JP2013138971A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物が濾過体の濾過面に付着することを抑制するとともに濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制し、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる濾過装置を提供する。
【解決手段】濾過装置１０は、被処理液体に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置１１０と、微細気泡発生装置１１０から被処理液体を導入する流入口４２と、被処理液体を濾過処理した処理済み液体を排出する流出口５２と、濾過処理によって被処理液体より分離された分離対象物を含む濃縮液を排出する排出口６２とを備えたケーシング２０と、ケーシング２０内部を流入口４２が位置する第一室２Ａと流出口５２が位置する第二室２Ｂとに区画するように装着され、上部が開口し、下部が排出口６２に接続されている濾過体３０とを備える。流入口４２は被処理液体を渦巻状に旋回流動させるように、被処理液体を導入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の被処理液体を濾過処理するための濾過装置に関する。例えば、各種産業分野の製造プロセスにおけるスラリー状液体の膜分離処理、特に発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等における膜分離処理の前処理として、又は用水処理や海水処理等の前処理として液中の異物を除去する際に用いられる流体濾過装置に関する。

各種産業分野の製造プロセスにおいて、スラリー状液体の膜分離処理を行うに際しては、分離膜の保護や分離膜の目詰まり防止を目的として、液中の異物を膜分離処理工程の前に除去しておく前処理工程を行うことが一般的である。例えば、食品や医薬品の分野において、発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等には有機膜や無機膜を用いた膜分離処理が採用されている。膜分離の対象となる被処理液体中には、膜の目詰まりや劣化、損傷の原因となり得る異物が、製造工程で混入してきたり、もともと原材料中に含まれていたりするため、膜分離処理工程の前に液中の異物を除去する必要がある。また、井水等から懸濁物を除去する用水処理や、海水中のプランクトンを除去する海水処理等の処理においても、精密濾過工程の前に、原水に由来する異物を除去する前工程を設ける必要がある。

一般に、被処理液体中に含まれる懸濁物質や溶解成分の分離・除去には、凝集、沈殿、浮上、濾過、生物処理等の水処理技術が、用途に応じて単独または組み合わせで使用されてきた。このように用途に合わせた最適な技術の組合せによって水処理を行うためには、薬品や電力及び複雑な仕組みと制御が必要であり、また高度な専門技術や高額な設備投資が必要であった。

そこで、従来、前述のような異物を除去するために、筒状の容器内に濾過体を配置し、容器の一端側から被処理液体を導入して濾過体を通過させ、容器の他端側から濾過処理済みの液体を取り出す、簡易濾過器が使用されている。一例としては、開放式のロータリースクリーンや、密閉して加圧により液体を濾過するバッグフィルター、長繊維濾過器などが挙げられる。このような濾過器は、構成が簡単で保守管理性に優れ、かつ安価に提供されるため、各種産業分野の製造プロセスに適用し易いという利点を有している。

一方、前述の従来型の濾過器においては、固形物の分離には効果を奏するものの、被処理液体中に溶存している異物に対しては効果が期待できない。また、濾過処理を継続的に行うことにより濾過体の濾過面に被処理液体から分離された異物が付着し、濾過体の目詰まりを引き起こすため、濾過処理を継続し得なくなるという問題がある。このような場合には、濾過処理済みの液体を取り出す側から被処理液体の導入側に向かって濾過体を洗浄する逆洗浄を行うことにより、濾過面に付着した異物を剥離して除去することが行われている。例えば、特許文献１には、ケーシング内部にフィルターを設置し、ケーシング内壁とフィルター外壁に囲まれた部分を濾過前室、フィルター内部を濾過後室とした濾過装置において、多数の吹き出し孔が形成されている直管状のノズルを備えた洗浄機構を濾過後室に設け、当該洗浄機構から高圧洗浄水をフィルターに向けて噴出させて、フィルターに付着した異物を洗い流す技術が記載されている。

特開平６−２０５９０６号公報

しかしながら、従来型の濾過器では、前述のような逆洗浄を行っても濾過性能の回復効果は低く、濾過体の汚染が激しい場合には人手による洗浄作業を要するため、洗浄に手間がかかるという問題があり、特に、濾過体の表面に異物がこびり付き易い被処理液体の濾過には不適当であった。また、濾過体を使い捨てのものとし、洗浄作業を不要とすることも考えられるが、交換作業の手間の問題や、消耗品としての濾過体の費用、使用済み濾過体を廃棄物として処理する費用等が嵩むというコスト面の問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異物が濾過体の濾過面に付着することを抑制するとともに濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制し、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる濾過装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第一に、本発明は、被処理液体が気液混合状態となるように、前記被処理液体に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置と、前記微細気泡発生装置から前記被処理液体を導入する流入口と、前記被処理液体を濾過処理した処理済み液体を排出する流出口と、濾過処理によって前記被処理液体より分離された分離対象物を含む濃縮液を排出する排出口とを備えたケーシングと、前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように前記ケーシング内部に装着され、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている濾過体と、を備えており、前記流入口は前記被処理液体を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理液体を導入することを特徴とする濾過装置を提供する（発明１）。なお、本願において、濾過処理した処理済み液体とは、被処理液体が濾過体を通過することによって濾過処理され、異物等の分離対象物が分離された後の液体をいう。

上記発明（発明１）によれば、微細気泡発生装置によって被処理液体は微細気泡を包含した気液混合状態でケーシング内部に導入され、導入された被処理液体が濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動することにより、被処理液体中の油分、蛋白成分、微粒子等の異物が被処理液体中の微細気泡に付着して被処理液体の表層に泡沫として浮上するため、異物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制することができる。また、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物が、濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体の下部表面に蓄積されていくため、分離された異物等の分離対象物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制することができる。また、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を多く含む濃縮液を、濾過処理運転中であっても濾過体下部から排出することができるため、当該分離対象物を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要がなくなり、連続的に濾過処理運転を行うことができる。

上記発明（発明１）において、前記微細気泡発生装置はエジェクターであることが好ましい（発明２）。

上記発明（発明１，２）において、前記濾過体の前記第二室側濾過面に対して気体を噴出する気体供給機構と、前記気体及び前記処理済み液体を前記第二室から前記微細気泡発生装置へと供給する循環ラインとを更に備えていることが好ましい（発明３）。

上記発明（発明３）によれば、気体供給機構から濾過体の第二室側濾過面に噴出された気体が濾過体を振動させることによって、分離された異物等の分離対象物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制するとともに、気体を含有した処理済み液体が循環ラインによって微細気泡発生装置へと供給されることによって、ケーシング内の不要なガス成分を微細気泡発生装置において被処理液体に包含させる気体として再利用することができる。

上記発明（１〜３）において、前記ケーシングは上部中央に泡沫排出口を備えていることが好ましい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、被処理液体中の油分、蛋白成分、微粒子等の異物が被処理液体中の微細気泡に付着し、被処理液体の表層に浮上した泡沫を系外へと排出することができるため、当該泡沫を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要がなくなり、連続的に濾過処理運転を行うことができる。

上記発明（１〜４）において、前記濾過体は逆円錐台形状であることが好ましく（発明５）、前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って周方向に移動し、前記濾過体の前記第一室側濾過面上を摺動する剥離部材を更に備えていることが好ましい（発明６）。

上記発明（発明６）によれば、剥離部材が濾過体の第一室側濾過面上を摺動することにより、濾過体の第一室側濾過面に付着した異物等の分離対象物を剥離部材が剥離除去するため、濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。剥離除去された異物は濾過体下部に接続された排出口から排出される。

上記発明（発明６）において、前記剥離部材は回転可能な支持部材に支持されていることが好ましく（発明７）、前記支持部材は前記濾過体の中心軸上に延設された棒状部材であることが好ましい（発明８）。また、前記支持部材の上部には前記支持部材と直交するように板状部材が設けられていることが好ましい（発明９）。

上記発明（発明９）によれば、濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動する被処理液体によって板状部材が支持部材を回転軸にして押し回され、その板状部材に連動して支持部材が回転するため、特にモータ等の駆動源を要することなく支持部材を回転させることができる。その結果、被処理液体による旋回流のみを動力源として、支持部材に支持されている剥離部材を濾過体の第一室側濾過面上で摺動させることができる。

上記発明（発明３）において、前記第二室内には微生物を担持させた生物担持担体が浮遊している生物処理区画が設けられており、前記生物担持担体を前記気体供給機構から噴出された前記気体によって流動させ、もって有機物その他の不純物を除去するようにしてもよい（発明１０）。

上記発明（発明１０）によれば、濾過体によって分離することができない被処理液体中の溶存成分（有機物、アンモニア、亜硝酸、炭酸ガス等）や微生物を、微生物を担持させた生物担持担体によって酸化除去することができる。

上記発明（発明１０）において、前記生物処理区画は、前記生物担持担体の径よりも小さい孔径を有する網状部材と前記ケーシング内壁とによって区画されており、前記流出口及び前記循環ラインへの供給口は前記生物処理区画外に位置していることが好ましい（発明１１）。

上記発明（発明１１）によれば、処理済み液体の流出口と循環ラインへの供給口とが生物処理区画外に位置していることにより、生物処理区画から生物担持担体が流出することがない。

第二に、本発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の濾過装置と、前記濾過装置の前記排出口に接続された濃縮液処理装置と、を備えた濾過システムを提供する（発明１２）。

上記発明（発明１２）において、前記濃縮液処理装置は、粗濾過手段と、好気性生物処理手段と、嫌気性生物処理手段と、を備えており、前記濃縮液処理装置による処理を終えた処理済み濃縮液は、気体と混合された上で前記微細気泡発生装置へと循環されてもよい（発明１３）。

上記発明（発明１２，１３）によれば、濾過装置より排出された、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を多く含む濃縮液をそのまま廃棄することなく、濃縮液処理装置によって粗濾過した後、生物処理することによって再利用可能な状態にまで処理することができる。処理後の液体を気体と混合して微細気泡発生装置へと循環させれば、循環型濾過システムとすることができる。

本発明の濾過装置によれば、異物が濾過体の濾過面に付着することを抑制するとともに濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制し、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る濾過システムを示す概略構成図である。 同実施形態に係る濾過装置を示す正面一部断面図である。 同濾過装置が濾過処理運転時にあるときの状態を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る濾過システム１は、濾過装置本体１００及びエジェクター１１０から構成される濾過装置１０と、殺菌処理筒２００と、濃縮液処理装置３００と、とから構成されている。

図２に示すように、本実施形態に係る濾過装置本体１００は、濾過体３０が内部に装着されたケーシング２０に、被処理液体流入管４０、処理済み液体流出管５０、排出管６０、気体導入管７０、循環ライン１３０及び泡沫排出管２３１が接続されて構成されている。被処理液体流入管４０及び循環ライン１３０にはエジェクター１１０が、処理済み液体流出管５０には殺菌処理筒２００が、排出管６０には濃縮液処理装置３００がそれぞれ接続されている。

ケーシング２０は、上部が開口している有底円筒状の容器本体２１と、容器本体２１の上部開口部を閉塞するように容器本体２１に装着される半球形状の容器蓋部２２とから構成されている。容器蓋部２２の中央頭頂部にはケーシング２０内液体の表層部に浮上してくる泡沫を排出可能な泡沫排出口２３が設けられており、泡沫排出口２３には泡沫排出管２３１が接続されている。容器蓋部２２の形状を中央部分に高さを持たせた形状とし、最も高い部分に泡沫排出口２３を設けることにより、ケーシング２０内液体の表層部に浮上してくる泡沫をケーシング２０外へと排出しやすくなっている。なお、容器蓋部２２の形状は半球形状でなくともよく、例えば円錐台形状であってもよい。

濾過体３０は、柔軟性のある濾材を用いて形成された逆円錐台形状の布体である。濾過体３０に用いられる濾材の原材料としては、例えば、ナイロンやポリエステル等の有機合成品からなる化学繊維や綿等の天然繊維等を用いた不織布又は織布等が挙げられる。ポリイミドや炭素繊維、金属製繊維等を用いた織布を濾材の原材料としてもよい。濾過体３０の上下端部はいずれも開口している。

濾過体３０に用いられる濾材の孔径（メッシュ）は濾過対象に応じて適宜選定されるが、１〜１０００μｍであることが好ましい。これは、濾過体の孔径が１μｍ未満では濾過処理に要する時間が増大し、濾過体の孔径が１０００μｍを超えると固形物が濾過処理した処理済み液体に漏れてしまい、処理済み液体の水質が悪化してしまうことによる。濾過体の孔径を１〜１０００μｍとすることにより、過剰な時間をかけることなく、処理済み液体に要求される水質基準を満足する濾過処理を行うことができる。

濾過体３０は、ケーシング２０の容器本体２１の上部内壁に沿って設けられた環状の取付部材３１に濾過体３０の上端部を取り付けることにより、ケーシング２０内部に装着される。環状の取付部材３１は容器本体２１の上部内壁に対して着脱可能な構造となっている。また、取付部材３１には、濾過体３０を破損から保護するために、取付部材３から鉛直方向下方に向かって、かつ濾過体３０を取り囲むように円筒状の保護スクリーン３３が取り付けられている。

さらに、濾過体３０の下端部には接続部材３２が取り付けられており、接続部材３２は排出管６０の排出口６２に着脱自在に接続されている。接続部材３２は、接続部材３２が排出管６０に接続されている状態で濾過体３０内に被処理液体を供給して旋回流動させる際にも排出管６０から外れることがない一方で、容器本体２１上部から濾過体３０内側に手を入れて、排出管６０から着脱することができる構造となっている。

このように濾過体３０をケーシング２０内部に装着することにより、ケーシング２０内部は濾過体３０によって第一室２Ａと第二室２Ｂとに区画されていることとなる。また、濾過体３０は、ケーシング２０の容器蓋部２２を容器本体２１から取り外した上で、取付部材３１を容器本体２１の上部内壁より取り外すとともに接続部材３２を排出管６０より取り外すことにより、容器本体２１の上部開口部よりケーシング２０外部に取り出すことができる。

被処理液体流入管４０は、被処理液体をケーシング２０に導入するものであり、ケーシング２０の容器本体２１の上部においてケーシング２０に接続されている。本実施形態においては、被処理液体流入管４０は容器本体２１の上部内壁に設けられた取付部材３１よりも上側に接続されており、被処理液体流入管４０の流入口４２は、第一室２Ａに位置するとともに、濾過体３０の平面視接線方向に向かって開口している。このように被処理液体流入管４０をケーシング２０に接続し、流入口４２を開口させたことにより、被処理液体流入管４０から被処理液体をケーシング２０内に放出した場合に、被処理液体を濾過体３０の内側の濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させることができる。

被処理液体流入管４０にはエジェクター１１０が接続されている。エジェクター１１０は被処理液体の噴流による負圧を利用して他の液体や気体、気液混合体を吸引する構造となっており、エジェクター１１０には、被処理液体流入管４０以外に被処理液体供給管１２０と循環ライン１３０とが接続されている。循環ライン１３０のエジェクター１１０が接続されている側と逆側の一端は、容器本体２１の上部内壁に設けられた取付部材３１よりもやや下側に接続されており、循環ライン１３０の供給口１３１は第二室２Ｂに位置している。循環ライン１３０は気体を含有した処理済み液体をエジェクター１１０へと循環供給するためのラインであり、ケーシング２０内の不要なガス成分をエジェクター１１０において被処理液体に包含させる気体として再利用することができる。

エジェクター１１０が被処理液体を導入するライン上に設けられていることにより、被処理液体は微細気泡を包含した気液混合状態でケーシング内部に導入される。導入された被処理液体が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動することにより、被処理液体中の油分、蛋白成分、微粒子等の異物が被処理液体中の微細気泡に付着して被処理液体の表層に泡沫として浮上するため、異物が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着することを抑制することができる。浮上した泡沫は、前述のように、泡沫排出口２３から排出されるため、当該泡沫を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要はなく、連続的に濾過処理運転を行うことができる。

処理済み液体流出管５０は、被処理液体を濾過処理した処理済み液体をケーシング２０から排出するものであり、ケーシング２０の容器本体２１の下部においてケーシング２０に接続されている。処理済み液体流出管５０の途中には処理済み液体のケーシング２０からの流出を制御する流出バルブ５１が備えられており、流出バルブ５１を開栓すると処理済み液体がケーシング２０から流出し、流出バルブ５１を閉栓することにより流出が遮断される。また、本実施形態においては、処理済み液体流出管５０は容器本体２１の下部に接続されているが、このように処理済み液体流出管５０をケーシング２０に接続したことにより、処理済み液体流出管５０の流出口５２は第二室２Ｂに位置していることになる。

以上のような濾過体３０、被処理液体流入管４０、及び処理済み液体流出管５０の構造により、被処理液体流入管４０よりケーシング２０内に流入した被処理液体を濾過体３０によって濾過し、濾過処理済み液体を処理済み液体流出管５０からケーシング２０外部に流出させるという濾過機能を濾過装置１に持たせることができる。濾過体３０によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物は、濾過体３０の第一室２Ａ側の濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体３０の下部表面に蓄積されていく。

排出管６０は、濾過体３０によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む濃縮液をケーシング２０から排出するものであり、ケーシング２０の容器本体２１の底部ほぼ中央においてケーシング２０に接続されている。排出管６０の途中には異物等の分離対象物を含む濃縮液のケーシング２０からの排出を制御する排出バルブ６１が備えられており、排出バルブ６１を開栓すると異物等の分離対象物を含む濃縮液がケーシング２０から排出され、排出バルブ６１を閉栓することにより排出が遮断される。

排出管６０は、ケーシング２０内部にその一部が位置し、ケーシング２０内部からケーシング２０外部に向かって鉛直方向下向きに延出している。排出管６０は、容器本体２１の下で水平方向に向きを変えて延設されている。排出管６０の排出口６２には、前述のように、濾過体３０が接続部材３２を介して接続されている。このように排出管６０をケーシング２０及び濾過体３０に接続したことにより、濾過体３０によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む濃縮液を排出管６０より排出することができる。

気体導入管７０は、ケーシング２０内部に供給する気体をケーシング２０外部から導入するものであり、ケーシング２０の容器本体２１の下部においてケーシング２０に接続され、そのまま容器本体２１内部にまで延出している。気体導入管７０の途中にはケーシング２０への気体の供給を制御する気体導入バルブ７１が備えられており、気体導入バルブ７１を開栓すると気体がケーシング２０へ供給され、気体導入バルブ７１を閉栓することにより供給が遮断される。

気体導入管７０の容器本体２１内部に位置する端部には、環状の気体噴出管８０が接続されており、気体噴出管８０は排出管６０の排出口６２近傍を取り囲むように設置されている。また、気体噴出管８０には、濾過体３０の第二室２Ｂ側濾過面に向かって気体を噴出する複数の気体噴出孔８１が形成されている。このように複数の気体噴出孔８１が形成された気体噴出管８０を設置することにより、濾過体３０に対して気体を噴出すると気泡が液体中を濾過体３０に沿って上昇し、もって濾過体３０を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体３０の濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体３０の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。

容器本体２１内部には濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着する異物等の分離対象物を剥離除去するための異物剥離機構９０が設けられている。異物剥離機構９０は、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に沿って周方向に移動し、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面上を摺動する二つのブラシ状の剥離翼９１と、二枚の剥離翼９１を連結する上下二つの連結部材９２と、容器本体２１の中心軸上すなわち濾過体３０の中心軸上に設けられた棒状の回転軸部材９３と、回転軸部材９３に連結された板状の旋回翼９４と、回転軸部材９３を容器本体２１内において回転可能な状態で支持する上下二つの軸受部材９５とから構成されている。剥離翼９１は、棒状の芯部材に可撓性材料を用いてなる柔らかいブラシを植え付けたものである。

二枚の剥離翼９１と二つの連結部材９２とは、図２に示すように、正面視台形形状となるように、かつ剥離翼９１が芯部材を回転軸として回転可能なように連結されており、二つの連結部材９２の中央において回転軸部材９３が連結されている。回転軸部材９３のやや上側、具体的には上側の連結部材９２が連結されている箇所のやや上側に、回転軸部材９３とは直交するように旋回翼９４が備え付けられている。上側の軸受部材９５は、脚が容器蓋部２２の上部中央において泡沫排出口２３を囲むような形で固定されており、下側の軸受部材９５は、脚が濾過体３０最下部の排出口６２の内側部に固定されている。

濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動する被処理液体によって旋回翼９４が回転軸部材９３を回転軸にして押し回されると、旋回翼９４に連動して回転軸部材９３が回転する。回転軸部材９３が回転すれば、回転軸部材９３に連結された連結部材９２及び剥離翼９１も回転軸部材９３を回転軸にして回転運動する。これによって、特にモータ等の駆動源を要することなく、被処理液体による旋回流のみを動力源として、剥離翼９１が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面上を摺動することが可能となり、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着した異物等の分離対象物は剥離翼９１によって剥離除去されるため、濾過体３０の濾過面に付着した異物が濾過体３０の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。剥離除去された異物は濾過体３０下部に接続された排出口６２から排出される。なお、剥離翼９１は、その芯部材を回転軸として回転しながら濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面上を摺動するため、濾過面において抵抗が生じることもない。

ケーシング２０内部には、二枚のドーナツ板形状の網状部材２４、２５とケーシング２０の内壁とによって区画された生物処理区画２Ｃが設けられている。生物処理区画２Ｃは第二室２Ｂ内の一部区画である。上側網状部材２４はその外周がケーシング２０の内壁に接し、その内周は濾過体３０の第二室２Ｂ側濾過面に接するように、ケーシング２０内部の略中央付近、気体導入管７０及び気体噴出管８０よりも上側であって循環ライン１３０の供給口１３１よりも下側に水平に設置されている。下側網状部材２５はその外周がケーシング２０の内壁に接し、その内周は排出管６０に接するように、ケーシング２０内部の底部付近、気体導入管７０及び気体噴出管８０よりも下側であって処理済み液体の流出口５２よりも上側に水平に設置されている。

上側網状部材２４、下側網状部材２５、濾過体３０及びケーシング２０の内壁によって区画された生物処理区画２Ｃ内には微生物を担持させた生物担持担体（図示せず）が収納されており、気体噴出管８０から噴出された気体によって生物担持担体が生物処理区画２Ｃ内を浮遊流動することによって、濾過体３０によって分離することができない被処理液体中の溶存成分（有機物、アンモニア、亜硝酸、炭酸ガス等）や微生物が酸化除去される。上側網状部材２４及び下側網状部材２５の孔径（メッシュ）は生物担持担体の径よりも小さく、処理済み液体の流出口５２及び循環ライン１３０への供給口１３１はいずれも生物処理区画２Ｃ外に位置しているため、生物処理区画２Ｃから生物担持担体が流出することはない。

排出管６０の排出口６２とは逆側の一端には濃縮液処理装置３００が接続されており、濃縮液処理装置３００は、粗濾過部３１０と、好気性生物処理部３２０と、嫌気性生物処理部３３０とを備えている。濾過体３０によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む濃縮液は排出口６２から濃縮液処理装置３００へと流入し、まず粗濾過部３１０において粗濾過処理が行われ、次いで好気性生物処理部３２０及び嫌気性生物処理部３３０にて生物処理が行われる。その結果、濃縮液は再利用可能な状態にまで処理される。

処理済み液体流出管５０の流出口５２とは逆側の一端には殺菌処理筒２００が接続されている。濾過装置１００にて濾過処理された処理済み液体が処理済み液体流出管５０を経て殺菌処理筒２００に供給され、殺菌処理筒２００内に挿入されたＵＶ殺菌管やオゾン発生管によって殺菌処理が行われる。殺菌処理済み液体は殺菌処理済み液体流出管２１０より系外に送られる。

このように構成された濾過システム１を用いて濾過処理運転を行う場合、次のようにして実施される。まず、流出バルブ５１、排出バルブ６１及び気体導入バルブ７１を閉栓した状態で、被処理液体供給管１２０からエジェクター１１０に被処理液体を供給し、エジェクター１１０において気液混合状態となった被処理液体を被処理液体流入管４０からケーシング２０に導入して濾過処理を開始する。被処理液体が容器本体２１に充填されると濾過装置本体１００は濾過処理運転を開始する。

続いて、図３に示すように、流出バルブ５１、排出バルブ６１及び気体導入バルブ７１を開栓し、濾過装置本体１００は安定運転状態に入る。このとき、ケーシング２０内では濾過体３０の内側の濾過面に沿って渦巻状の旋回流が発生している。

流出バルブ５１を開栓すると、濾過体３０を通過して濾過処理された処理済み液体が、処理済み液体流出管５０を経て殺菌処理筒２００へと排出される。濾過体３０を通過できない異物等の分離対象物は、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に滞留する。

排出バルブ６１を開栓すると、渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体３０の下部表面に蓄積された異物等の分離対象物が、排出管６０を経て濾過装置本体１００の外部へ排出される。

気体導入バルブ７１を開栓すると、気体が気体導入管７０を経て気体噴出管８０に供給され、気体噴出管８０に設けられた複数の気体噴出孔８１から濾過体３０の第二室２Ｂ側濾過面に対して気体が噴出する。その結果、噴出した気体が液体中で気泡化するとともに当該気泡が液体中を濾過体３０に沿って上昇し、もって濾過体３０を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体３０の目詰まりを引き起こすことを抑制する。

一方、被処理液体は気液混合状態でケーシング２０に導入されているため、被処理液体中の油分、蛋白成分、微粒子等の異物は被処理液体中の微細気泡に付着して被処理液体の表層に泡沫として浮上する。これにより、異物が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着することを抑制することができる。浮上した泡沫は徐々に容器蓋部２２の内部に蓄積していくが、蓄積した泡沫が最上部にまで達すると泡沫排出口２３から泡沫排出管２３１を経て系外へと排出される。

濾過体３０を第二室２Ｂ側へと通過した処理済み液体は、生物処理区画２Ｃにおいて、濾過体３０によって分離することができない被処理液体中の溶存成分（有機物、アンモニア、亜硝酸、炭酸ガス等）や微生物が酸化除去される。

また、気体を含有した処理済み液体の一部は循環ライン１３０を経てエジェクター１１０へと循環供給される。これにより、ケーシング２０内の不要なガス成分をエジェクター１１０において被処理液体に包含させる気体として再利用することができる。

異物等の分離対象物の中には付着性のあるものもあり、そのような異物は、気泡によって濾過体３０を振動させても、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面への付着を防ぐことができない。一方、ケーシング２０内には濾過体３０の内側の濾過面に沿って渦巻状の旋回流が発生しているため、この旋回流によって旋回翼９４が回転軸部材９３を回転軸にして押し回される。旋回翼９４に連動して回転軸部材９３が回転し、回転軸部材９３が回転すれば、回転軸部材９３に連結された連結部材９２及び剥離翼９１も回転軸部材９３を回転軸にして回転運動するため、剥離翼９１が濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面上を摺動し、濾過体３０の第一室２Ａ側濾過面に付着した異物等の分離対象物は剥離翼９１によって剥離除去される。これによって、濾過体３０の濾過面に付着した異物が濾過体３０の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。剥離除去された異物は濾過体３０下部に接続された排出口６２から排出される。

排出管６０を経て濾過装置本体１００外部へと排出された濃縮液は濃縮液処理装置３００へと流入する。流入した濃縮液はまず粗濾過部３１０において粗濾過処理が行われ、次いで好気性生物処理部３２０及び嫌気性生物処理部３３０にて生物処理が行われる。その結果、濃縮液は再利用可能な状態にまで処理される。この再利用可能な状態にまで処理された濃縮水をエジェクター１１０へと供給してもよい。

濾過体３０を通過して濾過処理された処理済み液体は、処理済み液体流出管５０を経て殺菌処理筒２００へと排出され、殺菌処理筒２００内に挿入されたＵＶ殺菌管やオゾン発生管によって殺菌処理が行われる。殺菌処理済み液体は殺菌処理済み液体流出管２１０より系外に送られる。

このように、本実施形態に係る濾過システム１／濾過装置１０によれば、異物等の分離対象物が濾過体３０の濾過面に付着することを抑制するとともに濾過体の濾過面に付着した異物等の分離対象物を剥離除去することにより異物等の分離対象物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制することができるため、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる。本実施形態に係る濾過システム１／濾過装置１０は、既存の循環処理プロセスにおいて新たな動力を使用することなく、また薬品等を使用することなく、簡単かつコンパクトな構成で被処理液体中の異物や溶解成分を効率的に除去することができ、しかも連続濾過運転が可能であり、濾過体の連続剥離洗浄をも可能している。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本実施形態に係る濾過システム１／濾過装置１０は、各種産業分野の製造プロセスにおけるスラリー状液体の膜分離処理、特に発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等における膜分離処理の前処理として液中の異物を除去する際に用いられる濾過システム／装置として、膜分離工程の前段に容易に組み込むことができるため、工業的に極めて有用である。

また、濾過体３０に用いられる濾材のメッシュを好適に選定することにより、特定の粒子径以上の粒子を除去することも可能となり、比較的異物混入が少ない井水等から懸濁物を除去する用水処理や、海水中のプランクトンを除去する海水処理、植物工場での養液栽培の養液の循環処理等の処理において、容易かつ安価に組み込むことができるため、作業性の改善に大いに役立つ。

さらに、精密濾過装置を用いた工程の前工程に濾過システム１／濾過装置１０を用いることにより、高価な濾過膜や保安フィルターの寿命を延ばし、廃棄物を削減することができるため、本実施形態に係る濾過装置１は環境保全の観点でも高い効果を奏する。

本発明は、各種液体を継続的に濾過処理するために有用である。

１…濾過システム
１０…濾過装置
１００…濾過装置本体
１１０…エジェクター
１２０…被処理液体供給管
１３０…循環ライン
１３１…供給口
２０…ケーシング
２１…容器本体
２２…容器蓋部
２３…泡沫排出口
２３１…泡沫排出管
２４…上側網状部材
２５…下側網状部材
２Ａ…第一室
２Ｂ…第二室
２Ｃ…生物処理区画
３０…濾過体
３１…取付部材
３２…接続部材
３３…保護スクリーン
４０…被処理液体流入管
４２…流入口
５０…処理済み液体流出管
５１…流出バルブ
５２…流出口
６０…排出管
６１…排出バルブ
６２…排出口
７０…気体導入管
７１…気体導入バルブ
８０…気体噴出管
８１…気体噴出孔
９０…異物剥離機構
９１…剥離翼（剥離部材）
９２…連結部材
９３…回転軸部材（支持部材、棒状部材）
９４…旋回翼（板状部材）
９５…軸受部材
２００…殺菌処理筒
２１０…殺菌処理済み液体流出管
３００…濃縮液処理装置
３１０…粗濾過部
３２０…好気性生物処理部
３３０…嫌気性生物処理部

Claims (13)

1. 被処理液体が気液混合状態となるように、前記被処理液体に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置と、
   前記微細気泡発生装置から前記被処理液体を導入する流入口と、前記被処理液体を濾過処理した処理済み液体を排出する流出口と、濾過処理によって前記被処理液体より分離された分離対象物を含む濃縮液を排出する排出口とを備えたケーシングと、
   前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように前記ケーシング内部に装着され、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている濾過体と、を備えており、
   前記流入口は前記被処理液体を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理液体を導入することを特徴とする濾過装置。
2. 前記微細気泡発生装置はエジェクターであることを特徴とする、請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記濾過体の前記第二室側濾過面に対して気体を噴出する気体供給機構と、
   前記気体及び前記処理済み液体を前記第二室から前記微細気泡発生装置へと供給する循環ラインとを更に備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の濾過装置。
4. 前記ケーシングは上部中央に泡沫排出口を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濾過装置。
5. 前記濾過体は逆円錐台形状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の濾過装置。
6. 前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って周方向に移動し、前記濾過体の前記第一室側濾過面上を摺動する剥離部材を更に備えていることを特徴とする、請求項５に記載の濾過装置。
7. 前記剥離部材は回転可能な支持部材に支持されていることを特徴とする、請求項６に記載の濾過装置。
8. 前記支持部材は前記濾過体の中心軸上に延設された棒状部材であることを特徴とする、請求項７に記載の濾過装置。
9. 前記支持部材の上部には前記支持部材と直交するように板状部材が設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の濾過装置。
10. 前記第二室内には微生物を担持させた生物担持担体が浮遊している生物処理区画が設けられており、
    前記生物担持担体を前記気体供給機構から噴出された前記気体によって流動させ、もって有機物その他の不純物を除去することを特徴とする、請求項３に記載の濾過装置。
11. 前記生物処理区画は、前記生物担持担体の径よりも小さい孔径を有する網状部材と前記ケーシング内壁とによって区画されており、
    前記流出口及び前記循環ラインへの供給口は前記生物処理区画外に位置していることを特徴とする、請求項１０に記載の濾過装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の濾過装置と、
    前記濾過装置の前記排出口に接続された濃縮液処理装置と、を備えた濾過システム。
13. 前記濃縮液処理装置は、粗濾過手段と、好気性生物処理手段と、嫌気性生物処理手段と、を備えており、
    前記濃縮液処理装置による処理を終えた処理済み濃縮液は、気体と混合された上で前記微細気泡発生装置へと循環されることを特徴とする、請求項１２に記載の濾過システム。

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