(57)【要約】【課題】少ないエネルギーで効率よく水処理を行うことのできる水処理装置を提供する。【解決手段】水処理装置１は、処理対象となる処理水Ｗを貯留する処理槽２と、針状電極４ａ及び環状電極４ｂと、電極４ａ，４ｂ間に電位差を生じさせて、処理水Ｗの液面に沿って放電される沿面放電を発生される電源５と、陽極電極として機能する針状電極４ａを下方に移動可能な可動手段１３と、電極４ａ，４ｂ間の抵抗値を測定する抵抗値測定部１５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象となる処理水を貯留する処理槽と、
一対の電極と、
前記処理水の液面に沿って沿面放電が発生するように、前記一対の電極間に電位差を生じさせる電源と、を備えている水処理装置。
【請求項２】
前記一対の電極のうちの一方は針状電極であり、他方は環状電極である請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記処理水の液面を検出する液面検出手段と、
前記液面検出手段によって検出された液面が所定範囲内に収まるように前記処理槽内の処理水の液量を調整する調整手段と、を備えている請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記一対の電極のうちの陽極電極として機能する電極は、先端が下を向くように配置され、
前記陽極電極として機能する電極を下方に移動可能な可動手段が設けられている請求項１から３の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記一対の電極を上下動可能な可動手段と、
前記一対の電極間の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備えている請求項１から３の何れか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中に供給された気泡に放電反応を生じさせ、それに伴い生成される各種ラジカル等によって水に殺菌等の処理を施す水処理装置が知られている。下記特許文献１には、このような水処理置の一例が示されている。
【０００３】
下記特許文献１に開示された水処理装置は、水が入れられた容器の両側に分かれて配置された一対の電極と、当該一対の電極に電気的に接続されたパルス電源とを備える。容器内には、容器の底部から酸素リッチガスが吹き込まれ、容器内に吹き込まれたガスは、気泡となって水中を浮上する。パルス電源は、一対の電極に交流パルス電圧を印加し、それによって、一対の電極間の水中に電場を生じさせる。一対の電極間の水中を浮上する気泡には、電場が作用することによって気泡内放電が生じる。その結果、気泡からヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）やオゾン、紫外線等が発生し、これらによって容器内の水の殺菌等の水処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１０１９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、水中に発生させた電場によって気泡の内表面に電荷を誘起させ、その結果、気泡内に強磁場を発生させることで気泡内放電を生じさせようとしているが、このようなプロセスでの気泡内放電は、極めて高い電圧を一対の電極に印加することで強大な電場を水中に発生させないと生じさせることができない。このように、上記特許文献１の技術では、水処理に高いエネルギーを必要とするので、省エネルギーの面で問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、少ないエネルギーで効率よく水処理を行うことのできる水処理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】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は、処理対象となる処理水を貯留する処理槽と、一対の電極と、前記処理水の液面に沿って沿面放電が発生するように、前記一対の電極間に電位差を生じさせる電源と、を備えている水処理装置である。
【０００８】
本発明では、一対の電極間に電位差を生じさせて、電極間において、処理水の液面に沿った沿面放電を起こさせることにより、各種ラジカルや紫外線が生成される。そして、これらの成分が処理槽内の処理水中の成分と反応することにより、処理水を強力に殺菌することができる。しかも、本発明では、液面に沿った沿面放電を生じさせるため、処理水中で放電させる構成に比べて、印加すべき電圧の値を低く抑えることができ、処理水の殺菌処理に必要なエネルギーを削減することができる。
【０００９】
前記一対の電極のうちの一方は針状電極であり、他方は環状電極であってもよい。この態様では、一対の電極が、針状電極及び環状電極によって構成されているので、一対の電極が平板電極によって構成される場合に比べて、印加電圧を低減することができる。
【００１０】
前記水処理装置は、前記処理水の液面を検出する液面検出手段と、前記液面検出手段によって検出された液面が所定範囲内に収まるように前記処理槽内の処理水の液量を調整する調整手段と、を備えていてもよい。この態様では、液面検出手段によって処理水の液面が検出されるとともに、検出された液面が所定範囲内に収まるよう処理槽内の液量が調整される。このため、液面の高さ変動が少ない（又はほとんどない）ため、仮に一対の電極が位置固定されていたとしても、確実に沿面放電を生じさせることができる。
【００１１】
前記一対の電極のうちの陽極電極として機能する電極は、先端が下を向くように配置されていてもよい。この場合、前記水処理装置には、前記陽極電極として機能する電極を下方に移動可能な可動手段が設けられていてもよい。この態様では、陽極電極が、先端が下を向くように配置されているので、電極先端を液面の近傍に配置することができる。そして、この状態で放電が継続されて陽極電極の先端が徐々にすり減ってきた場合には、可動手段によって陽極電極を下方に移動させることにより、陽極電極の先端が液面から離れた状態を修正することができる。したがって、この態様によれば、陽極電極の先端がすり減ることを許容しつつ、沿面放電が生じ得る状態を長期間に亘って維持することができる。
【００１２】
前記水処理装置は、前記一対の電極を上下動可能な可動手段と、前記一対の電極間の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備えていてもよい。この態様では、可動手段によって一対の電極を上下動させながら、電極間の抵抗を測定することができる。電極の下端が液中に浸された状態では、電極が液面よりも上方に配置されている場合と比べて電極間の抵抗値が変化する。したがって、抵抗値を測定することにより、処理水の液面と電極（の下端）との位置関係を把握できる。このため、抵抗値を利用しながら、一対の電極を、沿面放電を起こさせるための適正な高さ位置に調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の水処理装置によれば、少ないエネルギーで効率よく水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置の構成を示す斜視図である。
【図２】前記水処理装置に設けられた針状電極及び環状電極間に生ずる沿面放電を説明するための図である。
【図３】前記水処理装置による水処理を説明するための図である。
【図４】本発明のその他の実施形態に係る水処理装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態にかかる水処理装置１の構成を概略的に示す図である。この水処理装置１は、例えば、船舶のバラスト水や、各種工場や事業所からの排水、上下水、飲料水等の処理水を殺菌処理するために用いられる装置である。
【００１７】
水処理装置１は、処理対象となる処理水Ｗを貯留する処理槽２と、液面計６と、一対の電極４と、一対の電極４に電圧を印加する電源５と、を備えている。処理槽２は、図例では箱形に形成されているが、この形状に限られるものではない。処理槽２には、給水管１０を通して処理水Ｗが導入される。処理槽２では、処理水Ｗがバッチ処理され、処理が終わった後、排水管１１を通して処理水Ｗが排水される。
【００１８】
液面計６は、処理槽２の側壁に設けられており、処理槽２内の処理水の液面を検出する液面検出手段として機能する。したがって、この液面計６を見ながら、処理槽２内に所定量の処理水Ｗを貯留することができる。なお、液面計６を省略し、給水管１０による処理水Ｗの供給を所定時間行うことによって、処理槽２内に所定量の処理水Ｗを貯留できるようにしてもよい。
【００１９】
一対の電極４は、針状電極４ａと環状電極４ｂとからなる。針状電極４ａは、細い線状に形成された電極であり、先端が下を向くように配置されている。針状電極４ａの先端は、尖っているのが好ましい。先端が尖っている場合には、より印加電圧を下げることができる。
【００２０】
環状電極４ｂは、環状に形成された細い線状の電極であり、その中心に針状電極４ａの先端が位置するように配置されている。すなわち、環状電極４ｂはほぼ円環状に形成されていて、環状電極４ｂのどの部位も針状電極４ａの先端から、ほぼ同じ距離になるように配置されている。ただし、環状電極４ｂは、針状電極４ａの先端の高さ位置と同じ高さ位置にある必要はなく、少し高さ方向にずれた位置にあってもよい。
【００２１】
針状電極４ａ及び環状電極４ｂは、電極４ａ，４ｂ間において液面に沿った沿面放電が起こるように配置されている必要がある。したがって、針状電極４ａは、その先端がほぼ液面の位置に合うように配置されているのが好ましいが、先端が液面から少し上方又は下方にずれた位置に配置されていてもよい。一方、環状電極４ｂは、液面の位置に合う位置に配置されていてもよく、あるいは、液面よりも下方（すなわち、処理水Ｗ中）であって、液面から１００ｍｍ程度以下の範囲に配置されていてもよい。また、環状電極４ｂは、液面から少し上方にずれた位置に配置されていてもよい。
【００２２】
電源５は、一対の電極４に数ｋＶ程度の高周波パルス電圧を印加するものであり、針状電極４ａ及び環状電極４ｂと被覆電線等を介して電気的に接続されている。本実施形態では、針状電極４ａが陽極電極となり、環状電極４ｂが陰極電極となるように電源５に接続されている。なお、高周波パルス電圧は、交流電圧に限られるものではなく、直流電圧であってもよい。
【００２３】
電源５から針状電極４ａに対し前記のような電圧が印加されると、図２及び図３に示すように、一対の電極４間で処理水Ｗの液面に沿った沿面放電が発生する。これにより、処理水Ｗにプラズマが供給され、処理水Ｗに含まれる酸素が、例えば次の反応式（１）（２）（３）のように反応する。なお、下記の反応式において元素記号の前に「・」を付したものは、化学結合が切れた自由な状態（不対電子をもつ状態）になったこと、つまりラジカル化したことを表している。
【００２４】
Ｈ２Ｏ＋ｅ→・ＯＨ＋・Ｈ＋ｅ  ‥‥（１）
Ｏ２＋２ｅ→２・Ｏ＋２ｅ  ‥‥（２）
・Ｏ＋Ｈ２Ｏ→２・ＯＨ  ‥‥（３）
具体的に、処理水Ｗにプラズマが供給されると、前記反応式（１）に示すように、処理水Ｗに電子が衝突して電子の放出（放電反応）が起き、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）と水素ラジカル（・Ｈ）とが生成される。放電反応に伴い、紫外線（ＵＶ）も発生する。
【００２５】
また、前記反応式（２）に示すように、処理水Ｗに含まれる酸素（Ｏ2）に電子が衝突すると、電子の放出（放電反応）が起きるとともに酸素ラジカル（・Ｏ）が生成される。このとき、紫外線（ＵＶ）も発生する。さらに、放電反応によって生成された酸素ラジカル（・Ｏ）は、前記反応式（３）に示すように、水分（Ｈ２Ｏ）と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を発生させる。
【００２６】
なお、具体的な反応式は省略するが、前記反応式（２）で生成された酸素ラジカルが酸素と反応してオゾン（Ｏ３）が生成されることもある。また、前記反応式（１）や（３）で生成されたヒドロキシラジカルどうしが反応して過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が生成されることもある。
【００２７】
以上のように、一対の電極４に対する電圧印加によって処理水Ｗにプラズマが供給されると、酸素ラジカル、ヒドロキシラジカル、オゾン、過酸化水素、紫外線等がつくり出されて、処理水Ｗを強力に殺菌処理する。
【００２８】
すなわち、酸素ラジカル、ヒドロキシラジカル、オゾン、過酸化水素は、いずれも、強い酸化力をもった活性酸素の一種であり、細菌や微生物等を減殺する効果、つまり殺菌効果を有する。また、周知のとおり、紫外線も殺菌効果を有する。特に、ヒドロキシラジカルは、活性酸素の中で最も反応性が高く、強力な酸化力を有しているため、細菌や微生物等の減殺に非常に強い効力を発揮する。したがって、処理水Ｗが強力に殺菌処理され、処理水Ｗの水質が改善される。
【００２９】
図１に示すように、水処理装置１は、一対の電極４を上下方向に移動可能な可動手段１３と、電極４ａ，４ｂ間の抵抗値を測定する抵抗値測定部１５と、を備えている。可動手段１３は、針状電極４ａを上下方向に移動可能な第１可動部１３ａと、環状電極４ｂを上下方向に移動可能な第２可動部１３ｂとを備えている。第１可動部１３ａ及び第２可動部１３ｂは何れも、例えば、固定されたレールに対して可動するスライダに取り付けられる等によって、電極４ａ，４ｂを直線的に移動させることができる構成である。なお、可動手段１３は絶縁体によって形成されている。
【００３０】
抵抗値測定部１５は、針状電極４ａと環状電極４ｂとの間の電気抵抗値を測定可能に構成されている。針状電極４ａの下端部及び環状電極４ｂが処理水Ｗ中に浸かっている場合には、処理水Ｗに浸かっていない場合と比べて、電極４ａ，４ｂ間の電気抵抗値が変化する。したがって、抵抗値測定部１５によって電極４ａ，４ｂ間の抵抗値を測定することにより、電極が処理水Ｗに浸されているか否かを推定することができる。そして、電極４ａ，４ｂ間の抵抗値を参考にしながら、可動手段１３によって一対の電極４を上下方向に移動させる操作をすることにより、針状電極４ａの先端及び環状電極４ｂを液面近傍に容易に配置させることができる。このため、仮に液面計６が省略された構成とし、液面の高さが変わるような場合においても、一対の電極４を液面近傍に配置させることができる。
【００３１】
なお、可動手段１３は、針状電極４ａのみを下向きにのみ移動させることができる構成であってもよい。この構成でも、針状電極４ａの先端がすり減って液面よりも上方に位置するようになった場合に対処可能となる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態では、電極４ａ，４ｂ間に電位差を生じさせて、電極４ａ，４ｂ間において、処理水の液面に沿った沿面放電を起こさせることにより、各種ラジカルや紫外線を生成する。そして、これらの成分が処理槽内の処理水中の成分と反応することにより、処理水を強力に殺菌することができる。しかも、液面に沿った沿面放電を生じさせるため、処理水中で放電させる構成（この場合には、おおよそ１００ｋＶ以上の電圧を電極に印加する必要がある。）に比べて、印加すべき電圧の値を低く抑えることができ、処理水の殺菌処理に必要なエネルギーを削減することができる。
【００３３】
また本実施形態では、一対の電極４を構成する電極が、針状電極４ａ及び環状電極４ｂによって構成されているので、一対の電極４のそれぞれが平板電極によって構成される場合に比べて、印加電圧を低減することができる。
【００３４】
また本実施形態では、陽極電極（針状電極４ａ）の先端が下を向くように配置されているので、電極先端を液面の近傍に配置することができる。そして、この状態で放電が継続されて陽極電極の先端が徐々にすり減ってきた場合には、第１可動部１３ａによって陽極電極を下方に移動させることにより、陽極電極の先端が液面から離れた状態を修正することができる。したがって、陽極電極の先端がすり減ることを許容しつつ、沿面放電が生じ得る状態を長期間に亘って維持することができる。
【００３５】
また本実施形態では、可動手段１３によって一対の電極４を上下動させながら、電極４ａ，４ｂ間の抵抗を測定することができる。すなわち、電極４が液中に浸された状態では、電極４が液面よりも上方に配置されている場合と比べて電極４ａ，４ｂ間の抵抗値が変化する。したがって、抵抗値を測定することにより、処理水の液面と電極（の下端）との位置関係を把握できる。このため、抵抗値を利用しながら、一対の電極４を、沿面放電を起こさせるための適正な高さ位置に調整することができる。
【００３６】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、処理槽２において、処理水Ｗがバッチ処理される構成としたが、これに限られるものではない。例えば図４に示すように、処理槽２が、導水管１９の途中に配設され、導水管１９（における処理槽２の上流側部）から処理槽２内に導入された処理水Ｗを順次処理しながら、導水管１９（における処理槽２の下流側部）を通して排水する構成としてもよい。この場合、導水管１９には、調整弁（調整手段）２０が設けられていて、調整弁２０は、例えば、処理槽２内の液面を検出するためのフロート（液面検出手段）２１の位置に応じて弁開度を調整する。これにより、処理槽２内の液面が所定範囲内に収まるように水量が調整される。
【００３７】
この構成では、フロート２１によって処理水の液面が検出されるとともに、検出された液面が調整弁２０によって所定範囲内に収まるよう処理槽２内の液量が調整されるため、液面の高さ変動が少なく（又はほとんどなく）、仮に一対の電極４が位置固定されていたとしても、確実に沿面放電を生じさせることができる。したがって、可動手段１３を省略することができるが、電極４の高さ位置を微調整するために可動手段１３を備える構成としてもよい。なお、前記実施形態においても、可動手段１３を省略することが可能である。
【００３８】
前記実施形態では、一対の電極４が、針状電極４ａ及び環状電極４ｂによって構成された例を説明したが、この構成に限られるものではない。要は、電極間に沿面放電が生起される構成であれば、電極の構成は問わない。
【符号の説明】
【００３９】
１      水処理装置
２      処理槽
４      電極
４ａ    針状電極
４ｂ    環状電極
５      電源
６      液面計
１０    給水管
１１    排水管
１３    可動手段
１３ａ  第１可動部
１３ｂ  第２可動部
１５    抵抗値測定部
１９    導水管
２０    調整弁
２１    フロート
【図１】
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【図２】
2014176782.tif 000004
【図３】
2014176782.tif 000005
【図４】
2014176782.tif 000006