(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極によりプラズマを発生させ、該アノード電極とカソード電極間に存在する被処理液を電気化学的に浄化殺菌処理する液体処理方法において、
前記アノード電極とカソード電極のうちの一方を、円錐形の電極としてその頂点部分に気体の排出口を設け、他方を、気体の注入口を設けたものとし、前記一方の電極を上側、前記他方の電極を下側に配置し、
前記アノード電極と前記カソード電極間の空間に気体を前記注入口から注入し、該空間に該気体と共存する前記被処理液をプラズマ発生下において浄化殺菌し、前記気体を前記排出口から排出することを特徴とする液体処理方法。
【請求項２】
前記被処理液は処理系を移動し、浄化殺菌された後、前記気体の排出口から処理系外に排出される請求項１に記載の液体処理方法。
【請求項３】
前記気体が、酸素及び／またはオゾンを含有する請求項１または２に記載の液体処理方法。
【請求項４】
処理槽にアノード電極とカソード電極を備え、これらアノード電極とカソード電極によりプラズマを発生させて前記処理槽内の被処理液を電気化学的に浄化殺菌処理する液体処理装置において、
前記アノード電極とカソード電極のうちの一方を、円錐形の電極としてその頂点部分に気体の排出口を設け、
他方を、気体の注入口を設けたものとし、
前記一方の電極を上側、前記他方の電極を下側に配置し、
前記アノード電極と前記カソード電極間の空間に前記被処理液と共に気体を介在させるように構成したものであることを特徴とする液体処理装置。
【請求項５】
前記カソード電極に前記気体注入口、前記アノード電極に前記気体排出口が設けられたものである請求項４に記載の液体処理装置。
【請求項６】
前記気体の排出口が前記被処理液の排出口を兼ねる請求項５に記載の液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理液を電気化学的に処理する液体処理方法及び液体処理装置に関するものであり、詳細には下水，屎尿，食品工場や化学工場等から排出される産業排水，或いは廃棄物埋立て地からの浸出水等、またこれらの二次処理水等に対して電気化学的処理を施す方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水や産業排水等に対して浄化処理が実施されているが、近年、水道水源の微量汚染物質による汚染が問題となってきており、窒素，燐の除去を目的とした従来の高度処理に加えて、脱臭，脱色，殺菌，微量汚染物質の除去等を目的とした処理方法の導入が進められようとしている。また廃棄物埋立地由来の浸出水からダイオキシン類や内分泌攪乱物質が検出され、これらの除去も要望されている。
【０００３】
この様な社会状況の下、微量汚染物質を除去する等して水を再利用可能とする処理法が種々提案されている。
【０００４】
該処理法としては、活性炭処理法，膜分離処理法，電気化学的処理法等があり、実用化が進められているが、上記活性炭処理法は、有機性の汚染物質を吸着除去するものであって、殺菌作用がなく、また頻繁な活性炭の交換が必要であるという問題がある。上記膜分離処理法は除菌可能であり、水処理という観点から優れた方法であるが、維持管理が煩雑でまたコストが高くつき、加えて使用済みの処理膜等といった廃棄物が生じる問題がある。
【０００５】
これらの処理法に対し上記電気化学的処理法は、汚濁物質の分解率が高く、脱臭，脱色，殺菌作用に優れる上、二次的な廃棄物も生じず、好ましい処理方法である。該電気化学的処理法は、被処理液に対して通電を行ってプラズマを発生させ（放電現象）、このプラズマ発生に伴って生じる衝撃波，紫外線，ラジカル，また急激な電界の変化によって、被処理液中の汚濁成分を分解除去し、また微生物の細胞膜等を破壊して殺菌するという浄化殺菌処理法であり、これにより被処理液の消毒，殺菌，脱色，脱臭，有機物の分解，透明度の改善，ＢＯＤやＣＯＤの低減，有機性汚泥の減容化等を図ることができる。
【０００６】
この様な電気化学的液体処理法の装置としては、例えば特開昭６１−１３６４８４号公報に示される装置が知られており、図３は該装置を示す断面図である。
【０００７】
該液体処理装置の処理槽３９は長方形の箱型容器となっており、磁器やコンクリート等の絶縁性物質で構成されている。該処理槽３９の内面には導電性の板状体３８が設けられ、該板状体３８の内側空間に被処理液１０が充満されている。処理槽３９底部の板状体３８には導電性の凸板３７が立設して接合されており、またこれら板状体３８や凸板３７の間には電極３６が設けられ、上記板状体３８，凸板３７と電極３６が上記被処理液１０に浸漬した状態で間隔を開けて位置している。
【０００８】
上記凸板３７，板状体３８と上記電極３６間に高電圧を印加すると、プラズマが発生し、これら凸板３７，板状体３８，電極３６間に介在する上記被処理液１０が電気化学的に浄化殺菌処理される。
【０００９】
図４は他の従来の電気化学的液体処理装置を示す断面図である。
【００１０】
該液体処理装置の処理槽４０は円筒形をしており、該処理槽４０内に被処理液１０が充満されている。上記処理槽４０の両端には平板型の＋電極２１と−電極２２が備えられており、これら電極２１，２２に高電圧を印加することによってプラズマを発生させ、処理槽４０内の被処理液１０を浄化殺菌処理する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の液体処理装置においては、プラズマを発生させる為に非常に高い電圧を必要とし、エネルギーコストが高くなるという問題がある。
【００１２】
昨今、浄化殺菌処理の必要な被処理液量が増加していることから、印加電力量を低減し、消費エネルギー量を削減することは大きな関心事である。
【００１３】
そこで本発明においては、印加電力量を低減すべく印加電圧値を低く抑え、被処理液を電気化学的に効率良く浄化殺菌処理することのできる液体処理方法及び液体処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液体処理方法は、アノード電極とカソード電極によりプラズマを発生させ、該アノード電極とカソード電極間に存在する被処理液を電気化学的に浄化殺菌処理する液体処理方法であって、前記アノード電極とカソード電極のうちの一方を、円錐形の電極としてその頂点部分に気体の排出口を設け、他方を、気体の注入口を設けたものとし、前記一方の電極を上側、前記他方の電極を下側に配置し、前記アノード電極と前記カソード電極間の空間に気体を前記気体注入口から注入し、該空間に該気体と共存する前記被処理液をプラズマ発生下において浄化殺菌し、前記気体を前記排出口から排出することを要旨とする。
【００１５】
上記従来の液体処理法の様に電極間が被処理液で満たされた状態では、プラズマを発生させる為には極めて高い電圧を印加しなければならないが、上記被処理液と共に気体を介在させれば印加電圧を低くすることができるということを本発明者らは見出し、本発明に至った。つまり前述の様にアノード電極と前記カソード電極間に気体を介在させることにより、印加電圧を低くすることができ、これにより消費電力量の低減、エネルギーコストの低減を図ることができる。
【００１６】
介在する上記気体としては、例えば前記被処理液中に気泡として介在させる様にすると良く、この様に気泡とすることにより、両電極には常に被処理液が当接している状態となり、電極を被処理液によって冷却することができる。尚気体中に電極が露出した場合では、被処理液による冷却が期待されないから、放電現象により電極が過熱し、電極成分が溶出する等、電極が消耗する懸念がある。
【００１７】
更に本発明においては、前記被処理液が処理系を移動し、浄化殺菌された後（前記気体介在部を通過した後）、前記気体排出口から処理系外に排出されることが好ましい。
【００１８】
プラズマは上記両電極間の気体介在部に発生するから、該気体介在部を被処理液が通過する様にすることにより、該被処理液に電気化学的処理を効率良く施すことができる。
【００１９】
加えて本発明においては、前記気体が、酸素及び／またはオゾンを含有することが好ましい。
【００２０】
気体にオゾンを含有させることにより、上記被処理液にオゾンを作用させることができ、上記電気化学的処理と共にオゾン浄化処理を併せて実施することができる。
【００２１】
また気体に酸素を含有させることにより、上記被処理液に対して酸化分解による浄化処理を併せて行うことができる。
【００２２】
本発明に係る液体処理装置は、処理槽にアノード電極とカソード電極を備え、これらアノード電極とカソード電極によりプラズマを発生させて前記処理槽内の被処理液を電気化学的に浄化殺菌処理する液体処理装置であって、前記アノード電極とカソード電極のうちの一方を、円錐形の電極としてその頂点部分に気体の排出口を設け、他方を、気体の注入口を設けたものとし、前記一方の電極を上側、前記他方の電極を下側に配置し、前記アノード電極と前記カソード電極間の空間に前記被処理液と共に気体を介在させるように構成したものであることを要旨とする。
【００２３】
プラズマは上記両電極間に発生するものであるが、前述の様に電極間に気体を介在させることによって、従来の装置よりも低い印加電圧でプラズマを発生させることができ、従って少ない消費電力量で被処理液を電気化学的に処理することができる。
【００２４】
更に本発明の装置においては、前記アノード電極と前記カソード電極のうちのカソード電極に気体流入口（気体注入口）、アノード電極に気体放出口（気体排出口）を設け、前記気体流入口から供給された気体を前記アノード電極と前記カソード電極間に導いた後、前記気体放出口から系外に放出する様に構成したものであることが好ましい。
【００２５】
この様に電極に気体流入口と気体放出口を設けることにより、気体は両電極間を渡ることとなり、従って両電極間に安定して気体を介在させることができる。そしてこの様に気体が安定して介在し、介在しない状態がほとんど生じないから、プラズマ発生に必要な印加電圧も安定して低く抑えることができる。
【００２６】
加えて本発明においては、前記気体放出口が前記被処理液の排出口であることが好ましい。即ち前記気体放出口が気体及び被処理液（処理済液）の排出口となっていることが好ましい。
【００２７】
プラズマ放電現象は気体流入口の電極と気体放出口の電極との間で生じるが、前記気体放出口を前記被処理液の排出口とすることにより、被処理液が必ずプラズマの発生している箇所を通過する様になり、被処理液の処理効率が高くなる。
【００２８】
また本発明において、被処理液中における上記気体の形成する気泡の体積が、変更制御可能であることが好ましい。
【００２９】
気泡体積の大小によって、プラズマの出現比率を制御することができ、よってプラズマ発生により起こる被処理液の消毒，殺菌，脱色，脱臭，有機物の分解，透明度の改善，ＢＯＤやＣＯＤの低減，汚泥の減容化等の程度を制御することができる。従って被処理液に対して過剰処理することによる処理エネルギーの無駄や処理不十分を防ぎ、消毒等の処理程度を最適に実施することができる。尚気泡の径は約0.1 〜10mm程度が適当である。
【００３０】
また前記アノード電極と前記カソード電極に印加する電圧がパルス状であり、該印加電圧のデューティー比，振幅，パルス長のうち少なくとも１つが変更制御可能であることが好ましく、この場合も上記と同様にプラズマの出現比率を制御することができ、よって被処理液について消毒等の処理程度を最適に実施することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１は本発明の一実施例に係る液体処理装置を示す断面図であり、図２は該液体処理装置の底面図である。尚図１は図２に示すＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
上記液体処理装置の処理槽１６は、円筒形の容器胴部１３と、該容器胴部１３の底側開口部を閉鎖する底蓋１４と、上記容器胴部１３の上側開口部を閉鎖する円錐形の蓋兼アノード電極（以下、蓋電極と称することがある）１１とにより形成されている。上記容器胴部１３には被処理液注入口１５が設けられ、また上記蓋電極１１の円錐の頂点部分には排出口（気体放出口）１１ａが設けられており、該排出口１１ａから処理済液や気体が排出される様になっている。また底蓋１４のほぼ中心位置に円筒形状の管型電極（気体流入口）１２が貫通して設けられており、該管型電極１２から気体を注入できる様になっている。尚図中、１２ａは管型電極１２の気体取入口、１２ｂは処理槽内開口部である。
【００３３】
上記容器胴部１３及び上記底蓋１４はアクリル製であって、電気絶縁性を示す。また上記蓋電極１１及び管型電極１２はステンレス鋼製であって、良好な導電性を示す。上記蓋電極１１は蓋であると共にアノード電極としての役割を担い、また上記管型電極１２は気体の流入管であると共にカソード電極としての役割を担っている。
【００３４】
上記蓋電極１１（アノード電極）と上記管型電極１２（カソード電極）には電力印加手段（図示せず）が接続されており、高電圧パルスが印加可能となっている。尚該電力印加手段は、高電圧パルスの波形に関してデューティ比，振幅，パルス長のうち少なくとも１つが変更制御可能なものである。
【００３５】
次に動作について説明する。
【００３６】
被処理液１０を被処理液注入口１５から処理槽１６内に注入し、処理槽１６内部を満たす。また管型電極１２から気体（例えば酸素等）を上記処理槽１６内に注入し、管型電極１２の処理槽内開口部１２ｂから気泡（酸素等の気体）１７を形成する。これにより電極１１，１２間は被処理液１０と共に気体（気泡１７）が介在した状態（被処理液と気体の混合状態）となる。尚被処理液１０は次々と注入口１５から注入され、処理槽１６内を移動し、上記気体介在部を経て、排出口１１ａから排出される。
【００３７】
上記蓋電極１１と上記管型電極１２の間に高電圧パルスを印加すると、放電現象が生じてプラズマを発生し、該電極１１，１２間における気体と混合状態の被処理液１０が、プラズマ発生に伴って発生したラジカルや衝撃波等に曝されて電気化学的に処理される。
【００３８】
この様に被処理液に気体が介在した状態の場合では、被処理液のみの場合に比べて低い電圧でプラズマを発生させることができ、よって低エネルギーで効率良く消毒，殺菌，脱色，有機物の分解，透明度の改善，ＢＯＤやＣＯＤの低減を行うことができる。また被処理液が有機性汚泥を含有する場合では、汚泥の減容化を行い得る。
そして電気化学的処理の施された処理済液は排出口１１ａから排出される。
【００３９】
また管型電極１２の開口部１２ｂから流入された気泡１７は、蓋電極１１が円錐形であるからその頂部の排出口１１ａにスムーズに向かい、放出される。
【００４０】
尚蓋電極１１の排出口１１ａと管型電極１２の開口部１２ｂとの間の距離を約３０mmとした場合に、印加する高電圧パルスを周波数６０Hz，振幅２０kVp-p とすると、プラズマの発生頻度が高く、被処理液に対して効果的に電気化学的処理を施すことができることを実験により確認している。
【００４１】
以上の様に、本発明に係る液体処理装置及び方法に関して、実施例を示す図面を参照しつつ具体的に説明したが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４２】
例えば上記実施例では気体を被処理液中に気泡として介在させる様にしたが、これに限らず、一方の電極を気体中に露出させ、他方の電極を被処理液に浸漬させる様にして、電極間に気体と被処理液を介在させる様にしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る液体処理方法や液体処理装置によれば、プラズマ発生に必要な印加電圧を低くすることができ、よって消費電力量を低減し、エネルギーコストを低くして、効率良く被処理液を電気化学的に浄化殺菌処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る液体処理装置を示す断面図。
【図２】図１に示す液体処理装置の底面図。
【図３】従来の液体処理装置を示す断面図。
【図４】他の従来の液体処理装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１    蓋電極
１１ａ  排出口
１２    管型電極
１２ｂ  処理槽内開口部
１３    容器胴部
１４    底蓋
１５    被処理液注入口
１６    処理槽
１７    気泡
【図１】
0004041224.tif 000002
【図２】
0004041224.tif 000003
【図３】
0004041224.tif 000004
【図４】
0004041224.tif 000005