JP3994392B2 - 水処理用繊維ろ材 - Google Patents

Description

この発明は、生活廃水や工場排水等の汚水中に含まれる懸濁物質を分離する水処理用繊維ろ材に関し、特に、モール糸を応用したモールろ材の改良に関する。

従来、空隙性のある繊維ろ材が、固液分離や生物処理装置に多く使用されている。ろ過装置に用いる繊維性塊状ろ材のろ過メカニズムは、ろ材単体に空隙を有するものであっても、被処理水中の溶媒、および懸濁物質が通過する流路はろ材の間が優先的となる。この現象は、特に懸濁物質において顕著であり、懸濁物質粒子径がろ過性能の律束要因となる。この要因によりろ材に要求される機能は、いかにろ材間の空隙（径）を減らすかであり、空隙の程度により処理水質が左右される。繊維ろ材は、微生物等の保持体としてのろ材（バイオフィルム等による溶解性物質の除去）以外は、単純固液分離用のろ過ろ材であっても、ろ材単体に空隙を有するものが主流である。

従来のろ過装置に塊状の繊維ろ材を充填してろ材層を形成して固液分離を行なう装置は、例えば、特許文献１に記載してあるように、公知である。そして、このろ過装置に使用する繊維ろ材は、特許文献２に示すように、ろ材本体に毛状体をなす繊維を植え付けた繊維ろ材を用いている場合があるが、特許文献３に示すように、マリモのようなパーマネント繊維の植毛が主流である。これらの繊維ろ材は粒状ろ材と比較して格段に多くの空隙率を有し、繊維ろ材は絡みあったフィラメントによりろ材層が形成されるので、微生物の着棲体としての利点がある。

特開平６-７９１０８号公報（明細書の段落番号０００６及び段落番号０００８、第１図） 特開平１−１０４３１６号公報（明細書の第２頁左上段第１２行目乃至右上段第４行目，第１図乃至第３図） 特許第２６７２７８０号公報（明細書の段落番号０００８、第１図）

上記従来の繊維ろ材は、ろ過の清澄性を補う為に、ろ材単体自体の空隙の緻密さに注力して、ろ材間の空隙を減じる形態となっていない。ろ材ろ過における除濁効率は、ろ層圧縮率とろ層高さに大きく律束される。現在実用化されている繊維ろ材は、ろ材単体自体に空隙を有するため、粒径の小さな粒子が繊維ろ材内部に侵入する。侵入した微粒子はろ材内部に経時的に蓄積されて比重が大きくなり、本来のろ材性状（特性）が変化して、ろ過機能として不具合を生じる。この現象はろ材内の空隙がたとえ連続的であっても非常に洗浄性が悪く、一旦侵入した粒子はろ材単体内部に保持される。この状況を改善する為に、より強力な力で洗浄を行うと、ろ材自体に何らかの障害が生じ、本来のろ過機能を消失する。また、植毛繊維は同一保持体の繊維間で粒子を保持する可能性が高く、この現象によるろ材の分散・展開への阻害が生じる。パーマネントろ材は、形状の変化が容易であるが、開放時においても圧密時の形状を維持する場合が多く、次期ろ過時に不均一なろ材間空隙を形成してしまう。

従来の繊維ろ材の欠点を解消するために、衣料関係で広く使用されているモール糸を利用して、本願発明の出願人が特願２００３−１６５８２８号公報において、樹脂繊維の芯糸に接着糸を混入して接着糸を融着固着させ、このモール糸を切断してモールろ材とした水処理用ろ材を提案している。芯糸に接着糸を混入して融着固化させる従来の芯糸と花糸の接着方法では、モール糸が衣料用品向けの商品であることも手伝って、それ程接着強度を必要とせず、花糸の融着面にバラツキがあった。モール糸をろ材として使用する場合、ろ材加工時のカットが原因で、その接着強度が非常に弱く、洗浄工程を繰り返すたびに芯糸の撚りが解かれ、これにより芯糸で固定されていた花糸が容易に脱落する。この脱落現象はモールろ材の両端で顕著であり、モールカット時の切断面を基点に撚りの緩みが発生する。特に洗浄時に顕著な花糸の脱落は、その現象を防止するために洗浄強度が低い洗浄方法を選択しなければならず、その結果、洗浄水量及び洗浄時間の増大を招く恐れがある。本願発明は、芯糸と花糸の接着方法を改善してモール糸の接着強度を増大させ、特に、ろ材切断面の接着強度を大きくして、花糸の脱落を防止するモールろ材を用いた水処理用繊維ろ材を提供する。

上記の課題を解決するために、樹脂繊維からなる芯糸と押え糸の両方またはどちらか一方に低融点の融着剤をコーティングして、その芯糸と押え糸を撚り合せながら花糸を巻き付け、同時に花糸を短くカットしてモール糸を形成すると共に、モール糸を加熱処理して、融着剤を溶融させた後、所定の長さに切断してモールろ材とするもので、芯糸に混入した従来の接着糸に比較して、コーティングした融着剤は花糸を均一に融着させることができる。芯糸と押え糸、および短繊維の花糸から構成されたモールろ材は、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能である。ろ材間空隙の充填は、単位ろ材相互の短繊維挿入により可能となり、ろ層形成時のろ材間空隙率が減少する。このろ材間空隙を優先的に通過する被処理水中の懸濁物質は、ろ材間充填短繊維によって捕捉、除去することができる。そして、モール糸のカット時に、モールろ材の芯糸と押え糸の切断面を加熱して、残留融着剤を溶融させれば、ほつれの発生起点である切断面にほつれ止めを形成することができる。切断面を固定したモールろ材は、花糸の脱落が少なくなり、ろ材の耐久性が高くなる。そして、モールろ材の洗浄強度が高められ、洗浄水量と洗浄時間が減少し、洗浄効率が高くなる。

モールろ材は、樹脂繊維からなる芯糸と押え糸の両方またはどちらか一方に低融点の融着剤をコーティングして、その芯糸と押え糸を撚り合せながら花糸を巻き付け、巻き付けた花糸を短くカットしてモール糸を形成し、融着剤を軟化点付近まで加熱して花糸を一旦仮止めさせると共に、モール糸を所定の長さに切断してモールろ材を形成し、次にモールろ材を加熱して、融着剤を溶融させ、芯糸と押え糸に挟み込んだ花糸を固着させてもよいもので、切断面にほつれ止めを形成し、芯糸と押え糸に挟み込んだ花糸を連続してバラツキなく固着させることができる。

花糸の押え糸は芯糸より小径として、１本の芯糸と複数本の押え糸を撚り合せながら花糸を巻き付けてもよく、花糸と融着剤の接触面が増加して、融着の均一性と浸透性が増加する。そして、繊維ろ材の材質が、芯糸と押え糸にポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維と、花糸に加工糸または生糸を用いると共に、融着剤を低融点、高溶融粘度のポリエチレンで構成したもので、懸濁物質の捕捉部位が、若干ウエーブがかかったフィラメント状の加工糸、あるいは、フィラメント状の硬く直毛の生糸からなる短繊維の花糸であり、ろ材の洗浄が容易となる。低融点、高溶融粘度のポリエチレンを融着剤としたので、短繊維の花糸が固定され、ろ過および洗浄によるモールろ材の劣化（植毛繊維の脱落）が解消されて、長期間、安定したろ過機能を有するろ材となる。

この発明に係る水処理用モールろ材は上記のように構成してあり、モールろ材は、芯糸や押え糸にコーティングした融着剤が、花糸を均一に融着させることができ、若干ウエーブがかかった加工糸や直毛の生糸からなる短繊維の花糸の先端が広がり、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能となる。ろ過槽に充填したモールろ材は、芯糸に放射状に固定したモール糸の花糸が、ろ層内のろ材間空隙を効率良く、平均的に充填してろ材間の空隙を減少させる。圧縮時のろ材間は、短繊維で密に充填され、被処理水の通水距離とろ材との接触頻度を増大させ、より小さな粒子径の懸濁物質を捕捉除去することができる。また、ろ材ろ過における除濁効率は、ろ層圧縮率とろ層高さに大きく律束されるので、従来の小片繊維塊ろ材では不可能であったろ層高さの低減が、モールろ材によるろ材間空隙充填で可能となる。ろ過装置に形成するろ材層のモールろ材は、懸濁物質の捕捉部位が、先端が広がった短繊維の花糸であり、分散・展開が容易で、植毛繊維間の捕捉粒子を極めて小さなエネルギーで剥離・脱落させることが可能となる。モールろ材に固定されている短繊維の花糸は、洗浄動力の低減により、植毛繊維の花糸の脱落が解消されて、長期間、安定したろ過機能を有するろ材となる。

以上のように、花糸の融着強度は、モールろ材の耐久性の向上をもたらし、花糸の脱落が少ないため、初期充填繊維量の減少がない。洗浄効率が高く、ろ材の耐久性も高いことから、非常に安定したろ過運転が長期にわたり可能となる。さらに、モールろ材の劣化がなく、初期投入ろ材量を維持できるため、ろ材の取替え等のメンテナンスが軽減されて、廃棄物として処理すべき廃ろ材の発生が少なくなる。

図１はモール糸の製造工程の概念図であって、芯糸１と押え糸２はポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維を使用しており、図２に示すように、押え糸２の表面に融着剤３をコーティングしてある。特に、コーティングする融着剤３としては、低融点で高溶融粘度のあるポリエチレンが好ましい。この芯糸１と押え糸２を撚り合せながら、もう１本の加工糸または生糸の花糸４を巻き付けて、表面に出ている花糸４を短くカットしてモール糸５を形成する。カットされた花糸４は先端部が放射状に広がり、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能となる。次に、モール糸５をヒーター６で加熱処理して、融着剤３のポリエチレンを溶融させる。芯糸１と押え糸２に挟み込む花糸４の束を、溶融した融着剤３で漏れなく固定するので、接着強度が増大して花糸の融着に対するムラが解消できる。

図３及び図４はモールろ材であって、押え糸２にコーティングした融着剤３を溶融させた後、モール糸５を所定の長さ（５ｍｍ程度）に切断してモールろ材７を作る。モール糸５のカット時にモールろ材７の芯糸１と押え糸２の切断面を加熱して、残留している融着剤３を瞬間的に溶融させる。その後、常温で冷却することにより、ほつれの発生起点である切断面にほつれ止めが形成される。なお、押え糸２にコーティングした融着剤３は、芯糸１に行なっても良く、あるいは芯糸１と押え糸２の両方に行なっても良いものである。芯糸１と押え糸２の両方に融着剤３をコーティングすれば、更に、接着強度が増大して花糸の融着に対するムラが解消できる。図５はモール糸の製造工程の他の実施例の概念図であって、上記押え糸２を芯糸１より小径として、一本の芯糸１と複数本の押え糸２ａを撚り合せ、コーティングした融着剤３で融着させれば、融着の均一性と浸透性が増加する。この発明の芯糸１と押え糸２、および短繊維の花糸４から構成されたモールろ材７は、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能となる。

モール糸の他の実施例の製造工程は、上記のように、花糸４を短くカットしたモール糸５を、融着剤３の軟化点付近までヒーター６で加熱して花糸４を一旦仮止めさせ、モール糸５を所定の長さに切断してモールろ材７を形成する。次に加熱空気やヒーターでモールろ材７を加熱して、融着剤３の融点付近まで昇温させて、芯糸１と押え糸２に挟み込んだ花糸４を溶融した融着剤３で固着させてもよいものである。モールろ材７の両断面付近の仮止めされていた融着剤３が溶融し、芯糸１と押え糸２の切断面を再度固着する。これにより、ろ材断面から発生するほつれを防止することが可能となる。なお、モールろ材７を加熱しても、隣接するモールろ材７、７が花糸４・・・を介して接触していることから、隣接するモールろ材７、７の花糸が融着剤３により互いに溶着することはないものである。

図６は密閉ろ過装置であって、ろ過槽８の槽底に被処理液供給管９と、その頂部に処理水管１０を連結した集水ノズル１１が配設してある。ろ過槽８に本願発明のモールろ材７・・・が充填してあり、被処理液を上向流で供給して、ろ過槽の上半部にろ材層１２を形成させる。ろ材層１２を形成するモールろ材７は、芯糸１と押え糸２に固定した放射状短繊維の花糸４が、ろ材層１２内のモールろ材７、７間の空隙を効率良く平均的に充填し、ろ層形成時のろ材間空隙率が減少する。そして、ろ過槽８に圧入される被処理液が、さらにろ材層１２を圧縮してモールろ材７、７間の空隙率を減少させ、モールろ材７、７間の空隙を優先的に通過する被処理水中の懸濁物質をろ材間充填短繊維の花糸４によって捕捉、除去する。ろ材層１２の下方に空気供給管１３が配設してあり、ろ材層１２が目詰まりした時に、あるいは、処理水が悪化したときに、ろ材層の下方に圧縮空気を供給すれば、モールろ材７・・・は流動して、モールろ材７、７間に捕捉した懸濁物質を分離させる。符号１４は被処理液の供給管１０から分岐した洗浄排水管、符号１５は処理水管１０から分岐させた捨水管、符号１６はエアー洗浄時のろ材流出防止用のスクリーンである。短繊維の花糸４は容易に分散・展開が可能であり、植毛繊維間の捕捉粒子は極めて小さなエネルギーで剥離・脱落させる。この洗浄の簡便性は洗浄動力を非常に低減でき、洗浄時のろ材の劣化がなく、ろ材の耐久年数が長くなる。このモールろ材７は、花糸４の脱落が非常に少ないため、ろ材の耐久性も高く、安定したろ過運転が長期にわたり可能となる。

図６に示す密閉ろ過装置を用いて、充填して実験を行なった。水処理用ろ材は、本願発明の押え糸にポリエチレンをコーティングしたモールろ材と、従来の芯糸に接着糸を混入したモールろ材を、ろ層圧縮率とろ層高さを同一として、ろ過装置に充填した。接着法の異なるモールろ材についてろ過性能の比較試験を行なった。試験条件として、原水濁度：２．５度（カオリン模擬液）、通水速度：６０ｍ／ｈ、充填ろ材量：一定、洗浄方法：一定、の同一条件で行なった。その結果は表１の通りであり、縦軸に処理水濁度（度）、横軸にろ過継続時間（ｍｉｎ）を表している。

使用初期においては、本願発明のモールろ材と、従来のモールろ材のろ過性能はほとんど差はなかった。過去に洗浄を１０回施したモールろ材を用いた場合は、両ろ材のろ過性能に大きな差が生じた。洗浄を１０回経験した従来のモールろ材の処理水濁度は、ろ過開始後除々に上昇し悪化したが、本願発明のモールろ材の処理水濁度はろ過継続時間を通して０．０５度付近で安定した。この現象は、繰り返し洗浄でろ材繊維量に差が生じたことにより発生したと推察される。このろ材繊維量の差は、花糸の脱落の有無に大きく起因している。従来のモールろ材の花糸の脱落現象は、洗浄工程を繰り返すたびに発生するため、モールろ材は序々に痩せていく。この結果、モールろ材のろ過性能は充填繊維量の減少に伴い低下し、安定した濾過運転ができなくなる。

また、従来のモールろ材の洗浄中には、本願発明のモールろ材と同じ洗浄方法を用いたにも関わらず、多くの脱落した花糸が観察できた。本願発明のモールろ材は、洗浄時の脱落花糸が非常に少なく、洗浄を１０回経験してもその発生量に変化は生じなかつた。コーティングした融着剤は、芯糸に混入した従来の接着糸に比較して、花糸を均一に融着させることができ、モールろ材の切断面を加熱して、切断面にほつれ止めを形成したことも起因しているものと思われる。このろ過性能の差は、洗浄経験の増加に伴い増大し、最終的に従来ろ材の処理水濁度は原水濁度に限りなく近づいていくものと予測される。洗浄排水側に脱落した大量の花糸が混入するため、洗浄のたびにそれら脱落花糸の回収が別途必要となる。さらに、回収した花糸くずは廃棄物として処理しなければならない。

この発明に係る水処理用繊維ろ材によれば、花糸の融着強度が、洗浄及びろ過時にモールろ材の花糸の脱落を防止して、洗浄強度の上昇が可能となり、洗浄時間の短縮と洗浄水量の低減が行なわれ、被処理水の大量処理の設備に利用できる。そして、処理水質の安定化ができるので、生活廃水や工場排水等設備だけでなく、浄水や工業用水設備としても利用できる。

この発明に係る水処理用繊維ろ材のモール糸の製造方法の概念図である。 同じく、撚り合せた芯糸と押え糸の表面に出ている花糸を短くカットしたモール糸の概念図である。 同じく、モールろ材の概念図である。 同じく、モールろ材の側面図である。 同じく、他の実施例のモール糸の製造方法の概念図である。 同じく、モール糸を用いるろ過装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 芯糸
２、２ａ 押え糸
３ 融着剤
４ 花糸
５ モール糸
７ モールろ材

Claims (5)

1. 樹脂繊維からなる芯糸（１）と押え糸（２）の両方またはどちらか一方に低融点の融着剤（３）をコーティングして、その芯糸（１）と押え糸（２）を撚り合せながら花糸（４）を巻き付け、同時に花糸（４）を短くカットしてモール糸（５）を形成すると共に、モール糸（５）を加熱処理して、融着剤（３）を溶融させた後、所定の長さに切断してモールろ材（７）とすることを特徴とする水処理用繊維ろ材。
2. 上記モール糸（５）のカット時に、モールろ材（７）の芯糸（１）と押え糸（２）の切断面を加熱して、残留している融着剤（３）を溶融し、芯糸（１）と押え糸（２）に挟み込んだ花糸（４）の側端部を融着させることを特徴とする請求項１に記載の水処理用繊維ろ材。
3. 樹脂繊維からなる芯糸（１）と押え糸（２）の両方またはどちらか一方に低融点の融着剤（３）をコーティングして、その芯糸（１）と押え糸（２）を撚り合せながら花糸（４）を巻き付け、巻き付けた花糸（４）を短くカットしてモール糸（５）を形成し、融着剤（３）の軟化点付近まで加熱して花糸（４）を一旦仮止めさせると共に、モール糸（５）を所定の長さに切断してモールろ材を形成し、次にモールろ材（７）を加熱して融着剤（３）を溶融させ、芯糸（１）と押え糸（２）に挟み込んだ花糸（４）を固着させることを特徴とする水処理用繊維ろ材。
4. 上記押え糸（２）を芯糸（１）より小径として、１本の芯糸（１）と複数本の押え糸（２ａ・・・）を撚り合せ合せながら花糸（４）を巻き付けることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の水処理用繊維ろ材。
5. 上記芯糸（１）と押え糸（２）にポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維と、花糸（４）に加工糸または生糸を用いると共に、融着剤（３）を低融点、高溶融粘度のポリエチレンで構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の水処理用繊維ろ材。

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