(57)【要約】【課題】被処理液体中に含まれる有機化合物を効率よく分解することができる超音波分解装置を提供すること。【解決手段】超音波分解装置５は、ＶＯＣを含む洗浄水Ｗ１を入れる分解槽５１と、その分解槽５１の底面外側に設けられる第１超音波振動子５２と、その分解槽５１の側面外側に設けられる第２超音波振動子５３とを備える。第１超音波振動子５２は、分解槽５１内の洗浄水Ｗ１に向けて下方から４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波１０を照射する。第２超音波振動子５３は、その下方からの超音波１０に直交するように側方から洗浄水Ｗ１に向けて４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波１０を照射する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波照射により分解される有機化合物を含む被処理液体を入れる分解槽と、
前記被処理液体に向けて第１の方向から超音波を照射する第１超音波振動子と、
前記第１の方向からの超音波に重なるようにその第１の方向とは異なる第２の方向から前記被処理液体に向けて超音波を照射する第２超音波振動子と
を備えたことを特徴とする超音波分解装置。
【請求項２】
前記第１超音波振動子は、前記分解槽の底面外側に設けられ、前記第２超音波振動子は、前記分解槽の側面外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波分解装置。
【請求項３】
前記分解槽の底部に、対向する第１及び第２の傾斜面を有し、
前記第１超音波振動子は、前記第１の傾斜面外側に設けられ、前記第２超音波振動子は、前記第２の傾斜面外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波分解装置。
【請求項４】
前記分解槽内にて被処理液体の流れを生じさせる液流れ発生手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波分解装置。
【請求項５】
超音波照射により分解される有機化合物を含む被処理液体に向けて第１の方向から超音波を照射するとともに前記第１の方向からの超音波に重なるようにその第１の方向とは異なる第２の方向から前記被処理液体に向けて超音波を照射することを特徴とする超音波分解方法。
【請求項６】
前記第１及び第２の方向から４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波を同時照射することを特徴とする請求項５に記載の超音波分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を含む被処理液体中に超音波を照射して、その有機化合物を分解する超音波分解装置、及び超音波分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚染土壌や工場排水などには、有害物質として有機化合物、例えば有機塩素化合物や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が含まれる。これら有機化合物を無害化するためには、微生物処理のみでは有機化合物の分解が困難であるため、オゾン、過酸化水素、紫外線、光触媒、超音波などを用いた酸化処理が行われている。特に、超音波を利用した分解処理は、操作が簡単であること、反応温度が高くダイオキシンなどの有害な副生成物ができにくいこと、低濃度でも分解できることなどの利点を有しており、近年では超音波を利用した分解装置の開発が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波を照射することにより水溶液に含まれるＶＯＣを無害化する装置が提案されている。この装置では、ＶＯＣを含む水溶液に塩基性金属塩からなる触媒物質を添加して、比較的低い周波数（例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）の超音波を照射する。水溶液中に超音波を照射すると、キャビテーションと呼ばれる気泡が発生し、その圧縮、崩壊過程を経てホットスポットと呼ばれる数千度、数千気圧の反応場が局所的に形成される。そして、この極限反応場でＶＯＣが熱分解されると考えられている。
【特許文献１】特開２００５−１６９３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、有機化合物の分解処理を低コストで行うには、上記の触媒物質の添加を省略することが好ましい。また、このような触媒物質を用いないでＶＯＣを無害化するためには、現状よりも高い周波数（具体的には、２００ｋＨｚ以上）の超音波を照射する必要がある。ところが、高周波数の超音波を照射する超音波振動子は、低周波数の超音波振動子と比較してその耐久性に課題があるため、好適な反応場を形成するのに必要な強い超音波を照射することが困難となる。また、例えば、汚染土壌から抽出したＶＯＣの水溶液を浄化処理する場合、その水溶液中には土壌粒子が含まれている。よって、超音波の周波数を高めると、水溶液中の土壌粒子が超音波の伝播の障害となり、有機化合物を効率よく分解できなくなることが予想される。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理液体中に含まれる有機化合物を効率よく分解することができる超音波分解装置、及び超音波分解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、超音波照射により分解される有機化合物を含む被処理液体を入れる分解槽と、前記被処理液体に向けて第１の方向から超音波を照射する第１超音波振動子と、前記第１の方向からの超音波に重なるようにその第１の方向とは異なる第２の方向から前記被処理液体に向けて超音波を照射する第２超音波振動子とを備えたことを特徴とする超音波分解装置をその要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、分解槽内の被処理液体に向けて複数の異なる方向から超音波を照射することにより、超音波の重ね合わせによる相乗効果を得ることができる。すなわち、複数の異なる方向から超音波を照射した場合、超音波の単独照射ではキャビテーションが発生しなかった気泡核が、他の方向からの超音波照射によってキャビテーションの根源として利用される。従って、被処理液体中にキャビテーションをより多く発生させることができ、それらキャビテーションによって高温・高圧の反応場の領域が広くなるため、被処理液体に含まれる有機化合物を効率よく短時間で分解することができる。
【０００８】
なお、本発明における有機化合物としては、ＰＣＢ、ＤＤＴ、ダイオキシン類などの有機塩素化合物や、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトンなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などを挙げることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１超音波振動子は、前記分解槽の底面外側に設けられ、前記第２超音波振動子は、前記分解槽の側面外側に設けられていることをその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、第１超音波振動子及び第２超音波振動子をいずれも分解槽の内面側ではなく外面側に設けているため、分解槽の内面側における凹凸が少なくなり、分解槽内の被処理液体中に超音波を均一に伝播させることができる。またこの場合、分解槽の下方及び側方から直交するよう超音波を照射することができるため、超音波の重ね合わせによる相乗効果を確実に得ることができる。さらにこのような配設態様であれば、第１超音波振動子の発する超音波と第２超音波振動子が発する超音波とが打ち消し合うリスクも小さくなる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記分解槽の底部に、対向する第１及び第２の傾斜面を有し、前記第１超音波振動子は、前記第１の傾斜面外側に設けられ、前記第２超音波振動子は、前記第２の傾斜面外側に設けられていることをその要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、第１超音波振動子及び第２超音波振動子をいずれも分解槽の内面側ではなく外面側に設けているため、分解槽の内面側における凹凸が少なくなり、分解槽内の被処理液体中に超音波を均一に伝播させることができる。また、各傾斜面から異なる方向に超音波を照射することができ、超音波の重ね合わせによる相乗効果を確実に得ることができる。さらにこのような配設態様であれば、第１超音波振動子の発する超音波と第２超音波振動子が発する超音波とが打ち消し合うリスクも小さくなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記分解槽内にて被処理液体の流れを生じさせる液流れ発生手段を備えたことをその要旨とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、液流れ発生手段によって被処理液体の流れを生じさせることにより、被処理液体に含まれる有機化合物が均一化されて有機化合物とキャビテーションとの反応頻度が高くなることに加え、有機化合物の反応に起因する有効なキャビテーションが増加する。よって、有機化合物を効率よく短時間で分解することができる。この液流れ発生手段の具体例としては、被処理液体を撹拌する撹拌機や被処理液体を循環させるポンプなどを挙げることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、超音波照射により分解される有機化合物を含む被処理液体に向けて第１の方向から超音波を照射するとともに前記第１の方向からの超音波に重なるようにその第１の方向とは異なる第２の方向から前記被処理液体に向けて超音波を照射することを特徴とする超音波分解方法をその要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、分解槽内の被処理液体に向けて超音波を複数の異なる方向から照射することにより、請求項１に記載の発明と同様に、超音波の重ね合わせによる相乗効果を得ることができる。すなわち、被処理液体中にキャビテーションをより多く発生させることができ、それらキャビテーションによって高温・高圧の反応場の形成領域が広くなるため、被処理液体に含まれる有機化合物を効率よく分解することができる。
【００１７】
前記第１及び第２の方向から被処理液体に向けて照射する超音波は、周波数が１００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚであればよく、さらには２００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚが好ましく、特には４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚが好ましい（請求項６）。被処理液体に４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波を照射すると、キャビテーションが多く発生するため、有機化合物の分解効率をより高めることができる。さらに、複数の異なる方向から同じ周波数域の超音波を照射することにより、定在波の存在領域が広くなるため、超音波の重ね合わせによる相乗効果を増大させることができる。また、同じ周波数域の超音波を照射する場合、超音波の発振回路を共通化することができ、超音波分解装置の製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によると、被処理液体中に含まれる有機化合物を効率よく分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を超音波分解装置を備えた汚染土壌浄化システムに具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は汚染土壌浄化システムを示す概略構成である。なお、図１において、破線で示す矢印は各装置の電気的な接続を示し、実線で示す矢印は各装置間の流路的な接続を示している。
【００２０】
図１に示されるように、汚染土壌浄化システム１は、ホッパー２、超音波洗浄装置３、固液分離装置４、超音波分解装置５、排水槽６、及び制御装置７を備える。この汚染土壌浄化システム１は、工場跡地などの汚染現場において、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）などの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化するとともに、その汚染土壌から抽出したＶＯＣを分解して無害化するためのシステムである。なお、この汚染土壌浄化システム１は、例えばトラックなどの車両に搭載可能な大きさを有する可搬式のシステムである。勿論、この汚染土壌浄化システム１は、特に搬送を目的としない固定式のシステムであってもよい。
【００２１】
具体的には、図示しない掘削機で掘削された汚染土壌Ｅ１がホッパー２に投入され、そのホッパー２で混合された後に超音波洗浄装置３に供給される。
【００２２】
超音波洗浄装置３は、汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１との混合物を入れる洗浄槽３１と、その洗浄槽３１内の汚染土壌Ｅ１と洗浄水Ｗ１とを撹拌する撹拌機３２と、洗浄槽３１内の洗浄水Ｗ１に超音波を照射する超音波振動子３３と、その超音波振動子３３を駆動するための発振回路３４とを備える。本実施の形態の洗浄槽３１は、１１０リットルの容量を有し、１回の洗浄処理において、例えば、１０ｋｇの汚染土壌Ｅ１と１００リットルの洗浄水Ｗ１が入れられる。そして、撹拌機３２によって撹拌されることによって、洗浄水Ｗ１中に土壌粒子が分散される。なお、この超音波洗浄装置３の洗浄槽３１に供給される洗浄水Ｗ１としては、水道水などの安価な水が用いられる。勿論、水道水以外の水（例えば雨水、海水など）や、水以外の液体を用いることも許容される。
【００２３】
超音波振動子３３は、平板状の圧電セラミックスからなり、発振回路３４の発振信号に基づいて、低周波数（具体的には２０ｋＨｚ）の超音波を自身の厚さ方向に出力する。本実施の形態の超音波洗浄装置３では、複数の超音波振動子３３が洗浄槽３１の底部に設けられており、各超音波振動子３３から上方に向けて超音波が照射される。このとき、その超音波が洗浄水Ｗ１中の土壌粒子に作用し、その超音波の振動エネルギーにより汚染土壌Ｅ１が超音波洗浄される。その際、汚染土壌Ｅ１側から洗浄水Ｗ１側にＶＯＣが抽出される。
【００２４】
固液分離装置４は、超音波洗浄装置３から超音波分解装置５に洗浄水Ｗ１を供給する供給通路の途中に設けられている。この固液分離装置４は、洗浄水Ｗ１に含まれる土壌粒子と洗浄水Ｗ１とを分離して、土壌粒子を除去した洗浄水Ｗ１を超音波分解装置５に供給する。なお、固液分離装置４において分離された土壌Ｅ２は、図示しない乾燥機で水分が除去された後、装置外部に排出されてＶＯＣを含まない浄化土壌として再利用される。
【００２５】
図２に示されるように、超音波分解装置５は、固液分離装置４で分離された洗浄水Ｗ１を入れる分解槽５１と、その分解槽５１内の洗浄水Ｗ１に超音波１０を照射する第１超音波振動子５２及び第２超音波振動子５３と、各超音波振動子５２，５３を駆動するための発振回路５４とを備える。
【００２６】
分解槽５１は、直方体をなす箱状に形成され、例えば、１００リットルの容量を有する。そして、その分解槽５１の底面外側には複数の第１超音波振動子５２が設けられ、分解槽５１の側面外側には複数の第２超音波振動子５３が設けられている。各超音波振動子５２，５３は、平板状の圧電セラミックスからなり、発振回路５４の発振信号に基づいて、高周波数（具体的には５００ｋＨｚ）の超音波１０を自身の厚さ方向に出力する。従って、第１超音波振動子５２により、分解槽５１内の洗浄水Ｗ１に向けて下方（第１の方向）から超音波１０が照射される。また、第２超音波振動子５３により、その超音波１０に直交するように側方（第２の方向）から洗浄水Ｗ１に向けて超音波１０が照射される。
【００２７】
本実施の形態における分解槽５１には、その槽内を仕切って上下に区画する仕切り板５６が設けられている。ここでは、仕切り板５６として、超音波１０の波長の１／２の厚さを有する板材（例えば、アクリル樹脂プレート）を用いている。具体的にいうと、周波数５００ｋＨｚの超音波１０の波長は約３ｍｍであるため、ここでは厚さ約１．５ｍｍのアクリル樹脂プレートを用いている。なお、この程度の厚さのアクリル樹脂プレートは、仕切り板５６に必要とされる所望の剛性、強度も備えている。従って、使用時に水圧が加わったとしても変形や破壊が起きにくいものとなっている。また、波長の１／２の厚さの仕切り板５６を用いることにより、超音波１０がその仕切り板５６を透過して上方の領域に効率よく伝播される。
【００２８】
仕切り板５６によって仕切られた分解槽５１は、上側半分の領域が、超音波１０による洗浄水Ｗ１の処理を最初に行う一次処理室５７となっていて、下側半分の領域が、超音波１０による洗浄水Ｗ１の処理をその次に行う二次処理室５８となっている。また、分解槽５１の底面に設けられた第１超音波振動子５２を基準とすると、二次処理室５８のほうが第１超音波振動子５２から近い位置にあり、一次処理室５７のほうが第１超音波振動子５２から遠い位置にある。また、分解槽５１の側面において第２超音波振動子５３は、一次処理室５７及び二次処理室５８に対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００２９】
分解槽５１の一次処理室５７には、前記固液分離装置４から一次処理室５７内に洗浄水Ｗ１を供給するための供給用配管６０が接続されている。一方、分解槽５１の二次処理室５８には、二次処理室５８内から洗浄水Ｗ１を排出するための排出用配管６１が接続されている。そして、分解槽５１の外部には、一次処理室５７及び二次処理室５８間を連通させる通路としての移送用配管６２が配設されている。移送用配管６２における一方の端部は一次処理室５７の側面上部に接続され、他方の端部は二次処理室５８の側面上部に接続されている。なお、図２では半円状に湾曲した移送用配管６２を例示しているが、その形状は特に限定されず変更してもよい。
【００３０】
また、供給用配管６０の途中には開閉バルブ６３が設けられている。開閉バルブ６３を開状態にすると、洗浄水Ｗ１が供給用配管６０を通してまず分解槽５１の一次処理室５７内に供給される。この一次処理室５７において、下方及び側方から直交するよう超音波１０が照射されることにより洗浄水Ｗ１中のＶＯＣが分解される。次に、一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１は、移送用配管６２を介して二次処理室５８内に供給され、そこでも下方及び側方から直交するよう超音波１０が照射されることにより洗浄水Ｗ１中のＶＯＣが分解される。その後、二次処理室５８内の洗浄水Ｗ１は、排出用配管６１を通して分解槽５１から排出される。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、分解槽５１の上部に、一次処理室５７の洗浄水Ｗ１を撹拌するための撹拌機６５が設けられている。この撹拌機６５は、分解槽５１の上面に固定されるモータ６６と、そのモータ６６の回転軸に連結される撹拌部材（プロペラ）６７とをから構成され、モータ６６の駆動に伴い撹拌部材６７が回転して洗浄水Ｗ１を撹拌する。撹拌部材６７は、分解槽５１において第２超音波振動子５３を設けた面に対向する面の近傍に配置されているため、第２超音波振動子５３から離間した位置にある。従って、撹拌部材６７が第２超音波振動子５３と近接した位置にある場合とは異なり、撹拌部材６７が超音波の伝播を妨げるおそれがなく、よって一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１中に超音波を均一に伝播させることができる。
また、分解槽５１の上部、すなわち一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１の上部には、空気層Ａ１が存在している。
【００３２】
超音波分解装置５から排出された洗浄水Ｗ１は、排水槽６に一旦蓄えられた後、ポンプなどの圧送手段（図示略）により超音波洗浄装置３の洗浄槽３１に戻されて再利用されたり、下水として下水道に排水されたりする（図１参照）。
【００３３】
制御装置７は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、入出力ポート（図示略）などからなる周知のマイクロコンピュータにより構成され、超音波洗浄装置３（撹拌機３２及び発振回路３４）や超音波分解装置５（発振回路５４、開閉バルブ６３及び撹拌機６５）などと電気的に接続されている。制御装置３０を構成するＲＯＭ３２は制御プログラムを記憶しており、ＣＰＵ３１はＲＡＭ３３を利用してその制御プログラムを実行する。その結果、制御装置３０は各種の制御信号を超音波洗浄装置３や超音波分解装置５などに出力してシステム全体を統括的に制御する。
【００３４】
ここで、本実施の形態における超音波分解装置５の動作について詳述する。
【００３５】
先ず、制御装置７は、開閉バルブ６３に制御信号を出力してその開閉バルブ６３を開状態にする。これにより、固液分離装置４で分離された洗浄水Ｗ１が分解槽５１（一次処理室５７）に供給される。またこのとき、制御装置７は、撹拌機６５に制御信号を出力してその撹拌機６５の撹拌部材６７を回転させて一次処理室５７の洗浄水Ｗ１を撹拌する。
【００３６】
そして、制御装置７は、発振回路５４に制御信号を出力してその発振回路５４から発振信号を出力させる。この発振信号に基づいて第１及び第２超音波振動子５２，５３が振動することにより、５００ｋＨｚの超音波１０が同時に照射される。
【００３７】
ここで、第１超音波振動子５２の発生した超音波１０は、先ず第１超音波振動子５２から近い位置にある二次処理室５８内の洗浄水Ｗ１に伝達し、その洗浄水Ｗ１中を上方に進行する。その際にある程度音場が整えられる。二次処理室５８内の洗浄水Ｗ１を通過した超音波１０は、仕切り板５６を通過した後、さらに第１超音波振動子５２から遠い位置にある一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１に伝播する。つまり、二次処理室５８内の洗浄水Ｗ１は、第１超音波振動子５２の発生した超音波１０を一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１に伝播させる媒体として作用する。一次処理室５７内に伝播した超音波１０は、洗浄水Ｗ１中をさらに上方向に進行し、最終的には洗浄水Ｗ１の液面（洗浄水Ｗ１と空気層Ａ１との界面）で反射される。このため、液面近傍では定在波が発生する。
【００３８】
また、本実施の形態では、分解槽５１の側面に設けられた第２超音波振動子５３から一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１に向けて超音波１０が照射される。従って、一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１には、下方及び側方から直交するよう超音波１０が照射され、音場が多重化されることで定在波が増加する。その結果、ナノレベルからミクロンレベルのキャビテーションがより多く発生し、洗浄水Ｗ１中の広い範囲で高温・高圧の反応場が形成される。ＶＯＣは、疎水性、揮発性であるため、キャビテーション周辺（洗浄水Ｗ１と気泡との界面）に自発的に集まり、さらに揮発してキャビテーションの中に入り込む。その結果、高温・高圧の反応場の作用によってＶＯＣが熱分解され無害化される。具体例を挙げると、例えば、ＶＯＣがトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンである場合には、塩素イオンと無害な炭化水素とが生成される。また、一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１は、キャビテーションの発生により脱気される。
【００３９】
この一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１は、続いて移送用配管６２を通過して二次処理室５８内に供給される。二次処理室５８は一次処理室５７の下方に位置しているため、とりわけポンプ等の圧送手段を用いなくても、洗浄水Ｗ１は重力の作用により移送用配管６２を介して自然に流下する。従って、この構成によれば二次処理室５８内への洗浄水Ｗ１の供給をスムーズに行うことができる。また、二次処理室５８には脱気された洗浄水Ｗ１が供給されるため、第１超音波振動子５２の発生した超音波１０を一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１に効率よく伝播させることができる。
【００４０】
また、この二次処理室５８内においても洗浄水Ｗ１には超音波１０が作用する。具体的には、第１超音波振動子５２の発生した超音波１０と第２超音波振動子５３の発生した超音波１０とが直交するよう照射されることにより、二次処理室５８内の洗浄水Ｗ１には音場が多重化される。この二次処理室５８では一次処理室５７ほど定在波が発生しないため、ＶＯＣの分解反応が起こるエリアも少ないと考えられる。しかし、二次処理室５８内に洗浄水Ｗ１を通じることにより、洗浄水Ｗ１に残存するＶＯＣが確実に分解され無害化される。
【００４１】
本実施の形態のように、分解槽５１の下方及び側方から直交するように超音波１０を照射して音場を多重化することにより、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣが効率よく短時間で分解される。
【００４２】
本願発明者は、超音波の重ね合わせ条件を変更して実験を行い、その音場の多重化の効果について確認した。なお、この実験装置としては、図３に示すように、上下に分割しない小型の処理槽８１（具体的には、縦、横、高さのサイズが１７５×１７５×１９５ｍｍの容器）を用い、その処理槽８１の底面外側の中央に第１超音波振動子５２を配置し、側面外側の中央に第２超音波振動子５３を配置している。また、処理槽８１内に供給される被処理液体としてテレフタル酸水溶液Ｗ２（濃度２００μmol/L，体積５L）を用いた。
【００４３】
テレフタル酸水溶液に超音波１０を照射する場合、その水溶液Ｗ２中の水分子が水素ラジカルやＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）に分解される。そのＯＨラジカルがテレフタル酸と反応すると発光（ルミノール発光）するため、蛍光強度を測定することにより、化学反応性能を評価することができる。なお、超音波照射の条件としては、第１及び第２超音波振動子５２，５３の印加電力を６０Ｗとし、周波数を２００〜６００ｋＨｚの範囲で変化させて、各周波数の超音波１０を１５分間照射した。
【００４４】
図４には、各周波数（２００ｋＨｚ，５００ｋＨｚ，６００ｋＨｚ）に対応する蛍光強度Ｉの測定結果を示している。図４に示されるように、第１及び第２超音波振動子５２，５３の周波数ｆ１，ｆ２をともに５００ｋＨｚとしたときに反応性能が高くなることが確認された。なお、図示しないが、第１超音波振動子５３のみから超音波を単独照射した場合には、周波数ｆ１を４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚとしたときに最も反応性能が高くなることが確認された。
【００４５】
また、第１及び第２超音波振動子５２，５３から超音波１０を同時照射する場合、各超音波振動子５２，５３から超音波１０を単独照射する場合よりも反応性能が高くなることが確認された。図５には、その結果を示している。なおここでは、第１超音波振動子５２から超音波１０を単独照射したときの蛍光強度をＩ1、第２超音波振動子５３から超音波１０を単独照射したときの蛍光強度をＩ2、各超音波振動子５２，５３から同時照射したときの蛍光強度をＩとしている。そして、それら単独照射時の蛍光強度Ｉ1，Ｉ2の和と同時照射時の蛍光強度Ｉとの強度比（Ｉ／（Ｉ1＋Ｉ2）））を示している。
【００４６】
図５に示されるように、第１及び第２超音波振動子５２，５３から同時照射すると、強度比が１よりも大きくなることから、超音波１０の重ね合わせによる相乗効果が確認された。また、第１及び第２超音波振動子５２，５３から同じ周波数の超音波１０を照射したときに、強度比が大きくなり、反応性能が高くなることが確認された。
【００４７】
さらに、本願発明者は、超音波照射による分解反応に与える液流れの影響を実験にて確認した。なおこの実験では、分解槽内に入れる被処理液体としては、超音波照射による一次反応で分解するテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸（ＴＰＰＳ）水溶液（濃度３．３×１０-3mol／m3）を用い、炭酸塩標準溶液と水酸化ナトリウム水溶液とでｐＨを１０．６に調節した。そして、分解槽内のＴＰＰＳ水溶液を撹拌機で撹拌するとともに、分解槽の底面から超音波（周波数２２．８ｋＨｚ、電力５２０Ｗ）を３０分間照射して、超音波照射後の分解率Ｘを測定した。ここでは、超音波照射前のＴＰＰＳ濃度に対する超音波照射後のＴＰＰＳ濃度の減少量の比を分解率Ｘと定義する。なお、ＴＰＰＳ濃度はＵＶスペクトロメータで測定した。
【００４８】
図６に示されるように、撹拌機の回転数ｎを高めてＴＰＰＳ水溶液の液流れの量を増大させると、ＴＰＰＳの反応が促進されて分解率Ｘの値が高くなる。つまり、ＴＰＰＳ水溶液に液流れを生じさせることによって、ＴＰＰＳ濃度が均一になるとともに、超音波照射により発生するキャビテーションが均一に分散される。より詳しく言うと、液流れの促進は、凝集したキャビテーションを分散させる反面、崩壊しない比較的大きなキャビテーション（安定キャビテーション）の数を減少させるものと考えられる。
【００４９】
従って、上記実施の形態の超音波分解装置５（図２参照）のように、分解槽５１の一次処理室５７の洗浄水Ｗ１を撹拌機６５により撹拌することにより、その洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣの分解効率を高めることが可能となる。
【００５０】
また、分解槽５１の一次処理室５７において、洗浄水Ｗ１の流れを発生させる手段としては、上記撹拌機６５の他に、図７に示すように循環ポンプ９１を設けてもよい。なお、図７は、分解槽５１の上方から見た一次処理室５７の断面図を示している。図７において、循環ポンプ９１は循環用配管９２の途中に設けられ、循環用配管９２の一端が一次処理室５７の右側端部に接続され、循環用配管９２の他端が一次処理室５７の左側端部に接続されている。また、一次処理室５７と二次処理室５８とを接続する移送用配管６２の途中には開閉バルブ９３が設けられている。循環ポンプ９１及び開閉バルブ９３は、制御装置７に電気的に接続され、制御装置７から出力される制御信号に応じて動作する。
【００５１】
具体的には、第１及び第２超音波振動子５２，５３から超音波１０を同時照射して洗浄水Ｗ１のＶＯＣの分解処理をするとき、制御装置７は、開閉バルブ９３を閉状態にするとともに、循環ポンプ９１を駆動する。これにより、循環用配管９２内を洗浄水Ｗ１が流れ、その循環用配管９２内と一次処理室５７との間で洗浄水Ｗ１が循環される。その結果、撹拌機６５で洗浄水Ｗ１を撹拌する場合と同様に、キャビテーションが均一に分散されることにより、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣの分解効率が向上する。また、所定時間（例えば、５時間）超音波を照射して一次処理室５７での分解処理が終了した時点で、開閉バルブ９３が開状態にされることにより、一次処理室５７の洗浄水Ｗ１が移送用配管６２を通して二次処理室５８に供給される。
【００５２】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５３】
（１）本実施の形態の超音波分解装置５では、箱状をなす分解槽５１の底面外側に第１超音波振動子５２を設け、その側面外側に第２超音波振動子５３を設けた。この場合、分解槽５１内の洗浄水Ｗ１に向けて下方及び側方から直交するよう超音波１０を照射することができ、超音波１０の重ね合わせによる相乗効果を確実に得ることができる。具体的には、超音波１０の単独照射ではキャビテーションが発生しなかった気泡核が、他の方向からの超音波照射によりキャビテーションの根源として利用される。従って、洗浄水Ｗ１中にキャビテーションをより多く発生させることができ、それらキャビテーションによって高温・高圧の反応場の領域が広くなるため、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣを効率よく短時間で分解することができる。
【００５４】
（２）本実施の形態の超音波分解装置５では、分解槽５１の一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１が撹拌機６５を用いて撹拌されるので、超音波照射により発生するキャビテーションが均一に分散され、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣを効率よく分解することができる。また、図７に示すように、分解槽５１の一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１を循環させる循環ポンプ９１を設ける場合でも、キャビテーションが均一に分散され、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣを効率よく分解することができる。
【００５５】
（３）本実施の形態の超音波分解装置５では、分解槽５１内の洗浄水Ｗ１に向けて下方及び側方から５００ｋＨｚの超音波を同時照射するよう構成したので、超音波の多重化による相乗効果が増し、ＶＯＣの分解効率を高めることができる。また、第１超音波振動子５２及び第２超音波振動子５３の発振回路５４を共通化することができ、装置コストも抑えることができる。
【００５６】
（４）本実施の形態の超音波分解装置５では、分解槽５１内を仕切って上下に区画する仕切り板５６を設け、その下側の領域を二次処理室５８として用い、その上側の領域を一次処理室５７として用いている。そして、主に一次処理室５７内において超音波照射によるＶＯＣの分解反応を促進させるとともに、併せて二次処理室５８内においても洗浄水Ｗ１に超音波１０を照射することにより、残存するＶＯＣを分解することができ、処理効率を向上させることができる。
【００５７】
（５）本実施の形態の超音波分解装置５では、洗浄水Ｗ１が一次処理室５７内での超音波処理により脱気された後に二次処理室５８内に供給されるので、分解槽５１の下方から照射される超音波１０を一次処理室５７内の洗浄水Ｗ１に効率よく伝播させることができる。
【００５８】
（６）本実施の形態の超音波分解装置５では、一次処理室５７及び二次処理室５８を連通する移送用配管６２が分解槽５１の外部に設けられている。この場合、その移送用配管６２を分解槽５１の内部に設ける場合と比較して、配管６２が超音波１０の伝播に障害にならないため、反応効率の高い好適な音場を形成しやすくなる。
【００５９】
（７）本実施の形態の超音波分解装置５では、特許文献１の装置とは異なり、触媒物質を添加しなくても、ＶＯＣを分解することができる。また、被処理液体としての洗浄水Ｗ１は、安価な水道水であるので、超音波分解装置５のランニングコストを抑えることができる。さらに、超音波分解装置５でＶＯＣが分解され無害化された洗浄水Ｗ１を超音波洗浄装置３で再利用することできるため、汚染土壌浄化システム１のランニングコストを抑えることができる。
【００６０】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００６１】
・上記実施の形態の超音波分解装置５では、分解槽５１は、直方体をなす箱状に形成されるものであったが、その形状は特に限定されず、例えば円筒形状であってもよい。
【００６２】
・上記実施の形態の超音波分解装置５では、分解槽５１の底面及び側面に第１及び第２超音波振動子５２，５３を設け、下方及び側方から直交するよう超音波を照射するものであったが、この構成に限定されるものではない。具体的には、図８に示す超音波分解装置９５のように構成してもよい。すなわち、この超音波分解装置９５の分解槽９６の底部は、対向する第１及び第２の傾斜面（テーパ面）９７，９８を有し、底部の幅が徐々に狭くなるよう形成されている。そして、その第１の傾斜面９７外側に第１超音波振動子５２が設けられるとともに、第２の傾斜面９８外側に第２超音波振動子５３が設けられている。なお、この分解槽９６においても、上記実施の形態と同様に、洗浄水Ｗ１を供給するための供給用配管６０が接続されるとともに、洗浄水Ｗ１を排出するための排出用配管６１が接続されている。さらに、供給用配管６０の途中には開閉バルブ６３が設けられ、分解槽９６の上部には撹拌機６５が設けられている。
【００６３】
このように構成しても、分解槽９６内の洗浄水Ｗ１に向けて超音波１０を複数方向から照射することができ、各超音波１０の重ね合わせによる相乗効果を得ることができる。
【００６４】
なお、図８の分解槽９６には、上下に分割する仕切り板は設けられていないが、図９に示すように、分解槽９６内に仕切り板１００を設けて一次処理室１０１と二次処理室１０２とに区画するように構成してもよい。なお、この分解槽９６においては、供給用配管６０や排出用配管６１に加えて、一次処理室１０１及び二次処理室１０２を連通する移送用配管６２が設けられる。
【００６５】
・上記実施の形態では、分解槽５１を仕切り板５６により一次処理室５７及び二次処理室５８に区画し、一次処理室５７内及び二次処理室５８内で洗浄水Ｗ１のＶＯＣを分解するよう構成したが、これに限定されるものではない。例えば、仕切り板５６より上側の領域のみをＶＯＣを分解する処理室として利用してもよい。なおこの場合、仕切り板５６より下側の領域には、超音波１０の伝播効率を高めるために脱気した水を充填する。勿論。仕切り板５６により２つの処理室５７，５８に区画する必要はなく、仕切り板５６を設けない分解槽５１としてもよい。
【００６６】
・上記実施の形態では、水平に設けられた仕切り板５６によって分解槽５１内を上下に区画していたが、垂直に設けられた仕切り板５６によって分解槽５１内を左右に区画してもよい。
【００６７】
・上記実施の形態では、第１及び第２超音波振動子５２，５３から５００ｋＨｚの超音波１０を照射する構成であったが、この周波数に限定するものではない。具体的には、例えば、４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数域であれば、第１及び第２超音波振動子５２，５３から異なる周波数の超音波１０を照射しても、十分な分解効率を得ることができる。また、２００ｋＨｚや６００ｋＨｚの周波数を照射する場合でも、４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの場合よりも分解効率は多少劣るが、単独照射の場合よりも相乗効果を得ることができる。従って、２００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの周波数域の超音波１０を第１及び第２超音波振動子５２，５３から照射するよう構成してもよい。
【００６８】
・上記実施の形態の超音波分解装置５は、洗浄水Ｗ１に含まれるＶＯＣを分解するものであったが、これに限定されるものではなく、不揮発性の有機化合物を分解するための分解装置に具体化してもよい。勿論、被処理液体としては洗浄水Ｗ１以外に、有機化合物を含む工場廃液や汚染土壌の地下水などであってもよい。
【００６９】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００７０】
（１）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記分解槽内を前記第１超音波振動子から遠い一次処理室と前記第１超音波振動子から近い二次処理室とに区画する仕切り部材と、一次処理室及び二次処理室を連通させる通路とを備え、前記一次処理室内には、超音波照射により分解されるべき被処理液体が最初に供給可能であり、前記二次処理室内には、前記一次処理室を通過した前記被処理液体が前記通路を介して供給可能であることを特徴とする超音波分解装置。
【００７１】
（２）技術的思想（１）において、前記一次処理室内と二次処理室内との被処理液体に超音波を照射する第２超音波振動子をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする超音波分解装置。
【００７２】
（３）技術的思想（１）または（２）において、前記一次処理室及び二次処理室を連通する通路が前記分解槽の外部に設けられていることを特徴とする超音波分解装置。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の汚染土壌浄化システムを示す概略構成図。
【図２】一実施の形態の超音波分解装置を示す断面図。
【図３】実験装置を示す断面図。
【図４】超音波の周波数と蛍光強度との関係を示すグラフ。
【図５】超音波の周波数と強度比との関係を示すグラフ。
【図６】撹拌機の回転数と分解率との関係を示すグラフ。
【図７】別の実施形態の超音波分解装置を示す断面図。
【図８】別の実施形態の超音波分解装置を示す断面図。
【図９】別の実施形態の超音波分解装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
５，９５…超音波分解装置
１０…超音波
５１，９６…分解槽
５２…第１超音波振動子
５３…第２超音波振動子
６５…液流れ発生手段としての撹拌機
９１…液流れ発生手段としての循環ポンプ
９７，９８…傾斜面
Ｗ１…被処理液体としての洗浄水
【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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