(57)【要約】【課題】  水の清澄処理において、交換が簡便で懸濁物の濾着並びに透水性に優れ、且交換後は減容化と廃棄性を有する濾過材の提供。【解決手段】  独立気泡構造で見掛比重が０．１乃至０．２及び平均粒径が０．５乃至６．０ｍｍのパーライトと、シロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液に、３乃至２４容積％割合で珪酸カルシウム、ポルトランドセメント若しくはスメクタイトが配合された積層固着材とからなり、パーライトに対し積層固着材を１０乃至２０容積％割合で混練し、パーライト外表面全体に包被塗着させてなる、成形原料で所要の寸法形状に積層固着させてなる構成。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒曜石を焼成発泡させた独立気泡構造で、見掛比重が０．１乃至０．２及び平均粒径が０．５乃至６．０ｍｍのパーライトと、シロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液に、３乃至２４容積％割合で珪酸カルシウム、ポルトランドセメント若しくはスメクタイトが配合された積層固着材とからなり、パーライトに対し１０乃至２０容積％割合で積層固着材を混練しパーライト外表面全体に包被塗着させて成形原料となしたうえ、所要の寸法形状で単層構造に成形のうえ加熱により酸化珪素態及び水和作用による水和物とにより耐水性と強靭性を保持する積層固着膜により、パーライト相互を一体的強固に積層固着させた構成からなる、水の清澄処理における濾過材。
【請求項２】
粒径の異なるパーライトを用いた成形原料を用いて、上層に細粒径パーライトの成形原料、下層に粗粒径のパーライトの成形原料を、所要の寸法形状に複層構造で成形しパーライト相互を一体的強固に積層固着させた、請求項１記載の水の清澄処理における濾過材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は水の清澄処理のための濾過材に関するもので、更に詳しくは所要の濾過密度と形状に形成され、軽量で取扱いに優れ而も廃棄の可能な濾過材に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】  水の清澄処理は上水道には古くから使用され、且産業活動や生活活動における廃水においても河川や海洋への排水に際しては、生物化学処理や凝集沈殿処理等の前処理の後、懸濁物質を除去する清澄濾過が施され排水されるもので、該清澄濾過にはミクロンフィルターや中空糸フィルター等多様な手段が採用されているものの、資材や装置的安価さに加えて逆洗浄による長期使用も可能なこと等から砂濾過が多量に使用されている。【０００３】  即ちこの砂濾過は、所要の容積のハウジング内の底面には、細粒の濾材としての砂の濾出を防止し、且清澄水を透水せしめる透水孔が均等多数に穿孔された合成樹脂板材からなる支持床が配置されたうえ、その上面には所要の厚さに細粒の砂からなる濾材が敷設され、更にその上面には給水される水質に合せて微細粒のアンスラサイトやザクロ石等からなる濾材が積層敷設されたうえ、その上部から前処理された懸濁物を含む懸濁水を給水し、該懸濁水の給水重量を以って清澄濾過をなす重力濾過方法と、ハウジング内に給水された懸濁水に内部圧力を付加させて清澄濾過をなす加圧濾過方法とが用いられている。【０００４】  しかしながら砂濾過においては、多重な細粒濾材たる砂や微細粒のアンスラサイトやザクロ石に加え給水される懸濁水の重量等が支持床に付加されることから十分な構造強度が要請されるとともに、細粒の濾材たる砂の濾出を防止させつつ清澄水の積極的透水と、且逆洗浄に際しての逆洗水の透水も容易となすため、通常においてはその孔径が略０．５乃至０．９ｍｍ程度の透水孔が全面に亘って多数且均等に穿孔されてなるものである。【０００５】  そして仮令逆洗浄が可能といえども、その繰返しに伴い細粒な濾材たる砂や微細粒の濾材たるアンスラサイトやザクロ石はもとより透水孔内にも、清澄濾過とともに懸濁物滓や微生物等が残着するため短期に濾材や支持床の廃棄がなされる。
ところで現状の支持床は構造強度の面や多数且均等な透水孔の形成等により強靭な合成樹脂素材が用いられ且その厚さも略２５乃至３０ｍｍで形成されたうえ、その全面に亘って多数均等に而もその孔径が略０．５乃至０．９ｍｍの垂直状の透水孔が形成されてなるため透水抵抗も高く、従って大きな透水重量や透水圧力を付加せぬと効率的清澄処理もなしえぬばかりか、支持床においては焼却に際しても特別な焼却処理が要請され、更には砂資源の枯渇も大きな問題とされるに至っている。【０００６】  かかる問題に際して発明者等は別途焼肉ロースター用フィルターを初め焼き鳥、うなぎ天ぷら、或いは中華店舗の厨房用フィルターの如く、調理に際して膨大量に発生するオイルミストや臭気、焦煙等の吸着除去のためフィルター材として、耐火不燃性と廃棄性を有する安価なフィルターを開発上市している。即ち該フィルター材は黒曜石を焼成発泡させた独立気泡構造で見掛比重が０．１乃至０．２及びその平均粒径が略７乃至２０ｍｍ程度のパーライトを用い、粒体相互の積層に係わる大きな積層間隙を形成せしめて負圧の低下を実現するとともに、パーライト相互を所要の寸法形状に積層固化させるために、シロキサン及びシラノール塩多分子量溶液を、パーライトの外表面全体に包着のうえ加熱により積層被膜を形成させ、パーライト相互を所要の寸法形状に一体的に成形させることを技術要旨とするものである。【０００７】  反面砂濾過における支持床は、清澄処理に伴う清澄水を砂の濾出を防止しつつ効率良く透水せしめるうえからは、その透水孔径が０．５乃至０．９ｍｍ程度で且清澄水を分散透水のうえ排水させることにあり、且常時懸濁水や清澄水に晒され使用されるものであるから耐水性が特段に要請されることとなる。【０００８】  これがため発明者等は更なる研究を重ねた結果、パーライトの粒径の選択と積層により、所望の濾過空隙並びに透水空隙が自在に形成しえること、及びパーライト粒体相互をシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液による酸化珪素態からなる積層固着膜並びに水和作用による水和物の生成とにより、強靭で且耐水性に優れる積層固着成形体が形成しえることを究明し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は水の清澄処理において、装着や撤去等の交換が極めて簡便なうえ、懸濁物の濾着並びに透水性に優れ清澄処理が能率的になしえるとともに、撤去後の減容化と土壌還元の可能な廃棄性も有する濾過材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上述の課題を解決するために本発明が採用した技術的手段は、黒曜石を焼成発泡させた独立気泡構造で見掛比重が０．１乃至０．２及び平均粒径が０．５乃至６．０ｍｍのパーライトと、該パーライト相互を所要の寸法形状に耐水性を以って強固に積層固着させるため、シロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液に、３乃至２４容積％割合で珪酸カルシウム、ポルトランドセメント若しくはスメクタイトが配合される積層固着材とからなり、パーライトの容積に対して積層固着材を１０乃至２０容積％割合で混練して、パーライト外表面に積層固着材を包被塗着のうえ所要の寸法形状に成形し、而して加熱により積層固着材の水分蒸散に伴う酸化珪素態並びに水和作用に伴う水和物とによる積層固着膜で、パーライト相互が一体的に積層固着された構成からなる濾過材に存する。更には濾過材の上層と下層若しくは上層と中層及び下層の濾着空隙並びに透水空隙が異なる構成で且一体的に形成された濾過材に存する。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は上述の如き構成からなるもので、使用されるパーライトが独立気泡構造でその見掛比重が０．１乃至０．２及び平均粒径が０．５乃至６．０ｍｍの略球形状のものが使用され、且このパーライトの外表面にはシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液に対し、珪酸カルシウムやポルトランドセメント若しくはスメクタイトが３乃至２４容積％割合で混練された積層固着材が、パーライトに対し１０乃至２０容積％割合で混練されたうえ該パーライト外表面に包被塗着されるため、その粘性により可塑性が保持され適宜寸法形状に容易に成形がなしえる。【００１２】  そして加熱により包被塗着された積層固着材は、一方において水分蒸散に伴うシロキサン結合の促進により酸化珪素態と、且他方において配合されてなる珪酸カルシウムやポルトランドセメント若しくはスメクタイト等の水和作用に伴う水和物とにより強靭且耐水性の積層固着膜が形成され、パーライト相互が一体的に積層固着される。
加えて本発明では略球形状のパーライト相互が積層固着されることによりパーライト相互の積層に伴い形成される濾過空隙並びに透水空隙が全面に均等に配位形成されるため、清澄処理に際しての懸濁水がそれぞれのパーライトと球体曲面により濾過空隙並びに透水空隙へと誘導透水されるため極めて高い透水性を以って濾着もなされる。【００１３】  更に本発明は主要素材が見掛比重０．１乃至０．２のパーライトが用いられるため、上層に使用する濾過空隙並びに透水空隙の細かい濾過材、若しくは下層に使用する濾過空隙並びに透水空隙の粗い濾過材或いはこれら上層と下層を一体的に形成させた場合も極めて軽量であるから、装着や撤去等の交換作業が至便であるばかりか、微細な懸濁物の濾着に用いられる濾過空隙並びに透水空隙の細い濾過材については、逆洗浄による浄化ばかりか濾過材自体の交換でも維持コスト面の上昇を来たすことなく対処でき、且本発明においては支持床も削減しえる等、多くの特長を有する濾過材である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  見掛比重が０．２で平均粒径が１乃至２ｍｍの細粒径のパーライト及びその平均粒径が３乃至４ｍｍの粗粒径パーライトと、シロキサン及びシラノール塩多分子量溶液に対してポルトランドセメントが１２容積％割合で配合させた積層固着材を、それぞれのパーライトに対して１５容積％割合で混練しパーライト外表面に包被塗着させたうえ、所要の寸法形状で且その下層には所要の厚さで粗粒径パーライトを、上層には細粒径のパーライトを所要の厚さに積層させて成形し、略２８０乃至３５０℃の加熱を施して積層固着膜により一体的に形成させる。
【実施例１】
【００１５】  以下に本発明実施例を図とともに説明すれば、図１は本発明を形成するための成形原料１の説明図であって、該成形原料１の主要素材としては黒曜石を焼成発泡させた独立気泡構造で、その見掛比重が０．１乃至０．２及び平均粒径が０．５乃至０．６ｍｍの略球形状のパーライト１Ａが用いられるものであって、該パーライト１Ａの使用は独立気泡構造により吸水性が無く且全体を軽量安価に形成しえること、及び多重な水重量若しくは水圧に対して十分な構造強度を保持させるうえからも、その見掛比重が少なくとも０．１以上望ましくは０．１５乃至０．２が好適である。【００１６】  反面該パーライト１Ａの粒径は、図２に示すように清澄処理に際して微細な懸濁物を濾着させるための濾過空隙並びに透水空隙１Ｃはパーライトの粒径が０．５ｍｍでは略０．１３ｍｍφ程度、パーライト粒径が２．０ｍｍでは略０．５２ｍｍφ程度に形成されることから、かかる範囲の粒径を適宜に選択使用すれば良い。
他方比較的粗い懸濁物の濾着や清澄水の積極的透水排出をなさしめるうえからは、砂の漏出を防止する支持床の透水孔が０．７乃至０．９ｍｍφの程度で形成されているものであって、パーライト粒径が３ｍｍでは略０．７８ｍｍφ、４ｍｍでは１．０４６ｍｍφ程度で濾過空隙並びに透水空隙１Ｃが形成される。【００１７】  而しながら本発明では従来からの微細粒の独立した濾材たるアンスラサイトやザクロ石、或いは細粒な独立濾材たる砂に代えて、懸濁物質を濾着しえる濾過空隙並びに透水空隙１Ｃが連通した成形体で形成されるものであり、砂の漏出防止のための支持床も不用となる。
そしてかかる如き事由により選択されたパーライト１Ａは、その外表面全体に積層固着材１Ｂを包被塗着せしめて、その粘性により可塑性を付与せしめて所要の寸法形状に成形しえる成形原料１を形成する。【００１８】  この積層固着材１Ｂはパーライト１Ａに対する接着性はもとより、パーライト１Ａの外表面全体に包被塗着しえる低粘度で、且加熱により強力なシロキサン結合の促進と加熱融着性を創出して酸化珪素態の積層固着膜１Ｄを形成し、更には残留水分による珪酸態の状態を解消し、水和作用による水和物の生成により耐水性と強固な積層固着膜１Ｄの形成が不可欠となる。
これがため積層固着材１Ｂとしてはシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液が挙げられる。このシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液は、シロキサン及びシラノール塩を分子量換算で略４，０００程度に多分子量化させた錯化合物状のもので、シロキサン及びシラノール塩からなる固形分が略５０乃至６０％重量に、水分が４０乃至５０重量％割合の組成からなるものである。【００１９】  他方珪酸ソーダ水溶液はＮａ２０１モルに対しＳｉＯ２２乃至至４モル程度を含み、且これら固形分が略５０乃至６０％重量に水分４０乃至５０重量％程度の組成のものが望ましい。
そしてこれらシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液は、加熱による水分蒸散とともにシロキサン結合が促進され、確実に水分蒸散がなされた場合には酸化珪素態の強固な積層固着膜１Ｄが形成されるものであるが、本発明では所要の寸法形状と且濾過空隙並びに透水空隙１Ｃに成形させて使用するものであるから、比較的厚肉な成形体では内部に至る程加熱エネルギーによる水分蒸散がなされ難く、十分な加熱処理をなさぬと酸化珪素態の積層固着膜１Ｄの形成に至らず、珪酸態（ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）のままとなり、吸水や吸湿に伴い積層固着膜１Ｄが脆弱化し自己崩壊する危険が内在する。【００２０】  これがため積層固着材１Ｂを構成するシロキサン及びシラノール塩多分子量溶液若しくは珪酸ソーダ水溶液の容積に対して３乃至２４容積％割合で、珪酸カルシウムやポルトランドセメント若しくはスメクタイトを配合せしめて、加熱処理によって仮令残留水分が存在する場合にも、これらによる水和作用を促進せしめて水和物を形成されることにより、耐水性と強靭性に優れる積層固着膜１Ｄが形成され、パーライト１Ａ相互を強固に積層固着せしむることが可能となる。
かかる場合にスメクタイトは層状粘土鉱物に類するもので、その結晶構造から層と層の領域に特異な空隙を有するもので、この層間域にさまざまな分子やイオン、クラスター等が容易に進入して無機−無機複合体を形成する、所謂インターカレーション化合物を形成する作用によるものである。そして水和作用による水和物の生成には前記の他に炭酸カルシウムやアルミナセメント、シリカセメント等も同様な作用が発揮される。【００２１】  かくしてなる積層固着材１Ｂを、パーライト１Ａの容積に対して１０乃至２０容積％割合で混練し、該積層固着材１Ｂをパーライト１Ａの外表面全体に包被塗着させることにより成形原料１が形成されるもので、該混練に際しては特段の制約は無く例えばリボンブレンダーやヘンシェルミキサー等の使用によっても容易に包被塗着がなされる。更に積層固着材１Ｂをパーライト１Ａの外表面全体に包被塗着する手段は、前記混練以外に積層固着材１Ｂをパーライト１Ａに噴霧させる手段も考慮される。【００２２】  そしてこの成形原料１は粘性を有する積層固着材１Ｂの包被塗着により可塑性が付与されるため、図３に示す如く適宜の成形型２に積層充填させることにより、所要の寸法形状に成形３がなされるもので、同図３においては粗粒径の成形原料１０ａを下層部位に積層充填させたうえ、その上層部位に細粒径の成形原料１０ｂを積層充填させて一体的二層構造に成形３させる場合の説明がなされている。【００２３】  図４は単層構造で形成された本発明濾過材４の説明図であって、所要の寸法形状を以って細粒径の成形原料１０ｂを用いて形成させた単層構造の濾過材４Ｂと、粗粒径の成形原料１０ａを用いて形成させた単層構造の濾過材４Ａとが示されてなるもので、実用使用に際しては図５に示されてなる如く、適宜のハウジング５内の下層には粗粒径の成形原料１０ａを用いて形成してなる濾過材４Ａを下層に配位し、且その上層には細粒径の成形原料１０ｂを用いて形成してなる濾過材４Ｂを配位させたうえ、その上部より懸濁水６を給水させることにより懸濁物質はこれら濾過材４Ｂ及び濾過材４Ｂの濾過空隙並びに透水空隙１Ｃで濾着され且透水されて清澄水７として透水排水される。【００２４】  かかる実用使用に際して濾過材４Ｂと濾過材４Ａとを一体的複層構造に形成した成形体として使用し、適宜の逆洗浄を施しながら長期に亘って使用するとともに、逆洗浄効果が低下した場合には全体を交換廃棄しても、特に上層に配位される細粒径の成形原料１０ｂによる単層構造からなる濾過材４Ｂには懸濁物が多量に濾着されることから、該濾過材４Ｂを適宜に交換させることでも長期に亘って清澄処理がなしえることとなる。そして留意すべきは本発明濾過材４は極めて軽量であることから、ハウジング５内に配位させる場合に上層に配位される濾過材４Ｂの上面を適宜の係止具５Ａにより浮上せぬよう係止させることにある。【００２５】  図６は本発明濾過材４の濾着並びに透水状態の説明図であって、本発明濾過材４の上部より懸濁水６が給水された場合にはパーライト１Ａ相互の積層固着により形成される濾過並びに透水空隙１Ｃは、球形状のパーライト１Ａの球面勾配に沿って直近の濾着空隙並びに透水空隙１Ｃにそれぞれ分散され誘導透水され��ため透水性が極めて良く、且懸濁水６の懸濁物も、該懸濁物の濾着に合せた濾過空隙並びに透水空隙１Ｃにより濾着除去され、清澄水７が下方より透水排出されることとなる。
当然に逆洗浄の場合においても、逆洗浄水を下方より本発明濾過材４に加圧送水されると、該逆洗浄水は同様に球形状パーライト１Ａの球面勾配に沿って直近の濾過空隙並びに透水空隙１Ｃ内に分散誘導されて逆流し、上層に配位された濾過材４の濾過空隙並びに透水空隙１Ｃ内に濾着された懸濁物を剥離洗脱させる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】  清澄処理に際しての懸濁水に合せて濾過空隙並びに透水空隙を適合するよう、且清澄処理のハウジングに合せた寸法形状で単層構造の濾過材を下層及び上層に配位させ、若しくは複層構造による濾過材を装着させることで清澄処理がなしえる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  成形原料の説明図である。
【図２】  濾過空隙並びに透水空隙の平面説明図である。
【図３】  複層構造による濾過材の説明図である。
【図４】  単層構造による濾過材の説明図である。
【図５】  濾過材の使用態様図である。
【図６】  清澄処理における濾着並びに透水状態の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】  １    成形原料
１Ａ  パーライト
１Ｂ  積層固着材
１Ｃ  濾過空隙並びに透水空隙
１Ｄ  積層固着膜
２    成形型
３    成形
４    本発明濾過材
４Ａ  粗粒径パーライト使用の濾過材
４Ｂ  細粒径パーライト使用の濾過材
５    ハウジング
５Ａ  係止具
６    懸濁水
７    清澄水
１０ａ  粗粒径の成形原料
１０ｂ  細粒径の成形原料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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