特許 6873629 水処理装置および水処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6873629

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】水処理装置および水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20210510BHJP

   B01D 61/16 20060101ALI20210510BHJP

   B01D 65/08 20060101ALI20210510BHJP

   B01D 69/00 20060101ALI20210510BHJP

   C02F 1/52 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 A

   C02F1/44 C

   B01D61/16

   B01D65/08

   B01D69/00

   C02F1/52 Z

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-167568(P2016-167568)

(22)【出願日】2016年8月30日

(65)【公開番号】特開2018-34087(P2018-34087A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀川 大介

(72)【発明者】

【氏名】早見 徳介

(72)【発明者】

【氏名】早見 美意

(72)【発明者】

【氏名】毛受 卓

【審査官】 小川 慶子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２７８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第２３６６４４９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１１／１２９０２３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開平８−１０５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７０１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−７５７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３４１６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４，１／５２−１／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部、から選ばれる少なくとも１つを備える、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第１付着力抑制機構と、
前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第２付着力抑制機構を有する分離部と
を備え、
前記第２付着力抑制機構は、前記凹凸構造の凹部の幅が、前記凝集物の直径よりも小さいことを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部、から選ばれる少なくとも１つを備える、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第１付着力抑制機構と、
前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第２付着力抑制機構を有する分離部と
を備え、
前記分離膜は、表面に垂直な方向に貫通する孔を複数有する多孔質膜からなり、前記凹凸構造が、前記貫通する孔の形成されていない部分に設けられていることを特徴とする水処理装置。

【請求項3】

前記第２付着力抑制機構は、前記分離膜の表面に形成される親水部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記第２付着力抑制機構は、前記分離膜の表面に形成される被帯電部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記第１付着力抑制機構は、前記球形化処理部および前記粒径制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記第１付着力抑制機構は、前記凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理方法であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部から選ばれる少なくとも１つを備える第１付着力抑制機構により、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する工程と、
前記付着力を抑制する工程の後、前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第２付着力抑制機構を有する分離部を介して、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する工程と
を有し、
前記第２付着力抑制機構は、前記凹凸構造の凹部の幅が、前記凝集物の直径よりも小さいことを特徴とする水処理方法。

【請求項8】

除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理方法であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部から選ばれる少なくとも１つを備える第１付着力抑制機構により、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する工程と、
前記付着力を抑制する工程の後、前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第２付着力抑制機構を有する分離部を介して、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する工程と
を有し、
前記分離膜は、表面に垂直な方向に貫通する孔を複数有する多孔質膜からなり、前記凹凸構造が、前記貫通する孔の形成されていない部分に設けら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】

本発明の実施形態は、水処理装置および水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

排水処理や用水供給などの分野では、水を浄化するための様々な処理方法が実施されている。このような水を浄化する処理方法（以下、水処理方法ともいう）では、排水や用水のような被処理水に含まれる固形物や溶解物のような除去対象物のうち、被処理水から除去したい除去対象物、例えば後段で実施される水処理プロセスに排出させたくない除去対象物を除去する。

【0003】

一般的な水処理方法には、水槽内に被処理水を滞留させて、被処理水と除去対象物との比重差を利用して、除去対象物を沈降させて分離する沈降分離や除去対象物を浮上させて分離する浮上分離などがある。さらに、水処理方法には、空気を加圧溶解させた水に被処理水を添加して生じさせた微細気泡を除去対象物に付着させて、除去対象物を浮上させて分離する加圧浮上分離がある。

【0004】

しかしながら、除去対象物の大きさが微細で質量が小さいと、除去対象物は、沈降または浮上せずに、被処理水中に分散している状態となる。そのため、上記のような比重差を利用した分離方法によって、除去対象物を被処理水から分離することは困難である。

【0005】

このような場合、上記のような分離方法において、除去対象物を凝集させる凝集剤を被処理水に添加し、除去対象物を凝集させて粗大化した凝集物を生成させる凝集処理を行うことがある。除去対象物の凝集によって生じた凝集物の質量は、除去対象物よりも大きい。そのため、除去対象物を含む凝集物は、上記した分離方法によって被処理水から容易に分離される。

【0006】

また、上記のような分離方法において、多孔質の分離膜を用いて被処理水をろ過することがある。例えば、上記の凝集処理を行った被処理水を分離膜によってろ過すると、分離膜は凝集処理によって粗大化した凝集物を被処理水から容易に分離することができる。さらには、分離膜を貫通する孔の大きさを変えることによって、分離膜を透過する凝集物の大きさが調整されるので、所望の分離精度が得られる。

【0007】

このように、分離膜を用いる分離方法では、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物を含む被処理水を分離膜によって連続的にろ過する。そのため、凝集物が分離膜の表面に堆積することがある。分離膜の表面に物質が付着すると、分離膜に形成される孔が閉塞されるので、ろ過速度が低下する。特に、バイオフィルムや有機高分子のような、粘着性を有すると共に透水性の低い物質が分離膜に付着すると、ろ過速度はさらに低下する。そして、分離膜の孔が完全に閉塞されると、被処理水は分離膜を透過できなくなるので、被処理水のろ過が困難になる。このような場合には、分離膜に対してろ過の方向とは逆の方向に水を透過させて分離膜を洗浄する逆洗や、薬品を用いて分離膜を洗浄する薬品洗浄によって、分離膜の表面に付着して分離膜の孔を閉塞している付着物を除去する作業が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３ー２１５６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

分離膜の洗浄性は、分離膜の表面に付着している付着物および分離膜の物性などに影響される。このような状況から、表面が不活性なＰＴＦＥやＰＶＤＦのようなフッ素樹脂から形成される分離膜や、中空糸膜のような表面積を増加させた分離膜などの開発が行われている。しかしながら、分離膜の付着物に起因するろ過速度の低下については、十分に解消されておらず、改善の余地がある。

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

実施の形態の水処理装置は、除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置である。そして、前記水処理装置は、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第１付着力抑制機構と、前記被処理水をろ過するための槽に設けられ、前記凝集物との付着力を抑制する第２付着力抑制機構を有し、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する分離膜とを備える。

【発明の効果】

【0012】

分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施の形態の水処理装置を備える水処理設備を示す概略図である。

【図2】第１の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜を模式的に示す断面図である。

【図3】第１の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜の凹凸構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図4】第１の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜の上面を観察したＳＥＭ画像である。

【図5】第１の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜を模式的に示す断面図である。

【図6】第１の実施の形態の水処理装置における、分離膜の凸部の半径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。

【図7】第１の実施の形態の水処理装置における、分離膜の凸部のピッチの大きさ／凝集物の粒径と、分離膜に形成される流路の流路断面積との関係を示すグラフである。

【図8】第１の実施の形態の水処理装置を備える水処理設備で行われる工程を示す工程図である。

【図9】第２の実施の形態の水処理装置における、親水化処理前および親水化処理後の分離膜の表面における水の接触角を示すグラフである。

【図10】第２の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面における水の接触角と、分離膜の洗浄エネルギとの関係を示すグラフである。

【図11】第３の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面電荷密度と、分離膜および凝集物の間に働く静電気力との関係を示すグラフである。

【図12】第４の実施の形態の水処理装置における、凝集物の真球度と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。

【図13】第５の実施の形態の水処理装置における、凝集物の圧密率と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。

【図14】第６の実施の形態の水処理装置における、ピッチの大きさ／凝集物の粒径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

【0015】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の水処理装置７を備える水処理設備１を示す概略図である。図１に示すように、第１の実施の形態の水処理装置７を備える水処理設備１は、被処理水貯留部２と、凝集処理部３と、第１付着力抑制機構４と、分離部５と、処理水貯留部６とを備えている。

【0016】

被処理水貯留部２は、除去対象物を含む被処理水を貯留する。除去対象物は、例えば、油分のような有機物や無機物などから構成される固形物、コロイド状物質などの濁質である。また、被処理水は、上記の除去対象物を含む水系の液体である。被処理水としては、例えば、産業施設から排出される産業排水などが挙げられる。例えば、被処理水の溶媒は水である。被処理水中の除去対象物の濃度は、例えば１０ｐｐｍ以上である。

【0017】

凝集処理部３は、被処理水に凝集剤を添加して、除去対象物の凝集処理を行う。被処理水貯留部２から排出された除去対象物を含む被処理水は、凝集処理部３に供給される。また、凝集処理部３には、除去対象物を凝集させる凝集剤が供給される。凝集処理部３内の被処理水に凝集剤が添加されると、被処理水中の除去対象物が凝集して、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物が生成される。凝集物は、微細な除去対象物の凝集によって粗大化したものである。なお、被処理水に添加された凝集剤を被処理水中で均一化するために、凝集処理部３内の被処理水は、図示しない攪拌機などによって撹拌されてもよい。

【0018】

被処理水に供給される凝集剤は、除去対象物の種類などに応じて、適宜選択される。凝集剤としては、無機凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤などが挙げられる。

【0019】

第１付着力抑制機構４は、分離部５に装着されている分離膜に対する凝集物の付着力を抑制する。凝集処理部３を排出した凝集物を含む被処理水は、第１付着力抑制機構４に供給される。第１付着力抑制機構４は、凝集処理部３で凝集して生成された凝集物の分離膜に対する付着力を低下させる。

【0020】

分離部５は、分離膜に対する付着力の低下した凝集物を被処理水から固液分離する。第１付着力抑制機構４から排出された凝集物を含む被処理水は、分離部５に供給される。また、分離部５には、被処理水をろ過するための分離膜が設けられている。分離部５では、被処理水を分離膜でろ過することによって、凝集物は分離膜を透過せずに、被処理水を構成する残りの成分が分離膜を透過する。このとき、分離膜が除去対象物を含む凝集物を除去することによって、処理水が得られる。

【0021】

分離部５を排出した処理水は、処理水貯留部６に供給される。処理水貯留部６は、分離部５で被処理水から凝集物を除去することによって得られた処理水を貯留する。処理水貯留部６に貯留される処理水は、水系の液体である。処理水中の除去対象物の濃度は、例えば１０ｐｐｍ以下である。

【0022】

なお、処理水中の除去対象物の形態には、凝集剤を添加しても凝集しなかった除去対象物と、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物において、分離膜に形成される孔を透過した微細な凝集物とが含まれる。ここで、除去対象物および微細な凝集物の大きさは分離部５で除去される凝集物よりも小さく、除去対象物および微細な凝集物は分離膜に形成される孔を透過する。

【0023】

上記のように、凝集処理部３、第１付着力抑制機構４、および分離部５の処理を行うことによって、被処理水が処理されて、処理水が生成される。

【0024】

なお、被処理水貯留部２、凝集処理部３、第１付着力抑制機構４、分離部５、処理水貯留部６は、１つの槽に設けられてもよく、複数の槽に設けられてもよい。被処理水貯留部２、凝集処理部３、第１付着力抑制機構４、分離部５、処理水貯留部６が複数の槽に設けられる場合、被処理水貯留部２、凝集処理部３、第１付着力抑制機構４、分離部５、処理水貯留部６の各々が別々の槽に設けられてもよく、これらのいずれか２つ以上が１つの槽に設けられてもよい。

【0025】

次に、第１の実施の形態の水処理装置７について説明する。

【0026】

水処理装置７は、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して凝集物を分離する。水処理装置７は、図１に示すように、第１付着力抑制機構４と分離部５に設けられる分離膜とを備える。

【0027】

分離膜は、被処理水をろ過するための槽、換言すると分離部５を備える槽に設けられる。また、分離膜は、凝集物との付着力を抑制する第２付着力抑制機構を有すると共に、分離膜に対する付着力が抑制された凝集物を被処理水から固液分離する。

【0028】

図２は、水処理装置７を構成する分離膜１０を模式的に示す断面図である。図３は、水処理装置７を構成する分離膜１０の凹凸構造を模式的に示す拡大断面図である。図４は、水処理装置７を構成する分離膜１０の上面を観察したＳＥＭ画像である。

【0029】

図２および図４に示すように、分離膜１０は、分離膜１０の表面に垂直な方向に分離膜１０を貫通する孔１１を複数有する多孔質の膜である。分離膜１０の表面には、第２付着力抑制機構８が設けられる。第２付着力抑制機構８は、分離膜１０の表面に形成される、複数の凹部１２と複数の凸部１３とから構成される規則的な凹凸構造を備える。第２付着力抑制機構８の凹凸構造は、分離膜１０における孔１１の形成されていない部分の表面に設けられる。

【0030】

孔１１の大きさＲ_１１と凝集物９の直径Ｒ_９との関係について、図３に示すように、分離膜１０が被処理水１４をろ過して凝集物９を除去するために、孔１１の大きさＲ_１１は凝集物９の直径Ｒ_９すなわち凝集物９の粒径よりも小さい。なお、ここでは、凝集物９が球形である一例を示すが、凝集物９が非球形である場合、非球形の体積と同じ体積を有する球形を近似し、当該近似した球形の直径を凝集物９の直径とみなす。

【0031】

分離膜１０の表面に平行な孔１１の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形状でも多角形状でもよい。孔１１の断面形状が円である場合、円の直径が孔１１の大きさＲ_１１に相当する。また、孔１１の断面形状が多角形である場合、多角形の面積と同じ面積を有する円を近似し、当該近似した円の直径が孔１１の大きさＲ_１１に相当する。

【0032】

孔１１の大きさＲ_１１は、凝集物９の大きさや分離精度を考慮して適宜選択される。孔１１の大きさＲ_１１は、例えば、０．５μｍ以上５０．０μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であることがより好ましい。孔１１の大きさＲ_１１が０．５μｍよりも小さいと、孔１１の開孔率が非常に低くなると共に孔１１が非常に狭くなるので、孔１１を流れる処理水１５の流速が低下して、所望のろ過速度が得られないことがある。また、孔１１の大きさＲ_１１が５０．０μｍよりも大きいと、分離膜１０による凝集物９の捕捉率が低下することや、分離膜１０の強度が低下して、分離膜１０がろ過時の水圧によって破損することがありえる。

【0033】

第２付着力抑制機構８の凹凸構造の大きさと凝集物９の直径Ｒ_９との関係は、下記式（１）を満たすことが好ましい。すなわち、図３に示すように、凹部１２の幅Ｗ_１２が凝集物９の直径Ｒ_９よりも小さいことが好ましい。また、凹部１２の深さＤ_１２と凝集物９の直径Ｒ_９との関係は、下記式（２）を満たすことが好ましい。ここで、凹部１２の深さＤ_１２は、凸部１３の高さＨ_１３と等しい。

【0034】

Ｗ_１２＜Ｒ_９・・・式（１）

【0035】

【数1】

【0036】

式（１）および式（２）を満たすことによって、図２および図３に示すように、凝集物９は、ろ過時に、凸部１３の上側端部と点接触すると共に、凹部１２の底面１２ａとは接触しない。一方で、表面に規則的な凹凸構造を有する第２付着力抑制機構を備えない従来の分離膜については、凝集物は、ろ過時に分離膜の表面と面接触する。このように、従来の分離膜に比べて、分離膜１０と凝集物９との接触面積が減少するので、分離膜１０と凝集物９との付着力は低下する。そのため、分離膜１０の洗浄性は向上する。

【0037】

さらに、式（１）および式（２）を満たすことによって、図２に示すように、凹部１２の底面１２ａと凝集物９との間には、流路１６が形成される。流路１６内では、被処理水１４が流れる。流路１６が形成されると、分離膜１０の表面付近や孔１１付近における、被処理水１４の流速が向上する。そのため、被処理水１４のろ過に要する時間は短縮される。

【0038】

第２付着力抑制機構８における凹凸構造の大きさは、ろ過対象物である凝集物９の直径Ｒ_９に応じて適宜調整される。例えば、凹凸構造における凹部１２の幅Ｗ_１２は、０．５μｍ以上５０．０μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下であることがより好ましい。凹部１２の幅Ｗ_１２が上記範囲内であると、分離膜１０の洗浄性は向上し、分離膜１０によるろ過時間は短縮される。

【0039】

また、第２付着力抑制機構８における凹凸構造の大きさが非常に小さい場合、例えば凹部１２の幅Ｗ_１２が凝集物９の直径Ｒ_９よりも非常に小さいときには、流路１６の体積は非常に小さくなる。そのため、分離膜１０の表面付近や孔１１付近における被処理水１４の流速向上の効果は低下する。

【0040】

図５は、水処理装置７を構成する分離膜１０を模式的に示す断面図である。図５に示すように、凹凸構造の大きさ、例えば凹部１２の幅Ｗ_１２が凝集物９の直径Ｒ_９以上になると、凝集物９が凹部１２内に入り込むことがある。凝集物９の入り込んだ凹部１２では、凝集物９が凹部１２の底面１２ａに接触するので、流路１６が形成されない。このように、式（１）および式（２）を満たす分離膜１０に比べて、式（１）および式（２）の少なくとも一方を満たさない分離膜全体に形成される流路１６の体積は減少するので、被処理水１４の流速向上の効果は低下する。

【0041】

図６は、第１の実施の形態の水処理装置７における、分離膜１０の凸部１３の半径と、分離膜１０および凝集物９の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。ここで、分離膜１０に設けられる第２付着力抑制機構８における凹凸構造の大きさの指標として、凹凸構造が連続する半球状の凸部１３から構成されるときの、凸部１３の半径を用いた。例えば、凸部１３の半径が１．００μｍであるときには、半径１．００μｍの半球状の凸部１３が分離膜１０の表面上に連続して形成している。また、分離膜１０と凝集物９との付着力の指標として、分離膜１０と凝集物９との間に働くファンデルワールス力を用いた。このとき、凝集物９は、１．００×１０^１μｍの直径Ｒ_９を有する球形である。なお、半球状の凸部１３の半径は、凸部１３の高さＨ_１３に等しい。

【0042】

図６に示すように、半球状の凸部１３で構成される凹凸構造を備える第２付着力抑制機構８において、凸部１３の半径が凝集物９の直径Ｒ_９以下になると、分離膜１０と凝集物９との間に働くファンデルワールス力が減少する。一方、凸部１３の半径が凝集物９の直径Ｒ_９よりも大きい場合には、分離膜１０と凝集物９との間に働くファンデルワールス力はほぼ一定である。すなわち、凝集物９の直径Ｒ_９に比べて、第２付着力抑制機構８の凹凸構造を微細にすることによって、分離膜１０における凝集物９との付着力を低下させることができる。

【0043】

図７は、第１の実施の形態の水処理装置７における、分離膜１０の凸部１３のピッチの大きさ／凝集物の粒径と、分離膜１０に形成される流路１６の流路断面積（μｍ^２） との関係を示すグラフである。ここで、分離膜１０に設けられる第２付着力抑制機構８における凹凸構造の指標として、凹凸構造が連続する半球状の凸部１３から構成されるときの、凸部１３のピッチを用いた。例えば、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００以上であるとき、凝集物９の粒径は凸部１３のピッチの大きさ以下であり、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００よりも小さいとき、凝集物９の粒径は凸部１３のピッチの大きさよりも大きい。また、このとき、凝集物９は、１．００×１０^１μｍの直径Ｒ_９を有する球形である。

【0044】

図７に示すように、半球状の凸部１３で構成される凹凸構造を備える第２付着力抑制機構８において、凸部１３のピッチの大きさが凝集物９の直径以下の範囲では、凸部１３のピッチの大きさが小さくなるにつれて、凹部１２と凝集物９との間に形成される流路１６の流路断面積が増加する。すなわち、第２付着力抑制機構８の凹凸構造の大きさを調整することによって、流路１６の流路断面積を制御することができる。そして、凸部１３のピッチの大きさが凝集物９の直径以下の範囲において、第２付着力抑制機構８の凹凸部のピッチの大きさを小さくすることによって、流路１６の流路断面積を増加させることができる。

【0045】

このように、分離膜１０に設けられる第２付着力抑制機構８の凹凸構造の大きさおよび／またはピッチの大きさを調整することによって、分離膜１０の洗浄性を向上させることができると共に、分離膜１０による被処理水１４のろ過時間を短縮させることができる。

【0046】

また、孔１１および第２付着力抑制機構８における凹凸構造の形成方法は、特に限定されるものではなく、既知の方法を用いることができる。図４に示す分離膜１０については、レーザー光を照射することによって、分離膜１０を貫通させずに分離膜１０の表面を部分的に除去して、複数の凹部１２を形成した。その後、レーザー光の照射強度を増加し、分離膜１０の表面にレーザー光を照射することによって、分離膜１０を除去して、分離膜１０を貫通する複数の孔１１を形成した。なお、フォトマスクを使用し、分離膜１０の表面に対してレーザー光を部分的に遮りながら照射することによって、孔１１や凹凸構造を形成してもよい。

【0047】

さらに、孔１１および凹凸構造の形成方法は、レーザー光に加えて、例えば、電子ビーム照射、ドリルやナノインプリントのような機械加工、エッチング加工、放電加工、３Ｄプリントなどの方法を用いることができる。

【0048】

また、図４に示す分離膜１０において、分離膜１０の表面を部分的に除去して形成される複数の凹部１２から構成される凹凸構造について説明したが、分離膜１０の凹凸構造は、分離膜１０の表面へ部分的に所定の物質を積層させることによって形成される複数の凸部１３から構成されてもよい。なお、凹凸構造は、複数の凹部１２から構成されてもよいし、複数の凸部１３から構成されてもよいし、複数の凹部１２および複数の凸部１３から構成されてもよい。

【0049】

凸部１３を形成するときに分離膜１０の表面に積層させる物質は、被処理水１４に対して耐食性を有し、ろ過に耐えうる強度を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば分離膜１０を構成する材料と同じである。分離膜１０の表面に積層させる物質の種類は、被処理水１４、除去対象物、および凝集剤の種類、ろ過条件などによって、適宜選択される。

【0050】

また、第２付着力抑制機構８における凹凸構造の凹凸パターンは、特に限定されるものではなく、例えば、正方形、長方形、線状のパターンなどが挙げられる。

【0051】

分離膜１０を構成する材料は、被処理水１４に対して耐食性を有し、ろ過に耐えうる強度を有していれば、特に限定されるものではない。分離膜１０は、例えば、ＳＵＳのような合金、チタン、ニッケルのような金属、ポリエチレンやポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン、ポリイミド、フッ素樹脂のような樹脂などから構成される。分離膜１０を構成する材料は、孔１１および凹凸構造の形成方法、被処理水１４、除去対象物、および凝集剤の種類、ろ過条件などによって、適宜選択される。

【0052】

分離膜１０の厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。ここで、分離膜１０の厚さとは、分離膜１０の表面に垂直な方向における、分離膜１０の表面に向かい合う裏面と表面との最短距離、すなわち、分離膜１０の裏面と凸部１３の表面との最短距離である。分離膜１０の厚さが５μｍよりも小さいと、分離膜１０の強度が低下することがある。そのため、分離膜１０に孔１１および凹凸構造を高精度で安定して形成することができないことや、分離膜１０がろ過時の水圧によって破損することがある。また、分離膜１０の厚さが１００μｍよりも大きいと、孔１１および凹凸構造の形成が困難になることがある。

【0053】

次に、第１の実施の形態の水処理装置７を備えると共に第１の実施の形態の水処理方法を用いる水処理設備１で行われる工程について説明する。ここでは、被処理水貯留部２、凝集処理部３、第１付着力抑制機構４、分離部５、処理水貯留部６の各々が別々の槽に設けられる一例を示す。

【0054】

図８は、水処理装置７を備える水処理設備１で行われる工程を示す工程図である。図８に示すように、水処理設備１で行われる工程は、凝集工程Ｓ１０と、付着力抑制工程Ｓ２０と、分離工程Ｓ３０とを有する。

【0055】

図１に示すように、水処理設備１では、除去対象物を含む被処理水１４が被処理水貯留部２に貯留されている。除去対象物を含む被処理水１４は、被処理水貯留部２から排出される。

【0056】

図１および図８に示すように、被処理水貯留部２を排出した被処理水１４は、凝集処理部３に供給される。凝集処理部３では、凝集工程Ｓ１０が行われる。凝集工程Ｓ１０は、除去対象物を含む被処理水１４に凝集剤を添加して、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物９を生成させる。こうして、凝集物９を含む被処理水１４が得られる。凝集物９を含む被処理水１４は、凝集処理部３から排出される。

【0057】

凝集処理部３を排出した凝集物９を含む被処理水１４は、第１付着力抑制機構４に供給される。第１付着力抑制機構４では、付着力抑制工程Ｓ２０が行われる。付着力抑制工程Ｓ２０は、分離膜１０に対する凝集物９の付着力を抑制する。付着力抑制工程Ｓ２０を行った凝集物９を含む被処理水１４は、第１付着力抑制機構４から排出される。

【0058】

第１付着力抑制機構４を排出した凝集物９を含む被処理水１４は、分離部５に供給される。分離部５では、分離工程Ｓ３０が行われる。分離工程Ｓ３０は、凝集物９を含む被処理水１４を分離膜１０でろ過して、被処理水１４から凝集物９を分離する。被処理水１４のろ過時に、例えば窒素のような不活性ガスや圧縮空気などによって所定の圧力を被処理水１４に付与すると、被処理水１４は、一定圧力または一定流量で、分離膜１０に供給される。分離工程Ｓ３０において、分離膜１０が被処理水１４をろ過すると、被処理水１４中の凝集物９が分離膜１０によって除去されて、処理水１５が生成される。処理水１５は、分離部５から排出される。

【0059】

分離部５を排出した処理水１５は、処理水貯留部６に供給される。処理水貯留部６に貯留している処理水１５は、別途の洗浄処理などを施さずに、河川などに流すことができる。例えば、処理水１５に含まれる除去対象物と凝集物との合計の濃度は、１０ｐｐｍ以下である。

【0060】

次に、第１の実施の形態の水処理方法について説明する。

【0061】

第１の実施の形態の水処理方法は、図２に示すように、凝集物９を含有する被処理水１４から分離膜１０を介して凝集物９を分離する。この水処理方法は、付着力抑制工程Ｓ２０と、分離工程Ｓ３０とを有する。

【0062】

付着力抑制工程Ｓ２０は、被処理水１４中の凝集物９に施される。付着力抑制工程Ｓ２０では、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物９の分離膜１０に対する付着力が低下する。付着力抑制工程Ｓ２０は、第１付着力抑制機構４を備える槽で行われる。

【0063】

分離工程Ｓ３０は、分離膜１０を介して、分離膜１０に対する付着力の抑制された凝集物９を被処理水１４から分離する。分離部５に取り付けられている分離膜１０は、被処理水１４中の凝集物９との付着力を抑制する第２付着力抑制機構８を有する。分離工程Ｓ３０は、分離部５を備える槽で行われる。

【0064】

ここで、分離部５には、分離膜１０に対する付着力の低下した凝集物９を含むと共に第１付着力抑制機構４を排出した被処理水１４が供給される。また、分離部５には、凝集物９との付着力を低下した分離膜１０が取り付けられている。そして、凝集物９および分離膜１０に働く付着力が低下するので、凝集物９は分離膜１０の表面に付着しにくくなり、ろ過時間の経過と共に増加する分離膜１０上への凝集物９の付着量は、従来よりも抑制される。このように、分離膜１０に対する凝集物９の付着量の増加は抑制されることから、分離膜１０に付着した凝集物９によって孔１１が閉塞される時間は、従来よりも長くなる。そのため、凝集物９による孔１１の詰りに起因する分離膜１０のろ過速度の経時的な低下は、従来よりも抑制される。

【0065】

さらに、分離膜１０の孔１１が凝集物９によって閉塞されている場合や分離膜１０のろ過速度が凝集物９によって低下している場合であっても、逆洗や薬品洗浄を分離膜１０に施すことによって、分離膜１０の表面に付着して孔１１を閉塞している凝集物９は、従来よりも容易に分離膜１０の表面から除去される。凝集物９が分離膜１０の表面から除去されると、被処理水１４の透過性が回復するので、分離膜１０のろ過速度の低下は解消される。ここで、上述したように凝集物９および分離膜１０に働く付着力が低下するので、分離膜１０の洗浄回復性は向上する。そのため、分離膜１０の洗浄によって、従来よりも、分離膜１０の表面に付着している凝集物９を分離膜１０から容易に除去できると共に、分離膜１０の洗浄後に分離膜１０の表面に残留する凝集物９の付着量を低下できる。そのため、分離膜１０の洗浄後における分離膜１０のろ過速度は、未使用の分離膜１０の使用開始時におけるろ過速度近くまで増加する。

【0066】

なお、第１付着力抑制機構４および分離部５は、別々の槽に設けられてもよいが、１つの槽に設けられてもよい。

【0067】

上記したように、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、被処理水１４に含まれる凝集物９の分離膜１０に対する付着力を低下させると共に、分離膜１０における凝集物９との付着力を低下させることができる。このように、凝集物９および分離膜１０の付着力は低下する。そのため、分離膜１０に形成される孔１１の閉塞を抑えることができるので、分離膜１０のろ過速度の経時的な低下を抑制させることができる。さらに、定期的に分離膜１０の洗浄を行うことによって、分離膜１０のろ過速度の低下を解消させて、分離膜１０のろ過速度を回復させることができる。

【0068】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第２付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と重複する説明を省略または簡略する。

【0069】

第２の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第２付着力抑制機構は、分離膜の表面に形成される親水部を備える。表面に形成される親水部とは、親水化処理されている表面の部分である。

【0070】

分離膜の表面形状は、特に限定されるものではない。すなわち、第２付着力抑制機構は、図２に示すような凹部１２および凸部１３から構成される凹凸構造を具備する分離膜の表面に形成される親水部を備えてもよいし、凹凸構造を具備しない平滑な分離膜の表面に形成される親水部を備えてもよい。換言すると、凹凸構造を具備する分離膜の表面が親水化処理されていてもよいし、凹凸構造を具備しない平滑な分離膜の表面が親水化処理されていてもよい。

【0071】

分離膜の親水化処理は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、分離膜の表面にガラスのような親水性材料をコーティングする親水化コーティング、分離膜の表面をプラズマや電子線などで改質する表面改質などによって、第２付着力抑制機構の親水部が分離膜の表面に形成される。

【0072】

分離膜の親水化は、例えば、分離膜の表面における水の接触角によって測定することができる。ここで、水の接触角とは、水の液滴の自由表面と分離膜の表面との接点における、水の液滴の接線と分離膜の表面とのなす角のうち、水の液滴を含む側の角である。水の接触角は、接触角計で測定することができる。

【0073】

図９は、第２の実施の形態の水処理装置における、親水化処理前および親水化処理後の分離膜の表面における水の接触角を示すグラフである。ここでは、ＳＵＳから構成され、凹凸構造を具備せずに平滑な表面を有する分離膜の表面にガラスをコーティングすることによって、分離膜の表面を親水化処理した。

【0074】

親水化処理前の分離膜、すなわち第２付着力抑制機構を備えない分離膜では、水の接触角が約８０度であった。また、親水化処理後の分離膜、すなわち第２付着力抑制機構を備える分離膜では、水の接触角が約１０度であった。このように、分離膜の表面に親水化コーティングを施すことによって、親水部を備える第２付着力抑制機構が分離膜の表面に形成されることが示唆された。

【0075】

図１０は、第２の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面における水の接触角と、分離膜の洗浄エネルギとの関係を示すグラフである。分離膜の洗浄エネルギとは、分離膜の表面に付着している凝集物を分離膜の表面から除去するために必要なエネルギである。洗浄エネルギが小さいと、分離膜における凝集物との付着力は小さいとみなすことができ、分離膜の孔の閉塞が抑制される。また、有機系凝集物とは、樹脂などの有機系材料から構成される非ゲル状の凝集物であり、無機系凝集物とは、粘土などの無機系材料から構成される非ゲル状の凝集物であり、水溶系凝集物とは、ゲル状の凝集物である。

【0076】

図１０に示すように、分離膜の洗浄エネルギは、分離膜における水の接触角の変化に応じて、線形的に変化する。そして、水の接触角が小さいほど、分離膜の洗浄エネルギは小さく、分離膜の孔の閉塞が抑制される。

【0077】

被処理水に含まれる凝集物の種類や、分離膜に適用する洗浄方法の洗浄エネルギなどを考慮して、分離膜の親水化処理の程度を適宜設定する。複数種類の凝集物が被処理水に含まれる場合であっても、水の接触角を小さくすることによって、分離膜から凝集物を容易に除去することができる。

【0078】

上記したように、第２の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、分離膜の表面に形成される親水部を具備する第２付着力抑制機構を有する分離膜を備える。分離膜の表面における水の接触角が小さいほど、分離膜の洗浄エネルギは小さくなり、分離膜の洗浄性は向上する。このように、親水部を備える第２付着力抑制機構を有する分離膜を用いることによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0079】

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第２付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

【0080】

第３の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第２付着力抑制機構は、分離膜の表面に形成される被帯電部を備える。表面に形成される被帯電部とは、電荷が付与されている表面の部分である。

【0081】

例えば、正の電荷が分離膜の表面に付与され、被処理水に含まれる凝集物の電荷が正である場合、第２付着力抑制機構の被帯電部および凝集物の間には、斥力の静電気力が作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は小さくなり、分離膜の孔の閉塞が抑制される。一方、例えば、負の電荷が分離膜の表面に付与され、凝集物の電荷が正である場合、第２付着力抑制機構の被帯電部および凝集物の間には、引力の静電気力が作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は大きくなる。

【0082】

このように、凝集物の電荷の極性と同じ極性の電荷を分離膜の表面に付与して被帯電部を形成することによって、第２付着力抑制機構の被帯電部と凝集物との間には、斥力の静電気力が働く。そのため、分離膜における凝集物との付着力を低下することができる。さらには、分離膜への凝集物の付着を抑制することができる。

【0083】

分離膜の表面状態は、特に限定されるものではない。すなわち、第２付着力抑制機構は、凹部１２および凸部１３から構成される凹凸構造を備えてもよいし、凹凸構造を備えなくてもよい。また、第２付着力抑制機構は、親水部を備えてもよいし、親水部を備えなくてもよい。

【0084】

分離膜の表面への電荷付与は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、分離膜の表面に金属酸化物のような帯電付与材料をコーティングする帯電付与コーティングなどによって、第２付着力抑制機構の被帯電部が分離膜の表面に形成される。

【0085】

また、分離膜の表面への電荷付与は、物質を水中に浸漬することによって、物質の表面が所定の極性および電荷量で帯電する性質を利用してもよい。すなわち、分離膜を構成する材料の種類に応じて、被処理水中の分離膜の極性および帯電量が決まる。そのため、このような性質を利用して第２付着力抑制機構の被帯電部を形成する場合、分離膜に付与させたい極性および電荷量を基に、分離膜を構成する材料を選択する。

【0086】

分離膜の電荷は、例えば、分離膜の表面電荷密度によって測定することができる。分離膜の表面電荷密度は、ゼータ電位で測定することができる。

【0087】

図１１は、第３の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面電荷密度と、分離膜および凝集物の間に働く静電気力との関係を示すグラフである。ここでは、被処理水中に含まれる凝集物が１．０×１０^−４（Ｃ／ｍ^２）で帯電している一例を示している。

【0088】

分離膜の表面電荷密度が０である場合、分離膜の表面には、電荷が付与されておらず、被帯電部が形成されていない。分離膜の表面電荷密度が正である場合、分離膜の表面には、正の電荷が付与されており、正に帯電している被帯電部が形成されている。分離膜の表面電荷密度が負である場合、分離膜の表面には、負の電荷が付与されており、負に帯電している被帯電部が形成されている。

【0089】

また、静電気力が０である場合、分離膜および凝集物の間には、静電気力が作用しない。静電気力が正である場合、正に帯電している被帯電部を備える分離膜および正に帯電している凝集物の間には、斥力の静電気力が作用する。静電気力が負である場合、負に帯電している被帯電部を備える分離膜および正に帯電している凝集物の間には、引力の静電気力が作用する。すなわち、静電気力が大きくなるにつれて、分離膜における凝集物との付着力は小さくなり、静電気力が小さくなるにつれて、分離膜における凝集物との付着力は大きくなる。

【0090】

図１１に示すように、分離膜と凝集物との間に働く静電気力は、分離膜の表面電荷密度の変化に応じて、線形的に変化する。そして、分離膜の表面電荷密度が大きいほど、斥力の静電気力は大きい。凝集物の電荷の極性および量を考慮して、分離膜の表面電荷密度を適宜設定する。例えば、凝集物の電荷が負である場合には、分離膜の表面に負の電荷を付与することによって、負に帯電している被帯電部を備える第２付着力抑制機構が形成されるので、斥力の静電気力が分離膜の第２付着力抑制機構および凝集物の間に作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は小さくなる。すなわち、凝集物の電荷の極性と同じ極性の電荷を分離膜の表面に付与して被帯電部を形成することによって、被帯電部を備える第２付着力抑制機構における凝集物との付着力を低下させることができる。

【0091】

上記したように、第３の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、分離膜の表面に形成される被帯電部を具備する第２付着力抑制機構を有する分離膜を備える。例えば被処理水中の凝集物が正に帯電している場合、分離膜における正の表面電荷密度が大きいほど、分離膜と凝集物との間に働く斥力の静電気力が増加するので、分離膜における凝集物との付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞は抑制される。このように、被処理水に含まれる凝集物の電荷の極性および量に応じて、分離膜の表面に付与する電荷の極性および量を調整することによって、分離膜における凝集物との付着力を低下させると共に、分離膜への凝集物の付着量を減少させることができる。さらには、分離膜の洗浄性を向上させることができる。そのため、分離膜に形成される孔の閉塞を抑えることができるので、分離膜のろ過速度の経時的な低下を抑制させることができる。さらに、被帯電部を備える第２付着力抑制機構を有する分離膜を用いることによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるので、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0092】

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第１付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

【0093】

第４の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第１付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物を球形化する球形化処理部を備える。

【0094】

球形化処理部を備える第１付着力抑制機構が凝集物を球形化処理すると、凝集物は球状に加工される。凝集物の形状が真球に近いほど、ろ過抵抗は低下するので、ろ過時の被処理水の流速は向上する。そのため、ろ過速度は短くなる。また、凝集物の形状が真球に近いほど、分離膜と凝集物との接触面積は減少するので、分離膜に対する凝集物の付着力は低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。

【0095】

凝集物の球形化は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、転動造粒機のように凝集物を転動させる装置やシステムを用いることによって、凝集物の球形化が行われる。また、球形化の処理時間や凝集剤の量などを変化させることによって、球形化される凝集物の形状を制御することができる。

【0096】

凝集物の形状は、例えば、長軸と短軸との比率を表すアスペクト比、真球度などによって測定することができる。アスペクト比や真球度は、凝集物の画像処理によって測定することができる。

【0097】

図１２は、第４の実施の形態の水処理装置における、凝集物の真球度と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。

【0098】

図１２に示すように、凝集物の真球度が小さくなるにつれて、付着力が低下する。そして、凝集物の真球度が０μｍのとき、付着力は最も低い。このように、球形化処理部が凝集物を球形化することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。

【0099】

上記したように、第４の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物を球形化する球形化処理部を有する第１付着力抑制機構を備える。凝集物の形状が真球になるほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、球形化処理部が凝集物を球形化することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0100】

なお、凝集処理部と球形化処理部を有する第１付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第１付着力抑制機構で行う球形化処理を実施してもよいが、凝集処理部と球形化処理部を有する第１付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第１付着力抑制機構で行う球形化処理とを同時に実施してもよい。

【0101】

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第１付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

【0102】

第５の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第１付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物を圧密化する圧密化処理部を備える。

【0103】

ここで、一般的に、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物は、ゲル状であり、多量の水分を含有するので、変形しやすい状態である。そのため、凝集物は、ろ過時の圧力によって変形することがある。凝集物が変形すると、ろ過抵抗が増加するので、ろ過時の被処理水の流速は低下する。また、凝集物が変形すると、分離膜と凝集物との接触面積が増加するので、分離膜に対する凝集物の付着力は増加すると共に分離膜の孔は閉塞されやすくなる。

【0104】

圧密化処理部を備える第１付着力抑制機構が凝集物を圧密化処理すると、凝集物は高密度化されて、圧密化される。圧密化された凝集物は、変形しやすい状態から変形しにくい状態に変わる。そのため、ろ過時の流速の低下、凝集物の付着力の増加、孔の閉塞などは抑制される。

【0105】

凝集物の圧密化は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、所定の撹拌強度以上、例えば一般的な水処理の撹拌で適用される７５（１／ｓ）以上のＧ値を与えながら撹拌することによって、凝集物の圧密化が行われる。また、攪拌強度、撹拌時間、凝集剤の量などを変化させることによって、凝集物の圧密化の状態を制御することができる。

【0106】

凝集物の圧密化の状態は、例えば、凝集物の画像処理、沈降速度などの一般的な測定方法によって測定することができる。

【0107】

図１３は、第５の実施の形態の水処理装置における、凝集物の圧密率と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。

【0108】

図１３に示すように、凝集物の圧密率が大きくなるにつれて、付着力が低下する。このように、圧密化処理部が凝集物を圧密化することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。

【0109】

上記したように、第５の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物を圧密化する圧密化処理部を有する第１付着力抑制機構を備える。凝集物の圧密率が大きいほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、圧密化処理部が凝集物を圧密化することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0110】

なお、凝集処理部と圧密化処理部を有する第１付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第１付着力抑制機構で行う圧密化処理を実施してもよいが、凝集処理部と圧密化処理部を有する第１付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第１付着力抑制機構で行う圧密化処理とを同時に実施してもよい。

【0111】

また、第１付着力抑制機構は、圧密化処理部に加えて、上記の球形化処理部を備えてもよい。第１付着力抑制機構が球形化処理部および圧密化処理部を備える場合、球形化処理および圧密化処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理を実施した後に圧密化処理を実施してもよいし、圧密化処理を実施した後に球形化処理を実施してもよいし、球形化処理および圧密化処理を同時に実施してもよい。好ましくは、圧密化処理を実施した後に球形化処理を実施する。

【0112】

（第６の実施の形態）
第６の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第１付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

【0113】

第６の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第１付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物の粒径を制御する粒径制御部を備える。

【0114】

ここで、一般的に、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物において、粒径すなわち直径は不均一である。粒径の不均一な凝集物については、大きな粒径を有する凝集物の間に小さな粒径を有する凝集物が入り込むことによって、大きな粒径を有する凝集物よりも大きい粗大な凝集物が生じることがある。このような粗大な凝集物が生成されると、ろ過抵抗が増加するので、ろ過時の被処理水の流速は低下する。また、小さな粒径を有する凝集物は、分離膜の孔によって捕捉されずに、孔を通過することがあるため、分離膜による凝集物の捕捉率が低下することがある。さらには、小さな粒径を有する凝集物が孔に入り込み、孔の内周面に付着することによって、孔が閉塞することがある。

【0115】

粒径制御部を備える第１付着力抑制機構が凝集物の粒径を制御すると、凝集物は所望の粒径になるように加工され、凝集物の粒径は制御されて均一化される。凝集物の粒径が均一になると、上述したような粗大な凝集物の生成が抑制されると共に、小さな粒径を有する凝集物の量が減少する。そのため、ろ過時の流速の低下、凝集物の捕捉率の低下、孔の閉塞などは抑制される。

【0116】

凝集物の粒径制御は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、攪拌することによって、凝集物の粒径制御処理が行われる。例えば、攪拌強度を弱く、攪拌時間を長く、凝集剤の量を増やす事により大きな粒径を得る。逆に小さい粒径を得たい際には、その逆の操作を行うなど、攪拌強度、撹拌時間、凝集剤の量などを変化させることによって、凝集物の粒径を制御することができる。

【0117】

凝集物の粒径は、例えば、レーザー回折法、動的光散乱法、画像処理などの一般的な測定方法によって測定することができる。

【0118】

図１４は、第６の実施の形態の水処理装置における、ピッチの大きさ／凝集物の粒径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。ここで、ピッチの大きさ／凝集物の粒径とは、大きさの均一な複数の半球状の凸部が均一なピッチで分離膜の表面に形成しているときの、粒径を制御した凝集物の粒径に対するピッチの大きさの比である。また、分離膜の表面において、凸部の形成されていない部分は、平滑な表面である。

【0119】

例えば、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００以上であるとき、凝集物の粒径はピッチの大きさ以下であるので、凝集物は分離膜の平滑な表面に接触する。一方、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００よりも小さいとき、凝集物の粒径はピッチの大きさよりも大きいので、凝集物は分離膜の平滑な表面には接触せずに凸部に点接触する。

【0120】

図１４に示すように、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００未満のとき、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が大きくなるにつれて、ファンデルワールス力が低下する。そして、ピッチの大きさ／凝集物の粒径の値が１．００以上になると、ファンデルワールス力は急激に増加する。このように、分離膜の凹凸構造の大きさに応じて、粒径制御部が凝集物の粒径を制御することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。

【0121】

上記したように、第６の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物の粒径を制御する粒径制御部を有する第１付着力抑制機構を備える。粒径を制御した凝集物の粒径がピッチの大きさよりも大きい場合において、凝集物の粒径がピッチの大きさに近づくほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、分離膜の凹凸構造の大きさに応じて、粒径制御部が凝集物の粒径を制御することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0122】

なお、凝集処理部と粒径制御部を有する第１付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第１付着力抑制機構で行う粒径制御処理を実施してもよいが、凝集処理部と粒径制御部を有する第１付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第１付着力抑制機構で行う粒径制御処理とを同時に実施してもよい。

【0123】

また、第１付着力抑制機構は、粒径制御部に加えて、上記の球形化処理部および圧密化処理部の少なくとも１つを備えてもよい。第１付着力抑制機構が球形化処理部、圧密化処理部、および粒径制御部を備える場合、球形化処理、圧密化処理、および粒径制御処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理と圧密化処理と粒径制御処理とを同時に実施してもよい。

【0124】

（第７の実施の形態）
第７の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第１付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

【0125】

第７の実施の形態の水処理装置は、第１付着力抑制機構と第２付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第１付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を備える。

【0126】

ここで、一般的に、図１に示す凝集処理部３で行われる凝集処理では、除去対象物の表面電位の極性と逆の極性を有する凝集剤を被処理水に添加して、除去対象物の表面電位を電気的に中和させることによって、除去対象物を凝集させている。そのため、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物の表面電位は０に近く、凝集物は分離膜に付着しやすい状態である。このような状態の凝集物が分離膜によってろ過されると、凝集物が容易に分離膜に付着することがあるので、ろ過時における被処理水の流速の低下、分離膜の洗浄性の低下、分離膜に形成されている孔の閉塞などを引き起こす可能性がある。

【0127】

表面電位制御部を備える第１付着力抑制機構が凝集物の表面電位を制御して、凝集物の表面電位の極性を分離膜の極性と同じにさせると、凝集物と分離膜との間には、斥力が働く。斥力が凝集物と分離膜との間に作用すると、分離膜に対する凝集物の付着力は低下する。そのため、ろ過時の流速の低下、分離膜の洗浄性の低下、孔の閉塞などは抑制される。さらには、凝集物の極性と分離膜の極性が同じ場合において、凝集物の表面電位を増加させるにつれて、凝集物と分離膜との間に働く斥力が増加する。

【0128】

凝集物の表面電位の制御は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、被処理水のｐＨを変化させることによって、凝集物の表面電位の制御処理が行われる。また、凝集物を含む被処理水に、凝集物の表面電位を制御する電位制御剤を添加することによっても、凝集物の表面電位の制御処理が行われる。電位制御剤は、分離膜の極性に応じて、適宜選択される。分離膜が正の極性を有する場合、カチオン系電位制御剤を被処理水に添加して、凝集物の表面電位を正に帯電させる。また、分離膜が負の極性を有する場合、アニオン系電位制御剤を被処理水に添加して、凝集物の表面電位を負に帯電させる。

【0129】

凝集物の表面電位は、例えば、顕微鏡電気泳動法、回転回折格子法、レーザー・ドップラー電気泳動法などの一般的な測定方法によって測定することができる。

【0130】

凝集物の表面電位の極性が分離膜の表面電位の極性と同じになるように、表面電位制御部が凝集物の表面電位を制御することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。さらに、凝集物の極性と分離膜の極性が同じ場合において、凝集物の表面電位の大きさが増加すると、分離膜に対する凝集物の付着力はさらに低下する。

【0131】

上記したように、第７の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を有する第１付着力抑制機構を備える。凝集物の表面電位の極性と分離膜の表面電位の極性とが同じであり、さらには、凝集物の表面電位が大きいほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、分離膜の表面電位に応じて、表面電位制御部が凝集物の表面電位を制御することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。

【0132】

なお、凝集処理部と表面電位制御部を有する第１付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第１付着力抑制機構で行う表面電位制御処理を実施してもよいが、凝集処理部と表面電位制御部を有する第１付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第１付着力抑制機構で行う表面電位制御処理とを同時に実施してもよい。

【0133】

また、第１付着力抑制機構は、表面電位制御部に加えて、上記の球形化処理部、圧密化処理部、および粒径制御部の少なくとも１つを備えてもよい。第１付着力抑制機構が球形化処理部、圧密化処理部、粒径制御部、および表面電位制御部を備える場合、球形化処理、圧密化処理、粒径制御処理、および表面電位制御処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理と圧密化処理と粒径制御処理と表面電位制御処理とを同時に実施してもよい。

【0134】

以上説明した少なくとも一つの実施の形態によれば、分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することができる。

【0135】

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、例として提示したものであり、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】

【0136】

１…水処理設備、２…被処理水貯留部、３…凝集処理部、４…第１付着力抑制機構、５…分離部、６…処理水貯留部、７…水処理装置、８…第２付着力抑制機構、９…凝集物、１０…分離膜、１１…孔、１２…凹部、１２ａ…底面、１３…凸部、１４…被処理水、１５…処理水、１６…流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】