JP2003340457A - 汚染水の省電力による浄化処理方法及び浄化処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な種類の有機化合物及び無機化合物に対
応した電気分解反応を起こすことができる。又前処理と
して蒸留過程を経てきた汚染水を省電力で浄化処理する
方法及び装置を提供する。 【解決手段】 上記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（６）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、
９）に互いに独立した周期、パスス幅、電圧及び電流で
特殊直流パルス電圧又は電流を印加することと、電極に
生じたガスを超音波振動又は水流で処理水の中に微細化
して戻す方法とを、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
象物に電極間の隙間が、狭い間隔をもち同一電極に一周
期の中でプラス電圧又は電流及びマイナス電圧又は電流
を交互に印加して、発振及び充電又は放電作用によって
省電力（低電流）にて電気分解（酸化、還元）処理をお
こな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】特開平１０−６６９７７号広報には、直
流高圧又は交流高圧を整流平滑した直流高圧を出力する
電源部と電源部から供給される直流電圧を交流高電圧に
変換するインバータ部と波形整形部及び円形の電極に印
加して電気分解処理する方法と装置が記載されている。

【０００３】特開２０００−２６３０５０号広報には、
周波数発生回路と、スイッチング回路と、電力増幅回路
と、一対の電極とを有し、この一対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ょつて浄化処理を
行う廃水処理方法及び装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の浄化処理装置で
は、一対の電極にプラス電圧又は電流、とマイナス電圧
又は電流を個々に印加するために処理対象物によって
は、電極が汚れ又は酸化するという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、一対の電極にプラス電圧
又は電流、マイナス電圧又は電流を波長（デューティ）
比率を変え交互に印加して電気分解（酸化及び還元）作
用を操作することができる汚染水の浄化処理方法及び浄
化処理装置を提供することにある。

【０００６】本発明の目的は、省電力（低電圧、低電
流）で充分に速い処理速度で電気分解をおこなうことが
できる汚染水の浄化処理方法及び浄化処理装置を提供す
ることにある。

【０００７】本発明の目的は、従来の電気分解に因る浄
化処理方法では、前処理としての蒸留過程を経てきた汚
染水の浄化処理に対して電導性の薬品（支持塩、電解
質）を混ぜて処理を行うのに対し電導性薬品を使用する
こと無く汚染水の浄化処理方法及び浄化処理装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件特許出願の発明者
は、一対の電極を基本として複数使用し、電極間の隙間
１．５ｍｍ〜３５ｍｍと狭い間隔を持ち、同一電極にプ
ラス電圧又は電流及びマイナス電圧又は電流を交互に
（特殊直流パルス電圧又は電流）印加し、且つ波長（デ
ューティ）比率を変化させて、酸化及び還元作用を操作
することによりあらゆる有機化合物の電気分解による浄
化処理を有効に制御することが可能であり且つ、電極の
汚れ又は酸化を防止することを見出した。また、このよ
うな方法は無機化合物の浄化処理についても同様に適用
できる。

【０００９】本発明において電極間の隙間は、１．５ｍ
ｍ〜３５ｍｍと狭い間隔を可能にするため電極間に生じ
るガスを、超音波振動もしくは水流により、微細化し浄
化処理液の中に戻し浄化処理を行うことを見出した。

【００１０】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、汚染水に浸っている複数の対をなす電
極各々に特殊直流パルス電圧又は電流を印加する。この
特殊直流パルス電圧又は電流は、一周期の中で同一電極
にプラス電圧又は電流とマイナス電圧又は電流を印加す
ることができ、且つ、プラスとマイナスの波長（デュー
ティ比）を変えることにより、あらゆる処理対象物（有
機物及び無機物）の電気分解反応を有効に制御できる。

【００１１】好ましくは、特殊直流パルス電圧又は電流
は一周期の中でプラスとマイナスの波長（デューテイ
比）を変化できることがよい。また、同一電極にプラス
電圧又は電流及びマイナス電圧又は電流を交互に印加す
ることがよい。更に、同一電極にプラスとマイナスを交
互に印加するため、短絡（ショート）防止回路を設ける
のがよい。上記のことにより、電極間で発振及び充電又
は放電作用によって省電力（低電圧、低電流）で電気分
解反応を有効にすることを見出した。

【００１２】本発明はまた、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、複数の対をなす電極各々に特殊直流パルス電圧又は
電流をプラス電圧又は電流とマイナス電圧又は電流を交
互に印加することができる直流パルス電源装置と、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電極に電圧又は電流を
印加するための電源装置であって、各々の同一電極に一
周期の中でプラスとマイナスを交互に電圧又は電流を印
加することを特徴とする汚染水の浄化処理用特殊パルス
電源装置である。

【００１３】

【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を省電力（低電
圧、低電流）電気分解することによって汚染水Ｗを省電
力浄化処理するための装置であって以下に示すような電
源部と処理槽６からなる．電源部は２っの直流パルス信
号を発生することができるパルス発生装置２と、２っの
直流パルスが合成された時に短絡（ショート）をおこさ
ないための短絡（ショート）防止装置３、短絡（ショー
ト）防止回路３の一方の出力信号を電力増幅するための
第一電力増幅装置４、短絡（ショート）防止回路３の他
方の出力信号を電力増幅するための第二電力増幅装置５
を有する。処理槽６は第一電極対８及び第二電極対９
と、第一電極対８及び第二電極対９の隙間に発生するガ
スを取り除くための水流ポンプＰ又は超音波発生装置Ｈ
及び汚染水Ｗを収容する。

【００１４】第一電極対８は陽極８ａと陰極８ｂからな
り、同様に、第二電極対９は陽極９ａと陰極９ｈからな
る。好ましくは、処理すべき汚染水に応じて、第一電極
対８及び第二電極対９の陽極８ａ、９ａと第一電極対８
及び第二電極対９の陰極８ｂ、９ｂの材質を異なるもの
にする。電極の材料としては酸化チタン、ダイヤモンド
電極、チタン、ステンレス等、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、厚さ０．８ｍｍ〜２
ｍｍくらいの板材が好ましく、陽極と陰極の対を平行に
配置し処理する汚染水Ｗに応じて電極の隙間を１．５ｍ
ｍ〜３５ｍｍの間で調整すると良い。

【００１５】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が内臓して
いるパルス発生回路１２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１２
は、周波数設定回路１０と、波長（デューティ比）設定
回路１１と、短絡（ショート）防止回路１３と、過電流
検出回路１４と、過電流遮断回路１５とを有する。

【００１６】周波数設定回路１０は、ＩＣ１７、１８と
発振周波数を設定するためのコンデンサー１６と発振周
波数を調整するための可変抵抗器１９と、を有する。ま
た波長（デューティ比）設定回路１２は、波長（デュー
ティ比）デューティを設定するためのＩＣ２０と波長
（デューティ）比率を調整するための可変抵抗器２２
と、コンデンサー２３と、を有する。

【００１７】短絡（ショート）防止回路１３は、短絡
（ショート）を防止するため時間を設定する可変抵抗器
３８と短絡（ショート）を防止するためのＩＣ３５、３
６、４０、４１と、抵抗器３９と、コンデンサー３７
と、トランジスター３４と、を有し２つのパルス波が各
々干渉されることを防止する。第一パルス波は、ＩＣ２
６、２７、２８、３１、３２、３３と、抵抗器２９と、
コンデンサー３０と、を有し、出力パルス波形をきれい
な矩形波に整えＩＣ３３より出力される、同じく第二パ
ルス波はＩＣ４２、４５、４６と、抵抗器４３、コンデ
ンサーと、を有し、出力波形をきれいな矩形波に整えＩ
Ｃ４７より出力される。

【００１８】パルス発生装置１２のＩＣ２０からの出力
はＩＣ２４、２５によって短絡（ショート）防止回路部
と波形整形回路部及び過電流遮断部を介して、第一出力
端子へ、第二パルス波はＩＣ２４によって波形整形回路
部と過電遮断部のを介して、第二出力端子７０に接続さ
れている。第一出力端子６３からの出力は第一電力増幅
装置４へ、第二出力端子７０からの出力は第二電力増幅
装置５へ各々接続されている。本実施形態によるパルス
発生装置２は、１ＫＨｚ乃至２００ＫＨｚのパルス波を
出力することができるように構成されている。

【００１９】次に、図３を参照して、第一電力装置４が
内臓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８９は過電流遮断用トランジスタ
ー７３と電力増幅用トランジスター７７、７９、８５、
８７と抵抗器７１、７２、７４、７５、７８、８２、８
３、８６とダイオード７６、８４と電源回路Ｖ（図示せ
ず）とを有する。パルス発生装置２の第一パルス出力端
子６３が電力増幅回路８９の入力端子８１に接続されて
いる。電力増幅回路８９の出力端子８０が第一電極対８
の陽極８ａ及び第二電極対９の陽極９ａに接続され、出
力端子８８が第一電極対８の陰極８ｂ及び第二電極対９
の陰極９ｂに各々接続されている。しかしながら、ここ
に示した電力増幅回路は一例であり、他の電力増幅素子
やパワーＭＯＳによって電力増幅回路を構成してもよ
い。更に、第二電力増幅装置５も第一電力増幅装置４と
全て同一の電力増幅回路（図示せず）を有する。第二電
力増幅装置４のプラス電源出力（８０）が出力端子８８
にマイナス電源出力（８８）が出力端子８０に接続され
ている。

【００２０】次に、図１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６の中に導
入する。処理槽６への導入の方法は浄化処理装置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において
は、汚染水Ｗとしての工業廃液を蒸留濃縮処理した蒸留
液に蒸発成分の有害不純物を含むものを想定している
が、他の汚染水に対しても対応が可能である。ここで、
２つの電極対８、９が充分に汚染水Ｗの中に浸かるよう
に、汚染水Ｗを所定の量、処理槽６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。

【００２１】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。続いで、周波数設定部１０
の可変抵抗器１９を操作して所定の周波数に設定する。
本実施形態では、可変抵抗器１９の操作によって１ＫＨ
ｚ乃至２００ＫＨｚの周波数を設定する。

【００２２】図４（ａ）は、パルス発生装置２の出力波
形の一例で有り、同図上段は第一電力増幅装置４への出
力波形を、下段は第二電力増幅装置５への出力波形を各
々示す。可変抵抗器１９を操作することによって、各波
形のパルス周波数を同じく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１１の可変抵抗器２２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波
の波長（デューティ比）、即ち各波形の波長が出力され
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％の場合で有り、
同図（ｂ）はデューティ比９０％／１０％の場合であ
る。本発明の特殊電源装置はデューティ比を９９％乃至
１％の範囲で調整ができる。パルスの周波数及びデュー
ティ比を、処理対象物である汚染水Ｗに含まれる汚染物
質の成分、電極間の隙間、各対の電極の材質等に応じて
変化させることにより、有効に省電力電気分解を行うこ
とができる。

【００２３】次に、短絡防止回路部１３の可変抵抗器３
８を操作することにより第一出力波形の始め（立ち上が
り）と終わり（立下り）に短絡防止の時間Ｓを設定す
る。図５（ａ）上段は短絡防止の時間Ｓを設定した場合
の第一電力増幅装置４の電力出力波形を下段は第二電力
増幅装置５の電力出力波形を各々示す。図５（ｂ）は上
段が第一電力出力波形を、下段が第二電力出力波形を各
々示し、短絡防止時間Ｓを設けることにより、第一電力
出力と第二電力出力が同じ出力端子に交互にプラス電圧
とマイナス電圧が印加されても短絡しないことを示す。

【００２４】以上のように、電力制御部の電圧調整用の
可変抵抗器（図示せず）をダイヤルをゼロに調整した後
に特殊電源装置７の電源スイッチ（図示せず）をオンに
してパルス周波数、デューティ比、短絡防止時間を設定
したならば、出力制御部の可変抵抗器（図示せず）で電
圧を調整する。パルス発生装置２からの出力が短絡防止
回路３の短絡防止部で各々干渉することなく波形整形部
を介してきれいな矩形波形に整形されて電力増幅装置
４、５に入力される。処理槽６に収容されている汚染水
Ｗには、第一電極対８と第二電極対９に交互に電圧又は
電流が印加される。電圧を印加することにより、発振及
び充電又は放電作用により、種々の電解反応や化学反応
が誘発され、汚染水Ｗ中の不純物（有機化合物及び無機
化合物）を電気分解処理（酸化及び還元）することによ
って汚染水を浄化する。

【００２５】出力端子に、誤操作又は電極間に過大な電
流が流れ、過電流検出回路（図示せず）が検出すると電
流検出部１４より過電流遮断部１５に信号がでて電力増
幅装置４、５の入力が無くなり出力が停止される。

【００２６】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又は電流を印加しているた
めに各パルスの波形立ち上がり時に突入電流が流れ、然
るに発振及び充電又は放電作用を誘発することにより効
率良く省電力（低電圧、低電流）にて電気分解を行うこ
とができる。又、パルス周波数とデューティ比を変化さ
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、電極の材質を選択するこ
とによって、より様々な化合物に対して電解反応を起さ
せることが可能になる。又、デューティ比を調整するこ
とによって、対の陽極電極の酸化と陰極電極の不純物の
付着を防ぐことができ、電気分解反応の酸化作用、還元
作用及び化学反応をも制御することが可能になる。

【００２７】以上、本発明の好ましい実施形態を説明し
たが、本説明の範囲又は信念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項目の範囲内におい
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、２種以上も良く、２種以上の
場合には、パルス発生装置は１周期の間に電極の種類の
数だけパルス波を出力し、各パルス波を電力増幅するた
めに電極の種類の数だけパルス発生装置に短絡防止装置
と電力増幅装置が接続される。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、様々な種類の有機化合物
及び無機化合物に対応した電気分解反応を起こすことが
できる汚染水の浄化処理方法及び浄化処理装置が得られ
た。又、本発明により、充分に速い処理速度と省電力で
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
浄化処理装置が得られた。更に、前処理としての蒸留を
経てできた汚染水をそのまま電気分解処理をすることが
出来る、浄化処理方法及び浄化処理装置が得られた。

【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臓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臓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つて出力される波形の一例
である。

【図５】電力増幅装置によって出力される電圧波形に短
絡防止時間Ｓを設けた場合の出力電圧波形の一例であ
る。

【符号の説明】

Ｓ 短絡防止時間 Ｔ パルスの周期 Ｗ 汚染水 Ｐ 水流循環ポンプ Ｈ 超音波発生装置 １ 汚染水の浄化処理装置 ２ パルス発生装置 ３ 短絡（ショート）防止装置 ４ 第一電力増幅装置 ５ 第二電力増幅装置 ６ 処理槽 ７ 特殊直流パルス電源装置 ８ 第一電極対 ８ａ 第一電極対の陽極 ８ｂ 第一電極対の陰極 ９ 第二電極対 ９ａ 第二電極対の陽極 ９ｂ 第二電極対の陰極 １０ 周波数回路 １１ 波長（デューティ）設定回路 １２ パルス発生回路 １３ 短絡（ショート）防止回路 １５ 過電流検出回路 ８９ 電力増幅回路

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【手続補正書】

【提出日】平成１４年７月２５日（２００２．７．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図４】

【図２】

【図３】

【図５】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚染水を入れた、浄化処理槽内に配置さ
   れた一対の電極を基本とし、複数浄化処理槽内に狭い間
   隔で配列しそれぞれに特殊直流パルス電圧又は電流を印
   加し、酸化、還元の操作をすることを特徴とする汚染水
   の浄化処理方法
2. 【請求項２】前記特殊直流パルス電圧又は電流が一周期
   内で互いに波長（デューティ比）を変えられることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】前記一対をなす電極が同一材質もしくは、
   それぞれ異なる材質を使用することを特徴とする請求項
   １に記載の方法。
4. 【請求項４】前記、電極間に生じるガスを超音波振動も
   しくは水流により微細化し浄化処理液内に戻し浄化処理
   を行うことを特徴とする請求項１〜３に記載の方法。
5. 【請求項５】前記特殊直流パルス電圧又は電流を印加す
   る特殊直流パルス電源装置であつて、一周期の中で同一
   電極にプラス電圧又は電流とマイナス電圧又は電流を印
   加することができ、短絡（ショート）防止回路を持つこ
   とを特徴とする特殊直流パルス電源装置。
6. 【請求項６】前記特殊直流パルス電源装置は、同調した
   周期それぞれ独立したパルス幅、電圧又は電流で特殊直
   流パルス電圧又は電流を印加できることを特徴とする請
   求項５記載の電源装置。
7. 【請求項７】電極間の隙間を１．５ｍｍ〜３５ｍｍと浄
   化処理液にて隙間を選び電極間で発振及び充電又は放電
   作用によつて浄化処理をおこなうことを特徴とする前記
   請求項１〜４に記載の方法。
8. 【請求項８】前記請求項５〜７に記載の浄化処理装置及
   び浄化処理方法。