JP5896012B2

JP5896012B2 - 有機汚染物質及び化学的微生物性汚染物質を水から除去するための装置

Info

Publication number: JP5896012B2
Application number: JP2014502507A
Authority: JP
Inventors: ミハイロヴィッチバルフダロフ，エドアード; イヴァノヴィッチタクタキシヴィリ，メラプ; ミトゥロファノヴィッチアンピロフ，アンドレイ; アントノヴィッチコスゥイー，イゴー
Original assignee: オブシェストヴォエスオグラニチェンノィオトゥヴェトゥストゥヴェンノスティユ “プラズマ−プロ”
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2014534045A

Description

本発明は、生態環境に関し、特に液体（水、水溶液、及びこれらに類するもの）を化学的プラズマ技術によって処理して、（毒物の処分に対する）該液体の微生物成分及び化学成分に及ぼす効果を生じるための機器に関する。

水中で生じる放電を使用して、微生物性汚染物質、有機汚染物質、及び化学汚染物質から水を精製することは、電気物理的な生態環境技術（電子ビーム、オゾン化、放電など）の有望な分野である。これらの技術は、有害かつ危険な塩素含有物質及びフッ素含有物質が使用されることを必要としないという点で、その他の技術とは異なる。水中で生じる非常に有効な放電は、該これらの技術のうちで最も単純であり、かつ最も安価である。

水及び水溶液に及ぼすパルス高電圧放電の効果が以下の因子によって与えられることは常識である：
１．局所的効果：放電は、リーダ及びストリーマのプラズマチャネルの領域において焦点合わせされており、水和した電子、イオン、及び活性ラジカル（１０ｍｍ以下の範囲内で有効）の効果に起因する；及び
２．非局所的効果：活性ＯＨラジカル（３０〜４０ｍｍ以下の範囲内で有効）の発生などの直接的かつ光分解性のある効果などを有する波動過程―機械的（音波及び衝撃波）及び電磁的（紫外放射）。

これらの因子はすべて、液体に及ぼす相乗効果を発揮する。

有意な点にしているのは、化学汚染物質を含有する水が一般的に、比較的低いパルスエネルギー（０．１〜１０Ｊ）でパルス高電圧放電の発生を妨げる高い導電率を有することである。これらの問題を迂回する１つの方法は、電極間の間隙に気泡を導入することである（非特許文献１）。

従来技術の機器は、多電極放電装置及び該電極間の間隙を通じてポンピングされた難燃性気体（空気、窒素、アルゴン、又はその他）を使用して、液体（水及び水溶液）中で周期的なパルス放電を生じ、ある効果を該液体の微生物成分、有機成分、及び化学成分に及ぼす（特許文献１）。

液体中に浸漬した前記装置は、互いから等間隔離して配置されたｎ個の円筒状の環状電極（ステンレス鋼製、銅製、チタン製、又はその他）によって外表面の囲まれた円筒状の誘電性パイプである。電極の両端は作業表面であり、電極の外側円筒状表面は絶縁性材料で被覆されている。電極間の間隙における誘電性パイプの壁には、気泡がパイプ内部から液体中へと入るために、直径１ｍｍ以下の数個の孔が提供される。高電圧がこの２つの僻遠の電極に、１つの電極には直接、もう１つの電極にはパイプ内を走る帰路導体を通じて印加される。

気泡中で生じた放電は、強力な紫外放射及び活性粒子（Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＯＨ、Ｏなど）の源である。

気泡の崩壊の際に生じる強力な音波及び衝撃（紫外）波は、ある効果を液体の微生物成分、有機成分、及び化学成分に発揮するさらなる因子である。

従来技術の機器は、以下の弱点を有する：
１．放電装置の線形幾何学形状は、焦点合わせされている放電によって生じる紫外放射及び音波の可能性を除外し；
２．水中に放電装置及びシステムを配置して高電圧及び気体を放電装置に供給することは困難かつ不便であり、放電装置は、放電システムがその中で作動しているときに液流をさらに妨害し；、
３．液流中に配置された放電装置によって作られる静水圧は、放電装置の長さに沿って提供される孔を通じて気体を不規則に流れさせるので、放電チャネルの安定性及び同一性に影響を及ぼす可能性があり；かつ
４．機器は全体として比較的複雑な設計を有する。

米国特許第６，５５８，６３８号明細書、公開後登録、２００２年２月７日

Ｋ．Ａ．Ｎａｇｕｌｎｙ及びＮ．Ａ．Ｒｏｙ著、「ＡｎＥｌｅｃｔｒｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅｉｎＷａｔｅｒ（水中での放電）」Ｎａｕｋａ社、モスクワ；１９７１

本発明の目的は、紫外放射及び音波を焦点合わせすることによって、水精製能力を操作する範囲を拡大することである。

本発明の技術的な結果は、作製するのが単純で、いかなる高額な機械装置も電子装置も備えておらず、かつ水中及び水溶液中の細菌性汚染物質、有機汚染物質、及び化学汚染物質に及ぼす顕著な効果（毒物の廃棄を含む。）を発揮する機器である。

本発明の技術的な結果は、水を微生物性汚染物質、有機汚染物質、及び化学汚染物質から精製するための機器であって、作業チャンバー、水ポンピングシステム、該機器へ気体を供給するためのシステム、及び多電極放電装置を備えた該機器において得られるものであり、多電極放電装置において、気体は電極間の間隙へと注入され、作業チャンバーは、液体が通ってポンピングされる円筒状誘電性パイプとして設計されており、放電装置の電極は、互いに等間隔で円をなしてパイプの内側面に提供されており、電極の表面は、電気的に絶縁性の材料で被覆されており、孔は、チャンバー及びパイプ空間へ気体を入れるために電極の「作業」表面間に提供され、かつ高電圧及び気体を放電装置へ適用するためのシステムは、作業チャンバーを越えて提供される。

図１は、液体をポンピングするための誘電性パイプの断面図を示し；図２は、液体をポンピングするための誘電性パイプの断面図を示し；図３は、前記機器の等価電気回路図を示し；図４は、前記機器の等価電気回路図を示し；図５は、環状放電装置の１つの断面の２つの突起の図であり；かつ図６は、水処理機器の概略図である。

図１における請求した機器の概略図は、処理中の水が通ってポンピングされる誘電性パイプ１と該パイプの内側面に提供される放電システムの断面図を示す。Ｎ個の、より具体的には、Ｎ＝８の電極２は、互いに等間隔で誘電性パイプ１の内側面上に円状に配置される。パイプの中央線に面する電極の表面は、電気的に絶縁性の材料５で被覆され、直径ｄ≦１ｍｍの孔３は、気体を中空４へと、かつさらには電極間の間隙へと入れるために、電極の「作業」表面６の間の誘電性パイプにおいて提供される。

高電圧は、２つの正対する電極に適用され、結果として、１つの電火が電極間の間隙に当たり、プラズマチャネルは活性粒子（水和した電子、Ｈ_２Ｏ_２、ＯＨ、Ｏなど）、強力な紫外放射、及び水力学的妨害（音波及び衝撃波）の源として形成される。

前記機器の等価電気回路図が図３に示されている。

水は、伝導性の誘電性物質である。図３に示す等価の抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）は、個々の電極とアースの間の水抵抗である。この高電圧適用の回路図において、放電電流は、該回路の２つの対称的な断面において並列に流れ（電火間隙２−１及び４−６）、数（１’〜６’）は、電極間の電火間隙における気泡を示す。

円状に対称的な関係で形成する放電チャネルは、水上での放電電火のより高い効率を達成するために、紫外放射及び水力学的妨害を焦点合わせするよう機能する。

放電の有効な形成は、電極間の間隙における２つの媒体（水及び気体）の間の界面によって容易になされる。高い水透過度ε＝８１は、液体−気体界面において気体中の電場を強化し、火花連絡閾値を有意に低下させる。強化された電場及び等価の抵抗は、水がパイプを通ってポンピングされるにつれて、パイプの内側面に沿って這う環状放電の発達を刺激する。

図２は、電極間の電火間隙における気泡を（１’−６’で）示す高電圧適用の別の回路図を示す。この回路において、電流はすべての電火間隙を通って直列に流れる。個々の等価回路図は図４に示されている。

図５は、環状放電装置の１つの断面の２つの突起を示す。下の図は、パイプ１の内側面の直断面であり、電極２、気体注入孔３、気体蓄積中空４、誘電性材料層５、及び電極の「作業」面６を示す。

パイプの内側面に装着された放電システム１２はそれゆえ、液体の流れを妨げず、かつ、気体配管と放電装置への高電圧を印加する配線とはすべて、パイプの外側面に提供される。

放電は、以下の特徴を有する高電圧パルスの周期的なパルス発生装置によって動力を与えられる：電圧Ｕ≦２０ｋＶ、パルス反復速度ｆ≦１００Ｈｚ、及び保持容量エネルギーＷ≦２Ｊ（Ｃ＝１０^−８Ｆ）。結果として、該発生装置は、電流Ｉ≦３００Ａ、電流パルス持続時間τ＝３〜５μ秒、及び平均電力Ｎ≦２００Ｖを発生させる。

図６は、処理中の水又は水溶液が通ってポンピングされるパイプに沿って間隔のあいた５つの環状放電装置を有する水処理機器の概略図を示す。該機器は、誘電性パイプ１、スペーサー７、タップ８、栓９、密封ゴムカバー１０、空気供給ニプル１１、放電発生システム１２、ポート１３、シール１４、及びカラー１５を備えている。

各環状源は、５チャネル高電圧パルス発生装置の個別の出力チャネルに接続され、各チャネルは、前記機器が平均電力Ｎ＝１０^３Ｖを発生させるために、上記のとおりの特徴を有する。
前記機器は、以下の通り操作される：気体はニプル１１を通じて注入され、液体はタップ８を通じてポンピングされ、その際、高電圧が放電装置に適用される。

気体注入速度及び液体ポンピング速度は調整可能である。処理される液体を通過する気体は、発泡装置へ供給される。

請求される機器は、（種々の興業の水源を含む水の天然体における）水の微生物性汚染物質、有機汚染物質、及び化学汚染物質から水を精製するために使用されてもよい。

Claims

微生物性汚染物質、有機汚染物質、及び化学汚染物質から水を精製するための機器であって、作業チャンバー、液体ポンピングシステム、気体を該機器へ供給するためのシステム、及び多電極放電装置を備えており、前記多電極放電装置は複数の電極を備え、気体は電極間の間隙へと注入され、作業チャンバーは通る液体をポンピングするための円筒状の誘電性パイプであり、前記多電極放電装置の前記複数の電極は、互いに等間隔で円状に前記誘電性パイプの内側面上に配置されており、隣り合う前記複数の電極は、互いに対向する「作業」表面を有し、前記気体の配管、及び前記多電極放電装置に電圧を印加するための配線は、前記誘電性パイプの外側面上に配置され、前記複数の電極の表面は電気的に絶縁性の材料で被覆され、複数の孔は、前記気体を前記電極間の間隙へと供給するために、前記誘電性パイプの側面を、前記「作業」表面間に向かって貫通し、並びに高電圧を適用しかつ気体を前記多電極放電装置へ供給するためのシステムは、前記作業チャンバーの外側に配置される、機器。