(57)【要約】  濾過装置（１）は、筒部（２）と、隔離部（３）と、繊維部（４）と、送出部（５）とを備える。筒部（２）は、上下方向に延びる筒状であり、外部へと開放された上部開口（２３）を有する。隔離部（３）は、筒部（２）の内部空間（２０）を上下に分離する。隔離部（３）は、液体が通過可能である。繊維部（４）は、隔離部（３）の上側の空間である上部空間に収容される繊維濾材である。繊維部（４）は、濾過時に隔離部（３）上に圧縮されて、上部開口（２３）から内部空間（２０）に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する。送出部（５）は、濾過時に繊維部（４）を通過した処理水を、隔離部（３）の下側の空間である下部空間から送出する。これにより、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。
2018123094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を濾過して処理水を生成する濾過装置であって、
上下方向に延びる筒状であり、外部へと開放された上部開口を有する筒部と、
前記筒部の内部空間を上下に分割するとともに液体が通過可能な隔離部と、
前記隔離部の上側の空間である上部空間に収容される繊維濾材であり、濾過時に前記隔離部上に圧縮されて前記上部開口から前記内部空間に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する繊維部と、
濾過時に前記繊維部を通過した処理水を前記隔離部の下側の空間である下部空間から送出する送出部と、
を備える。
【請求項２】
請求項１に記載の濾過装置であって、
前記上部開口が外部の原水面よりも下方に位置した状態で、前記筒部が原水中に配置される。
【請求項３】
請求項１または２に記載の濾過装置であって、
前記送出部が、前記下部空間から処理水を吸引するポンプを備える。
【請求項４】
請求項３に記載の濾過装置であって、
前記下部空間から送出された処理水を貯溜する処理水貯溜部をさらに備え、
前記送出部が、
前記筒部の前記下部空間と前記ポンプとを接続する第１配管と、
前記ポンプと前記処理水貯溜部とを接続する第２配管と、
前記第１配管上に設けられる第１切替部と、
前記第１切替部と前記処理水貯溜部とを接続する第３配管と、
前記第２配管上に設けられる第２切替部と、
前記第２切替部と前記筒部の前記下部空間とを接続する第４配管と、
をさらに備え、
原水の濾過時には、前記ポンプが駆動されることにより、前記下部空間の処理水が、前記第１配管および前記第２配管を介して前記処理水貯溜部へと供給され、
前記隔離部の下側から上側へと処理水を供給して前記繊維部を洗浄する際には、前記第１切替部および前記第２切替部が切り替えられて前記ポンプが駆動されることにより、前記処理水貯溜部の処理水が、前記第３配管、前記第１切替部、前記第１配管、前記第２配管、前記第２切替部および前記第４配管を介して前記下部空間へと供給される。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の濾過装置であって、
前記上部開口を覆うとともに液体が通過可能な蓋部が設けられる。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の濾過装置であって、
前記繊維部が、前記上部空間において下端部を前記隔離部または前記筒部に固定された状態で上下方向に延びる繊維濾材である。
【請求項７】
請求項６に記載の濾過装置であって、
前記隔離部と伸張状態の前記繊維部の上端との間の上下方向の距離が、前記隔離部と前記上部開口との間の上下方向の距離の８０％以上かつ１２０％以下である。
【請求項８】
請求項６または７に記載の濾過装置であって、
前記繊維部が、複数の繊維濾材要素を含み、
前記複数の繊維濾材要素が、前記筒部の上下方向を向く中心軸を中心として点対称に配置される。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか１つに記載の濾過装置であって、
複数の給気口から前記下部空間へとガスを送出し、前記隔離部の下側から前記繊維部にガスを供給して前記繊維部を洗浄する給気部をさらに備え、
前記繊維部が、複数の繊維濾材要素を含み、
前記複数の給気口が、伸張状態の前記繊維部における前記複数の繊維濾材要素の鉛直下方にそれぞれ位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水を濾過して処理水を生成する濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電所および海水を淡水化するプラント等の施設において、海水を取水する方法として、海底等に設けられた取水口から直接的に海水を取水する直接取水法が知られている。直接取水法では、海水と同時に海生生物等を含む懸濁物質を取り込むことになるため、海水の濁度増大時等の取水停止、および、取水口等への海生生物の付着等のおそれがある。そこで、近年、海底の砂層（以下、「砂濾過層」ともいう。）を透過した海水を取水する間接取水法も提案されている（特許第３８９９７８８号公報（文献１）および特許第５８２２６２３号公報（文献２）参照）。【０００３】
一方、特許第４５３２２９７号公報（文献３）および特許第５３４５５１２号公報（文献４）では、淡水を処理する水処理施設の濾過装置において、長繊維束により淡水中の懸濁物質を捕捉する技術が提案されている。当該濾過装置では、陸上に設置された濾過塔の内部空間に長繊維束が配置され、密閉された濾過塔の上方からポンプにより圧送された原水が供給される。長繊維束は、原水の流れによって屈曲して縮んだ状態となり、当該長繊維束を透過する原水中の懸濁物質が、長繊維束の空隙部等により捕捉される。【０００４】
ところで、文献１および文献２のように海底の砂濾過層を介した間接取水法では、海底を掘削して掘削部に砂濾過層を形成し、当該砂濾過層に取水配管を埋め込む必要がある。また、砂濾過層を介した間接取水法では、濾過速度が比較的遅い（例えば、線速度（ＬＶ）１００ｍ／日）ため、海底に大面積の砂濾過層を形成する必要がある。このため、取水設備が大型化および複雑化し、取水設備の製造コストが増大するおそれがある。さらに、砂濾過層が設置される海域の海象環境が厳しい場合、砂濾過層を形成する砂が流出するおそれがある。【０００５】
一方、文献３および文献４の濾過装置では、長繊維束に捕捉された懸濁物質を除去する際に、長繊維束の下方から水を逆流させて長繊維束の洗浄が行われる。しかしながら、密閉された濾過塔から懸濁物質を排出する必要があるため、当該懸濁物質を系外へと（すなわち、装置の外部へと）短時間で排出することが困難である。また、密閉された濾過塔から懸濁物質を排出するための構成が必要となり、濾過装置の構造が複雑化するおそれがある。なお、文献３および文献４では、濾過装置による河川水や湖沼水の濾過については記載されているが、海水の濾過については想定されていない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、原水を濾過して処理水を生成する濾過装置に向けられており、簡素な構造で原水の濾過を実現することを目的としている。
【０００７】
本発明に係る濾過装置は、上下方向に延びる筒状であり、外部へと開放された上部開口を有する筒部と、前記筒部の内部空間を上下に分割するとともに液体が通過可能な隔離部と、前記隔離部の上側の空間である上部空間に収容される繊維濾材であり、濾過時に前記隔離部上に圧縮されて前記上部開口から前記内部空間に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する繊維部と、濾過時に前記繊維部を通過した処理水を前記隔離部の下側の空間である下部空間から送出する送出部とを備える。当該濾過装置によれば、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。
【０００８】
本発明の一の好ましい実施の形態では、前記上部開口が外部の原水面よりも下方に位置した状態で、前記筒部が原水中に配置される。
【０００９】
本発明の他の好ましい実施の形態では、前記送出部が、前記下部空間から処理水を吸引するポンプを備える。
【００１０】
より好ましくは、前記下部空間から送出された処理水を貯溜する処理水貯溜部をさらに備え、前記送出部が、前記筒部の前記下部空間と前記ポンプとを接続する第１配管と、前記ポンプと前記処理水貯溜部とを接続する第２配管と、前記第１配管上に設けられる第１切替部と、前記第１切替部と前記処理水貯溜部とを接続する第３配管と、前記第２配管上に設けられる第２切替部と、前記第２切替部と前記筒部の前記下部空間とを接続する第４配管とをさらに備え、原水の濾過時には、前記ポンプが駆動されることにより、前記下部空間の処理水が、前記第１配管および前記第２配管を介して前記処理水貯溜部へと供給され、前記隔離部の下側から上側へと処理水を供給して前記繊維部を洗浄する際には、前記第１切替部および前記第２切替部が切り替えられて前記ポンプが駆動されることにより、前記処理水貯溜部の処理水が、前記第３配管、前記第１切替部、前記第１配管、前記第２配管、前記第２切替部および前記第４配管を介して前記下部空間へと供給される。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施の形態では、前記上部開口を覆うとともに液体が通過可能な蓋部が設けられる。
【００１２】
本発明の他の好ましい実施の形態では、前記繊維部が、前記上部空間において下端部を前記隔離部または前記筒部に固定された状態で上下方向に延びる繊維濾材である。
【００１３】
より好ましくは、前記隔離部と伸張状態の前記繊維部の上端との間の上下方向の距離が、前記隔離部と前記上部開口との間の上下方向の距離の８０％以上かつ１２０％以下である。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施の形態では、前記繊維部が、複数の繊維濾材要素を含み、前記複数の繊維濾材要素が、前記筒部の上下方向を向く中心軸を中心として点対称に配置される。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施の形態では、複数の給気口から前記下部空間へとガスを送出し、前記隔離部の下側から前記繊維部にガスを供給して前記繊維部を洗浄する給気部をさらに備え、前記繊維部が、複数の繊維濾材要素を含み、前記複数の給気口が、伸張状態の前記繊維部における前記複数の繊維濾材要素の鉛直下方にそれぞれ位置する。
【００１６】
上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一の実施の形態に係る濾過装置の構成を示す図である。
【図２】濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図３】濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図４】濾過装置１の一部を示す平面図である。
【図５】筒部の下部空間を示す底面図である。
【図６】濾過処理の流れを示す図である。
【図７】濾過装置の送出部における海水の流れを示す図である。
【図８】濾過装置の送出部における海水の流れを示す図である。
【図９】濾過装置の送出部における海水の流れを示す図である。
【図１０】実験装置を示す側面図である。
【図１１】実験装置の筒部の下部空間を示す底面図である。
【図１２Ａ】実験結果を示す図である。
【図１２Ｂ】実験結果を示す図である。
【図１３】他の濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図１４】他の濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図１５】他の濾過装置の構成を示す図である。
【図１６】他の濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図１７】他の濾過装置の一部を示す縦断面図である。
【図１８】他の濾過装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る濾過装置１の構成を示す図である。濾過装置１は、原水を濾過することにより、原水中の懸濁物質を除去して処理水（すなわち、濾過処理済みの水）を生成する装置である。濾過装置１により濾過される原水は、海水であってもよく、淡水（例えば、河川水、湖沼水、水道水または下水処理水）であってもよい。図１に示す例では、濾過装置１の後述する筒部２は海中に設置され、濾過装置１により濾過される原水は海水である。
【００１９】
図２および図３はそれぞれ、濾過装置１の一部を示す縦断面図である。図２は、濾過装置１において原水の濾過が行われている濾過時の状態を示す。図３は、濾過装置１において原水の濾過が行われていない非濾過時の状態を示す。図４は、非濾過時の濾過装置１の一部を示す平面図である。図４では、後述する長繊維束要素４１を実際よりも大きく描き、長繊維束要素４１の数を実際よりも少なく描いている。また、図３では、断面よりも奥側の一部の長繊維束要素４１を併せて描いている。
【００２０】
濾過装置１は、筒部２と、隔離部３と、繊維部４と、送出部５と、処理水貯溜部６とを備える。筒部２の全体は海中（すなわち、原水中）に配置される。隔離部３および繊維部４は、筒部２の内部空間２０に配置される。処理水貯溜部６は、例えば、筒部２が配置された海域近傍の陸上に配置される。処理水貯溜部６は、好ましくは、筒部２よりも高い位置（すなわち、重力方向において上側）に配置される。送出部５は、筒部２と処理水貯溜部６とを接続する。
【００２１】
筒部２は、上下方向に延びる略筒状の部材である。図１に示す例では、筒部２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の部材である。当該上下方向は、重力方向とおよそ一致する。筒部２の上下方向に垂直な断面の形状は、例えば、略真円形であってもよく、略楕円形または略長円形であってもよい。
【００２２】
筒部２は、側壁部２１と、底部２２とを備える。側壁部２１は、上下方向に延びる略円筒状の部位である。底部２２は、側壁部２１の下端を閉塞する略円板状の部位である。側壁部２１の上端は閉塞されておらず、側壁部２１の上端縁により囲まれた領域である上部開口２３が形成されている。換言すれば、筒部２は、有底筒状であり、外部（すなわち、筒部２の周囲の海中）へと直接的に開放された上部開口２３を有する。
【００２３】
図１に示す例では、筒部２の上下方向に垂直な断面の直径は、上下方向の全長に亘って略一定である。換言すれば、筒部２の上記断面の面積は、上下方向の全長亘って略一定である。筒部２の直径は、例えば約２ｍである。筒部２の高さは、例えば約１．６ｍである。なお、筒部２の上記断面の面積は、必ずしも一定である必要はなく、例えば、側壁部２１の上端から下側に向かうに従って漸次減少または漸次増大してもよい。換言すれば、筒部２の側壁部２１は、上下方向に対してある程度傾斜していてもよい。
【００２４】
図１に示す例では、筒部２は、底部２２の下面が海底に接触した状態で設置される。筒部２の上部開口２３は、外部の海面（すなわち、原水面）よりも下方に位置する。筒部２の内部空間２０は、上部開口２３から流入した原水により上部開口２３まで満たされている。詳細には、海面と上部開口２３との間の水頭差により、筒部２の周囲の原水が、上部開口２３を介して筒部２の内部空間２０に流入する。筒部２は、必ずしも海底に載置される必要はなく、側壁部２１の下部および底部２２を海底中に埋め込んだ状態で設置されてもよい。あるいは、筒部２は、岸壁から吊り下げられて底部２２が海底よりも上側に位置する状態で海中に設置されてもよい。
【００２５】
隔離部３は、筒部２の内部空間２０の下部（すなわち、筒部２の上下方向の中央部よりも下側）において、上下方向に略垂直に広がる部材である。隔離部３は、筒部２により支持され、筒部２の内部空間２０を上下に分割する。隔離部３は、筒部２の上下方向に垂直な断面の略全体に亘って広がる。隔離部３は、液体が通過可能な部材である。隔離部３は、例えば、上下方向に貫通する複数の貫通孔を有する板状部材である。隔離部３としては、例えば、グレーチング等の格子状の部材、または、多数の貫通孔が略均等に分散配置された板状部材が利用される。
【００２６】
繊維部４は、筒部２の内部空間２０のうち、隔離部３の上側の空間（以下、「上部空間２０１」と呼ぶ。）に収容される繊維濾材である。具体的には、繊維部４は長繊維束である。繊維部４の下端部は、隔離部３に固定される。換言すれば、繊維部４の下端部は、隔離部３を介して筒部２に間接的に固定される。なお、繊維部４の下端部は、筒部２に直接的に固定されてもよい。濾過装置１において原水の濾過が行われていない非濾過時には、繊維部４は、下端部が隔離部３または筒部２に固定された状態で上下方向に延びる。非濾過時における繊維部４は、圧縮されていない伸張状態（すなわち、非圧縮状態）である。
【００２７】
隔離部３と伸張状態の繊維部４の上端との間の上下方向の距離は、好ましくは、隔離部３と上部開口２３との間の上下方向の距離の８０％以上かつ１２０％以下であり、さらに好ましくは、９０％以上かつ１１０％以下である。図３に示す例では、伸張状態の繊維部４の上端は、筒部２の上部開口２３と上下方向において略同じ位置に位置する。なお、図３に示す例では、伸張状態の繊維部４の上端は、上下方向において上部開口２３と厳密に同じ位置に位置する必要はなく、実質的に同じ位置に位置していればよい。
【００２８】
濾過装置１における原水の濾過時には、繊維部４は、筒部２の内部空間２０を下方へと流れる原水により折れ曲がり、隔離部３上に圧縮（すなわち、圧密）される。そして、圧縮状態の繊維部４により、筒部２の上部開口２３から内部空間２０に流入した原水中の懸濁物質が捕捉され、原水中から懸濁物質が除去される。以下の説明では、濾過時に繊維部４を通過して懸濁物質が除去された水を「処理水」と呼ぶ。懸濁物質とは、水中に浮遊する粒子径２ｍｍ以下の不溶解性物質であり、浮遊物質とも呼ばれる。懸濁物質は、各種無機物または有機物であり、例えば、浮遊砂や海生生物を含む。
【００２９】
繊維部４は、複数の繊維濾材要素である長繊維束要素４１を含む。伸張状態の長繊維束要素４１は、上下方向に延びる複数の長繊維を柱状に束ねた部材である。伸張状態の長繊維束要素４１の長さは、例えば、５０ｃｍ〜２００ｃｍであり、筒部２の高さに合わせる等して適宜決定される。長繊維束要素４１の平面視における形状は、例えば略円形である。長繊維束要素４１の平面視における直径は、例えば、３０〜１００ｍｍである。長繊維束要素４１の平面視における形状は、例えば、略真円形であってもよく、略楕円形または略長円形であってもよい。長繊維束要素４１の乾燥重量（以下、単に「重量」という。）は、例えば５０〜１０００ｇである。平面視における単位面積当たりの長繊維束要素４１の重量は、例えば３０〜９０ｋｇ／ｍ２である。
【００３０】
図４に示す例では、複数の長繊維束要素４１は、筒部２の中心軸Ｊ１を中心として同心円状に配置される。当該同心円の各円周上に配置される複数の長繊維束要素４１は、略等角度間隔に配置される。換言すれば、複数の長繊維束要素４１は、中心軸Ｊ１を中心として、平面視において略点対称に配置される。また、一の円周上に配置される長繊維束要素４１と、隣接する円周上に配置される長繊維束要素４１との間の最短距離は、いずれの円周上の長繊維束要素４１についてもおよそ同じであることが好ましい。さらに、最外周に配置される複数の長繊維束要素４１は、筒部２の側壁部２１に接触することが好ましい。長繊維束要素４１の数は、図４に示すものよりも多くても少なくてもよい。
【００３１】
長繊維束要素４１は、多数の長繊維（すなわち、糸）を束ねて下端部にて互いに固定することにより形成される。長繊維束要素４１を構成する長繊維は、例えば、ポリエステル製のマルチフィラメントである。当該長繊維の繊維径およびフィラメント数は、例えば、２２００ｄｔｅｘ（デシテックス）および４３２本である。当該長繊維には、例えば捲縮加工が施されている。当該長繊維の捲縮数は、例えば４〜７個／２５ｍｍである。
【００３２】
複数の長繊維束要素４１の下端部はそれぞれ、接続部材４２を介して隔離部３に間接的に固定される。接続部材４２は、柔軟で容易に変形可能な紐状の部材である。伸張状態の繊維部４では、長繊維束要素４１が上下方向に延び、接続部材４２も上下方向に延びる。これにより、長繊維束要素４１の下端部は、隔離部３から上方に離間する。なお、繊維部４では、接続部材４２が省略され、長繊維束要素４１の下端部が、隔離部３または筒部２に直接的に固定されてもよい。
【００３３】
濾過装置１では、原水の濾過時に繊維部４を通過した処理水（すなわち、繊維部４により懸濁物質が除去された海水）は、隔離部３を通過し、隔離部３の下側の空間である下部空間２０２に流入する。送出部５は、下部空間２０２内の処理水を処理水貯溜部６へと送出する。処理水貯溜部６は、送出部５により下部空間２０２から送出された処理水を貯溜する。
【００３４】
送出部５は、送出ポート５０と、第１配管５１と、第２配管５２と、第３配管５３と、第４配管５４と、第５配管５５と、ポンプ５６と、第１切替部５１ａと、第２切替部５２ａと、第３切替部５１ｂと、第４切替部５２ｂとを備える。送出ポート５０は、筒部２の下部空間２０２に設けられ、下部空間２０２内の処理水を外部へと導く。送出ポート５０は、例えば、側面に複数の開口が設けられたパイプである。第１配管５１は、送出ポート５０に接続され、筒部２の下部空間２０２とポンプ５６とを接続する。第２配管５２は、ポンプ５６と処理水貯溜部６とを接続する。濾過装置１における原水の濾過時には、ポンプ５６が駆動されて、第２配管５２側へと処理水が圧送されることにより、筒部２の下部空間２０２から処理水が吸引される。ポンプ５６により吸引された処理水は、第１配管５１および第２配管５２を介して処理水貯溜部６へと供給される。また、ポンプ５６による吸引により、筒部２の内部空間２０において上側から下側に向かう海水の流れが形成される。
【００３５】
第１切替部５１ａおよび第３切替部５１ｂは、第１配管５１上に設けられる。第３切替部５１ｂは、第１切替部５１ａと送出ポート５０との間に配置される。第３配管５３は、第１切替部５１ａと処理水貯溜部６とを接続する。第２切替部５２ａおよび第４切替部５２ｂは、第２配管５２上に設けられる。第４切替部５２ｂは、ポンプ５６と第２切替部５２ａとの間に配置される。第４配管５４は、第２切替部５２ａと第３切替部５１ｂとを接続する。換言すれば、第４配管５４は、第１配管５１を介して、第２切替部５２ａと筒部２の下部空間２０２とを接続する。なお、第４配管５４は、第１配管５１を介することなく、直接的に筒部２の下部空間２０２に接続されてもよい。第５配管５５は、第４切替部５２ｂに接続される。第５配管５５の第４切替部５２ｂ側とは反対側の端部は、筒部２の外部において、海中または海面よりも上側に配置される。第５配管５５の当該端部は、好ましくは、筒部２の鉛直上方を避けた位置に配置される。
【００３６】
図５は、筒部２の下部空間２０２を示す底面図である。図５では、伸張状態の複数の長繊維束要素４１を二点鎖線にて併せて描いている。筒部２の下部空間２０２には、繊維部４の洗浄に利用される給気部７が配置される。給気部７は、下部空間２０２の横断面（すなわち、上下方向に垂直な断面）の略全体に広がる散気管７１を備える。散気管７１は、径方向に延びる主管と、主管から側方に延びる複数の枝管とを備える。散気管７１には、複数の給気口７２が設けられる。散気管７１は、陸上に配置されたガス供給源（図示省略）に接続されており、ガス供給源から供給されたガスを、複数の給気口７２から下部空間２０２へと送出する。散気管７１から下部空間２０２へと送出されたガスは、隔離部３の下側から上部空間２０１へと供給され、繊維部４の洗浄に利用される。当該ガスは、例えば空気である。散気管７１からは、空気以外のガスが供給されてもよい。繊維部４の洗浄の詳細については後述する。
【００３７】
複数の給気口７２は、例えば、散気管７１の下端部（すなわち、隔離部３とは反対側の端部）に配置される。また、複数の給気口７２は、例えば、伸張状態の繊維部４における複数の長繊維束要素４１の鉛直下方にそれぞれ位置する。長繊維束要素４１の下端と、当該長繊維束要素４１の鉛直下方に位置する給気口７２との間の上下方向の距離は、好ましくは１００〜５００ｍｍであり、より好ましくは２００〜３００ｍｍである。
【００３８】
次に、濾過装置１による原水の濾過処理について、図６を参照しつつ説明する。また、図７ないし図９は、濾過装置１の送出部５における海水の流れを示す図である。図７ないし図９では、海水の流れる経路を太線にて示す。濾過装置１の駆動前の状態では、筒部２の内部空間２０は海水によって満たされており、内部空間２０内における海水の流れはない。また、繊維部４の複数の長繊維束要素４１は、図３に示すように、伸張状態で上下方向に延びている。
【００３９】
濾過装置１の駆動が開始される状態では、図７に示すように、送出部５において、第１切替部５１ａおよび第３切替部５１ｂにより、筒部２の下部空間２０２とポンプ５６とが第１配管５１を介して接続されており、第４配管５４は閉鎖されている。また、第４切替部５２ｂにより、ポンプ５６と処理水貯溜部６との間で第２配管５２が閉鎖され、ポンプ５６と第５配管５５とが接続されている。
【００４０】
濾過装置１においてポンプ５６の駆動が開始されると、筒部２の下部空間２０２内の海水が、送出ポート５０および第１配管５１を介して吸引される。この時点での下部空間２０２内の海水は、繊維部４により濾過された処理水ではなく、懸濁物質を含んでいる。ポンプ５６により下部空間２０２から吸引された海水は、第２配管５２の一部、第４切替部５２ｂおよび第５配管５５を介して海へと戻される。換言すれば、ポンプ５６によって吸引した海水を処理水貯溜部６に貯溜することなく海に捨てる、いわゆる捨て水処理が行われる。
【００４１】
また、筒部２の内部空間２０では、ポンプ５６の駆動により下向きの海水の流れが形成され、当該流れにより、繊維部４が隔離部３上に圧縮される。繊維部４の圧縮が行われる際には、ポンプ５６により吸引される海水の流量（以下、「取水流量」という。）は、例えば、線速度（ＬＶ）１０００〜２０００ｍ／日であり、本実施の形態では、約ＬＶ１５００ｍ／日である。そして、圧縮状態の繊維部４により、原水中の懸濁物質が除去されて処理水が生成される。処理水は、隔離部３を通過して筒部２の下部空間２０２に流入する。
【００４２】
濾過装置１では、繊維部４の圧縮が完了するまでの間、および、繊維部４の圧縮完了後の所定の時間、上述の捨て水処理が行われる（ステップＳ１１）。圧縮完了時における繊維部４の初期損失水頭は、取水流量がＬＶ１０００ｍ／日の場合、約０．６ｍ以上であることが好ましい。また、ステップＳ１１に要する時間は、例えば、約３０秒〜約１分である。濾過装置１では、繊維部４の圧縮完了と同時に捨て水処理を終了してもよいが、繊維部４の圧縮完了後にも捨て水処理をすることにより、濾過された処理水により捨て水処理の経路（例えば、送出ポート５０、第１配管５１、第２配管５２および第５配管５５）を洗浄することができる。その結果、当該経路における海生生物の付着等を防止または抑制することができる。
【００４３】
繊維部４の圧縮および捨て水処理が終了すると、図８に示すように、第４切替部５２ｂが切り替えられることにより、ポンプ５６と処理水貯溜部６とが第２配管５２を介して接続され、第５配管５５は閉鎖される。また、第２切替部５２ａにより第４配管５４は閉鎖されている。これにより、圧縮状態の繊維部４により原水が濾過されて生成された処理水が、筒部２の下部空間２０２から、送出ポート５０、第１配管５１および第２配管５２を介して処理水貯溜部６へと供給されて貯溜される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の取水処理時における取水流量は、例えば、ＬＶ５００〜２０００ｍ／日であり、本実施の形態では、約ＬＶ１０００ｍ／日である。濾過装置１では、例えば、取水処理の開始から所定時間の経過後、ポンプ５６による吸引が停止されて取水処理が停止される。あるいは、繊維部４の損失水頭を圧力計等により測定しておき、例えば、当該損失水頭が２ｍ以上になった場合に取水処理が停止される。
【００４４】
取水処理が停止されると、図９に示すように、第１切替部５１ａが切り替えられることにより、ポンプ５６と送出ポート５０との間で第１配管５１が閉鎖され、ポンプ５６と第３配管５３とが接続される。また、第２切替部５２ａが切り替えられることにより、ポンプ５６と第４配管５４とが、第２配管５２の一部を介して接続される。さらに、第３切替部５１ｂが切り替えられることにより、第４配管５４と第１配管５１とが接続される。
【００４５】
そして、ポンプ５６が駆動されることにより、処理水貯溜部６に貯溜されている処理水が、第３配管５３を介して吸引され、第３配管５３、第１切替部５１ａ、第１配管５１のポンプ５６側の部位、ポンプ５６、第２配管５２、第４切替部５２ｂ、第２切替部５２ａ、第４配管５４、第３切替部５１ｂ、第１配管５１の筒部２側の部位および送出ポート５０を介して、筒部２の下部空間２０２に供給される。下部空間２０２への処理水の供給流量は、例えば、ＬＶ５００〜２０００ｍ／日であり、本実施の形態では、約ＬＶ１０００ｍ／日である。
【００４６】
下部空間２０２に供給された処理水は、筒部２の内部空間２０において、隔離部３を通過して上部空間２０１へと流れる。これにより、筒部２の内部空間２０に上向きの処理水の流れが形成される。その結果、繊維部４が受ける流体力により、圧縮されていた各長繊維束要素４１が上方へと延び、図３に示すように、伸張状態（すなわち、伸張状態）となる。筒部２の上部開口２３に到達した海水は、内部空間２０から外部へと流出する。
【００４７】
続いて、下部空間２０２への処理水の供給が継続されている状態で、上述のガス供給源から散気管７１を介して下部空間２０２に空気が供給される。下部空間２０２への空気の供給流量は、例えば、ＬＶ２〜２０ｍ／分であり、本実施の形態では約ＬＶ９ｍ／分である。ガス供給部から散気管７１へのガスの供給は、例えば、パルス状に（すなわち、間欠的に）行われる。ガス供給部から散気管７１へのガスの供給は、例えば、連続的に行われてもよい。散気管７１の複数の給気口７２（図５参照）から送出された空気の気泡は、隔離部３を通過して上部空間２０１に供給される。上部空間２０１では、上向きに流れる処理水および空気の気泡（すなわち、気液混相流）により、繊維部４の洗浄が行われる。具体的には、当該気液混相流により、複数の長繊維束要素４１が揺動され、各長繊維束要素４１に付着している懸濁物質が洗い流される。長繊維束要素４１から除去された懸濁物質は、気液混相流により上方へと運ばれ、筒部２の上部空間２０１から上部開口２３を介して外部へと排出されて拡散する。
【００４８】
下部空間２０２への空気の供給開始から所定の時間が経過すると、処理水の供給は継続された状態で、空気の供給が停止される。上部空間２０１では、上向きに流れる処理水により、長繊維束要素４１に付着している空気の気泡が、長繊維束要素４１から除去されて筒部２の外部へと排出される。その後、ポンプ５６が停止され、下部空間２０２への処理水の供給が停止されることにより、繊維部４の洗浄処理が終了する（ステップＳ１３）。
【００４９】
上述の洗浄処理では、処理水の下部空間２０２への供給を開始し、処理水の供給開始から約３０秒後に、下部空間２０２への空気の供給を開始する。そして、処理水および空気の供給を、例えば約８分間以上継続した後に、空気の供給を停止し、最後に処理水の供給を停止する。濾過装置１では、洗浄処理の方法や処理時間は適宜変更されてよい。例えば、下部空間２０２に対する空気の供給は、処理水の供給開始と同時に開始されてもよい。また、下部空間２０２に対する空気の供給停止と同時に、処理水の供給も停止されてもよい。また、空気以外のガスが、散気管７１から下部空間２０２に供給されてもよい。
【００５０】
濾過装置１では、上述のステップＳ１１〜Ｓ１３が繰り返されることにより、繊維部４の目詰まりを防止しつつ、処理水の取得が行われる。取得された処理水は、例えば、海水淡水化プラント、発電所、漁港、水族館または水産加工施設等で利用される。なお、繊維部４の汚れの程度によっては、ステップＳ１２の取水処理と次のステップＳ１１の捨て水処理との間で、ステップＳ１３の洗浄処理が複数回行われてもよい。
【００５１】
次に、上述の濾過装置１の性能を確認するために行った実験について説明する。図１０は、当該実験に使用された実験装置９１を示す側面図である。実験装置９１は陸上に設置した。実験装置９１は、筒部９２と、隔離部９３と、繊維部９４と、送出部９５と、処理水貯溜部９６と、給気部９７と、原水貯溜部９８と、洗浄排水貯溜部９９とを備える。実験装置９１の筒部９２、隔離部９３、繊維部９４、送出部９５、処理水貯溜部９６および給気部９７は、図１に示す濾過装置１の筒部２、隔離部３、繊維部４、送出部５、処理水貯溜部６および給気部７にそれぞれ対応する。
【００５２】
図１０に示す筒部９２は、内径３１７ｍｍ、高さ２．５ｍの円筒状の部材である。隔離部９３は、筒部９２の下端部から０．５ｍ上側に配置される。すなわち、筒部９２の内部空間９２０のうち、隔離部９３の上側の高さ２ｍの部位が上部空間９２０１であり、隔離部９３の下側の高さ０．５ｍの部位が下部空間９２０２である。上部空間９２０１には、繊維部９４が配置される。
【００５３】
筒部９２の下部空間９２０２には、送出部９５の送出ポート９５０、および、給気部９７の散気管９７１が配置される。送出ポート９５０は、処理水貯溜部９６および原水貯溜部９８に選択的に接続可能である。散気管７１は、図示省略のガス供給部に接続される。図１１は、図５と同様に、筒部９２の下部空間９２０２を示す底面図である。散気管９７１の複数の給気口９７２は、散気管９７１の下端部に配置される。複数の給気口９７２は、後述する実施例２における伸張状態の複数の長繊維束要素９４１の鉛直下方にそれぞれ位置する。図１１では、複数の長繊維束要素９４１を二点鎖線にて示す。複数の長繊維束要素９４１の下端部は、隔離部９３に固定される。
【００５４】
筒部２の上部には、原水貯溜部９８および洗浄排水貯溜部９９が接続される。原水貯溜部９８に貯溜されている原水は、マリンシルトと水道水とを所定の割合にて混合したものである。原水の濁度は、海水の平均濁度に合わせて約１２ＮＴＵ（Nephelometric Turbidity Unit）に調整した。また、原水中の粒子径１μｍ〜２ｍｍの懸濁物質（すなわち、ＳＳ（Suspended Solids））の濃度は約１５ｍｇ／Ｌ（リットル）に調整した。図１０では、洗浄処理に使用される配管を、取水処理に使用される配管よりも細い線にて示す。また、捨て水処理に使用される配管は図示を省略している。
【００５５】
実験装置９１では、筒部９２の上部から原水が供給され、水頭差によって下方へと流れることにより、繊維部９４が隔離部９３上に圧縮される。繊維部９４の圧縮の際の取水流量は、約ＬＶ１５００ｍ／日であり、繊維部９４の圧縮に要する時間は約３０秒〜１分である。繊維部９４の圧縮が終了するまでの間に送出ポート９５０を介して下部空間９２０２から送出された水は、処理水貯溜部９６には貯溜されず、原水貯溜部９８に戻される。すなわち、捨て水処理が行われる。
【００５６】
続いて、圧縮状態の繊維部９４により原水が濾過されて生成された処理水が、送出ポート９５０を介して処理水貯溜部９６へと供給されて貯溜される。処理水の取水処理の際の取水流量は、約ＬＶ１０００ｍ／日である。また、圧縮完了時における繊維部９４の初期損失水頭は、取水流量がＬＶ１０００ｍ／日の場合、約０．６ｍ以上である。
【００５７】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、実験装置９１において、繊維部９４の複数の長繊維束要素９４１の形状および配置を変更して処理水の取水を行った結果を示す図である。図１２Ａおよび図１２Ｂでは、実施例１〜８について、長繊維束要素９４１の条件、濁度除去率およびＳＳ除去率を示す。なお、ＳＳ除去率は、一部の実施例についてのみ測定した。
【００５８】
濁度除去率は、原水および処理水の濁度（ＮＴＵ）を濁度計により測定し、原水と処理水との濁度差を原水の濁度で除算することにより求めた。当該濁度計として、ハンナインスツルメンツジャパン株式会社製のＨＩ９８７０３を利用した。ＳＳ除去率は、原水および処理水に含まれる粒子径１μｍ〜２ｍｍの懸濁物質の濃度（ｍｇ／Ｌ）を、「ＪＩＳ−Ｋ０１０２」で定められている方法により測定し、原水および処理水に含まれる懸濁物質の濃度の差を、原水に含まれる懸濁物質の濃度で除算することにより求めた。
【００５９】
実施例１〜８では、全長１．５ｍの多数の長繊維をまとめ、長手方向の中央部近傍において樹脂製の結束バンドで束ねたものを、当該結束バンド近傍で２つ折りにすることにより、２束の長繊維束要素９４１を形成している。当該２つの長繊維束要素９４１は、当該結束バンド近傍にて隔離部９３に固定される。実施例１〜６，８では、結束バンドを長繊維の長手方向の中央に位置させているため、繊維部９４の複数の長繊維束要素９４１の長さは約７５０ｍｍである。実施例７では、結束バンドの位置を当該中央から少しずらしているため、結束バンドの一方側の長繊維束要素９４１の長さは約５００ｍｍであり、他方側の長繊維束要素９４１の長さは約１０００ｍｍである。換言すれば、実施例１〜６，８では、結束バンドの両側の２つの長繊維束要素９４１がＵ型となっており、実施例７では、結束バンドの両側の２つの長繊維束要素９４１がＪ型となっている。
【００６０】
実施例１は、図１に示す濾過装置１と同様に、複数の長繊維束要素９４１を同心円配置した例である。実施例１では、長繊維束要素９４１の数は２１束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例１の濁度除去率およびＳＳ除去率はそれぞれ、約８０％および約９８％であった。
【００６１】
実施例２は、複数の長繊維束要素９４１を格子配置した例である。実施例２では、長繊維束要素９４１の数は２１束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例２の濁度除去率は、約８３％であった。
【００６２】
実施例３は、複数の長繊維束要素９４１を最密充填配置（すなわち、六方最密配置）した例である。実施例３では、長繊維束要素９４１の数は２７束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例３の濁度除去率およびＳＳ除去率はそれぞれ、約８５％および約１００％であった。
【００６３】
実施例４は、複数の長繊維束要素９４１を最密充填配置した他の例である。実施例４では、長繊維束要素９４１の数は３１束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例４の濁度除去率は、約８２％であった。
【００６４】
実施例５は、複数の長繊維束要素９４１を実施例４と同様に最密充填配置した後、中央部および端部の長繊維束要素９４１を除いた例である。実施例５では、長繊維束要素９４１の数は２２束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例５の濁度除去率は、約８４％であった。
【００６５】
実施例６は、複数の長繊維束要素９４１を格子配置した他の例である。実施例６では、長繊維束要素９４１の数は１６束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約２００ｇである。実施例６では、各長繊維束要素９４１の重量を実施例１〜５と同様としたまま（すなわち、長繊維束要素９４１を構成する長繊維の数を変更することなく）、伸張状態の各長繊維束要素９４１を平面視において広げている。換言すれば、各長繊維束要素９４１の長繊維は、平面視において実施例１〜５よりも粗である。実施例６の濁度除去率およびＳＳ除去率はそれぞれ、約７８％および約９４％であった。
【００６６】
実施例７は、複数の長繊維束要素９４１を実施例３と同様に最密充填配置した他の例である。実施例７では、上述のようにＪ型の長繊維束要素９４１が配置される。長繊維束要素９４１の数は２７束であり、複数の長繊維束要素９４１の平均重量は約２００ｇである。実施例７の濁度除去率およびＳＳ除去率はそれぞれ、約８７％および約１００％であった。
【００６７】
実施例８は、複数の長繊維束要素９４１を同心円配置した他の例である。実施例８の各長繊維束要素９４１は、実施例１の４つの長繊維束要素４１を１つに束ねた大型束である。実施例８では、長繊維束要素９４１の数は７束であり、各長繊維束要素９４１の重量は約８００ｇである。実施例１の濁度除去率およびＳＳ除去率はそれぞれ、約８８％および約１００％であった。
【００６８】
実施例１〜６を比較すると、長繊維束要素９４１の数が１６束から２７束まで増えるに従って濁度除去率も増加したが、長繊維束要素９４１の数が３１束（実施例４）になると濁度除去率が減少した。また、長繊維束要素４１の数が最小の１６束である実施例６を除き、実施例１〜５では、濁度除去率は８０％以上であった。この点から、長繊維束要素９４１の数を２１〜２７束とすることにより、８０％以上の高い濁度除去率を好適に実現することができることが分かる。換言すれば、８０％以上の高い濁度除去率を好適に実現するためには、平面視における単位面積当たりの長繊維束要素４１の重量は、５０〜７０ｋｇ／ｍ２であることが好ましいことが分かる。
【００６９】
また、実施例１〜８のうち、ＳＳ除去率を測定した実施例１，３，６〜８では、長繊維束要素４１の数、形状、大きさに関わらず、ＳＳ除去率（すなわち、粒子径１μｍ〜２ｍｍの懸濁物質の除去率）は９０％以上であった。また、処理水のＳＳの濃度は、１ｍｇ／Ｌ未満であり、限外濾過膜（すなわち、ＵＦ膜）に対する供給水に通常要求されるＳＳ上限濃度１０ｍｇ／Ｌ未満であった。なお、実施例１について、原水のＳＳの濃度を上述の例よりも大きい約１００ｍｇ／Ｌとした場合であっても、ＳＳ除去率は約９４％であり、処理水のＳＳの濃度は１０ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００７０】
次に、実験装置９１を用いて、実施例１，８の繊維部９４の洗浄実験を行った。実験に先立ち、メタン発酵汚泥を乾燥重量で１００ｐｐｍとなるように水道水と混合したものを原水として利用し、上述の濾過実験と同様の手法で２０分間濾過して長繊維束要素９４１を汚染した。その後、処理水貯溜部９６から下部空間９２０２の送出ポート９５０へと、約ＬＶ１０００ｍ／日で処理水を供給した。これにより、複数の長繊維束要素９４１が伸張状態となる。全ての長繊維束要素９４１が伸張状態となるまでに要する時間は、下部空間９２０２への処理水の供給開始から約２０〜３０秒であった。その後、散気管７１から下部空間２０２へと空気が送出され、上向きに流れる処理水および空気の気泡（すなわち、気液混相流）により、繊維部９４の洗浄を行った。洗浄に利用された処理水（すなわち、洗浄排水）は、繊維部９４よりも上方の位置にて筒部２から排出され、洗浄排水貯溜部９９に貯溜される。
【００７１】
実施例８では、空気の送出開始から１６分間の洗浄を行った結果、筒部９２の中央部に配置された長繊維束要素９４１にメタン発酵汚泥による汚染が少し残留しており、当該長繊維束要素９４１の周囲に配置された長繊維束要素９４１の汚染は除去された。空気の供給流量は、約ＬＶ３．７ｍ／分であった。
【００７２】
実施例１では、空気の送出開始から１６分間の洗浄を行った結果、全ての長繊維束要素９４１において、メタン発酵汚泥による汚染が除去された。空気の供給流量は、約ＬＶ６ｍ／分であった。濾過時の濁度除去率およびＳＳ除去率、並びに、洗浄処理の結果から、実施例１の長繊維束要素９４１の配置が好ましいことが分かる。また、筒部９２から排出される洗浄排水の濁度の経時変化を測定した結果、空気の送出開始から約２分後には、長繊維束要素９４１の汚染は約８５％以上除去されており、空気の送出開始から約８分が経過した時点以降は、洗浄排水の濁度は略一定である。このことから、洗浄処理における空気の送出時間は、２分以上かつ８分以下であることが好ましいことが分かる。
【００７３】
以上に説明したように、濾過装置１は、筒部２と、隔離部３と、繊維部４と、送出部５とを備える。筒部２は、上下方向に延びる筒状であり、外部へと開放された上部開口２３を有する。隔離部３は、筒部２の内部空間２０を上下に分離する。隔離部３は、液体が通過可能である。繊維部４は、隔離部３の上側の空間である上部空間２０１に収容される繊維濾材である。繊維部４は、濾過時に隔離部３上に圧縮されて、上部開口２３から内部空間２０に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する。送出部５は、濾過時に繊維部４を通過した処理水を、隔離部３の下側の空間である下部空間２０２から送出する。
【００７４】
このように、濾過装置１では、筒部２の上部にて外部へと開放された上部開口２３から原水を流入させ、当該原水を筒部２内の繊維部４にて濾過することにより、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。
【００７５】
繊維部４は、上部空間２０１において下端部を隔離部３または筒部２に固定された状態で上下方向に延びる繊維濾材である。このため、繊維部４を洗浄する際等に、繊維部４が筒部２から外部に流出することを容易に防止することができる。したがって、様々な条件の設置場所に濾過装置１を設置することができる。さらに、繊維部４が長繊維束であることにより、上述の実施例１〜８に示すように、原水の濾過を好適に行うことができる。
【００７６】
濾過装置１では、筒部２は、上部開口２３が外部の原水面よりも下方に位置した状態で、原水中に配置される。これにより、原水面と上部開口２３との間の水頭差により、筒部２の内部空間２０に原水が自然に流入する。したがって、筒部２への原水の供給を簡素化することができる。また、上述のように、原水は海水である。したがって、海水の濾過を、簡素な構造の濾過装置１によって実現することができる。濾過装置１は、上述のように、様々な条件の設置場所に設置可能であるため、海象条件が厳しい場所であっても海水の濾過を行うことができる。
【００７７】
ところで、海水中に存在する付着性の海生生物は、例えば、エゾカサネカンザシゴカイ、カサネカンザシゴカイ、ホソトゲカンザシゴカイ、ヤグルマカンザシゴカイ、ナデシコカンザシゴカイ、ヤッコカンザシゴカイ等の多毛類、あるいは、ムラサキイガイ、ミドリイガイ等のイガイ類である。これらの海生生物の卵径は４０〜７０μｍであり、海中を浮遊する幼生の大きさは、６０〜３００μｍである。
【００７８】
一方、上述の実施例のうちＳＳ除去率を測定した実施例１，３，６〜８では、長繊維束要素９４１の数、形状、大きさに関わらず、処理水におけるＳＳ除去率（すなわち、原水から処理水を生成する際における粒子径１μｍ〜２ｍｍの懸濁物質の除去率）は９４％以上である。また、懸濁物質の除去率は、懸濁物質の粒子径が大きくなるに従って増大する。例えば、ＳＳ除去率を測定した上記実施例における粒子径１０μｍ以上の懸濁物質の除去率は、約１００％である。したがって、実験装置９１と略同様の構造を有する濾過装置１では、海水中に含まれる上述の付着性の海生生物が、繊維部４および隔離部３よりも下側の下部空間２０２へと侵入することをほぼ防止することができる。その結果、送出部５等に海生生物が付着して取水障害が生じることを防止することができる。また、送出部５等のメンテナンス頻度を低減することができ、濾過装置１のメンテナンスを容易とすることができる。さらに、濾過装置１により得られた処理水が淡水化装置等に供給される場合、逆浸透膜（すなわち、ＲＯ膜）等のバイオファウリングを防止または抑制することができる。濾過装置１では、海水中に含まれる上述の海生生物が下部空間２０２へと侵入することをほぼ防止するという観点からは、ＳＳ除去率が９０％以上であることが好ましい。
【００７９】
濾過装置１では、上述のように、処理水への海生生物の侵入を防止することができるため、直接取水の場合に必要な次亜塩素酸ソーダ等の殺菌剤の添加装置が不要となる。その結果、濾過装置１のイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。さらに、殺菌剤の使用による海洋環境の汚染を防止することもできる。
【００８０】
濾過装置１では、伸張状態の繊維部４の上端が、上部開口２３と上下方向において同じ位置に位置する。これにより、濾過装置１の洗浄処理時または運転停止時等において、筒部２の上部開口２３と隔離部３との間にて、伸張状態の繊維部４が筒部２の内側面と略全面に亘って接触する。そして、伸張状態の繊維部４が揺動することにより、筒部２の内側面が拭われる。その結果、筒部２の内側面に付着性の海生生物が付着することを防止または抑制することができる。また、伸張状態の繊維部４の上端が、上部開口２３から筒部２の外部に露出して損傷することを防止することができる。
【００８１】
なお、濾過装置１では、必ずしも伸張状態の繊維部４の上端が、上部開口２３と上下方向において同じ位置に位置する必要はない。ただし、隔離部３と伸張状態の繊維部４の上端との間の上下方向の距離は、隔離部３と上部開口２３との間の上下方向の距離の８０％以上かつ１２０％以下であることが好ましい。隔離部３と伸張状態の繊維部４の上端との間の上下方向の距離が、隔離部３と上部開口２３との間の上下方向の距離の８０％以上であることにより、筒部２の内側面のうち繊維部４よりも上側の領域（すなわち、付着性の海生生物が付着する可能性がある領域）の面積を小さくすることができる。これにより、筒部２の内側面に付着性の海生生物が付着することを防止または抑制することができる。その結果、筒部２の内側面にて成長した海生生物が当該内側面から剥離して繊維部４上へと落下する可能性を低減することができる。
【００８２】
また、隔離部３と伸張状態の繊維部４の上端との間の上下方向の距離が、隔離部３と上部開口２３との間の上下方向の距離の１２０％以下であることにより、伸張状態の繊維部４の上端が、上部開口２３から筒部２の外部に露出することを防止または抑制することができる。さらには、仮に、伸張状態の繊維部４の上端が上部開口２３から筒部２の外部に露出した場合であっても、繊維部４のうち筒部２から露出した部位が、径方向に扇状（キノコ状とも捉えられる。）に大きく拡がることを抑制することができる。その結果、繊維部４のうち筒部２から露出した部位が、上部開口２３の縁に引っかかる等して損傷することを防止または抑制することができる。また、繊維部４のうち筒部２から露出した部位が、上部開口２３の縁に引っかかりにくいため、濾過開始時において繊維部４が筒部２内に戻りやすく、隔離部３上にて均等に圧縮される。
【００８３】
上述のように、筒部２は円筒状である。このため、筒部２を上述のように原水中に設置する場合、原水の流れに対する筒部２の抵抗を小さくすることができる。その結果、筒部２の設置および固定を容易とすることができる。また、筒部２が設置される環境への影響を低減することもできる。
【００８４】
上述のように、繊維部４は、複数の繊維濾材要素（すなわち、複数の長繊維束要素４１）を含む。複数の長繊維束要素４１は、筒部２の上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として同心円状（すなわち、点対称）に配置される。これにより、隣接する長繊維束要素４１間の各距離、および、最外周に配置される各長繊維束要素４１と筒部２の側壁部２１との間の距離を略均一とすることができる。その結果、繊維部４を洗浄する際に、排気管７１から供給されたガスの気泡を繊維部４全体に略均等に分散させることができ、繊維部４の洗浄を好適に行うことができる。また、濾過時に繊維部４を隔離部３上に圧縮する際に、隔離部３の上面全体に亘って、複数の長繊維束要素４１を均等に圧縮することができる。なお、筒部２は円筒状には限定されず、様々な形状とされてよい。筒部２が円筒状でない場合であっても、複数の長繊維束要素４１が中心軸Ｊ１を中心として点対称に配置されることにより、上記と同様に、隔離部３の上面全体に亘って、複数の長繊維束要素４１を均等に圧縮することができる。
【００８５】
濾過装置１では、送出部５が、下部空間２０２から処理水を吸引するポンプ５６を備える。これにより、取水流量（すなわち、濾過速度）を増大することができる。濾過装置１では、上述のように、ＬＶ１０００ｍ／日の取水流量を実現することができる。したがって、従来の海底砂濾過層を介した間接取水法等に比べて、取水に係る設備を小型化することができる。例えば、当該設備のうち、海底に設置する設備の面積を、従来に比べて約１／１０にするができる。その結果、取水設備の設置コストを低減することができる。
【００８６】
上述のように、濾過装置１は、下部空間２０２から送出された処理水を貯溜する処理水貯溜部６をさらに備える。送出部５は、第１配管５１と、第２配管５２と、第３配管５３と、第４配管５４と、第１切替部５１ａと、第２切替部５２ａとをさらに備える。第１配管５１は、筒部２の下部空間２０２とポンプ５６とを接続する。第２配管５２は、ポンプ５６と処理水貯溜部６とを接続する。第１切替部５１ａは、第１配管５１上に設けられる。第３配管５３は、第１切替部５１ａと処理水貯溜部６とを接続する。第２切替部５２ａは、第２配管５２上に設けられる。第４配管５４は、第２切替部５２ａと筒部２の下部空間２０２とを接続する。
【００８７】
濾過装置１では、原水の濾過時には、ポンプ５６が駆動されることにより、下部空間２０２の処理水が、第１配管５１および第２配管５２を介して処理水貯溜部６へと供給される。また、隔離部３の下側から上側へと処理水を供給して繊維部４を洗浄する際には、第１切替部５１ａおよび第２切替部５２ａが切り替えられてポンプ５６が駆動されることにより、処理水貯溜部６の処理水が、第３配管５３、第１切替部５１ａ、第１配管５１、第２配管５２、第２切替部５２ａおよび第４配管５４を介して下部空間２０２へと供給される。このように、濾過装置１では、原水を濾過して取水する取水処理の際と、繊維部４を洗浄する洗浄処理の際とにおいて、処理水の移送にポンプ５６を共用することができる。その結果、濾過装置１の構造を簡素化することができる。
【００８８】
上述のように、濾過装置１は、給気部７をさらに備える。給気部７は、複数の給気口７２から下部空間２０２へとガスを送出し、隔離部３の下側から繊維部４にガスを供給して繊維部４を洗浄する。このように、繊維部４の洗浄を気液混相流によって行うことにより、繊維部４の洗浄効率を向上することができる。また、繊維部４が複数の繊維濾材要素（すなわち、複数の長繊維束要素４１）を含み、複数の給気口７２は、伸張状態の繊維部４における複数の長繊維束要素４１の鉛直下方にそれぞれ位置する。このように、各長繊維束要素４１に対応する給気口７２が各長繊維束要素４１の直下に設けられることにより、複数の長繊維束要素４１をそれぞれ好適に洗浄することができる。また、長繊維束要素４１において長繊維が密であるため比較的洗浄しにくい下端部近傍に容易に気泡を供給することができるため、当該下端部も好適に洗浄することができる。
【００８９】
濾過装置１では、長繊維束要素４１の下端と、当該長繊維束要素４１の鉛直下方に位置する給気口７２との間の上下方向の距離は、好ましくは１００〜５００ｍｍである。これにより、複数の給気口７２から送出されたガスの気泡が、複数の長繊維束要素４１の下端に到達するまでに内部空間２０内において略均等に分散する。その結果、繊維部４の洗浄効率を向上することができる。また、上述の上下方向の距離は、より好ましくは２００〜３００ｍｍである。これにより、ガスの気泡がより均等に分散し、その結果、繊維部４の洗浄効率をさらに向上することができる。
【００９０】
給気部７では、複数の給気口７２は、散気管７１の下端部に配置される。これにより、ガスの供給を停止している状態において、給気口７２から水が散気管７１の内部に浸入することを抑制することができる。その結果、給気部７からガスの供給を再開する際に、複数の給気口７２から略均等にガスを供給することができる。
【００９１】
濾過装置１では、給気部７から下部空間２０２へのガスの供給流量をＬＶ２ｍ／分以上とすることにより、繊維部４を好適に洗浄することができる。また、当該ガスの供給流量をＬＶ６ｍ／分以上とすることにより、繊維部４をさらに好適に洗浄することができる。当該ガスの供給流量の上限は特に制限されないが、ガスの過剰な使用を抑制するという観点からＬＶ２０ｍ／分以下であることが好ましい。
【００９２】
濾過装置１では、伸張状態の複数の長繊維束要素４１の下端部が、隔離部３から上方に離間する。これにより、繊維部４の洗浄処理の際に、長繊維束要素４１が水流の力を受けて大きく揺動する。その結果、長繊維束要素４１から懸濁物質が除去されやすくなり、繊維部４の洗浄効率を向上することができる。
【００９３】
ステップＳ１３の洗浄処理では、気液混相流による繊維部４の洗浄が終了すると、ガスの供給が停止され、その後に処理水の供給が停止される。これにより、洗浄処理中に長繊維束要素４１に付着したガスの気泡が、長繊維束要素４１から除去されて筒部２の外部へと排出される。その結果、次の濾過が行われる際に、繊維部４に気泡が残留していないため、繊維部４を略均等に圧縮することができる。したがって、原水の濾過を好適に行うことができる。濾過装置１では、圧縮完了時における繊維部４の初期損失水頭は、取水流量がＬＶ１０００ｍ／日の場合、約０．６ｍ以上であることが好ましい。これにより、原水の濾過をさらに好適に行うことができる。
【００９４】
濾過装置１では、図１３の縦断面図に示すように、筒部２の上部開口２３を覆う蓋部２４が設けられてもよい。蓋部２４は液体が通過可能な部材である。これにより、水中の比較的大きな異物（例えば、流木や魚類）が、上部開口２３から筒部２の内部空間２０に侵入することを防止または抑制することができる。その結果、当該異物による繊維部４の損傷を防止または抑制することができる。蓋部２４は、例えば、想定される異物よりも小さい貫通孔が多数設けられた板状部材であってもよく、樹脂や金属等により形成された網状部材であってもよい。
【００９５】
上述の濾過装置１では、様々な変更が可能である。
【００９６】
例えば、長繊維束要素４１を構成する長繊維の繊維径およびフィラメント数は、上述の２２００ｄｔｅｘおよび４３２本には限定されず、適宜変更されてよい。なお、実験装置９１では、上述の長繊維、繊維径およびフィラメント数が２２００ｄｔｅｘおよび１９２本である長繊維、および、繊維径およびフィラメント数が１１００ｄｔｅｘおよび２８８本である長繊維の配合割合を変更した５種類の長繊維束要素４１について取水処理を行ったが、繊維径およびフィラメント数が２２００ｄｔｅｘおよび４３２本である上述の長繊維のみで構成される長繊維束要素４１の濾過性能（すなわち、濁度除去率およびＳＳ除去率）が最も高かった。
【００９７】
長繊維束要素４１を構成する長繊維の材料は、ポリエステルには限定されず、様々に変更されてよい。また、当該長繊維の捲縮数は、上述の範囲には限定されず、適宜変更されてよい。さらに、当該長繊維は、必ずしもマルチフィラメントである必要はなく、モノフィラメントであってもよい。
【００９８】
長繊維束要素４１の長さ、重さ、形状等は、上述の例には限定されず、適宜変更されてよい。例えば、繊維部４に含まれる複数の長繊維束要素４１において、実施例７のように、隣接する２つの長繊維束要素４１の長さを異ならせてもよい。また、繊維部４に含まれる長繊維束要素４１の配置および数も適宜変更されてよい。例えば、複数の長繊維束要素４１の配置は、同心円状には限定されず、実施例２または実施例３のように、格子配置または最密充填配置であってもよい。繊維部４は、１つの長繊維束要素４１のみを含んでいてもよい。
【００９９】
筒部２の上部開口２３は、必ずしも筒部２の上端縁により囲まれた領域である必要はない。例えば、図１４に示すように、筒部２の上端が閉塞されており、上部開口２３が筒部２の上部側面（すなわち、側壁部２１の上部）に位置していてもよい。この場合、繊維部４の洗浄処理の際に上部開口２３から排出された懸濁物質が、上部開口２３から径方向外方へと向かう水流により、筒部２から遠くに離れる。その結果、筒部２から排出された懸濁物質が、筒部２の周囲に滞留することを抑制することができる。
【０１００】
上部開口２３が筒部２の上部側面に位置する場合、蓋部が設けられる際には、当該蓋部は上部開口２３を覆って筒部２の側壁部２１に取り付けられる。また、伸張状態の繊維部４の上端（すなわち、各長繊維束要素４１の上端）は、上部開口２３の下端と上下方向において略同じ位置に位置することが好ましい。
【０１０１】
筒部２は、必ずしも円筒状には限定されず、例えば矩形筒状（すなわち、直方体状）であってもよい。濾過装置１では、複数の長繊維束要素４１が、筒部２の内側面に沿って略等間隔にて配置されることが好ましいため、筒部２が矩形筒状である場合、複数の長繊維束要素４１は格子状に配置されることが好ましい。筒部２は、多角筒状であってもよい。また、筒部２は、末広がり型または上広がり型の円錐台状であってもよく、末広がり型または上広がり型の多角錐台状であってもよい。
【０１０２】
給気部７の複数の給気口７２の位置は、必ずしも複数の長繊維束要素４１の鉛直下方である必要はなく、適宜変更されてよい。複数の給気口７２は、下部空間２０２において平面視にて略均等に分散配置されていることが好ましい。これにより、複数の給気口７２から送出されたガスの気泡が略均等に分散するため、繊維部４の洗浄効率を向上することができる。
【０１０３】
ステップＳ１３の繊維部４の洗浄処理では、気液混相流による繊維部４の洗浄が終了した後、ガスの供給および処理水の供給が同時に停止されてもよい。繊維部４の洗浄処理では、下部空間２０２へのガス供給が省略され、下部空間２０２から上部空間２０１への処理水の流れのみによって、繊維部４の洗浄が行われてもよい。
【０１０４】
処理水貯溜部６が海面よりも上方に配置され、かつ、処理水貯溜部６と海面との間の水頭差が大きい場合、繊維部４の洗浄処理における下部空間２０２への処理水の供給は、ポンプ５６を利用することなく水頭差のみにより行われてもよい。繊維部４の洗浄処理において下部空間２０２に供給される液体は、処理水貯溜部６からの処理水には限定されず、例えば、他の貯溜部に貯溜される洗浄専用水が下部空間２０２に供給されてもよい。
【０１０５】
一方、図１５に示すように、濾過装置１ａの処理水貯溜部として取水井６ａが設けられる場合、海面よりも下方に位置する取水井６ａの水面と、海面との水頭差が大きい場合、取水処理における筒部２の下部空間２０２から取水井６ａへの処理水の供給は、ポンプを利用することなく水頭差のみにより行われてもよい。
【０１０６】
繊維部４は、上述の長繊維束には限定されず、他の様々な繊維濾材であってもよい。例えば、繊維濾材は短繊維により形成されてもよい。また、例えば、図１６に示す濾過装置１ｂのように、芯糸に長繊維等が巻き付けられたモール状の繊維濾材が、繊維部４ｂとして利用されてもよい。図１６では、図３と同様に、濾過装置１ｂにおいて原水の濾過が行われていない非濾過時の状態を示す。繊維部４ｂは、繊維部４と同様に、筒部２の上部空間２０１に収容される。繊維部４ｂは、濾過時に隔離部３上に圧縮されて、上部開口２３から筒部２の内部空間２０に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する。濾過装置１ｂでも、上述の濾過装置１と同様に、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。
【０１０７】
繊維部４ｂは、上部空間２０１において下端部を隔離部３または筒部２に固定された状態で上下方向に延びる繊維濾材である。このため、繊維部４ｂを洗浄する際等に、繊維部４ｂが筒部２から外部に流出することを容易に防止することができる。したがって、様々な条件の設置場所に濾過装置１ｂを設置することができる。
【０１０８】
濾過装置１ｂでは、伸張状態の繊維部４ｂの上端が、上部開口２３と上下方向において同じ位置に位置する。これにより、上記と同様に、筒部２の内側面に付着性の海生生物が付着することを防止または抑制することができる。また、伸張状態の繊維部４ｂの上端が、上部開口２３から筒部２の外部に露出して損傷することを防止することができる。隔離部３と伸張状態の繊維部４ｂの上端との間の上下方向の距離は、隔離部３と上部開口２３との間の上下方向の距離の８０％以上かつ１２０％以下であることが好ましい。これにより、筒部２の内側面に付着性の海生生物が付着することを防止または抑制することができる。また、伸張状態の繊維部４ｂの上端が、上部開口２３から筒部２の外部に露出して損傷することを防止または抑制することができる。
【０１０９】
濾過装置１ｂでは、繊維部４ｂは、複数の繊維濾材要素である複数のモール繊維要素４１ｂを含む。モール繊維要素４１ｂは、１本のモール状の繊維濾材でもよく、複数のモール状の繊維濾材が束ねられた繊維束でもよい。複数のモール繊維要素４１ｂは、筒部２の上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として同心円状（すなわち、点対称）に配置される。これにより、繊維部４ｂを隔離部３上に圧縮する際に、隔離部３の上面全体に亘って、複数のモール繊維要素４１ｂを均等に圧縮することができる。
【０１１０】
濾過装置１ｂでは、給気部７の複数の給気口７２が、伸張状態の繊維部４ｂにおける複数のモール繊維要素４１ｂの鉛直下方にそれぞれ位置する。これにより、複数のモール繊維要素４１ｂをそれぞれ好適に洗浄することができる。
【０１１１】
図１７に例示する濾過装置１ｃでは、複数の球状の繊維塊４１ｃを繊維濾材要素として含む繊維部４ｃが、筒部２の上部空間２０１に収容される。図１７では、図３と同様に、濾過装置１ｃにおいて原水の濾過が行われていない非濾過時の状態を示す。繊維塊４１ｃの直径は、非圧縮時（すなわち、非濾過時）において、例えば約１０〜５０ｍｍである。濾過装置１ｃでは、例えば図１３と同様の蓋部２４により、筒部２の上部開口２３が覆われる。蓋部２４は、液体が通過可能な部材である。各繊維塊４１ｃは、隔離部３および筒部２には固定されておらず、また、他の繊維塊４１ｃとも接続されていない。
【０１１２】
繊維部４ｃの多数の繊維塊４１ｃは、濾過時に隔離部３上に圧縮されて、上部開口２３から蓋部２４を介して内部空間２０に流入した原水中の懸濁物質を捕捉する。濾過装置１ｃでも、上述の濾過装置１と同様に、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。蓋部２４に設けられている複数の開口は、各繊維塊４１ｃよりも小さい。このため、繊維部４ｃを洗浄する際等に、上部空間２０１において個別に流動する複数の繊維塊４１ｃ（すなわち、繊維部４ｃ）が、筒部２から外部に流出することを容易に防止することができる。したがって、様々な条件の設置場所に濾過装置１ｃを設置することができる。繊維塊４１ｃは、球状には限定されず、例えば、略円柱状または略角柱状であってもよい。
【０１１３】
筒部２は、必ずしも海中に設置される必要はなく、様々な原水中に設置されてよい。換言すれば、濾過装置１により濾過される原水は、海水以外の様々な水であってよい。また、筒部２は、上下方向に延びる筒状であり、かつ、外部へと開放された上部開口２３を有するものであれば、必ずしも水中に設置される構造物である必要はない。
【０１１４】
例えば、図１８に示す濾過装置１ｄでは、陸上に設置された貯水池２ｄが筒部として利用される。貯水池２ｄには、外部へと開放された上部開口２３ｄ（すなわち、貯水池２ｄの上端縁により囲まれる領域）から原水（例えば、河川水や雨水）が流入する。貯水池２ｄでは、繊維部４を通過した処理水が、隔離部３の下方の下部空間２０２から送出され、貯水池２ｄよりも下方に配置される処理水貯溜部６に水頭差により供給される。濾過装置１ｄにおいても、図１に示す濾過装置１と同様に、簡素な構造で原水の濾過を実現することができる。
【０１１５】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【０１１６】
発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。
【符号の説明】
【０１１７】
１，１ａ〜１ｄ    濾過装置
２    筒部
２ｄ    貯水池
３    隔離部
４，４ｂ，４ｃ    繊維部
５    送出部
６    処理水貯溜部
６ａ    取水井
７    給気部
２０    内部空間
２３，２３ｄ    上部開口
２４    蓋部
４１    長繊維束要素
４１ｂ    モール繊維要素
５１    第１配管
５１ａ    第１切替部
５２    第２配管
５２ａ    第２切替部
５３    第３配管
５４    第４配管
５６    ポンプ
７２    給気口
２０１    上部空間
２０２    下部空間
Ｊ１    中心軸
【図１】
2018123094.tif 000003
【図２】
2018123094.tif 000004
【図３】
2018123094.tif 000005
【図４】
2018123094.tif 000006
【図５】
2018123094.tif 000007
【図６】
2018123094.tif 000008
【図７】
2018123094.tif 000009
【図８】
2018123094.tif 000010
【図９】
2018123094.tif 000011
【図１０】
2018123094.tif 000012
【図１１】
2018123094.tif 000013
【図１２Ａ】
2018123094.tif 000014
【図１２Ｂ】
2018123094.tif 000015
【図１３】
2018123094.tif 000016
【図１４】
2018123094.tif 000017
【図１５】
2018123094.tif 000018
【図１６】
2018123094.tif 000019
【図１７】
2018123094.tif 000020
【図１８】
2018123094.tif 000021
【国際調査報告】
2018123094.tif 000022
2018123094.tif 000023
2018123094.tif 000024
2018123094.tif 000025