JP2019084472A - Method for decomposing hard-to-degrade organic compounds, decomposition apparatus used for the decomposing method, treatment liquid for decomposing hard-to-degrade organic compounds - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、難分解性有機化合物を分解する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for degrading persistent organic compounds.
特許文献1には、水中の有機物の分解処理方法として、下水等の廃水中に含まれる有機物主体の汚濁物質を、細菌、原生動物、後生動物等の微生物等により分解する活性汚泥法が開示されている。活性汚泥法では、下水等の廃水中に含まれる有機物主体の汚濁物質を、活性汚泥中の微生物が分解・吸収することによって廃水中から取り除くことが可能である。しかし、活性汚泥法では、汚泥の分解を微生物に頼っているため分解に時間を要するとともに、分解の過程で汚泥が微生物に変化することによって余剰汚泥が大量に発生してしまう。
また、有機物の分解方法として、硫酸鉄などの鉄塩と過酸化水素との反応によって有機塩素化合物等を分解するフェントン酸化法が知られている。以下の反応に示すように、過酸化水素は、第一鉄イオンなどの金属イオンによってヒドロキシラジカル(OH・)とヒドロキシイオン(OH−)に分解される。
H2O2+Fe2+→Fe3++OH−+OH・
フェントン酸化法は、上記反応により生じた酸化力が強いヒドロキシラジカルにより有機物を酸化させる方法である。フェントン酸化法は、有機物の分解効率の良さと、大きな設備を要さない点で優れている。しかし、フェントン酸化法は、鉄などの遷移金属及び過酸化水素を大量に必要とし、また、汚泥として余剰のFe3+が大量に発生する。
Moreover, the Fenton oxidation method which decompose | disassembles an organic chlorine compound etc. is known by reaction of iron salts, such as iron sulfate, and hydrogen peroxide as a decomposition method of organic substance. As shown in the following reaction, hydrogen peroxide, hydroxyl radicals by metal ions such as ferrous ions (OH ·) and hydroxy ions - it is decomposed into (OH).
H 2 O 2 + Fe 2+ → Fe 3+ + OH − + OH ···
The Fenton oxidation method is a method of oxidizing an organic substance by a highly oxidative hydroxy radical generated by the above reaction. The Fenton oxidation method is superior in terms of the efficiency of decomposition of organic matter and the need for a large facility. However, the Fenton oxidation method requires a large amount of transition metals such as iron and hydrogen peroxide, and generates a large amount of excess Fe 3+ as sludge.
そこで、近年では、特許文献2に示すように、フェントン酸化法とUV(UltraViolet)とを組み合わせて有機物を分解する方法が採用されている。特許文献2では、Fe3+を固体鉄と接触させてFe2+に還元してフェントン酸化法に再循環するとともに、UVランプから照射する紫外線によって難分解性有機物を脱塩素化、UV酸化又はラジカル反応によって分解している。
Therefore, in recent years, as shown in
また、特許文献3には、フェントン反応の反応槽に陰極と陽極を設け、両電極間に電圧をかけることによりFe3+をFe2+に電気化学的に還元し、再循環する方法が開示されている。
また、特許文献4には、液体中において発生させた液中プラズマを利用し、液体中の有害物を分解するにあたり、安定に液中プラズマを発生することができる液中プラズマ発生装置が開示されている。
Further,
Further,
しかし、上述したような活性汚泥法及びフェントン酸化法では、ジオキサン等の難分解性有機化合物の分解が完全に進行しない。また、特許文献2のフェントン酸化法とUVとを組み合わせた分解方法によっては、UVが照射されている難分解性有機化合物の表面では分解が進むものの、UVが届かない難分解性有機化合物の内部では分解が進まない。さらに、特許文献3の電気化学的方法を利用した分解方法では、電気化学的反応の制御が困難であるという問題がある。
また、特許文献4のような液中プラズマを利用した難分解性有機化合物の分解は、反応速度が非常に遅く効率的ではない。
このようなことから、難分解性有機化合物は環境中や人体への蓄積性も高く、分解処理できることが望まれている。
However, in the activated sludge method and the Fenton oxidation method as described above, the decomposition of persistent organic compounds such as dioxane does not proceed completely. Further, depending on the decomposition method combining the Fenton oxidation method of
In addition, decomposition of the persistent organic compound using in-liquid plasma as in
From such a thing, a highly degradable organic compound has high storage ability in the environment and the human body, and it is desired that it can be decomposed and processed.
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、難分解性有機化合物の分解を効率的に行うことができる難分解性有機化合物の分解方法、その分解方法に用いる分解装置、難分解性有機化合物を分解する処理液を提供することを目的とする。 Then, this invention is made in view of the above-mentioned subject, and the purpose is the decomposition method of the hard-to-degrade organic compound which can perform decomposition of a hard-to-degrade organic compound efficiently, and is used for the decomposition method An object of the present invention is to provide a decomposition apparatus and a treatment liquid that decomposes a persistent organic compound.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の特徴構成は、
難分解性有機化合物を含む液状物質にファインバブルを発生させ、当該ファインバブル中にプラズマ発生機構によりプラズマを発生させて前記難分解性有機化合物を分解する点にある。
The characterizing feature of the method for decomposing a hardly decomposable organic compound according to the present invention is
The present invention is characterized in that fine bubbles are generated in a liquid substance containing a hard-to-degrade organic compound, and plasma is generated in the fine bubbles by a plasma generation mechanism to decompose the hard-to-degrade organic compound.
上記特徴構成によれば、難分解性有機化合物を含む液状物質中にファインバブルを発生させ、そのファインバブルにプラズマを発生させることで、液状物質中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させる。このような活性酸素によって液状物質中の難分解性有機化合物を短時間で分解することができる。
また、発明者らは、ファインバブル中のヒドロキシラジカル等の活性酸素の寿命は、ファインバブルよりも口径が大きい気泡中の活性酸素の寿命に比べて長いことを見出した。それ故に、難分解性有機化合物と活性酸素との接触時間が長くなり、難分解性有機化合物の分解が促進されると考えている。
以上より、本特徴構成による分解方法では、難分解性有機化合物を効率的に分解できる。
According to the above feature configuration, the fine bubble is generated in the liquid substance containing the difficultly decomposable organic compound, and the plasma is generated in the fine bubble to generate active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical in the liquid substance. Let Such active oxygen can decompose the persistent organic compound in the liquid substance in a short time.
In addition, the inventors have found that the lifetime of active oxygen such as hydroxy radical in fine bubbles is longer than the lifetime of active oxygen in bubbles whose diameter is larger than that of fine bubbles. Therefore, it is believed that the contact time between the persistent organic compound and the active oxygen is prolonged, and the decomposition of the persistent organic compound is promoted.
As mentioned above, in the decomposition | disassembly method by this characteristic structure, a persistent organic compound can be decomposed | disassembled efficiently.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の特徴構成は、
難分解性有機化合物を含む液状物質を回転翼により撹拌することにより気泡を発生させ、当該気泡中にプラズマ発生機構によりプラズマを発生させて前記難分解性有機化合物を分解する点にある。
The characterizing feature of the method for decomposing a hardly decomposable organic compound according to the present invention is
The liquid substance containing the hard-to-degrade organic compound is stirred by a rotary blade to generate a bubble, and plasma is generated in the bubble by a plasma generation mechanism to decompose the hard-to-degrade organic compound.
上記特徴構成によれば、難分解性有機化合物を含む液状物質は、回転翼により撹拌されることで、局所的に負圧状態となる。特に、回転翼の回転方向に沿って液状物質が流動することで、当該回転方向に対して回転翼の後側が負圧状態となり、ここにおいて減圧沸騰(キャビテーション)が生じる。よって、回転翼が液状物質を撹拌することで生じる減圧沸騰により気泡(微細口径のファインバブル)が発生する。このファインバブルにプラズマを発生させることで、液状物質中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させる。これにより、上記の分解方法と同様に、本特徴構成による分解方法によって、難分解性有機化合物を短時間で効率的に分解できる。 According to the above-mentioned feature configuration, the liquid substance containing the difficultly decomposable organic compound is locally in negative pressure state by being stirred by the rotor. In particular, when the liquid material flows along the rotational direction of the rotary blade, the rear side of the rotary blade is in a negative pressure state with respect to the rotational direction, and reduced pressure boiling (cavitation) occurs here. Therefore, bubbles (fine bubbles with a fine diameter) are generated due to reduced pressure boiling that occurs when the rotor stirs the liquid substance. By generating plasma in the fine bubble, active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical is generated in the liquid substance. Thereby, similarly to the above-described decomposition method, the degradable organic compound can be efficiently decomposed in a short time by the decomposition method according to the present feature configuration.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の更なる特徴構成は、
翼室内に前記難分解性有機化合物を含む液状物質が導入され、前記回転翼が前記翼室内を回転することにより、前記液状物質が撹拌されて気泡が発生する点にある。
A further characteristic feature of the method for decomposing the difficult-to-degrade organic compound according to the present invention is
The liquid substance containing the difficultly decomposable organic compound is introduced into the wing chamber, and when the rotor rotates in the wing room, the liquid substance is agitated to generate air bubbles.
上記特徴構成によれば、翼室内という限られた空間に液状物質が導入されて翼室内で回転翼が回転することで、回転翼による回転が液状物質に効率的に伝えられる。液状物質が回転翼の回転方向に沿って流動すると、当該回転方向に対して回転翼の後側が負圧状態となり、ここにおいて減圧沸騰が生じる。よって、液状物質を回転翼により効率よく撹拌し、減圧沸騰を生じさせて効率よく気泡(微細口径のファインバブル)を発生させることができる。 According to the above-described feature configuration, the liquid substance is introduced into the limited space of the wing chamber and the rotor is rotated in the wing chamber, whereby the rotation of the rotor is efficiently transmitted to the liquid substance. When the liquid substance flows along the rotational direction of the rotary blade, the rear side of the rotary blade is in a negative pressure state with respect to the rotational direction, and pressure reduction boiling occurs here. Therefore, it is possible to efficiently stir the liquid substance by the rotary blade, to cause the boiling under reduced pressure, and to generate the air bubbles (fine bubbles with a fine diameter) efficiently.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の更なる特徴構成は、
前記プラズマ発生機構により発生させたプラズマは、低温プラズマである点にある。
A further characteristic feature of the method for decomposing the difficult-to-degrade organic compound according to the present invention is
The plasma generated by the plasma generation mechanism is a low temperature plasma.
上記特徴構成によれば、プラズマを低温で発生させることで、高電圧で高温のプラズマを発生させる場合に比べて消費エネルギを小さくできる。 According to the above-described feature configuration, by generating plasma at a low temperature, energy consumption can be reduced as compared to the case of generating a high-temperature plasma at a high voltage.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の更なる特徴構成は、
前記低温プラズマは、グロー放電により発生する点にある。
A further characteristic feature of the method for decomposing the difficult-to-degrade organic compound according to the present invention is
The low temperature plasma is generated by glow discharge.
上記特徴構成によれば、プラズマ発生機構の放電形態をグロー放電とすることにより、プラズマを低温、かつエネルギ効率よく発生できる。 According to the above feature configuration, by setting the discharge form of the plasma generation mechanism to glow discharge, plasma can be generated at low temperature and with high energy efficiency.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法の更なる特徴構成は、
前記プラズマ発生機構は、電極間に電圧を印加することでプラズマを発生させる点にある。
A further characteristic feature of the method for decomposing the difficult-to-degrade organic compound according to the present invention is
The plasma generation mechanism is to generate plasma by applying a voltage between the electrodes.
上記特徴構成によれば、電極間に電圧を印加することで、ファインバブルである気泡中にプラズマが発生する。プラズマは、気泡中の気体を構成する分子が電離して陽イオンと電子とに分離している状態である。この陽イオンが電極をスパッタリングすることで、電極を構成する元素を含むナノ粒子が生成される。
よって、液状物質中には、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子とが存在している。
発明者らは、難分解性有機化合物の分解には活性酸素だけでなくナノ粒子も関与しており、難分解性有機化合物の分解を促進していると考えている。
According to the above feature configuration, by applying a voltage between the electrodes, plasma is generated in the bubbles that are fine bubbles. In the plasma, molecules constituting the gas in the bubble are ionized to be separated into positive ions and electrons. These positive ions sputter the electrode to generate nanoparticles containing the elements constituting the electrode.
Therefore, in the liquid substance, fine bubbles as bubbles, active oxygen such as hydroxy radicals and oxygen radicals generated by plasma in the fine bubbles, and nanoparticles are present.
The inventors believe that not only active oxygen but also nanoparticles are involved in the decomposition of the persistent organic compound, and promotes the degradation of the persistent organic compound.
本発明に係る難分解性有機化合物の分解装置の特徴構成は、
難分解性有機化合物を含む液状物質が供給される導入室と、
複数の回転翼を有し、所定の中心軸を中心として回転することで、前記複数の回転翼により前記導入室内の前記液状物質を撹拌して気泡を発生させるロータと、
前記気泡中にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える点にある。
The characteristic configuration of the decomposable organic compound decomposition apparatus according to the present invention is
An introduction chamber to which a liquid substance containing a persistent organic compound is supplied;
A rotor that has a plurality of rotor blades and rotates around a predetermined central axis to agitate the liquid substance in the introduction chamber with the plurality of rotor blades to generate air bubbles;
A plasma generation mechanism for generating plasma in the bubbles;
In providing the
上記特徴構成によれば、導入室に導入された難分解性有機化合物を含む液状物質は、ロータが所定の中心軸を中心として回転することで、ロータに設けられた複数の回転翼により撹拌される。この撹拌により、液状物質は複数の回転翼の回転方向に沿って流動し、当該回転方向に対して複数の回転翼の後側が負圧状態となり、気泡として微細口径のファインバブルが発生する。このファインバブルとしての気泡内にプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることで、液状物質中に活性酸素が発生させる。これにより、上記の分解方法と同様に、難分解性有機化合物を短時間で効率的に分解できる。 According to the above-mentioned characteristic configuration, the liquid substance containing the difficultly decomposable organic compound introduced into the introduction chamber is agitated by the plurality of rotary blades provided on the rotor as the rotor rotates about the predetermined central axis. Ru. By this stirring, the liquid substance flows along the rotational direction of the plurality of rotary blades, and the rear side of the plurality of rotary blades becomes negative pressure in the rotational direction, and fine bubbles of fine bore diameter are generated as air bubbles. Active oxygen is generated in the liquid substance by generating plasma in the bubbles as the fine bubbles by the plasma generation mechanism. Thereby, similarly to the above-mentioned decomposition method, the hardly decomposable organic compound can be efficiently decomposed in a short time.
本発明に係る難分解性有機化合物を分解する処理液の特徴構成は、
液状物質にキャビテーションによりファインバブルを発生させ、当該ファインバブル中にプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることで処理されて生成され、難分解性有機化合物と混合される点にある。
The characteristic constitution of the treatment liquid for decomposing the difficult-to-degrade organic compound according to the present invention is
A fine bubble is generated in the liquid substance by cavitation, and a plasma is generated in the fine bubble by a plasma generation mechanism to be processed and generated, and mixed with the difficultly decomposable organic compound.
上記特徴構成によれば、処理液には、液状物質の中に発生したファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素とが存在している。この処理液を難分解性有機化合物と混合した場合には、難分解性有機化合物は、活性酸素により短時間で分解される。よって、本特徴構成による処理液を用いることで、難分解性有機化合物を効率的に分解できる。
また、処理液中の気泡がファインバブルであるため、ファインバブル中の活性酸素の寿命は長いと考えられる。よって、処理液として保存可能であり、所定の期間のあいだ保存した後でも、難分解性有機化合物を分解することができる。
According to the above feature configuration, the processing solution contains fine bubbles generated in the liquid substance and active oxygen such as hydroxyl radicals and oxygen radicals generated by plasma in the fine bubbles. When this treatment liquid is mixed with the hard-to-degrade organic compound, the hard-to-degrade organic compound is decomposed in a short time by active oxygen. Therefore, a difficultly decomposable organic compound can be efficiently decomposed | disassembled by using the process liquid by this characteristic structure.
In addition, since the bubbles in the processing solution are fine bubbles, the life of active oxygen in the fine bubbles is considered to be long. Therefore, it can be stored as a treatment liquid, and even after being stored for a predetermined period of time, the persistent organic compound can be decomposed.
〔第1実施形態〕
本発明に係る難分解性有機化合物の分解方法、その分解方法に用いる分解装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
First Embodiment
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A method of decomposing hard-to-degrade organic compounds according to the present invention and an embodiment of a decomposing apparatus used for the decomposing method will be described with reference to the drawings.
(1)全体構成
図1に示すように、分解装置100は、後述する難分解性有機化合物を含む液状物質Rを分解する装置である。分解装置100は、液状物質Rを供給する液状物質供給部Xと、液状物質供給部Xから供給される液状物質Rを負圧吸引して撹拌する吸引撹拌ポンプYと、キャビテーションによって吸引撹拌ポンプYから吐出された液状物質R中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Zと、プラズマ発生機構Zの下流側で、吸引撹拌ポンプYから吐出された液状物質Rの少なくとも一部を吸引撹拌ポンプYに循環供給する再循環機構部70とを備えている。
なお、以下で分解とは、難分解性有機化合物が無害な物質に分解されることをいう。また、分解には、難分解性有機化合物が、無害な物質に分解可能な所定の物質に分解されることも含まれる。分解された物質は、液状物質R中に溶けた状態及び分散状態などで存在することができる。例えば、難分解性有機化合物は分解されて、カーボンとして液状物質R中に分散することができる。
(1) Overall Configuration As shown in FIG. 1, the
In the following, the term "decomposition" means that a persistent organic compound is decomposed into harmless substances. In addition, decomposition includes decomposition of persistent organic compounds into predetermined substances that can be decomposed into harmless substances. The decomposed substance can be present in the liquid substance R in a dissolved or dispersed state. For example, the hard-to-degrade organic compound can be decomposed and dispersed in the liquid substance R as carbon.
(2)各部の構成
以下に分解装置100の各部の構成について説明する。
(2−1)液状物質供給部
図1に示すように、液状物質供給部Xは、貯留タンク51に貯留された液状物質Rを、吸引撹拌ポンプYの第1供給部11に連続的に供給するように構成されている。
具体的には、液状物質供給部Xは、液状物質供給管51Rを介して供給される液状物質Rを貯留し、送出する貯留タンク51と、送出ポンプ52Pが設けられており貯留タンク51から液状物質Rを送出する供給管52と、貯留タンク51から供給管52に送出される液状物質Rの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ(図示せず)と、供給管52を吸引撹拌ポンプYの第1供給部11に接続する導入機構60とを備えている。
(2) Configuration of Each Part The configuration of each part of the
(2-1) Liquid Substance Supply Unit As shown in FIG. 1, the liquid substance supply unit X continuously supplies the liquid substance R stored in the
Specifically, the liquid substance supply unit X stores the liquid substance R supplied via the liquid
また、貯留タンク51内には、貯留タンク51内の液状物質Rを撹拌するための撹拌羽根51Kが設けられている。また、貯留タンク51には、貯留タンク51内を大気圧に保持する空気(気体)Gの入出管51Gが、例えば貯留タンク51の上部に設けられている。また、貯留タンク51には、分解された液状物質Rの排出路53が接続されている。
Further, in the
(2−2)吸引撹拌ポンプ
次に、図1〜図5に基づいて、吸引撹拌ポンプYについて説明する。
図2に示すように、吸引撹拌ポンプYは、両端開口が前壁部2と後壁部3とで閉じられた円筒状の外周壁部4を備えたケーシング1を備えている。そして、吸引撹拌ポンプYは、そのケーシング1の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ5と、そのケーシング1の内部に同心状で前壁部2に固定配設された円筒状のステータ7と、ロータ5を回転駆動するポンプ駆動モータM等を備えている。
(2-2) Suction / Stirring Pump Next, the suction / stirring pump Y will be described based on FIGS. 1 to 5.
As shown in FIG. 2, the suction / stirring pump Y includes a
図3にも示すように、ロータ5の径方向の外方側には、複数の回転翼6が、前壁部2側である前方側(図2の左側)に突出し、且つ、周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ5と一体的に備えられている。
円筒状のステータ7には、絞り流路となる複数の第1及び第2透孔7a,7bが周方向に夫々並べて備えられている。ステータ7は、ロータ5の前方側(図2の左側)で、且つ、回転翼6の径方向の内側に位置づけられて前壁部2に固定配設されている。そして、ステータ7とケーシング1の外周壁部4との間に、排出室を兼ねた、回転翼6が周回する環状の翼室8が形成されている。
As also shown in FIG. 3, on the radially outer side of the
The
図2〜図4に示すように、液状物質Rを、導入機構60を介して、回転翼6の回転によりケーシング1の内部に吸引導入する第1供給部11が、前壁部2の中心軸(ケーシング1の軸心A3)よりも外周側に偏移した位置に設けられている。
図2及び図4に示すように、ケーシング1の前壁部2の内面に環状溝10が形成され、環状溝10と連通する状態で第1供給部11が設けられている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
As shown in FIGS. 2 and 4, an
図2及び図3に示すように、液状物質Rを吐出する円筒状の吐出部12が、ケーシング1の円筒状の外周壁部4の周方向における1箇所に、その外周壁部4の接線方向に延びて翼室8に連通する状態で設けられている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
図1、図2及び図6に示すように、この実施形態では、吐出部12から吐出された液状物質Rは、吐出路18を介して再循環機構部70に供給される。ケーシング1の前壁部2の中央部(軸心A3と同心状)には、第2供給部17が設けられている。第2供給部17は、液状物質Rのうち、再循環機構部70の分離部としての円筒状容器71にて気泡が分離された液状物質Rを、循環流路16を介してケーシング1内に循環供給する。
As shown in FIGS. 1, 2 and 6, in this embodiment, the liquid substance R discharged from the
又、図2〜図4に示すように、仕切板15により、ステータ7の内周側が、前壁部2側の第1導入室13と、ロータ5側の第2導入室14とに区画されている。仕切板15は、ロータ5の前方側に当該ロータ5と一体回転する状態で設けられている。そして、仕切板15の前壁部2側に掻出翼9が設けられている。掻出翼9は、同心状に、周方向において均等間隔で複数(これに限定されないが、図4では、4つ)備えられている。各掻出翼9は、その先端部9Tが環状溝10内に進入した状態でロータ5と一体的に周回可能に配設されている。
Further, as shown in FIGS. 2 to 4, the inner peripheral side of the
第1導入室13及び第2導入室14は、ステータ7の複数の第1及び第2透孔7a,7bを介して翼室8と連通されるように構成されている。第1供給部11は第1導入室13に連通し、第2供給部17は第2導入室14に連通するように構成されている。
具体的には、第1導入室13と翼室8とは、ステータ7における第1導入室13に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第1透孔7aを介して連通されている。また、第2導入室14と翼室8とは、ステータ7における第2導入室14に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第2透孔7bを介して連通されている。
The
Specifically, the
吸引撹拌ポンプYの各部について、説明を加える。
図2に示すように、ロータ5は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されている。ロータ5の外周側には、複数の回転翼6が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられている。なお、図3では、周方向に等間隔に10個の回転翼6が配設されている。また、この回転翼6は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するようにロータ5の外周側から内周側に突出形成されている。回転翼6と回転翼6の移動方向(回転方向)とのなす角は、例えば10°以上80°以下とすると好適である。本実施形態では、一例として30°とされている(図3参照)。回転翼6の先端部の内径は、ステータ7の外径よりも若干大径に形成されている。
Descriptions of each part of the suction / stirring pump Y will be added.
As shown in FIG. 2, the
このロータ5が、ケーシング1内においてケーシング1と同心状に位置する状態で、後壁部3を貫通してケーシング1内に挿入されたポンプ駆動モータMの駆動軸19に連結されている。そして、ロータ5は、このポンプ駆動モータMにより回転駆動される。
このロータ5が、その軸心方向視(図3に示すような図2のIII−III方向視)において回転翼6の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aには、いわゆる減圧沸騰(キャビテーション)が発生するように構成されている。
なお、回転翼6は、ロータ5において、所定の中心軸である軸心A3を中心とする回転による遠心力が大きい径方向外側に設けられている。液状物質Rにかかる遠心力の大きい箇所において回転翼6により液状物質を撹拌することで、径方向内側で液状物質Rを撹拌する場合に比べて、液状物質をより速く十分に撹拌できる。これにより、ファインバブルの発生を促進できる。
The
The
In the
なお、ファインバブルとは、直径100μm以下の気泡である。ファインバブルには、直径1〜100μmのマイクロバブルと、直径1μm以下のウルトラファインバブルとが含まれる。回転翼6の背面6aでは減圧沸騰(キャビテーション)によって気泡としてファインバブルが発生する。好ましくは、気泡として、マイクロバブル(直径1〜100μm)が発生し、より好ましくはウルトラファインバブル(直径1μm以下)が発生する。さらに好ましくは、気泡として、ウルトラファインバブル(直径1μm以下)の中でも、1nm以下の微細口径の気泡も発生させることができる。特に、ウルトラファインバブル(直径1μm以下)は、目視不可能な気泡であり、この気泡を含む液状物質Rは、この気泡による白濁は生じておらずほぼ無色透明である。なお、発生する気泡は、1種類に限られず、あらゆる口径のファインバブルの混合であってもよい。例えば、発生する気泡は、マイクロバブル及びウルトラファインバブルの少なくともいずれかを含む。
In addition, a fine bubble is a bubble of 100 micrometers or less in diameter. Fine bubbles include micro bubbles having a diameter of 1 to 100 μm and ultra fine bubbles having a diameter of 1 μm or less. At the
図2、図4及び図5に示すように、仕切板15は、ステータ7の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成されている。この漏斗状の仕切板15は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部15aにて開口された漏斗状部15bを備える。さらに、仕切板15は、その漏斗状部15bの外周部に、前面及び後面共にケーシング1の軸心A3に直交する状態となる環状平板部15cを備えている。
As shown in FIGS. 2, 4 and 5, the
そして、図2、図3及び図4に示すように、この仕切板15が、頂部の筒状摺接部15aがケーシング1の前壁部2側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所(これに限定されないが、本実施形態では、4箇所)に配設された間隔保持部材20を介して、ロータ5の前面の取付部5aに取り付けられる。
Then, as shown in FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4, the
図2、図3及び図5(iii)に示すように、仕切板15を複数箇所夫々で間隔保持部材20を介してロータ5に取り付ける際には、撹拌羽根21が、ケーシング1の後壁部3側に向く姿勢で仕切板15に一体的に組み付けられる。そして、ロータ5が回転駆動されると、4枚の撹拌羽根21がロータ5と一体的に回転するように構成されている。撹拌羽根21の枚数は4枚に限定されず、例えば2枚、3枚、5枚以上であってもよい。
As shown in FIGS. 2, 3 and 5 (iii), when the
図2及び図4に示すように、この実施形態では、円筒状の第2供給部17が、ケーシング1と同心状で、そのケーシング1の前壁部2の中心部に設けられている。この第2供給部17には、循環流路16の内径よりも小径で、かつ、仕切板15の筒状摺接部15aよりも小径であることにより、流路面積が小さな絞り部14aが形成されている。ロータ5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介して液状物質Rが吐出され、第2供給部17の絞り部14aを介して液状物質Rが導入されることになるので、吸引撹拌ポンプY内が減圧される。
As shown in FIG. 2 and FIG. 4, in this embodiment, a cylindrical
図2〜図4に示すように、第1供給部11は、そのケーシング1内に開口する開口部(入口部)が、環状溝10における周方向の一部を内部に含む状態で、ケーシング1内に対する第2供給部17の開口部の横側方に位置するように、前壁部2に設けられている。又、第1供給部11は、平面視(図1及び図2の上下方向視)において軸心A2がケーシング1の軸心A3と平行となり、且つ、ケーシング1の軸心A3に直交する水平方向視(図1及び図2の紙面表裏方向視)において、軸心A2がケーシング1の前壁部2に近付くほどケーシング1の軸心A3に近づく下向きの傾斜姿勢で、ケーシング1の前壁部2に設けられている。なお、第1供給部11の水平方向(図1及び図2の左右方向)に対する下向きの傾斜角度は、例えば45度程度である。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
図2及び図4に示すように、ステータ7は、ケーシング1の前壁部2の内面(ロータ5に対向する面)に取り付けられて、ケーシング1の前壁部2とステータ7とが一体となるように固定されている。ステータ7において、第1導入室13に臨む部分に配設された複数の第1透孔7aは、概略円形状に形成されている。そして、第1導入室13の流路面積よりも複数の第1透孔7aの合計流路面積が小さくなるように設定されている。また、第2導入室14に臨む部分に配設された複数の第2透孔7bは、概略楕円形状に形成されている。そして、第2導入室14の流路面積よりも複数の第2透孔7bの合計流路面積が小さくなるように設定されている。ロータ5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介して液状物質Rが吐出され、第1導入室13の第1透孔7aを介して液状物質Rが吐出部12に連通する翼室8に供給されるとともに、第2供給部17を介して液状物質Rが翼室8に導入されることで、吸引撹拌ポンプY内が減圧される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図4及び図5に示すように、この実施形態では、各掻出翼9が棒状に形成されている。各掻出翼9は、ロータ5の径方向視(図5(iii)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほど前壁部2側に位置し、且つ、ロータ5の軸心方向視(図5(i)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほどロータ5の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼9の基端部9Bがロータ5と一体回転するように固定されている。そして、ロータ5が、その軸心方向視(図5(i)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向き(図2〜図5において矢印にて示す向き)に回転駆動される。
As shown in FIGS. 4 and 5, in this embodiment, each
図3〜図5に基づいて、掻出翼9について説明を加える。
掻出翼9は、仕切板15に固定される基端部9B、第1導入室13に露呈する状態となる中間部9M、環状溝10に嵌め込まれる(即ち、進入する)状態となる先端部9Tを基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成されている。
Description of the
The
図3、図4、図5(ii)に示すように、掻出翼9の基端部9Bは、概ね矩形板状に構成されている。
図3、図4、図5(i)及び(ii)に示すように、掻出翼9の中間部9Mは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成されている(特に、図3参照)。そして、掻出翼9が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部9Mの三側面のうちのロータ5の回転方向前側を向く一側面9m(以下、放散面と記載する場合がある)は、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、斜め外向きと記載する場合がある)ように構成されている(特に、図4及び図5参照)。
As shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5 (ii), the
As shown in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 (i) and (ii), the
つまり、棒状の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼9のうち、第1導入室13に露呈する中間部9Mが、環状溝10に嵌め込まれる先端部9Tよりもロータ5の径方向外方に位置している。さらに、その中間部9Mの回転方向前側を向く放散面9mが、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された液状物質Rは、掻出翼9の中間部9Mの放散面9mにより、第1導入室13内においてロータ5の径方向外方側に向けて流動するように案内される。
That is, by providing the rod-
図4、図5(i)及び(ii)に示すように、掻出翼9の先端部9Tは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状である。また、先端部9Tにおいて、ロータ5の軸心方向視(図5(i)の紙面表裏方向視)において、四側面のうちのロータ5の径方向外方側に向く外向き側面9oが環状溝10の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿っている。さらに、先端部9Tにおいて、四側面のうちのロータ5の径方向内方側に内向き側面9iが環状溝10の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成されている。
As shown in FIG. 4, FIG. 5 (i) and (ii), the
又、四角柱状の先端部9Tの四側面のうちの、ロータ5の回転方向前側を向く掻き出し面9fは、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、斜め外向きと記載する場合がある)ように構成されている。
これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された液状物質Rは、掻出翼9の先端部9Tの掻き出し面9fにより、ロータ5の径方向外方側に向けて第1導入室13内に放出されることになる。
更に、掻出翼9の先端部9Tの先端面9tは、その先端部9Tが環状溝10に嵌め込まれた状態で環状溝10の底面と平行になるように構成されている。
The
As a result, the liquid substance R scraped out of the
Furthermore, the
また、ロータ5が、その軸心方向視(図5(i)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼9の基端部9B、中間部9M、先端部9Tそれぞれに、回転方向の後側となる面(背面)9aが形成される。
Further, when the
上述のような形状に構成された4個の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で例えば90度ずつ間隔を隔てて周方向に並べられた形態で、夫々、基端部9Bを仕切板15の環状平板部15cに固定されて設けられている。
The four
図2に示すように、掻出翼9が設けられた仕切板15が、間隔保持部材20によりロータ5の前面と間隔を隔てた状態でロータ5の前面の取付部5aに取り付けられている。そして、ロータ5が、仕切板15の筒状摺接部15aが第2供給部17に摺接回転可能に嵌めこまれた状態で、ケーシング1内に配設される。
これにより、ロータ5の膨出状の前面と仕切板15の後面との間に、ケーシング1の前壁部2側ほど小径となる先細り状の第2導入室14が形成される。そして、第2供給部17は、仕切板15の筒状摺接部15aを介して第2導入室14に連通する。
又、ケーシング1の前壁部2と仕切板15の前面との間に、第1供給部11に連通する環状の第1導入室13が形成される。
As shown in FIG. 2, the
As a result, a tapered
Further, an annular
そして、ロータ5が回転駆動されると、筒状摺接部15aが第2供給部17に摺接する状態で、仕切板15がロータ5と一体的に回転する。このようにロータ5及び仕切板15が回転する状態でも、第2供給部17が仕切板15の筒状摺接部15aを介して第2導入室14に連通する状態が維持されるように構成されている。
Then, when the
(2−3)再循環機構部
再循環機構部(分離部の一例)70は、円筒状容器71内において液状物質Rを分離するように構成されている。再循環機構部70は、図1及び図6に示すように、吸引撹拌ポンプYの吐出部12から吐出路18を介して供給される液状物質Rから気泡を分離し、その一部(例えば、10〜90%の任意の割合)の液状物質Rを循環流路16に、残部の液状物質Rを、液状物質Rに含まれる気泡と共に、排出路22にそれぞれ分離するように構成されている。吐出路18及び循環流路16は、夫々、円筒状容器71の下部に接続され、排出路22は、円筒状容器71の上部に形成された排出部73から貯留タンク51に接続される。
(2-3) Recirculation Mechanism Unit The recirculation mechanism unit (an example of the separation unit) 70 is configured to separate the liquid substance R in the
ここで、再循環機構部70では、図6に示すように、吐出路18が接続される導入パイプ72が円筒状容器71の底面から内部に突出して配設されている。そして、再循環機構部70は、円筒状容器71の上部に排出路22に接続される排出部73を備えるとともに、下部に循環流路16に接続される循環部74を備えている。さらに、再循環機構部70は、導入パイプ72の吐出上端に、導入パイプ72から吐出される液状物質Rの流れを旋回させる捻り板75を配設して構成されている。これにより、気泡を含まない液状物質Rを、循環流路16を介して、第2導入室14内に供給するようにしている。
Here, in the
(2−4)制御部
分解装置100に備えられる制御部は、図示しないが、CPUや記憶部等を備えた公知の演算処理装置からなり、分解装置100を構成する液状物質供給部X及び吸引撹拌ポンプY等の各機器の運転を制御可能に構成されている。
特に、制御部は、ロータ5の回転数を制御可能に構成されている。あるいは、回転翼6の周速度を制御可能に構成されている。第1導入室13及び第2導入室14内の圧力が所定の負圧状態となるように、ロータ5の回転数(回転翼6の周速度)を設定することができる。所定の負圧状態となるように、制御部は、ロータ5の回転数を例えば4800rpm以上、より好ましくは6000rpm以上、さらに好ましくは7200rpm以上に設定する。また、所定の負圧状態となるように、制御部は、回転翼6の周速度を、6〜80m/s、より好ましくは15〜50m/sに設定する。
(2-4) Control part Although the control part with which
In particular, the control unit is configured to be able to control the rotational speed of the
制御部が、設定したロータ5の回転数(回転翼6の周速度)で回転翼6を回転することで、少なくともステータ7の第1導入室13側の第1透孔7a及び第2導入室14側の第2透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を、翼室8内の全周に亘って連続して、液状物質Rの微細気泡(ファインバブル)が多数発生したファインバブル領域として形成できる。
つまり、翼室8内という限られた空間に液状物質が導入されて翼室8内で回転翼6が回転することで、回転翼6による回転が液状物質に効率的に伝えられる。そして、回転翼6の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aには、いわゆる減圧沸騰(キャビテーション)が発生する。よって、液状物質Rを回転翼6により効率よく撹拌し、減圧沸騰を生じさせて効率よく微細口径のファインバブルを発生させることができる。
The control unit rotates the
That is, when the liquid substance is introduced into the limited space of the
制御部は、翼室8内の全周に亘ってファインバブル領域を形成するために、例えば、ステータ7の第1透孔7a及び第2透孔7b(絞り透孔)の出口領域の圧力が当該出口領域の全周に亘って液状物質Rの飽和蒸気圧(25℃の水の場合、3.169kPa)以下となるようにロータ5の回転数(回転翼6の周速度)を設定することができる。
In order to form the fine bubble region over the entire circumference in the
また制御部は、翼室8の回転翼6で仕切られた各空間が、吐出部12と連通した際の吐出部12における液状物質Rの圧力が液状物質Rの飽和蒸気圧(25℃の水の場合、3.169kPa)以下となるようにロータ5の回転数(回転翼6の周速度)を設定することができる。当該設定された回転数でロータ5(回転翼6)を回転することで、吐出部12を通過した直後の領域に、液状物質Rの微細気泡(ファインバブル)が多数発生したファインバブル領域を形成できる。
Further, the control unit is configured such that the pressure of the liquid substance R in the
ここで、第1導入室13及び第2導入室14内の圧力(本実施形態においては、第1導入室13内の圧力(ここで、第1導入室13と第2導入室14とは、ほぼ同圧となる。))を測定するために、吸引撹拌ポンプYには圧力計80が設けられている。
Here, the pressure in the
(2−5)プラズマ発生機構
吸引撹拌ポンプYの吐出部12に接続された、液状物質Rが通過する吐出路18に、プラズマ発生機構Zが配設されている。
プラズマ発生機構Zは、図1(ii)に示すように、一対の電極支持部81aそれぞれに支持された一対の電極81と、電極81間にパルス電圧を印加するための電源82とを備えている。一対の電極81は、吸引撹拌ポンプYの吐出部12と再循環機構部70とを接続する吐出路18内に設置される。
(2-5) Plasma Generation Mechanism The plasma generation mechanism Z is disposed in the
As shown in FIG. 1 (ii), the plasma generation mechanism Z includes a pair of
一対の電極81は、難分解性有機化合物を含む液状物質Rの中において安定な導体であればよく、金属、半導体及びこれらの組み合わせから構成されていてもよい。
一対の電極81は、液状物質Rの中において安定な導体であれば、例えば、銀、銅、ニッケル、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、白金、鉄、クロム、タンタル、チタン、リチウム、ニオビウム、インジウム、モリブデン、パラジウム、スズ、鉛、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウム、ネオジム、スカンジウム等から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等の金属材料から形成されていることができる。このような金属材料から形成された電極81は、単層構造でも、2層以上の積層構造であってもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造と、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する2層構造と、チタン膜、アルミニウム膜及びチタン膜が順次に成膜された3層構造とが挙げられる。
The pair of
The pair of
その他、一対の電極81は、液状物質Rの中において安定であることを条件として、上記金属材料の酸化物から形成されていてもよい。
また、一対の電極81は、液状物質Rの中において安定であることを条件として、半導体であってもよく、例えば、シリコン、ゲルマニウム、セレン等から選択された一つの元素から構成される単元素半導体から形成されていてもよい。その他、一対の電極81は、複数の異なる元素から構成される化合物半導体から形成されていてもよい。化合物半導体としては、例えば、ガリウムヒ素、ガリウムリン及びインジウムリン等のIII−V族半導体と、カドミウムテルル、セレン化亜鉛及び硫化亜鉛等のII−VI族半導体と、シリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のIV−IV族半導体とが挙げられる。このような半導体の結晶構造としては、単結晶に限定されず、多結晶、微結晶及び非晶質であってもよい。
In addition, the pair of
In addition, the pair of
また、一対の電極81は、液状物質Rの中において安定であることを条件として、酸化物半導体であってもよい。このような酸化物半導体としては、インジウム、ガリウム、又は亜鉛のいずれか1つを少なくとも含む酸化物が挙げられる。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛、酸化インジウムガリウム、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛スズ酸化物及び亜鉛酸化物などが挙げられる。
上記のような半導体は、半導体中に不純物を過剰に添加することで導電率が高められて形成されていてもよい。
また、一対の電極81は、導体として機能すれば電極全体が導体である必要はなく、電極81の内部が絶縁体及び半導体等であり、絶縁体及び半導体等を導体が取り巻くように形成されていてもよい。
In addition, the pair of
The semiconductor as described above may be formed by increasing the conductivity by excessively adding an impurity into the semiconductor.
In addition, the pair of
このプラズマ発生機構Zは、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により絶縁性のファインバブル中にプラズマを発生させる。つまり、プラズマ発生機構Zは、ファインバブル内の空気を電離(プラズマ化)してプラズマを発生させる。 The plasma generation mechanism Z generates plasma in insulating fine bubbles by high-voltage dielectric breakdown discharge by pulse voltage. That is, the plasma generation mechanism Z ionizes (plasmatizes) air in the fine bubble to generate plasma.
このとき、一対の電極81に印加されるパルス電圧は、例えば±0.5kV〜±10kVであり、より好ましくは±2kV〜±6kVであり、さらに好ましくは±4kVである。また、パルス電圧のパルス幅は、例えば0.01μs〜2μsであり、より好ましくは0.4μs〜1.2μsであり、さらに好ましくは0.8μsである。また、パルス電圧の繰り返し周波数は、例えば、0.1kHz以上であり、より好ましくは10kHz以上であり、さらに好ましくは100kHz以上である。
また、一対の電極81のギャップ長は、例えば0.1mm〜10mmであり、より好ましくは0.5mm〜5mmであり、より好ましくは0.5mm〜2mmであり、さらに好ましくは1.0mmである。
At this time, the pulse voltage applied to the pair of
The gap length of the pair of
この場合において、パルス電圧によって生起される放電形態は、液状物質Rが通過する吐出路18と直交する方向に電極81を対向して設置するようにしたグロー放電であることが好ましい。これにより低温プラズマを効率よく発生させることができる。プラズマを低温で発生させることで、高電圧で高温のプラズマを発生させる場合に比べて消費エネルギを小さくできる。このとき、分解装置100に設けた冷却手段、例えば、吸引撹拌ポンプYに設けたジャケット冷却手段(図示省略)を稼働することによって液状物質Rを好適な液温で処理することができる。
なお、液状物質Rの主成分が水の場合は、液状物質Rは、例えば、より好ましくは液温0℃〜100℃の温度で処理でき、より好ましくは液温0℃〜80℃の温度で処理でき、さらに好ましくは液温5℃〜50℃の温度で処理できる。
In this case, it is preferable that the discharge form generated by the pulse voltage is a glow discharge in which the
When the main component of the liquid substance R is water, the liquid substance R can be treated, for example, more preferably at a liquid temperature of 0 ° C. to 100 ° C., more preferably at a liquid temperature of 0 ° C. to 80 ° C. It can process, More preferably, it can process at the temperature of 5 degreeC-50 degreeC of liquid temperature.
なお、上記において液状物質Rの主成分が水の場合において液状物質Rを処理するための好適な温度の一例を挙げたが、液状物質Rを処理するのに好適な温度は、液状物質Rに対する溶媒の凝固点及び沸点等によっても異なる。また、液状物質Rを処理するための好適な温度は、ジャケット冷却手段(冷却手段)としてのチラーの設定温度及びチラーの冷却能力等によっても異なり、さらには、プラズマ発生機構Zの例えば、電極81に用いる材料、ギャップ長、パルス幅及び周波数等のプラズマ条件によっても異なる。よって、上記では液状物質Rを処理するための好適な温度の一例を挙げたが、その他の溶媒の凝固点及び沸点等、チラーの設定温度及び冷却能力等、及び、プラズマ条件等も勘案して、液状物質Rを処理するための好適な温度を適宜設定可能である。
In addition, although the example of the suitable temperature for processing the liquid substance R in the case where the main component of the liquid substance R is water was mentioned above, the temperature suitable for processing the liquid substance R is the temperature for the liquid substance R It also differs depending on the freezing point and boiling point of the solvent. The preferred temperature for treating the liquid substance R also differs depending on the preset temperature of the chiller as the jacket cooling means (cooling means), the cooling capacity of the chiller, etc. Furthermore, for example, the
ファインバブルにプラズマを発生させることで、液状物質R中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させることができる。ヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素は酸化力が強く、特に、ヒドロキシラジカルは、活性酸素の中では最も反応性が高く、最も酸化力が強い。このような活性酸素によって、液状物質Rに含まれる難分解性有機化合物を短時間で分解することができる。 By generating plasma in the fine bubble, active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical can be generated in the liquid substance R. Active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical is strong in oxidizing power, and in particular, hydroxy radical is the most reactive among active oxygen and the strongest in oxidizing power. Such active oxygen can decompose the persistent organic compound contained in the liquid substance R in a short time.
(3)難分解性有機化合物
難分解性有機化合物は、例えば微生物を用いた活性汚泥法及びフェントン酸化法等の方法では分解困難な化合物である。難分解性有機化合物としては、例えば、メチレンブルー、ジオキサン及びベンゼン環を有する化合物等が挙げられる。
難分解性有機化合物の一例として、例えば以下の化合物が挙げられる。
難分解性有機化合物としては、例えば、コプラナPCB類、ポリ塩化ビフェニル類(PCB類)、ビスフェノール類、アルキルフェノール類、ハロゲン化フェノール類、フタル酸エステル類、ベンゾフェノン類などの芳香族化合物が挙げられる。
また、難分解性有機化合物としては、例えば、エストラジオールなどの環境ホルモンが挙げられる。
(3) Hard-to-degrade organic compound The hard-to-degrade organic compound is a compound which is hard to be degraded by methods such as an activated sludge method using a microorganism and a Fenton oxidation method. Examples of the hard-to-degrade organic compound include methylene blue, dioxane, and a compound having a benzene ring.
The following compounds are mentioned as an example of a persistent organic compound, for example.
Examples of the hard-to-degrade organic compound include aromatic compounds such as coplanar PCBs, polychlorinated biphenyls (PCBs), bisphenols, alkylphenols, halogenated phenols, phthalic esters, and benzophenones.
Moreover, as a persistent organic compound, environmental hormones, such as estradiol, are mentioned, for example.
また、難分解性有機化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ベンゾピレン等の芳香族炭化水素化合物が挙げられる。
また、難分解性有機化合物としては、ヘキサン、石油エーテル等の脂肪族炭化水素化合物が挙げられる。
Further, examples of the hard-to-degrade organic compound include aromatic hydrocarbon compounds such as benzene, toluene, xylene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene and benzopyrene.
Further, examples of the difficultly decomposable organic compound include aliphatic hydrocarbon compounds such as hexane and petroleum ether.
また、難分解性有機化合物としては、ダイオキシン類及びクロロフェノール類を始めとする有機塩素化合物等のハロゲン化有機化合が挙げられる。ハロゲン化有機化合としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ブロモトリフルオロメタン、ブロモクロロジフルオロメタン、ジブロモジフルオロメタン、ジブロモテトラフルオロエタン、トリブロモフルオロメタン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、1,1−ジクロロエチレン、1,2−ジクロロエチレン、クロロエチレン、ヘキサクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,2−ジクロロテトラフルオロエタン、1,3−ジクロロプロペン、2−クロロ−1,3−ブタジエン等が挙げられる。また、ハロゲン化有機化合のうちハロゲン化脂環式化合物としては、例えば、1,2,3,4,5,6−ヘキサクロロシクロヘキサン、アルドドリン(Aldrin)、ディルドリン(Dieldrin)、エンドリン(Endrin)、クロルデン(Chlorden)、ヘプタクロル(Heptachor)、マイレックス(Mirex)、トキサフェン(Toxaphene)が挙げられる。また、ハロゲン化有機化合のうちハロゲン化芳香族化合物としては、例えば、ジクロロジフェニルトリクロロエタン(DDT)、2,4−ジクロロフェノール、2,4,5−トリクロロフェノール、2,4,6−トリクロロフェノール、ペンタクロロフェノール等が挙げられる。 Further, examples of the hard-to-degrade organic compound include halogenated organic compounds such as organic chlorine compounds including dioxins and chlorophenols. As the halogenated organic compound, for example, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, bromotrifluoromethane, bromochlorodifluoromethane, dibromodifluoromethane, dibromotetrafluoroethane, tribromofluoromethane, tetrachloroethylene, trichloroethylene, 1,1-dichloroethylene, 1,2-dichloroethylene, chloroethylene, hexachloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,2-dichlorotetrafluoroethane, 1 , 3-dichloropropene, 2-chloro-1,3-butadiene and the like. Moreover, as a halogenated alicyclic compound among the halogenated organic compounds, for example, 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane, aldodrin (Aldrin), dieldrin (Dieldrin), endrin (Endrin), chlordene (Chlorden), Heptachor (Heptachor), Mirex (Mirex), Toxaphene (Toxaphene). Further, among halogenated organic compounds, examples of halogenated aromatic compounds include dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), 2,4-dichlorophenol, 2,4,5-trichlorophenol, 2,4,6-trichlorophenol, Pentachlorophenol etc. are mentioned.
上記のような難分解性有機化合物が、例えば水等の溶媒に溶けた状態、溶媒中に分散された状態、又は溶けた状態と分散された状態との混合状態となって液状物質Rが準備される。溶媒は、水に限定されない。例えば、溶媒は、難分解性有機化合物の分解を阻害せず、また溶媒自体も分解が容易なものであるのが好ましい。溶媒は、次のものに限定されないが、水以外に例えば、有機酸(例えば、ギ酸、ジクロロ酢酸、メタンスルホン酸等)、有機塩基(例えば、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、テトラブチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド、ナトリウムメトキシド等)、水系溶媒(例えば、塩酸、硝酸、リン酸、弗酸、酢酸及び硫酸等の酸性の水系溶媒、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液及び水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性の水系溶媒)、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール等)、ケトン系溶媒(例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等)、エーテル系溶媒(例えば、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、グリコール系溶剤(エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等)、スルホキシド系溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチレンスルホキシド、スルホラン等)、エステル系溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、乳酸エチル等)、アミド系溶媒(例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドン等)、芳香族炭化水素系溶媒(例えば、トルエン、キシレン等)、脂肪族炭化水素系溶媒(例えば、オクタン等)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル等)、ハロゲン系溶媒(例えば、四塩化炭素、ジクロロメタン等)、イオン性液体(例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート等)、二硫化炭素溶媒、またはこれらの混合物などが挙げられる。
なお、難分解性有機化合物は、例えば水等の溶媒に完全に溶けている必要はなく、溶媒の中に分散している状態であってもよい。
For example, the liquid substance R is prepared in a state in which the above-mentioned difficultly decomposable organic compound is dissolved in a solvent such as water, a state dispersed in a solvent, or a mixed state in which it is dissolved and dispersed. Be done. The solvent is not limited to water. For example, it is preferable that the solvent does not inhibit the decomposition of the persistent organic compound, and that the solvent itself is easy to decompose. The solvent is not limited to the following, but other than water, for example, an organic acid (eg, formic acid, dichloroacetic acid, methanesulfonic acid etc.), an organic base (eg, diazabicycloundecene (DBU), tetrabutylammonium hydroxide) Acidic aqueous solvents such as hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, acetic acid and sulfuric acid, sodium hydroxide aqueous solution, calcium hydroxide aqueous solution and water Alkaline aqueous solvents such as aqueous potassium oxide solution, alcohol solvents (eg, methanol, ethanol, n-propanol etc.), ketone solvents (eg, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone etc.), ether solvents (eg tetrahydrofuran) ,Propylene glycol Nomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, etc., glycol solvents (ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol etc.), sulfoxide solvents (eg, dimethyl sulfoxide, hexamethylene sulfoxide, sulfolane etc.), Ester solvents (eg, ethyl acetate, n-butyl acetate, ethyl lactate etc.), amide solvents (eg, N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone etc.), aromatic hydrocarbon solvents (eg, For example, toluene, xylene, etc., aliphatic hydrocarbon solvents (eg, octane etc.), nitrile solvents (eg, acetonitrile etc.), halogen solvents (eg, carbon tetrachloride, dichloromethane etc.), ionic liquid For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), carbon disulfide solvent or a mixture thereof, and the like.
The hard-to-degrade organic compound does not have to be completely dissolved in a solvent such as water, for example, and may be dispersed in the solvent.
また、液状物質Rには、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム及び水酸化カリウムなどのアルカリ性中和剤、塩酸、硫酸、硝酸、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム硫酸アルミニウム等の酸性中和剤等のpH調整剤を混合することができる。pH調整剤は、その他、例えば、コハク酸やクエン酸、酒石酸、酢酸等の有機酸やそれらの塩、リン酸やポリリン酸、ホウ酸等の無機酸やそれらの塩等が使用可能である。
なお、液状物質RのpHはpH1〜pH14のいずれの範囲であってもよい。ただし、後述の実験例を参照して液状物質R中の難分解性有機化合物の分解の程度を考慮すると、例えば液状物質RはpH3〜pH12であり、より好ましくはpH3〜pH7、より好ましくはpH3〜pH5、さらに好ましくはpH3である。
In addition, as the liquid substance R, alkaline neutralizing agents such as sodium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate and potassium hydroxide, and acidic neutralizing agents such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, aluminum chloride, aluminum chloride polyaluminum chloride, etc. PH adjusters can be mixed. As the pH adjuster, for example, organic acids such as succinic acid, citric acid, tartaric acid and acetic acid and salts thereof, inorganic acids such as phosphoric acid and polyphosphoric acid and boric acid, salts thereof and the like can be used.
The pH of the liquid substance R may be any range of
(4)分解装置の動作
次に、分解装置100の動作について説明する。
まず、液状物質供給部Xの貯留タンク51に、液状物質供給管51Rを介して、分解対象となる難分解性有機化合物を含む液状物質Rを供給し、貯留する。
そして、液状物質供給部Xの貯留タンク51から液状物質Rを供給しながらロータ5を回転させ、吸引撹拌ポンプYの運転を所定時間継続する。
(4) Operation of Decomposition Device Next, the operation of the
First, the liquid substance R containing a persistent organic compound to be decomposed is supplied and stored in the
Then, the
ロータ5が回転駆動されて、そのロータ5と一体的に仕切板15が回転すると、その仕切板15に同心状に設けられた掻出翼9が、環状溝10に先端部9Tが嵌め込まれた状態で周回する。
これにより、図2及び図3において実線矢印にて示すように、第1供給部11を流動して環状溝10に導入された液状物質Rは、環状溝10に嵌め込まれて周回する掻出翼9の先端部9Tにより掻き出される。その掻き出された液状物質Rは、概略的には、第1導入室13内を仕切板15における漏斗状部15bの前面と環状平板部15cの前面とに沿いながら、ロータ5の回転方向に流動する。さらに、液状物質Rは、ステータ7の第1導入室13側の第1透孔7aを通過して翼室8に流入し、その翼室8内をロータ5の回転方向に流動して、吐出部12から吐出される。
When the
As a result, as shown by solid arrows in FIG. 2 and FIG. 3, the scraping blade which flows through the
環状溝10に導入された液状物質Rは、掻出翼9の先端部9Tにより掻き出されるときに、剪断作用を受ける。この場合、掻出翼9の先端部9Tの外向き側面9oと内側の環状溝10の内向き内面との間、及び、掻出翼9の先端部9Tの内向き側面9iと内側の環状溝10の外向き内面との間において剪断作用が働く。また、ステータ7の第1導入室13側の第1透孔7aを通過する際に、剪断作用が働く。
The liquid substance R introduced into the
一方、吐出部12から吐出された液状物質Rは、吐出路18を通して再循環機構部70に供給される。再循環機構部70は、液状物質Rから気泡を分離し、その一部(例えば、10〜90%の任意の割合)の液状物質Rを、循環流路16を介して、再び吸引撹拌ポンプYの第2供給部17に供給する。液状物質Rの残部は、液状物質Rに含まれる気泡とともに、排出路22を通して貯留タンク51に供給される。
On the other hand, the liquid substance R discharged from the
吸引撹拌ポンプYの第2供給部17に供給された液状物質Rは、第2供給部17の絞り部14aを介して流量が制限された状態で第2導入室14内に導入される。液状物質Rは、その第2導入室14内においては、回転する複数の撹拌羽根21により剪断作用を受ける。さらに、液状物質Rは、第2導入室14側の第2透孔7bを通過する際にも剪断作用を受ける。この際には、第2導入室14側の第2透孔7bを介して流量が制限された状態で翼室8に導入される。そして、翼室8内において、高速で回転する回転翼6により剪断作用を受けた後、液状物質Rは、第1導入室13からの液状物質Rと混合されて吐出部12から吐出される。
The liquid substance R supplied to the
ここで、制御部は、第1導入室13及び第2導入室14内の圧力が所定の負圧状態となるように、ロータ5の回転数(回転翼6の周速度)を制御する。この制御されたロータ5の回転数(回転翼6の周速度)で回転翼6を回転することで、少なくともステータ7の第1導入室13側の第1透孔7a及び第2導入室14側の第2透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を、翼室8内の全周に亘って連続して、液状物質Rの微細気泡(ファインバブル)が多数発生したファインバブル領域(キャビテーション(減圧沸騰)による気泡発生領域)として形成できる。
Here, the control unit controls the number of rotations of the rotor 5 (peripheral velocity of the rotary blade 6) so that the pressure in the
この場合、吸引撹拌ポンプYを運転しているときに、第1導入室13及び第2導入室14内の圧力が、例えば−0.01〜−0.10Mpa、好ましくは、−0.03〜−0.09Mpa、より好ましくは、−0.04〜−0.08Mpaの範囲の負圧状態となるように、吸引撹拌ポンプYの回転翼6の周速度を、例えば6〜80m/s、より好ましくは、15〜50m/sに設定する。
ここで、前記負圧状態は、圧力計80により測定した第1導入室13及び第2導入室14内の圧力をいう。
In this case, when the suction and stirring pump Y is operated, the pressure in the
Here, the negative pressure state refers to the pressure in the
ところで、この分解装置100においては、吸引撹拌ポンプYの吐出部12に接続された、液状物質Rが供給、通過する吐出路18に、プラズマ発生機構Zを配置している。
そして、このプラズマ発生機構Zの電源82によって電極81間にパルス電圧を印加する。これによって、液状物質R中のファインバブル中にプラズマを発生させる。
By the way, in the
Then, a pulse voltage is applied between the
液状物質R中に発生するファインバブル中にプラズマを発生させることで、液状物質R中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させることができる。このような活性酸素によって、液状物質Rに含まれる難分解性有機化合物を短時間で分解することができる。 By generating plasma in fine bubbles generated in the liquid substance R, active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical can be generated in the liquid substance R. Such active oxygen can decompose the persistent organic compound contained in the liquid substance R in a short time.
また、発明者らは、ファインバブル中にヒドロキシラジカル等の活性酸素を発生させると、難分解性有機化合物の分解が促進されることを見出した。通常、ヒドロキシラジカル等の活性酸素は、その反応性が高いために寿命が短く、発生後に即座に崩壊する傾向にある。しかし、上記の通り、ヒドロキシラジカル等の活性酸素は、微細口径のファインバブル中において発生する。発明者らは、ファインバブル中のヒドロキシラジカル等の活性酸素の寿命は、ファインバブルよりも口径が大きい気泡中の活性酸素の寿命に比べて長いと考えている。前述の通り、ファインバブルには、直径1μm以下のウルトラファインバブルが含まれるが、発明者らは、このウルトラファインバブル中の活性酸素の寿命も比較的長いと考えている。それ故に、難分解性有機化合物と活性酸素との接触時間が長くなり、難分解性有機化合物の分解が促進されると考えている。 The inventors have also found that the generation of active oxygen such as hydroxy radical in fine bubbles promotes the decomposition of persistent organic compounds. Usually, active oxygen such as hydroxy radical has a short life due to its high reactivity, and tends to disintegrate immediately after generation. However, as described above, active oxygen such as hydroxy radical is generated in fine bubbles of fine diameter. The inventors consider that the lifetime of active oxygen such as hydroxy radical in a fine bubble is longer than the lifetime of active oxygen in a bubble whose diameter is larger than that of the fine bubble. As described above, fine bubbles include ultra fine bubbles having a diameter of 1 μm or less, but the inventors consider that the life of active oxygen in the ultra fine bubbles is also relatively long. Therefore, it is believed that the contact time between the persistent organic compound and the active oxygen is prolonged, and the decomposition of the persistent organic compound is promoted.
また、プラズマ発生機構Zの電極81間に電圧を印加することで、ファインバブル中にプラズマが発生する。プラズマは、気泡中の気体を構成する分子が電離して陽イオンと電子とに分離している状態である。この陽イオンが電極81をスパッタリングすることで、電極81を構成する元素を含むナノ粒子が生成される。
よって、液状物質R中には、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子とが存在している。
難分解性有機化合物は、活性酸素により分解されるが、さらに、発明者らは、液状物質中に存在するナノ粒子もまた難分解性有機化合物の分解に何らかの形で関与しており、難分解性有機化合物の分解を促進していると考えている。
In addition, by applying a voltage between the
Therefore, in the liquid substance R, fine bubbles as bubbles, active oxygen such as hydroxy radicals and oxygen radicals generated by plasma in the fine bubbles, and nanoparticles are present.
Although persistent organic compounds are degraded by active oxygen, the present inventors also found that the nanoparticles present in the liquid substance also somehow participate in the degradation of persistent organic compounds It is thought that it promotes the decomposition of organic organic compounds.
ナノ粒子は、上述した電極81を構成する元素、及び、当該元素が酸化された酸化物等によって構成されている。また、難分解性有機化合物は、上述の水、酸性の水系溶媒、アルカリ性の水系溶媒及びアルコール系溶媒等の溶媒と混合されている。また、難分解性有機化合物は分解により結合がきれた状態の化合物として、液状物質R中に存在している可能性がある。よって、ナノ粒子は、電極81を構成する元素と、溶媒及び難分解性有機化合物が分解された化合物等との結合により、塩化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、亜硫酸塩及び水酸化物塩等の状態で存在している可能性がある。
The nanoparticles are made of the above-described elements constituting the
液状物質Rには、上述の通り、アルカリ性中和剤及び酸性中和剤等のpH調整剤を混合することができる。この場合、pH調整剤と、前述の溶媒及び難分解性有機化合物が分解された化合物等との結合により、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及び塩化カリウム等の無機塩と、グリコール酸ナトリウム及びクエン酸ナトリウム等の有機塩とが含まれる場合がある。 As described above, the liquid substance R can be mixed with a pH adjuster such as an alkaline neutralizer and an acidic neutralizer. In this case, inorganic salts such as sodium sulfate, sodium carbonate and potassium chloride, sodium glycolate and sodium citrate, etc. are obtained by combining the pH adjuster with the above-mentioned solvent and the compound obtained by decomposing the hardly degradable organic compound. And organic salts may be included.
このように分解処理された難分解性有機化合物を含む液状物質Rは再循環機構部70に供給される。再循環機構部70は、液状物質Rから気泡を分離し、その一部の液状物質Rを循環流路16を介して、再び吸引撹拌ポンプYの第2供給部17に供給する。これにより、難分解性有機化合物を含む液状物質R中に対して、ファインバブルの発生及びプラズマの発生を繰り返し行うことで、難分解性有機化合物の分解を促進できる。
以上より、上記分解装置を用いた分解方法では、難分解性有機化合物を短時間で効率的に分解できる。
The liquid substance R containing the persistent organic compound decomposed in this manner is supplied to the
As mentioned above, in the decomposition | disassembly method using the said decomposition apparatus, a persistent organic compound can be decomposed | disassembled efficiently in a short time.
以上のように分解処理された難分解性有機化合物を含む液状物質R中は、貯留タンク51に貯留される。その後、吸引撹拌ポンプYの運転を停止する。
そして、貯留タンク51に貯留されている分解処理された難分解性有機化合物を含む液状物質R中は、排出路53を介して排出される。
The liquid substance R containing the persistent organic compound decomposed as described above is stored in the
Then, the liquid substance R containing the decomposed and degradable organic compound stored in the
〔第2実施形態〕
本発明に係る難分解性有機化合物の分解に用いる処理液及びその処理液の製造方法の実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、難分解性有機化合物を含む液状物質Rを分解装置100に導入し、難分解性有機化合物を分解している。本実施形態では、水等の溶液を分解装置100に導入し、分解装置100を経た処理液を生成する。そして、その処理液と難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合する。これにより、難分解性有機化合物を処理液により分解する。以下に具体的に説明する。ただし、上記第1実施形態と重複する部分については説明を省略するか簡略化する。
Second Embodiment
An embodiment of a treatment liquid used for decomposing the hardly degradable organic compound according to the present invention and a method for producing the treatment liquid will be described.
In the first embodiment, the liquid substance R containing a hardly decomposable organic compound is introduced into the decomposing
液状物質供給部Xの貯留タンク51に、液状物質供給管51Rを介して、例えば水等の溶液を供給し、貯留する。このとき、第1実施形態とは異なり、水等の溶液には難分解性有機化合物は混合されていない。
そして、液状物質供給部Xの貯留タンク51から水等の溶液を供給しながらロータ5を回転させ、吸引撹拌ポンプYの運転を所定時間継続する。
A solution such as water, for example, is supplied and stored in the
Then, the
吸引撹拌ポンプYに供給された水等の溶液は、ロータ5が回転駆動されると、掻出翼9による剪断作用、第1透孔7aを通過することによる剪断作用、撹拌羽根21による剪断作用、第2透孔7bを通過することによる剪断作用等により撹拌されつつ、回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aにおいて、いわゆる減圧沸騰(キャビテーション)が発生する。よって、水等の溶液を回転翼6により効率よく撹拌し、減圧沸騰を生じさせて効率よく微細口径のファインバブルを発生させることができる。
When the
そして、プラズマ発生機構Zの電源82によって電極81間にパルス電圧を印加することで、キャビテーションにより水等の溶液中に発生するファインバブル中にプラズマを発生させて処理液を製造する。このように製造された処理液において発生するファインバブル中にプラズマを発生させることで、水等の溶液中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させることができる。
Then, a pulse voltage is applied between the
また、プラズマは、気泡中の気体を構成する分子が電離して陽イオンと電子とに分離している状態である。この陽イオンがプラズマ発生機構Zの電極81をスパッタリングすることで、電極81を構成する元素を含むナノ粒子が生成される。よって、処理液には、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子とが存在している。
In the plasma, molecules constituting the gas in the bubble are ionized to be separated into positive ions and electrons. The positive ions sputter the
このように製造された処理液と、難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合する。これにより、難分解性有機化合物を処理液により分解する。混合方法としては、前述のように製造された処理液を、難分解性有機化合物を含む液状物質Rが収容されている容器に投入して混合してもよいし、前述のように製造された処理液が収容されている容器に、難分解性有機化合物を含む液状物質Rを投入して混合してもよい。処理液と混合された難分解性有機化合物は、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素により短時間で分解される。また、上記第1実施形態と同様に、処理液中に存在するナノ粒子もまた難分解性有機化合物の分解に何らかの形で関与して考えられる。 The treatment liquid produced in this manner and the non-degradable organic compound are mixed, for example, in a predetermined tank. Thereby, the difficultly decomposable organic compound is decomposed by the treatment liquid. As a mixing method, the treatment liquid produced as described above may be introduced into a container containing a liquid substance R containing a hardly decomposable organic compound and mixed, or it may be produced as described above The liquid substance R containing a non-degradable organic compound may be charged into a container containing the treatment liquid and mixed. The persistent organic compound mixed with the treatment liquid is decomposed in a short time by active oxygen such as hydroxy radical and oxygen radical generated by plasma in the fine bubble. Further, as in the first embodiment, the nanoparticles present in the treatment liquid are also considered to be involved in the decomposition of the hardly decomposable organic compound.
また、発明者らは、上記第1実施形態と同様に、ファインバブル中にヒドロキシラジカル等の活性酸素を発生させると、難分解性有機化合物の分解が促進されることを見出した。
また、処理液中の気泡がファインバブルであるため、ファインバブル中の活性酸素の寿命は長いと考えられる。よって、処理液として保存可能であり、所定の期間のあいだ保存した後でも、難分解性有機化合物を分解することができる。
In addition, as in the first embodiment, the inventors have found that when active oxygen such as a hydroxy radical is generated in the fine bubble, the decomposition of the hard-to-degrade organic compound is promoted.
In addition, since the bubbles in the processing solution are fine bubbles, the life of active oxygen in the fine bubbles is considered to be long. Therefore, it can be stored as a treatment liquid, and even after being stored for a predetermined period of time, the persistent organic compound can be decomposed.
なお、本実施形態において分解装置100に導入する溶液は、水に限定されない。例えば、溶液は、第1実施形態で用いた溶媒を用いることができる。
In addition, the solution introduce | transduced into the
(実施例)
以下に、分解装置100を用いて行った分解試験について説明する。
(1)実験条件
分解試験の実験条件は、以下の表1の通りである。
(Example)
Below, the decomposition test performed using the
(1) Experimental conditions The experimental conditions of the decomposition test are as shown in Table 1 below.
上記表1に示すように、液状物質Rとしてメチレンブルー水溶液を用いた。つまり、液状物質Rは、難分解性有機化合物としてのメチレンブルーと、溶媒としての水とを混合することにより、メチレンブルー水溶液として生成されている。
液状物質R中のメチレンブルーの濃度は10ppmであり、液状物質Rとして1.0Lを用いた。液状物質Rの初期pHとしてpH3、pH7、pH11の3種類を用いた。また、液状物質RにはpH調整剤として水酸化ナトリウムを混合した。
冷却水循環装置(冷却手段)としてのチラーの設定温度を5℃とした。
As shown in Table 1 above, a methylene blue aqueous solution was used as the liquid substance R. That is, the liquid substance R is produced as a methylene blue aqueous solution by mixing methylene blue as a hardly decomposable organic compound and water as a solvent.
The concentration of methylene blue in the liquid substance R was 10 ppm, and 1.0 L was used as the liquid substance R. Three kinds of
The set temperature of the chiller as the cooling water circulation device (cooling means) was 5 ° C.
プラズマ発生機構Zの一対の電極81として、直径1.0mmの円柱状の銅を用いた。一対の電極81間のギャップ長、つまり電極間隔は1.0mmとした。プラズマ発生機構Zの電源82から一対の電極81に対して、0.8μsのパルス幅、300kHzの周波数を有する±3kVのパルス電圧を印加した。
また、分解装置100のロータ5、つまり吸引撹拌ポンプYのロータ5の回転数としては、分解装置100の定格である7200rpmを用いた。
また、材質がABS樹脂から構成された吸引撹拌ポンプYを用いた。
そして、分解の処理時間として、0min(分)、2min、5min、10min、20min、50min及び100minを採用した。
As a pair of
Further, as the rotational speed of the
In addition, a suction stirring pump Y made of ABS resin was used.
And, 0 min (minute), 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, 50 min and 100 min were adopted as the decomposition processing time.
(2)pHの変化(初期pH=pH3、pH7、pH11)
上記の実験条件の下で行ったメチレンブルー水溶液のpHの変化の結果を表2に示す。
The results of changes in pH of methylene blue aqueous solution carried out under the above experimental conditions are shown in Table 2.
表2では、メチレンブルー水溶液の初期pHがpH3、pH7、pH11のそれぞれについて、0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minの時間経過に伴うpHの変化を示している。メチレンブルー水溶液の初期pHがpH3、pH7、pH11のいずれの場合においても、時間の経過とともにpHが酸性になっている。ここで、分解装置100では、上述の通り、難分解性有機化合物を含む液状物質Rに、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子とが存在させ、難分解性有機化合物を分解している。難分解性有機化合物としてのメチレンブルーが分解装置100に導入され、ヒドロキシラジカル等の活性酸素により分解されると、CO2、H2O、HNO3等が生成される。よって、メチレンブルーが分解されてCO2、HNO3等が生成されることにより、pHが酸性に移行していったことが分かる。よって、酸性、中性及びアルカリ性のいずれの難分解性有機化合物を含む液状物質Rであっても、本分解方法により難分解性有機化合物が分解されることが分かった。
なお、pHの測定には堀場製作所社製のポータブル型pHメータ D−71防水プラスチックpH電極 9625−10Dを用いて測定した。
Table 2 shows changes in pH with time of 0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, 50 min and 100 min when the initial pH of the methylene blue aqueous solution is
The pH was measured using a portable pH meter D-71 waterproof plastic pH electrode 9625-10D manufactured by Horiba, Ltd.
(3)吸光度の変化
次に、上記の実験条件の下で行ったメチレンブルー水溶液の吸光度の変化の結果を説明する。以下の結果から、酸性、中性及びアルカリ性のいずれの難分解性有機化合物を含む液状物質Rであっても、本分解方法により難分解性有機化合物が分解されることが分かった。以下に、初期pH=pH3、pH7、pH11のそれぞれについて、メチレンブルー水溶液の吸光度の変化の結果を示す。吸光度は、可視・紫外分光法を用いて測定した。
(3) Changes in Absorbance Next, the results of changes in absorbance of the methylene blue aqueous solution carried out under the above-described experimental conditions will be described. From the following results, it was found that, even if the liquid substance R containing any of acidic, neutral and alkaline persistent organic compounds, the persistent organic compounds are decomposed by this decomposition method. The results of changes in absorbance of the methylene blue aqueous solution are shown below for each of initial pH = pH3, pH7 and pH11. Absorbance was measured using visible-ultraviolet spectroscopy.
(3−1)初期pH=7
(a)吸光度の変化(0min〜100min)
初期pHが7のメチレンブルー水溶液が0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minの時間経過とともに分解されている状態を、吸光度から測定した結果(測定1回目)を図7に示す。図7に示すように、例えば波長が670nm付近の吸光度が、分解装置100でのメチレンブルーの分解処理時間の経過とともに低くなっており、難分解性有機化合物であるメチレンブルーが分解されているのが分かった。なお、メチレンブルー水溶液は、波長が660nm付近の光を吸収する性質を有している。
(3-1) Initial pH = 7
(A) Change in absorbance (0 min to 100 min)
The results of measurement from absorbance of the methylene blue aqueous solution having an initial pH of 7 and the decomposition with the lapse of time of 0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, 50 min and 100 min are shown in FIG. As shown in FIG. 7, for example, it is understood that the absorbance at a wavelength of around 670 nm decreases with the elapse of the decomposition processing time of methylene blue in the
また、メチレンブルー水溶液は、分解装置100での分解処理時間が2min及び5min経過した時点でも分解が進んでいる。また、分解処理時間が10min〜100minの場合には、吸光度がほぼ“0”となっており、分解が相当程度進んでいるのが分かる。よって、分解装置100を用いることにより、難分解性有機化合物であるメチレンブルーを短時間で分解できることが分かった。
なお、紫外可視分光光度計(日本分光(株)製 V-730BIO)を用いて、メチレンブルー水溶液を石英セルに入れ、室温で吸光度を測定した。以下の吸光度の測定において同じである。
Further, the methylene blue aqueous solution is decomposed even when the decomposition processing time in the
An aqueous solution of methylene blue was placed in a quartz cell using an ultraviolet-visible spectrophotometer (V-730BIO, manufactured by JASCO Corporation), and the absorbance was measured at room temperature. The same is true for the following absorbance measurements.
(b)吸光度の変化(1800h(時間)以降)
次に、初期pHが7のメチレンブルー水溶液を0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1800h(時間)経過後に吸光度を測定した結果(測定2回目)を図8に示す。図8に示すように、分解装置100で処理を行わなかった0minの結果を除いて、例えば670nm付近の吸光度がほぼ“0”に近くなっていることが分かる。
(B) Change in absorbance (after 1800 h (hours))
Next, after the methylene blue aqueous solution having an initial pH of 7 was treated with the
そして、図7では、初期pHが7のメチレンブルー水溶液を2min、5minのあいだ、分解装置100で処理を行った場合には、670nm付近の吸光度は“0”になっていない。一方、図8に示すように、初期pHが7のメチレンブルー水溶液を2min、5minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1800hが経過すると、各処理時間での670nm付近の吸光度がほぼ“0”に近くなっている。
なお、初期pHが7であり、分解処理時間が10min〜100minのメチレンブルー水溶液を、約1800h経過後に吸光度を測定すると、吸光度がほぼ“0”に近くなっている。
And in FIG. 7, when processing is performed by the
When the initial pH is 7 and the decomposition time is 10 minutes to 100 minutes, and the absorbance is measured after about 1800 hours, the absorbance is close to “0”.
よって、分解装置100において難分解性有機化合物であるメチレンブルーを含む液状物質Rを一旦処理すると、処理後に時間が経過した場合でも、メチレンブルーの分解が進んでいることが分かった。発明者らは、液状物質R中には、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子とが存在していることが、液状物質Rを分解処理後に時間が経過した場合において、液状物質R中の難分解性有機化合物の分解に寄与していると考えている。ただし、ファインバブル、活性酸素及びナノ粒子は時間の経過とともに消滅する可能性もあり、ファインバブル、活性酸素及びナノ粒子の少なくとも1つが存在することが難分解性有機化合物の分解に寄与しているとも考えている。あるいは、ファインバブル、活性酸素及びナノ粒子の少なくとも2つ以上が存在し、それらの相互作用によって難分解性有機化合物の分解に寄与しているとも考えている。
Therefore, it was found that once the liquid substance R containing methylene blue, which is a difficultly decomposable organic compound, is treated in the
上記第2実施形態では、水等の溶液を分解装置100で処理して処理液を製造した。そして、処理液と、難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合する。上記の実験結果からすると、分解装置100で液状物質Rを処理した後に、さらに時間が経過した後も、液状物質R中の難分解性有機化合物の分解が進んでいる。よって、分解装置100で処理した後の処理液もまた、難分解性有機化合物を分解することが可能であると考えられる。これは、処理液に、気泡としてのファインバブルと、ファインバブル内のプラズマにより発生したヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素と、ナノ粒子との少なくとも一つが含まれると考えられるからである。よって、分解装置100で溶液を処理した後の処理液と、難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合することで、難分解性有機化合物を分解することが可能であることが分かった。
In the second embodiment, a solution such as water is treated by the
(3−2)初期pH=11
(a)吸光度の変化(0min〜100min)
初期pHが11のメチレンブルー水溶液が0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minの時間経過とともに分解されている状態を、吸光度から測定した結果(測定1回目)を図9に示す。図9に示すように、例えば670nm付近の吸光度が、分解装置100でのメチレンブルーの分解処理時間の経過とともに低くなっており、難分解性有機化合物であるメチレンブルーが分解されているのが分かる。また、メチレンブルー水溶液は、分解装置100での分解処理時間が2min、5min及び10min経過した時点でも分解が進んでいる。また、分解処理時間が20min〜100minの場合には、吸光度がほぼ“0”となっており、分解が相当程度進んでいるのが分かる。よって、分解装置100を用いることにより、難分解性有機化合物であるメチレンブルーを短時間で分解できることが分かった。
(3-2) Initial pH = 11
(A) Change in absorbance (0 min to 100 min)
The state of methylene blue aqueous solution having an initial pH of 11 being decomposed with the lapse of time of 0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, 50 min and 100 min is measured from the absorbance (the first measurement). As shown in FIG. 9, for example, the absorbance at around 670 nm decreases with the elapse of the decomposition processing time of methylene blue in the
(b)吸光度の変化(1800h以降)
次に、初期pHが11のメチレンブルー水溶液を0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1800h経過後に吸光度を測定した結果(測定2回目)を図10に示す。図10に示すように、分解装置100での分解処理時間が0min、2min、5min及び10minの結果を除いて、例えば600nm付近の吸光度がほぼ“0”に近くなっていることが分かる。
(B) Change in absorbance (after 1800 h)
Next, after processing with methylene blue aqueous solution of
そして、図9では、初期pHが11のメチレンブルー水溶液を2min、5min及び10minのあいだ、分解装置100で処理を行った場合には、670nm付近の吸光度は“0”になっていない。一方、図10に示すように、初期pHが11のメチレンブルー水溶液を2min、5min及び10minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1800hが経過すると、各処理時間での670nm付近の吸光度は、図9の場合よりも低くなっている。
なお、初期pHが11であり、分解処理時間が20min〜100minのメチレンブルー水溶液を、約1800h経過後に吸光度を測定すると、吸光度がほぼ“0”に近くなっている。
Then, in FIG. 9, when the methylene blue aqueous solution having an initial pH of 11 is treated with the
When the initial pH is 11 and the decomposition time is 20 minutes to 100 minutes, and the absorbance is measured after about 1800 hours, the absorbance is close to “0”.
よって、前述と同様に、分解装置100において難分解性有機化合物であるメチレンブルーを含む液状物質Rを一旦処理すると、分解処理後に時間が経過した場合でも、メチレンブルーの分解が進んでいることが分かった。この結果から、前述と同様に、分解装置100で処理した後の処理液と、難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合することで、難分解性有機化合物を分解することが可能であることが分かった。
Therefore, it was found that once the liquid substance R containing methylene blue, which is a difficultly degradable organic compound, was treated in the
(3−3)初期pH=3
(a)吸光度の変化(0min〜100min)
次に、初期pHが3のメチレンブルー水溶液が0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minの時間経過とともに分解されている状態を、吸光度から測定した結果(測定1回目)を図11に示す。図11に示すように、例えば670nm付近の吸光度が、分解装置100でのメチレンブルーの分解処理時間の経過とともに低くなっており、難分解性有機化合物であるメチレンブルーが分解されているのが分かる。また、メチレンブルー水溶液は、分解装置100での分解処理時間が2min及び5min経過した時点でも分解が進んでおり、10min経過した時点では分解が相当程度進んでいるのが分かる。よって、分解装置100を用いることにより、難分解性有機化合物であるメチレンブルーを短時間で分解できることが分かった。
(3-3) Initial pH = 3
(A) Change in absorbance (0 min to 100 min)
Next, FIG. 11 shows the results of measurement of the state in which a methylene blue aqueous solution having an initial pH of 3 is decomposed with the lapse of time of 0 min, 2 min, 5 min, 10 min, 20 min, 50 min and 100 min from absorbance (measurement 1). . As shown in FIG. 11, the absorbance at, for example, around 670 nm decreases with the elapse of the decomposition processing time of methylene blue in the
(b)吸光度の変化(1300h以降)
次に、初期pHが3のメチレンブルー水溶液を0min、2min、5min、10min、20min、50min及び100minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1300h経過後に吸光度を測定した結果(測定2回目)を図12に示す。図12に示すように、分解装置100での分解処理時間が0minの結果を除いて、例えば670nm付近の吸光度がほぼ“0”に近くなっていることが分かる。
(B) Change in absorbance (after 1300 h)
Next, after processing with methylene blue aqueous solution of
そして、図11では、初期pHが3のメチレンブルー水溶液を2min及び5minのあいだ、分解装置100で処理を行った場合には、670nm付近の吸光度は小さいものの“0”になっていない。一方、図12に示すように、初期pHが3のメチレンブルー水溶液を2min及び5minのあいだ、分解装置100で処理を行った後、約1300hが経過すると、各処理時間での670nm付近の吸光度がほぼ“0”に近くなっている。
なお、初期pHが3であり、分解処理時間が10min〜100minのメチレンブルー水溶液を、約1300h経過後に吸光度を測定すると、吸光度がほぼ“0”に近くなっている。
Then, in FIG. 11, when the methylene blue aqueous solution having an initial pH of 3 is treated with the
When the initial pH is 3 and the decomposition treatment time is 10 minutes to 100 minutes, and the absorbance is measured after about 1300 hours, the absorbance is nearly “0”.
よって、前述と同様に、分解装置100において難分解性有機化合物であるメチレンブルーを含む液状物質Rを一旦処理すると、分解処理後に時間が経過した場合でも、メチレンブルーの分解が進んでいることが分かった。この結果から、前述と同様に、分解装置100で処理した後の処理液と、難分解性有機化合物とを、例えば所定のタンク内において混合することで、難分解性有機化合物を分解することが可能であることが分かった。
Therefore, it was found that once the liquid substance R containing methylene blue, which is a difficultly degradable organic compound, was treated in the
〔他の実施形態〕
上記実施形態の分解装置100では、難分解性有機化合物と水等の溶媒とを混合した液状物質Rを液状物質供給部Xの貯留タンク51に供給している。しかし、分解装置100は、貯留タンク51の代わりに、難分解性有機化合物を吸引撹拌ポンプYに供給する化合物供給機構と、難分解性有機化合物の溶媒を吸引撹拌ポンプYに供給する溶媒供給機構とを備えていてもよい。これにより、吸引撹拌ポンプYには、化合物供給機構から難分解性有機化合物が供給され、溶媒供給機構から溶媒が供給される。吸引撹拌ポンプYでは、難分解性有機化合物と溶媒とが撹拌混合され、液状物質Rとなる。そして、吸引撹拌ポンプYにおいて液状物質Rが撹拌されることでファインバブルが発生する。その後、プラズマ発生機構Zにより液状物質R中のファインバブルにプラズマを発生させ、液状物質R中にヒドロキシラジカル及び酸素ラジカル等の活性酸素を発生させることができる。その他の構成は、上記実施形態と同様である。
Other Embodiments
In the
なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configurations disclosed in the above embodiments (including the other embodiments, and the same hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments as long as no contradiction arises. The embodiment disclosed in the present specification is an exemplification, and the embodiment of the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified within the scope of the object of the present invention.
1 :ケーシング
2 :前壁部
3 :後壁部
4 :外周壁部
5 :ロータ
5a :取付部
6 :回転翼
7 :ステータ
7a :第1透孔
7b :第2透孔
8 :翼室
9 :掻出翼
9B :基端部
9M :中間部
9T :先端部
9a :背面
9f :掻き出し面
9i :内向き側面
9m :放散面
9o :外向き側面
9t :先端面
10 :環状溝
11 :第1供給部
12 :吐出部
13 :第1導入室
14 :第2導入室
14a :絞り部
15 :仕切板
15a :筒状摺接部
15b :漏斗状部
15c :環状平板部
16 :循環流路
17 :第2供給部
18 :吐出路
19 :駆動軸
20 :間隔保持部材
21 :撹拌羽根
22 :排出路
51 :貯留タンク
51G :入出管
51R :液状物質供給管
52 :供給管
52P :送出ポンプ
53 :排出路
60 :導入機構
70 :再循環機構部
71 :円筒状容器
72 :導入パイプ
73 :排出部
74 :循環部
75 :板
80 :圧力計
81 :電極
81a :電極支持部
82 :電源
100 :分解装置
A2 :軸心
A3 :軸心
M :ポンプ駆動モータ
R :液状物質
X :液状物質供給部
Y :吸引撹拌ポンプ
Z :プラズマ発生機構
1: Casing 2: Front wall 3: Back wall 4: Outer peripheral wall 5: Rotor 5 a: Mounting part 6: Rotor wing 7: Stator 7 a: First through hole 7 b: Second through hole 8: wing chamber 9: Scraping wing 9B: base end 9M: middle part 9T: tip 9a: back 9f: scraping surface 9i: inward side 9m: dissipation surface 9o: outward side 9t: tip 10: annular groove 11: first supply Part 12: Discharge part 13: First introduction chamber 14: Second introduction chamber 14a: Throttling part 15: Partition plate 15a: Tubular sliding contact part 15b: Funnel part 15c: Annular flat part 16: Circulation flow path 17: First 2 Supply section 18: Discharge path 19: Drive shaft 20: Spacing member 21: Agitating blade 22: Discharge path 51: Reservoir 51G: I / O pipe 51R: Liquid substance supply pipe 52: Supply pipe 52P: Delivery pump 53: Discharge path 60: Introduction mechanism 70: Recirculation mechanism 71: Tubular container 72: introduction pipe 73: discharge part 74: circulation part 75: plate 80: pressure gauge 81: electrode 81a: electrode support part 82: power source 100: disassembly device A2: shaft center A3: shaft center M: pump drive motor R: Liquid substance X: Liquid substance supply unit Y: Suction and stirring pump Z: Plasma generation mechanism
Claims (8)
複数の回転翼を有し、所定の中心軸を中心として回転することで、前記複数の回転翼により前記導入室内の前記液状物質を撹拌して気泡を発生させるロータと、
前記気泡中にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える、難分解性有機化合物の分解装置。 An introduction chamber to which a liquid substance containing a persistent organic compound is supplied;
A rotor that has a plurality of rotor blades and rotates around a predetermined central axis to agitate the liquid substance in the introduction chamber with the plurality of rotor blades to generate air bubbles;
A plasma generation mechanism for generating plasma in the bubbles;
A decomposition device for persistent organic compounds, comprising:
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