(57)【要約】【課題】低周波数超音波の照射により生じる処理効果と、高周波数超音波の照射により生じる処理効果とを利用することができるので、効率的な被処理水の処理が行える。【解決手段】流路１を流れる被処理水に向けて超音波を照射して被処理水を処理する際に、上流側の低周波用超音波発振子２Ａから低周波の超音波を照射し、下流側の高周波用超音波発振子２Ｂから高周波の超音波を照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる被処理水に向けて超音波を照射する超音波処理方法において、
被処理水に向けて異なる周波数の超音波を照射することを特徴とする超音波処理方法。
【請求項２】
前記流路は、円形断面を有する管路からなることを特徴とする、請求項１記載の超音波処理方法。
【請求項３】
被処理水が流れる流路に複数個の超音波発振子が配置されている超音波処理装置において、
前記超音波発振子は、発振する超音波の周波数が異なることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項４】
被処理水が流れる流路に複数個の超音波発振子が配置されている超音波処理装置において、
前記超音波発振子は、複数の周波数の超音波を発振することを特徴とする超音波処理装置。
【請求項５】
前記流路は、円形断面を有する管路からなることを特徴とする、請求項３または４記載の超音波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波処理方法および装置、特に、超音波を用いて、例えば、排水の殺菌や有害物質の分解等を効率良く行うことができる超音波処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料水、下水、排水等の水処理手段として、酸化剤等を用いる酸化処理、紫外線による処理、活性炭などの吸着剤による吸着処理などがあり、それぞれ目的に応じて使い分けられている。その１つとして超音波による水処理技術がある。
【０００３】
超音波処理は、水に超音波を照射することによりキャビテーションを発生させ、このときの振動加速度による攪拌作用を利用する方法であり、キャビテーションの発生によるキャビティ内での有機物質の熱分解、ＯＨラジカル生成による酸化、殺菌、キャビティ崩壊時の衝撃波による微生物細胞の破壊、振動加速度による攪拌効果などの作用が水処理の分野で利用されている。
【０００４】
超音波処理法は、水に超音波を照射するのみで処理が可能であるため、比較的装置構成を単純にでき、さらに、殺菌と有機物質の分解などの複合処理が可能な方法である。さらに、超音波処理法は、従来行われている酸化処理、紫外線処理等の方法と併用することにより、処理能力が向上することも確認されており、処理時間、処理コストの大幅な低減効果が期待できる。
【０００５】
超音波を利用した水処理装置として、特開２０００−１１７２４７号公報（特許文献１）には、流通経路の設けられた処理槽に超音波振動子に代表されるような超音波発振子が取り付けられた水処理装置が開示されている。以下、これを従来水処理装置といい、図面を参照しながら説明する。
【０００６】
図５は、従来水処理装置を示す断面図である。
【０００７】
図５に示すように、従来水処理装置は、被処理水を貯留または通水可能な容器２１と、被処理水に超音波を照射可能な超音波発振器２２とからなる水を浄化・殺菌する装置において、被処理水に照射される超音波の放射方向と超音波発振器２２の分極方向とが略同一になるように配置され、超音波発振器２２の振動モードが横効果であると共に、超音波の放射方向と略平行な面に水が直接付着しない構造としたものである。
【０００８】
上記従来水処理装置によれば、被処理水は、入口２３から容器２１内に流入し、容器２１内で超音波が照射されて処理された後、出口２４から容器２１外に流出する。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１１７２４７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波処理法は、多くのメリットを有するものの、大量処理を可能とするための処理装置の大型化が大きな課題となっている。
【００１１】
下水処理場など大量処理を考えた場合、上記従来水処理装置においては、処理槽の体積を大きくするか、処理装置を複数基、連結して処理量を多くすることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、１つの発振子による超音波照射の効果は、水中での超音波の減衰等の影響から、照射体積が増加するとその効果が減少することが知られており、処理槽を大きくするには限界がある。
【００１３】
従って、この発明は、超音波処理を効率的に行い、かつ、単純な構成で大型化が容易にできる、超音波処理方法および装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
超音波処理においては、照射する超音波の周波数により有効に作用する効果が異なることが知られている。例えば、数十ｋＨｚの周波数の領域においては、強力なキャビテーションの作用および振動加速度による作用が大きく、数百ｋＨｚの周波数の領域においては、ＯＨラジカルのような化学的作用が大きくなることが一般的に知られている。
【００１５】
処理対象とする細菌類や有害物質の自然環境中での存在形態は多種多様であり、多くのものは、集合体を形成する濁質成分に付着する等の形で存在することが多く、この集合体を崩したり、濁質成分への付着物をふるい落とす等の処理を施すことにより、より効率的に処理を行うことができる。
【００１６】
本願発明者等は、上記事実に基づき、超音波処理を効率的に行うべく、さらに検討を加えた結果、以下の知見を得た。
【００１７】
上述した超音波の周波数の違いによる効果、処理対象の存在形態から、例えば、大腸菌の場合には、数十ｋＨｚの周波数の超音波の照射により大腸菌の集合体を崩し、その後、数百ｋＨｚの周波数の照射により生成されるＯＨラジカルにより酸化殺菌を行うことで効率的に処理を進めることができる。
【００１８】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、下記を特徴とするものである。
【００１９】
請求項１記載の発明は、流路を流れる被処理水に向けて超音波を照射する超音波処理方法において、被処理水に向けて異なる周波数の超音波を照射することに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、流路は、円形断面を有する管路からなることに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項３記載の発明は、被処理水が流れる流路に複数個の超音波発振子が配置されている超音波処理装置において、前記超音波発振子は、発振する超音波の周波数が異なることに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項４記載の発明は、被処理水が流れる流路に複数個の超音波発振子が配置されている超音波処理装置において、前記超音波発振子は、複数の周波数の超音波を発振することに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の発明において、流路は、円形断面を有する管路からなることに特徴を有するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明の超音波処理装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、この発明の超音波処理装置を示す概略斜視図、図２は、この発明の超音波処理装置を示す概略平面図である。
【００２６】
図１および図２において、１は、流路としての円形断面を有する管路（既存の管路でも良い。）、２は、複数個の超音波発振子であり、管路１の周方向に間隔をあけ（この例では１２０°間隔）且つ管路１の流れ方向に間隔をあけて、千鳥状に配置されている。
【００２７】
奇数個の超音波発振子２を流路１の周方向に等間隔をあけて設ければ、流路１の断面内で超音波発振子２の反対面は壁面となるため、前記壁面が反射板として作用する。また、流路を円形断面を有する管路１により構成すれば、反射した超音波の集束効果が生じる。さらに、流れ方向に間隔をあけて配置された超音波発振子２の周方向のピッチをずらせば、超音波発振子２が千鳥状に配置されるので、超音波照射領域内で均一に被処理水に超音波を照射することが可能となる。
【００２８】
なお、図１では，超音波発振子２は、管路１の周方向に３個づつ、流れ方向に間隔をあけて６段設置されているが、周方向の超音波発振子２の設置個数および流れ方向の段数は、これに制限されるものではない。
【００２９】
超音波発振子２は、上流側の低周波用超音波発振子２Ａと下流側の高周波用超音波発振子２Ｂとに分けられている。３は、低周波用超音波発振子２Ａに数十ｋＨｚの交流電流を供給する低周波用超音波駆動電源、４は、高周波用超音波発振子２Ｂに数百ｋＨｚの交流電流を供給する高周波用超音波駆動電源、５は、低周波および高周波用超音波駆動電源３、４の制御装置である。
【００３０】
この発明の超音波処理装置は、以上のように構成されているので、被処理水は、以下のように処理される。
【００３１】
被処理水が管路１内に流入すると、管路１を通過する被処理水に対し、制御装置５からの指令により低周波および高周波用超音波駆動電源３、４から、低周波および高周波用超音波発振子２Ａ、２Ｂに交流電流が供給される。このように超音波発振子２Ａ、２Ｂに交流が供給されると、交流の振幅に応じた変位が各発振子に生じ、超音波発振子２Ａ、２Ｂから被処理水中へ超音波が放射される。これにより被処理水は、超音波処理装置の入側（上流側）では、数十ｋＨｚの低周波数の超音波の照射を受け、超音波処理装置の出側（下流側）では、数百ｋＨｚ高周波数の超音波の照射を受ける。
【００３２】
このようにして被処理水は、低周波数の超音波による処理後、高周波数の超音波による処理を受けるので、例えば、被処理水に含まれる大腸菌を処理する場合、数十ｋＨｚの低周波数の超音波の照射により大腸菌の集合体が崩され、その後、数百ｋＨｚの高周波数の超音波の照射により生成されるＯＨラジカルにより酸化殺菌が行われる。従って、同一周波数で処理する場合に比べて効率的な処理が行える。よって、単純な構成で装置の大型化が可能となる。
【００３３】
なお、超音波発振子２から放射された超音波は、被処理水中を伝播し、超音波発振子２と対面する管路壁面に到達し、そこで反射し、再び超音波発振子２へ戻る波が発生する。このとき、超音波発振子２の振動面から発生する波と反射した波とが、干渉して合成波が形成されると共に、反射面となる壁面が曲面であるため集束効果が得られる。
【００３４】
さらに、前記合成波は、超音波発振子２の間隔を適正に調整すると共振状態となり、このとき定在波と呼ばれる状態が形成されて、波が互いに強めあう状態になる。このため、超音波の効果を最大限に活用することができる。定在波の形成は、処理水の温度等の条件により変化する。そのため、処理水の状態が変化した場合にも定在波が形成されるよう制御装置５により発振条件を制御する。
【００３５】
定在波が形成されている部分の被処理水は、超音波の効果により効率的に浄化される。また、場合により、薬剤供給装置を低周波用超音波発振子２Ａより上流側の管路１に設ければ、被処理水は、さらに効率的に処理される。
【００３６】
次に、この発明の他の超音波処理装置を、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図３は、この発明の他の超音波処理装置を示す概略斜視図、図４は、この発明の他の超音波処理装置を示す概略平面図であり、図１と同一番号は、同一物を示し、説明は省略する。
【００３８】
図３および図４に示すように、この超音波処理装置の超音波発振子２の管路１への配置方法は、図１の場合と同様（千鳥状配置）であるが、低周波と高周波の超音波発振子２Ａ、２Ｂの列を管路１の周方向に沿って交互に配置した点で異なっている。
【００３９】
この発明の超音波処理装置によれば、低周波と高周波の超音波発振子２Ａ、２Ｂの列が管路１に沿って配置されているので、管路１中を流れる被処理水に数十ｋＨｚの低周波数の超音波と数百ｋＨｚの高周波数の超音波とが同時にかつ交互に長時間照射される。従って、図１の場合に比べて処理時間が長く取れるので、その分、処理効率が高くなる。この結果、単純な構成で装置の大型化が容易にできる。
【００４０】
なお、図１および図３の例において、超音波の周波数は、低周波および高周波の２種類に限定されるものではなく、３種類以上の周波数の組み合わせであっても良い。また、管路は、必ずしも円形断面に限られるものではない。さらに、周波数に応じた超音波発振子を用いているが、振動素子へ供給する交流信号により発振周波数が変化する多周波発振の超音波発振子を用いても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、流路を流れる被処理水に向けて超音波を照射する超音波処理方法において、被処理水に向けて異なる周波数の超音波を照射することにより、低周波数超音波の照射により生じる処理効果と、高周波数超音波の照射により生じる処理効果とを利用することができるので、効率的な被処理水の処理が行えるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の超音波処理装置を示す概略斜視図である。
【図２】この発明の超音波処理装置を示す概略平面図である。
【図３】この発明の他の超音波処理装置を示す概略斜視図である。
【図４】この発明の他の超音波処理装置を示す概略平面図である。
【図５】従来水処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１：管路
２：超音波発振子
２Ａ：低周波用超音波発振子
２Ｂ：高周波用超音波発振子
３：低周波超音波駆動用電源
４：高周波超音波駆動用電源
５：制御装置
２１：容器
２２：超音波発振器
２３：入口
２４：出口
【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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