(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過膜を濾材としたプリーツ型カートリッジフィルタからなる濾過エレメントを備え、前記濾過膜に被処理水を通水することにより該濾過膜で被処理水中の不溶解性物質を捕捉する濾過装置による濾過方法であって、濾過処理の途中で、濾過処理により濾過膜上に生成した濾過ケーキを、適宜な時間間隔をおいて乾燥させ、該濾過ケーキを濾過膜に付着させたまま、再び該濾過膜に被処理水を通水して濾過処理を続行することを特徴とする濾過膜を用いた濾過装置による濾過方法。
【請求項２】
被処理水が復水である請求項１に記載の濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濾過膜を濾材とした濾過エレメントを備え、濾過膜に被処理水を通水することにより濾過膜で被処理水中の不溶解性物質を捕捉する濾過装置による濾過方法に関し、さらに詳述すると、濾過処理により濾過膜上に生成した濾過ケーキの平均比抵抗を低減して、濾過膜の濾過寿命を長くすることができる濾過方法に関する。本発明の濾過方法は、火力発電所復水、原子力発電所復水、一般産業復水、工業用水、一般産業希薄排水等の濾過処理を行う濾過装置、例えばプリーツ型カートリッジフィルタを用いた濾過装置に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、火力発電所や原子力発電所では、発電機の駆動に使用した蒸気を復水器で水に戻してボイラーに再供給する復水系において、復水を濾過処理するための濾過装置として、使い捨てタイプのプリーツ型カートリッジフィルタを用いたものが使用されている。プリーツ型カートリッジフィルタとは、濾過エレメントの単位容積当たりの濾過膜面積を増大するために、不織布からなる濾過膜をプリーツ状に折り曲げて多数のひだを有する円筒状に成形し、その内外面を金属多孔板等で補強した構造のフィルタである。
【０００３】
プリーツ型カートリッジフィルタのように不織布を濾過膜とする濾過エレメントは、濾過膜に付着した濾過ケーキを逆洗で除去することが困難であるため、使い捨て式の使用法となる。そのため、このような不織布を濾過膜とした使い捨てタイプの濾過エレメントでは、濾過膜の濾過寿命が製品価値上の大きな要素であり、この濾過膜の長寿命化を図るために、これまで例えば下記▲１▼〜▲４▼のような工夫がなされてきた。▲１▼〜▲３▼は濾過エレメントの構造上の工夫であり、▲４▼は濾過エレメントの用法上の工夫である。
【０００４】
▲１▼濾過エレメントの単位容積当たりの濾過膜面積の増大。
▲２▼濾過膜の複層化構造等による膜面有効利用率の増大、すなわちデッドエリアの低減。
▲３▼濾過膜の厚さ、目開き、繊維径の最適化による捕捉不溶解性物質の単位重量当たりの差圧上昇速度の低減。
▲４▼濾過膜の膜面に予め比較的大径の粒子をコーティングし（プリコーティング）、このプリコーティング層に体積濾過的機能を付与することによる捕捉不溶解性物質の単位重量当たりの差圧上昇速度の低減。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プリーツ型カートリッジフィルタ等の濾過膜における濾過機構は、濾過膜と共に濾過ケーキ層（濾過膜に捕捉された不溶解性物質の層＝濾滓）も濾材として機能するいわゆる「ケーキ濾過」（濾滓濾過）である。このケーキ濾過では、濾過差圧（濾過抵抗）の発生原因の主な部分は「濾過ケーキ層」であるため、「濾過ケーキの平均比抵抗」が濾過差圧をほぼ支配している。濾過ケーキの平均比抵抗とは、濾過ケーキの単位重量当たりの濾過抵抗で、この値が低いほど濾過ケーキ層で発生する濾過差圧は小さくなる。したがって、濾過ケーキが生成した後において濾過ケーキの平均比抵抗を小さくすることができれば、濾過差圧を低減して濾過膜の濾過寿命を長くすることが可能となる。
【０００６】
しかし、前述した▲１▼〜▲４▼の技術は、いずれも、濾過ケーキが生成した後において濾過ケーキの平均比抵抗を低減させるものではない。すなわち、▲１▼及び▲２▼の技術は、濾過ケーキの平均比抵抗がいかなる値であれ、濾過面積が大きいほど濾過膜の単位面積当たりのケーキ重量は小さくなるので、その分濾過差圧は減少するという発想によるものである。▲３▼及び▲４▼の技術は、ケーキ層をリークした不溶解性物質によって濾過膜自体が目詰まりを起こすことを防止するものである。
【０００７】
したがって、濾過ケーキの生成後において、何らかの方法で濾過ケーキの平均比抵抗をより小さくすることができれば、従来行われていなかった手法で濾過膜の濾過寿命を長くすることができることになる。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、濾過ケーキの生成後において、濾過ケーキをその平均比抵抗がより小さいものに改質し、これによって濾過膜の濾過寿命をより長くすることができる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために種々研究を行った結果、濾過ケーキの生成後に濾過ケーキを乾燥させた場合、濾過ケーキの性状が変化し、濾過ケーキが平均比抵抗のより小さい物質に改質されることを知見した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、濾過膜を濾材としたプリーツ型カートリッジフィルタからなる濾過エレメントを備え、前記濾過膜に被処理水を通水することにより該濾過膜で被処理水中の不溶解性物質を捕捉する濾過装置による濾過方法であって、濾過処理の途中で、濾過処理により濾過膜上に生成した濾過ケーキを、適宜な時間間隔をおいて乾燥させ、該濾過ケーキを濾過膜に付着させたまま、再び該濾過膜に被処理水を通水して濾過処理を続行することを特徴とする濾過膜を用いた濾過装置による濾過方法を提供する。
【００１０】
濾過ケーキを乾燥させたときに濾過ケーキが平均比抵抗のより小さい物質に改質される理由は明らかでないが、例えば次のような理由が推定される。すなわち、表１は種々の物質からなる濾過ケーキの平均比抵抗を示したもので、平均比抵抗が１０11オーダーまでのケーキは濾過抵抗が小さく、１０12〜１０13オーダーのものは濾過抵抗が中程度、１０13オーダーを超えるものは難濾過性といわれる。同表から分かるように、例えば希薄な鉄の微粒子が主要な濾過対象であるような濾過において、水酸化第２鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）のケーキの平均比抵抗は１．５×１０13ｍ／ｋｇと大きいのに対して、酸化第２鉄（Ｆｅ2Ｏ3）のケーキの平均比抵抗は８．０×１０11［ｍ／ｋｇ］と約１／２０なので、水酸化第２鉄のケーキが濾過差圧増大の主要因になっているケースにおいては、ケーキを乾燥することで水酸化第２鉄が酸化第２鉄に変化すれば、ケーキの平均比抵抗は大幅に小さくなる。
【００１１】
【表１】
0003679894.tif 000002
【００１２】
また、ゲルとゾルとの中間体のような柔軟で粘性の高い物質がケーキ内に存在すると、ケーキの平均比抵抗は著しく増大する。しかし、ケーキを乾燥することにより上記物質が非可逆的に固体状物質に変化すれば、 ケーキの平均比抵抗は大幅に小さくなる。
【００１３】
いずれにしても、乾燥することによりケーキの組成物質がより平均比抵抗の小さい物質に非可逆的に変化する場合には、本発明は有効である。また、乾燥によって平均比抵抗が小さくなる変化がたとえ可逆的であったとしても、乾燥処理前の状態に戻るのに長時間を要する場合には、その間は濾過差圧の低減が図られるので本発明は有効である。
【００１４】
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明を適用できる濾過装置は、濾過膜を濾材とした濾過エレメントを備えた濾過装置であって、濾過膜上に濾過ケーキを生成させて濾過処理を行う方式の濾過装置である。このような濾過装置としては、濾過エレメントとしてプリーツ型カートリッジフィルタを用いた濾過装置が挙げられる。
【００１５】
本発明では、濾過処理により濾過膜上に生成した濾過ケーキを、適宜な時間間隔をおいて乾燥させる。すなわち、濾過エレメントの使用開始後、適当な時間が経過したときに濾過膜上に生成した濾過ケーキを乾燥させる。上記時間は、例えば、半年〜３年程度とする。また、本発明では、前回の濾過ケーキの乾燥から適当な時間が経過したときに濾過ケーキを乾燥させることができる。濾過ケーキの乾燥は、濾過ケーキ中に含まれる水分が大気中の水分と平衡となる程度に行えばよい。なお、火力発電所や原子力発電所の復水系では、１年に１回程度濾過装置の点検を行うため、この点検時に濾過ケーキの乾燥を行うようにしてもよい。本発明では、濾過ケーキの乾燥後、該濾過ケーキを濾過膜に付着させたまま、再び該濾過膜に被処理水を通水して濾過処理を続行する。
【００１６】
濾過ケーキを乾燥させる方法は任意に選択することができるが、例えば下記の方法を採用することができる。
（１）自然乾燥
濾過装置内から水を抜き、濾過エレメントを濾過装置内に装着したまま、マンホール（人が濾過装置内に出入りするための出入口）等の開口部を開放して自然乾燥させるか、濾過エレメントを濾過装置外に取り外し、濾過装置外で自然乾燥させる。
【００１７】
（２）加熱乾燥
濾過装置内から水を抜き、濾過エレメントを濾過装置内に装着したまま、濾過エレメントに熱源から熱を供給して加熱乾燥させるか、濾過エレメントを濾過装置外に取り外し、濾過装置外で濾過エレメントに熱源から熱を供給して加熱乾燥させる。
【００１８】
（３）送風乾燥
濾過装置内から水を抜き、濾過エレメントを濾過装置内に装着したまま、濾過エレメントに送風機により風を供給して乾燥させるか、濾過エレメントを濾過装置外に取り外し、濾過装置外で濾過エレメントに送風機により風を供給して乾燥させる。前者の場合には、マンホール等の開口部から濾過エレメントに風を供給してもよく、濾過装置に送風ダクトを設置してもよく、被処理水流入配管あるいは処理水流出配管を送風ダクトとして利用してもよい。
【００１９】
（４）熱風乾燥
濾過装置内から水を抜き、濾過エレメントを濾過装置内に装着したまま、濾過エレメントに熱源を有する送風機により熱風を供給して乾燥させるか、濾過エレメントを濾過装置外に取り外し、濾過装置外で濾過エレメントに熱源を有する送風機により熱風を供給して乾燥させる。前者の場合には、マンホール等の開口部から濾過エレメントに風を供給してもよく、濾過装置に送風ダクトを設置してもよく、被処理水流入配管あるいは処理水流出配管を送風ダクトとして利用してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用する濾過装置の一例を示す。本装置において、２は濾過容器を示す。濾過容器２は、下側部分４と上側部分６とをその間に仕切板８を介在させた状態で連結することにより作製されており、したがって濾過容器２の内部は仕切板８によって下室１０と上室１２とに区画されている。また、濾過容器２の下部には下室１０に連通する被処理水入口１４、ドレン口１６及び人が濾過容器２内に出入りするためのマンホール１８が設けられているとともに、濾過容器２の上部には上室１２に連通する処理水出口２０が設けられている。
【００２１】
濾過容器２の内部には、多数のプリーツ型カートリッジフィルタ２２が設置されている。このフィルタ２２は、図２及び図３に示すように、最内側に設けられた、ステンレス鋼パンチングプレート等の金属製多孔板やポリプロピレン等の合成樹脂製多孔板等からなる円筒状の集水用コア３０と、その外側に順次多層状に配置された円筒状のサポートネット３２、濾過膜３４及びマイクロスパンボンド３６とを備えており、上記サポートネット３２、濾過膜３４及びマイクロスパンボンド３６によって濾過体３８が構成されている。マイクロスパンボンド３６は濾過膜３４への均等通水を確保する機能及び濾過膜３４表面に形成されたケーキ層を固定、保持する機能、濾過膜３４は被処理水中の不溶解性物質を捕捉する機能、サポートネット３２は濾過膜３４の透過水の通水路を確保する機能及び濾過膜３４の構造強度を補強する機能を有している。また、最外側には、全体を保護するためにステンレス鋼製や合成樹脂製等のネットからなる円筒状のプロテクタ４０が設けてある。プロテクタ４０の両端部にはエンドプレート４４及び４６が装着されているとともに、濾過体３８の両端部は上記エンドプレート４４及び４６に接着剤シール４２によって水密に接合されている。なお、図中４８はコア３０の補強リングを示す。
【００２２】
前記のサポートネット３２、濾過膜３４及びマイクロスパンボンド３６は、それぞれプリーツ状に成形され、長手方向に延びるひだを有する。濾過膜３４及びマイクロスパンボンド３６にはポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布、あるいはポリスルホン膜等が使用され、サポートネット３２には例えばポリエチレン成形品が使用される。濾過膜３４の目開きは、用途に応じて適宜選択でき、通常、例えば目開きは０．５〜数μｍ程度で、濾過面積は２〜７ｍ2程度である。
【００２３】
本例のプリーツ型カートリッジフィルタ２２では、被処理水はフィルタ２２の外側からプロテクタ４０及びマイクロスパンボンド３６を経て濾過膜３４に達し、そこで被処理水中の不溶解性物質が捕捉される。濾過後の処理水はサポートネット３２及びコア３０を経て上側のエンドプレート４６に形成された濾過水出口５０から外部に流出する。本例の濾過装置では、このプリーツ型カートリッジフィルタ２２の２本を直列に接続し、上側のプリーツ型カートリッジフィルタ２２の上部を前記仕切板８に固定してある。ただし、プリーツ型カートリッジフィルタ２２の接続本数は３本以上としてもよく、長い１本のプリーツ型カートリッジフィルタを使用してもよい。
【００２４】
本例の濾過装置によって火力発電所や原子力発電所の復水等の被処理水の濾過処理を行う場合、濾過容器２の被処理水入口１４から下室１０内に所定圧力で被処理水を導入する。これにより、被処理水はプリーツ型カートリッジフィルタ２２で濾過され、濾過後の処理水が上室１２内に流出し、さらに被処理水出口２０から濾過容器２外に排出される。
【００２５】
本発明では、前記濾過処理を行っている途中で、濾過膜３４上に生成した濾過ケーキを、適宜な時間間隔をおいて乾燥させる。すなわち、プリーツ型カートリッジフィルタ２２の使用開始後、適当な時間（例えば１〜３年）が経過したときに濾過膜３４上に生成した濾過ケーキを乾燥させたり、前回の濾過ケーキの乾燥から適当な時間（例えば１〜３年）が経過したときに濾過ケーキを乾燥させたりする。この場合、濾過ケーキの乾燥方法としては、前記自然乾燥、加熱乾燥、送風乾燥、熱風乾燥等を採用することができる。自然乾燥は、例えば、下室１０内の水をドレン口１６から排出し、上室１２内の水を処理水出口２０から排出した後、マンホール１８を開放することにより行うことができる。上述のような乾燥処理終了後、再び下室１０内に被処理水を導入して被処理水の濾過を再開する。
【００２６】
なお、本発明において、プリーツ型カートリッジフィルタの構造は上記例に限定されるものではない。すなわち、本発明でいうプリーツ型カートリッジフィルタの必須要件は、プリーツ状に折り曲げられて多数のひだを有する濾過膜を備え、該濾過膜によって被処理水を濾過することであり、その他の構成は適宜選択することができる。また、上記例の濾過装置は上向流方式としたが、下向流方式としてもよい。
【００２７】
【実験例】
図１に示した濾過装置２基を用い、同じ火力発電所復水の濾過処理を同じ条件でそれぞれ行った。１年以上が経過して両濾過装置の濾過差圧が０．１８ｋｇｆ／ｃｍ2に到達した段階で、一方の装置の運転を停止し、点検を兼ねて濾過エレメントを濾過装置から取り出し、濾過エレメントを室内に放置して約１０日間自然乾燥させた。その後、濾過エレメントを濾過装置に再装着して濾過処理を再開した。また、他方の装置は、前記一方の装置の運転停止と同時に運転を停止し、比較のためその後濾過容器内を満水にしたまま保持し、一方の装置の運転再開と同時に運転を再開した。
【００２８】
図４に両濾過装置の濾過差圧の経過を示す。なお、図４において横軸を捕捉鉄量としているのは、火力発電所復水中に含まれる不溶解性物質はほとんどが酸化鉄、水酸化鉄等の鉄化合物だからである。図４より、ケーキの乾燥を行わなかった濾過装置は、運転再開時の濾過差圧が運転再開前と同じレベルを示し、かつその後濾過差圧は運転再開前とほぼ同じ上昇速度で上昇したことが分かる。
【００２９】
これに対し、ケーキの乾燥を行った濾過装置は、運転再開時の濾過差圧は０．１０ｋｇｆ／ｃｍ2とケーキ乾燥前の５６％に低下し、その後の差圧上昇速度もケーキの乾燥を行わない濾過装置より小さかった。すなわち、ケーキの乾燥を行わない濾過装置の運転再開後の差圧上昇速度は捕捉鉄量１ｇ／ｍ2−膜当たり０．００５３ｋｇｆ／ｃｍ2であったのに対して、ケーキの乾燥を行った場合は同速度が０．００３１８ｋｇｆ／ｃｍ2（ケーキ乾燥処理前の６０％）に減少した。また、ケーキの乾燥を行った濾過装置は、運転を再開したときに濾過水の水質は悪化しなかった。
【００３０】
本実験により、本発明によれば、濾過ケーキの生成後において、濾過ケーキをその平均比抵抗がより小さいものに改質して、濾過膜の濾過寿命を長くすることができることが分かった。また、本実験により、本発明は、火力発電所、原子発電所等の、不溶解性物質として鉄化合物を含む復水の濾過処理を行う濾過装置に特に好適に使用できることが分かった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、濾過膜を濾材とした濾過エレメントを備え、濾過膜に被処理水を通水することにより濾過膜で被処理水中の不溶解性物質を捕捉する濾過装置で濾過処理を行うに当たり、濾過処理によって濾過膜上に濾過ケーキが生成した後において、濾過ケーキをその平均比抵抗がより小さいものに改質し、これによって濾過膜の濾過寿命をより長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する濾過装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】プリーツ型カートリッジフィルタの一例を示す一部切り欠き正面図である。
【図３】同フィルタの一部展開斜視図である。
【図４】図１の装置で復水の濾過処理を行った場合における捕捉鉄量と濾過差圧との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
２  濾過容器
１４  被処理水入口
１６  ドレン口
１８  マンホール
２０  処理水出口
２２  プリーツ型カートリッジフィルタ
３０  コア
３４  濾過膜
４０  プロテクタ
５０  濾過水出口
【図１】
0003679894.tif 000003
【図２】
0003679894.tif 000004
【図３】
0003679894.tif 000005
【図４】
0003679894.tif 000006