JP3681090B2 - 水処理用濾材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川や湖沼水中の浮遊物や懸濁物を濾過する、または汚水中に存在する浮遊物や懸濁物を濾過する際に用いられる濾過材であって、浮遊物や懸濁物の除去性および捕捉性に優れ、しかも高速濾過が可能であり、長期間使用しても濾過性能の低下や濾材の変形の少ない水処理用濾材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体用濾過材としては主として、砂、濾紙、濾布、金網、セラミック等が用いられ、用途に応じて使い分けられてきたが、河川や湖沼水を上水道に利用する際の浮遊物や懸濁物の濾過、および工場廃水や下水処理において河川に放流する前の浮遊物や懸濁物の除去のための濾過においては、大容量であるため、砂濾過が一般的に広く使用されている。
しかし、砂濾過の場合は、濾過速度が遅いために濾過面積を広くする必要があり、上水処理場、工場排水処理場または下水処理場では、広大な濾過池が設けられている。
【０００３】
近年、生活排水や工場排水などによって、湖沼や内海等の富栄養化が進み、それがアオコや赤潮などを引き起こし社会問題化され、それに伴って河川等への排出放流水の規制も厳しくなっている。
一方、一般家庭や工場等における水の使用量が毎年増え続けており、それに伴って排水量も増加し、処理能力を上げ得る技術が求められている。
特に、大都市近辺では、広大な濾過池が必要とされる砂濾過では、地価高騰の影響で対応しきれなくなっているのが現状である。
【０００４】
そこで、砂濾過に変わる水処理技術として繊維を濾材に応用した各種の提案がなされている。例えば、▲１▼長繊維の繊維束を開繊した状態で積層する方法、▲２▼数ｃｍの長さの繊維束の中央をひも状物で縛りボール状となしたものを積層する方法、▲３▼数ｍｍから数ｃｍの繊維を渦流等でからみ合わせて扁平玉状化させたものを積層する方法、▲４▼熱融着性繊維等を用いて接着させ棒状に成形切断して粒状となしたものを積層する方法等が実際に使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの繊維濾材は、主として砂濾過よりも濾過速度を上げることを目指したものであるが、実用面では問題点も多い。
上記▲１▼および▲２▼の方法は、水流によって繊維が圧着された状態となり、圧力損失が大きい欠点がある。また、上記▲３▼の方法は、濾過効率は高いが、玉状部から短繊維が抜け出てくる欠点がある。
【０００６】
この短繊維の抜け出る欠点を防ぐ目的で提案されたのが上記▲４▼の方法（特開平５−３２９３１２号公報参照）であるが、この粒状濾材を長期間にわたって汚水等の浮遊物、懸濁物の濾過に使用した場合、粒状の内部の繊維網状構造部に微少な固形物が詰まってきたり、網状構造部で微生物が繁殖し、ゼリー状態となって詰りが生じ、極端に濾過効果が低下してくるという問題があった。この網状構造部の内部に詰まった微少固形物、懸濁物や増殖しゼリー状化した微生物は、繰り返し濾過の為の逆流洗浄（以下逆洗と称す）のばっ気攪拌でも取り除くことが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決し、長期間繰り返し使用し、濾材内部に懸濁物等が詰まっても、濾過性能の低下が少なく、高速濾過が可能でしかも汚泥等の捕捉能力が高く、濾過継続時間も長くできる耐久性に優れた水処理用濾材を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、捲縮率の高い高融点繊維と熱融着性繊維を混繊し熱処理することによって、高融点繊維を繊維束表面から毛羽状に突出させた繊維収束体を切断した濾過材により、この目的が達成されることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明の第一は、捲縮率が１５％以上で融点が１７０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％とを混繊した繊維束に、熱処理を施し、繊維間に接着点を形成せしめるとともに、繊維束表面には高融点繊維からなる毛羽を羽毛状に突出せしめた棒状繊維束成形体を切断してなる粒状の水処理用濾材を要旨とするものである。
また本発明の第二は、第一の発明の棒状繊維束成形体の断面形状が異形である水処理用濾材を要旨とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の水処理用濾材は、捲縮率が１５％以上で融点が１７０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％とを混繊した繊維束を処理して得られるものである。
本発明で用いられる高融点繊維は、捲縮率が１５％以上であることが必要であり、２０％以上の高捲縮率の繊維がより好ましい。ここでいう捲縮率は、ＪＩＳＬ１０１５の測定法により得られた値をいう。また、ここでいう捲縮は、潜在捲縮であっても構わない。このような捲縮を有するものとしては、特に潜在捲縮性を有するサイドバイサイド型または偏芯芯鞘型の複合糸が、熱融着性繊維を溶融させる温度で熱処理されても、捲縮率の低下が少ないまたはより捲縮率が高められるため最も好ましい。
天然繊維や、通常の合成繊維で３デニール以下の機械的な折り曲げによって付与された捲縮を有する繊維は、捲縮率が１５％未満のために繊維束として熱処理され所定形状に成形した際に熱融着性繊維に抱合され、表面毛羽のないものとなるので好ましくない。
本発明で用いられる高融点繊維は、さらに融点が１７０℃以上であることが必要である。高融点繊維の融点が１７０℃未満になると、熱融着性繊維を溶融させる為の熱処理によって高融点繊維が軟化したり捲縮発現性が低下し、繊維束を成型した後に表面毛羽のないものとなり採用できない。
【００１１】
本発明で用いられる高融点繊維の具体例としては、捲縮率が高く、しかも熱によって捲縮のヘタリのない、サイドバイサイド型複合繊維で片側に平均重合度１００〜１１０、もう一方に平均重合度７０〜８０のポリエチレンテレフタレート繊維を有したものや、また単一ポリマーで機械的な折り曲げによって付与された捲縮糸などが挙げられる。これらのなかで特に、一般に詰め綿用途に広く使われている５デニール以上のポリエステル系のサイドバイサイド型複合繊維（例えば、ユニチカ製デラックスエアロールＨ３８Ｆタイプ）が好ましく用いられる。これは、捲縮率が２０％以上であり、しかも熱による捲縮の伸び、ヘタリがなく、繊維束を熱処理し、所定形状の口金を通して成形したときに、この捲縮の強さによって繊維束表面から羽毛状に高融点繊維が突出してくる。この高融点繊維の大部分は繊維束内部で熱融着性繊維によって接着固定されており、抜け出たり脱落することがないものとなる。
【００１２】
本発明で用いられる熱融着性繊維は、融点が２００℃以下で、かつ前記した高融点繊維の融点より低い融点を有するものであり、単一ポリマー型や共重合型の繊維のいずれでもよい。このようなものとしては、イソフタル酸／テレフタル酸のモル比が２０〜４０／８０〜６０である共重合ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等が挙げられる。これらのなかで特に、芯がポリエチレンテレフタレートであり、鞘がイソフタル酸を２０〜４０モル％共重合した低融点ポリエステルで構成された芯鞘複合型の熱融着性繊維が有効に用いられる。これは、繊維間の接着点を芯部の高融点繊維によって連鎖状につなぎ合わせる状態となり、外力等によって変形や損傷等のない耐久性の高いものとなる。
【００１３】
本発明における繊維束は、上記した高融点繊維が５〜８０重量％と、上記した熱融着性繊維が９５〜２０重量％混繊されたものである。高融点繊維の比率が５重量％以下になると繊維束表面からでる毛羽が少なくなり、濾過効果が低下する。また、８０重量％を超えると熱融着繊維による接着力が小さくなり、逆洗等により流動させたときに表面から脱落する繊維が多くなり、長期間の使用時の耐久性に問題が生じてくる。
【００１４】
本発明の水処理用濾材では、高融点繊維が熱融着性繊維によって接着しているものであり、外力等によって変形や損傷等のない耐久性の高いものとなっている。
また、濾材表面には、高融点繊維からなる毛羽が羽毛状に突出しているものである。
【００１５】
本発明の濾材の断面形状は、円形断面でも十分な濾過性能が得られるが、図１〜図４に示した如くの円周上に３〜６個の突起を有する様な異形断面形状とすることによって繊維束の表面積が増え、表面から突出する毛羽も増えることによって、濾過効果を一段と高めることができる。
【００１６】
本発明の濾材の直径および切断長は、使用される濾過装置および条件に応じた大きさにすることが望ましく、濾床からの抜け出しや逆洗時の流動不良等に支障がないもので、濾過塔の形状、濾材層の積層高さ、被濾過水の水質、処理水の水質、濾過速度、圧力損失、濾過継続時間等の諸条件に適した大きさを選択すれば良い。一般的に濾材を積層する場合、直径（太さ）と長さ（切断長）を等しくすることが積層斑を少なくする上で好ましいが、本発明の濾材の場合は柔軟性や断面形状等によって、切断長は直径の０．５〜５倍程度が好ましい。
【００１７】
次に本発明の濾材の製造法について説明する。
まず、高融点繊維と熱融着性繊維とを混繊して繊維束を作製する。その際、これらを短繊維の綿状として混綿し、紡績用カード機でスライバー状となすことで容易に繊維束を得ることができる。また、捲縮が付与された長繊維トウ状のものを空気流で絡み合わせて繊維束として供給することもできる。
【００１８】
次に繊維束を熱処理するが、その方法としては、熱融着性繊維の融点より２０〜５０℃高い熱風を繊維束に直接吹きかけることにより数秒間で繊維束内部まで均一に熱処理できる。単に高温雰囲気中を通す場合は、熱処理速度が遅くなり、熱処理ゾーンを長くしたり供給速度を下げる必要があり効率的でない。
この熱処理により、熱融着性繊維の低融点部が溶融した後、引き続き成形口金に導入する。この場合、熱風を吹きかける繊維束は出来るだけ自由な状態で供給され、次に成形口金で圧縮される。成形口金から引き取られた繊維束は捲縮の強さにより成形口金状より少し大きくなり、その繊維束表面から表層部の高捲縮繊維が羽毛状に突出してくる。この羽毛状の毛羽の両端は繊維束中に埋め込まれた状態で、接着固定されており、抜け出たり脱落の少ない繊維束が得られる。
【００１９】
最後に、この棒状繊維束成形体を通常用いられる切断法により、所定の長さに切断する。
以上のようにして本発明の水処理用濾材を製造することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。なお、実施例中の捲縮率は、ＪＩＳＬ１０１５の測定法で測定した。
実施例１
高融点繊維として、融点２５５℃、捲縮率２５％のサイドバイサイド型複合ポリエステル繊維（１３デニール）を３０重量％用いた。熱融着繊維として、融点１１０℃のユニチカ製のメルティ４０８０タイプ（４デニール）を７０重量％用いた。これらを混綿して１ｍ当たりの重量が８ｇのカードスライバーを得た。このスライバーに直接１７０℃に加熱された空気を吹きかけ図４に示した如くの外接円の直径が９ｍｍの六葉断面形状の成形口金に通し、連続した成形繊維束を得た。得られたこの成形繊維束は外接円の直径が１０ｍｍでその表面に図５に示した如くの羽毛状の毛羽を有したものであった。この成形繊維束を長さ１０ｍｍに切断し、粒状の水処理濾材Ａとした。この水処理濾材Ａの１Ｌ当たりの重量は９０ｇであった。
【００２１】
この濾材Ａを直径２５ｃｍの濾過塔に高さ１ｍになる様に積層し、濾過開始時の液面が１．２ｍになる様に処理水の取り出し位置を調整し、活性汚泥処理された生活排水を原水として、１時間当たり３３ｍの速度で下降流で通水した。通水を１１．５時間、逆洗を０．５時間行う様に自動運転させ１ケ月継続し、濾材投入時の濾過性能と１ケ月経過したときの濾過性能を調査した。
【００２２】
濾過性能の評価は、濾材投入時から１時間毎の原水と処理水のＳＳ量（浮遊および懸濁物質等の固形分重量）を測定し、１１回の平均値を表１に示した。また、１ケ月繰り返し使用した濾材の逆洗を行った後の１時間毎の原水と処理水のＳＳを測定し、１１回の平均値を表１に示した。原水のＳＳをＳ１とし、濾過処理水のＳＳをＳ２とし、(S1-S2／S1×100)でＳＳ除去率を求め、この除去率が濾材投入時に対して、１ケ月使用後で変化があるか調べた。
【００２３】
【表１】

【００２４】
実施例２
高融点繊維として、融点２５５℃、捲縮率２１％のサイドバイサイド型複合ポリエステル繊維（６デニール）を４０重量％用いた。熱融着繊維として、融点１１０℃のユニチカ製メルティ４０８０タイプ（４デニール）を６０重量％を用いた。実施例１と同様に１ｍ当たりの重量が７ｇのカードスライバーを得た。このスライバーを実施例１の条件の内、図１に示した外接円の直接が７ｍｍの三葉断面形状の成形口金を使用し、その他の条件は実施例１と同一にして成形繊維束を得た。この成形繊維束の外接円の直径は８ｍｍでその表面に図５に示した如くの羽毛状の毛羽を有したものであった。この成形繊維束を長さ８ｍｍに切断し、粒状の水処理濾材Ｂとした。この水処理濾材Ｂの１Ｌ当たりの重量は９５ｇであった。
【００２５】
実施例３
実施例１と同一のスライバーを用いて直径９ｍｍの円形断面の成形口金を用いて、その他の条件を実施例１と同一にして成形繊維束を得た。この成形繊維束の直径は１０ｍｍで繊維束表面には羽毛状の毛羽を有したものが得られた。この成形繊維束を長さ１０ｍｍ切断し、粒状の水処理濾材Ｃとした。この水処理用濾材Ｃの１Ｌ当たりの重量は８８ｇであった。
【００２６】
比較例１
機械により折り曲げられた捲縮を付与したポリエステル繊維（３デニール）で捲縮率が１２％の高融点繊維３０重量％と、実施例１の同じ熱融着繊維７０重量％を 1ｇ当たりの重量が７ｇのカードスライバーを得た。このスライバーを用いて実施例３と全く同一の条件で円形断面の成形繊維束を得た。この成形繊維束の直径は成形口金と同じ９ｍｍで表面には毛羽が殆ど見られず滑らかなものが得られた。
この成形繊維束を長さ１０ｍｍに切断し、粒状の水処理濾材Ｄとした。この水処理濾材Ｄの１Ｌ当たりの重量は９０ｇであった。
【００２７】
実施例２および３と比較例１で得られた水処理用濾材Ｂ〜Ｄを実施例１と全く同一の濾過塔を並べて使用し、実施例１と同一条件に設定し、実施例１に用いた原水を分配して濾過を行った。この濾過試験結果を表１に示す。
【００２８】
１ケ月使用し、逆洗した後の水処理用濾材Ａ〜Ｄを濾過塔から取り出して調べたところ、いずれの濾材も繊維束内部は浮遊物や懸濁物質および微生物増殖によると思われるものが詰まった状態で着色していたが、Ａ〜Ｃは新品濾材と同等の濾過性能であった。しかし、表面毛羽のないＤは極端に濾過性能が低下する結果であった。また、繊維束の断面形状を異形化し、繊維束表面積を上げることにより、濾過性能の向上が確かめられた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の水処理用濾材は、濾材表面において、高融点繊維が羽毛状に突出しているので、被濾過水中の浮遊物や懸濁物質が捕捉されると共に毛羽の内部に堆積されるため、濾過効果が良く、長時間の濾過が可能となる。また、毛羽状部に堆積された浮遊物や懸濁物質は繰り返し濾過のための逆洗によって、簡単に取り除くことが出来、長期間の使用によって濾過性能が低下することもないものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の濾材の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の濾材の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の濾材の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の濾材の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の濾材の繊維束の一例を示す拡大模式図である。

Claims (2)

1. 捲縮率が１５％以上で融点が１７０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％とを混繊した繊維束に、熱処理を施し、繊維間に接着点を形成せしめるとともに、繊維束表面には高融点繊維からなる毛羽を羽毛状に突出せしめた棒状繊維束成形体を切断してなる粒状の水処理用濾材。
2. 棒状繊維束成形体の断面形状が異形である請求項１記載の水処理濾材。

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