JP2012096141A - 水滅菌装置及び水滅菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理水とプラズマとの接触を促進させて、被処理水中の雑菌を十分に死滅させることができる水滅菌装置を提供する。
【解決手段】段差部と該段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路１１の上段部の水供給配管１２から階段状の流路１１に向かって雑菌を含んだ被処理水１７を供給すると共に、プラズマ発生装置１３で発生させたプラズマを階段状の流路１１を膜状に流れる被処理水１７に照射して雑菌を含んだ被処理水中１７中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて被処理水１７に含まれる雑菌を死滅させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマを用いて水中の雑菌を死滅させる水滅菌装置及び水滅菌方法に関する。

半導体製造工場をはじめ、各種製造工場、事業所、集合住宅等から排出される排水は、一般に、雨水と共に大型の下水処理施設で浄化され上水に造水される。

すなわち、下水処理施設においては、例えば物理的処理と生物的処理を併用し、大規模な貯水槽で汚物等の比較的大きい固形物を沈殿除去した後（物理的処理）、活性汚泥処理（生物的処理）を行い、その後、逆浸透膜等を用いて固形物を取り除き、色又は臭いを取り除くための高度処理を行い、最終的に塩素による滅菌処理を施して上水を造水している。製造された上水は、例えば飲料水として適用されるが、大気中に長時間放置されることによって塩素濃度が低下して雑菌が繁殖することがある。ここで雑菌とは、意に反して発生し増殖した微生物全般を指すが、本願においては飲料水などに用いられる上水を対象としているため、一切の微生物の発生は許容されず意に反したものとなる。

一方、半導体製造工場や食品工場で使用される純水及び超純水をはじめ、温泉施設、病院等で使用される上水には、特定の目的又は嗜好に応じて塩素による滅菌を回避せざるを得ない場合もあり、かかる場合にも長時間貯留すると水中に雑菌が繁殖することがある。

雑菌が繁殖した水は、飲料水としての適格性に欠け、半導体製造時における基板洗浄工程においては残留異物の原因となることがあり、また、冷却水として使用する場合には、配管の詰まりを生じるという問題がある。

また、野菜や稲、樹木等、植物の育成のために供給する水に菌類が存在するとこれら植物の育成が抑制されることも分かってきているため、特に植物工場などのように管理された環境において植物類を育成する環境においては、雑菌類の混入の無い水の提供が望まれる。

そこで、従来から、雑菌の繁殖を抑えるために、雑菌を含む水である被処理水に対してオゾンや紫外線（ＵＶ）を照射して滅菌処理が施されていた。しかしながら最近になって、オゾンや紫外線の滅菌作用はそれほど強くなく、大腸菌類は死滅させることができるものの、カビやウィルス等を死滅させることができないことが分かってきた。このため、近年、オゾンや紫外線に代わってプラズマを用いて被処理水に含まれる雑菌を死滅させる水滅菌技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−１８３８６７号公報

しかしながら、従来の水滅菌技術は、被処理水とプラズマとの接触効率が十分でなく、繁殖した雑菌を死滅させて飲料水又は純水として適用する安全な上水を製造する点においては必ずしも満足できるものではなかった。

本発明の課題は、被処理水とプラズマとの接触を促進させて、被処理水中の雑菌を十分に死滅させることができる水滅菌装置及び水滅菌方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の水滅菌装置は、段差部と該段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路と、該階段状の流路の上段部に雑菌を含んだ被処理水を供給する水供給装置と、前記階段状の流路を膜状に流れる前記被処理水にプラズマを照射するプラズマ発生装置と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の水滅菌装置は、請求項１記載の水滅菌装置において、前記プラズマ発生装置から照射されたプラズマによって前記膜状の被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項３記載の水滅菌装置は、請求項１記載の水滅菌装置において、前記プラズマ発生装置により発生する前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項４記載の水滅菌装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水滅菌装置において、前記水供給装置は、前記被処理水をミスト状で前記階段状の流路に供給することを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項５記載の水滅菌装置は、水処理容器と、該水処理容器内に雑菌を含んだミスト状の被処理水を供給するミスト供給装置と、前記水処理容器内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、を有し、該プラズマ発生装置で発生したプラズマを前記水処理容器内に供給されたミスト状の被処理水に照射して雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項６記載の水滅菌装置は、請求項５記載の水滅菌装置において、前記プラズマは、前記被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項７記載の水滅菌装置は、請求項５記載の水滅菌装置において、前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項８記載の水滅菌装置は、被処理水を貯留する水槽と、プラズマ生成ガスを用いてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成するプラズマ発生装置と、生成したＯラジカル及びＯＨラジカルを含むプラズマ処理ガスを前記水槽中に供給してバブリングさせるプラズマ処理ガス供給装置と、を有し、前記プラズマ処理ガス中の前記Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項９記載の水滅菌装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水滅菌装置において、前記プラズマ発生装置は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置、ＤＣプラズマ装置、ＤＣパルスプラズマ装置、及びマイクロ波プラズマ装置のうちのいずれか１つであることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１０記載の水滅菌装置は、誘電体からなり、内部を雑菌を含んだ被処理水が流れる水処理容器と、該水処理容器の外周部に巻き回されたコイルと、該コイルに接続された高周波電源と、前記水処理容器にプラズマ生成ガスを供給するガス供給装置と、を有することを特徴とする。

請求項１１記載の水滅菌装置は、請求項１０記載の水滅菌装置において、前記コイルに高周波電力を印加して前記水処理容器内に供給されるプラズマ生成ガスからプラズマを生成し、該生成したプラズマを前記水処理容器内を流れる被処理水に照射し、該被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項１２記載の水滅菌装置は、請求項１０記載の水滅菌装置において、前記コイルに高周波電力を印加して前記水処理容器内に供給されるプラズマ生成ガスから生成するプラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１３記載の水滅菌方法は、段差部と該段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路に雑菌を含んだ被処理水を膜状に流通させ、該膜状に流通する被処理水に対しプラズマを照射して前記雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項１４記載の水滅菌方法は、請求項１３に記載の水滅菌方法において、前記被処理水に前記プラズマを照射して前記被処理水中の少なくとも一部の水分子をＯラジカル及びＯＨラジカルに解離させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項１５記載の水滅菌方法は、請求項１３記載の水滅菌方法において、前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込むことにより前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１６記載の水滅菌方法は、ミスト状の被処理水にプラズマを照射して前記被処理水中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１７記載の水滅菌方法は、Ｏラジカル及びＯＨラジカルを含むガスを被処理水中に供給してバブリングし、前記Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項１８記載の水滅菌方法は、水処理容器内にプラズマ生成ガスと被処理水とを供給し、前記プラズマ生成ガスを励起して発生したプラズマによって前記被処理水中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする。

請求項１９記載の水滅菌方法は、請求項１３至１８のいずれか１項に記載の水滅菌方法において、前記雑菌を死滅させた処理水中に残留する電荷を除電することを特徴とする。

本発明によれば、被処理水とプラズマとの接触を促進させて、被処理水中の雑菌を十分に死滅させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模試図である。 図１の水滅菌装置における階段状の流路の変形例を示す模式図であり、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ階段状の流路における段差部分を、その下側部分を引っ込めることによって被処理水が壁伝いに流れ落ちずに直接下の段に落ちるようにした流路を示す図である。 本実施の形態に係る水滅菌装置おける展開例を示す図であり、図３（Ａ）は、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図であり、図３（Ｂ）は、一つの段に複数のプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図である。 被処理水中の雑菌が死滅するメカニズムを示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る水滅菌装置の変形例を示す模式図である。 図５の水滅菌装置の展開例を示す図であり、図６（Ａ）は、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図であり、図６（Ｂ）は、一つの段に複数のプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模試図である。この水滅菌装置は、膜状の被処理水にプラズマを照射し、被処理水中の水分子が解離して発生したＯラジカル及びＯＨラジカル用いて被処理水に含まれる雑菌を死滅させるものである。

図１において、この水滅菌装置１０は、階段状の流路１１と、該階段状の流路１１の最上段部の上方に配置された水供給装置としての水供給配管１２と、階段状の流路１１の平板部に対応して設けられたプラズマ発生装置１３とを有する。水供給配管１２は、被処理水１７を、階段状の流路１１の最上段部に供給する。供給された被処理水は、段差部を落下する際にミストを形成しつつ階段状の流路１１を薄膜状態で後流に向かって流れる。なお、水供給配管１２から被処理水１７を階段状の流路１１に供給する際に該被処理水１７をミスト状にして供給しても良い。

プラズマ発生装置１３は、例えば容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置であり、階段状の流路１１の平板部を挟んで対向する２つの電極板１４、１５と、電極板１４に接続された高周波電源１６とを備えている。高周波電源１６から電極板１４に高周波電力が印加されて電極板１４と電極板１５との間にプラズマが発生し、該プラズマを階段状の流路１１を流れる膜状の被処理水に照射する。

プラズマが照射された被処理水１７中の水分子は、プラズマ中の電子が衝突するなどによって解離してＯラジカル及びＯＨラジカルが生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカルは、被処理水１７に含まれる雑菌と接触、反応して該雑菌を効率的に死滅させる。

本実施の形態によれば、階段状の流路１１を膜状に流通する被処理水１７の表面にプラズマを照射するので、被処理水１７の大部分がプラズマと接触して効率よくＯラジカル及びＯＨラジカルを生成する。従って、生成したＯラジカル及びＯＨラジカルを用いて被処理水１７に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。

被処理水１７の膜厚を薄くすることによって、プラズマを照射した際、プラズマと被処理水１７との接触が促進され、被処理水１７に含まれる雑菌を素早く死滅させることができる。

また、本実施の形態において、流路１１を階段状にしたので、段差部分を落下する被処理水の一部がミスト状になり、ミスト状となった被処理水１７の水分子はより効率よくプラズマによって解離されるので、これによって、滅菌作用を促進させることができる。さらに被処理水を効果的にミスト状とするためには、流路１１の段差部分を、図２（（Ａ）及び図２（Ｂ））に示すように下側部分を引っ込めて壁伝いに流れ落ちずに直接下の段に落ちるようにしても良い。図２（（Ａ）及び（Ｂ））は、図１の水滅菌装置における階段状の流路の変形例を示す模式図である。図２（（Ａ）及び図２（Ｂ））において、階段状の流路１１における段差部分を、その下側部分を引っ込めることによって被処理水１７が壁伝いに流れ落ちずに直接下の段に落ちるようにした流路が示されている。

本実施の形態においては、被処理水にプラズマを照射し、被処理水自体を解離させてＯラジカルやＯＨラジカルを発生させる方法について説明したが、プラズマを生成するガスとして酸素や水蒸気、オゾン、過酸化水素、或いはそれらの混合ガスを用い、プラズマ中において発生したＯラジカルやＯＨラジカルを被処理水に取り込めばより効果的である。この場合、被処理水そのものを解離するよりも効果的なので、敢えて被処理水を挟んで対向電極を設置する必要も無く、被処理水直上において水面と平行な方向に対向する平行平板電極によるプラズマ生成領域を設けて、そこで発生したＯラジカルやＯＨラジカルを被処理水に接触させ取り込ませることができる。従って、プラズマ源の設置の自由度が高くなる。プラズマ生成ガスの供給は、処理空間全体に充満させても良く、或いは電極の近傍から供給しても良く、その他通常的に用いられている方法で供給することができる。また、生成したＯラジカルやＯＨラジカルについても処理空間全体に充満するようにしておけばそれだけ処理水への取り込みの効率が上がる。

本実施の形態において、雑菌を死滅させるＯラジカル及びＯＨラジカルは水分子や酸素分子などが励起して生成したものであり、従来、一部の水の滅菌に用いられていた電子線や放射線等と比較して、人体及び自然環境に対して負荷が小さい。

本実施の形態において、プラズマ発生装置１３の形式は特に限定されるものではなく、容量結合プラズマ装置の他、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置、ＤＣプラズマ装置、ＤＣパルスプラズマ装置、及びマイクロ波プラズマ装置のうちのいずれであっても良い。特に誘導結合プラズマ装置やマイクロ波プラズマ装置を用いた場合には対向電極を設ける必要なくプラズマを被処理水１７に照射できるので、プラズマ装置の設置位置に関して自由度が増すという利点がある。特に、前述のようにプラズマ生成ガスとして酸素や水蒸気、オゾン、過酸化水素などを利用し、プラズマ中においてＯラジカルやＯＨラジカルを生成させる方法の場合には好適である。

また、本実施の形態においては、プラズマ発生装置１３を一つだけ用いた場合を例示したが、図３（Ａ）に示したように、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置１３を設けても良いし、また、図３（Ｂ）に示したように、一つの段に複数のプラズマ発生装置１３を設けても良い。図３は、本実施の形態に係る水滅菌装置おける展開例を示す図であり、図３（Ａ）は、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図であり、図３（Ｂ）は、一つの段に複数のプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図である。複数のプラズマ発生装置を設けることにより被処理水中のＯラジカルやＯＨラジカルの量を増やすことができ、あるいはこれらラジカルの存在領域を広げることができ、より効果的に被処理水に含まれる雑菌を死滅させることができる。

本実施の形態において、被処理水は、特に限定されるものではなく、下水又は廃水処理施設によって造水された上水、純水、超純水をはじめ、イオン交換水、蒸留水等であって、例えば長時間放置することによって、雑菌が繁殖したものである。

本実施の形態において、プラズマ照射による被処理水１７に含まれる雑菌を死滅させるメカニズムは、以下のように考えられる。

図４は、被処理水にプラズマを照射し、被処理水中の水分子からＯラジカル及びＯＨラジカルを生成する方法において、被処理水中の雑菌が死滅するメカニズムを示す概念図である。

図４において、プラズマ中の電子は非常に高いエネルギーを有し、反応性に富んでいる。そして、プラズマ中の電子が被処理水に照射されると、被処理水中の水分子と衝突してこれを解離させてＯラジカルとＯＨラジカルを生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカルが被処理水に含まれる雑菌と接触し、化学反応によって雑菌を死滅させる。すなわち、例えば、酸化又は還元反応によって雑菌を有機物に分解する。なお、このとき雑菌の分解によって生成したＣＯ_２が放出される。

本実施の形態において、被処理水１７中の雑菌を死滅させた処理後の水（以下、「処理水」という）に対し、例えば、交流コロナ放電処理を施すことが好ましい。これによって、被処理水１７にプラズマを照射して雑菌を死滅させたことに起因して処理水に残留する電荷を除電することができ、帯電による影響を回避することができる。除電の方法は、上述のコロナ放電やその他の各種放電による電荷の除電に限らず、例えば接地された金属部材を接触させて電荷を除電する方法でもよく、電荷を除電できるものであればこれらに限定されない。

なお、プラズマ中からＯラジカルやＯＨラジカルを取り込む場合も同様で、これらのラジカルが被処理水に含まれる雑菌と接触し、化学反応によって雑菌を死滅させ、有機物へと分解する。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る水滅菌装置（図１）の変形例を示す模式図である。この水滅菌装置２０が図１の水滅菌装置１０と異なるところは、プラズマ発生装置として容量結合プラズマ装置の代わりに、例えば窒素（Ｎ_２）ガスをプラズマ生成ガスとして適用する誘導結合プラズマ装置２３を適用した点である。

本実施の形態の変形例においても、上記実施の形態と同様、膜状の被処理水１７にプラズマを照射することによって、被処理水１７の大部分がプラズマと良好に接触し、効率よくＯラジカル及びＯＨラジカルを生成する。従って、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて被処理水１７に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。

なお、本実施の形態の変形例においても、プラズマ生成ガスとして酸素や水蒸気、オゾン、過酸化水素などを用いれば上記実施の形態と同様にプラズマ中で発生させたＯラジカルやＯＨラジカルを被処理水に取り込むことができ、これによって被処理水を処理しても良い。また、本実施の形態の変形例においても図１の実施形態と同様に、処理水の供給時にミスト状にしたり或いは流路１１の段差部において段の下部を引っ込めてミスト状になり易くすることにより被処理水へのＯラジカルやＯＨラジカルの取り込みの効果が向上する。

また、本実施の形態の変形例においても、図６（Ａ）に示したように、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置２３を設けても良いし、図６（Ｂ）に示したように、一つの段に複数のプラズマ発生装置２３を設けても良い。図６は、図５の水滅菌装置の展開例を示す図であり、図６（Ａ）は、複数の段においてそれぞれプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図であり、図６（Ｂ）は、一つの段に複数のプラズマ発生装置を設けた展開例を示す図である。複数のプラズマ発生装置を設けることにより被処理水中のＯラジカルやＯＨラジカルの量を増やすことができ、あるいはこれらラジカルの存在領域を広げることができ、より効果的に被処理水に含まれる雑菌を死滅させることができることは、上記実施の形態と同様である。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る水滅菌装置について説明する。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模試図である。

図７において、この水滅菌装置３０は、円筒状の水処理容器３１と、該水処理容器３１に設けられたミスト供給装置としてのミスト供給配管３２及び処理水を排出する処理水排出管３９と、水処理容器３１内に設けられたプラズマ発生装置３３とから主として構成されている。プラズマ発生装置３３は、例えば容量結合プラズマ装置であり、円筒状の水処理容器３１内の上部と下部に対向するように配置された２つの電極板３４及び３５と、電極板３４に接続された高周波電源３６とを備えている。高周波電源３６から電極板３４に高周波電力が印加されると電極板３４と電極板３５との間にプラズマが発生する。

このような構成の水滅菌装置３０において、ミスト供給配管３２から、水処理容器３１内にミスト状の被処理水３７を噴霧、供給する。供給されたミスト状の被処理水３７は、水処理容器３１内を下流に向かって浮遊する。次に、プラズマ発生装置３３で発生したプラズマをミスト状の被処理水３７に照射し、被処理水３７中の水分子にプラズマ中の電子が衝突するなどによって水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて被処理水３７に含まれる雑菌を死滅させる。雑菌を死滅させた処理水を処理水排出管３９から排出して回収する。

本実施の形態によれば、ミスト状の被処理水３７にプラズマを照射するので、被処理水３７の大部分がプラズマと接触し、これによって、プラズマ中の電子などからエネルギーの受け渡しを受けた水分子が解離して効率よくＯラジカル及びＯＨラジカルが生成する。従って、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルによって被処理水３７に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。

また、プラズマ中でＯラジカルやＯＨラジカルを発生させる方法においても、ミスト状の被処理水は効率的にＯラジカルやＯＨラジカルを取り込むことができ、被処理水中に含まれる雑菌をより効果的に死滅させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る水滅菌装置について説明する。

図８は、本発明の第３の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模試図である。この水滅菌装置は、水処理容器内にプラズマ生成ガスと被処理水とを供給し、プラズマ生成ガスから生成したプラズマを被処理水に照射してＯラジカル及びＯＨラジカルを発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル用いて被処理水に含まれる雑菌を死滅させるものである。

図８において、この水滅菌装置４０は、円筒状の水処理容器４１と、該水処理容器４１に設けられた被処理水４７の供給配管４２及びプラズマ生成ガス５２の供給装置としての供給配管５１と、処理水を排出する処理水排出管４９及び残留するプラズマ生成ガスを排出するガス排出管４８と、水処理容器４１に設けられたプラズマ発生装置４３とから主として構成されている。

本実施の形態におけるプラズマ発生装置４３は、誘導結合プラズマ装置であり、水処理容器４１の外周部に巻き回されたコイル４４と、該コイル４４に高周波電力を印加する高周波電源４６を備えている。高周波電源４６からコイル４４に高周波電力が印加されると水処理容器４１内に供給されたプラズマ生成ガス５２のプラズマが発生する。

このような水滅菌装置４０において、水供給配管４２から、水処理容器４１内に被処理水４７を供給する。供給された被処理水４７は水処理容器４１内を下流に向かって流通する。また、ガス供給配管５１からプラズマ生成ガス５２を水処理容器４１内に供給する。

一方、高周波電源４６からコイル４４に高周波電力を印加して水処理容器４１内に供給されたプラズマ生成ガス５２のプラズマを発生させ、該プラズマを被処理水４７に照射する。プラズマの照射を受けた被処理水４７は、プラズマ中の電子などからエネルギーの受け渡しを受けて解離し、Ｏラジカル及びＯＨラジカルを生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカルは、被処理水４７に含まれる雑菌と反応してこれを死滅させる。その後、雑菌が死滅した処理水を処理水排出管４９から排出して回収するとともに、水処理容器４１内に残留するプラズマ生成ガス５２をガス排出管４８から排出して回収する。

本実施の形態によれば、水処理容器４１内を流通する被処理水４７に、プラズマ生成ガス５２から発生したプラズマを照射するので、被処理水４７とプラズマとが良好に接触し、これによって、プラズマからエネルギーの受け渡しを受けた水分子が解離して効率よくＯラジカル及びＯＨラジカルが生成し、生成したＯラジカル及びＯＨラジカルによって被処理水４７に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。

本実施形態においても、プラズマ生成ガスとして酸素や水蒸気、オゾン、過酸化水素などを用いてプラズマで発生したＯラジカルやＯＨラジカルを被処理水に取り込ませ、被処理水の処理を行う方法が有効に活用できる。

なお、本実施の形態においては誘導結合プラズマ装置を適用した場合について説明したが、コイル４４の代わりにアンテナを設け、マイクロ波によって水処理容器４１内にプラズマを発生させても良く、また、水処理容器４１を挟むように対向して２枚の電極を設けることにより水処理容器４１内に容量結合型のプラズマを発生させても良い。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る水滅菌装置について説明する。

図９は、本発明の第４の実施の形態に係る水滅菌装置を示す模試図である。この水滅菌装置は、Ｏラジカル及びＯＨラジカルを含むガスを被処理水中に供給してバブリングし、これによって被処理水に含まれる雑菌を死滅させるものである。

図９において、この水滅菌装置６０は、水槽６１と、該水槽６１に被処理水６７を供給する水供給配管６２と、プラズマ発生装置６３と、該プラズマ発生装置６３にプラズマ生成ガス６４を供給するガス供給配管６５と、プラズマ生成ガス６４をプラズマ発生装置６３でプラズマ処理することにより発生させたＯラジカル及びＯＨラジカルを含むプラズマ処理ガスを水槽６１の被処理水６７中に供給するプラズマ処理ガス供給装置としてのプラズマ処理ガス供給配管６６とから主として構成されている。

このような水滅菌装置６０において、水供給配管６２から、水槽６１に被処理水６７を供給する。供給された被処理水６７は水槽６１内を下流に向かって流通する。一方、プラズマ発生装置６３にプラズマ生成ガス６４として、例えばＯ_２ガス、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、又はガス状の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を導入してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成する。次いで、生成したＯラジカル及びＯＨラジカルを含むプラズマ処理ガスを水槽６１内に供給してバブリングし、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルによって被処理水６７に含まれる雑菌を死滅させる。雑菌が死滅した処理水を処理水排出管６９から排出して回収する。

本実施の形態によれば、プラズマ発生装置６３で生成されたＯラジカル及びＯＨラジカルを含むガスを水槽６１内の被処理水６７中に供給してバブリングさせるので、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルによって被処理水６７に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。

本実施の形態において、被処理水６７の滅菌処理は、連続に行うことができるが、複数の水滅菌装置６０を並列してバッチ式で行ってもよい。

本実施の形態において、プラズマ発生装置６３の種類は、特に限定されるものではなく、容量結合プラズマ装置の他、誘導結合プラズマ装置、ＤＣプラズマ装置、ＤＣパルスプラズマ装置、及びマイクロ波プラズマ装置のうちのいずれであってもよい。

なお、上記いずれの実施の形態においても流れる被処理水を利用して水力発電を行うことができ、この水力発電により発生する電力を用いて上記の各実施の形態におけるプラズマ発生装置、その他電力を必要とする装置に対し、その必要電力の全部若しくは一部を供給することができる。また、プラズマ発生装置における消費電力をこの発電システムから供給することによって、被処理水の処理を終えるために被処理水の流れを止めることによりプラズマも自動的に止まるシステムとすることもできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

１０、２０、３０、４０、６０ 水滅菌装置
１１ 階段状流路
１２ 水供給配管
１３、２３、３３、４３、６３ プラズマ発生装置
１７、３７、４７、６７ 被処理水
３１、４１ 水処理容器
３２ ミスト供給配管
３９、４９、６９ 処理水排出管
４４ コイル
６０ 水槽

Claims (19)

1. 段差部と該段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路と、
   該階段状の流路の上段部に雑菌を含んだ被処理水を供給する水供給装置と、
   前記階段状の流路を膜状に流れる前記被処理水にプラズマを照射するプラズマ発生装置と、を有することを特徴とする水滅菌装置。
2. 前記プラズマ発生装置から照射されたプラズマによって前記膜状の被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１に記載の水滅菌装置。
3. 前記プラズマ発生装置により発生する前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１に記載の水滅菌装置。
4. 前記水供給装置は、前記被処理水をミスト状で前記階段状の流路に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水滅菌装置。
5. 水処理容器と、
   該水処理容器内に雑菌を含んだミスト状の被処理水を供給するミスト供給装置と、
   前記水処理容器内でプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、を有し、
   該プラズマ発生装置で発生したプラズマを前記水処理容器内に供給されたミスト状の被処理水に照射して雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌装置。
6. 前記プラズマは、該被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項５に記載の水滅菌装置。
7. 前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項５に記載の水滅菌装置。
8. 被処理水を貯留する水槽と、
   プラズマ生成ガスを用いてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成するプラズマ発生装置と、
   生成したＯラジカル及びＯＨラジカルを含むプラズマ処理ガスを前記水槽中に供給してバブリングさせるプラズマ処理ガス供給装置と、を有し、
   前記プラズマ処理ガス中の前記Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌装置。
9. 前記プラズマ発生装置は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置、ＤＣプラズマ装置、ＤＣパルスプラズマ装置、及びマイクロ波プラズマ装置のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水滅菌装置。
10. 誘電体からなり、内部を雑菌を含んだ被処理水が流れる水処理容器と、
    該水処理容器の外周部に巻き回されたコイルと、
    該コイルに接続された高周波電源と、
    前記水処理容器にプラズマ生成ガスを供給するガス供給装置と、を有することを特徴とする水滅菌装置。
11. 前記コイルに高周波電力を印加して前記水処理容器内に供給されるプラズマ生成ガスからプラズマを生成し、該生成したプラズマを前記水処理容器内を流れる被処理水に照射し、該被処理水中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１０記載の水滅菌装置。
12. 前記コイルに高周波電力を印加して前記水処理容器内に供給されるプラズマ生成ガスから生成するプラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込んで前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１０記載の水滅菌装置。
13. 段差部と該段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路に雑菌を含んだ被処理水を膜状に流通させ、該膜状に流通する被処理水に対しプラズマを照射して前記雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌方法。
14. 前記被処理水に前記プラズマを照射して前記被処理水中の少なくとも一部の水分子をＯラジカル及びＯＨラジカルに解離させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１３記載の水滅菌方法。
15. 前記プラズマ中においてＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を発生させ、発生したＯラジカル及びＯＨラジカル若しくはその一方を前記被処理水中に取り込むことにより前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする請求項１３記載の水滅菌方法。
16. ミスト状の被処理水にプラズマを照射して前記被処理水中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌方法。
17. Ｏラジカル及びＯＨラジカルを含むガスを被処理水中に供給してバブリングし、前記Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌方法。
18. 水処理容器内にプラズマ生成ガスと被処理水とを供給し、前記プラズマ生成ガスを励起して発生したプラズマによって前記被処理水中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成させ、該Ｏラジカル及びＯＨラジカルを用いて前記被処理水に含まれる雑菌を死滅させることを特徴とする水滅菌方法。
19. 前記雑菌を死滅させた処理水中に残留する電荷を除電することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の水滅菌方法。

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