(57)【要約】【課題】凝集剤や複雑な装置を使用することなく、排水、汚水等のスラリーに含まれる不純物固体粒子を、直流電場を印加することにより凝集させ、スラリーから不純物固体粒子の凝集体を固液分離して、連続的に回収する粒子凝集分離回収装置、及び粒子凝集分離回収方法を提供すること。【解決手段】分離容器と、分離容器の内部の少なくとも一部に電場を印加する一対の電極を備える粒子凝集分離回収装置である。分離容器は、スラリー流入口と、電場の印加により粒子が凝集した凝集粒子の沈降物を流出する沈降物流出口と、分離された上澄みを流出させる上澄み流出口を有する。沈降物流出口は分離容器の鉛直方向下部に、上澄み流出口は分離容器の鉛直方向上部に配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子及び分散媒を含むスラリーを連続的に流入させるスラリー流入口、
前記スラリーに電場が印加されることにより、複数の前記粒子が凝集した凝集粒子の沈降によって形成される沈降物を流出させる沈降物流出口、及び、
前記スラリーから前記粒子が凝集し、沈降することにより分離された前記分散媒を上澄みとして連続的に流出させる上澄み流出口を有し、
前記スラリーを前記粒子と前記分散媒とに連続的に固液分離する分離容器と、
前記分離容器の内部の少なくとも一部に電場を印加する一対の電極と、
を備え、
前記沈降物流出口が前記分離容器の鉛直方向下部に配設され、前記上澄み流出口が前記分離容器の鉛直方向上部に配設されている粒子凝集分離回収装置。
【請求項２】
前記分離容器が、
一方の端部から他方の端部へ伸びる細長形状であり、
前記一方の端部と前記他方の端部とを繋ぐ側面の少なくとも一部に、前記一対の電極を備えるものである請求項１に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項３】
前記細長形状が、
前記一方の端部及び前記他方の端部において、対向する一方の端面及び他方の端面を、それぞれ有する直方体形状であり、
前記一方の端面及び前記他方の端面を繋ぐ、対向する２つの側面に、前記一対の電極が配設されたものである請求項２に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項４】
前記分離容器が、
前記細長形状の長手方向が水平方向に平行であり、
前記一方の端部側に前記スラリー流入口を有し、
前記他方の端部側の鉛直方向下部に前記沈降物流出口を有し、
前記他方の端部側の鉛直方向上部に前記上澄み流出口を有するものである請求項２又は３に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項５】
前記分離容器が、前記一方の端部が前記他方の端部よりも高くなるように傾斜しており、
前記一方の端部側に前記スラリー流入口を有し、
前記他方の端部側の鉛直方向下部に前記沈降物流出口を有し、
前記他方の端部側の鉛直方向上部に前記上澄み流出口を有するものである請求項２又は３に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項６】
前記沈降物流出口が、前記他方の端部側の底面に配設されたものである請求項２〜５のいずれか一項に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項７】
前記スラリー流入口が、前記一方の端部の鉛直方向上部に配設されたものである請求項２〜６のいずれか一項に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項８】
前記分離容器が、
筒が伸びる方向に平行な中心軸が鉛直方向と平行に配置された外筒と、
前記外筒の前記中心軸と中心軸を共通にし、少なくとも下端部が前記外筒に挿入されている内筒と、
を備えるものである請求項１に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項９】
前記分離容器が、
前記内筒の周面の少なくとも一部に前記一対の電極の一方を備え、
前記外筒の周面であって、前記内筒が前記一対の電極の前記一方を備える部分と少なくとも対向する部分に、前記一対の電極の他方を備えるものである請求項８に記載の粒子凝集分離回収装置。
【請求項１０】
粒子及び分散媒を含むスラリーを、前記分散媒で充填された分離容器内に流入させるとともに、
前記分離容器内に流入された前記スラリーに電場を印加することにより、前記スラリー中の複数の前記粒子が凝集した凝集粒子を前記分離容器の底部に沈降させ、前記分散媒と前記凝集粒子とを、それぞれ上澄みと沈降物として固液分離することを含む粒子凝集分離回収方法。
【請求項１１】
前記分離容器の少なくとも一部に配設されるとともに、前記分離容器内に流入された前記スラリーを挟むように配設された一対の電極に電圧を印加することにより、前記電場を印加する請求項１０に記載の粒子凝集分離回収方法。
【請求項１２】
前記電場を、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で直流電圧により印加する請求項１０又は１１に記載の粒子凝集分離回収方法。
【請求項１３】
前記スラリーの流入速度が、前記凝集粒子の流出速度よりも大きい請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の粒子凝集分離回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子凝集分離回収装置及び粒子凝集分離回収方法に関する。特に、凝集剤を使用することなく、排水、汚水等のスラリーに含まれる不純物固体粒子を、直流電場を印加することにより凝集させ、スラリーから不純物固体粒子の凝集体を固液分離して、連続的に回収する粒子凝集分離回収装置、及び粒子凝集分離回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水、汚水処理では、沈降濃縮、濾過等により、排水、汚水から不純物固体粒子を除去することが実施されている。また、不純物固体粒子の除去を容易にするために、排水、汚水に凝集剤を投入し、不純物固体粒子を高濃度濃縮物として分離、回収されている。
【０００３】
このような凝集剤として、例えば、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、ポリ鉄（ポリ硫酸第二鉄）、塩化アルミ、塩化第二鉄等の無機凝集剤や、ポリアクリルアミド、ポリアミン、ＤＡＤＭＡＣ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）、ＰＤＡＤＭＡＣ（ポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム）等の有機凝集剤が使用されている。
【０００４】
しかしながら、このような凝集剤を使用した場合、不純物固体粒子の凝集体は、凝集剤により汚染（コンタミネーション）されてしまい、凝集体のｐＨ等の性状が既定値を逸脱することがある。また、凝集剤自体が有害物質である場合、凝集体も有害となる。そのため、不純物固体粒子を再利用、再資源化する場合、凝集剤を除去する必要があり、更なる処理作業、コストを要することになる。
【０００５】
凝集剤を使用しない分離方法として、例えば、二液分離方法及びその装置に関する技術が報告されている（特許文献１参照）。この技術では、まず、処理対象である二液混合液中の不純物液体粒子のゼーター電位を中和させる大きさの電界を印加し、不純物液体粒子を分子間引力により凝集粗粒化させる。そして、粗粒化した比重差により浮上若しくは沈降した分離液を収集排出する。このようにして、上記技術は、油と水、フロンと水、フロンと油等、混合状態にある比重の異なる二液を効率よく分離することが報告されている。
【０００６】
また、交流電界を利用した油中粒子の凝集促進に関する研究が報告されている（非特許文献１参照）。この研究では、静電フィルタの高性能化の方法の有効性を示すことを目的として、交流高電界を印加して凝集を促進する技術が説明されている。さらに、凝集した粒子を捕捉する静電フィルタにより、絶縁性液体である油を用いた実験結果が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−７７６０３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】柳田秀記著、「交流電解を利用した油中粒子の凝集促進に関する研究」、新東技報出版、第２１号、２００３年１１月発行、第７０から第７４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１の技術は、二液分離に特化されており、スラリー中の固体粒子の固液分離へ単純に応用することはできない。また、特許文献１及び非特許文献１の技術は、交流電圧を用いるものであるが、不純物固体粒子を凝集させる場合には、交流電圧では不純物固体粒子を充分に凝集できないことが判明している。
【００１０】
更に、特許文献１、非特許文献１には、複雑な装置を使用することなくスラリーから不純物固体粒子を、連続的に凝集、分離、回収する技術は開示されていない。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、凝集剤や複雑な装置を使用することなく、排水、汚水等のスラリーに含まれる不純物固体粒子を、直流電場を印加することにより凝集させ、スラリーから不純物固体粒子の凝集体を固液分離して、連続的に回収する粒子凝集分離回収装置、及び粒子凝集分離回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、以下に示す粒子凝集分離回収装置及び粒子凝集分離回収方法が提供される。
【００１３】
［１］  粒子及び分散媒を含むスラリーを連続的に流入させるスラリー流入口、前記スラリーに電場が印加されることにより、複数の前記粒子が凝集した凝集粒子の沈降によって形成される沈降物を流出させる沈降物流出口、及び、前記スラリーから前記粒子が凝集し、沈降することにより分離された前記分散媒を上澄みとして連続的に流出させる上澄み流出口を有し、前記スラリーを前記粒子と前記分散媒とに連続的に固液分離する分離容器と、前記分離容器の内部の少なくとも一部に電場を印加する一対の電極と、を備え、前記沈降物流出口が前記分離容器の鉛直方向下部に配設され、前記上澄み流出口が前記分離容器の鉛直方向上部に配設されている粒子凝集分離回収装置。
【００１４】
［２］  前記分離容器が、一方の端部から他方の端部へ伸びる細長形状であり、前記一方の端部と前記他方の端部とを繋ぐ側面の少なくとも一部に、前記一対の電極を備えるものである前記［１］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００１５】
［３］  前記細長形状が、前記一方の端部及び前記他方の端部において、対向する一方の端面及び他方の端面を、それぞれ有する直方体形状であり、前記一方の端面及び前記他方の端面を繋ぐ、対向する２つの側面に、前記一対の電極が配設されたものである前記［２］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００１６】
［４］  前記分離容器が、前記細長形状の長手方向が水平方向に平行であり、前記一方の端部側に前記スラリー流入口を有し、前記他方の端部側の鉛直方向下部に前記沈降物流出口を有し、前記他方の端部側の鉛直方向上部に前記上澄み流出口を有するものである前記［２］又は［３］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００１７】
［５］  前記分離容器が、前記一方の端部が前記他方の端部よりも高くなるように傾斜しており、前記一方の端部側に前記スラリー流入口を有し、前記他方の端部側の鉛直方向下部に前記沈降物流出口を有し、前記他方の端部側の鉛直方向上部に前記上澄み流出口を有するものである前記［２］又は［３］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００１８】
［６］  前記沈降物流出口が、前記他方の端部側の底面に配設されたものである前記［２］〜［５］のいずれかに記載の粒子凝集分離回収装置。
【００１９】
［７］  前記スラリー流入口が、前記一方の端部の鉛直方向上部に配設されたものである前記［２］〜［６］のいずれかに記載の粒子凝集分離回収装置。
【００２０】
［８］  前記分離容器が、筒が伸びる方向に平行な中心軸が鉛直方向と平行に配置された外筒と、前記外筒の前記中心軸と中心軸を共通にし、少なくとも下端部が前記外筒に挿入されている内筒と、を備えるものである前記［１］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００２１】
［９］  前記内筒の周面の少なくとも一部に前記一対の電極の一方を備え、前記外筒の周面であって、前記内筒が前記一対の電極の前記一方を備える部分と少なくとも対向する部分に、前記一対の電極の他方を備えるものである前記［８］に記載の粒子凝集分離回収装置。
【００２２】
［１０］  粒子及び分散媒を含むスラリーを、前記分散媒で充填された分離容器内に、連続的に流入させるとともに、前記分離容器内に流入された前記スラリーに電場を印加することにより、前記スラリー中の複数の前記粒子が凝集した凝集粒子を前記分離容器の底部に沈降させ、前記分散媒を上澄みとして連続的に流出させるとともに、前記凝集粒子を沈降物として、前記上澄みとは別経路で連続的に流出させて、固液分離することを含む粒子凝集分離回収方法。
【００２３】
［１１］  前記分離容器の少なくとも一部に配設されるとともに、前記分離容器内に流入された前記スラリーを挟むように配設された一対の電極に電圧を印加することにより、前記電場を印加する前記［１０］に記載の粒子凝集分離回収方法。
【００２４】
［１２］  前記電場を、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で直流電圧により印加する前記［１０］又は［１１］に記載の粒子凝集分離回収方法。
【００２５】
［１３］  前記スラリーの流入速度が、前記沈降物の流出速度よりも大きい前記［１０］〜［１２］のいずれかに記載の粒子凝集分離回収方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の粒子凝集分離回収装置及び本発明の粒子凝集分離回収方法は、凝集剤や複雑の装置を使用することなく、排水、汚水等のスラリーに含まれる不純物固体粒子を、直流電場を印加することにより凝集させ、スラリーから不純物固体粒子の凝集体を固液分離して、連続的に回収することを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の粒子凝集分離回収装置の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の粒子凝集分離回収装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の粒子凝集分離回収装置の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施例１における固体粒子濃度の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例１における粒子径の測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例２における固体粒子濃度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００２９】
説明の都合上、まずは、本発明の粒子凝集分離回収方法の一実施形態について説明し、その後、本発明の粒子凝集分離回収装置の実施形態について説明する。
【００３０】
１．粒子凝集分離回収方法（第一の実施形態）
本発明の粒子凝集分離回収方法は、粒子及び分散媒を含むスラリーを、前記分散媒で充填された分離容器内に、連続的に流入させるとともに、前記分離容器内に流入された前記スラリーに電場を印加することにより、前記スラリー中の複数の前記粒子が凝集した凝集粒子を前記分離容器の底部に沈降させ、前記分散媒を上澄みとして連続的に流出させるとともに、前記凝集粒子を沈降物として、前記上澄みとは別経路で連続的に流出させて、固液分離することを含む方法である。
【００３１】
このような粒子凝集分離回収方法により、凝集剤や複雑な装置を使用することなく、排水、汚水等のスラリーに含まれる不純物固体粒子を、直流電場を印加することにより凝集させ、スラリーから不純物固体粒子の凝集体を固液分離して、連続的に回収することが可能となる。以下、本発明の粒子凝集分離回収方法の一実施形態（第一の実施形態）について説明する。
【００３２】
本実施形態は、スラリー中の個体粒子に電場を印加することにより、個体粒子を誘電分極させて生じた凝集粒子を沈降して分離するものである。即ち、電場を印加した各個体粒子には、プラス電荷を有する部分と、マイナス電荷を有する部分とが生じ、１つの個体粒子のプラス電荷を有する部分と、別の個体粒子のマイナス電荷を有する部分とがクーロン力により引き合うことになる。この作用により、誘電分極された個体粒子は、互いに引き合い、凝集し、凝集粒子を形成する。この凝集粒子は、スラリー中を沈降し、分離容器の底部に堆積する。そして、分離容器の底部に沈降した凝集粒子（沈降物）と、分散媒（上澄み）とを、それぞれ別経路で流出させることにより、沈降物と、上澄みとを固液分離し、別々に回収する。
【００３３】
本実施形態は、上述の電場の印加に加え、分離容器内を分散媒で充填しておき、この分散媒で充填された分離容器内に、スラリーを流入させるものである。このように、分離容器を予め分散媒で充填しておくことにより、スラリーの流入開始直後であっても、分散媒と凝集粒子とを効果的に分離することが可能である。即ち、分離容器内が分散媒で充填されているため、スラリーの流入開始直後であっても、分散媒の上面と分散媒の下面との間の距離が確保され、分散媒の下面近傍に沈降した凝集粒子と、上面近傍の分散媒とが混在し難く、上澄みと沈降物とを効果的に分離することが可能である。
【００３４】
本実施形態においては、分離容器内へのスラリーの流入と、分散媒の上澄みの流出（「オーバーフロー」ともいう）と、凝集粒子の沈降物の流出とを同時に行うため、個体粒子の凝集、分離、回収を、長時間、連続的に行うことが可能である。更に、本実施形態では、個体粒子と分散媒との分離のためにフィルタ等を用いないため、フィルタの目詰まり、劣化の問題が無く、交換、再生等の必要もない。また、フィルタ等を用いないため、装置の構成を簡単なものとすることが可能である。
【００３５】
１−１．スラリー
本発明の粒子凝集分離回収方法において、処理対象であるスラリーは粒子と、分散媒とを含むものであれば、特に制限はない。例えば、排水や汚水等を処理対象とすることができる。排水や汚水としては、上下水道から排出される排水、汚水、畜産業等で排出される屎尿、建設汚泥等が含まれる。
【００３６】
本実施形態においてスラリーに含まれる個体粒子は、電場の印加により、誘電分極し、複数の個体粒子が凝集して凝集体を形成し得るものであれば、特に限定されない。例えば、排水や汚水に含まれる粘土、有機物等や、アルミナ、ベントナイト、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の固体粒子を挙げることができる。
【００３７】
本実施形態においては、例えば、０．０１〜１μｍ程度の個体粒子を、スラリー中から効率良く分離することができる。また、スラリー中の個体粒子の濃度としては、例えば、１００ｐｐｍ〜１ｖｏｌ％程度のスラリーを効率良く処理することができる。
【００３８】
本実施形態においてスラリーに含まれる分散媒は、上記個体粒子を分散させ得るものであり、上述の誘電分極を阻害しないものであれば、特に限定されない。例えば、排水や汚水等の場合、分散媒は、水とすることができ、分離容器には、蒸留水等を充填しておけば良い。
【００３９】
１−２．分離容器
本実施形態において用いる分離容器の形状は、スラリーを流入させるスラリー流入口と、凝集粒子の沈降物を流出させる沈降物流出口と、分散媒の上澄みを流出させる上澄み流出口とを有し、分散媒を充填し得るものであれば、特に限定されない。
【００４０】
分離容器の材質としては、分離容器内部のスラリーに印加する電場に影響を与えにくいものが好ましい。例えば、アクリル、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス、絶縁皮膜処理したステンレス鋼等を用いることができる。
【００４１】
１−３．電場印加
本実施形態においては、スラリーに電場を印加することにより、スラリー中の固体粒子を凝集させ、凝集粒子として分離容器の底部に沈降させる。
【００４２】
スラリーに電場を印加するためには、例えば、一対の電極を、分離容器の少なくとも一部に配設するとともに、分離容器内のスラリーを挟むように配設し、この一対の電極に電圧を印加すれば良い。例えば、直方体形状の分離容器の場合、対向する２つの側面の一方に陽極、他方に陰極を配設すれば良く、個体粒子の凝集をより促進させるために、陽極及び陰極が、それぞれ、側面の全面に配設されていることが好ましい。
【００４３】
電極は、特に制限されない。例えば、板状、金網状等の電極を用いることができる。電極の材質も、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであって良い。
【００４４】
スラリーに印加する電場は、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度であることが好ましく、２．５〜５Ｖ／ｃｍであることが更に好ましく、３．７５〜４Ｖ／ｃｍであることが特に好ましい。また、スラリーに印加する電場は、直流電圧によるものであることが好ましい。スラリーに印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、スラリー中の個体粒子を充分に誘電分極させ、凝集させることができないおそれがある。一方、スラリーに印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超であると、必要以上のエネルギーを投入することになるだけでなく、スラリーが加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じるおそれがある。また、スラリーに印加する電場が、交流電圧によるものである場合には、誘電分極による個体粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不充分となるおそれがある。
【００４５】
１−４．スラリーの流入、沈降物及び上澄みの流出
スラリーを分離容器内へ流入させ、沈降物及び上澄みを分離容器外へ流出させる手段は、特に限定されない。例えば、スラリーを貯留したスラリータンクからスラリーをくみ上げ、スラリー流入口から分離容器内へ送り出すポンプを用いることができる。また、沈降物流出口、上澄み流出口、又はその両方に、活栓を設け、流出速度を調節しても良い。なお、沈降物流出口から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
【００４６】
本実施形態においては、分離容器内部への、スラリーの流入速度、沈降物の流出速度、及び上澄みの流出速度を調節することにより、長時間、連続的に、スラリーから、凝集粒子と、分散媒とを分離することができる。ここで、スラリーの流入速度は、凝集粒子が沈降し濃縮された沈降物の流出速度と上澄みの流出速度の合計と等しくなっている。本実施形態において、定常運転（スラリーと沈降物との界面位置が変化しないで分離を続けられる状態）するためには、上澄み中には粒子は全く入っていないとすると、スラリーの流入速度と沈降物の流出速度の比（スラリー流入速度／沈降物流出速度）は、濃縮比（沈降物の濃度／スラリーの濃度）と等しくなっている必要がある。例えば、スラリーから、凝集粒子が１０倍の濃度で濃縮された凝集粒子を含む沈降物を分離する場合、スラリーの流入速度は沈降物の流出速度の１０倍とする必要がある。これよりスラリーの流入速度が速いと、スラリーと沈降物との界面が上昇し上澄みに粒子が入る可能性がある。逆に、スラリーの流入速度が沈降物の流出速度の１０倍よりも遅いと、沈降物の濃度が低下していくおそれがある。
【００４７】
２．粒子凝集分離回収装置（第二及び第三の実施形態）
本発明の粒子凝集分離回収装置は、分離容器と、分離容器の内部の少なくとも一部に電場を印加する一対の電極と、を備えるものである。分離容器は、粒子及び分散媒を含むスラリーを連続的に流入させるスラリー流入口、スラリーに電場が印加されることにより、複数の粒子が凝集した凝集粒子の沈降によって形成される沈降物を流出させる沈降物流出口、及び、スラリーから粒子が凝集し、沈降することにより分離された分散媒を上澄みとして連続的に流出させる上澄み流出口を有する。更に、沈降物流出口が分離容器の鉛直方向下部に配設され、上澄み流出口が分離容器の鉛直方向上部に配設されている。以下、上述の粒子凝集分離回収方法を実現する本発明の粒子凝集分離回収装置の実施形態（第二及び第三の実施形態）について、図面を参照しながら、説明する。
【００４８】
２−１．粒子凝集分離回収装置（第二の実施形態）
本発明の粒子凝集分離回収装置の一実施形態（第二の実施形態）は、上述の粒子凝集分離回収装置において、分離容器が一方の端部から他方の端部へ伸びる細長形状であり、一方の端部と他方の端部とを繋ぐ側面の少なくとも一部に、一対の電極を備えるものである。
【００４９】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置は、例えば、図１及び図２のような構成とすることができる。図１は、本発明の粒子凝集分離回収装置の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２は、本発明の粒子凝集分離回収装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。
【００５０】
図１及び図２では、細長形状が、一方の端部及び他方の端部において、対向する一方の端面１３及び他方の端面１４をそれぞれ有する直方体形状であり、一方の端面１３及び他方の端面１４を繋ぐ、対向する２つの側面１２ａ、１２ｂに、一対の電極５１ａ、５１ｂが配設されている構成を示している。更に、分離容器１０が、細長形状の長手方向が水平方向に平行であり、一方の端部（一方の端面１３）側にスラリー流入口１５を有し、他方の端部（他方の端面１４）側に沈降物流出口１６、及び上澄み流出口１７を有する構成を示している。
【００５１】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置においては、一方の端面１３に配設されたスラリー流入口１５から、スラリーが分離容器１０内へ流入する。流入したスラリーは、分離容器１０の側面１２ａ、１２ｂに配設された電極５１ａ、５１ｂに挟まれた領域に到達する。この領域において、電極５１ａ、５１ｂに印加された電圧により発生した電場により、スラリー内の個体粒子は誘電分極され、凝集粒子が形成される。ここで形成された凝集粒子は、スラリー中を浮遊することができず、沈降し、分離容器１０の底部に堆積し、底面に配設された沈降物流出口１６から、分離容器１０の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、スラリー流入口１５から順次流入されるスラリーにより押し出され、他方の端面１４に配設された上澄み流出口１７から、上澄みとして流出し、回収される。
【００５２】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、スラリーから個体粒子を、連続的に凝集、分離、回収することが可能である。
【００５３】
２−１−１．分離容器
本実施形態において、分離容器１０は、直方体形状である。この直方体形状は、水平方向又は略水平方向に対向する一方の端面１３及び他方の端面１４を有する。また、この直方体形状は、水平方向に対向し、一方の端面１３と他方の端面１４とを繋ぐ一対の側面１２（側面１２ａ、及び側面１２ｂ）を有する。
【００５４】
本実施形態において、直方体形状は、一方の端面１３及び他方の端面１４を結ぶ軸方向に長いことが好ましい。当該軸方向に長い形状とすることで、電場の印加により固体粒子が凝集した凝集粒子が沈降できる領域を広くすることができ、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。
【００５５】
分離容器１０は、スラリーを分離容器１０内に流入させるため、一方の端面１３側にスラリー流入口１５を有する。このスラリー流入口１５には、スラリーを貯留したスラリータンク９からスラリーをくみ上げ、スラリー流入口１５から分離容器１０内へスラリーを送り出すポンプ８を接続することができる。
【００５６】
スラリー流入口１５は、一方の端面１３の鉛直方向上部に形成されていることが好ましい。スラリー流入口１５が一方の端面１３の上部に形成されていることにより、分離容器１０内の底部に凝集粒子が堆積した場合、堆積した凝集粒子をスラリー流入口１５から流入するスラリーの液圧により凝集粒子が再拡散するのを抑制することができる。
【００５７】
分離容器１０は、一対の電極５１に電圧を印加して、前記分離容器１０内の前記スラリーに電場を印加することにより複数の前記粒子が凝集して沈降した沈降物を流出するため、他方の端面１４側の鉛直方向下部に、沈降物流出口１６を有する。この沈降物流出口１６には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口１６から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
【００５８】
沈降物流出口１６は、分離容器１０の他方の端面１４近傍の底面に配設されていることが好ましい。このように構成することで、分離容器１０中、最も沈降物が堆積する領域の底部から、順次凝集粒子の沈降物を分離容器１０の外部へ流出させることができるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。
【００５９】
分離容器１０は、スラリーから粒子が沈降して分離された上澄みを流出するため、他方の端面１４側の鉛直方向上部に、上澄み流出口１７を有する。この上澄み流出口１７には、上澄みの流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。
【００６０】
上澄み流出口１７は、分離容器１０の他方の端面１７の鉛直方向上部に配設されていることが好ましい。このように構成することで、分離容器１０中、最も凝集粒子が沈降し、沈降物流出口１６により順次沈降物が流出されることにより、凝集粒子が最も分離除去されている領域の上澄みを効率的に分離容器１０の外部へ流出させることできるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。
【００６１】
分離容器の材質としては、分離容器内部のスラリーに印加する電場に影響を与えにくいものが好ましい。例えば、アクリル、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス、絶縁皮膜処理したステンレス鋼等を用いることができる。
【００６２】
分離容器１０は、一方の端面１３側が、他方の端面１４側よりも高くなるように傾斜していることが好ましい。傾斜角度としては、例えば、１〜１５°程度とすることができる。このように分離容器１０を傾斜させることにより、沈降物を他方の端面１４側の底部に堆積させ易くなる。
【００６３】
２−１−２．電極
分離容器１０の両側面１２ａ、１２ｂの少なくとも一部には、電極５１ａ、５１ｂが配設されている。これら電極５１ａ、５１ｂは、電圧を印加するために、例えば、電源５に接続することができる。
【００６４】
電源５は、特に限定されないが、一対の電極５１ａ、５１ｂ間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加することができるものであることが好ましい。この電場強度としては、２．５〜５Ｖ／ｃｍが更に好ましく、３．７５〜４Ｖ／ｃｍが特に好ましい。また、電源５としては、直流電圧印加することが可能であるものが好ましい。スラリーに印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、スラリー中の個体粒子を充分に誘電分極させ、凝集させることができないおそれがある。一方、スラリーに印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超であると、必要以上のエネルギーを投入することになるだけでなく、スラリーが加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じるおそれがある。また、スラリーに印加する電場が、交流電圧によるものである場合には、誘電分極による個体粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不充分となるおそれがある。
【００６５】
電極の正負は限定されるものではなく、電極５１ａが正極、電極５１ｂが負極であっても良く、電極５１ａが負極、電極５１ｂが正極であっても良い。個体粒子の凝集効果を向上させるために、これら電極５１ａ、５１ｂは、分離容器１０の各側面１２ａ、１２ｂの全面に配設されていることが好ましい。このように構成することにより、分離容器１０内の全域にわたって電極５１ａ、５１ｂにより電場が印加され、凝集粒子の生成を促進させることができる。
【００６６】
電極は、特に制限されない。例えば、板状、金網状等の電極を用いることができる。電極の材質も、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであって良い。
【００６７】
２−２．粒子凝集分離回収装置（第三の実施形態）
本発明の粒子凝集分離回収装置の他の実施形態（第三の実施形態）は、上述の粒子凝集分離回収装置において、分離容器が、筒が伸びる方向に平行な中心軸が鉛直方向に平行配置された外筒と、外筒の中心軸と中心軸を共通にし、少なくとも下端部が外筒に挿入されている内筒と、を備えるものである。この分離容器は、内筒の下端部に、外筒の内部において開口しているスラリー流入口を有し、外筒の底部に沈降物流出口を有し、外筒の上端部に上澄み流出口を有する。
【００６８】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置は、例えば、図３のような構成とすることができる。図３は、本発明の粒子凝集分離回収装置の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。  
【００６９】
図３では、内筒の周面の少なくとも一部にリング状に配設された一対の電極の一方を備え、外筒の周面であって、内筒が一対の電極の一方を備える部分と少なくとも対向する部分に、リング状に配設された一対の電極の他方を備える構成を示している。
【００７０】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置においては、内筒２３の下端部に配設されたスラリー流入口２５から、スラリーが分離容器２０内へ流入し、分離容器２０内に拡散する。拡散したスラリーの一部は、内筒２３と外筒２４に配設された電極５２ａ、５２ｂに挟まれた領域に到達する。この領域において、電極５２に印加された電圧により発生した電場により、スラリー内の個体粒子は誘電分極され、凝集粒子が形成される。ここで形成された凝集粒子は、スラリー中を浮遊することができず、沈降していき、外筒２４の下端部に配設された沈降物流出口２６から、分離容器２０の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、スラリー流入口２５から順次流入されるスラリーにより押し出され、外筒２４の上端部に配設された上澄み流出口２７から、上澄みとして流出し、回収される。なお、本実施形態において、分離容器２０の内部とは、内筒２３の外周面及び底面と、外筒２４の内周面、上面、及び底面とにより区画される空間を意味するものとする。
【００７１】
本実施形態の粒子凝集分離回収装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、スラリーから個体粒子を、連続的に凝集、分離、回収することが可能である。
【００７２】
２−２−１．分離容器
本実施形態において、分離容器２０は、同軸の、即ち、中心軸を共通にする外筒２４と内筒２３とを備え、当該中心軸が鉛直方向に平行である。そして、内筒２３の、少なくとも下端部は、外筒２４に挿入されている。即ち、内筒２３が外筒２４に挿入され、内筒２３と外筒２４に挟まれている領域では、内筒２３及び外筒２４に配設された一対の電極５２に電圧を印加することにより電場が生成され、当該領域に進入したスラリー中の個体粒子は誘電分極されて凝集し、凝集粒子となって外筒２４の底部へ沈降していく。
【００７３】
分離容器２０の内筒２３の下端部には、スラリーを分離容器２０内に流入させるため、スラリー流入口２５が配設されている。即ち、スラリーは、内筒２３の上端部から内筒２３の内部を通過し、内筒２３の下端部のスラリー流入口２５から、分離容器２０内へ流入するよう構成されている。内筒２３の上端部へは、スラリーを貯留したスラリータンク９からスラリーをくみ上げ、スラリー流入口２５から分離容器２０内へスラリーを送り出すポンプ８を接続することができる。
【００７４】
外筒２４の底部には、電場を印加することにより個体粒子が凝集して沈降した凝集粒子の沈降物を分離容器２０の外部へ流出するため、沈降物流出口２６が配設されている。この沈降物流出口２６には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口２６から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
【００７５】
外筒２４の上端部には、スラリーから固体粒子が沈降して分離された上澄みを流出するために、上澄み流出口２７が配設されている。この上澄み流出口２７は、外筒２４の筒状部の上端面であって良く、特別な被覆部材等を必要としない。即ち、スラリー流入口２５から順次流入するスラリーに押し出され、外筒２４の上端部の上澄み流出口２７から、上澄みがあふれ出るよう構成されていて良い。この上澄み流出口２７からあふれ出た上澄みは、外筒２４の外壁面をつたって流下させ、沈降物流出口２６から流出した凝集粒子と混じり合わないように分離して、回収すれば良い。
【００７６】
外筒２４の下部は、テーパ状に細くなっていても良い。即ち、外筒２４としては、シックナーを用いることができる。
【００７７】
２−２−２．電極
分離容器２０の外筒２４の周面の少なくとも一部にリング状に配設された一対の電極５２の一方（電極５２ａ）、前記内筒２３の周面の少なくとも一部にリング状に配設された一対の電極５２の他方（電極５２ｂ）を備え、且つ、一対の電極５２がスラリーを挟むように対向して配設されている。これら電極５２ａ、５２ｂは、電圧を印加するために、例えば、電源５に接続することができる。
【００７８】
電源５は、特に限定されないが、一対の電極５２ａ、５２ｂ間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加することができるものであることが好ましい。この電場強度としては、２．５〜５Ｖ／ｃｍが更に好ましく、３．７５〜４Ｖ／ｃｍが特に好ましい。また、電源５としては、直流電圧印加することが可能であるものが好ましい。スラリーに印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、スラリー中の個体粒子を充分に誘電分極させ、凝集させることができないおそれがある。一方、スラリーに印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超であると、必要以上のエネルギーを投入することになるだけでなく、スラリーが加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じるおそれがある。また、スラリーに印加する電場が、交流電圧によるものである場合には、誘電分極による個体粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不充分となるおそれがある。
【００７９】
電極の正負は限定されるものではなく、電極５２ａが正極、電極５２ｂが負極であっても良く、電極５２ａが負極、電極５２ｂが正極であっても良い。個体粒子の凝集効果を向上させるために、これら電極５２ａ、５２ｂは、分離容器２０の内筒２３の周面と外筒２４の周面が対向している領域において、全面に配設されていることが好ましい。このように構成することにより、分離容器２０内の上記領域の全域にわたって電極５２ａ、５２ｂにより電場が印加され、凝集粒子の生成を促進させることができる。
【００８０】
電極は、特に制限されない。例えば、円筒状、金網状等の電極を用いることができる。電極の材質も、分離容器２０の内筒２３及び外筒２４の円筒状の周面に配設することが可能であれば、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであって良い。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８２】
（実施例１）
本発明の第二の実施形態の粒子凝集分離回収装置の性能を、図１の装置を用いて評価した。
【００８３】
分離対象の試料として、蒸留水中に易焼結アルミナ（住友化学社製の商品名「ＡＥＳ−１２」、平均粒子径０．５μｍ）を、体積濃度３００ｐｐｍで分散させたスラリーを用いた。調製したスラリーのｐＨは、７．５であった。なお、ｐＨ測定には、堀場製作所社製のコンパクトｐＨメータ（型式「Ｔｗｉｎ  ｐＨ  Ｂ−２１２形」）を用いた。実験開始前には、スラリーを超音波攪拌しておいた。
【００８４】
分離容器としては、両端面（図１の一方の端面１３及び他方の端面１４）の一辺の長さが１００ｍｍ、両端面間の長さが５００ｍｍの直方体形状のアクリル製の分離容器を用いた。この分離容器の両側面には、金網状のステンレス製電極が、一方の側面が正極、他方の側面が負極となるように、各側面の全面に配設した。分離容器の内部には、分散媒としての蒸留水を充填しておいた。
【００８５】
次いで、この分離容器内に、スラリー流入口から、ポンプを用いてスラリーを流入させ、電極に２０Ｖの直流電圧を印加した。スラリー流入速度は５．８ｍｌ／分であり、沈降物流出速度は２．０ｍｌ／分であった。
【００８６】
沈降物流出口から回収した凝集粒子の沈降物、及び、上澄み流出口から回収した上澄みについて、それぞれの個体粒子濃度を測定した。濁度の測定には、ＫＲＫ製の濁度計（型番ＴＲ５５）を用いた。結果を図４に示す。図４中、横軸は、電場印加開始時点からの経過時間（分）であり、縦軸は、個体粒子の体積濃度（ｐｐｍ）である。
【００８７】
また、凝集粒子の沈降物について、時間経過に対する粒子径の推移を評価した。結果を図５に示す。図５中、横軸は、電場印加開始時点からの経過時間（分）であり、縦軸は、個体粒子のメディアン径（μｍ）である。なお、メディアン径の測定には、堀場製作所製の動的光散乱粒子径測定装置（型番ＬＢ５５０ＮＴ）を用いた。
【００８８】
（比較例１）
電極に電圧を印加しなかった（電圧０Ｖとした）こと以外は、実施例１と同様に評価した。結果を図４及び図５に示す。
【００８９】
図４及び図５に示された実施例１と比較例１との比較から、電場を印加することにより、長時間経過後も、上澄み中の個体粒子濃度は１０ｐｐｍ以下と低く抑えられており、本発明の装置により、スラリーから連続的に個体粒子を凝集、分離、回収できることが示された。
【００９０】
（実施例２）
本発明の第三の実施形態の粒子凝集分離回収装置の性能を、図３の装置を用いて評価した。
【００９１】
分離対象の試料として、蒸留水中に易焼結アルミナ（住友化学社製の商品名「ＡＥＳ−１２」、平均粒子径０．５μｍ）を、体積濃度１０００ｐｐｍで分散させて調製したスラリーを用いた。調製したスラリーのｐＨは、７．５であった。なお、ｐＨ測定には、堀場製作所社製のコンパクトｐＨメータ（型式「Ｔｗｉｎ  ｐＨ  Ｂ−２１２形」）を用いた。実験開始前には、スラリーを超音波攪拌しておいた。
【００９２】
分離容器としては、上端部の内径が８０ｍｍであり、高さが１２０ｍｍである外筒と、直径が４０ｍｍであり、高さが１５０ｍｍである内筒とを備え、内筒の下端部から１００ｍｍの部分が、外筒に挿入されている分離容器を用いた。この分離容器には、内筒の外周面が陽極、外筒の内周面が負極となるように、それぞれ、金網状のステンレス製電極を配設した。外筒の内部には、分散媒としての蒸留水を充填しておいた。
【００９３】
次いで、この分離容器内に、スラリー流入口から、ポンプを用いてスラリーを流入させ、電極に２０Ｖの直流電圧を印加した。スラリー流入速度は７．０ｍｌ／分であり、沈降物流出速度は１．５ｍｌ／分であった。
【００９４】
沈降物流出口から回収した凝集粒子の沈降物、及び、上澄み流出口から回収した上澄みについて、それぞれの個体粒子濃度を測定した。濁度の測定には、ＫＲＫ製の濁度計（型番ＴＲ５５）を用いた。結果を図６に示す。図６中、横軸は、電場開始時点からの経過時間（分）であり、縦軸は、個体粒子の体積濃度（ｐｐｍ）である。
【００９５】
（比較例２）
電極に電圧を印加しなかった（電圧０Ｖとした）こと以外は、実施例２と同様に評価した。結果を図６に示す。
【００９６】
図６に示された実施例２と比較例２との比較から、電場を印加することにより、長時間経過後も、上澄み中の個体粒子濃度は１０ｐｐｍ以下と低く抑えられており、本発明の装置により、スラリーから連続的に個体粒子を凝集、分離、回収できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の粒子凝集分離回収装置は、凝集剤を用いずに、排水、汚水等から不純物個体粒子を効率的に濃縮分離できるため、濃縮物、上澄み液、又はその両方を再利用、再資源化することが可能である。更に、フィルタや複雑な装置を必要としないため、作業の単純か、効率化を図ることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１、２：粒子凝集分離回収装置、５：電源、８：ポンプ、９：スラリータンク、１０、２０：分離容器、１２、１２ａ、１２ｂ：側面、１３：一方の端面、１４：他方の端面、１５、２５：スラリー流入口、１６、２６：沈降物流出口、１７、２７：上澄み流出口、２３：内筒、２４：外筒、５１、５１ａ、５１ｂ、５２、５２ａ、５２ｂ：電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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