JP4413622B2 - 流体処理方法及び流体処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の濾過リングを積層して使用して、例えば、液状懸濁物質のような処理流体、或いは、海水の如き電解イオン物質含有流体のような処理流体から所定の物質を他の物質と区分し、分離分割する流体処理方法及び流体処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、固液スラリー原料のような液状懸濁物質とされる処理流体を清浄水と固形分とに分離する濾過装置としては、
（１）回転ドラムに濾布とスチールワイヤを巻き、内部よりの真空で脱水を行い、外部残渣を掻き取る真空回転式。
（２）目的スラリーをポンプにて圧送し、ブロック別のフィルタ内に押し込み、脱水ケーキの最大時にブロックを開き掻き取るフィルタプレス。
（３）目的スラリーを投入口からプレスに入れ外側の網目より水液を排出し、その先の制限口よりケーキを出すスクリュープレス。
（４）分離機に目的スラリーを投入し、高速で回転させ重力別に分級された投入物を取り出す遠心分離機。
（５）ローラの押し付け圧力により脱水するベルトローラ脱水機。
などが使用されている。
【０００３】
上記従来装置は、それぞれ問題点を有しており、未だ十分に満足し得るものではない。即ち、真空回転式は、陰圧で脱水を行うため、含水率を低くする目的には向かない。フィルタプレスは、脱水力は最も高いが脱水ケーキ処理掻き落としに手間が掛かる。スクリュープレスは、手荒く脱水するには便利であるが、残液の２次処理が必要である。遠心分離機は、脱水目的は達成するが分級残留物が液に残り、歩留まりが大変悪い。また、ベルトローラ脱水機は、小型で便利であるが、ローラ開放戻り水分の処理ができず歩留まりが悪い。
【０００４】
又、平板状の濾過材を複数枚積層して積層フィルタを構成し、濾過材の積層方向に対して垂直方向から処理流体を導入し、平板状濾過材の間に処理流体を流通させて濾過する濾過装置が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平１０−５２６０８号公報には、本願添付の図１１に示すように、リング状の平板状濾過材１０１を多数枚、互いに密着し、且つその接触面を分離可能に積層して、接触面の間隙に汚水や廃水の懸濁物質を流通させて濾過するようにした汚水、廃水などの濾過に使用する積層フィルタ１００が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている、特開平１０−５２６０８号公報に記載されるような濾過装置或いは積層フィルタで使用されている平板状濾過材１０１は、多孔性濾過材であって、接触面の間隙を流通する懸濁物質中の粒子は、多孔性濾過材１０１の表面に付着し、濾過材の微細な孔に溜まって蓄積し、濾過性能が低下する。そのために、濾過液を逆流させてこの微細孔に溜まった粒子を流し取る、所謂、逆洗浄作業が頻繁に必要とされる。また、多孔性濾過材が目詰まりを起こした場合には、このような逆洗での再生率は低く、化学薬品による洗浄か、或いは、交換が余儀なくされる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、極めて効率よく、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、高温高圧に耐えることができ、更には、酸、アルカリに対して耐性を有した流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性の高い流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、要望に応じて種々に目的幅を設定することができ、多用途に利用することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して著しく低減することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る流体処理方法及び流体処理装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、固形分と液分とを含む処理流体の液体処理方法において、
（ａ）濾過リングを多数枚互いに密着、積層してリング積層体を形成し、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記各濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされ、
（ｂ）前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、
（ｃ）前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであり、
（ｄ）前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に、前記濾過リングの中心穴部を介して前記リング積層体の内部へと処理流体を差し向けて、前記処理流体を半径方向外方へと流動させ、
（ｅ）処理流体の液分は前記間隙を流動して前記リング積層体の外周部へと流出し、処理流体の固形分は前記濾過リングの内周部に蓄積され、処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離し、
（ｆ）前記濾過リングの内周部を掻き取り、前記蓄積された第１分離分の固形分を回収する、
ことを特徴とする流体処理方法が提供される。
【０００１３】
本発明の流体処理方法の一実施態様によれば、前記濾過リングは、磁性材料にて作製される。
【００１４】
本発明の流体処理方法の他の実施態様によれば、前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力Ｐ１と、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力Ｐ２との差、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を調整することにより処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分、分離する精度及び／又は速度を制御する。また、他の実施態様によれば、好ましくは、運転初動時においては、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力を逆方向に作用させ、この前記リング積層体の出口領域に作用する逆吸引圧力と前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力とにより前記リング積層体内の処理流体を加圧する。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離する流体処理装置において、
細長筒状のハウジングと、
濾過リングを多数枚互いに積層して形成されたリング積層体であって、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる前記リング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに密着させるリング押圧手段であって、前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであるリング押圧手段と、
前記リング積層体に処理流体を送給する処理流体供給手段と、
前記処理流体供給手段と協働して、前記リング積層体に供給された処理流体に所定の圧力を印加するための処理流体加圧手段と、
前記リング積層体に形成された中心穴部に配置され、前記リング積層体から前記第１分離分を回収する剥取手段と、
を有することを特徴とする流体処理装置が提供される。
【００１６】
本発明の流体処理装置の一実施態様によれば、前記処理流体加圧手段は、ポンプ手段又は仕切り弁手段である。
【００１７】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記濾過リングは、磁性材料にて作製される。
【００１８】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記剥取手段は、前記リング積層体の内周部に付着した固形分を除去する回転ブラシとし得る。
【００１９】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記ハウジング内に配置され、内部に前記リング積層体を保持した、多数の開口部を備えたリング積層体保持手段を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る流体処理方法及び流体処理装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２１】
実施例１
図１に、本発明の流体処理方法を実施するのに適した流体処理装置の一実施例の概略構成を示す。
【００２２】
本発明の流体処理方法は、濾過リングを多数枚互いに密着して積層してリング積層体を形成し、リング積層体を濾過リングの積層方向に所定圧力にて押圧し、リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に処理流体を差し向けて、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離する。
【００２３】
このとき、本発明の方法によれば、詳しくは後述するように、濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面仕上げ精度、即ち、表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍ、通常、０．１μｍ〜２０μｍとし、且つ、リング積層体の押圧力は、隣接する濾過リングの接触面での圧力ｐが０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2、通常、８〜８０ｋｇ／ｃｍ2程度の範囲内とされる。この押付圧力を変えることにより、分離精度や処理速度を変更することができ、本発明の流体処理方法を多目的に利用することができる。また、好ましくは、濾過リングは、磁性材料にて作製される。この点についても、詳しくは後述する。
【００２４】
本発明の流体処理方法は、例えば流体懸濁物質のような処理流体から固形分を濾過分離する濾過方法として最も良く使用されるので、図１に示す本実施例では、流体処理装置１は、処理流体から所定物質を分離するフィルタ装置として説明する。
【００２５】
又、説明の便宜上、本実施例のフィルタ装置１は、その軸線方向が垂直とされた縦型フィルタ装置であるとして説明するが、フィルタ装置１は、これに限定されるものではなく、水平方向に配置しても、或いは、所定の角度にて配置しても使用し得るものであることを理解されたい。
【００２６】
本実施例によると、フィルタ装置１は、細長円筒形状のハウジング２を有する。本実施例で、ハウジング２は、濾過リング３をハウジング２の長手軸線方向に複数枚積層して形成されたリング積層体４が配置された実質的に濾過作用をなす作用領域を形成する本体ケース５と、作用領域の上方に位置し入口領域を形成する入口ケース６と、作用領域の下方に位置し出口領域を形成する出口ケース７とにて構成される。
【００２７】
リング積層体４の軸線方向の下方端は、本体ケース５と出口ケース７とを接続する、中心に穴９を有する止めフランジ８に当接して保持されている。又、リング積層体４の他端、即ち、上方端は、本体ケース５と入口ケース６とを接続する、中心に穴１１を有する接続フランジ１０内を軸線方向に摺動自在に配置された押圧リング１２に当接している。押圧リング１２の外周面にはＯリング１３が配置されており、押圧リング１２と接続フランジ１０の摺動部を液密状態に維持している。
【００２８】
入口ケース６の内部にはピストン１４が配置されており、ピストン１４は、連結ロッド１５を介してエアシリンダのような押圧駆動手段１６に接続されている。また、このピストン１４は押圧リング１２に作用して押圧リング１２をリング積層体４の方へと押圧する。即ち、押圧駆動手段１６及びピストン１４、並びに押圧リング１２は、リング積層体４に作用して、リング積層体４における隣接する濾過リング３の接触面圧力ｐ（ｋｇ／ｃｍ2）を調整するリング押圧手段として機能する。
【００２９】
従って、押圧駆動手段１６を駆動することにより、押圧リング１２がリング積層体４の上端面に作用して、各濾過リング３を互いに所定の圧力にて密着させる。
【００３０】
リング押圧手段としては、上記押圧駆動手段１６及びピストン１４の代わりにねじ式のジャッキ手段のような加圧手段を用い、押圧リング１２に所定の押圧力を加える構成とすることもできる。
【００３１】
また、入口領域を形成する入口ケース６には、入口導管１７を介して供給側ポンプ１８などとされる処理流体供給手段が接続され、処理流体、例えば固液スラリー原料のような液状懸濁物質を入口領域へと供給する。一方、出口領域には、出口導管１９を介して排出側ポンプ２０などとされる処理流体加圧手段が接続されている。供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とを調節することにより、両者の差圧、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２により処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙へと押入される。供給側ポンプ１８及び排出側ポンプ２０は、本実施例では、固液ポンプ（モーノポンプ）を好適に使用し得る。
【００３２】
処理流体加圧手段としては、上記ポンプ２０の代わりに電動式の仕切り弁を使用することも可能である。この場合は、仕切り弁の開閉を調整することにより、ポンプ２０を使用した場合と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
濾過リング３は、これに限定されるものではないが、本実施例では、平板形状のリング状とされ、リング積層体４は、濾過リング３を、例えば、１００〜１０００枚積層して構成される。詳しくは後述するように、本実施例では、リング積層体４は、濾過リング３を１６０〜８００枚積層して形成した。濾過リング３の詳しい構成については後述する。
【００３４】
本実施例にて、リング積層体４は、図２をも参照するとより良く理解されるように、多数の孔が形成された保持手段、本実施例ではパンチングメタルにて形成された内ケース２１内に保持することによって、本体ケース５内に設置されている。この構成により、各濾過リング３がリング積層体４の軸線方向に対して垂直方向に、即ち、本実施例では、水平横方向への揺れを防止することができる。一方、各濾過リング３は、内ケース２１内にて軸線方向に、即ち、本実施例では上下方向に移動自在とされる。又、所望により、内ケース２１と、リング積層体４との間にガラス繊維フィルタ、耐熱フィルタ（図示せず）などを装着しても良い。
【００３５】
また、内ケース２１の外周面と本体ケース５の内周面との間には、所定間隔Ｇの空隙が設けられ、リング積層体４にて濾過、分離され、リング積層体外周部へと流通した分離分、例えば、浄水をドレン口２２へと流動させる環状通路２３を形成する。
【００３６】
更に、本実施例によると、リング積層体４の内側には、リング積層体４の内周部に付着する含液固形物を剥ぎ取るための剥取手段３０が配置される。本実施例にて剥取手段３０は、回転軸３１に、例えば、回転軸３１の軸線に沿って十字状とされる羽根板３２を取り付けた羽根車とされる。好ましくは、図示するように、十字羽根位置の外側先端部にステンレスワイヤ３３が植設されたステンレススチールブラシとされる。
【００３７】
このステンレススチールブラシ３０の回転軸３１は、一端、本実施例では下方端が軸受３４を介して出口ケース７に回転自在に取り付けられており、更に、下方端部が、ハウジング２の外側に配置されたエアモータのような回転駆動手段３５に接続される。従って、回転駆動手段３５を付勢することによりステンレススチールブラシ３０は回転駆動される。本実施例にて、ブラシ３０の回転方向は、エアモータ３５から見て反時計方向とした。回転軸３１の他端、即ち、上端は、自由端とされ、横ぶれ防止リング３６が嵌合されている。横ぶれ防止リング３６は、押圧リング１２の内周壁部に緩く嵌合しており、ステンレススチールブラシ３０の回転時の横ぶれを規制する。
【００３８】
次に、本発明の特徴をなす濾過リング３及びリング積層体４の構造について説明する。
【００３９】
濾過リング３の断面形状を示す図４及び図５を参照すると理解されるように、本実施例にて濾過リング３は、中心に内径（ｄ１）の穴が形成された板厚（ｔ）とされる平板形状をしたリングとされる。リング３の外径（ｄ２）は、内ケース２１の内径（Ｄ１）より僅かに小さくされる。濾過リング３の内径（ｄ１）、外径（ｄ２）及び板厚（ｔ）は、装置に要求される濾過能力によって種々の寸法を採用し得る。従って、本発明のリング形状寸法はこれに限定されるものではないが、本実施例では、後述するように、リング３の内径（ｄ１）は１３６ｍｍ、外径（ｄ２）は１５６ｍｍ、板厚（ｔ）は、５ｍｍ、或いは、１ｍｍのものを使用した。
【００４０】
濾過リング３の内周部は、好ましくは、半径（ｒ１）の湾曲形状とされ、一方、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる。最外周部は、半径（ｒ２）の湾曲形状とされ、角度（α）にて半径方向内方へと拡開するように形成される。
【００４１】
濾過リング３は、最大６５０℃程度の高温、更には、酸、アルカリに対して耐性を持つのが好ましい。又、後述するように、濾過リング３のフィルタ性能を増大させるには、濾過リング３は、その内周部が、使用時において磁化されていることが極めて好ましい。磁化の強さは、処理流体の性状により適宜選定される。
【００４２】
従って、上記諸性質を備えた濾過リング３の材質としては、上述したように、好ましくは、磁性材料が使用され、従って、金属、特に、ステンレススチール、例えば、オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）が好ましい。ステンレススチールは、一般に非磁性であるが、本発明者の実験の結果によれば、濾過リング３を作製する過程で、１６３０℃のレーザカットによる溶断加工時に高温に加熱されることにより、図５に斜線で示す濾過リング３の内周部３ａにおいて金属組織変化（マルテンサイト化）が起こり常磁性体となり、加工後においては、磁化されていることが分かった。その他の材料としては、チタン及びその合金、鋼のような磁性材、セラミックスと各種磁性材の混合物、などを使用することができる。
【００４３】
ここで、本発明による濾過リング３のフィルタ作用の原理について説明する。
【００４４】
本発明では、濾過リング３の少なくとも互いに密着対面した部分の仕上げ精度は重要であり、本発明者の実験研究の結果、この部分の表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍにて好結果を得ることができた。下限値は、０．０１μｍより小さくても良いが、下限値Ｒａ＝０．０１μｍは、現在の技術で実際に達成し得る表面粗さであると考えられる。また、上限値の表面粗さ２０μｍは、現在の技術で容易に達成可能であり、実際的である。一方、２０μｍを越えると微粒固形分の濾過能力が大幅に減退する傾向にある。そのために、２０μｍの場合と同じ濾過能力を維持するには、２０μｍ以下の場合に比べてリング押圧力を著しく大とすることが必要となり、実際的でない。
【００４５】
このような濾過リング３は、図４及び図５に示すように、多数枚互いに積層し、所定のリング固定圧力Ｐにて互いに密着され、リング積層体４を形成している。実験の結果、この圧力Ｐは、各濾過リング３の接触面における単位面積当たりの圧力、即ち、接触面圧ｐで０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲とすることにより良好な結果を得ることができた。例えば、汚水のような固液スラリー原料の脱水の場合には、接触面圧ｐは、７〜８０ｋｇ／ｃｍ2程度とすることができるが、懸濁物質の固形分の粒径が極めて小さい場合には、又は、海水の淡水化などの場合には、最大１７７ｋｇ／ｃｍ2にまで増大することができる。
【００４６】
また、本発明者の測定によれば、濾過リング３の互いに密着対面した部分の間隙距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍの範囲内で良好な結果を得ることができた。例えば、汚水のような固液スラリー原料の脱水の場合には、間隙距離（ｇ）は、２０μｍ〜２００μｍ程度とすることができるが、懸濁物質の固形分の粒径が極めて小さい場合には、又は、海水の淡水化などの場合には、０．１μｍ以下とすることができ、現実的には、０．２ｎｍ程度にまで小さくすることができる。
【００４７】
本発明者の実験の結果、接触面圧ｐが１７７、８０、４０及び２０ｋｇ／ｃｍ2のとき、それぞれ、間隙距離（ｇ）は、ほぼ０．２ｎｍ、０．１μｍ、２０μｍ及び１００μｍであることが分かった。
【００４８】
ここで、本発明のフィルタ装置１の濾過原理を検討するべく、本発明者は、表面粗さＲａが２０μｍであり、リング積層体４にて濾過リング３の互いに密着対面した部分の距離（ｇ）が４０μｍとされたフィルタ装置１を作製した。処理流体としては、粒子径が０．５〜５０μｍの無機質固形分を含んだ固液比１：３の固液含水懸濁液を調製して使用した。
【００４９】
その結果、フィルタ装置１にて濾過分離された浄水には、間隙距離（ｇ）より小さい０．５μｍ程度までの粒子径の固形分が含まれてはいなかった。この理由について検討した結果、次のことが考えられる。
【００５０】
つまり、懸濁液中の、間隙距離（ｇ）より小さい０．５μｍ程度までの粒子径を有した微粒子は、ブラウン運動による影響、即ち、粘性抵抗を受け、互いに隣接する濾過リング３により形成された間隙距離（ｇ）とされる空隙通路を通過することができず、又、重要なことに、使用した濾過リング３の図５に斜線で示す内周部３ａが磁性を帯びていることにより、磁界が無機質微粒子に作用し、濾過リング３の内周湾曲部３ａに無機質微粒子が付着する、所謂、架橋現象を強化させた、ためであると考えられる。
【００５１】
次に、上記構成のフィルタ装置の作動態様について説明する。
【００５２】
本実施例では、図１にて、先ず、押圧駆動手段、即ち、エアシリンダ１６を作動し、ピストン１４により押圧リング１２をリング積層体４の方へと押し付け、リング積層体４を構成する各濾過リング３を互いに所定の接触面圧ｐにて密着させる。これにより、リング積層体４における隣接する濾過リング間の間隙距離（ｇ）が所定値に調整され、設定される。
【００５３】
次いで、供給側ポンプ１８を作動させ、入口ケース１６にて画成される入口領域に、固液スラリー原料のような処理流体を圧力下に供給する。入口ケース１６には、エア抜き通路２５が設けられており、適宜エアー抜きを行う。また、入口ケース１６内に配置されたピストン１４には、その内部に、処理流体流動路１４ａが形成されており、入口領域に供給された処理流体は、リング積層体４の中心穴内及び出口領域等に充填される。同時に、排出側ポンプ２０を作動させる。
【００５４】
排出側ポンプ２０は、最初は、本来の排出作動時とは逆方向に回転させ、供給側ポンプ１８と同様にリング積層体４内の処理流体を加圧する。従って、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力と、排出側ポンプ２０の逆吸引圧力（即ち、押圧圧力）とにより、処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙（ｇ）を有した流動路へと押し付けられる。これにより、第１の分離分、即ち、固形分（スラッジ）は、各濾過リング間の流動路を通過することなく、リング積層体４の中心穴側に蓄積され、第２の分離分、本実施例では液分（浄水）は、各濾過リング間の間隙通路を流通して、内ケース２１に形成された孔を通過し、内ケース２１とハウジング２との間に形成された環状通路２３へと流出する。
【００５５】
一定の圧力が発生すると、次いで、前記排出側ポンプ２０を正回転として、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とにより、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２により処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙（ｇ）の流動路へと押し付けられる。従って、上述のように、処理流体は第１分離分と、第２分離分とに分離され、第１の分離分、即ち、本実施例では、所定粒径以上の微粒子などとされる固形分（スラッジ）は、各濾過リング間の間隙を通過することなく、リング積層体４の中心穴側に蓄積され、その後、この固形分は、ステンレススチールブラシ３０により、下流側、即ち、出口ケース７の方へと誘導され、出口管１９を介して排出側ポンプ２０により脱水ケーキとして回収槽へと送出される。
【００５６】
第２の分離分、本実施例では液分（浄水）は、環状通路２３へと流出し、本体ケース５の下端に設けられたドレン水口２２から浄水として浄水タンクに排出される。
【００５７】
上述のように構成されそして作動する本実施例のフィルタ装置１によると、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とを調節することにより、処理流体に対する圧力が変動し、濾過分離精度、処理速度を変えることができる。
【００５８】
また、リング積層体４の内周壁に付着し、溜まった固形分は、ステンレスブラシ３０によって掻き取られる。これにより、各濾過リング間の間隙が固形分の架橋により目詰まりするのを防止する。
【００５９】
なお、本実施例のフィルタ装置１にて、例えば、処理流体を１７０℃に加熱した上でリング積層体内保持時間を３０秒とし、更に、処理流体を７ｋｇ／ｃｍ2以上の加圧を行った場合には、処理流体中の生物の膜破壊で細胞内水分を除去することができる。
【００６０】
本実施例の上記構成とされるフィルタ装置１では、リング積層体４における目詰まりは、極めて少なく実質的に排除されるが、それでも長期間の使用により、目詰まりを起こす。この場合には、逆洗浄作業を行う。
【００６１】
つまり、図１にて、本体ケース５に設けられたエア供給口２６より、本体ケース５と内ケース２１との間に形成された環状通路２３へと逆洗用の加圧エアーを吹き込む。このとき、所定時間の間、例えば、数秒間、供給側ポンプ１８を停止するのが好ましい。
【００６２】
これにより、図６に示すように、加圧エアーは、各濾過リング間の間隙に目詰まりしていた付着微粒子をリング積層体４の半径方向内方へと吹き飛ばし、逆洗浄が達成される。加圧エアーとしては、７〜１５ｋｇ／ｃｍ2とされる。
【００６３】
このとき、本実施例の濾過リング３は、その外周部が楔形状に成形されているために、加圧エアーが隣接する濾過リング３を互いに離間させる方向に働き、リング積層体４において、隣接する濾過リング間の空隙距離（ｇ）が、濾過工程時に比較して拡がり、逆洗浄効果を増大させる。
【００６４】
上記逆洗浄工程は、自動制御で流体処理を行う流体処理装置においては、処理工程中に定期的に組み込むことができる。
【００６５】
このように、本実施例のフィルタ装置１は、構造が簡単であるので、フィルタの目詰まりを逆洗浄によって簡単に解消できる。
【００６６】
この逆洗作業が終了すると、再度供給側ポンプ１８を作動して、処理流体をハウジング入口領域へと送給開始する。
【００６７】
本発明の流体処理方法及び流体処理装置の効果を立証するために、下記具体例に示す寸法形状を有した濾過リング３を備えたフィルタ装置１を作製し、実験した。その結果、処理速度は、１時間当たり４８００Ｌ（リットル）であり、固形分回収率は、９９％以上、脱水ケーキ含水率は、８５％以下であった。
【００６８】
具体例
濾過リング
材質：オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）又はチタン
板厚（ｔ）： ５ｍｍ（ステンレス鋼）又は１ｍｍ（チタン）
内径（ｄ１）： １３６ｍｍ
外径（ｄ２）： １５６ｍｍ
内周部半径（ｒ１）： ３ｍｍ
外周部半径（ｒ２）： １ｍｍ
楔部の角度（α）： ６０度
仕上げ精度（Ｒａ）： ２０μｍ
リング積層体
濾過リング積層枚数： １６０枚〜８００枚
作動条件
リング固定圧力（接触面圧ｐ）： ８〜１７７ｋｇ／ｃｍ2
処理流体供給圧力Ｐ１： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
処理流体吸引圧力Ｐ２： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
濾過時の圧力ΔＰ： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
処理流体の性状
粒子径０．５〜５０μｍの粉状の無機質固形分を含んだ固液比１：３の含水懸濁液（固液スラリー）を使用した。
【００６９】
本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、上述のように固液スラリー原料のような液状懸濁物質の脱水に利用することができるが、従来の脱水機によるケーキの再脱水にも使用することができる。また、スクラバ洗浄棟、塗装ブース廃液二次側脱水システムなどとして、更には、リサイクル水としての工業用水、純水の製造、更に、海水淡水化用のフィルタ装置としても利用することができる。
【００７０】
また、本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、脱硫、又は、気体の選別、区分のために利用することができる。例えば、処理流体として、空気のような気体とされ、クリーンルーム、食品工場などにおける空気浄化のための塵埃捕集などを行うエアフィルタ装置として使用することができる。この実施例では、煤煙、蒸発油又は有機物臭の除去、分離も必要となる。
【００７１】
従って、この実施例の場合には、図７に示すように、本発明の流体処理装置１には、付属設備としてピストン送風機４０が取り付けられ、処理風量を適切に調整すると共に、目的に合わせてタンクチャンバ４１が装着される。タンクチャンバ４１には、空気中の油分や悪臭を水分で洗い落としエマルジョン化させるため、水のような処理媒体及び凝集剤が投入され、処理流体である空気の前処理を行う。
【００７２】
前処理された空気は、ピストン送風機４０が作動することにより、本発明の流体処理装置１のリング積層体４を備えたハウジング２へと導入され、清浄気体（空気）と、脱水ケーキ（固形化物の油分や悪臭の凝結物スラッジ）及び脱水液と、に分離される。
【００７３】
実施例２
図８に濾過リング３の他の実施例を示す。実施例１では、濾過リング３の互いに対面する接触する表面は、平面とされたが、実施例２に示す濾過リング３では、一方の表面には、環状の凹溝５１が形成され、他方の表面には、この凹溝５１に嵌り合うことのできる形状とされた環状の凸条５２が形成される。
【００７４】
従って、濾過リング３を積層した場合には、隣り合う濾過リング３において、一方の濾過リング３に形成した凸条５２が、他方の濾過リング３の凹溝５１に適合し、両濾過リング３、３により形成される処理流体の流路を延長することができる。
【００７５】
この構成により、リング積層体４の内外の圧力差が大となり、分離精度が向上する。
【００７６】
又、このような形状の濾過リング３を使用した場合には、一方の濾過リング３に形成した凸条５２が、他方の濾過リング３の凹溝５１に適合することにより、濾過リング３を積層した場合の横ずれの問題が解決され、従って、実施例１では必要とした内ケース２１が不要となる、といった利点がある。
【００７７】
このように、濾過リング３は、平板平面形状である必要はなく、立体形状とすることも可能である。又、立体形状は、上記形状に限定されるものではなく、その他種々の変更が可能である。
【００７８】
実施例３
図９に濾過リング３の他の実施例を示す。実施例１では、濾過リング３は、円形状とされたが、四角形状とすることもでき、又、図９に示すように、６角形状とすることもできる。又、その他種々の形状としても良い。例えば、図１０に示すように、渦巻き形状とすることも可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、
（１）極めて効率よく、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離することができる。
（２）高温高圧に耐えることができ、更には、酸、アルカリに対して耐性を有する。
（３）単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性が高い。
（４）要望に応じて種々に目的幅を設定することができ、多用途に利用することができる。
（５）機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して低減することができる。
といった種々の効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体処理装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】リング積層体と内ケースとの関係を示す分解斜視図である。
【図３】ステンレススチールブラシの分解図である。
【図４】本発明の流体処理装置の作動態様を説明する概略図である。
【図５】本発明の流体処理装置の濾過作動原理を説明する図である。
【図６】本発明の流体処理装置の逆洗浄作動態様を説明する図である。
【図７】本発明の流体処理装置の他の実施例の概略構成図である。
【図８】濾過リングの他の実施例を示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は濾過リングの他の実施例の平面図で、図９（Ｂ）は断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は濾過リングの他の実施例の平面図で、図１０（Ｂ）は断面図である。
【図１１】従来の流体処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ フィルタ装置（流体処理装置）
２ ハウジング
３ 濾過リング
４ リング積層体
１２ 押圧リング
１６ 押圧駆動手段
１８ 供給側ポンプ（処理流体供給手段）
２０ 排出側ポンプ（処理流体加圧手段）
３０ ステンレススチールブラシ（剥取手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の濾過リングを積層して使用して、例えば、液状懸濁物質のような処理流体、或いは、海水の如き電解イオン物質含有流体のような処理流体から所定の物質を他の物質と区分し、分離分割する流体処理方法及び流体処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、固液スラリー原料のような液状懸濁物質とされる処理流体を清浄水と固形分とに分離する濾過装置としては、
（１）回転ドラムに濾布とスチールワイヤを巻き、内部よりの真空で脱水を行い、外部残渣を掻き取る真空回転式。
（２）目的スラリーをポンプにて圧送し、ブロック別のフィルタ内に押し込み、脱水ケーキの最大時にブロックを開き掻き取るフィルタプレス。
（３）目的スラリーを投入口からプレスに入れ外側の網目より水液を排出し、その先の制限口よりケーキを出すスクリュープレス。
（４）分離機に目的スラリーを投入し、高速で回転させ重力別に分級された投入物を取り出す遠心分離機。
（５）ローラの押し付け圧力により脱水するベルトローラ脱水機。
などが使用されている。
【０００３】
上記従来装置は、それぞれ問題点を有しており、未だ十分に満足し得るものではない。即ち、真空回転式は、陰圧で脱水を行うため、含水率を低くする目的には向かない。フィルタプレスは、脱水力は最も高いが脱水ケーキ処理掻き落としに手間が掛かる。スクリュープレスは、手荒く脱水するには便利であるが、残液の２次処理が必要である。遠心分離機は、脱水目的は達成するが分級残留物が液に残り、歩留まりが大変悪い。また、ベルトローラ脱水機は、小型で便利であるが、ローラ開放戻り水分の処理ができず歩留まりが悪い。
【０００４】
又、平板状の濾過材を複数枚積層して積層フィルタを構成し、濾過材の積層方向に対して垂直方向から処理流体を導入し、平板状濾過材の間に処理流体を流通させて濾過する濾過装置が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平１０−５２６０８号公報には、本願添付の図１１に示すように、リング状の平板状濾過材１０１を多数枚、互いに密着し、且つその接触面を分離可能に積層して、接触面の間隙に汚水や廃水の懸濁物質を流通させて濾過するようにした汚水、廃水などの濾過に使用する積層フィルタ１００が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている、特開平１０−５２６０８号公報に記載されるような濾過装置或いは積層フィルタで使用されている平板状濾過材１０１は、多孔性濾過材であって、接触面の間隙を流通する懸濁物質中の粒子は、多孔性濾過材１０１の表面に付着し、濾過材の微細な孔に溜まって蓄積し、濾過性能が低下する。そのために、濾過液を逆流させてこの微細孔に溜まった粒子を流し取る、所謂、逆洗浄作業が頻繁に必要とされる。また、多孔性濾過材が目詰まりを起こした場合には、このような逆洗での再生率は低く、化学薬品による洗浄か、或いは、交換が余儀なくされる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、極めて効率よく、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、高温高圧に耐えることができ、更には、酸、アルカリに対して耐性を有した流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性の高い流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、要望に応じて種々に目的幅を設定することができ、多用途に利用することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して著しく低減することのできる流体処理方法及び流体処理装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る流体処理方法及び流体処理装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、固形分と液分とを含む処理流体の液体処理方法において、
（ａ）濾過リングを多数枚互いに密着、積層してリング積層体を形成し、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記各濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされ、
（ｂ）前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、
（ｃ）前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであり、
（ｄ）前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に、前記濾過リングの中心穴部を介して前記リング積層体の内部へと処理流体を差し向けて、前記処理流体を半径方向外方へと流動させ、
（ｅ）処理流体の液分は前記間隙を流動して前記リング積層体の外周部へと流出し、処理流体の固形分は前記濾過リングの内周部に蓄積され、処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離し、
（ｆ）前記濾過リングの内周部を掻き取り、前記蓄積された第１分離分の固形分を回収する、
ことを特徴とする流体処理方法が提供される。
【０００１３】
本発明の流体処理方法の一実施態様によれば、前記濾過リングは、磁性材料にて作製される。
【００１４】
本発明の流体処理方法の他の実施態様によれば、前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力Ｐ１と、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力Ｐ２との差、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を調整することにより処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分、分離する精度及び／又は速度を制御する。また、他の実施態様によれば、好ましくは、運転初動時においては、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力を逆方向に作用させ、この前記リング積層体の出口領域に作用する逆吸引圧力と前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力とにより前記リング積層体内の処理流体を加圧する。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離する流体処理装置において、
細長筒状のハウジングと、
濾過リングを多数枚互いに積層して形成されたリング積層体であって、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる前記リング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに密着させるリング押圧手段であって、前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであるリング押圧手段と、
前記リング積層体に処理流体を送給する処理流体供給手段と、
前記処理流体供給手段と協働して、前記リング積層体に供給された処理流体に所定の圧力を印加するための処理流体加圧手段と、
前記リング積層体に形成された中心穴部に配置され、前記リング積層体から前記第１分離分を回収する剥取手段と、
を有することを特徴とする流体処理装置が提供される。
【００１６】
本発明の流体処理装置の一実施態様によれば、前記処理流体加圧手段は、ポンプ手段又は仕切り弁手段である。
【００１７】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記濾過リングは、磁性材料にて作製される。
【００１８】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記剥取手段は、前記リング積層体の内周部に付着した固形分を除去する回転ブラシとし得る。
【００１９】
本発明の流体処理装置の他の実施態様によれば、前記ハウジング内に配置され、内部に前記リング積層体を保持した、多数の開口部を備えたリング積層体保持手段を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る流体処理方法及び流体処理装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２１】
実施例１
図１に、本発明の流体処理方法を実施するのに適した流体処理装置の一実施例の概略構成を示す。
【００２２】
本発明の流体処理方法は、濾過リングを多数枚互いに密着して積層してリング積層体を形成し、リング積層体を濾過リングの積層方向に所定圧力にて押圧し、リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に処理流体を差し向けて、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離する。
【００２３】
このとき、本発明の方法によれば、詳しくは後述するように、濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面仕上げ精度、即ち、表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍ、通常、０．１μｍ〜２０μｍとし、且つ、リング積層体の押圧力は、隣接する濾過リングの接触面での圧力ｐが０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2、通常、８〜８０ｋｇ／ｃｍ2程度の範囲内とされる。この押付圧力を変えることにより、分離精度や処理速度を変更することができ、本発明の流体処理方法を多目的に利用することができる。また、好ましくは、濾過リングは、磁性材料にて作製される。この点についても、詳しくは後述する。
【００２４】
本発明の流体処理方法は、例えば流体懸濁物質のような処理流体から固形分を濾過分離する濾過方法として最も良く使用されるので、図１に示す本実施例では、流体処理装置１は、処理流体から所定物質を分離するフィルタ装置として説明する。
【００２５】
又、説明の便宜上、本実施例のフィルタ装置１は、その軸線方向が垂直とされた縦型フィルタ装置であるとして説明するが、フィルタ装置１は、これに限定されるものではなく、水平方向に配置しても、或いは、所定の角度にて配置しても使用し得るものであることを理解されたい。
【００２６】
本実施例によると、フィルタ装置１は、細長円筒形状のハウジング２を有する。本実施例で、ハウジング２は、濾過リング３をハウジング２の長手軸線方向に複数枚積層して形成されたリング積層体４が配置された実質的に濾過作用をなす作用領域を形成する本体ケース５と、作用領域の上方に位置し入口領域を形成する入口ケース６と、作用領域の下方に位置し出口領域を形成する出口ケース７とにて構成される。
【００２７】
リング積層体４の軸線方向の下方端は、本体ケース５と出口ケース７とを接続する、中心に穴９を有する止めフランジ８に当接して保持されている。又、リング積層体４の他端、即ち、上方端は、本体ケース５と入口ケース６とを接続する、中心に穴１１を有する接続フランジ１０内を軸線方向に摺動自在に配置された押圧リング１２に当接している。押圧リング１２の外周面にはＯリング１３が配置されており、押圧リング１２と接続フランジ１０の摺動部を液密状態に維持している。
【００２８】
入口ケース６の内部にはピストン１４が配置されており、ピストン１４は、連結ロッド１５を介してエアシリンダのような押圧駆動手段１６に接続されている。また、このピストン１４は押圧リング１２に作用して押圧リング１２をリング積層体４の方へと押圧する。即ち、押圧駆動手段１６及びピストン１４、並びに押圧リング１２は、リング積層体４に作用して、リング積層体４における隣接する濾過リング３の接触面圧力ｐ（ｋｇ／ｃｍ2）を調整するリング押圧手段として機能する。
【００２９】
従って、押圧駆動手段１６を駆動することにより、押圧リング１２がリング積層体４の上端面に作用して、各濾過リング３を互いに所定の圧力にて密着させる。
【００３０】
リング押圧手段としては、上記押圧駆動手段１６及びピストン１４の代わりにねじ式のジャッキ手段のような加圧手段を用い、押圧リング１２に所定の押圧力を加える構成とすることもできる。
【００３１】
また、入口領域を形成する入口ケース６には、入口導管１７を介して供給側ポンプ１８などとされる処理流体供給手段が接続され、処理流体、例えば固液スラリー原料のような液状懸濁物質を入口領域へと供給する。一方、出口領域には、出口導管１９を介して排出側ポンプ２０などとされる処理流体加圧手段が接続されている。供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とを調節することにより、両者の差圧、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２により処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙へと押入される。供給側ポンプ１８及び排出側ポンプ２０は、本実施例では、固液ポンプ（モーノポンプ）を好適に使用し得る。
【００３２】
処理流体加圧手段としては、上記ポンプ２０の代わりに電動式の仕切り弁を使用することも可能である。この場合は、仕切り弁の開閉を調整することにより、ポンプ２０を使用した場合と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
濾過リング３は、これに限定されるものではないが、本実施例では、平板形状のリング状とされ、リング積層体４は、濾過リング３を、例えば、１００〜１０００枚積層して構成される。詳しくは後述するように、本実施例では、リング積層体４は、濾過リング３を１６０〜８００枚積層して形成した。濾過リング３の詳しい構成については後述する。
【００３４】
本実施例にて、リング積層体４は、図２をも参照するとより良く理解されるように、多数の孔が形成された保持手段、本実施例ではパンチングメタルにて形成された内ケース２１内に保持することによって、本体ケース５内に設置されている。この構成により、各濾過リング３がリング積層体４の軸線方向に対して垂直方向に、即ち、本実施例では、水平横方向への揺れを防止することができる。一方、各濾過リング３は、内ケース２１内にて軸線方向に、即ち、本実施例では上下方向に移動自在とされる。又、所望により、内ケース２１と、リング積層体４との間にガラス繊維フィルタ、耐熱フィルタ（図示せず）などを装着しても良い。
【００３５】
また、内ケース２１の外周面と本体ケース５の内周面との間には、所定間隔Ｇの空隙が設けられ、リング積層体４にて濾過、分離され、リング積層体外周部へと流通した分離分、例えば、浄水をドレン口２２へと流動させる環状通路２３を形成する。
【００３６】
更に、本実施例によると、リング積層体４の内側には、リング積層体４の内周部に付着する含液固形物を剥ぎ取るための剥取手段３０が配置される。本実施例にて剥取手段３０は、回転軸３１に、例えば、回転軸３１の軸線に沿って十字状とされる羽根板３２を取り付けた羽根車とされる。好ましくは、図示するように、十字羽根位置の外側先端部にステンレスワイヤ３３が植設されたステンレススチールブラシとされる。
【００３７】
このステンレススチールブラシ３０の回転軸３１は、一端、本実施例では下方端が軸受３４を介して出口ケース７に回転自在に取り付けられており、更に、下方端部が、ハウジング２の外側に配置されたエアモータのような回転駆動手段３５に接続される。従って、回転駆動手段３５を付勢することによりステンレススチールブラシ３０は回転駆動される。本実施例にて、ブラシ３０の回転方向は、エアモータ３５から見て反時計方向とした。回転軸３１の他端、即ち、上端は、自由端とされ、横ぶれ防止リング３６が嵌合されている。横ぶれ防止リング３６は、押圧リング１２の内周壁部に緩く嵌合しており、ステンレススチールブラシ３０の回転時の横ぶれを規制する。
【００３８】
次に、本発明の特徴をなす濾過リング３及びリング積層体４の構造について説明する。
【００３９】
濾過リング３の断面形状を示す図４及び図５を参照すると理解されるように、本実施例にて濾過リング３は、中心に内径（ｄ１）の穴が形成された板厚（ｔ）とされる平板形状をしたリングとされる。リング３の外径（ｄ２）は、内ケース２１の内径（Ｄ１）より僅かに小さくされる。濾過リング３の内径（ｄ１）、外径（ｄ２）及び板厚（ｔ）は、装置に要求される濾過能力によって種々の寸法を採用し得る。従って、本発明のリング形状寸法はこれに限定されるものではないが、本実施例では、後述するように、リング３の内径（ｄ１）は１３６ｍｍ、外径（ｄ２）は１５６ｍｍ、板厚（ｔ）は、５ｍｍ、或いは、１ｍｍのものを使用した。
【００４０】
濾過リング３の内周部は、好ましくは、半径（ｒ１）の湾曲形状とされ、一方、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる。最外周部は、半径（ｒ２）の湾曲形状とされ、角度（α）にて半径方向内方へと拡開するように形成される。
【００４１】
濾過リング３は、最大６５０℃程度の高温、更には、酸、アルカリに対して耐性を持つのが好ましい。又、後述するように、濾過リング３のフィルタ性能を増大させるには、濾過リング３は、その内周部が、使用時において磁化されていることが極めて好ましい。磁化の強さは、処理流体の性状により適宜選定される。
【００４２】
従って、上記諸性質を備えた濾過リング３の材質としては、上述したように、好ましくは、磁性材料が使用され、従って、金属、特に、ステンレススチール、例えば、オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）が好ましい。ステンレススチールは、一般に非磁性であるが、本発明者の実験の結果によれば、濾過リング３を作製する過程で、１６３０℃のレーザカットによる溶断加工時に高温に加熱されることにより、図５に斜線で示す濾過リング３の内周部３ａにおいて金属組織変化（マルテンサイト化）が起こり常磁性体となり、加工後においては、磁化されていることが分かった。その他の材料としては、チタン及びその合金、鋼のような磁性材、セラミックスと各種磁性材の混合物、などを使用することができる。
【００４３】
ここで、本発明による濾過リング３のフィルタ作用の原理について説明する。
【００４４】
本発明では、濾過リング３の少なくとも互いに密着対面した部分の仕上げ精度は重要であり、本発明者の実験研究の結果、この部分の表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍにて好結果を得ることができた。下限値は、０．０１μｍより小さくても良いが、下限値Ｒａ＝０．０１μｍは、現在の技術で実際に達成し得る表面粗さであると考えられる。また、上限値の表面粗さ２０μｍは、現在の技術で容易に達成可能であり、実際的である。一方、２０μｍを越えると微粒固形分の濾過能力が大幅に減退する傾向にある。そのために、２０μｍの場合と同じ濾過能力を維持するには、２０μｍ以下の場合に比べてリング押圧力を著しく大とすることが必要となり、実際的でない。
【００４５】
このような濾過リング３は、図４及び図５に示すように、多数枚互いに積層し、所定のリング固定圧力Ｐにて互いに密着され、リング積層体４を形成している。実験の結果、この圧力Ｐは、各濾過リング３の接触面における単位面積当たりの圧力、即ち、接触面圧ｐで０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲とすることにより良好な結果を得ることができた。例えば、汚水のような固液スラリー原料の脱水の場合には、接触面圧ｐは、７〜８０ｋｇ／ｃｍ2程度とすることができるが、懸濁物質の固形分の粒径が極めて小さい場合には、又は、海水の淡水化などの場合には、最大１７７ｋｇ／ｃｍ2にまで増大することができる。
【００４６】
また、本発明者の測定によれば、濾過リング３の互いに密着対面した部分の間隙距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍの範囲内で良好な結果を得ることができた。例えば、汚水のような固液スラリー原料の脱水の場合には、間隙距離（ｇ）は、２０μｍ〜２００μｍ程度とすることができるが、懸濁物質の固形分の粒径が極めて小さい場合には、又は、海水の淡水化などの場合には、０．１μｍ以下とすることができ、現実的には、０．２ｎｍ程度にまで小さくすることができる。
【００４７】
本発明者の実験の結果、接触面圧ｐが１７７、８０、４０及び２０ｋｇ／ｃｍ2のとき、それぞれ、間隙距離（ｇ）は、ほぼ０．２ｎｍ、０．１μｍ、２０μｍ及び１００μｍであることが分かった。
【００４８】
ここで、本発明のフィルタ装置１の濾過原理を検討するべく、本発明者は、表面粗さＲａが２０μｍであり、リング積層体４にて濾過リング３の互いに密着対面した部分の距離（ｇ）が４０μｍとされたフィルタ装置１を作製した。処理流体としては、粒子径が０．５〜５０μｍの無機質固形分を含んだ固液比１：３の固液含水懸濁液を調製して使用した。
【００４９】
その結果、フィルタ装置１にて濾過分離された浄水には、間隙距離（ｇ）より小さい０．５μｍ程度までの粒子径の固形分が含まれてはいなかった。この理由について検討した結果、次のことが考えられる。
【００５０】
つまり、懸濁液中の、間隙距離（ｇ）より小さい０．５μｍ程度までの粒子径を有した微粒子は、ブラウン運動による影響、即ち、粘性抵抗を受け、互いに隣接する濾過リング３により形成された間隙距離（ｇ）とされる空隙通路を通過することができず、又、重要なことに、使用した濾過リング３の図５に斜線で示す内周部３ａが磁性を帯びていることにより、磁界が無機質微粒子に作用し、濾過リング３の内周湾曲部３ａに無機質微粒子が付着する、所謂、架橋現象を強化させた、ためであると考えられる。
【００５１】
次に、上記構成のフィルタ装置の作動態様について説明する。
【００５２】
本実施例では、図１にて、先ず、押圧駆動手段、即ち、エアシリンダ１６を作動し、ピストン１４により押圧リング１２をリング積層体４の方へと押し付け、リング積層体４を構成する各濾過リング３を互いに所定の接触面圧ｐにて密着させる。これにより、リング積層体４における隣接する濾過リング間の間隙距離（ｇ）が所定値に調整され、設定される。
【００５３】
次いで、供給側ポンプ１８を作動させ、入口ケース１６にて画成される入口領域に、固液スラリー原料のような処理流体を圧力下に供給する。入口ケース１６には、エア抜き通路２５が設けられており、適宜エアー抜きを行う。また、入口ケース１６内に配置されたピストン１４には、その内部に、処理流体流動路１４ａが形成されており、入口領域に供給された処理流体は、リング積層体４の中心穴内及び出口領域等に充填される。同時に、排出側ポンプ２０を作動させる。
【００５４】
排出側ポンプ２０は、最初は、本来の排出作動時とは逆方向に回転させ、供給側ポンプ１８と同様にリング積層体４内の処理流体を加圧する。従って、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力と、排出側ポンプ２０の逆吸引圧力（即ち、押圧圧力）とにより、処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙（ｇ）を有した流動路へと押し付けられる。これにより、第１の分離分、即ち、固形分（スラッジ）は、各濾過リング間の流動路を通過することなく、リング積層体４の中心穴側に蓄積され、第２の分離分、本実施例では液分（浄水）は、各濾過リング間の間隙通路を流通して、内ケース２１に形成された孔を通過し、内ケース２１とハウジング２との間に形成された環状通路２３へと流出する。
【００５５】
一定の圧力が発生すると、次いで、前記排出側ポンプ２０を正回転として、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とにより、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２により処理流体は、リング積層体４の各濾過リング３の接触面に形成された間隙（ｇ）の流動路へと押し付けられる。従って、上述のように、処理流体は第１分離分と、第２分離分とに分離され、第１の分離分、即ち、本実施例では、所定粒径以上の微粒子などとされる固形分（スラッジ）は、各濾過リング間の間隙を通過することなく、リング積層体４の中心穴側に蓄積され、その後、この固形分は、ステンレススチールブラシ３０により、下流側、即ち、出口ケース７の方へと誘導され、出口管１９を介して排出側ポンプ２０により脱水ケーキとして回収槽へと送出される。
【００５６】
第２の分離分、本実施例では液分（浄水）は、環状通路２３へと流出し、本体ケース５の下端に設けられたドレン水口２２から浄水として浄水タンクに排出される。
【００５７】
上述のように構成されそして作動する本実施例のフィルタ装置１によると、供給側ポンプ１８による処理流体の供給圧力Ｐ１と、排出側ポンプ２０の吸引圧力Ｐ２とを調節することにより、処理流体に対する圧力が変動し、濾過分離精度、処理速度を変えることができる。
【００５８】
また、リング積層体４の内周壁に付着し、溜まった固形分は、ステンレスブラシ３０によって掻き取られる。これにより、各濾過リング間の間隙が固形分の架橋により目詰まりするのを防止する。
【００５９】
なお、本実施例のフィルタ装置１にて、例えば、処理流体を１７０℃に加熱した上でリング積層体内保持時間を３０秒とし、更に、処理流体を７ｋｇ／ｃｍ2以上の加圧を行った場合には、処理流体中の生物の膜破壊で細胞内水分を除去することができる。
【００６０】
本実施例の上記構成とされるフィルタ装置１では、リング積層体４における目詰まりは、極めて少なく実質的に排除されるが、それでも長期間の使用により、目詰まりを起こす。この場合には、逆洗浄作業を行う。
【００６１】
つまり、図１にて、本体ケース５に設けられたエア供給口２６より、本体ケース５と内ケース２１との間に形成された環状通路２３へと逆洗用の加圧エアーを吹き込む。このとき、所定時間の間、例えば、数秒間、供給側ポンプ１８を停止するのが好ましい。
【００６２】
これにより、図６に示すように、加圧エアーは、各濾過リング間の間隙に目詰まりしていた付着微粒子をリング積層体４の半径方向内方へと吹き飛ばし、逆洗浄が達成される。加圧エアーとしては、７〜１５ｋｇ／ｃｍ2とされる。
【００６３】
このとき、本実施例の濾過リング３は、その外周部が楔形状に成形されているために、加圧エアーが隣接する濾過リング３を互いに離間させる方向に働き、リング積層体４において、隣接する濾過リング間の空隙距離（ｇ）が、濾過工程時に比較して拡がり、逆洗浄効果を増大させる。
【００６４】
上記逆洗浄工程は、自動制御で流体処理を行う流体処理装置においては、処理工程中に定期的に組み込むことができる。
【００６５】
このように、本実施例のフィルタ装置１は、構造が簡単であるので、フィルタの目詰まりを逆洗浄によって簡単に解消できる。
【００６６】
この逆洗作業が終了すると、再度供給側ポンプ１８を作動して、処理流体をハウジング入口領域へと送給開始する。
【００６７】
本発明の流体処理方法及び流体処理装置の効果を立証するために、下記具体例に示す寸法形状を有した濾過リング３を備えたフィルタ装置１を作製し、実験した。その結果、処理速度は、１時間当たり４８００Ｌ（リットル）であり、固形分回収率は、９９％以上、脱水ケーキ含水率は、８５％以下であった。
【００６８】
具体例
濾過リング
材質：オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）又はチタン
板厚（ｔ）： ５ｍｍ（ステンレス鋼）又は１ｍｍ（チタン）
内径（ｄ１）： １３６ｍｍ
外径（ｄ２）： １５６ｍｍ
内周部半径（ｒ１）： ３ｍｍ
外周部半径（ｒ２）： １ｍｍ
楔部の角度（α）： ６０度
仕上げ精度（Ｒａ）： ２０μｍ
リング積層体
濾過リング積層枚数： １６０枚〜８００枚
作動条件
リング固定圧力（接触面圧ｐ）： ８〜１７７ｋｇ／ｃｍ2
処理流体供給圧力Ｐ１： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
処理流体吸引圧力Ｐ２： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
濾過時の圧力ΔＰ： １０〜６０ｋｇ／ｃｍ2
処理流体の性状
粒子径０．５〜５０μｍの粉状の無機質固形分を含んだ固液比１：３の含水懸濁液（固液スラリー）を使用した。
【００６９】
本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、上述のように固液スラリー原料のような液状懸濁物質の脱水に利用することができるが、従来の脱水機によるケーキの再脱水にも使用することができる。また、スクラバ洗浄棟、塗装ブース廃液二次側脱水システムなどとして、更には、リサイクル水としての工業用水、純水の製造、更に、海水淡水化用のフィルタ装置としても利用することができる。
【００７０】
また、本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、脱硫、又は、気体の選別、区分のために利用することができる。例えば、処理流体として、空気のような気体とされ、クリーンルーム、食品工場などにおける空気浄化のための塵埃捕集などを行うエアフィルタ装置として使用することができる。この実施例では、煤煙、蒸発油又は有機物臭の除去、分離も必要となる。
【００７１】
従って、この実施例の場合には、図７に示すように、本発明の流体処理装置１には、付属設備としてピストン送風機４０が取り付けられ、処理風量を適切に調整すると共に、目的に合わせてタンクチャンバ４１が装着される。タンクチャンバ４１には、空気中の油分や悪臭を水分で洗い落としエマルジョン化させるため、水のような処理媒体及び凝集剤が投入され、処理流体である空気の前処理を行う。
【００７２】
前処理された空気は、ピストン送風機４０が作動することにより、本発明の流体処理装置１のリング積層体４を備えたハウジング２へと導入され、清浄気体（空気）と、脱水ケーキ（固形化物の油分や悪臭の凝結物スラッジ）及び脱水液と、に分離される。
【００７３】
実施例２
図８に濾過リング３の他の実施例を示す。実施例１では、濾過リング３の互いに対面する接触する表面は、平面とされたが、実施例２に示す濾過リング３では、一方の表面には、環状の凹溝５１が形成され、他方の表面には、この凹溝５１に嵌り合うことのできる形状とされた環状の凸条５２が形成される。
【００７４】
従って、濾過リング３を積層した場合には、隣り合う濾過リング３において、一方の濾過リング３に形成した凸条５２が、他方の濾過リング３の凹溝５１に適合し、両濾過リング３、３により形成される処理流体の流路を延長することができる。
【００７５】
この構成により、リング積層体４の内外の圧力差が大となり、分離精度が向上する。
【００７６】
又、このような形状の濾過リング３を使用した場合には、一方の濾過リング３に形成した凸条５２が、他方の濾過リング３の凹溝５１に適合することにより、濾過リング３を積層した場合の横ずれの問題が解決され、従って、実施例１では必要とした内ケース２１が不要となる、といった利点がある。
【００７７】
このように、濾過リング３は、平板平面形状である必要はなく、立体形状とすることも可能である。又、立体形状は、上記形状に限定されるものではなく、その他種々の変更が可能である。
【００７８】
実施例３
図９に濾過リング３の他の実施例を示す。実施例１では、濾過リング３は、円形状とされたが、四角形状とすることもでき、又、図９に示すように、６角形状とすることもできる。又、その他種々の形状としても良い。例えば、図１０に示すように、渦巻き形状とすることも可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体処理方法及び流体処理装置は、
（１）極めて効率よく、処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分し、分離することができる。
（２）高温高圧に耐えることができ、更には、酸、アルカリに対して耐性を有する。
（３）単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性が高い。
（４）要望に応じて種々に目的幅を設定することができ、多用途に利用することができる。
（５）機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して低減することができる。
といった種々の効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体処理装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】リング積層体と内ケースとの関係を示す分解斜視図である。
【図３】ステンレススチールブラシの分解図である。
【図４】本発明の流体処理装置の作動態様を説明する概略図である。
【図５】本発明の流体処理装置の濾過作動原理を説明する図である。
【図６】本発明の流体処理装置の逆洗浄作動態様を説明する図である。
【図７】本発明の流体処理装置の他の実施例の概略構成図である。
【図８】濾過リングの他の実施例を示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は濾過リングの他の実施例の平面図で、図９（Ｂ）は断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は濾過リングの他の実施例の平面図で、図１０（Ｂ）は断面図である。
【図１１】従来の流体処理装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ フィルタ装置（流体処理装置）
２ ハウジング
３ 濾過リング
４ リング積層体
１２ 押圧リング
１６ 押圧駆動手段
１８ 供給側ポンプ（処理流体供給手段）
２０ 排出側ポンプ（処理流体加圧手段）
３０ ステンレススチールブラシ（剥取手段）
Claims (9)
- 固形分と液分とを含む処理流体の液体処理方法において、
（ａ）濾過リングを多数枚互いに密着、積層してリング積層体を形成し、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記各濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされ、
（ｂ）前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、
（ｃ）前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであり、
（ｄ）前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に、前記濾過リングの中心穴部を介して前記リング積層体の内部へと処理流体を差し向けて、前記処理流体を半径方向外方へと流動させ、
（ｅ）処理流体の液分は前記間隙を流動して前記リング積層体の外周部へと流出し、処理流体の固形分は前記濾過リングの内周部に蓄積され、処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離し、
（ｆ）前記濾過リングの内周部を掻き取り、前記蓄積された第１分離分の固形分を回収する、
ことを特徴とする流体処理方法。 - 前記濾過リングは、磁性材料にて作製することを特徴とする請求項１の流体処理方法。
- 前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力Ｐ１と、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力Ｐ２との差、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を調整することにより処理流体を第１分離分と第２分離分とに区分、分離する精度及び／又は速度を制御することを特徴とする請求項１又は２の流体処理方法。
- 運転初動時においては、前記リング積層体の出口領域に作用する吸引圧力を逆方向に作用させ、このリング積層体の出口領域に作用する逆吸引圧力と前記リング積層体の入口領域への処理流体の供給圧力とにより前記リング積層体内の処理流体を加圧することを特徴とする請求項３の流体処理方法。
- 処理流体を固形分からなる第１分離分と液分からなる第２分離分とに区分し、分離する流体処理装置において、
細長筒状のハウジングと、
濾過リングを多数枚互いに積層して形成されたリング積層体であって、前記各濾過リングは、中心に穴が形成された金属平板とされ、前記濾過リングの内周部は、半径方向内方へと突出した湾曲形状とされ、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる前記リング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに密着させるリング押圧手段であって、前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍとし、前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ2の範囲にて押圧し、前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであるリング押圧手段と、
前記リング積層体に処理流体を送給する処理流体供給手段と、
前記処理流体供給手段と協働して、前記リング積層体に供給された処理流体に所定の圧力を印加するための処理流体加圧手段と、
前記リング積層体に形成された中心穴部に配置され、前記リング積層体から前記第１分離分を回収する剥取手段と、
を有することを特徴とする流体処理装置。 - 前記処理流体加圧手段は、ポンプ手段又は仕切り弁手段である請求項５の流体処理装置。
- 前記濾過リングは、磁性材料にて作製することを特徴とする請求項５又は６に記載の流体処理装置。
- 前記剥取手段は、前記リング積層体の内周部に付着した固形分を除去する回転ブラシであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかの項に記載の流体処理装置。
- 前記ハウジング内に配置され、内部に前記リング積層体を保持した、多数の開口部を備えたリング積層体保持手段を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかの項に記載の流体処理装置。
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