WO2022153446A1 - ろ過装置 - Google Patents

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WO2022153446A1
WO2022153446A1 PCT/JP2021/001077 JP2021001077W WO2022153446A1 WO 2022153446 A1 WO2022153446 A1 WO 2022153446A1 JP 2021001077 W JP2021001077 W JP 2021001077W WO 2022153446 A1 WO2022153446 A1 WO 2022153446A1
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WO
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electrode
filtration
potential
filter chamber
filter medium
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/001077
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一樹 大森
Original Assignee
三菱化工機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 三菱化工機株式会社 filed Critical 三菱化工機株式会社
Priority to PCT/JP2021/001077 priority Critical patent/WO2022153446A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/06—Filters making use of electricity or magnetism

Definitions

  • the present invention relates to a filtration device.
  • Solid-liquid separation by filtration of particle-fluid slurry a method of separating particles and liquid to be separated by using electro-osmosis or electrophoresis is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Solid-liquid separation using electroosmosis is a method in which voltage and pressure are applied to a cake layer sandwiched between electrodes, and water in the cake layer is expelled through a filter medium by electroosmosis.
  • solid-liquid separation using electrophoresis is a method in which particles in a slurry are moved by electrophoresis and brought into direct contact with a filter medium to separate the particles in the slurry.
  • the method of solid-liquid separation by bringing the particles in the slurry into direct contact with the filter medium may cause a decrease in the filtration rate due to clogging of the filter medium.
  • An object of the present invention is to provide a filtration device capable of improving the filtration rate.
  • the filtration device on one side of the present invention is arranged between the water tank in which the target treatment liquid is stored, a plurality of filtration units submerged in the target treatment liquid, and the two target treatment liquids, and the target treatment.
  • the filtration unit has a first electrode provided with a plurality of first openings and a second electrode provided with a plurality of second openings, and has a second filter chamber separated from a space containing the liquid.
  • a first filter chamber provided in contact with the other surface of the one electrode and to which the target treatment liquid is supplied, and a third electrode provided in the first filter chamber and facing the first electrode are provided.
  • the filtration device of the present invention it is possible to improve the filtration rate.
  • FIG. 1 is a schematic view of a filtration device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of the filtration unit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configurations of the first electrode, the filter medium, and the second electrode.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a filtration unit according to the embodiment.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing the filtration unit according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic view of the filtration device according to the second modification of the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of the filtration device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of the filtration unit according to the embodiment.
  • the filtration device 10 according to the embodiment is a device that separates the particles 71 from the slurry 70 (stock solution), which is the target treatment liquid in which the particles 71 are dispersed in the liquid 72.
  • the filtration device 10 can be applied to the life science field, the sewage treatment, the wastewater treatment field, and the like.
  • the bio-industry for culturing microbial cells such as cultured cells, microalgae, bacteria, bacteria, and viruses, and the utilization and application of enzymes, proteins, polysaccharides, lipids, etc.
  • the filtration device 10 is a colloidal particle-based slurry in which surface-charged fine particles are highly dispersed by an electric repulsive action, and can be applied to a concentrated recovery application of colloidal fine particles.
  • the filtration device 10 includes a water tank 80, a plurality of filtration units 100, a plurality of second filter chambers 35, a discharge pipe 85, a filtrate reservoir 86, a pressure reducing device 17, and a powder.
  • the air device 13 and the pressurizing device 15 are provided.
  • the water tank 80 stores the slurry (undiluted solution) 70.
  • the slurry (stock solution) 70 stored in the water tank 80 is, for example, activated sludge.
  • the plurality of filtration units 100 are submerged in the slurry (stock solution) 70.
  • the water surface of the slurry (stock solution) 70 in the water tank 80 is above all the filtration units 100.
  • the plurality of filtration units 100 are arranged side by side in the horizontal direction.
  • the second filter chamber 35 is arranged between two filtration units 100 arranged in the horizontal direction.
  • the second filter chamber 35 is separated from the space in the water tank 80 where the slurry (stock solution) 70 is located. By sealing the gap between the two filtration units 100, a second filter chamber 35 isolated from the space containing the slurry (stock solution) 70 is formed.
  • the discharge pipe 85 is a pipe for discharging the filtrate in the second filter chamber 35.
  • the discharge pipe 85 is connected to a plurality of second filter chambers 35.
  • the filtrate reservoir 86 is provided in the middle of the discharge pipe 85.
  • the filtrate collected from the plurality of second filter chambers 35 is collected in the filtrate reservoir 86.
  • the discharge pipe 85 is connected to the decompression device 17.
  • the decompression device 17 is, for example, a vacuum pump.
  • the depressurizing device 17 applies negative pressure to the second filter chamber 35. Due to the differential pressure generated by the depressurizing device 17, the slurry (stock solution) 70 in the second filter chamber 35 is once collected in the filtrate reservoir 86 and then discharged to the outside of the water tank 80.
  • the air diffuser 13 is a device that supplies air bubbles to the slurry (stock solution) 70.
  • the air diffuser 13 is arranged below the filtration unit 100.
  • the bubbles released by the air diffuser 13 into the slurry (stock solution) 70 rise and pass through the filtration unit 100.
  • the pressurizing device 15 is connected to the air diffuser 13.
  • the pressurizing device 15 is, for example, a pressurizing pump. By driving the pressurizing device 15, air bubbles are released from the air diffuser 13 into the slurry (stock solution) 70.
  • the plurality of filtration units 100 include a filtration unit 101, a filtration unit 102, a filtration unit 103, a filtration unit 104, a filtration unit 105, a filtration unit 106, a filtration unit 107, and filtration. Includes unit 108 and.
  • the filtration unit 101, the filtration unit 102, the filtration unit 103, and the filtration unit 104 are arranged side by side in one direction X.
  • the filtration unit 105, the filtration unit 106, the filtration unit 107, and the filtration unit 108 are arranged side by side in one direction X.
  • one direction X is the horizontal direction.
  • the filtration unit 101 and the filtration unit 105 are arranged side by side in the other direction Y orthogonal to the one direction X.
  • the filtration unit 102 and the filtration unit 106 are arranged side by side in the other direction Y.
  • the filtration unit 103 and the filtration unit 107 are arranged side by side in the other direction Y.
  • the filtration unit 104 and the filtration unit 108 are arranged side by side in the other direction Y.
  • the other direction Y is the vertical direction.
  • Each filtration unit 100 has a housing 20, a first filter chamber 30, a first electrode 31, a second electrode 32, a third electrode 33, and a filter medium 34.
  • the first filter chamber 30 is a space surrounded by the first electrode 31 and the third electrode 33.
  • the upper surface and the lower surface of the first filter chamber 30 are open in the vertical direction (direction Y) and are connected to the internal space of the water tank 80.
  • the slurry (stock solution) 70 flows into the first filter chamber 30.
  • the first electrode 31 and the second electrode 32 are mesh-shaped electrodes. Specifically, the first electrode 31 has a plurality of conductive thin wires 31a, and a plurality of first openings 31b are provided between the plurality of conductive thin wires 31a.
  • the second electrode 32 has a plurality of conductive thin wires 32a, and a plurality of second openings 32b are provided between the plurality of conductive thin wires 32a.
  • the second electrode 32 is provided so as to face one surface of the first electrode 31 via the filter medium 34.
  • the filter medium 34 is provided between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the first electrode 31 and the second electrode 32 are provided in direct contact with the filter medium 34.
  • the first electrode 31, the filter medium 34, and the second electrode 32 are interposed between the first filter chamber 30 and the second filter chamber 35.
  • the second filter chamber 35 is isolated from the internal space of the water tank 80 by the housing 20, but is connected to the first filter chamber 30 via the first electrode 31, the filter medium 34, and the second electrode 32.
  • the plurality of conductive thin wires 31a and the plurality of conductive thin wires 32a may be metal or carbon fibers.
  • the first electrode 31 and the second electrode 32 are not limited to the configuration in which they are in direct contact with the filter medium 34, and may be arranged with a gap between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the third electrode 33 is a plate-shaped member, and is provided so as to face the other surface of the first electrode 31 with the first filter chamber 30 interposed therebetween.
  • the first electrode 31, the second electrode 32, the third electrode 33, and the filter medium 34 included in one filtration unit 100 are shared with the adjacent filtration units 100 in the other direction Y.
  • one first electrode 31, one second electrode 32, one third electrode 33, and one filter medium 34 are shared by the filtration units 100 adjacent to each other in the other direction Y.
  • a plurality of electrodes are the third electrode 33, the first electrode 31, and the second electrode.
  • the electrodes 32 are arranged in this order.
  • a plurality of electrodes are the second electrode 32, the first electrode 31, and the third electrode. Arrange in the order of 33.
  • the third electrode 33 included in the filtration unit 102 is shared with the adjacent filtration units 103 in one direction X.
  • the third electrode 33 included in the filtration unit 106 is shared with the adjacent filtration units 107 in one direction X.
  • the filtration units 100 (the set of the filtration unit 102 and the filtration unit 103, and the set of the filtration unit 106 and the filtration unit 107) adjacent to each other in the one direction X. ) Is partitioned by a third electrode 33 shared by.
  • the filtration units 100 of 4 do not necessarily have to be lined up in one direction X.
  • the number of filtration units 100 arranged in one direction X may be three or less, or five or more.
  • the third electrode 33 arranged between the two arranged first filter chambers 30 in one direction X does not necessarily have to be shared by the two filtration units 100. That is, two third electrodes 33 isolated from each other may be arranged between the two arranged first filter chambers 30 in one direction X.
  • the plurality of filtration units 100 may be arranged side by side in a direction orthogonal to both the one direction X and the other direction Y (the depth direction of the paper surface in FIG. 2). That is, the plurality of filtration units 100 may be arranged three-dimensionally side by side.
  • the filter medium 34 includes a filtration membrane 34a and an opening 34b.
  • the filtration membrane 34a is provided with a plurality of openings 34b.
  • An electric field acts on the filtration membrane 34a.
  • the filter medium 34 for example, a microfiltration membrane (MF membrane (Microfiltration Membrane)) is used.
  • the filter medium 34 is formed of an insulating material such as a resin material, and the filter medium 34 insulates the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the first opening 31b of the first electrode 31, the second opening 32b of the second electrode 32, and the opening 34b of the filter medium 34 are shown in the same size, but they are schematically shown for the sake of explanation. As shown, the sizes of the first opening 31b, the second opening 32b, and the opening 34b may be different.
  • the configuration of the filtration unit 100 shown in FIG. 2 is merely an example, and any one as long as the first filter chamber 30 sandwiched between the first electrode 31, the second electrode 32 and the filter medium 34 and the third electrode 33 can be formed. It may have such a configuration.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configurations of the first electrode, the filter medium, and the second electrode.
  • the diameter D3 of the opening 34b provided in the filter medium 34 is smaller than the diameter D1 of the first opening 31b of the first electrode 31, and the diameter D1 of the second opening 32b of the second electrode 32. It is smaller than the diameter D2.
  • the arrangement pitch of the plurality of conductive thin wires 31a, the arrangement pitch of the plurality of conductive thin wires 32a, and the arrangement pitch of the filtration membrane 34a are different from each other.
  • the diameter D1 of the first opening 31b of the first electrode 31 is 0.5 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, for example, about 70 ⁇ m.
  • the diameter D2 of the second opening 32b of the second electrode 32 is 0.5 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, for example, about 100 ⁇ m.
  • the diameter D3 of the plurality of openings 34b provided on the filter medium 34 is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • the diameter D1 of the first opening 31b of the first electrode 31 is smaller than the diameter D2 of the second opening 32b of the second electrode 32.
  • the present invention is not limited to this, and the diameter D1 of the first opening 31b of the first electrode 31 may be formed to have the same size as the diameter D2 of the second opening 32b of the second electrode 32.
  • the opening 34b of the filter medium 34 is provided non-overlapping with the plurality of conductive thin wires 31a and the plurality of conductive thin wires 32a at least in the region overlapping the first opening 31b and the second opening 32b.
  • the distance between the first electrode 31 and the second electrode 32 is defined by the thickness of the filter medium 34.
  • the filtration device 10 includes a plurality of first power supplies 51, a plurality of second power supplies 52, and a plurality of third power supplies 53.
  • the first electrode 31 is electrically connected to the second terminal 51b of the first power supply 51. Further, the first electrode 31 is electrically connected to the first terminal 52a of the second power supply 52.
  • the second electrode 32 is electrically connected to the second terminal 52b of the second power supply 52.
  • the third electrode 33 is electrically connected to the first terminal 53a of the third power supply 53.
  • the second terminal 53b of the third power supply 53 and the first terminal 51a of the first power supply 51 are connected to the reference potential GND.
  • the reference potential GND is, for example, the ground potential. However, the present invention is not limited to this, and the reference potential GND may be a predetermined fixed potential.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing the filtration unit according to the embodiment.
  • the first power source 51 supplies the first electrode 31 with a first potential V1 having the same polarity as that of the particles 71.
  • the first potential V1 is, for example, ⁇ 30 V.
  • the second power source 52 supplies the second electrode 32 with a second potential V2 having the same polarity as the particle 71 and having an absolute value larger than the absolute value of the first potential V1.
  • the second potential V2 is, for example, ⁇ 40 V.
  • the third power source 53 supplies the third electrode 33 with a third potential V3 having a polarity different from that of the particles 71.
  • the third potential V3 is, for example, + 30V.
  • the first potential V1, the second potential V2, and the third potential can be set in an absolute value in the range of 1 mV or more and 1000 V or less.
  • the first power supply 51 and the third power supply 53 are constant voltage sources, and the second power supply 52 is a constant current source.
  • the resistance component R1 and the capacitance component C are connected in parallel between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the resistance component R1 and the capacitance component C are components equivalently represented by the filter medium 34 provided with a large number of openings 34b.
  • the resistance component R2 is connected between the first electrode 31 and the third electrode 33.
  • the resistance component R2 is a resistance component equivalently represented by the slurry (stock solution) 70 of the first filter chamber 30.
  • the second power supply 52 may be a constant voltage power supply or a constant current power supply.
  • the resistance component R1 of the filter medium 34 and the resistance component R2 of the first filter chamber 30 change according to the filtration state of the filtration device 10.
  • the second potential V2 changes accordingly.
  • the second potential V2 has the same polarity as the polarity of the particle 71, and maintains a value larger than the absolute value of the first potential V1.
  • Particles 71 are separated from the water tank 80 slurry (stock solution) 70 by driving each electrode.
  • the liquid 72 from which the particles 71 are separated flows into the second filter chamber 35 through the first electrode 31, the second electrode 32, and the filter medium 34.
  • the liquid 72 from which the particles 71 are separated is discharged to the outside of the water tank 80 via the discharge pipe 85.
  • the particles 71 are, for example, biomass particles or colloidal particles, and the particle surface is negatively charged.
  • the particle 71 is sewage activated sludge in this embodiment, but may be, for example, chlorella, microalgae spirulina, colloidal silica, Escherichia coli, or the like.
  • the diameter of the particle 71 varies depending on the technical field to which it is applied and the type of separation target, but is 5 nm or more and 2000 ⁇ m or less, for example, 20 nm or more and 500 ⁇ m or less.
  • the liquid 72 in which the particles 71 are dispersed is water, and some water molecules 73 are positively charged. As a result, the slurry (stock solution) 70 is in a state of being electrically neutralized as a whole.
  • the liquid 72 is not limited to water, and may be alcohol or the like. That is, the liquid 72 may be a polar solvent.
  • the slurry (stock solution) 70 further contains a chromoprotein 74.
  • the chromoprotein 74 is charged to the same polarity (minus) as the particles 71 and has a smaller particle size than the particles 71.
  • the chromoprotein 74 is 10 nm or more and 300 nm or less, for example, about 30 nm.
  • the chromoprotein 74 may be absent.
  • q1 and q2 are electric charges, and s is the distance between the electric charges. That is, the smaller the distance s, the larger the Coulomb force F acts on the particles 71.
  • a stronger repulsive force is generated in the particle 71 located near the first electrode 31, and a stronger attractive force is generated in the particle 71 located near the third electrode 33.
  • the repulsive force and the attractive force generated in the particle 71 act in the direction indicated by the arrow F1, that is, in the direction away from the first electrode 31 and approaching the third electrode 33.
  • the negatively charged particles 71 move to the third electrode 33 side by electrophoresis.
  • the filtration device 10 can prevent the particles 71 from accumulating on the surface of the first electrode 31 and the surface of the filter medium 34 to form a cake layer. That is, it is possible to suppress an increase in the filtration resistance of the opening 34b of the filter medium 34.
  • the positively charged water molecule 73 generates an attractive force with the first electrode 31.
  • the attractive force acting on the positively charged water molecule 73 acts in the direction indicated by the arrow F2, that is, in the direction from the third electrode 33 toward the first electrode 31.
  • the positively charged water molecule 73 moves to the first electrode 31 side.
  • an electric field is formed from the first electrode 31 to the second electrode 32 so as to penetrate the filter medium 34 in the thickness direction due to the potential difference between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the water molecule 73 that has moved to the first electrode 31 side receives a force by the electric field and is pulled toward the second electrode 32 side and passes through the filter medium 34.
  • the positively charged water molecules 73 move, the uncharged water molecules are also dragged toward the second electrode 32, and an electroosmotic flow is formed.
  • the liquid 72 containing the positively charged water molecule 73 flows into the second filter chamber 35.
  • the particles 71 are separated from the first electrode 31 by electrophoresis and moved to the third electrode 33 side, and the liquid 72 from which the particles 71 are separated is discharged, so that the first filter chamber
  • the concentration of the particles 71 of the slurry (stock solution) 70 in 30 can be increased.
  • the filtration device 10 is an electrophoresis that moves the particles 71 between the first electrode 31 and the third electrode 33 by a Coulomb force F (repulsive force generated between the particles 71 and the first electrode 31). And the electric permeation in which the water molecule 73 is moved by the electric field between the first electrode 31 and the second electrode 32 and passed through the filter medium 34, the particles 71 can be separated. Further, the first electrode 31 also serves as an electrode for electrophoresis and an electrode for electroosmosis.
  • the cake is formed on the surface of the first electrode 31 and the surface of the filter medium 34, as compared with the method of simply applying pressure to the slurry (stock solution) 70 to separate the particles 71 having a particle size larger than the opening 34b of the filter medium 34.
  • the formation of a layer can be suppressed, and the filtration rate can be improved several times to ten times or more.
  • the concentration of the particles 71 of the slurry (stock solution) 70 in the first filter chamber 30 can be increased as compared with the method in which pressure is simply applied to the slurry (stock solution) 70.
  • the frequency of cleaning and replacement of the filter medium 34 can be reduced, and the slurry (stock solution) 70 can be efficiently filtered.
  • the filtration rate is about the same as the conventional one. Can be realized. That is, the filtration device 10 can be miniaturized.
  • the particle level (particle diameter) passing through the filter medium 34 can also be controlled.
  • the electric field of the above is formed, and it is possible to prevent the dye protein 74 having a particle size smaller than the opening 34b of the filter medium 34 from passing through the filter medium 34.
  • the ultrafiltration membrane is controlled by the electric field control between the electrodes of the first power supply 51, the second power supply 52, and the third power supply 53.
  • the particle size to be separated can be changed to the equivalent of (UF membrane) or nanofiltration membrane (NF membrane).
  • the ultrafiltration membrane (UF membrane) is a filtration membrane having an opening diameter of about 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the nanofiltration membrane (NF membrane) is a filtration membrane having an opening diameter of about 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the configuration of the filtration device 10 described above is just an example, and can be changed as appropriate.
  • the negative electrode filter plate formed by laminating the first electrode 31, the filter medium 34, and the second electrode 32 and the third electrode 33 are arranged so as to face each other in a parallel flat plate shape.
  • the present invention is not limited to this, and the negative electrode filter plate formed by laminating the first electrode 31, the filter medium 34, and the second electrode 32 and the third electrode 33 may each have a curved surface.
  • the shape and arrangement of the negative electrode filter plate and the third electrode 33 can be appropriately changed according to the shape and structure of the filtration device 10.
  • the concentration of the slurry (stock solution) 70, which is the target treatment liquid supplied to the first filter chamber 30, is not particularly limited and can be changed according to the field to which the filtration device 10 is applied.
  • the first potential V1, the second potential V2, and the third potential V3 are appropriately changed according to the type of the particles 71 to be separated and the required filtration characteristics.
  • the filtration device 10 does not necessarily have to include both the pressurizing device 16 and the depressurizing device 17.
  • the filtration device 10 may include only one of the pressurizing device 16 and the depressurizing device 17.
  • a negative pressure is applied to the second filter chamber 35, and the internal pressure of the second filter chamber 35 is smaller than the internal pressure of the first filter chamber 30.
  • the internal pressure of the first filter chamber 30 may be made larger than the internal pressure of the second filter chamber 35 by pressurizing the water surface of the water tank 80.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing the filtration unit according to the first modification of the embodiment.
  • the third electrode 33 is connected to, for example, the reference potential GND.
  • the filtration device 10 can be downsized as compared with the case where a power source is provided for each of the first electrode 31, the second electrode 32, and the third electrode 33.
  • FIG. 6 is a schematic view of the filtration device according to the second modification of the embodiment.
  • the negatively charged particles 71 move to the third electrode 33 side by electrophoresis (see FIG. 2). Therefore, even if the air bubbles from the air diffuser 13 are not allowed to act, the particles 71 have a high probability of being separated from the filter medium 34 and are suspended in the water tank 80. As a result, it is difficult to form a cake layer that clogs the filter medium 34, and a decrease in the filtration rate is suppressed.
  • the filtration device 10 of the present embodiment includes a water tank 80 in which the slurry 70 as the target treatment liquid is stored, a plurality of filtration units 100 submerged in the target treatment liquid, and two filtration units.
  • a second filter chamber 35 which is arranged between 100 and separated from the space where the target treatment liquid is located, is provided.
  • the filtration unit 100 includes a first electrode 31, a second electrode 32, a filter medium 34, a first filter chamber 30, and a third electrode 33.
  • the first electrode 31 is provided with a plurality of first openings 31b.
  • the second electrode 32 is provided with a plurality of second openings 32b and is provided so as to face one surface of the first electrode 31.
  • the filter medium 34 is provided with a plurality of openings 34b and is provided between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the first filter chamber 30 is provided in contact with the other surface of the first electrode 31, and the target treatment liquid is supplied.
  • the third electrode 33 is provided in the first filter chamber 30 and faces the first electrode 31.
  • the filtration unit 100 is submerged in the target treatment liquid in the water tank 80, and the filtration unit 100 operates in a state of being immersed in the target treatment liquid.
  • the liquid 72 and the particles 71 can be separated from a slurry 70.
  • the particles 71 are generated by the Coulomb force F (repulsive force generated between the particles 71 and the first electrode 31) generated in the particles 71 between the first electrode 31 and the third electrode 33. It moves in the direction from the first electrode 31 to the third electrode 33.
  • Coulomb force F reactive force generated between the particles 71 and the first electrode 31
  • the particles 71 can be separated by electro-osmosis that moves the water molecules 73 by the electric field between the first electrode 31 and the second electrode 32 and permeates the filter medium 34, and the slurry (stock solution) in the first filter chamber 30. ) 70 particles 71 can be enriched.
  • the filtration rate can be improved several to 10 times or more as compared with the method of simply applying pressure to the slurry (stock solution) 70 to separate particles 71 having a particle size larger than the opening 34b of the filter medium 34. Can be done.
  • the filtration device 10 includes an air diffuser 13 provided below the filtration unit 100 and supplying air bubbles to the target treatment liquid.
  • the filtration device 10 of the present embodiment can further improve the filtration rate.
  • the filtration device 10 includes a discharge pipe 85 for discharging the filtrate in the second filter chamber 35, and a decompression device 17 connected to the discharge pipe 85 to apply negative pressure to the second filter chamber. ..
  • the filtration device 10 can more easily guide the target treatment liquid from the first filter chamber 30 to the second filter chamber 35 as compared with the case where the water surface of the water tank 80 is pressurized.
  • the absolute value of the second potential V2 of the second electrode 32 is larger than the absolute value of the first potential V1 of the first electrode 31.
  • the potential difference between the first potential V1 of the first electrode 31 and the third potential V3 of the third electrode 33 is larger than the potential difference between the first potential V1 and the second potential V2.
  • Filtering device 13 Air diffuser 15 Pressurizing device 17 Depressurizing device 20 Housing 30 First filter chamber 31 First electrode 31a, 32a Conductive wire 31b First opening 32 Second electrode 32b Second opening 33 Third electrode 34 Filter material 34b Opening 35 2nd filter chamber 51 1st power supply 52 2nd power supply 53 3rd power supply 70 Slurry (target treatment liquid) 71 particles (particles to be separated) 72 Liquid 73 Water molecule 74 Chromoprotein 80 Water tank 85 Discharge pipe 86 Filtration reservoir 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 Filtration unit

Abstract

ろ過装置１０は、対象処理液が貯留された水槽８０と、対象処理液の中に沈められた複数のろ過ユニット１００と、２つのろ過ユニット１００の間に配置されかつ対象処理液のある空間と隔てられた第２ろ室３５と、を備える。ろ過ユニット１００において、第１電極３１は、複数の第１開口３１ｂが設けられる。第２電極３２は、複数の第２開口３２ｂが設けられ、かつ第１電極３１の一方の面と対向して設けられる。ろ材３４は、複数の目開き３４ｂが設けられ、かつ第１電極３１と第２電極３２との間に設けられる。第１ろ室３０は、第１電極３１の他方の面と接して設けられ、かつ対象処理液が供給される。第３電極３３は、第１ろ室３０に設けられ、かつ第１電極３１と対向する。

Description

ろ過装置
　本発明は、ろ過装置に関する。
　粒子流体系スラリーのろ過による固液分離において、電気浸透や電気泳動を利用して分離対象の粒子と液体を分離する方法が知られている（例えば特許文献１、２参照）。電気浸透を利用した固液分離は、電極間に挟んだケーキ層に電圧と圧力を加え、ケーキ層中の水分を電気浸透作用によりろ材を通して追い出す方法である。また、電気泳動を利用した固液分離は、スラリー中の粒子を電気泳動により移動させてろ材に直接接触させて、スラリー中の粒子を分離する方法である。
特開昭６１－０１８４１０号公報 国際公開第２００４／０４５７４８号公報
　スラリー中の粒子をろ材に直接接触させて固液分離する方法では、ろ材の目詰まりによるろ過速度の低下が生じる可能性がある。
　本発明は、ろ過速度を向上させることが可能なろ過装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面のろ過装置は、対象処理液が貯留された水槽と、前記対象処理液の中に沈められた複数のろ過ユニットと、２つの前記ろ過ユニットの間に配置されかつ前記対象処理液のある空間と隔てられた第２ろ室と、を有し、前記ろ過ユニットは、複数の第１開口が設けられた第１電極と、複数の第２開口が設けられ、前記第１電極の一方の面と対向しかつ前記第２ろ室に接する第２電極と、複数の目開きが設けられ、かつ前記第１電極と前記第２電極との間に設けられたろ材と、前記第１電極の他方の面と接して設けられ、かつ前記対象処理液が供給される第１ろ室と、前記第１ろ室に設けられ、かつ前記第１電極と対向する第３電極と、を含む。
　本発明のろ過装置によれば、ろ過速度を向上させることが可能である。
図１は、実施形態に係るろ過装置の模式図である。 図２は、実施形態に係るろ過ユニットの模式図である。 図３は、第１電極、ろ材及び第２電極の構成を模式的に示す断面図である。 図４は、実施形態に係るろ過ユニットを示す等価回路図である。 図５は、実施形態の変形例１に係るろ過ユニットを示す等価回路図である。 図６は、実施形態の変形例２に係るろ過装置の模式図である。
　以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
　図１は、実施形態に係るろ過装置の模式図である。図２は、実施形態に係るろ過ユニットの模式図である。実施形態に係るろ過装置１０は、液体７２中に粒子７１が分散された対象処理液であるスラリー７０（原液）から、粒子７１を分離する装置である。具体的には、ろ過装置１０は、ライフサイエンス分野や、下水処理、排水処理分野等に適用できる。ライフサイエンス分野では、培養細胞、微細藻類、細菌、バクテリア、ウイルス等の微生物体培養を行うバイオ産業や、培養微生物体が体外、体内に生産する酵素、タンパク質、多糖類、脂質等の利用、応用分野であるバイオ創薬や化粧品業界、又は、醸造、発酵、搾汁、飲料等を扱うビバレッジ産業に適用できる。下水処理、排水処理分野では、難ろ過性の微細バイオマス水系スラリーで、バイオマス粒子の分離に適用できる。あるいは、ろ過装置１０は、表面帯電した微粒子が電気的反発作用で高分散したコロイド粒子系スラリーで、コロイド微粒子の濃縮回収用途に適用できる。
　図１に示すように、ろ過装置１０は、水槽８０と、複数のろ過ユニット１００と、複数の第２ろ室３５と、排出管８５と、ろ液貯留器８６と、減圧装置１７と、散気装置１３と、加圧装置１５と、を備える。
　水槽８０は、スラリー（原液）７０を貯留している。水槽８０に貯留されたスラリー（原液）７０は、例えば活性汚泥である。複数のろ過ユニット１００は、スラリー（原液）７０の中に沈められている。水槽８０におけるスラリー（原液）７０の水面は、全てのろ過ユニット１００よりも上にある。複数のろ過ユニット１００は、水平方向に並んで配置される。第２ろ室３５は、水平方向に並ぶ２つのろ過ユニット１００の間に配置される。第２ろ室３５は、水槽８０内のスラリー（原液）７０のある空間とは隔てられている。２つのろ過ユニット１００の間の隙間が密封されることで、スラリー（原液）７０のある空間から隔離された第２ろ室３５が形成される。
　排出管８５は、第２ろ室３５にあるろ液を排出するための配管である。排出管８５は、複数の第２ろ室３５と接続される。ろ液貯留器８６は、排出管８５の途中に設けられる。複数の第２ろ室３５から集められたろ液が、ろ液貯留器８６に集められる。排出管８５は、減圧装置１７と接続される。減圧装置１７は、例えば真空ポンプである。減圧装置１７は、第２ろ室３５に陰圧を与える。減圧装置１７によって生じる差圧によって、第２ろ室３５のスラリー（原液）７０がろ液貯留器８６に一旦集められた後に、水槽８０の外部に排出される。
　散気装置１３は、スラリー（原液）７０に気泡を供給する装置である。散気装置１３は、ろ過ユニット１００の下方に配置される。散気装置１３がスラリー（原液）７０に放出した気泡は、上昇し、ろ過ユニット１００を通過する。加圧装置１５は、散気装置１３と接続される。加圧装置１５は、例えば加圧ポンプである。加圧装置１５が駆動することによって、散気装置１３からスラリー（原液）７０内に気泡が放出される。
　図２に示すように、複数のろ過ユニット１００は、ろ過ユニット１０１と、ろ過ユニット１０２と、ろ過ユニット１０３と、ろ過ユニット１０４と、ろ過ユニット１０５と、ろ過ユニット１０６と、ろ過ユニット１０７と、ろ過ユニット１０８と、を含む。ろ過ユニット１０１、ろ過ユニット１０２、ろ過ユニット１０３と、及びろ過ユニット１０４は、一方向Ｘに並んで配置される。ろ過ユニット１０５、ろ過ユニット１０６、ろ過ユニット１０７、及びろ過ユニット１０８は、一方向Ｘに並んで配置される。本実施形態において、一方向Ｘは、水平方向である。ろ過ユニット１０１及びろ過ユニット１０５は、一方向Ｘに対して直交する他方向Ｙに並んで配置される。ろ過ユニット１０２及びろ過ユニット１０６は、他方向Ｙに並んで配置される。ろ過ユニット１０３及びろ過ユニット１０７は、他方向Ｙに並んで配置される。ろ過ユニット１０４及びろ過ユニット１０８は、他方向Ｙに並んで配置される。本実施形態において、他方向Ｙは、鉛直方向である。それぞれのろ過ユニット１００は、筐体２０と、第１ろ室３０と、第１電極３１と、第２電極３２と、第３電極３３と、ろ材３４と、を有する。
　第１ろ室３０は、第１電極３１、及び第３電極３３で囲まれた空間である。第１ろ室３０は、鉛直方向（方向Ｙ）の上面及び下面が開口しており、水槽８０の内部空間と繋がっている。第１ろ室３０には、スラリー（原液）７０が流入する。第１電極３１及び第２電極３２は、メッシュ状の電極である。具体的には、第１電極３１は、複数の導電細線３１ａを有し、複数の導電細線３１ａの間に複数の第１開口３１ｂが設けられる。第２電極３２は、複数の導電細線３２ａを有し、複数の導電細線３２ａの間に複数の第２開口３２ｂが設けられる。第２電極３２は、ろ材３４を介して第１電極３１の一方の面と対向して設けられる。言い換えると、ろ材３４は、第１電極３１と第２電極３２との間に設けられる。第１電極３１及び第２電極３２は、ろ材３４と直接、接して設けられる。第１電極３１、ろ材３４及び第２電極３２が、第１ろ室３０と第２ろ室３５との間に介在している。第２ろ室３５は、筐体２０によって水槽８０の内部空間と隔離されているが、第１電極３１、ろ材３４及び第２電極３２を介して第１ろ室３０と繋がっている。複数の導電細線３１ａ及び複数の導電細線３２ａは、金属でもよいし炭素繊維でもよい。なお、第１電極３１及び第２電極３２は、ろ材３４と直接、接する構成に限定されず、ろ材３４との間に隙間を有して配置されていてもよい。
　第３電極３３は、板状の部材であり、第１ろ室３０を挟んで第１電極３１の他方の面と対向して設けられる。１つのろ過ユニット１００が備える第１電極３１、第２電極３２、第３電極３３、及びろ材３４は、他方向Ｙで隣り合うろ過ユニット１００と共用される。言い換えると、１つの第１電極３１、１つの第２電極３２、１つの第３電極３３及び１つのろ材３４のそれぞれは、他方向Ｙで隣り合うろ過ユニット１００で共用される。
　ろ過ユニット１０１、ろ過ユニット１０３、ろ過ユニット１０５及びろ過ユニット１０７では、一方向Ｘにおいて（図２の左から右に向かって）、複数の電極が、第３電極３３、第１電極３１、第２電極３２の順に並ぶ。ろ過ユニット１０２、ろ過ユニット１０４ろ過ユニット１０６及びろ過ユニット１０８では、一方向Ｘにおいて（図２の左から右に向かって）、複数の電極が、第２電極３２、第１電極３１、第３電極３３の順に並ぶ。
　ろ過ユニット１０２が備える第３電極３３は、一方向Ｘで隣り合うろ過ユニット１０３と共用される。ろ過ユニット１０６が備える第３電極３３は、一方向Ｘで隣り合うろ過ユニット１０７と共用される。言い換えると、一方向Ｘに２つの並んだ第１ろ室３０の間は、一方向Ｘに隣り合うろ過ユニット１００（ろ過ユニット１０２及びろ過ユニット１０３の組、並びにろ過ユニット１０６及びろ過ユニット１０７の組）で共用される第３電極３３で区画されている。
　なお、ろ過装置１０においては、必ずしも４のろ過ユニット１００が一方向Ｘに並んでいなくてもよい。一方向Ｘに並ぶろ過ユニット１００の数は、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、一方向Ｘに２つの並んだ第１ろ室３０の間に配置される第３電極３３は、必ずしも２つのろ過ユニット１００で共用されなくてもよい。すなわち、一方向Ｘに２つの並んだ第１ろ室３０の間に、互いに絶縁された２つの第３電極３３が配置されてもよい。
　複数のろ過ユニット１００は、一方向Ｘ及び他方向Ｙの両方に対して直交する方向（図２における紙面の奥行き方向）に並んで配置されてもよい。すなわち、複数のろ過ユニット１００は、３次元的に並んで配置されてもよい。
　ろ材３４は、ろ過膜３４ａと、目開き３４ｂと、を含む。ろ過膜３４ａに複数の目開き３４ｂが設けられている。ろ過膜３４ａに対して電界が働く。ろ材３４は、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜（Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔａｔｉｏｎ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ））が用いられる。実施形態では、ろ材３４は、樹脂材料等の絶縁材料で形成されており、ろ材３４により第１電極３１と第２電極３２とが絶縁される。なお、図２では、第１電極３１の第１開口３１ｂ、第２電極３２の第２開口３２ｂ及びろ材３４の目開き３４ｂは同じ大きさで示しているが、あくまで説明のために模式的に示したものであり、第１開口３１ｂ、第２開口３２ｂ及び目開き３４ｂの大きさは異なっていてもよい。
　なお、図２に示すろ過ユニット１００の構成は、あくまで一例であり、第１電極３１、第２電極３２及びろ材３４と、第３電極３３とで挟まれた第１ろ室３０を形成できればどのような構成であってもよい。
　図３は、第１電極、ろ材及び第２電極の構成を模式的に示す断面図である。図３に示すうように、ろ材３４に設けられた目開き３４ｂの径Ｄ３は、第１電極３１の第１開口３１ｂの径Ｄ１よりも小さく、かつ、第２電極３２の第２開口３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。言い換えると、複数の導電細線３１ａの配置ピッチと、複数の導電細線３２ａの配置ピッチと、ろ過膜３４ａの配置ピッチは、互いに異なって設けられる。例えば、第１電極３１の第１開口３１ｂの径Ｄ１は、０．５μｍ以上５００μｍ以下、例えば７０μｍ程度である。第２電極３２の第２開口３２ｂの径Ｄ２は、０．５μｍ以上１０００μｍ以下、例えば１００μｍ程度である。ろ材３４に設けられた複数の目開き３４ｂの径Ｄ３は、０．１μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上７μｍ以下程度である。
　また、第１電極３１の第１開口３１ｂの径Ｄ１は、第２電極３２の第２開口３２ｂの径Ｄ２よりも小さい。ただしこれに限定されず、第１電極３１の第１開口３１ｂの径Ｄ１は、第２電極３２の第２開口３２ｂの径Ｄ２と同じ大きさで形成されてもよい。このような構成により、少なくとも第１開口３１ｂ及び第２開口３２ｂと重なる領域で、ろ材３４の目開き３４ｂは、複数の導電細線３１ａ及び複数の導電細線３２ａと非重畳に設けられる。また、第１電極３１と第２電極３２との間の距離は、ろ材３４の厚さで規定される。
　図２に示すように、ろ過装置１０は、複数の第１電源５１と、複数の第２電源５２と、複数の第３電源５３と、を備える。第１電極３１は、第１電源５１の第２端子５１ｂと電気的に接続される。また、第１電極３１は、第２電源５２の第１端子５２ａと電気的に接続される。第２電極３２は、第２電源５２の第２端子５２ｂと電気的に接続される。第３電極３３は、第３電源５３の第１端子５３ａと電気的に接続される。第３電源５３の第２端子５３ｂ及び第１電源５１の第１端子５１ａは、基準電位ＧＮＤに接続される。基準電位ＧＮＤは、例えばグランド電位である。ただし、これに限定されず、基準電位ＧＮＤは、所定の固定された電位であってもよい。
　図４は、実施形態に係るろ過ユニットを示す等価回路図である。図４に示すように、第１電源５１は、第１電極３１に、粒子７１の極性と同じ極性の第１電位Ｖ１を供給する。第１電位Ｖ１は、例えば－３０Ｖである。第２電源５２は、第２電極３２に、粒子７１の極性と同じ極性であって、第１電位Ｖ１の絶対値よりも大きい絶対値の第２電位Ｖ２を供給する。第２電位Ｖ２は、例えば－４０Ｖである。第３電源５３は、第３電極３３に、粒子７１の極性と異なる極性の第３電位Ｖ３を供給する。第３電位Ｖ３は、例えば＋３０Ｖである。第１電位Ｖ１、第２電位Ｖ２及び第３電位は、絶対値で１ｍＶ以上１０００Ｖ以下の範囲で設定することができる。
　図４に示すように、第１電源５１及び第３電源５３は定電圧源であり、第２電源５２は定電流源である。第１電極３１と第２電極３２との間に抵抗成分Ｒ１と容量成分Ｃとが並列に接続される。抵抗成分Ｒ１及び容量成分Ｃは、多数の目開き３４ｂが設けられたろ材３４により等価的に表される成分である。また、第１電極３１と第３電極３３との間に抵抗成分Ｒ２が接続される。抵抗成分Ｒ２は、第１ろ室３０のスラリー（原液）７０により等価的に表される抵抗成分である。
　第２電源５２は、定電圧電源であっても、定電流電源であってもよい。本実施形態では、第２電源５２は、定電流源であるので、ろ過装置１０のろ過の状態に応じて、すなわち、ろ材３４の抵抗成分Ｒ１及び第１ろ室３０の抵抗成分Ｒ２の変動に応じて、第２電位Ｖ２は変化する。ただし、第２電位Ｖ２は粒子７１の極性と同じ極性であって、第１電位Ｖ１の絶対値よりも大きい値を維持している。
　水槽８０スラリー（原液）７０から、各電極の駆動により粒子７１が分離される。粒子７１が分離された液体７２は、第１電極３１、第２電極３２及びろ材３４を通して、第２ろ室３５に流れる。粒子７１が分離された液体７２は、排出管８５を介して水槽８０の外部に排出される。
　粒子７１は、例えば、バイオマス粒子やコロイド粒子であり、粒子表面がマイナスに帯電している。具体的には、粒子７１は、本実施形態では下水活性汚泥であるが、例えばクロレラ、微細藻類スピルリナ、コロイダルシリカ、大腸菌等であってもよい。粒子７１の径は、適用される技術分野、分離対象の種類に応じて異なるが、５ｎｍ以上２０００μｍ以下、例えば２０ｎｍ以上５００μｍ以下程度である。
　粒子７１が分散される液体７２は、水であり、一部の水分子７３はプラスに帯電している。これにより、スラリー（原液）７０は全体として電気的に中和された状態となっている。液体７２は、水に限られず、アルコールなどでもよい。つまり、液体７２は、極性溶媒であればよい。
　また、スラリー（原液）７０は、さらに色素タンパク質７４を含む。色素タンパク質７４は、粒子７１と同じ極性（マイナス）に帯電しており、粒子７１よりも小さい粒径を有する。色素タンパク質７４は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、例えば、３０ｎｍ程度である。なお、色素タンパク質７４は無くてもよい。
　第１ろ室３０にスラリー（原液）７０が供給されると、クーロンの法則に基づいて、マイナスに帯電した粒子７１と第１電極３１との間には斥力が発生する。また、マイナスに帯電した粒子７１と第３電極３３との間には引力が発生する。
　ここで、クーロンの法則は、下記の式（１）で示される。
　Ｆ＝ｋ×（ｑ１×ｑ２／ｓ２）　・・・　（１）
　ここで、ｋは定数であり、ｋ＝４πεで表される。ｑ１及びｑ２は、電荷であり、ｓは電荷間の距離である。すなわち、距離ｓが小さいほど粒子７１には大きいクーロン力Ｆが作用する。具体的には、第１電極３１に近い位置の粒子７１には、より強力な斥力が発生し、第３電極３３に近い位置の粒子７１には、より強力な引力が発生する。粒子７１に発生する斥力及び引力は、矢印Ｆ１に示す方向、すなわち第１電極３１から離れ第３電極３３に近づく方向に作用する。マイナスに帯電した粒子７１は、電気泳動により第３電極３３側に移動する。
　これにより、ろ過装置１０は、粒子７１が第１電極３１の表面及びろ材３４の表面に堆積してケーキ層が形成されることを抑制することができる。つまり、ろ材３４の目開き３４ｂのろ過抵抗が増大することを抑制することができる。
　また、プラスに帯電した水分子７３は、第１電極３１との間に引力が発生する。プラスに帯電した水分子７３に作用する引力は、矢印Ｆ２に示す方向、すなわち第３電極３３から第１電極３１に向かう方向に作用する。プラスに帯電した水分子７３は、第１電極３１側に移動する。この際、第１電極３１と第２電極３２との間の電位差により、ろ材３４を厚さ方向に貫通するように、第１電極３１から第２電極３２に向かう電界が形成されている。
　第１電極３１側に移動した水分子７３は、電界により力を受けて、第２電極３２側に引っ張られてろ材３４を通過する。プラスに帯電した水分子７３の移動に伴って、帯電していない水分子も第２電極３２側に引きずられて、電気浸透流が形成される。これにより、プラスに帯電した水分子７３を含む液体７２は、第２ろ室３５に流れる。上述したように、粒子７１は、電気泳動により第１電極３１から引き離され、第３電極３３側に移動しており、粒子７１が分離された液体７２が排出されることで、第１ろ室３０内のスラリー（原液）７０の粒子７１の濃度を高めることができる。
　このように、ろ過装置１０は、第１電極３１と第３電極３３との間で、粒子７１をクーロン力Ｆ（粒子７１と第１電極３１との間に発生する斥力）により移動させる電気泳動と、第１電極３１と第２電極３２との間の電界により水分子７３を移動させてろ材３４を通過させる電気浸透とを組み合わせることで、粒子７１を分離できる。また、第１電極３１は、電気泳動の電極と、電気浸透の電極とを兼用する。これにより、単純にスラリー（原液）７０に圧力を加え、ろ材３４の目開き３４ｂよりも大きい粒径の粒子７１を分離する方法に比べて、第１電極３１の表面及びろ材３４の表面にケーキ層が形成されることを抑制することができ、ろ過速度を数倍から１０倍以上に向上させることができる。
　言い換えると、単純にスラリー（原液）７０に圧力を加えた方法に比べて、第１ろ室３０内でのスラリー（原液）７０の粒子７１の濃縮度を高めることができる。また、ろ材３４の清掃、交換の頻度を少なくすることができ、効率よくスラリー（原液）７０のろ過を行うことができる。あるいは、単純にスラリー（原液）７０に圧力を加えてろ過を行う場合に比べて、第１ろ室３０の体積を小さくし、ろ材３４の面積を小さくしても、従来と同程度のろ過速度を実現できる。すなわち、ろ過装置１０は、小型化を図ることができる。
　また、第１電極３１と第２電極３２との間に形成される電界を制御することで、ろ材３４を通過する粒子レベル（粒子径）も制御することができる。例えば、第１電極３１に第１電位Ｖ１＝－３０Ｖを印加し、第２電極３２に第２電位Ｖ２＝－４０Ｖを印加することで、第１電極３１と第２電極３２との間にシールドの電界が形成され、ろ材３４の目開き３４ｂよりも小さい粒径の色素タンパク質７４が、ろ材３４を通過することを抑制できる。
　つまり、精密ろ過膜（ＭＦ膜）相当のろ材３４を用いた場合であっても、第１電源５１、第２電源５２及び第３電源５３での各電極間の電界制御により、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、あるいはナノろ過膜（ＮＦ膜）相当まで、分離対象の粒子径を変更することができる。限外ろ過膜（ＵＦ膜）は、開口の径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度のろ過膜である。ナノろ過膜（ＮＦ膜）は、開口の径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度のろ過膜である。
　なお、上述したろ過装置１０の構成はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、第１電極３１、ろ材３４及び第２電極３２が積層されて形成される負極ろ板と、第３電極３３とは、平行平板状に対向配置される。これに限定されず、第１電極３１、ろ材３４及び第２電極３２が積層されて形成される負極ろ板と、第３電極３３とは、それぞれ曲面を有して形成されていてもよい。負極ろ板及び第３電極３３の形状や配置は、ろ過装置１０の形状、構造に応じて適宜変更できる。また、第１ろ室３０に供給される対象処理液であるスラリー（原液）７０の濃度は、特に限定されず、ろ過装置１０が適用される分野に応じて変更できる。
　また、第１電位Ｖ１、第２電位Ｖ２及び第３電位Ｖ３は、分離対象の粒子７１の種類や、要求されるろ過特性に応じて適宜変更することが好ましい。
　ろ過装置１０は、必ずしも加圧装置１６及び減圧装置１７の両方を備えていなくてもよい。ろ過装置１０は、加圧装置１６及び減圧装置１７の一方のみを備えていてもよい。
　実施形態では、第２ろ室３５に陰圧が付与されており、第２ろ室３５の内部圧力が第１ろ室３０の内部圧力よりも小さい。他の態様としては、水槽８０の水面を加圧することによって第１ろ室３０の内部圧力を第２ろ室３５の内部圧力よりも大きくしてもよい。
　ろ過装置１０は、第３電源５３を備えていなくてもよい。図５は、実施形態の変形例１に係るろ過ユニットを示す等価回路図である。図５に示すように、実施形態の変形例１において、第３電極３３は、例えば基準電位ＧＮＤに接続される。第３電極３３を基準電位ＧＮＤに接続する場合、第１電極３１、第２電極３２、第３電極３３のそれぞれに電源を設ける場合に比べ、ろ過装置１０の小型化を図ることができる。
　ろ過装置１０は、対象処理液に気泡を供給する散気装置１３を備えていなくてもよい。図６は、実施形態の変形例２に係るろ過装置の模式図である。上述したように、マイナスに帯電した粒子７１は、電気泳動により第３電極３３側に移動する（図２参照）。このため、散気装置１３からの気泡を作用させなくても、粒子７１は、ろ材３４から離れている確率が高く、水槽８０内に浮遊している。その結果、ろ材３４の目詰まりとなるケーキ層の形成されにくく、ろ過速度の低下が抑制される。
　以上説明したように、本実施形態のろ過装置１０は、対象処理液であるスラリー７０が貯留された水槽８０と、対象処理液の中に沈められた複数のろ過ユニット１００と、２つのろ過ユニット１００の間に配置されかつ対象処理液のある空間と隔てられた第２ろ室３５と、を備える。ろ過ユニット１００は、第１電極３１と、第２電極３２と、ろ材３４と、第１ろ室３０と、第３電極３３と、を含む。第１電極３１は、複数の第１開口３１ｂが設けられる。第２電極３２は、複数の第２開口３２ｂが設けられ、かつ第１電極３１の一方の面と対向して設けられる。ろ材３４は、複数の目開き３４ｂが設けられ、かつ第１電極３１と第２電極３２との間に設けられる。第１ろ室３０は、第１電極３１の他方の面と接して設けられ、かつ対象処理液が供給される。第３電極３３は、第１ろ室３０に設けられ、かつ第１電極３１と対向する。
　これによれば、ろ過ユニット１００を水槽８０内の対象処理液の中に沈めて、ろ過ユニット１００が対象処理液の中に浸漬された状態で動作するだけで、水槽８０内の対象処理液であるスラリー７０から液体７２及び粒子７１を分離できる。また、第１ろ室３０において、第１電極３１と第３電極３３との間で粒子７１に発生するクーロン力Ｆ（粒子７１と第１電極３１との間に発生する斥力）により粒子７１が第１電極３１から第３電極３３に向かう方向に移動する。このような電気泳動により、第１電極３１の表面及びろ材３４の表面にケーキ層が形成されることを抑制することができる。また、第１電極３１と第２電極３２との間の電界により水分子７３を移動させてろ材３４を透過させる電気浸透により、粒子７１を分離でき、第１ろ室３０内でのスラリー（原液）７０の粒子７１の濃縮度を高めることができる。これにより、単純にスラリー（原液）７０に圧力を加え、ろ材３４の目開き３４ｂよりも大きい粒径の粒子７１を分離する方法に比べて、ろ過速度を数倍から１０倍以上に向上させることができる。
　また、ろ過装置１０は、ろ過ユニット１００の下方に設けられ、かつ対象処理液に気泡を供給する散気装置１３を含む。
　これによれば、水槽８０の対象処理液の攪拌が促進される。また、気泡が第１電極３１の表面及びろ材３４の表面に接することによって、ケーキ層の形成がより抑制される。このため、本実施形態のろ過装置１０は、ろ過速度をより向上させることができる。
　また、ろ過装置１０は、第２ろ室３５にあるろ液を排出するための排出管８５と、排出管８５に接続されて、第２ろ室に陰圧を与える減圧装置１７と、を含む。
　これによれば、ろ過装置１０は、水槽８０の水面を加圧する場合などと比較して、対象処理液をより容易に第１ろ室３０から第２ろ室３５に導くことができる。
　また、ろ過装置１０において、１つのろ過ユニット１００において、第２電極３２の第２電位Ｖ２の絶対値は、第１電極３１の第１電位Ｖ１の絶対値よりも大きい。第１電極３１の第１電位Ｖ１と第３電極３３の第３電位Ｖ３との電位差は、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との電位差よりも大きい。
　これによれば、第１電極３１と第２電極３２との距離に比べ、第１ろ室３０を挟んで対向する第１電極３１と第３電極３３との距離が大きい場合でも、電気泳動により、良好に粒子７１を第３電極３３側に移動させることができる。
　なお、上記した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
　１０　ろ過装置
　１３　散気装置
　１５　加圧装置
　１７　減圧装置
　２０　筐体
　３０　第１ろ室
　３１　第１電極
　３１ａ、３２ａ　導電細線
　３１ｂ　第１開口
　３２　第２電極
　３２ｂ　第２開口
　３３　第３電極
　３４　ろ材
　３４ｂ　目開き
　３５　第２ろ室
　５１　第１電源
　５２　第２電源
　５３　第３電源
　７０　スラリー（対象処理液）
　７１　粒子（分離対象の粒子）
　７２　液体
　７３　水分子
　７４　色素タンパク質
　８０　水槽
　８５　排出管
　８６　ろ液貯留器
　１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８　ろ過ユニット

Claims (4)

  1. 　対象処理液が貯留された水槽と、前記対象処理液の中に沈められた複数のろ過ユニットと、２つの前記ろ過ユニットの間に配置されかつ前記対象処理液のある空間と隔てられた第２ろ室と、を有し、
    　前記ろ過ユニットは、
    　複数の第１開口が設けられた第１電極と、
    　複数の第２開口が設けられ、前記第１電極の一方の面と対向しかつ前記第２ろ室に接する第２電極と、
    　複数の目開きが設けられ、かつ前記第１電極と前記第２電極との間に設けられたろ材と、
    　前記第１電極の他方の面と接して設けられ、かつ前記対象処理液が供給される第１ろ室と、
    　前記第１ろ室に設けられ、かつ前記第１電極と対向する第３電極と、を含む
    　ろ過装置。
  2. 　前記ろ過ユニットの下方に設けられ、かつ前記対象処理液に気泡を供給する散気装置を含む
    　請求項１に記載のろ過装置。
  3. 　前記第２ろ室にあるろ液を排出するための排出管と、
    　前記排出管に接続されて、前記第２ろ室に陰圧を与える減圧装置と、
    　を含む
    　請求項１又は請求項２に記載のろ過装置。
  4. 　前記第２電極の第２電位の絶対値は、前記第１電極の第１電位の絶対値よりも大きく、
    　前記第１電位と前記第３電極の第３電位との電位差は、前記第１電位と前記第２電位との電位差よりも大きい、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のろ過装置。
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