JP2004143519A - Water treatment method and water treatment device - Google Patents

Water treatment method and water treatment device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water treatment method and a water treatment device capable of decomposing pollutants and sterilizing and killing microorganisms by disposing an electrolytic unit and a discharge unit to generate oxygen-active species of highly responsive characteristic in water to be treated. <P>SOLUTION: The water treatment device comprises a treatment tank 11 where the water to be treated is distributed, an electrolytic unit 14 which is disposed in the treatment tank 11 to perform electrolysis by applying the voltage to a pair of electrodes 14a and 14b formed of a conductive metal, and a discharge unit 15 which is disposed on the downstream side of the electrolytic unit 14 to apply the high-voltage pulse between a pair of electrodes 15a and 15b. The electrolytic unit 14 generates oxygen and active oxygen species by electrolyzing the water to be treated, feeds them to the discharge unit 15, generates more oxygen active species by the electrolytic unit 14 and the discharge unit 15, and decomposes pollutants contained in the water to be treated and sterilizes microorganisms contained therein. Therefore, pollutants are decomposed, and microorganisms are sterilized and killed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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処理槽と、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、処理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、酸素活性種のうちの一種であって、概して、他の酸素活性種（例えば、ヒドロキシラジカル、過酸化水素）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電解部と放電部と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、被処理水が流通する処理槽（１１）と、この処理槽（１１）に配設され、導電性金属からなる一対の電極（１４ａ、１４ｂ）に電圧を印加して電気分解をする電解部（１４）と、この電解部（１４）の下流に配設され、一対の電極（１５ａ、１５ｂ）間に高電圧パルスを印加する放電部（１５）とを備え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、
電解部（１４）によって被処理水から酸素および活性酸素種を生成させて下流の放電部（１５）に供給した後に、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に含まれる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（１５ａ、１５ｂ）間に被処理水を流通させて電極（１５ａ、１５ｂ）間で放電させることにより、電気化学的に浄化処理が可能であることは知られている。そこで、本発明では、放電部（１５）の上流に電気分解をする電解部（１４）を備え、この電気分解によって被処理水から酸素および活性酸素種を生成させて下流の放電部（１５）に供給した後に、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に含まれる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、まず、電解部（１４）にて、酸素活性種であるヒドロシキラジカル（ＯＨ・）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）や溶存酸素（Ｏ２）が生成される。
【０００８】
さらに、放電部（１５）においても、放電によって、より多くの酸素活性種（ＯＨ・、Ｈ２Ｏ２）と溶存酸素（Ｏ２）が生成されるとともに、その反応過程での紫外線照射、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、かつ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、さらにヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成される。
【０００９】
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。
【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下方から上方に向けて旋回させることにより、電解部（１４）において、電気分解によって電極表面に発生する気泡の除去を促進させるとともに、この気泡（溶存酸素Ｏ２や活性酸素種）が放電部（１５）を偏流なきように万遍なく流通させて、気泡の表面で放電が起きることで、更なる活性酸素種であるヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、被処理水中には、電解部（１４）および放電部（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。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、電解部（１４）および放電部（１５）を直列に配設させることにより、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成が活発となって被処理水の浄化能力を高めることができるため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は好適である。また、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。
【００１４】
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、被処理水が流通する処理槽（１１）と、この処理槽（１１）に配設され、導電性金属からなる一対の電極（１４ａ、１４ｂ）に電圧を印加して電気分解をする電解部（１４）と、この電解部（１４）の下流側に配設され、一対の電極（１５ａ、１５ｂ）間に高電圧パルスを印加する放電部（１５）とを備え、
電解部（１４）は、被処理水を電気分解することにより酸素および活性酸素種を生成させて放電部（１５）に供給した後に、電解部（１４）および放電部（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に含まれる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。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、具体的には、電気分解をする電解部（１４）と、この電解部（１４）の下流に高電圧パルスを印加する放電部（１５）とを配置させることにより、請求項１と同様な効果を奏する。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、処理槽（１１）には、被処理水が下方から上方に向けて旋回するように電解部（１４）の上流端に旋回手段（１３）が設けられるとともに、電解部（１４）の上方に放電部（１５）が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項５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下方から上方に向けて旋回させることにより、電解部（１４）において、電気分解によって電極表面に発生する気泡の除去を促進させるとともに、この気泡（溶存酸素Ｏ２や活性酸素種）が放電部（１５）を偏流なきように万遍なく流通させて、気泡の表面で放電が起きることで、更なる活性酸素種であるヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成できる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、電解部（１４）および放電部（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。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、上述した請求項３と同様の効果を奏する。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、電解部（１４）を構成する電極（１４ａ、１４ｂ）は、好ましくはイリジウム、白金、酸化チタン、酸化スズ、酸化ルテニウム、酸化鉛のどれか１種の導電性金属で形成され、より好ましくはフェライトの導電性金属で形成されたことを特徴としている。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、フェライトやイリジウム、白金、酸化チタン、酸化スズ、酸化ルチニウム、酸化鉛、フェライトからなる電極（１４ａ、１４ｂ）は、電気分解により被処理水からヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成に優れる。また、フェライトにおいては、遊離塩素濃度が低くても細菌を死滅させるための殺菌力が優れている。従って、より好ましくはフェライト材で形成すると良い。
【００２２】
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。
【００２３】
【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６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。
【００２４】
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処理槽１１と、この処理槽１１内に配置され、被処理水を電気分解する電解部１４と、被処理水に高電圧パルスを印加して放電する放電部１５と、被処理水を処理槽１１に圧送する送水ポンプ１６と、および電解部１４に低電圧を通電するとともに、放電部１５に高電圧を通電させる電源供給手段１７などから構成されている。
【００２５】
処理槽１１は、電気絶縁材からなる筒状に形成された管路であって、下方に電解部１４とその上方に放電部１５とが直列に配設されるとともに、処理槽１１の上流端には、処理槽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、電解部１４および放電部１５を流通する被処理水が偏流なきように万遍なく管路を流れるようにしたもので、特に、詳細は後述するが電解部１４において、電気分解によって電極１４ａ、１４ｂ表面に発生する気泡の除去を促進させるとともに、この気泡（溶存酸素Ｏ２や酸素活性種）が放電部１５を万遍なく流通させて、気泡の表面で放電を起こさせるようにしたものである。
【００２６】
電解部１４は、フェライト材などの導電性金属からなり、平板状に形成された一対の電極１４ａ、１４ｂが対向して配設され、その電極１４ａ、１４ｂ間に直流電圧を印加させて、電極１４ａ、１４ｂ間に流通する被処理水を電気分解するものである。これは、詳しくは後述するが、フェライト材からなる電極１４ａ、１４ｂの電気分解によって被処理水から酸素および酸素活性種が生成されるものである。なお、電極１４ａ、１４ｂは電源供給手段１７に電気的に接続されて、電源供給手段１７により印加電圧として、例えば、ＤＣ２Ｖ〜ＤＣ３５Ｖ程度の低電圧が印加される。
【００２７】
また、この電極１４ａ、１４ｂには、電源供給手段１７から印加される直流電源の極性が交互に切り換えられるように図示しない制御装置により制御されている。因みに、一方の電極１４ａに高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加するとともに、他方の電極１４ｂに低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加する。そして、所定時間（例えば、５分）経過後に、一方の電極１４ａに低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加するとともに、他方の電極１４ｂに高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加する。このように所定時間毎に極性を交互に切り換えるように制御されている。
【００２８】
次に、放電部１５は、ステンレス材などの導電性金属からなり、複数の鋭角状の針先を有する陽極電極１５ａと、ステンレス材などの導電性金属からなり、平板状に形成された陰極電極１５ｂとが対向して配設されるとともに、一方の陽極電極１５ａは、電源供給手段１７に電気的に接続され、他方の陰極電極１５ｂは、アース部１２に接続されている。
【００２９】
そして、電源供給手段１７により、例えば、印加電圧、１０〜２０００ＫＨ２０Ｖ〜１５ＫＶ／ｃｍ、周波数が１０〜２０００ＫＨＺ、矩形波の高圧パルス電圧が印加されるように構成されている。これは、詳しくは後述するが、電解部１４で電解された被処理水を流通させて、電極１５ａ、１５ｂ間の放電によって被処理水の電気化学的に浄化処理を行なうものである。
【００３０】
１９は、処理槽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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、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、その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電源供給手段１７および送水ポンプ１６を制御して、貯水タンク２０に貯えられた被処理水を処理槽１１に流通させることで、電解部１４において電気分解が行なわれ、放電部１５において放電によって浄化分解するものである。
【００３３】
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。まず、図２に示すように、処理槽１１上流の電解部１４においては、電極１４ａ、１４ｂ間に電圧を印加させて被処理水を電気分解すると、ＯＨ−イオンが電子と反応して、酸素（Ｏ２）および酸素活性種からなる気泡が電極１４ａ、１４ｂの表面近傍に生成される。
【００３４】
ここで、フェライト材からなる電極１４ａ、１４ｂを用いることで、詳しくは後述するが、このときに生成される酸性活性種として、おもに、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とが生成される。そして、電解部１４において生成されたこれらの気泡（Ｏ２、ＯＨ・、Ｈ２Ｏ２）は、旋回手段１３によって電極１４ａ、１４ｂ表面から脱離して上方の放電部１５に流通される。放電部１５においては、陽極電極１５ａと陰極電極１５ｂとの間に高電圧パルスが印加されることにより、陽極電極１５ａと陰極電極１５ｂとの間の被処理水中で放電する。
【００３５】
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電気化学的に浄化処理ができると云われている（例えば、Ｓｕｎら、２０００の文献による）。
【００３６】
ここで、上記放電による浄化処理のメカニズムについて説明する。図３は、放電部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。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、酸素（Ｏ２）が電解部１４と同じように生成される。
【００３７】
さらに、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および電解部１４から流通された溶存酸素と酸素活性種と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】
また、本実施形態では、処理槽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、電解部１４によって発生した気泡が放電部１５に送り込まれ、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、電解部１４と放電部１５との少なくとも二箇所で被処理水を電解、放電させることにより、酸素活性種のうち、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）をより多く生成させることができる。
【００３９】
ところで、電解および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。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。
【００４０】
因みに、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。
【００４１】
次に、発明者の研究によれば、上記ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量が電解部１４に設けられた電極１４ａ、１４ｂの材料や電解部１４と放電部１５とを組み合わせることによって異なることを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）の最大吸収波長である４４０ｎｍの吸光度変化より求め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。
【００４２】
すなわち、図４は電解部１４の電極材料によってヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量が異なることを示した特性図であり、電解部１４の電極材料を▲１▼に示すイリジウム、▲２▼に示すチタン白金、▲３▼に示すフェライト、および▲４▼に示す酸化チタンを用いたときの脱色率と処理時間との関係を示す特性図である。この脱色率は、ＮＮジメチル−Ｐ−ニトロソアニリン（ＲＮＯ）の最大吸収波長である４４０ｎｍの吸光度変化を示すときの脱色率の特性であって、この脱色率が高いほどヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量が多い。
【００４３】
従って、図４によれば、▲３▼に示すフェライト材で電極１４ａ、１４ｂを形成させればヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量が多く。これに続いて、▲２▼に示すチタン白金、▲４▼に示す酸化チタン、▲１▼に示すイリジウムの順にヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量が順次低下しているが、電解部１４の電極材料として、フェライト材がより好ましく、チタン白金、酸化チタン、イリジウムが好ましいことが分かった。
【００４４】
一方、図５は、本実施形態のように処理槽１１に電解部１４と放電部１５とを配設したとき（▲１▼に示す）、電解部１４のみを処理槽１１に配設したとき（▲２▼に示す）、放電部１５のみを処理槽１１に配設したとき（▲３▼に示す）における脱色率と処理時間との関係を示す特性図である。従って、図５によれば、▲１▼に示す被処理水を電解した後に放電させる組み合わせにすることで、▲２▼に示す電解部１４のみと▲３▼に示す放電部１５のみとを単純に加算するよりもヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成量がより多く生成されることが分かった。
【００４５】
ところで、本実施形態のように電解部１４に設けられるフェライト材からなる電極１４ａ、１４ｂを用いて電気分解することにより、酸素活性種として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）を生成させることで、次亜塩素酸の濃度を高めなくても酸素活性種の抗菌作用により細菌の増殖を抑制することができる。
【００４６】
因みに、このフェライト材を用いる効果を発明者は、実験によって検証したので図６に基づいて説明する。図６は、電極１４ａ、１４ｂに不溶性金属であるチタン白金（例えば、Ｔｉ材にＰｔメッキもしくはＰｔを焼成）で形成したものと、本実施形態のフェライト材を用いたものとで、対数細菌数（ｃｆｕ／ｍｌ）および次亜塩素酸濃度（ｐｐｍ）を比較した特性図である。図中実線で示したものがチタン白金電極であり、図中破線で示したものがフェライト電極である。
【００４７】
これによれば、フェライト材の電極は遊離塩素濃度である次亜塩素酸濃度（ｐｐｍ）を高めることなく、チタン白金電極と同等の対数細菌数（ｃｆｕ／ｍｌ）の抑制ができる。
【００４８】
以上の一実施形態による水処理装置１０によれば、放電部１５の上流に電気分解をする電解部１４を備え、この電気分解によって被処理水から酸素および活性酸素種を生成させて下流の放電部１５に供給した後に、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に含まれる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、まず、電解部１４にて、酸素活性種であるヒドロシキラジカル（ＯＨ・）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）や溶存酸素（Ｏ２）が生成される。
【００４９】
さらに、放電部１５においても、放電によって、より多くの酸素活性種（ＯＨ・、Ｈ２Ｏ２）と溶存酸素（Ｏ２）が生成されるとともに、その反応過程での紫外線照射、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、かつ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、さらにヒドロキシラジカル（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、電解部１４および放電部１５を直列に配設させることにより、ヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成が活発となって被処理水の浄化能力を高めることができるため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は好適である。また、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。
【００５２】
また、旋回手段１３により被処理水の流通を下方から上方に向けて旋回させることにより、電解部１４において、電気分解によって電極表面に発生する気泡の除去を促進させるとともに、この気泡（溶存酸素Ｏ２や活性酸素種）が放電部１５を偏流なきように万遍なく流通させて、気泡の表面で放電が起きることで、更なる活性酸素種であるヒドロキシラジカル（ＯＨ・）が生成できる。
【００５３】
また、フェライトやイリジウム、白金、酸化チタン、酸化スズ、酸化ルテニウム、酸化鉛からなる電極１４ａ、１４ｂは、電気分解により被処理水からヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成に優れる。また、フェライト材においては、遊離塩素濃度が低くても細菌を死滅させるための殺菌力が優れている。従って、より好ましくはフェライト材で形成すると良い。
【００５４】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、送水ポンプ１６と気液分離タンク１９との間に処理槽１１を配設しその処理槽１１に電解部１４および放電部１５を直列に配設させたが、この処理槽１１、電解部１４および放電部１５を並列に複数個設けても良い。これにより、被処理水の浄化能力を高めることができるため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は好適である。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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処理槽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放電部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電解部１４に用いられる電極材料の脱色率と処理時間との関係を示す特性図である。
【図５】電解部１４と放電部１５との組み合わせと、電解部１４のみと、放電部１５のみとにおける脱色率と処理時間との関係を示す特性図である。
【図６】チタン白金電極とフェライト電極とにおける次亜塩素酸濃度、対数細菌数の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…処理槽
１３…旋回手段
１４…電解部
１４ａ、１４ｂ…電極
１５…放電部（放電部）
１５ａ…陽極電極（電極）
１５ｂ…陰極電極（電極）
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 treatment tank in which water to be treated to be sterilized is stored, an anode arranged so that at least a part thereof is immersed in the water to be treated, and a polyaniline film adhered to the surface. It comprises a cathode disposed so as to be immersed in the treated water, 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. By doing so, the once oxidized polyaniline is electrochemically reduced by the reduction current flowing through 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-mentioned publication, the treatment water is agitated so that the dissolved oxygen (O 2 ) in the treatment water is efficiently brought into contact with the polyaniline, but the treatment water stored in the treatment tank is stirred. When the dissolved oxygen (O 2 ) in the treated water 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 -) is a kind of active oxygen species, generally, other oxygen active species (e.g., hydroxyl radical, hydrogen peroxide) is the reaction characteristics of the bactericidal action compared to Since it is low, it is effective against bacteria, but has a problem that it cannot exert sufficient effects on large plankton and the like.
[0005]
In view of the above, an object of the present invention is to provide an electrolytic unit and a discharge unit that generate oxygen activated species having large reaction characteristics in the water to be treated, thereby decomposing pollutants and reducing the amount of contaminants. It is an object of the present invention to provide a water treatment method and a water treatment device that can sterilize and kill microorganisms.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the technical means described in claims 1 to 7 is adopted. That is, according to the first aspect of the present invention, a voltage is applied to the treatment tank (11) through which the water to be treated flows and the pair of electrodes (14a, 14b) disposed in the treatment tank (11) and made of a conductive metal. And an electric discharge unit (15) disposed downstream of the electrolytic unit (14) and applying a high voltage pulse between the pair of electrodes (15a, 15b). A water treatment method for electrochemically treating the water to be treated, comprising:
After the oxygen and active oxygen species are generated from the water to be treated by the electrolysis unit (14) and supplied to the downstream discharge unit (15), more oxygen active species are generated by the discharge unit (15) and the water to be treated is treated. It is characterized in that it decomposes pollutants and kills microorganisms.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, the water to be treated flows between the electrodes (15a, 15b) and is discharged between the electrodes (15a, 15b), so that the purification treatment can be performed electrochemically. Is known. Therefore, in the present invention, an electrolysis unit (14) for electrolysis is provided upstream of the discharge unit (15), and oxygen and active oxygen species are generated from the water to be treated by this electrolysis, and the downstream discharge unit (15) is used. After being supplied to the discharge section (15), more oxygen active species are generated by the discharge section (15) to decompose contaminants contained in the water to be treated and sterilize microorganisms. Hydroxy radicals (OH.), Which are oxygen active species, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and dissolved oxygen (O 2 ) are generated.
[0008]
Further, also in the discharge part (15), more oxygen active species (OH., H 2 O 2 ) and dissolved oxygen (O 2 ) are generated by the discharge, and at the same time, ultraviolet irradiation and shock waves are generated during the reaction process. In addition, oxygen active species generated by the electric field strength cause a chemical reaction with the organic matter, react with the organic matter in the water to be treated, oxidize and decompose, and react with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) generated inside the plasma channel. Then, a hydroxyl radical (OH.) Is generated.
[0009]
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.
[0010]
The invention according to claim 2 is characterized in that the water to be treated is swirled upward from below by the swirling means (13).
[0011]
According to the second aspect of the invention, the flow of the water to be treated is swirled upward from below by the swirling means (13), so that bubbles generated on the electrode surface by electrolysis in the electrolytic section (14). The removal of water is promoted, and the bubbles (dissolved oxygen O 2 and active oxygen species) are distributed evenly in the discharge portion (15) without drifting, and discharge is generated on the surface of the bubbles, thereby further increasing the activity. Hydroxy radical (OH.) Which is an oxygen species can be generated.
[0012]
The invention according to claim 3 is characterized in that, in the water to be treated, hydroxy radicals (OH.) Are mainly generated among the oxygen active species by the electrolytic section (14) and the discharge section (15). .
[0013]
According to the third aspect of the present invention, by disposing the electrolytic section (14) and the discharge section (15) in series, the generation of hydroxy radicals (OH.) Becomes active and the purification capacity of the water to be treated is increased. Therefore, it is suitable for purifying ballast water loaded on tankers and cargo ships that require sterilizing ability of microorganisms such as large plankton. Hydroxyl radical (OH.) Is one of the oxygen-active species that has excellent reaction characteristics of bactericidal action and excellent oxidizing power, so it decomposes chemical substances and kills and kills microorganisms such as bacteria and phytoplankton. Can be.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the water treatment apparatus for electrochemically treating the water to be treated, the treatment tank (11) through which the water to be treated flows, and the treatment tank (11), An electrolyzing section (14) for applying voltage to a pair of metal electrodes (14a, 14b) to perform electrolysis, and a pair of electrodes (15a, 15b) disposed downstream of the electrolysis section (14); A discharge unit (15) for applying a high-voltage pulse therebetween.
The electrolysis unit (14) generates more oxygen and active oxygen species by electrolyzing the water to be treated and supplies the generated oxygen and active oxygen species to the discharge unit (15). It is characterized in that it is configured to generate oxygen active species to decompose pollutants contained in the water to be treated and to kill microorganisms.
[0015]
According to the invention as set forth in claim 4, specifically, an electrolysis section (14) for electrolysis and a discharge section (15) for applying a high-voltage pulse downstream of the electrolysis section (14) are arranged. By doing so, the same effect as the first aspect is obtained.
[0016]
In the invention according to claim 5, the treatment tank (11) is provided with a swirling means (13) at the upstream end of the electrolytic unit (14) so that the water to be treated swirls upward from below. A discharge unit (15) is provided above the electrolytic unit (14).
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, the flow of the water to be treated is swirled upward from below by the swirling means (13), so that bubbles generated on the electrode surface by electrolysis in the electrolysis section (14). The removal of water is promoted, and the bubbles (dissolved oxygen O 2 and active oxygen species) are distributed evenly in the discharge portion (15) without drifting, and discharge is generated on the surface of the bubbles, thereby further increasing the activity. Hydroxy radical (OH.) Which is an oxygen species can be generated.
[0018]
The invention according to claim 6 is characterized in that the electrolyzing section (14) and the discharging section (15) mainly generate hydroxyl radicals (OH.) Among the oxygen active species from the water to be treated.
[0019]
According to the invention set forth in claim 6, the same effects as those of the above-described claim 3 can be obtained.
[0020]
In the invention according to claim 7, the electrodes (14a, 14b) constituting the electrolytic portion (14) are preferably made of one of conductive materials of iridium, platinum, titanium oxide, tin oxide, ruthenium oxide, and lead oxide. It is characterized by being formed of a metal, more preferably of a conductive metal of ferrite.
[0021]
According to the invention described in claim 7, the electrodes (14a, 14b) made of ferrite, iridium, platinum, titanium oxide, tin oxide, ruthenium oxide, lead oxide, and ferrite are used to convert hydroxyl radicals (water) from water to be treated by electrolysis. Excellent generation of OH.). Further, ferrite is excellent in bactericidal activity for killing bacteria even when the concentration of free chlorine is low. Therefore, it is more preferable to use a ferrite material.
[0022]
Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means of the embodiment described later.
[0023]
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.
[0024]
As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 10 of the present embodiment includes a treatment tank 11 through which water to be treated flows upward from below, and is disposed in the treatment tank 11 to electrolyze the water to be treated. And a discharge unit 15 for applying a high voltage pulse to the water to be treated and discharging, a water pump 16 for pumping the water to be treated into the treatment tank 11, and applying a low voltage to the electrolytic unit 14. And a power supply means 17 for supplying a high voltage to the discharge unit 15.
[0025]
The processing tank 11 is a tubular pipe formed of an electrically insulating material, and an electrolytic section 14 and a discharging section 15 are disposed in series below the electrolytic section 14 and an upstream end of the processing tank 11. Is provided with a swirling means 13 for swirling the flow of the water to be treated flowing in the treatment tank 11. This is to make the water to be treated flowing through the electrolysis unit 14 and the discharge unit 15 uniformly flow through the pipeline without drifting. The removal of bubbles generated on the surfaces of 14a and 14b is promoted, and the bubbles (dissolved oxygen O 2 and oxygen active species) are distributed evenly through the discharge portion 15 to cause discharge on the surfaces of the bubbles. Things.
[0026]
The electrolytic portion 14 is made of a conductive metal such as a ferrite material, and a pair of flat electrodes 14a and 14b are disposed so as to face each other, and a DC voltage is applied between the electrodes 14a and 14b to form an electrode. The water to be treated flowing between 14a and 14b is electrolyzed. As will be described in detail later, oxygen and oxygen active species are generated from the water to be treated by electrolysis of the electrodes 14a and 14b made of a ferrite material. The electrodes 14a and 14b are electrically connected to a power supply unit 17, and a low voltage of, for example, DC2V to DC35V is applied by the power supply unit 17 as an applied voltage.
[0027]
The electrodes 14a and 14b are controlled by a control device (not shown) so that the polarity of the DC power applied from the power supply means 17 is alternately switched. Incidentally, a high potential voltage (for example, DC 24 V) is applied to one electrode 14 a and a low potential voltage (for example, DC 0 V) is applied to the other electrode 14 b. Then, after a lapse of a predetermined time (for example, 5 minutes), a low potential voltage (for example, DC 0 V) is applied to one electrode 14a, and a high potential voltage (for example, DC 24V) is applied to the other electrode 14b. In this way, control is performed so that the polarity is alternately switched at predetermined time intervals.
[0028]
Next, the discharge portion 15 is made of a conductive metal such as stainless steel, and has an anode electrode 15a having a plurality of acute-angled needle tips, and a cathode electrode formed of a conductive metal such as stainless steel and formed in a flat plate shape. The anode electrode 15a is electrically connected to the power supply means 17, and the other cathode electrode 15b is connected to the grounding portion 12.
[0029]
Then, the power supply unit 17, for example, the applied voltage, 10~2000KH20V~15KV / cm, frequency is configured to 10～2000KH Z, high-pressure pulse voltage of a rectangular wave is applied. As will be described later in detail, the water to be treated electrolyzed by the electrolysis unit 14 is allowed to flow, and the water to be treated is electrochemically purified by discharging between the electrodes 15a and 15b.
[0030]
Reference numeral 19 denotes a gas-liquid separation tank for removing air bubbles contained in the water to be treated flowing through the treatment tank 11, and air bubbles in the water to be treated are removed at this portion and purified from the outlet 19a. The liquid water to be treated is discharged.
[0031]
Further, the upstream side of the water supply pump 16 is connected to a water storage tank 20 that stores the water to be treated containing the contaminants collected from a closed water area or the like, and the water supply pump 16 is operated, so that the inside of the water treatment device 10 is provided. The treatment target water to be purified is sent. In addition, 21 is a drain pipe of the to-be-processed water stored in the water storage tank 20.
[0032]
The power supply means 17 and the water pump 16 are connected to a control device (not shown) and are controlled by the control device. In the present embodiment, by operating an operation switch (not shown), the control device (not shown) controls the power supply unit 17 and the water supply pump 16 to transfer the water to be treated stored in the water storage tank 20 to the treatment tank 11. By allowing the electrolyte to flow, electrolysis is performed in the electrolysis unit 14, and purification and decomposition are performed in the discharge unit 15 by discharging.
[0033]
Next, the operation of the water treatment apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, in the electrolysis section 14 upstream of the treatment tank 11, when a voltage is applied between the electrodes 14 a and 14 b to electrolyze the water to be treated, OH − ions react with electrons, and oxygen Bubbles composed of (O 2 ) and oxygen active species are generated near the surfaces of the electrodes 14a and 14b.
[0034]
Here, by using the electrodes 14a and 14b made of a ferrite material, as will be described in detail later, as the acidic active species generated at this time, mainly a hydroxyl radical (OH.) And hydrogen peroxide (H 2 O 2) ) Is generated. These bubbles (O 2 , OH ·, H 2 O 2 ) generated in the electrolytic section 14 are separated from the surfaces of the electrodes 14 a and 14 b by the swirling means 13 and flow to the upper discharge section 15. In the discharge unit 15, a high voltage pulse is applied between the anode electrode 15a and the cathode electrode 15b, so that the discharge is performed in the water to be treated between the anode electrode 15a and the cathode electrode 15b.
[0035]
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. Thus, it is said that the water to be treated can be electrochemically purified (for example, according to Sun et al., 2000).
[0036]
Here, the mechanism of the purification process by the discharge will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an oxidation mechanism of organic matter in the water to be treated inside and outside the plasma channel generated by the discharge unit 15. As shown in FIG. 3, inside the plasma channel, for example, hydroxyl radical (OH.), Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and oxygen (O 2 ) as oxygen active species from the water to be treated are electrolyzed by the electrolysis unit 14. Is generated in the same way as
[0037]
Further, outside the plasma channel, oxygen active species generated by ultraviolet irradiation, shock wave and electric field intensity, and dissolved oxygen and oxygen active species flowing from the electrolytic unit 14 chemically react with organic substances and react with organic substances in the water to be treated. Then, while being oxidized and decomposed, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) generated inside the plasma channel reacts to generate the hydroxy radical (OH ·).
[0038]
Further, in the present embodiment, since the treatment tank 11 is disposed in the vertical direction and the water to be treated is circulated upward from below, the bubbles generated by the electrolytic unit 14 are sent to the discharge unit 15, In the discharge unit 15 as well, a discharge is generated on the surface of the bubble, so that further hydroxyl radical (OH.) Is generated. As described above, by subjecting the water to be treated to electrolysis and discharge at at least two places of the electrolysis unit 14 and the discharge unit 15, more hydroxyl radicals (OH.) Among the oxygen active species can be generated.
[0039]
By the way, the oxygen active species generated by electrolysis and discharge has a bactericidal action because the oxidation-reduction potential is equal to or stronger than 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.
[0040]
Incidentally, the oxidizing power of the hydroxyl radical (OH.) Will be described. The hydroxyl radical (OH.) Has 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.
[0041]
Next, according to the study of the inventor, the amount of the generated hydroxy radical (OH.) Is different depending on the material of the electrodes 14a and 14b provided in the electrolytic part 14 and the combination of the electrolytic part 14 and the discharge part 15. To C. Since it was found from the change in absorbance at 440 nm, which is the maximum absorption wavelength of NN dimethyl-P-nitrosoaniline (RNO) described in Comninellis, it will be described with reference to FIGS.
[0042]
That is, FIG. 4 is a characteristic diagram showing that the amount of generated hydroxyl radicals (OH.) Differs depending on the electrode material of the electrolytic part 14. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a decolorization rate and a processing time when using titanium platinum shown, ferrite shown in (3), and titanium oxide shown in (4). The decolorization rate is a characteristic of the decolorization rate when the absorbance changes at 440 nm, which is the maximum absorption wavelength of NN-dimethyl-P-nitrosoaniline (RNO). The higher the decolorization rate, the more hydroxyl radical (OH.) Large amount of generation.
[0043]
Therefore, according to FIG. 4, if the electrodes 14a and 14b are formed of the ferrite material shown in (3), the amount of generated hydroxyl radical (OH.) Is large. Subsequently, the amount of generated hydroxy radicals (OH.) Decreases in the order of titanium platinum shown in (2), titanium oxide shown in (4), and iridium shown in (1). It has been found that a ferrite material is more preferable as the electrode material, and titanium platinum, titanium oxide, and iridium are more preferable.
[0044]
On the other hand, FIG. 5 shows a case where the electrolytic unit 14 and the discharge unit 15 are disposed in the processing tank 11 as shown in the present embodiment (shown by (1)), and only the electrolytic unit 14 is disposed in the processing tank 11. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the decolorization rate and the processing time when only the discharge unit 15 is disposed in the processing tank 11 (shown in (2)) (shown in (3)). Therefore, according to FIG. 5, a combination of discharging the water to be treated shown in (1) after electrolyzing the water to be treated can simplify only the electrolytic part 14 shown in (2) and only the discharging part 15 shown in (3). It was found that a larger amount of hydroxy radical (OH.) Was generated than was added to.
[0045]
By the way, by performing electrolysis using the electrodes 14a and 14b made of a ferrite material provided in the electrolytic part 14 as in the present embodiment, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and hydroxy radical (OH. ) Can suppress the growth of bacteria by the antibacterial action of oxygen-active species without increasing the concentration of hypochlorous acid.
[0046]
Incidentally, the inventor has verified the effect of using the ferrite material by experiments, and will be described based on FIG. FIG. 6 shows that the electrodes 14a and 14b are made of titanium platinum (insoluble metal) (for example, Pt plating or firing of Pt on Ti material) and the ferrite material of the present embodiment is used, and the logarithmic bacterial count is shown. FIG. 4 is a characteristic diagram comparing (cfu / ml) and hypochlorous acid concentration (ppm). The solid line in the figure indicates a titanium platinum electrode, and the broken line in the figure indicates a ferrite electrode.
[0047]
According to this, the logarithmic bacterial count (cfu / ml) equivalent to that of the titanium platinum electrode can be suppressed without increasing the concentration of free chlorine (hypochlorite concentration) (ppm) in the ferrite material electrode.
[0048]
According to the water treatment apparatus 10 according to the above-described embodiment, the electrolyzing section 14 that performs electrolysis is provided upstream of the discharging section 15, and oxygen and active oxygen species are generated from the water to be treated by this electrolysis, and the downstream discharging is performed. After being supplied to the unit 15, the discharge unit 15 generates more oxygen active species to decompose pollutants contained in the water to be treated and sterilize microorganisms. Hydroxyl radical (OH.), Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and dissolved oxygen (O 2 ), which are seeds, are generated.
[0049]
Further, also in the discharge part 15, more oxygen active species (OH., H 2 O 2 ) and dissolved oxygen (O 2 ) are generated by the discharge, and at the same time, ultraviolet irradiation, shock wave and electric field in the reaction process are generated. Oxygen activated species generated by the intensity cause a chemical reaction with organic matter, react with organic matter in the water to be treated, oxidize and decompose, and react with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) generated inside the plasma channel. Further, a hydroxyl radical (OH.) Is generated.
[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]
Further, by disposing the electrolysis unit 14 and the discharge unit 15 in series, the generation of hydroxy radicals (OH.) Is activated and the purification capacity of the water to be treated can be increased, so that microorganisms such as large plankton can be sterilized. It is suitable for purifying ballast water loaded on tankers and cargo ships that require capacity. Hydroxyl radical (OH.) Is one of the oxygen-active species that has excellent reaction characteristics of bactericidal action and excellent oxidizing power, so it decomposes chemical substances and kills and kills microorganisms such as bacteria and phytoplankton. Can be.
[0052]
In addition, by swirling the flow of the water to be treated upward from below by the swirling means 13, in the electrolytic section 14, removal of bubbles generated on the electrode surface by electrolysis is promoted, and the bubbles (dissolved oxygen O) are dissolved. 2 and active oxygen species) are distributed evenly in the discharge portion 15 so as not to drift, and a discharge occurs on the surface of the bubble, so that a hydroxy radical (OH.) As a further active oxygen species can be generated.
[0053]
The electrodes 14a and 14b made of ferrite, iridium, platinum, titanium oxide, tin oxide, ruthenium oxide, and lead oxide are excellent in generating hydroxyl radicals (OH.) From the water to be treated by electrolysis. Further, the ferrite material is excellent in bactericidal activity for killing bacteria even when the free chlorine concentration is low. Therefore, it is more preferable to use a ferrite material.
[0054]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the processing tank 11 is disposed between the water supply pump 16 and the gas-liquid separation tank 19, and the electrolytic unit 14 and the discharging unit 15 are disposed in the processing tank 11 in series. A plurality of tanks 11, electrolytic units 14, and discharge units 15 may be provided in parallel. As a result, the purification capacity of the water to be treated can be increased, so that it is suitable for the purification of ballast water loaded on tankers and cargo ships that require the sterilization ability of microorganisms such as large plankton.
[0055]
In the above embodiment, the description has been given of the combination of the water treatment device 10 and the water storage tank 20 for storing the water to be treated. However, the present invention is not limited to this. The water to be treated may be supplied.
[0056]
Further, in the above embodiment, the description has been made by applying the present invention to the water treatment apparatus 10 for purifying the water to be treated contaminated in a closed water area (for example, a lake, a marsh, an inner bay). The present invention may be applied to the purification of ballast water for maintaining the stability of tankers and cargo ships. At this time, it is possible to kill and kill microorganisms such as shellfish poison plankton contained in seawater.
[0057]
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 water treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an internal configuration of a processing tank 11 in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an oxidation mechanism of an organic substance by a discharge unit 15 in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a decolorization rate of an electrode material used for the electrolytic unit 14 and a processing time in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a decolorization rate and a processing time in a combination of the electrolysis unit 14 and the discharge unit 15, and only in the electrolysis unit 14 and only in the discharge unit 15.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing characteristics of hypochlorous acid concentration and logarithmic bacterial count at a titanium platinum electrode and a ferrite electrode.
[Explanation of symbols]
11 processing tank 13 turning means 14 electrolytic parts 14a, 14b electrode 15 discharge part (discharge part)
15a: Anode electrode (electrode)
15b: Cathode electrode (electrode)
OH ... hydroxy radical

Claims (7)

被処理水が流通する処理槽（１１）と、
前記処理槽（１１）に配設され、導電性金属からなる一対の電極（１４ａ、１４ｂ）に電圧を印加して電気分解をする電解部（１４）と、
前記電解部（１４）の下流に配設され、一対の電極（１５ａ、１５ｂ）間に高電圧パルスを印加する放電部（１５）とを備えて前記被処理水を電気化学的に処理する水処理方法であって、
前記電解部（１４）によって前記被処理水から酸素および活性酸素種を生成させて前記放電部（１５）に供給した後に、前記放電部（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に含まれる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 treatment tank (11) through which the water to be treated flows,
An electrolysis unit (14) disposed in the processing tank (11) and applying voltage to a pair of electrodes (14a, 14b) made of a conductive metal to perform electrolysis;
A discharge unit (15) disposed downstream of the electrolysis unit (14) and applying a high-voltage pulse between the pair of electrodes (15a, 15b); and a water for electrochemically treating the water to be treated. Processing method,
After the oxygen and active oxygen species are generated from the water to be treated by the electrolysis unit (14) and supplied to the discharge unit (15), more oxygen active species are generated by the discharge unit (15) and A water treatment method comprising decomposing contaminants contained in water to be treated and sterilizing microorganisms. 前記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する請求項１に記載の水処理方法。The water treatment method according to claim 1, wherein the water to be treated is swirled upward from below by a swirling means (13). 前記被処理水中には、前記電解部（１４）および前記放電部（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する請求項１に記載の水処理方法。2. The hydroxyl radical (OH.) Among oxygen active species is mainly produced | generated by the said electrolysis part (14) and the said discharge part (15) in the said to-be-processed water, The claim 1 characterized by the above-mentioned. Water treatment method. 被処理水を電気化学的に処理する水処理装置において、
前記被処理水が流通する処理槽（１１）と、
前記処理槽（１１）に配設され、導電性金属からなる一対の電極（１４ａ、１４ｂ）に電圧を印加して電気分解をする電解部（１４）と、
前記電解部（１４）の下流側に配設され、一対の電極（１５ａ、１５ｂ）間に高電圧パルスを印加する放電部（１５）とを備え、
前記電解部（１４）は、前記被処理水を電気分解することにより酸素および活性酸素種を生成させて前記放電部（１５）に供給した後に、前記電解部（１４）および前記放電部（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に含まれる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 treatment tank (11) through which the water to be treated flows,
An electrolysis unit (14) disposed in the processing tank (11) and applying voltage to a pair of electrodes (14a, 14b) made of a conductive metal to perform electrolysis;
A discharge unit (15) disposed downstream of the electrolysis unit (14) and applying a high-voltage pulse between the pair of electrodes (15a, 15b);
The electrolysis unit (14) generates oxygen and active oxygen species by electrolyzing the water to be treated and supplies the generated oxygen and active oxygen species to the discharge unit (15), and then the electrolysis unit (14) and the discharge unit (15). ), Whereby more oxygen-active species are generated to decompose contaminants contained in the water to be treated and sterilize microorganisms. 前記処理槽（１１）には、前記被処理水が下方から上方に向けて旋回するように前記電解部（１４）の上流端に旋回手段（１３）が設けられるとともに、前記電解部（１４）の上方に前記放電部（１５）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。The treatment tank (11) is provided with a swirling means (13) at an upstream end of the electrolysis unit (14) so that the water to be treated swirls upward from below. The water treatment apparatus according to claim 4, wherein the discharge unit (15) is provided above the water supply unit. 前記電解部（１４）および前記放電部（１５）は、前記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する請求項４または請求項５に記載の水処理装置。The said electrolysis part (14) and the said discharge part (15) produce | generate a hydroxyl radical (OH *) mainly among oxygen active species from the said to-be-processed water, The Claim 4 or Claim 5 characterized by the above-mentioned. A water treatment apparatus as described in the above. 前記電解部（１４）を構成する前記電極（１４ａ、１４ｂ）は、好ましくはイリジウム、白金、酸化チタン、酸化スズ、酸化ルテニウム、酸化鉛のどれか１種の導電性金属で形成され、より好ましくはフェライトの導電性金属で形成されたことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の水処理装置。The electrodes (14a, 14b) constituting the electrolysis section (14) are preferably formed of any one of conductive metals of iridium, platinum, titanium oxide, tin oxide, ruthenium oxide, and lead oxide, and more preferably. The water treatment device according to claim 4, wherein the water treatment device is formed of a conductive metal of ferrite.
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