JP3209087U

JP3209087U - 水処理用繊維濾材

Info

Publication number: JP3209087U
Application number: JP2016005966U
Authority: JP
Inventors: 幹夫井手; 佐智子大地; 千種　健理; 健理千種
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2024-12-25

Abstract

【課題】粒径の小さい浮遊物や懸濁物を含む広範囲の粒径の浮遊物や懸濁物を捕捉し、濾過性能を向上させる水処理用繊維濾材を提供する。【解決手段】単糸繊度が８ｄｔｅｘ以下である第１のフィラメントと単糸繊度が１０〜３０ｄｔｅｘである第２のフィラメントとを混繊して形成された糸条１の複数が集合されてその長さ方向に沿った中央の結束部２で結束されている。【選択図】図１

Description

本考案は、河川水や湖沼水、地下水に含まれる浮遊物や懸濁物を濾過する、または、汚染水中の浮遊物や懸濁物を濾過するための水処理用繊維濾材に関する。

従来、河川水、湖沼水、地下水を上水道に利用する際の浮遊物や懸濁物（以下ＳＳという。）の濾過処理、および、汚染水の処理において、繊維を用いた各種の濾材が提案されている。繊維濾材を用いた濾過は、これまで一般的に広く行われてきた砂濾過よりも濾過速度が速く、実際に（１）棒状繊維束を切断して形成された粒状繊維濾材（たとえば、特許文献１参照。）、（２）繊維を集合させ１〜２個所で結束した繊維集束体である繊維濾材（たとえば、特許文献２，３，４参照。）、（３）捲縮を付与した束状繊維を緊縛し丸めた「まりも形態」の繊維濾材（たとえば、特許文献５参照。）などが使用されている。

近年、これらの繊維濾材の濾過性能をさらに向上させようと、粒径の小さいＳＳを含む、広範囲の粒径のＳＳを捕捉できる繊維濾材の開発が求められている。たとえば、降雨後の河川水や湖沼水には、大気中に存在したちりやほこりなどの微小粒子や、降雨により巻き上げられた底質が含まれ、降雨前の河川水や湖沼水に比して含まれるＳＳの粒径が広範囲に及ぶことがある。

上述した繊維濾材のうち、（２）繊維集束体を用いて粒径の小さいＳＳを捕捉するには、小さな空隙を形成するために、従来のものよりも細い、すなわち単糸繊度の低いフィラメントを用いる必要がある。しかし、フィラメントの単糸繊度を低くすると繊維集束体の嵩高性は劣るものとなる。そのため、濾過装置を作動させ原水を導入すると、その水流により繊維濾材が圧密され大きな水頭損失を生じ、その結果逆に濾過性能が低下してしまうという問題点がある。

特開２００１−０１７８０８号公報特開平０６−２９２８０８号公報特公昭５１−０４５１０３号公報実公昭５２−００７７４４号公報実開昭６２−０２４９９７号公報

本考案の目的は、粒径の小さいＳＳを含む広範囲の粒径のＳＳを捕捉し、濾過性能を向上させる繊維濾材を提供することにある。

本考案者らは、単糸繊度の低いフィラメントに単糸繊度の高いフィラメントを混繊した繊維集束体が、上記課題の解決にきわめて効果的なことを見出した。

本考案の水処理用繊維濾材は、単糸繊度が８ｄｔｅｘ以下である第１のフィラメントと単糸繊度が１０〜３０ｄｔｅｘである第２のフィラメントとを混繊して形成された糸条の複数が集合されてその長さ方向に沿った中央部で結束されていることを特徴とするものである。

本考案の水処理用繊維濾材によれば、糸条は第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率が２５／７５〜７５／２５質量％であることが好適である。

本考案の水処理用繊維濾材は、単糸繊度の低いフィラメントと単糸繊度の高いフィラメントとを含むものであるため、単糸繊度の低いフィラメントによって細かいＳＳを捕捉することができるとともに、単糸繊度の高いフィラメントによって粗いＳＳを捕捉することができ、したがって広範囲の粒径のＳＳを捕捉することが可能である。また、単糸繊度の高いフィラメントを含むため、単糸繊度の低いフィラメントのみで形成された繊維濾材とは異なり、濾過時に原水の水流により圧密されるという不都合が生じない。

本考案の水処理用繊維濾材によれば、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率が２５／７５〜７５／２５質量％であることによって、後述するように、他の混繊率で混繊した繊維濾材よりも高い濾過性能を発揮することができる。

本考案にかかる水処理用繊維濾材の一実施形態を模式的に示す正面図である。本考案にかかる水処理用繊維濾材に用いられる糸条の一例を模式的に示す横断面図である。本考案にかかる水処理用繊維濾材を有する濾過装置の構成図である。

以下、本考案の実施形態の水処理用繊維濾材を詳細に説明する。

本考案の実施形態の水処理用繊維濾材を図１に示す。図１において、１は糸条であり、糸条１は第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを混繊して形成される。２は結束体であり、結束体２は集合させた複数の糸条１を結束する。３は繊維濾材であり、結束体２から糸条の長さ方向に距離を置いた両側を切断することによりこの繊維濾材３を形成することができる。

なお、図１において結束体２が中央部に見えた状態で示されているが、実際は、結束体２から球状に放射するように突出する糸条１によって結束体２はほぼ視認されない。また、後述するように、フィラメントの潜在捲縮を顕在化させると、結束体２はより視認されにくくなる。

上述した糸条１の横断面を模式的に図２に示す。図２において、４は第１のフィラメント、５は第２のフィラメントであり、第１のフィラメント４は第２のフィラメント５よりも低い単糸繊度を有する。糸条１は、第１のフィラメント４と第２のフィラメント５とを混繊して形成される。

上述した繊維濾材３を有する濾過装置を図３に示す。図３において、６は濾過装置、７は濾過塔、８は支持床である。繊維濾材３は、濾過塔７内の支持床８により支持される。

図３に基づき、濾過装置６の操作方法を説明する。図３において、９は原水弁、１０は濾過水弁、１１は排水弁、１２は洗浄空気弁、１３は大気開放弁、１４はドレン弁である。濾過工程においては、原水弁９および濾過水弁１０を開き、原水の濾過を行う。原水は原水弁９を通って濾過塔７に流入し、繊維濾材３によって濾過され、濾過水となって濾過水弁１０から流出する。繊維濾材３を洗浄する際には、通常濾過水を洗浄水として用いるが、原水で対応し濾過水の使用量を減らしてもよい。すなわち、洗浄工程においては、濾過水弁１０（または原水弁９）および排水弁１１に加え、洗浄空気弁１２および大気開放弁１３を開き、空気洗浄を行う。洗浄水は濾過水弁１０（または原水弁９）を通って濾過塔７に流入し、洗浄空気弁１２を通って供給された空気と攪拌混合され、繊維濾材３に付着したＳＳを洗浄したのち、排水弁１１を通って排出される。空気洗浄の間、濾過槽７内の空気は大気開放弁１３を介して大気に放出されることができる。

本考案の繊維濾材は、複数の糸条から形成され、その糸条は、単糸繊度が８ｄｔｅｘ以下の第１のフィラメント、および、単糸繊度が１０〜３０ｄｔｅｘの第２のフィラメントを混繊して形成される。

第１のフィラメントの単糸繊度が８ｄｔｅｘを超えると、粒径の小さなＳＳを捕捉するのに適した空隙が形成されず、本考案の目的とする広範囲の粒径のＳＳの捕捉が達成されない。

第２のフィラメントの単糸繊度が３０ｄｔｅｘを超えると、単糸間の空隙が大きくなるために繊維濾材を堆積したときの全体の空隙が大きくなり、全体として濾過性能は低くなる。

第２のフィラメントの単糸繊度が１０ｄｔｅｘ未満であると、原水の水流に負けない繊維濾材を形成することが困難になり、単糸繊度の低いフィラメントのみで形成された繊維濾材と同様に圧密の問題が生じるおそれがある。また、単糸繊度が１０ｄｔｅｘ未満のフィラメントは粒径の大きなＳＳの捕捉に効率的に寄与せず、その結果濾過性能は低くなる。

本考案の繊維濾材において、糸条は、上述の第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを２５／７５〜７５／２５質量％の混繊率で混繊して形成されることが好ましい。この範囲をはずれると、それぞれのフィラメントの役割を達成することができず、濾過性能が低くなり好ましくない。すなわち、本考案においてフィラメントの混繊率を規定するのは、第１のフィラメントの混繊率が２５質量％未満であれば粒径の小さなＳＳの捕捉が不十分になり、また、第１のフィラメントの混繊率が７５質量％を超えると、粒径の大きなＳＳの捕捉が不十分になるうえ、第２のフィラメントの混繊率が下がり原水の水流に負けない繊維濾材が形成されない、との理由によるものである。

また、本考案における第１のフィラメントまたは第２のフィラメント、あるいはその両方は、捲縮されていてもよい。単糸間の空隙および繊維濾材自体の空隙が大きくならない程度にフィラメントが捲縮していることによりＳＳがフィラメントに絡みやすくなり、捕捉性は上がる。フィラメントに捲縮を付与する方法としては、押込法、仮撚法、擦過法、賦形法などがあり、特に加工方法は限定されない。また、フィラメントが潜在捲縮を有する場合は、このような加工によることなく、繊維濾材の表面に付着した油分を除去するために出荷後に逆洗したり、繰り返し濾過に使用したりすることによっても、フィラメントの潜在捲縮が顕在化する。本考案にかかる水処理用繊維濾材に用いられるフィラメントが潜在捲縮を有する場合は、その潜在捲縮率は、第１のフィラメントは３０％以下、第２のフィラメントは４０％以下であることが好ましく、特に、第１のフィラメントは１５％以下、第２のフィラメントは２０％以下であることが好ましい。フィラメントの潜在捲縮率が高いと、繊維束の収縮が大きく濾材自体が嵩高となり、浮遊物や懸濁物の捕捉率が劣るおそれがあるためである。

さらに、本考案におけるフィラメントは通常断面（円形断面）であっても異型断面であってもよい。繊維断面を異型にすることにより円形断面の場合と比べて繊維の表面積が大きくなるため、ＳＳの捕捉性は上がる。異型断面のフィラメントを用いる場合は、その断面異型度は１．１〜２．０の範囲であることが好ましく、特に１．５程度が好ましい。

糸条あたりのフィラメントの本数は、第１のフィラメントについて４００〜１８００本、第２のフィラメントについて１００〜６００本程度であることが好ましい。繊維濾材あたりの糸条の本数は適宜選択可能であり、好ましくは１００〜５００本、さらに好ましくは３００〜５００本程度である。

繊維濾材を形成するフィラメントには、素材として、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが使用され、特にポリエステルが強度、耐薬品性、脱水性、比重などの面から好ましく使用される。

本考案の水処理用繊維濾材を製造する方法について以下に説明する。

この水処理用繊維濾材の製造方法においては、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを混繊して形成した複数の糸条を集合させて繊維束を形成し、繊維束の長さ方向に沿った所定の間隔でこの繊維束を結束体によって結束し、その結束部から糸条の長さ方向に距離を置いた両側において糸条を切断する。

詳細には、まず、単糸繊度が８ｄｔｅｘ以下である長尺の第１のフィラメントおよび単糸繊度が１０〜３０ｄｔｅｘである長尺の第２のフィラメントを混繊して形成した複数の糸条を集合させて繊維束を形成する。次に、繊維束を結束体によって結束し、その一の結束部から糸条の長さ方向に所定の距離を置いた箇所を別の結束体によって結束する。そして、その一の結束部から糸条の長さ方向に距離を置いた両側で糸条を切断することで、水処理用繊維濾材を得る。

複数の糸条を集合させる方法は特に限定されるものではなく、従来公知の装置を用いることができる。結束体としては、集合させた複数の糸条を結束しておけるものであればよく、例えば集束バンドなどが好適に用いられる。また、集合させた長尺の糸条における、隣接する結束体同士の間隔は１００〜３００ｍｍ程度であることが好ましく、隣接する結束体から等距離において切断をすることが好ましい。

次に、実施例により本考案を具体的に説明する。

［実施例１］
第１のフィラメントとして、単糸繊度が５ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１０％、断面異型度１．５を有するポリエステル製フィラメントを準備し、第２のフィラメントとして、単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを準備した。第１のフィラメント４３２本と第２のフィラメント５７６本とを混繊し、得られた糸条を検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ａとした。繊維濾材Ａを形成する糸条における、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率は２５／７５質量％であった。

［実施例２］
第１のフィラメントとして、単糸繊度が４ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１０％、断面異型度１．５を有するポリエステル製フィラメントを準備し、第２のフィラメントとして、単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを準備した。第１のフィラメント５７６本と第２のフィラメント５７６本とを混繊し、得られた糸条を検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ｂとした。繊維濾材Ｂを形成する糸条における、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率は２５／７５質量％であった。

［実施例３］
第１のフィラメントとして、単糸繊度が５ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１０％、断面異型度１．５を有するポリエステル製フィラメントを準備し、第２のフィラメントとして、単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを準備した。第１のフィラメント８６４本と第２のフィラメント３８４本とを混繊し、得られた糸条を検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ｃとした。繊維濾材Ｃを形成する糸条における、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率は５０／５０質量％であった。

［実施例４］
第１のフィラメントとして、単糸繊度が４ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１０％、断面異型度１．５を有するポリエステル製フィラメントを準備し、第２のフィラメントとして、単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを準備した。第１のフィラメント１１５２本と第２のフィラメント３８４本とを混繊し、得られた糸条を検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ｄとした。繊維濾材Ｄを形成する糸条における、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率は５０／５０質量％であった。

［実施例５］
第１のフィラメントとして、単糸繊度が５ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１０％、断面異型度１．５を有するポリエステル製フィラメントを準備し、第２のフィラメントとして、単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを準備した。第１のフィラメント１２９６本と第２のフィラメント１９２本とを混繊し、得られた糸条を検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ｅとした。繊維濾材Ｅを形成する糸条における、第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率は７５／２５質量％であった。

［比較例１］
単糸繊度が１２ｄｔｅｘであり、潜在捲縮率１５％、断面異型度１．５であるポリエステル製フィラメントを７６８本集合させて糸条を得た。この糸条を、検尺機で１０５本集合させてその繊維束を複数の集束バンドで１５０ｍｍ間隔に結束し、この結束部から両側７５ｍｍの位置でそれぞれ糸条を切断して繊維濾材を製造し、繊維濾材Ｆとした。

上記の実施例１〜５と比較例１とにおいて製造した繊維濾材について、濾過性能を調査した。それぞれの繊維濾材を直径２００ｍｍのカラムに高さ１ｍになるよう積層し、濾過開始時の液面が１．２ｍになるように処理水の取り出し位置を調整した。カオリン粒径４５μｍの分散濁度１０度を原水として、１時間当たり４２ｍの速度で下降流通水した。通水を４時間行い、１時間ごとに原水と処理水の濁度を測定し次式により濁度除去率を求め、４時間分の濁度除去率の平均値を表１に示した。

濁度除去率＝（原水濁度−処理水濁度）÷原水濁度×１００％

表１より明らかなように、実施例１〜５の繊維濾材Ａ〜Ｅは、単糸繊度の低いフィラメントと単糸繊度の高いフィラメントとを含むため、繊維濾材Ａ〜Ｅをそれぞれ用いた濾過において高い平均濁度除去率が得られた。

一方、比較例１の繊維濾材Ｆは、単糸繊度の高いフィラメントのみで形成されているため粒径の小さなＳＳの捕捉性に劣り、繊維濾材Ｆを用いた濾過の平均濁度除去率は砂濾過などの従来の濾過方法の濁度除去率と同程度となった。

本考案にかかる繊維濾材は、粒径の小さいＳＳを含む広範囲の粒径のＳＳを捕捉し、高い濾過性能を有するため、河川水や湖沼水、地下水を上水道に利用する際のＳＳの濾過処理、および、汚染水の処理において、利用価値が高い。特に、ちりやほこりなどの大気中の微小粒子や、降雨により巻き上げられた底質を含む、降雨後の河川水や湖沼水の濾過における活用が期待される。

１糸条
２結束体
３繊維濾材
４第１のフィラメント
５第２のフィラメント
６濾過装置
７濾過塔
８支持床
９原水弁
１０濾過水弁
１１排水弁
１２洗浄空気弁
１３大気開放弁
１４ドレン弁

Claims

単糸繊度が８ｄｔｅｘ以下である第１のフィラメントと単糸繊度が１０〜３０ｄｔｅｘである第２のフィラメントとが混繊されて形成された糸条の複数が集合されて、その長さ方向に沿った中央部で結束されていることを特徴とする水処理用繊維濾材。
糸条は第１のフィラメントと第２のフィラメントとの混繊率が２５／７５〜７５／２５質量％であることを特徴とする請求項１記載の水処理用繊維濾材。