを介して前記凝集加速装置７３と連結されており、
さらに第２沈殿装置７４ｂは第４移送パイプ８０ｄを介
して前記第１沈殿装置７４ａと連結されている。これら
の第１沈殿装置７４ａおよび第２沈殿装置７４ｂは、汚
れのひどい原水を処理する場合に、より確実に処理水か
ら水溶性有機物等の汚物を除去するために同等の構成を
有する沈殿装置７４ａ，７４ｂを２台配設しているもの
であり、１台だけの沈殿装置７４でも充分効果を発揮す
るようになっている。

【００６３】図１、図３、図５、図６、図１４および図
１５に示すように、これらの第１沈殿装置７４ａおよび
第２沈殿装置７４ｂには、凝集加速装置７３で処理され
た処理水が貯留される第１沈殿タンク１１１ａおよび第
２沈殿タンク１１１ｂがそれぞれ配設されており、これ
らの内部には、凝集物沈殿処理手段１１３たる格子状の
電気的分離膜１１４が上下方向に複数枚配設されてい
る。この電気的分離膜１１４の格子の升目は、１辺が約
１〜５ｍｍに形成されており、高電圧パルス発生器１１
５により、各升目には５ｍＡ〜３０ｍＡの電流が流れ、
１０ｋ〜６０ｋＶ、より好ましくは２０ｋＶの高電圧が
印加されるようになっている。これらの電気的分離膜１
１４は、各沈殿タンク１１１ａ，１１１ｂの下方から流
入される処理水の帯電荷された凝集物を吸着して上方へ
通過するのを妨げ、これらの凝集物を排出する際には、
電極の極性を切り換えて凝集物を下方に落とすようにし
て急速に沈殿させるようになっている。

【００６４】また、前記第１沈殿タンク１１１ａおよび
第２沈殿タンク１１１ｂの底部には、ネオジューム等の
永久磁石８９が敷設されており、強制的に沈殿される帯
電荷された凝集物を確実に吸着して排出パイプ９３を介
して堆肥プラントへ排出するようになっている。

【００６５】さらに、前記第２沈殿タンク１１１ｂに
は、図１に示すように、前記浮遊物除去タンク７８と連
通する希釈用移送パイプ１１６が連結されており、本実
施形態で処理した処理水の一部を前浮遊物除去タンク７
８に流入させるようになっている。この処理後の水は、
いわゆる活性水と呼ばれ、水分子が帯電荷状態にあるた
め、原水に混入されると酸化還元反応を起こして汚れを
分解する性質を有している。本実施形態では、第２沈殿
装置７４ｂで処理した後の処理水を浮遊物除去タンク７
８に混入させるようになっているが、凝集装置７２で処
理した直後の処理水の方がより水分子が帯電荷されてい
るため、効果的に酸化還元反応による汚れの分解を促進
することができる。したがって、例えば、河川の水を凝
集装置７２で処理しておき、予め原水に混入させて一次
処理を行っておけば、よりその後の処理が簡単になり処
理能力を向上させることができるようになる。

【００６６】つぎに、前記濃縮装置７５について説明す
る。

【００６７】この濃縮装置７５には、図１に示すよう
に、濃縮タンク７５ａが配設されており、前述した各タ
ンクと排出パイプ９３により連結されている。この濃縮
タンク７５ａは、各タンクの処理により生じる凝集物を
回収して水分を除去し、堆肥プラントにおいて堆肥化処
理しやすくするようになっている。凝集物から水分を除
去する手段としては、脱水器等の公知の手段を用いるよ
うになっている。

【００６８】つぎに、集中制御装置７６について説明す
る。

【００６９】前記集中制御装置７６は、図１６のブロッ
ク図に示すように、浮遊物除去装置７１におけるエアー
の吹込みや回転羽根の回転を制御する浮遊物除去装置制
御部１１７と、凝集装置７２における交流高電圧電極８
６および直流高電圧電極９２で印加する電圧の大きさや
印加周波数等を制御する凝集装置制御部１１８と、凝集
加速装置７３における交流高電圧電極８６および直流高
電圧電極９２で印加する電圧の大きさ等の制御や、マイ
クロ波分離処理手段９６で発振されるマイクロ波の出力
の制御や、第１超音波凝集処理手段９９で発振される４
０ｋ〜１２００ｋＨｚの周波数の超音波の出力の制御
や、脱臭処理手段で発振される３Ｍ〜３００ＭＨｚの周
波数の超音波の出力の制御や、高周波分離処理手段１０
２で発振される高周波の出力の制御や、第２超音波凝集
処理手段１０８で発振される２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、
４８ｋＨｚおよび１００ｋＨｚの周波数の超音波の出力
制御や、処理水の回遊速度等の制御を行うための凝集加
速装置制御部１１９と、第１沈殿装置７４ａおよび第２
沈殿装置７４ｂにおける１０ｋ〜６０ｋＶの電圧の印加
や切り換え等を制御する第１沈殿装置制御部１２０およ
び第２沈殿装置制御部１２１と、濃縮装置７５における
脱水処理の制御等を行う濃縮装置制御部１２２とを有し
ている。これらの各制御部は、集中制御盤１２３の各ス
イッチ（図示せず）により容易に制御操作できるように
なっており、通常時には自動制御されている。

【００７０】したがって、本発明の実施形態によれば、
集中制御装置７６を用いた簡単な操作により原水に含ま
れる水溶性有機物や微生物を凝集分離および殺菌して迅
速かつ確実に除去できるとともに、この処理に伴って脱
臭および脱色をも行い、さらに極めて細分化された水分
子からなる活性水であって安定的な水を生成することが
できるため、この活性水をそのまま放流することはもち
ろんのこと、動物の飲料水や植物に与える水として利用
すれば、動植物の成長に著しく効果的である。

【００７１】また、水処理に必要な設備を小規模化する
ことができるとともに消費電力を少なくできるため、イ
ニシャルコストおよびランニングコストを低廉化でき
る。

【００７２】さらに、本実施形態においては、処理水に
対して高周波を発振することにより水の分子に対して振
動あるいは回転エネルギを付与し、処理水を最適に共振
させることで水溶性有機物の吸着性を促進させて、高周
波電界による誘導プラズマによって水溶性有機物は水分
子に再び溶け込むことがなくなり完全分離させることが
できる。さらに、本実施形態においては、バースト制御
信号による変調により、高周波信号がバースト波形とし
て印加されるため、分子の振動、回転が断続的に生じる
ことになり、連続で印加した場合より完全に水溶性有機
物の分離を行うことができる。

【００７３】さらに、前述した本実施形態においては、
水処理システムを構成する各処理手段について説明した
が、各処理手段は水処理システムとしてだけではなく、
単独の処理装置としても使用することが可能であり、単
独であっても各処理の効果を発揮することができるもの
である。

【００７４】また、前記実施形態においては、液体であ
る水の処理システムについて説明したが、他の液体、気
体等、混在物が混入している物質であれば、いずれの物
質に対しても適用することができるものである。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように請求項１に係る物質処
理システムによれば、高周波発振回路により発振された
高周波原信号をバースト制御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ
制御されるバースト変調し、この変調後の高周波信号を
高周波発振部から発振させるようにしているので、物質
の分子に対して振動あるいは回転エネルギを付与し、物
質を最適に共振させることで高周波電界による誘導プラ
ズマによって混在物を完全分離させることができる。さ
らに、バースト制御信号により変調された高周波信号が
印加されるため、分子の振動、回転が断続的に生じるこ
とになり、連続で印加した場合より完全に分離を行うこ
とができる。

【００７６】また、請求項２に記載の発明によれば、バ
ースト変調された高周波信号を高周波発振部から発振さ
せるようにしているので、処理水の水の分子に対して振
動あるいは回転エネルギを付与し、処理水を最適に共振
させることで水溶性有機物の吸着性を促進させて、高周
波電界による誘導プラズマによって水溶性有機物は水分
子に再び溶け込むことがなくなり完全分離させることが
できる。さらに、バースト制御信号により変調された高
周波信号が印加されるため、分子の振動、回転が断続的
に生じることになり、連続で印加した場合より完全に水
溶性有機物の分離を行うことができる。

【００７７】また、請求項３に記載の発明によれば、高
周波発振部から発振される高周波信号の周波数を２００
ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲で設定するようにしている
ので、処理水に対して効率よく共振させることができ、
水溶性有機物の分離を効率よく行うことができる。

【００７８】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
バースト制御信号を５０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの周波数
で、５％〜９５％のデューティ比の範囲で設定するよう
にしているので、適正にバースト変調された高周波を処
理水に対して効率よく発振させることができる等の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る物質処理システムの実施形態を
示すフロー図

【図２】 本発明に係る物質処理システムの実施形態の
主要部を示す正面図

【図３】 図２の平面図

【図４】 図２の左側面図

【図５】 図２の右側面図

【図６】 図２の背面図

【図７】 本実施形態における凝集装置および凝集加速
装置によりコロイド粒子が分離凝集されるメカニズムを
示す説明図

【図８】 本実施形態における凝集装置および凝集加速
装置出の処理により発生するＯＨラジカルの発生を示す
化学式

【図９】 本実施形態における細分帯電荷処理手段の要
部を示す説明図

【図１０】 本実施形態における脱臭処理手段の要部を
示す説明図

【図１１】 本実施形態における高周波分離処理手段を
示す概略構成図

【図１２】 本実施形態における高周波分離処理手段の
制御装置を示すブロック図

【図１３】 図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ
本実施形態における高周波発振による分子状態を示す説
明図

【図１４】 本実施形態における第１沈殿装置および第
２沈殿装置の主要部を示す説明図

【図１５】 本実施形態における第１沈殿装置および第
２沈殿装置の電気的分離膜を示す説明図

【図１６】 本実施形態における集中制御装置を示すブ
ロック図

【符号の説明】

１ 高周波反応装置 ２ 導通パイプ ３ 高周波発振部 ７ 高周波発振回路 ９ バースト制御用シンセサイザ １０ デューティ比生成回路 １３ 方向性結合器 １４ サーキュレータ ７２ 凝集装置 ７３ 凝集加速装置 ７４ａ 第１沈殿装置 ７４ｂ 第２沈殿装置 ９６ マイクロ波分離処理手段 ９９ 第１超音波凝集処理手段 １０２ 高周波分離処理手段 １０８ 第２超音波凝集処理手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D037 AA05 AA11 AB02 AB03 BA26 BB01 CA04 CA08 4D061 DA02 DA08 DA09 DB01 DB16 DC03 DC04 DC08 EA15 EA18 EB01 EB05 EB07 EB30 EB40 FA04 FA07 4G075 AA02 CA15 CA23 CA25 DA04 DA13 EB01 EC21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物質に高周波を発振する高周波分離処理
   手段を備え、この高周波分離処理手段は、高周波発振部
   が配設された高周波反応装置を有し、高周波発振回路に
   より発振された高周波原信号をバースト制御信号に応じ
   てＯＮ、ＯＦＦ制御されるバースト変調し、この変調後
   の高周波信号を前記高周波発振部から発振させるように
   したことを特徴とする物質処理システム。
2. 【請求項２】 処理水中の浮遊物を除去するための浮遊
   物除去装置と、処理水中に混入している水溶性有機物や
   微生物のコロイド粒子を水分子から分離させて凝集除去
   するとともに殺菌、脱臭および脱色を行うための凝集装
   置と、前記処理水にマイクロ波を発振してコロイド粒子
   と液体分子とに分離するマイクロ波分離処理手段、前記
   マイクロ波を発振した後の液体に超音波を発振して前記
   コロイド粒子を凝集させる超音波凝集処理手段および前
   記処理水に高周波を発振する高周波分離処理手段をそれ
   ぞれ備えている凝集加速装置とを備え、前記高周波分離
   処理手段は、高周波発振部が配設された高周波反応装置
   を有し、高周波発振回路により発振された高周波原信号
   をバースト制御信号に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御されるバ
   ースト変調し、この変調後の高周波信号を前記高周波発
   振部から発振させるようにしたことを特徴とする物質処
   理システム。
3. 【請求項３】 前記高周波発振部から発振される高周波
   信号の周波数を２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲で設
   定したことを特徴とする請求項２に記載の物質処理シス
   テム。
4. 【請求項４】 前記バースト制御信号は、５０ｋＨｚ〜
   １５０ｋＨｚの周波数で、５％〜９５％のデューティ比
   の範囲で設定されるようにしたことを特徴とする請求項
   ２または請求項３に記載の物質処理システム。