(57)【要約】【課題】電極部で発生する放電を利用した水処理装置において、簡易な構成で、消費電力を抑えつつ、処理を高めた水処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】放電電極２の少なくとも一方の表面に複数の凸部を設け、さらに前記凸部が対向するように電極を配置し、前記凸部に気体を流通させるための開口を設ける構成にしたことにより、放電電極２のうち、電極間のギャップ間隔を部分的に狭めることができるため、放電に要する消費電力を低減することができると同時に、電極間隔を広げることができるため被処理水の流量を増加することができる。さらに放電する部分に効率的に気泡を供給することができるため、反応効率を高めた水処理装置１が得られる。【選択図】図１
2013031800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中に気体を導入し、少なくとも一対の電極間に放電させる水処理装置において、
前記電極の少なくとも一方の表面に複数の凸部を設け、
一対の電極に前記凸部を設けた場合は前記凸部が対向するように電極を配置し、
少なくとも一方の前記電極の前記凸部に気体を流通させるための開口を設け、
前記電極間に被処理水を流通させ、
前記開口より気体を流通させて前記電極間に放電することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記凸部が円錐形であ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】
前記凸部が疎水性であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記電極の少なくとも一方は、
誘電体で被覆されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記電極から放電させるための電源と、
前記被処理水に気体を供給するための送気手段と、
前記電源と前記送気手段を制御するための制御手段を備え、
前記制御手段により放電周期と気体の供給周期を同期させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に対向させた電極間で発生する放電を利用した水処理装置であって、水道水、井戸水、河川水、飲食用水、下水、工業用水、或いは、プール、公共浴場、温泉等に使用する水（被処理水）の中に含まれる有機物の分解や微生物の殺菌により被処理水の処理を行う水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向させた電極間で発生する放電を利用した水処理装置として、被処理水中に配設された電極部に気泡を導入または生成して、電極部にて放電を行い、被処理水の処理を行うものが知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１の水処理装置に使用可能なプラズマ電極を図４に示す。図４は、疎水性物質を含浸したポーラスな誘電体材料１０１を塗布し、複数の貫通孔を有した一対の金属板の間隙で放電させるプラズマ電極１０２が記載されている。
【０００４】
特許文献２では、気泡を導入するノズルを放電電極とすることで、処理液に導入した気泡に放電してプラズマを生成することで、効率よくラジカルを生成して排水を処理することができる排水処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４６００１４号公報
【特許文献２】特開２００５−１３８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来のプラズマ電極においては、気中で放電させる場合には優れた特性を示すものの、水中で気泡を供給しながら放電させる場合、電極の間隙が狭いため、気泡が電極間に入っていかず、放電効率が著しく低下するという課題があった。一方、電極間の距離を広げてしまうと、電極面積が広いために、放電に要する消費電力が大幅に増加してしまうという課題があった。そのため、効率よく気体を供給することができて、放電効率のよい水処理装置が求められていた。
【０００７】
あるいは、ノズルである放電電極と接地電極との距離が遠いため、放電させるために高い電圧が必要となり、電源装置の大型化、消費電力の増加という課題があった。また、反応効率をあげるために、電極を複数設置する場合に、多数の部材が必要となるため、集積させにくく、反応場の電界強度を高めにくいという課題があった。そのため、放電場を高密度化できる処理方法が求められていた。
【０００８】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、放電場に効率的に気泡を導入させつつ、放電に必要な部分のみ電極間距離を狭めて電解強度を高め、且つ複数のノズルを配列させて高集積化した方法により、処理能力を高めた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】
この目的を達成するために、本発明は、被処理水中に気体を導入して少なくとも一対の電極間に放電させる水処理装置において、前記電極の少なくとも一方の表面に複数の凸部を設け、一対の電極に前記凸部を設けた場合は前記凸部が対向するように電極を配置し、少なくとも一方の前記電極の前記凸部に気体を流通させるための開口を設け、前記電極間に被処理水を流通させ、前記開口より気体を流通させて前記電極間に放電することを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少なくとも一対の電極の少なくとも一方の表面に複数の凸部を設け、一対の電極に前記凸部を設けた場合は前記凸部が対向するように電極を配置し、少なくとも一方の前記電極の前記凸部に気体を流通させるための開口を設け、前記電極間に被処理水を流通させ、前記流路より気体を流通させて前記電極間に放電するという構成にしたことにより、電界強度が大きい部分に集中的に気体を導入することができ、且つ複数の放電部を配列することによって、広い面積に高密度で放電させることができる。そのため、少ない消費電力で放電させることができるため、ラジカルなどの活性種の生成効率が高められるという効果を得ることができる。さらに、広い面積に高集積化することにより、放電部を被処理水と接触させる効率を高めることができ、有機物の分解や微生物の殺菌などの処理能力を向上するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の水処理装置を示す概念図
【図２】同水処理装置の放電電極を示す斜視図
【図３】同水処理装置の放電電極を拡大した断面図
【図４】従来のプラズマ電極の構成を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の水処理装置は、被処理水中に気体を導入して少なくとも一対の電極間に放電させる水処理装置において、前記電極の少なくとも一方の表面に複数の凸部を設け、一対の電極に前記凸部を設けた場合は前記凸部が対向するように電極を配置し、少なくとも一方の前記電極の前記凸部に気体を流通させるための開口を設け、前記電極間に被処理水を流通させ、前記開口より気体を流通させて前記電極間に放電することを特徴としたものである。これにより、電界強度が大きい部分に集中的に気体を導入することができ、且つ複数の放電部を配列することによって、広い面積に高密度で放電させることができるという作用を有する。これにより、ラジカルなどの活性種の生成効率が高められ、さらに、広い面積に高集積化することにより、放電部を被処理水と接触させる効率を高めることができ、有機物の分解や微生物の殺菌などの処理能力を向上するという効果を奏する。
【００１３】
また、前記凸部は、円錐形とする構成にしてもよい。これにより、流路から供給される気体の気泡に対して均一に電界を与えることができるため、放電の空間的な偏りを抑制し、ラジカル生成効率を高めることができるため、処理効率を向上することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、前記凸部を疎水性とする構成にしてもよい。これにより、凸部付近が被処理水で覆われることを抑制することができ、放電場に適切に気体を供給することができるため、放電効率を向上することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、前記電極の少なくとも一方は、誘電体で被覆する構成にしてもよい。これにより、火花放電により大電流が一気に流れて電気系統が破損することを防止することができ、安定してプラズマ放電を形成させることができるという効果を奏する。
【００１６】
また、前記電極から放電させるための電源と、前記被処理水に気体を供給するための送気手段と、前記電源と前記送気手段を制御するための制御手段を備えた構成として、前記制御手段により放電周期と気体の供給周期を同期させてもよい。これにより、気体の供給が止まっているときに、放電させるための電圧の供給をさせないため、無駄な電力の消費を削減することができるという効果を奏する。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の水処理装置１を示す概念図である。平行に配接された一対の電極は、複数の凸部にガスを供給するための開口を設けた放電電極２と、同様に複数の凸部を設けて凸部を対向させるように配置される接地電極３を備え、電極間に被処理水を流通させる構成としている。また、放電電極２のガスを供給するための開口には、貫通して形成されたガス流路４と、電極の裏面で複数のガス流路４と連通して密閉されたガス配管５を設けてあり、さらにここに気体を供給するための送気手段６を連通して備えている。
【００１９】
放電電極２と接地電極３は、高電圧電源７と電気的に接続され、放電電極２から電極間に高圧パルス放電を印加できる構成としている。
【００２０】
また、高電圧電源７と送気手段６には、制御手段８が接続され、高圧パルス放電の印加と、気体の供給を制御する構成としている。
【００２１】
図２は、放電電極２の外観を示す斜視図である。放電電極２には複数の円錐状の凸部を配列し、凸部には貫通孔を設けている。凸部の形状は、例えば、柱状、角錐状などでもよいが、凸部から放電する際偏りの防止や、電極材料の加工性の観点から、円錐状であることが好ましい。これらの凸部によって接地電極３とのギャップ間隔を局部的に小さくすることで、電極間の距離を広げて、被処理水の処理流量を増やしつつ、放電に必要な印加電圧を低減することができるという効果が得られる。
【００２２】
なお、放電電極２の平面部からの凸部の高さは、低すぎると局所的な電場の形成が難しくなり、高すぎると流通させる被処理水と放電領域との接触効率が著しく低下してしまい処理能力が低下する。そのため、適切な高さに設定する必要があり、例えば、０．５から１０ｍｍとすることが好ましい。
【００２３】
また、放電電極２の凸部と、接地電極３の凸部とのギャップ間隔は、放電電圧を下げる目的において、接触しないように可能な限り接近させるとよく、好ましくは０．１から１０ｍｍである。このギャップ間隔は、両方の電極または、電極を支持する支持体の間隔に非導電性の材料からなるスペーサーを挟み込み、固定化することで実現できるが、ギャップ間隔を保持できればこの限りではない。
【００２４】
放電電極２と接地電極３のギャップ間隔は、一般に、距離を大きくすると、放電範囲を広げることができるため処理能力が上がるが、反面、消費電力が大きくなる。一方、距離を小さくすると、低い消費電力でも放電させることが可能であるが、放電範囲が小さくなるため、被処理水との接触時間が短くなり、処理能力が下がる。被処理水中に含まれる分解対象物である有機化合物や微生物などの濃度、分解性をあらかじめ求めておき、放電場である凸部の個数、凸部の高さ、電極面積、ギャップ間隔と放電電力を設定するような方法が好ましい。
【００２５】
図３は、放電電極２の凸部を拡大した断面図である。この放電電極２は、平板から円錐形が突出させた構成としているが、電極の表面に、さらに誘電体材料による誘電体被膜９を構成することができる。誘電体があると、電流が一定以上流れることを防止することができるため、電極間に火花放電により急激に大電流が流れて電源回路などが破壊されることを防止することができ、安定してプラズマを形成することができるため好ましい。
【００２６】
放電電極２は、流通させる被処理水による酸化や、放電に伴う酸化、高温による劣化に耐えられるような材料で構成する必要がある。例えばステンレス鋼やチタンなどの金属が用いることができるが、好ましくはステンレス鋼である。
【００２７】
また、誘電体被膜としては、ゾルゲル法により無機酸化被膜を形成させる方法が好ましく、材料はＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3、ＢａＴｉＯ2、などが使用できるが、比誘電率などの観点から、ＢａＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2が好ましい。
【００２８】
放電電極２の凸部先端には、疎水性材料を含浸するなどにより、疎水性被膜１０を形成することで、撥水性を得て液体の付着を抑制することにより気泡の形成を安定させ、放電効率を向上させることができる。疎水性材料としては、例えば、四フッ化エチレンや、シリコーンなどが挙げられ、これらの溶液を凸部先端に接触させ、疎水性を持たせることで実現できる。
【００２９】
送気手段６から供給する気体は、放電により活性酸素種を発生させることができるものを用いる。例えば、圧縮空気、高純度酸素などが好ましい。送気手段６は、細い管内に高圧の気体を送気できるものを用いるが、例えば、圧縮ポンプやコンプレッサー、高速ターボブロア、あるいは圧縮気体を密閉したガスボンベを接続することで実施できる。ガスの流量は、例えば０．１から１０００Ｌ毎分程度の範囲で供給する。
【００３０】
高電圧電源７から印加する高電圧は、高圧パルスを用いることが好ましく、例えば０．１から１０００ｋＶ程度の矩形波、三角波、正弦波などを用いることができる。
【００３１】
送気手段６と高電圧電源７は、制御手段８が接続され、気体の流量やタイミングの制御、高電圧電源７の作動制御を行うことができる構成とする。さらに、制御手段８によって、送気手段６によるガスを供給するタイミングと、高電圧電源７から高圧パルスが印加されるタイミングを同期するように制御することで、高電圧電源７にかかる無駄な消費電力を削減することができるため好ましい。
【００３２】
また、接地電極３の凸部に孔を設けた場合、放電電極２の凸部と対向するように配置して、凸部の間隙で放電し、処理することができる。この場合、放電電極２と同様に、凸部に設けた孔を通じて裏面より気体を供給し、放電することで、凸部の放電場の間隙に気体が存在しやすくなり、安定して放電することができる。
【００３３】
本発明の水処理装置１は、少なくとも一対の電極を含む構成であるが、これらの電極セットを複数重ねた構成にすることで、処理流量を上げることもできる。なお、電極の形状は、平面状に限らず、筐体の形状にあわせて筒状やらせん状などの形状にしてもよく、空間を有効活用して効率的な配置構成とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる水処理装置は、電極の凸部に気体を流通する開口を備えた構成とすることにより、効率的に放電部に気体を供給し、消費電力を抑え、且つ反応効率を向上させることを可能とするものであり、上水や中水、下水などの浄化処理に使用される汚濁物質の分解、殺菌装置等として有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１    水処理装置
２    放電電極
３    接地電極
４    ガス流路
５    ガス配管
６    送気手段
７    高電圧電源
８    制御手段
９    誘電体被膜
１０  疎水性被膜
【図１】
2013031800.tif 000003
【図２】
2013031800.tif 000004
【図３】
2013031800.tif 000005
【図４】
2013031800.tif 000006