2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of practical water purification system using water cavitation and plasma
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20K04446
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
猪原 哲 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (90260728)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺東 宏明 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 教授 (00243543)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ / 放電 / キャビテーション / 水質浄化 / 殺菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
循環型社会と安全安心が担保された社会を世界的な視点で実現するためには，水質浄化を含めた水処理は必須の課題であるものの，高度化・多様化した現在は，既存の水処理技術では限界がある。本研究は，水中プラズマを使った水処理装置の実用化を目指したものである。独自のプラズマ発生方式である「水中キャビテーション放電」を採用し，実用化のために必要な知見を明らかにすることを目的とした。当初の2020年度の実施計画は，プラズマリアクタの設計・試作を行い，プラズマ発生テストおよび殺菌効果の実証することであった。
プラズマリアクタは事前の検討結果を用いて3Dプリンターを用いて製作し，プラズマ発生を確認した。さらに殺菌試験を実施した結果，30分のプラズマ処理で約99％の処理率が得られた。この処理時間と殺菌率は実用的なレベルには達していないため，さらに殺菌率の改善をするために電極対数を増加させることを検討した。電極に投入された電力，プラズマ発生周波数などのパラメータを電極配置ごとに検討して電極配置をの方法の検討をした結果，3対電極でプラズマ発生が可能となった，この条件で殺菌試験を行った結果，10分で約99％の殺菌率が得られ，大幅に殺菌性能が改善された。
電極対数の増加によって殺菌性能は改善されたが，依然として実用レベルの殺菌性能でなかった。さらに電極対数を増加させるためには電極部での気泡発生を十分維持する必要があり，そのことを検討するためにはリアクタ内の電極配置と水流との相互の関係を理解する必要があるが，それは現実には非常に複雑であるためシミュレーションでも簡単ではない。そこで，電極部での気泡発生を電気的な方法を使って簡単に推定する方法を考案した。今後はこの手法を使った最適な電極配置を検討し，さらに殺菌性能を改善していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度2021年度の当初計画は，①プラズマリアクタの設計・試作を行う。②プラズマ発生テストおよび殺菌効果を実証する，③殺菌試験結果の分析，検討，の３項目であった。①については，これまでの事前検討に基づいて設計し，3Dプリンターで製作した。②については，①で製作したリアクタを使って実験した結果，プラズマ発生および殺菌効果を実証した。③については，②の結果を踏まえて検討し，殺菌性能を改善することができた。さらに電極配置に関する検討方法を新しく考案し，殺菌性能をさらに改善する道筋を作ることができた。以上のことから，当初の予定どおりおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の当初計画は，①実用レベル性能の実証機の設計，②実証機の殺菌試験（電極寿命試験を兼ねる），③目標仕様の達成状況の最終判断および設計指針の整理，の3項目である。2020年度の結果に基づいて上記を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
研究の進行上，消耗品，特に殺菌性能をテストする実験での試薬関係の支出で余りが生じた。
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