(57)【要約】【課題】混合して一液化しても保管が容易な水処理用複合凝集剤溶液を提供し、装置構成が簡便で、かつ、造水コスト（ランニングコスト）が低い水処理装置を提供する。【解決手段】被処理水１中の不純物を除去するための２種類以上の凝集剤（無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含む。）を含む水処理用複合凝集剤溶液を用いる。不純物を含む被処理水１を導入する取水部１０１と、凝集剤タンクに貯留した水処理用複合凝集剤溶液を被処理水１に添加する凝集部１０２と、水処理用複合凝集剤溶液の添加により被処理水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部１０３とを備えた水処理装置１００を用いる。【選択図】図１Ａ
2013237003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中の不純物を除去するための２種類以上の凝集剤を含む溶液であって、前記２種類以上の凝集剤は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含むことを特徴とする水処理用複合凝集剤溶液。
【請求項２】
前記無機系凝集剤は３価の金属イオンを含み、前記有機系凝集剤はアニオン性高分子を含むことを特徴とする請求項１記載の水処理用複合凝集剤溶液。
【請求項３】
水素イオン濃度が3以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理用複合凝集剤溶液。
【請求項４】
不純物を含む被処理水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤溶液を前記被処理水に添加する凝集部と、前記凝集剤溶液の添加により前記被処理水に生じた前記不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部とを備え、前記凝集剤溶液は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含む溶液であることを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
前記凝集部は、前記被処理水を貯留する凝集槽を有し、この凝集槽には、前記凝集剤タンクが接続されていることを特徴とする請求項４記載の水処理装置。
【請求項６】
前記凝集剤タンクは、前記被処理水が流れる配管に接続されていることを特徴とする請求項４記載の水処理装置。
【請求項７】
さらに、前記被処理水と前記複合凝集剤溶液との混合液にアルカリ性水溶液又は酸性水溶液を添加して前記混合液の水素イオン濃度を調整するpH調整部を含むことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項８】
さらに、前記被処理水から前記凝集物を除去した水に含まれる塩類を除去する脱塩部を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記凝集剤タンクは、１個であることを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記pH調整部は、前記混合液を中性に調整することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記被処理水は海水であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
不純物を含む被処理水を導入する取水工程と、前記被処理水に凝集剤溶液を添加する凝集剤添加工程と、前記凝集剤溶液の添加により前記被処理水に生じた前記不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去工程とを含む水処理方法であって、前記凝集剤溶液は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含む溶液であることを特徴とする水処理方法。
【請求項１３】
前記取水工程は、前記被処理水を凝集槽に導入する工程であり、前記凝集剤添加工程は、前記凝集槽に前記凝集剤溶液を添加する工程であることを特徴とする請求項１２記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記凝集剤添加工程は、配管を流れる前記被処理水に前記凝集剤溶液を添加する工程であることを特徴とする請求項１２記載の水処理方法。
【請求項１５】
さらに、前記被処理水と前記複合凝集剤溶液との混合液にアルカリ性水溶液又は酸性水溶液を添加して前記混合液の水素イオン濃度を調整するpH調整工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項１６】
さらに、前記被処理水から前記凝集物を除去した水に含まれる塩類を除去する脱塩工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項１７】
前記pH調整工程は、前記混合液を中性に調整することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の水処理方法。
【請求項１８】
前記被処理水は海水であることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物や無機物の不純物を含有する原水に添加して当該不純物を凝集沈殿させ除去する複合凝集剤溶液並びにこれを用いた水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水などの自然水から飲料水や用水を製造する浄水技術は、凝集沈殿法などの化学的手法及び砂ろ過法などの物理的手法が考えられてきた。
【０００３】
ろ過法としては、精密ろ過膜（MF）や限外ろ過膜（UF）等も用いられ、より細かな不純物も除去可能である。この場合に、凝集剤を併用することにより、ろ過膜を通過する細かい不純物の粒径を大きくし、膜ろ過における不純物除去性能を向上することも行われている。
【０００４】
一方、近年、中東やアジアなどを初めとした世界各国で水不足が課題となっている。これに対応するため、海水を脱塩して飲料水や用水を製造する海水淡水化技術が注目され、実用化され始めている。海水淡水化の方法としては、海水を加熱して水分を蒸発させ、蒸気を冷却することにより、淡水を得る蒸発法が行われてきた。海水の塩分濃度や有機物濃度に影響を受けないメリットなどがあり、従来主流であった。
【０００５】
しかし、蒸発法は、エネルギー効率が悪く、コストがかかるため、より効率的な手法が望まれている。現在では、逆浸透膜（RO膜）を用いた膜ろ過により脱塩し、淡水を得る逆浸透法が主流になり始めている。
【０００６】
しかしながら、逆浸透法を用いた場合、海水中の有機物や無機物などの不純物がRO膜を汚染するため、ろ過性能が低下し、RO膜を交換する必要が生じる。これが装置の造水コストを増加させる要因となっている。
【０００７】
上記のRO膜の汚染防止には、RO膜に海水を通す前に、濁質物質、有機物等を除去する適切な前処理を行う必要がある。前処理の方法としては、浄水処理と同様に、UFやMFによる膜ろ過、活性炭などの吸着剤の利用、凝集剤の使用などが検討されている。
【０００８】
一般に、砂ろ過や膜ろ過による水処理においては、凝集剤を添加することにより、ろ過処理工程を効率化することができる。
【０００９】
排水処理や浄水処理における代表的な凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（PAC）や塩化鉄などの多価の金属イオン（陽イオン）を利用した無機系凝集剤、多価イオンを有する水溶性の高分子を利用した有機系凝集剤（高分子凝集剤）などがある。これらは、水中に含まれる電荷を帯びた不純物を凝集沈殿により除去する。なお、無機系及び有機系のうち一方の凝集剤を適用しても十分な効果が得られない場合、無機系及び有機系の凝集剤を併用することにより、凝集効果を高めることができる場合がある。
【００１０】
上記の通り、凝集剤は、大きくは無機系と有機系とに分類される。このうち、無機系凝集剤は、PACや塩化鉄などであり、有機系凝集剤は、カチオン系、アニオン系又はノニオン系の高分子である。現在では、様々な水質の水処理のために、数百種類にも及ぶ非常に多くの凝集剤が市販されている。
【００１１】
凝集剤は、処理する水の水質によって決定されるが、無機系凝集剤及び高分子凝集剤のいずれか一方を用いる場合が多い。一方で、両者を併用する場合もあり、一般に、無機系凝集剤だけで十分な凝集除去効果が得られない場合には、両者を併用することにより効果を高めることができるとされている。
【００１２】
無機系及び有機系の凝集剤を併用する公知例として、特許文献１には、原水に、PAC、硫酸バンド、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄等の無機系凝集剤と、カチオン系、アニオン系、ノニオン系の高分子凝集剤と、フロック化した懸濁物質に重量を付与しその沈降を補助するための活性炭等の重量剤とを添加し、必要に応じてpH調整剤を添加する凝集処理法が開示されている。
【００１３】
特許文献２には、２種類の凝集剤を２つの凝集槽を用いて原水に添加する方法であって、それぞれ異なる水質指標に応じて凝集条件を制御する不純物の凝集方法が開示されている。
【００１４】
特許文献３には、１つの中和・凝集槽を用いて、原水に無機凝集剤を添加するとともに、高分子凝集剤を含む返送汚泥を添加して凝集反応を行わせる凝集工程を含む純水製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−３２４１４８号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４７２３号公報
【特許文献３】特開平１１−１０４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、混合して一液化しても保管が容易な水処理用複合凝集剤溶液を提供し、装置構成が簡便で、かつ、造水コスト（ランニングコスト）が低い水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、被処理水中の不純物を除去するための２種類以上の凝集剤を含む水処理用複合凝集剤溶液を用いることを特徴とする。当該２種類以上の凝集剤には、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含まれる。
【００１８】
また、本発明の水処理装置は、不純物を含む被処理水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した上記の水処理用複合凝集剤溶液を被処理水に添加する凝集部と、水処理用複合凝集剤溶液の添加により被処理水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２種類以上の異なる凝集剤を一液化した複合凝集剤溶液を水処理装置に適用できるため、装置構成を簡略化することができ、イニシャルコスト及びランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】実施例の水処理装置を示す概略構成図である。
【図１Ｂ】図１Ａの水処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１Ｃ】図１Ａの水処理装置の変形例を示す概略構成図である。
【図２Ａ】凝集槽を備えた凝集部を示す模式構成図である。
【図２Ｂ】凝集部の配管を示す模式構成図である。
【図２Ｃ】図２Ａの変形例を示す模式構成図である。
【図３】pH調整部を示す模式構成図である。
【図４Ａ】凝集槽を備えた凝集部における処理工程を示す模式図である。
【図４Ｂ】凝集部の配管における処理工程を示す模式図である。
【図５Ａ】pHが高い場合の凝集剤の作用を示す模式図である。
【図５Ｂ】pHが低い場合の凝集剤の作用を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、有機物及び無機物である不純物を含有する原水に添加することにより不純物を凝集沈殿させ除去する凝集剤溶液（水処理用複合凝集剤溶液）及びこれを用いた水処理装置並びに水処理方法に関する。詳しくは、無機系凝集剤と高分子凝集剤（有機系凝集剤）とを併用した不純物除去率の高い複合凝集剤溶液及びこれを用いた水処理に関する。当該複合凝集剤溶液を用いることにより、低コストで処理水を得ることが可能となる。
【００２２】
なお、本明細書において複合凝集剤溶液（水処理用複合凝集剤溶液）とは、無機系凝集剤と、イオン性高分子材料であるカチオン系、アニオン系若しくはノニオン系の高分子凝集剤、両極性高分子凝集剤などの有機系凝集剤とを混合した溶液をいう。無機系凝集剤又は有機系凝集剤は、同種、異種に関わらず２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る水処理用複合凝集剤溶液並びにこれを用いた水処理装置及び水処理方法について説明する。
【００２４】
前記水処理用複合凝集剤溶液は、被処理水中の不純物を除去するための２種類以上の凝集剤を含む溶液であって、２種類以上の凝集剤は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含むことを特徴とする。ここで、無機系凝集剤及び有機系凝集剤は、水溶液に溶解していることが望ましいが、無機系凝集剤及び有機系凝集剤の飽和溶液に更に無機系凝集剤及び有機系凝集剤を固体のまま分散した溶液を用いてもよい。この場合、当該溶液を被処理水に添加すると、被処理水が溶媒となるため、固体成分を溶解することができる。また、無機系凝集剤及び有機系凝集剤は、水又は海水に溶解するカプセルに封入されていてもよい。さらに、無機系凝集剤と有機系凝集剤とが別々のカプセルに封入されていてもよい。
【００２５】
前記水処理用複合凝集剤溶液において、無機系凝集剤は３価の金属イオンを含み、有機系凝集剤はアニオン性高分子を含むことが望ましい。
【００２６】
前記水処理用複合凝集剤溶液においては、水素イオン濃度が3以下であることが望ましい。
【００２７】
前記水処理装置は、不純物を含む被処理水を導入する取水部と、凝集剤タンクに貯留した凝集剤溶液を被処理水に添加する凝集部と、凝集剤溶液の添加により被処理水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去部とを備え、凝集剤溶液は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含む溶液であることを特徴とする。
【００２８】
前記水処理装置において、凝集部は、被処理水を貯留する凝集槽を有し、この凝集槽には、凝集剤タンクが接続されていることが望ましい。
【００２９】
前記水処理装置において、凝集剤タンクは、被処理水が流れる配管に接続されていることが望ましい。
【００３０】
前記水処理装置は、さらに、被処理水と複合凝集剤溶液との混合液にアルカリ性水溶液又は酸性水溶液を添加して混合液の水素イオン濃度を調整するpH調整部を含むことが望ましい。
【００３１】
前記水処理装置は、さらに、被処理水から凝集物を除去した水に含まれる塩類を除去する脱塩部を含むことが望ましい。
【００３２】
前記水処理装置において、凝集剤タンクは、１個であることが望ましい。
【００３３】
前記水処理装置において、pH調整部は、混合液を中性に調整することが望ましい。
【００３４】
前記水処理装置において、被処理水は、逆浸透（RO）に供給可能な水であればよく、海水、河川水、地下水又は下水でもよい。このうち、特に、海水が望ましい。
【００３５】
前記水処理方法は、不純物を含む被処理水を導入する取水工程と、被処理水に凝集剤溶液を添加する凝集剤添加工程と、凝集剤溶液の添加により被処理水に生じた不純物を含む凝集物を除去する凝集物除去工程とを含む水処理方法であって、凝集剤溶液は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤を含む溶液であることを特徴とする。
【００３６】
前記水処理方法において、取水工程は、被処理水を凝集槽に導入する工程であり、凝集剤添加工程は、凝集槽に凝集剤溶液を添加する工程であることが望ましい。
【００３７】
前記水処理方法において、凝集剤添加工程は、配管を流れる被処理水に凝集剤溶液を添加する工程であることが望ましい。
【００３８】
前記水処理方法は、さらに、被処理水と複合凝集剤溶液との混合液にアルカリ性水溶液又は酸性水溶液を添加して混合液の水素イオン濃度を調整するpH調整工程を含むことが望ましい。
【００３９】
前記水処理方法は、さらに、被処理水から凝集物を除去した水に含まれる塩類を除去する脱塩工程を含むことが望ましい。
【００４０】
前記水処理方法において、pH調整工程は、混合液を中性に調整することが望ましい。
【００４１】
前記水処理方法において、被処理水は海水であることが望ましい。
【００４２】
以下、前記水処理用複合凝集剤溶液を用いる水処理装置について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
図１Ａ〜１Ｃは、水処理装置の構成の概略を模式的に示した図である。
【００４４】
図１Ａは、最も簡素な例であり、河川等の淡水を処理する場合を示したものである。
【００４５】
本図においては、水処理装置１００は、取水部１０１、凝集部１０２及び凝集物除去部１０３を含む構成である。被処理水１が淡水であるため、脱塩部はなくてもよい。被処理水１は、取水部１０１、凝集部１０２及び凝集物除去部１０３を順に通過する過程で不純物が除去され、浄水となる。
【００４６】
図１Ｂは、脱塩部を設けた例であり、海水等、塩分を含む水を処理する場合を示したものである。
【００４７】
本図においては、水処理装置１００は、取水部１０１、凝集部１０２、凝集物除去部１０３及び脱塩部１０４を含む構成である。被処理水５１は海水である。被処理水５１は、取水部１０１、凝集部１０２、凝集物除去部１０３及び脱塩部１０４を順に通過する過程で不純物が除去され、淡水となる。
【００４８】
図１Ｃは、図１Ｂに示す構成にpH調整部を設けた例である。
【００４９】
本図においては、水処理装置１００は、凝集部１０２と凝集物除去部１０３との間にpH調整部１０５が設けてある。被処理水５１は海水である。被処理水５１は、取水部１０１、凝集部１０２、pH調整部１０５、凝集物除去部１０３及び脱塩部１０４を順に通過する過程で不純物が除去され、淡水となる。
【００５０】
以下、各部の詳細について説明する。
【００５１】
（取水部）
図１Ａ〜１Ｃに示す取水部１０１は、被処理水を水処理装置内に引き込む役割を担う。ポンプの種類は、非容積（ターボ形）ポンプ、容積ポンプ、その他特殊ポンプなど、特に限定されるものではない。具体的には、マグネットポンプ、プランジャーポンプ、スクリューポンプ、ダイヤフラムポンプ、ディフューザポンプ、ギヤポンプ、ねじポンプ、ピストンポンプ、ロータリーポンプ、チューブポンプ、水中ポンプなどが挙げられる。上記した以外のポンプでも使用可能である。
【００５２】
（凝集部）
図１Ａ〜１Ｃに示す凝集部１０２は、凝集槽を備えたもの及び配管に凝集剤を注入（添加）するものの２種類がある。
【００５３】
図２Ａは、凝集槽を備えた凝集部１０２を示したものである。
【００５４】
本図において、凝集部１０２は、複合凝集剤保管槽３（凝集剤タンク）と凝集槽５とを含む構成である。複合凝集剤保管槽３には、２種類以上の凝集剤を複合化した（混合又は分散して一液化した）複合凝集剤９が入れてある。凝集槽５は、撹拌機構６と水中ポンプ７とを備えている。凝集槽５には、被処理水導入用配管４から被処理水１を導入し、滴下ノズル１０を介して複合凝集剤９を凝集槽５に注入するようになっている。撹拌機構６は、被処理水１と複合凝集剤９とを十分に混合して凝集槽５内の濃度を一様にするためのものであり、本図に示すようなプロペラ型だけでなく、ポンプ水流、流入する水の流れ等を利用するものでもよい。
【００５５】
凝集物を含む被処理水１は、配管８を介して凝集物除去部１０３に送られる。なお、ここで用いた水中ポンプ７は一例であり、モータ等の動力部を凝集槽５の外部に設けたポンプを用いてもよい。
【００５６】
本図に示す凝集部１０２において、複合凝集剤９の滴下速度や複合凝集剤保管槽３内の複合凝集剤９の量などは、制御部で管理され、自動で制御されている。なお、複合凝集剤９は、連続的に注入してもよいし、コック１１の開閉によって断続的に注入してもよい。また、コック１１の開度を調節して注入量を変動させてもよい。断続的に注入する場合、滴下直後は複合凝集剤をよく分散させるために撹拌機構６で急速撹拌する。その後は、凝集物を効率よく形成するため、緩やかに撹拌することが望ましい。
【００５７】
通常、複合凝集剤保管槽３に凝集剤を水溶液として供給するが、複合凝集剤保管槽３に溜めた水に固体状の凝集剤を供給し、複合凝集剤保管槽３で溶解することも可能である。その場合は、複合凝集剤保管槽３に給水管、各凝集剤を供給するためのフィーダ、及び複合凝集剤９を撹拌するための撹拌機構を設ける。この撹拌機構は、２種類以上の凝集剤を混合する際にも使用することができる。
【００５８】
さらに、撹拌機構６の有無に関わらず、複合凝集剤９を簡便に被処理水１中に分散させるため、滴下ノズル１０を複数に配置することは効果的であり望ましい。
【００５９】
また、複合凝集剤９は酸性であることが望ましく、複合凝集剤保管槽３や滴下ノズル１０は耐酸性材料で構成されていることが望ましい。耐酸性材料としては、例えば、耐酸性ステンレス鋼、耐酸性樹脂材料などが挙げられる。しかし、ここに挙げた材料以外にも、耐酸性を有し、複合凝集剤９を保管できる材料であれば、上記の限りではない。
【００６０】
図２Ｃは、図２Ａの変形例を示す模式構成図である。
【００６１】
本図に示す滴下ノズル１０には、図２Ａに示すコック１１の代わりにポンプ２１１を設けてある。他の構成は、図２Ａに示す構成と同様である。
【００６２】
ポンプ２１１のオンオフにより、複合凝集剤９の注入を制御することができる。また、ポンプ２１１は、そのモータの回転数を制御することにより流量を調節可能な構成としてもよい。
【００６３】
一方、凝集部１０２は、凝集槽５を用いず、配管を流れる被処理水１に複合凝集剤９を直接添加して処理することも可能である。
【００６４】
図２Ｂは、凝集部の配管を示す模式構成図である。
【００６５】
本図において、凝集部１０２は、被処理水１が流れる配管１４に複合凝集剤保管槽３から滴下ノズル１０を介して複合凝集剤９を直接注入するようにしてある。コック１１によって複合凝集剤９の注入量を調節することもできるようなっている。
【００６６】
この場合、凝集物を効率よく生じさせるためには、配管１４などに工夫が必要である。例えば、配管１４の内壁に突起を形成することや配管１４の太さを段階的に細くすることなどが挙げられる。
【００６７】
（pH調整部）
図１Ｃに示すpH調整部１０５は、複合凝集剤９を添加した被処理水５１（混合液）の水素イオン濃度（pH）を調整するものである。
【００６８】
図３は、pH調整部１０５の構成を模式的に示したである。
【００６９】
本図において、pH調整部１０５は、酸性又はアルカリ性のpH調整液１７を保管するpH調整液保管槽１６と、配管１１４に接続された注入ノズル１８と、コック１９とを含む構成である。この構成により、配管１１４を流れる被処理水１３１にpH調整液１７を注入することができる。なお、注入ノズル１８は、酸やアルカリの飛散を防止する観点から、被処理水１３１を通水する配管１１４に直接接続されていることが望ましい。また、複数の注入ノズル１８を設け、複数の箇所からpH調整液１７を分散して注入することが望ましい。
【００７０】
複合凝集剤９は強酸性であることが望ましいため、複合凝集剤９を添加した後の被処理水１３１が酸性になることが多く、通常、pH調整液１７はアルカリ性溶液を用いる。具体的には、水酸化ナトリウム水溶液などである。
【００７１】
一方、複合凝集剤９の添加量や被処理水の液性などから、複合凝集剤９を添加した後の被処理水１３１がアルカリ性となることも想定される。その場合、pH調整液保管槽１６には、酸性溶液を入れておいてもよい。具体的には、塩酸水溶液などである。
【００７２】
pH調整部１０５にもう一つの保管槽を設置して、アルカリ性溶液及び酸性溶液を準備してもよい。さらに、pH調整部１０５は、被処理水１３１の液性を検出して自動で最適量の酸性溶液又はアルカリ性溶液を注入するようにすることも可能である。なお、pHは、pH調整部１０５にて中性に調整する。ここで、本明細書において中性とは、pH6〜8をいう。
【００７３】
pH調整部１０５は、図１Ｃに示す被処理水５１が海水の場合、海水の一部を電気分解することによって得られる水酸化ナトリウムを利用することも可能である。これは、薬液を使用しないという点で望ましい。
【００７４】
また、pH調整部１０５は、図１Ｃに示すように、凝集部１０２の下流側に隣接して設置し、複合凝集剤９を添加し、一様に分散した直後にpH調整を行うことが望ましい。
【００７５】
さらに、pH調整部１０５は、凝集部１０２の内部に設置してもよい。この構成によれば、pHの調整の精度を向上することができ、供給する凝集剤の量を適切な量に調節することが容易となる。
【００７６】
（凝集物除去部）
図１Ａ〜１Ｃに示す凝集物除去部１０３は、複合凝集剤９の添加により生成した凝集物を除去するものであり、主にろ過により実施される。ろ過の方式は、砂ろ過、マルチメディアフィルタろ過、精密ろ過、限外ろ過などが挙げられる。凝集物の形状や凝集物の強度などにより適切なろ過法を選択する必要がある。なお、デカンテ―ション等による上澄み回収や磁気分離など、ろ過ではなくとも凝集物の除去が可能な方法であれば、いずれの方式も凝集物除去部１０３に適用可能である。
【００７７】
（脱塩部）
図１Ｂ及び１Ｃに示す脱塩部１０４は、被処理水中に含まれる塩類を除去し、淡水化するものである。脱塩の方式は、逆浸透（RO）膜法や正浸透（FO）膜法など、半透膜を用いた部が一般的である。また、これらの膜は、様々な材質や形状が考案されているが、本発明は材質や形状に制限されず、脱塩機能を有するものであれば、本発明の脱塩部１０４に適用することが可能である。
【００７８】
（複合凝集剤）
複合凝集剤９は、無機系凝集剤、高分子凝集剤、有機低分子凝集剤その他の凝集剤を少なくとも２種類以上含有している。これらの凝集剤は、混合した際に凝集物を形成せず、透明かつ均一な溶液であることが望ましい。
【００７９】
具体的な凝集剤は下記の通りである。
【００８０】
無機系凝集剤は、ポリ塩化アルミニウム（PAC）、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド系凝集剤、ポリスルホン酸系凝集剤、ポリアクリル酸系凝集剤、ポリアクリル酸エステル系凝集剤、ポリアミン系凝集剤、ポリメタクリル酸凝集剤などが挙げられる。また、有機系の低分子凝集剤（凝結剤）等も複合凝集剤に使用可能である。
【００８１】
なお、上記の凝集剤は、代表的な凝集剤であり、本発明においてはこれらに限定されることはなく、凝集剤として機能する金属イオン、イオン性高分子、イオン性有機化合物などであれば用いることが可能である。
【００８２】
さらに、高分子凝集剤の分子量にも制限はない。特に、カチオン系凝集剤とアニオン性凝集剤をと複合化した複合凝集剤９は、水中の負電荷および正電荷を有する不純物の両者を凝集除去可能であることから望ましい。また、カチオン系凝集剤とアニオン系凝集剤との組成比を変えることにより各々の水に対して最適な凝集作用を発現させることができる。
【００８３】
さらに、カチオン系凝集剤とアニオン性高分子とを用いる場合、凝集物を形成せずに両者を一液として安定的に保持するためには、水溶液を酸性にし、アニオン性高分子に有する酸性基の解離を妨げ、イオン化を抑制する必要がある。なお、本明細書において酸性とは、pHが6未満であることをいう。また、複合凝集剤９は、その安定性の観点から、pH3以下が好ましく、その性能の観点からは、pH2以下が好ましい。
【００８４】
複合凝集剤９を作製する際の順序に制限はないが、アニオン性高分子と無機系凝集剤との相互作用を抑制する観点から、アニオン性高分子凝集剤水溶液を塩酸水溶液などで酸性にした後、無機系凝集剤を添加することが好ましい。
【００８５】
（凝集方法）
図４Ａは、凝集槽を備えた凝集部における処理工程を示したものである。
【００８６】
本図においては、まず、(a)被処理水導入用配管４を介して凝集槽５に一定量の被処理水１を導入する。つぎに、(b)被処理水１を溜めた凝集槽５に複合凝集剤保管槽３から適量の複合凝集剤９を添加し、撹拌機構６で複合凝集剤９が分散するように急速に撹拌する。その後、撹拌を緩め、凝集物２０を形成させる。そして、(c)撹拌を停止し、凝集物２０が沈降させ、配管８を介して処理水を取り出す。
【００８７】
図４Ｂは、凝集部の配管における処理工程を示したものである。
【００８８】
本図においては、まず、(a)配管１４に一定の速度で被処理水１を流す。つぎに、(b)複合凝集剤保管槽３から滴下ノズル１０を介して複合凝集剤９を配管１４に直接注入し、(c)凝集物２０を発生させる。配管１４の構造や配管１４の壁面に工夫をすることにより、効率よく凝集物２０を発生させることができる。例えば、配管１４の内壁に突起を設けることや配管１４の太さを段階的に細くすることなどの工夫が挙げられる。
【００８９】
ここで、凝集剤の作用について図を用いて説明する。
【００９０】
以下は、複合凝集剤に用いる無機系凝集剤及び有機系凝集剤をそれぞれ、３価の塩化鉄、ポリアクリル酸とした場合である。
【００９１】
図５Ａは、pHが5以上の場合の凝集剤の作用を示したものである。
【００９２】
本図の(a)に示すように、pHが高い場合、ポリアクリル酸６１は、水溶液中においてイオン化しやすい。すなわち、ポリアクリル酸６１を構成するカルボキシル基の水素イオンが解離してイオン化した官能基が多くなっている。一方、塩化鉄は、溶解して塩化物イオンと鉄イオンとに解離している。このため、イオン化したカルボキシル基と鉄イオンとが静電的相互作用６２によって結合しやすくなっている。また、鉄イオンは、pHが高いため、水酸化鉄となって沈殿する傾向がある。
【００９３】
本図の(b)に示すように、この複合凝集剤溶液に酸性糖類６３等の有機物を不純物として含む海水等を混合しても、遊離している鉄イオンが少ないため、酸性糖類６３を構成するカルボキシル基と鉄イオンとが結合する頻度が低くなり、不純物が凝集しにくい。
【００９４】
図５Ｂは、pHが3以下の場合の凝集剤の作用を示す模式図である。
【００９５】
本図の(a)に示すように、pHが低い場合、ポリアクリル酸６１は、水溶液中においてイオン化しにくい。すなわち、ポリアクリル酸６１を構成するカルボキシル基の水素イオンが解離しにくく、イオン化した官能基が少なくなっている。一方、塩化鉄は、溶解して塩化物イオンと鉄イオンとに解離しているが、ポリアクリル酸６１がイオン化しにくいため、鉄イオンと静電的相互作用６２による結合を生じにくくなっている。また、鉄イオンは、pHが低いため、水酸化鉄となりにくくなっている。
【００９６】
本図の(b)に示すように、この複合凝集剤溶液に酸性糖類６３等の有機物の不純物を含む海水等を混合した場合、遊離している鉄イオンが多く、ポリアクリル酸６１と鉄イオンとの静電的相互作用６２が弱いため、酸性糖類６３を構成するカルボキシル基と鉄イオンとが結合する頻度が高くなり、不溶性の沈殿物が生じやすくなる。
【００９７】
本図の(c)に示すように、pHを7程度に調節すると、ポリアクリル酸６１のカルボキシル基がイオン化して鉄イオンに静電的相互作用６２を及ぼして沈殿物の凝集が促進される。
【００９８】
次に、実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。
【００９９】
（実施例１〜１８及び比較例１〜８）
図１Ｃに示す取水部１０１で被処理水５１を凝集部１０２に導入し、複合凝集剤を添加した後、pH調整部１０５で被処理水５１のpH6〜8に調整することにより凝集物を形成した。続いて、凝集物除去部１０３でその凝集物を除去した。最後に、脱塩部１０４で被水処理５１中の塩類を除去することにより淡水を得た。
【０１００】
なお、複合凝集剤は、予め溜めておいた水にポリアクリル酸（PAA）、ポリスチレンスルホン酸（PSS）等の高分子凝集剤を添加し、１時間程度撹拌して溶解した後、酸溶液を添加し、５分間撹拌し、最後に、塩化第二鉄、塩化アルミニウム等の無機系凝集剤を添加して１０分間程度撹拌することにより調製した。なお、pH調製部においては1Mに調製した水酸化ナトリウム水溶液、凝集物除去部においては限外ろ過膜（UF膜）、脱塩部においては逆浸透膜（RO膜）を各々用いた。
【０１０１】
表１及び表２は、複合凝集剤を構成する無機系凝集剤と高分子凝集剤との組み合わせを変えて検討した結果を示したものである。
【０１０２】
【表１】
2013237003.tif 000003
【０１０３】
【表２】
2013237003.tif 000004
【０１０４】
これらの表には、水溶液中の無機系凝集剤の濃度、複合凝集剤溶液のpH、及び被処理水の種類、複合凝集剤水溶液を調製した際における沈殿物の発生の有無、及びRO膜へ通水する前に採取した被処理水の全有機炭素濃度（TOC）除去率を示してある。また、表中には、被処理水が排水の場合には顕濁物質濃度（SS）の除去率、及び、海水の場合には酸性糖濃度の除去率を合わせて記載した。ここで、排水は、生活排水であり、その成分は、食品、洗剤、し尿等の有機物及び金属を含む。また、酸性糖は、具体的には、海水中に含まれるアルギン酸等の多糖類等である。
【０１０５】
これらの表に記載した高分子凝集剤の構造式及び分子量は次のとおりである。
【０１０６】
ポリアクリル酸（PAA）は、下記構造式（１）で表されるものであり、分子量は250000である。
【０１０７】
【化１】
2013237003.tif 000005
【０１０８】
ポリスチレンスルホン酸（PSS）は、下記構造式（２）で表されるものであり、分子量は300000である。
【０１０９】
【化２】
2013237003.tif 000006
【０１１０】
ポリアクリルアミドは、下記構造式（３）で表されるものであり、分子量は10000000である。
【０１１１】
【化３】
2013237003.tif 000007
【０１１２】
なお、各除去率は、70%以上は「≧70%」、80%以上は「≧80%」と表記した。これらにより複合凝集剤の効果を評価した。効果はTOC除去率が50%以上、かつ、SSまたは酸性糖の除去率が70%以上の場合を○、いずれか一方が満たない場合を△、いずれも満たない場合を×とした。なお、複合凝集剤溶液中に不純物がある場合は、各除去率に関わらず×とした。
【０１１３】
実施例及び比較例においては、複合凝集剤の種類及び濃度、複合凝集剤、pH調整後のpH、及び被処理水の水質以外は、同様の条件で実験を実施した。なお、アニオン性高分子凝集剤の添加量は、無機系凝集剤の電荷を中和するような添加量とし、他の高分子凝集剤はアニオン性高分子凝集剤と同量とした。
【０１１４】
（比較例９〜１２）
実施例１〜２４と同じ装置を用い、pH調整部において凝集剤を添加した後の被処理水のpHを5または9に調整した。それ以外は同様な方法で水処理を行い、評価を実施した。この結果は、表２に示してある。
【０１１５】
本表から、比較例９〜１２の場合、TOC除去率が50%未満、かつ、SSまたは酸性糖の除去率が70%未満であることがわかる。
【符号の説明】
【０１１６】
１、１３１：被処理水、３：複合凝集剤保管槽、４：被処理水導入用配管、５：凝集槽、６：撹拌機構、７：水中ポンプ、８、１４、１１４：配管、９：複合凝集剤、１０：滴下ノズル、１１、１９：コック、１２：複合凝集剤の滴下、１６：pH調整液保管槽、１７：pH調整液、１８：注入ノズル、２０：凝集物、５１：海水、１００：水処理装置、１０１：取水部、１０２：凝集部、１０３：凝集物除去部、１０４：脱塩部、１０５：pH調整部。
【図１Ａ】
2013237003.tif 000008
【図１Ｂ】
2013237003.tif 000009
【図１Ｃ】
2013237003.tif 000010
【図２Ａ】
2013237003.tif 000011
【図２Ｂ】
2013237003.tif 000012
【図２Ｃ】
2013237003.tif 000013
【図３】
2013237003.tif 000014
【図４Ａ】
2013237003.tif 000015
【図４Ｂ】
2013237003.tif 000016
【図５Ａ】
2013237003.tif 000017
【図５Ｂ】
2013237003.tif 000018