特開 2023-50354 水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023050354

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/463 20230101AFI20230404BHJP

【ＦＩ】

C02F1/463

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160413

(22)【出願日】2021-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】奈良 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】藤田 浩史

【テーマコード（参考）】

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D061DA02

4D061DB11

4D061DB18

4D061DC03

4D061DC09

4D061EA06

4D061EB01

4D061EB05

4D061EB14

4D061EB19

4D061EB28

4D061EB39

4D061EB40

4D061EC01

4D061FA09

4D061FA13

4D061FA14

4D061GC12

4D061GC20

(57)【要約】

【課題】被処理水からフミン質を効率的に除去することが可能な水処理装置を提供する。
【解決手段】フミン質１１ｂを含む被処理水２１が流入する電解槽４と、電解槽４内において被処理水２１に浸漬する第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂと、第一電極１０ａと第二電極１０ｂとの間に電流を印加する電源５と、を備え、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、電源５から電流を印加することで鉄イオン１１ｃが溶出する材料で構成される。第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、電源５から電流を印加した際に、陽極側においてフミン質１１ｂと鉄イオン１１ｃとの反応により形成される第一生成物１１ｆと、陰極側において水酸化物イオン１１ｄと鉄イオン１１ｃとの反応により形成される第二生成物１１ｇとが凝集してフロック１１ｈを形成するように配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フミン質を含む被処理水が流入する電解槽と、
前記電解槽内において前記被処理水に浸漬する第一電極及び第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極との間に電流を印加する電源と、を備え、
前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方は、前記電源から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、
前記第一電極及び前記第二電極は、前記電源から電流を印加した際に、陽極側において前記フミン質と前記鉄イオンとの反応により形成される第一生成物と、陰極側において水酸化物イオンと前記鉄イオンとの反応により形成される第二生成物とが凝集してフロックを形成するように配置されていることを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記第一電極と前記第二電極との間の電極間距離は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記電源は、前記被処理水に含まれる前記フミン質の濃度に対して、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方から溶出する前記鉄イオンの濃度が２倍以上となるように電流を印加す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】

前記第一電極及び前記第二電極は、いずれも前記電源から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、電流を印加した際に、前記第一電極と前記第二電極との間で極性を反転させることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記被処理水から前記フロックを除去する分離部をさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、井戸、河川、又は池などの水源の水を、飲料水や生活用水として利用するために浄化する水浄化方法が開示されている。浄化により水から除去する物質は、例えば、濁りの原因である無機懸濁物あるいは色や臭気の原因である溶存有機物である。溶存有機物に関しては、例えば、インドネシアのカリマンタン島及びスマトラ島に代表される泥炭地域の水源の水には、フミン質という溶存有機物が高濃度で含まれることから色度が高く、生活水用途に用いる場合には洗濯物が着色する等問題となる。フミン質の除去方法としては、凝集剤を用いてフミン質を沈殿させて除去する凝集沈殿法（特許文献１参照）などが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２１６７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フミン質が含まれた色度の高い水から、色度の原因であるフミン質を凝集沈殿法で除去しようとする場合、フミン質の分子が小さいことから凝集させることが難しく、沈殿が容易な大きさのフロック（凝集剤及び、懸濁物或いは溶存物による沈殿物）を形成しづらいという課題があった。

【0005】

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、従来の凝集沈殿技術において困難であった被処理水からのフミン質の効率的な除去を可能とする水処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そして、この目的を達成するために、本発明に係る水処理装置は、フミン質を含む被処理水が流入する電解槽と、電解槽内において被処理水に浸漬する第一電極及び第二電極と、第一電極と第二電極との間に電流を印加する電源と、を備え、第一電極及び第二電極の少なくとも一方は、電源から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、第一電極及び第二電極は、電源から電流を印加した際に、陽極側においてフミン質と鉄イオンとの反応により形成される第一生成物と、陰極側において水酸化物イオンと鉄イオンとの反応により形成される第二生成物とが凝集してフロックを形成するように配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、被処理水からフミン質を効率的に除去することが可能な水処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明に係る実施の形態の水処理装置１の浄化処理時における模式図である。

【図2】図２は、本発明に係る実施の形態１の電解槽の電気分解における模式図である。

【図3】図３は、本発明に係る実施の形態の水処理装置１の処理後水の色度を示した図である。

【図4】図４は、本発明に係る実施の形態の水処理装置１の処理後水の色度を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係る水処理装置は、フミン質を含む被処理水が流入する電解槽と、電解槽内において被処理水に浸漬する第一電極及び第二電極と、第一電極と第二電極との間に電流を印加する電源と、を備え、第一電極及び第二電極の少なくとも一方は、電源から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、第一電極及び第二電極は、電源から電流を印加した際に、陽極側においてフミン質と鉄イオンとの反応により形成される第一生成物と、陰極側において水酸化物イオンと鉄イオンとの反応により形成される第二生成物とが凝集してフロックを形成するように配置されている。こうした構成によれば、水処理装置に電流を印加することにより、第一生成物及び第二生成物を形成させることができ、第一生成物と第二生成物とが凝集することにより、フミン質を取り込んだフロックを形成することができる。したがって、サイズの小さなフミン質をフロックとして沈殿させることができ、被処理水からフミン質を効率的に除去することが可能となる。

【0010】

また、本発明に係る水処理装置では、第一電極と第二電極との間の電極間距離を、０．５ｍｍ以上としてもよい。このような構成とすることにより、電極から剥がれ落ちる不働態が電極間に詰まることを低減できる。したがって、不働態が詰まった部分に電流が流れなくなることにより、第一生成物と第二生成物の生成、及びフロックの形成が、阻害される可能性を低減できる。

【0011】

また、本発明に係る水処理装置は、電源により、被処理水に含まれるフミン質の濃度に対して、第一電極及び第二電極の少なくとも一方から溶出する鉄イオンの濃度が２倍以上となるように電流を印加する。このような構成とすることにより、第一生成物の生成及び第二生成物の生成に十分な鉄イオンが溶出する。したがって、第一生成物及び第二生成物の凝集物であるフロックを効率的に形成でき、被処理水２１中のフミン質１１ｂを効率よく除去することが可能となる。

【0012】

また、本発明に係る水処理装置は、第一電極及び第二電極が、いずれも電源から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、電流を印加した際に、第一電極と第二電極との間で極性を反転させる。このような構成とすることにより、不働態が蓄積して電流を十分に印加できなくなった電極表面から不働態を剥がし落とすことができる。したがって、不働態の蓄積を抑制でき、不働態により電流が流れなくなり、浄化処理効率が低減することを抑制可能となる。

【0013】

また、本発明に係る水処理装置は、電解処理を行った被処理水からフロックを除去する分離部をさらに備える。このような構成とすることにより、処理後水に残留するフロックをより確実に除去することができる。したがって、被処理水からのフミン質の除去効率を向上することができる。

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0015】

本発明の実施の形態を具体的に説明する前に、従来技術の課題を改めて説明するとともに、実施の形態の概要を説明する。

【0016】

上述のように、泥炭地域の原水には、フミン質のような溶存有機物が含まれており、色度が高い場合がある。例えば、インドネシアのスマトラ島では、原水の色度が１００ＴＣＵ～５００ＴＣＵ（ＴＣＵ：ｔｒｕｅ ｃｏｌｏｒ ｕｎｉｔｓ）であり、あたかも紅茶の様な色を呈している。原水に含まれるフミン質は、植物などが微生物による分解を経て生成された生成物である。フミン質は、大きく分けてヒュームス質、フミン酸、及びフルボ酸から構成されており、分子の大きさは、ヒュームス質、フミン酸、及びフルボ酸の順に小さくなる。フミン質において、アルカリ水溶液で沈殿するものをヒュームス質といい、アルカリ水溶液に可溶であるが酸水溶液で沈殿するものをフミン酸といい、アルカリ水溶液にも酸水溶液にも可溶なものをフルボ酸という。フミン質のような元々サイズが極めて小さい溶存物に凝集沈殿法を適用しても、除去対象物を沈殿に十分な大きさのフロックにまで凝集させることは難しく、十分な浄化性能は得られない。そこで本発明者は基礎検討を重ね、フミン質をも凝集させ粗大化させる成分を、鉄電極を用いた電解処理によって生成可能であることを見出した。具体的には、フミン質を含む水中に浸漬した鉄の電極間に直流電流を印加する。これにより、陽極側からは鉄イオンが溶出し、鉄イオンとフミン質とがキレート錯体を形成し、陰極側で生成された水酸化物イオンと鉄イオンとが水酸化鉄を形成する。そして、キレート錯体と水酸化鉄とが互いに凝集し、沈殿に十分な大きさのフロックを形成することを発見した。フロックは、沈殿、或いは、ろ過精度０．１～１μｍ程度のＭＦ（Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜分離等の固液分離法で容易に除去可能である。本実施形態の水処理装置は、この凝集作用を用いて被処理水からフミン質を除去することが可能な装置である。

【0017】

（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態１に係る水処理装置１について説明する。図１は、本発明に係る実施の形態１の水処理装置１の浄化処理時における模式図である。

【0018】

本実施の形態１の水処理装置１は、図１に示すように、フミン質を含み色度の高い被処理水２１を浄化して無色透明の生活用水として使用するための装置である。具体的には、水処理装置１は、流入口２と、浄水排出口３と、電解槽４と、電源５と、分離部６と、流入管７と、送水管８と、排出管９と、第一電極１０ａと、第二電極１０ｂとを有して構成される。

【0019】

流入口２は、フミン質を含む被処理水２１であり、水処理装置１の外部から圧送されてきた被処理水２１を、装置内に導入するための開口である。流入口２により、井戸、河川、又は池などの水源から、被処理水２１が水処理装置１内に導入される。流入口２は、水処理装置１を構成する筐体に設けられており、装置内の流入管７によって電解槽４と連通接続されている。

【0020】

浄水排出口３は、水処理装置１で処理された被処理水２１を処理後水２２として装置外部に取り出すための開口である。流量と浄水排出口３は装置を構成する筐体に設けられており、装置内の排出管９と連通接続されている。

【0021】

電解槽４は、第一電極１０ａと第二電極１０ｂを内部に固定し、被処理水２１を内部に取り込み、電気分解を行うための容器である。電解槽４の内部は、流入管７及び送水管８と連通接続されている。

【0022】

電源５は、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂに接続されており、第一電極１０ａと第二電極１０ｂの間に電流を印加する。また、電源５は第一電極１０ａと第二電極１０ｂに印加される電流の極性を反転させる転極を行う回路を内蔵している。

【0023】

分離部６は、電解槽４内における電気分解で発生する凝集物であり、フミン質を取り込んだ凝集物を分離除去する。分離部６は、ろ過精度１μｍのろ過膜である。分離部６に用いるろ過膜としては、例えばＭＦろ過膜を用いることができる。分離部６は、送水管８と排出管９に連通接続されている。

【0024】

流入管７は、流入口２及び電解槽４と連通接続されており、流入口２から取り込まれた被処理水２１を電解槽４に届ける。

【0025】

送水管８は、電解槽４及び分離部６と連通接続されており、電解槽４で電気分解により処理された被処理水２１を分離部６に届ける。

【0026】

排出管９は、分離部６及び浄水排出口３と連通接続されている。排出管９は、分離部６で凝集物が分離除去された被処理水２１を浄水排出口３に届ける。

【0027】

被処理水２１は、流入口２から連続的に取り込まれ、流入管７～電解槽４～送水管８～分離部６～排出管９を流れることにより、浄化処理される。浄化処理された被処理水２１は、処理後水２２として浄水排出口３から連続的に取り出される。被処理水２１が流入口２に取り込まれる流量と、被処理水２１が流入管７を流れる流量、被処理水２１が電解槽４に流入・流出する流量、被処理水２１が送水管８を流れる流量、被処理水２１が分離部６に流入・流出する流量、被処理水２１が排出管９を流れる流量、処理後水２２が浄水排出口３から取り出される流量はそれぞれ同じである。

【0028】

第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、いずれも鉄で構成されている。第一電極１０ａと第二電極１０ｂとは対面で設置されており、電極の間の距離は３ｍｍである。なお、電極間の距離は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。これは、後述するフロック１１ｈあるいは電極上に形成される不働態が電極間に詰まる可能性を低減するためである。また、電極間の距離を大きくするにしたがい、後述する反応である、陽極から溶出する鉄イオンと陰極から発生する水酸化物イオンとの反応の発生頻度が低下する可能性、及び、主に陽極付近で生成する第一生成物１１ｆと主に極間で生成する第二生成物１１ｇとがフロック１１ｈを形成する反応の発生頻度が低下する可能性が高まる。つまり、電極間の距離を小さくすることにより、第二生成物１１ｇ及びフロック１１ｈの形成効率が向上する。したがって、電極間の距離は、不働態及びフロック１１ｈが詰まらない程度に小さくすることが好ましく、水処理装置１では、電極間の距離を３ｍｍとした。

【0029】

第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、電源５と接続されている。電源５により、第一電極１０ａと第二電極１０ｂの間に直流電流が印加され、被処理水２１の電気分解が行われる。第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、いずれか片方が陽極側になり、もう一方が陰極側となる。電気分解により、陽極側の電極からは鉄イオン１１ｃが溶出し、陰極側からは水酸化物イオンが発生する。鉄イオン１１ｃ及び水酸化物イオン１１ｄは、いずれもフミン質１１ｂを取り込むフロック１１ｈを形成する成分となる。鉄イオン１１ｃの溶出量は、印加する電流量により制御可能であり、電流量の増減に比例して鉄イオン１１ｃの溶出量も増減する。したがって、被処理水２１に含まれるフミン質１１ｂの濃度に応じて印加する電流量を設定することで、水質に応じて鉄イオン１１ｃの溶出量を制御でき、被処理水２１の浄化処理を行うことができる。

【0030】

また、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、電源５に内蔵された回路によって転極される。第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、両極とも鉄で構成されている。したがって、後述する電気分解反応における陽極及び陰極のどちらの極としても作用することができるため、転極中においても、浄化処理を継続することができる。

【0031】

さらに、転極によって、陽極側と陰極側とを反転させることにより、鉄イオン１１ｃを放出する電極を入れ替えることができる。したがって、一方の電極のみが消費されることを抑制できる。

【0032】

加えて、転極により、電極付近での化学反応が促進される。つまり、転極によって、浄化処理の反応の発生頻度を向上させることができる。例えば、転極によって陽極から陰極となった極付近では、転極前に溶出した鉄イオン１１ｃと、転極後に発生した水酸化物イオン１１ｄとの両方が比較的高濃度で存在している。そのため、転極により第二生成物１１ｇが生成しやすくなる。さらに、生成した第二生成物１１ｇと、転極前に生成した第一生成物１１ｆとが反応することにより、フロック１１ｈが生成する。また、転極によって陰極から陽極となった極付近では、転極前に発生した水酸化物イオン１１ｄと、転極後に溶出した鉄イオン１１ｃとの両方が比較的高濃度で存在している。そのため、転極により第二生成物１１ｇが生成しやすくなる。さらに、転極前には鉄イオン１１ｃの濃度が比較的低いために反応していなかったフミン質１１ｂが、溶出してきた鉄イオン１１ｃと反応し、第一生成物１１ｆが生成しやすくなる。そして、第一生成物１１ｆと第二生成物１１ｇとが反応し、フロック１１ｈが生成しやすくなる。したがって、転極を行うことにより、第二生成物１１ｇ及びフロック１１ｈの形成反応の発生頻度を上昇させることができる。なお、不働態の除去を行うための転極は、例えば１週間に一度行うのに対し、化学反応を促進するために行う転極は、３０分に一回程度行うようにしてもよい。

【0033】

ここで、図２を参照して、電解槽４における電気分解について詳細に説明する。図２は本発明に係る実施の形態１の電解槽４の電気分解における模式図である。

【0034】

電解槽４の内部に配置された第一電極１０ａは、鉄で構成されている。式（１）に示すように、被処理水２１が電解槽４に流入後、電源５により陽極である第一電極１０ａと陰極である第二電極１０ｂの間に電流が印加され、陽極側からは電気分解によりＦｅ^２＋が溶出する。

【0035】

Ｆｅ→Ｆｅ^２＋＋２ｅ^－・・・式（１）
溶出したＦｅ^２＋は、その殆どが速やかにＦｅ^３＋（鉄イオン１１ｃ）に酸化される。鉄イオン１１ｃの濃度制御方法について説明する。電源５により、第一電極１０ａと第二電極１０ｂとの間に印加する電流値をｘ[Ａ]とすると、式（１）とファラデーの電気分解の法則により、１秒あたりに生成するＦｅ^２＋ののモル量はｘ／（９６４８５×２）[ｍｏｌ]であり、Ｆｅ^２＋の重量は５５．８５×ｘ／（９６４８５×２×１０^３）[ｍｇ]である。被処理水２１が電解槽４に取り込まれる流量をｙ[Ｌ／ｓ]とすると、被処理水２１に取り込まれたＦｅ^２＋の濃度は、５５．８５×ｘ／（９６４８５×２×ｙ×１０^３）[ｍｇ／Ｌ]、すなわち、２．８９×（ｘ／ｙ）×１０^－７ [ｍｇ／Ｌ]である。Ｆｅ^２＋の濃度は、Ｆｅ^３＋である鉄イオン１１ｃの濃度と同じであるため、被処理水２１に溶出する鉄イオン１１ｃの濃度は、２．８９×（ｘ／ｙ）×１０^－７ [ｍｇ／Ｌ]で制御可能である。

【0036】

鉄イオン１１ｃは、フミン質１１ｂと結合し、第一生成物１１ｆとなる。フミン質１１ｂは、被処理水２１に含まれ、その大きさは１０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。したがって、ろ過精度０．１～１μｍ程度のＭＦ膜等では除去することが難しい。しかし、鉄イオン１１ｃとフミン質１１ｂとが結合することにより、大きさ１０ｎｍ～１００ｎｍ程度と小さいものの、様々な粒子と凝集しやすいキレート錯体である第一生成物１１ｆとなる。第一生成物１１ｆは、キレート錯体であるため、後述する第二生成物１１ｇと吸着しやすい。

【0037】

一方、陰極では、式（２）に示すように、水分子１１ａが電気分解され、水素１１ｅ及び水酸化物イオン１１ｄが生成する。

【0038】

２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋２ＯＨ^－・・・式（２）
式（３）に示すように、生成した水酸化物イオン１１ｄは、鉄イオン１１ｃと結合し、大きさ１００ｎｍ～１μｍ程度の水酸化鉄粒子である第二生成物１１ｇとなる。

【0039】

Ｆｅ^３＋＋３ＯＨ^－→Ｆｅ（ＯＨ）_３・・・式（３）
第一生成物１１ｆと第二生成物１１ｇとは、互いに吸着して凝集する性質を有しており、第一生成物１１ｆと第二生成物１１ｇとが凝集することにより、粗大なフロック１１ｈが形成される。フロック１１ｈは電解槽４の内部や送水管８の内部で成長する。このフミン質１１ｂを含んだ粗大なフロックは、最終的にサイズが数μｍ以上に達することから、後段の分離部６でのＭＦ膜ろ過（ろ過精度０．１～１μｍ程度）によって容易に分離できる。フロック１１ｈが分離除去された水は、排出管９及び浄水排出口３から処理後水２２として得られ、生活用水として供給される。

【0040】

改めて、水処理装置１における被処理水２１の浄化処理について説明する。フミン質１１ｂを含む被処理水２１は、流入口２によって水処理装置１内に導入され、電解槽４に流入する。被処理水２１は、電解槽４内の第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂにより電気分解される。電気分解により、陽極では式（１）の反応が起こり、鉄イオン１１ｃが溶出する。被処理水２１中のフミン質１１ｂは、鉄イオン１１ｃと反応し、第一生成物１１ｆが生じる。また、式（３）に示すように、電気分解の際に式（２）の反応により生成する水酸化物イオン１１ｄと、鉄イオン１１ｃとが反応することにより、第二生成物１１ｇが生じる。キレート錯体である第一生成物１１ｆは、第二生成物１１ｇと互いに吸着して凝集することにより、フロック１１ｈを形成する。つまり、被処理水２１中のフミン質１１ｂが、フロック１１ｈ中に取り込まれる。フロック１１ｈを含む水は、送水管８により、分離部６へと送水される。分離部６は、ＭＦ膜を有し、ろ過を行うことにより、フロック１１ｈを分離する。フロック１１ｈが分離された水は、排出管９により浄水排出口３へと送水され、浄水排出口３から処理後水２２として排出される。処理後水２２は、色度が低減された生活用水として用いることができる。

【0041】

ここで図３を参照して、水処理装置１によるフミン質の浄化試験の実験結果を示す。図３は、本発明に係る実施の形態の水処理装置１の処理後水２２の色度を示した図である。比較のために、実験で用いた被処理水の色度と、一般的な凝集沈殿法として、ＰＳＩ（Ｐｏｌｙ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｉｒｏｎ）で凝集した後にＭＦ膜でろ過した実験結果についても併記した。

【0042】

被処理水２１の色度３００ＴＣＵは、主にフミン質１１ｂによるものであり、一般的な凝集沈殿法での浄化後の色度２５５ＴＣＵと比較して、水処理装置１で浄化後の水である処理後水２２の色度は、２０ＴＣＵに低下しており、フミン質１１ｂがよく除去されている。

【0043】

なお、ここまで述べた電気分解を長時間（例えば、５日間）行った場合、陰極である第二電極１０ｂの表面には徐々に水酸化鉄等の不働態が形成され、極板間に印加される電流が低下するなどの不具合の原因となる。この不働態は、電極の極性を入れ替えることにより剥がし落とすことができるため、第一電極１０ａと電極板の極板間に印加される電圧の極性は、定期的（例えば、１週間に１回）に電源に内蔵された回路により反転制御されることが望ましい。転極後、電流を印加したまま不働態が剥がれ落ちるまで待機した後、再度転極を行い元の極性に戻しても良い。また、水処理装置１では、第一電極１０ａだけでなく、第二電極１０ｂも鉄で構成しているため、転極後には第一電極１０ａが陰極、第二電極１０ｂが陽極として作用する。したがって、不働態を剥がし落としながらそのまま連続的に式（１）～式（３）で示した処理と同等の処理を行うことが可能となる。また、剥がれ落ちる不働態のサイズは概ね０．５ｍｍであるため、極板間は少なくとも０．５ｍｍ以上離すことで、電極の間に剥がれ落ちた不働態が詰まり、詰まった部分に電流が流れず、式（１）～式（３）で示した電気分解を行うことができなくなる可能性を低減できる。さらには、不働態の剥がれ落ちを促進するために、極板は電解槽内の水流の方向に並行に配置されることが望ましい。また、第一電極１０ａ或いは第二電極１０ｂから溶出させる鉄イオン１１ｃの濃度は、被処理水２１中のフミン質１１ｂとキレート錯体を形成し、また十分な量の水酸化鉄を得るために、フミン質１１ｂの濃度の２倍以上とすることが望ましい。

【0044】

ここで図４を参照して、鉄イオンの溶出濃度とフミン質の除去効率の関係について詳細に説明する。図４は、本発明に係る実施の形態１の水処理装置１でフミン質１１ｂの濃度１００ｍｇ／Ｌの被処理水２１中のフミン質を除去し、処理後水２２の色度を測定した結果である。鉄の溶出濃度を１０ｍｇ／Ｌ～３００ｍｇ／Ｌで変化させた場合、フミン質の濃度１００ｍｇ／Ｌの２倍以上となる鉄イオン濃度２００ｍｇ／Ｌ以上でフミン質濃度の指標である色度２．５ＴＣＵと十分下がった処理後水２２を得ることができる。

【0045】

鉄の溶出濃度が低い場合（図４での１０ｍｇ／Ｌ～１５０ｍｇ／Ｌ）、生じた鉄イオン１１ｃは、第二生成物１１ｇの生成によって消費されてしまい、第一生成物１１ｆにフミン質１１ｂが取り込まれづらくなる。或いは、第一生成物１１ｆ及び第二生成物１１ｇは生成するものの、少量であるため、フロック１１ｈの形成反応が生じづらくなる。そのため、フミン質１１ｂ或いは第一生成物１１ｆ或いは第二生成物１１ｇにより、被処理水２１の色度が上昇する。一方、鉄の溶出濃度をフミン質１１ｂの濃度の２倍以上とした場合（図４での２００ｍｇ／Ｌ～３００ｍｇ／Ｌ）には、鉄イオン１１ｃは、第二生成物１１ｇだけでなく、第一生成物１１ｆの生成にも十分に供される。したがって、水中に第一生成物１１ｆ及び第二生成物１１ｇが十分に存在し、フロック１１ｈの形成反応が発生しやすくなる。したがって、被処理水２１の色度を低減することができる。

【0046】

一方で、鉄の溶出濃度を過剰に大きくすると、過剰な水酸化鉄を生成することになるため、フミン質１１ｂが取り込まれるよりも過剰に鉄イオン１１ｃを溶出させるのは好ましくない。

【0047】

したがって、第一電極１０ａ或いは第二電極１０ｂから溶出させる鉄イオン１１ｃの濃度は、被処理水２１中のフミン質１１ｂとキレート錯体を形成し、また十分な量の水酸化鉄を得られる量とすればよく、水処理装置１では、フミン質１１ｂの濃度の２倍以上となるように電流を印加した。なお、ここでフミン質１１ｂの濃度の２倍と設定した第一電極１０ａ或いは第二電極１０ｂから溶出させる鉄イオン１１ｃの濃度は、フミン質１１ｂと反応する鉄イオン１１ｃ及び水酸化物イオン１１ｄと反応する鉄イオン１１ｃを含む濃度である。

【0048】

以上のように、水処理装置１では、上述した電解槽４により、浄化処理を行うことでフミン質を除去し、被処理水２１の浄化を行うことができる。

【0049】

以上、本実施の形態１に係る水処理装置１によれば、以下の効果を享受することができる。

【0050】

（１）水処理装置１は、フミン質１１ｂを含む被処理水２１が流入する電解槽４と、電解槽４内において被処理水２１に浸漬する第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂと、第一電極１０ａと第二電極１０ｂとの間に電流を印加する電源５と、を備え、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂの少なくとも一方は、電源５から電流を印加することで鉄イオンが溶出する材料で構成され、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂは、電源５から電流を印加した際に、陽極側においてフミン質１１ｂと鉄イオン１１ｃとの反応により形成される第一生成物１１ｆと、陰極側において水酸化物イオン１１ｄと鉄イオン１１ｃとの反応により形成される第二生成物１１ｇとが凝集してフロック１１ｈを形成するように配置されている。こうした構成によれば、水処理装置１に電流を印加することにより、第一生成物１１ｆ及び第二生成物１１ｇを形成させることができ、第一生成物１１ｆと第二生成物１１ｇとが凝集することにより、フミン質１１ｂを取り込んだフロック１１ｈを形成することができる。したがって、サイズの小さなフミン質１１ｂをフロック１１ｈとして沈殿させることができ、被処理水２１からフミン質１１ｂを効率的に除去することが可能となる。

【0051】

（２）水処理装置１は、第一電極１０ａと第二電極１０ｂとの間の電極間距離を、０．５ｍｍ以上となるように構成された。このような構成とすることにより、電極から剥がれ落ちる不働態が電極間に詰まることを低減できる。したがって、不働態が詰まった部分に電流が流れなくなることにより、第一生成物１１ｆと第二生成物１１ｇの生成、及びフロック１１ｈの形成が、阻害される可能性を低減できる。

【0052】

（３）水処理装置１は、電源５により、被処理水２１に含まれるフミン質１１ｂの濃度に対して、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂの少なくとも一方から溶出する鉄イオン１１ｃの濃度が２倍以上となるように電流を印加された。このような構成とすることで、第一生成物１１ｆの生成及び第二生成物１１ｇの生成に十分な鉄イオン１１ｃが溶出する。したがって、第一生成物１１ｆ及び第二生成物１１ｇの凝集物であるフロック１１ｈを効率的に形成でき、被処理水２１中のフミン質１１ｂを効率よく除去することが可能となる。

【0053】

（４）水処理装置１は、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂが、いずれも電源５から電流を印加することで鉄イオン１１ｃが溶出する材料で構成され、電流を印加した際に、第一電極１０ａと第二電極１０ｂとの間で極性を反転させる。このような構成とすることで、不働態が蓄積して電流を十分に印加できなくなった電極表面から不働態を剥がし落とすことができる。したがって、不働態の蓄積を抑制でき、不働態により電流が流れなくなり、浄化処理効率が低減することを抑制可能となる。また、転極によって、陽極側と陰極側とを反転させることにより、鉄イオン１１ｃを放出する電極を入れ替えることができる。したがって、一方の電極のみが減っていくことを抑制できる。

【0054】

また、両極とも鉄イオン１１ｃを溶出する材料で構成されていることから、例えば転極によって陽極から陰極となった極付近では、転極前に溶出した鉄イオン１１ｃと、転極後に発生した水酸化物イオン１１ｄとの両方が比較的高濃度で存在している。また、転極によって陰極から陽極となった極付近では、転極前に発生した水酸化物イオン１１ｄと、転極後に溶出した鉄イオン１１ｃとの両方が比較的高濃度で存在している。したがって、転極を行うことにより、第二生成物１１ｇ及びフロック１１ｈの形成反応の発生頻度を上昇させることができる。

【0055】

（５）水処理装置１は、電解処理を行った被処理水２１からフロック１１ｈを除去する分離部６をさらに備える。このような構成とすることにより、処理後水２２に残留するフロック１１ｈをより確実に除去することができる。したがって、被処理水２１からのフミン質の除去効率を向上することができる。

【0056】

以上、本発明に関して実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されているところである。

【0057】

本実施の形態１に係る水処理装置１において、例えば、電解槽４や送水管８の内部に攪拌機或いはバブリング等の攪拌機構を設けていても良い。これにより、陽極から溶出する鉄イオンと陰極から発生する水酸化物イオンとの反応の発生頻度、及び、主に陽極付近で生成する第一生成物１１ｆと主に極間で生成する第二生成物１１ｇとがフロック１１ｈを形成する反応の発生頻度が向上する。したがって、フロック１１ｈの形成及び成長をより早く安定に実現することができ、被処理水２１の浄化処理を速やかに行うことが可能となる。

【0058】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、分離部６ではＭＦ膜ろ過を行うように構成したが、これに限られない。例えば、分離部６では、ＭＦ膜ろ過以外にも、粒状のろ材を用いたろ過を用いることができる。粒状のろ材としては、例えば、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、活性炭、オキシ水酸化鉄、マンガン砂など、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものであればよく、これらの材料を上下方向に積層したものを用いてもよい。

【0059】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１において、電解槽４での電気分解処理後に、高分子凝集剤や無機系凝集剤を追加で注入してもよい。このようにすることで、フロック１１ｈの成長をより早く安定に実現することができる。

【0060】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、分離部６ではＭＦ膜ろ過を行うように構成したが、これに限られない。例えば、分離部６は、フロック１１ｈを沈殿させる沈殿池としても良い。これにより、電解処理後の被処理水２１が沈殿池に流入後、フロック１１ｈが沈殿池の底部に沈殿するまで待機した後に上澄み液を取り出すことで、フミン質１１ｂの濃度の十分低い処理後水２２を得ることができる。沈殿池とする場合において、フロックを沈殿させる時間をより確実に制御するためには、送水管８にバルブを設けて分離部６への電解処理後の被処理水２１の連続的な流入を阻止することで、沈殿池内の全てのフロック１１ｈが沈殿するために必要な沈殿時間を確保することができる。また、電解槽４が沈殿池の機能を兼ねていても良い。

【0061】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂの素材として、鉄を用いたが、これに限られない。例えば、電極の素材は鉄であることが望ましいが、鉄以外にも、フミン質１１ｂをキレートし、水酸化物化してキレート錯体と凝集するイオンを溶出する素材として、より安価なアルミを用いることもできる。

【0062】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、第一電極１０ａ及び第二電極１０ｂの素材として、両極ともに鉄を用いたが、これに限られない。例えば、陽極のみに鉄を用いるようにしてもよい。

【0063】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、転極を制御する回路を電源５内に内蔵したが、これに限らない。転極の制御は、電極と電源５を接続する回路を手動で繋ぎ替えることで行っても良い。

【0064】

また、本実施の形態１に係る水処理装置１では、被処理水２１が流入口２に取り込まれる流量と、被処理水２１が流入管７を流れる流量、被処理水２１が電解槽４に流入及び流出する流量、被処理水２１が送水管８を流れる流量、被処理水２１が分離槽６に流入及び流出する流量、被処理水２１が排出管９を流れる流量、及び処理後水２２が浄水排出口３から取り出される流量はそれぞれ同じである、つまり、被処理水２１は、水処理装置１内の各構成要素内をそれぞれ一定流量で流通しているとしたが、これに限られない。例えば、電解槽４に被処理水２１を一定量貯留し、貯留した被処理水２１の電気分解を行い、送水管８に送水するようにしてもよい。これにより、フロック１１ｈの一部が電解槽４内に沈殿するため、分離部６に送出されるフロック１１ｈの量が減少する。したがって、分離部６のメンテンナンス頻度（例えば、ＭＦ膜の交換頻度）を低減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明に係る水処理装置は、フミン質を含んだ水源の水からフミンを除去し、色度を低減した生活用水を得る上で有用である。

【符号の説明】

【0066】

１ 水処理装置
２ 流入口
３ 浄水排出口
４ 電解槽
５ 電源
６ 分離部
７ 流入管
８ 送水管
９ 排出管
１０ａ 第一電極
１０ｂ 第二電極
１１ａ 水分子
１１ｂ フミン質
１１ｃ 鉄イオン
１１ｄ 水酸化物イオン
１１ｅ 水素
１１ｆ 第一生成物
１１ｇ 第二生成物
１１ｈ フロック
２１ 被処理水
２２ 処理後水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】