水処理装置及び水処理方法
【課題】吸着剤と特定物質の接触確率を高めると共に処理流量も得ることを課題とする。
【解決手段】吸着剤と処理水を接触させる反応槽１と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置４，６と、前記反応槽に被処理水を供給する配管３ｂと、前記固液分離装置から処理水を排出する処理水排出ポンプ７と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す排水管７を具備し、この排水管７により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置。
【解決手段】吸着剤と処理水を接触させる反応槽１と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置４，６と、前記反応槽に被処理水を供給する配管３ｂと、前記固液分離装置から処理水を排出する処理水排出ポンプ７と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す排水管７を具備し、この排水管７により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、工業の発達や人口の増加により水資源の有効利用が求められている。そのためには、工業排水などの廃水の再利用が非常に重要である。これらを達成するためには水の浄化、すなわち水中から他の物質を分離することが必要である。
【０００３】
液体からほかの物質を分離する方法としては、各種の方法が知られており、たとえば膜分離、遠心分離、活性炭吸着、オゾン処理、凝集、さらには所定の吸着材による浮遊物質の除去などが挙げられる。このような方法によって、水に含まれるリンや窒素などの環境に影響の大きい化学物質を除去したり、水中に分散した油類、クレイなどを除去したりすることができる。
【０００４】
これらのうち、膜分離はもっとも一般的に使用されている方法のひとつであるが、水中に分散した油類を除去する場合には膜の細孔に油が詰まり易く、膜の寿命が短くなりやすいという問題がある。このため、水中の油類を除去するには膜分離は適切でない場合が多い。このため重油等の油類が含まれている水からそれらを除去する手法としては、例えば重油の浮上性を利用し、水上の設置されたオイルフェンスにより水の表面に浮いている重油を集め、表面から吸引および回収する方法、または、重油に対して吸着性をもった疎水性材料を水上に敷設し、重油を吸着させて回収する方法等が挙げられる。
【０００５】
かかる観点より、近年においては、油分吸着材を用い、油類が分散した水中内に浸漬させることによって、前記油分吸着材に前記油類を吸着させ、前記水中から除去する試みがなされている。例えば、排水の水質をモニタリングして吸着剤の注入量を算出し、水中から吸着剤と共に有価物（被吸着物）を回収した後、吸着剤と分離させて有価物を得る方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８９７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−６９３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような注入方法を用いると、水中の有価物（又は除去対象物質）の濃度が低下すると吸着剤の濃度も低下するため、接触確率が低下して吸着に時間がかかったり、十分に吸着できなかったりすることがある。また、一般的にカラムにイオン交換樹脂などの吸着剤を詰めて通水する方法では、処理対象水と吸着剤の接触は良好なものの、懸濁性物質（ＳＳ）などの不溶物質の存在下ではカラムが詰まるなどの問題が発生したり、圧損から十分な処理量が得られなかったりする場合がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、水中から吸着剤を用いて特定物質を取り除く方法に関し、吸着剤と特定物質の接触確率を高めると共に処理流量も得られる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、吸着剤と処理水を接触させる反応槽と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置と、前記反応槽に被処理水を供給する供給装置と、前記固液分離装置から処理水を排出する排出機構と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す戻し機構を具備し、この戻し機構により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１，２に係る水処理装置の説明図。
【図２】実施例３に係る水処理装置の説明図。
【図３】実施例４に係る水処理装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、実施例１，２に係る水処理装置の一例である。
図中の符号１は、磁性体を含有する吸着剤が収容されている反応槽を示す。この反応槽１には、送液ポンプ２を介装した配管３ａを介して固液分離装置としてのサイクロン４，及び回収ポット５が順次接続され、回収ポット５と反応槽１とは配管３ｂにより接続されている。サイクロン４には、固液分離装置としての磁気分離装置６が接続されている。この磁気分離装置６の底部には、一端が反応槽１に接続する戻し機構としての排水管７、及び一端が処理水槽（図示せず）に接続する，処理水排出ポンプ８を介装した処理水排出管９が夫々接続されている。ここで、処理水排出ポンプ８と処理水排出管９と処理水槽とにより、サイクロン４及び磁気分離装置６から処理水を排出する排出機構を構成している。前記反応槽１と原水槽（図示せず）とは、原水供給ポンプ１０を介装した配管３ｃにより接続されている。ここで、原水供給ポンプ１０と配管３ｃと原水槽とにより、反応槽１に被処理水を供給する供給装置を構成している。前記配管３ｂの途中には、一端が吸着剤回収容器１１に接続する回収管１２が接続されている。
【００１２】
こうした構成の水処理装置の作用は次のとおりである。
まず、原水供給ポンプ１０を用いて被処理水としての原水を前記反応槽１に供給する。反応槽１では、磁性体を含有する吸着剤と原水が十分に混合され、原水中の特定物質が吸着剤に吸着される。この後、スラリーは送液ポンプ２を用いてサイクロン４に送られる。このサイクロン４で分離された固体は回収ポット５に溜まる。次に、回収ポット５から吸着剤を連続的に反応槽１に戻す。また、サイクロン４で分けられた処理水には回収できなかった粒子が存在するため、これらの粒子を含む処理水は磁気分離装置６に送られ、磁力による吸着剤の回収が行われる。この磁気分離装置６から処理水は処理水排出ポンプ８を用いて処理水槽へ排出され、回収された吸着剤は定期的に逆洗され、排水管７を伝って反応槽１に戻る。吸着剤は反応槽１、サイクロン４，磁気分離装置６の間を循環し、こうした循環路内を原水が通過することにより吸着剤に特定物質が吸着され、処理水として排出される。これを吸着剤の吸着可能量まで繰り返した後、回収ポット５の吸着剤を反応槽１ではなく、回収管１２を使用して吸着剤回収容器１１に移送する。回収した吸着剤は洗浄などの手段で再生され、再び反応槽１に戻される。
【００１３】
以下、前記水処理装置の個別の構成について詳細に述べる。
（反応槽）
反応槽１の容器形状、容量、材質等は特に制限されないが、少なくとも滞留時間５分を稼げるような容量を有することが好ましい。また、反応槽１には邪魔板を設けるなど、液体がショートカットできないようにしておくのが良い。反応槽１は、必要に応じて混合機などの攪拌手段やレベルセンサー等を具備することが好ましい。また、反応槽１中には予め吸着剤を入れておくことが好ましい。吸着剤の濃度は固液分離装置で液と分離できるのであれば特に問わないが、できるだけ濃い濃度にすると接触確率が高まり装置としての吸着性能が向上する。目安としては、０．１〜２０ｗｔ％程度である。ここで、吸着剤の濃度が０．１ｗｔ％未満では十分な吸着性能が得られない。また、２０ｗｔ％を越えた場合は十分な吸着性能が得られるが、吸着性能があまり変動しないため、２０ｗｔ％程度で十分である。反応槽で得られたスラリーは、送液ポンプ２を使用して固液分離装置に送られる。
【００１４】
（固液分離装置）
吸着剤のスラリーから、吸着剤と処理液を分ける固液分離装置は特に問わないが、例えば重力や比重を用いた分離（沈降槽、サイクロン）、フィルターを用いた分離（減圧ろ過、加圧ろ過、上向流ろ過）、これ以外の分離（磁気分離等）が挙げられる。この中でも、連続処理が可能で処理量が多いサイクロンを用いるのが良い。サイクロンを用いて固液分離するには、吸着剤の密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００１５】
また、別の好ましい固液分離装置は、吸着剤に磁性体を含有させておき、磁気分離装置を用いることである。磁性体としては、例えば鉄、および鉄を含む合金、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシアフェライト，コバルトフェライト，ニッケルフェライト，バリウムフェライトなどを用いることができる。この中でもフェライト系化合物は、水中での安定性に優れているので、好適に用いることができる。特に、磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすいので好ましい。このような磁性体を含有させた吸着剤を、磁石を用いて分離する。
【００１６】
更に、別の好ましい固液分離装置は、ろ過器であり、特に上向流ろ過が好ましい。上向流ろ過とは、処理水が下から上向きに流れ、上側にろ布等のフィルターが存在する。この方法では、吸着剤の粒子径、比重、磁性体の有無を選ばないだけでなく、ろ布の洗浄時に重力で吸着剤が落下するので、洗浄がしやすい。
【００１７】
これらの固液分離装置で得られた処理水は、処理水排出ポンプ８で処理水槽に輸送され、処理を完了する。また、回収された吸着剤は反応槽１に戻される。例えば図１の例では、サイクロン４の下にある回収ポット５の下部を少し空けておき、分離された吸着剤を連続的に反応槽１に落とすことができる。また、磁気分離装置６に吸着剤が溜まってきたら定期的に逆洗を行い、排水管７を通じて反応槽１に戻すことができる。この操作を繰り返すことにより、反応槽１とサイクロン４，磁気分離装置６との間で吸着剤を循環させることができる。
【００１８】
（吸着剤回収容器）
上記の処理を繰り返すことにより、循環している吸着剤に徐々に特定物質が吸着していき、ある処理量で吸着しなくなる。このようになったら、吸着剤回収容器１１に回収して、洗浄等により吸着剤を再生して再利用する。図１の例では、サイクロン４の下の回収ポット５に付いている配管３ｂから分岐した回収管１２より吸着剤回収容器１１に吸着剤を回収できるようにしている。吸着剤の洗浄方法は既知の方法で構わないが、例えば油などの有機物を吸着した吸着剤では溶媒による洗浄を、イオン交換樹脂のようにイオンを吸着しているものは酸洗浄やアルカリ洗浄を行う。
【００１９】
（吸着剤）
吸着剤は、水処理に使用される固体のものであれば特に限定されない。固液分離装置としてサイクロンや磁気分離装置を使用する場合は、密度の調整や磁性体の含有などを行う必要がある。例えば、特許文献１に記載のマグネタイト含有油分吸着剤にも好適に使用することができる。吸着剤は、例えば溶液中に磁性体粒子とバインダー成分とを混合し、噴霧乾燥することによって作ることができる。また、イオン交換樹脂などのカラムに詰めて使用するイオン交換樹脂等も使用可能である。
【００２０】
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明する。
（実施例１）
（装置の説明）
実施例１では図１の水処理装置を用いる。実施例１に水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての処理速度３０Ｌ／ｍｉｎのサイクロン４と、ネオジウム磁石を備えた磁気分離装置６を有している。吸着剤は、サイクロン下の回収ポット５から連続的に反応槽１に戻すと共に、磁気分離装置６から定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。
【００２１】
（吸着剤の作製）
ポリメチルメタクリレート１３８重量部を２４００ｍｌのアセトン中に溶解させて溶液とし、その溶液中に平均粒子径２０００ｎｍのマグネタイト粒子１５００重量部を分散させて溶液とした。この溶液をミニスプレードライヤー（柴田科学株式会社製の商品名：Ｂ−２９０型）を用いて噴霧し、球状に凝集した平均２次粒子径が６０μｍの磁性体を含有した油分吸着剤を作製した。
【００２２】
（模擬排水の作製）
水１０００Ｌに対し、４ｋｇのギアオイル（エクソンモービル社製の商品名：モービルバクトラオイルＮｏ．２製）を混合した模擬排水を準備した。
【００２３】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ９から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、サイクロン４に３０Ｌ／ｍｉｎで供給した。サイクロン４に送られた吸着剤の９割は回収ポット５に移り、残りの吸着剤は処理液と共に磁気分離装置６に送られた。この磁気分離装置６で残りの吸着剤を磁気で回収し、処理水排出ポンプ８で処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤と油が混入していなかった。また、回収ポット５に回収された吸着剤は、回収ポット５の下から連続的に引き抜かれ、反応槽１に戻した。更に、５分に一度、磁気分離装置６を逆洗して、回収した吸着剤を反応槽１に戻した。模擬排水が全てなくなるまでこれを繰り返し、処理水槽へは吸着剤も油も混入していないことを確認した。
【００２４】
（再生試験）
処理水排出ポンプ８を動かさず、磁気分離装置６から反応槽１に戻る閉ループの状態にして循環運転をした。回収ポット５に溜まった吸着剤を少しずつ吸着剤回収容器１１に移動させつつ、全ての吸着剤を回収した。この回収した吸着剤に対し、３０Ｌのヘキサンで３回洗浄したところ、吸着剤に付着していたギアオイル３．８ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。
【００２５】
実施例１に係る水処理装置によれば、反応槽１と固液分離装置としてのサイクロン４及び磁気分離装置６との間で高濃度の吸着剤を循環させ、そこに処理水を通過させることにより、吸着剤と特定物質の接触確率を高め、処理流量も得られる。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、図１の水処理装置を用いる。実施例２では、模擬排水の組成を、松村石油（株）製の水溶性切削剤ネオクール（ソリューションタイプ）２％水溶液１０００Ｌにギアオイル４ｋｇを混合したものとし、処理水排出ポンプ８の送り先を原水槽に繋いで循環運転したこと以外は実施例１と同様に吸着試験を行った。６０分の運転の後、原水槽に浮かんでいたギアオイルはほとんど回収された。実施例１と同様に吸着剤を回収してヘキサン洗浄を行ったところ、吸着剤に付着していたギアオイル３．６ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。また、処理した切削剤には油はほとんど見られず、切削剤として再利用可能であった。
【００２７】
（実施例３）
（装置の説明）
実施例３では図２の水処理装置を用いる。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例３の水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての処理速度３０Ｌ／ｍｉｎのサイクロン４と、固液分離装置としての７００ｍｍ角の上向流ろ過器２１を有している。図２では、処理水排出管９と処理水槽とにより排出機構を構成している。吸着剤はサイクロン下の回収ポット５から連続的に反応槽１に戻すと共に、上向流ろ過器２１から定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。
（吸着剤の作製）
実施例１と同様に吸着剤を作製した。
（模擬排水の作製）
水１０００Ｌに対し、４ｋｇのギアオイルを混合した模擬排水を準備した。
【００２８】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ１０から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、サイクロン４に３０Ｌ／ｍｉｎで供給した。サイクロン４に送られた吸着剤の９割は回収ポット５に移り、残りの吸着剤は処理液と共に上向流ろ過装置２１に送られた。この上向流ろ過装置２１で残りの吸着剤を回収し、処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤と油が混入していなかった。また、回収ポット５に回収された吸着剤は、回収ポット５の下から連続的に引き抜かれ、反応槽１に戻した。また、５分に一度、上向流ろ過器２１を逆洗して、回収した吸着剤を反応槽１に戻した。模擬排水が全てなくなるまでこれを繰り返したところ、処理水槽へは吸着剤も油も混入していないことを確認した。
【００２９】
（再生試験）
実施例１と同様にヘキサンで洗浄したところ、ギアオイル３．９ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。
【００３０】
（実施例４）
（装置の説明）
実施例４では図３の水処理装置を用いる。但し、図１，図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例４の水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての７００ｍｍ角の３台の上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有している。吸着剤は、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃから定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。なお、図３中の符号２２は、排水管７から分岐して吸着剤回収容器１１に接続する回収管を示す。
【００３１】
（吸着剤の作製）
吸着剤は、ホウ素吸着樹脂（三菱化学製の商品名：ＣＲＢ０５）を使用した。
【００３２】
（模擬排水の作製）
四ホウ酸ナトリウムを１０００Ｌの水に溶解させ、ホウ素濃度５００ｍｇ／Ｌの模擬排水を準備した。
【００３３】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ１０から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃに送られた。これらの上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃで吸着剤を回収し処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤は混入していなかった。また、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃは５分おきに逆洗を行い、吸着剤を反応槽１に戻した。約３５分で全ての処理が終わった後、処理水槽のホウ素濃度を分析したところ、４２０ｍｇ／Ｌでホウ素の吸着を確認し、合計で８０ｇのホウ素を回収した。
（再生試験）
実施例１と同様に回収して、１規定の硫酸と１規定の水酸化ナトリウム水溶液で洗浄して吸着剤の再生を完了した。
【００３４】
（比較例１）
実施例４と同じ量の吸着剤を２０Ｌのカラムに充填し、模擬排水を通水したところ３５分で５０Ｌしか処理できなかった。この時通水した水中に含まれるホウ素は全量回収したが、合計で２５ｇであった。
【００３５】
以上のことからわかるように、本発明の水処理装置は高濃度の吸着剤を有する水槽を通水することにより、効率的に水処理を行うことができる。
【００３６】
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】
【００３７】
１…反応槽、２…送液ポンプ、３ａ，３ｂ，３ｃ…配管、４…サイクロン（固液分離装置）、５…回収ポット、６…磁気分離装置（固液分離装置）、７…排水管（戻し機構）、８…処理水排出ポンプ、９…処理水排出管、１０…原水供給ポンプ、１２，２２…回収管、１１…吸着剤回収容器、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…上向流ろ過器。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、工業の発達や人口の増加により水資源の有効利用が求められている。そのためには、工業排水などの廃水の再利用が非常に重要である。これらを達成するためには水の浄化、すなわち水中から他の物質を分離することが必要である。
【０００３】
液体からほかの物質を分離する方法としては、各種の方法が知られており、たとえば膜分離、遠心分離、活性炭吸着、オゾン処理、凝集、さらには所定の吸着材による浮遊物質の除去などが挙げられる。このような方法によって、水に含まれるリンや窒素などの環境に影響の大きい化学物質を除去したり、水中に分散した油類、クレイなどを除去したりすることができる。
【０００４】
これらのうち、膜分離はもっとも一般的に使用されている方法のひとつであるが、水中に分散した油類を除去する場合には膜の細孔に油が詰まり易く、膜の寿命が短くなりやすいという問題がある。このため、水中の油類を除去するには膜分離は適切でない場合が多い。このため重油等の油類が含まれている水からそれらを除去する手法としては、例えば重油の浮上性を利用し、水上の設置されたオイルフェンスにより水の表面に浮いている重油を集め、表面から吸引および回収する方法、または、重油に対して吸着性をもった疎水性材料を水上に敷設し、重油を吸着させて回収する方法等が挙げられる。
【０００５】
かかる観点より、近年においては、油分吸着材を用い、油類が分散した水中内に浸漬させることによって、前記油分吸着材に前記油類を吸着させ、前記水中から除去する試みがなされている。例えば、排水の水質をモニタリングして吸着剤の注入量を算出し、水中から吸着剤と共に有価物（被吸着物）を回収した後、吸着剤と分離させて有価物を得る方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８９７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−６９３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような注入方法を用いると、水中の有価物（又は除去対象物質）の濃度が低下すると吸着剤の濃度も低下するため、接触確率が低下して吸着に時間がかかったり、十分に吸着できなかったりすることがある。また、一般的にカラムにイオン交換樹脂などの吸着剤を詰めて通水する方法では、処理対象水と吸着剤の接触は良好なものの、懸濁性物質（ＳＳ）などの不溶物質の存在下ではカラムが詰まるなどの問題が発生したり、圧損から十分な処理量が得られなかったりする場合がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、水中から吸着剤を用いて特定物質を取り除く方法に関し、吸着剤と特定物質の接触確率を高めると共に処理流量も得られる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、吸着剤と処理水を接触させる反応槽と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置と、前記反応槽に被処理水を供給する供給装置と、前記固液分離装置から処理水を排出する排出機構と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す戻し機構を具備し、この戻し機構により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１，２に係る水処理装置の説明図。
【図２】実施例３に係る水処理装置の説明図。
【図３】実施例４に係る水処理装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、実施例１，２に係る水処理装置の一例である。
図中の符号１は、磁性体を含有する吸着剤が収容されている反応槽を示す。この反応槽１には、送液ポンプ２を介装した配管３ａを介して固液分離装置としてのサイクロン４，及び回収ポット５が順次接続され、回収ポット５と反応槽１とは配管３ｂにより接続されている。サイクロン４には、固液分離装置としての磁気分離装置６が接続されている。この磁気分離装置６の底部には、一端が反応槽１に接続する戻し機構としての排水管７、及び一端が処理水槽（図示せず）に接続する，処理水排出ポンプ８を介装した処理水排出管９が夫々接続されている。ここで、処理水排出ポンプ８と処理水排出管９と処理水槽とにより、サイクロン４及び磁気分離装置６から処理水を排出する排出機構を構成している。前記反応槽１と原水槽（図示せず）とは、原水供給ポンプ１０を介装した配管３ｃにより接続されている。ここで、原水供給ポンプ１０と配管３ｃと原水槽とにより、反応槽１に被処理水を供給する供給装置を構成している。前記配管３ｂの途中には、一端が吸着剤回収容器１１に接続する回収管１２が接続されている。
【００１２】
こうした構成の水処理装置の作用は次のとおりである。
まず、原水供給ポンプ１０を用いて被処理水としての原水を前記反応槽１に供給する。反応槽１では、磁性体を含有する吸着剤と原水が十分に混合され、原水中の特定物質が吸着剤に吸着される。この後、スラリーは送液ポンプ２を用いてサイクロン４に送られる。このサイクロン４で分離された固体は回収ポット５に溜まる。次に、回収ポット５から吸着剤を連続的に反応槽１に戻す。また、サイクロン４で分けられた処理水には回収できなかった粒子が存在するため、これらの粒子を含む処理水は磁気分離装置６に送られ、磁力による吸着剤の回収が行われる。この磁気分離装置６から処理水は処理水排出ポンプ８を用いて処理水槽へ排出され、回収された吸着剤は定期的に逆洗され、排水管７を伝って反応槽１に戻る。吸着剤は反応槽１、サイクロン４，磁気分離装置６の間を循環し、こうした循環路内を原水が通過することにより吸着剤に特定物質が吸着され、処理水として排出される。これを吸着剤の吸着可能量まで繰り返した後、回収ポット５の吸着剤を反応槽１ではなく、回収管１２を使用して吸着剤回収容器１１に移送する。回収した吸着剤は洗浄などの手段で再生され、再び反応槽１に戻される。
【００１３】
以下、前記水処理装置の個別の構成について詳細に述べる。
（反応槽）
反応槽１の容器形状、容量、材質等は特に制限されないが、少なくとも滞留時間５分を稼げるような容量を有することが好ましい。また、反応槽１には邪魔板を設けるなど、液体がショートカットできないようにしておくのが良い。反応槽１は、必要に応じて混合機などの攪拌手段やレベルセンサー等を具備することが好ましい。また、反応槽１中には予め吸着剤を入れておくことが好ましい。吸着剤の濃度は固液分離装置で液と分離できるのであれば特に問わないが、できるだけ濃い濃度にすると接触確率が高まり装置としての吸着性能が向上する。目安としては、０．１〜２０ｗｔ％程度である。ここで、吸着剤の濃度が０．１ｗｔ％未満では十分な吸着性能が得られない。また、２０ｗｔ％を越えた場合は十分な吸着性能が得られるが、吸着性能があまり変動しないため、２０ｗｔ％程度で十分である。反応槽で得られたスラリーは、送液ポンプ２を使用して固液分離装置に送られる。
【００１４】
（固液分離装置）
吸着剤のスラリーから、吸着剤と処理液を分ける固液分離装置は特に問わないが、例えば重力や比重を用いた分離（沈降槽、サイクロン）、フィルターを用いた分離（減圧ろ過、加圧ろ過、上向流ろ過）、これ以外の分離（磁気分離等）が挙げられる。この中でも、連続処理が可能で処理量が多いサイクロンを用いるのが良い。サイクロンを用いて固液分離するには、吸着剤の密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００１５】
また、別の好ましい固液分離装置は、吸着剤に磁性体を含有させておき、磁気分離装置を用いることである。磁性体としては、例えば鉄、および鉄を含む合金、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシアフェライト，コバルトフェライト，ニッケルフェライト，バリウムフェライトなどを用いることができる。この中でもフェライト系化合物は、水中での安定性に優れているので、好適に用いることができる。特に、磁鉄鉱であるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は安価であるだけでなく、水中でも磁性体として安定し、元素としても安全であるため、水処理に使用しやすいので好ましい。このような磁性体を含有させた吸着剤を、磁石を用いて分離する。
【００１６】
更に、別の好ましい固液分離装置は、ろ過器であり、特に上向流ろ過が好ましい。上向流ろ過とは、処理水が下から上向きに流れ、上側にろ布等のフィルターが存在する。この方法では、吸着剤の粒子径、比重、磁性体の有無を選ばないだけでなく、ろ布の洗浄時に重力で吸着剤が落下するので、洗浄がしやすい。
【００１７】
これらの固液分離装置で得られた処理水は、処理水排出ポンプ８で処理水槽に輸送され、処理を完了する。また、回収された吸着剤は反応槽１に戻される。例えば図１の例では、サイクロン４の下にある回収ポット５の下部を少し空けておき、分離された吸着剤を連続的に反応槽１に落とすことができる。また、磁気分離装置６に吸着剤が溜まってきたら定期的に逆洗を行い、排水管７を通じて反応槽１に戻すことができる。この操作を繰り返すことにより、反応槽１とサイクロン４，磁気分離装置６との間で吸着剤を循環させることができる。
【００１８】
（吸着剤回収容器）
上記の処理を繰り返すことにより、循環している吸着剤に徐々に特定物質が吸着していき、ある処理量で吸着しなくなる。このようになったら、吸着剤回収容器１１に回収して、洗浄等により吸着剤を再生して再利用する。図１の例では、サイクロン４の下の回収ポット５に付いている配管３ｂから分岐した回収管１２より吸着剤回収容器１１に吸着剤を回収できるようにしている。吸着剤の洗浄方法は既知の方法で構わないが、例えば油などの有機物を吸着した吸着剤では溶媒による洗浄を、イオン交換樹脂のようにイオンを吸着しているものは酸洗浄やアルカリ洗浄を行う。
【００１９】
（吸着剤）
吸着剤は、水処理に使用される固体のものであれば特に限定されない。固液分離装置としてサイクロンや磁気分離装置を使用する場合は、密度の調整や磁性体の含有などを行う必要がある。例えば、特許文献１に記載のマグネタイト含有油分吸着剤にも好適に使用することができる。吸着剤は、例えば溶液中に磁性体粒子とバインダー成分とを混合し、噴霧乾燥することによって作ることができる。また、イオン交換樹脂などのカラムに詰めて使用するイオン交換樹脂等も使用可能である。
【００２０】
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明する。
（実施例１）
（装置の説明）
実施例１では図１の水処理装置を用いる。実施例１に水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての処理速度３０Ｌ／ｍｉｎのサイクロン４と、ネオジウム磁石を備えた磁気分離装置６を有している。吸着剤は、サイクロン下の回収ポット５から連続的に反応槽１に戻すと共に、磁気分離装置６から定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。
【００２１】
（吸着剤の作製）
ポリメチルメタクリレート１３８重量部を２４００ｍｌのアセトン中に溶解させて溶液とし、その溶液中に平均粒子径２０００ｎｍのマグネタイト粒子１５００重量部を分散させて溶液とした。この溶液をミニスプレードライヤー（柴田科学株式会社製の商品名：Ｂ−２９０型）を用いて噴霧し、球状に凝集した平均２次粒子径が６０μｍの磁性体を含有した油分吸着剤を作製した。
【００２２】
（模擬排水の作製）
水１０００Ｌに対し、４ｋｇのギアオイル（エクソンモービル社製の商品名：モービルバクトラオイルＮｏ．２製）を混合した模擬排水を準備した。
【００２３】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ９から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、サイクロン４に３０Ｌ／ｍｉｎで供給した。サイクロン４に送られた吸着剤の９割は回収ポット５に移り、残りの吸着剤は処理液と共に磁気分離装置６に送られた。この磁気分離装置６で残りの吸着剤を磁気で回収し、処理水排出ポンプ８で処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤と油が混入していなかった。また、回収ポット５に回収された吸着剤は、回収ポット５の下から連続的に引き抜かれ、反応槽１に戻した。更に、５分に一度、磁気分離装置６を逆洗して、回収した吸着剤を反応槽１に戻した。模擬排水が全てなくなるまでこれを繰り返し、処理水槽へは吸着剤も油も混入していないことを確認した。
【００２４】
（再生試験）
処理水排出ポンプ８を動かさず、磁気分離装置６から反応槽１に戻る閉ループの状態にして循環運転をした。回収ポット５に溜まった吸着剤を少しずつ吸着剤回収容器１１に移動させつつ、全ての吸着剤を回収した。この回収した吸着剤に対し、３０Ｌのヘキサンで３回洗浄したところ、吸着剤に付着していたギアオイル３．８ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。
【００２５】
実施例１に係る水処理装置によれば、反応槽１と固液分離装置としてのサイクロン４及び磁気分離装置６との間で高濃度の吸着剤を循環させ、そこに処理水を通過させることにより、吸着剤と特定物質の接触確率を高め、処理流量も得られる。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、図１の水処理装置を用いる。実施例２では、模擬排水の組成を、松村石油（株）製の水溶性切削剤ネオクール（ソリューションタイプ）２％水溶液１０００Ｌにギアオイル４ｋｇを混合したものとし、処理水排出ポンプ８の送り先を原水槽に繋いで循環運転したこと以外は実施例１と同様に吸着試験を行った。６０分の運転の後、原水槽に浮かんでいたギアオイルはほとんど回収された。実施例１と同様に吸着剤を回収してヘキサン洗浄を行ったところ、吸着剤に付着していたギアオイル３．６ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。また、処理した切削剤には油はほとんど見られず、切削剤として再利用可能であった。
【００２７】
（実施例３）
（装置の説明）
実施例３では図２の水処理装置を用いる。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例３の水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての処理速度３０Ｌ／ｍｉｎのサイクロン４と、固液分離装置としての７００ｍｍ角の上向流ろ過器２１を有している。図２では、処理水排出管９と処理水槽とにより排出機構を構成している。吸着剤はサイクロン下の回収ポット５から連続的に反応槽１に戻すと共に、上向流ろ過器２１から定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。
（吸着剤の作製）
実施例１と同様に吸着剤を作製した。
（模擬排水の作製）
水１０００Ｌに対し、４ｋｇのギアオイルを混合した模擬排水を準備した。
【００２８】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ１０から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、サイクロン４に３０Ｌ／ｍｉｎで供給した。サイクロン４に送られた吸着剤の９割は回収ポット５に移り、残りの吸着剤は処理液と共に上向流ろ過装置２１に送られた。この上向流ろ過装置２１で残りの吸着剤を回収し、処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤と油が混入していなかった。また、回収ポット５に回収された吸着剤は、回収ポット５の下から連続的に引き抜かれ、反応槽１に戻した。また、５分に一度、上向流ろ過器２１を逆洗して、回収した吸着剤を反応槽１に戻した。模擬排水が全てなくなるまでこれを繰り返したところ、処理水槽へは吸着剤も油も混入していないことを確認した。
【００２９】
（再生試験）
実施例１と同様にヘキサンで洗浄したところ、ギアオイル３．９ｋｇを回収し、吸着剤の再生を完了した。
【００３０】
（実施例４）
（装置の説明）
実施例４では図３の水処理装置を用いる。但し、図１，図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。実施例４の水処理装置は、攪拌機とレベルセンサー（どちらも図中では省略）を有する３００Ｌの反応槽１と、固液分離装置としての７００ｍｍ角の３台の上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有している。吸着剤は、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃから定期的に逆洗して反応槽１に戻す構造になっている。なお、図３中の符号２２は、排水管７から分岐して吸着剤回収容器１１に接続する回収管を示す。
【００３１】
（吸着剤の作製）
吸着剤は、ホウ素吸着樹脂（三菱化学製の商品名：ＣＲＢ０５）を使用した。
【００３２】
（模擬排水の作製）
四ホウ酸ナトリウムを１０００Ｌの水に溶解させ、ホウ素濃度５００ｍｇ／Ｌの模擬排水を準備した。
【００３３】
（吸着試験）
反応槽１の中に予め１０ｋｇの吸着剤を投入し、原水供給ポンプ１０から模擬排水を反応槽１内に供給した。反応槽１に２５０Ｌの模擬排水が投入されたところで送液ポンプ２を動かし、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃに送られた。これらの上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃで吸着剤を回収し処理水槽へ放流したところ、この処理水中には吸着剤は混入していなかった。また、上向流ろ過器２１ａ，２１ｂ，２１ｃは５分おきに逆洗を行い、吸着剤を反応槽１に戻した。約３５分で全ての処理が終わった後、処理水槽のホウ素濃度を分析したところ、４２０ｍｇ／Ｌでホウ素の吸着を確認し、合計で８０ｇのホウ素を回収した。
（再生試験）
実施例１と同様に回収して、１規定の硫酸と１規定の水酸化ナトリウム水溶液で洗浄して吸着剤の再生を完了した。
【００３４】
（比較例１）
実施例４と同じ量の吸着剤を２０Ｌのカラムに充填し、模擬排水を通水したところ３５分で５０Ｌしか処理できなかった。この時通水した水中に含まれるホウ素は全量回収したが、合計で２５ｇであった。
【００３５】
以上のことからわかるように、本発明の水処理装置は高濃度の吸着剤を有する水槽を通水することにより、効率的に水処理を行うことができる。
【００３６】
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】
【００３７】
１…反応槽、２…送液ポンプ、３ａ，３ｂ，３ｃ…配管、４…サイクロン（固液分離装置）、５…回収ポット、６…磁気分離装置（固液分離装置）、７…排水管（戻し機構）、８…処理水排出ポンプ、９…処理水排出管、１０…原水供給ポンプ、１２，２２…回収管、１１…吸着剤回収容器、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…上向流ろ過器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤と処理水を接触させる反応槽と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置と、前記反応槽に被処理水を供給する供給装置と、前記固液分離装置から処理水を排出する排出機構と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す戻し機構を具備し、この戻し機構により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記吸着剤の密度が２ｇ／ｃｍ３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】
前記吸着剤が磁性体を含有す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４】
前記固液分離装置がサイクロン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５】
前記固液分離装置が磁気分離装置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６】
前記固液分離装置がろ過器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７】
前記吸着剤が油分吸着剤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８】
前記吸着剤がイオン吸着粒子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９】
反応槽に被処理水を供給する第１工程と、吸着剤と処理水を接触させる第２工程と、固液分離装置で吸着剤と処理水を分離させる第３工程と、前記固液分離装置から前記処理水を排出する第４工程と、前記固液分離装置から前記吸着剤を前記反応槽に戻す第５工程とを具備し、吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理方法。
【請求項１】
吸着剤と処理水を接触させる反応槽と、吸着剤と処理水を分離させる固液分離装置と、前記反応槽に被処理水を供給する供給装置と、前記固液分離装置から処理水を排出する排出機構と、前記固液分離装置から前記吸着剤を反応槽に戻す戻し機構を具備し、この戻し機構により吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記吸着剤の密度が２ｇ／ｃｍ３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】
前記吸着剤が磁性体を含有す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４】
前記固液分離装置がサイクロン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５】
前記固液分離装置が磁気分離装置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６】
前記固液分離装置がろ過器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７】
前記吸着剤が油分吸着剤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８】
前記吸着剤がイオン吸着粒子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９】
反応槽に被処理水を供給する第１工程と、吸着剤と処理水を接触させる第２工程と、固液分離装置で吸着剤と処理水を分離させる第３工程と、前記固液分離装置から前記処理水を排出する第４工程と、前記固液分離装置から前記吸着剤を前記反応槽に戻す第５工程とを具備し、吸着剤を前記反応槽と前記固液分離装置の間で循環させることを特徴とする水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８７５０７（Ｐ２０１２−１８７５０７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２８１２（Ｐ２０１１−５２８１２）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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