JP2015003297A - 排水液処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい電力で必要なバブル量を確保して、キャビテーション及びプラズマによる排水液処理を実施する方法及び装置を提供する。【解決手段】排水液処理装置１は、排水液４を貯留する排水液貯留槽２と、入水管５内に用水７を圧送して入水管５の下流端から用水７を排水液貯留槽２に供給するポンプ１０と、入水管５内の用水７中にキャビテーションによりバブル１６を生成しかつバブル１６内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成する用水処理部１１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、キャビテーションとプラズマ放電とを使って排水液を処理する排水液処理方法及び装置に関する。

排水液処理において、キャビテーションにより生成したバブルを用いて排水液内の有機物を分解することが知られている。また、液中プラズマ放電を実施して、排水液の中又は該排水液に供給する供給液の中に殺菌作用のあるヒドロキシルラジカルを生成し、ヒドロキシルラジカルにより排水液を殺菌することも知られている。さらに、超音波振動によりキャビテーションを液中に発生させて、バブルを生成することも知られている。

特許文献１の流体処理装置は、液中プラズマ放電により、液内にヒドロキシルラジカルを生成し、ヒドロキシルラジカル入りの液と空気とを２流体混合ノズルから排水液通路内の排水液に高圧噴射して、該排水液中にバブルを生成して、ヒドロキシルラジカルとバブルとにより排水液内の有機物を分解、殺菌している。

特許文献１の流体処理装置は、さらに、排水液通路の上流側に配設される２流体混合ノズルとしての第１高圧噴射装置と、排水液通路の下流側に配設された第２高圧噴射装置とを備え、複数段の高圧噴射により排水液通路における排水液に対するキャビテーションを行っている。

特開２００９−３４５８３号公報

特許文献１における液中プラズマ放電は、高電圧（例：数ＭＶ）が必要であるので、電力量が増大するとともに、電力設備が大掛かりとなる。また、特許文献１の排水液処理装置のように、キャビテーションバブル（キャビテーションにより生成したバブル）の生成量を増大して、キャビテーションバブルによる排水液処理を向上するために、排水液の流れ方向に複数段で高圧噴射を行う場合、各高圧噴射ごとにポンプが必要になるか、共通ポンプを大型化して、共通ポンプの吐出圧を増大する必要がある。

本発明の目的は、小さい電力で必要なバブル量を確保して、キャビテーション及びプラズマによる排水液処理を実施する方法及び装置を提供することである。

本発明の排水液処理方法は、所定の液路を流れる供給液の中にキャビテーションによりバブルを生成するキャビテーション発生工程と、前記液路内を前記供給液と共に流れる前記バブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成する気中プラズマ放電工程と、前記バブルと前記放電プラズマとが混入された前記供給液を排水液内に供給する供給工程とを備えることを特徴とする。

本発明の排水液処理方法によれば、液路を流れる供給液の中にキャビテーションによりバブルを生成し、該バブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成するので、液中プラズマ放電により放電プラズマを生成する場合に比して、放電電圧を下げることができる。この結果、小さい電力で必要なバブル量を確保して、キャビテーション及びプラズマによる排水液処理を実施することができる。

本発明において、前記キャビテーション発生工程では、ノズルからの供給液噴射と、前記供給液噴射の領域の供給液に対する超音波振動とにより前記キャビテーションを発生させることが好ましい。

この構成よれば、供給液噴射の領域の供給液を超音波振動させて供給液の粗密を生成した領域に向かって、ノズルからの供給液を噴射して、キャビテーションを行うので、バブルの生成量を、キャビテーション及びプラズマ放電をそれぞれ単独で行ったときの総和量よりも大幅に増大させることができる。また、複数のノズルを使って、複数段の高圧噴射によりバブルを生成する場合よりも、ポンプの個数又は圧送圧を低減して、装置の小型化を図ることができる。

本発明の排水液処理装置は、排水液を貯留する排水液貯留槽と、供給液管路内に供給液を圧送して前記供給液管路の下流端から前記供給液を前記排水液貯留槽に供給するポンプと、前記供給液管路内の供給液の中にキャビテーションによりバブルを生成するキャビテーション発生装置と、前記キャビテーション発生装置により生成されたバブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成する気中プラズマ放電装置とを備えることを特徴とする。

本発明の排水液処理装置によれば、供給液管路を流れる供給液の中にキャビテーションによりバルブを生成し、該バブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成するので、液中プラズマ放電により液中に放電プラズマを生成する場合に比して、放電電圧を下げることができる。この結果、小さい電力で必要なバブル量を確保して、キャビテーション及びプラズマによる排水液処理を実施することができる。

本発明において、前記キャビテーション発生装置は、前記供給液管路内に配設されて上流側から下流側へ前記供給液を噴射するノズルと、該ノズルからの供給液噴射領域の供給液を超音波振動させる超音波振動装置とを含むことが好ましい。

この構成よれば、供給液噴射の領域の供給液を超音波振動させて供給液の粗密を生成した領域に向かって、ノズルからの供給液を噴射して、キャビテーションを行うので、バブルの生成量を、キャビテーション及びプラズマ放電をそれぞれ単独で行ったときの総和量よりも大幅に増大させることができる。また、複数のノズルを使って、複数段の高圧噴射によりバブルを生成する場合よりも、ポンプの個数又は圧送圧を低減して、装置の小型化を図ることができる。

排水液処理装置の模式図。 用水処理部の詳細図。 超音波振動装置の構成説明図。 プラズマ放電発生装置の構成説明図。

図１を参照して、排水液処理装置１の概略的な構成を説明する。排水液処理装置１は、主要の構成要素として排水液貯留槽２、排水管３、入水管５、放流管６、ポンプ１０及び用水処理部１１を備える。

排水液貯留槽２は、排水液４を貯留する。排水管３は、排水液４を排水液貯留槽２にその上方から放出する。入水管５は、排水液貯留槽２の側壁部に連通し、用水７を排水液貯留槽２へ導入する。放流管６は、排水液貯留槽２の側壁部に連通し、排水液貯留槽２から処理済み排水液を導出し、河川等へ放流する。

ポンプ１０は、入水管５に配設され、所定の水源より用水７を吸入して、吸入した用水７を入水管５内において用水処理部１１の方へ圧送する。用水７は、排水液４のような汚水以外の水として、例えば河川の水の他に、放流管６内の処理済み排水液を用いることができる。

用水処理部１１は、入水管５においてポンプ１０より下流側に配設され、上流側から圧送されて来る用水７に対してキャビテーション及び気中プラズマ放電３６（図２）を実施して、バブル１６及び放電プラズマとしてのヒドロキシルラジカルを生成する。ヒドロキシルラジカルはバブル１６内で発生するが、その後、入水管５又は排水液貯留槽２においてバブル１６の周囲の用水７又は排水液４に混入する。

用水処理部１１において生成されたバブル１６又はヒドロキシルラジカルは、ポンプ１０からの圧送圧により用水７の下流側の端部から排水液貯留槽２内へ供給される。排水液貯留槽２内の排水液４は、図示していない撹拌機により撹拌されつつ、入水管５から継続的に供給されて来るバブル１６及びヒドロキシルラジカルによって分解・殺菌処理１７を受ける。なお、図１において、“Ａ”は、排水液４が排水液貯留槽２内において撹拌されていることを示している。

図２を参照して、用水処理部１１を詳細に説明する。用水処理部１１は、主要構成要素としてノズル２１、超音波発生装置２２及びプラズマ放電発生装置２３を備える。ノズル２１は、入水管５内をポンプ１０から高圧で圧送されて来た用水７を下流側に向けて噴射する。

超音波発生装置２２は、超音波振動装置２８と、超音波振動装置２８に駆動電圧を供給する駆動電源２９とを有している。超音波振動装置２８は、入水管５の外周に接触するように配設され、入水管５の管壁を介して入水管５内の用水７に超音波を照射して、超音波振動を起こさせる。超音波振動装置２８により超音波振動を照射されて超音波振動する用水７の範囲は、ノズル２１からの用水７の噴射領域と一致する。

プラズマ放電発生装置２３は、交番磁界発生器３２と、交番磁界発生器３２に高周波高電圧を供給する電源３３とを有している。交番磁界発生器３２は、入水管５の外周側に配置され、入水管５内のバブル１６にプラズマ放電電圧（例：数十ｋＶの交流電圧）を印加する。入水管５内のバブル１６には、交番磁界発生器３２によるプラズマ放電電圧の印加により気中プラズマ放電３６が生じ、その際、放電プラズマとしてのヒドロキシルラジカルが生成される。

図３は超音波振動装置２８の具体的な構成を示している。超音波振動装置２８は、入水管５の周方向に９０°離れた周方向位置に配設された２つの振動子４１を有している。振動子４１は、図示の例では２つとなっているが、入水管５の径の大きさや、振動子４１の出力の大きさに応じて、振動子４１の個数を１にしたり、３つ以上に増やすこともできる。

振動子４１を複数にする場合には、複数の振動子４１は、入水管５の周方向に所定角度間隔及び入水管５の軸方向へ所定間隔で配設するのが好ましい。入水管５は、振動子４１からの超音波振動の良好な伝導体として作用するため、例えば金属管４２から構成されている。

振動子４１は、金属管４２の横断面の中心の方へ向けて、金属管４２の外周面に当てて取付けられる。振動子４１は、例えば圧電素子を利用して、印加交流電圧の周波数に応じた超音波周波数で金属管４２の横断面の直径方向へ振動する機械振動を金属管４２の周壁に付与する。各振動子４１からの超音波は、金属管４２内の用水７を金属管４２の横断面の直径方向へ進む。２つの振動子４１は、金属管４２の周方向へ９０°離れているので、２つの振動子４１からの超音波は、金属管４２内の用水７の中に金属管４２の横断面上に水分子の粗密分布を生成する。水分子の疎の部位は圧力が低く、水分子の密の部位は圧力が高くなっている。

図４は交番磁界発生器３２の具体的な構成を示している。入水管５は、交番磁界発生器３２の取付け範囲において電気絶縁体としての樹脂管４５から成る。交番磁界発生器３２は、樹脂管４５の外周に嵌装されたコイルユニット４７から成る。コイルユニット４７は、コイルを複数層かつ所定長さ範囲において巻回したものであり、電源３３（図２）からの交流駆動電圧により駆動されて、樹脂管４５内に用水７の流れ方向に交番磁界を生成する、交番磁界は、各バブル１６内に樹脂管４５の周方向の交番電圧を生成し、該交番電圧の絶対値のほぼピーク時に各バブル１６内において気中プラズマ放電３６が起きる。

次に、排水液処理装置１の全体の作用について排水液処理方法の工程順に説明する。

［用水圧送工程］
ポンプ１０は、用水７を、所定の水源から吸入して、入水管５内に高圧で吐出する。これにより、用水７は、入水管５内をポンプ１０から用水処理部１１の方へ圧送される。

［キャビテーション発生工程］
用水７は、用水処理部１１のノズル２１を通過する際、下流側に高圧噴射されて、圧力が急激に低下する。この圧力低下により噴射領域の用水７にキャビテーションが生じるように、ポンプ１０の吐出圧及びノズル２１の径が設定されている。一方、ノズル２１からの用水７の噴射領域の用水７は、超音波発生装置２２の超音波振動装置２８からの超音波により疎密が生成され、疎の部分の用水７の圧力は、十分に低くなっている。

これにより、ノズル２１による用水７の高圧噴射による圧力低下と超音波発生装置２２による用水７における超音波による圧力低下（用水７の粗の部分）との相乗効果が生じる。この相乗効果により、噴射範囲と超音波伝導範囲とが重なる範囲におけるキャビテーションが増強され、バブル１６の生成量は、ノズル２１による用水７の噴射単独及び超音波発生装置２２による用水７における超音波伝導単独でバブル１６を生成するときの生成量よりも大幅に増大する。

［気中プラズマ放電工程］
大量発生したバブル１６は、用水７の流れに乗って、プラズマ放電発生装置２３の交番磁界発生器３２によるプラズマ放電電圧の印加範囲に進む。各バブル１６は、気中プラズマ放電を発生する電圧以上の電圧をプラズマ放電電圧の印加範囲において印加され、この結果、気中プラズマ放電３６が各バブル１６において生じる。気中プラズマ放電３６は、バブル１６内にヒドロキシルラジカルを生成する。ヒドロキシルラジカルは、バブル１６内に留まるか、用水７に溶解されるかして、入水管５内を排水液貯留槽２内へ向かう。

［供給工程］
ヒドロキシルラジカル及びバブル１６を含む用水７は、入水管５の下流端から排水液貯留槽２へ供給される。

［分解・殺菌工程］
用水７は、排水液貯留槽２へ供給された後、排水液貯留槽２内の排水液４と混ざる。排水液４は、撹拌されつつ（図１の撹拌Ａ）、分解・殺菌処理１７を受ける。具体的には、バブル１６は、排水液貯留槽２において破裂して、その際に、排水液４の有機物を分解する。また、ヒドロキシルラジカルは、排水液４を殺菌する。

［放流工程］
排水液貯留槽２内の排水液４は、撹拌Ａにより排水液貯留槽２において十分に分解・殺菌処理１７を受けた後、十分に清浄である処理済み排水液となって、排水液貯留槽２から放流管６へ排出される。放流管６は、下流端において河川や放流溝等に臨んでおり、処理済み排水液は、放流管６を介して河川等に放出される。

以上、本発明の実施形態について説明した。用水７は、供給液の一例である。入水管５は、供給液が流れる液路又は供給液管路の一例である。ノズル２１及び超音波発生装置２２はキャビテーション発生装置の一例である。プラズマ放電発生装置２３は気中プラズマ放電装置の一例である。ヒドロキシルラジカルは放電プラズマの一例である。ノズル２１からの用水７の高圧噴射は供給液噴射の一例である。ノズル２１からの用水７の噴射領域は、ノズル２１からの供給液噴射領域の一例である。

実施形態では、排水液貯留槽２には、入水管５が１本しか接続されていないが、複数本の入水管５を排水液貯留槽２に接続して、複数の入水管５から排水液貯留槽２へバブル１６及びヒドロキシルラジカルを供給することもできる。

１・・・排水液処理装置、２・・・排水液貯留槽、４・・・排水液、５・・・入水管（液路又は供給液管路）、７・・・用水（供給液）、１０・・・ポンプ、１６・・・バブル、２１・・・ノズル（キャビテーション発生装置）、２２・・・超音波発生装置（キャビテーション発生装置）、２３・・・プラズマ放電発生装置（気中プラズマ放電装置）、２８・・・超音波振動装置。

Claims (4)

1. 所定の液路を流れる供給液の中にキャビテーションによりバブルを生成するキャビテーション発生工程と、
   前記液路内を前記供給液と共に流れる前記バブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成する気中プラズマ放電工程と、
   前記バブルと前記放電プラズマとが混入された前記供給液を排水液内に供給する供給工程とを備えることを特徴とする排水液処理方法。
2. 請求項１記載の排水液処理方法において、
   前記キャビテーション発生工程では、ノズルからの供給液噴射と、前記供給液噴射の領域の供給液に対する超音波振動とにより前記キャビテーションを発生させることを特徴とする排水液処理方法。
3. 排水液を貯留する排水液貯留槽と、
   供給液管路内に供給液を圧送して前記供給液管路の下流端から前記供給液を前記排水液貯留槽に供給するポンプと、
   前記供給液管路内の供給液の中にキャビテーションによりバブルを生成するキャビテーション発生装置と、
   前記キャビテーション発生装置により生成されたバブル内に気中プラズマ放電を発生させて放電プラズマを生成する気中プラズマ放電装置とを備えることを特徴とする排水液処理装置。
4. 請求項３記載の排水液処理装置において、
   前記キャビテーション発生装置は、前記供給液管路内に配設されて上流側から下流側へ前記供給液を噴射するノズルと、該ノズルからの供給液噴射領域の供給液を超音波振動させる超音波振動装置とを含むことを特徴とする排水液処理装置。

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