JP6877004B2 - 粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法 - Google Patents

粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法 Download PDF

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Description

本発明は粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法に関する。更に詳しくは、懸濁液（スラリー）等の液中に含まれる粒子を凝集させ、液中から粒子を、高効率で分離する粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法に関する。
工場排水や生活排水等において、水中に分散した微粒子を分離する技術が求められていた。従来、排水、汚水処理では、沈降濃縮、濾過等により、排水、汚水等の懸濁液等の液中から微粒子を除去することが実施されていた。また、微粒子の除去を容易にするために、排水、汚水等の懸濁液等の液中に凝集剤と呼ばれる化学物質が投入され、不純物微粒子を高濃度濃縮物として分離、回収することが一般的に行われていた。
このような凝集剤として、例えば、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、ポリ鉄（ポリ硫酸第二鉄）、塩化アルミ、塩化第二鉄等の無機凝集剤や、ポリアクリルアミド、ポリアミン、ＤＡＤＭＡＣ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）、ＰＤＡＤＭＡＣ（ポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム）等の有機凝集剤が使用されていた。
しかしながら、このような凝集剤を使用した場合、不純物微粒子の凝集体は、凝集剤により汚染（コンタミネーション）されてしまい、凝集体のｐＨ等の性状が規定値を逸脱することがあった。そのため、不純物微粒子を再利用、再資源化する場合、凝集剤を除去する必要があり、更なる処理作業、コストを要することになっていた。
凝集剤を使用しない分離方法として、例えば、懸濁排水が供給される懸濁粒子凝集槽と、懸濁粒子凝集槽に配設された陽極板及び陰極板が平行配置されて形成された間隙に懸濁排水が供給される凝集流路を備えた懸濁粒子凝集部と、濾過槽と、全体が袋状に形成された濾過部とを有する懸濁排水処理装置が提案されている（特許文献１）。
また、微粒子が分散した被処理液中に、複数の電極を挿入し、電極間に特定の電界強度となるように電圧を印加する微粒子凝集技術や（特許文献２）、粒子及び分散媒を含むスラリーを、分散媒で充填された分離容器内に、連続的に流入させるとともに、分離溶液内に流入されたスラリーに電場を印加することにより、スラリー中の複数の粒子が凝集した凝集粒子を分離容器の底部に沈降させ、分散媒を上澄みとして連続的に流出させるとともに、凝集粒子を沈降物として、上澄みとは別経路で連続的に流出させる粒子凝集分離回収方法が提案されている（特許文献３）。
特開２００４−２３０３４４号公報 特開２０１１−２３０００６号公報 特開２０１４−１２８７７７号公報
しかしながら、特許文献１、２、３に記載の技術は、分極凝集を用いているが、ボイコット効果を利用していないので、高効率に液中の粒子を凝集することが困難であり、連続して大量に処理する点において問題があった。
従って、本発明の目的は、高効率に液中の粒子を凝集し、濃縮し、液中から粒子を分離させることができると共に、省スペースでの設置が可能となる、粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、螺旋状に加工した電極を使用して、直流電場を懸濁液等中の粒子に印加することにより、粒子と拡散電気二重層の分極によって形成された粒子凝集体をボイコット効果で更に沈降促進させて、従来達成できなかった高効率で凝集粒子を分離できることを見出した。即ち、本発明者らは、分極による粒子凝集体とボイコット効果による粒子凝集体の沈降促進の組み合わせによる相乗効果により、従来達成できなかった高効率で凝集粒子を分離できることを見出した。本発明によれば、以下に示す粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法が提供される。
［１］被処理液が供給される容器と、当該容器内に少なくとも一対の電極と、を備え、当該電極が重力方向に対し傾斜を有して並列に配列され、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
［２］前記電極は、前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の螺旋状流路を形成する前記［１］に記載の粒子凝集分離装置。
［３］前記電極が傾斜平行平板である前記［１］に記載の粒子凝集分離装置。
［４］被処理液が供給される容器と、芯棒の周囲に、少なくとも一対の電極板が並列に螺旋状となるように設けられた螺旋状電極と、を備え、隣接する前記電極板同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記螺旋状電極は、前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の螺旋状流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記螺旋状流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
［５］前記容器が内筒と外筒を有し、当該内筒が当該外筒の底部から離間して設置されてなる前記［４］に記載の粒子凝集分離装置。
［６］被処理液が供給される容器と、当該容器に少なくとも一対の電極と、を備え、当該電極は、重力方向に対し傾斜を有する平行平板であり、且つ、互いに隣接する電極同士の極性が相違し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置
［７］前記隣接する電極間の距離が１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内である前記［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子凝集分離装置。
［８］前記隣接する電極間に印加される電場強度が０．２５〜５Ｖ／ｃｍの範囲内である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子凝集分離装置。
［９］被処理液が供給される容器と、当該容器に陽電極と陰電極と、を備え、当該陽電極と当該陰電極の間に重力方向に対し傾斜を有して並列に配列される整流部材を有し、且つ、前記陽電極と前記陰電極の間に、直流電場を生成するように構成され、前記陽電極及び前記陰電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
［１０］被処理液が供給される容器と、当該容器内に、中心軸を共通にする同心円状に配設された電極と、を備え、重力方向に対し傾斜を有して配列される整流部材を有し、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
［１１］容器内において、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された少なくとも一対の電極によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、隣接する前記電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
［１２］前記電極が前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の流路を形成する前記［１１］に記載の粒子凝集分離方法。
［１３］前記電極が傾斜平行平板である前記［１１］に記載の粒子凝集分離方法。
［１４］容器に備えられた陽電極と陰電極の間に、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された整流部材によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、前記陽電極及び前記陰電極に直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
［１５］容器内の中心軸を共通にする同心円状に配設された電極によって形成された流路内に、整流部材を重力方向に対し傾斜を有して配列し、前記流路に被処理液を供給する工程と、隣接する前記電極同士が異なる極性を有するように直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、
前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
本発明の粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法は、極めて高効率に懸濁液等から粒子を凝集させることができ、また、連続かつ大量に固液分離することができる。更に、装置を小型なものとすることができるので、従来よりも圧倒的に省スペースでの運転が可能となる。
直流電場が生成されていない水中粒子を模式的に示す概略図である。 直流電場が生成された水中粒子を模式的に示す概略図である。 本発明の粒子凝集分離装置の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。 図３に示す粒子凝集分離装置の模式的側面図である。 本発明の粒子凝集分離装置に使用する螺旋状電極を模式的に示す側面図である。 図５に示す螺旋状電極を模式的に示す平面図である。 本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図７におけるＡ−Ａ’線断面図である。 図７におけるＢ−Ｂ’線断面図である。 本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図１０におけるＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図１２に示す粒子凝集分離装置の模式的縦断面図である。 実施例１、比較例１、２における粒子濃度の測定結果を示すグラフである。 実施例１、比較例１における粒子の凝集分離状態を示す写真である。
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に属することが理解されるべきである。
（１）粒子凝集分離装置：
本発明の粒子凝集分離装置の一の実施形態は、被処理液が供給される容器と、当該容器内に少なくとも一対の電極と、を備え、当該電極が重力方向に対し傾斜を有して並列に配列され、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、前記粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させるものである。
このような、粒子凝集分離装置によれば、凝集剤や複雑でスペースを有する大型の装置を使用することなく、太陽電池のシリコンのリサイクル工程で生じる廃水や、すり身加工廃液等の被処理液に含まれる粒子を高効率に分離できる。
本実施形態の粒子凝集分離装置は、上記構成により、直流電圧を印加して流路に直流電場を生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した粒子の沈降を促進させるものである。以下、本実施形態の粒子凝集分離装置を詳細に説明する前に、粒子と拡散電気二重層の分極及びボイコット効果について説明する。
最初に、粒子と拡散電気二重層の分極について説明する。図１は、被処理液として水を用いた、直流電場が生成されていない水中粒子を模式的に示す概略図である。図１において、水中粒子は通常、負に帯電する。この負に帯電した水中粒子に水中のプラスイオンが引きつけられ拡散電気二重層が形成される。この場合、正負の電荷中心が一致するので、クーロン力が発生しない。従って、引力として作用するクーロン力が存在しないので、粒子は、互いに引き合うことがなく、凝集せず、凝集粒子が形成されない。なお、上述の凝集メカニズムは、粒子が帯電している場合であるが、すり身廃液を対象とする場合のように、粒子の帯電が観測されない状態でも電圧印加により粒子凝集が発生する。この場合、粒子はタンパク質の凝集体と思われ、粒子自身が分極しているとも考えられる。このように、本発明においては、粒子の帯電が観測された状態ではなく、粒子の帯電が観測されたメカニズムとは異なる他の凝集メカニズムであっても良い。以下、粒子の帯電が観測された場合について分極の説明を行うが、本発明における分極は、かかる態様に限定されるものではない。
一方、図２は、被処理液として水を用いた、直流電場が生成された水中粒子を模式的に示す概略図である。図２において、水中粒子は通常、負に帯電する。この負に帯電した水中粒子に水中のプラスイオンが引きつけられ拡散電気二重層が形成される。直流電場が生成されると、拡散電気二重層と水中粒子が分極し、正負の電荷中心がずれて、クーロン力が発生する。このクーロン力が引力として作用し、水中粒子は、互いに引き合い、凝集し、凝集粒子が形成される。
次に、ボイコット効果について説明する。容器内において、粒子と拡散電気二重層の分極により凝集した粒子は、容器内の重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された電極によって形成された各流路内において、重力に対して傾斜した面によって発生する粒子の密度の高い箇所と粒子密度の低い箇所との密度差による密度流に起因して、粒子の沈降速度が増加することになる。この作用により、短時間で、粒子が沈降し、容器の底部に堆積する。このように、本発明の粒子凝集分離装置は、粒子と拡散電気二重層の分極により生じた粒子凝集と、ボイコット効果による粒子の沈降促進が同時に進行することにより、従来技術では達成できなかった高効率の固液分離を実現することが可能となった。
（２）粒子凝集分離装置（螺旋状電極を有する装置）：
本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態は、被処理液が供給される容器と、芯棒の周囲に、少なくとも一対の電極板が並列に螺旋状となるように設けられた螺旋状電極と、を備え、当該隣接する前記電極板同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記螺旋状電極は、前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の螺旋状流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記螺旋状流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させるものである。このような粒子凝集分離装置は、例えば、図３、図４のような構成とすることができる。図３は、本実施形態の粒子凝集分離装置を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示す粒子凝集分離装置の模式的側面図である。なお、図４においては図３に示される配線９を図示しない。
図３、図４に示されるように、円筒状の容器１内に内筒２が挿入されており、内筒２内に螺旋状電極３が挿入されている。螺旋状電極３は、芯棒４と、交互に陽電極５と陰電極６として機能する電極板から構成されている。内筒２内に螺旋状電極３が挿入されることにより、芯棒４の周囲の陽電極５と陰電極６として機能する電極板が重力方向に対し傾斜を有して並列に配列されて、螺旋状流路が形成される。また、分離効率向上の観点から、螺旋状電極３は、底上げ部材（図示しない）によって底部から所定長さ底上げされるのが好ましい。
本実施形態において、容器１は、鉛直方向又は略鉛直方向に対向する上端及び下端を有する形状であるのが好ましい。
本実施形態において、容器１は、上端及び下端を結ぶ軸方向に長いことが好ましい。軸方向に長い形状とすることで、ボイコット効果の作用する領域を広くすることができ、粒子の沈降を促進し、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。
容器１は、被処理液を容器１内へ流入させるため、下端側に被処理液流入口７を有してもよい。この被処理液流入口７には、被処理液を貯留した被処理液タンクから被処理液をくみ上げ、被処理液流入口７から容器１内へ被処理液を送り出すポンプを接続することができる。
螺旋状電極３に直流電圧が印加されて、容器１内の螺旋状流路に直流電場が生成されることにより、複数の粒子が凝集して沈降した沈降物を流出するため、容器１は、底部に沈降物流出口（図示しない）を有するのが好ましい。このような構成とすることで、容器１中、最も沈降物が堆積する領域の底部から、順次、凝集粒子の沈降物を容器１の外部へ流出させることができるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。この沈降物流出口には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
容器１は、被処理液から粒子が沈降して分離された上澄みを流出させるため、上端に上澄み流出口８を有するのが好ましい。このような構成とすることで、容器１の底部に設けられた沈降物流出口から順次、沈降物が流出されることにより、凝集粒子が最も分離除去されている領域の上澄みを効率的に容器の外部へ流出させることができるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。この上澄み流出口８には、上澄みの流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。
容器１の材質としては、容器内部に生成される直流電場に影響を与えにくいものが好ましい。例えば、アクリル、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス、絶縁皮膜処理を施したステンレス鋼等を用いることができる。
本実施形態において、粒子の分離効率向上の観点から、容器１内に、同軸の、即ち、中心軸を共通にする内筒２が挿入されるのが好ましい。なお、本発明の効果が得られるのであれば、容器１内に内筒２が挿入されていなくてもよい。また、容器１の中心軸は鉛直方向に平行であるのが好ましい。そして、内筒２は、容器１内に完全に挿入されるのが好ましい。
図５は、螺旋状電極３を模式的に示す側面図である。図６は、螺旋状電極３を模式的に示す平面図である。図５に示されるように、螺旋状電極３としては、例えば、芯棒４に少なくとも一対の陽電極５及び陰電極６として機能する電極板が設けられ、電極板が重力方向に対し傾斜を有して並列に配列され、流路を螺旋状に形成するように構成されているものを使用することができる。
螺旋状電極３において、芯棒４は、容器１の中心軸に沿った方向に伸びる棒状体であり、螺旋状電極３の長さは、容器１の長さより短いことが好ましい。芯棒４に設けられた電極板は、一対の隣接する電極板をユニットとし、少なくとも一ユニットを有するように構成されるものである。すなわち、電極板の総数が偶数となるものである。電極板の総数が奇数であると、電荷が打消し合う部分が発生するので、被処理液中の粒子について、粒子と拡散電気二重層の分極を発生させることが困難となり、粒子が凝集しないおそれがある。
一対の隣接する電極板に直流電源を接続して直流電圧を印加することにより、一方の電極板は陽電極５となり、他方の電極板は陰電極６となる。本実施形態において、一対の陽電極５と陰電極６との間の電極間距離（ピッチ）は、１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。
各電極板の重力方向に対する傾斜角度は、１０〜４５°の範囲内であるのが好ましい。また、直流電圧を印加する直流電源は、特に限定されないが、一対の陽電極５と陰電極６の間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加することができるものが好ましい。この電場強度としては、１〜５Ｖ／ｃｍがより好ましく、２〜３Ｖ／ｃｍが更に好ましい。被処理液に印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、被処理液中の粒子と拡散電気二重層を十分に分極させ、粒子を凝集させることができない可能性がある。一方、被処理液に印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超である場合、必要以上のエネルギーを投入することになるだけではなく、被処理液が加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じる可能性がある。また、被処理液中の不純物が電気分解されてガスが発生する可能性もある。更に、被処理液に印加する電圧が交流電圧によるものである場合、粒子と拡散電気二重層の分極による粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不十分となるおそれがある。
粒子の凝集効果を向上させるため、螺旋状電極３の芯棒４の長手方向に沿って芯棒４全体に電極板が配設されていることが好ましい。このように構成されることにより、容器１内の全体において、電極板により直流電場が生成され、凝集粒子の生成を促進させることができる。
螺旋状電極３に用いる電極板は、特に制限されない。例えば、板状導体等を加工した電極板を用いることができる。電極板の材質も、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであっても良い。
図３、図４に示されるような粒子凝集分離装置においては、被処理液が容器１内へ流入させられる。流入させられた被処理液は、容器１内に配設された螺旋状電極３における陽電極５と陰電極６に挟まれた各領域に到達する。この領域において、陽電極５、陰電極６に印加された直流電圧により発生した直流電場により、被処理液中の粒子は、粒子と拡散電気二重層が分極され、発生するクーロン力の作用により凝集粒子が形成される。
この領域は、陽電極５と陰電極６によって重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された流路であるため、ボイコット効果により、凝集粒子の沈降が促進される。また、凝集粒子は、被処理液中を浮遊することができず、沈降し、容器１の底部に堆積する。容器１に配設された沈降物流出口（図示しない）から、容器１の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、上澄み流出口８から、上澄みとして流出し、回収される。
本実施形態の粒子凝集分離装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、被処理液から粒子を、連続的に凝集、分離できる。
（３）粒子凝集分離装置（傾斜平行平板電極を有する装置）：
本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態は、被処理液が供給される容器と、当該容器に少なくとも一対の電極と、を備え、当該電極は、重力方向に対し傾斜を有する平行平板であり、且つ、互いに隣接する電極同士の極性が相違し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、前記粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させるものである。このような粒子凝集分離装置は、例えば、図７、図８、図９のような構成とすることができる。図７は、本実施形態の粒子凝集分離装置を模式的に示す平面図である。図８は、図７に示される粒子凝集分離装置のＡ−Ａ’線断面図である。図９は、図７に示される粒子凝集分離装置のＢ−Ｂ’線断面図である。
図７に示されるように、本実施形態は、被処理液が供給される容器１を備えるものである。このような容器１は、長方体形状であるのが好ましい。容器１の水面は大気開放されていても良い。容器１の下端は、テーパー状に細くなっていても良い。即ち、容器１としては、シックナーを用いることができる。そして、例えば、容器１が長方体形状の場合、長手方向が被処理液の供給方向に平行であるのが好ましい。容器１内において、重力方向に対し傾斜を有する平行平板（以下、傾斜平行平板と略す場合がある）である陽電極５、陰電極６に直流電圧を印加することにより直流電場が生成され、両電極間に侵入した被処理液中の粒子は粒子と拡散電気二重層が分極され、クーロン力の作用により、凝集粒子となって容器１の下端部へ沈降していく。
容器１の下端には、被処理液を容器１内に流入させるため、被処理液流入口７が配設されているのが好ましい。なお、整流効果の観点から被処理液流入口７は容器１の底部に設けられるのが好ましい。
容器１の底部には、直流電圧の印加による粒子凝集と傾斜平行平板電極によるボイコット効果により沈降した凝集粒子の沈降物を容器の外部へ流出させるため、沈降物流出口（図示しない）が配設されることが好ましい。この沈降物流出口には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
容器１には、被処理液から粒子が沈降して分離された上澄みを流出させるために、上澄み流出口８が配設されるのが好ましい。この上澄み流出口８は、特別な被覆部材等を必要としない。また、被処理液流入口７から順次流入する被処理液に押し出され、容器１の上澄み流出口８から、配管又は樋等を通じて、上澄みが排出されるように構成されていても良い。この上澄み流出口８から排出された上澄みは、沈降物流出口から流出した凝集粒子と混合しないように分離すれば良い。
図７に示されるように、本実施形態は、容器１において、一対の隣接する電極板をユニットとし、少なくとも一ユニットを有するように構成されているものである。
図８に示されるように、本実施形態において、陽電極５と陰電極６は、傾斜平行平板として、重力方向に対し傾斜を有して所定の電極間距離を保持して略平行（並列）に配設されている。なお、一対の陽電極５と陰電極６との間の電極間距離（ピッチ）は、１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。
陽電極５及び陰電極６のそれぞれの重力方向に対する傾斜角度は、１０〜４５°の範囲内であるのが好ましい。また、直流電圧を印加する直流電源は、特に限定されないが、一対の陽電極５と陰電極６の間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加できるものが好ましい。この電場強度としては、１〜５Ｖ／ｃｍがより好ましく、２〜３Ｖ／ｃｍが更に好ましい。被処理液に印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、被処理液中の粒子と拡散電気二重層を十分に分極させ、粒子を凝集させることができない可能性がある。一方、被処理液に印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超である場合、必要以上のエネルギーを投入することになるだけではなく、被処理液が加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じる可能性がある。また、被処理液中の不純物が電気分解されてガスが発生する可能性もある。更に、被処理液に印加する電圧が交流電圧によるものである場合、粒子と拡散電気二重層の分極による粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不十分となるおそれがある。
本実施形態において、陽電極５及び陰電極６として用いる電極板は、特に制限されない。例えば、板状等の電極を用いることができる。電極の材質も、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであっても良い。
図８に示されるように、粒子の凝集効果を向上させるため、粒子凝集分離装置の被処理液の通液方向に垂直な断面（Ａ−Ａ’線断面）において、断面の全域に亘って陽電極５及び陰電極６が配設されていることが好ましい。このように構成されることにより、容器内の全域に亘って、電極により粒子に電場が印加され、凝集粒子の生成を促進させることができる。
本実施形態においては、例えば、図７の容器１の下端に設けられた被処理液流入口７から容器１の上端に設けられた上澄み流出口８に向けて被処理液が供給され、容器１内に流入する。流入した被処理液の一部は、容器１に配設された陽電極５、陰電極６に挟まれた領域に到達する。この領域において、陽電極５、陰電極６に印加された直流電圧により発生した直流電場により、被処理液中の粒子は、粒子と拡散電気二重層が分極され、クーロン力の作用により、凝集粒子が形成される。また、この領域は、各電極が重力方向に対し傾斜を有して並列に配置されているため、ボイコット効果により、凝集粒子の沈降が促進される。更に、ここで形成された凝集粒子は、被処理液中を浮遊することができず、沈降し、容器１内の底部に堆積し、容器１に配設された沈降物流出口（図示しない）から、容器１の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、被処理液流入口７から順次流入される被処理液により押し出され、上澄み流出口８から、上澄みとして流出し、回収される。
本実施形態の粒子凝集分離装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、被処理液から粒子を、効率的かつ連続的に、分離することが可能である。
（４）粒子凝集分離装置（電極間に整流部材が設けられた装置）：
本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態は、被処理液が供給される容器と、当該容器に陽電極と陰電極と、を備え、当該陽電極と当該陰電極の間に重力方向に対し傾斜を有して並列に配列される整流部材を有し、且つ、前記陽電極と前記陰電極の間に、直流電場を生成すように構成され、前記陽電極及び前記陰電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させるものである。
このような粒子凝集分離装置は、例えば、図１０、図１１のような構成とすることができる。図１０は、本実施形態の粒子凝集分離装置を模式的に示す平面図である。図１１は、図１０におけるＡ−Ａ’線断面図である。
図１０に示されるように、本実施形態は、被処理液が供給される容器１を備えるものである。このような容器１は、長方体形状であるのが好ましい。容器１の水面は大気開放されていても良い。容器１の下端は、テーパー状に細くなっていても良い。即ち、容器１としては、シックナーを用いることができる。そして、例えば、容器１が長方体形状の場合、長手方向が被処理液の供給方向に平行であるのが好ましい。また、容器１の両側面に陽電極５と陰電極６が備えられているのが好ましい。陽電極５、陰電極６に直流電圧が印加されることにより直流電場が生成され、両電極間に侵入した被処理液中の粒子は粒子と拡散電気二重層が分極され、クーロン力の作用により、凝集粒子となって容器１の下端部へ沈降していく。
容器１の下端には、被処理液を容器１内に流入させるため、被処理液流入口（図示しない）が配設されているのが好ましい。なお、整流効果の観点から被処理液流入口は容器１の底部に設けられるのが好ましい。
容器１の底部には、直流電圧の印加による粒子凝集と重力方向に対し傾斜を有して並列に配列された整流部材によるボイコット効果により沈降した凝集粒子の沈降物を容器の外部へ流出させるため、沈降物流出口（図示しない）が配設されることが好ましい。この沈降物流出口には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
容器１には、被処理液から粒子が沈降して分離された上澄みを流出させるために、上澄み流出口（図示しない）が配設されるのが好ましい。この上澄み流出口は、特別な被覆部材等を必要としない。また、被処理液流入口から順次流入する被処理液に押し出され、容器１の上澄み流出口から、配管又は樋等を通じて、上澄みが排出されるように構成されていても良い。この上澄み流出口から排出された上澄みは、沈降物流出口から流出した凝集粒子と混合しないように分離すれば良い。
図１０に示されるように、本実施形態においては、整流部材１０は、陽電極５と陰電極６の間に設けられている。さらに、図１１に示されるように、整流部材１０は、重力方向に対し傾斜を有して並列に配列されている。
本実施形態において、陽電極５と陰電極６のそれぞれの配設箇所は、処理量、装置の設置スペース等に応じて適宜決定される。本実施形態において、陽電極５と陰電極６との間の電極間距離（ピッチ）は、４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、６０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。また、直流電圧を印加する直流電源は、特に限定されないが、一対の陽電極５と陰電極６の間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加できるものが好ましい。この電場強度としては、１〜５Ｖ／ｃｍがより好ましく、２〜３Ｖ／ｃｍが更に好ましい。被処理液に印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、被処理液中の粒子と拡散電気二重層を十分に分極させ、粒子を凝集させることができない可能性がある。一方、被処理液に印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超である場合、必要以上のエネルギーを投入することになるだけではなく、被処理液が加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じる可能性がある。また、被処理液中の不純物が電気分解されてガスが発生する可能性もある。更に、被処理液に印加する電圧が交流電圧によるものである場合、粒子と拡散電気二重層の分極による粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不十分となるおそれがある。
本実施形態において、整流部材１０は、陽電極５と陰電極６との間に重力方向に対し傾斜を有して並列に配列されるものである。隣接する整流部材１０同士の距離は、１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。整流部材１０の重力方向に対する傾斜角度は、１０〜４５°の範囲内であるのが好ましい。本実施形態で使用される整流部材１０としては、特に制限されないが、絶縁被覆処理されたステンレス鋼等の絶縁被覆処理がされた金属や、ポリプロピレン、アクリル等の樹脂から構成されるもの等が好ましい。
図１０、図１１に示されるように、凝集した粒子の沈降を促進させるため、粒子凝集分離装置の全域に亘って整流部材１０が配設されていることが好ましい。このように構成されることにより、容器１の全域に亘って、凝集粒子の沈降を促進させることができる。
本実施形態の粒子凝集分離装置においては、例えば、図１０、図１１に示されるように、容器１の下端に設けられた被処理液流入口（図示しない）から容器１の上端に設けられた上澄み流出口に向けて被処理液が供給され、容器１内に流入する。流入した被処理液の一部は、容器１に配設された陽電極５、陰電極６に挟まれた領域に到達する。この領域において、陽電極５、陰電極６に印加された直流電圧により発生した直流電場により、被処理液中の粒子は粒子と拡散電気二重層が分極され、発生するクーロン力の作用により、凝集粒子が形成される。また、この領域は、整流部材１０が重力方向に対し傾斜を有して並列に配置されているため、ボイコット効果により、凝集した粒子の沈降が促進される。更に、ここで形成された凝集粒子は、被処理液中を浮遊することができず、沈降し、容器１内の底部に堆積し、容器１に配設された沈降物流出口（図示しない）から、容器１の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、被処理液流入口７から順次流入される被処理液により押し出され、上澄み流出口８から、上澄みとして流出し、回収される。
本実施形態の粒子凝集分離装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、被処理液から粒子を、効率的かつ連続的に、分離することが可能である。
（５）粒子凝集分離装置（同心円状電極間に整流部材が設けられた装置）：
本発明の粒子凝集分離装置の他の実施形態は、被処理液が供給される容器と、当該容器内に、中心軸を共通にする同心円状に配設された電極と、を備え、重力方向に対し傾斜を有して配列される整流部材を有し、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、前記電極は、前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させるものである。
このような粒子凝集分離装置は、例えば、図１２、図１３のような構成とすることができる。図１２は、本実施形態の粒子凝集分離装置を模式的に示す平面図である。図１３は、図１２に示す粒子凝集分離装置の模式的縦断面図である。
図１２に示されるように、本実施形態は、被処理液が供給される容器１を備えるものである。このような容器１は、中心軸を共通にする同心円状に電極を配設する観点から円筒状であるのが好ましい。
本実施形態において、容器１は、鉛直方向又は略鉛直方向に対向する上端及び下端を有する形状であるのが好ましい。
また、容器１は、上端及び下端を結ぶ軸方向に長いことが好ましい。軸方向に長い形状とすることで、ボイコット効果の作用する領域を広くすることができ、粒子の沈降を促進し、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。
更に、容器１は、被処理液を容器１内へ流入させるため、下端側に被処理液流入口（図示しない）を有してもよい。この被処理液流入口には、被処理液を貯留した被処理液タンクから被処理液をくみ上げ、被処理液流入口から容器１内へ被処理液を送り出すポンプを接続することができる。
中心軸を共通にする同心円状に配設された電極に直流電圧が印加されて、容器１内に直流電場が生成されることにより、複数の粒子が凝集して沈降した沈降物を流出するため、容器１は、底部に沈降物流出口（図示しない）を有するのが好ましい。このような構成とすることで、容器１中、最も沈降物が堆積する領域の底部から、順次、凝集粒子の沈降物を容器１の外部へ流出させることができるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。この沈降物流出口には、沈降物の流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。なお、沈降物流出口から流出される沈降物には、少量の分散媒が含まれていても良い。
容器１は、被処理液から粒子が沈降して分離された上澄みを流出させるため、上端に上澄み流出口（図示しない）を有するのが好ましい。このような構成とすることで、容器１の底部に設けられた沈降物流出口から順次、沈降物が流出されることにより、凝集粒子が最も分離除去されている領域の上澄みを効率的に容器の外部へ流出させることができるため、沈降物と上澄みの固液分離をより効果的なものとすることが可能となる。この上澄み流出口には、上澄みの流出速度を調節するために、活栓等を接続しても良い。
容器１の材質としては、容器内部に生成される直流電場に影響を与えにくいものが好ましい。例えば、アクリル、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス、絶縁皮膜処理を施したステンレス鋼等を用いることができる。
本実施形態においては、容器１内に、中心軸を共通にする同心円状に配設された電極を備える。例えば、図１２に示されるように、第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３は、それぞれ中心軸を共通にする同心円状に配設されている。なお、第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３は、それぞれ円筒状であり、その材質は、ステンレス、カーボン等一般的に用いられるものであっても良い。本実施形態において、隣接する電極同士の電極間距離（ピッチ）は、４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、６０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。電極は、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成されている。例えば、直流電圧が印加されて、第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３は、それぞれ、陽電極、陰電極、陽電極となる。
直流電圧を印加する直流電源は、特に限定されないが、隣接する電極間に、０．２５〜５Ｖ／ｃｍの電場強度で電場を印加できるものが好ましい。この電場強度としては、１〜５Ｖ／ｃｍがより好ましく、２〜３Ｖ／ｃｍが更に好ましい。被処理液に印加する電場の電場強度が０．２５Ｖ／ｃｍ未満である場合、被処理液中の粒子と拡散電気二重層を十分に分極させ、粒子を凝集させることができない可能性がある。一方、被処理液に印加する電場の電場強度が５Ｖ／ｃｍ超である場合、必要以上のエネルギーを投入することになるだけではなく、被処理液が加熱されてしまい、分散媒が蒸発してしまう等の問題が生じる可能性がある。また、被処理液中の不純物が電気分解されてガスが発生する可能性もある。更に、被処理液に印加する電圧が交流電圧によるものである場合、粒子と拡散電気二重層の分極による粒子の凝集の効果が得られ難く、効果的に凝集粒子を沈降させることができず、上澄みと沈降物との分離が不十分となるおそれがある。
本実施形態において、例えば、図１２に示されるように、整流部材１０は、中心軸を共通にする同心円状に配設された第一電極１１と第二電極１２によって形成された流路内、中心軸を共通にする同心円状に配設された第二電極１２と第三電極１３によって形成された流路内に設けられる。また、整流部材１０は、各流路内において重力方向に対し傾斜を有して配列される。このような整流部材１０の配列により、隣接する電極間の流路が螺旋状に形成されていても良い。隣接する整流部材１０同士の距離は、１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内であるのが好ましく、５ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内であるのがより好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるのが更に好ましい。整流部材１０の重力方向に対する傾斜角度は、１０〜４５°の範囲内であるのが好ましい。本実施形態で使用される整流部材１０としては、特に制限されないが、絶縁被覆処理されたステンレス鋼等の絶縁被覆処理がされた金属や、ポリプロピレン、アクリル等の樹脂から構成されるもの等が好ましい。
図１２に示されるように、凝集した粒子の沈降を促進させるため、粒子凝集分離装置の鉛直方向に垂直な断面において、配設された電極の周方向に沿って、前記所定間隔で整流部材１０が配設されていても良く、また、例えば、整流部材１０によって螺旋状流路が形成されるように整流部材１０が装置の鉛直方向の全域に設置されることも好ましい。このように構成されることにより、装置内の電極の周方向の全域及び装置の鉛直方向の全域において、凝集粒子の沈降を促進させることができる。
本実施形態においては、例えば、図１３の容器１の下端に設けられた被処理液流入口（図示しない）から容器１の上端に設けられた上澄み流出口に向けて被処理液が供給され、容器１内に流入する。流入した被処理液の一部は、容器１に配設された中心軸を共通にする同心円状の第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３のそれぞれに挟まれた領域に到達する。この領域において、各電極に印加された直流電圧により発生した直流電場により、被処理液中の粒子は粒子と拡散電気二重層が分極され、発生するクーロン力の作用により、凝集粒子が形成される。また、この領域は、整流部材１０が重力方向に対し傾斜を有して並列に配置されているため、ボイコット効果により、凝集した粒子の沈降が促進される。更に、ここで形成された凝集粒子は、被処理液中を浮遊することができず、沈降し、容器１内の底部に堆積し、容器１に配設された沈降物流出口（図示しない）から、容器１の外部へ流出し、沈降物として回収される。一方、分散媒は、被処理液流入口（図示しない）から順次流入される被処理液により押し出され、上澄み流出口（図示しない）から、上澄みとして流出し、回収される。
本実施形態の粒子凝集分離装置は、このような構成を有することにより、凝集剤や複雑な装置を用いることなく、被処理液から粒子を、効率的かつ連続的に、分離できる。
なお、本実施形態の変形例としては、図１２に示される同心円状の第一電極１１、第二電極１２、第三電極１３の代わりに、それぞれ第一整流部材、第二整流部材、第三整流部材を用い、整流部材１０の代わりに電極を使用するものであってもよい。整流部材、電極、及び条件等については前記説明のものを用いることができる。
次に、本発明の粒子凝集分離方法の一の実施形態について説明する。本実施形態は、容器内において、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された少なくとも一対の電極によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、隣接する前記電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と前記拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法である。
また、本発明の粒子凝集分離方法の他の実施形態は、容器に備えられた陽電極と陰電極の間に、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された整流部材によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、前記陽電極及び前記陰電極に直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と前記拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有するものである。
また、本発明の粒子凝集分離方法の他の実施形態は、容器内の中心軸を共通にする同心円状に配設された電極によって形成された流路内に、整流部材を重力方向に対し傾斜を有して配列し、前記流路に被処理液を供給する工程と、隣接する前記電極同士が異なる極性を有するように直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と前記拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する。
このような、粒子凝集分離方法によれば、凝集剤や複雑でスペースを有する大型の装置を使用することなく、太陽電池のシリコンのリサイクル工程で生じる廃水や、すり身加工廃液等の被処理液に含まれる粒子を、生成された直流電場によって凝集させ、更にボイコット効果により凝集粒子を沈降促進させて、被処理液から粒子の凝集体を高効率に固液分離できる。
本実施形態の粒子凝集分離方法は、これまでに説明した本実施形態の粒子凝集分離装置を用いることによって実現することができる。
本実施形態において、処理対象である被処理液は、粒子及び分散媒を含む懸濁液（スラリー）等であるのが好ましい。例えば、廃水、排水、汚水等を処理対象とすることができる。廃水、排水、汚水等としては、太陽電池のシリコンのリサイクル工程で生じる廃液、すり身加工廃液、上下水道から排出される排水、汚水、畜産業等で排出される糞尿、建設汚泥等が含まれる。
本実施形態において、被処理液に含まれる粒子は、液中で帯電し、拡散電気二重層を形成するものであれば特に限定されない。例えば、排水や汚水に含まれる粘土、有機物等や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ベントナイト、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の固体粒子を挙げることができる。
本実施形態においては、例えば、０．０１〜５０μｍ程度の粒子を、被処理液中から高効率で分離することができる。また、被処理液中の粒子濃度としては、例えば、１ｐｐｍ〜３０ｖｏｌ％程度の被処理液を効率よく処理することができる。
本実施形態において、被処理液に含まれる分散媒は、上記粒子を分散させ得るものであり、上記の誘電分極を阻害しないものであれば、特に限定されない。例えば、排水や汚水等の場合、分散媒は水とすることができる。
本実施形態においては、粒子凝集に際して、バッチ式、連続式のいずれの方式も採用することができる。特に、連続式の場合、容器内部への、被処理液の流入流量速度、沈降物の流出流量速度、及び上澄みの流出流量速度を調節することにより、長時間、連続的に、被処理液から、凝集粒子と、分散媒とを分離することができる。ここで、被処理液の流入流量速度は、凝集粒子が沈降し濃縮された沈降物の流出流量速度と上澄みの流出流量速度の合計と等しくなっている。本実施形態において、定常運転（被処理液と沈降物との界面位置が変化しないで分離を続けられる状態）するためには、上澄み中には粒子は全く入っていないとすると、被処理液の流入流量速度と沈降物の流出流量速度の比（被処理液流入流量速度／沈降物流出流量速度）は、濃縮比（沈降物の濃度／被処理液の濃度）と等しくなっている必要がある。例えば、被処理液から、凝集粒子が１０倍の濃度で濃縮された凝集粒子を含む沈降物を分離する場合、被処理液の流入流量速度は、沈降物の流出流量速度の１０倍とする必要がある。これより被処理液の流入流量速度が速いと、被処理液と沈降物との界面が上昇し上澄みに粒子が入る可能性がある。逆に、被処理液の流入流量速度が沈降物の流出流量速度の１０倍よりも遅いと、沈降物の濃度が低下していく可能性がある。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本発明の第三の実施形態の粒子凝集分離装置の性能を、図３の装置を用いて評価した。
分離対象の試料として、イオン交換水中に易焼結アルミナ（住友化学社製の商品名［ＡＥＳ−１２］、平均粒子径０．４８μｍ）を初期濃度１容積％となるように投入し、１０分間、超音波照射し、１０倍に希釈した。粒子濃度０．１容積％のスラリーを２５Ｌ調製し、１５００ｒｐｍで１時間混合した。調製したスラリーのｐＨは７．２５であった。なお、ｐＨ測定には、堀場製作所製のコンパクトｐＨメータ（形式「Ｔｗｉｎ ｐＨ Ｂ−２１２形」）を用いた。
容器としては、半径１２０ｍｍ、長さ６００ｍｍの円柱形状のアクリル製の容器を用いた。この容器は、図３に示すように、同軸の、即ち、中心軸を共通にする外筒と内筒とを備え、外筒は、半径１２０ｍｍ、長さ６００ｍｍであり、内筒は、半径９６ｍｍ、長さ５００ｍｍであり、内筒は、アクリル製直方体棒を用いて外筒の底面から１０ｍｍ底上げしたものであった。内筒内には、長さ４０５ｍｍの芯棒の周囲に１２枚の螺旋状の板（ピッチ３５ｍｍ）を有した螺旋状電極を設けた。１２枚の螺旋状の板は、ステンレス鋼を用いた。１２枚の螺旋状の板に、電池の陽極、陰極からの配線を交互に接続した。
次いで、この容器内に、スラリーを内筒からの高さ１５ｍｍの位置までスラリーを流入させた。電極に１０Ｖの直流電圧を印加した。
スラリー液面から１５ｍｍの深さでサンプリングを行い、サンプリング液について粒子濃度を測定した。粒子濃度の測定には、ＫＲＫ製の濁度計（型番ＴＲ５５）を用いた。結果を図１４に示す。図１４中、横軸は、電場印加開始時点からの経過時間（電場印加時間）であり、縦軸は、粒子濃度（容積％）である。
また、スラリーの経時変化を肉眼で評価した。結果を図１５に示す。
（比較例１）
電極に電圧を印加しなかった（電圧０Ｖ）こと以外は、実施例１と同様に評価した。結果を併せて図１４、１５に示す。
（比較例２）
高さ２００ｍｍの沈降管にスラリーを充填し、静置した。
図１４及び図１５に示された実施例１と比較例１、２との比較から、螺旋状電極を用いて電圧を印加することにより、極めて短時間に、スラリーから粒子を凝集、分離できることが示された。電圧を印加しないが、螺旋状電極を用いる比較例１は、比較例２よりも、ボイコット効果により粒子の凝集、分離が行われていたが、実施例１よりは劣っていた。
本発明の粒子凝集分離装置及び粒子凝集分離方法は、凝集剤を用いずに、廃水、汚水等に含まれる粒子を高効率で分離できるため、固液分離が必要な分野、濾過等の前処理に好適に使用できる。また、太陽電池製造工程における廃液中のシリコンや、すり身加工廃液中の不純物粒子を、高効率で分離し、濃縮できるので、得られた粒子を再利用、再資源化することが可能である。更に、フィルタや複雑な装置を必要としないため、操作の単純化、効率化を図ることができ、コスト面においても有用である。
１：容器、２：内筒、３：螺旋状電極、４：芯棒、５：陽電極、６：陰電極、７：被処理液流入口、８：上澄み流出口、９：配線、１０：整流部材、１１：第一電極、１２：第二電極、１３：第三電極。

Claims (15)

  1. 被処理液が供給される容器と、
    当該容器内に少なくとも一対の電極と、
    を備え、
    当該電極が重力方向に対し傾斜を有して並列に配列され、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、
    前記電極は、
    前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
  2. 前記電極は、
    前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の螺旋状流路を形成する請求項１に記載の粒子凝集分離装置。
  3. 前記電極が傾斜平行平板である請求項１に記載の粒子凝集分離装置。
  4. 被処理液が供給される容器と、
    芯棒の周囲に、少なくとも一対の電極板が並列に螺旋状となるように設けられた螺旋状電極と、
    を備え、
    隣接する前記電極板同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、
    前記螺旋状電極は、
    前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の螺旋状流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記螺旋状流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
  5. 前記容器が内筒と外筒を有し、当該内筒が当該外筒の底部から離間して設置されてなる請求項４に記載の粒子凝集分離装置。
  6. 被処理液が供給される容器と、
    当該容器に少なくとも一対の電極と、
    を備え、
    当該電極は、
    重力方向に対し傾斜を有する平行平板であり、且つ、互いに隣接する電極同士の極性が相違し、直流電場を生成するように構成され、
    前記電極は、
    前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置
  7. 前記隣接する電極間の距離が１ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内である請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子凝集分離装置。
  8. 前記隣接する電極間に印加される電場強度が０．２５〜５Ｖ／ｃｍの範囲内である請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子凝集分離装置。
  9. 被処理液が供給される容器と、
    当該容器に陽電極と陰電極と、
    を備え、
    当該陽電極と当該陰電極の間に重力方向に対し傾斜を有して並列に配列される整流部材を有し、且つ、前記陽電極と前記陰電極の間に、直流電場を生成するように構成され、
    前記陽電極及び前記陰電極は、
    前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
  10. 被処理液が供給される容器と、
    当該容器内に、中心軸を共通にする同心円状に配設された電極と、
    を備え、
    重力方向に対し傾斜を有して配列される整流部材を有し、且つ、隣接する電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成するように構成され、
    前記電極は、
    前記容器内を区画して前記被処理液の流路を形成し、且つ、直流電圧を印加して前記直流電場を前記流路に生成し、粒子と拡散電気二重層とを分極させて、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させると同時に、ボイコット効果によって凝集した前記粒子の沈降を促進させる粒子凝集分離装置。
  11. 容器内において、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された少なくとも一対の電極によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、
    隣接する前記電極同士が異なる極性を有し、直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、
    前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
  12. 前記電極が前記容器内を螺旋状に区画して前記被処理液の流路を形成する請求項１１に記載の粒子凝集分離方法。
  13. 前記電極が傾斜平行平板である請求項１１に記載の粒子凝集分離方法。
  14. 容器に備えられた陽電極と陰電極の間に、重力方向に対し傾斜を有して並列に配置された整流部材によって形成された流路に被処理液を供給する工程と、
    前記陽電極及び前記陰電極に直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、
    前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
  15. 容器内の中心軸を共通にする同心円状に配設された電極によって形成された流路内に、整流部材を重力方向に対し傾斜を有して配列し、前記流路に被処理液を供給する工程と、
    隣接する前記電極同士が異なる極性を有するように直流電圧を印加し、前記流路内に直流電場を生成することにより、前記流路内に供給された前記被処理液中の複数の粒子を前記粒子と拡散電気二重層とを分極させ、生じたクーロン力の作用により前記粒子を凝集させるとともに、ボイコット効果によって凝集した凝集粒子を沈降させる工程と、
    前記凝集粒子を前記容器外に流出させる工程と、を有する粒子凝集分離方法。
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