JP2016215189A - プラズマ処理水無害化装置及びプラズマ処理水無害化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができるプラズマ処理水無害化装置及びプラズマ処理水無害化方法を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係るプラズマ処理水無害化方法は、水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水を、活性炭によって濾過する工程と、濾過する工程において濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する工程と、を含む。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマ処理水無害化装置及びプラズマ処理水無害化方法に関する。

従来、プラズマを利用して水の浄化又は殺菌等を行う装置及びその方法が知られている。例えば、特許文献１には、プラズマによって過酸化水素等の活性種を発生し、発生した活性種により微生物及び細菌を殺菌する装置及びその方法が開示されている。

特開２００９−２５５０２７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、プラズマによって処理されることによって浄化又は殺菌等された水（以下、プラズマ処理水と呼ぶ）には過酸化水素が残留している。過酸化水素は、その酸化作用により殺菌等に用いられる。しかし、過酸化水素の残留が不都合な場合がある。例えば、過酸化水素が含まれているプラズマ処理水は、飲用水として用いることができない。例えば、プラズマ処理水を海又は川等に排水する場合、過酸化水素が水生動植物等に悪影響を与える可能性がある。

そこで、本開示は、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができるプラズマ処理水無害化装置及びプラズマ処理水無害化方法を提供する。

上記課題を解決するため、本開示の一態様に係るプラズマ処理水無害化方法は、水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水を、活性炭によって濾過する工程と、前記濾過する工程において濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する工程と、を含む。

本開示によれば、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができる。

実施の形態に係る液体処理装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態に係る第１の金属電極の一例を示す構成図である。 実施の形態に係る第１の金属電極の他の一例を示す構成図である。 実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置の一例を示す外観模式図である。 実施の形態に係る液体処理装置の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置の効果を説明するための図である。

（実施の形態の概要）
本開示の一態様に係るプラズマ処理水無害化方法は、水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水を、活性炭によって濾過する工程と、前記濾過する工程において濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する工程と、を含む。

これにより、プラズマ処理水を活性炭で濾過し、濾過したプラズマ処理水に超音波を印加することで、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができる。

例えば、前記過酸化水素を含むプラズマ処理水は、直径が１マイクロメートル以上のマイクロバブルを含み、前記濾過する工程では、前記活性炭は、前記マイクロバブルを当該活性炭が有する細孔によって除去してもよい。

これにより、プラズマ処理水を活性炭で濾過するときにプラズマ処理水に含まれるマイクロバブルを除去するため、濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加するときに、マイクロバブルの影響を受けずにナノバブルを除去することができる。従って、時間経過に伴って過酸化水素を発生させるマイクロバブル及びナノバブルが除去されるため、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができる。

例えば、前記プラズマは、前記水の中に気体を供給することで発生する気泡内に発生させられてもよい。

これにより、効率良く生成されたプラズマで処理されたプラズマ処理水に含まれる過酸化水素を除去することができる。

本開示の一態様に係るプラズマ処理水無害化装置は、水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水が通過する位置に配置された活性炭と、前記活性炭の下流に配置され、当該活性炭を通過して濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する超音波処理部と、を備えてもよい。

これにより、プラズマ処理水を活性炭で濾過し、濾過したプラズマ処理水に含まれる過酸化水素を超音波で除去することができる。

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体例を説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
［１．液体処理装置の構成］
実施の形態に係る液体処理装置１００について、図１を用いて説明する。

図１は、実施の形態に係る液体処理装置１００の構成を示す図である。

液体処理装置１００は、プラズマと水とを接触させることによって、水を浄化又は殺菌し、浄化又は殺菌されたプラズマ処理水をさらに無害化する装置である。液体処理装置１００は、プラズマと水とを接触させる以外に、水の近辺でプラズマを発生させ、プラズマにより発生した活性種を含む気体を水に接触させてもよい。以下、水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させることによる水の浄化又は殺菌をプラズマ処理と呼ばれる場合がある。本開示において、プラズマによって処理される前の液体は「被処理水」と呼ばれる場合があり、プラズマによって処理された後の液体は「プラズマ処理水」と呼ばれる場合がある。

液体処理装置１００は、被処理水１１０を入れる反応槽１０６内に配置される第１の金属電極１０１と、反応槽１０６内に配置される第２の金属電極１０２と、気体を供給する供給ポンプ１０５と、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に電圧を印加する電源１０４とを備える。また、液体処理装置１００は、タンク１０７と循環ポンプ１０８と配管１０９と採水口１１１とを備える。さらに、液体処理装置１００は、プラズマ処理水無害化装置１を備える。

第１の金属電極１０１は、反応槽１０６の１つの壁を貫通するように配置され、第１の金属電極１０１の一端側が反応槽１０６内に位置する。第１の金属電極１０１については、後述する図２Ａで詳細に説明する。

第２の金属電極１０２は、第１の金属電極１０１と同様に、反応槽１０６の１つの壁を貫通するように配置され、第２の金属電極１０２の一端側が反応槽１０６内に位置する。第２の金属電極１０２は、例えば円柱状であり、一端側が反応槽１０６内の被処理水１１０に接触するように配置されている。第２の金属電極１０２は、例えば、銅、アルミニウム及び鉄等の導電性の金属材料を用いて形成してもよい。

電源１０４は、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に接続され、両電極間に所定の電圧を印加する。具体的には、電源１０４は、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間にパルス電圧又は交流電圧を印加する。例えば、所定の電圧は、２ｋＶ〜５０ｋＶ／ｃｍ、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの負極性の高電圧パルスである。電圧波形は、例えば、パルス状、正弦半波形及び正弦波状のいずれでもよい。一対の電極間に流れる電流値は、例えば、１ｍＡ〜３Ａである。具体的には、電源１０４は、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間にピーク電圧が４ｋＶ、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚのパルス電圧を印加する。例えば、電源１０４による入力電力は、３０Ｗである。

供給ポンプ１０５は、第１の金属電極１０１に接続され、被処理水１１０中に気泡１１６を発生させるために必要な気体を第１の金属電極１０１を介して供給するポンプである。供給する気体には、例えば、空気、Ｈｅ、Ａｒ、又はＯ_２等が用いられる。その後、電源１０４が第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に電圧を印加することで、気泡１１６内にプラズマ１１５が発生させられる。なお、供給ポンプ１０５は、例えば、電源１０４による電圧の印加と同時に、気体の供給を開始してもよい。

反応槽１０６は、被処理水１１０で満たされており、反応槽１０６の１つの壁には第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２とが配置される。反応槽１０６は、循環ポンプ１０８を備えた配管１０９でタンク１０７とプラズマ処理水無害化装置１と接続される。被処理水１１０は、循環ポンプ１０８によって反応槽１０６内とタンク１０７内を循環し、さらに、プラズマ処理水無害化装置１へ送液される。被処理水１１０の循環速度は、プラズマ１１５による浄化速度、反応槽１０６の容積及びプラズマ処理水無害化装置１への送液量から適切な値に設定される。

タンク１０７は、被処理水１１０を貯蔵するタンクである。反応槽１０６とタンク１０７とを循環する被処理水１１０は、プラズマ処理水無害化装置１へ送液された分減っていくため、タンク１０７には、被処理水１１０が外部から補充されてもよい。

循環ポンプ１０８は、被処理水１１０を反応槽１０６とタンク１０７との間で循環させるポンプである。

配管１０９は、被処理水１１０がタンク１０７から反応槽１０６へ流れ、また、反応槽１０６でプラズマ処理されたプラズマ処理水が反応槽１０６からプラズマ処理水無害化装置１又はタンク１０７へ流れる管である。配管１０９は、例えば、パイプ、チューブ又はホース等の管状の部材から構成される。配管１０９は、反応槽１０６とタンク１０７とプラズマ処理水無害化装置１との間で二又に分岐している。例えば、配管１０９の分岐点にバルブ等が設けられ、プラズマ処理水のプラズマ処理水無害化装置１への送液とタンク１０７への循環とが切り替えられてもよい。

被処理水１１０は、例えば、プラズマ処理された後に飲用として用いられる水、又は、プラズマ処理された後に海又は川等に排水される水等である。

採水口１１１は、プラズマ処理水無害化装置１で処理されたプラズマ処理水を例えば採水するための採水口である。なお、被処理水１１０が排水される水の場合、採水口１１１は排水口となる。

プラズマ処理水無害化装置１は、プラズマ処理されたプラズマ処理水を無害化する装置である。プラズマ処理水無害化装置１は、活性炭処理部１０と超音波処理部２０とを備える。プラズマ処理水無害化装置１については、後述する図３で詳細に説明する。

［１−１．第１の金属電極］
第１の金属電極１０１の詳細について、図２Ａを用いて説明する。

図２Ａは、実施の形態に係る第１の金属電極１０１の一例を示す構成図である。

図２Ａに示されるように、第１の金属電極１０１は、金属電極部２１１と、金属ネジ部２１２と、絶縁体２１３と、保持ブロック２１４とを備える。第１の金属電極１０１は、一端側が反応槽１０６内に位置し、他端側は保持ブロック２１４で保持され、供給ポンプ１０５と接続される。

金属電極部２１１は、図１に示されるように、反応槽１０６内に配置される。つまり、第１の金属電極１０１は、反応槽１０６内の被処理水１１０に露出している。金属電極部２１１は、金属ネジ部２１２に圧入することによって、一体化させて形成される。なお、金属電極部２１１は、絶縁体２１３の開口部２１８より外方に突出しないように設けられている。

金属電極部２１１は、例えば、直径０．９５ｍｍの棒状部材であり、タングステンから構成される。なお、金属電極部２１１の直径は、これに限らず、プラズマ１１５が発生する程度の直径であればよく、例えば、直径２ｍｍ以下でもよい。金属電極部２１１の材料は、タングステンに限らず、他の耐プラズマ性の金属材料でもよい。金属電極部２１１は、耐久性は悪化するが、例えば、銅、アルミニウム、鉄及びこれらの合金から構成されてもよい。さらに、金属電極部２１１の表面の一部に、導電性物質を添加して、溶射を行ってもよい。この溶射によって、例えば、１〜３０Ωｃｍの電気抵抗率を有する酸化イットリウム膜が得られる。この酸化イットリウムの溶射により、電極寿命が長くなるという効果が得られる。

金属ネジ部２１２は、例えば、直径３ｍｍの棒状部材であり、鉄から構成される。なお、金属ネジ部２１２の直径は、これに限らず、例えば、金属電極部２１１より大きければよい。金属ネジ部２１２の材料は、鉄に限らず、例えば、一般的なネジに用いられる材料である、銅、亜鉛、アルミニウム、スズ及び真鍮等でもよい。なお、金属ネジ部２１２と金属電極部２１１とは、同一の材料、及び、同一のサイズで構成されてもよく、あるいは、異なる材料、及び、異なるサイズで構成されてもよい。金属ネジ部２１２は、後述する保持ブロック２１４に物理的に接続固定され、電源１０４と電気的に接続される。

このように、金属電極部２１１の部分にプラズマ耐性の高い金属材料を用い、金属ネジ部２１２に加工し易い金属材料を用いることにより、プラズマ耐性を有しながら製造コストの低い、特性を安定化した第１の金属電極１０１を実現できる。

金属ネジ部２１２には、貫通孔２１５が形成されている。貫通孔２１５は、絶縁体２１３によって囲まれている空間２１６と繋がっている。供給ポンプ１０５から供給される気体は、貫通孔２１５を通って空間２１６に供給される。そして、貫通孔２１５から供給された気体によって、金属電極部２１１が覆われる。

ここで、金属ネジ部２１２に形成された貫通孔２１５が１つのみの場合、金属電極部２１１の重力方向下側から気体が供給されるように貫通孔２１５が形成される。これにより、気体は重力方向と反対側に向かうため金属電極部２１１を気体で覆いやすくすることができる。貫通孔２１５の直径は、例えば、０．３ｍｍである。

金属ネジ部２１２の外周には、ネジ部２１７が設けられている。例えば、ネジ部２１７は、雄ネジである。ネジ部２１７は、後述するネジ部２１９と螺合する。電源１０４がネジ部２１７と螺合可能な構造を有することで、電源１０４と金属ネジ部２１２とは螺合し、接触抵抗が安定した電気的接続をすることができる。供給ポンプ１０５がネジ部２１７と螺合可能な構造を有することで、供給ポンプ１０５と金属ネジ部２１２とは螺合し、供給ポンプ１０５は気体の供給を安定して行うことができる。

絶縁体２１３は、金属電極部２１１を囲うように設けられている。絶縁体２１３は、金属電極部２１１との間に空間２１６を形成する。例えば、絶縁体２１３は、内径が１ｍｍの管状部材である。絶縁体２１３は、例えば、アルミナセラミックであるが、マグネシア、石英又は酸化イットリウム等でもよい。

絶縁体２１３は、開口部２１８を有する。開口部２１８は、反応槽１０６の被処理水１１０中に気泡１１６を発生させるときに、気泡１１６の大きさを調整する。例えば、開口部２１８の直径は、絶縁体２１３の内径に等しく、１ｍｍである。

なお、図２Ａにおいて、開口部２１８は、絶縁体２１３の端面に設けられているが、絶縁体２１３の側面に設けられてもよい。複数の開口部２１８が絶縁体２１３に設けられてもよい。

保持ブロック２１４は、金属ネジ部２１２及び絶縁体２１３を保持するための部材である。保持ブロック２１４には、ネジ部２１９が設けられている。ネジ部２１９は、例えば、雌ネジであり、金属ネジ部２１２のネジ部２１７と螺合する。金属ネジ部２１２を回転させることで、絶縁体２１３と金属電極部２１１との位置関係を調整することができる。

このように、供給ポンプ１０５から絶縁体２１３と金属電極部２１１とで形成される空間２１６内に供給された気体によって金属電極部２１１は覆われるので、金属電極部２１１は、反応槽１０６内の被処理水１１０に直接接触しない。これにより、金属電極部２１１は、容易に放電し、容易にプラズマ１１５を発生させることができる。空間２１６に気体を供給し続けられた場合、被処理水１１０中に気泡１１６が形成される。気泡１１６は、絶縁体２１３の開口部２１８を覆う寸法の柱状の気泡となる。

なお、本実施の形態に係る液体処理装置１００は、第１の金属電極１０１の代わりに、図２Ｂに示す第１の金属電極１０１ａを備えてもよい。

図２Ｂは、実施の形態に係る第１の金属電極１０１の他の一例を示す構成図である。

図２Ｂに示される第１の金属電極１０１ａは、図２Ａに示される第１の金属電極１０１と比較して、金属電極部２１１及び金属ネジ部２１２の代わりに、金属電極部２１１ａ及び金属ネジ部２１２ａを備える点が異なっている。以下では、異なる点を中心に説明する。

金属電極部２１１ａは、中空状の電極である。例えば、金属電極部２１１ａは、外形０．９９ｍｍのタングステン製のコイル状の電極である。なお、金属電極部２１１ａは、コイル状に限らず、中空の棒状部材でもよい。

金属ネジ部２１２ａには、例えば、直径１ｍｍの貫通孔２１５ａが金属ネジ部２１２ａの軸中心部分に形成されている。金属電極部２１１ａは、例えば、貫通孔２１５ａに螺合させて接続されている。

このように、図２Ｂに示される第１の金属電極１０１ａでは、貫通孔２１５ａを大きくすることができるので、貫通孔２１５ａを容易に形成することができ、製造コストを低減することができる。

なお、水の近辺でプラズマを発生させる場合、第１の金属電極１０１及び第２の金属電極１０２は、反応槽に入れられた被処理水１１０の水面より上に配置されてもよい。そして、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に電圧を印加してプラズマを発生させることで、水面より上の気相空間に活性種が発生する。この活性種を含む気体を被処理水１１０に接触させてもよい。本開示において、「水の近辺」とは、プラズマによって発生した活性種が水に接触できる範囲内で水面から離れた領域を意味し、例えば、水面からの距離が２ｃｍ以内の領域を意味する。

［１−２．プラズマ処理水無害化装置］
プラズマ処理水無害化装置１の詳細について、図３を用いて説明する。

図３は、実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置１の一例を示す外観模式図である。

プラズマ処理水無害化装置１は、活性炭処理部１０及び超音波処理部２０を備える。プラズマ処理水は、例えば、図３に示されるように、パイプ、チューブ又はホース等の管状の部材である管３０内を、送液方向に一方通行的に流れ、活性炭処理部１０と超音波処理部２０とを通過する。つまり、反応槽１０６からプラズマ処理水無害化装置１へ送液されたプラズマ処理水は、まず、活性炭処理部１０の内部を通過し、そして、超音波処理部２０を通過し、最後に採水口１１１から採水又は排水される。

活性炭処理部１０は、内部に活性炭が配置され、例えば導入口１１と出口１２とを有する容器である。活性炭は、過酸化水素を含むプラズマ処理水が通過する位置に配置される。導入口１１には例えば配管１０９が接続され、反応槽１０６からのプラズマ処理水が活性炭処理部１０の内部へ導入される。なお、反応槽１０６と活性炭処理部１０との間の構成は、プラズマ処理水を反応槽１０６から活性炭処理部１０の内部へ導入させる構成であればよく、導入口１１に配管１０９が接続されなくてもよい。出口１２には例えば管３０が接続され、活性炭処理部１０の内部を通過したプラズマ処理水が取り出される。ここで、プラズマ処理水が活性炭処理部１０の内部を通過するとは、プラズマ処理水が活性炭処理部１０の内部に配置された活性炭に濾過されることを意味する。なお、図３において、活性炭処理部１０は、内部に活性炭が配置され、導入口１１と出口１２とを有する容器であったが、これに限らない。例えば、活性炭処理部１０は、反応槽１０６から送液されたプラズマ処理水が活性炭を通過することができる構成（すなわち、プラズマ処理水が活性炭に濾過される構成）を有するものであればよい。

超音波処理部２０は、活性炭処理部１０の下流に配置され、活性炭処理部１０を通過して濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する。具体的には、超音波処理部２０は、例えば超音波洗浄機である。超音波処理部２０は、超音波振動子を備える超音波発生器（図示せず）と、超音波を伝導する液体２１（例えば水又は有機溶媒）を入れる槽２２とを有する。超音波処理部２０は、例えば、槽２２に入れられた液体２１に出力１５０Ｗ、周波数４７ｋＨｚの超音波を印加する。活性炭処理部１０の出口１２と接続された管３０は、図３に示されるように、超音波処理部２０の槽２２に入れられた液体２１内を、複数回折り返されて通過する。このとき、プラズマ処理水は、管３０を介して超音波処理部２０を通過する。そして、超音波処理部２０を通過したプラズマ処理水は、採水口１１１から採水又は排水される。ここで、プラズマ処理水が超音波処理部２０を通過するとは、プラズマ処理水が超音波処理部２０に超音波を印加されることを意味する。なお、管３０の槽２２の内部での折り返し回数は、管３０内を流れるプラズマ処理水の流速及び超音波を印加する時間等により設定されてもよい。このように、超音波処理部２０は、プラズマ処理水が流れる管３０に超音波を印加することで、プラズマ処理水に超音波を印加する。なお、図３Ａにおいて、超音波処理部２０は、槽２２を通過する管３０を介してプラズマ処理水に超音波を印加したが、これに限らない。例えば、超音波処理部２０は、プラズマ処理水に超音波を印加することができる構成を有するものであればよい。活性炭処理部１０と超音波処理部２０とは、管３０によって接続されたが、これに限らない。活性炭処理部１０と超音波処理部２０との間の構成は、活性炭処理部１０を通過したプラズマ処理水を超音波処理部２０に送液することができる構成であればよく、管３０に限定されない。

このように、プラズマ処理水無害化装置１は、反応槽１０６からプラズマ処理水無害化装置１へ送液されたプラズマ処理水が、活性炭処理部１０、超音波処理部２０の順に一方通行的に通過する構成を有する。

［２．液体処理装置の動作］
実施の形態に係る液体処理装置１００の動作について説明する。

図４は、実施の形態に係る液体処理装置１００の動作を示すフローチャートである。

供給ポンプ１０５は、第１の金属電極１０１の貫通孔２１５を介して、絶縁体２１３と第１の金属電極１０１の金属電極部２１１との間で形成される空間２１６に、気体を供給する（ステップＳ１１）。この気体によって、被処理水１１０中には、金属電極部２１１を覆う気泡１１６が形成される。気泡１１６は、絶縁体２１３の開口部２１８から、図１に示されるように一定距離にわたって途切れることのない、単一の大きな気泡となる。

電源１０４が第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に電圧を印加することにより、第１の金属電極１０１の金属電極部２１１近傍から気泡１１６内にプラズマ１１５を発生させる（ステップＳ１２）。このとき、第２の金属電極１０２が被処理水１１０と接触していることにより、被処理水１１０全体が同電位となり、気泡１１６と被処理水１１０との界面部分が電極として機能する。従って、プラズマ１１５は、第１の金属電極１０１の先端部分だけでなく、気泡１１６内に広く生成される。つまり、気泡１１６が大きいほど被処理水１１０の液中で大きな面積の対向電極を形成したことに等しくなり、気泡１１６の大きさに応じてプラズマ１１５は大きくなる。そして、気泡１１６内にプラズマ１１５が発生しプラズマ１１５と被処理水１１０とが接触することで、過酸化水素を含む活性種が発生する。これにより、被処理水１１０がプラズマ処理され、過酸化水素を含むプラズマ処理水が得られる。なお、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間の距離は任意でよい。例えば、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間の距離は、５０ｍｍより離れていてもプラズマ１１５を生成することが可能となる。

このように、供給ポンプ１０５は、液体処理装置１００が備える一対の放電電極の一方（例えば金属電極部２１１）の根元近傍に気体を供給し、金属電極部２１１を気体で覆う。これにより、電源１０４が第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２との間に電圧を印加することにより、放電を容易に行うことができる。プラズマ１１５は、被処理水１１０中に気体を供給することで発生する気泡１１６内に発生させられる。これにより、プラズマ１１５は、第１の金属電極１０１の先端部分だけでなく、気泡１１６内に広く生成されるため、多量の過酸化水素を含む活性種が発生し、被処理水１１０を効率よくプラズマ処理することができる。

プラズマ処理水無害化装置１は、過酸化水素を含むプラズマ処理水を無害化する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３における動作の詳細について、図５を用いて説明する。

［２−１．プラズマ処理水無害化装置の動作］
図５は、実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、活性炭処理部１０は、過酸化水素を含むプラズマ処理水を活性炭によって濾過する（ステップＳ２１）。

活性炭処理部１０に配置された活性炭は、例えば過酸化水素のような不安定な化合物を安定な状態になるように分解する。具体的には、活性炭処理部１０に配置された活性炭は、触媒として作用し、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を水と酸素とに分解する。このように、過酸化水素を含むプラズマ処理水を活性炭によって濾過することによって、過酸化水素は水と酸素とに分解される。

ステップＳ１２において、プラズマ１１５と被処理水１１０とを接触させることで、被処理水１１０の蒸発及び衝撃波に伴う気化によりマイクロバブルおよびナノバブルが発生する。過酸化水素を含むプラズマ処理水は、例えば、直径が１マイクロメートル以上、１００マイクロメートル以下のマイクロバブルを含む。また、過酸化水素を含むプラズマ処理水は、例えば、直径が１マイクロメートル未満のナノバブルを含むと推定される。活性炭処理部１０に配置された活性炭は、細孔を有し、細孔の径（ポア径）が１マイクロメートル程度である。従って、濾過する工程（ステップＳ２１）では、活性炭は、マイクロバブルを活性炭が有する細孔によって除去（捕獲）する。一方、ナノバブルは、直径が１マイクロメートル未満であるため、プラズマ処理水が活性炭処理部１０を通過するときに活性炭によって除去されないと推定される。

このように、ステップＳ２１において、活性炭処理部１０内の活性炭は、プラズマ処理水を濾過する。具体的には、活性炭処理部１０は、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を活性炭によって分解し、プラズマ処理水に含まれるマイクロバブルを活性炭によって除去する。

超音波処理部２０は、活性炭処理部１０が濾過したプラズマ処理水に超音波を印加する（ステップＳ２２）。

超音波処理部２０による超音波は、例えば過酸化水素のような不安定な化合物に対して化学反応を引き起こす。具体的には、超音波処理部２０による超音波は、過酸化水素を水と酸素とに分解することができる。したがって、濾過されたプラズマ処理水に過酸化水素が残存または発生している場合に、プラズマ処理水に超音波を印加することで、この過酸化水素を水と酸素とに分解することができる。

上述したように、ステップＳ１２において、プラズマ１１５と被処理水１１０とを接触させることで、被処理水１１０の蒸発及び衝撃波に伴う気化によりマイクロバブルおよびナノバブルが発生する。マイクロバブルは、ステップＳ２１において、プラズマ処理水が活性炭処理部１０を通過するときに活性炭によって捕獲されたが、ナノバブルは活性炭によって捕獲されないと推定される。言い換えると、活性炭処理部１０によって濾過されたプラズマ処理水は、ナノバブルを含んでいると推定される。超音波処理部２０による超音波は、活性炭処理部１０によって濾過されたプラズマ処理水に含まれるナノバブルを除去することができると推定される。

このように、ステップＳ２２において、超音波処理部２０は活性炭処理部１０が濾過したプラズマ処理水に超音波を印加する。具体的には、超音波処理部２０は、活性炭処理部１０が濾過したプラズマ処理水に含まれる過酸化水素を超音波によって分解する。超音波処理部２０は、活性炭処理部１０が濾過したプラズマ処理水に超音波を印加することで、プラズマ処理水に含まれるナノバブルを除去すると推定される。

以上のように、プラズマ処理水無害化装置１は、活性炭処理部１０において、過酸化水素の分解及びマイクロバブルの除去を行い、超音波処理部２０において、過酸化水素の分解及びナノバブルの除去を行う。

［３．効果等］
本実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置１による効果の一例について、図６を用いて詳細に説明する。

図６は、実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置１の効果を説明する図である。被処理水１１０のモデルとして炭酸水素ナトリウムを０．２５ｍＭ、塩化カルシウム二水和物を０．２５ｍＭ、硫酸マグネシウム七水和物を０．２５ｍＭ、炭酸水素カリウムを０．０２５ｍＭ含む水（標準合成水）が１００ｍｌ用いられた。まず、図１に示される液体処理装置１００（プラズマ処理水無害化装置１を除く）で、１００ｍｌの被処理水１１０がプラズマ処理されることで１００ｍｌのプラズマ処理水が生成された。そして、プラズマ処理水のそれぞれは、図６に示されるように、超音波の印加及び／又は活性炭での濾過の処理がされた。図６に示される各データ（×で示されるデータを除く）は、プラズマ処理水が超音波の印加及び／又は活性炭での濾過の処理がされてから、所定の時間放置した後における、プラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。

×で示されるデータは、プラズマ処理水に何も処理がされなかったときのプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。＊で示されるデータは、超音波処理部２０で１０分間超音波が印加された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。＋で示されるデータは、超音波処理部２０で６０分間超音波が印加された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。◇で示されるデータは、活性炭処理部１０で活性炭によって濾過された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。□で示されるデータは、超音波処理部２０で１０分間超音波が印加され、次に、活性炭処理部１０で活性炭によって濾過された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。△で示されるデータは、超音波処理部２０で６０分間超音波が印加され、次に、活性炭処理部１０で活性炭によって濾過された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。○で示されるデータは、活性炭処理部１０で活性炭によって濾過され、次に、超音波処理部２０で１０分間超音波が印加された後のプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。つまり、○で示されるデータは、プラズマ処理水無害化装置１を通過したプラズマ処理水の過酸化水素濃度を示す。なお、過酸化水素濃度は、図６に示される処理が行われた１００ｍｌのプラズマ処理水それぞれに過マンガン酸カリウムによる滴定（ＪＩＳ Ｋ−１４６３）を５ｍｌずつ３回行ったときの平均値から求められた。

プラズマ処理水に何も処理がされなかったとき（×で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約１５ｐｐｍとなり、プラズマ処理水に過酸化水素が含まれていた。何も処理がされなかったプラズマ処理水に含まれる過酸化水素濃度は時間経過に伴って増加した。これは、上述したプラズマ処理水に含まれるマイクロバブル及びナノバブルが時間経過に伴って過酸化水素を発生させ、過酸化水素濃度を増加させたためと推定される。

プラズマ処理水に超音波処理部２０で１０分間超音波が印加されたとき（＊で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約１３ｐｐｍとなった。この濃度は、プラズマ処理水に何も処理がされなかったときの濃度よりも低い。つまり、プラズマ処理水に超音波が印加されることで過酸化水素が分解された。しかし、１０分間超音波が印加されても、このプラズマ処理水には過酸化水素が残っていた。これは、超音波によるエネルギーが直径の大きいマイクロバブルに吸収されて、過酸化水素の分解に十分なエネルギーが与えられなかったためと推定される。また、超音波によるエネルギーがマイクロバブルに吸収されることによって、ナノバブル、あるいは、ナノバブルとマイクロバブルの一部とが除去されずに残り、残ったマイクロバブル及び／又はナノバブルが過酸化水素を発生させたと推定される。過酸化水素濃度が時間経過に伴って増加した要因も、残ったマイクロバブル及び／又はナノバブルが過酸化水素を発生させる現象に基づくものと推定される。

プラズマ処理水に超音波処理部２０で６０分間超音波が印加されたとき（＋で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約１１ｐｐｍとなった。この濃度は、１０分間超音波が印加されたときの濃度よりも低い。つまり、プラズマ処理水に超音波が長時間印加されることでさらに過酸化水素が分解された。しかし、６０分間超音波が印加されても、このプラズマ処理水には過酸化水素が残っていた。これは、超音波によるエネルギーが直径の大きいマイクロバブルに吸収されて、過酸化水素の分解に十分なエネルギーが与えられなかったためと推定される。また、超音波によるエネルギーがマイクロバブルに吸収されることで、ナノバブル、あるいは、ナノバブルとマイクロバブルの一部とが除去されずに残り、残ったマイクロバブル及び／又はナノバブルが過酸化水素を発生させたと推定される。過酸化水素濃度が時間経過に伴って増加した要因も、残ったマイクロバブル及び／又はナノバブルが過酸化水素を発生させる現象に基づくものと推定される。

プラズマ処理水が活性炭処理部１０で活性炭によって濾過されたとき（◇で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約７ｐｐｍとなった。この濃度は、プラズマ処理水に６０分間超音波が印加されたときの濃度よりも低い。つまり、プラズマ処理水が活性炭によって濾過されることで、プラズマ処理水に６０分間超音波が印加されるときよりも過酸化水素がより分解された。しかし、活性炭によって濾過されても、このプラズマ処理水には過酸化水素が残っていた。これにより、活性炭による分解効果が十分でないことが推定される。活性炭によってマイクロバブルは除去されるが、ナノバブルは除去されず、残ったナノバブルが過酸化水素を発生させていると推定される。過酸化水素濃度が時間経過に伴って増加した要因も、残ったナノバブルが過酸化水素を発生させる現象に基づくものと推定される。

プラズマ処理水に超音波処理部２０で１０分間超音波が印加され、次に、超音波が印加されたプラズマ処理水が、活性炭処理部１０で活性炭によって濾過されたとき（□で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約４ｐｐｍとなった。この濃度は、プラズマ処理水が活性炭によって濾過されたときの濃度よりも低い。しかし、超音波処理部２０、活性炭処理部１０の順番で処理された場合であっても、このプラズマ処理水には過酸化水素が残っていた。これは、超音波によるエネルギーが直径の大きいマイクロバブルに吸収されて、超音波による過酸化水素の分解が抑制されたためと推定される。また、このプラズマ処理水に含まれる過酸化水素濃度は、時間経過に伴って増加した。これは、超音波の印加及び次の活性炭による濾過を経ても、ナノバブルが除去されずに残り、残ったナノバブルが過酸化水素を時間経過に伴って発生させたためと推定される。

プラズマ処理水に超音波処理部２０で６０分間超音波が印加され、次に、超音波を印加されたプラズマ処理水が活性炭処理部１０で活性炭によって濾過されたとき（△で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は約４ｐｐｍとなった。この濃度は、超音波処理部２０で１０分間超音波が印加され、次に、超音波を印加されたプラズマ処理水が活性炭処理部１０で活性炭によって濾過されたときの濃度と同じである。つまり、超音波の印加を行う時間を延ばしても、超音波処理部２０、活性炭処理部１０の順番で処理する場合には、プラズマ処理水の過酸化水素が完全に分解されなかった。また、超音波の印加を行う時間を延ばしても、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素濃度は、時間経過に伴って増加した。これは、長時間の超音波の印加及び次の活性炭による濾過を経ても、ナノバブルは除去されずに残り、残ったナノバブルが過酸化水素を時間経過に伴って発生させたためと推定される。

プラズマ処理水が活性炭処理部１０で活性炭によって濾過され、次に、活性炭によって濾過されたプラズマ処理水に超音波処理部２０で１０分間超音波が印加されたとき（○で示されるデータ）、プラズマ処理水の過酸化水素濃度は０ｐｐｍとなり、過酸化水素が完全に除去された。また、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素濃度は時間経過に伴って増加しなかった。これは、活性炭による濾過でまずマイクロバブルが除去され、次の超音波の印加で、マイクロバブルの影響を受けずにナノバブルが除去され、その結果、マイクロバブル及びナノバブルによる過酸化水素の発生が抑止されたためと推定される。

このように、実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置１によれば、プラズマ処理水に含まれる過酸化水素を分解することができる。プラズマ処理水無害化装置１は、プラズマ処理水に含まれるマイクロバブル及びナノバブルを除去できるため、時間が経過した後で過酸化水素が発生しない。従って、プラズマ処理水に含まれている過酸化水素を完全に除去することができる。

（他の実施の形態）
以上、実施の形態に係るプラズマ処理水無害化装置及びプラズマ処理水無害化方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

上記実施の形態では、液体処理装置１００は供給ポンプ１０５を備え、プラズマ１１５は供給ポンプ１０５が供給した気体による気泡１１６内に発生させられたが、これに限らない。例えば、液体処理装置１００は供給ポンプ１０５を備えなくてもよく、瞬間沸騰現象を用いて瞬間的に液体を気化することで発生した気泡にプラズマが発生させられてもよい。

上記実施の形態では、プラズマ処理水無害化装置１は、活性炭処理部１０を備えたが、プラズマ処理水無害化装置１の構成は、これに限定されない。例えば、プラズマ処理水無害化装置１は、活性炭処理部１０の替わりに、１マイクロメートル以上のマイクロバブルを除去または捕獲できるフィルタが配置されたフィルタ処理部を備えてもよい。より具体的には、フィルタが有する細孔または隙間に内接する円の平均径が１０μｍ以下であればよく、５μｍ以下でもよい。フィルタは、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエーテルサルフォン、四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、酢酸セルロース等を使用してもよい。

上記実施の形態では、プラズマ処理水が活性炭処理部１０で活性炭によって濾過され、次に、超音波処理部２０で１０分間超音波処理されたが、これに限らない。例えば、超音波を印加する時間は、過酸化水素濃度によって１０分未満又は１０分以上されてもよい。

上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、過酸化水素を含むプラズマ処理水を無害化できるプラズマ処理水無害化装置として利用でき、例えば、水浄化装置、排水装置等に利用することができる。

１ プラズマ処理水無害化装置
１０ 活性炭処理部（活性炭）
１１ 導入口
１２ 出口
２０ 超音波処理部
２１ 液体
２２ 槽
３０ 管
１００ 液体処理装置
１０１、１０１ａ 第１の金属電極
１０２ 第２の金属電極
１０４ 電源
１０５ 供給ポンプ
１０６ 反応槽
１０７ タンク
１０８ 循環ポンプ
１０９ 配管
１１０ 被処理水
１１１ 採水口
１１５ プラズマ
１１６ 気泡
２１１、２１１ａ 金属電極部
２１２、２１２ａ 金属ネジ部
２１３ 絶縁体
２１４ 保持ブロック
２１５、２１５ａ 貫通孔
２１６ 空間
２１７、２１９ ネジ部
２１８ 開口部

Claims (8)

1. 水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水を活性炭によって濾過する工程と、
   前記濾過する工程において濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する工程と、を含む、
   プラズマ処理水無害化方法。
2. 前記過酸化水素を含むプラズマ処理水は、直径が１マイクロメートル以上のマイクロバブルを含み、
   前記濾過する工程では、前記活性炭は、前記マイクロバブルを当該活性炭が有する細孔によって除去する、
   請求項１に記載のプラズマ処理水無害化方法。
3. 前記プラズマは、前記水の中に気体を供給することで発生する気泡内に発生させられる、
   請求項１又は２に記載のプラズマ処理水無害化方法。
4. 水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水をフィルタによって濾過する工程と、
   前記濾過する工程において濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する工程と、を含む、
   プラズマ処理水無害化方法。
5. 前記過酸化水素を含むプラズマ処理水は、直径が１マイクロメートル以上のマイクロバブルを含み、
   前記濾過する工程では、前記フィルタは、前記マイクロバブルを当該フィルタが有する細孔又は隙間によって除去する、
   請求項４に記載のプラズマ処理水無害化方法。
6. 前記プラズマは、前記水の中に気体を供給することで発生する気泡内に発生させられる、
   請求項４又は５に記載のプラズマ処理水無害化方法。
7. 水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水が通過する位置に配置された活性炭と、
   前記活性炭の下流に配置され、当該活性炭を通過して濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する超音波処理部と、を備える、
   プラズマ処理水無害化装置。
8. 水の近辺において、または水と接触するようにプラズマを発生させて得られる過酸化水素を含むプラズマ処理水が通過する位置に配置されたフィルタと、
   前記フィルタの下流に配置され、当該フィルタを通過して濾過されたプラズマ処理水に超音波を印加する超音波処理部と、を備える、
   プラズマ処理水無害化装置。

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