JP2000061210A

JP2000061210A - 加圧式上向流濾過装置及びそれを用いる濾過処理方法

Info

Publication number: JP2000061210A
Application number: JP10231791A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Inaba; 隆一稲葉; Eiji Watabe; 英二渡部; Hiroaki Nishijima; 裕明西島
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】内部に濾材粒子からなる充填層を有する加圧
式上向流濾過装置において、その充填層の目詰りの防止
された装置及びそれを用いる濾過処理方法を提供する。【解決手段】容器内に濾材粒子からなる充填層３を有
し、濾過原液を該充填層の下方から上方に向けて流通さ
せる加圧式上向流濾過装置であって、（ｉ）該充填層は
容器底面上に形成されていること、（ii）該充填層内に
濾過原液供給ノズルが９が下向きに開口していること、
(iii）該濾過原液供給ノズルは開閉バルブ８を介して濾
過原液供給配管７に連結していること、（iv）該濾材粒
子の均等係数が１．７以下であること、を特徴とする加
圧式上向流濾過装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濾過原液を直接濾
材粒子からなる充填層に供給する加圧式上向流濾過装置
及びそれを用いる濾過処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内部に濾材粒子からなる充填層を有し、
濾過原液をその充填層を上向きに流通させる加圧式上向
流濾過装置は知られている（特公平３−１８４８３号、
特許第２５５２４９３号公報等）。従来の加圧式上向流
濾過器では、濾材粒子が濾過原液供給ノズル内へ逆流す
ることを防止するために、濾過器下部に粒径の大きな濾
材を充填したり（図２）、濾過原液供給ノズルの開口部
に金網を巻いたり（図３）、濾材下部に金網を配置（図
４）したりしている。このような加圧式上向流濾過器を
用いて濾過原液を濾過処理する場合、原液中の固形物は
その濾材粒子充填層に捕集され、原液から分離される。
そして、濾過処理を一定時間行うと、充填層に捕集され
た多量の固形物のために、充填層での圧力損失が大きく
増加したり、あるいは充填層の固形物捕集効果が大幅に
低下するようになる。このような状態になると、その充
填層はそれに捕集された固形物を洗浄除去して再生する
ために、洗浄液や空気を濾過器の下部より供給し、充填
層を形成する濾材粒子を流動化させるとともに、その充
填層に捕集された固形物を濾材粒子から分離し、洗浄液
に移行させ、濾過器の外へ流出させる。しかしながら、
従来の濾過器の場合、その内部に、濾材粒子のノズル内
への逆流防止のために用いた大粒径の濾材粒子層（図
２、図３）や、全網（図３、図４）は、前記固形物の洗
浄除去に際しても流動化せず、静止した状態であるた
め、それらの大粒径の濾材粒子や全網の表面に付着した
固形物は除去されず、その結果、大粒径濾材粒子充填層
や全網の開口部がその付着固形物のためにしだいに閉塞
されるという問題を生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内部に濾材
粒子からなる充填層を有する加圧式上向流濾過装置にお
いて、その充填層の目詰りの防止された装置及びそれを
用いる濾過処理方法を提供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、容器内に濾材粒子か
らなる充填層を有し、濾過原液を該充填層の下方から上
方に向けて流通させる加圧式上向流濾過装置であって、
（ｉ）該充填層は容器底面上に形成されていること、
（ii）該充填層内に濾過原液供給ノズルが下向きに開口
していること、(iii）該濾過原液供給ノズルは開閉バル
ブを介して濾過原液供給配管に連結していること、（i
v）該濾材粒子の均等係数が１．７以下であること、を
特徴とする加圧式上向流濾過装置が提供される。また、
本発明によれば、前記加圧式上向流濾過装置を用いて濾
過原液を濾過処理する方法において、該装置に対する濾
過原液の供給を開始するために、該濾過原液供給ノズル
と該濾過原液供給配管との間に介在する該開閉バルブを
閉の状態にして該濾過原液供給配管に付設されている濾
過原液供給ポンプを作動させた後、該開閉バルブを開放
すること及び該装置に対する濾過原液の供給を停止する
ために、該濾過原液供給ノズルと該濾過原液供給配管と
の間に介在する該開閉バルブを閉の状態にして該濾過原
液供給配管に付設されている濾過原液供給ポンプの作動
を停止することを特徴とする前記濾過処理方法が提供さ
れる。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に本発明を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の加圧式上向流濾過装置の１つの
実施例についての模式図である。図１において、１は濾
過器、２は容器、３は濾材粒子からなる充填層、４は濾
液捕集部材、５は濾液抜出管、６は連結管、７は濾過原
液供給配管、８は開閉バルブ、９は濾過原液供給ノズ
ル、１０は空気供給管、１１は濾過原液供給ポンプを各
示す。図１に示した装置において、その濾材粒子からな
る充填層３は、濾過層を形成し、濾材粒子は、容器２の
底面上に充填されており、容器底面と充填層下面との間
には特別の空間部は存在しない。濾材粒子としては粒径
の揃ったものが好ましく使用される。濾材粒子の平均粒
径は、濾過原液中に含まれる固形物の大きさ等によって
異なるが、０．４〜５．０ｍｍ、好ましくは０．８〜
１．６ｍｍである。また、この濾材粒子は、その均等係
数が１．７以下、好ましくは１．４以下である。その下
限値は、通常、１．３程度である。なお、前記均等係数
とは、粒径分布の均一性の指標となるもので、次式で表
される。Ｒ＝Ｄ²／Ｄ¹ Ｒ：均等係数を示す。Ｄ¹：濾材粒子をふるい分けした時、濾材粒子の１０重
量％が通過したときのふるいの目開き（ｍｍ）
を示す。Ｄ²：濾材粒子をふるい分けした時、濾材粒子の６０重
量％が通過したときのふるいの目開き（ｍｍ）を示す。濾材粒子としては、従来公知の各種の無機物質、例え
ば、砂、アンスラサイト、マンガン砂、ガーネット等が
挙げられる。その見掛け密度は、１．２〜２．０ｇ／ｃ
ｍ³、好ましくは１．３〜１．６ｇ／ｃｍ³である。

【０００６】本発明で用いる濾過原液供給ノズル９は充
填層３内に配置され、そのノズルは下向きに開口されて
いる。即ち、濾過原液はノズル９の開口から充填層３に
下向きに流出する。ノズル９の開口をこのように下向き
にするとともに、ノズル９内の液速度を濾材粒子の最小
流動化速度以上にすることによって、濾材粒子のその開
口内への逆流が防止される。ノズル９は、濾材粒子がそ
の開口内へ流入しにくいように、下向きに開口している
ものであればどのような形状のものであってもよく、例
えば、パイプの先端を下方に屈曲させたもの等であって
もよい。

【０００７】濾液捕集部材４は、濾材粒子より小さな寸
法の細孔を多数有する１つ又は複数の管体等からなるも
ので、充填層３の表層部に配設される。このものは、充
填層を通過した処理液（濾液）を充填層表層部において
捕集するためのもので、この捕集部材には捕集した濾液
を容器外部へ抜出するための濾液抜出管５が連結されて
いる。捕集部材４は充填層表層部の濾液を捕集し得る構
造のものであればよく、放射方向に延びたパイプ構造の
ものの他、円形パイプ構造や、パイプを縦横に配設した
格子構造等のものとすることができる。また、パイプに
設ける細孔は、パイプの下面に限らず、パイプの上面及
び／又は横面に配設することもできる。本発明では、濾
液捕集部材４としては、特に、ワイヤーを巻成すること
によって形成された円筒体（例えば、ウェッジワイヤ
ー）が濾液捕集効率及び圧力損失が小さい点から、好ま
しく使用される。この捕集部材の配設位置は、その細孔
が充填層の上面に密着する位置でよいが、実用上は、充
填層を再生操作した後にはその充填層上面位置が若干変
動するので、充填層上面より幾分下方（約１０〜１００
０ｍｍ程度下方）に位置するように設けるのが好まし
い。

【０００８】ノズル９の管壁に連結された空気供給管１
０は、固形物を捕集した充填層を再生する際の濾材粒子
撹拌のために配設されたものである。

【０００９】容器２の頂部に連結された連結管６は、容
器２の上部空間Ａ内に液体を充満させる際に、その空間
Ａ内の空気を外へ排出させるためや、充填層３を洗浄液
で洗浄した後の洗浄廃液を容器の外へ排出させるために
用いられる。この連結管６には開閉バルブ（図示され
ず）が付設され、そのバルブは、濾過処理中は閉鎖され
ている。

【００１０】濾液抜出管５は、濾液捕集部材４に連結
し、その部材４で捕集された濾液を容器の外へ抜出すた
めのものである。

【００１１】本発明の濾過装置には種々の変更を加える
ことができる。例えば、濾過装置１は、必ずしも図１に
示した構造のものである必要はなく、濾液を容器頂部か
ら外部へ抜出す構造のものであってもよい。また、濾液
抜出管５による濾液の容器外部への抜出しは、図面に示
すように、容器１の側壁を介して行うことができる他、
容器１の底部の器壁を介して行うこともできる。さら
に、空気供給管１０は、必ずしもノズル９の壁面に連結
する必要はなく、ノズル９から独立させて、充填層３内
に下向きに開口させることができる。

【００１２】なお、充填層の表層部に濾液捕集部材を有
する濾過装置は、特公平３−１８４８３号公報に詳述さ
れている。

【００１３】図１に示した濾過装置を用いて濾過処理を
行なうには、先ず、操作開始に先立ち、連結管６に付設
のバルブ（図示されず）を開き、濾液抜出管５に付設の
バルブ（図示されず）を閉にした状態で、濾過原液をラ
イン１２、ポンプ１１及び濾過原液供給配管７を通し、
さらにバルブ８を通して、ノズル９の開口から充填層３
内に流出させる。濾過装置１に対して濾過原液の供給を
開始する場合、そのバルブ８の開放によるノズル９内へ
の濾材粒子の逆流を防止するために、ポンプ１１を作動
させて配管７内を加圧状態にした後、バルブ８を開放す
る。一方、濾過原液の供給を停止する場合には、バルブ
８を閉めた後にポンプ１１を停止する。これにより、ポ
ンプ１１を停止したときにノズル内への濾材粒子の逆流
が防止される。

【００１４】ノズル９の開口から下向きに流出した原液
は、充填層３内を上昇し、さらに容器２内を上昇し、容
器上方の空間Ａを充満する。この状態で連結管６に付設
のバルブを閉にするとともに、濾液抜出管５に付設のバ
ルプを開く。これにより、充填層３を上昇してきた処理
液（濾液）はその捕集部材４により捕集され、濾液抜出
管５により容器外部へ抜出される。

【００１５】図１に示した濾過装置の場合、濾過操作時
の処理負荷を上げるために原液の供給圧を高くしても、
それによって濾材粒子の流動化は実質上生起しない。こ
の理由は以下の通りである。即ち、容器２内部は空間Ａ
を含めて前記したように濾液によって全体的に充満され
た状態にある。このような状態で原液の供給圧を上げる
と、この圧力はその容器内部の液体に伝達され、容器内
の液体の静圧が上昇するだけで、この圧力上昇によって
濾材粒子が流動化されることはない。一方、充填層に加
えられる圧力は、前記した静圧の他、充填層を上向きに
流れる液体の流体圧であるが、この充填層を通しての液
体の流れは、前記したように、充填層表層部には、濾液
捕集部材４が配置されていることから、充填層表層部ま
での上向流であり、充填層表層部より上方に向う流れは
ない。従って、充填層を上向きに押上げる液体圧は、充
填層を介し、その上部の密閉空間Ａに充満された液体に
作用するが、この液体圧による充填層を押し上げる力は
その静止水と液体とによる反作用によってバランスさ
れ、その結果、充填層が上方に向けて流動化されること
はない。以上のことから、図１に示した構造の装置の場
合、原液の液圧をいくら高めても処理速度が増加するだ
けで、充填層が流動化されるようになることはない。

【００１６】本発明の濾過装置を用いて前記のようにし
て濾過操作を長時間行うと、充填層３の濾材粒子間に捕
集された微細な固体粒子（ＳＳ分）量が多くなるため、
充填層３での圧力損失が大きくなってゆくと共に、濾液
中のＳＳ分の濃度が破過により増大するようになる。こ
の様な状態になるか、あるいはその直前に濾過操作を中
止し、充填層の再生を行う。

【００１７】この場合の充填層の再生は、充填層を形成
する濾材粒子を洗浄液中で撹拌して濾材粒子に付着する
ＳＳ分を濾材粒子から分離させて洗浄液中に移行させた
後、そのＳＳ分を含む洗浄液を容器外部へ排出させるこ
とによって実施することができる。本発明の濾過装置の
場合、その容器内には金網等の構造材はなく、また、濾
材粒子の粒径も揃ったものであることから、濾材粒子全
体を一様に流動化させ、濾材粒子を効率よく洗浄するこ
とができる。従って、従来の濾過装置の場合とは異な
り、充填層に捕集されたＳＳ分は、濾材粒子表面等に付
着残存するようなことはなく、ほぼ完全に容器外へ除去
することができ、充填層の目詰まりを効果的に防止する
ことができる。

【００１８】本発明の濾過装置内の充填層３を好ましく
再生するには、バルブ８を閉じるとともに、ポンプ１１
の作動を停止し、連結管６に付設のバルブを開にする。
これにより、容器の上部空間Ａに充満していた液体が濾
液抜出管５を通って徐々に排出され、液面位置がしだい
に降下する。液面位置が捕集部材４と容器頂部との中間
位置に降下したときに、濾液抜出管５に付設のバルブを
閉にして、容器内に所定量の液体を保持させる。

【００１９】次に、空気供給管１０に付設のバルブを開
き、空気をノズル９の先端開口から容器内に圧入させ
る。このようにして容器内に圧入された空気は気泡とな
って上昇し、充填層３及び空間Ａ内の液体中を通過して
連結管６を通って容器外へ排出される。このようにし
て、空気を容器内に圧入し、上昇させるときには、その
際の空気による撹拌効果により、充填層を形成する濾材
粒子は流動化され、相互に衝突し、その粒子表面に付着
していたＳＳ分は粒子から分離（剥離）され、液中に移
行する。これにより、濾材粒子の再生が達成される。次
に、充分な空気の圧入が行われ、濾材粒子表面に付着し
ていたＳＳ分の実質的完全分離が達成された後、空気供
給管１０に付設のバルブを閉じて空気の供給を停止す
る。

【００２０】次に、ポンプ１１を作動させ、バルブ８を
開き、濾過原液を洗浄液としてノズル９の開口から容器
内へ導入する。これによって容器の上部空間Ａに濾過原
液が充満され、連結管６を通して容器外へ排出される。
この場合の濾過原液の供給速度は、濾材粒子が流動化
し、充填層が膨張状態に保持される速度である。この濾
過原液を用いた濾材粒子の洗浄により、充填層に捕集さ
れたＳＳ分は充填層からほぼ完全に洗い流され、容器外
部へ排出される。前記濾過原液を用いた充填層の洗浄操
作の終了後、バルブ８を閉じ、ポンプ１１の作動を停止
し、充填層の静置操作を行う。この静置操作によって濾
材粒子は容器底面上に密充填され、容器底面上に充填層
３が形成される。

【００２１】次に、ポンプ１１を作動させ、バルブ８を
再び開いて濾過原液を容器内に導入し、濾過原液を濾過
操作時の速度で充填層を通過させ、得られた濾液を連結
管６から容器外へ排出する。この清澄化操作を所定時間
行って充填層及び容器内を更にきれいに洗浄する。以上
の操作により、充填層の再生操作が終了する。次に、連
結管６に付設のバルブを閉じるとともに、濾液抜出管５
に付設のバルブを開く。これによって再び濾過操作が開
始される。前記操作において、濾過原液供給ノズルに濾
材粒子が逆流してノズルに目詰まりが生じた場合には、
空気供給管に付設のバルブを開き、空気をノズル内に圧
入することにより、空気による撹拌を行ってその目詰ま
りを容易に解消することができる。

【００２２】なお、前記清澄化操作は必ずしも必要とさ
れず、必要に応じてこれを省略することもできる。この
場合には、前記静置操作終了後、連結管６に付設のバル
ブを閉じ、ポンプ１１を作動させ、バルブ８及び濾液抜
出管５を開いて濾過操作を開始する。

【００２３】本発明の濾過装置は、懸濁物質（固形物）
を含む各種液体からその懸濁物質を除去するのに適用さ
れる。この場合の懸濁物質を含む液体としては、パルプ
蒸解液である白液、工場排水、上下水、工業用水、反応
液等が挙げられる。

【００２４】本発明の濾過装置を用いて原液を処理した
場合の具体的データの１例を示すと、以下の通りであ
る。（処理例）（１）濾過原液パルプ蒸解液である白液で、炭酸カルシウムを主成分と
する固形物（ＳＳ）を１５０ｗｔｐｐｍ含有。（２）濾材粒子有効径が１．１９ｍｍで、その均等係数は１．３８であ
る。（３）濾過処理量１００ｍ³／ｈ（４）濾液性状濾液中のＳＳ濃度は０．２〜８．０ｗｔｐｐｍであり、
そのＳＳ除去率は９９．９〜９４．７％である。

【００２５】

【発明の効果】本発明の濾過装置は、その充填層が容器
底面上に直接形成され、しかも、その充填層は粒径の揃
った濾材粒子で形成されていることから、多量の固形物
を捕集した充填層の再生が容易で、充填層の再生に際し
て、その充填層に捕集された固形物をほぼ完全に除去す
ることができ、従来の濾過装置に見られるような繰返し
濾過処理後の充填層の目詰まりの問題を生じることはな
い。また、本発明の装置の場合、その濾材粒子は、容器
底面上に直接充填されていることから、容器内の空間利
用率が高く、従来の同じ性能の装置と比較して、その装
置はコンパクトになり、その製造コストも大幅（約２０
％程度）に低減される。さらに、本発明の装置の場合、
構造的に充填層の目詰まりの問題が解消されるため、装
置の運転管理が容易であり、しかも、充填層の再生を多
数回にわたって繰返し行った後でも充填層の濾過性能を
高レベルに保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧式上向流濾過装置の模式図を示
す。

【図２】従来の加圧式上向流濾過装置の１例についての
その模式図を示す。

【図３】従来の加圧式上向流濾過装置の他の例について
のその模式図を示す。

【図４】従来の加圧式上向流濾過装置のさらに他の例に
ついてのその模式図を示す。

【符号の説明】

１濾過装置２容器３充填層４濾液捕集部材５濾液抜出管６連結管７濾過原液供給配管８開閉バルブ９濾過原液供給ノズル 10 空気供給ノズル 11 濾過原液供給ポンプ 12 濾過原液ライン

フロントページの続き (72)発明者西島裕明神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内Ｆターム(参考） 4D003 AA01 BA02 BA06 CA02 DA01 DA07 DA21 EA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に濾材粒子からなる充填層を有
し、濾過原液を該充填層の下方から上方に向けて流通さ
せる加圧式上向流濾過装置であって、（ｉ）該充填層は
容器底面上に形成されていること、（ii）該充填層内に
濾過原液供給ノズルが下向きに開口していること、(ii
i）該濾過原液供給ノズルは開閉バルブを介して濾過原
液供給配管に連結していること、（iv）該濾材粒子の均
等係数が１．７以下であること、を特徴とする加圧式上
向流濾過装置。
【請求項２】該濾過原液供給ノズルの周壁に空気吹込
み管が連結している請求項１の装置。
【請求項３】該充填層の表層部に濾液捕集部材が配設
され、該濾液捕集部材に濾液を容器外部へ抜出す濾液抜
出し管が連結されている請求項１又は２の装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの加圧式上向流
濾過装置を用いて濾過原液を濾過処理する方法におい
て、該装置に対する濾過原液の供給を開始するために、
該濾過原液供給ノズルと該濾過原液供給配管との間に介
在する該開閉バルブを閉の状態にして該濾過原液供給配
管に付設されている濾過原液供給ポンプを作動させた
後、該開閉バルブを開放すること及び該装置に対する濾
過原液の供給を停止するために、該濾過原液供給ノズル
と該濾過原液供給配管との間に介在する該開閉バルブを
閉の状態にして該濾過原液供給配管に付設されている濾
過原液供給ポンプの作動を停止することを特徴とする前
記濾過処理方法。