JPH0436723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、球状をした繊維質濾過材を積層させ
て、排水、用水等に懸濁している微細な固形分を
濾過して除去するようにした、濾過装置に関す
る。

(ロ) 従来の技術 古くから、水の濾過に柔軟な濾過材を使用する
ことはよく知られている。養魚場、風呂、プール
等の濾過装置に、スポンジ、繊維布、繊維塊等が
使用されてきた。

また、柔軟な濾過材を細かく切断したものや素
繊維そのものを、支持体にプレコートして濾過す
る方法も、常用されてきた。

スポンジや繊維布を裁断したり繊維を絡み合わ
せたりして繊維塊を形成したものを濾過材として
使用する濾過装置や濾過方法も提唱されている。
たとえば特開昭58−11008号公報や特開昭58−
30314号公報にも、繊維塊を濾過材として使用す
る技術が記載されている。

さらに、特開昭56−33013号公報に紹介されて
いる濾過方法においては、濾過材として発泡プラ
スチツクが最も望ましく、形状としては球状・柱
状のものが望ましいとされている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 以上のような従来の技術には、次のような問題
点があつた。

柔軟な濾過材を使用した濾過装置では、濾過材
の厚さがどよのうなものであれ、濾過材の内部に
捕捉された懸濁物を逆洗により除去する際に、効
果的な除去が困難であつた。

そこで、懸濁物を効果的に除去できるようにす
るために、柔軟な濾過材を細かく切断したものや
素繊維そのものを支持体にプレコートして濾過す
る方法が常用されるようになつたのであるが、こ
の方法には次のような欠点があつた。まず、濾過
層の厚さが薄くて、懸濁物捕捉量が少なかつた。
そして、濾過層が薄い割りには、濾過圧損が高か
つた。また、逆洗時の濾過材回収率も、非常に低
かつた。その上、装置は、機構が複雑であるばか
りでなく、設備費や運転経費も高価についた。

そこで、スポンジ・発泡プラスチツクや繊維布
を裁断したり繊維を絡み合わせたりして繊維塊を
形成したものを、濾過材として使用する濾過装置
や濾過方法が提唱されるようになつたのである
が、このやり方によるときにも次のような問題点
があつた。まず、均一な繊維塊を形成すること
が、たいへんむずかしかつた。また、濾過操作時
には短絡流路が生じてしまうとともに、逆洗も均
一には行なわれなかつた。そして、このやり方
は、よく砂濾過装置と比較して逆洗が簡単である
と評価されがちであるが、繊維塊の表面に捕捉さ
れた懸濁物はともかく内部に捕捉された懸濁物を
逆洗するには多大の動力を必要として、現実の採
用が困難なものであつた。

本発明は、以上のような問題点を解消し、特に
安定した逆洗操作を行なうことができ、しかも十
分な逆洗操作を繰り返えしても長期にわたつて濾
過材を変性させずに濾過を継続させることができ
る、濾過装置を提供することを目的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段 球状をした濾過材は、その表面に捕捉された懸
濁物を逆洗により除去することが比較的容易であ
る。本発明の発明者の実験によれば、通常のスポ
ンジ塊・発泡プラスチツク塊短繊維を絡み合わせ
た繊維塊及び繊維を絡み合わせて偏平に加工した
繊維塊とも、表面の洗浄を空気曝気で行なおうと
すると、濾過材体積時間当たり同容量の空気曝気
で十分であつた。しかし、濾過材内部の洗浄は、
スポンジ片・発泡プラスチツク片ではほとんど不
可能であつた。その他のものについては、濾過材
体積の60〜100倍量もの空気曝気をして、はじめ
て内部洗浄ができた。そして、洗浄過程をつぶさ
に観察したところ、濾過材内部の洗浄は、濾過材
どうしが接触するとき、濾過材が濾過槽壁へ接触
するとき及び濾過材が濾過材流出防止網に接触す
るときに、その大半がなされていることが判明し
た。

そこで、本発明の発明者は、上述のような機械
的接触の頻度を上げる方法について鋭意研究を重
ねた結果、ほぼ球状の形状をし、弾力があつてし
かも比表面積が大きい繊維質濾過材を使用する
と、濾過効率がよくて逆洗効果も上がる事実を究
明することができた上、さらに次のような事実を
究明することができた。なお、そのような濾過材
についての詳細は、後に述べる。

濾過材内部まで十分に洗浄して洗浄効果を高
めるためには、濾過材を１〜５ｍ／ｓの速度で
急激に上昇させるようにするとよい。

単に濾過材槽の下部から曝気を行なつて、上
述の急激上昇流を起こそうとするには、相当量
の空気曝気が必要となる。空気量が少ないと、
濾過材槽の上部だけが流動して、下部は停滞す
る。

濾過槽内を濾過材が上昇する上昇区画と下降
する下降区画とに区分けし、濾過材が上昇区画
内を上昇して下降区画内を下降し、循環するよ
うにすると、少ない曝気量で十分な流速を得る
ことができる。

上昇区画内で急激な上昇流を発生させるに
は、下降区画内でスムースな下降流が生じる必
要がある。そこで、下降部から上昇部へ方向転
換する部分が最も重要な地点となる。この地点
でスムースな水平流が発生することが望まし
い。そのためには、濾過材支持板１４の下方に
おいては水平流を減殺した方がよく、水平流を
減殺するための流向調整板１２を設置するとよ
い。

上昇区画と下降区画との断面積の比は、濾過
材の種類により異なるが、おおむね１：３〜
１：２が最適である。この範囲を上回ると、下
降区画の下部で濾過材の圧縮が起こる。しかも
上昇区画内で濾過材の旋回が起こつて、下降区
画内には濾過材がほとんど回らなくなる。逆
に、この範囲を下回ると、下降区画の中心部で
濾過材の停滞が起こる。

そして、上述の装置を使用してさらに実験を重
ねた結果、濾過材としては、わずかの応力で収縮
し、かつ急激な圧縮及び膨張に十分耐え得るもの
でなければならないことが判明した。たとえばス
ポンジ・発泡プラスチツクのようなものでは、懸
濁物を十分に捕捉できる空〓率のものとすると、
収縮に大きな応力が必要となつて、十分な洗浄効
果が得られない。また、単に繊維を絡み合わせた
濾過材では、繰り返される圧縮と膨張に耐えるこ
とができない。

ここで、発明者は、圧縮に対する弾性回復力に
すぐれた繊維質濾過材の探究が必須項であること
を痛感し、その探究をつづけた結果、次のような
知見を得た。

繊維質濾過材を形成するための繊維の材質と
しては、塩化ビニリデンを70％以上含む有機繊
維が弾性回復力の点で、もつともすぐれてい
る。

繊維の直径としては、少なくとも100ミクロ
ンはないと十分な弾性回復力が得られない。

繊維に与える捲縮度は、多ければ多い程弾性
回復力は大きくなる。しかし、１インチ（25.4
mm）当たり10回を越えてさらに多くなつていく
と、だんだん懸濁物の洗浄が困難になる。１イ
ンチ当たり５〜８回が最適である。

繊維を絡み合わせて球状に成形したもの、繊
維束の両端を結束し裏返して球状に成形したも
の及び繊維束の中央を結束して球状に成形した
ものの３者について、圧縮時の空〓率と非圧縮
時の空〓率を比較するための試験をした。繊維
を絡み合わせて球状したものは、弾性回復力の
点に問題があつて、しかも洗浄操作を繰り返す
うちに繊維の著しい離脱現象が起こつた。両端
を結束し裏返して球状にしたものは、内部の弾
性回復力にはすぐれてはいるものの、表面形状
の均一な回復性に問題があつた。これらに反
し、中央を結束して球状にしたものは、圧縮時
も非圧縮時も、表面から中心部に向かつて均一
な空〓率の分布が観察された。繰返し試験の結
果も、回復性に問題はなかつた。

第２図は、中央を結束して球状にした繊維質濾
過材を示しているが、これはたとえば次のように
して作る。まず、20〜200デニールの太さをして
２〜10回／インチ捲縮を付与した細い合成繊維糸
を束状にする。この合成繊維糸としては、耐久性
に富むポリ塩化ビニリデン系糸が最適であるが、
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン系の糸その他も使
用することができる。そして、束状にしたものの
ほぼ中央部を絞るようにして、剛性のある合成繊
維糸、硬質のプラスチツクバンド、不蝕性、不銹
性のある金属線等により結束する。最後に、結束
部が内部中央に埋没するように丸めると、第２図
に示すような繊維質濾過材が完成する。

このものは、捲縮が付与された糸の多数が束ね
られ、しかも球状に丸められたものであるので、
弾力があつて比表面積がきわめて大きい。

なお、以上のような知見に基づいて実験を繰り
返すうちに、次のような不都合が生じることが判
明した。すなわち、濾過装置の規模が大きくて断
面積が広い場合は、濾過材を洗浄した後に濾過材
の層が均一の厚さにならず、濾過時に偏流が生じ
てしまうのである。

そこで発明者は、さらに探究を重ねた結果、濾
過材層の下部に断面積の３％程度を占めるように
均等に曝気装置を配列することを考え付いた。濾
過材洗浄後にその曝気装置で全面曝気すると、濾
過材層がほぼ均一の厚みになる。

そして、本発明に係る濾過装置は次のようなも
のとした。

すなわち、濾過層本体１内の上方に被濾過液流
入管８を臨ませて濾過層本体１の下方に処理液流
出管９を連結し、そして濾過層本体１の内部を垂
直方向の仕切板４で仕切つて上昇区画２と下降区
画３とに区分けし、前記仕切板４の下方に多孔材
でできた濾過材支持板１４を配置して、比重が濾
過原液の比重より大きくてほぼ球状の形状をし、
弾力があつてしかも比重面積が大きい繊維質濾過
材５を濾過材支持板１４上に積層させて濾過材層
を形成し、前記上昇区画２内の下方位置に洗浄空
気流入管６及び洗浄水流入管１０の先端をそれぞ
れ臨ませ、濾過時には被濾過液流入管８から被濾
過液を流入させ濾過材層で濾過して処理液流出管
９から流出させ、逆洗時には洗浄空気流入管６及
び洗浄水流入管１０から洗浄空気及び洗浄水をそ
れぞれ流入させることによつて上昇区画２内にお
いて上昇流を形成させ、その上昇流によつて下降
区画３内においては下降流を形成させて、上昇区
画２と下降区画３との間に繊維質濾過材５の循環
流を形成させるようにした濾過装置である。

繊維質濾過材５としては、切断した多数の捲縮
加工糸を束ねて中央を結束し、ほぼ球状に成形し
たものとすることが望ましい。

また、濾過材支持板１４の下方に濾過材調整用
散気管７を配置し、逆洗終了後に濾過材調整用散
気管７から散気させて濾過材層の厚さを均一にさ
せるようにしてもよい。

(ホ) 実施例 実施例 １ 第１図は本発明の実施例１を概念的に示す図で
あるが、１は円筒状や角筒状をした濾過槽本体を
示している。濾過槽本体１の中央に、同じく円筒
状や角筒状をした仕切板４を配置している。な
お、濾過槽本体の中央に、２枚の平板状の仕切板
４を間隔をあけて平行に配置してもよい。そし
て、仕切板４の内部が上昇区画２となり、仕切板
４の外壁と濾過槽本体１の内壁との間の空間が下
降区画３となる。なお、１枚の平板状の仕切板４
で濾過槽本体１内を左右に仕切り、左右をそれぞ
れ上昇区画２及び下降区画３としてもよい。濾過
槽本体１内において、仕切板４より下方の位置
に、多孔材でできた濾過材支持板１４を水平方向
に張り渡している。濾過材支持板１４上に多数の
繊維質濾過材５を積層させて濾過材層を形成して
いるが、繊維質濾過材５としては前述した通りの
ものを使用している。濾過材層は、その上面が仕
切板４の上端よりやや下方になるような厚さに形
成している。

洗浄空気流入管６を濾過槽本体１の下部に配置
し、洗浄空気流入管６は仕切板４の下方位置で上
方の仕切板４内へ向けて開口させている。洗浄空
気流入管６の下方に洗浄水流入管１０を配置し
て、同じく上方の仕切板４内へ向けて開口させて
いる。濾過材支持板１４の下方には、小孔をあけ
た流向調整板１２を垂直方向に取付けている。濾
過槽本体１の下端付近には処理液流出管９を取付
けている。

濾過槽本体１の上方には、洗浄水排出管１１を
取付けている。濾過槽本体１内であつて洗浄水排
出管１１よりやや下方の位置に、濾過材流出防止
網１３を水平方向に張り渡して取付けている。濾
過材流出防止網１３は、仕切板４の上端よりやや
上方の位置になるようにしている。そして、濾過
材流出防止網１３の上方に、被濾過液流入管８を
配置している。

以上に示したものの作動を説明する。濾過操作
は、次の通りである。被濾過液は、被濾過液流入
管８から濾過槽本体１内の上部へ流入させる。被
濾過液は、繊維質濾過材５の層の中を下向きに流
れ、懸濁物を除去された後に、処理液流出管９を
通つて排出される。

繊維質濾過材５の層に懸濁物が十分に捕捉され
て濾過圧損が上昇したら、被濾過液の流入を止め
て、洗浄工程に入る。処理液流出管９を閉じて、
洗浄水流入管１０から処理水又は被処理水を連続
的に又は間けつ的に流入させる。同時に、洗浄空
気流入管６から空気を流入させ、上昇区画２内に
存在する繊維質濾過材５の層に上昇流速を与え
る。繊維質濾過材５の層は膨張しつつ上昇流に乗
つて上昇区画２内を急激な勢いで上昇し、捕捉し
ていた懸濁物が離脱する。離脱した懸濁物を含ん
だ洗浄水の一部は、洗浄水排出管１１から排出さ
れる。残りは、多数の繊維質濾過材５と共に下降
区画３内を流下し、流向調整板１２で流向を調整
（流向調整板１２であるため下降区画３を流下し
た洗浄水及び繊維質濾過材５はその垂直方向分速
を急激に減少せしめられほとんど水平方向流とな
る）されながら、濾過材支持板１４の上部を水平
に移動した後、ふたたび上昇区画２内にもどる。
このサイクルを繰り返して循環するうちに、洗浄
が進行する。洗浄の終了は、あらかじめ洗浄時間
を設定しておくことにより、又は洗浄水の濃度を
検知することにより、自動的に行なわれる。洗浄
が終了したら、空気や洗浄水の流入を止め、ふた
たび処理液流出管９を開けて、濾過工程に入る。

実施例 ２ 第３図は、本発明の実施例２を概念的に示して
いる。

実施例２のものにおいては、濾過槽本体１内の
最下位置に、濾過材調整用散気管７を全面的に配
置して、上方へ向けて全面的に開口させている。
その他の構成は、実施例１とほぼ同じである。

濾過槽本体１が大きくなつてくると、洗浄工程
が終了したときに、繊維質濾過材５の層が上昇区
画２内で薄く下降区画３内で厚くなることがあ
る。実施例２のものにおいては、洗浄工程終了後
に濾過材調整用散気管７から空気を噴出させ、繊
維質濾過材５の層をふたたび浮遊させた後に空気
の噴出を止めると、繊維質濾過材５の層の厚さが
ほぼ均一となる。空気噴出時間は、濾過槽本体１
の断面積により異なるが、通常は５〜10分で十分
である。濾過材調整工程が終了すると同時に、濾
過工程にもどる。

(ヘ) 発明の効果 本発明に係る濾過装置によるときには、洗浄時
に濾過材単位容積時間当たり１〜６倍量の曝気量
で十分な洗浄が可能であり、曝気時間も従来の半
分で済む。このため、洗浄のための設備費が約５
分の１で済むようになり、運転経費も約20分の１
に削減される。繊維質濾過材５として捲縮加工糸
を束ねて中央で結束し球状に成形したものを使用
した場合は、繊維質濾過材５の寿命が従来のもの
の３〜５倍と飛躍的に延びる。また、濾過材調整
用散気管７を配置した場合は、繊維質濾過材５の
層を均一な厚さにすることができる。短絡流が起
こることもなく、処理周期ごとに処理性能がばら
つくようなこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す全体図、第２
図は本発明において使用する繊維質濾過材５の斜
視図、第３図は本発明の実施例２を示す全体図で
ある。 １……濾過槽本体、２……上昇区画、３……下
降区画、４……仕切板、５……繊維質濾過材、７
……濾過材調整用散気管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 濾過層本体１内の上方に被濾過液流入管８を
   臨ませて濾過層本体１の下方に処理液流出管９を
   連結し、そして濾過層本体１の内部を垂直方向の
   仕切板４で仕切つて上昇区画２と下降区画３とに
   区分けし、前記仕切板４の下方に多孔材でできた
   濾過材支持板１４を配置して、比重が濾過原液の
   比重より大きくてほぼ球状の形状をし、弾力があ
   つてしかも比表面積が大きい繊維質濾過材５を濾
   過材支持板１４上に積層させて濾過材層を形成
   し、前記上昇区画２内の下方位置に洗浄空気流入
   管６及び洗浄水流入管１０の先端をそれぞれ臨ま
   せ、濾過時には被濾過液流入管８から被濾過液を
   流入させ濾過材層で濾過して処理液流出管９から
   流出させ、逆洗時には洗浄空気流入管６及び洗浄
   水流入管１０から洗浄空気及び洗浄水をそれぞれ
   流入させることによつて上昇区画２内において上
   昇流を形成させ、その上昇流によつて下降区画３
   内においては下降流を形成させて、上昇区画２と
   下降区画３との間に繊維質濾過材５の循環流を形
   成させるようにした濾過装置。 ２ 繊維質濾過材５が、切断した多数の捲縮加工
   糸が束ねられて中央が結束され、ほぼ球状に成形
   されたものである特許請求の範囲第１項に記載の
   濾過装置。 ３ 濾過層本体１内の上方に被濾過液流入管８を
   臨ませて濾過層本体１の下方に処理液流出管９を
   連結し、そして濾過層本体１の内部を垂直方向の
   仕切板４で仕切つて上昇区画２と下降区画３とに
   区分けし、前記仕切板４の下方に多孔材でできた
   濾過材支持板１４を配置して、比重が濾過原液の
   比重より大きくてほぼ球状の形状をし、弾力があ
   つてしかも比表面積が大きい繊維質濾過材５を濾
   過材支持板１４上に積層させて濾過材層を形成
   し、前記上昇区画２内の下方位置に洗浄空気流入
   管６及び洗浄水流入管１０の先端をそれぞれ臨ま
   せ、また濾過材支持板１４の下方に濾過材調整用
   散気管７を配置し、濾過時には被濾過液流入管８
   から被濾過液を流入させ濾過材層で濾過して処理
   液流出管９から流出させ、逆洗時には洗浄空気流
   入管６及び洗浄水流入管１０から洗浄空気及び洗
   浄水をそれぞれ流入させることによつて上昇区画
   ２内において上昇流を形成させ、その上昇流によ
   つて下降区画３内においては下降流を形成させ
   て、上昇区画２と下降区画３との間に繊維質濾過
   材５の循環流を形成させ、逆洗終了後には濾過材
   調整用散気管７から散気させて濾過材層の厚さを
   均一にさせるようにした濾過装置。