JP2009023266A - 石材加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】石材の加工時に発生する汚泥水を容易に浄化することができ、維持・管理も容易な石材加工システムを提供する。
【解決手段】石材加工システムは、石材１１０の載置台１０１と、石材１１０を切断する丸鋸１０２と、石材１１０に水を放水するための散水栓１０３と、散水された水を回収する排水回収皿１０４と、排水回収皿１０４で集められた排水をろ過する高分子マイクロフィルタ１０５とを備えている。石材１１０を切断するときは、散水栓１０３から水を散水しながら、回転状態の丸鋸１０２を降下させる。こうして石材１１０が切断されるとともに、散水によって粉塵の舞上がりが防止される。散水された水は粉塵を取り込んで排水回収皿１０４上に落ち、下りの傾斜面を流れて排水口１０４ａに集められ、さらに高分子マイクロフィルタ１０５へ送り込まれ、高分子マイクロフィルタ１０５によってろ過される。
【選択図】図１

Description

本発明は、石材加工システムに関し、特に、石材加工時に発生する廃水の洗浄機構に関するものである。

御影石等の石材はその用途に応じて切断や研磨が施され、所望の形状に加工される。丸鋸等を使用した石材の切削加工では、切削時に発生する粉塵を抑えるため、大量の水を散水しながら行われる。このような加工時に発生する石材の微粉末（ノロ）を含む排水を河川等にそのまま流した場合には河川等が汚濁し、自然環境に重大な影響を及ぼすため、その浄化処理が行われている。例えば、特許文献１には、石材等の切断時に発生した汚泥をろ過するための脱水回収装置が開示されている。
特開平６−３２０１９７号公報

しかしながら、上述した従来の装置においては、すぐに目詰まりが生じてしまうため、頻繁にフィルタ清掃を行う必要があるだけでなく、フィルタ交換を行わなければならなかった。

したがって、本発明の目的は、石材の加工で使用した水を容易に浄化することができ、維持・管理も容易な石材加工システムを提供することにある。

本発明の上記目的は、石材を加工する石材加工手段と、石材に対して散水する散水手段と、散水された水を回収する回収手段と、回収手段によって回収された水をろ過する高分子マイクロフィルタとを備え、高分子マイクロフィルタは、多孔質空間の核となる独立核空間と、複数の独立核空間の間を連通させる連続微空間とで形成されたスクラム構造を有する多孔質層を備えることを特徴とする石材加工システムによって達成される。

本発明において、回収手段は、石材の下方に設けられた排水回収皿を含むことが好ましい。

本発明においては、多孔質層が、１以上の凸部及び／又は凹部で異形化された断面形状を有する繊維で形成されていることが好ましい。

本発明においては、多孔質層が、不織布と、不織布の繊維層に含浸された多孔質性樹脂とで一体化されて形成されていることが好ましい。

本発明においては、高分子マイクロフィルタが、多孔質層の下流側に形成された多孔質層よりも空隙率の高い不織布の中間繊維層と、中間繊維層の下流側に形成された支持層と、支持層の下流側に形成された中間繊維層よりも空隙率の高い不織布の基材繊維層をさらに有することが好ましい。

本発明によれば、石材の加工時に発生する汚泥水を容易に浄化することができ、維持・管理も容易な石材加工システムを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による石材加工システム１００の構成を示す模式図である。

図１に示すように、この石材加工システム１００は、石材１１０の載置台１０１と、石材１１０を切断する丸鋸１０２と、石材１１０に水を放水するための散水栓１０３と、散水された水を回収する排水回収皿１０４と、排水回収皿１０４で集められた排水をろ過する高分子マイクロフィルタ１０５とを備えている。載置台１０１の主面には複数のローラ１０１ａが設けられており、石材１１０の位置調整が容易となっている。また載置台１０１の主面には排水穴が複数設けられているので、載置台１０１上の水はけを良くすることができる。丸鋸１０２は支持体１０６によって支持されており、上下及び前後左右にスライド可能である。本実施形態においては２つの散水栓１０３、１０３が載置台の左右にそれぞれ設けられているので、粉塵を確実に抑えることができる。

石材１１０を切断するときは、散水栓１０３、１０３から水を散水しながら、回転状態の丸鋸１０２を降下させる。こうして石材１１０が切断されるとともに、散水によって粉塵の舞上がりが防止される。散水された水は粉塵を取り込んで排水回収皿１０４上に落ち、下りの傾斜面を流れて排水口１０４ａに集められ、さらに高分子マイクロフィルタ１０５へ送り込まれ、高分子マイクロフィルタ１０５によってろ過される。

石材１１０の切断作業を繰り返すことにより、高分子マイクロフィルタ１０５には固形分が蓄積し、ろ過機能が低下するので、固形分を除去する必要がある。そのため、高分子マイクロフィルタ１０５は定期的に逆洗され、又はスクレーパ等による洗浄が行われる。詳細は後述するが、本実施形態の高分子マイクロフィルタ１０５は、多孔質空間の核となる独立核空間と、複数の独立核空間の間を連通させる連続微空間とで形成されたスクラム構造を有する多孔質層を備えることから、ろ過性能が高いだけでなく、比較的簡単に目詰まりを解消することができきる。

次に、高分子マイクロフィルタ１０５について詳細に説明する。

図２は、高分子マイクロフィルタ１０５の構造を示す略断面図である。

図２に示すように、高分子マイクロフィルタ１０５は、不織布の繊維の断面形状を異形化することにより形成されたスクラム構造を有する多孔質層２と、多孔質層２の下流側に不織布で形成された多孔質層２よりも空隙率の高い中間繊維層３、織布、ネット、その他の多孔膜等の補強材で中間繊維層３の下流側に形成された支持層４、支持層４の下流側に不織布で形成された中間繊維層３よりも空隙率の高い下部繊維層５とを備えている。

多孔質層２、中間繊維層３、下部繊維層５を形成する不織布の材質としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール（ビニロン）系などの合成繊維を用いることができる。各々の層の平均繊維径は、空隙率等に応じて適宜選択することができる。多孔質層２を形成する合成繊維の平均繊維径は、３μｍ〜２５μｍとすることが好ましい。平均繊維径が３μｍより細くなるにつれ、取扱いが困難となり、不織布の量産性、耐久性に欠ける傾向があり、２５μｍより太くなるにつれ、空孔が大きくなって空隙率が増加し、ろ過性能が低下し易くなる傾向にあるからである。尚、耐水性、耐薬品性、耐候性の面からはポリエステルやポリプロピレンが好ましい。

高分子マイクロフィルタ１０５の目付は５００ｇ／ｍ^２〜１０００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。目付が５００ｇ／ｍ^２より小さくなるにつれ、長期間使用により繰り返し加わる水圧に耐えることが困難となり、耐久性が低下し易くなる傾向があり、１０００ｇ／ｍ^２よりおおきくなるにつれ、量産性が低下し易くなる傾向があるからである。

支持層４は、織布、ネット、その他の多孔膜等の補強材を中間繊維層３と下部繊維層５の間に配設することにより形成されることが好ましい。補強材としては、ものフィラメントやマルチフィラメントの織物基布が好適に用いられるが、スパン織布を用いてもよい。尚、補強材の材質としては、前述の不織布の材質と同様のものが好適に用いられる。また、ネットの場合、ステンレス線とポリエステル等を複合させたものを縦横に網目状に配置してもよい。

高分子マイクロフィルタ１０５の見かけ密度は０．３５ｇ／ｃｍ^２〜０．５５ｇ／ｃｍ^２であることが好ましい。見かけ密度が０．３５ｇ／ｃｍ^２より小さくなるにつれ、汚水と接触するろ過面積が不十分となり、ろ過効率が低下し易くなる傾向があり、０．５５ｇ／ｃｍ^２より大きくなるにつれ、通水量が不十分となり、大量の汚水をろ過することが困難になる傾向があるからである。

高分子マイクロフィルタ１０５は、９８ｋＰａの圧力差を与えたときの空気通過量が１（ｃｍ^３／ｓ）／ｃｍ^２〜１０（ｃｍ^３／ｓ）／ｃｍ^２となるように形成されていることが好ましい。空気通過量が１（ｃｍ^３／ｓ）／ｃｍ^２より小さくなるにつれ、通水量が不十分となり、大量の汚水をろ過することが困難になる傾向があり、１０（ｃｍ^３／ｓ）／ｃｍ^２より大きくなるにつれ、汚水と接触する繊維量が不十分となり、ろ過効率が低下し易くなる傾向があるからである。

図３は、高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の構造を示す要部断面図である。

図３に示すように、多孔質層２はスクラム構造を有しており、多孔質層２を形成する不織布の繊維層に含浸され不織布と一体化された多孔質性樹脂１５と、多孔質層２の多孔質空間の核となる独立核空間１５ａと、複数の独立核空間１５ａの間を連通させる連続微空間１５ｂを備えている。

多孔質層２の連続微空間（連続気泡）１５ｂの平均空孔径は、０．５μｍ〜８μｍであることが好ましく、１μｍ〜４μｍであることがさらに好ましい。平均空孔径が１μｍより小さくなるにつれ、目詰まりが発生し易くなり、大量の汚水をろ過することが困難になる傾向が見られ、４μｍより大きくなるにつれ、通水量が多くなり、ろ過性能が低下し易くなる傾向が見られるからである。また、平均空孔径が、０．５μｍより小さくなるにつれ、通水性が大幅に低下してろ過効率が低下し易くなる傾向があり、８μｍより大きくなるにつれ、微小な懸濁物質を捕捉することが困難となり、懸濁物質が内部の空孔に引っ掛かって閉塞状態となり、逆洗や洗浄で除去できなくなる傾向があるからである。

多孔質層２の厚さは、１０μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。多孔質層２の厚さが１０μｍより薄くなるにつれ、連続微空間１５ｂを十分に確保することができず、ろ過能力が不足すると共に、刷毛等による物理的な洗浄などによって短時間で多孔質層２全体が破損し易く、スクラム構造の効果が不十分となって寿命が低下し易くなる傾向があり、１０００μｍより厚くなるにつれ、通水性が不足してろ過効率が低下し易くなる傾向があるからである。多孔質層２の厚さを１０μｍ〜１０００μｍの範囲にすることで、多孔質層２の表層側が破損しても、その内側が新たな表層となって連続微空間１５ｂで継続的にろ過を行うことができ、ろ過性能の信頼性、長寿命性に優れる。

図４（ａ）乃至（ｃ）は、多孔質層２を形成する繊維の構造を示す模式斜視図である。

図４（ａ）は、多孔質層２を形成する繊維１０の円周上に複数の凸部１１が形成された例であり、図４（ｂ）は、多孔質層２を形成する繊維１０ａの外周に凸部１１ａが螺旋状の凸条に形成された例であり、図４（ｃ）は、多孔質層２を形成する繊維１０ｂの外周表面に略球状の複数の凸部１１ｂが形成された例である。これらの凸部１１，１１ａ，１１ｂは、表面に凸部１１，１１ａ，１１ｂに対応する凹凸が形成された圧延ローラの間に繊維１０，１０ａ，１０ｂを通すことにより形成することができる。

凸部が１１，１１ａ，１１ｂの大きさは繊維１０，１０ａ，１０ｂの繊維径にもよるが、繊維径が１０μｍ〜２５μｍの場合、凸部１１，１１ａ，１１ｂの直径は２μｍ〜５μｍであることが好ましい。凸部１１，１１ａ，１１ｂの直径が２μｍより小さくなるにつれ、異形化の効果が不十分となり、通水性が低下し易くなってろ過効率が低下する傾向があり、凸部１１，１１ａ，１１ｂの直径が５μｍより大きくなるにつれ、断面形状を維持するのが困難となり生産性が低下し易くなると共に、空隙率が高くなってろ過性能が低下し易くなる傾向があるからである。

高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の形成工程において、１以上の凸部１１，１１ａ，１１ｂで異形化された断面形状を有する繊維１０，１０ａ，１０ｂをニードルパンチやウォータージェットニードル等の方法によって、三次元に交絡させて多孔質層２を形成することにより、独立核空間１５ａを連通する略均一な連続微空間１５ｂを形成することができ、多孔質層２の連続微空間（微細空孔）１５ｂの平均空孔径を前述の０．５μｍ〜８μｍ、好ましくは１μｍ〜４μｍに形成することができる。

図５（ａ）乃至（ｆ）は、多孔質層２を形成する繊維の構造の変形例を示す略断面図である。

図５（ａ）は繊維１０ｃの外周に５個の凸部１１ｃが形成された例であり、図５（ｂ）は繊維１０ｄの外周に４個の凸部１１ｄが形成された例であり、図５（ｃ）は繊維１０ｅの外周に３個の凸部１１ｅが形成された例であり、図５（ｄ）は繊維１０ｆの外周に４個の凹部１１ｆが形成された例であり、図５（ｅ）は繊維１０ｇの外周に３個の凹部１１ｇが形成された例であり、図５（ｆ）は繊維１０ｈの外周に２個の凹部１１ｈが形成された例である。

図５に示した繊維１０ｃ乃至１０ｈの断面形状と同様の断面形状を有する金型から繊維を延伸させることにより、繊維の断面形状を異形化することができ、繊維の長手方向に連続的な凸条や凹条を形成することができる。また、延伸の際に繊維を捻ることにより、図４（ｂ）で示したように凸条や凹条を螺旋状に形成することができる。尚、繊維を液中で延伸させることにより、異形化された断面形状を確実に維持することができ生産性に優れる。

図５では、２個〜５個の凸部１１ｃ乃至１１ｅや凹部１１ｆ乃至１１ｈにより、断面形状を異形化したものを示したが、凸部１１ｃ乃至１１ｅや凹部１１ｆ乃至１１ｈの数は２個〜８個、形成することができる。凸部１１ｃ乃至１１ｅや凹部１１ｆ乃至１１ｈの数が２個より少なくなるにつれ、異形化の効果が不十分となり、通水性が低下し易くなってろ過効率が低下する傾向があり、凸部１１ｃ乃至１１ｅや凹部１１ｆ乃至１１ｈの数が８個より多くなるにつれ、断面形状を維持するのが困難となり生産性が低下し易くなると共に、空隙率が高くなってろ過性能が低下し易くなる傾向があるからである。尚、図４及び図５で示した各々の繊維１０ａ乃至１０ｈは、それぞれ単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。

以上のように構成された高分子マイクロフィルタ１０５によれば、以下の作用を有する。まず、スクラム構造を有する上流側の多孔質層２の目を細かくすることにより、表面部で汚水中の粒子を確実に捕捉して、内部への侵入を阻止でき、ろ過性能に優れる。また、ろ過時に上流側となる多孔質層２側から下流側の下部繊維層５側に向かって空隙率が高くなるように各層の空隙率を調整することにより、微細な懸濁物質であっても確実に多孔質層２の表面で捕捉して、ろ過することができると共に、ろ過された汚水のろ過水を下部繊維層５側から速やかに排出することができ、ろ過効率に優れる。

また、上流側の多孔質層２の目を細かくし、下流側の下部繊維層５の目を粗くすることにより、逆洗や物理的な剥離により多孔質層２の表面に付着した懸濁物質を容易に取り除くことができ、目詰まりが発生し難く、長期間連続して使用することが可能でメンテナンス性、実用性に優れる。

また、中間繊維層３と下部繊維層５との間に形成された支持層４を有することにより、全体を補強して縦横の変形を防止することができ耐久性に優れる。また、下部繊維層５により高分子マイクロフィルタ１０５の全体の厚みと強度を調整することができ、スクレーパやブラシ等により洗浄を行う際に、そのクッション性で衝撃を吸収することができ、多孔質層２の破損が発生し難くなると共に、ろ過水を自由に移動、排出させることができ、通水性を向上させることができる。

さらにまた、多孔質層２を形成する繊維１０乃至１０ｈが、１以上の凸部１１乃至１１ｅや凹部１１ｆ乃至１１ｈで異形化された断面形状を有することにより、多孔質層２内に略均一な連続微空間を形成することができ、ろ過性能の均一性に優れる。また、多孔質層２が、略均一な連続微空間が多重に形成されたスクラム構造を有するので、多孔質層２の表面で繊維１０乃至１０ｈが断裂する等にしても、さらにその内側の繊維１０乃至１０ｈで形成された連続微空間によって継続的にろ過を行うことができ、ろ過性能の信頼性、長寿命性に優れる。

この高分子マイクロフィルタ１０５は、重力ろ過を行うことができ、目詰まり画発生し難く、外部からの小さな刺激で懸濁物質を剥離することができるので、逆洗で洗浄する以外に、ブラシ洗浄方式、ウォータージェット洗浄方式、吸引洗浄方式、スクレーパ洗浄方式等により洗浄することができ、濃度の濃い汚水にも対応することができ汎用性に優れる。 また、ブラシ洗浄やスクレーパ洗浄などの剥離洗浄により、多孔質層２の表面に付着した懸濁物質を凝集した状態で剥離させてろ過槽などの底部に沈降させることができるので、汚水の濃度が濃くなることが防止でき、安定したろ過流量を得ることができる。

また、高分子マイクロフィルタ１０５はろ過圧力装置を必要としないので省エネルギー性に優れ、ろ過装置全体を小型化、軽量化することができ、量産性、取り扱い性を向上させることができる。また、凝集剤等を使用することなく、汚水に含まれているミネラル分を残存させたまま、懸濁物質のみを取り除いて浄化処理を行うことができ、清水として河川等に放流することができるので環境保護性に優れる。また、汚水中の懸濁物質が高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の表面に付着しても、ろ過効率が低下することがなく、優れたろ過性能を維持することができ、実用性、信頼性に優れる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の変形例を示す断面図であって、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡで示す部分の拡大図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態においては、多孔質層２を構成する不織布の繊維１０の一部が、連続微空間１５ｂの各空孔の内側へ突き出した構造となっている。そして、多孔質層２を構成する不織布の繊維１０の平均繊維径ｄ_１は、連続微空間１５ｂの平均空孔径ｄ_２よりも小さく構成されている。

多孔質層２を図６のように構成した場合、多孔質層２の連続微空間（連続気泡）１５ｂの平均空孔径ｄ_２は、０．５μｍ〜８μｍであることが好ましい。また、多孔質層２を構成する不織布の繊維１０の平均繊維径ｄ_１は、８μｍ以下とすることが好ましく、４μｍ以下とすることがより好ましい。連続微空間の平均空孔径ｄ_２が、０．５μｍより小さくなると、通水性が大幅に低下してろ過効効率が悪くなる。また、多孔質層２を構成する不織布の繊維１０の平均繊維径ｄ_１が８μｍより大きくなると、連続微空間の平均空孔径ｄ_２を不織布の繊維１０の平均繊維径ｄ_１よりもさらに大きくする必要があることから、微小な固形物質を捕捉することが困難となり、空孔に引っ掛かって閉塞状態となり、逆洗や洗浄で除去できなくなってしまうからである。従って、連続微空間の平均空孔径ｄ_２を４μｍ以上とし、不織布の繊維１０の平均繊維径ｄ_１を４μｍ以下とすることが特に好ましい。

このような構成によれば、ろ過により微粒子１６が連続微空間内に入った場合でも、連続微空間内に存在する不織布の繊維１０に微粒子１６引っ掛かるので、多孔質層２の内部深くまで微粒子１６が入り込むことを防止できる。これにより、高分子マイクロフィルタの目詰まりを防止することができる。また、逆洗においても、微粒子１６が多孔質層２内の深いところまで入り込んでいないため、洗浄効果を高くすることができる。

以上説明したように、本実施形態の石材加工システム１００によれば、高分子マイクロフィルタ１０５を用いて懸濁水のろ過を行うので、懸濁水に含まれる微細な固形分を除去することができ、懸濁水が環境に与える悪影響を大幅に低減することができる。また特に、高分子マイクロフィルタ１０５を用いることから、微細な固形分を確実に除去することができ、比較的簡単に目詰まりを解消することができ、ろ過効率の向上を図ることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、丸鋸を用いた石材加工システムを例に挙げたが、本発明は丸鋸に限定されるものではなく、どのような加工手段であっても構わない。

図１は、本発明の好ましい実施形態による石材加工システム１００の構成を示す模式図である。 図２は、高分子マイクロフィルタ１０５の構造を示す略断面図である。 図３は、高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の構造を示す要部断面図である。 図４（ａ）乃至（ｃ）は、多孔質層２を形成する繊維の構造を示す模式斜視図である。 図５（ａ）乃至（ｆ）は、多孔質層２を形成する繊維の構造の変形例を示す略断面図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、高分子マイクロフィルタ１０５の多孔質層２の変形例を示す断面図であって、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡで示す部分の拡大図である。

符号の説明

２ 多孔質層
３ 中間繊維層
４ 支持層
５ 下部繊維層
１０ 繊維
１０ａ-１０ｈ 繊維
１１ 凸部
１１ａ-１１ｅ 凸部
１１ｆ-１１ｈ 凹部
１５ 多孔質性樹脂
１５ａ 独立核空間
１５ｂ 連続微空間
１００ 石材加工システム
１０１ａ ローラ
１０１ 載置台
１０２ 丸鋸
１０３ 散水栓
１０４ 排水回収皿
１０４ａ 排水口
１０５ 高分子マイクロフィルタ
１０６ 支持体
１１０ 石材

Claims (2)

1. 石材を加工する石材加工手段と、
   前記石材に対して散水する散水手段と、
   前記散水された水を回収する回収手段と、
   前記回収手段によって回収された水をろ過する高分子マイクロフィルタとを備え、
   前記高分子マイクロフィルタは、多孔質空間の核となる独立核空間と、複数の前記独立核空間の間を連通させる連続微空間とで形成されたスクラム構造を有する多孔質層を備えることを特徴とする石材加工システム。
2. 前記回収手段は、前記石材の下方に設けられた排水回収皿を含むことを特徴とする請求項１に記載の石材加工システム。

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