JP2015171672A - Water treatment apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、放電で生じたオゾン及びラジカル等を用いて被処理水を処理する水処理装置及び水処理方法に関するものである。 The present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method for treating water to be treated using ozone, radicals, and the like generated by discharge.
これまで上下水の処理においては、一般にオゾン又は塩素が用いられてきた。しかし、例えば工業排水及び再利用水等には、オゾン又は塩素では分解されない難分解性物質が含まれることがある。特に、ダイオキシン類及びジオキサン等の除去が大きな課題となっている。 So far, ozone or chlorine has generally been used in the treatment of water and sewage. However, for example, industrial wastewater and reused water may contain a hardly decomposable substance that is not decomposed by ozone or chlorine. In particular, the removal of dioxins and dioxane is a major issue.
一部では、オゾン(O3)と過酸化水素(H2O2)又は紫外線とを組み合わせることで、オゾン又は塩素よりも活性の高いヒドロキシルラジカル(OHラジカル)を被処理水中で発生させ、難分解性物質の除去を行う方法が実用化されているが、装置コスト及び運転コストが非常に高く、あまり普及していない。そこで、放電で発生させたOHラジカルを被処理水に直接作用させることで、高効率に難分解性物質を除去する方法が提案されている。 In some cases, by combining ozone (O 3 ) with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or ultraviolet rays, hydroxyl radicals (OH radicals) that are more active than ozone or chlorine are generated in the water to be treated. Although a method for removing a degradable substance has been put into practical use, the apparatus cost and the operation cost are very high and are not so popular. In view of this, a method has been proposed in which OH radicals generated by electric discharge are directly applied to the water to be treated to remove the hardly decomposable substance with high efficiency.
具体的には、線状の高圧電極と、それを囲う円筒状の接地電極との間にパルス電圧を印加することでストリーマー放電を形成するとともに、水滴状態の被処理水を上方からストリーマー放電空間に供給することで、被処理水を処理する水処理装置が提案されている。この水処理装置によれば、短寿命のOHラジカルを被処理水に効率よく作用させることができる(例えば、特許文献1参照)。 Specifically, streamer discharge is formed by applying a pulse voltage between a linear high-voltage electrode and a cylindrical ground electrode surrounding the linear high-voltage electrode, and water to be treated is treated from above with a streamer discharge space. A water treatment apparatus for treating water to be treated has been proposed. According to this water treatment apparatus, short-lived OH radicals can be efficiently applied to the water to be treated (see, for example, Patent Document 1).
また、上下に対向する一対の電極板を傾斜した状態で配置し、下部電極上を被処理水が流下するようにし、電極間にバリア放電を形成することで被処理水を処理する水処理装置も提案されている。この水処理装置によれば、簡単な構成で被処理水を効率よく処理することができる(例えば、特許文献2参照)。 Also, a water treatment device that treats the water to be treated by arranging a pair of electrode plates facing each other in an inclined state so that the water to be treated flows down on the lower electrode and forming a barrier discharge between the electrodes. Has also been proposed. According to this water treatment apparatus, water to be treated can be efficiently treated with a simple configuration (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上述の特許文献1に示された従来の水処理装置では、水滴状態の被処理水がストリーマー放電空間を垂直に落下するため、ストリーマー放電空間に存在するOHラジカルと被処理水との接触時間が極めて短い。このため、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を行う際には、被処理水を何度も循環させるか、放電電極を非常に高くする必要がある。このため、被処理水の吸い上げエネルギーの増加、及び装置の大型化などが問題となる。
However, in the conventional water treatment apparatus shown in
一方、特許文献2に示された従来の水処理装置では、放電で生じるOHラジカルと被処理水との接触が被処理水の表面に限られるため、ラジカルを被処理水に対して効率的に作用させることができない。また、OHラジカルの寿命は1ミリ秒以下と短いため、実質的に有効なのは水面の極近傍に限られ、被処理水の深い部分の処理が進まない問題があった。
On the other hand, in the conventional water treatment apparatus shown in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる水処理装置及び水処理方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a water treatment apparatus and water that can perform the decomposition of a hardly decomposable substance or the removal of high-concentration organic stains with high efficiency and high speed. The object is to obtain a processing method.
この発明に係る水処理装置は、水平面に対して傾斜して配置されている接地電極、接地電極の上方に配置されており、かつ複数の孔が設けられており、供給された被処理水を、孔を通して水滴として接地電極上に落下させるシャワープレート、及び接地電極とシャワープレートとの間に配置されており、接地電極との間に放電を形成する放電電極を備えている。 The water treatment apparatus according to the present invention is provided with a ground electrode that is inclined with respect to a horizontal plane, disposed above the ground electrode, and provided with a plurality of holes. And a shower plate that drops onto the ground electrode as water droplets through the holes, and a discharge electrode that is disposed between the ground electrode and the shower plate and forms a discharge with the ground electrode.
この発明の水処理装置は、シャワープレートにより被処理水を水滴化して接地電極上に落下させるので、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる。 In the water treatment apparatus of the present invention, the water to be treated is made into water droplets by the shower plate and dropped onto the ground electrode, so that it is possible to perform the decomposition of the hardly decomposable substance or the removal of high-concentration organic dirt at a high efficiency and at a high speed. it can.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による水処理装置の断面図である。図において、密閉構造の金属製の処理槽1の上部には、給水口1a及びガス排出口1bが設けられている。処理槽1の下部には、排水口1cが設けられている。処理槽1の側面には、ガス供給口1dが設けられている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view of a water treatment apparatus according to
処理槽1内には、接地電極としての平板電極2が収容されている。平板電極2は、処理槽1の底面に立てられた上流側架台3a及び下流側架台3bにより支持されており、水平面に対して傾斜して配置されている。即ち、平板電極2の上流側端部(図1の右端部)は、下流側端部(図1の左端部)よりも高くなっている。
A
処理槽1内の平板電極2の上方には、平板状のシャワープレート12が配置されている。シャワープレート12は、上流側支持部材13a及び下流側支持部材13bにより支持されており、水平面に対して傾斜して配置されている。また、シャワープレート12は、平板電極2の上面に対向して、平板電極2に平行に配置されている。即ち、シャワープレート12の上流側端部(図1の右端部)は、下流側端部(図1の左端部)よりも高くなっている。
A
シャワープレート12には、複数(多数)の孔12aが設けられている。シャワープレート12としては、例えばパンチングメタル材又はメッシュ状の板材等を用いることができる。
The
シャワープレート12の上流側端部は、給水口1aの真下に配置されている。被処理水4は、給水口1aから処理槽1内に供給され、シャワープレート12の上面に沿って斜め下方へ流れる。シャワープレート12は、供給された被処理水4を、孔12aを通して水滴4aとして平板電極2上に落下させる。
The upstream end of the
平板電極2上に落下した被処理水4は、平板電極2の上面に沿って斜め下方へ流れ、排水口1cから処理槽1外へ排出される。
The treated
処理槽1内の平板電極2の上方には、平板電極2に対して空隙を介して放電電極としての複数(この例では3本)のワイヤ電極6a,6b,6cが配置されている。ワイヤ電極6a,6b,6cは、平板電極2とシャワープレート12との間に配置されている。
A plurality of (three in this example)
また、ワイヤ電極6a,6b,6cは、被処理水4の流下方向に互いに間隔をおいて配置されている。さらに、ワイヤ電極6a,6b,6cは、平板電極2の上面に対して等間隔をおいて配置されている。さらにまた、ワイヤ電極6a,6b,6cは、平板電極2の幅方向(図1のX軸方向)に平行かつ水平に張られている。
Further, the
処理槽1の外部には、パルス電源7が設置されている。ワイヤ電極6a,6b,6cは、パルス電源7に対して配線8を介して並列に接続されている。パルス電源7は、処理槽1に対して絶縁部9により電気的に絶縁されている。平板電極2は、電気的に接地されている。実施の形態1の放電形成手段10は、パルス電源7及び配線8を有しており、平板電極2とワイヤ電極6a,6b,6cとの間に高電圧を印加して放電11a,11b,11cを形成する。
A
ガス供給口1dには、酸素ガスを満たしたガス供給源17が流量調節器18を介して接続されている。
A
図2は図1の水処理装置の要部を示す斜視図である。平板電極2は、水平方向に対して傾斜角θだけ傾斜している。平板電極2の幅方向両端部には、一対の側壁20a,20bが設けられている。被処理水4は、平板電極2上の側壁20a,20b間を流下する。
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the water treatment apparatus of FIG. The
側壁20a,20b上には、ワイヤ電極6a,6b,6cを保持する複数対(この例では3対)の保持部材21が固定されている。ワイヤ電極6a,6b,6cは、保持部材21により側壁20a,20b及び平板電極2に対して電気的に絶縁されている。
A plurality of pairs (three pairs in this example) of holding
次に、動作について説明する。ガス供給源17から供給された酸素ガスは、流量調節器18により所定の流量に調節された後、ガス供給口1dから処理槽1内に供給される。ガス排出口1bからは、供給酸素ガス流量と同じ流量で、処理槽1内のガスが排気される。これにより、所定時間経過後に、処理槽1内から空気が排出され、処理槽1内に高酸素濃度の雰囲気が形成される。高酸素濃度の雰囲気とすることにより、オゾン濃度が高くなり、難分解性物質の分解能力が高まる。
Next, the operation will be described. The oxygen gas supplied from the
給水口1aからシャワープレート12上に供給された被処理水4は、シャワープレート12上を流水となって流れる。このとき、シャワープレート12の孔12aからは、流水の一部が水滴4aとなって順次平板電極2上に落下する。水滴4aは、平板電極2の傾斜面上に降り注ぎ、平板電極2上の側壁20a,20b間に水膜を形成して流下し、排水口1cから排出される。
The treated
このように被処理水4を流す一方で、パルス電源7を動作させ、ワイヤ電極6a,6b,6cにパルス電圧を印加することで、ワイヤ電極6a,6b,6cから平板電極2の方向に放電11a,11b,11cが形成される。
While flowing the
図3は図1の水処理装置の水処理動作を説明するための説明図である。形成された放電場(空間)には、シャワープレート12から落下した水滴4aの表面と、平板電極2上を流れる流水の表面が曝される。その結果、水滴4aと放電との気液界面の接触面と、平板電極2上を流れる流水と放電との気液界面の接触面とにおいて反応が生じ、被処理水4中の難分解性物質の除去などの水処理が行われる。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a water treatment operation of the water treatment apparatus of FIG. 1. The surface of the
ここで、孔12aの大きさ、シャワープレート12全体に占める孔12aの開口率、被処理水4の流量、及びシャワープレート12の傾斜角度は、水滴4aを形成する上で重要な設定値となる。従って、上記の設定値は、実験により予め最適化しておく必要がある。ここでは、シャワープレート12としてパンチングメタル材を用い、各孔12aの径を5mm、開口率を60%とした。
Here, the size of the
孔12aの径は1mmから100mmのまでの範囲が好適で、開口率は10%から80%までの範囲が好適である。また、シャワープレート12上を流れる被処理水4は、上流から下流に流れる間に全て水滴4aとして落下するのが望ましい。
The diameter of the
次に、実施の形態1の水処理装置による水処理の原理について説明する。ここでは、有機物の分解を例にとって説明するが、放電で生じるO3及びOHラジカルは除菌及び脱色にも有効である。
Next, the principle of water treatment by the water treatment apparatus of
上述したように、ワイヤ電極6a,6b,6cと平板電極2間で形成された放電場(空間)には、シャワープレート12から落下した水滴4aの表面と、平板電極2上を流れる流水の表面とが曝される。このとき、酸素分子(O2)、水分子(H2O)が高エネルギーの電子と衝突し、(1)式、(2)式の解離反応が生じる。ここでeは電子、Oは原子状酸素、Hは原子状水素、OHはOHラジカルである。
e+O2→2O ・・・(1)
e+H2O→H+OH ・・・(2)
As described above, the discharge field (space) formed between the
e + O 2 → 2O (1)
e + H 2 O → H + OH (2)
(1)式で発生した原子状酸素の一部は、(3)式の反応によりオゾン(O3)となる。ここで、Mは反応の第三体であり、気中のあらゆる分子又は原子を表す。
O+O2+M→O3 ・・・(3)
Part of the atomic oxygen generated by the formula (1) becomes ozone (O 3 ) by the reaction of the formula (3). Here, M is the third body of the reaction and represents any molecule or atom in the air.
O + O 2 + M → O 3 (3)
また、(2)式で生じたOHラジカルの一部は、(4)式の反応により過酸化水素(H2O2)となる。
OH+OH→H2O2 ・・・(4)
Further, part of the OH radical generated in the formula (2) becomes hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by the reaction in the formula (4).
OH + OH → H 2 O 2 (4)
そして、(1)〜(4)式の反応で生成されたO、OH、O3、H2O2などの酸化性粒子は、(5)式の反応により、被処理水4中の有機物を二酸化炭素(CO2)と水とに酸化分解する。ここで、Rは処理対象となる有機物である。
R+(O、OH、O3、H2O2)→CO2+H2O ・・・(5)
Oxidized particles such as O, OH, O 3 , and H 2 O 2 generated by the reactions of the formulas (1) to (4) are converted into organic substances in the
R + (O, OH, O 3 , H 2 O 2 ) → CO 2 + H 2 O (5)
このような実施の形態1の水処理装置及び水処理方法によれば、シャワープレート12の孔12aにより被処理水4を水滴4aとして平板電極2上に落下させつつ、平板電極2とワイヤ電極6a,6b,6cとの間に放電11a,11b,11cを形成するので、(5)式の反応を多く生じさせることができ、高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる。また、このような効果は、難分解性物質の分解についても同様に得られる。
According to the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment, the
即ち、実施の形態1では、シャワープレート12から落下した水滴4aに加えて、落下した水滴4aが傾斜した平板電極2上を流れる。そのため、特許文献1のような落下する水滴だけの場合、及び特許文献2のような傾斜面を流れる流水のみの場合に比べて、放電11a,11b,11cと被処理水4とが接触する面積が増加する。これにより、被処理水4中の有機物と酸化性粒子との反応面積が増加し、有機物の分解が進行する(広い気液界面面積の効果)。
That is, in the first embodiment, in addition to the
また、被処理水4が傾斜した平板電極2上を流れるため、垂直に落下する場合と比べて流下速度が遅くなり、放電11a,11b,11cに長時間接触することになる。このため、被処理水4中の有機物と酸化性粒子との反応回数が増加し、有機物の分解が進行する(長時間滞在効果)。
Moreover, since the to-
水滴4aを生成することにより、反応面積が増大して有機物の分解速度が向上することを、以下の試験により確かめた。試験では、難分解性物質を含む被処理水4として、酢酸ナトリウム50mgを純水に溶かした溶液1Lを、図1に示した水処理装置を用いて分解処理した。また、放電ガスとしては、酸素500sccmを供給した。そして、水滴4aが無い場合、即ち平板電極2上に溶液を直接流した場合と、シャワープレート12を通して溶液を水滴化した場合とを比較した。
It was confirmed by the following test that the reaction area is increased and the decomposition rate of the organic matter is improved by generating the
なお、試験では、排水口1cから排出された溶液を給水口1aに戻して循環させながら処理をした。また、一定時間毎に溶液の一部をサンプリングして有機炭素(TOC)評価を行った。
In the test, the solution discharged from the
図4は上記の試験によるTOCの時間変化を示すグラフである。図4において、TOC値は最大値で規格化しており、●は溶液を水滴化しなかった場合、○は水滴化した場合を示している。 FIG. 4 is a graph showing the time change of TOC by the above test. In FIG. 4, the TOC value is normalized by the maximum value, ● indicates that the solution was not formed into water droplets, and ○ represents the case where the solution was formed into water droplets.
図4に示すように、処理時間の経過とともに被処理水4が分解されTOC濃度が減少した。特に、溶液を水滴化した場合は、一時間後に8割の有機炭素が分解された。一方、溶液を水滴化しなかった場合は、一時間後に2割しか分解しなかった。以上のことから、シャワープレート12により被処理水4を水滴化することによる分解速度の向上を確認することができた。
As shown in FIG. 4, the to-
実施の形態2.
次に、図5はこの発明の実施の形態2による水処理装置のシャワープレート12の断面図である。実施の形態2では、シャワープレート12の下面に、孔12aの周縁部から下方へ突出した複数の突起部12bが取り付けられている。他の構成は、実施の形態1と同様である。
Next, FIG. 5 is a sectional view of a
このような水処理装置では、シャワープレート12に突起部12bが取り付けられているので、シャワープレート12からの水滴4aの落下が容易になり、水処理能力を向上させることができる。
In such a water treatment apparatus, since the
実施の形態3.
次に、図6はこの発明の実施の形態3による水処理装置のシャワープレート12を示す斜視図、図7は図6の孔12aを拡大して示す斜視図である。実施の形態3では、シャワープレート12を構成する板材の孔12aに対応する部分を、一部を残して三角形の爪状に切り欠き、切り欠いた部分を水滴4aの落下方向へ向けて折り曲げることにより、三角形の孔12aとそれと同形状の突起部12cとが同時に形成されている。他の構成は、実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
Next, FIG. 6 is a perspective view showing a
このような水処理装置では、シャワープレート12に突起部12cが形成されているので、シャワープレート12からの水滴4aの落下が容易になり、水処理能力を向上させることができる。また、突起部12cを容易に追加することができる。
In such a water treatment apparatus, since the
なお、実施の形態3では、三角形の突起部12cを示したが、突起部12cの形状はこれに限定されるものではない。
In the third embodiment, the
実施の形態4.
次に、図8はこの発明の実施の形態4による水処理装置のシャワープレート12の断面図である。実施の形態4では、シャワープレート12の下方に、シャワープレート12から落下した水滴4aに当たって水滴4aを微細化して平板電極2上に落下させるバリア部材14が配置されている。バリア部材14としては、例えば、複数の線材の組み合わせ、メッシュ板、又はパンチングメタル板などを用いることができ、求められる水滴4aのサイズに応じて選定される。また、この例では、バリア部材14は、複数の支持体15を介してシャワープレート12に支持されている。他の構成は、実施の形態1、2又は3と同様である。
Next, FIG. 8 is a sectional view of a
このような水処理装置では、バリア部材14により水滴4aが微細化されるので、水滴4a全体の総表面積が増加し、水滴4aと放電との接触面積が増大して、より効率的に、かつより高速で水処理を行うことができる。
In such a water treatment apparatus, since the
実施の形態5.
次に、図9はこの発明の実施の形態5による水処理装置の断面図である。密閉構造の金属製の処理槽31の上部には、給水口31a及びガス排出口31bが設けられている。処理槽31の下部には、排水口31c及びガス供給口31dが設けられている。
Embodiment 5 FIG.
9 is a sectional view of a water treatment apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. A
給水口31aには、水量調節機構32が設けられている。被処理水4は、水量調節機構32を介して、給水口31aから処理槽31に供給され、処理槽31内で処理された後に、排水口31cから排出される。
A water
処理槽31内の最上部には、処理装置のシャワープレート12が配置されている。シャワープレート12の下方には、第1ないし第4の水処理ユニット33a,33b,33c,33dが上下方向に並べて配置されている。即ち、処理槽31内には、第1ないし第4の水処理ユニット33a,33b,33c,33dが多段に配置されている。
A
第1ないし第3の水処理ユニット33a,33b,33cは、シャワープレートを兼ねる接地電極であるシャワー電極34と、実施の形態1と同様のワイヤ電極6a,6b,6cとをそれぞれ有している。シャワー電極34には、複数(多数)の孔34aが設けられている。シャワー電極としては、例えばパンチングメタル材又はメッシュ状の板材等を用いることができる。シャワー電極34は、供給された被処理水4を、孔34aを通して水滴4aとして落下させる。
The first to third
第4の水処理ユニット33dは、実施の形態1と同様の平板電極2とワイヤ電極6a,6b,6cとを有している。
The fourth
上下に隣接する水処理ユニット33a,33b,33c,33dでは、シャワー電極34又は平板電極2が水平面に対して交互に逆方向に傾斜している。第1の水処理ユニット33aのシャワー電極34は、水平面に対してシャワープレート12とは逆方向に傾斜している。このように、シャワープレート12、シャワー電極34及び平板電極2は、被処理水4が上段から下段へ向けて連続して流下するように配置されている。
In the
シャワープレート12及びシャワー電極34の下流側の端部には、被処理水4を堰き止める堰35が取り付けられており、流水の全てを下段のシャワー電極34又は平板電極2へと導く。
A
各水処理ユニット33a,33b,33c,33dのワイヤ電極6a,6b,6cは、パルス電源7(図1)と電気的に並列に接続されており、シャワー電極34及び平板電極2は電気的に接地されている。
The
図10は図9の要部を拡大して示す断面図である。シャワープレート12の流水方向の第1の端部、ここでは下流側の端部は、処理槽31内に固定された支持部36に回転可能に接続されている。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of FIG. A first end of the
処理槽31内には、角度調節機構としての複数の駆動装置37が設けられている。駆動装置37は、上下方向へ駆動される上下駆動棒37aが設けられている。シャワープレート12の流水方向の第2の端部、ここでは上流側の端部は、上下駆動棒37aの上端部に接続されている。シャワープレート12は、駆動装置37により、下流側の端部を中心として回転される。即ち、シャワープレート12の傾斜角度は、駆動装置37により調節可能となっている。
In the
シャワー電極34及び平板電極2についても、シャワープレート12と同様に、傾斜角度が調節可能となっている。シャワープレート12、シャワー電極34及び平板電極2の傾斜角度をそれぞれ調節することにより、最適な処理能力を設定することができる。
As for the
次に、動作について説明する。ガス供給口31dから処理槽31内にガスを供給するとともに、ガス排出口31bから排気することにより、処理槽31内をガスで充満させる。
Next, the operation will be described. While supplying gas into the
被処理水4は、給水口31aを通って処理槽31内に供給され、まずシャワープレート12上を流れながら水滴4aとなって第1の水処理ユニット33aのシャワー電極34上に落下する。なお、最上段のシャワープレート12上を流れる被処理水4の全てが水滴4aとなるように、シャワープレート12の孔12aのサイズ、開口率、流量、傾斜角度を設定しておく。
The to-
第1の水処理ユニット33aに落下した水滴4aは、シャワー電極34上を流水となって流れつつ、水滴4aとなって第2の水処理ユニット33bのシャワー電極34上に落下する。このようにして、被処理水4は、下段の水処理ユニット33c,33dへと順次進んで行く。また、処理槽31内に供給されたガスは、処理槽31内の下部域から気流となって上昇し、ガス排出口31bから排気される。
The
各水処理ユニット33a,33b,33c,33dでは、ワイヤ電極6a,6b,6cにパルス電圧を印加することにより、放電11a,11b,11cが発生している。各水処理ユニット33a,33b,33c,33dに落下した水滴4aは、放電場(空間)と接触して、上述した反応及び作用により処理される。
In each of the
また、各水処理ユニット33a,33b,33c,33dを流下する被処理水4についても、放電場と接触するので、上述の反応及び作用により処理される。
Moreover, since the to-
なお、第1の水処理ユニット33aだけでは全ての被処理水4を分解処理することはできないが、第1ないし第4の水処理ユニット33a,33b,33c,33dを通過することで、全ての被処理水4が分解処理されるように、各水処理ユニット33a,33b,33c,33dの処理能力を設定する。
In addition, although all the to-
処理槽31全体の処理能力と、各水処理ユニット33a,33b,33c,33dの処理能力は、被処理水4の流量、放電の電力、シャワー電極34又は平板電極2の傾斜角度で調整される。被処理水4の流量は、水量調節機構32により調節することができる。また、シャワー電極34及び平板電極2の傾斜角度は、駆動装置37により調節することができる。
The treatment capacity of the
例えば、被処理水4中の処理対象物質の濃度が高い場合、又は難分解性物質が処理対象となる場合には、被処理水4の流量を少なく設定するとともに、シャワー電極34及び平板電極2の水平方向に対する傾斜角度を小さく設定する。これにより、被処理水4が水処理ユニット33a,33b,33c,33d内に長時間滞在し、処理対象物質の分解が進む。
For example, when the concentration of the substance to be treated in the water to be treated 4 is high, or when a hardly decomposable substance is to be treated, the flow rate of the water to be treated 4 is set low, and the
逆に、被処理水4中の処理対象物質の濃度が低い場合、又は容易に分解される物質が処理対象である場合には、被処理水4の流量を大きく設定するとともに、シャワー電極34及び平板電極2の水平方向に対する傾斜角度を大きく設定する。これにより、被処理水4が短時間で水処理ユニット33a,33b,33c,33dを通過するため、全体として高速な水処理が行われる。
Conversely, when the concentration of the treatment target substance in the treated
このような水処理装置及び水処理方法では、水処理ユニット33a,33b,33c,33dが多段に配置されているため、被処理水4が放電11a,11b,11cに接する時間が延長され、実施の形態1と比較して、処理槽31を一度通過しただけで高い水処理効果が得られる。
In such a water treatment apparatus and water treatment method, since the
また、OHラジカル等の作用により、水滴4aの気液界面近傍の有機物が分解されてその濃度が低下すると、前述の(5)式の反応頻度が低下する。これに対して、実施の形態5では、形成された水滴4aが、短時間で被処理水4の水面に落下して被処理水4と合一し、その後再びシャワー電極34から別の水滴4aとなって下段に降り注ぐため、水滴4aの形成と合一とが頻繁に繰り返される。このような水滴4aの再形成に伴い、気液界面近傍の分子が交換され、新たな有機物の分子が現れることになるため、(5)式の反応が継続的に生じ、有機物の分解が進行する(分子交換効果)。
Further, when the organic substance in the vicinity of the gas-liquid interface of the
さらに、水滴4a形成及び合一の過程において、被処理水4が攪拌されるため、被処理水4中に溶解したO3及びH2O2の濃度が均一化され、水中におけるO3、H2O2によって生じる有機物Rの分解反応が効率的に生じる(混合効果)。
Further, since the water to be treated 4 is agitated in the process of forming and uniting the
さらにまた、ガスを処理槽31内の下部域に導入して、処理槽31の上部に配置されたガス排出口31bから排気するので、処理槽31内を上昇する気流が形成される。この上昇気流による水滴4aを押し上げる効果により、水滴4aの落下時間が遅くなり、放電で生じるO3及びOHラジカルとの接触時間が増加して反応が促進される。
Furthermore, since the gas is introduced into the lower area in the
以上の効果により、例えば特許文献1のように、被処理水を何度も循環させ、放電電極を非常に高くすることなく、水処理を行うことができる。また、特許文献2と比べて、効率的かつ高速に水処理を行うことができる。
By the above effects, for example, as in
また、被処理水4の流量と、各シャワー電極34及び平板電極2の傾斜角度とが調節可能であるため、被処理水4の水質及び水量に応じた最適な動作が可能となる。
In addition, since the flow rate of the water to be treated 4 and the inclination angle of each
ここで、図11は図9の水処理装置の制御系を示すブロック図である。中央制御装置111は、ガス流量制御部112、水量制御部113、傾斜角度制御部114、及び電力制御部115へ制御信号をそれぞれ出力し、装置全体の処理能力の最適制御を行う。
Here, FIG. 11 is a block diagram showing a control system of the water treatment apparatus of FIG. The
ガス流量制御部112は、中央制御装置111からの制御信号に応じてガス流量調節機構116に指令信号を出力し、処理槽31内に供給するガスの流量を最適化する。
The gas flow
水量制御部113は、中央制御装置111からの制御信号に応じて水量調節機構32に指令信号を出力し、処理槽31内に供給する被処理水4の流量を最適化する。
The water
傾斜角度制御部114は、中央制御装置111からの制御信号に応じて、水処理ユニット33a,33b,33c,33dのうちの対応する駆動装置37に信号を出力し、シャワー電極34又は平板電極2の傾斜角度を最適化する。
The tilt
第1の水処理ユニット33aには、第1のパルス電源118が接続されている。第2の水処理ユニット33bには、第2のパルス電源119が接続されている。第3の水処理ユニット33cには、第3のパルス電源120が接続されている。第4の水処理ユニット33dには、第4のパルス電源121が接続されている。
A first
電力制御部115は、中央制御装置111からの制御信号に応じて、パルス電源118,119,120,121の電力を調整する信号を出力し、各水処理ユニット33a,33b,33c,33dの放電電力を最適化する。
The
なお、実施の形態5では、4台の水処理ユニット33a,33b,33c,33dを用いたが、水処理ユニットの台数は、処理槽31の寸法、又は必要とされる水処理能力などに応じて適宜設定することができる。
In the fifth embodiment, four
また、水量調節機構32としては、例えば定量ポンプ又はマスフローコントローラを用いることができるが、水量を任意に調節できるものであれば、これらに限定されるものではない。
Further, as the water
さらに、各水処理ユニットの構成は、互いに異なっていてもよい。例えば、接地電極の傾斜角度、放電電極と接地電極との距離、放電電極の数、放電電極の種類、放電電極の形状、及び放電電力等は、必ずしも同一である必要はなく、各水処理ユニット間で異ならせてもよい。 Furthermore, the configuration of each water treatment unit may be different from each other. For example, the inclination angle of the ground electrode, the distance between the discharge electrode and the ground electrode, the number of discharge electrodes, the type of discharge electrode, the shape of the discharge electrode, and the discharge power are not necessarily the same, and each water treatment unit It may be different between.
さらにまた、被処理水4の処理は下流に進むに従って進行することから、例えば下流側に位置する水処理ユニットほど傾斜を急にしたり、放電電力を低くしたりすることで、無効な電力消費を抑制することができる。
また、実施の形態5では、シャワー電極34及び平板電極2の傾斜角度、被処理水4の流量、及び放電電力を調節可能としたが、これらのうちのいずれか1つ又は2つのみを調節可能としてもよい。
Furthermore, since the treatment of the water to be treated 4 proceeds as it progresses downstream, for example, the water treatment unit located on the downstream side has a steeper slope or lower discharge power, thereby reducing invalid power consumption. Can be suppressed.
In the fifth embodiment, the inclination angle of the
さらに、実施の形態5では、最下段の水処理ユニット33dを除く水処理ユニット33a,33b,33cの接地電極を全てシャワー電極34としたが、必ずしも全てシャワー電極34としなくてもよく、一部を平板電極2としてもよい。その場合、中段に位置する平板電極2の端部に堰35は設けない。
さらにまた、実施の形態5のシャワープレート12を省略することもできる。
Further, in the fifth embodiment, all the ground electrodes of the
Furthermore, the
さらに、実施の形態1〜5では、放電形成にパルス電源を用いたが、安定して放電が形成できれば、必ずしもパルス電源である必要はなく、例えば交流電源又は直流電源であってもよい。
さらにまた、パルス電源から出力される電圧の極性、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅などは、電極構造及びガス種等の諸条件に応じて適宜決定することができる。一般に、電圧波高値は、1kV〜50kVが望ましい。これは、1kV以下では安定した放電が形成されず、また、50kV以上とするには、電源の大型化及び電気絶縁の困難化によりコストが著しく増加するためである。
Further, in the first to fifth embodiments, the pulse power source is used for the discharge formation. However, the pulse power source is not necessarily required as long as the discharge can be stably formed. For example, an AC power source or a DC power source may be used.
Furthermore, the polarity of the voltage output from the pulse power supply, the voltage peak value, the repetition frequency, the pulse width, and the like can be appropriately determined according to various conditions such as the electrode structure and the gas type. In general, the voltage peak value is desirably 1 kV to 50 kV. This is because a stable discharge is not formed at 1 kV or less, and the cost increases remarkably due to an increase in the size of the power source and difficulty in electrical insulation in order to achieve 50 kV or more.
また、繰り返し周波数は、10pps(pulse-per-second)〜100kppsとすることが望ましい。これは、10pps以下では、十分な放電電力を投入するために非常に高い電圧が必要となり、逆に、100kpps以上とすると、水処理の効果が飽和し、電力効率が低下するためである。また、被処理水4の流量又は処理対象物質の組成の少なくともいずれか一方に応じて、電圧、パルス幅、パルス繰り返し周波数を調整するようにしてもよい。 The repetition frequency is preferably 10 pps (pulse-per-second) to 100 kpps. This is because, if it is 10 pps or less, a very high voltage is required to supply sufficient discharge power. Conversely, if it is 100 kpps or more, the effect of water treatment is saturated and the power efficiency is lowered. Further, the voltage, pulse width, and pulse repetition frequency may be adjusted according to at least one of the flow rate of the water to be treated 4 and the composition of the substance to be treated.
さらに、平板電極は、導電性材料で構成することができる。特にステンレス鋼又はチタンなど、耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。
さらにまた、平板電極の上面をガラス又はセラミックなどの誘電体で被覆することもできる。これにより、腐食の抑制、アーク放電の抑制、金属コンタミネーション発生の抑制などといった効果が得られる。
Further, the plate electrode can be made of a conductive material. In particular, it is desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
Furthermore, the upper surface of the plate electrode can be covered with a dielectric such as glass or ceramic. Thereby, effects such as suppression of corrosion, suppression of arc discharge, suppression of occurrence of metal contamination, and the like can be obtained.
また、放電電極にも、ステンレス鋼又はチタンなど耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましいが、これ以外の導電性材料を用いることもできる。また、放電電極の表面をガラス又はセラミックなどの誘電体で被覆してもよい。 Moreover, although it is desirable to use a metal material excellent in corrosion resistance, such as stainless steel or titanium, for the discharge electrode, other conductive materials can be used. Further, the surface of the discharge electrode may be covered with a dielectric such as glass or ceramic.
さらに、実施の形態1〜5では、放電電極としてワイヤ電極6a,6b,6cを用いたが、放電電極は必ずしもワイヤ状である必要はない。放電電極として、例えば針、メッシュ又はパンチングメタルなども用いることができる。但し、比較的低い電圧で安定した放電を形成するためには、板状よりも、電界集中が生じるワイヤ、針、メッシュ状にすることが望ましい。
Furthermore, in Embodiment 1-5, although
図12〜14は、放電電極の第1ないし第3の変形例を示す斜視図である。図12は、断面楔形のロッドからなる放電電極41を示している。このような放電電極41では、鋭利な楔先端で電界強度を増すことができる。
12 to 14 are perspective views showing first to third modifications of the discharge electrode. FIG. 12 shows a
また、図13は、ワイヤ又はロッドからなる直線状の電極本体42aに複数本の針状の金属線42aを直角に接合してなる放電電極42を示している。このような放電電極42では、金属線42bの針先で電界強度を増すことができる。
FIG. 13 shows a
さらに、図14は、複数のパンチ孔43aが設けられたパンチングメタル板からなる放電電極43を示している。このような放電電極43では、パンチ孔43aで電界強度を増すことができる。
Further, FIG. 14 shows a
また、実施の形態1〜5では、酸素ガスを供給することで処理槽1,31の内部を高酸素濃度(純酸素)雰囲気としたが、ガス種は酸素に限定されるものではない。酸素を含むガス中であれば、前述の(1)〜(5)式の反応が生じるため、水処理を行うことが可能である。例えば、酸素に対して空気、窒素、希ガスのいずれかを任意の割合で混合させることができる。混合比は、添加ガスを1%〜30%程度にすればよい。添加率が30%を超えると、処理能力が大きく低下する。特に希ガスを用いれば、比較的低い電圧においても放電を安定的に形成することが可能となり、空気を用いればガスコストを大幅に削減できる。
In the first to fifth embodiments, oxygen gas is supplied to make the inside of the
さらに、供給するガスの流量は一定である必要はなく、被処理水の素性又は放電条件等に応じて適宜調節することができる。例えば、被処理水中の有機物濃度が高い場合は、酸化分解過程で多くの酸素が消費されるため、供給ガス流量を多くするのが好適である。一方、被処理水中の有機物濃度が低い場合は、供給ガス流量を少なくすることで、ガス中のオゾン濃度が高まり、反応を高速化することができる。 Furthermore, the flow rate of the supplied gas does not need to be constant, and can be appropriately adjusted according to the characteristics of the water to be treated or discharge conditions. For example, when the concentration of organic matter in the water to be treated is high, a large amount of oxygen is consumed in the oxidative decomposition process, so it is preferable to increase the flow rate of the supply gas. On the other hand, when the organic substance concentration in the water to be treated is low, the ozone concentration in the gas is increased by reducing the flow rate of the supply gas, and the reaction can be accelerated.
さらにまた、装置起動時にガス流量を多くして内部の空気を短時間で置換し、その後水処理に必要十分な量にまでガス流量を下げることもできる。これにより、ガスの使用量を抑制し、かつ高速な水処理が可能となる。 Furthermore, it is possible to increase the gas flow rate at the time of starting the apparatus and replace the internal air in a short time, and then reduce the gas flow rate to an amount necessary and sufficient for water treatment. Thereby, the usage-amount of gas is suppressed and a high-speed water treatment is attained.
また、ガス排出口から排気されるガスをガス供給口に循環させるようにしてもよい。これにより、ガス供給源から供給されるガスの量を削減できる。加えて、放電で生じたO3及びH2O2を、外部に排気することなく処理槽に戻すことで、効率的に利用することができる。 Further, the gas exhausted from the gas discharge port may be circulated to the gas supply port. Thereby, the quantity of the gas supplied from a gas supply source can be reduced. In addition, O 3 and H 2 O 2 generated by the discharge can be efficiently utilized by returning them to the treatment tank without exhausting them to the outside.
さらに、放電電極の数は、接地電極の寸法、及び被処理水の素性又は処理流量などに応じて、適宜変更可能である。 Furthermore, the number of discharge electrodes can be appropriately changed according to the dimensions of the ground electrode, the characteristics of the water to be treated, the treatment flow rate, and the like.
さらにまた、放電電極と接地電極との間の距離(電極間距離)は、1mmから50mmの間とするのが好適である。これは、電極間距離が1mm以下だと、被処理水を流した際、放電電極が水没してしまう可能性が増加し、電極間距離を50mm以上とすると、放電形成に非常に高い電圧が必要となるためである。 Furthermore, the distance between the discharge electrode and the ground electrode (interelectrode distance) is preferably between 1 mm and 50 mm. This is because if the distance between the electrodes is 1 mm or less, there is an increased possibility that the discharge electrodes will be submerged when the water to be treated is flowed. If the distance between the electrodes is 50 mm or more, a very high voltage is generated in the discharge formation. This is necessary.
さらに、処理槽内の圧力は、被処理水の供給及び排水が容易となるように、大気圧又はその近傍とすることが望ましいが、必要に応じて陽圧又は陰圧にすることもできる。処理槽内を陽圧にした場合、外部からの空気の混入が抑制され、処理槽内の雰囲気を管理し易くなる。 Further, the pressure in the treatment tank is preferably set to atmospheric pressure or the vicinity thereof so that supply and drainage of water to be treated can be easily performed, but can be positive pressure or negative pressure as necessary. When the inside of a processing tank is made into a positive pressure, mixing of the air from the outside is suppressed and it becomes easy to manage the atmosphere in a processing tank.
また、処理槽内を陰圧にした場合、比較的低い電圧で放電が形成されるようになり、電源の小型化及び簡素化が可能となる。さらに、雰囲気の圧力が低いほど放電が広がり易いため、広い領域で被処理水が放電と接するようになり、水処理の効率及び速度が向上する。この場合、圧力は、50kPa〜大気圧の範囲を用いることが好ましい。また、陰圧にするためには、処理槽が、耐圧構造を有し、かつ真空ポンプを備えることが必要である。 Further, when the inside of the processing tank is set to a negative pressure, a discharge is formed at a relatively low voltage, and the power supply can be reduced in size and simplified. Furthermore, since the discharge is more likely to spread as the atmospheric pressure is lower, the water to be treated comes into contact with the discharge in a wide area, and the efficiency and speed of the water treatment are improved. In this case, the pressure is preferably in the range of 50 kPa to atmospheric pressure. Moreover, in order to set it as a negative pressure, it is necessary for a processing tank to have a pressure | voltage resistant structure and to provide a vacuum pump.
さらにまた、この発明において水滴とは、気中に存在する液体状態の水分子の集合体を意味し、その粒径及び数密度は特に限定されるものではない。
また、実施の形態1〜4において、シャワープレートの傾斜角度、被処理水の流量、及び放電の放電電力のうちの少なくとも1つを、実施の形態5と同様に調節可能としてもよい。
Furthermore, in this invention, a water droplet means the aggregate | assembly of the water molecule of the liquid state which exists in air | atmosphere, The particle size and number density are not specifically limited.
In the first to fourth embodiments, at least one of the inclination angle of the shower plate, the flow rate of the water to be treated, and the discharge power of the discharge may be adjustable as in the fifth embodiment.
2 平板電極(接地電極)、4 被処理水、4a 水滴、6a,6b,6c ワイヤ電極(放電電極)、12 シャワープレート、12a 孔、12b,12c 突起部、14 バリア部材、33a 第1の水処理ユニット、33b 第2の水処理ユニット、33c 第3の水処理ユニット、33d 第4の水処理ユニット、34 シャワー電極(接地電極、シャワープレート)、35 堰。 2 Flat electrode (ground electrode), 4 treated water, 4a water droplet, 6a, 6b, 6c wire electrode (discharge electrode), 12 shower plate, 12a hole, 12b, 12c protrusion, 14 barrier member, 33a first water Treatment unit, 33b second water treatment unit, 33c third water treatment unit, 33d fourth water treatment unit, 34 shower electrode (ground electrode, shower plate), 35 weir.
Claims (8)
前記接地電極の上方に配置されており、かつ複数の孔が設けられており、供給された被処理水を、前記孔を通して水滴として前記接地電極上に落下させるシャワープレート、及び
前記接地電極と前記シャワープレートとの間に配置されており、前記接地電極との間に放電を形成する放電電極
を備えている水処理装置。 A ground electrode, which is arranged inclined with respect to a horizontal plane,
A shower plate disposed above the ground electrode and provided with a plurality of holes, and allowing the supplied treated water to fall on the ground electrode as water droplets through the holes, and the ground electrode and the ground electrode A water treatment apparatus comprising a discharge electrode that is disposed between a shower plate and that forms a discharge with respect to the ground electrode.
上下に隣接する前記水処理ユニットでは、前記接地電極が水平面に対して交互に逆方向に傾斜しており、
少なくとも一部の前記水処理ユニットの前記接地電極は、前記シャワープレートを兼ねるシャワー電極であり、被処理水を水滴として落下させる請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の水処理装置。 A plurality of water treatment units each having the ground electrode and the discharge electrode are arranged in the vertical direction,
In the water treatment unit adjacent vertically, the ground electrode is alternately inclined in the opposite direction with respect to the horizontal plane,
The water treatment according to any one of claims 1 to 4, wherein the ground electrode of at least a part of the water treatment unit is a shower electrode that also serves as the shower plate, and drops water to be treated as water droplets. apparatus.
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