JPH0511482B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は上工水道水、下水、河川水、湖沼水、
凝集沈殿上澄水、各種工程中間水、各種回収水、
各種廃水、生物処理装置の処理水あるいは有価物
含有液、酒、油等の原液中の懸濁物を除去するた
めの高速濾過装置に関するものである。

〈従来の技術〉 原液中の懸濁物を除去する目的で、従来から各
種の濾過装置が用いられている。

たとえば原液中の比較的大きい懸濁物を金網等
のスクリーンで除去するものも濾過装置の一種で
あるし、また微細孔を有する濾過膜を用いて原液
中の微粒子を精密濾過するのも濾過装置の一種で
ある。また濾過支持体に濾過助剤をプレコートし
て当該プレコート層で懸濁物を濾過するのも濾過
装置の一種である。

このように原液の種類やその目的に応じて種々
の濾過装置が用いられているが、最も普通に用い
られているのが充填層型濾過装置である。

当該充填層型濾過装置は、濾過塔内に濾過砂、
アンスラサイト等の粒状濾過材あるいは短繊維、
繊維ボール等の濾過材を充填し、当該充填層に下
降流もしくは上昇流で原液を通水して原液中の懸
濁物を当該充填層で補足し、濾過液を得、また圧
力損失の増加、あるいは濾過液の液質悪化により
濾過を終了し、当該充填層を水流もしくは水流と
空気等によつて膨張あるいは撹拌させて補足した
懸濁物を洗浄し、洗浄後の充填層で再び前記濾過
を行うものである。

当該充填層型濾過装置においては、濾過工程で
は高流速で濾過してもそれ程圧力損失が増加せ
ず、かつ濾過液の水質が良好であること、また洗
浄工程では充填層に補捉した懸濁物を、少ない洗
浄水量で短時間で、かつ確実に除去できることが
望まれている。

しかしながら従来のたとえば砂、アンスラサイ
ト等の粒状濾過材を用いる濾過装置においては、
通液速度が最大でも20ｍ／Ｈ程度であり、また懸
濁物の種類によつてはすぐ目詰まりを起こして圧
力損失が比較的早期に上昇してしまうという欠点
があり、また洗浄においても、粒状濾過材が塔外
に流出しない程度の流速による洗浄であるから洗
浄が不充分となり易く、懸濁物が次第に蓄積し、
時にはマツドボール等が形成されるという欠点も
あり、さらに洗浄水量も比較的多量に必要とし、
懸濁物の濃縮倍率が小さいという欠点もある。

また短繊維や繊維ボール等の濾過材を用いる濾
過装置は、使用する濾過材として任意の大きさの
ものを選定できるので、原液の懸濁物の種類に応
じて最適のものを選定できるという利点があるも
のの、使用する濾過材が極めて軽いので、洗浄中
に塔内から濾過材が流出しないようなスクリーン
等を設けることが必須であり、構造が複雑となり
易く、また前記スクリーンが障害となつて洗浄時
に懸濁物が塔外に排出しにくくなり、結局洗浄が
不充分となつて懸濁物が次第に蓄積するという欠
点を有している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は従来の充填層型濾過装置における上述
した欠点を解決し、高流速で濾過でき、しかもそ
れ程圧力損失を上昇させず、かつ短時間で少ない
洗浄水量で確実に洗浄できる高速濾過装置を提供
することを目的とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 かかる目的を達成するための本発明の技術手段
は、濾過塔の内部に支持体を横設もしくは充填
し、当該支持体の上部に長さ0.4ｍ以上の長繊維
束の下端を、濾過塔断面積１m²当たり30〜90Kg
（乾燥重量）の充填密度で固定して、その上端を
自由端とした長繊維束からなる濾過体を形成し、
かつ当該長繊維束からなる濾過体は、長繊維束の
上端から下端に向かつて下降流の原液を通液した
際、当該通液中において、長繊維束はその高さが
縮みはするが、水平状に折れ曲がらず、濾過塔内
で〓間なく全体的に直立を維持するものであり、
当該下降流の通液によつて長繊維束内の空〓部で
原液中の懸濁物を補足することを特徴とする高速
濾過装置である。

以下に本発明を原液として懸濁物を含む水を例
にして図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の実施態様の一例を示す模式断
面図であつて、濾過塔１内の下方内部に多孔板か
らなる支持体２を横設し、当該支持体２に長繊維
束３の下端を固定し、当該長繊維束３の上端を自
由端とする。また濾過塔１の上部に原水流入管４
を連通するとともに、当該原水流入管４に逆洗水
流出管５を分岐して接続する。

さらに濾過塔１の下部に濾過水流出管６を連通
し、当該濾過水流出管６に逆洗水流入管７および
空気流入管８を分岐して連通する。なお９，１
０，１１，１２，１３はそれぞれ弁を示す。

なお長繊維束３の充填量は、比較的高流速の原
水を下降流で通水した場合、長繊維束３が屈曲し
てその高さが縮みはするが、長繊維束３がその水
流により水平状に折れ曲がらず、濾過塔１内で全
体的に直立していることが維持できるような充填
量とする。このような充填量とすることにより空
隙率の極めて大きな濾過体を形成することができ
る。

〈作用〉 本発明の濾過装置で原水を濾過する場合は、以
下のようにする。

すなわち弁９および弁１３を開口し、原水流入
管４から懸濁物を含む原水を下降流で流入する。

当該原水の水流により前述したごとく長繊維束
３はやや屈曲してその高さが若干縮みはするが、
長繊維束３は全体的に濾過塔１内で直立してお
り、したがつて直立する長繊維束３の上端から下
端に向かつて原水が下降流で通過し、長繊維束３
の空隙部で懸濁物が捕捉され、濾過水流出管６か
ら濾過水が流出する。

また下降流の水流により長繊維束３の下方部か
ら上方部に向かつてしだいに屈曲するため、屈曲
してない上方部の垂直状の長繊維束よりやや密に
充填され、その結果原水が長繊維束をシヨートパ
スすることなく、原水中の懸濁物を当該長繊維束
で効果的に捕捉することができる。なお原水中の
懸濁物が微細粒子の場合は、原水にポリ塩化アル
ミニウムや硫酸アルミニウムやカチオン性、アニ
オン性、ノニオン性の高分子等の凝集剤を添加し
ても差し支えない。

当該通水の続行により長繊維束の空隙に懸濁物
あるいは、懸濁物の凝集物が捕捉され、次第に圧
力損失が増加して行く。なお当該圧力損失の増加
に伴い長繊維束の屈曲の度合が増加し、長繊維束
の直立している高さが次第に減少して行く現象が
生ずる。

このような通水の続行により、圧力損失が既定
の値、あるいは濾過水の水質の低下により通水を
止め以下の逆洗を行う。

すなわち弁９および弁１３を閉じ、弁１０およ
び弁１２を開口して空気流入管８から圧縮空気を
流入する。

当該圧縮空気の流入により濾過塔１内の水が撹
拌されるとともに長繊維束が振動し、繊維間で形
成していた空隙が破壊されて懸濁物の集合体ある
いは懸濁物の凝集物が破壊され、また長繊維束に
付着していた懸濁物や前記凝集物が剥離される。

次いで当該圧縮空気の流入を続行したままある
いは弁１２を閉じて圧縮空気の流入を止め、弁１
０は開口したまま弁１１を開口して逆洗水流入管
７から逆洗水を流入する。

長繊維束３の下端が支持体２に固定されている
とともに、その上端が自由端となつているので、
流入した逆洗水の上昇流により、長繊維束３は第
２図に示したように支持体２を固定部とした吹き
流しのようになつて伸長するとともに、各繊維が
振動する。

したがつて長繊維束に懸濁物がとどまることが
できず、長繊維束から懸濁物が離脱し、当該懸濁
物を多量に含む逆洗排水が逆洗水流出管５から流
出する。

本発明の濾過装置においては長繊維束３の下端
が支持体２に固定されているので、高流速の逆洗
水を流入しても長繊維束３が濾過塔１外に流出す
ることがない。

したがつて従来の砂やアンスラサイト等の充填
材を用いる濾過装置と比較してより以上の高流速
の逆洗水を流入することができるとともに、濾過
塔の上方にスクリーン等の障害物が一切付設され
ていないので、本発明の濾過装置は短時間で、か
つ効果的に懸濁物を逆洗により除くことができ
る。

第３図は本発明の他の実施態様を示す模式断面
図であつて、濾過塔１の断面積が比較的大きい場
合の構造を示すものである。

すなわち濾過塔１の断面積が大きくなると、第
１図に示したように、通水中において長繊維束３
を全体的に直立させることが困難となり、通水中
に長繊維束３が水平状に折れ曲がる傾向となる。

長繊維束３が通水中に水平状に折れ曲がると長
繊維束３が密に充填されることとなり、それだけ
圧力損失が大となるので好ましくない。

したがつて第３図に示しとごとく濾過塔１内に
複数の分割板１４を立設し、当該分割板１４によ
り濾過塔内に縦割状に分割するとよい。

当該分割板１４は長繊維束３が水平状に折れ曲
がるのを防止する障壁板として作用し、たとえ断
面積が大なる濾過塔であつても長繊維束が水平状
に折れ曲がることなく、本発明の目的を達成でき
る。

なお通水および逆洗の操作は第１図および第２
図に示した濾過塔と同じである。

第１図ないし第３図に示した実施態様は支持体
２として多孔板を用いたものであるが、第４図に
示したように支持体２としてスチールウール１５
を用いることもできる。

すなわち第４図のごとくスチールウール１５か
らなる支持体に長繊維束３の下端を固定し、その
上端を自由端とするものである。なおスチールウ
ール１５の下部に、スチールウール１５を固定支
持するスクリーン１６を横設する。なお他の構成
は第１図ないし第２図と同様である。

第４図に示した本発明の濾過装置においては、
長繊維束３の下部にスチールウール１５からなる
充填層が存在するので、通水中に長繊維束３を通
過してしまうような原水中の微細な懸濁物を当該
スチールウール１５で捕捉し得るので、濾過水の
水質をより向上させることができる。

なお濾過後における逆洗は前述したと同様に、
弁１２および弁１０を開口してまず空気流入管８
から圧縮空気を流入してスチールウール１５の充
填層および長繊維束３を撹拌、振動させ、次いで
逆洗水流入管７から逆洗水を流入して懸濁物を除
去する。また第４図に示したスチールウール１５
に変えて、長繊維束３の支持体として焼結金属あ
るいはセラミツクなどの多孔質積層体を用いても
よい。

このような多孔質積層体を用いてもスチールウ
ール１５と同様な効果を達成する。

第５図は本発明の他の実施態様を示す模式断面
図であつて、多孔板からなる支持体２の下部に長
繊維束３の水平状積層体１７からなる充填層を設
けた複合濾過体を形成させたものである。なお水
平積層体１７の下部に、水平積層体１７を固定支
持するための多孔板からなる支持体２を横設す
る。他の構成は第１図ないし第２図と同様であ
る。

第５図に示した実施態様においては、弁９およ
び弁１３を開口して懸濁物を含む原水を下降流で
通水することにより、前述したごとく長繊維束３
はやや屈曲してその高さが若干縮みはするが、長
繊維束３は全体的に濾過塔１内で直立しており、
したがつて直立する長繊維束３の上端から下端に
向かつて原水が下降流で通過し、長繊維束３の空
隙部で懸濁物が捕捉される。また長繊維束３を通
過した濾過水は支持体２を介して、さらに水平積
層体１７を通過するので、前記濾過水中に含まれ
る少量の微細な懸濁物は、水平積層体１７でさら
に捕捉され、清澄度のより高い濾過水が濾過水流
出管８から得られる。

水平積層体１７は長繊維束３を水平状に積層し
たものであるからその充填密度は支持体２上に固
定した直立状の長繊維束３より大きく、したがつ
て懸濁物の捕捉能力は大きい。

しかしながら当該水平積層体１７の充填層高を
あまり高くするとそれに比例して圧力損失が増加
する。したがつて水平積層体１７の充填層高は、
それ程高くすることは得策でなく、たとえば30mm
程度の厚さで充分である。

なお第５図に示した濾過装置における逆洗は前
述した他の実施態様の濾過装置と基本的には全く
同様なので説明を省略する。

また第５図における水平積層体１７に変えて、
この部分を充填層高の比較的低い砂、アンスラサ
イト等の粒状充填物あるいはスチールウールある
いは焼結金属やセラミツク等の多孔質積層体とし
てもその効果は同様である。

なお第５図における水平積層体１７に変えてス
チールウールあるいは多孔質積層体を用いる場合
は、長繊維束３の下端を支持体２を介して固定す
るか、あるいはスチールウールあるいは多孔質積
層体に直接長繊維束３の下端を固定するかの違い
だけで、複合濾過体を形成することについては第
４図に示した実施態様と基本的には同じと言え
る。

次に本発明に用いる長繊維束３について説明す
る。

本発明に用いる長繊維束３は前述したごとく、
比較的高流速の原水を下降流で通水しても、長繊
維束が屈曲してその高さが縮みはするが、長繊維
束が水平状に折れ曲がらず濾過塔１内で通水中に
おいても全体的に直立を維持できるような腰の強
さと、充填量が必要で、アクリル繊維、ポリエス
テル繊維、ポリアミド繊維などの合成繊維、ある
いは綿、羊毛などの天然繊維を用いることができ
る。

なおこれらの合成繊維あるいは天然繊維の素材
である太さ50μ以下、通常20μ前後の非撚単繊維
の集合体を用いることが好ましい。

但し、通水中において水平状に折れ曲がらず、
濾過塔１内で全体的に直立するような長繊維束で
あれば、撚糸の集合体でも差し支えない。

本発明に用いる長繊維束の集合密度が大なれば
大なる程微細な懸濁物までも除去でき濾過水の水
質は向上するが、しかし逆に圧力損失は大とな
る。

また前記集合密度が小さくなるにしたがい濾過
水の水質は低下するが、逆に圧力損失は小とな
る。

したがつて原水の懸濁物の質あるいは量によつ
て最も適した集合密度の長繊維束を選定して用い
るとよい。

本発明に用いる長繊維束の長さは、0.4ｍ〜3.0
ｍ程度とし、たとえば長さ0.4ｍで20μの非撚単繊
維の集合体からなる長繊維束を用いた場合におい
て、濾過断面積１m²当たり30〜90Kg（乾燥重量）
の長繊維束となるような充填密度とするとよい。

〈効果〉 以上説明したごとく本発明の濾過装置は濾過体
として、濾過中において濾過塔内に全体的に直立
するような長繊維束を用いるので、通液における
圧力損失が小さく、したがつて高流速で濾過する
ことができ、特に製紙工場等で排出される繊維状
の懸濁物を含有する白水等の従来の砂やアンスラ
サイトを充填した濾過器では濾過しにくい原液の
濾過に適している。

また濾過塔の径に対して全面的に長繊維束が直
立している濾過体を用いるので、多数の繊維間を
原液が通過する際に懸濁物が効果的に除去され、
濾過液の水質も良好となる。

さらに当該長繊維束の下方にスチールウール、
多孔質積層体、粒状濾過材、長繊維束の水平状積
層体等の充填層を形成して複合濾過体を形成する
ことにより、濾過液の水質をさらに良好なものと
することができる。

また本発明の濾過装置においては長繊維束の下
端が支持体で固定されているため、高流速の逆洗
水を通過させても長繊維束が濾過塔から離脱する
ことがなく、よつて高流速の逆洗水で短時間に逆
洗工程を実施することができ、従来の濾過装置と
比較して逆洗時間を大幅に短縮することができ、
かつ逆洗工程により確実に懸濁物を塔外に排出す
ることができ、従来の濾過装置のように懸濁物が
蓄積するようなことがない。

なお従来の濾過装置に比較して濾過流速を著し
く大とすることができるので、濾過塔の断面積を
小さくすることができ、設置コストおよび設置面
積等を大幅に低減できることは言うまでもない。

以下に本発明の効果をより明確とするために実
施例を示す。

実施例 (1) 直径65mm、高さ550mm（直線部）のアクリル
樹脂製の濾過筒の下部に多孔板を付設し、太さ
20μ、長さ400mmのアクリル製の非撚単繊維の
集合体からなる乾燥充填量128ｇ（38.6Kg／m²）
の長繊維束の下端を固定し、その上端を自由端
とした第１図に示したような濾過装置を構成
し、当該濾過装置の上方からカオリンを10mg／
含む原水にポリ塩化アルミニウムを５mg／
添加しながら、これを下降流線速度75ｍ／Ｈで
通水した。

この通水における通水時間と処理水濁度（点
線）および圧力損失（実線）の関係を第６図の
グラフ線図Ａとして示した。

(2) また上記実施例における長繊維束の乾燥充填
量を255ｇ（76.8Kg／m²）とした他は全く同様
な濾過装置、同様な原水を同条件で通水したと
きの結果を第６図のグラフ線図Ｂとして示し
た。

(3) 実施例１で用いた濾過筒の多孔板の下部に直
径65mm、高さ50mmの濾過筒を接続し、この接続
した濾過筒内に実施例(1)で用いたと同じ長繊維
束を水平状に敷き詰め、第５図に示したような
濾過装置を構成した。なお水平に敷き詰めた長
繊維束は、太さ20μのアクリル製の非撚単繊維
の集合体からなるもので、充填量22ｇ（乾燥重
量）で厚さ、20mmとなしたものである。当該複
合濾過体を形成した濾過装置の上方からカオリ
ンを10mg／含む原水にポリ塩化アルミニウム
を５mg／添加しながら、これを下降流線速度
75ｍ／Ｈで通水した。

この通水における通水時間と処理水濁水（点
線）および圧力損失（実線）の関係を第６図の
グラフ線図Ｃとして示した。

なお実施例１、２、３とも濾過終了後、濾過塔
の下部から圧縮空気を流入した後、上昇流線速度
100ｍ／Ｈで90秒間逆洗したところ、濾過中に捕
捉された懸濁物はその全部が効果的に除去できる
ことが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例である濾過装
置を示す模式断面図であり、第２図は第１図で示
した濾過装置の逆洗の状態を示す模式断面図であ
る。また第３図、第４図、第５図は本発明の他の
実施態様である濾過装置の模式断面図である。ま
た第６図は実施例１、２、３における通水結果を
示すグラフで縦軸に処理水濁度、圧力損失を示
し、横軸に通水時間を示す。 １……濾過塔、２……支持体、３……長繊維
束、４……原水流入管、５……逆洗水流出管、６
……濾過水流出管、７……逆洗水流入管、８……
空気流入管、９，１０，１１，１２，１３……
弁、１４……分割板、１５……スチールウール、
１６……スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 濾過塔の内部に支持体を横設もしくは充填
   し、当該支持体の上部に長さ0.4ｍ以上の長繊維
   束の下端を、濾過塔断面積１m²当たり30〜90Kg
   （乾燥重量）の充填密度で固定して、その上端を
   自由端とした長繊維束からなる濾過体を形成し、
   かつ当該長繊維束からなる濾過体は、長繊維束の
   上端から下端に向かつて下降流の原流を通液した
   際、当該通液中において、長繊維束はその高さが
   縮みはするが、水平状に折れ曲がらず、濾過塔内
   で〓間なく全体的に直立を維持するものであり、
   当該下降流の通液によつて長繊維束内の空〓部で
   原液中の懸濁物を補捉することを特徴とする高速
   濾過装置。 ２ 支持体が多孔板である特許請求の範囲第１項
   記載の高速濾過装置。 ３ 支持体が多孔質積層体である特許請求の範囲
   第１項記載の高速濾過装置。 ４ 支持体がスチールウールである特許請求の範
   囲第１項記載の高速濾過装置。 ５ 支持体の下部に充填層を設置して複合濾過体
   を形成する特許請求の範囲第２項記載の高速濾過
   装置。 ６ 充填層が粒状濾過材、多孔質積層体、スチー
   ルウール、長繊維束の水平状積層体から選ばれる
   一種または二種以上の充填層である特許請求の範
   囲第５項記載の高速濾過装置。