(57)【要約】【課題】  イオン価による分離が容易で、造水能力が高く、また性能を長期にわたって維持可能な水中イオン分離フィルタ及び水中イオン分離装置を提供すること。【解決手段】  正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層した交互吸着膜フィルタであって、この交互吸着膜フィルタに通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行うことを特徴とする。【選択図】図１
2006095382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層した交互吸着膜フィルタであって、
この交互吸着膜フィルタに通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行うことを特徴とする水中イオン分離フィルタ。
【請求項２】
正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層した交互吸着膜フィルタであって、
この交互吸着膜フィルタに通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差及び水和イオン半径の大きさの差によってイオン分離を行うことを特徴とする水中イオン分離フィルタ。
【請求項３】
前記交互吸着膜は、細孔の大きさが前記水溶液中のイオンサイズよりも大きな前記基板に積層させて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の水中イオン分離フィルタ。
【請求項４】
前記交互吸着膜の、前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜とその直下に設けられた前記第２の帯電膜又は前記第１の帯電膜の色を異ならせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタ。
【請求項５】
前記交互吸着膜の最表面の前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜の剥離の発生により、前記交互吸着膜のイオン除去性能を再生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタ。
【請求項６】
前記交互吸着膜の最表面の前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜の剥離の発生により、前記交互吸着膜の透水性能を再生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタ。
【請求項７】
正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層され、通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行う交互吸着膜フィルタと、この交互吸着膜フィルタに前記水溶液を通しろ過を行うろ過機構とを備える水中イオン分離装置であって、
積層された前記交互吸着膜の表面形状の変化によりイオン除去性能の寿命測定を行うことを特徴とする水中イオン分離装置。
【請求項８】
正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層され、通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行う交互吸着膜フィルタと、この交互吸着膜フィルタに前記水溶液を通しろ過を行うろ過機構とを備える水中イオン分離装置であって、
積層された前記交互吸着膜の表面の反射光又は透過光の変化によりイオン分離性能の予測を行うことを特徴とする水中イオン分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場における飲料水の製造や、工場廃水からの有害物質の除去の処理、溶液中に含有される有価物質の回収などに用いることが可能な水中イオン分離フィルタ及び水中イオン分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水又は低濃度の塩水（かん水）の淡水化や、工場の廃液中に含有される、価値のある物質、いわゆる有価物質の回収には、溶液中に含まれるイオンを除去できる逆浸透膜を用いる方法が取り入れられ、広く普及するに至っている。
【０００３】
この海水淡水化や有価物質の回収プロセスに対する改良要求は年々高まり、特に省エネルギーの観点から、高いイオン除去率を維持したまま、回収率の、より高い分離膜が望まれている。
【０００４】
しかしながら、高いイオン除去を維持しようとすると、海水や廃液に含まれるすべてのイオン除去率が高まるので、ある特定のイオン価を有する物質のみを選択的に除去することはできない。したがって、工場の処理装置などから排出される廃液中に含まれる有価物質を回収するために、逆浸透膜を用いて回収処理を行うと、すべてのイオン成分が除去されるので、回収した複数種類のイオン成分を更に分離精製する作業が必要となる。
【０００５】
このため、予め２価イオンを除去するナノ膜ろ過モジュールで前処理した後、２価イオンを除去された残りの水溶液を処理する処理方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、このように処理に多くの段階が必要となると装置が複雑で大掛かりとなり、設置コストが増大し広いスペースが必要となる問題がある。
【０００６】
また、ｐＨを調整して２価以上のイオンを析出させて、その後１価イオンを回収する方法も知られている（特許文献２参照）。しかしこの方法では、ｐＨ調整のために溶液中に注入する薬液が必要となり、装置の運用費用がかかる問題がある。
【０００７】
また、逆浸透膜などを用いて溶液中からイオン成分の分離処理を行うと膜表面に付着物が堆積したり、細孔に目詰まりが生じるなどのファウリングやスケールが発生しその結果、造水量が低下するなどの問題が生ずる。
【０００８】
このため、ファウリングやスケールが発生した場合、逆洗や薬品による化学的洗浄・殺菌、スポンジボールなど用いた物理的洗浄を行う。しかしながら膜の表皮部の内側まで付着物が入り込んだ場合、逆洗や薬品による洗浄では完全に再生されず、透過流速の保持や阻止率の低下は使用開始直後から低下したままとなる。またスポンジボールなどを用いた物理的洗浄では、膜表面に損傷を与え性能劣化や膜の破損などを生ずる恐れもある。
【０００９】
なお、本件発明者が発明した、正の電荷を有するＰＡＨ膜と負の電荷を有するＰＡＡ膜とを交互に積層した交互吸着膜を用いたフィルタは、既に出願され公開されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１３２７４号公報
【特許文献２】特開平８−１９７０４９号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来の逆浸透膜を用いた水中フィルタ及び水処理装置の問題点に鑑みてなされたもので、イオン価による分離が容易で、造水能力が高く、また性能を長期にわたって維持可能な水中イオン分離フィルタ及び水中イオン分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１によれば、正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層した交互吸着膜フィルタであって、この交互吸着膜フィルタに通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行うことを特徴とする水中イオン分離フィルタを提供する。
【００１２】
本発明の請求項２によれば、正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層した交互吸着膜フィルタであって、この交互吸着膜フィルタに通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差及び水和イオン半径の大きさの差によってイオン分離を行うことを特徴とする水中イオン分離フィルタを提供する。
【００１３】
本発明の請求項３によれば、請求項１又は２記載の水中イオン分離フィルタにおいて、前記交互吸着膜は、細孔の大きさが前記水溶液中のイオンサイズよりも大きな前記基板に積層させて成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４によれば、請求項１乃至３のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタにおいて、前記交互吸着膜の、前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜とその直下に設けられた前記第２の帯電膜又は前記第１の帯電膜の色を異ならせることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５によれば、請求項１乃至４のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタにおいて、前記交互吸着膜の最表面の前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜の剥離の発生により、前記交互吸着膜のイオン除去性能を再生することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６によれば、請求項１乃至４のいずれか１記載の水中イオン分離フィルタにおいて、前記交互吸着膜の最表面の前記第１の帯電膜又は前記第２の帯電膜の剥離の発生により、前記交互吸着膜の透水性能を再生することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項７によれば、正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層され、通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行う交互吸着膜フィルタと、この交互吸着膜フィルタに前記水溶液を通しろ過を行うろ過機構とを備える水中イオン分離装置であって、積層された前記交互吸着膜の表面形状の変化によりイオン除去性能の寿命測定を行うことを特徴とする水中イオン分離装置を提供する。
【００１８】
本発明の請求項８によれば、正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜を交互に吸着させて成る交互吸着膜を基板の上に積層され、通される水溶液中のイオン価の大きさに基づく反発力の差によってイオン分離を行う交互吸着膜フィルタと、この交互吸着膜フィルタに前記水溶液を通しろ過を行うろ過機構とを備える水中イオン分離装置であって、積層された前記交互吸着膜の表面の反射光又は透過光の変化によりイオン分離性能の予測を行うことを特徴とする水中イオン分離装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、工場廃液などから有価物質を回収する場合などにおいて、用いられるイオン価による分離を行うことが容易で、かつ造水能力の維持が長期間可能となる水中イオン除去フィルタ及び水処理装置が得られる効果がある。
【００２０】
また、非接触でフィルタの寿命を測定することにより信頼性が高く、効率のよい水処理装置が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、これに先立って交互吸着膜の基本的な製造方法を述べる。図１に本発明に用いる交互吸着膜の製造方法を示す。同図において第１槽１には、正の電解質ポリマー（cation;カチオン）の水溶液が入れられ、第２槽２には負の電解質ポリマー（anion;アニオン）の水溶液が入れられている。
【００２２】
これら第１槽１，第２槽２に被成膜材料としての基板１０が入れられて、いわゆる交互吸着の手法により交互吸着膜が製造される。被成膜材料として、例えば酢酸セルロースと硝酸セルロースなどから形成された精密ろ過膜などの基板１０を用意し、その表面を親水処理することによりＯＨ−基を導入し、初期表面電荷として負電荷を与える。
【００２３】
図２（ａ）は、上記のようにして基板１０の表面を負に帯電させた状態を示す概念図である。基板１０の表面に負の電荷１１が帯電した状態である。
【００２４】
この負に帯電した基板１０を、正の電解質ポリマーが入れられている第１槽１に入れると、基板１０の表面に正の電解質ポリマー１２が接触し、クーロン力により吸着することになる。このように正の電解質ポリマー１２が吸着した状態を図２（ｂ）に示す。
【００２５】
続いて、表面に正の電解質ポリマー１２が吸着した基板１０を、負の電解質ポリマーが入れられている第２槽２に入れると、図２（ｃ）に示すように、今度は負の電解質ポリマー１３が接触して、クーロン力により基板１０の表面に吸着することになる。
【００２６】
このように、基板１０を第１槽１と第２槽２に交互に浸漬させていくことにより基板１０の表面には、正の電解質ポリマーの層と負の電解質ポリマーの層とが交互に成膜されていくことになり、最終的に多層構造を有する交互吸着膜が形成される。
【００２７】
図３は上述のような浸漬処理を計６回行ったときに形成される交互吸着膜フィルタ３６の構造を示す概念図である。
【００２８】
ここで奇数番目の層を構成する薄膜Ａ１，Ａ３，Ａ５は正の電解質ポリマーの帯電膜であり、偶数番目の層を構成する薄膜Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６は負の電解質ポリマーの帯電膜である。これら積層させた交互吸着膜の層３７の厚みは、浸漬処理の時間、使用する電解質ポリマーの構成物質、ｐＨなどによって任意に制御することが可能である。
【００２９】
次に、本発明に係るフィルタの具体的な実施形態を、本願発明者が行った実験例と共に説明する。
【００３０】
（１）交互吸着膜の作成条件
まず、図１に示す第１槽１内に入れる正の電解質ポリマーとしてポリアリルアミン塩酸塩poly-allylamine hydrochloride（略称ＰＡＨ）を用意し、第２槽２内に入れる負の電解質ポリマーとして、ポリビニル硫酸poly-vinyl sulfonic acid, sodium salt（略称ＰＶＳ）を用意した。いずれもｐＨ１．７、濃度０．０１Ｍの水溶液を作成して各槽に収容した。また、リンス浴などに利用する純水として、１８ＭΩ・ｃｍ以上の超純水を用意した。
【００３１】
基板１０としては、膜厚１０５μｍ、細孔０．０２５μｍの精密ろ過膜を用いた。今回用いた細孔径０．０２５μｍの精密ろ過膜は、細菌やコロイドなどの微粒子を除去するものに用いられるが、水溶液中のイオンサイズ（１ｎｍ程度）より、はるかに大きな孔径であることから、精密ろ過膜単独ではイオンの除去、分離はできないものである。
【００３２】
交互吸着膜の積層方法としては、基板１０の精密ろ過膜を第１槽１に５分浸漬させ、リンスとして純水の槽に１分間浸し、このリンスを３回繰り返した。その後、第２槽２に５分浸漬させ、１分間の純水の槽に浸しこのリンスを３回行った。これをアニオン側、カチオン側、各々５０回繰り返し、交互吸着膜を積層させた。
【００３３】
（２）試験条件
このようにして作成したフィルタを、加圧圧力１ＭＰａ、膜面積４．９１ｃｍ２、給水流量３ｍＬ／ｍｉｎ、試験水濃度１ｇ／Ｌ、クロスフローろ過方式により試験用水溶液をろ過し、各種イオン除去率と透水率の測定を行った。
【００３４】
（３）試験結果
［イオン除去率］
この結果、イオン除去率として、１価イオンであるＮａＮＯ３で４０．９％、ＮａＣｌで４５．８％、２価イオンであるＭｇＣｌ２で８３．８％、Ｎａ２ＳＯ４で８７％、ＣａＳＯ４で９１．５％、ＭｇＳＯ４で９８％の除去結果が得られた。
【００３５】
［最表面の帯電の影響］
また、交互吸着膜の最表面を、正側、負側の各帯電状態として作成し、イオン除去性能を確認した。この結果、各イオンの除去率と透水率を測定した結果、最表面が正の状態でも負の帯電状態でも有意な差は見受けられず、交互吸着膜の最表面の帯電状態に関しての制約はないことが確認された。
【００３６】
［透過水量］
透過水量については、いずれも３Ｌ／ｍ２・ｈ以上であった。この透過水量は同一条件下における市販のポリアミド逆浸透膜（ＭｇＳＯ４の除去性能９９％）を用いて測定した透過水量である１．２Ｌ／ｍ２・ｈと比較し、約３倍の高い透過水量を得た。
【００３７】
［連続試験］
ＭｇＳＯ４の除去率を連続して測定した。この結果２週間において総透過水量７８０ｍＬを警戒しても９０％の除去率と、４．３Ｌ／ｍ２・ｈ以上の高透過水量の性能を維持した。
【００３８】
［膜中における元素含有測定］
イオン交換の有無に関しては、Ｘ線光電子分光法で膜内の元素を測定することで、通水試験の前後において、元素の変動の測定が可能である。
【００３９】
基板のフィルタ、交互吸着膜を積層させたもの、試験終了後の３つの状態において、膜内の元素をＸ線光電子分光法にて測定した。
【００４０】
測定結果としては、試験前後の状態において、膜内には試験溶液に含まれているイオン含有量の変化がなく、イオン交換が行われていないことが確認された。
【００４１】
［積層膜のｐＨによる変化］
積層させる電解質であるＰＡＨ／ＰＶＳのｐＨを変化させることで、膜厚が変化することが実験から明らかとなった。今回、ｐＨ１．７〜８まで６段階にわたって変動させて基板に積層させ、ＭｇＳＯ４の除去特性と透過水量の測定を実施し、以下の結果を得た。なお、単位は除去率が％、透過水量がＬ／ｍ２・ｈである。
【００４２】
・ｐＨが１．７／１．７で除去率；９６．１、透過水量；４．９、
・ｐＨが２．０／２．０で除去率；８３．８、透過水量；４．９、
・ｐＨが３．０／３．０で除去率；１０．８、透過水量；２８．６、
・ｐＨが５．０／５．０で除去率；１７．０、透過水量；２９．４、
・ｐＨが６．０／６．０で除去率；３５．５、透過水量；５．５、
・ｐＨが８．０／８．０で除去率；９４．７、透過水量；２．４。
【００４３】
（４）イオン除去原理
図４は水中イオン除去フィルタのイオン除去の原理を示す概念図であり、図３に示した交互吸着膜３７の層のうち、Ｂ２〜Ａ５までの４層分を記載し、水溶液のろ過を行っている状況を示している。
【００４４】
Ｂ２、Ｂ４の層は負側に帯電しており、Ａ３、Ａ５の層は、正側に帯電している。水溶液には１価イオン４１、２価イオン４２が存在しており、交互吸着膜Ｂ２〜Ａ５の電荷により、イオンの反発状況４３、４４を示している。
【００４５】
基板１０の細孔径がイオン除去をできない孔径であることと、Ｘ線光電子分光法により、交互吸着膜内部でイオン交換がされていないことから、積層された交互吸着膜と溶液中のイオン間においてＤｏｎｎａｎ排除効果による静電反発と、水中イオンのサイズによる分離が生じていることが考えられる。
【００４６】
１価、２価イオンの除去率の差が生ずる理由としては、以下のことが考えられる。
【００４７】
イオンサイズは空気中においては、Ｎａ＋＞Ｃａ２＋＞Ｍｇ２＋、の大きさであるが、水中ではイオンは水和し水和イオンサイズは、空気中のイオンサイズが小さいものほど大きくなり、Ｍｇ２＋＞Ｃａ２＋＞Ｎａ＋、となる。この結果、水和イオンサイズのより大きなイオンであるＭｇ２＋イオンは除去率が高く、Ｎａ＋イオンは除去率が低くなる。それゆえ、水和サイズの相違するイオン価により、選択的に除去を行うことが可能となる。
【００４８】
［実験から得られた結果］
この結果、イオン除去性能としては、１価イオンと２価イオンで約２倍の性能の差が生じており、これによって、選択的に１価イオン、２価イオンの透過や濃縮処理を行うことが可能となる。
【００４９】
交互吸着膜を用いた水中イオン除去フィルタとしては、基板となる精密ろ過膜の細孔によるサイズ効果のほかに、交互吸着膜を積層することによって、イオンが除去され、更にイオン価を選択的に分離、除去し、かつ透過水量が大きく造水能力が高い水中イオンフィルタが得られた。
【００５０】
交互吸着膜フィルタ５０の性能回復状況を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５（ａ）は、交互積層膜５１を基材１０に積層させた交互吸着膜フィルタ５０を用いてイオン除去を行っている図であり、処理を行うと水溶液中に存在する微粒子５２などが交互吸着フィルタ５０の最表面Ｂ６に付着し、イオン除去性能や透水性能が低下する。しかしながらこの実施例で使用した電解質ポリマーは有機質であり、水溶液中に浸漬されると、時間経過と共に溶出する性質を有する。それゆえ、図５（ｂ）に示すように、最表面の膜は時間の経過により水溶液中に溶出、剥離し、その後図５（ｃ）に示すように最表面の直下の層Ａ５が新しく最表面となる。
【００５１】
この結果、前処理や運転管理を十分に行ったにも拘わらず、万一ファウリングが生じた場合においても、交互吸着膜フィルタ５０を時間経過と共にファウリング発生前の状態に再生することが可能であり、イオン除去性能と透水性能を長期間維持することが可能となる。
【００５２】
なお、交互吸着させる膜の厚さや積層数を任意に作成することが可能であるので膜の溶出時間と積層数を予め考慮して作成することにより溶出した状態においてのイオン除去性能や透水性能を保つことが可能となる。
【００５３】
図６に積層させる交互吸着膜の溶液中に、色素などの物質を含有させる場合の例を示す。この場合には、交互吸着膜フィルタの第１の帯電膜と第２帯電膜の色が相違することになる。
【００５４】
この結果、交互吸着膜フィルタ６０に溶液を通水させることにより、図５（ｂ）に示したように、表面の膜が溶出した部分には、直下の膜の色が現れることとなる。図５（ｃ）の状態となると、膜の色が完全に当所の膜の色から変わることになる。
【００５５】
したがって、膜表面の色の変化程度を観察することによって、膜の溶出状況、すなわち積層膜６１の厚さを推定することが可能となる。交互吸着膜のイオン除去性能や透過水量は、積層させる膜の材質や積層数によって変動するので、積層膜６１の厚さが薄くなると、イオン除去性能が低下することや、透過水量が増大することが実際の通水データを採取したり、計算などによって予め把握可能となる。
【００５６】
この結果、膜表面の色によって交互吸着膜フィルタ６０の有するイオン除去性能や透過水量、余寿命の測定を行うことが可能となる。
【００５７】
図７（ａ）（ｂ）は１価イオンを排水し、２価イオンを別に濃縮あるいは排水するフィルタの構造例を示すものである。
【００５８】
図７（ａ）において、交互積層膜７７を有した交互吸着膜フィルタ７０が容器７１内に収容される。２価イオンを含む原液が、上方からフィルタユニット７３に供給され、交互吸着膜フィルタ７０に到達する。交互吸着膜フィルタ７０に到達した原液のうち、１価イオンは交互吸着膜フィルタ７０を透過し、右方向に、透過水として排出される。一方、原液中の２価イオンは交互吸着膜フィルタ７０を透過しないので、濃縮され濃縮水として下方に排出される。これによって有価物である２価イオンを効率よく回収することができる。
【００５９】
なお、フィルタユニットの容器７１は光が透過するため、ガラスなどで構成された窓７４が設けられており、発信器７５ａと受信器７５ｂから成る計測センサ７６の光信号を透過させることが可能である。
【００６０】
計測センサ７６では、発信器７５ａから光信号を発し、膜表面にて反射した信号を受信器７５ｂにて受信する。したがって、交互吸着膜フィルタ７０の積層膜７７の最表面の膜の色の影響を受けて、反射信号は変動しその結果により交互吸着膜フィルタ７０の積層膜７７の厚さを測定することが可能である。
【００６１】
上記計測は、膜の処理結果によらず膜による処理の前に行うことが可能であるので、原液の濃度や性状と、この計測から得られる膜のイオン除去性能を元に、処理後の予測を行うことが容易にできる。
【００６２】
これにより、予め処理後の濃縮水の濃度や排水の濃度、性状を予測して、切り替え処理を行うことで、回収作業や排水処理を的確に行うことが可能となる。
【００６３】
なお、積層膜７７の表面状態を確認するには、図７（ｂ）に示すように交互吸着膜フィルタ７０を、窓から覗くようにして確認してもよいし、収納した容器７１から取り外して直接、目視で確認することは勿論、フィルタユニット７３全体を透光性の容器で構成してもよい。
【００６４】
また計測センサ７６としては、可視光を用いた計測方式に限定されず、紫外線や赤外線の非可視光、レーザ光、超音波信号などを用いてもよい。更に反射光だけでなく、図示していないが透過光を測定してもよい。
【００６５】
図７（ａ）に示すように、積層膜７７表面の反射率や交互吸着膜フィルタ７０の透過光率を受信器７５ｂで測定することにより、溶液や膜に非接触でイオン除去性能や透過水量、余寿命などを測定することが可能となる。
【００６６】
このため、家庭や飲食店などにおける浄水器などにおいて、溶液中の濃度を測定することや通水時間、通水容量から換算した寿命表示装置などを用いずに、目視で膜個々の性能を把握することが可能となり、イオン除去性能の把握や交換時期の予測などを行うことが容易に可能となる。
【００６７】
図８は交互吸着膜フィルタを用いて工場などの廃液から２価イオンの有価物質を回収する水処理装置を示したものである。工場廃水は原水タンク８１に一旦、貯められた後、不純物を除去する前処理装置８２に送られ、これにより懸濁物質が除去される。
【００６８】
前処理装置８２は例えば精密ろ過膜や限外ろ過膜などである。
【００６９】
前処理装置８２で不純物が除去された原液は、ポンプ８３により加圧され、フィルタユニット８４に送られる。フィルタユニット８４に送られた原液は１価イオンと２価イオンの分離処理がなされた後、濃縮水と透過水に分離される。
【００７０】
フィルタユニット８４では、交互吸着膜フィルタ８０により、１価イオンと２価イオンを選択的に除去され、１価イオンは交互吸着膜フィルタ８０を透過して溶液と共に排出される。一方、２価イオンは交互吸着膜フィルタ８０を透過しないため、濃縮水として取り出される。
【００７１】
一方、フィルタユニット８４には光反射式のセンサ８５が設けられ、積層膜の表面形状を測定し、イオン除去、透過水、余寿命について膜個々に測定することが可能である。
【００７２】
濃縮水は導電率などのセンサ８６を用いて濃度が測定され、所定値以上か否か判定される。濃縮水の濃度が所定値以上の場合には弁８７を濃縮水タンク８８側に切り換えて、濃縮水を回収処理のため濃縮水タンクに貯蔵する。
【００７３】
一方、濃縮水の濃度が所定値より低い場合には弁８７を経由してポンプ８３に戻され、再びフィルタユニット８４で循環処理される。なおこのように弁８７の切り替えに時間がかかるので速やかな切替処理が必要である。
【００７４】
交互吸着膜フィルタ８０の性能低下などにより、濃縮水タンク８８に低濃縮水が入った場合、回収効率が低下することや、透過水に有価物が含まれて排出される恐れがあるが、事前に交互吸着膜フィルタ処理後の性能を予測し、弁８７の切替処理を行うことができ、効率的な運用が可能となり、安全な排出制御や効率的な回収処理を的確に行うことができる。
【００７５】
ところで、上述の実施例では、交互吸着膜として、正の帯電膜としてＰＡＨ、負の帯電膜としてＰＶＳをｐＨ１．７、濃度０．０１Ｍに調整して用いたが本発明に係るフィルタを実現するうえで、交互吸着膜を構成する材料、ｐＨ値および濃度はこれらの限定されるものではない。
【００７６】
本発明に用いる交互吸着膜としては、正の電荷を有する第１の帯電膜と負の電荷を有する第２の帯電膜とを交互に積層してこれら帯電膜が細孔を有する基板に積層され水溶液中のイオンに対して静電反発作用を生じせしめればよい。更に好ましくはこの静電反発力と水和イオン半径の大きさの差による分離を生じせしめればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による水中イオン分離フィルタの一実施形態の製造原理を説明するための図。
【図２】本発明による水中イオン分離フィルタの交互吸着幕が形成される様子を説明するための図。
【図３】本発明による水中イオン分離フィルタの一実施形態の帯電状態を示す図。
【図４】本発明による水中イオン分離フィルタの一実施形態において、静電反発力によりイオンが反発する様子を説明するための図。
【図５】本発明による水中イオン分離フィルタの一実施形態において、最表面の膜が溶出、剥離する様子を説明するための図。
【図６】本発明による水中イオン分離フィルタの他の実施形態の製造方法を説明するための図。
【図７】本発明による水中イオン分離フィルタを用いた装置において、最表面の膜が剥離する様子を観測する構成を説明するための図。
【図８】本発明による水中イオン分離フィルタを用いた水中イオン分離装置の一実施形態の構成を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・第１槽、
２・・・第２槽、
１０・・・基板、
３６，５０，６０，７０，８０・・・交互吸着膜フィルタ
３７・・・交互吸着膜の層、
６１，７７・・・積層膜、
７１・・・容器、
７３，８４・・・フィルタユニット、
７４・・・窓、
７５ａ・・・発信器、
７５ｂ・・・受信器、
７６・・・計測センサ、
８１・・・原水タンク、
８２・・・前処理装置、
８３・・・ポンプ、
８５，８６・・・センサ、
８７・・・弁、
８８・・・濃縮水タンク。
【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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【図７】
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【図８】
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