JPWO2009028163A1 - 濾過装置及び濾過方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、短時間に大流量を処理することができ、物理的処理のみによって原水を高レベルに除菌できる濾過装置及び濾過方法を提供することを目的とする。本発明の濾過装置と濾過方法は、スプリングフィルタ２と、この上流側に濾過助剤４１が積層された第１プリコート層Ａと、濾過助剤４２が積層された第２プリコート層Ｂとを備え、第２プリコート層Ｂの側から原水を流して濾過を行う濾過装置において、濾過助剤４１が、通水時の流れで間隙に粒子が凝集して複数個がこの間隙を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布を備えている一方、濾過助剤４２が、濾過助剤４２より小さく自身では間隙に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布を備え、スプリングフィルタ２の間隙と第２プリコート層Ｂの粒子のサイズ調整が、架橋現象によってスプリングフィルタ２に保持される第１プリコート層Ａによって行われることを特徴とする。

Description

本発明は化学薬品など使わずに除菌できる濾過装置と濾過方法にかかり、とくに船舶のバラスト水等を国際環境基準に適合するレベルにまで除菌できる濾過装置と濾過方法に関する。

従来、船舶は船底のタンクにポンプ等で汲み上げた海水をバラスト水として積載して航行し、目的地に着くと貨物の積み下ろしの時間内にこのバラスト水を外部に排出している。これは、貨物を載せていない船舶や、貨物の積載量が少ない船舶は喫水線が下がり、バランスが保てなくなるためである。そして、この汲み上げ、排出に必要以上の時間がかかると輸送コストの上昇につながるため、これを貨物の積み下ろしの時間内に収めるべく、通常数百トン／時〜数千トン／時といった高速で汲み上げ、排出が行われている。

ところで、バラスト水を取水する海域と排出する海域は通常異なる。海水を取水する海域によっては有害なプランクトンや細菌が混入するおそれがあり、これを目的地の沿岸や港湾内で排出することになれば、この有害なプランクトンや細菌が人為的に取水海域から排出海域に運ばれたことになる。場合によっては、排出された海域でこれらが異常繁殖して生態系を破壊し、貝毒や赤潮の原因となり、海洋汚染を引き起こし、漁業に深刻な打撃を与えたりもする。実際にそのような事例も幾つか報告されている。さらには、公衆衛生に被害を及ぼすことすらある。

このように有害なプランクトンや細菌が船舶の移動に伴って運搬されるのを防止するため、２００４年２月、国際海事機関（ＩＭＯ；International Maritime Organization）において、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための国際条約が採択された。この条約においてはＤ２バラスト水排出基準と言われるバラスト水に対する厳しい排出基準が設けられ、排出できるのは、５０μｍ超のプランクトン数は１トンのバラスト水中に１０個体／トン、１０μｍ−５０μｍのプランクトン数は１０個体／１ｍｌ、大腸菌類は２５０ｃｆｕ（colony forming unit）／１００ｍｌ未満にそれぞれ規制がかけられた。従ってこの排出基準によれば、５０μｍ超の大きなプランクトンから１μ前後の小さな細菌に至る微生物を同時にかつほとんどを取り除き、しかも膨大なバラスト水を短時間に処理しなければならない。

現在、オーストラリアや米国と言った国々ではこの厳しい排出基準が先行して運用されている。これらの国に向かう多くの船舶においては、この排出基準を満たすために港湾等の沿岸でバラスト水の交換を行っている。すなわち、寄港する前に沿岸で積載してきたバラスト水を外洋のきれいな問題のない海水と交換している（リバラスト法）。

しかし、バラスト水の交換を行うときには船体のバランス保持が問題となり、交換の手順の誤りから転覆事故を誘発することもあり、交換に際しての安全確保が問題となっている。そして、バラスト水の交換だけではこの問題は本質的には片付かない。基準自体もより厳しくなる方向へ向かっており、オーストラリアや米国と言った国々ではさらに厳しい規準の設定が検討されている。

現在報告されている開発中のバラスト水処理装置は、Ｇ９という化学的手法による基準に基づいて、塩素等の化学薬品による薬品処理や、オゾンによるプランクトン、細菌の殺滅、殺菌を行うもの（化学処理法）が中心であり、Ｄ２バラスト水排出基準をクリアするには化学処理によるしかない、と言うのが実情である。なお、本明細書において、除菌とは目的のレベルにまでプランクトン、細菌などの微生物を取り除くことを意味する。

上述したようにバラスト水の取水、排水は積み降ろしの際に行われるため、もしＧ９基準に従ってバラスト水を殺菌すると、化学薬品で処理されたバラスト水が港湾に大量に排出され、化学薬品が港湾内の生物に大きな影響を与え、生態系を破壊する可能性がある。このため、物理的処理による除菌あるいは殺菌を行い、装置に関するＧ８基準に準拠した方法に期待が集まっている。

ところで、物理的処理の代表である濾過には、主として、ストレーナー等の濾材でこれに形成された空隙（開口）よりも大きな固形分粒子を捕えるストレン濾過現象によるものと、ケークや砂などが立体的に重なったとき形成される空隙で固形分粒子を捕える深層濾過現象によるものと、濾過の進行と共に成長するケークの表面で大きな固形分粒子を分離して清澄な液だけをケーク内に流して濾過するケーク濾過現象を利用するものがある。

１μ前後の小さな細菌までを濾過して清澄な水にするには、濾材の目が小さくなくてはならない。それゆえ短時間で目詰まりする。このときの濾過には、上述のケーク濾過現象などを利用することなどが考えられるが、圧力損失（流体抵抗）が直ぐに高くなり、数百トン／時あるいは数千トン／時という流速で流されるバラスト水を除菌するのは困難である。このためどうしても上述した化学薬剤による処理か、熱処理あるいは電気処理せざるを得なかった。

例えば、バラスト水を６０℃程度以上で熱処理すれば、大腸菌等の生存に不適当な環境にすることができる（熱処理法）。この具体的な方法として、タンクにエンジン冷却用熱水を注入したり、熱交換器をバラスト水配管系の途中に配設したりする方法などが考えられる。しかし、これらの方法で殺菌が確実に行えるとまではいえないし、また、エネルギー効率もよくない。すなわち、殺菌するには膨大な熱量、費用を必要とする。さらに、熱温水を積載することによる貨物へ影響があり、また、熱温水の排出による海洋生物への影響も懸念される。

熱殺菌以外にも、オゾンまたはオゾンと蒸気の混合による殺菌（オゾン法）、高電圧パルスなどによって電気的に微生物を破壊する殺菌、紫外線や光触媒による殺菌（紫外線法）、電気化学法など、他の方法が提案されているが、何れも実用面で満足できる提案はない。

そして、以上の方法を組み合わせた複合的な方法として、濾材に濾過助剤をプリコートして行う濾過と熱処理または電気処理による殺菌とを組み合わせた方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。濾材の表面では濾過助剤が薄膜状になっており、この層に濾過中の微生物が集中するため、その集中した個所に熱エネルギー、電気エネルギーを与えて効果的に殺菌するものである。しかし、これも大量のバラスト水を処理するのは困難で、コスト的にも実用性があるとは言い難い。

なお、濾材には、１００μｍ以下の懸濁物を濾過可能な精密濾過を目的とするものと、それを越えるサイズの濾過を行う一般濾過を目的とするものがある。焼結フィルタなどは精密濾過に使われ、スプリングフィルタは一般濾過に使われる。スプリングフィルタの方が圧力損失を比較的低くできる。また、濾材に濾過助剤でプリコートすると、ケーク濾過現象を利用した濾過が可能になる。このような濾過装置として、濾材上に、プリコート剤を粒径の小さいものから粒径の大きいものに順次積層した濾過フィルタが知られている（特許文献３参照）。

さて、スプリングフィルタのコイルには、螺旋状をなしたコイルの側面に突起が所定間隔で設けられ、コイルの間隙を一定値にするように構成されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、小さな細菌を除菌するにはこの間隙を相当に狭くせざるを得ず、このとき流体抵抗が大きくなるのは避けられない。コイルの間隙を広げると濾過助剤の方が小さくなり、流れに乗って間隙から流失してしまう。

特開２００６−１０２２８３号公報 特開昭５２−９０８７１号公報 実開平３−３８１１７号公報

以上説明したように、Ｄ２バラスト水排出基準レベルにバラスト水を処理するためには、現在のところＧ９に基づいた薬品処理でこの基準をクリアするしかない。しかし、これは沿岸の海洋生物に大きな影響を与え、生態系を破壊する可能性がある。これに対し、物理的に除菌すればこのような影響は回避できるが、今のところ実用性ある濾過装置と濾過方法は提案されていない。

特許文献１の濾過装置と濾過方法は、プリコート層の中に微生物が集中して存在することを利用して熱エネルギー、電気エネルギーを効率的に与える。しかし、この濾過装置と濾過方法はプリコートによって目詰まりを起し易く、大量のバラスト水を処理するのは難しい。また電気や熱エネルギーを供給しなければならない構成を考えると、装備は複雑で、コスト的な面からみても、実用性があるとは言い難い。

この点、特許文献２のようなスプリングフィルタはコスト的に実用性がある。しかし、スプリングフィルタを使った場合、１００μｍを越えるプランクトンのような微粒子の粗い濾過は可能であるが、Ｄ２基準を達成するような濾過は難しい。１μ前後の小さな細菌を取り除こうとすると、圧力損失が高くなり、毎時数百トン、数千トンといった流量を処理するのは事実上無理である。だからといって、スプリングフィルタの間隙を広げると除菌は不可能である。

そこで、特許文献３のようにスプリングフィルタにプリコートして小さな細菌まで濾し取ることも考えられるが、この場合も大量の水を処理できない。もし、大量の水を流すために単純に間隙を広げると、細かな濾過助剤がスプリングフィルタの目（間隙）から流失し、スプリングフィルタ上に保持できず、継続した濾過が行えない。このようにスプリングフィルタによる濾過と大量で高速なバラスト水の処理は互いに矛盾する関係を有している。

今のところ、実用性があり、生態系など環境を破壊せず、物理的処理によってバラスト水をＤ２バラスト水排出基準レベルにまで適合させることができる濾過装置及び濾過方法は存在しない。そして、これは原水（被処理水）がバラスト水の場合だけではない。排出に厳しい基準があり、大量に短時間で処理が必要な被処理水であれば、これと同様のことが言える。

そこで本発明は、短時間に大流量を処理することができ、物理的処理のみによって原水を高レベルに除菌できる濾過装置及び濾過方法を提供することを目的とする。

本発明の濾過装置は、開口を通して原水を濾過する濾材と、濾材の上流側に第１濾過助剤が積層された第１濾層と、第１濾層の上流側に第２濾過助剤が積層された第２濾層とを備え、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置において、第１濾過助剤が、開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れで開口に粒子が凝集して複数個がこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布を備えている一方、第２濾過助剤が、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布を備え、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整が、架橋現象によって濾材に保持される第１濾層によって行われることを主要な特徴とする。

また、本発明の濾過方法は、開口が形成された濾材の上流側に第１濾過助剤からなる第１濾層を積層し、第１濾層の上流側に第２濾過助剤からなる第２濾層を積層して、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、第１濾層を積層するときには、開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れにより開口へ粒子を凝集させ、複数個でこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布をもつ第１濾過助剤を選択する一方、第２濾層を積層するときには、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布をもつ第２濾過助剤を選択し、第１濾過助剤の架橋現象によって濾材に第１濾層を保持し、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整を第１濾層によって行うことを主要な特徴とする。

本発明の濾過装置及び濾過方法によれば、物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、Ｄ２バラスト水排出基準を満たす濾過装置を実現することができる。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。逆洗するための期間を従来の１０倍程度に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。さらに、プリコートする濾過助剤の粒径は、流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の実施の形態１における濾過装置の説明図 （ａ）本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの要部拡大図、（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの分解図 本発明の実施の形態１における濾過装置の濾過状態の説明図 （ａ）無限長のスリットを有する場合の架橋の様子の説明図、（ｂ）方形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、（ｃ）円形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図 走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布の説明図 焼成珪藻土の粒度分布の説明図 本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第１の実験結果の説明図 （ａ）比較例の除菌効果を示す実験結果の説明図、（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第２の実験結果の説明図 本発明の実施の形態１における濾過方法の工程図

符号の説明

１ 濾過タンク
１ａ 原水室
１ｂ 処理水室
２ スプリングフィルタ
３ コイルスプリング
３ａ 突起
３ｂ 貫通開口
４ａ キャップ部材
４ｂ 固定部材
４ｃ 係止具
５ 芯材
５ａ 係止溝
５ｂ 切り込み
６ 仕切り板
１０ 原水タンク
１１ プリコートタンク
１２ 処理水タンク
１３ 逆洗水タンク
１４ ボディフィードタンク
１５ 汚泥タンク
１６，１７，１８ ポンプ
１９ ブロア
２０ 三方弁
２１ ガスバルブ
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３ 弁
３４，３５，３６，３７ 逆止弁
４１，４２，４３ 濾過助剤
４４ ボディフィード濾過助剤
４６ 微粒子

本発明の第１の形態は、開口を通して原水を濾過する濾材と、濾材の上流側に第１濾過助剤が積層された第１濾層と、第１濾層の上流側に第２濾過助剤が積層された第２濾層とを備え、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置において、第１濾過助剤が、開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れで開口に粒子が凝集して複数個がこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布を備えている一方、第２濾過助剤が、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布を備え、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整が、架橋現象によって濾材に保持される第１濾層によって行われることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材のサイズ調整（目調整）を第１濾過助剤によって行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、濾材が代表寸法ｄの開口を備えているとき、第１濾過助剤が開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有していることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第１濾過助剤が濾材の開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有しているため、濾材の開口に合わせて第１濾過助剤のブリッジを形成することができ、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整が第１濾過助剤によって行われるので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。第１濾過助剤自身も濾過に寄与する。

本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態に従属する形態であって、第２濾層の上流側に第２濾過助剤より大きな粒径の第３濾過助剤が積層された第３濾層が設けられ、この第３濾層により第２濾層の濾過過程における圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第３濾層の第３濾過助剤は細かな第２濾過助剤からなる第２濾層が目詰まりしないように原水から大きな固形分粒子、例えばプランクトン等を濾過し、全体としての圧力損失の増加を抑制し、濾過機能の低下を防ぐことができる。

本発明の第４の形態は、第２の形態に従属する形態であって、開口の代表寸法ｄが９０μｍ以上の大きさをもつことを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、圧力損失の増加を抑え、また必要以上に濾材の目を広すぎたときに生じる濾過機能の低下を防ぐことができる。物理処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、Ｄ２バラスト水排出基準を満たす濾過装置を実現することができる。逆洗するための期間を従来の１０倍に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。

本発明の第５の形態は、第２の形態に従属する形態であって、開口がスリットの場合に、第１濾過助剤の代表粒径がこのスリットの間隙を代表寸法ｄとして（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の粒径を有していることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第１濾過助剤が濾材のスリットの形状に応じて定まる（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有しているため、スプリングフィルタなどの濾材の開口に合わせて第１濾過助剤のブリッジを形成することができ、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整が第１濾過助剤によって行われるので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。第１濾過助剤自身も濾過に寄与する。

本発明の第６の形態は、第１の形態に従属する形態であって、第２濾層の上流側にボディフィード濾過助剤が積層されたボディフィード層を備え、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第２濾層の上流側に濾滓が形成されて目詰まりを起し、大量の原水の短時間濾過が行えなくなるのを防止し、長時間の連続運転を可能にする。

本発明の第７の形態は、第３の形態に従属する形態であって、第３濾層の上流側、若しくは順に濾過助剤の粒子が大きくなる濾層が第３濾層に更に積層されるときにはこの最も上流側の濾層の上流にボディフィード濾過助剤からなるボディフィード層が積層され、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第３濾層の上流側に更に多くの濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。

本発明の第８の形態は、第７の形態に従属する形態であって、濾材がコイル体を備えたスプリングフィルタであって、開口がコイル体を巻回したコイル体間の間隙であり、プリコートのために第１〜第３濾過助剤の何れかの濾過助剤，更に積層される濾過助剤をそれぞれ供給することができるプリコート助剤供給系路と、原水にボディフィード濾過助剤を供給するボディフィード助剤供給系路とを備えたことを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、スプリングフィルタとプリコート助剤供給系路、ボディフィード助剤供給系路を使って物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にすることができる。逆洗するための期間を従来の１０倍に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第９の形態は、第８の形態に従属する形態であって、間隙が６０μｍ〜１２０μｍで、第１濾過助剤が代表粒径２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土、第２濾過助剤が代表粒径１０μｍ近傍の珪藻土、第３濾過助剤が代表粒径２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土、ボディフィード濾過助剤が代表粒径２０μｍ近傍の珪藻土であることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、コスト的にきわめて安価で、確実に大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、同時に、大量の原水を短時間に濾過することができる。

本発明の第１０の形態は、第７の形態に従属する形態であって、原水が異物のほか微生物を含む水であって、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層は主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、ボディフィード層では主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、原水が異物のほか微生物を含む水であっても、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層では第２濾層にプランクトンが直接付着するのを保護する。すなわち主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、細かな第２濾層の粒子層にプランクトンが付着して圧力が上昇して流量低下するのを防止する。ボディフィード層では第３濾層における主として１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさのプランクトンに由来する濾滓形成を抑えることができ、長時間の連続運転を可能にする。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第１１の形態は、第１乃至第１０の何れかの形態に従属する形態であって、船体に設置されると共に、海水又は淡水を汲み上げるための給水路と、バラストタンクに接続される処理水路とを備え、この海水又は淡水を濾過してバラスト水を供給することを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、Ｄ２バラスト水排出基準を満たす濾過装置を物理的方法で実現することができる。他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第１２の形態は、開口が形成された濾材の上流側に第１濾過助剤からなる第１濾層を積層し、第１濾層の上流側に第２濾過助剤からなる第２濾層を積層して、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、第１濾層を積層するときには、前記開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れにより開口へ粒子を凝集させ、複数個でこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布をもつ第１濾過助剤を選択する一方、第２濾層を積層するときには、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布をもつ第２濾過助剤を選択し、第１濾過助剤の架橋現象によって濾材に第１濾層を保持し、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整を第１濾層によって行うことを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整を第１濾過助剤で行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第１３の形態は、第１２の形態に従属する形態であって、第１濾層を積層するときに、濾材が代表寸法ｄの開口を備えている場合、この開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径をもつ第１濾過助剤を選択することを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第１濾過助剤が濾材の開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有しているため、濾材の開口に合わせて第１濾過助剤のブリッジを形成することができ、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整が第１濾過助剤によって行われるので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。第１濾過助剤自身も濾過に寄与する。

本発明の第１４の形態は、第１３の形態に従属する形態であって、開口の代表寸法ｄが９０μｍ以上の大きさをもつことを特徴とすることを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、濾材の目、及びこの大きさから定まる第１濾過助剤が小さくなり過ぎることなく、圧力損失の増加を抑え、また必要以上に濾材の目を広すぎたときに生じる濾過機能の低下を防ぐことができる。物理処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、Ｄ２バラスト水排出基準を満たす濾過装置を実現することができる。逆洗するための期間を従来の１０倍に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。

本発明の第１５の形態は、第１４の形態に従属する形態であって、開口がスリットの場合に、このスリットの間隙を代表寸法ｄとして、第１濾過助剤が（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有していることを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第１濾過助剤が濾材のスリットの形状に応じて定まる（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有しているため、スプリングフィルタなどの濾材の開口に合わせて第１濾過助剤のブリッジを形成することができ、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整が第１濾過助剤で行われるので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。第１濾過助剤自身も濾過に寄与する。

本発明の第１６の形態は、第１２の形態に従属する形態であって、第２濾層の上に１層又は２層以上の濾層を順に積層すると共に、このとき積層する濾過助剤の粒径を既に積層されている最も上流側の濾層の粒径と同一又はより大きい粒径にすることを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第２濾層の上流側に更に１層又は２層以上の濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。

本発明の第１７の形態は、第１２の形態に従属する形態であって、原水の濾過時に、この原水にボディフィード濾過助剤を混合して第２濾層に供給し、この供給により第２濾層の更に上流にボディフィード層を形成して、濾層における圧力損失の増加を抑制することを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第２濾層の上流側に濾滓が形成されて目詰まりを起し、大量の原水の短時間濾過が行えなくなるのを防止し、長時間の連続運転を可能にする。

本発明の第１８の形態は、第１６の形態に従属する形態であって、原水の濾過時に、この原水に動物性プランクトンと同等な大きさの粒径のボディフィード濾過助剤を混合して最も上流側の濾層に供給し、この供給により濾層の更に上流にボディフィード層を形成して、濾層における圧力損失の増加を抑制することを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第３濾層における主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物性プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることができ、長時間の連続運転を可能にする。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における濾過装置と濾過方法について説明をする。本発明の実施の形態１の被処理水はバラスト水である。図１は本発明の実施の形態１における濾過装置の説明図、図２（ａ）は本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの要部拡大図、図２（ｂ）は本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの分解図、図３は本発明の実施の形態１における濾過装置の濾過状態の説明図、図４（ａ）は無限長のスリットを有する場合の架橋の様子の説明図、図４（ｂ）は方形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、図４（ｃ）は円形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、図５は走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布の説明図、図６は焼成珪藻土の粒度分布の説明図、図７は本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第１の実験結果の説明図、図８（ａ）は比較例の除菌効果を示す実験結果の説明図、図８（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第２の実験結果の説明図、図９は本発明の実施の形態１における濾過方法の工程図である。

図１、図２（ａ）（ｂ）に示すように、濾過タンク１に原水（以下、被処理水ともいう）が流入すると、この被処理水を内部に複数本配設されたスプリングフィルタ２で濾過し、濾過された処理水を吐出する。各スプリングフィルタ２には多層のプリフィルタ層が表面に形成される。各スプリングフィルタ２は次の構成から形成されている。

すなわち、スプリングフィルタ２は図２（ａ）のように断面が略円形の線材を螺旋状に巻回したコイルスプリング３から構成され、コイルスプリング３の長手方向、所定間隔ごとに高さ６０μｍ〜１２０μｍ程度の突起３ａが形成されている。この突起３ａによって、コイルスプリング３は密巻きされたときコイルの軸方向に１巻の間隔（１ピッチ）が６０μｍ〜１２０μｍ程度の、好適には９０μｍ〜１２０μｍ程度の濾過機能を有する間隙（スリット）を形成する。この間隙に原水を流すことによって濾過が可能になる。この間隙はコイルスプリング２の両端が閉止されるためきわめて細長い開口になる。なお、この間隙は４０μｍ以下では圧力損失が大きくなるすぎるため、少なくとも４０μｍより広い間隙にするのが適当である。しかし、必要以上に広すぎる間隙はプリコートする濾過助剤の粒子も大きくせざるを得ず、全体としての濾過機能が低下するので、できれば９０μｍ以上で、９０μｍ〜１２０μｍ程度にするのがよい。

次に、図２（ａ）（ｂ）に示すコイルスプリング３の上端に設けられる固定部材４ｂには、スプリングフィルタ２で濾過された処理水を吐出するための貫通開口３ｂが形成されている。この固定部材４ｂは仕切り板６にコイルスプリング３を取り付け、スプリングフィルタ２として構成するための部材であって、図２（ｂ）に示すように中央に通水用の貫通開口３ｂが形成されたボルト状の部材である。固定部材４ｂの外周には雄ネジが刻設されており、この雄ネジが仕切り板６に形成された雌ネジと螺合することによって、スプリングフィルタ２の仕切り板６への取り付けを行う。

固定部材４ｂの貫通開口３ｂには、板状で略Π字状の係止具４ｃの脚部分が固定部材４ｂのネジ側から内面に密着して挿入され、その頭部分が貫通開口３ｂを横断して架橋し、両側の張り出した部分と脚部分で仕切り板６に係止される。この係止具４ｃの上端に、長尺の板で構成された芯材５の係止溝５ａが引っ掛けられ、係止具４ｃの頭部分がこの係止溝５ａ内の所定位置に係合される。これにより、係止具４ｃと芯材５は上方からみたとき板が互いに十字状に交差した状態で組み合わされて、仕切り板６に取り付けられる。なお、この係止溝５ａは芯材５の上端近くに配設されＬ字状の溝として形成される。

このように芯材５が固定部材４ｂに支持されると、芯材５は係止具４ｃに吊り下げられたような状態となるから、この周囲にコイルスプリング３を下側（上流側）から挿通する。芯材５の下端部にはＴ字状の切り込み５ｂが形成されており、次に締結具５ｃの頭部をこの切り込み５ｂ内に挿入する。なお、この締結具５ｃはボルトと２個のナットから構成される。切り込み５ｂに挿入した締結具５ｃのボルトの螺合部をキャップ部材４の挿通孔から突出させ、キャップ部材４ａを押込み、これをナットで締め付けると、コイルスプリング３をキャップ部材４ａと固定部材４ｂで挟持したスプリングフィルタ２が組み上がる。なお、締結具５ｃはダブルナットで固定するので緩みがなく、水密に締め付けることができ、水漏れなど起さない。

仕切り板６は、図1のように濾過タンク１の内部を２分して上方に処理水室１ｂ、下方に原水室１ａを形成する。仕切り板６にはスプリングフィルタ２の数だけ図２（ｂ）に示すような雌ネジが形成された挿入孔が設けられ、この挿入孔内に各スプリングフィルタ２の固定部材４ｂの雄ネジを螺合して水密に装着することができる。これにより、貫通開口３ｂだけが処理水室１ｂと原水室１ａとを連通する部位となる。固定部材４ｂを仕切り板６に螺合し係止具４ｃを介して芯材５を支持するから、スプリングフィルタ２の組み立てが容易で、確実に固定でき、水密性を確保することができる。

次に、図１に基づいて濾過装置の全体構成を説明する。実施の形態１の濾過装置は、船体に設置され、海水あるいは淡水を汲み上げるための給水路と、バラストタンクに接続される処理水路とを備えたものであり、バラスト水を汲み上げたり、排出したりするとき海水又は淡水を濾過する。原水は給水路に設けられた原水タンク１０に一旦貯めたり、船体のシーチェストから直接取水することで、ポンプ１７によって弁２９、逆止弁３５経由で濾過タンク１に送水される。濾過処理／除菌処理時には、濾過タンク１で濾過、除菌された処理水は三方弁２０を介して処理水タンク１２に送水されて収容される。

濾過装置のスプリングフィルタ２の表面には、図３に示すように多層のプリコート層、すなわち実施の形態１では３層をなす第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃが形成される。また、濾過装置全体の圧力損失抑え、各層での目詰まりを防ぐためにボディフィード濾過助剤４４が原水に混合されて供給され、第３プリコート層Ｃの上にボディフィード層が形成される。

各プリコート層は、プリコート用の濾過助剤４１，４２，４３の粉末を清水（あるいは処理水、原水）に混入したプリコート用の濾過助剤の懸濁液をそれぞれスプリングフィルタ２に順に供給することで形成される。各助剤懸濁液はプリコートタンク１１で濾過助剤４１，４２，４３の順に調製され、ポンプ１６によって第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃの順でプリコートタンク１１から０．０１ＭＰａ〜０．０３ＭＰａ程度で圧送され、スプリングフィルタ２の表面をプリコートする。なお、各濾過助剤４１，４２，４３をそれぞれ別のタンクで調製して供給するのでもよい。第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃをそれぞれ独自の系路にすることもできる。

ボディフィード層Ｄは、原水に混入されるボディフィード濾過助剤４４がプリコート層状に新たに堆積する濾材となって、動物プランクトンや植物プランクトン、細かなゴミ等の微粒子４６を捕捉し、水道（みずみち）が閉塞するのを防ぐものであり、これにより圧力損失の増加が抑えられる。ボディフィード濾過助剤４４は動物プランクトン等を除去できるような比較的大きな粒子径の助剤を使用するのがよく、予め、ボディフィードタンク１４内の清水あるいは原水、処理水に混合して調製しておく。調製後はボディフィード濾過助剤４４が沈殿しないように撹拌を続けながら原水に混入して使用する。

ボディフィード層Ｄは、原水を濾過する時に、ポンプ１７の作用で濾過助剤の懸濁液がボディフィードタンク１４から弁３１、逆止弁３６を経て０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ程度で圧送され、送水中の原水に混合されて、プリコート層の表面を覆って堆積する。堆積しながら同時に動物プランクトン、植物プランクトン等の微粒子４６を図３に示すように捕捉する。動物プランクトンは目詰まりすると粘度の高い濾滓となるため、従来から対策が難しいとされているが、ボディフィードすることによってこれを解消できる。ボディフィードによって濾滓が分散するので第３プリコート層Ｃの表面にケーク濾過現象で濾滓が集中的に形成されることはない。

なお、以上説明した実施の形態1では第３プリコート層Ｃを設けているが、第２プリコート層Ｂの上に直接ボディフィード層Ｄを形成することも、また、第３プリコート層Ｃの上に更に濾過助剤の粒子が大きくなる別のプリコート層を順に積層することもできる。そして、この別のプリコート層を更に形成する場合は最上流のプリコート層の上流にボディフィード層を積層する。このボディフィード層により最上流のプリコート層における圧力損失の増加（濾滓の集中的な生成）を抑え、さらに濾過装置全体、言い換えれば多層のプリコート層全体で圧力損失が高くなるのを抑えることができる。

ところで、原水からプランクトンだけを取り除くような場合もある。この場合は第１プリコート層Ａの上に、実施の形態１の第２濾層としてボディフィード層Ｄを形成すればよい。濾過助剤４２の層が形成されていないため除菌までするのは難しいが、プランクトン等を除去することはできる。ここで、第１濾層となる第１プリコート層Ａは濾過助剤間の目調整を行うために必要な層であり、第２濾層との目調整のために設置される。この目調整については後で詳述する。

さて、第１プリコート層Ａの濾過助剤４１は、後述する理由からコイルスプリング３の間隙に濾過助剤４１自身で保持が可能な特異な粒径の粒子になっている。濾過助剤４１には焼成珪藻土などを使うのが好適である。また、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は1μｍ前後の細菌類を取り除くためのもので、これも焼成珪藻土などを使うのが好適である。第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３も焼成珪藻土などが好適である。主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンを濾過する。そして、ボディフィード濾過助剤４４も焼成珪藻土とするのがよい。

珪藻土は、数万年乃至数千万年の太古の地球上に繁茂した珪藻と呼ばれる藻類（植物プランクトン）が化石となったものである。これを焼いた焼成珪藻土の各粒子は０．１μｍ〜１．０μｍの無数の細孔を備えており、焼成珪藻土を濾過助剤としたときには、動物プランクトン、植物プランクトンが粒子間に捕えられ、大腸菌などの細菌類は粒子間だけでなく、この無数の細孔に取り込まれるものと推測される。

ここで濾過助剤４１，４２，４３、ボディフィード濾過助剤４４の各粒径に求められる特性について簡単に説明する。第１プリコート層Ａの濾過助剤４１はコイルスプリング３の間隙との関係が重要で、通水時の流れでコイルスプリング３の間隙に粒子が凝集して、この間隙中に複数個で連なることが可能な特定の粗い粒子主体の粒度分布を備えていなければならない。これに対し、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は１μｍ前後の細菌を濾過するために、濾過助剤４１より小さく、自身だけではコイルスプリング３の間隙に架橋できない細かな粒度分布を有するものである。また、第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３は濾過助剤４２の粒径分布より代表粒径が大きいものが採用される。更に多くのプリコート層を積層するときには、代表粒径が濾過助剤４３より徐々に大きくなるようなサイズの粒子を採用する。そして、ボディフィード濾過助剤４４は原水がプリコート層に流入する前に予備的にプランクトン、ゴミ等を取り除く粒径の粒度分布を有している必要があり、これらの大きさに応じた粒径の濾過助剤を選んで、ボディフィードする。

続いて、図１に基づいて実施の形態１の濾過装置の各流路について説明する。清水系と弁２６、プリコートタンク１１、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４を接続する流路がプリコート助剤供給系路であり、清水系と弁２５、ボディフィードタンク１４、弁３１、逆止弁３６を接続する流路がボディフィード供給系路である。ボディフィード供給系路はポンプ１７を駆動することによって原水に濾過助剤の懸濁液を供給する。実施の形態１においては、ボディフィード供給系路をプリコート助剤供給系路と別構成にしているが、ボディフィード供給系路の構成とプリコート助剤供給系路を共用することもできる。

また、上記した清水系とつながる流路に代えて、プリコート助剤供給系路を三方弁２０、弁２２、プリコートタンク１１、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４からなる処理水を供給する流路で構成するのでも、また、ボディフィード供給系路を三方弁２０、弁２４、ボディフィードタンク１４、弁３１、逆止弁３６からなる処理水を供給する流路で構成するのでもよい。そして、さらにこのような清水や処理水の流路に代えて、原水をプリコートタンク１１に導き、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４からなる流路でプリコートのための濾過助剤の懸濁液を原水室１ａに供給することも、また、原水を一部ボディフィードタンク１４に導き、ボディフィードのための濾過助剤の懸濁液を弁３１、逆止弁３６からなる流路で原水に混合することもできる。

次に、逆洗水供給系路について説明する。逆洗水タンク１３は逆洗するときの逆洗水を収容するものである。逆洗時にはポンプ１８により弁３０、逆止弁３６を介して処理水室１ｂ側から原水室１ａ側に逆洗水が送水される。第１プリコート層Ａ側から逆洗水が多層のプリコート層に流れ込み、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃ、ボディフィード層Ｄの濾滓を洗い流す。逆洗後の逆洗水は、弁３２を通って汚泥として汚泥タンク１５に収容される。そして、濾過装置にはブロア１９が設けられており、ガスバルブ２１、逆止弁３７経由で逆洗時に空気を濾過タンク１の原水室１ａ内に供給することもできる。ブロア１９によって送られた空気は原水室１ａの下方から噴出されて無数の気泡になって上昇し、泡の浮力によってコイルスプリング３の内面に付着している珪藻土と濾滓を内面から剥がし、剥落させる。なお、逆洗水供給系路も、三方弁２０、弁２３からの処理水を逆洗水として供給する流路を採用することができるし、原水を逆洗水タンク１３に導く流路を設け、これを逆洗水として供給する流路にすることもできる。さらに、使用した濾過助剤は再利用することができる。

さて、実施の形態１の濾過装置と濾過方法において、本発明の特徴的な構成について説明する。細菌まで濾過するには非常に目の細かい濾材で濾過する必要がある。しかし、これではこの濾材を使って大量の原水を短時間に濾過することはできない。短時間で目詰まりし、連続的な運転は困難である。

また、濾材として比較的目の大きなスプリングフィルタ２を採用した場合、精密な濾過をするためにはこれに濾過助剤をプリコートすることが必要であり、この大きな目にプリコートする濾過助剤の粒径はスプリングフィルタ２の目に比例して大きくしなければならない。このため、濾過助剤を小粒径にするには圧力損失の増加を抑える必要から事実上限界があるように考えられていた。

すなわち、細菌まで濾過するには細かい粒径であることが必要であるが、細かい濾過助剤はスプリングフィルタ２の間隙から流失し、プリコート層として保持できないのである。これを避けるためスプリングフィルタ２の目を小さくして狭い間隙にすると、圧力損失が高く、数千トン／時といった大量の原水を短時間に濾過することができなくなる。こうした矛盾する課題を同時に解決するのは困難であり、これがバラスト水などを物理的に除菌する濾過装置が存在しない理由の１つであった。

しかし、実施の形態１においては以下の手段でこの矛盾を解決した。すなわち、濾過助剤と濾材の目（濾過機能を有する開口、すなわち間隙、細孔、メッシュ、スリット等）が不整合で前者が小さすぎ、後者に保持できないような場合に、両者のサイズを調整する目調整手段を介在させるという手段を講じた。そして、この目調整手段として濾過助剤を利用する。いわば目調整の機能を濾過のための濾過助剤の機能から分離させたことになる。

すなわち、スプリングフィルタ２の間隙を広くすると共に、この間隙を複数個連なって自身でブリッジを形成するような大きさの濾過助剤４１をプリコートする。そして、除菌を徹底して行うため、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２を所定の細かい粒径の助剤とする。さらにこの第２プリコート層Ｂに積層される第３プリコート層Ｃを第２プリコート層Ｂが目詰まりしないような粒径の濾過助剤４３とする。

図３のスプリングフィルタ２に直接細かい濾過助剤４２を積層しようとすると、その間隙が広すぎ、濾過助剤４２は流れに乗って流失する。しかし、所定の粒径の濾過助剤４１をプリコートした場合は、複数個の濾過助剤４１がアーチ状に連なってこの濾材の目にブリッジを架け、自分自身で自分の層と上層を支え、積層状態を保持できるようになる。

濾材が図４（ａ）に示すように平板であって、ここにスリットが開けられているような場合（スリットの間隔をｄとする）、濾過助剤４１の代表粒径をａとすると、濾過助剤４１の粒径に対してａ／ｄ＝０．２５近傍の値以上の値を与えると、通水時の流れに乗って濾過助剤４１がスリットで凝集し、凝集の中で複数個、４個程度の粒子が自然に連なって力を及ぼし合い、このスリットに架橋し、アーチ状のブリッジを形成する。なお、ａ／ｄ＞１となるような場合は、ａ／ｄが１の近傍の値をもつ場合だと濾材の目を塞ぎ易く、またａ／ｄがこの１の近傍の値より大きくなると粒子間の間隙も大きくなって、小さな濾過助剤４２を濾層として保持できず流失させてしまう。これは目調整を行うプリコート層としては適当でない。従って、少なくともａ／ｄが１の近傍より小さいこと（ａ／ｄ＜１）が好ましい。そして、濾過助剤４２をできるだけ小径にして除菌作用を向上させるには、これを保持する濾過助剤４１はできるだけ粒径が小さい方がよく、ａ／ｄ＜１の中でも濾過助剤４１は代表粒径がａ／ｄ＝０．２５の近傍値となるような濾過助剤とするのが好適である。

逆にａ／ｄ＝０．２５の近傍値より小さい値を与えると、このブリッジは形成されない。濾過助剤４１は流れに乗って流失する。ａ／ｄ＝０．２５近傍の代表粒径を与えた場合、４個、５個程度で濾過助剤４１はこのスリットに架橋する。そして、ａ／ｄ＝０．２５を越える代表粒径の濾過助剤４１の場合は、もっと少ない個数で架橋する。

ここで、近傍値というのは、ａ／ｄがおおむね±０．０２程度で変動する範囲である。濾過助剤は不均一な形状と、同一の傾向はもつものの、少し個体差のある粒度分布を有している。このため、あるパラメータ（ここではａ／ｄ）の範囲、値が所定の作用効果を奏する中核となる範囲、値であっても、その作用効果を奏する範囲、値は濾過助剤の個体差に基づいて変動する。ａ／ｄが好適となる範囲の下限の限界値もおおむね±０．０２程度で変動し、この範囲の近くにほぼ均等な作用効果を示す近傍領域が出現する。これは以下説明する他の濾材と濾過助剤等においてもすべて同様である。

これをブリッジ形成の場合で説明すると、ａ／ｄ＝０．２５が作用効果を奏する下限の限界値ではあるが、濾過助剤の形状が不均一で必ずしも一定しない粒度分布をもつため、代表粒径ａが２μｍ程度変動する。このような場合にもブリッジが形成されるようなことが起こる。スリットの間隔ｄは大体１００μｍ程度であるため、言い換えると±０．０２程度でａ／ｄの下限値に変動が生じる。従って、多くの場合はａ／ｄ＝０．２５程度を閾値とすればよいが、濾過助剤によってはａ／ｄ＝（０．２５−０．０２）〜（０．２５＋０．０２）の中の１つの値が下限値となる場合もある。このように本明細書で近傍値と言うときは、ある値、ある範囲の傍でこの値、範囲とほぼ均等な作用効果を示す幅のある値を意味する。

スプリングフィルタ２のスリットを使った場合、図３に示すように断面が円形のコイルであるため、平板とはやや異なって、ａ／ｄ＝０．２近傍の値以上の値を与えた場合でもアーチ状のブリッジを形成する。ａ／ｄ＝０．２の近傍より小さいとブリッジは形成されない。この場合もａ／ｄ＞１となるような場合は適当ではない。濾過助剤４２を保持する濾過助剤４１はできるだけ粒径が小さい方がよく、下限値のａ／ｄ＝０．２の近傍値となるような濾過助剤を採用するのがよい。

このスプリングフィルタ２の場合は５個程度で間隙に架橋する。しかし、濾過助剤４１のブリッジを形成可能な個数が減って（粒径が大きくなる）ａ／ｄが１の近傍だと、濾材の目を塞ぎ易くなり、この場合圧力損失が高くなって、短時間で目詰まりし、連続的な運転が難しくなる。またａ／ｄがこの１の近傍から大きくなると粒子間の間隙も大きくなって、目詰まりは少なくなる。しかし、目調整は難しくなる。

従って、濾材の目が平板のスリットの場合には濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．２５近傍の代表粒径を与えるのがよい。また、スリットがスプリングフィルタ（コイルの円形断面）の間隙の場合は、ａ／ｄ＝０．２近傍の代表粒径を与えるのが好適である。そして、スリットにも、濾材が平板に近いものからコイルの断面形状のものまで様々あるが、少なくとも濾過助剤の代表粒径ａをａ／ｄ＝０．２０〜０．２５近傍の粒径とすることでブリッジが形成可能になる。このような粒径を選択することにより、ブリッジを形成すると共に、除菌に優れた小粒径の濾過助剤を保持でき、圧力損失を抑え、短時間で目詰まりせず、連続運転が可能になる。

なお、第１プリコート層Ａと第２プリコート層Ｂが接触している部分では、濾過助剤４１の互いの間隙や凹凸の中に小さな濾過助剤４２が入り込み、両者が混じった状態が形成される。この混在のため、濾過助剤４２の目と濾過助剤４１の目のサイズが一挙に変化するのではなく、この混じり合った範囲で徐々に濾材の目が変化し、急激な流体抵抗の変化で形成される濾滓を防止して、目詰まりを遅らせる。

さて、図４（ａ）は以上説明した濾材が無限長のスリットを有する場合の架橋の様子を示している。これに対し、図４（ｂ）は濾材が有限長の四辺からなる方形オリフィスを有する場合の架橋の様子を示している。この場合、ａ／ｄ＝０．１５近傍より大きい代表粒径をもてば図４（ｂ）に示すようにブリッジが形成される。６、７個程度の粒子でドーム状のブリッジが形成される。この場合も、ａ／ｄ＞１となるような場合は好適ではない。ａ／ｄ＝０．１５の近傍値より小さい値を与えると、ブリッジは形成されない。濾過助剤は流れに乗って流失する。濾過助剤のブリッジを形成可能な個数が減って（粒径が大きくなる）ａ／ｄが１の近傍の値になると、濾材の目を塞ぎ易く、この場合圧力損失が高くなって、短時間で目詰まりし、連続的な運転が難しくなる。またａ／ｄがこの１の近傍より大きくなると、目詰まりは少なくなるが、目調整が困難になる。そしてこの濾過助剤は粒径が小さい方が除菌に優れた小さな濾過助剤を保持できる。従って、濾材の目が方形オリフィスの場合には、濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．１５近傍の代表粒径を与えるのが好適である。

同様に、図４（ｃ）に示すように円形オリフィスの場合、ａ／ｄ＝０．１４近傍より大きい代表粒径をもてばドーム状のブリッジが形成される。６、７個程度の粒子でドーム状のブリッジが形成される。この場合も、ａ／ｄ＞１となるような場合は目調整には不適当な粒径となる。ａ／ｄ＝０．１４の近傍値より小さい値だと、ブリッジは形成されない。濾過助剤は流れに乗って流失する。濾過助剤のブリッジを形成する個数は少なくなるが、ａ／ｄが１の近傍値になると、圧力損失が上がり、短時間で目詰まりし、連続的な運転ができなくなる。１の近傍より大きくなる場合は目調整が不適当になる。そしてこの濾過助剤は粒径が小さい方が小さな除菌用の濾過助剤を保持できる。従って、濾材の目が円形オリフィスの場合には、濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．１４近傍の代表粒径を与えるのが好適である。

上述したように、珪藻土からなる濾過助剤の粒径分布には最大の度数を示す最頻値のバラツキとして２μｍ程度の変動がある。そして、最頻値付近の分布にも特徴があり、中央から大体±２μｍ程度の範囲で横並びの値を有し（図５の「６４５」「６００Ｈ」参照）、最大度数付近が扁平に広がる分布を示す傾向がある。このためａ／ｄ＝０．１２近傍以上であれば濾過助剤によっては十分に架橋できる。

そして、濾材の目の形状が楕円や矩形になったりして、スリットとオリフィスの中間的な形状の場合や、様々な形状の濾材の目が寄せ集まっている場合などにおいては、この形状がスリットに近い形状の場合はａ／ｄ＝０．２５に近づき、円形オリフィスに近い形状の場合はａ／ｄ＝０．１２に近づき、スリットに近い目の形状の数が多ければａ／ｄ＝０．２５に近づき、円形オリフィスに近い形状の数が多ければａ／ｄ＝０．１２に近づく。さらに濾材がスプリングフィルタのように丸い断面の場合は、ａ／ｄ＝０．２に近い値がブリッジ形成の可否の閾値になる。以上のことから、濾過助剤の粒径のパラメータａ／ｄは濾材の目（濾過機能を有する開口、すなわち間隙、細孔、メッシュ、スリット等）の形状に応じてａ／ｄ＝（０．１２〜０．２５）の中から選ぶことができる。

さて、実施の形態１のスプリングフィルタ２は、４０μｍよりも大きい間隙を有している。圧力損失とのバランスを考えながら除菌機能を向上させるためには、できれば６０μｍ〜１２０μｍ、好適には９０μｍ〜１２０μｍの間隙がよい。従って、第１プリコート層Ａの濾過助剤４１は１８μｍ〜２４μｍ程度であればよい。間隙が１００μｍのスプリングフィルタ２の場合は２０μｍ近傍の代表粒径を選び、９０μｍのスプリングフィルタ２の場合は１８μｍ程度の代表粒径を選べばよい。ただ、９０μｍの場合に、１８μｍよりやや大きめの２０μｍの代表粒径をもつ焼成珪藻土を用いて確実に架橋するのもよい。両者の圧力損失に差はなく、ブリッジの形成がより確実になる。

第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は除菌するために代表粒径１０μｍ近傍の珪藻土とし、第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３は代表粒径が２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土にするのがよい。第３プリコート層Ｃでは主として第２プリコート層Ｂにプランクトンが直接付着して濾滓形成することによる目詰まりを防ぎ、５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンを濾過し、これに由来する濾滓形成を抑える。細かな第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２の粒子層にプランクトンが付着して圧力が上昇し流量低下するのを防止する。さらに、ボディフィード濾過助剤は代表粒径２０μｍ近傍の珪藻土とするのがよい。ボディフィード層は５μｍを越える大きさのプランクトン（５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトン）と異物を濾過するものであり、これらプランクトンに由来する濾滓形成を抑え、プリコート層全体の圧力損失を低下させる。

このように実施の形態１においては、目調整を行う第1プリコート層Ａを設け、これによってスプリングフィルタ２の間隙を広くし、あわせて第２プリコート層Ｂで１μｍ前後の細菌まで濾過できるようにしている。この目調整を行う第１層プリコート層Ａは主として粗い粒径の粒径分布の濾過助剤４１からなり、これに積層される第２層プリコート層Ｂは除菌作用を有する主として細かい粒径の粒径分布の濾過助剤４２から構成する。さらに第３プリコート層Ｃは第２層が濾過過程で目詰まりしないようにするための層であり、この上にこれらのプリコート層全体が目詰まりしないようにボディフィード層Ｄが形成される。

これら複数のプリコート層、ボディフィード層、スプリングフィルタの連携によって、除菌と大量、短時間の濾過を可能にする。逆洗を実施する期間は従来の１０倍程度に延び、長時間の連続運転を可能にする。また、濾過助剤の粒径は流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。物理的な濾過だけで、９９％程度の除菌を達成でき、Ｄ２バラスト水排出基準を達成することが可能であり、逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も簡単、コンパクトにでき、バラスト水の処理を行うのに最適な濾過装置を実現できる。

（実施例）
実施の形態１においては、その具体的な作用効果を測定するため、濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４として焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ／シリカ６４５；中央シリカ株式会社製）を用い、濾過助剤４２として焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ；中央シリカ株式会社製）を用いてバラスト水の濾過実験を行った。スプリングフィルタ２の間隙は９０μｍである。

図５は走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布である。図６はこのときの焼成珪藻土の累積頻度である。焼成珪藻土の粒径は画像から粒子の面積からこれを円に換算したときの面積円相当径（μｍ）で表している。実験で使用した濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４（シリカ６００Ｈ／シリカ６４５）の焼成珪藻土の粒径は何れも２０μｍ近傍に最大度数の最頻値があり、２０μｍが代表粒径であることが分かる。また、実験で使用した濾過助剤４２の焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ）は１０μｍ近傍に最頻値があり、１０μｍが代表粒径である。

図６の焼成珪藻土の累積頻度によれば、濾過助剤４２の焼成珪藻土の場合、９８％近い粒子が粒径３０μｍより小さい粒子であり、濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４の場合、９８％近い粒子が粒径５０μｍより小さい粒子であることが分かる。図５，６が示すように、焼成珪藻土の濾過助剤粒子は粒径が正規分布をもつような分布ではなく、最大粒径より大きい粒径の粒子を比較的幅広く含む分布を有している。珪藻土を焼結した場合、珪藻土表面が溶融して固まったような焼結体となるが、この溶融物の多寡、粒子形状は焼結により変動する。この溶融が不均一な粒径となる原因の１つであり、図５，６のような粒度分布になる原因の１つと考えられる。しかし、この焼成珪藻土の粒径は大部分が代表粒径の２〜３倍の範囲内に存在しており、焼結する条件などで多少の差があるが、焼成珪藻土の粒度分布はおおむね図５のような傾向の分布になるものが多い。

図７はこの除菌効果を示す実験結果を示す。図７によれば、長時間の連続運転（逆洗を行うまでの時間が従来の約１０倍となった）を可能にするだけでなく、９９．５％まで除去可能であることを示す。Ａ−２（０．２１Ｍｐａ）等の表記において、Ａ−１は原水Ａのサンプルであることを示し、Ａ−２，Ａ−３，・・・等の番号２，３等はサンプルＡ−１に対する各実験の名称として付したものであり、括弧内は濾過タンク１内の圧力を示している。原水室１ａ内における仕切り板６に近い側の圧力である。実験で用いた細菌数は一般細菌を培養してカウントしｌｏｇ表示したものである。図７の実験の場合、０．２ＭＰａ以上の圧力をかけて通水することで細菌類が十分に除菌できていることが分かる。なお、圧力はとくに高圧を加える必要はなく、比較的低い圧力でも十分除菌効果が得られる。そして、これは上記国際条約のＤ２基準、５０μｍ超のプランクトン数は１トンのバラスト水中に１０個体／トン、１０μｍ−５０μｍのプランクトン数は１０個体／１ｍｌ、大腸菌類２５０ｃｆｕ（colony forming unit）／１００ｍｌ未満、という基準をこの濾過装置だけでクリアできることを実証するものである。

図８（ａ）（ｂ）は原水ＢのサンプルＢ−１に対して、本実施例と比較例による濾過をそれぞれ実験して比較したものである。比較例としては、２０μｍの代表粒径の焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ）をスプリングフィルタに施して濾過したものである。処理水を２４時間培養して一般細菌の菌数の検査を行った。これに対し、実施例は、２０μｍの代表粒径の濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４として焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ）を使い、濾過助剤４２として焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ）を使用して濾過したものである。図７同様、濾過の圧力は括弧内に記載されている。スプリングフィルタ２の間隙は９０μｍである。２４時間培養して同じ検査を行った。これによれば、比較例の焼成珪藻土の場合、０．０３８ＭＰａ，０．０６６ＭＰａの何れの場合も除菌数は２．０ｌｏｇＣＦＵ／ｍｌ程度にすぎず、除菌率も５０％から５７％であるが、実施例の場合は０．０６０ＭＰａで除菌数は１．９ｌｏｇＣＦＵ／ｍｌ程度になり、除菌率は９９％にまでなっているのが分かる。なお、ここで除菌率９９％と言うのは、上記のサンプル、検査環境、条件においてこの結果が得られたということであって、サンプル、検査環境、条件が変われば増減する余地を残すものである。こうしたことを考慮し、本実施の形態１の濾過装置を使用すれば除菌率９９％程度を実現できると言い直すことができる。

このように実施の形態１の濾過装置においては、プリコート層を複数層設け、さらにボディフィード層を形成するだけで、除菌率９９％程度を実現できる。逆洗を行うまでの時間を従来の約１０倍に延ばすことができ、長時間の連続運転ができるようになった。

続いて、実施の形態１における濾過方法について説明する。図９に示すように、濾過運転をする前に、スプリングフィルタ２の外周をプリコート処理する。このプリコート処理は、弁２６、２７，２８を開放し、清水系に接続する。清水系について説明するが、処理水、原水でもよい。

この状態でポンプ１６を駆動し、プリコートタンク１１内に収納された粉末状の濾過助剤４１を撹拌装置により清水と混ぜて濾過タンク１の原水室１ａに吐出し、第１プリコート層Ａを形成する。次に濾過助剤４２に対して同じ手順で処理を行い、これによって第２プリコート層Ｂを形成し、さらに濾過助剤４３に対しても同じ手順で処理し、第３プリコート層Ｃを形成する。この手順で多層のプリコート層を形成する（第１工程）。その後、三方弁１７が切り換えられ、処理水室１ｂが処理水タンク１２に接続される。

次に、ボディフィードしながら濾過を行うボディフィード処理／濾過処理を行う（第２工程）。ボディフィード処理／濾過処理は次のように行う。予め、ボディフィードタンク１４内に収納された原水にボディフィード濾過助剤４４を混合し、ボディフィード用の懸濁液を調製しておく。調製後は沈殿を起さないように撹拌装置により継続して撹拌を行う。ボディフィードするときには、この懸濁液をポンプ１７で供給中の原水に混合し、原水室１ａに吐出する。これにより第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃの上にボディフィード層Ｄが形成される。なお、原水に代え処理水に混合するのでもよい。

ボディフィード層Ｄは、原水に混入された濾過助剤４４が新たに堆積する濾材となってプランクトンなどを捕捉し、第３プリコート層Ｃ表面に濾滓が形成されるのを防止して水道（みずみち）の閉塞を防ぐ。濾過装置全体の圧力損失の増加を抑制することができるものである。多層のプリコート層、ボディフィード層で原水中のプランクトン、細菌類が除去され、処理水が処理水タンク１２に導かれる。

その後、スプリングフィルタ２の外周で圧力損失が高くなると、逆洗を行う（第３工程）。このとき、清水系若しくは弁２３を介して逆洗水タンク１３に収容された逆洗水を濾過タンク１に弁３０を開いてポンプ１８で送り込み、弁３２を開いて排水する。これにより、濾過装置で捕捉された濾滓が逆洗される。なお、ここで逆洗水として原水を利用することもできる。さらに弁１８を開放し、ブロア１９を駆動して、空気を濾過タンク１内に供給する。

ブロア１９によって送られた空気は原水室１ａの下方から無数の気泡として噴出され、泡の浮力によってコイルスプリング３の内面に付着している第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃ、ボディフィード層Ｄの珪藻土と濾滓をコイルスプリング３の内面から剥がし、これらの汚泥を汚泥タンク１５に収容する。なお、スプリングフィルタ２の間隙が６０μｍより小さいような場合には、圧縮空気を処理水室１ｂの方から噴出して、濾過タンク１内に残っている水をコイルスプリング３の処理水室１ｂ側から原水室１ａ側に押し出すのもよい。

続いて、再び第１工程に戻って、スプリングフィルタ２の外周を再プリコート処理する。濾過助剤４１で第１プリコート層Ａを形成し、濾過助剤４２に対して同じ手順で処理を行い、第２プリコート層Ｂを形成し、さらに濾過助剤４３に対しても同じ手順で処理し、第３プリコート層Ｃを形成する。この一連の処理で再び多層のプリコート層を形成し、ボディフィード処理／濾過処理を行えばよい。

このように実施の形態１の濾過装置と濾過方法によれば、化学薬品を使用せず、物理的処理だけでバラスト水を高レベルに除菌することができ、装置に信頼性があり、実用的であって、長時間連続運転が可能でコストパフォーマンスに優れたものとなる。

複数のプリコート層、ボディフィード層、スプリングフィルタの連携によって、微小な細菌まで除菌すると同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、逆洗を実施する期間は従来の１０倍程度にまで延び、長時間の連続運転を可能にする。また、プリコートするための濾過助剤の粒径は、流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。

物理的な濾過だけで、９９％程度の除菌を達成でき、Ｄ２バラスト水排出基準を達成することが可能であり、長時間の連続運転が可能なばかりでなく、逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も簡単、コンパクトにできる。そして、この濾過装置と濾過方法は、バラスト水の処理に限られず、あらゆる被処理水から除菌と異物を取り除く濾過を行うことができる。

本発明は、バラスト水等の生物を国際環境基準に適合するレベルに除菌できるような濾過装置に適用できる。

【０００８】
３ａ 突起
３ｂ 貫通開口
４ａ キャップ部材
４ｂ 固定部材
４ｃ 係止具
５ 芯材
５ａ 係止溝
５ｂ 切り込み
６ 仕切り板
１０ 原水タンク
１１ プリコートタンク
１２ 処理水タンク
１３ 逆洗水タンク
１４ ボディフィードタンク
１５ 汚泥タンク
１６，１７，１８ ポンプ
１９ ブロア
２０ 三方弁
２１ ガスバルブ
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３ 弁
３４，３５，３６，３７ 逆止弁
４１，４２，４３ 濾過助剤
４４ ボディフィード濾過助剤
４６ 微粒子
発明を実施するための最良の形態
［００２８］
本発明の第１の形態は、開口を通して原水を濾過する濾材と、第１濾過助剤の粒子が複数個連なって架橋する架橋現象で該第１濾過助剤が濾材の上

【０００９】
流側にプリコートされた第１濾層と、第１濾層の上流側に第２濾過助剤がプリコートされた第２濾層とを備え、第１濾過助剤が、開口より小さく、かつプリコート時の流れで開口にその粒子が凝集したとき複数個で連なってこの開口に架橋することができる大きさを有している一方、第２濾過助剤が、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない大きさを有し、濾材の開口と第２濾過助剤の粒子のサイズ調整が第１濾過助剤の架橋現象によって行われ、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置であって、第２濾層の上流側には、第２濾過助剤より大きな粒径の第３濾過助剤がプリコートされた第３濾層が設けられ、この第３濾層により第２濾層の濾過過程における圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。
［００２９］
この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材のサイズ調整（目調整）を第１濾過助剤によって行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。第３濾層の第３濾過助剤は細かな第２濾過助剤からなる第２濾層が目詰まりしないように原水から大きな固形分粒子、例えばプランクトン等を濾過し、全体としての圧力損失の増加を抑制し、濾過機能の低下を防ぐことができる。
［００３０］
［００３１］

【００１０】
［００３２］
［００３３］
［００３４］
［００３５］
［００３６］
［００３７］

【００１１】
［００３８］
［００３９］
［００４０］
本発明の第７の形態は、第１の形態に従属する形態であって、第３濾層の上流側、若しくは順に濾過助剤の粒子が大きくなる濾層が第３濾層に更に積層されるときにはこの最も上流側の濾層の上流にボディフィード濾過助剤からなるボディフィード層が積層され、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。
［００４１］
この構成によって、第３濾層の上流側に更に多くの濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。
［００４２］
本発明の第８の形態は、第７の形態に従属する形態であって、濾材がコイル体を備えたスプリングフィルタであって、開口がコイル体を巻回したコイル体間の間隙であり、プリコートのために第１〜第３濾過助剤の何れかの濾過助剤，更に積層される濾過助剤をそれぞれ供給することができるプリコート助剤供給系路と、原水にボディフィード濾過助剤を供給するボディフィード助剤供給系路とを備えたことを特徴とする濾過装置である。
［００４３］
この構成によって、スプリングフィルタとプリコート助剤供給系路、ボディフィード助剤供給系路を使って物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にすることができる。逆洗するための期間を従来の１０

【００１２】
倍に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。
［００４４］
本発明の第９の形態は、第８の形態に従属する形態であって、間隙が６０μｍ〜１２０μｍで、第１濾過助剤、第２濾過助剤、第３濾過助剤、及びボディフィード濾過助剤が珪藻土であることを特徴とする濾過装置である。
［００４５］
この構成によって、コスト的にきわめて安価で、確実に大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、同時に、大量の原水を短時間に濾過することができる。
［００４６］
本発明の第１０の形態は、第７の形態に従属する形態であって、原水が異物のほか微生物を含む水であって、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層は主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、ボディフィード層では主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることを特徴とする濾過装置である。
［００４７］
この構成によって、原水が異物のほか微生物を含む水であっても、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層では第２濾層にプランクトンが直接付着するのを保護する。すなわち主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、細かな第２濾層の粒子層にプランクトンが付着して圧力が上昇して流量低下するのを防止する。ボディフィード層では第３濾層における主として１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさのプランクトンに由来する濾滓形成を抑えることができ、長時間の連続運転を可能にする。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式

【００１３】
と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。
［００４８］
［００４９］
［００５０］
［００５１］

【００１４】
［００５２］
［００５３］
［００５４］
［００５５］
［００５６］

【００１５】
［００５７］
［００５８］
本発明の第１６の形態は、濾材の開口より小さくかつプリコート時の流れにより開口へ粒子が凝集して複数個が連なって架橋することができる大きさの第１濾過助剤を選択し、この第１濾過助剤によって濾材の上流側に第１濾層をプリコートすると共に、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない大きさの第２濾過助剤を選択し、第１濾層の上流側にこの第２濾過助剤によって第２濾層をプリコートし、濾材の開口と第２濾過助剤の粒子のサイズ調整を第１濾過助剤の架橋現象によって行い、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、第２濾層の上に１層又は２層以上の濾層を順にプリコートし、このときプリコートする濾過助剤の粒径を既にプリコートされている最も上流側の濾層の粒径より大きい粒径にすることを特徴とする濾過方法である。
［００５９］
この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整を第１濾過助剤で行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。そして、第２濾層の上流側に更に１層又は２層以上の濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。
［００６０］
［００６１］
［００６２］
本発明の第１８の形態は、第１６の形態に従属する形態であって、原水の濾過時に、この原水に動物性プランクトンと同等な大きさの粒径のボディフィード濾過助剤を混合して最も上流側の濾層に供給し、この供給により濾層

本発明は化学薬品など使わずに除菌できる濾過装置と濾過方法にかかり、とくに船舶のバラスト水等を国際環境基準に適合するレベルにまで除菌できる濾過装置と濾過方法に関する。

従来、船舶は船底のタンクにポンプ等で汲み上げた海水をバラスト水として積載して航行し、目的地に着くと貨物の積み下ろしの時間内にこのバラスト水を外部に排出している。これは、貨物を載せていない船舶や、貨物の積載量が少ない船舶は喫水線が下がり、バランスが保てなくなるためである。そして、この汲み上げ、排出に必要以上の時間がかかると輸送コストの上昇につながるため、これを貨物の積み下ろしの時間内に収めるべく、通常数百トン／時〜数千トン／時といった高速で汲み上げ、排出が行われている。

ところで、バラスト水を取水する海域と排出する海域は通常異なる。海水を取水する海域によっては有害なプランクトンや細菌が混入するおそれがあり、これを目的地の沿岸や港湾内で排出することになれば、この有害なプランクトンや細菌が人為的に取水海域から排出海域に運ばれたことになる。場合によっては、排出された海域でこれらが異常繁殖して生態系を破壊し、貝毒や赤潮の原因となり、海洋汚染を引き起こし、漁業に深刻な打撃を与えたりもする。実際にそのような事例も幾つか報告されている。さらには、公衆衛生に被害を及ぼすことすらある。

このように有害なプランクトンや細菌が船舶の移動に伴って運搬されるのを防止するため、２００４年２月、国際海事機関（ＩＭＯ；International Maritime Organization）において、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための国際条約が採択された。この条約においてはＤ２バラスト水排出基準と言われるバラスト水に対する厳しい排出基準が設けられ、排出できるのは、５０μｍ超のプランクトン数は１トンのバラスト水中に１０個体／トン、１０μｍ−５０μｍのプランクトン数は１０個体／１ｍｌ、大腸菌類は２５０ｃｆｕ（colony forming unit）／１００ｍｌ未満にそれぞれ規制がかけられた。従ってこの排出基準によれば、５０μｍ超の大きなプランクトンから１μ前後の小さな細菌に至る微生物を同時にかつほとんどを取り除き、しかも膨大なバラスト水を短時間に処理しなければならない。

現在、オーストラリアや米国と言った国々ではこの厳しい排出基準が先行して運用されている。これらの国に向かう多くの船舶においては、この排出基準を満たすために港湾等の沿岸でバラスト水の交換を行っている。すなわち、寄港する前に沿岸で積載してきたバラスト水を外洋のきれいな問題のない海水と交換している（リバラスト法）。

しかし、バラスト水の交換を行うときには船体のバランス保持が問題となり、交換の手順の誤りから転覆事故を誘発することもあり、交換に際しての安全確保が問題となっている。そして、バラスト水の交換だけではこの問題は本質的には片付かない。基準自体もより厳しくなる方向へ向かっており、オーストラリアや米国と言った国々ではさらに厳しい規準の設定が検討されている。

現在報告されている開発中のバラスト水処理装置は、Ｇ９という化学的手法による基準に基づいて、塩素等の化学薬品による薬品処理や、オゾンによるプランクトン、細菌の殺滅、殺菌を行うもの（化学処理法）が中心であり、Ｄ２バラスト水排出基準をクリアするには化学処理によるしかない、と言うのが実情である。なお、本明細書において、除菌とは目的のレベルにまでプランクトン、細菌などの微生物を取り除くことを意味する。

上述したようにバラスト水の取水、排水は積み降ろしの際に行われるため、もしＧ９基準に従ってバラスト水を殺菌すると、化学薬品で処理されたバラスト水が港湾に大量に排出され、化学薬品が港湾内の生物に大きな影響を与え、生態系を破壊する可能性がある。このため、物理的処理による除菌あるいは殺菌を行い、装置に関するＧ８基準に準拠した方法に期待が集まっている。

ところで、物理的処理の代表である濾過には、主として、ストレーナー等の濾材でこれに形成された空隙（開口）よりも大きな固形分粒子を捕えるストレン濾過現象によるものと、ケークや砂などが立体的に重なったとき形成される空隙で固形分粒子を捕える深層濾過現象によるものと、濾過の進行と共に成長するケークの表面で大きな固形分粒子を分離して清澄な液だけをケーク内に流して濾過するケーク濾過現象を利用するものがある。

１μ前後の小さな細菌までを濾過して清澄な水にするには、濾材の目が小さくなくてはならない。それゆえ短時間で目詰まりする。このときの濾過には、上述のケーク濾過現象などを利用することなどが考えられるが、圧力損失（流体抵抗）が直ぐに高くなり、数百トン／時あるいは数千トン／時という流速で流されるバラスト水を除菌するのは困難である。このためどうしても上述した化学薬剤による処理か、熱処理あるいは電気処理せざるを得なかった。

例えば、バラスト水を６０℃程度以上で熱処理すれば、大腸菌等の生存に不適当な環境にすることができる（熱処理法）。この具体的な方法として、タンクにエンジン冷却用熱水を注入したり、熱交換器をバラスト水配管系の途中に配設したりする方法などが考えられる。しかし、これらの方法で殺菌が確実に行えるとまではいえないし、また、エネルギー効率もよくない。すなわち、殺菌するには膨大な熱量、費用を必要とする。さらに、熱温水を積載することによる貨物へ影響があり、また、熱温水の排出による海洋生物への影響も懸念される。

熱殺菌以外にも、オゾンまたはオゾンと蒸気の混合による殺菌（オゾン法）、高電圧パルスなどによって電気的に微生物を破壊する殺菌、紫外線や光触媒による殺菌（紫外線法）、電気化学法など、他の方法が提案されているが、何れも実用面で満足できる提案はない。

そして、以上の方法を組み合わせた複合的な方法として、濾材に濾過助剤をプリコートして行う濾過と熱処理または電気処理による殺菌とを組み合わせた方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。濾材の表面では濾過助剤が薄膜状になっており、この層に濾過中の微生物が集中するため、その集中した個所に熱エネルギー、電気エネルギーを与えて効果的に殺菌するものである。しかし、これも大量のバラスト水を処理するのは困難で、コスト的にも実用性があるとは言い難い。

なお、濾材には、１００μｍ以下の懸濁物を濾過可能な精密濾過を目的とするものと、それを越えるサイズの濾過を行う一般濾過を目的とするものがある。焼結フィルタなどは精密濾過に使われ、スプリングフィルタは一般濾過に使われる。スプリングフィルタの方が圧力損失を比較的低くできる。また、濾材に濾過助剤でプリコートすると、ケーク濾過現象を利用した濾過が可能になる。このような濾過装置として、濾材上に、プリコート剤を粒径の小さいものから粒径の大きいものに順次積層した濾過フィルタが知られている（特許文献３参照）。

さて、スプリングフィルタのコイルには、螺旋状をなしたコイルの側面に突起が所定間隔で設けられ、コイルの間隙を一定値にするように構成されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、小さな細菌を除菌するにはこの間隙を相当に狭くせざるを得ず、このとき流体抵抗が大きくなるのは避けられない。コイルの間隙を広げると濾過助剤の方が小さくなり、流れに乗って間隙から流失してしまう。

特開２００６−１０２２８３号公報 特開昭５２−９０８７１号公報 実開平３−３８１１７号公報

以上説明したように、Ｄ２バラスト水排出基準レベルにバラスト水を処理するためには、現在のところＧ９に基づいた薬品処理でこの基準をクリアするしかない。しかし、これは沿岸の海洋生物に大きな影響を与え、生態系を破壊する可能性がある。これに対し、物理的に除菌すればこのような影響は回避できるが、今のところ実用性ある濾過装置と濾過方法は提案されていない。

特許文献１の濾過装置と濾過方法は、プリコート層の中に微生物が集中して存在することを利用して熱エネルギー、電気エネルギーを効率的に与える。しかし、この濾過装置と濾過方法はプリコートによって目詰まりを起し易く、大量のバラスト水を処理するのは難しい。また電気や熱エネルギーを供給しなければならない構成を考えると、装備は複雑で、コスト的な面からみても、実用性があるとは言い難い。

この点、特許文献２のようなスプリングフィルタはコスト的に実用性がある。しかし、スプリングフィルタを使った場合、１００μｍを越えるプランクトンのような微粒子の粗い濾過は可能であるが、Ｄ２基準を達成するような濾過は難しい。１μ前後の小さな細菌を取り除こうとすると、圧力損失が高くなり、毎時数百トン、数千トンといった流量を処理するのは事実上無理である。だからといって、スプリングフィルタの間隙を広げると除菌は不可能である。

そこで、特許文献３のようにスプリングフィルタにプリコートして小さな細菌まで濾し取ることも考えられるが、この場合も大量の水を処理できない。もし、大量の水を流すために単純に間隙を広げると、細かな濾過助剤がスプリングフィルタの目（間隙）から流失し、スプリングフィルタ上に保持できず、継続した濾過が行えない。このようにスプリングフィルタによる濾過と大量で高速なバラスト水の処理は互いに矛盾する関係を有している。

今のところ、実用性があり、生態系など環境を破壊せず、物理的処理によってバラスト水をＤ２バラスト水排出基準レベルにまで適合させることができる濾過装置及び濾過方法は存在しない。そして、これは原水（被処理水）がバラスト水の場合だけではない。排出に厳しい基準があり、大量に短時間で処理が必要な被処理水であれば、これと同様のことが言える。

そこで本発明は、短時間に大流量を処理することができ、物理的処理のみによって原水を高レベルに除菌できる濾過装置及び濾過方法を提供することを目的とする。

本発明の濾過装置は、開口を通して原水を濾過する濾材と、濾材の上流側に第１濾過助剤が積層された第１濾層と、第１濾層の上流側に第２濾過助剤が積層された第２濾層とを備え、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置において、第１濾過助剤が、開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れで開口に粒子が凝集して複数個がこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布を備えている一方、第２濾過助剤が、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布を備え、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整が、架橋現象によって濾材に保持される第１濾層によって行われることを主要な特徴とする。

また、本発明の濾過方法は、開口が形成された濾材の上流側に第１濾過助剤からなる第１濾層を積層し、第１濾層の上流側に第２濾過助剤からなる第２濾層を積層して、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、第１濾層を積層するときには、開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れにより開口へ粒子を凝集させ、複数個でこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布をもつ第１濾過助剤を選択する一方、第２濾層を積層するときには、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布をもつ第２濾過助剤を選択し、第１濾過助剤の架橋現象によって濾材に第１濾層を保持し、濾材の開口と第２濾層の粒子のサイズ調整を第１濾層によって行うことを主要な特徴とする。

本発明の濾過装置及び濾過方法によれば、物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、Ｄ２バラスト水排出基準を満たす濾過装置を実現することができる。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。逆洗するための期間を従来の１０倍程度に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。さらに、プリコートする濾過助剤の粒径は、流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の実施の形態１における濾過装置の説明図 （ａ）本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの要部拡大図、（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの分解図 本発明の実施の形態１における濾過装置の濾過状態の説明図 （ａ）無限長のスリットを有する場合の架橋の様子の説明図、（ｂ）方形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、（ｃ）円形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図 走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布の説明図 焼成珪藻土の粒度分布の説明図 本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第１の実験結果の説明図 （ａ）比較例の除菌効果を示す実験結果の説明図、（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第２の実験結果の説明図 本発明の実施の形態１における濾過方法の工程図

１ 濾過タンク
１ａ 原水室
１ｂ 処理水室
２ スプリングフィルタ
３ コイルスプリング
３ａ 突起
３ｂ 貫通開口
４ａ キャップ部材
４ｂ 固定部材
４ｃ 係止具
５ 芯材
５ａ 係止溝
５ｂ 切り込み
６ 仕切り板
１０ 原水タンク
１１ プリコートタンク
１２ 処理水タンク
１３ 逆洗水タンク
１４ ボディフィードタンク
１５ 汚泥タンク
１６，１７，１８ ポンプ
１９ ブロア
２０ 三方弁
２１ ガスバルブ
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，
３３ 弁
３４，３５，３６，３７ 逆止弁
４１，４２，４３ 濾過助剤
４４ ボディフィード濾過助剤
４６ 微粒子

本発明の第１の形態は、開口を通して原水を濾過する濾材と、第１濾過助剤の粒子が複数個連なって架橋する架橋現象で該第１濾過助剤が濾材の上流側にプリコートされた第１濾層と、第１濾層の上流側に第２濾過助剤がプリコートされた第２濾層とを備え、第１濾過助剤が、開口より小さく、かつプリコート時の流れで開口にその粒子が凝集したとき複数個で連なってこの開口に架橋することができる大きさを有している一方、第２濾過助剤が、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない大きさを有し、濾材の開口と第２濾過助剤の粒子のサイズ調整が第１濾過助剤の架橋現象によって行われ、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置であって、第２濾層の上流側には、第２濾過助剤より大きな粒径の第３濾過助剤がプリコートされた第３濾層が設けられ、この第３濾層により第２濾層の濾過過程における圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材のサイズ調整（目調整）を第１濾過助剤によって行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。第３濾層の第３濾過助剤は細かな第２濾過助剤からなる第２濾層が目詰まりしないように原水から大きな固形分粒子、例えばプランクトン等を濾過し、全体としての圧力損失の増加を抑制し、濾過機能の低下を防ぐことができる。

本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、第３濾層の上流側、若しくは順に濾過助剤の粒子が大きくなる濾層が第３濾層に更に積層されるときにはこの最も上流側の濾層の上流にボディフィード濾過助剤からなるボディフィード層が積層され、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、第３濾層の上流側に更に多くの濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。

本発明の第３の形態は、第２の形態に従属する形態であって、濾材がコイル体を備えたスプリングフィルタであって、開口がコイル体を巻回したコイル体間の間隙であり、プリコートのために第１〜第３濾過助剤の何れかの濾過助剤，更に積層される濾過助剤をそれぞれ供給することができるプリコート助剤供給系路と、原水にボディフィード濾過助剤を供給するボディフィード助剤供給系路とを備えたことを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、スプリングフィルタとプリコート助剤供給系路、ボディフィード助剤供給系路を使って物理的処理のみにより大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にすることができる。逆洗するための期間を従来の１０倍に延ばし、長時間の連続運転を可能にする。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第４の形態は、第３の形態に従属する形態であって、間隙が６０μｍ〜１２０μｍで、第１濾過助剤、第２濾過助剤、第３濾過助剤、及びボディフィード濾過助剤が珪藻土であることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、コスト的にきわめて安価で、確実に大量の原水を９９％程度の高レベルに除菌することができ、同時に、大量の原水を短時間に濾過することができる。

本発明の第５の形態は、第２の形態に従属する形態であって、原水が異物のほか微生物を含む水であって、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層は主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、ボディフィード層では主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることを特徴とする濾過装置である。

この構成によって、原水が異物のほか微生物を含む水であっても、第２濾層では主として細菌類を濾過し、第３濾層では第２濾層にプランクトンが直接付着するのを保護する。すなわち主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、細かな第２濾層の粒子層にプランクトンが付着して圧力が上昇して流量低下するのを防止する。ボディフィード層では第３濾層における主として１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさのプランクトンに由来する濾滓形成を抑えることができ、長時間の連続運転を可能にする。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

本発明の第６の形態は、濾材の開口より小さくかつプリコート時の流れにより開口へ粒子が凝集して複数個が連なって架橋することができる大きさの第１濾過助剤を選択し、この第１濾過助剤によって濾材の上流側に第１濾層をプリコートすると共に、第１濾過助剤より小さく自身では開口に架橋できない大きさの第２濾過助剤を選択し、第１濾層の上流側にこの第２濾過助剤によって第２濾層をプリコートし、濾材の開口と第２濾過助剤の粒子のサイズ調整を第１濾過助剤の架橋現象によって行い、第２濾層の側から濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、第２濾層の上に１層又は２層以上の濾層を順にプリコートし、このときプリコートする濾過助剤の粒径を既にプリコートされている最も上流側の濾層の粒径より大きい粒径にすることを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、濾材の開口に第１濾過助剤のブリッジが形成され、自分自身では開口に架橋できない細かな第２濾過助剤を濾材上に保持することができる。第２濾過助剤と濾材の目調整を第１濾過助剤で行うので、物理的処理のみによって大量の原水を高レベルに除菌することができ、また同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にする。精密な濾過と詰まり防止を両立させることができる。流失防止に対する第１濾過助剤の粒径の限界を取り払うことができる。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、コスト的に安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。そして、第２濾層の上流側に更に１層又は２層以上の濾層を積層し、濾層での目詰まりの可能性をさらに分散することができ、長時間の連続運転を可能にすることができる。

本発明の第７の形態は、第６の形態に従属する形態であって、原水の濾過時に、この原水に動物性プランクトンと同等な大きさの粒径のボディフィード濾過助剤を混合して最も上流側の濾層に供給し、この供給により濾層の更に上流にボディフィード層を形成して、濾層における圧力損失の増加を抑制することを特徴とする濾過方法である。

この構成によって、第３濾層における主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物性プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることができ、長時間の連続運転を可能にする。逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も信頼性と実用性があり、簡単、コンパクトにできる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における濾過装置と濾過方法について説明をする。本発明の実施の形態１の被処理水はバラスト水である。図１は本発明の実施の形態１における濾過装置の説明図、図２（ａ）は本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの要部拡大図、図２（ｂ）は本発明の実施の形態１における濾過装置のスプリングフィルタの分解図、図３は本発明の実施の形態１における濾過装置の濾過状態の説明図、図４（ａ）は無限長のスリットを有する場合の架橋の様子の説明図、図４（ｂ）は方形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、図４（ｃ）は円形オリフィスの場合の架橋の様子の説明図、図５は走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布の説明図、図６は焼成珪藻土の粒度分布の説明図、図７は本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第１の実験結果の説明図、図８（ａ）は比較例の除菌効果を示す実験結果の説明図、図８（ｂ）本発明の実施の形態１における濾過装置の除菌効果を示す第２の実験結果の説明図、図９は本発明の実施の形態１における濾過方法の工程図である。

図１、図２（ａ）（ｂ）に示すように、濾過タンク１に原水（以下、被処理水ともいう）が流入すると、この被処理水を内部に複数本配設されたスプリングフィルタ２で濾過し、濾過された処理水を吐出する。各スプリングフィルタ２には多層のプリフィルタ層が表面に形成される。各スプリングフィルタ２は次の構成から形成されている。

すなわち、スプリングフィルタ２は図２（ａ）のように断面が略円形の線材を螺旋状に巻回したコイルスプリング３から構成され、コイルスプリング３の長手方向、所定間隔ごとに高さ６０μｍ〜１２０μｍ程度の突起３ａが形成されている。この突起３ａによって、コイルスプリング３は密巻きされたときコイルの軸方向に１巻の間隔（１ピッチ）が６０μｍ〜１２０μｍ程度の、好適には９０μｍ〜１２０μｍ程度の濾過機能を有する間隙（スリット）を形成する。この間隙に原水を流すことによって濾過が可能になる。この間隙はコイルスプリング２の両端が閉止されるためきわめて細長い開口になる。なお、この間隙は４０μｍ以下では圧力損失が大きくなるすぎるため、少なくとも４０μｍより広い間隙にするのが適当である。しかし、必要以上に広すぎる間隙はプリコートする濾過助剤の粒子も大きくせざるを得ず、全体としての濾過機能が低下するので、できれば９０μｍ以上で、９０μｍ〜１２０μｍ程度にするのがよい。

次に、図２（ａ）（ｂ）に示すコイルスプリング３の上端に設けられる固定部材４ｂには、スプリングフィルタ２で濾過された処理水を吐出するための貫通開口３ｂが形成されている。この固定部材４ｂは仕切り板６にコイルスプリング３を取り付け、スプリングフィルタ２として構成するための部材であって、図２（ｂ）に示すように中央に通水用の貫通開口３ｂが形成されたボルト状の部材である。固定部材４ｂの外周には雄ネジが刻設されており、この雄ネジが仕切り板６に形成された雌ネジと螺合することによって、スプリングフィルタ２の仕切り板６への取り付けを行う。

固定部材４ｂの貫通開口３ｂには、板状で略Π字状の係止具４ｃの脚部分が固定部材４ｂのネジ側から内面に密着して挿入され、その頭部分が貫通開口３ｂを横断して架橋し、両側の張り出した部分と脚部分で仕切り板６に係止される。この係止具４ｃの上端に、長尺の板で構成された芯材５の係止溝５ａが引っ掛けられ、係止具４ｃの頭部分がこの係止溝５ａ内の所定位置に係合される。これにより、係止具４ｃと芯材５は上方からみたとき板が互いに十字状に交差した状態で組み合わされて、仕切り板６に取り付けられる。なお、この係止溝５ａは芯材５の上端近くに配設されＬ字状の溝として形成される。

このように芯材５が固定部材４ｂに支持されると、芯材５は係止具４ｃに吊り下げられたような状態となるから、この周囲にコイルスプリング３を下側（上流側）から挿通する。芯材５の下端部にはＴ字状の切り込み５ｂが形成されており、次に締結具５ｃの頭部をこの切り込み５ｂ内に挿入する。なお、この締結具５ｃはボルトと２個のナットから構成される。切り込み５ｂに挿入した締結具５ｃのボルトの螺合部をキャップ部材４の挿通孔から突出させ、キャップ部材４ａを押込み、これをナットで締め付けると、コイルスプリング３をキャップ部材４ａと固定部材４ｂで挟持したスプリングフィルタ２が組み上がる。なお、締結具５ｃはダブルナットで固定するので緩みがなく、水密に締め付けることができ、水漏れなど起さない。

仕切り板６は、図1のように濾過タンク１の内部を２分して上方に処理水室１ｂ、下方に原水室１ａを形成する。仕切り板６にはスプリングフィルタ２の数だけ図２（ｂ）に示すような雌ネジが形成された挿入孔が設けられ、この挿入孔内に各スプリングフィルタ２の固定部材４ｂの雄ネジを螺合して水密に装着することができる。これにより、貫通開口３ｂだけが処理水室１ｂと原水室１ａとを連通する部位となる。固定部材４ｂを仕切り板６に螺合し係止具４ｃを介して芯材５を支持するから、スプリングフィルタ２の組み立てが容易で、確実に固定でき、水密性を確保することができる。

次に、図１に基づいて濾過装置の全体構成を説明する。実施の形態１の濾過装置は、船体に設置され、海水あるいは淡水を汲み上げるための給水路と、バラストタンクに接続される処理水路とを備えたものであり、バラスト水を汲み上げたり、排出したりするとき海水又は淡水を濾過する。原水は給水路に設けられた原水タンク１０に一旦貯めたり、船体のシーチェストから直接取水することで、ポンプ１７によって弁２９、逆止弁３５経由で濾過タンク１に送水される。濾過処理／除菌処理時には、濾過タンク１で濾過、除菌された処理水は三方弁２０を介して処理水タンク１２に送水されて収容される。

濾過装置のスプリングフィルタ２の表面には、図３に示すように多層のプリコート層、すなわち実施の形態１では３層をなす第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃが形成される。また、濾過装置全体の圧力損失抑え、各層での目詰まりを防ぐためにボディフィード濾過助剤４４が原水に混合されて供給され、第３プリコート層Ｃの上にボディフィード層が形成される。

各プリコート層は、プリコート用の濾過助剤４１，４２，４３の粉末を清水（あるいは処理水、原水）に混入したプリコート用の濾過助剤の懸濁液をそれぞれスプリングフィルタ２に順に供給することで形成される。各助剤懸濁液はプリコートタンク１１で濾過助剤４１，４２，４３の順に調製され、ポンプ１６によって第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃの順でプリコートタンク１１から０．０１ＭＰａ〜０．０３ＭＰａ程度で圧送され、スプリングフィルタ２の表面をプリコートする。なお、各濾過助剤４１，４２，４３をそれぞれ別のタンクで調製して供給するのでもよい。第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃをそれぞれ独自の系路にすることもできる。

ボディフィード層Ｄは、原水に混入されるボディフィード濾過助剤４４がプリコート層状に新たに堆積する濾材となって、動物プランクトンや植物プランクトン、細かなゴミ等の微粒子４６を捕捉し、水道（みずみち）が閉塞するのを防ぐものであり、これにより圧力損失の増加が抑えられる。ボディフィード濾過助剤４４は動物プランクトン等を除去できるような比較的大きな粒子径の助剤を使用するのがよく、予め、ボディフィードタンク１４内の清水あるいは原水、処理水に混合して調製しておく。調製後はボディフィード濾過助剤４４が沈殿しないように撹拌を続けながら原水に混入して使用する。

ボディフィード層Ｄは、原水を濾過する時に、ポンプ１７の作用で濾過助剤の懸濁液がボディフィードタンク１４から弁３１、逆止弁３６を経て０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ程度で圧送され、送水中の原水に混合されて、プリコート層の表面を覆って堆積する。堆積しながら同時に動物プランクトン、植物プランクトン等の微粒子４６を図３に示すように捕捉する。動物プランクトンは目詰まりすると粘度の高い濾滓となるため、従来から対策が難しいとされているが、ボディフィードすることによってこれを解消できる。ボディフィードによって濾滓が分散するので第３プリコート層Ｃの表面にケーク濾過現象で濾滓が集中的に形成されることはない。

なお、以上説明した実施の形態1では第３プリコート層Ｃを設けているが、第２プリコート層Ｂの上に直接ボディフィード層Ｄを形成することも、また、第３プリコート層Ｃの上に更に濾過助剤の粒子が大きくなる別のプリコート層を順に積層することもできる。そして、この別のプリコート層を更に形成する場合は最上流のプリコート層の上流にボディフィード層を積層する。このボディフィード層により最上流のプリコート層における圧力損失の増加（濾滓の集中的な生成）を抑え、さらに濾過装置全体、言い換えれば多層のプリコート層全体で圧力損失が高くなるのを抑えることができる。

ところで、原水からプランクトンだけを取り除くような場合もある。この場合は第１プリコート層Ａの上に、実施の形態１の第２濾層としてボディフィード層Ｄを形成すればよい。濾過助剤４２の層が形成されていないため除菌までするのは難しいが、プランクトン等を除去することはできる。ここで、第１濾層となる第１プリコート層Ａは濾過助剤間の目調整を行うために必要な層であり、第２濾層との目調整のために設置される。この目調整については後で詳述する。

さて、第１プリコート層Ａの濾過助剤４１は、後述する理由からコイルスプリング３の間隙に濾過助剤４１自身で保持が可能な特異な粒径の粒子になっている。濾過助剤４１には焼成珪藻土などを使うのが好適である。また、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は1μｍ前後の細菌類を取り除くためのもので、これも焼成珪藻土などを使うのが好適である。第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３も焼成珪藻土などが好適である。主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンを濾過する。そして、ボディフィード濾過助剤４４も焼成珪藻土とするのがよい。

珪藻土は、数万年乃至数千万年の太古の地球上に繁茂した珪藻と呼ばれる藻類（植物プランクトン）が化石となったものである。これを焼いた焼成珪藻土の各粒子は０．１μｍ〜１．０μｍの無数の細孔を備えており、焼成珪藻土を濾過助剤としたときには、動物プランクトン、植物プランクトンが粒子間に捕えられ、大腸菌などの細菌類は粒子間だけでなく、この無数の細孔に取り込まれるものと推測される。

ここで濾過助剤４１，４２，４３、ボディフィード濾過助剤４４の各粒径に求められる特性について簡単に説明する。第１プリコート層Ａの濾過助剤４１はコイルスプリング３の間隙との関係が重要で、通水時の流れでコイルスプリング３の間隙に粒子が凝集して、この間隙中に複数個で連なることが可能な特定の粗い粒子主体の粒度分布を備えていなければならない。これに対し、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は１μｍ前後の細菌を濾過するために、濾過助剤４１より小さく、自身だけではコイルスプリング３の間隙に架橋できない細かな粒度分布を有するものである。また、第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３は濾過助剤４２の粒径分布より代表粒径が大きいものが採用される。更に多くのプリコート層を積層するときには、代表粒径が濾過助剤４３より徐々に大きくなるようなサイズの粒子を採用する。そして、ボディフィード濾過助剤４４は原水がプリコート層に流入する前に予備的にプランクトン、ゴミ等を取り除く粒径の粒度分布を有している必要があり、これらの大きさに応じた粒径の濾過助剤を選んで、ボディフィードする。

続いて、図１に基づいて実施の形態１の濾過装置の各流路について説明する。清水系と弁２６、プリコートタンク１１、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４を接続する流路がプリコート助剤供給系路であり、清水系と弁２５、ボディフィードタンク１４、弁３１、逆止弁３６を接続する流路がボディフィード供給系路である。ボディフィード供給系路はポンプ１７を駆動することによって原水に濾過助剤の懸濁液を供給する。実施の形態１においては、ボディフィード供給系路をプリコート助剤供給系路と別構成にしているが、ボディフィード供給系路の構成とプリコート助剤供給系路を共用することもできる。

また、上記した清水系とつながる流路に代えて、プリコート助剤供給系路を三方弁２０、弁２２、プリコートタンク１１、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４からなる処理水を供給する流路で構成するのでも、また、ボディフィード供給系路を三方弁２０、弁２４、ボディフィードタンク１４、弁３１、逆止弁３６からなる処理水を供給する流路で構成するのでもよい。そして、さらにこのような清水や処理水の流路に代えて、原水をプリコートタンク１１に導き、弁２７、ポンプ１６、弁２８、逆止弁３４からなる流路でプリコートのための濾過助剤の懸濁液を原水室１ａに供給することも、また、原水を一部ボディフィードタンク１４に導き、ボディフィードのための濾過助剤の懸濁液を弁３１、逆止弁３６からなる流路で原水に混合することもできる。

次に、逆洗水供給系路について説明する。逆洗水タンク１３は逆洗するときの逆洗水を収容するものである。逆洗時にはポンプ１８により弁３０、逆止弁３６を介して処理水室１ｂ側から原水室１ａ側に逆洗水が送水される。第１プリコート層Ａ側から逆洗水が多層のプリコート層に流れ込み、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃ、ボディフィード層Ｄの濾滓を洗い流す。逆洗後の逆洗水は、弁３２を通って汚泥として汚泥タンク１５に収容される。そして、濾過装置にはブロア１９が設けられており、ガスバルブ２１、逆止弁３７経由で逆洗時に空気を濾過タンク１の原水室１ａ内に供給することもできる。ブロア１９によって送られた空気は原水室１ａの下方から噴出されて無数の気泡になって上昇し、泡の浮力によってコイルスプリング３の内面に付着している珪藻土と濾滓を内面から剥がし、剥落させる。なお、逆洗水供給系路も、三方弁２０、弁２３からの処理水を逆洗水として供給する流路を採用することができるし、原水を逆洗水タンク１３に導く流路を設け、これを逆洗水として供給する流路にすることもできる。さらに、使用した濾過助剤は再利用することができる。

さて、実施の形態１の濾過装置と濾過方法において、本発明の特徴的な構成について説明する。細菌まで濾過するには非常に目の細かい濾材で濾過する必要がある。しかし、これではこの濾材を使って大量の原水を短時間に濾過することはできない。短時間で目詰まりし、連続的な運転は困難である。

また、濾材として比較的目の大きなスプリングフィルタ２を採用した場合、精密な濾過をするためにはこれに濾過助剤をプリコートすることが必要であり、この大きな目にプリコートする濾過助剤の粒径はスプリングフィルタ２の目に比例して大きくしなければならない。このため、濾過助剤を小粒径にするには圧力損失の増加を抑える必要から事実上限界があるように考えられていた。

すなわち、細菌まで濾過するには細かい粒径であることが必要であるが、細かい濾過助剤はスプリングフィルタ２の間隙から流失し、プリコート層として保持できないのである。これを避けるためスプリングフィルタ２の目を小さくして狭い間隙にすると、圧力損失が高く、数千トン／時といった大量の原水を短時間に濾過することができなくなる。こうした矛盾する課題を同時に解決するのは困難であり、これがバラスト水などを物理的に除菌する濾過装置が存在しない理由の１つであった。

しかし、実施の形態１においては以下の手段でこの矛盾を解決した。すなわち、濾過助剤と濾材の目（濾過機能を有する開口、すなわち間隙、細孔、メッシュ、スリット等）が不整合で前者が小さすぎ、後者に保持できないような場合に、両者のサイズを調整する目調整手段を介在させるという手段を講じた。そして、この目調整手段として濾過助剤を利用する。いわば目調整の機能を濾過のための濾過助剤の機能から分離させたことになる。

すなわち、スプリングフィルタ２の間隙を広くすると共に、この間隙を複数個連なって自身でブリッジを形成するような大きさの濾過助剤４１をプリコートする。そして、除菌を徹底して行うため、第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２を所定の細かい粒径の助剤とする。さらにこの第２プリコート層Ｂに積層される第３プリコート層Ｃを第２プリコート層Ｂが目詰まりしないような粒径の濾過助剤４３とする。

図３のスプリングフィルタ２に直接細かい濾過助剤４２を積層しようとすると、その間隙が広すぎ、濾過助剤４２は流れに乗って流失する。しかし、所定の粒径の濾過助剤４１をプリコートした場合は、複数個の濾過助剤４１がアーチ状に連なってこの濾材の目にブリッジを架け、自分自身で自分の層と上層を支え、積層状態を保持できるようになる。

濾材が図４（ａ）に示すように平板であって、ここにスリットが開けられているような場合（スリットの間隔をｄとする）、濾過助剤４１の代表粒径をａとすると、濾過助剤４１の粒径に対してａ／ｄ＝０．２５近傍の値以上の値を与えると、通水時の流れに乗って濾過助剤４１がスリットで凝集し、凝集の中で複数個、４個程度の粒子が自然に連なって力を及ぼし合い、このスリットに架橋し、アーチ状のブリッジを形成する。なお、ａ／ｄ＞１となるような場合は、ａ／ｄが１の近傍の値をもつ場合だと濾材の目を塞ぎ易く、またａ／ｄがこの１の近傍の値より大きくなると粒子間の間隙も大きくなって、小さな濾過助剤４２を濾層として保持できず流失させてしまう。これは目調整を行うプリコート層としては適当でない。従って、少なくともａ／ｄが１の近傍より小さいこと（ａ／ｄ＜１）が好ましい。そして、濾過助剤４２をできるだけ小径にして除菌作用を向上させるには、これを保持する濾過助剤４１はできるだけ粒径が小さい方がよく、ａ／ｄ＜１の中でも濾過助剤４１は代表粒径がａ／ｄ＝０．２５の近傍値となるような濾過助剤とするのが好適である。

逆にａ／ｄ＝０．２５の近傍値より小さい値を与えると、このブリッジは形成されない。濾過助剤４１は流れに乗って流失する。ａ／ｄ＝０．２５近傍の代表粒径を与えた場合、４個、５個程度で濾過助剤４１はこのスリットに架橋する。そして、ａ／ｄ＝０．２５を越える代表粒径の濾過助剤４１の場合は、もっと少ない個数で架橋する。

ここで、近傍値というのは、ａ／ｄがおおむね±０．０２程度で変動する範囲である。濾過助剤は不均一な形状と、同一の傾向はもつものの、少し個体差のある粒度分布を有している。このため、あるパラメータ（ここではａ／ｄ）の範囲、値が所定の作用効果を奏する中核となる範囲、値であっても、その作用効果を奏する範囲、値は濾過助剤の個体差に基づいて変動する。ａ／ｄが好適となる範囲の下限の限界値もおおむね±０．０２程度で変動し、この範囲の近くにほぼ均等な作用効果を示す近傍領域が出現する。これは以下説明する他の濾材と濾過助剤等においてもすべて同様である。

これをブリッジ形成の場合で説明すると、ａ／ｄ＝０．２５が作用効果を奏する下限の限界値ではあるが、濾過助剤の形状が不均一で必ずしも一定しない粒度分布をもつため、代表粒径ａが２μｍ程度変動する。このような場合にもブリッジが形成されるようなことが起こる。スリットの間隔ｄは大体１００μｍ程度であるため、言い換えると±０．０２程度でａ／ｄの下限値に変動が生じる。従って、多くの場合はａ／ｄ＝０．２５程度を閾値とすればよいが、濾過助剤によってはａ／ｄ＝（０．２５−０．０２）〜（０．２５＋０．０２）の中の１つの値が下限値となる場合もある。このように本明細書で近傍値と言うときは、ある値、ある範囲の傍でこの値、範囲とほぼ均等な作用効果を示す幅のある値を意味する。

スプリングフィルタ２のスリットを使った場合、図３に示すように断面が円形のコイルであるため、平板とはやや異なって、ａ／ｄ＝０．２近傍の値以上の値を与えた場合でもアーチ状のブリッジを形成する。ａ／ｄ＝０．２の近傍より小さいとブリッジは形成されない。この場合もａ／ｄ＞１となるような場合は適当ではない。濾過助剤４２を保持する濾過助剤４１はできるだけ粒径が小さい方がよく、下限値のａ／ｄ＝０．２の近傍値となるような濾過助剤を採用するのがよい。

このスプリングフィルタ２の場合は５個程度で間隙に架橋する。しかし、濾過助剤４１のブリッジを形成可能な個数が減って（粒径が大きくなる）ａ／ｄが１の近傍だと、濾材の目を塞ぎ易くなり、この場合圧力損失が高くなって、短時間で目詰まりし、連続的な運転が難しくなる。またａ／ｄがこの１の近傍から大きくなると粒子間の間隙も大きくなって、目詰まりは少なくなる。しかし、目調整は難しくなる。

従って、濾材の目が平板のスリットの場合には濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．２５近傍の代表粒径を与えるのがよい。また、スリットがスプリングフィルタ（コイルの円形断面）の間隙の場合は、ａ／ｄ＝０．２近傍の代表粒径を与えるのが好適である。そして、スリットにも、濾材が平板に近いものからコイルの断面形状のものまで様々あるが、少なくとも濾過助剤の代表粒径ａをａ／ｄ＝０．２０〜０．２５近傍の粒径とすることでブリッジが形成可能になる。このような粒径を選択することにより、ブリッジを形成すると共に、除菌に優れた小粒径の濾過助剤を保持でき、圧力損失を抑え、短時間で目詰まりせず、連続運転が可能になる。

なお、第１プリコート層Ａと第２プリコート層Ｂが接触している部分では、濾過助剤４１の互いの間隙や凹凸の中に小さな濾過助剤４２が入り込み、両者が混じった状態が形成される。この混在のため、濾過助剤４２の目と濾過助剤４１の目のサイズが一挙に変化するのではなく、この混じり合った範囲で徐々に濾材の目が変化し、急激な流体抵抗の変化で形成される濾滓を防止して、目詰まりを遅らせる。

さて、図４（ａ）は以上説明した濾材が無限長のスリットを有する場合の架橋の様子を示している。これに対し、図４（ｂ）は濾材が有限長の四辺からなる方形オリフィスを有する場合の架橋の様子を示している。この場合、ａ／ｄ＝０．１５近傍より大きい代表粒径をもてば図４（ｂ）に示すようにブリッジが形成される。６、７個程度の粒子でドーム状のブリッジが形成される。この場合も、ａ／ｄ＞１となるような場合は好適ではない。ａ／ｄ＝０．１５の近傍値より小さい値を与えると、ブリッジは形成されない。濾過助剤は流れに乗って流失する。濾過助剤のブリッジを形成可能な個数が減って（粒径が大きくなる）ａ／ｄが１の近傍の値になると、濾材の目を塞ぎ易く、この場合圧力損失が高くなって、短時間で目詰まりし、連続的な運転が難しくなる。またａ／ｄがこの１の近傍より大きくなると、目詰まりは少なくなるが、目調整が困難になる。そしてこの濾過助剤は粒径が小さい方が除菌に優れた小さな濾過助剤を保持できる。従って、濾材の目が方形オリフィスの場合には、濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．１５近傍の代表粒径を与えるのが好適である。

同様に、図４（ｃ）に示すように円形オリフィスの場合、ａ／ｄ＝０．１４近傍より大きい代表粒径をもてばドーム状のブリッジが形成される。６、７個程度の粒子でドーム状のブリッジが形成される。この場合も、ａ／ｄ＞１となるような場合は目調整には不適当な粒径となる。ａ／ｄ＝０．１４の近傍値より小さい値だと、ブリッジは形成されない。濾過助剤は流れに乗って流失する。濾過助剤のブリッジを形成する個数は少なくなるが、ａ／ｄが１の近傍値になると、圧力損失が上がり、短時間で目詰まりし、連続的な運転ができなくなる。１の近傍より大きくなる場合は目調整が不適当になる。そしてこの濾過助剤は粒径が小さい方が小さな除菌用の濾過助剤を保持できる。従って、濾材の目が円形オリフィスの場合には、濾過助剤に対してａ／ｄ＝０．１４近傍の代表粒径を与えるのが好適である。

上述したように、珪藻土からなる濾過助剤の粒径分布には最大の度数を示す最頻値のバラツキとして２μｍ程度の変動がある。そして、最頻値付近の分布にも特徴があり、中央から大体±２μｍ程度の範囲で横並びの値を有し（図５の「６４５」「６００Ｈ」参照）、最大度数付近が扁平に広がる分布を示す傾向がある。このためａ／ｄ＝０．１２近傍以上であれば濾過助剤によっては十分に架橋できる。

そして、濾材の目の形状が楕円や矩形になったりして、スリットとオリフィスの中間的な形状の場合や、様々な形状の濾材の目が寄せ集まっている場合などにおいては、この形状がスリットに近い形状の場合はａ／ｄ＝０．２５に近づき、円形オリフィスに近い形状の場合はａ／ｄ＝０．１２に近づき、スリットに近い目の形状の数が多ければａ／ｄ＝０．２５に近づき、円形オリフィスに近い形状の数が多ければａ／ｄ＝０．１２に近づく。さらに濾材がスプリングフィルタのように丸い断面の場合は、ａ／ｄ＝０．２に近い値がブリッジ形成の可否の閾値になる。以上のことから、濾過助剤の粒径のパラメータａ／ｄは濾材の目（濾過機能を有する開口、すなわち間隙、細孔、メッシュ、スリット等）の形状に応じてａ／ｄ＝（０．１２〜０．２５）の中から選ぶことができる。

さて、実施の形態１のスプリングフィルタ２は、４０μｍよりも大きい間隙を有している。圧力損失とのバランスを考えながら除菌機能を向上させるためには、できれば６０μｍ〜１２０μｍ、好適には９０μｍ〜１２０μｍの間隙がよい。従って、第１プリコート層Ａの濾過助剤４１は１８μｍ〜２４μｍ程度であればよい。間隙が１００μｍのスプリングフィルタ２の場合は２０μｍ近傍の代表粒径を選び、９０μｍのスプリングフィルタ２の場合は１８μｍ程度の代表粒径を選べばよい。ただ、９０μｍの場合に、１８μｍよりやや大きめの２０μｍの代表粒径をもつ焼成珪藻土を用いて確実に架橋するのもよい。両者の圧力損失に差はなく、ブリッジの形成がより確実になる。

第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２は除菌するために代表粒径１０μｍ近傍の珪藻土とし、第３プリコート層Ｃの濾過助剤４３は代表粒径が２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土にするのがよい。第３プリコート層Ｃでは主として第２プリコート層Ｂにプランクトンが直接付着して濾滓形成することによる目詰まりを防ぎ、５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンを濾過し、これに由来する濾滓形成を抑える。細かな第２プリコート層Ｂの濾過助剤４２の粒子層にプランクトンが付着して圧力が上昇し流量低下するのを防止する。さらに、ボディフィード濾過助剤は代表粒径２０μｍ近傍の珪藻土とするのがよい。ボディフィード層は５μｍを越える大きさのプランクトン（５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトン）と異物を濾過するものであり、これらプランクトンに由来する濾滓形成を抑え、プリコート層全体の圧力損失を低下させる。

このように実施の形態１においては、目調整を行う第1プリコート層Ａを設け、これによってスプリングフィルタ２の間隙を広くし、あわせて第２プリコート層Ｂで１μｍ前後の細菌まで濾過できるようにしている。この目調整を行う第１層プリコート層Ａは主として粗い粒径の粒径分布の濾過助剤４１からなり、これに積層される第２層プリコート層Ｂは除菌作用を有する主として細かい粒径の粒径分布の濾過助剤４２から構成する。さらに第３プリコート層Ｃは第２層が濾過過程で目詰まりしないようにするための層であり、この上にこれらのプリコート層全体が目詰まりしないようにボディフィード層Ｄが形成される。

これら複数のプリコート層、ボディフィード層、スプリングフィルタの連携によって、除菌と大量、短時間の濾過を可能にする。逆洗を実施する期間は従来の１０倍程度に延び、長時間の連続運転を可能にする。また、濾過助剤の粒径は流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。物理的な濾過だけで、９９％程度の除菌を達成でき、Ｄ２バラスト水排出基準を達成することが可能であり、逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も簡単、コンパクトにでき、バラスト水の処理を行うのに最適な濾過装置を実現できる。

（実施例）
実施の形態１においては、その具体的な作用効果を測定するため、濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４として焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ／シリカ６４５；中央シリカ株式会社製）を用い、濾過助剤４２として焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ；中央シリカ株式会社製）を用いてバラスト水の濾過実験を行った。スプリングフィルタ２の間隙は９０μｍである。

図５は走査型電子顕微鏡で画像解析した焼成珪藻土の粒度分布である。図６はこのときの焼成珪藻土の累積頻度である。焼成珪藻土の粒径は画像から粒子の面積からこれを円に換算したときの面積円相当径（μｍ）で表している。実験で使用した濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４（シリカ６００Ｈ／シリカ６４５）の焼成珪藻土の粒径は何れも２０μｍ近傍に最大度数の最頻値があり、２０μｍが代表粒径であることが分かる。また、実験で使用した濾過助剤４２の焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ）は１０μｍ近傍に最頻値があり、１０μｍが代表粒径である。

図６の焼成珪藻土の累積頻度によれば、濾過助剤４２の焼成珪藻土の場合、９８％近い粒子が粒径３０μｍより小さい粒子であり、濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４の場合、９８％近い粒子が粒径５０μｍより小さい粒子であることが分かる。図５，６が示すように、焼成珪藻土の濾過助剤粒子は粒径が正規分布をもつような分布ではなく、最大粒径より大きい粒径の粒子を比較的幅広く含む分布を有している。珪藻土を焼結した場合、珪藻土表面が溶融して固まったような焼結体となるが、この溶融物の多寡、粒子形状は焼結により変動する。この溶融が不均一な粒径となる原因の１つであり、図５，６のような粒度分布になる原因の１つと考えられる。しかし、この焼成珪藻土の粒径は大部分が代表粒径の２〜３倍の範囲内に存在しており、焼結する条件などで多少の差があるが、焼成珪藻土の粒度分布はおおむね図５のような傾向の分布になるものが多い。

図７はこの除菌効果を示す実験結果を示す。図７によれば、長時間の連続運転（逆洗を行うまでの時間が従来の約１０倍となった）を可能にするだけでなく、９９．５％まで除去可能であることを示す。Ａ−２（０．２１Ｍｐａ）等の表記において、Ａ−１は原水Ａのサンプルであることを示し、Ａ−２，Ａ−３，・・・等の番号２，３等はサンプルＡ−１に対する各実験の名称として付したものであり、括弧内は濾過タンク１内の圧力を示している。原水室１ａ内における仕切り板６に近い側の圧力である。実験で用いた細菌数は一般細菌を培養してカウントしｌｏｇ表示したものである。図７の実験の場合、０．２ＭＰａ以上の圧力をかけて通水することで細菌類が十分に除菌できていることが分かる。なお、圧力はとくに高圧を加える必要はなく、比較的低い圧力でも十分除菌効果が得られる。そして、これは上記国際条約のＤ２基準、５０μｍ超のプランクトン数は１トンのバラスト水中に１０個体／トン、１０μｍ−５０μｍのプランクトン数は１０個体／１ｍｌ、大腸菌類２５０ｃｆｕ（colony forming unit）／１００ｍｌ未満、という基準をこの濾過装置だけでクリアできることを実証するものである。

図８（ａ）（ｂ）は原水ＢのサンプルＢ−１に対して、本実施例と比較例による濾過をそれぞれ実験して比較したものである。比較例としては、２０μｍの代表粒径の焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ）をスプリングフィルタに施して濾過したものである。処理水を２４時間培養して一般細菌の菌数の検査を行った。これに対し、実施例は、２０μｍの代表粒径の濾過助剤４１，４３、ボディフィード濾過助剤４４として焼成珪藻土（シリカ６００Ｈ）を使い、濾過助剤４２として焼成珪藻土（シリカ１００Ｆ）を使用して濾過したものである。図７同様、濾過の圧力は括弧内に記載されている。スプリングフィルタ２の間隙は９０μｍである。２４時間培養して同じ検査を行った。これによれば、比較例の焼成珪藻土の場合、０．０３８ＭＰａ，０．０６６ＭＰａの何れの場合も除菌数は２．０ｌｏｇＣＦＵ／ｍｌ程度にすぎず、除菌率も５０％から５７％であるが、実施例の場合は０．０６０ＭＰａで除菌数は１．９ｌｏｇＣＦＵ／ｍｌ程度になり、除菌率は９９％にまでなっているのが分かる。なお、ここで除菌率９９％と言うのは、上記のサンプル、検査環境、条件においてこの結果が得られたということであって、サンプル、検査環境、条件が変われば増減する余地を残すものである。こうしたことを考慮し、本実施の形態１の濾過装置を使用すれば除菌率９９％程度を実現できると言い直すことができる。

このように実施の形態１の濾過装置においては、プリコート層を複数層設け、さらにボディフィード層を形成するだけで、除菌率９９％程度を実現できる。逆洗を行うまでの時間を従来の約１０倍に延ばすことができ、長時間の連続運転ができるようになった。

続いて、実施の形態１における濾過方法について説明する。図９に示すように、濾過運転をする前に、スプリングフィルタ２の外周をプリコート処理する。このプリコート処理は、弁２６、２７，２８を開放し、清水系に接続する。清水系について説明するが、処理水、原水でもよい。

この状態でポンプ１６を駆動し、プリコートタンク１１内に収納された粉末状の濾過助剤４１を撹拌装置により清水と混ぜて濾過タンク１の原水室１ａに吐出し、第１プリコート層Ａを形成する。次に濾過助剤４２に対して同じ手順で処理を行い、これによって第２プリコート層Ｂを形成し、さらに濾過助剤４３に対しても同じ手順で処理し、第３プリコート層Ｃを形成する。この手順で多層のプリコート層を形成する（第１工程）。その後、三方弁１７が切り換えられ、処理水室１ｂが処理水タンク１２に接続される。

次に、ボディフィードしながら濾過を行うボディフィード処理／濾過処理を行う（第２工程）。ボディフィード処理／濾過処理は次のように行う。予め、ボディフィードタンク１４内に収納された原水にボディフィード濾過助剤４４を混合し、ボディフィード用の懸濁液を調製しておく。調製後は沈殿を起さないように撹拌装置により継続して撹拌を行う。ボディフィードするときには、この懸濁液をポンプ１７で供給中の原水に混合し、原水室１ａに吐出する。これにより第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃの上にボディフィード層Ｄが形成される。なお、原水に代え処理水に混合するのでもよい。

ボディフィード層Ｄは、原水に混入された濾過助剤４４が新たに堆積する濾材となってプランクトンなどを捕捉し、第３プリコート層Ｃ表面に濾滓が形成されるのを防止して水道（みずみち）の閉塞を防ぐ。濾過装置全体の圧力損失の増加を抑制することができるものである。多層のプリコート層、ボディフィード層で原水中のプランクトン、細菌類が除去され、処理水が処理水タンク１２に導かれる。

その後、スプリングフィルタ２の外周で圧力損失が高くなると、逆洗を行う（第３工程）。このとき、清水系若しくは弁２３を介して逆洗水タンク１３に収容された逆洗水を濾過タンク１に弁３０を開いてポンプ１８で送り込み、弁３２を開いて排水する。これにより、濾過装置で捕捉された濾滓が逆洗される。なお、ここで逆洗水として原水を利用することもできる。さらに弁１８を開放し、ブロア１９を駆動して、空気を濾過タンク１内に供給する。

ブロア１９によって送られた空気は原水室１ａの下方から無数の気泡として噴出され、泡の浮力によってコイルスプリング３の内面に付着している第１プリコート層Ａ、第２プリコート層Ｂ、第３プリコート層Ｃ、ボディフィード層Ｄの珪藻土と濾滓をコイルスプリング３の内面から剥がし、これらの汚泥を汚泥タンク１５に収容する。なお、スプリングフィルタ２の間隙が６０μｍより小さいような場合には、圧縮空気を処理水室１ｂの方から噴出して、濾過タンク１内に残っている水をコイルスプリング３の処理水室１ｂ側から原水室１ａ側に押し出すのもよい。

続いて、再び第１工程に戻って、スプリングフィルタ２の外周を再プリコート処理する。濾過助剤４１で第１プリコート層Ａを形成し、濾過助剤４２に対して同じ手順で処理を行い、第２プリコート層Ｂを形成し、さらに濾過助剤４３に対しても同じ手順で処理し、第３プリコート層Ｃを形成する。この一連の処理で再び多層のプリコート層を形成し、ボディフィード処理／濾過処理を行えばよい。

このように実施の形態１の濾過装置と濾過方法によれば、化学薬品を使用せず、物理的処理だけでバラスト水を高レベルに除菌することができ、装置に信頼性があり、実用的であって、長時間連続運転が可能でコストパフォーマンスに優れたものとなる。

複数のプリコート層、ボディフィード層、スプリングフィルタの連携によって、微小な細菌まで除菌すると同時に、大量の原水を短時間に濾過することを可能にし、逆洗を実施する期間は従来の１０倍程度にまで延び、長時間の連続運転を可能にする。また、プリコートするための濾過助剤の粒径は、流失防止の観点から小粒径にするには限界があると思われていたが、この従来の限界を越えて小粒径にすることができる。

物理的な濾過だけで、９９％程度の除菌を達成でき、Ｄ２バラスト水排出基準を達成することが可能であり、長時間の連続運転が可能なばかりでなく、逆洗自体も容易で、使用した濾過助剤は再利用することができ、他方式と比べてコスト的にきわめて安価であり、設備も簡単、コンパクトにできる。そして、この濾過装置と濾過方法は、バラスト水の処理に限られず、あらゆる被処理水から除菌と異物を取り除く濾過を行うことができる。

本発明は、バラスト水等の生物を国際環境基準に適合するレベルに除菌できるような濾過装置に適用できる。

Claims (18)

1. 開口を通して原水を濾過する濾材と、前記濾材の上流側に第１濾過助剤が積層された第１濾層と、前記第１濾層の上流側に第２濾過助剤が積層された第２濾層とを備え、前記第２濾層の側から前記濾材に原水を流して濾過を行う濾過装置において、
   前記第１濾過助剤が、前記開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れで前記開口に粒子が凝集して複数個がこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布を備えている一方、
   前記第２濾過助剤が、前記第１濾過助剤より小さく自身では前記開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布を備え、
   前記濾材の開口と前記第２濾層の粒子のサイズ調整が、架橋現象によって前記濾材に保持される第１濾層によって行われることを特徴とする濾過装置。
2. 前記濾材が代表寸法ｄの開口を備えているとき、前記第１濾過助剤が開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有していることを特徴とする請求項１記載の濾過装置。
3. 前記第２濾層の上流側に前記第２濾過助剤より大きな粒径の第３濾過助剤が積層された第３濾層が設けられ、この第３濾層により前記第２濾層の濾過過程における圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする請求項１又は２記載の濾過装置。
4. 前記開口の代表寸法ｄが９０μｍ以上の大きさをもつことを特徴とする請求項２記載の濾過装置。
5. 前記開口がスリットの場合に、前記第１濾過助剤の代表粒径がこのスリットの間隙を代表寸法ｄとして（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の粒径を有していることを特徴とする請求項２記載の濾過装置。
6. 前記第２濾層の上流側にボディフィード濾過助剤が積層されたボディフィード層を備え、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする請求項１記載の濾過装置。
7. 前記第３濾層の上流側、若しくは順に濾過助剤の粒子が大きくなる濾層が前記第３濾層に更に積層されるときにはこの最も上流側の濾層の上流にボディフィード濾過助剤からなるボディフィード層が積層され、このボディフィード層により装置全体の圧力損失の増加が抑制されることを特徴とする請求項３記載の濾過装置。
8. 前記濾材がコイル体を備えたスプリングフィルタであって、前記開口が前記コイル体を巻回したコイル体間の間隙であり、プリコートのために前記第１〜第３濾過助剤の何れかの濾過助剤，更に積層される濾過助剤をそれぞれ供給することができるプリコート助剤供給系路と、原水に前記ボディフィード濾過助剤を供給するボディフィード助剤供給系路とを備えたことを特徴とする請求項７記載の濾過装置。
9. 前記間隙が６０μｍ〜１２０μｍで、前記第１濾過助剤が代表粒径２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土、前記第２濾過助剤が代表粒径１０μｍ近傍の珪藻土、前記第３濾過助剤が代表粒径２０μｍ〜４０μｍ近傍の珪藻土、前記ボディフィード濾過助剤が代表粒径２０μｍ近傍の珪藻土であることを特徴とする請求項８記載の濾過装置。
10. 前記原水が異物のほか微生物を含む水であって、前記第２濾層では主として細菌類を濾過し、前記第３濾層は主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトン及び１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑え、前記ボディフィード層では主として５μｍ〜１０μｍクラスの大きさの植物プランクトンと１０μｍ〜５０μｍクラスの大きさの動物プランクトンに由来する濾滓形成を抑えることを特徴とする請求項７記載の濾過装置。
11. 船体に設置されると共に、海水又は淡水を汲み上げるための給水路と、バラストタンクに接続される処理水路とを備え、この海水又は淡水を濾過してバラスト水を供給することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載された濾過装置。
12. 開口が形成された濾材の上流側に第１濾過助剤からなる第１濾層を積層し、前記第１濾層の上流側に第２濾過助剤からなる第２濾層を積層して、前記第２濾層の側から前記濾材に原水を流して濾過を行う濾過方法であって、
    前記第１濾層を積層するときには、前記開口の代表寸法より小さい代表粒径を有すると共に、通水時の流れにより前記開口へ粒子を凝集させ、複数個でこの開口を覆って架橋する粗い粒子主体の粒度分布をもつ第１濾過助剤を選択する一方、前記第２濾層を積層するときには、前記第１濾過助剤より小さく自身では前記開口に架橋できない細かな粒子主体の粒度分布をもつ第２濾過助剤を選択し、前記第１濾過助剤の架橋現象によって前記濾材に前記第１濾層を保持し、前記濾材の開口と前記第２濾層の粒子のサイズ調整を前記第１濾層によって行うことを特徴とする濾過方法。
13. 前記第１濾層を積層するときに、前記濾材が代表寸法ｄの開口を備えている場合、この開口の形状に応じて定まる（０．１２〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径をもつ第１濾過助剤を選択することを特徴とする請求項１２記載の濾過方法。
14. 前記開口の代表寸法ｄが９０μｍ以上の大きさをもつことを特徴とすることを特徴とする請求項１３記載の濾過方法。
15. 前記開口がスリットの場合に、このスリットの間隙を代表寸法ｄとして、前記第１濾過助剤が（０．２０〜０．２５）×ｄ近傍の代表粒径を有していることを特徴とする請求項１４記載の濾過方法。
16. 前記第２濾層の上に１層又は２層以上の濾層を順に積層すると共に、このとき積層する濾過助剤の粒径を既に積層されている最も上流側の濾層の粒径と同一又はより大きい粒径にすることを特徴とする請求項１２記載の濾過方法。
17. 原水の濾過時に、この原水にボディフィード濾過助剤を混合して前記第２濾層に供給し、この供給により前記第２濾層の更に上流にボディフィード層を形成して、濾層における圧力損失の増加を抑制することを特徴とする請求項１２記載の濾過方法。
18. 原水の濾過時に、この原水に動物性プランクトンと同等な大きさの粒径のボディフィード濾過助剤を混合して最も上流側の濾層に供給し、この供給により前記濾層の更に上流にボディフィード層を形成して、濾層における圧力損失の増加を抑制することを特徴とする請求項１６記載の濾過方法。
    

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