JP2005296909A - 水処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】放電によるラジカル処理方法を使用する水処理システムにおいて、特に、水中に溶存する難分解性物質などの分解処理効率の向上を図ることが可能な水処理システムを提供することにある。
【解決手段】水槽１内の処理対象水２をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、ラジカル処理用ガス７０を流入して処理対象水２に噴出するガス流路４１と、当該ガス７０からラジカルを生成するための放電を発生するための放電部４０とを有する放電用電極を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電を利用したラジカル処理方式により、特に難分解性有機物を含む処理対象水を処理する水処理システムに関する。
近年、塩素を利用した水処理方法以外に、オゾン（Ｏ３）の酸化反応を利用した水処理方法が適用されつつある。両方法とも、化学的に強い酸化力を利用して水中に溶存する有機物質を分解することができる。
一般的に、それらの酸化力は、塩素が１．４電子ボルトであるのに対し、オゾンは２．０７電子ボルトと高い。また、塩素は高分子で形成される有機物と反応するとクロロフェノール類やトリハロメタン、ハロ酢酸、ハロケトン、ハロアセトニトリルなど消毒副生成物が生成される。これらの一部は、発がん性物である可能性が示唆されており、それ自身も人体に有害物質である。
これに対して、オゾンは酸素原子のみで構成されているため、環境への影響が少なく、異臭味物質の分解に有効であることから、上水を含めた水処理への適用が広まってきた。これが、近年のオゾンによる水処理法が普及してきた理由である。
しかしながら、オゾンはダイオキシンや農薬、環境ホルモンなどの難分解性有機物質との反応速度が遅く、これらを分解処理することは難しいことや、有機物質との反応によりアルデヒドの生成などの懸念もある。
そこで、化学反応を利用して難分解性有機物を分解処理するために、オゾンよりも酸化力の高い化学物質を使用する方法がある。酸化力は高いほどよく、具体的にはヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）や、酸素原子ラジカル（Ｏラジカル）は、酸化力がそれぞれ２．８５電子ボルト、２．４２電子ボルトであり、オゾンより高い。さらに、有機物質に対する反応速度定数も、オゾンより高い。このため、ダイオキシンなどの難分解性物質をすばやく分解することが可能である。ここで、ＯＨラジカルやＯラジカルなどを総称して、以下単にラジカルと表記する。
このラジカルは、水分の多い気体中で放電を発生させることにより得られる。先行技術としては、例えばコロナ放電を利用した有害物質を浄化する浄化方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、低温プラズマにより反応性ガスを発生させて、オゾンより反応性の高いラジカル種を有効に利用する処理方法も提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照）。さらに、プラズマ放電により、廃水中にラジカルを発生させて浄化する浄化方法も提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
特開２００１−７０９４６号公報 特開２００３−８００５９号公報 特開２００３−８００５８号公報 特開２０００−２８８５４７号公報
前述のような放電方法により得られるラジカルは、反応性が非常に高く、発生した直後に消滅する。このラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物を分解するには、発生後すぐに、ラジカルを水中へ溶け込ませる必要がある、もしくはラジカルを長寿命化する必要がある。しかし、これまでラジカルを長寿命化する技術は確立されていない。従って、単に放電によるラジカル処理方法を適用しても、水処理の効率はそれ程高くないという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、放電によるラジカル処理方法を使用する水処理システムにおいて、特に、水中に溶存する難分解性物質などの分解処理効率の向上を図ることが可能な水処理システムを提供することにある。
本発明の観点は、例えば水分を含む空気などの酸素原子を含むガス中の放電から発生するラジカルを利用するラジカル処理方法により、水中に溶存する難分解性有機物質などを効率的に分解処理する水処理システムである。
本発明の観点に従った水処理システムは、水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、ラジカル処理用ガスを供給する手段と、放電用高電圧を発生する電源と、前記水槽内に配置されて、前記ラジカル処理用ガスを流入して前記処理対象水に噴出させるためのガス流路と、当該ガス流路において前記ラジカル処理用ガスが噴出する近傍で前記放電用高電圧に応じた放電を行なうための放電部とを有する放電用電極とを備えたものである。
本発明によれば、放電により得られるラジカルを含むラジカル処理用ガスを処理対象水に積極的に噴出することにより、水中に溶存する難分解性有機物質などを効率的に分解処理することができる水処理システムを提供できる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、ラジカル処理方法を適用した第１の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。図２は、当該システムの部分的構成を示す図である。
本システムの本体は、処理対象水２を貯水するための処理水槽１である。処理水槽１に入れられる処理対象水２とは、例えば難分解性有機物や廃棄物、最終処分場の浸出水、ダイオキシン類、工場の排水、家庭排水等を含有した廃水や上下水の処理水である。なお、通常では、処理水槽１内では、処理対象水２は攪拌されている。
処理水槽１の内部には、処理対象水２の表面（水面）２０の近傍に配置されて、中空円筒構造で放電部４０を有する複数の第１の電極４、及び処理対象水２の水中に配置されて、接地電極を構成する第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。
放電用電極は、第１の電極４と第２の電極３との間に、電源５から例えばコロナ放電に必要な高圧電圧が印加される。また、放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１とは絶縁部６を介して取り付けられている。ここで、電源５は、例えば高電圧パルスを発生するパルス電源でもよい。
さらに、処理水槽１の上部には、ガス７０を蓄積するためのガスタンク９が設けられている。ガスタンク９は、例えば水分を含む空気であるラジカル処理用ガス（以下単にガスと表記する）７０を流入するためのガス流入管７、及び当該ガス７０を外部に流出させるためのガス流入管８を有する。
（第１の実施形態の作用効果）
以下図１と共に図２も参照して、本実施形態に関するシステムの作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、ガスタンク９の内部に流入させる。ガス７０は、ガスタンク９の内部圧力に応じて、図２に示すように、第１の電極４の中空部からなるガス流路４１に流れ込む。このガスタンク９により、ガス７０は、一様にガス流路４１に流入される。また、各第１の電極４が、処理対象水２の水面２０上に等間隔で配置されることにより、処理対象水２の水面２０には、ほぼ均一にガス７０が吹き付けられる。従って、当該ガス７０を、処理対象水２に対して効率的に噴出させることができる。
一方、放電用電極が電源５から高圧電圧が印加されると、これに応じて、第１の電極４の先端部にある放電部４０では、コロナ放電などの放電が発生する。放電部４０は、処理対象水２の水面２０の近傍に配置されている。従って、ガス流路４１からのガス７０は、放電部４０での放電により発生したラジカルと共に、処理対象水２の水面２０に吹き付けられるように噴出される。
ここで、ラジカルとは、ガス７０が放電により反応して発生するＯＨラジカルなどのラジカルの総称を意味する。
以上のように本実施形態のシステムであれば、ガス流路４１からのガス７０は、放電により発生したラジカルが消滅する前に、処理対象水２の水中に短時間に溶け込むことが可能となる。従って、溶解したラジカルが、消滅する前の有効な状態で水中に溶存する難分解性有機物などと反応し、効率的に分解することが可能となる。
以下、放電用電極からの放電により、ラジカルの生成プロセスの原理を説明する。
放電が酸素（Ｏ原子）を含有する空気などの雰囲気中で発生した場合、放電内では電子ｅと気体分子との衝突により、基底状態の酸素原子Ｏ（３Ｐ）や励起状態のＯ原子Ｏ（１Ｄ）が発生する。これを、下記の化学式（１）で表現する。
ｅ＋Ｏ２→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ）…（１）
ここで、Ｏ（１Ｄ）は、水分子と反応しヒドロキシラジカル（以下、ＯＨラジカルと表記する）を意味する。すなわち、下記の化学式（２）が成立する。
Ｏ（１Ｄ）＋Ｈ２Ｏ→２・ＯＨ…（２）
Ｏ（３Ｐ）原子からは、Ｏ２分子と中性分子Ｍとの３体衝突によりオゾンＯ３が発生する。すなわち、下記の化学式（３）が成立する。
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３＋Ｍ…（３）
また、水分子に直接電子が衝突することによっても、Ｈ原子およびＯＨラジカルが発生する。これを、下記の化学式（４）で表現する。
ｅ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋・ＯＨ…（４）
また、ＯＨラジカルからは過酸化水素Ｈ２Ｏ２も発生する。これを、下記の化学式（５）で表現する。
・ＯＨ＋・ＯＨ→Ｈ２Ｏ２…（５）
このようにして生成されたＯ原子、ＯＨラジカル、オゾンおよび過酸化水素が、ラジカルとして、熱運動、拡散、ガス流により処理水中へ溶け込むことによって処理される。
直接処理では、放電から発生したＯＨラジカルが処理対象水２の水中へと溶解し、すぐに難分解性有機物と反応し、水Ｈ２Ｏと二酸化炭素ＣＯ２と過酸化水素に分解する。これを、下記の化学式（６）で表現する。
・ＯＨ＋Ｒ→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ２…（６）
これに対し、間接処理では、放電から発生したオゾンと過酸化水素との反応によりＯＨラジカルが発生し難分解性有機物を分解する。
過酸化水素は水中に溶解すると解離してＨＯ２ −と水素イオンＨ＋を形成する。これを、下記の化学式（７）で表現する。
Ｈ２Ｏ２⇔ＨＯ２ −＋Ｈ＋…（７）
発生したＨＯ２ −はＯ３と反応しＯ３ −とＨＯ２ラジカルを形成する。これを、下記の化学式（８）で表現する。
ＨＯ２ −＋Ｏ３→Ｏ３ −＋ＨＯ２・…（８）
発生したＨＯ２・は解離し、Ｏ２ −とＨ＋を形成する。これを、下記の化学式（９）で表現する。
ＨＯ２・⇔Ｏ２ −＋Ｈ＋…（９）
発生したＯ２ −はオゾンと反応し、Ｏ３ −を形成する。これを、下記の化学式（１０）で表現する。
Ｏ２ −＋Ｏ３→Ｏ３ −＋Ｏ２…（１０）
Ｏ３ −はＨ＋と反応し、ＨＯ３を形成する。これを、下記の化学式（１１）で表現する。
Ｏ３ −＋Ｈ＋→ＨＯ３…（１１）
ＨＯ３は解離し、ＯＨラジカルを形成する。これを、下記の化学式（１２）で表現する。
ＨＯ３→・ＯＨ＋Ｏ２…（１２）
以上のようにして、放電により発生したラジカルを処理対象水２に溶解させて、当該ラジカルによる直接処理及び間接処理の２段階により、処理対象水２に対する水処理を行なう。
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図２に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、各第１の電極４が、ガス流路４１を有する中空円筒構造の本体の周囲が、例えば石英ガラス材質などの誘電体１１により覆われた構成である。さらに、各第１の電極４の先端部にある放電部４０は、処理対象水２の水中に配置されている。なお、第１の電極４の先端部は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、ガスタンク９の内部に流入させる。ガス７０は、ガスタンク９の内部圧力に応じて、第１の電極４のガス流路４１に流れ込む。
一方、放電用電極には、電源５から高圧電圧が印加される。これに応じて、第１の電極４の先端部にある放電部４０では、コロナ放電などの放電が発生する。ここで、放電部４０は、処理対象水２の水中に配置されているが、誘電体１１によるカバーと、ガス流路４１から処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出するガス７０とにより、ガス空間が形成されている。換言すれば、放電部４０の放電は、第１の電極４の先端部に形成されるガス空間で発生する。
放電部４０では、ガス流路４１からのガス７０から、放電によりラジカルが生成される。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第１の電極４の先端部には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０が処理対象水２の水中に配置されているため、噴出されるガス７０と共に、ラジカルが有効な状態で処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、放電により発生した当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図２に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。
さらに、第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される針状の電極部材から構成されている。第２の電極３は、板状部材からなり、当該各第１の電極４の先端部と対向する位置に開口部３０が形成されている。なお、第１の電極４の先端部は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、開口部３０に対向する第１の電極４の先端部は、ガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部から放電が発生する。従って、第１の電極４の先端部では、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第１の電極４の先端部には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、噴出されるガス７０と共に、ラジカルが、効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
また、本実施形態では、高電圧を印加する第１の電極４が針状（ピン状）電極であるため、その先端部に電界を集中させることができることから、相対的に低電圧での放電を発生させることができる。
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図４に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、第１の電極４、及び接地電極を構成し、当該第１の電極４と平行に処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、図５に示すように、絶縁部６を介して取り付けられている。
本実施形態の第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される金属メッシュ構造の電極部材から構成されている。第２の電極３は、板状部材からなり、当該第１の電極４と平行に配置されて、複数の開口部３０が形成されている。なお、第１の電極４は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４のメッシュ及び第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、開口部３０近傍である第１の電極４の先端部は、ガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部から放電が発生する。従って、第１の電極４の先端部では、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第１の電極４の先端部には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが、さらに効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
本実施形態では、第１の電極４は金属メッシュ構造であるため、広範囲での放電が可能である。従って、相対的に放電効率を向上させることができる。
（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図５に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、第１の電極４、及び接地電極を構成し、当該第１の電極４と平行に処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、図６に示すように、絶縁部６を介して取り付けられている。
本実施形態の第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される板状の電極部材から構成されている。第２の電極３は板状部材からなり、複数の開口部３０が形成されている。なお、第１の電極４は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、開口部３０近傍である第１の電極４の部分は、ガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の部分から放電が発生する。従って、第１の電極４の部分では、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第２の電極３に設けられた開口部３０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である第１の電極４が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが、効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図６に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、第１の電極４、及び接地電極を構成し、当該第１の電極４と平行に処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、図６に示すように、絶縁部６を介して取り付けられている。
本実施形態の第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される板状の電極部材で、複数の開口部４２が形成されている。第２の電極３は板状部材からなり、複数の開口部３０が形成されている。なお、第１の電極４は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられた開口部４２及び第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、開口部３０の近傍である第１の電極４の開口部４２には、ガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の開口部４２から放電が発生する。従って、第１の電極４の開口部４２では、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第２の電極３に設けられた開口部３０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である第１の電極４が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが、効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第７の実施形態）
図８は、第７の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図７に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、第１の電極４、石英ガラス材質などからなる誘電体部材１１、及び接地電極を構成し、当該第１の電極４と平行に処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、図６に示すように、絶縁部６を介して取り付けられている。
本実施形態の放電用電極は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される板状の第１の電極４と、当該第１の電極４と平行に配置された板状の第２の電極３との間に介在する誘電体部材１１とから構成されている。さらに、放電用電極には、第１の電極４と、誘電体部材１１と、第２の電極３とを貫通する貫通穴９０が形成されている。この貫通穴９０は、第１の電極４側の開口部４２からのガス７０を、第２の電極３側の開口部３０から噴出させるガス流路を構成している。なお、貫通穴９０は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられた開口部４２から貫通穴９０に流入し、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、貫通穴９０はガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、貫通穴９０から放電が発生する。従って、当該貫通穴９０において、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第２の電極３に設けられた開口部３０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である貫通穴９０が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが、効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第８の実施形態）
図９は、第８の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図６に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、第１の電極４、及び接地電極を構成し、当該第１の電極４と平行に処理対象水２の水中に配置されている第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、図９に示すように、絶縁部６を介して取り付けられている。
本実施形態の第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される線状の電極部材（ワイヤ電極）から構成されている。第２の電極３は板状部材からなり、複数の開口部３０が形成されている。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に噴出する。これにより、開口部３０近傍である第１の電極４の部分は、ガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の部分から放電が発生する。従って、第１の電極４の部分では、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第２の電極３に設けられた開口部３０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部である第１の電極４が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第９の実施形態）
図１０は、第９の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図４に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている板状の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、例えばステンレスのような耐腐食性金属材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。
さらに、第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される針状の電極部材から構成されて、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。第１の電極４は、当該誘電体部材１１と針状の電極部材との間には、ガス７０が流れるガス流路１１０が形成されている。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路１１０から処理対象水２の中に吹き出される。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７から流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出される。これにより、第１の電極４の先端部の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１０の実施形態）
図１１は、第１０の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図１０に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態は、放電用電極の構造において、第１の電極４は、第２の電極３と平行に配置されたガラス部材１２に設けられた貫通穴１２０の中に配置された針状の電極部材から構成されている。このような第１の電極４は、針状の電極部材間のスペースがなくなり、処理対象水２が入らない構造となる。また、貫通穴１２０は、前述の図１０に示すガス７０が流れるガス流路１１０に相当するものである。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、ガラス部材１２に設けられた貫通穴１２０から処理対象水２の中に吹き付けられるように噴出する。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７から貫通穴１２０に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第１の電極４の先端部の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１１の実施形態）
図１２は、第１１の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図１０に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている板状の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。第２の電極３は、第１の電極４の先端部（放電部４０）に対向する位置に複数の開口部３０が形成されている。
さらに、第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される針状の電極部材から構成されて、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。第１の電極４は、当該誘電体部材１１と針状の電極部材との間には、ガス７０が流れるガス流路１１０が形成されている。
当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路１１０を通過して、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の中に吹き出される。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７からガス流路１１０に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３に設けられた開口部３０から処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出される。これにより、開口部３０の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１２の実施形態）
図１３は、第１２の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図１０に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている金属メッシュ構造の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。第２の電極３は、第１の電極４の先端部（放電部４０）に対向する位置に配置されている。
さらに、第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される針状の電極部材から構成されて、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。第１の電極４は、当該誘電体部材１１と針状の電極部材との間には、ガス７０が流れるガス流路１１０が形成されている。
当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路１１０を通過して、第２の電極３のメッシュから処理対象水２の中に吹き付けられるように噴出する。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７からガス流路１１０に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３のメッシュから処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第２の電極３の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１３の実施形態）
図１４は、第１３の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図３及び図１０に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている板状の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。
第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される中空円筒構造の電極部材から構成されて、当該中空部からなるガス流路４１を有する。また、第１の電極４は、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。各第１の電極４の先端部にある放電部４０は、処理対象水２の水中に配置されている。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路４１から処理対象水２の中に吹き付けられるように噴出する。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７からガス流路４１に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、第１の電極４の先端部の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１４の実施形態）
図１５は、第１４の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図３及び図１４に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている板状の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。第２の電極３は、第１の電極４の先端部（放電部４０）に対向する位置に複数の開口部３０が形成されている。当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。
第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される中空円筒構造の電極部材から構成されて、当該中空部からなるガス流路４１を有する。また、第１の電極４は、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。各第１の電極４の先端部にある放電部４０は、処理対象水２の水中に配置されている。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路４１を通過して、第２の電極３の開口部３０から処理対象水２の中に吹き出される。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７からガス流路４１に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３の開口部３０から処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出される。これにより、当該開口部３０の近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１５の実施形態）
図１６は、第１５の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図３及び図１４に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、複数の第１の電極４、及び接地電極を構成し、処理対象水２の水中に配置されている板状の第２の電極３を有する放電用電極が設けられている。第２の電極３は、第１の電極４と平行に配置された金属メッシュ構造の電極部材からなる。当該放電用電極は、例えばステンレス材質からなる処理水槽１の底部に、絶縁部６を介して取り付けられている。
第１の電極４は、電源５から放電に必要な高圧電圧が印加される中空円筒構造の電極部材から構成されて、当該中空部からなるガス流路４１を有する。また、第１の電極４は、当該電極部材の周囲を例えば石英ガラス材質の誘電体部材１１により囲まれている。各第１の電極４の先端部にある放電部４０は、処理対象水２の水中に配置されている。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、第１の電極４に設けられたガス流路４１を通過して、第２の電極３のメッシュから処理対象水２の中に吹き出される。これにより、第２の電極３と対向する第１の電極４の先端部（放電部４０）は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
この状態で、電源５から放電用電極に高圧電圧が印加されると、第１の電極４の先端部である放電部４０から放電が発生する。従って、ガス流入管７からガス流路４１に流入したガス７０から、第１の電極４の先端部での放電により、ラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、第２の電極３のメッシュから処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出される。これにより、当該メッシュの近傍では、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、放電部４０である第１の電極４の先端部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１６の実施形態）
図１７は、第１６の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図８に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、石英ガラス材質などの誘電体部材６と、第１の電極４と、第２の電極３とを有する放電用電極が配置される。この放電用電極は、誘電体部材１１に設けられた角柱形状の中空部（貫通穴）４０の内部に、第１の電極４と第２の電極３とが対向して配置された構成である。
中空部４０は、後述するように、ガス７０が流入して、処理対象水２に噴出するガス流路を構成している。さらに、第１の電極４は、電源５から高電圧を印加される電極部である。また、第２の電極３は、接地電極部である。これらの第１及び第２の電極４，３により、中空部４０は、ガス空間で放電する放電部に相当する。なお、中空部４０は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、放電用電極の中空部４０から流入し、処理対象水２に吹き付けるように噴出する。これにより、中空部４０はガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から第１の電極４に高圧電圧が印加されると、中空部４０では放電が発生する。従って、当該中空部４０において、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き出される。これにより、中空部４０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、中空部４０である放電部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ラジカルが効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１７の実施形態）
図１８は、第１７の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図１及び図１７に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態のシステムでは、処理水槽１の下部室に、石英ガラス材質などの誘電体部材６と、第１の電極４と、第２の電極３とを有する放電用電極が配置される。この放電用電極は、誘電体部材１１に設けられた角柱形状の中空部（貫通穴）４０を有する。この中空部４０は、後述するように、ガス７０が流入して、処理対象水２に噴出するガス流路を構成している。
第１の電極４は、電源５から高電圧を印加される電極部である。また、第２の電極３は、接地電極部である。これらの第１及び第２の電極４，３は、誘電体部材１１の内部に組み込まれており、中空部４０を介在して対向するように配置されている。これにより、中空部４０は、ガス空間で放電する放電部として機能する。なお、中空部４０は、ガス空間が形成されて、処理対象水２とは直接には接触しない。
また、本実施形態のシステムでは、放電用電極が設けられた処理水槽１の下部室は、ガス流入管７が設けられたガスタンク９と同様の構造になっている。
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、ガス流入管７から水分を含む空気等のガス７０を、処理水槽１の下部室に流入させる。ガス７０は、流入圧力などにより、放電用電極の中空部４０から流入し、処理対象水２に吹き付けるように噴出する。これにより、中空部４０はガス空間が形成されている。
この状態で、電源５から第１の電極４に高圧電圧が印加されると、中空部４０では放電が発生する。この放電は、中空部４０でのガス空間にて、無数のマイクロ放電として発生する。
従って、当該中空部４０において、ガス流入管７から流入したガス７０から、放電によりラジカルが発生する。このラジカルと共に、ガス７０が、処理対象水２の水中に吹き付けられるように噴出される。これにより、中空部４０の部分には、当該ガスによる気泡１０が発生する。
以上のように本実施形態によれば、中空部４０である放電部が処理対象水２の水中に配置されていると同様の状態であるため、ＯＨラジカルなどのラジカルが、効率よく処理対象水２の水中に溶け込むことが可能となる。従って、当該ラジカルにより、水中に溶存する難分解性有機物などを効率的に分解することが可能となる。
（第１８の実施形態）
図１９から図２１は、第１８の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
以下、図１９から図２１を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。なお、図１９及び図２０において、“１．Ｅ±ｎ”は、“ｎ”をべき指数とする１０のべき乗を意味する。従って、例えば“１．Ｅ−６ｓ”は、１０μｓを意味する。この表記は、以降の各実施形態においても同様の意味を有する。
先ず、気相空間で発生するＯＨラジカルの寿命は、ＯＨラジカルの密度で決定されることが確認されている。ＯＨラジカルの消滅反応式（１３）を以下に示す。
ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ２Ｏ２…（１３）
この反応の反応速度は、反応速度定数ｋ、ＯＨラジカル密度［ＯＨ］を用いて次式（１４）により表すことができる。
ｄ［ＯＨ］／ｄｔ＝−ｋ＊［ＯＨ］＊［ＯＨ］−ｋ＊［ＯＨ］＊［ＯＨ］
＝−２＊ｋ＊［ＯＨ］＊［ＯＨ］…（１４）
前記式（１４）から、ＯＨラジカルは自身の濃度の二乗に比例して密度が低下する。即ち、ＯＨラジカルの密度が高いほど、ＯＨラジカルの消滅速度が速くなるため，寿命が短くなる。
図１９は、誘電体バリア放電を模擬した反応シミュレーションの結果を示す。
図１９に示すように、ＯＨラジカルの密度は、放電発生後、約１０μ秒で密度のピーク値に達し、その後急激に密度を低下させる。ＯＨラジカルの寿命をピーク値の１／１０と仮定すると、寿命は１００μ秒程度である。図１９において、ｅは電子密度を意味し、放電エネルギーが大きい程、高くなる。
図２０は、本実施形態に関するコロナ放電を模擬した反応シミュレーションの結果を示す。即ち、本実施形態は、図２１を参照して後述するように、コロナ放電に相当する放電特性を有するような放電制御を実行する構成である。
このような放電特性では、図２０に示すように、ＯＨラジカルの密度は、放電発生後、約１０μ秒で密度のピークに達するが、その後の密度低下は少なく、寿命は１０ｍ秒程度である。
誘電体バリア放電とコロナ放電との相違は、ＯＨラジカル発生量にある。誘電体バリア放電では、ピーク時のＯＨラジカル密度が１０１５個／ｃｍ３である（図１９を参照）。これに対して、本実施形態のコロナ放電では、ピーク時のＯＨラジカル密度が１０１4個／ｃｍ３程度である（図２０を参照）。
ここで、本実施形態のシステムでは、ピン電極先端と処理対象水の水面までの距離が０〜数１０ｍｍ程度を想定している。従って、ＯＨラジカルが１０ｍ秒程度の寿命であれば、濃度拡散や、イオン風、ガス流により、放電により発生するＯＨラジカルは、十分に処理対象水に到達することができる。このことから、結果として、ＯＨラジカル密度が１０１4個／ｃｍ３程度の場合に、ＯＨラジカルによる水処理を効率的に行なうことが可能となる。
さらに、図２１を参照して、本実施形態におけるコロナ放電の放電特性について説明する。
コロナ放電は，局所高電界によって発生する。局所高電界が雰囲気ガスの絶縁破壊強度に達するとコロナ放電が形成される。コロナ放電の電圧電流特性は、図２１に示すように、電流の上昇と共に電圧が上昇し、電流の増加率をｄＩ、電圧の増加率をｄＶとすると、その比「ｄＶ／ｄＩ」が電流の増加に伴なって大きくなっていく。
しかし、ある一定の電圧を超えると、急激に電流値（ここでは、変曲点として６０Ａの近傍）が高くなる。すなわち、電流電圧の増加率の比「ｄＶ／ｄＩ」が減少する。これは、放電内の電子密度が急激に高くなり、放電電力も高い状態となる（図２１に示す放電電力領域Ｂ）。
このような状態では、ＯＨラジカルの発生量は多くなるが、ＯＨラジカルの寿命は大幅に短くなる（図１９を参照）。そこで、本実施形態は、電流電圧の増加率の比「ｄＶ／ｄＩ」が電流値の増加に伴なって大きくなっていく放電状態（図２１に示す放電電力領域Ａ）において、水処理を行うように放電制御を実行する。即ち、本実施形態は、コロナ放電により、相対的に寿命の長いＯＨラジカルを発生して、水処理を高効率に実行するものである。
（第１９の実施形態）
図２２は、第１９の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図２２は、処理対象水２として例えば酢酸を想定した場合に、電極と処理水面との距離、放電電力（Ｗ）および処理効率（η）の特性を示す。なお、印加電圧は、１０ｋＶ一定にした場合である。
ここで、電極と処理水面との距離が２．５ｍｍ程度（細線で示す位置）の場合に着目すると、処理対象水の表面積１ｍ２あたりの放電電力を７ｋＷ程度より下げると、処理効率（η）を増大させることが確認されている。具体的には、従来のＯＨラジカル発生法であるオゾン／紫外線法の酢酸処理効率は０．５ｇ／ｋＷｈ程度と推定できるため、相対的に処理効率を向上させることができる。
即ち、本実施形態は、処理対象水の表面積１ｍ２あたりの放電電力として、７ｋＷ程度を上限とする放電制御を実行することにより、高い処理効率を実現するものである。これは、放電電力が相対的に低くなることにより、ＯＨラジカルの濃度が低下して、ＯＨラジカルの寿命が相対的に延びたと推定される。従って、ＯＨラジカルが、相対的に長時間、有効に存続し、処理対象水である酢酸の処理に作用したためと推定される。
（第２０の実施形態）
図２３は、第２０の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図２３は、図２２に示す処理効率（処理対象水として酢酸の処理効率）が例えば０．５ｇ／ｋＷｈ以上となる電極と処理水面との距離と、印加電圧との関係特性を示す。ここで、斜線部分の条件では、処理効率が相対的に高くなり、それ以外の部分では処理効率が相対的に低くなることを示す。即ち、例えば電極と処理水面との距離が２．５ｍｍ程度の場合には、印加電圧が１０ｋＶ程度の放電電力（図２２に示すように７ｋＷ程度）であれば、相対的に高い処理効率（η）を示す。
斜線部分の条件としては、前記電極の先端と前記処理対象水の水面との距離をｄ（ｍｍ）とし、高電圧パルス電源５からの印加電圧をＶ（ｋＶ）として、前記高電圧パルスとして正パルス電圧を印加する場合は、条件式「Ｖ＜２．４ｘｄ＋５、但しｄ＞０」を満たすことである。また、高電圧パルス電源５からの高電圧パルスとして負パルス電圧を印加する場合は、条件式「Ｖ＜−２．４ｘｄ−５、但しｄ＞０」を満たすことである。
即ち、本実施形態は、前記条件式を満たすように高電圧パルスの供給を制御することにより、結果として手段と高い処理効率を実現するものである。
（第２１の実施形態）
図２４及び２５は、第２１の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図２４は、放電の開始から、励起状態のＯＨラジカル（Ａ２Σ）が基底状態（Ｘ２Π）に戻る時に発光される紫外光（波長３０９ｎｍ）の時間変化を示す図である。ここで、図２４において、ｅは自然対数を意味する。３５０μ秒は、ＯＨラジカルの濃度のピーク値から１／ｅまで降下するまでの時間を示す。
波長３０９ｎｍの光は、励起状態のＯＨラジカル（Ａ２Σ）の密度を意味し、図２４ではマイナス方向にＯＨラジカルの濃度が高くなることを意味する。当該発光は励起状態から基底状態へ遷移する時に発生するため、基底状態のＯＨラジカルは、励起状態のＯＨラジカル（Ａ２Σ）よりも密度が高いと言える。
励起状態のＯＨラジカルの寿命は、図２４に示すように、放電開始から３５０μ秒程度である。即ち、放電を３５０μ秒よりも遅く繰返して発生させると、気相空間中でのＯＨラジカルの発生と消滅を繰返す。しかし、３５０μ秒よりも速く放電を発生させると、発生したＯＨラジカルの全てが消滅する前に、放電により再びＯＨラジカルが発生するため、ＯＨラジカル密度が増加し続けることになる。
ＯＨラジカルの密度が増加し続けると、ＯＨラジカル同士の反応による消滅が発生するため、結果として処理効率が低下してしまう。そこで、本実施形態は、図２５に示すように、放電のための高電圧パルスの繰返し周波数を直流から３ｋＨｚ（ＯＨラジカルの濃度のピーク値から１／ｅまで降下するまでの時間３５０μｓに対応する周波数）以下の範囲に設定する放電制御を実行する構成により、高効率での水処理を可能となる。
（第２２の実施形態）
図２６は、第２２の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図２６は、複数のピン電極４において、電極と処理水（ここでは酢酸）の水面との距離と、ピン電極４の１本当たりの放電電力量と、処理効率（η）の特性を示す。
ここで、電極と処理水面との距離が２．５ｍｍ程度（細線で示す位置）の場合に着目すると、ピン電極１本当たりの放電電力量を１００μＷｓより下げると、処理効率（η）を増大させることが確認されている。具体的には、従来のＯＨラジカル発生法であるオゾン／紫外線法の酢酸処理効率は０．５ｇ／ｋＷｈ程度と推定できるため、相対的に処理効率を向上させることができる。
即ち、本実施形態は、ピン電極１本当たりの放電電力量として、１００μＷｓを上限とする放電制御を実行することにより、高い処理効率を実現するものである。これは、放電電力量が相対的に低くなることにより、ＯＨラジカルの濃度が低下して、ＯＨラジカルの寿命が相対的に延びたと推定される。従って、ＯＨラジカルが、相対的に長時間、有効に存続し、処理対象水である酢酸の処理に作用したためと推定される。
なお、本実施形態は、前述の図９を参照して説明した第８の実施形態に相当するシステムにおいて、ワイヤ電極を使用したワイヤ放電にも適用することができる。この場合には、本実施形態は、ワイヤ電極１ｍ当たりの放電電力量として１００ｍＷｓを上限とする放電制御を実行することで高効率処理が可能となる
（第２３の実施形態）
本実施形態は、前述の図１及び図２に示す第１の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源５から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源５から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
本実施形態は、電源５から電極に高電圧パルスを印加して放電を発生するときに、処理対象水の１ｍ２あたりに流れる平均電流が３０Ａ以下になるように、高電圧パルスの供給を制御する構成である。
具体的には、図２１のＡとなるような条件は、接地電極３０Ａ／ｍ２以下とすることにより実現が可能となる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の第１の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１の実施形態に関する作用効果を説明するための図。 第２の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第３の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第４の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第５の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第６の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第７の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第８の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第９の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１０の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１１の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１２の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１３の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１４の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１５の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１６の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１７の実施形態に関する水処理システムの構成を説明するための図。 第１８の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第１８の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第１８の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第１９の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第２０の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第２１の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第２１の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。 第２２の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図。
符号の説明
１…処理水槽、２…処理対象水、３…第２の電極（接地電極）、４…第１の電極、
５…電源、６…誘電体部材、７…ガス流入管、８…ガス流出管、９…ガスタンク、
１０…気泡、１１，１２…誘電体部材。

Claims (30)

  1. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
    放電用高電圧を発生する電源と、
    前記水槽内に配置されて、前記ラジカル処理用ガスを流入して前記処理対象水に噴出させるためのガス流路と、当該ガス流路において前記ラジカル処理用ガスが噴出する近傍で前記放電用高電圧に応じた放電を行なうための放電部とを有する放電用電極と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  2. 前記ラジカル処理用ガスを収納するガスタンクを有し、
    当該ガスタンクから、前記ガス流路に対して前記ラジカル処理用ガスが流入するような構造であることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
  3. 前記電源は、高電圧パルスを発生するパルス電源であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の水処理システム。
  4. 前記ラジカル処理用ガスは、水分子と酸素分子を含むガスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理システム。
  5. 前記放電用電極は、中空円筒構造からなり、当該中空部がガス流路を構成し、かつ先端部が前記放電部を構成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水処理システム。
  6. 前記放電用電極は、前記ガス流路及び放電部を含む電極本体の周囲が誘電体部材で覆われた構造であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理システム。
  7. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
    放電用高電圧を発生する電源と、
    前記水槽内に配置されて、前記放電用高電圧に応じた放電を前記処理対象水の近傍で発生するための放電用電極とを有し、
    前記放電用電極は、先端部が針状の第１の電極部と、板状で当該第１の電極部の中心軸上に開口部を有する第２の電極部とを有し、
    前記ラジカル処理用ガスから、前記第１の電極部の先端部で発生する放電により生成したラジカルを、前記開口部から前記処理対象水にガス流にのり移動するように構成されていることを特徴とする水処理システム。
  8. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
    放電用高電圧を発生する電源と、
    前記水槽内に配置されて、前記放電用高電圧に応じた放電を前記処理対象水の近傍で発生するための放電用電極とを有し、
    前記放電用電極は、第１の電極部と、当該第１の電極部と平行に配置された板状電極で開口部を有する第２の電極部とを有し、
    前記ラジカル処理用ガスから、前記第１の電極部での放電により生成したラジカルを前記開口部から前記処理対象水にガス流にのり移動するように構成されていることを特徴とする水処理システム。
  9. 前記放電用電極は、前記第１の電極部が金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項８に記載の水処理システム。
  10. 前記放電用電極は、前記第１の電極部が板状部材であり、第２の電極部と平行に配置された構成であることを特徴とする請求項８項に記載の水処理システム。
  11. 前記放電用電極は、板状部材で第１の開口部を有する前記第１の電極部と、当該第１の電極部と平行に配置された板状電極で第２の開口部を有する第２の電極部とを有し、
    前記ラジカルを、前記第１及び第２の開口部から前記処理対象水にガス流にのり移動するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の水処理システム。
  12. 前記放電用電極は、前記第１及び第２の電極部間に設けられた誘電体部材とを有することを特徴とする請求項１１に記載の水処理システム。
  13. 前記放電用電極は、前記第１の電極部が線状部材からなり、前記第２の電極部が当該第１の電極部と平行に配置された板状電極で開口部を有する構成であることを特徴とする請求項８に記載の水処理システム。
  14. 前記放電用電極は、先端部が針状の第１の電極部と、板状で当該第１の電極部の先端部と対向して設けられた第２の電極部と、当該第１の電極部を軸として中空部を構成する誘電体部材とを有し、
    前記ラジカルを、前記中空部を通過して前記処理対象水にガス流にのり移動するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の水処理システム。
  15. 前記放電用電極は、前記第１の電極部を軸として中空部を構成し、かつ前記各第１の電極部間を絶縁する誘電体部材を有することを特徴とする請求項１４に記載の水処理システム。
  16. 前記放電用電極は、前記第２の電極部が当該第１の電極部と平行に配置された板状電極で開口部を有する構成であることを特徴とする請求項１４に記載の水処理システム。
  17. 前記放電用電極は、前記第２の電極部が当該第１の電極部と平行に配置された金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の水処理システム。
  18. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
    放電用高電圧を発生する電源と、
    前記水槽内に配置されて、前記放電用高電圧に応じた放電を前記処理対象水の近傍で発生するための放電用電極とを有し、
    前記放電用電極は、
    前記ラジカル処理用ガスを流入して前記処理対象水に噴出するガス流路を含み、先端部で放電を発生して、前記ラジカル処理用ガスからラジカルを生成するための第１の電極部と、
    前記第１の電極部の周囲に設けられた誘電体部材と、
    前記第１の電極部と平行に配置された板状部材からなる第２の電極部とを有する構成であることを特徴とする水処理システム。
  19. 前記放電用電極は、前記第２の電極部が開口部を有し、
    前記ラジカルが前記開口部から前記処理対象水にガス流にのり移動するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の水処理システム。
  20. 前記放電用電極は、前記第２の電極部が金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項１８に記載の水処理システム。
  21. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
    放電用高電圧を発生する電源と、
    前記水槽内に配置されて、前記放電用高電圧に応じた放電を前記処理対象水の近傍で発生するための放電用電極とを有し、
    前記放電用電極は、
    前記ラジカル処理用ガスを流入させる中空部を有する誘電体部材と、
    前記中空部内に配置されて、放電を発生するための第１，第２の電極部と、
    前記中空部での放電により生成されたラジカルを前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする水処理システム。
  22. 前記放電用電極は、前記第１，第２の電極部が前記誘電体部材の内部に含まれて、前記中空部で放電するように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の水処理システム。
  23. 前記放電用電極は、コロナ放電を発生することを特徴とする請求項１、請求項７、請求項１８のいずれか１項に記載の水処理システム。
  24. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記放電の電圧電力特性において、電流が増加すると電圧も増加し、電流値が増加するほど電圧の増分ｄＶと電流の増分ｄＩとの比（ｄＶ／ｄＩ）が増加するような放電電力領域での処理を行うように、前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  25. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記処理対象水の表面積１ｍ２あたりの放電電力が７ｋＷ以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  26. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記電極の先端と前記処理対象水の水面との距離をｄ（ｍｍ）とし、前記高電圧パルス電源からの印加電圧をＶ（ｋＶ）として、
    前記高電圧パルスとして正パルス電圧を印加する場合は、条件式「Ｖ＜２．４ｘｄ＋５、但しｄ＞０」を満たし、
    前記高電圧パルスとして負パルス電圧を印加する場合は、条件式「Ｖ＜−２．４ｘｄ−５、但しｄ＞０」を満たすように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  27. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記高電圧パルスとしてパルスの繰返し周波数が、直流から３ｋＨｚ以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  28. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための複数のピン電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記ピン電極で高電圧パルス放電を発生させるときに、当該ピン電極１本あたりの放電電力量が１００μＷｓ／本以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  29. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるためのワイヤ電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記ワイヤ電極で高電圧パルス放電を発生させるときに、当該ワイヤ電極の１ｍあたりの放電電力量が１００ｍＷｓ／本以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
  30. 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
    前記水槽内に配置されて、放電を発生させるための電極と、
    前記電極に高電圧パルスを供給するための高電圧パルス電源と、
    前記電極からの放電に応じて前記処理対象水の１ｍ２あたりに流れる平均電流が３０Ａ以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段と
    を具備したことを特徴とする水処理システム。
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