(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に対して傾斜して配置されている平板状の接地電極、
前記接地電極の上方に配置されており、かつ複数の孔が設けられており、供給された被処理水を、前記孔を通して水滴として前記接地電極上に落下させるシャワープレート、及び
前記接地電極と前記シャワープレートとに挟まれる位置に配置されており、前記接地電極との間に放電を形成する放電電極
を備えている水処理装置。
【請求項２】
前記シャワープレートの下面には、前記孔の周縁部から前記下面の下方へ突出した複数の突起部が設けられている請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記孔及び前記突起部は、前記シャワープレートを構成する板材の前記孔に対応する部分を、一部を残して切り欠き、切り欠いた部分を前記水滴の落下方向へ向けて折り曲げることにより形成されている請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記シャワープレートの下方に配置されており、前記シャワープレートから落下した前記水滴に当たって前記水滴を微細化して前記接地電極上に落下させるバリア部材をさらに備えている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記接地電極及び前記放電電極をそれぞれ有する複数の水処理ユニットが、上下方向に並べて配置されており、
上下に隣接する前記水処理ユニットでは、前記接地電極が水平面に対して交互に逆方向に傾斜しており、
少なくとも一部の前記水処理ユニットの前記接地電極は、前記シャワープレートを兼ねるシャワー電極であり、被処理水を水滴として落下させる請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記シャワー電極の下流側の端部には、被処理水を堰き止める堰が設けられている請求項５記載の水処理装置。
【請求項７】
前記シャワープレートの傾斜角度、被処理水の流量、及び前記放電の放電電力のうちの少なくとも１つが調節可能になっている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
複数の孔が設けられているシャワープレートに被処理水を供給し、
水平面に対して傾斜して配置された平板状の接地電極上に、前記孔を通して前記被処理水を水滴として落下させ、
前記接地電極と前記シャワープレートとに挟まれる位置に配置された放電電極と前記接地電極との間に放電を形成する水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電で生じたオゾン及びラジカル等を用いて被処理水を処理する水処理装置及び水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで上下水の処理においては、一般にオゾン又は塩素が用いられてきた。しかし、例えば工業排水及び再利用水等には、オゾン又は塩素では分解されない難分解性物質が含まれることがある。特に、ダイオキシン類及びジオキサン等の除去が大きな課題となっている。
【０００３】
一部では、オゾン（Ｏ３）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）又は紫外線とを組み合わせることで、オゾン又は塩素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が、装置コスト及び運転コストが非常に高く、あまり普及していない。そこで、放電で発生させたＯＨラジカル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。
【０００４】
具体的には、線状の高圧電極と、それを囲う円筒状の接地電極との間にパルス電圧を印加することでストリーマー放電を形成するとともに、水滴状態の被処理水を上方からストリーマー放電空間に供給することで、被処理水を処理する水処理装置が提案されている。この水処理装置によれば、短寿命のＯＨラジカルを被処理水に効率よく作用させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９３４１１９号公報（第１頁第１〜８行目、図１）
【特許文献２】特許第４６３５２０４号公報（第１頁第１〜１４行目、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１に示された従来の水処理装置では、水滴状態の被処理水がストリーマー放電空間を垂直に落下するため、ストリーマー放電空間に存在するＯＨラジカルと被処理水との接触時間が極めて短い。このため、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を行う際には、被処理水を何度も循環させるか、放電電極を非常に高くする必要がある。このため、被処理水の吸い上げエネルギーの増加、及び装置の大型化などが問題となる。
【０００８】
一方、特許文献２に示された従来の水処理装置では、放電で生じるＯＨラジカルと被処理水との接触が被処理水の表面に限られるため、ラジカルを被処理水に対して効率的に作用させることができない。また、ＯＨラジカルの寿命は１ミリ秒以下と短いため、実質的に有効なのは水面の極近傍に限られ、被処理水の深い部分の処理が進まない問題があった。
【０００９】
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、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる水処理装置及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】
【００１０】
この発明に係る水処理装置は、水平面に対して傾斜して配置されている平板状の接地電極、接地電極の上方に配置されており、かつ複数の孔が設けられており、供給された被処理水を、孔を通して水滴として接地電極上に落下させるシャワープレート、及び接地電極とシャワープレートとに挟まれる位置に配置されており、接地電極との間に放電を形成する放電電極を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の水処理装置は、シャワープレートにより被処理水を水滴化して接地電極上に落下させるので、難分解性物質の分解又は高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。
【図２】図１の水処理装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図１の水処理装置の水処理動作を説明するための説明図である。
【図４】実施の形態１の水処理装置による水処理試験の結果を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態２による水処理装置のシャワープレートの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３による水処理装置のシャワープレートを示す斜視図である。
【図７】図６の孔を拡大して示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４による水処理装置のシャワープレートの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５による水処理装置の断面図である。
【図１０】図９の要部を拡大して示す断面図である。
【図１１】図９の水処理装置の制御系を示すブロック図である。
【図１２】放電電極の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１３】放電電極の第２の変形例を示す斜視図である。
【図１４】放電電極の第３の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。図において、密閉構造の金属製の処理槽１の上部には、給水口１ａ及びガス排出口１ｂが設けられている。処理槽１の下部には、排水口１ｃが設けられている。処理槽１の側面には、ガス供給口１ｄが設けられている。
【００１４】
処理槽１内には、接地電極としての平板電極２が収容されている。平板電極２は、処理槽１の底面に立てられた上流側架台３ａ及び下流側架台３ｂにより支持されており、水平面に対して傾斜して配置されている。即ち、平板電極２の上流側端部（図１の右端部）は、下流側端部（図１の左端部）よりも高くなっている。
【００１５】
処理槽１内の平板電極２の上方には、平板状のシャワープレート１２が配置されている。シャワープレート１２は、上流側支持部材１３ａ及び下流側支持部材１３ｂにより支持されており、水平面に対して傾斜して配置されている。また、シャワープレート１２は、平板電極２の上面に対向して、平板電極２に平行に配置されている。即ち、シャワープレート１２の上流側端部（図１の右端部）は、下流側端部（図１の左端部）よりも高くなっている。
【００１６】
シャワープレート１２には、複数（多数）の孔１２ａが設けられている。シャワープレート１２としては、例えばパンチングメタル材又はメッシュ状の板材等を用いることができる。
【００１７】
シャワープレート１２の上流側端部は、給水口１ａの真下に配置されている。被処理水４は、給水口１ａから処理槽１内に供給され、シャワープレート１２の上面に沿って斜め下方へ流れる。シャワープレート１２は、供給された被処理水４を、孔１２ａを通して水滴４ａとして平板電極２上に落下させる。
【００１８】
平板電極２上に落下した被処理水４は、平板電極２の上面に沿って斜め下方へ流れ、排水口１ｃから処理槽１外へ排出される。
【００１９】
処理槽１内の平板電極２の上方には、平板電極２に対して空隙を介して放電電極としての複数（この例では３本）のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃが配置されている。ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、平板電極２とシャワープレート１２との間に配置されている。
【００２０】
また、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、被処理水４の流下方向に互いに間隔をおいて配置されている。さらに、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、平板電極２の上面に対して等間隔をおいて配置されている。さらにまた、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、平板電極２の幅方向（図１のＸ軸方向）に平行かつ水平に張られている。
【００２１】
処理槽１の外部には、パルス電源７が設置されている。ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、パルス電源７に対して配線８を介して並列に接続されている。パルス電源７は、処理槽１に対して絶縁部９により電気的に絶縁されている。平板電極２は、電気的に接地されている。実施の形態１の放電形成手段１０は、パルス電源７及び配線８を有しており、平板電極２とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとの間に高電圧を印加して放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成する。
【００２２】
ガス供給口１ｄには、酸素ガスを満たしたガス供給源１７が流量調節器１８を介して接続されている。
【００２３】
図２は図１の水処理装置の要部を示す斜視図である。平板電極２は、水平方向に対して傾斜角θだけ傾斜している。平板電極２の幅方向両端部には、一対の側壁２０ａ，２０ｂが設けられている。被処理水４は、平板電極２上の側壁２０ａ，２０ｂ間を流下する。
【００２４】
側壁２０ａ，２０ｂ上には、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを保持する複数対（この例では３対）の保持部材２１が固定されている。ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、保持部材２１により側壁２０ａ，２０ｂ及び平板電極２に対して電気的に絶縁されている。
【００２５】
次に、動作について説明する。ガス供給源１７から供給された酸素ガスは、流量調節器１８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。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。高酸素濃度の雰囲気とすることにより、オゾン濃度が高くなり、難分解性物質の分解能力が高まる。
【００２６】
給水口１ａからシャワープレート１２上に供給された被処理水４は、シャワープレート１２上を流水となって流れる。このとき、シャワープレート１２の孔１２ａからは、流水の一部が水滴４ａとなって順次平板電極２上に落下する。水滴４ａは、平板電極２の傾斜面上に降り注ぎ、平板電極２上の側壁２０ａ，２０ｂ間に水膜を形成して流下し、排水口１ｃから排出される。
【００２７】
このように被処理水４を流す一方で、パルス電源７を動作させ、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃにパルス電圧を印加することで、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃから平板電極２の方向に放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される。
【００２８】
図３は図１の水処理装置の水処理動作を説明するための説明図である。形成された放電場（空間）には、シャワープレート１２から落下した水滴４ａの表面と、平板電極２上を流れる流水の表面が曝される。その結果、水滴４ａと放電との気液界面の接触面と、平板電極２上を流れる流水と放電との気液界面の接触面とにおいて反応が生じ、被処理水４中の難分解性物質の除去などの水処理が行われる。
【００２９】
ここで、孔１２ａの大きさ、シャワープレート１２全体に占める孔１２ａの開口率、被処理水４の流量、及びシャワープレート１２の傾斜角度は、水滴４ａを形成する上で重要な設定値となる。従って、上記の設定値は、実験により予め最適化しておく必要がある。ここでは、シャワープレート１２としてパンチングメタル材を用い、各孔１２ａの径を５ｍｍ、開口率を６０％とした。
【００３０】
孔１２ａの径は１ｍｍから１００ｍｍのまでの範囲が好適で、開口率は１０％から８０％までの範囲が好適である。また、シャワープレート１２上を流れる被処理水４は、上流から下流に流れる間に全て水滴４ａとして落下するのが望ましい。
【００３１】
次に、実施の形態１の水処理装置による水処理の原理について説明する。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及びＯＨラジカルは除菌及び脱色にも有効である。
【００３２】
上述したように、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと平板電極２間で形成された放電場（空間）には、シャワープレート１２から落下した水滴４ａの表面と、平板電極２上を流れる流水の表面とが曝される。このとき、酸素分子（Ｏ２）、水分子（Ｈ２Ｏ）が高エネルギーの電子と衝突し、（１）式、（２）式の解離反応が生じる。ここで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）
【００３３】
（１）式で発生した原子状酸素の一部は、（３）式の反応によりオゾン（Ｏ３）となる。ここで、Ｍは反応の第三体であり、気中のあらゆる分子又は原子を表す。
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３  ・・・（３）
【００３４】
また、（２）式で生じたＯＨラジカルの一部は、（４）式の反応により過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）となる。
ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ２Ｏ２  ・・・（４）
【００３５】
そして、（１）〜（４）式の反応で生成されたＯ、ＯＨ、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２などの酸化性粒子は、（５）式の反応により、被処理水４中の有機物を二酸化炭素（ＣＯ２）と水とに酸化分解する。ここで、Ｒは処理対象となる有機物である。
Ｒ＋（Ｏ、ＯＨ、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２）→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  ・・・（５）
【００３６】
このような実施の形態１の水処理装置及び水処理方法によれば、シャワープレート１２の孔１２ａにより被処理水４を水滴４ａとして平板電極２上に落下させつつ、平板電極２とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとの間に放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成するので、（５）式の反応を多く生じさせることができ、高濃度の有機汚れの除去を、高効率かつ高速で行うことができる。また、このような効果は、難分解性物質の分解についても同様に得られる。
【００３７】
即ち、実施の形態１では、シャワープレート１２から落下した水滴４ａに加えて、落下した水滴４ａが傾斜した平板電極２上を流れる。そのため、特許文献１のような落下する水滴だけの場合、及び特許文献２のような傾斜面を流れる流水のみの場合に比べて、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃと被処理水４とが接触する面積が増加する。これにより、被処理水４中の有機物と酸化性粒子との反応面積が増加し、有機物の分解が進行する（広い気液界面面積の効果）。
【００３８】
また、被処理水４が傾斜した平板電極２上を流れるため、垂直に落下する場合と比べて流下速度が遅くなり、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃに長時間接触することになる。このため、被処理水４中の有機物と酸化性粒子との反応回数が増加し、有機物の分解が進行する（長時間滞在効果）。
【００３９】
水滴４ａを生成することにより、反応面積が増大して有機物の分解速度が向上することを、以下の試験により確かめた。試験では、難分解性物質を含む被処理水４として、酢酸ナトリウム５０ｍｇを純水に溶かした溶液１Ｌを、図１に示した水処理装置を用いて分解処理した。また、放電ガスとしては、酸素５００ｓｃｃｍを供給した。そして、水滴４ａが無い場合、即ち平板電極２上に溶液を直接流した場合と、シャワープレート１２を通して溶液を水滴化した場合とを比較した。
【００４０】
なお、試験では、排水口１ｃから排出された溶液を給水口１ａに戻して循環させながら処理をした。また、一定時間毎に溶液の一部をサンプリングして有機炭素（ＴＯＣ）評価を行った。
【００４１】
図４は上記の試験によるＴＯＣの時間変化を示すグラフである。図４において、ＴＯＣ値は最大値で規格化しており、●は溶液を水滴化しなかった場合、○は水滴化した場合を示している。
【００４２】
図４に示すように、処理時間の経過とともに被処理水４が分解されＴＯＣ濃度が減少した。特に、溶液を水滴化した場合は、一時間後に８割の有機炭素が分解された。一方、溶液を水滴化しなかった場合は、一時間後に２割しか分解しなかった。以上のことから、シャワープレート１２により被処理水４を水滴化することによる分解速度の向上を確認することができた。
【００４３】
実施の形態２．
次に、図５はこの発明の実施の形態２による水処理装置のシャワープレート１２の断面図である。実施の形態２では、シャワープレート１２の下面に、孔１２ａの周縁部から下方へ突出した複数の突起部１２ｂが取り付けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４４】
このような水処理装置では、シャワープレート１２に突起部１２ｂが取り付けられているので、シャワープレート１２からの水滴４ａの落下が容易になり、水処理能力を向上させることができる。
【００４５】
実施の形態３．
次に、図６はこの発明の実施の形態３による水処理装置のシャワープレート１２を示す斜視図、図７は図６の孔１２ａを拡大して示す斜視図である。実施の形態３では、シャワープレート１２を構成する板材の孔１２ａに対応する部分を、一部を残して三角形の爪状に切り欠き、切り欠いた部分を水滴４ａの落下方向へ向けて折り曲げることにより、三角形の孔１２ａとそれと同形状の突起部１２ｃとが同時に形成されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４６】
このような水処理装置では、シャワープレート１２に突起部１２ｃが形成されているので、シャワープレート１２からの水滴４ａの落下が容易になり、水処理能力を向上させることができる。また、突起部１２ｃを容易に追加することができる。
【００４７】
なお、実施の形態３では、三角形の突起部１２ｃを示したが、突起部１２ｃの形状はこれに限定されるものではない。
【００４８】
実施の形態４．
次に、図８はこの発明の実施の形態４による水処理装置のシャワープレート１２の断面図である。実施の形態４では、シャワープレート１２の下方に、シャワープレート１２から落下した水滴４ａに当たって水滴４ａを微細化して平板電極２上に落下させるバリア部材１４が配置されている。バリア部材１４としては、例えば、複数の線材の組み合わせ、メッシュ板、又はパンチングメタル板などを用いることができ、求められる水滴４ａのサイズに応じて選定される。また、この例では、バリア部材１４は、複数の支持体１５を介してシャワープレート１２に支持されている。他の構成は、実施の形態１、２又は３と同様である。
【００４９】
このような水処理装置では、バリア部材１４により水滴４ａが微細化されるので、水滴４ａ全体の総表面積が増加し、水滴４ａと放電との接触面積が増大して、より効率的に、かつより高速で水処理を行うことができる。
【００５０】
実施の形態５．
次に、図９はこの発明の実施の形態５による水処理装置の断面図である。密閉構造の金属製の処理槽３１の上部には、給水口３１ａ及びガス排出口３１ｂが設けられている。処理槽３１の下部には、排水口３１ｃ及びガス供給口３１ｄが設けられている。
【００５１】
給水口３１ａには、水量調節機構３２が設けられている。被処理水４は、水量調節機構３２を介して、給水口３１ａから処理槽３１に供給され、処理槽３１内で処理された後に、排水口３１ｃから排出される。
【００５２】
処理槽３１内の最上部には、処理装置のシャワープレート１２が配置されている。シャワープレート１２の下方には、第１ないし第４の水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが上下方向に並べて配置されている。即ち、処理槽３１内には、第１ないし第４の水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが多段に配置されている。
【００５３】
第１ないし第３の水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、シャワープレートを兼ねる接地電極であるシャワー電極３４と、実施の形態１と同様のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとをそれぞれ有している。シャワー電極３４には、複数（多数）の孔３４ａが設けられている。シャワー電極としては、例えばパンチングメタル材又はメッシュ状の板材等を用いることができる。シャワー電極３４は、供給された被処理水４を、孔３４ａを通して水滴４ａとして落下させる。
【００５４】
第４の水処理ユニット３３ｄは、実施の形態１と同様の平板電極２とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとを有している。
【００５５】
上下に隣接する水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄでは、シャワー電極３４又は平板電極２が水平面に対して交互に逆方向に傾斜している。第１の水処理ユニット３３ａのシャワー電極３４は、水平面に対してシャワープレート１２とは逆方向に傾斜している。このように、シャワープレート１２、シャワー電極３４及び平板電極２は、被処理水４が上段から下段へ向けて連続して流下するように配置されている。
【００５６】
シャワープレート１２及びシャワー電極３４の下流側の端部には、被処理水４を堰き止める堰３５が取り付けられており、流水の全てを下段のシャワー電極３４又は平板電極２へと導く。
【００５７】
各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、パルス電源７（図１）と電気的に並列に接続されており、シャワー電極３４及び平板電極２は電気的に接地されている。
【００５８】
図１０は図９の要部を拡大して示す断面図である。シャワープレート１２の流水方向の第１の端部、ここでは下流側の端部は、処理槽３１内に固定された支持部３６に回転可能に接続されている。
【００５９】
処理槽３１内には、角度調節機構としての複数の駆動装置３７が設けられている。駆動装置３７は、上下方向へ駆動される上下駆動棒３７ａが設けられている。シャワープレート１２の流水方向の第２の端部、ここでは上流側の端部は、上下駆動棒３７ａの上端部に接続されている。シャワープレート１２は、駆動装置３７により、下流側の端部を中心として回転される。即ち、シャワープレート１２の傾斜角度は、駆動装置３７により調節可能となっている。
【００６０】
シャワー電極３４及び平板電極２についても、シャワープレート１２と同様に、傾斜角度が調節可能となっている。シャワープレート１２、シャワー電極３４及び平板電極２の傾斜角度をそれぞれ調節することにより、最適な処理能力を設定することができる。
【００６１】
次に、動作について説明する。ガス供給口３１ｄから処理槽３１内にガスを供給するとともに、ガス排出口３１ｂから排気することにより、処理槽３１内をガスで充満させる。
【００６２】
被処理水４は、給水口３１ａを通って処理槽３１内に供給され、まずシャワープレート１２上を流れながら水滴４ａとなって第１の水処理ユニット３３ａのシャワー電極３４上に落下する。なお、最上段のシャワープレート１２上を流れる被処理水４の全てが水滴４ａとなるように、シャワープレート１２の孔１２ａのサイズ、開口率、流量、傾斜角度を設定しておく。
【００６３】
第１の水処理ユニット３３ａに落下した水滴４ａは、シャワー電極３４上を流水となって流れつつ、水滴４ａとなって第２の水処理ユニット３３ｂのシャワー電極３４上に落下する。このようにして、被処理水４は、下段の水処理ユニット３３ｃ，３３ｄへと順次進んで行く。また、処理槽３１内に供給されたガスは、処理槽３１内の下部域から気流となって上昇し、ガス排出口３１ｂから排気される。
【００６４】
各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄでは、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃにパルス電圧を印加することにより、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが発生している。各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに落下した水滴４ａは、放電場（空間）と接触して、上述した反応及び作用により処理される。
【００６５】
また、各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを流下する被処理水４についても、放電場と接触するので、上述の反応及び作用により処理される。
【００６６】
なお、第１の水処理ユニット３３ａだけでは全ての被処理水４を分解処理することはできないが、第１ないし第４の水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを通過することで、全ての被処理水４が分解処理されるように、各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの処理能力を設定する。
【００６７】
処理槽３１全体の処理能力と、各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの処理能力は、被処理水４の流量、放電の電力、シャワー電極３４又は平板電極２の傾斜角度で調整される。被処理水４の流量は、水量調節機構３２により調節することができる。また、シャワー電極３４及び平板電極２の傾斜角度は、駆動装置３７により調節することができる。
【００６８】
例えば、被処理水４中の処理対象物質の濃度が高い場合、又は難分解性物質が処理対象となる場合には、被処理水４の流量を少なく設定するとともに、シャワー電極３４及び平板電極２の水平方向に対する傾斜角度を小さく設定する。これにより、被処理水４が水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ内に長時間滞在し、処理対象物質の分解が進む。
【００６９】
逆に、被処理水４中の処理対象物質の濃度が低い場合、又は容易に分解される物質が処理対象である場合には、被処理水４の流量を大きく設定するとともに、シャワー電極３４及び平板電極２の水平方向に対する傾斜角度を大きく設定する。これにより、被処理水４が短時間で水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを通過するため、全体として高速な水処理が行われる。
【００７０】
このような水処理装置及び水処理方法では、水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが多段に配置されているため、被処理水４が放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃに接する時間が延長され、実施の形態１と比較して、処理槽３１を一度通過しただけで高い水処理効果が得られる。
【００７１】
また、ＯＨラジカル等の作用により、水滴４ａの気液界面近傍の有機物が分解されてその濃度が低下すると、前述の（５）式の反応頻度が低下する。これに対して、実施の形態５では、形成された水滴４ａが、短時間で被処理水４の水面に落下して被処理水４と合一し、その後再びシャワー電極３４から別の水滴４ａとなって下段に降り注ぐため、水滴４ａの形成と合一とが頻繁に繰り返される。このような水滴４ａの再形成に伴い、気液界面近傍の分子が交換され、新たな有機物の分子が現れることになるため、（５）式の反応が継続的に生じ、有機物の分解が進行する（分子交換効果）。
【００７２】
さらに、水滴４ａ形成及び合一の過程において、被処理水４が攪拌されるため、被処理水４中に溶解したＯ３及びＨ２Ｏ２の濃度が均一化され、水中におけるＯ３、Ｈ２Ｏ２によって生じる有機物Ｒの分解反応が効率的に生じる（混合効果）。
【００７３】
さらにまた、ガスを処理槽３１内の下部域に導入して、処理槽３１の上部に配置されたガス排出口３１ｂから排気するので、処理槽３１内を上昇する気流が形成される。この上昇気流による水滴４ａを押し上げる効果により、水滴４ａの落下時間が遅くなり、放電で生じるＯ３及びＯＨラジカルとの接触時間が増加して反応が促進される。
【００７４】
以上の効果により、例えば特許文献１のように、被処理水を何度も循環させ、放電電極を非常に高くすることなく、水処理を行うことができる。また、特許文献２と比べて、効率的かつ高速に水処理を行うことができる。
【００７５】
また、被処理水４の流量と、各シャワー電極３４及び平板電極２の傾斜角度とが調節可能であるため、被処理水４の水質及び水量に応じた最適な動作が可能となる。
【００７６】
ここで、図１１は図９の水処理装置の制御系を示すブロック図である。中央制御装置１１１は、ガス流量制御部１１２、水量制御部１１３、傾斜角度制御部１１４、及び電力制御部１１５へ制御信号をそれぞれ出力し、装置全体の処理能力の最適制御を行う。
【００７７】
ガス流量制御部１１２は、中央制御装置１１１からの制御信号に応じてガス流量調節機構１１６に指令信号を出力し、処理槽３１内に供給するガスの流量を最適化する。
【００７８】
水量制御部１１３は、中央制御装置１１１からの制御信号に応じて水量調節機構３２に指令信号を出力し、処理槽３１内に供給する被処理水４の流量を最適化する。
【００７９】
傾斜角度制御部１１４は、中央制御装置１１１からの制御信号に応じて、水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのうちの対応する駆動装置３７に信号を出力し、シャワー電極３４又は平板電極２の傾斜角度を最適化する。
【００８０】
第１の水処理ユニット３３ａには、第１のパルス電源１１８が接続されている。第２の水処理ユニット３３ｂには、第２のパルス電源１１９が接続されている。第３の水処理ユニット３３ｃには、第３のパルス電源１２０が接続されている。第４の水処理ユニット３３ｄには、第４のパルス電源１２１が接続されている。
【００８１】
電力制御部１１５は、中央制御装置１１１からの制御信号に応じて、パルス電源１１８，１１９，１２０，１２１の電力を調整する信号を出力し、各水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの放電電力を最適化する。
【００８２】
なお、実施の形態５では、４台の水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを用いたが、水処理ユニットの台数は、処理槽３１の寸法、又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。
【００８３】
また、水量調節機構３２としては、例えば定量ポンプ又はマスフローコントローラを用いることができるが、水量を任意に調節できるものであれば、これらに限定されるものではない。
【００８４】
さらに、各水処理ユニットの構成は、互いに異なっていてもよい。例えば、接地電極の傾斜角度、放電電極と接地電極との距離、放電電極の数、放電電極の種類、放電電極の形状、及び放電電力等は、必ずしも同一である必要はなく、各水処理ユニット間で異ならせてもよい。
【００８５】
さらにまた、被処理水４の処理は下流に進むに従って進行することから、例えば下流側に位置する水処理ユニットほど傾斜を急にしたり、放電電力を低くしたりすることで、無効な電力消費を抑制することができる。
また、実施の形態５では、シャワー電極３４及び平板電極２の傾斜角度、被処理水４の流量、及び放電電力を調節可能としたが、これらのうちのいずれか１つ又は２つのみを調節可能としてもよい。
【００８６】
さらに、実施の形態５では、最下段の水処理ユニット３３ｄを除く水処理ユニット３３ａ，３３ｂ，３３ｃの接地電極を全てシャワー電極３４としたが、必ずしも全てシャワー電極３４としなくてもよく、一部を平板電極２としてもよい。その場合、中段に位置する平板電極２の端部に堰３５は設けない。
さらにまた、実施の形態５のシャワープレート１２を省略することもできる。
【００８７】
さらに、実施の形態１〜５では、放電形成にパルス電源を用いたが、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、例えば交流電源又は直流電源であってもよい。
さらにまた、パルス電源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、電極構造及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以下では安定した放電が形成されず、また、５０ｋＶ以上とするには、電源の大型化及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。
【００８８】
また、繰り返し周波数は、１０ｐｐｓ（pulse-per-second）〜１００ｋｐｐｓとすることが望ましい。これは、１０ｐｐｓ以下では、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以上とすると、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の流量又は処理対象物質の組成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。
【００８９】
さらに、平板電極は、導電性材料で構成することができる。特にステンレス鋼又はチタンなど、耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。
さらにまた、平板電極の上面をガラス又はセラミックなどの誘電体で被覆することもできる。これにより、腐食の抑制、アーク放電の抑制、金属コンタミネーション発生の抑制などといった効果が得られる。
【００９０】
また、放電電極にも、ステンレス鋼又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が、これ以外の導電性材料を用いることもできる。また、放電電極の表面をガラス又はセラミックなどの誘電体で被覆してもよい。
【００９１】
さらに、実施の形態１〜５では、放電電極としてワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを用いたが、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、例えば針、メッシュ又はパンチングメタルなども用いることができる。但し、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、メッシュ状にすることが望ましい。
【００９２】
図１２〜１４は、放電電極の第１ないし第３の変形例を示す斜視図である。図１２は、断面楔形のロッドからなる放電電極４１を示している。このような放電電極４１では、鋭利な楔先端で電界強度を増すことができる。
【００９３】
また、図１３は、ワイヤ又はロッドからなる直線状の電極本体４２ａに複数本の針状の金属線４２ａを直角に接合してなる放電電極４２を示している。このような放電電極４２では、金属線４２ｂの針先で電界強度を増すことができる。
【００９４】
さらに、図１４は、複数のパンチ孔４３ａが設けられたパンチングメタル板からなる放電電極４３を示している。このような放電電極４３では、パンチ孔４３ａで電界強度を増すことができる。
【００９５】
また、実施の形態１〜５では、酸素ガスを供給することで処理槽１，３１の内部を高酸素濃度（純酸素）雰囲気としたが、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、前述の（１）〜（５）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、酸素に対して空気、窒素、希ガスのいずれかを任意の割合で混合させることができる。混合比は、添加ガスを１％〜３０％程度にすればよい。添加率が３０％を超えると、処理能力が大きく低下する。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。
【００９６】
さらに、供給するガスの流量は一定である必要はなく、被処理水の素性又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、被処理水中の有機物濃度が高い場合は、酸化分解過程で多くの酸素が消費されるため、供給ガス流量を多くするのが好適である。一方、被処理水中の有機物濃度が低い場合は、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。
【００９７】
さらにまた、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。
【００９８】
また、ガス排出口から排気されるガスをガス供給口に循環させるようにしてもよい。これにより、ガス供給源から供給されるガスの量を削減できる。加えて、放電で生じたＯ３及びＨ２Ｏ２を、外部に排気することなく処理槽に戻すことで、効率的に利用することができる。
【００９９】
さらに、放電電極の数は、接地電極の寸法、及び被処理水の素性又は処理流量などに応じて、適宜変更可能である。
【０１００】
さらにまた、放電電極と接地電極との間の距離（電極間距離）は、１ｍｍから５０ｍｍの間とするのが好適である。これは、電極間距離が１ｍｍ以下だと、被処理水を流した際、放電電極が水没してしまう可能性が増加し、電極間距離を５０ｍｍ以上とすると、放電形成に非常に高い電圧が必要となるためである。
【０１０１】
さらに、処理槽内の圧力は、被処理水の供給及び排水が容易となるように、大気圧又はその近傍とすることが望ましいが、必要に応じて陽圧又は陰圧にすることもできる。処理槽内を陽圧にした場合、外部からの空気の混入が抑制され、処理槽内の雰囲気を管理し易くなる。
【０１０２】
また、処理槽内を陰圧にした場合、比較的低い電圧で放電が形成されるようになり、電源の小型化及び簡素化が可能となる。さらに、雰囲気の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が放電と接するようになり、水処理の効率及び速度が向上する。この場合、圧力は、５０ｋＰａ〜大気圧の範囲を用いることが好ましい。また、陰圧にするためには、処理槽が、耐圧構造を有し、かつ真空ポンプを備えることが必要である。
【０１０３】
さらにまた、この発明において水滴とは、気中に存在する液体状態の水分子の集合体を意味し、その粒径及び数密度は特に限定されるものではない。
また、実施の形態１〜４において、シャワープレートの傾斜角度、被処理水の流量、及び放電の放電電力のうちの少なくとも１つを、実施の形態５と同様に調節可能としてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
２  平板電極（接地電極）、４  被処理水、４ａ  水滴、６ａ，６ｂ，６ｃ  ワイヤ電極（放電電極）、１２  シャワープレート、１２ａ  孔、１２ｂ，１２ｃ  突起部、１４  バリア部材、３３ａ  第１の水処理ユニット、３３ｂ  第２の水処理ユニット、３３ｃ  第３の水処理ユニット、３３ｄ  第４の水処理ユニット、３４  シャワー電極（接地電極、シャワープレート）、３５  堰。
【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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