JPWO2016117260A1 - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Abstract

処理槽には上下方向に並べて配置された複数の接地電極（２）が備えられ、連続する２つの接地電極の上面は、水平面に対して交互に逆方向に傾斜しているとともに、上側接地電極の下面と下側接地電極の上面との間に空隙（５）が形成され、空隙に備えられた放電電極（１８）に電圧を印加することで、放電電極と上側接地電極の下面との間の気中、および放電電極と下側接地電極の上面との間の気中の両方に放電を形成し、被処理水を最上部の接地電極から最下部の接地電極まで、それぞれの上面に沿って連続的に流下させることで、被処理水を処理する。

Description

本発明は、放電で生じたオゾンおよびラジカル等を用いて被処理水を処理する水処理装置および水処理方法に関するものである。

工業廃水等には、既存のオゾン処理では除去できない難分解性物質が含まれることがある。特に、ダイオキシン類およびジオキサン等の除去が大きな課題となっている。一部では、オゾン（Ｏ₃）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）または紫外線とを組み合わせることで、オゾンよりも活性の高いヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）を被処理水中で発生させ、難分解性物質の除去を行う方法が実用化されている。

しかしながら、装置コストおよび運転コストが非常に高く、あまり普及していないのが実情である。そこで、放電で発生させたＯＨラジカル等を、被処理水に直接作用させることで、高効率に難分解性物質を除去する方法が提案されている。

このような従来の水処理装置は、具体的には、処理対象水を内部に蓄えることが可能な反応容器と、処理対象水に対して放電ラジカル処理を行うための放電を発生するピン状の電極をそれぞれ有する階層化構成の処理手段と、電極に対して高電圧を印加する電源手段とを備えて構成されている。このようなラジカル処理システムによれば、ラジカルを利用し、水中に溶存する難分解性物質の分解効率を向上させることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。

また、上下に対向する一対の電極板を傾斜した状態で配置し、下部電極上を被処理水が流下するようにし、電極間にバリア放電を形成することで、被処理水を処理する水処理装置も提案されている。この水処理装置によれば、簡単な構成で被処理水を効率よく処理することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−３０７４８６号公報 特許第４６３５２０４号公報

しかしながら、上述した先行技術には、次のような課題がある。特許文献１に示された従来の水処理装置は、放電の形成がピン状の電極と被処理水の水面との間の狭い領域に限られる。このため、オゾンを効率的に生成できない。すなわち、ＯＨラジカル等による被処理水の直接的な処理は行えるものの、放電で生成されたオゾンが被処理水に溶解して生じる、水中反応による被処理水の処理、を効率的に行うことができない。この結果、水処理の速度が遅いという問題がある。

また、特許文献２に示された従来の水処理装置は、被処理水を流しつつ、上下に対向する一対の電極にバリア放電を形成する。このため、広い領域で放電を形成することができず、有機物の分解に有効な、オゾン等の酸化性物質を多く生成することができない。この結果、高速で水処理しようとした場合、反応容器を大きくして電極を多く備える必要が生じ、装置の大型化と装置コストの増大を招く。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、比較的小型の装置で、難分解性物質の分解または高濃度の有機汚れの除去を、高速かつ効率的に行うことが可能な、水処理装置および水処理方法を得ることを目的とする。

本発明に係る水処理装置は、処理槽の内部に上下方向に並べて配置された複数の接地電極と、上下方向において連続する２つの接地電極の、上側の接地電極の下面と、下側の接地電極の上面との間のそれぞれに形成された空隙に設けられた複数の放電電極とを備え、複数の接地電極は、上下方向において連続する２つの接地電極の上面が、水平面に対して交互に逆方向に傾斜するように配置されており、複数の放電電極のそれぞれは、電圧が印加されることで、上側の接地電極の下面と放電電極との間の気中に第１の放電を形成し、下側の接地電極の上面と放電電極との間の気中に第２の放電を形成し、処理槽の上部から供給された被処理水を、最上部の接地電極から最下部の接地電極まで、それぞれの上面に沿って連続的に流下させることで、被処理水を処理するものである。

また、本発明に係る水処理方法は、処理槽の内部に上下方向に並べて配置された複数の接地電極と、上下方向において連続する２つの接地電極の、上側の接地電極の下面と、下側の接地電極の上面との間のそれぞれに形成された空隙に設けられた複数の放電電極とを備え、複数の接地電極は、上下方向において連続する２つの接地電極の上面が、水平面に対して交互に逆方向に傾斜するように配置されている水処理装置に適用される水処理方法であって、複数の放電電極のそれぞれに電圧を印加することで、上側の接地電極の下面と放電電極との間の気中に第１の放電を形成する工程と、複数の放電電極のそれぞれに電圧を印加することで、下側の接地電極の上面と放電電極との間の気中に第２の放電を形成する工程と、処理槽の上部から供給された被処理水を、最上部の接地電極から最下部の接地電極まで、それぞれの上面に沿って連続的に流下させ、第１の放電および第２の放電が形成された空隙を通過させることで、被処理水を処理する工程とを有するものである。

本発明の水処理装置および水処理方法は、処理槽の内部の上下方向に並べて配置された複数の接地電極の上面を、被処理水が連続的に流下するとともに、放電電極と上側接地電極の下面との間、および放電電極と下側接地電極の上面との間にそれぞれ放電を形成する。このため、処理槽内の広い領域で放電が形成され、オゾン等の酸化性物質を多く生成できるため、比較的小型の処理槽で難分解性物質の分解または高濃度の有機汚れの除去を、高速かつ効率的に行うことが可能な、水処理装置および水処理方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態１の図１における隣接する２つの接地電極とその周囲を示す拡大図である。 本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態３の図５に示した接地カートリッジの拡大断面図である。 本発明の実施の形態３の水処理装置の組立て方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態４の図８に示した１種類目の接地カートリッジの拡大断面図である。 本発明の実施の形態４の図８に示した２種類目の接地カートリッジの拡大断面図である。 本発明の実施の形態５に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態６に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態６の図１２に示した隣接する２つの接地電極とその周囲を示す拡大図である。 本発明の実施の形態７に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態８に係る水処理装置の断面図である。 本発明の実施の形態９に係る水処理装置の断面図である。

以下、本発明の水処理装置および水処理方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１の図１における隣接する２つの接地電極２ａ、２ｂとその周囲を示す拡大図である。以下、図１と図２を用いて、本実施の形態１における水処理装置について、詳細に説明する。

図１において、密閉構造の金属製の処理槽１の上部には、給水口１ａおよびガス排出口１ｂが設けられている。一方、処理槽１の最下部の側面には、排水口１ｃが設けられている。また、処理槽１の側面には、ガス供給口１ｄが設けられている。

処理槽１の内部には、４個の金属製の接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、鉛直方向（上下の方向）に並べて配置されている。すなわち、接地電極２ａが最上方に、その下に接地電極２ｂ、その下に接地電極２ｃ、最下方に接地電極２ｄが備えられている。４個の接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、全て同型であり、二等辺三角柱型をしている。すなわち、４個の接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれは、図１に表れる二等辺三角形が、紙面の奥行き方向に伸長した形状を有している。

接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの二等辺三角形の２つの等しい辺（斜辺）は、互いが水平面に対して対称に配置されている。すなわち、２つの斜辺は、水平面に対して互いに逆方向に傾斜している。

二等辺三角形のもう１つの辺（底辺）は、鉛直方向を向いており、処理槽１の一方の側壁に接続されている。二等辺三角形の頂角（２つの斜辺の交点）は、処理槽１のもう一方の側壁から隙間を空けて保持されている。連続する２つの接地電極は、上下に所定の間隔をあけて、鉛直面に対して左右対称に配置されている。

すなわち、図２に示すように、接地電極２ａは、底辺が処理槽１の左側壁１６ａに接続され、接地電極２ｂは、底辺が処理槽１の右側壁１６ｂに接続されている。以下、同様に、接地電極２ｃは、底辺が処理槽１の左側壁１６ａに接続され、接地電極２ｄは、底辺が処理槽１の右側壁１６ｂに接続されている。

これにより、接地電極２ａと２ｂの間には、均一な高さの空隙５ａが、接地電極２ｂと２ｃの間には、均一な高さの空隙５ｂが、そして、接地電極２ｃと２ｄの間には、均一な高さの空隙５ｃが形成されている。これにより、給水口１ａから供給された被処理水４は、図１に示すように、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの上面に沿ってジグザグに流下する構成となっている。

接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの上方には、下方空隙１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを介して、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが形成されている。また、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃの下面と放電電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとの間には、それぞれ上方空隙２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成されている。そして、下方空隙１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、および上方空隙２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ均一な高さ
として形成されている。

すなわち、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、いずれも接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと接することなく、気中に保持されている。また、上方空隙２０ａと下方空隙１９ｂにより空隙５ａが、上方空隙２０ｂと下方空隙１９ｃにより空隙５ｂが、上方空隙２０ｃと下方空隙１９ｄにより空隙５ｃが、それぞれ形成されている。

次に、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの具体的な構成について、図２に基づいて、放電電極１８ｂを例にして、説明する。図２において、放電電極１８ｂは、複数の（図２では５本の）ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅにより構成されている。ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、図２の左右の方向に互いに間隔をおいて配置されている。また、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、接地電極２ａ、２ｂの幅方向（図２紙面の奥行き方向）に平行かつ水平に張られている。

また、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、全て配線８ｂに接続されている。処理槽１の右側壁１６ｂには、電流導入端子１４ｂが備えられており、配線８ｂは、電流導入端子１４ｂを介して右側壁１６ｂを貫通している。ここで、配線８ｂと処理槽１は、電流導入端子１４ｂにより電気的に絶縁されている。

放電電極１８ｂと同様に、図１の放電電極１８ａ、１８ｃ、１８ｄも、それぞれがワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅにより構成され、配線８ａ、８ｃ、８ｄと接続され、電流導入端子１４ａ、１４ｃ、１４ｄを介して、処理槽１の外部に通じている。

処理槽１の外部に備えられたパルス電源７の高電圧側の出力は、配線８に接続されている。一方、パルス電源７の接地側の出力は、処理槽１に繋がれており、電気的に接地されている。

接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、処理槽１に電気的に接続されており、いずれも接地電位となっている。配線８は、ブスバー１５に接続されており、ブスバー１５には、配線８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが接続されている。これにより、パルス電源７に対して、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが、電気的に並列に接続されることとなる。

ガス供給口１ｄは、酸素ガスを満たしたガス供給源９が流量調節器１０を介して接続されている。

次に、本実施の形態１における水処理装置の動作を説明する。酸素ガスは、ガス供給源９から、流量調節器１０により所定の流量に調節された後、ガス供給口１ｄから処理槽１内に供給される。

一方、ガス排出口１ｂからは、供給酸素ガス流量と同じ流量で、処理槽１内のガスが排気される。これにより、所定時間経過後に、処理槽１内から空気が排出され、処理槽１内に高酸素濃度の雰囲気が形成される。

給水口１ａから処理槽１内に供給された被処理水４は、接地電極２ａの上面を、水膜３を形成して流下し、最下流部（図１の右側端部）から接地電極２ｂの上面に落下する。以下、同様に、被処理水４は、接地電極２ｂ、接地電極２ｃ、接地電極２ｄの順に、それぞれの上面を流下し、最終的に、処理槽１の底部に落下し、処理後水１３として排水口１ｃから排出される。このとき、被処理水４の一部が水蒸気として揮発するため、処理槽１の内部は、水蒸気を含む高酸素濃度の雰囲気が形成される。

ここで、水膜３と放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとは、接触していない。すなわち、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと水膜３との間に気体層が形成されるように、水膜３の厚さが調節されている。水膜の厚さは、共有される被処理水４の流量、または接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面の水平面に対する傾斜角度、または接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面の表面粗さによって調整される。

次に、パルス電源７を動作させることで、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにパルス電圧を印加する。この結果、図２に示すように、各放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅから、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面に向けて、第二の放電である下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが形成される。

同時に、放電電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅから、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃの下面に対して、第一の放電である上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが形成される。

被処理水４が、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面を流れる過程で、それぞれの下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと順に触れることで、難分解性物質の除去などの水処理が行われる。

さらに、それぞれの上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅによって生成されたオゾンと過酸化水素が被処理水４に溶解することで、水中反応によって難分解性物質の除去などの水処理が行われる。

次に、本実施の形態１に示す水処理装置によって、被処理水４の処理が行われる原理を説明する。なお、ここでは、有機物の分解を例にとって説明するが、放電で生じるＯ₃やＯＨラジカルが、除菌や脱色や脱臭にも有効であることは、周知の事実である。

放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにパルス電圧を印加することで、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅと下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅが形成される。このとき、処理槽１内の酸素分子（Ｏ₂）、水分子（Ｈ₂Ｏ）が高エネルギーの電子と衝突し、下式（１）、（２）の解離反応が生じる。なお、下式（１）、（２）において、ｅは電子、Ｏは原子状酸素、Ｈは原子状水素、ＯＨはＯＨラジカルである。
ｅ＋Ｏ₂→２Ｏ （１）
ｅ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ＋ＯＨ （２）

上式（１）で発生した原子状酸素の多くは、下式（３）の反応により、オゾン（Ｏ₃）となる。なお、下式（３）において、Ｍは反応の第三体であり、気中のあらゆる分子や原子を表す。
Ｏ＋Ｏ₂＋Ｍ→Ｏ₃ （３）

また、上式（２）で生じたＯＨラジカルの一部は、下式（４）の反応により、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）となる。
ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ₂Ｏ₂ （４）

上式（１）〜（４）の反応で生成された酸化性粒子（Ｏ、ＯＨ、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ₂）は、下式（５）により、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面を流れる被処理水４の水面近傍の有機物と反応して二酸化炭素（ＣＯ₂）と水に酸化分解する。なお、下式（５）において、Ｒは処理対象となる有機物である。
Ｒ＋（Ｏ、ＯＨ、Ｏ₃、Ｈ₂Ｏ₂）→ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ （５）

ここで、上式（５）で有機物と反応しなかったＯとＯＨは、上式（３）、（４）により、比較的長寿命のＯ₃とＨ₂Ｏ₂になり、その一部は、下式（６）、（７）により、被処理水４に溶解する。なお、下式（６）、（７）において、（ｌ）は液相を意味する。
Ｏ₃→Ｏ₃（ｌ） （６）
Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ₂（ｌ） （７）

Ｏ₃（ｌ）とＨ₂Ｏ₂（ｌ）は、水中での反応により、下式（８）の通り、ＯＨラジカルを生成する。
Ｏ₃（ｌ）＋Ｈ₂Ｏ₂（ｌ）→ＯＨ（ｌ） （８）

上式（６）〜（８）で生成されたＯ₃（ｌ）、Ｈ₂Ｏ₂（ｌ）、ＯＨ（ｌ）は、下式（９）により、水中反応により有機物を分解する。
Ｒ＋（Ｏ₃（ｌ）、Ｈ₂Ｏ₂（ｌ）、ＯＨ（ｌ））
→ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ （９）

本実施の形態１では、被処理水４が下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに接する領域では、上式（５）の反応と、上式（９）の反応の双方によって、被処理水４中の有機物が分解される。一方、放電と接しない領域では、上式（９）の反応によって、被処理水４中の有機物が分解される。

さらに、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅによっても、上式（１）〜（４）の反応により、オゾンと過酸化水素が生成される。これにより、上式（６）〜（９）の反応が多く生じるようになり、水中反応による有機物の分解が促進される。

以上に説明した通り、本実施の形態１では、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに対して、下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの双方が形成される。

従って、水膜３に向けた放電である下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅだけを形成した場合と比較して、処理槽１内の放電領域が広くなり、より多くのオゾンと過酸化水素が生成される。この結果、有機物の分解に伴って消費されるオゾンと過酸化水素が迅速に補われるため、小型の処理槽１において、高速な水処理を行うことができる。

また、下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、水膜３へ向けての放電である。このため、比較的高濃度の水分子を含む気体、あるいは気体と水膜３の界面での放電となる。従って、上式（２）、（４）式の反応が多く生じ、過酸化水素の生成が多くなる。

一方、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅは、水膜３から離れた場所での放電である。このため、比較的低濃度の水分子を含む気体での放電となる。従って、上式（１）、（３）の反応が多く生じ、オゾンの生成が多くなる。

ここで、上式（８）により、ＯＨ（ｌ）を効率的に生じさせるには、Ｏ₃（ｌ）とＨ₂Ｏ₂（ｌ）の濃度比が適切である必要がある。しかしながら、下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅだけを形成した場合には、Ｈ₂Ｏ₂（ｌ）が過剰となり、Ｏ₃（ｌ）が不足することがある。

一方、本実施の形態１によれば、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅで多くのオゾンが生成される。このため、Ｏ₃（ｌ）の不足が解消され、難分解性物質の効率的な処理が可能となる。

なお、図１においては、二等辺三角柱型の接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを用いる場合について説明したが、接地電極の形状は、これに限定されるものではない。図３は、本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図であり、接地電極の形状が、先の図１とは異なっている。

例えば、この図３に示すように、接地電極の形状は、２つの斜辺の長さが異なる三角柱型にすることができる。図３においては、接地電極２ａと２ｃは、上面の傾斜が下面の傾斜と比べて緩やかであり、接地電極２ｂと２ｄは、逆に、上面の傾斜が下面の傾斜と比べて急である。

また、接地電極２ａの下面と接地電極２ｂの上面の傾斜角度が同じであり、以下同様に接地電極２ｂの下面と接地電極２ｃの上面、接地電極２ｃの下面と接地電極２ｄの上面の傾斜角度が同じとなっている。これにより、空隙５ａ、５ｂ、５ｃの高さは、面内でいずれも均一となっている。その他の構成は、先の図１と同様である。図３に示す構造によっても、図１の構造を有する場合と同様の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態１においては、放電形成にパルス電源７を用いた。しかしながら、本発明に適用される電源は、安定して放電が形成できれば、必ずしもパルス電源である必要はなく、例えば、交流電源または直流電源であってもよい。

また、パルス電源７から出力される電圧の極性、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅などは、電極構造およびガス種等の諸条件に応じて、適宜決定することができる。一般に、電圧波高値は、１ｋＶ〜５０ｋＶが望ましい。これは、１ｋＶ未満では、安定した放電が形成されず、また、５０ｋＶ超とするには、電源の大型化および電気絶縁の困難化により、コストが著しく増加するためである。

さらに、繰り返し周波数は、１０ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅ−ｐｅｒ−ｓｅｃｏｎｄ）以上、１００ｋｐｐｓ以下とすることが望ましい。これは、１０ｐｐｓ未満では、十分な放電電力を投入するために非常に高い電圧が必要となり、逆に、１００ｋｐｐｓよりも大きくすると、水処理の効果が飽和し、電力効率が低下するためである。

また、被処理水４の流量または処理対象物質の水質の少なくともいずれか一方に応じて、電圧、パルス幅、パルス繰り返し周波数を調整するようにしてもよい。

また、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅには、ステンレス鋼またはチタンなど、耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。ただし、これ以外の導電性材料を用いることもできる。また、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄまたはワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの表面を、ガラスまたはセラミックなどの誘電体で被覆してもよい。

さらに、上述した実施の形態１では、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとしてワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを用いた。しかしながら、放電電極は、必ずしもワイヤ状である必要はない。放電電極として、例えば、ロッド、針、メッシュ、ネジ、リボン、またはパンチングメタルなども用いることができる。ただし、比較的低い電圧で安定した放電を形成するためには、板状よりも、電界集中が生じるワイヤ、針、メッシュ、ネジ、リボン状にすることが望ましい。

また、上述した実施の形態１では、ガス供給源９から酸素ガスを供給することで、処理槽１の内部を高酸素濃度雰囲気とした。しかしながら、ガス種は、酸素に限定されるものではない。酸素を含むガス中であれば、上式（１）〜（９）式の反応が生じるため、水処理を行うことが可能である。

例えば、酸素に対して窒素または希ガスを任意の割合で混合させることができる。特に、希ガスを用いれば、比較的低い電圧においても放電を安定的に形成することが可能となり、空気を用いれば、ガスコストを大幅に削減できる。

さらに、供給するガスの流量は、一定である必要はなく、被処理水４の水質または放電条件等に応じて、適宜調節することができる。例えば、被処理水４中の有機物濃度が高い場合には、酸化分解過程で多くの酸素が消費される。このため、供給ガス流量を多くするのが好適である。一方、被処理水４中の有機物濃度が低い場合には、供給ガス流量を少なくすることで、ガス中のオゾン濃度が高まり、反応を高速化することができる。

さらに、装置起動時にガス流量を多くして内部の空気を短時間で置換し、その後、水処理に必要十分な量にまで、ガス流量を下げることもできる。これにより、ガスの使用量を抑制し、かつ高速な水処理が可能となる。

さらに、上述した実施の形態１では、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄには５本のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを用いた。しかしながら、ワイヤ電極の数は、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの寸法、および被処理水４の水質または処理流量などに応じて、適宜変更可能である。

さらに、下方空隙１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄと上方空隙２０ａ、２０ｂ、２０ｃの高さは、任意に決めることができる。ただし、これらの高さは、１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とするのが好適である。１ｍｍ未満だと、正確な高さを規定するのが困難となり、逆に５０ｍｍよりも大きくすると、放電形成に非常に高い電圧が必要となるためである。

また、下方空隙１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄと上方空隙２０ａ、２０ｂ、２０ｃの高さは、同一である必要はない。すなわち、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの位置は、必ずしも空隙５ａ、５ｂ、５ｃの中心にある必要はない。例えば、水膜３の厚さを考慮して、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを、空隙５ａ、５ｂ、５ｃの中心より上方に配置してもよい。

これにより、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄから接地電極２ａ、２ｂ、２ｃの下面までの距離と、水膜３の水面までの距離を同等とすることができ、下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを均一に形成できる。逆に、放電電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを、空隙５ａ、５ｂ、５ｃの中心より下方に配置することで、被処理水４の水面に対する放電、すなわち、下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを比較的強く、気相における放電、すなわち、上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを比較的弱くすることができる。これにより、被処理水４に供給されるオゾンと過酸化水素の比を変え、相対的に過酸化水素が多く供給されるようにすることができる。

さらに、処理槽１内の圧力は、被処理水４の供給および排水が容易となるように、大気圧またはその近傍とすることが望ましい。ただし、必要に応じて、陽圧または陰圧にすることもできる。処理槽１内を陽圧にした場合、外部からの空気の混入が抑制され、処理槽１内の雰囲気を管理し易くなる。

また、処理槽１内を陰圧にした場合、比較的低い電圧で下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと上側放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが形成されるようになり、電源の小型化および簡素化が可能となる。さらに、圧力が低いほど放電が広がり易いため、広い領域で被処理水４が下側放電１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと接するようになり、水処理の効率および速度が向上する。

なお、上述した実施の形態１では、４個の接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを用いた。しかしながら、接地電極の数は、処理槽１の寸法、または必要とされる水処理能力などに応じて、適宜設定することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る水処理装置の断面図である。本実施の形態２は、放電電極であるワイヤ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの配置が、先の実施の形態１と異なっている。

図４において、ワイヤ電極２１ａは、接地電極２ａの上方に、接地電極２ａの上面の傾きと同じ傾斜をもって、紙面の左右の方向に備えられている。また、ワイヤ電極２１ａは、処理槽１の外周壁である左側壁１６ａに備えられた絶縁部材であるガイシ２２ａと、処理槽１の外周壁である右側壁１６ｂに備えられた電流導入端子１４ａとによって保持されている。さらに、ワイヤ電極２１ａは、図４の紙面の奥行き方向に、接地電極２ａの上面を覆うように複数本備えられている。

同様に、接地電極２ｂの上方には、ガイシ２２ｂと電流導入端子１４ｂによってワイヤ電極２１ｂが備えられている。同様に、接地電極２ｃの上方には、ガイシ２２ｃと電流導入端子１４ｃによってワイヤ電極２１ｃが備えられている。同様に、接地電極２ｄの上方には、ガイシ２２ｄと電流導入端子１４ｄによってワイヤ電極２１ｄが備えられている。

ワイヤ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、それぞれ配線８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと繋がれている。そして、配線８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、処理槽１の外でブスバー１５に接続されている。

ブスバー１５は、配線８によりパルス電源７の高電圧出力側に接続されている。一方、パルス電源７の接地側は、処理槽１と接続され、電気的に接地されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態２における水処理装置の動作を説明する。被処理水４は、処理槽１の最上部から、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄそれぞれの上面を水膜３状に流下し、処理槽１の最低部から排出される。このとき、水膜３の膜厚は、ワイヤ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが水没しないように調節される。

パルス電源７を動作させ、ワイヤ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにパルス電圧を印加する。これにより、ワイヤ電極２１ａと接地電極２ａの上面との間に、下側放電２４ａが形成される。また、ワイヤ電極２１ｂと接地電極２ａの下面との間に上側放電２３ａが形成され、ワイヤ電極２１ｂと接地電極２ｂの上面との間に下側放電２４ｂ形成される。

以下、同様に、ワイヤ電極２１ｃの上下には上側放電２３ｂと下側放電２４ｃが形成され、ワイヤ電極２１ｄの上下には上側放電２３ｃと下側放電２４ｄが形成される。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。

先の実施の形態１においては、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、図２の紙面の奥行き方向に伸長して備えられていた。つまり、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、傾斜することなく、水平面上に形成されていた。

しかしながら、被処理水４が落下する際に形成される水滴や、処理槽１内の水蒸気により形成される水滴が、ワイヤ電極に付着する場合がある。このようにしてワイヤ電極に水滴が付着すると、その部分において、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄまでの距離が近くなる。結果的に、水滴付着部分のみ、強い放電が形成され、局所的な温度上昇などにより、水処理の効率が低下する場合がある。

一方、本実施の形態２によれば、ワイヤ電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが傾斜して備えられており、ワイヤ電極に付着した水滴は、傾斜に沿って流れ落ちる。このため、局所的に強い放電が形成されることなく、全体で均一な放電が形成される効果が得られ、効率的な水処理が行える。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る水処理装置の断面図である。また、図６は、本発明の実施の形態３の図５に示した接地カートリッジ２５の拡大断面図である。また、図７は、本発明の実施の形態３の水処理装置の組立て方法を示す断面図である。以下、図５〜図７を用いて、本実施の形態３における水処理装置について説明する。

本実施の形態３に係る水処理装置において、密閉構造の金属製の処理槽１の内部には、４個の接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが、鉛直方向（上下の方向）に並べて配置されている。すなわち、接地カートリッジ２５ａが最上方に、その下に接地カートリッジ２５ｂ、その下に接地カートリッジ２５ｃ、最下方に接地カートリッジ２５ｄが備えられている。

４個の接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、全て同じ形状である。そこで、図６を用いて、接地カートリッジ２５の詳細構成を説明する。図６において、接地カートリッジ２５は、金属製の接地電極２８と、接地電極２８に接続された金属製のフランジ２９により構成されている。

接地電極２８は、中空の二等辺三角柱型であり、図６に表れる二等辺三角形が、紙面の奥行き方向に伸長した形状をしている。接地電極２８の二等辺三角形の２つの等しい辺（斜辺）は、互いが水平面に対して対称に配置されている。すなわち、２つの斜辺は、水平面に対して互いに逆方向に傾斜している。

二等辺三角形のもう１つの辺（底辺）には、フランジ２９が接続されており、フランジ２９は、鉛直方向を向いている。フランジ２９と接地電極２８の底辺を貫通するように、電流導入端子３０が備えられている。

また、接地電極２８の上面から中空部３４に貫通する絶縁部材である上流絶縁体２６ａと、接地電極２８の上面に取り付けられた絶縁部材である下流絶縁体２６ｂが備えられている。ワイヤ電極２７が、上流絶縁体２６ａと下流絶縁体２６ｂにより、接地電極２８の上方において、接地電極２８の上面と平行に取り付けられている。

なお、ワイヤ電極２７は、図６の紙面の奥行き方向に複数備えられており、接地電極２８の上面を覆うように配置されている。また、ワイヤ電極２７は、上流絶縁体２６ａと下流絶縁体２６ｂにより、接地電極２８と電気的に絶縁されて保持されている。

電線３１は、接地カートリッジ２５の外部から、電流導入端子３０を通って、中空部３４に通じており、さらに、上流絶縁体２６ａを通ってワイヤ電極２７と接続されている。また、電線３１は、電流導入端子３０と上流絶縁体２６ａにより、接地カートリッジ２５と電気的に絶縁されている。

図７において、処理槽１の外周壁である左側壁１６ａには、上下方向に並ぶ複数の（図７では２つの）開口部３２ａ、３２ｃが備えられている。一方、処理槽１の外周壁である右側壁１６ｂには、上下方向に並ぶ２つの開口部３２ｂ、３２ｄが備えられている。

ここで、開口部３２ｂと開口部３２ｄは、それぞれ開口部３２ａと３２ｃの間隔の半分の高さだけ、開口部３２ａと３２ｃから下がった位置に形成されている。また、開口部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、フランジ２９のサイズに対応した開口面積となっている。

接地カートリッジ２５ａを開口部３２ａに挿入し、ボルト３３によってフランジ２９と左側壁１６ａを締結する。同様に、接地カートリッジ２５ｂを開口部３２ｂに、接地カートリッジ２５ｃを開口部３２ｃに、接地カートリッジ２５ｄを開口部３２ｄに挿入して、それぞれのフランジ２９をボルト３３で締結する。これにより、図５に示す水処理装置が組みあがる。

図５において、接地カートリッジ２５ａと２５ｂの間、２５ｂと２５ｃの間、２５ｃと２５ｄの間の空隙の高さは、それぞれ均一となっている。また、図５において、ワイヤ電極２７は、接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにより形成されるそれぞれの空隙のほぼ中心高さに配置されている。

また、接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄのそれぞれの電線３１は、パルス電源（図示せず）に接続されており、処理槽１は、電気的に接地されている。また、接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの各フランジ２９は、処理槽１に電気的に導通して接続されている。

次に、本実施の形態３における水処理装置の動作を説明する。被処理水４は、処理槽１の最上部から、接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄのそれぞれの接地電極の上面を水膜状に流下し、処理槽１の最低部から排出される。

ここで、被処理水４が流下する際に、パルス電源を動作させ、接地カートリッジ２５ａのワイヤ電極２７と接地電極２８の上面との間で放電を形成する。また、接地カートリッジ２５ｂのワイヤ電極２７と接地カートリッジ２５ａの接地電極２８の下面との間、およびワイヤ電極２７と接地カートリッジ２５ｂの接地電極２８の上面との間に放電を形成する。以下、同様である。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。

本実施の形態３によれば、処理槽１に対して接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを挿入して、ボルト３３で締結するだけで水処理装置を形成することができる。このため、組立が容易となる効果が得られる。

また、接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、いずれも同型である。このため、接地カートリッジを量産することで、容易に大型の水処理装置や複数の水処理装置を作成することが可能となる。さらに、故障が生じた場合であっても、該当箇所の接地カートリッジを交換するのみで修理できることから、メンテナンス性が向上し、装置稼働率の向上につながる。

なお、本実施の形態３では、処理槽１に４箇所の開口部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを設けて、４個の接地カートリッジ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを取り付けた場合を説明した。しかしながら、開口部と接地カートリッジの数は、これに限定されるものではない。例えば、処理槽１を高く形成して、４個よりも多くの貫通穴を形成しておき、必要な数だけ接地カートリッジをとりつけ、残りの開口部には蓋をするようにすることができる。

これにより、被処理水４の水質に応じて、必要十分な放電を形成することができ、結果的に、水処理のエネルギー効率が向上する。さらに、被処理水４の水質に合わせて、水処理装置を個別に設計する必要がなくなり、設計費用の抑制が可能となる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る水処理装置の断面図である。また、図９は、本発明の実施の形態４の図８に示した１種類目の接地カートリッジ３５の拡大断面図である。また、図１０は、本発明の実施の形態４の図８に示した２種類目の接地カートリッジ３６の拡大断面図である。

本実施の形態４は、構成の異なる２種類の接地カートリッジ３５と３６を備える点が、先の実施の形態３と異なる。以下、図８〜図１０を用いて、本実施の形態４における水処理装置について説明する。

本実施の形態４では、先の実施の形態３における図５に示した接地カートリッジ２５ａと２５ｃの代わりに、接地カートリッジ３５ａと３５ｂがそれぞれ取り付けられている。同様に、図５に示した接地カートリッジ２５ｂと２５ｄの代わりに、接地カートリッジ３６ａと３６ｂがそれぞれ取り付けられている。

図９において、接地カートリッジ３５は、接地電極２８の下面を貫通して中空部３４に到達する絶縁部材である上流絶縁体３８ａと、接地電極２８の下面に備えられた絶縁部材である下流絶縁体３８ｂが備えられている。

ワイヤ電極３７が上流絶縁体３８ａと下流絶縁体３８ｂにより、接地電極２８の下方に、接地電極２８の下面と平行に取り付けられている。なお、ワイヤ電極３７は、図９の紙面の奥行き方向に複数備えられており、接地電極２８の下面を覆うように配置されている。

電線３１は、接地カートリッジ３５の外部から電流導入端子３０を通って中空部３４に通じており、上流絶縁体２６ａを通ってワイヤ電極２７と、また上流絶縁体３８ａを通ってワイヤ電極３７と接続されている。

また、ワイヤ電極３７は、上流絶縁体３８ａと下流絶縁体３８ｂにより、接地電極２８と電気的に絶縁されて保持されている。また、電線３１は、電流導入端子３０と上流絶縁体２６ａと上流絶縁体３８ａにより、接地カートリッジ３５と電気的に絶縁されている。その他の構成は、先の実施の形態３と同様である。

図１０において、接地カートリッジ３６は、接地電極２８とフランジ２９のみで構成されている。すなわち、接地カートリッジ３５と比較して、接地カートリッジ３６は、上流絶縁体２６ａ、下流絶縁体２６ｂ、ワイヤ電極２７、電流導入端子３０、電線３１、ワイヤ電極３７、上流絶縁体３８ａ、下流絶縁体３８ｂを備えていない。

図８において、処理槽１の左側壁１６ａには、上下方向に並ぶ２つの接地カートリッジ３５ａ、３５ｂが取り付けられている。一方、処理槽１の右側壁１６ｂには、上下方向に並ぶ２つの接地カートリッジ３６ａ、３６ｂが取り付けられている。

ここで、接地カートリッジ３６ａは、接地カートリッジ３５ａと３５ｂの中間に配置されており、接地カートリッジ３５ｂは、接地カートリッジ３６ａと３６ｂの中間に配置されている。すなわち、処理槽１の内部において、上から下に向けて、接地カートリッジ３５ａ、接地カートリッジ３６ａ、接地カートリッジ３５ｂ、接地カートリッジ３６ｂの順番に、左右互い違いに取り付けられている。

また、図８において、ワイヤ電極３７は、接地カートリッジ３５ａ、３６ａ、３５ｂ、３６ｂにより形成されるそれぞれの空隙の、ほぼ中心高さに配置されている。また、接地カートリッジ３５ａ、３５ｂのそれぞれの電線３１は、パルス電源（図示せず）に接続されており、処理槽１は、電気的に接地されている。また、接地カートリッジ３５ａ、３５ｂ、接地カートリッジ３６ａ、３６ｂの各フランジ２９は、処理槽１に電気的に導通して接続されている。

次に、本実施の形態４における水処理装置の動作を説明する。被処理水４は、処理槽１の最上部から、接地カートリッジ３５ａ、接地カートリッジ３６ａ、接地カートリッジ３５ｂ、接地カートリッジ３６ｂのそれぞれの接地電極２８の上面を水膜状に流下し、処理槽１の最低部から排出される。

ここで、被処理水４が流下する際に、パルス電源を動作させ、接地カートリッジ３５ａのワイヤ電極２７と接地電極２８の上面との間で放電を形成する。また、接地カートリッジ３５ａのワイヤ電極３７と接地カートリッジ３５ａの接地電極２８の下面との間、および接地カートリッジ３５ａのワイヤ電極３７と接地カートリッジ３６ａの接地電極２８の上面との間で放電を形成する。以下、同様である。その他の動作は、先の実施の形態３と同様である。

本実施の形態４によれば、接地カートリッジ３５ａと３５ｂのそれぞれの電線３１に給電することで、先の実施の形態３と同様に、放電を形成することができる。従って、先の実施の形態３と比べて、給電のための電線を簡素化して短くできる。

これにより、装置構成が簡略化できる。さらに、パルス電源７（図示せず）に対する電線の負荷を軽減することができる。これにより、本実施の形態４に係る水処理装置では、先の実施の形態３に係る水処理装置と比べて、小型で安価な電源を用いることができるようになる。

実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る水処理装置の断面図である。図１１において、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは、いずれも同形状であり、中空構造となっている。また、各接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの底辺は、処理槽１の側壁に接続されており、処理槽１の側壁から各接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの底辺に連なる貫通穴である接続口４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄが形成されている。また、各接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上面には、貫通孔である複数の細孔４６が形成されている。

処理槽１の上部には、吸気口４１が備えられており、吸気口４１には、循環配管４２が接続されている。循環配管４２には、循環ポンプ４０が備えられており、循環配管４２は、循環ポンプ４０の下流側（吸気口４１の反対側）において分岐され、循環配管４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを形成している。

さらに、循環配管４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、それぞれ、接続口４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄと接続されている。その他の構成は、先の実施の形態２と同様である。

次に、本実施の形態５における水処理装置の動作を説明する。被処理水４は、処理槽１の最上部から供給され、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄのそれぞれの上面を水膜３状に流下して、処理槽１の最下部から排出される。ここで、本実施の形態５では、循環ポンプ４０を動作させ、処理槽１内のガスを吸気口４１から吸気し、接続口４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄに供給する。

接続口４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄに供給された循環ガスは、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄのそれぞれの細孔４６を通って処理槽１内に吐出される。これにより、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上面を流れる被処理水４の水膜３の一部が、水滴４５となり、上方に噴き上げられる。その他の動作は、先の実施の形態２と同様である。

本実施の形態５によれば、循環ポンプ４０によって処理槽１内のガスを吸気して、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄに形成された細孔４６から吐出させることで、水膜３の一部を水滴４５として噴き上げることができる。このため、被処理水４と放電、および放電で生成されたオゾンやＯＨラジカル等の酸化性粒子との接触が促進される。

この結果、先の実施の形態２よりも、さらに効率的で高速な水処理が実現される。また、循環ガス中に含まれるオゾンや過酸化水素が、細孔４６から吐出される際に、水膜３に溶解する。これにより、先の実施の形態２よりも水中での有機物分解反応が促進され、高速かつ効率的な水処理が行われる。

実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係る水処理装置の断面図である。また、図１３は、本発明の実施の形態６の図１２に示した隣接する２つの接地電極２ａ、２ｂとその周囲を示す拡大図である。本実施の形態６は、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、放電電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃの形状が、先の実施の形態１と異なる。そこで、図１２と図１３を用いて、これらの相違点を中心に、以下に説明する。

図１２において、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、処理槽１の内部に上下に並べて配置されている。接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、全て同形状の平板型であり、水平面に対して傾斜して配置されている。上下に連続する２つの接地電極は、上下に所定の間隔をあけて、鉛直面に対して左右対称に配置されている。

すなわち、接地電極２ａは、図１２の左側端部が処理槽１の左側壁１６ａに接続され、右側端部が左側端部よりも低く保持されている。また、接地電極２ｂは、右側端部が処理槽１の右側壁１６ｂに接続されており、左側端部が右側端部より低く保持されている。以下、接地電極２ｃ、２ｄについても、同様である。

これにより、接地電極２ａと２ｂの間に空隙５０ａが形成され、接地電極２ｂと２ｃの間に空隙５０ｂが形成され、接地電極２ｃと２ｄの間に空隙５０ｃが形成されている。給水口１ａから供給された被処理水４は、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの上面に沿ってジグザグに流下する。

空隙５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、それぞれ放電電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃが備えられている。そこで、放電電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃの具体的な構成について、図１３に基づいて、放電電極４７ａを例にして、説明する。図１３において、空隙５０ａに配置された放電電極４７ａは、配線８ａと接続された５個のリボン形状の電極（以下、リボン電極という）５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅにより構成されている。

リボン電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅは、右から５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの順に、長手面が垂直に配置されている。また、リボン電極５１ａが上下方向に最も短く、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの順に長くなっている。

リボン電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの上端と接地電極２ａの下面との間には、ほぼ均一な高さの上方空隙４８ａが形成されている。また、リボン電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの下端と接地電極２ｂの上面との間には、ほぼ均一な高さの下方空隙４９ａが形成されている。また、上方空隙４８ａと下方空隙４９ａは、ほぼ同じ高さとなっている。

図１２におけるその他の放電電極４７ｂ、４７ｃに対しても、同様に、上方空隙４８ｂ、４８ｃと下方空隙４９ｂ、４９ｃが形成されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態６における水処理装置の動作を説明する。被処理水４は、処理槽１の最上部から供給され、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの上面を水膜３状に流下して、処理槽１の最下部から排出される。

ここで、被処理水４が流下する際に、パルス電源（図示せず）を動作させ、放電電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃにパルス電圧を印加することで、上方空隙４８ａに上側放電５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅが形成される。また、下方空隙４９ａに下側放電５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅが形成される。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。

先の実施の形態１では、上下に並ぶ接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの間に均一な高さの空隙５ａ、５ｂ、５ｃを形成することで、同一形状のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを用いて、上側放電と下側放電を形成した。

一方、本実施の形態６では、空隙５０ａ、５０ｂ、５０ｃの高さが、接地電極２ｂ、２ｃ、２ｄ上を流れる被処理水４の流れ方向に拡大する一方、リボン電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの寸法を異ならせることで、ほぼ均一な高さの上方空隙４８ａと下方空隙４９ａを形成している。そして、このように形成された上方空隙４８ａにおいて上側放電を形成し、下方空隙４９ａにおいて下側放電を形成している。

本実施の形態６では、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを板形状にすることができ、先の実施の形態１〜５と比較して、接地電極に関する材料使用料を削減し、装置を軽量化することができる。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７に係る水処理装置の断面図である。本実施の形態７は、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの構成が異なる点を除き、実施の形態５と同様である。

本実施の形態７において、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄのそれぞれの上面に、貫通孔である複数の上側細孔５４が形成されており、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃのそれぞれの下面に、貫通孔である複数の下側細孔５５が形成されている。その他の構成は、先の実施の形態５と同様である。

処理槽１の上部の吸気口４１から循環ポンプ４０によって吸気された処理槽１内のガスは、循環配管４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを通って、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの内部に供給され、上側細孔５４と下側細孔５５から吐出される。これにより、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上面を流れる被処理水４の水膜３の一部が水滴４５となり、上方に噴き上げられる。

さらに、オゾンや過酸化水素を含む処理槽１内のガスが、下側細孔５５から水滴４５と水膜３の水面に吹き付けられる。その他の動作は、先の実施の形態５と同様である。

本実施の形態７によれば、循環ポンプ４０によって処理槽１内のガスを吸気して接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃの下面に形成された下側細孔５５から吐出させることで、オゾンや過酸化水素を含む処理槽１内のガスが、水滴４５と水膜３の水面に吹き付けられる。

これにより、気相から液相への物質輸送が促進され、上式（６）、（７）の反応が促進される。結果的に、処理槽内のオゾンや過酸化水素を、より効率的に用いることが可能となり、先の実施の形態５よりも水中での有機物分解反応が促進され、高速かつ高効率な水処理が行われる。

なお、接地電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上面を被処理水が流れるため、上側細孔５４と下側細孔５５が同じ細孔径を有する場合には、ガスは、上側細孔５４よりも下側細孔５５を通りやすくなる。従って、上側細孔５４の細孔径を下側細孔５５の細孔径より大きくすることで、上側細孔５４と下側細孔５５の双方からガスを噴出させることができ、より効率的な水処理が行われる。

実施の形態８．
図１５は、本発明の実施の形態８に係る水処理装置の断面図である。本実施の形態８は、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面に下側水膜５６が形成され、かつ接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面に、突起５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄが備えられている点が、先の実施の形態１と異なる。

図１５において、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面は、親水性となっている。また、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面の底辺の近傍には、突起５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄが備えられている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。

処理槽１に供給された被処理水４は、二等辺三角柱の接地電極２ａの上面に沿って、水膜３を形成して流下する。接地電極２ａの頂角５７において、被処理水４の一部は、接地電極２ｂに向けて落下し、被処理水４の残りは、表面張力によって接地電極２ａの下面に貼りつく形で、下側水膜５６を形成しながら流下する。

下側水膜５６は、突起５８ａにより接地電極２ａの下面から離れて落下する。以下、同様に、接地電極２ｂ、２ｃ、２ｄにおいても、それぞれの下面に貼りつく形で、被処理水４の一部が下側水膜５６を形成して流下する。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。

本実施の形態８によれば、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面に下側水膜５６が形成され、下側水膜５６の水面は、上側放電１１（図示せず）に触れる。このため、被処理水４が接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面に水膜３のみを形成して流下する先の実施の形態１と比較して、放電に触れる被処理水４の面積が増加する。

従って、本実施の形態８では、先の実施の形態１と比較して、上式（５）、（６）、（７）の反応がより多く生じ、水処理の速度と効率が向上する。また、同じ容積の処理槽１で比較した場合、先の実施の形態１と比べて、被処理水４と放電が触れる面積が増加する。この結果、水処理量を増加させることができる。

なお、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの下面は、親水性材料で形成することにより、あるいは親水性材料でコーティングすることにより、あるいは親水化処理を施すことにより、親水性とすることができる。

特に、本願発明の構成では、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃの下面に対して放電が形成されることから、放電で生成されるオゾン等の作用により、所定時間経過後には、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃの下面が親水化される。これにより、本実施の形態８の構成および動作が実現される。

また、突起５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄは、必ずしも必要ではない。突起５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄを備えない場合、下側水膜５６として流れる被処理水４は、処理槽の左側壁１６ａと右側壁１６ｃを流れ落ちる。

実施の形態９．
図１６は、本発明の実施の形態９に係る水処理装置の断面図である。本実施の形態９は、先の実施の形態６と比べて、放電電極の構成が異なる。図１６において、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、処理槽１の内部に上下に並べて配置されている。接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、平板型であり、水平面に対して傾斜して配置されている。

上下に連続する２つの接地電極は、上下に所定の間隔をあけ、鉛直面に対して左右対称に配置されている。すなわち、接地電極２ａは、図１６の左側端部が処理槽１の左側壁１６ａに接続され、右側端部が左側端部よりも低く保持されている。

また、接地電極２ｂは、右側端部が処理槽１の右側壁１６ｂに接続されており、左側端部が右側端部より低く保持されている。以下、接地電極２ｃ、２ｄについても同様である。

これにより、接地電極２ａと２ｂの間に空隙５０ａが形成され、接地電極２ｂと２ｃの間に空隙５０ｂが形成され、接地電極２ｃと２ｄの間に空隙５０ｃが形成されている。給水口１ａから供給された被処理水４は、接地電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの上面に沿ってジグザグに流下する。

空隙５０ａには、上方放電電極５９ａと、下方放電電極６０ａが備えられている。上方放電電極５９ａは、複数（図１６では５本）のワイヤ電極で構成されており、図１６の紙面の奥行き方向に伸長して配置されている。また、５本の上方放電電極５９ａは、上方空隙４８ａを介して、接地電極２ａの下面から同等の距離を保持して配置されている。

下方放電電極６０ａは、複数（図１６では５本）のワイヤ電極で構成されており、図１６の紙面の奥行き方向に伸長して配置されている。また、５本の下方放電電極６０ａは、下方空隙４９ａを介してそれぞれ接地電極２ｂの上面から同等の距離を保持して配置されている。

以下、同様に、接地電極２ｂと２ｃの間の空隙５０ｂには、上方放電電極５９ｂと下方放電電極６０ｂが、接地電極２ｃと２ｄの間の空隙５０ｃには、上方放電電極５９ｃと下方放電電極６０ｃが、それぞれ備えられている。

上方放電電極５９ａと下方放電電極６０ａは、全て配線８ａに接続されており、同様に、上方放電電極５９ｂと下方放電電極６０ｂは、配線８ｂに、上方放電電極５９ｃと下方放電電極６０ｃは、配線８ｃに接続されている。その他の構成は、先の実施の形態６と同様である。

パルス電源（図示せず）を動作させ、上方放電電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃと下方放電電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃに電圧を印加することで、上方空隙４８ａ、４８ｂ、４８ｃと下方空隙４９ａ、４９ｂ、４９ｃのそれぞれに、上方放電６１と下方放電６２を形成する。その他の動作は、先の実施の形態６と同様である。

本実施の形態９では、上方放電電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃと下方放電電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃの位置を、それぞれ独立に決めることができる。このため、空隙や放電領域を形成する際の自由度が向上する。

なお、本明細書に記載の水処理速度とは、単位時間当たりの被処理水４中の有機物の分解量として定められる。また、本明細書に記載の水処理効率とは、単位投入エネルギーあたりの被処理水４中の有機物の分解量として定められる。

Claims (14)

1. 処理槽の内部に上下方向に並べて配置された複数の接地電極と、
   前記上下方向において連続する２つの接地電極の、上側の接地電極の下面と、下側の接地電極の上面との間のそれぞれに形成された空隙に設けられた複数の放電電極と
   を備え、
   前記複数の接地電極は、前記上下方向において連続する２つの接地電極の上面が、水平面に対して交互に逆方向に傾斜するように配置されており、
   前記複数の放電電極のそれぞれは、電圧が印加されることで、前記上側の接地電極の下面と放電電極との間の気中に第１の放電を形成し、前記下側の接地電極の上面と放電電極との間の気中に第２の放電を形成し、
   前記処理槽の上部から供給された被処理水を、最上部の接地電極から最下部の接地電極まで、それぞれの上面に沿って連続的に流下させることで、前記被処理水を処理する
   水処理装置。
2. 前記空隙は、前記被処理水が流下する領域において、前記上下方向において連続する２つの接地電極間に均一に形成されている
   請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記空隙は、
   前記接地電極の上面と前記放電電極との間に形成された下方空隙と、
   前記接地電極の下面と前記放電電極との間に形成された上方空隙と
   で構成され、
   前記下方空隙および前記上方空隙は、それぞれ均一な高さで形成されている
   請求項１に記載の水処理装置。
4. 前記複数の接地電極のそれぞれは、三角柱型である
   請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理装置。
5. 前記複数の接地電極のそれぞれは、二等辺三角柱型である
   請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理装置。
6. 前記被処理水は、前記接地電極の下面に沿って流下する
   請求項４または５に記載の水処理装置。
7. 接地電極とフランジを有して構成された接地カートリッジを複数備え、
   前記処理槽の外周壁の前記上下方向に渡って形成された複数の開口部のそれぞれに前記複数の接地カートリッジのそれぞれを挿入し、前記フランジと前記処理槽を締結することで、前記処理槽の内部に前記複数の接地電極が形成されている
   請求項１から６のいずれか１項に記載の水処理装置。
8. 前記複数の放電電極のそれぞれは、絶縁部材を介して前記複数の接地電極のそれぞれに保持されている
   請求項１から７のいずれか１項に記載の水処理装置。
9. 前記複数の放電電極のそれぞれは、絶縁部材を介して前記処理槽の外周壁に接続されている
   請求項１から７のいずれか１項に記載の水処理装置。
10. 前記複数の放電電極のそれぞれは、前記複数の接地電極のそれぞれの内部を通る配線により給電される
    請求項１から９のいずれか１項に記載の水処理装置。
11. 前記複数の接地電極のそれぞれは、中空構造であり、上面には貫通孔が形成されており、前記中空構造内に供給された酸素を含むガスが前記貫通孔を通って前記処理槽内に吐出される構造を有する
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
12. 前記複数の接地電極のそれぞれは、中空構造であり、下面には貫通孔が形成されており、前記中空構造内に供給された酸素を含むガスが前記貫通孔を通って前記処理槽内に吐出される構造を有する
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の水処理装置。
13. 前記複数の接地電極のそれぞれは、平板型であり、
    前記複数の放電電極のそれぞれは、長手面が前記上下方向に配置されたリボン形状の電極である
    請求項１に記載の水処理装置。
14. 処理槽の内部に上下方向に並べて配置された複数の接地電極と、
    前記上下方向において連続する２つの接地電極の、上側の接地電極の下面と、下側の接地電極の上面との間のそれぞれに形成された空隙に設けられた複数の放電電極と
    を備え、
    前記複数の接地電極は、前記上下方向において連続する２つの接地電極の上面が、水平面に対して交互に逆方向に傾斜するように配置されている水処理装置に適用される水処理方法であって、
    前記複数の放電電極のそれぞれに電圧を印加することで、前記上側の接地電極の下面と放電電極との間の気中に第１の放電を形成する工程と、
    前記複数の放電電極のそれぞれに電圧を印加することで、前記下側の接地電極の上面と放電電極との間の気中に第２の放電を形成する工程と、
    前記処理槽の上部から供給された被処理水を、最上部の接地電極から最下部の接地電極まで、それぞれの上面に沿って連続的に流下させ、前記第１の放電および前記第２の放電が形成された前記空隙を通過させることで、前記被処理水を処理する工程と
    を有する水処理方法。

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