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JP6873629B2 - Water treatment equipment and water treatment method - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、水処理装置および水処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a water treatment apparatus and a water treatment method.

排水処理や用水供給などの分野では、水を浄化するための様々な処理方法が実施されている。このような水を浄化する処理方法(以下、水処理方法ともいう)では、排水や用水のような被処理水に含まれる固形物や溶解物のような除去対象物のうち、被処理水から除去したい除去対象物、例えば後段で実施される水処理プロセスに排出させたくない除去対象物を除去する。 In fields such as wastewater treatment and water supply, various treatment methods for purifying water are implemented. In such a treatment method for purifying water (hereinafter, also referred to as a water treatment method), among the objects to be removed such as solids and dissolved substances contained in the water to be treated such as wastewater and irrigation water, from the water to be treated. Remove the object to be removed that you want to remove, for example, the object that you do not want to be discharged in the water treatment process performed later.

一般的な水処理方法には、水槽内に被処理水を滞留させて、被処理水と除去対象物との比重差を利用して、除去対象物を沈降させて分離する沈降分離や除去対象物を浮上させて分離する浮上分離などがある。さらに、水処理方法には、空気を加圧溶解させた水に被処理水を添加して生じさせた微細気泡を除去対象物に付着させて、除去対象物を浮上させて分離する加圧浮上分離がある。 In a general water treatment method, the water to be treated is retained in a water tank, and the difference in specific gravity between the water to be treated and the object to be removed is used to settle and separate the object to be removed. There is levitation separation, which separates objects by levitation. Further, in the water treatment method, the fine bubbles generated by adding the water to be treated to the water in which air is pressure-dissolved are attached to the object to be removed, and the object to be removed is floated and separated by pressure flotation. There is a separation.

しかしながら、除去対象物の大きさが微細で質量が小さいと、除去対象物は、沈降または浮上せずに、被処理水中に分散している状態となる。そのため、上記のような比重差を利用した分離方法によって、除去対象物を被処理水から分離することは困難である。 However, if the size of the object to be removed is fine and the mass is small, the object to be removed does not settle or float, but is dispersed in the water to be treated. Therefore, it is difficult to separate the object to be removed from the water to be treated by the separation method utilizing the difference in specific densities as described above.

このような場合、上記のような分離方法において、除去対象物を凝集させる凝集剤を被処理水に添加し、除去対象物を凝集させて粗大化した凝集物を生成させる凝集処理を行うことがある。除去対象物の凝集によって生じた凝集物の質量は、除去対象物よりも大きい。そのため、除去対象物を含む凝集物は、上記した分離方法によって被処理水から容易に分離される。 In such a case, in the separation method as described above, it is possible to add a coagulant that agglomerates the object to be removed to the water to be treated, and perform a coagulation treatment that agglomerates the object to be removed to form a coarsened agglomerate. is there. The mass of the agglomerates produced by the agglomeration of the objects to be removed is larger than that of the objects to be removed. Therefore, the agglomerates containing the object to be removed are easily separated from the water to be treated by the above-mentioned separation method.

また、上記のような分離方法において、多孔質の分離膜を用いて被処理水をろ過することがある。例えば、上記の凝集処理を行った被処理水を分離膜によってろ過すると、分離膜は凝集処理によって粗大化した凝集物を被処理水から容易に分離することができる。さらには、分離膜を貫通する孔の大きさを変えることによって、分離膜を透過する凝集物の大きさが調整されるので、所望の分離精度が得られる。 Further, in the separation method as described above, the water to be treated may be filtered using a porous separation membrane. For example, when the water to be treated which has undergone the above-mentioned aggregation treatment is filtered through a separation membrane, the separation membrane can easily separate the agglomerates coarsened by the aggregation treatment from the water to be treated. Furthermore, by changing the size of the pores penetrating the separation membrane, the size of the agglomerates penetrating the separation membrane is adjusted, so that the desired separation accuracy can be obtained.

このように、分離膜を用いる分離方法では、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物を含む被処理水を分離膜によって連続的にろ過する。そのため、凝集物が分離膜の表面に堆積することがある。分離膜の表面に物質が付着すると、分離膜に形成される孔が閉塞されるので、ろ過速度が低下する。特に、バイオフィルムや有機高分子のような、粘着性を有すると共に透水性の低い物質が分離膜に付着すると、ろ過速度はさらに低下する。そして、分離膜の孔が完全に閉塞されると、被処理水は分離膜を透過できなくなるので、被処理水のろ過が困難になる。このような場合には、分離膜に対してろ過の方向とは逆の方向に水を透過させて分離膜を洗浄する逆洗や、薬品を用いて分離膜を洗浄する薬品洗浄によって、分離膜の表面に付着して分離膜の孔を閉塞している付着物を除去する作業が行われる。 As described above, in the separation method using the separation membrane, the water to be treated containing the agglomerates composed of the object to be removed and the coagulant is continuously filtered by the separation membrane. Therefore, agglomerates may be deposited on the surface of the separation membrane. When a substance adheres to the surface of the separation membrane, the pores formed in the separation membrane are closed, so that the filtration rate is reduced. In particular, when a substance having adhesiveness and low water permeability, such as a biofilm or an organic polymer, adheres to the separation membrane, the filtration rate is further reduced. When the pores of the separation membrane are completely closed, the water to be treated cannot permeate the separation membrane, which makes it difficult to filter the water to be treated. In such a case, the separation membrane is washed by backwashing the separation membrane by allowing water to permeate through the separation membrane in the direction opposite to the filtration direction, or by chemical washing to wash the separation membrane with a chemical. Work is performed to remove the deposits that adhere to the surface of the separation membrane and block the pores of the separation membrane.

特開2013ー215657号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-215657

分離膜の洗浄性は、分離膜の表面に付着している付着物および分離膜の物性などに影響される。このような状況から、表面が不活性なPTFEやPVDFのようなフッ素樹脂から形成される分離膜や、中空糸膜のような表面積を増加させた分離膜などの開発が行われている。しかしながら、分離膜の付着物に起因するろ過速度の低下については、十分に解消されておらず、改善の余地がある。 The detergency of the separation membrane is affected by the deposits adhering to the surface of the separation membrane and the physical properties of the separation membrane. Under these circumstances, separation membranes formed from fluororesins such as PTFE and PVDF whose surface is inert, and separation membranes having an increased surface area such as hollow fiber membranes have been developed. However, the decrease in filtration rate due to the deposits on the separation membrane has not been sufficiently resolved, and there is room for improvement.

本発明が解決しようとする課題は、分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to suppress the adhesive force between the separation membrane and the agglomerates contained in the water to be treated, and to suppress the adhesion of the agglomerates to the separation membrane and the clogging of the pores of the separation membrane by the agglomerates. It is an object of the present invention to provide a water treatment apparatus and a water treatment method capable of improving the cleanability of the separation membrane.

実施の形態の水処理装置は、除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置である。そして、前記水処理装置は、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第1付着力抑制機構と、前記被処理水をろ過するための槽に設けられ、前記凝集物との付着力を抑制する第2付着力抑制機構を有し、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する分離膜とを備える。 The water treatment apparatus of the embodiment is a water treatment apparatus that separates the agglomerates from water to be treated containing agglomerates composed of an object to be removed and a coagulant that agglomerates the agglomerates via a separation membrane. Is. The water treatment device is provided with a first adhesive force suppressing mechanism for suppressing the adhesive force of the agglomerates on the separation membrane and a tank for filtering the water to be treated, and the adhesive force with the agglomerates. It has a second adhesive force suppressing mechanism for suppressing the pressure, and includes a separation membrane that separates the aggregates whose adhesive force to the separation membrane is suppressed from the water to be treated.

分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することができる。 The adhesive force between the separation membrane and the agglomerates contained in the water to be treated can be suppressed, the adhesion of the agglomerates to the separation membrane and the clogging of the pores of the separation membrane by the agglomerates can be suppressed, and the cleanability of the separation membrane can be suppressed. It is possible to provide a water treatment apparatus and a water treatment method that can improve the above.

第1の実施の形態の水処理装置を備える水処理設備を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the water treatment equipment which includes the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the separation membrane which comprises the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜の凹凸構造を模式的に示す拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view which shows typically the uneven structure of the separation membrane which comprises the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜の上面を観察したSEM画像である。It is an SEM image which observed the upper surface of the separation membrane which comprises the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置を構成する分離膜を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the separation membrane which comprises the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置における、分離膜の凸部の半径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the radius of the convex part of the separation membrane and the van der Waals force between the separation membrane and the agglomerate in the water treatment apparatus of the first embodiment. 第1の実施の形態の水処理装置における、分離膜の凸部のピッチの大きさ/凝集物の粒径と、分離膜に形成される流路の流路断面積との関係を示すグラフである。In the graph showing the relationship between the pitch size of the convex portion of the separation membrane / the particle size of the agglomerates and the flow path cross-sectional area of the flow path formed on the separation membrane in the water treatment apparatus of the first embodiment. is there. 第1の実施の形態の水処理装置を備える水処理設備で行われる工程を示す工程図である。It is a process drawing which shows the process performed in the water treatment equipment provided with the water treatment apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の水処理装置における、親水化処理前および親水化処理後の分離膜の表面における水の接触角を示すグラフである。It is a graph which shows the contact angle of water on the surface of the separation membrane before the hydrophilic treatment and after the hydrophilic treatment in the water treatment apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面における水の接触角と、分離膜の洗浄エネルギとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the contact angle of water on the surface of a separation membrane, and the cleaning energy of a separation membrane in the water treatment apparatus of the second embodiment. 第3の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面電荷密度と、分離膜および凝集物の間に働く静電気力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface charge density of the separation membrane and the electrostatic force acting between the separation membrane and the agglomerates in the water treatment apparatus of the third embodiment. 第4の実施の形態の水処理装置における、凝集物の真球度と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sphericity of agglomerates, and the adhesive force between a separation membrane and agglomerates in the water treatment apparatus of 4th Embodiment. 第5の実施の形態の水処理装置における、凝集物の圧密率と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the consolidation ratio of agglomerates, and the adhesive force between a separation membrane and agglomerates in the water treatment apparatus of the 5th Embodiment. 第6の実施の形態の水処理装置における、ピッチの大きさ/凝集物の粒径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the size of a pitch / particle size of agglomerates, and van der Waals force between a separation membrane and agglomerates in the water treatment apparatus of the sixth embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の水処理装置7を備える水処理設備1を示す概略図である。図1に示すように、第1の実施の形態の水処理装置7を備える水処理設備1は、被処理水貯留部2と、凝集処理部3と、第1付着力抑制機構4と、分離部5と、処理水貯留部6とを備えている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a water treatment facility 1 including the water treatment device 7 of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment facility 1 provided with the water treatment device 7 of the first embodiment separates the water to be treated storage unit 2, the coagulation treatment unit 3, and the first adhesive force suppressing mechanism 4. A unit 5 and a treated water storage unit 6 are provided.

被処理水貯留部2は、除去対象物を含む被処理水を貯留する。除去対象物は、例えば、油分のような有機物や無機物などから構成される固形物、コロイド状物質などの濁質である。また、被処理水は、上記の除去対象物を含む水系の液体である。被処理水としては、例えば、産業施設から排出される産業排水などが挙げられる。例えば、被処理水の溶媒は水である。被処理水中の除去対象物の濃度は、例えば10ppm以上である。 The water to be treated storage unit 2 stores the water to be treated including the object to be removed. The object to be removed is, for example, a solid substance composed of an organic substance such as an oil or an inorganic substance, or a turbid substance such as a colloidal substance. The water to be treated is an aqueous liquid containing the above-mentioned object to be removed. Examples of the water to be treated include industrial wastewater discharged from industrial facilities. For example, the solvent of the water to be treated is water. The concentration of the object to be removed in the water to be treated is, for example, 10 ppm or more.

凝集処理部3は、被処理水に凝集剤を添加して、除去対象物の凝集処理を行う。被処理水貯留部2から排出された除去対象物を含む被処理水は、凝集処理部3に供給される。また、凝集処理部3には、除去対象物を凝集させる凝集剤が供給される。凝集処理部3内の被処理水に凝集剤が添加されると、被処理水中の除去対象物が凝集して、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物が生成される。凝集物は、微細な除去対象物の凝集によって粗大化したものである。なお、被処理水に添加された凝集剤を被処理水中で均一化するために、凝集処理部3内の被処理水は、図示しない攪拌機などによって撹拌されてもよい。 The coagulation treatment unit 3 adds a coagulant to the water to be treated to perform a coagulation treatment of the object to be removed. The water to be treated containing the object to be removed discharged from the water storage unit 2 to be treated is supplied to the coagulation treatment unit 3. Further, a coagulant that agglomerates the object to be removed is supplied to the coagulation treatment unit 3. When the coagulant is added to the water to be treated in the coagulation treatment unit 3, the object to be removed in the water to be treated coagulates to generate an agglomerate composed of the object to be removed and the coagulant. The agglomerates are coarsened by the agglomeration of fine objects to be removed. In order to make the coagulant added to the water to be treated uniform in the water to be treated, the water to be treated in the coagulation treatment unit 3 may be agitated by a stirrer (not shown) or the like.

被処理水に供給される凝集剤は、除去対象物の種類などに応じて、適宜選択される。凝集剤としては、無機凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤などが挙げられる。 The coagulant supplied to the water to be treated is appropriately selected according to the type of the object to be removed and the like. Examples of the flocculant include an inorganic flocculant, a cationic polymer flocculant, and an anionic polymer flocculant.

第1付着力抑制機構4は、分離部5に装着されている分離膜に対する凝集物の付着力を抑制する。凝集処理部3を排出した凝集物を含む被処理水は、第1付着力抑制機構4に供給される。第1付着力抑制機構4は、凝集処理部3で凝集して生成された凝集物の分離膜に対する付着力を低下させる。 The first adhesive force suppressing mechanism 4 suppresses the adhesive force of agglomerates to the separation membrane attached to the separation unit 5. The water to be treated containing the agglomerates discharged from the agglomeration treatment unit 3 is supplied to the first adhesive force suppressing mechanism 4. The first adhesive force suppressing mechanism 4 reduces the adhesive force of the agglomerates generated by the agglomeration treatment unit 3 to the separation membrane.

分離部5は、分離膜に対する付着力の低下した凝集物を被処理水から固液分離する。第1付着力抑制機構4から排出された凝集物を含む被処理水は、分離部5に供給される。また、分離部5には、被処理水をろ過するための分離膜が設けられている。分離部5では、被処理水を分離膜でろ過することによって、凝集物は分離膜を透過せずに、被処理水を構成する残りの成分が分離膜を透過する。このとき、分離膜が除去対象物を含む凝集物を除去することによって、処理水が得られる。 The separation unit 5 solid-liquid separates the agglomerates having reduced adhesion to the separation membrane from the water to be treated. The water to be treated containing the agglomerates discharged from the first adhesive force suppressing mechanism 4 is supplied to the separation unit 5. Further, the separation unit 5 is provided with a separation membrane for filtering the water to be treated. In the separation unit 5, by filtering the water to be treated with the separation membrane, the agglomerates do not permeate the separation membrane, and the remaining components constituting the water to be treated permeate the separation membrane. At this time, the treated water is obtained by removing the agglomerates containing the object to be removed by the separation membrane.

分離部5を排出した処理水は、処理水貯留部6に供給される。処理水貯留部6は、分離部5で被処理水から凝集物を除去することによって得られた処理水を貯留する。処理水貯留部6に貯留される処理水は、水系の液体である。処理水中の除去対象物の濃度は、例えば10ppm以下である。 The treated water discharged from the separation unit 5 is supplied to the treated water storage unit 6. The treated water storage unit 6 stores the treated water obtained by removing agglomerates from the water to be treated at the separation unit 5. The treated water stored in the treated water storage unit 6 is an aqueous liquid. The concentration of the object to be removed in the treated water is, for example, 10 ppm or less.

なお、処理水中の除去対象物の形態には、凝集剤を添加しても凝集しなかった除去対象物と、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物において、分離膜に形成される孔を透過した微細な凝集物とが含まれる。ここで、除去対象物および微細な凝集物の大きさは分離部5で除去される凝集物よりも小さく、除去対象物および微細な凝集物は分離膜に形成される孔を透過する。 The form of the object to be removed in the treated water includes holes formed in the separation membrane in the object to be removed that did not aggregate even when the coagulant was added and the agglomerate composed of the object to be removed and the coagulant. It contains fine agglomerates that have passed through. Here, the size of the object to be removed and the fine agglomerates is smaller than that of the agglomerates removed by the separation unit 5, and the object to be removed and the fine agglomerates pass through the pores formed in the separation membrane.

上記のように、凝集処理部3、第1付着力抑制機構4、および分離部5の処理を行うことによって、被処理水が処理されて、処理水が生成される。 As described above, by performing the treatment of the coagulation treatment unit 3, the first adhesive force suppressing mechanism 4, and the separation unit 5, the water to be treated is treated and the treated water is generated.

なお、被処理水貯留部2、凝集処理部3、第1付着力抑制機構4、分離部5、処理水貯留部6は、1つの槽に設けられてもよく、複数の槽に設けられてもよい。被処理水貯留部2、凝集処理部3、第1付着力抑制機構4、分離部5、処理水貯留部6が複数の槽に設けられる場合、被処理水貯留部2、凝集処理部3、第1付着力抑制機構4、分離部5、処理水貯留部6の各々が別々の槽に設けられてもよく、これらのいずれか2つ以上が1つの槽に設けられてもよい。 The treated water storage unit 2, the coagulation treatment unit 3, the first adhesive force suppressing mechanism 4, the separation unit 5, and the treated water storage unit 6 may be provided in one tank, or may be provided in a plurality of tanks. May be good. When the treated water storage unit 2, the coagulation treatment unit 3, the first adhesive force suppressing mechanism 4, the separation unit 5, and the treated water storage unit 6 are provided in a plurality of tanks, the water to be treated water storage unit 2, the coagulation treatment unit 3, Each of the first adhesive force suppressing mechanism 4, the separating unit 5, and the treated water storage unit 6 may be provided in separate tanks, or any two or more of these may be provided in one tank.

次に、第1の実施の形態の水処理装置7について説明する。 Next, the water treatment apparatus 7 of the first embodiment will be described.

水処理装置7は、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して凝集物を分離する。水処理装置7は、図1に示すように、第1付着力抑制機構4と分離部5に設けられる分離膜とを備える。 The water treatment device 7 separates the agglomerates from the water to be treated containing the agglomerates composed of the object to be removed and the aggregating agent via a separation membrane. As shown in FIG. 1, the water treatment device 7 includes a first adhesive force suppressing mechanism 4 and a separation membrane provided in the separation unit 5.

分離膜は、被処理水をろ過するための槽、換言すると分離部5を備える槽に設けられる。また、分離膜は、凝集物との付着力を抑制する第2付着力抑制機構を有すると共に、分離膜に対する付着力が抑制された凝集物を被処理水から固液分離する。 The separation membrane is provided in a tank for filtering the water to be treated, in other words, a tank provided with the separation unit 5. In addition, the separation membrane has a second adhesive force suppressing mechanism that suppresses the adhesive force with the agglomerates, and the agglomerates whose adhesive force to the separation membrane is suppressed is solid-liquid separated from the water to be treated.

図2は、水処理装置7を構成する分離膜10を模式的に示す断面図である。図3は、水処理装置7を構成する分離膜10の凹凸構造を模式的に示す拡大断面図である。図4は、水処理装置7を構成する分離膜10の上面を観察したSEM画像である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the separation membrane 10 constituting the water treatment apparatus 7. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the uneven structure of the separation membrane 10 constituting the water treatment apparatus 7. FIG. 4 is an SEM image of the upper surface of the separation membrane 10 constituting the water treatment apparatus 7.

図2および図4に示すように、分離膜10は、分離膜10の表面に垂直な方向に分離膜10を貫通する孔11を複数有する多孔質の膜である。分離膜10の表面には、第2付着力抑制機構8が設けられる。第2付着力抑制機構8は、分離膜10の表面に形成される、複数の凹部12と複数の凸部13とから構成される規則的な凹凸構造を備える。第2付着力抑制機構8の凹凸構造は、分離膜10における孔11の形成されていない部分の表面に設けられる。 As shown in FIGS. 2 and 4, the separation membrane 10 is a porous membrane having a plurality of holes 11 penetrating the separation membrane 10 in a direction perpendicular to the surface of the separation membrane 10. A second adhesive force suppressing mechanism 8 is provided on the surface of the separation membrane 10. The second adhesive force suppressing mechanism 8 includes a regular uneven structure formed on the surface of the separation film 10 and composed of a plurality of concave portions 12 and a plurality of convex portions 13. The uneven structure of the second adhesive force suppressing mechanism 8 is provided on the surface of the portion of the separation membrane 10 where the holes 11 are not formed.

孔11の大きさR11と凝集物9の直径Rとの関係について、図3に示すように、分離膜10が被処理水14をろ過して凝集物9を除去するために、孔11の大きさR11は凝集物9の直径Rすなわち凝集物9の粒径よりも小さい。なお、ここでは、凝集物9が球形である一例を示すが、凝集物9が非球形である場合、非球形の体積と同じ体積を有する球形を近似し、当該近似した球形の直径を凝集物9の直径とみなす。 The relationship between the magnitude R 11 of the hole 11 and the diameter R 9 agglomerates 9, as shown in FIG. 3, for the separation membrane 10 to remove aggregates 9 is filtered water to be treated 14, the hole 11 The size R 11 is smaller than the diameter R 9 of the agglomerates 9, that is, the particle size of the agglomerates 9. Here, an example in which the agglomerate 9 is spherical is shown, but when the agglomerate 9 is non-spherical, a sphere having the same volume as the non-spherical volume is approximated, and the diameter of the approximate sphere is used as the aggregate. Considered as a diameter of 9.

分離膜10の表面に平行な孔11の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形状でも多角形状でもよい。孔11の断面形状が円である場合、円の直径が孔11の大きさR11に相当する。また、孔11の断面形状が多角形である場合、多角形の面積と同じ面積を有する円を近似し、当該近似した円の直径が孔11の大きさR11に相当する。 The cross-sectional shape of the hole 11 parallel to the surface of the separation membrane 10 is not particularly limited, and may be circular or polygonal. When the cross-sectional shape of the hole 11 is a circle, the diameter of the circle corresponds to the size R 11 of the hole 11. When the cross-sectional shape of the hole 11 is a polygon, a circle having the same area as the area of the polygon is approximated, and the diameter of the approximated circle corresponds to the size R 11 of the hole 11.

孔11の大きさR11は、凝集物9の大きさや分離精度を考慮して適宜選択される。孔11の大きさR11は、例えば、0.5μm以上50.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上30.0μm以下であることがより好ましい。孔11の大きさR11が0.5μmよりも小さいと、孔11の開孔率が非常に低くなると共に孔11が非常に狭くなるので、孔11を流れる処理水15の流速が低下して、所望のろ過速度が得られないことがある。また、孔11の大きさR11が50.0μmよりも大きいと、分離膜10による凝集物9の捕捉率が低下することや、分離膜10の強度が低下して、分離膜10がろ過時の水圧によって破損することがありえる。 The size R 11 of the holes 11 is appropriately selected in consideration of the size of the agglomerates 9 and the separation accuracy. The size R 11 of the hole 11 is, for example, preferably 0.5 μm or more and 50.0 μm or less, and more preferably 5.0 μm or more and 30.0 μm or less. When the size R 11 of the hole 11 is smaller than 0.5 μm, the opening ratio of the hole 11 becomes very low and the hole 11 becomes very narrow, so that the flow velocity of the treated water 15 flowing through the hole 11 decreases. , The desired filtration rate may not be obtained. Further, when the size R 11 of the hole 11 is larger than 50.0 micrometers, and the retention rates of aggregate 9 by the separation membrane 10 is decreased, it decreases the strength of the separation membrane 10, when the separation membrane 10 is filtered It can be damaged by the water pressure of.

第2付着力抑制機構8の凹凸構造の大きさと凝集物9の直径Rとの関係は、下記式(1)を満たすことが好ましい。すなわち、図3に示すように、凹部12の幅W12が凝集物9の直径Rよりも小さいことが好ましい。また、凹部12の深さD12と凝集物9の直径Rとの関係は、下記式(2)を満たすことが好ましい。ここで、凹部12の深さD12は、凸部13の高さH13と等しい。 The relationship between the size of the uneven structure of the second adhesive force suppressing mechanism 8 and the diameter R 9 of the agglomerates 9 preferably satisfies the following formula (1). That is, as shown in FIG. 3, it is preferable that the width W 12 of the recess 12 is smaller than the diameter R 9 of the agglomerate 9. The relationship between the depth D 12 of the recess 12 and the diameter R 9 agglomerates 9 preferably satisfies the following formula (2). Here, the depth D 12 of the concave portion 12 is equal to the height H 13 of the convex portion 13.

12<R・・・式(1) W 12 <R 9 ... Equation (1)

Figure 0006873629
Figure 0006873629

式(1)および式(2)を満たすことによって、図2および図3に示すように、凝集物9は、ろ過時に、凸部13の上側端部と点接触すると共に、凹部12の底面12aとは接触しない。一方で、表面に規則的な凹凸構造を有する第2付着力抑制機構を備えない従来の分離膜については、凝集物は、ろ過時に分離膜の表面と面接触する。このように、従来の分離膜に比べて、分離膜10と凝集物9との接触面積が減少するので、分離膜10と凝集物9との付着力は低下する。そのため、分離膜10の洗浄性は向上する。 By satisfying the formulas (1) and (2), as shown in FIGS. 2 and 3, the agglomerate 9 makes point contact with the upper end portion of the convex portion 13 and the bottom surface 12a of the concave portion 12 during filtration. Does not come into contact with. On the other hand, with respect to the conventional separation membrane having a regular uneven structure on the surface and not provided with the second adhesive force suppressing mechanism, the agglomerates come into surface contact with the surface of the separation membrane during filtration. As described above, since the contact area between the separation membrane 10 and the agglomerate 9 is reduced as compared with the conventional separation membrane, the adhesive force between the separation membrane 10 and the agglomerate 9 is reduced. Therefore, the detergency of the separation membrane 10 is improved.

さらに、式(1)および式(2)を満たすことによって、図2に示すように、凹部12の底面12aと凝集物9との間には、流路16が形成される。流路16内では、被処理水14が流れる。流路16が形成されると、分離膜10の表面付近や孔11付近における、被処理水14の流速が向上する。そのため、被処理水14のろ過に要する時間は短縮される。 Further, by satisfying the formulas (1) and (2), as shown in FIG. 2, a flow path 16 is formed between the bottom surface 12a of the recess 12 and the agglomerate 9. The water to be treated 14 flows in the flow path 16. When the flow path 16 is formed, the flow velocity of the water to be treated 14 is improved in the vicinity of the surface of the separation membrane 10 and the vicinity of the holes 11. Therefore, the time required for filtering the water to be treated 14 is shortened.

第2付着力抑制機構8における凹凸構造の大きさは、ろ過対象物である凝集物9の直径Rに応じて適宜調整される。例えば、凹凸構造における凹部12の幅W12は、0.5μm以上50.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上30.0μm以下であることがより好ましい。凹部12の幅W12が上記範囲内であると、分離膜10の洗浄性は向上し、分離膜10によるろ過時間は短縮される。 The size of the uneven structure in the second adhesive force suppressing mechanism 8 is appropriately adjusted according to the diameter R 9 of the agglomerates 9 which are the objects to be filtered. For example, the width W 12 of the recess 12 in the concave-convex structure is preferably 0.5 μm or more and 50.0 μm or less, and more preferably 5.0 μm or more and 30.0 μm or less. When the width W 12 of the recess 12 is within the above range, the cleanability of the separation membrane 10 is improved, and the filtration time by the separation membrane 10 is shortened.

また、第2付着力抑制機構8における凹凸構造の大きさが非常に小さい場合、例えば凹部12の幅W12が凝集物9の直径Rよりも非常に小さいときには、流路16の体積は非常に小さくなる。そのため、分離膜10の表面付近や孔11付近における被処理水14の流速向上の効果は低下する。 Further, when the size of the concave-convex structure in the second adhesive force suppressing mechanism 8 is very small, for example, when the width W 12 of the concave portion 12 is much smaller than the diameter R 9 of the agglomerate 9, the volume of the flow path 16 is very small. Becomes smaller. Therefore, the effect of improving the flow velocity of the water to be treated 14 in the vicinity of the surface of the separation membrane 10 and the vicinity of the holes 11 is reduced.

図5は、水処理装置7を構成する分離膜10を模式的に示す断面図である。図5に示すように、凹凸構造の大きさ、例えば凹部12の幅W12が凝集物9の直径R以上になると、凝集物9が凹部12内に入り込むことがある。凝集物9の入り込んだ凹部12では、凝集物9が凹部12の底面12aに接触するので、流路16が形成されない。このように、式(1)および式(2)を満たす分離膜10に比べて、式(1)および式(2)の少なくとも一方を満たさない分離膜全体に形成される流路16の体積は減少するので、被処理水14の流速向上の効果は低下する。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the separation membrane 10 constituting the water treatment apparatus 7. As shown in FIG. 5, when the size of the concave-convex structure, for example, the width W 12 of the recess 12 becomes the diameter R 9 or more of the agglomerate 9, the agglomerate 9 may enter the recess 12. In the recess 12 in which the agglomerate 9 has entered, the agglomerate 9 comes into contact with the bottom surface 12a of the recess 12, so that the flow path 16 is not formed. As described above, the volume of the flow path 16 formed in the entire separation membrane that does not satisfy at least one of the formulas (1) and (2) is larger than that of the separation membrane 10 that satisfies the formulas (1) and (2). Since the amount is reduced, the effect of improving the flow velocity of the water to be treated 14 is reduced.

図6は、第1の実施の形態の水処理装置7における、分離膜10の凸部13の半径と、分離膜10および凝集物9の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。ここで、分離膜10に設けられる第2付着力抑制機構8における凹凸構造の大きさの指標として、凹凸構造が連続する半球状の凸部13から構成されるときの、凸部13の半径を用いた。例えば、凸部13の半径が1.00μmであるときには、半径1.00μmの半球状の凸部13が分離膜10の表面上に連続して形成している。また、分離膜10と凝集物9との付着力の指標として、分離膜10と凝集物9との間に働くファンデルワールス力を用いた。このとき、凝集物9は、1.00×10μmの直径Rを有する球形である。なお、半球状の凸部13の半径は、凸部13の高さH13に等しい。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the radius of the convex portion 13 of the separation membrane 10 and the van der Waals force between the separation membrane 10 and the agglomerate 9 in the water treatment apparatus 7 of the first embodiment. .. Here, as an index of the size of the concave-convex structure in the second adhesive force suppressing mechanism 8 provided on the separation membrane 10, the radius of the convex portion 13 when the concave-convex structure is composed of continuous hemispherical convex portions 13 is used. Using. For example, when the radius of the convex portion 13 is 1.00 μm, the hemispherical convex portion 13 having a radius of 1.00 μm is continuously formed on the surface of the separation membrane 10. Further, as an index of the adhesive force between the separation membrane 10 and the agglomerate 9, the van der Waals force acting between the separation membrane 10 and the agglomerate 9 was used. At this time, the agglomerate 9 is a sphere having a diameter R 9 of 1.00 × 10 1 μm. The radius of the hemispherical convex portion 13 is equal to the height H 13 of the convex portion 13.

図6に示すように、半球状の凸部13で構成される凹凸構造を備える第2付着力抑制機構8において、凸部13の半径が凝集物9の直径R以下になると、分離膜10と凝集物9との間に働くファンデルワールス力が減少する。一方、凸部13の半径が凝集物9の直径Rよりも大きい場合には、分離膜10と凝集物9との間に働くファンデルワールス力はほぼ一定である。すなわち、凝集物9の直径Rに比べて、第2付着力抑制機構8の凹凸構造を微細にすることによって、分離膜10における凝集物9との付着力を低下させることができる。 As shown in FIG. 6, in the second adhesive force suppressing mechanism 8 having a concavo-convex structure composed of hemispherical convex portions 13, when the radius of the convex portions 13 is equal to or less than the diameter R 9 of the agglomerates 9, the separation membrane 10 The van der Waals force acting between the agglomerate 9 and the agglomerate 9 is reduced. On the other hand, when the radius of the convex portion 13 is larger than the diameter R 9 of the agglomerate 9, the van der Waals force acting between the separation membrane 10 and the agglomerate 9 is substantially constant. That is, by making the uneven structure of the second adhesive force suppressing mechanism 8 finer than the diameter R 9 of the agglomerate 9, the adhesive force of the separation membrane 10 with the agglomerate 9 can be reduced.

図7は、第1の実施の形態の水処理装置7における、分離膜10の凸部13のピッチの大きさ/凝集物の粒径と、分離膜10に形成される流路16の流路断面積(μm) との関係を示すグラフである。ここで、分離膜10に設けられる第2付着力抑制機構8における凹凸構造の指標として、凹凸構造が連続する半球状の凸部13から構成されるときの、凸部13のピッチを用いた。例えば、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00以上であるとき、凝集物9の粒径は凸部13のピッチの大きさ以下であり、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00よりも小さいとき、凝集物9の粒径は凸部13のピッチの大きさよりも大きい。また、このとき、凝集物9は、1.00×10μmの直径Rを有する球形である。 FIG. 7 shows the size of the pitch of the convex portion 13 of the separation membrane 10 / the particle size of the agglomerates in the water treatment apparatus 7 of the first embodiment, and the flow path of the flow path 16 formed in the separation membrane 10. It is a graph which shows the relationship with the cross-sectional area (μm 2). Here, as an index of the uneven structure in the second adhesive force suppressing mechanism 8 provided on the separation membrane 10, the pitch of the convex portion 13 when the concave-convex structure is composed of continuous hemispherical convex portions 13 is used. For example, when the pitch size / agglomerate particle size value is 1.00 or more, the particle size of the agglomerate 9 is equal to or less than the pitch size of the convex portion 13, and the pitch size / agglomerate. When the value of the particle size is smaller than 1.00, the particle size of the agglomerates 9 is larger than the size of the pitch of the convex portions 13. At this time, the agglomerate 9 is a sphere having a diameter R 9 of 1.00 × 10 1 μm.

図7に示すように、半球状の凸部13で構成される凹凸構造を備える第2付着力抑制機構8において、凸部13のピッチの大きさが凝集物9の直径以下の範囲では、凸部13のピッチの大きさが小さくなるにつれて、凹部12と凝集物9との間に形成される流路16の流路断面積が増加する。すなわち、第2付着力抑制機構8の凹凸構造の大きさを調整することによって、流路16の流路断面積を制御することができる。そして、凸部13のピッチの大きさが凝集物9の直径以下の範囲において、第2付着力抑制機構8の凹凸部のピッチの大きさを小さくすることによって、流路16の流路断面積を増加させることができる。 As shown in FIG. 7, in the second adhesive force suppressing mechanism 8 having a concavo-convex structure composed of hemispherical convex portions 13, the convex portions 13 are convex in the range where the pitch size of the convex portions 13 is equal to or less than the diameter of the agglomerate 9. As the size of the pitch of the portion 13 decreases, the flow path cross-sectional area of the flow path 16 formed between the recess 12 and the agglomerate 9 increases. That is, the flow path cross-sectional area of the flow path 16 can be controlled by adjusting the size of the uneven structure of the second adhesive force suppressing mechanism 8. Then, in the range where the pitch size of the convex portion 13 is equal to or less than the diameter of the agglomerate 9, the flow path cross-sectional area of the flow path 16 is reduced by reducing the pitch size of the uneven portion of the second adhesive force suppressing mechanism 8. Can be increased.

このように、分離膜10に設けられる第2付着力抑制機構8の凹凸構造の大きさおよび/またはピッチの大きさを調整することによって、分離膜10の洗浄性を向上させることができると共に、分離膜10による被処理水14のろ過時間を短縮させることができる。 In this way, by adjusting the size and / or the size of the pitch of the concave-convex structure of the second adhesive force suppressing mechanism 8 provided on the separation membrane 10, the cleanability of the separation membrane 10 can be improved and the cleanability of the separation membrane 10 can be improved. The filtration time of the water to be treated 14 by the separation membrane 10 can be shortened.

また、孔11および第2付着力抑制機構8における凹凸構造の形成方法は、特に限定されるものではなく、既知の方法を用いることができる。図4に示す分離膜10については、レーザー光を照射することによって、分離膜10を貫通させずに分離膜10の表面を部分的に除去して、複数の凹部12を形成した。その後、レーザー光の照射強度を増加し、分離膜10の表面にレーザー光を照射することによって、分離膜10を除去して、分離膜10を貫通する複数の孔11を形成した。なお、フォトマスクを使用し、分離膜10の表面に対してレーザー光を部分的に遮りながら照射することによって、孔11や凹凸構造を形成してもよい。 Further, the method of forming the uneven structure in the hole 11 and the second adhesive force suppressing mechanism 8 is not particularly limited, and a known method can be used. With respect to the separation membrane 10 shown in FIG. 4, the surface of the separation membrane 10 was partially removed without penetrating the separation membrane 10 by irradiating with a laser beam to form a plurality of recesses 12. After that, the irradiation intensity of the laser beam was increased and the surface of the separation membrane 10 was irradiated with the laser beam to remove the separation membrane 10 and form a plurality of holes 11 penetrating the separation membrane 10. The holes 11 and the uneven structure may be formed by irradiating the surface of the separation membrane 10 with a photomask while partially blocking the laser beam.

さらに、孔11および凹凸構造の形成方法は、レーザー光に加えて、例えば、電子ビーム照射、ドリルやナノインプリントのような機械加工、エッチング加工、放電加工、3Dプリントなどの方法を用いることができる。 Further, as a method for forming the hole 11 and the uneven structure, in addition to the laser beam, for example, a method such as electron beam irradiation, machining such as drill or nanoimprint, etching processing, electric discharge machining, or 3D printing can be used.

また、図4に示す分離膜10において、分離膜10の表面を部分的に除去して形成される複数の凹部12から構成される凹凸構造について説明したが、分離膜10の凹凸構造は、分離膜10の表面へ部分的に所定の物質を積層させることによって形成される複数の凸部13から構成されてもよい。なお、凹凸構造は、複数の凹部12から構成されてもよいし、複数の凸部13から構成されてもよいし、複数の凹部12および複数の凸部13から構成されてもよい。 Further, in the separation membrane 10 shown in FIG. 4, a concavo-convex structure composed of a plurality of recesses 12 formed by partially removing the surface of the separation membrane 10 has been described, but the concavo-convex structure of the separation membrane 10 is separated. It may be composed of a plurality of convex portions 13 formed by partially laminating a predetermined substance on the surface of the film 10. The uneven structure may be composed of a plurality of concave portions 12, a plurality of convex portions 13, or a plurality of concave portions 12 and a plurality of convex portions 13.

凸部13を形成するときに分離膜10の表面に積層させる物質は、被処理水14に対して耐食性を有し、ろ過に耐えうる強度を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば分離膜10を構成する材料と同じである。分離膜10の表面に積層させる物質の種類は、被処理水14、除去対象物、および凝集剤の種類、ろ過条件などによって、適宜選択される。 The substance to be laminated on the surface of the separation membrane 10 when forming the convex portion 13 is not particularly limited as long as it has corrosion resistance to the water to be treated 14 and has strength to withstand filtration. For example, it is the same as the material constituting the separation membrane 10. The type of substance to be laminated on the surface of the separation membrane 10 is appropriately selected depending on the type of water to be treated 14, the object to be removed, the type of coagulant, the filtration conditions, and the like.

また、第2付着力抑制機構8における凹凸構造の凹凸パターンは、特に限定されるものではなく、例えば、正方形、長方形、線状のパターンなどが挙げられる。 The uneven pattern of the concave-convex structure in the second adhesive force suppressing mechanism 8 is not particularly limited, and examples thereof include a square, rectangular, and linear pattern.

分離膜10を構成する材料は、被処理水14に対して耐食性を有し、ろ過に耐えうる強度を有していれば、特に限定されるものではない。分離膜10は、例えば、SUSのような合金、チタン、ニッケルのような金属、ポリエチレンやポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン、ポリイミド、フッ素樹脂のような樹脂などから構成される。分離膜10を構成する材料は、孔11および凹凸構造の形成方法、被処理水14、除去対象物、および凝集剤の種類、ろ過条件などによって、適宜選択される。 The material constituting the separation membrane 10 is not particularly limited as long as it has corrosion resistance to the water to be treated 14 and has strength to withstand filtration. The separation film 10 is composed of, for example, an alloy such as SUS, a metal such as titanium or nickel, a resin such as polyethylene or polyethylene terephthalate, polypropylene, polyimide, or a fluororesin. The material constituting the separation membrane 10 is appropriately selected depending on the method for forming the pores 11 and the uneven structure, the water to be treated 14, the object to be removed, the type of coagulant, the filtration conditions, and the like.

分離膜10の厚さは、5μm以上100μm以下であることが好ましく、10μm以上50μm以下であることがより好ましい。ここで、分離膜10の厚さとは、分離膜10の表面に垂直な方向における、分離膜10の表面に向かい合う裏面と表面との最短距離、すなわち、分離膜10の裏面と凸部13の表面との最短距離である。分離膜10の厚さが5μmよりも小さいと、分離膜10の強度が低下することがある。そのため、分離膜10に孔11および凹凸構造を高精度で安定して形成することができないことや、分離膜10がろ過時の水圧によって破損することがある。また、分離膜10の厚さが100μmよりも大きいと、孔11および凹凸構造の形成が困難になることがある。 The thickness of the separation membrane 10 is preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 50 μm or less. Here, the thickness of the separation membrane 10 is the shortest distance between the back surface and the front surface facing the front surface of the separation membrane 10 in the direction perpendicular to the surface of the separation membrane 10, that is, the back surface of the separation membrane 10 and the surface of the convex portion 13. Is the shortest distance to. If the thickness of the separation membrane 10 is smaller than 5 μm, the strength of the separation membrane 10 may decrease. Therefore, the pores 11 and the uneven structure may not be stably formed in the separation membrane 10 with high accuracy, and the separation membrane 10 may be damaged by the water pressure during filtration. Further, if the thickness of the separation membrane 10 is larger than 100 μm, it may be difficult to form the holes 11 and the uneven structure.

次に、第1の実施の形態の水処理装置7を備えると共に第1の実施の形態の水処理方法を用いる水処理設備1で行われる工程について説明する。ここでは、被処理水貯留部2、凝集処理部3、第1付着力抑制機構4、分離部5、処理水貯留部6の各々が別々の槽に設けられる一例を示す。 Next, a step performed in the water treatment facility 1 including the water treatment device 7 of the first embodiment and using the water treatment method of the first embodiment will be described. Here, an example is shown in which each of the treated water storage unit 2, the coagulation treatment unit 3, the first adhesive force suppressing mechanism 4, the separation unit 5, and the treated water storage unit 6 is provided in separate tanks.

図8は、水処理装置7を備える水処理設備1で行われる工程を示す工程図である。図8に示すように、水処理設備1で行われる工程は、凝集工程S10と、付着力抑制工程S20と、分離工程S30とを有する。 FIG. 8 is a process diagram showing a process performed in the water treatment facility 1 provided with the water treatment device 7. As shown in FIG. 8, the step performed in the water treatment facility 1 includes a coagulation step S10, an adhesive force suppressing step S20, and a separation step S30.

図1に示すように、水処理設備1では、除去対象物を含む被処理水14が被処理水貯留部2に貯留されている。除去対象物を含む被処理水14は、被処理水貯留部2から排出される。 As shown in FIG. 1, in the water treatment facility 1, the treated water 14 including the object to be removed is stored in the treated water storage unit 2. The water to be treated 14 including the object to be removed is discharged from the water storage unit 2 to be treated.

図1および図8に示すように、被処理水貯留部2を排出した被処理水14は、凝集処理部3に供給される。凝集処理部3では、凝集工程S10が行われる。凝集工程S10は、除去対象物を含む被処理水14に凝集剤を添加して、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物9を生成させる。こうして、凝集物9を含む被処理水14が得られる。凝集物9を含む被処理水14は、凝集処理部3から排出される。 As shown in FIGS. 1 and 8, the water to be treated 14 discharged from the water to be treated 2 is supplied to the coagulation treatment unit 3. In the coagulation processing unit 3, the coagulation step S10 is performed. In the aggregating step S10, an aggregating agent is added to the water 14 to be treated containing the object to be removed to generate an agglomerate 9 composed of the object to be removed and the aggregating agent. In this way, the water to be treated 14 containing the agglomerates 9 is obtained. The water to be treated 14 containing the agglomerates 9 is discharged from the agglomeration treatment unit 3.

凝集処理部3を排出した凝集物9を含む被処理水14は、第1付着力抑制機構4に供給される。第1付着力抑制機構4では、付着力抑制工程S20が行われる。付着力抑制工程S20は、分離膜10に対する凝集物9の付着力を抑制する。付着力抑制工程S20を行った凝集物9を含む被処理水14は、第1付着力抑制機構4から排出される。 The water to be treated 14 containing the agglomerates 9 discharged from the agglomeration treatment unit 3 is supplied to the first adhesive force suppressing mechanism 4. In the first adhesive force suppressing mechanism 4, the adhesive force suppressing step S20 is performed. The adhesive force suppressing step S20 suppresses the adhesive force of the agglomerates 9 to the separation membrane 10. The water to be treated 14 containing the agglomerates 9 subjected to the adhesive force suppressing step S20 is discharged from the first adhesive force suppressing mechanism 4.

第1付着力抑制機構4を排出した凝集物9を含む被処理水14は、分離部5に供給される。分離部5では、分離工程S30が行われる。分離工程S30は、凝集物9を含む被処理水14を分離膜10でろ過して、被処理水14から凝集物9を分離する。被処理水14のろ過時に、例えば窒素のような不活性ガスや圧縮空気などによって所定の圧力を被処理水14に付与すると、被処理水14は、一定圧力または一定流量で、分離膜10に供給される。分離工程S30において、分離膜10が被処理水14をろ過すると、被処理水14中の凝集物9が分離膜10によって除去されて、処理水15が生成される。処理水15は、分離部5から排出される。 The water to be treated 14 containing the agglomerates 9 discharged from the first adhesive force suppressing mechanism 4 is supplied to the separation unit 5. In the separation unit 5, the separation step S30 is performed. In the separation step S30, the water to be treated 14 containing the agglomerates 9 is filtered through the separation membrane 10 to separate the agglomerates 9 from the water to be treated 14. When a predetermined pressure is applied to the water to be treated 14 by, for example, an inert gas such as nitrogen or compressed air when the water to be treated 14 is filtered, the water to be treated 14 is applied to the separation film 10 at a constant pressure or a constant flow rate. Be supplied. In the separation step S30, when the separation membrane 10 filters the water to be treated 14, the agglomerates 9 in the water to be treated 14 are removed by the separation membrane 10 to generate the treated water 15. The treated water 15 is discharged from the separation unit 5.

分離部5を排出した処理水15は、処理水貯留部6に供給される。処理水貯留部6に貯留している処理水15は、別途の洗浄処理などを施さずに、河川などに流すことができる。例えば、処理水15に含まれる除去対象物と凝集物との合計の濃度は、10ppm以下である。 The treated water 15 discharged from the separating unit 5 is supplied to the treated water storage unit 6. The treated water 15 stored in the treated water storage unit 6 can be flushed to a river or the like without performing a separate cleaning treatment or the like. For example, the total concentration of the object to be removed and the agglomerates contained in the treated water 15 is 10 ppm or less.

次に、第1の実施の形態の水処理方法について説明する。 Next, the water treatment method of the first embodiment will be described.

第1の実施の形態の水処理方法は、図2に示すように、凝集物9を含有する被処理水14から分離膜10を介して凝集物9を分離する。この水処理方法は、付着力抑制工程S20と、分離工程S30とを有する。 In the water treatment method of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the agglomerates 9 are separated from the water to be treated 14 containing the agglomerates 9 via the separation membrane 10. This water treatment method includes an adhesive force suppressing step S20 and a separation step S30.

付着力抑制工程S20は、被処理水14中の凝集物9に施される。付着力抑制工程S20では、除去対象物および凝集剤から構成される凝集物9の分離膜10に対する付着力が低下する。付着力抑制工程S20は、第1付着力抑制機構4を備える槽で行われる。 The adhesive force suppressing step S20 is applied to the agglomerates 9 in the water to be treated 14. In the adhesive force suppressing step S20, the adhesive force of the agglomerate 9 composed of the object to be removed and the coagulant to the separation membrane 10 is reduced. The adhesive force suppressing step S20 is performed in a tank provided with the first adhesive force suppressing mechanism 4.

分離工程S30は、分離膜10を介して、分離膜10に対する付着力の抑制された凝集物9を被処理水14から分離する。分離部5に取り付けられている分離膜10は、被処理水14中の凝集物9との付着力を抑制する第2付着力抑制機構8を有する。分離工程S30は、分離部5を備える槽で行われる。 In the separation step S30, the agglomerate 9 whose adhesive force to the separation membrane 10 is suppressed is separated from the water to be treated 14 via the separation membrane 10. The separation membrane 10 attached to the separation portion 5 has a second adhesive force suppressing mechanism 8 that suppresses the adhesive force with the agglomerates 9 in the water to be treated 14. The separation step S30 is performed in a tank provided with the separation unit 5.

ここで、分離部5には、分離膜10に対する付着力の低下した凝集物9を含むと共に第1付着力抑制機構4を排出した被処理水14が供給される。また、分離部5には、凝集物9との付着力を低下した分離膜10が取り付けられている。そして、凝集物9および分離膜10に働く付着力が低下するので、凝集物9は分離膜10の表面に付着しにくくなり、ろ過時間の経過と共に増加する分離膜10上への凝集物9の付着量は、従来よりも抑制される。このように、分離膜10に対する凝集物9の付着量の増加は抑制されることから、分離膜10に付着した凝集物9によって孔11が閉塞される時間は、従来よりも長くなる。そのため、凝集物9による孔11の詰りに起因する分離膜10のろ過速度の経時的な低下は、従来よりも抑制される。 Here, the separating portion 5 is supplied with the water 14 to be treated, which contains the agglomerates 9 having a reduced adhesive force to the separation membrane 10 and has discharged the first adhesive force suppressing mechanism 4. Further, a separation membrane 10 having a reduced adhesive force with the agglomerates 9 is attached to the separation portion 5. Then, since the adhesive force acting on the agglomerates 9 and the separation membrane 10 is reduced, the agglomerates 9 are less likely to adhere to the surface of the separation membrane 10, and the agglomerates 9 on the separation membrane 10 increase with the passage of filtration time. The amount of adhesion is suppressed more than before. In this way, since the increase in the amount of the agglomerates 9 adhering to the separation membrane 10 is suppressed, the time for the pores 11 to be closed by the agglomerates 9 adhering to the separation membrane 10 is longer than in the conventional case. Therefore, the decrease in the filtration rate of the separation membrane 10 with time due to the clogging of the pores 11 due to the agglomerates 9 is suppressed as compared with the conventional case.

さらに、分離膜10の孔11が凝集物9によって閉塞されている場合や分離膜10のろ過速度が凝集物9によって低下している場合であっても、逆洗や薬品洗浄を分離膜10に施すことによって、分離膜10の表面に付着して孔11を閉塞している凝集物9は、従来よりも容易に分離膜10の表面から除去される。凝集物9が分離膜10の表面から除去されると、被処理水14の透過性が回復するので、分離膜10のろ過速度の低下は解消される。ここで、上述したように凝集物9および分離膜10に働く付着力が低下するので、分離膜10の洗浄回復性は向上する。そのため、分離膜10の洗浄によって、従来よりも、分離膜10の表面に付着している凝集物9を分離膜10から容易に除去できると共に、分離膜10の洗浄後に分離膜10の表面に残留する凝集物9の付着量を低下できる。そのため、分離膜10の洗浄後における分離膜10のろ過速度は、未使用の分離膜10の使用開始時におけるろ過速度近くまで増加する。 Further, even when the pores 11 of the separation membrane 10 are blocked by the agglomerates 9 or the filtration rate of the separation membrane 10 is reduced by the agglomerates 9, backwashing or chemical washing is performed on the separation membrane 10. By applying, the agglomerates 9 that adhere to the surface of the separation membrane 10 and close the pores 11 are removed from the surface of the separation membrane 10 more easily than before. When the agglomerates 9 are removed from the surface of the separation membrane 10, the permeability of the water to be treated 14 is restored, so that the decrease in the filtration rate of the separation membrane 10 is eliminated. Here, as described above, the adhesive force acting on the agglomerates 9 and the separation membrane 10 is reduced, so that the cleaning recoverability of the separation membrane 10 is improved. Therefore, by cleaning the separation membrane 10, the agglomerates 9 adhering to the surface of the separation membrane 10 can be easily removed from the separation membrane 10 and remain on the surface of the separation membrane 10 after cleaning the separation membrane 10. The amount of agglomerates 9 attached can be reduced. Therefore, the filtration rate of the separation membrane 10 after cleaning the separation membrane 10 increases to near the filtration rate at the start of use of the unused separation membrane 10.

なお、第1付着力抑制機構4および分離部5は、別々の槽に設けられてもよいが、1つの槽に設けられてもよい。 The first adhesive force suppressing mechanism 4 and the separating portion 5 may be provided in separate tanks, but may be provided in one tank.

上記したように、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、被処理水14に含まれる凝集物9の分離膜10に対する付着力を低下させると共に、分離膜10における凝集物9との付着力を低下させることができる。このように、凝集物9および分離膜10の付着力は低下する。そのため、分離膜10に形成される孔11の閉塞を抑えることができるので、分離膜10のろ過速度の経時的な低下を抑制させることができる。さらに、定期的に分離膜10の洗浄を行うことによって、分離膜10のろ過速度の低下を解消させて、分離膜10のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment, the adhesive force of the agglomerates 9 contained in the water to be treated 14 to the separation membrane 10 is reduced, and the agglomeration in the separation membrane 10 is reduced. The adhesive force with the object 9 can be reduced. In this way, the adhesive force of the agglomerates 9 and the separation membrane 10 is reduced. Therefore, since it is possible to suppress the blockage of the pores 11 formed in the separation membrane 10, it is possible to suppress a decrease in the filtration rate of the separation membrane 10 with time. Further, by periodically cleaning the separation membrane 10, it is possible to eliminate the decrease in the filtration rate of the separation membrane 10 and restore the filtration rate of the separation membrane 10.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第2付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the second embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the second adhesion suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described. In addition, in the embodiment shown below, the description overlapping with the configuration of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment will be omitted or simplified.

第2の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第2付着力抑制機構は、分離膜の表面に形成される親水部を備える。表面に形成される親水部とは、親水化処理されている表面の部分である。 The water treatment device of the second embodiment includes a first adhesive force suppressing mechanism and a separation membrane having a second adhesive force suppressing mechanism. The second adhesive force suppressing mechanism includes a hydrophilic portion formed on the surface of the separation membrane. The hydrophilic portion formed on the surface is a portion of the surface that has been hydrophilized.

分離膜の表面形状は、特に限定されるものではない。すなわち、第2付着力抑制機構は、図2に示すような凹部12および凸部13から構成される凹凸構造を具備する分離膜の表面に形成される親水部を備えてもよいし、凹凸構造を具備しない平滑な分離膜の表面に形成される親水部を備えてもよい。換言すると、凹凸構造を具備する分離膜の表面が親水化処理されていてもよいし、凹凸構造を具備しない平滑な分離膜の表面が親水化処理されていてもよい。 The surface shape of the separation membrane is not particularly limited. That is, the second adhesive force suppressing mechanism may include a hydrophilic portion formed on the surface of the separation membrane having a concavo-convex structure composed of the concave portion 12 and the convex portion 13 as shown in FIG. 2, or the concavo-convex structure. May be provided with a hydrophilic portion formed on the surface of a smooth separation membrane that does not include. In other words, the surface of the separation membrane having a concavo-convex structure may be hydrophilized, or the surface of a smooth separation membrane not having a concavo-convex structure may be hydrophilized.

分離膜の親水化処理は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、分離膜の表面にガラスのような親水性材料をコーティングする親水化コーティング、分離膜の表面をプラズマや電子線などで改質する表面改質などによって、第2付着力抑制機構の親水部が分離膜の表面に形成される。 The hydrophilization treatment of the separation membrane is not particularly limited, and is treated by a known method. For example, the hydrophilic part of the second adhesive force suppressing mechanism is formed by a hydrophilic coating that coats the surface of the separation membrane with a hydrophilic material such as glass, or a surface modification that modifies the surface of the separation membrane with plasma or an electron beam. Is formed on the surface of the separation membrane.

分離膜の親水化は、例えば、分離膜の表面における水の接触角によって測定することができる。ここで、水の接触角とは、水の液滴の自由表面と分離膜の表面との接点における、水の液滴の接線と分離膜の表面とのなす角のうち、水の液滴を含む側の角である。水の接触角は、接触角計で測定することができる。 The hydrophilization of the separation membrane can be measured, for example, by the contact angle of water on the surface of the separation membrane. Here, the contact angle of water refers to a water droplet among the angles formed by the tangent line of the water droplet and the surface of the separation film at the contact point between the free surface of the water droplet and the surface of the separation film. The corner on the containing side. The contact angle of water can be measured with a contact angle meter.

図9は、第2の実施の形態の水処理装置における、親水化処理前および親水化処理後の分離膜の表面における水の接触角を示すグラフである。ここでは、SUSから構成され、凹凸構造を具備せずに平滑な表面を有する分離膜の表面にガラスをコーティングすることによって、分離膜の表面を親水化処理した。 FIG. 9 is a graph showing the contact angle of water on the surface of the separation membrane before and after the hydrophilization treatment in the water treatment apparatus of the second embodiment. Here, the surface of the separation membrane was hydrophilized by coating the surface of the separation membrane, which is composed of SUS and has a smooth surface without having an uneven structure, with glass.

親水化処理前の分離膜、すなわち第2付着力抑制機構を備えない分離膜では、水の接触角が約80度であった。また、親水化処理後の分離膜、すなわち第2付着力抑制機構を備える分離膜では、水の接触角が約10度であった。このように、分離膜の表面に親水化コーティングを施すことによって、親水部を備える第2付着力抑制機構が分離膜の表面に形成されることが示唆された。 In the separation membrane before the hydrophilization treatment, that is, the separation membrane not provided with the second adhesive force suppressing mechanism, the contact angle of water was about 80 degrees. Further, in the separation membrane after the hydrophilic treatment, that is, the separation membrane provided with the second adhesive force suppressing mechanism, the contact angle of water was about 10 degrees. As described above, it was suggested that by applying the hydrophilic coating on the surface of the separation membrane, a second adhesive force suppressing mechanism having a hydrophilic portion is formed on the surface of the separation membrane.

図10は、第2の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面における水の接触角と、分離膜の洗浄エネルギとの関係を示すグラフである。分離膜の洗浄エネルギとは、分離膜の表面に付着している凝集物を分離膜の表面から除去するために必要なエネルギである。洗浄エネルギが小さいと、分離膜における凝集物との付着力は小さいとみなすことができ、分離膜の孔の閉塞が抑制される。また、有機系凝集物とは、樹脂などの有機系材料から構成される非ゲル状の凝集物であり、無機系凝集物とは、粘土などの無機系材料から構成される非ゲル状の凝集物であり、水溶系凝集物とは、ゲル状の凝集物である。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the contact angle of water on the surface of the separation membrane and the cleaning energy of the separation membrane in the water treatment apparatus of the second embodiment. The cleaning energy of the separation membrane is the energy required to remove the agglomerates adhering to the surface of the separation membrane from the surface of the separation membrane. When the cleaning energy is small, the adhesive force of the separation membrane with the agglomerates can be considered to be small, and the clogging of the pores of the separation membrane is suppressed. Further, the organic agglomerate is a non-gel-like agglomerate composed of an organic material such as a resin, and the inorganic agglomerate is a non-gel-like agglomerate composed of an inorganic material such as clay. A water-based agglomerate is a gel-like agglomerate.

図10に示すように、分離膜の洗浄エネルギは、分離膜における水の接触角の変化に応じて、線形的に変化する。そして、水の接触角が小さいほど、分離膜の洗浄エネルギは小さく、分離膜の孔の閉塞が抑制される。 As shown in FIG. 10, the cleaning energy of the separation membrane changes linearly according to the change of the contact angle of water in the separation membrane. The smaller the contact angle of water, the smaller the cleaning energy of the separation membrane, and the more the pores of the separation membrane are suppressed from being blocked.

被処理水に含まれる凝集物の種類や、分離膜に適用する洗浄方法の洗浄エネルギなどを考慮して、分離膜の親水化処理の程度を適宜設定する。複数種類の凝集物が被処理水に含まれる場合であっても、水の接触角を小さくすることによって、分離膜から凝集物を容易に除去することができる。 The degree of hydrophilization treatment of the separation membrane is appropriately set in consideration of the type of agglomerates contained in the water to be treated, the cleaning energy of the cleaning method applied to the separation membrane, and the like. Even when a plurality of types of agglomerates are contained in the water to be treated, the agglomerates can be easily removed from the separation membrane by reducing the contact angle of the water.

上記したように、第2の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、分離膜の表面に形成される親水部を具備する第2付着力抑制機構を有する分離膜を備える。分離膜の表面における水の接触角が小さいほど、分離膜の洗浄エネルギは小さくなり、分離膜の洗浄性は向上する。このように、親水部を備える第2付着力抑制機構を有する分離膜を用いることによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the second embodiment, the separation membrane has a second adhesive force suppressing mechanism including a hydrophilic portion formed on the surface of the separation membrane. The smaller the contact angle of water on the surface of the separation membrane, the smaller the cleaning energy of the separation membrane and the better the cleaning performance of the separation membrane. As described above, by using the separation membrane having the second adhesive force suppressing mechanism provided with the hydrophilic portion, the separation membrane can be easily washed, so that the decrease in the filtration rate of the separation membrane with time can be eliminated. , The filtration rate of the separation membrane can be restored.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第2付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
(Third Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the third embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the second adhesive force suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described.

第3の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第2付着力抑制機構は、分離膜の表面に形成される被帯電部を備える。表面に形成される被帯電部とは、電荷が付与されている表面の部分である。 The water treatment device of the third embodiment includes a separation membrane having a first adhesive force suppressing mechanism and a second adhesive force suppressing mechanism. The second adhesive force suppressing mechanism includes a charged portion formed on the surface of the separation membrane. The charged portion formed on the surface is a portion of the surface to which an electric charge is applied.

例えば、正の電荷が分離膜の表面に付与され、被処理水に含まれる凝集物の電荷が正である場合、第2付着力抑制機構の被帯電部および凝集物の間には、斥力の静電気力が作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は小さくなり、分離膜の孔の閉塞が抑制される。一方、例えば、負の電荷が分離膜の表面に付与され、凝集物の電荷が正である場合、第2付着力抑制機構の被帯電部および凝集物の間には、引力の静電気力が作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は大きくなる。 For example, when a positive charge is applied to the surface of the separation membrane and the charge of the agglomerates contained in the water to be treated is positive, there is a repulsive force between the charged portion of the second adhesive force suppressing mechanism and the agglomerates. Electrostatic force acts. Therefore, the adhesive force of the separation membrane to the agglomerates is reduced, and the clogging of the pores of the separation membrane is suppressed. On the other hand, for example, when a negative charge is applied to the surface of the separation membrane and the charge of the agglomerate is positive, an attractive electrostatic force acts between the charged portion of the second adhesive force suppressing mechanism and the agglomerate. To do. Therefore, the adhesive force of the separation membrane to the agglomerates increases.

このように、凝集物の電荷の極性と同じ極性の電荷を分離膜の表面に付与して被帯電部を形成することによって、第2付着力抑制機構の被帯電部と凝集物との間には、斥力の静電気力が働く。そのため、分離膜における凝集物との付着力を低下することができる。さらには、分離膜への凝集物の付着を抑制することができる。 In this way, by applying a charge having the same polarity as the charge of the agglomerate to the surface of the separation membrane to form a charged portion, between the charged portion of the second adhesive force suppressing mechanism and the agglomerate. The electrostatic force of the repulsive force works. Therefore, the adhesive force of the separation membrane to the agglomerates can be reduced. Furthermore, the adhesion of aggregates to the separation membrane can be suppressed.

分離膜の表面状態は、特に限定されるものではない。すなわち、第2付着力抑制機構は、凹部12および凸部13から構成される凹凸構造を備えてもよいし、凹凸構造を備えなくてもよい。また、第2付着力抑制機構は、親水部を備えてもよいし、親水部を備えなくてもよい。 The surface condition of the separation membrane is not particularly limited. That is, the second adhesive force suppressing mechanism may or may not have a concavo-convex structure composed of the concave portion 12 and the convex portion 13. Further, the second adhesive force suppressing mechanism may or may not include a hydrophilic portion.

分離膜の表面への電荷付与は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、分離膜の表面に金属酸化物のような帯電付与材料をコーティングする帯電付与コーティングなどによって、第2付着力抑制機構の被帯電部が分離膜の表面に形成される。 The charge application to the surface of the separation membrane is not particularly limited, and is treated by a known method. For example, a charged portion of the second adhesive force suppressing mechanism is formed on the surface of the separation membrane by a charging coating that coats the surface of the separation membrane with a charging material such as a metal oxide.

また、分離膜の表面への電荷付与は、物質を水中に浸漬することによって、物質の表面が所定の極性および電荷量で帯電する性質を利用してもよい。すなわち、分離膜を構成する材料の種類に応じて、被処理水中の分離膜の極性および帯電量が決まる。そのため、このような性質を利用して第2付着力抑制機構の被帯電部を形成する場合、分離膜に付与させたい極性および電荷量を基に、分離膜を構成する材料を選択する。 Further, the charging to the surface of the separation membrane may utilize the property that the surface of the substance is charged with a predetermined polarity and the amount of electric charge by immersing the substance in water. That is, the polarity and the amount of charge of the separation membrane in the water to be treated are determined according to the type of the material constituting the separation membrane. Therefore, when forming the charged portion of the second adhesive force suppressing mechanism by utilizing such a property, the material constituting the separation membrane is selected based on the polarity and the amount of electric charge to be imparted to the separation membrane.

分離膜の電荷は、例えば、分離膜の表面電荷密度によって測定することができる。分離膜の表面電荷密度は、ゼータ電位で測定することができる。 The charge of the separation membrane can be measured, for example, by the surface charge density of the separation membrane. The surface charge density of the separation membrane can be measured by the zeta potential.

図11は、第3の実施の形態の水処理装置における、分離膜の表面電荷密度と、分離膜および凝集物の間に働く静電気力との関係を示すグラフである。ここでは、被処理水中に含まれる凝集物が1.0×10−4(C/m)で帯電している一例を示している。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the surface charge density of the separation membrane and the electrostatic force acting between the separation membrane and the agglomerates in the water treatment apparatus of the third embodiment. Here, an example is shown in which the agglomerates contained in the water to be treated are charged with 1.0 × 10 -4 (C / m 2).

分離膜の表面電荷密度が0である場合、分離膜の表面には、電荷が付与されておらず、被帯電部が形成されていない。分離膜の表面電荷密度が正である場合、分離膜の表面には、正の電荷が付与されており、正に帯電している被帯電部が形成されている。分離膜の表面電荷密度が負である場合、分離膜の表面には、負の電荷が付与されており、負に帯電している被帯電部が形成されている。 When the surface charge density of the separation membrane is 0, no charge is applied to the surface of the separation membrane, and a charged portion is not formed. When the surface charge density of the separation film is positive, a positive charge is applied to the surface of the separation film, and a positively charged portion is formed. When the surface charge density of the separation film is negative, a negative charge is applied to the surface of the separation film, and a negatively charged portion is formed.

また、静電気力が0である場合、分離膜および凝集物の間には、静電気力が作用しない。静電気力が正である場合、正に帯電している被帯電部を備える分離膜および正に帯電している凝集物の間には、斥力の静電気力が作用する。静電気力が負である場合、負に帯電している被帯電部を備える分離膜および正に帯電している凝集物の間には、引力の静電気力が作用する。すなわち、静電気力が大きくなるにつれて、分離膜における凝集物との付着力は小さくなり、静電気力が小さくなるにつれて、分離膜における凝集物との付着力は大きくなる。 Further, when the electrostatic force is 0, no electrostatic force acts between the separation membrane and the agglomerates. When the electrostatic force is positive, a repulsive electrostatic force acts between the separation membrane having the positively charged portion and the positively charged agglomerate. When the electrostatic force is negative, an attractive electrostatic force acts between the separation membrane having the negatively charged portion and the positively charged agglomerate. That is, as the electrostatic force increases, the adhesive force of the separation membrane with the agglomerates decreases, and as the electrostatic force decreases, the adhesive force of the separation membrane with the agglomerates increases.

図11に示すように、分離膜と凝集物との間に働く静電気力は、分離膜の表面電荷密度の変化に応じて、線形的に変化する。そして、分離膜の表面電荷密度が大きいほど、斥力の静電気力は大きい。凝集物の電荷の極性および量を考慮して、分離膜の表面電荷密度を適宜設定する。例えば、凝集物の電荷が負である場合には、分離膜の表面に負の電荷を付与することによって、負に帯電している被帯電部を備える第2付着力抑制機構が形成されるので、斥力の静電気力が分離膜の第2付着力抑制機構および凝集物の間に作用する。そのため、分離膜における凝集物との付着力は小さくなる。すなわち、凝集物の電荷の極性と同じ極性の電荷を分離膜の表面に付与して被帯電部を形成することによって、被帯電部を備える第2付着力抑制機構における凝集物との付着力を低下させることができる。 As shown in FIG. 11, the electrostatic force acting between the separation membrane and the agglomerates changes linearly according to the change in the surface charge density of the separation membrane. The higher the surface charge density of the separation membrane, the greater the electrostatic force of the repulsive force. The surface charge density of the separation membrane is appropriately set in consideration of the polarity and amount of the charge of the aggregate. For example, when the charge of the agglomerate is negative, by applying a negative charge to the surface of the separation membrane, a second adhesive force suppressing mechanism including a negatively charged portion is formed. , The electrostatic force of the repulsive force acts between the second adhesive force suppressing mechanism of the separation membrane and the agglomerates. Therefore, the adhesive force of the separation membrane to the agglomerates becomes small. That is, by applying a charge having the same polarity as the charge of the agglomerate to the surface of the separation membrane to form a charged portion, the adhesive force with the agglomerate in the second adhesive force suppressing mechanism provided with the charged portion can be obtained. Can be lowered.

上記したように、第3の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、分離膜の表面に形成される被帯電部を具備する第2付着力抑制機構を有する分離膜を備える。例えば被処理水中の凝集物が正に帯電している場合、分離膜における正の表面電荷密度が大きいほど、分離膜と凝集物との間に働く斥力の静電気力が増加するので、分離膜における凝集物との付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞は抑制される。このように、被処理水に含まれる凝集物の電荷の極性および量に応じて、分離膜の表面に付与する電荷の極性および量を調整することによって、分離膜における凝集物との付着力を低下させると共に、分離膜への凝集物の付着量を減少させることができる。さらには、分離膜の洗浄性を向上させることができる。そのため、分離膜に形成される孔の閉塞を抑えることができるので、分離膜のろ過速度の経時的な低下を抑制させることができる。さらに、被帯電部を備える第2付着力抑制機構を有する分離膜を用いることによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるので、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the third embodiment, the separation membrane has a second adhesive force suppressing mechanism including a charged portion formed on the surface of the separation membrane. For example, when the agglomerates in the water to be treated are positively charged, the larger the positive surface charge density in the separation membrane, the greater the electrostatic force of the repulsive force acting between the separation membrane and the agglomerates. The adhesive force with the agglomerates is reduced, and the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed. In this way, by adjusting the polarity and amount of the electric charge applied to the surface of the separation membrane according to the polarity and amount of the electric charge of the agglomerates contained in the water to be treated, the adhesive force with the agglomerates in the separation membrane can be adjusted. At the same time, the amount of agglomerates attached to the separation membrane can be reduced. Furthermore, the detergency of the separation membrane can be improved. Therefore, it is possible to suppress the blockage of the pores formed in the separation membrane, and thus it is possible to suppress the decrease in the filtration rate of the separation membrane with time. Further, by using a separation membrane having a second adhesive force suppressing mechanism provided with a charged portion, the separation membrane can be easily washed, so that the decrease in the filtration rate of the separation membrane over time can be eliminated. The filtration rate of the separation membrane can be restored.

(第4の実施の形態)
第4の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第1付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
(Fourth Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the fourth embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the first adhesion suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described.

第4の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第1付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物を球形化する球形化処理部を備える。 The water treatment device of the fourth embodiment includes a separation membrane having a first adhesive force suppressing mechanism and a second adhesive force suppressing mechanism. The first adhesive force suppressing mechanism includes a spheroidizing treatment unit that spheroidizes the agglomerates contained in the water to be treated.

球形化処理部を備える第1付着力抑制機構が凝集物を球形化処理すると、凝集物は球状に加工される。凝集物の形状が真球に近いほど、ろ過抵抗は低下するので、ろ過時の被処理水の流速は向上する。そのため、ろ過速度は短くなる。また、凝集物の形状が真球に近いほど、分離膜と凝集物との接触面積は減少するので、分離膜に対する凝集物の付着力は低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。 When the first adhesive force suppressing mechanism including the spheroidizing treatment portion spheroidizes the agglomerates, the agglomerates are processed into spheres. The closer the shape of the agglomerate to a true sphere, the lower the filtration resistance, and the higher the flow velocity of the water to be treated during filtration. Therefore, the filtration rate becomes short. Further, as the shape of the agglomerates is closer to a true sphere, the contact area between the separation membrane and the agglomerates decreases, so that the adhesion force of the agglomerates to the separation membrane decreases. Therefore, the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed, and the cleanability of the separation membrane is improved.

凝集物の球形化は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、転動造粒機のように凝集物を転動させる装置やシステムを用いることによって、凝集物の球形化が行われる。また、球形化の処理時間や凝集剤の量などを変化させることによって、球形化される凝集物の形状を制御することができる。 The spheroidization of the agglomerates is not particularly limited and is treated by known methods. For example, by using a device or system for rolling an agglomerate, such as a rolling granulator, the agglomerate is sphericalized. In addition, the shape of the spheroidized agglomerates can be controlled by changing the spheroidizing treatment time, the amount of the aggregating agent, and the like.

凝集物の形状は、例えば、長軸と短軸との比率を表すアスペクト比、真球度などによって測定することができる。アスペクト比や真球度は、凝集物の画像処理によって測定することができる。 The shape of the agglomerate can be measured by, for example, an aspect ratio representing the ratio of the major axis to the minor axis, sphericity, and the like. The aspect ratio and sphericity can be measured by image processing of agglomerates.

図12は、第4の実施の形態の水処理装置における、凝集物の真球度と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the sphericity of the agglomerates and the adhesive force between the separation membrane and the agglomerates in the water treatment apparatus of the fourth embodiment.

図12に示すように、凝集物の真球度が小さくなるにつれて、付着力が低下する。そして、凝集物の真球度が0μmのとき、付着力は最も低い。このように、球形化処理部が凝集物を球形化することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。 As shown in FIG. 12, as the sphericity of the agglomerates decreases, the adhesive force decreases. When the sphericity of the agglomerates is 0 μm , the adhesive force is the lowest. In this way, the spheroidizing treatment unit spheroidizes the agglomerates, so that the adhesion of the agglomerates to the separation membrane is reduced. Therefore, the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed, and the cleanability of the separation membrane is improved.

上記したように、第4の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物を球形化する球形化処理部を有する第1付着力抑制機構を備える。凝集物の形状が真球になるほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、球形化処理部が凝集物を球形化することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the fourth embodiment, the first adhesive force suppressing mechanism including the spheroidizing treatment unit for spheroidizing the agglomerates is provided. The more true the shape of the agglomerates, the lower the adhesion of the agglomerates to the separation membrane, and the more the clogging of the pores of the separation membrane is suppressed. In this way, the spheroidizing treatment unit makes the agglomerates spherical, so that the separation membrane can be easily washed. Therefore, the decrease in the filtration rate of the separation membrane over time can be eliminated, and the separation membrane can be filtered. You can restore speed.

なお、凝集処理部と球形化処理部を有する第1付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第1付着力抑制機構で行う球形化処理を実施してもよいが、凝集処理部と球形化処理部を有する第1付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第1付着力抑制機構で行う球形化処理とを同時に実施してもよい。 A coagulation treatment unit and a first adhesion suppressing mechanism having a spheroidizing treatment unit are provided in separate tanks, and after the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit is performed, the spheroidization treatment is performed by the first adhesion suppression mechanism. However, the coagulation treatment unit and the first adhesive force suppressing mechanism having the spheroidizing treatment unit are provided in the same tank, and the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit and the spheroidization performed by the first adhesive force suppression mechanism are performed. The processing may be carried out at the same time.

(第5の実施の形態)
第5の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第1付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
(Fifth Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the fifth embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the first adhesion suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described.

第5の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第1付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物を圧密化する圧密化処理部を備える。 The water treatment device of the fifth embodiment includes a separation membrane having a first adhesive force suppressing mechanism and a second adhesive force suppressing mechanism. The first adhesion suppressing mechanism includes a consolidation processing unit that compacts the agglomerates contained in the water to be treated.

ここで、一般的に、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物は、ゲル状であり、多量の水分を含有するので、変形しやすい状態である。そのため、凝集物は、ろ過時の圧力によって変形することがある。凝集物が変形すると、ろ過抵抗が増加するので、ろ過時の被処理水の流速は低下する。また、凝集物が変形すると、分離膜と凝集物との接触面積が増加するので、分離膜に対する凝集物の付着力は増加すると共に分離膜の孔は閉塞されやすくなる。 Here, in general, the agglomerate composed of the object to be removed and the coagulant is in the form of a gel and contains a large amount of water, so that it is easily deformed. Therefore, the agglomerates may be deformed by the pressure during filtration. When the agglomerates are deformed, the filtration resistance increases, so that the flow velocity of the water to be treated during filtration decreases. Further, when the agglomerates are deformed, the contact area between the separation membrane and the agglomerates increases, so that the adhesion force of the agglomerates to the separation membrane increases and the pores of the separation membrane are easily closed.

圧密化処理部を備える第1付着力抑制機構が凝集物を圧密化処理すると、凝集物は高密度化されて、圧密化される。圧密化された凝集物は、変形しやすい状態から変形しにくい状態に変わる。そのため、ろ過時の流速の低下、凝集物の付着力の増加、孔の閉塞などは抑制される。 When the first adhesion suppressing mechanism including the consolidation processing unit compacts the agglomerates, the agglomerates are densified and compacted. The compacted agglomerates change from a easily deformable state to a less deformable state. Therefore, a decrease in the flow velocity during filtration, an increase in the adhesive force of the agglomerates, and clogging of the pores are suppressed.

凝集物の圧密化は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、所定の撹拌強度以上、例えば一般的な水処理の撹拌で適用される75(1/s)以上のG値を与えながら撹拌することによって、凝集物の圧密化が行われる。また、攪拌強度、撹拌時間、凝集剤の量などを変化させることによって、凝集物の圧密化の状態を制御することができる。 Consolidation of the agglomerates is not particularly limited and is treated by known methods. For example, consolidation of agglomerates is performed by stirring while giving a G value of 75 (1 / s) or more, which is applied in stirring of a predetermined stirring intensity or more, for example, general water treatment. In addition, the state of consolidation of the agglomerates can be controlled by changing the agitation strength, the agitation time, the amount of the aggregating agent, and the like.

凝集物の圧密化の状態は、例えば、凝集物の画像処理、沈降速度などの一般的な測定方法によって測定することができる。 The state of consolidation of the agglomerates can be measured by a general measuring method such as image processing of the agglomerates and the sedimentation rate.

図13は、第5の実施の形態の水処理装置における、凝集物の圧密率と、分離膜および凝集物の間の付着力との関係を示すグラフである。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the consolidation ratio of agglomerates and the adhesive force between the separation membrane and the agglomerates in the water treatment apparatus of the fifth embodiment.

図13に示すように、凝集物の圧密率が大きくなるにつれて、付着力が低下する。このように、圧密化処理部が凝集物を圧密化することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。 As shown in FIG. 13, as the consolidation ratio of the agglomerates increases, the adhesive force decreases. In this way, the consolidation treatment unit compacts the agglomerates, so that the adhesion of the agglomerates to the separation membrane is reduced. Therefore, the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed, and the cleanability of the separation membrane is improved.

上記したように、第5の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物を圧密化する圧密化処理部を有する第1付着力抑制機構を備える。凝集物の圧密率が大きいほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、圧密化処理部が凝集物を圧密化することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the fifth embodiment, the first adhesive force suppressing mechanism having a consolidation treatment unit for compacting the agglomerates is provided. The higher the consolidation ratio of the agglomerates, the lower the adhesion of the agglomerates to the separation membrane, and the more the clogging of the pores of the separation membrane is suppressed. In this way, the consolidation processing unit compacts the agglomerates, so that the separation membrane can be easily washed. Therefore, the decrease in the filtration rate of the separation membrane over time can be eliminated, and the separation membrane can be filtered. You can restore speed.

なお、凝集処理部と圧密化処理部を有する第1付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第1付着力抑制機構で行う圧密化処理を実施してもよいが、凝集処理部と圧密化処理部を有する第1付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第1付着力抑制機構で行う圧密化処理とを同時に実施してもよい。 A coagulation treatment unit and a first adhesion suppressing mechanism having a consolidation treatment unit are provided in separate tanks, and after the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit is performed, the consolidation treatment is performed by the first adhesion suppression mechanism. However, the coagulation treatment unit and the first adhesion suppressing mechanism having a consolidation treatment unit are provided in the same tank, and the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit and the consolidation performed by the first adhesion suppression mechanism are performed. The processing may be carried out at the same time.

また、第1付着力抑制機構は、圧密化処理部に加えて、上記の球形化処理部を備えてもよい。第1付着力抑制機構が球形化処理部および圧密化処理部を備える場合、球形化処理および圧密化処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理を実施した後に圧密化処理を実施してもよいし、圧密化処理を実施した後に球形化処理を実施してもよいし、球形化処理および圧密化処理を同時に実施してもよい。好ましくは、圧密化処理を実施した後に球形化処理を実施する。 Further, the first adhesive force suppressing mechanism may include the above-mentioned spherical processing unit in addition to the consolidation processing unit. When the first adhesive force suppressing mechanism includes a spheroidizing treatment unit and a consolidation processing unit, the order in which the spheroidizing treatment and the consolidation treatment are performed is not particularly limited, and the consolidation treatment is performed after the spheroidization treatment is performed. , The spheroidization treatment may be carried out after the consolidation treatment, or the spheroidization treatment and the consolidation treatment may be carried out at the same time. Preferably, the consolidation treatment is performed followed by the spheroidization treatment.

(第6の実施の形態)
第6の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第1付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
(Sixth Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the sixth embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the first adhesion suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described.

第6の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第1付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物の粒径を制御する粒径制御部を備える。 The water treatment device of the sixth embodiment includes a separation membrane having a first adhesive force suppressing mechanism and a second adhesive force suppressing mechanism. The first adhesive force suppressing mechanism includes a particle size control unit that controls the particle size of the agglomerates contained in the water to be treated.

ここで、一般的に、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物において、粒径すなわち直径は不均一である。粒径の不均一な凝集物については、大きな粒径を有する凝集物の間に小さな粒径を有する凝集物が入り込むことによって、大きな粒径を有する凝集物よりも大きい粗大な凝集物が生じることがある。このような粗大な凝集物が生成されると、ろ過抵抗が増加するので、ろ過時の被処理水の流速は低下する。また、小さな粒径を有する凝集物は、分離膜の孔によって捕捉されずに、孔を通過することがあるため、分離膜による凝集物の捕捉率が低下することがある。さらには、小さな粒径を有する凝集物が孔に入り込み、孔の内周面に付着することによって、孔が閉塞することがある。 Here, in general, the particle size, that is, the diameter is non-uniform in the agglomerate composed of the object to be removed and the coagulant. For agglomerates having a non-uniform particle size, agglomerates having a small particle size may enter between the agglomerates having a large particle size to form coarse agglomerates larger than the agglomerates having a large particle size. There is. When such coarse agglomerates are generated, the filtration resistance increases, so that the flow velocity of the water to be treated during filtration decreases. Further, since the agglomerates having a small particle size may pass through the pores without being trapped by the pores of the separation membrane, the trapping rate of the agglomerates by the separation membrane may decrease. Furthermore, agglomerates having a small particle size may enter the pores and adhere to the inner peripheral surface of the pores, thereby closing the pores.

粒径制御部を備える第1付着力抑制機構が凝集物の粒径を制御すると、凝集物は所望の粒径になるように加工され、凝集物の粒径は制御されて均一化される。凝集物の粒径が均一になると、上述したような粗大な凝集物の生成が抑制されると共に、小さな粒径を有する凝集物の量が減少する。そのため、ろ過時の流速の低下、凝集物の捕捉率の低下、孔の閉塞などは抑制される。 When the first adhesive force suppressing mechanism provided with the particle size control unit controls the particle size of the agglomerates, the agglomerates are processed to have a desired particle size, and the particle size of the agglomerates is controlled and made uniform. When the particle size of the agglomerates becomes uniform, the formation of coarse agglomerates as described above is suppressed, and the amount of agglomerates having a small particle size decreases. Therefore, a decrease in the flow velocity during filtration, a decrease in the capture rate of aggregates, a blockage of pores, and the like are suppressed.

凝集物の粒径制御は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、攪拌することによって、凝集物の粒径制御処理が行われる。例えば、攪拌強度を弱く、攪拌時間を長く、凝集剤の量を増やす事により大きな粒径を得る。逆に小さい粒径を得たい際には、その逆の操作を行うなど、攪拌強度、撹拌時間、凝集剤の量などを変化させることによって、凝集物の粒径を制御することができる。 The particle size control of the agglomerates is not particularly limited, and is processed by a known method. For example, the particle size control treatment of the agglomerates is performed by stirring. For example, a large particle size can be obtained by weakening the stirring intensity, lengthening the stirring time, and increasing the amount of the coagulant. On the contrary, when it is desired to obtain a small particle size, the particle size of the agglomerates can be controlled by changing the stirring intensity, the stirring time, the amount of the coagulant, etc. by performing the reverse operation.

凝集物の粒径は、例えば、レーザー回折法、動的光散乱法、画像処理などの一般的な測定方法によって測定することができる。 The particle size of the agglomerates can be measured by a general measuring method such as a laser diffraction method, a dynamic light scattering method, or image processing.

図14は、第6の実施の形態の水処理装置における、ピッチの大きさ/凝集物の粒径と、分離膜および凝集物の間のファンデルワールス力との関係を示すグラフである。ここで、ピッチの大きさ/凝集物の粒径とは、大きさの均一な複数の半球状の凸部が均一なピッチで分離膜の表面に形成しているときの、粒径を制御した凝集物の粒径に対するピッチの大きさの比である。また、分離膜の表面において、凸部の形成されていない部分は、平滑な表面である。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the pitch size / particle size of the agglomerates and the van der Waals force between the separation membrane and the agglomerates in the water treatment apparatus of the sixth embodiment. Here, the size of the pitch / the particle size of the agglomerates is controlled as the particle size when a plurality of hemispherical protrusions having a uniform size are formed on the surface of the separation membrane at a uniform pitch. It is the ratio of the size of the pitch to the particle size of the agglomerate. Further, on the surface of the separation membrane, the portion where the convex portion is not formed is a smooth surface.

例えば、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00以上であるとき、凝集物の粒径はピッチの大きさ以下であるので、凝集物は分離膜の平滑な表面に接触する。一方、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00よりも小さいとき、凝集物の粒径はピッチの大きさよりも大きいので、凝集物は分離膜の平滑な表面には接触せずに凸部に点接触する。 For example, when the pitch size / agglomerate particle size value is 1.00 or more, the agglomerate particle size is less than or equal to the pitch size, so that the agglomerates come into contact with the smooth surface of the separation membrane. .. On the other hand, when the pitch size / agglomerate particle size value is smaller than 1.00, the agglomerate particle size is larger than the pitch size, so that the agglomerates come into contact with the smooth surface of the separation membrane. Do not make point contact with the convex part.

図14に示すように、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00未満のとき、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が大きくなるにつれて、ファンデルワールス力が低下する。そして、ピッチの大きさ/凝集物の粒径の値が1.00以上になると、ファンデルワールス力は急激に増加する。このように、分離膜の凹凸構造の大きさに応じて、粒径制御部が凝集物の粒径を制御することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。 As shown in FIG. 14, when the pitch size / agglomerate particle size value is less than 1.00, the van der Waals force decreases as the pitch size / agglomerate particle size value increases. To do. Then, when the pitch size / particle size value of the agglomerates becomes 1.00 or more, the van der Waals force increases sharply. In this way, the particle size control unit controls the particle size of the agglomerates according to the size of the uneven structure of the separation membrane, so that the adhesive force of the agglomerates to the separation membrane is reduced. Therefore, the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed, and the cleanability of the separation membrane is improved.

上記したように、第6の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物の粒径を制御する粒径制御部を有する第1付着力抑制機構を備える。粒径を制御した凝集物の粒径がピッチの大きさよりも大きい場合において、凝集物の粒径がピッチの大きさに近づくほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、分離膜の凹凸構造の大きさに応じて、粒径制御部が凝集物の粒径を制御することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the sixth embodiment, the first adhesive force suppressing mechanism including the particle size control unit for controlling the particle size of the agglomerates is provided. When the particle size of the agglomerates whose particle size is controlled is larger than the size of the pitch, the closer the particle size of the agglomerates to the size of the pitch, the lower the adhesion force of the agglomerates to the separation membrane, and the pores of the separation membrane. Blockage is suppressed. In this way, the particle size control unit controls the particle size of the agglomerates according to the size of the uneven structure of the separation membrane, so that the separation membrane can be easily washed. Therefore, the filtration rate of the separation membrane It is possible to recover the filtration rate of the separation membrane by eliminating the decrease over time.

なお、凝集処理部と粒径制御部を有する第1付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第1付着力抑制機構で行う粒径制御処理を実施してもよいが、凝集処理部と粒径制御部を有する第1付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第1付着力抑制機構で行う粒径制御処理とを同時に実施してもよい。 A coagulation treatment unit and a first adhesive force suppressing mechanism having a particle size control unit are provided in separate tanks, and after the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit is performed, the particle size control is performed by the first adhesive force suppression mechanism. The treatment may be carried out, but a coagulation treatment unit and a first adhesive force suppressing mechanism having a particle size control unit are provided in the same tank, and the coagulation treatment performed by the coagulation processing unit and the grains performed by the first adhesive force suppressing mechanism are performed. The diameter control process may be performed at the same time.

また、第1付着力抑制機構は、粒径制御部に加えて、上記の球形化処理部および圧密化処理部の少なくとも1つを備えてもよい。第1付着力抑制機構が球形化処理部、圧密化処理部、および粒径制御部を備える場合、球形化処理、圧密化処理、および粒径制御処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理と圧密化処理と粒径制御処理とを同時に実施してもよい。 Further, the first adhesive force suppressing mechanism may include at least one of the above-mentioned spherical processing unit and consolidation processing unit in addition to the particle size control unit. When the first adhesive force suppressing mechanism includes a spheroidizing treatment unit, a consolidation processing unit, and a particle size control unit, the order in which the spheroidization treatment, the consolidation treatment, and the particle size control treatment are performed is not particularly limited. Instead, the spheroidizing treatment, the consolidation treatment, and the particle size control treatment may be performed at the same time.

(第7の実施の形態)
第7の実施の形態の水処理装置および水処理方法において、第1付着力抑制機構の構成が異なる以外は、第1の実施の形態の水処理装置および水処理方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
(7th Embodiment)
The water treatment apparatus and the water treatment method of the seventh embodiment are basically the same as the configurations of the water treatment apparatus and the water treatment method of the first embodiment except that the configuration of the first adhesive force suppressing mechanism is different. Is. Therefore, here, the different configurations will be mainly described.

第7の実施の形態の水処理装置は、第1付着力抑制機構と第2付着力抑制機構を有する分離膜とを備える。そして、第1付着力抑制機構は、被処理水に含まれる凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を備える。 The water treatment device of the seventh embodiment includes a separation membrane having a first adhesive force suppressing mechanism and a second adhesive force suppressing mechanism. The first adhesive force suppressing mechanism includes a surface potential control unit that controls the surface potential of the agglomerates contained in the water to be treated.

ここで、一般的に、図1に示す凝集処理部3で行われる凝集処理では、除去対象物の表面電位の極性と逆の極性を有する凝集剤を被処理水に添加して、除去対象物の表面電位を電気的に中和させることによって、除去対象物を凝集させている。そのため、除去対象物と凝集剤とから構成される凝集物の表面電位は0に近く、凝集物は分離膜に付着しやすい状態である。このような状態の凝集物が分離膜によってろ過されると、凝集物が容易に分離膜に付着することがあるので、ろ過時における被処理水の流速の低下、分離膜の洗浄性の低下、分離膜に形成されている孔の閉塞などを引き起こす可能性がある。 Here, in general, in the coagulation treatment performed by the coagulation treatment unit 3 shown in FIG. 1, a coagulant having a polarity opposite to the polarity of the surface potential of the object to be removed is added to the water to be removed to remove the object to be removed. By electrically neutralizing the surface potential of the sol, the object to be removed is agglomerated. Therefore, the surface potential of the agglomerate composed of the object to be removed and the aggregating agent is close to 0, and the agglomerate is in a state of easily adhering to the separation membrane. When the agglomerates in such a state are filtered by the separation membrane, the agglomerates may easily adhere to the separation membrane, so that the flow velocity of the water to be treated during filtration is lowered, the cleanability of the separation membrane is lowered, and so on. It may cause blockage of holes formed in the separation membrane.

表面電位制御部を備える第1付着力抑制機構が凝集物の表面電位を制御して、凝集物の表面電位の極性を分離膜の極性と同じにさせると、凝集物と分離膜との間には、斥力が働く。斥力が凝集物と分離膜との間に作用すると、分離膜に対する凝集物の付着力は低下する。そのため、ろ過時の流速の低下、分離膜の洗浄性の低下、孔の閉塞などは抑制される。さらには、凝集物の極性と分離膜の極性が同じ場合において、凝集物の表面電位を増加させるにつれて、凝集物と分離膜との間に働く斥力が増加する。 When the first adhesive force suppressing mechanism provided with the surface potential control unit controls the surface potential of the agglomerate to make the polarity of the surface potential of the agglomerate the same as the polarity of the separation membrane, between the agglomerate and the separation membrane. Repulsive force works. When the repulsive force acts between the agglomerate and the separation membrane, the adhesion force of the agglomerate to the separation membrane is reduced. Therefore, a decrease in the flow velocity during filtration, a decrease in the detergency of the separation membrane, a blockage of pores, and the like are suppressed. Furthermore, when the polarity of the aggregate and the polarity of the separation membrane are the same, the repulsive force acting between the aggregate and the separation membrane increases as the surface potential of the aggregate increases.

凝集物の表面電位の制御は、特に限定されるものではなく、既知の方法によって処理される。例えば、被処理水のpHを変化させることによって、凝集物の表面電位の制御処理が行われる。また、凝集物を含む被処理水に、凝集物の表面電位を制御する電位制御剤を添加することによっても、凝集物の表面電位の制御処理が行われる。電位制御剤は、分離膜の極性に応じて、適宜選択される。分離膜が正の極性を有する場合、カチオン系電位制御剤を被処理水に添加して、凝集物の表面電位を正に帯電させる。また、分離膜が負の極性を有する場合、アニオン系電位制御剤を被処理水に添加して、凝集物の表面電位を負に帯電させる。 The control of the surface potential of the agglomerates is not particularly limited and is processed by a known method. For example, the surface potential of the agglomerates is controlled by changing the pH of the water to be treated. Further, the surface potential control treatment of the agglomerates is also performed by adding a potential control agent for controlling the surface potential of the agglomerates to the water to be treated containing the agglomerates. The potential control agent is appropriately selected according to the polarity of the separation membrane. When the separation membrane has a positive polarity, a cationic potential control agent is added to the water to be treated to positively charge the surface potential of the aggregate. When the separation membrane has a negative polarity, an anionic potential control agent is added to the water to be treated to negatively charge the surface potential of the aggregate.

凝集物の表面電位は、例えば、顕微鏡電気泳動法、回転回折格子法、レーザー・ドップラー電気泳動法などの一般的な測定方法によって測定することができる。 The surface charge of the agglomerates can be measured by a general measuring method such as a microscope electrophoresis method, a rotational diffraction grating method, or a laser Doppler electrophoresis method.

凝集物の表面電位の極性が分離膜の表面電位の極性と同じになるように、表面電位制御部が凝集物の表面電位を制御することによって、分離膜に対する凝集物の付着力が低下する。そのため、分離膜の孔の閉塞が抑制されると共に、分離膜の洗浄性は向上する。さらに、凝集物の極性と分離膜の極性が同じ場合において、凝集物の表面電位の大きさが増加すると、分離膜に対する凝集物の付着力はさらに低下する。 The surface potential control unit controls the surface potential of the agglomerate so that the polarity of the surface potential of the agglomerate becomes the same as the polarity of the surface potential of the separation membrane, so that the adhesive force of the agglomerate to the separation membrane is reduced. Therefore, the blockage of the pores of the separation membrane is suppressed, and the cleanability of the separation membrane is improved. Further, when the polarity of the agglomerates and the polarity of the separation membrane are the same, as the magnitude of the surface potential of the agglomerates increases, the adhesive force of the agglomerates to the separation membrane further decreases.

上記したように、第7の実施の形態の水処理装置および水処理方法によれば、凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を有する第1付着力抑制機構を備える。凝集物の表面電位の極性と分離膜の表面電位の極性とが同じであり、さらには、凝集物の表面電位が大きいほど、分離膜に対する凝集物の付着力は低下し、分離膜の孔の閉塞が抑制される。このように、分離膜の表面電位に応じて、表面電位制御部が凝集物の表面電位を制御することによって、分離膜の洗浄を容易に行うことができるため、分離膜のろ過速度の経時的な低下を解消させて、分離膜のろ過速度を回復させることができる。 As described above, according to the water treatment apparatus and the water treatment method of the seventh embodiment, the first adhesive force suppressing mechanism including the surface potential control unit for controlling the surface potential of the agglomerates is provided. The polarity of the surface potential of the agglomerate and the polarity of the surface potential of the separation membrane are the same, and further, the larger the surface potential of the agglomerate, the lower the adhesion of the agglomerate to the separation membrane, and the pores of the separation membrane Occlusion is suppressed. In this way, the surface potential control unit controls the surface potential of the agglomerates according to the surface potential of the separation membrane, so that the separation membrane can be easily washed. Therefore, the filtration rate of the separation membrane over time. The reduction can be eliminated and the filtration rate of the separation membrane can be restored.

なお、凝集処理部と表面電位制御部を有する第1付着力抑制機構とを別々の槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理を実施した後に、第1付着力抑制機構で行う表面電位制御処理を実施してもよいが、凝集処理部と表面電位制御部を有する第1付着力抑制機構とを同じ槽に設けて、凝集処理部で行う凝集処理と第1付着力抑制機構で行う表面電位制御処理とを同時に実施してもよい。 It should be noted that the surface potential control performed by the first adhesive force suppressing mechanism after the coagulation treatment performed by the coagulation processing unit is performed by providing the coagulation processing unit and the first adhesive force suppressing mechanism having the surface potential control unit in separate tanks. The treatment may be carried out, but the coagulation treatment unit and the first adhesive force suppressing mechanism having the surface potential control unit are provided in the same tank, and the coagulation treatment performed by the coagulation processing unit and the surface performed by the first adhesive force suppressing mechanism are provided. The potential control process may be performed at the same time.

また、第1付着力抑制機構は、表面電位制御部に加えて、上記の球形化処理部、圧密化処理部、および粒径制御部の少なくとも1つを備えてもよい。第1付着力抑制機構が球形化処理部、圧密化処理部、粒径制御部、および表面電位制御部を備える場合、球形化処理、圧密化処理、粒径制御処理、および表面電位制御処理を実施する順番は特に限定されるものではなく、球形化処理と圧密化処理と粒径制御処理と表面電位制御処理とを同時に実施してもよい。 Further, the first adhesive force suppressing mechanism may include at least one of the above-mentioned spheroidizing processing unit, consolidation processing unit, and particle size control unit in addition to the surface potential control unit. When the first adhesive force suppressing mechanism includes a spheroidizing processing unit, a compaction processing unit, a particle size control unit, and a surface potential control unit, the spheroidizing treatment, the compaction processing, the particle size control processing, and the surface potential control processing are performed. The order of execution is not particularly limited, and the spheroidizing treatment, the compaction treatment, the particle size control treatment, and the surface potential control treatment may be carried out at the same time.

以上説明した少なくとも一つの実施の形態によれば、分離膜と被処理水に含まれる凝集物との付着力を抑制し、分離膜への凝集物の付着および凝集物による分離膜の孔の閉塞を抑制させることができると共に、分離膜の洗浄性を向上させることができる水処理装置および水処理方法を提供することができる。 According to at least one embodiment described above, the adhesive force between the separation membrane and the agglomerates contained in the water to be treated is suppressed, the agglomerates adhere to the separation membrane, and the pores of the separation membrane are closed by the agglomerates. It is possible to provide a water treatment apparatus and a water treatment method that can suppress the above-mentioned problems and improve the cleanability of the separation membrane.

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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…水処理設備、2…被処理水貯留部、3…凝集処理部、4…第1付着力抑制機構、5…分離部、6…処理水貯留部、7…水処理装置、8…第2付着力抑制機構、9…凝集物、10…分離膜、11…孔、12…凹部、12a…底面、13…凸部、14…被処理水、15…処理水、16…流路。 1 ... Water treatment equipment, 2 ... Water storage unit to be treated, 3 ... Aggregation treatment unit, 4 ... First adhesion suppression mechanism, 5 ... Separation unit, 6 ... Treated water storage unit, 7 ... Water treatment equipment, 8 ... No. 2 Adhesive force suppressing mechanism, 9 ... Aggregates, 10 ... Separation membrane, 11 ... Holes, 12 ... Recessions, 12a ... Bottom surface, 13 ... Convex parts, 14 ... Water to be treated, 15 ... Treated water, 16 ... Channels.

Claims (8)

除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部、から選ばれる少なくとも1つを備える、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第1付着力抑制機構と、
前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第2付着力抑制機構を有する分離部
を備え
前記第2付着力抑制機構は、前記凹凸構造の凹部の幅が、前記凝集物の直径よりも小さいことを特徴とする水処理装置。
A water treatment device that separates the agglomerates from water to be treated, which contains agglomerates composed of an object to be removed and a coagulant that agglomerates the agglomerates, via a separation membrane.
The separation membrane comprising at least one selected from a spheroidizing treatment unit for spheroidizing the agglomerates, a consolidation treatment unit for compacting the agglomerates, and a particle size control unit for controlling the particle size of the agglomerates. A first adhesive force suppressing mechanism that suppresses the adhesive force of the agglomerates against
Wherein comprises a separation membrane, and a separation unit for have a second attachment force suppression mechanism having an uneven structure on the surface of the separation membrane,
The second adhesive force suppressing mechanism is a water treatment device characterized in that the width of the concave portion of the concave-convex structure is smaller than the diameter of the agglomerate.
除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理装置であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部、から選ばれる少なくとも1つを備える、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する第1付着力抑制機構と、
前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第2付着力抑制機構を有する分離部
を備え
前記分離膜は、表面に垂直な方向に貫通する孔を複数有する多孔質膜からなり、前記凹凸構造が、前記貫通する孔の形成されていない部分に設けられていることを特徴とする水処理装置。
A water treatment device that separates the agglomerates from water to be treated, which contains agglomerates composed of an object to be removed and a coagulant that agglomerates the agglomerates, via a separation membrane.
The separation membrane comprising at least one selected from a spheroidizing treatment unit for spheroidizing the agglomerates, a consolidation treatment unit for compacting the agglomerates, and a particle size control unit for controlling the particle size of the agglomerates. A first adhesive force suppressing mechanism that suppresses the adhesive force of the agglomerates against
Wherein comprises a separation membrane, and a separation unit for have a second attachment force suppression mechanism having an uneven structure on the surface of the separation membrane,
The separation membrane is made of a porous membrane having a plurality of holes penetrating in a direction perpendicular to the surface, and the uneven structure is provided in a portion where the penetrating holes are not formed. apparatus.
前記第2付着力抑制機構は、前記分離膜の表面に形成される親水部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second adhesive force suppressing mechanism includes a hydrophilic portion formed on the surface of the separation membrane. 前記第2付着力抑制機構は、前記分離膜の表面に形成される被帯電部を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the second adhesive force suppressing mechanism includes a charged portion formed on the surface of the separation membrane. 前記第1付着力抑制機構は、前記球形化処理部および前記粒径制御部を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the first adhesive force suppressing mechanism includes the spherical treatment unit and the particle size control unit. 前記第1付着力抑制機構は、前記凝集物の表面電位を制御する表面電位制御部を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first adhesive force suppressing mechanism includes a surface potential control unit that controls the surface potential of the aggregate. 除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理方法であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部から選ばれる少なくとも1つを備える第1付着力抑制機構により、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する工程と、
前記付着力を抑制する工程の後、前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第2付着力抑制機構を有する分離部を介して、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する工程と
を有し
前記第2付着力抑制機構は、前記凹凸構造の凹部の幅が、前記凝集物の直径よりも小さいことを特徴とする水処理方法。
A water treatment method for separating the agglomerates from water to be treated, which contains agglomerates composed of an object to be removed and a coagulant that agglomerates the agglomerates, via a separation membrane.
A first adhesive force suppression including at least one selected from a spheroidizing treatment unit for spheroidizing the agglomerates, a consolidation treatment unit for compacting the agglomerates, and a particle size control unit for controlling the particle size of the agglomerates. A step of suppressing the adhesion of the agglomerates to the separation membrane by a mechanism, and
After the step of suppressing the adhesive force, the adhesive force to the separation membrane was suppressed via a separation portion including the separation membrane and having a second adhesive force suppressing mechanism having a concavo-convex structure on the surface of the separation membrane. It has a step of separating the agglomerate from the water to be treated .
The second adhesive force suppressing mechanism is a water treatment method characterized in that the width of the concave portion of the concave-convex structure is smaller than the diameter of the agglomerate.
除去対象物と前記除去対象物を凝集させる凝集剤とから構成される凝集物を含有する被処理水から分離膜を介して前記凝集物を分離する水処理方法であって、
前記凝集物を球形化する球形化処理部、前記凝集物を圧密化する圧密化処理部および前記凝集物の粒径を制御する粒径制御部から選ばれる少なくとも1つを備える第1付着力抑制機構により、前記分離膜に対する前記凝集物の付着力を抑制する工程と、
前記付着力を抑制する工程の後、前記分離膜を含み、該分離膜の表面に凹凸構造を備える第2付着力抑制機構を有する分離部を介して、前記分離膜に対する付着力が抑制された前記凝集物を前記被処理水から分離する工程と
を有し
前記分離膜は、表面に垂直な方向に貫通する孔を複数有する多孔質膜からなり、前記凹凸構造が、前記貫通する孔の形成されていない部分に設けられていることを特徴とする水処理方法。
A water treatment method for separating the agglomerates from water to be treated, which contains agglomerates composed of an object to be removed and a coagulant that agglomerates the agglomerates, via a separation membrane.
A first adhesive force suppression including at least one selected from a spheroidizing treatment unit for spheroidizing the agglomerates, a consolidation treatment unit for compacting the agglomerates, and a particle size control unit for controlling the particle size of the agglomerates. A step of suppressing the adhesion of the agglomerates to the separation membrane by a mechanism, and
After the step of suppressing the adhesive force, the adhesive force to the separation membrane was suppressed via a separation portion including the separation membrane and having a second adhesive force suppressing mechanism having a concavo-convex structure on the surface of the separation membrane. It has a step of separating the agglomerate from the water to be treated .
The separation membrane is made of a porous membrane having a plurality of holes penetrating in a direction perpendicular to the surface, and the uneven structure is provided in a portion where the penetrating holes are not formed. Method.
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