(57)【要約】【課題】ファウリング原因物質を効率良く除去可能な水処理システムを提供する。【解決手段】本発明に係る水処理システムは、無色の第１物質と有色の第２物質とを含むファウリング原因物質を有する原水からファウリング原因物質を吸着する吸着材を備える吸着装置と、吸着装置で少なくとも第１物質と第２物質とを吸着除去した処理水における第２物質に起因する色度を測定する色度測定装置と、色度測定装置の測定結果に基づいて、吸着装置の吸着材を再生する吸着材再生装置と、を備える。【選択図】図１
2016215144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無色の第１物質と有色の第２物質とを含むファウリング原因物質を有する原水から前記ファウリング原因物質を吸着除去する吸着材を備える吸着装置と、
前記吸着装置で少なくとも前記第１物質と前記第２物質とを吸着除去した処理水における前記第２物質に起因する色度を測定する色度測定装置と、
前記色度測定装置の測定結果に基づいて、前記吸着装置の前記吸着材を再生する吸着材再生装置と、
を備える、水処理システム。
【請求項２】
前記第２物質は、２００〜４００ｎｍの波長の光を吸収する物質であり、
前記色度測定装置は、前記処理水における２００〜４００ｎｍの波長の吸光度を測定する、
請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記第１物質は、バイオポリマーを含む、請求項１または２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記吸着材は、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する親水性吸着材である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記有機体炭素吸着性官能基は、アミノ基、４級アンモニウム基およびそれらの塩からなる群から選択された少なくとも一種である、請求項４に記載の水処理システム。
【請求項６】
前記吸着材の膨潤度は、２５℃水中において２０〜４００％である、請求項４または５に記載の水処理システム。
【請求項７】
前記吸着材の形状は、粒子である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項８】
前記吸着材の平均粒子径は、２５℃水中において１μｍ〜５０００μｍである、請求項７に記載の水処理システム。
【請求項９】
前記吸着材の前記親水性成分は、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、フェノール樹脂、ポリビニルピロリドン、デキストリン、キチン、およびキトサンからなる群から選択された少なくとも一種である、請求項４〜８のいずれか一項に記載の水処理システム。
【請求項１０】
前記吸着材の前記親水性成分は、エチレン−ビニルアルコール共重合体である、請求項９に記載の水処理システム。
【請求項１１】
前記吸着材は、前記有機体炭素吸着性官能基を有する成分と、前記親水性成分とを含むポリマーアロイで構成される、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着材を用いて水処理を行う水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理、下水処理、海水淡水化等の水処理の分野において、逆浸透膜等のろ過膜を用いた水処理システムが普及している。この水処理システムにおいては、運転時間の経過に伴い、膜の目詰まりによってろ過膜の透過性能が低下する現象（膜ファウリング）が生じる。特に、ファウリング原因物質による膜汚染であるバイオファウリングは、物理的に不可逆なファウリングである。このため、水処理システムにおいては、バイオファウリングを抑制することが求められている。
【０００３】
近年、ろ過膜を用いた水処理システムにおいては、被処理水をろ過膜でろ過する前に、吸着材を用いてファウリング原因物質を吸着除去している（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
特許文献１に開示された海水淡水化システムは、吸着材として、活性炭、天然ゼオライト、合成ゼオライト、活性アルミナ、シリカゲル、および多孔質粘土鉱物等を用いている。特許文献１の海水淡水化システムでは、吸着材によって海水に含まれるファウリング物質のうち主に多糖類を吸着除去している。
【０００５】
特許文献２に開示された水処理装置は、吸着材として、水中で膨潤し実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマーからなる粒子を用いている。特許文献２の水処理装置では、吸着材を被処理水に添加し、ファウリング原因物質として、フミン質を吸着除去した後に固液分離処理をしている。また、特許文献２の水処理装置では、吸着材の被処理水への添加量を、吸着処理を行う前の被処理水の吸光度の測定結果に基づいて制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３８６３号公報
【特許文献２】特許第５２１８７３１号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】渡辺義公、膜、３８（５）、２０７−２１４（２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び２では、バイオファウリングの主因であるファウリング原因物質を効率良く吸着除去することができないという問題を有する。
【０００９】
本発明の目的は、バイオファウリングの主因であるファウリング原因物質を効率良く吸着除去することができる水処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る水処理システムは、
無色の第１物質と有色の第２物質とを含むファウリング原因物質を有する原水から前記ファウリング原因物質を吸着除去する吸着材を備える吸着装置と、
前記吸着装置で少なくとも前記第１物質と前記第２物質とを吸着除去した処理水における前記第２物質に起因する色度を測定する色度測定装置と、
前記色度測定装置の測定結果に基づいて、前記吸着装置の前記吸着材を再生する吸着材再生装置と、
を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る水処理システムによれば、バイオファウリングの主因であるファウリング原因物質を効率良く吸着除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水処理システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係る水処理システムにおける吸着装置の構成図
【図３】親水性吸着材により吸着処理した処理水について、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ（ＤＯＣ-Ｌａｂｏｒ製）により測定された有機体炭素の分子量分布スペクトルを示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１における親水性吸着材で吸着されるバイオポリマーとフミン質との相関関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の態様に係る水処理システムは、
無色の第１物質と有色の第２物質とを含むファウリング原因物質を有する原水から前記ファウリング原因物質を吸着する吸着材を備える吸着装置と、
前記吸着装置で少なくとも前記第１物質と前記第２物質とを吸着除去した処理水における前記第２物質に起因する色度を測定する色度測定装置と、
前記色度測定装置の測定結果に基づいて、前記吸着装置の前記吸着材を再生する吸着材再生装置と、
を備える。
【００１４】
本発明の第２の態様に係る水処理システムにおいては、前記第１の態様における前記第２物質は、２００〜４００ｎｍの波長の光を吸収する物質であり、
前記色度測定装置は、前記処理水における２００〜４００ｎｍの波長の吸光度を測定してもよい。
【００１５】
本発明の第３の態様に係る水処理システムにおいては、前記第１又は第２の態様における前記第１物質は、バイオポリマーを含んでもよい。
【００１６】
本発明の第４の態様に係る水処理システムにおいては、前記第１〜３のいずれかの態様における前記吸着材は、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する親水性吸着材であってもよい。
【００１７】
本発明の第５の態様に係る水処理システムにおいては、前記第４の態様における前記有機体炭素吸着性官能基は、アミノ基、４級アンモニウム基およびそれらの塩からなる群から選択された少なくとも一種を含んでもよい。
【００１８】
本発明の第６の態様に係る水処理システムにおいては、前記第４又は５の態様における前記吸着材の膨潤度は、２５℃水中において２０〜４００％であってもよい。
【００１９】
本発明の第７の態様に係る水処理システムにおいては、前記第４〜６のいずれかの態様における前記吸着材の形状は、粒子であってもよい。
【００２０】
本発明の第８の態様に係る水処理システムにおいては、前記第７の態様における前記吸着材の平均粒子径は、２５℃水中において１μｍ〜５０００μｍであってもよい。
【００２１】
本発明の第９の態様に係る水処理システムにおいては、前記第４〜８のいずれかの態様における前記吸着材の前記親水性成分は、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、フェノール樹脂、ポリビニルピロリドン、デキストリン、キチン、およびキトサンからなる群から選択された少なくとも一種であってもよい。
【００２２】
本発明の第１０の態様に係る水処理システムにおいては、前記第９の態様における前記吸着材の前記親水性成分は、エチレン−ビニルアルコール共重合体であってもよい。
【００２３】
本発明の第１１の態様に係る水処理システムにおいては、前記第４〜１０のいずれかの態様における前記吸着材は、前記有機体炭素吸着性官能基を有する成分と、前記親水性成分とを含むポリマーアロイで構成されてもよい。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００２５】
（本発明に係る一形態を得るに至った経緯）
近年、膜ろ過におけるバイオファウリングの主因であるファウリング原因物質に関する詳細な解析がされている。例えば、非特許文献１では、不可逆ファウリングの原因物質は、フミン質などよりも比較的親水性が高い糖類やたんぱく質などのバイオポリマーが主因であることが報告されている。
【００２６】
前述の「背景技術」の欄で説明したように、特許文献１の海水淡水化システムに用いられる吸着材は、ファウリング原因物質のうち主に多糖類を吸着している。特許文献２の水処理装置に用いられる吸着材は、ファウリング原因物質のうち主にフミン質を吸着している。しかしながら、特許文献１及び２における吸着材は、バイオファウリングの主因であるバイオポリマーを吸着することができないという課題を有する。
【００２７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究したところ、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する親水性吸着材を用いることにより、バイオポリマーを効率良く吸着することができることを見出した。この親水性吸着材は、親水性の高いバイオポリマーとの親和性が高いため、バイオポリマーの吸着能力に優れる。また、この親水性吸着材は、フミン質などの着色成分も吸着することができる。そこで、本発明者らは、親水性吸着材を用いてバイオポリマーと着色成分とを吸着除去可能な水処理システムを提案するに至った。
【００２８】
また、本発明者らは、親水性吸着材において、無色透明のバイオポリマーの吸着と有色の着色成分の吸着との間に相関関係があることを見出した。この相関関係により、親水性吸着材によって吸着処理した処理水の着色成分に起因する色度を測定することによって、親水性吸着材の再生のタイミングを容易に知ることができる。そこで、本発明者らは、吸着処理後の処理水の色度測定結果に基づいて、親水性吸着材の再生処理を行う水処理システムを提案するに至った。
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る水処理システムについて説明する。
【００３０】
［水処理システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る水処理システム１００の構成図を示す。図１に示すように、水処理システム１００は、ファウリング原因物質を吸着する親水性吸着材を備えた吸着装置１０１と、吸着装置１０１で吸着処理された処理水の色度を測定する色度測定装置１０２と、親水性吸着材を再生する吸着材再生装置１０３と、を備える。これらの装置は、配管等で接続されている。なお、図１においては、説明を簡略化するため、各装置及び配管についてのみ図示しており、例えば、貯水槽、ポンプ、又はバルブ等を省略している。
【００３１】
図１に示すように、水処理システム１００は、ファウリング原因物質を有する原水を吸着装置１０１に通液し、親水性吸着材によって原水に含まれるファウリング原因物質を吸着除去している。吸着装置１０１で吸着処理された原水は、処理水として色度測定装置１０２に供給され、色度測定装置１０２によって処理水の色度が測定される。色度測定装置１０２の色度測定結果は、吸着材再生装置１０３に送信される。吸着材再生装置１０３では、色度測定装置１０２の色度測定結果に基づいて、吸着装置１０１の親水性吸着材の再生処理を行う。
【００３２】
本明細書において、「原水」とは、自然環境下、人工環境下で得られるさまざまな被処理水を意味し、ファウリング原因物質を含有する限り特に限定されない。原水としては、例えば、一般の河川水、湖沼水、土壌溶出水、用水、生物処理水、下水処理やし尿処理施設での生物処理水や三次処理などの高度処理水、各種工場排水などが挙げられる。また、本明細書では、吸着装置１０１で処理された原水を「処理水」と定義している。
【００３３】
本明細書において、「ファウリング原因物質」とは、ファウリングを生じさせる原因となる物質を意味する。ファウリング原因物質は、例えば、有機体炭素、各種菌、無機粒子等を含む。なお、実施の形態１における親水性吸着材で吸着除去できるファウリング原因物質としては、無機粒子を除いてもよい。また、本明細書において、「有機体炭素」とは、水中に存在する有機物を構成する炭素を意味する。有機体炭素は、例えば、多糖やタンパク質などのバイオポリマー、フミン質、フルボ酸、ウロン酸、クツロン酸、臭気成分（ゲオスミン、２−メチルイソボルネオール）などを含む。なお、実施の形態１における親水性吸着材で吸着除去できる有機体炭素としては、臭気成分を除いてもよい。
【００３４】
次に、水処理システム１００の各構成要素について具体的に説明する。
【００３５】
＜吸着装置＞
吸着装置１０１は、原水に含まれるファウリング原因物質を吸着除去する装置である。図２は、本発明の実施の形態１に係る水処理システム１００における吸着装置１０１の構成図を示す。図２に示すように、吸着装置１０１は、原水が供給される吸着容器２０１と、吸着容器２０１内に配置される親水性吸着材２００と、を備える。実施の形態１において、吸着容器２０１は、カラムが採用されている。吸着容器２０１内には、親水性吸着材２００を保持するフィルター又はメッシュなどが配置されている。親水性吸着材２００は、詳しくは後述するが、ファウリング原因物質の中でも特にバイオファウリングの主因となる無色透明の第１物質であるバイオポリマーと有色の第２物質である着色成分とを吸着することができる材料から作られている。なお、実施の形態１においては、「着色成分」は、フミン質である。
【００３６】
吸着装置１０１において、原水は、入口２０２から吸着容器２０１内に供給される。原水が吸着容器２０１内の親水性吸着材２００を通過することによって、原水に含まれるファウリング原因物質が親水性吸着材２００によって吸着除去される。ファウリング原因物質を吸着除去された原水は、処理水として、吸着容器２０１の出口２０３から排出される。
【００３７】
＜色度測定装置＞
色度測定装置１０２は、吸着装置１０１から排出された処理水の色度を測定する装置である。本明細書において、色度とは、水中に含まれる溶解性物質及びコロイド性物質が呈する淡黄色から黄褐色系統の色を対象として目視によって識別できる程度を数値で表したものを意味する。
【００３８】
実施の形態１において、色度測定装置１０２は、色度を測定するため、着色成分であるフミン質に起因する処理水の吸光度を測定する。例えば、色度測定装置１０２は、処理水に対して２００〜４００ｎｍの波長の光を発光可能な発光素子と、処理水を透過した光を受光する受光素子と、を備えるＵＶ測定装置である。色度測定装置１０２は、配管を介して吸着装置１０１と接続されている。色度測定装置１０２は、吸着装置１０１によって処理された処理水の一部を取り出し、取り出した処理水に対し、発光素子から２００〜４００ｎｍの波長の光を照射する。発光素子から照射された光は、処理水を透過し、受光素子によって受光される。これにより、色度測定装置１０２は、処理水に含まれる着色成分（フミン質）に起因する吸光度を測定する。なお、２００〜４００ｎｍの波長の光は、フミン質が吸収しやすい光の波長の範囲である。
【００３９】
＜吸着材再生装置＞
吸着材再生装置１０３は、吸着装置１０１の親水性吸着材２００を再生する装置である。吸着材再生装置１０３は、色度測定装置１０２の色度測定結果に基づいて、親水性吸着材２００の再生処理を行う。具体的には、吸着材再生装置１０３は、色度測定装置１０２によって測定された着色成分に起因する色度が所定値より大きくなった場合に吸着装置１０１に洗浄流体を供給し、親水性吸着材２００を再生する。
【００４０】
吸着材再生装置１０３は、親水性吸着材２００を洗浄する洗浄流体を入れる洗浄容器と、洗浄容器から吸着装置１０１に洗浄流体を供給するポンプと、洗浄流体の流量調整を行う流量調整弁と、を備える。また、吸着材再生装置１０３は、洗浄容器内の洗浄流体を加熱するヒータを備えてもよい。
【００４１】
洗浄容器と吸着装置１０１とを接続する配管には、吸着装置１０１への洗浄流体の供給の開始及び停止を行うことができる開閉弁を設けてもよい。吸着材再生装置１０３は、色度測定装置１０２の色度測定結果に基づいて開閉弁の開閉を自動的に行うことによって、吸着装置１０１への洗浄流体の供給の開始又は停止を行ってもよい。また、使用者は、この開閉弁を手動で開閉操作することによって、吸着装置１０１への洗浄流体の供給の開始及び停止を行ってもよい。この開閉弁は、流量調整弁と兼用してもよい。
【００４２】
吸着材再生装置１０３は、任意の供給条件で洗浄流体を供給することができる。吸着材再生装置１０３は、供給条件として、例えば、洗浄流体の温度、洗浄流体を供給する速度（流速）、洗浄流体を供給している時間、又は洗浄流体の流量等を設定することができる。
【００４３】
吸着材再生装置１０３は、洗浄流体を吸着装置１０１に供給することによって、親水性吸着材２００を洗浄している。これによって親水性吸着材２００の表面に付着したファウリング原因物質が取り除かれ、親水性吸着材２００が再生される。
【００４４】
洗浄流体としては、ファウリング原因物質を含まない又は低減された流体であれば、特に限定されない。洗浄流体としては、例えば、純水、処理水、再生液（例えば、塩水、酸、アルカリ等）を用いることができる。また、洗浄流体は、液体に限定されず、例えば、空気又は加熱蒸気等の気体であってもよい。洗浄流体は、親水性吸着材２００を洗浄し、表面に付着したファウリング原因物質を剥がすことができる流体であればよい。
【００４５】
（吸着工程）
吸着装置１０１におけるファウリング原因物質の吸着工程について説明する。
原水には、各種ファウリング原因物質が存在しているが、水処理システム１００では、吸着工程において、粒子径０．４５μｍ以下の有機物（例えば、フミン質やフルボ酸などの芳香族含有有機物、界面活性剤等の合成化学物質、バイオポリマーなど）を効率よく吸着することが可能である。
【００４６】
水処理システム１００における吸着工程では、ファウリング原因物質の中でも、特に、親水性が高いバイオポリマーの吸着除去に優れた親水性吸着材２００を用いている。バイオポリマーは、各種原水中に存在する有機体炭素の一種であり、一般的には、みかけ分子量が１０万Ｄａ以上の多糖類およびタンパク質とされている。
【００４７】
本明細書では、他の有機体炭素とバイオポリマーとを区別する指標として、例えば、実施例で示したＬＣ−ＯＣＤ（Ｈｕｂｅｒｓ社製、ＤＯＣ−Ｌａｂｏｒ）の分析にて、保留時間２５分−３５分の成分をバイオポリマー、保留時間３５分−４６分の成分をフミン質と定義する。
【００４８】
バイオポリマーは、ベンゼン環などの不飽和結合が少ないことから、バイオポリマーは主に親水性の高い有機物で構成されており、例えば、ＳＵＶＡ値が１．０［Ｌ／（ｍ・ｍｇ）］以下を示す有機物で構成されていてもよい。
一方、フミン質は、ベンゼン環などＵＶ吸収性を有する構造が含まれているため、フミン質は、主に疎水性が高い有機物で構成されており、例えば、ＳＵＶＡ値が２．０［Ｌ／（ｍ・ｍｇ）］以上を示す有機物で構成されていてもよい。
【００４９】
なお、ＳＵＶＡ値は、以下の式で求められる。
ＳＵＶＡ（Ｌ／ｍｇ−Ｃ・ｍ）＝ＵＶ（ｍ−１）／ＤＯＣ（ｍｇ−Ｃ／Ｌ）
【００５０】
ＵＶ値算出方法
（ｉ）バイオポリマーのＵＶ＝全スペクトルのＵＶ×バイオポリマー（保留時間：２５〜３５分）の面積値／全スペクトルの面積値
（ｉｉ）フミン質のＵＶ＝全スペクトルのＵＶ×フミン質（保留時間：３５〜４６分）の面積値／全スペクトルの面積値
【００５１】
ＤＯＣ値算出方法
（ｉ）バイオポリマーのＤＯＣ＝全スペクトルのＤＯＣ×バイオポリマー（保留時間：２５〜３５分）の面積値／全スペクトルの面積値
（ｉｉ）フミン質のＤＯＣ＝全スペクトルのＤＯＣ×フミン質（保留時間：３５〜４６分）の面積値／全スペクトルの面積値
【００５２】
現在一般に上市されているスチレン系やアクリル系のイオン交換樹脂やキレート樹脂では、このような親水性のバイオポリマーを効率良く吸着することができない。しかしながら、水処理システムでは、親水性吸着材２００を用いることによって、このような親水性のバイオポリマーであっても、効率良く吸着することが可能となる。
【００５３】
吸着工程では、原水と、親水性吸着材２００とを接触させることができればよく、原水と親水性吸着材２００との接触方法については、特に限定されない。例えば、原水へ親水性吸着材２００を添加し、公知の方法で撹拌することにより吸着処理を行ってもよいし、親水性吸着材２００を充てんしたカラムに対し、原水を通液させることにより吸着処理を行ってもよい。また、吸着工程では、吸着装置１０１が一段であってもよいし、多段であってもよい。
また、吸着工程では、吸着処理後、必要に応じて公知の方法により固液分離工程を行ってもよく、固液分離工程により、吸着処理後の吸着材を吸着処理液から除去してもよい。
【００５４】
［親水性吸着材］
水処理システム１００における吸着装置１０１に用いられる親水性吸着材２００について、説明する。
【００５５】
親水性吸着材２００は、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する親水性吸着材であり、２５℃水中における膨潤度が２０〜４００％である。好ましくは、親水性吸着材２００は、親水性高分子を母体として有機体炭素吸着性官能基が導入された吸着材である。
【００５６】
本明細書において、「有機体炭素吸着性官能基」は、有機体炭素を吸着する官能基であり、主に有機体炭素に含まれる水酸基やカルボキシル基、アミノ基などと静電的な相互作用または水素結合を形成する官能基（化学吸着性官能基）を意味する。化学吸着性官能基については、後述する。
【００５７】
親水性吸着材２００の親水性成分は、親水性高分子であることが好ましい。親水性吸着材２００は、親水性高分子であることにより、ファウリング原因物質が内部まで浸透し、吸着性官能基を有効利用でき、ファウリング原因物質を効率的に吸着することができる。従来のイオン交換樹脂では、ポリスチレンなどの疎水性高分子を母体として吸着性官能基を付与したものである。このような疎水性高分子を母体とするイオン交換樹脂と比べて、親水性吸着材２００は、親水性が高く膜汚染の懸念物質と考えられ始めているバイオポリマーを効率的に吸着することができる。
【００５８】
一方で、膨潤度が所定の範囲に制御されているため、親水性高分子を母体とする場合であっても、過度な膨潤により吸着材の取扱い性が悪化することを抑制しつつ、水中におけるファウリング原因物質を効率良く吸着することが可能である。
例えば、親水性吸着材２００は、膨潤度が制御されているため、特許文献２に記載されている水中で膨潤し実質的に水に溶解しないカチオン性ポリマーと異なり、あらかじめ水への膨潤処理を行うことなく、被処理水と接触させてもよい。また、膨潤性が制御されているため、含水状態であったとしても、流通性に優れている。
【００５９】
上記の親水性高分子は、例えば、繰り返し単位中に水酸基、エーテル基、カチオン性基、アニオン性基、アミド基等の親水性基を有する高分子のことをいう。例えば、酢酸ビニル誘導体ポリマー［例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール（例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒドなどの各種アルデヒド類によるポリビニルアルコールアセタール化物）］、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、カチオン性ポリマー（例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリピリジン、ポリビニルピリジン、ポリアミノ酸、ポリジアリルジメチルアンモニウムハライド、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムハライド、ポリジアクリルジメチルアンモニウムハライド、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩、ポリヌクレオチドなど）、アニオン性ポリマー（例えば、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニル硫酸、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリアミック酸）、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリビニルピロリドン、セルロース誘導体、デキストリン、キチン、およびキトサンからなる群から選択される少なくとも一種が好適に用いられる。
これらのポリマーは、他のコモノマー単位（例、マレイン酸、イタコン酸、アクリル酸等の不飽和カルボン酸単位、シラノール基、アルデヒド基、又はスルホン酸基を有するモノマー単位など）を有していてもよい。
【００６０】
親水性高分子としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール（例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール）、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアルキレンオキシド、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、フェノール樹脂、ポリビニルピロリドン、デキストリン、キチン、およびキトサンが好ましく、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタールがより好ましく、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルホルマールが特に好ましく、耐水性を有するだけでなく、成形性および親水性に優れる観点から、エチレン−ビニルアルコール共重合体が最も好ましい。このとき、エチレン単位の含量が全モノマー単位中２０〜６０モル％であることが好ましく、より好ましくは２５〜５０モル％である。エチレン含量が２０モル％より小さいと、耐水性が悪くなるおそれがある。一方、エチレン含量が６０モル％を超えると、製造が難しい。
【００６１】
親水性吸着材２００は、ファウリング原因物質と相互作用する化学吸着性官能基（有機体炭素吸着性官能基）を有する。化学吸着性官能基としては、キレート形成基、カチオン性イオン交換基、アニオン性イオン交換基などが挙げられ、ファウリング原因物質のうち特に有機体炭素に対する吸着性を有する限り、特に限定されない。
【００６２】
官能基は、例えば、Ｎ、Ｓ、ＰおよびＯからなる群から選択された元素を少なくとも一つ含む化学吸着性官能基であってもよい。
具体的には、そのような官能基としては、アミノ基（１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基）、４級アンモニウム基、イミノ基、イミダゾール基、４級イミダゾリウム基、ピリジル基、４級ピリジニウム基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホネート基、スルホン酸基、スルホニウム基、メルカプト基、チオウレア基、ホスホネート基、ホスホン酸基、ホスホニウム基などが挙げられる。それらは塩の状態で存在していてもよい。これらの官能基は、単独でまたは二種以上組み合わせて存在していてもよい。これらのうち、好ましい官能基としては、アミノ基、４級アンモニウム基およびそれらの塩が挙げられる。
【００６３】
化学吸着性官能基は、上記親水性高分子を作製する際に吸着性官能基を重合や後変性により導入してもよく、化学吸着性官能基を有する成分とアロイ化することにより導入されていてもよい。導入の容易さと膨潤度の制御の観点から化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）と親水性マトリクス高分子（Ｂ）のアロイ化により導入することが好ましい。
【００６４】
［化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）］
例えば、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）は、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニル硫酸（ＰＶＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）、ポリマレイン酸、ポリアミック酸などのアニオン系ポリマーであってもよいし、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリピリジン、ポリビニルピリジン、ポリアミノ酸、ポリジアリルジメチルアンモニウムハライド、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムハライド、ポリジアクリルジメチルアンモニウムハライド、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩、ポリヌクレオチドなどのカチオン性ポリマーであってもよい。このような高分子は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００６５】
これらのうち、親水性マトリクス高分子と組み合わせて、バイオポリマーをより効率良く吸着する観点から、上述のカチオン性ポリマーが好ましく、特に、強塩基性高分子（４級アンモニウム基含有高分子、４級ピリジニウム基含有高分子など）や、高カチオン密度を有する高分子（例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンなど）が好ましい。
【００６６】
［親水性マトリクス高分子（Ｂ）］
親水性マトリクス高分子（Ｂ）は、特に限定されないが、例えば、親水性マトリクス高分子（Ｂ）としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール（例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール）、ポリビニルアルキルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルキルエーテル、（メタ）アクリル系高分子、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、ポリアミド、セルロース誘導体、デキストリン、キチン、キトサンなどを挙げることができる。これらの高分子は、単独でまたは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００６７】
これらの高分子は、他のコモノマー単位を有していてもよく、コモノマー単位の含有量は、全モノマー単位中１０モル％以下であることが好ましく、５％モル以下であることがより好ましい。
【００６８】
親水性マトリクス高分子（Ｂ）の重量平均分子量は、高分子の種類に応じて適宜好ましい範囲を設定することが可能であるが、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）を親水性マトリクス高分子（Ｂ）の内部に保持する観点から、例えば、親水性マトリクス高分子（Ｂ）の重量平均分子量は、少なくとも５０００以上（例えば、５０００〜１０００００）であってもよく、好ましくは１００００以上であってもよい。なお、重量平均分子量は、例えばＧＰＣを用いて求めることができる。
【００６９】
好ましい親水性マトリクス高分子（Ｂ）としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタール（例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール）などが挙げられ、成形性および親水性の双方に優れる観点から、エチレン−ビニルアルコール共重合体が特に好ましい。
【００７０】
エチレン−ビニルアルコール共重合体において、エチレン単位の含量は、全モノマー単位中２０〜６０モル％であることが好ましく、より好ましくは２５〜５５モル％であってもよい。エチレン含量が少なすぎると、成形体の耐久性が悪くなるおそれがある。一方、エチレン含量が多すぎると、親水性が低下するおそれがある。
なお、ポリビニルアルコールに関しては、粘度平均重合度で規定してもよく、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）を所定の分散径で分散できる限り特に限定されず、３０℃水溶液の粘度から求めた粘度平均重合度が、例えば１００〜１５０００程度の幅広い範囲から選択できる。マトリクス高分子としての耐久性を向上させる観点から、高重合度のものを用いるのが好ましく、その場合、例えば、平均重合度は好ましくは８００〜１３０００程度、さらに好ましくは１０００〜１００００程度であってもよい。
【００７１】
また、ポリビニルアルコールのけん化度も、目的に応じて適宜選択でき特に限定されるものではないが、例えば、８８モル％以上、好ましくは９０モル％以上、さらに好ましくは９５モル％以上であってもよい。特に耐久性を向上させる観点からは、けん化度９８モル％以上のものが好ましい。
【００７２】
［化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）と親水性マトリクス高分子（Ｂ）との質量比］
親水性吸着材２００で、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）と親水性高分子マトリクス（Ｂ）のアロイにおける、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）と親水性マトリクス高分子（Ｂ）との割合は、高分子（Ａ）が所定の範囲で分散する限り特に限定されない。この割合は、例えば、質量比で高分子（Ａ）／高分子（Ｂ）＝１／９９〜７０／３０程度であってもよく、好ましくは５／９５〜６５／４５程度、より好ましくは８／９２〜６０／４０程度であってもよい。高分子（Ａ）が多すぎると、耐水性が低下する恐れがあり、高分子（Ａ）が少ないと、吸着性能が低下する傾向にある。
【００７３】
［その他の成分］
親水性吸着材２００は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、樹脂成分として、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）及び親水性マトリクス高分子（Ｂ）以外のポリマー高分子を含んでいてもよい。また、親水性吸着材２００は、必要に応じて、例えば、架橋剤、酸化防止剤、安定剤、滑剤、加工助剤、帯電防止剤、着色剤、消泡剤、分散剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【００７４】
親水性吸着材２００では、バイオポリマーの吸着を可能にするとともに、ハンドリング性を良好にする観点から、２５℃における膨潤度が２０〜４００％の範囲内に保持されている。親水性高分子吸着材の膨潤度は、好ましくは４０〜２００％程度であってもよく、より好ましくは５０〜１６０％程度であってもよい。なお、親水性吸着材２００の膨潤度は、後述する実施例に記載された方法により測定された値を示す。
【００７５】
膨潤度が２０％未満であると、バイオポリマーを含有する溶液との接触が不十分となるため、バイオポリマーの吸着性が不良となる。一方、膨潤度が４００％を超えると、過度の膨潤のため吸着材が軟化し、カラムの閉塞が起こり易くなる。また、吸着材使用後にカラムから吸着材を取り出す際に、カラム取り出し性が悪化するなどの問題が生じる。
【００７６】
例えば、親水性吸着材２００の膨潤性は、架橋剤により架橋することにより制御してもよいし、化学吸着性官能基含有高分子（Ａ）に対して、低膨潤性または非膨潤性である親水性マトリクス高分子（例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体、及びポリアミドなど）を組み合わせたアロイ材として制御してもよい。
【００７７】
親水性吸着材２００は、耐久性や膨潤性を制御する観点から、架橋剤により架橋していることが好ましい。架橋剤は、親水性高分子の架橋反応性基の種類に応じて適宜決定することができるが、例えば、エポキシ基、カルボキシル基、ハロゲン基、酸無水物基、酸ハライド基、ホルミル基、Ｎ−クロロホルミル基、クロロホーメイト基、アミジニル基、イソシアネート基、ビニル基、アルデヒド基、アゼチジン基、カルボジイミド基などから選択される少なくとも一種又は二種以上の官能基を少なくとも２個含む化合物が挙げられる。また、ジルコニル系架橋剤（硝酸ジルコニル、炭酸ジルコニウムアンモニウム、塩化ジルコニル、酢酸ジルコニル、硫酸ジルコニル）、チタン系架橋剤（チタン系架橋剤、チタンラクテート、チタンジイソプロポキシビス（トリエタノールアミネート））などを用いてもよい。このような架橋剤は、市販されている各種架橋剤を利用することができ、特に限定されないが、エポキシ基、ハロゲン基、イソシアネート基、ビニル基、アルデヒド基、アゼチジン基、カルボジイミド基などから選択される少なくとも一種又は二種以上の官能基を少なくとも２個含む化合物が好ましい。
【００７８】
例えば、架橋剤による架橋構造の導入は、親水性吸着材２００を合成時にジビニルモノマーを共重合することにより、架橋構造を導入してもよい。
【００７９】
また、架橋剤と親水性高分子吸着材の構成成分と合わせて溶融混練することにより架橋構造を導入してもよい。
溶融混練を行う場合、親水性吸着材２００の構成成分、架橋剤、必要に応じて任意成分を、二軸型の混練機などを用いて溶融混練する方法（溶融混練法）が挙げられる。この溶融混練法によれば、各成分が均一に分散した吸着材を得ることが容易であるという利点を有する。
【００８０】
また、一旦、親水性吸着材材料を溶融成形、溶液成形などにより成形し、各種形状の成形体を形成した後、架橋剤を含む溶液に成形体を浸漬させて架橋構造を導入してもよい。
溶融成形を行う場合、例えば、架橋剤を少なくとも除く親水性吸着材材料を、二軸型の混練機などを用いて溶融混練し、溶融混練物を押出成形、射出成形などにより各種形状の成形体を得た後、この成形体に対して架橋剤を含む溶液に浸漬させ架橋処理を施してもよい。
また、溶液成形を行う場合、例えば、架橋剤を少なくとも除く親水性吸着材材料から、適当な溶媒を用いて混合液を調製し、この混合液を用いて、キャスト製膜または乾式紡糸、湿式紡糸などにより、膜状または繊維状の成形体を得た後、この成形体に対して架橋剤を含む溶液に浸漬させ架橋処理を施してもよい。
【００８１】
（親水性吸着材の形状）
親水性吸着材２００は、被処理水からのバイオポリマーの吸着処理に用いることができる限り、各種形状を有することができ、例えば、粒子状、繊維状、フィルム状、ゲル状、各種立体形状などであってもよい。親水性吸着材２００は、表面積を大きく取り、吸着効率を向上させる観点から、粒子状または繊維状であるのが好ましく、カラムに充填して使用する方法を考慮すると体積充填率の観点から粒子状が好ましい。
【００８２】
親水性吸着材２００が粒子状である場合、その粒子径は特に制限はないが、粒子径は１μｍ〜５０００μｍが好ましく、１０μｍ〜４０００μｍがさらに好ましく、１００μｍ〜３０００μｍが最も好ましい。粒子径が小さすぎる場合（粒子径が１μｍより小さい場合）、微粉が舞い易いなど取り扱いが難しい。粒子径が大きすぎる場合（粒子径が５０００μｍより大きい場合）、吸着性能が充分に得られないことがある。特に、吸着容器２０１にカラムを使用する場合、親水性吸着材２００による流路閉塞を防止するため、粒子径は１００μｍ以上であることが好ましい。なお粒子径は、篩分けにより分級された値を示す。
【００８３】
親水性吸着材２００が繊維状である場合、その繊維径は特に制限はないが、０．１〜１０００μｍの幅広い範囲から選択することができ、例えば１〜５００μｍであってもよく、好ましくは２〜２００μｍであってもよい。なお、繊維径は、例えば、短繊維を無作為にサンプリングし、繊維の断面を電子顕微鏡で観察し繊維径を測定して求めることができる。
【００８４】
（親水性吸着材の吸着特性）
親水性吸着材２００の吸着特性について、参考例の吸着材と比較して説明する。親水性吸着材２００の吸着特性を調べるため、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）に湿式全有機炭素計測器（ＯＣＤ計）を接続したＬＣ−ＯＣＤ（ＤＯＣ-Ｌａｂｏｒ製）を用いて、親水性吸着材２００及び参考例の吸着材でそれぞれ吸着処理を行った後の処理水に含まれる有機体炭素の分子量分布スペクトルを測定した。
【００８５】
図３は、親水性吸着材２００及び参考例１〜４の吸着材により吸着処理された処理水に含まれる有機体炭素の分子量分布スペクトルを示すグラフである。親水性吸着材２００及び参考例１〜４の吸着材により吸着処理される被処理水としては、印旛沼（千葉県）から採取した表流水（溶存有機物濃度＝３．６ｍｇ−Ｃ／Ｌ、ｐＨ＝８．７）を用いた。測定の前に、被処理水を、まず、排除径２μｍのステンレスメッシュカートリッジフィルター（ＴＭＰ−２、Ａｄｖａｎｔｅｃｈ社製）でろ過することにより不溶物を取り除き、そのろ過後の被処理水を１Ｌ毎に分けた。分けられた被処理水に対し、それぞれ別々に親水性吸着材２００及び参考例１〜４の吸着材を５ｇ投入し、２５℃にて２時間攪拌した。撹拌後、吸着材をろ別し、得られた処理水について、ＬＣ−ＯＣＤを用いて、有機体炭素の分子量分布スペクトルを測定した。
【００８６】
測定に用いた親水性吸着材２００としては、親水性成分がＥＶＯＨであって、有機体炭素吸着性官能基を含む成分がポリエチレンイミン（ＰＥＩ）のアロイ材を用いた。親水性吸着材２００は、以下のようにして作成した。
エチレン−ビニルアルコール共重合体（（株）クラレ製、「Ｅ−１０５」）７５部、及びポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）２５部をラボプラストミルにて２１０℃で溶融混練した後、粉砕処理を施し粒子径０．１〜０．２ｍｍの複合体を得た。この複合体をエポキシ化合物（ナガセケムテックス（株）製デナコールＥＸ−８１０（商品名））２％の２５℃の溶液で架橋処理を行い、目的の粒子状吸着材を得た。得られた吸着材の２５℃水中の膨潤度は８２％であった。
【００８７】
参考例１の吸着材としては、ＩＲＡ９１０（オルガノ株式会社製）を用いた。参考例１の吸着材は、ＭＲ型スチレン系強塩基性アニオン交換樹脂（官能基：４級アンモニウム基）であって、粒径５３０−８００μｍ、含水率５４−６１％である。
【００８８】
参考例２の吸着材としては、ＩＲＡ４１０（オルガノ株式会社製）を用いた。参考例２の吸着材は、ゲル型スチレン系強塩基性アニオン交換樹脂（官能基：４級アンモニウム基）であって、粒径６００−７５０μｍ、含水率４５−５１％である。
【００８９】
参考例３の吸着材としては、ＩＲＡ４００（オルガノ株式会社製）を用いた。参考例３の吸着材は、ゲル型スチレン系強塩基性アニオン交換樹脂（官能基：４級アンモニウム基）であって、粒径６００−７５０μｍ、含水率４０−４７％である。
【００９０】
参考例４の吸着材としては、Ａ８６０（Ｐｕｒｏｌｉｔｅ社製）を用いた。参考例４の吸着材は、マクロポーラス型アクリル系強塩基性アニオン交換樹脂（官能基：４級アンモニウム基）であって、粒径３００−１２００μｍ、含水率６６−７２％である。
【００９１】
図３に示すように、被処理水には、有機体炭素として、バイオポリマー（保留時間２５分−３５分の成分）と、着色成分であるフミン質（保留時間３５分−４６分の成分）とが含まれている。この被処理水を、親水性吸着材２００を用いて吸着処理した場合、バイオポリマーと、フミン質との両方を吸着除去することができた。一方、被処理水を参考例１−４の吸着材を用いて吸着処理した場合、フミン質を吸着除去することができたが、バイオポリマーを吸着除去することはできなかった。このように、親水性吸着材２００では、バイオポリマーとフミン質の両方を吸着除去することができる。
【００９２】
（親水性吸着材におけるバイオポリマーの吸着とフミン質の吸着との相関関係）
親水性吸着材２００におけるバイオポリマーの吸着とフミン質の吸着との相関関係について説明する。親水性吸着材２００におけるバイオポリマーの吸着とフミン質の吸着との相関関係を調べるため、バイオポリマーの吸着挙動とフミン質の吸着挙動を比較した。バイオポリマーについては、全有機炭素計（ＴＯＣ）を用いて吸着量を測定し、バイオポリマーの吸着率を算出した。フミン質については、全有機炭素計（ＴＯＣ）及びＵＶ測定器を用いて、それぞれ吸着量を測定し、フミン質の吸着率を算出した。なお、詳細な測定条件及び吸着率の算出については、後述する実施例の「バイオポリマーの吸着率」及び「着色成分の吸着率」に示す。
【００９３】
図４は、親水性吸着材２００におけるバイオポリマーの吸着挙動とフミン質の吸着挙動とを示す。図４に示すように、フミン質では、通液量２０ＢＶのときに破過し、通液量５０ＢＶのときに、吸着率が２５％程度となっている。一方、バイオポリマーでは、通液量７０ＢＶのときに破過し、通液量１５０ＢＶのときに吸着量が２０％程度となっている。このように、フミン質の吸着が破過した後に、バイオポリマーの吸着が破過しており、フミン質の吸着率が低下すると、バイオポリマーの吸着率が低下するという関係が成り立つ。この関係が成り立つ理由としては、フミン質が、バイオポリマーよりも吸着選択性が低いことが挙げられる。即ち、先に吸着サイトに着色成分が吸着されていた場合でも、より吸着されやすいバイオポリマーが吸着サイトに近づくと、着色成分を追い出して代わりにバイオポリマーが吸着サイトに吸着される。したがって、親水性吸着材２００によるフミン質の吸着率が低下し、処理水の色度が所定値より大きくなったときに親水性吸着材２００の再生処理を行うことにより、バイオポリマーの吸着率が低下する前に親水性吸着材２００を再生することができる。
【００９４】
また、フミン質の吸着挙動について、ＴＯＣ及びＵＶ測定器を用いて測定を行ったところ、ＴＯＣによる測定結果とＵＶ測定器による吸光度の測定結果では、図４に示すように、ほぼ同じ吸着挙動が得られた。したがって、親水性吸着材２００のフミン質の吸着率については、ＵＶ測定器による吸光度の測定により容易に求めることができる。
【００９５】
（再生工程）
吸着材再生装置１０３によって行われる再生工程について説明する。
親水性吸着材２００は、無色透明のバイオポリマーと有色の着色成分であるフミン質の両方を吸着することができる。親水性吸着材２００では、フミン質の吸着が破過した後に、バイオポリマーの吸着が破過するという相関関係を有するため、フミン質の吸着率の低下に基づいて、バイオポリマーの吸着率の低下を予測することができる。また、フミン質の吸着率は、親水性吸着材２００で処理した処理水の色度を測定することにより容易に算出することができる。
【００９６】
水処理システム１００は、親水性吸着材２００で処理された処理水に含まれるフミン質に起因する色度を測定するため、色度測定装置１０２によって処理水の吸光度を測定する。具体的には、色度測定装置１０２は、フミン質が吸収しやすい２００〜４００ｎｍの波長の光を処理水に照射して、透過した光を受光することによって吸光度を測定する。
【００９７】
色度測定装置１０２は、測定した吸光度を吸着材再生装置１０３に送信する。吸着材再生装置１０３では、測定された吸光度が所定の値より大きくなったときに、吸着装置１０１への原水の供給を停止し、洗浄流体を吸着装置１０１に供給する。吸着材再生装置１０３は、洗浄流体を吸着装置１０１に供給し、親水性吸着材２００を洗浄して、親水性吸着材２００からバイオポリマー及びフミン質等のファウリング原因物質を剥がすことによって、親水性吸着材２００を再生する。
【００９８】
再生工程が終了すると、吸着材再生装置１０３は、吸着装置１０１への洗浄流体の供給を停止し、吸着装置１０１への原水の供給を開始することによって、吸着工程に戻る。
【００９９】
以下、実施例により親水性吸着材２００をより詳細に説明するが、親水性吸着材２００は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「％」および「部」は特に断りのない限り、それぞれ「質量％」および「質量部」を表す。
【０１００】
実施例１〜４及び比較例１〜３については、以下の条件及び方法により評価を行った。
【０１０１】
（バイオポリマーの吸着率）
バイオポリマーのモデル物質としてアルギン酸ナトリウム（和光純薬工業（株）製、型番：１９９−０９９６１）の吸着評価を実施した。各実施例と比較例で得られた吸着材１．０ｇ（１２時間真空乾燥機にて乾燥させた状態での質量であり、以下の記載において同じ）を２００ｍＬのモデル河川水１（アルギン酸ナトリウム濃度：４．０ｍｇ―Ｃ／Ｌ）に添加し、マグネチックホットスターラーにより攪拌した（１８０ｒｐｍ、２５℃）。１８時間攪拌の前後の上澄み液４０ｍｌを全有機炭素計（ＴＯＣ）によって評価し、該吸着材によるバイオポリマーの吸着率を以下のように評価した。
バイオポリマーの吸着率＝（吸着評価前のアルギン酸ナトリウム濃度―吸着評価後のアルギン酸ナトリウム濃度）／吸着評価前のアルギン酸ナトリウム濃度×１００（％）
【０１０２】
（着色成分の吸着率）
着色成分のモデル物質としてフミン酸ナトリウム（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、型番：Ｈ１６７５２−１００Ｇ）の吸着評価を実施した。各実施例と比較例で得られた吸着材１．０ｇを２００ｍＬのモデル河川水２（フミン酸ナトリウム濃度：４．０ｍｇ―Ｃ／Ｌ）に添加し、マグネチックホットスターラーにより攪拌した（１８０ｒｐｍ、２５℃）。１８時間攪拌の前後の上澄み液３ｍｌを紫外可視分光光度計（（株）島津製作所製、ＵＶ−２６００）によって評価し、該樹脂による着色成分の吸着率を以下のように評価した。
フミン質の吸着率＝（吸着評価前のフミン酸ナトリウム色度―吸着評価後のフミン酸ナトリウム色度）／吸着評価前のフミン酸ナトリウム色度×１００（％）
なお、検量試薬としては、色度１００標準液（和光純薬工業（株）製）を用いた。
【０１０３】
（平均粒子径）
実施例１〜４及び比較例１〜３で用いられた吸着材の平均粒子径は、２５℃の水に１２時間浸漬後、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（（株）堀場製作所製）にて測定した。
【０１０４】
（膨潤度の評価）
吸着材１ｇを２５℃の水に１２時間浸漬させた後、吸着材を遠心脱水して秤量（Ａ）した後、１０５℃で４時間乾燥して秤量（Ｂ）する。以下の式より、膨潤度を求めた。
膨潤度＝［（Ａ−Ｂ）／（Ｂ）］×１００  （％）
【０１０５】
（吸着材のカラム通液性評価）
吸着材５．０ｇを２５℃の水に１２時間浸漬させた後、内径１５．４ｍｍクロマトカラム管（柴田科学（株）製）に吸着材１０ｍＬを充填し、ダウンフローでイオン交換水を空間速度ＳＶ＝６０（６００ｍＬ／ｈ）通液したときのカラム液面上昇が、０ｃｍ／ｍｉｎのときＡ、０〜３ｃｍ／ｍｉｎのときＢ、３ｃｍ／ｍｉｎを超える場合をＣと評価した。
【０１０６】
［実施例１］
エチレン−ビニルアルコール共重合体（（株）クラレ製、「Ｆ−１０１」）７０部、
及びポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）３０部をラボ
プラストミルにて２１０℃で溶融混練した後、粉砕及び分級し、得られた複合体をエポキシ化合物（ナガセケムテックス（株）製デナコールＥＸ−８１０（商品名））２％の２５℃の溶液で架橋処理を行い、目的の吸着材（粒子径１０６〜１５０μｍ）を得た。得られた吸着材の２５℃水中の膨潤度は１００％であった。該吸着材を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１０７】
［実施例２］
エチレン−ビニルアルコール共重合体（（株）クラレ製、「Ｌ−１０４」）６０部、
及びポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）４０部をラボ
プラストミルにて２１０℃で溶融混練した後、粉砕・分級し、得られた複合体をエポキシ化合物（ナガセケムテックス（株）製デナコールＥＸ−８１０（商品名））２％の２５℃の溶液で架橋処理を行い、目的の吸着材（粒子径２３６０〜２８００μｍ）を得た。得られた吸着材の２５℃水中の膨潤度は１１０％であった。該吸着材を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１０８】
［実施例３］
ポリビニルアルコール（（株）クラレ製「ＰＶＡ―１１７」）８０質量部、ポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）２０質量部となるような樹脂組成とし、それら樹脂を水に溶解させた。当該溶液を４０℃の飽和硫酸ナトリウム浴に湿式紡糸し、１５ｍ/分の速度で引き取った。形成した糸はさらに２倍に湿延伸した後、１３０℃で乾燥させ、２３０℃で５倍の乾熱延伸を施した。この繊維をさらにグルタルアルデヒド１％、マレイン酸２％の４０℃の溶液に浸漬し架橋処理を行い、目的の吸着材（繊維径２５μｍ、繊維長３ｃｍ）を得た。得られた吸着材の２５℃での膨潤度は１５０％であった。該吸着材を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１０９】
［実施例４］
エポキシ化合物（ナガセケムテックス（株）製デナコールＥＸ−８１０（商品名））７０部、ポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）３０部を水中で混合し、得られた複合体を粉砕及び分級し、目的の吸着材（粒子径３００〜５００μｍ）を得た。得られた吸着材の２５℃水中の膨潤度は２８０％であった。該吸着材を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１１０】
［比較例１］
エチレン−ビニルアルコール共重合体（（株）クラレ製、「Ｅ−１０５」）６０部、
及びポリエチレンイミン（（株）日本触媒製、「エポミンＳＰ−２００」）４０部をラボ
プラストミルにて２１０℃で溶融混練した後、粉砕及び分級し、目的の吸着材（粒子径４００−７１０μｍ）を得た。得られた吸着材の２５℃水中の膨潤度は１２０％であった。該吸着材を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１１１】
［比較例２］
２５℃水中の膨潤度が８０％である市販の陰イオン吸着材（ダイヤイオンＷＡ２０、三菱化学（株）社製）を用いて、バイオポリマーと着色成分とを混合した混合溶液の処理を行った。結果を表１に示す。また、該吸着材を用いて、通液性の評価を行った。結果を表２に示す。
【０１１２】
［比較例３］
アコジェルＣ（ＭＴアクアポリマー（株）製）の鉱物油エマルジョンをヘキサンにて洗浄後、乾燥させ４級アンモニウム基を有する粒子を得た。該粒子をそのまま溶存有機物の吸着工程に用いようとしたところ、乾燥状態の粒子は粒子径が１０μｍであり、極めて小さいため、被処理水に対する撹拌性が悪いだけでなく、被処理水により膨潤した後は、粒子が４００％以上に膨潤し、粒子同士を良好に撹拌することが困難であったため、試験を中止した。
【０１１３】
【表１】
2016215144.tif 000003
【０１１４】
【表２】
2016215144.tif 000004
【０１１５】
実験例１〜４では、親水性成分（Ａ）を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を含む成分（Ｂ）を有する親水性吸着材を用いて、原水の吸着処理を行った場合、ファウリング原因物質のうちバイオポリマーと、着色成分とを効率的に吸着除去することができることがわかる。また、実施例１〜４の親水性吸着材では、通液性が良いこともわかる。一方、比較例１〜３では、バイオポリマーを吸着除去することができないことがわかる。
【０１１６】
［水処理システムの効果］
水処理システム１００においては、吸着装置１０１に、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する親水性吸着材２００を備えている。このような構成により、原水に含まれるファウリング原因物質のうち糖類やたんぱく質といった親水性が高いバイオポリマーを吸着することができる。したがって、水処理システム１００においては、バイオファウリングの原因となるファウリング原因物質を効率良く吸着除去することができる。
【０１１７】
水処理システム１００は、親水性吸着材２００を備える吸着装置１０１と、吸着装置１０１によって処理された処理水の色度を測定する色度測定装置１０２と、色度測定結果に基づいて親水性吸着材２００を再生する吸着材再生装置１０３と、を備えている。親水性吸着材２００は、ファウリング原因物質のうち、少なくとも無色透明のバイオポリマーと有色の着色成分であるフミン質とを吸着することができる。親水性吸着材２００においては、フミン質の吸着が破過した後にバイオポリマーの吸着が破過するという性質を有する。このような構成により、水処理システム１００においては、処理水中のフミン質に起因する色度を測定し、色度測定結果に基づいて親水性吸着材２００の再生処理を行うことができる。その結果、水処理システム１００においては、親水性吸着材２００のバイオポリマーの吸着が破過する前に、親水性吸着材２００の再生工程に移ることができるため、バイオポリマーを効率良く吸着除去することができる。
【０１１８】
親水性吸着材２００は、親水性成分を主骨格とし、有機体炭素吸着性官能基を有する。親水性吸着材２００は、２５℃水中における膨潤度が２０〜４００％であることによって、例えば、吸着装置１０１の吸着容器２０１がカラムの場合に、原水の通液を阻害せずに効率良くファウリング原因物質を吸着除去することができる。また、親水性吸着材２００の形状が粒子状であって、粒子径が５０μｍ〜５０００μｍであることによって、吸着材のハンドリングを容易にし、かつ吸着効率を向上させることができる。
【０１１９】
色度測定装置１０２は、吸着処理後の処理水における色度を測定することにより、処理水に含まれるフミン質の量を測定している。そのため、水処理システム１００においては、ＬＣ−ＯＣＤ等の煩雑で複雑な構成の測定装置を用いずとも、色度測定装置１０２によって、処理水に含まれるフミン質の量を簡単に測定することができる。また、色度測定装置１０２は、吸光度を測定することによって、リアルタイムで処理水における色度を測定することができる。
【０１２０】
なお、水処理システム１００においては、無色透明の第１物質の例としてバイオポリマーの吸着と有色の第２物質の例として着色成分であるフミン質の吸着との相関関係を用いて親水性吸着材２００の再生処理を行う構成について説明したが、これに限定されない。水処理システム１００においては、無色透明の第１物質の吸着と有色の第２物質との吸着との間に相関関係があれば、吸着する物質については、限定されない。
【０１２１】
実施の形態１において、着色成分は、フミン質として説明したが、これに限定されない。着色成分は、有色の成分であればよく、例えば、特定の波長の光を吸収する物質であればよい。着色成分としては、例えば、有機着色成分や無機着色成分を含んでもよい。有機着色成分としては、例えば、フルボ酸などの芳香族環を有する多糖類等がある。無機着色成分としては、例えば、鉄、マンガン等がある。
【０１２２】
実施の形態１において、吸着装置１０１は、吸着容器２０１としてカラムを用いた構成について説明したが、これに限定されない。例えば、吸着装置１０１の吸着容器２０１は、バッチリアクターなどであってもよい。バッチリアクターを用いることにより、膨潤度の大きい親水性吸着材２００を使用することができる。
【０１２３】
実施の形態１において、色度測定装置１０２は、処理水に含まれるフミン質に起因する吸光度を測定する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、色度測定装置１０２は、色度を測定することができるものであればよく、例えば、比色センサにより色度を測定してもよい。
【０１２４】
色度測定装置１０２は、着色成分としてフミン質が吸収可能な２００〜４００ｎｍの波長の光を発光する発光素子を備える構成について説明したが、これに限定されない。発光素子が発する光の波長は、着色成分が光を吸収可能な範囲であればよい。例えば、光の波長は、４００〜６００ｎｍの範囲であってもよい。また、色度測定装置１０２は、特定の範囲の波長の光を発光する発光素子の代わりに、特定の範囲の波長の光を透過させるフィルターを備える構成としてもよい。
【０１２５】
実施の形態１において、吸着材再生装置１０３は、色度測定装置１０２によって測定された吸光度が所定の値より大きくなったときに親水性吸着材２００の再生処理を行う構成について説明したが、これに限定されない。例えば、吸着材再生装置１０３は、吸光度から吸着率を算出し、算出した吸着率に基づいて再生処理を行ってもよい。また、吸着材再生装置１０３は、一定時間毎に再生処理を行ってもよい。
【０１２６】
吸着材再生装置１０３は、洗浄容器と、ポンプと、流量調整弁と、を備える構成について説明したが、これに限定されない。例えば、ポンプにインバータが接続されてもよい。インバータは、ポンプの回転数を制御することによって、洗浄流体の流量、流速を調整することができる。また、吸着材再生装置１０３は、洗浄流体の温度を計測する温度センサ、洗浄流体の流量を計測する流量センサ等を備えてもよい。例えば、温度センサによって洗浄流体の温度を検出し、洗浄流体を任意の温度に設定することができる。また、流量センサによって、洗浄流体の流量を制御してもよい。
【０１２７】
実施の形態１においては、吸着装置１０１、色度測定装置１０２、吸着材再生装置１０３について、それぞれ１つずつ備える構成について説明したが、これに限定されない。吸着装置１０１、色度測定装置１０２、吸着材再生装置１０３は、複数備えてもよい。複数の装置を備えることにより、更に効率良くファウリング原因物質を吸着除去することができる。
【０１２８】
本発明をある程度の詳細さをもって各実施形態において説明したが、これらの実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【０１２９】
本発明の水処理システムでは、発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて既存の装置を組み合わせてもよい。既存の装置としては、例えば、砂ろ過装置、凝集沈殿装置、オゾン処理装置、既存の吸着材や活性炭等を用いた吸着装置等が挙げられる。これらの装置は、本発明の水処理システムに、単独で又は２つ以上を組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、ファウリング原因物質の中でも、特にバイオファウリングの主因となるバイオポリマーを効率良く吸着除去することが可能であるため、水処理システムに有用である。
【符号の説明】
【０１３１】
１００  水処理システム
１０１  吸着装置
１０２  色度測定装置
１０３  吸着材再生装置
２００  吸着材
２０１  吸着容器（カラム）
２０２  入口
２０３  出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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