(57)【要約】【課題】　膜分離方式を下水処理施設等に使用したとき大腸菌を完全に除去するには膜の捕捉粒子径を０．４μｍ程度以下にすることが望まれる。しかし捕捉粒子径０．４μｍ以下の従来のステンレス金網フィルタを用いて活性汚泥中で濾過を継続すると低い透過流束しか得られず十分な処理量を確保できない。これはフィルタ自体の濾過抵抗が高いことが原因のひとつである。本発明は微細孔を有しながらも高い透過流束（低い濾過抵抗）の得られる金属フィルタ及びそれを用いた汚水の濾過方法を提供する。【解決手段】　均等係数１〜１．６の粒子径分布を有する金属粉末を焼結してなる表面層を有することを特徴とする金属フィルタ。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均等係数１〜１．６の粒子径分布を有する金属粉末を焼結してなる表面層を有することを特徴とする金属フィルタ。
【請求項２】
金属粉末を焼結してなり、均等係数１〜１．３の孔径分布の開孔をもつ表面層を有することを特徴とする金属フィルタ。
【請求項３】
分離膜を有する膜モジュールを汚水中に浸漬配置し、膜モジュール内の圧力を膜モジュール外の圧力より小さくして濾過圧力を印加して濾過をおこなう汚水の濾過方法において、分離膜は均等係数１〜１．６の粒子径分布を有する金属粉末を焼結してなる表面層を有することを特徴とする汚水の濾過方法。
【請求項４】
分離膜を有する膜モジュールを汚水中に浸漬配置し、膜モジュール内の圧力を膜モジュール外の圧力より小さくして濾過圧力を印加して濾過をおこなう汚水の濾過方法において、分離膜は金属粉末を焼結してなり均等係数１〜１．３の孔径分布の開孔をもつ表面層を有することを特徴とする汚水の濾過方法。
　
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、各種油類、ガス類または水の濾過に使用する金属フィルタおよびそれを用いた汚水の濾過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来から、水の濾過はその所望される濾過性能によって一般濾過、精密濾過、限外濾過などの各段階に分けられている。一般濾過とは別名砂濾過とも称し、５μｍ以上の粒子を捕捉できる程度の濾過性能が求められ、精密濾過は０．１〜１０μｍ程度の粒子を捕捉できる程度の濾過性能が求められる。一般に、下水を精密濾過して得られる処理水は、公園などの修景用水として再利用されることがしばしばある。またさらに微細な０．００１〜１μｍの粒子を捕捉する限外濾過で得られる濾過水は手で触れられる程度まで清浄に処理でき、親水用水として再利用される。従来から精密濾過や限外濾過に使用されるフィルタとしては樹脂フィルタ、ステンレス焼結フィルタ、ステンレス金網フィルタ等が用いられている。以上のうちステンレス焼結フィルタは繊維状のステンレス鋼を焼結してその繊維の積み重なりの間隙をフィルタの目開きとするものであり、これには長繊維をそのまま用いるものと長繊維をカットして短繊維として用いるものとがある。
【０００３】
　しかし、上記の各種フィルタには次のような課題があった。まず樹脂フィルタでは強度や耐熱性が不十分であるという課題があり、被処理原水の性状やフィルタの洗浄方法によっては実用に耐えられないことがあった。
【０００４】
　またステンレス焼結フィルタについては金型で成形するため製作し得る寸法に限界があるだけでなく、フィルタとして使用する過程でフィルタ自体が厚いことによる逆洗い時の効率すなわち再生効率が悪いという問題がある。また十分に薄膜化することができないという問題があるほか、非常に高価であるという問題があった。
【０００５】
　さらにステンレス金網フィルタについては空孔径を超微細にすることが困難であり、たとえ技術的に可能であったとしても高価となり、工業的な適用が困難であるという問題点があった。
【０００６】
　これらの問題点を改善したステンレス金網フィルタとして、畳織り又はむしろ織りの金網を圧下して得られる基板と、この基板の少なくとも片面に相対的に平均粒子径が大きい粉末粒子を焼結した第１の粉末焼結層と、第１の粉末焼結層上に形成された相対的に平均粒子径が小さい粉末粒子を焼結した第２の粉末焼結層を有する金属フィルタがある（特許文献１及び２参照）。このように粒子径の異なる二種類の粉末を用いると、一種類の微粉末を用いて粉末焼結層全体を形成するのに比べて基板部からフィルタ表面部に向かって段階的に孔径が小さくなっていくため、濾過抵抗を増大させることなく微細な目開きを有するフィルタが得やすい。また、一般に高価格である平均粒子径の小さい微粉末金属粒子の使用量を低減できる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２９３２０号公報
【特許文献２】特開平１−１９４９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　沈殿池方式に代えて膜分離方式を下水処理施設等に使用した場合は汚泥の沈降性の影響を受けない安定した処理水質が得られること、浮遊性固形物がほとんど存在しない高度処理水が得られること、広い設置面積を必要とする最終沈殿池が不要となるため省スペース化が図れること等の長所を有することは良く知られているところである。また膜分離により大腸菌も取り除くことができればその後の殺菌処理を省略もしくは薬品使用量を低減することができ下水処理コストの低減が図れる。大腸菌を完全に除去するには膜の捕捉粒子径を０．４μｍ程度以下にすることが望まれる。しかし、捕捉粒子径０．４μｍ以下の従来のステンレス金網フィルタを用いて活性汚泥中で濾過を継続すると低い透過流束しか得られず十分な処理量を確保できない。これはフィルタ自体の濾過抵抗が未だ高いことが原因のひとつである。
【０００９】
　したがって本発明は以上の従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、微細孔を有しながらも高い透過流束、すなわち低い濾過抵抗の得られる金属フィルタ及びそれを用いた汚水の濾過方法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】
【００１０】
　本発明者は、上記目的を達成するには金属フィルタ全面に形成される開孔がシャープな孔径分布を有することが重要である点に着目した。特に、金属フィルタの特性を決めるフィルタ表面層を形成する粒子の粒径のばらつきを抑えることで、シャープな孔径分布が得られ、透過流束を大きく改善できることを見出し本発明に到達した。
【００１１】
　すなわち本願第一の発明は、均等係数１〜１．６の粒子径分布を有する金属粉末を焼結してなる表面層を有することを特徴とする金属フィルタである。均等係数の定義は体積基準累積粒子径分布から求めた６０％粒子径（Ｄ６０）と１０％粒子径（Ｄ１０）との比Ｄ６０／Ｄ１０であり、これが１に近いほどがシャープな粒子径分布であり好ましい。
【００１２】
　第二の発明は、金属粉末を焼結してなり均等係数１〜１．３の孔径分布の開孔をもつ表面層を有することを特徴とする金属フィルタである。均等係数の定義は体積基準累積孔径分布から求めた６０％孔径（ｄ６０）と１０％孔径（ｄ１０）との比ｄ６０／ｄ１０であり、これが１に近いほどがシャープな孔径分布であり好ましい。
【００１３】
　第三の発明は、分離膜を有する膜モジュールを汚水中に浸漬配置し、膜モジュール内の圧力を膜モジュール外の圧力より小さくして濾過圧力を印加して濾過をおこなう汚水の濾過方法において、分離膜は均等係数１〜１．６の粒子径分布を有する金属粉末を焼結してなる表面層を有することを特徴とする汚水の濾過方法である。
【００１４】
　第四の発明は、分離膜を有する膜モジュールを汚水中に浸漬配置し、膜モジュール内の圧力を膜モジュール外の圧力より小さくして濾過圧力を印加して濾過をおこなう汚水の濾過方法において、分離膜は金属粉末を焼結してなり均等係数１〜１．３の孔径分布の開孔をもつ表面層を有することを特徴とする汚水の濾過方法である。
【発明の効果】
【００１５】
　本発明によれば微細孔を有しながらも高い透過流束（低い濾過抵抗）の得られる金属フィルタ及びそれを用いた汚水の濾過方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
　次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
　本発明の金属フィルタは、金網を基板部とし、その面に相対的に平均粒子径が大きい第１の粉末粒子群からなる粉末焼結層（支持層）を設け、更にその上に相対的に平均粒子径が小さい第２の粉末粒子群からなる粉末焼結層（表面層）を設けることが好ましい。焼結層は基板部に比べ特にその表面で微細空孔を有することが要求されるが、粉末焼結層全体を一種類の粉末で形成する場合は表面の必要孔径に合わせた粒子径の粉末を選択する必要がある。この場合、確かに阻止率という点では効果があるが、透過水量などの濾過効率としてみると粉末焼結層全体が微細孔径であるため濾過抵抗が大きく透過水量が低いものとなっていた。また、微細孔を得るには粉末自体を微細なものとする必要があり、比較的孔の大きな基板の片面に塗布する場合に基板の孔から反対側へ抜けてしまうために塗布が困難であるといった問題点もあった。そこで本発明のように平均粒子径の異なる二種類の粉末を用いると、基板部の孔径から段階的に孔径が小さくなっていくため、透過水量を減じることなく微細空孔を得やすい。すなわち焼結層を構成する粉末粒子として相対的に平均粒子径が大きい第１の粉末粒子群とその上に相対的に平均粒子径が小さい第２の粉末粒子群の二種の粉末粒子を用いることが好ましい。なお、本発明では平均粒子径の異なる三種、または四種以上の粉末粒子群を用いてもよい。
【００１８】
　第１の粉末粒子群の平均粒子径は５〜５０μｍが望ましく、第２の粉末粒子群の平均粒子径は０．５〜１０μｍが望ましい。第１の粉末粒子の平均粒子径が５μｍ未満では塗布時に粉末が基板の編み目を抜けて塗布が困難となり、５０μｍを越えると第２層目に形成する粉末焼結層に用いられる粉末の粒子径が大きいものしか使用できず、焼結後に必要な細孔径が得られない。第２の粉末粒子群の平均粒子径が０．５μｍ未満では粉末粒子の表面部の酸化の為焼結が困難であり、１０μｍを越えると焼結により必要とする細孔径が得られない。
【００１９】
　図１に本発明の金属フィルタの断面模式図を示すが、金属フィルタ２１は例えば圧下された畳織りまたはむしろ織りの金網よりなる基板１０により機械的強度を得ると共に圧力損失を減少させ、その基板１０上に所望の空孔径を有する粒子径の大きい層（支持層）１１とその上に粒子径の小さい層（表面層）１２を形成することにより所定の濾過性能を有する金属フィルタを得ることができる。
【００２０】
　前記粉末粒子としてステンレス鋼粉末を用いれば、機械的強度、耐食性等の良好な金属フィルタを得ることができる。
【００２１】
　本発明において、前記網目基板１０の孔径は５〜１００μm、前記表面層１２の平均孔径は０．０５〜５．０μmとするのが好ましい。支持層１１の平均孔径より表面層１２の平均孔径を小さくする。その様にすることにより金属フィルタ全体として良好な機械的強度と濾過性能を同時に得ることができる。
【００２２】
　本発明の金属フィルタの製造方法は、例えば畳織りまたはむしろ織りの金網に相対的に平均粒子径が大きな第１の粉末粒子を塗布し、その上に相対的に平均粒子径が小さい第２の粉末粒子を塗布し、その後乾燥し焼結することにより製造することができる。また畳織りまたはむしろ織りの金網に相対的に平均粒子径が大きな第１の粉末粒子を塗布し乾燥し焼結後、その上に相対的に平均粒子径が小さい第２の粉末粒子を塗布し、その後乾燥し焼結することによっても製造することができる。第２の粉末粒子を塗布し、その後の乾燥と焼結の間に圧延処理を施すことにより表面層の孔径をより小さくすることができる。焼結前に行なうのは粒子が動きやすいからである。
【００２３】
　　（実施例１）
　以下本発明を実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。厚さ０．４mmで＃４０／２００メッシュの平畳織りＳＵＳ３１６金網を圧下率３０％でロール圧延して厚さ０．２８mm、網目径４２μmの基板とした。この基板上に相対的に平均粒子径が大きなＳＵＳ３１６Ｌ粉末（粒子径分布７〜２０μｍ程度、体積平均粒子径１４μｍ）を塗布・乾燥して支持層とし、その上に相対的に平均粒子径が小さい各種のＳＵＳ３１６Ｌ粉末を支持層より層厚が薄くなるように塗布して表面層とした。乾燥後水素雰囲気中で７００〜１０２０℃、１〜５時間焼結して金属フィルタが得られるが、従来の金属フィルタでは７３０℃、５時間焼結して、本発明の金属フィルタでは７１０℃、５時間焼結してそれぞれ金属フィルタを得た。表１に示すように表面層の構造を変えることにより従来例２種類の金属フィルタと本発明例１種類の金属フィルタとを作製した。表面層を構成する粉末には図２に示す分級前の広い分布を有する粉末とそれを分級して得られるシャープな分布を有する粉末の２種類を使用した。分級は日清エンジニアリング社製分級機ターボクラシファイヤーTC-15NS.TC-25Mにより行なった。なお、本発明における体積平均粒子径はレーザー回析粒度分布測定機（日機装社製：マイクロトラック）により測定することができる。各フィルタについてフィルタ性能を調査した結果を表１に示す。表面層の粒子径（Ｄ９０）は体積基準累積粒子径分布から求めた９０％粒子径である。孔径分布の測定はＡＳＴＭ　Ｅ１２９４−８９及びＪＩＳ　Ｋ３８３２精密濾過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法に従った。濾過抵抗（１／ｍ）は２５℃清水の流束（ｍ３／ｍ２／ｓ）と濾過圧力（Ｐａ）との関係を測定し濾過圧力を（流束×粘度（Ｐａ・ｓ））で除して算出した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
　従来例１の金属フィルタのように粒子径７．３μｍ（Ｄ９０）程度の粒子を用いて構成した表面層で被処理水中の大腸菌等を除去するには表面層に圧延を施して孔径を更に小さくする必要がある。しかし、表面層圧延をおこなうと濾過抵抗は増大してしまう。これに対し本発明の金属フィルタは従来例１と同程度の平均孔径であるにもかかわらず濾過抵抗はその数分の一にまで低下した。これは表面層の粒子径が小さいことと粒子径が揃っている（均等係数が小さい）ことで、圧延をしなくても小さくかつばらつきの小さい孔径分布を得ることができたからである（図３）。また、孔径のばらつきの小さい細孔を得るには表面層の層厚はその平均粒子径の少なくとも数倍は必要である。本発明の金属フィルタの表面層は粒子径が小さくかつ分布のシャープな粉末で形成されているため層厚を薄くしてもばらつきの小さい細孔径を得ることができる。濾過抵抗のうちの多くを占める表面層の層厚を薄くできたことも濾過抵抗の低減に寄与している。本発明の金属フィルタの濾過抵抗は平均孔径の大きい従来例２のそれより小さいことが分かる。
【００２６】
　　（実施例２）
　以下に図面を参照して本発明の汚水の濾過方法に係わる実施の形態について説明する。図５は本発明の汚水の濾過方法を実施するのに使用した実験装置を示した概略模式図であり、図４は図５の実験装置において使用した膜モジュールの概略斜視図である。反応槽１の中に膜モジュール２が取付けられて、原水３中に浸漬するように設けられている。ブロア８で圧送されるエアーが膜モジュール２の直下に設けられた散気管４から噴出してそのバブリングにより膜モジュール２の原水側濾過面に付着した濾過ケーキ層を剥離洗浄する。洗浄方法はこれに限らず膜モジュール２内に加圧したエアー又は清浄水もしくは洗浄薬液を供給して分離膜の濾液側から原水側へ透過（逆洗浄）させてもよい。
【００２７】
　膜モジュール２の上部には膜モジュール２を透過した透過水５を吸引するための吸引管６が接続され、この吸引管６の端部には吸引ポンプ７が取付けられて、吸引ポンプ７により透過水５を排出すると共に膜モジュール２内を負圧に維持するものである。この負圧によって原水の固液分離を効率的におこない得る。仕切板９は反応槽１の略中央部に立設され、供給される原水３が散気管４からの曝気により図の矢印方向に旋回流を形成し易くするためのものである。
【００２８】
　図４に示すように膜モジュール２は濾過板２２の両面に本発明の金属フィルタ２１が貼り付けられた箱型構造をしており濾過板２２と金属フィルタ２１，２１とで原水３から区切られた内部空間を構成する。濾過板２２の上部には前記吸引管６と接続され内部空間と連通する吸引口２３が設けられる。金属フィルタ２１を透過して濾過板２２内（前記内部空間）に至った透過液５を吸引口２３及び吸引管６を経由して膜モジュール２の系外に吸引排出するものである。前記内部空間の機能は透過液５を溜めることではなく、吸引ポンプ７による吸引圧力が金属フィルタ２１の全面に均一に印加されることを目的として設けられている。本実験では金属フィルタ２１の有効濾過面積は両面合計で０．１２ｍ２とし、金属フィルタ２１には前述の実施例１の本発明の金属フィルタと同様のものを使用した。
【００２９】
　次に上記した実験装置を使用して濾過洗浄実験を行なった結果について説明する。実験条件は濾過圧力５〜１０ｋＰａ、曝気洗浄サイクルは１ｍｉｎ／毎１０ｍｉｎである。表２に実験期間における流入下水と膜濾過水の平均水質および除去率を示す。膜濾過水質でＳＳ浮遊性固形物質、ＢＯＤ及び大腸菌は検出限界以下まで除去されＣＯＤも９０％以上が除去された。T-NやT-Pは固形性物質の除去に伴い、それぞれ５０〜８０％前後の除去率を示した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
　尚、本発明の金属フィルタに代えて表１の従来例１の金属フィルタを使用して同様な濾過洗浄実験を行なった結果、同等の水質の膜濾過水が得られた。
【００３２】
　　（実施例３）
　次に濾過差圧と濾過運転日数の関係について説明する。実施例２で使用した実験装置と被処理水を使用し、一定の平均濾過流束（０．６６ｍ／day）が得られるように濾過差圧を調整しながら濾過洗浄実験を行った。曝気洗浄サイクルは実施例２と同様であるが、濾過差圧が約１０ｋＰａ上昇したところで薬液注入による逆洗浄を行った。表３に実験期間における濾過差圧と濾過運転日数の関係を示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
　表３に示すように本発明例の金属フィルタのほうが従来例１のものより全体を通して低い濾過差圧で運転できることがわかる。したがって、本発明では動力費を低減できる。また、両者の濾過差圧を見るとその差は初期における差、約１０ｋＰａをほぼ維持していることから、目詰まりの進行の程度は両者ともほぼ同じであることがわかる。但し、本発明例の金属フィルタを使用した場合は従来例１のものを使用した場合に比べて薬液注入による逆洗浄の頻度が少ないため、維持管理が容易であるといえる。
【００３５】
　上記実施例では反応槽に膜モジュールを浸漬配置したが、反応槽で活性汚泥法により生物反応処理された有機性汚水を原水とし、この原水を膜モジュールを浸漬配置した分離槽に導入して汚水を濾過することもできる。この場合は分離操作や洗浄操作が生物反応に与える影響を排除できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
　本発明は、各種油類、ガス類または水の濾過に使用する金属フィルタおよびそれを用いた汚水の濾過方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例の金属フィルタ断面の概略構成を示す模式図である。
【図２】従来の金属フィルタの表面層に用いる広い粒子径分布（体積基準）を有する粉末と本発明の金属フィルタの表面層に用いるシャープな粒子径分布（体積基準）を有する粉末。
【図３】図２の粉末を用いて得られた金属フィルタの孔径分布。
【図４】膜モジュールを示す概略斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる実験装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
　１　反応槽
　２　膜モジュール
　３　原水
　５　透過（濾過）水
　４　散気管
　６　吸引管
　７　吸引ポンプ
　８　ブロア
　９　仕切板
１０　基板
１１　粒子径の大きい層（支持層）
１２　粒子径の小さい層（表面層）
２１　金属フィルタ
２２　濾過板
２３　吸引口
　
【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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