WO2023079708A1 - ろ過装置及びろ過装置の運転方法 - Google Patents

ろ過装置及びろ過装置の運転方法 Download PDF

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anode
electrode
cathode
electrodes
potential
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一樹 大森
正祥 薄井
孝一 谷
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三菱化工機株式会社
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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 disclosure relates to a filtering device and a method of operating the filtering device.
  • the filtering device in the patent document below includes a filter medium provided with a plurality of holes.
  • a filter medium provided with a plurality of holes.
  • the supply of slurry must be stopped in order to recover the concentrate remaining on the filter medium. That is, the liquid removal process is a so-called batch process, and the liquid removal process cannot be performed continuously.
  • the present disclosure provides a filtering device capable of continuously performing dewatering treatment and a method of operating the filtering device.
  • a filtration device includes a closed container having a filter chamber, a first discharge chamber, and a second discharge chamber inside, a supply pipe for supplying slurry in which charged particles and liquid are mixed, and the supply pipe a supply port that communicates with the filter chamber; a first discharge port that discharges the liquid from the first discharge chamber; and a second discharge that discharges a concentrate obtained by separating the liquid from the slurry from the second discharge chamber.
  • An outlet and a plurality of electrodes provided with a plurality of holes through which the particles and the liquid can pass.
  • the plurality of electrodes has a plurality of cathode electrodes partitioning the filter chamber and the first discharge chamber, and a plurality of anode electrodes partitioning the filter chamber and the second discharge chamber.
  • the plurality of cathode electrodes has a cathode first electrode and a cathode second electrode arranged closer to the first exhaust chamber than the cathode first electrode.
  • the plurality of anode electrodes include an anode first electrode facing the cathode first electrode across the filter chamber, an anode second electrode disposed closer to the second discharge chamber than the anode first electrode, and have A cathode first potential having the same polarity as that of the particles is supplied to the cathode first electrode.
  • a cathodic second potential having the same polarity as that of the particles is supplied to the cathodic second electrode.
  • the absolute value of the cathode second potential is greater than the absolute value of the cathode first potential.
  • An anode first potential having a polarity different from the polarity of the particles is supplied to the anode first electrode.
  • An anode second potential having a polarity different from the polarity of the particles is supplied to the anode second electrode.
  • the absolute value of the anode second potential is greater than the absolute value of the anode first potential.
  • a method of operating a filtration device is an anode potential supplied to the plurality of anode electrodes so that the force of the electric field generated between the plurality of anode electrodes is smaller than the filtration pressure of the filter chamber. set.
  • the method of operating a filtration device is such that after the force of the electric field generated between the plurality of anode electrodes is made greater than the filtration pressure of the filter chamber, the force of the electric field increases the overpressure of the filter chamber.
  • the anode potential supplied to the plurality of anode electrodes is changed so as to be smaller than .
  • slurry can be continuously deliquored.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of the filtration apparatus of Embodiment 1, showing a case in which a continuous discharge operation method is performed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the filtration device of Embodiment 1, showing a case where a partial discharge operation method is performed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the filtration apparatus of Embodiment 1, showing a case where residual slurry is discharged.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the particle concentration of the filtration device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 1.
  • FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 2.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 3.
  • FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 3.
  • FIG. 11 is an electrical equivalent circuit diagram of the filtering device of Embodiment 3.
  • FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing a filtering device of Embodiment 4.
  • FIG. 13 is a schematic diagram schematically showing a filtering device of Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of the filtration apparatus of Embodiment 1, showing a case in which a continuous discharge operation method is performed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the filtration device of Embodiment 1, showing a case where a partial discharge operation method is performed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the filtration apparatus of Embodiment 1, showing a case where residual slurry is discharged.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the particle concentration of the filtration device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 1.
  • FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 2.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a filtering device of Modification 3.
  • the filtration device 1 is a device that separates particles 42 from slurry 40 in which particles 42 are dispersed in liquid.
  • the filtration device 1 can be applied to the life science field, the sewage treatment field, the wastewater treatment field, and the like.
  • life science the bio industry that cultures microorganisms such as cultured cells, microalgae, bacteria, bacteria, viruses, etc., and the use and application of enzymes, proteins, polysaccharides, lipids, etc. produced by cultured microorganisms in vitro and in the body. It can be applied to biomedicine and cosmetics industries, which are fields, or beverage industries that handle brewing, fermentation, juice extraction, beverages, and the like.
  • the filtration device 1 is a colloidal particle-based slurry in which surface-charged fine particles are highly dispersed by electrical repulsion, and can be applied to concentration and recovery of colloidal fine particles.
  • the filtering device 1 includes a closed container 2, a plurality of electrodes 10 arranged inside the closed container 2, and a plurality of power sources 20 that supply predetermined potentials to the electrodes 10.
  • a sealed space S is provided inside the sealed container 2 .
  • the sealed container 2 includes a cylindrical side wall 2a extending in a vertical direction (hereinafter referred to as a vertical direction), an upper wall 2b closing an upper portion of the side wall 2a, a lower wall 2c closing a lower portion of the side wall 2a, have.
  • a plurality of electrodes 10 are arranged inside the closed space S.
  • the electrodes 10 extend in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction, dividing the closed space S in the vertical direction.
  • the sealed space S is composed of a filter chamber 3 located in the center in the vertical direction of the sealed space S, a first discharge chamber 4 located above the filter chamber 3, and a second discharge chamber 4 located below the filter chamber 3.
  • the discharge chamber 5 is divided into three.
  • a side wall 2a of the sealed container 2 is provided with a supply port 3a, a first discharge port 4a, and a second discharge port 5a.
  • the supply port 3a, the first discharge port 4a, and the second discharge port 5a communicate the sealed space S and the external space of the sealed container 2, respectively.
  • the supply port 3 a is provided on one side of the filter chamber 3 .
  • One end of a supply pipe 3b is connected to the supply port 3a.
  • the other end of the supply pipe 3b is connected to the tank 3d.
  • the slurry 40 in the tank 3d is supplied to the sealed container 2 through the supply pipe 3b.
  • a pump 3c is provided in the supply pipe 3b.
  • the pump 3 c pressurizes the slurry 40 in the supply pipe 3 b toward the filter chamber 3 .
  • the closed space S is closed. Therefore, the pressurizing force of the pump 3c acts on the slurry 40 in the closed space S as filtering pressure.
  • a valve 3e is provided on the supply pipe 3b.
  • the first discharge port 4a is provided in the first discharge chamber 4.
  • a first discharge pipe 4b is connected to the first discharge port 4a.
  • the first discharge pipe 4b is provided with a first valve 4c for adjusting the flow rate.
  • a pressure regulating valve (not shown) is provided downstream of the first discharge pipe 4b.
  • the second discharge port 5a is provided in the second discharge chamber 5.
  • a second discharge pipe 5b is connected to the second discharge port 5a.
  • the second discharge pipe 5b is provided with a second valve 5c for adjusting the flow rate.
  • a pressure regulating valve (not shown) is provided on the downstream side of the second discharge pipe 5b.
  • the slurry 40 is supplied to the filter chamber 3 of the closed space S. Also, the slurry 40 branches at the filter chamber 3 and flows into the first discharge chamber 4 or the second discharge chamber 5 .
  • a communication port 6 is provided in the side wall 2a of the sealed container 2. As shown in FIG. The communication port 6 communicates the filter chamber 3 and the supply pipe 6a.
  • a valve 6b is provided on the supply pipe 6a. This valve 6b is always closed, and is opened only when gas or liquid is supplied into the filter chamber 3.
  • the electrode 10 is provided with a plurality of holes 10a penetrating vertically.
  • the slurry 40 (liquid and particles 42 ) moves vertically in the closed space S through the holes 10 a of the electrode 10 .
  • An electrolytic corrosion prevention layer (not shown) is provided on the surface of the electrode 10 .
  • the electrolytic corrosion prevention layer include an insulating coating layer and a conductive noble metal layer.
  • Materials for the electrolytic corrosion prevention layer include, for example, titanium, aluminum, magnesium, and tantalum.
  • Materials for the conductive noble metal layer include, for example, platinum, gold, and palladium.
  • the thickness of the electrolytic corrosion-preventing layer, in the case of the insulating coating layer is preferably about 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, more preferably about 5 ⁇ m to 10 ⁇ m. Further, the thickness of the conductive noble metal layer such as platinum, gold, palladium, etc.
  • This electrolytic corrosion prevention layer suppresses corrosion of the surface of the electrode 10 .
  • the electrode 10 since the electrode 10 has an insulating coating layer, it does not come into contact with the liquid forming the slurry 40 . As a result, even if a potential is applied to the electrode 10, electrolysis is less likely to occur between the surface of the electrode 10 and the liquid.
  • the multiple electrodes 10 include multiple cathode electrodes and multiple anode electrodes.
  • a plurality of cathode electrodes are interposed between the filter chamber 3 and the first discharge chamber 4 .
  • the plurality of cathode electrodes partition the filter chamber 3 and the first discharge chamber 4 .
  • the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12 are referred to in order from the one closer to the filter chamber 3 .
  • a plurality of anode electrodes are interposed between the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 .
  • the plurality of anode electrodes partition the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 .
  • the plurality of anode electrodes they are referred to as an anode first electrode 13 and an anode second electrode 14 in order from the one closer to the filter chamber 3 .
  • the first cathode electrode 11 faces the first anode electrode 13 with the filter chamber 3 interposed therebetween.
  • the distance D1 between the cathode first electrode 11 and the anode first electrode 13 is a distance that allows the particles 42 in the slurry 40 to move toward the anode first electrode 13, and is, for example, 0.1 mm or more and 100 mm or less, or more. It is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less.
  • the distance D2 between the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or more and 20 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less.
  • the distance D3 between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or more and 20 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less. Further, the smaller the distance D3 between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14, the stronger the anode electric field Ea (see FIG. 2) generated between the anode first electrode 13 and the anode second electrode .
  • the hole 11a of the first cathode electrode 11 and the hole 12a of the second cathode electrode 12 allow the filter chamber 3 and the first discharge chamber 4 to communicate with each other.
  • the hole diameter d1 of the hole 11a of the cathode first electrode 11 is 0.5 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, for example, about 70 ⁇ m.
  • the hole diameter d2 of the hole 12a of the cathode second electrode 12 is 0.5 nm or more and 1000 nm or less, for example, about 100 ⁇ m. Note that the hole diameters d1 and d2 of the holes 11a and 12a may not be the same.
  • the hole 13a of the anode first electrode 13 and the hole 14a of the anode second electrode 14 allow the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 to communicate with each other.
  • the hole diameter d3 of the hole 13a of the anode first electrode 13 and the hole diameter d4 of the hole 14a of the anode second electrode 14 are, for example, 0.1 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. Note that the hole diameters d3 and d4 of the holes 13a and 14a may not be the same.
  • the power source 20 is a device that supplies potential to the electrode 10 .
  • the number of power supplies 20 is the same as the number of electrodes 10 (four in this embodiment).
  • the power source 20 includes two cathode power sources (a first cathode power source 21 and a second cathode power source 22) connected to two cathode electrodes, and two anode power sources (a first power source 23 and a second power source 23) connected to two anode electrodes. 2 power supplies 24).
  • the cathode first power supply 21 supplies the cathode first potential V1 to the cathode first electrode 11 .
  • a first terminal 21 a of the cathode first power supply 21 is connected to the reference potential GND through an electric wiring 30 .
  • the reference potential GND is, for example, a ground potential, and is not particularly limited in the present disclosure.
  • a second terminal 21 b of the cathode first power supply 21 is connected to the cathode first electrode 11 by an electrical wiring 31 .
  • the cathode second power supply 22 supplies the cathode second potential V2 to the cathode second electrode 12 .
  • a first terminal 22 a of the cathode second power supply 22 is connected to the cathode first electrode 11 by an electrical wiring 32 .
  • a second terminal 22 b of the cathode second power supply 22 is connected to the cathode second electrode 12 by an electrical wiring 33 .
  • the anode first power supply 23 supplies the anode first potential V11 to the anode first electrode 13 .
  • a first terminal 23 a of the anode first power supply 23 is connected to the reference potential GND by an electric wiring 34 .
  • a second terminal 23 b of the anode first power supply 23 is connected to the anode first electrode 13 by an electrical wiring 35 .
  • the anode second power supply 24 applies the anode second potential V12 to the anode second electrode 14 .
  • a first terminal 24 a of the anode second power supply 24 is connected to the anode first electrode 13 by an electrical wiring 36 .
  • a second terminal 24 b of the anode second power supply 24 is connected to the anode second electrode 14 by an electrical wiring 37 .
  • cathode potential (cathode first potential V1, cathode second potential V2) and anode potential (anode first potential V11, anode second potential V12) supplied from each power supply 20 are not constant and can be changed.
  • the slurry 40 is, for example, a suspension, which is a mixture of liquid and particles 42 . Particles 42 whose surfaces are charged are targeted. Moreover, the particle size of the particles 42 is not particularly limited. Fine particles having a particle diameter of, for example, 5 nm or more and 2000 ⁇ m or less can also be filtered.
  • the slurry 40 in this embodiment contains water as a liquid. Also, the particles 42 are negatively charged. The water molecules 41 are positively charged, and the slurry 40 as a whole is in an electrically balanced state.
  • the pump 3c is driven to supply the slurry 40 to the filter chamber 3.
  • the pump 3c is continuously driven to supply the slurry 40 continuously.
  • the pressure by the pump 3c is set so that the pressure in the sealed space S is higher than the atmospheric pressure, such as 0.005 MPa or more and 0.5 MPa or less, preferably 0.02 MPa or more and 0.1 MPa or less.
  • the pressure on the downstream side of the first discharge pipe 4b and the second discharge pipe 5b is adjusted to be substantially equal to the atmospheric pressure by a pressure regulating valve (not shown).
  • pressure hereinafter referred to as filtration pressure
  • filter chamber 3 filter chamber 3
  • the cathode first potential V1 supplied from the cathode first power supply 21 to the cathode first electrode 11 is -20V.
  • the cathode second potential V2 supplied from the cathode second power supply 22 to the cathode second electrode 12 is -30V. That is, the cathode power supply supplies cathode potentials (V1, V2) having the same polarity as the polarity (negative) of the particles 42 to the cathode electrodes. Further, the absolute value of the cathode potential supplied from the cathode power source increases as the distance from the filter chamber 3 increases (V2>V1).
  • the anode first potential V11 supplied from the anode first power supply 23 to the anode first electrode 13 is set to +20V.
  • the anode second potential V12 supplied from the anode second power supply 24 to the anode second electrode 14 is set to +30V.
  • the anode power supply supplies anode potentials (V11, V12) with polarities different from the polarities (negative) of the particles 42 to the anode electrodes.
  • the absolute value of the anode potential supplied from the anode power supply increases as the distance from the filter chamber 3 increases (V12>V11).
  • particles 42 contained in slurry 40 receive repulsive force from cathode first electrode 11 charged to the same polarity (see arrow A1 in FIG. 2). ). Also, the particles 42 receive an attractive force from the anode first electrode 13 that is charged with a different polarity (see arrow B1 in FIG. 2). As a result, the particles 42 in the filter chamber 3 move toward the first anode electrode 13 . Also, the particles 42 move downward (toward the anode first electrode 13) due to gravity. As described above, many particles 42 that have flowed into the filter chamber 3 are distributed near and above the first anode electrode 13 .
  • the slurry 40 (slurry 40 with a high concentration of particles 42) near and above the first anode electrode 13 passes through the holes 13a of the first anode electrode 13 and the holes 14a of the second anode electrode 14 due to the filtering pressure. and move to the second discharge chamber 5 (see arrow F1 in FIG. 2). Also, in the process of passing through the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 , the slurry 40 has a reduced proportion of water and an increased proportion of particles 42 to form a concentrate 44 . Details will be described below.
  • An anode electric field Ea is generated between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 .
  • This anode electric field Ea exerts a force that pushes back the water molecules 41 , which are apparently positively charged, from the anode second electrode 14 toward the anode first electrode 13 . That is, the water molecules 41, which are apparently positively charged, receive a repulsive force from the anode electric field Ea when passing between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 (see arrow A2 in FIG. 2). .
  • the positively charged water molecules 41 decelerate more than the moving speed when they move to the second discharge chamber 5 simply by receiving the filtering pressure. Therefore, the amount of water passing between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 per unit time is reduced. As a result, the ratio of water contained in the slurry 40 that has moved to the second discharge chamber 5 becomes smaller than that of the slurry 40 that is near and above the first anode electrode 13 .
  • the anode electric field Ea between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 exerts an attractive force that draws the negatively charged particles 42 from the anode first electrode 13 toward the anode second electrode 14 (Fig. 2 arrow B2). That is, the particles 42 receive an attractive force from the electric field when passing between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 .
  • the particles 42 are accelerated more than they would be if they moved to the second discharge chamber 5 simply under the filtering pressure.
  • the amount of particles 42 passing between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 per unit time increases. Therefore, the ratio of particles 42 per unit volume contained in the slurry 40 that has moved to the second discharge chamber 5 is higher than that of the slurry 40 near and above the anode first electrode 13 .
  • the slurry 40 has a higher concentration of the particles 42 in the process of passing between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 and becomes a concentrate 44 . Then, the concentrate 44 passes through the second discharge port 5a and is discharged from the second discharge pipe 5b by the filtering pressure.
  • slurry 40 with a low concentration of particles 42 stays near and below the first cathode electrode 11 in the filter chamber 3 .
  • This slurry 40 passes through the holes 11a of the first cathode electrode 11 and the holes 12a of the second cathode electrode 12 by the filtration pressure, and moves to the first discharge chamber 4 (see arrow F3 in FIG. 2).
  • a cathode electric field Ec is generated between the cathode first electrode 11 and the cathode second electrode 12 .
  • the cathode electric field Ec exerts a repulsive force that suppresses the negatively charged particles 42 from moving from the filter chamber 3 to the first discharge chamber 4 . Therefore, the particles 42 are suppressed from moving to the first discharge chamber 4 .
  • An electroosmotic flow occurs in which positively charged water molecules 41 are drawn toward the first discharge chamber (see arrow F4 in FIG. 2). For this reason, the water in the filter chamber 3 accelerates more than the moving speed when it moves to the first discharge chamber 4 simply by receiving the filtering pressure. Therefore, the amount of water that moves from the filter chamber 3 to the first discharge chamber 4 per unit time increases.
  • the water (filtrate 45) that has moved to the first discharge chamber 4 is discharged from the first discharge port 4a by the filtering pressure.
  • the first valve 4c and the second valve 5c are used to set the flow rate to be discharged from the first discharge port 4a and the second discharge port 5a, for example, 9:1, so that a large amount of water is discharged from the first discharge port 4a. adjust to As a result, a large amount of water is continuously discharged as the filtrate 45 from the first discharge port 4a. Further, the concentrate 44 is continuously discharged from the second discharge port 5a.
  • the attractive force exerted by the anode first electrode 13 and the anode electric field Ea generated between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 cause many particles 42 to move toward the second discharge chamber 5. Electrophoresis occurs, which is called entrainment. Therefore, the particle concentration changes greatly across the anode first electrode 13 (see arrow ⁇ in FIG. 5). In other words, when moving beyond the anode first electrode 13 to the second discharge chamber 5, the particle concentration increases significantly.
  • the filtration device 1 of the present embodiment for example, when the slurry 40 having a particle concentration of about 2% is supplied to the filter chamber 3, water (filtrate 45) having a particle concentration of about 0.02% is discharged from the first outlet 4a, and the concentrate 44 having a particle concentration of about 6% is discharged from the second outlet 5a.
  • a particle removal rate of 99% or more can be exhibited.
  • the above-described operating method supplies the anode electrodes (23, 24) such that the force of the anode electric field Ea generated between the anode electrodes (23, 24) is smaller than the filtration pressure of the closed space S.
  • the anode potentials anode first potential V11, anode second potential V12
  • the usage method of the filter device 1 of Embodiment 1 is not limited to this.
  • intermittent discharge of the concentrate 44 may be referred to as partial discharge.
  • continuous discharge of the concentrate 44 may be referred to as continuous discharge.
  • the operating method by partial discharge adjusts the values of the anode first potential V11 and the anode second potential V12 shown in FIG. force greater than the filtration pressure.
  • the cathode first potential V1 and the cathode second potential V2 are set to the same potentials as during the continuous discharge operation.
  • the water (water molecules 41) in the filter chamber 3 passes through the holes 13a of the anode first electrode 13 due to the filtering pressure, but due to the force of the anode electric field Ea, the second discharge Movement to chamber 5 is restricted.
  • Particles 42 are attracted by the attractive force of anode second electrode 14 and are in a state of being adsorbed to anode second electrode 14 . Therefore, the water and the particles 42 do not move to the second discharge chamber 5 , and the particles 42 and the water stay between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 .
  • the values of the anode first potential V11 and the anode second potential V12 are changed to be the same as during the continuous discharge operation.
  • the particles 42 and water staying between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 are moved to the second discharge chamber 5, and a concentrate 44 with a high concentration of the particles 42 is produced.
  • the concentrate 44 is discharged from the second discharge port 5a by the filtration pressure.
  • the values of the anode first potential V11 and the anode second potential V12 are increased again, and movement to the second discharge chamber 5 is regulated.
  • the discharge of the concentrate 44 becomes intermittent.
  • the concentrate 44 has a lower moisture content (greater than 6% particle concentration) than during continuous discharge.
  • the valve (not shown) of the supply pipe 3b and the first valve 4c of the first discharge pipe 4b are closed.
  • the second valve 5c of the second discharge pipe 5b and the valve of the supply pipe 6a are opened.
  • Compressed air is sent to the supply pipe 6 a and supplied into the filter chamber 3 from the communication port 6 . According to this, the compressed air passes from inside the filter chamber 3 through the holes 13 a of the anode first electrode 13 and the holes 14 a of the anode second electrode 14 and moves to the second discharge chamber 5 .
  • the filtration device 1 of Embodiment 1 includes a sealed container 2 having a filter chamber 3, a first discharge chamber 4, and a second discharge chamber 5, and a supply pipe for supplying slurry 40 in which charged particles 42 and liquid are mixed. 3b, a supply port 3a communicating between the supply pipe 3b and the filter chamber 3, a first discharge port 4a for discharging the liquid from the first discharge chamber 4, and a second discharge chamber 5 for discharging the concentrate 44 in which the liquid is separated from the slurry 40. and a plurality of electrodes 10 provided with a plurality of holes 10a through which particles 42 and liquid can pass.
  • the plurality of electrodes 10 has a plurality of cathode electrodes partitioning the filter chamber 3 and the first discharge chamber 4 and a plurality of anode electrodes partitioning the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 .
  • the plurality of cathode electrodes has a cathode first electrode 11 and a cathode second electrode 12 arranged closer to the first discharge chamber 4 than the cathode first electrode 11 .
  • the plurality of anode electrodes consist of an anode first electrode 13 facing the cathode first electrode 11 with the filter chamber 3 interposed therebetween, and an anode second electrode 14 arranged closer to the second discharge chamber 5 than the anode first electrode 13 .
  • a cathode first potential V1 having the same polarity as the particles is supplied to the cathode first electrode 11 .
  • a cathode second potential V2 having the same polarity as the particles is supplied to the cathode second electrode 12 .
  • the absolute value of the cathode second potential V2 is greater than the absolute value of the cathode first potential V1.
  • An anode first potential V11 having a polarity different from that of the particles is supplied to the anode first electrode 13 .
  • An anode second potential V12 having a polarity different from that of the particles is supplied to the anode second electrode 14 .
  • the absolute value of the second anode potential V12 is greater than the absolute value of the first anode potential V11.
  • the concentrate 44 does not remain in the filter chamber 3 and is discharged from the second discharge port 5a. Therefore, the deliquoring process of the slurry 40 can be performed continuously. Also, the concentrate 44 does not accumulate in the filter chamber 3 . That is, no space is required for depositing the concentrate 44 in the filter chamber 3 . Therefore, the size reduction of the filter chamber 3 (the size reduction of the sealed container 2) can be achieved. Moreover, a special operation for discharging the concentrate 44 from the closed container 2 is not required.
  • the first discharge chamber 4, the filter chamber 3, and the second discharge chamber 5 are arranged in this order from above in the vertical direction.
  • the particles 42 move to the second discharge chamber 5 due to gravity and become difficult to move toward the first discharge chamber 4 . Therefore, the filtrate 45 recovered from the first discharge port 4a becomes clarified.
  • an electrolytic corrosion prevention layer is provided on the surface of the electrode 10 of the filter device 1 of Embodiment 1.
  • the anode electric field Ea generated between the anode electrodes is supplied to the plurality of anode electrodes so that the force of the anode electric field Ea generated between the anode electrodes becomes smaller than the filtration pressure in the sealed space S.
  • the potentials (anode first potential V11, anode second potential V12) are set.
  • the concentrate 44 can be discharged continuously.
  • the force of the anode electric field Ea generated between the plurality of anode electrodes is made larger than the filtering pressure of the sealed space S
  • the force of the anode electric field Ea is increased to the pressure of the sealed space S.
  • the third potentials (anode first potential V11, anode second potential V12) supplied to the plurality of anode electrodes are changed so as to be lower than the filtration pressure of .
  • the concentrate 44 can be partially discharged.
  • the present disclosure is not limited to that described in the embodiment.
  • the electrode 10 of Embodiment 1 has an anti-electrolytic layer, but the present disclosure may use electrodes that do not have an anti-electrolytic layer.
  • the filtration device 1 of Embodiment 1 includes a pump 3c that pushes out the slurry 40 inside the supply pipe 3b toward the filter chamber 3.
  • the slurry 40 is may be provided. That is, the filtration device itself does not have to be equipped with a pump.
  • the filtration pressure is applied from the supply port 3a side, but the differential pressure between the inlet 3a side and the first outlet 4a side, and the difference between the inlet 3a side and the second outlet 5a Filtration pressure may be applied by pressure.
  • the filtration device 1 of Embodiment 1 includes a plurality of cathode power sources that supply potentials to a plurality of cathode electrodes, and a plurality of anode power sources that supply potentials to a plurality of anode electrodes.
  • the potential may be supplied from a power source of a device other than the filtering device. That is, the filtering device itself does not have to be equipped with a power source.
  • the sealed container 2 of Embodiment 1 is arranged in the order of the first discharge chamber 4, the filter chamber 3, and the second discharge chamber 5 from the top
  • the present disclosure as shown in FIG.
  • the second discharge chamber 5, the filter chamber 3, and the first discharge chamber 4 may be arranged in order from the top.
  • the first discharge chamber 4, the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 may be arranged horizontally.
  • the first discharge chamber 4, the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5 may be arranged obliquely.
  • the positions of the inflow port 3a, the first discharge port 4a, and the second discharge port 5a provided for the filter chamber 3, the first discharge chamber 4, and the second discharge chamber 5 may be appropriately set to a horizontal direction, a vertical direction, an oblique direction, or the like in the present disclosure.
  • FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 2.
  • the filtering device 1A of Embodiment 2 is different from the filtering device 1 of Embodiment 1 in that it includes a filter medium 7 disposed between the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12.
  • the filtering device 1A of the second embodiment differs from the filtering device 1 of the first embodiment in that a dielectric 8 is arranged between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 .
  • the following description focuses on the differences.
  • the filter medium 7 extends horizontally.
  • the filter medium 7 is provided with a plurality of holes 7a penetrating in the vertical direction.
  • the diameter of the hole 7 a is smaller than the hole 11 a of the first cathode electrode 11 and the hole 12 a of the second cathode electrode 12 .
  • the dielectric 8 is made of an insulating material and extends horizontally. This dielectric 8 increases the force of the anode electric field Ea acting between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 .
  • the dielectric 8 is provided with a hole 8a penetrating vertically.
  • the diameter d4 of the hole 8a is a size through which the particles 42 can pass, and is, for example, 1000 ⁇ m or more and 4000 ⁇ m or less.
  • a filter medium such as filter paper may be used as the dielectric 8 .
  • the filter medium 7 is provided between a plurality of cathode electrodes (first cathode electrode 11 and second cathode electrode 12).
  • the particles 42 cannot pass through the holes 7a of the filter medium 7 and cannot move to the first discharge chamber 4. A clear filtrate containing no particles 42 is thus recovered.
  • the force of the anode electric field Ea generated between the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12 is also increased by the filter material 7 . Therefore, the particles 42 are more difficult to move to the first discharge chamber 4 . Furthermore, the amount of water that moves to the first discharge chamber 4 per unit time increases, and the filtering processing time can be shortened.
  • a dielectric 8 having a plurality of holes 8a is provided between the plurality of anode electrodes (anode first electrode 13, anode second electrode 14).
  • the force of the anode electric field Ea acting between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 is increased, and the amount of water moving to the second discharge chamber 5 is reduced. That is, the moisture content of concentrate 44 is reduced.
  • the filter device of the present disclosure may include only one of the filter medium 7 and the dielectric 8.
  • FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 3.
  • FIG. 11 is an electrical equivalent circuit diagram of the filtering device of Embodiment 3.
  • the filtering device 1B of Embodiment 3 differs from the filtering device 1 of Embodiment 1 in that it includes a bleeder resistor 50, a first electrical wiring 51, and a second electrical wiring 52.
  • FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the filtering device of Embodiment 3.
  • FIG. 11 is an electrical equivalent circuit diagram of the filtering device of Embodiment 3.
  • the filtering device 1B of Embodiment 3 differs from the filtering device 1 of Embodiment 1 in that it includes a bleeder resistor 50, a first electrical wiring 51, and a second electrical wiring 52.
  • the bleeder resistor 50 is an electrical load. One end of the first electric wiring 51 is connected to the bleeder resistor 50 . The other end of the first electrical wiring 51 is connected to the cathode second electrode 12 . That is, the other end of the first electric wiring 51 is connected to the cathode second electrode 12 which is the most distant from the filter chamber 3 among the plurality of cathode electrodes.
  • One end of the second electric wiring 52 is connected to the bleeder resistor 50 .
  • the other end of the second electrical wiring 52 is connected to the anode second electrode 14 . That is, the other end of the second electric wiring 52 is connected to the anode second electrode 14 which is the most distant from the filter chamber 3 among the plurality of anode electrodes.
  • a resistance component R0 and a capacitance component C0 are connected in parallel between the cathode first electrode 11 and the anode first electrode 13.
  • the resistance component R0 and the capacitance component C0 are equivalently represented by the liquid and the particles 42 entering between the first cathode electrode 11 and the first anode electrode 13 .
  • a resistance component R1 and a capacitance component C1 are connected in parallel.
  • the resistance component R1 and the capacitance component C1 are equivalently represented by the liquid and the particles 42 entering between the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12 .
  • a resistance component R2 and a capacitance component C2 are connected in parallel.
  • the resistance component R2 and the capacitance component C2 are equivalently represented by the liquid and the particles 42 entering between the first anode electrode 13 and the second anode electrode 14 .
  • the plurality of electrodes 10, the plurality of power sources 20, and the electrical wirings 30-37 form a closed loop circuit with the bleeder resistor 50, the first electrical wiring 51, and the second electrical wiring 52.
  • the cathode second electrode 12 and the anode A current may leak from the second electrode 14 to the liquid contained in the slurry 40, leading to an increase in power consumption.
  • leakage current generated from the cathode second electrode 12 and the anode second electrode 14 flows through the first electrical wiring 51 or the second electrical wiring 52 .
  • the bleeder resistor 50 is arranged between the first electric wiring 51 and the second electric wiring 52 because a short circuit occurs when the first electric wiring 51 and the second electric wiring 52 are directly connected.
  • the filtering device 1B of Embodiment 3 has the bleeder resistor 50 , the first electric wiring 51 having one end connected to the bleeder resistance 50 , and the second electric wiring 52 having one end connected to the bleeder resistance 50 .
  • the other end of the first electric wiring 51 is connected to the electrode 10 of the plurality of cathode electrodes, which is the most distant from the filter chamber 3 .
  • the other end of the second electrical wiring 52 is connected to the electrode 10 of the plurality of anode electrodes, which is the most distant from the chamber 3 .
  • the filtering device 1B of Embodiment 3 it is possible to avoid current leakage to the liquid and reduce power consumption.
  • FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing a filtering device of Embodiment 4.
  • the filtration device 1C of Embodiment 4 includes two neutralization electrodes 60 (a first neutralization electrode 61 and a second neutralization electrode 62), and a neutralization power supply 63 that supplies the potential of the neutralization electrodes. It is different from the filtering device 1 of the first embodiment in this point.
  • the first neutralization electrode 61 is arranged in the first discharge chamber 4 .
  • the first neutralizing electrode 61 extends horizontally along the upper wall 2b of the sealed container 2.
  • the first neutralizing electrode 61 faces the second electrode.
  • a second neutralizing electrode 62 is arranged in the second exhaust chamber 5 .
  • the second neutralizing electrode 62 extends horizontally along the bottom wall 2c of the sealed container 2.
  • the second neutralizing electrode 62 faces the anode second electrode 14 .
  • the neutralization power supply 63 is connected to the second neutralization electrode 62 by an electrical wiring 64 and supplies a potential of a polarity different from that of the particles (positive potential) to the second neutralization electrode 62 .
  • the neutralization power supply 63 is connected to the first neutralization electrode 61 by an electrical wiring 65 .
  • the negatively charged particles 42 may be attracted to the second anode electrode 14 and adsorbed to the second anode electrode 14 during filtration by the filtering device 1C. Since the first anode electrode 13 has a smaller attractive force than the second anode electrode 14 , the possibility that the particles 42 are adsorbed to the first anode electrode 13 is low.
  • the neutralization power supply 63 supplies the second neutralization electrode 62 with a potential V10 having a polarity different from that of the particles 42 and having a larger absolute value than the potential of the anode second electrode 14 .
  • a potential of +40V is supplied to the second neutralizing electrode 62 .
  • the particles 42 adsorbed to the anode second electrode 14 are attracted to the second neutralizing electrode 62 exerting a greater attractive force (see arrows H and I in FIG. 12), and the second neutralizing electrode 62 to be adsorbed.
  • the potential supply to the second neutralizing electrode 62 is stopped.
  • the particles 42 adsorbed to the second neutralizing electrode 62 move toward the second outlet 5a and are discharged due to the filtering pressure. Further, the neutralization power source 63 is supplied with electrons from the first neutralization electrode 61 when supplying a potential of plus 40 V to the second neutralization electrode 62 .
  • the neutralization electrode (second neutralization electrode 62) disposed in the second discharge chamber 5 of the fourth embodiment and the neutralization potential (V10) having a polarity different from that of the particles 42 are connected to the neutralization electrode (second neutralization electrode 62). and a neutralization power supply 63 that supplies the sum electrode 62).
  • the absolute value of the neutralization potential (V10) is greater than the absolute value of the potential supplied to the electrode (anode second electrode 14) farthest from the filter chamber 3 among the plurality of anode electrodes (V10>V4).
  • the particles 42 are easily separated from the anode second electrode 14 . Therefore, the particles 42 are less likely to remain in the closed space S, and the particles 42 can be reliably collected.
  • the present disclosure may include only the second neutralization electrode 62 and the neutralization power source 63 and may not include the first neutralization electrode 61 .
  • FIG. 13 is a schematic diagram schematically showing a filtering device of Embodiment 5.
  • the filtration device 1D of Embodiment 5 differs from the filtration device of Embodiment 1 in that the number of cathode electrodes and anode electrodes is three.
  • the filtering device 1D of the fifth embodiment differs from the filtering device of the first embodiment in that the number of power sources 20 is increased in response to the increase in the number of electrodes.
  • the filtering device 1D of the fifth embodiment is different from the filtering device 1 of the first embodiment in that it includes a bleeder resistor 50 and a neutralizing electrode 60 . Differences will be described below, but since the bleeder resistor 50 and the neutralizing electrode 60 have been described in the third and fourth embodiments, description thereof will be omitted.
  • the cathode electrode includes a first cathode electrode 11, a second cathode electrode 12, and a third cathode electrode 15, which are arranged in order from the filter chamber 3 side.
  • the anode electrode includes an anode first electrode 13, an anode second electrode 14, and an anode third electrode 16, which are arranged in order from the filter chamber 3 side.
  • the power supply 20 includes cathode power supplies (cathode first power supply 21, cathode second power supply 22, cathode third power supply 25) and anode power supplies (anode first power supply 23, anode second power supply 24, anode third power supply 26).
  • the cathode first power supply 21 supplies the cathode first potential V ⁇ b>1 to the cathode first electrode 11 .
  • the cathode second power supply 22 supplies the cathode second potential V2 to the cathode second electrode 12 .
  • the cathode third power supply 25 supplies the cathode third potential V3 to the cathode third electrode 15 .
  • the anode first power supply 23 supplies the anode first potential V ⁇ b>11 to the anode first electrode 13 .
  • the anode second power supply 24 supplies the anode second potential V12 to the anode second electrode 14 .
  • the anode third power supply 26 supplies the anode third potential V13 to the anode third electrode 16
  • the cathode first potential V1 supplied from the cathode first power supply 21 to the cathode first electrode 11 is set to -20V.
  • the cathode second potential V2 supplied from the cathode second power supply 22 to the cathode second electrode 12 is set to -30V.
  • the cathode third potential V3 supplied from the cathode third power supply 25 to the cathode third electrode 15 is set to -40V.
  • a cathode electric field Ec is generated between the first cathode electrode 11 and the second cathode electrode 12 and between the second cathode electrode 12 and the third cathode electrode 15 .
  • These two cathodic electric fields Ec exert a repulsive force on the particles 42 . Therefore, the particles 42 are less likely to move toward the first discharge chamber 4 than in the first embodiment, and a clearer filtrate 45 than in the first embodiment can be recovered.
  • the amount of water that moves from the filter chamber 3 to the first discharge chamber 4 per unit time is greater than that of the filter device 1 of the first embodiment. Therefore, relatively less water moves to the second discharge chamber 5 and the moisture content of the concentrate 44 is reduced.
  • the anode first potential V11 supplied from the anode first power supply 23 to the anode first electrode 13 is set to +20V.
  • the anode second potential V12 supplied from the anode second power supply 24 to the anode second electrode 14 is set to +30V.
  • the anode third potential V13 supplied from the anode third power supply 26 to the anode third electrode 16 is set to +40V.
  • the particles 42 are gradually attracted to the anode first electrode 13 , the anode second electrode 14 and the anode third electrode 16 and move to the second discharge chamber 5 . Further, an anode electric field Ea is generated between the anode first electrode 13 and the anode second electrode 14 and between the anode second electrode 14 and the anode third electrode 16 .
  • the water (positively charged water molecules 41) moving from the filter chamber 3 to the second discharge chamber 5 receives a large repulsive force, and the movement speed to the second discharge chamber 5 is greatly reduced. do. Therefore, less water moves to the second discharge chamber 5 per unit time, and the moisture content of the concentrate 44 decreases. Further, according to Embodiment 5, in the case of partial discharge operation, the movement of water from the filter chamber 3 to the second discharge chamber 5 is reliably suppressed.
  • the number of electrodes 10 is increased, and the water content of the concentrate 44 can be reduced.
  • a filter medium 7 or a dielectric 8 may be further provided between the plurality of electrodes 10 .
  • three electrodes 10 are arranged between the filter chamber 3 and the first discharge chamber 4, but the number may be four or more.
  • three electrodes 10 are arranged between the filter chamber 3 and the second discharge chamber 5, but the number may be four or more.
  • the cathode potentials applied to the plurality of cathode electrodes and the anode potentials applied to the plurality of anode electrodes must be set so that the absolute value of the potentials increases as the distance from the filter chamber 3 increases.
  • the present disclosure does not necessarily require the bleeder resistance 50 and the neutralization electrode 60 when the number of electrodes 10 is increased.
  • the neutralization electrode 60 may not be provided.

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Abstract

ろ過装置１の複数の電極１０は、ろ室３と第１排出室４を仕切る複数のカソード電極と、ろ室３と第２排出室５を仕切る複数のアノード電極を有する。複数のカソード電極は、カソード第１電極１１とカソード第２電極を有する。複数のアノード電極は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４を有する。カソード第１電極１１には、粒子４２の極性と同じ極性のカソード第１電位Ｖ１が供給される。カソード第２電極１２には、粒子４２の極性と同じ極性のカソード第２電位Ｖ２が供給される。カソード第２電位Ｖ２の絶対値は、カソード第１電位Ｖ１の絶対値よりも大きい。アノード第１電極１３には、粒子４２の極性と異なる極性のアノード第１電位Ｖ１１が供給される。アノード第２電極１４には、粒子４２の極性と異なる極性のアノード第２電位Ｖ１２が供給される。アノード第２電位Ｖ１２の絶対値は、アノード第１電位Ｖ１１の絶対値よりも大きい。

Description

ろ過装置及びろ過装置の運転方法
　本開示は、ろ過装置及びろ過装置の運転方法に関する。
　下記特許文献のろ過装置は、複数の孔が設けられたろ材を備える。スラリーをろ材に堆積させ、スラリーにろ過圧力をかけると、スラリーに含まれる液体がろ材の孔を通過する。そして、ろ材上には、含液率が例えば２０％から３０％の濃縮物が残る。
特開平７－８７１５号公報
　上記特許文献のろ過装置によれば、ろ材上に残った濃縮物を回収するため、スラリーの供給を停止しなければならない。つまり、脱液処理がいわゆるバッチ処理となり、連続で脱液処理を行うことができない。
　本開示は、脱液処理を連続で行うことができるろ過装置及びろ過装置の運転方法を提供する。
　本開示の一側面のろ過装置は、ろ室、第１排出室、及び第２排出室を内部に有する密閉容器と、帯電した粒子と液体が混合したスラリーを供給する供給管と、前記供給管と前記ろ室を連通する供給口と、前記液体を前記第１排出室から排出する第１排出口と、前記スラリーから前記液体が分離した濃縮物を前記第２排出室から排出する第２排出口と、前記粒子及び前記液体が通過可能な複数の孔が設けられた複数の電極と、を備える。前記複数の電極は、前記ろ室と前記第１排出室とを仕切る複数のカソード電極と、前記ろ室と前記第２排出室とを仕切る複数のアノード電極と、を有する。前記複数のカソード電極は、カソード第１電極と、前記カソード第１電極よりも前記第１排出室寄りに配置されたカソード第２電極と、を有する。前記複数のアノード電極は、前記ろ室を挟んで前記カソード第１電極と対向するアノード第１電極と、前記アノード第１電極よりも前記第２排出室寄りに配置されたアノード第２電極と、を有する。前記カソード第１電極には、前記粒子の極性と同じ極性のカソード第１電位が供給される。前記カソード第２電極には、前記粒子の極性と同じ極性のカソード第２電位が供給される。前記カソード第２電位の絶対値は、前記カソード第１電位の絶対値よりも大きい。前記アノード第１電極には、前記粒子の極性と異なる極性のアノード第１電位が供給される。前記アノード第２電極には、前記粒子の極性と異なる極性のアノード第２電位が供給される。前記アノード第２電位の絶対値は、前記アノード第１電位の絶対値よりも大きい。
　本開示の一側面のろ過装置の運転方法は、前記複数のアノード電極の間に発生する電界の力を前記ろ室のろ過圧力よりも小さくなるように、前記複数のアノード電極に供給するアノード電位を設定する。
　本開示の一側面のろ過装置の運転方法は、前記複数のアノード電極の間に発生する電界の力を前記ろ室のろ過圧力よりも大きくした後、前記電界の力が前記ろ室の過圧力よりも小さくなるように、前記複数のアノード電極に供給するアノード電位を変更する。
　本開示によれば、スラリーを連続して脱液処理することができる。
図１は、実施形態１のろ過装置を模式的に示す模式図である。 図２は、実施形態１のろ過装置であって、連続排出の運転方法が行われている場合を示す模式図である。 図３は、実施形態１のろ過装置であって、パーシャル排出の運転方法が行われている場合を示す模式図である。 図４は、実施形態１のろ過装置であって、残留するスラリーを排出する場合を示す模式図である。 図５は、実施形態１のろ過装置であって粒子濃度を説明する図面である。 図６は、変形例１のろ過装置を示す模式図である。 図７は、変形例２のろ過装置を示す模式図である。 図８は、変形例３のろ過装置を示す模式図である。 図９は、実施形態２のろ過装置を模式的に示す模式図である。 図１０は、実施形態３のろ過装置を模式的に示す模式図である。 図１１は、実施形態３のろ過装置の電気的等価回路図である。 図１２は、実施形態４のろ過装置を模式的に示す模式図である。 図１３は、実施形態５のろ過装置を模式的に示す模式図である。
　以下、本開示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）により本開示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。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１のろ過装置を模式的に示す模式図である。図２は、実施形態１のろ過装置であって、連続排出の運転方法が行われている場合を示す模式図である。図３は、実施形態１のろ過装置であって、パーシャル排出の運転方法が行われている場合を示す模式図である。図４は、実施形態１のろ過装置であって、残留するスラリーを排出する場合を示す模式図である。図５は、実施形態１のろ過装置であって粒子濃度を説明する図面である。図６は、変形例１のろ過装置を示す模式図である。図７は、変形例２のろ過装置を示す模式図である。図８は、変形例３のろ過装置を示す模式図である。
　実施形態に係るろ過装置１は、液体中に粒子４２が分散されたスラリー４０から、粒子４２を分離する装置である。ろ過装置１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１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１は、密閉容器２と、密閉容器２の内部に配置された複数の電極１０と、電極１０に所定の電位を供給する複数の電源２０と、を備える。
　密閉容器２の内部には、密閉空間Ｓが設けられている。密閉容器２は、鉛直方向（以下、上下方向と呼ぶ）に延在する筒状の側壁２ａと、側壁２ａの上部を閉塞する上壁２ｂと、側壁２ａの下部を閉塞する下壁２ｃと、を有している。密閉空間Ｓの内部には、複数の電極１０が配置されている。電極１０は、鉛直方向と直交する水平方向に延在し、密閉空間Ｓを上下方向に区分けしている。これにより、密閉空間Ｓは、密閉空間Ｓの上下方向の中央部に位置するろ室３と、ろ室３の上方に位置する第１排出室４と、ろ室３の下方に位置する第２排出室５と、の３つに区分けられている。
　密閉容器２の側壁２ａには、供給口３ａ、第１排出口４ａ、及び第２排出口５ａが設けられている。供給口３ａ、第１排出口４ａ、及び第２排出口５ａは、それぞれ、密閉空間Ｓと密閉容器２の外部空間とを連通している。
　供給口３ａは、ろ室３の一側面側に設けられている。供給口３ａには、供給管３ｂの一端が接続している。供給管３ｂの他端は、タンク３ｄに接続している。タンク３ｄ内のスラリー４０は、供給管３ｂを介して密閉容器２に供給される。供給管３ｂには、ポンプ３ｃが設けられている。ポンプ３ｃは、供給管３ｂ内のスラリー４０をろ室３の方に加圧している。また、密閉空間Ｓが密閉されている。よって、ポンプ３ｃの加圧力は、密閉空間Ｓのスラリー４０に対してろ過圧力として作用する。供給管３ｂには、バルブ３ｅが設けられている。
　第１排出口４ａは、第１排出室４に設けられている。第１排出口４ａには、第１排出管４ｂが接続している。第１排出管４ｂには、流量を調整するための第１バルブ４ｃが設けられている。第１排出管４ｂの下流側には、図示しない圧力調整弁が設けられている。
　第２排出口５ａは、第２排出室５に設けられている。第２排出口５ａには、第２排出管５ｂが接続している。第２排出管５ｂには、流量を調整するための第２バルブ５ｃが設けられている。第２排出管５ｂの下流側には、図示しない圧力調整弁が設けられている。
　以上から、密閉空間Ｓのろ室３にスラリー４０が供給される。また、スラリー４０は、ろ室３で分岐して第１排出室４又は第２排出室５に流入する。そのほか、密閉容器２の側壁２ａには、連通口６が設けられている。連通口６は、ろ室３と供給管６ａとを連通している。また、供給管６ａにはバルブ６ｂが設けられている。このバルブ６ｂは常時閉じており、ろ室３内に気体や液体などを供給する場合にのみ開放する。
　電極１０は、上下方向に貫通する複数の孔１０ａが設けられている。スラリー４０（液体と粒子４２）は、電極１０の孔１０ａを通じて、密閉空間Ｓを上下方向に移動する。
　電極１０の表面には、図示しない電食防止層が設けられている。この電食防止層としては、例えば絶縁被覆層や導電性貴金属層などがある。電食防止層の材料としては、例えばチタン、アルミニウム、マグネシウム、タンタルなどが挙げられる。導電性貴金属層の材料としては、例えば白金、金、パラジウム等が挙げられる。電食防止層の厚みは、絶縁被覆層の場合は、例えば５μｍから３０μｍ程度、より好ましくは５μｍから１０μｍ程度が好ましい。また、白金、金、パラジウム等の導電性貴金属層の厚みは、例えば０．５μｍから１０μｍ程度、より好ましくは１μｍから５μｍ程度が好ましい。この電食防止層によれば、電極１０の表面の腐食が抑制される。また、電極１０は、絶縁被膜層を有しているため、スラリー４０を構成する液体と接しない。この結果、電極１０に電位が供給されても、電極１０の表面と液体との間で、電気分解が発生し難い。
　複数の電極１０は、複数のカソード電極と、複数のアノード電極と、を備える。複数のカソード電極は、ろ室３と第１排出室４との間に介在している。言い換えると、複数のカソード電極は、ろ室３と第１排出室４とを仕切っている。本実施形態では、カソード電極は２つである。以下、複数のカソード電極のうち、ろ室３の近い方から順に、カソード第１電極１１、カソード第２電極１２、と称する。
　複数のアノード電極は、ろ室３と第２排出室５との間に介在している。言い換えると、複数のアノード電極は、ろ室３と第２排出室５とを仕切っている。本実施形態では、アノード電極は２つである。以下、複数のアノード電極のうち、ろ室３に近い方から順に、アノード第１電極１３、アノード第２電極１４と称する。
　カソード第１電極１１は、ろ室３を挟んで、アノード第１電極１３と対向している。カソード第１電極１１とアノード第１電極１３との間隔Ｄ１は、スラリー４０中の粒子４２をアノード第１電極１３の方に移動させることができる間隔であり、例えば０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
　カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間隔Ｄ２は、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。なお、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間隔Ｄ２が小さいほど、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２の間で発生するカソード電界Ｅｃ（図２参照）の力が強くなる。
　アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間隔Ｄ３は、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。また、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間隔Ｄ３が小さいほどアノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間で発生するアノード電界Ｅａ（図２参照）の力が強くなる。
　カソード第１電極１１の孔１１ａ及びカソード第２電極１２の孔１２ａは、ろ室３と第１排出室４とを連通させている。カソード第１電極１１の孔１１ａの孔径ｄ１は、０．５μｍ以上５００μｍ以下、例えば７０μｍ程度である。カソード第２電極１２の孔１２ａの孔径ｄ２は、０．５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、例えば１００μｍ程度である。なお、孔１１ａ、１２ａの孔径ｄ１、ｄ２は、同一でなくてもよい。
　アノード第１電極１３の孔１３ａ及びアノード第２電極１４の孔１４ａは、ろ室３と第２排出室５とを連通させている。アノード第１電極１３の孔１３ａの孔径ｄ３とアノード第２電極１４の孔１４ａの孔径ｄ４は、例えば０．１μｍ以上２０００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上１０００μ以下である。なお、孔１３ａ、１４ａの孔径ｄ３、ｄ４は同一でなくてもよい。
　電源２０は、電極１０に電位を供給する装置である。電源２０の数は、電極１０と同数（本実施形態で４つ）である。電源２０は、２つのカソード電極と接続する２つのカソード電源（カソード第１電源２１、カソード第２電源２２）と、２つのアノード電極と接続する２つのアノード電源（アノード第１電源２３、アノード第２電源２４）と、を備える。
　カソード第１電源２１は、カソード第１電極１１にカソード第１電位Ｖ１を供給する。カソード第１電源２１の第１端子２１ａは、電気配線３０により基準電位ＧＮＤに接続している。基準電位ＧＮＤは、例えばグランド電位であり、本開示において特に限定されない。カソード第１電源２１の第２端子２１ｂは、電気配線３１によりカソード第１電極１１に接続している。
　カソード第２電源２２は、カソード第２電極１２にカソード第２電位Ｖ２を供給する。カソード第２電源２２の第１端子２２ａは、電気配線３２によりカソード第１電極１１に接続している。カソード第２電源２２の第２端子２２ｂは、電気配線３３によりカソード第２電極１２に接続している。
　アノード第１電源２３は、アノード第１電極１３にアノード第１電位Ｖ１１を供給する。アノード第１電源２３の第１端子２３ａは、電気配線３４により基準電位ＧＮＤに接続されている。アノード第１電源２３の第２端子２３ｂは、電気配線３５によりアノード第１電極１３に接続している。
　アノード第２電源２４は、アノード第２電極１４にアノード第２電位Ｖ１２をする。アノード第２電源２４の第１端子２４ａは、電気配線３６によりアノード第１電極１３に接続している。アノード第２電源２４の第２端子２４ｂは、電気配線３７によりアノード第２電極１４に接続している。
　なお、各電源２０から供給されるカソード電位（カソード第１電位Ｖ１、カソード第２電位Ｖ２）及びアノード電位（アノード第１電位Ｖ１１、アノード第２電位Ｖ１２）は、一定でなく変更できる。
　次に、ろ過装置１の過の対象となるスラリー４０について説明する。スラリー４０は、例えば懸濁体であり、液体と粒子４２とが混ざった混合物である。粒子４２は、表面が帯電したものが対象となる。また、粒子４２の粒径は特に限定されない。粒子４２の粒径が例えば５ｎｍ以上２０００μｍ以下の微粒子なども、ろ過対象とすることができる。
　次に、図２を参照しながら、ろ過装置１の運転方法について説明する。なお、本実施形態で挙げるスラリー４０は、液体として水を含んだものを例としてあげる。また、粒子４２は、マイナスに帯電している。水分子４１はプラスに帯電し、スラリー４０全体として電気的に平衡状態となっている。
　ろ過装置１の運転方法に関し、まず、ポンプ３ｃを駆動し、スラリー４０をろ室３に供給する。ポンプ３ｃは継続して駆動させ、スラリー４０の供給を連続して行う。また、ポンプ３ｃによる圧力は、密閉空間Ｓの圧力が例えば０．００５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下、好ましくは０．０２ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下など、大気圧よりも高くなるように設定する。
　第１排出管４ｂ及び第２排出管５ｂの下流側の圧力を、図示しない圧力調整弁により、大気圧と略等しく調整する。これにより、密閉空間Ｓには、供給口３ａ（ろ室３）から第１排出室４及び第２排出室５に向かう圧力（以下、ろ過圧力と称する）が作用する。
　カソード第１電源２１からカソード第１電極１１に供給されるカソード第１電位Ｖ１を－２０Ｖとする。カソード第２電源２２からカソード第２電極１２に供給するカソード第２電位Ｖ２を－３０Ｖとする。つまり、カソード電源は、粒子４２の極性（マイナス）と同じ極性のカソード電位（Ｖ１、Ｖ２）をカソード電極に供給する。また、ろ室３から離隔するに従ってカソード電源から供給されるカソード電位の絶対値が大きい（Ｖ２＞Ｖ１）。
　アノード第１電源２３からアノード第１電極１３に供給されるアノード第１電位Ｖ１１を＋２０Ｖに設定する。アノード第２電源２４からアノード第２電極１４に供給するアノード第２電位Ｖ１２を＋３０Ｖに設定する。つまり、アノード電源は、粒子４２の極性（マイナス）と異なる極性のアノード電位（Ｖ１１、Ｖ１２）をアノード電極に供給する。また、ろ室３から離隔するに従ってアノード電源から供給されるアノード電位の絶対値が大きい（Ｖ１２＞Ｖ１１）。
　上記した運転方法によれば、ろ室３にスラリー４０が供給されると、スラリー４０に含まれる粒子４２は、同じ極性に帯電するカソード第１電極１１から斥力を受ける（図２の矢印Ａ１参照）。また、粒子４２は、異なる極性に帯電するアノード第１電極１３から引力を受ける（図２の矢印Ｂ１参照）。これにより、ろ室３にある粒子４２は、アノード第１電極１３の方に移動する。また、粒子４２は、重力により下方（アノード第１電極１３側）に移動する。以上から、ろ室３に流入した多くの粒子４２は、アノード第１電極１３の近傍かつ上方に分布する。
　そして、アノード第１電極１３の近傍かつ上方にあるスラリー４０（粒子４２の濃度が高いスラリー４０）は、ろ過圧力によってアノード第１電極１３の孔１３ａとアノード第２電極１４との孔１４ａを通過し、第２排出室５に移動する（図２の矢印Ｆ１参照）。また、スラリー４０は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４とを通過する過程で、水の割合が減少し、かつ粒子４２の割合が増加し、濃縮物４４となる。以下、詳細を説明する。
　アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間に、アノード電界Ｅａが発生している。このアノード電界Ｅａは、見かけ上の挙動がプラスに帯電した水分子４１を、アノード第２電極１４からアノード第１電極１３の方に押し戻す力を発揮する。つまり、見かけ上の挙動がプラスに帯電した水分子４１は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間を通過する際、アノード電界Ｅａから斥力を受ける（図２の矢印Ａ２参照）。
　以上から、プラスに帯電する水分子４１は、単にろ過圧力を受けて第２排出室５に移動する場合の移動速度よりも減速する。このため、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間を通過する単位時間当たりの水の量が減少する。この結果、第２排出室５に移動したスラリー４０に含まれる水の割合は、アノード第１電極１３の近傍かつ上方にあるスラリー４０と比べて小さくなる。
　また、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間のアノード電界Ｅａは、マイナスに帯電した粒子４２を、アノード第１電極１３からアノード第２電極１４の方に引き込む引力を発揮する（図２の矢印Ｂ２参照）。つまり、粒子４２は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間を通過する際に電界から引力を受ける。これにより、粒子４２は、単にろ過圧力を受けて第２排出室５に移動する場合の移動速度よりも加速する。以上から、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間を通過する単位時間当たりの粒子４２の量が増加する。このため、第２排出室５に移動したスラリー４０に含まれる単位容積当たりの粒子４２の割合は、アノード第１電極１３の近傍かつ上方にあるスラリー４０と比べて高くなる。
　このように、スラリー４０は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間を通過する過程で粒子４２の濃度が高くなり、濃縮物４４となる。そして、濃縮物４４は、ろ過圧力により、第２排出口５ａを通過して第２排出管５ｂから排出される。
　一方で、ろ室３においてカソード第１電極１１の近傍かつ下方には、粒子４２の濃度が低いスラリー４０が滞留する。このスラリー４０は、ろ過圧力によりカソード第１電極１１の孔１１ａと、カソード第２電極１２の孔１２ａを通過し、第１排出室４に移動する（図２の矢印Ｆ３参照）。
　ここで、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２の間には、カソード電界Ｅｃが発生している。カソード電界Ｅｃは、マイナスに帯電した粒子４２がろ室３から第１排出室４に移動することを抑制する斥力を発揮する。このため、粒子４２が第１排出室４に移動しないように抑制される。
　また、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２の間に発生するカソード電界Ｅｃは、プラスに帯電した水分子４１をろ室３から第１排出室４の方に引き込む力を発揮している。プラスに帯電した水分子４１は第１排出室の方に引き込まれる、という電気浸透流が生じる（図２の矢印Ｆ４参照）。このため、ろ室３の水は、単にろ過圧力を受けて第１排出室４に移動する場合の移動速度よりも加速する。よって、ろ室３から第１排出室４に移動する水の単位時間当たりの量が増加する。
　そして、第１排出室４に移動した水（ろ液４５）は、ろ過圧力により水が第１排出口４ａから排出される。
　なお、上記したように、スラリー４０に含まれる水の多くが第１排出室４の方に移動する。つまり、単位時間当たりでろ室３から第１排出室４又は第２排出室５に移動する容積は、第１排出室４の方が大きい。よって、第１バルブ４ｃと第２バルブ５ｃにより、第１排出口４ａと第２排出口５ａから排出する流量を例えば９：１に設定し、第１排出口４ａから多くの水を排出するように調整する。これにより、第１排出口４ａからは、多くの水がろ液４５として連続して排出される。また、第２排出口５ａからは、濃縮物４４が連続して排出される。
　以上から、図５に示すように、カソード第１電極１１が発揮する斥力と、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間で発生するカソード電界Ｅｃによって、多くの粒子４２が第１排出室４への移動が妨げられる。このため、カソード第１電極１１を境に粒子濃度が大きく変化する（図５の矢印αを参照。）。つまり、カソード第１電極１１を超えて第１排出室４に移動すると、粒子濃度が大きく低減する。
　一方で、アノード第１電極１３が発揮する引力と、及びアノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間で発生するアノード電界Ｅａによって、多くの粒子４２は、第２排出室５の方に引き込まれるという、電気泳動が生じる。このため、アノード第１電極１３を境に粒子濃度が大きく変化する（図５の矢印βを参照）。つまり、アノード第１電極１３を超えて第２排出室５に移動すると、粒子濃度が大きく増加する。
　よって、本実施形態のろ過装置１によれば、例えば粒子濃度が約２％のスラリー４０をろ室３に供給すると、粒子濃度０．０２％程度の水（ろ液４５）が第１排出口４ａから排出され、粒子濃度６％程度の濃縮物４４が第２排出口５ａから排出されるようになる。結果として本実施形態においては９９％以上の粒子除去率を発揮できる。
　以上、ろ過装置１の運転方法の一例を説明したが、上記したろ過装置１の運転方法は、第２排出室５から濃縮物４４を連続して排出する方法である。言い換えると、上記した運転方法は、アノード電極（２３、２４）の間に発生するアノード電界Ｅａの力が密閉空間Ｓのろ過圧力よりも小さくなるように、アノード電極（２３、２４）に供給するアノード電位（アノード第１電位Ｖ１１、アノード第２電位Ｖ１２）に設定した場合の例である。しかしながら、実施形態１のろ過装置１の使用方法はこれに限定されない。
　次に、濃縮物４４を間欠的に排出する使用方法について説明する。なお、以下において、濃縮物４４を間欠的に排出することを、パーシャル排出と称する場合がある。また、上記した濃縮物４４を連続して排出することを、連続排出と称する場合がある。
　パーシャル排出による運転方法は、図３に示したアノード第１電位Ｖ１１とアノード第２電位Ｖ１２の値を調整し、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に発生するアノード電界Ｅａの力をろ過圧力よりも大きくする。なお、カソード第１電位Ｖ１とカソード第２電位Ｖ２は、連続排出の運転時と同じ電位とする。
　これによれば、図３に示すように、ろ室３の水（水分子４１）は、ろ過圧力によりアノード第１電極１３の孔１３ａを通過するものの、アノード電界Ｅａの力により、第２排出室５への移動が規制される。粒子４２は、アノード第２電極１４の引力により引き寄せられ、アノード第２電極１４に吸着した状態となる。よって、水と粒子４２は第２排出室５に移動せず、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間は、粒子４２と水が滞留した状態となる。また、この状態を継続すると、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に滞留する粒子４２が増加し、スラリー４０の粒子４２の濃度が次第に高くなる。なお、ろ室３にある水は、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２を通過して第１排出口４ａからろ液４５として排出される。
　そして、一定時間経過後、アノード第１電位Ｖ１１とアノード第２電位Ｖ１２の値を連続排出の運転時と同じとなるように変更する。これにより、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に滞留した粒子４２と水が第２排出室５に移動し、粒子４２の濃度が高い濃縮物４４が生成される。そして、濃縮物４４は、ろ過圧力により第２排出口５ａから排出される。
　また、一定量の濃縮物４４を排出したら、再度、アノード第１電位Ｖ１１とアノード第２電位Ｖ１２の値を大きくし、第２排出室５への移動を規制する。このように、アノード第１電位Ｖ１１とアノード第２電位Ｖ１２を変えるとことで、濃縮物４４の排出が間欠的となる。また、濃縮物４４は、連続排出時よりも含水率が低い（粒子濃度が６％よりも高くなる）。
　次にろ過装置１によるろ過後、ろ室３及び第２排出室５に残ったスラリー４０の除去方法について説明する。図４に示すように、供給管３ｂの図示しないバルブと、第１排出管４ｂの第１バルブ４ｃを閉じる。また、第２排出管５ｂの第２バルブ５ｃと、供給管６ａのバルブを開く。そして、供給管６ａに圧縮空気を送り、連通口６からろ室３内に圧縮空気を供給する。これによれば、圧縮空気は、ろ室３内から、アノード第１電極１３の孔１３ａとアノード第２電極１４との孔１４ａを通過し、第２排出室５に移動する。そして、第２排出口５ａから外部空間に排出される。ろ室３及び第２排出室５に残ったスラリー４０は、圧縮空気に同伴して第２排出口５ａから外部空間に排出される。これにより、ろ室３及び第２排出室５に残ったスラリー４０が全量回収される。なお、本実施形態では、圧縮空気を供給した例を挙げているが、液体を供給してもよい。また、圧縮気体、液体の供給の仕方は、数回に分けておこなってもよく、特に限定されない。
　以上、実施形態１のろ過装置１は、ろ室３、第１排出室４、及び第２排出室５を有する密閉容器２と、帯電した粒子４２と液体が混合したスラリー４０を供給する供給管３ｂと、供給管３ｂとろ室３を連通する供給口３ａと、液体を第１排出室４から排出する第１排出口４ａと、スラリー４０から液体が分離した濃縮物４４を第２排出室５から排出する第２排出口５ａと、粒子４２及び液体が通過可能な複数の孔１０ａが設けられた複数の電極１０と、を備える。複数の電極１０は、ろ室３と第１排出室４とを仕切る複数のカソード電極と、ろ室３と第２排出室５とを仕切る複数のアノード電極と、を有する。複数のカソード電極は、カソード第１電極１１と、カソード第１電極１１よりも第１排出室４寄りに配置されたカソード第２電極１２と、を有する。複数のアノード電極は、ろ室３を挟んでカソード第１電極１１と対向するアノード第１電極１３と、アノード第１電極１３よりも第２排出室５寄りに配置されたアノード第２電極１４と、を有する。カソード第１電極１１には、粒子の極性と同じ極性のカソード第１電位Ｖ１が供給される。カソード第２電極１２には、粒子の極性と同じ極性のカソード第２電位Ｖ２が供給される。カソード第２電位Ｖ２の絶対値は、カソード第１電位Ｖ１の絶対値よりも大きい。アノード第１電極１３には、粒子の極性と異なる極性のアノード第１電位Ｖ１１が供給される。アノード第２電極１４には、粒子の極性と異なる極性のアノード第２電位Ｖ１２が供給される。アノード第２電位Ｖ１２の絶対値は、アノード第１電位Ｖ１１の絶対値よりも大きい。
　本実施形態のろ過装置によれば、濃縮物４４は、ろ室３に残らず、第２排出口５ａから排出される。このため、スラリー４０の脱液処理を連続して行うことができる。また、濃縮物４４がろ室３に堆積しない。つまり、ろ室３に濃縮物４４を堆積させるためのスペースが不要となる。よって、ろ室３の小型化（密閉容器２の小型化）を図れる。また、密閉容器２から濃縮物４４を排出するための特段の操作が不要となる。
　また、実施形態１のろ過装置１は、鉛直方向の上方から第１排出室４、ろ室３、第２排出室５の順で配置される。
　これによれば、粒子４２は、重力により第２排出室５に移動し、第１排出室４の方に移動し難くなる。よって、第１排出口４ａから回収されるろ液４５が清澄となる。
　また、実施形態１のろ過装置１の電極１０の表面には、電食防止層が設けられている。
　これによれば、電極１０の電蝕が回避される。また、電気分解が発生し難いため、消費電力の低減を図れる。
　また、実施形態１のろ過装置１の運転方法は、複数のアノード電極の間に発生するアノード電界Ｅａの力を密閉空間Ｓのろ過圧力よりも小さくなるように、複数のアノード電極に供給するアノード電位（アノード第１電位Ｖ１１、アノード第２電位Ｖ１２）に設定する。
　これによれば、濃縮物４４を連続して排出することができる。
　また、実施形態１のろ過装置１の運転方法は、複数のアノード電極の間に発生するアノード電界Ｅａの力が密閉空間Ｓのろ過圧力よりも大きくした後、アノード電界Ｅａの力が密閉空間Ｓのろ過圧力よりも小さくなるように、複数のアノード電極に供給する第３電位（アノード第１電位Ｖ１１、アノード第２電位Ｖ１２）を変更する。
　これによれば、濃縮物４４のパーシャル排出を行うことができる。
　以上、実施形態１について説明したが、本開示は、実施形態で説明したものに限定されない。例えば、実施形態１の電極１０は、電食防止層を有しているが、本開示は、電食防止層を有していない電極を使用してもよい。また、実施形態１のろ過装置１は、供給管３ｂの内部にあるスラリー４０をろ室３の方に押し出すポンプ３ｃを備えているが、本開示は、ろ過装置以外の装置のポンプによりスラリー４０が供給されるようになっていてもよい。つまり、ろ過装置自体がポンプを備えていなくてもよい。または、実施形態では、供給口３ａ側からろ過圧力を付与しているが、流入口３ａ側と第１排出口４ａ側との差圧、及び流入口３ａ側と第２排出口５ａとの差圧によりろ過圧力を付与してもよい。
　また、実施形態１のろ過装置１は、複数のカソード電極に電位を供給する複数のカソード電源と、複数のアノード電極に電位を供給する複数のアノード電源と、を備えているが、本開示は、ろ過装置以外の装置の電源により電位が供給されるようになっていてもよい。つまり、ろ過装置自体が電源自体を備えていなくてもよい。
　また、実施形態１の密閉容器２は、上から順に第１排出室４、ろ室３、第２排出室５という並び順となっているが、本開示は、図６を示すように、上から順に第２排出室５、ろ室３、第１排出室４という並び方をしていてもよい。図７を示すように、第１排出室４とろ室３と第２排出室５が水平方向に並んでいてもよい。図８を示すように、第１排出室４とろ室３と第２排出室５が斜め方向に並んでいてもよい。また、ろ室３、第１排出室４、及び第２排出室５に対して設けられる流入口３ａ、第１排出口４ａ、及び第２排出口５ａの位置（各部屋に設けられた開口部の向き）に関し、本開示においては、水平方向、上下方向、斜め方向等、適宜設定してよい。
（実施形態２）
　図９は、実施形態２のろ過装置を模式的に示す模式図である。図９に示すように、実施形態２のろ過装置１Ａは、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間に配置されたろ材７を備えている点で、実施形態１のろ過装置１と相違する。また、実施形態２のろ過装置１Ａは、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に配置された誘電体８を備える点で、実施形態１のろ過装置１と相違する。以下、相違点に絞って説明する。
　ろ材７は、水平方向に延在している。ろ材７には、上下方向に貫通する孔７ａが複数設けられている。孔７ａの径は、カソード第１電極１１の孔１１ａやカソード第２電極１２の孔１２ａよりも小さい。
　誘電体８は、絶縁材料から成り、水平方向に延在している。この誘電体８によれば、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に作用するアノード電界Ｅａの力が大きくなる。誘電体８には、上下方向に貫通する孔８ａが設けられている。孔８ａの径ｄ４は、粒子４２が通過できる大きさであり、例えば１０００μｍ以上４０００μｍ以下である。誘電体８として、ろ紙などのろ材を用いてもよい。
　以上、実施形態２のろ過装置１Ａは、複数のカソード電極（カソード第１電極１１とカソード第２電極１２）との間にろ材７が設けられている。
　これによれば、粒子４２は、ろ材７の孔７ａを通過することができず、第１排出室４に移動できない。よって、粒子４２を含んでいない清澄なろ液が回収される。また、ろ材７によってもカソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間に発生するアノード電界Ｅａの力が大きくなる。よって、粒子４２は、さらに第１排出室４に移動し難くなる。さらには、第１排出室４に移動する水の単位時間当たりの量が増加し、ろ過の処理時間を短縮できる。
　また、実施形態２のろ過装置１Ａにおいて、複数のアノード電極（アノード第１電極１３、アノード第２電極１４）の間には、複数の孔８ａが設けられた誘電体８が設けられている。
　これによれば、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に作用するアノード電界Ｅａの力を大きくなり、第２排出室５に移動する水の量が低減する。つまり、濃縮物４４の含水率が低減する。
　これによれば、粒子４２が誘電体８の孔８ａを通過して第２排出室５の方に移動可能となる。
　以上、実施形態２について説明したが、本開示のろ過装置は、ろ材７と誘電体８のうち一方のみを備えていてもよい。
（実施形態３）
　図１０は、実施形態３のろ過装置を模式的に示す模式図である。図１１は、実施形態３のろ過装置の電気的等価回路図である。実施形態３のろ過装置１Ｂは、ブリーダ抵抗５０と第１電気配線５１と第２電気配線５２を備える点で、実施形態１のろ過装置１と相違する。
　ブリーダ抵抗５０は電気的負荷である。第１電気配線５１の一端はブリーダ抵抗５０に接続している。第１電気配線５１の他端は、カソード第２電極１２に接続している。つまり、第１電気配線５１の他端は、複数のカソード電極のうち最もろ室３から離隔したカソード第２電極１２と接続している。
　第２電気配線５２の一端は、ブリーダ抵抗５０に接続している。第２電気配線５２の他端は、アノード第２電極１４に接続している。つまり、第２電気配線５２の他端は、複数のアノード電極のうちろ室３から最も離隔したアノード第２電極１４と接続する。
　図１１に示すように、ろ過装置１Ｂにおいて、カソード第１電極１１とアノード第１電極１３との間に、抵抗成分Ｒ０と容量成分Ｃ０が並列に接続される。抵抗成分Ｒ０と容量成分Ｃ０は、カソード第１電極１１とアノード第１電極１３との間に入り込む液体と粒子４２により等価的に表される成分である。
　カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間に、抵抗成分Ｒ１と容量成分Ｃ１が並列に接続される。抵抗成分Ｒ１と容量成分Ｃ１は、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間に入り込む液体と粒子４２により等価的に表される成分である。
　アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に、抵抗成分Ｒ２と容量成分Ｃ２が並列に接続される。抵抗成分Ｒ２と容量成分Ｃ２は、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４との間に入り込む液体と粒子４２により等価的に表される成分である。
　実施形態３によれば、複数の電極１０と、複数の電源２０と、電気配線３０～３７は、ブリーダ抵抗５０と第１電気配線５１と第２電気配線５２により、閉ループ回路となる。なお、ブリーダ抵抗５０と第１電気配線５１と第２電気配線５２を備えていない実施形態１のろ過装置１と実施形態２のろ過装置１Ａにおいては、最も電位が大きいカソード第２電極１２とアノード第２電極１４から、スラリー４０に含まれる液体に電流が漏れ、消費電力増大につながる可能性がある。一方、実施形態３によれば、カソード第２電極１２とアノード第２電極１４から生じる漏れ電流は、第１電気配線５１又は第２電気配線５２に流れる。また、第１電気配線５１と第２電気配線５２とを直接接続するとショートするため、ブリーダ抵抗５０を第１電気配線５１と第２電気配線５２との間に配置している。
　以上、実施形態３のろ過装置１Ｂは、ブリーダ抵抗５０と、一端がブリーダ抵抗５０と接続する第１電気配線５１と、一端がブリーダ抵抗５０と接続する第２電気配線５２と、を有する。第１電気配線５１の他端は、複数のカソード電極のうちろ室３から最も離隔する電極１０と接続する。第２電気配線５２の他端は、ろ複数のアノード電極のうちろ室３から最も離隔する電極１０と接続する。
　実施形態３のろ過装置１Ｂによれば、液体への電流の漏れを回避でき、消費電力の低減を図れる。
（実施形態４）
　図１２は、実施形態４のろ過装置を模式的に示す模式図である。実施形態４のろ過装置１Ｃは、２つの中和電極６０（第１中和電極６１、第２中和電極６２）と、中和電極の電位を供給する中和電源６３と、を備えている点で、実施形態１のろ過装置１と相違する。
　第１中和電極６１は、第１排出室４に配置されている。第１中和電極６１は、密閉容器２の上壁２ｂに沿って水平方向に延在している。第１中和電極６１は、第２電極と対向している。第２中和電極６２は、第２排出室５に配置されている。第２中和電極６２は、密閉容器２の下壁２ｃに沿って水平方向に延在している。第２中和電極６２は、アノード第２電極１４と対向している。中和電源６３は、電気配線６４により第２中和電極６２と接続し、第２中和電極６２に粒子と異なる極性の電位（プラスの電位）を供給している。中和電源６３は、電気配線６５により第１中和電極６１と接続している。
　次に実施形態４のろ過装置の使用方法について説明する。ろ過装置１Ｃのろ過時、マイナスに帯電した粒子４２は、アノード第２電極１４に引き寄せられてアノード第２電極１４に吸着する可能性がある。なお、アノード第１電極１３は、アノード第２電極１４よりも引力が小さいため、アノード第１電極１３に粒子４２が吸着している可能性は低い。
　このような状況において、中和電源６３は、第２中和電極６２に対し、粒子４２と異なる極性の電位であり、絶対値がアノード第２電極１４の電位よりも大きな電位Ｖ１０を供給する。例えば、アノード第２電極１４のアノード第２電位Ｖ１２はプラス３０Ｖであるため、第２中和電極６２にプラス４０Ｖの電位を供給する。これにより、アノード第２電極１４に吸着している粒子４２は、より大きな引力（図１２の矢印Ｈ、Ｉを参照）を発揮する第２中和電極６２に引き寄せられ、第２中和電極６２に吸着する。この後、第２中和電極６２への電位供給を停止する。これによれば、第２中和電極６２に吸着した粒子４２は、ろ過圧力により、第２排出口５ａに方に移動して排出される。また、中和電源６３は、第２中和電極６２にプラス４０Ｖの電位を供給する際、第１中和電極６１から電子が供給される。
　以上、実施形態４の第２排出室５に配置される中和電極（第２中和電極６２）と、粒子４２の極性と異なる極性の中和電位（Ｖ１０）を中和電極（第２中和電極６２）に供給する中和電源６３と、を備える。中和電位（Ｖ１０）の絶対値は、複数のアノード電極のうちろ室３から最も離隔する電極（アノード第２電極１４）に供給される電位の絶対値よりも大きい（Ｖ１０＞Ｖ４）。
　これによれば、アノード第２電極１４から粒子４２を容易に剥離する。よって、粒子４２が密閉空間Ｓに残る可能性が低く、粒子４２を確実に回収できる。以上、実施形態４について説明したが、本開示は、第２中和電極６２と中和電源６３とのみを備え、第１中和電極６１を備えていなくてもよい。
（実施形態５）
　図１３は、実施形態５のろ過装置を模式的に示す模式図である。図１３に示すように、実施形態５のろ過装置１Ｄは、カソード電極及びアノード電極がそれぞれ３つとなっている点で、実施形態１のろ過装置と相違する。また、実施形態５のろ過装置１Ｄは、電極の増加に対応し、電源２０も増加している点で、実施形態１のろ過装置と相違する。また、実施形態５のろ過装置１Ｄは、ブリーダ抵抗５０及び中和電極６０を備える点で、実施形態１のろ過装置１と相違する。以下、相違点について説明するが、ブリーダ抵抗５０及び中和電極６０については実施形態３、実施形態４で説明したため、説明を省略する。
　カソード電極は、ろ室３側から順に配置された、カソード第１電極１１、カソード第２電極１２、カソード第３電極１５を備える。アノード電極は、ろ室３側から順に配置された、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４と、、アノード第３電極１６と、を備える。
　電源２０は、カソード電源（カソード第１電源２１、カソード第２電源２２、カソード第３電源２５）と、アノード電源（アノード第１電源２３、アノード第２電源２４、アノード第３電源２６）を備える。カソード第１電源２１は、カソード第１電極１１にカソード第１電位Ｖ１を供給する。カソード第２電源２２は、カソード第２電極１２にカソード第２電位Ｖ２を供給する。カソード第３電源２５は、カソード第３電極１５にカソード第３電位Ｖ３を供給する。アノード第１電源２３は、アノード第１電極１３にアノード第１電位Ｖ１１を供給する。アノード第２電源２４は、アノード第２電極１４にアノード第２電位Ｖ１２を供給する。アノード第３電源２６は、アノード第３電極１６にアノード第３電位Ｖ１３を供給する。
　次に、ろ過装置１Ｃの運転時、電源２０から電極１０に供給する電位について説明する。カソード第１電源２１からカソード第１電極１１に供給されるカソード第１電位Ｖ１を－２０Ｖに設定する。カソード第２電源２２からカソード第２電極１２に供給するカソード第２電位Ｖ２を－３０Ｖに設定する。カソード第３電源２５からカソード第３電極１５に供給するカソード第３電位Ｖ３を－４０Ｖに設定する。
　これによれば、カソード第１電極１１とカソード第２電極１２との間と、カソード第２電極１２とカソード第３電極１５との間にカソード電界Ｅｃが発生する。この２つのカソード電界Ｅｃは、粒子４２に対し斥力を発揮する。よって、粒子４２は実施形態１よりも第１排出室４の方に移動し難く、実施形態１よりも更に清澄なろ液４５を回収できる。
　また、２つのカソード電界Ｅｃにより、ろ室３から第１排出室４に移動する水の単位時間当たりの量は、実施形態１のろ過装置１よりも増加する。よって、相対的に第２排出室５に移動する水が低減し、濃縮物４４の含水率が低減する。
　また、実施形態５のろ過装置１Ｄにおいて、アノード第１電源２３からアノード第１電極１３に供給されるアノード第１電位Ｖ１１を＋２０Ｖに設定する。アノード第２電源２４からアノード第２電極１４に供給するアノード第２電位Ｖ１２を＋３０Ｖに設定する。アノード第３電源２６からアノード第３電極１６に供給するアノード第３電位Ｖ１３を＋４０Ｖに設定する。
　これによれば、粒子４２は、アノード第１電極１３、アノード第２電極１４、アノード第３電極１６と次第に引き寄せられ、第２排出室５に移動する。また、アノード第１電極１３とアノード第２電極１４の間と、アノード第２電極１４とアノード第３電極１６の間にアノード電界Ｅａが発生する。
　また、２つのアノード電界Ｅａによりは、ろ室３から第２排出室５に移動する水（プラスに帯電した水分子４１）は大きな斥力を受け、第２排出室５への移動速度が大きく減速する。よって、単位時間当たりで第２排出室５に移動する水が低減し、濃縮物４４の含水率が低減する。また、実施形態５によれば、パーシャル排出の運転の場合において、水がろ室３から第２排出室５に移動することを確実に抑制される。
　実施形態５のろ過装置１Ｄによれば、電極１０の数が増加しており、濃縮物４４の含水率を低減させることができる。なお、実施形態５のろ過装置１Ｄにおいて、複数の電極１０の間にろ材７や誘電体８をさらに設けてもよい。また、実施形態５においては、ろ室３と第１排出室４の間に配置される電極１０が３つとなっているが、４つ以上であってもよい。同様に、ろ室３と第２排出室５の間に配置される電極１０が３つとなっているが、４つ以上であってもよい。この際、複数のカソード電極に与えるカソード電位及び複数のアノード電極に与えるアノード電位は、ろ室３から離隔する距離が大きくなるにつれて電位の絶対値が大きくなるように設定する必要がある。また、電極１０が増加している実施形態５を説明したが、本開示は、電極１０を増加させた場合、、ブリーダ抵抗５０及び中和電極６０が必須となるわけでなく、ブリーダ抵抗５０及び中和電極６０を備えていなくてもよい。
　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ　　ろ過装置
　２　　密閉容器
　３　　ろ室
　３ａ　　供給口
　３ｃ　　ポンプ
　４　　第１排出室
　４ａ　　第１排出口
　５　　第２排出室
　５ａ　　第２排出口
　７　　ろ材
　８　　誘電体
　１０　　電極
　１０ａ　　孔
　１１　　カソード第１電極
　１２　　カソード第２電極
　１３　　アノード第１電極
　１４　　アノード第２電極
　１５　　カソード第３電極
　１６　　アノード第３電極
　２０　　電源
　２１　　カソード第１電源
　２２　　カソード第２電源
　２３　　アノード第１電源
　２４　　アノード第２電源
　２５　　カソード第３電源
　２６　　アノード第３電源
　４０　　スラリー
　４１　　水分子
　４２　　粒子
　４４　　濃縮物
　４５　　ろ液
　５０　　ブリーダ抵抗
　５１　　第１電気配線
　５２　　第２電気配線
　６０　　中和電極
　６１　　第１中和電極
　６２　　第２中和電極
　６３　　中和電源
　Ｓ　　密閉空間
　Ｅａ　アノード電界
　Ｅｃ　カソード電界

Claims (14)

  1. 　ろ室、第１排出室、及び第２排出室を内部に有する密閉容器と、
    　帯電した粒子と液体が混合したスラリーを供給する供給管と、
    　前記供給管と前記ろ室を連通する供給口と、
    　前記液体を前記第１排出室から排出する第１排出口と、
    　前記スラリーから前記液体が分離した濃縮物を前記第２排出室から排出する第２排出口と、
    　前記粒子及び前記液体が通過可能な複数の孔が設けられた複数の電極と、
    　を備え、
    　前記複数の電極は、
    　前記ろ室と前記第１排出室とを仕切る複数のカソード電極と、
    　前記ろ室と前記第２排出室とを仕切る複数のアノード電極と、
    　を有し、
    　前記複数のカソード電極は、
    　カソード第１電極と、
    　前記カソード第１電極よりも前記第１排出室寄りに配置されたカソード第２電極と、
    　を有し、
    　前記複数のアノード電極は、
    　前記ろ室を挟んで前記カソード第１電極と対向するアノード第１電極と、
    　前記アノード第１電極よりも前記第２排出室寄りに配置されたアノード第２電極と、
    　を有し、
    　前記カソード第１電極には、前記粒子の極性と同じ極性のカソード第１電位が供給され、
    　前記カソード第２電極には、前記粒子の極性と同じ極性のカソード第２電位が供給され、
    　前記カソード第２電位の絶対値は、前記カソード第１電位の絶対値よりも大きく、
    　前記アノード第１電極には、前記粒子の極性と異なる極性のアノード第１電位が供給され、
    　前記アノード第２電極には、前記粒子の極性と異なる極性のアノード第２電位が供給され、
    　前記アノード第２電位の絶対値は、前記アノード第１電位の絶対値よりも大きい
    　ろ過装置。
  2. 　前記複数のカソード電極は、３つ以上の電極を有し、
    　前記複数のカソード電極のそれぞれに供給されるカソード電位の絶対値は、前記ろ室から離隔するにつれて大きくなる
    　請求項１に記載のろ過装置。
  3. 　前記複数のアノード電極は、３つ以上の電極を有し、
    　前記複数のアノード電極のそれぞれに供給されるアノード電位の絶対値は、前記ろ室から離隔するにつれて大きくなる
    　請求項１又は請求項２に記載のろ過装置。
  4. 　前記複数のカソード電極の間に、ろ材が設けられている
    　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。
  5. 　前記複数のアノード電極の間に、複数の孔が設けられた誘電体が設けられている
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のろ過装置。
  6. 　前記誘電体の前記孔の径は、１０００μｍ以上４０００μｍ以下である
    　請求項５に記載のろ過装置。
  7. 　ブリーダ抵抗と、
    　一端が前記ブリーダ抵抗と接続する第１電気配線と、
    　一端が前記ブリーダ抵抗と接続する第２電気配線と、
    　を有し、
    　前記第１電気配線の他端は、前記複数のカソード電極のうち前記ろ室から最も離隔する前記電極と接続し、
    　前記第２電気配線の他端は、前記複数のアノード電極のうち前記ろ室から最も離隔する前記電極と接続する
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のろ過装置。
  8. 　前記第１排出室と前記第２排出室に配置される中和電極と、
    　前記粒子の極性と異なる極性の中和電位を前記中和電極に供給する中和電源と、
    　を備え、
    　前記中和電位の絶対値は、前記複数のアノード電極のうち前記ろ室から最も離隔する前記電極に供給されるアノード電位の絶対値よりも大きい
    　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のろ過装置。
  9. 　前記電極の表面には、電食防止層が設けられている
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のろ過装置。
  10. 　前記供給管の内部にある前記スラリーを前記ろ室の方に押し出すポンプを備える
    　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のろ過装置。
  11. 　前記複数のカソード電極にカソード電位を供給する複数のカソード電源と、
    　前記複数のアノード電極にアノード電位を供給する複数のアノード電源と、
    　を備える
    　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のろ過装置。
  12. 　鉛直方向の上方から前記第１排出室、前記ろ室、前記第２排出室の順で配置される
    　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のろ過装置。
  13. 　前記複数のアノード電極の間に発生する電界の力を前記ろ室のろ過圧力よりも小さくなるように、前記複数のアノード電極に供給するアノード電位を設定する
    　請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のろ過装置の運転方法。
  14. 　前記複数のアノード電極の間に発生する電界の力を前記ろ室のろ過圧力よりも大きくした後、前記電界の力が前記ろ室の過圧力よりも小さくなるように、前記複数のアノード電極に供給するアノード電位を変更する請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のろ過装置の運転方法。
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