特許 7498888 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 2021136793

(22)【出願日】2021-08-25

(65)【公開番号】P2023031356

(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】富澤 仁貴

(72)【発明者】

【氏名】片山 雅義

(72)【発明者】

【氏名】氏家 秀隆

(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２０２３－０３１３５５（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２００２－１９１９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３４０９９（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（Ｓ１）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、
浮力調整機構（１７）と空気溜り（１８）を有する戻り防止部材（１１）を下降させ、圧密工程（Ｓ４）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、
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（Ｓ４）と、
を実施した後、
ろ過処理工程（Ｓ１）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。特許文献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、浮力調整機構と空気溜りを有する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、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、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、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、戻り防止部材の縦断面図である。

【図3】同じく、戻り防止部材の平面図である。

【図4】同じく、ろ過処理工程の模式図である。

【図5】同じく、洗浄工程の模式図である。

【図6】同じく、洗浄工程終了後の模式図である。

【図7】同じく、戻り防止工程の模式図である。

【図8】同じく、圧密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。流出防止スクリーン４の下方には空洗管８を備えてあり、洗浄時に洗浄ブロワ９から洗浄管１０を介してろ過槽２に圧縮空気を噴射する。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をろ過槽２の上方に張設してもよい。

【0017】

図２，３は戻り防止部材の縦断面図および平面図である。
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部材１１を備える。

【0018】

戻り防止部材１１は、円盤状の多孔板１２と、多孔板１２の上面に連結し他端の中央部から通水可能な二重筒で形成し空気溜り１８を有するケーシング１３と、調整錘１５と調整弁１６を備えた浮力調整機構１７とで構成している。浮力調整機構１７でケーシング１３の二重筒の間に形成した空気溜り１８に貯留した空気量を調整し、ろ過槽２内で戻り防止部材１１を上下に揺動自在とすることを特徴とする。

【0019】

多孔板１２は外周をろ過槽２内壁に近接させている。ろ過槽２とは繊維ろ材３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。

【0020】

また、多孔板１２には全面に微小な通水孔を有している。通水孔は供給管６からの被処理水をろ材層５へ通水するとともに、上方への繊維ろ材３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。

【0021】

なお、多孔板１２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、通水孔を有する多孔板１２を所定の間隔を設けて上下２段で設けると、下段の多孔板１２から流出した繊維ろ材３を上段の多孔板１２で防止できる。

【0022】

多孔板１２の上方にはケーシング１３を連設している。ケーシング１３は多孔板１２と固定する外筒１９と、ケーシング１３の他端を閉塞し中央部に通水自在な孔部２０を有する蓋１４と、孔部２０から垂下した内筒２１で構成される。内筒２１は多孔板１２に向かって所定距離だけ延設されてあり、内筒２１と外筒１９の間は多孔板１２を通過した空気を一時的に貯留する空気溜り１８を形成している。蓋１４には調整弁１６を介装してあり、空気溜り１８に貯留されている空気量を調整する。空気量に応じて戻り防止部材１１の浮力を調整し、戻り防止部材１１を上下に揺動させる。

【0023】

外筒１９と内筒２１の直径や高さは、ろ過装置１の仕様やろ過槽２の直径、空気溜り１８の容量に応じて適宜決定する。なお、本実施例では通水可能な内筒２１を中心部に配置しているが、中心部から均等な位置に複数の内筒２１…を配置してもよい。

【0024】

蓋１４は被処理液が外筒１９とろ過槽２の間に侵入し難いように、外周をろ過槽２内壁に近接させている。外周に摺動部材を周設してもよい。

【0025】

浮力調整機構１７は、多孔板１２に載置した調整錘１５と、ケーシング１３の蓋１４に介装した調整弁１６とで構成している。

【0026】

調整錘１５は重力により戻り防止部材１１を下降させるもので、下降時に多孔板１２が傾斜しないよう中心部から均等に配置する。本実施例では円環状の調整錘１５を用いている。調整錘１５の重量は、ろ過装置１の仕様や空気溜り１８の容量に応じて適宜決定する。なお、本実施例では調整錘１５を多孔板１２に載置しているが、ケーシング１３の外筒１９や内筒２１、あるいは蓋１４に設けてもよい。

【0027】

調整弁１６はケーシング１３の空気溜り１８に貯留する空気を外部に排出し、戻り防止部材１１の浮力を減少させるためのものである。空気を外部に排出する際に、戻り防止部材１１が傾斜しないよう複数の調整弁１６…を中心部から均等に配置することが望ましい。なお、空気溜り１８に連通する可撓管を蓋１４に接続し、他端をろ過槽２の頂部や側面に設けた調整弁１６に接続してもよい。

【実施例】

【0028】

図４はろ過処理工程の模式図である。
ろ過処理工程Ｓ１は、ろ過槽２下方にろ材層５を圧密形成し、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行う。被処理水はろ過槽２上部の供給管６から供給される。ろ過槽２に供給された被処理水は、戻り防止部材１１の孔部２０から内筒２１を経て多孔板１２を通過してろ材層５に案内される。ろ材層５では被処理水中の懸濁物質を繊維ろ材３により捕捉し、処理水のみがろ材層５を通過してろ過槽２底部の排出管７から排出される。
この時、戻り防止部材１１の調整弁１６は閉止している。

【0029】

図５は洗浄工程の模式図である。
長時間のろ過処理工程Ｓ１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Ｓ２ではろ過槽２の上方まで貯水した状態にてろ過槽２底部の空洗管８から洗浄用空気を噴射する。ろ過槽２に放出された気泡は圧縮されたろ材層５を緩和させつつ上昇する。戻り防止部材１１の多孔板１２を通過した気泡の一部は内筒２１からろ過槽２上方へと抜け、一部は空気溜り１８に貯留される。空気溜り１８の貯留量が増加し、浮力が調整錘１５を含めた戻り防止部材１１の重力より大きくなると戻り防止部材１１が上昇を開始する。ろ材層５の上方が開放され、繊維ろ材３が攪拌されるとともに繊維ろ材３で捕捉していた懸濁物質が剥離される。
この時、戻り防止部材１１の調整弁１６は閉止している。

【0030】

図６は洗浄工程終了後の模式図である。
洗浄工程Ｓ２の終了後、繊維ろ材３は自重により流出防止スクリーン４上に堆積する。ろ過槽２に洗浄水を貯留した状態であるため、戻り防止部材１１はろ過槽２の上方に上昇した位置で静置している。

【0031】

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Ｓ１の前段にろ材層５を圧密する各工程Ｓ３，Ｓ４を行う。

【0032】

図７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の表層へ向かって下降させる。具体的には、戻り防止部材１１の調整弁１６を開放し、空気溜り１８に貯留している空気をろ過槽２上方へ逃がす。空気溜り１８の空気貯留量が減少し、戻り防止部材１１の浮力が調整錘１５を含めた戻り防止部材１１の重力より小さくなると戻り防止部材１１が下降を開始する。戻り防止部材１１の下降速度は調整弁１６の開度や調整錘１５の重量等にて調整できる。ろ過槽２が密閉型である場合は、ろ過槽２上方に公知の空気抜き弁を設け、戻り防止工程Ｓ３で空気溜り１８の貯留空気を開放する間は空気抜き弁を開放する。

【0033】

戻り防止部材１１が所定の位置まで下降したことを検知して圧密工程Ｓ４を開始する。本実施例では、多孔板１２がろ材層５の表層に到達した後に圧密工程Ｓ４を開始するが、戻り防止部材１１が下降中に圧密工程Ｓ４を開始してもよい。

【0034】

なお、戻り防止部材１１の調整錘１５は、ろ材層５の上方への反発力を抑えるだけの重量とすることが望ましい。調整錘１５による戻り防止部材１１の重量が大きいと、ろ材層５の表層に静置した際に、特にろ材層５上層を戻り防止部材１１により圧縮してしまい、上層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。

【0035】

図８は圧密工程の模式図である。
圧密工程Ｓ４では繊維ろ材３を圧密してろ材層５を形成する。具体的には、排出管７に介装する弁を開放し、洗浄工程時Ｓ２にろ過槽２上方まで貯水している洗浄水（圧密水）を一気に下方へ向かって排水する。戻り防止部材１１の上方の圧密水は、戻り防止部材１１の内筒２１に流入し、多孔板１２を通過して下方に向かって排水される。繊維ろ材３は圧密水をろ過槽２の底部方向へ流す際に生じる動圧によって、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Ｓ４を行うと繊維ろ材同士の間隙が狭くなり、自然沈降時と比較してろ材層５の高さが低くなる。

【0036】

この時、戻り防止部材１１もろ材層５の圧密による表層低下に同調して降下し、戻り防止部材１１の多孔板１２がろ材層５の表層に静置する。降下は戻り防止部材１１の重力および水流から受ける動圧による。ろ材層５の表層に静置する戻り防止部材１１の重力はろ材層５の圧縮による反発力より大きいため、ろ材層５が緩んで上方に展開することがなく、ろ材層５の圧密を維持する。同様に、ろ過処理工程Ｓ１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。

【0037】

本実施例では、圧密水として洗浄工程Ｓ２後にろ過槽２に貯留している洗浄水を利用しているが、洗浄水の排水後に外部から圧密水をろ過槽２に供給してもよい。洗浄水を圧密水として排出する際には、ろ過槽２底部に沈降した懸濁物質を同時に排出する。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Ｓ４を複数回行ってもよい。

【0038】

ろ材層５の圧密後、戻り防止部材１１の調整弁１６は閉止し、図４に示すようにろ過処理工程Ｓ１を開始する。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。

【0039】

本実施例では、戻り防止工程Ｓ３で戻り防止部材１１がろ材層５表層に到達した直後に圧密工程Ｓ４を開始しているが、ろ材層５が圧密された後に戻り防止部材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。ろ材層５が圧密工程Ｓ４で水流により圧縮され、その反発力により上方の開放面へ展開する前に、ろ材層５表層に戻り防止部材１１を静置させてろ材層５の展開を抑えることが重要である。
なお、必要に応じて戻り防止部材１１をろ過槽２の任意の位置に静止させる係止部材を備えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0040】

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】

【0041】

２ ろ過槽
３ 繊維ろ材
５ ろ材層
１７ 浮力調整機構
１８ 空気溜り
１１ 戻り防止部材
Ｓ１ ろ過処理工程
Ｓ３ 戻り防止工程
Ｓ４ 圧密工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】