(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビニル系高分子を含有し、気孔率が９０％以上９５％以下であり、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下であることを特徴とする成形ろ過材。
【請求項２】
比表面積が３０００以上５０００以下であることを特徴とする請求項１に記載の成形ろ過材。
【請求項３】
好気性菌類がコロニーを形成して定着している外部表面と嫌気性菌類がコロニーを形成して定着している内部表面とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形ろ過材。
【請求項４】
前記ビニル系高分子がポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の成形ろ過材。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載された成形ろ過材が充填されたろ過塔と、前記ろ過塔内に被ろ過水を通水する流入管と、前記ろ過塔内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管と、を有し、前記ろ過塔において、１００ｈｒ−１以上２００ｈｒ−１以下の空間速度にて被ろ過水を通水可能であることを特徴とするろ過装置。
【請求項６】
前記ろ過塔は、ポリ塩化ビニルによって形成されることを特徴とする請求項５に記載のろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形ろ過材及び成形ろ過材を有するろ過装置に関し、更に詳しくは、比重が比較的小さく、重量及び体積当たりのろ過能力が高く、洗浄作業を容易に行うことができ、かつ廃棄しやすい成形ろ過材、及び前記成形ろ過材を備えたろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水等のろ過装置として、砂ろ過装置が広く用いられている。砂ろ過装置においては、ろ過塔の内部に砂等からなる砂ろ過材が充填され、このろ過塔の上部から被ろ過水を通水し、ろ過塔の下部からろ過後に得られるろ過水が採取される。砂ろ過装置における砂ろ過材に用いられる材料としては、砂、砂利、ガーネット、サンゴ砂、珪砂、アンスラサイト、及び各種セラミック等の鉱物が挙げられる。
【０００３】
砂ろ過装置においては、充填される砂ろ過材の比重が大きいという問題がある。砂ろ過装置を工場等の事業所において使用する場合、ろ過塔は砂ろ過材の重量に耐えられるように、巨大なプラントとして建設される。このようなろ過塔は、その設置及びメンテナンス等に多大なコストがかかる。具体的には、砂ろ過装置において用いられるろ過塔は、砂ろ過材の重量に耐えられる強度を有する素材、例えばＳＳ（Stainless Steel）等の鋼鉄又はＳＵＳ等のステンレスに代表される金属によって形成される。金属製のろ過塔は、重量が大きく、ろ過塔の運搬及び設置に多大なコストがかかる。また、通水時の腐食を防止するために、金属製のろ過塔の内面には、ゴムライニングを行う必要がある。また、砂ろ過装置を長期間使用する際には、ろ過塔の内面におけるゴムライニングを点検し、補修する必要がある。ろ過塔の内面におけるゴムライニングを点検するには、ろ過塔内の水及びろ過材を全てろ過塔の外部に取り出す必要があり、多大な手間がかかる。さらに、ゴムライニングの補修が不十分であると、金属製のろ過塔の内面において腐食が進行し、ろ過塔において漏水が発生してしまうこともある。
【０００４】
また、海水魚等の水生動物を生きたまま輸送するのに用いられる活魚車内における海水のろ過装置として、砂ろ過装置を使用することも従来行われている。しかし、砂ろ過装置では、砂ろ過材の比重が大きく、活魚車の最大積載量を越えない程度の砂ろ過材の量では、十分に海水のろ過がなされないという問題がある。
【０００５】
砂ろ過装置においては、砂ろ過材の逆洗工程が複雑であるという問題がある。砂ろ過装置は、長時間使用されることにより、内部の砂ろ過材に汚れが蓄積し、砂ろ過材に目詰まり等の生じることがある。砂ろ過材に汚れが蓄積すると、水をろ過処理する能力が低下するので、逆洗操作によって砂ろ過材を洗浄しなければならない。砂ろ過装置における逆洗操作では、ろ過塔の下部に設けられた逆洗配管から逆洗水をろ過塔内に通水し、ブロワー装置等によってこの逆洗エアーをろ過塔の内部で上昇させ、逆洗水と共に浮上・撹拌させた砂ろ過材中の汚れを逆洗水と共にろ過塔の外部に排出することが行われる。砂ろ過装置の逆洗操作においては、逆洗水の通水量、ブロワー等の圧力、及び排水量等が制御される必要があり、その必要のために逆洗設備が大規模でかつ複雑になるという問題がある。特に、これらの操作を制御するためには、逆洗水の配管、ブロワー注入配管、排水配管等に制御可能な電動弁を多数設ける必要がある。具体的には、１つの砂ろ過装置に対して８個もの電動弁を設けたり、五方弁等の複雑な構造を有する多方弁を設けたりすることがある。砂ろ過装置では、これら電磁弁のメンテナンスに多大なコストがかかるという問題がある。さらに、これら多数の電磁弁のうちいずれか一つが動作不良を起こすことによって、逆洗操作が適切に行われず、砂ろ過装置を使用できなくなることもある。また、海水を被ろ過水として通水する砂ろ過装置では、淡水を逆洗水として用いて砂ろ過材の逆洗を行うことにより、塔内の微生物が死滅し、ろ過能力が低下することがあるので、海水を逆洗水として用いることが好ましい。海水を被ろ過水として通水する砂ろ過装置では、逆洗を行う際にその都度大量の海水を準備する必要があり、頻繁に逆洗を行うことが困難であるという問題がある。
【０００６】
さらに、砂ろ過装置では、砂ろ過材の処理に多大なコストがかかるという問題がある。繰り返し、ろ過及び逆洗を行った後の砂ろ過材は、やがて逆洗を行っても、ろ過能力を再生することができなくなる。このような砂ろ過材は、廃棄処分される必要がある。砂ろ過材は、処分の際に焼却することができず、通常、産業廃棄物として処理される。特に、大型の砂ろ過装置は、排出される砂ろ過材の量も膨大であり、砂ろ過材を産業廃棄物として処理することにより、環境に大きな負荷をかけるとともに、処理コストも大きくなるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来の砂ろ過装置に用いられる砂ろ過材よりも軽く、重量及び体積当たりのろ過能力が高く、洗浄作業を容易に行うことができ、かつ廃棄しやすいろ過材を提供すること、及び前記ろ過材を用いたろ過装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段は、
（１）ビニル系高分子を含有し、気孔率が９０％以上９５％以下であり、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下であることを特徴とする成形ろ過材、
（２）比表面積が３０００以上５０００以下であることを特徴とする前記（１）に記載の成形ろ過材、
（３）好気性菌類がコロニーを形成して定着している外部表面と嫌気性菌類がコロニーを形成して定着している内部表面とを有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の成形ろ過材
（４）前記ビニル系高分子は、ポリビニルアルコールであることを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれか一項に記載の成形ろ過材、
（５）前記（１）から（４）までのいずれか一項に記載された成形ろ過材が充填されたろ過塔と、前記ろ過塔内に被ろ過水を通水する流入管と、前記ろ過塔内からろ過後に得られるろ過水を排水する流出管と、を有し、前記ろ過塔において、１００ｈｒ−１以上２００ｈｒ−１以下の空間速度にて被ろ過水を通水可能であることを特徴とするろ過装置。
（６）前記ろ過塔は、ポリ塩化ビニルによって形成されることを特徴とする前記（５）に記載のろ過装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る成形ろ過材は、ビニル系高分子からなるとともに気孔率の大きい多孔質を形成するので、従来の砂ろ過材よりも密度が小さい。また、本発明に係る成形ろ過材は、気孔率が大きく、従来の砂ろ過材に比べて比表面積も大きい。よって、本発明に係る成形ろ過材は、従来の砂ろ過材に比べて重量及び体積当たりのろ過処理能に優れている。より具体的には、本発明に係る成形ろ過材は、従来の砂ろ過材に比べて、重量及び体積当たりの物理ろ過処理能及び生物ろ過処理能のいずれにおいても優れている。
（１）物理ろ過処理能の具体例として、被ろ過水中に存在するＳＳ（Suspended Solids）成分を減少させる能力が挙げられる。本発明に係る成形ろ過材は、従来の砂ろ過材に比べて比表面積が大きく、被ろ過水中に存在するＳＳ成分をその成形ろ過材の表面及び成形ろ過材における気孔の内表面において効率的に吸着することができる。
（２）生物ろ過処理能の具体例として、被ろ過水中に存在する菌類の数を減少させる能力が挙げられる。本発明に係る成形ろ過材の表面及び内表面には、嫌気性菌類のコロニーが形成される。コロニーを形成する嫌気性菌類が活発に代謝することにより、成形ろ過材の表面近傍に存在する好気性菌類の活動、増殖は抑制される。よって、本発明に係る成形ろ過材を用いてろ過を行うことにより、水中に存在する菌類の数を減少させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る成形ろ過材は、ビニル系高分子、例えばポリビニルアルコールという炭化水素によって構成されるので、焼却処理を行うことにより体積を減少させることができる。よって、本発明に係る成形ろ過材によると、従来の砂ろ過装置に用いられていた砂ろ過材に比べて、産廃の発生量を減少させることができる。
【００１１】
本発明に係るろ過装置における空間速度が１００ｈｒ−１以上２００ｈｒ−１以下であるのに対し、従来の砂ろ過装置における空間速度は一般的に約５ｈｒ−１〜２０ｈｒ−１である。つまり、本発明に係るろ過装置は、その空間速度が、従来の砂ろ過装置における空間速度よりも、約１０倍〜２０倍程度大きい。よって、本発明に係るろ過装置では、従来の砂ろ過装置に比べて、同体積当たりのろ過材に対してより多くの被ろ過水をろ過することができ、同じ通水量の被ろ過水に対して必要なろ過材の体積をより小さくすることができる。
【００１２】
本発明に係る成形ろ過材を洗浄する際には、ろ過塔内における成形ろ過材を取り出し、洗濯機等で洗浄することができる。また、成形ろ過材を取出し、プレス機によって圧力を加えることにより、成形ろ過材に吸収されていた水分と共に、成形ろ過材に吸着していた汚れを除去することもできる。本発明に係る成形ろ過材は、密度が小さく、重量が軽いので、成形ろ過材を洗浄する際においてもろ過塔から人の手で簡単に取り出すことができる。本発明に係る成形ろ過材を洗浄する際には、ろ過塔への逆洗水の導入やバブリング等の操作を行う必要がない。よって、本発明に係る成形ろ過材を備えたろ過装置においては、逆洗水の配管、ブロワー注入配管、排水配管、及びこれらを制御する電磁弁等の逆洗設備を設ける必要がなく、逆洗設備の設置コストをゼロにすることができるほか、逆洗設備の故障等によって、ろ過装置を稼働させられなくなることを防止することができる。
【００１３】
本発明に係るろ過装置では、成形ろ過材の密度が小さく、重量が軽いので、鋼鉄及びステンレス等の金属によって形成される機械的強度の強いろ過塔を用いる必要がない。具体的に、本発明に係るろ過装置では、ポリ塩化ビニル等の樹脂によって形成されるろ過塔を用いることができる。ポリ塩化ビニル等の樹脂によって形成されるろ過塔を用いることにより、ろ過塔の一部が腐食することにより漏水が発生することを防止することができる。また、ろ過塔の内面にゴムライニングを施す必要がなく、長期間の使用の間においても、ゴムライニングの点検及び補修等を行う必要がない。さらに、ポリ塩化ビニル等の樹脂によって形成される筒体は安価に入手することができるので、ろ過塔の劣化が進み、ろ過塔を交換することが必要な場合において、ろ過塔の更新コストを安価に抑えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る成形ろ過材は、ビニル系高分子という炭化水素によって構成されるので、焼却処理を行うことにより体積を減少させることができる。よって、本発明に係る成形ろ過材によると、従来の砂ろ過装置に用いられていた砂ろ過材に比べて、産廃の発生量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、シート形状の成形ろ過材の一例について、その使用態様を示す説明図である。
【図２】図２（Ａ）は、塊状の成形ろ過材の一例について、その使用態様を示す説明図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ´断面図であり、図２（Ｃ）は、目皿板２４の上面図である。
【図３】図３は、実施例２で用いた実験装置の構成を示す、フロー図である。
【図４】図４は、実施例３で用いた実験装置の構成を示す、フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る成形ろ過材は、ビニル系高分子を有する。成形ろ過材は、ビニル系高分子のみからなっていてもよいし、本発明の効果を奏する限りにおいてビニル系高分子以外の成分を含んでいてもよい。ビニル系高分子としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリルデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、等が挙げられる。ビニル系高分子は、ポリビニルアルコールであることが特に好ましい。ポリビニルアルコールを含む成形ろ過材は、特に、水中に生育する菌類及びＳＳ（Suspended Solids、水中の粉塵）等の吸着能力が高く、水のろ過機能に優れる。
【００１７】
成形ろ過材は、多孔質に形成される。成形ろ過材が多孔質であることによって、成形ろ過材の密度が小さくなり、重量当たりの表面積の割合を上昇させることができ、成形ろ過材における体積及び重量当たりのろ過処理能を向上させることができる。成形ろ過材の内部及び表面には、気孔としてセルが形成される。成形ろ過材の気孔率は、９０％以上９５％以下である。成形ろ過材の気孔率が９５％よりも大きくなると、被ろ過水のろ過中に、成形ろ過材の気孔が目詰まりを起こし、通水速度が低下してしまうことがあるので好ましくない。また、成形ろ過材の気孔率が９０％よりも小さいと、体積当たりの表面積の割合が十分ではなく、成形ろ過材のろ過機能が劣ることがある。成形ろ過材の気孔率の測定方法は特に制限されないが、例えば、アルキメデス法を用いて測定することができる。
【００１８】
また、成形ろ過材におけるセルの平均径（以下、「平均セル径」と称することがある。）は、１２００μｍ以上１９００μｍ以下であることが好ましい。成形ろ過材におけるセルの平均径が１２００μｍよりも小さいと、９０％以上の気孔率を達成することが難しいことがある。成形ろ過材におけるセルの平均径が１９００μｍよりも大きくなると、被ろ過水のろ過中に、成形ろ過材の気孔が目詰まりを起こし、通水速度が低下してしまうことがあるので好ましくない。成形ろ過材におけるセルの平均径の測定方法は特に制限されない。例えば、成形ろ過材を任意の面で切断することにより現れる切断面において、約２０ｍｍ２の領域を電子顕微鏡等で観察し、観察視野内に存在する各セルにおける開口部の最大長さを測定し、測定された最大長さを相加平均して得られた平均値を、セルの平均径とすることができる。
【００１９】
成形ろ過材は、その比表面積が３０００以上５０００以下であることが好ましい。成形ろ過材の比表面積が３０００よりも小さいと、水を通水した際に、十分なろ過処理能力を有しないことがある。また、成形ろ過材の比表面積が５０００よりも大きいと、成形ろ過材の気孔が目詰まりを起こしやすくなることがある。成形ろ過材の被表面積の測定方法は、特に制限されず、市販されている比表面積測定装置を用いて成形ろ過材の比表面積を測定することができる。
【００２０】
成形ろ過材は、その密度が１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さいことが好ましい。成形ろ過材の密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上であると、成形ろ過材を充填したろ過塔に水を通水させる際に、成形ろ過材は水中で浮上することなく、ろ過塔の底部に堆積される。一方で成形ろ過材の密度が１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さいと、成形ろ過材が水中を浮上し、水面近傍に集中して存在することにより、水中の菌類及び粉塵等と、成形ろ過材表面との接触効率が高くなり、ろ過処理能が向上する。よって、成形ろ過材の密度を１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さくすることにより、通水時における成形ろ過材のろ過処理能を高めることができる。また、密度が１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さい成形ろ過材は、体積当たりの重量が軽く、取扱いに優れる。成形ろ過材の密度の下限値は特に制限されないが、成形ろ過材の密度は０．０１ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。成形ろ過材の密度の測定方法は特に制限されず、例えば、成形ろ過材の質量及び体積を測定し、質量／体積を計算することによって密度が求められる。尚、成形ろ過材の密度は、成形ろ過材が吸水する前であって、十分に乾燥された状態において測定されることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る成形ろ過材に被ろ過水を通水すると、被ろ過水中に存在するＳＳ等の懸濁物は、成形ろ過材の内表面及び表面に吸着される。本発明に係る成形ろ過材は、その気孔率が高く、比表面積もまた大きいので、従来の砂ろ過材に比べて懸濁物の吸着効率に優れている。
【００２２】
また、本発明に係る成形ろ過材に被ろ過水を通水すると、被ろ過水中に存在する菌類等は、成形ろ過材の内表面及び表面に付着し、定着する。より具体的には、成形ろ過材の内表面には嫌気性菌類が定着してコロニーを形成し、成形ろ過材の表面、正確には成形ろ過材の外部表面には好気性菌類が定着してコロニーを形成する。その結果、成形ろ過材の内表面には嫌気性菌類が形成される一方、成形ろ過材の外側表面には好気性菌類のコロニーが形成され、最終的には菌類のコロニーを担体である成形ろ過材の表面に形成してなる成形ろ過材が形成される。もっとも、菌類のコロニーが形成された塊状の成形ろ過材においては、成形ろ過材における気孔が成形ろ過材の外側表面に開口している部分においては、その開口の縁辺から成形ろ過材の外側表面のある程度の領域まで嫌気性菌類のコロニーが層状に形成され、その層状に形成された開口周辺における嫌気性菌類のコロニーを覆うように好気性菌類のコロニーが層をなして形成される部分もある。嫌気性菌類は、水中に浮遊して存在する状態に比べて、成形ろ過材である担体に担持されている状態においては、より活発に代謝反応を行う。嫌気性菌類の活発な代謝反応によって、嫌気性菌類のコロニーの外表面に存在する好気性菌類の活動、増殖が抑制される。
【００２３】
以上のように、成形ろ過材の気孔における表面に嫌気性菌類が、また成形ろ過材の外側表面に好気性菌類が担持されること、担持された嫌気性菌類の存在によって好気性菌類の増殖が抑制されること、及びＳＳ等に付着している菌類が成形ろ過材の表面に捕捉されることにより、被ろ過水中に存在する菌類の数は減少する。よって、ろ過後には、菌類の少ない、清浄なろ過水が得られる。
【００２４】
本発明に係る成形ろ過材は、ビニル系高分子を含むスラリーに公知の発泡剤を加え、所望の形状となるように成形することにより、製造することができる。成形ろ過材の成形方法は特に制限されず、例えば射出成型法を用いることができる。
【００２５】
成形ろ過材は、その密度を適宜に設計変更することができる。成形ろ過材を構成するビニル系高分子の種類、ビニル系高分子以外の構成成分の種類及び含有量、及び気孔率等を設計変更することにより、成形ろ過材の密度を適宜変更することができる。例えば、成形ろ過材に、活性炭を含有させることによって、成形ろ過材の密度と比表面積とを上昇させることができる。
【００２６】
また、本発明に係る成形ろ過材を用いることにより、ろ過水のｐＨを安定化させることができる。ろ過水のｐＨが安定化される理由は、具体的に明らかではないが、成形ろ過材に嫌気性菌類及び好気性菌類が付着することにより水中における菌類の数が減少し、菌類の減少によって菌類の代謝において発生する代謝産生物質によるｐＨの変化が抑制されることとなり、これによってろ過水のｐＨが安定化すると考えられる。具体例として、有機物が嫌気性消化によって加水分解されることにより、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸等の揮発性有機酸とアルコールとが産生し、水中のｐＨが変化することが知られている。本発明に係る成形ろ過材を用いることにより、ろ過水中の菌類の数を減少させることができ、前記揮発性有機酸及び前記アルコールの産生量を抑制することができるので、ろ過水中のｐＨが安定化すると考えられる。
【００２７】
成形ろ過材の形状及び大きさは、特に制限されない。成形ろ過材は、通常、片手で使用可能な程度の大きさを有する塊状体である。成形ろ過材の形状の具体例としては、球形状、円柱形状、多角柱形状、円錐台形状、及び多角錐台形状、円錐形状、多角錐形状等が挙げられる。成形ろ過材の形状としては、球形状又は多角柱形状であることが特に好ましく、立方体形状であることが最も好ましい。成形ろ過材の形状が立方体形状であると、複数の成形ろ過材の隙間を少なくし、ろ過塔内において成形ろ過材を高密度に充填することができる。立方体形状である成形ろ過材の大きさは、立方体の一辺が２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、球形状である成形ろ過材の大きさは、球の直径が２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下であることが特に好ましい。球の直径又は立方体の一片が２５ｍｍよりも小さいと、成形ろ過材を充填した際に、成形ろ過材同士の隙間が小さくなりすぎることにおり、被ろ過水を通水した際に目詰まりを起こしやすくなることがある。また、球の半径又は立方体の一片が３５ｍｍよりも大きいと、成形ろ過材を充填した際に、成形ろ過材同士の隙間が大きくなり、成形ろ過材同士の隙間を短時間で水が通過することにより、水と成形ろ過材表面との接触効率が低下し、被ろ過水が十分にろ過されないことがある。
【００２８】
成形ろ過材の形状の他の一例としては、シート形状が挙げられる。シート形状の成形ろ過材は、薄膜状又は薄板状に成形され、その平面形状は特に制限されない。シート形状の成形ろ過材は、底面ろ過装置におけるろ過材として好適に用いられる。具体的には、図１に示されるように、シート形状の成形ろ過材１２は、水槽１１の底部に敷設される。水槽１１内の水は、水槽１１の底面の一部に設けられた吸引口１３からポンプ１４によって配管１５内を鉛直上方向に汲み上げられる。吸引口１３を介して水が配管１５内に取り込まれる際に、水槽１１内の水はシート形状の成形ろ過材１２内を通過し、成形ろ過材１２によってろ過される。具体的には、水中に存在する菌類及びSS（粉塵）等が、成形ろ過材１２の表面に吸着される。よって、図１では、菌類及びSS（粉塵）等の含有量の少ないろ過水が、放水口１６から水槽１１内へと戻される。
【００２９】
シート形状の成形ろ過材は、活魚車に設置された飼育水槽内の飼育水をろ過する底面ろ過装置のろ過材として、特に好適に用いられる。本発明における成形ろ過材は、従来の底面ろ過装置において一般的に用いられている砂、砂利、ガーネット、サンゴ砂、珪砂、アンスラサイト、及び各種セラミック等の鉱物を主成分とした砂ろ過材よりも密度が小さい。活魚車は、飼育水が収容された大型の飼育水槽を運ぶ運搬車であり、一般的に最大積載量が設定されている。従来の鉱物を主成分とする砂ろ過材は密度が大きく、活魚車における最大積載量を越えない程度の砂ろ過材を飼育水槽に収容することによっては、飼育水を長期間ろ過するのに十分な量の砂ろ過材を飼育水槽に収容できないという問題がある。つまり、活魚車における飼育水槽で、砂ろ過材を用いると、活魚車の最大積載量との兼ね合いにより、短期間のうちに砂ろ過材における汚染の蓄積が進み、飼育水が十分にろ過されなくなってしまうことがある。本発明における成形ろ過材は、密度が小さく、体積及び重量当たりのろ過処理能が高いので、軽量の成形ろ過材であっても、十分なろ過処理能を発揮する。本発明の成形ろ過材を活魚車内の水槽のろ過に用いることにより、活魚車の最大積載量を越えない程度の少量の成形ろ過材であっても、長期間に亘って水槽内の飼育水を清浄に保つことができる。尚、シート形状の成形ろ過材は、活魚車以外に設けられた飼育水槽、例えば水族館及び魚市場等で用いられる飼育水槽内の底面ろ過装置のろ過材として使用することもできる。また、生簀の底面にシート形状の成形ろ過材を敷設することにより、生簀内のろ過材としてシート形状の成形ろ過材を使用することもできる。もっとも、シート形状の成形ろ過材は、前記した底面ろ過装置に使用されることに限定はされない。
【００３０】
シート形状の成形ろ過材は、その密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上であってもよいし、その密度が１．０ｇ／ｃｍ３より小さくてもよい。シート形状の成形ろ過材の密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上であると、成形ろ過材の密度は水の密度以上の大きさとなり、自重によって成形ろ過材は水槽底部に沈降する。シート形状の成形ろ過材の密度が１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さいと、成形ろ過材の密度は水の密度よりも小さくなり、成形ろ過材は水面に向かって浮上しようとする。シート形状の成形ろ過材の表面に、石等の重しを載置することにより、成形ろ過材が水中を浮上することを防止することができる。
【００３１】
次に、図２を用いて、本発明に係るろ過装置について説明する。
【００３２】
図２における成形ろ過材２２は、塊状の形状を有し、より具体的には１辺が約２．５ｃｍ以上３．０ｃｍ以下の略立方体形状を有する。複数の成形ろ過材２２が、ろ過塔２３内に充填される。
【００３３】
ろ過塔２３は、天井面近傍及び底面近傍においてそれぞれ配管を備える。これらの配管は、ろ過塔２３の外部における水槽と接続され、水槽内の被ろ過水をろ過塔２３内部へと流入させ、ろ過後に得られたろ過水をろ過塔２３の外部へと流出させる機能を有する。図２に示される例では、ろ過塔２３の天井面近傍に流入管２６が設けられ、底面近傍に流出管２７が設けられる。
【００３４】
ろ過塔２３内におけるろ過材の充填量、及び流入管２６及び流出管２７における流水速度は、ろ過塔２３内を通過する流水の空間速度が１００ｈｒ−１以上２００ｈｒ−１以下となるように、適宜調節される。空間速度は、一般に「ＳＶ」と略称されることもある。ＳＶは、単位時間当たりにおいて、ろ過塔内に充填されるろ過材の体積に対し、ろ過される水の体積の割合を示す数値である。
【００３５】
ＳＶは、ろ過塔２３内における水の流量を、ろ過塔２３内に収容された成形ろ過材２２の体積によって割ることによって求められる。従来の一般的な砂ろ過装置における空間速度は、約５ｈｒ−１〜２０ｈｒ−１であることが多い。本発明におけるろ過装置２１では、従来の砂ろ過装置よりも空間速度が大きく、同程度のろ過材の体積に対してより多くの被ろ過水をろ過することができ、同程度の被ろ過水をろ過するのに必要なろ過材の体積を小さくすることができる。よって、ろ過装置２１におけるろ過塔２３の大きさを、従来の砂ろ過装置におけるろ過塔の大きさより小さくしても、ろ過装置２１は十分なろ過処理能を有する。また、空間速度が１００ｈｒ−１以上２００ｈｒ−１以下であると、ろ過装置２１の運転後、短期間の間に目詰まりを起こすことが防止され、長期間に亘ってろ過装置２１はそのろ過機能を発揮することができる。
【００３６】
尚、ろ過塔２３に通水される被ろ過水は、海水であっても淡水であってもよい。ろ過塔２３に通水される被ろ過水の具体例として、水棲生物を飼育する飼育水槽内に収容された飼育水、並びにビル、家屋及びプール等で集積された雨水等が挙げられる。
【００３７】
成形ろ過材２２は、網袋２８に収容しておくことが好ましい。網袋２８には、水を通すが、成形ろ過材２２を通さない大きさの網目が形成される。網袋２８に複数の成形ろ過材２２を収容し、この網袋２８をろ過塔２３内に設けることにより、成形ろ過材２２をろ過塔２３から取り出す際に、成形ろ過材２２がばらばらに飛散してしまうことを防止でき、取出し作業が容易になる。
【００３８】
ろ過塔２３内に、被ろ過水を通水させていくと、やがてろ過塔２３内は被ろ過水によって満たされる。この際に、成形ろ過材２２の密度が１．０ｇ／ｃｍ３よりも小さいと、図２（Ａ）で示すように成形ろ過材２２は被ろ過水の水面２９近傍に存在する。尚、流入管２６から被ろ過水を通水する際に、ろ過塔２３内部に水が貯まりすぎてしまうことがある。図２の（Ｂ）に示されるように、ろ過塔２３の天井面近傍には、円周方向に複数のブロー溝２３Ａが設けられる。ろ過塔２３内に水が貯まりすぎた際には、ブロー溝２３Ａを通して、ろ過塔２３内の水が外部へと排水される。ブロー溝２３Ａは、ろ過塔２３の上部端面から切欠状に設けられる。ブロー溝２３Ａの代わりに、ろ過塔２３の上部近傍における側面に、通水可能なブロー孔を設けることもできる。前記ブロー溝２３Ａ、又はブロー孔を設けることにより、ろ過塔２３内における水位異常を感知するセンサーを設けなくとも、ろ過塔２３内部において水が貯まりすぎることを防止することができる。このようにブロー溝２３Aを設けることにより、液面センサー等のセンサーを用いなくても、ろ過塔２３内に水の溜まり過ぎを防止することができ、これにより本発明に係るろ過装置の機械的構成の簡素化を図り、ろ過装置のコスト低減を図ることができる。
【００３９】
ろ過塔２３内の天井面近傍であって、前記流入管２６及びろ過塔内２３における水面２９よりも下方には、目皿板２４が設けられる。図２（Ｃ）で示されるように、目皿板２４には、水を通すことはできるが、成形ろ過材２２を通すことはできない大きさの通水孔２４Ａが設けられる。目皿板２４によって、成形ろ過材２２は上方への移動をせき止められる一方で、水は目皿板２４における通水孔２４Ａを通り、目皿板２４よりも通水方向下流側に設けられた流出管２７へと到る。目皿板２４の底面と、ろ過塔２３の内壁面の一部から中心方向に向かって突出し、しかも内壁面を一巡するように形成された目皿板固定部２３Ｂの上面とが当接することにより、目皿板２４がろ過塔２３内の下方に落下しないようになっている。また、目皿板２４には、例えば図２（C）に示されるように、四か所の切り欠き部２４Cが設けられる。これら四か所の切り欠き部２４Cの切り欠き位置は、目皿板２４の中心と各切り欠き部２４Cとを結ぶ半径線が互いに直交するように、設計される。一方、ろ過塔２３の内周面であって、目皿板固定部２３Bが設けられている位置から目皿板２４の厚みよりも大きな寸法間隔で離れた位置に、内周面から突出するように４個の突起部２３Cが、設けられる。この４個の突起部２３Cの配設位置は、突起部２３Cとろ過塔２３の中心軸線とを結ぶ半径線が互いに直交するように、設計されている。この目皿板２４をろ過塔２３に設置するには、目皿板２４をろ過塔２３の情報の開口部からろ過塔２３の内部に装入し、前記切り欠き部２４Cと突起部２３Cとが一致するように目皿板２４の位置合わせをし、そのまま目皿板２４を更にろ過塔２３中に装入することにより、目皿板２４を突起部２３Cと目皿板固定部２３Bとの間に位置するように目皿板固定部２３Bの上に載置し、次いで目皿板２４をその中心軸線を中心にして回転させて切り欠き部２４Cの位置と突起部２３Cの位置とが食い違うようにする。その結果、目皿板２４は、目皿板固定部２３Bに載置した状態となり、ろ過塔２３を天地逆転させても、目皿板２４がろ過塔２３から脱落することがないようになる。なお、目皿板２４の上面面には、把手部２４Ｂが上方向へと突出する。目皿板２４をろ過塔２３内に脱着する際には、把手部２４Ｂを手で握ることにより、目皿板２４が操作される。
【００４０】
図２において、成形ろ過材２２の間を縫って被ろ過水が通り抜ける際に、被ろ過水中に存在する菌類及びＳＳは、成形ろ過材２２の表面に吸着する。よって、流出管２７からは菌類及びＳＳの含有量の少ない、清浄なろ過水が得られる。尚、流出管２７よりも底面に近いろ過塔２３の側面には、排水管３０Ａが設けられる。また、排水管３０Ａに設けられた弁３０Ｂの開閉により、排水管３０Ａの通水状態が制御される。排水管３０Ａは、流入管２６と流出管２７とに通水が行われるろ過作業中においては、弁３０Ｂにより閉じられる。一方で、ろ過塔２３内部を洗浄する際には、弁３０Ｂは開状態とされ、排水管３０Ａから汚水が排水される。ろ過塔２３内部の洗浄時には、流出管２７の内部が汚水によって汚染されることを防止するため、流出管２７に設けられた弁を閉状態にする等して、流出管２７に汚水が通水されないようにすることが好ましい。また、流出管２７と排水管３０Ａとの間におけるろ過塔２３の内部には、トラップ板３４が設けられる。トラップ板３４には、目皿板２４と同様に、水を通すことはできるが、成形ろ過材２２を通すことはできない大きさの通水孔が設けられ、排水管３０Ａから成形ろ過材２２が流出することが防止される。
【００４１】
また、ろ過水に存在する菌類を減少させることにより、水槽２３、流入管２６、及び流出管２７等の内壁面において、菌類がコロニーを形成し、スライム状のぬめりが発生することが防止される。これにより、水槽２３、流入管２６、及び流出管２７等の清掃頻度を減少させることができる。
【００４２】
本発明に係る成形ろ過材は、従来用いられている砂等を主成分とするろ過材よりも密度が小さく、体積当たりのろ過処理能、及び重量当たりのろ過処理能が高い。具体的には、従来公知である砂、砂利、ガーネット、サンゴ砂、珪砂、アンスラサイト、及び各種セラミック等の鉱物を主成分とした砂ろ過材に比べ、本発明の成形ろ過材は、約１／１０程度の容積によって同程度のろ過処理能が実現される。つまり、本発明に係る成形ろ過材２２を充填するろ過塔２３は、同程度のろ過処理能を備えた砂ろ過装置に比べて、ろ過塔の体積を１／１０程度に小さくすることができる。よって、本発明に係る成形ろ過材を用いることにより、ろ過処理能を維持したままで、ろ過装置を小型化させることができる。また、砂ろ過材以外に従来用いられているろ過材の一例として、ウレタン樹脂をスポンジ状に成形したウレタンろ過材が挙げられる。ウレタンろ過材は、水中における劣化が激しいことが知られている。具体的に、ウレタンろ過材は、海水に浸水後１８０日程度で被ろ過水を十分にろ過できない程度に、劣化してしまう。よって、ウレタンろ過材は頻繁に交換しなければならず、交換コストが高くなることがある。一方で、ビニル系高分子を主成分とする本発明に係る成形ろ過材は、水中における劣化速度が遅く、ウレタンろ過材に比べて耐久性に優れる。具体的に、本発明に係る成形ろ過材は、通常の海水に浸水後、約５年間交換せずに使用し続けることができる。以上より、本発明に係る成形ろ過材を用いることにより、ろ過材の交換頻度を減らすことができる。
【００４３】
成形ろ過材を長期間に亘って使用していると、成形ろ過材には徐々に汚れが蓄積する。汚れの蓄積した成形ろ過材は、茶色又は黒褐色を帯びる。このような色を呈する成形ろ過材は、ろ過処理能を失っており、洗浄又は交換のタイミングにあると一目で判定することができる。汚れの蓄積した成形ろ過材は、洗浄することによって、ろ過処理能を再生させることができる。成形ろ過材の洗浄方法の一例を以下に説明する。まず、ろ過塔における通水動作を停止し、ろ過塔内に収容された成形ろ過材をろ過塔から取り出す。図２で示される例においては、ろ過塔２３の開口上部を覆蓋する上蓋２５を取り外し、さらに目皿板２４を取り外した後に、ろ過塔２３の開口上部に手を入れて、成形ろ過材２２を内包する網袋２８を取り出すことができる。ろ過塔から取り出された成形ろ過材は、清浄な海水又は淡水を用いた水洗により、清浄化される。また、成形ろ過材はプレス機等を用いて脱水することによっても清浄化することができる。脱水の過程で、成形ろ過材が吸収した水とともに、成形ろ過材の表面に付着した汚れが流出する。清浄化された成形ろ過材は、白色を呈し、ろ過能力が再生されたことを一目で判断することができる。
【００４４】
上述したように、本発明に係る塊状の成形ろ過材は、軽量であるので、人の手によって容易にろ過塔から取り出すことができる。また、取り出された成形ろ過材は、手洗い若しくは市販の洗濯機等を用いた水洗操作、又は脱水機を用いた脱水操作によって、簡単にろ過処理能を再生することができる。よって、本発明に係るろ過装置においては、従来の砂ろ過装置で用いられているような、逆洗配管、ブロワー配管、電磁弁、及びこれらの制御装置等の逆洗設備を設ける必要がない。よって、本発明におけるろ過装置は、流入管と流出管とを備えた単純な構造にすることができ、安価に製造することができる。また、本発明におけるろ過装置は、前記逆洗設備における故障等により、ろ過装置が作動しなくなることを防止することができる。
【００４５】
ろ過装置におけるろ過塔は、ポリ塩化ビニルによって形成されることもできる。ろ過塔に充填される成形ろ過材は、密度が小さく軽量なので、成形ろ過材の重量に耐えきれずにポリ塩化ビニルによって形成されたろ過塔が破損してしまうことはない。また、ポリ塩化ビニルによって形成されるろ過塔を用いることにより、ろ過塔が腐食してしまうことが防止され、ろ過塔の内面にライニングを施す必要がない。
【００４６】
尚、図１及び図２には図示されていないが、ろ過塔を通過した後に得られるろ過水を、水に紫外線を照射することによりろ過水中の殺菌を行うことのできるＵＶ照射装置に通水することによって、さらに清浄な処理水を得ることもできる。
【００４７】
本発明に係る成形ろ過材及びろ過装置の用途についての好適例として、植物工場等の屋内植物培養施設において、植物を養液栽培する際の養液の浄化に使用する例が挙げられる。前記養液培養は、植物の生長に必要な栄養分を含んだ養液を、植物に吸水させることにより、土を用いることなく植物を生育させることのできる方法の一つである。養液培養においては、植物培養容器中に前記養液を収容し、植物体が前記養液を吸水できるように植物体の根部を養液中に浸漬させ、前記養液をポンプ等によって循環させることにより、植物の栽培が行われる。長期間の栽培の間に、植物培養容器に貯められた養液には、汚れが蓄積し、特に菌類等が繁殖しやすくなる。菌類等によって植物体の病害が引き起こされることがあるので、養液中における菌類等の発生を抑止することが好ましい。一般的に水中の菌類などの死滅に利用されているＵＶ照射装置を、養液の浄化及び殺菌に用いると、ＵＶ照射により発生するオゾンが鉄イオンを酸化し、養液中に鉄が析出することがあり、養液中への鉄分の補給を行う必要がある。よって、養液を浄化及び殺菌するために、ＵＶ照射装置を用いることは好ましくない。
【００４８】
本発明に係る成形ろ過材が収容されたろ過装置を用いることにより、前記養液を浄化することができる。例えば、図２に示されるろ過装置２１を用いて、流入管２６に植物培養容器に貯められた養液を通液し、流出管２７から流出される液を植物培養容器へと戻すことにより、植物培養容器中における養液が浄化される。具体的には、養液中に存在するＳＳ等が、成形ろ過材２２の表面に吸着される。また、養液中に繁殖する菌類等は、成形ろ過材２２の表面において嫌気性菌類のコロニー及び好気性菌類のコロニーとしてトラップされ、養液中の菌類等の数が減少する。よって、流出管２７からは、ＳＳ成分及び菌類等の含有率の少ない、清浄な養液が回収される。また、本発明に係るろ過装置では、ＵＶ照射を行わず、残存オゾンによって植物体自身の生育に影響を及ぼすことなく、養液に含まれている菌類の数を減少させることができる。
【００４９】
次に、実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
図２で示されるろ過装置を用いて、通水試験を行った。具体的には、成形ろ過材Ｉをろ過塔内に充填した後、流入管から被ろ過水として海水をろ過塔内に流入させ、成形ろ過材Ｉとの接触後に得られたろ過水を流出管から外部に取り出した。成形ろ過材Ｉは、一辺の長さが３ｃｍの立方体形状であり、気孔率が９０％以上９５％以下であり、比表面積が３０００以上５０００以下であり、平均セル径が１２００μｍ以上１９００μｍ以下であった。また、成形ろ過材Ｉは、ポリビニルアルコールにより形成されていた。成形ろ過材Ｉは、ろ過塔内に約４０Ｌ充填され、ＳＶが１００ｈｒ−１以上１５０ｈｒ−１となるように、ろ過塔内に被ろ過水として海水を通水した。通水後約１ヶ月程度であっても、ろ過塔内は目詰まりが起こらなかった。尚、成形ろ過材Ｉとしては、「Ｙ−ＣＵＢＥ  Ｇ３」（雪ヶ谷化学工業株式会社製）を使用した。
【００５０】
（比較例１）
気孔率が７５％であり、比表面積が８０００であり、平均セル径が約８００μｍである成形ろ過材ＩＩを使用したこと以外は、実施例１と同様に実施した。通水後、約２週間程度で、ろ過塔内において目詰まりが起こり、通水不能となった。尚、成形ろ過材ＩＩとしては、「Ｙ−ＣＵＢＥ  Ｇ１」（雪ヶ谷化学工業株式会社製）を使用した。
【００５１】
上記実施例１及び比較例１の結果より、成形ろ過材Ｉは成形ろ過材ＩＩに比べて、ろ過塔内で目詰まりを起こしにくく、長期間に亘ってろ過を行うことができることが示された。よって、以下の実施例においては成形ろ過材Ｉを成形ろ過材として用いた。
【００５２】
（実施例２）
図３のフロー図に示される装置を用いた。まず、被ろ過水である海水を、水槽３１に収容した。図の矢印（１）で示されるように、水槽３１内に収容された海水を、ポンプ３２を用いてろ過装置２１へと通水した。尚、ろ過装置２１としては、図２で示される装置を使用した。図の矢印（２）で示されるように、ろ過装置２１を通水した後に得られたろ過水は、後段に設けられた紫外線照射装置３３に通水された。図の矢印（３）で示されるように、紫外線照射装置３３内を通水された後の処理水は、水槽３１へと戻された。尚、水槽３１内に収容された海水の体積は、２０ｍ３であり、ろ過装置２１及び紫外線照射装置３３を経て水槽３１へと海水を送る通水速度は、約８０Ｌ〜１００Ｌ／分であった。
【００５３】
図３におけるろ過装置２１内に、実施例１で用いた成形ろ過材Ｉを充填した。また、成形ろ過材Ｉは、ろ過塔内に約４０Ｌ充填し、ＳＶが１００ｈｒ−１以上１５０ｈｒ−１となるように、ろ過塔内に被ろ過水を通水した。
【００５４】
ろ過装置２１への海水の通水後、合計３箇所において海水を採取した。まず、矢印（１）で示される、ろ過装置２１の前段における海水を採取し、サンプル（１）とした。次に、矢印（２）で示される、ろ過装置２１の後段であって紫外線照射装置３３の前段において海水を採取し、サンプル（２）とした。さらに、矢印（３）で示される、紫外線照射装置３３の後段であって水槽３１の前段における海水を採取し、サンプル（３）とした。サンプル（１）はろ過前の原水であり、サンプル（２）はろ過直後のろ過水であり、サンプル（３）は、ろ過及び紫外線照射が行われた処理水である。これらサンプル（１）、（２）、及び（３）について、水中の一般細菌類の数を測定した。また、ろ過装置２１に、被ろ過水を連続的に数ヶ月間通水した後で、前記サンプル（１）〜（３）と同じ箇所にて海水を採取し、それぞれのサンプルについて腸炎ビブリオ菌が存在するか否かを調べた。結果を、以下の表１に示す。
【００５５】
【表１】
0005858508.tif 000002
【００５６】
表１のように、サンプル（２）における一般細菌数は、サンプル（１）における一般細菌数に比べて、約３．６×１０−２倍にまで減少している。この結果より、本発明における成形ろ過材を使用することによって、水中に存在する細菌数を減少させることができることが示された。
【００５７】
（実施例３）
図４で示される装置を用いて、養液のろ過を行った。具体的には、矢印（４）で示されるように、植物培養に用いられている養液を前段水槽４１に投入した。次に、図の矢印（６）で示されるように、ポンプ４２を用いて、前段水槽４１内の養液を、後段水槽４３へと移動させた。図の矢印（８）のように、後段水槽４３に貯蔵された養液は、ポンプ４４を用いてろ過装置２１に通液された。尚、ろ過装置２１は、図２で示されるろ過装置と同じ装置を使用した。次に、図の矢印（９）のように、ろ過後に得られたろ過液を後段水槽４３へと戻した。また、図の矢印（１０）のように、後段水槽４３内の養液の一部を外部へ排出した。尚、実験中には、矢印（６）で示される後段水槽４３への養液の流入量と、矢印（１０）で示される後段水槽４３からの養液の流出量とが略等しくなるように調節し、後段水槽４３内には常時約３ｍ３の養液が収容されているようにした。また、矢印（８）及び（９）で示される、ろ過装置２１への通液速度は、３ｍ３／時間であった。
【００５８】
ろ過装置２１への養液の通液後、複数の箇所において養液を採取した。まず、前段水槽４１内に収容された養液を採取し、これをサンプル（５）とした。次に、後段水槽４３内に収容された養液を採取し、これをサンプル（７）とした。さらに、ろ過装置２１に通液させた直後であって後段水槽４３へ戻される前のろ過液を採取し、これをサンプル（９）とした。サンプル（５）はろ過前の原液であり、サンプル（９）はろ過直後のろ過液であり、サンプル（７）は、原液とろ過液との混合液である。これらサンプル（５）、（７）、及び（９）について、液中の一般細菌類の数を測定した。結果を、以下の表２に示す。
【００５９】
【表２】
0005858508.tif 000003
【００６０】
表２のサンプル（５）及び（９）の結果から示されるように、ろ過装置２１を通過した後のろ過液は、原液に比べて、一般細菌数が２．２×１０−２倍程度にまで減少している。よって、紫外線を照射せずとも、本発明における成形ろ過材を有するろ過装置に通液させることのみによって、植物栽培用の養液中の細菌数を減少させることができることが示された。
【符号の説明】
【００６１】
１１          水槽
１２          成形ろ過材
１３          吸引口
１４          ポンプ
１５          配管
１６          放水口
１９          水面
２１          ろ過装置
２２          成形ろ過材
２３          ろ過塔
２３Ａ        ブロー溝
２３Ｂ        目皿板固定部
２３C         突起部
２４          目皿板
２４Ａ        通水孔
２４Ｂ        把手部材
２４C         切り欠き部
２５          上蓋
２６          流入管
２７          流出管
２８          網袋
２９          水面
３０Ａ        排水管
３０Ｂ        弁
３１          水槽
３２          ポンプ
３３          紫外線照射装置
３４          トラップ板
４１          前段水槽
４２          ポンプ
４３          後段水槽
４４          ポンプ
４５          ポンプ
【要約】
【課題】本発明の課題は、従来の砂ろ過装置に用いられる砂ろ過材よりも軽く、重量及び体積当たりのろ過能力が高く、ろ過材の逆洗作業が容易であり、かつ廃棄しやすい成形ろ過材を提供することである。
【解決手段】ビニル系高分子を含有し、気孔率が９０％以上９５％以下であることを特徴とする成形ろ過材。
【選択図】図２【図１】
0005858508.tif 000004
【図２】
0005858508.tif 000005
【図３】
0005858508.tif 000006
【図４】
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