JP5334510B2 - 濾過フィルター材およびそれを用いた濾過方法 - Google Patents

Description

本発明は気中または液中に浮遊又は懸濁する粒子を濾過分離する濾過フィルター材およびそれを用いた濾過方法に関する。

濾過フィルター材に関しては、使い捨て以外のものはフィルターの逆洗再生が必須の工程である。濾過フィルターの目詰まりとその逆洗再生には多くの方法がある。遠心力で濾過フィルターの目詰まりを飛散させるもの、圧縮空気等を吹き込んで逆洗するもの、予め鉄分等の成分を含有した薬剤を添加して磁力で除去するもの等、その他いろいろの方法があるが、それなりの装置の設置とか多くのエネルギーの消費を伴い、フィルターの目詰りに対する対応と濾過の効率化の為には、逆洗再生をなくする方向への技術の進歩が求められる。特許第３１６０６６０号ではフィルターを浸漬して濾過している。特許第３６８６９１８号、特許第３６９４７０４号等は、円筒状フィルターで、これらの逆洗は、フィルター内面から清澄水等で逆洗再生するしか対応が出来ない。

特許第３１６０６６０号公報 特許第３６８６９１８号公報 特許第３６９４７０４号公報

上記以外に濾過フィルター材には極めて多くの考案と部材がある。本願発明は、フィルター部材の形状と配置及び運転の条件によりフィルターの目詰まりの防止又はその低減と省スペースと省エネルギーを図る濾過フィルター材およびそれを用いた濾過方法を提供することを目的とする。

本発明のうち一態様に係るものは、外周を結ぶ線が４角、６角、８角または１０角の紡錘型多角形を底面とし、底面に対し直行する方向に伸びる枠体と、断面の径が０．００３ｍｍから０．０５ｍｍで、枠体の長手方向と直行する方向に、枠体の周りを並列に巻いて積層された線條と、枠体の両端末に取り付けられた気液採取用のフランジ部と、を有し、枠体に巻かれた線條により形成された側面は、枠体の紡錘型多角形の各辺を短辺とする長方形形状をし、長方形形状の短辺は１５０ｍｍから５００ｍｍであり、長辺が３００ｍｍから１５００ｍｍであるものである。

本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様の濾過フィルター材のフィルター面相互の間隙を、液体では５ｍｍから５０ｍｍとし流速毎秒１５０ｍｍから１５００ｍｍで流し、気体ではフィルター面相互の間隙を１０ｍｍから１００ｍｍとし流速毎秒１．５ｍから１５ｍで流すものである。

本願発明の濾過フィルター材は、濾過槽に並列設置し、その間隙に濾過気液を前段から後段へと流す事によって濾過フィルター材内に濾過された気液を収集採取し、残気液は後方の排出部より放出する簡易な機構で、メンテナンスは極めて容易である。この濾過フィルター材は飲料の濾過、河川水の濾過、汚水濾過の他、浮体を装着して曳航し湖沼のアオコの収集濾過、養魚海水の濾過、海の赤潮プランクトンの分離収集濾過、空気の清浄濾過、
気中の粉塵の分離濾過等に有効である。

本願発明の濾過フィルター材は底面の外周を結ぶ線が紡錘型長方形の４角、６角、８角または１０角の枠体３で、３角、５角、７角、９角の枠体は、気液の流れの均等性において不適当であり、奇数角は除外し、４角については菱形や長方形とする。枠体３は濾過に支障のない限り、なるべく細長い形状とする事が好ましい。これは濾過機全体の容積に対して多くのフィルター材が配置出来る為である。この枠体３は金属、合成樹脂、セラミックス等の無機質等でつくられ、これに直径０．００３ｍｍから０．０５ｍｍの極細の線條１を多数本並列積層巻きして、その線條１相互の微細なスリット間隙を濾過孔とした濾過フィルター材である。この濾過フィルター材の多数個を並列設置してその設置フィルター面の相互間隙に所定の流速で濾過気液を流して濾過する事により、フィルター面の目詰まりを防止し濾過の効果を高めることができる。

等辺多角形に線條１を巻く事はさほど難しくはないが、長辺と短辺の差が大きい多角形に線條を同一テンションで均一に巻く事は線條の緊張と緩みが甚だしく至難であり、前例がなかった。本願はこの解決に長年の研究開発に苦労して達成し、紡錘型多角フィルター材を得て、濾過フィルター面での今までに存在しなかった、気液の流れを紡錘型多角フィルター多数個の間隙を調整して流す事により、従来の円筒型その他の濾過フィルター材の設置よりも進歩した発想による懸濁または浮遊粒子による目詰まりの防止と濾過の効率化を進める事が出来た。

上述したように、濾過フィルター材に関しては、使い捨て以外のものはフィルターの逆洗再生が必須の工程である。濾過フィルターの目詰まりとその逆洗再生には多くの方法がある。遠心力で濾過フィルターの目詰まりを飛散させるもの、圧縮空気等を吹き込んで逆洗するもの、予め鉄分等の成分を含有した薬剤を添加して磁力で除去するもの等、その他いろいろの方法があるが、それなりの装置の設置とか多くのエネルギーの消費を伴い、フィルターの目詰りに対する対応と濾過の効率化の為には、逆洗再生をなくする方向への技術の進歩が求められる。

濾過フィルター膜では、強いエア曝気により気泡の上昇による水洗でのクロスフロー洗浄が行われている。本願では洗浄の為の装置を必要とせず、紡錘型多角形状のフィルター面に濾過気液の流れによる並列線條１の微細振動で付着した粒子を流速で洗い落とす様に活用して目詰まりを予防し逆洗の工程を省略するものである。逆洗に於いて円筒型等の濾過フィルター材を濾過液中で回転させても、フィルターも付着粒子も同一の液中にありその回転面での速度差の接触面が存在するだけの事で効果は期待できない。本願は線條１を並列積層して支持間隔が特定された線條１相互の極めて微細で長い間陣を濾過孔として分離濾過する新規濾過法であり、その線條１径は同一の積層厚さでは線條１が細くなるほど本数とその間隙数が多くなり効率化できる特徴がある。現在多くの濾過膜は平膜状または中空繊維等に大小、形状等不均一な微細な開孔を付与したものである。本願の濾過方法は、濾過孔の形状と均一性がこれと異なる特徴を活用した濾過方法である。

河川等でその水流と生育する藻や草の相互関係を観察すると、低流速の時は水の流れと同様に下流方向に保持されているが、流速が速くなると藻や草は左右に蛇行する。気中の旗やのぼり等も風の方向は一定でも同様にはためく。この気液の流速の強弱の変化による濾過材の振動等により、粒子の付着堆積を防ぐ濾過方法であり、その流速は遅すぎても速すぎても役をなさない。濾過部材フィルター面の装着間隔は液体では５ｍｍから５０ｍｍとする。図６に濾過槽に配置された濾過フィルターを示す。流入した気液中の粒子が濾過分離される事による濾過後の気液の減少量に対応する等、液体と気体で異なる設定とする。また濾過流出気液の一部または全部を流入部に環流させて、濃縮等による濾過効率を高める方法もある。懸濁または浮遊する粒子によらず、微生物増殖やその分泌物によるフィルター面の目詰まりには次亜塩素酸ソーダ等の殺菌で対応する。流速が速すぎると濾過液の吸入分離とフィルター面の間隔の安定に支障が生じる。気体では液体と異なり、流れの抵抗値が異なり、諸条件から濾過フィルター面の設置間隙は１０ｍｍから１００ｍｍと広く設置し、流速も毎秒１．５ｍから１５ｍの範囲に設定する等、液体とは異なる設定としなくてはならない。

濾過フィルター材は濾過気液を流入供給する部分と濾過分離された気液の採取と残りの排出部よりなっている。本願フィルター材は、濾過工程に於いて前段から後段へと順次濾過が進行するに従い濾過分離される濾過量に相当する流量減少が生じ、これが流速を低下させ濾過に支障をきたす。この為、後段になるに従い順次フィルター材の面相互間隔を狭くして所定の流速を保持する対応をとらなくてはならない。この為順次間隔を狭く装着するか又は間隔を調整するシステムとする事は本願での濾過に於ける特徴である。又濾過気液等を流入部に再環流して濃縮処理することも出来る濾過法である。フィルター材とその設置について図６では３段の設置例であり濾過気液の流入部と流出部でのフィルター材相互の間隔と流速での比率は３対１程度を想定したものである。これはフィルター材の面相互の間隔とその間隙を流す流速と濾過分離される気液量との相互の関連に係わるものである。

本願フィルター材の濾過に於ける実施についてフィルター材相互の設置装着の間隔と流速との関係は段落番号［０００４］、［０００６］、［０００７］項等で述べたが、濾過フィルター面にて濾過分離された気液はフィルター枠内を経て端末のフランジ部２の収集孔５から採取される。液体ではその実験結果により濾過流速は毎秒１５０ｍｍから１５００ｍｍ、フィルター面の相互間隙は５ｍｍから５０ｍｍ、気体では濾過流速は毎秒１．５ｍから１５ｍとしフィルター面相互の間隙は１０ｍｍから１００ｍｍとしたシステムに経済性がある。

図１は４角の枠体、図２は６角の枠体、図３は８角の枠体、図４は１０角の枠体で、それぞれ厚さ３ｍｍのステンレス金属板にて溶接作成した枠体３の例を示す。これ等の枠体３は合成樹脂、金属、無機質等の射出成型、溶接、焼成等により製作されるが、枠体３の材質により線條１を支持する枠体の頂点の厚さは３ｍｍから枠体３の芯部に向けては厚みを順次厚くして、枠体３が座屈しない様にする。図５はこれ等の枠体に極細線條を並列積層巻きしたフィルター材の見取り図を示す（紡錘型６角枠フィルター）。フランジ部２の下部には分離濾過された気液を収集する収集孔５を設ける。図６はこのフィルター材の配置平面図を示す、流入濾過液は前段より順次濾過され減少していく。その進行に伴いフィルター材の間隔を狭めて後段から残気液を排出する濾過工程を示す。装着された各フィルター材の下部の収集孔５は連結されたパイプにより収集される。流速と流量の設定については通常ポンプ等を使用するが、濾過部を密封して加圧する事により濾過面積当たりの濾過量の増加をはかり装置の小型化も図れる。河川に設置する場合等はその自然の流速等を利用するほか、設置水深による水圧で濾過量の増加を図る事もできる。

本発明の一実施形態における４角の枠体と枠体周りを並列積層した線條を示す図である。 本発明の一実施形態における６角の枠体と枠体周りを並列積層した線條を示す図である。 本発明の一実施形態における８角の枠体と枠体周りを並列積層した線條を示す図である。 本発明の一実施形態における１０角の枠体と枠体周りを並列積層した線條を示す図である。 本発明の一実施形態における濾過フィルターを示す図である。 本発明の一実施形態における濾過槽に配置された濾過フィルターを示す図である。

１ 線條
２ フランジ部
３ 枠体
４ ネジ孔
５ 収集孔
６ 濾過槽

Claims (2)

1. 外周を結ぶ線が４角、６角、８角または１０角の紡錘型多角形を底面とし、該底面に対し直行する方向に伸びる枠体と、
   断面の径が０．００３ｍｍから０．０５ｍｍで、前記枠体の長手方向と直行する方向に、前記枠体の周りを並列に巻いて積層された線條と、
   前記枠体の両端末に取り付けられた気液採取用のフランジ部と、を有し、
   前記枠体に巻かれた線條により形成された側面は、前記枠体の紡錘型多角形の各辺を短辺とする長方形形状をし、該長方形形状の短辺は１５０ｍｍから５００ｍｍであり、長辺が３００ｍｍから１５００ｍｍである濾過フィルター材。
   
2. 請求項１の濾過フィルター材のフィルター面相互の間隙を、液体では５ｍｍから５０ｍｍとし流速毎秒１５０ｍｍから１５００ｍｍで流し、気体ではフィルター面相互の間隙を１０ｍｍから１００ｍｍとし流速毎秒１．５ｍから１５ｍで流す濾過方法。

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