JP2009241055A

JP2009241055A - 水処理装置

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Publication number: JP2009241055A
Application number: JP2008289467A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Nose; 泰祐能勢; Yosuke Tajima; 陽介田島; Yasushi Minamitani; 靖史南谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】放電によって発生するラジカル等の活性種を被処理水に効率よく作用させて、処理速度を向上させることができる水処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】少なくとも１対の円筒状電極３と、この円筒状電極３の円筒内を臨むように配置された線状電極４とを容器2内に有するとともに、円筒状電極３と線状電極４との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして供給する被処理水ミスト供給手段７とを備えていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物、無機物、微生物を放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種により分解処理する水処理装置に関する。

従来から、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（特許文献１参照）。
しかしながら、オゾンは酸化力が弱く、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、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。

そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いOHラジカルやOラジカル等を発生させ、このオゾン及びラジカルを含む放電空間に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理するようにした水処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、ラジカルは寿命が短く、消滅しやすく、そのため効率が悪く、上記のような先に提案された水処理装置ではラジカルによる酸化作用を十分に発揮させることができない。

特開平９−２６７０９６号公報特開２０００−２７９９７７号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、放電によって発生するラジカル等の活性種を被処理水に効率よく作用させて、処理速度を向上させることができる水処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる水処理装置は、少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして供給する被処理水ミスト供給手段とを備えていることを特徴としている。

本発明において、被処理水ミスト供給手段としては、被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にすることができれば、特に限定されないが、例えば、噴射ノズルが好適であるが、蒸気発生装置により水蒸気化して供給するようにしても構わない。
上記蒸気発生装置としては、特に限定されず、加熱式、超音波式及びこれらを併用したものが挙げられる。

なお、上記被処理水ミストを構成する水滴の粒径は、１５００μｍ以下（好ましくは１０μｍ以上１５００μｍ以下）に限定されるが、その理由は、粒径が大きくなりすぎると、放電空間のプラズマに接触する体積あたりの表面積が小さくなり、処理効率が悪くなるためである。
本発明において、水滴の粒径の測定方法は液浸法による。水滴はシリコンオイルを満たしたシャーレに、シャーレの上部に設置した噴射ノズルの先端から水滴を噴霧し、噴射軸に対して垂直に置かれたシャーレにより採取した。採取した水滴は素早く撮像し、サイズ毎の粒径をカウントし、ザウター平均粒径を求め水滴の粒径とした。

噴射ノズルの噴角は、噴射ノズルから噴射される被処理水ミストの最外縁が放電空間の最外縁に沿うように噴射ノズルの噴角が調整されていることが好ましい。
すなわち、放電空間の最外縁より外側まで広がるように噴射させても効率が落ちるとともに、容器の内壁面にぶつかり、大きな水滴となり内壁面に沿って流れ落ちてより効率が悪くなるおそれがある。

噴射ノズルによる被処理水ミストの噴射は、特に限定されないが、例えば、放電空間の上から下側、放電空間の下側から放電空間に向かって上側、放電空間の側方から放電空間に向かって噴射される。
なお、本発明において、噴角（噴霧角度）とは、ノズルから噴射された被処理水ミスト中の水滴は放物線をえがきつつ落下するため、ノズルの噴射口から出た直後の被処理水ミストの広がり角度を意味する。

噴射ノズルの数は、特に限定されず、１つ以上備えていればよい。また、円筒状電極及び線状電極を２対以上備えるような場合は、噴射ノズルは２つ以上備えていてもよい。
円筒状電極及び線状電極の材質は、導電性があり耐食性に優れたものであれば、特に限定されないが、ステンレス鋼が好適である。

また、円筒状電極は、円筒状電極が被処理水ミストを構成する水滴が通過可能な大きさの多数の孔を壁面に備えていることが好ましく、金網やパンチングメタルを用いることができる。

円筒状電極の開孔率は、処理効率を考えると、５０％以上であることが好ましい。
孔の大きさは、円筒形状を保持できるとともに、噴射ノズルから噴射された水滴が通過可能であれば特に限定されないが、一般的には開口面積が０．０１ｍｍ²〜６２５ｍｍ²程度である。

円筒状電極及び線状電極は、処理効率を考えると２対以上備えていることが好ましい。
また、円筒状電極及び線状電極を複数設けた場合、噴射ノズルの噴射軸方向と、各円筒状電極の中心軸とが平行になっていて、噴射ノズルの噴射軸から遠い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面が噴射軸に近い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面に比べ、噴射ノズルから遠い位置に設けられている構成とすることが好ましい。

円筒状電極と線状電極との間に印加される充電電圧は、ストリーマ放電が起きる電圧であれば特に限定されない。

さらに、本発明の水処理装置においては、円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加する高圧電源や、ミストを受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水ミスト供給手段に送るポンプとからなる被処理水循環構造を備えていてもよい。

上記のように、本発明にかかる水処理装置は、少なくとも１対の円筒状電極と、この円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして供給する被処理水ミスト供給手段とを備えているので、円柱状に長い放電空間を形成することができるとともに、この円柱状に長い放電空間内に１５００μｍ以下と細かい粒径の水滴が長い時間放電空間内に曝される。
したがって、放電によって発生するオゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種によって被処理水ミストの水滴中の有機物が効率よく分解される。

また、被処理水ミスト供給手段として、噴射ノズルを用い、この噴射ノズルから噴射される被処理水ミストの最外縁が放電空間の最外縁に沿うように噴射ノズルの噴角を調整すれば、被処理水を円筒状電極の径に併せて効率的に放電空間に供給することができ、より効率的に処理を行うことができる。

また、円筒状電極が被処理水ミストを構成する水滴が通過可能な大きさの多数の孔を壁面に備えていれば、円筒状電極の側方から被処理水ミストを噴霧しても放電空間内に水滴を供給することができる。また、

円筒状電極及び線状電極を２対以上備えている構成とすれば、より効率よく処理を行うことができる。
また、円筒状電極及び線状電極を２対以上、円筒状電極の中心軸を平行にして配置した場合、上記のように円筒状電極が被処理水ミストを構成する水滴が通過可能な大きさの多数の孔を壁面に備えている構成であれば、円筒状電極の内側に一旦入った水滴が孔を介して外側に出て、隣接する円筒状電極内に入る。したがって、効率よく処理を行うことができる。

また、上記のように円筒状電極及び線状電極を２対以上備えている構成の場合、噴射ノズルの噴射軸方向と、各円筒状電極の中心軸とが平行になっていて、噴射ノズルの噴射軸から遠い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面が噴射軸に近い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面に比べ、噴射ノズルから遠い位置に設けられているように円筒状電極を配置すれば、放電空間へ無駄なく、被処理水ミストを供給することができ、より効率よく処理できる。

さらに、被処理水ミスト中の水滴を受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水ミスト供給手段に送るポンプとからなる被処理水循環構造を備えていれば、被処理水中の有機物の分解率を向上させることができる。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態をあらわしている。

図１に示すように、この水処理装置１ａは、容器２と、円筒状電極３と、線状電極４と、被処理水タンク５と、ポンプ６と、噴射ノズルであるシャワーノズル７と、被処理水供給ホース７１と、高圧電源であるパルスパワー発生装置８と、被処理水タンク収容ボックス９とを備えている。
容器２は、例えば、アクリル樹脂等の絶縁材料で形成され、円筒状をした容器本体２１と、容器本体２１の下端を、通水孔２２ａ部分を除いて閉鎖するように設けられた下部蓋部２２と、容器本体２１の上端を、シャワーノズル設置孔２３ａ部分を除いて閉鎖するように設けられた上部蓋部２３とを備え、下部蓋部２２が被処理水タンク収容ボックス９の開口部９１を塞いだ状態で被処理水タンク収容ボックス９の開口部９１周縁に受けられている。

円筒状電極３は、例えば、ステンレス鋼製の１〜１００メッシュの厚さ０．３５ｍｍの網を円筒状に加工することによって得られ、外径が容器本体２１の内径より少し小さくなっている。
線状電極４は、例えば、直径０．２８ｍｍのステンレス鋼線で形成され、円筒状電極３の中心軸に沿うように設けられている。

被処理水タンク５は、下部蓋部２２の通水孔２２ａを下方から臨むように処理水タンク収容ボックス９内に収容されている。
ポンプ６は、処理水タンク収容ボックス９内で被処理水タンク５に隣接して設けられ、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、被処理水供給ホース７１を介してシャワーノズル７に送るようになっている。

シャワーノズル７は、被処理水供給ホース７１を介して送られてきた被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして円筒状電極３の上部開口に向かって噴射するようになっている。
また、シャワーノズル７の噴角は、噴射される被処理水ミストＭの最大広がり部で放電空間の最外縁である円筒状電極３の内壁面に沿うような角度に調整されている。

パルスパワー発生装置８は、円筒状電極３が陰極、線状電極４が陽極となるように円筒状電極３及び線状電極４に接続され、円筒状電極３と線状電極４との間にパルス状に高電圧を印加して円筒状電極３と線状電極４との間でストリーマ放電を起こすようになっている。

この水処理装置１ａは、上記のようになっており、被処理水タンク５に有機物等を含む被処理水Ｗを仕込むとともに、パルスパワー発生装置８によって、円筒状電極３と線状電極４との間に、高電圧をパルス状に印加し、円筒状電極３内に上下方向に円柱状となったストリーマ放電空間を形成する。
そして、ポンプ６を駆動させて、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、ホース７１を介してシャワーノズル７に送り、円筒状電極３の上方から円筒状電極３の中心軸方向に向かって噴射することによって被処理水Ｗを循環しながら処理するようになっている。

すなわち、ストリーマ放電によって、オゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種が放電空間内に発生し、シャワーノズル７から噴射された被処理水ミストＭ中の水滴が円筒状をした放電空間内を落下していく間にこれら活性種に接触し、各水滴中の有機物が効率よく酸化分解処理される。

図２は、本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図２に示すように、この水処理装置１ｂは、同じサイズの円筒状電極３及び線状電極４が４対容器２内で水平方向に並ぶように配置されている以外は、上記水処理装置１ａと同様になっている。

図３は、本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態をあらわしている。
図３に示すように、この水処理装置１ｃは、シャワーノズル７が円筒状電極３の下方に設けられ、被処理水ミストを垂直上向き噴射するようにした以外は、上記水処理装置１ｂと同様になっている。

この水処理装置１ｃによれば、被処理水ミストＭが、放電空間の下側から放電空間に向かって噴射されるので、被処理水ミストＭ中の各水滴が一旦上昇した後、その重力により下降することにより、放電空間での滞留時間が増加し、より効率的に処理することができる。

図４は、本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態をあらわしている。
図４に示すように、この水処理装置１ｄは、シャワーノズル７を円筒状電極の側方に設け、被処理水ミストを円筒状電極３の側面から水平方向に噴射するようにした以外は、上記水処理装置１ａと同様になっている。

図５は、本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態をあらわしている。
図５に示すように、この水処理装置１ｅは、シャワーノズル７の噴射軸Ｃに近い側の２本の円筒状電極３ａより、遠い側の２本の円筒状電極３ｂの中心軸方向の長さが短くなっているとともに、短い円筒状電極３ｂの上端面を長い円筒状電極３ａの上端面よりシャワーノズル７から離れた位置、すなわち、下方に位置するように配置し、シャワーノズル７から噴射された被処理水ミストＭの最外縁が短い円筒状電極３ｂ内に確実に納まるように調整した以外は、上記水処理装置１ｂと同様になっている。

図６は、本発明にかかる水処理装置の第６の実施の形態をあらわしている。
図６に示すように、この水処理装置１ｆは、円筒状電極３及び線状電極４からなる電極対を６対備え、１つの電極対を線状電極４が容器本体２１の中心軸に一致するように配置し、他の５つの電極対をその周囲を放射状に囲むように同一円周上に等間隔で並ぶように配置した以外は、上記水処理装置１ａと同様になっている。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、パルスパワー発生装置を備えていたが、パルスパワー発生装置は市販のものを別途容易するようにしても構わない。
上記第６の実施の形態の水処理装では、１つの電極対の周囲を５つの電極対で囲む２重構造であったが、さらに外側に多くの電極対を３重、４重に配置するようにしても構わないし、第５の実施の形態の水処理装置のように容器本体の外側に配置された円筒状電極の上端面の位置を内側に配置された円筒状電極の上端面より下方に設けるようにしても構わない。

以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。
（実施例１）
図１に示す水処理装置１ａを用い、以下の実験条件で精製水にインジゴカルミンが２０ｐｐｍの濃度で含まれる被処理水を水処理し、インジゴカルミンの分解完了時間を調べた。
なお、分解完了時間は、紫外可視分光光度計（島津製作所社製商品名ＵＶｍｉｎｉ−１２４０）を用いて６１０ｎｍでの被処理水の吸光度を調べ、吸光度が０になった時間を分解完了時間とした。
〔実験条件〕
被処理水量：１５リットル
被処理水の噴射速度（循環速度）：１２〜１５Ｌ/分
充電電圧：２５ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極のメッシュ：１０メッシュ
円筒状電極の内径：３９．５ｍｍ
円筒状電極の長さ（中心軸方向の長さ）：３００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
シャワーノズルの噴角：３０°
シャワーノズルから円筒状電極までの距離：被処理水ミストの最外縁が最外部に位置する円筒状電極外縁の上端になるように調整した。

（実施例２）
被処理水ミストの粒径を４８０〜６６０μm、シャワーノズルの噴角を８５°とした以外、上記実施例１と同様にしてインジゴカルミンの分解完了時間を調べた。

（比較例１）
被処理水ミストの粒径を２０００〜２５００μmとした以外は、上記実施例１と同様にしてインジゴカルミンの分解完了時間を調べた。

（実施例３）
実施例１と同様の円筒状電極及び線状電極を３対、図２のように円筒状電極の中心軸を鉛直方向にして平行に並べた以外は、上記実施例１と同様にしてインジゴカルミンの分解完了時間を調べた。
（実施例４）
円筒状電極のメッシュを２００メッシュとした以外は、実施例３と同様にしてインジゴカルミンの分解完了時間を調べた。

上記表１から本発明のようにすれば、有機物が短時間で効率よく分解処理できることがわかる。

（実施例５）
実施例１と同様の水処理装置１ａを用いて９０ｐｐｍ濃度のエチレングリコールを含む被処理水を実施例１と同じ条件で処理し、分解完了時間を調べたところ、図６に示すように、４時間でエチレングリコールが分解処理できた。

（実施例６）
図１に示す水処理装置１ａを用い、以下の実験条件で精製水にインジゴカルミンが約２０ｐｐｍの濃度で含まれる被処理水を水処理し、紫外可視分光光度計（島津製作所社製商品名ＵＶｍｉｎｉ−１２４０）を用いて６１０ｎｍでの被処理水の吸光度を１分毎に測定し、分解速度を求めた。
なお、処理時間は、水処理装置１aの円筒状電極３の部分を通過した時間とした。また、分解速度（ｍｇ/L・分）は、図７のように縦軸にインジゴカルミンの濃度（ｐｐｍ）、横軸に処理時間（分）としてグラフ化し、濃度の減少を表す傾きとした。そして、その傾きの絶対値が大きい程、処理性能は高いということになる。
〔実験条件〕
被処理水量：５リットル
被処理水の噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２５ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極の性状：１６メッシュ、線径０．２９ｍｍ、開孔率６６．８％、平織金網
円筒状電極の内径：３９．５ｍｍ
円筒状電極の長さ（中心軸方向の長さ）：３００ｍｍ
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
シャワーノズルの噴角：３０°
シャワーノズルから円筒状電極までの距離：被処理水ミストの最外縁が最外部に位置する円筒状電極外縁の上端になるように調整した。

（実施例７）
被処理水ミストの粒径を４８０〜６６０μm、シャワーノズルの噴角を８５°とした以外、上記実施例６と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（実施例８）
被処理水ミストの粒径を３４０〜４２０μm、シャワーノズルの噴角を１２０°とした以外は、上記実施例６と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（実施例９）
以下の実験条件で円筒状電極（長さ５０ｍｍ）及び線状電極からなる６対の電極対を、図6のように配置した以外は、上記実施例６と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。
〔実験条件〕
被処理水量：５リットル
被処理水の噴射速度（循環速度）：１４Ｌ/分
充電電圧：２５ｋV
放電回数：１００回/秒
円筒状電極の性状：１６メッシュ、線径０．２９ｍｍ、開孔率６６．８％、平織金網
円筒状電極の内径：３９．５ｍｍ
円筒状電極の長さ（中心軸方向の長さ）：５０ｍｍ×６本
被処理水ミストの粒径：７５０〜９７０μm
シャワーノズルの噴角：３０°

（実施例１０）
円筒状電極を、２．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率７９．５％、平織金網を用いた以外は、実施例９と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（実施例１１）
円筒状電極を、３．５メッシュ、線径１．１ｍｍ、開孔率６３．３％、平織金網を用いた以外は実施例８と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（実施例１２）
円筒状電極を、６．５メッシュ、線径０．７５ｍｍ、開孔率６５．３％、平織金網を用いた以外は実施例８と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（実施例１３）
円筒状電極を、３６メッシュ、線径０．２９ｍｍ、開孔率３５％、平織金網を用いた以外は実施例８と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

（比較例２）
被処理水ミストの粒径を２０００〜２５００μmとした以外は、上記実施例６と同様にしてインジゴカルミンの分解速度を調べた。

上記実施例６〜１３及び比較例２で調べた分解速度の結果を表２に示す。

上記表２の実施例６〜８及び比較例２から被処理水の粒径が小さいほど有機物が短時間で効率よく分解処理できることがわかる。

また、上記表２の実施例６〜８及び実施例９〜１３から円筒状電極及び線電極を複数備えているほうが、有機物が短時間で効率よく分解処理できることがわかる。

また、上記表２の実施例９〜１３から円筒状電極の開孔率は高いほうが、有機物が短時間で効率よく分解処理できることがわかる。

本発明の水処理装置は、特に限定されないが、例えば、有機物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに用いることができる。

本発明にかかる水処理装置の第１の実施の形態の断面図である。本発明にかかる水処理装置の第２の実施の形態を模式的にあらわした図である。本発明にかかる水処理装置の第３の実施の形態を模式的にあらわした図である。本発明にかかる水処理装置の第４の実施の形態を模式的にあらわした図である。本発明にかかる水処理装置の第５の実施の形態を模式的にあらわした図である。本発明にかかる水処理装置の第６の実施の形態の円筒状電極と線状電極を上面側から見た状態を模式的にあらわした図である。実施例５で実施したエチレングリコールの分解処理時間と、エチレングリコールの濃度変化を示すグラフである。実施例６で実施したエチレングリコールの分解速度を求めるためのグラフである。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ水処理装置
２容器
２１容器本体
３，３ａ，３ｂ円筒状電極
４線状電極
５被処理水タンク
６ポンプ
７シャワーノズル（噴霧ノズル）
８パルスパワー発生装置（高圧電源）
Ｗ被処理水
Ｍ被処理水ミスト

Claims

少なくとも１対の、円筒状電極とこの円筒状電極の円筒内を臨むように配置された線状電極とを容器内に有するとともに、
前記円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加することによって生じる放電空間内に被処理水を粒径が１５００μｍ以下の水滴からなるミスト状態にして供給する被処理水ミスト供給手段とを備えていることを特徴とする水処理装置。
被処理水ミスト供給手段が、噴射ノズルである請求項１に記載の水処理装置。
噴射ノズルから噴射される被処理水ミストの最外縁が放電空間の最外縁に沿うように噴射ノズルの噴角が調整されている請求項２に記載の水処理装置。
円筒状電極が被処理水ミストを構成する水滴が通過可能な大きさの多数の孔を壁面に備えている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水処理装置。
円筒状電極の開孔率が５０％以上である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水処理装置。
円筒状電極及び線状電極を２対以上備えている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水処理装置。
噴射ノズルの噴射軸方向と、各円筒状電極の中心軸とが平行になっていて、噴射ノズルの噴射軸から遠い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面が噴射軸に近い位置に配置された円筒状電極の噴射ノズル側端面に比べ、噴射ノズルから遠い位置に設けられている請求項６に記載の水処理装置。
円筒状電極と線状電極との間に高電圧を印加する高圧電源を備えている請求項１〜請求項７のいずれかに記載の水処理装置。
被処理水ミスト中の水滴を受けて貯める貯水槽と、この貯水槽に貯められた水を被処理水として被処理水ミスト供給手段に送るポンプとを備える請求項１〜請求項８のいずれかに記載の水処理装置。