特許 7498887 ろ過処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】ろ過処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 24/00 20060101AFI20240606BHJP

【ＦＩ】

B01D29/08 520C

B01D29/08 530D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021136792

(22)【出願日】2021-08-25

(65)【公開番号】P2023031355

(43)【公開日】2023-03-09

【審査請求日】2023-07-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000197746

【氏名又は名称】株式会社石垣

(72)【発明者】

【氏名】氏家 秀隆

(72)【発明者】

【氏名】富澤 仁貴

(72)【発明者】

【氏名】西山 優

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－０３１３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１２６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２６１８８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２３４３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４４２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０１７６０１３９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】韓国登録特許第１０－１１５０６７５（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ２４／００－３７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ろ過処理工程（Ｓ４）の前段で沈降性の粒状繊維ろ材（３）を圧密するろ過処理方法において、
ろ過槽（２）に貯留した圧密水を底部から排水し、繊維ろ材（３）を圧縮してろ材層（５）を形成する圧密工程（Ｓ２）と、
ろ過槽（２）に垂設したスクリュー軸（１０）を回転し、スクリュー軸（１０）に螺合した戻り防止部材（１１）を下降させ、圧密工程（Ｓ２）で圧縮されたろ材層（５）による開放面への戻りが発生する前に、ろ材層（５）表層に戻り防止部材（１１）を静置させてろ材層（５）の圧密を維持する戻り防止工程（Ｓ３）と、
を実施した後、
ろ過処理工程（Ｓ４）を開始する
ことを特徴とするろ過処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒状繊維ろ材を用いて被処理液のろ過を行う下向流式ろ過装置に関し、ろ過処理工程前段でろ材層を圧密させ、効率よくろ過を行うろ過装置およびろ過処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、沈降性の粒状繊維ろ材を内部に充填したろ過装置の上部から被処理液を供給して、被処理液中の夾雑物を除去するろ過処理方法が知られている。このろ過処理方法において、ろ過槽内に形成されたろ材層の空隙率が高い場合、被処理液中の夾雑物の粒子径が小さいと被処理液がろ材間を通過しやすくなり、被処理液中の夾雑物がろ材層で十分に捕捉されない。そのため、ろ過処理工程の前段でろ材層を圧密して層内の空隙率を低くし、ろ過能力を高める必要があった。

【0003】

特許文献１には、濾過工程の前段で濾過装置に供給した洗浄用水を濾過装置底部より排水させて濾層を濾過装置下部に圧縮させる技術が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には繊維ろ材層の一方に原水が流通可能で繊維ろ材の流出を防止するメッシュが張設された通水孔を有するろ材操作部材を備えたろ過装置が開示されている。このろ過装置は、ろ材支持部材側から供給する原水の流れの圧力によって繊維ろ材をろ材支持部材側へ摺動させ、繊維ろ材をろ材支持部材との間に挟みつけて圧縮した状態でろ過操作を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－２３４３０９号公報

【文献】特許第４４７５９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来のろ過処理方法では、ろ過装置内に積層された粒状繊維ろ材同士が十分に圧密していないため、ろ材層の空隙率が高くなっている。これに伴い、上部より供給された被処理液に微小な粒子の割合が多く含まれていた場合には、含有する夾雑物がろ材層で十分に捕捉されないまま下部より排出されるため、ろ過精度を高めることができなかった。

【0007】

特許文献１では一時的に濾層を濾過装置下部に圧縮させることは可能であるが、濾過工程に移行する際あるいは濾過工程中に、濾層に作用する圧力が前記圧縮圧力以下となると、特に開放面近傍の濾層が緩んで上方に展開され、均一な圧密が維持できないことがある。被処理液は空隙率の高い濾層上部をすり抜けて濾層下部で集中的にろ過されるため、濾層全体を有効活用できず、長時間安定したろ過処理を行うことができないという課題がある。

【0008】

特許文献２では繊維ろ材を原水により圧縮するため、ろ過処理工程の初期は十分な圧密ができていない状態であり、原水中の懸濁物質がろ材層を通過して処理水とともに排出されるという課題がある。

【0009】

また、本出願人の実験により、押圧部材により繊維ろ材層を一方から押圧した場合、ろ材同士やろ材槽との摩擦力等によりろ材層の押圧部材側のみが圧密されることが判明している。先行文献２では繊維ろ材は原水の流れによる圧力で圧縮されるとともに、原水の流れによる圧力を受けたろ材支持部材により一方から押圧されている。しかし、流れによる圧縮作用よりろ材支持部材の面圧による圧縮作用が大きいため、繊維ろ材層ではろ材支持部材側の圧密度が高くなり、均一に圧縮されていないと推測できる。そのため、ろ過処理の早期に目詰まりが発生する可能性がある。

【0010】

さらに、繊維ろ材の洗浄時には処理水の排出側から供給した洗浄処理液の流れによる圧力でろ材支持部材を原水供給側に移動させている。つまり、ろ材支持部材は原水や洗浄処理液の流れによる圧力で移動自在に構成してあり、位置を固定させる手段を持ち合わせていない。ろ過処理工程で原水の供給圧力に応じてろ材支持部材が移動し、繊維ろ材層の圧密度が変動するため安定したろ過処理を行うことができないという課題がある。

【0011】

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、粒状繊維ろ材を使用したろ過装置を用いてろ過処理を行う場合に生じる従来の課題をすべて解決し、且つ高精度のろ過処理を長時間安定して行うことができるろ過装置及びろ過処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、ろ過処理工程の前段で沈降性の粒状繊維ろ材を圧密するろ過処理方法において、ろ過槽に貯留した圧密水を底部から排水し、繊維ろ材を圧縮してろ材層を形成する圧密工程と、ろ過槽に垂設したスクリュー軸を回転し、スクリュー軸に螺合した戻り防止部材を下降させ、圧密工程で圧縮されたろ材層による開放面への戻りが発生する前に、ろ材層表層に戻り防止部材を静置させてろ材層の圧密を維持する戻り防止工程と、を実施した後、ろ過処理工程を開始するもので、ろ材層全体が均一で圧密度が高い安定した状態を形成でき、運転初期から長時間安定して清澄な処理水を得ることができる。また、ろ材層表層に戻り防止部材を静置させるので、圧密後のろ材層の緩みを防止した状態でろ過処理運転を開始できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のろ過処理方法は、特に、空隙率が高く圧縮性の大きい繊維ろ材に有効で、ろ材層形成時に発生する緩みを防止できる。そのため、ろ過処理工程の前段で均一で高い圧密度のろ材層を形成するため、運転初期から安定したろ過処理を行い、ろ過終了時まで安定した水質の処理水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係るろ過装置の縦断面図である。

【図2】同じく、戻り防止部材の平面図である。

【図3】本発明に係る他の実施例の戻り防止部材の平面図である。

【図4】本発明に係るＡ－Ａ断面図である。

【図5】同じく、ろ過処理の運転立上時の模式図である。

【図6】同じく、圧密水貯留工程の模式図である。

【図7】同じく、圧密工程の模式図である。

【図8】同じく、戻り防止工程の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は本発明に係るろ過装置の縦断面図である。
ろ過装置１は、円筒状のろ過槽２を立設し、内部に繊維ろ材３…を充填してろ過槽２下方の流出防止スクリーン４上にろ材層５を形成している。繊維ろ材３は沈降性の粒状繊維ろ材であって、球状や柱状等、形を限定しない。上部の供給管６から被処理水を供給し、ろ材層５にて懸濁物質を捕捉して処理水を下方の排出管７から外部に排出する。なお、ろ過槽２は多段に連設する構成としてもよい。また、必要に応じて供給管６側への繊維ろ材３の流出を防止するスクリーン４をろ過槽２の上方に張設してもよい。

【0017】

ろ過槽２の内部には、圧縮したろ材層５が上方の開放方向に緩み、ろ材層５の空隙率が不均一となることを防止する戻り防止機構を備える。

【0018】

戻り防止機構は、ろ過槽２頂部に載置した駆動機９と、駆動機９に連結したスクリュー軸１０と、スクリュー軸１０に螺合して昇降する戻り防止部材１１と、戻り防止部材１１を挿通するガイドバー１２と、スクリュー軸１０およびガイドバー１２の端部を固定する支持杆１３で構成している。

【0019】

スクリュー軸１０の周面は、少なくとも戻り防止部材１１の昇降範囲に亘って螺旋状のスクリューネジで形成されている。ろ過槽２の軸心と平行となるよう鉛直方向に垂設してあり、一端を駆動機９と連結して正逆自在に回転する。他端はろ過槽２内にて支持杆１３に回転自在に支持される。スクリューネジのピッチや駆動機９との連結方式（直結またはウォームギア等）は、ろ過装置１の仕様や昇降速度に応じて適宜選択する。

【0020】

ろ過槽２の中心部（軸心）から偏心する位置にガイドバー１２を垂設している。ガイドバー１２の一端をろ過槽２の頂部に固定し、他端を支持杆１３に固定する。ガイドバー１２の位置や数量はろ過槽２の仕様に応じて適宜決定する。

【0021】

図２は戻り防止部材の平面図である。
戻り防止部材１１は円盤状に形成してあり外周をろ過槽２内壁に近接させている。ろ過槽２とはろ材が通過できない間隙に設定してあり、外周に摺動部材を周設してもよい。

【0022】

また、戻り防止部材１１には全面に微小な通水孔１４…を有している。通水孔１４は供給管６からの被処理水をろ材層５へ通水するとともに、上方へのろ材の流出を防止する。板材に微小孔を貫設、あるいは環状枠にメッシュ部材を張設してもよい。

【0023】

戻り防止部材１１の中心部にはスクリュー軸１０と螺合する螺旋状のスクリュー溝１５を形成するとともに、中心部から偏心する位置にガイドバー１２を摺動自在に挿通する案内孔１６を形成してある。スクリュー軸１０およびガイドバー１２が挿通する位置には、面圧を増加して戻り防止部材１１のブレを防止するために筒状部材を補強してもよい。

【0024】

ガイドバー１２にて回転を抑止された戻り防止部材１１は、駆動機９にてスクリュー軸１０を回転させることで、ろ過槽２内を昇降自在に揺動する。

【0025】

なお、戻り防止部材１１の鉛直方向には必要に応じて補強用のリブを設けてもよい。また、通水孔１４を有する戻り防止部材１１を所定の間隔を設けて上下２段で設けると、下段の戻り防止部材１１から流出した繊維ろ材３を上段の戻り防止部材１１で防止できる。

【0026】

図３は他の実施例の戻り防止部材の平面図である。
ガイドバー１２を用いることなく戻り防止部材１１を水平な状態で昇降させる手段として、戻り防止部材１１の中心から偏心する位置に、複数のスクリュー軸１０…を均等に配置し、スクリュー軸１０の回転を同期させて戻り防止部材１１を昇降させる。この場合、スクリュー軸１０がガイドバー１２を兼任し、戻り防止部材１１の前後左右へのフレを軽減するため、安定して昇降することができる。

【0027】

図４はＡ－Ａ断面図である。
ろ過槽２にて圧密するろ材層５高さの中心位置近傍に支持杆１３を架設する。支持杆１３はスクリュー軸１０の端部を回転自在に支持するとともに、ガイドバー１２の端部を固定する。支持杆１３の構成は限定しないが、ろ過槽２中心部から放射状に形成することが望ましい。ろ過処理工程Ｓ４中はろ材層５の内部に位置するため、最低限の腕木部材にて十分な開口を確保し通水抵抗を減少させる。

【0028】

なお、図３に示すスクリュー軸１０を用いる場合は、各スクリュー軸１０…の支持部にろ過槽２の内壁から支持杆１３…を突設する。

【実施例】

【0029】

図５はろ過処理の運転立上時の模式図である。
ろ過槽２に新たにろ材を投入、あるいはろ過処理工程Ｓ４後に繊維ろ材３洗浄を行った後、ろ過槽２の水を排水した際、繊維ろ材３が流出防止スクリーン４上に堆積した状態となっている。戻り防止部材１１はろ過槽２の上方に上昇させてあり、繊維ろ材３の交換時や洗浄工程Ｓ５時に邪魔とならない位置で静置している。

【0030】

ろ材層５は自然沈降した状態であり、繊維ろ材３，３間で大きな空隙を有している。この状態で被処理液を通水すると、被処理液中の懸濁物質が繊維ろ材３で捕捉されずにろ材層５を通過して処理水とともに排出されてしまうため、ろ過処理工程Ｓ４の前段にろ材層５を圧密する各工程Ｓ１～Ｓ３を行う。

【0031】

図６は圧密水貯留工程の模式図である。
圧密水貯留工程Ｓ１ではろ過槽２内に圧密水の貯留を行う。供給管６からろ過槽２内に圧密水を供給する。排出管７に介装する弁（図示せず）は閉止してあり、圧密水はろ過槽２内に貯留されていく。所定の水位まで圧密水を貯留すると圧密水の供給を停止する。この時、戻り防止部材１１はろ材層５の表層近傍まで近接させておくことが望ましい。

【0032】

本実施例では、圧密水として新たに外部からろ過槽２に供給しているが、洗浄工程Ｓ５後にろ過槽２に貯留している洗浄水を圧密水として利用してもよい。

【0033】

図７は圧密工程の模式図である。
圧密工程Ｓ２では繊維ろ材３を圧密してろ材層５を形成する。所定の水位まで圧密水を貯留した後、排出管７に介装する弁を開放し、圧密水を一気に下方へ向かって排水する。この時、圧密水をろ過槽２の底部方向へ流す際に生じる動圧によって、ろ材は流出防止スクリーン４の上方で圧密され、充分な圧密度を有するろ材層５を形成する。圧密工程Ｓ２を行うと繊維ろ材３，３間の間隙が狭くなり、自然沈降時と比較してろ材層５の高さが低くなる。必要に応じてろ過槽２に圧密水を貯留して排水する圧密工程Ｓ２を複数回行ってもよい。

【0034】

ろ材層５の形成後、開放面近傍のろ材層５が緩んで上方に展開することにより、均一な圧密が維持できないことがある。そこで、ろ材層５の圧密を維持する戻り防止工程Ｓ３を行う。

【0035】

図８は戻り防止工程の模式図である。
戻り防止工程Ｓ３では戻り防止部材１１をろ材層５の表層に静置させてろ材層５の圧密を維持する。圧密工程Ｓ２と同時に駆動機９を作動し、駆動機９と連結するスクリュー軸１０を正転させる。スクリュー軸１０と螺合しつつガイドバー１２により回転が抑制された戻り防止部材１１が下降を開始する。

【0036】

圧密水により適度に圧縮されたろ材層５の表層まで戻り防止部材１１が下降したことを検知すると、駆動機９を停止して戻り防止部材１１をその位置にて静置させる。戻り防止部材１１の下降検知は、ろ過槽２に配した回転計１７や位置検知装置１８、駆動機９の連結部に配したトルク計１９等により判断する。

【0037】

回転計１７はスクリュー軸１０あるいは駆動機９の回転数を計測するもので、予め定めた回転数に到達すると駆動機９に停止信号を送信する。

【0038】

また、位置検知装置１８は公知の接触あるいは非接触型の装置を用いて、予め定めた位置に戻り防止部材１１が到達すると駆動機９に停止信号を送信する。

【0039】

さらに、トルク計１９は戻り防止部材１１がろ材層５の表層に到達した際に急増するトルクを計測するもので、予め定めた計測値以上のトルクを計測すると駆動機９に停止信号を送信する。

【0040】

戻り防止部材１１の下降速度は、圧密工程Ｓ２時の圧密水による繊維ろ材３の下降速度より遅くすることが望ましい。繊維ろ材３が圧密水により圧縮されるより早く戻り防止部材１１で圧縮されると、特に上方のろ材層５の圧縮率のみが高くなり、均一な空隙率のろ材層５の形成を阻害する。

【0041】

ろ材層５の表層に静置する戻り防止部材１１はスクリュー軸１０と螺合しているため、圧縮されたろ材層５からの圧力で上方に移動することはない。同様に、ろ過処理工程Ｓ４時に被処理液を通水する際に下方のろ材層５を押圧することがない。

【0042】

本実施例では、圧密工程Ｓ２と戻り防止工程Ｓ３を同時に行っているが、ろ材層５が圧密された直後に戻り防止部材１１をろ材層５の表層まで下降させるものであれば問題ない。例えば、圧密工程Ｓ２より前に戻り防止工程Ｓ３を開始する場合、ゆっくりと戻り防止部材１１を下降させつつ圧密水によりろ材層５を圧密し、圧縮されたろ材層５による開放面への戻りが発生する前に戻り防止部材１１をろ材層５表層に到達するようにしてもよい。

【0043】

圧密水にてろ材層５を圧密し、通水可能な戻り防止部材１１をろ材層５の表層に摺接させて、圧縮したろ材層５による開放面への戻りを防止した状態でろ過処理工程Ｓ４を開始する。圧密水により均一で高い圧密度のろ材層５を形成しているため運転初期から安定したろ過処理が可能となる。

【0044】

長時間のろ過処理工程Ｓ４でろ材層５に目詰まりが発生した際には繊維ろ材３の洗浄を行う。洗浄工程Ｓ５では図５に示すように、ろ材層５の表層に摺接している戻り防止部材１１を上方に上昇させる。具合的には、スクリュー軸１０を逆転させて戻り防止部材１１を所定位置まで引き上げ、ろ過槽２に洗浄水を供給して繊維ろ材３の洗浄を行う。

【0045】

洗浄水および懸濁物質を排出した後、図６に示す圧密水貯留工程Ｓ１を開始する。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明によれば、ろ過処理工程の前段でろ材層を圧密し、運転初期から安定したろ過処理を行うことができる。表層ろ過になりやすい凝集ろ過や高濁度水、あるいはプール等の高清澄度が要求される特殊な用途にも捕捉率の高い繊維ろ材を使用でき、深層ろ過を行うことで洗浄頻度が少なく長時間のろ過処理工程を行うことができる有益なろ過処理方法となる。

【符号の説明】

【0047】

１ ろ過装置
２ ろ過槽
３ 繊維ろ材
５ ろ材層
１０ スクリュー軸
１１ 戻り防止部材
Ｓ２ 圧密工程
Ｓ３ 戻り防止工程
Ｓ４ ろ過処理工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】