(57)【要約】【課題】汚泥量を低減することができるとともに、コスト低減が可能な水処理方法及びその装置を提供する。【解決手段】実施形態の水処理方法は、被処理水のｐＨを第１のｐＨ値に調整する第１のステップと、前記被処理水と、コア粒子及び当該コア粒子の表面を被覆するセラミック層を含む水処理用粒子とを接触させ、前記被処理水中の除去対象物を前記水処理用粒子に対して電気的に吸着させて凝集させ、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む凝集物を得る第２のステップとを具える。また、前記凝集物を固液分離して、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む沈殿物を得、当該沈殿物を回収する第３のステップと、前記沈殿物を水中に分散させ、当該水のｐＨを第２のｐＨ値に調整して前記沈殿物中の前記水処理用粒子から前記除去対象物を分離する第４のステップとを具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水のｐＨを第１のｐＨ値に調整する第１のステップと、
前記被処理水と、コア粒子及び当該コア粒子の表面を被覆するセラミック層を含む水処理用粒子とを接触させ、前記被処理水中の除去対象物を前記水処理用粒子に対して電気的に吸着させて凝集させ、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む凝集物を得る第２のステップと、
前記凝集物を固液分離して、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む沈殿物を得、当該沈殿物を回収する第３のステップと、
前記沈殿物を水中に分散させ、当該水のｐＨを第２のｐＨ値に調整して前記沈殿物中の前記水処理用粒子から前記除去対象物を分離する第４のステップと、
を具えることを特徴とする、水処理方法。
【請求項２】
前記水処理用粒子の前記コア粒子は磁性粒子であり、
前記水処理用粒子を磁気的に固定し、前記水処理用粒子から前記除去対象物の残留物を除去する第５のステップと、
前記水処理用粒子を消磁する第６のステップと、
を具えることを特徴とする、請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
前記水処理用粒子の前記セラミック層は、酸化アルミニウム、酸化シリコン及び酸化チタンの少なくとも一種からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記第２のステップにおいて、前記水処理用粒子は第１のｐＨ値において正又は負に帯電し、前記第４のステップにおいて、前記水処理用粒子は第２のｐＨ値において負又は正に帯電していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記第１のｐＨ値は酸性域又はアルカリ性域にあり、前記第２のｐＨ値はアルカリ性域又は酸性域にあることを特徴とする、請求項４に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記第２のステップにおいて、前記被処理水を第１の撹拌速度で撹拌した後に、前記第１の撹拌速度よりも小さい第２の撹拌速度で撹拌することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項７】
被処理水のｐＨを第１のｐＨ値に調整した後、前記被処理水と、コア粒子及び当該コア粒子の表面を被覆するセラミック層を含む水処理用粒子とを接触させ、前記被処理水中の除去対象物を前記水処理用粒子に対して電気的に吸着させて凝集させ、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む凝集物を得る凝集槽と、
前記凝集物を固液分離して、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む沈殿物を得、当該沈殿物を回収する沈殿槽と、
前記沈殿物を水中に分散させ、当該水のｐＨを第２のｐＨ値に調整して前記沈殿物中の前記水処理用粒子から前記除去対象物を分離する分離槽と、
を具えることを特徴とする、水処理装置。
【請求項８】
前記水処理用粒子の前記コア粒子は磁性粒子であり、
前記水処理用粒子を磁気的に固定し、前記水処理用粒子から前記除去対象物の残留物を除去する磁気分離装置と、
前記水処理用粒子を消磁する消磁装置と、
を具えることを特徴とする、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記凝集槽は、前記被処理水を第１の撹拌速度で撹拌する第１の攪拌機と、前記第１の撹拌速度よりも小さい第２の撹拌速度で撹拌し、前記第１の攪拌機の下流側に配設された第２の攪拌機を有することを特徴とする、請求項７又は８に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品製造業、機械加工業、食品加工業などの一般産業では、製品製造過程において水洗浄工程を有しており、廃水が発生する。通常、製造過程で発生した廃水は工場内の廃水処理施設に送られて化学的あるいは物理的な処理を行った後、下水として放流されたり、あるいは工場内で再使用されたりするのが一般的である。
【０００３】
例えば、廃水に含まれる懸濁物はフィルタによるろ過処理で捕集・除去されるが、懸濁物が難ろ過性の場合には、短時間の処理（=少量の懸濁物捕集）でフィルタのろ過流量が低下したり（定圧ろ過）、ろ過差圧の急増（定流量ろ過）が生じたりして、短期間でのフィルタ交換が必要となり、ランニングコストが増大する。
【０００４】
このような問題に鑑みて、近年では加圧浮上法や沈殿凝集法などが提案されている。加圧浮上法は、水中の除去対象物質をポリ塩化アルミニウム等の凝結剤や、ポリアクリルアミド等の高分子凝集剤などで粗大化させ、圧縮空気などで水面に浮上させて除去する技術である（特許文献１）。凝集沈殿法は、同じくポリ塩化アルミニウム等の凝結剤や、凝集剤などで除去対象物質を粗大化させ、沈降速度を大きくして除去する技術である。
【０００５】
いずれの技術においても、水中に凝集剤を多量に加えなくてはならないためランニングコストが多くなり、またこの凝集剤が汚泥として回収されるために廃棄物の量を増やしてしまうという問題があった。さらに、凝集剤は一度汚泥化するとそのまま固形物と一緒に埋め立てられてしまうので、一度きりで使い切ることが一般的である。すなわち、水処理を行う事業者は、水処理を行う限り、消耗品として凝集剤を購入し続けなければならず、この点からもランニングコストを増大させてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１８３８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、汚泥量を低減することができるとともに、コスト低減が可能な水処理方法及びその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】
【０００８】
実施形態の水処理方法は、被処理水のｐＨを第１のｐＨ値に調整する第１のステップと、前記被処理水と、コア粒子及び当該コア粒子の表面を被覆するセラミック層を含む水処理用粒子とを接触させ、前記被処理水中の除去対象物を前記水処理用粒子に対して電気的に吸着させて凝集させ、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む凝集物を得る第２のステップとを具える。また、前記凝集物を固液分離して、前記水処理用粒子及び前記除去対象物を含む沈殿物を得、当該沈殿物を回収する第３のステップと、前記沈殿物を水中に分散させ、当該水のｐＨを第２のｐＨ値に調整して前記沈殿物中の前記水処理用粒子から前記除去対象物を分離する第４のステップとを具える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における水処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（水処理用粒子）
最初に、本実施形態の水処理方法及び装置に用いる水処理用粒子について説明する。
【００１１】
＜コア粒子＞
本実施形態で使用する水処理用粒子はコア粒子を含むが、当該コア粒子は例えば無機粒子から構成することができる。なお、本実施形態における“無機粒子”とは、金属粒子、金属酸化物粒子、又は金属粒子以外の無機化合物粒子を意味するものである。
【００１２】
金属粒子としては、アルミニウム、鉄、銅、及びこれらの合金等の金属を例示することができる。また、金属酸化物粒子としては、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシムフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライト、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガラス、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウムを例示することができる。さらに、金属粒子以外の無機化合物粒子としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、雲母等のセラミック粒子を例示することができる。
【００１３】
特に磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシムフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライト等の磁性粒子から上記コア粒子を構成することにより、水処理用粒子の取り扱い、例えば水中からの回収等を磁力を用いることによって簡便に行うことができるようになる。
【００１４】
上述した磁性粒子の中でも、水中での安定性に優れたフェライト系化合物からなる磁性粒子であればより好ましい。例えば磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすいので好ましい。
【００１５】
この場合、上述した磁性粒子は、球状、多面体、不定形など種々の形状を取り得るが特に限定されない。また、望ましい粒径や形状は、製造コストなどを考慮して適宜選択すればよく、特に球状または角が丸い多面体構造が好ましい。
【００１６】
コア粒子が鋭角の角を持つ磁性粒子であると、後に形成するコア粒子表面のセラミック層の厚さが不均一となってしまったり、コア粒子表面のセラミック層の被覆率が不十分になってしまったりすることから、目的とする水処理用粒子の形状を維持しにくく、その本来的な機能を有効に奏することができない場合がある。
【００１７】
なお、コア粒子が鋭角の角を持つ粒子である場合は、Ｃｕメッキ、Ｎｉメッキなど、通常のメッキ処理を施したり、腐食防止などの目的で表面処理を施したりして、上記鋭角の角を丸めて使用することもできる。
【００１８】
また、コア粒子を磁性粒子から構成する場合、コア粒子に磁力が作用して、水処理用粒子の取り扱い、例えば水中からの回収等を磁力によって行うことが出来る限りにおいて、非常に細かい磁性体粉末が樹脂等のバインダーで結合されたものであってもよい。また、磁性粉の表面がメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシシランなどのアルコキシシラン化合物で疎水化処理されていてもよい。
【００１９】
コア粒子の大きさは、例えば平均粒子径が０．１〜１００μｍであることが好ましい。平均粒子径が１００μｍよりも大きいと、最終的に得た水処理用粒子の水中での沈降が激しくなり、水への分散が悪くなる傾向があり、また粒子の実効的な表面積が減少して、水処理の際における除去対象物の吸着量が減少する傾向にあるので好ましくない。また粒子径が０．１μｍより小さくなると、粒子が緻密に凝集し、分散性が低下する傾向があるので好ましくない。
【００２０】
なお、平均粒子径の測定方法には、レーザー回折法により測定することができ、具体的には、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−3100型測定装置（商品名）などにより測定することができる。なお、以下に“平均粒子径”なる文言が出現し、その具体的な数値が記載されている場合、別途説明がある場合を除き、当該“平均粒子径”は上述のようなレーザー回折法によって測定したものである。
【００２１】
＜セラミック層＞
本実施形で使用する水処理用粒子は、コア粒子の表面に被覆されたセラミック層を有する。当該セラミック層は、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化タングステン、酸化バナジウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等のセラミック材から構成することができ、これらセラミック材の一種あるいは二種以上から構成することができる。
【００２２】
コア粒子をセラミック層で被覆して水処理用粒子を構成すると、当該水処理用粒子によって被処理水中の除去対象物を吸着等して除去する際に、水処理用粒子が水に対して高い親和性を呈しなくなる。したがって、水処理用粒子が除去対象物を吸着することによって生成した汚泥中の含水率が、例えば２０〜３０％程度にまで低下するようになる。また、水処理用粒子の表面には酸化や機械的圧力等に対して高い耐性を示すセラミック層が形成されているので、回収した汚泥を酸や界面活性剤で洗浄したり、圧搾したりして再生するに際に当該セラミック層が劣化したり破損したりすることがない。
【００２３】
したがって、本実施形態の水処理用粒子を用いて水処理を行うことにより、汚泥量を低減することができるとともに、水処理用粒子を繰り返し使用することができる。
【００２４】
なお、従来のポリアクリルアミド等の凝集剤は、水との親和性が高く、生成した汚泥中の含水率は９０％程度にまで増大する。また、凝集剤は汚泥中から分離して再生することができない。したがって、必然的に生成する汚泥量は多くなり、使用する凝集剤量も増大してしまってランニングコストが増大してしまうという問題が生じる。
【００２５】
また、上述したセラミック材の中でも、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化シリコン（シリカ）、及び酸化チタン（チタニア）は、酸性あるいはアルカリ性処理によって正あるいは負電位に帯電し易く、最終的に得た水処理用粒子によって被処理水中の除去対象物を静電的に吸着して、除去することができる。例えば、アルミナ、シリカ、チタニア等は、酸性域でゼータ電位が正となって正電位となり、アルカリ性域でゼータ電位が負となって負電位となる。したがって、水処理用粒子による被処理水からの除去対象物の除去を効率的かつ効果的に行うことができる。
【００２６】
また、セラミック層によるコア粒子表面の被覆率は５０％以上であることが好ましい。上記被覆率が５０％未満であると、上述したようなセラミック層による作用効果を得ることができない場合がある。なお、被覆箇所は、例えば走査型電子顕微鏡の反射電子像を用いた観察によって知ることができる。上記被覆率は、観察像の画像解析から求めることができる。
【００２７】
さらに、セラミック層の厚さは例えば１０〜５００ｎｍとすることができる。１０ｎｍ未満であると、上述したセラミック層による作用効果を得ることができず、５００ｎｍを超えても上述したセラミック層による作用効果の向上等には何ら影響を及ぼさず、むしろセラミック材を無駄に消費してしまうことになるので、原料節減の要請と相反するようになる。なお、セラミック層の厚さは、電界放出形走査電子顕微鏡などを用いて断面観察をするなどして求めることができる。
【００２８】
（水処理用粒子の製造方法）
次に、本実施形態の水処理用粒子の製造方法について説明する。粒子表面にセラミック層を具備する方法としては、ゾルゲル法があげられる。
【００２９】
ゾルゲル法とは、金属アルコキシド、金属アセチルアセトナト、金属有機酸塩などの金属有機化合物や、硝酸塩、塩化物など金属無機化合物の加水分解および重縮合反応を進め、ゲル化、その後加熱によりセラミックスを得る方法である。
【００３０】
例えば、テトラエトキシシランを出発原料として粒子表面にＳｉＯ２の層をつくる場合、次のようにして作製する。
１．テトラエトキシシランとエタノール、粒子を混合し分散させる。
２．得られた混合物に水および塩酸を添加する。
３．撹拌させ、加水分解および重縮合を進めゾル化させ、湿潤な多孔質ゲルの層を粒子表面に形成させる。
この際の反応は下記であらわされる。
Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4・・・・加水分解
Si(OH)4→SiO2+2H2O・・・・・・・重縮合
なお、反応を進めるため、例えば４０〜１００℃で撹拌してもよい。
４．次いで、得られた粒子を３０〜１５０℃で乾燥させ、乾燥ゲルにより覆われた粒子を得る。
５．その後、乾燥ゲルに覆われた粒子を８００〜１３００℃で加熱し、乾燥ゲルを緻密化させることで、粒子表面に緻密なＳｉＯ２を作製する。
【００３１】
代表的な原料として、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、またこれらのオリゴマー、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｉｓｏ−プロピルトリメトキシシラン、ｉｓｏ−プロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラｎ−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン、硫酸チタン、鉄(III)アセトリアセトナト、塩化鉄、２−エチルヘキサン酸鉄、鉄ノルマルブトキシド、酢酸鉄、酢酸ニッケル、塩化ニッケル、タングステンエトキシド、塩化タングステン、バナジウムエトキシドなどが挙げられる。
【００３２】
また得られた被膜を窒化させることで、アンモニアや窒素中で窒化させることで得られる窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化水素中で炭化させることで得られる炭化ケイ素等が挙げられる。
【００３３】
溶媒としてはメタノール、エタノール、エチレングリコール、ブタノール、2-プロパノール、ヘキサン、キシレン、アセトン等が挙げられる。
【００３４】
（水処理方法及びその装置）
図１は、本実施形態における水処理装置の概略構成図である。なお、本実施形態においては、水処理用粒子を構成するコア粒子が磁性粒子の場合について説明する。但し、コア粒子が磁性粒子以外の無機粒子から構成される場合は、以下に示す磁気分離装置及び消磁装置が省略され、これに伴う処理工程が省略される以外は、同様の水処理装置を構成し、水処理方法に供される。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態の水処理装置１０は、除去対象物Ｓを含む被処理水Ｗ１を一時的に貯留するための貯留槽１１と、貯留槽１１の下流側に配設され、上述した水処理用粒子Ｐと被処理水Ｗ１とを接触させ、被処理水Ｗ１中の除去対象物Ｓ及び水処理用粒子Ｐを含む凝集物ＳＧを得るための凝集槽１２と、凝集槽１２の下流側において、凝集物ＳＧを固液分離して回収するための沈殿槽１３と、沈殿槽１３の下流側において、沈殿槽１３で得た上済み液、すなわち処理水Ｗ２を一時的に貯留して外部に排出させるための処理水槽１４を有している。
【００３６】
また、沈殿槽１３の下側には、沈殿槽１３で得た凝集物ＳＧ中の水処理用粒子Ｐを分離して回収するための分離槽１５が配設されており、分離槽１５の下流側には、磁気分離室１６１及び磁場発生手段１６２からなる磁気分離装置１６並びに交流消磁装置１７が配設されている。また、分離槽１５の下流側には、分離槽１５及び磁気分離装置１６で得た汚泥ＯＧ中の水分を脱水させるための脱水機１８が配設されている。
【００３７】
貯留槽１１には、攪拌機１１１が設けられているとともに、その上方にはｐＨ調整剤が貯留された第１のｐＨ調整剤貯留槽１１３が配設されている。
【００３８】
凝集槽１２は隔壁１２Ａによって２室に分離され、上流側に位置する第１室１２Ｂには第１の攪拌機１２１が配設されており、下流側に位置する第２室１２Ｃには第２の攪拌機１２２が配設されている。また、凝集槽１２の上方には水処理用粒子Ｐが貯留された水処理用粒子貯留槽１２３が配設されている。なお、第２の攪拌機１２２は、第１の攪拌機１２１の撹拌速度よりも小さい撹拌速度、例えば１／４倍程度の撹拌速度で撹拌できるように構成されている。
【００３９】
隔壁１２Ａには多数の開口が形成されており、凝集槽１２の第１室１２Ｂ及び第２室１２Ｃは互いに連通している。
【００４０】
また、分離槽１５には、攪拌機１５１が設けられているとともに、その上方にはｐＨ調整剤が貯留された第２のｐＨ調整剤貯留槽１５３が配設されている。
【００４１】
なお、貯留槽１１及び処理水槽１４は、本実施形態の水処理装置１０においては、適宜省略してもよい。但し、貯留槽１１を設けることにより、後の凝集槽１２に供給する被処理水Ｗ１の供給量を調節することができる。また、処理水槽１４を設けることにより、処理水Ｗ２を排出する際の後処理、例えばｐＨ調整等を行うことができる。
【００４２】
次に、図１に示す水処理装置１０を用いて水処理方法について説明する。
最初に、配管２１を介し、貯留槽１１に対して除去対象物Ｓを含む被処理水Ｗ１を導入し、貯留槽１１の上方に配設した第１の調整剤貯留槽１１３より、ｐＨ調整剤を添加して被処理水Ｗ１のｐＨを調整する。なお、被処理水Ｗ１のｐＨ調整は、水処理用粒子Ｐ及び除去対象物Ｓの種類に依存する。
【００４３】
例えば、除去対象物Ｓがアオコ、セリナイト、その他微生物、砂礫、粘土などの汚泥成分等の場合、これらの除去対象物Ｓは例えば中性の被処理水Ｗ１中で負に帯電しているので、後の凝集槽１２において添加する水処理用粒子Ｐのゼータ電位が正となり、上記除去対象物Ｓを凝集できるようにするためには、第１の調整剤貯留槽１１１より酸を添加して、例えば被処理水Ｗ１のｐＨ値が２〜７となるようにする。なお、この場合、水処理用粒子Ｐのゼータ電位は−１０ｍＶ〜+４０ｍＶとなる。
【００４４】
また、除去対象物Ｓがアルミナ、水酸化鉄などの場合、これらの除去対象物Ｓは被処理水Ｗ１中で正に帯電しているので、後の凝集槽１２において添加する水処理用粒子Ｐのゼータ電位が負となり、上記除去対象物Ｓを凝集できるようにするためには、第１の調整剤貯留槽１１１よりアルカリを添加して、例えば被処理水Ｗ１のｐＨ値が７〜１１となるようにする。なお、この場合、水処理用粒子Ｐのゼータ電位は−６０ｍＶ〜−２０ｍＶとなる。
【００４５】
なお、貯留槽１１内では、攪拌機１１１を駆動させることによって、貯留槽１１内の被処理水Ｗ１中にｐＨ調整剤が均一に拡散して、被処理水Ｗ１全体に亘ってｐＨ値が一定となるようにする。
【００４６】
また、貯留槽１１を設けない場合は、凝集槽１２においてｐＨ調整剤を添加する。
【００４７】
次いで、所定のｐＨ値に設定された被処理水Ｗ１を、配管２２を介して貯留槽１１から凝集槽１２に対して所定量供給し、水処理用粒子貯留槽１２３より水処理用粒子Ｐを所定量添加し、凝集物ＳＧを得る。
【００４８】
なお、基本的な凝集のメカニズムは、水処理用粒子Ｐ同士が反対符号の電荷を有する除去対象物Ｓを介して互いに結合することにより行われる。例えば、除去対象物Ｓがアオコ等の場合は、これらの除去対象物Ｓは負に帯電しており、水処理用粒子Ｐは正に帯電している（正のゼータ電位を有している）ので、水処理用粒子Ｐがその表面に付着したアオコ等を介して互いに結合して凝集するようになる。また、除去対象物Ｓがアルミナ等の場合は、これらの除去対象物Ｓは正に帯電しており、水処理用粒子Ｐは負に帯電している（負のゼータ電位を有している）ので、水処理用粒子Ｐがその表面に付着したアルミナ等を介して互いに結合して凝集するようになる。すなわち、被処理水中の粒子が持つ電荷を水処理用粒子により中和し、ゼータ電位を０付近に近づけることで凝集を進行させる。
【００４９】
このとき、凝集槽１２の第１室１２Ｂでは第１の攪拌機１２１で例えば攪拌速度５０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで１分間〜１０分間攪拌した後、第２室１２Ｃでは第２の攪拌機１２２で第１の攪拌機１２１の攪拌速度よりも小さい、例えば２０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍで２分間〜３０分間攪拌する。このとき、第一の撹拌では、添加した水処理粒子を被処理水全体に分散させ、水処理粒子の二次粒子を解砕すると同時に、被処理水中の処理対象粒子との接触確率を高め、荷電中和を促進する。さらに第二の撹拌により課電中和された粒子同士を自己凝集させ、粗大化させることができる。結果として、水処理用粒子Ｐにより除去対象物Ｓは凝集し、水処理用粒子Ｐにより除去対象物Ｓを凝集してなる凝集物ＳＧを高効率で生成し、得ることができる。
【００５０】
次いで、凝集物ＳＧを含む被処理水Ｗ１を、配管２３を介して沈殿槽１３に導入し、沈降分離（固液分離）して、被処理水Ｗ１中の凝集物ＳＧを沈殿槽１３の底部に沈殿させる。なお、被処理水Ｗ１から凝集物ＳＧが除去されたものは処理水Ｗ２として、配管２４を介して処理水槽１４内に導入され、当該処理水槽１４内においてｐＨ調整等の後処理をした後、配管２５を介して外部に排出する。
【００５１】
一方、沈殿槽１３で得た沈殿物、すなわち沈殿槽１３の底部に堆積した凝集物ＳＧは、その後、自重によって沈殿槽１３の底部から配管２６を介して分離槽１５に導入し、当該分離槽１５内に充填された水中に分散させる。次いで、第２のｐＨ調整剤貯留槽１５３から所定のｐＨ調整剤を分離槽１５内の水中に添加する。なお、適宜攪拌機１５１を用いて、分離槽１５内のｐＨ値が均一となるようにする。
【００５２】
なお、分離槽１５内の水のｐＨは、凝集槽１２に添加した水処理用粒子Ｐのゼータ電位が除去対象物Ｓの電荷と同符号となるような値に設定する。
【００５３】
例えば、除去対象物Ｓがアオコ、セリナイト、その他微生物、砂礫、粘土などの汚泥成分等の場合、水処理用粒子Ｐのゼータ電位が負となれば、水処理用粒子Ｐと上記汚泥成分等とが反発するようになり、攪拌機等により凝集物にせん断力を与え、分散させることで、再凝集を防ぎながら、水処理用粒子Ｐから除去対象物Ｓを分離することができる。したがって、このような場合は、第２のｐＨ調整剤貯留槽１５３からアルカリを添加し、例えば分離槽１５内の水のｐＨを８〜１２となるようにする。
【００５４】
また、除去対象物Ｓがアルミナ、水酸化鉄などの場合、水処理用粒子Ｐのゼータ電位が正となれば、水処理用粒子Ｐとアルミナ等とが反発するようになり、攪拌機等により凝集物にせん断力を与え、分散させることで、再凝集を防ぎながら、水処理用粒子Ｐから除去対象物Ｓを分離することができる。したがって、このような場合は、第２のｐＨ調整剤貯留槽１５３から酸を添加し、例えば分離槽１５内の水のｐＨを２〜７となるようにする。
【００５５】
なお、上述した操作を行うことにより、分離槽１５中には、水中に水処理用粒子Ｐ及び除去対象物Ｓが分散するようになる。
【００５６】
次いで、水処理用粒子Ｐ及び除去対象物Ｓが分散した水を、配管２７を介して磁気分離装置１６の磁気分離室１６１内に導入するとともに、磁場印加手段１６２より磁気分離室１６１に対して磁場を印加し、磁気分離室１６１内に導入した水処理用粒子Ｐを当該磁気分離室１６１の壁面に吸着させる。したがって、磁気分離装置１６からは水中に分散した除去対象物Ｓが当該水とともに汚泥ＯＧとして排出されるようになる。本実施形態では、磁気分離装置１６から排出した汚泥ＯＧは、脱水機１８に導入して脱水処理がなされた後、配管２９を介して外部に排出する。なお、脱水処理によって生成した脱水ろ液Ｗ３は、配管３１を介して外部に排出する。当該脱水ろ液Ｗ３は外部に排出する前後において、必要に応じ、ｐＨ調整等の後処理に供することもできる。
【００５７】
一方、磁気分離装置１６の磁気分離室１６１の壁面に吸着した水処理用粒子Ｐは、磁場印加手段１６２からの磁場を解除することによって、磁気分離装置１６から配管３２を介して交流消磁装置１７に導入される。交流消磁装置１７では、磁気分離装置１６内で磁場印加により着磁した水処理用粒子Ｐの消磁を行い、当該水処理用粒子Ｐを再生できるような状態とする。
【００５８】
なお、水処理用粒子Ｐを交流消磁装置１７に導入するための動力は、磁気分離装置１６から外部に排出する除去対象物Ｓを含む水の水流を利用することもできるし、別途図示しない気体や液体等を磁気分離装置１６内に導入し、これら気体や液体等の気流や液流を動力として用いることもできる。また、図では磁気分離装置１６を水平に配置しているが、垂直に配置することにより、水処理用粒子Ｐの自重によって交流消磁装置１７内に導入することもできる。
【００５９】
交流消磁装置１７で消磁された後の水処理用粒子Ｐは、適宜洗浄処理や解砕処理等の後処理に供することができる。洗浄処理は毎回必ず行う必要があるものではないが、繰り返し使用回数が増加するに従い、ｐＨ調整と撹拌によるせん断力だけでは分散しきれない凝集体の比率が増加し、水処理性能が低下する為、予防策として性能低下傾向に応じて実施することが望ましい。
【００６０】
洗浄処理の場合は、洗浄水や、エタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、ヘキサン、アセトンなどの有機溶剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などの界面活性剤を用い、これら液体に対して水処理用粒子Ｐを接触させることにより、水処理用粒子Ｐの表面における除去対象物Ｓの残留物を除去する。解砕処理の場合は、水処理用粒子Ｐをすりつぶすようにして圧力を印加し、その際のせん断力を利用して水処理用粒子Ｐの表面における除去対象物Ｓの残留物を除去する。なお、解砕処理で加えるせん断力は、分離の際の撹拌によるせん断力を上回る力を加えるのが有効である。
【００６１】
なお、コア粒子が磁性を有しない無機粒子から構成する場合は、磁気分離装置１６及び交流消磁装置１７における処理が省略され、分離槽１５から排出された水処理用粒子Ｐ及び除去対象物Ｓを含む水は、適宜脱水処理等が行われた後、上述した洗浄処理あるいは解砕処理等によって、水処理用粒子Ｐの表面の除去対象物Ｓを除去する。
【００６２】
本実施形態の水処理方法及びその装置によれば、コア粒子の表面をセラミック層で被覆した水処理用粒子Ｐを用いており、当該水処理用粒子Ｐは水に対して高い親和性を呈しなくなる。したがって、水処理用粒子が除去対象物を吸着することにより、生成した汚泥中の含水率が、例えば２０〜３０％程度にまで低下する。また、水処理用粒子Ｐの表面には酸化や機械的圧力等に対して高い耐性を示すセラミック層が形成されているので、回収した汚泥を酸や界面活性剤で洗浄したり、圧搾したりして再生するに際に当該セラミック層が劣化したり破損したりすることがない。したがって、本実施形態の水処理方法及びその装置においては、汚泥量を低減することができるとともに、水処理用粒子Ｐを繰り返し使用することができる。
【００６３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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。これら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】
【００６４】
１０  水処理装置
１１  貯留槽
１１１  攪拌機
１１３  第１のｐＨ調整剤貯留槽
１２  凝縮槽
１２Ａ  凝縮槽の隔壁
１２Ｂ  凝縮槽の第１室
１２Ｃ  凝縮槽の第２室
１２１  第１の攪拌機
１２２  第２の攪拌機
１２３  水処理用粒子の貯留槽
１３  沈殿槽
１４  処理水槽
１５  分離槽
１５１  攪拌機
１５３  第２のｐＨ調整剤貯留槽
１６  磁気分離装置
１６１  磁気分離室
１６２  磁場印加手段
１７  交流消磁装置
１８  脱水機
２１〜２９，３１〜３２  配管
Ｓ  除去対象物
Ｐ  水処理用粒子
ＳＧ  凝集物
ＯＧ  汚泥
Ｗ１  被処理水
Ｗ２  処理水
Ｗ３  脱水ろ液
【図１】
2015006641.tif 000003