水処理装置および水処理システム
【課題】吸着素子の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる。
【解決手段】通流される処理槽２１０内の水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着材２２０と、吸着素子を収容する処理槽２１０と、処理槽２１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置２３０と、処理槽２１０内に超音波を導入して、吸着材２２０に付着したマイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置２４０，２４１とを備える。
【解決手段】通流される処理槽２１０内の水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着材２２０と、吸着素子を収容する処理槽２１０と、処理槽２１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置２３０と、処理槽２１０内に超音波を導入して、吸着材２２０に付着したマイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置２４０，２４１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理システムに関し、特に、吸着素子を用いた水処理装置および水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不純物などの被吸着物を含有する水を浄化する装置として、活性炭などの吸着材からなる交換可能な吸着素子を用いた交換式吸着装置が広く用いられている。交換式吸着装置においては、被吸着物を含有する水が吸着材を充填された槽に流入されて、吸着材が被吸着物を吸着することにより、水中に含まれる被吸着物が除去される。
【０００３】
交換式吸着装置では、吸着素子が被吸着物で飽和した段階で、吸着素子を交換しなけらばならない。特に、水処理においては、吸着素子内において微生物が繁殖することによって吸着素子の吸着性能が低下するため、吸着素子の交換タクトが短く、吸着素子の交換回数が多くなる。また、吸着素子が被吸着物で飽和する前の段階において、吸着素子の吸着性能が経時的に低下するため、安定した吸着処理を継続することができなかった。
【０００４】
吸着素子の交換タクトを延長可能な水処理装置を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載の水処理装置においては、吸着素子に高温の加熱ガスを通気させることにより、吸着素子に吸着された被吸着物を脱離させて吸着素子を再生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸着素子に吸着される被吸着物には、吸着素子から脱離しにくい有機化合物などが含まれる場合がある。その場合、加熱ガスの温度を３００℃以上まで高くしなければ、吸着素子から有機化合物を脱離させることができない。よって、吸着素子から被吸着物を脱離するために多くのエネルギーが必要となる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、吸着素子の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる、水処理装置および水処理システム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】
【０００８】
本発明に基づく水処理装置は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子と、吸着素子を収容する処理槽と、処理槽内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、処理槽内に超音波を導入して、吸着素子に付着したマイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置とを備える。好ましくは、吸着素子が活性炭素繊維である。
【０００９】
好ましくは、水処理装置は、マイクロバブル発生装置および超音波発生装置の動作を制御する制御部を備える。制御部は、マイクロバブル発生装置が処理槽内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、超音波発生装置に超音波を処理槽内に間欠的に導入させる。
【００１０】
好ましくは、マイクロバブル発生装置は、処理槽の鉛直方向下方の位置から処理槽内にマイクロバブルを供給する。好ましくは、処理槽は、水が流入する流入口および水が流出する流出口を有する。流入口と流出口とが処理槽の外部を通じて連通している。
【００１１】
本発明の一形態においては、流出口から流入口に向けて吸着素子に通風させる送風機を備えている。
【００１２】
好ましくは、超音波発生装置は、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とを処理槽内に導入する。さらに好ましくは、超音波発生装置は、第１超音波と第２超音波とを交互に処理槽内に導入する。
【００１３】
本発明に基づく水処理システムにおいては、複数の上記の水処理装置を備える。水処理システムでは、複数の水処理装置の各々において、互いにタイミングをずらして、吸着素子による被吸着物の吸着処理、および、マイクロバブルの圧壊により吸着素子から被吸着物が脱離される脱離処理が交互に行なわれることにより、吸着処理が継続して行なわれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水処理装置および水処理システムによれば、吸着素子の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムの構成を示す構成図である。
【図２】第１水処理装置が吸着装置として機能し、第２水処理装置が脱離装置として機能している状態を示す構成図である。
【図３】第１水処理装置が脱離装置として機能し、第２水処理装置が吸着装置として機能している状態を示す構成図である。
【図４】活性炭素繊維からなる吸着材の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図５】吸着処理において吸着材に被吸着物が吸着された状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図６】吸着材にマイクロバブルが付着した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図７】マイクロバブルが圧壊した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図８】比較例として、粒状の活性炭からなる吸着材にマイクロバブルを付着させる状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムについて図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
（水処理装置および水処理システム）
図１は、本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムの構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る水処理システム１００は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の２つの水処理装置を含む。
（第１水処理装置２００）
第１水処理装置２００は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子である吸着材２２０を有している。吸着材２２０は、活性炭素繊維から構成されている。ここで、被吸着物とは、無機物および有機物の少なくとも一方を含む物質であって、吸着素子に吸着される物質のことをいう。
【００１７】
吸着材２２０として用いている活性炭素繊維は、表面に細孔(ミクロ孔)を有する繊維状構造を有している。そのため、活性炭素繊維は、水との接触効率が高く、特に水中の被吸着物の吸着速度が速いため、他の吸着素子に比べて極めて高い吸着効率を実現できる部材である。また、詳細は後述するが、活性炭素繊維から成る吸着材においては、吸着材の表面に細孔が形成されているため、マイクロバブルがその細孔の口部に付着しやすい。そのため、活性炭素繊維は、マイクロバブルの圧壊現象を利用した脱離処理が行なわれる部材として好適である。
【００１８】
吸着材２２０は、略円筒状の処理槽２１０の内部に収容されている。処理槽２１０は、鉛直方向に立設されている。処理槽２１０の底部には、被吸着物を含有する水が処理槽２１０内に流入する第１流入口２１１および第２流入口２１３が設けられている。処理槽２１０の天井部には、吸着材２２０を通流した水が処理槽２１０外に流出する第１流出口２１２および第２流出口２１４が設けられている。
【００１９】
第１水処理装置２００は、処理槽２１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置２３０を備えている。ここで、マイクロバブルとは、微細な気泡のことをいい、具体的には、直径が５０μｍ以下の気泡のことをいう。本実施形態においては、マイクロバブルが処理槽２１０の鉛直方向下方の位置から処理槽２１０内に供給される。そのため、マイクロバブル発生装置２３０の一部であるマイクロバブル吐出口２３１が、処理槽２１０内において処理槽２１０の底部上に配置されている。
【００２０】
第１水処理装置２００は、処理槽２１０内に超音波を導入する第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１を備えている。ここで、超音波とは、周波数が１６ｋＨｚ以上の音波のことをいう。第１超音波発生装置２４０は、処理槽２１０内において、底部上に配置されている。第２超音波発生装置２４１は、処理槽２１０内において、天井部の下方または側面側周囲に配置されている。
【００２１】
第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の各々は、図示しない超音波振動子を有しており、処理槽２１０内で超音波振動子が振動することにより、超音波が処理槽２１０内の水に伝播される。
【００２２】
本実施形態においては、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とが処理槽２１０内に導入される。第１の周波数は５０ｋＨｚ以下であり、第２の周波数は５００ｋＨｚ以上である。
【００２３】
たとえば、第１超音波発生装置２４０から低周波の第１超音波を処理槽２１０内に導入し、第２超音波発生装置２４１から高周波の第２超音波を処理槽２１０内に導入する。ただし、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１から同一の周波数の超音波を導入するようにしてもよい。
【００２４】
第１水処理装置２００は、マイクロバブル発生装置２３０、第１超音波発生装置２４０
および第２超音波発生装置２４１の動作を制御する図示しない制御部を有している。制御部により、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の各々は、間欠的に超音波を処理槽２１０内に導入するように制御される。
【００２５】
本実施形態においては、制御部により、第１超音波発生装置２４０による第１超音波の導入と第２超音波発生装置２４１による第２超音波の導入とが交互に行なわれるように、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の動作が制御される。ただし、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１から同時に超音波を導入するようにしてもよい。
（第２水処理装置３００）
第２水処理装置３００は、第１水処理装置２００と同様の構成を有している。具体的には、第２水処理装置３００は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子である吸着材３２０を有している。吸着材３２０は、活性炭素繊維から構成されている。
【００２６】
吸着材３２０は、略円筒状の処理槽３１０の内部に収容されている。処理槽３１０は、鉛直方向に立設されている。処理槽３１０の底部には、被吸着物を含有する水が処理槽３１０内に流入する第１流入口３１１および第２流入口３１３が設けられている。処理槽３１０の天井部には、吸着材３２０を通流した水が処理槽３１０外に流出する第１流出口３１２および第２流出口３１４が設けられている。
【００２７】
第２水処理装置３００は、処理槽３１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置３３０を備えている。本実施形態においては、マイクロバブルが処理槽３１０の鉛直方向下方の位置から処理槽３１０内に供給される。そのため、マイクロバブル発生装置３３０の一部であるマイクロバブル吐出口３３１が、処理槽３１０内において処理槽３１０の底部上に配置されている。
【００２８】
第２水処理装置３００は、処理槽３１０内に超音波を導入する第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１を備えている。第１超音波発生装置３４０は、処理槽３１０内において、底部上に配置されている。第２超音波発生装置３４１は、処理槽３１０内において、天井部の下方または側面側周囲に配置されている。
【００２９】
第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の各々は、図示しない超音波振動子を有しており、処理槽３１０内で超音波振動子が振動することにより、超音波が処理槽３１０内の水に伝播される。
【００３０】
たとえば、第１超音波発生装置３４０において低周波の第１超音波を処理槽３１０内に導入し、第２超音波発生装置３４１において高周波の第２超音波を処理槽３１０内に導入する。ただし、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１から同一の周波数の超音波を導入するようにしてもよい。
【００３１】
第２水処理装置３００は、マイクロバブル発生装置３３０、第１超音波発生装置３４０
および第２超音波発生装置３４１の動作を制御する図示しない制御部を有している。制御部により、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の各々は、間欠的に超音波を処理槽３１０内に導入するように制御される。
【００３２】
本実施形態においては、制御部により、第１超音波発生装置３４０による第１超音波の導入と第２超音波発生装置３４１による第２超音波の導入とが交互に行なわれるように、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の動作が制御される。ただし、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１から同時に超音波を導入するようにしてもよい。
（水処理システム１００）
図１に示すように、水処理システム１００において、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００には、配管ラインＬ１，Ｌ２が接続されている。配管ラインＬ１は、第１水処理装置２００の第１流入口２１１および第２水処理装置３００の第１流入口３１１に接続されている。配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００の第１流出口２１２および第２水処理装置３００の第１流出口３１２に接続されている。
【００３３】
配管ラインＬ１は、被吸着物を含有する原水１２０を貯水している原水タンク１１０から第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に原水１２０を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ１は、バルブＶ１０１，Ｖ１０２によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。また、配管ラインＬ１には、原水１２０を原水タンク１１０から送り出すためのポンプ１３０が接続されている。
【００３４】
配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から処理水１５０を、処理水１５０を貯水する処理水タンク１４０に排出するための配管ラインである。配管ラインＬ２は、バルブＶ１０５，Ｖ１０６によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３５】
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から排出される処理水１５０は、吸着材２２０，３２０の性能にもよるが、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に供給される原水１２０に比べて、その被吸着物の含有量が大幅に減少しているものの、僅かに被吸着物を含んでいてもよい。
【００３６】
また、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００には、配管ラインＬ３，Ｌ４が接続されている。配管ラインＬ３は、第１水処理装置２００の第２流入口２１３および第２水処理装置３００の第２流入口３１３に接続されている。配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００の第２流出口２１４および第２水処理装置３００の第２流出口３１４に接続されている。
【００３７】
配管ラインＬ３は、脱離された被吸着物を含有する脱離水１７０を貯水している脱離水タンク１６０から第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に脱離水１７０を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ３は、バルブＶ１０３，Ｖ１０４，Ｖ１１２によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３８】
配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から脱離水１７０を、脱離水タンク１６０に排出するための配管ラインである。配管ラインＬ４は、バルブＶ１０７，Ｖ１０８，Ｖ１０９によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３９】
配管ラインＬ４は、配管ラインＬ５と接続されている。配管ラインＬ５は、送風機１８０から送風された空気を第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ５は、バルブＶ１０７，Ｖ１０８，Ｖ１１０によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００４０】
配管ラインＬ３は、配管ラインＬ６と接続されている。配管ラインＬ６は、送風機１８０から送風されて第１水処理装置２００および第２水処理装置３００を通過した空気を排出するための配管ラインである。配管ラインＬ６は、バルブＶ１０３，Ｖ１０４，Ｖ１１１，Ｖ１１３によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００４１】
第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とは、上述したバルブＶ１０１〜Ｖ１０８の開閉を操作することによって交互に吸着装置および脱離装置として機能する。具体的には、第１水処理装置２００が吸着装置として機能している場合には、第２水処理装置３００が脱離装置として機能し、第１水処理装置２００が脱離装置として機能している場合には、第２水処理装置３００が吸着装置として機能する。すなわち、本実施形態における水処理システム１００においては、吸着処理と脱離処理とが経時的に交互に切り替わるように行なわれる。
【００４２】
配管ラインＬ１は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、吸着装置として機能している方に接続されて処理槽に原水１２０を供給し、配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、吸着装置として機能している方に接続されて処理水タンク１４０に処理水１５０を排出する。
【００４３】
配管ラインＬ３は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて脱離水タンク１６０から脱離水１７０を供給し、配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて脱離水１７０を脱離水タンク１６０に排出する。
【００４４】
このように、第１水処理装置２００の処理槽２１０の第２流入口２１３と第２流出口２１４とは、処理槽２１０の外部にある配管ラインＬ３，Ｌ４を通じて連通している。第２水処理装置３００の処理槽３１０の第２流入口３１３と第２流出口３１４とは、処理槽３１０の外部にある配管ラインＬ３，Ｌ４を通じて連通している。
【００４５】
配管ラインＬ５は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて処理槽に空気を供給する。配管ラインＬ６は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて処理槽からパージ処理によって排出された脱離水１７０を回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出する。
【００４６】
脱離水１７０の排出先は、通流される水に含有される被吸着物の種類によって選択される。たとえば、被吸着物の主成分が有機物である場合、マイクロバブルの圧壊により被吸着物は分解されるため、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０より低くなる場合がある。この場合には、脱離水１７０は、原水タンク１１０に排出される。一方、被吸着物の主成分が無機物である場合、被吸着物はマイクロバブルの圧壊により分解されないため、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０に含有される被吸着物の濃度より高くなる。また、被吸着物の主成分が有機物である場合にも、有機物の種類によっては脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０より高くなる場合がある。これらの場合には、脱離水１７０は、回収タンク１９０に排出される。
【００４７】
配管ラインＬ６において、脱離水１７０の排出先は、バルブＶ１１１およびバルブＶ１１３の開閉によって切り替えられる。回収タンク１９０には、排出された脱離水１７０から被吸着物を回収するための蒸留装置などが付設されていてもよい。また、回収タンク１９０には、排出された脱離水１７０から被吸着物を廃棄物として分離するための処理装置などが付設されていてもよい。
（水の清浄化処理の詳細）
以下、本実施形態における水処理システム１００において行なわれる水の清浄化処理の詳細について説明する。まず、第１水処理装置２００が吸着装置として機能し、第２水処理装置３００が脱離装置として機能している状態について説明する。
【００４８】
図２は、第１水処理装置２００が吸着装置として機能し、第２水処理装置３００が脱離装置として機能している状態を示す構成図である。図２に示すように、原水１２０は、バルブＶ１０２，Ｖ１０６が開放されることにより、配管ラインＬ１を通過して第１水処理装置２００に供給される。供給された原水１２０は、処理槽２１０に送られて吸着材２２０と接触し、当該原水１２０に含有される被吸着物が吸着材２２０によって吸着される。被吸着物が吸着材２２０によって吸着された後の水は、処理水１５０として第１水処理装置２００から排出される。第１水処理装置２００から排出された処理水１５０は、配管ラインＬ２を通過して処理水タンク１４０に貯水される。このとき、バルブＶ１０４，Ｖ１０８は閉鎖されている。
【００４９】
一方、第２水処理装置３００には、バルブＶ１０３，Ｖ１０７，Ｖ１０９，Ｖ１１２が開放されることにより、配管ラインＬ３を通過して脱離水１７０が供給される。供給された脱離水１７０は、処理槽３１０に送られて吸着材３２０に通流される。マイクロバブル発生装置３３０によりマイクロバブル吐出口３３１からマイクロバブルが吐出されて処理槽３１０内に充満される。このとき、バルブＶ１０１，Ｖ１０５は閉鎖されている。
【００５０】
マイクロバブル発生装置３３０が処理槽３１０内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、マイクロバブル発生装置３３０はマイクロバブルの供給を停止し、第１超音波発生装置３４０が第１超音波を処理槽３１０内に導入する。次に、第１超音波発生装置３４０が第１超音波の導入を停止した後、第２超音波発生装置３４１が第２超音波を処理槽３１０内に導入する。次に、第２超音波発生装置３４１が第２超音波の導入を停止した後、再び、第１超音波発生装置３４０が第１超音波を処理槽３１０内に導入する。このように、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１による超音波の導入が交互に所定回数繰り返される。なお、先に導入されるのは第２超音波でもよい。
【００５１】
上記のように導入された超音波により、吸着材３２０に付着していたマイクロバブルが圧壊する。なお、上記の処理において、制御部は、マイクロバブル発生装置３３０の動作時間が、第１および第２超音波発生装置３４０，３４１の動作時間より長くなるように制御している。上記の処理を複数回行なうことにより、定在波の回折作用が大きくなってマイクロバブルの圧壊作用を大きくすることができる。
【００５２】
マイクロバブルの圧壊によって発生するエネルギーにより、吸着材３２０から被吸着物が脱離される。詳細は後述するが、被吸着物が有機化合物を含む場合には、マイクロバブルの圧壊による有機化合物の分解が起こる。
【００５３】
吸着材３２０から脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。
【００５４】
一度の脱離処理により吸着材３２０から被吸着物を十分に脱離できない場合には、複数回にわたって脱離処理が繰り返される。その場合、脱離水タンク１６０に貯水された脱離水１７０が配管ラインＬ３を通過して第２水処理装置３００に供給される。上述と同様に、処理槽３１０において吸着材３２０に脱離水１７０を通流させた状態で充満させたマイクロバブルに超音波を作用させて圧壊させることにより、吸着材３２０から被吸着物を脱離させる。脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。これを繰り返すことにより、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度は高くなり、一方、吸着材３２０に吸着されている被吸着物は減少する。
【００５５】
その後、パージ処理を行なうために処理槽３１０内から脱離水１７０が排出される。Ｖ１１１またはバルブＶ１１３とバルブＶ１１０とが開放され、バルブＶ１０９，Ｖ１１２が閉鎖される。脱離水１７０が排出された処理槽３１０に、送風機１８０により送風されて配管ラインＬ５を通過した空気が流入する。第２流出口３１４から第２流入口３１３に向けて吸着材３２０に通風された空気は、吸着材３２０の表面に付着した余剰の脱離水１７０を吹き飛ばす。処理槽３１０からパージ処理によって排出された脱離水１７０は、回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出される。上述の通り、脱離水１７０の排出先は、被吸着物の主成分によって決まる。
【００５６】
次に、第１水処理装置２００が脱離装置として機能し、第２水処理装置３００が吸着装置として機能している状態について説明する。
【００５７】
図３は、第１水処理装置２００が脱離装置として機能し、第２水処理装置３００が吸着装置として機能している状態を示す構成図である。図３に示すように、原水１２０は、バルブＶ１０１，Ｖ１０５が開放されることにより、配管ラインＬ１を通過して第２水処理装置３００に供給される。供給された原水１２０は、処理槽３１０に送られて吸着材３２０と接触し、当該原水１２０に含有される被吸着物が吸着材３２０によって吸着される。被吸着物が吸着材３２０によって吸着された後の水は、処理水１５０として第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された処理水１５０は、配管ラインＬ２を通過して処理水タンク１４０に貯水される。このとき、バルブＶ１０３，Ｖ１０７は閉鎖されている。
【００５８】
一方、第１水処理装置２００には、バルブＶ１０４，Ｖ１０８，Ｖ１０９，Ｖ１１２が開放されることにより、配管ラインＬ３を通過して脱離水１７０が供給される。供給された脱離水１７０は、処理槽２１０に送られて吸着材２２０に通流される。マイクロバブル発生装置２３０によりマイクロバブル吐出口２３１からマイクロバブルが吐出されて処理槽２１０内に充満される。このとき、バルブＶ１０２，Ｖ１０６は閉鎖されている。
【００５９】
マイクロバブル発生装置２３０が処理槽２１０内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、マイクロバブル発生装置２３０はマイクロバブルの供給を停止し、第１超音波発生装置２４０が第１超音波を処理槽２１０内に導入する。次に、第１超音波発生装置２４０が第１超音波の導入を停止した後、第２超音波発生装置２４１が第２超音波を処理槽２１０内に導入する。次に、第２超音波発生装置２４１が第２超音波の導入を停止した後、再び、第１超音波発生装置２４０が第１超音波を処理槽２１０内に導入する。このように、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１による超音波の導入が交互に所定回数繰り返される。なお、先に導入されるのは第２超音波でもよい。
【００６０】
上記のように導入された超音波により、吸着材２２０に付着していたマイクロバブルが圧壊する。なお、上記の処理において、制御部は、マイクロバブル発生装置２３０の動作時間が、第１および第２超音波発生装置２４０，２４１の動作時間より長くなるように制御している。上記の処理を複数回行なうことにより、定在波の回折作用が大きくなってマイクロバブルの圧壊作用を大きくすることができる。
【００６１】
マイクロバブルの圧壊によって発生するエネルギーにより、吸着材２２０から被吸着物が脱離される。詳細は後述するが、被吸着物が有機化合物を含む場合には、マイクロバブルの圧壊による有機化合物の分解が起こる。
【００６２】
吸着材３２０から脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。
【００６３】
一度の脱離処理により吸着材２２０から被吸着物を十分に脱離できない場合には、複数回にわたって脱離処理が繰り返される。その場合、脱離水タンク１６０に貯水された脱離水１７０が配管ラインＬ３を通過して第１水処理装置２００に供給される。上述と同様に、処理槽２１０において吸着材２２０に脱離水１７０を通流させた状態で充満させたマイクロバブルに超音波を作用させて圧壊させることにより、吸着材２２０から被吸着物を脱離させる。脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。これを繰り返すことにより、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度は高くなり、一方、吸着材２２０に吸着されている被吸着物は減少する。
【００６４】
その後、パージ処理を行なうために処理槽２１０内から脱離水１７０が排出される。Ｖ１１１またはバルブＶ１１３とバルブＶ１１０とが開放され、バルブＶ１０９，Ｖ１１２が閉鎖される。脱離水１７０が排出された処理槽２１０に、送風機１８０により送風されて配管ラインＬ５を通過した空気が流入する。第２流出口２１４から第２流入口２１３に向けて吸着材２２０に通風された空気は、吸着材２２０の表面に付着した余剰の脱離水１７０を吹き飛ばす。処理槽２１０からパージ処理によって排出された脱離水１７０は、回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出される。上述の通り、脱離水１７０の排出先は、被吸着物の主成分によって決まる。
（吸着処理および脱離処理）
以下、本実施形態に係る第１水処理装置２００および第２水処理装置３００において行なわれる、吸着処理および脱離処理の詳細について説明する。
【００６５】
図４は、活性炭素繊維からなる吸着材の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。図４に示すように、活性炭素繊維からなる吸着材２２０，３２０は、繊維の表面から繊維の中心に向けて延びる細孔を有している。
【００６６】
吸着材２２０，３２０として利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下、細孔容積が０．４ｃｍ3／ｇ以上０．９ｃｍ3／ｇ以下、平均細孔径が１７Å以上１８Å以下のものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が９００ｍ2／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ3／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、被吸着物の吸着量が低くなるためであり、またＢＥＴ比表面積が２０００ｍ2／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ3／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質などの吸着能力が低下し、強度が弱くなり、素材のコストが高くなって経済的に不利になるためである。
【００６７】
図５は、吸着処理において吸着材に被吸着物が吸着された状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図２，３，５に示すように、吸着処理において、吸着材２２０，３２０に被吸着物を含有する原水１２０が通流されることにより、被吸着物４００は、吸着材２２０，３２０の細孔内に吸着される。その結果、処理水１５０に含有される被吸着物４００の濃度が低下して、清浄度の高い処理水１５０が得られる。
【００６８】
上記の吸着処理を行なうことにより、吸着材２２０，３２０の細孔内に被吸着物４００が蓄積されてくると、吸着材２２０，３２０の吸着性能が低下する。その状態で吸着処理を行なった場合、処理水１５０に含まれる被吸着物４００の濃度が高くなり、十分な吸着処理が行なわれない。そのため、吸着処理が所定の時間行なわれた後、脱離処理が行なわれる。
【００６９】
図６は、吸着材にマイクロバブルが付着した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図１に示すように、マイクロバブル発生装置２３０，３３０から発生されたマイクロバブル５００は、マイクロバブル吐出口２３１，３３１から処理槽２１０，３１０内に吐出される。処理槽２１０，３１０内に吐出されたマイクロバブル５００は、処理槽２１０，３１０内を通流される水の流れに乗って上方に移動する。その間に、マイクロバブル５００は、図６に示すように、吸着材２２０，３２０の表面、特に、細孔の口部に付着する。
【００７０】
マイクロバブル発生装置２３０，３３０が処理槽２１０，３１０内にマイクロバブル５００の連続的な供給を開始してから所定時間経過後、第１超音波発生装置２４０，３４０または第２超音波発生装置２４１，３４１が起動されて、処理槽２１０，３１０内に超音波が導入される。図１に示すように、第１超音波発生装置２４０，３４０は、処理槽２１０，３１０の下方に配置されているため、処理槽２１０，３１０内の下方から上方へ向けて超音波を伝搬させる。第２超音波発生装置２４１，３４１は、処理槽２１０，３１０の上方に配置されているため、処理槽２１０，３１０内の上方から下方へ向けて超音波を伝搬させる。
【００７１】
本実施形態においては、第１超音波発生装置２４０，３４０と第２超音波発生装置２４１，３４１とは交互に超音波を処理槽２１０，３１０内に導入する。第１超音波発生装置２４０，３４０が導入する低周波の超音波は、処理槽２１０，３１０内に均一に伝播しやすく、また、吸着材２２０，３２０の細孔内部すなわち密な繊維同士の隙間まで伝播する。一方、第２超音波発生装置２４１，３４１が導入する高周波の超音波は、吸着材２２０，３２０の表面に付着した被吸着物質を剥離させて脱離する能力が高く、化学吸着した被吸着物を剥離することができる。
【００７２】
本実施形態のように、超音波を間欠的に導入することにより、処理槽２１０，３１０内に伝播する超音波の伝播距離が延長される、いわゆるパルス効果を得ることができる。その結果、処理槽２１０，３１０内に第１超音波および第２超音波を行き渡らせることができる。
【００７３】
低周波である第１超音波と高周波である第２超音波とが同時に処理槽２１０，３１０内に導入される場合、たとえば、第１超音波発生装置２４０，３４０から第１超音波が処理槽２１０，３１０内に導入されつつ、第２超音波発生装置２４１，３４１から第２超音波が処理槽２１０，３１０内に導入される。
【００７４】
この構成の場合、処理槽２１０，３１０内において超音波の干渉現象が生じ、処理槽２１０，３１０内の水に超音波が均等に伝播される。その結果、処理槽２１０，３１０内に供給されたマイクロバブルの圧壊効率を極めて高くすることができる。
【００７５】
図７は、マイクロバブルが圧壊した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図７に示すように、吸着材２２０，３２０に付着したマイクロバブル５００に超音波が作用することにより、マイクロバブル５００が圧壊する。マイクロバブル５００が圧壊することにより、マイクロバブル５００内の高圧力が開放されて衝撃波５１０および熱が放出される。
【００７６】
この衝撃波５１０および熱は、吸着材２２０，３２０と被吸着物４００との吸着力より大きなエネルギーを有しているため、衝撃波５１０および熱を受けた被吸着物４００は、吸着材２２０，３２０から脱離される。吸着材２２０，３２０から脱離された被吸着物４００は、通流されている水とともに流されて脱離水１７０に含有される。この脱離水１７０を繰り返し脱離処理に用いることで，脱離水１７０に含まれる被吸着物の濃度は原水１２０に含まれる被吸着物の濃度より高くなる。
【００７７】
また、マイクロバブル５００が圧壊することにより、フリーラジカルが発生する。フリーラジカルとして、たとえば、ヒドロキシラジカルが発生する。被吸着物４００に有機化合物が含まれている場合、有機化合物は、発生したヒドロキシラジカルと接触することにより酸化分解されて二酸化炭素と水になる。この主に二酸化炭素からなる分解ガスおよび水は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に送られる。分解ガスは、脱離水タンク１６０から外部に放出される。
【００７８】
このように、脱離処理において、マイクロバブル５００を処理槽２１０，３１０内に充満させる度に、超音波を導入することにより、マイクロバブル５００を強制的に短時間で圧壊させることができる。言い換えると、第１および第２超音波発生装置２４０，２４１，３４０，３４１が高周波および低周波の超音波を所定時間間欠的に導入することにより、吸着材２２０，３２０にマイクロバブル５００を十分に付着させた状態でマイクロバブル５００を圧壊することができる。その結果、効果的に吸着材２２０，３２０の脱離処理が行なわれる。
【００７９】
なお、脱離処理を行なった後に、処理槽２１０，３１０内の水を第２流出口２１４，３１４から排出して、その後、送風機１８０から送風された空気を処理槽２１０，３１０内に供給するようにしてもよい。このようにした場合、処理槽２１０，３１０内に供給された空気は、第２流出口２１４，３１４から第２流入口２１３，３１３に向けて吸着材２２０，３２０に通風される。
【００８０】
その結果、排出されずに処理槽２１０，３１０内に残留していた、吸着材２２０，３２０から脱離された被吸着物４００を含有する脱離水１７０が、通風された空気とともに第２流出口２１４，３１４から処理槽２１０，３１０外に排出される。このように、吸着材２２０，３２０を脱水するパージ処理を行なうことにより、吸着材２２０，３２０から被吸着物４００をさらに除去することができる。
【００８１】
図８は、比較例として、粒状の活性炭からなる吸着材にマイクロバブルを付着させる状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図８に示すように、粒状の活性炭からなる吸着材は、吸着材の表面から内部に入り込んだ位置に、被吸着物４００を吸着する細孔が形成されやすい。マイクロバブルを用いて脱離処理するためには、図８の矢印で示すようにマイクロバブルが吸着材の表面から入り込んで、細孔の近傍まで拡散しなければならない。このようにマイクロバブルを拡散させることは難しいため、吸着材には、活性炭素繊維を用いることが好ましい。
【００８２】
なお、粒状活性炭と活性炭素繊維との特徴は下記のとおりである。粒状活性炭は、直径が４ｍｍ以上６ｍｍ以下程度の塊状物であり、比表面積が９００ｍ2／ｇ以上１０００ｍ2／ｇ以下程度であり、外表面積が０．０１ｍ2／ｇ以下程度であり、かさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上０．５ｇ／ｃｍ3以下程度である。活性炭素繊維は、１０μｍ以上３０μｍ以下程度の繊維であり、比表面積が７００ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下程度であり、外表面積が１．５ｍ2／ｇ以上２．０ｍ2／ｇ以下程度であり、かさ密度が０．０４ｇ／ｃｍ3以上０．０５ｇ／ｃｍ3以下程度である。
【００８３】
図４に示すように、活性炭素繊維から成る吸着材においては、吸着材の表面に細孔が形成されているため、マイクロバブルを細孔の口部に付着させやすく、マイクロバブルを用いた脱離処理に好適である。また、活性炭素繊維から成る吸着材においては、細孔から脱離された被吸着物とマイクロバブルの圧壊によって生じたフリーラジカルとの接触効率が非常に高くなる。そのため、被吸着物の主成分が有機化合物である場合、マイクロバブルの圧壊によって被吸着物は、吸着材の細孔から脱離する作用およびフリーラジカルによる酸化分解の作用の両方の作用を受ける。
【００８４】
本実施形態の水処理装置においては、マイクロバブルの圧壊現象を利用して吸着材の脱理を行なうため、吸着材の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる。特に、本実施形態の水処理装置においては、周波数の異なる超音波を導入することにより、効率的にマイクロバブルを圧壊させることができるため、吸着材の再生効率が向上されている。
【００８５】
本実施形態の水処理システム１００においては、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の各々において、互いにタイミングをずらして、吸着処理および脱離処理が交互に行なわれる。その結果、水処理システム１００においては、吸着処理が継続して行なわれている。
【００８６】
このように吸着処理および脱離処理が交互に連続的に繰り返されるように構成することにより、低コストで安定的に高い能力で水に含まれる被吸着物を除去することができる。したがって、上記構成を採用することにより、高効率にかつ安定的に水を清浄化処理できる水処理システムとすることができる。さらに、水処理装置における微生物の繁殖が抑制できるため、藻の発生などが防止できる。
【００８７】
また、一般に吸着材は、処理すべき水に含まれる被吸着物の濃度が高ければ高いほど、その吸着効率が向上することが知られている。このため、本実施形態における水処理システム１００のように、脱離水１７０を循環して処理することにより、第１および第２水処理装置２００，３００の吸着性能も向上し、より安定的に高い能力で被吸着物を除去することができる。したがって、上記構成を採用することにより、当該観点からも高効率にかつ安定的に水を清浄化処理できる水処理システムとすることができる。
【００８８】
上記の水処理システム１００においては、吸着材を脱離処理して再生するために加熱する必要がないため、吸着材の再生に要するエネルギー消費量を低減できる。特に、脱離水１７０を循環させて脱離処理を行なった場合に、その循環回数分に相当するエネルギー消費量を削減できるため効果が大きい。
【００８９】
なお、上述の本実施形態における水処理システム１００においては、脱離水１７０を循環して処理する構成とした場合を例示して説明したが、必ずしもこのように構成する必要はない。脱離処理する際に第１および第２水処理装置２００，３００に供給される水は、たとえば、処理水１５０でもよいし、他の水でもよい。
【００９０】
また、上述の本実施形態における水処理システム１００においては、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００とが吸着装置および脱離装置に交互に入れ替わる構成を採用した場合を例示して説明したが、これとは異なる構成の水処理装置を採用してもよい。たとえば、円筒形状の外形を有する吸着素子が円筒の軸を回転軸として回転されつつ、回転途中に通過する一部の領域において脱離処理が行なわれ、他の部分において吸着処理が行なわれる構成を有する水処理装置でもよい。
【００９１】
なお、本実施形態においては、第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とのそれぞれにマイクロバブル発生装置を設けたが、第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とで１つのマイクロバブル発生装置を共用してもよい。たとえば、配管ラインＬ１にマイクロバブル吐出口を接続して、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の両方にマイクロバブルを供給するようにしてもよい。このようにした場合、マイクロバブル発生装置を１つにすることができ、水処理システムの部品点数を削減することができる。
【００９２】
なお、本実施形態においては、超音波を間欠的に導入したが、マイクロバブルを吸着材の表面に付着させて圧壊できる場合には、超音波を定常的に導入するようにしてもよい。
【００９３】
以下、本実施形態の水処理システムと下記の２つの比較例の水処理システムとの水処理性能の経時的変化を比較した実験結果を示す。
【００９４】
＜実験例＞
本実験のファクターは下記の通り、測定または算出された。
【００９５】
ＢＥＴ比表面積として、液体窒素の沸点である−１９５．８℃の雰囲気下において、相対圧力を０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの吸着材への窒素吸着量を数点に亘って測定し、ＢＥＴプロットにより吸着材単位質量あたりの表面積（ｍ2／ｇ）を求めた。細孔容積は、相対圧が０．９５で窒素ガスを用いた気体吸着法により測定した。
【００９６】
平均細孔径は、平均細孔径（Å）をｄｐ、細孔容積（ｃｃ／ｇ）をＶｐ、ＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）をＳとして、ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ、から算出した。平衡吸着量ｑ＊（ｇ／ｇ）は、５０％破過時間を測定して、平衡吸着量＝水供給量×５０％破過時間／吸着材重量、から算出した。
【００９７】
吸着帯厚み（１０％Ｚａ）は、１０％破過する破過時間を測定し、１０％Ｚａ＝２（５０％破過時間−１０％破過時間）／（５０％破過時間）、から算出した。イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）濃度は、ガスクロマトグラフ法により測定した。
【００９８】
(実施例)
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のそれぞれに、吸着素子として、平均細孔径が１７．１Å、ＢＥＴ比表面積が１１００ｍ2／ｇ、全細孔容積が０．４７（ｍ3／ｇ）である活性炭素繊維からなり、直径が４０ｍｍ、長さが１５０ｍｍである円柱形状で、重量が２０ｇである吸着材を用いた。
【００９９】
まず、第１水処理装置２００において吸着処理を行なった。吸着処理では、第１水処理装置２００に、濃度が１０００ｍｇ／Ｌであるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含有する温度が３０℃の原水を空間速度（ＳＶ）５で第１流入口２１１から流入させた。第１水処理装置２００で処理されて第１流出口２１２から排出された処理水１５０のＩＰＡ濃度は、５０ｍｇ／Ｌ以下であった。すなわち、吸着材によるＩＰＡの除去率は、９５％以上であった。このとき、吸着帯厚み（Ｚａ１０％）は４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）は０．１３（ｇ／ｇ）であって、良好な吸着速度および破過時間であることが確認された。
【０１００】
次に、第１水処理装置２００において脱離処理を行なった。脱離処理では、水温が２０℃の水を第２流入口２１３から処理槽２１０内に１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給しつつ、マイクロバブル発生装置を用いて、処理槽２１０内の下方の位置から、温度が２０℃の空気からなるマイクロバブルを供給した。処理槽２１０内にマイクロバブルを充満させた後、高周波および低周波の超音波を所定時間ごと間欠的に繰返し処理槽２１０内に導入した。その結果、第２流出口２１４から排出された脱離水１７０のＩＰＡ濃度は、約２０００ｍｇ／Ｌであった。
【０１０１】
なお、マイクロバブル発生装置として、資源開発株式会社製のマイクロバブル発生装置Ａ−２０を使用し、超音波発生装置として、株式会社オーディック社製の多周波超音波発振器(Ｆｌｅｘｏｎｉｃシリーズ)を使用した。
【０１０２】
その後、第１水処理装置２００においてパージ処理を行なった。パージ処理では、送風機１８０により空気を送風することにより、吸着材に５０ｃｍ／ｓｅｃの風速で通風させた。吸着材を通風した空気は、原水タンク１１０内に排出させた。原水タンク１１０内に排出された空気に含まれている水分のＩＰＡ濃度は、８００ｍｇ／Ｌ以下であった。
【０１０３】
第１水処理装置２００において、上記の吸着処理、脱離処理およびパージ処理を順に繰返し行なった。各１回の処理時間は、吸着処理が１５分、脱離処理が１０分、パージ処理が５分として、３０分に１回の割合で１連の処理が行なわれるようにした。
【０１０４】
上記１連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は５０ｍｇ／Ｌ以下であり、吸着材によるＩＰＡの除去率は９５％以上を維持していた。
【０１０５】
(比較例１)
比較例１として、上記の実施例における脱離処理のみ変更して実験を行なった。比較例１の脱離処理では、水温が２０℃の水を第２流入口２１３から処理槽２１０内に１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。ただし、マイクロバブルの供給および超音波の導入は行なわれていない。
【０１０６】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は８００ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は２０％であった。
【０１０７】
(比較例２)
比較例２として、上記の実施例における脱離処理のみ変更して実験を行なった。比較例２の脱離処理では、１３０℃の水蒸気を第２流入口２１３から処理槽２１０内に供給した。なお、脱離処理前に処理槽２１０内の水は排出されている。吸着材に通流されて第２流出口２１４から排出された水蒸気中のＩＰＡ濃度は、約２０００ｍｇ／Ｌであった。
【０１０８】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は９５０ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は５％であった。
【０１０９】
（比較例３）
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のそれぞれに、吸着素子として、平均細孔径が１７．９Å、ＢＥＴ比表面積が１２０８ｍ2／ｇ、全細孔容積が０．５２（ｍ3／ｇ）で８／３２メッシュの粒状活性炭からなり、直径が４０ｍｍ、長さが１５０ｍｍである円柱形状で、重量が１００ｇである吸着材を用いて、上記の実施例と同様の方法で吸着処理を行なった。
【０１１０】
その結果、吸着帯厚み（Ｚａ１０％）は２４８ｍｍとなり、平衡吸着量（ｑ＊）は０．０４（ｇ／ｇ）となって、実施例に比べて著しく吸着速度が遅く、破過時間が短くなった。
【０１１１】
上記の粒状活性炭からなる吸着素子を有する第１水処理装置２００において、上記の実施例と同様の方法で脱離処理を行なった。その結果、第２流出口２１４から排出された脱離水１７０のＩＰＡ濃度は、約１７００ｍｇ／Ｌであった。
【０１１２】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は７００ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は３０％であった。
【０１１３】
上記の実施例および比較例１〜３から分かるように、本実施形態の水処理システムは、長時間にわたって安定して水処理を行なうことができる。また、脱離水を循環させて脱離処理を行なった場合にも、吸着材による被吸着物の除去率が維持できる。
【０１１４】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００ 水処理システム、１１０ 原水タンク、１２０ 原水、１３０ ポンプ、１４０ 処理水タンク、１５０ 処理水、１６０ 脱離水タンク、１７０ 脱離水、１８０ 送風機、１９０ 回収タンク、２００ 第１水処理装置、２１０，３１０ 処理槽、２１１，３１１ 第１流入口、２１２，３１２ 第１流出口、２１３，３１３ 第２流入口、２１４，３１４ 第２流出口、２２０，３２０ 吸着材、２３０，３３０ マイクロバブル発生装置、２３１，３３１ マイクロバブル吐出口、２４０，３４０ 第１超音波発生装置、２４１，３４１ 第２超音波発生装置、３００ 第２水処理装置、４００ 被吸着物、５００ マイクロバブル、５１０ 衝撃波。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理システムに関し、特に、吸着素子を用いた水処理装置および水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不純物などの被吸着物を含有する水を浄化する装置として、活性炭などの吸着材からなる交換可能な吸着素子を用いた交換式吸着装置が広く用いられている。交換式吸着装置においては、被吸着物を含有する水が吸着材を充填された槽に流入されて、吸着材が被吸着物を吸着することにより、水中に含まれる被吸着物が除去される。
【０００３】
交換式吸着装置では、吸着素子が被吸着物で飽和した段階で、吸着素子を交換しなけらばならない。特に、水処理においては、吸着素子内において微生物が繁殖することによって吸着素子の吸着性能が低下するため、吸着素子の交換タクトが短く、吸着素子の交換回数が多くなる。また、吸着素子が被吸着物で飽和する前の段階において、吸着素子の吸着性能が経時的に低下するため、安定した吸着処理を継続することができなかった。
【０００４】
吸着素子の交換タクトを延長可能な水処理装置を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載の水処理装置においては、吸着素子に高温の加熱ガスを通気させることにより、吸着素子に吸着された被吸着物を脱離させて吸着素子を再生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸着素子に吸着される被吸着物には、吸着素子から脱離しにくい有機化合物などが含まれる場合がある。その場合、加熱ガスの温度を３００℃以上まで高くしなければ、吸着素子から有機化合物を脱離させることができない。よって、吸着素子から被吸着物を脱離するために多くのエネルギーが必要となる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、吸着素子の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる、水処理装置および水処理システム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】
【０００８】
本発明に基づく水処理装置は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子と、吸着素子を収容する処理槽と、処理槽内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、処理槽内に超音波を導入して、吸着素子に付着したマイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置とを備える。好ましくは、吸着素子が活性炭素繊維である。
【０００９】
好ましくは、水処理装置は、マイクロバブル発生装置および超音波発生装置の動作を制御する制御部を備える。制御部は、マイクロバブル発生装置が処理槽内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、超音波発生装置に超音波を処理槽内に間欠的に導入させる。
【００１０】
好ましくは、マイクロバブル発生装置は、処理槽の鉛直方向下方の位置から処理槽内にマイクロバブルを供給する。好ましくは、処理槽は、水が流入する流入口および水が流出する流出口を有する。流入口と流出口とが処理槽の外部を通じて連通している。
【００１１】
本発明の一形態においては、流出口から流入口に向けて吸着素子に通風させる送風機を備えている。
【００１２】
好ましくは、超音波発生装置は、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とを処理槽内に導入する。さらに好ましくは、超音波発生装置は、第１超音波と第２超音波とを交互に処理槽内に導入する。
【００１３】
本発明に基づく水処理システムにおいては、複数の上記の水処理装置を備える。水処理システムでは、複数の水処理装置の各々において、互いにタイミングをずらして、吸着素子による被吸着物の吸着処理、および、マイクロバブルの圧壊により吸着素子から被吸着物が脱離される脱離処理が交互に行なわれることにより、吸着処理が継続して行なわれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の水処理装置および水処理システムによれば、吸着素子の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムの構成を示す構成図である。
【図２】第１水処理装置が吸着装置として機能し、第２水処理装置が脱離装置として機能している状態を示す構成図である。
【図３】第１水処理装置が脱離装置として機能し、第２水処理装置が吸着装置として機能している状態を示す構成図である。
【図４】活性炭素繊維からなる吸着材の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図５】吸着処理において吸着材に被吸着物が吸着された状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図６】吸着材にマイクロバブルが付着した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図７】マイクロバブルが圧壊した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図８】比較例として、粒状の活性炭からなる吸着材にマイクロバブルを付着させる状態を模式的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムについて図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
（水処理装置および水処理システム）
図１は、本発明の一実施形態に係る水処理装置および水処理システムの構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る水処理システム１００は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の２つの水処理装置を含む。
（第１水処理装置２００）
第１水処理装置２００は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子である吸着材２２０を有している。吸着材２２０は、活性炭素繊維から構成されている。ここで、被吸着物とは、無機物および有機物の少なくとも一方を含む物質であって、吸着素子に吸着される物質のことをいう。
【００１７】
吸着材２２０として用いている活性炭素繊維は、表面に細孔(ミクロ孔)を有する繊維状構造を有している。そのため、活性炭素繊維は、水との接触効率が高く、特に水中の被吸着物の吸着速度が速いため、他の吸着素子に比べて極めて高い吸着効率を実現できる部材である。また、詳細は後述するが、活性炭素繊維から成る吸着材においては、吸着材の表面に細孔が形成されているため、マイクロバブルがその細孔の口部に付着しやすい。そのため、活性炭素繊維は、マイクロバブルの圧壊現象を利用した脱離処理が行なわれる部材として好適である。
【００１８】
吸着材２２０は、略円筒状の処理槽２１０の内部に収容されている。処理槽２１０は、鉛直方向に立設されている。処理槽２１０の底部には、被吸着物を含有する水が処理槽２１０内に流入する第１流入口２１１および第２流入口２１３が設けられている。処理槽２１０の天井部には、吸着材２２０を通流した水が処理槽２１０外に流出する第１流出口２１２および第２流出口２１４が設けられている。
【００１９】
第１水処理装置２００は、処理槽２１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置２３０を備えている。ここで、マイクロバブルとは、微細な気泡のことをいい、具体的には、直径が５０μｍ以下の気泡のことをいう。本実施形態においては、マイクロバブルが処理槽２１０の鉛直方向下方の位置から処理槽２１０内に供給される。そのため、マイクロバブル発生装置２３０の一部であるマイクロバブル吐出口２３１が、処理槽２１０内において処理槽２１０の底部上に配置されている。
【００２０】
第１水処理装置２００は、処理槽２１０内に超音波を導入する第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１を備えている。ここで、超音波とは、周波数が１６ｋＨｚ以上の音波のことをいう。第１超音波発生装置２４０は、処理槽２１０内において、底部上に配置されている。第２超音波発生装置２４１は、処理槽２１０内において、天井部の下方または側面側周囲に配置されている。
【００２１】
第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の各々は、図示しない超音波振動子を有しており、処理槽２１０内で超音波振動子が振動することにより、超音波が処理槽２１０内の水に伝播される。
【００２２】
本実施形態においては、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とが処理槽２１０内に導入される。第１の周波数は５０ｋＨｚ以下であり、第２の周波数は５００ｋＨｚ以上である。
【００２３】
たとえば、第１超音波発生装置２４０から低周波の第１超音波を処理槽２１０内に導入し、第２超音波発生装置２４１から高周波の第２超音波を処理槽２１０内に導入する。ただし、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１から同一の周波数の超音波を導入するようにしてもよい。
【００２４】
第１水処理装置２００は、マイクロバブル発生装置２３０、第１超音波発生装置２４０
および第２超音波発生装置２４１の動作を制御する図示しない制御部を有している。制御部により、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の各々は、間欠的に超音波を処理槽２１０内に導入するように制御される。
【００２５】
本実施形態においては、制御部により、第１超音波発生装置２４０による第１超音波の導入と第２超音波発生装置２４１による第２超音波の導入とが交互に行なわれるように、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１の動作が制御される。ただし、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１から同時に超音波を導入するようにしてもよい。
（第２水処理装置３００）
第２水処理装置３００は、第１水処理装置２００と同様の構成を有している。具体的には、第２水処理装置３００は、通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子である吸着材３２０を有している。吸着材３２０は、活性炭素繊維から構成されている。
【００２６】
吸着材３２０は、略円筒状の処理槽３１０の内部に収容されている。処理槽３１０は、鉛直方向に立設されている。処理槽３１０の底部には、被吸着物を含有する水が処理槽３１０内に流入する第１流入口３１１および第２流入口３１３が設けられている。処理槽３１０の天井部には、吸着材３２０を通流した水が処理槽３１０外に流出する第１流出口３１２および第２流出口３１４が設けられている。
【００２７】
第２水処理装置３００は、処理槽３１０内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置３３０を備えている。本実施形態においては、マイクロバブルが処理槽３１０の鉛直方向下方の位置から処理槽３１０内に供給される。そのため、マイクロバブル発生装置３３０の一部であるマイクロバブル吐出口３３１が、処理槽３１０内において処理槽３１０の底部上に配置されている。
【００２８】
第２水処理装置３００は、処理槽３１０内に超音波を導入する第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１を備えている。第１超音波発生装置３４０は、処理槽３１０内において、底部上に配置されている。第２超音波発生装置３４１は、処理槽３１０内において、天井部の下方または側面側周囲に配置されている。
【００２９】
第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の各々は、図示しない超音波振動子を有しており、処理槽３１０内で超音波振動子が振動することにより、超音波が処理槽３１０内の水に伝播される。
【００３０】
たとえば、第１超音波発生装置３４０において低周波の第１超音波を処理槽３１０内に導入し、第２超音波発生装置３４１において高周波の第２超音波を処理槽３１０内に導入する。ただし、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１から同一の周波数の超音波を導入するようにしてもよい。
【００３１】
第２水処理装置３００は、マイクロバブル発生装置３３０、第１超音波発生装置３４０
および第２超音波発生装置３４１の動作を制御する図示しない制御部を有している。制御部により、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の各々は、間欠的に超音波を処理槽３１０内に導入するように制御される。
【００３２】
本実施形態においては、制御部により、第１超音波発生装置３４０による第１超音波の導入と第２超音波発生装置３４１による第２超音波の導入とが交互に行なわれるように、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１の動作が制御される。ただし、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１から同時に超音波を導入するようにしてもよい。
（水処理システム１００）
図１に示すように、水処理システム１００において、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００には、配管ラインＬ１，Ｌ２が接続されている。配管ラインＬ１は、第１水処理装置２００の第１流入口２１１および第２水処理装置３００の第１流入口３１１に接続されている。配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００の第１流出口２１２および第２水処理装置３００の第１流出口３１２に接続されている。
【００３３】
配管ラインＬ１は、被吸着物を含有する原水１２０を貯水している原水タンク１１０から第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に原水１２０を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ１は、バルブＶ１０１，Ｖ１０２によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。また、配管ラインＬ１には、原水１２０を原水タンク１１０から送り出すためのポンプ１３０が接続されている。
【００３４】
配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から処理水１５０を、処理水１５０を貯水する処理水タンク１４０に排出するための配管ラインである。配管ラインＬ２は、バルブＶ１０５，Ｖ１０６によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３５】
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から排出される処理水１５０は、吸着材２２０，３２０の性能にもよるが、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に供給される原水１２０に比べて、その被吸着物の含有量が大幅に減少しているものの、僅かに被吸着物を含んでいてもよい。
【００３６】
また、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００には、配管ラインＬ３，Ｌ４が接続されている。配管ラインＬ３は、第１水処理装置２００の第２流入口２１３および第２水処理装置３００の第２流入口３１３に接続されている。配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００の第２流出口２１４および第２水処理装置３００の第２流出口３１４に接続されている。
【００３７】
配管ラインＬ３は、脱離された被吸着物を含有する脱離水１７０を貯水している脱離水タンク１６０から第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に脱離水１７０を供給するための配管ラインである。配管ラインＬ３は、バルブＶ１０３，Ｖ１０４，Ｖ１１２によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３８】
配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００から脱離水１７０を、脱離水タンク１６０に排出するための配管ラインである。配管ラインＬ４は、バルブＶ１０７，Ｖ１０８，Ｖ１０９によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００３９】
配管ラインＬ４は、配管ラインＬ５と接続されている。配管ラインＬ５は、送風機１８０から送風された空気を第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ５は、バルブＶ１０７，Ｖ１０８，Ｖ１１０によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００４０】
配管ラインＬ３は、配管ラインＬ６と接続されている。配管ラインＬ６は、送風機１８０から送風されて第１水処理装置２００および第２水処理装置３００を通過した空気を排出するための配管ラインである。配管ラインＬ６は、バルブＶ１０３，Ｖ１０４，Ｖ１１１，Ｖ１１３によって第１水処理装置２００および第２水処理装置３００に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００４１】
第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とは、上述したバルブＶ１０１〜Ｖ１０８の開閉を操作することによって交互に吸着装置および脱離装置として機能する。具体的には、第１水処理装置２００が吸着装置として機能している場合には、第２水処理装置３００が脱離装置として機能し、第１水処理装置２００が脱離装置として機能している場合には、第２水処理装置３００が吸着装置として機能する。すなわち、本実施形態における水処理システム１００においては、吸着処理と脱離処理とが経時的に交互に切り替わるように行なわれる。
【００４２】
配管ラインＬ１は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、吸着装置として機能している方に接続されて処理槽に原水１２０を供給し、配管ラインＬ２は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、吸着装置として機能している方に接続されて処理水タンク１４０に処理水１５０を排出する。
【００４３】
配管ラインＬ３は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて脱離水タンク１６０から脱離水１７０を供給し、配管ラインＬ４は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて脱離水１７０を脱離水タンク１６０に排出する。
【００４４】
このように、第１水処理装置２００の処理槽２１０の第２流入口２１３と第２流出口２１４とは、処理槽２１０の外部にある配管ラインＬ３，Ｌ４を通じて連通している。第２水処理装置３００の処理槽３１０の第２流入口３１３と第２流出口３１４とは、処理槽３１０の外部にある配管ラインＬ３，Ｌ４を通じて連通している。
【００４５】
配管ラインＬ５は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて処理槽に空気を供給する。配管ラインＬ６は、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のうち、脱離装置として機能している方に接続されて処理槽からパージ処理によって排出された脱離水１７０を回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出する。
【００４６】
脱離水１７０の排出先は、通流される水に含有される被吸着物の種類によって選択される。たとえば、被吸着物の主成分が有機物である場合、マイクロバブルの圧壊により被吸着物は分解されるため、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０より低くなる場合がある。この場合には、脱離水１７０は、原水タンク１１０に排出される。一方、被吸着物の主成分が無機物である場合、被吸着物はマイクロバブルの圧壊により分解されないため、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０に含有される被吸着物の濃度より高くなる。また、被吸着物の主成分が有機物である場合にも、有機物の種類によっては脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度が原水１２０より高くなる場合がある。これらの場合には、脱離水１７０は、回収タンク１９０に排出される。
【００４７】
配管ラインＬ６において、脱離水１７０の排出先は、バルブＶ１１１およびバルブＶ１１３の開閉によって切り替えられる。回収タンク１９０には、排出された脱離水１７０から被吸着物を回収するための蒸留装置などが付設されていてもよい。また、回収タンク１９０には、排出された脱離水１７０から被吸着物を廃棄物として分離するための処理装置などが付設されていてもよい。
（水の清浄化処理の詳細）
以下、本実施形態における水処理システム１００において行なわれる水の清浄化処理の詳細について説明する。まず、第１水処理装置２００が吸着装置として機能し、第２水処理装置３００が脱離装置として機能している状態について説明する。
【００４８】
図２は、第１水処理装置２００が吸着装置として機能し、第２水処理装置３００が脱離装置として機能している状態を示す構成図である。図２に示すように、原水１２０は、バルブＶ１０２，Ｖ１０６が開放されることにより、配管ラインＬ１を通過して第１水処理装置２００に供給される。供給された原水１２０は、処理槽２１０に送られて吸着材２２０と接触し、当該原水１２０に含有される被吸着物が吸着材２２０によって吸着される。被吸着物が吸着材２２０によって吸着された後の水は、処理水１５０として第１水処理装置２００から排出される。第１水処理装置２００から排出された処理水１５０は、配管ラインＬ２を通過して処理水タンク１４０に貯水される。このとき、バルブＶ１０４，Ｖ１０８は閉鎖されている。
【００４９】
一方、第２水処理装置３００には、バルブＶ１０３，Ｖ１０７，Ｖ１０９，Ｖ１１２が開放されることにより、配管ラインＬ３を通過して脱離水１７０が供給される。供給された脱離水１７０は、処理槽３１０に送られて吸着材３２０に通流される。マイクロバブル発生装置３３０によりマイクロバブル吐出口３３１からマイクロバブルが吐出されて処理槽３１０内に充満される。このとき、バルブＶ１０１，Ｖ１０５は閉鎖されている。
【００５０】
マイクロバブル発生装置３３０が処理槽３１０内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、マイクロバブル発生装置３３０はマイクロバブルの供給を停止し、第１超音波発生装置３４０が第１超音波を処理槽３１０内に導入する。次に、第１超音波発生装置３４０が第１超音波の導入を停止した後、第２超音波発生装置３４１が第２超音波を処理槽３１０内に導入する。次に、第２超音波発生装置３４１が第２超音波の導入を停止した後、再び、第１超音波発生装置３４０が第１超音波を処理槽３１０内に導入する。このように、第１超音波発生装置３４０および第２超音波発生装置３４１による超音波の導入が交互に所定回数繰り返される。なお、先に導入されるのは第２超音波でもよい。
【００５１】
上記のように導入された超音波により、吸着材３２０に付着していたマイクロバブルが圧壊する。なお、上記の処理において、制御部は、マイクロバブル発生装置３３０の動作時間が、第１および第２超音波発生装置３４０，３４１の動作時間より長くなるように制御している。上記の処理を複数回行なうことにより、定在波の回折作用が大きくなってマイクロバブルの圧壊作用を大きくすることができる。
【００５２】
マイクロバブルの圧壊によって発生するエネルギーにより、吸着材３２０から被吸着物が脱離される。詳細は後述するが、被吸着物が有機化合物を含む場合には、マイクロバブルの圧壊による有機化合物の分解が起こる。
【００５３】
吸着材３２０から脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。
【００５４】
一度の脱離処理により吸着材３２０から被吸着物を十分に脱離できない場合には、複数回にわたって脱離処理が繰り返される。その場合、脱離水タンク１６０に貯水された脱離水１７０が配管ラインＬ３を通過して第２水処理装置３００に供給される。上述と同様に、処理槽３１０において吸着材３２０に脱離水１７０を通流させた状態で充満させたマイクロバブルに超音波を作用させて圧壊させることにより、吸着材３２０から被吸着物を脱離させる。脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。これを繰り返すことにより、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度は高くなり、一方、吸着材３２０に吸着されている被吸着物は減少する。
【００５５】
その後、パージ処理を行なうために処理槽３１０内から脱離水１７０が排出される。Ｖ１１１またはバルブＶ１１３とバルブＶ１１０とが開放され、バルブＶ１０９，Ｖ１１２が閉鎖される。脱離水１７０が排出された処理槽３１０に、送風機１８０により送風されて配管ラインＬ５を通過した空気が流入する。第２流出口３１４から第２流入口３１３に向けて吸着材３２０に通風された空気は、吸着材３２０の表面に付着した余剰の脱離水１７０を吹き飛ばす。処理槽３１０からパージ処理によって排出された脱離水１７０は、回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出される。上述の通り、脱離水１７０の排出先は、被吸着物の主成分によって決まる。
【００５６】
次に、第１水処理装置２００が脱離装置として機能し、第２水処理装置３００が吸着装置として機能している状態について説明する。
【００５７】
図３は、第１水処理装置２００が脱離装置として機能し、第２水処理装置３００が吸着装置として機能している状態を示す構成図である。図３に示すように、原水１２０は、バルブＶ１０１，Ｖ１０５が開放されることにより、配管ラインＬ１を通過して第２水処理装置３００に供給される。供給された原水１２０は、処理槽３１０に送られて吸着材３２０と接触し、当該原水１２０に含有される被吸着物が吸着材３２０によって吸着される。被吸着物が吸着材３２０によって吸着された後の水は、処理水１５０として第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された処理水１５０は、配管ラインＬ２を通過して処理水タンク１４０に貯水される。このとき、バルブＶ１０３，Ｖ１０７は閉鎖されている。
【００５８】
一方、第１水処理装置２００には、バルブＶ１０４，Ｖ１０８，Ｖ１０９，Ｖ１１２が開放されることにより、配管ラインＬ３を通過して脱離水１７０が供給される。供給された脱離水１７０は、処理槽２１０に送られて吸着材２２０に通流される。マイクロバブル発生装置２３０によりマイクロバブル吐出口２３１からマイクロバブルが吐出されて処理槽２１０内に充満される。このとき、バルブＶ１０２，Ｖ１０６は閉鎖されている。
【００５９】
マイクロバブル発生装置２３０が処理槽２１０内にマイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、マイクロバブル発生装置２３０はマイクロバブルの供給を停止し、第１超音波発生装置２４０が第１超音波を処理槽２１０内に導入する。次に、第１超音波発生装置２４０が第１超音波の導入を停止した後、第２超音波発生装置２４１が第２超音波を処理槽２１０内に導入する。次に、第２超音波発生装置２４１が第２超音波の導入を停止した後、再び、第１超音波発生装置２４０が第１超音波を処理槽２１０内に導入する。このように、第１超音波発生装置２４０および第２超音波発生装置２４１による超音波の導入が交互に所定回数繰り返される。なお、先に導入されるのは第２超音波でもよい。
【００６０】
上記のように導入された超音波により、吸着材２２０に付着していたマイクロバブルが圧壊する。なお、上記の処理において、制御部は、マイクロバブル発生装置２３０の動作時間が、第１および第２超音波発生装置２４０，２４１の動作時間より長くなるように制御している。上記の処理を複数回行なうことにより、定在波の回折作用が大きくなってマイクロバブルの圧壊作用を大きくすることができる。
【００６１】
マイクロバブルの圧壊によって発生するエネルギーにより、吸着材２２０から被吸着物が脱離される。詳細は後述するが、被吸着物が有機化合物を含む場合には、マイクロバブルの圧壊による有機化合物の分解が起こる。
【００６２】
吸着材３２０から脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、第２水処理装置３００から排出される。第２水処理装置３００から排出された脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。
【００６３】
一度の脱離処理により吸着材２２０から被吸着物を十分に脱離できない場合には、複数回にわたって脱離処理が繰り返される。その場合、脱離水タンク１６０に貯水された脱離水１７０が配管ラインＬ３を通過して第１水処理装置２００に供給される。上述と同様に、処理槽２１０において吸着材２２０に脱離水１７０を通流させた状態で充満させたマイクロバブルに超音波を作用させて圧壊させることにより、吸着材２２０から被吸着物を脱離させる。脱離された被吸着物を含む脱離水１７０は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に貯水される。これを繰り返すことにより、脱離水１７０に含有される被吸着物の濃度は高くなり、一方、吸着材２２０に吸着されている被吸着物は減少する。
【００６４】
その後、パージ処理を行なうために処理槽２１０内から脱離水１７０が排出される。Ｖ１１１またはバルブＶ１１３とバルブＶ１１０とが開放され、バルブＶ１０９，Ｖ１１２が閉鎖される。脱離水１７０が排出された処理槽２１０に、送風機１８０により送風されて配管ラインＬ５を通過した空気が流入する。第２流出口２１４から第２流入口２１３に向けて吸着材２２０に通風された空気は、吸着材２２０の表面に付着した余剰の脱離水１７０を吹き飛ばす。処理槽２１０からパージ処理によって排出された脱離水１７０は、回収タンク１９０または原水タンク１１０に排出される。上述の通り、脱離水１７０の排出先は、被吸着物の主成分によって決まる。
（吸着処理および脱離処理）
以下、本実施形態に係る第１水処理装置２００および第２水処理装置３００において行なわれる、吸着処理および脱離処理の詳細について説明する。
【００６５】
図４は、活性炭素繊維からなる吸着材の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。図４に示すように、活性炭素繊維からなる吸着材２２０，３２０は、繊維の表面から繊維の中心に向けて延びる細孔を有している。
【００６６】
吸着材２２０，３２０として利用可能な活性炭素繊維の物性は、特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下、細孔容積が０．４ｃｍ3／ｇ以上０．９ｃｍ3／ｇ以下、平均細孔径が１７Å以上１８Å以下のものが好ましい。これは、ＢＥＴ比表面積が９００ｍ2／ｇ未満、細孔容積が０．４ｍ3／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、被吸着物の吸着量が低くなるためであり、またＢＥＴ比表面積が２０００ｍ2／ｇを超え、細孔容積が０．９ｍ3／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるのものでは、細孔径が大きくなることで分子量の小さな物質などの吸着能力が低下し、強度が弱くなり、素材のコストが高くなって経済的に不利になるためである。
【００６７】
図５は、吸着処理において吸着材に被吸着物が吸着された状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図２，３，５に示すように、吸着処理において、吸着材２２０，３２０に被吸着物を含有する原水１２０が通流されることにより、被吸着物４００は、吸着材２２０，３２０の細孔内に吸着される。その結果、処理水１５０に含有される被吸着物４００の濃度が低下して、清浄度の高い処理水１５０が得られる。
【００６８】
上記の吸着処理を行なうことにより、吸着材２２０，３２０の細孔内に被吸着物４００が蓄積されてくると、吸着材２２０，３２０の吸着性能が低下する。その状態で吸着処理を行なった場合、処理水１５０に含まれる被吸着物４００の濃度が高くなり、十分な吸着処理が行なわれない。そのため、吸着処理が所定の時間行なわれた後、脱離処理が行なわれる。
【００６９】
図６は、吸着材にマイクロバブルが付着した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図１に示すように、マイクロバブル発生装置２３０，３３０から発生されたマイクロバブル５００は、マイクロバブル吐出口２３１，３３１から処理槽２１０，３１０内に吐出される。処理槽２１０，３１０内に吐出されたマイクロバブル５００は、処理槽２１０，３１０内を通流される水の流れに乗って上方に移動する。その間に、マイクロバブル５００は、図６に示すように、吸着材２２０，３２０の表面、特に、細孔の口部に付着する。
【００７０】
マイクロバブル発生装置２３０，３３０が処理槽２１０，３１０内にマイクロバブル５００の連続的な供給を開始してから所定時間経過後、第１超音波発生装置２４０，３４０または第２超音波発生装置２４１，３４１が起動されて、処理槽２１０，３１０内に超音波が導入される。図１に示すように、第１超音波発生装置２４０，３４０は、処理槽２１０，３１０の下方に配置されているため、処理槽２１０，３１０内の下方から上方へ向けて超音波を伝搬させる。第２超音波発生装置２４１，３４１は、処理槽２１０，３１０の上方に配置されているため、処理槽２１０，３１０内の上方から下方へ向けて超音波を伝搬させる。
【００７１】
本実施形態においては、第１超音波発生装置２４０，３４０と第２超音波発生装置２４１，３４１とは交互に超音波を処理槽２１０，３１０内に導入する。第１超音波発生装置２４０，３４０が導入する低周波の超音波は、処理槽２１０，３１０内に均一に伝播しやすく、また、吸着材２２０，３２０の細孔内部すなわち密な繊維同士の隙間まで伝播する。一方、第２超音波発生装置２４１，３４１が導入する高周波の超音波は、吸着材２２０，３２０の表面に付着した被吸着物質を剥離させて脱離する能力が高く、化学吸着した被吸着物を剥離することができる。
【００７２】
本実施形態のように、超音波を間欠的に導入することにより、処理槽２１０，３１０内に伝播する超音波の伝播距離が延長される、いわゆるパルス効果を得ることができる。その結果、処理槽２１０，３１０内に第１超音波および第２超音波を行き渡らせることができる。
【００７３】
低周波である第１超音波と高周波である第２超音波とが同時に処理槽２１０，３１０内に導入される場合、たとえば、第１超音波発生装置２４０，３４０から第１超音波が処理槽２１０，３１０内に導入されつつ、第２超音波発生装置２４１，３４１から第２超音波が処理槽２１０，３１０内に導入される。
【００７４】
この構成の場合、処理槽２１０，３１０内において超音波の干渉現象が生じ、処理槽２１０，３１０内の水に超音波が均等に伝播される。その結果、処理槽２１０，３１０内に供給されたマイクロバブルの圧壊効率を極めて高くすることができる。
【００７５】
図７は、マイクロバブルが圧壊した状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図７に示すように、吸着材２２０，３２０に付着したマイクロバブル５００に超音波が作用することにより、マイクロバブル５００が圧壊する。マイクロバブル５００が圧壊することにより、マイクロバブル５００内の高圧力が開放されて衝撃波５１０および熱が放出される。
【００７６】
この衝撃波５１０および熱は、吸着材２２０，３２０と被吸着物４００との吸着力より大きなエネルギーを有しているため、衝撃波５１０および熱を受けた被吸着物４００は、吸着材２２０，３２０から脱離される。吸着材２２０，３２０から脱離された被吸着物４００は、通流されている水とともに流されて脱離水１７０に含有される。この脱離水１７０を繰り返し脱離処理に用いることで，脱離水１７０に含まれる被吸着物の濃度は原水１２０に含まれる被吸着物の濃度より高くなる。
【００７７】
また、マイクロバブル５００が圧壊することにより、フリーラジカルが発生する。フリーラジカルとして、たとえば、ヒドロキシラジカルが発生する。被吸着物４００に有機化合物が含まれている場合、有機化合物は、発生したヒドロキシラジカルと接触することにより酸化分解されて二酸化炭素と水になる。この主に二酸化炭素からなる分解ガスおよび水は、配管ラインＬ４を通過して脱離水タンク１６０に送られる。分解ガスは、脱離水タンク１６０から外部に放出される。
【００７８】
このように、脱離処理において、マイクロバブル５００を処理槽２１０，３１０内に充満させる度に、超音波を導入することにより、マイクロバブル５００を強制的に短時間で圧壊させることができる。言い換えると、第１および第２超音波発生装置２４０，２４１，３４０，３４１が高周波および低周波の超音波を所定時間間欠的に導入することにより、吸着材２２０，３２０にマイクロバブル５００を十分に付着させた状態でマイクロバブル５００を圧壊することができる。その結果、効果的に吸着材２２０，３２０の脱離処理が行なわれる。
【００７９】
なお、脱離処理を行なった後に、処理槽２１０，３１０内の水を第２流出口２１４，３１４から排出して、その後、送風機１８０から送風された空気を処理槽２１０，３１０内に供給するようにしてもよい。このようにした場合、処理槽２１０，３１０内に供給された空気は、第２流出口２１４，３１４から第２流入口２１３，３１３に向けて吸着材２２０，３２０に通風される。
【００８０】
その結果、排出されずに処理槽２１０，３１０内に残留していた、吸着材２２０，３２０から脱離された被吸着物４００を含有する脱離水１７０が、通風された空気とともに第２流出口２１４，３１４から処理槽２１０，３１０外に排出される。このように、吸着材２２０，３２０を脱水するパージ処理を行なうことにより、吸着材２２０，３２０から被吸着物４００をさらに除去することができる。
【００８１】
図８は、比較例として、粒状の活性炭からなる吸着材にマイクロバブルを付着させる状態を模式的に示す部分拡大断面図である。図８に示すように、粒状の活性炭からなる吸着材は、吸着材の表面から内部に入り込んだ位置に、被吸着物４００を吸着する細孔が形成されやすい。マイクロバブルを用いて脱離処理するためには、図８の矢印で示すようにマイクロバブルが吸着材の表面から入り込んで、細孔の近傍まで拡散しなければならない。このようにマイクロバブルを拡散させることは難しいため、吸着材には、活性炭素繊維を用いることが好ましい。
【００８２】
なお、粒状活性炭と活性炭素繊維との特徴は下記のとおりである。粒状活性炭は、直径が４ｍｍ以上６ｍｍ以下程度の塊状物であり、比表面積が９００ｍ2／ｇ以上１０００ｍ2／ｇ以下程度であり、外表面積が０．０１ｍ2／ｇ以下程度であり、かさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3以上０．５ｇ／ｃｍ3以下程度である。活性炭素繊維は、１０μｍ以上３０μｍ以下程度の繊維であり、比表面積が７００ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下程度であり、外表面積が１．５ｍ2／ｇ以上２．０ｍ2／ｇ以下程度であり、かさ密度が０．０４ｇ／ｃｍ3以上０．０５ｇ／ｃｍ3以下程度である。
【００８３】
図４に示すように、活性炭素繊維から成る吸着材においては、吸着材の表面に細孔が形成されているため、マイクロバブルを細孔の口部に付着させやすく、マイクロバブルを用いた脱離処理に好適である。また、活性炭素繊維から成る吸着材においては、細孔から脱離された被吸着物とマイクロバブルの圧壊によって生じたフリーラジカルとの接触効率が非常に高くなる。そのため、被吸着物の主成分が有機化合物である場合、マイクロバブルの圧壊によって被吸着物は、吸着材の細孔から脱離する作用およびフリーラジカルによる酸化分解の作用の両方の作用を受ける。
【００８４】
本実施形態の水処理装置においては、マイクロバブルの圧壊現象を利用して吸着材の脱理を行なうため、吸着材の再生に必要なエネルギー消費量を低減することができる。特に、本実施形態の水処理装置においては、周波数の異なる超音波を導入することにより、効率的にマイクロバブルを圧壊させることができるため、吸着材の再生効率が向上されている。
【００８５】
本実施形態の水処理システム１００においては、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の各々において、互いにタイミングをずらして、吸着処理および脱離処理が交互に行なわれる。その結果、水処理システム１００においては、吸着処理が継続して行なわれている。
【００８６】
このように吸着処理および脱離処理が交互に連続的に繰り返されるように構成することにより、低コストで安定的に高い能力で水に含まれる被吸着物を除去することができる。したがって、上記構成を採用することにより、高効率にかつ安定的に水を清浄化処理できる水処理システムとすることができる。さらに、水処理装置における微生物の繁殖が抑制できるため、藻の発生などが防止できる。
【００８７】
また、一般に吸着材は、処理すべき水に含まれる被吸着物の濃度が高ければ高いほど、その吸着効率が向上することが知られている。このため、本実施形態における水処理システム１００のように、脱離水１７０を循環して処理することにより、第１および第２水処理装置２００，３００の吸着性能も向上し、より安定的に高い能力で被吸着物を除去することができる。したがって、上記構成を採用することにより、当該観点からも高効率にかつ安定的に水を清浄化処理できる水処理システムとすることができる。
【００８８】
上記の水処理システム１００においては、吸着材を脱離処理して再生するために加熱する必要がないため、吸着材の再生に要するエネルギー消費量を低減できる。特に、脱離水１７０を循環させて脱離処理を行なった場合に、その循環回数分に相当するエネルギー消費量を削減できるため効果が大きい。
【００８９】
なお、上述の本実施形態における水処理システム１００においては、脱離水１７０を循環して処理する構成とした場合を例示して説明したが、必ずしもこのように構成する必要はない。脱離処理する際に第１および第２水処理装置２００，３００に供給される水は、たとえば、処理水１５０でもよいし、他の水でもよい。
【００９０】
また、上述の本実施形態における水処理システム１００においては、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００とが吸着装置および脱離装置に交互に入れ替わる構成を採用した場合を例示して説明したが、これとは異なる構成の水処理装置を採用してもよい。たとえば、円筒形状の外形を有する吸着素子が円筒の軸を回転軸として回転されつつ、回転途中に通過する一部の領域において脱離処理が行なわれ、他の部分において吸着処理が行なわれる構成を有する水処理装置でもよい。
【００９１】
なお、本実施形態においては、第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とのそれぞれにマイクロバブル発生装置を設けたが、第１水処理装置２００と第２水処理装置３００とで１つのマイクロバブル発生装置を共用してもよい。たとえば、配管ラインＬ１にマイクロバブル吐出口を接続して、第１水処理装置２００および第２水処理装置３００の両方にマイクロバブルを供給するようにしてもよい。このようにした場合、マイクロバブル発生装置を１つにすることができ、水処理システムの部品点数を削減することができる。
【００９２】
なお、本実施形態においては、超音波を間欠的に導入したが、マイクロバブルを吸着材の表面に付着させて圧壊できる場合には、超音波を定常的に導入するようにしてもよい。
【００９３】
以下、本実施形態の水処理システムと下記の２つの比較例の水処理システムとの水処理性能の経時的変化を比較した実験結果を示す。
【００９４】
＜実験例＞
本実験のファクターは下記の通り、測定または算出された。
【００９５】
ＢＥＴ比表面積として、液体窒素の沸点である−１９５．８℃の雰囲気下において、相対圧力を０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの吸着材への窒素吸着量を数点に亘って測定し、ＢＥＴプロットにより吸着材単位質量あたりの表面積（ｍ2／ｇ）を求めた。細孔容積は、相対圧が０．９５で窒素ガスを用いた気体吸着法により測定した。
【００９６】
平均細孔径は、平均細孔径（Å）をｄｐ、細孔容積（ｃｃ／ｇ）をＶｐ、ＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）をＳとして、ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ、から算出した。平衡吸着量ｑ＊（ｇ／ｇ）は、５０％破過時間を測定して、平衡吸着量＝水供給量×５０％破過時間／吸着材重量、から算出した。
【００９７】
吸着帯厚み（１０％Ｚａ）は、１０％破過する破過時間を測定し、１０％Ｚａ＝２（５０％破過時間−１０％破過時間）／（５０％破過時間）、から算出した。イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）濃度は、ガスクロマトグラフ法により測定した。
【００９８】
(実施例)
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のそれぞれに、吸着素子として、平均細孔径が１７．１Å、ＢＥＴ比表面積が１１００ｍ2／ｇ、全細孔容積が０．４７（ｍ3／ｇ）である活性炭素繊維からなり、直径が４０ｍｍ、長さが１５０ｍｍである円柱形状で、重量が２０ｇである吸着材を用いた。
【００９９】
まず、第１水処理装置２００において吸着処理を行なった。吸着処理では、第１水処理装置２００に、濃度が１０００ｍｇ／Ｌであるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含有する温度が３０℃の原水を空間速度（ＳＶ）５で第１流入口２１１から流入させた。第１水処理装置２００で処理されて第１流出口２１２から排出された処理水１５０のＩＰＡ濃度は、５０ｍｇ／Ｌ以下であった。すなわち、吸着材によるＩＰＡの除去率は、９５％以上であった。このとき、吸着帯厚み（Ｚａ１０％）は４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）は０．１３（ｇ／ｇ）であって、良好な吸着速度および破過時間であることが確認された。
【０１００】
次に、第１水処理装置２００において脱離処理を行なった。脱離処理では、水温が２０℃の水を第２流入口２１３から処理槽２１０内に１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給しつつ、マイクロバブル発生装置を用いて、処理槽２１０内の下方の位置から、温度が２０℃の空気からなるマイクロバブルを供給した。処理槽２１０内にマイクロバブルを充満させた後、高周波および低周波の超音波を所定時間ごと間欠的に繰返し処理槽２１０内に導入した。その結果、第２流出口２１４から排出された脱離水１７０のＩＰＡ濃度は、約２０００ｍｇ／Ｌであった。
【０１０１】
なお、マイクロバブル発生装置として、資源開発株式会社製のマイクロバブル発生装置Ａ−２０を使用し、超音波発生装置として、株式会社オーディック社製の多周波超音波発振器(Ｆｌｅｘｏｎｉｃシリーズ)を使用した。
【０１０２】
その後、第１水処理装置２００においてパージ処理を行なった。パージ処理では、送風機１８０により空気を送風することにより、吸着材に５０ｃｍ／ｓｅｃの風速で通風させた。吸着材を通風した空気は、原水タンク１１０内に排出させた。原水タンク１１０内に排出された空気に含まれている水分のＩＰＡ濃度は、８００ｍｇ／Ｌ以下であった。
【０１０３】
第１水処理装置２００において、上記の吸着処理、脱離処理およびパージ処理を順に繰返し行なった。各１回の処理時間は、吸着処理が１５分、脱離処理が１０分、パージ処理が５分として、３０分に１回の割合で１連の処理が行なわれるようにした。
【０１０４】
上記１連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は５０ｍｇ／Ｌ以下であり、吸着材によるＩＰＡの除去率は９５％以上を維持していた。
【０１０５】
(比較例１)
比較例１として、上記の実施例における脱離処理のみ変更して実験を行なった。比較例１の脱離処理では、水温が２０℃の水を第２流入口２１３から処理槽２１０内に１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。ただし、マイクロバブルの供給および超音波の導入は行なわれていない。
【０１０６】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は８００ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は２０％であった。
【０１０７】
(比較例２)
比較例２として、上記の実施例における脱離処理のみ変更して実験を行なった。比較例２の脱離処理では、１３０℃の水蒸気を第２流入口２１３から処理槽２１０内に供給した。なお、脱離処理前に処理槽２１０内の水は排出されている。吸着材に通流されて第２流出口２１４から排出された水蒸気中のＩＰＡ濃度は、約２０００ｍｇ／Ｌであった。
【０１０８】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は９５０ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は５％であった。
【０１０９】
（比較例３）
第１水処理装置２００および第２水処理装置３００のそれぞれに、吸着素子として、平均細孔径が１７．９Å、ＢＥＴ比表面積が１２０８ｍ2／ｇ、全細孔容積が０．５２（ｍ3／ｇ）で８／３２メッシュの粒状活性炭からなり、直径が４０ｍｍ、長さが１５０ｍｍである円柱形状で、重量が１００ｇである吸着材を用いて、上記の実施例と同様の方法で吸着処理を行なった。
【０１１０】
その結果、吸着帯厚み（Ｚａ１０％）は２４８ｍｍとなり、平衡吸着量（ｑ＊）は０．０４（ｇ／ｇ）となって、実施例に比べて著しく吸着速度が遅く、破過時間が短くなった。
【０１１１】
上記の粒状活性炭からなる吸着素子を有する第１水処理装置２００において、上記の実施例と同様の方法で脱離処理を行なった。その結果、第２流出口２１４から排出された脱離水１７０のＩＰＡ濃度は、約１７００ｍｇ／Ｌであった。
【０１１２】
上記の脱離処理を含む、吸着処理、脱離処理およびパージ処理の一連の処理を２０回目に行なった際の、処理水のＩＰＡ濃度は７００ｍｇ／Ｌであり、吸着材によるＩＰＡの除去率は３０％であった。
【０１１３】
上記の実施例および比較例１〜３から分かるように、本実施形態の水処理システムは、長時間にわたって安定して水処理を行なうことができる。また、脱離水を循環させて脱離処理を行なった場合にも、吸着材による被吸着物の除去率が維持できる。
【０１１４】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００ 水処理システム、１１０ 原水タンク、１２０ 原水、１３０ ポンプ、１４０ 処理水タンク、１５０ 処理水、１６０ 脱離水タンク、１７０ 脱離水、１８０ 送風機、１９０ 回収タンク、２００ 第１水処理装置、２１０，３１０ 処理槽、２１１，３１１ 第１流入口、２１２，３１２ 第１流出口、２１３，３１３ 第２流入口、２１４，３１４ 第２流出口、２２０，３２０ 吸着材、２３０，３３０ マイクロバブル発生装置、２３１，３３１ マイクロバブル吐出口、２４０，３４０ 第１超音波発生装置、２４１，３４１ 第２超音波発生装置、３００ 第２水処理装置、４００ 被吸着物、５００ マイクロバブル、５１０ 衝撃波。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子と、
前記吸着素子を収容する処理槽と、
前記処理槽内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、
前記処理槽内に超音波を導入して、前記吸着素子に付着した前記マイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置と
を備える、水処理装置。
【請求項２】
前記吸着素子が活性炭素繊維である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記マイクロバブル発生装置および前記超音波発生装置の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記マイクロバブル発生装置が前記処理槽内に前記マイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、前記超音波発生装置に前記超音波を前記処理槽内に間欠的に導入させる、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記マイクロバブル発生装置は、前記処理槽の鉛直方向下方の位置から前記処理槽内に前記マイクロバブルを供給する、請求項１から３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記処理槽は、前記水が流入する流入口および前記水が流出する流出口を有し、
前記流入口と前記流出口とが前記処理槽の外部を通じて連通している、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記処理槽は、前記水が流入する流入口および前記水が流出する流出口を有し、
前記流出口から前記流入口に向けて前記吸着素子に通風させる送風機を備える、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記超音波発生装置は、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とを前記処理槽内に導入する、請求項１から６のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項８】
前記超音波発生装置は、前記第１超音波と前記第２超音波とを交互に前記処理槽内に導入する、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の複数の水処理装置を備え、
前記複数の水処理装置の各々において、互いにタイミングをずらして、前記吸着素子による被吸着物の吸着処理、および、前記マイクロバブルの圧壊により前記吸着素子から被吸着物が脱離される脱離処理が交互に行なわれることにより、前記吸着処理が継続して行なわれる、水処理システム。
【請求項１】
通流される水に含有される被吸着物を吸着する繊維状の吸着素子と、
前記吸着素子を収容する処理槽と、
前記処理槽内にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、
前記処理槽内に超音波を導入して、前記吸着素子に付着した前記マイクロバブルを圧壊させる超音波発生装置と
を備える、水処理装置。
【請求項２】
前記吸着素子が活性炭素繊維である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記マイクロバブル発生装置および前記超音波発生装置の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記マイクロバブル発生装置が前記処理槽内に前記マイクロバブルの連続的な供給を開始してから所定時間経過後、前記超音波発生装置に前記超音波を前記処理槽内に間欠的に導入させる、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記マイクロバブル発生装置は、前記処理槽の鉛直方向下方の位置から前記処理槽内に前記マイクロバブルを供給する、請求項１から３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記処理槽は、前記水が流入する流入口および前記水が流出する流出口を有し、
前記流入口と前記流出口とが前記処理槽の外部を通じて連通している、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記処理槽は、前記水が流入する流入口および前記水が流出する流出口を有し、
前記流出口から前記流入口に向けて前記吸着素子に通風させる送風機を備える、請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記超音波発生装置は、第１の周波数を有する第１超音波と第１超音波より高い周波数を有する第２超音波とを前記処理槽内に導入する、請求項１から６のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項８】
前記超音波発生装置は、前記第１超音波と前記第２超音波とを交互に前記処理槽内に導入する、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の複数の水処理装置を備え、
前記複数の水処理装置の各々において、互いにタイミングをずらして、前記吸着素子による被吸着物の吸着処理、および、前記マイクロバブルの圧壊により前記吸着素子から被吸着物が脱離される脱離処理が交互に行なわれることにより、前記吸着処理が継続して行なわれる、水処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５５８０９（Ｐ２０１２−５５８０９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９８８８（Ｐ２０１０−１９９８８８）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（５０５２４７８６７）Ｊトップ株式会社 (8)
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（５０５２４７８６７）Ｊトップ株式会社 (8)
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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