JP2004089935A - Water treatment method and water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理水を電気化学的に処理する水処理方法および水処理装置に関するものであり、特に、被処理水から酸素活性種であるヒドロキシラジカルの生成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の水処理方法および水処理装置として、例えば、特開平10−99863号公報に開示されている。この公報では、殺菌処理すべき被処理水が溜められた被処理水槽と、その少なくとも一部が被処理水中に浸かるように配置された陽極と、表面にポリアニリン膜が付着し、このポリアニリン膜が被処理水中に浸かるように配置された陰極と、陽極および陰極に電流を与える電流源とを備えたものである。
【0003】
そして、陽極と陰極間を間歇的にまたは連続的に通電しながらポリアニリンが被処理水中の溶存酸素を還元することにより生成するスーパーオキサイド(O・2 −)により被処理水中に含まれる微生物を殺菌するようにしている。つまり、ポリアニリンを被処理水に接触させるとこれが被処理水中の溶存酸素(O2)を還元して優れた殺菌作用を示すスーパーオキシド(O・2 −)を生成させ、しかも、酸素を還元することによって一旦酸化されたポリアニリンが被処理水中の電極に流される還元電流によって電気化学的に還元されて再び被処理水中の酸素を還元しうるポリアニリンに再生させるものである。従って、ポリアニリンによるスーパーオキシド(O・2 −)の生成が途絶えることなく行われることとなり、多量の被処理水であっても被処理水中の微生物を確実に殺菌することができるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報によれば、被処理水中の溶存酸素(O2)が効率的にポリアニリンに接触させるために被処理水を攪拌させるように構成させているが、被処理水槽内に貯められた被処理水中の溶存酸素(O2)が消耗してくると上述のスーパーオキシド(O・2 −)の生成およびポリアニリンの還元が連続的に行なわれなくなる問題がある。また、このスーパーオキシド(O・2 −)は、一般的に他の酸素活性種に比べて殺菌作用の反応特性が低いため、細菌に対しては有効的であるが、大型のプランクトンなどに対しては充分な効果が発揮できない問題がある。
【0005】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、反応特性の大なる酸素活性種を生成する放電部を被処理水中に配設させることで、汚染物質の分解および微生物の殺菌、死滅を可能とした水処理方法および水処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項7に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、内壁に酸素活性種を生成するポリアニリン(12)が製膜され被処理水が流通される通水管(11)に高電圧パルスを印加する放電部(14、15)を配置して被処理水を電気化学的に処理する水処理方法であって、
放電部(14、15)は通水管(11)に少なくとも二つ以上配置し、上流側の第1放電部(14)によって被処理水から酸素活性種および酸素を生成させてポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうことを特徴としている。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、電極間に被処理水を流通させて電極間で放電させることにより被処理水の浄化が可能であることは知られている。そこで、本発明では、ポリアニリン(12)が製膜された通水管(11)に放電部(14、15)を少なくとも二つ以上配置して、上流側の第1放電部(14)によって被処理水から酸素活性種および酸素を生成させてポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうことにより、第1放電部(14)によって、酸素活性種であるヒドロシキラジカル(OH・)や溶存酸素(O2)が生成され、ポリアニリン(12)によって、溶存酸素(O2)から酸素活性種であるスーパーオキシド(O・2 −)が生成され、かつ第2放電部(15)によってスーパーオキシド(O・2 −)からヒドロシキラジカル(OH・)が生成される。
【0008】
このヒドロシキラジカル(OH・)は、酸素活性種のうちで、特に殺菌作用の反応特性や酸化力が優れているため、有機物などの化学物質の分解や細菌、植物性プランクトンなど微生物の殺菌、死滅を行なうことができる。
【0009】
また、第1放電部(14)および第2放電部(15)を複数個多段に配置させることにより、上述の効果が繰り返されることで被処理水の浄化能力を高めることができる。従って、大型のプランクトンなど微生物の殺菌能力を必要とするタンカーや貨物船に積載されるバラスト水の浄化に好適である。
【0010】
請求項2に記載の発明では、被処理水が旋回手段(13)により下方から上方に向けて旋回されていることを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明によれば、旋回手段(13)により被処理水の流通を旋回させることにより、満遍なく被処理水中の溶存酸素がポリアニリン(12)に供給されることで、このポリアニリン(12)によるスーパーオキシド(O・2 −)の生成が途絶えることなく行なうことができる。
【0012】
また、被処理水を下方から上方に向けて流通させることにより、第1放電部(14)によって発生した気泡が第2放電部(15)に送り込まれ、第2放電部(15)においても、この気泡の表面でも放電が起こることで、更なるヒドロキシラジカル(OH・)が生成できる。
【0013】
請求項3に記載の発明では、通水管(11)には、放電部(14、15)により酸素活性種のうち、おもにヒドロキシラジカル(OH・)が生成されていることを特徴としている。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1で述べたように、ヒドロシキラジカル(OH・)は、酸素活性種のうちで、殺菌作用の反応特性や酸化力が優れているために化学物質の分解や細菌、植物プランクトンなど微生物の殺菌、死滅を行なうことができる。
【0015】
請求項4に記載の発明では、被処理水を電気化学的に処理する水処理装置において、内壁に酸素活性種を生成するポリアニリン(12)が製膜され、被処理水が下方から上方に向けて流通される通水管(11)と、この通水管(11)に配置され、被処理水に高電圧パルスを印加して衝撃波、紫外線を発生する放電部(14、15)とを備え、
放電部(14、15)は、通水管(11)に少なくとも二つ以上配置され、上流側の第1放電部(14)によって被処理水から酸素活性種および酸素を生成させてポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうように構成したことを特徴としている。
【0016】
請求項4に記載の発明によれば、具体的には、ポリアニリン(12)が製膜された通水管(11)に、第1放電部(14)および第2放電部(15)が配置させて、上流側の第1放電部(14)によって被処理水から酸素活性種および酸素を生成させてポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうように構成したことにより、請求項1と同様な効果を奏する。
【0017】
請求項5に記載の発明では、通水管(11)には、被処理水が旋回するように旋回手段(13)が設けられていることを特徴としている。
【0018】
請求項5に記載の発明によれば、旋回手段(13)が設けられていることにより、通水管(11)内を流通する被処理水中の溶存酸素が満遍なくポリアニリン(12)に供給されることで、このポリアニリン(12)によるスーパーオキシド(O・2 −)の生成が途絶えることなく行なうことができる。
【0019】
請求項6に記載の発明では、通水管(11)および放電部(14、15)は、互いに複数個、並列に設けたことを特徴としている。
【0020】
請求項6に記載の発明によれば、複数個設けることにより、被処理水の浄化能力を高めることができる。従って、大型の殺菌能力を必要とするタンカーや貨物船に積載されるバラスト水の浄化に好適である。
【0021】
請求項7に記載の発明では、放電部(14、15)は、被処理水から酸素活性種のうち、おもにヒドロキシラジカル(OH・)が生成されることを特徴としている。
【0022】
請求項7に記載の発明によれば、請求項3と同様の効果を奏する。
【0023】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を閉鎖性水域(例えば、湖沼、内湾)で汚染された被処理水を浄化する水処理装置に適用した一実施形態を図1ないし図5に基づいて説明する。因みに、閉鎖性水域での被処理水には、細菌(バクテリア)、菌、糸状菌(微)、大腸菌、酵母、変形菌、単細胞の藻類、原生動物、ウィルス、植物性プランクトンなどの微生物が含まれており、本実施形態の水処理装置は、被処理水に含まれる汚染物質(有機物など)の分解およびこれらの微生物を殺菌、死滅させる水処理装置である。
【0025】
本実施形態の水処理装置10は、図1に示すように、被処理水が下方から上方に向けて流通される通水管11、この通水管11に配置され、被処理水に高電圧パルスを印加して放電させる第1、第2放電部14、15、被処理水を通水管11に圧送する送水ポンプ16、および第1、第2放電部14、15に高電圧を通電させる高圧電源供給手段17から構成されている。
【0026】
通水管11は、金属から形成され、かつ複数個、並列に設けられ、それぞれが被処理水を下方から上方に向けて流通するように配置されている。そして、通水管11には、図2に示すように、内壁に酸素活性種を生成するポリアニリン12が製膜されている。
【0027】
このポリアニリン12は、還元によって通水管11を流通する被処理水に含まれる溶存酸素(O2)から酸素活性種の一つであるスーパーオキシド(O・2 −)を生成させるもので、図示しない支持体の表面にポリアニリン膜を形成して通水管11の内壁面に製膜されている。この支持体は導電性素材からなり、かつある程度の厚みを有するブロック状の多孔質構造体で形成されている。
【0028】
これは、ある程度の厚みを有するブロック状の多孔質構造体であることにより、表面に形成されたポリアニリン膜だけでなく、内部に形成されたポリアニリン膜にも被処理水が接触して、スーパーオキシド(O・2 −)の生成効率が高くなり、さらに、導電性であることにより、後述する第1、第2放電部14、15の陰極側に流れる還元電流が支持体にも流れることで、還元によって一旦酸化したポリアニリン膜の再生反応が行なわれ、ポリアニリンの再生効率が向上するためである。なお、このような導電性素材からなるブロック状の多孔質構造体としては、炭素繊維からなるフェルトやマット、または炭素材を多数の連続孔を有するブロック状体に成形した立体成形物などがある。
【0029】
また、通水管11の上流端には、通水管11内に流通する被処理水の流れを旋回させるための旋回手段13が設けられている。これは、被処理水に含まれる溶存酸素(O2)がポリアニリン12に満遍なく供給されるように構成してある。
【0030】
また、通水管11には、少なくとも二つ以上の第1、第2放電部14、15を配設させている。第1、第2放電部14、15は、陽極14a、15aおよび陰極14b、15bが被処理水に浸るように形成されるとともに、一方の陰極14b、15b側がポリアニリン12に接触するように配設されている。なお、14c、15cは、陽極14a、15aおよび陰極14b、15bを固定するセラミックからなる絶縁部材である。
【0031】
また、この第1、第2放電部14、15は、高圧電源供給手段17に接続され、高電圧パルスが陽極14a、15aと陰極14b、15bとの間に印加されることにより被処理水中で放電する。本実施形態では、上流側に配設された第1放電部14と下流側に配設された第2放電部15との少なくとも二箇所の放電によって、通水管11内を流通する被処理水の浄化を行なうものである。
【0032】
19は、通水管11を流通させた被処理水に含まれる気泡を除去するための気液分離タンクであって、この部位にて被処理水中の気泡が除去されて流出口19aから浄化された液体の被処理水が流出される。
【0033】
また、送水ポンプ16の上流側は、閉鎖性水域などから回収した汚染物質の含まれる被処理水を貯える貯水タンク20に接続されて、送水ポンプ16を作動させることで、水処理装置10内に浄化対象となる被処理水が送水されるように構成されている。なお、21は、貯水タンク20内の貯えられた被処理水のドレン管である。
【0034】
また、高圧電源供給手段17および送水ポンプ16は、図示しない制御装置に接続されて制御装置により制御されるようになっている。因みに、本実施形態では、図示しない操作スイッチを操作することで、図示しない制御装置により高圧電源供給手段17および送水ポンプ16が制御されて、貯水タンク20に貯えられた被処理水が通水管11を流通させることで、第1、第2放電部14、15により被処理水中で放電させて浄化するものである。
【0035】
次に、以上の構成による水処理装置10の作動を図2および図3に基づいて説明する。なお、図3は、第1、第2放電部14、15によって発生するプラズマチャネル内部とプラズマチャネル外部とにおいて、被処理水中の有機物の酸化メカニズムを示した説明図である。まず、図2に示すように、通水管11の上流側の第1放電部14においては、陽極14aと陰極14bとの間に高電圧パルスを印加されることにより、陽極14aと陰極14bとの間の被処理水中で放電する。
【0036】
この放電により、強力な衝撃波、高い電界強度、酸素活性種の生成、強力な紫外線照射、およびオゾンの生成が被処理水に同時に発生することで、被処理水中の有機物の酸化、分解が行なわれることにより被処理水の浄化ができると云われている(例えば、Sunら、2000の文献による)。
【0037】
具体的には、図3に示すように、プラズマチャネル内部では、被処理水から酸素活性種として、例えば、ヒドロキシラジカル(OH・)および過酸化水素(H2O2)と、溶存酸素(O2)が生成される。また、プラズマチャネル外部では、紫外線照射、衝撃波および電界強度により生成された酸素活性種が有機物と化学反応を起こし被処理水中の有機物に反応して酸化、分解されるとともに、プラズマチャネル内部で生成された過酸化水素(H2O2)が反応して上記ヒドロキシラジカル(OH・)が生成される。
【0038】
ところで、放電によって生成される上記酸素活性種は、酸化還元電位が次亜塩素酸よりも同等もしくは強いため殺菌作用を有しているものである。特に、この中でヒドロキシラジカル(OH・)は、一般的に殺菌作用の反応特性が高いとともに、酸化力も強いため被処理水中の有機物に反応して酸化、分解することで汚染物質の分解と微生物の殺菌、死滅させることで浄化ができるものである。
【0039】
ここで、ヒドロキシラジカル(OH・)の酸化力について説明すると、このヒドロキシラジカル(OH・)は、約120kcal/mol相当のエネルギ−を保有している。これに対し、有機物を構成する分子中の水素−炭素結合では、約99kcal/mol相当のエネルギ−を有し、酸素−水素結合では、約111kcal/mol相当のエネルギ−を有し、炭素−炭素結合では、約83kcal/mol相当のエネルギ−を有しているが、ヒドロキシラジカル(OH・)のエネルギ−は、これらより大きいために分子間の結合を容易に分断してしまう。従って、ヒドロキシラジカル(OH・)によって、炭素はCO2に、水素はH2Oに酸化分解される。これにより、ヒドロキシラジカル(OH・)の酸化力が強いと言える所以である。
【0040】
一方、放電によって生成された溶存酸素(O2)は、通水管11の内壁に製膜されたポリアニリン12に供給されることにより、下記化学反応式(1)によって示されるように、第1放電部14の陰極14bからの陰イオン(e−)と反応して酸素活性種であるスーパーオキシド(O・2 −)が生成されるとともに、下記化学反応式(2)によって示されるように一部のスーパーオキシド(O・2 −)が水素イオン(H+)と反応して過酸化水素(H2O2)と溶存酸素(O2)が生成される。
【0041】
【化1】O2+e−→O・2 −
【0042】
【化2】2O・2 −+2H+→H2O2+O2
そして、スーパーオキシド(O・2 −)および過酸化水素(H2O2)は、下流側の第2放電部15の放電によって、ヒドロキシラジカル(OH・)がより多く生成される。しかも、通水管11が垂直方向に配設され、かつ下方から上方に向けて被処理水を流通されているため、第1放電部14によって発生した気泡が第2放電部15に送り込まれ、第2放電部15においても、この気泡の表面に放電が起こることで、更なるヒドロキシラジカル(OH・)が生成される。このように、第1放電部14と第2放電部15との少なくとも二箇所で放電させることにより、より多くのヒドロキシラジカル(OH・)を生成させることで、殺菌作用をより高めることができるものである。
【0043】
ところで、溶存酸素(O2)からスーパーオキシド(O・2 −)を生成して酸化されたポリアニリン12は、第1、第2放電部14、15の陰極14b、15b側と導通しているため、放電時に供給される還元電流によって酸化が還元される。これにより、スーパーオキシド(O・2 −)の生成が途絶えることなく行なうことができる。
【0044】
次に、発明者の研究によると、通水管11に設けたポリアニリン12の有無、および放電部14、15の配設個数によって生成されるヒドロキシラジカル(OH・)の発生量が異なることをC.Comninellisにて記載されているNNジメチル−P−ニトロソアニリン(RNO)を用いた吸光度の変化より求めることができることを見出したので、図4および図5に基づいて説明する。
【0045】
すなわち、図4は、ポリアニリン12のみと、放電部14、15一箇所とポリアニリン12とを組み合わせたときのヒドロキシラジカル(OH・)の発生を吸光度の変化特性より求めてそれぞれを比較したものである。図中▲1▼に示す変化特性がポリアニリン12および放電部14、15が無しのときを示し、図中▲2▼に示す変化特性がポリアニリン12のみを設けたときを示し、図中▲3▼に示す変化特性がポリアニリン12と放電部14、15を一箇所設けたときを示している。
【0046】
これによれば、図中▲2▼に示すポリアニリン12のみでは、殆どヒドロキシラジカル(OH・)の発生がなく、図中▲3▼に示すポリアニリン12と放電部14、15を一箇所設けることでヒドロキシラジカル(OH・)の発生が増加していることが分かった。
【0047】
さらに、図5は、ポリアニリン12の有無と放電部14、15の配設個数を変えたときのヒドロキシラジカル(OH・)の発生を吸光度の変化特性より求めてそれぞれを比較したものである。図中▲1▼に示す変化特性がポリアニリン12および放電部14、15が無しのときを示し、図中▲2▼に示す変化特性がポリアニリン12を設けずに、放電部14、15を一箇所のみ配設したときを示し、図中▲3▼に示す変化特性がポリアニリン12を設けずに、放電部14、15を二箇所のみ配設したときを示し、図中▲4▼に示す変化特性がポリアニリン12と放電部14、15を二箇所とを配設したときを示している。
【0048】
これによれば、本実施形態のように、図中▲4▼に示すポリアニリン12と放電部14、15を二箇所とを配設させることで、より多くのヒドロキシラジカル(OH・)の発生が得られることが分かった。
【0049】
以上の一実施形態による水処理装置10によれば、ポリアニリン12が製膜された通水管11に二つの第1、第2放電部14、15を配置して、上流側の第1放電部14の放電によって被処理水から酸素活性種および溶存酸素(O2)を生成させてポリアニリン12に供給させた後、下流側の第2放電部15の放電によってより多くの酸素活性種を生成させて被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうことにより、第1放電部14によって、酸素活性種であるヒドロシキラジカル(OH・)や溶存酸素(O2)が生成され、ポリアニリン12によって、溶存酸素(O2)から酸素活性種であるスーパーオキシド(O・2 −)が生成され、かつ第2放電部15によってスーパーオキシド(O・2 −)からヒドロシキラジカル(OH・)が生成される。
【0050】
このヒドロシキラジカル(OH・)は、酸素活性種のうちで、特に殺菌作用の反応特性や酸化力が優れているため、有機物などの化学物質の分解や細菌、植物性プランクトンなど微生物の殺菌、死滅を行なうことができる。
【0051】
また、第1、第2放電部14、15の放電においては、被処理水から直にヒドロシキラジカル(OH・)が生成されることで、被処理水中の有機物が酸化され、かつ分解できる。
【0052】
また、旋回手段13により被処理水の流通を旋回させることにより、満遍なく被処理水中の溶存酸素(O2)がポリアニリン12に供給されることで、このポリアニリン12によるスーパーオキシド(O・2 −)の生成が途絶えることなく行なうことができる。
【0053】
また、通水管11を流通する被処理水を下方から上方に向けて流通させることにより、第1放電部14によって発生した気泡が第2放電部15に送り込まれ、第2放電部15においても、この気泡の表面で放電が起こることで、更なるヒドロキシラジカル(OH・)が生成できる。
【0054】
また、通水管11および第1、第2放電部14、15を互いに複数個、並列に設けられたことにより、被処理水の浄化能力を高めることができる。
【0055】
(他の実施形態)
以上の一実施形態では、ポリアニリン12が製膜された通水管11に二つの第1、第2放電部14、15を配設させたが、これに限らず、第1、第2放電部14、15を二つ以上複数個多段に配設させても良い。
【0056】
また、以上の実施形態では、水処理装置10と被処理水を貯えるための貯水タンク20とを組み合わせる説明をしたが、これに限らず、貯水タンク20を設けなくても水処理装置10側に被処理水を供給するようにしても良い。
【0057】
また、以上の実施形態では、閉鎖性水域(例えば、湖沼、内湾)で汚染された被処理水を浄化する水処理装置10に適用させて説明したが、これらの用途に限らず、近年問題となっているタンカーや貨物船の安定を保つためのバラスト水の浄化に適用しても良い。このときには海水中に含まれる貝毒プランクトンなどの微生物の殺菌、死滅が可能である。
【0058】
また、閉鎖性水域、バラスト水の他にも塩素消毒を実施している合併浄化槽の排水や生活排水などの浄化にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における水処理装置10の全体構成を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施形態における通水管11の内部構成を示す構成図である。
【図3】本発明の一実施形態における第1、第2放電部14、15による有機物の酸化メカニズムを示す説明図である。
【図4】本発明の一実施形態における吸光度と波長との関係を示す特性図である。
【図5】本発明の一実施形態における吸光度と波長との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
11…通水管
12…ポリニアリン
13…旋回手段
14…第1放電部(放電部)
15…第2放電部(放電部)
OH・…ヒドロキシラジカル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for electrochemically treating water to be treated, and more particularly, to the generation of hydroxy radicals, which are oxygen active species, from the water to be treated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of water treatment method and water treatment apparatus are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-99863. In this publication, a treated water tank in which treated water to be sterilized is stored, an anode disposed so that at least a part thereof is immersed in the treated water, and a polyaniline film adhered to the surface, and the polyaniline film is It comprises a cathode disposed so as to be immersed in the water to be treated, and a current source for supplying a current to the anode and the cathode.
[0003]
The polyaniline while intermittently or continuously energized between anode and cathode superoxide be generated by reducing the dissolved oxygen in the water to be treated - sterilize microorganisms contained in the water to be treated by (O · 2) I am trying to do it. That is, when the polyaniline is brought into contact with the water to be treated, it reduces the dissolved oxygen (O 2 ) in the water to be treated to produce superoxide (O · 2 − ) having an excellent bactericidal action, and further reduces oxygen. Thus, the once oxidized polyaniline is electrochemically reduced by the reduction current flowing to the electrode in the water to be treated, and the oxygen in the water to be treated is regenerated to polyaniline which can be reduced again. Thus, superoxide by polyaniline (O · 2 -) will be performed without generation of ceases, so that it is possible to reliably sterilize the microorganisms in the for-treatment water even large amounts of water to be treated .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above publication, the dissolved oxygen (O 2 ) in the treated water is configured to stir the treated water in order to efficiently contact the polyaniline, but the dissolved oxygen (O 2 ) is stored in the treated water tank. When the dissolved oxygen (O 2 ) in the water to be treated is exhausted, there is a problem that the above-mentioned generation of superoxide (O · 2 − ) and reduction of polyaniline cannot be continuously performed. Also, the superoxide (O · 2 -), because generally less reactive properties of bactericidal action than other oxygen active species, although it is effective against bacteria, such as a large plankton to There is a problem that sufficient effects cannot be exhibited.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a discharge unit that generates oxygen-active species having large reaction characteristics in the water to be treated, thereby dissolving pollutants and sterilizing microorganisms. It is an object of the present invention to provide a water treatment method and a water treatment device that can be killed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the technical means described in
At least two discharge units (14, 15) are disposed in the water pipe (11), and oxygen active species and oxygen are generated from the water to be treated by the first discharge unit (14) on the upstream side to form polyaniline (12). After the supply, the second discharge section (15) on the downstream side generates more oxygen active species to decompose contaminants in the water to be treated and sterilize microorganisms.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, it is known that the water to be treated can be purified by flowing the water to be treated between the electrodes and discharging between the electrodes. Therefore, in the present invention, at least two or more discharge units (14, 15) are arranged in the water pipe (11) on which the polyaniline (12) is formed, and the first discharge unit (14) on the upstream side performs processing. After oxygen active species and oxygen are generated from water and supplied to the polyaniline (12), more oxygen active species are generated by the second discharge section (15) on the downstream side to decompose pollutants in the water to be treated. And sterilization of microorganisms, the first discharge portion (14) generates hydroxyl radicals (OH.) And dissolved oxygen (O 2 ) as oxygen active species, and the polyaniline (12) generates dissolved oxygen (OH). O 2) from superoxide oxygen active species (O · 2 -) is generated, and the second discharge section (15) by superoxide (O · 2 -) from hydroxyalkylcellulose radical (OH ·) It is generated.
[0008]
Hydroxyl radical (OH.) Is an oxygen-active species that is particularly excellent in bactericidal reaction characteristics and oxidative power. Therefore, it decomposes chemical substances such as organic substances and kills microorganisms such as bacteria and phytoplankton. You can kill.
[0009]
In addition, by arranging a plurality of the first discharge units (14) and the second discharge units (15) in multiple stages, the above effects are repeated, so that the purification capacity of the water to be treated can be increased. Therefore, the present invention is suitable for purifying ballast water loaded on tankers or cargo ships that require sterilizing ability of microorganisms such as large plankton.
[0010]
The invention according to
[0011]
According to the second aspect of the invention, the circulation of the water to be treated is swirled by the swirling means (13), whereby the dissolved oxygen in the water to be treated is uniformly supplied to the polyaniline (12). 12) by superoxide (O · 2 -) can be carried out without the generation is interrupted in.
[0012]
In addition, by causing the water to be treated to flow upward from below, bubbles generated by the first discharge unit (14) are sent to the second discharge unit (15), and also in the second discharge unit (15). When a discharge occurs also on the surface of the bubble, further hydroxyl radical (OH.) Can be generated.
[0013]
The invention according to
[0014]
According to the third aspect of the present invention, as described in the first aspect, the hydroxyl radical (OH.) Is excellent in the reaction characteristics of bactericidal action and the oxidizing power among the oxygen active species. It can decompose chemical substances and kill and kill microorganisms such as bacteria and phytoplankton.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, in the water treatment apparatus for electrochemically treating the water to be treated, a polyaniline (12) for generating oxygen active species is formed on the inner wall, and the water to be treated is directed upward from below. And a discharge unit (14, 15) disposed in the water pipe (11) for applying a high voltage pulse to the water to be treated to generate shock waves and ultraviolet rays,
At least two or more discharge units (14, 15) are arranged in the water pipe (11). The first discharge unit (14) on the upstream side generates oxygen active species and oxygen from the water to be treated, and generates polyaniline (12). After being supplied to the water, more oxygen active species are generated by the second discharge section (15) on the downstream side to decompose contaminants in the water to be treated and sterilize microorganisms. .
[0016]
According to the invention described in
[0017]
The invention according to claim 5 is characterized in that the water pipe (11) is provided with a swirling means (13) so as to swirl the water to be treated.
[0018]
According to the fifth aspect of the present invention, since the swirling means (13) is provided, the dissolved oxygen in the water to be treated flowing through the water pipe (11) is uniformly supplied to the polyaniline (12). in, polyaniline (12) superoxide by - can be carried out without generation is interrupted in (O · 2).
[0019]
The invention according to claim 6 is characterized in that a plurality of water pipes (11) and discharge units (14, 15) are provided in parallel with each other.
[0020]
According to the invention described in claim 6, by providing a plurality, the purification capacity of the water to be treated can be increased. Therefore, it is suitable for purifying ballast water loaded on tankers and cargo ships that require large sterilization capacity.
[0021]
In the invention according to claim 7, the discharge units (14, 15) are characterized in that hydroxyl radicals (OH.) Are mainly generated from oxygen-treated species from the water to be treated.
[0022]
According to the seventh aspect of the invention, the same effect as the third aspect is obtained.
[0023]
Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means of the embodiment described later.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a water treatment apparatus for purifying water to be treated contaminated in a closed water area (for example, a lake or a marsh) will be described with reference to FIGS. Incidentally, the water to be treated in a closed water body includes microorganisms such as bacteria (bacteria), fungi, filamentous fungi (micro), Escherichia coli, yeast, deformed fungi, single-cell algae, protozoa, viruses, phytoplankton, etc. The water treatment apparatus according to the present embodiment is a water treatment apparatus that decomposes pollutants (such as organic substances) contained in water to be treated and sterilizes and kills these microorganisms.
[0025]
As shown in FIG. 1, the
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
This is because the water to be treated comes into contact with not only the polyaniline film formed on the surface but also the polyaniline film formed inside due to the block-shaped porous structure having a certain thickness, The generation efficiency of (O · 2 − ) is increased, and furthermore, by being conductive, a reduction current flowing on the cathode side of the first and
[0029]
Further, at the upstream end of the
[0030]
The
[0031]
The first and
[0032]
[0033]
Further, the upstream side of the
[0034]
The high-pressure power supply means 17 and the
[0035]
Next, the operation of the
[0036]
By this discharge, strong shock waves, high electric field strength, generation of oxygen active species, strong ultraviolet irradiation, and generation of ozone occur simultaneously in the water to be treated, thereby oxidizing and decomposing organic substances in the water to be treated. It is said that this enables purification of the water to be treated (for example, according to Sun et al., 2000).
[0037]
Specifically, as shown in FIG. 3, inside the plasma channel, for example, hydroxy radical (OH.) And hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and dissolved oxygen (O 2 ) 2 ) is generated. Outside the plasma channel, oxygen-activated species generated by ultraviolet irradiation, shock waves, and electric field strength cause a chemical reaction with organic substances, react with organic substances in the water to be treated, and are oxidized and decomposed, and are generated inside the plasma channel. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) reacts to generate the above-mentioned hydroxy radical (OH.).
[0038]
By the way, the oxygen active species generated by the discharge have a bactericidal action because the oxidation-reduction potential is equal to or stronger than that of hypochlorous acid. In particular, among these, hydroxyl radicals (OH.) Generally have high germicidal reaction characteristics and strong oxidizing power, so they react with organic substances in the water to be treated to oxidize and decompose, thereby decomposing pollutants and causing microorganisms. It can be purified by sterilizing and killing.
[0039]
Here, the oxidizing power of the hydroxyl radical (OH.) Will be described. The hydroxyl radical (OH.) Has an energy equivalent to about 120 kcal / mol. In contrast, a hydrogen-carbon bond in a molecule constituting an organic substance has an energy equivalent to about 99 kcal / mol, and an oxygen-hydrogen bond has an energy equivalent to about 111 kcal / mol. The bond has an energy of about 83 kcal / mol, but the energy of the hydroxyl radical (OH.) Is larger than these, so that the bond between molecules is easily broken. Therefore, carbon is oxidized and decomposed into CO 2 and hydrogen is oxidized into H 2 O by the hydroxyl radical (OH.). This is why the oxidizing power of the hydroxyl radical (OH.) Can be said to be strong.
[0040]
On the other hand, the dissolved oxygen (O 2 ) generated by the discharge is supplied to the
[0041]
[Formula 1] O 2 + e - → O · 2 -
[0042]
Embedded image 2O · 2 − + 2H + → H 2 O 2 + O 2
Then, superoxide (O · 2 -) and
[0043]
However, dissolved oxygen (O 2) from superoxide (O · 2 -)
[0044]
Next, according to a study by the inventor, it was found that the amount of generated hydroxy radicals (OH.) Differs depending on the presence or absence of the
[0045]
That is, FIG. 4 shows the comparison between the
[0046]
According to this, only the
[0047]
Further, FIG. 5 shows the comparison between the presence / absence of
[0048]
According to this, as in the present embodiment, by disposing the
[0049]
According to the
[0050]
Hydroxyl radical (OH.) Is an oxygen-active species that is particularly excellent in bactericidal reaction characteristics and oxidative power. Therefore, it decomposes chemical substances such as organic substances and kills microorganisms such as bacteria and phytoplankton. You can kill.
[0051]
In addition, in the discharge of the first and
[0052]
Further, the circulation of the water to be treated is swirled by the swirling means 13 so that the dissolved oxygen (O 2 ) in the water to be treated is uniformly supplied to the
[0053]
In addition, by causing the water to be treated flowing through the
[0054]
In addition, since the
[0055]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the two first and
[0056]
In the above embodiment, the description has been given of the combination of the
[0057]
Further, in the above embodiment, the description has been made by applying the present invention to the
[0058]
In addition to the closed water area and ballast water, the present invention can also be applied to the purification of drainage water and domestic wastewater from a combined septic tank that performs chlorination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an internal configuration of a water pipe according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an oxidation mechanism of an organic substance by first and
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between absorbance and wavelength in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between absorbance and wavelength in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
15 Second discharge part (discharge part)
OH ... hydroxy radical
Claims (7)
前記放電部(14、15)は前記通水管(11)に少なくとも二つ以上配置し、上流側の第1放電部(14)によって前記被処理水から酸素活性種および酸素を生成させて前記ポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて前記被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうことを特徴とする水処理方法。A discharge unit (14, 15) for applying a high-voltage pulse is disposed in a water pipe (11) through which polyaniline (12) for generating oxygen active species is formed on the inner wall and through which water to be treated flows. A water treatment method for electrochemically treating
At least two or more discharge units (14, 15) are disposed in the water pipe (11), and an oxygen-active species and oxygen are generated from the water to be treated by a first discharge unit (14) on the upstream side to form the polyaniline. After being supplied to (12), more oxygen active species are generated by the second discharge section (15) on the downstream side to decompose pollutants in the water to be treated and kill microorganisms. Water treatment method.
内壁に酸素活性種を生成するポリアニリン(12)が製膜され、前記被処理水が下方から上方に向けて流通される通水管(11)と、
前記通水管(11)に配置され、前記被処理水に高電圧パルスを印加して衝撃波、紫外線を発生する放電部(14、15)とを備え、
前記放電部(14、15)は、前記通水管(11)に少なくとも二つ以上配置され、上流側の第1放電部(14)によって前記被処理水から酸素活性種および酸素を生成させて前記ポリアニリン(12)に供給させた後、下流側の第2放電部(15)によってより多くの酸素活性種を生成させて前記被処理水中の汚染物質の分解および微生物の殺菌を行なうように構成したことを特徴とする水処理装置。In a water treatment apparatus for electrochemically treating the water to be treated,
A polyaniline (12) for producing oxygen active species formed on the inner wall, and a water pipe (11) through which the water to be treated flows upward from below,
A discharge unit (14, 15) disposed in the water pipe (11) for applying a high-voltage pulse to the water to be treated to generate shock waves and ultraviolet rays;
At least two discharge units (14, 15) are disposed in the water pipe (11), and the first discharge unit (14) on the upstream side generates oxygen active species and oxygen from the water to be treated, and After being supplied to the polyaniline (12), more oxygen active species are generated by the second discharge section (15) on the downstream side to decompose contaminants in the water to be treated and sterilize microorganisms. A water treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
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- 2002-09-03 JP JP2002257561A patent/JP2004089935A/en active Pending
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