(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成したプリコート濾過装置を用いるプリコート濾過方法において、
直径が１ｍｍ以下のマイクロバブル存在下で濾過助剤を供給して前記プリコート層を形成するマイクロバブルプリコート工程を少なくとも１回有することを特徴とするプリコート濾過方法。
【請求項２】
前記マイクロバブルプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を少なくとも１回有することを特徴とする請求項１に記載のプリコート濾過方法。
【請求項３】
プリコート時に直径が１ｍｍ以下のマイクロバブルを濾過助剤とともに濾過材に対して供給するマイクロバブル供給手段を有することを特徴とするプリコート濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過処理能力の高いプリコート濾過方法、及び、プリコート濾過装置、に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリコート濾過は、濾過材表面に濾過助剤をプリコートすることにより、高精度な濾過を、繰り返し行うことができる濾過方式であり、めっきなどの表面処理分野をはじめ幅広い分野で用いられている。しかし、洗浄時に洗浄廃液及び使用済濾過助剤が洗浄排出物となり、その最終処理が問題となる場合がある。
【０００３】
洗浄排出物の低減を図るために粒子捕捉量を増加させるという技術課題があり、これに対して様々な検討が行われているものの、現状、効果的な解決方法がなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５８２０８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、粒子捕捉量が多く、濾過処理能力の高いプリコート濾過方法、及び、プリコート濾過装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプリコート濾過方法は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、濾過材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成したプリコート濾過装置を用いるプリコート濾過方法において、直径が１ｍｍ以下のマイクロバブル存在下で濾過助剤を供給して前記プリコート層を形成するマイクロバブルプリコート工程を少なくとも１回有することを特徴とするプリコート濾過方法である。
【０００７】
本発明のプリコート濾過方法は請求項２に記載の通り、請求項１に記載のプリコート濾過方法において、前記マイクロバブルプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を少なくとも１回有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のプリコート濾過装置は、請求項３に記載の通り、プリコート時に直径が１ｍｍ以下のマイクロバブルを濾過助剤とともに濾過材に対して供給するマイクロバブル供給手段を有することを特徴とするプリコート濾過装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のプリコート濾過方法によれば、特別な材料や薬剤を用いることなく、従来のプリコート濾過方法に比べ著しく高い濾過処理能力を得ることができ、その結果、相対的に濾過助剤の使用量を減少させるとともに逆洗浄の必要回数を減らせるので濾過休止時間を短縮させて濾過工程の高効率化が可能となるとともに、さらに、用水、濾過助剤など使用量とこれらが使用された結果生じる廃出物との減少によるコスト低減を実現することが可能となる。
【００１０】
本発明のプリコート濾過装置によれば、上記の本発明の、高効率で低コストなプリコート濾過方法を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明に係るプリコート濾過装置の一例を示すモデル図である。
【図２】図２は実施例で用いた微細気泡発生装置によって発生されるマイクロバブルの泡径の分布を示すグラフである。
【図３】図３は実施例１、実施例２及び比較例における濾過時間と濾過差圧との関係を示した図である。
【図４】図４は実施例１、実施例２及び比較例における濾過差圧と漏れ流指数との関係を示した図である。
【図５】比較例でのプリコート層とケーク層との断面を示した写真である。
【図６】実施例１でのプリコート層とケーク層との断面を示した写真である。
【図７】実施例２でのプリコート層とケーク層との断面を示した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において、マイクロバブルとは直径が１ｍｍ以下の気泡を指す。この範囲よりも大きい気泡の場合には気泡がプリコート層内に取り込まれず、本発明の効果が得られにくい。なお、少量であれば１ｍｍ以上の大きい気泡が含まれていても良い。
【００１３】
気泡を構成する気体としては安価に入手できるために通常、空気を用いるが、より不活性な気体、例えば窒素、炭酸ガス、あるいは、希ガスを用いることもできるが、さらに必要に応じて酸素やオゾンなどの酸化性を有するガスを用いることができる。
【００１４】
このようなマイクロバブルは通常、水を分散媒として、これに分散された状態で供給され、やはり水などの分散媒中に分散された濾過助剤に供給され、混合される。このために、従来のマイクロバブルなしでのプリコートに必要な時間とほぼ同様の時間でプリコートを完了することができる。なお、濾過対象液の水による希釈を避ける場合には、濾過対象液を上記分散媒として用いることができる。
【００１５】
上記のような水に分散されたマイクロバブルは、ニクニ社などから入手される微細気泡発生装置（マクロバブルジェネレータ）を用いることにより容易に得ることができる。このような微細気泡発生装置により得られる、濃密にマイクロバブルが分散された水はミルク状に視認される。ここで水に分散されたマイクロバブルは発生後長時間経過すると失われてしまうので、微細気泡発生装置をプリコート濾過装置の近くに備えるか、あるいは、ポンプ型の微細気泡発生装置の場合には濾過器への送液ポンプとして用いるようにすることが好ましく、後者の場合には装置全体がコンパクト化するとともに、装置コストも下げることができる。
【００１６】
濾過助剤は一般的なものを用いることができる。例えば珪藻土、セルロース、パーライト、活性炭などが挙げられ、濾過目的に応じて従来通りに粒度を選択する。すなわち、マイクロバブル併用によっても用いる濾過助剤の流動を変更する必要はない。このため、濾過助剤の粒度範囲は通常１００μｍ以下とし、この範囲の下限は併用する濾過材の種類に応じて適宜選択する。また、１回当たりのプリコートに用いる濾過助剤の使用量も、マイクロバブルなしの従来の条件と同等ないし同等程度とする。このように、本発明におけるプリコートはマイクロバブルを併用して行う（以下、「マイクロバブルプリコート工程」とも云う）が、マイクロバブルを併用する以外はマイクロバブルなしの従来のプリコート濾過方法をそのまま適用することができ、このために極めて容易に実施することができる。
【００１７】
マイクロバブルを分散する分散媒と濾過助剤（が分散された分散媒）との好適な混合比率はあらかじめ検討して定める。濾過助剤に対してマイクロバブルが少なすぎると本発明の効果が十分には得られにくく、マイクロバブルの量が多すぎると濾過時に漏れ粒子が多くなって十分な濾過が行われない恐れがある。
【００１８】
本発明においてマイクロバブルプリコート工程は１回だけ行っても良いが、複数回行っても良く、このように複数回、マイクロバブルプリコート工程を行うことで濾過精度が向上する。
【００１９】
このようなマイクロバブルプリコート工程により形成されるプリコート層は深層濾過のように、プリコート層表面のみならずプリコート層内部でも除去対象粒子を捕捉する。このために、特に精密濾過が求められる場合には、マイクロバブルプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を実施することにより対応することができる。このとき、助剤単独プリコート工程で用いる濾過助剤量とマイクロバブルプリコート工程で用いる濾過助剤量とはあらかじめ検討して決定するが、例えばこれらの比を１対１とし、総量をマイクロバブルなしの従来のプリコート濾過と同等ないし同等程度とすることにより本発明の効果が十分得られ、かつ、助剤単独プリコート工程を行わない場合に比べ、精度良い精密濾過が可能となる。
【００２０】
上記助剤単独プリコート工程は１回だけであっても良く、複数回行っても良い。
【００２１】
本発明のプリコート濾過方法はめっき、金属処理剤をはじめ、食品・化学分野など、プリコート濾過方法が応用される一般的な分野に応用することができる。
【００２２】
次に図１を用いて本発明に係るプリコート濾過装置について説明する。
【００２３】
本発明に係るプリコート濾過装置の一例Ａには混合装置混合槽１、混合装置混合槽１内の各種液を均一になるよう攪拌するための攪拌羽根２ｂ及びこの攪拌羽根２ｂを回転駆動するためのモータ２ａから構成された攪拌装置２、微細気泡発生装置（この例ではニクニ社製Ｍ２０ＮＰ０７Ｆ０２Ｈ−Ｄ、加圧水流量１．３ｍ3／時、モータ動力０．７５ｋＷ。渦流タービンポンプを用いた加圧溶解式。図２にこの微細気泡発生装置３によって発生されるマイクロバブルの泡径の分布を示した。）３、内部に濾過材４ａを備えた濾過器（濾過面積：０．４５ｍ2、方線濾過材、濾過流量１ｍ3／時）４、混合槽１内の混合液を濾過器４へ送出する送液ポンプ５、及び、図示しない濾過助剤を混合槽１へ供給する濾過助剤供給ラインＬ９（この例では濾過助剤は１回のプリコートに株式会社三進製作所製濾過助剤プレライト＃４を４００ｇ供給している）を備えている。
【００２４】
さらに、プリコート濾過装置Ａには混合槽１の内部の混合水を微細気泡発生装置３に供給するための微細気泡発生装置供給ラインＬ３ａ、微細気泡発生装置３にマイクロバブル形成用の気体（実施例では空気を用いた）を供給する気体供給ラインＬ３ｃ（この例では供給量は２Ｌ／分に設定されている）、微細気泡発生装置でマイクロバブルが分散された水（混合水）を混合槽１へ供給するためのマイクロバブル分散水供給ラインＬ３ｂ（この微細気泡発生装置１は送液ポンプ機能を有している）、混合槽１中の混合水を送液ポンプ５へ供給するための混合水送液ポンプ供給ラインＬ４ａ（バルブＬ４ａｂを備える）、送液ポンプ５からの混合水を濾過器４へ供給する、混合水濾過器供給ラインＬ４ｃ（バルブＬ４ｃｂを備える）、濾過器４内の濾過材４ａを透過した水を混合槽１へ戻す、混合槽回帰ラインＬ４ｄ（バルブＬ４ｄｂを備える）、濾過器４内の濾過材４ａを通過しない混合水を混合槽１に戻すための戻りラインＬ４ｄ（均一なプリコート層を形成するために設置されている。バルブＬ４ｄｂを備える）、及び、図示しないサンプリング用配管、バルブ、温度計、及び、圧力計、さらに濾過工程終了後に濾過材４ａを洗浄（逆洗）するための設備を備える。
【００２５】
なお、この例では微細気泡発生装置供給ラインＬ３ａ、微細気泡発生装置３、マイクロバブル分散水供給ラインＬ３ｂ、及び、混合槽１の間で混合水が循環するように構成されているが、送液ポンプ５の代わりに送液ポンプ機能を有する微細気泡発生装置３を用いることが可能であり、このとき、送液ポンプ５、微細気泡発生装置供給ラインＬ３ａ、及び、マイクロバブル分散水供給ラインＬ３ｂを不要とし、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００２６】
このプリコート濾過装置Ａはさらに性能評価用に被濾過サンプル水として水酸化鉄（ＩＩＩ）分散液を混合槽１に供給するための被濾過サンプル水槽７ａ、被濾過サンプル水槽７ａ内部の被濾過サンプル水を混合するための攪拌羽根８ｂと攪拌羽根８ｂを回転駆動するためのモータ８ａとを有する被濾過サンプル水攪拌装置８、及び、被濾過サンプル水槽７ａ内部の被濾過サンプル水を混合槽１へ供給するためのポンプ９及び被濾過サンプル水供給ラインＬ７を備えている。
【実施例】
【００２７】
以下に本発明のプリコート濾過方法の実施例１及び２及び比較例について具体的に説明する。
【００２８】
実験装置としては上記で詳細について説明した図１に示されたプリコート濾過装置Ａを用いた。
【００２９】
＜マイクロバブルと濾過助剤とからなるプリコート層の形成（マイクロバブルプリコート工程）(実施例１)＞
攪拌装置２による攪拌を行いながら混合槽１に水、及び、濾過助剤を供給し、さらに微細気泡発生装置３により混合槽内にマイクロバブルを供給しながら、バルブＬ４ａｂ、Ｌ４ｂｂ、Ｌ４ｃｂ、及び、Ｌ４ｄｂバルブは開かれている状態で、送液ポンプ５により濾過器４にマイクロバブル及び濾過助剤を供給し、濾過材４ａ周囲に、マイクロバブルと濾過助剤とからなるプリコート層を形成した（マイクロバブルプリコート工程）。このマイクロバブルプリコート工程終了前、すなわち、混合槽１中の濾過助剤量を目視しながら混合槽１へ供給された濾過助剤の大部分がプリコート層に使用されたと判断されたときに、バルブＬ４ｄｂを締め、その後、混合槽１内の濾過助剤がすべてプリコート層形成に用いられるまで、すなわち、混合槽１内の混合水（脱気後）が清澄となるまで、上記マイクロバブルプリコート工程を継続した。
【００３０】
＜濾過助剤からなるプリコート層の形成（助剤単独プリコート工程）比較例＞
マイクロバブルと濾過助剤とからなるプリコート層の形成と同様に、ただし、微細気泡発生装置３による混合槽内へのマイクロバブルの供給を行わずに行った。
【００３１】
＜助剤単独プリコート工程後にマイクロバブルプリコート工程を行った例(実施例２）＞
まず、上記比較例同様に、ただし、使用する濾過助剤量を半分として、助剤単独のプリコート層を形成し、次いで、上記実施例１と同様にして、ただし、使用する濾過助剤量を半分として、プリコートを行った。
【００３２】
＜濾過性能評価試験＞
攪拌装置２による攪拌を行い、かつ、混合槽１内の水に対して、被濾過サンプル水供給ラインＬ７から水酸化鉄（ＩＩＩ）をその濃度が、４０ｇ／Ｌに保たれるようにしながら混合槽１内の水酸化鉄混濁液を濾過器４に１０００Ｌ／時で供給しておこなった。このとき濾過器４の圧力（濾過差圧）が１４０ｋＰａ（洗浄開始の目安）に達するまで濾過を続ける。このときの濾過処理量と圧力の変化を調べた。なお、上記濾過差圧が１４０Ｐａに達するまでの濾過処理量が実質的な処理可能量である。
【００３３】
＜漏れ粒子＞
漏れ粒子については、濾過器４の出口側からの濾過処理水について、粒子数計数器（リオン社製）を用いて、上記濾過差圧との関係を調べた。
【００３４】
＜評価結果＞
マイクロバブルと濾過助剤とを用いてプリコート層の形成を行った場合（実施例１）を「マイクロバブル有り」、濾過助剤のみを用いてプリコート層の形成を行った場合（比較例）を「マイクロバブル無し」、助剤単独プリコート工程後にマイクロバブルプリコート工程を行った場合（実施例２）を「二層プリコート」として、濾過時間と濾過差圧との関係を図３に示した。
【００３５】
濾過差圧が１４０ｋＰａに達する実質的な濾過処理量が、実施例１及び２とも従来技術である「マイクロバブル無し」に対して２．５倍ないし３倍程度となっていることが理解できる。
【００３６】
さらにこのときの濾過差圧と漏れ粒子との関係について調べた結果を図４に示す。
【００３７】
図４より、マイクロバブルを併用した場合であっても漏れ粒子数の増加は見られないことが判る。さらに、実施例２では、むしろ従来技術に係る比較例よりも漏れ粒子数が少なくなっている。この傾向は１０回の繰り返し実験でも再現された。これはこのようにプリコート工程を複数回行うことで形成されるプリコート層の欠陥が解消されたことによるものと考えられる。
【００３８】
なお、このような濾過実験後に、濾過材４ａの洗浄を行ったが、そのときの洗浄性についてもマイクロバブルを併用して形成されたプリコート層とマイクロバブルを用いずに形成されたプリコート層とで違いは見られなかった。
【００３９】
また、上記条件より濾過助剤に対するマイクロバブルの供給量を送液ポンプ５の流量を変化させることで、１／２、及び、２倍として同様に濾過実験を行ったが、いずれも実質的な濾過処理量が、従来技術である「マイクロバブル無し」に対して
２倍ないし３倍となっており、また、漏れ粒子の増加は見られなかった。
【００４０】
さらに、比較のために、プリコート層形成前にマイクロバブルが分散された水を濾過材に供給した例、及び、プリコート層形成後にマイクロバブルが分散された水を濾過材に供給した例についてその濾過性能を調べたが、いずれもマイクロバブルを併用せずにプリコート層を形成した場合（比較例）と性能上の差はなかった。
【００４１】
また、図３及び図４のデータを採取した濾過処理テスト済み濾過材について乾燥後に、プリコート層及びケーク層を濾過布から剥がし取り、その断面（厚さ方面断面）について顕微鏡写真を撮影した。
【００４２】
濾過助剤のみを用いてプリコート層の形成を行った場合（比較例）での断面写真を図５に、マイクロバブルと濾過助剤とを用いてプリコート層の形成を行った場合（実施例１）での断面写真を図６に、助剤単独プリコート工程後にマイクロバブルプリコート工程を行った場合（実施例２）での断面写真を図７に、それぞれ示した。
【００４３】
図６のプリコート層の断面を図５のプリコート層の断面と比較することにより、本来明色の濾材層が、深さ方向に亘って濾物により灰色に着色されるとともに、濃色の塊状物がプリコート層中に捕集されていることが確認され、マイクロバブルプリコート工程によって形成されたプリコート層では、このような深さ方向での捕集効果により濾過処理能力が助剤単独プリコート工程によって形成されたプリコート層に比べて向上したと考えられる。
【００４４】
また、図７からは助剤単独プリコート工程とマイクロバブルプリコート工程とによって形成されたプリコート層では、マイクロバブルプリコート工程による第２プリコート層が、濾物が入り込むことにより深さ方向全体に灰色となっているものの、
助剤単独プリコート工程による第１プリコート層内部には濾物による着色が見られれないことから、このような２つのプリコート工程の組み合わせにより、高い捕集力と高い濾過精度とが同時に得られたことが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ    本発明に係るプリコート濾過装置
１    混合槽
２    攪拌装置
３    微細気泡発生装置
４    濾過器
４ａ  濾過材
５    送液ポンプ
Ｌ９  濾過助剤供給ライン
【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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【図７】
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