JP2017039086A

JP2017039086A - ろ過装置

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Publication number: JP2017039086A
Application number: JP2015162154A
Authority: JP
Inventors: 佑一郎常松; Yuichiro Tsunematsu
Original assignee: Japan Thread Co Ltd
Current assignee: Japan Thread Co Ltd
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: WO2017030069A1; JP6244339B2

Abstract

【課題】浄水場のろ過システムに適用可能な、安価で高性能なろ過装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、流体に含まれる微粒子を除去するろ過装置（１）であって、各々が織布から成り、積層される複数のろ材（２０）と、複数のろ材を、流体の正方向の流れによって当該正方向に圧密する圧密機構（１０）と、複数のろ材を、流体の逆方向の流れによって当該逆方向に互いに間隔を空けて保持する保持機構（３０）と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、水などの流体に含まれる微粒子等を除去するろ過装置に関する。

上水道において水道水を造る方式は、従来から緩速ろ過、急速ろ過等の方式が用いられている。前記緩速ろ過方式は、原水がろ過層を形成する砂粒子の表面の藻類や微生物により阻止分解処理され、急速ろ過方式は原水が凝集剤によって沈殿処理され、最終的には次亜塩素酸ソーダによって滅菌処理されて安全な飲料水となる。

しかし、原水中にクリプトスポリジウム原虫とジアルジア原虫（以下「クリプト等」という。）が含まれていた場合、クリプト等は滅菌用の次亜塩素酸ソーダでは死滅しない。そのため、クリプト等を除去するためには、（１）クリプト等の大きさよりも目の細かい膜やフィルタ等のろ材でろ過する手段（ろ過装置）、（２）オゾン処理、紫外線照射、もしくは電気的な感電等の手段（以下、「紫外線等」という。）等の手段を採用する必要がある。

ろ過装置は、ろ材で微粒子等を濾して除去するものであり、除去（阻止）した微粒子等が堆積した場合には、システムを一旦停止させて、通常のろ過とは異なる反対の方向から水や空気を逆に流すことによって前記除去した汚れ等を系外へ排除・排出して、目詰まり状態を解消している。このような操作や工程を「逆洗（逆流洗浄）」と云い、この操作を自動的（もしくは手動）かつ連続的に行うことによって、長期的にろ過を続けることができる。

なお、緩速ろ過方式、急速ろ過方式は、水道法によって水道水のろ過方式として認知されているが、これらの方式以外にも糸巻フィルタによるろ過方式（糸巻ろ過）がある（特許文献１参照）。

特開２００６−２８１１５３号公報

特許文献１に記載の糸巻フィルタによるろ過方式は安価であるが、浄水場を管理監督する全国の自治体において維持管理費の削減は恒久的な課題であり、特許文献１に記載の糸巻フィルタによるろ過方式の他にも、安価で高性能なろ過装置の開発を望む声は大きい。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、浄水場のろ過システムに適用可能な、安価で高性能なろ過装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、流体に含まれる微粒子を除去するろ過装置であって、各々が織布から成り、積層される複数のろ材と、前記複数のろ材を、前記流体の正方向の流れによって当該正方向に圧密する圧密機構と、前記複数のろ材を、前記流体の逆方向の流れによって当該逆方向に互いに間隔を空けて保持する保持機構と、を有することを特徴とする。本発明では、前記複数のろ材が前記圧密機構により圧密されることで、前記流体に含まれる微粒子が除去され、前記複数のろ材が前記保持機構により互いに間隔を空けて保持されることで、前記複数のろ材の逆流洗浄が行われる。ここで、前記複数のろ材は互いに一定の間隔を空けて保持されるのが好ましい。

また、本発明は、上記構成において、前記圧密機構として、抵抗板を備え、前記抵抗板は、前記流体の正方向の流れに対向する向きに変位し、当該流体の流れを利用して前記複数のろ材を圧密すると共に、前記流体の逆方向の流れに沿うように変位して前記複数のろ材の圧密を解除することを特徴とする。

また、本発明は、上記構成において、前記保持機構として、重なり合う前記ろ材同士を繋ぐ連結部材を備え、前記連結部材は、前記複数のろ材が圧密された状態では重なり合う前記ろ材の間で折り畳まれ、前記流体が逆方向に流れることにより前記複数のろ材が前記連結部材により互いに間隔を空けた状態に保持されることを特徴とする。

また、本発明は、上記構成において、前記圧密機構として、前記複数のろ材を圧密する円環状部材と、前記円環状部材の中央部を塞ぐように設けられた網目状部材と、前記網目状部材に取り付けられ、前記流体の流れに応じて変位する抵抗板と、前記円環状部材に取り付けられた浮力体と、を備え、前記保持機構として、重なり合う前記ろ材同士を繋ぐ連結部材を備え、前記抵抗板が前記流体の正方向の流れに対向する向きに変位して前記網目状部材の網目を塞ぐことで、前記円環状部材が前記浮力体の浮力に抗して前記複数のろ材を前記正方向に圧密した状態に保持し、前記抵抗板が前記流体の逆方向の流れに沿うように変位することにより前記複数のろ材の圧密が解除され、前記円環状部材が前記浮力体の浮力を受けて、前記複数のろ材を前記連結部材を介して互いに間隔を空けた状態に保持することを特徴とする。

また、本発明は、上記構成において、積層される前記複数のろ材のうち、前記流体の正方向の流れの下流側にある前記ろ材の方が上流側にある前記ろ材より粗さが細かいことを特徴とする。

本発明によれば、浄水場のろ過システムに適用可能な、安価で高性能なろ過装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るろ過装置を組み込んだ洗浄システムの概略構成図。図１に示すろ過装置のろ過中の状態における内部構成を示す図。図１に示すろ過装置の逆洗中の状態における内部構成を示す図。（ａ）はろ過布の平面図、（ｂ）はフリル付きのろ過布の平面図。（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。ろ過中の状態における保持機構の詳細を示す構成図。逆洗中の状態における保持機構の詳細を示す構成図。（ａ）は圧密機構を表側から見た全体構成図、（ｂ）は圧密機構を裏側から見た全体構成図。（ａ）はろ過中の状態における圧密機構の状態を示す図、（ｂ）は逆洗中の状態における圧密機構の状態を示す図。

以下、本発明に係るろ過装置の実施形態例について、図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るろ過装置１を組み込んだ原水の洗浄システムの概略構成図である。本実施形態に係るろ過装置１は、例えば上水道の前処理として使用され、図１に示すように、一次水槽１００と二次水槽２００との間に設置され、一次水槽１００との間を配管１３０を介して接続され、二次水槽２００との間を配管２３０を介して接続される。

一次水槽１００に貯留された原水は、ポンプ１１０により例えば０．０３〜０．０５ＭＰａの圧力で配管１３０を通ってろ過装置１に送り出され、ろ過装置１にて微粒子がろ過（除去）された後、配管２３０を通って二次水槽２００へと送り出される。また、配管１３０から分岐した配管１４０の先はピット３００へと繋がっており、後述するろ過装置１の逆洗の際に、二次水槽２００に設けられたポンプ２１０から送り出された原水が配管１４０を通ってピット３００へと回収されるようになっている。

なお、符号１２１、１２２、２２１、２２２はそれぞれ電磁弁であり、原水を一次水槽１００から二次水槽２００へと送り出す際には、電磁弁１２１と電磁弁２２１が開、電磁弁１２２と電磁弁２２２が閉に制御され、原水を二次水槽２００からピット３００へと逆流させる際には、電磁弁１２１と電磁弁２２１が閉、電磁弁１２２と電磁弁２２２が開に制御される。

次に、ろ過装置１の詳細について説明する。図２はろ過装置１のろ過中の状態における内部構成を示す図、図３はろ過装置１の逆洗中の状態における内部構成を示す図である。図２及び図３に示すように、ろ過装置１は、円筒型の容器本体４と、複数のろ過布（ろ材）２０と、複数のろ過布２０を圧密するための圧密機構１０と、各ろ過布２０を一定の間隔を空けた状態に保持する保持機構３０と、を備えている。

容器本体４は、ステンレス鋼から成り、その上部に原水の供給口２、その底部に原水の吐出口３が設けられ構成され、内部にろ過布２０、圧密機構１０、保持機構３０を収容している。本実施形態において、容器本体４は、直径約１６００ｍｍ、高さ約１８００ｍｍで構成されているが、材質や大きさ等は適宜設計すれば良い。また、容器本体４は上槽４ａと下槽４ｂとに分割可能に構成され、上槽４ａと下槽４ｂとは図示しないパッキンによりシールされている。

なお、下槽４ｂの吐出口３よりやや上方の位置には金網６が設置されており、この金網６の上にろ過布２０が図示しない針金等で括り付けられている。この金網６によって、ろ過布２０が吐出口３から漏出するのを防止している。また、上槽４ａの内部の上部にはストッパ５が設けられており、詳しくは後述するが、このストッパ５によって圧密機構１０の上方向の移動が規制される。

次に、ろ過布２０の構成について図４及び図５を用いて説明する。図４（ａ）はろ過布２０の平面図、図４（ｂ）はフリル２２付きのろ過布２０の平面図、図５（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。図４に示すように、ろ過布２０は、例えばアクリル繊維の織布から成り、１〜２ｍｍの網目を有する蚊帳のような織り方で織られており、容器本体４の内径より若干小さく薄い円盤状に形成される。本実施形態では、５０枚〜７０枚のろ過布２０が用いられている。なお、ろ過布２０の枚数、素材は、ろ過装置１の使用環境に応じて適宜選択することができる。

また、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、ろ過布２０の周縁は、全周に亘って補強布２１が縫い合わされている。この補強布２１により、ろ過布２０の周縁が容器本体４の内周面との接触により摩耗するのを防止できる。さらに、５０枚〜７０枚のろ過布２０のうちの一部のろ過布２０には、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、補強布２１の外周にフリル２２が縫いつけられている。

このフリル２２は、図５（ｂ）に示すように、やや撓んだ状態で容器本体４の内周面と接触する。これにより、ろ過布２０と容器本体４の内周面との隙間から微粒子がすり抜けていくのを防止できる。なお、このフリル２２付きのろ過布２０は、例えば１０枚毎に１枚の割合で積層すれば十分であるが、フリル２２付きのろ過布２０の割合は適宜決定すれば良い。

ここで、本実施形態では、供給口２側のろ過布２０より、吐出口３側のろ過布２０の方が、メッシュが細かくなるようにしている。つまり、ろ過中における原水の流れの上流側から下流側に行くに連れて、ろ過布２０の粗さを細かくして、ろ過精度を高めているのである。

次に、保持機構３０の構成について説明する。図６はろ過中の状態における保持機構３０の詳細を示す構成図、図７は逆洗中の状態における保持機構３０の詳細を示す構成図である。図６及び図７に示すように、上下方向に重なり合うろ過布２０同士は、連結布（連結部材）３１で繋がれている。連結布３１は例えばポリプロピレンから成り、アクリル繊維から成るろ過布２０と熱溶着３５により固定されている。勿論、熱溶着による固定以外にも糸等で縫い合わせる構成としても良い。

連結布３１は、例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の長さを有しており、図６に示すろ過中の状態では、自身がろ過布２０の間に折り畳まれているが、図７に示す逆洗中には、図７の下から上に向かって原水（逆洗水）が流れるため、各ろ過布２０は原水の流れの勢いで図７の上方向に一枚ずつ引き出されていき、連結布３１の長さと略等しい一定の間隔で保持される。これにより、各ろ過布２０の間に適度な隙間が生じるため、また、ろ過布２０は１〜２ｍｍの網目を有しているため、ろ過布２０とろ過布２０との間に堆積していた微粒子は逆洗により容易に除去されることとなる。

次に、圧密機構１０の構成について説明する。図８（ａ）は圧密機構１０を表側から見た全体構成図、図８（ｂ）は圧密機構１０を裏側から見た全体構成図、図９（ａ）はろ過中の状態における圧密機構１０の状態を示す図、図９（ｂ）は逆洗中の状態における圧密機構１０の状態を示す図である。図８に示すように、圧密機構１０は、円環状のフロート（円環状部材）１１と、フロート１１の中央部に形成された開口を塞ぐように設けられた金網（網目状部材）１２と、金網１２の表側に中心から９０度ピッチで取り付けられた４枚の抵抗板１３と、空気穴１７と、フロート１１の裏側に取り付けられた円環状の２本のチューブ（浮力体）１５と、を備えて構成される。

なお、図８及び図９において、符号１６はろ過布２０をフロート１１に留めるための留め具である。また、チューブ１５には空気が入っており、原水が供給された容器本体４内において、適度な浮力で浮くことができるように構成されている。

抵抗板１３は、金網１２に針金等で取り付けられており、図９（ａ）に示すように金網１２に倒れかけた状態と、図９（ｂ）に示すように金網１２から起き上がった状態との間で変位可能である。図９（ａ）に示すように、ろ過中において、抵抗板１３は原水の流れに対向するように金網１２に倒れかけた状態に変位しているため、原水の流れによって抵抗板１３は押圧され、その結果、フロート１１全体で複数のろ過布２０を原水の流れの下流側（図２の下側）に圧密することができる。

一方、逆洗の場合は吐出口３から逆洗水が上向流（逆方向の流れ）として円環状のフロート１１を押し上げる。フロート１１の浮力はチューブ１５に入れる空気量との関係で０．７〜０．８に調整されているため、フロート１１は逆洗水の上向流とチューブ１５の浮力で浮き上がる。フロート１１の下部に接合された最上段のろ過布２０とこのろ過布２０に接合されたろ過布２０は順次抵抗なく引き上げられる。その際、圧密機構１０は図９（ｂ）に示すように、逆洗中において、抵抗板１３は逆洗水の流れに沿って金網１２から起き上がった状態に変位する。その結果、複数のろ過布２０の圧密状態が解除され、上向流が圧密機構１０を引き上げる作用を及ぼし、各ろ過布２０は順次引き上げられ、最終的には、各ろ過布２０は図７に示すように連結布３１によって互いに一定の間隔を空けた状態に保持される。

このように構成されたろ過装置１の使用方法について説明する。まず、原水をろ過する場合を説明する。図１に示すように、電磁弁１２２及び電磁弁２２２を閉じ、電磁弁１２１及び電磁弁２２１を開き、ポンプ１１０を駆動して、一次水槽１００内の原水をろ過装置１に圧送する。すると、図２に示すように原水は供給口２から吐出口３に向かって正方向（図中の矢印Ｘ方向）に流れる。このとき、抵抗板１３が金網１２に倒れた状態となり（図９（ａ）参照）、原水の流れに抵抗する。この抵抗力によって５０枚〜７０枚のろ過布２０が原水の下流側に向けて圧密されることとなる。

これにより、ろ過布２０とろ過布２０との隙間は極めて小さくなるからろ過精度が高まり、原水中の微粒子を能率的にろ過することができる。すなわち、ろ過布２０自体はアクリル繊維で１〜２ｍｍの間隔のあるメッシュ状の比較的粗い織布であるが、ろ過布２０が例えば５０枚〜７０枚圧密された状態では、１枚のろ過布２０の目は粗くても、ろ過布２０とろ過布２０の重なりによってろ過するため、全体としてメッシュの極めて細かい隙間の状態を実現することができ、高性能なフィルタと遜色のないろ過性能を発揮することができる。

次に、逆洗する場合について説明する。図１に示すように、電磁弁１２２及び電磁弁２２２を開け、電磁弁１２１及び電磁弁２２１を閉じ、ポンプ２１０を駆動して、二次水槽２００内の原水をろ過装置１に圧送する。すると、図３に示すように原水は吐出口３から供給口２に向かって逆方向（図中の矢印Ｙ方向）に流れる。このとき、抵抗板１３が金網１２から起き上がった状態となり（図９（ｂ）参照）、原水の流れの妨げにならなくなる結果、フロート１１が上方向に浮き上がっていき、ストッパ５の位置で浮いた状態となる。

フロート１１がストッパ５の位置まで到達した状態（図３の状態）において、５０枚〜７０枚のろ過布２０はそれぞれ連結布３１を介して互いに一定の間隔を空けた状態に保持される。これにより、重なり合っていたろ過布２０間に適度な隙間が生じ、この隙間から堆積していた微粒子は目の粗いろ過布２０の隙間から効率良くピット３００に回収され、ろ過布２０の洗浄は短時間で完了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数のろ過布２０を圧密状態として原水をろ過できるため、ろ過方法がシンプルである。そして、目の粗い織布であるろ過布２０を使用しているため流速を大きく取ることができるうえ、安価で取扱いも簡単である。また、目の粗い織布であるろ過布２０を用いることにより、目詰まりが減るため、逆洗時間を短縮することができ、作業効率が高まるほか逆洗水量が少なくて済む。よって、省エネにも寄与する。また、複数のろ過布２０を物理的に圧密してろ過するため、ろ過状態のろ過布２０は殆ど動かない。したがって、繊維の劣化が極めて少なく、各ろ過布２０の耐久性が高く、高寿命である。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、様々な形態に変更することができる。例えば、本発明のろ過装置は、特許文献１に記載したスレッド式ろ過装置と併用して上水道における前処理として用いることもできる。また、織布から成るろ過布２０を用いた実施形態例を説明したが、微粒子をろ過することができ、かつ逆洗での洗浄を効率良く行うことができれば、不織布を用いても良い。また、連結布３１の長さは全て同一でなくともよい。すなわち、一部の連結布３１と残りの連結布３１とが異なる長さで構成されていても良い。

１ろ過装置
２供給口
３吐出口
４容器本体
４ａ上槽
４ｂ下槽
１０圧密機構
１１フロート（円環状部材）
１２金網（網目状部材）
１３抵抗板
１５チューブ（浮力体）
２０ろ過布（ろ材）
２１補強布
２２フリル
３０保持機構
３１連結布（連結部材）

Claims

流体に含まれる微粒子を除去するろ過装置であって、
各々が織布から成り、積層される複数のろ材と、
前記複数のろ材を、前記流体の正方向の流れによって当該正方向に圧密する圧密機構と、
前記複数のろ材を、前記流体の逆方向の流れによって当該逆方向に互いに間隔を空けて保持する保持機構と、を有することを特徴とするろ過装置。
請求項１において、
前記圧密機構として、抵抗板を備え、
前記抵抗板は、前記流体の正方向の流れに対向する向きに変位し、当該流体の流れを利用して前記複数のろ材を圧密すると共に、前記流体の逆方向の流れに沿うように変位して前記複数のろ材の圧密を解除することを特徴とするろ過装置。
請求項１または２において、
前記保持機構として、重なり合う前記ろ材同士を繋ぐ連結部材を備え、
前記連結部材は、前記複数のろ材が圧密された状態では重なり合う前記ろ材の間で折り畳まれ、前記流体が逆方向に流れることにより前記複数のろ材が前記連結部材により互いに間隔を空けた状態に保持されることを特徴とするろ過装置。
請求項１において、
前記圧密機構として、前記複数のろ材を圧密する円環状部材と、前記円環状部材の中央部を塞ぐように設けられた網目状部材と、前記網目状部材に取り付けられ、前記流体の流れに応じて変位する抵抗板と、前記円環状部材に取り付けられた浮力体と、を備え、
前記保持機構として、重なり合う前記ろ材同士を繋ぐ連結部材を備え、
前記抵抗板が前記流体の正方向の流れに対向する向きに変位して前記網目状部材の網目を塞ぐことで、前記円環状部材が前記浮力体の浮力に抗して前記複数のろ材を前記正方向に圧密した状態に保持し、
前記抵抗板が前記流体の逆方向の流れに沿うように変位することにより前記複数のろ材の圧密が解除され、前記円環状部材が前記浮力体の浮力を受けて、前記複数のろ材を前記連結部材を介して互いに間隔を空けた状態に保持することを特徴とするろ過装置。
請求項１〜４の何れか１項において、
積層される前記複数のろ材のうち、前記流体の正方向の流れの下流側にある前記ろ材の方が上流側にある前記ろ材より粗さが細かいことを特徴とするろ過装置。