JP2011161362A - 水処理装置および水処理用モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス性がよく、しかも組み立ての際に生じる線状電極の位置ずれを防止できる水処理用モジュールを提供する。
【解決手段】水処理用モジュール２は、円筒状電極２１の上下の端部に形成されたフランジ２１２および２１３の外側に、絶縁スペーサ２５ａ〜２５ｄを介して電極支持板２３ａおよび２３ｂ、ならびにミスト生成部材２４が積層された構造を採用している。また線状電極２２の上下両端部は、電極支持板２３ａおよび２３ｂによって、円筒状電極２１の円筒部２１１の中心軸に沿う状態で保持されている。円筒状電極２１と線状電極２２の間に高電圧パルスを印加することにより、円筒部２１１内にストリーマ放電空間が形成され、そのストリーマ放電空間内を、ミスト状の被処理水の水滴Ｄが落下する。
【選択図】図３

Description

本発明は、下水等に含有される有機物等を、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と、この装置の主要部品である水処理用モジュールに関する。

放電により発生させたオゾンおよびラジカルを含む放電空間に被処理水を曝すことにより、下水、排水等に含有される有機物や無機物、さらには微生物を分解処理する水処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述した水処理装置においては、放電によりオゾンを発生させると共に、オゾンにより酸化力が強いＯＨラジカルやＯラジカル等を発生させ、このオゾンおよびラジカルを含む放電空間に被処理水を晒すことによって、オゾンだけでなくラジカルによっても酸化処理を行うことができる。

しかし、ラジカルは寿命が短く、消滅し易いために処理の効率が悪い。従って、特許文献１に記載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することができない。

そこで本出願人は、処理槽内に円筒状電極を設けるとともに、この円筒状電極の円筒の中心軸に沿って線状電極を配設し、線状電極と円筒状電極との間に高圧パルス電圧を印加することによってストリーマ放電を発生させる水処理装置を提案した（特許文献２参照）。

この水処理装置では、発生したストリーマ放電空間内に被処理水をミスト状にして供給し、被処理水中の処理対象物質を分解処理することにより、分解処理の効率を向上させている。

特開２０００−２７９９７７号公報 特開２００９−２４１０５５号公報

上述の特許文献２に記載の水処理装置を用いて、大量の被処理水を短時間に処理するためには、円筒状電極の直径を大きくするか、ストリーマ放電を発生させる電極部分をモジュール化し、複数の水処理用モジュールを並行して稼動させる必要がある。

円筒状電極の直径を大きくする第１の方法は、ストリーマ放電を発生させるために、より高い電圧が必要となる。しかし、高い電圧のパルスを発生させようとすると、パルス発生装置の素子として高価な素子が必要となる。また絶縁破壊を防止するために耐電圧の高い構成部材を用いなければならず、コストアップの原因となる。

これに対し、ストリーマ放電発生部分をモジュール化し、複数の水処理用モジュールを並行して稼動させる第２の方法は、パルス発生装置の電圧を高くする必要がないため、安い素子を使用でき、また耐電圧の低い構成部材を用いることができる。

その反面、複数の水処理用モジュールを用いる水処理装置は、一組の電極を用いた装置に比較し、メンテナンス性が悪くなる。すなわち、水処理装置を長時間稼動させると、被処理水に含まれる処理対象物質が円筒状電極や線状電極の表面に付着して導電性を劣化させ、ストリーマ放電の発生に支障が生じる。このため、定期的に各モジュールを分解して電極の表面に付着した汚れを除去する必要がある。

しかし、特許文献２に記載されたような、円筒状の容器の内周側にメッシュ状の円筒状電極を配置する構造では、モジュールを分解して円筒状電極および線状電極に付着した汚れを除去する作業に手間がかかる。また、組み立てのたびに線状電極が円筒状電極の円筒部の中心軸に沿うように調整する必要がある。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、組み立てや分解が容易でメンテナンスがし易く、また組み立ての際に生じる線状電極の位置ずれを防止できる水処理用モジュールと、そのモジュールを組み込んだ水処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる水処理用モジュールは、
中心軸が鉛直方向を向いた円筒の上端部に第１のフランジが形成され、下端部に第２のフランジが形成された円筒状電極と、
前記円筒状電極の円筒部の中心軸に沿って配置された線状電極と、
前記円筒状電極の上方に位置し、リング状の板材で構成され、内周側に形成されたブリッジにより前記線状電極の上端部を支持する、第１の電極支持板と、
前記円筒状電極）の下方に位置し、リング状の板材で構成され、内周側に形成されたブリッジにより前記線状電極の下端部を支持する、第２の電極支持板と、
前記第１の電極支持板の上方に位置し、少なくとも周縁部が円板状の板材で構成され、中心部にミスト発生手段が設けられたミスト生成部材と、
前記第１の電極支持板と前記第１のフランジとの間に配されたリング状の第１の絶縁スペーサと、
前記第２のフランジと前記第２の電極支持板との間に配されたリング状の第２の絶縁スペーサと、
前記ミスト生成部材と前記第１の電極支持板との間に配されたリング状のスペーサと、を備えたことを特徴とする。

ここで、前記円筒状電極は、外周面のうち、少なくとも円筒部の外周面が絶縁被膜で覆われていることが好ましい。

また前記第１および第２のフランジ、前記第１および第２の電極支持板、前記ミスト生成部材、前記第１および第２の絶縁スペーサならびに前記スペーサのそれぞれの周縁部の近傍に複数の孔が形成され、
前記ミスト生成部材、前記スペーサ、前記第１の電極支持板、前記第１の絶縁スペーサおよび前記第１のフランジの対向する孔に挿通された第１の締結部材により、これらの部材が相互に固定され、
前記第２のフランジ、前記第２の絶縁スペーサおよび前記第２の電極支持板の対向する孔に挿通された第２の締結部材により、これらの部材が相互に固定されることが好ましい。

前記第１の絶縁スペーサの内周面に、前記第１の電極支持板と前記円筒状電極との間の短絡を防止するリング状の第１の短絡防止部材が設けられ、前記第２の絶縁スペーサの内周面に、前記円筒状電極と前記第２の電極支持板との間の短絡を防止するリング状の第２の短絡防止部材が設けられていることが好ましい。

前記第１のフランジもしくは第２のフランジの外周部に、径方向に延在する一対の第１の端子が形成されていることが好ましい。また前記第１の電極支持板もしくは第２の電極支持板の外周部に、径方向に延在する一対の第２の端子が形成され、かつ少なくとも前記端子が形成された電極支持板は、導電性の板材により作製されていることが好ましい。

なお、前記ミスト生成部材は、円板状の板材の中心部に、ミスト発生手段である複数の噴射孔が形成されたものであってもよい。

また本発明にかかる第１の水処理装置は、
被処理水を収容する被処理水タンクと、
上述の複数の水処理用モジュールと、
前記複数の水処理用モジュールの上端部が接続される複数の第１の分岐管を有し、前記複数の水処理用モジュールに被処理水を供給する給水ヘッダーと、
前記複数の水処理用モジュールの下端部が接続される複数の第２の分岐管を有し、前記複数の水処理用モジュールで処理された被処理水を集める排水ヘッダーと、
前記被処理水タンクに蓄えられた被処理水を、第１の配水管を通して前記給水ヘッダーに送水するポンプと、
前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの円筒状電極と線状電極との間に高電圧パルスを印加するパルスパワー発生装置とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる第１の水処理装置は、前記排水ヘッダーで集められた被処理水を前記被処理水タンクに送水する第２の給水管を、更に備えていることが好ましい。

また前記給水ヘッダーは円筒状の給水管で構成され、中心軸が水平方向を向いた円筒部の下部に前記複数の第１の分岐管が取り付けられていることが好ましい。

また前記排水ヘッダーは円筒状の給水管で構成され、中心軸が水平方向を向いた円筒部の上部に前記複数の第２の分岐管が取り付けられていることが好ましい。

また本発明にかかる第２の水処理装置は、
被処理水を収容する被処理水タンクと、
上述の複数の水処理用モジュールと、
前記被処理水タンクに蓄えられた被処理水を、第１の配水管を通して、並列に配置された前記複数の水処理用モジュールのうち１つの水処理用モジュールの上端部に設けられた給水口に送水する第１のポンプと、
前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの下端部に設けられた排水口から排出された被処理水を、第２の配水管を通して隣接する水処理用モジュールの給水口に送水する複数の第２のポンプと、
前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの円筒状電極と線状電極との間に高電圧パルスを印加するパルスパワー発生装置とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる水処理用モジュールは、構造が単純であり、組み立てや分解が容易であるためにメンテナンス性に優れている。しかも、線状電極が円筒状電極に対して常に所定の位置に保持されるため、位置調整用の機構を設ける必要がない。

本発明の実施の形態１にかかる水処理装置の概略構成を示す図である。 図１のパルスパワー発生装置の回路図である。 図１の水処理用モジュールの構成を示す断面図である。 水処理用モジュールの構成部材のうち、円筒状電極、電極支持板およびミスト生成部材の平面図である。 図３の上部を拡大して示した断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる水処理装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる水処理装置および水処理用モジュールについて、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜水処理装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかる水処理装置の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる水処理装置１は、並列に配置された複数個（図では５個）の水処理用モジュール２、給水ヘッダー３、排水ヘッダー４、被処理水タンク５、ポンプ６、配水管７および９、ならびにパルスパワー発生装置８を含む。

水処理用モジュール２は、円筒状電極の円筒の中心軸に沿って線状電極が配置されたもので、円筒状電極の中心軸が鉛直方向を向くように設置されている。線状電極と円筒状電極との間に高圧パルス電圧を印加することによってストリーマ放電を発生させ、そのストリーマ放電空間内に、被処理水をミスト状にして供給し、被処理水中の処理対象物質を分解処理する。水処理用モジュール２の構成および動作については、後に図３および図５を参照して詳述する。

並列に配置された複数の水処理用モジュール２の上端部は、給水ヘッダー３の分岐管３２に接続され、また下端部は排水ヘッダー４の分岐管４２に接続されている。給水ヘッダー３および排水ヘッダー４は、図示しない支持部材により、それぞれ所定に高さに保持されている。

給水ヘッダー３は、円筒状のポリ塩化ビニル管で構成されたヘッダー本体３１の下部に、複数の分岐管３２が取り付けられたもので、被処理水タンク５から配水管７を通して送水された被処理水Ｗを、分岐管３２を介して水処理用モジュール２に供給する。ヘッダー本体３１の両端部は蓋３３により密閉されている。

排水ヘッダー４は、円筒状のポリ塩化ビニル管で構成されたヘッダー本体４１の上部に、複数の分岐管４２が取り付けられたもので、各水処理用モジュール２で処理された被処理水Ｗを、配水管９を介して被処理水タンク５に送水する。ヘッダー本体４１の両端部は蓋４３により密閉されている。

被処理水タンク５は、被処理水Ｗを収容するタンク本体５１と、被処理水Ｗの注入口５２とで構成され、タンク本体５１の内部にはポンプ６が配設されている。ポンプ６は、タンク本体５１に収容された被処理水Ｗを、配水管７を通して給水ヘッダー３に送水する。

水処理用モジュール２のそれぞれの円筒状電極はケーブル１０を介して、また線状電極はケーブル１１を介してパルスパワー発生装置８の一対の出力端子と接続されている。なお、ケーブル１０および１１には、表面が絶縁被膜で被覆された銅線を用いている。パルスパワー発生装置８は、円筒状電極と線状電極との間に高電圧パルスを印加して、ストリーマ放電を発生させる。

次に、図２の回路図を用いて、パルスパワー発生装置８の構成と動作を簡単に説明する。パルスパワー発生装置８は、高圧直流電源８１、コンデンサ８２、抵抗８３、トリガトロンギャップスイッチ８４、パルストランス８５およびトリガ回路８６を含む。

高圧直流電源８１からの電流が抵抗８３を介してコンデンサ８２に供給され、コンデンサ８２が充電される。目標電圧までコンデンサ８２が充電された後、トリガ回路８６からの高電圧のトリガパルスにより、トリガトロンギャップスイッチ８４がオン状態になる。このとき、コンデンサ８２に充電された電荷がパルストランス８５の１次側に流れ込み、相互インダクタンスにより２次側にパルス状の誘起電圧が発生する。

パルスパワー発生装置８の端子８７は、ケーブル１１および電極支持板２３ｂを介して水処理用モジュール２の線状電極２２に接続されている（図３参照）。また端子８８は、ケーブル１０および第１フランジ２１２を介して円筒状電極２１に接続されている（図３参照）。パルストランス８５の２次側に生じた高電圧パルスは、端子８７、８８を介して円筒状電極２１と線状電極２２との間に印加される。

端子８７、８８間に出力されるパルスの繰り返し数は、トリガ回路８６におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また出力パルスの電圧は、高圧直流電源８１の出力電圧を切り替えることによって制御される。

図１の説明に戻って、水処理装置１には、給水ヘッダー３と排水ヘッダー４との間に５個の水処理用モジュール２が取り付けられているが、水処理用モジュール２の数はこれに限定されない。処理する水の量に応じて水処理用モジュール２の数を増やすことができる。また給水ヘッダー３および排水ヘッダー４を複数個、並列に配置し、被処理水タンク５から配水管７を通して、それぞれの給水ヘッダー３に被処理水を送水すれば、処理量をさらに増やすことができる。

＜水処理用モジュールの構成＞
次に、図３および図４を参照して、水処理用モジュール２の構成について説明する。図３は、給水ヘッダー３および排水ヘッダー４に取り付けられた水処理用モジュール２を、円筒状電極２１の中心軸を含む面で切断した図、図４は、水処理用モジュール２の構成部材のうち、円筒状電極２１、電極支持板２３ｂおよびミスト生成部材２４を上方から見た図である。

水処理用モジュール２は、円筒状電極２１、線状電極２２、電極支持板２３ａおよび２３ｂ、ミスト生成部材２４、ならびに絶縁スペーサ２５ａ〜２５ｄを含む。水処理用モジュール２の具体的な構成について説明する前に、基本構成について説明する。

前述の特許文献２に記載された水処理装置では、円筒状の容器内にメッシュ状の円筒状電極を配置していた。これに対し、本実施の形態ではメッシュ状の電極を用いず、導電体を円筒状に加工した電極を用いることにより、円筒状電極と容器を兼用している。さらに本実施の形態では、円筒状電極の上下の端部にフランジを形成することにより、線状電極の電極支持板とミスト生成部材をフランジの上部および下部に積層する構造を採用している。

具体的には、水処理用モジュール２は、円筒状電極２１の上下の端部に形成されたフランジ２１２および２１３の外側に、絶縁スペーサ２５ａ〜２５ｄを介して電極支持板２３ａおよび２３ｂ、ならびにミスト生成部材２４が積層されている。このような構成を採用することにより、モジュールの構造が単純化され、組み立てや分解が容易になると共に、メンテナンスがし易くなる。

次に、水処理用モジュール２の各構成部材について説明する。円筒状電極２１は、電極本体であるステンレス鋼の円筒部２１１の上端部にリング状の上部フランジ２１２を形成し、下端部にリング状の下部フランジ２１３を形成したものである。円筒部２１１の外周面、上部フランジ２１２の下面および下部フランジ２１３の上面は絶縁被膜２１４で覆われている。

円筒状電極２１をステンレス鋼の円筒で構成することにより、円筒状電極２１が容器としての機能を兼ねるため、モジュールの構造が単純化され、また放電の際に発生する電磁波が外部に漏れるのを防止できる。更に円筒状電極２１の円筒部２１１の外面を絶縁被膜２１４で覆うことによって、高電圧パルスが印加されたときに、作業者を感電から保護できる。

本実施の形態では、内径が４０ｍｍ、長さ５００ｍｍのステンレス鋼の管を用いて円筒状電極２１を作製した。円筒状電極２１の材料として、チタンやアルミニウム合金などの導電性および耐食性を備えた他の材料を用いてもよい。

絶縁被膜２１４の材料としては、セラミック、マイカ、石綿、ガラス繊維等の無機材料、天然ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン等の樹脂が挙げられる。

なお、円筒部２１１の外周面、上部フランジ２１２の下面および下部フランジ２１３の上面に絶縁被膜２１４を形成することが、コストアップ等の理由により難しい場合がある。このような場合には、円筒部２１の外周面を、絶縁被膜２１４と同様の材料で作製した絶縁体の円筒で覆うようにしてもよい。

図４（Ａ）に、円筒状電極２１の上部フランジ２１２を上方から見た図を示す。上部フランジ２１２の周縁部の近傍には、ボルト挿入用の６つの孔２１５が開けられている。また上部フランジ２１２の外周部の左右には、径方向に延在する一対の端子２１６が設けられ、端子２１６の先端にボルト挿入用の孔２１７が開けられている。

図３に示すように、孔２１７に下方からボルト９１を挿入し、ケーブル１０の先端部に形成された孔を通して、ナット９２でケーブル１０を端子２１６に固定する。このようにして、円筒状電極２１とケーブル１０とが電気的に接続される。

円筒状電極２１の下部フランジ２１３は、一対の端子２１６を備えていない点を除いて上部フランジ２１２と形状が同一であるため、説明を省略する。なお、図３では、端子２１６を上部フランジ２１２に設けているが、ケーブル１０を接続するスペースを確保できれば、端子２１６を下部フランジ２１３に設けてもよい。

線状電極２２は、円筒状電極２１の円筒部２１１の中心軸に沿うように配設されている。線状電極２２の上端部および下端部には、ネジが切られている。本実施の形態では、導電性と耐食性を考慮して、線状電極２２をステンレス鋼線で作製したが、チタン線を用いてもよい。

線状電極２２の上下両端部は、リング状の電極支持板２３ａおよび２３ｂによって支持されている。本実施の形態では、電極支持板２３ａおよび２３ｂは、線状電極２２と同様にステンレス鋼の板材で作製した。電極支持板２３ａの外径と内径は、円筒状電極２１の上部フランジ部２１２のそれと同じである。また電極支持板２３ｂの外径と内径は、円筒状電極２１の下部フランジ部２１３のそれと同じである。

図４（Ｂ）に、線状電極２２の下端部を支持する電極支持板２３ｂの形状を示す。電極支持板２３ｂはリング状の導電性の板材で構成され、支持板本体２３１の中心部を横切るようにブリッジ２３２が形成され、またブリッジ２３２の中心部に、線状電極２２を挿入する孔２３３が形成されている。また電極支持板２３ｂの周縁部の近傍には、ボルト挿入用の６つの孔２３４が開けられている。

ブリッジ２３２の幅は、ミストの落下を妨げないように、できるだけ狭くすることが望ましいが、狭すぎると線状電極２２を支持する強度が弱くなるため、それらの条件を勘案して決定する。

線状電極２２の上端部を支持する電極支持板２３ａは、一対の端子２３５を備えていない点を除いて電極支持板２３ｂと同じ形状をしている。

円筒状電極２１の上下に配置された電極支持板２３ａおよび２３ｂのブリッジ２３２の孔２３３に線状電極２２の上端部と下端部を挿入し、上端部と下端部に形成されたネジに、それぞれ２つのナット９３および９４を螺合して、線状電極２２を電極支持板２３ａおよび２３ｂに固定する。導電性の材料で作製されたナット９３および９４を用いることにより、線状電極２２と電極支持板２３ａおよび２３ｂは電気的に接続される。

図４（Ｂ）に示すように、電極支持板２３ｂの外周部の左右には、径方向に延在する一対の端子２３５が設けられ、また端子２３５の先端にボルト挿入用の孔２３６が開けられている。第１フランジ２１２の端子２１７と同様に、孔２３６に下方からボルト９１を挿入し、ケーブル１１の先端部に形成された孔を通して、ナット９２でケーブル１１を端子２３５に固定する。このようにして、電極支持板２３ｂとケーブル１１とが電気的に接続される。

なお、図３では、端子２３５を電極支持板２３ｂに設けたが、ケーブル１１を接続するスペースを確保できれば、端子２３５を電極支持板２３ａに設けてもよい。また本実施の形態では、電極支持板２３ａおよび２３ｂをステンレス鋼の板材を用いて作製したが、導電性と耐食性を備えていれば、他の材料を用いて作製してもよい。

更に、端子２３５が設けられていない電極支持板２３ａについては、線状電極２２を支持する機能だけが求められるため、必ずしもステンレス鋼を用いる必要はなく、耐食性を備えた他の材料を用いて作製してもよい。

図４（Ｃ）に、ミスト生成部材２４を上方から見た図を示す。ミスト生成部材２４は円板状の板材で構成されている。円筒状電極２１の内径より少し小径の円上に、ミスト発生手段である噴射孔２４１が、等ピッチで多数開けられており、給水ヘッダー３から流入する被処理水Ｗを、下方に向けてミスト状に噴霧することができる。

噴射孔２４１から噴射されるミスト状の水滴の粒径は１５００μｍ以下であることが好ましい。粒径が大きくなりすぎると、放電空間のプラズマに接触する体積あたりの表面積が小さくなり、処理効率が悪くなる。

ミスト生成部材として、図３に示すもの以外に、円板状の板材の中心部に、ミスト発生手段である噴射ノズルを取り付けたものを用いてもよい。給水ヘッダー３から供給される被処理水Ｗの水圧によって噴射ノズルから水滴がミスト上に噴霧され、円筒部２１１内を落下する。

ミスト生成部材２４と電極支持板２３ａとの間に絶縁スペーサ２５ａが配され、電極支持板２３ａと円筒状電極２１の上部フランジ２１２との間に絶縁スペーサ２５ｂが配されている。また円筒状電極２１の下部フランジ２１３と電極支持板２３ａとの間に絶縁スペーサ２５ｃが配され、電極支持板２３ａと分岐管４２の上端部との間に絶縁スペーサ２５ｄが配されている。

絶縁スペーサ２５ａおよび２５ｂの外径と内径は、円筒状電極２１の上部フランジ部２１２のそれと同じである。また絶縁スペーサ２５ａおよび２５ｂのそれぞれの周縁部の近傍には、上部フランジ２１２の孔２１５と対向する位置に同じ大きさのボルト挿入用の孔が開けられている。

絶縁スペーサ２５ｃおよび２５ｄの外径と内径は、円筒状電極２１の下部フランジ部２１３のそれと同じである。また絶縁スペーサ２５ｃおよび２５ｄのそれぞれの周縁部の近傍には、下部フランジ２１３の孔２１５と対向する位置に同じ大きさのボルト挿入用の孔が開けられている。

絶縁スペーサ２５ａは、ミスト生成部材２４と電極支持板２３ａとの間を、一定の間隔を隔てた状態で保持するものである。絶縁スペーサ２５ａは、必ずしも絶縁材料で作製する必要はない。

絶縁スペーサ２５ｂは、電極支持板２３ａと円筒状電極２１との間の短絡を防止するものであり、高電圧が印加された際に破壊されないように十分な厚さと絶縁性を備えている。

絶縁スペーサ２５ｂの内周面には、リング状の短絡防止部材２６ｂが取り付けられている。短絡防止部材２６ｂは、ミスト生成部材２４から落下するミスト状の水滴によって、電極支持板２３ａと円筒状電極２１との間が短絡し、絶縁が破壊されるのを防止するものである。

同様に、絶縁スペーサ２５ｃの内周面には、リング状の短絡防止部材２６ｃが取り付けられている。短絡防止部材２６ｃは、ミスト生成部材２４から落下するミスト状の水滴によって、円筒状電極２１と電極支持板２３ｂとの間が短絡し、絶縁が破壊されるのを防止するものである。短絡防止部材２６ｂおよび２６ｃの機能については、後に図５を用いて詳述する。

なお、短絡防止部材２６ｂおよび２６ｃは、製造のし易さを考慮して、絶縁スペーサ２５ｂおよび２５ｃとは別体に設けたが、絶縁スペーサ２５ｂおよび２５ｃと一体に形成してもよい。また、短絡防止部材２６ｂおよび２６ｃの形状についても、内周側先端部分が外周側付根部分より下方に位置する点を除いて、他の形状を採用してもよい。

絶縁スペーサ２５ｄは電極支持板２３ｂを保護するために設けたもので、必ずしも必要ではなく、水処理用モジュール２の下端部を、排水ヘッダー４の分岐管４２に直接取り付ける場合には省略できる。

絶縁スペーサ２５ａ〜２５ｄならびに短絡防止部材２６ｂおよび２６ｃの材料としては、セラミック、マイカ、石綿、ガラス繊維等の無機材料、天然ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン等の樹脂が挙げられる。絶縁スペーサ２５ｂ、２５ｃおよび短絡防止部材２６ｂ、２６ｃについては、高い耐電圧が要求されること、および加工性の観点より、セラミックを用いることが好ましい。

水処理用モジュール２上端部は、締結部材であるボルト９５およびナット９６を用いて給水ヘッダー３の分岐管３２の下端部に取り付けられる。同様に、水処理用モジュール２下端部は、ボルト９５およびナット９６を用いて排水ヘッダー４の分岐管４２の上端部に取り付けられる。分岐管３２の形状は円筒状であるが、被処理水Ｗが溜まるように膨らみを持たせてもよい。

なお、ボルト９５は、円筒状電極２１と電極支持板２３ａおよび２３ｂとの間の絶縁性を確保するため、絶縁性の材料で作製されたもの、もしくは外周面に絶縁被膜が施されたものを用いる。

＜被処理水の処理工程＞
次に、図１および図５を参照して、水処理用モジュール２における被処理水Ｗの処理工程について説明する。図５に、図３に示した水処理用モジュール２のうち、ミスト生成部材２４、電極支持板２３ａおよび円筒状電極２１の上部を拡大して示す。なお、説明を分かり易くするため、図では、電極支持板２３ａのブリッジ部分を二点鎖線で示している。

図１に示す被処理水タンク５には、あらかじめ注入口５２より、有機物等を含む被処理水Ｗが注入されている。またパルスパワー発生装置８によって、各水処理用モジュール２の円筒状電極２１と線状電極２２との間に高電圧パルスが印加され、円筒状電極２１の円筒部２１１内に円柱状のストリーマ放電空間が形成されている。

まずポンプ６を駆動し、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、配水管７を通して給水ヘッダー３に送水する。

図５に示すように、給水ヘッダー３に供給された被処理水Ｗは、分岐管３２に流入した後、ミスト生成部材２４に設けられた噴射孔２４１を通過することによってミスト状の水滴Ｄとなり、ストリーマ放電空間内を落下する。

放電によって、ストリーマ放電空間内に、オゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種が発生し、噴射孔２４１から噴射された被処理水Ｗの水滴Ｄが放電空間を落下していく間にこれらの活性種に接触し、水滴中の有機物が効率よく酸化され、分解処理される。

ここで、絶縁スペーサ２５ｂの内周面に短絡防止部材２６ｂが設けられていない場合、落下した水滴Ｄが絶縁スペーサ２５ｂの内周面に付着し、電極支持板２３ａと円筒状電極２１との間で短絡が生じる。短絡が生じると、円筒状電極２１と線状電極２２との間に高電圧パルスを印加できなくなり、パルスパワー発生装置８の故障の原因となり、またストリーマ放電空間の形成が阻害される。

本実施の形態では、絶縁スペーサ２５ｂの内周面に短絡防止部材２６ｂを設けることによって、短絡の発生を防止している。短絡防止部材２６ｂの内周側先端部分は、漏斗のように、外周側付根部分より下方に位置している。このような形状にすれば、先端部分に付着した水滴Ｄは重力によって上方への移動が阻止されるため、付根部分の下側に水滴Ｄが付着することはない。結果として、電極支持板２３ａと円筒状電極２１との間の短絡を確実に防止できる。

絶縁スペーサ２５ｃの内周面に設けられた短絡防止部材２６ｃについても、短絡防止部材２６ｂと同様の理由により、円筒状電極２１と電極支持板２３ｂとの間の短絡を確実に防止できる。

円筒状電極２１の円筒部２１１内を通過した水滴Ｄは、分岐管４２を通過して排水ヘッダー４のヘッダー本体４１の中空部に落下した後（図３参照）、配水管９を通って被処理水タンク５に集められる。被処理水タンク５に集められた被処理水Ｗをポンプ６で循環させることにより、ストリーマ放電空間での酸化、分解処理が繰り返されて水処理が行われる。

なお、被処理水に含まれる分解物量が少ない場合は被処理水Ｗを循環させる必要がない。このような場合、配水管９を被処理水タンク５に接続することなく、直接排水するようにしてもよい。

＜水処理用モジュールの組み立てと取り付け＞
次に、図３を参照して、水処理用モジュール２の組み立てと水処理装置１への取り付けについて説明する。

最初に、円筒状電極２１を用意し、接着剤を用いて、上部フランジ２１２の上に絶縁スペーサ２５ｂと電極支持板２３ａを仮固定する。同様に、下部フランジ２１３の下に絶縁スペーサ２５ｃと電極支持板２３ｂを仮固定する。この際、それぞれの部材の周縁部近傍に設けたボルト挿入用の孔の位置を一致させる。

次に、線状電極２２の上端部および下端部に形成されたネジにナット９３を取り付けた状態で、線状電極２２の先端を電極支持板２３ａおよび２３ｂの孔２３３（図４参照）に挿入し、更にナット９４をネジに取り付け、ナット９３および９４により線状電極２２を電極支持板２３ａおよび２３ｂに固定する。

次に、接着剤を用いて、電極支持板２３ａの上に絶縁スペーサ２５ａおよびミスト生成部材２４を仮固定する。同様に、接着剤を用いて、電極支持板２３ｂの下に絶縁スペーサ２５ｄを仮固定する。この際、前述と同様に、それぞれの部材の周縁部近傍に設けたボルト挿入用の孔の位置を一致させる。

以上の工程を経て水処理用モジュール２が完成する。次に、図３に示すように、ボルト９５およびナット９６を用いて、完成した水処理用モジュール２の上端部を、給水ヘッダー３の分岐管３２の下端部に取り付け、水処理用モジュール２の下端部を、排水ヘッダー４の分岐管４２の上端部に取り付ける。

次に、円筒状電極２１の上部フランジ２１２の左右に延在した端子２１６に、ボルト９１とナット９２を用いてケーブル１０を取り付ける。同様に、電極支持板２３ｂの左右に延在した端子２３５に、ボルト９１とナット９２を用いてケーブル１１を取り付ける。以上の工程を経て、水処理用モジュール２の水処理装置１への取り付けが完了する。

一方、メンテナンスのため、水処理装置１から水処理用モジュール２を取り外す際には、上述の工程と逆の工程をたどる。すなわち、最初にケーブル１０および１１を端子２１６および２３５から取り外した後、ボルト９５とナット９６を緩めて水処理用モジュール２を水処理装置１から取り外す。

次に、仮固定されているミスト生成部材２４、絶縁スペーサ２５ａおよび２５ｄを水処理用モジュール２から取り外す。

次に、ナット９３および９４を緩めて、線状電極２２を電極支持板２３ａおよび２３ｂから取り外した後、仮固定されている電極支持板２３ａおよび２３ｂ、絶縁スペーサ２５ｂおよび２５ｃを円筒状電極２１から取り外す。このように、水処理用モジュール２を水処理装置１から簡単に取り外すことができ、また水処理用モジュール２を簡単に分解できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２にかかる水処理装置の概略構成を示す図である。実施の形態１の水処理装置１では、複数の水処理用モジュール２を、給水ヘッダー３および排水ヘッダーを用いて並列に接続したが、本実施の形態にかかる水処理装置１ａでは、図３に示した構造の複数の水処理用モジュール２（図では５個）を、配水管１２を用いて直列に接続している。なお、複数の水処理用モジュール２は、図示しない支持部材により、並列に配置された状態で保持されている。

図６を参照して、本実施の形態にかかる水処理装置１ａの構成を説明する。並列に配置された複数個の水処理用モジュール２のうち、左端のモジュールの上端部に設けられた給水口は、配水管７を介して被処理水タンク５内のポンプ６に接続されている。また左端のモジュールの下端部に設けられた排水口は、配水管１２を介して右隣のモジュールの給水口（上端部）に接続されている。また配水管１２の最下部には揚水ポンプ１３が連結されている。

同様に、左から２番目の水処理用モジュール２の排水口（下端部）は、配水管１２および揚水ポンプ１３を介して右隣の水処理用モジュール２の給水口（上端部）に接続されている。配水管１２を介したモジュールの接続が右端のモジュールまで繰り返され、右端の水処理用モジュール２の排水口（下端部）には、先端が開放された配水管１２が接続されている。

従って、ポンプ６により左端の水処理用モジュール２に送水された被処理水Ｗは、モジュール内で水処理された後、排水口（下端部）に接続された配水管１２に流れ込み、揚水ポンプ１３で右隣のモジュールの給水口（上端部）に送水される。同様の処理が繰り返され、右端の水処理用モジュール２を通過した被処理水Ｗは、配水管１２から外部に排出される。

実施の形態１の水処理装置１では、分解物が多い被処理水や分解しにくい難分解性物質を含む被処理水を処理する場合、被処理水を循環させる必要がある。これに対し、本実施の形態の水処理装置１ａでは、複数の水処理用モジュール２が直列に接続されているため、被処理水Ｗに対して水処理が連続的に繰り返される。従って、本実施の形態の水処理装置１ａは、被処理水を循環させることなく処理するのに適している。

上述した各実施の形態で説明したように、本発明にかかる水処理用モジュール２は、円筒状電極２１をモジュールの容器として兼用している。また円筒状電極２１の両端部に設けた上部フランジ２１２および下部フランジ２１３に絶縁スペーサ２５ｂおよび２５ｃを介して線状電極２２の電極支持板２３ａおよび２３ｂを積層している。このような構成を採用することにより、組み立てや分解、更には水処理装置本体への取り付けが容易な水処理用モジュールを提供できる。

また本発明にかかる水処理用モジュール２は、円筒状電極２１の上部フランジ２１２および下部フランジ２１３の周縁部の近傍に形成したボルト挿入用の孔２１５と、電極支持板２３ａおよび２３ｂの支持板本体２３１の周縁部の近傍に設けたボルト挿入用の孔２３４を、線状電極２２の位置規制用の孔として兼用している。これらの孔にボルトを挿入すれば、線状電極２２は必然的に円筒状電極２１の中心軸位置に保持されるため、位置の調整が不要となる。

更に、短絡防止部材２６ｂによって電極支持板２３ａと円筒状電極２１との間の短絡が防止でき、短絡防止部材２６ｃによって円筒状電極２１と電極支持板２３ｂとの間の短絡が防止できるため、短絡によるパルスパワー発生装置８の不具合が解消され、またストリーマ放電空間を維持できる。

本発明にかかる水処理装置は、有機物や微生物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに広く利用できるものである。

１ 水処理装置
２ 水処理用モジュール
３ 給水ヘッダー
４ 排水ヘッダー
５ 被処理水タンク
６ ポンプ
７、９、１２ 配水管
８ パワーパルス発生装置
１０、１１ ケーブル
１３ 揚水ポンプ
２１ 円筒状電極
２２ 線状電極
２３ａ、２３ｂ 電極支持板
２４ ミスト生成部材
２５ａ〜２５ｄ 絶縁スペーサ
３２、４２ 分岐管
８１ 高圧直流電源
８２ コンデンサ
８３ 抵抗
８４ トリガトロンギャップスイッチ
８５ パルストランス
８６ トリガ回路
２１１ 円筒部
２１２ 上部フランジ
２１３ 下部フランジ
２１４ 絶縁被膜
２１６、２３５ 端子
２３２ ブリッジ
２４１ 噴射孔

Claims (12)

1. 中心軸が鉛直方向を向いた円筒の上端部に第１のフランジが形成され、下端部に第２のフランジが形成された円筒状電極と、
   前記円筒状電極の円筒部の中心軸に沿って配置された線状電極と、
   前記円筒状電極の上方に位置し、リング状の板材で構成され、内周側に形成されたブリッジにより前記線状電極の上端部を支持する、第１の電極支持板と、
   前記円筒状電極の下方に位置し、リング状の板材で構成され、内周側に形成されたブリッジにより前記線状電極の下端部を支持する、第２の電極支持板と、
   前記第１の電極支持板の上方に位置し、少なくとも周縁部が円板状の板材で構成され、中心部にミスト発生手段が設けられたミスト生成部材と、
   前記第１の電極支持板と前記第１のフランジとの間に配されたリング状の第１の絶縁スペーサと、
   前記第２のフランジと前記第２の電極支持板との間に配されたリング状の第２の絶縁スペーサと、
   前記ミスト生成部材と前記第１の電極支持板との間に配されたリング状のスペーサと、を備えたことを特徴とする水処理用モジュール。
2. 前記円筒状電極は、外周面のうち、少なくとも円筒部の外周面が絶縁被膜で覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の水処理用モジュール。
3. 前記第１および第２のフランジ、前記第１および第２の電極支持板、前記ミスト生成部材、前記第１および第２の絶縁スペーサならびに前記スペーサのそれぞれの周縁部の近傍に複数の孔が形成され、
   前記ミスト生成部材、前記スペーサ、前記第１の電極支持板、前記第１の絶縁スペーサおよび前記第１のフランジの対向する孔に挿通された第１の締結部材により、これらの部材が相互に固定され、
   前記第２のフランジ、前記第２の絶縁スペーサおよび前記第２の電極支持板の対向する孔に挿通された第２の締結部材により、これらの部材が相互に固定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の水処理用モジュール。
4. 前記第１の絶縁スペーサの内周面に、前記第１の電極支持板と前記円筒状電極との間の短絡を防止するリング状の第１の短絡防止部材が設けられ、
   前記第２の絶縁スペーサの内周面に、前記円筒状電極と前記第２の電極支持板との間の短絡を防止するリング状の第２の短絡防止部材が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の水処理用モジュール。
5. 前記第１のフランジもしくは第２のフランジの外周部に、径方向に延在する一対の第１の端子が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の水処理用モジュール。
6. 前記第１の電極支持板もしくは第２の電極支持板の外周部に、径方向に延在する一対の第２の端子が形成され、
   かつ少なくとも前記端子が形成された電極支持板は、導電性の板材により作製されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の水処理用モジュール。
7. 前記ミスト生成部材は、円板状の板材の中心部に、ミスト発生手段である複数の噴射孔が形成されたものであることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の水処理用モジュール。
8. 被処理水を収容する被処理水タンクと、
   前記請求項１ないし７のいずれかに記載の複数の水処理用モジュールと、
   前記複数の水処理用モジュールの上端部が接続される複数の第１の分岐管を有し、前記複数の水処理用モジュールに被処理水を供給する給水ヘッダーと、
   前記複数の水処理用モジュールの下端部が接続される複数の第２の分岐管を有し、前記複数の水処理用モジュールで処理された被処理水を集める排水ヘッダーと、
   前記被処理水タンクに蓄えられた被処理水を、第１の配水管を通して前記給水ヘッダーに送水するポンプと、
   前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの円筒状電極と線状電極との間に高電圧パルスを印加するパルスパワー発生装置と、を備えたことを特徴とする水処理装置。
9. 前記排水ヘッダーで集められた被処理水を前記被処理水タンクに送水する第２の給水管を更に備えたことを特徴とする、請求項８に記載の水処理装置。
10. 前記給水ヘッダーは円筒状の給水管で構成され、中心軸が水平方向を向いた円筒部の下部に前記複数の第１の分岐管が取り付けられていることを特徴とする、請求項８または９に記載の水処理装置。
11. 前記排水ヘッダーは円筒状の給水管で構成され、中心軸が水平方向を向いた円筒部の上部に前記複数の第２の分岐管が取り付けられていることを特徴とする、請求項８ないし１０のいずれかに記載の水処理装置。
12. 被処理水を収容する被処理水タンクと、
    前記請求項１ないし７のいずれかに記載の複数の水処理用モジュールと、
    前記被処理水タンクに蓄えられた被処理水を、第１の配水管を通して、並列に配置された前記複数の水処理用モジュールのうちいずれかの水処理用モジュールの上端部に設けられた給水口に送水する第１のポンプと、
    前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの下端部に設けられた排水口から排出された被処理水を、第２の配水管を通して隣接する水処理用モジュールの給水口に送水する複数の第２のポンプと、
    前記複数の水処理用モジュールのそれぞれの円筒状電極と線状電極との間に高電圧パルスを印加するパルスパワー発生装置と、を備えたことを特徴とする水処理装置。

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