JP4322728B2 - 水処理システム - Google Patents
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Description
図1は、ラジカル処理方法を適用した第1の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。図2は、当該システムの部分的構成を示す図である。
以下図1と共に図2も参照して、本実施形態に関するシステムの作用効果を説明する。
ここで、O(1D)は、水分子と反応しヒドロキシラジカル(以下、OHラジカルと表記する)を意味する。すなわち、下記の化学式(2)が成立する。
O(3P)原子からは、O2分子と中性分子Mとの3体衝突によりオゾンO3が発生する。すなわち、下記の化学式(3)が成立する。
また、水分子に直接電子が衝突することによっても、H原子およびOHラジカルが発生する。これを、下記の化学式(4)で表現する。
また、OHラジカルからは過酸化水素H2O2も発生する。これを、下記の化学式(5)で表現する。
このようにして生成されたO原子、OHラジカル、オゾンおよび過酸化水素が、ラジカルとして、熱運動、拡散、ガス流により処理水中へ溶け込むことによって処理される。
これに対し、間接処理では、放電から発生したオゾンと過酸化水素との反応によりOHラジカルが発生し難分解性有機物を分解する。
発生したHO2 −はO3と反応しO3 −とHO2ラジカルを形成する。これを、下記の化学式(8)で表現する。
発生したHO2・は解離し、O2 −とH+を形成する。これを、下記の化学式(9)で表現する。
発生したO2 −はオゾンと反応し、O3 −を形成する。これを、下記の化学式(10)で表現する。
O3 −はH+と反応し、HO3を形成する。これを、下記の化学式(11)で表現する。
HO3は解離し、OHラジカルを形成する。これを、下記の化学式(12)で表現する。
以上のようにして、放電により発生したラジカルを処理対象水2に溶解させて、当該ラジカルによる直接処理及び間接処理の2段階により、処理対象水2に対する水処理を行なう。
図3は、第2の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図2に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図4は、第3の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図2に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図5は、第4の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図4に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図6は、第5の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図5に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、第6の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図6に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図8は、第7の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図7に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図9は、第8の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図6に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図10は、第9の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図4に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図11は、第10の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図10に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図12は、第11の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図10に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図13は、第12の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図10に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図14は、第13の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図3及び図10に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図15は、第14の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図3及び図14に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図16は、第15の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図3及び図14に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図17は、第16の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図8に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図18は、第17の実施形態に関する水処理システムの構成を示す図である。本実施形態において、図1及び図17に示すシステムと同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図19から図21は、第18の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
この反応の反応速度は、反応速度定数k、OHラジカル密度[OH]を用いて次式(14)により表すことができる。
=−2*k*[OH]*[OH]…(14)
前記式(14)から、OHラジカルは自身の濃度の二乗に比例して密度が低下する。即ち、OHラジカルの密度が高いほど、OHラジカルの消滅速度が速くなるため,寿命が短くなる。
図22は、第19の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図23は、第20の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図24及び25は、第21の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
図26は、第22の実施形態に関する水処理システムの作用効果を説明するための図である。本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
(第23の実施形態)
本実施形態は、前述の図1及び図2に示す第1の実施形態に関する水処理システムと同様の構成において、電源5から供給される高電圧パルスに応じた電極間に発生する放電を制御する手段に関する。この手段は、図示していないが、具体的には電源5から供給される高電圧パルスを制御するコンピュータ及び電源制御装置から構成される。
5…電源、6…誘電体部材、7…ガス流入管、8…ガス流出管、9…ガスタンク、
10…気泡、11,12…誘電体部材。
Claims (22)
- 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
放電用高電圧を発生する電源と、
前記水槽内に配置されて、前記処理対象水の近傍に配置された第1の電極及び前記処理対象水の水中に配置されて接地電極を構成する第2の電極を有し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記放電用高電圧が印加される放電部とを具備し、
前記第1の電極は、前記ラジカル処理用ガスを流入して前記処理対象水に噴出させるためのガス流路を有し、当該ガス流路から前記処理対象水の水面に対して前記ラジカル処理用ガスが噴出する近傍で前記放電用高電圧に応じた放電を行なうように構成されていることを特徴とする水処理システム。 - 前記ラジカル処理用ガスを収納するガスタンクを有し、
当該ガスタンクから、前記ガス流路に対して前記ラジカル処理用ガスが流入するような構造であることを特徴とする請求項1に記載の水処理システム。 - 前記電源は、高電圧パルスを発生するパルス電源であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記ラジカル処理用ガスは、水分子と酸素分子を含むガスであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極は、中空円筒構造からなり、当該中空部がガス流路を構成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極は、前記ガス流路及び電極本体の周囲が誘電体部材で覆われた構造であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
放電用高電圧を発生する電源と、
前記水槽内に配置されて、前記処理対象水の近傍に配置された第1の電極及び前記処理対象水の水中に配置されて接地電極を構成する第2の電極を有し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記放電用高電圧が印加される放電部とを具備し、
前記第1の電極は、先端部が針状で前記処理対象水とは接触せずに、当該先端部で前記放電用高電圧に応じた放電を発生するように構成されており、
前記第2の電極は、板状で前記第1の電極の先端部と対向する位置に開口部を有し、前記ラジカル処理用ガスから前記第1の電極部の先端部で発生する放電により生成したラジカルを、前記開口部から前記ラジカル処理用ガスにより前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする水処理システム。 - 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
放電用高電圧を発生する電源と、
前記水槽内に配置されて、前記処理対象水の水面の近傍に配置された第1の電極及び前記処理対象水の水中に配置されて接地電極を構成する第2の電極を有し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記放電用高電圧が印加される放電部とを具備し、
前記第1の電極は、前記処理対象水とは接触せずに、前記放電用高電圧に応じた放電を発生するように構成されており、
前記第2の電極は、第1の電極と平行に配置された板状電極で開口部を有し、前記ラジカル処理用ガスから前記第1の電極での放電により生成したラジカルを、前記開口部から前記ラジカル処理用ガスにより前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする水処理システム。 - 前記第1の電極は、金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項8に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極は、板状部材であり、第2の電極と平行に配置された構成であることを特徴とする請求項8項に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極は板状部材で開口部を有し、
前記ラジカルを、前記第1及び第2の電極の各開口部から前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の水処理システム。 - 前記放電部は、前記第1及び第2の電極間に設けられた誘電体部材とを有することを特徴とする請求項11に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極は、線状部材からなることを特徴とする請求項8に記載の水処理システム。
- 前記放電部は、第1の電極を軸として中空部を構成する誘電体部材を有し、前記ラジカルを前記中空部から前記開口部を通過して前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の水処理システム。
- 前記第2の電極は、前記第1の電極部と平行に配置された金属メッシュ構造であることを特徴とする請求項14に記載の水処理システム。
- 水槽内の処理対象水をラジカル処理方式により処理する水処理システムにおいて、
ラジカル処理用ガスを供給する手段と、
放電用高電圧を発生する電源と、
前記水槽内に配置されて、前記処理対象水の近傍に配置された第1の電極及び前記処理対象水の水中に配置されて接地電極を構成する第2の電極を有し、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記放電用高電圧が印加される放電部とを具備し、
前記第2の電極は板状からなり、
前記第1の電極は、先端部が針状で前記処理対象水とは接触せずに、当該先端部で前記放電用高電圧に応じた放電を発生するように構成されており、
前記放電部は、第1の電極を軸として中空部を構成する誘電体部材を有し、前記ラジカルを前記中空部を通過して前記処理対象水に噴出するように構成されていることを特徴とする水処理システム。 - 前記放電部は、前記第1の電極からコロナ放電を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項1、請求項7、請求項8、請求項16のいずれか1項に記載の水処理システム。
- 前記放電の電圧電力特性において、電流が増加すると電圧も増加し、電流値が増加するほど電圧の増分dVと電流の増分dIとの比(dV/dI)が増加するような放電電力領域での処理を行うように、前記高電圧パルスの供給を制御する手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。
- 前記処理対象水の表面積1m 2 あたりの放電電力が7kW以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極の先端と前記処理対象水の水面との距離をd(mm)とし、前記高電圧パルス電源からの印加電圧をV(kV)として、
前記高電圧パルスとして正パルス電圧を印加する場合は、条件式「V<2.4xd+5、但しd>0」を満たし、
前記高電圧パルスとして負パルス電圧を印加する場合は、条件式「V<−2.4xd−5、但しd>0」を満たすように前記高電圧パルスの供給を制御する手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。 - 前記高電圧パルスとしてパルスの繰返し周波数が、直流から3kHz以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。
- 前記第1の電極からの放電に応じて前記処理対象水の1m 2 あたりに流れる平均電流が30A以下になるように前記高電圧パルスの供給を制御する手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。
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