静電気学会誌，40, 2（2016）90-95

J. Inst. Electrostat. Jpn.

論

文

ダイヤフラム放電／オゾン併用方式による
高導電率・高有機濃度随伴水の無機化処理
佐伯 亮 ，立花 孝介 ，神谷 佑 ，溝口 秀彰 ，竹内 希 ，安岡 康一
＊, 1

＊

＊

＊

＊

＊

（2015年10月28日受付；2016年1月20日受理）

Mineralization of highly conductive and contaminated produced waterusing an oxidation system combining diaphragm discharge and ozone＊, 1

Ryo SAEKI＊＊＊

Kosuke TACHIBANA , Yu KAMIYA , Hideaki MIZOGUCHI ,＊＊Nozomi TAKEUCHI , and Koichi YASUOKA（Received October 28, 2015; Accepted January 20, 2016）

Produced water associated with crude oil production contains highly concentrated organic compounds. In this study, two typesof produced water（ PW1 and PW2）with different properties were treated using an advanced oxidation system combining
diaphragm discharge and ozone. PW1 and PW2 were mineralized within 330 min and 50 min, respectively. More than 90% of
total organic carbon（ TOC ）was removed in both cases. Treatment of PW1 led to a maximum decomposition rate anddecomposition efficiency of 0.071 gTOC/h and 0.374 gTOC/kWh, respectively. The decomposition rate is ten times higher thanthat of other plasma treatments; therefore, this oxidation system showed the potential for large scale treatment. The
decomposition efficiency can be expected to increase when optimizing diaphragm discharge conditions and controlling plasma
power according to the concentration of organic components.

1．はじめに大容量処理に向くという利点がある ．本研究室では水
6）

原油の採掘時に大量に生産される随伴水（ PW: Produced

中気泡内プラズマにより生成される過酸化水素と，バリ

Water ）の処理が問題になっている．随伴水には油分，

ア放電で生成されるオゾンを組み合わせた O3/H2O2 法を塩分，水溶性有機物，重金属類などが含まれ，含有する研究してきた ．本方式はプラズマのみで実現可能な方物質の種類や濃度，導電率，採掘量は場所によって大き式であるため，オンサイト処理を必要とする随伴水に適く異なる．地上の油田で生産される随伴水は遠心分する．先行研究では，油分を除去した高濃度難分解性有離，重力沈殿，凝集分離等による油分除去ののち，地下機物を含む随伴水 50 mL の無機化処理に成功した ．油に圧入処理されている．一方，洋上のプラントにお分除去にかかる時間は 5 分と短いので ，これに見合っいては随伴水を地上へ輸送することが困難なため，多くた高速の無機化処理が必要となる．なお原理検証には少の場合海へ放流されている．しかし環境規制の強化から，なくとも 1 L の処理容量が望まれる．水中気泡内プラズ

随伴水中の油分を除去し，さらに難分解性有機物を分解

マによる過酸化水素生成の生成速度は約 10 mg/h である

可能なオンサイトシステムが求められている．

が，目標容量の実現には 10 倍以上の生成速度が必要と

1, 2）

3-5）

難分解性有機物の分解にはヒドロキシラジカル（ OH

7）

7）

5）

され，大容量化に向けた課題があった．

ラジカル）を利用する促進酸化処理が用いられる．その

そこで筆者らは高有機物濃度で高導電率の随伴水を高方式は多岐にわたるが，
オゾン（ O3）と過酸化水素（ H2O2）

速度に進酸化処理できる方式として，ダイヤフラム放電を水中で反応させて OH ラジカルを生成する O3/H2O2 法の利用を検討した．ダイヤフラム放電は水中放電の一種

はオゾンの利用効率が高く，他の促進酸化処理に比べてであり，高導電率溶液中においても，処理液が蒸発してできる気泡中に放電を生成できる ．水蒸気気泡中に放8）キーワード：ダイヤフラム放電，水中プラズマ，オゾン /過酸化水素法，促進酸化処理，過酸化水素生成＊
東京工業大学大学院 理工学研究科 電気電子工学専攻（〒152-8552 東京都目黒区大岡山 2-12-1）
Department of Electrical and Electric Engineering, Tokyo
Institute of technology, 2-12-1 O-okayama, Meguro-ku,
Tokyo 152-8552, Japan1
saeki@plasma.ee.titech.ac.jp

電が生成されるので，水が多量に解離して OH ラジカルが生成される．続いて OH ラジカルが再結合して過酸化水素が生成されるため，他のプラズマに比べて過酸化水
素の生成量が大きくなる．本論文では電気分解による電極の摩耗を防ぐ目的で交流矩形波電圧によりダイヤフラム放電を駆動し，過酸化水素の生成特性を評価した．併せて O3/H2O2 促進酸化システムにより高導電率・高濃度

ダイヤフラム放電／オゾン併用方式による高導電率・高有機濃度随伴水の無機化処理（佐伯 亮ら） 91（33）
有機廃水である随伴水の無機化実験を行い，有機物の分
解速度や分解効率などの観点から評価を行った．

2．実験装置と測定方法
2.1 ダイヤフラム放電とリアクタ構成
図 1 にダイヤフラム放電リアクタの構成図を示す．ダイヤフラムリアクタは長さ 10 cm，直径 3 cm の 2 つの円筒アクリルと，セラミック隔壁で構成されている．セラミック隔壁の厚さは 1 mm で，四隅に固定用の貫通穴，
中心に直径 0.3 mm の微細孔を持つ．2 つのアクリル容器とセラミック隔壁は O リング（マスオカ，
フッ素ゴム）

図 2 実験装置構成
Fig.2 Schematic of experimental setup.

でシールした．アクリル容器にはステンレス製（ SUS304）

バータを用いた．インバータの出力は昇圧トランスとバ

高電圧電極，接地側電極，処理液循環用の流入・流出ポ

ラスト容量（1 nF ）を介してダイヤフラムリアクタに接ート，減圧弁を取り付けた．減圧弁はリアクタ内の圧力続した．直流電源（ KIKUSUI，PWR400M ）の出力電圧が異常に高まった場合，大気開放を行いリアクタ内の圧を調整することで，インバータの出力電圧を最大 4 kV

力を大気側に逃がすものである．

まで調節した．また，スイッチングの制御により出力波
形の周波数，PDM（ Pulse Density Modulation ）値を変更できる．ここで，PDM 値は矩形波の間引き率を表し，例えば PDM 値 2/4 と記した場合は，2 周期の間電圧を出力した後，4 周期の間電圧を出力しない設定を表す．高電圧プローブ（ Tektronix，P6015A ）によりリアクタ印
加電圧を，シャント抵抗（10 Ω ）に取り付けた電圧プ
ローブ（ Tektronix，TPP1000）により電流を測定し，オシロスコープ（ Tektronix，MDO3104）で観測した．平
均放電電力の計算には LabVIEW（ NI ）により作成したプログラムを用いた．このプログラムはオシロスコープ
から電圧電流波形を受け取り，瞬時電力を積分して放電中の積算電力量を算出する．平均の放電電力は，算出さ

図 1 ダイヤフラム放電リアクタの構成
Fig.1 Structure of diaphragm discharge reactor.

れた電力量を放電時間で除することにより求めた．処理
液は送液ポンプ（ヤマト科学，Master Flex L/S ）によってリアクタと処理液タンクとの間を流量 400 mL/min で

ダイヤフラム放電の生成過程は主に，①電流によるジ循環させた．オゾンはオゾナイザ（エコデザイン，ED-ュール熱の発生，②気泡の生成，③放電の形成の 3 つにOG-R5）によって発生させ，散気管（アズワン，ケラミ

分かれる．まず電極間に電圧を印加すると，処理液中にフィルタ）で処理液タンクに導入した．処理液タンクに電流が流れる．その際，微細孔では電流が集中し，大きてオゾンと過酸化水素が反応して促進酸化を行う．オゾなジュール熱が発生するため微細孔内の処理液が蒸発

ン濃度は 100 g/m ，オゾン流量は 1 L/min とした．気相し，微細孔は水蒸気気泡で満たされる．処理液導電率がオゾン濃度はガス流路の入口と出口においてオゾン濃度高いため，水蒸気気泡にはほぼ電源電圧がかかり絶縁破計（荏原実業，EG-600）で測定した．

3

壊が生じ，気泡内に 0.3 mm 程度の直径を持つ放電柱が2.3 処理対象と評価方法形成される．水蒸気放電により生成した過酸化水素は周

随伴水は採掘される場所によって性状が異なるが，本辺の処理液に溶解し，液相オゾンと反応して OH ラジカ

研究では 2 種類の油分除去済み随伴水を処理対象としルとなり有機物を分解する．

た．それぞれの TOC（全有機炭素）濃度，pH，導電率，2.2 分解実験構成

およびインバータ電源の駆動条件を表 1 に示す．各随伴

図 2 にダイヤフラム放電を用いた促進酸化処理実験の

水での電源条件は事前の放電実験において放電が安定に

構成図を示す．駆動電源には矩形波交流を出力するイン生成できた条件とした．PW1 の導電率および TOC 濃度

静電気学会誌 第40巻 第 2 号（2016）

92（34）

表 1 随伴水の性状と電源条件
Table 1 Characteristic of produced water and inverter condition.
TOC concentration
pH
Conductivity
VoltageFrequency
Invertercondition
Duty ratio
PDM valuePW1
424 mgTOC/L
7.6
39 mS/cm
2 kV
10 kHz
100％
1/0

PW2
56.8 mgTOC/L
8.2
1.0 mS/cm
4 kV
20 kHz100％
2/4

は PW2 より大きかった．どちらの随伴水も酢酸を中心とした水溶性有機物と，塩化物イオンなどの無機イオンを含み，pH は中性付近だった．随伴水の無機化は TOC
メーター（島津製作所，TOC-LCSN ）で測定した TOC 濃
度の減少量から評価した．なお本実験では，TOC 濃度の減少率が 90％以上となった場合を分解の成功とした．

2.4 過酸化水素とオゾンの測定
随伴水の中に溶け込んだオゾンは，随伴水中の有機物
や過酸化水素と反応して失われていくため，水中のオゾン濃度の測定は難しい．そこで，気相のオゾン濃度を測定することで液中のオゾン消費量を見積もった．リアクタ
入口と出口でのオゾン濃度計の表示値をパソコンに取り込み，時間積分して入口と出口を通過したオゾン量を算

図 3 随伴水中でのダイヤフラム放電電圧電流波形
（
（ a）
:PW1，
（b）
:PW2）
Fig.3 Voltage and current waveforms of the diaphragm discharge
in PW1（a）and PW2（b）.

（a）と同様の理由で電圧は電流の増加に伴い減少した．電出し，その差から液中で消費されたオゾン量を算出した．

圧印加開始時の電流値が小さいのは，導電率の影響によ

過酸化水素についても，随伴水中には多種多様なイオり放電が安定しないためである．また，どちらの場合もン，還元物質が存在するので，ダイヤフラム放電で生成印加電圧のピークは電源電圧より大きい．これは極性反された過酸化水素量を正確に測定することは難しい．そ転時にバラスト容量の電圧が加算されるためである．図

こで，導電率と pH を随伴水と同程度に調整した硫酸ナ

3（a）
，
（b）
の平均電力はそれぞれ 99.2 W，185 W となった．

トリウム溶液中でオゾンを注入せずに放電し，生成した

3.2 ダイヤフラム放電による過酸化水素の生成特性

過酸化水素の濃度を測定して生成速度を見積もった．

本方式での促進酸化の評価や考察を行うため，ダイヤ

PW1 に対応した模擬処理液は Na2SO4 3wt％，導電率 32

フラム放電で生成された過酸化水素の測定を行った．

mS/cm とし，PW2 に対しては Na2SO4 0.1wt％，導電率 1

PW1，PW2 模擬処理液を 250 mL リアクタに投入し，各mS/cm とした．処理液中の過酸化水素濃度は，H2O2 測随伴水での無機化実験と同じ電源駆動条件で放電を行定用試薬（共立理化学研究所，WAK-H2O2）を用いて呈い，過酸化水素濃度の測定を行った．この時の電圧電流色させた後，吸収波長 525 nm での吸光度を分光光度計

波形は図 3 の波形とほぼ同様だった．放電を 2 分間行っ

（ JASCO，
V-630）で測定することにより濃度を算出した．

た結果，模擬処理液の過酸化水素濃度は PW1，PW2 模擬処理液でそれぞれ 39.7 mg/L，41.3 mg/L となった．こ3．実験結果の結果から，どちらの模擬溶液でも同程度の過酸化水素

3.1 電圧電流波形と放電電力が生成できていることがわかる．このときのプラズマ電

随伴水中にダイヤフラム放電を生成した際の代表的な力，過酸化水素の生成速度，生成効率を表 2 に示す．た

電圧電流波形を図 3 に示す．表 1 に示したように，印加

だし，生成速度は 2 分時点での過酸化水素の生成量を放する電圧は PW1 において 2 kV，10 kHz の交流矩形波，PW2 において 4 kV，
20 kHz の交流矩形波とした．図 （3 a）
では，電流がプラズマの発生により増加したが，直列接続したバラスト容量の電圧上昇により減少し，これに伴いリアクタ電圧も減少しプラズマが消弧する．このためリアクタ電圧は矩形波にならない．図 3（b）の場合も図 3

表 2 プラズマ電力と過酸化水素の生成速度，生成効率
Table 2 Plasma power, H2O2 generation rate and energy yield.
Plasma Power
H2O2 generation rate
H2O2 energy yield

PW1 simulated
102 W
298 mg/h
2.93 g/kWh

PW2 simulated
206 W
310 mg/h
1.50 g/kWh

ダイヤフラム放電／オゾン併用方式による高導電率・高有機濃度随伴水の無機化処理（佐伯 亮ら） 93（35）
電時間で除することで，生成効率は生成速度を平均放電

4．考察

電力で除することで求めた．ダイヤフラム放電による過4.1 過酸化水素の生成効率について

酸化水素の生成速度は PW1，PW2 模擬溶液でそれぞれ

表 2 に示した模擬処理液での過酸化水素生成効率は，298 mg/h，310 mg/h，生成効率は 2.93 g/kWh，1.50 g/kWh

PW1 模擬溶液が，PW2 模擬溶液の約 2 倍となっている．

と計算された．なお，放電前後で電極の劣化は生じなかった．

この生成効率の差は溶液の導電率により生じたと考えら

3.3 随伴水無機化実験

れる．ダイヤフラム放電では気泡の生成にジュール熱を

PW1 処理時の TOC 濃度と pH の時間変化を図 4 に示す．

利用するため，放電の特性は微細孔内の抵抗値に大きく

TOC 濃度は初期値 424 mgTOC/L から初めの 30 分で大きく影響される．導電率の差による損失エネルギーの差を見減少した．その後いったん減少が滞ったが，180 分で再積もるため，ダイヤフラム放電の等価回路を用いて検証

び大きく減少し始め，330 分時点において 32.1 mgTOC/L とを行う．ダイヤフラムリアクタの等価回路を図 6 に示す．

なった．TOC の減少率は 92.4％となった．pH は初期値

ダイヤフラムリアクタは等価的に水抵抗 Rw，微細孔中7.4 から分解が進むにつれて徐々に増加していき，実験終

抵抗 Rh の直列接続回路と考えられる．また隔壁間容量

了時点で 8.8 となった．実験中の随伴水の pH は O3/H2O2

Ch，処理液の寄生容量 Cw も存在する．Rh は処理液の導法による OH の生成に適した弱塩基性領域であり，分解電率，気泡の生成状況によって変化する．気泡が生成さに適切な状態が維持された ．

れるまでは，電源と直列に接続したバラスト容量 C と7）

同様に PW2 の処理時の TOC 濃度と pH の時間変化をリアクタの間の充放電によって Rh にエネルギーが供給

図 5 に示す．TOC 濃度は初期値 56.8 mgTOC/L から初めのされる．リアクタの寄生容量はバラスト容量に比べ十分

20 分まではほぼ線形に減少し，その後穏やかに減少し小さいので，簡単なために Ch，Cw を無視し，Rh が一定ていった．50 分時点において TOC 濃度は 2.7 mgTOC/L と値であるとする．このとき 1 度のバラスト容量の放電でなった．TOC の減少率は 95.2％となった．pH は初期値消費される熱量 Qdis［ J ］と蒸発に必要な熱量 Qb［ J ］と8.2 からいったん 7.5 まで減少し，その後 40 分から増加の間に（1）式が成立する．ただし微細孔体積を Vh［ cm ］，

していき，実験終了時点において 8.4 となった．PW2 の水の比重を 1 g/cm ，比熱を 4.19 J/g/K，蒸発熱を 2257 J/g，

処理中においても pH は弱塩基性領域を推移した．

蒸発に必要なコンデンサ放電回数を N，沸点までの温度

33

差を Δ T = 75 K とする．
（1）
バラスト容量の放電によって，1度気泡を生成するまでに消費されるエネルギー損失 Eloss［ J ］は（2）式で表される．
（2）
結局，Rw と Rh を測定することで Eloss を見積もることが出来る．表 3 に測定した抵抗値と，それにより見積もら
図 4 PW1 処理時の TOC 濃度と pH の時間変化
Fig.4 TOC concentration and pH vs. treatment time for PW1.

れる Eloss の値を示す．ただし，各抵抗値の測定には LCR
メーター（ HIOKI，IM3536）を用いた．この装置は測定対象のインピーダンス周波数特性を測定でき，測定した周波数特性と図 6 の等価回路を仮定したインピーダンス

図 5 PW2 処理時の TOC 濃度と pH の時間変化
Fig.5 TOC concentration and pH vs. treatment time for PW2.

図 6 電圧印加時のダイヤフラムリアクタ等価回路
Fig.6 Equivalent circuit of diaphragm reactor.

静電気学会誌 第40巻 第 2 号（2016）

94（36）

表 3 リアクタ等価抵抗とジュール熱による損失
Table 3 Equivalent resistance of reactor and loss of joule heart.
R［
kΩ ］
h
6.52
120

PW1
PW2

Rw［ kΩ ］
0.0447
1.07

Eloss［ J ］
1.08
1.63

有機炭素量を処理時間と処理液体積で除することにより求め，分解効率は分解速度をプラズマ電力とオゾン生成に消費した電力の和で除することで求めた．図 7 にプラズマを用いた酢酸分解の他研究例と本研究の比較を示す．主な報告例としては見市らによる水上パルス放電 ，12）の周波数特性とを最小二乗法によりフィッティングする

南谷らによる水滴中パルス放電 ，西山らによるマルチ

ことで Rw と Rh を求めた．表 3 より Eloss は PW1 と PW2

バブルジェット ，片山らによる気液 2 層流バリア放電においてそれぞれ 1.08 J，1.63 J となり，PW2 の方が損がある．図 7 より分解効率の高い方式は分解速度が非常失が大きいことがわかる．これは PW2 の水抵抗が PW1に小さくなり，分解効率と分解速度にはトレードオフがより大きいことに起因し，過酸化水素生成効率の差が生あることが確認できる．見市らの実験でもこのトレードずると考えられる．以上から PW2 における過酸化水素

オフが指摘されており，同氏の実験ではプラズマ電力が生成効率の低下の主な原因はジュール損失といえる．

大きくなるにつれて効率が低下した．これは電力が増加

13）

14）

15）

本実験での過酸化水素の生成効率の最大値は 2.93 g/

すると OH の再結合が促進されてしまうためである．本kWh となった．プラズマを用いた過酸化水素の生成に

研究は他研究と比較し，分解効率は同程度か 1 桁低い値，

関しては，Locke らにより高効率なグライディングアー

分解速度は 1 桁から 3 桁大きい値となった．これにより

ク放電（80 g/kWh，20 mg/h ）や ，水膜放電（18.5 g/kWh，

本実験では他方式と同程度の分解効率において，難分解

9.3 mg/h ） が報告されているが，生成速度が最大 20性有機物の高速分解に成功し，有機廃水の大量処理シス

mg/h と小さく，導電率が数 mS/cm 以上となる溶液へのテム実現の可能性を示した．しかし実用化に向けてはさ適応は難しい．表 3 の結果が示すように，ダイヤフラム

らなる効率化が望まれ，過酸化水素生成効率の向上，活放電では導電率が高いと効率的にジュール熱を利用で性種の効率的な利用のための考察が必要である．

9）

10）

き，生成速度も約 300 mg/h と他方式と比較して高速でPW1 分解実験での効率は PW2 に比べ大きくなった．こある．以上から，ダイヤフラム放電は随伴水のような高れは前述のように過酸化水素の生成効率が PW1 の場合の導電率・高濃度廃水の処理に適していると考えられる．

方が高いこと，そして PW1 の TOC 濃度が高いために生

しかしながら，過酸化水素生成の効率化は課題の一つで成された OH が効率的に分解に寄与したことが理由としある．Leys らは交流正弦波を用いたダイヤフラム放電て考えられる．OH は
（3）
式，
（4）
式の連鎖反応により生成を行っており，微細孔長と微細孔径を変化させて，最大され，（5）式の反応で難分解性有機物を二酸化炭素に分解

で 8.1 g/kWh を達成した（微細孔径 0.5 mm，長さ 1 mmの場合） ．本実験では微細孔の形状をほぼ同様とした
11）が，生成効率は 2.93 g/kWh にとどまった．適切な電源条件を調査することにより，ダイヤフラム放電での過酸化水素生成は改善が可能であると考えられる．

4.2 随伴水の無機化処理について
随伴水の処理特性を表 4 に示す．ただし，プラズマにより生成された過酸化水素は反応によってすべて消費されると仮定し，表 2 に示した生成速度を単位変換して，消費速度とした．全有機炭素の分解速度と分解効率はPW1 の場合でそれぞれ 0.071 gTOC/h，0.374 gTOC/kWh となった．PW2 の場合では 0.065 gTOC/h，0.223 gTOC/kWh となった．ただし，分解速度は実験終了時までに分解された

図 7 プラズマによる難分解性有機物分解の比較
Fig.7 Comparison of treatment of persistent organic compounds
8, 12-15）
by plasma methods．
8, 12-15）

表 4 随伴水の処理特性
Table 4 Treatment characteristic of produced water.

PW1
PW2

Decomposition rate
［ gTOC/h ］
0.071
0.065

Decomposition
efficiency［ gTOC/kWh ］
0.347
0.223

O3 consumption rate3
［ mmol/m /s ］
7.98
9.60

H2O2 consumption rate3
［ mmol/m /s ］
2.43
2.53

Δ O3/Δ H2O2
mole ratio
3.28
3.79

Δ TOC/Δ O3mole ratio
0.20
0.16

ダイヤフラム放電／オゾン併用方式による高導電率・高有機濃度随伴水の無機化処理（佐伯 亮ら） 95（37）する．しかし，OH の生成源となる過酸化水素とオゾンが解性有機物分解と比較し 1 桁以上高い値となり，他方式

過剰に存在すると（6）式，（7）式の反応により OH を消費と比較して高速かつ大容量処理が可能と考えられる．ダしてしまう．処理液中の有機物濃度が高いと，（5）式によ

イヤフラム放電による過酸化水素の生成効率は最大でる分解が促進され，分解効率が上昇すると考えられる．

2.93 g/kWh となった．本システムではダイヤフラム放電の（3）

最適化，処理対象の TOC 濃度によって放電電力を制御す

HO + O3 → OH + O2 + O（4）

ることにより，さらなる効率化・高速化が期待される．

organic compounds + OH → CO2 + by–products（5）

O3 + OH → O2 + HO2

（6）

謝辞

H2O2 + OH → H2O + HO2

（7）

本研究は
（独法）石油天然ガス・金属鉱物資源機構，並H2O2 扌 H + HO
+

–
2

–
2

–
2

過酸化水素の消費速度は，PW1 と PW2 でほとんど変びに JSPS 科研費 26249032 の助成を受け実施された．

わらず 2.43, 2.53 mmol/m /s となったが，オゾンの消費量
3は変化し 7.98, 9.60 mmol/m /s となった．実験の際のオゾ
3

ンガス濃度，流量は同じだったが，PW2 の方がオゾンの消費が大きくなった．これは PW2 の方が処理液中での反応によってオゾンが多く消費され，反応吸収によるオゾンの液相への溶け込みが早いことを意味する．しかし，消費オゾンあたりの TOC 分解量のモル比 Δ TOC/Δ O3を比較すると PW2 は 0.16 となり，PW1 の 0.20 に比べて小さい．これは（6）式による OH の損失が大きく，有機物が効率的に分解できなかったことが原因と考えられる．宍田らの報告によると O3/H2O2 法での促進酸化を効率的に行うには，消費される活性種のモル比 Δ O3/Δ H2O2がおおよそ 1 のときが最適である ．今回の実験で同様
16）にモル比を計算すると，PW1 と PW2 でそれぞれ，Δ O3/

Δ H2O2 = 3.28，3.79 となり，最適値よりオゾンが過剰に存在することがわかった．以上から本システムによる処理をさらに効率化するには，ダイヤフラム放電による過酸化水素の生成速度をさらに増加させ，反応で消費される過酸化水素とオゾンの量を適切に調整することに加え，分解対象中の TOC 濃度によっても活性種の投入量を制御する必要があると考えられる．そこで促進酸化処
理の多段化 ，プラズマ電力の制御による過酸化水素量16）の調整やオゾンガスを循環し再利用することで，さらなる効率化が可能であると考えられる．

5．まとめ
石油とともに排出される随伴水を対象に，ダイヤフラ
ム放電とオゾンを組み合わせた促進酸化処理による無機化処理を行った．無機化処理実験の結果，性状の異なる
2 つの随伴水 PW1（初期濃度 424 mgTOC/L，導電率 39 mS/
cm ），PW2（初期濃度 56.8 mgTOC/L，導電率 1.0 mS/cm ）においてそれぞれ 330 分，50 分以内に 90％ 以上の有機物を分解することに成功した．最大の分解速度と分解効率はPW1 の場合においてそれぞれ 0.071 gTOC/h，0.374 gTOC/kWhとなった．本実験の分解速度は他のプラズマによる難分

参考文献
1） R. A. Welch, D. F. Rychel: Produced Water from Oil and Gas
Operations in the Onshore Lower 48 States. Argonne National
Laboratory,（2014）2） K.L. Fegueredo, et al.: Study of produced water usinghydrochemistry and multivariate statistics in different
production zones of mature fields in the Potiguar Basin –Brazil, J. Petrol. Sci., 116（2014）109-114
3） Belhaj, et al.: Miscible oil recovery utilizing N-2 and/or HC
gases in CO2 injection, J. Petrol. Sci., 111（2013）144-152
4） F.R. Ahmadun, et al.: Review of technologies for oil and gas
produced water treatment, Journal of Hazardous Materials, 170（2009）530-551
5） 山田学，照井茂樹，（株）日立プラントテクノロジー：凝集磁気分離装置．特許第 2825752 号（2012）6） 中山繁樹：OH ラジカル類の生成と応用技術．p.78，NTS，（2008）
7） 石黒崇裕，安岡康一：気泡内プラズマ / オゾン併用方式の促進酸化処理．電気学会論文誌 A，135（2014）175-181
8） P. Lukes, et al.: High Power DC Diaphragm Discharge Excitedin a Vapor Bubble for the Treatment of Water, Plasma Chem.
Plasma Process, 33（2013）83-95
9） R. Brulica, et al.: Formation of H2 and H2O2 in a Water-Spray
Gliding Arc Nonthermal Plasma Reactor, Ind. Eng. Chem.
Res., 49（2010）6342-6349
10）R.J. Wandell and B.R. Locke: Hydrogen Peroxide Generationin Low Power Pulsed Water Spray Plasma Reactors., Ind. Eng.
Chem. Res., 49（2014）609-618
11） A.Y. Nikiforov, C. Leys: Influence of capillary geometry andapplied voltage on hydrogen peroxide and OH radical
formation in ac underwater electrical discharges, Plasma
Sources Sci. Tech. 16（2007）273-280
12）見市知昭，藤本崇史，武田卓紀：水上パルス放電プラズ
マによる水中版分解性有機物の分解．電気学会論文誌 A，131（2011）853-859
13）T. Nose, et al.: Decomposition of Sodium Acetate by Pulsed
Discharge in Water Droplet Spray, IEEE TPS, 41（2013）112-118
14）H. Nishiyama, et al.: Decomposition of Acetic Acid Using
Multiple Bubble Jets with Pulsed Electrical Discharge, Plasma
Chem. Plasma Process, 35（2015）339-354
15）H. Katayama, et al.: Decomposition of Persistent Organics inWater Using a Gas–Liquid Two-Phase Flow Plasma Reactor,
IEEE TPS, 37（2009）897-904
16）宍田健一ら：オゾン / 過酸化水素法における TOC 除去に関する操作因子の影響と高効率システムの構築に関する検討．水環境学会誌，22（1999）199-205