(57)【要約】【課題】濾過分離（膜分離）のための大きな駆動圧力を必要とせず、しかも、濾過ケーキの取り出しも容易な差圧連続濾過装置を提供すること。【解決手段】縦方向に配設される濾筒１２と、該濾筒（濾容器）内に配設される動的濾過手段１４とを備えた加圧連続濾過装置。動的濾過手段１４は、複数個の動的濾過要素（濾過モジュール）１６を備えている。動的濾過要素１６は、中空縦回転軸１８と、複数枚の濾過板２０とを備え、該濾過板２０は濾液が流入可能に中空縦回転軸１８の軸心に交差させて所定間隔をおいて上下方向に並列して中空縦回転軸１８に取り付ける。さらに、動的濾過要素１６相互は、それらの濾過板２０相互が噛合い状態になるように配設する。【選択図】図２
2004230343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向に配設される濾筒と、該濾筒（濾容器）内に配設される動的濾過手段とを備えた加圧連続濾過装置であって、
前記動的濾過手段は、複数個の動的濾過要素（濾過モジュール）を備え、
該動的濾過要素は、中空縦回転軸と、複数枚の濾過板とを備え、該濾過板は濾液が流入可能に前記中空縦回転軸の軸心に交差させて所定間隔をおいて上下方向に並列して取り付けられる構成であり、
前記動的濾過要素相互は、それらの前記濾過板相互が噛合い状態となるように配設されている、ことを特徴とする差圧連続濾過装置。
【請求項２】
前記中空縦回転軸が、下端自由端として濾筒天井壁で軸受け支持されるとともに、前記中空縦回転軸の上方から濾液が差圧により取り出される機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の差圧連続濾過装置。
【請求項３】
前記少なくとも最下段の濾過板が下面邪魔板を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の差圧連続濾過装置。
【請求項４】
前記濾過板の周面に側面邪魔板を備えていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の差圧連続濾過装置。
【請求項５】
前記濾過板が、濾過層と該濾過層の内側に配される多孔心材層とを備えたものであり、前記多孔心材層は、濾過層の孔径に比して大きい孔径を有する剛性連泡多孔体で形成されていことを特徴とする請求項１記載の差圧連続濾過装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の差圧連続濾過装置を操作して差圧連続濾過をする方法であって、前記複数の動的濾過要素を同一方向で同期回転させて行うことを特徴とする差圧連続濾過方法。
【請求項７】
前記動的濾過要素の回転数を、処理水の性状に対応させて可変制御することを特徴とする請求項６記載の差圧連続濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、濾筒と、該濾筒（ろ容器：貯槽）内に配設される動的濾過手段とを備えた差圧連続濾過装置に関する。特に、工場廃水の連続処理を行う場合に好適な差圧連続濾過装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
種々の工場排水の処理法として膜分離法が注目されているが、濾過面（濾材面又は膜面）に堆積したケークにより濾過速度が低下するという欠点がある。この欠点を補う膜分離法として濾過面に高剪断力を与えることにより堆積ケークを剥離させる濾過法があるが、この方法はダイナミック濾過と呼ばれる。
【０００３】
従来は通液循環型ダイナミック濾過が広く採用されている（図１参照）。
【０００４】
この方法では、図例の如く、原水に圧力をかけ、濾過材の表面を高速（１〜３ｍ／ｓ）で通過させることにより剪断力を与え、濾過を継続している。原水を１回通過させるだけでは濾過水量が得られないので原水は繰り返し圧力をかけられ、濾過材表面に高速で供給される。このため、得られる濾過水に対して多大な動力源が必要となる。
【０００５】
このため、膜分離手段（ダイナミック濾過手段）として、下記構成（構造）のものが特許文献１等において紹介されている（特許請求の範囲、第３頁２柱下第２段等参照）。
【０００６】
「被処理液の流入口および流出口を備えた筒状ケース内に、中空縦回転軸に多数の円盤膜を並列に取付けた膜モジュールを収納し、円板膜からの透過液を前記中空縦回転軸の中空部を経由して装置外へ排出する構造。」
さらに、ケースの断面を楕円状とし、そのケース内に２本の膜モジュールをそれぞれ円板膜が交互に噛合うように収納する構成が変形例として紹介されている（同第下２段）。
【０００７】
この構成の場合、「各膜モジュールを同方向に回転させることによって、円板膜が交差する領域では被処理液の攪拌が促進し、円板膜と被処理液が良好に接触する。」また、「円板膜の膜面に付着した固形分は、この領域で容易に剥離するので、膜面を常に性状して維持できる。このため、洗浄工程の頻度を少なくできる。」旨の記載がある。
【０００８】
しかし、上記構成の差圧濾過装置の場合、ケース（濾筒）が横置きであり、濾過（膜分離）のための駆動圧力として大きなものを必要とするとともに、高度のシール性も要求された。さらには、濾過ケークの取り出しも面倒であった。
【０００９】
【特許文献１】
特公平６−９８２７５号公報
【００１０】
【発明の開示】
本発明は、上記にかんがみて、濾過分離（膜分離）のための大きな駆動圧力を必要とせず、しかも、濾過ケークの取り出しも容易な差圧連続濾過装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意、開発に努力をした結果、下記構成の差圧連続濾過装置に想到した。
【００１２】
縦方向に配設される濾筒と、該濾筒（ろ容器：貯槽）内に配設される動的濾過手段とを備えた加圧連続濾過装置であって、
動的濾過手段は、複数個の動的濾過要素（濾過モジュール）を備え、
該動的濾過要素は、中空縦回転軸と、複数枚の濾過板とを備え、該濾過板は濾液が流入可能に中空縦回転軸の軸心に交差させて所定間隔をおいて上下方向に並列して取り付けられる構成であり、
動的濾過要素相互は、それらの濾過板相互が噛合い状態となるように配設されている、ことを特徴とする。
【００１３】
濾筒を縦方向に配設するとともに、該濾筒に中空縦回転軸を介して複数枚の濾過板を上下に並列させる構成としたため、水柱圧により（特に下方の濾過板）に対しては、濾筒を横型とし、濾過板を水平方向に並列させる場合に比して、ろ過（膜分離）のために必要な駆動圧を発生させるための動力が少なくてすむ。また、結果的に、上方のシールは、ガス対応シールでかつシール圧も小さいため、液対応シールに比して、シール構造も簡単なものとなる。また、濾過板から剥離した濾過ケークの取り出しも、濾筒の底壁から重力を利用して容易に行うことができる。さらに、濾過モジュール相互が、濾過板相互が噛合い状態で配設されているため、濾過板の剪断作用により、剪断ゾーンにおいて、被処理液の攪拌が促進されるとともに、濾過板に付着したケークの剥離が促進される。したがって、攪拌による被処理液の濾過効率の増大と濾過板の洗浄による連続濾過時間の長時間化が可能となる。
【００１４】
上記構成において、中空縦回転軸を、下端自由端として濾筒天井壁で軸受け支持するとともに、中空縦回転軸の上方から濾液が差圧により取り出される機構を備えている構成とすることが望ましい。中空縦回転軸が下端自由端であるため、下端の回転軸シールが不要となり、即ち、シールが対気体（空気）シールのみでよくなり、さらに、底壁からのケーク含有液の取り出しが容易となる。
【００１５】
そして、上記各構成において、少なくとも最下段の濾過板が下面邪魔板を備えていること、及び／又は、濾過板の周面に側面邪魔板を備えていることことが望ましい。下面邪魔板及び／または側面邪魔板の作用により、被処理液（濾過原液又は濾過原水）の分散粒子の均一化が可能となり、さらに、沈降してくるケーク形成粒子（分散粒子）を均一分散させることができ、濾過効率の増大が期待できる。
【００１６】
また、上記各構成において、濾過板が、濾過層と該濾過層の内側に配される多孔心材層とを備えたものであり、多孔心材層は、濾過層の孔径に比して大きい孔径を有する剛性連泡多孔体で形成されていことが望ましい。濾過層を形成する材料が剛性を有しないものでもよく、濾過層形成材料の選択幅が増大する。また、濾過層を可及的に薄いものでも使用可能となり、かつ、内側の剛性連泡多孔体の孔径が濾過層の孔径に比して大きいため、濾過層も可及的に薄くできて、濾過層透過液の圧損を小さくできる。したがって、濾過駆動圧が小さなもので済み、結果的に省エネルギー化につながる。
【００１７】
そして、上記各構成の差圧連続濾過装置を操作して差圧連続濾過をする場合の濾過方法は、動的濾過要素が、同一方向で同期回転させて行うことが望ましい。
濾過板の進行方向が互いに逆方向となる剪断ゾーン（濾過板噛合い部分）が発生して、該剪断作用により、ケーク剥離が促進されるとともに被処理の攪拌が促進される。結果的に、洗浄効果及び濾過効率が向上する。
【００１８】
上記濾過装置の操作に際して、動的濾過要素の回転数を、被処理液（処理水）の性状に対応させて可変制御することが望ましい。運転効率の最適化のためである。
【００１９】
なお、本発明の差圧連続濾過装置のコンセプトを、従来の通液循環型ダイナミック濾過装置と対比して概略的に述べると、下記の如くになる。
【００２０】
円板型の濾過材をひとつの軸に竪型に積層させる。さらにそれらを交互に組み合わせ、同一方向に高速で回転させる。ひとつの軸に固定された円板は他の軸と組み合わされた部分において円板の進行方向が逆方向となっているため、互いの円板濾過材表面に高剪断場を与えることが可能となる。さらに被処理液（原水）には振動をかけ、被濾液の濃縮に伴い円板濾過材表面に堆積するケークの剥離を促進する。この方法によれば原水の循環は必要ではなく、円板回転についても低回転数でケーク剥離の効果が期待できるため動力源は最小の状態で問題ないという利点を持っている。
【００２１】
また、このコンセプトによれば円板回転数を変更することにより、剪断力を容易に変更することが可能である。このため、回収する固形分からなるケークを意図的に濾過材表面に付着させることもコントロールできるので、サブミクロンオーダーの細かい粒子についてもダイナミック層を形成できる。このため微細粒子を回収する際にも一般濾過に用いるような目の粗い濾過材料（濾材）が使用でき、薬剤（凝集剤）添加を行わない固液分離が可能となる。従来法（通液循環型）で微細粒子を分離する場合では、この操作の適用範囲が限られる。
【００２２】
さらに、回転円板濾過材が形成する剪断場は周速度が異なるため、円板の中心部が小さく、外周部が大きくなる問題があるが、多軸積層型であるため隣接する円板濾過材では逆に周速度の高い外周部が当該円板濾過材の中心部に位置することになり、剪断力の均一化を測ることができる。これにより、濾過材に均一な剪断場が形成でき安定した濾過が継続できる。
【００２３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施形態を、図例２〜４に基づいて、詳細に説明をする。図２は、本実施形態の概略モデル断面図であり、図３は濾過板の一例を示す拡大半断面図であり、図４は図２の濾過板の噛合い状態を示す平面用説明図である。
【００２４】
基本的には、縦方向に配設される濾筒（貯槽）１２と、該濾筒１２内に配設される動的濾過手段１４とを備えた差圧連続濾過装置であり、動的濾過手段（濾過モジュール）１４は、複数個の動的濾過要素１６からなるものである。
【００２５】
そして、該動的濾過要素１６は、中空縦回転軸１８と、複数枚の濾過板２０とを備え、該濾過板２０は濾液が流入可能に中空縦回転軸１８の軸心に交差させて所定間隔をおいて上下方向に並列して取り付けられる構成であり、また、動的濾過要素１６相互は、それらの濾過板２０、２０相互が噛合い状態となるように配設されている。
【００２６】
本実施形態では、濾筒１２及び中空縦回転軸１８は垂直方向に配設されているが、ともに斜設方向でもよく（傾斜角４５°以上）、また、動的濾過要素１６は、図例では２個であるが、３個以上であってもよい。また、濾筒１２は、水平断面、平面長円状であるが、これに限られるものではない。即ち、濾筒１２水平断面も濾過板２０の外周形状に沿った図４のような長円状でいなくてもよく、矩形断面でもよい。
【００２７】
また、濾過板２０は、図例の如く、円板形状とするが、楕円形状、多角形状（三角形、四角形、八角形）であってもよい。また、濾過板２０の取り付け方向は、通常、水平とするが、斜め方向（傾斜角度４５°以下）であってもよい。この場合、最上段の濾過板２０は、部分水没した形態になるが、水面上のでた部分が水没する際に、水による剪断力を受けて、ケーク剥離（洗浄）作用を期待できる。
【００２８】
そして、本実施形態では、中空縦回転軸１８が、下端自由端として濾筒１２天井壁で軸受け支持されるとともに、中空縦回転軸１８の上方から濾液が差圧により取り出される機構を備えている。
【００２９】
具体的には、一対の中空縦回転軸１８は、濾筒１２の天井壁に取り付けられた一対のスラスト軸受け２２に支持されている。ここで、通常、スラスト軸受け２２の下部側に図示しないが０リング等のシール部材を配設しておく。
【００３０】
また、中空縦回転軸１８の上端部には、従動プーリ２４が取り付けられ、タイミングベルト２６により、同一方向にモータ（原動機）２８の出力軸２８ａに取り付けられた駆動プーリ３０により、同一方向に同期回転可能とされている。なお、各中空回転軸１８の駆動手段は、異なるモータ等を用いた別駆動手段としもよい。
【００３１】
また、濾筒１２には、原水（被処理液）を原水タンク３２から供給可能に原水供給ポンプ３４を備えた原水供給配管３６が接続されている。このとき、濾筒１２の天井壁には、液面計１３が取り付けられ、原水供給量を制御可能となっている。
【００３２】
また、濾過駆動圧（分離駆動圧）を得るために、濾筒１２内に加圧空気（加圧気体）を供給する元部側でコンプレッサ３８を備えた加圧気体（空気）供給配管４０が接続されている。なお、加圧気体は空気でなくても、被処理液が酸化を嫌うような場合によっては、窒素等の不活性気体であってもよい。
【００３３】
他方、濾筒１２の底部には濃縮液（ケーク含有液）を回収するために、バルブ（ボールコック）４２を備えた濃縮液排出口４４が配設されている。
【００３４】
さらに、各中空縦回転軸１８の上端には、濾液回収配管４５が接続されている。なお、上記濾過駆動圧を得る為の上記加圧手段（コンプレッサ３８）とともに、または加圧手段の替わりに、真空吸引手段（例えば、コンプレッサ）を、ろ液回収配管側に、配設してもよい。
【００３５】
上記濾過板２０は、適宜、少なくとも最下段の濾過板２０が下面邪魔板４６（または４６Ａ）を備えている構成、及び／又は、濾過板２０の周面に側面邪魔板４８を備えている構成とすることができる。被処理液の攪拌促進させて、濾過効率を増大させるためである（図３参照）。
【００３６】
各邪魔板４６、４８の形状は、図３のような半円型に限定されることなく、攪拌翼に多用されている、タービン形（例えば、矩形）、ひねり形等任意である。例えば、図２の二点鎖線で示す如く、楔型等であってもよい。
【００３７】
そして、濾過板２０としては、図３に示す如く、濾過層２０ａと該濾過層２０ａの内側に配される多孔心材層２０ｂとを備えたものであり、多孔心材層２０ｂは、濾過層２０ａの孔径に比して大きい孔径を有する剛性連泡多孔体で形成されてい構成のものが望ましい。ここで、通常、濾過層２０ａ、さらには、濾過板２０は取り外し可能としておく。濾過層２０ａは損傷し易いためであり、ろ液により孔径の異なるものを使用する必要があるためである。
【００３８】
濾過層２０ａは、通常、数ミクロンオーダの孔径を有するものを使用し、多孔芯材層（剛性連泡多孔体）２０ｂは、通常、数百ミクロンオーダの孔径を有するものを使用する。ここで、濾過層２０ａの形成材料としては、多孔質のセラミック・プラスチック・焼結金属等でもよいが、本実施形態では、内側を剛性連泡多孔体で形成するため、織布、不織布、紙製や多孔プラスチックフィルム等の可撓性のものも使用可能である。他方、多孔芯材層２０ｂの形成材料としては、上記セラミック・プラスチック・焼結金属等のうち孔径の大きなものを使用できるが、金網、パンチングメタルにより支持構造体を形成してもよい。なお、濾過層の厚みは、要求される濾過性能・濾材等にもよるが、例えば、セラミックフィルターの場合、通常、０．５〜５ｍｍとする。
【００３９】
次に、上記差圧濾過装置の操作方法について説明をする。
供給ポンプ３４を稼動させて、原水供給配管３６を介して、原水タンク３２から被処理液を所定量になるまで、液面計１３で制御しながら供給するとともに、コンプレッサ３８を稼動させて加圧空気を、濾筒１２内に供給して、濾筒１２内を加圧状態とする（通常、０．０５Ｍｐａ以上）。
【００４０】
次に、モータ２８を稼動させて縦中空縦回転軸１８を回転させる。このときの回転数は、通常、０〜１０００ｍｉｎ−１、望ましくは１００〜１０００ｍｉｎ−１とする。
【００４１】
すると、濾液は加圧空気により加圧状態（濾過駆動圧以上）となっているため、濾過板２０の濾過層２０ａを介して濾過され、濾液は、多孔芯材層（剛性連泡多孔体）２０ｂ及び中空縦回転軸１８の外周壁１８ａに形成された濾液流通孔１９を経て中空縦回転軸１８内に流入し、濾液回収配管４５を介して濾液として回収される。
【００４２】
このとき、縦中空縦回転軸１８が回転しているため、被処理液（濾過原液：原水）が攪拌混合されて、被処理液中の分散粒子（残留粒子：ケーク形成粒子）が均一に分散される為は濾過効率が良好となる。また、濾過板２０の噛合う部分では、回転方向が逆方向となり、剪断ゾーンＳ（図４ハッチ部）が発生し、濾過ケークが濾過面に堆積され難い。したがって、良好な濾過効率を長時間に亘って維持可能となる。それでも、濾過面に濾過ケークが堆積するような場合には、濾過要素を間欠的に逆回転をさせることが望ましい。この間欠的な濾過要素の逆回転により、正逆反転直後に剪断ゾーンにおける剪断作用が増大するばかりでなく、噛合い部分以外でも濾過面に剪断作用が発生して、濾過面からのケーク剥離（洗浄）が促進される。即ち、濾過面の洗浄性がさらに増大する。なお、ここで、間欠的とは、一次的に逆転させることばかりでなく、正転運転時間と逆転運転時間とが略同一時間とする場合も含むものとする。
【００４３】
そして、濾過ケーク含有液の濃度が増大してきて（即ち、被処理液が所定以上の濃度になったら、底部の開閉弁を開け、濃縮液回収配管から濃縮液を回収する。
【００４４】
【試験例】
図２に示す差圧連続濾過装置を使用して、１０％のＯ／Ｗ形エマルションを０．２ＭＰａの濾過駆動圧で濾過したので、その結果を図５に示す。
【００４５】
なお、使用した濾過装置の寸法仕様は、下記の如くである。
【００４６】
濾筒１２内（長径：４２０ｍｍ、短径：３００ｍｍ、高さ：３００ｍｍ）
濾板（２００ｍｍφ×８ｍｍｔ、表面層の孔径０．１０μｍセラミック製）、濾過板２０ピッチ（２０ｍｍ）
中空軸（外径２０ｍｍφ×内径１０ｍｍφ）、中空軸間距離（１２０ｍｍ）
ここでｖは単位濾過面積当たりの累積濾過量（ｃｍ）、θは経過時間であるためｄθ／ｄｖは濾過速度の逆数となる．
即ち、右肩上がりのｄｅａｄ  ｅｎｄ濾過（円板を回転しない場合）では濾過速度はどんどん低下するのに対して円板を回転すれば濾過速度の安定化が図られる。濾過速度は濾過板２０（円板）の回転数が高いほど速くなるが、５００ｒｐｍと１０００ｒｐｍでは殆ど濾過速度の差異は観察されなかった．
【００４７】
【産業上の利用可能性】
本発明の差圧連続濾過装置の用途としては、下記のようなものを挙げることができる。
【００４８】
▲１▼工場排水のリサイクル一次処理装置
薬品添加なしでの濾過が可能であるため、無機塩類の増加がない点が極めて有効である。なお、工場排水の例としては、各種洗浄排水、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）廃水、エマルション系各種排水を挙げることができる。
【００４９】
▲２▼液体工業薬剤からの不純物回収装置
例えば、油性、水溶性切削液、研削液などの循環利用に使用できる。
【００５０】
▲３▼有用物回収装置
工場の各工程での固液分離装置として導入でき、薬品無添加のため有用固形物の回収に極めて有効である。
【００５１】
▲４▼濃縮装置
生産工程における液中固形分としての有機・無機材料の濃縮で次工程の乾燥コストの低減可能
【図面の簡単な説明】
【図１】通液循環型ダイナミック濾過の模式図である。
【図２】本実施形態の概略モデル断面図である。
【図３】濾過板の一例を示す拡大半断面図である。
【図４】図２の濾過板相互の噛合い状態を示す平面用説明断面図である。
【図５】本発明の濾過装置の試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１２    濾筒（貯槽）
１４    動的濾過手段
１６    動的濾過要素
１８    中空縦回転軸
２０    濾過板
２０ａ    濾過層
２０ｂ    多孔心材層
３８    コンプレッサ（差圧発生手段）
４６    下面邪魔板
４８    側面邪魔板
Ｓ    剪断ゾーン（濾過板の相互の噛合い部）
【図１】
2004230343.tif 000003
【図２】
2004230343.tif 000004
【図３】
2004230343.tif 000005
【図４】
2004230343.tif 000006
【図５】
2004230343.tif 000007