WO2017122520A1 - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents

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WO2017122520A1 PCT/JP2016/088641 JP2016088641W WO2017122520A1 WO 2017122520 A1 WO2017122520 A1 WO 2017122520A1 JP 2016088641 W JP2016088641 W JP 2016088641W WO 2017122520 A1 WO2017122520 A1 WO 2017122520A1
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water
porous material
conductive porous
water treatment
treated
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登起子 山内
惠裕 中山
英二 今村
安永　望
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method for performing desalting treatment of water to be treated.
  • Patent Document 1 discloses an electrolytic capacitor type desalination apparatus in which a liquid-permeable and electrically insulating separator is disposed between a pair of electrodes, and an ion trapping material is provided between the electrodes and the separator.
  • the electrodes adsorbed on the ion-trapping material are desorbed by discharging the charge charged between the electrodes by short-circuiting the electrodes (or applying a reverse voltage). Restores ion adsorption capacity.
  • a scale or biofilm mainly resulting from the component of the water to be treated is generated on the surface of the electrode, separator, ion trapping material, etc. along with the desalting treatment, and the desalting is performed.
  • the scale and the biofilm need to be removed by regular cleaning or replacement of the above-described member, and time is required for maintenance.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and scales and biofilms that cause a decrease in desalting efficiency can be efficiently removed, and desalting efficiency can be maintained. It is an object of the present invention to provide a possible water treatment apparatus and water treatment method.
  • a water treatment apparatus includes at least a pair of electrodes that are spaced apart from each other, an electrically insulating and permeable separator provided between the pair of electrodes, and an electrical insulation that houses the electrode and the separator. And a conductive porous material having fluidity disposed in a plurality of spaces in the container separated by the separator, and the container introduces water to be treated for introducing the water to be treated into the container And a backwashing fluid introduction part for introducing backwashing fluid into the container from a direction different from the water to be treated, and in a part of the same space as the space where the conductive porous material is disposed, It has a space where the conductive porous material is not arranged.
  • an electrically insulating and water permeable separator is provided between at least a pair of electrodes housed in an electrically insulating container, and fluidity is provided in a plurality of spaces in the container partitioned by the separator.
  • a conductive porous material having a conductive porous material is disposed, and a space in which the conductive porous material is not disposed is provided in a part of the same space as the conductive porous material is disposed.
  • An adsorption process in which water to be treated is introduced into the container with ions applied to adsorb ions contained in the water to be treated to the conductive porous material, and electric charges accumulated between the electrodes are discharged to be adsorbed to the conductive porous material.
  • a space in which the conductive porous material is not disposed is provided in a part of the same space as the space in which the conductive porous material is disposed in the container.
  • a space in which the conductive porous material is not disposed is provided in a part of the same space as the space in which the conductive porous material is disposed in the container, and the desorption step
  • the particles of the conductive porous material are stirred, Since they collide with particles or electrodes or separators, scales and biofilms generated on their surfaces can be easily removed, and desalting efficiency can be maintained.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing a main part configuration of a water treatment apparatus according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a main part configuration in a horizontal section of the water treatment apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of the water treatment apparatus shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a water treatment system using the water treatment apparatus shown in FIG.
  • the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
  • the water treatment apparatus 1 is used for a desalting treatment for reducing the ion concentration in the water to be treated.
  • a pair of electrodes 2a and 2b (collectively, electrode 2), which are current collectors, are arranged to be spaced apart from each other and connected to the DC power supply 4 via the electrode terminals 3a and 3b (collectively, electrode terminal 3), respectively.
  • An electrically insulating and water-permeable separator 5 is provided between the pair of electrodes 2, and the electrodes 2 a and 2 b are electrically insulated from each other.
  • the electrode 2 has, for example, a structure in which a bamboo cylinder is divided into two along its central axis, and a cylindrical space portion having an opening in the vertical direction is formed by facing each other with the concave portions facing each other. . That is, each of the pair of electrodes 2 has a cross-sectional shape curved in a semicircular shape. In the first embodiment, the pair of electrodes 2 are integrally formed via a flat plate or sheet separator 5.
  • the electrode 2 and the separator 5 are accommodated in an electrically insulating container 9, and a plurality of spaces in the container 9 separated by the separator 5 are provided with conductive porous materials 7 a and 7 b having fluidity (collectively, conductive).
  • a porous porous material 7) is arranged.
  • a disc-shaped holding body 6 having water permeability is disposed in one opening (lower end in FIG. 3) of the cylindrical space formed by the pair of electrodes 2. The lower end portion of the separator 5 is joined to the holding body 6, and the conductive porous material 7 is held by the holding body 6.
  • the container 9 includes a treated water introduction part 9a that introduces the treated water W1 into the container 9 and a backwashing fluid introduction part 9b that introduces a backwashing fluid into the container 9 from a direction different from the treated water W1.
  • the two spaces formed by the electrode 2, the separator 5, and the holding body 6 are filled with a predetermined amount of the conductive porous material 7 to form a layer of the conductive porous material 7.
  • a space 8 having a predetermined volume is formed.
  • a region constituted by the electrode 2 in the container 9, the separator 5, and the layer of the conductive porous material 7 is referred to as an “electrode part”.
  • the container 9 has a space 8 in which the conductive porous material 7 is not disposed in a part of the same space as the space in which the conductive porous material 7 is disposed.
  • This space 8 is provided between the conductive porous material 7 and the treated water introduction part 9a.
  • the volume of the space 8 is a volume necessary for the conductive porous material 7 to expand due to flow during backwashing and is sufficiently stirred, and is 1% to 50% of the volume of the conductive porous material 7. %, More desirably 5% to 35%.
  • a corrosion-resistant metal such as titanium, stainless steel, or platinum, or a chemically stable conductive material such as a carbon sheet or a carbon fiber sheet is used.
  • a porous material having electrical insulation and water permeability such as filter paper, nonwoven fabric, foamed material, and porous film, is used. It is preferable that an insulating sealing material, a frame material, or the like is disposed around the separator 5 so as to be coupled to the electrode 2 and the holding body 6.
  • the opening of the separator 5 is preferably smaller than the particle diameter of the granular activated carbon.
  • the thickness of the separator 5 is not particularly limited, but is arbitrarily selected within a range of 0.05 mm to 10 mm, for example.
  • the holder 6 is made of a porous material with high water permeability. Since the holding body 6 needs to ensure insulation with the electrode 2, an insulating material is selected. Alternatively, a sealing material or a frame material made of an insulating material is disposed between the holding body 6 and the electrode 2. Furthermore, the electrode 2, the separator 5, and the holding body 6 may be integrally coupled, and the electrode 2 may be configured as a part of the container 9. Further, a holding body similar to the holding body 6 installed in the lower part of the container 9 may be provided at the upper end of the space 8.
  • the conductive porous material 7 is made of a porous conductive material having a high ion adsorption capability, such as granular activated carbon, fibrous activated carbon, pellet activated carbon, or powdered activated carbon.
  • a particle having a shape close to a sphere that does not pass through the separator 5 and the holding body 6 and hardly clogs the separator 5 and the holding body 6 is selected.
  • granular activated carbon such as coal-based, coconut shell-based, or wood-based is preferably used.
  • the average particle diameter of the granular activated carbon is 0.1 mm to 5 mm, and more preferably 0.3 mm to 2.5 mm.
  • the conductive porous material 7 does not pass through the separator 5 and the holding body 6, so that the insulation between the electrodes 2 a and 2 b is maintained. Further, by providing the holding body 6 also on the upper part of the electrode portion, it is possible to prevent the conductive porous material 7 from flowing out of the container 9 through the backwash fluid discharge pipe 19 during backwashing.
  • the cylindrical electrode 2 is divided into two in the axial direction by the separator 5, but can be further finely divided. In that case, it is preferable to divide the electrode 2 into an even number, and when divided into four or more, it is preferable to arrange a positive electrode and a negative electrode alternately. Further, the electrode 2 may be divided in a direction perpendicular to the axial direction, and in this case as well, it is preferable to alternately arrange the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode side conductive porous material 7a and the negative electrode side conductive porous material 7b are alternately treated, so that ions are treated from the water to be treated W1. Efficient removal.
  • the treated water introduction pipe 12 is connected via the treated water introduction means 13 to the treated water tank 11 in which the treated water W1 is stored, and the treated water introduction part 9a above the container 9.
  • the treated water introducing means 13 is, for example, a liquid feeding pump.
  • the lower part of the container 9 is connected to the desalted water tank 15 via the desalted water discharge pipe 14, and the treated water W 2 after treating the treated water W 1 is stored in the desalted water tank 15.
  • the demineralized water discharge pipe 14 includes an on-off valve 14a.
  • the backwashing fluid introduction pipe 16 is connected to the desalted water tank 15 and the backwashing fluid introduction part 9b through the backwashing fluid introduction means 17 and the desalted water discharge pipe 14 above the on-off valve 14a.
  • the backwashing fluid introduction means 17 is, for example, a liquid feeding pump.
  • the on-off valve 14a may be a flow path switching valve, and the desalted water discharge pipe 14 and the backwash fluid introduction pipe 16 may be switched.
  • a backwashing fluid discharge pipe 19 for discharging backwashing water W3 that is a backwashing fluid is connected to the upper portion of the container 9.
  • a valve may be disposed in each of the treated water introduction pipe 12, the backwash fluid introduction pipe 16, and the backwash fluid discharge pipe 19, and the water flow may be controlled by opening and closing the valves.
  • the to-be-processed water tank 11 and the desalted water tank 15 are good also as a structure which is not installed, respectively.
  • the treated water W2 is used as the backwashing fluid, but the backwashing fluid is not limited to this, and is selected from water, gas, a mixture thereof, or the like.
  • water is used as the backwash fluid, it is desirable to use the treated water W1 or the treated water W2, but water may be introduced separately from the outside of the water treatment apparatus 1.
  • the backwashing fluid introduction means 17 uses a gas supply facility such as a gas cylinder or a compressor.
  • the water treatment apparatus 1 can be configured as a water treatment system as shown in FIG. 4, for example, in addition to being used alone for the purpose of desalination.
  • the water treatment system shown in FIG. 4 includes a biological treatment device 20, an ozone treatment device 21, a reverse osmosis membrane treatment device 22, and an accelerated oxidation treatment device 23 in addition to the water treatment device 1.
  • the treated water introduction pipes 12a, 12b, and 12c are connected to the water treatment apparatus 1 via the biological treatment apparatus 20 and the ozone treatment apparatus 21, and the desalted water discharge pipes 14b, 14c, and 14d are connected to the reverse osmosis membrane treatment apparatus 22 and It is connected to the water treatment device 1 via the accelerated oxidation treatment device 23.
  • the water treatment system adds one or more devices selected from the biological treatment device 20, the ozone treatment device 21, the reverse osmosis membrane treatment device 22, and the accelerated oxidation treatment device 23 to the water treatment device 1. It may be a configuration. The order in which the water treatment device 1 and the reverse osmosis membrane treatment device 22 are arranged may be interchanged.
  • the biological treatment apparatus 20 an apparatus combining standard activated sludge method and sand filtration, a membrane separation bioreactor, or the like is used.
  • a well-known technique can be used for the ozone treatment device 21, the reverse osmosis membrane treatment device 22, and the accelerated oxidation treatment device 23.
  • an adsorption process for adsorbing ions contained in the water to be treated W1 to the conductive porous material 7 and a charge accumulated between the electrodes 2a and 2b are discharged.
  • the description will be divided into a desorption step of desorbing ions adsorbed on the conductive porous material 7.
  • the water to be treated W1 stored in the water tank 11 to be treated is treated with a voltage applied between the electrodes 2a and 2b from the DC power source 4 via the electrode terminal 3 and the on-off valve 14a is opened.
  • the treated water introduction means 13 introduces the treated water introduction part 9a to the electrode part.
  • the water to be treated W1 containing various ions such as sodium ion (Na + ), calcium ion (Ca 2+ ), chlorine ion (Cl ⁇ ), or nitrate ion (NO 3 ⁇ ) Pass through the layer of material 7.
  • ions are adsorbed to the conductive porous material 7 by applying a voltage of 0.4 V to 5 V, preferably 0.4 V to 1.3 V from the DC power supply 4 between the electrodes 2 a and 2 b.
  • the kind of ion changes with the water quality etc. of the to-be-processed water W1, and is not specifically limited.
  • the desorption step is performed when the ion adsorption capacity of the conductive porous material 7 is lowered.
  • the conductive porous material 7 is backwashed simultaneously with the desorption process, and the treated water W2 stored in the demineralized water tank 15 is used as the backwash fluid.
  • the on-off valve 14a is closed and the electrodes 2a and 2b are short-circuited (or a reverse voltage is applied to the electrodes 2a and 2b), and the treated water W2 stored in the desalted water tank 15 is reversed.
  • the washing fluid introduction means 17 introduces the container 9 into the container 9 from the backwashing fluid introduction portion 9 b below the container 9.
  • the space 8 is provided above the conductive porous material 7, so that the conductive porous material 7 is formed by the treated water W2.
  • the desorption of ions adsorbed on the conductive porous material 7 is promoted by expanding and flowing so as to rise.
  • the stirred particles of the conductive porous material 7 collide with other particles of the conductive porous material 7, the electrode 2 or the separator 5, the scale and biofilm generated on the surfaces thereof are mechanically affected. Is peeled off. Further, foreign substances accumulated on the surface of the conductive porous material 7 facing the space 8 by backwashing are discharged out of the container 9 through the backwashing fluid discharge pipe 19, and the conductive porous material 7 Clogging is eliminated.
  • the flow rate of the backwashing fluid for backwashing the conductive porous material 7 is set to a speed sufficient for the layer of the conductive porous material 7 to expand and the conductive porous material 7 to fluidize.
  • the linear velocity of the backwashing fluid is 0.002 m 3 / (min ⁇ m 2 ) to 0.8 m 3 / (min ⁇ m 2 ), more preferably 0.
  • the desorption step can be performed efficiently by setting the pressure to 0.01 m 3 / (min ⁇ m 2 ) to 0.2 m 3 / (min ⁇ m 2 ).
  • the backwashing of the conductive porous material 7 may be performed separately from the desorption step.
  • the backwash fluid is introduced into the electrode portion from a direction different from the water to be treated W1
  • the electric double layer is eliminated and the desorption of ions from the conductive porous material 7 is promoted. Process time is reduced.
  • the to-be-processed water introduction part 9a was provided in the upper part of the container 9 as an example, the to-be-processed water introduction part was provided in the lower part of the container 9, and to-be-processed water in an adsorption
  • the conductive porous material 7 in the vicinity of the electrode 2 is easier to adsorb ions than the conductive porous material 7 in the vicinity of the separator 5, Variation occurs in the ion adsorption amount of the conductive porous material 7.
  • the conductive porous material 7 in the vicinity of the electrode 2 is brought near the separator 5 by the flow of the conductive porous material 7.
  • the conductive porous material 7 in the vicinity of the separator 5 can be moved to the vicinity of the electrode 2.
  • the water treatment apparatus 1 can be configured to include two or more water treatment units composed of a pair of electrodes 2, a separator 5, a conductive porous material 7, and a container 9. .
  • the electrode 2 of each water treatment unit is connected using a switching circuit (not shown), and the charge charged between the electrodes 2a and 2b of the water treatment unit performing the desorption process is performed in the adsorption process.
  • a voltage is applied between the electrodes 2a and 2b of the water treatment unit that starts the adsorption process, and it is used as electrical energy necessary for the desalting treatment.
  • the conductive porous material is formed in a part of the same space as the space in which the conductive porous material 7 is disposed in the container 9.
  • introducing a backwashing fluid into the electrode part in the container 9 from a direction different from the treated water W1, and causing the conductive porous material 7 to flow Since the particles of the porous material 7 are agitated and collide with other particles of the conductive porous material 7 or the electrode 2 or the separator 5, the scale and biofilm generated on the surface can be easily removed, It is possible to maintain the desalting efficiency.
  • the desorption of ions adsorbed on the conductive porous material 7 is promoted, and the time required for the desorption step can be shortened compared to the conventional case. .
  • the volume of the space 8 is set to an appropriate size, it is possible to suppress the outflow of the conductive porous material 7 during backwashing, and clogging of the conductive porous material 7 is eliminated by backwashing. . From these things, according to this Embodiment 1, the water treatment apparatus which can maintain easily and can maintain ion adsorption capability, ie, desalination efficiency, is obtained.
  • it is configured to have a plurality of water treatment units, and electric power can be recovered by supplying electric charges charged in the water treatment unit that performs the desorption process to the water treatment unit that performs the adsorption process. It is possible to reduce the power consumption required for the operation.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram conceptually showing the main configuration of the water treatment apparatus according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram showing a modification of the water treatment apparatus shown in FIG.
  • the water treatment apparatus according to the second embodiment has a pair of electrodes 2 and a separator 5 arranged concentrically.
  • the treated water introduction part is provided above the layer of the conductive porous material 7, and the conductive porous material 7, the treated water introduction part, Between these, a space for allowing the conductive porous material 7 to flow during backwashing is provided.
  • the water treatment apparatus includes, as a pair of electrodes 2, a cylindrical electrode (electrode 2b) and a central electrode (electrode 2a) provided inside the cylindrical electrode and coaxial with the cylindrical electrode. ing.
  • a cylindrical separator 5 coaxial with the cylindrical electrode is disposed between the cylindrical electrode and the center electrode.
  • the center electrode and the cylindrical electrode are connected to the DC power source 4 by insulated wires via the electrode terminals 3a and 3b, respectively.
  • a cylindrical container 9 is coaxially arranged outside the cylindrical electrode of the water treatment apparatus shown in FIG. 5, and the gap between the cylindrical electrode and the container 9 is also conductive.
  • the porous material 7c is arranged.
  • the container 9 is provided outside the cylindrical electrode, so that the insulation of the outer peripheral portion of the apparatus is maintained. Further, by disposing the conductive porous material 7 c between the cylindrical electrode and the container 9, the amount of the conductive porous material 7 held in the water treatment device 1 is increased, and the conductive porous material 7 is removed. The frequency of replenishment or replacement can be reduced. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the central electrode, the separator 5 and the cylindrical electrode are arranged concentrically so that the cylindrical electrode is used as a part of the container 9. It can be used, and the assembly of a water treatment apparatus becomes easy. Moreover, since the electrode portion has an annular structure, it is difficult to form a dead water area as compared with a rectangular parallelepiped reaction tank, and desalting can be performed efficiently. Further, since the conductive porous material 7a in the vicinity of the rod-shaped center electrode is easily stirred by the backwashing fluid, the mixing property of the conductive porous material 7a is improved, and the electrode portion can be backwashed efficiently. .
  • FIG. FIG. 7 is a perspective view which shows notionally the principal part structure in the horizontal cross section of the water treatment apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • the water treatment apparatus according to the third embodiment includes two pairs of rod-shaped electrodes 2a, 2b, 2c, and 2d (collectively electrodes 2).
  • the container 9 is divided into four spaces by two orthogonal separators 5a and 5b, and the electrodes 2 are arranged at equal intervals in each of the four spaces.
  • the treated water introduction part is provided above the layer of the conductive porous material 7, and the conductive porous material 7, the treated water introduction part, Between these, a space for allowing the conductive porous material 7 to flow during backwashing is provided.
  • the electrodes 2 are arranged at equal angles (90 °) in the circumferential direction inside the cylindrical container 9 so that the distance between them is uniform, and separators 5a and 5b partitioning each other between the electrodes 2 Are arranged radially to pass through the center.
  • the electrodes 2a and 2c are connected to the positive electrode of the DC power supply 4 via electrode terminals 3a and 3c, and the electrodes 2b and 2d are connected to the negative electrode of the DC power supply 4 via electrode terminals 3b and 3d, respectively. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the shape of the container 9 is not limited to a cylindrical shape, and may be arbitrarily configured, for example, a polygonal cylindrical shape, a cylindrical shape combining a curve and a straight line such as an arc, or a rectangular parallelepiped. can do.
  • the electrodes 2a and 2b may be paired and the electrodes 2c and 2d may be another pair and operated as two independent water treatment units.
  • the water to be treated in addition to the same effects as those of the first embodiment, by arranging two pairs of rod-shaped electrodes 2 in the cylindrical container 9 at equal intervals in the circumferential direction, the water to be treated can be obtained. It becomes easy to flow in the container 9. Moreover, ion is efficiently removed from to-be-processed water by arrange
  • FIG. 8 is a cross-sectional view conceptually showing the main configuration of a water treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view of the cross section indicated by AA in FIG. .
  • the water treatment apparatus 1 according to the fourth embodiment is arranged in parallel with the three flat electrodes 2a, 2b, and 2c (collectively, the electrode 2) that are arranged in parallel with each other and at equal intervals. Two separators 5a and 5b are provided.
  • the electrode 2b arranged in the center is a common electrode and has a polarity different from that of the electrodes 2a and 2c on both sides. That is, two desalination processing parts are configured by using the central electrode 2b as a common electrode.
  • the electrodes 2a and 2c are connected to the positive electrode of the DC power supply 4 through the electrode terminals 3a and 3c, and the electrode 2b is connected to the negative electrode of the DC power supply 4 through the electrode terminal 3b.
  • Each electrode 2 and the DC power supply 4 may be connected through the space 8 or may be connected through the side surface of the container 9.
  • a gap between each electrode 2 and the separators 5a and 5b is filled with a predetermined amount of conductive porous material 7a, 7b, 7c and 7d (collectively conductive porous material 7).
  • a layer is formed.
  • the water to be treated introduction portion 9a is provided above the layer of the conductive porous material 7, and between the conductive porous material 7 and the water to be treated introduction portion 9a, A space 8 for flowing the conductive porous material 7 during backwashing is provided.
  • backwashing fluid introduction pipes 16 a, 16 b, 16 c and 16 d are connected to the lower part of the side surface of the container 9. ing.
  • a lower space 18 is provided below the holding body 6 holding the conductive porous material 7. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the three flat electrodes 2 and the two separators 5a and 5b are arranged at equal intervals, and the central electrode 2b is shared. Since the two desalting treatment parts are configured as the electrodes, the electrode parts can be miniaturized and the installation space can be saved.
  • the layer of the conductive porous material 7 flows non-uniformly and adheres to the layer of the conductive porous material 7. Etc. are easily removed. Further, since the lower space 18 is provided in the lower part of the holding body 6, when the backwashing fluid is introduced into the electrode part at the time of backwashing, the electrode part is raised with the backwashing fluid being filled in the lower space 18. For this reason, the backwash fluid easily flows through the electrode portion evenly.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a configuration of a front-stage water treatment unit of a water treatment apparatus according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 11 is a rear-stage water treatment unit connected to the water treatment unit shown in FIG. It is a conceptual diagram which shows a structure.
  • the water treatment apparatus according to Embodiment 5 includes a plurality of water treatment units 10a and 10b including a pair of electrodes 2, a separator 5, a conductive porous material 7, and a container 9, and are connected in series. .
  • Each water treatment unit 10a, 10b is provided with a treated water introduction part 9a above the layer of the conductive porous material 7, and backwashing is performed between the conductive porous material 7 and the treated water introduction part 9a.
  • a space 8 is sometimes provided for flowing the conductive porous material 7.
  • the water to be treated W1 is introduced into the conductive porous materials 7a and 7b via the water to be treated introduction pipes 12a and 12b, respectively.
  • the on-off valves 27a, 27b, and 27c are kept open.
  • the treated water treated with the positive electrode side conductive porous material 7a and the treated water treated with the negative electrode side conductive porous material 7b are collected separately, and in the latter water treatment unit 10b, the former water treatment unit is collected. It is introduced so as to be treated with conductive porous materials 7b and 7a having a polarity opposite to that of 10a.
  • the treated water treated with the conductive porous material 7a on the positive electrode side of the water treatment unit 10a in the previous stage passes through the desalted water discharge pipe 26a, and the conductive porous material 7b on the negative electrode side of the water treatment unit 10b in the subsequent stage.
  • the treated water treated with the negative electrode side conductive porous material 7b of the front-stage water treatment unit 10a passes through the desalted water discharge pipe 26b, and the positive-electrode side conductive porous material 7a of the latter-stage water treatment unit 10b.
  • the treated water treated with the negative electrode side conductive porous material 7b of the front-stage water treatment unit 10a passes through the desalted water discharge pipe 26b, and the positive-electrode side conductive porous material 7a of the latter-stage water treatment unit 10b.
  • the to-be-processed water introduction piping 12a and 12b may be the structure which does not branch, or is good also as a structure branched to two or more.
  • the backwash fluid introduction pipes 16a and 16b are connected to the water treatment unit 10a side rather than the on-off valves 27a and 27b of the demineralized water discharge pipes 26a and 26b of the preceding water treatment unit 10a. Further, the backwashing fluid introduction pipe 16c is connected to the water treatment unit 10b side rather than the on-off valve 27c of the pipe joined by the desalted water discharge pipes 26c and 26d of the subsequent water treatment unit 10b.
  • the backwash fluid discharge pipes 19a, 19b, and 19c are connected to the treated water introduction pipe 12 in the front-stage water treatment unit 10a and to the desalted water discharge pipes 26a and 26b in the rear-stage water treatment unit 10b, respectively.
  • backwash fluid discharge pipes 19b and 19c of the water treatment unit 10b are connected to the water treatment unit 10b side with respect to the on-off valves 27a and 27b of the desalted water discharge pipes 26a and 26b, respectively.
  • the backwash fluid discharge pipe 19 may be directly connected to the container 9 above the space 8 in the front-stage water treatment unit 10a and the rear-stage water treatment unit 10b.
  • the backwash water W3 which is the backwash fluid
  • the backwash fluid introduction means (not shown) with the on-off valves 27a and 27b closed. It introduce
  • the backwash water W3 is discharged from the backwash fluid discharge pipe 19a through the water to be treated introduction pipes 12a and 12b after flowing the conductive porous material 7 of the electrode portion.
  • the backwashing fluid W3 which is the backwashing fluid, is returned to the backwashing fluid by the backwashing fluid introduction means (not shown) with the on-off valve 27c closed. It introduce
  • the backwash water W3 is discharged from the backwash fluid discharge pipes 19b and 19c through the desalted water discharge pipes 26a and 26b after flowing the conductive porous material 7 of the electrode portion.
  • the desalted water discharge pipes 26a and 26b disposed between the front-stage water treatment unit 10a and the rear-stage water treatment unit 10b are provided with on-off valves 27a and 27b, backwash fluid introduction pipes 16a and 16b, and backwash water. It is good also as a structure which does not arrange
  • the backwashing fluid introduced into the latter-stage water treatment unit 10b is introduced into the former-stage water treatment unit 10a via the desalted water discharge pipes 26a, 26b, and via the treated water introduction pipes 12a, 12b. It is discharged from the backwash fluid discharge pipe 19a.
  • the piping of the apparatus can be simplified and the amount of backwash fluid can be reduced.
  • the demineralized water discharge pipes 26 a and 26 b connected to the preceding water treatment unit 10 a are crossed, so that the reverse polarity with respect to the latter water treatment unit 10 b is reversed.
  • the desalted water discharge pipes 26a and 26b are not crossed and the polarity of the electrode 2 of the downstream water treatment unit 10b is the same as that of the upstream water treatment unit 10a.
  • the electrode 2 may be arranged so as to be reversed right and left.
  • a plurality of water treatment units are connected in series and are treated with the conductive porous material 7a on the positive electrode side of the preceding water treatment unit.
  • the treated water and the treated water treated with the conductive porous material 7b on the negative electrode side are collected separately, and the conductive porous material 7 having the opposite polarity to the former water treatment unit 10b is obtained. Since ions are supplied, ions can be efficiently removed.
  • FIG. FIG. 12 is a diagram schematically showing the overall configuration of a water treatment apparatus according to Embodiment 6 of the present invention
  • FIGS. 13 and 14 conceptually show the main configuration of the water treatment apparatus according to Embodiment 6. They are a perspective view and a horizontal sectional view shown in FIG.
  • the water treatment apparatus according to the sixth embodiment includes a first sensor 51a, a second sensor 51b, and a second sensor 51b that detect ion concentrations of the water to be treated W1, the treated water W2, and the backwashed water W3 after backwashing, respectively.
  • the third sensor 51c (collectively referred to as sensor 51) and the detection results obtained by these sensors 51 are acquired, and the first valve 52a, the second valve 52b, and the third valve 52c (collectively referred to as valve 52). And a controller 53 for controlling voltage application between the electrodes 2a and 2b.
  • the treated water introduction pipe 12 is provided with a first sensor 51a and a first valve 52a.
  • the first valve 52a has a flow path for introducing the treated water W1 into the container 9 via the treated water introduction pipe 12 and the backwash water W3 after backwashing via the backwash fluid discharge pipe 19 9 is a switching valve that selects any one of the flow paths that discharge from the fuel tank 9.
  • the desalted water discharge pipe 14 is provided with a second valve 52b and a second sensor 51b, and the backwash fluid introduction pipe 16 is provided with a third valve 52c.
  • the backwash fluid introduction pipe 16 is connected to the desalted water tank 15, but may be connected to the container 9 side of the second valve 52 b of the desalted water discharge pipe 14.
  • a flow path switching valve may be used as the second valve 52b, and the backwashing fluid introduction pipe 16 may be directly connected to the second valve 52b to omit the third valve 52c.
  • the connection location of the backwashing fluid discharge pipe 19 may be a location different from the treated water introduction part 9a, and an on-off valve may be installed in each location.
  • the control unit 53 is connected to the treated water introducing means 13, the sensor 51, the valve 52, the backwashing fluid introducing means 17, and the DC power supply 4 via the control cable 54.
  • the controller 53 determines the ion removal rate by the conductive porous material 7 from the ion concentrations of the water to be treated W1 and the water W2 detected by the first sensor 51a and the second sensor 51b, respectively.
  • Ask. In the desorption process, the control unit 53 obtains the ion desorption rate of the conductive porous material 7 from the ion concentration of the backwash water W3 detected by the third sensor 51c.
  • the sensor 51 is, for example, an ion concentration measuring device using an ion electrode, and may detect the concentration of a specific metal ion depending on the purpose. Further, the sensor 51 may include a plurality of sensors such as a sensor that detects water quality such as residual chlorine, residual agricultural chemicals, and organic matter concentration, and a sensor that detects a flow rate.
  • both the electrode 2 and the separator 5 are arranged in the vertical direction, and the conductive porous material 7 is arranged such that the uppermost part is higher than the electrode 2 and lower than the separator 5.
  • the conductive porous material 7 is arranged such that the uppermost part is higher than the electrode 2 and lower than the separator 5.
  • each of the pair of electrodes 2 has a cross-sectional shape having a U-shaped concave portion, and a part of the other electrode 2b is disposed inside the concave portion of one electrode 2a.
  • the separator 5 is disposed in a bag shape around the electrode 2 and prevents the conductive porous material 7 disposed on the positive electrode side and the negative electrode side from contacting and short-circuiting. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • step S1 a voltage is applied between the electrodes 2a and 2b by the DC power source 4. Subsequently, in step S2, the first valve 52a is opened in the direction of the treated water introduction pipe 12, the treated water introduction pipe 12 is opened, the second valve 52b is opened, and the desalted water discharge pipe 14 is opened. . Subsequently, in step S3, the first sensor 51a and the second sensor 51b are turned on.
  • step S4 the treated water introduction means 13 is turned on, and the treated water W1 stored in the treated water tank 11 is transferred from the treated water introduction part 9a to the electrode part via the treated water introduction pipe 12. Introduced and desalted.
  • the desalting treatment an electric double layer is formed in the electrode portion, and ions in the water to be treated W1 are adsorbed by the conductive porous material 7.
  • the desalted treated water W ⁇ b> 2 is discharged from the lower part of the container 9 through the desalted water discharge pipe 14 and stored in the desalted water tank 15.
  • step S5 the first sensor 51a and the second sensor 51b detect the ion concentrations of the water to be treated W1 and the water to be treated W2, respectively, and based on these ion concentrations, the material to be treated by the conductive porous material 7 is treated.
  • the ion removal rate of the water W1 is calculated.
  • step S6 when the ion removal rate is equal to or higher than a predetermined value (YES), the adsorption step of step S5 is continued.
  • step S6 when the ion removal rate is smaller than the predetermined value (NO), it is determined that the ion adsorption capacity of the conductive porous material 7 is lowered, and the process proceeds to step S7.
  • step S7 the treated water introduction means 13 is turned off to stop the introduction of the treated water W1 to the electrode section, and in step S8, the first valve 52a and the second valve 52b are closed. Subsequently, voltage application to the electrode 2 is stopped in step S9, and the charge charged between the electrodes 2a and 2b in step S10, that is, the charge accumulated in the conductive porous material 7 is discharged.
  • step S11 the first valve 52a is opened in the direction of the backwashing fluid discharge pipe 19, the backwashing fluid discharge pipe 19 is opened, the third valve 52c is opened, and the backwashing fluid introduction pipe is opened. 16 is opened.
  • step S12 the third sensor 51c is turned on, in step S13, the backwashing fluid introduction means 17 is turned on, and the backwashing fluid is introduced from the backwashing fluid introduction unit 9b to the electrode unit, Back washing is performed together with the desorption step.
  • step S14 the ion concentration of the backwash water W3 after backwashing is detected by the third sensor 51c, and the ion desorption rate of the conductive porous material 7 is calculated based on this ion concentration.
  • step S15 when the ion desorption rate is smaller than the predetermined value (NO), the desorption process is continued.
  • step S15 if the ion desorption rate is equal to or higher than the predetermined value (YES), it is determined that the ion adsorption capacity of the conductive porous material 7 has been recovered, and the process proceeds to step S16.
  • step S16 the backwashing fluid introduction means 17 is turned off to stop the introduction of the backwashing fluid to the electrode portion, and then in step S17, the third sensor 51c is turned off. Further, in step S18, the first valve 52a and the third valve 52c are closed. Thereafter, in step S19, it is determined whether or not to continue the desalting process, and if it is determined to continue (YES), the process returns to step S1. If it is determined in step S19 that the desalting process is not continued (NO), the process is terminated.
  • step S19 the necessity of continuing the desalting treatment may be determined from the amount of the treated water W1 in the treated water tank 11. In that case, when the to-be-processed water W1 more than predetermined amount is stored in the to-be-processed water tank 11, a desalination process is continued. Or you may make it switch an adsorption
  • the electrode 2 is arranged by arranging the uppermost part of the conductive porous material 7 to be higher than the electrode 2.
  • the conductive porous material 7A in the region can remove ions
  • the conductive porous material 7B in the region where the electrode 2 is not disposed can remove the organic matter, so that the ions and the organic matter can be removed simultaneously.
  • the ion concentration of the treated water W1, the treated water W2, and the backwash water W3 after backwashing is detected by the sensor 51, and the ion removal rate and ion desorption rate of the conductive porous material 7 are obtained. Therefore, in the adsorption process, it is possible to switch to the desorption process when the ion adsorption capacity of the conductive porous material 7 is reduced, and in the desorption process, when the ion adsorption capacity of the conductive porous material 7 is sufficiently recovered. The adsorption process can be switched. It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

水処理装置（１）は、容器（９）の上部に被処理水導入部（９ａ）が設けられると共に、容器（９）内の導電性多孔質材（７）と被処理水導入部（９ａ）との間に、導電性多孔質材（７）が配置されていない空間（８）を有する。脱離工程において、容器（９）の下部から逆洗用流体を導入すると、逆洗用流体により導電性多孔質材（７）が流動し攪拌されるため、導電性多孔質材（７）に吸着されたイオンの脱離が促進される。さらに、攪拌された導電性多孔質材（７）の粒子が導電性多孔質材（７）の他の粒子、または電極（２）、またはセパレータ（５）に衝突することにより、それらの表面に発生したスケールやバイオフィルムを除去することができ、脱塩効率を維持することが可能である。

Description

水処理装置及び水処理方法
　本発明は、被処理水の脱塩処理を行う水処理装置及び水処理方法に関するものである。
　従来、海水や再生水等からイオンを除去する脱塩処理の方法として、通水型電気二重層を用いた電気式脱塩技術が知られている。例えば特許文献１には、一対の電極の間に液浸透性で電気絶縁性のセパレータを配置し、電極とセパレータの間にイオン捕捉材を設けた電解コンデンサ型脱塩装置が提示されている。
　この先行例のような水処理装置では、電極に電圧を印加した状態で被処理水を導入すると、イオン捕捉材に電気二重層が形成され、被処理水中の陰イオンは陽極側に集まり陰イオン交換材に吸着され、陽イオンは陰極側に集まり陽イオン交換材に吸着される。特許文献１では、イオン捕捉材として活性炭とイオン交換材との混合物を用い、電気的な引力と化学的な引力の組み合わせ効果によりイオン吸着力の向上を図っている。
　上記のような水処理装置においては、活性炭等のイオン捕捉材にイオンを吸着させ脱塩処理を行う吸着工程と、イオン捕捉材のイオン吸着能力を回復させる脱離工程とを交互に実施する必要がある。脱離工程では、電極間を短絡させて（あるいは逆電圧を印加して）電極間に充電された電荷を放電させることにより、イオン捕捉材に吸着されたイオンを脱離させ、イオン捕捉材のイオン吸着能力を回復させる。
特許第３８９３７４０号公報
　上記のような従来の水処理装置では、脱塩処理に伴い、電極、セパレータ、及びイオン捕捉材等の表面に、主に被処理水の成分に起因するスケールまたはバイオフィルムが発生し、脱塩効率を低下させるという課題があった。スケール及びバイオフィルムは、上記部材の定期的な洗浄または交換により除去する必要があり、メンテナンスに時間を要していた。
　本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、脱塩効率低下の原因となるスケール及びバイオフィルムを効率的に除去することができ、脱塩効率を維持することが可能な水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る水処理装置は、互いに離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、一対の電極の間に設けられた電気絶縁性で透水性のセパレータと、電極及びセパレータを収容する電気絶縁性の容器と、セパレータによって区切られた容器内の複数の空間にそれぞれ配置された流動性を有する導電性多孔質材とを備え、容器は、容器内に被処理水を導入する被処理水導入部と、被処理水とは異なる方向から容器内に逆洗用流体を導入する逆洗用流体導入部とを有すると共に、導電性多孔質材が配置された空間と同じ空間の一部に、導電性多孔質材が配置されていない空間を有するものである。
　本発明に係る水処理方法は、電気絶縁性の容器に収納された少なくとも一対の電極の間に電気絶縁性で透水性のセパレータを設け、セパレータによって区切られた容器内の複数の空間に流動性を有する導電性多孔質材を配置すると共に、導電性多孔質材が配置された空間と同じ空間の一部に、導電性多孔質材が配置されていない空間を有するようにし、電極間に電圧を印加した状態で容器内に被処理水を導入し被処理水中に含まれるイオンを導電性多孔質材に吸着させる吸着工程と、電極間に溜まった電荷を放電させ導電性多孔質材に吸着されたイオンを脱離させる脱離工程とを交互に行う水処理方法であって、脱離工程において、被処理水とは異なる方向から逆洗用流体を容器内に導入し、導電性多孔質材を流動させるものである。
　本発明に係る水処理装置によれば、容器内の導電性多孔質材が配置された空間と同じ空間の一部に導電性多孔質材が配置されていない空間を設け、被処理水とは異なる方向から逆洗用流体を導入し導電性多孔質材を流動させることにより、導電性多孔質材の粒子が攪拌され、導電性多孔質材の他の粒子または電極またはセパレータに衝突するので、それらの表面に発生したスケール及びバイオフィルムを容易に除去することができ、脱塩効率を維持することが可能である。
　また、本発明に係る水処理方法によれば、容器内の導電性多孔質材が配置された空間と同じ空間の一部に導電性多孔質材が配置されていない空間を設け、脱離工程において、被処理水とは異なる方向から逆洗用流体を容器内に導入し導電性多孔質材を流動させることにより、導電性多孔質材の粒子が攪拌され、導電性多孔質材の他の粒子または電極またはセパレータに衝突するので、それらの表面に発生したスケール及びバイオフィルムを容易に除去することができ、脱塩効率を維持することが可能である。
　この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
本発明の実施の形態１に係る水処理装置の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る水処理装置の水平断面における要部構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る水処理装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る水処理装置を用いた水処理システムの例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る水処理装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る水処理装置の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る水処理装置の水平断面における要部構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る水処理装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る水処理装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る水処理装置における前段の水処理ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る水処理装置における後段の水処理ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る水処理装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る水処理装置の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６に係る水処理装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係る水処理装置における処理の流れを示す図である。
実施の形態１．
　以下に、本発明の実施の形態１に係る水処理装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る水処理装置の要部構成を概念的に示す図、図２は図１に示す水処理装置の水平断面における要部構成を概念的に示す斜視図、図３は図１に示す水処理装置の全体構成を示す概略図、及び図４は図１に示す水処理装置を用いた水処理システムの例を示す図である。なお、全ての図において、同一または相当する部分には同一符号を付している。
　水処理装置１は、被処理水中のイオン濃度を低減する脱塩処理に用いられる。集電体である一対の電極２ａ、２ｂ（総称して電極２）は、互いに離間して対向配置され、電極端子３ａ、３ｂ（総称して電極端子３）を介して直流電源４にそれぞれ接続されている。一対の電極２の間には電気的絶縁性で透水性のセパレータ５が設けられ、電極２ａ、２ｂ相互は電気的に絶縁されている。
　電極２は、例えば竹筒をその中心軸に沿って２分割したような構造であり、互いの凹部を対向させて突き合わせることにより、上下方向に開口部のある円筒状の空間部が形成される。すなわち、一対の電極２の各々は、半円状に湾曲された断面形状を有している。本実施の形態１では、一対の電極２は、平板状またはシート状のセパレータ５を介して一体に形成されている。
　電極２及びセパレータ５は、電気絶縁性の容器９に収容され、セパレータ５によって区切られた容器９内の複数の空間には、流動性を有する導電性多孔質材７ａ、７ｂ（総称して導電性多孔質材７）が配置されている。一対の電極２で形成された円筒状の空間部の一方の開口部（図３では下端部）には、透水性を有する円板状の保持体６が配置されている。セパレータ５の下端部は保持体６に接合され、導電性多孔質材７は保持体６によって保持されている。
　容器９は、容器９内に被処理水Ｗ１を導入する被処理水導入部９ａと、被処理水Ｗ１とは異なる方向から容器９内に逆洗用流体を導入する逆洗用流体導入部９ｂを有している。また、電極２とセパレータ５と保持体６とで構成された２つの空間部分には、所定量の導電性多孔質材７が充填されて導電性多孔質材７の層が形成され、その上部には所定容積の空間８が形成される。なお、以下の説明では、容器９内の電極２とセパレータ５と導電性多孔質材７の層とで構成される領域を「電極部」と称す。
　すなわち、容器９は、導電性多孔質材７が配置された空間と同じ空間の一部に、導電性多孔質材７が配置されていない空間８を有している。この空間８は、導電性多孔質材７と被処理水導入部９ａとの間に設けられる。空間８の容積は、逆洗時に導電性多孔質材７が流動により膨張することができ、十分に攪拌されるために必要な容積であり、導電性多孔質材７の容積の１％～５０％、さらに望ましくは５％～３５％とする。
　電極２には、例えばチタン、ステンレス、白金等の耐食性金属、あるいは炭素シート、炭素繊維シート等の化学的に安定な導電性材料が用いられる。セパレータ５には、ろ紙、不織布、発泡材料及び多孔性フィルム等、電気絶縁性及び透水性を有する多孔質材料が用いられる。セパレータ５の周囲には、絶縁性のシール材や枠材等を配置し、電極２及び保持体６と相互に結合された構造とすることが好ましい。セパレータ５の目開きは、絶縁性を維持するため、粒状活性炭の粒子径よりも小さいことが好ましい。また、セパレータ５の厚みは特に限定させるものではないが、例えば０．０５ｍｍ～１０ｍｍの範囲で任意に選択される。
　保持体６には、透水性の高い多孔質材料が用いられる。保持体６は、電極２との絶縁性を確保する必要があるため、絶縁性材料が選択される。あるいは、保持体６と電極２との間に絶縁性材料からなるシール材または枠材が配置される。さらに、電極２、セパレータ５、及び保持体６を一体的に結合した構造とし、電極２を容器９の一部として構成してもよい。また、容器９の下部に設置された保持体６と同様の保持体を空間８の上端部に設けてもよい。
　導電性多孔質材７には、例えば粒状活性炭、繊維状活性炭、ペレット状活性炭、あるいは粉末活性炭等、多孔質でイオンの吸着能力が高い導電性材料が用いられる。導電性多孔質材７の粒径及び形状は、セパレータ５及び保持体６を通過せず、且つセパレータ５や保持体６に対して目詰まりを起こし難い球形に近い形状のものが選択される。特に、石炭系、ヤシ殻系、あるいは木材系等の粒状活性炭は、好適に用いられる。粒状活性炭の平均粒子径は、０．１ｍｍ～５ｍｍとし、さらに望ましくは０．３ｍｍ～２．５ｍｍとする。
　以上のような構成とすることにより、導電性多孔質材７がセパレータ５及び保持体６を通過しないため、電極２ａ、２ｂ間の絶縁性が保持される。また、保持体６を電極部の上部にも設けることにより、逆洗時に導電性多孔質材７が逆洗用流体排出配管１９を介して容器９から流出することを防ぐことができる。
　なお、本実施の形態１では、円筒状の電極２をセパレータ５により軸方向に２つに分割したが、さらに細かく分割することもできる。その場合、電極２を偶数個に分割することが好ましく、４個以上に分割した場合には正極と負極を交互に配置することが好ましい。また、電極２は、軸方向に垂直な方向に分割してもよく、その場合も正極と負極を交互に配置することが好ましい。これにより、被処理水Ｗ１が軸方向に沿って流れる際に正極側の導電性多孔質材７ａと負極側の導電性多孔質材７ｂで交互に処理されるため、被処理水Ｗ１からイオンが効率良く除去される。
　本実施の形態１に係る水処理装置１の全体的な構成について、図３を用いて説明する。被処理水導入配管１２は、被処理水導入手段１３を介して、被処理水Ｗ１が貯留された被処理水タンク１１と、容器９上部の被処理水導入部９ａに接続されている。被処理水導入手段１３は、例えば送液用ポンプである。
　容器９の下部は、脱塩水排出配管１４を介して脱塩水タンク１５に接続され、被処理水Ｗ１を処理した後の処理水Ｗ２は脱塩水タンク１５に貯留される。脱塩水排出配管１４は、開閉弁１４ａを備えている。また、逆洗用流体導入配管１６は、逆洗用流体導入手段１７及び開閉弁１４ａ上部の脱塩水排出配管１４を介して、脱塩水タンク１５と逆洗用流体導入部９ｂに接続されている。逆洗用流体導入手段１７は、例えば送液用ポンプである。
　なお、逆洗用流体導入部９ｂは、容器９と脱塩水排出配管１４の接続箇所とは別の箇所に設けてもよい。また、開閉弁１４ａを流路切替え弁とし、脱塩水排出配管１４と逆洗用流体導入配管１６とを切り替えるようにしてもよい。
　容器９の上部には、逆洗用流体である逆洗水Ｗ３を排出するための逆洗用流体排出配管１９が接続されている。なお、逆洗用流体排出配管１９の容器９との接続箇所は、被処理水導入部９ａと共通にしてもよい。被処理水導入配管１２、逆洗用流体導入配管１６、及び逆洗用流体排出配管１９にそれぞれ弁を配置し、弁の開閉により水流を制御するようにしてもよい。また、被処理水タンク１１及び脱塩水タンク１５は、それぞれ設置しない構成としてもよい。
　また、図３に示す例では、逆洗用流体として処理水Ｗ２を用いているが、逆洗用流体はこれに限定されるものではなく、水、ガス、あるいはそれらの混合体等から選択される。逆洗用流体として水を用いる場合は、被処理水Ｗ１または処理水Ｗ２を用いることが望ましいが、水処理装置１の外部から水を別途導入してもよい。逆洗用流体として、空気、窒素ガス、あるいは酸素ガス等のガスを用いる場合、逆洗用流体導入手段１７には、ガスボンベまたはコンプレッサー等のガス供給設備が用いられる。逆洗用流体として水とガスの混合体を用いることにより、気泡が電極２、セパレータ５あるいは導電性多孔質材７に衝突し、スケールやバイオフィルムの剥離が促進される。
　さらに、本実施の形態１に係る水処理装置１は、単体で脱塩処理の目的で用いられる他、例えば図４に示すような水処理システムとして構成することもできる。図４に示す水処理システムは、水処理装置１の他に、生物処理装置２０、オゾン処理装置２１、逆浸透膜処理装置２２、及び促進酸化処理装置２３を備えている。被処理水導入配管１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、生物処理装置２０及びオゾン処理装置２１を介して水処理装置１に接続され、脱塩水排出配管１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、逆浸透膜処理装置２２及び促進酸化処理装置２３を介して水処理装置１に接続される。
　また、水処理システムは、水処理装置１に、生物処理装置２０、オゾン処理装置２１、逆浸透膜処理装置２２、及び促進酸化処理装置２３から選択された何れか一つ以上の装置を付加した構成であってもよい。水処理装置１と逆浸透膜処理装置２２は、配置する順番を入れ替えてもよい。生物処理装置２０には、標準活性汚泥法と砂ろ過を組み合わせた装置、あるいは膜分離バイオリアクタ等が用いられる。また、オゾン処理装置２１、逆浸透膜処理装置２２、及び促進酸化処理装置２３には、公知の技術を用いることができる。
　次に、実施の形態１による水処理装置の動作について、被処理水Ｗ１中に含まれるイオンを導電性多孔質材７に吸着させる吸着工程と、電極２ａ、２ｂ間に溜まった電荷を放電させ導電性多孔質材７に吸着されたイオンを脱離させる脱離工程とに分けて説明する。吸着工程では、直流電源４から電極端子３を介して電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加し、開閉弁１４ａを開けた状態で、被処理水タンク１１に貯留された被処理水Ｗ１を、被処理水導入手段１３により被処理水導入部９ａから電極部に導入する。
　例えばナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、塩素イオン（Ｃｌ－）、または硝酸イオン（ＮＯ３－）等の各種イオンが含まれた被処理水Ｗ１は、電極部の導電性多孔質材７の層を通過する。この時、電極２ａ、２ｂ間に直流電源４から０．４Ｖ～５Ｖ、望ましくは０．４Ｖ～１．３Ｖの電圧を印加することにより、導電性多孔質材７にイオンが吸着される。なお、イオンの種類は被処理水Ｗ１の水質等によって異なるものであり、特に限定されるものではない。
　ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の陽イオンは、負極の電極２ｂ側の導電性多孔質材７ｂに吸着され、塩素イオン、硝酸イオン等の陰イオンは、正極の電極２ａ側の導電性多孔質材７ａに吸着される。これにより、被処理水Ｗ１は、導電性多孔質材７の層を流下するに伴い脱塩される。処理後の処理水Ｗ２は、保持体６を通過し、容器９の下部から脱塩水排出配管１４を経て脱塩水タンク１５に貯留される。
　一方、脱離工程は、導電性多孔質材７のイオン吸着能力が低下した時に行われる。本実施の形態１では、脱離工程と同時に導電性多孔質材７の逆洗を行い、逆洗用流体として脱塩水タンク１５に貯留された処理水Ｗ２を用いる。脱離工程では、開閉弁１４ａを閉じ、電極２ａ、２ｂ間を短絡させた（あるいは電極２ａ、２ｂに逆電圧を印加した）状態で、脱塩水タンク１５に貯留された処理水Ｗ２を、逆洗用流体導入手段１７により容器９下部の逆洗用流体導入部９ｂから容器９内に導入する。
　容器９下部から電極部に逆洗用流体である処理水Ｗ２を導入すると、導電性多孔質材７の上方には空間８が設けられているため、処理水Ｗ２により導電性多孔質材７が舞い上げられるように膨張して流動し、導電性多孔質材７に吸着されたイオンの脱離が促進される。さらに、攪拌された導電性多孔質材７の粒子が、導電性多孔質材７の他の粒子または電極２またはセパレータ５に衝突することにより、それらの表面に発生したスケールやバイオフィルムが機械的に剥離される。また、逆洗によって空間８に面する導電性多孔質材７の表面に溜まっていた夾雑物が逆洗用流体排出配管１９を介して容器９の外に排出され、導電性多孔質材７の目詰まりが解消される。
　導電性多孔質材７を逆洗するための逆洗用流体の流速は、導電性多孔質材７の層が膨張して導電性多孔質材７が流動化するのに十分な速度とする。例えば導電性多孔質材７に粒状活性炭を用いる場合、逆洗用流体の線速度は０．００２ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）～０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、さらに望ましくは０．０１ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）～０．２ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）とすることにより、脱離工程を効率良く行うことができる。
　なお、ここでは導電性多孔質材７の逆洗を脱離工程と同時に行う場合について説明したが、導電性多孔質材７の逆洗は脱離工程とは別に実施してもよい。ただし、電極部に被処理水Ｗ１とは異なる方向から逆洗用流体を導入することにより、電気二重層が解消され導電性多孔質材７からのイオンの脱離が促進されるため、脱離工程の時間が短縮される。
　また、本実施の形態１では、容器９の上部に被処理水導入部９ａを設けた場合を例に挙げたが、被処理水導入部を容器９の下部に設け、吸着工程において被処理水Ｗ１を電極部の下方から導入するようにしてもよい。電極２ａ、２ｂ間では、電界が正極から負極に向かって緩やかに変化するため、電極２近傍の導電性多孔質材７はセパレータ５近傍の導電性多孔質材７よりもイオンを吸着し易く、導電性多孔質材７のイオン吸着量にばらつきが生じる。
　このような課題に対し、吸着工程において被処理水Ｗ１を電極部の下方から導入することにより、導電性多孔質材７の流動により電極２近傍の導電性多孔質材７をセパレータ５近傍に、セパレータ５近傍の導電性多孔質材７を電極２近傍に、それぞれ移動させることができる。これにより、電極部における導電性多孔質材７のイオン吸着量のばらつきが解消され、全体としてイオン吸着量を増大させることができる。
　本実施の形態１に係る水処理装置１は、一対の電極２、セパレータ５、導電性多孔質材７、及び容器９から構成される水処理ユニットを２基以上備えた構成とすることができる。その場合、各々の水処理ユニットの電極２を、切替回路（図示省略）を用いて接続し、脱離工程を行う水処理ユニットの電極２ａ、２ｂ間に充電された電荷を、吸着工程を行う水処理ユニットの電極２に給電するようにしてもよい。これにより、吸着工程を開始する水処理ユニットの電極２ａ、２ｂ間に電圧が印加され、脱塩処理に必要な電気エネルギーとして使用される。
　以上のように、本実施の形態１に係る水処理装置及び水処理方法によれば、容器９内の導電性多孔質材７が配置された空間と同じ空間の一部に、導電性多孔質材７が配置されていない空間８を設け、被処理水Ｗ１とは異なる方向から容器９内の電極部に逆洗用流体を導入し、導電性多孔質材７を流動させることにより、導電性多孔質材７の粒子が攪拌され、導電性多孔質材７の他の粒子または電極２またはセパレータ５に衝突するので、それらの表面に発生したスケール及びバイオフィルムを容易に除去することができ、脱塩効率を維持することが可能である。
　また、導電性多孔質材７を十分に攪拌することにより、導電性多孔質材７に吸着されたイオンの脱離が促進され、脱離工程に要する時間を従来に比べて短縮することができる。さらに、空間８の容積を適切な大きさとすることにより、逆洗時の導電性多孔質材７の流出を抑えることができると共に、逆洗により導電性多孔質材７の目詰まりが解消される。これらのことから、本実施の形態１によれば、メンテナンスが容易であり、イオン吸着能力すなわち脱塩効率を維持することが可能な水処理装置が得られる。
　また、複数の水処理ユニットを備えた構成とし、脱離工程を行う水処理ユニットに充電された電荷を、吸着工程を行う水処理ユニットに供給することにより、電力を回収することができ、運転に必要な消費電力量を抑えることができる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２に係る水処理装置の要部構成を概念的に示す図であり、図６は、図５に示す水処理装置の変形例を示す図である。本実施の形態２に係る水処理装置は、一対の電極２及びセパレータ５を、同心円状に配置したものである。本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に、導電性多孔質材７の層の上方に被処理水導入部が設けられ、導電性多孔質材７と被処理水導入部との間に、逆洗時に導電性多孔質材７を流動させるための空間が設けられる。
　本実施の形態２に係る水処理装置は、一対の電極２として、円筒状電極（電極２ｂ）と、円筒状電極の内側に設けられ円筒状電極と同軸の中心電極（電極２ａ）とを備えている。円筒状電極と中心電極の間には、円筒状電極と同軸の円筒状のセパレータ５が配置されている。中心電極と円筒状電極は、それぞれ電極端子３ａ、３ｂを介して絶縁電線で直流電源４に接続される。
　また、図６に示す変形例では、図５に示す水処理装置の円筒状電極の外側に、さらに円筒状の容器９を同軸に配置し、円筒状電極と容器９の間隙部分にも導電性多孔質材７ｃを配置している。この変形例では、円筒状電極の外側に容器９を設けたことにより、装置外周部分の絶縁性が保持される。また、円筒状電極と容器９の間に導電性多孔質材７ｃを配置することにより、水処理装置１に保持される導電性多孔質材７の量が増大し、導電性多孔質材７を補充あるいは交換する頻度を低減することができる。なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
　本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、中心電極、セパレータ５、及び円筒状電極を同心円状に配置したことにより、円筒状電極を容器９の一部として使用することができ、水処理装置の組み立てが容易となる。また、電極部を環状構造としたことにより、直方体の反応槽と比べて死水域ができ難く、脱塩処理を効率的に行うことができる。また、棒状の中心電極近傍の導電性多孔質材７ａは逆洗用流体により攪拌され易いため、導電性多孔質材７ａの混合性が向上し、電極部を効率的に逆洗することができる。
実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３に係る水処理装置の水平断面における要部構成を概念的に示す斜視図である。本実施の形態３に係る水処理装置は、二対の棒状の電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（総称して電極２）を備えている。容器９は、直交する二つのセパレータ５ａ、５ｂによって四つの空間に区切られ、各電極２は、それら四つの空間のそれぞれに互いに等間隔に配置されている。本実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様に、導電性多孔質材７の層の上方に被処理水導入部が設けられ、導電性多孔質材７と被処理水導入部との間に、逆洗時に導電性多孔質材７を流動させるための空間が設けられる。
　各電極２は、相互の間隔が均等となるように、円筒状の容器９の内部に周方向に等角度（９０°）で配置され、各電極２の間には相互を仕切るセパレータ５ａ、５ｂが中心部を通るように放射状に配置される。電極２ａ、２ｃは、電極端子３ａ、３ｃを介して直流電源４の正極に、電極２ｂ、２ｄは、電極端子３ｂ、３ｄを介して直流電源４の負極にそれぞれ接続されている。なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
　本実施の形態３において、容器９の形状は、円筒状に限定されるものではなく、例えば多角形の筒状、円弧等の曲線と直線とを組み合わせた筒状、あるいは直方体等、任意に構成することができる。また、電極２ａ、２ｂを対とし、電極２ｃ、２ｄを別の対として、互に独立した２基の水処理ユニットとして稼働させるようにしてもよい。
　本実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、二対の棒状の電極２を円筒状の容器９に周方向に等間隔で配置することにより、被処理水が容器９内を流れ易くなる。また、電極２を均等に配置することにより、被処理水から効率的にイオンが除去される。
実施の形態４．
　図８は、本発明の実施の形態４に係る水処理装置の要部構成を概念的に示す断面図、図９は、図８中、Ａ－Ａで示す断面を上から見た図である。本実施の形態４に係る水処理装置１は、互いに平行且つ等間隔に配置された三つの平板状の電極２ａ、２ｂ、２ｃ（総称して電極２）と、電極２と平行に配置された二つのセパレータ５ａ、５ｂを備えている。
　中央に配置された電極２ｂは共通電極であり、両側の電極２ａ、２ｃと異なる極性である。すなわち、中央部の電極２ｂを共通電極として２つの脱塩処理部を構成している。図９に示す例では、電極２ａ、２ｃは、電極端子３ａ、３ｃを介して直流電源４の正極に接続され、電極２ｂは、電極端子３ｂを介して直流電源４の負極に接続されている。各電極２と直流電源４は、空間８を通って接続されてもよいし、容器９の側面を通って接続されてもよい。
　各電極２とセパレータ５ａ、５ｂの間隙には、所定量の導電性多孔質材７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ（総称して導電性多孔質材７）が充填され、導電性多孔質材７の層が形成される。また、上記実施の形態１と同様に、導電性多孔質材７の層の上方に被処理水導入部９ａが設けられ、導電性多孔質材７と被処理水導入部９ａとの間に、逆洗時に導電性多孔質材７を流動させるための空間８が設けられる。
　本実施の形態４では、図８に示すように、逆洗用流体導入配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ（総称して逆洗用流体導入配管１６）を、容器９の側面の下部に接続している。また、導電性多孔質材７を保持している保持体６の下部には、下部空間１８が設けられている。なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
　本実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、三つの平板状の電極２と二つのセパレータ５ａ、５ｂを均等の間隔で配置し、中央部の電極２ｂを共通電極として２つの脱塩処理部を構成したので、電極部の小型化が図られ、設置場所の省スペース化が図られる。
　また、逆洗用流体を導電性多孔質材７の層の側面より導入することにより、導電性多孔質材７の層が不均一に流動し、導電性多孔質材７の層に付着したスケール等が除去され易い。さらに、保持体６の下部に下部空間１８を設けたので、逆洗時に逆洗用流体が電極部に導入される際、逆洗用流体が下部空間１８に充満された状態で電極部を上昇するため、逆洗用流体が電極部を均等に流れ易い。
実施の形態５．
　図１０は、本発明の実施の形態５に係る水処理装置の前段の水処理ユニットの構成を示す概念図、図１１は、図１０に示す水処理ユニットに接続される後段の水処理ユニットの構成を示す概念図である。本実施の形態５に係る水処理装置は、一対の電極２、セパレータ５、導電性多孔質材７、及び容器９を含む水処理ユニット１０ａ、１０ｂを複数基備え、直列に接続したものである。
　各水処理ユニット１０ａ、１０ｂは、導電性多孔質材７の層の上方に被処理水導入部９ａが設けられ、導電性多孔質材７と被処理水導入部９ａとの間に、逆洗時に導電性多孔質材７を流動させるための空間８が設けられる。
　前段の水処理ユニット１０ａにおいて、被処理水Ｗ１は、被処理水導入配管１２ａ、１２ｂを介して導電性多孔質材７ａ、７ｂにそれぞれ導入される。この時、開閉弁２７ａ、２７ｂ、２７ｃは開けておく。正極側の導電性多孔質材７ａで処理された処理水と負極側の導電性多孔質材７ｂで処理された処理水は分けて回収され、後段の水処理ユニット１０ｂにおいては前段の水処理ユニット１０ａとは逆の極性の導電性多孔質材７ｂ、７ａで処理されるように導入される。
　すなわち、前段の水処理ユニット１０ａの正極側の導電性多孔質材７ａで処理された処理水は、脱塩水排出配管２６ａを介して後段の水処理ユニット１０ｂの負極側の導電性多孔質材７ｂに導入される。また、前段の水処理ユニット１０ａの負極側の導電性多孔質材７ｂで処理された処理水は、脱塩水排出配管２６ｂを介して後段の水処理ユニット１０ｂの正極側の導電性多孔質材７ａに導入される。
　また、水処理ユニット１０ａ、１０ｂのセパレータ５の上方には、水を通過させない仕切り板５０がそれぞれ配置される。これにより、水処理ユニット１０ａ、１０ｂの正極側と負極側の処理水が混合されないようにすることができる。なお、被処理水導入配管１２ａ、１２ｂは、分岐しない構成であってもよく、あるいは２本以上に分岐する構成としても良い。
　逆洗用流体導入配管１６ａ、１６ｂは、前段の水処理ユニット１０ａの脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂの開閉弁２７ａ、２７ｂよりも水処理ユニット１０ａ側に接続される。また、逆洗用流体導入配管１６ｃは、後段の水処理ユニット１０ｂの脱塩水排出配管２６ｃ、２６ｄが合流した配管の開閉弁２７ｃよりも水処理ユニット１０ｂ側に接続される。逆洗用流体排出配管１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、前段の水処理ユニット１０ａでは被処理水導入配管１２に、後段の水処理ユニット１０ｂでは脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂにそれぞれ接続される。
　また、水処理ユニット１０ｂの逆洗用流体排出配管１９ｂ、１９ｃは、脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂの開閉弁２７ａ、２７ｂよりも水処理ユニット１０ｂ側にそれぞれ接続される。なお、逆洗用流体排出配管１９は、前段の水処理ユニット１０ａ及び後段の水処理ユニット１０ｂにおける空間８の上方の容器９にそれぞれ直接接続する構成としても良い。
　本実施の形態５に係る水処理装置における脱離工程の水の流れについて説明する。前段の水処理ユニット１０ａにおける脱離工程では、開閉弁２７ａ、２７ｂを閉めた状態で、逆洗用流体導入手段（図示省略）により、逆洗用流体である逆洗水Ｗ３が逆洗用流体導入配管１６ａ、１６ｂ及び脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂを介して電極部に導入される。逆洗水Ｗ３は、電極部の導電性多孔質材７を流動させた後、被処理水導入配管１２ａ、１２ｂを介して逆洗用流体排出配管１９ａから排出される。
　また、後段の水処理ユニット１０ｂにおける脱離工程では、開閉弁２７ｃを閉めた状態で、逆洗用流体導入手段（図示省略）により、逆洗用流体である逆洗水Ｗ３が逆洗用流体導入配管１６ｃ及び脱塩水排出配管２６ｃ、２６ｄを介して電極部に導入される。逆洗水Ｗ３は、電極部の導電性多孔質材７を流動させた後、脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂを介して逆洗用流体排出配管１９ｂ、１９ｃから排出される。
　なお、前段の水処理ユニット１０ａと後段の水処理ユニット１０ｂの間に配置される脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂに、開閉弁２７ａ、２７ｂ、逆洗用流体導入配管１６ａ、１６ｂ、及び逆洗用流体排出配管１９ｂ、１９ｃを配置しない構成としてもよい。この場合、後段の水処理ユニット１０ｂに導入された逆洗用流体は、脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂを介して前段の水処理ユニット１０ａに導入され、被処理水導入配管１２ａ、１２ｂを介して逆洗用流体排出配管１９ａから排出される。このような構成とすることにより、装置の配管の簡略化が図られると共に逆洗用流体の量を低減することができる。
　なお、図１０及び図１１に示す例では、前段の水処理ユニット１０ａに接続された脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂを交差させることにより、後段の水処理ユニット１０ｂに対して前段とは逆の極性の導電性多孔質材７に被処理水を導入するようにしたが、脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂを交差させず、後段の水処理ユニット１０ｂの電極２の極性が、前段の水処理ユニット１０ａの電極２と左右逆になるように配置してもよい。
　ここでは、２基の水処理ユニット１０ａ、１０ｂを直列に配置した場合について説明したが、３基以上の水処理ユニットを直列に配置する構成としても良い。その場合、最後段に接続される水処理ユニットは、図１１に示す構成とし、それ以外の水処理ユニットは、図１０に示す構成とし、２基目から最後段の１つ前段の水処理ユニットでは、被処理水導入配管１２ａ、１２ｂの代わりに脱塩水排出配管２６ａ、２６ｂが接続される。
　本実施の形態５によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、複数の水処理ユニットを直列に接続し、前段の水処理ユニットの正極側の導電性多孔質材７ａで処理された処理水と、負極側の導電性多孔質材７ｂで処理された処理水とを分けて回収し、後段の水処理ユニット１０ｂに対して前段とは逆の極性の導電性多孔質材７に供給するようにしたので、イオンを効率よく除去することができる。
実施の形態６．
　図１２は、本発明の実施の形態６に係る水処理装置の全体構成を概略的に示す図、図１３及び図１４は、本実施の形態６に係る水処理装置の要部構成を概念的に示す斜視図及び水平断面図である。本実施の形態６に係る水処理装置は、被処理水Ｗ１、処理水Ｗ２、及び逆洗後の逆洗水Ｗ３のイオン濃度をそれぞれ検出する第１のセンサ５１ａ、第２のセンサ５１ｂ、及び第３のセンサ５１ｃ（総称してセンサ５１）と、これらのセンサ５１による検出結果を取得し、第１の弁５２ａ、第２の弁５２ｂ、及び第３の弁５２ｃ（総称して弁５２）の開閉及び電極２ａ、２ｂ間への電圧印加を制御する制御部５３を備えている。
　被処理水導入配管１２には、第１のセンサ５１ａ及び第１の弁５２ａが設けられる。第１の弁５２ａは、被処理水導入配管１２を介して被処理水Ｗ１を容器９に導入する流路と、逆洗用流体排出配管１９を介して逆洗後の逆洗水Ｗ３を容器９から排出する流路のいずれかを選択する切替弁である。
　また、脱塩水排出配管１４には、第２の弁５２ｂ及び第２のセンサ５１ｂが設けられ、逆洗用流体導入配管１６には第３の弁５２ｃが設けられる。なお、図１２に示す例では、逆洗用流体導入配管１６は脱塩水タンク１５に接続されているが、脱塩水排出配管１４の第２の弁５２ｂよりも容器９側に接続しても良い。また、第２の弁５２ｂとして流路切替弁を用い、逆洗用流体導入配管１６を第２の弁５２ｂに直接接続して第３の弁５２ｃを省略してもよい。また、逆洗用流体排出配管１９の接続箇所を被処理水導入部９ａとは別の箇所とし、それぞれに開閉弁を設置してもよい。
　制御部５３は、制御ケーブル５４を介して被処理水導入手段１３、センサ５１、弁５２、逆洗用流体導入手段１７、及び直流電源４と接続されている。制御部５３は、吸着工程においては、第１のセンサ５１ａ及び第２のセンサ５１ｂによりそれぞれ検出された被処理水Ｗ１及び処理水Ｗ２のイオン濃度から、導電性多孔質材７によるイオン除去率を求める。また、制御部５３は、脱離工程においては、第３のセンサ５１ｃにより検出された逆洗水Ｗ３のイオン濃度から、導電性多孔質材７のイオン脱離率を求める。
　なお、センサ５１は、例えばイオン電極を用いたイオン濃度測定装置であり、目的に応じて特定の金属イオンの濃度を検出するようにしてもよい。さらに、センサ５１は、残留塩素、残留農薬、及び有機物の濃度等の水質を検出するセンサや流量を検出するセンサ等、複数のセンサを含んでいてもよい。
　また、電極２及びセパレータ５はいずれも鉛直方向に配設されており、導電性多孔質材７は、その最上部が電極２よりも高く且つセパレータ５よりも低くなるように配置されている。このため、図１３に示すように、一つの水処理装置において、電極２が配置された領域の導電性多孔質材７Ａと、電極２が配置されていない領域の導電性多孔質材７Ｂが存在しており、下層の導電性多孔質材７Ａではイオンが除去され、上層の導電性多孔質材７Ｂでは有機物が除去される。
　また、図１４に示すように、一対の電極２の各々は、Ｕ字型に湾曲された凹部を有する断面形状であり、一方の電極２ａの凹部の内部に他方の電極２ｂの一部が配置されている。セパレータ５は、電極２の周囲に袋状に配置されており、正極側と負極側に配置された導電性多孔質材７が接触して短絡することを防止している。なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
　本実施の形態６に係る水処理装置において、脱塩処理を行う吸着工程と、導電性多孔質材７のイオン吸着能力を回復させる脱離工程とを交互に実施する際の処理の流れについて、図１２及び図１５を用いて説明する。なお、図１５のフローチャートに示される処理は、制御部５３によって制御される。全ての弁５２が閉じられ、センサ５１等の機器がオフの状態で吸着工程をスタートする。
　ステップＳ１において、直流電源４により電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する。続いてステップＳ２において、第１の弁５２ａを被処理水導入配管１２の方向に開き、被処理水導入配管１２を開通させると共に、第２の弁５２ｂを開き、脱塩水排出配管１４を開通させる。続いて、ステップＳ３において、第１のセンサ５１ａ及び第２のセンサ５１ｂをオンにする。
　続いてステップＳ４において、被処理水導入手段１３をオンにし、被処理水タンク１１に貯留された被処理水Ｗ１を、被処理水導入配管１２を介して被処理水導入部９ａから電極部に導入し、脱塩処理を行う。脱塩処理では、電極部に電気二重層が形成され、被処理水Ｗ１中のイオンが導電性多孔質材７に吸着される。脱塩された処理水Ｗ２は、容器９の下部から脱塩水排出配管１４を介して排出され、脱塩水タンク１５に貯留される。
　続いてステップＳ５において、第１のセンサ５１ａ及び第２のセンサ５１ｂにより被処理水Ｗ１と処理水Ｗ２のイオン濃度をそれぞれ検出し、これらのイオン濃度に基づいて導電性多孔質材７による被処理水Ｗ１のイオン除去率を算出する。ステップＳ６において、イオン除去率が所定値以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５の吸着工程を継続する。また、ステップＳ６において、イオン除去率が所定値よりも小さい場合（ＮＯ）、導電性多孔質材７のイオン吸着能力が低下していると判断し、ステップＳ７に進む。
　ステップＳ７において、被処理水導入手段１３をオフにして電極部への被処理水Ｗ１の導入を停止し、ステップＳ８において、第１の弁５２ａ、第２の弁５２ｂを閉じる。続いてステップＳ９において電極２への電圧印加を停止し、ステップＳ１０で電極２ａ、２ｂ間に充電された電荷、すなわち導電性多孔質材７に溜まった電荷を放電する。
　その後、ステップＳ１１において、第１の弁５２ａを逆洗用流体排出配管１９の方向に開き、逆洗用流体排出配管１９を開通させると共に、第３の弁５２ｃを開き、逆洗用流体導入配管１６を開通させる。続いて、ステップＳ１２において、第３のセンサ５１ｃをオンにし、ステップＳ１３において、逆洗用流体導入手段１７をオンにし、逆洗用流体を逆洗用流体導入部９ｂから電極部に導入し、脱離工程と共に逆洗を行う。
　続いてステップＳ１４において、第３のセンサ５１ｃにより逆洗後の逆洗水Ｗ３のイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて導電性多孔質材７のイオン脱離率を算出する。ステップＳ１５において、イオン脱離率が所定値より小さい場合（ＮＯ）、脱離工程を継続する。また、ステップＳ１５において、イオン脱離率が所定値以上の場合（ＹＥＳ）、導電性多孔質材７のイオン吸着能力が回復していると判断し、ステップＳ１６に進む。
　ステップＳ１６では、逆洗用流体導入手段１７をオフにして、電極部への逆洗用流体の導入を停止し、続いてステップＳ１７において第３のセンサ５１ｃをオフにする。さらに、ステップＳ１８において、第１の弁５２ａ及び第３の弁５２ｃを閉じる。その後、ステップＳ１９において、脱塩処理を継続するか否かを判定し、継続すると判断した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１９において、脱塩処理を継続しないと判断した場合（ＮＯ）、処理を終了する。
　なお、ステップＳ１９において、脱塩処理継続の要否は、被処理水タンク１１の被処理水Ｗ１の量から判断するようにしてもよい。その場合、被処理水タンク１１に所定量以上の被処理水Ｗ１が貯留されている場合には、脱塩工程を継続する。あるいは、センサ５１によるイオン濃度の検出結果によらず、所定時間で吸着工程と脱離工程を切り替えるようにしてもよい。
　本実施の形態６によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、導電性多孔質材７の最上部が電極２よりも高くなるように配置することにより、電極２が配置された領域の導電性多孔質材７Ａではイオンを除去し、電極２が配置されていない領域の導電性多孔質材７Ｂでは有機物を除去することができ、イオンと有機物を同時に除去することが可能となる。
　また、被処理水Ｗ１、処理水Ｗ２、及び逆洗後の逆洗水Ｗ３のイオン濃度をセンサ５１により検出し、導電性多孔質材７のイオン除去率とイオン脱離率を求めるようにしたので、吸着工程では、導電性多孔質材７のイオン吸着能力が低下した時に脱離工程に切り替えることができ、脱離工程では、導電性多孔質材７のイオン吸着能力が十分に回復した時に吸着工程に切り替えることができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１　水処理装置、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　電極、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ　電極端子、４　直流電源、５、５ａ、５ｂ　セパレータ、６　保持体、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７Ａ、７Ｂ　導電性多孔質材、８　空間、９　容器、９ａ　被処理水導入部、９ｂ　逆洗用流体導入部、１０ａ、１０ｂ　水処理ユニット、１１　被処理水タンク、１２、１２ａ、１２ｂ　被処理水導入配管、１３　被処理水導入手段、１４、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ　脱塩水排出配管、１４ａ　開閉弁、１５　脱塩水タンク、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ　逆洗用流体導入配管、１７　逆洗用流体導入手段、１８　下部空間、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ　逆洗用流体排出配管、２０　生物処理装置、２１　オゾン処理装置、２２　逆浸透膜処理装置、２３　促進酸化処理装置、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ　開閉弁、５０　仕切り板、５１ａ　第１のセンサ、５１ｂ　第２のセンサ、５１ｃ　第３のセンサ、５２ａ　第１の弁、５２ｂ　第２の弁、５２ｃ　第３の弁、５３　制御部、５４　制御ケーブル

Claims (17)

  1. 　互いに離間して対向配置された少なくとも一対の電極と、
    前記一対の電極の間に設けられた電気絶縁性で透水性のセパレータと、
    前記電極及び前記セパレータを収容する電気絶縁性の容器と、
    前記セパレータによって区切られた前記容器内の複数の空間にそれぞれ配置された流動性を有する導電性多孔質材とを備え、
    前記容器は、前記容器内に被処理水を導入する被処理水導入部と、被処理水とは異なる方向から前記容器内に逆洗用流体を導入する逆洗用流体導入部とを有すると共に、前記導電性多孔質材が配置された前記空間と同じ空間の一部に、前記導電性多孔質材が配置されていない空間を有することを特徴とする水処理装置。
  2. 　前記容器は、前記導電性多孔質材が配置されていない前記空間を、前記導電性多孔質材と前記被処理水導入部との間に有することを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
  3. 　前記被処理水導入部に接続された被処理水導入配管と、
    被処理水を処理した後の処理水を前記容器から排出する脱塩水排出配管と、
    逆洗用流体導入部に接続された逆洗用流体導入配管と、
    逆洗用流体を前記容器から排出する逆洗用流体排出配管と、
    前記被処理水導入配管、前記脱塩水排出配管、前記逆洗用流体導入配管、及び前記逆洗用流体排出配管にそれぞれ設けられた弁と、
    少なくとも被処理水、処理水、及び逆洗後の逆洗用流体のイオン濃度をそれぞれ検出する複数のセンサと、
    前記センサにより検出されたイオン濃度を用いて前記導電性多孔質材による被処理水のイオン除去率と前記導電性多孔質材のイオン脱離率を算出し、算出されたイオン除去率及びイオン脱離率に基づいて前記弁の開閉及び前記電極間への電圧印加を制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
  4. 　前記容器の内部に前記導電性多孔質材を保持する透水性の保持体が設けられ、前記保持体と前記容器の底部との間に、逆洗用流体を溜めるための空間を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水処理装置。
  5. 　前記導電性多孔質材は、粒状活性炭であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水処理装置。
  6. 　前記電極及び前記セパレータはいずれも鉛直方向に配設され、前記導電性多孔質材は、その最上部が前記電極よりも高く且つ前記セパレータよりも低くなるように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水処理装置。
  7. 　前記一対の電極の各々は、半円状の断面形状を有し、互いの凹部が対向するように配置され、平板状の前記セパレータを介して一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水処理装置。
  8. 　前記一対の電極として、円筒状電極と、前記円筒状電極の内側に設けられ前記円筒状電極と同軸の中心電極とを備え、前記円筒状電極と前記中心電極の間に、前記円筒状電極と同軸の円筒状の前記セパレータが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水処理装置。
  9. 　前記容器は、前記円筒状電極と同軸の円筒状であり、前記容器と前記円筒状電極の間に導電性多孔質材が配置されたことを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
  10. 　前記電極として二対の棒状電極を備え、前記容器は、直交する二つの前記セパレータによって四つの空間に区切られ、前記棒状電極は、前記四つの空間のそれぞれに互いに等間隔に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水処理装置。
  11. 　前記電極として互いに平行且つ等間隔に配置された三つの平板状電極を備え、中央に配置された前記平板状電極は共通電極であり、両側の前記平板状電極と異なる極性であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水処理装置。
  12. 　前記一対の電極の各々は、凹部を有する断面形状であり、一方の前記電極の凹部の中に他方の前記電極の一部が配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水処理装置。
  13. 　前記一対の電極、前記セパレータ、前記導電性多孔質材、及び前記容器を含む水処理ユニットを複数基備え、各々の前記水処理ユニットの前記電極が切替回路を介して互いに接続され、いずれか一基の前記水処理ユニットに充電された電荷は、前記切替回路を介して他の前記水処理ユニットに給電されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水処理装置。
  14. 　前記一対の電極、前記セパレータ、前記導電性多孔質材、及び前記容器を含む水処理ユニットが複数基直列に接続され、前段の前記水処理ユニットの正極側の前記導電性多孔質材で処理された処理水と負極側の前記導電性多孔質材で処理された処理水は分けて回収され、後段の前記水処理ユニットにおいては前段の前記水処理ユニットとは逆の極性の前記導電性多孔質材で処理されるように導入されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の水処理装置。
  15. 　電気絶縁性の容器に収納された少なくとも一対の電極の間に電気絶縁性で透水性のセパレータを設け、前記セパレータによって区切られた前記容器内の複数の空間に流動性を有する導電性多孔質材を配置すると共に、前記導電性多孔質材が配置された前記空間と同じ空間の一部に、前記導電性多孔質材が配置されていない空間を有するようにし、前記電極間に電圧を印加した状態で前記容器内に被処理水を導入し被処理水中に含まれるイオンを前記導電性多孔質材に吸着させる吸着工程と、前記電極間に溜まった電荷を放電させ前記導電性多孔質材に吸着されたイオンを脱離させる脱離工程とを交互に行う水処理方法であって、前記脱離工程において、被処理水とは異なる方向から逆洗用流体を前記容器内に導入し、前記導電性多孔質材を流動させることを特徴とする水処理方法。
  16. 　前記吸着工程において、被処理水と、被処理水を処理した後の処理水のイオン濃度をそれぞれ検出し、これらのイオン濃度に基づいて前記導電性多孔質材による被処理水のイオン除去率を求め、イオン除去率が所定値以上の場合には前記吸着工程を継続し、イオン除去率が所定値よりも小さい場合には前記脱離工程に切り替えることを特徴とする請求項１５記載の水処理方法。
  17. 　前記脱離工程において、逆洗後の逆洗用流体のイオン濃度を検出し、このイオン濃度に基づいて前記導電性多孔質材のイオン脱離率を求め、イオン脱離率が所定値より小さい場合には前記脱離工程を継続し、イオン脱離率が所定値以上の場合には前記吸着工程に切り替えることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の水処理方法。
    　
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