JP2010022991A - Liquid treatment device and liquid treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上水、下水、産業排水、ゴミ処理場浸出水、畜産排水、工業用排水、食品加工用排水、半導体等洗浄用排水、プール用水、船舶用バラスト用排水、河川・湖沼等の汚染水等における有機物、微生物、細菌類もしくはアンモニア含有水等の水処理、及び農薬やＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ダイオキシン等の有機性有害物質の分解除去、あるいはナノカーボン材料の表面改質、またはその他の有機材料合成を行なう液体処理装置および液体処理方法に関する。 The present invention includes water, sewage, industrial wastewater, waste disposal leachate, livestock wastewater, industrial wastewater, wastewater for food processing, wastewater for cleaning semiconductors, pool water, drainage for ballasts for ships, rivers and lakes, etc. Water treatment of organic matter, microorganisms, bacteria or ammonia-containing water in contaminated water, etc., and decomposition and removal of organic harmful substances such as agricultural chemicals, PCB (polychlorinated biphenyl), dioxin, or surface modification of nanocarbon materials, or The present invention relates to a liquid processing apparatus and a liquid processing method for synthesizing other organic materials.
近年、廃水等の液体中に含まれる有害あるいは不快な要因となる、有機物や細菌類の処理に、放電等により生成されるオゾンやＯＨラジカル等の活性種を利用して浄化を行なう処理方式が定着しつつある。
オゾンやＯＨラジカル等の活性種は、それ自身がもつ強力な酸化力で液中に溶解している溶存性の有機物を酸化分解する作用があり、上下水のみならず産業用廃水、プール用水、船舶用バラスト用廃水等の各種用廃水のＣＯＤ、脱色、脱臭、殺菌、有害な難分解性有機物等の除去手段として導入が広がりつつある。
In recent years, there is a treatment method for purifying by using active species such as ozone and OH radicals generated by discharge etc. in the treatment of organic matter and bacteria, which are harmful or unpleasant factors contained in liquid such as waste water. It is becoming established.
Active species such as ozone and OH radicals have the effect of oxidatively decomposing dissolved organic substances dissolved in the liquid by their strong oxidizing power, not only water and sewage but also industrial wastewater, pool water, The introduction of COD, decolorization, deodorization, sterilization, harmful and hardly decomposable organic substances, etc. for various types of wastewater such as marine ballast wastewater is spreading.
オゾンを利用した一般的な処理方法としては、空気または高濃度酸素を放電空間に通気して気体オゾンを生成し、これを散気装置等により液中に溶解して除去対象物質に接触反応させるといったものである。しかし、この方法は電力効率が低いこと、大型の装置、高いコスト等の問題がある。この対策として、液中に設置した電極間で空気や酸素を積極的且つ効率的に曝気することによって微細気泡を発生させ、こうした液中内の気泡空間で放電を発生させるといった方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、放電空間を形成するための微細気泡を生成するために、空気または酸素ガスを供給する設備や、気泡を微細化するための設備が付随されている。同時に液中に未溶解の気泡を脱気する設備や、脱気後の排ガス処理設備が必要であること等、コンパクト化、低コスト化は極めて困難である。また、微細化された気泡中の圧力は、ほぼ大気圧と同等か、それよりも高い圧力となっている。このため、放電空間を形成するときの放電開始電圧が高く、高電圧印加が必要であるため受電設備が大規模になる。 As a general treatment method using ozone, air or high-concentration oxygen is passed through the discharge space to generate gaseous ozone, which is dissolved in the liquid by an air diffuser or the like and contacted with the substance to be removed. It is something like that. However, this method has problems such as low power efficiency, large equipment, and high cost. As a countermeasure against this, a method has been proposed in which fine bubbles are generated by positively and efficiently aeration of air and oxygen between electrodes installed in the liquid, and discharge is generated in the bubble space in the liquid. (For example, refer to Patent Document 1). However, in order to generate fine bubbles for forming the discharge space, equipment for supplying air or oxygen gas and equipment for miniaturizing the bubbles are attached. At the same time, it is extremely difficult to reduce the size and cost, for example, because a facility for degassing undissolved bubbles in the liquid and an exhaust gas treatment facility after degassing are necessary. Moreover, the pressure in the refined bubble is almost equal to or higher than the atmospheric pressure. For this reason, since the discharge start voltage when forming discharge space is high and a high voltage application is required, a power receiving installation becomes large-scale.
このようなことから、通水管路内にキャビテーション気泡を発生させ、この微細な気泡を利用して放電プラズマを形成し、水等液体の処理を行なう装置が本願発明者らにより提案されている（特許文献２参照）。
上記文献２に示された液体処理装置では、被処理液体が水である場合は、ポンプで０．１〜１．５ＭＰａ程度に加圧してリアクターに送給することにより、リアクター内部のノズルを通過した際、水が気化して無数の極微小キャビテーション気泡が発生する。このため、一般的なポンプの運転条件範囲内において比較的容易に処理を行なうことが可能である。 In the liquid processing apparatus shown in Document 2, when the liquid to be processed is water, the liquid is pressurized to about 0.1 to 1.5 MPa by a pump and fed to the reactor to pass through the nozzle inside the reactor. When this occurs, the water vaporizes and countless extremely small cavitation bubbles are generated. For this reason, it is possible to perform processing relatively easily within the operating condition range of a general pump.
しかしながら、上記文献２に示された液体処理装置では、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル化合物）等の高濃度で沸点の高い油類を分解処理する場合、被処理液中にキャビテーションを発生させることが困難であり、処理可能な液体の種類が限られていた。また、水中の有害有機物を分解処理する場合においても、キャビテーションを発生させるためのポンプや高電圧電源等の運転条件が被処理液体の性質に制約されており、運転電力低減等により処理効率を向上させることには限界があった。 However, in the liquid processing apparatus shown in the above-mentioned document 2, it is difficult to generate cavitation in the liquid to be treated when decomposing high-concentration and high-boiling oils such as PCB (polychlorinated biphenyl compound). Yes, the types of liquids that can be processed were limited. In addition, even when decomposing and treating harmful organic substances in water, the operating conditions such as the pump and high-voltage power supply for generating cavitation are limited by the properties of the liquid to be treated, and the processing efficiency is improved by reducing the operating power. There was a limit to making it happen.
本願発明者は、かかる点を鑑み、鋭意工夫することにより、上記文献２に示された発明を改良し、新たな優れた発明を創出した。
本発明の目的とするところは、環境に悪影響を与える可能性のある沸点の高い油類等の被処理液体の分解処理を簡易に行なうことができる液体処理装置および液体処理方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明の他の目的は、上記のような被処理液体をプラズマ化する場合、放電発生条件を最適化でき、効率的な処理を可能とした液体処理装置および液体処理方法を実現することである。
The inventor of the present application has improved the invention shown in the above-mentioned document 2 and created a new and excellent invention by devising in consideration of such points.
An object of the present invention is to provide a liquid processing apparatus and a liquid processing method capable of easily performing a decomposition process of a liquid to be processed such as oil having a high boiling point that may adversely affect the environment. Objective.
Furthermore, another object of the present invention is to realize a liquid processing apparatus and a liquid processing method capable of optimizing discharge generation conditions and enabling efficient processing when the liquid to be processed is converted into plasma. It is.
上記問題を解決するため、本発明は以下のような構成を有する。
（１）被処理液と、この被処理液よりも沸点の低い第２液体との混合液中にキャビテーション気泡を発生させ、キャビテーション発生空間へ供給するノズルと、
前記キャビテーション発生空間に対向して設けられた対向電極を備え、この対向電極間に高電圧が印加されることにより、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生させる放電部と、
前記キャビテーション発生空間における前記キャビテーション気泡のプラズマの状態に応じて、前記混合液中の前記第２液体の量を調整する制御部とを備えた液体処理装置である。
（２）前記制御部は、前記ノズルと前記キャビテーション発生空間との間に設けられた注入管と、前記注入管の中途に配設された調整弁と、前記プラズマの状態を監視する監視装置とを備え、前記プラズマの状態に応じて前記調整弁の開閉作動を行なうことにより前記第２液体の混合量を調整する上記（１）記載の液体処理装置である。
（３）前記ノズルの前段に配置され、前記被処理液に圧力を加えて前記ノズルに供給するポンプと、
前記ポンプの前段又は前記ポンプのサクション部に接続され、前記第２液体を注入する注入管と、前記注入管の中途に配設された調整弁と、前記プラズマの状態を監視する監視装置とを備え、前記プラズマの状態に応じて前記調整弁の開閉作動を行なうことにより前記第２液体の混合量を調整する上記（１）記載の液体処理装置である。
（４）前記第２液体は、分子構造にＯＨ基（水酸基）を有する上記（１）乃至（３）記載の液体処理装置である。
（５）前記監視装置は、前記プラズマの放電光強度を測定する上記（１）乃至（４）記載の液体処理装置である。
（６）前記監視装置は、前記プラズマの放電電圧を測定する上記（１）乃至（４）記載の液体処理装置である。
（７）前記監視装置は、前記プラズマの放電電流を測定する上記（１）乃至（４）記載の液体処理装置である。
（８）前記被処理液は前記第２液体よりも沸点の高い油類である上記（１）乃至（７）記載の液体処理装置である。
（９）前記被処理液はポリ塩化ビフェニル化合物を含む上記（８）記載の液体処理装置である。
(１０)被処理液と、この被処理液よりも沸点の低い第2液体との混合液中にキャビテーション気泡を発生させ、キャビテーション発生空間へ供給する工程と、
前記キャビテーション発生空間の対向電極間に高電圧を印加し、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生する工程と、
前記キャビテーション発生空間における前記キャビテーション気泡のプラズマの状態に応じて、前記混合液中の前記第２液体の量を調整する工程とを有する液体処理方法である。
(１１)前記調整工程は、
前記プラズマの状態を監視する工程と、
前記監視の結果に基づいて、前記第２液体の供給量を調整することにより前記混合液中の前記第２液体の量を調整する工程とを有する上記（１０）記載の液体処理方法である。
(１２)前記第２液体は、分子構造にＯＨ基（水酸基）を有する上記（１０）または（１１）記載の液体処理方法である。
(１３)前記被処理液は前記第２液体よりも沸点の高い油類である上記（１０）乃至（１２）記載の液体処理方法である。
(１４)前記被処理液はポリ塩化ビフェニル化合物を含む上記（１３）記載の液体処理方法である。
（１５）油類である被処理液と、この被処理液よりも沸点の低い第２液体との混合液中にキャビテーション気泡を発生させ、キャビテーション発生空間へ供給する工程と、
前記キャビテーション発生空間の対向電極間に高電圧を印加し、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生させる工程とにより、
前記被処理液の分解処理を行う液体処理方法である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(1) a nozzle that generates cavitation bubbles in a mixed liquid of a liquid to be processed and a second liquid having a boiling point lower than that of the liquid to be processed, and supplies the cavitation air to the cavitation generation space;
A discharge unit that includes a counter electrode provided to face the cavitation generation space, and generates a discharge plasma in the cavitation generation space by applying a high voltage between the counter electrodes;
And a control unit that adjusts the amount of the second liquid in the liquid mixture according to the plasma state of the cavitation bubbles in the cavitation generation space.
(2) The control unit includes an injection pipe provided between the nozzle and the cavitation generation space, a regulating valve disposed in the middle of the injection pipe, and a monitoring device that monitors the state of the plasma. The liquid processing apparatus according to (1), wherein the mixing amount of the second liquid is adjusted by opening and closing the adjusting valve according to the state of the plasma.
(3) a pump that is arranged in front of the nozzle and applies pressure to the liquid to be treated and supplies the liquid to the nozzle;
An injection pipe for injecting the second liquid, connected to the front stage of the pump or the suction section of the pump, a regulating valve disposed in the middle of the injection pipe, and a monitoring device for monitoring the state of the plasma The liquid processing apparatus according to (1), further comprising: adjusting the mixing amount of the second liquid by opening and closing the adjusting valve according to a state of the plasma.
(4) The liquid processing apparatus according to (1) to (3), wherein the second liquid has an OH group (hydroxyl group) in the molecular structure.
(5) The said monitoring apparatus is a liquid processing apparatus of said (1) thru | or (4) which measures the discharge light intensity of the said plasma.
(6) The said monitoring apparatus is a liquid processing apparatus as described in said (1) thru | or (4) which measures the discharge voltage of the said plasma.
(7) The said monitoring apparatus is a liquid processing apparatus of said (1) thru | or (4) which measures the discharge current of the said plasma.
(8) The liquid processing apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the liquid to be processed is oil having a boiling point higher than that of the second liquid.
(9) The liquid processing apparatus according to (8), wherein the liquid to be processed includes a polychlorinated biphenyl compound.
(10) generating cavitation bubbles in a mixed liquid of the liquid to be treated and a second liquid having a boiling point lower than that of the liquid to be treated, and supplying the cavitation bubbles to the cavitation generation space;
Applying a high voltage between the opposing electrodes in the cavitation generating space to generate discharge plasma in the cavitation generating space;
Adjusting the amount of the second liquid in the liquid mixture according to the plasma state of the cavitation bubbles in the cavitation generation space.
(11) The adjustment step includes
Monitoring the state of the plasma;
Adjusting the amount of the second liquid in the liquid mixture by adjusting the supply amount of the second liquid based on the result of the monitoring.
(12) The liquid treatment method according to (10) or (11), wherein the second liquid has an OH group (hydroxyl group) in the molecular structure.
(13) The liquid treatment method according to any one of (10) to (12), wherein the liquid to be treated is oil having a boiling point higher than that of the second liquid.
(14) The liquid treatment method according to the above (13), wherein the liquid to be treated contains a polychlorinated biphenyl compound.
(15) a step of generating cavitation bubbles in a mixed liquid of a liquid to be treated which is oil and a second liquid having a boiling point lower than that of the liquid to be treated, and supplying the cavitation air to the cavitation generation space;
Applying a high voltage between the opposing electrodes in the cavitation generation space, and generating discharge plasma in the cavitation generation space,
A liquid processing method for performing a decomposition process of the liquid to be processed.
請求項１記載の発明によれば、被処理液よりも沸点の低い第２液体を被処理液体と混合することにより、第２液体の性質を利用して混合液体中にキャビテーション気泡を発生させることができる。また、キャビテーション気泡のプラズマ状態に応じて混合液中の第２液体の量を調整することにより、放電による処理効率を最適化するとともに、第２液体の消費量を最小限に設定することができる。その結果、第２液体の無駄な消費を無くすことができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明により得られる効果に加え、ノズルの直後に第２液体を注入する注入管を設置することにより、混合手段や動力を要することなく、ノズルの後段に生じる真空圧力を利用して第２液体を吸入することができる。これにより被処理液と第２液体とを効率良く攪拌混合することができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明により得られる効果に加え、ポンプの前段又はポンプのサクション部に調整弁を接続したことにより、混合手段や動力を要することなく、ポンプの前段又はポンプのサクション部に生じる真空圧力を利用して第２液体を吸入することができる。そして、ポンプの回転力を利用して被処理液と第２液体とを容易且つ効率良く攪拌混合することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３記載の発明により得られる効果に加え、混合液中の有機物を効果的に分解することができる。すなわち、第２液体の分子構造内にＯＨ基（水酸基）を有する物質を用いているので、放電プラズマにより第２液体の分子間結合は解離し、混合液中に強力な酸化力を有するＯＨラジカルが生成する。このＯＨラジカルは即座に有機物を酸化分解する能力を有するため、効果的な処理が可能となる。
請求項５乃至７記載の発明によれば、請求項１乃至４記載の発明により得られる効果に加え、プラズマの状態を的確に監視することができるので、第２液体の適切な注入量を把握することができ、効率の高い処理が可能となる
請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至７記載の発明により得られる効果に加え、高濃度で沸点の高い油類中においても、容易にキャビテーション気泡を発生させた放電による処理が可能になる。
請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至８記載の発明により得られる効果に加え、
環境に悪影響を与える可能性のある沸点の高い油類等の中でも代表的なＰＣＢにおいて、容易にキャビテーション気泡を発生させた放電による処理が可能になる。
請求項１０記載の発明によれば、被処理液よりも沸点の低い第２液体を被処理液体と混合することにより、第２液体の性質を利用して混合液体中にキャビテーション気泡を発生させることができる。また、キャビテーション気泡のプラズマ状態に応じて混合液中の第２液体の量を調整することにより、放電による処理効率を最適化するとともに、第２液体の消費量を最小限に設定することができる。その結果、第２液体の無駄な消費を無くすことができる。
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の発明により得られる効果に加え、プラズマの状態を的確に監視することができるので、第２液体の適切な注入量を把握することができ、効率の高い処理が可能となる
請求項１２記載の発明によれば、請求項１０または１１記載の発明により得られる効果に加え、混合液中の有機物を効果的に分解することができる。すなわち、第２液体の分子構造内にＯＨ基（水酸基）を有する物質を用いているので、放電プラズマにより第２液体の分子間結合は解離し、混合液中に強力な酸化力を有するＯＨラジカルが生成する。このＯＨラジカルは即座に有機物を酸化分解する能力を有するため、効果的な処理が可能となる。
請求項１３記載の発明によれば、請求項１０乃至１２記載の発明により得られる効果に加え、高濃度で沸点の高い油類中においても、容易にキャビテーション気泡を発生させた放電による処理が可能になる。
請求項１４記載の発明によれば、請求項１３記載の発明により得られる効果に加え、
環境に悪影響を与える可能性のある沸点の高い油類等の中でも代表的なＰＣＢにおいて、容易にキャビテーション気泡を発生させた放電による処理が可能になる。
請求項１５記載の発明によれば、被処理液よりも沸点の低い第２液体を被処理液体と混合することにより、第２液体の性質を利用して混合液体中にキャビテーション気泡を発生させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the second liquid having a lower boiling point than the liquid to be treated is mixed with the liquid to be treated, thereby generating cavitation bubbles in the mixed liquid using the properties of the second liquid. Can do. Further, by adjusting the amount of the second liquid in the liquid mixture according to the plasma state of the cavitation bubbles, the processing efficiency by the discharge can be optimized and the consumption amount of the second liquid can be set to the minimum. . As a result, useless consumption of the second liquid can be eliminated.
According to the invention of claim 2, in addition to the effect obtained by the invention of claim 1, by installing an injection pipe for injecting the second liquid immediately after the nozzle, without mixing means and power, The second liquid can be sucked by using the vacuum pressure generated at the subsequent stage of the nozzle. As a result, the liquid to be treated and the second liquid can be efficiently stirred and mixed.
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect obtained by the first aspect of the invention, the adjustment valve is connected to the front stage of the pump or the suction portion of the pump, so that the mixing means and power are not required. The second liquid can be sucked by using the vacuum pressure generated in the front stage or the suction part of the pump. And the to-be-processed liquid and the 2nd liquid can be stirred and mixed easily and efficiently using the rotational force of a pump.
According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effects obtained by the first to third aspects of the invention, the organic matter in the mixed solution can be effectively decomposed. That is, since a substance having an OH group (hydroxyl group) in the molecular structure of the second liquid is used, the intermolecular bonds of the second liquid are dissociated by the discharge plasma, and OH radicals having a strong oxidizing power in the mixed liquid. Produces. Since this OH radical has the ability to immediately oxidize and decompose organic matter, it can be effectively treated.
According to the fifth to seventh aspects of the invention, in addition to the effects obtained by the first to fourth aspects of the invention, the plasma state can be accurately monitored, so that the appropriate injection amount of the second liquid can be grasped. According to the invention of claim 8, in addition to the effects obtained by the invention of claims 1 to 7, even in oils having a high concentration and a high boiling point, It is possible to easily perform treatment by electric discharge in which cavitation bubbles are generated.
According to the invention described in claim 9, in addition to the effect obtained by the invention described in claims 1 to 8,
In a typical PCB among oils having a high boiling point that may adversely affect the environment, it becomes possible to easily perform treatment by discharge in which cavitation bubbles are generated.
According to the tenth aspect of the present invention, the second liquid having a lower boiling point than the liquid to be treated is mixed with the liquid to be treated, thereby generating cavitation bubbles in the mixed liquid by utilizing the properties of the second liquid. Can do. Further, by adjusting the amount of the second liquid in the liquid mixture according to the plasma state of the cavitation bubbles, the processing efficiency by the discharge can be optimized and the consumption amount of the second liquid can be set to the minimum. . As a result, useless consumption of the second liquid can be eliminated.
According to the eleventh aspect of the invention, in addition to the effect obtained by the tenth aspect of the invention, it is possible to accurately monitor the state of the plasma, so that an appropriate injection amount of the second liquid can be grasped. According to the invention of claim 12, in addition to the effect obtained by the invention of claim 10 or 11, organic substances in the mixed solution can be effectively decomposed. That is, since a substance having an OH group (hydroxyl group) in the molecular structure of the second liquid is used, the intermolecular bonds of the second liquid are dissociated by the discharge plasma, and OH radicals having a strong oxidizing power in the mixed liquid. Produces. Since this OH radical has the ability to immediately oxidize and decompose organic matter, it can be effectively treated.
According to the invention described in claim 13, in addition to the effects obtained by the inventions described in claims 10-12, it is possible to easily perform treatment by discharge with cavitation bubbles generated even in oils having a high concentration and a high boiling point. become.
According to the invention of claim 14, in addition to the effect obtained by the invention of claim 13,
In a typical PCB among oils having a high boiling point that may adversely affect the environment, it becomes possible to easily perform treatment by discharge in which cavitation bubbles are generated.
According to the fifteenth aspect of the present invention, the second liquid having a lower boiling point than the liquid to be treated is mixed with the liquid to be treated, thereby generating cavitation bubbles in the mixed liquid using the properties of the second liquid. Can do.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態における図面では、発明の理解を容易にするため、一部の要素においては模式的に示されている。本欄における複数の実施形態では、同一符号を付すことにより、その説明が省略されることもある。
図１は、本実施形態に係る液体処理装置を示す概略構成図である。この液体処理装置は処理槽１、この処理槽１内に貯留された処理液９、ポンプ３、リアクター４、高周波を発生する電源８に接続された電極５、基準電源（本形態では接地）に接続された電極６、放電部７を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings in the present embodiment, some elements are schematically shown in order to facilitate understanding of the invention. In a plurality of embodiments in this column, the description may be omitted by giving the same reference numerals.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a liquid processing apparatus according to the present embodiment. The liquid processing apparatus includes a processing tank 1, a processing liquid 9 stored in the processing tank 1, a pump 3, a reactor 4, an electrode 5 connected to a power source 8 that generates a high frequency, and a reference power source (in this embodiment, ground). The connected electrode 6 and the discharge part 7 are provided.
本実施形態では、処理槽１に貯留した処理液９から被処理液２をポンプ３でリアクター４に送給して循環処理を行なうものである。本形態では、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル化合物）等の有害な油類を被処理液２とし、この分解処理を行なう液体処理装置について説明する。
リアクター４は、本体４ａとノズル４ｂからなる。被処理液２はポンプ３を利用して一定の圧力でリアクター４に加圧送給される。リアクター４の管路内に設置されたノズル４ｂはベンチュリ−構造を有しており、ノズルの先端の最縮小部４ｃを通過直後、この後段近傍のキャビテーション発生空間では急激な圧力低下が生じる。そのとき液体の沸点以下になった領域では沸騰現象が生じ、無数の小さなキャビテーション気泡が発生する。本体４ａ内のノズルの後段近傍のキャビテーション発生空間には、電極５と電極６を対向させた放電部７がある。この放電部７にはキャビテーション気泡が発生しており、電源８から正弦状波形、パルス波形もしくは矩形等の高電圧を印加することにより、放電部７の通水管路空間には放電プラズマが形成される。
In the present embodiment, the treatment liquid 2 is fed from the treatment liquid 9 stored in the treatment tank 1 to the reactor 4 by the pump 3 to perform the circulation treatment. In this embodiment, a liquid processing apparatus that performs a decomposition process using harmful oils such as PCB (polychlorinated biphenyl compound) as the liquid to be processed 2 will be described.
The reactor 4 includes a main body 4a and a nozzle 4b. The liquid to be treated 2 is pressurized and fed to the reactor 4 at a constant pressure using a pump 3. The nozzle 4b installed in the pipe line of the reactor 4 has a venturi structure, and immediately after passing through the most contracted portion 4c at the tip of the nozzle, a rapid pressure drop occurs in the cavitation generating space near this rear stage. At that time, the boiling phenomenon occurs in the region below the boiling point of the liquid, and countless small cavitation bubbles are generated. In the cavitation generation space near the rear stage of the nozzle in the main body 4a, there is a discharge portion 7 in which the electrode 5 and the electrode 6 are opposed to each other. Cavitation bubbles are generated in the discharge unit 7, and discharge plasma is formed in the water passage space of the discharge unit 7 by applying a high voltage such as a sinusoidal waveform, a pulse waveform, or a rectangle from the power source 8. The
図１の液体処理装置は、さらに、第２液体１０をリアクター４へ注入する注入管１０、第２液体の注入量を調整する調整弁１２、放電部７におけるプラズマの状態を監視する監視装置１３、監視装置１３の監視に基づいて調整弁１２の開閉を制御し、第２液体１０の注注入量を制御するコントローラ１４を備える。 1 further includes an injection tube 10 for injecting the second liquid 10 into the reactor 4, an adjustment valve 12 for adjusting the injection amount of the second liquid, and a monitoring device 13 for monitoring the plasma state in the discharge unit 7. The controller 14 controls the opening and closing of the regulating valve 12 based on the monitoring of the monitoring device 13 and controls the injection amount of the second liquid 10.
本発明が上記特許文献２と異なる原理及び構成は、被処理液よりも沸点の低い第２液体１０を被処理液体と混合することにより、第２液体の性質を利用して混合液体中にキャビテーション気泡を発生させる点である。 The principle and configuration of the present invention that differs from Patent Document 2 described above is that the second liquid 10 having a boiling point lower than that of the liquid to be treated is mixed with the liquid to be treated, and the cavitation is performed in the liquid mixture by utilizing the properties of the second liquid. It is a point that generates bubbles.
本実施形態では、混合液体中にキャビテーション気泡を効率よく発生させるため、ノズルの直後に第２液体を注入する注入管１１を設置している。注入管１１の中途には調整弁１２を配設される。そして、キャビテーション発生空間において発生するプラズマの状態を監視する監視装置１３を設け、その監視結果に基づいて、コントローラ１４が調整弁１２の開閉作動を行なうようにしている。 In the present embodiment, in order to efficiently generate cavitation bubbles in the mixed liquid, the injection pipe 11 for injecting the second liquid is installed immediately after the nozzle. A regulating valve 12 is disposed in the middle of the injection pipe 11. And the monitoring apparatus 13 which monitors the state of the plasma which generate | occur | produces in a cavitation generation space is provided, and the controller 14 opens and closes the adjustment valve 12 based on the monitoring result.
本実施形態では、第２液体１０は、分子構造内にＯＨ基（水酸基）を有する物質を用いている。 In the present embodiment, the second liquid 10 uses a substance having an OH group (hydroxyl group) in the molecular structure.
本実施形態の監視装置１３には、プラズマの放電光強度を測定する放電光強度測定装置、プラズマの放電電圧を測定する放電電圧測定装置又はプラズマの放電電流を測定する放電電流測定装置のいずれかが用いられている。本発明の目的を達成するため、その他のプラズマの状態変化を捉えることができる測定装置を用いることは可能である。 The monitoring device 13 of the present embodiment includes any one of a discharge light intensity measurement device that measures the discharge light intensity of plasma, a discharge voltage measurement device that measures the discharge voltage of plasma, or a discharge current measurement device that measures the discharge current of plasma. Is used. In order to achieve the object of the present invention, it is possible to use a measuring device capable of capturing other plasma state changes.
本実施形態の液体処理装置の動作について説明する。
処理槽１に貯留している被処理液２をポンプ３によりリアクター４に圧送すると、ノズル４ｂの出口近傍に負圧が生じる。この場合、絶縁油としてトランス等に使用され毒性の高いＰＣＢ等の沸点が高い物質については、通常のポンプ圧ではキャビテーションが発生しない。そこで、表１に示されるような、このような物質よりも圧倒的に沸点の低いアルコール類等のＯＨ基（水酸基）を有する第２液体１０を、注入管１１からノズル４ｂ近傍に発生した負圧を利用してリアクター４内に吸入する。リアクター４内に吸入された第２液体１０は強力な乱流により被処理液体２中で混合される。これとほぼ同時に、真空圧力により沸点が降下したリアクター内部で極微小なキャビテーション気泡が発生する。
The operation of the liquid processing apparatus of this embodiment will be described.
When the liquid 2 to be treated stored in the treatment tank 1 is pumped to the reactor 4 by the pump 3, a negative pressure is generated in the vicinity of the outlet of the nozzle 4b. In this case, cavitation does not occur at a normal pump pressure for substances having a high boiling point, such as PCB, which is used as an insulating oil in a transformer or the like and has high toxicity. Therefore, as shown in Table 1, the second liquid 10 having an OH group (hydroxyl group) such as alcohols whose boiling point is overwhelmingly lower than such a substance is generated from the injection tube 11 in the vicinity of the nozzle 4b. The pressure is taken into the reactor 4. The second liquid 10 sucked into the reactor 4 is mixed in the liquid 2 to be processed by strong turbulent flow. Almost at the same time, extremely small cavitation bubbles are generated inside the reactor whose boiling point has dropped due to the vacuum pressure.
ついで、電源８により、電極５と電極６間に高電圧を印加すると、キャビテーション発生空間において放電プラズマが形成される。
キャビテーション気泡は激しい攪拌によりリアクター４の管路内に広く形成された放電に接触することにより、キャビテーション気泡中に含まれる蒸気や酸素が高密度の電気エネルギーによって励起され、ＯＨラジカル等の活性種が生成される。これらは速やかに被処理液中に溶け込み、キャビテーション気泡やキャビテーション気泡の消滅に伴う激しい乱流により均一に拡散され、ＯＨラジカルの強力な酸化分解力で分子結合鎖が分解されることにより無害化処理が行なわれる。
Next, when a high voltage is applied between the electrode 5 and the electrode 6 by the power supply 8, discharge plasma is formed in the cavitation generation space.
The cavitation bubbles come into contact with the discharge formed widely in the conduit of the reactor 4 by vigorous stirring, so that vapor and oxygen contained in the cavitation bubbles are excited by high-density electric energy, and active species such as OH radicals are generated. Generated. These quickly dissolve in the liquid to be treated, are uniformly diffused by vigorous turbulence accompanying the disappearance of cavitation bubbles and cavitation bubbles, and detoxified by molecular bond chains being decomposed by the strong oxidative decomposition power of OH radicals. Is done.
このように、沸点が高くキャビテーション気泡を発生させることが困難な液体においても、被処理液よりも沸点の低い第２流体を注入混合することにより容易にキャビテーション気泡を発生させることができ、放電による処理が可能になる。本実施形態のようにノズル４ｂの直後に第２液体を注入する注入管１１を設置することにより、他に混合設備や動力を要することなく、ノズルの後段に生じる真空圧力を利用して第２液体を吸入し、容易且つ効率良く攪拌混合することができる。
本実施形態では、ＰＣＢに対する第２液体１０として表１に示されるようにＰＣＢより沸点が低い液体を用いることができる。
Thus, even in a liquid having a high boiling point and difficult to generate cavitation bubbles, cavitation bubbles can be easily generated by injecting and mixing the second fluid having a lower boiling point than the liquid to be treated. Processing becomes possible. By installing the injection tube 11 for injecting the second liquid immediately after the nozzle 4b as in the present embodiment, the second pressure can be obtained by utilizing the vacuum pressure generated at the subsequent stage of the nozzle without any other mixing equipment or power. The liquid can be inhaled and can be stirred and mixed easily and efficiently.
In the present embodiment, a liquid having a boiling point lower than that of PCB as shown in Table 1 can be used as the second liquid 10 for PCB.
一方、注入管１１の中途に調整弁１２を配設し、放電プラズマの状態を監視する監視装置１３から得られるデータに基づいて第２液体の注入量の調整を行なう。
例えば、水を対象とした際のキャビテーション気泡発生空間における放電プラズマの発光分光計測結果を図２に示す。図において、水分子が解離して生成したＯＨラジカルのスペクトルが確認できる。このスペクトルのピーク強度は放電の状態によって変動し、ピーク強度が大きいほど処理効果は増大する。すなわち、第２液体の注入量によって放電状態は変動し、この変動によってスペクトルの強度も変化する。
このように、分光スペクトルのピーク強度を計測し、処理に最適な計測値に基づいてコントローラ１４を介して調整弁１２の開閉制御を行なうことにより、第２液体の注入量の適切な注入操作を行ない、放電発生の最適条件下において効率的な処理が可能となる。
On the other hand, an adjustment valve 12 is provided in the middle of the injection tube 11, and the injection amount of the second liquid is adjusted based on data obtained from the monitoring device 13 that monitors the state of the discharge plasma.
For example, FIG. 2 shows the emission spectroscopic measurement result of the discharge plasma in the cavitation bubble generation space when water is targeted. In the figure, the spectrum of OH radicals generated by dissociation of water molecules can be confirmed. The peak intensity of this spectrum varies depending on the state of discharge, and the treatment effect increases as the peak intensity increases. That is, the discharge state varies depending on the injection amount of the second liquid, and the intensity of the spectrum also varies due to this variation.
As described above, the peak intensity of the spectral spectrum is measured, and the control valve 12 is controlled to be opened and closed via the controller 14 based on the measurement value optimal for processing, thereby performing an appropriate injection operation of the injection amount of the second liquid. This makes it possible to perform efficient processing under the optimum conditions for generating discharge.
図３には他の実施形態に係る液体処理装置が示される。
本実施形態では、ポンプ３のサクション部３ｂに第２液体１０の調整弁１２を接続したものである。この調整弁１２はポンプ３の前段部に設けることも可能である。本実施形態によれば、他に混合設備や動力を要することなく、ポンプの前段又はポンプ本体のサクション部に生じる真空圧力を利用して第２流体を吸入し、ポンプの回転力を利用して容易且つ効率良く攪拌混合することができる。その他の動作については上述の説明を参酌すれば理解できるであろう。
FIG. 3 shows a liquid processing apparatus according to another embodiment.
In this embodiment, the regulating valve 12 for the second liquid 10 is connected to the suction part 3 b of the pump 3. This regulating valve 12 can also be provided at the front stage of the pump 3. According to the present embodiment, the second fluid is sucked using the vacuum pressure generated in the front stage of the pump or the suction portion of the pump body without using any other mixing equipment or power, and the rotational force of the pump is used. It can be easily and efficiently stirred and mixed. Other operations will be understood with reference to the above description.
本発明の液体処理装置は、ＰＣＢ等の有害な油類や薬品の分解や無害化処理、あるいはアルコール等の溶剤を原料としたナノカーボン材料の作製や、その他の有機材料合成を行なう等、多様な液体中にキャビテーション気泡を発生させることができ、放電及びＯＨラジカル等の活性種により効果的に分解や分散の処理を行なうことが可能となる。 The liquid processing apparatus of the present invention can be used for various processes such as the decomposition and detoxification of harmful oils and chemicals such as PCBs, the production of nanocarbon materials using solvents such as alcohol, and the synthesis of other organic materials. Cavitation bubbles can be generated in a liquid, and it is possible to effectively perform decomposition and dispersion treatment by active species such as discharge and OH radicals.
１ 処理槽
２ 被処理液
３ ポンプ
４ リアクター
４ｂ ノズル
５ 電極
６ 電極
７ 放電部
８ 電源
９ 処理液
１０ 第２液体
１１ 注入管
１２ 調整弁
１３ 監視装置
１４ コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing tank 2 Processed liquid 3 Pump 4 Reactor 4b Nozzle 5 Electrode 6 Electrode 7 Discharge part 8 Power supply 9 Processing liquid 10 2nd liquid 11 Injection pipe 12 Adjustment valve 13 Monitoring apparatus 14 Controller
Claims (15)
前記キャビテーション発生空間に対向して設けられた対向電極を備え、この対向電極間に高電圧が印加されることにより、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生する放電部と、
前記キャビテーション発生空間における前記キャビテーション気泡のプラズマの状態に応じて、前記混合液中の前記第２液体の量を調整する制御部とを備えたことを特徴とする液体処理装置。 A nozzle that generates cavitation bubbles in a mixed liquid of the liquid to be processed and a second liquid having a boiling point lower than that of the liquid to be processed, and supplies the cavitation air to the cavitation generation space;
A discharge part that includes a counter electrode provided opposite to the cavitation generation space, and generates a discharge plasma in the cavitation generation space by applying a high voltage between the counter electrodes;
A liquid processing apparatus comprising: a control unit that adjusts an amount of the second liquid in the liquid mixture according to a plasma state of the cavitation bubbles in the cavitation generation space.
前記ポンプの前段又は前記ポンプのサクション部に接続され、前記第２液体を注入する注入管と、前記注入管の中途に配設された調整弁と、前記プラズマの状態を監視する監視装置とを備え、前記プラズマの状態に応じて前記調整弁の開閉作動を行なうことにより前記第２液体の混合量を調整することを特徴とする請求項１記載の液体処理装置。 A pump that is arranged in front of the nozzle and applies pressure to the liquid to be treated and supplies the liquid to the nozzle;
An injection pipe for injecting the second liquid, connected to the front stage of the pump or the suction section of the pump, a regulating valve disposed in the middle of the injection pipe, and a monitoring device for monitoring the state of the plasma The liquid processing apparatus according to claim 1, further comprising: adjusting a mixing amount of the second liquid by opening and closing the adjusting valve according to a state of the plasma.
前記キャビテーション発生空間の対向電極間に高電圧を印加し、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生する工程と、
前記キャビテーション発生空間における前記キャビテーション気泡のプラズマの状態に応じて、前記混合液中の前記第２液体の量を調整する工程とを有することを特徴とする液体処理方法。 A step of generating cavitation bubbles in a liquid mixture of a liquid to be processed and a second liquid having a lower boiling point than the liquid to be processed, and supplying the cavitation bubbles to the cavitation generation space;
Applying a high voltage between the opposing electrodes in the cavitation generating space to generate discharge plasma in the cavitation generating space;
Adjusting the amount of the second liquid in the liquid mixture according to the plasma state of the cavitation bubbles in the cavitation generating space.
前記プラズマの状態を監視する工程と、
前記監視の結果に基づいて、前記第２液体の供給量を調整することにより前記混合液中の前記第２液体の量を調整する工程とを有することを特徴とする請求項１０記載の液体処理方法。 The adjustment step includes
Monitoring the state of the plasma;
The liquid processing according to claim 10, further comprising: adjusting an amount of the second liquid in the mixed liquid by adjusting a supply amount of the second liquid based on a result of the monitoring. Method.
前記キャビテーション発生空間の対向電極間に高電圧を印加し、前記キャビテーション発生空間に放電プラズマを発生させる工程とにより、
前記被処理液の分解処理を行う液体処理方法。 A step of generating cavitation bubbles in a mixed liquid of a liquid to be treated which is oil and a second liquid having a boiling point lower than that of the liquid to be treated, and supplying the cavitation space to the cavitation generation space;
Applying a high voltage between the opposing electrodes in the cavitation generation space, and generating discharge plasma in the cavitation generation space,
A liquid processing method for decomposing the liquid to be processed.
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