JP2010523327A - ガス放電プラズマによる水及び水溶液の処理方法及びその遂行のための装置 - Google Patents
ガス放電プラズマによる水及び水溶液の処理方法及びその遂行のための装置 Download PDFInfo
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Abstract
電極「B」32は、シリンダまたはバレル類型の形態で設計されており、反応チャンバ1内部で、電極「A」27に対して同軸で固定されており、電極「B」は、電極「A」に対して反対極性を有する電極であり、複合インパルスガス放電と予備的イオン化インパルス放電とを生成するように配されている。提案された装置には、反応チャンバ1内部で電極「B」32上に配されており、「スクワール・ケージ」またはシリンダまたはバレル状のケージ形態で設計されたさらなる電極「C」33が備わりうる。
Description
−処理される液体の供給及び放出のための注入口並びに排出口、及びガス状態媒質に真空を提供するための排出口がある反応チャンバ、
−ガルバニック(galvanic)分離された電極であって、
前記電極のうち一つであって、パイプ状に作られており、その内部表面は前記反応チャンバの側壁であり、反対極性を有する電極と共に分配されており、複合インパルスガス放電を生成し、前記液体のフローを生成する電極(電極「A」)、
前記電極のうち他の一つであって1個以上であり、シリンダまたはバレル(barrel)の形態の形状に設計されており、前記反応チャンバ内で、前記電極「A」に対して同軸で固定されており、複合インパルスガス放電の生成と予備的イオン化インパルス放電の生成とのために、反対極性を有する電極(電極「B」)、
−前記電極と連結されている電力供給源。
−酸化、還元及び水化;
−処理される水に含まれた混合物と放電相互作用生成物との化学的相互作用;
−混合物(微生物を含む)と、ラジオ周波数(RF)、赤外線(IR)、紫外線(UV)及び可視光線周波数バンドの照射との相互作用;
−アコースティック衝撃波と荷電された粒子フローとの相互作用。
プラズマで水を処理する過程で、処理される液体(水または水溶液)を空気または酸素含有ガスでバブリングする方法を使用することは、汚染物質破壊の酸化過程の効率をかなり向上させ、精製効率の向上、プラズマ処理の安定性を提供し、水及び/または水溶液内で、過酸化水素(H2O2)のようなものを含む酸化剤の生成を増加させる。
−精製された水溶液を生産において再使用し、公開された貯水池と都市下水に放出し、かつある場合には、携帯用水として使用する可能性;
−産業、農業、医学及び医薬のような人間活動、生命に基本になる活動の裏付け、及び下部構造維持、生態系などの多様な分野で、プラズマ活性化された水及び水溶液の使用可能性を保証する。
−有機物及び無機物、重金属、フッ化物、石油化学生成物、放射性核種、界面活性剤、病原性微生物のような汚染物質及び汚染源を有する水及び水溶液の精製;
−精製された水、二次精製水及び三次精製水、飲み水(携帯用水)、塩性溶液及び工業溶液、水物質に対応する水及び水溶液の活性化を提供する。
特定プログラムによって、調節器47からの信号調節が装置のあらゆる実行手段に作用する。
導電体42の助力で、電力供給源45から電圧が電極27及び32に適用され、予備的イオン化インパルス電気放電が生成される。
1)主要インパルス電気放電I:電流インパルスの周波数−440Hz、インパルス・デューティサイクル−25%;18kHzのクロック周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有する電気インパルス放電によって、予備的イオン化を提供した。
2)主要インパルス電気放電II:電流インパルスの周波数−24kHz、インパルス・デューティサイクル−25%;120kHzのクロック周波数と0.3mksecのインパルス持続時間とを有する電気インパルス放電によって、予備的イオン化を提供した。
−さらに広範囲なスペクトルの汚染物質を同時に浄化し、特に記録されている通り、5個以下の汚染物質が成功裏に浄化される前述の類似方法と比較するとき、Pb2+、Hg2+、Cd2+のような非常に毒性である汚染物質を含む8つの汚染物質を同時に浄化する;
−類似方法の説明で、105.8mg/l以下の汚染物質の初期濃度を有する水溶液の成功的な浄化が記録されている一方、さらに高い汚染物質の初期濃度を有する水溶液を処理し、従って、水溶液内で汚染物質の全体初期濃度が317.75mg/lであったときに水溶液を処理する能力。従って、提案された方法の処理効率は、かようなパラメータによるとき、類似方法の処理効率を3倍以上超える;
−類似方法の説明で、汚染物質の残存する(最終)濃度が153mg/lと記録されている一方、溶液浄化度程度がさらに高く、従って、提案された方法によって処理された溶液で、金属の全体残留量は、69mkg/lであった。従って、提案された方法遂行の場合、溶液の残留汚染物質は、類似方法遂行の場合より、3倍より低かった。類似方法によって精製された溶液で、汚染物質の残留濃度が開放された貯水池に放出される水の世界保健機構(WHO:World Health Organization)要件を充足する一方、提案された方法遂行の場合、溶液の残留汚染物質は、飲み水(携帯用水)に対するWHOの要件を充足するという点が注目に値する。
1)インパルス周波数460Hz、インパルス・デューティサイクル50%を有する主要インパルス電気放電I、20kHzの周波数と1mksecの予備的イオン化インパルス持続時間とを有するバリア放電によって、予備的イオン化を提供した;
2)インパルスの周波数22kHz、インパルス・デューティサイクル50%を有する主要インパルス型電気放電II、70kHzの周波数と0.5mksecの予備的イオン化インパルス持続時間とを有するバリア放電によって、予備的イオン化を提供した;
主要放電Iのインパルス間の間隔(休止期)で、主要放電IIのインパルスがパルスパケット形態に生成された。電極27に係わって、主要電気放電のインパルスI及びIIの極性は正極であり、電極27に係わって、予備的イオン化バリア放電のインパルスの極性は、正極が優勢であった。
−最初溶液で、さらに高い初期濃度の汚染物質があり、MTBEのような汚染物質を含むさらに広範囲なスペクトルの汚染物質から効果的な浄化。従って、最初溶液での汚染物質の全体初期濃度は、1g/lであり、見本の方法であるWO02/058839での実施例6は、246.5mg/lであった:
−精製度がさらに高く、従って分析方法のデータによるとき、汚染物質の残留濃度は、67mkg/lであり、見本の方法では、4.5mg/lであった;
−電力消費は、1m3当たり2.54kW/hであり、見本の方法では、1m3当たり3.84kW/hであり、これは、見本の方法より3倍さらに低かった。
1)主要インパルス電気放電Iは、インパルス周波数420Hzであり、インパルス・デューティサイクルは25%であり、19kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した;
2)主要インパルス型電気放電IIは、インパルス周波数20kHzであり、インパルス・デューティサイクルは25%であり、70kHzの周波数と0.5mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した:
主要電気放電I間の間隔(休止期)で、主要電気放電IIのインパルスがパルスパケットに生成された。電極27に係わって、主用電気放電I及びIIのインパルスの極性は、正極であり、電極27に係わって、予備的イオン化バリア放電のインパルスの極性は、正極が優勢であった。放電I及びIIで、平均電流強度は、7Aであった。主要放電Iの作動電圧は、345Vであり、主要放電IIの作動電圧は、360Vであった。予備的イオン化放電の作動電圧は、4kVであった。
1)主要インパルス電気放電Iは、インパルスの周波数500Hzであり、インパルス・デューティサイクルは30%であり、20kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した;
2)主要インパルス電気放電IIは、インパルスの周波数30kHzであり、インパルス・デューティサイクルは30%であり、90kHzの周波数と0.5mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
−精製度が高く、注目すべきことには、精製された溶液中の界面活性剤の残留濃度は、分析測定法のデータによるとき、検出限界未満であった;
−初期濃度が高い界面活性剤を有する水を、界面活性剤から効率的に精製。従って、初期溶液のうち、汚染物質である界面活性剤の全体濃度は、1,360mg/lであり、見本であるWO02/058839の実施例5と、類似方法であるWO02/058838の実施例5とでは、500mg/lであり、すなわち、かようなパラメータによる提案された方法の精製効率は、前述の類似方法などの効率より、2倍以上より高かった。これと別途に、提案された方法の場合に電力消費は、前記類似方法の場合の電力消費を超えていない。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数3kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは25%であり、24kHzの周波数と0.7mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した:
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数35kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは25%であり、120kHzの周波数と0.3mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数2kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、20kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した:
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数20kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは25%であり、60kHzの周波数と0.5mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数2kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、20kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した:
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数20kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、60kHzの周波数と0.5mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
−見本方法(WO02/058839、実施例8)並びに類似方法(WO02/058838、実施例4)より、病原性バクテリア、胞子形成バクテリア、ウイルス及びカビから、さらに効果的な精製、特に、Blue pus bacillus P.aeruginosa、胞子形成バクテリア及び小児痲痺ウイルスを含むさらに広範囲なスペクトルの微生物から汚染水の精製を提供;
−類似方法での場合より、10倍以上さらに高い初期濃度を有する微生物の非活性化、及び提案された方法の場合に、処理された水での微生物のさらに低い最終濃度;
−類似方法と比較するとき、非活性化処理の高い産出(output);
−提案された方法で、汚染水1m3の非活性化のための電力消費は、前記類似方法の場合でより2.5倍さらに低い。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数2kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、20kHzの周波数と2mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電によって、予備的イオン化を提供した:
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数20kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、120kHzの周波数と0.3mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数1kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、作動電圧は515Vであり、30kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電Iによって、予備的イオン化を提供し、作動電圧は3kVであった;
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数20kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、作動電圧は525Vであり、120kHzの周波数と0.3mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電IIによって、予備的イオン化を提供し、作動電圧は3kVであった。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数1kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、20.5kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電によって、予備的イオン化を提供した;
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数20.5kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは50%であり、120kHzの周波数と0.3mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
1)主要インパルス電気放電Iは、電流インパルスの周波数480Hzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは35%であり、20kHzの周波数と1mksecのインパルス持続時間とを有するバリア電気放電によって、予備的イオン化を提供した;
2)主要インパルス電気放電IIは、電流インパルスの周波数28kHzで誘導され、インパルス・デューティサイクルは35%であり、120kHzの周波数と0.5mksecのインパルス持続時間とを有するインパルス電気放電によって、予備的イオン化を提供した。
−同時に中和される汚染源、汚染物質及び微生物のスペクトルを広げる;
−水性媒質の浄化程度を増大させる;
処理される水1単位当たりコストを同時に低下させつつ、初期濃度が高い汚染物質を含む水性媒質の処理能。
−水及び水溶液の活性化効率を上昇させる、すなわち、変更されて新しく獲得される性質の程度を増大させ、スペクトルを広げるだけではなく、活性化された水1単位当たりエネルギー消費コストを含む1単位当たりコストを同時に低下させつつ、活性化の結果として獲得される性質の持続時間を延長させ、外部衝撃に対する安定性を向上させる。
Claims (33)
- ガス放電プラズマで水及び水溶液を処理する方法として、フロー形態であって、ガス状態媒質に隣接する前記液体が、前記ガス状態媒質の予備的イオン化が行われつつ提供される互いに異なるクロック周波数の2個の主要電気インパルス放電によって誘導されて維持される複合インパルスガス放電プラズマ要素の全体複合体によって、同時に影響を受ける段階を含むことである方法。
- 2個の主要電気インパルス放電を維持するガス状態媒質の予備的イオン化が、1個または2個の互いに異なるクロック周波数の2個の予備的イオン化インパルス電気放電、または1個または2個の互いに異なるクロック周波数の2個の予備的イオン化バリア電気放電、または1個または2個の互いに異なるクロック周波数の1個の予備的イオン化インパルス電気放電と1個の予備的イオン化バリア電気放電とによって遂行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記インパルス電気放電のうち一つ(放電I)は、正極及び/または負極のインパルスクロック周波数10Hzないし5kHz、インパルス・デューティサイクル1%ないし99%、放電での平均電流強度12A以下、作動電圧350Vないし2,000Vで生成され、前記主要インパルス電気放電のうちの残り(放電II)は、正極及び/または負極のインパルスクロック周波数5kHzないし80kHz、インパルス・デューティサイクル1%ないし99%、放電での平均電流強度10A以下、作動電圧350Vないし2,000Vで生成され、前記生成された電気放電IIは、前記放電1のインパルス間の時間間隔でパルスパッケージに生成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記予備的イオン化電気インパルス放電は、周波数バンド10kHzないし250kHz、正極及び/または負極の電圧インパルス持続時間2mksec以下、電圧3kVないし20kVで生成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記バリア電気放電は、周波数バンド10kHzないし150kHz、交互極性の電圧インパルス持続時間2mksec以下、電圧3kVないし25kVで生成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記バリア電気放電は、正極または負極(振幅)の優勢によって生成されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記複合インパルスガス放電と液体は、0.01 T1以上の磁気誘導値を有する正常磁場、またはインパルス磁場にさらに影響を受けることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 乱流性条件を提供する0.3ないし3mm厚を有するように形成された液体のフローが存在することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ガス状態媒質で、大気圧力が維持されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 空気または他の酸素含有ガスがバブリングによって、前記液体に注入されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ガス放電プラズマで水及び水溶液を処理するための装置であって、
処理される液体の供給と放出とのための注入口並びに排出口及びガス状態媒質に真空を提供するための排出口がある反応チャンバと、
ガルバニック分離された電極と、
前記電極と連結された電力供給源とを含む装置であり、
ここで、前記電極のうち一つ(電極「A」)は、パイプ状に設けられ、その内部表面は、前記反応チャンバの側壁にあり、反対極性を有する電極と共に設計されて複合インパルスガス放電を生成し、前記液体のフローを生成し、
1個以上の残り電極(電極「B」)は、シリンダまたはバレル類型の形態で設計され、前記反応チャンバ内で、前記電極「A」に対して同軸で固定されており、複合インパルスガス放電の生成と予備的イオン化インパルス放電の生成とのための反対極性の電極である。 - 前記装置には、1個以上であって、誘電体バリア内で別個に囲まれた電気導電体から製造され、「スクワール・ケージ(squirrel cage)」またはシリンダ・ケージまたはバレル状で互いに連結されており、前記反応チャンバ内で、電極「B」上に固定されており、追加的な電力供給源とさらに連結されているさらなる電極(電極「C」)が備わっており、電極「C」は、電極「B」に対して反対極性の電極であって、予備的イオン化バリア放電を生成することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」は、選択的には除去されるように、設けられることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」の内部表面は、前記表面の湿潤性を増大させるように特別に処理されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」は、主に酸性及び/またはアルカリ性の媒質に対する抵抗性金属、例えば、ステンレススチールまたはチタンから製造されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」は、タンタルまたはモリブデンまたは白金またはイリジウムでコーティングされることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」は、その内部表面に導電体があるセラミックから製造されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記導電体は、腐食性が低い腐食抵抗性金属、例えば、タングステンまたはモリブデンまたは白金から製造されることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記導電体は、線形またはネット状または螺旋形に製造され、前記電極「A」の縦軸に沿って、または交差し、または角をなしつつ配されることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記電極「A」は、前記反応チャンバ内部に空気または酸素含有ガスをバブリングするための孔隙があることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「A」は、多孔性チタンまたは多孔性ステンレススチール、または内蔵された導電体がある多孔性セラミックから製造されることを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記電極「B」は、電極の太い末端がなめらかに丸い形態になっており、その側面には、均一に配されたスロットがあることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「B」は、電極「A」に対して3mmないし20mm離れて固定されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「B」は、耐火性のある伝導性物質、例えば、タングステンまたはタングステンカーバイドまたはその類似物質から製造されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記電極「C」は、選択的に除去されるように設けられることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記電極「C」の導電体が内蔵される誘電体バリアは、例えば、石英またはアルミニウム酸化物またはチタン酸化物またはタンタル酸化物またはガラス質の絶縁体または類似物質から製造されることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記装置には、前記電極「B」の冷却を提供する熱交換器形態の配置、及び冷媒、例えば、変圧器油の供給を提供する配置が備えられており、ここで電極「B」は、前記熱交換器に固定されることを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記熱交換器は、200W/mk゜以上の熱伝導度を有する物質、例えば、銅金属フェルトから製造されることを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記反応チャンバには、選択的には除去可能であり、前記反応チャンバの外部側面に位置しており、前記反応チャンバ内部に空気または酸素含有ガスの供給のための外部ジャケットが備えられていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記反応チャンバには、反応チャンバの内部表面に対して接するように、前記反応チャンバの上部に位置しているインジェクタの形態で製造され、前記液体の乱流性フローの生成を提供するための配置が備えられていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記インジェクタは、反応チャンバの縦軸に対して、70゜ないし80゜の角度で位置したものであることを特徴とする請求項30に記載の装置。
- 前記装置には、選択的に除去可能であり、直接に対面する電極「B」の外部に位置した磁石の形態であり、前記反応チャンバに一つ以上の磁場を供給するための配置が備えられていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記装置には、選択的に除去可能であり、反応チャンバの外部に固定された1個以上の磁石の形態であり、前記液体フローベクトルに沿うか、または交差する磁気誘導ベクトルの方向及び0.1 T1以上の磁場誘導を有する正常磁場またはインパルス磁場を負荷する配置が備えられていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
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