(57)【要約】【課題】  高濃度の有機性物質を含有する廃水であっても有機性物質を短時間でかつ高除去率で以って処理可能であるとともに、有機性物質の分解反応領域における反応効率を向上させて高効率処理を可能とした高電圧パルスを利用した廃水処理装置を提供する。【解決手段】  高電圧パルス電源５に接続された陰極ノズル３を有する処理槽２を備え、該陰極ノズル３を先端が露出するように絶縁体１５で被覆し、該陰極ノズルと陽極４との間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して、廃水中に気泡放電１４を発生させて廃水１中に生成した酸化ラジカルにより有機性物質を分解除去する処理装置であり、さらに陰極ノズルがガス流路ガイド１６を備えた二重管構造を有し、外周側間隙を気体が通流するように構成するとともに、気体流路1７上に、気体整流用メッシュ１８を設け、また、液更新のための旋回流生成ノズル２０を具備した構成とする。【選択図】      図８
2005058887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽を備え、該処理槽内で廃水に高電圧パルス処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該廃水中の有機性物質を分解処理する廃水処理装置において、
前記処理槽に廃水を供給する廃水供給手段と、電気導電体で形成された気体供給ノズルを備えた気体供給手段とを設け、
前記気体供給ノズルを前記高電圧パルス電源に接続するとともに、該ノズル先端が露出するようにノズル外周を絶縁被覆し、
一の電極を形成する前記気体供給ノズルと他方の電極との間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して、廃水中に気泡放電を発生させる構成としたことを特徴とする高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項２】
前記気体供給ノズルを介して廃水中に噴出する気体の流路を、前記ノズルの開口縁近傍から集中して気体が噴出するような気体流路構造としたことを特徴とする請求項１記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項３】
前記気体供給ノズルを２重管構造とし、前記気体流路構造を前記気体が該ノズルの外周側間隙を通って前記開口縁近傍から集中して噴出する構造としたことを特徴とする請求項２記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項４】
前記気体供給ノズルを介して廃水中に噴出する気体の流路上に、気体整流用網目状部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項５】
前記気体供給ノズルの先端外側に絶縁材からなる気体滞留部を付設し、高電界強度領域に気泡を滞留させる構成としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項６】
前記気体供給ノズル外周の酸化ラジカル生成領域に存在する廃水を更新する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項７】
前記廃水更新手段が、前記気体供給ノズルを包皮するごとく設けられた旋回流生成ノズルであり、該旋回流生成ノズルにより該ノズル外周面に沿って前記酸化ラジカル生成領域の廃水が旋回するように構成したことを特徴とする請求項６記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【請求項８】
前記気体が、酸素富化ガス又は塩素含有ガス、若しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の高電圧パルスを利用した廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿、下水、埋立て浸出水、食品加工廃液、及び工場廃液等の有機性物質含有廃水を対象とした廃水処理に関し、特に電気化学的に有機性物質を分解除去する高電圧パルス処理を利用した廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性物質を含む廃水の処理は、主として活性汚泥法、間欠曝気消化法、脱窒法等によって行われている。しかしながら、これらの方法はいずれも生物分解法であるため、処理されるべき廃水が難分解性の有機性物質を多量に含有している場合、大量の水を加えることにより該廃水を希釈しなければならず、廃水の処理量を増大させることとなるため、電力消費量の増大及び廃水処理コスト高を生じていた。また、生物分解のための長い反応時間（数日〜数週間）が必要となるという問題点を有していた。
【０００３】
このような問題点を改善する目的で、近年、電気化学的な処理装置の開発が活発に行われている。電気化学的な廃水処理としては、米国特許第５４６４５１３号公報（特許文献１）等に開示されるように、有機性物質含有廃水を水中高圧パルス放電処理することにより該有機性物質を分解処理する方法が挙げられる。
かかる方法は、高圧パルス放電により殺菌を行なうとともに、放電により発生する酸化物により有機性物質を分解する方法であり、薬品を使用することなく、かつ汚泥を発生しないという利点を有している。
また、特開平10−３２３６７４号（特許文献２）では、有機物含有水を高圧パルス放電処理装置において高圧パルス放電処理し、発生する活性酸素種により、溶解性有機物分子の凝集、懸濁物粒子の表面荷電の中和などの反応を引き起こさせて、懸濁物質の凝集性を高め、これにより固液分離と組み合わせて効率よく汚濁物を分離する廃水処理方法を提案している。
【０００４】
さらに、電気化学反応を効率よく行なう処理として、図９に示すように、有機性物質を含有する廃水を保持した処理槽０２内に陽極０４と陰極０３を対向させて配置し、ガスタンク０６より両電極間に気泡１３を発生させながら、高電圧パルス電源５より該電極間に高電圧パルスを印加し、水中高圧パルス放電処理することにより有機性物質を分解する装置がある。これは、例えば特開２００１−２９３４７８公報（特許文献３）に開示されるように、前記ガスタンク０６をオゾン発生器とし、オゾンからなる気泡を処理槽０２内に導入する処理装置などが挙げられる。
【０００５】
これらの処理は、前記電極間に印加した高電圧パルスにより気泡存在域に電界が形成され、気泡内での放電（気泡放電）、及び気泡から液に、電極から液に延びた液中放電が生じ、酸化力の大きいＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）等の酸化ラジカルが発生し、該酸化ラジカルにより廃水中の有機性物質の分解が促進される作用を利用した方法である。さらに、特許文献３では前記気泡としてオゾンを用いていることから、気泡放電若しくは液中放電によりオゾンを原料としてＯＨラジカルが発生し易くなり、有機性物質の分解が促進されることとなる。
【０００６】
また、ＯＨラジカル及びＯラジカル（酸素ラジカル）等の酸化ラジカルの発生効率を向上させる方法として、特表２００２−５３９８６０公報（特許文献４）では、ラジカル発生用電極間に印加する電場を特定の条件とし、かつ一の電極を形成する金属酸化物表面と廃水とを長時間接触させるようにした処理方法が提案されている。具体的には、一の電極を形成する二酸化チタンで内面被膜した管状部材と、軸線上に保持された他の電極を形成する負極ロッドから構成されるラジカル発生部に廃水を通過させ、廃水中の有機性物質を酸化分解する。このとき、電極間の直流電圧勾配を0.2〜6KV／cm、周波数を10kHz〜150kHz、パルス電流密度を5μｍ／cm2〜50mA／cm2である矩形波形という条件に設定している。
これらの処理法により、ある程度の電力消費量並びに廃水処理コストの低減や、反応時間の短縮化が図られるようになってきた。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４６４５１３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３６７４号公報
【特許文献３】特開２００１−２９３４７８公報
【特許文献４】特表２００２−５３８９６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１乃至３等に開示される処理法では低濃度の有機性物質を含む廃水の処理には適しているが、水中放電を生じさせるために高電圧が必要となる。また高濃度の有機性物質を含有する廃水の場合は導電率が高いため、高電圧を印加するためには大電力の供給が必要で処理効率が悪化するという問題があり、実用化に際してはさらに分解性能を向上させる必要が生じていた。
また、特許文献２では、分解処理でなく凝集処理であるため固液分離、沈殿槽等の装置が必要となり設備が大型化するとともに、凝集物の後処理が必要となり処理が煩雑化する。
また、特許文献３等のようにオゾンを利用して電気的処理を行なう場合には、高濃度の有機性物質を含有する廃水であっても比較的高除去率で有機性物質を処理可能であるが、オゾンは人体に有害であるため取り扱いが困難であるとともに、オゾンが高価であるためランニングコストが嵩むという問題を有している。
【０００９】
さらにまた、特許文献４の処理方法では電極表面から発生するラジカルを利用しているため、被処理水が例えばし尿、下水若しくは工場廃液等の有機性物質含有廃水である場合、廃水中に含まれるＳＳ（浮遊物質）が電極表面に付着し電極表面活性が変化して処理性能が大きく変動するという問題点があった。
従って本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、高濃度の有機性物質を含有する廃水であっても有機性物質を短時間でかつ高除去率で以って処理可能であるとともに、有機性物質の分解反応領域における反応効率を向上させて高効率処理を可能とした高電圧パルスを利用した廃水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽を備え、該処理槽内で廃水に高電圧パルス処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該廃水中の有機性物質を分解処理する廃水処理装置において、
前記処理槽に廃水を供給する廃水供給手段と、電気導電体で形成された気体供給ノズルを備えた気体供給手段とを設け、
前記気体供給ノズルを前記高電圧パルス電源に接続するとともに、該ノズル先端が露出するようにノズル外周を絶縁被覆し、
一の電極を形成する前記気体供給ノズルと他方の電極との間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して、廃水中に気泡放電を発生させる構成としたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルを効率良く発生させることができるため、高濃度の有機性物質を含有する廃水であっても高除去率で以って処理すること可能となり、処理水性状を向上させることができる。
また、気体供給ノズルを陰極とし、該ノズルの先端を露出させ絶縁体で被覆させるとともに、該陰極の先端から気泡を発生させることにより、廃水中に生じた気泡に直接電界を印加することができ、気泡放電を容易に発生させることができる。したがって、高導電率を有する廃水に対しても安定にかつ液体放電よりも低電圧にて放電を行なうことができる。
また、気体と廃水とを独立して制御することができるため、気液混合系に比べて放電を安定に制御することが可能となる。
【００１２】
また本発明は、前記気体供給ノズルを介して廃水中に噴出する気体の流路を、前記ノズルの開口縁近傍から集中して気体が噴出するような気体流路構造としたことを特徴とし、好適には前記気体供給ノズルを２重管構造とし、前記気体流路構造を前記気体が該ノズルの外周側間隙を通って前記開口縁近傍から集中して噴出する構造とする。
これにより、放電を開始し易い高電界強度領域に気泡を安定して供給することができ、酸化ラジカルの生成反応効率が向上する。
【００１３】
また、前記気体供給ノズルを介して廃水中に噴出する気体の流路上に、気体整流用網目状部材を設けたことを特徴とする。
これにより、前記気体流路が偏心することを防止できるとともに、気体流路上で発生した圧力脈動を抑制することができる。さらに、気体が網目状部材を通過するので、微小な気泡を高電界強度領域に供給することができ、気泡放電が発生し易い雰囲気を形成することができる。従って、放電にて有機性物質の分解に有効な酸化ラジカルがより容易に生成されるので、廃水を効率的に分解処理することが可能となる。
【００１４】
また、前記気体供給ノズルの先端外側に絶縁材からなる気体滞留部を付設し、高電界強度領域に気泡を滞留させる構成としたことを特徴とする。
これにより、前記気泡を確実に高電界強度領域に滞留させることが可能となり、従来よりも、より低電圧にて安定した放電を行なうことができる。その結果、該放電にて有機分解に有効な酸化ラジカルがより容易に生成されるので、廃水を効率的に分解処理することが可能となる。
【００１５】
また、前記気体供給ノズル外周の酸化ラジカル生成領域に存在する廃水を更新する手段を備えたことを特徴とする。
このとき、前記廃水更新手段が、前記気体供給ノズルを包皮するごとく設けられた旋回流生成ノズルであり、該旋回流生成ノズルにより該ノズル外周面に沿って前記酸化ラジカル生成領域の廃水が旋回するように構成することが好ましい。
一般に、高電圧パルスによる放電反応を起点とする反応は、気体中の励起分解や該励起体の溶液との反応、また高速電子の溶液への衝突、さらには金属酸化物処理を施した電極表面反応等で発生する酸化ラジカルが寄与するが、いずれも液表面層数〜数10μｍ程度の表面近傍の領域で起こるものである。そのため、系全体の反応は通常は拡散により支配されている。
そこで、放電が接するラジカル生成領域の廃水を更新させることにより、常に未反応の領域を放電反応面に接近させることができるので、反応効率を向上させることができる。
【００１６】
さらに、前記気体が、酸素富化ガス又は塩素含有ガス、若しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする。
かかる発明では、酸素富化ガスを用いることにより、放電にてＯ3、Ｏラジカル、Ｏ2−イオンなど酸化力の強い活性酸化種が効率的に発生し、有機性物質の分解性能を向上させることができ、また、塩素含有ガスを用いることにより、放電にてＣｌラジカルが効率的に発生し、有機性物質の分解性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、高濃度の有機性物質を含有する廃水であっても短時間でかつ高除去率で以って処理可能であるとともに、有機性物質の分解反応領域における反応効率を向上させることにより高効率処理が可能となる。
即ち、陰極ノズルの先端を露出させ絶縁体で被覆させるとともに、該陰極の先端から気泡を発生させることにより、廃水中に生じた気泡に直接電界を印加することができ、気泡放電を容易に発生させることができる。従って、高導電率を有する廃水に対しても安定にかつ液体放電よりも低電圧にて放電を行なうことができる。
また、気体流路構造を、前記ノズルの開口縁近傍から集中して気体が噴出するような構造とすることにより、放電を開始し易い高電界強度領域に気泡を安定して供給することができ、酸化ラジカルの生成反応効率が向上する。
【００１８】
また、気体流路上に、気体整流用網目状部材を設けることにより、前記気体流路が偏心することを防止できるとともに、気体流路上で発生した圧力脈動を抑制することができる。さらに、気体が網目状部材を通過するので、微小な気泡が生成され気泡放電が発生し易い雰囲気を形成することができる。
さらに、放電が接するラジカル生成領域の廃水を更新させる構造とすることにより、常に未反応の領域を放電反応面に接近させることができるので、反応効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明に係る第１実施形態の廃水処理装置の構成図、図２は第１実施形態におけるＯＨラジカル蛍光強度の経時変化を示すグラフ、図３は第１実施形態におけるH2O2濃度の経時変化を示すグラフ、図４、５及び図７、８は夫々本発明の第２、３及び第４、５実施形態に係る廃水処理装置の構成図である。
【００２０】
まず、図１を参照して本発明に係る第１実施形態の廃水処理装置を説明する。
図１によれば、有機性廃水１を保持する処理槽２内には、気体供給機構を兼用する陰極ノズル（気体供給ノズル）３及び陽極４が配置されている。前記陽極４は液体供給口に配設しても良い。両電極には高電圧パルス電源５が接続され、処理条件に適合したパルス電力が供給される。かかる処理槽２には、ガスタンク６に貯留された気体を、ガス供給配管７を通じて前記陰極ノズル３より処理槽内の廃水１に導入する気体供給機構が具備されている。該気体供給機構により所望の種類及び量の気体が処理槽２内に導入され、廃水１中に気泡を生成する。尚、該ガスタンク６はコンプレッサで代替することも可能である。
【００２１】
前記処理槽２は、液供給管８及び液供給ノズル９からなる廃水供給機構を介して前処理槽１０と、また液排出管１１からなる廃水排出機構を介して後処理槽１２と夫々接続される。前記前処理槽１０は、廃水中の夾雑物を除去するスクリーンなどを用いることができ、また前記後処理槽１２は好気性発酵処理、嫌気性発酵処理等の生物処理槽などを用いることができる。
前記気体供給機構、廃水供給機構及び廃水排出機構は夫々バルブ等の液量制御手段を具備することにより適宜供給量及び排出量を調整可能な構成とする。このように、前記気体供給機構、廃水供給機構及び廃水排出機構は夫々独立制御可能な構成となっている。かかる構成により処理槽２内には気体と液体とが別個に供給され、処理槽２内で混合される。
さらに、前記処理槽２内の廃水１は前記陰極ノズル３からの気泡１３により撹拌状態となっているが、撹拌翼、廃水循環手段（不図示）等の機械的撹拌手段を設ける構成としても良い。
【００２２】
また、本実施形態では、前記陰極ノズル３を一の電極（陰極３）とし、これと対向させて他方の電極（陽極４）を配置し、該電極が処理槽外部に設けられた高電圧パルス電源５に夫々接続されている。前記陰極ノズル３は金属導電体からなり、該ノズル外周表面を絶縁体１５により絶縁被覆すると共に陰極ノズル３の端部のみを被覆露出させている。処理槽自体を陽極として機能させてもよい（他の実施形態においても同じ）。
かかる構成を有する処理槽２にて前記高電圧パルス電源５により両電極間にパルスを含む高周波電圧を印加することにより、廃水１中に生じた気泡１３で放電１４を発生させている。そして、気泡放電により酸化ラジカルを生成し、廃水中の有機性物質を分解処理する。
【００２３】
このように、前記した構成の電極を用いることにより、廃水中に生じた気泡に直接電界を印加することができる。そして、この電界により気泡放電を発生させることができるため、高導電率廃水に対しても安定にかつ液体放電よりも低電圧にて放電を行なうことができる。特に、前記陰極ノズル３のうち処理槽内廃水と接する部分以外を絶縁し、当該部のみを電気的に露出させることにより、大きな電流を流すことなく気泡に効果的に電圧を印加させることができる。
また、前記気体と廃水の供給量を独立して制御することが可能となるため、従来のように気液混合系に直接電界を印加する場合と比較して放電を安定して制御することができる。
【００２４】
その結果、該放電にて有機性物質の分解に有効なＯＨラジカル、Ｏラジカル（酸素ラジカル）等の酸化ラジカルが、気体中の励起分解や該励起体の溶液との反応、また高速電子の溶液への衝突、さらに金属酸化物処理を施した電極表面反応等を通じて容易に生成される。
有機性物質の分解に有効な反応生成物であるＯＨラジカル、H2O2は、下記反応式（１）、（２）により生成される。
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ＋  ＋・ＯＨ  ＋ｅ−          ・・・（１）
２・ＯＨ  →  Ｈ２Ｏ２                      ・・・（２）
前記反応式により生成されたＯＨラジカル、またはＯラジカル等の非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルや、該酸化ラジカルにより生成した過酸化水素は、有機性物質と反応し、最終的にはＣＯ２として排出される。
このように、かかる実施形態によれば酸化ラジカルの生成効率を向上させることができるため、廃水を高効率でもって処理可能である。
【００２５】
次に、前記第１実施形態における具体的な実施例（第１実施例）を以下に説明する。
かかる実施例における処理装置は、前記処理槽２として容積約0.5Lのビーカ容器を用い、前記陰極ノズル３であるチタンパイプ（外径φ10ｍｍ×内径φ8ｍｍ）の外周を絶縁体のテフロン（登録商標）で被覆した電極、及び陽極４であるチタンパイプ（外径φ60ｍｍ×内径φ54ｍｍ）を前記容器内に同軸状に配置し、処理対象液として蒸留水に塩化ナトリウムを溶解させた模擬液（液導電率2S／m）を使用した。また、別にＯＨ生成量に比例した蛍光を得るための試薬としてクマリンを加えた液を使用し、ＯＨラジカルと選択的に下記反応式（３）を起し、蛍光を発することを利用し確認した。
【００２６】
【化１】
2005058887.tif 000003
【００２７】
前記処理装置を利用した処理方法は、前記陰極ノズルに大気圧エアを１〜２L／分供給し、一定時間毎に陰極ノズルと陽極との間に高電圧パルス電源から電圧２ｋV、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋHzにて印加した。
比較例として、図９に示した従来技術と同様の装置構成により処理を行った。該比較例では前記実施例と同等の処理対象液を保持したビーカ容器内に、図１に示した本実施例と同様の電極を配置し、陰極ノズルに気体を供給せず、別途ガスタンクより電極間に気泡を発生させながら前記実施例と同様の高電圧パルスを印加し、処理を実施した。
【００２８】
前記実施例と比較例との作用の差異を図２及び図３に示す。図２は本実施例と比較例より得られた廃水中のＯＨラジカル濃度の経時変化を示し、図３はH2O2濃度の経時変化を示す。これによれば、図２、３に示すように、本実施例では有機分解に有効な反応生成物であるH2O2、ＯＨラジカルを得ることが出来た。これに対して、比較例ではH2O2、ＯＨラジカルが得られなかった。
さらに、図１と同様の構成において、処理対象液としてし尿にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を加え、ＳＳ（浮遊物質）を沈殿除去した上澄み液を使用して、本実施例と同様の処理を実施した場合のトータルカーボン量（ＴＯＣ）の計測結果を下記表１に示す。
【００２９】
【表１】
2005058887.tif 000004
【００３０】
前記表１から明らかなように、本実施例の構成にてＴＯＣが減少していることが示され、有機性物質が分解されていることが明白となった。
なお、本願に記述した効果を得るに際してこれらの寸法、材料仕様に限定されるものではない。経験的には陰極ノズル寸法φ2〜φ15ｍｍ、電圧として、1〜5ｋV、パルス幅0.2〜5μｓ、前記繰り返し周波数0.1〜10ｋHzの範囲であることが好ましい。
【００３１】
図４に本発明の第２実施形態に係る処理装置を示す。かかる処理装置は、前記第１実施形態と同様に、処理槽２内に陰極ノズル３、陽極４、及びこれらに電圧を印加する高電圧パルス電源５、気体供給機構であるガスタンク６及びガス供給配管７、廃水供給機構である液供給管８及び液供給ノズル９、前処理槽１０、液排出管１１、後処理槽１２、前記陰極ノズル３を先端部を露出させた状態で被覆する絶縁体１５、とを具備した構成を有している。
さらにかかる第２実施形態では、前記陰極ノズル３を介して廃水１中に噴出する気体の流路を、前記ノズルの開口縁近傍から集中して気体が噴出する気体流路構造１７としている。
【００３２】
即ち、本実施形態では前記ガスタンク６よりガス供給配管７を経て処理槽側に送られてきた気体を、前記陰極ノズル３の端部に集中させる構造としている。好適には、図４に示されるように、前記陰極ノズル３を２重管構造とし、前記気体流路構造１７を前記気体が該ノズルの外周側間隙を通って前記開口縁近傍から集中して噴出するような構造とすると良い。
これにより、放電を開始し易い高電界強度領域に気泡を安定して供給することができ、酸化ラジカルの生成反応効率が向上する。
【００３３】
また、図５に示される本第３実施形態に係る処理装置は、前記第１実施形態とほぼ同様の構成を有しており、処理槽２、陰極ノズル３、陽極４、高電圧パルス電源５、ガスタンク６、ガス供給配管７、液供給管８、液供給ノズル９、前処理槽１０、液排出管１１、後処理槽１２、絶縁体１５を備えている。
さらに本第３実施形態では、前記第２実施形態と同様にガス流路ガイド１６を備えるとともに、前記陰極ノズル３内の気体流路１７上に、ドーナツリング状の網目状部材である気体整流用メッシュ１８を具備した構成としている。
これにより、該気体流路１７が偏心することを防止できるとともに、気体流路１７の上流側で発生した圧力脈動を抑制することができる。
また、ガスタンク６より供給される気体が、前記整流用メッシュ１８を通過するので、直径１mm以下の微小な気泡を高電界強度領域に供給することができる。
絶縁破壊電圧を表すパッシェンの法則によると、空気を中心とした気体の最小火花電圧を与える条件は下記数式（１）により得られる。
【００３４】
【数１】
2005058887.tif 000005
【００３５】
これによれば、大気圧（760mmTorr）での最小火花電圧を与えるｄは約4〜50μｍとなるので、通常、ノズルから供給される気泡（直径数ｍｍ程度）に対して直径1ｍｍ以下の微小な気泡の方が放電が発生し易いことがわかる。
従って、前記整流用メッシュ１８により直径１mm以下の微小な気泡にて放電を行なうことにより、低電圧にて安定した放電処理が可能となる。その結果、該放電にて有機性物質の分解に有効な前記ラジカルがより容易に生成されるので、廃水を効率的に分解処理することが可能となる。
【００３６】
図６は本発明の第４実施形態に係る処理装置を示す。かかる処理装置は、前記第１実施形態とほぼ同様の構成を有しており、処理槽２、陰極ノズル３、陽極４、高電圧パルス電源５、ガスタンク６、ガス供給配管７、液供給管８、液供給ノズル９、前処理槽１０、液排出管１１、後処理槽１２、絶縁体１５を備えている。
また、前記陰極ノズル３の先端外側に絶縁材からなる気体滞留ガイド１９を付設し、高電界強度領域に気泡を集中させる構成としている。
即ち、電界強度の高い陰極ノズル３端部に気泡１３を集中させることができるように、陰極ノズル３の絶縁露出部付近で高電界強度を有する領域に気体滞留部を設ける構成としている。
【００３７】
これにより、放電開始し易い高電界強度領域に気泡１３を安定して滞留させることができる。さらに、前記第２実施形態に示したガス流路ガイド１６及び整流用メッシュ１８の機構を具備した構成とすることにより、気泡を確実に高電界強度領域に滞留させることが可能となる。そのため、従来よりも、より低電圧にて安定した放電を行なうことができる。その結果、該放電にて有機分解に有効な前記ラジカルがより容易に生成されるので、廃水を効率的に分解処理することが可能となる。
【００３８】
次に、前記図５及び図６に示した第３、第４実施形態における具体的な実施例（第３実施例、第４実施例）を夫々以下に示す。
まず、第３実施例では、処理槽２として容積約0.5Lのビーカ容器を用い、前記陰極ノズル３であるチタンパイプ（外径φ10ｍｍ×内径φ8ｍｍ）の外周を絶縁体のテフロンで被覆した管の内側にφ８ｍｍ×φ４ｍｍ×厚さ５ｍｍのプラスティック繊維状のガス整流用メッシュ１８を挟む形でガラスパイプ（外径φ4ｍｍ×内径φ2ｍｍ）を配置し、陽極４としてチタンパイプ（外径φ60ｍｍ×内径φ54ｍｍ）を用いて、前記容器内に同軸状に設置した。処理対象液としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳを沈殿除去した上澄み液を使用した。かかる処理装置を用いた処理方法として、陰極ノズルに大気圧エアを供給し、ＳＵＳ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２L／/分供給しながら、一定時間、陰極ノズルと陽極との間に高電圧パルス電源から電圧2ｋV、パルス幅約1μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数1ｋHzにて印加した。
【００３９】
また、第４実施例は、処理槽２として容積約0.5Lのビーカ容器を用い、前記陰極ノズル３としてチタンパイプ（外径φ10ｍｍ×内径φ8ｍｍ）を使用し、該チタンパイプの外周を絶縁体のテフロンで被覆した管の外側にアクリルパイプ（外径φ16ｍｍ×内径φ15ｍｍ×長さ5ｍｍ）を配置し、陽極４としてチタンパイプ（外径φ60ｍｍ×内径φ54ｍｍ）を用いて、前記容器内にこれらを同軸状に設置した。処理対象液及び処理方法は前記第３実施例と同様の方法にて実施した。
【００４０】
ここで、図７に、電圧印加周波数1ｋHzに対して、高電圧パルス印加時の放電電流の計測値から求めた放電頻度を示す。これによれば、図５、６の構成とすることにより、該構成を採用しない場合と比較して、放電が安定し放電頻度が増加することが明らかとなった。
また下記表２に、前記第２乃至第４実施形態における第２乃至第３実施例により放電処理を実施した場合のトータルカーボン量（ＴＯＣ）の計測結果を示す。表２から明らかなように、前記第２乃至第４実施例にてＴＯＣが減少していることが示され、効果的に有機分解されていることが明白となった。
【００４１】
【表２】
2005058887.tif 000006
【００４２】
図８は本発明の第５実施形態に係る処理装置を示す。かかる処理装置は、前記第１実施形態と同様に、処理槽２、陰極ノズル３、陽極４、高電圧パルス電源５、ガスタンク６、ガス供給配管７、液供給管８、液供給ノズル９、前処理槽１０、液排出管１１、後処理槽１２、絶縁体１５を備えている。また前記第２実施形態と同様にガス流路ガイド１６を具備した構成としている。
さらに、本第５実施形態では、前記陰極ノズル３の外周で酸化ラジカルが最も生成し易い酸化ラジカル生成領域に存在する廃水を更新する手段を備えている。
かかる廃水更新手段は、例えば図８に示されるように、前記陰極ノズル３を包皮するごとく付設された旋回流生成ノズル２０と、該ノズル２０に廃水を供給する旋回液流入管２１とから構成される。該旋回流生成ノズル２０により該ノズル外周面に沿って前記酸化ラジカル生成領域の廃水が旋回し、廃水が更新される構成となっている。
【００４３】
一般に、高電圧パルスによる放電反応を起点とする反応は、気体中の励起分解や該励起体の溶液との反応、また高速電子の溶液への衝突、さらには金属酸化物処理を施した電極表面反応等で発生する酸化ラジカルが寄与するが、いずれも液表面層数〜数10μｍ程度の表面近傍の領域で起こるものである。
そのため、系全体の反応は通常は拡散により支配されている。そこで、放電が接するラジカル生成領域の廃水を更新させることにより、常に未反応の領域を放電反応面に接近させることができるので、反応効率を向上させることができるのである。
【００４４】
次に、前記第５実施形態の具体的な実施例（第５実施例）につき説明する。かかる実施例では、処理槽２として容積約0.5Lのビーカ容器を用い、前記陰極ノズル３であるチタンパイプ（外径φ10ｍｍ×内径φ8ｍｍ）の外側にアクリルパイプ（外径φ30ｍｍ×内径φ15ｍｍ）を配置し、前記陽極４としてチタンパイプ（外径φ60ｍｍ×内径φ54ｍｍ）を用いて、前記容器内に同軸状に設置した。アクリルパイプには内径周方向にφ3ｍｍの液噴出し口を設けた。
処理対象液として、し尿にＰＡＣを加えてＳＳを沈殿除去した上澄み液を使用した。
【００４５】
前記処理装置を用いた処理方法として、前記陰極ノズルに大気圧エアを供給し、チタン陰極内側とガラス外周との隙間にエアを１〜２L／分供給しながら、前記液を流量0.2〜1L／分アクリルパイプ内筒に沿う旋回流として液供給した。
電力条件は、一定時間、陰極と陽極間に高電圧電源から電圧2ｋV、パルス幅約1μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数1ｋHzにて印加した。
下記表３に前記実施例における処理を実施した場合のトータルカーボン量（ＴＯＣ）の計測結果を示す。かかる表３から明らかなように、本実施例の構成にてＴＯＣが減少していることが示され、有機性物質が分解されていることが明白となった。
【００４６】
【表３】
2005058887.tif 000007
【００４７】
さらに、これらの実施形態において、前記気体供給機構は独立制御可能であり、所望の反応ラジカルを生成するために必要な任意のガス種、例えば、空気、酸素富化ガス、塩素含有ガス若しくはこれらの混合ガスなどを選択供給することが可能である。この場合、酸素富化ガスを用いることにより、放電にてＯ3、Ｏラジカル、Ｏ2−イオンなど酸化力の強い活性酸化種を効率的に発生させることができ、有機性物質の分解性能を向上させることができる。
また、塩素含有ガスを用いることにより、放電にてＣｌラジカルを効率的に発生させることができ、有機性物質の分解性能を向上させることができる。
【００４８】
このように、前記気体として酸素富化ガスを用いた実施例につき説明する。装置構成は、図１に示した第１実施形態と同様の構成とした。処理槽２として容積約0.5Lのビーカ容器を用い、前記陰極ノズル３としてチタンパイプ（外径φ10ｍｍ×内径φ8ｍｍ）、陽極４としてチタンパイプ（外径φ60ｍｍ×内径φ54ｍｍ）を用いて、これらの電極を前記容器内に同軸状に配置した。処理対象液は、し尿にＰＡＣを加えてＳＳを沈殿除去した上澄み液を使用した。但し、処理方法として、陰極ノズル３に純酸素ガス（純度99.9％）を１〜２L／分供給し、一定時間に陰極と陽極間に高電圧パルス電源から電圧2ｋV、パルス幅約1μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数1ｋHzにて印加した。
下記表４に前記実施例における処理を実施した場合のトータルカーボン量（ＴＯＣ）の計測結果を示す。比較例として、気体に大気圧エアを供給した場合の結果も併せて示しているが、本表から明らかなように、本実施例の構成にてＴＯＣが減少していることが示され、有機性物質が分解されていることが明白となった。
【００４９】
【表４】
2005058887.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００５０】
処理槽自体を陽極として機能させることにより、処理効率を向上させ大容量の廃水を対象とする廃水処理場に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の廃水処理装置の構成図である。
【図２】本第１実施形態におけるＯＨラジカル蛍光強度の経時変化を示すグラフである。
【図３】本第１実施形態におけるH2O2濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る第２実施形態の廃水処理装置の構成図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の廃水処理装置の構成図である。
【図６】本発明に係る第４実施形態の廃水処理装置の構成図である。
【図７】図５、図６における放電頻度を示した図である。
【図８】本発明に係る第５実施形態の廃水処理装置の構成図である。
【図９】従来の廃水処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
２      処理槽
３      陰極ノズル
４      陽極
５      高電圧パルス電源
６      ガスタンク
１３    気泡
１４    放電
１５    絶縁被膜
１６    ガス流路ガイド
１７    ガス流路
１８    整流用メッシュ
１９    気泡滞留ガイド
２０    旋回流生成ノズル
２１    旋回液流入管
【図１】
2005058887.tif 000009
【図２】
2005058887.tif 000010
【図３】
2005058887.tif 000011
【図４】
2005058887.tif 000012
【図５】
2005058887.tif 000013
【図６】
2005058887.tif 000014
【図７】
2005058887.tif 000015
【図８】
2005058887.tif 000016
【図９】
2005058887.tif 000017