JP2017159199A - 固液分離装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができる固液分離装置及び制御装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の固液分離装置は、注入部と、撹拌部と、ろ過部とを持つ。注入部は、不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する。撹拌部は、凝集剤が注入された被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する。ろ過部は、撹拌された被処理水に含まれている不純物をろ過する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、固液分離装置及び制御装置に関する。

固液分離装置は、不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する。凝集剤の作用によって不純物が凝集することにより、不純物の粒径は大きくなる。粒径が大きい不純物は、沈殿して被処理水から分離する。沈殿しなかった残りの不純物は、ろ過膜によって被処理水から除去される（凝集ろ過法）。

ろ過膜の孔径が不純物の粒径に対して小さ過ぎる場合、ろ過膜では、不純物による閉塞（ファウリング）が容易に発生する。ろ過膜の孔径が不純物の粒径に対して大き過ぎる場合、ろ過膜は、不純物を被処理水から除去することができない。従来の固液分離装置は、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができない場合があった。

特開２０１５−８５２５２号公報

「水道施設設計指針２０１２」、公益社団法人日本水道協会、平成２４年７月、ｐ．１７８−１８５

本発明が解決しようとする課題は、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができる固液分離装置及び制御装置を提供することである。

実施形態の固液分離装置は、注入部と、撹拌部と、ろ過部とを持つ。注入部は、不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する。撹拌部は、凝集剤が注入された被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する。ろ過部は、撹拌された被処理水に含まれている不純物をろ過する。

実施形態における、固液分離システムの構成の第１例を示す図。 実施形態における、不純物の粒径の頻度分布の例を示す図。 実施形態における、測定された阻止率を撹拌時間ごとに示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第２例を示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第３例を示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第４例を示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第５例を示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第６例を示す図。 実施形態における、固液分離システムの構成の第７例を示す図。

以下、実施形態の固液分離装置及び制御装置を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、固液分離システム１ａの構成の例を示す図である。固液分離システム１ａは、剛体である不純物（固形物）を被処理水から分離及び除去するためのシステムである。不純物は、例えば、懸濁物質、コロイド粒子である。不純物であるコロイド粒子の粒径は、例えば、１ｎｍ以上１μｍ以下である。固液分離システム１ａは、水処理設備に備えられる。水処理設備は、例えば、上水プラント、下水プラント、発電所の設備、製紙工場の設備、食品工場の設備である。

固液分離システム１ａは、制御装置２ａと、固液分離装置３ａとを備える。制御装置２ａは、固液分離装置３ａの動作を制御するための装置である。固液分離装置３ａの動作とは、例えば、凝集剤を注入する動作、被処理水を撹拌する動作、送水動作である。

固液分離装置３ａは、剛体である不純物（固形物）を被処理水から分離及び除去するための装置である。固液分離装置３ａは、不純物を含む被処理水に凝集剤４を注入することによって、不純物を凝集させる。凝集剤４は、例えば、ポリ塩化アルミニウム（PAC: Poly Aluminum Chloride）、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ケイ酸ナトリウム溶液、ポリシリカ鉄（PSI: Poly Silicate Iron）等の無機系凝集剤である。凝集剤４は、例えば、有機系高分子凝集剤等の有機系凝集剤でもよい。凝集した不純物（フロック）のうち粒径が大きい不純物は、沈殿して被処理水から分離する。固液分離装置３ａは、沈殿しなかった残りの不純物を、ろ過膜によって被処理水から除去する。すなわち、固液分離装置３ａは、凝集した不純物のうち粒径が小さい不純物を、ろ過膜によって被処理水から除去する。

制御装置２ａは、例えば、サーバ、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン端末等の情報処理装置である。制御装置２ａは、記憶部２０と、制御部２１ａとを備える。固液分離装置３ａは、注入部３０と、撹拌部３１と、反応槽３２と、ポンプ３３と、ろ過部３４とを備える。

なお、固液分離装置３ａが注入部３０と撹拌部３１とポンプ３３とろ過部３４とを備える代わりに、制御装置２ａは、注入部３０と、撹拌部３１と、ポンプ３３と、ろ過部３４とを備えてもよい。

記憶部２０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する。記憶部２０は、例えば、ＲＡＭやレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。記憶部２０は、クラウドコンピューティング技術によって、複数の装置の記憶部に分散して情報を記憶してもよい。記憶部２０は、制御部２１ａが動作するためのプログラムを記憶してもよい。

制御部２１ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。制御部２１ａは、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

制御部２１ａは、注入制御部２１１ａと、撹拌制御部２１２ａと、送水制御部２１３ａとを備える。注入制御部２１１ａは、注入部３０に制御情報を送信する。制御情報は、例えば、電気信号に含まれて送信される。注入制御部２１１ａは、注入部３０を介して、凝集剤４を反応槽３２に注入する。撹拌制御部２１２ａは、撹拌部３１に制御情報を送信する。撹拌制御部２１２ａは、撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように、撹拌部３１を介して反応槽３２の被処理水を強く撹拌する。強度閾値は、例えば、４００（１／ｓ）である。撹拌制御部２１２ａは、撹拌時間Ｔが経過するまでの間、撹拌部３１を介して反応槽３２の被処理水を強く撹拌する。撹拌時間Ｔは、例えば、５分間以下である。制御部２１ａは、ポンプ３３に制御情報を送信する。送水制御部２１３ａは、ポンプ３３を介して、不純物を含む被処理水を反応槽３２からろ過部３４に送る。

注入部３０は、注入制御部２１１ａによる制御に基づいて、反応槽３２の被処理水に凝集剤４を注入する。注入部３０は、例えば、ダイヤフラム式又はソレノイド式の定量ポンプである。注入部３０は、弁の開度を調整するための機構を有していてもよい。注入部３０は、例えば、ダイヤルを回転させる操作に応じて弁の開度を調整してもよい。注入部３０は、注入制御部２１１ａによる制御に基づくインバータによる周波数の増減に応じて、弁の開度を調整してもよい。注入部３０は、注入制御部２１１ａによる制御に基づく注入部３０の電源に対するオン操作又はオフ操作に応じて、弁の開度を調整してもよい。注入部３０は、予め定められた最低量と比較して多い注入量の凝集剤４を、注入制御部２１１ａによる制御に基づいて注入しもよい。

回転している撹拌翼の上では、被処理水の旋回流によるせん断力が大きい。したがって、注入部３０は、撹拌部３１の撹拌翼が回転している場合、例えば、撹拌部３１の撹拌翼の上に凝集剤４を注入してもよい。

撹拌部３１は、反応槽３２に一時的に貯留されている被処理水を撹拌する。これによって、撹拌部３１は、凝集剤４と被処理水とを混ぜることができる。撹拌部３１は、撹拌翼を有する。撹拌部３１は、例えば、乳化分散機、モータ駆動可能な撹拌翼を有するミキサ、フラッシュミキサ、振動部を有するミキサ（撹拌機）である。乳化分散機は、例えば、ホモジナイザである。撹拌部３１は、撹拌制御部２１２ａによる制御に基づいて、例えば、撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水を強く撹拌する。撹拌強度（Ｇ値）は、撹拌部３１の撹拌翼の平均速度等に応じて定まる。撹拌強度は、式（１）によって表される。

ρは、水の密度（ｋｇ／ｍ^３）を示す。Ｃは、撹拌部の撹拌翼の抵抗係数（＝１．５）を示す。ａ_ｉは、撹拌部の撹拌翼ｉ（ｉは１以上の整数）において撹拌翼ｉの運動方向に直角である部分の面積（ｍ^２）を示す。ｖ_ｉは、撹拌部の撹拌翼ｉの平均速度（ｍ／ｓ）を示す。μは、水の粘性係数（ｋｇ／ｍｓ）を示す。Ｖは、反応槽（混和池）の容量（ｍ^３）を示す。

反応槽３２では、凝集剤４の作用によって不純物が凝集することにより、不純物の粒径は大きくなる。凝集した不純物（フロック）の構造は、不純物同士が互いに結合している接点の数が多いほど強い。凝集した不純物の結合強度は、不純物及び凝集剤４が互いに結合している接点の数が多いほど強い。

撹拌部３１は、例えば、撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水を撹拌するので、不純物同士の接点の数を効率よく増やすことができる。撹拌部３１は、例えば、撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水を撹拌するので、不純物及び凝集剤４の接点の数も効率よく増やすことができる。

撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水が撹拌された場合、不純物の構造において結合強度の弱い部分（強固でない部分）が、撹拌によって発生した旋回流によるせん断力によって壊れる。撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水が撹拌された場合、不純物の構造において強固である部分は、壊れずに残る。したがって、撹拌強度が強度閾値以上となるように被処理水が撹拌された場合、凝集した不純物の密度は高くなる。密度が高い不純物は、結合強度が高いので、ろ過膜の表面等で壊れ難い。

撹拌部３１は、撹拌制御部２１２ａによる制御に基づいて、撹拌時間Ｔが経過するまでの間、被処理水を強く撹拌する。撹拌部３１は、撹拌制御部２１２ａによる制御に基づいて、ＧＴ値がＧＴ値の上限値以下となるように被処理水を撹拌してもよい。ＧＴ値は、攪拌強度と攪拌時間との積を表す値である。ＧＴ値は、例えば、１５００００である。ＧＴ値の上限値は、実験によって求めることが可能である。

凝集剤４の注入量が多すぎる場合、凝集した不純物（フロック）が水分を含むので、凝集した不純物の結合強度は低い。凝集剤４の注入量が少なすぎる場合、不純物が凝集しないので、小さい不純物はろ過膜の膜孔を通過してしまう。撹拌部３１は、被処理水の撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように被処理水を強く撹拌することによって、不純物同士を強く衝突させる。

撹拌部３１は、被処理水を強く撹拌しない場合と比較して凝集剤４の注入量が少ない場合でも、不純物同士を強く衝突させることによって不純物を凝集させることができる。撹拌部３１は、被処理水を強く撹拌しない場合と比較して撹拌時間Ｔが短い場合でも、不純物同士を強く衝突させることによって不純物を凝集させることができる。

撹拌部３１は、撹拌制御部２１２ａによる制御に基づいて、撹拌強度（Ｇ値）と撹拌時間Ｔと凝集剤４の注入量とを変更する。撹拌部３１は、撹拌強度と撹拌時間と凝集剤４の注入量とを変更することによって、不純物の結合強度を高くする。撹拌部３１は、撹拌強度が大きいほど短い時間で、反応槽３２の被処理水を撹拌する。

なお、撹拌部３１は、ろ過部３４のろ過膜の孔径と比較して不純物の粒径が小さくなり過ぎないように、撹拌制御部２１２ａによる制御に基づいて撹拌強度と撹拌時間とを変更する。注入部３０は、ろ過部３４のろ過膜の孔径と比較して不純物の粒径が小さくなり過ぎないように、注入制御部２１１ａによる制御に基づいて凝集剤４の注入量を変更する。

反応槽３２は、被処理水に凝集剤４を注入するための貯水槽（混和池）である。反応槽３２は、ｐＨ調整剤を注入するための機構を備えてもよい。ｐＨ調整剤を注入するための機構は、被処理水の流れに関して反応槽３２の上流に備えられてもよい。反応槽３２では、被処理水のｐＨ域は、ｐＨ調整剤の作用によって、凝集剤４による凝集に適したｐＨ域となる。ｐＨ調整剤は、例えば、硫酸、塩酸、硝酸などの酸である。ｐＨ調整剤は、例えば、苛性ソーダ、消石灰などの塩基でもよい。

反応槽３２では、凝集剤４が注入された被処理水は、撹拌部３１によって強く撹拌される。被処理水における不純物（懸濁物質等の粒子）は、凝集剤４の荷電中和作用及び架橋作用によって凝集する。凝集した不純物は、撹拌部３１の撹拌翼が発生させる旋回流によるせん断力を受ける。凝集した不純物において結合強度が強い部分は、せん断力によって切断されずに残る。したがって、凝集した不純物の密度は、せん断力を受けることによって高くなる。

以下、ろ過膜を不純物が通過することを阻止することができた確率を「阻止率」という。阻止率は、不純物を分離して除去する性能を表す指標の一つである。阻止率Ｒは、式（２）によって表される。

Ｃｂは、ろ過膜を透過する前の被処理水における不純物の濃度を示す。Ｃｐは、ろ過膜を透過した後の被処理水における不純物の濃度を示す。

反応槽３２において凝集した不純物の構造は、結合強度が高いので、ろ過膜の表面等で壊れ難い。したがって、反応槽３２において凝集した不純物について、ろ過膜の阻止率Ｒは、ろ過部３４のろ過膜の孔径と、凝集した不純物の粒径との大小関係から定まる。

ポンプ３３（送水部）は、反応槽３２とろ過部３４との間に備えられる。ポンプ３３は、被処理水の流れに関してろ過部３４の下流に備えられてもよい。ポンプ３３は、制御部２１ａによる制御に基づいて、不純物を含む被処理水を反応槽３２からろ過部３４に送る。ポンプ３３は、凝集した不純物（フロック）を壊さないように被処理水を反応槽３２からろ過部３４に送ることが可能である。例えば、ポンプ３３は、一軸ネジ式の定積容量ポンプ、ボルテックス型インペラポンプ、オープンインペラ型渦巻きポンプである。例えば、ポンプ３３は、モノフレックスポンプ、モーノポンプ、サインポンプでもよい。

ろ過部３４は、ろ過膜を有する。ろ過膜は、例えば、ガラス繊維膜、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）である。ろ過膜の材質は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（PVDF: Polyvinylidene fluoride）、ポリエチレンテレフタレートなど樹脂の有機膜、セラミックやステンレスなどの無機膜である。ろ過膜の孔径は、例えば、１μｍ以上３ｍｍ以下である。ろ過膜は、コロイド粒子を捕捉することができる。

ろ過部３４は、凝集した不純物（フロック）をろ過膜によって捕捉することによって、被処理水から不純物を除去する。ろ過部３４は、不純物を除去した後の被処理水を、予め定められた貯水部に送る。予め定められた貯水部は、例えば、配水池である。

図２は、不純物の粒径の頻度分布の例を示す図である。横軸は、不純物の粒径（μｍ）を示す。縦軸は、ろ過部３４を通過する前の被処理水に含まれている不純物の数の頻度（％）を示す。頻度分布曲線１１０は、撹拌時間Ｔが基準時間よりも短い時間である場合における、不純物の数の頻度分布曲線である。頻度分布曲線１２０は、撹拌時間Ｔが基準時間と等しい場合における、不純物の数の頻度分布曲線である。頻度分布曲線１３０は、撹拌時間Ｔが基準時間よりも長い時間である場合における、不純物の数の頻度分布曲線である。図２では、頻度分布曲線のピークが示す粒径は、撹拌時間Ｔが長くなるほど小さい。

凝集した不純物（フロック）の結合強度が低い場合には、凝集した不純物の構造がろ過膜の表面等で壊れる場合があるので、凝集した不純物の阻止率Ｒは、ろ過膜の孔径と粒径との大小関係のみからでは定まらない。

図３は、測定された阻止率を撹拌時間ごとに示す図である。図３では、第１のＧＴ値と第２のＧＴ値と第３のＧＴ値とのうち、第１のＧＴ値は、最も小さい値である。第１のＧＴ値と第２のＧＴ値と第３のＧＴ値とのうち、第３のＧＴ値は、最も大きい値である。図３では、第１の阻止率と第２の阻止率と第３の阻止率とのうち、第１の阻止率は、最も小さい率である。第１の阻止率と第２の阻止率と第３の阻止率とのうち、第３の阻止率は、最も大きい率である。

撹拌時間が基準時間よりも短い時間である場合、ＧＴ値は、第１のＧＴ値（最も小さい値）である。撹拌時間が基準時間と等しい時間である場合、ＧＴ値は、第２のＧＴ値である。撹拌時間が基準時間よりも長い時間である場合、ＧＴ値は、第３のＧＴ値（最も大きい値）である。

ＧＴ値が第１のＧＴ値である場合、阻止率は、第２の阻止率である。ＧＴ値が第２のＧＴ値である場合、阻止率は、第３の阻止率（最も大きい率）である。ＧＴ値が第３のＧＴ値である場合、阻止率は、第１の阻止率（最も小さい率）である。したがって、撹拌時間が基準時間と等しい時間である場合、ろ過部３４のろ過膜は、ろ過膜の孔径と比較して大きい不純物を、効率よく捕捉することができる。

凝集した不純物の結合強度が低い場合には、凝集した不純物の構造が撹拌によるせん断力によって壊れる場合があるので、ろ過膜は、ろ過膜を不純物が通過することを阻止することができない場合がある。撹拌部３１は、被処理水を強く撹拌するので、凝集した不純物（フロック）の結合強度を高くする。結合強度が高い不純物は、沈殿し難いが、壊れ難いのでろ過による除去に適している。これによって、ろ過部３４のろ過膜は、ろ過膜の孔径と比較して大きい不純物を、効率よく捕捉することができる。ろ過部３４のろ過膜は、結合強度が高い不純物を効率よく捕捉することによって、結合強度が高い不純物がろ過膜を通過することを阻止することができる。

なお、ろ過膜の膜孔は、不純物によって閉塞する場合がある。ろ過膜の膜孔が閉塞した場合、ろ過膜を通過する被処理水の流束は小さくなる。ろ過部３４は、ろ過膜を通過する被処理水の流束が小さくなった場合、被処理水の流れとは逆の向きに、ろ過膜に向けて水や空気を送ってもよい。被処理水の流束の大きさは、水や空気をろ過膜に送ることによって回復する。

以上のように、第１の実施形態の固液分離装置３ａは、注入部３０と、撹拌部３１と、ろ過部３４とを持つ。注入部３０は、不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する。撹拌部３１は、凝集剤４が注入された被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する。ろ過部３４は、撹拌された被処理水に含まれている不純物をろ過する。

これによって、第１の実施形態の固液分離装置３ａは、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができる。

第１の実施形態の固液分離装置３ａは、阻止率を高く維持することができる。第１の実施形態の固液分離装置３ａは、被処理水の流束の太さを向上させることができる。第１の実施形態の固液分離装置３ａは、ろ過膜が閉塞する頻度を低下させることができる。第１の実施形態の固液分離装置３ａのユーザは、膜孔が大きいろ過膜を容易に選定することができる。膜の孔径が大きいろ過膜は、コストが安い。第１の実施形態の固液分離装置３ａは、ろ過膜等の付帯設備を軽減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、反応槽ごとに異なる種類の凝集剤が被処理水に注入される点が、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図４は、固液分離システム１ｂの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｂは、制御装置２ｂと、固液分離装置３ｂとを備える。制御装置２ｂは、記憶部２０と、制御部２１ｂとを備える。

制御部２１ｂは、注入制御部２１１ｂと、撹拌制御部２１２ｂと、送水制御部２１３ｂとを備える。注入制御部２１１ｂは、注入部３０−１を介して、凝集剤４を反応槽３２−１に注入する。撹拌制御部２１２ｂは、撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように、撹拌部３１−１を介して反応槽３２−１の被処理水を強く撹拌する。撹拌制御部２１２ｂは、凝集剤４が注入された時刻から撹拌時間Ｔが経過するまでの間、撹拌部３１−１を介して反応槽３２−１の被処理水を強く撹拌する。

注入制御部２１１ｂは、注入部３０−２を介して、凝集剤５を反応槽３２−２に注入する。撹拌制御部２１２ｂは、撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように、撹拌部３１−２を介して反応槽３２−２の被処理水を強く撹拌する。撹拌制御部２１２ｂは、撹拌時間Ｔが経過するまでの間、撹拌部３１−２を介して反応槽３２−２の被処理水を強く撹拌する。送水制御部２１３ｂは、ポンプ３３を介して、不純物を含む被処理水を反応槽３２−２からろ過部３４に送る。

固液分離装置３ｂは、不純物を含む被処理水に凝集剤４及び凝集剤５を注入することによって、不純物を効率的に凝集させる。固液分離装置３ｂは、分離しなかった残りの不純物を、ろ過膜によって被処理水から除去する。固液分離装置３ｂは、注入部３０−１〜３０−２と、撹拌部３１−１〜３１−２と、反応槽３２−１〜３２−２と、ポンプ３３と、ろ過部３４とを備える。

凝集剤５は、有機系高分子凝集剤等の高分子凝集剤である。高分子凝集剤は、例えば、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤である。凝集剤５は、被処理水に含まれている不純物の粒子性状や水質に応じて選定される。高分子凝集剤の分子量は大きい。高分子凝集剤の分子量は、例えば、１００万から９０００万である。高分子凝集剤の分子の形状は、長い紐状である。このため、高分子凝集剤は、強力な結合作用によって不純物同士を強く結合させる。

撹拌部３１−２の撹拌翼が回転している場合、撹拌部３１−２の撹拌翼の上では、被処理水の旋回流によるせん断力が大きい。したがって、注入部３０−２は、撹拌部３１−２の撹拌翼が回転している場合、例えば、撹拌部３１−２の撹拌翼の上に凝集剤５を注入してもよい。

反応槽３２−１は、被処理水に凝集剤４を注入するための貯水槽（混和池）である。反応槽３２−１は、ｐＨ調整剤を注入するための機構を備えてもよい。ｐＨ調整剤を注入するための機構は、被処理水の流れに関して反応槽３２−１の上流に備えられてもよい。反応槽３２−１では、被処理水のｐＨ域は、ｐＨ調整剤の作用によって、凝集剤４による凝集に適したｐＨ域となる。

反応槽３２−２は、被処理水に凝集剤５を注入するための貯水槽である。反応槽３２−２は、ｐＨ調整剤を注入するための機構を備えてもよい。ｐＨ調整剤を注入するための機構は、被処理水の流れに関して反応槽３２−２の上流に備えられてもよい。反応槽３２−２では、被処理水のｐＨ域は、ｐＨ調整剤の作用によって、凝集剤５による凝集に適したｐＨ域となる。

以上のように、第２の実施形態の凝集剤４は、無機系凝集剤である。凝集剤５は、有機系凝集剤とである。有機系凝集剤は、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤等の高分子凝集剤である。

これによって、第２の実施形態の固液分離装置３ｂは、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水からより多く除去することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、固液分離システムが備える反応槽の個数が１個である点が、第２の実施形態と相違する。第３の実施形態では、第２の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図５は、固液分離システム１ｃの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｃは、制御装置２ｃと、固液分離装置３ｃとを備える。制御装置２ｃは、記憶部２０と、制御部２１ｃとを備える。固液分離装置３ｃは、注入部３０−１〜３０−２と、撹拌部３１−１〜３１−２と、反応槽３２と、ポンプ３３と、ろ過部３４とを備える。

制御部２１ｃは、注入制御部２１１ｃと、撹拌制御部２１２ｃと、送水制御部２１３ｃとを備える。注入制御部２１１ｃは、注入部３０−１を介して、凝集剤４を反応槽３２に注入する。撹拌制御部２１２ｃは、撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように、撹拌部３１を介して反応槽３２の被処理水を強く撹拌する。撹拌制御部２１２ｃは、撹拌時間Ｔが経過するまでの間、撹拌部３１を介して反応槽３２の被処理水を強く撹拌する。制御部２１ｃは、不純物を凝集させることができる。

注入制御部２１１ｃは、注入部３０−２を介して、反応槽３２及びポンプ３３の間の水路に凝集剤５を注入する。凝集剤４を反応槽３２に注入した時刻から一定時間が経過する前に凝集剤５を注入した場合、粒径が小さい不純物を凝集剤５（高分子凝集剤）が凝集することによって、凝集剤５の注入量が不要に増える。凝集剤５の注入量を不要に増やさないようにするため、注入制御部２１１ｃは、例えば、凝集剤４を反応槽３２に注入してから一定時間が経過した後に、反応槽３２及びポンプ３３の間の水路に凝集剤５を注入する。一定時間は、例えば、５分間である。送水制御部２１３ｃは、ポンプ３３を介して、不純物を含む被処理水を反応槽３２からろ過部３４に送る。

以上のように、第３の実施形態の固液分離装置３ｃは、反応槽３２を１個備える。これによって、第３の実施形態の固液分離システム１ｃは、被処理水が間欠的に固液分離システム１ｃに流入する場合でも、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができる。第３の実施形態の固液分離システム１ｃは、固液分離システム１ｃの設置場所が限られる場合でも、反応槽３２−２を省いて、固液分離システム１ｃの設置場所を小さくすることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、固液分離装置がラインミキサを備える点が、第３の実施形態と相違する。第４の実施形態では、第３の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図６は、固液分離システム１ｄの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｄは、制御装置２ｄと、固液分離装置３ｄとを備える。制御装置２ｄは、記憶部２０と、制御部２１ｄとを備える。固液分離装置３ｄは、注入部３０−１〜３０−２と、撹拌部３１−１〜３１−２と、反応槽３２と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、ラインミキサ３５とを備える。ラインミキサ３５は、複数でもよい。ラインミキサ３５のエレメント数は、例えば、被処理水の水質に応じて定められる。ラインミキサ３５の台数は、被処理水の水質に応じて定められる。

なお、固液分離装置３ｄが注入部３０と撹拌部３１とポンプ３３とろ過部３４とラインミキサ３５とを備える代わりに、制御装置２ｄは、注入部３０と、撹拌部３１と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、ラインミキサ３５とを備えてもよい。

制御部２１ｄは、注入制御部２１１ｄと、撹拌制御部２１２ｄと、送水制御部２１３ｄとを備える。注入制御部２１１ｄは、注入部３０−２を介して、反応槽３２及びポンプ３３の間の水路に注入部３０−２から凝集剤５を注入する。注入制御部２１１ｄは、注入部３０−２を介して、ポンプ３３及びラインミキサ３５の間の水路に凝集剤５を注入してもよい。送水制御部２１３ｄは、ポンプ３３に制御情報を送信する。送水制御部２１３ｄは、ポンプ３３を介して被処理水の流量又は圧力を調整することによって、ラインミキサ３５において被処理水を強く撹拌する。

注入部３０−２は、注入制御部２１１ｄによる制御に基づいて、反応槽３２及びポンプ３３の間の水路（配管）に凝集剤５を注入する。注入部３０−２は、ポンプ３３の吸引作用によって水路内が負圧である場合、反応槽３２及びポンプ３３の間の水路に凝集剤５を圧入しなくてよい。注入部３０−２は、注入部３０−２と水路との間に設置された弁の開度を調整することによって、凝集剤５の注入量を調整してもよい。ポンプ３３及びラインミキサ３５の間の水路に凝集剤５を注入する場合、水路内（配管内）が正圧であるため、注入部３０−２は、凝集剤５を圧力によって注入するための機構と、逆止弁とを備える。

ポンプ３３は、送水制御部２１３ｄによる制御に基づいて、ラインミキサ３５から取得した被処理水を強く撹拌する。ポンプ３３は、被処理水をラインミキサ３５に送る。

ラインミキサ３５では、ラインミキサ３５のエレメントによって、被処理水の流れの方向が変化する。ポンプ３３が送水制御部２１３ｄによる制御に基づいて被処理水の流量又は圧力を調整することによって、ラインミキサ３５では、被処理水は、撹拌強度が強度閾値以上となるように撹拌される。ラインミキサ３５（送水部）は、被処理水をろ過部３４に送る。

以上のように、第４の実施形態の固液分離装置３ｄは、ラインミキサ３５を備える。これによって、第４の実施形態の固液分離装置３ｄは、狭い場所でも設置可能である。第４の実施形態の固液分離装置３ｄは、消費電力を削減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、固液分離装置３ｅが撹拌部３１の代わりに複数のラインミキサ３５を備える点が、第４の実施形態と相違する。第５の実施形態では、第４の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図７は、固液分離システム１ｅの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｅは、制御装置２ｅと、固液分離装置３ｅとを備える。制御装置２ｅは、記憶部２０と、制御部２１ｅとを備える。固液分離装置３ｅは、注入部３０−１〜３０−２と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、ラインミキサ３５−１〜３５−２とを備える。

制御部２１ｅは、注入制御部２１１ｅと、撹拌制御部２１２ｅと、送水制御部２１３ｅとを備える。注入部３０−１は、注入制御部２１１ｅによる制御に基づいて、被処理水の流れに関してポンプ３３の上流の水路（配管）に凝集剤５を注入する。注入部３０−１は、注入制御部２１１ｅによる制御に基づいて、ポンプ３３及びラインミキサ３５−１の間の水路（配管）に凝集剤５を注入してもよい。

ポンプ３３は、被処理水の流れに関してラインミキサ３５−１の上流に設置される。したがって、ポンプ３３は、凝集した不純物の結合を破壊可能な構成を有していてもよい。例えば、ポンプ３３は、せん断力を発生させることが可能である渦巻きポンプでもよい。ポンプ３３は、凝集剤４が注入された被処理水の撹拌強度（Ｇ値）が強度閾値以上となるように、撹拌制御部２１２ｅによる制御に基づいて被処理水を強く撹拌してもよい。ポンプ３３は、被処理水をラインミキサ３５−１に送る。

ラインミキサ３５−１では、ラインミキサ３５−１のエレメントによって、被処理水の流れの方向が変化する。ポンプ３３が送水制御部２１３ｅによる制御に基づいて被処理水の流量又は圧力を調整することによって、ラインミキサ３５−１では、被処理水は、撹拌強度が強度閾値以上となるように撹拌される。ラインミキサ３５−１は、被処理水をラインミキサ３５−２に送る。

ラインミキサ３５−２では、ラインミキサ３５−２のエレメントによって、被処理水の流れの方向が変化する。ポンプ３３が送水制御部２１３ｅによる制御に基づいて被処理水の流量又は圧力を調整することによって、ラインミキサ３５−２では、被処理水は、撹拌強度が強度閾値以上となるように撹拌される。ラインミキサ３５−２は、被処理水をろ過部３４に送る。

以上のように、第５の実施形態の固液分離装置３ｅは、撹拌部３１の代わりに複数のラインミキサ３５を備える。これによって、第５の実施形態の固液分離装置３ｅは、狭い場所でも設置可能である。第５の実施形態の固液分離装置３ｅは、消費電力を削減することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、固液分離システムが混練部を備える点が、第１の実施形態と相違する。第６の実施形態では第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図８は、固液分離システム１ｆの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｆは、制御装置２ｆと、固液分離装置３ｆとを備える。制御装置２ｆは、記憶部２０と、制御部２１ｆとを備える。固液分離装置３ｆは、注入部３０と、撹拌部３１と、反応槽３２と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、混練部３６とを備える。

なお、固液分離装置３ｆが注入部３０と撹拌部３１とポンプ３３とろ過部３４と混練部３６とを備える代わりに、制御装置２ｆは、注入部３０と、撹拌部３１と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、混練部３６とを備えてもよい。

制御部２１ｆは、注入制御部２１１ｆと、撹拌制御部２１２ｆと、送水制御部２１３ｆと、混練制御部２１４ｆとを備える。ポンプ３３は、送水制御部２１３ｆによる制御に基づいて、不純物を含む被処理水を反応槽３２から混練部３６に送る。混練制御部２１４ｆは、混練部３６に制御情報を送信する。

凝集した不純物は、凝集した不純物の形状が球状でない場合、せん断力を受け易いので、微細化し易い。すなわち、凝集した不純物の形状が球状である場合、凝集した不純物は、せん断力を受け難いので、微細化し難い。微細化し難い不純物は、結合強度が高いので、ろ過膜の表面等で壊れ難い。

混練部３６（kneader）は、混練制御部２１４ｆによる制御に基づいて、凝集した不純物（フロック）の形状を凹凸の少ない球状にするための装置である。混練部３６は、凝集した不純物に旋回流による弱いせん断力を加える。混練部３６は、例えば、平羽根を有する。混練部３６は、らせん状の配管を有していてもよい。混練部３６は、迂流構造を有する水槽でもよい。混練部３６は、ポンプ３３とろ過部３４との間に備えられる。混練部３６（送水部）は、球状に凝集した不純物を含む被処理水を、ろ過部３４に送る。なお、混練部３６は、反応槽３２とポンプ３３との間に備えられてもよい。

以上のように、第６の実施形態の固液分離システム１ｆは、混練部３６を備える。これによって、第６の実施形態のろ過部３４のろ過膜は、ろ過膜の孔径と比較して大きい不純物を、効率よく捕捉することができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態では、固液分離システムが測定部を備える点が、第１の実施形態と相違する。第７の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図９は、固液分離システム１ｇの構成の例を示す図である。固液分離システム１ｇは、制御装置２ｇと、固液分離装置３ｇとを備える。制御装置２ｇは、記憶部２０と、制御部２１ｇとを備える。固液分離装置３ｇは、注入部３０と、撹拌部３１と、反応槽３２と、ポンプ３３と、ろ過部３４と、測定部３７とを備える。

制御部２１ｇは、注入制御部２１１ｇと、撹拌制御部２１２ｇと、送水制御部２１３ｇとを備える。制御部２１ｇは、凝集した不純物の状態を表す情報を、測定部３７から取得する。不純物の状態とは、例えば、不純物の密度、不純物の粒径、不純物の形状である。制御部２１ｇは、凝集した不純物がろ過部３４によって除去可能であるか否かを、凝集した不純物の状態を表す情報に基づいて判定する。制御部２１ｇは、凝集した不純物がろ過部３４によって除去不能である場合、不純物の凝集に影響する条件を調整する。不純物の凝集に影響する条件とは、撹拌強度と、撹拌時間（滞留時間）と、凝集剤の流入量又は注入率とである。

注入制御部２１１ｇは、凝集剤の流入量又は注入率を調整する場合、例えば、凝集剤４の濃度、凝集剤４の注入量、被処理水の流入量を調整する。撹拌制御部２１２ｇは、撹拌部３１の撹拌翼の回転数を調整することによって、撹拌強度を調整する。固液分離システム１ｇのオペレータ（運転員）は、撹拌部３１の撹拌翼の形状又は枚数、反応槽３２の容積を変更することによって、撹拌強度を調整してもよい。

送水制御部２１３ｇは、被処理水の流量又はポンプ３３の送水量を調整することによって、撹拌時間（滞留時間）を調整する。固液分離システム１ｇのオペレータは、反応槽３２の容積を変更することによって、撹拌時間を調整してもよい。

測定部３７は、凝集した不純物の状態を測定する。測定部３７は、密度測定部３７０と、粒径測定部３７１と、形状測定部３７２とを備える。密度測定部３７０と粒径測定部３７１と形状測定部３７２のうち一部または全部は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。密度測定部３７０と粒径測定部３７１と形状測定部３７２のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェア機能部であってもよい。

密度測定部３７０は、被処理水の流れに関してろ過部３４の上流から被処理水を取得する。密度測定部３７０は、凝集した不純物の外観を表す画像を、凝集した不純物の外観を撮像した顕微鏡又は撮像装置から取得する。密度測定部３７０は、凝集した不純物の外観に基づいて、凝集した不純物の密度を測定する。例えば、密度測定部３７０は、水流によるせん断力を受けた不純物の粒径が微細化するか否かに基づいて、結合強度を測定する。密度測定部３７０は、結合強度の測定結果に基づいて、凝集した不純物の密度を測定する。

粒径測定部３７１は、被処理水の流れに関してろ過部３４の上流から被処理水を取得する。粒径測定部３７１は、複数の不純物について、凝集した不純物の粒径の分布をレーザー回折による回折結果に基づいて測定する。粒径測定部３７１は、複数の不純物について、凝集した不純物の粒径の分布を分光光度計による分光結果に基づいて測定する。

形状測定部３７２は、被処理水の流れに関してろ過部３４の上流から被処理水を取得する。形状測定部３７２は、凝集した不純物の外観を表す画像を、凝集した不純物の外観を撮像した顕微鏡又は撮像装置から取得する。形状測定部３７２は、凝集した不純物の外観に基づいて、凝集した不純物の形状のアスペクト比及び真球度を測定する。形状測定部３７２は、レーザー回折による回折結果に基づいて、凝集した不純物の形状のアスペクト比及び真球度を測定してもよい。形状測定部３７２は、分光光度計による分光結果に基づいて、凝集した不純物の形状のアスペクト比及び真球度を測定してもよい。形状測定部３７２は、凝集した不純物の形状のアスペクト比及び真球度を表す値を、制御部２１ｇに送信する。

以上のように、第７の実施形態の固液分離システム１ｇは、測定部３７を備える。これによって、第７の実施形態の固液分離システム１ｇは、凝集した不純物の状態に基づいて、凝集剤５の注入量を調整することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、凝集剤が注入された被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する撹拌部と、撹拌された被処理水に含まれている不純物をろ過するろ過部とを持つことにより、不純物によるろ過膜の閉塞を容易に発生させることなく不純物を被処理水から除去することができる。

以上、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同様に、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ものである。

１ａ〜１ｇ…固液分離システム、２ａ〜２ｇ…制御装置、３ａ〜３ｇ…固液分離装置、４…凝集剤、５…凝集剤、２０…記憶部、２１ａ…制御部、２１ｂ…制御部、２１ｃ…制御部、２１ｄ…制御部、２１ｅ…制御部、２１ｆ…制御部、２１ｇ…制御部、３０…注入部、３１…撹拌部、３２…反応槽、３３…ポンプ、３４…ろ過部、３５…ラインミキサ、３６…混練部、３７…測定部、１１０…頻度分布曲線、１２０…頻度分布曲線、１３０…頻度分布曲線、２１１ａ〜２１１ｇ…注入制御部、２１２ａ〜２１２ｇ…撹拌制御部、２１３ａ〜２１３ｇ…送水制御部、２１４ｆ…混練制御部、３７０…密度測定部、３７１…粒径測定部、３７２…形状測定部

Claims (8)

1. 不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する注入部と、
   前記凝集剤が注入された前記被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する撹拌部と、
   撹拌された前記被処理水に含まれている前記不純物をろ過するろ過部と、
   を備える固液分離装置。
2. 前記撹拌部は、前記撹拌強度が大きいほど短い時間で前記被処理水を撹拌する、請求項１に記載の固液分離装置。
3. 前記ろ過部は、ろ過膜を有し、
   このろ過膜の孔径は、１μｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の固液分離装置。
4. 前記凝集剤は、無機系凝集剤及び有機系凝集剤の少なくとも一方である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固液分離装置。
5. 前記有機系凝集剤は、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤又はノニオン系高分子凝集剤である、請求項４に記載の固液分離装置。
6. 前記撹拌部は、乳化分散機、撹拌翼を有するミキサ、振動部を有するミキサ、フラッシュミキサ又はラインミキサである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固液分離装置。
7. 凝集した前記不純物の状態を測定する測定部
   を更に備え、
   前記注入部は、凝集した前記不純物の状態に基づいて定められた注入量の前記凝集剤を前記被処理水に注入する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の固液分離装置。
8. 不純物を含む被処理水に凝集剤を注入する注入部を介して前記被処理水に前記凝集剤を注入する注入制御部と、
   前記凝集剤が注入された前記被処理水を撹拌強度が４００（１／ｓ）以上となるように撹拌する撹拌部を介して前記被処理水を撹拌する撹拌制御部と、
   送水部を介してろ過部に前記被処理水を送る送水制御部と、
   を備える制御装置。

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