JP2008086992A

JP2008086992A - 製塩用海水ろ過装置

Info

Publication number: JP2008086992A
Application number: JP2007232407A
Authority: JP
Inventors: Takuya Asada; 拓矢麻田; Tetsuji Fuchiwaki; 哲司渕脇
Original assignee: SOLT INDUSTRY CT OF JAPAN; Salt Industry Center of Japan.
Current assignee: SOLT INDUSTRY CT OF JAPAN; Salt Industry Center of Japan.
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: JP5046013B2

Abstract

【課題】本発明は、ろ層の目詰まりを防ぎ、逆洗頻度の大幅な低減が可能であり、逆洗時にろ過室よりろ材の流出を防ぐことができる製塩用海水ろ過装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】上層と下層を有するろ層における下層のろ材がろ過砂であり、上層と下層が以下の（１）〜（５）の条件を満たし、ろ過室高さが１．８〜１．９ｍである製塩用海水ろ過装置。
（１）０．０００２６≦Ｄ１≦０．０００５５
（２）１．５≦ρｓ≦１．８
（３）Ｄ１＜Ｄ２
（４）ｆ（Ｄ１、ρ１）＜ｆ（Ｄ２、ρｓ）
（５）ｆ（Ｄ２、ρｓ）Ｌ２＜Ｈ−ｆ（Ｄ１、ρ１）Ｌ１
（Ｄ１:ろ過砂の有効径（ｍ）、Ｄ２:上層ろ材の有効径（ｍ）、ｆ（Ｄ、ρ）：有効径Ｄ、比重ρのろ材の展開率、Ｈ：ろ過室高さ、ρ1：ろ過砂の比重、ρs：上層ろ材の比重、Ｌ１:下層ろ材の充填高さ（ｍ）、Ｌ２：上層ろ材の充填高さ（ｍ））
【選択図】なし

Description

本発明は複層のろ層を有する製塩用海水ろ過装置に関する。

海水から塩を製塩するには、イオン交換膜電気透析槽(以下、電槽と称する場合がある)を用いる方法が用いられているが、電槽の流路閉塞が起こるため電槽の解体洗浄が必要となる。電槽の流路閉塞を抑制させ、電槽の解体洗浄間隔を延長させるためには、原因と考えられる電槽供給海水中の濁質を低減させる必要がある。

海水は予めろ過を行い、土砂成分等の濁質を除去した後に電槽に供給される。
海水のろ過には一般に砂ろ過器が用いられており、清澄なろ過海水を得るためには粒径の小さなろ過砂を用いることにより、漏洩する濁質量を低減でき、電槽解体洗浄間隔の延長にも効果があることが知られている（特許文献１）。しかし、このようなろ過砂を用いた場合、ろ過器における圧損上昇が大きく、この結果ろ過砂の洗浄のために頻繁な逆洗操作が必要となり、水質の安定したろ過海水が定常的に得られないといった問題点が生じることが知られている。
また、赤潮発生等による水質悪化時には、砂ろ過器の逆洗頻度が高くなり、工場運転に支障をきたすといった問題があった。
そのため、新たなろ過器の開発および現行の砂ろ過器の改善が求められていた。

特開平１０−３３６０６３号公報

本発明の目的は、ろ層の目詰まりを防ぎ、逆洗頻度の大幅な低減が可能であり、逆洗時にろ過室よりろ材の流出を防ぐことができる製塩用海水ろ過装置を提供することである。

上記課題は下記の構成により達成された。
〔１〕
上層と下層を有するろ層における下層のろ材がろ過砂であり、上層と下層が以下の（１）〜（５）の条件を満たし、ろ過室高さが１．８〜１．９ｍである製塩用海水ろ過装置。
（１）０．０００２６≦Ｄ１≦０．０００５５
（２）１．５≦ρｓ≦１．８
（３）Ｄ１＜Ｄ２
（４）ｆ（Ｄ１、ρ１）＜ｆ（Ｄ２、ρｓ）
（５）ｆ（Ｄ２、ρｓ）Ｌ２＜Ｈ−ｆ（Ｄ１、ρ１）Ｌ１
（Ｄ１:ろ過砂の有効径（ｍ）、Ｄ２:上層ろ材の有効径（ｍ）、ｆ（Ｄ、ρ）：有効径Ｄ、比重ρのろ材の展開率、Ｈ：ろ過室高さ、ρ1：ろ過砂の比重、ρs：上層ろ材の比重、Ｌ１:下層ろ材の充填高さ（ｍ）、Ｌ２：上層ろ材の充填高さ（ｍ））
〔２〕
前記上層ろ材の気孔率が１０〜４０％である〔１〕に記載の製塩用海水ろ過装置。

本発明は、本発明者らの鋭意検討の結果得られた知見に基づいて完成されたものであり、製塩の際に海水のろ過に用いるろ過装置のろ層を複層化することにより、ろ層の目詰まりを防ぎ、逆洗頻度の大幅な低減が可能な製塩用海水ろ過装置である。更に本発明は、特定の条件を満たすろ材を用いることで、逆洗時にろ過室よりろ材の流出を防ぐことができ、逆洗後も静置により再び複層化することが可能な製塩用海水ろ過装置を提供することができる。

以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の製塩用海水ろ過装置（以下、単にろ過装置とも称する）の概略を図１に示す。
本発明のろ過装置は、上層２及び下層３を含む複数のろ層を充填したろ過室１を有し、ろ過室１の上部より海水を送液し、ろ層を通過した後に下部より海水を排出する。
本発明のろ過装置は更に、海水タンク５、海水を供給する管、海水を排出する管、ろ過海水タンク４を備え、配管にはポンプ６、圧力計８、濁度計７等を設置することが可能である。
ろ層の洗浄は逆洗により行うことができる。

本発明の製塩用海水ろ過装置は、上層と下層を有するろ層における下層のろ材がろ過砂であり、上層と下層が以下の（１）〜（５）の条件を満たし、ろ過室高さが１．８〜１．９ｍのものである。
（１）０．０００２６≦Ｄ１≦０．０００５５
（２）１．５≦ρｓ≦１．８
（３）Ｄ１＜Ｄ２
（４）ｆ（Ｄ１、ρ１）＜ｆ（Ｄ２、ρｓ）
（５）ｆ（Ｄ２、ρｓ）Ｌ２＜Ｈ−ｆ（Ｄ１、ρ１）Ｌ１
（Ｄ１:ろ過砂の有効径（ｍ）、Ｄ２:上層ろ材の有効径（ｍ）、ｆ（Ｄ、ρ）：有効径Ｄ、比重ρのろ材の展開率、Ｈ：ろ過室高さ、ρ1：ろ過砂の比重、ρs：上層ろ材の比重、Ｌ１:下層ろ材の充填高さ（ｍ）、Ｌ２：上層ろ材の充填高さ（ｍ））

ｆ(Ｄ、ρ)はリチャードソン（Richardson）の式(藤田賢二、急速濾過・生物濾過・膜濾過、技報堂出版、１９９４年)により求めることができる。
リチャードソンの式；

ｆ（Ｄ、ρ）＝（１-ε０）/[１−（ｖ／（４／２２５・(ρs-ρ)²／μ／ρ・ｇ²）^1/3・
Ｄ）]^ｒ

ここで、rは山本らの実験値(藤田賢二、急速濾過・生物濾過・膜濾過、技報堂出版、１９９４年) 、ｖは逆洗流速、ρは海水の比重、μは海水の粘度、gは重力加速度、ε0はろ材の空隙率を表す。

本発明において、下層ろ材（ろ過砂）の有効径；Ｄ１は、０．０００２６〜０．０００５５ｍである。
Ｄ１がこの範囲であると、海水中に含まれる土砂成分等の濁質を有効に捕捉することが可能となり、漏洩濁質量を低減させることができる。また、海水の水質悪化時においても捕捉が困難な濁質が多くなることによる漏洩濁質量の増加を防ぐことができる。

本発明において、上層ろ材の比重；ρsは、１．５〜１．８である。
ρsがこの範囲であれば逆洗操作を行った際に、ろ材がろ過装置より溢流するのを防ぐことができ好ましい。

また、本発明において、下層ろ材の有効径；Ｄ１及び上層ろ材の有効径；Ｄ２は、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満たせばよい。
複層ろ過においては、圧損上昇速度は上層のろ材の粒径に依存していると考えられ、下層に粒径の小さなろ材を用いる場合には、上層にそれより粒径が大きいろ材を積層することにより、圧損上昇速度を抑制することが可能と考えられる。

下層ろ材（有効径Ｄ１、比重ρ１）、上層ろ材（有効径Ｄ２、比重ρｓ）のそれぞれの展開率；ｆ(Ｄ、ρ)は、ｆ（Ｄ１、ρ１）＜ｆ（Ｄ２、ρｓ）の関係を満たせばよい。ｆ（Ｄ１、ρ１）及びｆ（Ｄ２、ρｓ）がこの関係を満たす場合、逆洗操作を行った後、静置することにより上層と下層を複層化することができる。

更に、本発明において、ろ過室高さ；Ｈはｆ（Ｄ２、ρｓ）Ｌ２＜Ｈ−ｆ（Ｄ１、ρ１）Ｌ１の関係を満たせばよい。ｆ（Ｄ２、ρｓ）、Ｈ及びｆ（Ｄ１、ρ１）がこの関係を満たす場合、逆洗操作の際にろ材がろ過室より溢流するのを防ぐことができる。

本発明に用いるろ材は上記（１）〜（５）を満たすものであればよく、好ましくは気孔率が１０〜４０％のろ材である。上層としては例えば、シャモット、メサライトを挙げることができ、好ましくはシャモットである。

本発明において、ろ過室の高さは１．８ｍ〜１．９ｍである。ろ過室に、約１００ｍｍの上層及び５００ｍｍ〜７００ｍｍの下層を含むろ層を有する。上層及び下層の境界は明確である必要は無く、上層及び下層に用いるろ材が混在した層が上層と下層の間に存在しても良い。

本発明のろ過装置は、上層及び下層を含む複数のろ層を充填したろ過室を有し、ろ過室の上部より海水を送液し、ろ層を通過した後に下部より海水を排出するが、この際、ろ過室内の海水の流速は８ｍ/ｈが好ましい。

ろ層の洗浄は逆洗により行うが、具体的には、ろ過室の下部よりろ過砂でろ過した海水を供給し、ろ過室内の流速５０ｍ/ｈで送液を行い、ろ過室上部より排出する方法が挙げられる。
逆洗はろ過器入り口圧力とろ過初期圧力の差が９ｋＰａに達した場合に行うことが好ましい。
また、逆洗は４分間行うことが好ましい。

以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔参考例１〕
本発明の製塩用ろ過装置の上層にろ材として表３に記載のシャモットを充填した。海水の流速８ｍ／ｈでろ過室の上部より海水を送液し、ろ層を通過した後に下部より海水を排出して海水ろ過操作を実施した。海水、ろ過海水の濁度、濁質の粒径分布は日本電色工業（株）製コンパクト型微粒子カウンター・高感度濁度計NP−５００Tを用いて測定した。表１に海水とろ過海水の濁度、除去率および７μｍ以上の大きな濁質の個数、除去率を示す。
なお、濁度及び濁質の除去率（％）は海水とろ過海水の濁度又は濁質の差を、海水の濁度又は濁質で除すことにより算出した。

〔参考例２〕
ろ材として表３に記載のアンスラサイトを用いた以外は参考例１と同様にして海水ろ過操作を実施した。
表２に海水とろ過海水の濁度、除去率および７μm以上の大きな濁質の個数、除去率を示す。

参考例１、参考例２より、シャモットの濁質の除去率はアンスラサイトと比較してかなり高く、また、７μm以上の大きな濁質の除去率も高かった。
上層と下層からなるろ層を用いる海水ろ過において、上層は下層の目詰まりを軽減するために大きな濁質を効率よく除去することが必要であり、多孔質ろ材であるシャモットが有効であることを見出した。

〔実施例１〕
本発明の製塩用ろ過装置の上層にろ材として表４に記載のシャモットを充填し、下層には表４に記載のろ過砂を充填した。海水の流速８ｍ／ｈでろ過室の上部より海水を送液し、ろ層を通過した後に下部より海水を排出して海水ろ過操作を実施した。
ろ過操作は連続的に行い、ろ過器入口圧力と初期圧力の差が１６ｋＰａを超えた場合には、ろ過層の下部より流速５０ｍ／ｈで４分間の逆洗操作を実施した。ろ過海水の濁度は０．１５〜０．４０ｍｇ／Ｌ、逆洗間隔は１４．８〜１９．９時間であった。

〔比較例２〕
表４に記載のろ過砂を単層で用いて、海水の流速８ｍ／ｈで海水ろ過操作を実施した。ろ過操作は実施例２と同様に実施した。ろ過海水の濁度は０．１５〜０．４０ｍｇ／Ｌ、逆洗間隔は４．５〜５．７時間であった。

実施例２及び比較例２より、上層にシャモット、下層にろ過砂からなるろ層を用いるろ過装置は、上層のシャモットが海水中の大きな濁質を効率的に除去し、下層のろ過砂の目詰まりを軽減でき、ろ過器入口圧力の増加を抑制するため、砂ろ過単層の場合と比較して逆洗間隔を３倍以上に延長することができた。

本発明のろ過装置の一例の断面構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１．ろ過室
２．ろ層（上層）
３．ろ層（下層；ろ過砂）
４．ろ過海水タンク
５．海水タンク
６．ポンプ
７．濁度計
８．圧力計

Claims

上層と下層を有するろ層における下層のろ材がろ過砂であり、上層と下層が以下の（１）〜（５）の条件を満たし、ろ過室高さが１．８〜１．９ｍである製塩用海水ろ過装置。
（１）０．０００２６≦Ｄ１≦０．０００５５
（２）１．５≦ρｓ≦１．８
（３）Ｄ１＜Ｄ２
（４）ｆ（Ｄ１、ρ１）＜ｆ（Ｄ２、ρｓ）
（５）ｆ（Ｄ２、ρｓ）Ｌ２＜Ｈ−ｆ（Ｄ１、ρ１）Ｌ１
（Ｄ１:ろ過砂の有効径（ｍ）、Ｄ２:上層ろ材の有効径（ｍ）、ｆ（Ｄ、ρ）：有効径Ｄ、比重ρのろ材の展開率、Ｈ：ろ過室高さ、ρ1：ろ過砂の比重、ρs：上層ろ材の比重、Ｌ１:下層ろ材の充填高さ（ｍ）、Ｌ２：上層ろ材の充填高さ（ｍ））
前記上層ろ材の気孔率が１０〜４０％である請求項１に記載の製塩用海水ろ過装置。