JP6921503B2 - 水処理装置、水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、水処理装置、水処理システム及び水処理方法に関する。

従来、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられている。しかしながら、オゾンによる酸化でも、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシンや１，４−ジオキサン等の難分解性有機物は分解できない。

したがって、上述のような難分解性有機物を分解するに際しては、オゾンよりも酸化力の強いＯＨラジカルを用い、酸化分解することが有効な手段の一つである。
ＯＨラジカルの生成には、オゾン含有水に紫外線を照射する方法、過酸化水素含有水にオゾンを添加する方法、過酸化水素含有水に紫外線を照射する方法、過酸化水素、オゾン、紫外線全て併用する方法、が水処理において一般的に用いられている。

特開２００４−２７５９６９号公報 特開２００６−８２０８１号公報 特開平１０−１６５９７１号公報

ところで、紫外線などの光を用いる方法は紫外線などの透過率が低い水では照射量を高くする必要がありエネルギーを要することから、オゾンと過酸化水素を用いる方法が用いられるケースが多かった。

しかしながら、過酸化水素は劇物に相当するため、貯留設備、注入設備を設ける必要があり、安全面で厳しい管理が必要となっており、より容易に導入が可能な水処理装置が望まれていた。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、試薬としての過酸化水素を必要とせずに、酸化力の強いＯＨラジカルを生成し、水中の難分解性の物質を酸化分解することが可能な水処理装置、水処理システム及び水処理方法を提供することを目的とする。

実施形態の水処理装置は、被処理水を収容可能で、上部に前記被処理水を導入する入水口が形成され、下部に処理後の被処理水を導出する出水口が形成された反応容器と、反応容器内の下部側に配置され、原料ガスに放電して得られるオゾン化ガスを前記反応容器内に供給し、オゾン化ガスの上昇流を形成可能なオゾン供給部と、反応容器の上部側に配置され、電気分解により前記被処理水及び前記オゾン化ガスに含まれる酸素ガスから過酸化水素を生成する電気分解用電極対と、を備え、電気分解用電極対を構成するカソード電極は、炭素製の電極芯材と、電極芯材に積層された多孔質炭素層と、多孔質炭素層の表面にコーティングにより形成された疎水層と、を備えている。

図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。 図２は、パターンＡの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。 図３は、パターンＢの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。 図４は、パターンＣの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。 図５は、パターンＤの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。 図６は、電気分解用電極対における過酸化水素生成の模式図である。 図７は、ＯＨラジカルの生成動作の説明図である。 図８は、第１実施形態の変形例の説明図である。 図９は、第２実施形態の水処理装置の概要構成ブロック図である。 図１０は、第３実施形態の説明図である。

次に実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の水処理システムの概要構成ブロック図である。
水処理システム１０は、原料ガスとしての酸素又は乾燥空気に放電し、オゾンガスを発生させ、オゾンガスを含むオゾン化ガス（＝Ｏ_３＋Ｏ_２あるいは、Ｏ_３＋Ｏ_２＋Ｎ_２）を供給するオゾン発生装置１１と、処理対象の液体である被処理水ＬＱを供給する給水ポンプ１２と、被処理水ＬＱを収納する反応容器１３と、反応容器１３内の被処理水ＬＱに供給配管１４を介して供給されたオゾン化ガスＯＧをバブル状として供給するために反応容器１３の底部に配置された散気ユニット１５と、反応容器１３内の上部に配置され、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）を生成するための電気分解用電極対１６と、電気分解用電極対１６に直流電力を供給する直流電源１７と、を備えている。

上記構成において、反応容器１３の上部周面には、給水ポンプ１２から被処理水が供給される入水口１３Ａが配置され、反応容器の１３の下部周面には、処理後の被処理水が排出される出水口１３Ｂが配置されている。

ここで、電気分解用電極対１６、入水口１３Ａ及び出水口１３Ｂの配置関係について実施形態の配置関係に設定した理由について説明する。
図１に示したように、本実施形態においては、反応容器１３の上部に入水口１３Ａ及び電気分解用電極対１６を配置し、出水口１３Ｂを反応容器１３の下部に配置している。

ところで、発明者らは、散気ユニット１５を反応容器１３の下部に配置した場合に、電気分解用電極対１６、入水口１３Ａ及び出水口１３Ｂの配置関係について以下の４つの態様（パターンＡ〜パターンＤ）について検討した。

（パターンＡ）電気分解用電極対１６を散気ユニット１５から離間した反応容器１３の上部に配置し、入水口１３Ａを反応容器１３上部に配置し、出水口１３Ｂを反応容器１３下部に配置した場合（本実施形態）。

（パターンＢ）電気分解用電極対１６を反応容器１３の散気ユニット１５近傍に配置し、入水口１３Ａを反応容器１３下部に配置し、出水口１３Ｂを反応容器１３上部に配置した場合。

（パターンＣ）電気分解用電極対１６を散気ユニット１５から離間した反応容器１３の上部に配置し、入水口１３Ａを反応容器１３下部に配置し、出水口１３Ｂを反応容器１３上部に配置した場合。

（パターンＤ）電気分解用電極対１６を反応容器１３の散気ユニット１５近傍に配置し、入水口１３Ａを反応容器１３上部に配置し、出水口１３Ｂを反応容器１３下部に配置した場合。
以下、それぞれのパターンについて検討する。

図２は、パターンＡの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。
パターンＡの場合には、オゾンと過酸化水素とが反応しないと仮定した場合のそれぞれの濃度は、図２（ｂ）に示すように、オゾンは、散気ユニット１５から離れるに従って徐々に減少する。

また、過酸化水素は、反応容器１３の上部側から下部側に向かって、電気分解用電極対１６付近で徐々に増加し、ある位置でほぼ一定の値となる。
この状態でオゾンと過酸化水素が反応すると、図２（ｃ）に示すように電気分解用電極対１６の下部付近でＯＨラジカルの濃度は最大となり、その後徐々に反応容器の下部に向かって減少するという濃度分布となる。

図３は、パターンＢの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。
パターンＢの場合には、オゾンと過酸化水素とが反応しないと仮定した場合のそれぞれの濃度は、図３（ｂ）に示すように、オゾンは、散気ユニット１５から離れるに従って徐々に増加する。
また、過酸化水素は、反応容器１３の下部側から上部側に向かって、電気分解用電極対１６付近で徐々に増加し、ある位置でほぼ一定の値となる。

この状態でオゾンと過酸化水素が反応すると、図３（ｃ）に示すように電気分解用電極対１６の上部付近でＯＨラジカルの濃度は最大となり、その後徐々に反応容器の上部に向かって減少するという濃度分布となる。

図４は、パターンＣの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。
パターンＣの場合には、オゾンと過酸化水素とが反応しないと仮定した場合のそれぞれの濃度は、図４（ｂ）に示すように、オゾンは、散気ユニット１５から離れるに従って徐々に増加する。

また、過酸化水素は、反応容器１３の下部側から上部側に向かって、電気分解用電極対１６付近で徐々に増加した状態となる。

この状態でオゾンと過酸化水素が反応すると、図４（ｃ）に示すように、ＯＨラジカルは電気分解用電極対１６近傍にのみ存在し、電気分解用電極対１６の下部から上部に向かって増加し、電気分解用電極対１６の上部付近でＯＨラジカルの濃度は最大となる。そして、その後オゾン及び過酸化水素がなくなり急激に減少するという濃度分布となる。

図５は、パターンＤの場合のオゾン濃度、過酸化水素濃度及びＯＨラジカルの濃度分布の説明図である。
パターンＤの場合には、オゾンと過酸化水素とが反応しないと仮定した場合のそれぞれの濃度は、図５（ｂ）に示すように、オゾンは、散気ユニット１５から離れるに従って徐々に減少する。

また、過酸化水素は、電気分解用電極対１６の下部側から上部側に向かって減少し、電気分解用電極対１６の上端近傍でほぼ零となる。
この状態でオゾンと過酸化水素が反応すると、図５（ｃ）に示すように電気分解用電極対１６の下部付近でＯＨラジカルの濃度は最大となり、電気分解用電極対１６の上端に向かって徐々に減少するという濃度分布となる。

これらをまとめると、パターンＣ及びパターンＤの場合には、電気分解用電極対１６が出水口１３Ｂ近傍にあるため、電気分解により生成された過酸化水素は生成された後、直ちに出水口１３Ｂから流出することとなるため、ＯＨラジカルを生成する領域は、電気分解用電極対１６近傍のみとなる。ところで、ＯＨラジカルの寿命は短いため、出水口１３Ｂから流出するとすぐに消滅してしまう。このため、ＯＨラジカルによるＡＯＰ（Advanced Oxidation Process）反応領域は、電気分解用電極対１６近傍の限られた領域のみとなる。

したがって、オゾンガス単独での反応領域が大きくなり、特に上水処理システムにおいては、オゾン反応による副生成物である臭素酸イオン生成のリスクが高くなると言う可能性があった。
さらに残存オゾンガスを回収または処理するコストが大きくなると言う問題も生じ得る。

一方、パターンＡ及びパターンＢの場合には、パターンＣ及びパターンＤと比較すると、過酸化水素とオゾンとが反応する領域が増加するため、反応容器１３の上下方向（鉛直方向）においてＯＨラジカルが生成される領域が増加し、ＯＨラジカルによるＡＯＰ反応領域も増加することとなる。

ところで、水中に溶解している酸素ではなく、気泡として存在する酸素ガスは、水圧の関係で、水面に近くなるに従って気泡の径が大きくなる。したがって、水面に近い領域で電気分解を行う方が、酸素ガスの反応面積が大きくなり、より多くの過酸化水素が発生する。

したがって、パターンＡとパターンＢとでは、よりパターンＡのほうが過酸化水素を発生しやすくなり、よりＡＯＰの反応領域を大きくすることが可能となるので、本実施形態では、パターンＡの配置関係を採用した。

次に電気分解用電極対１６について詳細に説明する。
上記構成において、電気分解用電極対１６は、カソード（陰極）電極１６Ｋと、アノード（陽極）電極１６Ａと、を備えている。

図６は、電気分解用電極対１６における過酸化水素生成の模式図である。
過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）生成は、（１）式の通りとなっており、反応容器１３下部から散気ユニット１５を介して供給されたオゾン化ガスＯＧに含まれる酸素ガスが原料となる。
このときの過酸化水素の生成効率に特に影響を与えるのはカソード電極１６Ｋの材質である。
Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ_２ …（１）

すなわち、カソード電極１６Ｋとしては、過酸化水素の生成に適したものを用いる必要がある。
例えば、カソード電極１６Ｋは、直流電圧が印加されることによる直流電流の電流密度（ｍＡ／ｃｍ^２）（電極と見かけ面積に対する電流値）に比例して過酸化水素生成量が大きくなる。

ここで、カソード電極１６Ｋの表面は、過酸化水素の原料となる酸素ガス表面に取り込みやすくするために疎水性であることが望ましい。またミクロ的な反応場が広くなり反応効率を高めることができるように、表面はポーラス状（多孔質状）であることが望まれる。したがって、例えば、電極芯材である炭素電極にテフロン（登録商標）系懸濁液（疎水性付与）及び導電性の炭素粉末をコーティング（ポーラス性付与）したものが用いられる。

続いて、電流効率について説明する。
上記（１）式の反応が起こっている場合に、過酸化水素の理論生成量をｍ［ｇ］とし、過酸化水素の分子量をＭ（＝３４）とし、カソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間を流れる直流電流をＩ［Ａ］とし、反応時間をｔ［ｓｅｃ］とし、価数をｚ（＝２）とし、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｍｏｌ］（＝９．６４８５×１０^４）とすると、ファラデーの電気分解の法則より、過酸化水素の理論生成量ｍは、次式で現される。
ｍ＝（Ｉ・ｔ・Ｍ）／（ｚ・Ｆ）
そして過酸化水素の実生成量をｍ_１とした場合、電流効率Ｘ［％］は、（２）式で表される。
Ｘ＝ｍ_１／ｍ×１００ …（２）

実際に電流効率を算出してみると、カソード電極１６Ｋとして炭素電極を用いた場合の電流効率は２０％〜５０％程度であったのに対し、炭素電極にテフロン系懸濁液及び導電性の炭素粉末をコーティングした電極を用いた場合の電流効率は、９０％以上となっていた。

従って、本実施形態の、炭素電極にテフロン系懸濁液及び導電性の炭素粉末をコーティングした電極をカソード電極１６Ｋとして用いた場合、低消費電力で過酸化水素を生成でき、低コスト化が図れることが期待される。

一方、アノード電極１６Ａとしては、過酸化水素の生成には、ほとんど影響を与えないので材質の制限はあまりないが、電気分解により溶解しにくい材質あるいは溶解しても処理水質に影響を与えにくい材質であって、電気を通しやすい材質が好ましい。例えば、不溶性金属電極が挙げられる。具体的には、白金電極、チタンコーティングされた電極などが挙げられる。

ここで、純酸素供給時の過酸化水素生成速度についてより具体的に説明する。
例えば、カソード電極１６Ｋにテフロン系懸濁液と導電性の炭素粉末をコーティングした炭素系電極を用い、アノード電極１６Ａには白金を用いたものとする。

そして、カソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に流れる直流電流が、４０ｍＡ／ｃｍ^２となるよう直流電圧を印加すると、過酸化水素の生成速度は、２５ｍｇ／ｃｍ^２／ｈであった（＝電流効率９２％）。
なお、実際の運用にあたっては、必要な生成速度となるよう、電流密度は１００ｍＡ／ｃｍ^２以下とするのが好ましい。

次に実施形態の動作を説明する。
まず、オゾン発生装置１１は、原料ガスとしての酸素又は乾燥空気が供給されると、原料ガスに放電を行い、オゾンガスＯ_３を発生させる。

このとき、原料ガスに含まれる酸素が一部残存して酸素のまま（Ｏ_２）でオゾンガスＯ_３とともに放出される。以下、オゾンガスＯ_３と、残存した酸素ガスＯ_２を合わせて、オゾン化ガスＯＧと呼ぶものとする。

図７は、ＯＨラジカルの生成動作の説明図である。
オゾン発生装置１１により発生されたオゾン化ガスＯＧ（＝Ｏ_３＋Ｏ_２）は、供給配管１４を介して散気ユニット１５に供給され、バブル状となって被処理水ＬＱ中に放出され、オゾン化ガスＯＧ（＝Ｏ_３＋Ｏ_２）の上昇流ＵＳを形成する。

このとき、オゾン化ガスＯＧを構成しているオゾンＯ_３は、被処理水ＬＱに溶存するが、酸素Ｏ_２は、あまり溶けずにそのまま気泡として上昇を続け、電気分解用電極対１６の配置位置まで到達し、過酸化水素の原料となる。

これと並行して、カソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に直流電源１７により、所定の直流電圧が印加されると、被処理水ＬＱ中の酸素ガスにより（１）式で示した反応により、所定の生成速度で過酸化水素が生成される。

ここで、過酸化水素の生成量は、電気分解の印加電圧、ひいては、カソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に流れる直流電流の大きさに比例するため、分解すべき水中化合物成分の濃度や、ＯＨラジカルを消費する成分に応じて直流電流量を調整する。
この状態で給水ポンプ１２により被処理水ＬＱが入水口１３Ａから供給されると、被処理水ＬＱは、生成された過酸化水素が溶け込んだ状態で下降流ＤＳを形成する。

したがって、オゾン化ガスＯＧの上昇流ＵＳと、過酸化水素が溶け込んだ下降流ＤＳと、が対向流となることで、被処理水中の過酸化水素は溶存オゾンと反応し、酸化力の強いＯＨラジカルが生成される。

これらの結果、反応容器１３内は、上部から下部に向かって過酸化水素高濃度−オゾン低濃度領域ＡＲ１→酸化促進領域ＡＲ２→過酸化水素低濃度−オゾン高濃度領域ＡＲ３が形成される。

そして、酸化促進領域ＡＲにおいては、ＯＨラジカルが被処理水中に含まれる水中化合物成分（処理対象成分）と反応し、難分解性の水中化合物成分も分解が進む。
被処理水ＬＱの下降流ＤＳが反応容器１３下方に進むにつれて、被処理水中に溶け込んでいた過酸化水素は消費され、溶存オゾンも消費されていくこととなる。

しかしながら、反応容器１３の下部からオゾン化ガスＯＧの供給は継続しているので、上昇流ＵＳに含まれて新たに溶解するオゾンＯ_３が存在することから、水処理に必要とされる溶存オゾン濃度は必要量を維持することができ、継続して被処理水の処理が行える。

ところで、過酸化水素高濃度−オゾン低濃度領域ＡＲ１においては、過酸化水素が高濃度であることから溶存オゾンは、高濃度で存在することはできず、第１実施形態の水処理システム１０を上水処理システムに適用した場合でも、臭化物（臭素酸、ブロモホルム）の発生を抑制することができる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、オゾン化ガスＯＧが散気ユニット１５により反応容器１３の下部に注入されることで、オゾンＯ_３が被処理水ＬＱに溶解し、オゾン処理が行われる。

このオゾン処理と並行して、オゾン化ガスＯＧ中の酸素Ｏ_２を用い、電気分解により過酸化水素を生成し、溶存したオゾンと生成した過酸化水素により酸化力の強いＯＨラジカルを生成するので、被処理水ＬＱ中の難分解性の水中化合成分を効率良く分解することができる。

したがって、本第１実施形態によれば試薬としての過酸化水素を必要とせず、余剰となったオゾンは、生成した過酸化水素により短寿命のＯＨラジカルとなって消費されるので、残存したオゾンを処理あるいは回収する必要もなく、特に上水処理においては、臭素酸、ブロモホルム等の臭化物の生成を抑制することができる。

また、疎水化処理および多孔質化処理がなされた炭素電極をカソード電極１６Ｋに用いることで、過酸化水素生成効率が高く、過酸化水素生成の必要電力を低く抑えることができる。

さらに下降流ＤＳにより反応容器１３の上部で生成した過酸化水素を反応容器１３の下部まで搬送できるので、反応容器１３の広い範囲でＯＨラジカルを生成して、水中の難分解性の物質を酸化分解反応することができて処理能力の向上が図れる。この結果、溶存オゾンの利用効率も高くなり、未反応のままのオゾンを低減できる。

［１．１］第１実施形態の第１変形例
以上の説明においては、反応容器が一つの場合について説明したが、本第１変形例においては、反応容器が実効的に複数設けられている。

図８は、第１実施形態の変形例の説明図である。
図８において、図１と同一の部分には同一の符号を付すものとする。
図８に示すように、一体に形成された反応容器群１３Ｘは、反応容器１３を連通路１８でつないだ状態となっている。

反応容器群１３Ｘの前段の反応容器１３において、促進酸化処理及びオゾン処理がなされた被処理水ＬＱは、連通路１８を介して後段の反応容器１３の入水口１３Ａから導入され、再度促進酸化処理及びオゾン処理がなされ、出水口１３Ｂ及び連通路１８を介して後段の処理に供給される。

従って、１回目の処理で分解されなかった物質も２回目の処理で分解され、実効的な処理効率を向上させることができる。
この場合において、各反応容器１３において、過酸化水素の発生量及びオゾン化ガスＯＧの供給量は、必要に応じて適宜設定することが可能である。

また、以上の説明においては、反応容器が二つ縦続接続された場合について説明したが、三つ以上縦続接続するように構成することも可能である。

またこれらの場合において、より原水に近い側の段において反応容器１３を並列接続し、順次並列数を減少させるように構成することも可能である。例えば、第１段の反応容器１３を二つ並列に接続し、第２段の反応容器１３を一つとする。

以上の説明のように、本第１変形例によれば、水処理の段数を複数段とすることで、実効的な処理効率を向上することができる。

［１．２］第１実施形態の第２変形例
以上の説明においては、電気分解用電極対１６は、各反応容器１３に一対のみ設けていたが、反応容器１３の大きさに応じて複数対を設置してもよい。これにより必要とされる過酸化水素を十分にまかなえるようになる。

［２］第２実施形態
以上の第１実施形態では、オゾンガスＯ_３を被処理水ＬＱに溶解するに際して、散気ユニット１５を用いていたが、本第２実施形態は、これに代えて、インジェクタを用い、加圧水利用ガス吸引注入方式でオゾンガスを被処理水ＬＱに溶解する場合のものである。

図９は、第２実施形態の水処理装置の概要構成ブロック図である。
加圧水利用ガス吸引注入方式とは、加圧水をノズルへ送り、ノズルでの圧力差を利用してオゾン化ガスＯＧを吸引し水中へ注入する方式である。

この方式を実現するため、本第２実施形態においては、分岐した被処理水ＬＱ、処理後の被処理水ＬＱまたは水道水などの清澄な水を加圧原水ＬＱＰとして、いわゆるインジェクタ１９と呼ばれる装置に供給する。

これと並行してインジェクタ１９には、オゾン発生装置１１からオゾン化ガスＯＧが供給される。
そしてインジェクタ１９は、加圧原水ＬＱＰにオゾン化ガスＯＧを混合しつつ加圧して反応容器１３内に供給する。

これ以降の動作は、第１実施形態で散気ユニットによりオゾン化ガスＯＧが供給された状態とほぼ同様である。
本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、より確実に溶存オゾンを発生させることができ、処理能力の向上が図れる。

［３］第３実施形態
以上の第１実施形態及び第２実施形態においては、オゾン化ガスＯＧの上昇流ＵＳの流れについては何ら制御を行わないでいたが、本第３実施形態においては、オゾン化ガスＯＧに含まれる酸素Ｏ_２を、過酸化水素を発生させるカソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に導くために整流板を電気分解用電極対１６の下方に設けた点である。

図１０は、第３実施形態の説明図である。
図１において、図１と同一の部分には同一の符号を付すものとする。
整流板２１は、下端部の開口面積が広く、上端部の開口面積が狭い形状とされ、オゾン化ガスＯＧの上昇流ＵＳを主としてカソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に導く形状とされている。

このため、本第３実施形態によれば、オゾン化ガスＯＧに含まれる酸素Ｏ_２を過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２を発生させるカソード電極１６Ｋとアノード電極１６Ａとの間に効率よく導くことができ、実効的な過酸化水素発生効率を向上し、ひいては、ＯＨラジカルの生成効率を向上し、促進酸化処理効率を向上させることができる。

［４］実施形態の効果
各実施形態によれば、試薬としての過酸化水素を用いることなく、簡易な構成で低コストの水処理装置、ひいては、水処理システムを構築できる。

また、電気分解用電極対を構成するカソード電極は、炭素製の電極芯材と、電極芯材に積層された多孔質炭素層と、多孔質炭素層の表面にコーティングにより形成された疎水層と、を備えているので、過酸化水素生成効率が高く、必要電力を低く抑えることができる。

また、反応容器１３の上部に設置された入水口１３Ａ（流入部）より被処理水ＬＱが流入し、主の流れが下方向であることで反応容器１３下部に注入されたオゾン化ガスＯＧの上昇と向流接触してオゾンの溶解効率を高め、流入部付近にて電気分解で生成した過酸化水素が下方への水の流れとともに溶存オゾンと接触してＯＨラジカルが生成し、反応容器の広い範囲でＯＨラジカルにより水中の難分解性の物質を酸化分解反応することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 水処理システム
１１ オゾン発生装置
１２ 給水ポンプ
１３ 反応容器（水処理装置）
１３Ａ 入水口
１３Ｂ 出水口
１３Ｘ 反応容器群（水処理装置）
１４ 供給配管
１５ 散気ユニット（オゾン供給部、水処理装置）
１６ 電気分解用電極対（水処理装置）
１６Ａ アノード電極
１６Ｋ カソード電極
１７ 直流電源
１８ 連通路（水処理装置）
１９ インジェクタ（オゾン供給部、水処理装置）
２１ 整流板（水処理装置）
ＡＲ１ 過酸化水素高濃度−オゾン低濃度領域
ＡＲ２ 酸化促進領域
ＡＲ３ 過酸化水素低濃度−オゾン高濃度領域
ＤＳ 下降流
ＬＱ 被処理水
ＬＱＰ 加圧原水
ＯＧ オゾン化ガス
ＵＳ オゾン化ガスの上昇流

Claims (6)

1. 被処理水を収容可能で、上部に前記被処理水を導入する入水口が形成され、下部に処理後の前記被処理水を導出する出水口が形成された反応容器と、
   前記反応容器内の下部側に配置され、原料ガスに放電して得られるオゾン化ガスを前記反応容器内に供給し、オゾン化ガスの上昇流を形成可能なオゾン供給部と、
   前記反応容器の上部側に配置され、電気分解により前記被処理水及び前記オゾン化ガスに含まれる酸素ガスから過酸化水素を生成する電気分解用電極対と、を備え、
   前記電気分解用電極対を構成するカソード電極は、炭素製の電極芯材と、前記電極芯材に積層された多孔質炭素層と、前記多孔質炭素層の表面にコーティングにより形成された疎水層と、を備える、
   水処理装置。
2. 前記多孔質炭素層は、導電性の炭素粉末により形成され、
   前記疎水層は、テフロン系懸濁液としてコーティングされた、
   請求項１記載の水処理装置。
3. 前記オゾン供給部及び前記電気分解用電極対が配置された前記反応容器を、前段の前記反応容器から導出された前記被処理水が導入されるように複数段縦続接続された、
   請求項１または請求項２記載の水処理装置。
4. 前記オゾン供給部として、散気ユニットあるいはインジェクタを用いる、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の水処理装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の水処理装置と、
   酸素を含む原料ガスに放電し前記オゾン化ガスとして前記反応容器に配置された散気ユニットに供給するオゾン生成装置と、
   前記電気分解用電極対に直流電力を供給する直流電源と、
   を備えた水処理システム。
6. 入水口、及び炭素製の電極芯材とこの電極芯材に積層された多孔質炭素層と前記多孔質炭素層の表面にコーティングにより形成された疎水層とを備えたカソード電極を有する電気分解用電極対が上部に設けられ、出水口及び散気ユニットが下部に設けられた反応容器を備えた水処理装置において実行される方法であって、
   前記入水口を介して被処理水を導入して下降流を形成する過程と、
   前記散気ユニットを介してオゾンガス及び酸素ガスを含むオゾン化ガスを供給してオゾン化ガスの上昇流を形成する過程と、
   溶存オゾンにより前記被処理水のオゾン処理を行う過程と、
   前記電気分解用電極対に直流電力を供給して前記酸素ガス及び前記被処理水から過酸化水素を生成し、前記下降流に供給する過程と、
   前記下降流及び前記上昇流を向流として混合させることにより前記溶存オゾンと前記過酸化水素を反応させてＯＨラジカルを生成し、促進酸化処理を行う過程と、
   を備えた水処理方法。

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