(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、
前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極の少なくとも一方の放電面が誘電体で覆われ、前記高圧電源の出力が交流であることを特徴とするラジカル処理装置。
【請求項２】
難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、
前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極の一方は網目状の開口部を持ち、他方の放電電極は平板状に構成され、前記噴出ノズルから噴出された排水が前記網目状の開口部を通って前記平板状の放電電極に突き当たることにより水滴となって復水されることを特徴とするラジカル処理装置。
【請求項３】
難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、
前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極が共に平板電極であって垂直に配置され、前記噴出ノズルから噴出された排水は対をなす放電電極間に上方から垂下するように供給されることを特徴とするラジカル処理装置。
【請求項４】
難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、
前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極が共に丸棒状に構成され所定の間隔をおいて互いに平行に配置され、対をなす放電電極の一方は誘電体で覆われ、前記噴出ノズルから噴出された排水は対をなす両放電電極の間にほぼ直交する方向から供給されることを特徴とするラジカル処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難分解性有機物を含有した排水を、放電により発生するラジカルによって分解処理するラジカル処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から上下水道の殺菌や脱臭、脱色、さらには工業排水の処理過程での脱臭や脱色、パルプ漂白、医療機器の殺菌等を行うために、オゾンが広く用いられている。発生されたオゾンガスは散気管を通してバブリングされ、排水に溶存させることにより所期の処理に用いられていた。
【０００３】
このような排水処理現場において、近年、水源の汚濁に伴う富栄養化の問題、および排水への難分解性物質の混入の問題が懸念される状況になってきている。さらには、２−メチルイソボルネオール、ジオスミン等に関わる臭気成分、トリハロメタンやトリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物、抱水クロラール等の非揮発性物質による水道水汚染に象徴される微量レベルの有機物に対処しなければならないケースが増えており、オゾンを用いた高度な処理が求められるようになっている。
【０００４】
しかしながら、オゾンの酸化力は２．０７電子ボルト（ｅＶ）であり、ごく一部の難分解性物質、例えばダイオキシンや農薬などを分解することはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに比べ、ＯＨラジカルやＯ原子ラジカルはそれぞれ２．８０電子ボルト、２．４２電子ボルトの酸化力を有するため、これらの難分解性物質を炭酸ガス（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）にまで分解することが可能になる。ＯＨラジカルや原子ラジカルは放電により気中で発生させることができるが、反応速度が速く、処理対象である難分解性物質と反応する前に消滅しやすい。さらに、排水処理を行うには、気中のラジカルが排水という液相に溶存する必要があり、さらに消滅する確率が増えてしまう。
【０００６】
そのため、排水の放電処理は非常に難しく、分解処理するには効率が低いという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ＯＨラジカルやＯラジカルを有効活用し、排水中に含まれる難分解性有機物の分解効率の向上を図ることが可能なラジカル処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願では、請求項１ないし４に記載の発明を提供する。
請求項１に係る発明は、難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極の少なくとも一方の放電面が誘電体で覆われ、高圧電源の出力が交流であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、電極の少なくとも一方が誘電体で覆われ、高圧電源の出力を交流とすることにより、安定で均一な放電が得られ、高いラジカル発生効率、すなわち排水中に含まれる難分解性有機物の高い分解効率を達成することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極の一方は網目状の開口部を持ち、他方の放電電極は平板状に構成され、噴出ノズルから噴出された排水が網目状の開口部を通って平板状の放電電極に突き当たることにより水滴となって復水されることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、放電により効率的にＯＨラジカルやＯラジカルを発生し、排水中に含まれる難分解性有機物の分解効率の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項３に係る発明は、難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極が共に平板電極であって垂直に配置され、噴出ノズルから噴出された排水は対をなす放電電極間に上方から垂下するように供給されることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、噴出ノズルから噴出した排水が電極間を通過する際、放電により効率的にＯＨラジカルやＯラジカルを発生する。それにより、排水中に含まれる難分解性有機物の分解効率の向上を図ることができる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、難分解性有機物を含有し得る排水を噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルから噴出された霧状の排水を高電界にさらすための少なくとも一対の放電電極と、この放電電極に放電のための高電圧を印加する高圧電源とを備えたラジカル処理装置において、前記少なくとも一対の放電電極における対をなす放電電極が共に丸棒状に構成され所定の間隔をおいて互いに平行に配置され、対をなす放電電極の一方は誘電体で覆われ、噴出ノズルから噴出された排水は対をなす両放電電極の間にほぼ直交する方向から供給されることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、両電極の互いに最も近接する部位で放電を発生することにより、排水中に含まれる難分解性有機物の分解を効率よく行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるラジカル処理装置の第１の実施の形態を示すものである。図において、難分解性有機物や、廃棄物、最終処分場の浸出水、ダイオキシン類、工場の排水等を含有した排水としての原水を貯水タンク１からポンプ２によって汲み上げ、噴出ノズル３から気中に霧状にして噴出する。気中には高圧電極として金網放電電極４が配置され、それに対向して、誘電体としてのガラス板５を前面に貼着した平板放電電極６がアース電極として配置されている。金網放電電極４および平板放電電極６はそれぞれ垂直に、互いに平行に配置されている。両放電電極４，６は設備の規模や仕様に従って１対に限らずに２対以上設ける構造にしてもよい。噴出ノズル３から噴射された排水は金網放電電極４を通してガラス板５に衝突して水滴７となり、貯水タンク１に戻る。金網放電電極４と平板放電電極６との間には高圧電源８から交流高電圧が印加される。金網放電電極４と平板放電電極６との間に交流高電圧が印加されると、金網放電電極４と平板放電電極６との間の空間に放電９が発生する。ここで平板放電電極６の前面には誘電体としてガラス板５を貼着しているため、放電９は誘電体バリア放電となり、両放電電極４，６間に形成される放電部には高電界が発生する。
【００２７】
より微視的に見ると、図２に示すように、金網放電電極４とガラス板５との間に形成される放電部には噴出ノズル３からの排水の噴出によって生じた微小水滴１０が存在する。この微小水滴１０の近傍の高電界によって放電９が発生している。放電９中では電子ｅと酸素を含有する気体分子との衝突によって基底状態のＯ原子Ｏ（３Ｐ）および励起状態のＯ原子Ｏ（１Ｄ）が発生する。すなわち、
ｅ＋Ｏ２→ｅ＋Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ）          （１）
Ｏ（１Ｄ）からはヒドロキシルラジカル（以下、「ＯＨラジカル」という）が発生する。すなわち、
Ｏ（１Ｄ）＋Ｈ２Ｏ→ＯＨ＋ＯＨ                （２）
また水分子に直接電子衝突することによってもＨ原子およびＯＨラジカルが発生する。すなわち、
ｅ＋Ｈ２Ｏ→ｅ＋Ｈ＋ＯＨ                      （３）
Ｏ（３Ｐ）原子からはＯ２分子と中性分子Ｍとの３体衝突によってオゾンＯ３が発生する。すなわち、
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３＋Ｍ                （４）
またＯＨラジカルからは過酸化水素Ｈ２０２も発生する。すなわち、
ＯＨ＋ＯＨ＋Ｍ→Ｈ２０２＋Ｍ                  （５）
このようにして生成されたＯ原子、ＯＨラジカル、オゾン（Ｏ３）、および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が噴霧によって霧状になった排水と接触することによって処理される。水中での反応過程はラジカル直接処理と間接処理とに分けられる。ラジカル直接処理は気中のＯＨラジカルが熱運動することによって噴霧された微小水滴１０に衝突し、水中に溶存して難分解性物質ＲからＣＯ２およびＨ２Ｏへの分解が進行する。
【００２８】
Ｒ＋〇Ｈ→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ                    （６）
排水が微小水滴１０となって散布されているため、気中のＯＨラジカルは容易に排水である微小水滴１０に接触し、反応することができる。
【００２９】
また、間接処理として気中の最終生成物であるＨ２Ｏ２とＯ３が水中に溶存することにより下記の反応が生じ、ＯＨラジカルが発生する。すなわち、
Ｈ２Ｏ２      ⇔  ＨＯ２−＋Ｈ＋                    （７）
ＨＯ２−＋Ｏ３→Ｏ３−＋ＨＯ２                      （８）
ＨＯ２       ⇔  Ｈ＋＋Ｏ２−                       （９）
Ｏ２−＋Ｏ３→Ｏ３−＋Ｏ２                        （１０）
Ｏ３−＋Ｈ＋→ＨＯ３                              （１１）
ＨＯ３→ＯＨ＋Ｏ２                              （１２）
水中でＨ２Ｏ２からＨＯ２−が発生し（７式）、このＨＯ２−とＯ３からＨＯ２が発生する（８式）。ＨＯ２からＯ２−が発生し（９式）、Ｏ２−とＯ３からＯ３−が発生する（１０式））。Ｏ３−とＨ＋からＨＯ３が発生し（１１式）、これからＯＨが発生する（１２式）。このようにしてＨ２Ｏ２とＯ３から水中でＯＨラジカルが発生し、（６）式により、難分解性物質の処理が可能になる。
【００３０】
かくして直接処理および間接処理の２段階処理によって難分解性物質はＣＯ２とＨ２Ｏに処理される。
【００３１】
なお、両電極４，６間には、（１）式から分かるように初めの反応に酸素Ｏ２が関与するので、酸素Ｏ２を単独に、またはそれを含有する気体を満たすように対処するのがよい。
【００３２】
図３は本発明によるラジカル処理装置の第２の実施の形態を示すものである。
この実施の形態においては、高圧電極として、第１の実施の形態における金網放電電極４の代わりに、ピン放電電極１１が配置されている。噴出ノズル３から噴出された排水はピン放電電極１１の近傍を通ってガラス板５に衝突し、水滴７となって貯水タンク１に戻る。ピン放電電極１１と平板放電電極６との間に高圧電源８から交流高電圧を印加すると、ピン放電電極１１近傍の局所高電界によって空間に放電９が発生する。この放電９は局所高電界によって発生するコロナ放電である。
【００３３】
この実施の形態においても、放電９中での電子ｅと気体分子との衝突によって前述の反応が生じてＯＨラジカルが発生し、難分解性物質の処理が可能となる。
【００３４】
図４は本発明によるラジカル処理装置の第３の実施の形態を示すものである。
この実施の形態においては、高圧電極として、ガラス板５に対向する平板放電電極１２が配置されている。ガラス板５およびこれに対向する平板放電電極１２は互いに平行に、かつ垂直に配置されており、両者の中間上方に噴出ノズル３が下向きに配置され、そこからガラス板５および平板放電電極１２の間に排水が噴出される。平板放電電極１２と平板放電電極６との間に高圧電源８から交流高電圧を印加すると、平板放電電極１２とガラス板５との間に高電界が生じ、それによりバリア放電９が発生する。
【００３５】
この実施の形態においても、放電９中での電子ｅと気体分子との衝突により前述の反応を通してＯＨラジカルが発生し、難分解性物質の処理が可能となる。
【００３６】
図５は本発明によるラジカル処理装置の第４の実施の形態を示すものである。
この実施の形態においては、アース電極として、中実または中空の金属丸棒からなる棒状放電電極１３が配置され、高圧電極として、表面上に誘電体１４を被覆した丸棒状の棒状放電電極１５が配置されている。両放電電極１３，１５は両軸心を互いに平行に、かつほぼ水平に、若干の隙間を隔てて上下に配置され、横向きの噴出ノズル３からほぼ水平に排水が噴出され、噴出された排水は両電極間の隙間を通る。
【００３７】
高圧電源８から両電極１３，１５間に交流高電圧を印加すると、高電界によってその空間にバリア放電９が発生する。噴出ノズル３から噴霧された排水は両電極１３，１５間に形成されるバリア放電９中を通る過程で電子ｅと気体分子との衝突によって前述の反応が生じ、それによりＯＨラジカルが発生して難分解性物質の処理が可能となる。
【００３８】
なお、図５においては両棒状放電電極１３，１５を上下に配置し、排水を噴出ノズル３から両放電電極に対し直交方向から水平に噴出させているが、場合によっては、両棒状放電電極１３，１５を横並びに配置し、排水を上方から下向きに噴出させる方式とすることもできる。
【００３９】
図６は本発明によるラジカル発生装置の第５の実施の形態を示すものである。
この実施の形態は第１の実施の形態の変形例を示すもので、水平に配置された低圧用の金網電極４と、それに対向し間隔をおいて水平に配置された高圧用の金網電極１６とを備え、両金網電極４，１６間に強誘電体ペレット１７を満たしている。金網電極４の上方に配置された噴出ノズル３から金網電極４に向けて噴出された排水は下方に向けて流通し、水滴７となって貯水タンク１に滴下する。高圧電源８から金網電極４，１６間に高電圧が印加されると強誘電体ペレット１７の沿面に放電９が発生する。
【００４０】
排水は誘電率が８８と高く、電界を歪ませやすく放電経路を集中させやすい。しかし、強誘電体ペレット１７としてチタン酸バリウムなどを用いることにより誘電率を１０，０００近くに増大させることができ、これを放電部に用いることにより、排水のある環境下でも均一に放電させ、高い処理効率を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、難分解性有機物を含有した排水を噴出ノズルから噴出させ、放電電極間の高電界によって、噴出された排水中に含まれる気体に放電を発生し、その放電によってラジカルを発生するので、排水中に含まれる難分解性有機物の分解効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるラジカル処理装置の第１の実施の形態を示す配置図である。
【図２】  第１の実施の形態における反応部分の原理を説明するための拡大図である。
【図３】  本発明によるラジカル処理装置の参考例を示す配置図である。
【図４】  本発明によるラジカル処理装置の第２の実施の形態を示す配置図である。
【図５】  本発明によるラジカル処理装置の第３の実施の形態を示す要部の配置構成図である。
【図６】  本発明によるラジカル処理装置の参考例を示す配置図である。
【符号の説明】
１  貯水タンク
２  ポンプ
３  噴出ノズル
４  金網放電電極
５  ガラス板
６  平板放電電極
７  水滴
８  高圧電源
９  放電
１０  微小水滴
１１  ピン放電電極
１２  平板放電電極
１３  棒状放電電極
１４  誘電体
１５  棒状放電電極
１６  金網放電電極
１７  強誘電体ペレット
【図１】
0004073240.tif 000002
【図２】
0004073240.tif 000003
【図３】
0004073240.tif 000004
【図４】
0004073240.tif 000005
【図５】
0004073240.tif 000006
【図６】
0004073240.tif 000007