(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極と前記陽極及び前記陰極の間にセパレータとを有し、カドミウム、水銀、鉛、亜鉛、鉄、銅、ヒ素、セレン、六価クロム、アルミニウム、マンガン、ニッケル、銀、及びこれらの化合物といった重金属を含有する原水を電気分解して、前記陰極側で重金属を含有するアルカリ性溶液を生成し、前記陽極側で酸性溶液を生成する電解手段と、
前記電解手段により生成された前記アルカリ性溶液をｐＨ１０〜１４の範囲でｐＨ調整し、陽イオンの重金属イオンと陰イオンの水酸化物イオンとの化学反応により、当該アルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成するｐＨ調整手段と、
前記ｐＨ調整手段により生成された前記重金属水酸化物を、前記アルカリ性溶液から分離して濾液を生成する濾過手段とを備え、
前記ｐＨ調整手段は、前記アルカリ性溶液のｐＨ値を検出するｐＨセンサを備え、当該ｐＨセンサで検出されたｐＨ値に基づいて、前記陽極及び前記陰極から成る電極間に電位を供給するか否かを切替えるスイッチングを行うと共に、前記陽極及び前記陰極から成る電極間に印加する電位の大きさを決定することによってｐＨ調整を行うことを特徴とする重金属除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の重金属除去装置において、
前記濾過手段が、前記重金属水酸化物を遠心分離することを特徴とする重金属除去装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の重金属除去装置において、
前記電解手段により生成された前記酸性溶液を、前記濾過手段により生成された前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させる中和手段を備えることを特徴とする重金属除去装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の重金属除去装置において、
前記電解手段により生成された前記アルカリ性溶液のｐＨ値を、周期的に上下変動させるｐＨ制御手段を備えることを特徴とする重金属除去装置。
【請求項５】
請求項４に記載の重金属除去装置において、
前記ｐＨ制御手段が、前記電解手段により生成された前記酸性溶液を、前記アルカリ性溶液に間欠的に混合することを特徴とする重金属除去装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の重金属除去装置において、
前記ｐＨ調整手段が、前記濾過手段により生成された濾液をｐＨ調整することを特徴とする重金属除去装置。
【請求項７】
陽極及び陰極の間にセパレータを有し、前記陽極及び前記陰極から成る電極間に印加し、カドミウム、水銀、鉛、亜鉛、鉄、銅、ヒ素、セレン、六価クロム、アルミニウム、マンガン、ニッケル、銀、及びこれらの化合物といった重金属を含有する原水を電気分解して、前記陰極側で重金属を含有するアルカリ性溶液を生成し、前記陽極側で酸性溶液を生成する電解工程と、
前記電解工程により生成された前記アルカリ性溶液をｐＨ１０〜１４の範囲でｐＨ調整し、当該アルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成するｐＨ調整工程と、
前記ｐＨ調整工程により生成された前記重金属水酸化物を、前記アルカリ性溶液から分離して濾液を生成する濾過工程とを含み、
前記ｐＨ調整工程は、前記アルカリ性溶液のｐＨ値を検出するｐＨセンサを備え、当該ｐＨセンサで検出されたｐＨ値に基づいて、前記陽極及び前記陰極から成る電極間に電位を供給するか否かを切替えるスイッチングを行うと共に、前記陽極及び前記陰極から成る電極間に印加する電位の大きさを決定することによってｐＨ調整を行うことを特徴とする重金属除去方法。
【請求項８】
請求項６に記載の重金属除去方法において、
前記濾過工程が、前記重金属水酸化物を遠心分離することを特徴とする重金属除去方法。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の重金属除去方法において、
前記電解工程により生成された前記酸性溶液を、前記濾過工程により生成された前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させる中和工程を含むことを特徴とする重金属除去方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれかに記載の重金属除去方法において、
前記電解工程により生成された前記アルカリ性溶液のｐＨ値を、周期的に上下変動させるｐＨ制御工程を含むことを特徴とする重金属除去方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の重金属除去方法において、
前記ｐＨ制御工程が、前記電解工程により生成された前記酸性溶液を、前記アルカリ性溶液に間欠的に混合することを特徴とする重金属除去方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかに記載の重金属除去方法において、
前記ｐＨ調整工程が、前記濾過工程により生成された濾液をｐＨ調整することを特徴とする重金属除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液から重金属を除去する重金属除去装置に関し、特に、外部からの薬剤の添加を不要とする簡素且つ回収効率の高い重金属除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国では、飲用水準の水道水が各家庭に供給されているが、家庭用浄水器も普及しており、水道水のさらなる浄水化に関する利用者の関心は高い。家庭用浄水器では、イオン交換樹脂膜、逆浸透膜（ＲＯ膜）等の各種の濾過膜を用いることによって汚染物質の除去を行うが、これらの膜は、消耗品であることから、一定期間の使用後には交換が必要とされるが、この交換により、浄水器のランニングコストが嵩むと共に、煩わしさを感じている利用者も多い。
【０００３】
そのため、このようなフィルターの前段で、重金属等の汚染物質をさらに除去できれば、このようなフィルターの交換頻度が抑えられると共に、フィルター無しでも、ある程度の水準の飲用水が得られ、利用者にとって、コストダウンが図れると共に、使い勝手が向上し、浄水器の一層の普及が促進されることが期待される。
【０００４】
一方で、一部の工業国では、給水管の老朽化による汚水の混入やサビの混入等が発生すると共に、さらに、河川の工業汚染によって、飲用水の重金属汚染が深刻な問題となっている。例えば、中国では、汚染が進む河川や地下水を水道水の水源としているため、有害な重金属の除去が課題となっている。このように、飲用水に含まれる重金属の除去は、各国で共通する重要な課題となっている。このような状況の中で、水溶液中の重金属を除去するための種々の重金属除去装置が提案されている。
【０００５】
従来では、廃水等の水溶液に、アルカリ性剤や、必要に応じてｐＨ調整剤や凝集剤等の添加剤を注入することによって、重金属イオンがフロック化した微粒子を凝集させて凝集体にした後に、フィルターで濾過して重金属を除去するという種々の重金属除去装置が開示されている。
【０００６】
このような従来の重金属除去装置としては、例えば、水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨ８．５〜１０でアルカリ凝集処理をするものがある（特許文献１参照）。また、廃水に対して、さらにマグネシウム化合物を添加することによって、アルカリ性剤の添加による凝集作用を高めようとするものもある（特許文献２、３参照）。
【０００７】
さらに、濾過効率の観点から、塩基性硫酸マグネシウム及び水酸化マグネシウムからなる結晶状繊維を集合して構成されるフィルターを配設することによって、濾過の効率を高めようとするものがある（特許文献４参照）。また、クロスフロー式濾過装置を用いると共に、濾過前の廃水をクロスフロー式濾過装置の前段で循環させることによって、凝集体を濾過用に再利用して濾過の効率を高めようとするものもある（特許文献５参照）。
【０００８】
この他にも、従来の重金属除去装置としては、例えば、河川、湖沼、海域、池などの底に堆積する底泥に含有する重金属を除去することを目的とする装置ではあるが、底泥に存在する重金属が硫化金属として存在することに着目して、重金属類と結合する硫黄を酸化により解離させることを目的として、アルカリ槽と、汚染水又は汚染底泥を入れるための酸性槽とからなり、酸性槽内に汚染水又は汚染底泥を希釈したものを入れ、電流を通すことにより重金属を回収する装置がある（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２６４６２６号公報
【特許文献２】特開平２−１５７０９０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１９２３８６号公報
【特許文献４】特開２００３−２８５０７９号公報
【特許文献５】特開２００６−３２０８６２号公報
【特許文献６】特開平１１−５７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の重金属除去装置は、アルカリ性剤や、ｐＨ調整剤や凝集剤等の添加剤を外部から注入するものがあるが、このような添加剤は消耗品であることから、定期的な交換が必要であり、添加剤に対してコストと手間が追加的に必要となるという課題がある。特に消費者向けの飲用水の浄水器として利用する場合には、ランニングコストと手間が掛かることにより製品の普及が困難である。
【００１１】
また、濾過効率を図る観点から、例えば、結晶状繊維を集合して構成されるフィルターを用いたり、濾過前の廃水をクロスフロー式濾過装置の前段で循環させたりするようなフィルターに技術的特徴を備えるものがあるが、フィルターは消耗品であることから、定期的な交換が必要であり、フィルターのコストと手間が掛かるという課題がある。特に消費者向けの飲用水の浄水器として利用する場合には、ランニングコストと手間が掛かることにより製品の普及が困難である。
【００１２】
この他にも、底泥に存在する重金属が硫化金属として存在することに着目して、汚染水又は汚染底泥を酸性槽に入れるものがあるが、家庭用の飲用水に適用した場合には、家庭用の飲用水は、前提とする底泥の含有金属とは異なるために、そのままでは利用できないことのみならず、アルカリ凝集処理を行おうとする場合にも、初期に酸性処理が行われることから、ｐＨ値を大幅に上げる工程が必要となり、余計なコスト及び手間が必要となるという課題がある。
【００１３】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、外部からの余分な添加剤を必要とせず、簡素且つ、家庭用に適した低コスト且つ手間を抑制した重金属除去装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願に開示する重金属除去装置は、重金属を含有する原水がタンクに供給され、当該原水を電気分解してアルカリ性溶液と酸性溶液とを生成する電解手段と、前記電解手段により生成された前記アルカリ性溶液をｐＨ調整し、当該アルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成するｐＨ調整手段と、前記ｐＨ調整手段により生成された前記重金属水酸化物を、前記アルカリ性溶液から分離して濾液を生成する濾過手段と、を備えるものである。
【００１５】
このように、原水に対して外部からの添加剤を添加することなく、さらに、原水が酸性状態を経由することなく直ちにアルカリ性状態が形成され、当該アルカリ性状態が維持されることから、前記重金属水酸化物の生成が効率的に促進されることとなり、低コスト且つ効率的に原水から重金属を除去することができる。
【００１６】
本願に開示する重金属除去装置は、必要に応じて、前記濾過手段が、前記重金属水酸化物を遠心分離するものである。このように、前記濾過手段が、前記重金属水酸化物を遠心分離することによって、生成された重金属水酸化物が装置内に固着して残存することが抑制されることから、前記濾過手段における前記重金属水酸化物の分離精度が向上すると共に、装置内の汚染が抑制されることとなり、原水からの効率的な重金属の除去及びランニングコストの抑制を共に実現することができる。
【００１７】
本願に開示する重金属除去装置は、必要に応じて、前記電解手段により生成された前記酸性溶液を、前記濾過手段により生成された前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させる中和手段を備えるものである。このように、前記電解手段により生成された前記酸性溶液を、循環的に前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させることから、外部からの添加剤を用いることなく、高アルカリ性状態にある前記濾液の液性を緩和できることとなり、低コスト且つ効率的に、飲用等の利用水準を満たす前記濾液を得ることが出来る。
【００１８】
本願に開示する重金属除去装置は、必要に応じて、前記電解手段により生成された前記アルカリ性溶液のｐＨ値を、周期的に上下変動させるｐＨ制御手段を備えるものである。このように、前記アルカリ性溶液において初期には高いｐＨ値によって速やかに重金属水酸化物が生成され、これに引き続いて、当該アルカリ性溶液のｐＨ値が降下することによって、生成された当該重金属水酸化物が再溶解することが抑制されて結晶状態が維持されることから、重金属水酸化物の生成効率が高められることとなり、原水からの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００１９】
本願に開示する重金属除去装置は、必要に応じて、前記ｐＨ制御手段が、前記電解手段により生成された前記酸性溶液を、前記アルカリ性溶液に間欠的に混合するものである。このように、前記ｐＨ制御手段におけるｐＨ調整を行う際に、ｐＨ調整剤等の外部からの添加剤を用いることなく、前記電解手段で生成された前記酸性溶液を循環させて装置内部の閉じた系でｐＨ値を周期的に上下変動させることから、前記ｐＨ制御手段が実施するｐＨ調整に関して添加剤等の余分なコストが不要となることとなり、低コスト且つ効率的に、原水からの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００２０】
本願に開示する重金属除去装置は、必要に応じて、前記ｐＨ調整手段が、前記濾過手段により生成された濾液をｐＨ調整するものである。このように、前記ｐＨ調整手段が、前記濾過手段により生成された濾液をｐＨ調整することから、前記濾過手段により生成された濾液がより飲用に適するｐＨとなることとなり、低コスト且つ効率的に、原水から重金属が除去された飲用水を簡易に得ることができる。
【００２１】
また、本願に開示する重金属除去方法は、重金属を含有する原水がタンクに供給され、当該原水を電気分解してアルカリ性溶液と酸性溶液とを生成する電解工程と、前記電解工程により生成された前記アルカリ性溶液をｐＨ調整し、当該アルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成するｐＨ調整工程と、前記ｐＨ調整工程により生成された前記重金属水酸化物を、前記アルカリ性溶液から分離して濾液を生成する濾過工程と、を含むものである。
【００２２】
このように、原水に対して外部からの添加剤を添加することなく、さらに、原水が酸性状態を経由することなく直ちにアルカリ性状態が形成されて維持されることから、前記重金属水酸化物の生成が効率的に促進されることとなり、低コスト且つ効率的に原水から重金属を除去することができる。
【００２３】
本願に開示する重金属除去方法は、必要に応じて、前記濾過工程が、前記重金属水酸化物を遠心分離するものである。このように、前記濾過工程が、前記重金属水酸化物を遠心分離することによって、生成された重金属水酸化物が装置内に固着して残存することが抑制されることから、前記濾過工程における前記重金属水酸化物の分離精度が向上すると共に、装置内の汚染が抑制されることとなり、原水からの効率的な重金属の除去及びランニングコストの抑制を共に実現することができる。
【００２４】
本願に開示する重金属除去方法は、必要に応じて、前記電解工程により生成された前記酸性溶液を、前記濾過工程により生成された前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させる中和工程を含むものである。このように、前記電解工程により生成された前記酸性溶液を、循環的に前記濾液に混合して当該濾液のｐＨ値を中和させることから、外部からの添加剤を用いることなく、高アルカリ性状態にある前記濾液の液性を緩和できることとなり、低コスト且つ効率的に、飲用等の利用水準を満たす前記濾液を得ることが出来る。
【００２５】
本願に開示する重金属除去方法は、必要に応じて、前記電解工程により生成された前記アルカリ性溶液のｐＨ値を、周期的に上下変動させるｐＨ制御工程を含むものである。このように、前記アルカリ性溶液において初期には高いｐＨ値によって速やかに重金属水酸化物が生成され、これに引き続いて、当該アルカリ性溶液のｐＨ値が降下することによって、生成された当該重金属水酸化物が再溶解することなく結晶状態が維持されることから、重金属水酸化物の生成効率が高められることとなり、原水からの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００２６】
本願に開示する重金属除去方法は、必要に応じて、前記ｐＨ制御工程が、前記電解工程により生成された前記酸性溶液を、前記アルカリ性溶液に間欠的に混合するものである。このように、前記ｐＨ制御工程におけるｐＨ調整を行う際に、ｐＨ調整剤等の外部からの添加剤を用いることなく、前記電解工程で生成された前記酸性溶液を循環させて装置内部の閉じた系でｐＨ値を周期的に上下変動させることから、前記ｐＨ制御工程が実施するｐＨ調整に関して添加剤等の余分なコストが不要となることとなり、低コスト且つ効率的に、原水からの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００２７】
本願に開示する重金属除去方法は、必要に応じて、前記ｐＨ調整工程が、前記濾過工程により生成された濾液をｐＨ調整するものである。このように、前記ｐＨ調整工程が、前記濾過工程により生成された濾液をｐＨ調整することから、前記濾過工程により生成された濾液がより飲用に適するｐＨとなることとなり、低コスト且つ効率的に、原水から重金属が除去された飲用水を簡易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重金属除去装置の構成図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る重金属除去装置の変形例についての構成図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る重金属除去装置の変形例についての構成図を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る重金属除去装置の変形例についての構成図を示す。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る重金属除去装置の斜視図を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る重金属除去装置の濾過手段の構成図（ａ）並びにその動作例（ｂ）及び（ｃ）を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る重金属除去装置の濾過手段の構成図を示す。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る重金属除去装置の構成図を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る重金属除去装置の変形例についての構成図を示す。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る重金属除去装置の構成図を示す。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る重金属除去装置のｐＨ調整例を示す。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る重金属除去装置の構成図を示す。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る重金属除去装置の変形例についての構成図を示す。
【図１４】本発明のその他の実施形態に係る重金属除去装置の構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る重金属除去装置を上記図１〜４に従って説明する。
【００３０】
第１の実施形態に係る重金属除去装置は、上記図１に示すように、重金属を含有する原水Ａがタンク１００に供給され、この原水Ａを電気分解してアルカリ性溶液と酸性溶液とを生成する電解手段１と、この電解手段１により生成されたこのアルカリ性溶液をｐＨセンサ２１によりｐＨ調整し、このアルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成するｐＨ調整手段２と、このｐＨ調整手段２により生成されたこの重金属水酸化物を、このアルカリ性溶液から分離して濾液Ｂを生成する濾過手段３とを備える構成である。
【００３１】
この電解手段１は、直流電源１０と、この直流電源１０に接続されるアノード側の陽極１１と、この直流電源１０に接続されるカソード側の陰極１２とから構成される。
【００３２】
このｐＨ調整手段２は、この電解手段１により生成されたアルカリ性溶液のｐＨ値を検出するｐＨセンサ２１を備える。また、このｐＨ調整手段２は、このｐＨセンサ２１で検出されたｐＨ値に基づいて、この陽極１１及び陰極１２から成る電極間に電位を供給するか否かを切替えるスイッチングを行うと共に、この陽極１１及び陰極１２から成る電極間に印加する電位の大きさを決定することによってｐＨ調整を行う。
【００３３】
この濾過手段３は、このｐＨ調整手段２により生成された重金属水酸化物を含むアルカリ性溶液を収容する濾過容器３ａと、この重金属水酸化物をアルカリ性溶液から分離して濾液Ｂを生成するフィルター３１を備える。この濾過容器３ａの形状については、特に限定されず、例えば、円柱形状、円錐形状、逆さ円錐形状、截頭円錐状（例えば、円錐台形状、角錐台形状）、逆さ截頭円錐状（例えば、逆さ円錐台形状、逆さ角錐台形状）等の形状とすることが可能である。このフィルター３１は、中空糸膜や濾布（不織布）を用いることができ、例えば、最初に濾布（不織布）によってこの重金属水酸化物や赤錆等の粗いごみを除去し、その後、中空糸膜によってマイクロメートルオーダーサイズの雑菌等を含めて除去する最終濾過を行うという２段階濾過を行うことが好ましく、このような簡素な構成によって、効率的に重金属水酸化物を濾過することができる。
【００３４】
このタンク１００は、この陽極１１及び陰極１２の間に塩橋を用いたセパレータ１０１を備える。このセパレータ１０１によって、このアルカリ性溶液と酸性溶液とが互いに仕切られて物理的に分離される。このタンク１００は、この原水Aを貯留する貯留槽（貯留タンク）であってもよく、この原水Aを連続して供給する連続槽でもよい。また、このタンク１００は、このｐＨ調整手段２と別体のタンク（槽）であっても、同体（電解槽）であってもよく、設置場所や処理量に応じて選択することが可能である。
【００３５】
この原水Ａに含有される重金属の例としては、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、ヒ素(As)、セレン(Se)、六価クロム(Cr6+)、及びこれらの化合物が挙げられる。
【００３６】
上記構成の重金属除去装置を用いて、原水からの重金属を除去する方法を以下に示す。
【００３７】
先ず、重金属を含有する原水Ａがタンク１００に供給され、この原水Ａを電気分解し、この陰極１２側で生成されるアルカリ性溶液と、この陽極１１側で生成される酸性溶液とに分離される（電解工程）。原水Ａに含有される除去対象の重金属は、特に限定されないが、例えば、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｅ、Ｐｂ、六価Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｓ、Ｎｉを挙げることができる。
【００３８】
この生成された陰極１２側のアルカリ性溶液をｐＨセンサ２１を用いてｐＨ調整し、当該アルカリ性溶液中に含有する重金属から重金属水酸化物を生成する（ｐＨ調整工程）。このｐＨ調整では、このｐＨセンサ２１で検出されたｐＨ値に基づいて、この陽極１１及び陰極１２から成る電極間に電位を供給するように設定される（図１中ではスイッチを用いて設定される）と共に、この陽極１１及び陰極１２から成る電極間に印加する電位の大きさを決定して実施される。
【００３９】
このｐＨ調整で設定されるｐＨ値は、より多くの重金属水酸化物を生成するという観点から、好ましくは、ｐＨ１０〜１４で行うことであり、より好ましくは、ｐＨ１２〜１４で行うことであり、例えば、ｐＨ１３で行うことができる。この重金属水酸化物は、陽イオンの重金属と陰イオンの水酸化物イオンが化学反応して生成され、この化学反応の一例を以下に示す。
【００４０】
（化１）
Cd2+＋2OH- → Cd(OH)2↓
2Ag+＋OH- → 2AgOH → AgO↓＋H2O
Pb2+＋2OH- → Pb(OH)2↓
Zn2+＋2OH- → Zn(OH)2↓
Cu2+＋2OH- → Cu(OH)2↓
Fe2+＋2OH- → Fe(OH)2↓
Fe3+＋3OH- → Fe(OH)3↓
【００４１】
次に、この重金属水酸化物を、前記フィルター３１を用いて、このアルカリ性溶液から分離して濾液Ｂを生成する（濾過工程）。なお、重金属水酸化物をはじめとする汚染物質をより確実に除去するために、このフィルター３１自体又はこのフィルター３１の後段に、イオン交換樹脂膜又は逆浸透膜（ＲＯ膜）等の膜を配設することがより好ましい。なお、従来の重金属除去装置とは異なり、このイオン交換樹脂膜等の膜に到達するまでに重金属水酸化物をはじめとする汚染物質が有意に除去された水質状況が得られているために、このイオン交換樹脂膜等の膜交換に係る交換頻度が従来よりも抑えられることとなり、ランニングコストの抑制を図ることができる。
【００４２】
すなわち、原水の汚染の度合いが高い場合には、このイオン交換樹脂膜等を用いることのみでは、直ぐに処理オーバーとなり、頻繁な交換が必要となるところ、本実施形態に係る重金属除去装置では、電気分解によって、このイオン交換樹脂膜等の膜に到達するまでに原水から十分に重金属が除去されることから、このイオン交換樹脂膜等の膜交換に係る交換頻度が従来よりも抑えられることとなり、ランニングコストの抑制を図ることができる。
【００４３】
また、原水の汚染の度合いが低い場合には、このイオン交換樹脂膜又は逆浸透膜（ＲＯ膜）の交換を利用者が怠った場合であっても、汚染物質が有意に除去されることにより水質基準を満たす濾液Ｂを得ることが可能となり、飲用水として利用する際の利用者に対する安全性を高めることができる。なお、このイオン交換樹脂膜又は逆浸透膜（ＲＯ膜）の設置に関しては、必須ではなく、原水の汚染の度合いが低い場合や原水から十分に重金属を除去できる場合には、イオン交換樹脂膜又は逆浸透膜（ＲＯ膜）を設けない構成とすることも勿論可能である。
【００４４】
さらに、ｐＨ調整手段２によるｐＨ調整は、このフィルター３１を通過した濾液Ｂに対しても行うことができる。すなわち、生成された濾液Ｂに対して、このｐＨ調整手段２が、ｐＨ調整（例えば、ｐＨ８．５〜９．５の弱アルカリ領域に遷移させる調整）を行う構成とすることも可能である。この場合には、濾過が一旦行われた後に、ｐＨ調整が行われることから、飲料用の弱アルカリ領域にｐＨ調整した後に濾過される場合よりもｐＨ値が高い溶液状態で重金属水酸化物が生成されることから、より多量の重金属水酸化物が形成されて、溶液中からより多量の重金属が除去されることから、重金属が十分に除去された溶液が飲用に適するｐＨで得られることとなり、低コスト且つ効率的に、原水から重金属が除去された飲用水を簡易に得ることができる。すなわち、飲用水準に適合させるべく弱アルカリ領域にｐＨ調整した後に濾過される場合よりも、多量の重金属を効率的に除去することができると共に、中性に近い弱アルカリ領域にｐＨ調整された飲用水を、このｐＨ調整手段２のｐＨ調整によって簡素に得ることができる。
【００４５】
このように、原水Ａに対して外部からの添加剤を添加することなく、さらに、原水Ａが酸性状態を経由することなく速やかにアルカリ性状態が形成され、このアルカリ性状態が維持されることから、この重金属水酸化物の生成が効率的に促進されることとなり、低コスト且つ効率的に原水Ａから重金属を除去することができる。
【００４６】
また、上記図２に示すように、この酸性溶液Ｃをこの濾過手段３に循環させることも可能である。このように、アルカリ性に偏った濾過手段３を通過する濾液に対して、ｐＨ値を中和できることとなり、よりロスの少ない浄水処理が可能となり、フィルター寿命の長寿化を実現することができる。また、上記図３に示すように、このフィルター３１の上段に、このフィルター３１に蓄積された重金属を排出する重金属排出口３１ａを設けることも可能であり、重金属によるこのフィルター３１の目詰まりを抑制し、さらにフィルター寿命の長寿化を実現することができる。なお、上記図２及び３においては、酸性溶液Ｃを濾過手段３に循環させる流路を設けているが、例えば、図１に示すように、濾液Ｂと酸性溶液Ｃの出口を合流させることなく別々に設ける構成とし、濾液Ｂを得た後に、電解手段１による逆電解を行って、この逆電解によって生成される逆電酸性溶液を濾過手段３に通過させて、濾過手段３のフィルター３１によって取り除かれる重金属水酸化物を除去（溶解）することができ、フィルター３１の高寿命化に寄与できる。この時、除去（溶解）される重金属水酸化物は、濾液Ｂの出口から排出するようにしても良いが、図３に示すように、重金属排出口３１ａを設けて、この重金属排出口３１ａから排出するようにするのが好ましい。
【００４７】
また、上記図４に示すように、この濾過手段３のフィルター３１に蓄積された重金属のさらなる除去を図るために、重金属排出口３１ａを経由して排出された溶液に対して、さらに一対の対向電極による逆電解を用いて洗浄する逆電解洗浄手段３１ｂを設けることも可能である。この逆電解洗浄手段３１ｂによって、余分な重金属をさらに抑制した溶液を排出することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る重金属除去装置では、アルカリ性溶液側の電気分解を利用して重金属を除去するという簡素な構成であることから、従来のアルカリイオン整水器をそのまま利用できるという利点もある。例えば、上記図５に示すように、上述した図１の構成を有するアルカリイオン整水器２００を用いて、給水ホース２０１からこの原水Ａを注入し、排出水路２０２を経由して浄水排出口２０３からこの濾液Ｂを排出すると共に、排出口２０４からこの酸性溶液Ｃを排出する。また、操作は、表面の操作パネル２０５を用いたタッチ操作によって行うことができる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る重金属除去装置は、上述した構成のように、連続式で原水Ａを流すことにより、大量の原水Ａから重金属を効率的に除去することができるという優れた効果を奏する一方で、この形態に限定されることはなく、この他にも、バッチ式によって、原水Ａから重金属を効率的に除去することも可能である。
【００５０】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る重金属除去装置を上記図６に従って説明する。
【００５１】
第２の実施形態に係る重金属除去装置は、第１の実施形態と同様に、前記電解手段１と、前記ｐＨ調整手段２と、前記濾過手段３とを備え、さらに、前記濾過手段３が、前記重金属水酸化物を遠心分離するものである。
【００５２】
本実施形態に係る前記濾過手段３は、上記図６（ａ）に示すように、前記フィルター３１を回転させる遠心分離器３２と、この遠心分離器３２の回転に応じて開閉する開閉窓３３と、この濾過容器３ａの外部であってこの開閉窓３３の近傍に配設され、前記重金属水酸化物を収容する収容皿３４とを備える構成である。この遠心分離器３２は、回転駆動を行うモーター３２ａと、このモーター３２ａの駆動を受けて回転動作を行う回転軸３２ｂとから構成される。
【００５３】
この遠心分離器３２は、このモーター３２ａから駆動されることによって、この回転軸３２ｂが回転動作を行う。この回転動作に伴って、前記フィルター３１も回転する。この開閉窓３３は、間欠的な開閉を行い、このフィルター３１が回転せずに静止している場合には閉塞状態となり、このフィルター３１が回転する場合には開放状態となる。
【００５４】
上記図６（ｂ）に示すように、この遠心分離器３２が回転しない場合には、この開閉窓３３が閉じた状態となり、この濾過容器３ａ内で重金属水酸化物の形成が促進される。
【００５５】
上記図６（ｃ）に示すように、この遠心分離器３２が回転することによって、このフィルター３１上に形成された重金属水酸化物が、この濾過容器３ａの内壁近傍に押し出されると共に、この濾過容器３ａの内壁近傍に固着した重金属水酸化物が掻き出される。すなわち、生成された重金属水酸化物が装置内に固着して残存することが抑制される。すなわち、この遠心分離器３２が回転した場合には、この重金属水酸化物がこの濾過容器３ａの内壁近傍に押し出されて、この収容皿３４に排出されることとなり、この重金属水酸化物の生成と排出を効率的に行うことができる。
【００５６】
このように、この濾過手段３が、この重金属水酸化物を遠心分離することによって、装置内にこの重金属水酸化物が固着して残存することが抑制されることから、この濾過手段３における重金属水酸化物の分離精度が向上すると共に、装置内の汚染が抑制されることとなり、原水からの効率的な重金属の除去及びランニングコストの抑制を共に実現することができる。
【００５７】
また、上記では、遠心分離した後に、このフィルター３１を通過させる構成であったが、この構成には限定されない。１つの変形例として、このフィルター３１を用いない（フィルターレス）構成として遠心分離を行うことも可能である。
【００５８】
このフィルター３１を用いない構成しては、例えば、上記図７（ａ）に示すように、前記遠心分離器３２を備え、この濾過容器３ａの下部に前記重金属排出口３１ａが配設され、この濾過容器３ａの上部に濾液Ｂの排出口が配設される構成である。この濾液Ｂの排出口には、例えば、濾液Ｂを吸い上げるポンプを配設することが可能である。このような構成によって、形成された重金属水酸化物が遠心分離され、その自重によって、下部に沈降し、この重金属排出口３１ａから排出される。これによって、重金属水酸化物が除去された濾液Ｂが得られ、低コスト且つ効率的に、原水から重金属を除去することができる。
【００５９】
なお、上記図７（ａ）では、遠心分離器３２を用いる構成を一例として挙げたが、この構成に限定されるものではない。例えば、上記図７（ｂ）に示すように、この遠心分離器３２を用いない構成として、この濾過容器３ａの外周（外壁）に沿うようにこの原水Ａを導入する構成によって、この濾過容器３ａ内の上部から下部に向かってサイクロン流を形成するという構成も可能である。このような構成によって、形成された重金属水酸化物が遠心分離され、その自重によって、下部に沈降し、この重金属排出口３１ａから重金属水酸化物が排出される。この場合の濾過容器３ａの形状としては、特に限定はされないが、上記のサイクロン流の回転流を発生しやすくするという観点から、円形状の断面を有する円柱形状、円錐形状又は截頭円錐状（特に逆さ円錐形状又は逆さ截頭円錐状）が好ましく、この重金属排出口３１ａに向かって重金属を排出しやすくするという観点から、逆さ円錐形状又は逆さ截頭円錐状が好ましい。この構成によって、重金属水酸化物が除去された濾液Ｂが得られ、低コスト且つ効率的に、原水Ａから重金属を除去することができる。
【００６０】
さらに、このフィルター３１を用いない構成の変形例としては、上記図７（ｃ）に示すように、この濾過容器３ａ全体が回転動作を行うという構成も可能である。このような構成によって、形成された重金属水酸化物が遠心分離され、その自重によって、下部に沈降し、この重金属排出口３１ａから重金属水酸化物が排出される。これによって、重金属水酸化物が除去された濾液Ｂが得られ、低コスト且つ効率的に、原水Ａから重金属を除去することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る重金属除去装置を上記図８及び図９に従って説明する。
【００６２】
第３の実施形態に係る重金属除去装置は、第１の実施形態と同様に、前記電解手段１と、前記ｐＨ調整手段２と、前記濾過手段３とを備え、さらに、上記図８に示すように、前記電解手段１により生成された前記酸性溶液Ｃを、前記濾過手段３により生成された前記濾液Ｂに混合してこの濾液ＢのｐＨ値を中和させる中和手段４を備える構成である。
【００６３】
この中和手段４は、前記電解手段１により生成された前記酸性溶液Ｃを、循環的に前記濾液Ｂに混合して、強アルカリ性を示す濾液ＢのｐＨ値を中和させて液性を中性寄りに遷移させる（中和工程）。このことから、外部からの添加剤を用いることなく、高アルカリ性状態にあるこの濾液Ｂの液性を緩和できることとなり、低コスト且つ効率的に、飲用等の利用水準を満たす濾液Ｂを得ることができる。この中和手段４としては、酸性溶液Ｃを循環するという上記の構成に限定されることはなく、例えば、別途、電解槽を配設し、該電解槽によって生成される酸性溶液を濾液Ｂと混合させる構成とすることも勿論可能である。
【００６４】
なお、上記図９に示すように、この酸性溶液Ｃに対して酸性溶液Ｃ中に含まれる重金属の除去を行う酸性側重金属除去手段４１を配設することができる。この酸性側重金属除去手段４１としては、例えば、スルホン酸基（-SO3H）を交換基として含有する強酸性陽イオン交換樹脂や、カルボン酸基（-COOH）を交換基として含有する弱酸性陽イオン交換樹脂などのゲル状又はポーラス状のイオン交換樹脂を用いることができる。このうち弱酸性陽イオン交換樹脂の場合には、さらに、メタクリル酸系陽イオン交換樹脂又はアクリル酸系陽イオン交換樹脂を選択して用いることができる。例えば、溶液の酸性度がより強い場合には、アクリル酸系陽イオン交換樹脂のほうを用いることができ、溶液の酸性度が弱い場合には、メタクリル酸系陽イオン交換樹脂を用いるという選択が可能であり、処理の最適化を図ることができる。この酸性側重金属除去手段４１によって、この酸性溶液Ｃから重金属が効率的に除去されることとなり、より精度の高い重金属除去を実施することができる。
【００６５】
なお、本実施形態において、上述した第２の実施形態と同様に、前記濾過手段３が、前記重金属水酸化物を遠心分離する構成とすることもできる。その場合には、さらに、この濾過手段３が、この重金属水酸化物を遠心分離することによって、装置内にこの重金属水酸化物が固着して残存することが抑制されることから、この濾過手段３における重金属水酸化物の分離精度が向上すると共に、装置内の汚染が抑制されることとなり、原水からの効率的な重金属の除去及びランニングコストの抑制を共に実現する効果を得ることができる。
【００６６】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る重金属除去装置を上記図１０及び図１１に従って説明する。
【００６７】
第４の実施形態に係る重金属除去装置は、第３の実施形態と同様に、前記電解手段１と、前記ｐＨ調整手段２と、前記濾過手段３と、前記中和手段４とを備え、さらに、上記図１０に示すように、前記電解手段１により生成された前記アルカリ性溶液のｐＨ値を、周期的に上下変動させるｐＨ制御手段５を備える構成である。
【００６８】
このｐＨ制御手段５は、前記ｐＨセンサ２１のｐＨ値に基づいて、前記ｐＨ調整手段２におけるｐＨ値の設定を周期的に上下変動させる（ｐＨ制御工程）。このｐＨ値は、より多くの重金属水酸化物を生成するという観点から、好ましくは、ｐＨ１０〜１４の範囲内で上下変動させることであり、より好ましくは、上記図１１のｐＨ調整例に示すように、ｐＨ１２〜１４の範囲内で時間と共に上下変動させることである。
【００６９】
このように、前記アルカリ性溶液において初期には高いｐＨ値によって速やかに重金属水酸化物が生成され、これに引き続いて、このアルカリ性溶液のｐＨ値が降下することによって、生成された当該重金属水酸化物が再溶解することが抑制されてその結晶状態が維持されることから、重金属水酸化物の生成効率（維持効率）が高められることとなり、原水Ａからの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００７０】
なお、本実施形態において、前記中和手段４を配設しない構成とすることも可能であり、すなわち、上述した第１及び第２の実施形態に係る重金属除去装置において、このｐＨ制御手段５を備える構成とすることもできる。この構成は、前記中和手段４を用いない条件下で有意であり、より簡素な装置構成によって上記の原水Ａからの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００７１】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る重金属除去装置を上記図１２及び図１３に従って説明する。
【００７２】
第５の実施形態に係る重金属除去装置は、第１の実施形態と同様に、前記電解手段１と、前記ｐＨ調整手段２と、前記濾過手段３とを備え、さらに、上記図１２に示すように、前記電解手段１により生成された前記酸性溶液を、前記アルカリ性溶液に間欠的に混合する前記ｐＨ制御手段５の機能を含む制御手段５１を備える構成である。上記図１２に示すように、タンク１００から排出されるアルカリ溶液側及び酸性溶液側の各々の流路に配設されるバルブ１０２と、この酸性溶液Ｃを前記アルカリ性溶液に間欠的に混合する流路に配設されるポンプ１０３とを備え、前記制御手段５１が、このバルブ１０２及びポンプ１０３の制御を行う。すなわち、前記制御手段５１が、このバルブ１０２及びポンプ１０３を制御することによって、循環させる酸性溶液Ｃの量を制御してｐＨ値を制御すると共に、前記制御手段５１の制御に基づいて、前記ｐＨ調整手段２が、前記アルカリ溶液の最適なｐＨ値を設定する。
【００７３】
このように、前記制御手段５１がｐＨ調整を行う際に、ｐＨ調整剤等の外部からの添加剤を必要とすることなく、前記電解手段１で生成された前記酸性溶液Ｃを循環させるという簡易な構成によって装置内部の閉じた系でｐＨ値を周期的に上下変動させることから、前記制御手段５１が実施するｐＨ調整に関して添加剤等の余分なコストが不要となることとなり、低コスト且つ効率的に、原水Ａからの効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００７４】
なお、上述した第５の実施形態に係る重金属除去装置の変形例としては、上記図１３に示すように、前記制御手段５１が、前記濾過手段３を通過した濾液Ｂを、再度、原水Ａに循環させて、原水Ａに間欠的に混合する構成とすることも可能である。この循環に伴って、前記濾液Ｂは、上記図１３に示すように、前記濾過手段３で所定回数の濾過を繰り返した後又は所定のｐＨ値に到達した場合に、前記制御手段５１による制御により排出バルブ１０４から外部に排出される構成とすることができる。
【００７５】
また、同様の観点から、変形例として、生成された濾液Ｂに対して、前記ｐＨ調整手段２が、ｐＨ調整（例えば、ｐＨ８．５〜９．５の弱アルカリ領域に遷移させる調整）を行う構成とすることも可能である。この場合には、濾過が一旦行われた後に、ｐＨ調整が行われることから、ｐＨ調整後に濾過される場合よりもｐＨ値が高い溶液状態で重金属水酸化物が生成されることから、より多量の重金属水酸化物が形成されて、溶液中からより多量の重金属が除去されることから、重金属が除去された溶液が飲用に適するｐＨで得られることとなり、低コスト且つ効率的に、原水から重金属が除去された飲用水を簡易に得ることができる。
【００７６】
このように、前記制御手段５１におけるｐＨ調整を行う際に、ｐＨ調整剤等の外部からの添加剤を用いることなく、前記電解手段１で生成された前記酸性溶液Ｃのみならず前記濾液Ｂも循環させて装置内部の閉じた系でｐＨ値を周期的に上下変動させることから、前記制御手段５１が実施するｐＨ調整の上下変動の変動域を大幅に増大させることが可能となり、低コスト且つ効率的に、原水Ａからの効率的な重金属の除去を実現することができる。さらに、前記濾液Ｂは、前記濾過手段３で濾過を所定回数繰り返した後に外部に排出されることから、この複数回の濾過により重金属の除去効率が高められることとなり、より効率的な重金属の除去を実現することができる。
【００７７】
なお、本実施形態において、上述した第２の実施形態と同様に、前記濾過手段３が、前記重金属水酸化物を遠心分離する構成とすることもできる。その場合には、さらに、この濾過手段３が、この重金属水酸化物を遠心分離することによって、装置内にこの重金属水酸化物が固着して残存することが抑制されることから、この濾過手段３における重金属水酸化物の分離精度が向上すると共に、装置内の汚染が抑制されることとなり、原水からの効率的な重金属の除去及びランニングコストの抑制を共に実現する効果も得ることができる。
【００７８】
また、本実施形態において、上述した第３の実施形態と同様に、前記電解手段１により生成された前記酸性溶液Ｃを、循環的に前記濾液Ｂに混合して、強アルカリ性を示す濾液ＢのｐＨ値を中和させて液性を中性寄りに遷移させる前記中和手段４を備える構成とすることも可能である。この構成によって、外部からの添加剤を用いることなく、高アルカリ性状態にあるこの濾液Ｂの液性を緩和できることとなり、低コスト且つ効率的に、飲用等の利用水準を満たす濾液Ｂを得るという効果も得ることができる。
【００７９】
（その他の実施形態）
なお、上述した各実施形態では、一対の陽極１１及び陰極１２をタンク１００の内部に配設する構成としたが、この構成に限定されず、例えば、その他の実施形態として、上記図１４に示すように、複数の陽極１１及び陰極１２を、円柱状のタンク１００の内部に交互に周回して配設する構成とすることも可能である。このような構成によって、このタンク１００内の電解効率が高められることとなり、より効率的な電解による重金属除去を実現することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  電解手段
１１  陽極
１２  陰極
２  ｐＨ調整手段
２１  ｐＨセンサ
３  濾過手段
３ａ  濾過容器
３１  フィルター
３１ａ  重金属排出口
３１ｂ  逆電解洗浄手段
３２  遠心分離器
３２ａ  モーター
３２ｂ  回転軸
３３  開閉窓
３４  収容皿
４  中和手段
４１  酸性側重金属除去手段
５  ｐＨ制御手段
５１  制御手段
１００  タンク
１０１  セパレータ
１０２  バルブ
１０３  ポンプ
１０４  排出バルブ
２００  アルカリイオン整水器
２０１  給水ホース
２０２  排出水路
２０３  浄水排出口
２０４  排出口
２０５  操作パネル
Ａ  原水
Ｂ  濾液
Ｃ  酸性溶液
【図１】
0006679231.tif 000002
【図２】
0006679231.tif 000003
【図３】
0006679231.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006679231.tif 000006
【図６】
0006679231.tif 000007
【図７】
0006679231.tif 000008
【図８】
0006679231.tif 000009
【図９】
0006679231.tif 000010
【図１０】
0006679231.tif 000011
【図１１】
0006679231.tif 000012
【図１２】
0006679231.tif 000013
【図１３】
0006679231.tif 000014
【図１４】
0006679231.tif 000015