WO2021079818A1 - 水処理装置 - Google Patents

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WO2021079818A1
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filter medium
water treatment
polymer flocculant
treated
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楓太 山口
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/01—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation using flocculating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D37/00—Processes of filtration
    • B01D37/02—Precoating the filter medium; Addition of filter aids to the liquid being filtered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment device.
  • a water treatment device having a filtration unit for filtering suspended solids and the like has been developed.
  • a method called a microflock filtration method (hereinafter, simply referred to as “flock filtration method”) may be used (see Patent Document 1).
  • this floc filtration method a flocculant is supplied to the water to be treated on the upstream side of the filter medium. Then, immediately after the suspended solids are flocculated by the flocculant, the flocs are removed from the water to be treated by the filter medium.
  • the probability that the flocculant and the suspended substance come into contact with each other in the water to be treated is increased by utilizing the stirring action in the upstream portion of the filter medium.
  • the flocs formed by the aggregation of the flocculant and the suspended substance are then captured by the downstream portion of the filter medium.
  • a water treatment apparatus that employs such a flock filtration method does not require an agglutination reaction tank for bringing the flocculant and the suspended solid into contact with each other by stirring and a settling tank for precipitating the flocculated suspended solid. Therefore, according to the floc filtration method, the water treatment apparatus can be downsized by the amount that the agglutination reaction tank and the settling tank are not provided, as compared with the agglutination reaction tank and the settling tank provided. ..
  • an inorganic aggregating agent is used as an agent for aggregating suspended solids.
  • the inorganic flocculant include polyaluminum chloride (PAC), hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), benzalkonium chloride, chitosan oligosaccharide, iron chloride, and aluminum sulfate band (aluminum sulfate). ..
  • the above-mentioned inorganic flocculant is a substance that chemically reacts with a hydroxyl group or a hydrogen group by itself. Therefore, the robustness to the pH value of the water to be treated is low. In other words, it is difficult for the inorganic flocculant to exhibit the same flocculation performance when the pH value of the water to be treated fluctuates greatly. Therefore, according to the floc filtration method using an inorganic flocculant, the turbidity of the filtered water varies due to a large fluctuation in the pH value of the water to be treated. Therefore, as a result of diligent studies, the present disclosers have experimented that the polymer flocculant can suppress the variation in the filtered turbidity even if the pH value of the water to be treated fluctuates greatly. Confirmed by.
  • a mechanism for adding a polymer flocculant to the water to be treated in real time is required.
  • a mechanism for responding to intermittent operation, a mechanism for controlling the concentration of coagulant, and the like are required, and it is difficult to develop at low cost.
  • An object of the present invention is that in a water treatment apparatus that removes suspended solids aggregated by a polymer flocculant from water to be treated with a filter medium, a mechanism for adding the polymer flocculant to water flow during water treatment is unnecessary.
  • the purpose is to provide a water treatment device.
  • the water treatment apparatus is provided with a separating portion for filtering and separating suspended solids in the water to be treated by a filter medium, and the polymer flocculant is adsorbed on the filter medium.
  • the water treatment apparatus of the present embodiment includes a separation portion for filtering and separating suspended solids in the water to be treated by a filter medium, and a polymer flocculant is adsorbed on the filter medium.
  • the polymer flocculant is not added on the upstream side of the filter medium, but a separation portion in which the polymer flocculant is previously adsorbed on the filter medium is used. Therefore, it is not necessary to separately provide a mechanism for adding the polymer flocculant to the water flow during water treatment, the structure is simpler than that of the conventional water treatment device, and the production can be performed at low cost.
  • the water treatment apparatus of the present embodiment includes a separation unit 12 that filters and separates the suspended solid S in the water to be treated W1 with a filter medium. Then, the polymer flocculant is adsorbed on the filter medium in the separating portion 12.
  • the water to be treated W1 is raw water that has not been artificially treated with water, but may be water that has been treated with some kind of water.
  • the separation unit 12 captures the suspended solid S contained in the water to be treated W1 and causes the filtered water W2 to flow downstream.
  • the coagulant supply mechanism for supplying the polymer coagulant is not provided in the main flow path 50 of the water to be treated W1 on the upstream side of the separation unit 12.
  • the water treatment apparatus of the present embodiment includes an agglutination reaction tank and a floc that promote the formation of flocs in which the suspended solid S and the polymer flocculant are integrated by stirring the water W1 to be treated. It does not have any settling tank to settle. Therefore, the flow path of the water to be treated to the separation part precipitates the flocculation reaction tank and the flocs that promote the formation of flocs in which the suspended solids and the polymer flocculant are integrated by stirring the water to be treated.
  • the water to be treated containing suspended solids is guided to the separation part without passing through the settling tank.
  • the water treatment apparatus of the present embodiment uses the floc filtration method instead of the coagulation-sedimentation filtration method. Further, since the coagulant supply mechanism is not required, the water treatment device is downsized.
  • the main flow path 50 of the water treatment device 100 of the present embodiment extends from the water source of the water to be treated W1 to the storage portion of the filtered water W2.
  • the turbidity of the water to be treated W1 is, for example, 20 NTU (Nephelometric Turbidity Unit) when measured using a kaolin standard solution.
  • the pump P1 is driven so that the water W1 to be treated is supplied from the water source to the main flow path 50 at a flow rate of, for example, 141 ml / min.
  • the main flow path 50 can be configured by piping.
  • the flow velocity of the on-off valve V1 the flow path meter f for measuring the flow velocity of the water to be treated W1 flowing through the main flow path 50, the on-off valve V2, and the water to be treated W1 flowing through the main flow path 50 are adjusted.
  • a possible pump P1 is connected.
  • a separation portion 12 and an on-off valve V3 are connected to the pipe as the main flow path 50.
  • the separation unit 12 has a filter medium on which the polymer flocculant is adsorbed, and the suspended solid S in the water to be treated W1 containing the suspended solid S is captured by the filter medium on which the polymer flocculant is adsorbed. More specifically, the suspended solid S forms a floc with the polymer flocculant adsorbed on the filter medium, and the floc is captured by the filter medium.
  • the filter medium in the separation unit 12 is placed in a filtration tank. Further, in the present embodiment, since the filter medium on which the polymer flocculant is adsorbed is used, the filter medium on which the polymer flocculant is easily adsorbed is used.
  • a filter medium preferably contains, for example, one or more substances selected from the group consisting of anthracite, filtered sand, garnet, ceramics, activated carbon, zeolite, manganese sand, and ion exchange resin.
  • polymer flocculant examples include starch, polyethylene glycol (PEG), xanthan gum, polyamine, polydiallyldimethylammonium chloride (PDADMAC), melamic acid colloid, polydicyandiamide, polyacrylic acid, polyarginsan sodium, cellulose, and moringa. It preferably contains one or more substances selected from the group consisting of polyalginic acid, polysilicic iron (PSI), chitosan, cationic starch, cationic guar gum, polylysine, and polyglutamic acid.
  • the polymer flocculant preferably contains one or more substances selected from the group consisting of polysilica iron (PSI), chitosan, cationic starch, cationic guar gum, polylysine, and polyglutamic acid.
  • the cationic ones are polysilica iron (PSI), chitosan, cationic starch, cationic guar gum, polylysine, and polyglutamic acid. Since these cationic polymer flocculants adsorb anionic suspended solids S such as sand, the effect of coagulating the anionic suspended solids S is higher than that of nonionic polymer flocculants. ..
  • the polymer flocculant may be adsorbed on the filter medium, and the mode of adsorption is not particularly limited, but for example, it is preferably adsorbed by electrostatic adsorption or van der Waals force.
  • the zeta potential of the polymer flocculant has a potential opposite to the zeta potential of the filter medium, and the polymer flocculant is electrostatically adsorbed on the filter medium. That is, it is preferable that the polymer flocculant has a cationic or anionic property, and the filter medium has a potential opposite to the zeta potential of the polymer flocculant.
  • the polymer flocculant and the filter medium have opposite zeta potentials, so that the polymer flocculant can be adsorbed on the filter medium.
  • chitosan when used as the polymer flocculant, chitosan has a positive zeta potential and is therefore adsorbed by zeolite or the like having a negative zeta potential.
  • the polymer flocculant is adsorbed on the filter medium by electrostatic adsorption, the molecular chain of the polymer flocculant is adsorbed on the filter medium.
  • Zeolite and chitosan are examples of combinations in which the filter medium and the polymer flocculant are easily adsorbed.
  • the molecular weight of the polymer flocculant may be 1000 or more, preferably 10000 or more, from the viewpoint of having a required coagulation effect.
  • the polymer flocculant preferably has a potential opposite to the zeta potential of the suspended solid S.
  • the polymer flocculant when the suspended solid S has an anionic property, the polymer flocculant preferably has a cationic polymer.
  • the polymer flocculant is preferably a food additive or a natural polymer from the viewpoint of suppressing adverse effects on the human body.
  • the filter medium can be configured to have at least one layer composed of a group of particles having a particle size of 0.2 to 0.35 mm.
  • it may be a single layer having only a filter medium having a single particle size, or it may be a plurality of layers using a plurality of types of filter media having different particle sizes.
  • the particle size of the group of particles constituting the upstream layer is larger than the particle size of the group of particles constituting the downstream layer.
  • FIG. 3 schematically shows a state in which the water to be treated W1 containing the suspended solid S passes through the separation portion 12.
  • the separation portion shown in FIG. 3 is composed of a filter medium 1 located on the upstream side and a filter medium 2 having a particle size smaller than that of the filter medium 1 located on the downstream side.
  • a polymer flocculant is adsorbed on the filter medium 1, and the suspended solid S combines with the polymer flocculant of the filter medium 1 to form flocs F.
  • the portion of the filter medium 2 on the downstream side allows the water to be treated W1 to pass through, but suppresses the passage of the floc F. Even if the filter medium 2 cannot completely capture all of the flocs F, there is no particular problem as long as it can capture most of the flocs F.
  • the water treatment apparatus shown in FIG. 4 includes a coagulant supply unit 11 for supplying the polymer coagulant to the separation unit 12 in order to adsorb the polymer coagulant to the filter medium again.
  • the coagulant supply unit 11 is not used when the water to be treated is passed through during water treatment, but is used only when it becomes necessary to re-adsorb the polymer coagulant on the filter medium.
  • the polymer flocculant since the polymer flocculant needs to be adsorbed on the filter medium, the polymer flocculant is not in a solid (powder) state, but the polymer flocculant is dissolved in some solvent. It is preferably supplied in the form of a solution.
  • the solvent can be appropriately selected depending on the polymer flocculant.
  • chitosan can be used as a nutrient solution by dissolving acetic acid as a solvent.
  • water is flowed from the coagulant supply unit 11 toward the separation unit 12 by a pump (not shown), and the carrying capacity of the water flow is used.
  • the polymer flocculant can be supplied to the separation unit 12. Then, when the polymer flocculant reaches the filter medium, it is adsorbed.
  • the filter medium is not limited to the granular filter medium in the present embodiment, and may be a film-shaped or sheet-shaped filter medium.
  • Example 1 First, 70 ml of zeolite (manufactured by Shinsei Co., Ltd., particle size: 0.2 to 1 mm) was prepared as a filter medium and filled in a cylindrical container imitating a filter to form a separation unit 12. Next, as shown in FIG. 5, the water source, the flow meter 22, the pressure gauge 24, and the separation unit 12 were connected via a pipe. Then, tap water containing 5 ppm of chitosan as a polymer flocculant was sequentially washed in the separation section 12 for 15 minutes to adsorb chitosan on the filter medium.
  • zeolite manufactured by Shinsei Co., Ltd., particle size: 0.2 to 1 mm
  • the water source was changed to tap water only, tap water was allowed to flow for 10 minutes, and chitosan adhering to the inside of the pipe was removed by flowing.
  • chitosan is adsorbed only on the zeolite in the separation unit 12. That is, when the water to be treated W1 is flowed from the water source, the suspended solids are aggregated and filtered in the separation unit 12, and the filtered water W2 is discharged.
  • the turbidity was measured every 5 minutes with a turbidity measuring instrument (2100Q manufactured by HACH). The change in turbidity with respect to the water flow time is shown in FIG. In FIG. 6, the results of Example 1 are plotted with ⁇ .
  • Comparative Example 1 The turbidity was measured by passing water through the kaolin suspension in the same manner as in Example 1 except that chitosan (polymer flocculant) was not adsorbed on the zeolite (filter medium). The measurement results are shown in FIG. In FIG. 6, the results of Comparative Example 1 are plotted with x marks.
  • Example 1 the turbidity was low even after a lapse of time, and the suspended solids were aggregated and filtered by the chitosan adsorbed on the zeolite. That is, it was shown that the water treatment apparatus of the present embodiment can separate suspended solids in the water to be treated. On the other hand, in Comparative Example 1, the suspended solid was not filtered and exceeded the standard value of turbidity (5 NTU).
  • a processing device can be provided.
  • Filter medium (large particle size) 2 Filter medium (small particle size) 11 Coagulant supply unit 12 Separation unit 50 Main flow path 100 Water treatment device F Flock S Suspended solids W1 Water to be treated W2 Filtered water

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Abstract

被処理水中の懸濁物質を濾材により濾過して分離する分離部を備え、前記濾材に高分子凝集剤が吸着されている水処理装置である。高分子凝集剤のゼータ電位が、濾材のゼータ電位とは逆の符号のゼータ電位を有し、高分子凝集剤が、濾材に静電吸着されていることが好ましい。また、濾材が、０．２～０．３５ｍｍの粒径を有する一群の粒子で構成される層を少なくとも１層有することが好ましい。

Description

水処理装置
　本発明は、水処理装置に関する。
　従来から、懸濁物質等を濾過する濾過部を有する水処理装置の開発が行われている。水処理装置の中には、マイクロフロック濾過法（以下、単に「フロック濾過法」という。）と呼ばれる方法が用いられている場合がある（特許文献１参照）。このフロック濾過法においては、濾材の上流側において凝集剤が被処理水に供給される。その後、懸濁物質が凝集剤によってフロック化された直後に、フロックが濾材によって被処理水から除去される。
　フロック濾過法によれば、濾材の上流側の部分における攪拌作用を利用して、凝集剤と懸濁物質とが被処理水中で接触する確率が高められる。その後、凝集剤と懸濁物質とが凝集して生成するフロックが濾材の下流側の部分によって捕捉される。
　このようなフロック濾過法を採用した水処理装置によれば、凝集剤と懸濁物質とを撹拌によって接触させるための凝集反応槽およびフロック化した懸濁物質を沈殿させる沈殿槽を必要としない。したがって、フロック濾過法によれば、凝集反応槽および沈殿槽を備えた凝集沈殿濾過法に比較して、凝集反応槽および沈殿槽を備えていない分だけ、水処理装置を小型化することができる。
特許第５６９８８８１号公報
　上記特許文献１に開示されたフロック濾過法を用いる水処理装置においては、懸濁物質を凝集する薬剤として、無機凝集剤を用いている。一般に、無機凝集剤としては、たとえば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）、塩化ベンザルコニウム、キトサンオリゴ糖、塩化鉄、または硫酸バンド（硫酸アルミニウム）等が挙げられる。
　上記無機凝集剤は、それ自身が水酸基または水素基と化学反応する物質である。そのため、被処理水のｐＨ値に対するロバスト性が低い。言い換えると、無機凝集剤は、被処理水のｐＨ値が大きく変動した場合に、同一の凝集性能を発揮することが困難である。従って、無機凝集剤を用いるフロック濾過法によれば、被処理水のｐＨ値の大きな変動に起因して濾過済みの水の濁度にばらつきが生じてしまう。そこで、本開示者らは、鋭意検討の結果、高分子凝集剤が、被処理水のｐＨ値が大きく変動しても、濾過済の濁度にばらつきが生じることを抑制することができることを実験によって確認した。
　しかしながら、上記のような水処理装置では、懸濁物質の除去能力を常時一定に保つためには、被処理水の通水中にリアルタイムで高分子凝集剤を添加する機構が必要となる。
そのような機構として、間欠運転に応対する機構、凝集剤の濃度制御機構等が必要であり、低コストで開発することが困難である。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、高分子凝集剤によって凝集させた懸濁物質を濾材によって被処理水から除去する水処理装置において、水処理時の通水中に高分子凝集剤を添加する機構が不要な水処理装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の態様に係る水処理装置は、被処理水中の懸濁物質を濾材により濾過して分離する分離部を備え、前記濾材に高分子凝集剤が吸着されている。
本実施形態の水処理装置の概要を説明するための模式図である。 本実施形態の水処理装置の具体的構成を示す模式図である。 本実施形態の水処理装置の濾過原理を説明するための模式図である。 本実施形態の水処理装置の概要を説明するための模式図である。 実施例・比較例における試験に使用した水処理装置の概念図である。 実施例・比較例における、経過時間に対する濁度の変化を示すグラフである。
　以下、図面を参照しながら、実施の形態の水処理装置を説明する。複数の図面同士の間において、同一の参照符号が付された部分同士は、図面上における形状に多少の相違があっても、特段の記載がない限り、互いに同一の機能を発揮するものとする。
　本実施形態の水処理装置は、被処理水中の懸濁物質を濾材により濾過して分離する分離部を備え、濾材に高分子凝集剤が吸着されている。本実施形態の水処理装置においては、高分子凝集剤を濾材の上流側で添加するのではなく、高分子凝集剤が予め濾材に吸着されている分離部を用いる。従って、水処理時の通水中に高分子凝集剤を添加する機構を別途設ける必要がなく、従来の水処理装置よりも構造が簡単であり、低コストで製造が可能である。
　図１に示すように、本実施形態の水処理装置は、被処理水Ｗ１中の懸濁物質Ｓを濾材により濾過して分離する分離部１２を備えている。そして、分離部１２内の濾材には高分子凝集剤が吸着されている。本実施形態においては、被処理水Ｗ１は、何ら人工的な水処理されていない原水であるが、何等かの水処理が施された水であってもよい。分離部１２は、被処理水Ｗ１に含まれている懸濁物質Ｓを捕捉し、濾過済みの水Ｗ２を下流へ流す。具体的には、本実施形態の水処理装置においては、濾材に高分子凝集剤が吸着されていることから、分離部内部において凝集及び濾過双方の機能を発揮し、懸濁物質の除去が可能となる。従って、分離部１２の上流側において、高分子凝集剤を添加する機構が不要である。
　本実施形態の水処理装置においては、分離部１２の上流側の被処理水Ｗ１の主流路５０に、高分子凝集剤を供給する凝集剤供給機構は設けられていない。さらには、本実施の形態の水処理装置は、被処理水Ｗ１を撹拌することによって懸濁物質Ｓと高分子凝集剤とが一体化されたフロックの形成を促進する凝集反応槽、及びフロックを沈殿させる沈殿槽のいずれも有していない。従って、分離部までの被処理水の流路は、被処理水を撹拌することによって懸濁物質と高分子凝集剤とが一体化されたフロックの形成を促進する凝集反応槽及びフロックを沈殿させる沈殿槽を経由することなく、懸濁物質を含む被処理水を分離部へ導く。要するに、本実施形態の水処理装置は、凝集沈殿濾過法ではなく、フロック濾過法を用いる。さらに、凝集剤供給機構が不要であるため、水処理装置は小型化されている。
　図２に示すように、本実施形態の水処理装置１００の主流路５０は、被処理水Ｗ１の水源から濾過済みの水Ｗ２の貯留部まで延びている。被処理水Ｗ１の濁度は、例えば、カオリン標準液を用いて測定された場合、例えば、２０ＮＴＵ（Nephelometric Turbidity Unit）である。被処理水Ｗ１は、例えば、１４１ｍｌ／ｍｉｎの流速で水源から主流路５０に供給されるように、ポンプＰ１が駆動される。
　主流路５０は、本実施形態においては、配管により構成することができる。主流路５０としての配管には、開閉バルブＶ１、主流路５０を流れる被処理水Ｗ１の流速を測定する流路計ｆ、開閉バルブＶ２、及び主流路５０を流れる被処理水Ｗ１の流速を調整可能なポンプＰ１が接続されている。また、主流路５０としての配管には、分離部１２及び開閉バルブＶ３が接続されている。
　分離部１２は、高分子凝集剤が吸着された濾材を有し、懸濁物質Ｓを含む被処理水Ｗ１中の懸濁物質Ｓは、高分子凝集剤が吸着された濾材に捕捉される。より具体的には、懸濁物質Ｓは、濾材に吸着された高分子凝集剤とフロックを形成し、当該フロックが濾材に捕捉される。
　本実施形態においては、分離部１２における濾材は、濾過槽に入れられる。また、本実施形態において、高分子凝集剤が吸着された濾材を用いることから、濾材は高分子凝集剤を吸着しやすいものが使用される。そのような濾材としては、例えば、アンスラサイト、ろ過砂、ガーネット、セラミックス、活性炭、ゼオライト、マンガン砂、及びイオン交換樹脂からなる群より選択される１又は２以上の物質を含むことが好ましい。
　また、高分子凝集剤としては、デンプン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、キサンタンガム、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＡＤＭＡＣ）、メラミン酸コロイド、ポリジシアンジアミド、ポリアクリル酸、ポリアルギンサンナトリウム、セルロース、モリンガ、ポリアルギン酸、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）、キトサン、カチオン性デンプン、カチオン性グアーガム、ポリリジン、及びポリグルタミン酸からなる群より選択される１又は２以上の物質を含むことが好ましい。また、高分子凝集剤は、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）、キトサン、カチオン性デンプン、カチオン性グアーガム、ポリリジン、及びポリグルタミン酸からなる群より選択される１又は２以上の物質を含むことが好ましい。
　高分子凝集剤のうちのカチオン性のものは、ポリシリカ鉄（ＰＳＩ）、キトサン、カチオン性デンプン、カチオン性グアーガム、ポリリジン、及びポリグルタミン酸である。これらのカチオン性の高分子凝集剤は、砂等のアニオン性の懸濁物質Ｓを吸着するため、アニオン性の懸濁物質Ｓを凝集させる効果がノニオン性の高分子凝集剤に比較して高い。
　高分子凝集剤は濾材に吸着されればよく、その吸着の態様は特に限定されないが、例えば、静電吸着、ファンデルワールス力により吸着されることが好ましい。中でも、高分子凝集剤のゼータ電位が、濾材のゼータ電位とは逆の電位を有し、高分子凝集剤が、濾材に静電吸着されていることが好ましい。すなわち、高分子凝集剤がカチオン性又はアニオン性を有しており、濾材は、高分子凝集剤のゼータ電位とは逆の電位を有していることが好ましい。本実施形態の水処理装置１００において、高分子凝集剤と濾材とが逆のゼータ電位を有していることで、高分子凝集剤が濾材に吸着することができる。例えば、高分子凝集剤としてキトサンを用いる場合、キトサンは正のゼータ電位を有するため、負のゼータ電位を有するゼオライト等に吸着される。なお、高分子凝集剤を静電吸着により濾材に吸着させた場合、高分子凝集剤の分子鎖が濾材に吸着される。
　濾材と高分子凝集剤とが吸着されやすい組合せは、ゼオライトとキトサンが挙げられる。
　本明細書では、高分子凝集剤の分子量は、必要とされる凝集効果を有するという観点から、１０００以上であればよく、好ましくは１００００以上である。また、高分子凝集剤は、懸濁物質Ｓのゼータ電位とは逆の電位を有していることが好ましい。本実施形態においては、懸濁物質Ｓがアニオン性を有する場合には、高分子凝集剤は、カチオン性高分子を有していることが好ましい。
　なお、高分子凝集剤は、人体への悪影響を抑制する観点から、食品添加物または天然高分子であることが好ましい。
　濾材は、０．２～０．３５ｍｍの粒径を有する一群の粒子で構成される層を少なくとも１層有する構成とすることができる。例えば、単一の粒径の濾材のみの単層としてもよいし、異なる粒径など複数種類の濾材を用いて複層としてもよい。複層とする場合、上流側の層を構成する一群の粒子の粒子径は、下流側の層を構成する一群の粒子の粒子径よりも大きいことが好ましい。このような構成であれば、フロック形成機能及び濾過機能をそれぞれ効率的に発揮することができる。
　図３は、懸濁物質Ｓを含む被処理水Ｗ１が分離部１２を通過するときの様子を模式的に示している。図３に示す分離部においては、上流側に位置する濾材１と、下流側に位置する、濾材１よりも小粒径の濾材２とから構成されている。濾材１には高分子凝集剤が吸着されており、懸濁物質Ｓは濾材１の高分子凝集剤と結合してフロックＦを形成する。下流側の濾材２の部分は、被処理水Ｗ１を通過させるが、フロックＦの通過を抑制する。なお、濾材２は、フロックＦの全てを完全に捕捉しきれなくとも、フロックＦの大部分を捕捉できれば、特に問題はない。
　本実施形態の水処理装置において、水処理を継続すると、濾材に吸着された高分子凝集剤は、懸濁物質とのフロック形成のため消費される。従って、経時的に懸濁物質の除去能力が低下すると考えられる。その場合、濾材に高分子凝集剤を再度吸着させることにより再生することができる。図４に示す水処理装置は、濾材に高分子凝集剤を再度吸着させるため、分離部１２に高分子凝集剤を供給するため凝集剤供給部１１を備えている。なお、凝集剤供給部１１は、被処理水を水処理時の通水時に使用されるものではなく、あくまでも濾材に高分子凝集剤を再度吸着する必要が生じた場合にのみ使用される。
　本実施形態の水処理装置においては、高分子凝集剤は濾材に吸着させる必要があることから、高分子凝集剤は固体（粉体）状態ではなく、高分子凝集剤を何らかの溶媒に溶解させた溶液の状態で供給することが好ましい。当該溶媒は、高分子凝集剤に応じて適宜選択することができる。例えば、キトサンは、酢酸を溶媒として溶解させ養液として使用することができる。
　凝集剤供給部１１から分離部１２に高分子凝集剤を供給するには、ポンプ（不図示）により凝集剤供給部１１から分離部１２に向けて水を流し、水流による運搬能力を利用して高分子凝集剤を分離部１２に供給することができる。そして、高分子凝集剤は濾材に達すると吸着される。
　以上、濾材は、粒状のものについて説明したが、本実施形態においては粒状の濾材に限定されることはなく、膜状又はシート状の濾材であってもよい。
　以下、実施例により本実施形態を更に詳しく説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
　まず、濾材としてゼオライト（シンセイ株式会社製、粒径：０．２～１ｍｍ）７０ｍｌを準備し、ろ過器を模した円筒形容器に充填して分離部１２とした。次いで、図５に示すように、水源、流量計２２、圧力計２４、及び分離部１２を、配管を介して接続した。そして、高分子凝集剤として５ｐｐｍのキトサンを含む水道水を分離部１２に１５分間順洗を行い、濾材にキトサンを吸着させた。その後、水源を水道水のみに変更し、水道水を１０分間流し、配管の内部に付着したキトサンを流し除去した。この状態においては、分離部１２内のゼオライトのみにキトサンが吸着されている状態である。すなわち、水源から被処理水Ｗ１を流すと、分離部１２において懸濁物質が凝集及び濾過されて、濾過済みの水Ｗ２が排出される。
　次に、被処理水Ｗ１として、カオリン懸濁液（濁度２０ＮＴＵ）を用い、通水ＬＶ＝１８ｍ／ｈとして６０分間通水を行った。通水途中において、５分毎に、濁度計測器（ＨＡＣＨ社製、２１００Ｑ）により濁度の測定を行った。通水時間に対する濁度の変化を図６に示す。図６において、実施例１の結果は〇印でプロットした。
［比較例１］
　ゼオライト（濾材）に対してキトサン（高分子凝集剤）を吸着しなかったこと以外は実施例１と同様にしてカオリン懸濁液を通水して濁度の測定を行った。測定結果を図６に示す。図６において、比較例１の結果は×印でプロットした。
　図６より、実施例１においては、時間が経過しても濁度が低い状態であり、ゼオライトに吸着したキトサンにより、懸濁物質が凝集及び濾過されたと推察される。すなわち、本実施形態の水処理装置は、被処理水中の懸濁物質を分離することが可能であることが示された。これに対して、比較例１は、懸濁物質が濾過されず、濁度の基準値（５ＮＴＵ）を超えていた。
　特願２０１９－１９４２３４（出願日：２０１９年１０月２５日）の全内容は、ここに援用される。
　本開示によれば、高分子凝集剤によって凝集させた懸濁物質を濾材によって被処理水から除去する水処理装置において、水処理時の通水中に高分子凝集剤を添加する機構が不要な水処理装置を提供することができる。
　１　濾材（大粒径）
　２　濾材（小粒径）
　１１　凝集剤供給部
　１２　分離部
　５０　主流路
　１００　水処理装置
　Ｆ　フロック
　Ｓ　懸濁物質
　Ｗ１　被処理水
　Ｗ２　濾過済みの水

Claims (5)

  1. 　被処理水中の懸濁物質を濾材により濾過して分離する分離部を備え、前記濾材に高分子凝集剤が吸着されている、水処理装置。
  2. 　前記高分子凝集剤のゼータ電位が、前記濾材のゼータ電位とは逆の電位を有し、前記高分子凝集剤が、前記濾材に静電吸着されている、請求項１に記載の水処理装置。
  3. 　前記高分子凝集剤が、デンプン、ポリエチレングリコール、キサンタンガム、ポリアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、メラミン酸コロイド、ポリジシアンジアミド、ポリアクリル酸、ポリアルギンサンナトリウム、セルロース、モリンガ、ポリアルギン酸、ポリシリカ鉄、キトサン、カチオン性デンプン、カチオン性グアーガム、ポリリジン、及びポリグルタミン酸からなる群より選択される１又は２以上の物質を含む、請求項１又は２に記載の水処理装置。
  4. 　前記濾材が、０．２～０．３５ｍｍの粒径を有する一群の粒子で構成される層を少なくとも１層有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の水処理装置。
  5. 　前記分離部までの前記被処理水の流路は、前記被処理水を撹拌することによって前記懸濁物質と前記高分子凝集剤とが一体化されたフロックの形成を促進する凝集反応槽及び前記フロックを沈殿させる沈殿槽を経由することなく、前記懸濁物質を含む前記被処理水を前記分離部へ導く、請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理装置。
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