JP2010207718A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、処理効率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】円筒型接地電極と、この円筒型接地電極の円筒中心軸に沿って張られた線状電圧印加電極とからなり、円筒型接地電極の円筒の開口端を上下方向に向けて処理室内に配置された少なくとも一対の電極対と、電極対の上方から被処理水を円筒型接地電極の内部に向かって水滴状にして噴射する噴射ノズルと、を備え、円筒型接地電極内でストリーマ放電を発生させて、ストリーマ放電によって生じる活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、円筒型接地電極と線状電圧印加電極の間に、噴射された水滴状の被処理水を衝突させて、被処理水の落下速度を落とす絶縁材料からなる障害物が設けら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。

上記のような問題を解決するために、本発明の発明者らは円筒型接地電極と、この円筒型接地電極の円筒中心軸に沿って張られた線状電圧印加電極とからなり、円筒型接地電極の円筒の開口端を上下方向に向けて処理室内に配置された少なくとも一対の電極対と、電極対の上方から被処理水を円筒型接地電極の内部に向かって水滴状にして噴射する噴射ノズルと、を備え、円筒型接地電極内でストリーマ放電を発生させて、ストリーマ放電によって生じる活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理する水処理装置を先に提案している。

すなわち、この水処理装置は、円筒型の接地電極と、線状をした電圧印加電極との間に上下方向に長い放電空間を形成し、細かい水滴にした被処理水をこの放電空間の上方から下方に落下させて、被処理水の活性種との接触面積を大きくすることによって、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る被処理水中の処理対象物質の分解処理能力を上げるようにしている。

また、この水処理装置の場合、接地電極及び電圧印加電極の上下方向の長さを長くすれば放電空間が長くなるため、単位時間あたりの処理能力を上げることができる。
しかし、接地電極及び電圧印加電極の上下方向の長さを長くすれば、装置全体の上下寸法も大きくなり、設置スペースの問題が生じる。

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、装置を大型化することなく、処理効率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、円筒型接地電極と、この円筒型接地電極の円筒中心軸に沿って張られた線状電圧印加電極とからなり、円筒型接地電極の円筒の開口端を上下方向に向けて処理室内に配置された少なくとも一対の電極対と、電極対の上方から被処理水を円筒型接地電極の内部に向かって水滴状にして噴射する噴射ノズルと、を備え、円筒型接地電極内でストリーマ放電を発生させて、ストリーマ放電によって生じる活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、円筒型接地電極と線状電圧印加電極の間に、噴射された水滴状の被処理水を衝突させて、被処理水の落下速度を落とす絶縁材料からなる障害物が設けられていることを特徴としている。

本発明において、障害物としては、噴射された水滴状の被処理水が衝突し、被処理水の落下速度が落ちれば特に限定されないが、例えば、小さい障害物でも広い面積をカバーできることから、線状電圧印加電極に対して立体交差状態で設けられていることが好ましい。
なお、立体交差の角度は９０度に限らず、９０度未満でも構わない。例えば、９０度未満であれば、障害物に衝突した水滴が障害物の傾斜に沿って障害物を伝い落ちる場合もある。

また、上記障害物は、ストリーマ放電を阻害しないように、線状に形成されていることが好ましく、できるだけ多くの水滴が障害物に効率よく衝突するように上下方向に複数段設けられていることが好ましい。
そして、障害物として、線状材を上下方向に複数段配置する場合には、上下で隣り合う線状材を立体交差させることが好ましい。
なお、上下の段数は、ストリーマ放電の発生を阻害しないとともに、水滴の落下を完全に阻害しない限り、できるだけ多段に設けることが好ましく、線状材の設けた部分を垂直方向に投影したとき、水滴の落下面積と略同じ投影面積と同じになるように配置することが好ましい。

線状材の径は、特に限定されないが、０．１ｍｍ〜４ｍｍが好ましい。すなわち、０．１ｍｍ未満では線状材の材質によっては、放電空間で発生する活性種の作用によって、短時間で断線してしまうおそれがあり、４ｍｍを越えると、ストリーマ放電の発生を阻害するおそれがある。

線状材を設ける密度は、特に限定されないが、上下方向のピッチを１ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましい。

障害物の材質は、絶縁材料であれば特に限定されないが、例えば、四フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂、ポリアミド樹脂などの合成樹脂が挙げられ、放電空間に曝された場合の耐久性及び機械的強度等を考慮するとフッ素樹脂が好ましい。

接地電極及び電圧印加電極の材質は、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。
また、接地電極は、特に限定されないが、壁面が網状、あるいは、壁面に多数の透孔が穿設されている構成が好ましい。
さらに、接地電極及び電圧印加電極は、１対だけでなく複数対備えていてもよい。

噴射ノズルの数は、特に限定されず、１つ以上備えていればよい。また、接地電極及び電圧印加電極を２対以上備えるような場合は、噴射ノズルは２つ以上備えていてもよい。
噴射ノズルから噴射される水滴の大きさは、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。

また、水滴は、接地電極の円筒の内壁面近傍のみを落下するように、噴射ノズルから噴射されるようにしてもよい。
すなわち、放電空間内には、活性種が接地電極の円筒の内壁面近傍に高密度に存在するので、効率よく有機物を分解処理できる。
なお、内壁面近傍とは、接地電極の中心軸を中心とする円筒半径の１／２径の仮想円筒と、接地電極の円筒内壁面とに囲まれた部分をいう。

さらに、本発明の水処理装置においては、接地電極と電圧印加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、円筒型接地電極と、この円筒型接地電極の円筒中心軸に沿って張られた線状電圧印加電極とからなり、円筒型接地電極の円筒の開口端を上下方向に向けて処理室内に配置された少なくとも一対の電極対と、電極対の上方から被処理水を円筒型接地電極の内部に向かって水滴状にして噴射する噴射ノズルと、を備え、円筒型接地電極内でストリーマ放電を発生させて、ストリーマ放電によって生じる活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、円筒型接地電極と線状電圧印加電極の間に、噴射された水滴状の被処理水を衝突させて、被処理水の落下速度を落とす絶縁材料からなる障害物が設けられているので、装置を大型化することなく、処理効率を向上させることができる。

すなわち、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のであるが、障害物を設けていない場合、水滴は重力加速度によって落下速度がどんどん大きくなりながら落下する。したがって、放電空間下方では水滴の放電空間内での滞留時間が上方部分に比べ随分と短いものになる。
しかし、障害物が設けられることによって、障害物に当たった水滴は一旦落下速度が遅くなり、その後、再び自然落下するので、実質的に、放電空間内の滞留時間が長くなる。したがって、同じ長さの放電空間であっても、処理効率が向上する。

また、障害物が上下方向に複数段設けられている構成とすれば、上段の障害物に衝突しなかった水滴も、下段の障害物には衝突して落下速度が減速するため、より処理効率が向上する。
そして、障害物を線状材で構成すれば、障害物によってストリーマ放電が阻害されず、効率よく処理することができる。
また、上下で隣り合う線状材が立体交差している構成とすれば、さらに処理効率が上がる。

本発明にかかる水処理装置の１つの実施の形態を模式的にあらわす断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のＸ−Ｘ線断面でみた、上下２段のモノフィラメントの配置を模式的に示す図である。 実施例１，２及び比較例１の水処理装置の処理能力を比較してあらわすグラフである。

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、接地電極３ａと、電圧印加電極３ｂと、障害物としての多数のフッ素樹脂製モノフィラメント（以下、「モノフィラメント」とのみ記す）４と，被処理水タンク５と、ポンプ６と、噴射ノズル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、噴射ノズル設置孔部分を除いて閉鎖するように設けられた上部蓋部２３とを備えている。

接地電極３ａは、例えば、図２に示すように、ステンレス鋼線３１が縦横に等ピッチで編まれたステンレス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。
電圧印加電極３ｂは、例えば、直径０．２８ｍｍのステンレス鋼線で形成され、接地電極３ａの中心軸に沿うように設けられている。

モノフィラメント4は、図１及び図２に示すように、上下方向に等ピッチに多段に設けられ、各段のモノフィラメント４は、図３に示すように、接地電極３ａの網目の目の間に平面視矩形を形成するように水平に張り巡らされている。
また、上下で隣り合うモノフィラメント４は、上側のモノフィラメント４の矩形の長辺部４１と下側のモノフィラメント４の矩形の長辺部４１とが立体交差状態に配置されるとともに、上側のモノフィラメント４の矩形の短辺部４２と下側のモノフィラメント４の矩形の短辺部４２とが立体交差状態に配置されている。すなわち、上下方向から見たとき点でしか重なりあわない。

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設けられている。
ポンプ６は、処理水タンク５に内に設けられ、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を介して噴射ノズル７に送るようになっている。

噴射ノズル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接地電極３ａの上部開口に向かって噴射するようになっている。
また、噴射ノズル７は、図示していないが、平板状をした噴射部を備え、この噴射部に、接地電極３ａの内径より少し小径の円上に等ピッチで、多数の噴射孔（図示せず）が開けられており、この噴射孔から接地電極３ａ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、接地電極３ａが陰極、電圧印加電極３ｂが陽極となるように接地電極３ａ及び電圧印加電極３ｂに接続され、接地電極３ａと電圧印加電極３ｂとの間にパルス状に高電圧を印加して接地電極３ａと電圧印加電極３ｂ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、以下のようにして、被処理水中の有機物を分解処理するようになっている。
すなわち、被処理水タンク５に有機物等を含む被処理水Ｗが仕込まれるとともに、パルスパワー発生装置８によって、接地電極３ａと電圧印加電極３ｂとの間に、高電圧をパルス状に印加し、接地電極３ａ内に上下方向に円筒状となったストリーマ放電空間を形成される。
一方、被処理水Ｗは、被処理水タンク５内からポンプ６によって、ホース７１を介して噴射ノズル７に送られ、噴射部７２の噴射孔７２ａから接地電極３ａの円筒内近傍に向かってミスト状の水滴Mとなって噴射される。

そして、噴射された水滴Mは、重力加速度によって加速しながら放電空間内を落下していくが、噴射された水滴Mのうちの少なくとも一部が、接地電極３ａ内を落下していく際に、モノフィラメント４に接触し、一旦、その落下速度が遅くなり、その後、重力加速度によって加速しながら放電空間内を落下する。
また、放電空間を通過した水滴Mは、下部蓋部２２の通水孔２２ａを介して再び被処理水タンク５に受けられ、噴射ノズル７へと循環される。

すなわち、この水処理装置１は、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、噴射ノズル７から噴射された被処理水Ｍ中の水滴が接地電極３ａ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酸化分解処理されるが、上記のようにモノフィラメント４を設け、落下する水滴Mの落下速度を遅くするようにしたので、少なくとも一部の水滴の放電空間内での滞留時間が長くなり、モノフィラメント４を設けない場合に比べ、単位時間あたりの処理能力が向上する。

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。
上記の実施の形態では、接地電極の網目を利用してモノフィラメントを障害となるように張りめぐらせていたが、例えば、接地電極の近傍に電圧印加電極に平行な支柱部材を、電圧印加電極を中心にして放射状に別途設け、この支柱にモノフィラメントを支持するようにしても構わない。

また、上記の実施の形態では、各段のモノフィラメントが平面視矩形となるとともに、その矩形の長軸が直交するように張り巡らされていたが、平面視三角形、五角形、六角形
でも構わない。
さらに、上記の実施の形態では、モノフィラメントが上下方向に等ピッチで張り巡らされていたが、上下方向でピッチを変えても構わないし、上下方向でモノフィラメントの径を変え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２５０ｎｍ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：２５ｋV
・放電回数：１００回/秒
・接地電極の材質：直径０．４ｍｍのステンレス鋼線を８ｍｍピッチで格子状に編んだ網
・接地電極の内径：３６ｍｍ
・接地電極の長さ（中心軸方向の長さ）：３００ｍｍ
・噴射ノズルから接地電極までの距離：２００ｍｍ
・モノフィラメントの材質：ポリフッ化ビニリデン樹脂（東レ社製トヨフロンスーパーL・ＥＸ６．０号）
・モノフィラメントの段数：３３段
・モノフィラメントの直径：０．４０５ｍｍ
・モノフィラメントの上下ピッチ：８ｍｍ
・モノフィラメントの長辺部の長さ：３０ｍｍ
・モノフィラメントの短辺部の長さ：２０ｍｍ
・上下に隣り合うモノフィラメントの長辺部と長辺部、及び短辺部と短辺部の立体交差角度：４２度

（実施例２）
モノフィラメントの段数を１７段、モノフィラメントの上下ピッチを１６ｍｍとした以外は、上記実施例１と同様にして、被処理水の吸光度の経時変化を調べた。

（比較例１）
モノフィラメント、すなわち、障害物を設けなかった以外は、上記実施例１と同様にして、被処理水の吸光度の経時変化を調べた。

上記実施例１，２及び比較例１で調べた被処理水の吸光度の経時変化を、ブランクとしての精製水と対比して図４に示した。
図４に示すように、障害物としてモノフィラメントを張り巡らせることによって、処理効率がよくなり、モノフィラメントの段数を多くすればより処理効率がよくなることがわかる。

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。

１ 水処理装置
２ 容器
３ａ 接地電極
３ｂ 電圧印加電極
４ モノフィラメント（障害物）
４１ 長辺部
４２ 短辺部
５ 被処理水タンク
６ ポンプ
７ 噴射ノズル
７１ ホース
８ パルスパワー発生装置（高圧電源）
Ｗ 被処理水
Ｍ 水滴

Claims (6)

1. 円筒型接地電極と、この円筒型接地電極の円筒中心軸に沿って張られた線状電圧印加電極とからなり、円筒型接地電極の円筒の開口端を上下方向に向けて処理室内に配置された少なくとも一対の電極対と、
   電極対の上方から被処理水を円筒型接地電極の内部に向かって水滴状にして噴射する噴射ノズルと、を備え、
   円筒型接地電極内でストリーマ放電を発生させて、ストリーマ放電によって生じる活性種によって被処理水中の処理対象物質を分解処理する水処理装置であって、
   円筒型接地電極と線状電圧印加電極の間に、噴射された水滴状の被処理水を衝突させて、被処理水の落下速度を落とす絶縁材料からなる障害物が設けられていることを特徴とする水処理装置。
2. 障害物が、線状電圧印加電極に対して立体交差状態で設けられている請求項１に記載の水処理装置。
3. 障害物が上下方向に複数段設けられている請求項２に記載の水処理装置。
4. 障害物が線状材である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水処理装置。
5. 上下で隣り合う線状材が立体交差している請求項４に記載の水処理装置。
6. 絶縁材料がフッ素樹脂である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水処理装置。

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