JP5445966B2 - 水処理方法および水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、バリア放電によって生じるプラズマを利用して水を処理する方法と該方法を好適に実施する水処理装置に関する。

産業排水や家庭から排出される汚水を処理し、浄化する目的で様々な水処理手段が実施されており、そのような手段の一つとして、プラズマを利用して水処理（浄化）を行う方法が挙げられる。
例えば、下記の特許文献１や特許文献２には、処理対象の液体中にプラズマを発生させて当該液体を処理可能な装置が記載されている。また、特許文献３や特許文献４には、処理対象の液体中に外部からガスを導入し、該導入したガスをプラズマ化することを特徴とする水処理装置が記載されている。

しかしながら、上記したような従来のプラズマを利用した水処理装置は、装置構成が複雑であったり、或いは処理効率が充分に高いとはいえない。このため、一般家庭や小規模な事業所でも使用できるような簡単な装置構成で効率よく（即ち低コストで）水処理を行うことができるプラズマを利用した水処理装置の開発が望まれている。

特開２００９−５４５５７号公報 特開２００９−１８１９６０号公報 特開２００４−２６８００３号公報 特開２００８−１７８８７０号公報

そこで本発明は、上記従来の要望を実現すべく創出されたものであり、その目的は、比較的簡単な装置構成でありながら効率よく被処理水をプラズマにより処理可能な水処理方法と装置を提供することである。

上記課題を解決すべく本発明は、誘電体バリア放電によって生じるプラズマを利用する水処理方法を提供する。
即ちここで開示される水処理方法は、誘電体バリア放電により生じたプラズマを利用して水処理（典型的には混入する有害物質の分解や微生物の殺菌を伴う水浄化処理）を行う方法である。
具体的には、ここで開示される水処理方法では、互いに対向する一対の電極板であって少なくとも一方の電極板において他方の電極板と対向する表面が誘電体で遮蔽されている一対の電極板と、該一対の電極板間に配置された被処理水が通過可能なギャップを有する多孔質絶縁体と、を備える送液管を用意する。
そして用意した送液管に被処理水を導入し、多孔質絶縁体のギャップに該被処理水を供給する。また、上記一対の電極間に所定の電圧を印加することによって、上記誘電体と多孔質絶縁体との間に誘電体バリア放電を生じさせるとともにジュール熱により上記多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水を加熱して気泡を生じさせることを特徴とする。即ち、ここで開示される水処理方法は、上記誘電体バリア放電によって上記気泡内にプラズマを生じさせ、該プラズマを利用して水処理を行う方法である。
なお、本願の出願書類において上記「ギャップ(gap)」は、上記多孔質絶縁体において形成される細孔、割れ目、空隙、間隙、表面の凹み等の被処理水が流動可能な隙間を総称する用語である。

かかる構成の水処理方法では、送液管に導入した被処理水を上記一対の電極板間、即ち誘電体バリア放電が生じ得る領域に配置された多孔質絶縁体に供給する。供給された被処理水は、多孔質絶縁体のギャップを通過して該多孔質絶縁体から流出するが、このとき本方法では、上記一対の電極板間に所定の電圧（誘電体バリア放電を発生させ得る高電圧）を印可することにより、多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水（即ち被処理水自体が多孔質絶縁体に囲まれた導体路となる。）にジュール熱を発生させることができる。このことにより、誘電体バリア放電領域内において、上記ジュール熱により加熱された被処理水中に微細な気泡を多数発生させることができる。その結果、被処理水中に発生した気泡において誘電体バリア放電によるプラズマを生じさせ、該プラズマ化した気泡によって被処理水を効率よく処理する（プラズマ処理する）ことができる。
従って、ここで開示される水処理方法によると、従来のプラズマ処理、例えば被処理水の液面上の空間にフィラメント状の放電を発生させる形態のプラズマ処理による水処理方法と比較して、上記被処理水中にジュール熱により発生した微細な気泡を利用することによりプラズマと被処理水との接触面積を増大させることができ、高効率に水処理を行うことができる。また、ここで開示される水処理方法では、ジュール熱により多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水自体から気泡を発生させることができる。従って、従来の水処理方法のように気泡を外部から導入するための煩雑な機構を設けることなく、効率のよい水処理（液中プラズマ処理）を行うことができる。

ここで開示される水処理方法の好適な一態様では、上記送液管は多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体から流出していく方向と該多孔質絶縁体の外表面部又はギャップから上記気泡が遊離していく方向とが同じ方向となるように構成されている。そして一方の電極とその表面を遮蔽する誘電体は、多孔質絶縁体と面するように被処理水流出方向及び気泡遊離方向に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によると、上記ジュール熱による加熱で生じた気泡の流れる方法（遊離方向）と被処理水の流出方向とを一致させたうえで当該方向に誘電体バリア放電を生じさせ得る誘電体付き電極板を配置させている。このため、発生した気泡を効率よくプラズマ化させ得るとともに、当該プラズマ化気泡の作用によって上記流出方向に流れる被処理水をより好適に処理することができる。

ここで開示される水処理方法のさらに好適な一態様では、上記一対の電極板のうちの一方の電極板は、少なくとも一部分が被処理水が通過可能な孔あき構造に形成されている。 また、多孔質絶縁体は、電極板上の少なくとも上記孔あき構造部分を含む領域に載置されており、そして送液管は、上記多孔質絶縁体が載置されている電極板の下方から被処理水が供給され、上記孔あき構造部分を通って多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体の上方に流出されるように構成されていることを特徴とする。
かかる構成によると、送液管を流れる被処理水の処理効率をさらに向上させることができる。また、一方の電極板の下方から上方に被処理水を流動することができるため、コンパクトな形状の送液管を実現することができる。

また、本発明は、上記目的を実現する他の側面として、水処理装置を提供する。即ち、ここで開示される水処理装置は、誘電体バリア放電により生じたプラズマを利用して水処理（典型的には混入する有害物質の分解や微生物の殺菌を伴う水浄化処理）を行う装置である。
具体的には、ここで開示される水処理装置では、互いに対向する一対の電極板であって少なくとも一方の電極板において他方の電極板と対向する表面が誘電体で遮蔽されている一対の電極板と、該一対の電極板間に配置された被処理水が通過可能なギャップを有する多孔質絶縁体とを備える送液管と、上記一対の電極板に所定の電圧を印加可能な電源部（即ち、誘電体バリア放電を発生させ得る高周波高電圧を印加可能な電源部）とを備えている。
そして、ここで開示される水処理装置は、上記送液管に被処理水が導入された際には、多孔質絶縁体のギャップに該被処理水が供給され、電源部から上記一対の電極間に所定の電圧が印加された際には、上記誘電体と多孔質絶縁体との間に誘電体バリア放電を生じさせるとともにジュール熱により多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水を加熱して気泡を生じさせるように構成されている。即ち、ここで開示される水処理装置は、上記誘電体バリア放電によって上記気泡内にプラズマを生じさせ、該プラズマを利用して水処理を行うための装置である。
かかる構成の水処理装置により、上述した効果を奏する水処理方法を好適に実施することができる。

ここで開示される水処理装置の好ましい一態様では、上記送液管は、多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体から流出していく方向と該多孔質絶縁体の外表面部又はギャップから前記気泡が遊離していく方向とが同じ方向となるように構成されており、且つ、上記一方の電極とその表面を遮蔽する上記誘電体は、上記多孔質絶縁体と面するように被処理水流出方向及び気泡遊離方向に配置されていることを特徴とする。
また、ここで開示される水処理装置のさらに好ましい一態様では、上記一対の電極板のうちの一方の電極板は、少なくとも一部分が被処理水が通過可能な孔あき構造に形成されており、上記多孔質絶縁体は、上記電極板上の少なくとも孔あき構造部分を含む領域に載置されており、送液管は、多孔質絶縁体が載置されている電極板の下方から被処理水が供給され、孔あき構造部分を通って多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体の上方に流出されるように構成されていることを特徴とする。
これらのような態様の水処理装置によると、上述した好ましい態様の水処理方法を実施することができる。

一実施形態に係る水処理装置の構成を模式的に示すブロック図である。 一実施形態に係る水処理装置の水処理部（送液管の一部）の概要を模式的に示す断面図である。 図２に示す水処理部の要部拡大図である。 一実施例において行った色素（メチレンブルー）の分解試験結果を示すチャートである。 ギャップ幅（μｍ）と被処理水の昇温（Ｋ）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、本発明の具体的な実施に必要な事柄（例えば水処理装置における電源部の構成や被処理水を外部から導入するための配管構造）は、当該分野における技術常識に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示される内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本発明において水処理とは、バリア放電によって生じる低温プラズマ（具体的にはプラズマ中のラジカル分子、イオン、電子等）の作用によって被処理水に含まれる物質（典型的には環境上又は健康上の有害物質）の分解や変性を行うことであり、処理される物質の種類は特に限定されない。被処理水に混入している有害化学物質の分解や微生物の殺菌を伴う水浄化処理は、ここでいう水処理に包含される典型例である。

ここで開示される水処理方法で用いられる被処理水は溶媒が水（Ｈ_２Ｏ）のみで構成されているものに限られない。即ち、本明細書において「水処理」の水および「被処理水」の水とは、上記プラズマによって処理され得る液状のもの一般を指す用語であり、例えばアルコール系その他の有機溶媒が混在するような水も被処理水として処理することができる。
また、処理対象となる被処理水は、上記プラズマによって処理され得るものであって、所定の電圧が印加された際にジュール熱が発生可能な導電性を有するもの（即ち不純物が全く含まれないような純水を除く。）であればよい。例えば通常の水道水程度の導電率（１００μＳ／ｃｍ以上、典型的には１００〜２００μＳ／ｃｍ程度）を有しておればジュール熱が発生し得るため、浄化処理が必要な不純物（種々のイオン、有機物、微生物等）を含むような水（汚水）はほぼ制限なく被処理水として採用することができる。導電率が１００μＳ／ｃｍを大きく下回るような場合は、被処理水に適量の電解質（例えば塩化ナトリウムのようなアルカリ金属塩）を添加してもよい。

ここで開示される水処理方法ならびに水処理装置において用いられる一対の電極板は、所定の電圧（典型的には高周波高電圧パルス）を印可した際に当該一対の電極板間の送液管（具体的には、送液管の一部である水処理部）において誘電体バリア放電を生じさせ得るものであれば、電極板それぞれの形状は特に限定されない。例えば、使用勝手がよい最も単純な形状は板ガラスのように表面がフラットな電極板である。
好ましくは、一方の電極板は、上述したような被処理水が通過可能な孔あき構造部分（例えばメッシュ形状若しくは複数の貫通孔が多数配列してなる形状）が設けてあるものが好ましい（後述する実施形態参照）。

電極板の材質は特に制限なく、この種のプラズマ処理装置に用いられ得る材質、例えば白金族金属、銅、タングステン等の金属からなる電極板を好ましく用いることができる。電極板を遮蔽する誘電体としては、石英、アルミナ等のセラミック材や種々の組成のガラス材からなるものを使用することができる。
また、送液管は種々の絶縁性材料から形成することができる。例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂等の絶縁性の高い合成樹脂製の送液管が好適である。

誘電体バリア放電を好適に発生させるという観点から、電極板（具体的には表面を遮蔽している誘電体）と多孔質絶縁体の表面（典型的には当該絶縁体に供給された被処理水が当該絶縁体のギャップを通行して当該絶縁体から流出してくる面）との間の距離は短く設定することが好ましい。例えば１０ｍｍ以下が適当であり５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下（例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ）が特に好ましい。このような比較的狭い間隙が形成されるようにして一方の電極板（遮蔽誘電体）と多孔質絶縁体とを相互に配置することにより、当該間隙に存在する気泡を効果的にプラズマ化することができる。

ここで開示される水処理方法ならびに水処理装置において使用される多孔質絶縁体は、上記したように被処理水が多孔質絶縁体（ギャップ）に供給され、所定の電圧が印加された際に気泡を発生させ得る好適なジュール熱（即ちギャップを流れる被処理水を好ましくは沸点付近まで迅速に上昇させ得るジュール熱）が得られるギャップを有するものであれば特に材質の制限はない。例えば、絶縁性の合成樹脂製の多孔質体、あるいは、絶縁性のガラス製若しくはセラミック製の多孔質体を使用することができる。
また、多孔質体の形態やサイズも特に限定されない。例えば、シート状若しくはブロック状に成形された全体で一つの形状の多孔質絶縁体を好適に使用することができる。この種の好適例として、種々の絶縁性合成樹脂製の多孔質シート（多孔質マット）や多孔質ブロックが挙げられる。

或いはまた、絶縁性部材の集合物からなる多孔質絶縁体であってもよい。例えば、繊維状或いはビーズ状の材料を集合させてなる多孔質絶縁体（即ち集合物を構成する部材間の隙間が上記ギャップである。）を好適に使用することができる。この種の好適例として、絶縁性のガラス或いはセラミック製の繊維状（ウィスカー状）部材の集合物、或いは、絶縁性のガラス或いはセラミック製のビーズ状部材の集合物（ビーズ積層体）が挙げられる。例えば、平均粒径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度のガラス若しくはセラミックからなるビーズを積層したビーズ積層体（多孔質マット）を好適に使用することができる。
多孔質絶縁体の厚みに関しては特に制限はないが、本発明の効果を奏し得る限りにおいて被処理水の流動方向の厚みは薄いほうが被処理水の処理速度の観点から好ましい。例えば、当該方向の厚みが５ｃｍ以下（より好ましくは２ｃｍ以下、特に好ましくは１ｃｍ以下、例えば５ｍｍ以下）であるシート（マット）状の多孔質絶縁体を好適に使用することができる。

ここで開示される水処理方法ならびに水処理装置において使用される多孔質絶縁体のギャップ径は、上記一対の電極板間に所定の電圧（誘電体バリア放電が生じ得る電圧値に設定される。）が印加された際にジュール熱を容易に発生させ得るように規定される。
例えば、被処理水の導電率が１００〜２００μＳ／ｃｍ（例えば１２０μＳ／ｃｍ）である場合、大気圧条件下で周波数：１〜３０ｋＨｚ程度（例えば１０〜２０ｋＨｚ）、印加電圧：１〜１０ｋＶ程度（例えば３〜５ｋＶ）で０．５〜１０マイクロ秒程度（例えば１〜５マイクロ秒）の高電圧パルスを印可することにより、多孔質絶縁体の１０μｍ〜５００μｍ（典型的には２０μｍ〜２００μｍ、例えば５０μｍ〜１５０μｍ）程度の幅のギャップにおいて該ギャップを流れる被処理水の温度を１００℃以上に加熱可能なジュール熱を容易に生じさせることができる。

参考として図５に、所定の計算式（電気伝導方程式、熱伝導方程式）に基づいて算出されたギャップ幅（μｍ）と該ギャップを流れる被処理水のジュール加熱後の温度（Ｋ）との関係を示す。なお、当該計算の条件は以下のとおりである。
被処理水の導電率：１２０μＳ／ｃｍ、多孔質絶縁体の熱伝導率：０、電極（印加電極と接地電極）間の距離：８０μｍに設定し、両電極間に直径６０μｍのビーズを各電極からそれぞれ１０μｍ離して並列に配置するとともにビーズ間の距離即ちギャップ幅を１０μｍ〜２００μｍに設定しつつ、印加電圧：５ｋＶ、印加電圧パルス：０．５〜２．０マイクロ秒（μｓ）のうちの何れかで高電圧パルスを印加する。
図５に示すように、ここで開示される水処理方法では、上記の印加電圧レベル、被処理水の導電率、大気圧下の条件において、印加電圧パルス１．５μｓ以上で、ギャップ幅の範囲（ここでは１０μｍ〜１００μｍ）に関わらず、水の沸点（３７３Ｋ：グラフ中の矢印参照）を超える加熱温度が得られた。かかる図５に示す結果からも明らかなように、ここで開示される水処理方法によると、種々の条件（例えば被処理水の導電率、使用する多孔質絶縁体のギャップ幅、水処理を行う領域の気圧、）に応じて適切に印加電圧値と印加電圧パルスの長さを設定することにより、ジュール熱により多孔質絶縁体のギャップ（例えば１０μｍ〜２００μｍ）を流れる被処理水中に効率よく気泡を発生させることができる。

以下、図面を参照しつつ、ここで開示される水処理方法を好適に実施し得る水処理装置の一実施形態を説明するが、かかる図面に示す構成の装置に本発明を限定することを意図したものではない。
図１は本実施形態に係る水処理装置１０の大まかな装置構成を示しており、図２及び図３は本実施形態に係る水処理装置１０の要部（水処理部５１）を模式的に示している。
即ち、図１に示すように、本実施形態に係る水処理装置１０は、大まかにいって、誘電体バリア放電を発生させる領域である水処理部５１を包含する送液管５０（典型的にはアクリル樹脂のような絶縁性の合成樹脂製）と、該送液管５０と連通する被処理水貯留タンク３０と、送液管５０の水処理部５１に設けられた後述する一対の電極板２２，２６と、電気的に接続された電源部２０とを備える。
特に限定するものではないが、本実施形態に係る水処理装置１０では、送液管５０若しくは貯留タンク３０の何れかに装備したポンプにより、所定の流速で被処理水を送液管５０と貯留タンク３０との間を循環させることができる。
また、電源部２０は、誘電体バリア放電を生じさせるための電源装置を備えており、典型的には高周波高電圧パルスを印加可能なパルス電源２１を備える。

図２及び図３に示すように、本実施形態に係る水処理装置１０の水処理部５１には、送液管５０に組み込まれるようにして一対の電極板２２，２６が上記電源部２０と電気的に接続された状態で設置されている。そして、これらの電極板２２，２６は、送液管５０の長手方向（即ち被処理水の流動方向）に対して電極板２２，２６の平面が直交する方向に拡がるように配置されている。なお、本実施形態においては、水処理部５１よりも上流側の送液管（流入路５２）は鉛直方向に形成されており、被処理水は当該流入路において下方から上方へ流れる（図中の上向き矢印参照）。

電圧印加電極である一方の電極板２２は、水処理部５１の頂部に配置されている。かかる電極板２２は、白金族金属（例えば白金）、タングステン、銅等の金属から成る平板状の電極であり、図示されるように、被処理水に面する側の表面には該電極板２２を遮蔽するように石英、アルミナ等からなる誘電体２４が配置されている。好ましくは誘電体２４の表面はフラットに形成されている。対向する他方の電極板（接地電極）２６は、銅等の金属から構成される表面がフラットな平板状電極２６である。また、図示されるように、かかる電極板２６の一部であって送液管５０内を流動する被処理水と接触する部分には、被処理水が通過可能な複数の開口部２７ａが形成された孔あき構造部分２７となっている。これにより、送液管５０（流入路５２）を流れる被処理水は、開口部２７ａ（電極板２６）を通過して下流側へと流動（送液管を上昇）していくことができる。

図２に示されるように、電極板（接地電極）２６の上面側の少なくとも孔あき構造部分２７を含む領域には、本実施形態に係る多孔質絶縁体６０が載置されている。具体的には、図示されるように、多孔質絶縁体６０は、送液管５０（流入路５２）の内径と一致する径に形成されており、その周囲は、送液管５０の一部（管壁）を構成する絶縁体５４（例えばＰＴＦＥ等のフッ素樹脂製）により包囲されている。これにより、送液管５０の流入路５２から電極板２６の開口部２７ａを通過して水処理部５１に進入した被処理水は全て多孔質絶縁体６０に供給される。
図３に示されるように、多孔質絶縁体６０に供給された被処理水は、多孔質絶縁体６０内のギャップ６４を通り、そして多孔質絶縁体６０の上方の面から再び送液管（流出路５３）に流出されるように構成されている。
また、本実施形態に係る送液管５０の水処理部５１は、鉛直方向に形成されているため、多孔質絶縁体６０に供給された被処理水が該多孔質絶縁体６０から流出していく方向（上方向）と該多孔質絶縁体６０の外表面部（ここでは上面６０ａ）又はギャップ６４から気泡が遊離していく方向（上方向）とが同じ方向である。そして、電圧印加電極である電極板２２とその表面の遮蔽誘電体２４は、多孔質絶縁体と面するように被処理水流出方向及び気泡遊離方向に配置されている。流出路５３は、電極板２２（誘電体２４）に沿って横向きに被処理水が流れるように形成されており、図示しない集合管（送液管）を通って再び貯留タンク３０に戻される。

本実施形態に係る多孔質絶縁体（絶縁性多孔質層）６０は、図３に模式的に示すように、所定の粒径（典型的には平均粒径１０μｍ〜５００μｍ、例えば５０μｍ〜２００μｍ）の電気絶縁性のガラス（若しくはセラミック）製ビーズ６２を整然と積層して形成されたものであり、積層されるビーズ６２間に所定幅のギャップ６４が所定間隔で規則的に形成される。従って、このような所定の粒径のビーズ６２を積層してなる多孔質絶縁体（絶縁性多孔質層）６０は、絶縁体全体に亘って規則的に同等サイズ（幅）のギャップ６４を形成することができる。このため、効率的な水処理を行うことができる。若しくは、このようなビーズ積層体と同等の平均空隙率や平均空隙間隔を有する他の形態の多孔質絶縁体（例えばほぼ球状若しくは不定形状の粒子状絶縁物が集合してなる多孔質体）でもよい。或いは、相互にほぼ等しい開口径の細孔（貫通孔）が形成されたような合成樹脂製の多孔質絶縁体（絶縁性多孔質シート）を採用してもよい。

多孔質絶縁体６０の上面（被処理水流出面）６０ａと上記電圧印加電極２２側の誘電体２４との間の距離は、誘電体バリア放電が実現され、且つ、ギャップ６４を流れる被処理水がジュール加熱されて気泡が発生可能である限り特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度が適当であり、好ましくは５０〜５００μｍである。この程度のサイズの間隙（即ち多孔質絶縁体６０から流出した被処理水が流れる流出路５３）を設けることにより、気泡をプラズマ化するのに適する誘電体バリア放電を効率よく発生させることができる。

図３に示すように、本実施形態に係る水処理装置１０は、上記構成の結果、例えば周波数：１〜３０ｋＨｚ（例えば１５ｋＨｚ）、印加電圧：１〜１０ｋＶ（例えば５ｋＶ）で０．５〜１０マイクロ秒（例えば２マイクロ秒）の高電圧パルスを印可することにより、多孔質絶縁体６０のギャップを流れる被処理水をジュール加熱し（好ましくは１００℃以上に加熱し）、気泡を発生させることができる。同時に多孔質絶縁体と電極板２２（誘電体２４）との間（即ち流出路５３）において誘電体バリア放電を生じさせ、上記ジュール熱で発生した気泡（ガス）Ｂをプラズマ化することができる。
そして上記のとおり、本実施形態に係る水処理装置１０では、多孔質絶縁体６０からの被処理水流出方向と気泡遊離方向とが一致するように（即ち上昇する方向）に配置されており、被処理水と同方向に流動するプラズマ化ガス（気泡）Ｂによって周囲の被処理水を効率よく水処理（即ち被処理水に含まれる有機物の分解や微生物の殺菌を伴う水浄化処理）することができる。

以上、ここで開示される水処理装置１０の好適な一実施形態を説明したが、このような形態に本発明を限定することを意図したものではない。例えば、上記実施形態では一対の電極板２２，２６の対向する表面はいずれもフラットであるが、誘電体バリア放電が効率よく生じ得る限り、フラット表面形状に限定する必要はない。また、誘電体バリア放電が電極板２２，２６間で生じ得る限り、両方の電極板２２，２６の相対する表面のどちらに（あるいは両方）に誘電体を配置してもよい。

以下に説明する実施例によりここで開示される水処理方法を詳細に説明するが、かかる実施例の内容に本発明を限定解釈することを意図したものではない。

図１〜図３に示すような構成の水処理装置を構築した。即ち、電極本体が銅板でありその表面が厚み０．６ｍｍの石英（直径８０ｍｍ）で被覆されている電圧印加用電極板（直径６０ｍｍ）と、銅製のメッシュ状接地電極板（サイズ；４０ｍｍ×４０ｍｍ×２０ｍｍ）とを使用した。これら一対の電極板間に、０．２ｍｍ程度の空隙を確保しつつ相互に平行に近接した状態でアクリル樹脂製の送液管に組み込んだ。このとき、多孔質絶縁体として電気絶縁性のアルミナ等のセラミック多孔質フィルター（サイズ；４０ｍｍ×４０ｍｍ×２０ｍｍ）を上記メッシュ状接地電極板上に配置した。このセラミック多孔質フィルターのギャップは、平均で約２０μｍであった。

上記のように構成された水処理部の一対の電極板を市販のパルス電源に接続した。また、水処理部に連通する送液管にはさらに被処理水貯留タンクが連通しており、送液管の一部に送液ポンプを組み込み、所定の流速で被処理水を貯留タンクから水処理部に供給できるようにした。また、メッシュ状電極板を通過し、さらに多孔質絶縁体を通過してその上面から流出路（図３参照）に流出した被処理水は、流出路に接続された送液管を通って水槽に戻るように構成した。

以上のようにして構築した水処理装置を用いて以下の水処理を行った。即ち、純水２００ｍＬに有機色素化合物であるメチレンブルー１０ｍｇを溶解したものを被処理水として用いた。この被処理水の導電率は１２０μＳ／ｃｍであった。
次いで、送液ポンプを作動させ、２０℃、流速２ｍＬ／分で被処理水を循環させつつ水処理部に被処理水を６０分間供給し続けた。なお、溶液の導電率を維持するため、被処理水の導電率を市販のＥＣメータ（Ｈａｎｎａ社製品）で計測しつつ少量のＫＣｌを被処理水に添加して水処理を行った。
而して、被処理水の供給と同時に上記パルス電源から電圧：５ｋＶ、周波数：１５ｋＨｚ、パルス幅：２μｓの高電圧パルスを電極板に印加し、電極間に誘電体バリア放電を発生させた。同時に、多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水をジュール加熱し、気泡を発生させた。

被処理水の透過スペクトルを市販の分光光度計（島津製作所社製品：UV-1650PC）で測定した。測定は、処理開始前（処理０分）と処理開始から１０分ごとに６０分まで行った。結果を図４に示す。グラフ横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：ｎｍ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ：％）である。
この図に示す計７つの透過スペクトルの変化、特にメチレンブルーの最大吸収波長である６６３ｎｍ付近の吸収波長域の光透過性が処理時間の経過とともに高まっていることから明らかなように、本実施例に係る水処理（即ちプラズマ処理）によってメチレンブルーのような有機化合物がプラズマ化した気泡（ガス）の作用により迅速に分解され得ることが確認された。

１０ 水処理装置
２０ 電源部
２１ パルス電源
２２ 電極板（電圧印加電極）
２４ 誘電体
２６ 孔あき電極板（接地電極）
２７ 孔あき構造部分
２７ａ 開口部
３０ 貯留タンク
５０ 送液管
５１ 水処理部
５２ 流入路
５３ 流出路
５４ 絶縁体（送液管壁）
６０ 多孔質絶縁体
６０ａ 上面
６２ ビーズ
６４ ギャップ
Ｂ 気泡

Claims (6)

1. 誘電体バリア放電により生じたプラズマを利用する水処理方法であって：
   互いに対向する一対の電極板であって少なくとも一方の電極板において他方の電極板と対向する表面が誘電体で遮蔽されている一対の電極板と、該一対の電極板間に配置された被処理水が通過可能なギャップを有する多孔質絶縁体と、を備える送液管を用意すること；
   前記送液管に被処理水を導入し、前記多孔質絶縁体のギャップに該被処理水を供給すること；および
   前記一対の電極間に所定の電圧を印加することによって、前記誘電体と前記多孔質絶縁体との間に誘電体バリア放電を生じさせるとともにジュール熱により前記多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水を加熱して気泡を生じさせること；
   を包含し、
   前記誘電体バリア放電によって前記気泡内に生じたプラズマを利用することを特徴とする、水処理方法。
2. 前記送液管は、前記多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体から流出していく方向と該多孔質絶縁体の外表面部又はギャップから前記気泡が遊離していく方向とが同じ方向となるように構成されており、且つ、
   前記一方の電極とその表面を遮蔽する前記誘電体は、前記多孔質絶縁体と面するように前記被処理水流出方向及び気泡遊離方向に配置されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記一対の電極板のうちの一方の電極板は、少なくとも一部分が被処理水が通過可能な孔あき構造に形成されており、
   前記多孔質絶縁体は、前記電極板上の少なくとも前記孔あき構造部分を含む領域に載置されており、
   前記送液管は、前記多孔質絶縁体が載置されている電極板の下方から被処理水が供給され、前記孔あき構造部分を通って前記多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体の上方に流出されるように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の水処理方法。
4. 誘電体バリア放電により生じたプラズマを利用する水処理装置であって、
   互いに対向する一対の電極板であって少なくとも一方の電極板において他方の電極板と対向する表面が誘電体で遮蔽されている一対の電極板と、該一対の電極板間に配置された被処理水が通過可能なギャップを有する多孔質絶縁体とを備える送液管と、
   前記一対の電極板に所定の電圧を印加可能な電源部と、
   を備えており、
   前記送液管に被処理水が導入された際には、前記多孔質絶縁体のギャップに該被処理水が供給され、
   前記電源部から前記一対の電極間に所定の電圧が印加された際には、前記誘電体と前記多孔質絶縁体との間に誘電体バリア放電を生じさせるとともにジュール熱により前記多孔質絶縁体のギャップを流れる被処理水を加熱して気泡を生じさせる、
   ように構成されている、前記誘電体バリア放電によって前記気泡内に生じたプラズマを利用することを特徴とする、水処理装置。
5. 前記送液管は、前記多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体から流出していく方向と該多孔質絶縁体の外表面部又はギャップから前記気泡が遊離していく方向とが同じ方向となるように構成されており、且つ、
   前記一方の電極とその表面を遮蔽する前記誘電体は、前記多孔質絶縁体と面するように前記被処理水流出方向及び気泡遊離方向に配置されている、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の水処理装置。
6. 前記一対の電極板のうちの一方の電極板は、少なくとも一部分が被処理水が通過可能な孔あき構造に形成されており、
   前記多孔質絶縁体は、前記電極板上の少なくとも前記孔あき構造部分を含む領域に載置されており、
   前記送液管は、前記多孔質絶縁体が載置されている電極板の下方から被処理水が供給され、前記孔あき構造部分を通って前記多孔質絶縁体に供給された被処理水が該多孔質絶縁体の上方に流出されるように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の水処理装置。

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