(57)【要約】  処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、放電処理ユニットは接地電極と接地電極に対向する放電電極を有し、接地電極と放電電極との間に放電を形成し、放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を放電に触れさせることで被処理水を処理し、処理槽の内部に、複数の放電処理ユニットのうちの一放電処理ユニットで水処理が施された被処理水を溜める水溜部と、処理槽内のオゾンを水溜部内の被処理水に供給するオゾン供給部とを備え、被処理水は複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過する。
2016117259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、前記放電処理ユニットは、接地電極と、前記接地電極に対向する放電電極を有し、前記接地電極と前記放電電極との間に放電を形成し、前記放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を前記放電に触れさせることで前記被処理水を処理する水処理装置において、
前記処理槽の内部に、前記複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された前記被処理水を溜める水溜部と、
前記処理槽内の前記オゾンを前記水溜部に溜められた前記被処理水に供給するオゾン供給部と
を備え、
前記被処理水が、前記複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過する
水処理装置。
【請求項２】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記被処理水に過酸化水素を溶解させる
請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記被処理水を順次処理する際に、上流に設置されるほど、前記過酸化水素の溶解量が多くなるように放電電力を大きくする構成を有する
請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
放電電力を可変制御することで、前記放電処理ユニットにおける前記過酸化水素の溶解量を調整する放電電力調節器をさらに備える
請求項２または３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記水溜部と前記オゾン供給部からなるオゾン溶解ユニットが、前記処理槽の内部に複数備えられている
請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記オゾン溶解ユニットは、前記処理槽の内部において、前記被処理水の流れの最上流側に設けられている
請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれは、上流に設置されるほど、前記オゾンの溶解量が少なくなるような構成を有する
請求項５または６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記被処理水に供給する気体の流量を可変制御することで、前記オゾン溶解ユニットにおける前記オゾンの溶解量を調整するガス流量調節器をさらに備える
請求項５から７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれは、共通に供給される気体を個別に調整し、所望量の流量の前記気体を前記被処理水に対して供給するガス流量制御器を有する
請求項５から８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、共通電源から供給される電力を個別に調整し、所望の放電電力で放電を形成する放電電力制御器を有し、
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれは、共通に供給される気体を個別に調整し、所望量の流量の前記気体を前記被処理水に対して供給するガス流量制御器を有し、
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれにおける前記被処理水の水質を分析し、水質データを出力する水質計と、
前記水質データに基づいて、前記放電電力制御器および前記ガス流量制御器を制御する統括制御器と
をさらに備える請求項５から９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
１つの放電処理ユニットと、１つのオゾン溶解ユニットを一対の一体化した処理ユニットとして形成し、前記処理槽の内部に前記処理ユニットが複数段配置される
請求項５から１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれと前記オゾン溶解ユニットのそれぞれとが交互に配置された構成が、１枚の平板電極上において形成されている
請求項５から１１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれにおける前記被処理水のｐＨを測定し、ｐＨ値を出力するｐＨ計をさらに備え、
前記オゾン溶解ユニットのそれぞれは、前記ｐＨ値に基づいて、前記水溜部に溜められた前記被処理水のｐＨ値を所望の値に制御するｐＨ調節器を有する
請求項５から１２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記オゾン溶解ユニットの少なくとも１つは、前記水溜部に溜められた前記被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプを有する
請求項５から１３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記接地電極は、水平面に対して傾斜して配置された平板電極であり、前記平板電極の上面に沿って前記被処理水が流され、
前記放電電極は、前記平板電極を流れる前記被処理水が形成する水膜と、前記水膜の上方に形成された気体層とを介して、前記平板電極に対向配置され、
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記平板電極と前記放電電極との間に電圧が印加されることで前記放電を形成する
請求項１から１４のいずれか１に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記放電電極を間に挟んで前記平板電極と対向配置され、前記放電電極の上方に空隙を介して設けられた第２平板電極を有する
請求項１５に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記複数の放電処理ユニットは、互いに縦並びの方向に配置されている
請求項１から１６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記水溜部は、底板と、前記底板を囲うように配置された側壁とから構成された箱型の水溜めであり、前記水溜めに前記被処理水が溜められる
請求項１から１７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記水溜部は、容積を調節する容積調節機構を有する
請求項１８に記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記オゾン供給部は、ガス循環装置と、循環配管と、散気部材から構成され、
前記散気部材は、前記水溜部に溜められた前記被処理水に接触するように配置され、
前記循環配管は、前記ガス循環装置によって前記処理槽から吸気した気体を、前記散気部材から吐出させるように接続され、前記散気部材から吐出された前記気体を前記水溜部の前記被処理水中に噴出させる
請求項１から１９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記オゾン供給部は、ガス循環装置と、循環配管と、散気部材から構成され、
前記散気部材は、前記水溜部の上方に配置され、
前記循環配管は、前記ガス循環装置によって前記処理槽から吸気した気体を前記散気部材から吐出させるように接続され、前記散気部材から吐出された前記気体を前記水溜部に溜められた前記被処理水の表面に吹き付ける
請求項１から１９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２２】
前記水溜部は、上面に沿って前記被処理水が流下するように、水平面に対して傾斜して配置された傾斜板であり、
前記オゾン供給部は、前記傾斜板の上面に設けられた突起で構成され、
前記突起は、前記傾斜板を流下する前記被処理水の流れを撹拌する
請求項１から１７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２３】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、共通電源から供給される電力を個別に調整し、所望の放電電力で放電を形成する放電電力制御器を有する
請求項１から２２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２４】
処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、前記放電処理ユニットは、接地電極と、前記接地電極に対向する放電電極を有し、前記接地電極と前記放電電極との間に放電を形成し、前記放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を前記放電に触れさせることで前記被処理水を処理する水処理装置において実行される水処理方法であって、
前記処理槽の内部に、前記複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された前記被処理水を水溜部に溜めるステップと、
前記処理槽内の前記オゾンを前記水溜部に溜められた前記被処理水に供給するステップと
を有し、
前記被処理水が、前記複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過することで、前記被処理水を処理する水処理方法。
【請求項２５】
前記被処理水の水質データを、水質計を介して取得するステップと、
取得した前記水質データに基づいて、共通電源から供給される電力を個別に調整し、所望の放電電力で放電を形成するように制御するステップと
をさらに有する請求項２４に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電で生じたオゾンおよびラジカル等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ものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、上下水の処理において、オゾンまたは塩素が広く用いられてきた。しかしながら、例えば、工業廃水等には、オゾンまた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、ダイオキシン類およ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）または紫外線とを組み合わせることで、オゾンまた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。しかしながら、装置コストおよび運転コストが非常に高く、あまり普及していない。【０００４】
そこで、放電で発生させたＯＨラジカル等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。具体的には、以下のような処理を行っている。
・段差部と段差部に連なる平板部とが複数交互に連設された階段状の流路の上段部の水供給配管から、階段状の流路に向かって雑菌を含んだ被処理水を供給する。
・そして、階段状の流路を膜状に流れる被処理水に対して、プラズマ発生装置で発生させたプラズマを照射して、被処理水中の水分子を解離してＯラジカルおよびＯＨラジカルを生成させ、被処理水中の雑菌を死滅させる。【０００５】
この水滅菌装置および水滅菌方法によれば、被処理水とプラズマとの接触を促進させて、被処理水中の雑菌を十分に死滅させることができる（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
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】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９６１４１号公報
【特許文献２】特許第４６３５２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の先行技術には、次のような課題がある。
特許文献１に示された従来の水処理装置は、プラズマによって生成されたＯラジカルおよびＯＨラジカルを直接作用させることで、被処理水を処理できる。しかしながら、ＯラジカルおよびＯＨラジカルから生成されたオゾンおよび過酸化水素が、被処理水中に溶け込む量を制御できない。このため、オゾンおよび過酸化水素による水中反応での被処理水の処理を効果的に活用することができず、効率的な水処理が行えないといった課題がある。【０００９】
一方、特許文献２に示された従来の水処理装置は、放電で生じたオゾンやＯＨラジカルが被処理水の表面と接触して、一部が溶解して溶存オゾンや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。しかしながら、この特許文献２による水処理装置は、オゾンの溶解量と過酸化水素の溶解量を独立に決めることができない。このため、水中反応を効果的に用いることができないだけでなく、被処理水の水質が変化したときに、それに合わせた最適な動作を行うことができないといった課題がある。【００１０】
本発明は、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また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、被処理水の水質に応じた処理が可能な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】
【００１１】
本発明に係る水処理装置は、処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、放電処理ユニットは、接地電極と、接地電極に対向する放電電極を有し、接地電極と放電電極との間に放電を形成し、放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を放電に触れさせることで被処理水を処理する水処理装置において、処理槽の内部に、複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された被処理水を溜める水溜部と、処理槽内のオゾンを水溜部に溜められた被処理水に供給するオゾン供給部とを備え、被処理水が、複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過するものである。【００１２】
また、本発明に係る水処理方法は、処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、放電処理ユニットは、接地電極と、接地電極に対向する放電電極を有し、接地電極と放電電極との間に放電を形成し、放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を放電に触れさせることで被処理水を処理する水処理装置において実行される水処理方法であって、処理槽の内部に、複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された被処理水を水溜部に溜めるステップと、処理槽内のオゾンを水溜部に溜められた被処理水に供給するステップとを有し、被処理水が、複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過することで、被処理水を処理するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の水処理装置および水処理方法は、処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、放電処理ユニットは、接地電極と、接地電極に対向する放電電極を有し、接地電極と放電電極との間に放電を形成し、放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を放電に触れさせることで被処理水を処理する。そして、処理槽の内部に、複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理が施された被処理水を溜める水溜部と、処理槽内のオゾンを水溜部の被処理水に供給するオゾン供給部とを備え、被処理水が、複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過する。この結果、難分解性物質の分解また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、被処理水の水質に応じた処理が可能な水処理装置および水処理方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における、被処理水の溶存過酸化水素濃度および溶存オゾン濃度と、放電電力との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による処理槽内における被処理水の溶存オゾン濃度、溶存過酸化水素濃度、有機物濃度のそれぞれの時間変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２による水処理装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３による水処理装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４による水処理装置の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態５による水処理装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態６による水処理装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態７による水処理装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７による水処理装置のシステム図である。
【図１１】本発明の実施の形態８による水処理装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態９による水処理装置の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０による水処理装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１１による水処理装置の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１２による水処理装置の断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１３による水処理装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本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を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による水処理装置の断面図である。図１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およびガス排出口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。
【００１７】
一方、処理槽１の側面には、ガス供給口１ｄが設けられている。そして、処理槽１の内部には、３個の放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、２個の水溜部（水溜め）３２ａ、３２ｂが備えられている。
【００１８】
３個の放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、全て同様の構成であり、それぞれが接地電極である平板電極２と、放電電極である複数の（図１では５本の）ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを有している。平板電極２は、水平面に対して傾斜して処理槽１の内部に配置されている。すなわち、平板電極２の上流側端部（図１の左端部）は、下流側端部（図１の右端部）よりも高くなっている。
【００１９】
上流側端部は、処理槽１の左壁面と接続されて保持されており、下流側端部は、処理槽１の壁面に接続されずに保持されている。平板電極２の上方には、平板電極２に対して所定の間隔を介して、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅが形成されている。ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、図１の左右の方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００２０】
また、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、平板電極２の上面に対して等間隔で配置されている。さらに、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、平板電極２の幅方向（図１紙面の奥行き方向）に平行かつ水平に張られている。ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅと平板電極２は、それぞれが一対の電極となっている。
【００２１】
２個の水溜部３２ａ、３２ｂは、互いに同様の構成であり、それぞれが底板１８と、側壁１９とを備えている。底板１８は、図１における右側端部が処理槽１の右壁面に接続されており、左側端部には、平板状の側壁１９が鉛直方向に向けて取り付けられている。
【００２２】
すなわち、水溜部３２ａ、３２ｂは、処理槽１の壁面と底板１８と側壁１９によって囲まれた箱型の水溜めを形成している。
【００２３】
放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと水溜部３２ａ、３２ｂは、処理槽１の鉛直方向に、互いに交互に、かつ左右互い違いの方向に形成されている。すなわち、処理槽１の最上部には、放電処理ユニット３０ａが備えられ、放電処理ユニット３０ａの平板電極２は、処理槽１の左壁面に接続されている。放電処理ユニット３０ａの下方には、水溜部３２ａが備えられており、水溜部３２ａの底板１８は、処理槽１の右壁面に接続されている。以下、同様に、放電処理ユニット３０ｂ、水溜部３２ｂ、放電処理ユニット３０ｃの順に備えられている。
【００２４】
処理槽１の側面の最上部付近には、循環ガス吸気口１４が形成されており、循環ガス吸気口１４には、循環ガス配管１５が接続されている。循環ガス配管１５には、ガス循環装置に相当する循環ポンプ１６が備えられており、循環ポンプ１６には、ガス流量調節器に相当するインバーター３３が接続されている。
【００２５】
循環ガス配管１５は、循環ポンプ１６を介して循環ガス吸気口１４の反対側において分岐され、循環ガス配管１５ａと１５ｂを形成している。循環ガス配管１５ａは、水溜部３２ａ内に備えられた散気板（散気部材）１７ａと接続され、循環ガス配管１５ｂは、水溜部３２ｂ内に備えられた散気板１７ｂと接続されている。循環ガス配管１５と循環ポンプ１６と散気板１７ａ、１７ｂは、オゾン供給部を構成している。また、水溜部３２ａ、３２ｂとオゾン供給部により、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂが形成されている。
【００２６】
処理槽１の右側面には、電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが備えられている。放電処理ユニット３０ａにおいて、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、互いが配線８ａで接続されており、配線８ａは、電流導入端子１２ａを通って処理槽１の外部に通じている。
【００２７】
同様に、放電処理ユニット３０ｂのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに繋がれた配線８ｂは、電流導入端子１２ｂを通って処理槽１の外部に通じており、放電処理ユニット３０ｃのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに繋がれた配線８ｃは、電流導入端子１２ｃを通って処理槽１の外部に通じている。ここで、配線８ａ、８ｂ、８ｃと処理槽１は、電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃにより、電気的に絶縁されている。
【００２８】
処理槽１の外部において、配線８ａ、８ｂ、８ｃは、互いに接続され、１本の配線８となっている。処理槽１の外部に備えられたパルス電源７の高電圧側の出力は、配線８に接続されている。一方、パルス電源７の接地側の出力は、処理槽１に繋がれており、電気的に接地されている。
【００２９】
また、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのそれぞれの平板電極２は、いずれも金属で構成され、処理槽１の側面と接続されている。このため、平板電極２は、接地電位となっている。
【００３０】
このような構成により、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのそれぞれのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅは、パルス電源７に対して電気的に並列に接続されている。
【００３１】
さらに、パルス電源７には、放電電力調節器である電力調節器３４が備えられている。電力調節器３４は、パルス電源７から出力されるパルス電圧の波高値、パルス幅、パルス繰返し、パルス波形を調節することができる。
【００３２】
ガス供給口１ｄには、酸素ガスを満たしたガス供給源９が、流量調節器１０を介して接続されている。
【００３３】
次に、本実施の形態１における水処理装置の動作について説明する。
酸素ガスは、ガス供給源９から、流量調節器１０によりあらかじめ設定された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。一方、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。
【００３４】
給水口１ａから処理槽１内に供給された被処理水４は、放電処理ユニット３０ａの平板電極２上を、水膜３を形成して流下し、最下流部（図１の右側端部）から落下する。放電処理ユニット３０ａから落下した被処理水４は、水溜部３２ａに捕捉される。水溜部３２ａ内の被処理水４の水位が側壁１９よりも高くなると、被処理水４が水溜部３２ａから溢れ出して、落下する。
【００３５】
以下、同様に、被処理水４は、放電処理ユニット３０ｂ、水溜部３２ｂ、放電処理ユニット３０ｃの順に通り、最終的に処理槽１の底部に落下し、処理後水１３として排水口１ｃから排出される。このとき、被処理水４の一部が水蒸気として揮発するため、処理槽１の内部には、水蒸気を含む高酸素濃度の雰囲気が形成される。ここで、水膜３とワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅとの間には、気体層である空隙５が形成されている。すなわち、水膜３の厚さは、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅと水膜３の水面との間に空隙５が形成されるように調節されている。水膜の厚さは、供給される被処理水４の流量、または平板電極２の水平面に対する傾斜角度、または平板電極２の表面粗さによって調整される。
【００３６】
ここで、パルス電源７を動作させ、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅにパルス電圧を印加することで、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅから平板電極２の方向に放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが形成される。被処理水４が、平板電極２上を流れる過程で、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅと順に触れることで、難分解性物質の除去などの水処理が行われる。また、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅによってオゾンが生成され、処理槽１内は、オゾンが充満した状態となる。
【００３７】
ここで、さらに、循環ポンプ１６を動作させ、処理槽１内のガスを、循環ガス吸気口１４から吸気し、水溜部３２ａ、３２ｂ内の散気板１７ａ、１７ｂに供給する。これにより、水溜部３２ａ、３２ｂの被処理水４中を気泡２１として、循環ガスが上昇し、その際に、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅで発生したオゾンが、被処理水４に溶解して水処理が行われる。
【００３８】
次に、本実施の形態１に示す水処理装置によって、被処理水４の処理が行われる原理を説明する。なお、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やＯＨラジカルが除菌や脱色や脱臭にも有効であることは周知の事実である。
【００３９】
ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅにパルス電圧を印加することで、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが形成される。このとき、処理槽１内の酸素分子（Ｏ2）、水分子（Ｈ2Ｏ）が高エネルギーの電子と衝突し、下式（１）、（２）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）
【００４０】
上式（１）で発生した原子状酸素の多くは、下式（３）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や原子を表す。
Ｏ  ＋  Ｏ2  ＋  Ｍ  →  Ｏ3                    （３）
【００４１】
また、上式（２）で生じたＯＨラジカルの一部は、下式（４）の反応により、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）となる。
ＯＨ  ＋  ＯＨ  →  Ｈ2Ｏ2                      （４）
【００４２】
上式（１）〜（４）の反応で生成された酸化性粒子（Ｏ、ＯＨ、Ｏ3、Ｈ2Ｏ2）は、下式（５）により、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの平板電極２を流れる被処理水４の水面近傍の有機物と反応して、二酸化炭素（ＣＯ2）と水に酸化分解する。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）
【００４３】
なお、上式（５）で有機物と反応しなかったＯとＯＨは、上式（３）、（４）により、比較的長寿命のＯ3とＨ2Ｏ2になり、その一部は、下式（６）、（７）により、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）
【００４４】
Ｏ3（ｌ）とＨ2Ｏ2（ｌ）は、水中での反応により、下式（８）の通り、ＯＨラジカルを生成する。
Ｏ3（ｌ）  ＋  Ｈ2Ｏ2（ｌ）  →  ＯＨ（ｌ）    （８）
【００４５】
上式（６）〜（８）で生成されたＯ3（ｌ）、Ｈ2Ｏ2（ｌ）、ＯＨ（ｌ）は、下式（９）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）
【００４６】
本実施の形態１では、被処理水４が放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅに接する領域では、上式（５）の反応と、上式（９）の反応の双方によって、また、放電と接しない領域では、上式（９）の反応によって、被処理水４中の有機物が分解される。
【００４７】
さらに、本実施の形態１では、循環ポンプ１６を動作させることで、処理槽１内のガスを散気板１７ａ、１７ｂに供給することで、処理槽１内のオゾンが、水溜部３２ａ、３２ｂの被処理水４に溶解する。
【００４８】
これにより、被処理水４の有機物が、オゾンにより分解される。さらに、被処理水４に溶解しているＨ2Ｏ2（ｌ）と、Ｏ3（ｌ）が、上式（８）の反応により、ＯＨ（ｌ）を生じ、被処理水４中の難分解性物質を分解する。
【００４９】
次に、本実施の形態１により、難分解性物質の分解また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理由について説明する。
【００５０】
前述の通り、本実施の形態１においては、上式（５）による被処理水４の表層の有機物の分解と、上式（９）による被処理水４の水中の有機物の分解の双方によって、水処理が進行する。上式（５）の反応は、被処理水４の表層のみで生じる反応であるため、全体の水処理効果においては、上式（９）の反応がより重要である。
【００５１】
ここで、図２は、本発明の実施の形態１における、被処理水４のＨ2Ｏ2（ｌ）濃度およびＯ3（ｌ）濃度と、放電電力との関係を示す図である。水に対するＨ2Ｏ2の溶解度は高いため、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの電力を増加させて、上式（２）、（４）により生成されるＨ2Ｏ2の量が増えると、上式（７）が進行し、Ｈ2Ｏ2（ｌ）濃度が高まる。従って、図２に示す通り、溶存過酸化水素の濃度は、放電電力にほぼ比例して増加する。
【００５２】
一方、溶存オゾン濃度は、図２に示すように、一定値を超えると、放電電力を増加させても増加せずに、飽和する傾向を示す。以下で、その理由を説明する。
【００５３】
オゾンは、気中濃度Ｃ（Ｏ3ｇ）と飽和溶存濃度Ｃ*（Ｏ3ｌ）の間に、下式（１０）のヘンリー則が成り立つ。
Ｃ*（Ｏ3ｌ）＝ｍ×Ｃ（Ｏ3ｇ）                  （１０）
【００５４】
ここで、濃度の単位は、いずれもｍｇ／ｌである。上式（１０）におけるｍは、分配係数であり、温度やｐＨに依存するが、概ね０．３程度の値をとる。また、オゾンが水に溶ける速度（溶解速度）ｖ（Ｏ3）は、下式（１１）で与えられる。
ｖ（Ｏ3）＝ｋＬａ×（Ｃ*（Ｏ3ｌ）−Ｃ（Ｏ3ｌ））  （１１）
【００５５】
ここで、ｋＬａは、オゾンの包括物質移動係数で、水処理装置の体系に依存した固有の値であり、Ｃ（Ｏ3ｌ）は、溶存オゾン濃度である。上式（１１）より、オゾンの溶解速度は、飽和溶存濃度Ｃ*（Ｏ3ｌ）と、溶存濃度Ｃ（Ｏ3ｌ）の差が大きいほど高い。このため、オゾンの溶解が進み、溶存濃度が飽和溶存濃度に近づくと、溶解速度が低下し、溶存オゾン濃度が一定値に漸近する。これが、溶存オゾン濃度が飽和する理由である。
【００５６】
ここで、上式（１）で生成された原子状酸素（Ｏ）と、上式（２）で生成されたＯＨラジカル（ＯＨ）は、いずれも粒子寿命が１ミリ秒以下と短い。このため、生成された原子状酸素（Ｏ）およびＯＨラジカル（ＯＨ）は、ガス中で短時間で失われることから、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから離れた領域には、ほとんど存在しない。
【００５７】
一方、Ｏ3は、ガス中での粒子寿命が数分以上と長く、また、水に対する溶解度が低い。このため、Ｏ3の一部は、上式（６）により、被処理水４に溶解し、残りは、処理槽１のガス中に存在する。
【００５８】
結局、処理槽１の、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅから離れた領域のガス中に存在する酸化性粒子は、ほとんどオゾンのみとなる。従って、循環ポンプ１６によって、処理槽１内のガスを吸気して、被処理水４に供給すると、被処理水４とＯ3の接触が増加し、上式（６）によるオゾンの溶解が促進される。
【００５９】
図３は、本発明の実施の形態１による処理槽１内における被処理水４の溶存オゾン濃度（Ｏ3（ｌ））、溶存過酸化水素濃度（Ｈ2Ｏ2（ｌ））、有機物濃度のそれぞれの時間変化を示す図である。図３（ａ）は、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを有さない場合に対応し、図３（ｂ）は、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを有する場合に対応している。
【００６０】
また、図３において、放電１、放電２、放電３は、被処理水４が図１の放電ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃをそれぞれ通過する段階に該当し、オゾン溶解１およびオゾン溶解２はそれぞれ図１のオゾン溶解ユニット３１ａ、オゾン溶解ユニット３１ｂを通過する段階に該当する。
【００６１】
図３（ａ）において、溶存オゾン濃度は、放電１で飽和に至り、以後は、変化しない。一方、溶存過酸化水素濃度は、放電との接触時間に比例して増加し、処理時間全体にわたって単調に増加する。有機物濃度の減少速度は、放電１では溶存過酸化水素濃度の増加に伴って増加するが、放電３では、逆に溶存過酸化水素の過度な蓄積により低下する。
【００６２】
つまり、放電１では、Ｏ3（ｌ）に対してＨ2Ｏ2（ｌ）が不足しており、ＯＨ（ｌ）の生成において、Ｈ2Ｏ2（ｌ）が律速となっている。一方、放電３では、Ｈ2Ｏ2（ｌ）が過剰な状態にあり、Ｈ2Ｏ2（ｌ）のラジカルスカベンジャー作用により、生成されたＯＨ（ｌ）が無効消費される割合が増え、難分解性物質を含む有機物の分解が効率的に進まなくなる。
【００６３】
これに対して、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを有する図３（ｂ）の場合、放電１における動作は、図３（ａ）と同様である。また、オゾン溶解１においては、過酸化水素の溶解は生じないが、循環ガスによって処理槽１のオゾンが供給されることで、オゾンの溶解が生じる。
【００６４】
つまり、オゾン溶解１において、Ｈ2Ｏ2（ｌ）は、放電１で蓄積された分が消費されることで濃度が低下し、Ｏ3（ｌ）は、消費分が補われるため、定常濃度を維持する。このため、オゾン溶解１では、上式（９）の水中反応により、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅに接していないにも関わらず、被処理水４中の有機物の分解が進行する。
【００６５】
放電２では、再び過酸化水素が溶解し、Ｈ2Ｏ2（ｌ）濃度が増加する。以下、同様に、オゾン溶解２、放電３と進むことで、被処理水４の処理が進行する。また、図３（ａ）と図３（ｂ）の比較から、処理槽１内における被処理水４の滞在時間が異なる。図３（ｂ）の場合、水溜部３２ａ、３２ｂに保水される時間が生じるため、被処理水４がより長い時間処理槽１に滞在することとなる。
【００６６】
以上に説明した通り、本実施の形態１では、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを備えている。このような構成を備えることで、処理槽１内における被処理水４の滞在時間が増加し、放電と接していない領域においても、水中反応で被処理水４の有機物が分解される。このため、オゾン溶解ユニットを有さない場合と同じ放電エネルギーであっても、排水口１ｃの地点での有機物濃度を下げることができる。すなわち、水処理の速度と効率が向上する。
【００６７】
さらに、放電ユニットとオゾン溶解ユニットを交互に通過することで、Ｈ2Ｏ2（ｌ）の溶解と消費が繰返される。このため、被処理水４にＨ2Ｏ2（ｌ）が過剰に蓄積し、生成されたＯＨ（ｌ）がラジカルスカベンジャー作用で無効消費されてしまう現象を抑制できる。
【００６８】
次に、本実施の形態により、被処理水の水質に応じた処理が可能となる理由について、説明する。
ダイオキシン類およびジオキサン等の難分解性物質は、オゾンではほとんど分解されず、ＯＨラジカルによって分解される。すなわち、難分解性物質の除去のためには、ＯＨ（ｌ）を効率的に生成させる必要がある。ここで、上式（８）によりＯＨ（ｌ）を生成する際、Ｏ3（ｌ）とＨ2Ｏ2（ｌ）には、最適な濃度バランスが存在する。
【００６９】
例えば、Ｏ3（ｌ）が過剰に存在してＨ2Ｏ2（ｌ）が不足すると、上式（８）の反応は十分に生じず、被処理水４にＯ3（ｌ）が蓄積される。逆に、Ｈ2Ｏ2（ｌ）が過剰に存在してＯ3（ｌ）が不足する場合も、上式（８）の反応が十分に生じず、Ｈ2Ｏ2（ｌ）が蓄積される。
【００７０】
さらに、Ｏ3（ｌ）やＨ2Ｏ2（ｌ）が被処理水４に蓄積されると、ラジカルスカベンジャーとしてＯＨ（ｌ）を無効に消費する。従って、難分解性物質を効率的に分解処理するには、Ｏ3（ｌ）とＨ2Ｏ2（ｌ）の両方の濃度を適切に調節することが重要となる。
【００７１】
図２に示したように、放電電力の増加に伴ってＨ2Ｏ2（ｌ）濃度は、増加するが、Ｏ3（ｌ）は、飽和する。言い換えれば、図１の電力調節器３４を制御して、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの電力を増加させると、相対的にＨ2Ｏ2（ｌ）の生成量が増加する。また、図１のインバーター３３により循環ポンプ１６の流量を増加させると、被処理水４に溶解するオゾン量が増加する。
【００７２】
以上の動作により、本実施の形態１では、被処理水４へのＨ2Ｏ2とＯ3の溶解量を独立に調節することができる。言い換えれば、電力調節器３４が過酸化水素溶解量調節器として機能し、インバーター３３がオゾン溶解量調節器として機能する。これにより、被処理水４の水質に応じた最適動作が可能となり、難分解性物質を含む被処理水４の効率的な処理が可能となる。
【００７３】
なお、本実施の形態１において、放電形成にパルス電源７を用いたが、本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い。例えば、交流電源または直流電源を放電形成用の電源として用いることも可能である。
【００７４】
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、電極構造およ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未満では安定した放電が形成されず、また、５０ｋＶを超えるようにするには、電源の大型化およ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。
【００７５】
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の流量または処理対象物質の水質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。
【００７６】
また、平板電極２には、ステンレス鋼またはチタンなど、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、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅにも、ステンレス鋼またはチタンなど、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。
【００７７】
また、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの表面をガラスまたはセラミックなどの誘電体で被覆してもよい。
【００７８】
さらに、また、本実施の形態１では、放電電極としてワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ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、ロッド、針、メッシュ、ネジ、リボン、またはパンチングメタルなども用いることができる。ただし、比較的低い電圧で安定した放電を形成するためには、放電電極は、板状よりも、電界集中が生じるワイヤ、針、メッシュ、ネジ、リボン状とすることが望ましい。
【００７９】
また、本実施の形態１では、ガス供給源９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、上式（１）〜（９）の反応が生じるため、水処理を行うことが可能である。
【００８０】
例えば、酸素に対して窒素または希ガスを任意の割合で混合させたガスを用いることができる。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。
【００８１】
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の水質また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には、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ことが好適である。一方、被処理水４中の有機物濃度が低い場合には、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。
【００８２】
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。
【００８３】
さらに、本実施の形態１では、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて、５本のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを用いた。しかしながら、放電電極の数は、５本には限定されず、平板電極２の寸法、および被処理水４の水質または処理流量などに応じて、適宜変更可能である。
【００８４】
さらに、また、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ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、６ｄ、６ｅ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。
【００８５】
さらに、処理槽１内の圧力は、被処理水４の供給および排水が容易となるように、大気圧またはその近傍とすることが望ましい。ただし、処理槽１内の圧力は、必要に応じて陽圧また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には、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。
【００８６】
また、処理槽１内を陰圧にした場合には、比較的低い電圧で放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが形成されるようになり、電源の小型化およ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、１１ｄ、１１ｅが広がり易い。このため、広い領域で被処理水４が放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅと接するようになり、水処理の効率および速度が向上する。
【００８７】
なお、本実施の形態１では、３台の放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと２台のオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを用いた。しかしながら、放電処理ユニットとオゾン溶解ユニットの台数は、このような実施の形態１の構成には限定されず、処理槽１の寸法、また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、放電処理ユニット３０ｃの下段にオゾン溶解ユニット３１ｃを加え、被処理水４が処理槽１の中で、オゾン溶解ユニット３１ｃを最後に通過するようにしてもよい。この場合、処理後水１３中の溶存過酸化水素濃度を低減させる効果が得られる。
【００８９】
すなわち、溶存過酸化水素は、残留性が高いため、処理後水１３中から除去するために、別途、薬剤添加や活性炭処理等を行う必要が生じる場合がある。一方、溶存オゾンは、水中で数分から数１０分で自己分解して消滅するため、別途、除去処理を行う必要がない。最下段にオゾン溶解ユニット３１ｃを設けることで、処理後水１３中の溶存過酸化水素濃度を低減させ、別途の過酸化水素除去処理を不要にする効果が得られる。
また、側壁１９をメッシュやスリット加工を施した板材で構成することができる。これにより、水処理を停止した際に、水溜部３２ａ、３２ｂに被処理水４が残留することを防ぐとともに、被処理水４の流れを妨げる邪魔板としての効果により、水溜部３２ａ、３２ｂに被処理水４を溜めることができる。
【００９０】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による水処理装置の断面図である。本実施の形態２は、水溜部３２ａ、３２ｂの構成が、先の実施の形態１と異なるとともに、先の実施の形態１で備えていたインバーター３３は有していない。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【００９１】
図４において、２個の水溜部３２ａ、３２ｂは、互いに同様の構成であり、それぞれが、底板１８と、側壁１９とを備えている。底板１８は、図４における右側端部が処理槽１の右壁面に接続されており、左側端部には平板状の側壁１９が鉛直方向に向けて取り付けられている。
【００９２】
すなわち、水溜部３２ａ、３２ｂは、処理槽１の壁面と底板１８と側壁１９によって囲まれた箱型の形状を構成している。ここで、側壁１９は、底板１８に対して上下方向に可動となっており、底板１８に対する接続位置を決めて、ボルト３５によって締結する構成となっている。
【００９３】
これにより、図４の構成では、底板１８から側壁１９の最上部までの高さを任意に変更できる。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【００９４】
本実施の形態２では、底板１８から側壁１９の最上部までの高さを任意に変更できることから、水溜部３２ａ、３２ｂの容積を変えることができる。すなわち、底板１８と側壁１９とボルト３５が水溜部３２ａ、３２ｂの容積調節機構となっている。これにより、水溜部３２ａ、３２ｂにおいて、被処理水４が存在する平均時間（滞在時間）を任意に決めることができる。
【００９５】
先の実施の形態１においては、インバーター３３により循環ポンプ１６の流量を調節することで、被処理水４へのオゾンの溶解量を調節していた。一方、本実施の形態２では、水溜部３２ａ、３２ｂの容積を変えることで、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂにおけるオゾンの溶解量を調節することができる。
【００９６】
つまり、水溜部３２ａ、３２ｂの容積が大きい場合には、被処理水４の滞在時間が長くなり、循環ガス中のオゾンと触れる量が多くなり、オゾンの溶解量が増加する。逆に、水溜部３２ａ、３２ｂの容積が小さい場合には、被処理水４の滞在時間が短くなり、循環ガス中のオゾンと触れる量が少なくなり、オゾンの溶解量が減少する。すなわち、本実施の形態２においては、容積調節機構がオゾンの溶解量調節器となっている。
【００９７】
以上の動作により、本実施の形態２の水処理装置では、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂにおけるオゾンの溶解量を調節できる。これにより、本実施の形態２においても、Ｏ3（ｌ）濃度とＨ2Ｏ2（ｌ）濃度を独立に調節することができ、被処理水４の水質に応じた最適な水処理を行うことができる。
【００９８】
なお、本実施の形態２では、側壁１９の底板１８に対する接続位置を決めて、ボルト３５で締結することで水溜部３２ａ、３２ｂの容積を変えたが、容積調節機構は、これに限定されるものではない。例えば、側壁１９を電動にして処理槽１の外部から上下方向の位置を変更できるようにしてもよい。この場合、処理槽１を開放することなく水溜部３２ａ、３２ｂの容積を変えられることから、作業性や装置の稼働率が向上する。また、容積調節機構として、底板１８の寸法を変えるようにしてもよい。
【００９９】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による水処理装置の断面図である。本実施の形態３は、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃとオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂの構成が、先の実施の形態１と異なる。
【０１００】
本実施の形態３の図５に示した構成において、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおけるワイヤ電極の数が、それぞれ異なっている。上部に位置する放電処理ユニット３０ａには、５本のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅが、中部に位置する放電処理ユニット３０ｂには、４本のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが、下部に位置する放電処理ユニット３０ｃには、３本のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃが、それぞれ備えられている。その他の構成は、すべて先の実施の形態１の構成と同様である。
【０１０１】
また、本実施の形態３の図５に示した構成において、オゾン溶解ユニット３１ａと３１ｂは、水溜部３２ａと３２ｂの容積が異なっている。オゾン溶解ユニット３１ａは、側壁１９ａの高さが比較的低いため、水溜部の容積が比較的小さく、オゾン溶解ユニット３１ｂは、側壁１９ｂの高さが比較的高いため、水溜部３２ｂの容積が比較的大きい。その他の構成は、すべて先の実施の形態１の構成と同様である。
【０１０２】
本実施の形態３では、被処理水４が放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを通る際、それぞれワイヤ電極の数が異なるため、過酸化水素の溶解量は、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの順で、上流ほど多くなる。
【０１０３】
また、被処理水４が上方のオゾン溶解ユニット３１ａを通る際、水溜部３２ａの容積が比較的小さく、オゾンとの接触時間が短くなる。このため、オゾン溶解量は、オゾン溶解ユニット３１ｂ通過時と比べて少なくなる。逆に、被処理水４が下方のオゾン溶解ユニット３１ｂを通る際、水溜部３２ｂの容積が比較的大きく、オゾンとの接触時間が長くなる。このため、オゾン溶解量は、オゾン溶解ユニット３１ａ通過時と比べて多くなる。
【０１０４】
先の実施の形態１においては、各放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、各オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂの構成が全て同じであった。このため、被処理水４が上流から下流に向けて流れる際の、オゾンと過酸化水素の溶解量は、各段階で同じであった。
【０１０５】
一方、本実施の形態３では、オゾンの溶解量は、上流ほど小さく、過酸化水素の溶解量は、上流ほど高くなっている。このため、本実施の形態３の構成は、先の実施の形態１よりもさらに効率的な水処理が可能となる。以下で、その理由を説明する。
【０１０６】
被処理水４の難分解性物質の分解には上式（９）におけるＯＨ（ｌ）の反応が重要であり、ＯＨ（ｌ）の生成には上式（８）において、Ｏ3（ｌ）とＨ2Ｏ2（ｌ）の両方の濃度を適切に調節する必要がある。
【０１０７】
一般に、放電で生成される過酸化水素の生成速度は、オゾンの生成速度と比べて低い。このため、処理槽１の上流で、被処理水４の溶存オゾン濃度は、急速に増加するが、溶存過酸化水素濃度は、緩やかに増加する。このため、処理槽１の上流では、上式（８）は、Ｈ2Ｏ2（ｌ）濃度が律速となる。
【０１０８】
一方、溶存オゾン濃度は、短時間で飽和に至るが、溶存過酸化水素濃度は、放電電力の増加に伴って増加する。このため、処理槽１の下流では、Ｈ2Ｏ2（ｌ）が高く、Ｏ3（ｌ）が不足する。
【０１０９】
また、被処理水４の有機物の分解により、過酸化水素が副生成物として形成されることがあり、Ｈ2Ｏ2（ｌ）がさらに高くなることがある。このため、処理槽１の下流では、上式（８）は、Ｏ3（ｌ）濃度が律速となる。このように、処理槽１の上流側と下流側で、上式（８）の律速条件が変化し、ＯＨ（ｌ）の生成が制限されている。
【０１１０】
ここで、本実施の形態３では、上流側に位置する放電処理ユニットほど、過酸化水素の溶解量が多い。また、下流側に位置するオゾン溶解ユニットほど、オゾンの溶解量が多い。このため、処理槽１の全体にわたって、上式（８）の反応を効率的に生じさせることができ、結果的に、上式（９）による難分解性物質を含む有機物の分解が効果的に生じることとなる。
【０１１１】
なお、本実施の形態３では、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのワイヤ電極の数が、それぞれ５、４、３本であり、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂに関しては、水溜部３２ａの容積よりも水溜部３２ｂの容積を大きくした。しかしながら、ワイヤ電極の本数や水溜めの容積は、これに限定されるものではなく、被処理水４の水質や処理水量に応じて、適宜設定することができる。
【０１１２】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４による水処理装置の断面図である。本実施の形態４は、循環ガス配管１５ａ、１５ｂにガス流量制御器である循環ガス流量調節器３６ａ、３６ｂがそれぞれ備えられている。また、配線８ａ、８ｂ、８ｃに、放電電力制御器であるマッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃがそれぞれ備えられている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【０１１３】
図６において、循環ポンプ１６により循環ガス吸気口１４から吸気されたガスは、循環ガス流量調節器３６ａ、３６ｂによって、それぞれ独立に流量調節され、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂの散気板１７ａ、１７ｂに供給される。
【０１１４】
パルス電源７から出力された高電圧パルス電圧は、マッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃにより、それぞれ独立にインピーダンス調節され、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに印加される。これにより、各放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃで、独立に調節された電力で放電が形成される。本実施の形態４に係る水処理装置のその他の動作は、先の実施の形態１と同様である。
【０１１５】
本実施の形態４によれば、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂに供給する循環ガスの流量を、それぞれ独立に調節できる。このため、溶解するオゾンの量も、独立に調節できる。また、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃで生じる放電の電力も、独立に調節できる。このため、溶解する過酸化水素の量も、独立に調節できる。
【０１１６】
このような構成を備えることで、例えば、先の実施の形態１、２に示した水処理装置と異なり、上流から下流に向けて、オゾンと過酸化水素の溶解量を異ならせることができる。このため、処理槽１の全体にわたって、上式（８）の反応を効率的に生じさせることができ、結果的に、上式（９）による難分解性物質を含む有機物の分解が効果的に生じることとなる。
【０１１７】
また、本実施の形態４に係る水処理装置は、先の実施の形態３に示した水処理装置と異なり、各放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃとオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂにおいて、簡易にオゾンと過酸化水素の溶解量を変えることができる。このため、被処理水４の水質や処理水量等が変化した場合でも、装置の作り替えすることなく、最適な条件で、水処理を行うことができる。
【０１１８】
なお、マッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、パルス電源７からみた放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのインピーダンスを変化させることで、それぞれの放電電力を調節する。そして、このようなマッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃには、コイルやコンデンサーや抵抗等の電気素子を適宜組み合わせて用いることができる。
【０１１９】
また、循環ガス流量調節器３６ａ、３６ｂとして、例えば、マスフローコントローラ―を用いることができる。しかしながら、より簡易に、ニードルバルブなどで流量を調節できるようにしてもよい。
【０１２０】
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５による水処理装置の断面図である。本実施の形態５は、放電処理部４０とオゾン溶解部４１が接続されて、一体となった処理ユニット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを形成しており、処理槽１の内部には処理ユニットが複数（図７では４個）備えられている。
【０１２１】
図７において、放電処理部４０は、接地電極に相当する平板電極２と、放電電極に相当する複数（図７では４個）のワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを備えている。平板電極２は、水平面に対して傾斜して処理槽１の内部に配置されている。すなわち、平板電極２の上流側端部（図７の左端部）は、下流側端部（図７の右端部）よりも高くなっている。
【０１２２】
ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、配線８ａによってパルス電源７と接続されている。オゾン溶解部４１は、水溜部である貯水タンク３９と、貯水タンク３９の内部に設置された散気部材に相当する散気板１７とを備えている。散気板１７は、循環ガス配管１５ａによって、循環ポンプ１６と接続されている。すわなち、散気板１７と循環ガス配管１５ａと循環ポンプ１６により、オゾン供給部が構成されている。
【０１２３】
平板電極２の下流側端部と貯水タンク３９の最上部が接続されている。そして、放電処理部４０とオゾン溶解部４１が一体となって、処理ユニット３８ａを形成している。
【０１２４】
処理槽１の内部には、４個の処理ユニット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄが、鉛直方向に、左右互い違いの方向に形成されている。これにより、最上部から供給された被処理水４は、処理ユニット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの順に連続して流下する。
【０１２５】
次に、本実施の形態５に係る水処理装置の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、処理ユニット３８ａの平板電極２の上を流下する。さらに、平板電極２の下流側端部を通過した被処理水４は、貯水タンク３９に流れ落ちる。
【０１２６】
一定時間が経過すると、貯水タンク３９の水位が上昇し、被処理水４が貯水タンク３９の側壁（図７の右側側面）に沿って流れ落ち、処理ユニット３８ｂの平板電極２の上に落下する。以下、同様に、処理ユニット３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの順に流れた被処理水４は、処理槽１の底部に溜まり、排水口１ｃより排水される。
【０１２７】
ここで、パルス電源７を動作させて、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと平板電極２との間に放電を形成する。さらに、循環ポンプ１６を動作させ、処理槽１内のガスを吸気して、散気板１７から吐出させる。これにより、放電処理部４０においては、上式（５）、（９）の反応により、被処理水４が処理され、オゾン溶解部４１においては、上式（９）の反応により、被処理水４が処理される。
【０１２８】
本実施の形態５では、放電処理部４０とオゾン溶解部４１が一体となった処理ユニット３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを備えている。このため、先の実施の形態１のように、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃとオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂを別々に備える必要がない。従って、装置構成が簡素化され、部品点数を減らせることから、装置コストを抑制できる。
【０１２９】
なお、本実施の形態５においては、平板電極２の下流側端部と貯水タンク３９の最上部が接続されて、放電処理部４０とオゾン溶解部４１が一体となって処理ユニット３８ａを形成している。しかしながら、一体化された処理ユニット３８ａの構成は、このような構成に限定されるものではない。例えば、平板電極２が窪みを有しており、その窪みを水溜めとして用い、さらに散気板１７を備えるようにしてもよい。
【０１３０】
実施の形態６．
図８は、本発明の実施の形態６による水処理装置の断面図である。図８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およびガス排出口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。
【０１３１】
処理槽１内には、接地電極に相当する平板電極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架台Ａ４２および架台Ｂ４３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。すなわち、平板電極２の上流側端部（図８の右端部）は、下流側端部（図８の左端部）よりも高くなっている。
【０１３２】
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の外へ排出される。
【０１３３】
ガス供給口１ｄには、酸素ガスを満たしたガス供給源９が、流量調節器１０を介して接続されている。平板電極２には、複数の（この例では３箇所の）放電処理部４９ａ、４９ｂ、４９ｃと、複数の（この例では２箇所の）オゾン溶解部５０ａ、５０ｂが、被処理水４の流れ方向に対して交互に形成されている。
【０１３４】
すなわち、最上流側に放電処理部４９ａ、次に、オゾン溶解部５０ａ、さらに、放電処理部４９ｂ、さらに、オゾン溶解部５０ｂ、さらに、放電処理部４９ｃの順番に形成されている。
【０１３５】
放電処理部４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、いずれも同じ構成であり、平板電極２の上方にそれぞれ放電電極に相当するワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃが備えられている。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で配置されている。さらに、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃは、平板電極２の幅方向に、平行かつ水平に張られている。
【０１３６】
オゾン溶解部５０ａ、５０ｂは、いずれも同じ構成であり、平板電極２に複数の細孔４７ａ、４７ｂが形成されている。平板電極２の下面には、バッファー４６を介して、裏板４５が気密接続されている。また、裏板４５には、接続口４４が備えられており、接続口４４には、循環ガス配管１５が接続されている。
【０１３７】
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に対して絶縁体４８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。
【０１３８】
処理槽１の側面には、循環ガス吸気口１４が備えられており、循環ガス吸気口１４と接続口４４が、循環ガス配管１５によって接続されている。また、循環ガス配管１５には、循環ポンプ１６が備えられている。循環ポンプ１６と循環ガス配管１５と細孔４７ａ、４７ｂによって、オゾン供給部が形成されている。
【０１３９】
次に、本実施の形態６における水処理装置の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上に水膜３を形成して流下し、排水口１ｃから排出される。ここで、水膜３とワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃとの間には、気体層である空隙５１が形成されている。すなわち、水膜３の厚さは、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃと水膜３の水面との間に空隙５１が形成されるように調節される。
【０１４０】
ここで、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。さらに、循環ポンプ１６を動作させ、処理槽１内のガスを循環ガス吸気口１４から吸気し、接続口４４から吐出させる。
【０１４１】
平板電極２上を流れる被処理水４は、まず、放電処理部４９ａにおいて放電１１ａと接することで、上式（５）、（９）の反応により処理される。次に、オゾン溶解部５０ａにおいて、処理槽１から吸気された循環ガスが、気泡２１となって被処理水４中を上昇する。すなわち、平板電極２自体が水溜部の機能を果たす。
【０１４２】
これにより、循環ガス中のオゾンが被処理水４に溶解し、上式（９）による処理がなされる。以降、被処理水４は、放電処理部４９ｂ、オゾン溶解部５０ｂ、放電処理部４９ｃと通り、処理後水１３となって排水口１ｃから排出される。水処理の詳細な原理は、先の実施の形態１と同様である。
【０１４３】
本実施の形態６によれば、１枚の平板電極２を用いて、複数の放電処理部と複数のオゾン溶解部を交互に形成することができる。このため、先の実施の形態１と比較して、少ない構成部品で水処理装置を構成でき、同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
なお、本実施の形態６で示した平板電極２、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、および裏板４５を１つのカートリッジとして、処理槽１の内部に複数のカートリッジを備えるように構成してもよい。このとき、被処理水４が各カートリッジを連続的に流れるようにする。これにより、カートリッジを１個のみ備える場合と比較して、高い水処理性能が得られる。
【０１４５】
また、本実施の形態６では、３箇所の放電処理部４９ａ、４９ｂ、４９ｃと、２箇所のオゾン溶解部５０ａ、５０ｂを備えている。しかしながら、それぞれの数は、これに限定されるものではなく、被処理水４の水質や処理水量に応じて、適宜設定することができる。
【０１４６】
また、平板電極２の細孔４７ａ、４７ｂを有する領域の上面を、他の領域より凹ませることもできる。これにより、水溜部の容積を大きくすることができ、オゾン溶解部５０ａ、５０ｂでのオゾンの溶解量を増やすことができる。
【０１４７】
実施の形態７．
図９は、本発明の実施の形態７による水処理装置の断面図である。図９において、オゾン溶解ユニット３１ａの水溜部３２ａの処理槽１側の側壁には、サンプリングポート５６ａが設けられている。そして、サンプリングポート５６ａには、サンプリング配管５７ａが繋がれている。
【０１４８】
同様に、オゾン溶解ユニット３１ｂの水溜部３２ｂの処理槽１側の側壁には、サンプリングポート５６ｂが設けられている。そして、サンプリングポート５６ｂには、サンプリング配管５７ｂが繋がれている。
【０１４９】
サンプリング配管５７ａ、５７ｂは、それぞれ水質計５３に接続されている。また、処理槽１の外部に、統括制御器である制御ユニット５４を備えている。その他の構成は、先の実施の形態４と同様である。
【０１５０】
図１０は、本発明の実施の形態７による水処理装置のシステム図である。図１０において、制御ユニット５４と水質計５３は、信号線でつながれている。また、制御ユニット５４と循環ガス流量調節器３６ａ、３６ｂも、信号線でつながれている。さらに、制御ユニット５４とマッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃも、信号線でつながれている。
【０１５１】
次に、本実施の形態７に係る水処理装置の動作について説明する。水溜部３２ａ、３２ｂに溜まった被処理水４の水質を、水質計５３によって分析する。水質計５３で分析する水質データは、例えば、溶存オゾン濃度、溶存過酸化水素濃度、有機物濃度である。
【０１５２】
水質計５３によって得られた水質データは、制御ユニット５４へ送られる。制御ユニット５４は、水質計５３から受信した水質データに基づき、循環ガス流量調節器３６ａ、３６ｂとマッチングユニット３７ａ、３７ｂ、３７ｃを制御する。
【０１５３】
これにより、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂに供給される循環ガスの流量、および、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃに供給される放電電力が調節される。すなわち、図１０の構成を備えることで、制御ユニット５４は、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂと放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを、被処理水４の水質に応じた最適化条件で動作させることができる。
【０１５４】
例えば、被処理水４の有機物が分解される過程で、過酸化水素が副生成物として形成されることがある。この場合、Ｈ2Ｏ2（ｌ）濃度が過剰となり、ラジカルスカベンジャーとなってＯＨ（ｌ）を無効に消費することとなってしまう。これに対して、本実施の形態７における制御ユニット５４は、水質計５３による水質データに基づいて、水溜部３２ａのＨ2Ｏ2（ｌ）濃度が過剰であることが分かる。
【０１５５】
そこで、制御ユニット５４は、マッチングユニット３７ｂと３７ｃを調節して、放電処理ユニット３０ｂ、３０ｃの放電電力を下げ、過酸化水素の溶解量を抑制する。さらに、制御ユニット５４は、循環ガス流量調節器３６ｂを調節し、オゾン溶解ユニット３１ｂに供給される循環ガス流量を増加させ、オゾンの溶解量を増加させる。これにより、Ｈ2Ｏ2（ｌ）とＯ3（ｌ）の濃度バランスが適正となり、効率的な水処理が行えるようになる。
【０１５６】
また、別の制御例として、被処理水４の有機物濃度が低い場合や、容易に分解される物質が多く含まれている場合には、制御ユニット５４は、水質計５３による水質データに基づいて、水溜部３２ｂの有機物濃度が十分に低いことが分かる。この場合には、制御ユニット５４は、マッチングユニット３７ｃを制御して、放電処理ユニット３０ｃの放電を停止させる。これにより、有機物分解後の不要な放電がなくなり、水処理のエネルギー効率が向上する。
【０１５７】
実施の形態８．
図１１は、本発明の実施の形態８による水処理装置の断面図である。図１１において、オゾン溶解ユニット３１ａの水溜部３２ａには、サンプリング配管５７ａが、オゾン溶解ユニット３１ｂの水溜部３２ｂには、サンプリング配管５７ｂが、それぞれ繋がれている。
【０１５８】
サンプリング配管５７ａ、５７ｂは、それぞれｐＨ計５８に接続されている。また、水溜部３２ａ、３２ｂには、それぞれｐＨ調節器５９ａ、５９ｂが接続されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【０１５９】
実施の形態８では、水溜部３２ａ、３２ｂの被処理水４のｐＨを、ｐＨ計５８によって測定する。ｐＨ調節器５９ａ、５９ｂは、ｐＨ計５８によって測定されたｐＨ値に基づき、水溜部３２ａ、３２ｂの被処理水４のｐＨを、水処理に適した値に調節する。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。
【０１６０】
Ｈ2Ｏ2（ｌ）とＯ3（ｌ）によるＯＨ（ｌ）の生成反応（すなわち、上式（８）の反応）の発生頻度は、ｐＨに依存し、一般に、中性付近（ｐＨ＝７程度）が好適である。一方、被処理水４の水質によっては、水処理の進行に伴ってｐＨが変化する場合がある。
【０１６１】
例えば、被処理水４中の有機物の分解に伴って、ギ酸や酢酸等の有機酸が副生成物として生成され、ｐＨが下がることがある。または、被処理水４中に、例えば、スルホン酸やアミノ酸などが含まれる場合、分解過程で硫酸イオンや硝酸イオンが形成されて、ｐＨが下がることがある。
【０１６２】
このような場合、ｐＨ調節器５９ａ、５９ｂは、水溜部３２ａと３２ｂに対して、例えば、水酸化ナトリウム等の塩基物質を供給する、あるいは、リン酸塩等の緩衝剤を添加し、被処理水４のｐＨを中性付近に調整する。これにより、本実施の形態８に係る水処理装置は、上式（８）の反応を効率的に発生させ、効果的に水処理を行うことができる。
【０１６３】
実施の形態９．
図１２は、本発明の実施の形態９による水処理装置の断面図である。図１２において、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂのそれぞれの水溜部３２ａ、３２ｂには、紫外線ランプ６０ａ、６０ｂが、被処理水４に浸漬するように備えられている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【０１６４】
Ｏ3（ｌ）、またはＨ2Ｏ2（ｌ）、またはその両方を含む水に紫外線を照射すると、下式（１２）、（１３）の反応により、ＯＨ（ｌ）が生成される。
Ｏ3（ｌ）  ＋  ｈν  →  ＯＨ（ｌ）          （１２）
Ｈ2Ｏ2（ｌ）  ＋  ｈν  →  ＯＨ（ｌ）        （１３）
【０１６５】
このため、図１２の通り、水溜部３２ａ、３２ｂに紫外線ランプ６０ａ、６０ｂを備え、水溜部３２ａ、３２ｂの被処理水４に対して紫外線を照射することで、上式（９）による水処理が促進される。さらに、循環ガスによって継続的にオゾンが溶解するため、上式（１２）の反応が継続的に生じ、高速かつ高効率な水処理が実現される。
【０１６６】
なお、紫外線ランプは、特に限定されないが、低圧水銀ランプ、エキシマランプ、ＬＥＤなどを用いることができる。また、被処理水４の水質や処理水量に応じて、紫外線の光強度を調節するようにしてもよい。また、紫外線は、必ずしも常時点灯させる必要はなく、間欠的に点灯させてもよい。
【０１６７】
実施の形態１０．
図１３は、本発明の実施の形態１０による水処理装置の断面図である。本実施の形態１０は、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃの構成が、先の実施の形態１と異なる。図１３において、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、互いに同様の構成であり、水平面に対して傾斜して配置された平板電極２と、平板電極２の上方に、下部空隙６５を介して平板電極２と水平に配置された、放電電極であるメッシュ電極６１と、メッシュ電極６１の上方に、上部空隙６６を介してメッシュ電極６１と水平に配置された平板状の第二平板電極６２と、を備えている。
【０１６８】
メッシュ電極６１は、パルス電源７と接続されており、平板電極２と第二平板電極６２がいずれも電気的に接地されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【０１６９】
図１３において、パルス電源７を動作させてメッシュ電極６１に高電圧のパルス電圧を印加する。これにより、平板電極２を流れる被処理水４が形成する水膜３の水面に対する放電、すなわち、下部放電６３が形成される。同時に、メッシュ電極６１と第二平板電極６２との間に気相放電、すなわち、上部放電６４が形成される。その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。
【０１７０】
先の実施の形態１においては、ワイヤ電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅと平板電極２の間のみに放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを形成していた。この場合、水膜３に向けた放電になることから、過酸化水素が多く生成される。一方、本実施の形態１０においては、メッシュ電極６１と平板電極２の間の下部放電６３に加えて、メッシュ電極６１と第二平板電極６２の間にも上部放電６４が形成される。
【０１７１】
水面に対する放電である下部放電６３では、過酸化水素が多く生成され、気相放電である上部放電６４では、オゾンが多く生成される。結果的に、先の実施の形態１と比較して、オゾンの生成量が増加することになる。
【０１７２】
例えば、オゾンでも容易に分解される物質を多く含む被処理水４を処理する場合、上式（９）の反応において、オゾンが多く消費されるようになる。この場合、先の実施の形態１においては、循環ポンプ１６の流量を多くし、被処理水４に対するオゾンの溶解量を増加させていた。しかしながら、処理槽１内のオゾン量は、放電１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅで生成される速度によって制限されるため、オゾンが不足することがある。
【０１７３】
一方、本実施の形態１０では、水面への下部放電６３に加えて、気相での上部放電６４が形成されるため、より多くのオゾンが生成される。これにより、オゾンが不足することなく、高速かつ高効率な水処理が実現される。
【０１７４】
なお、本実施の形態１０では、放電電極としてメッシュ電極６１を用いたが、メッシュ形状に限定されるものではない。例えば、ワイヤ、ロッド、針、ネジ、リボン、またはパンチングメタルなどを放電電極として用いることができる。
【０１７５】
実施の形態１１．
図１４は、本発明の実施の形態１１による水処理装置の断面図である。本実施の形態１１では、放電処理ユニットとオゾン溶解ユニットの数と配列が、先の実施の形態１と異なる。図１４において、処理槽１の内部には、３個の放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、４個のオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが備えられている。
【０１７６】
処理槽１の中において、最上部に放電処理ユニット３１ａが備えられ、その下にオゾン溶解ユニット３１ａが備えられ、その下にオゾン溶解ユニット３１ｂが備えられ、その下に放電処理ユニット３０ｂが備えられている。以下、同様に、オゾン溶解ユニット３１ｃ、オゾン溶解ユニット３１ｄ、そして最下部に放電処理ユニット３０ｃの順に備えられている。
【０１７７】
被処理水４は、最上部に位置する放電処理ユニット３０ａから最下部に位置する放電処理ユニット３０ｃまでを連続的に流下する。なお、放電処理ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃとオゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの構成は、いずれも先の実施の形態１と同様である。
【０１７８】
先の実施の形態１では、放電処理ユニットとオゾン溶解ユニットが上下方向に交互に配列されていた。これに対して、本実施の形態１１では、放電処理ユニット１個の下にオゾン溶解ユニット２個が配列されている。その他の構成は、先の実施の形態１と同様である。
【０１７９】
本実施の形態１１によれば、先の実施の形態１と比べて、さらに多くのオゾンを被処理水４に溶解させることができる。従って、被処理水４の組成によってオゾンを多く消費する場合、あるいは副生成物として多くの過酸化水素が生成されるような条件においても、オゾンを欠乏させることなく、効率的かつ高速な水処理が達成される。
【０１８０】
なお、本実施の形態１１では、放電処理ユニット１個の下にオゾン溶解ユニット２個が配列される配列としたが、配列は、これに限定されず、任意に決めることができる。例えば、本実施の形態１１とは逆に、放電処理ユニット２個の下に、オゾン溶解ユニット１個を配列することもできる。配列は、被処理水４の水質に応じて、適宜決定すればよい。
【０１８１】
また、放電処理ユニットが必ずしも最上流にある必要はなく、最上流にオゾン溶解ユニットを配置し、その下流に放電処理ユニットを配置するようにしても、同様の効果が得られる。
【０１８２】
実施の形態１２．
図１５は、本発明の実施の形態１２による水処理装置の断面図である。本実施の形態１２では、オゾン溶解ユニットの構成が、先の実施の形態１と異なる。図１５において、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂは、それぞれ水溜部３２ａ、３２ｂと、オゾン供給部から形成されている。
【０１８３】
水溜部３２ａ、３２ｂは、互いに同様の構成であり、それぞれが底板１８と側壁１９とを備えている。水溜部３２ａの底板１８は、図１５における右側端部が処理槽１の右壁面に接続されており、左側端部には平板状の側壁１９が鉛直方向に取り付けられている。すなわち、水溜部３２ａ、３２ｂは、処理槽１の壁面と底板１８と側壁１９によって箱型の形状を構成している。
【０１８４】
水溜部３２ａ、３２ｂのそれぞれの側壁１９の最上部より高い位置には、散気部材に相当するノズル６７ａ、６７ｂが備えられている。そして、ノズル６７ａ、６７ｂは、それぞれ循環ガス配管１５ａ、１５ｂと接続されており、循環ガス配管１５には循環ポンプ１６が備えられている。
【０１８５】
すなわち、本実施の形態１２では、循環ポンプ１６と、循環ガス配管１５、１５ａ、１５ｂと、ノズル６７ａ、６７ｂが、オゾン供給部を構成している。また、ノズル６７ａ、６７ｂは、ガス噴き出し方向が図１５中で下を向くように取り付けられている。
【０１８６】
循環ポンプ１６によって吸気されたオゾンを含む処理槽１内のガスは、循環配管１５、１５ａ、１５ｂとノズル６７ａ、６７ｂを通って、水溜部３２ａ、３２ｂに溜められた被処理水４の水面に吹き付けられる。これにより、被処理水４にオゾンが溶解する。
【０１８７】
その他の動作は、先の実施の形態１と同様である。先の実施の形態１では、水溜部３２ａ、３２ｂ内の散気板１７ａ、１７ｂによって被処理水４にオゾンを供給した。しかしながら、被処理水４の水質によっては、長時間の動作により散気板１７ａ、１７ｂが目詰まりを起こすことがある。一方、本実施の形態１２では、ノズル６７ａ、６７ｂは、被処理水４と接していない。このため、目詰まりを生じることなく、長期間動作させることができる。
【０１８８】
実施の形態１３．
図１６は、本発明の実施の形態１３による水処理装置の断面図である。本実施の形態１３では、オゾン溶解ユニットの構成が、先の実施の形態１と異なる。図１６において、オゾン溶解ユニット３１ａ、３１ｂは、それぞれ傾斜板６８ａ、６８ｂと、突起６９ａ、６９ｂにより構成される。
【０１８９】
傾斜板６８ａは、水平面に対して傾斜して備えられ、直上に位置する放電処理ユニット３０ａの平板電極２と逆方向の傾斜となっている。また、傾斜板６８ａは、処理槽１の中にあって、直上に位置する放電処理ユニット３０ａの平板電極２と反対側の側面に固定されている。傾斜板６８ｂも同様の構成となっている。
【０１９０】
これにより、処理槽１の最上部から供給される被処理水４は、放電処理ユニット３０ａ、傾斜板６８ａ、放電処理ユニット３０ｂ、傾斜板６８ｂ、放電処理ユニット３０ｃの順に、一連の流れとして流下する。
【０１９１】
傾斜板６８ａ、６８ｂの上面には、それぞれ複数（図１６では５個）の突起６９ａ、６９ｂが備えられている。本実施の形態１３では、例えば、傾斜板６８ａ、６８ｂを備えない場合と比較して、被処理水４が処理槽１の内部に、より長時間滞在する。すなわち、傾斜板６８ａ、６８ｂが水溜部として働く。
【０１９２】
また、被処理水４が傾斜板６８ａ、６８ｂ上を流下する際、突起６９ａ、６９ｂにより撹拌される。これにより、処理槽１内のオゾンとの接触頻度が増加し、多くのオゾンが被処理水４に溶解する。すなわち、突起６９ａ、６９ｂがオゾン供給部として働く。
【０１９３】
本実施の形態１３は、先の実施の形態１と異なり、循環ガス吸気口１４、循環ガス配管１５、１５ａ、１５ｂ、循環ポンプ１６、散気板１７ａ、１７ｂを備えていない。しかしながら、本実施の形態１３は、傾斜板６８ａ、６８ｂ（水溜部）と、突起６９ａ、６９ｂ（オゾン供給部）により、先の実施の形態１と同様の効果を得られる。従って、よりシンプル、かつ少ない構成部品により、高速かつ高効率な水処理が行われる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月2日(2017.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、前記放電処理ユニットは、接地電極と、前記接地電極に対向する放電電極を有し、前記接地電極と前記放電電極との間に放電を形成し、前記放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を前記放電に触れさせることで前記被処理水を処理する水処理装置において、
前記処理槽の内部に、前記複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された前記被処理水を溜める水溜部と、
前記処理槽内の前記オゾンを前記水溜部に溜められた前記被処理水に供給するオゾン供給部と
を備え、
前記被処理水が、前記複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過する
水処理装置。
【請求項２】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記被処理水に過酸化水素を溶解させる
請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記水溜部と前記オゾン供給部からなるオゾン溶解ユニットが、前記処理槽の内部に複数備えられている
請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記オゾン溶解ユニットは、前記処理槽の内部において、前記被処理水の流れの最上流側に設けられている
請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
１つの放電処理ユニットと、１つのオゾン溶解ユニットを一対の一体化した処理ユニットとして形成し、前記処理槽の内部に前記処理ユニットが複数段配置される
請求項３または４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれと前記オゾン溶解ユニットのそれぞれとが交互に配置された構成が、１枚の平板電極上において形成されている
請求項３から５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記オゾン溶解ユニットの少なくとも１つは、前記水溜部に溜められた前記被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプを有する
請求項３から６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記接地電極は、水平面に対して傾斜して配置された平板電極であり、前記平板電極の上面に沿って前記被処理水が流され、
前記放電電極は、前記平板電極を流れる前記被処理水が形成する水膜と、前記水膜の上方に形成された気体層とを介して、前記平板電極に対向配置され、
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記平板電極と前記放電電極との間に電圧が印加されることで前記放電を形成する
請求項１から７のいずれか１に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記複数の放電処理ユニットのそれぞれは、前記放電電極を間に挟んで前記平板電極と対向配置され、前記放電電極の上方に空隙を介して設けられた第２平板電極を有する
請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記複数の放電処理ユニットは、互いに縦並びの方向に配置されている
請求項１から９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記水溜部は、底板と、前記底板を囲うように配置された側壁とから構成された箱型の水溜めであり、前記水溜めに前記被処理水が溜められる
請求項１から１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記オゾン供給部は、ガス循環装置と、循環配管と、散気部材から構成され、
前記散気部材は、前記水溜部に溜められた前記被処理水に接触するように配置され、
前記循環配管は、前記ガス循環装置によって前記処理槽から吸気した気体を、前記散気部材から吐出させるように接続され、前記散気部材から吐出された前記気体を前記水溜部の前記被処理水中に噴出させる
請求項１から１１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記水溜部は、上面に沿って前記被処理水が流下するように、水平面に対して傾斜して配置された傾斜板であり、
前記オゾン供給部は、前記傾斜板の上面に設けられた突起で構成され、
前記突起は、前記傾斜板を流下する前記被処理水の流れを撹拌する
請求項１から１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
処理槽の内部に複数の放電処理ユニットを備え、前記放電処理ユニットは、接地電極と、前記接地電極に対向する放電電極を有し、前記接地電極と前記放電電極との間に放電を形成し、前記放電によりオゾンを生成するとともに、被処理水を前記放電に触れさせることで前記被処理水を処理する水処理装置において実行される水処理方法であって、
前記処理槽の内部に、前記複数の放電処理ユニットのうちの１つの放電処理ユニットで処理された前記被処理水を水溜部に溜めるステップと、
前記処理槽内の前記オゾンを前記水溜部に溜められた前記被処理水に供給するステップと
を有し、
前記被処理水が、前記複数の放電処理ユニットを一連の流れとして通過することで、前記被処理水を処理する水処理方法。
【請求項１５】
前記被処理水の水質データを、水質計を介して取得するステップと、
取得した前記水質データに基づいて、共通電源から供給される電力を個別に調整し、所望の放電電力で放電を形成するように制御するステップと
をさらに有する請求項１４に記載の水処理方法。
【国際調査報告】
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