(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おり、上面に沿って被処理水が流される傾斜板と、
前記傾斜板を流れる前記被処理水が形成する水膜の上方に気体層を介して配置され、少なくとも一対の電極を有しており、前記電極間に電圧を印加して放電を形成する放電形成体と、
前記水膜に対して動力を与える動作を行い、前記水膜から上方へ向けて水滴を噴射させるように構成された水滴形成装置と
を備え、
前記放電に、前記水滴形成装置が動力を与えて形成した前記水滴を触れさせることで、前記被処理水に対して処理を行う水処理装置。
【請求項２】
水平面に対して傾斜して配置されており、上面に沿って被処理水が流される傾斜板と、
前記傾斜板を流れる前記被処理水が形成する水膜の上方に気体層を介して配置され、前記傾斜板との間に電圧を印加して放電を形成する放電形成体と、
前記水膜に対して動力を与える動作を行い、前記水膜から上方へ向けて水滴を噴射させるように構成された水滴形成装置と
を備え、
前記放電に、前記水滴形成装置が動力を与えて形成した前記水滴を触れさせることで、前記被処理水に対して処理を行う水処理装置。
【請求項３】
前記傾斜板と前記放電形成体と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、
最上段の前記水処理ユニットから最下段の前記水処理ユニットまで前記被処理水が連続して流下するように、前記傾斜板が水平面に対して交互に逆方向に傾斜している請求項１又は請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
各前記水処理ユニットは、前記傾斜板及び前記放電形成体を囲む筐体をさらに有しており、
上下に隣接する前記水処理ユニットの前記筐体が互いに締結されている請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記傾斜板の傾斜角度、前記被処理水の流量、及び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】
前記被処理水の水質を検出する水質計、及び
前記水質計からの情報に基づいて、前記傾斜板の傾斜角度、前記被処理水の流量、及び放電電力のうちの少なくとも１つを調節する集中制御ユニット
をさらに備えている請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記水滴形成装置は、超音波振動子である請求項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】
前記水滴形成装置は超音波ホモジナイザである請求項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９】
前記水滴形成装置は、前記被処理水に接して前記被処理水を機械的に跳ね上げて水滴化する跳上機構である請求項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１０】
前記水滴形成装置は、前記被処理水に対してガスを噴出することにより、前記被処理水を跳ね上がらせて水滴化するガス噴出装置である請求項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１１】
前記傾斜板には、前記傾斜板を厚さ方向に貫通する細孔が設けられており、
前記水滴形成装置は、前記細孔内に上方へ向けてガスを噴出することにより、前記被処理水を跳ね上がらせて水滴化するガス噴出装置である請求項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１２】
前記傾斜板及び前記放電形成体を収容する処理槽を更に備え、
前記傾斜板には、前記傾斜板を厚さ方向に貫通する細孔が設けられており、
前記水滴形成装置は、前記処理槽からガスを吸気し、吸気したガスを前記細孔内に上方へ向けて噴出することにより、前記被処理水を跳ね上がらせて水滴化するガス循環装置である請求項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１３】
前記傾斜板において、前記細孔を覆う前記水膜の厚さが、前記傾斜板の前記細孔以外の領域を覆う前記水膜の厚さよりも厚い請求項１１又は請求項１２に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記傾斜板は、前記細孔が設けられている下板と、前記下板上に重ね合わせられている上板とを有しており、
前記上板には、貫通孔が設けられており、
前記貫通孔の開口面積は、前記細孔の開口面積よりも大きく、
前記上板を前記下板に重ねた状態では、前記細孔は、前記貫通孔内に開口するように配置されている請求項１３記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記水滴を前記放電形成体に衝突させる請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記水滴形成装置を間欠的に動作させる請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記水滴形成装置を、前記放電の形成に同期して動作させる請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
水平面に対して傾斜して配置されている傾斜板の上面に沿って被処理水を流して、前記傾斜板上に水膜を形成しつつ、前記水膜の上方に気体層を介して配置された少なくとも一対の電極間に放電を形成し、前記水膜に対して動力を与える動作を行うことで、前記水膜から上方へ向けて水滴を噴射させるように構成してある水滴形成装置を準備し、
前記放電に、前記水滴形成装置が動力を与えて形成した前記水滴を触れさせて前記被処理水を処理する水処理方法。
【請求項１９】
水平面に対して傾斜して配置されている傾斜板の上面に沿って被処理水を流して、前記傾斜板上に水膜を形成しつつ、前記水膜の上方に気体層を介して配置された電極と前記傾斜板との間に放電を形成し、前記水膜に対して動力を与える動作を行うことで、前記水膜から上方へ向けて水滴を噴射させるように構成してある水滴形成装置を準備し、
前記放電に、前記水滴形成装置が動力を与えて形成した前記水滴を触れさせて前記被処理水を処理する水処理方法。
【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、噴射ノズルを用いて水滴状態とした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。また、水滴の形成に噴射ノズルを用いるため、長時間の使用に伴い、被処理水中の汚れ物質の付着によって、ノズルが閉塞することがある。このため、頻繁なメンテナンスが必要となり、装置の稼働率低下及び部品交換コストの増大が問題となる。【０００８】
一方、特許文献２に示された従来の水処理装置では、放電で生じたオゾン及びＯＨラジカルが被処理水の表面と接触して、その一部が溶解して溶存オゾン又は溶存過酸化水素となり、水中での反応により水処理が進行する。しかし、被処理水中で溶存オゾン及び溶存過酸化水素の撹拌が進まないため、効果的な水処理が被処理水の水面の極近傍に限られ、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、かつ高い稼働率で動作す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おり、上面に沿って被処理水が流される傾斜板と、傾斜板を流れる被処理水が形成する水膜の上方に気体層を介して配置された放電形成体と、水膜に動力を与えることで、被処理水の少なくとも一部を水滴として傾斜板の上方へ向けて噴射し、放電形成体が形成する放電に水滴を触れさせることで被処理水を処理する水滴形成装置とを備えている。
また、この発明に係る水処理方法は、水平面に対して傾斜して配置されている傾斜板の上面に沿って被処理水を流して、傾斜板上に水膜を形成しつつ、水膜の上方に気体層を介して配置された少なくとも一対の電極間に放電を形成し、水膜に動力を与えることで、被処理水の少なくとも一部を水滴として傾斜板の上方へ向けて噴射し、放電に水滴を触れさせて被処理水を処理する。
さらに、この発明に係る水処理方法は、水平面に対して傾斜して配置されている傾斜板の上面に沿って被処理水を流して、傾斜板上に水膜を形成しつつ、水膜の上方に気体層を介して配置された電極と傾斜板との間に放電を形成し、放電に水膜を触れさせて被処理水を処理する方法であって、水膜に動力を与えることで、被処理水の少なくとも一部を水滴として傾斜板の上方へ向けて噴射する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の水処理装置及び水処理方法は、水平面に対して傾斜した傾斜板の上面に沿って被処理水を流し、放電を形成しつつ、被処理水の少なくとも一部を水滴形成装置により水滴化するので、被処理水が放電に長時間接触し、また、被処理水の攪拌と、被処理水に溶解したオゾン又は過酸化水素の混合が進み、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】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の超音波振動子を駆動させない場合の被処理水の様子を示す断面図である。
【図４】図３の超音波振動子を駆動させた場合の被処理水の様子を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による水処理装置を示す構成図である。
【図６】図５の処理槽を拡大して示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による水処理装置の要部断面図である。
【図８】図７の超音波ホモジナイザを平板電極の下側に配置した変形例を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４による水処理装置における超音波振動子の駆動電圧信号を示す波形図である。
【図１０】実施の形態４の水処理装置における超音波振動子の駆動電圧信号とワイヤ電極に印加される放電パルス電圧信号とを比較して示す波形図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による水処理装置の要部断面図である。
【図１２】図１１の水処理装置による水処理の動作を示す説明図である。
【図１３】図１２の細孔からガスを噴出させた状態を示す説明図である。
【図１４】図１３の水膜上に水滴が発生した状態を示す説明図である。
【図１５】図１４の水滴が落下する様子を示す説明図である。
【図１６】図１５の水滴により水膜に渦流が発生した状態を示す説明図である。
【図１７】図１６の渦流により水膜が撹拌された状態を示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態６による水処理装置の要部断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態７による水処理装置の要部断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態８による水処理装置の断面図である。
【図２１】図２０の水処理装置による水処理実験の結果を示すグラフである。
【図２２】この発明の実施の形態９による水処理装置における循環ガスの流量と時間との関係を示すグラフである。
【図２３】この発明の実施の形態１０による水処理装置の断面図である。
【図２４】図２３の第１ないし第４のバルブの開閉動作を示すタイミングチャートである。
【図２５】この発明の実施の形態１１による水処理装置の断面図である。
【図２６】この発明の実施の形態１２による水処理装置の要部断面図である。
【図２７】この発明の実施の形態１３による水処理装置の要部断面図である。
【図２８】この発明の実施の形態１４による水処理装置の要部断面図である。
【図２９】この発明の実施の形態１５による水処理装置の要部断面図である。
【図３０】この発明の実施の形態１６による水処理装置の断面図である。
【図３１】図３０の平板電極のみを示す断面図である。
【図３２】図３０の平板電極を示す斜視図である。
【図３３】図３２の凹部の形状の第１の変形例を示す斜視図である。
【図３４】図３２の凹部の形状の第２の変形例を示す斜視図である。
【図３５】この発明の実施の形態１７による水処理装置の平板電極を示す斜視図である。
【図３６】図３５の平板電極を示す分解斜視図である。
【図３７】この発明の実施の形態１８による水処理装置の断面図である。
【図３８】図３７の第１の中間ユニットの断面図である。
【図３９】図３７の第２の中間ユニットの断面図である。
【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、傾斜板としての平板電極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】
平板電極２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、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。
【００１６】
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５を介して放電形成体（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、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。また、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、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。
【００１７】
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、電気的に接地された接地電極である。実施の形態１の放電電力供給部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。
【００１８】
平板電極２の下面には、水滴形成装置（水滴発生機構）としての複数の超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃが固定されている。超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに対応して配置されている。この例では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、平板電極２のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに対向する部分の裏側に配置されている。また、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、平板電極２上を流れる被処理水４に動力を与え、その少なくとも一部を上方へ噴射して跳ね上がらせて水滴化する。即ち、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、平板電極２上に被処理水４の水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを発生させる。
【００１９】
この例では、各超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、圧電セラミック（ＰＺＴ）により構成されている。処理槽１の外部には、高周波電源１４が設置されている。超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、高周波電源１４に対して配線１５を介して並列に接続されている。高周波電源１４は、処理槽１に対して絶縁部１６により電気的に絶縁されている。
【００２０】
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。
【００２１】
水処理ユニット１９は、平板電極２、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ、及び超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有している。
【００２２】
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。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。
【００２３】
次に、動作について説明する。ガス供給源１７からの酸素ガスは、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。
【００２４】
給水口１ａから処理槽１内に供給された被処理水４は、平板電極２上の側壁２０ａ，２０ｂ間に水膜７０を形成して流下し、排水口１ｃから排出される。ここで、水膜７０とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとの間には、気体層７１が形成されている。即ち、水膜７０の厚さは、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと水膜７０の水面との間に気体層７１が形成されるように調節される。つまり、水膜７０の厚さは、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと平板電極２との間の距離よりも小さい。このとき、高周波電源１４を動作させ、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動することで、被処理水４の一部は水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃとなる。
【００２５】
ここでさらに、パルス電源７を動作させ、空隙５の一部が酸素ガスで満たされた状態でワイヤ電極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。被処理水４は、平板電極２上を流れる過程で、放電１１ｃ，１１ｂ，１１ａを順に通過する。また、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ放電１１ｃ，１１ｂ，１１ａに触れることで、被処理水４に対して難分解性物質の除去などの水処理が行われる。
【００２６】
図３は図１の超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動させない場合の被処理水４の様子を示す断面図、図４は図３の超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動させた場合の被処理水４の様子を示す断面図である。
【００２７】
超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動させない場合、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃから被処理水４の表面に向けて放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されるが、被処理水４は水滴化しない。これに対して、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動させた場合、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成された領域に、多数の水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成される。
【００２８】
また、形成された水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、重力により落下し、平板電極２上を流れる被処理水４と合一する。このように、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを駆動した場合、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形成及び合一が高い頻度で繰り返されることになる。
【００２９】
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。
【００３０】
ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃにパルス電圧を印加することで、空隙５の気体中、つまり気体層７１、あるいは気体と被処理水４との界面で放電が生じる。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）
【００３１】
（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）
【００３２】
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）
【００３３】
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、水膜７０の表面及び水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの表面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）
【００３４】
一方、（３）式と（４）式とで生じたＯ3及びＨ2Ｏ2の一部は、（６）式と（７）式とにより、水膜７０の表面と水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの表面とから被処理水４に溶解する。ここで（ｌ）は液相を意味する。
Ｏ3→Ｏ3（ｌ）  ・・・（６）
Ｈ2Ｏ2→Ｈ2Ｏ2（ｌ）  ・・・（７）
【００３５】
さらに、Ｏ3（ｌ）とＨ2Ｏ2（ｌ）との反応により、（８）式の通り水中でＯＨラジカルが生成される。
Ｏ3（ｌ）＋Ｈ2Ｏ2（ｌ）→ＯＨ（ｌ）  ・・・（８）
【００３６】
（６）〜（８）式で生成されたＯ3（ｌ）、Ｈ2Ｏ2（ｌ）、及びＯＨ（ｌ）は、（９）式により、水中反応で有機物を分解する。
Ｒ＋（Ｏ3（ｌ）、Ｈ2Ｏ2（ｌ）、ＯＨ（ｌ））→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ  ・・・（９）
【００３７】
以上に述べたように、本実施の形態１による被処理水４中の有機物の分解は、反応（５）による水膜７０の表面及び水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの表面の有機物の分解と、反応（９）による水膜７０の水中及び水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの水中での有機物の分解の双方によって進行する。
【００３８】
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、水平面に対して傾斜した平板電極２の上面に沿って被処理水４を流し、平板電極２とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃとの間に放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成しつつ、被処理水４の少なくとも一部を超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより水滴化するので、（５）式と（９）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。
【００３９】
即ち、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）。
【００４０】
また、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより、平板電極２を流下する被処理水４の一部が水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃとなることで、水膜状に流れる場合と比較して、気液界面の面積が大幅に増加する。このため、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃに触れる被処理水４の割合が増加し、放電で生じた酸化性粒子が被処理水４の表面の有機物Ｒと多く反応し、有機物の分解が進行する。言い換えれば、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されることにより（５）式の反応がより多く生じる（広い気液界面面積の効果）。
【００４１】
さらに、（５）式の反応により、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃ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、（５）式の反応頻度が低下する。これに対して、本実施の形態１では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより形成された水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、短時間で被処理水４の水膜７０に落下して合一し、再び別の水滴が形成されるといったように、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形成及び合一が頻繁に繰り返される。このような水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃ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）。
【００４２】
さらにまた、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって生成され、気体層７１に存在するＯ3及びＨ2Ｏ2が、（６）式及び（７）式の反応により水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの表面から溶解し、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの落下に伴って水膜７０に輸送される。この結果、（９）式による水膜７０中での有機物の分解反応が、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成しない場合と比較して多く生じるようになる（Ｏ3、Ｈ2Ｏ2輸送効果）。
【００４３】
また、Ｏ3、Ｈ2Ｏ2輸送効果によって水膜７０に運ばれたＯ3及びＨ2Ｏ2は、被処理水４が平板電極２を流下することで生じる撹拌作用によって水膜７０中で濃度が均一化され、（９）式による水膜７０中での有機物の分解反応が促進される。つまり、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの位置は固定されているが、被処理水４が平板電極２の上を流れているため、水膜７０において、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成される領域と落下する領域とが時間とともに変化する。
【００４４】
比較として、静置水において水滴を形成した場合、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成され落下する位置は、時間的に変化しない。結果的に、溶解したＯ3及びＨ2Ｏ2は、被処理水４の中で局在化するため、水処理も局所的にのみ進行する。
【００４５】
一方、本実施の形態１によれば、水膜７０における水滴１３の形成領域と落下領域とが時間とともに変化するため、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃによって輸送されたＯ3及びＨ2Ｏ2は、被処理水４の中でより均一になる。即ち、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することと、被処理水４が平板電極２を流下することとによる相乗的な効果により、Ｏ3及びＨ2Ｏ2の混合が促進され、被処理水４の全領域において（９）式による水処理が進行する（混合促進効果）。
【００４６】
以上の５つの効果（長時間滞在効果、広い気液界面面積の効果、分子交換効果、Ｏ3、Ｈ2Ｏ2輸送効果、混合促進効果）により、本実施の形態１によれば、例えば特許文献１のように被処理水を何度も循環させたり、放電電極を非常に高くしたりすることなく、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。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。
【００４７】
なお、本実施の形態１では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより、被処理水４に動力を与えて水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成する。このため、水滴形成にノズルやシャワーヘッドを用いる場合と異なり、被処理水４が微細孔を通ることなく水滴が形成される。従って、被処理水４中の汚れ成分による水滴形成装置の目詰まりが生じず、メンテナンスの頻度を抑制して高い稼働率で動作させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態１では、図１に示すように、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、平板電極２のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに対向する部分の裏側に配置されている。このため、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃがワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを横切る方向に運動し、ワイヤ電極の長さ方向と同じ方向へ水滴が噴出する場合と比較して、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと多く衝突する。これにより、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを冷却する効果が得られ、高い放電電力を投入する場合においても、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃの温度上昇を抑制して長時間安定した放電を形成できる。
【００４９】
さらに、装置のＯＮとＯＦＦとの繰り返しにより生じるヒートサイクルによるワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃの劣化を抑制して、交換の頻度を減らすことができる。
【００５０】
さらにまた、本実施の形態１では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより、被処理水４に動力を与えて水滴化するので、水滴を多数形成できる。また、高周波電源１４の電圧及び周波数の少なくともいずれか一方を調節することで、水滴の形成数、水滴の径、及び水滴の噴射の高さを調節することができ、被処理水４の水質に応じた最適な処理ができる。
【００５１】
また、実施の形態１では、平板電極２に対してワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ及び超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃが３組配置されているので、水処理能力をさらに向上させることができる。
【００５２】
さらに、平板電極２の傾斜角度、被処理水４の流量、及び放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃの放電電力のうちの少なくとも１つを、被処理水４の組成に合わせて調節すれば、被処理水４の組成に合わせて最適な条件で水処理を行うことができる（以下の実施の形態においても同様）。
【００５３】
ここで、水処理の効率は、被処理水４の水滴化率を増加させるに従って向上するが、ある水滴化率以上では飽和する。これは、水滴の増加に伴い酸化性粒子の消費速度が向上し、放電による酸化性粒子の生成速度が、水処理の速度を制限するためと考えられる。
【００５４】
一方、放電電力の増加に伴って酸化性粒子の生成量は増加するため、水滴を増やしても効果が飽和しにくくなる。水滴の形成にはエネルギーが必要であることから、過剰な水滴化はトータルでのエネルギー効率低下に繋がる。従って、被処理水４の組成及び放電電力などの諸条件に応じて、水滴化の割合を調節するようにすると好適である。
【００５５】
なお、実施の形態１において、放電形成にパルス電源７を用いたが、この発明に適用される電源は、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。
また、パルス電源７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。
【００５６】
さらに、繰り返し周波数は、１０ｐｐｓ（pulse-per-second）以上、１００ｋｐｐｓ以下とすることが望ましい。これは、１０ｐｐｓ未満では、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よりも大きくすると、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。
【００５７】
さらにまた、平板電極２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。
また、平板電極２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。
【００５８】
さらに、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ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、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ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。
【００５９】
さらにまた、実施の形態１では、放電形成体としてワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを用いたが、放電形成体は必ずしもワイヤ状である必要はない。放電形成体として、例えばロッド、針、メッシュ、ねじ、リボン、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、ねじ、リボン状にすることが望ましい。
【００６０】
また、実施の形態１では、ガス供給源１７から酸素ガスを供給することで、処理槽１の内部を高酸素濃度雰囲気としたが、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）〜（９）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、酸素に対して窒素又は希ガスを任意の割合で混合させることができる。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。
【００６１】
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４の組成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４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４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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、ガス排出口１ｂから排気されるガスをガス供給口１ｄに循環させるようにしてもよい。これにより、ガス供給源１７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１に戻すことで、効率的に利用することができる。
【００６４】
さらに、実施の形態１では、３本のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを用いたが、放電形成体の数は、平板電極２の寸法、及び被処理水４の組成又は処理流量などに応じて、適宜変更可能である。
【００６５】
さらにまた、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと平板電極２との間の距離（電極間距離）は、１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とするのが好適である。これは、電極間距離が１ｍｍ未満だと、被処理水４を流した際、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃが水没してしまう可能性が増加し、電極間距離を５０ｍｍよりも大きくすると、放電形成に非常に高い電圧が必要となるためである。
【００６６】
また、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの位置関係は、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃの近傍に水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成できればよく、必ずしも図１の位置関係に限定されるものではない。例えば、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、超音波振動により被処理水４に形成される定在波の腹に対応した位置に配置してもよい。また、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを被処理水４に直接接触させてもよい。例えば、平板電極２に複数の貫通孔を設けて、貫通孔内に超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置してもよい。また、平板電極２の上面に超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置してもよい。
【００６７】
さらに、処理槽１内の圧力は、被処理水４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１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１内の雰囲気を管理し易くなる。また、処理槽１内を陰圧にした場合、比較的低い電圧で放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃ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、圧力が低いほど放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが広がり易いため、広い領域で被処理水４が放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃと接するようになり、水処理の効率及び速度が向上する。
【００６８】
さらにまた、図１及び図２において、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃの上側をカバーにより覆う構造としてもよい。これにより、被処理水４が流下する領域が閉空間となり、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが流路外に拡散することを抑制できる。
【００６９】
実施の形態２．
次に、図５はこの発明の実施の形態２による水処理装置を示す構成図である。図において、被処理水槽３１内には、被処理水４が貯められている。被処理水槽３１は、定量送液ポンプ３２を介して処理槽１の最上部に接続されている。被処理水槽３１内の被処理水４は、定量送液ポンプ３２により、被処理水槽３１内の下部から処理槽１の最上部に送られる。
【００７０】
処理後水４０を貯める処理後水槽３３は、排水ポンプ３４を介して処理槽１の底部に接続されている。処理槽１内の底部に落ちた処理後水４０は、排水ポンプ３４により、処理後水槽３３に送られる。
【００７１】
処理槽１の外部には、集中制御ユニット３５、パルス電源７、及び角度制御ユニット３６が設けられている。被処理水槽３１には、被処理水４の水質（組成）を検出する水質計３７が設けられている。水質計３７は、被処理水４の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、及び有機物の成分などを検出する。
【００７２】
水質計３７からの信号は、集中制御ユニット３５に入力される。集中制御ユニット３５は、パルス電源７、定量送液ポンプ３２、排水ポンプ３４、及び角度制御ユニット３６を制御する。
【００７３】
図６は図５の処理槽１を拡大して示す断面図である。処理槽１には、給水口１ａ、ガス排出口１ｂ、排水口１ｃ、及びガス供給口１ｄが設けられている。給水口１ａには、水量調節機構２３か設けられている。
【００７４】
処理槽１内には、複数（ここでは４台）の水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが、上下方向に多段に並べて配置されている。各水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、実施の形態１の水処理ユニット１９と同様に、平板電極２、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ、及び超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有している。
【００７５】
また、これらの水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄでは、最上段の水処理ユニット１９ａから最下段の水処理ユニット１９ｄまで被処理水４が連続して（ジグザグに蛇行して）流下するように、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。即ち、上下方向に隣接する水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄでは、平板電極２の水平面に対する傾斜方向が逆になっている。
【００７６】
被処理水４は、給水口１ａから処理槽１内に供給され、水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを順次通過して処理される。そして、最下段の水処理ユニット１９ｄを通過した処理後水４０は、処理槽１の底部に落ちた後、排水口１ｃから処理槽１外へ排出される。
【００７７】
また、各水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、いずれもパルス電源７に対して電気的に並列に接続されている。さらに、平板電極２は、いずれも電気的に接地されている。
【００７８】
さらにまた、水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄには、対応する水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの傾斜角度を調節する角度調節機構２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄがそれぞれ設けられている。角度調節機構２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、角度制御ユニット３６（図５）に接続されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７９】
次に、動作について説明する。被処理水槽３１内の被処理水４は、定量送液ポンプ３２によって吸水され、給水口１ａから処理槽１内に供給される。処理槽１内に供給された被処理水４は、水処理ユニット１９ａの上側端部から平板電極２の上面に沿って流下した後、水処理ユニット１９ａの下側端部から水処理ユニット１９ｂの上側端部に落下する。以下、被処理水４は、水処理ユニット１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを順に流下する。
【００８０】
このとき、パルス電源７を動作させワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに高電圧を印加することで、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成するとともに、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより被処理水４を水滴化することによって、被処理水４が処理される。処理後水４０は、処理槽１の底部から排水ポンプ３４により処理後水槽３３に送水される。
【００８１】
一方、集中制御ユニット３５は、水質計３７からの情報に基づいて、即ち被処理水４の水質に応じて、定量送液ポンプ３２、排水ポンプ３４、角度制御ユニット３６、及びパルス電源７を制御する。
【００８２】
例えば、被処理水４中の有機物濃度が高い場合、又は難分解性物質が処理対象となる場合には、定量送液ポンプ３２及び排水ポンプ３４の送液量を少なく設定するとともに、水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの傾斜角度、即ち各平板電極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１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ内に長時間滞在し、処理対象物質が十分に分解される。
【００８３】
逆に、被処理水４中の有機物濃度が低い場合、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、水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの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１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを通過するため、全体として高速な水処理が行われる。
【００８４】
また、被処理水４中の処理対象物質の濃度が高い場合には、パルス電源７の出力電圧及びパルス繰り返し周波数の少なくともいずれか一方を高くすることで、放電電力を大きくすることができる。逆に、処理対象物質の濃度が低い場合には、放電電力を小さくすることもできる。
【００８５】
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１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ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１を一度通過しただけで高い水処理効果が得られる。また、複数（４台）の水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが、上下方向に多段に並べて配置されており、かつ最上段の水処理ユニット１９ａから最下段の水処理ユニット１９ｄまで被処理水４が連続して流下するため、１個の水処理ユニットで同じ処理面積を形成する場合と比較して、処理槽１のフットプリントを小さくすることができる。結果的に、比較的小型な装置で被処理水４を高速かつ高効率に処理できる。
【００８６】
また、被処理水４の水質に応じて、被処理水４の流量、水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの平板電極２の傾斜角度、及び放電電力を調節するので、被処理水４の水質又は水量に応じた最適な動作が可能となる。
【００８７】
なお、実施の形態２では、４台の水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを用いたが、水処理ユニットの台数は、処理槽１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。
【００８８】
また、実施の形態２では、被処理水４の流量調節に定量送液ポンプ３２を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばマスフローコントローラなどを用いることができる。
【００８９】
さらに、各水処理ユニット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの構成は、互いに異なっていてもよい。例えば、第１電極の傾斜角度、放電形成体と傾斜板との距離、放電形成体の数、種類及び形状、水滴形成装置の数、種類及び位置、並びに放電電力などは、水処理ユニットによって異なっていてもよい。
【００９０】
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放電電力を低くすることで、無効な電力消費を抑制することができる。
また、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対象となる場合には、下流側に位置する水処理ユニットの放電を停止するように、各水処理ユニットにスイッチを設けてもよい。これにより、無効な電力消費を抑制できる。
さらに、上記の例では、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。
【００９１】
実施の形態３．
次に、図７はこの発明の実施の形態３による水処理装置の要部断面図である。実施の形態３では、水滴形成装置として、複数（図７では１つのみ示す）の超音波ホモジナイザ２４が用いられている。超音波ホモジナイザ２４は、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに対応して配置されている。
【００９２】
この例では、超音波ホモジナイザ２４は、平板電極２の上方に配置されている。そして、超音波ホモジナイザ２４の先端部が、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃの近傍、即ち放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される領域で、被処理水４に接している。
【００９３】
超音波ホモジナイザ２４は、高周波電源１４（図１）に接続されている。高周波電源１４を動作させ超音波ホモジナイザ２４を駆動させることにより、被処理水４に動力を与え、その少なくとも一部を上方へ噴射して跳ね上がらせて水滴化する。他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。
【００９４】
このような水処理装置及び水処理方法では、水滴形成装置として超音波ホモジナイザ２４を用いたので、放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される領域において局所的に被処理水４を水滴化することができ、効率的に水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【００９５】
また、本実施の形態３では、超音波ホモジナイザ２４により、被処理水４に動力を与えて水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成する。このため、水滴形成にノズル又はシャワーヘッドを用いる場合と異なり、被処理水４が微細孔を通ることなく水滴が形成される。従って、被処理水４中の汚れ成分による水滴形成装置の目詰まりが生じず、メンテナンスの頻度を抑制して高い稼働率で動作させることができる。
【００９６】
なお、上記の例では、超音波ホモジナイザ２４を平板電極２の上側に配置したが、図８に示すように、平板電極２の下側に配置してもよい。図８では、超音波ホモジナイザ２４の先端部が平板電極２を貫通して被処理水４に接している。
【００９７】
また、超音波ホモジナイザ２４の数は、任意に決めることができる。例えば、平板電極２上を流下する被処理水４の流れに直角な方向（図７及び図８における紙面に直角の方向）に複数個ずつの超音波ホモジナイザ２４を配置してもよい。この場合、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃの長さ方向（平板電極２の幅方向）に沿った広い領域で被処理水４を均等に水滴化することができ、効率的な水処理を行うことができる。
【００９８】
さらに、超音波ホモジナイザ２４の先端部（接水部）の形状も任意に決めることができる。例えば、接水部の太さを細くすると、少ない電力で局所的に水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成できる。逆に、接水部の太さを太くすると、比較的広い領域に水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。従って、接水部の形状は、電極間距離又は被処理水４の流量などに応じて適宜選定すればよい。
【００９９】
さらにまた、超音波ホモジナイザ２４の筐体を接地するか、又は筐体を絶縁体で覆うようにすると好適である。また、高周波電源１４と超音波ホモジナイザ２４との間に絶縁トランスを接続するようにしてもよい。これにより、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに印加された高電圧パルスにより超音波ホモジナイザ２４及び高周波電源１４が破損するのが防止される。
【０１００】
実施の形態４．
次に、図９はこの発明の実施の形態４による水処理装置における超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動電圧信号を示す波形図である。実施の形態４では、超音波振動子（ＰＺＴ超音波振動子）１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動を間欠的に行う点が実施の形態１と異なる。実施の形態では、高周波電圧を間欠的に動作させることで、水滴発生を間欠的に行う。
【０１０１】
また、図１０は実施の形態４の水処理装置における超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動電圧信号とワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃに印加される放電パルス電圧信号とを比較して示す波形図である。実施の形態４では、パルス電源７（図１）から出力される放電発生用パルス電圧に同期させて超音波振動子駆動信号を印加する。これにより、水滴発生を、放電に同期させて間欠的に行う。他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。
【０１０２】
この発明の水処理装置及び水処理方法では、被処理水４の少なくとも一部を水滴化することで、水処理の効率及び速度を向上させるが、水滴化は必ずしも連続的に行う必要はなく、間欠的に行うことでも効果が得られる。
【０１０３】
一般に、超音波振動子駆動のデューティー比を高めていくと、水処理の効率及び速度が向上するが、一定以上のデューティー比では効果が飽和する傾向を示す。これは、水滴が数多く形成された場合、水処理速度は水滴数よりも、放電で生成されるＯ、ＯＨ、Ｏ3、Ｈ2Ｏ2などの酸化性粒子の数により制限されるためと考えられる。
【０１０４】
従って、図９に示すように、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを間欠駆動させることで、無効な電力消費を抑制し、効率的な水処理を行うことができる。
【０１０５】
また、難分解性物質の分解に有効なＯＨラジカルの寿命は、一般に１ミリ秒以下と非常に短く、放電が停止しＯＨラジカルが消滅した後に、被処理水４を水滴化しても高い分解効果は得られない。そこで、図１０に示すように、パルス放電に同期させ、ＯＨラジカルが存在する期間のみ水滴化するような間欠動作を行うことで、エネルギーの無効消費を抑制し、効率よく水処理を行うことができる。
【０１０６】
このように、実施の形態４の水処理装置及び水処理方法では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを間欠的に動作させることで、連続駆動させる場合と比べて、無効なエネルギー消費を抑制し、効率的な水処理を行うことができる。
【０１０７】
また、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃをパルス放電に同期して駆動させることで、ＯＨラジカルを効果的に作用させることができ、無効なエネルギー消費を抑制することができる。
【０１０８】
なお、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動とパルス放電とを同期させる際には、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動開始から水滴形成までの時間遅れを考慮する必要がある。時間遅れの要因としては、超音波の伝達時間、及び水膜振動から水滴形成までの時間などがある。従って、これらを考慮し、パルス電圧の印加開始に先立って、超音波振動子を駆動させるのが好適である。
【０１０９】
また、実施の形態４で示した超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動方法は、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ以外の水滴形成装置、例えば実施の形態３で示した超音波ホモジナイザ２４にも適用できる。
【０１１０】
実施の形態５．
次に、図１１はこの発明の実施の形態５による水処理装置の要部断面図である。実施の形態５では、水滴形成装置として、複数（図１１では１つのみ示す）のガス噴出装置２５が用いられている。ガス噴出装置２５は、ガス源２６、及びガス源２６に接続されたガス配管２７を有している。ガス配管２７の先端は、複数のノズル部２７ａに分岐されている。
【０１１１】
平板電極２のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ近傍、即ち平板電極２の放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される領域には、複数の細孔２ａが設けられている。ノズル部２７ａの先端は、細孔２ａに接続されている。ガス噴出装置２５は、被処理水４中にガスを噴出（吐出）することにより、被処理水４に動力を与え、その少なくとも一部を上方へ噴射して跳ね上がらせて水滴化する。他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。
【０１１２】
次に、図１２〜１７を用いて本実施の形態５の効果を説明する。なお、図１２〜１７の水膜７０内のドットは溶解したＯ3又はＨ2Ｏ2を意味し、ドット密度が高いほどＯ3及びＨ2Ｏ2の濃度が高いことを表す。また、図１２から図１７への推移は、１個の細孔２ａの周辺の経時変化の様子を示す。
【０１１３】
図１２において、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと平板電極２との間に形成された放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって生じたＯ3とＨ2Ｏ2は、（６）式及び（７）式によって、水膜７０の表面から被処理水４中に溶解する。このとき、溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2は水膜７０の表面付近に偏って高い濃度で存在している。
【０１１４】
図１３において、細孔２ａからガスを噴出することで、水膜７０の内部で気泡７８が形成され、水膜７０中を上昇する。この過程で、水膜７０中には図中の矢印で示す渦流が生じ、水膜７０の表面近傍に高い濃度で存在する溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2が水膜７０の深部に向けて撹拌される。
【０１１５】
図１４において、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成される。そして、図１４に示す上昇の過程と図１５に示す落下の過程とで、気体層７１中のＯ3及びＨ2Ｏ2が水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃに溶解することで、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃ中の溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2濃度が高まる。
【０１１６】
図１６において、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが水膜７０に落下する際、その衝撃で水膜７０の内部に矢印で示す渦流が発生し、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが輸送した溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2と、水膜７０中に存在したＯ3及びＨ2Ｏ2とが撹拌される。
【０１１７】
結果的に、図１７に示すように、水膜７０全体で溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2の濃度が高まり、かつ均一化さる。これにより、（９）式の反応による水処理が水膜７０全体で進行することから、Ｏ3及びＨ2Ｏ2が水膜７０の表面付近に偏って高い濃度で存在する場合（即ち、図１２の状態）と比べて大幅に水処理の性能が向上する。
【０１１８】
なお、図１２〜１７においては、２個の気泡７８と１個の水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを例にとって示したが、実際には多数の気泡７８と多数の水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃとが連続的に形成される。このため、平板電極２の上を流れる被処理水４は、全体にわたって均一な溶存Ｏ3及びＨ2Ｏ2の濃度分布となる。
【０１１９】
また、本実施の形態５では、ガス噴出装置２５により被処理水４中にガスを噴出し、被処理水４に動力を与えることで、少なくとも一部を上方へ噴出させて水滴化するため、多数の水滴を形成することができる。さらに、噴出するガスの流速、細孔２ａの形状、及び細孔２ａ分布の少なくともいずれか１つを変えることで、水滴の形成数、水滴の径、及び水滴の噴射の高さ等を調節することができる。
【０１２０】
さらに、本実施の形態５では、ガス噴出装置２５により、被処理水４に動力を与えて水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成する。このため、水滴形成にノズル又はシャワーヘッドを用いる場合と異なり、被処理水４が微細孔を通ることで水滴が形成されるのではなく、ガスが細孔２ａを流れることで水滴が形成される。従って、被処理水４中の汚れ成分による細孔２ａの目詰まりが抑制され、メンテナンスの頻度を抑制して高い稼働率で動作させることができる。
【０１２１】
このような水処理装置及び水処理方法では、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃのように電気的に駆動する部品を用いることなく、ガスの供給のみによって水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。このため、故障発生が抑制され、長期間の連続した水処理が可能となる。
【０１２２】
また、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって水滴化するには、共振条件を形成させるため水膜７０の厚さに制約が生じるが、本実施の形態５では、水膜７０の厚さに制限されずに水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【０１２３】
なお、実施の形態５において、細孔２ａの孔径、数、位置は、電極配置及び被処理水４の膜厚などに応じて設定することができる。例えば、細孔数を少なくし、細孔径を小さくすると、ガスが通過する断面積が狭くなり、ガスの流速が高くなる。これにより、狭い領域に高密度で水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【０１２４】
実施の形態６．
次に、図１８はこの発明の実施の形態６による水処理装置の要部断面図である。実施の形態６は、水滴発生に用いるガスを、被処理水４の上方から供給する点が実施の形態５と異なっている。即ち、実施の形態６のガス噴出装置２５は、平板電極２の上面を流れる被処理水４に対して、上方の離間した位置からガスを吹き付けるように配置されている。また、ガス配管２７の先端にノズル部２７ａは設けられていない。他の構成は、実施の形態５と同様である。
【０１２５】
このような水処理装置及び水処理方法では、ガス配管２７が平板電極２から離間しているため、ガス配管２７の位置及びガスの噴出角度などを任意に調節することができ、水滴発生位置などの自由度が向上する。
【０１２６】
なお、実施の形態６において、ガス配管２７の吹き出し口の位置及び角度は、必要とされる水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの位置及び量、並びに電極配置などに応じて任意に設定できる。例えば、被処理水４の流れの方向に対して垂直に近い角度でガスを吹き付けると、形成される水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃは広い領域に分布する。一方、被処理水４の流れの方向に対して水平に近い角度でガスを吹き付けると、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形成位置が局在化する。
【０１２７】
また、ガス配管２７の吹き出し口を被処理水４に浸漬させるようにしても水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【０１２８】
さらに、実施の形態５、６において、ガス源２６としては、例えば処理槽１（図１、図５）の外に設置されたガスボンベを用いることができる。この場合、実施の形態１のガス供給口１ｄの代わりに、ガス配管２７から処理槽１内に酸素等のガスを供給するようにしてもよい。
【０１２９】
また、実施の形態５、６において、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形成に用いられるガスの組成に特に制限はないが、酸素ガス、又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることが望ましい。これにより、（１）式及び（３）式の反応レートが向上し、高い水処理効果が得られる。
【０１３０】
さらに、実施の形態５、６において、ガス源２６からのガスの供給は必ずしも連続的である必要はなく、間欠的に供給してもよい。例えば、平均流量が連続的にガスを供給する場合と同等であっても、間欠的に供給した場合、ガス流速の瞬時値を高くすることができる。これにより、効果的に水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【０１３１】
実施の形態７．
次に、図１９はこの発明の実施の形態７による水処理装置の要部断面図である。実施の形態７では、水滴形成装置として、被処理水４に接して被処理水４を機械的に跳ね上げて水滴化する複数（図１９では１つのみ示す）の跳上機構２８が用いられている。跳上機構２８としては、例えば水車を用いることができる。
【０１３２】
跳上機構２８は、被処理水４の流れ方向に対してワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃよりも上流側に、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃから所定距離離間して配置されている。また、跳上機構２８は、その下側の一部が被処理水４の水膜７０に浸漬されており、モータ（図示せず）の動力によって回転するように配置されている。跳上機構２８が回転することによって、被処理水４に動力が与えられ、その一部が跳ね上げられて水滴化される。他の構成は、実施の形態１又は２と同様である。
【０１３３】
このような水処理装置及び水処理方法では、跳上機構２８の回転速度又は駆動タイミングを制御することにより、水滴発生量及び水滴形成タイミングを適宜設定することができる。
【０１３４】
また、実施の形態７では、跳上機構２８により被処理水４に動力を与えることで、被処理水４の少なくとも一部を跳ね上げて水滴化するため、水滴形成にノズル又はシャワーヘッドを用いる場合と異なり、被処理水４が微細孔を通ることなく水滴が形成される。このため、被処理水４中の汚れ成分による水滴形成装置の目詰まりが生じず、メンテナンスの頻度を抑制して高い稼働率で動作させることができる。
【０１３５】
なお、本実施の形態７では、跳上機構２８がモータの動力によって回転するが、被処理水４の流れによって跳上機構２８を回転させてもよい。この場合、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの駆動又はガスの供給などを行うことなく、流下する被処理水４の流体エネルギーによって水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成することができる。
【０１３６】
また、跳上機構２８は水車に限定されず、例えば板状部材で水面を叩く機構なども用いることができる。
【０１３７】
実施の形態８．
次に、図２０はこの発明の実施の形態８による水処理装置の断面図である。平板電極２のワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ近傍、即ち平板電極２の放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される領域には、平板電極２を厚さ方向に貫通する複数の細孔２ｂがそれぞれ設けられている。
【０１３８】
平板電極２の下面には、平板電極２との間に貯気室４１を形成する裏板（貯気室形成部材）４２が気密に固定されている。貯気室４１は、全ての細孔２ｂに繋がっている。裏板４２の中央には、循環配管接続口４２ａが設けられている。
【０１３９】
処理槽１の側面下部には、ガス吸入口１ｅが設けられている。ガス吸入口１ｅには、ガス循環配管４３の第１の端部が接続されている。ガス循環配管４３の第１の端部は、処理槽１外に配置されている。ガス循環配管４３の第２の端部は、循環配管接続口４２ａに接続されている。
【０１４０】
ガス循環配管４３の処理槽１外に配置されている部分には、ガス輸送部であるエアポンプ４４が設けられている。実施の形態８の水滴形成装置兼ガス噴出装置であるガス循環装置４５は、裏板４２、ガス循環配管４３及びエアポンプ４４を有しており、処理槽１からガスを吸気し、吸気したガスを細孔２ｂ内に上方へ向けて噴出させる。
【０１４１】
ガス供給口１ｄには、ガス供給源１７が圧力調節器４６を介して接続されている。また、実施の形態８の水処理ユニット４７は、平板電極２と、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと、ガス循環装置４５の一部である裏板４２を有している。
【０１４２】
次に、動作について説明する。給水口１ａから処理槽１内に供給された被処理水４は、平板電極２の上面を流れ、排水口１ｃから排出される。ガス供給口１ｄから処理槽１内に供給された酸素ガスは、ガス排出口１ｂから処理槽１外へ排出される。このとき、ガス排出口１ｂで所定の圧力損失が生じるが、圧力調節器４６を動作させることで、処理槽１内の圧力は外気圧よりも高く維持される。
【０１４３】
一方、エアポンプ４４を動作させることにより、処理槽１内のガスを細孔２ｂから平板電極２上へ噴出させる。これにより、平板電極２上を流れる被処理水４の一部が跳ね上がり、水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃとなる。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【０１４４】
このような水処理装置及び水処理方法では、実施の形態５、６のようなガス源２６を用いず、循環ガスを用いて被処理水４を水滴化することができる。このため、ガス供給源１７からは、処理槽１内を所定の圧力に保ち、かつ、水処理によって消費される分（有機物の酸化分解に消費される分と、被処理水４に溶け込む分）を補うだけのガスを供給すればよい。このため、ガスの使用量を抑制し、水処理のランニングコストを低減することができる。
【０１４５】
また、実施の形態８では、ガス循環装置４５により、被処理水４に動力を与えて水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成する。このため、水滴形成にノズル又はシャワーヘッドを用いる場合と異なり、被処理水４が微細孔を通ることで水滴が形成されるのではなく、ガスが細孔２ｂを流れることで水滴が形成される。従って、被処理水４中の汚れ成分による細孔２ａの目詰まりが抑制され、メンテナンスの頻度を抑制して高い稼働率で動作させることができる。
【０１４６】
また、本実施の形態８では、放電で生じたＯ3ガス及びＨ2Ｏ2ガスが処理槽１内に充満するが、それらのＯ3及びＨ2Ｏ2を含むガスをガス循環装置４５により循環させ、平板電極２上を流れる被処理水４の水膜７０に対して噴出させる。これにより、Ｏ3及びＨ2Ｏ2を含む循環ガスは、図１２〜１７に示したように、水膜７０中を気泡となって上昇する。その際、気液界面からガス中のＯ3及びＨ2Ｏ2が被処理水４に溶解する。このため、実施の形態５で示したように、循環ガスを用いない場合と比較して、被処理水へのＯ3及びＨ2Ｏ2の溶解をさらに促進させることができ、（９）式による水中反応での有機物の分解反応が促進され、水処理の性能が向上する。
【０１４７】
さらに、本実施の形態８では、被処理水４を重力により平板電極２に沿って自然に流下させつつ、エアポンプ４４によりガスを循環させて被処理水４を水滴化している。一般に、ポンプの消費エネルギーは、液体を輸送するよりも気体を輸送する方が遥かに少ないことから、特許文献１の水処理装置のようにポンプで被処理水を循環させて水滴化する場合と比べて、少ない消費エネルギーで、高い水処理効果を得ることができる。
【０１４８】
なお、実施の形態８では、エアポンプ４４を処理槽１外に配置したが、処理槽１内に配置してもよい。この場合、処理槽１にガス吸入口１ｅを設ける必要はなく、ガス循環配管４３は処理槽１内だけに敷設すればよい。
【０１４９】
ここで、図２１は図２０の水処理装置による水処理実験の結果を示すグラフである。この実験では、被処理水４として、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度が約１４ｍｇ／ｌの酢酸ナトリウム水溶液を、毎分１５０ｍｌの流量で循環させた。また、酸素ガスを毎分２５０ｍｌの流量で処理槽１に供給するとともに、パルス放電を形成した。そして、一定の時間間隔で被処理水４をサンプリングし、全有機炭素濃度計（島津製作所製ＴＯＣ−Ｖｗ）を用いてＴＯＣ濃度を測定した。
【０１５０】
試験条件Ａでは、図２０のエアポンプ４４を稼働させず水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されない条件で試験した。また、試験条件Ｂでは、図２０のエアポンプ４４を稼働させて水滴１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成される条件で試験した。
【０１５１】
この結果、試験条件Ａでは、初期ＴＯＣ濃度が１４．６ｍｇ／ｌであったのが、１Ｗｈの放電エネルギー投入後は１１．１ｍｇ／ｌに低下した（３．５ｍｇ／ｌの減少）。一方、試験条件Ｂでは、初期ＴＯＣ濃度が１３．６ｍｇ／ｌであったのが、１Ｗｈの放電エネルギー投入後は６．６ｍｇ／ｌに低下した（７．０ｍｇ／ｌの減少）。
【０１５２】
このように、被処理水４を水滴化することにより、難分解性物質である酢酸ナトリウムの分解速度が大幅に向上することが確認された。
【０１５３】
実施の形態９．
次に、図２２はこの発明の実施の形態９による水処理装置における循環ガスの流量と時間との関係を示すグラフである。実施の形態８では、エアポンプ４４によりガスを循環させることで被処理水４を水滴化したが、本実施の形態９では、ガスの循環流量を時間的に変化させて脈流とする。即ち、実施の形態９のガス循環装置４５は、被処理水４を間欠的に水滴化する。
【０１５４】
図２２において、破線で示す一定流の場合、循環ガス流量は時間的に変化することなく一定である。一方、実線で示す脈流の場合、循環ガスが流れる時間の割合を１／４（即ちデューティー比２５％）とし、流量を４倍としている。従って、一定流と脈流とでは、一定時間の間に流れるガスの量は同じであるが、そのタイミングが異なることになる。
【０１５５】
脈流を形成する方法としては、例えば、ガス循環配管４３の途中にバルブを設け、そのバルブの開閉を制御する方法が挙げられる。また、エアポンプ４４としてダイヤフラムポンプ又はベローズポンプを用いれば、ポンプ自身が脈流の性質を持っているため、別途バルブ等を設けなくても脈流を形成することができる。他の構成及び動作は、実施の形態８と同様である。
【０１５６】
図２０のような水処理装置では、細孔２ｂを通過するガスの流速が速いほど、多くの水滴が形成される。このため、本実施の形態９によれば、循環ガスを脈流とすることで、一定流で供給する場合と比べて、同様の循環ガスの量で、より多くの水滴を形成することができる。このため、同等量の水滴を形成する際にエアポンプ４４の容量を小さくしたり、又は同じ容量のエアポンプ４４で形成できる水滴量を増加させたりすることができる。
【０１５７】
なお、循環ガスの流量は、必ずしも図２２のようにパルス状にする必要はなく、時間的に変調するようにしてもよい。循環ガスの流量、デューティー比、及び脈流周期は、水滴の形成具合によって適宜決定すればよい。
【０１５８】
実施の形態１０．
次に、図２３はこの発明の実施の形態１０による水処理装置の断面図である。処理槽１内には、複数（ここでは４台）の水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄが、上下方向に多段に並べて配置されている。各水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄは、実施の形態８の水処理ユニット４７と同様に、平板電極２、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ、及び裏板４２を有している。
【０１５９】
また、これらの水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄでは、最上段の水処理ユニット４７ａから最下段の水処理ユニット４７ｄまで被処理水４が連続して（ジグザグに蛇行して）流下するように、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。即ち、上下方向に隣接する水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄでは、平板電極２の水平面に対する傾斜方向が逆になっている。
【０１６０】
ガス循環配管４３は、エアポンプ４４の下流側で第１ないし第４の分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに分岐されている。そして、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの先端は、それぞれ対応する水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄの循環配管接続口４２ａに接続されている。
【０１６１】
最上段の水処理ユニット４７ａに接続された第１の分岐配管４３ａには、第１のバルブ４８ａが設けられている。２段目の水処理ユニット４７ｂに接続された第２の分岐配管４３ｂには、第２のバルブ４８ｂが設けられている。３段目の水処理ユニット４７ｃに接続された第３の分岐配管４３ｃには、第３のバルブ４８ｃが設けられている。最下段の水処理ユニット４７ｄに接続された第４の分岐配管４３ｄには、第４のバルブ４８ｄが設けられている。
【０１６２】
実施の形態１０の水滴形成装置であるガス循環装置４９は、水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄの裏板４２、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを含むガス循環配管４３、及びエアポンプ４４を有している。他の構成は、実施の形態８と同様である。
【０１６３】
図２３において、被処理水４は、水量調節機構２３によって所定の流量に調整された後、給水口１ａを通って、処理槽１内に供給される。処理槽１内に供給された被処理水４は、最上段の水処理ユニット４７ａから最下段の水処理ユニット４７ｄまで順に流下した後、処理後水４０として処理槽１の底部に溜まり、排水口１ｃから排水される。このとき、給水口１ａは被処理水４によって塞がれており、排水口１ｃは処理後水４０によって塞がれており、いずれもガスが通らないようになっている。
【０１６４】
ガス供給源１７からの酸素ガスは、圧力調節器４６によって、処理槽１内の圧力が外気圧よりも高い所定の圧力になる流量に調整され、処理槽１内に供給される。エアポンプ４４よってガス吸入口１ｅから吸気された処理槽１内のガスは、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを通って、水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ、４７ｄに供給され、流下する被処理水４を水滴化する。
【０１６５】
図２４は図２３の第１ないし第４のバルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄの開閉動作を示すタイミングチャートである。バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄは、周期的に開閉される。また、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄの開のデューティー比は、いずれも２５％である。
【０１６６】
さらに、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄは、互いに１／４周期ずつずれて開放される。このため、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄのうちの２つ以上が同時に開くことはなく、いずれか１つが開いているときに残りは閉じていることになる。しかも、常に、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄのうちの１つが開いていることになる。従って、全ての水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに同時に循環ガスを供給する場合と比べて、少ない循環ガス流量で効率的に水滴を形成することができる。
【０１６７】
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４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ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８と比較して、処理槽１を一度通過しただけで高い水処理効果が得られる。即ち、被処理水４をポンプで循環させて処理槽１を複数回通過させたり、あるいは処理槽１を複数台直列に接続して、被処理水４が複数の処理槽１を通るようにしたりすることなく、被処理水４を１台の処理槽に一度通過させるだけで高い水処理効果が得られる。このため、実施の形態８と比較して、被処理水４の汲み上げに必要な電力が削減され、また装置構成が簡素化される効果がある。
また、水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄが、上下方向に多段に並べて配置されており、かつ最上段の水処理ユニット４７ａから最下段の水処理ユニット４７ｄまで被処理水４が連続して流下するため、１個の水処理ユニットで同じ処理面積を形成する場合と比較して、処理槽１のフットプリントを小さくすることができる。結果的に、比較的小型な装置で被処理水４を高速かつ高効率に処理できる。
【０１６８】
また、１台のエアポンプ４４により、４台の水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄで水滴を形成できることから、装置構成が簡素化し、装置コストが抑制される。
【０１６９】
さらに、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄにバルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄを設け、これらを異なるタイミングで開閉することで、少ない循環ガス流量で効率的に水滴を形成することができる。
【０１７０】
なお、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄは必須ではなく、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに循環ガスが常時流れるようにしてもよい。
また、バルブ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄの開閉は、被処理水４の組成に応じて任意のタイミングで行うことができ、必ずしも図２４の通りである必要はない。
【０１７１】
実施の形態１１．
次に、図２５はこの発明の実施の形態１１による水処理装置の断面図である。処理槽１内には、複数（ここでは４台）の水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが、上下方向に多段に並べて配置されている。各水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、実施の形態８の水処理ユニット４７から裏板４２を取り除いたものである。即ち、各水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、平板電極２及びワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを有している。
【０１７２】
各水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの平板電極２の周縁部は、処理槽１の内壁面に気密に接続されている。これにより、処理槽１内の各平板電極２の上下には、複数（この例では５つ）の独立した分割空間（密閉空間）が形成されている。即ち、処理槽１内の空間は、平板電極２により５つの分割空間に仕切られている。上下に隣り合う分割空間は、平板電極２の細孔２ｂのみを通して繋がっている。
【０１７３】
また、各平板電極２の下流側端部上には、被処理水４が溜まる水溜め部５２が形成されている。各平板電極２の下流側端部近傍には、水溜め部５２に溜まった被処理水４を下方へ落とすための１つ又は複数の貫通孔２ｃが設けられている。
【０１７４】
ガス吸入口１ｅは、最上段の分割空間、即ち最上段の平板電極２の上側の空間に臨むように配置されている。ガス循環配管４３のガス吸入口１ｅとは反対側の端部は、分岐されておらず、処理槽１に設けられたガス吐出口１ｆに接続されている。ガス吐出口１ｆは、最下段の分割空間、即ち最下段の平板電極２の下側の空間に臨むように配置されている。また、処理槽１には、ガス排出口１ｂが設けられていない。
【０１７５】
実施の形態１１の水滴形成装置であるガス循環装置５３は、エアポンプ４４及びガス循環配管４３を有している。他の構成は、実施の形態１０と同様である。
【０１７６】
図２５において、処理槽１内に供給された被処理水４は、最上段の水処理ユニット４７ａから最下段の水処理ユニット４７ｄまで順に流下した後、処理後水４０として処理槽１の底部に溜まり、排水口１ｃから排水される。このとき、各水溜め部５２に溜まった被処理水４は、貫通孔２ｃを通って下端へ落下する。
【０１７７】
ガス供給源１７からの酸素ガスは、圧力調節器４６によって、処理槽１内の圧力が外気圧よりも高い所定の圧力になる流量に調整され、処理槽１内に供給される。エアポンプ４４によってガス吸入口１ｅから吸気された処理槽１内のガスは、ガス吐出口１ｆを通して最下段の分割空間に供給される。
【０１７８】
ガス吐出口１ｆから処理槽１内に供給されたガスは、細孔２ｂを通して、順次上方の分割空間へと移動していく。このとき、各水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄにおいて、平板電極２上を流れる被処理水４の一部が水滴化される。他の動作は、実施の形態１０と同様である。
【０１７９】
本実施の形態１１においては、処理槽１の内部の圧力が、最下段の分割空間で最も高く、上方の分割空間に行くに従って低くなっている。このため、エアポンプ４４によって生じた循環ガス流は、処理槽１内で上方へ向けて一連の流れを形成することになる。
【０１８０】
また、本実施の形態１１において、各水溜め部５２の水深は、各平板電極２上を流下する被処理水４の水膜厚さよりも大きくなっている。このため、処理槽１内を上方へ向けて流れる循環ガスは、貫通孔２ｃを通ることなく、細孔２ｂのみを通る。これにより、被処理水４を効率的に水滴化することができる。
【０１８１】
さらに、実施の形態１０においては、水処理ユニット４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに対して分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄがそれぞれ接続されていたが、本実施の形態１１では、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは不要となり、装置構成が簡素化される。
【０１８２】
さらにまた、本実施の形態１１では、エアポンプ４４に対して、水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが直列に接続されているため、循環ガスの全量が全ての水処理ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを順次通過することになり、水滴の形成効率が向上する。
【０１８３】
なお、実施の形態１０、１１において、水処理ユニットの台数は、処理槽１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。
【０１８４】
実施の形態１２．
次に、図２６はこの発明の実施の形態１２による水処理装置の要部断面図である。実施の形態１２では、実施の形態８の平板電極２の代わりに傾斜板５５が用いられている。傾斜板５５には、複数の細孔５５ａが設けられている。
【０１８５】
傾斜板５５の上方には、傾斜板５５に対して空隙５を介して、放電形成体としての７本のワイヤ電極、即ち３本の高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、４本の接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄとが配置されている。ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ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。
【０１８６】
また、ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは、傾斜板５５の上面に対して等間隔をおいて配置されている。さらに、ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは、傾斜板５５の幅方向（図２６のＸ軸方向）に平行かつ水平に張られている。
【０１８７】
さらにまた、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄとは、被処理水４の流下方向に交互に配置されている。高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、パルス電源７に接続されている。接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは、接地されている。
【０１８８】
これにより、隣り合う電極、即ち電極５６ａ，５７ａ、電極５６ａ，５７ｂ、電極５６ｂ，５７ｂ、電極５６ｂ，５７ｃ、電極５６ｃ，５７ｃ、電極５６ｃ，５７ｄがそれぞれ対をなし、各対の電極間に放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃを形成する。細孔５５ａは、傾斜板５５のワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄに対向する領域全体に均等に設けられている。
【０１８９】
傾斜板５５の下面には、裏板４２が気密に固定されている。貯気室４１は、全ての細孔５５ａに繋がっている。実施の形態１２の水処理ユニット５９は、傾斜板５５と、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄと、裏板４２とを有している。
【０１９０】
本実施の形態１２では、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄとの間に、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃが形成される。このとき、循環ガスが細孔５５ａから噴き出すことで、水滴１３が形成され、水処理が行われる。他の構成及び動作は、実施の形態８と同様である。
【０１９１】
このような水処理装置及び水処理方法では、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃを横切る方向に水滴１３が跳ね上がる（ここでは、水滴１３が跳ね上がる方向に対して直角の方向に放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃが形成される）。このため、例えば実施の形態１（図１）のように、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと被処理水４の水面との間に放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される場合と比較して、水滴１３と放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃとの接触確率が高くなり、水処理効率が向上する。
【０１９２】
なお、本実施の形態１２において、傾斜板５５は電気的に接地しても、接地しなくてもよい。傾斜板５５を電気的に接地した場合、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと傾斜板５５上の被処理水４の水面との間にも放電が形成される。このため、放電領域を広くすることができ、水処理の速度が向上する。
【０１９３】
一方、傾斜板５５を電気的に接地しない場合、傾斜板５５を絶縁体で形成することができる。傾斜板５５をアルミナ等のセラミックで形成すれば、放電によるスパッタリング及び腐食を抑制でき、装置の長寿命化を図ることができる。また、傾斜板５５を電気的に接地しない場合には、傾斜板５５の配置及び形状を、放電形成に関係なく決めることができるため、例えば空隙５の広さなどの設計の自由度が向上する。
【０１９４】
また、実施の形態１２を実施の形態９〜１１と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１２の装置において、ガスの循環流量を時間的に変化させて脈流としてもよい。また、実施の形態１２の水処理ユニット５９を実施の形態１０又は１１のように多段で配置してもよい。
【０１９５】
さらに、水滴１３が跳ね上がる方向は、必ずしも放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃの形成方向に対して直角でなくてもよく、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃを横切る方向に水滴１３が跳ね上がれば、水処理効率は向上する。
【０１９６】
実施の形態１３．
次に、図２７はこの発明の実施の形態１３による水処理装置の要部断面図である。実施の形態１３は、実施の形態１２の接地ワイヤ電極５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄを接地平板電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄと置き換えたものである。接地平板電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄは、傾斜板５５の上面に対して直角に配置されている。
【０１９７】
実施の形態１３の水処理ユニット６１は、傾斜板５５と、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、接地平板電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄと、裏板４２とを有している。他の構成及び動作は、実施の形態１２と同様である。
【０１９８】
このような水処理装置及び水処理方法では、接地平板電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを用いたので、実施の形態１２と比較して、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃがより広い領域に形成される。このため、水滴１３が放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃと接する時間が長くなり、水処理の速度が向上する。
【０１９９】
なお、実施の形態１３を実施の形態９〜１１と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１３の装置において、ガスの循環流量を時間的に変化させて脈流としてもよい。また、実施の形態１３の水処理ユニット６１を実施の形態１０又は１１のように多段で配置してもよい。
【０２００】
実施の形態１４．
次に、図２８はこの発明の実施の形態１４による水処理装置の要部断面図である。実施の形態１４は、実施の形態１２の接地平板電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄの代わりに、平板を断面円弧状に湾曲させてなる接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃを用いたものである。接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、凹面側が傾斜板５５の上面に空隙を介して対向するように配置されている。
【０２０１】
隣り合う接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、互いに接続されている。高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃと傾斜板５５との間にそれぞれ配置されている。即ち、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、対応する高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃを覆うように配置されている。傾斜板５５は、金属からなり、接地されている。即ち、傾斜板５５は、平板電極（接地電極）を兼ねている。
【０２０２】
実施の形態１４の水処理ユニット６３は、傾斜板５５と、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃと、裏板４２とを有している。他の構成及び動作は、実施の形態１２と同様である。
【０２０３】
このような水処理装置及び水処理方法では、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃを用いたので、実施の形態１２又は１３と比較して、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃがより広い領域に形成される。このため、水滴１３が放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃと接する時間が長くなり、水処理の速度が向上する。
【０２０４】
また、高圧ワイヤ電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃを囲うように接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃが配置されているため、より均一な電界が形成される。このため、放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃが局所的に強くなることなく、アーキングが抑制され、均一で安定的な放電が形成される。
【０２０５】
さらに、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃが跳ね上がった水滴１３を覆うように配置されているため、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃに付着した水滴１３の一部が、再び水滴１３となって傾斜板５５へ向けて落下する。また、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃに付着した水滴１３の他の一部は、表面張力により、接地円弧電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃの内面に沿って流れる。このような動作を繰り返すことにより、被処理水４と放電５８ａ，５８ｂ，５８ｃとの接触時間が長くなるのに加え、気液界面の面積が増加し、水処理が効率的に行われる。
【０２０６】
なお、実施の形態１４を実施の形態９〜１１と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１４の装置において、ガスの循環流量を時間的に変化させて脈流としてもよい。また、実施の形態１４の水処理ユニット６３を実施の形態１０又は１１のように多段で配置してもよい。
【０２０７】
実施の形態１５．
次に、図２９はこの発明の実施の形態１５による水処理装置の要部断面図である。傾斜板５５の上方には、放電形成体であるメッシュ電極６４が、空隙５ａを介して傾斜板５５と平行に配置されている。メッシュ電極６４は、パルス電源７に接続されている。傾斜板５５は、金属からなり、接地されている。即ち、傾斜板５５は、平板電極（接地電極）を兼ねている。
【０２０８】
メッシュ電極６４の上方には、放電形成体である上部平板電極６５が、空隙５ｂを介して、メッシュ電極６４と平行に配置されている。上部平板電極６５は、接地されている。メッシュ電極６４及び傾斜板５５は、対をなして放電６６ａを形成する。メッシュ電極６４及び上部平板電極６５は、対をなして放電６６ｂを形成する。
【０２０９】
実施の形態１５の水処理ユニット６７は、傾斜板５５と、メッシュ電極６４と、上部平板電極６５と、裏板４２とを有している。他の構成及び動作は、実施の形態１２と同様である。
【０２１０】
このような水処理装置及び水処理方法では、メッシュ電極６４と傾斜板５５との間に放電６６ａが形成され、メッシュ電極６４と上部平板電極６５との間に放電６６ｂが形成される。また、傾斜板５５上から跳ね上がった水滴１３の一部は、メッシュ電極６４を通過して上部平板電極６５に衝突する。
【０２１１】
このため、実施の形態８のようにワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃと平板電極２との間だけに放電１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成される場合と比べて、放電６６ａ，６６ｂの形成領域を拡張することができ、水処理の速度が向上する。
【０２１２】
また、跳ね上がった水滴１３の一部が上部平板電極６５に衝突し、その一部は再び水滴１３となって傾斜板５５へ向けて落下する。また、上部平板電極６５に衝突した水滴１３の他の一部は、表面張力により、上部平板電極６５に沿って流れる。このため、被処理水４と放電６６ａ，６６ｂの接触時間が向上することに加え、気液界面の面積が増加し、水処理が効率的に行われる。
【０２１３】
なお、実施の形態１５を実施の形態９〜１１と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１５の装置において、ガスの循環流量を時間的に変化させて脈流としてもよい。また、実施の形態１５の水処理ユニット６７を実施の形態１０又は１１のように多段で配置してもよい。
【０２１４】
実施の形態１６．
次に、図３０はこの発明の実施の形態１６による水処理装置の断面図、図３１は図３０の平板電極２のみを示す断面図、図３２は図３０の平板電極２を示す斜視図である。本実施の形態１６は、平板電極２の形状が異なる点を除き、実施の形態８と同様である。
【０２１５】
平板電極２の上面には、他の部分よりも下がった複数（図３２では３２個）の凹部７２が形成されている。平板電極２の上面に平行な凹部７２の断面形状は、円形である。各凹部７２の中央には、平板電極２を厚さ方向に貫通する細孔７３が形成されている。その他の構成は実施の形態８と同様である。
【０２１６】
本発明の水処理装置では、水膜７０が薄いほど高い水処理効率が得られる。これは、放電で生成されたＯＨ及びＯ3などの酸化性粒子は、水膜７０の表層において迅速に反応して有機物を分解するが、水膜７０の深部への拡散に時間を要するためである。
【０２１７】
一方、水滴形成装置によって形成される水滴１３の数が多いほど、高い水処理性能が得られる。これは、多数の水滴が形成されることにより、被処理水４の表面積が増加し、ＯＨ及びＯ3などの酸化性粒子との反応頻度が向上し、またＯ3及びＨ2Ｏ2の溶解が促進されるためである。
【０２１８】
実施の形態８において、水膜７０が薄いと、水膜７０の底部付近の有機物まで分解され易くなるが、細孔２ｂからガスを噴出させても多くの水滴を形成することができない。逆に水膜７０が厚いと、水滴は多数形成されるが水膜７０の深部の有機物の分解が進まない。即ち、実施の形態８において、水膜７０中の有機物の効率的な処理と、多数の水滴の形成とを両立させることがより好適である。
【０２１９】
これに対して、本実施の形態１６によれば、平板電極２の上面に凹部７２が形成されており、かつ各凹部７２の底部に細孔７３が開口しているため、細孔７３の近傍のみ水膜７０が厚く、その他の領域では水膜７０が薄くなる。これにより、水膜７０中の有機物の効率的な処理と、多数の水滴の形成とを両立できる。
【０２２０】
なお、凹部７２の形状は、必ずしも図３２に示すように円柱形である必要はない。また、必ずしも細孔７３と凹部７２とを１：１で対応させる必要はない。例えば、図３３に示すように、矩形の平板状（平板電極２の上面に平行な断面が長方形）の複数（図３３では４個）の凹部７４を平板電極２の上面に設け、各凹部７４に２個以上（図３３では６個）の細孔７３を設けてもよい。図３３において、凹部７４は、長辺が被処理水４の流れに対して直角になるように配置されている。このような構成によれば、加工性が向上する。
【０２２１】
また、図３４に示すように、溝形状の複数（図３４では４個）の凹部７５を平板電極２の上面に設け、各凹部７５に２個以上（図３４では９個）の細孔７３を設けてもよい。図３４では、凹部７５は、被処理水４の流れに対して直角な方向に互いに間隔をおいて、被処理水４の流れの方向に平行に配置されている。このような構成によれば、前述の水滴を効果的に形成できる効果に加えて、被処理水４が平板電極２の面上で偏りなく均一に流れる効果が得られる。
【０２２２】
なお、形状の異なる複数種類の凹部を組み合わせて用いてもよい。
また、平板電極２の上面に凹部を形成する構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１の平板電極２の超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃが配置されている部分の上面に凹部を形成してもよい。この場合も、水膜７０の厚みに応じた最適な周波数に合わせたときで比較すると、超音波振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上部の水膜７０が厚いほど、より多くの水滴を生じさせることができる。
【０２２３】
実施の形態１７．
次に、図３５はこの発明の実施の形態１７による水処理装置の平板電極２を示す斜視図、図３６は図３５の平板電極２を示す分解斜視図である。本実施の形態１７は、平板電極２の形成方法が実施の形態１６と異なる。即ち、本実施の形態１７では、平板電極２は、矩形の平板である下板７６上に、矩形の平板である上板７７を重ね合わせることによって構成されている。
【０２２４】
下板７６には、下板７６を厚さ方向に貫通する複数（この例では３０個）の細孔７３が設けられている。この例では、下板７６に５列の細孔列７３ａ〜７３ｅが形成されている。各細孔列７３ａ〜７３ｅでは、６個の細孔７３が被処理水４の流れに対して直角に並べて配置されている。また、細孔列７３ａ〜７３ｅは、被処理水４の流れの方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【０２２５】
上板７７には、平面形状がそれぞれ長方形である５個の貫通孔７７ａ〜７７ｅが設けられている。貫通孔７７ａ〜７７ｅは、被処理水４の流れの方向に互いに間隔をおいて配置されている。各貫通孔７７ａ〜７７ｅは、長辺が被処理水４の流れの方向に直角となるように配置されている。
【０２２６】
各貫通孔７７ａ〜７７ｅの開口面積は、各細孔７３の開口面積よりも大きい。上板７７を下板７６に重ねた状態では、細孔７３は、対応する貫通孔７７ａ〜７７ｅ内に開口するように配置されている。これにより、各貫通孔７７ａ〜７７ｅは、図３３の凹部７４と同様に機能する。他の構成は、実施の形態１６と同様である。
【０２２７】
実施の形態１６において、凹部７２，７４，７５を形成するには、平板電極２に対して削り加工を施す必要がある。これに対して、本実施の形態１７によれば、上板７７及び下板７６をそれぞれレーザー加工及び打ち抜き加工等で形成し、両者を貼り合わせることで平板電極２が形成できる。このため、平板電極２をより低コストで作成でき、平板電極２の大型化及び量産化が容易となる。
【０２２８】
なお、下板７６に対する上板７７の固定方法は、例えば溶接、ろう付、又は接着などでよく、特に限定されない。
【０２２９】
実施の形態１８．
次に、図３７はこの発明の実施の形態１８による水処理装置の断面図である。本実施の形態１８の水処理装置は、上部ユニット９０、下部ユニット９１、２個の第１の中間ユニット（水処理ユニット）７９ａ，７９ｂ、及び２個の第２の中間ユニット（水処理ユニット）８０ａ，８０ｂを有している。
【０２３０】
上部ユニット９０は、水処理装置の最上部に配置されている。下部ユニット９１は、水処理装置の最下部に配置されている。第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂと、第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂとは、上部ユニット９０と下部ユニット９１との間に、上下方向に交互に配置されている。
【０２３１】
具体的には、上部ユニット９０の下に第１の中間ユニット７９ａが配置され、第１の中間ユニット７９ａの下に第２の中間ユニット８０ａが配置され、第２の中間ユニット８０ａの下に第１の中間ユニット７９ｂが配置され、第１の中間ユニット７９ｂの下に第２の中間ユニット８０ｂが配置され、第２の中間ユニット８０ｂの下に下部ユニット９１が配置されている。
【０２３２】
また、上下に隣接するユニットの処理槽１を構成する部分は、締結部材である複数のボルト８７を用いて、気密を保ち、かつ電気的に導通させて締結されている。図３８に第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂの断面、図３９に第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂの断面を示している。
【０２３３】
図３８において、各第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂは、平板電極２、裏板４２、分岐配管４３ａ又は４３ｃ、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ、及び筐体８３を有している。筐体８３は、断面矩形のダクト状であり、平板電極２、裏板４２及びワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃを囲んでいる。平板電極２は、筺体８３の内部で、筺体８３の側壁に固定されている。
【０２３４】
筺体８３の側壁には、高圧線８２を導入する導入端子８１と、ガス循環配管４３が貫通するフィードスルー８９とが形成されている。ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃは、それぞれが高圧線８２に接続されている。高圧線８２は、導入端子８１を介して、筺体８３の外部に通じている。
【０２３５】
筺体８３の上端部には、上部フランジ８３ａが設けられている。筐体８３の下端部には、下部フランジ８３ｂが設けられている。また、平板電極２は、図３８において右下がりに傾斜している。
【０２３６】
図３９において、第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂは、平板電極２、裏板４２、分岐配管４３ｂ又は４３ｄ、ワイヤ電極６ａ，６ｂ，６ｃ、及び筐体８３を有している。平板電極２は、図３９において左下がりに傾斜している。第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂは、平板電極２が左下がりとなっている点を除き、第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂと同様である。即ち、第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂの第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂとの相違点は、平板電極２の傾斜方向が反対である点だけである。
【０２３７】
上部ユニット９０には、給水口１ａ、ガス排出口１ｂ、及びガス吸入口１ｅが設けられている。上部ユニット９０の筐体８４は、第１の中間ユニット７９ａの筐体８３の上部フランジ８３ａに締結されている。
【０２３８】
下部ユニット９１には、排水口１ｃ、及びガス供給口１ｄが設けられている。下部ユニット９１の筐体８５は、第２の中間ユニット８０ｂの筐体８３の下部フランジ８３ｂに締結されている。
【０２３９】
第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂ及び第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂから引き出された高圧線８２は、筺体８３の外部において、ブスバー８８にそれぞれ接続されている。ブスバー８８は、パルス電源７の高電圧出力に接続されている。パルス電源７の接地側は、下部ユニット９１に接続されている。
【０２４０】
また、分岐配管４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、それぞれ継手８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄによって、ガス吸入口１ｅに対して並列に接続されている。また、ガス吸入口１ｅと継手８６ａとの間には、エアポンプ４４が配置されている。その他の構成及び動作は、実施の形態１０と同様である。
【０２４１】
本実施の形態１８によれば、第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂ、第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂ、上部ユニット９０及び下部ユニット９１をボルト８７で接続するだけで、処理槽１を構成することができる。このため、処理槽１を一体の構成とする場合と比較して、製造と組立が容易になる。
【０２４２】
また、第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂ及び第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂの数を任意に決めることができる。例えば、高濃度の有機物を含む被処理水４、又は難分解性物質を含む被処理水４が処理対象となる場合には、第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂ及び第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂの数を増やすことで、高い処理効果が得られる。
【０２４３】
逆に、低濃度の有機物を含む被処理水４、又は難分解性物質を含まない被処理水４が処理対象となる場合には、第１の中間ユニット７９ａ，７９ｂ及び第２の中間ユニット８０ａ，８０ｂの数を減らすことで、無効な放電電力の消費を抑えることができる。また、処理槽１を簡素化し小型化できることから、装置コスト及び運転コストを抑制することができる。
【０２４４】
なお、実施の形態８〜１８において、循環ガスを形成するための装置はエアポンプ４４に限定されるものではなく、例えばブロア又はコンプレッサ等であってもよい。
【０２４５】
また、１つの処理槽内で異なる複数種類の水滴形成装置を組み合わせて使用してもよい。例えば、実施の形態１、３、５〜７、８で示した水滴形成装置を適宜組み合わせて使用してもよい。
さらに、実施の形態１２〜１５で示した放電形成体を実施の形態１、３、５〜７で示した水滴形成装置と組み合わせてもよい。
【０２４６】
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。例えば、超音波振動子を用いる場合、水滴径は周波数に応じて変化するが、数マイクロメートルの霧状のものから、数ミリメートルの比較的大きな水滴まで形成可能である。
また、実施の形態５、６に示したガスを用いる方法、及び実施の形態７に示した跳上機構２８を用いる方法では、０．１ミリメートルから数ミリメートルの水滴が形成される。水処理効率及び速度が最良となるよう、水滴形成方法、水滴径、及び数密度を決定することができる。
【要約】
水処理装置において、傾斜板は、水平面に対して傾斜して配置されている。被処理水は、傾斜板の上面に沿って流される。傾斜板を流れる被処理水が形成する水膜の上方には、気体層を介して放電形成体が配置されている。水滴形成装置は、水膜に動力を与えることで、被処理水の少なくとも一部を水滴として上方へ向けて噴射する。【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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