(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水と接触可能な位置に配置される粘土鉱物と、上記粘土鉱物と接触した被処理水がろ過されるろ過装置とを備え、
上記粘土鉱物が、塊状の粘土鉱物を平均粒径が０．５ｃｍ以上の寸法に砕石した砕石粘土鉱物であって、内部を被処理水が通過可能な容器に、上記砕石粘土鉱物が充填されており、
上記ろ過装置のろ過孔径が１０μｍ以上、あるいは上記ろ過装置の分離可能な寸法が１０μｍ以上であり、
上記粘土鉱物において、緑泥石が５０重量％以上１００重量％以下の割合で含まれていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
内部を被処理水が通過可能な容器に、塊状の粘土鉱物を平均粒径が０．５ｃｍ以上の寸法に砕石した砕石粘土鉱物を充填し、上記容器を被処理水と砕石粘土鉱物とが接触する位置に配置することによって、被処理水を上記砕石粘土鉱物に接触させて該処理水中に含有される平均粒径１０μｍ未満の微小な除去対象物を平均粒径１０μｍ以上に凝集させる凝集工程と、
上記凝集工程において凝集された凝集体を、ろ過孔径１０μｍ以上であるろ過装置あるいは分離可能な寸法が１０μｍ以上であるろ過装置を用いてろ過除去するろ過除去工程と、
を備え、
上記粘土鉱物において、緑泥石が５０重量％以上１００重量％以下の割合で含まれていることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、より詳しくは、被処理水中に含まれる微生物や金属などの微小な除去対象物を凝集させて、容易にろ過除去することのできる水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ろ過分離により被処理水中に存在する除去対象物を除去する処理技術は、プールや浴槽などの循環水、海水の淡水化、医療あるいは工業用水の浄化、船舶に搭載されるバラスト水の処理、家畜の汚水処理、家畜用飲用水を得るための井戸水や河川水の浄化処理、食品工場の排水処理、漁業場の海水浄化など種々の分野で行われている。
【０００３】
上記ろ過分離は、各種のフィルターや限外ろ過膜を用いる装置、あるいは砂ろ過装置など、様々な装置によって行われている。これらの装置において用いられる膜の種類やその孔径、あるいは砂の粒子径は、除去の対象となる目的物のサイズによって選択されることが一般的である。特に、膜技術の進歩によって、微生物や金属などの微小な除去対象物をろ過分離装置によって除去することが試みられている。
【０００４】
例えば一般的に、動物プランクトンは約５０μｍ以上の大きさであり、植物プランクトンは１０μｍ以上５０μｍ未満の大きさであり、バクテリア類は植物プランクトンより小さく０．１μｍ以上数μｍ程度である。したがって、除去の対象となるプランクトンあるいはバクテリア類にあわせて、その膜の孔径が決定される。より具体的には、孔径２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の限外ろ過膜、孔径５０ｎｍ以上１０μｍ未満の精密ろ過膜などが通常、用いられる。
【０００５】
またプランクトンや微生物などの微小生物に加えて、被処理水中の鉄などの金属を除去する装置の発明が開発されている(下記特許文献１)。特許文献１に開示の装置は、被処理水中、鉄やマンガンを除去するために中空糸膜として孔径が１μｍ以下０．０３μｍ以上のものが用いられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９２４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術の示すごとく、除去の対象物の寸法にあわせて、該寸法以下の孔径のろ過膜を用いることによれば、膜分離することは物理的に可能である。しかしながら、除去対象物の寸法が微小になればなるほど、分離膜の孔や砂粒子間の目詰まりが激しく、分離装置の逆洗浄や、分離膜の交換を高い頻度で行わなければならないため、手間及びランニングコストがかかり問題であった。特に、植物プランクトンやバクテリアのように大きさが１０μｍ以下の除去対象物をろ過分離するための分離装置は、一般的にコストが高い上に、洗浄などの手間もかかり、ランニングコストが高かった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、被処理水中の微小な除去対象物を容易にろ過装置により除去することができ、且つ、従来よりもコストが低減化可能な水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鉱物に被処理水を接触させることによって、被処理水中に存在する微生物や金属といった微小な除去対象物を取り込んで凝集させることができること、及び、上記微小な除去対象物を凝集させることによって形成された凝集体を、微小な除去対象物単独のサイズのものをろ過分離するために必要とされる孔径よりも大きい孔径のフィルターで容易にろ過分離することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、本発明は、
（１）被処理水と接触可能な位置に配置される粘土鉱物と、上記粘土鉱物と接触した被処理水がろ過されるろ過装置とを備え、上記粘土鉱物が、塊状の粘土鉱物を平均粒径が０．５ｃｍ以上の寸法に砕石した砕石粘土鉱物であって、内部を被処理水が通過可能な容器に、上記砕石粘土鉱物が充填されており、上記ろ過装置のろ過孔径が１０μｍ以上、あるいは上記ろ過装置の分離可能な寸法が１０μｍ以上であり、上記粘土鉱物において、緑泥石が５０重量％以上１００重量％以下の割合で含まれていることを特徴とする水処理装置、
（２）内部を被処理水が通過可能な容器に、塊状の粘土鉱物を平均粒径が０．５ｃｍ以上の寸法に砕石した砕石粘土鉱物を充填し、上記容器を被処理水と砕石粘土鉱物とが接触する位置に配置することによって、被処理水を上記砕石粘土鉱物に接触させて該処理水中に含有される平均粒径１０μｍ未満の微小な除去対象物を平均粒径１０μｍ以上に凝集させる凝集工程と、上記凝集工程において凝集された凝集体を、ろ過孔径１０μｍ以上であるろ過装置あるいは分離可能な寸法が１０μｍ以上であるろ過装置を用いてろ過除去するろ過除去工程と、を備え、上記粘土鉱物において、緑泥石が５０重量％以上１００重量％以下の割合で含まれていることを特徴とする水処理方法、
を要旨とするものである。
【００１１】
尚、本発明において「被処理水」というときは、プールの水、風呂水の循環水、海水などに例示される、浄化処理、洗浄処理の対象となる水溶液一般を意味する。
【００１２】
また本発明あるいは本発明の説明において「微小な除去対象物」というときは、一般的にコロイド粒子として理解される１０〜１０００ｎｍ程度の微粒子、あるいはこれより大きいサイズの粒子をも含む場合がある。例えば、バクテリア類は植物プランクトンなど数μｍのサイズの除去対象物を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、被処理水を粘土鉱物に接触させることによって、該被処理水中の微小な除去対象物を凝集させることができる。したがって、被処理水中の除去対象物のサイズを見かけ上、大きくすることが可能である。即ち、１０μｍ未満の植物プランクトンやバクテリア類、金属、あるいはその他の微小なゴミを凝集させることによって、見かけ上、１０μｍ以上のサイズの除去対象物を構成させることが可能である。
【００１４】
したがって、従来のように孔径が数μｍ以下の小さな分離膜、あるいは砂粒子間の間隙が１０μｍ未満の砂ろ過装置など、ろ過分離サイズが極めて微小なろ過装置を用いずとも、比較的取り扱いの容易であって、コストも安い１０μｍ以上の孔径の分離膜等を用いて、上記凝集体である除去対象物を容易に除去することができる。またろ過分離サイズを大きくすることによって、ろ過装置にかかる負荷を低減し目詰まりの度合いを飛躍的に改善することができる。そのため、ろ過装置におけるろ過分離膜、あるいは砂ろ過などのろ過機構における逆洗浄、あるいはろ過膜の交換の回数を従来より少なくすることが可能である。
【００１５】
また、従来は、被処理水中の微小な除去対象物を除去するためには孔径がナノサイズのろ過膜を用いてろ過除去しなくてはならず、目詰まりが激しかった。そのため、水処理工程において、他の大きなサイズの除去対象物をほぼ除去した後の最後の段階で、これら微小なサイズの除去対象物がろ過除去されることが一般的であった。しかしながらかかる場合には、処理工程の最終段階に至るまでの経路が被処理水中に含有される微生物や金属などによる汚染が問題となることがあった。これに対し、本発明では、非処理水中の微小な除去対象物のサイズを見かけ上大きくすることができるため、被処理水の処理工程において被処理水の前処理段階あるいは処理工程の比較的に早い段階で、ろ過分離装置を用いて微生物や金属を除去することが可能である。このように水処理工程の前半において本発明を実施する態様によれば、処理工程途中の微生物や金属の汚染を回避できるというさらなる利益を享受することができる。
【００１６】
また本発明によって得られた処理水は、微生物の生菌数が減少するだけでなく、死滅した菌も除去されているため、純度が非常に高い。
【００１７】
したがって、上記本発明は、プールや浴槽などの循環水、海水の淡水化、医療あるいは工業用水の浄化、船舶に搭載されるバラスト水の処理、家畜の汚水処理、家畜用飲用水を得るための井戸水や河川水の浄化処理、食品工場の排水処理、漁業場の海水浄化など種々の分野において、修理水中の除去対象物を低コスト且つ特別な技術を要することなく、除去することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
（粘土鉱物について）
本発明において用いられる粘土鉱物は、一般的に粘土鉱物として理解されるものであれば、適宜選択して使用することができる。より詳しく述べると、本発明において粘土鉱物とは、粘土成分が、地中において非常に高い熱や圧力を受けて生じた無機成分の結晶質を主とする化合物を意味する。上記粘土鉱物としては、層状珪酸塩鉱物が一般的である。該層状珪酸塩鉱物は、ケイ素と酸素とからなる四面体（Ｓｉ−Ｏ四面体）の二次的なつながりによりなる四面体シートと、これにさらに種々の酸化金属が結合してなる八面体シートとから主として構成される。上記四面体に結合する金属は、アルミニウム、マグネシウム、鉄、カリウムなどさまざまである。これらの金属は一般的に金属酸化物の形で粘土鉱物内に存在する。粘土鉱物は、形成される環境やその土地の土壌成分によってその組成が決定されるため、同じ族として分類されるものであっても、その組成の種類は非常に多岐にわたっている。
【００２０】
本発明における粘土鉱物のより具体的な例としては、高陵石（カオリナイト）、スメクタイト、モンモリロナイト、絹雲母（セリサイト）、イライト、海緑石（グローコナイト）、緑泥石（クロライト）、角閃石、滑石（タルク）、沸石（ゼオライト）などを挙げることができる。
【００２１】
本発明において、被処理水が粘土鉱物に接触することにより、該被処理水中に存在する微小な除去対象物が凝集する機構は明らかではない。しかしながら本発明者らは、上記凝集は、粘土鉱物中に含まれる金属成分が被処理水中にイオンの状態で溶出し、この金属イオンの電荷に周囲の微小な除去対象物が引き寄せられて生じる現象であり、また金属イオンを核として形成された凝集体の表面の電荷とは反対の電荷（即ち、上記核と同じ電荷）を有する微小な除去対象物がさらに引き寄せられ、二次的な凝集も起こり得ると推察している。また、上記二次的な凝集に続き、同様に、凝集体表面の電荷をとは反対の電荷の微小な除去対象物が該凝集体表面に引き寄せられる三次的、四次的な凝集も起こり得ると推察される。
【００２２】
したがって、本発明の実施において観察される「凝集」は、粘土鉱物の組成成分として含まれる正又は負の電荷を有する金属イオンである核と、上記核と反対の電荷を有する被処理水中の微小な除去対象物とがファンデルワールス力により結合する現象であると推察され、また、これにより形成された凝集体表面における電荷と反対の電荷を有する微小な除去対象物が該凝集体の表面にさらにひきつけられて結合する現象も上記凝集に含まれるものとの思われる。
【００２３】
上記観点から、特に、核となる金属イオンとしては、電荷の大きいアルミニウムイオンが望ましい。したがって、種々ある粘土鉱物の中でも、アルミニウムを含有する粘土鉱物が本発明に用いられることが望ましい。アルミニウムを含有する望ましい粘土鉱物の例としては、例えば、緑泥石、高陵石（カオリナイト）、モンモリロナイト、絹雲母（セリサイト）、海緑石（グローコナイト）、角閃石、沸石（ゼオライト）、スメクタイトなどを挙げることができる。
【００２４】
またさらに、本発明者らの研究により、カリウムを組成に有する粘土鉱物が、微小な除去対象物を凝集させる効果が高いという知見を得た。特に、上述する凝集の作用の高いアルミニウムをその組成に含む粘土鉱物に、さらにカリウムを組成成分として含む粘土鉱物は、非常に良好な凝集作用を発揮するということがわかった。現在のところ、かかるメカニズムは明らかではない。ただし、天然物中に存在するカリウムは、カリウム―３９、カリウム―４０、カリウム―４１の核種が混合して存在しており、上記異なる核種のうちカリウム―４０は、存在比率は非常に僅かであるが、放射性同位元素であり、コバルト―６０よりも高いガンマ線を放射することが知られている。本発明者らは、このカリウム―４０より放射されるガンマ線による励起作用により、粘土鉱物から被処理水中へ溶出した金属イオンが活性化されイオン交換効率が高まり、この結果、粘土鉱物から金属イオンが活発に溶出されてこれが核となり、被処理水中の微小な除去対象物の凝集性が高められているのではないかと推察する。
【００２５】
上述する本願発明における粘土鉱物として、種々の粘土鉱物の例を挙げたが、本発明者らの検討により、特に緑泥石を用いることによって本発明の趣旨とする被処理水中の微細な除去対象物の凝集が効果的に行われることがわかった。
【００２６】
緑泥石は、一般的に片状または板状の形態を示し、単斜晶系の結晶構造をなすことを特徴とし、へき開が一方方向に顕著な粘土鉱物であり、地下で岩漿（Ｍａｇｍａ〜気圧３０００、温度２５００度、酸素のない状態）の状態で溶融しており、変成作用を受けた後に再結晶してできた変成岩である。特に、低温で生じた変成岩に多く含まれる。また黒雲母、輝石、角閃石、カンラン石などが変質を受けると緑泥石が生じる場合もある。緑泥石の色は、一般的に緑色であるが、無色、淡褐色、黄色のこともある。また多色性は弱い。その光学的性質は、光学性が二軸性であって、また屈折率は、α＝１．５７〜１．６７、β＝１．５７〜１．６９、γ＝１．５７〜１．６９であり、複屈折率が０．０００〜０．０２００であることが知られる。
【００２７】
また緑泥石と分類される粘土鉱物であっても、その化学組成は非常に多岐に及んでおり、１つの化学組成で特定できるものではないが、緑泥石と分類されるものは一般的にアルミニウムを組成に有するものは多いことが１つの特徴である。アルミニウムを組成中に有する緑泥石の化学組成式の例としては、
（Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ）６（Ｓｉ、Ａｌ）４Ｏ１０（ＯＨ）６
あるいは、
（Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ）１２（Ｓｉ、Ａｌ）８Ｏ２０（ＯＨ）１６
などが挙げられる。上記化学組成式は、緑泥石と分類されるもののごく一例であって、核成分の組成比率が異なるもの、あるいはまた上記金属であるアルミニウム、マグネシウム、鉄の一部または全部に替えて、カリウム、カルシウム、マンガン、チタンなどの他の金属成分が含有されるものも存在する。例えば、上述する化学組成式に類する組成の緑泥石であってカリウムなどの他の金属を含有する場合には、アルミニウムなどの金属の一部と入れ替えでカリウムイオンが含有される場合があると思われる。
【００２８】
尚、上述のとおり、粘土鉱物中に存在し得るカリウムの一部であるカリウム―４０は、他の金属イオンを活性化して、そのイオン交換効率を高める働きが期待されるところ、緑泥石でも、カリウムがその組成に含まれるものが存在し、かかるカリウムを組成中に含有する緑泥石は、本発明における粘土鉱物として非常に好ましく用いられる。
【００２９】
本発明に用いられる粘土鉱石は、上述において具体的に例示するような粘土鉱物、特にアルミニウムあるいはさらにカリウムをその組成に有する１種の粘土鉱物、あるいは２種以上の粘土鉱物を組み合わせて用いることができる。中でも、緑泥石が５０重量％以上１００重量％以下の割合で含まれていることが好ましい。また用いられる緑泥石としては、その組成中に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を５％濃度以上含有していることが望ましく、８％濃度以上有していることがより望ましい。またさらに、緑泥石の組成中に、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）が、０．５％濃度以上含有されていることが望ましく、０．７％濃度以上含有されていることがより望ましく、９％以上含有されていることが特に望ましい。尚、本発明においていう組成物の濃度（％）は、蛍光Ｘ線分析によって得られる各組成の濃度を意味する。
【００３０】
緑泥石が５０重量％以上１００重量％未満の場合には、該緑泥石と、他の任意の１種の粘土鉱物あるいは他の任意の２種以上の粘土鉱物の組合せで、本発明の粘土鉱物を構成することができる。他の任意の粘土鉱物としては、その粘土鉱物特有の作用や入手の容易さ、コストなどの種々の事情を勘案して適宜選択される。例えば、スメクタイトあるいはゼオライトなどの粘土鉱物は、緑泥石には劣るものの、被処理水中の微細な除去対象物の凝集が効果が高いので、これらの粘土鉱物と緑泥石との組合せは好ましい組合せの１つとして挙げられる。またゼオライトは、被処理水中のカドミニウムイオンや銅イオンなどの重金属イオン、あるいはアンモニウムイオンなどの吸着力が高いという特有の作用が知られる。したがって、本発明において被処理水中の微細な除去対象物を凝集させて除去するという機能に加えて、被処理水中の重金属イオンやアンモニウムイオンを吸着除去するという機能を付加させたい場合には、緑泥石とゼオライトとを用いて本発明における粘土鉱物を構成してもよい。
【００３１】
尚、本発明の粘土鉱物として、緑泥石と他の粘土鉱物との組み合わせなど、２種以上の粘土鉱物が用いられる場合には、これらの鉱物を１つの容器中に混合して充填してもよい。あるいはまた本発明の粘土鉱物として組み合わせて用いられる２種以上の粘土鉱物を、それぞれ分離して用いることもできる。たとえば、分離された複数の部屋を有する容器の各部屋に、それぞれの粘土鉱物を充填してもよいし、あるいは、複数の容器にそれぞれの粘土鉱物を充填し、これらの容器を連続的に並べて配置させてもよい。２種以上の組合せで用いられる粘土鉱物を、混合して用いるか、あるいは分離して用いるかは、主として、それらの粘土鉱物の使用期間（交換期間）を勘案して決定される。例えば、緑泥石と、ゼオライトとの組合せによって構成される粘土鉱物において、該ゼオライトに被処理水中の除去対象物を吸着除去させる作用を期待する場合には、ゼオライトは、緑泥石に比べて短い期間で交換することが望ましい。そのため、ゼオライトのみを容易に交換するためには、これらを別の部屋あるいは別の容器に分離して用いることが望ましい。
【００３２】
本発明において用いられる粘土鉱物の形状及び寸法は特に限定されず、被処理水中の微小な除去対象物を有意に凝集する効果を発揮できる形態であれば、水処理装置のスケールや、求められる浄化の程度、あるいは被処理水中に含有されることが予想される除去対象物の種類を勘案し、適宜決定してよい。
【００３３】
また採取された天然の粘土鉱物を所望の形状に加工する方法についても特に限定されない。例えば、採取された天然の粘土鉱物の塊を適当な方法で砕いてもよいし、あるいは、粉末にし、さらには該粉末をペレット形状にし焼成により焼き固めるなどの加工を施してもよい。本発明において望ましく用いられる緑泥石は、採取された天然の固まりを適当な大きさに粉砕し、これをそのまま使用することもできるが、例えばゼオライトのような柔らかい粘土鉱物は、５００℃程度の焼成工程を経て焼き固めてから使用することが好ましい。
【００３４】
より高い凝集作用を求める場合には、砕石された粘土鉱物のサイズを小さくし、全体の表面積を増大させることが望ましい。ただし、平均粒径が０．５ｃｍ未満の粉末状にすると、被処理水中に粘土鉱物自体が分散し、被処理水とともに流れてしまうため、定期的に補充していかなくてはならず、ランニングコストが増大する。これに対し、被処理水中に粘土鉱物自体を分散させなくとも、一定の大きさ以上の粘土鉱物を水処理経路に設置し、これに被処理水を接触させることにより、該粘土鉱物から金属イオンを溶出せしめ、該金属イオンの存在により上記凝集作用を充分に発揮させることができる。上記観点からは、本発明に用いられる粘土鉱物としては、塊状の粘土鉱物の平均粒径を０．５ｃｍ以上、好ましくは１．０ｃｍ以上、より好ましくは１．５ｃｍ以上となるよう砕石して得られた砕石粘土鉱物であることが好ましい。
【００３５】
上述のとおり粉末状ではなく、一定の大きさをもった粘土鉱物を水処理装置に設置することにより、設置された粘土鉱物から少しずつ金属イオンを溶出させることができるので、設置された粘土鉱物の量の減りが粉末の場合に比べて著しく遅くなる。したがって、粉末状の粘土鉱物であれば、継続的に補充する必要があるところ、上記好ましい寸法の砕石粘土鉱物であれば、一定期間毎に交換すればよく、コスト及びメンテナンス労力の上で非常に有利である。しかも、被処理水中の粘土鉱物の凝集作用の効果の半減期は、その塊の大きさや粘土鉱物の種類などによっても異なるが、約５年〜約２０年であるので、粘土鉱物の使用環境や、被処理水の種類、含まれる除去対象物の濃度や内容によっても異なるが、一度、本発明の水処理装置に設置された上記砕石粘土鉱物は、最長数年単位での継続使用が可能である。
【００３６】
一方、砕石粘土鉱物の大きさの上限は、特には限定されないが、被処理水中の微小な除去対象物を充分に凝集させ、また、被処理水の流動を妨げないという趣旨からは、１つずつの砕石粘土鉱物の平均粒径は、１０ｃｍ以下が望ましく、５ｃｍ以下であることがより望ましく、３ｃｍ以下であることが特に望ましい。上述する望ましい平均粒径の範囲であれば、本発明に用いられる粘土鉱物は、その大きさが均一であってもよいし、異なる平均粒径の砕石粘土鉱物が混合していてもよい。
【００３７】
上記砕石粘土鉱物と被処理水との接触は、内部を被処理水が通過可能な容器に砕石粘土鉱物を充填し、これを被処理水に接触可能な位置に配置すればよい。上記容器の例としては、該砕石粘土鉱物が通過できない大きさの孔径を有する袋、少なくとも側面の一部が該砕石粘土鉱物が通過できない大きさのメッシュで形成されるケース、あるいは、被処理水の導入口と排水口とが設けられており、該導入口より容器内に入水した被処理水が容器中の粘土鉱物に接触しながら容器中を流れて該排水口より排水されることが可能な容器を用いることができる。上記容器の態様に関する記載は、本発明に用いられる容器を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の態様の容器を本発明に用いることができる。
【００３８】
（ろ過装置について）
本発明において用いられるろ過装置は、特にその様式にとらわれず、現在知られる汎用のろ過装置を適宜選択することができる。ここで一般的に、ろ過装置は、その処理する被処理水の種類や、処理環境などによって選択され、また、除去の対象となるものの大きさや形状にしたがって、フィルターの孔径、あるいは砂ろ過装置における砂粒子間の間隙
のサイズが決定される。従来、被処理水中の微生物や金属粒子などの微小な除去対象物をろ過除去するためには、数μｍ未満、特にはナノメータサイズの孔径のフィルターが使用されていたことは上述のとおりである。
【００３９】
これに対し、本発明の水処理装置を設計する際にも、従来と同様の考え方で、非処理水の種類や処理環境などを勘案の上、粘土鉱物との接触によって形成される凝集体をろ過するためのろ過装置として、膜フィルターあるいは金属フィルターなどのフィルターを用いるタイプ、あるいは砂ろ過により除去対象物をろ過除去するタイプなどを適宜選択することができる。ただし、これらのろ過装置で除去する除去物と孔径などの考え方は、従来のろ過装置とは異なる。即ち、本発明は、上述するとおり、被処理水中に存在する微生物や金属粒子などの微小な除去対象物を凝集させて凝集体を形成することができる。かかる凝集体は、処理環境などにもよるが、数１０μｍ以上の大きさになる。このため被処理水中の微生物や金属粒子などの微小なものであっても、見かけ上、数１０μｍ以上のサイズの除去対象物とみなすことができる。したがって、本発明において粘土鉱物との接触によって形成される凝集体をろ過するためのろ過装置では、そのフィルターの孔径、あるいは砂ろ過装置において砂の粒子の寸法によって決定される砂粒子間の間隙のサイズは１０μｍ以上であってよい。
【００４０】
尚、上述は、本発明の水処理装置に、ナノサイズの孔径を有する限外ろ過膜などを用いたろ過装置を使用することを除外する意味ではない。例えば、本発明の水処理装置の一態様において、被処理水の循環路中に、上述する粘土鉱物を配置し、その下流側に、ろ過孔径が数１０μｍであるか、あるいは砂ろ過装置において砂の粒子の寸法によって決定される砂粒子間の間隙のサイズが数１０μｍであるろ過装置（以下、「ろ過装置１」ともいう）を設置し、さらにその下流側に、ナノサイズの孔径を有する限外ろ過装置（以下、「ろ過装置２」ともいう）を設置してもよい。かかる場合には、粘土鉱物との接触によって凝集した除去対象物の凝集体がまずろ過装置１においてろ過除去され、ろ過装置１を通り抜けた微小な除去対象物（該微小な除去対象物には、粘土鉱物に接触せず凝集しなかった微小な除去対象物などを含む。）などがろ過除去される。ろ過装置１において予め、微小な除去対象物の多くをろ過除去しているため、その下流側に設置されるろ過装置２では、その負荷が非常に小さく、結果として、ろ過装置２の逆洗浄や交換の期間を長くすることができる。
【００４１】
上述から明らかなとおり、数μｍ〜ナノサイズの微小な除去対象物を、見かけ上、数１０μｍ以上の除去対象物としてろ過除去することができることが、本発明の非常に大きな利点である。粘土鉱物との接触工程において、粘土鉱物を接触しないなどして凝集しなかった微小な除去対象物は、上述のとおり、さらに下流側に設置されるより目の小さいろ過装置によってろ過することもできるし、あるいは処理工程を１パスから２パス以上させるよう、循環回数を増加させることによっても、微小な除去対象物を高くすることができる。
【００４２】
上述では、水処理装置において、まず粘土鉱物が配置され、その下流側に、孔径が１０μｍ以上（あるいは砂粒子の間隙が１０μｍ以上）のろ過装置１が設置された例を示した。また任意でさらにろ過装置１の下流側にろ過装置２として限外ろ過膜を設置してよいことを述べた。ただし、上記例は本発明の水処理装置の態様を限定するものではない。
【００４３】
例えば、本発明の水処理装置の異なる態様としては、粘土鉱物を被処理水が流れる循環路に配置するのではなく、被処理水を貯水する貯水タンク中に配置することもできる。かかる態様において粘土鉱物の配置される位置は任意である。例えば、貯水タンクの天井から粘土鉱物の充填された容器を吊り下げてもよいし、あるいは貯水タンクの内側側面の少なくとも一部に内臓するように設置してもよい。また貯水タンクに貯水される被処理水と粘土鉱物との接触の確率を高めるために、該貯水タンク内において回転ばねを設け、貯水タンク中の被処理水を流動させることにより凝集作用を高めることが可能である。そして貯水タンクの排出口部分、あるいはさらに排出口に続く循環路に本発明におけるろ過装置を設置することによって、貯水タンク中で被処理水と粘土鉱物とが接触することによって形成されて凝集体をろ過除去することができる。
【００４４】
また、既存の水処理装置に、本発明の水処理装置を後付けすることも可能である。即ち、粘土鉱物との接触によって形成される凝集体をろ過することが可能な程度のろか装置（以下、「ろ過装置Ａ」ともいう）を既に有する既存の水処理施設において、本発明における粘土鉱物を設置することによっても、本発明を完成することが可能である。かかる場合には、ろ過装置Ａの孔径あるいは砂粒子の間隙のサイズは、１０μｍ以上１００μｍ程度が望ましい。既存の水処理装置に本発明における粘土鉱物を設置して本発明を完成した場合に、粘土鉱物設置前の既存の水処理装置に対し、さらに享受し得る効果としては、既存の水処理装置のタイプによって以下のとおり２つに大別される。
【００４５】
第一のタイプとしては、水処理装置に、ろ過装置Ａよりも孔径の小さいろ過装置が設置されていなかった既存の水処理装置に本発明の粘土鉱物を設置して、本発明を完成させた場合である。かかる場合には、既存の水処理装置にではろ過除去できなかった（即ち、ろ過装置Ａではろ過除去できなかった）微小な除去対象物を、ろ過除去することができるという効果が発揮される。
【００４６】
第二のタイプとしては、水処理装置に、ろ過装置Ａよりも孔径の小さいろ過装置（ろ過装置ａ）が設置されている既存の水処理装置に本発明の粘土鉱物を設置して、本発明を完成させた場合である。かかる場合には、ろ過装置ａでしかろ過除去できなかった微小な除去対象物をろ過装置Ａにおいてもろ過除去可能となり、ろ過装置ａの負荷を軽減することができ、ろ過装置ａの逆洗浄、あるいはフィルターの交換の回数が少なくなるという効果を享受する。
【００４７】
尚、上述する本発明の説明では、粘土鉱物と、これに被処理水が接触することにより形成される凝集体をろ過するろ過装置、あるいはさらに異なる別のろ過装置を備える態様について説明した。しかし、本発明の水処理装置あるいは水処理方法において、一般的に従来の水処理装置あるいは水処理方法において実施されるさらなる別の機能を発揮する装置あるいは工程を適宜、備えることを除外するものではない。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
男子大浴場の浴槽の使用後の風呂水が循環する配管φ５ｃｍの流路に、粘土鉱物とろ過装置とを設置して、本発明の水処理装置を作成し実施例１とした。実施例１は、具体的には、以下のとおり作成した。
【００４９】
まず粘土鉱物として、下記表１に示される組成を同表に示される比率で含有する緑泥石を９０％以上含む塊状の天然の粘土鉱物を、平均粒径が約１ｃｍ以上約３ｃｍ程度の大きさに砕石して、２５ｋｇの砕石粘土鉱物を得た。尚、表１に示す粘土鉱物の組成分析結果は、蛍光Ｘ線分析（卓上型蛍光Ｘ分析装置  ＳＥＡ−２０１０Ｌ  セイコー電子工業株式会社製）によるものである。また後述する実施例２において示す表２においても同様である。
【００５０】
【表１】
0004676996.tif 000002
【００５１】
上記砕石粘土鉱物を充填するための容器として、断面形状が直径２５ｃｍの円形であって高さ約７０ｃｍの円筒形の金属容器を準備した。該金属容器には、砕石粘土鉱物を出し入れするための開閉可能な扉部と、側面下方に位置する被処理水導入口、側面上方に位置する被処理水排出口を設けた。そして、上記扉部から、上記砕石粘土鉱物２０ｋｇを充填し、配管を上記被処理水導入口及び上記被処理水排出口に連結した。
【００５２】
またろ過装置として、砂ろ過装置を用いた。該砂ろ過装置は、一般的に入手可能な砂ろ過装置であって、側面下部側に被処理水導入口が設けられており、側面上部側に被処理水排出口が設けられており、下から上に向けて、順次砂の粒子径が小さくなるよう、適当な砂が充填されているタイプのものである。上部領域に充填される砂粒子間の間隙は約５０μｍ前後である。そして上記粘土鉱物が充填された容器の下流側において、該砂ろ過装置の側面下部側の被処理水導入口及び側面上部側の被処理水排出口とをそれぞれ配管と連結し、実施例１を完成した。
【００５３】
上記実施例１の循環の概略は、浴槽から排出される被処理水（使用後の風呂水）が、金属容器中をとおり、次いで、ろ過装置をとおり、再度、浴槽に戻される経路になっている。そして被処理水が配管中を１〜２ｍ／秒程度の速度で循環するよう、循環路の途中にポンプが設けられている。また上述する浴槽の循環路には、間隙または孔径が５０μｍ未満のろ過装置は用いなかった。
【００５４】
（評価１）
循環路中に実施例１を設けた男子大浴場の浴槽において、使用後の風呂水を７時間の間に浴槽〜循環路〜浴槽で循環１回とし、数回循環させて、風呂水の処理を終了させた。そして、処理の開始時における浴槽中の風呂水（即ち未処理の被処理水）と、処理終了時における風呂水（即ち処理後の処理水）を採取し、全有機炭素量を測定し、風呂水における微生物などの有機物の量を確認した。尚、全有機炭素量は、ＪＩＳ  Ｋ０１０１に準じて測定した。
【００５５】
その結果、処理前の風呂水の全有機炭素量は、３．３（ｍｇ／ｌ）だったのに対し、処理後の風呂水の全有機炭素量は２．８（ｍｇ／ｌ）であり、処理後の風呂水では処理前と比較して有意に全有機炭素量が低下していた。このことから、風呂水中の微生物などの有機物が本発明の水処理装置においてろ過除去されたことが確認された。実施例１におけるろ過装置は、砂粒子間の間隙が最も小さいサイズにおいても約５０μｍ前後であることから、通常であれば数μｍサイズの微生物は通過してしまうところ、上述のとおり、明らかに全有機炭素量が減少していることから、非処理水が粘土鉱物に接触して凝集して見かけ上、５０μｍ以上の大きさの凝集体を構成し、この結果、上記砂ろ過装置において、ろ過除去されたと理解される。
【００５６】
（実施例２）
冷却水の循環路中に循環中の冷却水を一端貯水するための貯水槽を備える循環経路において、該貯水槽中に粘土鉱物を設置するとともに、該貯水槽に続く下流側の配管にろ過装置を設置して、本発明の水処理装置を作成し実施例２とした。実施例２は、具体的には、以下のとおり作成した。
【００５７】
まず粘土鉱物として、下記表２に示される組成を同表に示される比率で含有する緑泥石を９０％以上含む塊状の粘土鉱物を平均粒径が約１ｃｍ以上約３ｃｍ程度の大きさに砕石して砕石粘土鉱物を得た。
【００５８】
【表２】
0004676996.tif 000003
【００５９】
上記砕石粘土鉱物を充填するための容器として、断面形状が直径１０ｃｍの円形であって高さ約２０ｃｍの円筒形の金属容器を準備した。該金属容器には、砕石粘土鉱物を出し入れするための開閉可能な扉部が設けられており、その側面略全面は０．５ｃｍのメッシュで形成されており、被処理水が金属容器内を通過可能とした。また、上記金属容器は、貯水槽の天井部から吊り下げ可能となるように、その側面に２本のチェーンを設けた。おそして上記金属容器に、上記緑泥石と上記角閃石の混合物を充填後、貯水槽中に該金属容器を吊り下げた。尚、上記貯水槽には、貯水槽側面下方に、冷却水導入口が設けられており、一方、側面上方に冷却水排出口が設けられている。
【００６０】
また実施例２において使用するろ過装置としては、孔径１０μｍの金属多孔体である金属フィルターを備えるろ過装置を用いた。該砂ろ過装置は、一般的に入手可能な金属フィルター使用のろ過装置である。また上述する冷却水の循環路には、間隙または孔径が１０μｍ未満のろ過装置は用いなかった。
【００６１】
尚、上記実施例２において処理される冷却水は、樹脂成形用の金型を冷却するための冷却水であって、該金型の側面に縦横に設けられる微小な溝を通過する際に、該金型を介して金型内の樹脂成形体を冷却するものである。冷却水は、金型に設けられた水を通過後、循環ポンプの設けられた循環路を循環し、一端、貯水槽に入り、適温まで温度を下げられた後、貯水槽を出て、循環路をとおり、再度金型へと循環される。上述のとおり、該冷却水は、金型に直接接触しながら循環するため、金型の金属成分が冷却水中に溶出され汚染される。
【００６２】
（評価２）
実施例２の水処理装置を設置した状態で３週間、循環路を循環させながら金型の冷却を行った冷却水を採取しサンプル１とした。そしてサンプル１の鉄含有量及び銅含有量を、ＪＩＳ  Ｋ０１０１に準じて測定した。また対象サンプルとして、実施例２の水処理装置を設置する直前の循環路中の未処理の冷却水を採取しサンプル２とした。そして上述と同様にサンプル２の鉄含有量と銅含有量を測定した。
【００６３】
その結果、未処理の冷却水であるサンプル２では、鉄が５．２７（Ｆｅ  ｍｇ／ｌ）、銅が１．２２（Ｃｕ  ｍｇ／ｌ）含有されていることが確認された。これに対し、３週間、実施例２の水処理装置が設置された循環路を循環しながら金型の冷却を行った冷却水であるサンプル１は、鉄が０．１３（Ｆｅ  ｍｇ／ｌ）、銅が０．０１（Ｃｕ  ｍｇ／ｌ）しか含有しておらず、実施例２を設置する前の冷却水サンプル２よりも、著しく鉄及び銅の含有量が減少していることが確認された。また目視で、冷却水を観察した結果、サンプル２は、半透明の茶褐色に呈色していたが、実施例２を設置して３週間後のサンプル１は透明であった。
【００６４】
冷却水中の鉄成分及び銅成分が、本発明の水処理装置を使用する前後において著しく減少するという上述の結果より、これら金属成分が、本発明の水処理装置である実施例２において除去されたことが示された。金属成分をろ過除去する際には、一般的に、１μｍ以下０．０３μｍ以上の孔径のろ過装置を用いるところ、孔径が１０μｍの金属多孔体を用いていることから、鉄及び銅を含有する冷却水が、該金属多孔体より上流側に設置される粘土鉱物に接触し、鉄および銅が、他の微小成分とともに凝集し、見かけ上の大きさが１０μｍを上回ったことによることが示唆された。さらに考察すれば、このとき、粘土鉱物からは、正の電荷の金属イオンが冷却水中に溶出し、まず、負の電荷の微小成分が該正の電荷の金属イオンに引き付けられて凝集し、これによって、凝集体の表面が負の電荷で支配されたところ、冷却水中で正の電荷を有する金属イオンとして存在する鉄及び銅が、上記凝集体の表面にさらに引き付けられて、より大きな凝集体を形成したものと思われる。