JP2010063991A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電によって発生するラジカル等の活性種を被処理水に効率よく作用させて、処理速度を向上させることができる水処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を供給する被処理水供給手段を備えている水処理装置であって、前記被処理水供給手段が前記円筒状電極の内壁面近傍に被処理水を供給するように形成されていることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物、無機物、微生物を放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種により分解処理する水処理装置に関する。

従来から、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている（特許文献１参照）。
しかしながら、オゾンは酸化力が弱く、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。

そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いOHラジカルやOラジカル等を発生させ、このオゾン及びラジカルを含む放電空間に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理するようにした水処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、ラジカルは寿命が短く、消滅しやすく、そのため効率が悪く、上記のような先に提案された水処理装置ではラジカルによる酸化作用を十分に発揮させることができない。

特開平９−２６７０９６号公報 特開２０００−２７９９７７号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、放電によって発生するラジカル等の活性種を被処理水に効率よく作用させて、処理速度を向上させることができる水処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる水処理装置は、少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を供給する被処理水供給手段を備えている水処理装置であって、前記被処理水供給手段が前記円筒状電極の内壁面近傍に被処理水を供給するように形成されていることを特徴としている。

本発明において、内壁面近傍とは、線電極を中心に円筒電極半径の１／２の半径を有する仮想円筒と、円筒電極半径の１未満の半径の仮想円筒に囲まれた部分をいう。

本発明において、被処理水供給手段としては、被処理水を円筒電極の近傍に供給することができれば、特に限定されないが、例えば、平板に多数の開孔を有する噴射ノズルを用いることができる。また、噴射ノズルから噴射される被処理水が円筒状電極の円筒内近傍を円筒状電極に平行に直進するように供給されることが好ましい。

なお、上記被処理水が供給されるときの状態は、水滴状、水流状、水膜上のいずれの状態でも構わないが、水滴の状態にして供給することが好ましい。その理由は、水滴の状態の方が、放電空間のプラズマに接触する体積あたりの表面積が大きくなり、処理効率が良くなるためである。
また、水滴の粒径は、特に限定されないが、１５００μｍ以下（好ましくは１０μｍ以上１５００μｍ以下）が好ましい。

噴射ノズルによる被処理水の噴射は、特に限定されないが、例えば、放電空間の上から下側、放電空間の下側から放電空間に向かって上側に向かって噴射される。

円筒状電極及び線状電極の材質は、導電性があり耐食性に優れたものであれば、特に限定されないが、ステンレス鋼が好適である。
円筒状電極及び線状電極は、処理効率を考慮して複数対備えていても構わない。

円筒状電極と線状電極との間に印加される放電電圧は、ストリーマ放電が起きる電圧であれば特に限定されない。

さらに、本発明の水処理装置においては、円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加する高圧電源や、水を受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水供給手段に送るポンプとからなる被処理水循環構造を備えていてもよい。

上記のように、本発明にかかる水処理装置は少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を供給する被処理水供給手段を備えている水処理装置であって、前記被処理水供給手段が前記円筒状電極の内壁面近傍に被処理水を供給するように形成されているので、円柱状に長い放電空間を形成することができる。
そして、被処理水は、放電空間を通過する間に、放電によって発生するオゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種によって被処理水中に含まれる有機物が分解処理される。
しかも、被処理水が、これらの活性種が高密度に存在する円筒状電極の内壁面近傍に沿うように供給されるので、有機物をより効率よく分解できる。
したがって、被処理水の送り配管や送りポンプを小さくすることができ、設備コストを低減できる。
特に、円筒状電極の内壁面に平行に直進するように被処理水を供給すれば、長時間安定した状態で活性種が被処理水に作用し、効率がさらに向上する。

また、被処理水を水滴状にして供給するようにすれば、表面積が大きくなり、より効率よく処理できる。

さらに、被処理水を受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水供給手段に送るポンプとからなる被処理水循環構造を備えていれば、被処理水中の有機物の分解率を向上させることができる。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態をあらわしている。

図１に示すように、この水処理装置１は、容器２と、円筒状電極３と、線状電極４と、被処理水タンク５と、ポンプ６と、噴射ノズルであるシャワーノズル７と、被処理水供給ホース７１と、高圧電源であるパルスパワー発生装置８と、被処理水タンク収容ボックス９とを備えている。
容器２は、例えば、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、円筒状をした容器本体２１と、容器本体２１の下端を、通水孔２２ａ部分を除いて閉鎖するように設けられた下部蓋部２２と、容器本体２１の上端を、シャワーノズル設置孔２３ａ部分を除いて閉鎖するように設けられた上部蓋部２３とを備え、下部蓋部２２が被処理水タンク収容ボックス９の開口部９１を塞いだ状態で被処理水タンク収容ボックス９の開口部９１周縁に受けられている。

円筒状電極３は、例えば、ステンレス鋼製の１〜１００メッシュの厚さ０．３５ｍｍの網を円筒状に加工することによって得られ、外径が容器本体２１の内径より少し小さくなっている。
線状電極４は、例えば、直径０．２８ｍｍのステンレス鋼線で形成され、円筒状電極３の中心軸に沿うように設けられている。

被処理水タンク５は、下部蓋部２２の通水孔２２ａを下方から臨むように処理水タンク収容ボックス９内に収容されている。
ポンプ６は、処理水タンク収容ボックス９内で被処理水タンク５に隣接して設けられ、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、被処理水供給ホース７１を介してシャワーノズル７に送るようになっている。

シャワーノズル７は、被処理水供給ホース７１を介して送られてきた被処理水を円筒状電極３の上部開口に向かって噴射するようになっている。
また、図２（ａ）に示すように、シャワーノズル７は、平板状をした噴射部７２を備え、この噴射部７２に、円筒状電極３の内径より少し小径の円上に等ピッチで、多数の噴射孔７２ａが開けられており、この噴射孔７２ａから円筒状電極３の内壁面近傍に沿って垂直に被処理水Mを噴霧することができるようになっている。

パルスパワー発生装置８は、円筒状電極３が陰極、線状電極４が陽極となるように円筒状電極３及び線状電極４に接続され、円筒状電極３と線状電極４との間にパルス状に高電圧を印加して円筒状電極３と線状電極４との間でストリーマ放電を起こすようになっている。

この水処理装置１は、上記のようになっており、被処理水タンク５に有機物等を含む被処理水Ｗを仕込むとともに、パルスパワー発生装置８によって、円筒状電極３と線状電極４との間に、高電圧をパルス状に印加し、円筒状電極３内に上下方向に円柱状となったストリーマ放電空間を形成する。
そして、ポンプ６を駆動させて、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、ホース７１を介してシャワーノズル７に送り、噴射部７２の噴射孔７２ａから円筒状電極３の円筒内近傍に向かって噴射することによって被処理水Ｗを循環しながら処理するようになっている。

すなわち、ストリーマ放電によって、オゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種が放電空間内に発生し、シャワーノズル７から噴射された被処理水Ｍ中の水滴が円筒状電極３内の円筒内近傍の放電空間を落下していく間にこれら活性種に接触し、各水滴中の有機物が効率よく酸化分解処理される。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、パルスパワー発生装置を備えていたが、パルスパワー発生装置は市販のものを別途用意するようにしても構わない。

以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。
（実施例１）
図１に示す水処理装置１を用い、以下の実験条件で精製水にインジゴカルミンが２０ｐｐｍの濃度で含まれる被処理水を水処理し、紫外可視分光光度計（島津製作所社製商品名ＵＶｍｉｎｉ−１２４０）を用いて６１０ｎｍでの被処理水の吸光度の経時変化を調べた。
〔実験条件〕
被処理水量：１リットル
被処理水の噴射速度（循環速度）：３Ｌ/分
パルス電圧：３０ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極のメッシュ：１０メッシュ
円筒状電極の内径：３９．５ｍｍ
円筒状電極の長さ（中心軸方向の長さ）：３００ｍｍ
シャワーノズルから円筒状電極までの距離：２００mm
シャワーノズルは図２（ａ）のように、噴射部７２となるアクリル製の直径６０mmの円板の中心より直径３０mmの円周上に直径０．４mmの噴射孔７２ａを１．５mmの間隔で６２個垂直に設けた。

（比較例１）
シャワーノズルは図２（ｂ）のように、円板の中心より直径１２mmの範囲内全体に直径０．４mmの噴射孔７２ａを１．５mmの間隔で６２個垂直に設けた以外は、上記実施例１と同様に実施した。

（比較例２）
シャワーノズルは図２（ｃ）のように、円板の中心より直径３０mmの範囲内全体に直径０．４mmの噴射孔７２ａを３．７５mmの間隔で６２個垂直に設けた以外は、上記実施例１と同様に実施した。

図３に実施例1及び比較例１，２で調べた被処理水の吸光度の経時変化を対比してあらわす。
図３に示すように、脱色率は、円筒電極付近に噴霧する実施例１の場合がもっとも高く、線電極付近及び放電空間全体に均一に噴霧する比較例１，２の場合はほぼ同じであった。

上記から本発明のようにすれば、被処理水中の有機物を短時間で効率よく分解処理できることがわかる。

本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、有機物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。

本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態の断面図である。 シャワーノズルの噴射部を水処理装置の容器の底面側からみた状態をあらわし、同図（ａ）が実施例１で用いたシャワーノズルの噴射部、同図（ｂ）が比較例１で用いたシャワーノズルの噴射部、同図（ｃ）が比較例２で用いたシャワーノズルの噴射部である。 実施例１、比較例１及び比較例２で実施したインジゴカルミンの分解処理時間と濃度変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 水処理装置
２ 容器
３ 円筒状電極
４ 線状電極
５ 被処理水タンク
６ ポンプ
７ シャワーノズル（噴霧ノズル）
７２ 噴射部
７２ａ 噴射孔
８ パルスパワー発生装置（高圧電源）
Ｗ 被処理水
Ｍ 被処理水水滴

Claims (6)

1. 少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を供給する被処理水供給手段を備えている水処理装置であって、前記被処理水供給手段が前記円筒状電極の内壁面近傍に被処理水を供給するように形成されていることを特徴とする水処理装置。
2. 被処理水が水滴状態に供給されることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 被処理水供給手段が、平板に多数の開孔を有する噴射ノズルで構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
4. 被処理水が円筒状電極の円筒内壁面近傍を円筒状電極の内壁面に平行に直進するように供給されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水処理装置。
5. 円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加する高圧電源を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水処理装置。
6. 被処理水を受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水供給手段に送るポンプとを備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水処理装置。

Images