(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状で誘電性材料から構成してあり、一端の側で開放され前記一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられ、接地された支持部材に支持されている円管と、
前記誘電性材料とは異なる導電性材料から構成してあり、前記円管の内側に、鉛直方向に起立して設けられ、接地との間で電圧が印可される中心電極と、
前記一端の側で、前記円管より離れた位置から前記円管の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水を供給する散水部と、を備え、
前記誘電性材料から構成される前記円管の前記外周面に形成された前記導電性の前記被処理水の水膜が接地とつながる導電層となり、前記円管と前記中心電極との間に誘電体バリア放電を形成することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記外周面の側に導電性部材を備え、
前記導電性部材は、接地されていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記導電性部材は、前記外周面に沿って巻回された導電線であることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記導電性部材は、前記外周面を覆う金属部材であることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記金属部材は、金属線が円筒状に編まれて伸縮性を有した金属メッシュであることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
並べて配列された複数の前記円管と、
複数の前記円管のそれぞれに前記中心電極を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記円管を支持する円管支持材と、
それぞれの前記中心電極を支持する導電性を備えた中心電極支持材と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記散水部は、散水領域を制限したノズルを備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記散水部と前記円管の一端の側との間に設けられ、前記円管の一端の側と対向した貫通穴を備えたガイド板を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
筒状の誘電材料からなる絶縁保護管で、前記中心電極が覆われていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
筒状で誘電性材料から構成してあり、一端の側で開放され前記一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられ、接地された支持部材に支持されている円管と、前記誘電性材料とは異なる導電性材料から構成してあり、前記円管の内側に、鉛直方向に起立して設けられた中心電極と、を備えた水処理装置における水処理方法であって、
前記一端の側で、前記円管より離れた位置から前記円管の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水を供給し、前記誘電性材料から構成される前記円管の外周面に前記導電性の前記被処理水による水膜を形成するステップと、
接地電位の導電層である前記水膜と前記中心電極との間に電圧を印可し、前記円管と前記中心電極との間に誘電体バリア放電を形成するステップと、を備えたことを特徴とする水処理方法。
【請求項１２】
筒状で誘電体からなり、一端の側で開放され前記一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられ、接地された支持部材に支持されている円管と、
前記円管の内側に、鉛直方向に起立して設けられ、接地との間で電圧が印可される中心電極と、
前記一端の側で、前記円管より離れた位置から前記円管の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水を供給する散水部と、
前記散水部と前記円管の一端の側との間に設けられ、前記円管の一端の側と対向した貫通穴を備えたガイド板とを備え、
前記円管の前記外周面に形成された前記被処理水の水膜が接地とつながる導電層となることを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、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】
水処理において、オゾンまたは塩素が一般的に用いられている。しかしながら、工業廃水等には、既存のオゾン処理装置では除去でき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。そこで、放電によりオゾン（Ｏ３）よりも活性の高いヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）を発生させ、被処理水に作用させることで、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。【０００３】
例えば、金属材料からなる円筒状電極とその内部に配置された線状電極を備え、これらの間に高電圧を印加することで生じるストリーマ放電空間内に被処理水を水滴にして供給し、水滴中の被処理物を分解処理する水処理装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、外周を金属メッシュで覆った円筒形状のガラス管とその中心に同軸に配置された金属ボルトを備え、これらの間にパルス状の高電圧を印加して放電を形成し、ガラス管の内部に向けて上方から被処理水を散布することで被処理水の処理を行う水処理装置が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３６１３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Nakagawa et al., “Decolorization of Rhodamine B in Water by Pulsed High-Voltage Gas Discharge”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42, pp.1423-28 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１における水処理装置では、円筒状電極の上端、下端で留まった水の塊によるスパークが発生しないため、ストリーマ放電による水処理を長時間安定して行うことができる。しかしながら、円筒状電極の中ほどでは金属材料からなる電極が空隙を介して直接対向する構成であるため、条件によっては局所的に強い放電、すなわちスパーク放電が発生することがある。特に印可電圧が高い場合、または放電の繰返し周波数が高い場合、単位体積あたりに投入される電力が増加して、電極間のガス温度が増加するため、スパーク放電が発生しやすくなる。また、電極間距離に偏りが生じたり、電極に被処理水が付着したりして局所的に空隙が狭まるとスパーク放電が発生しやすくなる。スパーク放電が発生すると、放電が局在化し局所的に温度が増加するため、水処理に有用なＯ３およびＨ２Ｏ２等の生成効率が低下し、水処理効率が低下するという課題があった。また、スパーク放電が頻発すると、局所的な温度上昇またはスパッタリングにより、いずれかの電極が消耗、あるいは損傷するという課題があった。【０００７】
上記非特許文献１における水処理装置では、高電圧が印加される金属ボルトと接地された金属メッシュが、ガラス管を介して対向配置された誘電体バリア型の電極構成となっているため、スパーク放電の発生は抑制される。しがしながら、金属メッシュとガラス管外周面の間に不可避的に形成される微小なギャップにおいて、異常放電が発生することがある。異常放電が発生すると、水処理に寄与しない無効な電力消費が生じるだけでなく、異常放電箇所に局所的に高い電力が投入されガラス管が破損するという課題があった。【０００８】
本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、スパーク放電および異常放電の発生を抑制した水処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に開示される水処理装置は、筒状で誘電体からなり、一端の側で開放され前記一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられ、接地された支持部材に支持されている円管と、前記円管の内側に、鉛直方向に起立して設けられ、接地との間で電圧が印可される中心電極と、前記一端の側で、前記円管より離れた位置から前記円管の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水を供給する散水部とを備え、前記円管の前記外周面に形成された前記被処理水の水膜が接地とつながる導電層となるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される水処理装置によれば、スパーク放電および異常放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る水処理装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る水処理装置における水処理を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係る別の水処理装置の全体構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図５】図４の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図６】実施の形態３に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図７】実施の形態４に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図８】実施の形態５に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図９】実施の形態６に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図１０】実施の形態７に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【図１１】実施の形態８に係る水処理装置が備えた放電ユニットの斜視図である。
【図１２】実施の形態９に係る水処理装置が備えた放電ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願の実施の形態による水処理装置を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は水処理装置１００の全体構成を示す断面図である。水処理装置１００は、工業廃水等の被処理水６に含まれる有機化合物に対して、放電９を利用して酸化分解する処理を行う装置である。水処理装置１００は、ステンレス、チタン等の耐食性に優れ、導電性を備えた金属材料からなる処理槽１の内部に、中心電極３および円管４を備えた放電ユニット２と、被処理水６を放電ユニット２に供給する散水部５とを備えて構成される。以下、各部の詳細について説明する。
【００１４】
処理槽１の下部には、取水配管１６を備えた取水ポンプ１３と、排水配管１７を備えた排水ポンプ１４が設けられる。取水ポンプ１３を稼働させて、取水配管１６から被処理水６が処理槽１の底部の水溜部１８に取水される。排水ポンプ１４を稼働させて、排水配管１７から処理された水が処理槽１の外部に排水される。水溜部１８と散水部５は、循環ポンプ１２を備えた循環配管１５でつながる。循環ポンプ１２を稼働させて、循環配管１５から被処理水６が散水部５に供給される。循環配管１５は処理槽１の外部に設けられ、処理槽１の壁面を貫通して循環配管１５は散水部５に連結される。
【００１５】
処理槽１の上部には、ガス供給部１９と排気部２０が設けられる。ガス供給部１９は、酸素を含むガスを処理槽１の内部に予め定めた流量で供給する。排気部２０は、ガス供給部１９が供給したガスと同量のガスを処理槽１の外部に排気する。ガス供給部１９と排気部２０の動作により、処理槽１の内部はガス供給部１９により供給されたガスで置換される。供給されるガスは酸素ガスを含んでいればよく、例えば、酸素、空気、あるいは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である。アルゴン、ヘリウム等の希ガスを用いた場合、比較的低い電圧においても放電９を安定的に形成することができ、空気を用いた場合、ガスコストを削減できる。なお、一般に酸素濃度が高いほどオゾンの生成効率が高くなることから、酸素濃度を８０％以上にすることが好ましく、例えば、空気中の酸素分離するＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置を用いて発生させた酸素を用いることもできる。
【００１６】
放電ユニット２は、ステンレス、チタン等の耐食性に優れ、導電性を備えた金属材料からなる支持部材１１の上部に配置される。支持部材１１は、処理槽１の底部と接して、処理槽１の内部に配置される。円管４は、筒状で誘電体からなり、一端の側で開放され一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられる。円管４は、接地された支持部材１１に支持される。円管４には、誘電特性を備えた材料が用いられ、耐酸化性に優れるガラスまたはセラミック管が好適である。中心電極３は、円管４の内側で円管４と同軸に、絶縁部材１０を介して支持部材１１に鉛直方向に起立して設けられる。中心電極３には、導電性を備えた棒状あるいは線状の金属部材が用いられ、特にステンレスまたはチタン等の耐食性に優れた金属製ロッドまたはワイヤーが好適である。中心電極３には、接地との間で電圧が印可される。絶縁部材１０は、ガラス、樹脂、セラミックを用いることができる。特にセラミックは絶縁耐力および耐久性の観点から最も好適である。支持部材１１には開口１１ａが設けられ、円管４の内部を流下した被処理水６は、開口１１ａから水溜部１８に流下する。
【００１７】
水処理装置１００は、処理槽１の外部に高圧電源８を備える。高圧電源８の高電圧出力端子８ａは、中心電極３に接続される。高圧電源８のグランド端子８ｂは処理槽１に接続され、処理槽１と支持部材１１は接地される。導電性を備えた被処理水６が放電ユニット２に供給された際、中心電極３に高電圧を印可することで、円管４の内周面と中心電極３との間に放電９が形成される。高圧電源８にはパルス電源が好適に用いられるが、安定して放電が形成できれば、交流電源を用いてもよい。なお、高圧電源８としてパルス電源を用いる際に出力される電圧の極性、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅等は、中心電極３の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超の場合、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。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、１００ｋｐｐｓよりも大きくすると、水処理の効率が低下するためである。また、被処理水６の成分、濃度、あるいは流量等の条件に応じて、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構わない。
【００１８】
円管４の内周面と中心電極３の外周面の間には、所定の寸法の空隙が設けられる。この空隙の寸法は、高圧電源８の仕様または処理槽１の内部のガス組成に応じて決定する。所定の空隙の寸法とは、１ｍｍから１００ｍｍ程度が好適である。空隙の寸法が１ｍｍ以下の場合、被処理水６と放電９の接触面積が小さくなり効率的な水処理が行われない。また空隙の寸法を１００ｍｍ以上とすると、放電９の形成に非常に高い電圧が必要となり、高圧電源８のコスト増大と、装置全体の絶縁設計の困難度が増加する。
【００１９】
散水部５は、円管４の一端の側で、円管４より離れた位置から円管４の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水６を供給する。散水部５は、散水領域を制限したノズル３５を備える。ノズル３５は、例えば充円錐型が用いられ、円管４の内側と外周面に適切に被処理水６が供給されるように噴出方向が調節される。散水領域が円管４の外径よりも広くなるようにノズル３５を設けることで、被処理水６の一部は円管４の内部を流下し、残りの一部は円管４の外周面に付着して水膜７を形成しながら流下する。放電９により生成されたＯ３等により円管４の壁面が親水化するため、円管４の外周面には均一な水膜７が形成される。水処理装置１００の運転開始直後は放電９が発生しておらず、円管４の外周面の親水化が十分でない場合があるが、運転に伴い外周面は親水化され、外周面に均一な水膜７が形成される。導電性を備えた被処理水６から形成された水膜７は、円管４の外周の導電層として実質的に機能する。円管４は接地されている支持部材１１に支持されるため、水膜７は接地電位の導電層となる。水処理装置１００は長期間の連続運転となることが多く、円管４の外周面が一度親水化されれば、それ以降は均一な放電９が維持される。なお、散水部５は円管４の内部と外周面に対して被処理水６を供給し水膜７を形成できる機構を備えていればよく、ノズル３５設けた構成に限るものではない。散水部５に、例えば、シャワープレートもしくはメッシュ状部材が用いられても構わない。
【００２０】
次に、水処理装置１００における水処理方法について説明する。図２は、実施の形態１に係る水処理装置１００における水処理を示すフローチャートである。最初に、処理槽１の内部を、ガス供給部１９から供給したガスで置換する（ステップＳ１０１）。次に、取水ポンプ１３を稼働させて、被処理水６を水溜部１８に取水する（ステップＳ１０２）。次に、循環ポンプ１２を稼働させて、水溜部１８から被処理水６を吸引して散水部５に供給する（ステップＳ１０３）。次に、散水部５が備えたノズル３５から、円管４の一端の側で、円管４より離れた位置から円管４の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水６を供給し、円管４の外周面に被処理水６による水膜７を形成する（ステップＳ１０４）。次に、高圧電源８を稼働させて、中心電極３と処理槽１との間に電圧を印可することで、中心電極３と水膜７との間に電圧を印可し、中心電極３と水膜７との間に電界を生じさせ、円管４の内側に放電９を形成する（ステップＳ１０５）。被処理水６に含まれる有機化合物を、放電９を利用して酸化分解して処理する（ステップＳ１０６）。処理された水は排水される（ステップＳ１０７）。円管４の内部と外周面に供給された被処理水６は水溜部１８に流下するため、循環ポンプ１２の稼働により循環水流が形成される。処理された水は、例えば河川に放流されるが、水処理装置１００の後段に活性炭等を備えた処理設備を設けても構わない。処理の間、水溜部１８が所定の水位を維持するように、取水ポンプ１３は取水を行う。
【００２１】
被処理水６の中の有機化合物を、放電９を利用して酸化分解する処理の詳細について説明する。処理槽１の内部では、放電９により、酸素と水蒸気を原料にＯＨラジカル、Ｏ３、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）などの酸化力を備えた活性種が生成される。酸素はガス供給部１９から供給され、水蒸気は被処理水６が蒸発することで供給される。被処理水６は処理槽１の内部で気液平衡状態となるため、処理槽１の内部の水蒸気濃度は通常１〜３％程度となる。活性種の中で、特にＯＨラジカルは高い酸化力を有し、多くの有機化合物を酸化分解することができる。円管４の内部を流下する被処理水６が放電９と接触する際に、活性種を取り込むことで被処理水６に溶存する有機化合物が分解される。また、Ｏ３とＨ２Ｏ２は比較的長寿命であるため、被処理水６が放電ユニット２を通過した後もＯ３とＨ２Ｏ２の一部が被処理水６に残留し、水溜部１８に輸送される。また、放電９で生成されたＯ３とＨ２Ｏ２の一部は気相状態で処理槽１の内部を拡散するため、円管４の外周面あるいは円管４の外部を流下する被処理水６に溶解し、水溜部１８に輸送される。水溜部１８に含まれるＯ３とＨ２Ｏ２は、水中反応によりＯＨラジカルを生成し、被処理水６の中の有機化合物を酸化分解する。このように、被処理水６に含まれる有機化合物の分解は、放電ユニット２を被処理水６が通過する際の活性種との反応と、水溜部１８において被処理水６に溶存するＯ３および水中反応で生じたＯＨラジカルとの反応の双方によって進行する。
【００２２】
以上では、循環配管１５と循環ポンプ１２を備えて被処理水６を散水部５に供給する構成としたが、被処理水６を散水部５に供給する構成はこれに限るものではない。被処理水６に含まれる有機化合物の濃度が低く、被処理水６が処理槽１を一度通過するだけで十分な水処理効果が得られる場合は、図３に示すように、取水ポンプ１３を備えた取水配管１６を散水部５につなげる構成でも構わない。
【００２３】
以上のように、実施の形態１による水処理装置１００は、誘電体からなる円管４の少なくとも外周面に導電性を備えた被処理水６による水膜７が形成され、水膜７と中心電極３の間の電界により円管４の内周面と中心電極３の間に誘電体バリア放電が形成されるため、スパーク放電を抑制することができる。また、スパーク放電が抑制されるため、中心電極３の消耗あるいは損傷を抑制することができる。また、スパーク放電が抑制されるため、局所的な温度上昇が抑制され、水処理に有用なＯ３、Ｈ２Ｏ２等の生成が効率的に行われ、効率的に水処理を行うことができる。また、少なくとも円管４の外周面には均一な水膜７が形成されるため、円管４の外周面で発生し得る異常放電を抑制することができる。また、異常放電が抑制されるため、無効な電力消費と円管４の破損を抑制することができる。また、散水部５がノズル３５を備えた場合、容易に散水領域を制限し、円管４の内部と外周面に被処理水６を適切に供給することができる。また、ノズル３５から放電ユニット２に供給される被処理水６が円管４と接しながら流下するため、被処理水６が実質的な冷却水として機能し、放電９による円管４の温度上昇に起因した円管４の破損を抑制することができる。また、水膜７が実質的に接地電極として機能し、従来の誘電体バリア放電の構成のように円管４の外周に金属導電層を設ける必要がないため、放電ユニット２の製造コストを抑制することができ、金属導電層の腐食の問題が生じない。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態２に係る水処理装置１００について説明する。図４は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図、図５は図４の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。実施の形態２に係る水処理装置１００は、円管４の外周面の側に、導電性部材２１と鉛直部材２７が配置された構成になっている。なお図５には、円管４と導電性部材２１と鉛直部材２７のみを示している。
【００２５】
鉛直部材２７は、円管４の外周面の側に、支持部材１１から鉛直に伸長して設けられる。図５に示すように、対向して２本の鉛直部材２７が設けられるが、鉛直部材２７の本数は２本に限るものではない。導電性部材２１は、円管４の外周面の側に、水膜７と接するように、円管４を取り囲んで鉛直部材２７に保持される。図４に示すように、ここでは２個の導電性部材２１を設けたが、導電性部材２１の個数は２個に限るものではない。導電性部材２１と鉛直部材２７はともに導電性を備えた材料からなり、例えば耐食性に優れたステンレスまたはチタンである。導電性部材２１と鉛直部材２７は、支持部材１１を介して接地される。
【００２６】
被処理水６の導電率が低いとき、水膜７の導通が十分に得られない場合がある。この場合、支持部材１１の近傍においては放電９が形成されるものの、支持部材１１から離れるに従い放電９が形成されにくくなる。複数の導電性部材２１を設けることで水膜７が鉛直方向の複数個所で接地されるため、被処理水６の導電率が低い場合であっても水膜７の導通を十分に得ることができ、円管４の内部において均一な放電が形成される。
【００２７】
なお、導電性部材２１の形状、数、位置は、被処理水６の素性に応じて任意に決定する。被処理水６の導電率が低いほど、導電性部材２１の数を増やし、間隔を狭めることが好適である。例えば、導電性部材２１の鉛直部材２７への保持構造を嵌め合いとし、導電性部材２１の増減を容易に行える構造としてもよい。また、導電性部材２１の形状は、図５に示すように、円管４の外径よりもわずかに大きな内径を有する環状とすることが好適である。この形状によれば、水膜７の流れを妨げることなく、水膜７を接地することができる。
【００２８】
以上のように、実施の形態２による水処理装置１００は、円管４の外周面の側に、水膜７と接した導電性部材２１を備え、導電性部材２１は接地されているため、被処理水６の導電率が低いときも水膜７の導通を十分に得ることができ、円管４の内部において均一な放電９を形成することができる。均一な放電９が形成されるため、効率的に水処理を行うことができる。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３に係る水処理装置１００について説明する。図６は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図で、金属ワイヤー２２を模式的に追記している。実施の形態３に係る水処理装置１００は、導電性部材として導電線が円管４に配置された構成になっている。
【００３０】
導電性部材として、導電線である金属ワイヤー２２が円管４の外周面に沿って、予め定めたピッチで螺旋状に巻回される。金属ワイヤー２２の一端の側は開放端で、他端の側は支持部材１１に接続される。金属ワイヤー２２は、支持部材１１を介して接地される。金属ワイヤー２２は、例えば、ステンレスまたはチタンなどの耐食性に優れた材料からなる。
【００３１】
金属ワイヤー２２は接地された導体であるため、被処理水６の導電率が低い場合であっても円管４の外周面の広範囲において水膜７を接地することができる。金属ワイヤー２２の径と巻き付けのピッチは、材料強度、加工性、被処理水６の導電率に応じて適宜決めることができる。被処理水６の導電率が低いほど、金属ワイヤー２２を巻回するピッチを狭めることが好適である。
【００３２】
以上のように、実施の形態３による水処理装置１００は、円管４の外周面の側に巻回された金属ワイヤー２２を備え、金属ワイヤー２２は接地されているため、被処理水６の導電率が低いときも水膜７の導通を十分に得ることができ、円管４の内部において均一な放電９を形成することができる。均一な放電９が形成されるため、効率的に水処理を行うことができる。導電性部材として巻回された金属ワイヤー２２を用いることで、簡易な構成で水膜７を複数箇所で容易に接地することができる。
【００３３】
実施の形態４．
実施の形態４に係る水処理装置１００について説明する。図７は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図で、金属メッシュ２３を模式的に追記している。実施の形態４に係る水処理装置１００は、導電性部材として円管４の外周面を覆う金属部材が配置された構成になっている。
【００３４】
導電性部材として、円管４の外周面を覆う金属部材である金属メッシュ２３が円管４の外周面に沿って設けられる。金属メッシュ２３は、金属線が円筒状に編まれて伸縮性を有したものである。筒状の金属メッシュ２３の一端の側は開放端で、他端の側は支持部材１１に接続される。金属メッシュ２３は、支持部材１１を介して接地される。金属メッシュ２３は、例えば、ステンレスまたはチタンなどの耐食性に優れた材料からなる。
【００３５】
金属メッシュ２３は接地された導体であるため、被処理水６の導電率が低い場合であっても円管４の外周面の広範囲において水膜７を接地することできる。金属メッシュ２３の線径と開口率は、材料強度、加工性、被処理水６の導電率に応じて適宜決めることができる。被処理水６の導電率が低いほど、金属メッシュ２３の開口率を下げることが好適である。
【００３６】
なお、金属メッシュ２３として、金属線のメリヤス編み等により形成された筒状体を用いることも好適である。特に筒状体で伸縮性を持たせれば、円管４の外周に被せることで導電性部材が設けられるため、水処理装置１００の組み立てが容易になる。さらに金属メッシュ２３と円管４が密着し、金属メッシュ２３の脱落を抑制できる。円管４の外周面を覆う金属部材は必ずしも金属メッシュ２３である必要はなく、例えば金属薄板またはパンチングメタルを筒状に成形したものを用いても構わない。
【００３７】
以上のように、実施の形態４による水処理装置１００では、円管４の外周面を覆う金属メッシュ２３を備え、金属メッシュ２３は接地されているため、被処理水６の導電率が低いときも水膜７の導通を十分に得ることができ、円管４の内部において均一な放電９を形成することができる。均一な放電９が形成されるため、効率的に水処理を行うことができる。導電性部材として円管４の外周面を覆う金属メッシュ２３を用いることで、簡易な構成で水膜７を複数箇所で容易に接地することができる。
【００３８】
実施の形態５．
実施の形態５に係る水処理装置１００について説明する。図８は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図である。実施の形態５に係る水処理装置１００は、複数の円管４と中心電極３が配置された構成になっている。
【００３９】
放電ユニット２は、水平方向に一列に並べて配列された複数の円管４であるガラス管４１と、複数のガラス管４１のそれぞれに中心電極３である金属ボルト４０を備える。図８においては、７本の金属ボルト４０と７本のガラス管４１を設けているが、これらの本数は７本に限るものではない。配列についても水平方向に一列に並べる構成に限らず、マトリクス状にこれらを並べても構わない。
【００４０】
金属ボルト４０とガラス管４１を支持する支持部は、ベース板２４、第１のガラス管支持材２５、第２のガラス管支持材２６、および鉛直部材２７から構成される。ベース板２４、第１のガラス管支持材２５、第２のガラス管支持材２６、および鉛直部材２７は、いずれもステンレスまたはチタン等の耐食性に優れ、導電性を備えた金属部材からなる。鉛直部材２７は、ベース板２４から鉛直に伸長させて設けられる。第１のガラス管支持材２５と第２のガラス管支持材２６は、ベース板２４に対向して設けられ、鉛直部材２７で保持される。第２のガラス管支持材２６は複数設けられ、図７においては２枚設けているが、第２のガラス管支持材２６の枚数はこれに限るものではない。
【００４１】
第１のガラス管支持材２５と第２のガラス管支持材２６には、ガラス管４１を設ける位置に貫通穴が設けられ、スロット部が形成される。円管支持材である第１のガラス管支持材２５の貫通穴は、ガラス管４１の内径と同程度の直径を有し、ガラス管４１の他端の側が第１のガラス管支持材２５と接して保持される。第２のガラス管支持材２６の貫通穴は、ガラス管４１の外径よりも僅かに大きい直径を有する。第２のガラス管支持材２６は、実施の形態２で示した導電性部材２１として機能する。ガラス管４１は、鉛直上方からスロット部に挿入され、鉛直に起立して第１のガラス管支持材２５に保持される。
【００４２】
複数の金属ボルト４０のそれぞれは、絶縁部材１０を介してベース板２４に鉛直に起立して設けられる。金属ボルト４０は、ガラス管４１の内部に、ガラス管４１に同軸に配置される。金属ボルト４０は、絶縁部材１０にねじ込むことで、絶縁部材１０に容易に設けられる。複数の金属ボルト４０は、高圧電源８と並列に接続される。高圧電源８のグランドは鉛直部材２７と接続され、第１のガラス管支持材２５および第２のガラス管支持材２６は接地される。高圧電源８を動作させることで、複数のガラス管４１のそれぞれの内面とそれぞれの金属ボルト４０との間に放電が形成される。
【００４３】
以上のように、実施の形態５による水処理装置１００では、並べて配列された複数のガラス管４１と、複数のガラス管４１のそれぞれに金属ボルト４０を備えたため、より広い領域で放電が形成され、大流量の被処理水６を一括して処理することができる。また、複数のガラス管４１は、第１のガラス管支持材２５と第２のガラス管支持材２６で形成されるスロット部に差し込むことで保持されるため、簡易な構成で水処理装置１００が実現でき、水処理装置１００を容易に組み立てることができる。また、中心電極３に金属ボルト４０を用いたため、金属ボルト４０の表面の山部と谷部に伴う電界集中により比較的低い電圧でも放電９を形成することができる。
【００４４】
実施の形態６．
実施の形態６に係る水処理装置１００について説明する。図９は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図で、金属メッシュ２３を模式的に追記している。実施の形態６に係る水処理装置１００は、中心電極支持材２８に中心電極３である複数の金属ボルト４０が保持された構成になっている。
【００４５】
中心電極支持材２８はベース板２４に対向し、ベース板２４と第１のガラス管支持材２５との間で、絶縁碍子３０を介してベース板２４に設けられる。中心電極支持材２８は、ステンレスまたはチタン等の耐食性に優れ、導電性を備えた金属部材からなる。金属ボルト４０のそれぞれは、中心電極支持材２８に鉛直に起立して設けられる。金属ボルト４０は、ガラス管４１の内部に、ガラス管４１に同軸に配置される。金属ボルト４０のそれぞれの下部に、少なくとも第１のガラス管支持材２５と同一高さの箇所を覆うように絶縁保護管２９が装着される。絶縁保護管２９を設けたことにより、第１のガラス管支持材２５と金属ボルト４０との間における金属部材間の放電が抑制される。絶縁保護管２９は絶縁性を備えた管状の部材で、金属ボルト４０の外周に被せることが可能であればよく、例えばガラス管またはセラミック管が好適である。
【００４６】
図９に示すように、放電ユニット２は１枚の第２のガラス管支持材２６が設けられ、金属部材である金属メッシュ２３がガラス管４１のそれぞれの外周面に沿って設けられる。第２のガラス管支持材２６を１枚に減らしても、金属メッシュ２３を設けたことで、被処理水６の導電率が低いときも水膜７の導通を十分に得ることができる。
【００４７】
中心電極支持材２８は、高圧電源８に接続される。高圧電源８のグランドは鉛直部材２７と接続され、第１のガラス管支持材２５、第２のガラス管支持材２６および金属メッシュ２３は接地される。高圧電源８を動作させることで、複数のガラス管４１のそれぞれの内面とそれぞれの金属ボルト４０との間に放電が形成される。
【００４８】
以上のように、実施の形態６による水処理装置１００では、それぞれの金属ボルト４０を保持する導電性を備えた中心電極支持材２８を備え、高圧電源８と個々の金属ボルト４０を接続することなく金属ボルト４０に電圧を印可できるため、水処理装置１００の構成を簡素化することができる。中心電極支持材２８とベース板２４を絶縁する絶縁碍子３０を備え、ベース板２４と個々の金属ボルト４０を個別に絶縁部材１０で絶縁することなく一括して絶縁できるため、水処理装置１００の構成を簡素化することができる。
【００４９】
実施の形態７．
実施の形態７に係る水処理装置１００について説明する。図１０は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図で、金属メッシュ２３を模式的に追記している。実施の形態７に係る水処理装置１００は、中心電極３が絶縁保護管２９で覆われた構成になっている。
【００５０】
中心電極３の全ては、筒状の誘電材料からなる絶縁保護管２９で覆われている。高圧電源８を動作させることで、円管４のそれぞれの内面とそれぞれの絶縁保護管２９の外周面との間に放電が形成される。放電９と金属部材が接触しない構成なため、金属成分の溶出またはスパッタリングに起因して、金属成分が被処理水６に混入することはない。
【００５１】
以上のように、実施の形態７による水処理装置１００では、筒状の誘電材料からなる絶縁保護管２９で中心電極３が覆われているため、放電と金属部材が接触せず、金属成分の被処理水６への混入を抑制することができる。
【００５２】
実施の形態８．
実施の形態８に係る水処理装置１００について説明する。図１１は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の斜視図である。実施の形態８に係る水処理装置１００は、散水部５と円管４との間にガイド板３２が配置された構成になっている。
【００５３】
ガイド板３２は、散水部５と円管４の一端の側との間に設けられ、それぞれの円管４の一端の側と対向した貫通穴３３を備えた、板状の部材である。図１１においては、５本の円管４を設けているため、ガイド板３２には５つの貫通穴３３が設けられる。貫通穴３３は、散水部５から円管４の一端の側に向けて供給された被処理水６がガイド板３２を通過する領域を制限するものである。貫通穴３３の形状は、被処理水６が円管４の内部と円管４の外周面に集中的に流下するよう決められる。具体的には、貫通穴３３の直径が円管４の外径より僅かに大きくなるように、貫通穴３３は形成される。
【００５４】
放電で生成される活性種の密度は、放電の近傍で高く、放電から離れると低くなる。このため、被処理水６が放電に近接した箇所を流下することで、高い水処理効果が得られる。一方、被処理水６が円管４から離れた箇所を流下すると、高い水処理効果は得られない。ガイド板３２を設けたことで、被処理水６は円管４の内部と円管４の外周面を集中的に流下する。このため、高い水処理効果が得られ、効率的な水処理が可能となる。
【００５５】
以上のように、実施の形態８による水処理装置１００では、散水部５と円管４の一端の側との間に、円管４の一端の側に対向した貫通穴３３を備えたガイド板３２を設けたため、被処理水６は円管４の内部と円管４の外周面を集中的に流下し、高い水処理効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態９．
実施の形態９に係る水処理装置１００について説明する。図１２は水処理装置１００が備えた放電ユニット２の断面図である。実施の形態９に係る水処理装置１００は、円管４の中間部で円管４が支持部材１１に支持された構成になっている。
【００５７】
実施の形態１から実施の形態８では、円管４は他端の側で接地された支持部材１１に支持された構成であったが、円管４の支持は他端の側に限るものではない。図１２に示すように、円管４の中間部で支持部材１１に支持された構成であっても構わない。円管４の外周の一部が中間部で支持部材１１に挟まれて、円管４は支持部材１１に支持される。円管４が支持される箇所は一か所に限るものではなく、複数の箇所で支持されるものでも構わない。支持された箇所の近傍で放電は形成されやすくなる。
【００５８】
以上のように、実施の形態９による水処理装置１００では、円管４の中間部で円管４が接地された支持部材１１に支持されているため、支持された箇所の近傍で放電は形成されやすくなる。
【００５９】
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６０】
１  処理槽、２  放電ユニット、３  中心電極、４  円管、５  散水部、６  被処理水、７  水膜、８  高圧電源、８ａ  高電圧出力端子、８ｂ  グランド端子、９  放電、１０  絶縁部材、１１  支持部材、１１ａ  開口、１２  循環ポンプ、１３  取水ポンプ、１４  排水ポンプ、１５  循環配管、１６  取水配管、１７  排水配管、１８  水溜部、１９  ガス供給部、２０  排気部、２１  導電性部材、２２  金属ワイヤー、２３  金属メッシュ、２４  ベース板、２５  第１のガラス管支持材、２６  第２のガラス管支持材、２７  鉛直部材、２８  中心電極支持材、２９  絶縁保護管、３０  絶縁碍子、３２  ガイド板、３３  貫通穴、４０  金属ボルト、４１  ガラス管、１００  水処理装置
【要約】
水処理装置（１００）は、筒状で誘電体からなり、一端の側で開放され一端の側を上にして鉛直方向に起立して設けられ、接地された支持部材（１１）に支持されている円管（４）と、円管（４）の内側に、鉛直方向に起立して設けられ、接地との間で電圧が印可される中心電極（３）と、一端の側で、円管（４）より離れた位置から円管（４）の内側と外周面に向けて導電性を備えた被処理水（６）を供給する散水部（５）とを備えている。【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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