(57)【要約】【課題】被処理水の水質浄化効率に優れる水質浄化装置を提供する。【解決手段】被処理水の流通する流路１００の断面積が拡大された減速部１１０と、減速部１１０内に設けられたマイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂと、減速部１１０の流路外壁面に設けられたマイクロ波発振部３００ａ，３００ｂと、減速部１１０の流路下流の出口部に設けられて高圧側電極４０１と接地側電極４０２とから成る１対のプラズマ発生電極４００と、を備えて構成される。【選択図】図１
2014113541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に被処理水を流通させ、前記被処理水中に気泡を導入し、該気泡内にプラズマ放電を作用させて前記被処理水中に活性種を発生させ、該活性種により前記被処理水の水質を浄化する水質浄化装置において、
前記流路内に、流路の断面積を拡大することで被処理水の流速を低減させる減速部を設け、
その減速部内にマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体を設け、前記減速部の流路外壁面に設けられて該減速部の内部にマイクロ波を発振するマイクロ波発振部からマイクロ波を前記マイクロ波吸収体へ照射して前記マイクロ波吸収体を加熱することで、該マイクロ波吸収体の表面で気泡を発生させ、
前記減速部の流路下流の出口部に高圧側電極と接地側電極とから成る１対のプラズマ発生電極を設け、前記減速部で生成した気泡内にプラズマ放電を作用させて前記被処理水中に活性種を発生させ、該活性種により前記被処理水中の菌の殺菌及び／又は有機物の分解を行うことで前記被処理水の水質を浄化することを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
前記マイクロ波吸収体は前記減速部の流路内壁面に設けられ、このマイクロ波吸収体と前記減速部の流路外壁面に設けられたマイクロ波発振部とで被処理水の流通する流路壁が挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
【請求項３】
前記減速部の流路の断面積は、該減速部よりも上流側に位置する流路の断面積の２倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水の水質を浄化する水質浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中に含まれる有機物や細菌類に、放電等により生成されるオゾンやヒドロキシラジカル等の活性種を作用させて水を浄化する水質浄化装置が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、被処理水を加圧送給する加圧部及び管路内径を下流側に向けて連続的に縮小させたノズルを有して、キャビテーション気泡を発生させるキャビテーション発生部と、キャビテーション発生部の下流部近傍に対向させて設けた対電極とを備え、対電極間に高電圧を印加して放電プラズマを発生させることにより、被処理水中に含有する有機物等の分解処理を行う水質浄化装置が記載されている。
【０００４】
この水質浄化装置では、ノズル下流側では無数の小さなキャビテーション気泡が発生している。そして対電極の間をこのキャビテーション気泡が通過する際に高電圧が印加され、キャビテーション気泡中に含まれる蒸気や酸素が高密度の電気エネルギーによって励起され、ヒドロキシラジカルやオゾン等の活性種が生成される。これが被処理水中の被処理有機物等と効果的に反応して分解することにより清浄な処理水が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１９３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の水質浄化装置では、キャビテーション発生部のノズルは管路内径が下流側に向けて連続的に縮小させた構造を有しているので、ノズルの最縮小部を通過する被処理水の流量が制限されることとなる。そのため対電極の間を単位時間あたりに通過する被処理水の流量も制限されることになり、被処理水の水質浄化効率を十分なものとすることが困難であるという問題点を有する。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被処理水の水質浄化効率に優れる水質浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる水質浄化装置は、流路内に被処理水を流通させ、前記被処理水中に気泡を導入し、該気泡内にプラズマ放電を作用させて前記被処理水中に活性種を発生させ、該活性種により前記被処理水の水質を浄化する水質浄化装置において、前記流路内に、流路の断面積を拡大することで被処理水の流速を低減させる減速部を設け、その減速部内にマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体を設け、前記減速部の流路外壁面に設けられて該減速部の内部にマイクロ波を発振するマイクロ波発振部からマイクロ波を前記マイクロ波吸収体へ照射して前記マイクロ波吸収体を加熱することで、該マイクロ波吸収体の表面で気泡を発生させ、前記減速部の流路下流の出口部に高圧側電極と接地側電極とから成る１対のプラズマ発生電極を設け、前記減速部で生成した気泡内にプラズマ放電を作用させて前記被処理水中に活性種を発生させ、該活性種により前記被処理水中の菌の殺菌及び／又は有機物の分解を行うことで前記被処理水の水質を浄化することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加熱応答性が高いマイクロ波吸収体が被処理水の流速が低減する減速部に設けられているので、そのマイクロ波吸収体にマイクロ波が照射されることにより、減速部において密度の高い気泡が効率的に生成される。そして、減速部において生成される密度の高い気泡に対して、高圧側電極と接地側電極とから成る１対のプラズマ発生電極の間を通過する際、プラズマ放電が作用されることにより、被処理水中に活性種が効率的に発生する。これにより、被処理水中の菌の殺菌や有機物の分解が効果的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、マイクロ波発振部が減速部の流路の上側外壁面と下側外壁面とにそれぞれ設けられた水質浄化装置の概略構成を示す図であり、そのうち（ａ）は被処理水の流通方向に平行な面における断面図であり、（ｂ）は被処理水の流通方向に垂直な面における減速部の断面図である。
【図２】図２は、マイクロ波発振部が減速部の流路の上側外壁面及び下側外壁面からそれぞれ離隔して設けられた水質浄化装置の概略構成を示す図であり、そのうち（ａ）は被処理水の流通方向に平行な面における断面図であり、（ｂ）は被処理水の流通方向に垂直な面における減速部の断面図である。
【図３】図３は、減速部の流路の断面積を変化させた場合において発生する気泡密度を示す図である。
【図４】図４は、マイクロ波電力を変化させた場合において、ヒーター加熱により気泡を発生させる従来例と比較した場合における本実施例の被処理水の分解効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００１２】
図１は、本実施形態にかかる水質浄化装置９００の概略構成を示す図であり、そのうち（ａ）は被処理水の流通方向に平行な面における断面図であり、（ｂ）は被処理水の流通方向に垂直な面における減速部の断面図である。
【００１３】
図１（ａ）に示されるように、水質浄化装置９００は、被処理水の流通する流路１００の断面積が拡大された減速部１１０と、減速部１１０内に設けられたマイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂと、減速部１１０の流路外壁面に設けられたマイクロ波発振部３００ａ，３００ｂと、減速部１１０の流路下流の出口部に設けられて高圧側電極４０１と接地側電極４０２とから成る１対のプラズマ発生電極４００と、を備えて構成される。
【００１４】
被処理水の流通する流路１００は、微生物、細菌、有機物等の浄化処理対象物を含有する被処理水を漏洩させることなく流通可能なものであれば特に限定されるものではなく、その断面積の形状についても円形、楕円形、方形等特に限定されるものではない。
【００１５】
減速部１１０は、流路１００の断面積が拡大されることにより被処理水の流速を低減させるものであれば特に限定されるものではなく、断面積の形状は図１（ｂ）に示されるように例えば円形である。減速部１１０の流路の断面積は、該減速部１１０よりも上流側に位置する流路１００の断面積の２倍以上１０倍以下であることが好ましい。減速部１１０の断面積が流路１００の２倍よりも小さいと被処理水の流速の減速が不十分となり、気泡の生成効率が不十分となる虞があるからであり、一方、減速部１１０の断面積が流路１００の１０倍よりも大きいと被処理水が滞留状態に近くなることで、生成した気泡が減速部１１０内で合一することにより、気泡密度が低減する虞があるからである。
【００１６】
マイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂは、減速部１１０の流路内の上側内壁面と下側内壁面とにこれらが対向するように設けられている。マイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂは、マイクロ波を吸収する材質及び構造であれば特に限定されるものではなく、材質としては例えばカーボンファイバ、フェライト、タングステンカーバイト、チタン、銅等を基材とすることができ、構造としては例えばメッシュ状又は多孔質状とすることができる。
【００１７】
マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂは、減速部１１０の流路の上側外壁面と下側外壁面とにそれぞれ設けられており、流路上側では、マイクロ波吸収体２００ａとマイクロ波発振部３００ａとで被処理水の流通する流路壁が挟持されており、流路下側でも、マイクロ波吸収体２００ｂとマイクロ波発振部３００ｂとで被処理水の流通する流路壁が挟持されている。これにより、マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂから発振されるマイクロ波の被処理水への吸収が低減されるので、減速部１１０内における気泡の生成効率が向上される。
【００１８】
マイクロ波発振回路３１０は、共振回路で構成される一般的なマイクロ波発振回路であり、所定周波数のマイクロ波を発振する。マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂは、マイクロ波発振回路３１０からのマイクロ波をマイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂへ照射してマイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂを加熱することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、マイクロ波発振回路３１０の発振出力を減速部１１０内部に向けて放出する発信用コーンを主体として構成される。
【００１９】
プラズマ発生電極４００は、高圧側電極４０１と接地側電極４０２とから成り、減速部１１０の流路下流の出口部に設けられている。高圧側電極４０１と接地側電極４０２とには、高電圧電源４１０から正弦状波形の高電圧が印加され、これにより高圧側電極４０１と接地側電極４０２との間では放電プラズマが形成される。
【００２０】
次に上述の実施形態にかかる水質浄化装置９００の動作について説明する。減速部１１０にて被処理水の流速が低減され、マイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂにマイクロ波が照射されることにより、減速部１１０において内部が水蒸気で満たされた気泡が高密度で効率的に生成される。この気泡が、高圧側電極４０１と接地側電極４０２とから成る１対のプラズマ発生電極の間を通過する際、気泡に対してプラズマ放電が作用されることにより、被処理水中にＯＨラジカルや過酸化水素等の活性種が発生する。活性種は速やかに被処理水中に溶け込み、気泡の消滅に伴う激しい乱流により均一に拡散され、被処理水中の有機物等と効果的に反応してこれを分解することにより清浄な処理水が得られる。また本実施形態にかかる水質浄化装置９００では、気泡発生のために例えば被処理水の流通する流路内径を下流側に向けて連続的に縮小させる等の必要がないため、高圧側電極４０１と接地側電極４０２との間を通過する被処理水の流量が制限されることもなく、被処理水の水質浄化効率を十分なものとすることが可能である。更に、マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂから発振されるマイクロ波の周波数を適宜調整することにより、種々の水質に対して柔軟且つ適切に被処理水の浄化が可能となる。
【００２１】
なお、上述の実施形態では、マイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂは、減速部１１０の流路内の上側内壁面と下側内壁面とに設けられていたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。図２は、別の実施形態にかかる水質浄化装置９００の概略構成を示す図であり、そのうち（ａ）は被処理水の流通方向に平行な面における断面図であり、（ｂ）は被処理水の流通方向に垂直な面における減速部の断面図である。
【００２２】
図２（ａ）（ｂ）に示されるように、マイクロ波吸収体２０１ａは、被処理水の流通を阻害しにくい支持体２０２ａにより支持されて減速部１１０の流路内の上側内壁面から一定距離離間して設けられ、またマイクロ波吸収体２０１ｂも、支持体２０２ｂにより支持されて減速部１１０の流路内の下側内壁面から一定距離離間して設けられている。
【００２３】
この実施形態では、マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂから発振されるマイクロ波は被処理水へ幾分か吸収される。しかしながら、減速部１１０の被処理水の流れの中央では流速が断面平均流速より大きくなるところ、この実施形態では、その流速が大きい流れの中央において効率的に活性種を生成することができるため、水質によってはこの実施形態のほうが効率的に水質を浄化することが可能となる。
【００２４】
また、上述の実施形態では、マイクロ波吸収体は、減速部１１０の流路内に２つ構成されたものでが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、マイクロ波吸収体を単一のものとして構成することも可能である。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
実施例１では、減速部１１０の流路の断面積を変化させた場合において発生する気泡密度を検討した。
【００２６】
流路１００を流通する被処理水として、１．０ｍｇ／Ｌのインディゴカルミンが含有されている被処理水を使用した。水質浄化装置９００の構成は図１に示されるものとし、マイクロ波発振部３００ａ，３００ｂは、減速部１１０の流路の上側外壁面と下側外壁面とにそれぞれ設けられた。流路１００及び減速部１１０の流路の断面形状は円形とし、減速部１１０よりも上流側に位置する流路１００の断面積は２０．０ｃｍ２とした。共振回路で構成されたマイクロ波発振回路３１０から発振されるマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚであった。
【００２７】
減速部１１０の流路の断面積につき、減速部１１０よりも上流側に位置する流路１００の断面積に対して１．０倍〜１２．０倍まで変化させて減速部１１０内に発生する気泡密度を測定した。減速部１１０内をCCDカメラで撮影し、撮影した画像を元に所定空間内の横幅・高さ・奥行きを画像解析ソフトにより測定し、気泡の密度は計測した所定空間の体積に対して導き出した気泡の個数を用いて算出した。
【００２８】
図３は、減速部の流路の断面積を変化させた場合において発生する気泡密度を示す図である。図３に示されるように、減速部１１０の流路の断面積は、該減速部１１０よりも上流側に位置する流路１００の断面積の２倍以上１０倍以下である場合に、発生する気泡密度が高いことが示された。
【００２９】
（実施例２）
実施例２では、ヒーター加熱により気泡を発生させる従来例と比較した場合の被処理水の分解効率を検討した。
【００３０】
従来例として、図１に示される水質浄化装置の構成に対し、マイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂ及びマイクロ波発振部３００ａ，３００ｂを設けずに、代わりに減速部１１０の流路内の上側内壁面と下側内壁面とに被処理水を加熱するヒーターを設けた。
【００３１】
本実施例としては、図１に記載されたように、減速部１１０の流路内の上側内壁面と下側内壁面とにマイクロ波吸収体２００ａ，２００ｂが設けられた例（減速部壁面に吸収体）と、図２に記載されたように、減速部１１０の流路内の内壁面から一定距離離間してマイクロ波吸収体２０１ａ，２０１ｂが設けられた例（減速部内に吸収体）と、の場合について検討した。
【００３２】
流路１００を流通する被処理水として、１．０ｍｇ／Ｌのインディゴカルミンが含有されている被処理水を使用した。流路１００及び減速部１１０の流路の断面形状は円形とし、減速部１１０よりも上流側に位置する流路１００の断面積は２０．０ｃｍ２とし、減速部１１０の断面積は１００．０ｃｍ２（５倍）とした。共振回路で構成されたマイクロ波発振回路３１０から発振されるマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚであった。
【００３３】
図４は、マイクロ波電力を変化させた場合において、ヒーター加熱により気泡を発生させる従来例と比較した場合における本実施例の被処理水の分解効率を示す図である。図４に示されるように、本実施例の場合は、ヒーター加熱により気泡を発生させる従来例と比較して高い分解効率を示した。また、減速部壁面に吸収体を設ける構成のほうが、減速部内に吸収体を設ける構成よりも分解効率が高いことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
被処理水の水質の浄化に使用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００：流路
１１０：減速部
２００ａ，２００ｂ：マイクロ波吸収体
２０１ａ，２０１ｂ：マイクロ波吸収体
３００ａ，３００ｂ：マイクロ波発振部
３１０：マイクロ波発振回路
４００：プラズマ発生電極
４０１：高圧側電極
４０２：接地側電極
４１０：高電圧電源
９００：水質浄化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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