特許 7682743 プラズマ水処理装置、およびプラズマ水処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-16

(45)【発行日】2025-05-26

(54)【発明の名称】プラズマ水処理装置、およびプラズマ水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/30 20230101AFI20250519BHJP

   C02F 1/46 20230101ALI20250519BHJP

【ＦＩ】

C02F1/30

C02F1/46

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021146717

(22)【出願日】2021-09-09

(65)【公開番号】P2023039554

(43)【公開日】2023-03-22

【審査請求日】2024-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安井 祐之

(72)【発明者】

【氏名】松田 晋弥

(72)【発明者】

【氏名】村山 清一

(72)【発明者】

【氏名】森谷 可南子

(72)【発明者】

【氏名】牧瀬 竜太郎

【審査官】石岡 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４９５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２８６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０６３８５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／０２７５４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７６３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８８３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８５２９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ１／２０－１／４８

Ｂ０１Ｊ１０／００－１９／３２

Ｈ０５Ｈ１／００－１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧電極と、接地電極と、前記高電圧電極と前記接地電極との間に設けられる誘電体と、を有し、前記高電圧電極と前記接地電極との間に希ガスが存在する放電部と、
前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加して、前記高電圧電極と前記接地電極間の希ガス中でプラズマを点弧させ、当該プラズマを被処理水の液面に接触させて、前記被処理水中にＯＨラジカルを生成し、前記被処理水中に含まれる有害物質の処理を行うプラズマ生成用電源と、を備え、
前記プラズマ生成用電源は、前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加するＯＮ時間と、前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加しないＯＦＦ時間と、を繰り返すデューティー運転を実行する、プラズマ水処理装置。

【請求項2】

筒状の絶縁体であり、前記高電圧電極と前記接地電極間の希ガス中で点弧されるプラズマの作用によって、第１開口から内部の希ガス中でプラズマを点弧させ、当該プラズマを、前記第１開口とは反対側の第２開口から前記被処理水に対して放出するプラズマ進展部をさらに備える請求項１に記載のプラズマ水処理装置。

【請求項3】

前記ＯＦＦ時間は、１００μｓｅｃ以上である、請求項１または２に記載のプラズマ水処理装置。

【請求項4】

前記ＯＮ時間は、前記プラズマ生成用電源により前記高電圧電極と前記接地電極間に印加する交流電圧の１周期分の時間である、請求項１から３のいずれか一に記載のプラズマ水処理装置。

【請求項5】

高電圧電極と、接地電極と、前記高電圧電極と前記接地電極との間に設けられる誘電体と、を有する放電部を備えるプラズマ水処理装置で実行されるプラズマ水処理方法であって、
プラズマ生成用電源によって前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加して、前記高電圧電極と前記接地電極間の希ガス中でプラズマを点弧させる工程と、
当該プラズマを被処理水の液面に接触させて、前記被処理水中にＯＨラジカルを生成し、前記被処理水中に含まれる有害物質の処理を行う工程と、
前記プラズマ生成用電源により前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加するＯＮ時間と、前記プラズマ生成用電源により前記高電圧電極と前記接地電極間に交流電圧を印加しないＯＦＦ時間と、を繰り返すデューティー運転を実行する工程と、
を含むプラズマ水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プラズマ水処理装置、およびプラズマ水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

上下水の処理においては、オゾン処理や塩素処理が一般的に知られている。しかし、産業用排水等の被処理水には、オゾン処理や塩素処理では分解できないダイオキシン類やジオキサン等の難分解性物質が含まれる場合がある。従来、オゾン、過酸化水素、紫外線等を併用した促進酸化処理法で、オゾン処理や塩素処理よりも反応性の高いヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）を被処理水中で発生させ、ＯＨラジカルによる難分解性物質の分解を行う方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５８１９０３１号公報

【文献】特開２０１９－１５５２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の促進酸化処理法では、装置コスト、および運転コストが非常に高くなるため、プラズマの作用で、直接、ＯＨラジカルを生成し、高効率に被処理水中の難分解性物質を分解する技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のプラズマ水処理装置は、放電部と、プラズマ生成用電源と、を有する。放電部は、高電圧電極と、接地電極と、高電圧電極と接地電極との間に設けられる誘電体と、を有し、高電圧電極と接地電極との間に希ガスが存在する。プラズマ生成用電源は、高電圧電極と接地電極間に交流電圧を印加して、高電圧電極と接地電極間の希ガス中でプラズマを点弧させ、当該プラズマを被処理水の液面に接触させて、被処理水中にＯＨラジカルを生成し、被処理水中に含まれる有害物質の処理を行う。また、プラズマ生成用電源は、高電圧電極と接地電極間に交流電圧を印加するＯＮ時間と、高電圧電極と接地電極間に交流電圧を印加しないＯＦＦ時間と、を繰り返すデューティー運転を実行する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態にかかるプラズマ水処理装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、従来のプラズマ水処理装置における高電圧電極と接地電極間に対する交流電圧の印加処理の一例を説明するための図である。

【図3】図３は、第１実施形態にかかるプラズマ水処理装置におけるプラズマ生成用電源による交流電圧の出力処理の一例を説明するための図である。

【図4】図４は、実施例１にかかるプラズマ水処理装置の構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施例１にかかるプラズマ水処理装置におけるデューティー運転での酢酸分解の実験結果を示す図である。

【図6】図６は、実施例２にかかるプラズマ水処理装置におけるデューティー運転の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるプラズマ水処理装置、およびプラズマ水処理方法の一例について説明する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかるプラズマ水処理装置の構成の一例を示す図である。本実施形態にかかるプラズマ水処理装置は、図１に示すように、放電部１と、プラズマ進展部２と、プラズマ生成用電源３と、を有する。

【0009】

放電部１は、一対の高電圧電極１Ａと、接地電極１Ｂと、誘電体１Ｃと、を有する。誘電体１Ｃは、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間に設けられる誘電体の一例である。本実施形態では、接地電極１Ｂと誘電体１Ｃは、同軸円筒構造を有している。また、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間には、希ガスが存在する。また、高電圧電極１Ａおよび接地電極１Ｂは、プラズマ生成用電源３に接続されている。

【0010】

プラズマ生成用電源３は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間に交流電圧を印加して、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間の希ガス中でプラズマ４を点弧させる。そして、プラズマ生成用電源３は、当該点弧したプラズマ４を被処理水１０の液面に接触させて、被処理水１０中にＯＨラジカルを生成し、被処理水１０中に含まれる有害物質の処理を行うプラズマ生成用電源の一例である。例えば、プラズマ生成用電源３は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間に、周波数が１５ｋＨｚであり、高圧波高値が４ｋＶ程度の交流電圧を印加する。

【0011】

プラズマ進展部２は、筒状の絶縁体で構成され、放電部１に接続されるプラズマ進展部の一例である。具体的には、プラズマ進展部２は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間の希ガス中で点弧されるプラズマ４の作用によって、開口２Ｂから、当該プラズマ進展部２内部の希ガス中でプラズマ４を点弧させ、プラズマ４を開口２Ｂとは反対側の開口２Ａから被処理水１０に対して放出する。

【0012】

本実施形態にかかるプラズマ水処理装置では、放電部１およびプラズマ進展部２の内部は、希ガスを含むプラズマ生成ガスで満たされている。プラズマ生成ガスに含有される希ガスとしては、プラズマ発生のために投入するエネルギーを効率良くプラズマの生成に変換できる希ガスが好ましく、例えば、ＡｒガスやＨｅガスである。

【0013】

図２は、従来のプラズマ水処理装置における高電圧電極と接地電極間に対する交流電圧の印加処理の一例を説明するための図である。図２において、縦軸は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に印加する交流電圧（印加電圧）を表し、横軸は、時間を表す。次に、図２を用いて、従来のプラズマ水処理装置による被処理水１０に対するプラズマの照射処理の一例について説明する。

【0014】

従来のプラズマ水処理装置では、図２に示すように、プラズマ生成用電源３から、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂとの間に連続的に交流電圧を印加している。そして、プラズマ水処理装置では、この交流電圧の印加により、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂの間において、誘電体１Ｃを介して交流電圧の周波数に対応した周期で放電を発生させ、放電部１内にプラズマ４を生成する。

【0015】

そして、プラズマ水処理装置では、プラズマ４自体で形成する空間電界が起点となって、放電部１に接続されたプラズマ進展部２内に、プラズマ４が、放電部１側から進展して形成される。次いで、プラズマ進展部２内で、プラズマ４自体で形成する空間電界が起点となって、プラズマ進展部２に設けられる開口２Ａから被処理水１０の液面に向かってプラズマ４が放出される。この放出されるプラズマ４が、被処理水１０の液面に接触して、被処理水１０に対して当該プラズマ４が照射される。

【0016】

このプラズマ４の照射によって被処理水１０には、以下の説明する反応により化学的活性種である非常に反応性に富んだＯＨラジカルが生成される。プラズマの照射によるＯＨラジカルの生成機構は、以下の（１）～（３）の３つの反応が主である。

【0017】

（１）気相中のプラズマ４で生成されたＯＨラジカルが被処理水中へ溶け込む反応
この反応（気相反応）は、以下の式（１）に示すように、気相中で発生するプラズマ４中の電子衝突による水分子（Ｈ_２Ｏ）の解離反応を経て、気相中でＯＨラジカルが生成され、被処理水１０中にＯＨラジカルが溶け込む反応である。この気相反応は、被処理水１０と気相の界面で蒸発する水分子が、ＯＨラジカルの生成量を飛躍的に増加させる。そして、このＯＨラジカルが液相（被処理水１０）へ溶け込む。
気相反応：Ｈ_２Ｏ＋ｅ→ＯＨ＋Ｈ＋ｅ・・・・・・・・・・・・・・・（１）

【0018】

（２）プラズマ４中のイオンが被処理水１０中の水分子（Ｈ_２Ｏ）と反応してＯＨラジカルが生成される反応
この反応（液相反応）は、下記の式（２），（３）に示すように、気相中のプラズマ４で生成される正イオンが被処理水１０中に溶け込み、水分子（Ｈ２Ｏ）との電荷交換を通して、被処理水１０中にＯＨラジカルが生成される反応である。
液相反応：正イオン（Ｎ_２ ^＋，Ｏ_２ ^＋，ｅｔｃ）＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２Ｏ^＋・・・（２）
Ｈ_２Ｏ^＋＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_３Ｏ^＋＋ＯＨ・・・・・・・・・・・・（３）

【0019】

（３）プラズマ光が被処理水１０中の水分子（Ｈ_２Ｏ）に作用してＯＨラジカルが生成される反応
この反応（液相反応）は、下記の式（４）に示すように、気相中のプラズマ４によって発生するＵＶ光やＶＵＶ光（真空紫外光）による被処理水１０中の水分子（Ｈ_２Ｏ）の光解離によりＯＨラジカルが生成される反応である。通常、発光による光の水中への平均自由工程は、数十μｍである。
液相反応：プラズマ発光（ｈｖ）＋Ｈ_２Ｏ→ＯＨ＋Ｈ・・・・・・・・（４）

【0020】

プラズマ水処理装置では、上記の（１）～（３）で示す反応により生成されるＯＨラジカルの作用により、被処理水１０に含まれる難分解な有害物質の分解を行う。

【0021】

その一方で、ＯＨラジカルの生成反応に対して、下記の式（５）に示すように、生成されたＯＨラジカルが消滅する反応が発生する。この反応は、生成されたＯＨラジカル同士の再結合反応により、安定なＨ_２Ｏ_２（過酸化水素）が生成される反応である。これにより、被処理水１０中の有害物質に作用するＯＨラジカルの作用効率が低くなる。
気相・液相反応：ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ_２Ｏ_２・・・・・・・・・・・・・（５）

【0022】

ここで、従来のプラズマ水処理装置における水処理の具体例について説明する。例えば、ワイヤ状の高電圧電極と平板状の接地電極との間にパルス電圧を印加するパルス放電によってプラズマを形成すると共に、水平面に対して接地電極を傾斜させ、その上面に沿って被処理水を流すことで薄い液体相を形成し、パルス放電によるプラズマで発生したＯＨラジカルにより被処理水中の難分解性物質を処理する水処理装置が開発されている。さらに、高電圧電極と接地電極との間にパルス放電を形成しつつ、被処理水の少なくとも一部を水滴化することで、より高効率に被処理水を処理する水処理装置が開発されている。この水処理装置によれば、プラズマで発生された短寿命のＯＨラジカルを被処理水の難分解性物質に効率良く作用させ、難分解性物質を分解処理することができる。

【0023】

しかし、当該水処理装置においては、電極間（数ミリ～数十ミリの間隔）の放電部内に被処理水を導入するため、プラズマが被処理水の形状、導電率や誘電率といった電気的な性質の影響を直接受け、プラズマを形成する放電が不安定若しくは異常放電（スパーク放電）し易くなる。このため、高電圧電極と接地電極間に印加するパルス電圧（印加電圧）を放電開始電圧よりも十分に高い電圧（例えば、数十ｋＶ以上）に設定し、かつ非常に短いパルス幅（例えば、数百ナノ秒）のパルス電圧を印加することが必要不可欠であり、安価な汎用的な電源ではなく、特殊仕様のプラズマ生成用電源が必要になる。さらに、水処理装置の絶縁体策も必要となる。

【0024】

また、例えば、プラズマを点弧する一対の高電圧電極と、当該高電圧電極に対して誘電体を介して設けられる接地電極と、を有する放電部、高電圧電極と接地電極間に交流電圧を印加するプラズマ生成用電源、および放電部に接続されかつ少なくとも１つの開口部を有するプラズマ進展部を有するプラズマ水処理装置が開発されている。このプラズマ水処理装置では、放電部とプラズマ進展部内を、希ガスを含有するプラズマ生成ガスで満たし、放電部で生成されるプラズマによりプラズマ進展部にプラズマを生成する。さらに、プラズマ水処理装置では、プラズマ進展部で生成されるプラズマを当該プラズマ進展部の開口から放出し、被処理水の液面に接触させて、化学的活性に非常に富んだＯＨラジカルを被処理水中に生成し、被処理水中に含まれる難分解な有害物質を処理する。

【0025】

このプラズマ水処理装置では、放電部で生成されるプラズマがプラズマ進展部を介して被処理水へ照射されるため、放電部内に被処理水を導入しない構成となっている。したがって、このプラズマ水処理装置では、放電部内でのプラズマは、被処理水の形状、被処理水の導電率や誘電率等の電気的な性質の影響を受けることなく、放電の不安定性や異常放電が無くなり、安定したプラズマの生成が可能となる。その結果、プラズマ生成用電源にも、汎用的な交流電源を使用することができる。

【0026】

ところで、このプラズマ水処理装置における、高電圧電極と接地電極間に交流電圧を印加する運転方法は、交流電圧（例えば、周波数：１５ｋＨｚかつ電圧：４ｋＶ程度）を高電圧電極と接地電極間に連続して印加する運転方法である。しかしながら、この運転方法では、プラズマの作用により生成されるＯＨラジカルが、下記の式（６）に示すように、ＯＨラジカルの再結合反応により消滅してしまうため、被処理水中の有害物質に作用するＯＨラジカルの作用効率が低いものとなる。
ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ_２Ｏ_２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）

【0027】

そこで、本実施形態にかかるプラズマ水処理装置では、プラズマ生成用電源３は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に交流電圧を印加するＯＮ時間と、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に交流電圧を印加しないＯＦＦ時間と、を繰り返すデューティー運転を実行する。これにより、プラズマ反応により被処理水１０中に生成されるＯＨラジカル同士の再結合反応が抑制され、生成したＯＨラジカルが被処理水１０中の有害物質に効率良く作用させることが可能となる。その結果、被処理水１０中の有害物質の分解を高効率に行うことができる。また、プラズマ生成用電源３からの交流電圧の出力にＯＦＦ時間を設けることで、プラズマ生成用電源３の消費電力を低減することができる。

【0028】

図３は、第１実施形態にかかるプラズマ水処理装置におけるプラズマ生成用電源による交流電圧の出力処理の一例を説明するための図である。図３において、縦軸は、プラズマ生成用電源３から印加する交流電圧（印加電圧）を表し、横軸は、時間を表す。次に、図３を用いて、本実施形態にかかるプラズマ水処理装置におけるプラズマ生成用電源３による交流電圧の出力処理の一例について説明する。

【0029】

本実施形態では、プラズマ生成用電源３は、図３に示すように、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に対する交流電圧の出力（印加）に対して、ＯＦＦ時間を設ける。すなわち、プラズマ生成用電源３は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に対する交流電圧のＯＮ時間およびＯＦＦ時間を繰り返し設けるデューティー運転を実行する。

【0030】

このように、第１実施形態にかかるプラズマ水処理装置によれば、プラズマ反応により被処理水１０中に生成されるＯＨラジカル同士の再結合反応が抑制され、生成したＯＨラジカルが被処理水１０中の有害物質に効率良く作用させることが可能となる。その結果、被処理水１０中の有害物質の分解を高効率に行うことができる。また、プラズマ生成用電源３からの交流電圧の出力にＯＦＦ時間を設けることで、プラズマ生成用電源３の消費電力を低減することができる。

【0031】

（実施例１）
本実施例では、ＯＮ時間とＯＦＦ時間とを繰り返すデューティー運転を行う際に、ＯＦＦ時間を１００μｓｅｃ以上とする例である。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0032】

図４は、実施例１にかかるプラズマ水処理装置の構成の一例を示す図である。本実施例にかかるプラズマ水処理装置は、放電部１と、プラズマ進展部２と、プラズマ生成用電源３と、を有する。

【0033】

放電部１は、直径が２ｍｍの高電圧電極１Ａ、および接地電極１Ｂ、外径が６．１５ｍｍの石英ガラス管である誘電体１Ｃを有する。プラズマ進展部２は、絶縁体のシリコンチューブで構成される。

【0034】

プラズマ生成用電源３は、１５ｋＨｚの電源であり、外部の制御装置等から入力されるＯＮ／ＯＦＦ指令信号に従って、４ｋＶの交流電圧を、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に印加して、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間の希ガスの一例であるＨｅ中でプラズマ４を点弧させる。本実施例では、プラズマ生成用ガス（希ガス）には、Ｈｅを用いて、流量計４０１を介して、放電部１の高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に導入される。

【0035】

また、本実施例では、プラズマ生成用電源３は、１０ｍｓｅｃ周期で、ＯＦＦ時間を設けるデューティー運転を実施する。デューティー運転におけるデューティー比は、下記の式（７）により定義される。
デューティー比（％）＝（ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間））×１００・・（７）

【0036】

放電部１で生成されるプラズマ４自体で形成する空間電界が起点となって、放電部１に接続されたプラズマ進展部２内に、プラズマ４が、放電部１側から進展して形成される。次いで、プラズマ進展部２内で、プラズマ４自体で形成する空間電界が起点となって、プラズマ進展部２に設けられる開口２Ａから被処理水１０の液面に向かってプラズマ４が放出される。本実施例では、被処理水１０は、酢酸を含む被処理溶液４０４である。具体的には、被処理溶液４０４は、酢酸ナトリウムと純水とを混合した０．３３ミリｍоｌ／Ｌの酢酸ナトリウム溶液（４０ｍＬ）である。被処理溶液４０４に含まれる酢酸の初期濃度は、１９．７ｍｇ／Ｌである。本実施例では、プラズマ水処理装置は、デューティー運転によって酢酸の分解の実験を実施した例である。また、本実施例では、被処理溶液４０４は、ターンテーブル４０２上に設置されたガラス容器４０３（例えば、内径８０ｍｍのガラス容器）に入っている。また、本実施例では、ターンテーブル４０２は、８０ｒｐｍで回転しているものとする。

【0037】

図５は、実施例１にかかるプラズマ水処理装置におけるデューティー運転での酢酸分解の実験結果を示す図である。次に、図５を用いて、本実施例におけるプラズマ水処理装置におけるデューティー運転での酢酸分解の実験結果の一例について説明する。

【0038】

図５において、縦軸は、デューティー比：１００％のデューティー運転時における酢酸の分解効率に対する各デューティー比のデューティー運転時における酢酸の分解効率を表す。また、図５において、横軸は、デューティー比が異なるデューティー運転を表す。なお、酢酸の分解効率は、酢酸の低減量（ｇ）を、投入プラズマ電力量（Ｗｈ）で除算した値である。

【0039】

図５において、デューティー運転（１）は、ＯＦＦ時間を設けないデューティー比：１００％のデューティー運転である。また、図５において、デューティー運転（２）は、デューティー比：１０％のデューティー運転であり、ＯＦＦ時間：９ｍｓｅｃ、ＯＮ時間：１ｍｓｅｃである。また、図５において、デューティー運転（３）は、デューティー比：１％のデューティー運転であり、ＯＦＦ時間：９．９ｍｓｅｃ、ＯＮ時間：０．１ｍｓｅｃである。

【0040】

図５に示すように、デューティー運転（２），（３）に示すＯＦＦ時間を設けたデューティー運転は、ＯＦＦ時間が無いデューティー運転（１）と比較して、酢酸の分解効率が向上する。これは、上述したように、ＯＦＦ時間を設けることにより、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に交流電圧を印加するＯＮ時間において、プラズマ４の作用により生成されるＯＨラジカル同士の再結合反応が抑制された結果と考えられる。

【0041】

また、ＯＨラジカル同士の再結合反応によりＯＨラジカルが消滅する時間（すなわち、ＯＨラジカルの寿命）は、数１００μｓｅｃ程度と試算されている。そのため、本実施例では、プラズマ生成用電源３は、デューティー運転を行う際、ＯＦＦ時間を１００μｓｅｃ以上とする。これにより、ＯＨラジカルの再結合反応をより抑制することができるので、被処理水１０の有害物質の分解効率を向上させることができる。

【0042】

（実施例２）
本実施例は、デューティー運転を行う際のＯＮ時間を、プラズマ生成用電源により高電圧電極と接地電極間に印加する交流電圧の１周期分の時間とする例である。以下の説明では、上述の実施形態および実施例と同様の構成については説明を省略する。

【0043】

図６は、実施例２にかかるプラズマ水処理装置におけるデューティー運転の一例を説明するための図である。図６において、縦軸は、高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に印加する交流電圧（印加電圧）を表し、横軸は、時間を表す。プラズマ水処理装置では、デューティー運転を行う際、ＯＮ時間において、プラズマ生成用電源３の交流電圧の周波数（電源周波数）に対応した周期でプラズマを生成する。その結果、プラズマ水処理装置では、ＯＨラジカルを電源周波数に対応した周期で生成される。

【0044】

例えば、プラズマ生成用電源３の電源周波数が１５ｋＨｚである場合、プラズマ水処理装置は、６７μｓｅｃ毎の周期でＯＨラジカルを生成する。したがって、電源周波数の１周期が、ＯＨラジカルの寿命である１００μｓｅｃより短い場合、先の１周期で生成されたＯＨラジカルと、次の１周期で生成されるＯＨラジカルと、の再結合反応が発生する。

【0045】

そこで、本実施例では、プラズマ生成用電源３の電源周波数の１周期が１００μｓｅｃより短い場合、プラズマ生成用電源３は、図６に示すように、デューティー運転を行う際のＯＮ時間を、当該プラズマ生成用電源３により高電圧電極１Ａと接地電極１Ｂ間に印加する交流電圧の１周期の時間とする。さらに、プラズマ生成用電源３は、当該交流電圧の１周期毎に、ＯＦＦ時間を設ける。

【0046】

これにより、プラズマ生成用電源３の電源周波数の１周期が１００μｓｅｃより短い場合に、ＯＨラジカル同士の再結合反応を抑制できるので、被処理水１０の有害物質の分解効率を向上させることができる。また、プラズマ生成用電源３の電源周波数を高くすることで、当該プラズマ生成用電源３自体を小型化することができる。

【0047】

以上説明したとおり、第１実施形態および実施例１，２によれば、被処理水１０中の有害物質の分解を高効率に行うことができる。

【0048】

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１ 放電部
１Ａ 高電圧電極
１Ｂ 接地電極
１Ｃ 誘電体
２ プラズマ進展部
２Ａ，２Ｂ 開口
３ プラズマ生成用電源
４ プラズマ
１０ 被処理水
４０１ 流量計
４０２ ターンテーブル
４０３ ガラス容器
４０４ 被処理溶液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】