(57)【要約】      （修正有）【課題】有機物分解処理効率の高い廃水処理装置を提供する。【解決手段】廃水処理装置１０は、濡れ壁塔１２と放電線１３とを備える。濡れ壁塔１２は両端が開放された内径が１０〜２５ｍｍの円筒で構成され、該円筒の上端から下端へ内壁面に沿って廃水を流下させて液膜を形成する。放電線は、前記円筒内部を該円筒の長さ方向中心軸を通るように挿通され、前記濡れ壁塔と電極対を構成する。前記濡れ壁塔１２と前記放電線１３との間で発生したプラズマ放電により生成されたラジカルが前記液膜に吸収され、廃水中の有機物を分解する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径が１０〜２５ｍｍの両端が開放された円筒で構成され、該円筒の上端から下端へ内壁面に沿って廃水を流下させて液膜を形成する濡れ壁塔と、
前記円筒内部を、該円筒の長さ方向中心軸を通るように挿通され、前記濡れ壁塔と電極対を構成する放電線と、を備え、
前記濡れ壁塔と前記放電線との間で発生したプラズマ放電により生成されたラジカルが前記液膜に吸収され、廃水中の有機物を分解することを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記濡れ壁塔を複数個備え、それぞれの濡れ壁塔の円筒内部に前記放電線が挿通されていることを特徴とする請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記濡れ壁塔内部にオゾン又は酸素を循環させるための導入口及び排出口を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記濡れ壁塔の少なくとも内壁面が平滑な金属板で形成され、該内壁面はステンレス鋼製メッシュ部材又はパンチングメタル部材により被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記濡れ壁塔が多孔体で形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記放電線に向けて廃水の一部を噴射させる噴霧ノズルを更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理装置に関し、特に、廃水を流下させて液膜を形成し、低温プラズマを利用して液膜中の有機物を分解処理する廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業用水の不足が危惧され、工場から排出された工業廃水の再利用化が進められている。廃水に含まれる難分解性有機物の分解処理には、主に微生物を使った方法が用いられているが、この方法は広い設置スペースを必要とし、また微生物の管理・運用が難しいという問題があった。
【０００３】
そこで、廃水等の液中で放電プラズマを発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。この方法は、針状電極と平板電極とからなる電極対を液中に浸漬し、この電極対間に高電圧パルスを印加し、針状電極の周囲に発生した気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンやラジカルを形成し、これらを液中に浸透拡散させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０７５４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−４１９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、気中でプラズマを発生させるために必要な絶縁破壊電圧が約３０ｋＶ／ｃｍであるのに対して、液中でプラズマを発生させるためには、約１ＭＶ／ｃｍという高い絶縁破壊電圧が必要とされることが問題となっていた。
【０００６】
そこで、気中で放電を行い、発生させた低温プラズマ中に生じたラジカルを、廃水に吸収させる方法が提案され、この方法を実現するために様々な構成が検討されてきた。最も基本的な構成としては、例えば図５に示すように、廃水を貯留した矩形リアクター１００の底面に平板電極１０１を配置し、リアクター１００上部の液面近くに高圧電源１０２に接続された針状電極１０３を配置する。電極間に高電圧を印加すると、針状電極周囲で低温プラズマが発生し、このプラズマ内でＯＨラジカル等の各種ラジカルが生成される。廃水の液面に到達したラジカルは、廃水に吸収されて浸透拡散し、廃水に含まれる有機物が分解される。
【０００７】
しかしながら、この構成では、廃水の液面付近にしかラジカルが吸収されないため、有機物分解処理の効率性に問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、優れた有機物の分解処理能力を有する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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る廃水処理装置は、内径が１０〜２５ｍｍの両端が開放された円筒で構成され、該円筒の上端から下端へ内壁面に沿って廃水を流下させて液膜を形成する濡れ壁塔と、前記円筒内部を、該円筒の長さ方向中心軸を通るように挿通され、前記濡れ壁塔と電極対を構成する放電線と、を備え、前記濡れ壁塔と前記放電線との間で発生したプラズマ放電により生成されたラジカルが前記液膜に吸収され、廃水中の有機物を分解することを特徴とする。
【００１０】
円筒状の濡れ壁塔内部に放電線を挿通して電極対を構成し、処理対象の廃水を濡れ壁塔の内壁面に沿って流下させて液膜を形成することによって、電極間で発生するラジカルと廃水との接触面積を増やし、廃水に吸収されるラジカルの量を増やすことができる。さらに、放電線を円筒の中心軸を通るように配置することで、ラジカルを液膜に均等に吸収させることができる。このような構成により、優れた有機物の分解処理能力を有する廃水処理装置を得ることができる。
【００１１】
また、前記濡れ壁塔を複数個備え、それぞれの濡れ壁塔の円筒内部に前記放電線を挿通させてもよい。濡れ壁塔を複数個設けることで、液膜とラジカルの接触面積をさらに増やすことができ、廃水へのラジカルの吸収量を一層増加させ、多量の廃水処理が可能となる。
【００１２】
また、前記濡れ壁塔内部にオゾン又は酸素を循環させるための導入口及び排出口を備えてもよい。オゾン又は酸素を循環させることで、反応性の高いＯＨラジカルの発生率が高くなり、有機物をさらに分解し易くすることができる。
【００１３】
また、前記円筒の少なくとも内壁面を金属で形成し、該内壁面をステンレス鋼製メッシュ部材又はパンチングメタル部材により被覆してもよい。廃水がメッシュやパンチ穴によって形成される凹凸に沿って流下するため、液膜の片流れを防ぎ、ラジカルを液膜に均等に吸収させることができる。
【００１４】
また、前記濡れ壁塔を多孔体で形成してもよい。廃水が多孔体の多孔内を流下するため、液膜の片流れを防ぎ、ラジカルを均等に吸収させることができる。
【００１５】
また、前記廃水処理装置は、前記放電線に向けて廃水の一部を噴射させる噴霧ノズルを更に備えることができる。噴霧された廃水はミスト状になることによって、ラジカルの吸収効率が向上する。液膜による低温プラズマ処理と併せて使用することによって、廃水処理効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処理対象の廃水を流下させて液膜を形成する濡れ壁塔に沿って放電線を配置して電極対を構成することによって、電極間で発生したラジカルを吸収する廃水の表面積を増やすことができる。さらに、濡れ壁を円筒状に構成し、放電線を円筒の中心軸を通るように配置したことで、ラジカルを液膜に均等に吸収させることができる。このような構成により、有機物分解処理効率の高い廃水処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る廃水処理装置を備えた廃水処理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る廃水処理装置を備えた廃水処理システムの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る廃水処理装置を備えた廃水処理システムの概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係り、（ａ）は濡れ壁塔の内壁面をステンレス鋼製メッシュで被覆した状態を示す図であり、（ｂ）は濡れ壁塔の内壁面をパンチングメタルシートで被覆した状態を示す図である。
【図５】従来の廃水処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る廃水処理装置を、図１を参照して説明する。
（１）構成
本実施形態の廃水処理装置は、工場等から排出された廃水に含まれる有機物を分解処理するための、廃水処理システムに組み込まれるものである。
図１に示すように、廃水処理システム１は、大別して、廃水処理装置１０と廃水貯留タンク２０とから構成される。
【００１９】
（１−１）廃水処理装置
まず、廃水処理装置１０の全体的な構成を説明する。
廃水処理装置１０は、両端が閉じた円筒状のチャンバ１１を有する。チャンバ１１内部には、廃水の液膜形成用の濡れ壁塔１２が配置されている。濡れ壁塔１２は、両端が開放された円筒状であり、チャンバ１１の上面及び底面と所定の間隔を空け、該チャンバと同軸の二重円筒を構成するように配置されている。濡れ壁塔１２の内部には、放電線１３が挿通している。
【００２０】
チャンバ１１の側面上部には、処理対象となる廃水が供給される廃水供給口１５が設けられている。チャンバ１１の底面には、処理後の廃水を排出する廃水排出口１６が設けられている。廃水供給口１５は装置外部の廃水供給管２１に接続され、廃水排出口１６は装置外部の廃水排出管２２に接続されている。
【００２１】
さらに、給気口１７がチャンバ１１側面の底面近傍に、排気口１８がチャンバ１１側面の上面近傍に、それぞれ設けられている。給気口１７及び排気口１８は、チャンバ１１内部に空気を循環させ、後述する各種ラジカルの発生を促進するために設けられている。
【００２２】
次に、廃水処理装置１０の要部である濡れ壁塔１２と放電線１３の構成について詳細に説明する。
濡れ壁塔１２は平滑な表面を有するステンレス等の金属板で構成された薄肉円筒であり、接地されている。濡れ壁塔１２は、上部支持部材１４ａ及び下部支持部材１４ｂによってチャンバ１１の内壁に固定されている。上部支持部材１４ａ及び下部支持部材１４ｂは金属製円板であり、それぞれ中央に濡れ壁塔１２が貫通する貫通孔が設けられ、ドーナツ形状となっている。上部支持部材１４ａは濡れ壁塔１２の上端より下の位置で、下部支持部材１４ｂは濡れ壁塔１２の下端より上の位置で、それぞれ濡れ壁塔１２の外壁を支持している。上部支持部材１４ａ、濡れ壁塔１２の外壁及びチャンバ１１の内壁によって画成される空間には、滞留部Ａが形成される。滞留部Ａには、チャンバ１１内部に供給される廃水が一時的に溜まる。
【００２３】
放電線１３はチャンバ１１の上下方向に張られ、両端は碍子１９によってチャンバ１１の上面及び底面に固定されている。さらに、放電線１３は、濡れ壁塔１２の内部を挿通し、濡れ壁塔１２の長さ方向中心軸を通るように配置されている。放電線１３の上側端部は、装置外部の高圧電源３０に接続されている。本実施形態では、一例として直径２５μｍのタングステンからなる電極線が用いられる。
【００２４】
濡れ壁塔１２と放電線１３は、低温プラズマ発生用の電極対を構成しており、濡れ壁塔１２は接地極として、放電線１３は放電極として機能する。
【００２５】
濡れ壁塔１２の内壁の直径は、高圧電源３０より高電圧が印加された際に、放電線１３の周囲で生成されるラジカルが液膜表面に到達可能な範囲内に定める必要がある。さらに、放電線１３が液膜に近くなるほどラジカルは液膜に吸収されやすくなるが、放電線１３が液膜に触れると火花放電が発生してしまう。よって、内壁の直径はその範囲外に定める必要がある。その範囲を考慮すると、濡れ壁塔１２の内壁の直径は、１０ｍｍ〜２５ｍｍであることが望ましい。濡れ壁塔１２の長さは、装置の設置スペースや放電線１３の配置の容易さを考慮して定められる。濡れ壁塔１２が長くなると、放電線１３を濡れ壁塔１２の中心軸を通るように正確に配置することが難しくなる。
【００２６】
本実施形態では、一例として、直径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍのステンレス製円管を濡れ壁塔１２として使用している。
【００２７】
（１−２）廃水貯留タンク
廃水貯留タンク２０は、工場等から出された廃水を貯留するものであり、廃水供給管２１及び廃水排出管２２を介して廃水処理装置１０に接続されている。
【００２８】
廃水供給管２１は、廃水圧送用のポンプ２３と流量調節用バルブ２４を備えている。さらに、廃水供給管２１には分岐管２５が接続されている。分岐管２５は供給を制限された廃水の一部をタンクに戻すためのものであり、該分岐管２５には開閉バルブ２６が設けられている。
【００２９】
（２）作用
廃水処理システム１において行われる廃水処理について、図１を参照して説明する。
【００３０】
図１においては、廃水処理装置１０内部の廃水の流れを実線の矢印で示されている。なお、空気の流れは点線の矢印で示しているが、装置内部には給気口１７から空気が導入され、装置内部を循環し、排気口１８から排出されている。
【００３１】
廃水貯留タンク２０に貯留されている廃水が、ポンプ２３によって廃水供給管２１内を圧送され、廃水供給口１５からチャンバ１１内部に供給される。廃水の供給量を調節する場合は、流量調節用バルブ２４の開度を調節する。供給量を制限する場合は、併せて分岐管２５に設けられた開閉バルブ２６を開き、制限された量の廃水をタンク２０内に戻す。
【００３２】
チャンバ１１内部に供給された廃水は、滞留部Ａに一時的に溜まり、濡れ壁塔の上端に達すると溢れて内壁を伝い流下する。流下する廃水によって、濡れ壁塔の内壁表面に厚さ１〜２ｍｍ程度の液膜が形成される。
【００３３】
高圧電源３０により正極性の直流高電圧が印加されると、濡れ壁塔１２の内部を挿通する放電線１３（放電極）と接地された濡れ壁塔１２の内壁（接地極）との間で低温プラズマが発生する。プラズマ中では、ＯＨラジカル、ＨＯ２ラジカル、Ｏラジカル、Ｈラジカル、Ｎラジカル等の各種ラジカルが生成される。生成されたラジカルは液膜表面に接触すると液膜内に吸収され、廃水中の難分解性有機物を含む有機物を分解する。
【００３４】
濡れ壁塔１２の内壁を流下した廃水は、濡れ壁塔１２の下端から滴下してチャンバ１１の底部に溜まり、廃水排出口１６から排出され、廃水排出管２２を通って廃水貯留タンク２０に戻される。
【００３５】
廃水の有機物含有量が高い場合は、上述した廃水処理を複数回繰り返せば良い。すなわち、貯留タンク２０及び廃水処理装置１０間で廃水を循環させることにより、廃水が再利用可能なレベルとなるまで有機物を分解することができる。
【００３６】
（３）効果
以上述べたような構成により、本実施形態における廃水処理装置１０は、以下のような効果を得ることができる。
・濡れ壁塔１２の内壁面（接地極）と放電線１３（放電極）とで電極対を構成し、処理対象の廃水を濡れ壁塔１２の内壁面に沿って流下させて液膜を形成することによって、電極間で発生するラジカルと廃水との接触面積を増やし、廃水に吸収されるラジカルの量を増やすことができる。
・放電線１３は、円筒状の濡れ壁塔１２の長さ方向中心軸を通るように配置されているため、円筒の内壁面に形成される液膜に、ラジカルを均等に吸収させることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る廃水処理装置１０を、図２を参照して説明する。
なお、この第２実施形態では、前述の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３８】
本発明の第２実施形態に係る廃水処理装置１０は、チャンバ１１内に複数個の濡れ壁塔４０を設けたものである。図２に示すように、濡れ壁塔４０の数に対応する数の貫通孔が設けられた上部支持体４１ａ及び下部支持体４１ｂによって、複数個の濡れ壁塔４０が支持されている。各濡れ壁塔４０の内部を挿通するように放電線４２が上下方向に張られ、正の高圧電源３０に接続されている。なお、前記下部支持部材４１ｂは金属製で接地されている。これにより、複数個の濡れ壁塔４０は全て接地される。
【００３９】
チャンバ１１内に、濡れ壁塔４０を複数個設けることで、液膜とラジカルの接触面積をさらに増やすことができ、ラジカルの吸収効率を一層高め、多量の廃水処理が可能となる。
【００４０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態は、第２実施形態の変形例である。第３実施形態に係る廃水処理装置１０を、図３を参照して説明する。
【００４１】
本実施形態においては、チャンバ１１内に供給される廃水の一部を噴霧ノズル５０から噴射してミスト状にしている。
【００４２】
複数の噴霧ノズル５０が取り付けられた送水管５１が、チャンバ１１内部の、濡れ壁塔４０の上方に設けられている。送水管５１は廃水供給管２１の分岐管である。この送水管５１により、廃水供給管２１内を圧送されて廃水供給口１５に供給される廃水の一部が、分岐して噴霧ノズル５０に供給される。
【００４３】
供給された廃水の一部は、噴霧ノズル５０から放電線４２に向けて噴射される。噴射された廃水はミスト状になるため、放電線４２の周囲で生成されたラジカルを吸収しやすい。液膜による低温プラズマ処理と併せて使用することによって、廃水処理効率を高めることができる。
【００４４】
［他の実施形態］
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付け位置及び方法は適宜変更可能であり、例えば以下のような態様とすることができる。
【００４５】
（１）上述の実施形態では、低温プラズマを発生させるために、正極性の直流高圧電源（Ｈ．Ｖ．）を用いているが、交流高圧電源を用いることもできる。直流高電圧を印加した場合は、濡れ壁塔の直径が小さい場合は、低い電圧で放電線と設置された濡れ壁塔内壁との間で火花放電に至る危険性が高いが、交流高電圧を印加した場合は、濡れ壁塔の直径が小さくても、火花放電に至る危険性が低いので、廃水処理装置をよりコンパクトな構成にすることができるという利点がある。
【００４６】
（２）上述の実施形態では、廃水処理装置１０の内部に空気を循環させているが、酸素又はオゾンを循環させてもよい。この場合、反応性の高いＯＨラジカルの発生率が高くなり、有機物をさらに分解し易くすることができる。
【００４７】
（３）上述の実施形態では、濡れ壁塔は平滑な表面を有するステンレス等の金属板で構成されているが、濡れ壁塔の内壁を、図４（ａ）に示すようなステンレス鋼製メッシュや、図４７（ｂ）に示すようなパンチングメタルシートで被覆することもできる。廃水がメッシュやパンチ穴によって形成される凹凸に沿って流下するため、液膜の片流れを防ぎ、ラジカルを液膜に均等に吸収させることができる。
【００４８】
（４）さらに、濡れ壁塔を多孔体で形成してもよい。多孔体としてはステンレス鋼メッシュ、パンチング板、多孔質焼結体等を用いることができる。廃水が多孔体の多孔内を流下するため、液膜の片流れを防ぎ、ラジカルを廃水中に均等に吸収させることができる。
【００４９】
（５）本発明の廃水処理装置は、工場用廃水の再利用処理だけではなく、加熱殺菌を行うことができない生酒等の液体の微生物の殺菌を行う場合にも有効である。すなわち、低温プラズマにより発生したラジカル種を生酒等の液体に吸収させ、液体中の微生物の殺菌を行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  廃水処理システム
１０  廃水処理装置
１１  チャンバ
１２  濡れ壁塔
１３  放電線
１４ａ  上部支持部材
１４ｂ  下部支持部材
１５  廃水供給口
１６  廃水排出口
１７  給気口
１８  排気口
１９  碍子
２０  廃水貯留タンク
２１  廃水供給管
２２  廃水排出管
２３  ポンプ
２４  流量調節用バルブ
２５  分岐管
２６  開閉バルブ
３０  高圧電源
４０  濡れ壁塔（複数個）
４１ａ  上部支持部材
４１ｂ  下部支持部材
４２  放電線
５０  噴霧ノズル
５１  送水管
Ａ  廃水滞留部
【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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