(57)【要約】【課題】圧縮性に富み、ろ材間空隙率を減少させ、ろ材層の分散・展開が容易な水処理用ろ材を提供する。【解決手段】樹脂繊維の芯材（１、２）に接着糸（６）を混入し、捻り合せた芯材（１、２）の間に花糸（４）を挟み込んだモール糸（５）を、接着糸（６）で溶着固化させ、所定の長さに切断してモールろ材（７）とするもので、モールろ材（７）が芯材（１、２）と短繊維の花糸（４）のみであり、圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能である。モールろ材（７、７）間空隙の充填は、単位ろ材相互の花糸（４）の挿入により可能となり、ろ層形成時のろ材間空隙率が減少し、ろ過時にこのろ材間空隙を優先的に通過する被処理水中の懸濁物質をモールろ材（７、７）の花糸（４）によって捕捉、除去することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
捻り合せた芯材（１、２）の間に花糸（４）を挟み込んだモール糸（５）を、所定の長さに切断してモールろ材（７）とすることを特徴とする水処理用ろ材。
【請求項２】
上記モールろ材（７）は、複数本のモール糸（５）を束状にまとめ、切断してあることを特徴とする請求項１に記載の水処理用ろ材。
【請求項３】
上記モール糸（５）の芯材（１、２）にポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維と、花糸（４）にクリンプ糸または生糸を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の水処理用ろ材。
【請求項４】
上記樹脂繊維の芯材（１、２）に接着糸（６）を混入し、捻り合せたモール糸（５）を、切断前に溶着固化させることを特徴とする請求項３に記載の水処理用ろ材。
【請求項５】
上記芯材（１、２）に、樹脂繊維の代わりに芯糸を用いたことを特徴とする請求項３に記載の水処理用ろ材。
【請求項６】
上記芯材（１、２）に、樹脂繊維の代わりにステンレス糸を用いたことを特徴とする請求項３に記載の水処理用ろ材。
【請求項７】
繊維ろ材を充填したろ過槽（８）に、上向流で被処理液を供給し、ろ材層（１２）を形成するろ過装置において、捻り合せた芯材（１、２）の間に花糸（４）を挟み込んだモール糸（５）を、所定の長さに切断したモールろ材（７）をろ過槽（８）に充填してあることを特徴とするろ過装置。
【請求項８】
上記ろ材層（１２）の下方に、空気供給管（１３）を配設したことを特徴とする請求項７に記載のろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生活廃水や工場排水等の汚水中に含まれる懸濁物質を、繊維ろ材を用いて分離するろ過装置の水処理用ろ材の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空隙性のある繊維ろ材が固液分離や生物処理装置に使用されており、ろ過装置に塊状ろ材を充填してろ材層を形成して固液分離を行なう装置は、例えば、特許文献１に記載してあるように、公知である。ろ過装置に用いる繊維性塊状ろ材のろ過メカニズムは、ろ材単体に空隙を有するものであっても、被処理水中の溶媒、および懸濁物質が通過する流路はろ材の間が優先的となる。この現象は、特に懸濁物質において顕著であり、懸濁物質粒子径が律束要因となる。この要因によりろ材に要求される機能は、いかにろ材間の空隙（径）を減らすかであり、空隙程度により処理水質を左右する。
【０００３】
従来の繊維ろ材は、微生物等の保持体としてのろ材（バイオフィルム等による溶解性物質の除去）以外は、単純固液分離用のろ過ろ材であっても、ろ材単体に空隙を有するものが主流である。この繊維ろ材は、特許文献２に示すように、ろ材本体に毛状体をなす繊維を植え付けた繊維ろ材を用いている場合があるが、特許文献３に示すように、マリモのようなパーマネント繊維の植毛が主流である。繊維ろ材は粒状ろ材と比較して格段に多くの空隙率を有し、繊維ろ材は絡みあったフィラメントによりろ材層が形成されて、微生物の着棲体としての利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−７９１０８号公報（明細書の段落番号０００６及び段落番号０００８、第１図）
【特許文献２】
特開平１−１０４３１６号公報（明細書の第２頁左上段第１３行目乃至右上段第４行目，第１図乃至第３図）
【特許文献３】
特許第２６７２７８０号公報（明細書の段落番号０００８、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の繊維ろ材は、ろ過の清澄性を補う為に、ろ材単体自体の空隙の緻密さに注力して、ろ材間の空隙を減じる形態とはなっていない。ろ材ろ過における除濁効率は、ろ層圧縮率とろ層高さに大きく律束される。現在実用化されている繊維ろ材は、ろ過性能上ろ材単体自体に空隙を有するため、粒径の小さな粒子がろ材内部に侵入する。ろ材内部に経時的に蓄積されて比重が大きくなり、本来のろ材性状（特性）が変化して、ろ過機能として不具合を生じる。この現象はろ材内の空隙がたとえ連続的であっても非常に洗浄性が悪く、一旦侵入した粒子はろ材単体内部に保持してしまう。この状況を改善する為に、より強力な力によって洗浄を行うと、ろ材自体に何らかの障害が生じ、本来のろ過機能を損失する。また、植毛繊維は同一保持体の繊維間で粒子を保持する可能性が高く、この現象によるろ材の分散・展開への阻害が生じる恐れがある。パーマネントろ材は、形状の変化が容易であるが、開放時においてもその形状を維持する場合が多く、次期ろ過時に不均一なろ材間空隙を形成してしまう恐れがある。この発明は、圧縮性に富み、ろ材間空隙率を減少させたろ材層の分散・展開が容易な水処理用ろ材とろ過装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、捻り合せた芯材の間に花糸を挟み込んだモール糸を、所定の長さに切断してモールろ材とするもので、芯材および短繊維のみから構成されたろ材は、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能である。ろ材間空隙の充填は、単位ろ材相互の短繊維挿入により可能となり、ろ層形成時のろ材間空隙率が減少する。このろ材間空隙を優先的に通過する被処理水中の懸濁物質は、ろ材間充填短繊維によって捕捉、除去することができる。
【０００７】
モールろ材は、複数本のモール糸を束状にまとめ、切断したもので、ろ材間空隙率を高めることができる。  モール糸の芯材にポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維と、花糸にクリンプ糸または生糸を用いたもので、懸濁物質の捕捉部位が、若干ウエーブがかかったフィラメント状のクリンプ糸、あるいは、フィラメント状の硬く直毛の生糸からなる短繊維の花糸であり、ろ材の洗浄が容易となる。樹脂繊維からなる芯材に、その樹脂繊維より融点の低い接着糸を混入し、捻り合せたモール糸を、切断前に溶着固化させれば、短繊維の花糸が固定され、ろ過および洗浄によるろ材の劣化（植毛繊維の脱落）が解消されて、長期間、安定したろ過機能を有するろ材となる。芯材に芯糸を用いて花糸を固定すれば、接着糸を用いずに花糸の脱落防止が行なえる。用途によっては、芯材にステンレス糸を用いてもよいものである。
【０００８】
繊維ろ材を充填したろ過槽に、上向流で被処理液を供給し、ろ材層を形成するろ過装置において、捻り合せた芯材の間に花糸を挟み込んだモール糸を、所定の長さに切断した水処理用ろ材をろ過槽に充填したもので、芯材に固定した花糸の短繊維は放射状であるため、ろ層内のろ材間空隙を効率良く、平均的に充填することが可能となる。そして、圧縮時のろ材間は、短繊維で密に充填され、被処理水の通水距離とろ材との接触頻度を増大させ、より小さな粒子径の懸濁物質を捕捉除去することができる。また、ろ材ろ過における除濁効率は、ろ層圧縮率とろ層高さに大きく律束されるので、従来の小片繊維塊ろ材では不可能であったろ層高さの低減が、モールろ材によるろ材間空隙充填で可能となる。ろ過槽に形成するろ材層の下方に、空気供給管を配設したものでは、エア洗浄時や圧縮開放時に、短繊維の花糸は容易に分散・展開が可能であり、短繊維どうしの隙間に保持された捕捉懸濁物質は、簡単に剥離・脱落する。この洗浄の簡便性は、洗浄動力が非常に低減できる。さらに、機械撹拌のような洗浄強度を必要としないため、洗浄時のろ材の劣化がなく、ろ材の耐久年数が長くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はモール糸の製造方法の概念図であって、ポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維からなる２本の芯材（樹脂繊維と押さえ樹脂繊維）１、２の間に、もう１本のクリンプ糸３または生糸３ａを巻きつけ、その糸３を挟んで２本の芯材１、２を捻り合わせながら、表面に出ている挟み込んだ糸３を短くカットして花糸４を形成させ、モール糸５をつくる。図２はモール糸の概念図であって、カットした花糸４は先が広がり、捻り糸の中に毛羽が植え込まれた構造となる。芯材１、２を樹脂繊維とするときには、図２に示すように、熱融着繊維の接着糸６を２本の芯材と平行に配設し、４本の繊維間にクリンプ糸３または生糸３ａを巻きつけて、花糸４を短繊維にカットした後、加熱処理を行なえば、接着糸６が融着固化して、花糸４の脱落を防止する。芯糸またはステンレス糸を芯材１、２に使用すれば、花糸をきつく締め付けて、接着糸６を使用せずに花糸の脱落が防止できる。このモール糸５を所定の長さ（５ｍｍ程度）に切断して、図３及び図４に示すような、モールろ材７となる。
【００１０】
この発明のモールろ材の構成は、芯材１、２および短繊維の花糸４のみであり、非常に圧縮性に富み、小さな力で容易に圧縮が可能である。圧縮時のろ材間は短繊維で密に充填され、被処理液中のより小さな粒子径の懸濁物質を捕捉して、除去させる。ろ材ろ過における除濁効率は、ろ層圧縮率とろ層高さに大きく律束されるが、モールろ材７のような効率の良いろ材間空隙充填では、小片繊維塊ろ材では不可能であったろ層高さの低減が可能となる。また、小片繊維塊ろ材では不可能であったろ材間空隙の充填は、単位ろ材相互の短繊維の花糸４の挿入により可能となる。
【００１１】
図５は繊維ろ材を用いるろ過装置であって、ろ過槽８の槽底に被処理液供給管９と、その頂部に処理水管１０を連結した集水ノズル１１が配設してある。ろ過槽８に本願発明のモールろ材７・・・が充填してあり、被処理液を上向流で供給して、ろ過槽８の上半部にろ材層１２を形成させる。ろ材層１２の下方に空気供給管１３が配設してあり、ろ材層１２が目詰まりした時に、あるいは、処理水が悪化したときに、ろ材層の下方に圧縮空気を供給すれば、モールろ材７・・・は流動して、モールろ材７、７間に捕捉した懸濁物質を分離させる。符号１４は被処理液の供給管９から分岐した洗浄排水管、符号１５は処理水管１０から分岐させた捨水管、符号１６はエア洗浄時のろ材流出防止用のスクリーンである。
ろ材層１２を形成するモールろ材７は、芯材１、２に固定した短繊維の花糸４が放射状であるため、ろ材層１２内のモールろ材７、７間の空隙を効率良く、平均的に充填することが可能となる。そして、ろ過槽８に被処理液を圧入すれば、水流によりさらにろ材層１２を圧縮してモールろ材７、７間の空隙率が減少し、モールろ材７、７間の空隙を優先的に通過する被処理水中の懸濁物質をろ材間充填短繊維の花糸４によって捕捉、除去することができる。
【００１２】
【実施例】
水処理用ろ材について、本願発明のモールろ材と、従来の小片繊維塊ろ材をろ過装置に充填し、ろ層圧縮率とろ層高さを同一とした場合のろ過性能の比較試験を行なった。ろ材を充填するろ過装置は、ろ材層下方に空気供給管を配設した図５に示す密閉ろ過装置と、ろ過層の下方に撹拌機を配設した密閉ろ過装置を使用した。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
表１は、ろ過性能の比較試験を行なうろ材条件であって、大きさがφ４×５ｍｍのポリエステル製の本願発明のモールろ材と、大きさが５×５×３ｍｍのポリプロピレン製の従来の小片繊維塊ろ材を使用した。また、表２は、比較試験のろ過条件であって、ろ材の圧縮率６０％（６２５→２５０ｍｍ）、ろ材圧縮時のろ層高さ２５０ｍｍ、被処理液濁度５度（カオリン模擬液）、通水速度５０ｍ３／ｍ２ｈのろ過条件で試験を行なった。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
表３は、試験結果の処理水濁度および圧力損失の経時変化の対比表であって、縦軸に処理水濁度（度）および圧力損失（Ｍｐａ）、横軸にろ過継続時間（ｍｉｎ）を表示した。その結果は、本願発明のモールろ材を用いた場合の処理水濁度は、１２時間以上に渡りクリプト除去の濁度指標である０．１度以下を維持した。
一方、小片繊維塊ろ材を用いた場合の処理水濁度は、開始ろ過時間からすでに０．１度を上回り、経時的に増加する傾向を示した。従来の小片繊維塊ろ材を用いて処理水濁度を０．１度以下に維持するには、圧縮率を上昇するか、あるいは、ろ過時のろ層高さを増加する必要がある。しかしながら、圧縮率を上昇すれば、過度の圧縮による急激な圧損の上昇を招き、ろ過継続時間が極度に短縮される。また、ろ層高さを増加すれば、過度なろ層厚さの増大による設置時の不具合、非現実性などの問題が生じる。
【００１８】
また、本願発明のモールろ材を用いた場合の圧力損失は、１２時間以上に渡り０．００５Ｍｐａを下回った。一方、小片繊維塊ろ材を用いた場合の圧力損失は、すでにろ過開始時から０．０２Ｍｐａを上回り、経時的に増加する傾向を示している。小片繊維塊ろ材を用いる場合は、ろ過継続時間の減少と、洗浄頻度の増大をもたらす。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
表４は洗浄性の比較表であって、本願発明のモールろ材と小片繊維塊ろ材について、洗浄方法、洗浄時間、洗浄水量、洗浄スペース、及びろ材劣化状況を比較した。ろ材洗浄のタイミングは、懸濁物質の捕捉量同等時とし、撹拌は、撹拌の難昜度によりモールろ材はエア撹拌、小片繊維塊ろ材は機械撹拌とした。その結果は、本願発明のモールろ材は、小片繊維塊ろ材よりも、洗浄時間が１／３以下、洗浄水量が１／２であった。洗浄スペース、ろ材劣化の全てにおいて、小片繊維魂ろ材の半分以下で洗浄が可能である。  また、１回の洗浄でほぼ初期同等のろ材に復元できる。さらに、エア洗浄による撹拌は、ろ材の損傷がほとんどなく、長期にわたり初期同等のろ過性能を維持することが可能である。
【００２１】
モールろ材洗浄の容易さは、懸濁物質の捕捉部位がろ材の短繊維の花糸の部分であること、また、その短繊維が直毛（またはクリンプ）であることに起因している。直毛短繊維はエア洗浄時、または圧縮開放時に容易に分散・展開が可能で、エア吹込みによるろ材の対流を阻害しない。さらに、捕捉懸濁物質は短繊維どうしの隙間に保持されているため、この開放・展開時に簡単に剥離・脱落する。このような洗浄の簡便性は洗浄動力を非常に低減でき、さらに機械撹拌のような洗浄強度を必要としないため、洗浄時のろ材の劣化がなく、ろ材の耐久年数が長くなる。
【００２２】
【表５】
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【００２３】
表５はろ材層のろ材別洗浄効果の比較であって、縦軸に処理水濁度（度）、横軸にろ過継続時間（ｈ）を表示した。表５に記載の矢印はろ材洗浄時点であって、モールろ材の洗浄は、１日１回エア撹拌を実施し、小片繊維ろ材の洗浄は、処理水濁度が０．５度を越えた時点で機械撹拌を実施した。その結果は、  モールろ材は洗浄前後で処理水濁度の変動が少なく、１日１回の洗浄で長期にわたり処理水濁度を０．１度以下に維持することが可能であった。これより、１回の洗浄でほぼ１００％ろ材が回復したと推察される。一方、小片繊維魂ろ材は洗浄直後の処理水濁度が経時的に悪化し、洗浄間隔が短くなる傾向があった。このため結果的に洗浄回数が増加し、ろ過運転初期を除いては１日３〜４回の洗浄が必要であった。これは小片繊維ろ材の「洗いにくさ」を顕著に示しており、機械撹拌のような強力撹拌をもってしてもろ材の完全回復は期待できない。
【００２４】
【発明の効果】
この発明に係る水処理用ろ材は上記のように構成してあり、モール糸の短繊維の花糸がろ材間の空隙を減少させて、ろ過効率を向上させる。直毛繊維は分散・展開が容易で、植毛繊維間の捕捉粒子は極めて小さなエネルギーで剥離・脱落させることが可能となる。即ち、従来の長繊維の植毛繊維ろ材やパーマネント状繊維ろ材の単体内部によるろ過機能は、初期段階に限られ、粒子の目詰まりによるろ材内空隙の閉塞は、洗浄による回復が困難であった。この発明にあっては、捻り合せた芯材の間に花糸を挟み込んだモール糸を、所定の長さに切断し、あるいは、モール糸の複数本を束状にまとめ、所定の長さに切断して水処理用ろ材とするので、圧縮性に富み、ろ層形成時のろ材間空隙率が減少し、被処理水中の懸濁物質をろ材間充填短繊維によって捕捉、除去することができる。
【００２５】
モール糸の芯材にポリエステル、ナイロン等の樹脂繊維と、花糸にクリンプ糸または生糸を用いたので、懸濁物質の捕捉部位が、クリンプ糸、あるいは生糸からなる短繊維の花糸であり、分離しやすくろ材の洗浄が容易となる。樹脂繊維の芯材に融点の低い接着糸を混入し、捻り合せたモール糸を、切断前に溶着固化させれば、短繊維の花糸が固定され、ろ過および洗浄による植毛繊維の脱落が解消されて、長期間、安定したろ過機能を有するろ材となる。また、芯材に芯糸を用いて花糸を固定すれば、接着糸を用いずに花糸の脱落防止が行なえる。用途によっては、芯材にステンレス糸を用いてもよいものである。
【００２６】
繊維ろ材を充填するろ過槽に、所定の長さに切断したモール糸を充填したので、放射状の花糸は、ろ層内のろ材間空隙を効率良く充填することが可能となる。圧縮時のろ材間は、短繊維で密に充填され、被処理水の通水距離とろ材との接触頻度を増大させる。より小さな粒子径の懸濁物質を捕捉除去することができる。  そして、ろ過槽に形成するろ材層の下方に、空気供給管を配設したので、直毛短繊維は分散・展開が容易で、捕捉懸濁物質は簡単に剥離・脱落することができる。この洗浄の簡便性は洗浄動力を非常に低減でき、洗浄時のろ材の劣化がなく、ろ材の耐久年数が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る水処理用ろ材のモール糸の製造方法の概念図である。
【図２】同じく、モール糸の概念図である。
【図３】同じく、モールろ材の概念図である。
【図４】同じく、モールろ材の側面図である。
【図５】この発明に係るろ過装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１、２  芯材
４  花糸
５  モール糸
６  接着糸
７  モールろ材
８  ろ過槽
１２  ろ材層
１３  空気供給管
【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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