(57)【要約】【課題】  生細胞処理の効率が良い水処理ができる方法とその装置を得る。【解決手段】本発明の水処理装置は、貯水タンク１に貯蔵されている被処理水をポンプ３と循環路を介して水処理部４に循環させ処理するもので、細胞を電界により濃縮する処理水濃縮部８と、処理水濃縮部８と貯水タンク１との間に設けたバルブ１２および循環ポンプ７と、電界、バルブおよびポンプを制御する制御器１４とを備えたものである。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が貯蔵されている貯水タンクから被処理水を水処理部に循環させて処理する水処理方法において、
前記貯水タンクと前記水処理部との間の循環路に処理水濃縮部を設け、電界による誘電泳動力を用いて被処理水内の細胞を吸着・放出し処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
被処理水が貯蔵されている貯水タンクから被処理水を水処理部に循環させて処理する水処理方法において、
前記貯水タンクと前記水処理部との間の循環路に設けた処理水濃縮部に電界を印加させて細胞を濃縮する第１工程と、前記処理水濃縮部で濃縮した処理水を前記水処理部に循環させて処理する第２工程と、前記水処理部で処理した処理水を前記貯水タンクに循環する第３工程とを含むことを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記細胞に正の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加することを特徴とする請求項２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記第１工程は、前記細胞に正の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加した後、生細胞に負の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加することを特徴とする請求項３記載の水処理方法。
【請求項５】
前記第１工程で印加する電界は、周波数が７０ｋＨｚ以上の高周波電界であることを特徴とする請求項２記載の水処理方法。
【請求項６】
貯水タンクに貯蔵されている被処理水をポンプと循環路を介して水処理部に循環させ処理する水処理装置において、
前記循環路に電界を印加して細胞の濃度を濃縮する処理水濃縮部を設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項７】
貯水タンクに貯蔵されている被処理水をポンプと循環路を介して水処理部に循環させ処理する水処理装置において、
前記循環路に設けた細胞を電界により濃縮する処理水濃縮部と、前記処理水濃縮部と前記貯水タンクとの間の循環路に設けたバルブおよび循環ポンプと、前記電界、バルブおよびポンプを制御する制御器とを備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項８】
前記処理水濃縮部の電界は、その壁面および壁面から所定の距離を隔てた内部に不平等な電界を発生させる形状の電極対と、前記電極対に高周波電圧を印加する高周波電源により発生することを特徴とする請求項６または７記載の水処理装置。
【請求項９】
前記処理水濃縮部の電極対は、一方の電極の近傍の電界が両電極間の平均電界よりも高くなるようにしたことを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記電極対の一方は、対向する他方の電極に向けて突起を有することを特徴とする請求項８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、上水、下水、ゴミ処理場浸出水、畜産排水、食品加工用排水、プール用水、船舶用バラスト用排水、湖沼等の汚染水等における細胞の集合体である微生物、細菌類含有水の処理を行う水処理方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、用・排水中に含まれる有害な細胞の集合体である微生物、細菌類の処理に、放電等により生成されるオゾンやヒドロキシラジカル等の活性種を利用して水を浄化する処理方式が定着しつつある。
オゾンやヒドロキシラジカル等の活性種は、それ自身がもつ強力な酸化力で水中に溶解している溶存性の有機物を酸化分解する作用があり、上下水のみならず産業用排水、プール用水、船舶用バラスト用排水等の各種用排水の殺菌手段として導入が広がりつつある。
オゾンを利用した一般的な処理方法としては、空気または高濃度酸素を放電空間に通気して気体オゾンを生成し、これを散気等により水中に溶解して除去対象物質に接触反応させるといったものである。しかし、この方法は電力効率が悪いこと、大型の装置、高いコスト等の問題がある。
こうした対策として、水中に設置した電極間で空気や酸素を積極的且つ効率的に曝気することによって微小気泡を発生させ、こうした水中内の気泡空間で放電を発生させるといった方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、放電空間を形成するための微細気泡を生成するための、空気または酸素ガスを供給する設備や、気泡を微細化するための設備が不要な方法として、キャビテーションを発生させ、キャビテーションバブル内で、放電を起こす方法もある（特願２００６-１５１５３８）。
これらの方法に共通している構成を図を用いて簡単に説明する。図４は従来の水処理装置を示す概略構成図である。図４において、１は貯水タンク、２は被処理水、３はポンプ、４は放電空間が設けられている水処理部、５は処理水である。
貯水タンク１に貯められている被処理水２は、ポンプ３により、処理水を放電空間が設けられている水処理部４に送られる。水処理部４では、放電が形成されオゾン及び／またはヒドロキシラジカル等の活性種が生成される。これらは速やかに被処理水中に溶け込み、処理対象有機物と効果的に反応し、これを分解する。水処理部４で処理対象有機物が分解除去された処理水５は貯水タンクに戻される。このようにして処理水内の有機物が除去される。
【特許文献１】特開２００１−１０８０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来の水処理装置においては、有害なのは処理水内の生細胞のみであるにも関わらず、処理水全体を水処理部に通水する必要があり、効率が悪いという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、生細胞の処理効率が良い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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、被処理水が貯蔵されている貯水タンクから被処理水を水処理部に循環させて処理する水処理方法において、前記貯水タンクと前記水処理部との間の循環路に処理水濃縮部を設け、電界による誘電泳動力を用いて被処理水内の細胞を吸着・放出し処理するものである。
請求項２に記載の発明は、被処理水が貯蔵されている貯水タンクから被処理水を水処理部に循環させて処理する水処理方法において、前記貯水タンクと前記水処理部との間の循環路に設けた処理水濃縮部に電界を印加させて細胞を濃縮する第１工程と、前記処理水濃縮部で濃縮した処理水を前記水処理部に循環させて処理する第２工程と、前記水処理部で処理した処理水を前記貯水タンクに循環する第３工程とを含むものである。
請求項３に記載の発明は、前記第１工程が前記細胞に正の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加するものである。
請求項４に記載の発明は、前記第１工程が前記細胞に正の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加した後、生細胞に負の誘電泳動力が働く周波数の電界を印加するものである。
請求項５に記載の発明は、前記第１工程で印加する電界が周波数７０ｋＨｚ以上の高周波電界である。
請求項６に記載の発明は、貯水タンクに貯蔵されている被処理水をポンプと循環路を介して水処理部に循環させ処理する水処理装置において、前記循環路に電界を印加して細胞の濃度を濃縮する処理水濃縮部を設けたものである。
請求項７に記載の発明は、貯水タンクに貯蔵されている被処理水をポンプと循環路を介して水処理部に循環させ処理する水処理装置において、前記循環路に設けた細胞を電界により濃縮する処理水濃縮部と、前記処理水濃縮部と前記貯水タンクとの間の循環路に設けたバルブおよび循環ポンプと、前記電界、バルブおよびポンプを制御する制御器とを備えたものである。
請求項８に記載の発明は、前記処理水濃縮部の電界は、その壁面および壁面から所定の距離を隔てた内部に不平等な電界を発生させる形状の電極対と、前記電極対に高周波電圧を印加する高周波電源により発生するものである。
請求項９に記載の発明は、前記処理水濃縮部の電極対は、一方の電極の近傍の電界が両電極間の平均電界よりも高くなるようにしたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記電極対の一方は、対向する他方の電極に向けて突起を有するものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１〜３および６〜９に記載の発明によると、処理水濃縮部内あるいは壁面に設けられた電極部近傍に、誘電泳動により細胞等が濃縮され、その細胞等が濃縮された被処理水を水処理部に送ることができるため，効率よく水処理することができる。
請求項４に記載の発明によると、水処理部に水を送る際には生細胞には負の誘電泳動力が働くため、電極近傍から生細胞が離れ、さらに効率よく水処理することができる。
請求項５に記載の発明によると、細胞種類によらず生細胞に正の誘電泳動力が働くので、すべての細胞を効率よく水処理することができ、かつ安価な高周波電源を用いることができる。
請求項１０に記載の発明によると、電極対の両電極形状を同一とすることができるため、水処理装置の製造・メンテナンスが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の実施例１を示す水処理装置の構成図である。図において、６、６’は配管、７は循環ポンプ、８は処理水濃縮部、９は高圧電極、１０は接地電極、１１は高周波電源、１２は配管６、６’の途中に設けられたバルブ、１３は絶縁体、１４はバルブ、ポンプ、高周波電源などを制御する制御器である。なお、その他の符号は前出のため説明を省略する。
処理水濃縮部８は、その内部または壁面に処理水内の細胞に誘電泳動力を働かせるために少なくとも一方の電極の近傍の電界が両電極間の平均電界よりも高くなるよう不平等形状を持つ高圧電極９および接地電極１０が設けてられている。
高圧電極９および接地電極１０の詳細な構造を図２に示す。図２において高圧電極９、接地電極１０と１１高周波電源間の配線は省略している。図２の例では高圧電極９と接地電極１０は同心円筒形状をしており、高圧電極１０に近づくほど電界が強くなる形状となっている。
水処理を行う水処理部４は、オゾン注入方式やキャビテーションバブル内で放電させる方式あるいはフィルター式等いずれの方法でもよい。そして、水処理部４は配管により処理水濃縮部１０に接続されている。
本発明が従来技術と異なる部分は、貯水タンクのほかに処理水濃縮部を設け、処理水濃縮部内あるいは壁面に処理水内の細胞に誘電泳動力を働かせるために少なくとも一方の電極の近傍の電界が両電極間の平均電界よりも高い不平等形状を持つ電極と、電極間に高周波電圧を供給する高周波電源を備えたことにある。
【０００８】
つぎに、その動作について述べる。
貯水タンク１に貯められている被処理水は、配管（往）６と配管（往）６の途中に設けられているバルブ１２、循環ポンプ７を介して、処理水濃縮部８に送られ、処理水濃縮部８から出た処理水は配管（復）６’と配管（復）６’の途中に設けられているバルブ１２’を介して、貯水タンク１に戻るという形で循環している。処理水が循環している状態で、処理水濃縮部８に中央部に設けられた高圧電極９と処理水濃縮部８壁面に設けられた接地電極１０間に、高周波電源１１から７０ｋＨｚ以上、好ましくは７０〜１００ｋＨｚで、電極対間の平均電界が0.5〜1kV/ｃｍの電圧を印加すると、高圧電極９接地電極１０間には、不平等電界が生じ、その電界は高圧電極９に近いほど強くなる。なお、このとき印加する電圧は、高圧電極から放電が発生しない程度に抑えることが好ましい。その具体的電圧値は電極間距離に依存するので設計事項とする。また、７０ｋＨｚという周波数領域では、ほとんどの細胞が正の誘電泳動を示すので、被処理水中に含まれる細胞が、高圧電極に吸着する。このため、処理対象水を貯水タンク１と処理水濃縮部８の間で循環させていると、次第に処理水濃縮部８内の、細胞濃度が、貯水タンク１内の濃度よりも高くなる。次に、配管（往）６および配管（復）６’にそれぞれ設けられたバルブ１２を閉じる。これにより、処理水濃縮部８内に、細胞濃度が高い被処理水が貯められたことになる。この状態で、ポンプ３および水処理部４を作動させ、処理水濃縮部８内の被処理水を処理する。このように、通常の放電による水処理における電圧の１／１０程度の電圧で、予め、被処理水内の細胞濃度を高め、被処理水を水処理部４に供給することができるので、効率的に水処理を行うことができる。
また、バルブ６、６’を閉めた後、高周波電源１１を切ると、高圧電極９と接地電極１０間の電界がなくなり、細胞に働く誘電泳動力もなくなるので、高圧電極９に吸着されていた細胞が拡散し、水処理の効率がさらに高くなる。
さらに、バルブ６、６’を閉めた後、高周波電源１１の周波数を１ｋＨｚに切り替え、高圧電極９と接地電極１０間の電界を印加すると、生細胞には、負の誘電泳動力が働くため、生細胞は、高圧電極９近傍から放出され、生細胞が効率よく水処理部４に送られ、さらに効率よく細胞を死滅させることができる。
なお、循環ポンプ７の運転、バルブ１２の開閉、高周波電源１１の入り切りまたは周波数切り替え、ポンプ３および水処理部４の運転状態は、制御器１４で管理できる。
また、図３に高圧電極９と接地電極１０の他の例を示す。図３においては、高圧電極９と接地電極１０は対向平板状となっているが、高圧電極９および接地電極１０には突起９’、１０’が設けられており、両電極の突起９’、１０’近傍の電界が強くなる形状となっている。突起は、高圧電極あるいは接地電極の片側だけに設けてもよい。この場合は、突起が設けられた電極側のみ電界が強くなる。また、高圧電極および接地電極の形状は図２、図３の形状に限らず、少なくとも片側の電極の近傍に電界が集中するような形状とすればよい。また、電極間に誘電体を配置して電界集中部を形成しても良い。
【０００９】
このように、処理水濃縮部を設け、そこに貯えられた、細胞濃度が高い被処理水を水処理部に送るような構成をしているので、効率のよい水処理が行える。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
また、貯水タンクの替わりに、直接プール等にこの実施例を適用することも可能であるし、被処理水を処理水濃縮部に１回通すだけで、被処理水内の細胞が十分処理水濃縮部に濃縮され、処理水濃縮部から流出する処理水内の細胞の濃度が目的の濃度よりも低ければ、循環式とせず、流入式の水処理装置にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を示す水処理装置の概略構成図
【図２】本発明の処理水濃縮部の電極構造を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ線に沿う横断面図
【図３】本発明の他の電極構造を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ線に沿う横断面図
【図４】従来の水処理装置を示す概略構成図
【符号の説明】
【００１２】
１  貯水タンク
２  被処理水
３  ポンプ
４  水処理部
５  処理水
６  、６’配管
７  循環ポンプ
８  処理水濃縮部
９  高圧電極
１０  接地電極
１１  高周波電源
１２  バルブ
１３  絶縁体
１４  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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