(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水槽内の被処理水中に気泡を発生させ、前記気泡に放電を起こして、前記被処理水を処理する水処理装置であって、
前記被処理水中に配置された複数の放電電極によって前記放電を行う放電領域と、
外部からガスを供給して前記気泡を発生させる気泡発生部と、
前記気泡発生部から発生された前記気泡を前記複数の放電電極の少なくとも１つに接触させて前記気泡の形状を扁平化する気泡扁平化部と、を備え、
前記放電領域は、前記気泡扁平化部により扁平化された前記気泡に対して第１電界が印加される予備放電領域と、前記第１電界が印加された前記気泡に対して前記第１電界よりも低い第２電界が印加される主放電領域とを備える
水処理装置。
【請求項２】
前記気泡扁平化部は、前記気泡を前記被処理水中に発生させる気泡穴と前記放電電極との間に設けられ、前記気泡穴と前記放電電極との間隔が、前記気泡径以下である
請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記気泡を前記被処理水中に発生させる気泡穴は、前記放電電極の壁面または端部に向けて設けられ、前記気泡穴が向けられた前記放電電極の壁面または端部に、前記気泡扁平化部が設けられている
請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記気泡扁平化部は、前記気泡が前記被処理水中を輸送される際の前記被処理水の流速に対する前記気泡の慣性力を用いて、前記気泡を扁平化させる
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記放電電極は、一対である
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記放電電極は、二対以上であり、前記気泡の進行方向に対して直列に配置されている
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記放電電極は、円柱形状の電極と円筒形状の電極とからなる同軸円筒構造である
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記放電電極の表面には、誘電体が被覆されている
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載の水処理装置を用いた水処理方法であって、
前記気泡発生部により前記処理水槽内の前記被処理水中に前記気泡を発生させる気泡発生ステップと、
前記気泡発生ステップで発生した前記気泡を、前記気泡扁平化部により前記複数の放電電極の少なくとも１つに接触させて、前記気泡の形状を扁平化する気泡扁平化ステップと、
前記気泡扁平化ステップで扁平化された前記気泡を前記放電領域内に放出し、前記気泡に対して第１電界を印加して前記放電電極による放電を行うことで、前記気泡内に荷電粒子を発生させる予備放電を生じさせる予備放電ステップと、
前記予備放電ステップにより予備放電が生じた前記気泡が前記放電領域内に滞在する間、前記気泡に対して前記第１電界よりも低い第２電界を印加して前記放電電極による放電を継続して行う主放電ステップと、
を有する水処理方法。
【請求項１０】
前記気泡扁平化ステップにおいて、前記気泡発生部により前記処理水槽内の前記被処理水中に発生させた前記気泡を、前記放電電極に向けて放出することで、前記放電電極と接触させて扁平化させる
請求項９に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水中の気泡で発生させたラジカル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。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃水中の有機性物質を分解処理するために、先端だけが露出するようにして他の部分が絶縁体で被覆された第１の電極となる陰極ノズルと、陰極ノズルと対向させた第２の電極となる陽極とを処理槽内に配置し、両電極がそれぞれ高電圧パルス電源に接続された廃水処理装置が知られている。このような廃水処理装置では、陰極ノズルと陽極との両電極間に高電圧パルスを印加しながら、陰極ノズルの先端から廃水中に気泡を発生させることで、気泡に直接電界を印加し、気泡放電を発生させている。そして、気泡放電により酸化ラジカルを生成して廃水中の有機性物質を分解処理している（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
気泡放電の発生には初期電子の供給が必要であるが、水中の気泡では自由電子が欠乏していることから、放電が起こりにくい問題がある。そこで、従来、気泡内に放電開始に必要な初期電子を供給するために、Ｘ線照射装置を用いて対向する電極間にＸ線を照射しながら電圧を印加する気泡内放電が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５８８８７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】堀井憲爾、「水中の気泡内放電の発生とその利用」、電気学会  放電研究会資料、日本、名古屋大学、１９７３年８月２０日、資料番号  ＥＤ−７３−２２、Ｐ１−５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された従来の廃水処理装置では、気泡発生領域が陰極ノズル先端近傍に限定されている。このため大容量の処理槽の廃水を処理するには時間がかかり、処理効率が悪いという問題があった。【０００７】
また、非特許文献１に示された気泡内放電では、水中でのＸ線の減衰の影響からＸ線の照射方向について、Ｘ線照射装置から離れた場所に存在する気泡に照射することが困難であった。このため、広範囲に分散した気泡を効率的に放電させることが困難であるという問題があった。【０００８】
この発明は、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、大容量の処理水槽にも対応し、かつ処理水槽内の廃水の処理効率を向上させることができる水処理装置および水処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る水処理装置は、処理水槽内の被処理水中に気泡を発生させ、気泡に放電を起こして、被処理水を処理する水処理装置であって、被処理水中に配置された複数の放電電極によって放電を行う放電領域と、外部からガスを供給して気泡を発生させる気泡発生部と、気泡発生部から発生された気泡を複数の放電電極の少なくとも１つに接触させて気泡の形状を扁平化する気泡扁平化部とを備え、放電領域は、気泡扁平化部により扁平化された気泡に対して第１電界が印加される予備放電領域と、第１電界が印加された気泡に対して第１電界よりも低い第２電界が印加される主放電領域とを備えるものである。
【００１０】
また、この発明に係る水処理方法は、気泡発生部により処理水槽内の被処理水中に気泡を発生させる気泡発生ステップと、気泡発生ステップで発生した気泡を、気泡扁平化部により複数の放電電極の少なくとも１つに接触させて、気泡の形状を扁平化する気泡扁平化ステップと、気泡扁平化ステップで扁平化された気泡を放電領域内に放出し、気泡に対して第１電界を印加して放電電極による放電を行うことで、気泡内に荷電粒子を発生させる予備放電を生じさせる予備放電ステップと、予備放電ステップにより予備放電が生じた気泡が放電領域内に滞在する間、気泡に対して第１電界よりも低い第２電界を印加して放電電極による放電を継続して行う主放電ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る水処理装置によれば、気泡発生部で発生した気泡が、予備放電領域を通過する際に気泡内で放電が形成された後、主放電領域を通過する際に再び気泡内で放電が形成される。
また、この発明に係る水処理方法によれば、処理水槽内に発生した気泡が水中の予備放電領域を通過する際に、気泡で放電を形成することにより、気泡を励起状態にするステップと、励起状態になった気泡が水中の主放電領域を通過する際に、気泡で放電を形成することにより、ラジカルを発生させるステップとを有している。
そのため、大容量の処理水槽にも対応し、かつ処理水槽内の廃水の処理効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る水処理装置の作用効果を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る水処理装置の作用効果を示す説明図である。
【図４】（ａ）はこの発明の実施の形態１に係る水処理装置を示す構成図であり、（ｂ）はこの発明の実施の形態２に係る水処理装置を示す構成図であり、（ｃ）はこの発明の実施の形態３に係る水処理装置を示す構成図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態４に係る水処理装置を示す構成図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態５に係る水処理装置を示す構成図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態６に係る水処理装置を示す構成図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態７に係る水処理装置を示す構成図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態８に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態９に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、この発明の実施の形態１０に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態１１に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態１２に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１３に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態１４に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態１５に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態１６に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１８】この発明の実施の形態１７に係る水処理装置を示す構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態１８に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１９に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２１】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態２０に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態２１に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態２２に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２４】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態２３に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２５】この発明の実施の形態２４に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２６】この発明の実施の形態２５に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２７】この発明の実施の形態２６に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２８】この発明の実施の形態２７に係る水処理装置を示す構成図である。
【図２９】この発明の実施の形態２８に係る水処理装置を示す構成図である。
【図３０】この発明の実施の形態２８に係る水処理装置の作用効果を示す説明図である。
【図３１】この発明の実施の形態２８に係る水処理装置の作用効果を示す説明図である。
【図３２】この発明の実施の形態２９に係る水処理装置を示す構成図である。
【図３３】この発明の実施の形態３０に係る水処理装置を示す構成図である。
【図３４】この発明の実施の形態３１に係る水処理装置を示す構成図である。
【図３５】この発明の実施の形態３２に係る水処理装置を示す構成図である。
【図３６】（ａ）は放電電極に直接接触するように気泡穴から気泡が放出された状態を示す模式図であり、（ｂ）は放電電極から距離Ｌ離れた位置に気泡穴から気泡が放出された状態を示す模式図であり、（ｃ）は水中の平板電極間に存在する気泡に関する説明図である。
【図３７】気泡の扁平化による電界増加率Ｅ／Ｅ0と偏平率ｍとの関係を示すグラフである。
【図３８】気泡径１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。
【図３９】気泡径０．１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。
【図４０】気泡径０．０１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。
【図４１】この発明の実施の形態３３に係る水処理装置の放電電極の配置を示す構成図である。
【図４２】この発明の実施の形態３４に係る水処理装置の放電電極の配置を上面から見た状態を示す構成図である。
【図４３】この発明の実施の形態３５に係る水処理装置を示す構成図である。
【図４４】この発明の実施の形態３６に係る水処理装置を示す構成図である。
【図４５】この発明の実施の形態３７に係る水処理装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明に係る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が、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る水処理装置を示す構成図である。図１において、この水処理装置の本体は、被処理水が貯水または通水される処理水槽１であり、処理水槽１の上部には、排水口２およびガス排気口３が設けられ、処理水槽１の下部には、注水口４およびガス供給口５が設けられている。
【００１５】
また、処理水槽１の内部には、放電部６と、放電部６の下段に配置された気泡誘導ガイド７および気泡発生部８とが設けられている。放電部６は、上段の主電極６１と、下段の予備電極６２とから構成されている。また、気泡発生部８は、ガス供給口５を介してガス供給源９と接続されている。
【００１６】
ここで、主電極６１は、第１主電極６１ａと第２主電極６１ｂとから構成され、第１主電極６１ａは、第１電源１０と接続され、第２主電極６１ｂは、接地に接続されている。また、第１主電極６１ａと第２主電極６１ｂとの間には、主放電領域が形成されている。なお、第１主電極６１ａと第２主電極６１ｂとの間には、放電に必要な所定の電圧が掛かっていればよく、第２主電極６１ｂの電位は必ずしも接地電位である必要はない。
【００１７】
また、予備電極６２は、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとから構成され、第１予備電極６２ａは、第２電源１１と接続され、第２予備電極６２ｂは、接地に接続されている。また、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとの間には、予備放電領域が形成されている。なお、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとの間には、放電に必要な所定の電圧が掛かっていればよく、第２予備電極６２ｂの電位は必ずしも接地電位である必要はない。
【００１８】
ここで、主電極６１と予備電極６２との違いは、予備電極６２は、高電界により気泡を放電させ、気泡内に初期電子を発生させることを目的とするので、高電界を得るために電極間のギャップが狭く、放電領域も狭い。一方、主電極６１は、予備放電により初期電子を含んだ気泡を、広い領域で低い電界で放電させ、効率的にラジカルを生成させることを目的とするので、電極間のギャップが広く、放電領域が広く形成されている。そのため、主放電領域に印加される電圧は、予備放電を用いない場合の放電開始電圧より低くても構わない。
【００１９】
なお、予備放電領域や主放電領域の電界が均一で無い場合には、例えば、予備放電領域の平均電界強度が主放電領域の平均電界強度よりも高くなるか、または予備放電領域で気泡にかかる電界強度が主放電領域で気泡にかかる電界強度よりも高くなるように設定されればよい。予備放電領域および主放電領域は、それぞれ予備放電および主放電が実質的に発生する領域である。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に係る水処理装置の動作について説明する。まず、注水口４から、被処理水を処理水槽１内部へと注入して貯水する。また、ガス供給源９から、ガス供給口５を介して気泡発生部８に酸素もしくは水蒸気、またはこれらの混合ガスを導入することにより、被処理水中に気泡を発生させる。
【００２１】
発生された気泡は、気泡誘導ガイド７を伝い、予備放電領域に供給される。このとき、第１電源１０および第２電源１１から、それぞれ主電極６１および予備電極６２に高電圧を印加することで、主放電領域および予備放電領域に高電界が形成される。
【００２２】
ここで、気泡が予備放電領域を通過する際、気泡で放電が形成され（予備放電）、気泡に初期電子が供給される。その後、初期電子を含んだ気泡（励起状態になった気泡）が主放電領域を通過する際、再度気泡で放電が形成され（主放電）、発生したラジカルにより被処理水が処理される。なお、反応せずに残った気泡は、ガス排気口３から排出される。
【００２３】
この発明の実施の形態１において、気泡放電とは、気泡の界面が水と接している状態で、気泡の界面または気泡内で放電が形成されることを指している。以下、気泡放電によるラジカルの生成原理について説明する。
【００２４】
まず、酸素を含有する気泡で放電を形成した場合、気泡内では、放電による電子と酸素分子との衝突により、次式（１）の反応式で表されるように、Ｏラジカルが生成される。
【００２５】
ｅ＋Ｏ2  →  Ｏ＋Ｏ      ・・・（１）
【００２６】
さらに、Ｏラジカルが水分子と反応すると、次式（２）の反応式で表されるように、ＯＨラジカルが生成される。
【００２７】
Ｏ＋Ｈ2Ｏ  →  ２ＯＨ    ・・・（２）
【００２８】
また、水分を含有する気泡での放電においても、電子と水分子との衝突により、次式（３）の反応式で表されるように、ＯＨラジカルが生成される。
【００２９】
ｅ＋Ｈ2Ｏ  →  ＯＨ＋Ｈ  ・・・（３）
【００３０】
以上が、気泡放電によるラジカルの生成原理である。なお、酸素や水分を含む気泡内で、さらにラジカルの反応が進むと、オゾンや過酸化水素等も生成され、これらも少なからず被処理水の処理に寄与する。
【００３１】
ここで、図２に、各物質が有する酸化力の指標である酸化還元電位を示す。酸化還元電位が高いほど酸化活性が高く、すなわち被処理水の処理への効果が高いことを意味している。図２において、ＯＨラジカルが２．８５ボルト、Ｏラジカルが２．４２ボルトと、オゾンの２．０７ボルトを上回る値を示している。
【００３２】
気泡放電による被処理水の処理の主なメカニズムは、気泡内で生成されるこれらのラジカルが、被処理水中の対象成分（難分解成分）を分解することにある。上述した物質の他にも、気泡放電によって酸素イオン等が生成されるが、酸化活性が低く、比較的長時間気泡内に存在し続ける。
【００３３】
次に、水中気泡での放電形成について必要な印加電界について説明する。水中の平板電極対間に存在する酸素気泡にかかる電界Ｅ2は、平板電極対間の平等電界をＥ1、水の比誘電率ε1、酸素気泡の比誘電率をε2とすると、次式（４）で表される。
【００３４】
【数１】
0005889433.tif 000002
【００３５】
続いて、図３に、パッシェンの法則から導出される、水中の酸素の気泡径と放電開始電界との関係を示す。気泡径が小さいほど、放電形成に必要な印加電界が増加することを示している。
【００３６】
ところで、水中気泡放電により生成されたラジカルは、被処理水と気泡との界面で反応することから、被処理水の処理の効率化を考える上では、気液界面の接触面積を増加させることが重要である。したがって、気泡径が小さく、かつ多量の気泡で放電を形成することが望ましい。
【００３７】
しかしながら、上述した事情により、気泡径が小さくなるほど放電形成に高い電界強度が必要になるので、電源性能、放電ギャップ、電極形状、被処理水の比誘電率から、気泡にかかる電界を考慮し、放電形成に足る適切な気泡径で気泡放電を実現させる必要がある。
【００３８】
また、水中放電では、ジュール損によるエネルギーロスの問題がある。すなわち、イオン交換水のように純度の高い水では、導電率が１μＳ／ｃｍ以下と低く高絶縁性を示すが、被処理水には多くの不純物が含まれているので、導電率が高い。
【００３９】
そのため、高電圧を印加した場合に、通電により多くが熱エネルギーとして消費されるジュール損が存在する。ジュール損は、電圧印加時間に比例して増加し、百ナノ秒程度の瞬間的な電圧印加により抑制される。このため、水中での放電形成においては、波形の立ち上がりが早く、かつ電圧印加時間が短い電圧波形を出力することができる短パルス電源を用いる。
【００４０】
さらに、水中の気泡においては、気中と比較して、放電のきっかけとなる電子やイオン（初期電子）が欠乏しているので、放電が起こる確率が著しく低下するという問題がある。この影響は、気泡径が小さくなるほど顕在化し、放電形成までに数分以上の遅れが生じる場合もある（放電時間遅れ）。
【００４１】
そこで、この対策として、気泡の放電開始電界に対して、過剰に電界を印加することや、Ｘ線照射等により気泡をあらかじめ電離し、初期電子を供給することにより、影響が緩和されることが分かっている。
【００４２】
以上のことをふまえて、この発明の実施の形態１では、予備放電領域で気泡の予備放電を行い、気泡に電子やイオン等の放電の初期電子を供給することで、気泡径１ｍｍの場合に１０3秒〜１０5秒の時間オーダで影響する放電時間遅れが解消され、後段の主電極６１において、図３に示す気中放電と同程度の電界印加条件で放電を形成することができる。
【００４３】
そこで、この発明の実施の形態１の水処理装置において、予備放電の効果の持続時間について検証するために、予備電極６２と主電極６１との距離Ｍを変化させて試験を行った。この結果、予備電極と主電極との距離Ｍを４０ｍｍまで離した時点で、主放電の形成が不安定になった。このとき、気泡の移動速度ｖは、４００ｍｍ／秒であった。すなわち、予備放電の効果の持続時間は、Ｍをｖで除した値である０．１秒程度である。
【００４４】
したがって、この発明の実施の形態１において、予備放電領域を脱出した気泡が主放電領域に導入されるまでの時間間隔は、０．１秒以下であることが好ましい。このため、予備電極と主電極間との距離は、気泡の移動速度で表される次式を満たすように設定することが好ましい。
【００４５】
【数２】
0005889433.tif 000003
【００４６】
これにより、電極形状による電界集中効果やＸ線照射を利用しなくても、例えば大面積平板電極による、多量の微細気泡を含有させた被処理水での大容積放電が可能となり、その結果、被処理水の処理効率を向上させることができる。
【００４７】
また、主電極６１、予備電極６２ともに被処理水と常時接する構成なので、放電熱による電極の局所的な温度上昇が緩和され、例えばアルミナセラミクスのような比較的強度の低い材料を用いた場合であっても、局所熱膨張の応力による破損を防止することができる。
【００４８】
また、この発明の実施の形態１では、酸素または水蒸気気泡を用いたが、種々のガスでの放電が可能である。具体的には、窒素や空気、アルゴンやヘリウム等の希ガス、またはこれらの混合気体を用いることができる。例えば、窒素等の不活性ガスに酸素または水蒸気を混合させた場合、比較的ラジカルを長寿命化することができ、ラジカルによる分解効果を向上させることができる。
【００４９】
また、アルゴンと酸素または水蒸気との混合ガスを用いた場合、酸素や水蒸気と比較して、低い電界での放電が可能となる。ただし、放電ガスの種類および組成は、上述した例に限定されるものではない。
【００５０】
また、この発明の実施の形態１のガス供給源９として、ガスボンベにマスフローコントローラを接続し、所望のガスを所定流量で供給する手段が挙げられる。また、水蒸気生成の手段として、水を電熱ヒーターにより加熱する手段が挙げられる。ただし、ガスが所望の流量、組成で気泡発生部８に供給されればよく、ガス供給方法、水蒸気発生方法は、上述した例に限定されるものではない。
【００５１】
また、この発明の実施の形態１の気泡発生部８として、孔開き板やエアストーンを用いる手段が挙げられる。ただし、気泡が所望の形状（気泡径）、量で水中に供給されればよく、気泡発生部８は、上述した例に限定されるものではない。
【００５２】
また、この発明の実施の形態１において、主電極６１、予備電極６２の材料には、例えばステンレス、アルミニウム、銅等の金属材料を用いることができる。ただし、電極材料や加工方法は、特に限定されるものではない。
【００５３】
また、この発明の実施の形態１において、主電極６１、予備電極６２の放電面側表面を誘電体で被覆してもよい。これにより、電極表面近傍で気泡放電が生じた場合のイオンエッチングや電気分解による電極の金属成分析出により被処理水が汚染されることを抑制することができる。誘電体の材料には、例えばアルミナセラミクスやガラスを用いることができる。これらは、例えば金属体の外周に溶射することで形成することができる。ただし、誘電体は、電極の表面に所望の厚みで形成できればよく、誘電体材料や加工方法は、特に限定されるものではない。
【００５４】
なお、誘電体の厚みは、１０μｍ〜５０００μｍの範囲で形成することが好ましい。これは、誘電体膜が薄すぎると絶縁耐力が不十分となり、厚すぎると放電形成において多大な電圧を印加する必要が生じるためである。
【００５５】
また、この発明の実施の形態１における第１電源１０としては、被処理水のジュール損の影響を緩和するために、波形の立ち上がりが早く、幅が狭い（電圧印加時間が短い）電圧波形を出力するものが好ましい。具体的には、パルス電圧を出力するものを用いることができる。なお、周波数が１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ、印加電圧が１ｋＶ〜２００ｋＶ程度の範囲で用いるのが好ましい。
【００５６】
これは、周波数が小さ過ぎると所定の電力を投入するのに多大な電圧を印加する必要が生じ、大き過ぎると多大な電力を消費するためである。また、印加電圧が小さ過ぎると放電が形成されず、大き過ぎると電源の導入コストが高くなるためである。ただし、第１電源１０の仕様は、電極の形態や動作条件に応じて決めればよく、上述した例に限定されるものではない。
【００５７】
また、この発明の実施の形態１における第２電源１１としては、第１電源１０と同様、波形の立ち上がりが早く、幅が狭い（電圧印加時間が短い）電圧波形を出力するものが好ましい。そのため、第１電源１０と共通として用いてもよい。また、比較的被処理水のジュール損の影響を受け難い条件下では、交流電源や直流電源を用いることもできる。ただし、第２電源１０の仕様は、電極の形態や動作条件に応じて決めればよく、上述した例に限定されるものではない。
【００５８】
また、この発明の実施の形態１における気泡誘導ガイド７としては、例えばアルミナ等のセラミクス材料、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁性樹脂材料を用いることができる。また、その形状としては、例えば中央が開口し、外周から穴に向かい傾斜が設けられた穴開き板を用いることができる。ただし、高圧部との絶縁が保持され、かつ気泡が予備放電領域に誘導されればよく、上述した材料、形状に限定されるものではない。
【００５９】
また、この発明の実施の形態１における予備放電領域の間隔は、主放電領域の間隔よりも狭く設け、その比が１：２以下となることが好ましい。これは、比が小さすぎると予備電極６２間の電気短絡が起こりやすくなり、また初期電子を含んだ気泡の生成効率が低下するためである。また、比が大きすぎると放電形成に必要な印加電圧が増加し、放電形成が難しくなるためである。
【００６０】
また、主放電領域の間隔は、１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で設定することが好ましい。これは、間隔が短すぎると処理容積の低下により処理効率が低下するためである。また、間隔が長すぎると、主放電ギャップが５０ｍｍの場合、上記式（４）から１００ｋＶ印加でもミリ径バブルでの放電が不可となり、処理効率を考えると現実的でないためである。
【００６１】
また、この発明の実施の形態１において、被処理水は、必ずしも処理水槽１内に保持され続ける必要はなく、処理水槽１内を所望の流量で通水または循環させ続ける方式であってもよい。これらは、例えば液用マスフローコントローラやポンプを用いて実現することができる。これらは、被処理水の分解時間に応じて決めればよい。
【００６２】
なお、以上に述べた改変態様は、この発明の実施の形態１の場合に限定されず、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００６３】
以上のように、実施の形態１によれば、気泡発生部で発生した気泡が予備放電領域を通過する際、気泡で放電が形成され、励起状態になった気泡が主放電領域を通過する際、再度気泡で放電が形成されてラジカルが発生する。
そのため、気中と同程度の電界印加で、多量の微細気泡を含んだ被処理水での大容積放電を実現することができるとともに、被処理水に対する高い効率を実現することができる水処理装置および水処理方法を得ることができる。
【００６４】
実施の形態２．
また、この発明の実施の形態１では、図４（ａ）に示されるように、第２主電極６２ｂが処理水槽１と密着して配置された構成を示した。しかしながら、これに限定されず、図４（ｂ）に示されるように、処理水槽１自体を接地電極（第２主電極６１ｂまたは第２予備電極６２ｂ）とした構成であってもよい。この構成は、例えば、処理水槽１の材料に、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属材料を用い、接地に接続することで実現することができる。
【００６５】
この発明の実施の形態２では、処理水槽１内の中央部に配置された第１主電極６１ａを介して互いに対向する処理水槽１の壁自体を、第２主電極６１ｂとする場合について説明する。
【００６６】
図４（ｂ）は、この発明の実施の形態２に係る水処理装置の主電極６１ａ、６１ｂの配置を示す構成図である。図４（ｂ）に示されるように、処理水槽１を構成する断面矩形状の容器は、主電極６１ａ、６１ｂの材料で形成されている。すなわち、第２主電極６１ｂは、処理水槽１と一体化されており、処理水槽１の材料には、例えば、ステンレス、アルミニウムおよび銅等の導電性の材料が用いられている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【００６７】
この発明の実施の形態２における水処理装置でも、先の実施の形態１と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により初期電子を含んだ気泡は、処理水槽内に広く形成された主放電領域において、予備放電の電界よりも低い電界でありながら放電を形成することができ、ＯＨラジカルを効率的に発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、大容量の処理水槽にも対応し、かつ、処理水槽内の廃水の処理効率を向上させることができる。
【００６８】
実施の形態３．
さらに、この発明の実施の形態１において、図４（ｃ）に示されるように、処理水槽１自体を接地電極（第２主電極６１ｂまたは第２予備電極６２ｂ）とした構成であって、かつ処理水槽１および第１主電極６１ａが同軸円筒状に配置される構成であってもよい。この構成は、例えば、処理水槽１を円筒形状、第１主電極６１ａを円柱形状で構成することで実現され、主放電領域または予備放電領域を比較的広くとることができる。
【００６９】
図４（ｃ）は、この発明の実施の形態３に係る水処理装置の主電極６１ａ、６１ｂの配置を、上面から見た状態を示す構成図である。図４（ｃ）に示されるように、処理水槽１には、円筒形の容器が用いられている。また、第１主電極６１ａの形状は、断面略円形の柱状（円柱形）になっている。その他の構成は、先の実施の形態２と同様である。
【００７０】
また、第１主電極６１ａの周囲全体に第２主電極６１ｂが配置されていることになるので、先の実施の形態１よりも主放電領域を広く取ることができる。これにより、より多量の被処理水を効率的に処理することができる。
【００７１】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態４では、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとが、ともに針形状で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。
【００７２】
図５（ａ）に示されるように、この発明の実施の形態４における第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとは、ともに針状の電極で構成されており、絶縁材６２ｃを介して電気的な絶縁が保持され、かつ針の先端が絶縁材６２ｃからわずかに突出するように処理水槽１に取り付けられている。
【００７３】
このように、この発明の実施の形態４では、上記実施の形態１の利点に加え、針電極を用いることで電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【００７４】
なお、この発明の実施の形態４では、予備電極６２が一対である例を示したが、例えば図５（ｂ）に示されるように、針状の電極を並列に複数並べて配置してもよい。これにより、電界集中効果を得つつ、比較的広い面積で予備放電を形成することができる。ただし、予備電極６２の数や配置は、上述した例に限定されるものではない。
【００７５】
また、この発明の実施の形態４における針の突出部の長さは、１ｍｍ以下に構成されることが好ましい。これは、突出部が長いと、気泡が針先端部の予備放電領域に誘導されにくくなるためである。
【００７６】
また、この発明の実施の形態４において、絶縁材６２ｃには、例えばアルミナ等のセラミクス材料、またはＰＴＦＥ等の絶縁性樹脂材料を用いることができる。ただし、予備放電領域以外での放電および導電が抑制されるように絶縁性が保持されればよく、絶縁材の材料は、上述した例に限定されるものではない。
【００７７】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態５では、第１予備電極６２ａまたは第２予備電極６２ｂの一方が針形状、他方が平板形状で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。
【００７８】
図６（ａ）に示されるように、この発明の実施の形態５における第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとは、一方が針形状、他方が平板形状の電極で構成されており、針形状の電極は、絶縁材６２ｃを介して電気的な絶縁が保持され、かつ針の先端が絶縁材６２ｃからわずかに突出するように処理水槽１に取り付けられている。
【００７９】
このように、この発明の実施の形態５では、上記実施の形態１の利点に加え、針電極を用いることで電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【００８０】
なお、この発明の実施の形態５では、予備電極６２の数が一対である例を示したが、例えば図６（ｂ）に示されるように、平板側の面積を広く構成し、針側（針状の電極）を並列に複数並べて配置してもよい。これにより、電界集中効果を得つつ、比較的広い面積で予備放電を形成することができる。ただし、予備電極６２の数や配置は、上述した例に限定されるものではない。
【００８１】
また、この発明の実施の形態５における針の突出部の長さは、１ｍｍ以下に構成されることが好ましい。これは、突出部が長いと、気泡が針先端部の予備放電領域に誘導されにくくなるためである。
【００８２】
また、この発明の実施の形態５において、絶縁材６２ｃには、例えばアルミナ等のセラミクス材料、またはＰＴＦＥ等の絶縁性樹脂材料を用いることができる。ただし、予備放電領域以外での放電および導電が抑制されるように絶縁性が保持されればよく、絶縁材の材料は、上述した例に限定されるものではない。
【００８３】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態６では、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとが、ともにワイヤ形状で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。図７（ａ）に示されるように、ワイヤは、紙面奥行き方向に延びて配置された構成となっている。
【００８４】
このように、この発明の実施の形態６では、上記実施の形態１の利点に加え、ワイヤ電極を用いることで電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【００８５】
なお、この発明の実施の形態６では、予備電極６２が一対である例を示したが、例えば図７（ｂ）に示されるように、複数のワイヤで構成され、接地に接続されたワイヤと高圧に接続されたワイヤとが交互に並ぶ構成であってもよい。これにより、電界の集中効果を得つつ、比較的広い面積で予備放電を形成することができる。ただし、予備電極６２の数や配置は、上述した例に限定されるものではない。
【００８６】
実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態７では、第１予備電極６２ａまたは第２予備電極６２ｂの一方がワイヤ形状、他方が平板形状で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。図８（ａ）に示されるように、ワイヤは、紙面奥行き方向に延びて配置された構成となっている。
【００８７】
このように、この発明の実施の形態７では、上記実施の形態１の利点に加え、ワイヤ電極および平板電極を用いることで電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【００８８】
なお、この発明の実施の形態７では、予備電極６２が一対である例を示したが、例えば図８（ｂ）に示されるように、複数の平板とワイヤで構成され、接地に接続された平板と高圧に接続されたワイヤとが交互に並べて配置された構成であってもよい。これにより、電界の集中効果を得つつ、比較的広い面積で予備放電を形成することができる。ただし、予備電極６２の数や配置は、上述した例に限定されるものではない。
【００８９】
実施の形態８．
図９は、この発明の実施の形態８に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態８では、第１予備電極６２ａまたは第２予備電極６２ｂの一方がワイヤ形状、他方が針形状で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。図９（ａ）に示されるように、ワイヤは、紙面奥行き方向に延びて配置された構成となっている。
【００９０】
このように、この発明の実施の形態８では、上記実施の形態１の利点に加え、ワイヤ電極および針電極を用いることで電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【００９１】
なお、この発明の実施の形態８では、予備電極６２が一対である例を示したが、例えば図９（ｂ）に示されるように、ワイヤと針とを複数並べて配置した構成であってもよい。これにより、電界の集中効果を得つつ、比較的広い面積で予備放電を形成することができる。ただし、予備電極６２の数や配置は、上述した例に限定されるものではない。
【００９２】
実施の形態９．
図１０は、この発明の実施の形態９に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態９では、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとが、ともに孔開き平板状の電極で構成されている点で、上記実施の形態１と異なる。
【００９３】
図１０に示されるように、この発明の実施の形態９における第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとは、ともに孔開き平板状の電極で構成されており、各電極の孔が直線上に重ならないように配置されている。そのため、第１予備電極６２ａの孔を通過した気泡が第２予備電極６２ｂの孔から噴出されるまでに、必ず予備放電領域を通過する構成となっている。
【００９４】
このように、この発明の実施の形態９では、上記実施の形態１の利点に加え、気泡を予備電極６２に開いた孔に通過させることで、気泡誘導ガイド７を備えていない場合であっても、気泡を予備放電領域へ導入することができる。また、大面積で気泡の予備放電が可能になるので、装置が簡素化され、かつ効率的に予備放電領域で初期電子を含んだ気泡を生成することができる。
【００９５】
この発明の実施の形態９における第１予備電極６２ａの孔の径に制限はないが、第２予備電極６２ｂで発生させた気泡を滞留なく通過させるために、孔径は２ｍｍ〜１０ｍｍの間に設定することが好ましい。
【００９６】
また、この発明の実施の形態９における第２予備電極６２ｂの孔の径、孔の間隔に特に制限はないが、気泡の合一を抑制する理由で、孔径Ｄに対して孔間隔Ｄ×１．５以上で配置され、気泡を滞留なく通過させるために、孔径は２ｍｍ〜１０ｍｍの間に設定することが好ましい。
【００９７】
実施の形態１０．
図１１は、この発明の実施の形態１０に係る水処理装置を示す構成図である。図１１（ａ）、（ｂ）において、この発明の実施の形態１０では、気泡発生部８が絶縁体孔開き板で構成され、絶縁体孔開き板には、マトリクス状に配置された孔が設けられている。また、図１１（ｂ）に示されるように、第１予備電極６２ａおよび第２予備電極６２ｂが、孔の各列の両側に一対ずつ配置されている点で、上記実施の形態１と異なる。
【００９８】
このように、この発明の実施の形態１０では、上記実施の形態１の利点に加え、孔の近傍のみに電極対を配置することで、実効的な放電面積が縮小化され、ジュール損の影響を受け難くすることができる。
【００９９】
なお、この発明の実施の形態１０における予備電極６２の形状は、例えば図１１（ｃ）に示されるように、孔の外周において対向する突起部６２ｄを備えてもよい。これにより、上述した効果に加えて、電極形状による電界集中の効果が得られ、より低電圧での予備放電形成が実現される。
【０１００】
また、この発明の実施の形態１０において、気泡発生部８には、例えばアルミナ等のセラミクス材料、またはＰＴＦＥ等の絶縁性樹脂材料に孔開き加工を施したものを用いることができる。ただし、予備放電領域以外での放電および導電が抑制されるように絶縁性が保持されればよく、材料は、上述した例に限定されるものではない。
【０１０１】
実施の形態１１．
図１２は、この発明の実施の形態１１に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１１では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、孔開き平板状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａが平板形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１０２】
図１２に示されるように、この発明の実施の形態１１における第２予備電極６２ｂは、気泡を発生させるための孔が形成された孔開き平板形状で構成され、第１予備電極６２ａは、第２予備電極６２ｂの孔が配置されている領域と同等の面積を有する平板形状で構成されている。
【０１０３】
このように、この発明の実施の形態１１では、上記実施の形態１の利点に加え、第２予備電極６２ｂで生成された気泡が直接予備放電領域に導入される構成なので、気泡合一の影響を受けることなく、比較的均一な気泡径での予備放電が可能となり、予備放電の安定性を向上させることができる。
【０１０４】
この発明の実施の形態１１における第２予備電極６２ｂの孔の径、孔の間隔に特に制限はないが、気泡の合一を抑制する理由で、孔径Ｄに対して孔間隔Ｄ×１．５以上で配置され、小径気泡生成のために、孔径Ｄは０．１ｍｍ〜１ｍｍの間に設定することが好ましい。
【０１０５】
実施の形態１２．
図１３は、この発明の実施の形態１２に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１２では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、孔開き平板状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａも孔空き平板形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１０６】
図１３に示されるように、この発明の実施の形態１２における第１予備電極６２ａおよび第２予備電極６２ｂは、気泡を発生させるための孔が形成された孔開き平板形状で構成されており、各電極の孔が直線上に重ならないように配置されている。そのため、第２予備電極６２ｂの孔で発生した気泡が第１予備電極６２ａの孔から噴出されるまでに、必ず予備放電領域を通過する構成となっている。
【０１０７】
このように、この発明の実施の形態１２では、上記実施の形態１の利点に加え、第２予備電極６２ｂで生成された気泡が直接予備放電領域に供給される構成なので、気泡合一の影響を受けることなく、比較的均一な気泡径での予備放電が可能となり、予備放電の安定性を向上させることができる。
【０１０８】
この発明の実施の形態１２における第１予備電極６２ａの孔の径に制限はないが、第２予備電極６２ｂで発生させた気泡を滞留なく通過させるために、孔径は２ｍｍ〜１０ｍｍの間に設定することが好ましい。
【０１０９】
また、この発明の実施の形態１２における第２予備電極６２ｂの孔の径、孔の間隔に特に制限はないが、気泡の合一を抑制する理由で、孔径Ｄに対して孔間隔Ｄ×１．５以上で配置され、小径気泡生成のために、孔径Ｄは０．１ｍｍ〜１ｍｍの間に設定することが好ましい。
【０１１０】
実施の形態１３．
図１４は、この発明の実施の形態１３に係る水処理装置を示す構成図である。図１１（ａ）、（ｂ）において、この発明の実施の形態１３では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、孔開き平板状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａがワイヤ形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１１１】
また、図１４（ｂ）に示されるように、この発明の実施の形態１３における第２予備電極６２ｂは、気泡を発生させるための孔がマトリクス状に形成された孔開き平板形状で構成されており、第１予備電極６２ａは、図に太線で示したワイヤ形状で構成され、第２予備電極６２ｂの孔の各列の直上に沿うように配置されている。
【０１１２】
このように、この発明の実施の形態１３では、上記実施の形態１の利点に加え、第２予備電極６２ｂで生成された気泡が直接予備放電領域に供給される構成なので、気泡合一の影響を受けることなく、比較的均一な気泡径での予備放電が可能となり、予備放電の安定性を向上させることができる。また、ワイヤの電極形状による電界集中効果により、低電圧での放電形成が可能となる。
【０１１３】
この発明の実施の形態１３では、第２予備電極６２ｂの孔と第１予備電極６２ａの位置関係について、ワイヤが孔の各列の直上に沿って配置される例を示したが、気泡が確実に予備放電領域を通過される構成であればよく、両電極の位置関係に特に制限はない。
【０１１４】
また、この発明の実施の形態１３における第１予備電極６２ａの孔の径に制限はないが、第２予備電極６２ｂで発生させた気泡を滞留なく通過させるために、孔径は２ｍｍ〜１０ｍｍの間に設定することが好ましい。
【０１１５】
実施の形態１４．
図１５は、この発明の実施の形態１４に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１４では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、孔開き平板状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａが複数の針形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１１６】
図１５に示されるように、この発明の実施の形態１４における第２予備電極６２ｂは、気泡を発生させるための孔がマトリクス状に形成された孔開き平板形状で構成されており、第１予備電極６２ａは、針形状で構成され、第２予備電極６２ｂの各孔の直上には、第１予備電極６２ａの針の先端が、孔の開口部に向かってわずかに進入するように１対１対応で配置されている。
【０１１７】
このように、この発明の実施の形態１４では、上記実施の形態１の利点に加え、第２予備電極６２ｂで生成された気泡が直接予備放電領域に供給される構成なので、気泡合一の影響を受けることなく、比較的均一な気泡径での予備放電が可能となり、予備放電の安定性を向上させることができる。また、針の電極形状による電界集中効果により、低電圧での放電形成が可能となる。
【０１１８】
この発明の実施の形態１４では、第２予備電極６２ｂの孔と第１予備電極６２ａの位置関係について、第１予備電極６２ａの針の先端が、孔の開口部に向かってわずかに進入するように１対１対応で配置される例を示したが、気泡が確実に予備放電領域を通過される構成であればよく、両電極の位置関係に特に制限はない。
【０１１９】
この発明の実施の形態１４における第２予備電極６２ｂの孔の径、孔の間隔に特に制限はないが、気泡の合一を抑制する理由で、孔径Ｄに対して孔間隔Ｄ×１．５以上で配置され、小径気泡生成のために、孔径Ｄは０．１ｍｍ〜１ｍｍの間に設定することが好ましい。
【０１２０】
実施の形態１５．
図１６は、この発明の実施の形態１５に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１５では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、針ノズル状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａが平板形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１２１】
図１６に示されるように、この発明の実施の形態１５における第２予備電極６２ｂは、マトリクス状に配置された針ノズルで構成され、第１予備電極６２ａは、第２予備電極６２ｂのノズル先端が形成する領域と同等の面積を有する平板形状で構成されている。
【０１２２】
このように、この発明の実施の形態１５では、上記実施の形態１の利点に加え、針ノズル状の電極を用いることで、予備放電領域が比較的狭い領域に止められ、かつ電界集中の効果が得られるので、ジュール損の影響を抑制しつつ、低電圧で気泡の予備放電を形成することができる。
【０１２３】
実施の形態１６．
図１７は、この発明の実施の形態１６に係る水処理装置を示す構成図である。図１４（ａ）、（ｂ）において、この発明の実施の形態１６では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、針ノズル状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａが孔開き平板形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１２４】
また、図１７（ｂ）に示されるように、この発明の実施の形態１６における第２予備電極６２ｂは、マトリクス状に配置された針ノズルで構成されており、第１予備電極６２ａは、第２予備電極６２ｂの針ノズルの配置に対応するように孔が設けられた孔開き平板で構成されており、孔はテーパー形に開口され、第１予備電極６２ａの各孔の直下には、第２予備電極６２ｂの各針ノズルの先端が、孔の開口部内にわずかに進入するように１対１対応で配置されている。
【０１２５】
このように、この発明の実施の形態１６では、上記実施の形態１の利点に加え、針ノズル状の電極を用いることで、予備放電領域が比較的狭い領域に止められ、かつ電界集中の効果が得られるので、ジュール損の影響を抑制しつつ、低電圧で気泡の予備放電を形成することができる。
【０１２６】
この発明の実施の形態１６では、孔開き平板の孔がテーパー状に構成される例を示したが、気泡が確実に予備放電領域を通過される構成であればよく、例えば図１７（ｃ）に示されるような形状にすることもできる。また、図１７（ｄ）に示されるように、電界集中の効果が得られる形状であってもよく、孔の径、数、形状、配置に特に制限はない。
【０１２７】
実施の形態１７．
図１８は、この発明の実施の形態１７に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１７では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、針ノズル状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａが針形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１２８】
図１８に示されるように、この発明の実施の形態１７における第２予備電極６２ｂは、マトリクス状に配置された針ノズルで構成され、第２予備電極６２ｂの各ノズル部の先端の直上には、第１予備電極６２ａの針の先端が、孔の開口部に向かうように１対１対応で配置されている。
【０１２９】
このように、この発明の実施の形態１７では、上記実施の形態１の利点に加え、針ノズル状の電極を用いることで、予備放電領域が比較的狭い領域に止められ、かつ電界集中の効果が得られるので、ジュール損の影響を抑制しつつ、低電圧で気泡の予備放電を形成することができる。
【０１３０】
この発明の実施の形態１７では、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとの位置関係について、各針ノズル部の先端の直上に、針の先端が孔の開口部に向かうように１対１対応で配置される例を示したが、気泡が確実に予備放電領域を通過される構成であればよく、孔の径、数、形状、配置に特に制限はない。
【０１３１】
実施の形態１８．
図１９は、この発明の実施の形態１８に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１８では、気泡発生部８と予備電極６２との機能が一体化された、針ノズル状の第２予備電極６２ｂを備え、第１予備電極６２ａがワイヤ形状で構成されている点が、上記実施の形態１と異なる。
【０１３２】
図１９に示されるように、この発明の実施の形態１８における第２予備電極６２ｂは、マトリクス状に配置された針ノズル形状で構成されており、第１予備電極６２ａは、上述した図１４（ｂ）において、図に太線で示したワイヤで構成され、第２予備電極６２ｂのノズル部の孔の各列の直上に沿うように配置されている。
【０１３３】
このように、この発明の実施の形態１８では、上記実施の形態１の利点に加え、針ノズル状電極を用いることで、予備放電領域が比較的狭い領域に止められ、かつ電界集中の効果が得られるので、ジュール損の影響を抑制しつつ、低電圧で気泡の予備放電を形成することができる。
【０１３４】
実施の形態１９．
図２０は、この発明の実施の形態１９に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１９では、主電極６１と予備電極６２とが一体となった統合電極６３を備える点が、上記実施の形態１〜１８と異なる。
【０１３５】
図２０（ａ）に示されるように、この発明の実施の形態１９では、主電極６１と予備電極６２とが一体となった統合電極６３が設けられ、統合電極６３は、第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとで構成されている。
【０１３６】
第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとの間には、主放電領域が設けられ、主放電領域の一部の領域には、第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとの間隔が狭まって構成される予備放電領域を有している。
【０１３７】
第１統合電極６３ａは、第１電源１０と接続され、第２統合電極６３ｂは、接地に接続されている。第２統合電極６３ｂの下部には、気泡を予備放電領域に誘導するための気泡誘導ガイド７が設けられ、気泡誘導ガイド７の下部には、水中に気泡を導入するための気泡発生部８が設けられている。
【０１３８】
次に、この発明の実施の形態１９に係る水処理装置の動作について説明する。まず、注水口４から、被処理水を処理水槽１内部へと注入して貯水する。また、ガス供給源９から、ガス供給口５を介して気泡発生部８に酸素または水蒸気を導入することにより、被処理水中に気泡を発生させる。
【０１３９】
発生された気泡は、予備放電領域および主放電領域に供給される。このとき、第１電源１０から、第１統合電極６３に高電圧を印加することで、予備放電領域および主放電領域に高電界が形成される。
【０１４０】
ここで、気泡が予備放電領域を通過する際、気泡内で放電が形成され（予備放電）、気泡に初期電子が供給される。その後、初期電子を含んだ気泡は、直ちに主電極領域に導入され、再度気泡の放電が形成され（主放電）、発生したラジカルにより被処理水が処理される。なお、反応せずに残った気泡は、ガス排気口３から排出される。
【０１４１】
このように、この発明の実施の形態１９では、上記実施の形態１〜１８の利点に加え、主電極６１と予備電極６２とが一体となった統合電極６３で構成されることで、予備放電により初期電子が含まれた気泡が直接主放電領域に突入することとなり、初期電子失活の影響を受けることなく放電を形成することができる。
【０１４２】
なお、この発明の実施の形態１９において、気泡誘導ガイド７を用いて気泡を予備放電領域に誘導する例を示したが、例えば図２０（ｂ）に示されるように、第２統合電極６３ｂの底部に、予備放電領域に向かうスロープを設けた構成としてもよい。
【０１４３】
実施の形態２０．
図２１は、この発明の実施の形態２０に係る水処理装置を示す構成図である。図２１（ａ）において、この発明の実施の形態２０では、統合電極６３の一部が針領域を備える点が、上記実施の形態１９と異なる。
【０１４４】
このように、この発明の実施の形態２０では、上記実施の形態１９の利点に加え、針電極を用いることで、電極形状による電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【０１４５】
なお、この発明の実施の形態２０において、気泡誘導ガイド７を用いて気泡を予備放電領域に誘導する例を示したが、例えば図２１（ｂ）に示されるように、第２統合電極６３ｂの底部に、予備放電領域に向かうスロープを設けた構成としてもよい。
【０１４６】
実施の形態２１．
図２２は、この発明の実施の形態２１に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２１では、主電極６１と予備電極６２と気泡発生部８とが一体となった統合電極６３を備え、統合電極６３の一部が孔開き板形状の領域を備える点が、上記実施の形態１９と異なる。
【０１４７】
図２２に示されるように、この発明の実施の形態２１では、主電極６１と予備電極６２と気泡発生部８とが一体となった統合電極６３が設けられ、統合電極６３は、第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとで構成されている。第２統合電極６３ｂは、一部に複数の孔が開いた板状の孔開き板領域を有し、孔開き板領域と第１統合電極６３ａとの間には、予備放電領域が形成されている。
【０１４８】
このように、この発明の実施の形態２１では、上記実施の形態１９の利点に加え、孔開き板領域で生成された気泡が直接予備放電領域に供給される構成なので、気泡合一の影響を受けることなく、比較的均一な気泡径での予備放電が可能となり、予備放電の安定性を向上させることができる。
【０１４９】
なお、この発明の実施の形態２１において、第２統合電極６３ｂに孔開き板領域が設けられる例を示したが、第１統合電極６３ａに設けられる構成であってもよい。また、孔開き板領域の孔の数、配置に特に制限はない。
【０１５０】
実施の形態２２．
図２３は、この発明の実施の形態２２に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２２では、主電極６１と予備電極６２と気泡発生部８とが一体となった統合電極６３を備え、統合電極６３の一部が針ノズルで構成される領域を備える点が、上記実施の形態２１と異なる。
【０１５１】
図２３に示されるように、この発明の実施の形態２２では、主電極６１と予備電極６２と気泡発生部８とが一体となった統合電極６３が設けられ、統合電極６３は、第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとで構成されている。
【０１５２】
第１統合電極６３ａと第２統合電極６３ｂとの間には、主放電領域が設けられ、第１統合電極６３ａは、第１電源１０と接続され、第２統合電極６３ｂは、接地に接続されている。
【０１５３】
第２統合電極６３ｂは、一部に複数の針ノズルで構成される針ノズル領域を有し、各針ノズルは、ガス供給口５と接続されており、各針ノズルの先端と第１統合電極６３ａとの間には、予備放電領域が形成されている。
【０１５４】
このように、この発明の実施の形態２２では、上記実施の形態２１の利点に加え、針電極を用いることで、電界集中効果が得られ、より高電界を気泡に印加することが可能となる。これにより、放電に高電界が必要な径の小さな気泡においても、放電形成が容易となる。
【０１５５】
なお、この発明の実施の形態２２において、第２統合電極６３ｂに針ノズル領域が設けられる例を示したが、第１統合電極６３ａに設けられる構成であってもよい。また、針ノズル領域の針ノズルの数、配置に特に制限はない。
【０１５６】
実施の形態２３．
図２４は、この発明の実施の形態２３に係る水処理装置を示す構成図である。図２４（ａ）において、この発明の実施の形態２３では、主電極６１または予備電極６２が、多段で構成されている点が、上記実施の形態１〜１８と異なる。
【０１５７】
このように、この発明の実施の形態２３では、上記実施の形態１〜１８の利点に加え、電極を多段化することで、放電により細径化した気泡を非電界印加領域において合一させ、再度の放電形成を可能とすることができる。これにより、電力や原料ガスを有効に利用することができる。
【０１５８】
この発明の実施の形態２３では、主電極６１が一定の間隔を置いて複数設けられた構成を示したが、非放電領域において予備放電の効果（初期電子）が失われてしまうようであれば、図２４（ｂ）に示されるように、予備電極６２と主電極６１とを交互に備えた構成としてもよい。
【０１５９】
また、この発明の実施の形態２３では、電極が４段構成である例を示したが、電極の段数に特に制限はない。
【０１６０】
実施の形態２４．
図２５は、この発明の実施の形態２４に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２４では、予備放電領域の下部に清水供給口１２を備えている点が、上記実施の形態１〜１８と異なる。
【０１６１】
予備放電領域の下段に設けられた清水供給口１２からは、導電率が低い清水が一定の流量で供給されている。そのため、予備放電領域は、常時清水で満たされており、被処理水が予備放電領域に流入することはない。なお、清水は予備放電領域を通過した後、被処理水と混合され、排水口２を通して処理水槽１外部に排出される。
【０１６２】
これにより、この発明の実施の形態２４では、上記実施の形態１〜２３の利点に加え、清水中で予備放電を形成することで、ジュール損を抑制しつつ予備放電を形成することができ、予備放電の電力効率を向上させることができる。また、導電率が低い清水を流すことで、高価な短パルス電源を用いる必要がなく、例えば安価な直流電源等を用いることができる。
【０１６３】
なお、この発明の実施の形態２４における清水とは、導電率が０．０５μＳ／ｃｍ〜２００μＳ／ｃｍの範囲の液体を指すものである。
【０１６４】
実施の形態２５．
図２６は、この発明の実施の形態２５に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２５では、被処理水の注水口４と排水口２とが逆に接続されて、水の流水方向が逆になっている点が、上記実施の形態１〜２４と異なる。
【０１６５】
このように、この発明の実施の形態２５では、上記実施の形態１〜２４の利点に加え、浮力による気泡の進行方向に対して、逆方向に被処理水を流すことで、主放電領域における気泡の滞在時間が延長され、より原料ガスを効率的に利用することが可能となる。
【０１６６】
実施の形態２６．
図２７は、この発明の実施の形態２６に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２６では、予備放電領域にガス短絡相を形成し、予備放電する点が、上記実施の形態１〜２４と異なる。この発明の実施の形態２６の説明のために、実施の形態１７で示した装置構成と同態様の図２７を用いて説明する。
【０１６７】
図２７に示されるように、この発明の実施の形態２６では、第１予備電極６２ａが針状で構成され、第２予備電極６２ｂが水中に気泡を導入させることができる針ノズル状の電極で構成されている。第１予備電極６２ａの先端と第２予備電極６２ｂとの間には、予備放電領域が形成されており、予備電極６２の間隔は、第２予備電極６２ｂから噴出される気泡径よりも小さくなるように設定され、ガス短絡相が形成されている。
【０１６８】
このように、この発明の実施の形態２６では、上記実施の形態１〜２４の利点に加え、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとの間にガス短絡相を形成することで、水中の気泡においても気中で放電を形成したことと同様となり、ジュール損の影響を受ける事なく、予備放電することができる。これにより、予備放電の電力効率を向上させることができるほか、高価な短パルス電源を用いる必要がなく、例えば安価な直流電源等を用いることができる。
【０１６９】
なお、この発明の実施の形態２６におけるガス短絡相とは、発生された気泡が、第１予備電極６２ａと第２予備電極６２ｂとの双方に接した状態を指す。
【０１７０】
また、この発明の実施の形態２６におけるガス短絡相の形成について、例えば、予備電極６２の間隔を、針ノズル電極から噴出される気泡径よりも小さくすることで実現することができる。また、供給ガス流量を増加させることで、常時ガス短絡状態とすることができる。ただし、予備電極６２間がガス短絡されればよく、ガス短絡相の形成方法は、上述した例に限定されるものではない。
【０１７１】
この発明の実施の形態２６におけるガス短絡相の形成方法について、上述した実施の形態１７の装置態様を用いて説明したが、この処理方法の適用対象は、実施の形態１７の装置態様に限定されるものではなく、上述した他の実施の形態の装置態様に対しても同様に適用することができる。
【０１７２】
実施の形態２７．
図２８は、この発明の実施の形態２７に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２７では、放電制御部１３とパルス気泡発生部１４とを備えている点が、上記実施の形態１〜２４と異なる。この発明の実施の形態２７の説明のために、実施の形態２３で示した装置構成と同態様の図２８を用いて説明する。
【０１７３】
図２８に示されるように、この発明の実施の形態２７では、任意の周期で水中に気泡を発生させる放電制御部１３とパルス気泡発生部１４とが設けられ、放電制御部１３は、パルス気泡発生部１４および第１電源１０、第２電源１１と接続されている。
【０１７４】
パルス気泡発生部１４からは、一定の周期で気泡が発生されている。発生された気泡は、浮力に従い進行する。このとき、発生された気泡が各放電領域に突入するまでの時間間隔をあらかじめ把握しておく。また、パルス気泡発生部１４から気泡が発せられた情報が、放電制御部１３に送信される。放電制御部１３により、各放電領域のうち、気泡が存在する放電領域に限定して電圧が印加される。すなわち、気泡が存在していない放電領域においては、電圧が印加されない。このように、気泡の進行方向に従い、各放電領域で順繰りに放電が形成される。
【０１７５】
このように、この発明の実施の形態２７では、上記実施の形態２３の利点に加え、気泡が存在している放電領域に限定して電圧を印加することで、ジュール損が抑制され、電力を効率的に利用することができる。
【０１７６】
なお、この発明の実施の形態２７における放電制御部１３として、例えばファンクションジェネレータを用いた制御が挙げられる。また、パルス気泡発生部１４としては、気泡発生部８とガス供給源９との間のガス流路に、周期的に開閉を繰り返す開閉器を接続する方法が挙げられる。ただし、放電制御部１３およびパルス気泡発生部１４は、上述した方法に限定されるものではない。
【０１７７】
この発明の実施の形態２７における放電制御部１３およびパルス気泡発生部１４を用いた水処理方法について、上述した実施の形態２３の装置態様を用いて説明したが、この処理方法の適用対象は、実施の形態２３の装置態様に限定されるものではなく、上述した他の実施の形態の装置態様に対しても同様に適用することができる。
【０１７８】
実施の形態２８．
図２９は、この発明の実施の形態２８に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２８では、主電極６１と予備電極６２とが一体となった統合電極６３を備え、統合電極６３が一部に針形状で形成された高電界領域６３ｃを有し、ノズル形状で形成された気泡発生部８が、気泡が噴出される孔を高電界領域６３ｃに向けて設けられている点が、上記実施の形態１〜２４と異なる。
【０１７９】
図２９に示されるように、この発明の実施の形態２８では、第１統合電極６３ａの端部の表面に、針状電極が複数本隣接して突き出すように形成された高電界領域６３ｃが設けられ、統合電極６３の下部には、絶縁材料で作られたノズル形状の気泡発生部８が、気泡が噴出されるノズル先端の孔を高電界領域６３ｃの手前に向けて、電極間の放電領域に進入せずに配置されている。
【０１８０】
ここで、気泡発生部８のノズル先端は、鉛直方向に対して３０度〜５０度の角度を持って斜めに傾いており、気泡が高電界領域６３ｃに対して斜め下方から供給されるように構成されている。この構成により、気泡を高電界領域６３ｃに向けて接近するように誘導することができる。
【０１８１】
このとき、パルス電源（第１電源）１０から第１統合電極６３ａに電圧を印加することで、統合電極６３間に電界が形成される。また、ガス供給源９からガス供給口５にガスを供給することで、気泡発生部８のノズル先端の孔から被処理水中に気泡が導入される。これにより、気泡が第１統合電極６３ａの高電界領域６３ｃに接触することで気泡に高電界が形成され、気泡で予備放電が起こる。予備放電した気泡の内部では、放電の初期電子である荷電粒子が発生するので、主放電領域において安定して気泡放電が持続される。
【０１８２】
ここで、気泡が針形状の高電界領域６３ｃに接触した場合に、気泡にかかる電界について検討する。針形状の電極では、電界集中により針先に高い電界が形成される。例えば、図３０に示す針対平板電極において、針先端の曲率半径をｒo、放電ギャップ長をｄ、電極への印加電圧をＶとし、ｒoがｄよりも十分に小さいとすると、針先端の電界Ｅは、次式（５）で表される。
【０１８３】
【数３】
0005889433.tif 000004
【０１８４】
（５）式において、Ｖ＝１ｋＶ、ｄ＝１０ｍｍとすると、Ｅとｒoとの間には、図３１に示される関係が成り立つ。針形状の電極においては、針先端の電界が最も高い。また、電極先端の曲率半径ｒoが小さいほど（先端が鋭利なほど）先端の電界は増加し、曲率半径ｒo＝０．１ｍｍ以下で顕著な増加傾向を示す。したがって、ちょうど針先端に気泡を接触させることで、気泡に高い電界を印加することができる。また電極が平面の場合であっても、気泡と電極とが接する場合には、気泡と電極との接点近傍において電界が集中するので、気泡と電極とが接することなく電極間に存在する場合と比べて、気泡にかかる電界は増加する。
【０１８５】
このように、この発明の実施の形態２８では、上記実施の形態１〜２４の利点に加え、統合電極６３の一部に設けられた高電界領域６３ｃに気泡を接触させることにより、気泡で高電界を形成し予備放電させる。これにより、電極に気泡を接触させなかった場合と比較して、より高い電界を気泡に印加することができ、例えば径の小さな気泡等、放電形成に高い電界が必要とされる条件で放電する際に、高い効果を発揮する。
【０１８６】
なお、この発明の実施の形態２８では、高電界領域６３ｃが針形状で形成される例を示したが、上記式（５）に示されるように、曲率が高い部分を有する形状であればよく、例えば放電電極の面内の一部を粗らすことで、曲率半径ｒo＝０．１ｍｍ以下（所定値以上の曲率）の微細な突起を多数有する領域を形成してもよい。また、放電電極のエッジ部を利用してもよく、高電界領域の形状は、上述した例に限定されるものではない。
【０１８７】
また、放電電極面内の高電界領域６３ｃの配置については、特に限定されないが、放電電極間に気泡が進入する入り口部近傍に設けることが好ましい。電極間において、早期に予備放電を点灯させることで、主放電領域においてより長時間放電を維持することができ、処理効率がよいためである。
【０１８８】
また、この発明の実施の形態２８では、第１統合電極６３ａに高電界領域を形成する例を示したが、第２統合電極６３ｂに形成してもよく、また第１統合電極６３ａおよび第２統合電極６３ｂの両方に形成してもよい。
【０１８９】
また、この発明の実施の形態２８では、予備電極６２と主電極６１とが統合された統合電極６３を備えた構成を示したが、予備電極６２と主電極６１とが独立した構成であってもよく、予備電極６２と主電極６１との統合の有無は、上述した例に限定されるものではない。
【０１９０】
また、この発明の実施の形態２８で示した処理方法は、予備放電への適用に限定されず、主放電に適用してもよい。また、放電電極面内に高電界領域６３ｃを設けなくても、電極に気泡を接触させることで、気泡にある程度高い電界を印加することができる。例えば、実施の形態１の図１や実施の形態１１の図１２に示されるような平面形状の電極で構成される装置態様では、針電極先端の電界集中のような高電界形成が期待できないが、平面形状の電極であっても、気泡が電極に接触することで、気泡と電極との接点近傍において電界が集中するので、気泡にある程度高い電界を印加することができる。
【０１９１】
また、この発明の実施の形態２８における高電界領域６３ｃと気泡発生部８のノズル先端との間隔に特に制限はないが、気泡径Ｍに対して間隔が１／２Ｍ〜Ｍの間で配置されることが好ましい。間隔を気泡径以下とすることで、供給ガス流量や処理槽内を流れる処理水の流速に影響されず、気泡を高電界領域に誘導することができる。間隔が小さすぎると、噴出し口の閉塞により気泡の生成が阻害される。
【０１９２】
また、この発明の実施の形態２８では、気泡発生部８がノズル形状の絶縁材料で形成された例を示したが、例えば実施の形態２２の図２３に示されるように、電極をノズル形状とした構成であってもよく、気泡発生部の材料、形状は、上述した例に限定されるものではない。さらに、この処理方法の適用対象は、実施の形態２８の装置態様に限定されるものではなく、上述した他の実施の形態の装置態様に対しても同様に適用することができる。
【０１９３】
実施の形態２９．
図３２は、この発明の実施の形態２９に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２９では、高電界領域６３ｃに向けて被処理水が流れるように、注水口４が高電界領域６３ｃへ向けて傾いて設けられている点が、上記実施の形態２８と異なる。
【０１９４】
図３２に示されるように、この発明の実施の形態２９では、第１統合電極６３ａの端部の表面に、針状電極が複数本隣接して突き出すように形成された高電界領域６３ｃが設けられ、統合電極６３の下部には、絶縁材料で作られた孔開き平板形状の気泡発生部８が設けられ、注水口４が高電界領域６３ｃに向けて被処理水が流れるように傾いて設けられている。
【０１９５】
このとき、パルス電源１０から第１統合電極６３ａに電圧を印加することで、統合電極６３間に電界が形成される。また、ガス供給源９からガス供給口５にガスを供給することで、気泡発生部８のノズル先端の孔から被処理水中に気泡が導入される。ここで、注水口４から被処理水を流すことにより、処理水槽内で高電界領域６３ｃに向けた水流が生じる。
【０１９６】
これにより、気泡が水流に誘導され、第１統合電極６３ａの高電界領域６３ｃに接触することで、気泡に高電界が形成され、気泡で予備放電が起こる。予備放電した気泡の内部では、放電の初期電子である荷電粒子が発生するので、主放電領域において安定して気泡放電が持続される。
【０１９７】
このように、この発明の実施の形態２９では、上記実施の形態２８の利点に加え、水流で気泡を誘導し、高電界領域に接触させることで、気泡発生部８では気泡さえ発生すればよく、気泡発生部８の構造の自由度が増すので、メッシュ板やエアストーンを用いる等、簡便な構成で気泡を発生させることができる。
【０１９８】
なお、この発明の実施の形態２９では、注水口４から発生する水流により気泡を誘導する例を示したが、例えば水流は装置内部にスクリューを備えることで形成してもよく、水流の形成方法は、上述した例に限定されるものではない。
【０１９９】
実施の形態３０．
図３３は、この発明の実施の形態３０に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３０では、予備電極６２の電極間距離を比較的大きくとっており、第２電源１１から予備電極６２までの間に、気泡の放電開始電界を形成するのに必要な印加電圧に対して、過大な電圧を印加することにより、気泡内で予備放電を形成させる点が他の実施の形態と異なる。
【０２００】
図３３に示されるように、この発明の実施の形態３０では、予備電極６２は一対の平板形状で構成され、予備電極６２間の間隔は、他の実施の形態で示した予備電極と比較して大きく設定されている。予備電極６２は、パルス高電圧を出力できる第２電源１１と接続され、第２電源１１から予備電極６２間に、気泡の放電開始電界を形成するのに必要な印加電圧に対して、少なくとも１．５倍以上の過大な電圧を印加することにより、気泡で予備放電を形成することができる。
【０２０１】
このように、この発明の実施の形態３０では、上記実施の形態１の利点に加え、予備電極６２間に過剰に高電圧を印加して電極間に高電界を形成することで、予備電極６２間が広い場合であっても高電界により気泡の予備放電を行うことが可能となり、被処理水中の広い領域で多量の気泡の予備放電を行うことができる。これにより、被処理水中においてより多量の気泡で放電させることができるので、水処理の効率を向上させることができる。
【０２０２】
この発明の実施の形態３０における予備電極６２間の予備放電の方法について、図３３に示される装置態様を用いて説明したが、この処理方法の適用対象は、図３３に示される装置態様に限定されるものではなく、上述した他の実施の形態の装置態様に対しても同様に適用することができる。
【０２０３】
実施の形態３１．
図３４は、この発明の実施の形態３１に係る水処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３１では、２チャンネルの高電圧出力端子を有し、かつそれぞれの出力端子から別々のタイミングで異なる波形を出力する２チャンネル出力電源１９を備え、主電極６１と予備電極６２とに同時に高電圧が印加されないように、主放電および予備放電を行う点が上記実施の形態と異なる。
【０２０４】
図３４に示されるように、この発明の実施の形態３１では、予備電極６２と主電極６１とを備え、予備電極６２および主電極６１は、２チャンネルの高電圧出力端子を有し、かつそれぞれの出力端子から別々のタイミングで異なる波形を出力する２チャンネル出力電源１９と接続されている。また、装置の下部には、被処理水中に気泡を発生させる気泡発生部８を備えている。
【０２０５】
気泡発生部８にガスを導入することで、被処理水中に気泡が発生される。発生された気泡は、浮力に従い上方に進行する。このとき、２チャンネル出力電源１９から主電極６１間および予備電極６２間にパルス高電圧を印加することで、それぞれの電極間の主放電領域および予備放電領域に電界が形成される。
【０２０６】
ただし、２チャンネル出力電源１９から、主電極６１および予備電極６２に同時に電圧が印加されることはなく、常にそれぞれの電極に対して時間をずらして電圧が印加されている。これにより、主放電と予備放電とが独立した電圧印加により形成されるので、各放電による電圧降下の影響を受けることなく放電を形成することができる。
【０２０７】
このように、この発明の実施の形態３１では、上記実施の形態１の利点に加え、主放電と予備放電とが独立した電圧印加により形成されるので、各放電による電圧降下の影響を受けることなく、安定して放電させることができる。
【０２０８】
この発明の実施の形態３１における主電極６１間および予備電極６２間の放電の方法について、図３４に示される装置態様を用いて説明したが、この処理方法の適用対象は、実施の形態３１の装置態様に限定されるものではなく、上述した他の実施の形態の装置態様に対しても同様に適用することができる。
【０２０９】
実施の形態３２．
図３５は、この発明の実施の形態３２に係る水処理装置を示す構成図である。図３５に示されるように、水処理装置は、被処理水を通流させる処理水槽１と、処理水槽１の内部に設けられた複数の放電電極６３ａ、６３ｂ（統合電極６３、第１統合電極６３ａ、第２統合電極６３ｂ）と、処理水槽１の下部に設けられた気泡発生部８と、気泡を扁平化する気泡扁平化部４０と、処理水槽１内にガスを送るガス供給源９と、各放電電極６３ａ、６３ｂに接続されたパルス電源１０とを有している。
【０２１０】
図３５に例示した処理水槽１としては、断面矩形の容器が用いられており、処理水槽１は、一定量の被処理水を貯留することができる。処理水槽１には、被処理水を処理水槽１内に注入する注水口４と、処理水槽１内で処理された処理済みの被処理水を排出する排水口２と、ガス供給源９と処理水槽１とを繋ぐガス供給口５と、気泡発生部８から被処理水中に送られてくるガスを排出するためのガス排気口３とが設けられている。
【０２１１】
このような構成を備えた処理水槽１は、注水口４から注入された被処理水を一定量貯留ながら処理し、処理済みの被処理水を排水口２から排出できる容器になっている。排水口２およびガス排気口３は、処理水槽１の上部に設けられ、注水口４およびガス供給口５は、処理水槽１の下部に設けられている。ガス排気口３は、排水口２よりも上方に設けられている。また、注水口４は、排水口２よりも下方に設けられている。さらに、ガス供給口５は、注水口４よりも下方に設けられている。
【０２１２】
放電電極６３ａ、６３ｂは、処理水槽１内の被処理水中に複数（この例では、３つ）配置されている。また、各放電電極６３ａ、６３ｂは、処理水槽１の幅方向（図３５の左右方向）について互いに距離を置いて配置されている。この例では、放電電極６３ａ、６３ｂの形状に断面矩形の平板状のものが用いられ、処理水槽１の幅方向に互いに対向して配置されている。放電電極６３ａ、６３ｂの材料には、例えば、ステンレス、アルミニウムおよび銅等の金属材料が用いられている。
【０２１３】
この例では、複数の放電電極６３ａ、６３ｂのうち、処理水槽１の中央部に配置されているものを第１放電電極６３ａとし、第１放電電極６３ａを介して互いに対向して一対配置されているものを第２放電電極６３ｂとする。また、第２放電電極６３ｂは、処理水槽１の壁面に設けられている。第１放電電極６３ａと第２放電電極６３ｂとは、パルス電源１０から電圧が印加されると、何れか一方が陽極となり、他方が陰極となる。これにより、互いに対向する第１放電電極６３ａと第２放電電極６３ｂとの間には、１つ以上（この例では、２つ）の電界が生じる放電領域がそれぞれ形成される。
【０２１４】
放電領域を形成する第１放電電極６３ａと第２放電電極６３ｂとの間隔は、２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で設定することが好ましい。これは、間隔がこの範囲よりも短いときには、放電電極間を部分的に気泡が架橋することによって大電流の放電が形成されるので、放電が安定しなくなり、また、被処理水の通水量も低下するので、処理効率の低下につながるおそれがあるからである。また、間隔がこの範囲よりも長いとき、例えば、間隔が５０ｍｍのときには、後述する平板電極間に存在する酸素気泡にかかる電界Ｅを示す式（６）から、１００ｋＶの電圧を印加しても気泡内での放電が不可となり、処理効率を考えると現実的ではないからである。
【０２１５】
また、第１放電電極６３ａと第２放電電極６３ｂとが対向する放電面には、誘電体が被覆されていてもよい。これにより、電極表面近傍で気泡放電が生じた場合のイオンエッチングや電気分解による電極の金属成分析出により被処理水が汚染されることを抑制することができる。誘電体の材料には、例えば、アルミナセラミクスおよびガラス等が用いられている。誘電体の厚みは、１０μｍ〜５０００μｍの範囲で構成することが好ましい。これは、誘電体膜が薄いと絶縁耐力が不十分となるおそれがあるからである。また、誘電体膜が厚いと放電時に多大な電圧を印加する必要が生じるからである。誘電体の被覆方法としては、例えば、金属体の表面に溶射する方法が考えられる。
【０２１６】
気泡発生部８は、ガス供給源９から送られてくるガスを一時的に処理水槽１内に溜めるガス貯留部８１と、ガス貯留部８１のガスを被処理水中に送り出す複数の気泡放出ノズル８２とを有している。気泡発生部８は、発生した気泡が浮力により放電領域内を上昇するように放電電極６３ａ、６３ｂよりも下方に配置されている。また、気泡発生部８は、ガス供給口５を介してガス供給源９に接続されている。この例では、ガスとして酸素ガスが用いられている。
【０２１７】
ガス貯留部８１は、処理水槽１の下部にガスを貯留できる空間を確保する境界板８１０を有している。境界板８１０は、断面矩形の板になっており、処理水槽１内を上下に分割するように嵌められている。境界板８１０は、処理水槽１の注水口４よりも下方であり、ガス供給口５よりも上方となる位置に設けられ、被処理水がガス貯留部８１内に入り込まないように嵌められている。また、境界板８１０には、気泡放出ノズル８２を境界板８１０に取り付けるガス穴が複数（この例では、２箇所）開けられている。
【０２１８】
気泡放出ノズル８２は、各ガス穴にそれぞれ設けられ、境界板８１０から放電電極６３ａ、６３ｂの何れかに向かって突出して設けられている。また、気泡放出ノズル８２は、絶縁体で構成されている。気泡放出ノズル８２の先端部には、ガス貯留部８１から気泡放出ノズル８２に流れ込んだガスを被処理水中に気泡として放出する気泡穴８２０が設けられている。気泡放出ノズル８２は、気泡穴８２０と放電電極６３ａ、６３ｂとの間隔を接近させた状態で各ガス穴に取り付けられている。この例では、気泡放出ノズル８２は、全て第１放電電極６３ａに接近させた状態になっている。
【０２１９】
図３６（ａ）は、放電電極６３ａ、６３ｂに直接接触するように気泡穴８２０から気泡が放出された状態を示す模式図である。図３６（ｂ）は、放電電極６３ａ、６３ｂから距離Ｌ離れた位置に気泡穴８２０から気泡が放出された状態を示す模式図である。なお、図３６（ａ）および図３６（ｂ）では、第１放電電極６３ａと第２放電電極６３ｂとがそれぞれ１つずつ図示されている。また、図３６（ａ）および図３６（ｂ）では、気泡が、第１放電電極６３ａに接触または接近された状態を示している。
【０２２０】
気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間隔は、図３６（ａ）に示されるように、発生した気泡が液相を介さず第１放電電極６３ａと直接接することができるか、または、図３６（ｂ）に示されるように、発生した気泡と第１放電電極６３ａとの間の距離Ｌが１ｍｍ以下となるような間隔に設定されている。この間隔を確保するために、気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間隔を狭く近接した状態にする。
【０２２１】
気泡扁平化部４０は、気泡穴８２０から発生した気泡の形状を、気泡の短い直径に当たる短径と、短径よりも長い気泡の長い直径に当たる長径とで形成される図３６（ａ）および図３６（ｂ）に示されるような略楕円形に偏平化する。この発明の実施の形態３２の気泡扁平化部４０は、気泡穴８２０を有する気泡発生部８と第１放電電極６３ａとを指しており、気泡穴８２０から気泡が完全に被処理水中に放出させる前に、第１放電電極６３ａに接触させることで気泡を偏平化している。すなわち、気泡は、気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間に挟まれて扁平化される。このようにして気泡を偏平化させるために、気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間隔は、短径以下設定されている。
【０２２２】
ガス供給源９は、処理水槽１のガス供給口５に接続されている。ガス供給源９から供給されたガスは、ガス供給口５を通してガス貯留部８１に送られる。ガス供給源９としては、ガスボンベにマスフローコントローラを接続し、被処理水を処理するために必要な量のガスを、設定された流量でガス貯留部８１に供給する例が挙げられる。
【０２２３】
パルス電源１０は、波形の立ち上がりが早く、電圧印加時間が短い電圧波形を出力するものが好ましい。パルス電源１０には、例えば、パルス電圧を出力するものが用いられる。これは、水中放電によるジュール損の影響によるエネルギーロスを緩和するためである。イオン交換水のように純度の高い水では、導電率が１μＳ／ｃｍ以下と低く高絶縁性を示すが、被処理水には多くの不純物が含まれているので導電率が高い。このため、放電電極６３ａ、６３ｂ間にパルス電源１０から電圧を印加したとき、水の通電により、多くが熱エネルギーとして消費されるジュール損が存在する。
【０２２４】
ジュール損は、電圧波形のパルス幅に比例して増加するので、数百ナノ秒程度の瞬間的な電圧を印加することで抑制される。これにより、水中放電においては、波形の立ち上がりが早く、電圧印加時間が短い電圧波形のＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）で３００ナノ秒程度を出力することができる短パルス電源を用いる。
【０２２５】
なお、周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で用いることが好ましい。これは、出力されるパルス波形の形状を一定としたとき、周波数が１０Ｈｚよりも小さいと、設定された電力を投入するのに多大な電圧を印加する必要が生じるためである。また、周波数が１ＭＨｚよりも大きいと、多大な電力を消費するためである。
【０２２６】
また、出力電圧は、１ｋＶ〜２００ｋＶの範囲で用いることが好ましい。これは、出力電圧が１ｋＶよりも小さいと、気泡内で放電が起きないためである。また、出力電圧が２００ｋＶよりも大きいと、電源の導入コストが高くなるためである。
【０２２７】
次に、水処理装置を用いた水処理方法について説明する。まず、注水口４から処理水槽１内に被処理水を注入する（被処理水注入ステップ）。次に、パルス電源１０から放電電極６３ａ、６３ｂ間に電圧を印加して、各放電電極６３ａ、６３ｂ間に放電領域を形成する（放電領域形成ステップ）。
【０２２８】
さらに、気泡放出ノズル８２から被処理水がガス貯留部８１に入り込まない状態（すなわち、処理水槽１の高さ方向について、処理水槽１内に注入された被処理水の液面が、気泡穴８２０よりも低い状態）で、ガス供給源９からガス貯留部８１にガスを送り込み、気泡穴８２０から気泡が発生できる状態にする（気泡発生ステップ）。
【０２２９】
気泡穴８２０から放出される気泡は、気泡穴８２０から完全に放出される前に、気泡扁平化部４０を構成する第１放電電極６３ａと気泡穴８２０との間に挟まれて、第１放電電極６３ａに触れながら、第１放電電極６３ａに沿って細長く伸長されて扁平化される（気泡扁平ステップ）。扁平化された気泡は、放電領域内に放出される。このとき、扁平化された気泡内に対して第１放電電極６３ａから電界が印加され、気泡内に放電が行われる。これを予備放電と呼ぶ（予備放電ステップ）。
【０２３０】
予備放電により、気泡内には、イオンおよび電子等の荷電粒子が発生する。すなわち、この予備放電とは、水中の気泡に対して空気中の放電開始電界と比較して極めて高い電界を印加することで、気泡内に放電を起こし、気泡内に放電の種火となる荷電粒子を発生させる役割を担う放電を指す。
【０２３１】
荷電粒子を含んだ気泡は、浮力により被処理水内に形成された放電領域内を上昇する。このとき、気泡に対して第１放電電極６３ａによる放電が継続して行われることで、予備放電で起きた放電が放電領域内で持続的に保持される。これを主放電と呼ぶ。主放電により保持されている気泡内の放電により、被処理水中には、ＯＨラジカルが発生する（ＯＨラジカル発生ステップ）。すなわち、この主放電とは、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡を放電領域内で持続的に放電させることで、高効率にＯＨラジカルを発生させる役割を担う放電を指す。
【０２３２】
被処理水は、ＯＨラジカル発生ステップで発生したＯＨラジカルにより処理されていく（被処理水処理ステップ）。処理された被処理水は、排水口２から処理水槽１の外に排出される（処理済み被処理水放出ステップ）。また、浮力により被処理水内を上昇した気泡は、最終的にガス排気口３から処理水槽１の外に排出される。これらを、設定された分解時間行うことで、全ての被処理水の処理が完了する。
【０２３３】
次に、ＯＨラジカル発生ステップにて発生するＯＨラジカルの発生原理について説明する。この発明の実施の形態３２のように、酸素を含有する気泡で放電が起きたとき、上記式（１）に示されるように、気泡内では、主放電による電子と酸素分子との衝突によりＯラジカルが生成される。
【０２３４】
さらに、Ｏラジカルと水分子が反応すると、上記式（２）に示されるように、ＯＨラジカルが生成される。
【０２３５】
また、放電による電子と水分子との衝突によっても、上記式（３）に示されるように、ＯＨラジカルが生成される。
【０２３６】
上記式（２）、（３）による反応により、ＯＨラジカルが被処理水内で発生する。また、さらにＯＨラジカルの反応がさらに進むと、オゾンおよび過酸化水素等も生成されるが、これらも直接的または間接的に被処理水の処理に寄与する。このようにして生成される物質は、酸化還元電位が高いほど、酸化活性が高く、被処理水の処理への効果が高いことを意味する。各物質の酸化力の指標である酸化還元電位は、図２に示した通りである。
【０２３７】
図２において、ＯＨラジカルは、Ｏラジカル等よりも酸化還元電位が高く、被処理水の処理への効果が高いことが示されている。
【０２３８】
次に、気泡の予備放電に必要な印加電界について説明する。一般的に、水中の平板電極間に存在する酸素気泡にかかる電界Ｅは、平板電極間の平等電界をＥ0、水の比誘電率をε1、酸素気泡の比誘電率をε2とすると、次式（６）で表される。
【０２３９】
【数４】
0005889433.tif 000005
【０２４０】
図３６（ｃ）は、水中の平板電極間に存在する気泡に関する説明図である。図３６（ｃ）に示されるように、気泡が平板電極間に存在するとき、気泡内の電界Ｅは、気泡の偏平率をｍ（ｍ＝ｂ／ａであるとともに、ｍ＞１）、酸素気泡の比誘電率ε2を１とすると、次式（７）、（８）で表される。なお、ａは、気泡の形状を略楕円形としたときの短半径を指し、ｂは、気泡の形状を略楕円形としたときの長半径を指すとする。
【０２４１】
【数５】
0005889433.tif 000006
【０２４２】
【数６】
0005889433.tif 000007
【０２４３】
水の比誘電率ε1は、約８０で、酸素気泡の比誘電率ε2＝１よりも充分に大きいことから、上記式（７）は、次式（９）のように近似できる。
【０２４４】
【数７】
0005889433.tif 000008
【０２４５】
図３７は、気泡の扁平化による電界増加率Ｅ／Ｅ0と偏平率ｍとの関係を示すグラフである。図３７に示されるように、気泡の扁平化による電界増加率Ｅ／Ｅ0と偏平率ｍとの関係は、偏平率ｍが大きいほど（電極間の電界に対して垂直に交わる方向に気泡が細長く伸長するほど）気泡にかかる電界Ｅは、増加する。
【０２４６】
パッシェンの法則から導出される水中の酸素の気泡径と放電開始電界との関係を示すグラフは、図３に示した通りである。図３において、パッシェンの法則から導出される水中の酸素の気泡径と放電開始電界との関係では、気泡径が小さいほど（先の図３６（ｃ）におけるａが小さいほど）予備放電に必要な印加電界が増加することが示されている。したがって、これら図３７、図３の結果より、偏平率ｍが大きくなるように気泡を扁平化させることで、気泡に高電界を掛けられる一方で、偏平率ｍを大きくするために気泡径ａを小さくするほど、気泡の放電開始電界が増加してしまうことがわかる。
【０２４７】
図３８は、気泡径１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。図３９は、気泡径０．１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。図４０は、気泡径０．０１ｍｍにおける気泡にかかる電界と偏平率との関係を示すグラフである。
【０２４８】
図３８〜４０に示されるように、いずれの条件においても、偏平率ｍの増加に対して、気泡の放電開始電界Ｅsの増加量よりも、気泡にかかる電界Ｅの増加量の方が大きくなっている。したがって、電極間の気泡を偏平率ｍが大きい条件で扁平化させることで、気泡の放電開始電界の増加量よりも大きい増加量が得られる電界として、電界Ｅを気泡に印加することができる。
【０２４９】
また、主放電により発生するＯＨラジカルは、分解対象である被処理水と気泡との界面で反応することから、被処理水の処理効率を考えると、気液界面の接触面積を増加させることが重要である。したがって、気液界面の接触面積を増加させる観点からは、気泡径が小さく、かつ、多量の気泡が被処理水中に送り込まれることが望ましい。
【０２５０】
気泡径や気泡の上昇速度によって異なるが、通常、ミリ径以下の気泡が浮力により水中を上昇する場合、水の粘性抵抗により、気泡は、偏平率ｍが１〜１．５の範囲で収縮を繰り返しながら上昇する。したがって、この発明の実施の形態３２以降では、電極間において、偏平率ｍが１．５以上となるように（すなわち、長半径ｂに対する短半径ａを小さくするように）、気泡を偏平化させることで、気泡に対してより高電界を印加するとともに、気液界面の接触面積を増加させている。
【０２５１】
このような水処理装置および水処理方法では、気泡穴８２０から放出された気泡が、気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間に挟まれて扁平化されるとともに、放電領域に入るので、気泡内に空気中の放電開始電界と比較して極めて高い電界を印加する予備放電を行うことができる。さらに、予備放電が行われた気泡は、浮力により被処理水内に形成された放電領域を上昇するので、気泡内の放電を持続的に保持することができる。これらにより、放電領域内全体にＯＨラジカルを発生させることができる。したがって、より多くの被処理水の処理が可能となるため、処理水槽１を大容量化することができ、処理効率を向上させることができる。
【０２５２】
水中の気泡においては、大気中と比較して放電の種火となる電子やイオン等の荷電粒子が欠乏していることから放電が起こりにくい問題があり、気泡径が小さくなるほど顕在化して、電界印加から放電が起きるまでに数分以上の放電時間遅れが生じる場合がある。しかしながら、上述したように、この発明では、予備放電により気泡内には荷電粒子を発生させることができる。この結果、気泡径１ｍｍの場合に、従来では１０3秒〜１０5秒の時間オーダで影響していた放電時間遅れを、この発明では、３０-7秒以下まで低減させることができる。これにより、Ｘ線照射等を行う必要がなくなり、コストの削減にもつなげることができる。
【０２５３】
以上のように、実施の形態３２によれば、水処理装置は、複数の放電電極と、放電電極に近接した気泡発生部とを有している。また、水処理方法では、気泡穴８２０から放出される気泡を第１放電電極６３ａに沿って扁平化する気泡扁平ステップと、扁平化された気泡に予備放電を発生する予備放電ステップとを有している。これにより、扁平化された気泡内には、高電界が印加される。このような構造を備えることで、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２５４】
なお、上記実施の形態３２では、気泡放出ノズル８２が、絶縁体で構成されているが、これに限るものではない。例えば、ステンレス、鉄および銅等の導電性を有する金属材料で構成されていてもよい。なお、このような導電性を有する金属材料で構成された気泡放出ノズル８２を使用する場合には、気泡放出ノズル８２を接地することが好ましい。
【０２５５】
実施の形態３３．
先の実施の形態３２では、第２放電電極６３ｂが、処理水槽１内の中央部に配置された第１放電電極６３ａを介して互いに対向して処理水槽１の壁面に配置されている場合について説明した。これに対して、この発明の実施の形態３３では、処理水槽１内の中央部に配置された第１放電電極６３ａを介して互いに対向する処理水槽１の壁自体を第２放電電極６３ｂとする場合について説明する。
【０２５６】
図４１は、この発明の実施の形態３３に係る水処理装置の放電電極６３ａ、６３ｂの配置を示す構成図である。図４１に示されるように、処理水槽１を構成する断面矩形状の容器は、放電電極６３ａ、６３ｂの材料で形成されている。すなわち、第２放電電極６３ｂは、処理水槽１と一体化されている。この発明の実施の形態３３における処理水槽１の材料には、例えば、ステンレス、アルミニウムおよび銅等の導電性の材料が用いられている。その他の構成は、先の実施の形態３２と同様である。
【０２５７】
以上のようなこの発明の実施の形態３３における水処理装置でも、先の実施の形態３２と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２５８】
また、第１放電電極の周囲全体に第２放電電極が配置されていることになるので、先の実施の形態３２よりも放電領域を広く取ることができる。これにより、より多量の被処理水を処理することができる。
【０２５９】
実施の形態３４．
先の実施の形態３３では、処理水槽１の壁自体を第２放電電極６３ｂとする際に、処理水槽１の形状を断面矩形状の容器とする場合について説明した。しかしながら、処理水槽１の形状は、断面矩形状に限定されるものではなく、この発明の実施の形態３４では、他の断面形状に関して説明する。
【０２６０】
図４２は、この発明の実施の形態３４に係る水処理装置の放電電極６３ａ、６３ｂの配置を上面から見た状態を示す構成図である。図４２に示されるように、処理水槽１には、円筒形の容器が用いられている。また、第１放電電極６３ａの形状は、断面略円形の柱状（円柱形）になっている。その他の構成は、先の実施の形態３３と同様である。
【０２６１】
以上のようなこの発明の実施の形態３４における水処理装置でも、先の実施の形態３２と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２６２】
さらに、先の実施の形態３３と同様に、第１放電電極の周囲全体に第２放電電極が配置されていることになるので、先の実施の形態３２よりも放電領域を広く取ることができる。これにより、より多量の被処理水を処理することができる。
【０２６３】
実施の形態３５．
先の実施の形態３２〜３４では、気泡穴８２０が、気泡放出ノズル８２の先端部に設けられている場合について説明した。これに対して、この発明の実施の形態３５では、気泡穴８２０が、境界板８１０を変形させた筒部８１０ｂに設けられている場合について説明する。
【０２６４】
図４３は、この発明の実施の形態３５に係る水処理装置を示す構成図である。図４３に示されるように、境界板８１０の形状は、先の実施の形態３２と同様の矩形状の板部８１０ａと、第１放電電極６３ａと対向する部分が第１放電電極６３ａと接近するように板部８１０ａから突出した筒部８１０ｂとで構成されている。
【０２６５】
気泡穴８２０は、筒部８１０ｂと第１放電電極６３ａとが対向する筒部８１０ｂの面に開けられた穴として構成されている。気泡穴８２０が設けられている筒部８１０ｂの面と第１放電電極６３ａとの距離は、気泡径よりも小さくなるように接近した距離に設定されている。したがって、この発明の実施の形態３３の気泡扁平化部４０も、気泡穴８２０を有する気泡発生部８と第１放電電極６３ａとを指しており、気泡穴８２０から被処理水中に放出された気泡は、気泡穴８２０と第１放電電極６３ａとの間に挟まれて扁平化される。その他の構成は、先の実施の形態３２と同様である。
【０２６６】
以上のような実施の形態３５における水処理装置でも、先の実施の形態３２と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２６７】
なお、先の図４３では、この発明の実施の形態３５の構成を備えた気泡放出ノズル８２を、先の実施の形態３２に適用した場合について説明したが、先の実施の形態３３〜３４に適用しても、同様の効果を得ることができる。
【０２６８】
実施の形態３６．
先の実施の形態３２〜３５では、予備放電および主放電を共に同じ放電領域で行う場合について説明した。これに対して、この発明の実施の形態３６では、予備放電を行うための放電領域と、主放電を行うための放電領域とを分けて設ける場合について説明する。
【０２６９】
図４４は、この発明の実施の形態３６に係る水処理装置を示す構成図である。図４４において、境界板８１０を第３放電電極６４ａとして用いている。これにより、この発明の実施の形態３６の境界板８１０となる第３放電電極６４ａは、放電電極６３ａ、６３ｂの材料で形成されている。また、第３放電電極６４ａには、気泡穴８２０となる穴が複数（この例では、４つ）開けられている。
【０２７０】
また、第３放電電極６４ａよりも上方で、かつ、第１放電電極６３ａおよび第２放電電極６３ｂよりも下方には、第４放電電極６４ｂが設けられている。すなわち、第３放電電極６４ａと第４放電電極６４ｂとは、第１放電電極６３ａおよび第２放電電極６３ｂよりも下方で、かつ、被処理水中に互いに距離を置いて配置されている。
【０２７１】
第４放電電極６４ｂの形状は、円柱形状とされている。第４放電電極６４ｂは、長手方向を処理水槽１の幅方向（図４４の左右方向）に沿って向けた状態で、気泡穴８２０の真上に配置されている。すなわち、この例では、放電電極が、第１放電電極６３ａ、一対の第２放電電極６３ｂ、第３放電電極６４ａおよび第４放電電極６４ｂの合計５つ設けられている。
【０２７２】
これにより、第３放電電極６４ａに設けられた気泡穴８２０から放出された気泡は、浮力により被処理水中を上昇し、第４放電電極に接触して扁平化される。したがって、この発明の実施の形態３６の気泡扁平化部４０は、気泡発生部８となる第３放電電極６４ａと、第４放電電極６４ｂとを指している。
【０２７３】
また、第３放電電極６４ａおよび第４放電電極６４ｂは、パルス電源１０とは別途設けられた第２パルス電源（第２電源）１１に接続されている。これにより、第３放電電極６４ａと第４放電電極６４ｂとの間には、予備放電領域（第２放電領域）が形成される。第１放電電極６３ａ、一対の第２放電電極６３ｂ、第３放電電極６４ａおよび第４放電電極６４ｂの配置より、放電領域と予備放電領域とは、被処理水中の別の場所に形成されている。その他の構成は、先の実施の形態３２と同様である。
【０２７４】
次に、この発明の実施の形態３６における水処理方法について説明する。被処理水注入ステップ後、パルス電源１０は、放電電極６３ａ、６３ｂに電圧を印加して、放電電極６３ａ、６３ｂ間に放電領域を形成する。また、第２パルス電源１１は、放電電極６４ａ、６４ｂに電圧を印加して、放電電極６４ａ、６４ｂに予備放電領域を形成する（放電領域形成ステップ）。気泡発生ステップは、被処理水注入ステップと同じタイミングで行われている。
【０２７５】
気泡発生ステップ後、気泡穴８２０から放出された気泡は、第３放電電極６４ａに接触しながら予備放電領域に入り、浮力により上昇して第４放電電極６４ｂに接触して第４放電電極６４ｂの長手方向に沿って扁平化される（気泡扁平ステップ）。これにより、気泡内に予備放電が起きる（予備放電ステップ）。その後、扁平化され、予備放電が起きた状態の気泡は、第４放電電極６４ｂの円柱に沿って浮上し、放電領域に入る。この後のＯＨラジカル発生ステップ、被処理水処理ステップおよび処理済み被処理水放出ステップは、先の実施の形態３２と同様である。
【０２７６】
以上のような実施の形態３６における水処理装置でも、先の実施の形態３２と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２７７】
さらに、放電領域と予備放電領域とを形成する放電電極を別々に設けているので、予備放電と主放電との電圧の印加をそれぞれ最適な条件で制御することができる。これにより、消費電力の削減に繋げることができる。
【０２７８】
さらに、気泡穴は、境界板となる第３放電電極に開けられている構成になっているので、先の実施の形態３２〜３５に比べて大量の気泡を一気に放出することができる。これにより、より広範囲での処理が可能となり、処理効率を向上することができる。
【０２７９】
なお、この発明の実施の形態３６では、第３放電電極６４ａの形状を円柱形状としているが、これに限らず、気泡が停滞せずに浮力により放電領域まで上昇できる形状であればよい。
【０２８０】
実施の形態３７．
先の実施の形態３２〜３６では、ガス供給口５が、注水口４よりも下方に設けられている場合について説明した。これに対して、この発明の実施の形態３７では、ガス供給口５が、注水口４よりも上方に設けられている場合に、同様の効果を得る構成について説明する。
【０２８１】
図４５は、この発明の実施の形態３７の水処理装置を示す構成図である。図４５に示されるように、ガス供給口５は、被処理水の注水口４よりも上方に少なくとも１箇所以上設けられている。この例では、ガス供給口５は、処理水槽１の幅方向両端部に設けられている。また、ガス供給口５は、放電領域中に直接気泡を放出できる位置に設けられている。一方、この例では、ガス供給口５が、処理水槽１から第２放電電極６３ｂの下部を貫通して設けられている。
【０２８２】
このような構成において、気泡は、ガス供給口５から放電領域に直接放出されるので、ガス貯留部８１と被処理水とを処理水槽１内で分ける必要がなくなる。これにより、境界板８１０は、設けられていない。
【０２８３】
さらに、この発明の実施の形態３７では、先の実施の形態３２〜３６よりもガス供給源９からガス供給口５へ供給するガスの流量を増大させている。これにより、ガスの流量を増大させると、ガス供給口５から出される気泡の噴き出し速度が速くなるので、気泡が被処理水の粘性抵抗の影響を大きく受けることになる。これにより、気泡の進行方向（水処理装置の高さ方向）に対向する抵抗力が生じるので、気泡は、気泡の噴出し方向に対して垂直方向に細長く伸長されて扁平化されることになる。
【０２８４】
さらに、この発明の実施の形態３７では、先の実施の形態３２〜３６よりも注水口４から注水する被処理水の流量を増大させている。これにより、処理水槽１内を流通する被処理水の流速が早くなる。このとき、被処理水の流れに対する気泡の慣性力の影響により、被処理水中に放出された気泡は、被処理水の流れる方向（水処理装置の高さ方向）に沿って細長く扁平化される。したがって、この発明の実施の形態３７の気泡扁平化部４０は、ガス供給口５およびガス供給源９と、ガス供給口５および注水口４とを指している。その他の構成は、先の実施の形態３２と同様である。
【０２８５】
以上のような実施の形態３７における水処理装置でも、先の実施の形態３２と同様に、気泡内に高電界が印加される予備放電が行われ、予備放電により荷電粒子を含んだ気泡は、放電領域内で持続的に放電してＯＨラジカルを発生させることができる。この結果、従来と比較して、大量のＯＨラジカルを短時間で発生させることができ、処理水槽の容量が大きいときでも被処理水を高効率で処理できるという効果を得ることができる。
【０２８６】
さらに、気泡穴を別途設けず、ガス供給口から直接気泡を処理水槽内に放出しているので、境界板および気泡放出ノズル等の部材を設ける必要がなくなり、コストをさらに低減することができる。
【０２８７】
なお、各上記実施の形態では、ガス供給源９から供給されるガスとして、酸素ガスを用いているが、これに限るものではない。例えば、窒素、空気、水蒸気、アルゴン、ヘリウム等およびこれらの混合気体を用いることができる。窒素の不活性ガスに酸素または水蒸気を混ぜ合わせた混合気体を用いると、ＯＨラジカルを長寿命化することができ、ＯＨラジカルによる分解効果を向上させることができる。
【０２８８】
また、アルゴンと酸素または水蒸気を混ぜ合わせた混合気体を用いると、酸素または水蒸気単独よりも低い電界での放電が可能となる。水蒸気発生の手段としては、水を電熱ヒーターにより加熱する手段が考えられる。
【０２８９】
また、各上記実施の形態では、被処理水を処理水槽１内に貯留しながら処理し、処理済みの被処理水を処理水槽１外に放出しているが、これに限るものではなく、被処理水を処理に必要な分解時間に応じて循環する構成でもよい。これには、例えば、液体用マスフロートコントローラ、または、ポンプ等を用いて実現することができる。
【０２９０】
また、各上記実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状および配置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定するものではなく、実施例に過ぎない。
【０２９１】
以上、好ましい実施の形態を参照してこの発明の内容を具体的に説明したが、この発明の基本的技術思想および教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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