(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸水収縮率が３０％以下で、融点が１５０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％を混繊した繊維束からなり、１ｍ当たり１０〜１００回の撚りが掛り、繊維間が接着固定され、繊維束表面には毛羽が形成されている棒状繊維束を切断してなる粒状の水処理用濾材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川や湖沼水中の浮遊物や懸濁物を濾過する、または汚水中に存在する浮遊物や懸濁物を濾過する際に用いられる濾過材であって、浮遊物や懸濁物の除去性及び捕捉性に優れ、しかも高速濾過が可能であり、長期間使用しても濾過性能の低下や形状の変化の少ない、耐久性に優れた水処理用濾材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、河川水や湖沼水を上水道に利用する際の浮遊物や懸濁物の処理のための濾過及び工場廃水や下水処理において、河川や海へ放流する前の浮遊物や懸濁物の除去のための濾過において、砂濾過が一般的に広く使用されている。
しかし、砂濾過の場合濾過速度が遅いために、上水処理場、工場排水処理場又は下水処理場では広大な濾過池が設けられている。
【０００３】
近年、生活排水や工場排水などによって、湖沼や内海等の富栄養化が進み、それがアオコや赤潮などを引き起こし社会問題化され、それに伴って河川等への排出放流水の規制も厳しくなってきている。
一方、一般家庭や工場等における水の使用量が毎年増え続けており、処理能力を上げ得る技術が求められている。
特に、大都市近辺では、広大な濾過池が必要とされる砂濾過では、土地高騰等で対応しきれなくなっているのが現状である。
【０００４】
そこで、砂濾過よりも濾過効率を上げる目的で繊維を濾材に応用した各種の提案がなされている。
例えば、▲１▼長繊維の繊維束を開繊し積層する方法、▲２▼数センチの長さの繊維束の中央を紐状物で縛りボール状となしたものを積層する方法、▲３▼数ミリから数センチの繊維を渦流等で絡み合わせて玉状化させたものを積層する方法、▲４▼熱融着性繊維等を用いて繊維束を接着させ棒状に成形したものを切断し粒状となしたものを積層する方法等が実際に使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの繊維濾材において、上述した▲３▼数ミリから数センチの繊維を渦流等で絡み合わせて玉状化させたものを積層する方法は、単繊維同志が接着されておらず、繰り返し濾過のための逆流洗浄（以下、逆洗と称す。）の攪拌時等で繊維が抜け出てくる欠点があった。
【０００６】
この欠点を防ぐ目的で特開平５−３２９３１２号公報では、引き揃えた繊維束の繊維間に点接着点を多数形成せしめた棒状繊維収束体を切断したものが提案されている。
【０００７】
この方法による繊維束の棒状成形品は、繊維が繊維束軸方向に並べられた状態で接着している。この棒状繊維束を切断したものを濾材に使用した場合、繰り返し逆洗等で攪拌されたとき、濾材同志のぶつかりあう摩擦等によって繊維が剥離したり、繊維軸方向に割れが生じたりして、長期使用時の耐久性に問題があった。
また、繊維束は加熱体中で圧縮されて成形されるために、繊維束表面はアイロンを掛けたように平滑なものとなり、濾材として使用した場合、濾材表面で浮遊物や懸濁物を捕捉する能力に劣るものとなっていた。
さらに、この濾材を長期に使用した場合、濾材内部の網状構造部に微少な固形物や微生物が増殖しゼリー状となって詰まり、濾過効率が極端に低下してくるという問題があった。
【０００８】
本発明は、長期間繰り返し使用しても繊維の剥離や濾材の割れがなく、また濾材内部の網状構造部に懸濁物等の詰まりが生じても濾過性能の低下が少なく、高速濾過が可能で、しかも汚泥等の捕捉能力が高く、濾過継続時間を長くできる耐久性に優れた水処理用濾材を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、熱収縮率の低い高融点繊維と熱融着性繊維を混繊した繊維束に、実撚りを与えた後、熱処理する、または繊維束に撚りを掛けると同時に熱処理することによって、繊維束内部の繊維間を接着固定するとともに、高融点繊維を繊維束内部からループ状毛羽として突出させた繊維収束体を切断した濾過材により、この目的が達成されることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、本発明は、沸水収縮率が３０％以下で、融点が１５０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％を混繊した繊維束からなり、１ｍ当たり１０〜１００回の撚りが掛り、繊維間が接着固定され、繊維束表面には毛羽が形成されている棒状繊維束を切断してなる粒状の水処理用濾材を要旨とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の水処理用濾材は、沸水収縮率が３０％以下で、融点が１５０℃以上である高融点繊維５〜８０重量％と、融点が２００℃以下で、かつ前記高融点繊維の融点より低い熱融着性繊維９５〜２０重量％を混繊した繊維束を処理して得られるものである。
本発明で用いられる高融点繊維は、沸水収縮率が３０％以下であることが必要であり、好ましくは１０％以下であるものである。沸水収縮率が３０％を超えると、繊維束表面に出た毛羽が繊維束の熱処理によって収縮し、繊維束表面が滑らかな棒状となり、濾材の捕捉率が劣ることとなるので採用できない。ここでいう沸水収縮率は、ＪＩＳ−Ｌ−１０１５の測定法により得られた値をいう。
本発明で用いられる高融点繊維は、さらに融点が１５０℃以上であることが必要である。高融点繊維の融点が１５０℃未満になると、熱融着性繊維を溶融させる為の熱処理によって、高融点繊維が軟化したり収縮し、繊維束を成形した後に表面毛羽のないものとなり、濾材の捕捉率が劣ることとなるので、採用できない。
【００１２】
上記の条件を満足する高融点繊維の具体例としては、サイドバイサイド型複合繊維で片側に平均重合度１００〜１１０、もう一方に平均重合度７０〜８０のポリエチレンテレフタレート繊維を有したものや、また単一ポリマーからなる繊維などが挙げられる。これらのなかで特に、一般に詰め綿用途に広く使われている５デニール以上のポリエステル系のサイドバイサイド型複合繊維（例えば、ユニチカ製デラックスエアロールＨ３８Ｆタイプ）が好ましく用いられる。
【００１３】
本発明で用いられる熱融着性繊維は、融点が２００℃以下で、かつ前記した高融点繊維の融点より低い融点を有するものであり、単一ポリマー型や共重合型の繊維のいずれでもよい。このようなものとしては、テレフタル酸／イソフタル酸のモル比が８０／２０〜６０／４０の共重合したポリエステル繊維、ポリエチレン繊維等が挙げられる。また、芯にポリプロピレン、鞘にポリエチレンを配したもの、芯にポリエチレンテレフタレート、鞘にイソフタル酸を２０〜４０モル％を共重合した低融点ポリエステルを配した芯鞘複合型の熱融着性繊維は最も有効に用いられる。これは、繊維間の接着点を芯部の高融点繊維によって連鎖状につなぎ合わせる状態となり、外力等によって変形や損傷の少ない耐久性の高いものとなる。
【００１４】
本発明における繊維束は、上記した高融点繊維が５〜８０重量％と、上記した熱融着性繊維が９５〜２０重量％混繊されたものである。高融点繊維の比率が５重量％以下になると繊維束表面からでる毛羽が少なくなり、濾過効果が低下する。また、８０重量％を超えると熱融着繊維による接着力が小さくなり、逆洗等により流動させたときに表面から脱落する繊維が多くなり、長期間の使用時の耐久性に問題が生じてくる。
【００１５】
本発明における繊維束の太さは、繊維束１ｍ当たりの重量として１〜２０ｇであることが好ましく、さらに２〜１２ｇであることが好ましい。１ｍ当たりの重量が１ｇ未満であると、撚りを与えて熱処理した繊維束の直径が細くなり、濾床より抜け出る場合があり好ましくない。また１ｍ当たりの重量が２０ｇを超えると繊維束の直径が太くなって濾材間の隙間が大きくなり、十分な濾過効果が得られない場合があり、好ましくない。
【００１６】
本発明の水処理用濾材は、上記した繊維束からなるものであって、繊維間は接着固定され、１ｍ当たり１０〜１００回、好ましくは２０〜８０回の撚りが掛かっており、さらに繊維束表面に毛羽が形成されている棒状繊維束を切断したものである。
この、撚りを掛けることによって繊維束内部の高融点繊維と熱融着性繊維が互いに交錯して接着されるため接着点が多くなり、外力によって変形や損傷等の少ない耐久性の高いものとなる。
本発明の水処理用濾材における繊維間の接着固定は、後述する熱処理により容易に形成することができる。
【００１７】
上記棒状繊維束を切断する切断長は、使用される濾過装置及び濾過条件に応じた長さにすることが好ましく、濾床からの抜け出しや、逆洗時の流動不良等の支障がないもので、濾過塔の形状、濾材の積層高さ、原水の水質、処理水の水質、濾過速度、圧力損失、濾過継続時間等の諸条件に適した大きさを選択すればよい。
一般的には、直径（太さ）と長さ（切断長）を等しくすることが積層斑を少なくする上で好ましいが、本発明の濾材の場合は柔軟性や断面形状等によって、切断長は直径の０．５〜５倍程度が好ましい。
【００１８】
次に本発明の水処理用濾材の製造法の一例について説明する。
まず、高融点繊維と熱融着性繊維とを混繊して繊維束を作製する。その際、これらを短繊維の綿状として混綿し、紡績用カード機でスライバー状とする。
次に繊維束に撚りを掛けることになるが、撚りを掛けた後に熱処理を施してもよいし、また、撚りを掛けると同時に熱処理をしてもよい。繊維束に撚りを掛ける方法としては、練条機を通したスライバーを紡績用の粗紡機を利用したり、また、縄製造装置等の様な繊維束に撚りを付与できる装置を利用して所定の撚りを付与することができる。熱処理する方法としては、熱融着性繊維の融点より２０〜５０℃高い熱風を繊維束に吹き掛けることにより、数秒間で繊維束内部まで均一に熱処理することができる。
【００１９】
一方、撚りと熱処理を同時に行う場合には、ほとんど撚りの無い繊維束、例えば、紡績工程で得られるカード工程や練条工程を経た、引き揃えられたスライバー状の繊維束を熱雰囲気中から冷却装置を経た後、仮撚り装置でスライバーを回転することにより、スライバーへの撚りの力が熱雰囲気中に伝わり、撚りが掛かる状態となる。このようにして撚りが掛けられると同時に熱雰囲気中で熱融着繊維を溶融接着させ、次いで冷却装置で急冷することにより、撚りを固定した状態の繊維束とすることができる。この場合、カード機で得られるスライバーを直接使用してもよいが、太さ斑を少なくするため、紡績用の練条機を通したスライバーを使用する方が好ましい。
【００２０】
製造工程において最も重要なことは、繊維束を熱処理機に供給し、冷却されるまでの間、繊維束表面に外力を加えないことである。
熱処理された繊維束表面の熱融着性繊維は、溶融に伴って繊維束内部方向に収縮する。このため、熱収縮率の低い高融点繊維が繊維束表面に羽毛状の毛羽となって残り、芯部が硬く表面が柔らかい棒状繊維束ができる。この羽毛状の毛羽の大部分は、繊維束表面よりループ状に突出し、その両端は、繊維束中に埋め込まれた状態で接着固定されており、抜け出たり脱落の少ない繊維束となる。
熱処理された繊維束表面にガイド等により外力を加えると、毛羽を形成するべき高融点繊維が、繊維束内部の熱融着繊維で固定され、平滑な表面となり好ましくない。
【００２１】
最後に、この棒状繊維束を通常用いられる切断法により、所定の長さに切断する。
以上のようにして本発明の水処理用濾材を製造することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
高融点繊維として、融点２５５℃、沸水熱収縮率０．５％の極限粘度の異なる２種のポリエチレンテレフタレートを用いたサイドバイサイド型複合ポリエステル繊維（６デニール）を３０重量％用いた。熱融着繊維として、融点１６０℃のユニチカ製のキャスベン７０８０タイプ（４デニール）を７０重量％用いた。これらを混綿して紡績用カード機、練条機を通し、１ｍ当たり３ｇの重量のスライバーを得た。このスライバーを紡績用粗紡機に通して、１ｍ当たり２０回の撚りを掛けて巻き取った。この繊維束は、１ｍ当たりの重量が３．５ｇであった。
【００２３】
次に、この繊維束に２００℃に加熱された空気を吹き掛け熱融着繊維を溶融した後、冷却し毎分１．２ｍの速度で引取り棒状の繊維束を得た。得られた棒状繊維束の表面は、図１に示したごとく、羽毛状、ループ状の毛羽を有していた。この棒状繊維束を１０ｍｍに切断し、粒状の水処理用濾材Ａとした。この水処理用濾材Ａの直径は６．５ｍｍで１Ｌ当たりの重量は９０ｇであった。
【００２４】
この濾材Ａを直径２５ｃｍの濾過塔に高さ１ｍになるように積層し、濾過開始時の液面が１．２ｍになるように処理水の取り出し位置を調整し、活性汚泥処理された生活排水を原水として、１時間当たり３３ｍの速度で下降流で通水した。通水を１１．５時間、逆洗を０．５時間とするサイクルで１ヵ月間自動運転し、濾材投入時と１ヵ月経過後の濾過性能を調査した。
【００２５】
濾過性能の評価は、濾材投入時から１時間毎の原水と処理水の１Ｌ当たりのＳＳ量（浮遊及び懸濁物質等の固形分重量）を測定した。また、１ヵ月繰り返し使用した濾材の逆洗を行った後の１時間毎の原水と処理水のＳＳを測定した。測定時間毎の原水のＳＳと処理水のＳＳから次式により除去率を求め、１１回分のＳＳ除去率の平均値を表１に示した。
ＳＳ除去率＝（原水ＳＳ−処理水ＳＳ）÷原水ＳＳ×１００％
この平均除去率が濾材投入時に対して、１ヵ月使用後で変化があるか調べた。
【００２６】
【表１】
0003621000.tif 000002
【００２７】
実施例２
実施例１で用いた練条機を通した１ｍ当たり３ｇのスライバーを用いて、熱処理装置、冷却装置、仮撚り装置、繊維引取り装置の順に配した設備に供給し、仮撚り装置で繊維束を１分間当たり６０回回転させ、２００℃の熱風を吹き込む熱処理装置で熱風を吹き掛けた。熱風で繊維束が柔らかくなった部分に撚りが掛かった後、冷風により撚りを固定し毎分１．２ｍの速度で引き取った。得られた棒状繊維束の表面は、実施例１で得られた繊維束と同様、羽毛状、ループ状の毛羽を有していた。
この棒状繊維束を１０ｍｍに切断し、粒状の水処理用濾材Ｂとした。水処理用濾材Ｂの直径は６．０ｍｍで１Ｌ当たりの重量は１００ｇであった。
【００２８】
比較例１
実施例１で用いた練条機を通した１ｍ当たり３ｇのスライバーを用いて、２００℃の熱風で処理し、熱処理機出口に直径８ｍｍの円形口金を通して冷却し１分間１．２ｍの速度で引き取った。得られた棒状繊維束の表面は、滑らかで羽毛状、ループ状の毛羽はまったく見られなかった。
この棒状繊維束を１０ｍｍに切断し、粒状の水処理用濾材Ｃとした。水処理用濾材Ｃの直径は９．０ｍｍで１Ｌ当たりの重量は５０ｇであった。
【００２９】
比較例２
融点２５５℃のポリエチレンテレフタレートのポリマーを、紡糸口金より押し出し、毎分３５００ｍの速度で引き取った糸に、機械捲縮を施した後、切断し綿状とした。この繊維の繊度は６デニールで、沸水収縮率は３４％であった。
この繊維を高融点繊維として３０重量％、熱融着性繊維として融点１６０℃のユニチカ製キャスベン７０８０タイプの４デニールを７０重量％を混繊し実施例１と同一条件で１ｍ当たりの重量が３．５ｇの撚りのある繊維束を得た。
この繊維束を実施例１と同一条件で熱処理冷却し、引取り、棒状の繊維束とした。得られた棒状繊維束は細くなり、表面は滑らかで羽毛状、ループ状の毛羽はまったく見られなかった。
この棒状繊維束を１０ｍｍに切断し、粒状の水処理用濾材Ｄとした。水処理用濾材Ｄの直径は４．５ｍで１Ｌ当たりの重量は１４０℃であった。
【００３０】
実施例２、比較例１及び比較例２で得られた水処理用濾材Ｂ、Ｃ、Ｄを実施例１と同様の濾過塔にそれぞれ充填し、実施例１と同一条件に設定し、実施例１に用いた原水を分配して、濾過試験を行った。この濾過試験結果を表１に示す。
【００３１】
１ヵ月使用し、逆洗した後の水処理用濾材Ａ〜Ｄを濾過塔から取り出して調べたところ、いずれの濾材も繊維束内部は浮遊物や懸濁物質及び微生物と思われるものが詰まった状態で着色していた。特に、水処理用濾材Ｃは濾材内部の繊維密度が低いため、新品時のＳＳ除去率は高かったが、１ヵ月使用後、濾材内部に多量の詰まり物があり、逆洗では詰まり物を取り除くことができず、新品時に比してのＳＳ除去率は極端に低下した。
表面毛羽を有する水処理用濾材Ａ、Ｂは１ヵ月使用してもＳＳ除去率の低下はほとんどなかった。
表面毛羽がなく、１Ｌ当たりの濾材重量（嵩密度）の高いＤは新品時から濾過性能が悪かった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の水処理用濾材は、濾材表面において、高融点繊維が羽毛状、ループ状に突出しているので、被濾過水中の浮遊物や懸濁物質が繰り返し濾過のための逆洗によって、簡単に取り除くことが出来、長期間の使用によって濾過性能が低下することもないものとなる。また、羽毛状、ループ状の毛羽は、撚りが掛けられた状態で繊維束内部に接着固定されているため、抜け出ることもなく耐久性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理用濾材の一例を示す斜視図である。
【図１】
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