JP2012196621A - Water sterilization apparatus and water sterilization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いて流水中の雑菌を死滅させる水滅菌装置及び水滅菌方法に関する。 The present invention relates to a water sterilization apparatus and a water sterilization method for killing germs in running water using plasma.
半導体製造工場・ＦＰＤ製造工場をはじめ、各種製造工場、事業所、集合住宅等から排出される排水は、通常、下水処理場に送られ、例えば、沈殿槽で汚物等の固形物を沈殿除去し（物理的処理）、次いで、活性汚泥処理（生物的処理）等を行って水中の汚染物質を浄化した後、河川又は海洋に放流される。この場合、環境保護を図るために、通常、殺菌又は滅菌（以下、単に「滅菌」という。）用の薬剤、例えば塩素等は添加されていない。 Wastewater discharged from semiconductor manufacturing plants, FPD manufacturing factories, various manufacturing factories, business establishments, apartment houses, etc. is usually sent to a sewage treatment plant, where solids such as filth are removed by precipitation in a sedimentation tank. (Physical treatment) Next, activated sludge treatment (biological treatment) or the like is performed to purify pollutants in water, and then discharged into rivers or oceans. In this case, in order to protect the environment, a sterilizing or sterilizing agent (hereinafter simply referred to as “sterilization”), for example, chlorine is not added.
また、特定の用途に使用される水においては、滅菌用の薬剤を使用できない場合があり、例えば、半導体製造工場や食品工場で使用される純水及び超純水をはじめ、温泉施設における温泉水、病院等で使用される上水には、その用途又は嗜好に応じて滅菌剤が使用されないものがある。 In addition, water used for specific purposes may not be able to use sterilizing chemicals, such as pure water and ultrapure water used in semiconductor manufacturing factories and food factories, as well as hot spring water in hot spring facilities. Some clean water used in hospitals and the like does not use a sterilizing agent depending on its use or preference.
このように、使用目的によって滅菌処理が施されていない水が多岐にわたって使用されており、これらの水においては、貯留中に、又は貯水池から目的地まで送給する配管内で雑菌が繁殖することがあり、貯留時間が長い程、また貯水池から目的地までの送給距離が長い程、その傾向は大きくなる。 In this way, water that has not been sterilized is used in a variety of ways depending on the purpose of use, and in these waters, germs can propagate during storage or in pipes that feed from the reservoir to the destination. However, the longer the storage time and the longer the feeding distance from the reservoir to the destination, the greater the tendency.
一方、飲料水としての水道水は通常塩素等を用いて滅菌されるが、何らかの理由で塩素が添加されないか又は添加されてもその濃度が低下することによって雑菌が発生することがあり、特に、上水設備が十分でない国又は地方においては、水道水に雑菌が含まれているために飲料水として適さない場合もある。なお、雑菌とは、意に反して発生し増殖した微生物全般を指す。 On the other hand, tap water as drinking water is usually sterilized using chlorine or the like, but for some reason no bacteria may be added, or even if added, miscellaneous bacteria may be generated due to a decrease in concentration, In countries or regions where water supply facilities are insufficient, tap water may contain bacteria and may not be suitable as drinking water. In addition, miscellaneous bacteria refer to all microorganisms that have been generated and propagated against their will.
雑菌が発生、繁殖した水は、飲料水としての適格性に欠ける他、半導体やＦＰＤの製造時における基板洗浄工程に適用されると残留異物の原因となることがある。また、冷却水として使用される場合には、配管の詰まりを生じる虞があり、河川、海洋等に放流される場合は、環境汚染の原因となることがある。また、雑菌が含まれた水を野菜や稲、樹木等の植物に与えると植物の育成が抑制される場合もある。従って、水中に含まれる雑菌を効率よく滅菌するための技術の開発が望まれている。 The water in which various germs are generated and propagated is not qualified as drinking water, and may cause residual foreign matters when applied to a substrate cleaning process in manufacturing semiconductors and FPDs. Further, when used as cooling water, there is a risk of clogging of piping, and when discharged into rivers, oceans, etc., it may cause environmental pollution. In addition, when water containing various bacteria is given to plants such as vegetables, rice, and trees, plant growth may be suppressed. Therefore, development of a technique for efficiently sterilizing germs contained in water is desired.
そこで、従来から、雑菌を含む水に対してオゾン（Ｏ３）や紫外線（ＵＶ）を照射して滅菌する滅菌処理が適用されていたが、オゾンや紫外線の滅菌作用はそれほど強くなく、大腸菌類は死滅させることができるものの、カビやウィルス等を死滅させることができないことが分かってきた。 Therefore, conventionally, sterilization treatment has been applied to sterilize water containing various germs by irradiating with ozone (O 3 ) or ultraviolet rays (UV), but the sterilization effect of ozone and ultraviolet rays is not so strong, and Escherichia coli Has been found to be able to kill, but not mold and viruses.
また、上水、純水等で繁殖した雑菌の分離に濾過フィルタを用いることも考えられる。濾過フィルタとしては、例えば、酢酸メチルの高分子からなる逆浸透膜が知られている。逆浸透膜は径が数ｎｍの無数の貫通孔を有し、被処理水に圧力をかけて逆浸透膜を通過させる際、例えば、１個の差し渡しが約０．３８ｎｍの水分子は貫通孔を通過するものの、大きさが数十ｎｍの汚染物質の分子や水和によって周囲に水分子が配位したイオンは通過させないので、水分子と雑菌等の汚染物質や塩分とを分離するのに有効である。しかしながら、濾過速度を上げることが難しく処理時間が長くかかる上に、高分子膜であるためにバクテリアによって腐食することがあり、また、目詰まりを生じやすいので寿命が短いという問題がある。 It is also conceivable to use a filtration filter for the separation of germs propagated in clean water, pure water or the like. As a filter, for example, a reverse osmosis membrane made of a polymer of methyl acetate is known. A reverse osmosis membrane has innumerable through holes with a diameter of several nanometers. When pressure is applied to the water to be treated and the reverse osmosis membrane is passed through, for example, one water molecule with a diameter of about 0.38 nm passes through the through hole. However, it is difficult to separate water molecules from contaminants such as germs and salt, because they do not allow the molecules of contaminants with a size of several tens of nanometers to pass through. It is valid. However, it is difficult to increase the filtration rate and the processing time is long, and since it is a polymer film, it may be corroded by bacteria, and clogging is likely to occur, resulting in a short life.
このような現状に鑑み、近年、プラズマを利用した水滅菌技術が開発されるようになり、例えば、水中に円筒状の外側電極と、該外側電極と同軸状にその内部に設けられた芯状の内側電極とを有するプラズマ滅菌装置であって、外側電極と内側電極との間に電源を接続して、外側電極と内側電極との間で放電を誘発し、発生したプラズマを用いて水中の雑菌を死滅させるプラズマ滅菌装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In view of the current situation, recently, water sterilization technology using plasma has been developed. For example, a cylindrical outer electrode in water and a core provided coaxially with the outer electrode inside A plasma sterilization apparatus having an inner electrode, and connecting a power source between the outer electrode and the inner electrode to induce a discharge between the outer electrode and the inner electrode, and using the generated plasma A plasma sterilization apparatus that kills various germs has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来技術は、滅菌装置とは別途独立に構成された電力供給源が必要になって装置全体が大型化又は複雑になるという問題がある。また、一時的又は偶発的に水の供給を停止させる場合、その度に、電源を切断して滅菌作用を停止させる必要があり操作が煩雑になるばかりか、電源を切らない限りプラズマによる滅菌作用が発現され続けるので、電力の無駄が発生し易いという問題がある。 However, the above-described prior art has a problem that the power supply source configured separately from the sterilization apparatus is required, and the entire apparatus becomes large or complicated. In addition, when the water supply is stopped temporarily or accidentally, it is necessary to stop the sterilization by turning off the power every time, which not only complicates the operation, but also sterilization by plasma unless the power is turned off. However, there is a problem that electric power is likely to be wasted.
本発明の課題は、装置構成が簡易で、水が流通している場合にのみプラズマによる滅菌作用を発現して流水中の雑菌を死滅させることができると共に、高いエネルギー効率を実現することができる水滅菌装置及び水滅菌方法を提供することにある。 The problem of the present invention is that the apparatus configuration is simple, and a sterilizing action by plasma can be expressed only when water is circulating to kill germs in the flowing water, and high energy efficiency can be realized. It is providing the water sterilization apparatus and the water sterilization method.
上記課題を解決するために、請求項１記載の水滅菌装置は、水の流路内に配置され、水流によって電力を発生する発電装置と、該発電装置で発電された電力を用いてプラズマを生成し、該生成したプラズマによって前記流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させるプラズマ発生装置と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a water sterilization apparatus according to claim 1 is provided in a flow path of water and generates power by a water flow, and plasma is generated using the power generated by the power generation apparatus. And a plasma generator for killing germs contained in the water flowing in the flow path by the generated plasma.
請求項２記載の水滅菌装置は、請求項１記載の水滅菌装置において、前記発電装置は、前記水流によって回転する水車を有し、該水車の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする。 The water sterilization device according to claim 2 is the water sterilization device according to claim 1, wherein the power generation device has a water wheel rotated by the water flow, and converts kinetic energy of the water wheel into electric energy. To do.
請求項３記載の水滅菌装置は、請求項１又は２記載の水滅菌装置において、前記プラズマ発生装置は、２枚の電極から構成される平行平板電極を備えることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 3 is the water sterilization apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma generator includes a parallel plate electrode composed of two electrodes.
請求項４記載の水滅菌装置は、請求項３記載の水滅菌装置において、前記平行平板電極を構成する前記電極の表面に、複数の突起部が形成されていることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 4 is the water sterilization apparatus according to claim 3, wherein a plurality of protrusions are formed on a surface of the electrode constituting the parallel plate electrode.
請求項５記載の水滅菌装置は、請求項３又は４記載の水滅菌装置において、前記平行平板電極を構成する前記電極の表面は、ブラスト処理が施されていることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 5 is the water sterilization apparatus according to claim 3 or 4, wherein a surface of the electrode constituting the parallel plate electrode is subjected to blasting.
請求項６記載の水滅菌装置は、請求項３又は４記載の水滅菌装置において、前記平行平板電極を構成する前記電極の表面は、酸化タンタル若しくは酸化タンタルと白金の合金による溶射被膜が形成されていることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 6 is the water sterilization apparatus according to claim 3 or 4, wherein a sprayed coating of tantalum oxide or an alloy of tantalum oxide and platinum is formed on a surface of the parallel plate electrode. It is characterized by.
請求項７記載の水滅菌装置は、請求項６記載の水滅菌装置において、前記酸化タンタル若しくは酸化タンタルと白金との合金の溶射によって前記突起部が形成されていることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 7 is characterized in that, in the water sterilization apparatus according to claim 6, the protrusion is formed by thermal spraying of the tantalum oxide or an alloy of tantalum oxide and platinum.
請求項８記載の水滅菌装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水滅菌装置において、前記プラズマ発生装置のプラズマ発生領域にプラズマ生成ガスを導入する気体導入部が設けられていることを特徴とする。 The water sterilization apparatus according to claim 8 is the water sterilization apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a gas introduction unit that introduces a plasma generation gas into a plasma generation region of the plasma generation apparatus. It is characterized by being.
請求項９記載の水滅菌装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水滅菌装置において、前記発電装置で発電された電力を蓄える蓄電装置を有することを特徴とする。 A water sterilization device according to claim 9 is the water sterilization device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a power storage device that stores electric power generated by the power generation device.
請求項１０記載の水滅菌装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の水滅菌装置において、前記水の流路は、水を供給又は排出する配管であることを特徴とする。
The water sterilization apparatus according to
上記課題を解決するために、請求項１１記載の容器型の水滅菌装置は、水を収容する容器と、該容器内に設けられた発電装置と、該発電装置で発電された電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマによって前記容器内の水に含まれている雑菌を死滅させるプラズマ発生装置と、を備え、前記容器が振とうされる際に前記容器内において発生する水流を利用して前記発電装置が、前記プラズマ発生装置に供給するための電力を発生することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, a container-type water sterilization apparatus according to
上記課題を解決するために、請求項１２記載の水滅菌方法は、流路内を流れる水流によって電力を発生させる発電ステップと、前記発電ステップで発電した電力を用いてプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、前記プラズマ生成ステップで生成したプラズマを用いて前記流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させる滅菌ステップと、を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the water sterilization method according to
請求項１３記載の水滅菌方法は、請求項１２記載の水滅菌方法において、前記滅菌ステップは、前記プラズマ生成ステップにおいて前記流路内を流れる水を解離して生成したＯラジカル及びＯＨラジカル又はその一方を用いて前記流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させることを特徴とする。
The water sterilization method according to
請求項１４記載の水滅菌方法は、請求項１３記載の水滅菌方法において、前記プラズマ生成ステップにおいて、前記流路内を流れる水にプラズマ生成ガスを導入して気体プラズマを発生させ、該気体プラズマを用いて前記流路内を流れる水を解離させることを特徴とする。
The water sterilization method according to
請求項１５記載の水滅菌方法は、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の水滅菌方法において、前記流路は、水が供給又は排出される配管であることを特徴とする。
The water sterilization method according to
上記課題を解決するために、請求項１６記載の水滅菌方法は、発電装置及びプラズマ発生装置を備えた容器に水を注入する注水ステップと、前記水が注入された前記容器を振とうする振とうステップと、該振とうステップで前記容器内において発生した水流を利用して前記発電装置で電力を発生させる発電ステップと、該発電ステップで発電された電力を用いて前記プラズマ発生装置でプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、該プラズマ生成ステップで生成したプラズマを用いて前記容器内の水に含まれている雑菌を死滅させる滅菌ステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a water sterilization method according to claim 16 includes a water injection step of injecting water into a container provided with a power generation device and a plasma generator, and a vibration for shaking the container into which the water has been injected. A power generation step of generating electric power in the power generation device using the water flow generated in the container in the shaking step; and plasma in the plasma generation device using the electric power generated in the power generation step. And a sterilization step of killing germs contained in the water in the container using the plasma generated in the plasma generation step.
本発明によれば、流路内を流れる水流を利用して発電した電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマを用いて流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させるので、装置構成が簡易で、水が流通している場合にのみプラズマによる滅菌作用を発現して流水中の雑菌を死滅させることができると共に、高いエネルギー効率を実現することができる。 According to the present invention, plasma is generated using the electric power generated using the water flow flowing in the flow path, and the germs contained in the water flowing in the flow path are killed using the generated plasma. The apparatus configuration is simple, and a sterilization effect by plasma can be expressed only when water is circulating to kill germs in the flowing water, and high energy efficiency can be realized.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明に係る水滅菌装置は、水中に含まれる雑菌を死滅させるものであり、その適用施設は、特に限定されるものではないが、代表的な適用施設として下水処理場が挙げられる。 The water sterilization apparatus which concerns on this invention kills the germs contained in water, The application facility is not specifically limited, A sewage treatment plant is mentioned as a typical application facility.
図１は、本発明の水滅菌装置が適用される下水処理場の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sewage treatment plant to which the water sterilization apparatus of the present invention is applied.
図１において、この下水処理場１０は、被処理水としての生活排水、工場排水、雨水等を受け入れる沈砂池１１と、該沈砂池１１の後流に順次設けられた最初沈殿池１２、反応タンク（曝気槽）１３及び処理後の水に含まれる汚泥等の固形物を分離する最終沈殿池１４と、最終沈殿池１４の出口水を河川等に放流する放流配管１５とから主として構成されている。
In FIG. 1, the
生活配水、工場排水、雨水等の被処理水は、先ず、沈砂池１１に流入し、ここで、比重の大きい砂等の固形物が沈降分離されると共に、比較的大きなゴミがスクリーンや網によって分離、回収される。沈砂池１１の出口液は、後流の最初沈殿池１２に流入し、ここで、被処理水を穏やかに流通させて比較的小さいゴミを沈降分離させ、上澄み水のみを被処理水として後流の反応タンク１３に流入させる。
To-be-treated water such as daily water distribution, factory effluent, and rainwater first flows into the settling
反応タンク１３に流入した被処理水は、例えばエアレーションを伴う活性汚泥を用いた生物的処理が施されて汚染物質が浄化された後、後流の最終沈殿池１４に送られる。最終沈殿池１４に流入した被処理水は、ゆっくりと時間をかけて汚泥等の固形物が沈降分離され、その後、処理後の水として放流配管１５を介して、例えば河川に放流される。反応タンク１３で発生した余剰の汚泥及び最終沈殿池１４で分離された汚泥は、図示省略した汚泥処理装置に搬送して処理される。
The treated water that has flowed into the
このような下水処理場１０の出口水を河川等に放流する放流配管１５として本発明に係る水滅菌装置が適用される。
The water sterilization apparatus according to the present invention is applied as the
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水滅菌装置であって、平行平板電極を備えた容量結合型プラズマ発生装置を適用した水滅菌装置の構成を示す模式図である。この水滅菌装置は、被処理水の水流を利用して発電した電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理水に含まれる雑菌を死滅させる自己完結型の水滅菌装置である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the water sterilization apparatus according to the first embodiment of the present invention, to which the capacitively coupled plasma generator having parallel plate electrodes is applied. This water sterilization apparatus is a self-contained water sterilization apparatus that generates plasma using electric power generated using the water flow of the water to be treated and kills germs contained in the water to be treated by the generated plasma.
図２において、水滅菌装置２０は、下水処理場１０の最終沈殿池１４から流出した被処理水が流通する水供給配管２１と、該水供給配管２１内に配置されたプロペラ状の水車２２を備え、該水車２２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置２３と、水車２２における被処理水２５の流通方向に関する後流に配置されたプラズマ発生装置２４とから主として構成されている。
In FIG. 2, the
発電装置２３の一部としての水車２２は、水供給配管２１における被処理水２５の流通方向に沿った中心軸を回転の中心として水流によって回転する。水車２２の運動エネルギーは発電装置２３において電気エネルギーに変換される。発電装置２３は、例えば直流発電装置であり、水車２２の運動エネルギーを直流電力に変換してプラズマ発生装置２４に供給する。
The
プラズマ発生装置２４は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置であり、水供給配管２１の対向する内壁面近傍に、被処理水２５の流路を挟んで対向配置された２つの電極板（平行平板電極）２４ａを備えている。プラズマ発生装置２４は、２つの電極板の間の水中に存在するバブル中の気体をプラズマ化させたり、あるいは水そのものに対し水中プラズマを発生させたりして、気体分子あるいは水分子を解離し、滅菌に必要なラジカルを発生させる。
The
このような構成の水滅菌装置において、図１の下水処理場１０の最終沈殿池１４から流出した被処理水２５は、水供給配管２１内を流通して河川等に放流されるが、その水流によって水車２２が回転する。水車２２の回転エネルギーは発電装置２３で電気エネルギーに変換されて、例えば直流電力が発生する。発生した直流電力はプラズマ発生装置２４の平行平板型の電極板２４ａに印加される。電力が印加されたプラズマ発生装置２４において、電極板２４ａ相互間に放電が生じ、これによって水供給配管２１内を流通する被処理水２５の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカルは、被処理水２５に含まれる雑菌と接触、反応して該雑菌の細胞膜を破壊して死滅させる。
In the water sterilization apparatus having such a configuration, the water to be treated 25 flowing out from the
本実施の形態によれば、被処理水２５自身の水流を利用して発生した電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理水２５中の雑菌を死滅させるので、プラズマ発生用の電源を別途準備する必要がなく、装置構成が簡易で、且つ自己完結型の水滅菌装置を実現することができる。 According to the present embodiment, plasma is generated using electric power generated using the water flow of the water to be treated 25 itself, and various bacteria in the water to be treated 25 are killed by the generated plasma. There is no need to separately prepare a power source, and a self-contained water sterilization apparatus with a simple apparatus configuration can be realized.
また、本実施の形態によれば、被処理水２５の水流を発電源として利用しているので、滅菌処理が不要な非通水時には、電力が発電及び消費されない一方、滅菌処理が必要な通水時には、水流を利用して発電した電力を用いてプラズマを生成し、このプラズマを用いて被処理水２５中の雑菌を効率よく死滅させることができる。従って、エネルギーの無駄をなくしてエネルギーの有効利用を図ることができる。 In addition, according to the present embodiment, since the water flow of the water to be treated 25 is used as a power generation source, power is not generated and consumed during non-flowing water that does not require sterilization, while power that requires sterilization is not used. At the time of water, plasma can be generated using electric power generated using a water flow, and germs in the water to be treated 25 can be efficiently killed using this plasma. Therefore, it is possible to effectively use energy without wasting energy.
本実施の形態において、プラズマによる被処理水２５に含まれる雑菌を死滅させるメカニズムは、以下のように考えられる。 In the present embodiment, the mechanism for killing germs contained in the water to be treated 25 by plasma is considered as follows.
図３は、被処理水中の水分子を解離させて生成したＯラジカル及びＯＨラジカルを用いて被処理水に含まれる雑菌を死滅させるメカニズムを示す概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a mechanism for killing germs contained in the water to be treated using O radicals and OH radicals generated by dissociating water molecules in the water to be treated.
水は放電という観点から考えた場合、導体という側面を持っているため、いわゆる絶縁破壊を伴っての放電が起きにくい。そこで、パルス状に高電圧を印加して一気に水分子を電離してプラズマを発生させるか、若しくは水中の気体をまずは電離し、これをトリガーとして放電を発展させてプラズマを発生する必要がある。図３において、いずれかの方法により水中にプラズマを発生すれば、プラズマ発生装置で生じる放電によって発生した電子は非常に高いエネルギーを有し、被処理水中の水分子と衝突してこれを解離させてＯラジカルとＯＨラジカルを生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカルが被処理水に含まれる雑菌と接触し、化学反応によって雑菌を死滅させる。すなわち、例えば、酸化又は還元反応によって雑菌を有機物に分解する。このとき雑菌の分解によって生成したＣＯ２が放出される。 From the viewpoint of discharge, water has a side surface as a conductor, so that discharge with so-called dielectric breakdown hardly occurs. Therefore, it is necessary to apply a high voltage in a pulsed manner to ionize water molecules at once to generate plasma, or to first ionize a gas in water and develop a discharge using this as a trigger to generate plasma. In FIG. 3, if plasma is generated in water by any of the methods, electrons generated by the discharge generated in the plasma generator have very high energy and collide with water molecules in the water to be treated to dissociate them. To generate O radicals and OH radicals. The generated O radicals and OH radicals come into contact with germs contained in the water to be treated, and kill germs by chemical reaction. That is, various bacteria are decomposed into organic substances by, for example, oxidation or reduction reaction. At this time, CO 2 produced by the decomposition of various bacteria is released.
本実施の形態は、塩素による滅菌処理を行うことのできない水に対して好適に適用することができるが、塩素処理を行っている水であっても、その効果が十分に発揮されていないような場合には、本実施の形態を適用することで滅菌効果を向上させることができる。例えば、本実施の形態において、滅菌作用を有する塩素ガスが添加された水、例えば、水道水を被処理水として適用する場合は、塩素による滅菌作用を促進してより効果的に雑菌を死滅させることができる。その理由として、例えば、塩素分子が放電により解離されてより反応性の高い塩素ラジカルが発生し、滅菌作用が向上するものと考えられる。 The present embodiment can be suitably applied to water that cannot be sterilized by chlorine, but even if it is water that has been chlorinated, the effect is not sufficiently exhibited. In this case, the sterilization effect can be improved by applying this embodiment. For example, in the present embodiment, when water to which chlorine gas having sterilization action is added, for example, tap water, is applied as water to be treated, the sterilization action by chlorine is promoted to more effectively kill germs. be able to. The reason is considered to be that, for example, chlorine molecules are dissociated by discharge to generate more reactive chlorine radicals, thereby improving the sterilization effect.
本実施の形態において、発電装置２３の水車２２の形態は、特に限定されるものではなく、プロペラ型、平車型、玉車型等いずれの形状であってもよい。また、水車の回転軸は、水供給配管２１の水流通方向に沿った中心軸と重なる軸であってもよく、また、水供給配管２１の水流通方向に沿った中心軸に垂直な軸を回転軸として回転する水車であってもよい。
In the present embodiment, the form of the
本実施の形態において、プラズマ発生装置２４の一対の電極板２４ａとして、それぞれ電極板の面上に複数の突起部を有し、各突起部がそれぞれ対向するように配置された電極板を用いてもよい。これによって、放電効率が向上し、プラズマを効率よく生成させることができる。この場合、櫛歯状の電極を用いてそれぞれの突起部を対向させてもよいが、対向面積が小さくなるため、処理面積の観点から、櫛歯状の電極を複数列並べておくことが好ましい。
In the present embodiment, as the pair of
本実施の形態において、電極表面にサンドブラスト処理を施してもよく、また、酸化タンタルと白金をたとえばTaOx：Pt=95：5の混合比で混合したもの若しくは酸化タンタルのみを溶射してもよい。酸化タンタルや、酸化タンタルと白金との混合物を用いることにより、表面での滅菌効果を高めることができ、さらに、サンドブラストで電極表面の粗度を高めたり、溶射などにより電極表面を多孔質状にすることにより、表面積を高めて、水との接触を増加させることで処理効率を高めることができる。また、前述の電極面の複数の突起部を、上述の、酸化タンタルや、酸化タンタルと白金との混合物を溶射することにより形成してもよい。 In the present embodiment, the electrode surface may be subjected to sandblasting, or tantalum oxide and platinum mixed at a mixing ratio of TaOx: Pt = 95: 5 or only tantalum oxide may be sprayed. By using tantalum oxide or a mixture of tantalum oxide and platinum, the sterilization effect on the surface can be enhanced, and the roughness of the electrode surface can be increased by sandblasting, or the electrode surface can be made porous by thermal spraying, etc. By doing this, the surface area can be increased, and the treatment efficiency can be increased by increasing the contact with water. Moreover, you may form the several protrusion part of the above-mentioned electrode surface by spraying the above-mentioned tantalum oxide or the mixture of a tantalum oxide and platinum.
本実施の形態において、発電装置２３で発電された電力を蓄える蓄電装置を設けてもよい。これによって、例えば、発電装置２３（水車２２を含む）を複数台設置し、プラズマ発生装置２４で使用しきれない余剰の電力が発生した場合には、これを蓄電しておき、電力が不足した際に不足分を補充することができる。
In the present embodiment, a power storage device that stores the power generated by the
本実施の形態において、補助電源を設けてもよい。補助電源を設けることによって、プラズマ発生装置２４で必要となる電力量が発電装置２３から得られる電力だけでは不足する場合に、補助電源の電力を補充することができる。
In this embodiment, an auxiliary power supply may be provided. By providing the auxiliary power source, the power of the auxiliary power source can be supplemented when the amount of power required by the
本実施の形態において、被処理水２５が下水処理場からの放流水である場合について説明したが、被処理水２５は特に限定されるものではなく、下水処理場からの放流水の他、ビル用水又はビルの排出水、温泉水、造水された上水、水道水、純水、超純水、イオン交換水、蒸留水、中水等であって、例えば長時間貯留されることによって又は遠い目的地まで給水されることによって雑菌が繁殖した水であってもよい。
In this Embodiment, although the case where the to-
また、本実施の形態において、水滅菌装置を配管に適用する場合について説明したが、本発明に係る水滅菌装置が適用される水の流路は、配管に限定されるものではなく、上部が開放された溝若しくはこれに類するもの、又はそれ以外のものであっても水が流通して水流が発生するものであればよい。 In the present embodiment, the case where the water sterilizer is applied to a pipe has been described. However, the flow path of water to which the water sterilizer according to the present invention is applied is not limited to a pipe, Even if it is the groove | channel open | released or the thing similar to this, or what is other than that, water should just circulate and a water flow generate | occur | produces.
本実施の形態において、雑菌を死滅させるＯラジカル及びＯＨラジカルは水分子が解離し、励起して生成したものであり、従来、一部の水の滅菌に用いられていた電子線や放射線等と比較して、人体及び自然環境に対して負荷が小さい。 In the present embodiment, O radicals and OH radicals that kill germs are generated by dissociation and excitation of water molecules. Conventionally, such as electron beams and radiation used for some water sterilization Compared to the human body and the natural environment, the load is small.
本実施の形態において、被処理水２５中の雑菌を死滅させた処理後の水に対し、必要に応じて交流コロナ放電処理等を施し、雑菌を死滅させるためにプラズマを照射したことに起因して処理後の水に残留する電荷を除電することもできる。例えば、半導体製造工場やＦＰＤ製造工場などにおいてデバイスを製造する基板の洗浄処理を行う際、洗浄水が帯電している場合には、基板上のデバイスが絶縁破壊を起こし不良品を発生させることがある。従って洗浄水に用いる水が帯電していることは望ましくない。処理後の水に残留する電荷を除去することにより、このような悪影響を排除することができる。除電の方法は、特に限定されず、コロナ放電やその他の各種放電による電荷の除電に限らず、例えば接地された金属部材を接触させて電荷を除電する方法でもよい。
In this Embodiment, it originates in performing the alternating current corona discharge process etc. as needed with respect to the water after the process which killed the germ in the to-
本実施の形態においては、被処理水中でプラズマを生成させ、該プラズマによって被処理水自体を解離させてＯラジカルやＯＨラジカルを発生させる方法について説明したが、プラズマ発生装置２４のプラズマ生成領域である対向電極２４ａ相互間にプラズマ生成ガスとして酸素、オゾン、あるいは目的によっては塩素又はこれらの混合ガスを供給して該混合ガスに起因するガス成分のプラズマを発生させ、該プラズマ中のＯラジカルや塩素ラジカルによって被処理水中の雑菌を死滅させてもよく、該プラズマによって被処理水中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、該Ｏラジカル及びＯＨラジカル又はその一方を用いて被処理水中の雑菌を死滅させるようにしてもよい。塩素ガスの使用においては、少量の塩素ガスは許容されるがそれだけでは滅菌をするには十分ではないような場合に、本実施の形態の適用が好ましい。
In the present embodiment, the method of generating plasma in the water to be treated and generating the O radicals and OH radicals by dissociating the water to be treated itself by the plasma has been described. Oxygen, ozone, or chlorine or a mixed gas depending on the purpose is supplied as a plasma generating gas between the
図４は、図２の水滅菌装置の変形例の構成を示す図である。図４において、この水滅菌装置が図２の水滅菌装置と異なるところは、プラズマ発生装置２４のプラズマ発生領域である平行平板電極２４ａ相互間にプラズマ生成ガス２７を供給する気体導入部２６を設けた点である。本変形例において、プラズマ発生領域に導入するプラズマ生成ガスとしては、酸素ガス、塩素ガス、オゾンガス等が挙げられ、用途に基づいて決定される。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a modified example of the water sterilizer of FIG. 4, this water sterilization apparatus is different from the water sterilization apparatus of FIG. 2 in that a
プラズマ生成領域にガスを供給するガス供給部の構成は、特に限定されるものではないが、水供給配管２１内を流通する被処理水２５の水流による吸引力を利用して水供給配管２１内にプラズマ生成ガスが導入され、被処理水２５が流通しない停止時には、プラズマ生成ガスの導入及び被処理水２５の漏洩を防止することができる一方向弁を適用することが好ましい。
The configuration of the gas supply unit that supplies gas to the plasma generation region is not particularly limited, but the inside of the
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水滅菌装置について説明する。 Next, a water sterilizer according to a second embodiment of the present invention will be described.
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る水滅菌装置であって、水の流路の外周部に巻回されたコイルを有する誘導結合型プラズマ発生装置を適用した水滅菌装置の構成を示す模式図である。この水滅菌装置は、配管内を流れる被処理水の水流を利用して電力を発生させ、発生した電力を用いて配管の表面に巻回したコイルによって配管内にプラズマを生成し、該プラズマによって配管内を流れる被処理水に含まれる雑菌を死滅させるものである。 FIG. 5 is a water sterilization apparatus according to a second embodiment of the present invention, which is an apparatus for water sterilization to which an inductively coupled plasma generator having a coil wound around the outer periphery of a water flow path is applied. It is a schematic diagram which shows a structure. This water sterilizer generates electric power using the water flow of the water to be treated flowing in the pipe, generates plasma in the pipe by a coil wound around the surface of the pipe using the generated electric power, It is intended to kill germs contained in the water to be treated flowing in the pipe.
図５において、この水滅菌装置３０は、円筒状の水供給配管３１と、該水供給配管３１内に設けられ、水の流通方向に沿った中心軸を中心に回転するプロペラ状の水車３２を備え、該水車３２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置３３と、該発電装置３３から供給される電力によってプラズマを生成するコイルを備えたプラズマ発生装置３４とから主として構成されている。
In FIG. 5, the
このような構成の水滅菌装置３０において、例えば下水処理場の放流水である被処理水３５が流通して水供給配管３１内に水流が発生すると、該水流によって水車３２が回転する。水車３２の回転エネルギーは発電装置３３によって電気エネルギーに変換され、例えば交流電力が発生する。発生した交流電力はプラズマ発生装置３４のコイルに印加され、誘導結合によって水供給配管３１を流れる被処理水３５中の水分子が解離し、Ｏラジカル及びＯＨラジカルを生成する。生成したＯラジカル及びＯＨラジカル又はその一方が被処理水３５に含まれる雑菌と反応してこれを死滅させる。雑菌が死滅した被処理水３５は、処理後の水として水供給配管３１を経て、例えば河川等に放流される。
In the
本実施の形態によれば、発電装置３３から電力が印加されたプラズマ発生装置３４が水供給配管３１内を流通する被処理水３５中の水分子を解離して効率よくＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、該Ｏラジカル及びＯＨラジカル又はその一方によって被処理水３５に含まれる雑菌をほぼ完全に死滅させることができる。
According to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、水供給配管３１を流れる被処理水３５の水流によって発電した電力をプラズマ発生装置３４に供給してプラズマを発生させるようにしたので、装置構成が簡素化され、且つエネルギーの有効利用を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, the power generated by the water flow of the water to be treated 35 flowing through the
本実施の形態においても、プラズマ生成領域であるコイルが巻回された水供給配管３１内に、プラズマ生成ガスとして酸素、オゾン、塩素などを供給して気体成分のプラズマを発生させ、発生した気体プラズマによって水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成するようにしてもよい。
Also in the present embodiment, oxygen, ozone, chlorine or the like is supplied as a plasma generation gas in the
なお、本実施の形態においては誘導結合プラズマ発生装置３４のコイルを水供給配管３１の外部表面に配置したが、コイルを水供給配管３１の内部表面に配置させることもできる。
In the present embodiment, the coil of the inductively coupled
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る水滅菌装置であって、水供給配管に接続されたガス供給配管に巻回されたコイルを有する誘導結合型のプラズマ発生装置を備えた水滅菌装置の構成を示す模式図である。 FIG. 6 shows a water sterilization apparatus according to the third embodiment of the present invention, which includes an inductively coupled plasma generator having a coil wound around a gas supply pipe connected to a water supply pipe. It is a schematic diagram which shows the structure of a water sterilizer.
この水滅菌装置４０が図５の水滅菌装置３０と異なるところは、水分子を解離するためのプラズマを別に発生させる点であり、プラズマ発生装置３４に代えて、例えば、窒素（Ｎ２）ガス４６をプラズマ生成ガスとして供給するガス配管４７を設け、該ガス配管４７の外周面に巻回したコイルを有するプラズマ発生装置４４を適用した点である。
The
本実施の形態によれば、プラズマ発生装置４４によって、ガス配管４７を介して供給される窒素ガス４６のプラズマを生成し、生成したプラズマを、水供給配管４１内を流れる被処理水４５に照射して該被処理水４５中の水分子を解離してＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、該Ｏラジカル及びＯＨラジカル又はその一方を用いて被処理水４５に含まれる雑菌を死滅させることができる。
According to the present embodiment, the
本実施の形態においても、装置構成の簡素化及びエネルギーの有効利用を図ることができる。 Also in this embodiment, it is possible to simplify the apparatus configuration and effectively use energy.
なお、本実施の形態において、ガス配管４７を介して供給されるプラズマ生成ガスとして、窒素の外、酸素、オゾン、塩素又はこれらの混合ガスなどを添加することができる。プラズマ生成ガスのガス種は、目的に応じて適宜選択される。
In this embodiment, as a plasma generation gas supplied through the
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る容器型の水滅菌装置の構成を示す模式図である。この水滅菌装置は、ハンディータイプであり、主として、屋外で、雨水、中水等に含まれている雑菌を死滅させて飲料水として利用するために適用される。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a container-type water sterilization apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. This water sterilizer is a handy type, and is mainly applied to kill germs contained in rainwater, middle water, etc., and use them as drinking water outdoors.
図７において、この水滅菌装置５０は、容器としてのボトル本体５１と、該ボトル本体５１の中心軸５１ａを中心として回転するプロペラ状の水車５２を備え、該水車５２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置５３と、該発電装置５３から印加される電力によってプラズマを生成するプラズマ発生装置５４とから主として構成されており、プラズマ発生装置５４は、互いに対向配置された２つの平行な電極板５４ａを備えている。
In FIG. 7, this
このような構成のボトル型水滅菌装置における水の滅菌は、以下のように行われる。 Water sterilization in the bottle-type water sterilizer having such a configuration is performed as follows.
すなわち、先ず、ボトル本体５１のキャップ５６を外してボトル本体５１内に被処理水５５として、例えば、回収した雨水等から固形物等を分離、除去した水を注水、充填する。次に、被処理水５５が充填されたボトル本体５１を、例えばその中心軸５１ａに沿った方向に平行移動するように激しく振とうすると、ボトル本体５１内で被処理水５５が流動して水流が形成され、該水流によって水車５２が回動する。
That is, first, the
水車５２の運動エネルギーを発電装置５３で電気エネルギーに変換し、得られた電力をプラズマ発生装置５４の対向する電極板５４ａに印加し、これによって電極板５４ａ相互間で放電を生じさせ、該放電によって被処理水５５中の水分子を解離させてＯラジカル及びＯＨラジカルを生成し、生成したＯラジカル及びＯＨラジカル又はその一方を用いてボトル本体５１内の被処理水５５に含まれている雑菌を死滅させる。
The kinetic energy of the
本実施の形態によれば、被処理水５５が充填されたボトル本体５１を振とうさせる際にボトル本体５１内において発生する水流を利用して電力を発生させ、発生した電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理水５５に含まれる雑菌を死滅させることができるので、雨水又は中水を滅菌して、例えば飲料水を生成することができる。従って、飲料水の確保が難しい発展途上国や、震災後の混乱時であっても容易に飲料水を確保することができる。 According to the present embodiment, when the bottle main body 51 filled with the water to be treated 55 is shaken, electric power is generated using the water flow generated in the bottle main body 51, and plasma is generated using the generated electric power. Since the generated bacteria can kill the germs contained in the water to be treated 55 by the generated plasma, it is possible to sterilize rain water or middle water, for example, to generate drinking water. Therefore, it is possible to easily secure drinking water even in developing countries where it is difficult to secure drinking water, or even during confusion after the earthquake.
なお、発展途上国においては、水道水を安心して飲用することができない国が少なくなく、このような国へ旅行する旅行者にとって、本容器型水滅菌装置は、極めて有用である。また、水道水の蛇口に本容器型水滅菌装置と同様の構成を有する装置を取り付けて、飲料水の浄化装置として適用することもできる。 In developing countries, there are many countries that cannot drink tap water with peace of mind, and this container-type water sterilizer is extremely useful for travelers traveling to such countries. Moreover, the apparatus which has the structure similar to this container-type water sterilizer can be attached to a tap water tap, and it can also be applied as a purification apparatus of drinking water.
本実施の形態において、水流を利用して電力を発生する発電装置５３に代えて、又はこれと併用して振とうによる振動を利用して電力を発生する発電装置を適用することもできる。
In the present embodiment, instead of the
以上、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to these embodiment.
１０ 下水処理場
２０、３０、４０ 水滅菌装置
２１、３１、４１ 水供給配管
２２、３２、４２、５２ 水車
２３、３３、４３、５３ 発電装置
２４、３４、４４、５４ プラズマ発生装置
２５、３５、４５、５５ 被処理水
５０ ボトル型水滅菌装置
５１ ボトル本体
10 Sewage treatment plants 20, 30, 40
Claims (16)
該発電装置で発電された電力を用いてプラズマを生成し、該生成したプラズマによって前記流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させるプラズマ発生装置と、
を有することを特徴とする水滅菌装置。 A power generation device that is arranged in a water flow path and generates electric power by a water flow;
A plasma generator that generates plasma using the power generated by the power generator, and kills germs contained in water flowing in the flow path by the generated plasma;
A water sterilization apparatus comprising:
該容器内に配置された発電装置と、
該発電装置で発電された電力を用いてプラズマを生成し、生成したプラズマによって前記容器内の水に含まれている雑菌を死滅させるプラズマ発生装置と、を備え、
前記容器が振とうされる際に前記容器内において発生する水流を利用して前記発電装置が、前記プラズマ発生装置に供給するための電力を発生することを特徴とする容器型水滅菌装置。 A container for containing water;
A power generator disposed in the container;
A plasma generation device that generates plasma using the power generated by the power generation device, and kills germs contained in the water in the container by the generated plasma, and
A container-type water sterilization apparatus, wherein the power generation apparatus generates electric power to be supplied to the plasma generation apparatus using a water flow generated in the container when the container is shaken.
前記発電ステップで発電した電力を用いてプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、
前記プラズマ生成ステップで生成したプラズマを用いて前記流路内を流れる水に含まれている雑菌を死滅させる滅菌ステップと、
を有することを特徴とする水滅菌方法。 A power generation step for generating electric power by a water flow flowing in the flow path;
A plasma generation step of generating plasma using the electric power generated in the power generation step;
A sterilization step of killing germs contained in water flowing in the flow path using the plasma generated in the plasma generation step;
A water sterilization method comprising:
前記水が注入された前記容器を振とうする振とうステップと、
該振とうステップで前記容器内において発生した水流を利用して前記発電装置で電力を発生させる発電ステップと、
該発電ステップで発電された電力を利用して前記プラズマ発生装置でプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、
該プラズマ生成ステップで生成したプラズマを用いて前記容器内の水に含まれている雑菌を死滅させる滅菌ステップと、
を有することを特徴とする水滅菌方法。 A water injection step of injecting water into a container equipped with a power generation device and a plasma generation device;
Shaking the container filled with the water;
A power generation step of generating electric power in the power generation device using the water flow generated in the container in the shaking step;
A plasma generation step of generating plasma in the plasma generator using the electric power generated in the power generation step;
A sterilization step of killing germs contained in the water in the container using the plasma generated in the plasma generation step;
A water sterilization method comprising:
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