WO2019175997A1 - 水処理装置 - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to a water treatment apparatus that purifies water to be treated using electric discharge.
- Industrial wastewater, reused water, and the like may contain persistent substances that are not decomposed by ozone (O 3 ) or chlorine.
- O 3 ozone
- ozone and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or ultraviolet rays are combined to generate hydroxyl (OH) radicals that are more active than ozone and chlorine in the water to be treated, thereby removing persistent substances.
- H 2 O 2 hydrogen peroxide
- UV rays ultraviolet rays
- Patent Document 1 As a water treatment apparatus that performs such water treatment, water treatment apparatuses that perform treatment in a discharge space in a mist form are known (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
- Patent Document 1 a linear electrode suspended from above at a predetermined interval in a cylindrical container and a plate electrode disposed in parallel with the linear electrode at a predetermined interval are arranged.
- a high-voltage DC voltage is applied between both electrodes, and treated water is sprinkled from above the container to perform water treatment with the generated ozone.
- a cylindrical ground electrode is provided in the treatment tank, and a linear high-voltage electrode is provided along the central axis of the ground electrode via insulators provided at both ends of the ground electrode.
- a water treatment device that is provided and supplied to the inside of a circular ground electrode in a mist form. According to this water treatment apparatus, a high-pressure pulse is applied between the ground electrode and the high-voltage electrode to generate a discharge, and active species such as radicals generated by the discharge are allowed to act efficiently on the water to be treated. It is possible to improve the speed and decompose a large amount of water to be treated in a short time, and to provide a water treatment device that is compact and easy to maintain.
- JP 51-122950 A (Claims and drawings) Japanese Patent Laying-Open No. 2011-16118 (see FIGS. 3 to 5)
- water to be treated which contains water ions, contains alkali ions and the like, so that when a voltage is applied, current flows (leakage), resulting in power consumption and voltage drop.
- water treatment efficiency is reduced due to energy loss that does not contribute to water treatment or non-uniform discharge.
- the water to be treated is applied to the insulator during the water treatment, and the surface of the insulator connecting the ground electrode and the high voltage electrode gets wet with the water to be treated. Therefore, in the conventional water treatment apparatus, electric leakage occurs between the ground electrode and the high-voltage electrode during the water treatment, and the water treatment efficiency may be reduced.
- the support frame for suspending the linear electrode is fixed via an insulator at the top of the container, and this insulation part is difficult to get wet with the treated water.
- the suspended linear electrode may swing due to the sprinkling of the treated water. For this reason, there is a concern that the interval between the linear electrodes or between the linear electrode and the plate electrode is fluctuated, so that stable discharge cannot be maintained, and the water treatment efficiency is lowered.
- This application discloses the technique for solving said subject, the water treatment apparatus which suppresses the electrical leakage between a ground electrode and a high voltage electrode, and can treat to-be-processed water with high efficiency. The purpose is to obtain.
- the water treatment device disclosed in the present application is a flat ground electrode disposed at equal intervals in the horizontal direction, and a high-voltage electrode portion disposed so as to face the ground electrode between the adjacent ground electrodes,
- a water treatment apparatus that includes a water supply unit that supplies water to be treated between adjacent ground electrodes, and that performs treatment of the water to be treated by a discharge formed between the ground electrode and the high-voltage electrode unit.
- a support structure that supports the grounding electrode and supports the insulating member connected to the high-voltage electrode part, and the upper end of the insulating member is disposed above the water supply part.
- the distance between the ground electrode and the high-voltage electrode can be maintained, and a location higher than the water supply unit can be provided between the ground electrode and the high-voltage electrode.
- a water treatment apparatus capable of treating the water to be treated with high efficiency can be provided.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view seen from the direction of the line BB in FIG. 1.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view seen from the direction of the line BB in FIG. 1.
- FIG. shows the structure of another water treatment apparatus which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the structure of another water treatment apparatus which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the water treatment apparatus which concerns on Embodiment 2.
- FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the water treatment apparatus which changed a part of circulation piping of FIG. 6A.
- FIG. 10 is a cross-sectional view seen from the direction of line CC in FIG. 9.
- FIG. 10 is a cross-sectional view seen from the DD line direction of FIG. 9. It is a partial cross section figure which shows the structure of another water treatment apparatus which concerns on Embodiment 3.
- FIG. 10 is a cross-sectional view seen from the direction of line CC in FIG. 9.
- FIG. 10 is a cross-sectional view seen from the DD line direction of FIG. 9. It is a partial cross section figure which shows the structure of another water treatment apparatus which concerns on Embodiment 3.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a water treatment apparatus according to Embodiment 1
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1
- FIG. 3 is seen from line BB in FIG. It is sectional drawing.
- a water treatment apparatus includes a plurality of ground electrodes 1 supported in a vertical direction on a support structure 4, a high-voltage electrode portion 2 that forms a discharge between the ground electrodes 1, a ground electrode 1, and a high-voltage electrode portion. 2, a water supply unit 3 for supplying water to be treated, an insulating member 5 for supporting the high-voltage electrode unit 2, and a treatment water tank 6 in which a support structure 4 is fixed and stores treated water. .
- the ground electrode 1 is a flat plate-like conductive member, arranged in parallel to each other at a predetermined interval in the horizontal direction, and fixed at the lower end in the vertical direction by the support structure 4. It is supported.
- the high voltage electrode unit 2 includes a voltage receiving unit 21 that receives a high voltage from the pulse power source 7, and both ends of a counter electrode unit 23 that is connected to the voltage receiving unit 21 and faces the ground electrode 1. It is comprised from the support part 22 to support.
- the counter electrode portion 23 is a thin plate-like conductive member, and is disposed so as to be horizontal between adjacent ground electrodes 1.
- a plurality of counter electrode portions 23 are provided in parallel with each other at a predetermined interval in the vertical direction, and are provided between adjacent ground electrodes 1 so as to be equidistant from adjacent ground electrodes 1. Yes.
- a pulse voltage is applied from the pulse power source 7 to the high-voltage electrode unit 2
- a discharge D is formed in a planar shape between the side of the counter electrode unit 23 facing the ground electrode 1.
- the pulse power supply 7 has one terminal connected to the high-voltage electrode portion 2 via a connection line 71, and the other terminal connected to the ground electrode 1 via the support structure 4 and is commonly grounded.
- to-be-processed water passes the discharge D formed in planar shape.
- the voltage receiving portion 21 of the high-voltage electrode portion 2 is fixed to the upper end portion in the vertical direction of the insulating member 5, and the lower end portion of the support portion 22 is above the support structure 4 that supports the ground electrode 1.
- the insulating member 5 has, for example, a columnar shape or a rod-like shape, and the lower end portion of the insulating member 5 in the vertical direction is fixed to the support structure 4.
- the upper end portion of the insulating member extends above the water supply portion 3 and fixes the voltage receiving portion 21 of the high voltage electrode portion 2 at the upper end portion.
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 are fixed to the support structure 4 and the high voltage electrode portion 2 is fixed to the upper end of the insulating member 5 fixed to the support structure 4, the ground electrode 1 and the high voltage electrode The distance between the portion 2 and the counter electrode portion 23 is maintained with high accuracy.
- the water supply unit 3 is a watering device that is provided above the ground electrode 1 in the vertical direction and is connected to a water supply pipe 32 to which the water to be treated 30 is supplied.
- a watering hole 31 is provided on the surface of the water supply unit 3 facing the ground electrode 1, and the water to be treated 30 is supplied from the watering hole 31 between the adjacent grounding electrodes 1 below in the vertical direction.
- the water supply part 3 is arrange
- the support structure 4 is composed of a conductive member that is fixed to the upper portion of the treated water tank 6 and has an opening 41.
- the treated water 30 supplied between the ground electrode 1 from the water supply part 3 passes through the opening 41 of the support structure 4 after being exposed to the discharge D, falls into the treated water tank 6 and is collected. .
- the treated water 30 collected in the treated water tank 6 stays in the treated water tank 6 for a certain period of time, and is then discharged from the drain pipe 61 as treated water 60.
- the treated water 30 supplied to the water supply unit 3 from the outside via the water supply pipe 32 is supplied in the form of droplets or a liquid film between the adjacent ground electrodes 1 below from the water spray holes 31.
- the pulse power supply 7 is operated to apply a pulsed high voltage between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode portion 2, thereby forming a discharge D between the ground electrode 1 and the counter electrode portion 23.
- the discharge D is distributed and formed between the ground electrode 1 and the counter electrode portion 23 so as to form a horizontal surface.
- the water 30 to be treated comes into contact with the formed discharge D in the process of passing between the adjacent ground electrodes 1.
- the counter electrode portion 23 is a thin plate-like conductive member extending in the depth direction of the paper surface in FIG. 1, and is arranged in multiple stages so as to be horizontal between adjacent ground electrodes 1. Therefore, the space of the discharge D formed in a planar shape is also formed in multiple stages, and the water to be treated 30 supplied between the water supply unit 3 and the ground electrode 1 is always discharged when passing between the ground electrodes 1. Will be in contact with. Accordingly, the water to be treated 30 can be treated with high efficiency.
- the principle that the water to be treated 30 is treated by the water treatment apparatus according to the first embodiment will be described.
- the active species such as O 3 and OH radicals generated by discharge
- sterilization is effective in bleaching or deodorization.
- the gas supplied between the adjacent ground electrodes air, oxygen, rare gas (argon, neon), or the like is used.
- the water to be treated that passes between the gas layer between the ground electrode 1 and the counter electrode part 23 or between the adjacent ground electrodes 1 Discharge occurs at the interface with 30.
- oxygen molecules (O 2 ) and water molecules (H 2 O) collide with high-energy electrons, and dissociation reactions of formulas (1) and (2) occur.
- e is an electron
- O is atomic oxygen
- H is atomic hydrogen
- OH is an OH radical.
- (L) means a liquid phase.
- OH radicals are generated in water by the reaction of O 3 (L) and H 2 O 2 (L) as shown in formula (8).
- O 3 (L), H 2 O 2 (L), and OH (L) produced by the formulas (6) to (8) decompose organic substances by reaction in water according to the formula (9).
- the decomposition of the organic matter in the treated water 30 according to the first embodiment is based on the decomposition of the organic matter on the surface of the treated water 30 by the reaction of the equation (5) and the reaction of the equation (9). It progresses by both decomposition
- FIG. The treated water 30 collected in the treated water tank 6 stays in the treated water tank 6 for a certain period of time in order to decompose the organic matter by the reaction of the formula (9), and then is discharged as treated water 60 from the drain pipe 61.
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 that fixes the high-voltage electrode portion 2 are supported by the same support structure 4.
- the water supply unit 3 is located below the fixed position between the high voltage electrode unit 2 and the insulating member 5, and the water to be treated 30 is located at the fixed position between the high voltage electrode unit 2 and the insulating member 5 from the water spray hole 31 of the water supply unit 3. It is supplied between the ground electrodes 1 below the vertical direction opposite to the direction.
- the fixing position of the high voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 is arranged at a position where the water to be treated 30 from the sprinkling holes 31 is not flooded, there is no possibility of leakage due to the flooding of the water to be treated 30.
- the lower end portion of the support portion 22 of the high-voltage electrode portion 2 is positioned above the support structure 4 through a space, that is, a gas layer, without contacting the support structure 4.
- the counter electrode part 23 of the high-voltage electrode part 2 is insulated through a gas layer except for the discharge D.
- the high-voltage electrode unit 2 is insulated from the water supply unit 3 in the vertical direction. That is, the high-voltage electrode portion 2 and the ground electrode 1 form a closed circuit via the discharge D, and since there is no leakage portion, a stable discharge can be realized.
- the fixing position of the high-voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 is below and is positioned in the water spray direction of the water to be treated 30, the fixing position of the high-voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 is the water to be treated 30. There is a risk of leakage of water through the surface of the insulating member 5. Further, when the lower end portion of the support portion 22 of the high-voltage electrode portion 2 is in contact with the ground electrode 1 or the support structure 4 or other member directly by vibration or indirectly through a certain member, If the surface of the member is wetted by the treated water 30, an electric leakage occurs through the surface of the member.
- the fixing position of the high-voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 according to the present embodiment is arranged at a position where the treated water 30 from the sprinkling holes 31 is not flooded, there is no risk of leakage due to the flooded water of the treated water 30. .
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 are fixed to the support structure 4 and the high voltage electrode portion 2 is fixed to the upper end of the insulating member 5 fixed to the support structure 4, The distance from the high voltage electrode unit 2 is maintained with high accuracy.
- the support portion 22 of the high-voltage electrode portion 2 is also fixed to the voltage receiving portion 21 and is held at a predetermined distance from the ground electrode 1 or the support structure 4, the ground electrode 1 or the support structure is indirectly connected via a member. The possibility of contact with the body 4 is low, and there is no risk of leakage.
- the ground electrode 1 has the other terminal of the pulse power source 7 connected to the ground electrode 1 through the support structure 4.
- the support structure 4 are set at a common potential, so that even if the fixed portion of the ground electrode 1 and the support structure 4 gets wet with the water 30 to be treated, no potential difference occurs in the water 30 to be treated. Therefore, it will not leak. As described above, according to the configuration of the present embodiment, there is no possibility of leakage and stable discharge can be realized.
- the lower end of the support portion 22 of the high-voltage electrode portion 2 is provided above the lower end of the ground electrode 1 in the vertical direction.
- the counter electrode portion 23 of the high-voltage electrode portion 2 is shielded from the surroundings by the ground electrode 1, so that an electric field is stably formed between the counter electrode portion 23 and the ground electrode 1. Therefore, the discharge D can be formed.
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 are fixed to the support structure 4, and the high-voltage electrode portion 2 is the insulating member 5 fixed to the support structure 4. Since it is fixed at the upper end, the distance between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode portion 2 is maintained with high accuracy. Moreover, the connection part of the high voltage electrode part 2 and the insulating member 5 is also located above the water supply part 3 and can be disposed in the direction opposite to the watering direction. Therefore, leakage between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode unit 2 is suppressed, and the water to be treated can be treated with high efficiency by stable discharge.
- the counter electrode portion 23 of the high-voltage electrode portion 2 facing the ground electrode 1 is installed in multiple stages in the direction in which the water to be treated passes, so that a planar discharge is formed in multiple stages with the ground electrode 1. Therefore, it contributes to high-efficiency treatment of the treated water 30.
- the power source applied to the present embodiment is not necessarily a pulse power source as long as the discharge can be stably formed.
- a DC power supply may be used.
- the polarity, voltage peak value, repetition frequency, pulse width, etc. of the voltage output from the pulse power source 7 are appropriately determined according to various conditions such as the structure of the ground electrode 1 and the high voltage electrode unit 2 and the gas type of the gas layer. Can be determined.
- the voltage peak value is preferably 1 kV to 50 kV.
- the repetition frequency is preferably 10 pps (pulse-per-second) or more and 100 kpps or less. If it is less than 10 pps, a very high voltage is required to supply sufficient discharge power. Conversely, if it is greater than 100 kpps, the effect of water treatment is saturated and the power efficiency is lowered. Further, the voltage peak value, the repetition frequency, and the pulse width may be adjusted according to the flow rate of the water to be treated 30 or the components or concentrations contained in the water to be treated 30.
- the water supply unit 3 applied to the present embodiment does not necessarily have the water spray holes 31 in the flat water supply unit 3 as long as the water to be treated 30 can be supplied between the ground electrodes 1 in the form of droplets or a liquid film. You don't have to.
- a spray nozzle or a dispenser can be used. Even when the number of ground electrodes 1 or the state of the water to be treated is different, the area of the water supply unit 3, the diameter of the water supply hole 31, and the number of holes are changed by using the flat water supply unit 3 having the water spray holes 31.
- the diameter of the droplet of the to-be-processed water 30 can be controlled, and water treatment efficiency can be improved.
- the flow rate of the water to be treated 30 supplied from the water supply unit 3 to the ground electrode 1, the number of droplets formed, the diameter of the droplets, and the like depend on the quality of the water to be treated 30 or the type of material contained therein. It can be adjusted appropriately.
- a smaller droplet diameter is preferable because the specific surface area of the water to be treated 30 increases and the transport efficiency and water treatment efficiency of the active species into the water to be treated 30 increase.
- the diameter of the water droplet is 1 mm or less.
- the water treatment apparatus according to the first embodiment may be accommodated in a sealed or semi-sealed storage container (not shown).
- a sealed or semi-sealed storage container By storing the water treatment device in the storage container, the type of gas in the container can be controlled, the stability of the discharge D can be improved, and impurities from entering the water to be treated 30 from the gas phase can be prevented.
- the water treatment apparatus is accommodated in a hermetically or semi-hermetically sealed container, and the pulse power source 7 is provided outside the container, so that the pulse power source 7 is generated depending on splashes or vapors of the water to be treated 30 or active species generated by discharge. Can be prevented from deteriorating.
- the ground electrode 1 is made of a conductive material, and it is desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
- the ground electrode 1 can be made thin as long as its mechanical strength can be maintained, or a structure such as mesh or punching metal can be applied. Since the weight of the ground electrode 1 can be reduced by making the ground electrode 1 thin, the mechanical strength of the support structure 4 can be reduced and the cost of the water treatment device can be reduced.
- the ground electrode 1 may have a structure having an electrode portion that extends horizontally in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of ground electrodes 1, similarly to the counter electrode portion 23 of the high-voltage electrode portion 2.
- the ground electrode 1 is made to oppose the counter electrode part 23 of the high-voltage electrode part 2, so that the electric field is concentrated and the formation position of the discharge D is accurately determined.
- the treatment efficiency of the treated water 30 flowing down is improved.
- the high-voltage electrode portion 2 is made of a conductive material, and it is desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
- the thin plate-like counter electrode portion 23 is used. However, it is sufficient that a strong electric field is formed in the counter electrode portion 23 by the high voltage pulse, and the thin plate shape is not necessarily required.
- the counter electrode portion 23 for example, a wire, a plate material in which a large number of needles or screws are fixed in a comb tooth shape, a mesh plate material, a punching metal, or the like can be used as appropriate.
- the thin plate shape is preferable because mechanical strength can be ensured as compared with other shapes and durability of the high-voltage electrode portion 2 can be improved.
- the wire shape can increase the aperture ratio viewed from the vertical direction between the ground electrodes 1, the interval between the adjacent ground electrodes 1 can be reduced as compared with the case of other shapes.
- a processing apparatus can be reduced in size.
- the counter electrode portion 23 is provided above the lower end portion of the high voltage electrode portion 2 in the vertical direction. By doing in this way, it is suppressed that the to-be-processed water 30 accumulates in the vertical lower end part of the high voltage electrode part 2, and the electric field of the lower end part of the high voltage electrode part 2 is distorted by the accumulated to-be-treated water 30. Can be prevented from becoming unstable.
- the counter electrode portion 23 is made of the above-described mesh-shaped plate material, the water to be treated 30 does not collect in the counter electrode portion 23.
- the support structure 4 is made of a conductive material, and it is particularly desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
- the rectangular parallelepiped support structure 4 is used.
- the support structure 4 only needs to have mechanical strength capable of holding the ground electrode 1, the high-voltage electrode portion 2, and the insulating member 5.
- a member having a cross-section such as a circular shape, an H-type, an I-type, or a T-type, or a hollow member can be used as appropriate.
- the H type or the like can be reduced in weight while maintaining the mechanical strength, and the support structure 4 and the water treatment apparatus can reduce the manufacturing cost.
- the support structure 4 is fixed to the upper part of the treatment water tank 6 in the above description.
- the support structure 4 is arranged above the support leg (not shown) fixed at the bottom of the treatment water tank 6. It can also be held above the treated water tank 6.
- the support structure 4 is attached to the treated water tank 6, since the number of constituent members of the water treatment device is smaller than when the support legs are used, the cost of the water treatment device can be reduced and the size can be reduced.
- the support structure 4 can be firmly supported.
- the support leg is fixed at the bottom of the treated water tank 6, it is possible to suppress the support structure 4 from vibrating due to transportation of the treated water 30 or vibration of the pump 34.
- the treated water tank 6 can be configured using any material that can store the treated water 30.
- the reaction of the formula (9) proceeds in water, the water to be treated that has flowed down through the discharge D by extending the residence time of the water to be treated 30 or stirring the water to be treated 30.
- the decomposition of the organic matter remaining in 30 may be promoted. Therefore, a baffle plate, a stirring mechanism, or an air diffuser for promoting the reaction by introducing gas into the water to be treated 30 can be provided in the treated water tank 6.
- the insulating member 5 can be configured using an electric insulating material having a high electric resistance.
- an electric insulating material having a high electric resistance for example, glass materials such as quartz and borosilicate glass, engineering ceramic materials such as alumina and zirconia, engineering plastics such as fluororesin, or a combination thereof can be used.
- the insulating member 5 only needs to have at least a fixed position between the high voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 made of an electrically insulating material, and excludes a fixed position between the high voltage electrode portion 2 and the insulating member 5 of the insulating member 5.
- a conductive material may be used inside the portion and the insulating member 5.
- the structure of the insulating member 5 has a two-layer structure of an electrically conductive material and an external insulating material inside, thereby increasing the margin of material design and improving the mechanical strength of the insulating member 5.
- the ground electrode 1 and the high-voltage electrode portion 2 can be kept more accurately.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of another water treatment device according to the first embodiment. 4 includes a water-repellent part 52 that covers a part of the surface of the insulating member 5 and a shielding plate 36 around the water supply part 3 in the configuration of FIG.
- the water repellent part 52 may be provided over the entire surface of the insulating member 5, but since the insulation is maintained at the place where the water repellent part 52 is provided, it may be at least a part. Further, the shielding plate 36 provided around the water supply unit 3 suppresses the scattering of the insulating member 5 in the direction, particularly the connection between the insulating member 5 and the high-voltage electrode unit 2.
- the shielding plate 36 does not need to be provided over the entire periphery of the water supply unit 3, and is provided at a position at which scattering to at least the direction of the insulating member 5, particularly the connection between the insulating member 5 and the high voltage electrode unit 2 is suppressed. That's fine.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of still another water treatment apparatus according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a view in which the upper end portion 5a and the lower end portion 5b of the insulating member 5 configured as shown in FIG. 1 are made thinner than other portions.
- the insulation distance directly secured at the connection portion of the upper end portion with the high voltage electrode portion 2 but the entire surface or at least a part of the insulating member 5 is provided with irregularities, that is, the lower end portion of the insulating member.
- the insulation distance can be increased by changing the cross-sectional area between the upper end and the upper end.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the water treatment device according to the second embodiment.
- one end of the circulation pipe 35 is connected to the wall surface facing the drain pipe 61 of the treated water tank 6, and the other end is connected to the water supply pipe 32 of the water supply unit 3.
- FIG. 6B, FIG. 6C, and FIG. 6D show the configuration of the water treatment apparatus in which a part of the circulation pipe of FIG. 6A is changed.
- one end of the circulation pipe 35 is connected to the wall surface facing the drain pipe 61 of the treated water tank 6, but may be connected to the drain pipe 61 as shown in FIG. 6B.
- a valve 37 may be provided, and the valve 37 may be selected to circulate, drain, or stay.
- the other end of the circulation pipe 35 is connected to the water supply pipe 32 of the upper water supply section 3.
- the water supply from the outside is provided between the pump 34 and the treated water tank 6.
- a pipe may be connected to control the flow rate of the water to be treated supplied to the water supply unit 3 by the pump 34 or the ratio of the water to be treated and the water to be treated supplied from the outside.
- a water supply pipe 33 for supplying the treated water 30 from the outside is provided in the treated water tank 6, and connected to the drain pipe 61 via the valve 37 to the circulation pipe 35 to circulate, drain, or stay. Or select with the valve 37.
- the circulation pipe 35 is provided with a pump 34 so that the flow rate can be adjusted.
- the to-be-processed water 30 supplied from the outside via the water supply pipe 33 is first decomposed
- the pump 34 And the load of the pulse power supply 7 can be reduced.
- the concentration of the organic substance becomes a predetermined value or less by the sensor
- the treated water 60 is discharged from the drain pipe 61 by the valve 37.
- circulation and drainage can be performed at the same time, and the ratio of circulation and drainage flow rate can be controlled so that the organic matter concentration in the treated water tank 6 is constant.
- these parameters can be used as an indicator of the organic matter concentration.
- the configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the circulation pipe 35.
- the materials of the ground electrode 1, the high-voltage electrode portion 2, the support structure 4, the insulating member 5, and the treated water tank 6 or The configuration can be selected and can be changed.
- Embodiment 2 there exists an effect similar to Embodiment.
- the distance between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode unit 2 is maintained with high accuracy, and leakage between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode unit 2 is suppressed, and the water to be treated is treated with high efficiency by stable discharge. It becomes possible to do.
- the water to be treated is repeatedly brought into contact with the discharge by the circulation pipe 35, it contributes to high-efficiency treatment of the water to be treated.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of another water treatment device according to the second embodiment. 7 includes a water repellent portion 52 that covers a part of the surface of the insulating member 5 and a shielding plate 36 around the water supply portion 3 in the configuration of FIG. 6A.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of still another water treatment apparatus according to the second embodiment.
- FIG. 8 is a view in which the upper end portion 5a and the lower end portion 5b of the insulating member 5 configured as shown in FIG. 6A are made thinner than other portions. 7 and FIG. 8 can further suppress leakage as compared with FIG. 6A as described in the first embodiment.
- FIG. 9 is a configuration diagram showing the configuration of the water treatment apparatus according to Embodiment 3
- FIG. 10 is a cross-sectional view as seen from the CC line direction of FIG. 9, and
- FIG. 11 is as seen from the DD line direction of FIG. It is sectional drawing.
- the basic configuration of the water treatment apparatus of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, that is, the ground electrode 1, the high-voltage electrode unit 2, the water supply unit 3, the support structure 4, the insulating member 5, and the treated water tank. 6 is provided. Below, a different part from Embodiment 1 is demonstrated.
- the plurality of ground electrodes 1 are flat conductive members, arranged in parallel to each other at a predetermined interval in the horizontal direction, and fixed at the upper end in the vertical direction to the support structure 4.
- One ground electrode has a shape having a recessed portion 1a for allowing the water supply portion 3, the water supply pipe 32, and the high-voltage electrode portion 2 to pass therethrough, and portions 1b fixed to the support structures 4 at both ends thereof. It has become.
- the insulating member 5 is, for example, a columnar member, the upper end portion is located above the water supply portion, the support structure 4 is fixed to the upper end portion, and the voltage receiving portion 21 of the high-voltage electrode portion 2 is fixed to the lower end portion. ing.
- the voltage receiving portion 21 of the high-voltage electrode portion 2 has, for example, a rectangular frame shape having an opening 21 a, and the corner portion of the frame is fixed to the support structure 4 via the insulating member 5.
- the opposing electrode portion 23a of the high-voltage electrode portion 2 disposed between the adjacent ground electrodes 1 and facing the ground electrode 1 is formed of a wire-like electrode, and both ends thereof are supported by the support portions 22 of the high-voltage electrode portion 2. ing.
- the figure shows an example of three wires, a plurality of wires are provided in parallel with each other in the vertical direction at a predetermined interval.
- the plurality of counter electrode portions 23 a are arranged at an equal distance from the adjacent ground electrode 1.
- the lower end of the support portion 22 is held so as to be higher than the lower end portion of the ground electrode 1 in the vertical direction.
- the support structure 4 is fixed to the upper part of the treated water tank 6 as in the first embodiment, the treated water tank 6 is deeper than in the first embodiment, and is grounded even in consideration of the water surface of the treated water 30 to be retained. Both the lower end portion of the electrode 1 and the lower end portion of the support portion 22 of the high voltage electrode portion 2 are held at a position higher than the water surface.
- the water supply unit 3 is a watering device provided above the high voltage electrode unit 2.
- Sprinkling holes 31 are provided on the surface of the water supply unit 3 that faces the high-voltage electrode unit 2, that is, the lower surface, and the water to be treated 30 is supplied from the watering holes 31 between the adjacent ground electrodes 1.
- the treated water 30 supplied from the water supply unit 3 passes between the opening 21a of the high-voltage electrode unit 2 and the ground electrode 1 and falls into the treated water tank 6 and is collected.
- the treated water 30 collected in the treated water tank 6 stays in the treated water tank 6 for a certain period of time and is then discharged from the drain pipe 61 as treated water 60.
- the water supply part 3 is arrange
- the support structure 4 is fixed above the ground electrode 1 in the vertical direction.
- a high voltage pulse is applied between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode part 2 from the pulse power source 7, and a discharge D is generated between the ground electrode 1 and the counter electrode part 23a.
- the pulse power source 7 has one terminal connected to the voltage receiving unit 21 of the high-voltage electrode unit 2 via a connection line 71 and the other terminal connected to the ground electrode 1 via the support structure 4 and is commonly grounded. ing.
- the connection line 71 is connected to the high-voltage electrode unit 2 from above in the vertical direction of the water supply unit 3.
- the treated water 30 supplied to the water supply unit 3 from the outside via the water supply pipe 32 is supplied in the form of droplets or a liquid film between the adjacent ground electrodes 1 below from the water spray holes 31.
- the pulse power source 7 is operated, a pulsed high voltage is applied between the ground electrode 1 and the counter electrode part 23a of the high voltage electrode part 2, and a discharge D is generated between the ground electrode 1 and the counter electrode part 23a. Is generated.
- the discharge D is distributed and formed between the ground electrode 1 and the counter electrode portion 23a so as to form a horizontal surface.
- the water 30 to be treated is in contact with the discharge D in the process of passing between the ground electrodes 1.
- the active species formed by the discharge D are dissolved in the water to be treated 30, and as a result, water treatment such as removal of hardly decomposable materials is performed on the water to be treated 30.
- the counter electrode portion 23a has a plurality of stages in the vertical direction, the water to be treated 30 passes through the multistage discharge D.
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 that fixes the high-voltage electrode portion 2 are supported by the same support structure 4.
- the water supply unit 3 is disposed below the fixing position between the support structure 4 and the insulating member 5.
- the fixing position of the support structure 4 and the insulating member 5 is supplied between the ground electrodes 1 located below in the direction opposite to the water spray direction of the water to be treated 30.
- the fixing position of the support structure 4 and the insulating member 5 is arranged at a position where the water to be treated 30 from the sprinkling holes 31 is not flooded, so there is no possibility of leakage due to the water to be treated 30.
- the lower end part of the support part 22 of the high voltage electrode part 2 is held between the adjacent ground electrodes 1, and the high voltage electrode part 2 below the water supply part 3 in the vertical direction passes through the gas layer except for the discharge D. It will be insulated.
- the high-voltage electrode unit 2 is insulated below the water supply unit 3 in the vertical direction, and the support structure 4 and The fixing position with the insulating member 5 also has no fear of leakage due to the water of the water to be treated 30. That is, since the high-voltage electrode portion 2 and the ground electrode 1 form a closed circuit via the discharge D and there is no leakage portion, stable discharge can be realized.
- connection line 71 is connected to the high voltage electrode unit 2 from above in the vertical direction of the water supply unit 3. Therefore, since the connection line 71 is prevented from contacting the water to be treated 30 above the water supply unit 3 in the vertical direction, leakage through the connection line 71 can also be suppressed.
- the positional relationship among the ground electrode 1, the insulating member 5, and the high-voltage electrode portion 2 is determined by the fixed position provided in the support structure 4, the distance between the ground electrode 1 and the counter electrode portion 23 a of the high-voltage electrode portion 2 is accurately determined. Can be well maintained.
- the ground electrode 1 and the insulating member 5 are fixed to the same upper surface in the vertical direction of the support structure 4, the ground electrode 1 even when the support structure 4 vibrates or deforms. And the distance between the counter electrode part 23a of the high-voltage electrode part 2 can be accurately maintained.
- the same effects as those of the first embodiment can be obtained. That is, since the ground electrode 1 and the insulating member 5 are fixed to the support structure 4 and the high voltage electrode portion 2 is fixed at the lower end of the insulating member 5 fixed to the support structure 4, the ground electrode 1 The high-voltage electrode portion 2 is maintained at a high accuracy, and the connecting portion between the support structure 4 and the insulating member 5 is also above the water supply portion 3 and can be disposed in the direction opposite to the watering direction. Therefore, leakage between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode unit 2 is suppressed, and the water to be treated can be treated with high efficiency by stable discharge.
- the counter electrode portions 23a of the high-voltage electrode portion 2 facing the ground electrode 1 are installed in multiple stages in the direction in which the water to be treated passes, so that planar discharges D are formed in multiple stages with the ground electrode 1. Therefore, it contributes to high-efficiency treatment of water to be treated.
- the upper end portion of the insulating member 5 is located above the water supply portion 3.
- the connection between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode part 2 and the high-voltage electrode part 2 and the insulating member 5 is located above the water supply part 3, thereby suppressing leakage.
- the connection between the support structure 4 and the insulating member 5 is located above the water supply unit 3, thereby suppressing leakage and suppressing leakage between the ground electrode 1 and the high-voltage electrode 2 in the discharge circuit.
- the water supply pipe 32 and the high-voltage electrode unit 2 are disposed in the concave hollow portion 1 a of the ground electrode 1.
- a water treatment apparatus can be reduced in size.
- 12 shows a cross-sectional view of the same portion as FIG. 11 in another water treatment apparatus according to the third embodiment, but the water supply pipe 32 and the high-voltage electrode portion 2 can also pass through the outer periphery of the ground electrode.
- the grounded electrode 1 at the end portion does not require the concave hollow portion 1a, and attachment and maintenance of the water supply pipe 32 and the high voltage electrode portion 2 can be facilitated.
- the shielding plate 36 can be provided in the water supply unit 3 and the water repellent unit 52 can be provided in at least a part of the insulating member 5 as in the first embodiment. Further, it is possible to make a part of the insulating member 5 thin and provide an uneven shape. Further, as in the second embodiment, the water to be treated 30 after passing through the discharge D can be circulated to increase the water treatment efficiency.
- the counter electrode part 23a of the high-voltage electrode part 2 may be a thin plate-like conductive member as in the first embodiment, instead of a wire.
- 1 ground electrode, 1a: hollow part, 1b: fixed part, 2: high voltage electrode part, 21: voltage receiving part, 21a: opening part, 22: support part, 23, 23a: counter electrode part, 3: water supply part, 30: Water to be treated, 31: Sprinkling holes, 32, 33: Water supply piping, 34: Pump, 35: Circulation piping, 36: Shield plate, 37: Valve, 4: Support structure, 41: Opening, 5: Insulation Member, 52: water repellent part, 6: treated water tank, 60: treated water, 61: drainage pipe, 7: pulse power supply, 71: connection line, D: discharge.
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Abstract
被処理水による漏電を抑制し、被処理水を高効率に処理することができる水処理装置を得ることを目的とする。 複数の板状の接地電極(1)と、接地電極(1)に対向する対向電極部(23)を有し対向電極部(23)を支持する支持部(22)と高電圧を受電する高圧受電部(21)を有する高圧電極部(2)と、接地電極(1)の間に鉛直方向の上方から被処理水(30)を供給する給水部(3)と、を備えた水処理装置であって、接地電極(1)の下端部を固定する支持構造体(4)に、下端部が固定され、上端部が高圧電極部(2)の高圧受電部(21)と接続される絶縁部材(5)を備える。高圧電極部(2)の支持部(22)の下端は接地電極(1)間の空間に保持され、絶縁部材(6)と高圧電極部(2)との接続部が給水部(3)よりも鉛直方向の上方に位置し、被処理水30による漏電を抑制する。
Description
本願は、放電を用いて、被処理水の浄化を行う水処理装置に関するものである。
工業排水および再利用水等には、オゾン(O3)または塩素では分解されない難分解性物質が含まれることがある。特にダイオキシン類、ジオキサン等の除去が大きな課題となっている。一部では、オゾンと過酸化水素(H2O2)または紫外線を組み合わせることで、オゾンおよび塩素よりも活性の高いヒドロキシル(OH)ラジカルを被処理水中で発生させ、難分解性物質の除去を行う方法が実用化されているが、装置コスト、運転コストとも非常に高く、あまり普及していない。そこで、放電で発生させたOHラジカルを被処理水に直接作用させることで、高効率に難分解性物質を除去する方法が検討されている。
このような水処理を行う水処理装置として、被処理水をミスト状にして放電空間で処理を行う水処理装置が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2)。
特許文献1には、筒状の容器内に上方より一定間隔を保って吊り下げられた線状電極と、この線状電極と一定間隔を保って平行に配置された板状電極とを配置し、両電極間に高圧直流電圧を印加するとともに容器上方より処理水を散水して、発生したオゾンにより水処理を行うことが開示されている。
特許文献1には、筒状の容器内に上方より一定間隔を保って吊り下げられた線状電極と、この線状電極と一定間隔を保って平行に配置された板状電極とを配置し、両電極間に高圧直流電圧を印加するとともに容器上方より処理水を散水して、発生したオゾンにより水処理を行うことが開示されている。
また、特許文献2には、処理槽内に円筒状の接地電極を設けるとともに、この接地電極の両端に設けられた絶縁碍子を介して、接地電極の中心軸に沿って線状の高圧電極を設けるとともに、被処理水をミスト状にして円状の接地電極の内部に供給する水処理装置が開示されている。この水処理装置によれば、接地電極と高圧電極との間に高圧パルスを印加して放電を発生させ、放電によって発生するラジカル等の活性種を被処理水に効率よく作用させることで、処理速度を向上し大量の被処理水を短時間で分解処理するとともに、コンパクトでメンテナンスが容易な水処理装置を提供することが可能になる。
一般に水処理の対象となる被処理水にはアルカリイオンなどが含まれるため、電圧が印加されると電流が流れ(漏電)、電力の消費および電圧の低下が生じる。電力の消費および電圧の低下が発生すると、水処理に寄与しないエネルギー損失あるいは放電の不均一化によって水処理効率が低下する。
特許文献2の水処理装置では、水処理中に絶縁碍子に被処理水がかかり、接地電極と高圧電極を接続する絶縁碍子の表面が被処理水で濡れる。そのため、従来の水処理装置では、水処理中に接地電極と高圧電極の間に漏電が発生してしまい、水処理効率が低下する虞がある。
特許文献2の水処理装置では、水処理中に絶縁碍子に被処理水がかかり、接地電極と高圧電極を接続する絶縁碍子の表面が被処理水で濡れる。そのため、従来の水処理装置では、水処理中に接地電極と高圧電極の間に漏電が発生してしまい、水処理効率が低下する虞がある。
特許文献1の水処理装置では、線状電極を吊り下げる支持枠は容器の頂部で絶縁体を介して固定されており、この絶縁部は処理水に濡れにくい。しかし、本構造では、処理水の散水により、特に処理効率を上げるために流量を増加させると、吊り下げられた線状電極が揺れ動く虞がある。そのため、線状電極間、もしくは線状電極と板状電極との間の間隔が変動し、安定な放電を維持できず、水処理効率が低下することが懸念されていた。
本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、接地電極と高圧電極との間の漏電を抑制して、被処理水を高効率に処理することができる水処理装置を得ることを目的とする。
本願に開示される水処理装置は、水平方向に等間隔で配置された平板状の接地電極と、隣り合う前記接地電極の間に前記接地電極と対向するように配置された高圧電極部と、隣り合う前記接地電極の間に被処理水を供給する給水部とを備え、前記接地電極と前記高圧電極部との間に形成された放電により被処理水の処理を行う水処理装置であって、前記接地電極を支持しかつ前記高圧電極部に接続された絶縁部材を支持する支持構造体を有し、前記給水部よりも前記絶縁部材の上端部が上方に配置されたものである。
以上のように構成されたので、接地電極と高圧電極との間隔を維持できるとともに、接地電極と高圧電極との間に給水部よりも高い箇所を設けることができ、接地電極と高圧電極との間の漏電が抑制され、被処理水を高効率に処理可能な水処理装置を提供することができる。
以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態1.
実施の形態1について、図1から図3を参照して説明する。
図1は実施の形態1に係る水処理装置の構成を示す断面図、図2は図1のA-A線方向から見た断面図、図3は図1のB-B線方向から見た断面図である。
図において、水処理装置は、支持構造体4に鉛直方向に支持された複数の接地電極1と、接地電極1との間で放電を形成する高圧電極部2と、接地電極1と高圧電極部2との間に被処理水を供給する給水部3と、高圧電極部2を支持する絶縁部材5と、上部に支持構造体4が固定され処理水を貯留する処理水槽6とを備えている。
実施の形態1について、図1から図3を参照して説明する。
図1は実施の形態1に係る水処理装置の構成を示す断面図、図2は図1のA-A線方向から見た断面図、図3は図1のB-B線方向から見た断面図である。
図において、水処理装置は、支持構造体4に鉛直方向に支持された複数の接地電極1と、接地電極1との間で放電を形成する高圧電極部2と、接地電極1と高圧電極部2との間に被処理水を供給する給水部3と、高圧電極部2を支持する絶縁部材5と、上部に支持構造体4が固定され処理水を貯留する処理水槽6とを備えている。
接地電極1は、図1および図3に示すように、平板状の導電性部材であり、水平方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて配列し、支持構造体4により鉛直方向の下端を固定され支持されている。
高圧電極部2は、図1および図2に示すようにパルス電源7より高電圧を受電する受電圧部21と、受電圧部21に接続され接地電極1に対向する対向電極部23の両端を支持する支持部22とから構成される。対向電極部23は薄板状の導電性の部材であり、隣接する接地電極1の間に水平となるように配置されている。また、対向電極部23は鉛直方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて複数設けられるとともに、隣り合う接地電極1の間に設けられ、隣り合う接地電極1と等距離になるように設けられている。パルス電源7よりパルス電圧が高圧電極部2に印加されると接地電極1と対向する対向電極部23の辺との間に面状に放電Dが形成される。パルス電源7は、一方の端子が高圧電極部2に接続線71にて接続され、他方の端子が支持構造体4を介して接地電極1に接続されるとともに共通に接地されている。
なお、後述するが、被処理水は面状に形成された放電Dを通過する。
高圧電極部2は、図1および図2に示すようにパルス電源7より高電圧を受電する受電圧部21と、受電圧部21に接続され接地電極1に対向する対向電極部23の両端を支持する支持部22とから構成される。対向電極部23は薄板状の導電性の部材であり、隣接する接地電極1の間に水平となるように配置されている。また、対向電極部23は鉛直方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて複数設けられるとともに、隣り合う接地電極1の間に設けられ、隣り合う接地電極1と等距離になるように設けられている。パルス電源7よりパルス電圧が高圧電極部2に印加されると接地電極1と対向する対向電極部23の辺との間に面状に放電Dが形成される。パルス電源7は、一方の端子が高圧電極部2に接続線71にて接続され、他方の端子が支持構造体4を介して接地電極1に接続されるとともに共通に接地されている。
なお、後述するが、被処理水は面状に形成された放電Dを通過する。
また、高圧電極部2の受電圧部21は絶縁部材5の鉛直方向の上端部に固定されており、支持部22の下端部は、接地電極1を支持する支持構造体4よりも上方になるように配置されている。
絶縁部材5は例えば柱状あるいは棒状の形状からなり、絶縁部材5の鉛直方向の下端部は支持構造体4に固定されている。絶縁部材の上端部は給水部3よりも上方に伸びてその上端部で高圧電極部2の受電圧部21を固定する。
接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の上端に固定されているので、接地電極1と高圧電極部2の対向電極部23との間隔は精度よく維持される。
絶縁部材5は例えば柱状あるいは棒状の形状からなり、絶縁部材5の鉛直方向の下端部は支持構造体4に固定されている。絶縁部材の上端部は給水部3よりも上方に伸びてその上端部で高圧電極部2の受電圧部21を固定する。
接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の上端に固定されているので、接地電極1と高圧電極部2の対向電極部23との間隔は精度よく維持される。
給水部3は、接地電極1の鉛直方向の上方に設けられており、被処理水30が供給される給水配管32に連結された散水装置である。給水部3の接地電極1と対向する面に散水孔31が設けられており、被処理水30は散水孔31から鉛直方向の下方にある隣り合う接地電極1の間に供給される。給水部3は、高圧電極部2の受電圧部21と絶縁部材5との固定位置よりも下方に位置するように配置されている。
支持構造体4は、処理水槽6の上部に固定され、開口部41を有する導電性部材から構成される。給水部3から、接地電極1の間に供給された被処理水30は、放電Dに曝された後支持構造体4の開口部41を通過して、処理水槽6に落下し、回収される。処理水槽6に回収された被処理水30は、一定時間処理水槽6内に滞留した後、排水配管61から処理水60として排出される。
次に、本実施の形態1に係る水処理装置の基本動作について説明する。外部から給水配管32を介して給水部3に供給された被処理水30は散水孔31から下方にある隣り合う接地電極1の間に、液滴状または液膜状で供給される。このとき、パルス電源7を動作させ、接地電極1と高圧電極部2との間にパルス状の高電圧を印加し、接地電極1と対向電極部23との間に放電Dを形成させる。放電Dは、接地電極1と対向電極部23との間で水平方向に面をなすように分布して形成される。被処理水30は、隣接する接地電極1の間を通過する過程で、形成された放電Dと接触する。このとき、放電Dによって形成された活性種が被処理水30に溶解し、その結果、被処理水30に対して難分解性物資の除去などの水処理が行われる。
対向電極部23は図1で紙面の奥行方向に伸びる薄板状の導電性の部材であり、隣接する接地電極1の間に水平となるようにかつ多段に配置されている。そのため、面状に形成された放電Dの空間も多段に形成され、給水部3から接地電極1の間に供給された被処理水30は、接地電極1の間を通過する際に必ず放電Dと接触することになる。従って、被処理水30を高効率に処理することができる。
対向電極部23は図1で紙面の奥行方向に伸びる薄板状の導電性の部材であり、隣接する接地電極1の間に水平となるようにかつ多段に配置されている。そのため、面状に形成された放電Dの空間も多段に形成され、給水部3から接地電極1の間に供給された被処理水30は、接地電極1の間を通過する際に必ず放電Dと接触することになる。従って、被処理水30を高効率に処理することができる。
次に、本実施の形態1に係る水処理装置によって、被処理水30の処理が行われる原理を説明する。なお、ここでは有機物の分解を例にとって説明するが、放電で生じるO3およびOHラジカルなどの活性種が、除菌、脱色または脱臭にも有効であることは周知である。
隣接する接地電極1の間に供給される気体としては、空気、酸素、希ガス(アルゴン、ネオン)などが用いられる。接地電極1と高圧電極部2との間に高電圧パルスを印加することで、接地電極1と対向電極部23との間の気体層、あるいは隣接する接地電極1の間を通過する被処理水30との界面で放電が生じる。このとき、酸素分子(O2)、水分子(H2O)が高エネルギーの電子と衝突し、(1)式、(2)式の解離反応が生じる。ここでeは電子、Oは原子状酸素、Hは原子状水素、OHはOHラジカルである。
隣接する接地電極1の間に供給される気体としては、空気、酸素、希ガス(アルゴン、ネオン)などが用いられる。接地電極1と高圧電極部2との間に高電圧パルスを印加することで、接地電極1と対向電極部23との間の気体層、あるいは隣接する接地電極1の間を通過する被処理水30との界面で放電が生じる。このとき、酸素分子(O2)、水分子(H2O)が高エネルギーの電子と衝突し、(1)式、(2)式の解離反応が生じる。ここでeは電子、Oは原子状酸素、Hは原子状水素、OHはOHラジカルである。
e+O2→2O ・・・(1)
e+H2O→H+OH ・・・(2)
(1)式で発生した原子状酸素の一部は、(3)式によりオゾン(O3)となる。ここで、Mは反応の第三体であり、気体中のあらゆる分子又は原子を表わす。
O+O2+M→O3 ・・・(3)
また、(2)式で生じたOHラジカルの一部は、次の(4)式の反応により過酸化水素(H2O2)となる。
OH+OH→H2O2 ・・・(4)
そして、(1)から(4)式の反応で生成されたO、OH、O3、H2O2などの酸化性の活性種は、(5)式の反応により、被処理水30中の有機物を二酸化炭素(CO2)と水に酸化分解する。ここで、Rは処理対象となる有機物である。
R+(O、OH、O3、H2O2)→CO2+H2O ・・・(5)
e+H2O→H+OH ・・・(2)
(1)式で発生した原子状酸素の一部は、(3)式によりオゾン(O3)となる。ここで、Mは反応の第三体であり、気体中のあらゆる分子又は原子を表わす。
O+O2+M→O3 ・・・(3)
また、(2)式で生じたOHラジカルの一部は、次の(4)式の反応により過酸化水素(H2O2)となる。
OH+OH→H2O2 ・・・(4)
そして、(1)から(4)式の反応で生成されたO、OH、O3、H2O2などの酸化性の活性種は、(5)式の反応により、被処理水30中の有機物を二酸化炭素(CO2)と水に酸化分解する。ここで、Rは処理対象となる有機物である。
R+(O、OH、O3、H2O2)→CO2+H2O ・・・(5)
一方、(3)式と(4)式とで生じたO3およびH2O2の一部は、(6)式および(7)式により、被処理水30の表面から被処理水30に溶解する。ここで(L)は液相を意味する。
O3→O3(L) ・・・(6)
H2O2→H2O2(L) ・・・(7)
さらに、O3(L)とH2O2(L)との反応により、(8)式の通り水中でOHラジカルが生成される。
O3(L)+H2O2(L)→OH(L) ・・・(8)
(6)から(8)式で生成されたO3(L)、H2O2(L)、およびOH(L)は、(9)式により、水中反応で有機物を分解する。
R+(O3(L)、OH(L)、H2O2(L))→CO2+H2O
・・・(9)
O3→O3(L) ・・・(6)
H2O2→H2O2(L) ・・・(7)
さらに、O3(L)とH2O2(L)との反応により、(8)式の通り水中でOHラジカルが生成される。
O3(L)+H2O2(L)→OH(L) ・・・(8)
(6)から(8)式で生成されたO3(L)、H2O2(L)、およびOH(L)は、(9)式により、水中反応で有機物を分解する。
R+(O3(L)、OH(L)、H2O2(L))→CO2+H2O
・・・(9)
以上に述べたように、本実施の形態1による被処理水30中の有機物の分解は、(5)式の反応による被処理水30の表面の有機物の分解と、(9)式の反応による被処理水30の水中での有機物の分解の双方によって進行する。
処理水槽6に回収された被処理水30は、(9)式の反応によって有機物を分解するために、一定時間処理水槽6内に滞留し、その後排水配管61から処理水60として排出される。
処理水槽6に回収された被処理水30は、(9)式の反応によって有機物を分解するために、一定時間処理水槽6内に滞留し、その後排水配管61から処理水60として排出される。
高効率な水処理を行うには、放電回路中に漏電等なく、安定な放電が形成できることが重要となる。本実施の形態1に係る水処理装置によって、高効率な水処理が実現することについて以下に説明する。
接地電極1と高圧電極部2を固定する絶縁部材5とは同じ支持構造体4に支持されている。給水部3は、高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置よりも下方に位置し、被処理水30は給水部3の散水孔31から高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置の方向とは反対の鉛直方向の下方にある接地電極1の間に供給される。すなわち、高圧電極部2と絶縁部材5の固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30の被水による漏電の虞がない。
また、高圧電極部2の支持部22の下端部は支持構造体4に接することなく、空間すなわち気体層を介して支持構造体4の上方に位置する。給水部3よりも下方において高圧電極部2の対向電極部23は放電Dを除くと気体層を介して絶縁されている。従って、被処理水30を接地電極1の間に供給し水処理を行う場合においても、高圧電極部2は給水部3よりも鉛直方向の下方においても絶縁されている。すなわち、高圧電極部2と接地電極1とは放電Dを介して閉回路を形成するとともに、漏電部がないため、安定な放電が実現できる。
接地電極1と高圧電極部2を固定する絶縁部材5とは同じ支持構造体4に支持されている。給水部3は、高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置よりも下方に位置し、被処理水30は給水部3の散水孔31から高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置の方向とは反対の鉛直方向の下方にある接地電極1の間に供給される。すなわち、高圧電極部2と絶縁部材5の固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30の被水による漏電の虞がない。
また、高圧電極部2の支持部22の下端部は支持構造体4に接することなく、空間すなわち気体層を介して支持構造体4の上方に位置する。給水部3よりも下方において高圧電極部2の対向電極部23は放電Dを除くと気体層を介して絶縁されている。従って、被処理水30を接地電極1の間に供給し水処理を行う場合においても、高圧電極部2は給水部3よりも鉛直方向の下方においても絶縁されている。すなわち、高圧電極部2と接地電極1とは放電Dを介して閉回路を形成するとともに、漏電部がないため、安定な放電が実現できる。
一方、高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置が下方にあり、被処理水30の散水方向に位置している場合、高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置が被処理水30によって被水し、絶縁部材5の表面を介して漏電が発生してしまう虞がある。また、高圧電極部2の支持部22の下端部が、振動等により直接的にあるいはある部材を介して間接的に接地電極1または支持構造体4またはその他の部材に接触するような場合、被処理水30によってその部材の表面が濡れてしまうとその部材の表面を介した漏電が発生してしまう。
本実施の形態の高圧電極部2と絶縁部材5の固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30の被水による漏電の虞がない。
また、接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の上端に固定されているので、接地電極1と高圧電極部2との間隔は精度よく維持される。高圧電極部2の支持部22も、受電圧部21に固定されて接地電極1または支持構造体4とは所定の間隔で保持されるので、部材を介して間接的に接地電極1または支持構造体4に接触する可能性が低く、漏電の虞もない。
本実施の形態の高圧電極部2と絶縁部材5の固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30の被水による漏電の虞がない。
また、接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の上端に固定されているので、接地電極1と高圧電極部2との間隔は精度よく維持される。高圧電極部2の支持部22も、受電圧部21に固定されて接地電極1または支持構造体4とは所定の間隔で保持されるので、部材を介して間接的に接地電極1または支持構造体4に接触する可能性が低く、漏電の虞もない。
なお、接地電極1は支持構造体4に下端が固定されているが、接地電極1はパルス電源7の他方の端子が支持構造体4を介して接地電極1に接続されており、接地電極1と支持構造体4とは共通の電位に設置されているため、接地電極1と支持構造体4との固定部が被処理水30で濡れたとしても、被処理水30には電位差が生じないため、漏電しない。
以上のように、本実施の形態の構成によれば、漏電発生の虞がなく、安定な放電が実現可能となる。
以上のように、本実施の形態の構成によれば、漏電発生の虞がなく、安定な放電が実現可能となる。
さらに、実施の形態1においては、高圧電極部2の支持部22の下端が接地電極1の鉛直方向の下端よりも上方に設けられている。このような配置とすることで、高圧電極部2の対向電極部23が周囲から接地電極1によって遮蔽されるため、対向電極部23と接地電極1の間で安定的に電界が形成され、安定的に放電Dを形成することが可能になる。
以上のように、本実施の形態1によれば、接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の上端で固定するようにしたので、接地電極1と高圧電極部2との間隔は精度よく維持される。また、高圧電極部2と絶縁部材5との接続部も給水部3より上方であって、散水方向と逆方向に配設可能となった。従って、接地電極1と高圧電極部2との間の漏電が抑制され、安定な放電により被処理水を高効率に処理することが可能となる。
また、接地電極1に対向する高圧電極部2の対向電極部23を被処理水の通過する方向に多段に設置し、接地電極1との間で面状の放電を多段に形成するようにしたので、被処理水30の高効率処理に寄与する。
また、接地電極1に対向する高圧電極部2の対向電極部23を被処理水の通過する方向に多段に設置し、接地電極1との間で面状の放電を多段に形成するようにしたので、被処理水30の高効率処理に寄与する。
なお、放電形成にパルス電源7を用いた例について説明したが、本実施の形態に適用される電源は、安定して放電が形成できれば、必ずしもパルス電源である必要はなく、例えば、交流電源または直流電源であってもよい。
また、パルス電源7から出力される電圧の極性、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅などは、接地電極1および高圧電極部2の構造、気体層のガス種等の諸条件に応じて、適宜決定することができる。一般に、電圧波高値は1kV~50kVが望ましい。1kV未満では安定した放電が形成されず、また、50kV超とするには、電源の大型化および電気絶縁の高度化が必要になり、製造コストおよび保守コストが著しく増加する。
また、繰り返し周波は、10pps(pulse-per-second)以上、100kpps以下とすることが望ましい。これは、10pps未満では、十分な放電電力を投入するために非常に高い電圧が必要となり、逆に、100kppsよりも大きくすると、水処理の効果が飽和し、電力効率が低下する。また、被処理水30の流量または被処理水30に含まれる成分または濃度に応じて、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅を調整するようにしても良い。
また、パルス電源7から出力される電圧の極性、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅などは、接地電極1および高圧電極部2の構造、気体層のガス種等の諸条件に応じて、適宜決定することができる。一般に、電圧波高値は1kV~50kVが望ましい。1kV未満では安定した放電が形成されず、また、50kV超とするには、電源の大型化および電気絶縁の高度化が必要になり、製造コストおよび保守コストが著しく増加する。
また、繰り返し周波は、10pps(pulse-per-second)以上、100kpps以下とすることが望ましい。これは、10pps未満では、十分な放電電力を投入するために非常に高い電圧が必要となり、逆に、100kppsよりも大きくすると、水処理の効果が飽和し、電力効率が低下する。また、被処理水30の流量または被処理水30に含まれる成分または濃度に応じて、電圧波高値、繰り返し周波数、パルス幅を調整するようにしても良い。
上述において、平板状の給水部3に設けられた散水孔31から液滴状または液膜状で被処理水30を供給した例について説明した。しかしながら、本実施の形態に適用される給水部3は、液滴状または液膜状に接地電極1の間に被処理水30を供給できれば、必ずしも平板状の給水部3に散水孔31を有している必要はない。例えば、噴霧ノズルまたはディスペンサーなどを用いることができる。散水孔31を有する平板状の給水部3を用いることで、接地電極1の数または被処理水の状態が異なる場合においても、給水部3の面積、散水孔31の穴径、穴数を変更することで容易に拡張できるため、設計費を抑制し水処理装置のコストを低下させことができる。また、噴霧ノズルまたはディスペンサーを用いる場合には、被処理水30の液滴の径を制御し、水処理効率を向上することができる。
また、給水部3から接地電極1の間に供給される被処理水30の流量、液滴の形成数、液滴の径などは被処理水30の水質または含有される物資の種類に応じて適宜調整することができる。液滴の径が小さい方が、被処理水30の比表面積が増加し、被処理水30中への活性種の輸送効率および水処理効率が増加するため好ましい。水処理効率を向上するためには、水滴の径を1mm以下とすることが好適である。
また、給水部3から接地電極1の間に供給される被処理水30の流量、液滴の形成数、液滴の径などは被処理水30の水質または含有される物資の種類に応じて適宜調整することができる。液滴の径が小さい方が、被処理水30の比表面積が増加し、被処理水30中への活性種の輸送効率および水処理効率が増加するため好ましい。水処理効率を向上するためには、水滴の径を1mm以下とすることが好適である。
本実施の形態1に係る水処理装置が図示しない密閉あるいは半密閉の収容容器に収容されていてもよい。水処理装置を収容容器に収容することで、容器内の気体の種類を制御することができ、放電Dの安定性向上および気相から被処理水30への不純物の侵入を防ぐことができる。また、水処理装置を密閉あるいは半密閉の収容容器に収容し、収容容器の外にパルス電源7を設けることで、被処理水30の飛沫または蒸気、また放電によって生じた活性種によってパルス電源7が劣化することを防ぐことができる。
本実施の形態において、接地電極1は導電性材料で構成され、特にステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。接地電極1は、その機械強度が維持できる範囲で薄くしたり、メッシュまたはパンチングメタルなどの構造を適用したりすることもできる。接地電極1を薄くすることで接地電極1の重量を減らすことができるため、支持構造体4の機械強度の低減および水処理装置のコストを低下させることができる。また、接地電極1は、高圧電極部2の対向電極部23と同様に、複数の接地電極1の配列方向に直行する方向に水平に伸長された電極部を有する構造とすることができる。接地電極1も高圧電極部2の対向電極部23の電極構造と同様にし、高圧電極部2の対向電極部23と対向させることで、電界が集中して放電Dの形成位置を精度よく決めることができ、流下する被処理水30の処理効率が向上する。
また、高圧電極部2は導電性材料で構成され、特にステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。本実施の形態1では、薄板状の対向電極部23を用いたが、高電圧パルスによって対向電極部23に強い電界が形成されればよく、必ずしも薄板状である必要はない。対向電極部23としては、例えば、ワイヤ、板材に多数の針またはねじを櫛の歯状に固定したもの、メッシュ状の板材、パンチングメタルなどを適宜用いることができる。なお、薄板形状は、他の形状と比較して機械強度を確保することができ、高圧電極部2の耐久性を向上できるため好ましい。また、ワイヤ形状は、接地電極1の間の鉛直方向から見た開口率を増やすことができるため、他の形状の場合と比較して隣り合う接地電極1の間隔を小さくすることができ、水処理装置を小型化することができる。
また、実施の形態1において、対向電極部23は高圧電極部2の鉛直方向の下端部より上方に設けられている。このようにすることで、高圧電極部2の鉛直方向の下端部で被処理水30が溜まることを抑制し、また溜まった被処理水30によって高圧電極部2の下端部の電界が歪み放電Dが不安定化することを抑制できる。例えば対向電極部23を上述のメッシュ状の板材にすれば、被処理水30が対向電極部23に溜まることはない。
また、実施の形態1において、対向電極部23は高圧電極部2の鉛直方向の下端部より上方に設けられている。このようにすることで、高圧電極部2の鉛直方向の下端部で被処理水30が溜まることを抑制し、また溜まった被処理水30によって高圧電極部2の下端部の電界が歪み放電Dが不安定化することを抑制できる。例えば対向電極部23を上述のメッシュ状の板材にすれば、被処理水30が対向電極部23に溜まることはない。
また、支持構造体4は導電性材料で構成され、特にステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。本実施の形態1では、断面が直方体の支持構造体4を用いたが、支持構造体4は接地電極1と高圧電極部2と絶縁部材5とを保持できる機械強度を有していればよい。例えば、支持構造体4を構成する枠材の断面が円形、H型、I型、T型などの断面を有する部材、あるいは中空の部材などを適宜用いることができる。H型等は機械的強度を維持しつつ軽量化を図ることが可能であり、支持構造体4および水処理装置が製造コストを抑制することができる。
上述において、支持構造体4が処理水槽6の上部に固定されている例を示したが、処理水槽6の底部で固定した支持脚(図示せず)の上方に支持構造体4を配置して処理水槽6の上方に保持することもできる。支持構造体4を処理水槽6に取り付ける場合は、支持脚を用いる場合より水処理装置の構成部材が少なくなるため、水処理装置のコストを低下し、小型化することができる。支持構造体4を支持脚により処理水槽6の上方に保持する場合は、支持構造体4を強固に支持できるため、接地電極1および高圧電極部2の大型化した場合も安定して固定することができ、また、支持脚が処理水槽6の底部で固定されているので、被処理水30の輸送またはポンプ34の振動などによって支持構造体4が振動するのを抑制することができる。
また、処理水槽6は被処理水30を貯留できる任意の材料を用いて構成することができる。特に、ステンレス鋼またはチタン、石英およびアルミナなどのセラミックス材料、フッ素樹脂などの耐腐食性を有する耐腐食性に優れた材料を用いることが望ましい。また、(9)式の反応は水中で進行するため、被処理水30の滞留時間を延長したり、被処理水30を攪拌したりすることで、放電Dを通過して流下した被処理水30中に残存する有機物の分解を促進するようにしてもよい。そのために、処理水槽6中に邪魔板、攪拌機構、あるいはガスを被処理水30に導入して反応を促進させる散気手段を備えるようにすることもできる。
また、絶縁部材5は電気抵抗が高い電気絶縁材料を用いて構成することができる。例えば、絶縁部材5の材料として、石英およびホウ珪酸ガラスなどのガラス材料、アルミナおよびジルコニアなどのエンジニアリングセラミックス材料、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチック、またはそれらを組み合わせた材料等を用いることができる。また、絶縁部材5は、少なくとも高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置が電気絶縁材料で構成されていれば良く、絶縁部材5の高圧電極部2と絶縁部材5との固定位置を除く部分および絶縁部材5の内部に導電性材料を用いてもよい。絶縁部材5の構造を内部に導電性材料、外部絶縁材料の二層構造とすることで材料設計の裕度が高まり、絶縁部材5の機械強度の向上が可能となり、接地電極1と高圧電極部2との間隔をさらに精度よく保つことができるようになる。
また、図4に示すように、柱状からなる絶縁部材5の表面の少なくとも一部に撥水加工された撥水部52を備えていてもよい。さらに、給水部3の周囲に被処理水30の飛散を防止する遮蔽板36を設けてもよい。
図4は、本実施の形態1に係る別の水処理装置の構成を示す断面図である。図4は、図1の構成に絶縁部材5の表面の一部を覆う撥水部52と給水部3の周囲に遮蔽板36とを備えたものである。
絶縁部材5の表面に設けられた撥水部52の表面では被処理水30が弾かれるため、撥水部52の設けられた絶縁部材5の位置では絶縁が保たれる。従って、漏電抑制効果を向上することができる。撥水部52は絶縁部材5の表面全体に亘って設けてもよいが、撥水部52が設けられている箇所で絶縁が保たれるので、少なくとも一部であればよい。
また、給水部3の周囲に設けられた遮蔽板36により、絶縁部材5の方向、特に絶縁部材5と高圧電極部2との接続部への飛散が抑制される。従って、被処理水30の飛散によって絶縁部材5および絶縁部材5と高圧電極部2との接続部が被処理水30で濡れるのを抑制し、漏電抑制効果を向上することができる。遮蔽板36は給水部3の周囲全体に亘って設ける必要はなく、少なくとも絶縁部材5方向、特に絶縁部材5と高圧電極部2との接続部への飛散が抑制されるような位置に設けられればよい。
図4は、本実施の形態1に係る別の水処理装置の構成を示す断面図である。図4は、図1の構成に絶縁部材5の表面の一部を覆う撥水部52と給水部3の周囲に遮蔽板36とを備えたものである。
絶縁部材5の表面に設けられた撥水部52の表面では被処理水30が弾かれるため、撥水部52の設けられた絶縁部材5の位置では絶縁が保たれる。従って、漏電抑制効果を向上することができる。撥水部52は絶縁部材5の表面全体に亘って設けてもよいが、撥水部52が設けられている箇所で絶縁が保たれるので、少なくとも一部であればよい。
また、給水部3の周囲に設けられた遮蔽板36により、絶縁部材5の方向、特に絶縁部材5と高圧電極部2との接続部への飛散が抑制される。従って、被処理水30の飛散によって絶縁部材5および絶縁部材5と高圧電極部2との接続部が被処理水30で濡れるのを抑制し、漏電抑制効果を向上することができる。遮蔽板36は給水部3の周囲全体に亘って設ける必要はなく、少なくとも絶縁部材5方向、特に絶縁部材5と高圧電極部2との接続部への飛散が抑制されるような位置に設けられればよい。
さらに、柱状からなる絶縁部材5は上端部の高圧電極部2との接続部および下端部の支持構造体4との固定部を他の部分より細くして、絶縁距離を大きくしてもよい。
図5は、本実施の形態1に係るさらに別の水処理装置の構成を示す断面図である。図5は、図1の構成の絶縁部材5の上端部5aと下端部5bとを他の部分より細くしたものである。このように、上端部の高圧電極部2との接続部で直接的に絶縁距離を確保するだけでなく、絶縁部材5の表面全体あるいは少なくとも一部に凹凸を設ける、すなわち、絶縁部材の下端部から上端部の間で断面積を変化させることで、絶縁距離を大きくすることもできる。
図5は、本実施の形態1に係るさらに別の水処理装置の構成を示す断面図である。図5は、図1の構成の絶縁部材5の上端部5aと下端部5bとを他の部分より細くしたものである。このように、上端部の高圧電極部2との接続部で直接的に絶縁距離を確保するだけでなく、絶縁部材5の表面全体あるいは少なくとも一部に凹凸を設ける、すなわち、絶縁部材の下端部から上端部の間で断面積を変化させることで、絶縁距離を大きくすることもできる。
実施の形態2.
実施の形態1では、放電Dを通過後の被処理水30に対し、処理水槽6での滞留時間を延長したり、被処理水30を攪拌したりすることで、放電Dを通過して落下した被処理水30中に残存する有機物の分解を促進するようにした。本実施の形態2では処理水槽6に滞留する被処理水30を再度放電Dに接触させるように給水部3の給水配管32に戻す循環配管を設けた。
図6は、本実施の形態2に係る水処理装置の構成を示す断面図である。図において、循環配管35は一端が処理水槽6の排水配管61に対向する壁面に連結され、他端が給水部3の給水配管32に連結されている。循環配管35に設けられたポンプ34により、処理水槽6に滞留する被処理水30を再度給水部3へ送水し、被処理水として繰り返し放電Dと接触させることで有機物の分解を促進することができる。
実施の形態1では、放電Dを通過後の被処理水30に対し、処理水槽6での滞留時間を延長したり、被処理水30を攪拌したりすることで、放電Dを通過して落下した被処理水30中に残存する有機物の分解を促進するようにした。本実施の形態2では処理水槽6に滞留する被処理水30を再度放電Dに接触させるように給水部3の給水配管32に戻す循環配管を設けた。
図6は、本実施の形態2に係る水処理装置の構成を示す断面図である。図において、循環配管35は一端が処理水槽6の排水配管61に対向する壁面に連結され、他端が給水部3の給水配管32に連結されている。循環配管35に設けられたポンプ34により、処理水槽6に滞留する被処理水30を再度給水部3へ送水し、被処理水として繰り返し放電Dと接触させることで有機物の分解を促進することができる。
なお、図6B、図6Cおよび図6Dに図6Aの循環配管の一部を変更した水処理装置の構成を示す。
図6Aでは循環配管35の一端を処理水槽6の排水配管61に対向する壁面に連結するようにしたが、図6Bに示すように、排水配管61に連結するようにしてもよい。その場合、例えばバルブ37を設け、循環するか、排水するかあるいは滞留させるかバルブ37で選択するようにすればよい。
また、図6Aでは循環配管35の他端を上方の給水部3の給水配管32に連結するようにしたが、図6Cに示すように、ポンプ34と処理水槽6との間に外部からの給水配管を接続し、ポンプ34で給水部3へ供給される被処理水の流量または外部から供給する被処理水と循環させる被処理水の比率をコントロールするようにしてもよい。
図6Aでは循環配管35の一端を処理水槽6の排水配管61に対向する壁面に連結するようにしたが、図6Bに示すように、排水配管61に連結するようにしてもよい。その場合、例えばバルブ37を設け、循環するか、排水するかあるいは滞留させるかバルブ37で選択するようにすればよい。
また、図6Aでは循環配管35の他端を上方の給水部3の給水配管32に連結するようにしたが、図6Cに示すように、ポンプ34と処理水槽6との間に外部からの給水配管を接続し、ポンプ34で給水部3へ供給される被処理水の流量または外部から供給する被処理水と循環させる被処理水の比率をコントロールするようにしてもよい。
さらに、図6Dでは、被処理水30を外部から供給する給水配管33を処理水槽6に設け、循環配管35にバルブ37を介して排水配管61に連結し、循環するか、排水するかあるいは滞留させるかバルブ37で選択するようにした。また、循環配管35にはポンプ34を設け、流量を調整可能とした。
この構成では、外部から給水配管33を介して供給された被処理水30は処理水槽6内で、まず(9)式の反応により、有機物が分解される。その後、バルブ37により給水部3への循環が選択され、ポンプ34により所定流量供給される。処理水槽6にセンサを設け、被処理水30中の有機物の濃度を測定し、有機物の濃度に応じて循環させる被処理水の流量を設定すれば、また放電の強度を制御すれば、ポンプ34およびパルス電源7の負荷を低減することができる。センサにより有機物の濃度が所定値以下になれば、バルブ37により処理水60として排水配管61より排出される。
また、循環と排水とを同時に行い、処理水槽6内の有機物濃度が一定となるように循環と排水の流量の比を制御することもできる。このように循環と排水を同時に行うことで、連続的に水処理を行うことが可能になり、既存の水処理設備への組み込みが容易になる。
さらに、有機物濃度と他のパラメータ、例えば、pHまたは色度、溶存オゾン濃度、過酸化水素濃度、との間に相関がある場合は、これらのパラメータを有機物濃度の指標とすることもできる。
この構成では、外部から給水配管33を介して供給された被処理水30は処理水槽6内で、まず(9)式の反応により、有機物が分解される。その後、バルブ37により給水部3への循環が選択され、ポンプ34により所定流量供給される。処理水槽6にセンサを設け、被処理水30中の有機物の濃度を測定し、有機物の濃度に応じて循環させる被処理水の流量を設定すれば、また放電の強度を制御すれば、ポンプ34およびパルス電源7の負荷を低減することができる。センサにより有機物の濃度が所定値以下になれば、バルブ37により処理水60として排水配管61より排出される。
また、循環と排水とを同時に行い、処理水槽6内の有機物濃度が一定となるように循環と排水の流量の比を制御することもできる。このように循環と排水を同時に行うことで、連続的に水処理を行うことが可能になり、既存の水処理設備への組み込みが容易になる。
さらに、有機物濃度と他のパラメータ、例えば、pHまたは色度、溶存オゾン濃度、過酸化水素濃度、との間に相関がある場合は、これらのパラメータを有機物濃度の指標とすることもできる。
実施の形態2は、循環配管35以外の他の構成は実施の形態1と同様であり、同様に接地電極1、高圧電極部2、支持構造体4、絶縁部材5および処理水槽6の材料または構成を選択することができ、変更することが可能である。
以上のように、実施の形態2の構成によれば、実施の形態と同様の効果を奏する。すなわち、接地電極1と高圧電極部2との間隔が精度よく維持されるとともに、接地電極1と高圧電極部2との間の漏電が抑制され、安定な放電により被処理水を高効率に処理することが可能となる。
さらに、循環配管35により、被処理水を繰り返し放電と接触させるようにしたので、被処理水の高効率処理に寄与する。
さらに、循環配管35により、被処理水を繰り返し放電と接触させるようにしたので、被処理水の高効率処理に寄与する。
なお、図6A、図6B、図6Cおよび図6Dにおいても、絶縁部材5の表面の一部を覆う撥水部52と給水部3の周囲に遮蔽板36とを備えたり、絶縁部材5の上端部5aと下端部5bとを他の部分より細くしたりすることができる。
図7は、本実施の形態2に係る別の水処理装置の構成を示す断面図である。図7は、図6Aの構成に絶縁部材5の表面の一部を覆う撥水部52と給水部3の周囲に遮蔽板36とを備えたものである。
図8は、本実施の形態2に係るさらに別の水処理装置の構成を示す断面図である。図8は、図6Aの構成の絶縁部材5の上端部5aと下端部5bとを他の部分より細くしたものである。
図7および図8の構成は、実施の形態1で説明したように、図6Aよりもさらに漏電を抑制することができる。
図7は、本実施の形態2に係る別の水処理装置の構成を示す断面図である。図7は、図6Aの構成に絶縁部材5の表面の一部を覆う撥水部52と給水部3の周囲に遮蔽板36とを備えたものである。
図8は、本実施の形態2に係るさらに別の水処理装置の構成を示す断面図である。図8は、図6Aの構成の絶縁部材5の上端部5aと下端部5bとを他の部分より細くしたものである。
図7および図8の構成は、実施の形態1で説明したように、図6Aよりもさらに漏電を抑制することができる。
実施の形態3.
実施の形態1では支持構造体4に対し、接地電極1および絶縁部材5のそれぞれ下端を固定していたが、本実施の形態3では、支持構造体4に対し、接地電極1および絶縁部材5のそれぞれ上端を固定するように構成した。
実施の形態3について、図9から図11を参照して説明する。
図9は実施の形態3に係る水処理装置の構成を示す構成図、図10は図9のC-C線方向から見た断面図、図11は図9のD-D線方向から見た断面図である。
本実施の形態3の水処理装置は、基本的な構成は実施の形態1と同様であり、すなわち接地電極1、高圧電極部2、給水部3、支持構造体4、絶縁部材5および処理水槽6を備えている。以下に、実施の形態1と異なる部分を説明する。
実施の形態1では支持構造体4に対し、接地電極1および絶縁部材5のそれぞれ下端を固定していたが、本実施の形態3では、支持構造体4に対し、接地電極1および絶縁部材5のそれぞれ上端を固定するように構成した。
実施の形態3について、図9から図11を参照して説明する。
図9は実施の形態3に係る水処理装置の構成を示す構成図、図10は図9のC-C線方向から見た断面図、図11は図9のD-D線方向から見た断面図である。
本実施の形態3の水処理装置は、基本的な構成は実施の形態1と同様であり、すなわち接地電極1、高圧電極部2、給水部3、支持構造体4、絶縁部材5および処理水槽6を備えている。以下に、実施の形態1と異なる部分を説明する。
複数の接地電極1は、平板状の導電性部材であり、水平方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて配列して支持構造体4に鉛直方向の上端を固定されている。1つの接地電極は、給水部3と給水配管32と高圧電極部2とを通過させるための凹状にくりぬかれた部分1aとその両端部の支持構造体4に固定される部分1bとを有する形状となっている。
絶縁部材5は例えば柱状の部材であり、上端部は給水部よりも上方に位置し、その上端部に支持構造体4が固定され、下端部に高圧電極部2の受電圧部21が固定されている。
高圧電極部2の受電圧部21は開口部21aを有する例えば方形の枠状の形状をしており、枠の角部が絶縁部材5を介して支持構造体4に固定されている。隣接する接地電極1の間に配置され、接地電極1と対向する高圧電極部2の対向電極部23aはワイヤ状の電極で構成され、その両端部が高圧電極部2の支持部22で支持されている。図ではワイヤが3本の例を示しているが、複数のワイヤが鉛直方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて設けられる。複数の対向電極部23aは隣接する接地電極1と等距離に配置されている。支持部22の下端は、接地電極1の鉛直方向の下端部よりも上方になるように保持されている。
絶縁部材5は例えば柱状の部材であり、上端部は給水部よりも上方に位置し、その上端部に支持構造体4が固定され、下端部に高圧電極部2の受電圧部21が固定されている。
高圧電極部2の受電圧部21は開口部21aを有する例えば方形の枠状の形状をしており、枠の角部が絶縁部材5を介して支持構造体4に固定されている。隣接する接地電極1の間に配置され、接地電極1と対向する高圧電極部2の対向電極部23aはワイヤ状の電極で構成され、その両端部が高圧電極部2の支持部22で支持されている。図ではワイヤが3本の例を示しているが、複数のワイヤが鉛直方向に互いに平行に所定の間隔を隔てて設けられる。複数の対向電極部23aは隣接する接地電極1と等距離に配置されている。支持部22の下端は、接地電極1の鉛直方向の下端部よりも上方になるように保持されている。
支持構造体4は実施の形態1と同様に処理水槽6の上部に固定されているが、処理水槽6は実施の形態1よりも深く、滞留させる被処理水30の水面を考慮しても接地電極1の下端部および高圧電極部2の支持部22の下端部のいずれもが水面より高い位置で保持される。
給水部3は、高圧電極部2の上方に設けられた散水装置である。給水部3の高圧電極部2と対向する面すなわち下面に散水孔31が設けられており、被処理水30は散水孔31から下方にある隣り合う接地電極1の間に供給される。給水部3から供給された被処理水30は、高圧電極部2の開口部21aおよび接地電極1の間を通過して、処理水槽6に落下し、回収される。処理水槽6に回収された被処理水30は、一定時間処理水槽6内に滞留した後、処理水60として排水配管61から排出される。給水部3は、接地電極1と絶縁部材5の固定位置よりも下方に位置するように配置されている。支持構造体4は、接地電極1の鉛直方向の上方に固定されている。
接地電極1と高圧電極部2との間には、パルス電源7から高電圧パルスが印加され、接地電極1と対向電極部23aとの間に放電Dが生成される。パルス電源7は、一方の端子が高圧電極部2の受電圧部21に接続線71にて接続され、他方の端子が支持構造体4を介して接地電極1に接続されるとともに共通に接地されている。接続線71は給水部3の鉛直方向の上方から高圧電極部2に接続される。
次に、本実施の形態3に係る水処理装置の動作について説明する。外部から給水配管32を介して給水部3に供給された被処理水30は散水孔31から下方にある隣り合う接地電極1の間に、液滴状または液膜状で供給される。このとき、パルス電源7を動作させ、接地電極1と高圧電極部2の対向電極部23aとの間にパルス状の高電圧を印加し、接地電極1と対向電極部23aとの間に放電Dを発生させる。放電Dは、接地電極1と対向電極部23aとの間で水平方向に面をなすように分布して形成される。被処理水30は、接地電極1の間を通過する過程で、放電Dと接触する。このとき、放電Dによって形成された活性種が被処理水30に溶解し、その結果、被処理水30に対して難分解性物資の除去などの水処理が行われる。なお、対向電極部23aが鉛直方向に複数段あるので、被処理水30は多段の放電Dを通過することになる。
高効率な水処理を行うには、放電回路中に漏電等なく、安定な放電が形成できることが重要となる。本実施の形態3に係る水処理装置によって、高効率な水処理が実現することについて以下に説明する。
接地電極1と高圧電極部2を固定する絶縁部材5とは同じ支持構造体4に支持されている。給水部3は、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置よりも下方に位置して配置される。この支持構造体4と絶縁部材5との固定位置は被処理水30の散水方向と反対の方向の下方にある接地電極1の間に供給される。すなわち、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30による漏電の虞がない。
また、高圧電極部2の支持部22の下端部は隣り合う接地電極1の間で保持され、給水部3よりも鉛直方向の下方において高圧電極部2は放電Dを除くと気体層を介して絶縁されていることになる。
従って、被処理水30を接地電極1の間に供給し水処理を行う場合においても、高圧電極部2は給水部3よりも鉛直方向の下方で絶縁されており、また、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置も被処理水30の被水による漏電の虞がない。すなわち、高圧電極部2と接地電極1とは放電Dを介して閉回路を形成するとともに漏電部がないため、安定な放電が実現できる。
接地電極1と高圧電極部2を固定する絶縁部材5とは同じ支持構造体4に支持されている。給水部3は、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置よりも下方に位置して配置される。この支持構造体4と絶縁部材5との固定位置は被処理水30の散水方向と反対の方向の下方にある接地電極1の間に供給される。すなわち、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置は散水孔31からの被処理水30に被水しない位置に配置されるため、被処理水30による漏電の虞がない。
また、高圧電極部2の支持部22の下端部は隣り合う接地電極1の間で保持され、給水部3よりも鉛直方向の下方において高圧電極部2は放電Dを除くと気体層を介して絶縁されていることになる。
従って、被処理水30を接地電極1の間に供給し水処理を行う場合においても、高圧電極部2は給水部3よりも鉛直方向の下方で絶縁されており、また、支持構造体4と絶縁部材5との固定位置も被処理水30の被水による漏電の虞がない。すなわち、高圧電極部2と接地電極1とは放電Dを介して閉回路を形成するとともに漏電部がないため、安定な放電が実現できる。
また、接続線71を給水部3の鉛直方向の上方から高圧電極部2に接続している。従って、給水部3よりも鉛直方向の上方では接続線71は被処理水30との接触が抑制されるため、接続線71を経由した漏電も抑制することができる。
接地電極1と絶縁部材5と高圧電極部2の位置関係は支持構造体4に設けられた固定位置によって決定されるため、接地電極1と高圧電極部2の対向電極部23aとの間隔を精度よく維持することができる。特に、本実施の形態3では、接地電極1と絶縁部材5とは支持構造体4の同一の鉛直方向の上面に固定されているため、支持構造体4が振動または変形した場合も接地電極1と高圧電極部2の対向電極部23aとの間隔を精度よく維持することができる。
以上のように、本実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果を奏する。すなわち、接地電極1と絶縁部材5は支持構造体4に固定して設けられ、高圧電極部2は支持構造体4に固定された絶縁部材5の下端で固定するようにしたので、接地電極1と高圧電極部2との間隔は精度よく維持され、支持構造体4と絶縁部材5との接続部も給水部3より上方であって、散水方向と逆方向に配設可能となった。従って、接地電極1と高圧電極部2との間の漏電が抑制され、安定な放電により被処理水を高効率に処理することが可能となる。
また、接地電極1に対向する高圧電極部2の対向電極部23aを被処理水の通過する方向に多段に設置し、接地電極1との間で面状の放電Dを多段に形成するようにしたので、被処理水の高効率処理に寄与する。
また、接地電極1に対向する高圧電極部2の対向電極部23aを被処理水の通過する方向に多段に設置し、接地電極1との間で面状の放電Dを多段に形成するようにしたので、被処理水の高効率処理に寄与する。
何れの実施の形態においても、絶縁部材5の上端部は給水部3よりも上方に位置する。実施の形態1および2では接地電極1と高圧電極部2との間の高圧電極部2と絶縁部材5との接続部が給水部3よりも上方にあることで漏電を抑制し、実施の形態3では支持構造体4と絶縁部材5との接続部が給水部3よりも上方にあることで漏電を抑制し、放電回路における接地電極1と高圧電極部2との間の漏電を抑制した。
上記構成においては、接地電極1の凹状のくりぬき部1aに給水配管32と高圧電極部2とを配置している。このような配置とすることで、水処理装置を小型化することができる。また、図12は実施の形態3に係る別の水処理装置における図11と同じ箇所の断面図を示すが、給水配管32と高圧電極部2とは接地電極の外周を通過させることもできる。このような配置とすることで、端部の接地電極1は凹状のくりぬき部1aが不要となり、給水配管32および高圧電極部2の取り付けおよびメンテナンスを容易にすることができる。
本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に給水部3に遮蔽板36を設けることおよび絶縁部材5の少なくともの一部に撥水部52を設けることもできる。また、絶縁部材5の一部を細くすること、および凹凸形状を設けることもできる。
さらに、実施の形態2のように、放電Dを通過後の被処理水30を循環させて水処理効率を上げる構成にすることもできる。
高圧電極部2の対向電極部23aをワイヤでなく、実施の形態1のように薄板状の導電性部材を用いることもできる。
さらに、実施の形態2のように、放電Dを通過後の被処理水30を循環させて水処理効率を上げる構成にすることもできる。
高圧電極部2の対向電極部23aをワイヤでなく、実施の形態1のように薄板状の導電性部材を用いることもできる。
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1:接地電極、 1a:くりぬき部、 1b:固定部、2:高圧電極部、 21:受電圧部、 21a:開口部、 22:支持部、 23、23a:対向電極部、 3:給水部、 30:被処理水、 31:散水孔、 32、33:給水配管、 34:ポンプ、 35:循環配管、 36:遮蔽板、 37:バルブ、 4:支持構造体、 41:開口部、 5:絶縁部材、 52:撥水部、 6:処理水槽、 60:処理水、 61:排水配管、7:パルス電源、 71:接続線、 D:放電。
Claims (10)
- 水平方向に等間隔で配置された平板状の接地電極と、隣り合う前記接地電極の間に前記接地電極と対向するように配置された高圧電極部と、隣り合う前記接地電極の間に被処理水を供給する給水部とを備え、前記接地電極と前記高圧電極部との間に形成された放電により被処理水の処理を行う水処理装置であって、
前記接地電極を支持しかつ前記高圧電極部に接続された絶縁部材を支持する支持構造体を有し、前記給水部よりも前記絶縁部材の上端部が上方に配置された水処理装置。 - 前記給水部は、鉛直方向において前記高圧電極部と前記支持構造体との間に設けられた請求項1に記載の水処理装置。
- 前記接地電極の下端部で前記支持構造体に支持され、前記絶縁部材の上端部で前記高圧電極部が接続された請求項1または2に記載の水処理装置。
- 前記接地電極の上端部で前記支持構造体に支持され、前記絶縁部材は上端部で前記支持構造体により支持された請求項1または2に記載の水処理装置。
- 前記給水部は前記被処理水の飛散を抑制する遮蔽板を備えた請求項1から4のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 前記絶縁部材は少なくともの表面の一部に撥水部を備えた請求項1から5のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 前記絶縁部材は下端部から上端部の間で断面積が変化している請求項1から6のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 前記高圧電極部は、前記隣り合う前記接地電極に対向する対向電極部と前記対向電極部を支持する支持部とを有し、前記支持部は前記対向電極部を水平にかつ隣り合う接地電極と等距離になるように保持する請求項1から7のいずれか1項に記載の水処理装置。
- 前記高圧電極部の対向電極部を鉛直方向多段に配置した請求項8に記載の水処理装置。
- 前記放電により処理された被処理水を滞留させる処理水槽と、前記処理水槽内の被処理水を前記給水部へ送水する循環配管と、をさらに備えた請求項1から9のいずれか1項に記載の水処理装置。
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