(57)【要約】プラズマ水処理装置は、対象物流入口及び対象物排出口が形成された収容チャンバー部と、収容チャンバー部の内側に収容される被処理対象物を貫いて配置され、被処理対象物と分離される気体流入口及び気体排出口を有している誘電体管と、被処理対象物から隔離されるように誘電体管の内側に配置されるコア電極と、被処理対象物に浸漬された状態で誘電体管を収容する光触媒多孔網と、気体流入口に気体を供給する気体供給部と、誘電体管の内側に供給される気体はプラズマ反応に露出され、プラズマ反応によって生成された気体活性種を含む気体を取り込んで被処理対象物を一次的に処理し、一次的に処理された被処理対象物を収容チャンバー部の対象物流入口に提供する気液反応器と、収容チャンバー部の対象物排出口から被処理対象物が流入し、且つ上部に捕集された未反応の気体活性種を再循環させる放流水槽と、を備え、被処理対象物を気液反応器で一次的に処理して収容チャンバー部に提供し、被処理対象物を紫外線で二次的に処理可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ反応を用いて液状の被処理対象物を処理するためのプラズマ水処理装置であって、
前記被処理対象物が流入する対象物流入口、及び前記被処理対象物が排出される対象物排出口が形成された収容チャンバー部と、
前記収容チャンバー部の内側に収容される前記被処理対象物を貫いて配置され、且つ前記被処理対象物と分離される気体流入口及び気体排出口を有している誘電体管と、
前記被処理対象物から隔離されるように前記誘電体管の内側に配置されるコア電極と、
前記被処理対象物に浸漬された状態で前記誘電体管を内部に収容する光触媒多孔網と、
前記気体流入口に気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部によって前記誘電体管の内側に供給される前記気体は、前記コア電極に電源が印加されて発生するプラズマ反応に露出され、前記プラズマ反応によって生成された気体活性種を含む前記気体が前記気体排出口を通って供給されて前記被処理対象物を一次的に処理し、該一次的に処理された前記被処理対象物を前記収容チャンバー部の前記対象物流入口に提供する気液反応器と、
前記収容チャンバー部の前記対象物排出口から前記被処理対象物が流入し、且つ上部に捕集された未反応の気体活性種を前記気体流入口に再循環させる放流水槽と、
を備えており、
前記被処理対象物を前記気液反応器で一次的に処理して前記収容チャンバー部に提供し、前記収容チャンバー部に収容された前記被処理対象物を、前記プラズマ放電によって生成された紫外線で二次的に処理することを特徴とするプラズマ水処理装置。
【請求項２】
前記気体供給部は、前記放流水槽の上部に捕集された前記未反応の気体活性種を前記誘電体管の前記気体流入口に供給し、該未反応の気体活性種を前記誘電体管の内部に再循環させるためのブロワー（ｂｌｏｗｅｒ）を含む請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項３】
前記誘電体管の前記気体流入口及び前記気体排出口には、前記被処理対象物が流入することを防止するための遮断部材を備えており、
前記遮断部材は絶縁性を有する請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項４】
前記気液反応器は、前記気体活性種を含む前記気体を気泡状態で前記被処理対象物に接触溶解させる請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項５】
前記被処理対象物はグラウンド電極に接続する請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項６】
前記誘電体管及び光触媒多孔網は、前記被処理対象物の表面から垂直に浸漬される請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項７】
前記光触媒多孔網は、それぞれの誘電体管を内部に収容する中空の円柱状をしている請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項８】
前記光触媒多孔網に使われる光触媒は、ＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含む請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項９】
前記誘電体管は、ガラス、石英、及びセラミックのいずれか１種を含む請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項１０】
前記誘電体管は石英を含み、前記誘電体管を通過した前記紫外線は、前記光触媒多孔網を通過しながら活性度が増加した前記気体活性種を含む前記被処理対象物を二次的に処理する請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項１１】
前記コア電極を前記誘電体管の内側に固定し、
前記誘電体管に流入した前記気体が円滑に通過するように三脚の形状を有するコア電極固定部材を備えている請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項１２】
前記コア電極固定部材はテフロン（登録商標）を使用する請求項１１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項１３】
同一の前記収容チャンバー部が少なくとも一つ連続して配置され、
一つの収容チャンバー部に隣接した他の収容チャンバー部は、前記一つの収容チャンバー部で処理された被処理対象物を取り込んで再処理する請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【請求項１４】
前記コア電極の外面にポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）又はセラミックによるコーティング層を含む請求項１に記載のプラズマ水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の被処理対象物を処理するためのプラズマ水処理装置に関し、特に、プラズマ放電によって生成されたプラズマ生成物で液状の被処理対象物を処理するプラズマ水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物を多く含有する汚染された水では微生物が共に棲息することがある。汚水が河川や海水にそのまま流入すると、有機物の腐敗により酸素濃度が減り、有害な微生物による酸素濃度の欠乏や毒素によって魚類及び多様な水中生物が集団斃死することもある。また、汚水が腐敗する過程で悪臭が生じる場合もある。このことから、畜舎、養殖場或いは工場で使用した汚水に対して微生物の死滅や有機物の処理のための様々な方法が行われている。
【０００３】
汚水の処理に現在広く用いられている方法には、ろ過（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、塩素処理（ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ）、紫外線処理（ＵＶ  ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）、及びオゾン処理（ｏｚｏｎａｔｉｏｎ）などがある。
【０００４】
しかし、ろ過を用いた処理方法は、微生物及び有機物を共に除去することはできるが、微生物を殺菌するには適しておらず、またフィルターの周期的な交換が必要であるため、維持及び管理上の複雑性及びコストが増加するという問題がある。
【０００５】
塩素処理方法は、微生物の殺菌効果に優れているが、全ての微生物に対して殺菌効果があるものではなく、また、塩素の毒性が魚類及び他の水中生物にも直接に影響を与えるという問題がある。
【０００６】
紫外線処理方法は、紫外線の浸透深さに限界があるため、大量の汚水処理には適しておらず、また微生物別に適度のエネルギー密度と波長が異なるため、殺菌効果が良くない。また、紫外線ランプの寿命が短いため、維持コストもかなりかかるという不具合がある。
【０００７】
また、オゾンの注入方法は、微生物を死滅する効果に優れているが、オゾンは高温で短時間で分解してしまうため、汚水を低い水温に維持しなければならず、また、初期設備投資及び維持に高コストがかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、汚水中の有機物を除去し、同時に微生物まで死滅させることができるプラズマ水処理装置を提供する。
【０００９】
本発明は、即時的な汚水中の有機物の除去及び微生物の死滅という効果が得られるプラズマ水処理装置を提供する。
【００１０】
本発明は、別の化学薬品のような材料を使用することなく汚水処理が可能であり、汚水処理の連続性及び自動化を容易に実現できるプラズマ水処理装置を提供する。
【００１１】
本発明は、プラズマ放電によって生成されたプラズマ生成物を含む気体をプラズマ放電に再び露出させてそれを再使用することによって、被処理対象物の処理効果を向上させることができるプラズマ水処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の例示的な一実施例によれば、プラズマ反応を用いて液状の被処理対象物を処理するためのプラズマ水処理装置は、被処理対象物が流入する対象物流入口、及び被処理対象物が排出される対象物排出口が形成された収容チャンバー部と、収容チャンバー部の内側に収容される被処理対象物を貫いて配置され、被処理対象物と分離される気体流入口及び気体排出口を有している誘電体管と、被処理対象物から隔離されるように誘電体管の内側に配置されるコア電極と、被処理対象物に浸漬された状態で誘電体管を収容する光触媒多孔網と、気体流入口に気体を供給する気体供給部と、気体供給部によって誘電体管の内側に供給される気体は、コア電極に電源が印加されて発生するプラズマ反応に露出され、プラズマ反応によって生成された気体活性種を含む気体を気体排出口から取り込んで被処理対象物を一次的に処理し、一次的に処理された被処理対象物を収容チャンバー部の対象物流入口に提供する気液反応器と、収容チャンバー部の対象物排出口から被処理対象物が流入し、且つ上部に捕集された未反応の気体活性種を気体流入口に再循環させる放流水槽と、を備えており、被処理対象物を気液反応器から一次的に処理して収容チャンバー部に提供し、収容チャンバー部に収容された被処理対象物を、プラズマ放電によって生成された紫外線で二次的に処理することができる。また、放流水槽の上部に捕集された未反応の気体活性種を再び気体流入口に再循環させることによって、被処理対象物の殺菌効果を向上させることができる。
【００１３】
特に、気体活性種に含まれたオゾンは、排オゾン処理施設で処理して２次汚染を防止すべきであるが、本発明に係る処理処置では、未反応の気体活性種を再循環させて使用するため、別途のオゾン処理設備が不要である。
【００１４】
一定電圧以上の高電圧が印加されたコア電極と誘電体管との間に気体が通過すると、誘電体管内部の絶縁状態が破壊されながらプラズマ状態となり、この時、オゾン、ラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）、イオン、電子、及び励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）状態の分子のような気体活性種、及びプラズマ状態でイオンや励起状態の分子により様々な波長の紫外線のようなプラズマ生成物が放出される。
【００１５】
誘電体管の個数は、被処理対象物の処理効果を向上させるために複数個にしてもよく、誘電体管の周囲で誘電体管を取り囲んで収容する中空の円柱状をしている光触媒多孔網は、誘電体管に個別に配置されるとよい。このように複数個が配列された各誘電体管の外側に光触媒多孔網を提供することによって、紫外線による殺菌効果を極大化でき、光触媒としてはＴｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を使用すればよい。光触媒多孔網は、網（ｍｅｓｈ）状の枠組に前記光触媒をコーティングして作製すればよい。
【００１６】
気液反応器は、プラズマ放電によって生成された気体活性種を含む気体を誘電体管の気体排出口から取り込んで被処理対象物を一次的に処理した後、一次的に処理された被処理対象物を収容チャンバー部に供給できる。すなわち、被処理対象物は気液反応器でプラズマ生成物のうち気体活性種によって一次的に処理された後、収容チャンバー部でプラズマ生成物中のうち紫外線によって二次的に処理されるため、被処理対象物の処理効果が非常に高い。
【００１７】
特に、気液反応器は、気体活性種を微細気泡の形態で被処理対象物に接触させて溶解されるようにし、被処理対象物と気体活性種との接触面積を極大化しつつそれを収容チャンバー部に供給することができる。このように気液反応器から収容チャンバー部に供給される被処理対象物は、気泡状態で分散されたり溶解された気体活性種を含むことができ、このとき、気体活性種は光触媒多孔網によって非常に高い活性度を持つようになり、被処理対象物の有機物分解効果や殺菌効果が非常に高くなる。参考として、気体活性種は、活発な運動性を持つ電子、分子の形態で生成され、被処理対象物と衝突しながら微生物ＤＮＡを破壊して微生物の活性度を低下させることができる。
【００１８】
もし、プラズマ放電がおきる誘電体管が被処理対象物の外部に配置されるとすれば、気体活性種を被処理対象物に引き込んで被処理対象物の処理に使用することはできるが、紫外線は外部から引き込んで被処理対象物に使用することができないという問題点がある。
【００１９】
そこで、本発明に係るプラズマ水処理装置のプラズマ放電がおきる絶縁性の誘電体管を被処理対象物に浸漬された状態で提供するため、プラズマ放電によって生成された紫外線は誘電体管を通って被処理対象物に直接供給可能となり、同時に、誘電体管の内部に生成される気体活性種は気液反応器を通って被処理対象物に供給され、被処理対象物を処理するのに使用可能となる。
【００２０】
特に、本発明に係るプラズマ水処理装置において誘電体管は被処理対象物に貫いて浸漬された状態で提供されるが、誘電体管の内部には被処理対象物が流入しないため、高圧の電流がかかるコア電極は液状の被処理対象物によってよく酸化／腐食されず、且つコア電極は液状の被処理対象物と直接接触しないため、液状の被処理対象物への電気伝導による電力損失を最小化することができる。参考として、コア電極は被処理対象物とは分離されるものの、プラズマ発生時に活性種ガスによって腐食が発生することがある。コア電極の腐食を防止するために、コア電極の外面にポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）又はセラミックを使ってコーティング層を形成してもよい。
【００２１】
すなわち、本発明に係るプラズマ水処理装置は、別の紫外線発生装置を使用する必要がなく、プラズマ放電によって紫外線及び気体活性種を一度に生成し、これらを被処理対象物処理に全て使用できるというメリットがある。
【００２２】
また、誘電体管は、石英、ガラス、セラミックのような絶縁性材質で作製すればよく、特に、紫外線が直接透過できるような石英のような材質にすると、紫外線を直接被処理対象物に供給しながら、同時に光触媒多孔網により活性度が極大化した状態で被処理対象物に照射されるため、殺菌効率を向上させることができる。場合によって、誘電体管は様々な誘電性材料で作製してもよく、例えば、石英（ｑｕａｒｔｚ）、ガラス、ガラス積層物（ｌａｍｉｎａｔｅ）のようなセラミック材料を使用してもよく、場合によって、電気絶縁性が良いため電気部品に多用されているポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のような合成樹脂を使用してもよく、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）で充填されたガラス積層物を使用してもよい。勿論、誘電体管の材料は上述の材料に制限されず、誘電体管は絶縁性及び耐熱性に富むいかなる誘電体で作製されてもよい。
【００２３】
コア電極は、通電性のよい炭素、伝導性、耐熱性及び強度に優れているタングステン、或いはその他の金属材質で作製可能である。
【００２４】
本明細書でいう被処理対象物とは、所定の電気伝導性を有する液体のことを指し、被処理対象物の種類及び特性によって本発明が制限又は限定されることはない。具体的に、被処理対象物は、畜舎、養殖場或いは工場で使用した各種有機物や微生物が含まれた汚水であってもよく、場合によって、純粋な水であってもよい。気体も同様、酸素、水素、及びアルゴン（ａｒｇｏｎ）などを含む一般的な大気中の空気であってもよく、酸素のような１種類の気体であってもよい。
【００２５】
誘電体管に供給される気体の種類によって生成されるプラズマ生成物の種類が多少異なってきてもよく、プラズマ生成物によって処理される被処理対象物の性質も異なってもよい。
【００２６】
具体的に、上述した被処理対象物が汚水であり、誘電体管に供給される気体が一般的な空気である場合に、プラズマ放電によって気体は、オゾン、Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＯＨなどのような気体活性種及び紫外線などを発生させ、汚水中の有機物や微生物を処理することができる。参考として、本明細書でいう微生物は、主に単一細胞又は菌糸で胴体をなす生物のことを指し、藻類（ａｌｇａｅ）、細菌類（ｂａｃｔｅｒｉａ）、原生動物類（ｐｒｏｔｏｚｏａ）、糸状菌類（ｆｕｎｇｉ）、酵母類（ｙｅａｓｔ）、及びウイルス（ｖｉｒｕｓ）などを総称する。
【００２７】
また、被処理対象物が純粋な水であり、気体が純粋な酸素である場合には、酸素からオゾンが発生し、オゾンで処理された被処理対象物からオゾン水を生産することもできる。
【００２８】
一方、液状の被処理対象物は、グラウンド電極に接続してもよく、液状の被処理対象物がグラウンド電極の役割を果たすことによって、金属電極を使用する場合とは違い、腐食の問題を解消することができる。
【００２９】
また、誘電体管の前記気体流入口及び前記気体排出口には、被処理対象物が流入することを防止するための遮断部材を備えてもよく、遮断部材は絶縁性を有するのが好ましい。特に、誘電体管の気体排出口には、気体排出口を通って被処理対象物が誘電体管の内側に流入することを防止し、単に誘電体管の内側から外側へ気体のみを排出できるためのバルブであればよく、これは絶縁性のものにするのが好ましい。
【００３０】
また、誘電体管は、被処理対象物の表面から垂直に浸漬され、誘電体管の上部に形成された気体流入口は被処理対象物の外側に配置されるとよく、光触媒多孔網も同様、被処理対象物の表面から垂直に浸漬されるのが好ましい。ただし、誘電体管の気体流入口及び気体排出口に被処理対象物が流入しない条件下では、前記誘電体管は水平や斜めに浸漬されてもよい。
【００３１】
また、コア電極はコア電極固定部材によって誘電体管の内側中心に配置固定されるとよく、コア電極固定部材としては、誘電体管に流入する気体が通過できるような三脚状のコア電極固定部材を配置し、気体通過性を確保すればよい。
【００３２】
コア電極固定部材はテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）で作製してもよい。テフロン（登録商標）は、薬品に侵食されず、また耐熱性の良い不燃性素材であるため、電気絶縁性が良好で、コア電極に直接接触しても性質が変わらず、よって、コア電極誘電体管を固定できる材料として有用である。
【００３３】
本発明に係るプラズマ水処理装置は、上述したように、誘電体管及びコア電極を含む簡単な構成でプラズマ生成物を生成し、これを用いて液状の被処理対象物を処理でき、且つ気液反応器及び光触媒多孔網を用いて、紫外線及び気体活性種のようなプラズマ生成物で被処理対象物の処理効果を向上させることができる。
【００３４】
また、誘電体管と光触媒多孔網を被処理対象物に直接浸漬させた状態で、誘電体管内に気体を供給し、コア電極に電圧を印加するだけで、即時的な微生物の殺菌処理及び有機物の分解が可能となり、別の化学薬品のような材料を使用しないため、汚水処理の連続性及び自動化を実現し易くなる。
【００３５】
場合によって、プラズマ水処理装置は、被処理対象物を収容する収容チャンバー部を少なくとも２個連続して配置してもよい。例えば、複数個のチャンバー部を互いに独立して汚水処理するように並列に連結することによって、汚水の処理効率を上げ、大容量の被処理対象物を処理できるようにしてもよく、または、一つの収容チャンバー部に隣接した他の収容チャンバー部が一つの収容チャンバー部で処理された被処理対象物を取り込んで再処理できるように直列に連結することによって、汚水を繰返し処理できるようにしてもよい。これによれば、高濃度被処理対象物のような難分解性又は高濃度病原性の処理対象物を持つ被処理対象物の効果的な処理が可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のプラズマ水処理装置は、誘電体管及びコア電極を備える簡単な構成でプラズマ生成物を生成し、これを用いて液状の被処理対象物を処理でき、特に、気液反応器及び光触媒多孔網を用いて、紫外線及び気体活性種のようなプラズマ生成物で被処理対象物の処理効果を向上させることができる。
【００３７】
本発明のプラズマ水処理装置は、誘電体管と光触媒多孔網を被処理対象物に直接浸漬させた状態で、誘電体管の内側に気体を供給し、コア電極に電圧を印加するだけで、生成された紫外線や、気液供給部に供給される被処理対象物中の活性化気体の活性度を極大化させることができ、その結果、より効果的な微生物の殺菌処理及び有機物の分解が可能となる。
【００３８】
本発明のプラズマ水処理装置は、別途の化学薬品のような材料を使用しないため、汚水処理の連続性及び自動化を容易に実現可能となる。
【００３９】
本発明のプラズマ水処理装置は、被処理対象物、及び誘電体管に供給される気体の種類を変更することによって、プラズマ生成物によって処理される被処理対象物の性質を容易に変更することができる。例えば、被処理対象物を純粋な水とし、気体を純粋な酸素とすることによって、酸素からオゾンを生成させることができ、オゾンで処理された被処理対象物からオゾン水を生産することが可能になる。
【００４０】
本発明のプラズマ水処理装置において気液反応器から収容チャンバー部に供給される被処理対象物は、気泡状態で分散されたり溶解された気体活性種を含んでおり、このような気体活性種は光触媒多孔網によって非常に高い活性度を有するようになるため、被処理対象物の有機物分解効果や殺菌効果が非常に高くなる。
【００４１】
プラズマ反応によって生成されたオゾンについては排オゾン処理施設で処理して２次汚染を防止すべきであるが、本発明のプラズマ水処理装置では未反応の気体活性種を再循環させて使用しているため、別のオゾン処理設備が不要である。
【００４２】
本発明のプラズマ水処理装置は、少なくとも２個の収容チャンバー部を互いに並列に連結することによって被処理対象物の大量処理が可能であり、場合によって、一つの収容チャンバー部に隣接した他の収容チャンバー部は、該一つの収容チャンバー部で処理された被処理対象物を取り込んで繰返し処理するように直列に連結することによって、高濃度被処理対象物のような難分解性又は高濃度病原性処理対象物を持つ被処理対象物の処理効果を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るプラズマ水処理装置において収容チャンバー部及びその内部に配置される構成要素を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係るプラズマ水処理装置を示す構成図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ方向に沿う断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施例に係るプラズマ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】
【００４４】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明するが、本発明はそれらの実施例に制限又は限定されるものではない。参考として、本説明において同一の番号は実質的に同一の要素を表し、このような規則に基づき、別の図面に記載された内容を引用して説明してもよく、当業者にとって明らかであると判断される内容又は反復される内容は省略してもよい。
【００４５】
図１は、本発明の一実施例に係るプラズマ水処理装置において収容チャンバー部及びその内部に配置される構成要素を示す構成図であり、図２は、本発明の一実施例に係るプラズマ水処理装置を示す構成図である。
【００４６】
図１及び図２を参照すると、被処理対象物は、養殖場や畜舎から発生した汚水であってよく、プラズマ水処理装置１００においてプラズマを発生させるための誘電体管１２０は被処理対象物に直接浸漬されている。
【００４７】
一般的な従来の汚水処理施設では、抗生剤のような薬品を汚水に直接投入したり、塩素ガスやオゾンを注入したり、或いは紫外線処理などの方法を用いて汚水の有機物を分解したり微生物を除去している。しかるに、従来の汚水処理施設は、ガスを保管するタンクを別に用意しなければならず、また維持及び補修にかなりのコストがかかるという不具合の他、殺菌効果も微々たるものであった。
【００４８】
これに対し、本発明に係るプラズマ水処理装置１００は、汚水中に誘電体管１２０及び光触媒多孔網１５０を浸漬させた状態で、誘電体管１２０の内部に空気を提供し、コア電極１３０に電源を供給するだけで、汚水の処理が可能となるため、塩素やオゾンのようなガスを保管するための別の貯蔵タンクが不要であり、ガス漏れの危険が根本的に解消され、空気及び電力の供給だけで汚水処理の連続性及び自動化を実現しやすく、維持費用も大幅に節減する。
【００４９】
また、汚水処理が必要なたびに即時にプラズマ生成物を発生させて汚水を処理でき、且つ光触媒多孔網１５０によりプラズマ生成物の活性度を上げることができ、汚水処理の効果が高い。
【００５０】
以下、汚水を処理できる本発明に係るプラズマ水処理装置について具体的に説明する。
【００５１】
図２を参照すると、プラズマ水処理装置１００は、収容チャンバー部１１０、誘電体管１２０、コア電極１３０、気体供給部１４０、光触媒多孔網１５０、気液反応器１６０、及び放流水槽１７０と、を備えている。
【００５２】
収容チャンバー部１１０は、被処理対象物、すなわち、汚水を収容するために使われ、対象物流入口１１２から汚水が流入して貯蔵される。
【００５３】
誘電体管１２０は、収容チャンバー部１１０の内部において被処理対象物に直接浸漬された状態で提供されるもので、誘電性材料で作製可能であり、例えば、ガラス、石英、或いはガラス積層物のような透明な性質を持つセラミック材料が用いられるとよい。本実施例では、石英で作られた誘電体管１２０の内側でプラズマ放電によって生成される紫外線がそのまま誘電体管１２０を透過して被処理対象物に供給されるようにし、同時に、誘電体管１２０の外側に配置された光触媒多孔網１５０によって紫外線及び気体活性種の活性度を極大化させ、処理効率を高めることができる。
【００５４】
誘電体管は１個のみ提供されてもよいが、本実施例において誘電体管１２０は、被処理対象物の処理効果を向上させるために複数個が使われており、誘電体管１２０の周囲を取り囲んで内部に誘電体管１２０を収容する円筒形の光触媒多孔網１５０は誘電体管１２０ごとに個別に配置されている。複数配列された各誘電体管１２０の外側に光触媒多孔網１５０を設けることによって、プラズマ発生時に生成される紫外線による殺菌効果を極大化できる。ここで、光触媒としてはＴｉＯ２或いはＡｌ２Ｏ３を使用すればよい。
【００５５】
コア電極１３０は、通電性のよい炭素、伝導性、耐熱性及び強度に優れているタングステン、或いはその他の金属材質で作製可能であり、図２に示すように、誘電体管１２０の内側に配置されて被処理対象物から隔離してある。
【００５６】
また、コア電極１３０は、図３に示すように、コア電極１３０の諸箇所に配置される三脚状のコア電極固定部材１３４，１３５に支持されて、コア電極１３０の安全性及び変形防止を図っており、電極固定部材１３４，１３５の数は、コア電極１３０をより安定に誘電体管１２０の内側に配置できるように変更されてもよい。具体的に、本実施例では、気体流入口１２２の周辺でコア電極１３０を誘電体管１２０の内側に固定させる上部コア電極固定部材１３４が配置され、コア電極１３０の下側端部に近接して下部コア電極固定部材１３５が配置されている。また、コア電極固定部材１３４，１３５は、気体流入口１２２から流入する気体が誘電体管１２０の内部を通って気体排出口１２４から排出されることに差し支えないように通孔１３６が形成されている。参考として、コア電極固定部材１３４，１３５はポリテトラフルオロエチレンで作製すればよく、ポリテトラフルオロエチレンは、溶融アルカリ金属、高温のふっ素ガス以外の全ての薬品に侵食されることがなく、耐熱性の良い不燃性素材である他、電気絶縁性にも優れているため、コア電極１３０と直接接触して性質が変化することがなく、よって、コア電極１３０を誘電体管１２０に固定させるのに有用な材料である。
【００５７】
上述したように、コア電極固定部材１３４，１３５によって誘電体管１２０の内側に固定されたコア電極１３０に、電源供給部１８０から提供される交流高電圧、すなわち、電源を供給し、同時に、気体を圧縮して提供するブロワー（ｂｌｏｗｅｒ）のような気体供給部１４０から誘電体管１２０の内部に空気を供給すると、誘電体管１２０の内部は、絶縁が破れながら放電、すなわちプラズマ状態となる。この時、誘電体管１２０の内部に強制に供給される気体からオゾン、ラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）、イオン、電子、及び励起した分子のような気体活性種、及びプラズマ状態でイオンや励起状態の分子により様々な波長の紫外線のようなプラズマ生成物が放出される。
【００５８】
上述したプラズマ生成物のうち紫外線は、誘電体管１２０が汚水中に直接浸漬されているため、即時に供給可能であり、さらに、誘電体管１２０の外側に配置された光触媒多孔網１５０によってより活性化されて汚水に伝達されることとなる。
【００５９】
また、プラズマ放電によって生成された気体活性種を含む気体は、気体排出口１２４を通って気液反応器１６０に供給され、気液反応器１６０は、気体活性種を用いて汚水を一次に処理でき、このように処理された汚水は収容チャンバー部１１０の対象物流入口１１２を通って収容チャンバー部１１０に再び供給され、誘電体管１２０から出る紫外線により二次に処理可能となる。
【００６０】
特に、気液反応器１６０から収容チャンバー部１１０に供給される被処理対象物は、気泡状態で分散されたり溶解された気体活性種を含んでおり、このような気体活性種は光触媒多孔網１５０によって非常に高い活性度を有するようになるため、被処理対象物の有機物分解効果や殺菌効果が非常に高くなる。
【００６１】
一方、収容チャンバー部１１０の上部には、気体供給部１４０から供給される空気を誘電体管１２０の気体流入口１２２に供給できる上部通路１１６が設けられており、収容チャンバー部１１０の下部には誘電体管１２０の内側を通過して誘電体管１２０の気体排出口１２４から排出される空気を気液反応器１６０に伝達できる下部通路１１８が設けられている。すなわち、誘電体管１２０の気体流入口１２２及び気体排出口１２４は、被処理対象物と分離された状態で提供されているため、被処理対象物が誘電体管１２０の内部に流入することが防止される。
【００６２】
もし、プラズマ放電がおきる誘電体管が被処理対象物の外部に配置されるとすれば、気体活性種を被処理対象物に引き込んで被処理対象物の処理に使用することはできるが、紫外線は外部から引き込んで被処理対象物に使用することができないという問題点がある。
【００６３】
しかし、本発明に係るプラズマ水処理装置１００では、プラズマ放電がおきる誘電体管１２０を被処理対象物に浸漬された状態で提供するため、プラズマ放電によって生成された紫外線は誘電体管１２０から被処理対象物に直接供給され、同時に、誘電体管１２０の内部に生成される気体活性種は気液反応器１６０を通って被処理対象物に供給され、被処理対象物を処理するのに使用可能となる。
【００６４】
特に、本発明に係るプラズマ水処理装置において誘電体管１２０は被処理対象物に浸漬されるが、誘電体管１２０の内部に被処理対象物が流入しないため、高圧の電流がかかるコア電極は液状の被処理対象物により容易に酸化／腐食することがなく、且つコア電極は液状の被処理対象物と直接接触しないため、液状の被処理対象物への電気伝導による電力損失を最小化することができる。
【００６５】
すなわち、本発明に係るプラズマ水処理装置は、別の紫外線発生装置を使用する必要がなく、プラズマ放電によって紫外線や気体活性種を一度に生成し、紫外線、気体活性種両方を被処理対象物処理に使用できるというメリットがある。
【００６６】
一方、液状の被処理対象物はグラウンド電極に接続可能であり、液状の被処理対象物がグラウンド電極の役割を果たすことによって、金属電極を使用する場合とは違い、腐食の問題を解消することができる。
【００６７】
また、図２に示すように、収容チャンバー部１１０の対象物排出口１１４に連結されている放流水槽１７０の上部には、気体活性種を含む気体、すなわち、未反応の気体活性種が捕集され、この未反応の気体活性種を含む気体は、気体供給部１４０を介して誘電体管１２０に再循環されるように供給され、誘電体管１２０内でプラズマ放電に再び露出されて再使用されることから、気体活性種がより豊富となり、被処理対象物の処理効果を向上させることができる。
【００６８】
特に、気体活性種中に含まれたオゾンについては排オゾン処理施設で処理して２次汚染を防止すべきであるが、本発明に係る処理処置では、未反応の気体活性種を再循環させて使用しているため、別のオゾン処理設備が不要である。
【００６９】
一方、放流水槽１７０の上部に捕集された気体は、気体供給部１４０を介して収容チャンバー部１１０の上部通路１１６に供給されるが、気体供給部１４０には、未反応の気体活性種を誘電体管の内部に再循環させるためのブロワー（ｂｌｏｗｅｒ）を用いればよい。このようなブロワーは、放流水槽１７０からの気体に加えて、外部空気をさらに上部通路１１６に提供できるように別の空気吸入配管を備えており、上部通路１１６に供給される空気の量が足りなくなることを防止する。
【００７０】
本発明に係るプラズマ水処理装置１００は、上述した通り、誘電体管１２０とコア電極１３０を備える簡単な構成でプラズマ生成物を得、それを使って液状の被処理対象物を処理することができる。
【００７１】
特に、誘電体管１２０の外側に配置された光触媒多孔網１５０によって紫外線の活性度を高め、気液反応器１６０から供給される汚水中の気体活性種の活性度をより高めることで、汚水の効果的な微生物殺菌処理及び有機物分解が可能となる。
【００７２】
一方、本実施例では被処理対象物を汚水に限定し、気体は一般的な大気中の空気に特定して説明しているが、場合によって、被処理対象物は、畜舎、養殖場或いは工場で使用した各種有機物や微生物が含まれた汚水の他、純粋な水であってもよい。同様に、気体も、一般的な大気中の空気の他、酸素のような１種類の気体であってもよい。
【００７３】
誘電体管１２０に供給される気体の種類によって生成されるプラズマ生成物の種類が多少異なってくることがあり、プラズマ生成物によって処理される被処理対象物の性質も異なることがある。
【００７４】
具体的に、上述した被処理対象物が汚水であり、誘電体管１２０に供給される気体が一般的な空気であると、プラズマ放電によって気体はオゾン、Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＯＨなどのような酸化性活性種及び紫外線などを発生させ、汚水中の有機物や微生物を処理することができる。
【００７５】
また、被処理対象物が純粋な水であり、誘電体管１２０に供給される気体が純粋な酸素であると、酸素からオゾンを生成でき、オゾンで処理された被処理対象物からオゾン水を生産することができる。
【００７６】
参考として、図中、液体の流れは黒い矢印で表し、気体の流れは白い矢印で表している。
【００７７】
図４は、本発明の他の実施例に係るプラズマ水処理装置を示す構成図である。
【００７８】
図４を参照すると、プラズマ水処理装置２００は、被処理対象物を収容する収容チャンバー部が２個並んで配置されている。同図のプラズマ水処理装置２００は、上述の実施例に係るプラズマ水処理装置１００と実質的に同一である。したがって、本実施例では、上述の実施例において追加される構成要素及び相違する部分を中心にして説明し、重複する構成要素についての説明は省略するものとする。
【００７９】
なお、プラズマ水処理装置２００では、第１収容チャンバー部２１０及び第２収容チャンバー部３１０には、上述の実施例で説明した誘電体管、コア電極、光触媒多孔網が配置されており、その説明については上述の実施例を参考されたい。
【００８０】
本実施例によれば、第１収容チャンバー部２１０及び第２収容チャンバー部３１０には、別個の第１及び第２気液供給器２６０，３６０からそれぞれ汚水が供給され、気液供給器２６０，３６０には、同図の左側に示した流量調整槽２０５から汚水が供給される。ここで、流量調整槽２０５は、特定の形態に定められた容器であってもよいが、畜舎、養殖場、貯水池或いは工場の汚水が貯蔵された場所であってもよい。
【００８１】
第１及び第２気液供給器２６０，３６０の汚水は、第１及び第２収容チャンバー部２１０，３１０に伝達されて、第１及び第２収容チャンバー部の内部に配置された誘電体管から放出される紫外線により処理され、処理された汚水は、第１及び第２収容チャンバー部２１０，３１０の対象物排出口から放流水槽２７０に供給されるようになっている。そして、放流水槽２７０では再び、放流水槽２７０の内部に収容された汚水の水面上に捕集される気体活性種を、気体供給部２４０を介して、第１及び第２収容チャンバー部２１０，３１０の内側に設けられた誘電体管の気体流入口に提供すればよい。一方、第１及び第２気液供給器２６０，３６０には誘電体管の気体排出口を通って気体活性種が流入し、一次に気液供給器２６０，３６０内で汚水が処理されるようになっている。
【００８２】
上述した通り、紫外線及び気体活性種のようなプラズマ生成物により汚水を２回にわたって処理すると共に、誘電体管の外側には紫外線や気体活性種の活性度を極大化させるための光触媒多孔網を配置することによって、汚水の処理効果を向上させることができる。
【００８３】
また、放流水槽２７０中に収容される汚水の水面上に捕集される未反応の気体活性種を再び誘電体管の内部に再循環させられるシステムを具現してもよい。
【００８４】
上述のように処理された汚水は終局には第１収容チャンバー部２１０及び第２収容チャンバー部３１０の対象物排出口を通って放流水槽２７０に伝達された後、放流水槽２７０から外部に排出されることとなる。
【００８５】
このように複数の収容チャンバー部をそれぞれ独立して連結して汚水を処理することによって、大容量の被処理対象物を效果的に処理でき、また、被処理対象物の処理量に応じて、短時間で高効率を有するように収容チャンバー部をさらに採用した並列運転により、処理容量を大幅に増大させることもできる。
【００８６】
一方、第１及び第２収容チャンバー部で処理されて放流水槽に伝達された汚水を再び処理できるように別の収容チャンバー部を放流水槽に直列に連結することによって、別の収容チャンバー部で汚水を再処理してもよい。連結される収容チャンバー部の個数を増やすほど汚水の処理効率が増大し、且つ複数個の収容チャンバー部を直列連結することで、処理容量を増加させると同時に、高濃度被処理対象物のような難分解性又は高濃度病原性の処理対象物を持つ被処理対象物を効果的に処理可能となる。
【００８７】
本発明の被処理対象物に対する優れた殺菌効果により、下記の表１に表すように、個別ユニットの並列連結形態によっても、処理容量を増大させながら優れた殺菌効果が得られた。下記の表１で、処理対象である汚水は、１ｍＬ当たりどれくらいのコロニー（細菌数）が存在するかを表示できるＣＦＵ（ｃｏｌｏｎｙ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｕｎｉｔ）／ｍＬを単位として表示した。同表を参照すると、一般細菌（低温）及び一般細菌（中温）の細菌数がそれぞれ７，３００ＣＦＵ／ｍＬ及び４，６００ＣＦＵ／ｍＬである高濃度汚染水の場合、１０分以内の滞留時間で大部分の細菌が除去されることが確認できる。そして、滞留時間をさらに短縮しても充分の殺菌効果が得られ、且つ、大腸菌群も処理過程で除去されることが確認できる。
【表１】
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【００８８】
以上、好適な実施例を挙げて本発明を説明してきたが、当該技術の分野における熟練した当業者にとっては、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明の様々な修正及び変更が可能になるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係るプラズマ水処理装置は、液状の被処理対象物をプラズマ生成物で処理して汚染物質を除去する用途に広く利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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