ろ過システム
【課題】従来のろ過処理で十分に除去できないクリプトスポリジウムなどの微生物、微粒子を除去させるとともに、膜、ろ材層双方の目詰まりを抑制させ、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗水量を少なくさせるとともに、それらの交換寿命を延長させる。
【解決手段】篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」などのろ材を粒径別に積層したろ材層３の下側に、金属、セラミックなどの異方性多孔質材料で構成され、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍにされた膜１５を配置し、ろ過池２に流入した被処理水をろ材層３→膜１５という経路で流してろ過する。
【解決手段】篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」などのろ材を粒径別に積層したろ材層３の下側に、金属、セラミックなどの異方性多孔質材料で構成され、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍにされた膜１５を配置し、ろ過池２に流入した被処理水をろ材層３→膜１５という経路で流してろ過する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場などで使用されるろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場では河川や貯水池などの水源から原水を取水し、凝集、フロック形成、沈殿、ろ過および殺菌の５つの単位プロセスによって、懸濁質とコロイド質の除去、および細菌等を無害化し、清澄な水道水として需要家に供給している。
【０００３】
凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理には、凝集剤を用いる方法が一般的であり、凝集剤には通常、鉄やアルミニウム等の無機金属塩が用いられる。凝集剤の効果はさまざまな物理的、生物化学的な影響を受け、最適凝集条件は、多くの因子によって定まる複雑な平衡の上に成り立っているため、一定の処理水質を確保するには熟練を要する。
【０００４】
図２０は、従来の凝集・沈澱後の処理水をろ過する除濁処理システムを示すフロー図である。
【０００５】
この図において、原水は、着水井１００に一旦貯蔵され、ここで浄水工程に送る水量が調整される。着水井１００より送られた原水は、凝集・沈澱池１０１に入り、ここで、凝集剤注入→急速撹拌→緩速撹拌→沈澱の手順で原水内の濁質の大半である大きな懸濁物が除去された後、ろ過池１０２に送られる。ろ過池１０２では、凝集・沈澱池１０１で除去しきれない微細な浮遊物をろ過して分離したろ過水が次の浄水処理工程に送られる。
【０００６】
この際、ろ過池１０２には、緩速ろ過（ろ過速度３〜６ｍ／日）と、急速ろ過（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）が有り、今日では、設置面積が小さく、除濁能力が高い事から、急速ろ過が多く採用されている。
【０００７】
次に、図２１の構成図を参照ながら、ろ過池１０２として使用される急速ろ過池について説明する。
【０００８】
急速ろ過池１３１は、篩い分けた天然の珪砂からなる「ろ材」が敷き詰められたろ材層１０３と、ろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層１０４と、それらを支える分散砂利層１０５と、有孔コンクリート板１０６を支える支持梁１０７とで構成されている。また、急速ろ過池１３１の下部に形成された集水渠１０８には、ろ材層１０３を逆流洗浄（以下、逆洗、または逆洗浄と記載する）するために必要な逆洗水を導入する逆洗水導入管１０９と、空気を導入する空気導入管１１３とが接続され、バルブ１１１、１１４によって、逆洗水の水量、空気の流量が調整できるようになっている。またろ材層１０３より上部には、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１１０が接続され、バルブによって、逆洗水排水の水量が調整できるようになっている。
【０００９】
そして、急速ろ過池１３１の上部側に被処理水が導入されると、重力でろ材層１０３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度であり、ろ過水は、ポーラスコンクリート層１０４および分散砂利層１０５、有孔コンクリート板１０６を通って、集水渠１０８に一時的に貯留された後、次の浄水処理工程に送られる。ろ材層１０３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部には粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。
【００１０】
また、目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管１０９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、ろ材層１０３から取り除かれて逆洗排水排出管１１０から排水される。なお、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層１０３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と、水流の剪断力とにより、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１１２の開放に伴い、ろ材や膜から分離された濁質が逆洗排水排出管１１０から排出され、図示していない排水処理工程に送られる。また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、ろ過池１０２の下部側に設けられた空気導入管１１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１１、１１４で調整する。
【００１１】
こうした従来の除濁処理の運転方法を最適化する技術として特開２００２−１９２１６３号公報（特許文献１）に記載のものがある。一方、平成８年１０月に厚生省（現厚生労働省）より通達された「水道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」では、ろ過池出口の濁度を常時把握し、ろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持することが制定され、浄水場における濁度管理が重要な課題となっている。
【００１２】
クリプトスポリジウムは動物に感染する寄生性原虫で、体外ではオーシストの形で存在しており、大きさは４〜６μｍと言われている。クリプトスポリジウムのオーシストの除去率は通常処理を行った場合で、砂ろ過のみの場合、９７〜９９％、凝集沈殿と砂ろ過とを併用させた場合でも、９９．７〜９９．９％と言われており、確実にすべてのクリプトスポリジウムを除去できない。
【００１３】
特に、設置面積が小さく、除濁能力が高い事から、ろ過手段として多く採用されている急速ろ過池１３１は、浄水場の浄水処理工程で懸濁物質を除去する最終の工程であり、クリプトスポリジウムに対しても、当然最終段階の重要な除去プロセスとなる。しかし、ろ材の洗浄からろ過工程に移行時、あるいは処理水量の変更時において急激にろ過流量が変わったとき、濁度やクリプトスポリジウムがろ過水側に流出するか、洗浄排水が十分に排水されず、処理再開後のろ過水に混入する恐れがある。
【００１４】
このような背景のもと、従来の除濁処理の代替え手段として、精密ろ過膜や限外ろ過膜に関する研究開発が進み、我が国の浄水場において、膜ろ過が急速に普及し始めている。海外においては、既に日量数十万トン規模の膜ろ過浄水場が稼動している。
【００１５】
しかし、精密ろ過膜や限外ろ過膜による膜ろ過は、確実に濁質物を除去し、良質な処理水質を得られるという利点がある一方、精密ろ過膜や限外ろ過膜の素材として最も普及している有機高分子化合物（酢酸セルロース、ポリスレホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリトニトリル）の膜は、運転時間の経過とともに膜の圧密化や損傷などの物理的劣化、加水分解・酸化などによる化学的劣化、微生物により膜が資化される生物的劣化などの膜自身の変質による性能低下や、微粒子・懸濁物質の膜表面への蓄積などの外的要因により、性能が低下する。このため寿命が３年〜５年とされ、膜交換に要する費用のため、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。
【００１６】
こうしたランニングコストを低減する従来技術として、特開２００１−２２５０５７号公報（特許文献２）に記載のものがある。この従来技術は、凝集剤を利用して凝集フロックを形成し、これを砂ろ過により除去する。さらに耐久性の優れた金属膜ろ過装置により微粒子・懸濁物質を確実に除去するろ過システムである。
【特許文献１】特開２００２−１９２１６３公報
【特許文献２】特開２００１−２２５０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、上述した旧来の凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理では、以下の課題があった。
【００１８】
［１］クリプトスポリジウム等の微小病原原虫のろ過水への残留
懸濁物質を除去する最終の工程であるろ過池でも除去しきれなかったクリプトスポリジウム等の微小病原原虫がろ過水に残留する場合がある。特に急速ろ過池では、ろ材の洗浄からろ過工程に移行時、あるいは処理水量の変更時において急激にろ過流量が変わったとき、濁度やクリプトスポリジウムがろ過水側に流出するか、ろ材の逆流洗浄排水が十分に排水されない恐れがある。
【００１９】
［２］多量の凝集剤注入およびろ過池のろ過損失水頭の上昇
除濁能力の向上のため、凝集剤の注入量を多くすると、沈殿池で除去しきれない凝集剤がろ過池に流入し、ろ過池が目詰まりして、ろ過池の損失水頭が上昇する。一方、従来の除濁処理の代替え手段として開発された精密ろ過膜や限外ろ過膜は、確実に濁質物を除去し、良質な処理水質を得られるという利点があるが、以下の課題があった。
【００２０】
［３］ランニングコストの増加
精密ろ過膜や限外ろ過膜の素材として最も普及している有機高分子化合物（酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリトニトリル）の膜は、運転時間の経過とともに膜の圧密化や損傷などの物理的劣化、加水分解・酸化などによる化学的劣化、微生物により膜が資化される生物的劣化などの膜自身の変質による性能低下や、微粒子・懸濁物質の膜表面への蓄積などの外的要因などにより性能が低下する。このため、寿命が３年〜５年とされ、膜交換に要する費用のため、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。また、上述した特開２００１−２２５０５７号公報に記載された従来の除濁システムと、金属膜ろ過装置を組み合わせたものでは、金属繊維を積層して焼結した不繊布状の金属膜をプリーツ状に折り畳んで円筒型としたエレメントで構成されており、以下の課題があった。
【００２１】
［４］不繊布状構造による透過流束の低下
不繊布状構造の金属膜は、金属膜の表面だけでなく、金属膜内部でも捕捉する構造となっているため、金属表面では捕捉できない微小な粒子や懸濁物質を膜内部で捕捉できるメリットがある一方で、膜の内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が通常の洗浄で除去できず、運転時間の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。円筒型エレメントによる金属膜は、金属膜を充填するスペースに対して有効な膜ろ過面積が小さいため、金属膜ろ過装置が大きくなり、設置スペースが増大するという問題がある。円筒を細くして装置内に充填する本数を増やす方法もあるが、必要以上に円筒を細く丸めることは、膜の孔径が拡大する恐れがあるため適切ではない。
【００２２】
本発明は上記の事情に鑑み、高い透過流速を確保して被処理水の流量を大きくすることができ、かつ処理コストを低減させつつ、クリプトスポリジウムなどの微小病原原虫を確実に除去できるとともに、膜の逆洗浄回数を低減でき、運転コストを低く抑えることができるろ過システム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】
【００２３】
上記の目的を達成するために本発明は、ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、前記ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、前記ろ過池の上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填したことを特徴としている。
【００２４】
また、前記異方性多孔質材料を用いた膜は、孔径が異なる複数段としたことを特徴としている。
【００２５】
さらに、前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗排水排出管を接続し、前記膜を逆洗浄した際に出る逆洗排水を前記逆洗排水排出管から排出させることを特徴としている。
【００２６】
さらに、前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗水導入管を接続し、この逆洗水導入管を介して、前記ろ過池内に逆洗水を導き、前記ろ材を洗浄することを特徴としている。
【００２７】
さらに、前記膜に対する逆洗水の一部または全量を前記ろ材の逆洗水として活用し、前記膜および前記ろ材を同時に逆洗することを特徴としている。
【００２８】
さらに、前記膜の洗浄と前記ろ材の洗浄とを各々、異なる水量あるいは逆洗周期とすることを特徴としている。
【００２９】
さらに、前記膜の逆洗水量を０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）にすることを特徴としている。
【００３０】
さらに、前記膜の逆洗水量と、前記ろ材の逆洗水量との総和が０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように調整することを特徴としている。
【００３１】
さらに、前記膜からなる構造体で、前記ろ材を支持することを特徴としている。
【００３２】
さらに、前記ろ過池の下部にある集水渠に前記膜を設けたことを特徴としている。
【００３３】
さらに、ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、細孔径が異なる複数の異方性多孔質材料によって構成される複数の膜を、上段側になるほど、細孔径が順次、大きくなるように重ねて、前記ろ過池の下部に配置することを特徴としている。
【００３４】
さらに、前記各膜毎に、各膜の逆洗水量あるいは逆洗サイクルを変更することを特徴としている。
【００３５】
さらに、前記ろ過池のろ過速度を１〜１０００ｍ／日、好ましくは、１〜２００ｍ／日になるように調整することを特徴としている。
【００３６】
さらに、前記各膜を透過速度１〜１０００ｍ／日で逆洗浄することを特徴としている。
【００３７】
さらに、前記膜の下部に紫外線照射設備を設けたことを特徴としている。
【００３８】
さらに、前記膜の上部に紫外線照射設備を設けたことを特徴としている。
【００３９】
さらに、前記ろ過池の下部側にユニット構造体を設け、このユニット構造体の内部に、前記膜を交換自在に配置したことを特徴としている。
【００４０】
さらに、既存の急速ろ過池、あるいは緩速ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填したことを特徴としている。
【００４１】
さらに、前記ろ材は、篩い分けた天然の珪砂、アンスラサイト、粒状活性炭のいずれか一つを含むことを特徴としている。
【００４２】
さらに、前記膜の細孔径を０．１μｍ以上１０μｍ未満の範囲とし、好ましくは、４μｍ以下にすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、高い透過流速を確保して被処理水の流量を大きくすることができ、かつ処理コストを低減させつつ、クリプトスポリジウムなどの微小病原原虫を確実に除去できるとともに、膜の逆洗浄回数を低減でき、運転コストを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
〈異方性多孔質材料〉
初めに、本発明者らが開発した異方性多孔質材料について説明する。
【００４５】
金属膜によるろ過装置では、背景技術の欄で説明したような問題が発生する。このため、金属膜に比較して微細な孔径が形成可能で、かつ逆洗性に優れたセラミックス膜を用いた膜ろ過装置が考えられる。しかし、セラミック膜は基本的に微粒子がネットワーク状に焼結した多孔質体であるため、上述の金属膜と同様に、膜の表面だけでなく内部でも捕捉する構造となり、内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質を洗浄しづらく、運転時間の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。また、細孔が複雑にネットワークを形成する構造のため、初期特性においても圧力損失が比較的大きい。
【００４６】
そこで、本発明者らは、上記に鑑み、流体のフィルタにおいて、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、また洗浄性を向上させる以下の（１）〜（７）に示す異方性多孔質材料を開発するに至った。
【００４７】
（特願２００５−３２２６２９参照、未公開）。
【００４８】
（１）複数の気孔を含有し、それぞれの気孔は長軸および短軸を規定できる非等方性の形状を有し、前記複数の気孔が方向性を有する配列をなしていることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００４９】
（２）前記それぞれの気孔の長軸／短軸の長さの比が１０以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５０】
（３）前記複数の気孔の短軸の長さが０．００１〜５００μｍであることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５１】
（４）前記複数の気孔が、それらの長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれる１つ以上の配向グループに分類されることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５２】
（５）同一の配向グループに属する前記複数の気孔の少なくとも一部が貫通気孔であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５３】
（６）前記複数の気孔の短軸の長さのバラツキが、同一の配向グループの中では±１５％以下であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５４】
（７）同一の配向グループの中での貫通気孔率が７０％以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５５】
以下、本発明の膜モジュールで使用される異方性多孔質材料について図１２乃至図１９を参照して詳述する。
【００５６】
初めに、本発明に係る異方性多孔質材料の概念を、図１２を参照して説明する。異方性多孔質材料は、複数の気孔を含有し、それらは、例えば図１２に示す気孔５１，５２のような、長軸および短軸を規定することができる非等方性の形状を有する。そして、気孔５１，５２について、任意の基準方向と長軸のずれを傾きθで表示すると、傾きθが方向性、つまり特定範囲内に分布する傾向を有する。一方、気孔に方向性の無い材料は等方性多孔質材料である。
【００５７】
《第１例、その１》
図１３は第１例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１３に示すように、第１例の異方性多孔質材料５３は、図１２に示す楕円球状の気孔５２を複数含有する。図１３に示す異方性多孔質材料５３に含まれる気孔５２は、主に気孔全体が材料の内部に入っている閉気孔である。
【００５８】
ここで、気孔５２の長軸の長さａと短軸の長さｂの比（アスペクト比）ａ／ｂは１０以上であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合には、方向性を持った特性を発現する根源は、閉気孔の異方的な形態に起因する。アスペクト比が１０未満であると、各気孔間の配列に方向性が存在しても全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００５９】
また、それぞれの気孔の長軸の方向が立体角Ωの範囲内に含まれるとすると、立体角Ωは±１０度の範囲内であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔が高いアスペクト比を持っていても、方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６０】
また、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。
【００６１】
また、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔の径に±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６２】
《第１例、その２》
図１４は第１例の変形例を示している。第１例の変形例の異方性多孔質材料５４は、図１２に示す非等方性の形状の気孔５１を複数含有する。それぞれの気孔の長軸は、一方向に配列している。
【００６３】
図１４に示す異方性多孔質材料５４においても、図１３に示す異方性多孔質材料５３と同様に、それぞれの気孔のアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれ、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても上記説明と同様である。
【００６４】
《第２例》
図１５は第２例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１５に示すように、第２例の異方性多孔質材料５５は、気孔５２ａ，５２ｂをそれぞれ複数含有する。異方性多孔質材料５５に含まれる気孔は主に閉気孔である。気孔５２ａは、長軸が方向Ａに対して方向性を有する第１の配向グループを構成し、気孔５２ｂは、長軸が方向Ａと異なる方向Ｂに対して方向性を有する第２の配向グループを構成する。
【００６５】
ここで、第１例と同様に、気孔５２ａ，５２ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第１例と同様である。
【００６６】
第１の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＡの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＡは±１０度の範囲内であることが好ましい。また、第２の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＢの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＢは±１０度の範囲内であることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６７】
また、同一の配向グループの中では、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さｂに±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６８】
《第３例》
図１６は第３例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１６に示すように、第３例の異方性多孔質材料５６は、貫通気孔５７を複数有する。貫通気孔は両端が材料の表面に開いている気孔である。第３例の異方性多孔質材料５６は、図１３に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に垂直で互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。
【００６９】
ここで、貫通気孔５７のアスペクト比は１０以上であることが好ましい。アスペクト比が１０以上であることで、フィルタリングなどに好適な強度特性についてもバランス良く優れた膜材料が得られる。
【００７０】
また、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７１】
また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。
【００７２】
これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。
【００７３】
また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７４】
また、異方性多孔質材料５６が有するすべての気孔における貫通気孔の割合（貫通気孔率）は７０％以上であることが好ましい。貫通気孔率が７０％未満の場合、フィルタリングなどにおける透過流量が低下するとともに、貫通孔以外の気孔（開気孔および閉気孔）の影響が顕在化する。具体的には、フィルタリングなどにおける洗浄性の低下、膜強度の低下などの影響がある。ここで、開気孔とは一端のみが材料表面に開いている気孔である。
【００７５】
図１７は第３例の変形例を示す概略図である。図１７に示すように、第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、貫通気孔５９を複数有し、貫通気孔５９は、異方性多孔質材料５８の上面および下面に対して垂直でない方向に形成されている。第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、図１５に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に対して垂直以外の角度で、互いに平行な２つの面で切り出した形態を有するものである。
【００７６】
《第４例》
図１８は第４例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１８に示すように、第４例の異方性多孔質材料６０は、貫通気孔６１ａ，６１ｂをそれぞれ複数有する。第４例の異方性多孔質材料６０は、図１５に示す第２例の異方性多孔質材料を、互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。貫通気孔６１ａは第１の配向グループを構成し、貫通気孔６１ｂは第２の配向グループを構成する。
【００７７】
ここで、第３例と同様に、貫通気孔６１ａ，６１ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、同一の配向グループの中での貫通気孔率は７０％以上であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第３例と同様である。
【００７８】
また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７９】
図１９は第４例の変形例を示す概略図である。図１９に示すように、第４例の変形例の異方性多孔質材料６３は、貫通気孔６４ａ，６４ｂをそれぞれ複数有するとともに、図１３に示す第１例の異方性多孔質材料を互いに平行な２つの面で切り出したものを、一層ごとに貫通気孔の方向が９０°ずれるように積層した形態を有するものである。
【００８０】
上述した各異方性多孔質材料は、一般的な多孔質材料、あるいは上述の水の浄化目的に使われている多孔質膜に代表されるような既存の多孔質材料と異なり、長軸／短軸のアスペクト比の大きい気孔が方向性を持って配列したものである。このため、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料を流体のフィルタに用いると、フィルタの表面で微粒子・懸濁物質を捕捉するので、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、フィルタの洗浄性を向上させることができる。
【００８１】
また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料を熱交換材料として用いると、流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減するので、体積当たりの熱交換効率を向上させることができる。
【００８２】
上述した各異方性多孔質材料の用途についても多岐にわたるが、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料では、高精度で大量の分離処理が可能で、高い透過流束を確保し、また洗浄性にも優れるなど、秀でた諸特性を合わせ持つ各種フィルタを挙げることができる。
【００８３】
また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料では、体積当たりの熱交換効率が飛躍的に優れ、また流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減した熱交換器を挙げることができる。
【００８４】
本発明の異方性多孔質材料の製造方法は、気孔あるいは貫通気孔を形成するためのテンプレートを用いる方法、気孔あるいは貫通気孔を転写して形成する方法、気孔あるいは貫通気孔の元組織を延伸加工する方法、結晶組織成長により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法、気相合成法により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法をとることが可能である。
【００８５】
なお、上述の各実施の形態では、気孔が１つまたは２つの配向グループからなる異方性多孔質材料を示したが、分類される配向グループの数はこれに限らない。
【００８６】
〈実施形態の説明〉
以下、本発明に係るろ過システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明するろ過システムでは、前述した異方性多孔質材料５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３のいずれかを膜モジュールを構成するろ過膜に使用するものである。
【００８７】
《第１実施形態》（請求項１、１８、１９、２０に対応）
図１は本発明によるろ過システムの一実施形態を示す構成図である。
【００８８】
［構成］
この図に示すろ過システム１は、金属やセラミックで生成された異方性多孔質材料５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３のいずれかによって構成され、ろ過池２内に配置される膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せて構成されている。
【００８９】
具体的には、篩い分けた天然の珪砂からなる「ろ材」が敷き詰められたろ材層３と、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ金属やセラミックでできた異方性多孔質材料によって構成され、ろ材層３の下側に配置される膜１５と、膜１５の下側に配置されるポーラスコンクリート層４と、ポーラスコンクリート層４の下側に配置される分散砂利層５と、分散砂利層５の下側に配置される有孔コンクリート板６と、有孔コンクリート板６を支える支持梁７とで構成されている。
【００９０】
また、ろ過池２の下部に形成された集水渠８には、ろ材層３と膜１５を洗浄するための逆洗水と空気を導入するための逆洗水導入管９、空気導入管１３と、バルブ１１、１４とが接続される一方、ろ材層３より上部には、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１０と、バルブ１２とが接続されている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍなので、その除去を確実にするため、膜１５の細孔径は４μｍ未満にするのが好ましい。
【００９１】
この際、新規にろ過システム１を作る場合には、急速ろ過池の下部に金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を敷設した後、膜１５上に直接、天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を敷き詰める。
【００９２】
また、既設の急速ろ過池を本発明のろ過システム１に改造する場合は、既設のろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層４と分散砂利層５を残しておいても差し支えず、本構成図でもポーラスコンクリート層４とろ材層３の間に膜１５を敷設しているが、ろ過池の新設や、既設のろ過池の改造であっても、ポーラスコンクリート層４と分散砂利層５が無い方が好ましい。
【００９３】
［作用］
そして、このろ過システム１では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力でろ材層３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。次に０．１μｍ〜数１０μｍの細孔をもつ異方性多孔質材料を用いた膜１５の篩い作用により細孔よりも大きな物質は膜面に捕捉される。細孔を通過したろ過水がポーラスコンクリート層４および分散砂利層５、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯まる。この時、被処理水がろ材層３や異方性多孔質材料を用いた膜１５を流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度である。そして、集水渠８を貯まったろ過水が図示されていない次の浄水処理工程に送られる。
【００９４】
また、ろ材層３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には、粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部に粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。また、異方性多孔質材料を用いた膜１５や、ろ材層３で目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、膜１５やろ材層３から取り除かれ、逆洗排水排出管１０から排水される。
【００９５】
また、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力とにより、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜から分離された濁質が逆洗排水排出管１０から排出され、別途排水処理工程に送られる。
【００９６】
また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、ろ過池２の下部の空気導入管１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４で調整する。
【００９７】
［効果］
このように、この第１実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５は、細孔が供給水の透過方向と同一方向になるとともに、材料に占める空間の割合（空間率）が大きいため、供給水のろ過抵抗が小さくなり、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流速を大きくすることができる。すなわち、従来の急速ろ過池に膜１５を導入する場合、ろ材層３中をろ過速度１２０〜１５０ｍ／日で流下させなければならないが、膜１５中も同じ流量で流れる事になる。しかし、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のセラミック膜、金属膜では、かけられる圧力（ろ過池２の場合、損失水頭）にもよるが、数ｍ／日のろ過速度でしか、被処理水を流す事ができない。これに対し、異方性多孔質材料で構成された膜１５では、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができる（請求項１の効果）。
【００９８】
ここで、従来の膜と異方性多孔質材料で作った膜１５との違いについて、図２、図３を用いて説明する。図２（ａ）は、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜のモジュールの構造図である。有機高分子材料系のろ過膜２０１が最もろ過速度が小さく、また、構造上の強度も弱く圧力もかけられない。しかし、図２（ａ）のような有機高分子材料系のろ過膜２０１を外径が数ｍｍの繊維状に加工する事により、ろ過速度、強度を向上でき、モジュールにした場合、ユニット体積あたりの、ろ過速度、強度は、他のろ過膜に比べて最も優れている。しかし、ろ過池に膜システムを導入する場合は、平板構造にしなければならず、有機高分子材料系の膜では、ろ過速度不足、強度不足で適用できない。
【００９９】
また、図２（ｂ）のように不繊布状構造のセラミック膜、金属膜（ろ過膜２０２）は、強度は十分で、図３（ａ）のように平板構造に加工できるため、ろ過池に設置可能だが、透過流速が小さく、急速ろ過池のろ過速度には達していない。また、膜の内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が通常の洗浄で除去できず、運転時間の経過とともに透過流速が低下しやすいという問題がある。なお、いずれの膜もろ過池２の後段にろ過膜設備として別途、設ける事はできる。
【０１００】
一方、異方性多孔質材料の膜１５は、図３（ｂ）のように、金属やセラミックでできた０．１μｍ〜数１０μｍの異方性の細孔をもつ膜であり、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができ、また、膜の内部で微粒子・懸濁物質が入り込んで通常の洗浄で除去できないような事は無い。すなわち、既設の急速ろ過池において、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を、ろ材層３の下部に設けることにより、新たな施設（敷地）は不要で、かつ、これらのろ過池、ろ過層を大幅な改造なく導入できる。これにより、従来のろ過処理では十分に除去できないクリプトスポリジウム等の微生物や微粒子を除去できる（請求項２０の効果）。
【０１０１】
また、膜１５上に直接、天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層してろ材層３を形成し、微細の浮遊物の除去は、膜１５で行い、比較的大きい濁質成分をろ材層３で行わせることにより、膜１５、ろ材層３、双方の目詰まりを抑制し、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗水量を少なくでき、またそれらの交換寿命を延長させることができる（請求項１９の効果）。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、近年、設置面積が小さく、除濁能力が高い急速ろ過が多く採用されていることから、急速ろ過池を用いて、本発明のろ過システムを説明した。しかし、逆洗を有し、ウイルス、病原微生物の漏洩がある、高度処理の生物活性炭槽、粒状活性炭槽、緩速ろ過池にも適用できる。
【０１０３】
それらに適用した場合、前二つの処理槽は、ろ材として粒状活性炭を使用し、構成が違う緩速ろ過池でもろ材は、珪砂を用いるが、構成は急速ろ過池と異なる。しかし、本発明のろ材層３と異方性多孔質材料でできた膜１５とを組み合わせる点は、急速ろ過池の場合と同じである。また、緩速ろ過池は、ろ過速度が数ｍ／日であり、ろ過速度が遅く不繊布状構造のセラミック膜、金属膜でも適用可能だが、不繊布状構造内部への目詰まりのデメリットを考慮すると本発明によるろ過システムの方が優れている。その他の効果は、上記と同じである。
【０１０４】
また、この第１実施形態では、既存のろ過池２を本発明のろ過システム１に改造する場合を例にして、説明しているが、既設の急速ろ過池を本発明のろ過システム１に改造する場合は、既設のろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層４と分散砂利層５を残しておいても差し支えない（請求項１８の効果）。
【０１０５】
また、本構成図でもポーラスコンクリート層４とろ材層３の間に膜１５を敷設しているが、ろ過池の新設や、既設のろ過池の改造であっても、ポーラスコンクリート層４と分散砂利層５が無い方が好ましい。
【０１０６】
《第２実施形態》（請求項２〜８、１７に対応）
次に、図４と図５を用いて本発明によるろ過システムの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０７】
図４は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明によるろ過システムの第２実施形態に関する構成図である。
【０１０８】
［構成］
この図に示すろ過システム３１が図１に示すろ過システム１と異なる点は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を、孔径が異なる２種類の膜１５ａ、１５ｂの２段にして、ユニット構造体（梁）１６により２膜間に空間を設けたユニット１７の複数を、池面に対し平行に並べた構造にし、さらに逆洗方法を、膜１５ａと、ろ材層３および膜１５ｂとを別に最適化して洗浄するために逆洗水導入管１８と、逆洗排水排出管１９を膜１５ａ、１５ｂの間に接続して、それらの水量を調整するバルブ２０、２１をそれぞれに接続したことである。
【０１０９】
下段の膜１５ａは、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ異方性多孔質材料を用いた膜で、上段の膜１５ｂの細孔は、膜１５ａの細孔より大きく、かつ珪砂等のろ材の粒径より小さくろ材が流出しないようになっている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍなので、その除去を確実するため、膜１５ａの細孔径は４μｍ未滴にするのが好ましい。
【０１１０】
また、逆洗用の空気導入管１３は、逆洗水導入管１８と同様に膜１５ａ、１５ｂの間に接続する方が望ましい。しかし、既設の急速ろ過池に本発明のろ過システムを導入する場合は、図４に示すように既設の集水渠８への接続している設備をそのまま使用しても構わない。
【０１１１】
［作用］
そして、このろ過システム３１では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力でろ材層３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。
【０１１２】
次に、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ、１５ｂの篩い作用により、各々の細孔よりも大きな物質が膜面に捕捉される。細孔を通過したろ過水がポーラスコンクリート層４および分散砂利層５、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯まった後、図示されていない次の浄水処理工程に送られる。この時、ろ材層１３や異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ、１５ｂを被処理水が流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度である。
【０１１３】
また、ろ材層３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には、粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部に粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。
【０１１４】
また、膜１５ａ、１５ｂやろ材層３で目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して、下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、膜１５ａ、１５ｂやろ材層３から取り除かれて、逆洗排水排出管１０、１９から排水される。
【０１１５】
また、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力により、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜１５ａ、１５ｂから分離された濁質が逆洗水排出管１０、１９から排出され、図示されていない排水処理工程に送られる。
【０１１６】
また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、空気導入管１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４、２０で調整する。この時、逆洗水導入管９、１８から導入される総量が、その値になるように調整する。すなわち、逆洗水導入管９から、水量は０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、逆洗水を導入し、残りを逆洗水導入管１８から導入する。
【０１１７】
また、膜１５ａのみが目詰まりを起こした場合は、膜１５ａのみを逆洗する。その時は、逆洗水導入管９から、０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、同量または、膜１５ａの上部に残っている被処理水を僅か加えた水量を逆洗排水排出管１９から排出する。
【０１１８】
［効果］
この第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１１９】
細孔径の異なる２つの膜１５ａ、１５ｂを使用させることにより、それぞれの膜１５ａ、１５ｂの細孔より大きい懸濁物質がそれぞれの膜表面で捕獲される。結果、細孔径が小さく、目詰まりしやすい膜１５ａの懸濁物質による目詰まりを低減できるとともに、目詰まりに起因し、塞がれた無効な細孔を減らせる。結果、急速ろ過と同等のろ過速度（流量）を十分に確保でき、逆洗周期、交換寿命を長くできる。また、膜１５ａ、１５ｂの間に逆洗水導入管１８、逆洗排水排出管１９を接続することもでき、膜１５ａ中の逆洗水量とろ材層３中の逆洗水量を変更できる（請求項２の効果）。
【０１２０】
ここで、図５を用いて逆洗水量による膜１５ａ、１５ｂへの影響について説明する。図５は、異方性多孔質材料によって構成された膜１５ａ、１５ｂに対する、被処理水の透過流量と、圧力との関係を示す図である。
【０１２１】
この図から明らかなように、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５ａでは、透過流量が大きくなるほど、膜１５ａにかかる水圧が上昇する。また、膜１５ａを介して、ろ材層３内に、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の逆洗水を流すと、膜１５ａでの圧力損失が大きくなり、その分だけ、逆洗水導入ポンプの大型化、電気代等のランニングコストの増大、膜１５ａ、１５ｂや集水渠８等の耐圧性能向上によるイニシャルコストが増大する。
【０１２２】
つまり、膜１５ａの目詰まりを取り除くだけなら、それほど多くの逆洗水量を必要としないことから、逆洗水導入管９から、０．２〜０．３ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、導入管１８から、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、ろ材を流動状態にする０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の水量を確保する。ここで、膜１５ｂは、細孔径が大きいので、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を流しても、圧力損失は大きくならない（請求項７、８の効果）。
【０１２３】
また、被処理水（原水）水質によっては、細孔径が小さい分、膜１５ａの目詰まり周期は、ろ材層３の目詰まり周期と一致しない。すなわち、逆流洗浄を行う周期の最適間隔が、それぞれ違い、毎回両方同時に逆洗する必要が無い。そして、逆洗排水排出管１９を膜１５ａの上部に接続しているので、膜１５ａのみを逆洗する事ができ、膜１５ａと、膜１５ｂ及びろ材層３とを個別に、あるいは同時に、最適水量で逆洗する事ができる（請求項３、４、５、６の効果）。
【０１２４】
一方、ろ過処理時（ろ過速度１５０ｍ／日）では、膜１５ａ、１５ｂの圧力損失を加算しなければならず、その分、沈殿池２のろ抗上昇になることから、通常の沈殿池２、例えば圧力損失が０．００５ＭＰａ未満の沈殿池２では、５０ｃｍだけ、ろ抗上昇を加算しなければならない。しかし、膜１５ｂによる除濁能力を考慮し、ろ材層３のろ材の種類、引き詰め方を最適化すれば、ろ抗上昇を低くすることができる。
【０１２５】
次に、図６を用いて膜１５ａ、１５ｂのユニット化について説明する。図６は、ろ過池２を上から見た図である。通常、ろ過池２は、数ｍ〜数十ｍ角の広さを持ち、急速ろ過より緩速ろ過の方がさらに広い。それほど広い面積の異方性多孔質膜を金属やセラミックで製作または設置するのは困難であり、コスト高、強度不足になるだけでなく、交換や薬品洗浄も難しい。
【０１２６】
そこで、この第２実施形態では、膜１５ａと１５ｂおよび、それらを支持するユニット構造体（梁）１６によって、膜交換自在なユニット１７にし、同一のユニット１７を複数個、ろ材層３の下部に同層面となるように平行に並べて固定する。各ユニット１７のサイズは、数十ｃｍ〜数ｍ角のユニットとする。これにより、それらの問題が解決できる。また、金属、セラミックを材料としているので、ユニット化により加熱再生も可能で、洗浄薬品の使用量を減らす事ができる（請求項１７の効果）。
【０１２７】
《第３実施形態》（請求項１０に対応）
次に、図７を用いて本発明に係るろ過システムの第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態や第２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２８】
図７は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第３実施形態に関する構成図である。
【０１２９】
［構成］
この図に示すろ過システム３２が図１に示すろ過システム１と異なる点は、図１に示す膜１５を、ろ過池２の下部に形成された集水渠８の空気導入管１３と逆洗水導入管９との下部側に膜１５を設けるとともに、膜１５の下部に膜１５の逆洗用の逆洗水導入管１８とバルブ２０を接続したことである。なお、既設の急速ろ過池２に本発明のろ過システム３２を導入する場合は、既設の集水渠８に接続されている空気導入管１３と逆洗水導入管９をそのまま使用しても構わない。
【０１３０】
［作用］
そして、図１に示すろ過システム１では、被処理水がろ材層３→膜１５→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→集水渠８という経路で流れる間、ろ材層３と膜１５とで、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３２では、ろ材層３→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→膜１５→集水渠８という順番になるのみで、除濁処理に関する作用は、図１に示すろ過システム１と違いがない。しかし、膜１５やろ材層３の目詰まりを除去する逆洗方法が図１に示すろ過システム１と異なる。
【０１３１】
逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力により、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜１５から分離された濁質が逆洗水排出管１０から排出され、別途排水処理工程に送られる。また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、空気導入管１３から空気を吹き込んで、ろ材に付着した濁質を剥離する。
【０１３２】
また、逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４、２０で調整する。この時、逆洗水導入管９、１８から導入される逆洗水の総量が、その値になるように調整する。すなわち、逆洗水導入管９からは、水量は０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）導入し、残りを逆洗水導入管１８から導入する。
【０１３３】
［効果］
この第３実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１３４】
まず、ポーラスコンクリート板４、分散砂利層５などにより、ろ材層３と、膜１５とを物理的に分離しているので、ろ材層３のろ材によって、膜１５の細孔が塞がれないようにして、膜１５の各細孔が無効にならないようにする。結果、急速ろ過と同等のろ過速度（流量）を十分に確保でき、逆洗周期、交換寿命を長くできる。また、膜１５の上部側にろ材層逆洗用の逆洗水導入管９を接続し、膜１５の下部側に膜逆洗用の逆洗水導入管１８を接続しているので、膜１５中の逆洗水量と、ろ材層３中の逆洗水量とを変更できる（請求項１０の効果）。なお、逆洗流量による膜１５への影響については、第２実施形態の説明で、図５を用いて説明済みである。
【０１３５】
また、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５では、透過流量が大きくなるほど、膜１５にかかる水圧が上昇する。また、膜１５を介して、ろ材層３内に、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の逆洗水を流すと、膜１５での圧力損失が大きくなり、その分だけ、逆洗水導入ポンプの大型化、電気代等のランニングコストの増大、膜や集水渠８等の耐圧性能向上によるイニシャルコストが増大する。
【０１３６】
そして、膜１５の目詰まりを取り除くだけなら、それほど多くの逆洗水量を必要としないことから、逆洗水導入管１８から、０．２〜０．３ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、逆洗水導入管９から、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の水量を確保する。
【０１３７】
一方、ろ過処理時（ろ過速度１５０ｍ／日）では、膜１５の圧力損失を加算しなければならず、その分、沈殿池２のろ抗上昇になることから、通常の沈殿池２、例えば圧力損失が０．００５ＭＰａ未満の沈殿池２では、５０ｃｍだけ、ろ抗上昇を加算しなければならない。しかし、膜１５による除濁能力を考慮し、ろ材層３のろ材の種類、引き詰め方を最適化すれば、ろ抗上昇を低くすることができる。
【０１３８】
また、この第３実施形態では、既設のろ過池２に本発明のろ過システム３２を導入する場合、ろ材層３の洗浄に最適化された容量の仕様で設計されている空気導入管９および逆洗水導入管９をそのまま転用できるため、軽微の改良だけで済み、更新コストを低減できる。また、逆洗のみで、膜１５中の目詰まりを除去できなくなった時は、ろ材層３のろ材を入れ替えることなく、膜１５のみの交換で済み、ランニングコストを低減できる。
【０１３９】
また、膜１５が、ろ材の重量に耐える必要がなく、透過流量に対する水圧のみ耐え得る強度の構造で済み、材料コスト、加工コストを低減できる。なお、この第３実施形態では、省略したが、膜１５の上部に逆洗排水排出管を接続しても良い。この場合、第２実施形態と同様に、膜１５のみを逆洗する事ができ、膜１５、ろ材層３を個別にあるいは同時に、最適水量で逆洗する事ができる。
【０１４０】
《第４実施形態》（請求項９に対応）
次に、図８を用いて本発明に係るろ過システムの第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態から第３実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４１】
図８は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第４実施形態に関する構成図である。
【０１４２】
［構成］
この図に示すろ過システム３３が図１に示すろ過システム１と異なる点は、図１に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を無くし、異方性多孔質材料を用いた膜１５とそのユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７をろ材層３の支持構造体としてにしたことである。
【０１４３】
［作用］
そして、この図に示すろ過システム３３では、図１に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６の代わりに、膜１５と、ユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７でろ材層３を支持している。また、図１に示すろ過システム１では、被処理水がろ材層３→膜１５→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板→集水渠８に流れる間、ろ材層３と膜１５にて、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３３では、ろ材層３→膜１５（ユニット１７）→集水渠８の順番になる事が異なっており、その他の作用は、図１に示すろ過システム１と違いがない。
【０１４４】
［効果］
この第４実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１４５】
ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６が無くなることにより、設備の簡易化による管理コストの低減させることができるとともに、それらの孔中に、細菌等が繁殖する恐れがなく、また、定期的にユニット１７を交換洗浄するので管理を容易にさせることができる。また、新規にろ過池２を敷設する場合は、ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を必要としない分、敷設コストを低減させることができる（請求項９の効果）。
【０１４６】
一方、既設のろ過池２にこのろ過システム３３を導入する場合、既存のポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を撤去する必要があるが、これらを無くした分だけ、ユニット１７の取り付け位置を下げて、ろ過池２の池面と、膜１５との高低差を大きくさせることにより、膜１５に加えられる水圧を大きくし、被処理水の透過流速に対する圧力損失（ろ抗上昇）分を補償させることができる。
【０１４７】
《第５実施形態》（請求項１５、１６に対応）
次に、図９を用いて本発明に係るろ過システムの第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態から第４実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４８】
図９は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第５実施形態に関する構成図である。
【０１４９】
［構成］
この図に示すろ過システム３４が図４に示すろ過システム３１と異なる点は、図４に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を無くし、細孔径が異なる異方性多孔質材料を用いた２つの膜１５ａ、１５ｂと、ユニット構造体（梁）１６ａ、１６ｂで構成されるユニット１７を、ろ材層３の支持構造体にするとともに、膜１５ａの上下に、波長が２５４ｎｍの殺菌線の出す紫外線ランプ２２、２３を設置したことである。
【０１５０】
［作用］
そして、この図に示すろ過システム３４では、図４に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６の代わりに、膜１５とユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７でろ材層３を支持するとともに、図４に示すろ過システム３２では、被処理水がろ材層３→膜１５ｂ→膜１５ａ→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→集水渠８に流れる間、ろ材層３と膜１５にて、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３４では、ろ材層３→膜１５ｂ→膜１５ａ→集水渠８の順番になるようにしている。
【０１５１】
また、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスに対し、紫外線ランプ２３から照射される、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。
【０１５２】
一方、膜１５ａの細孔より小さい、微生物、ウイルス等は、膜１５ａでは捕捉されず、透過するが、集水渠８に一時的に貯留されているとき、紫外線ランプ２２から照射される、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。
【０１５３】
その他の作用は、実施例２と違いはない。
【０１５４】
［効果］
この第５実施形態では、第２実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１５５】
ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６が無くなることにより、設備の簡易化による管理コストの低減させることができるとともに、それらの孔中に、細菌等が繁殖する恐れがなく、また、定期的にユニット１７を交換洗浄するので管理を容易にさせることができる。また、新規にろ過池２を敷設する場合は、ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を必要としない分、敷設コストを低減させることができる。
【０１５６】
一方、このろ過システム３３を既設のろ過池２に導入する場合、既存のポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を撤去する必要があるが、これらを無くした分だけ、ユニット１７の取り付け位置を下げて、ろ過池２の水面と、膜１５ａ、１５ｂとの高低差を大きくさせることにより、膜１５ａ、１５ｂに加えられる水圧を大きくし、被処理水の透過流速に対する圧力損失（ろ抗上昇）分を補償させることができる。
【０１５７】
また、膜１５ａの上部に設けた紫外線ランプ２３から、波長が２５４ｎｍの殺菌線である紫外線を被処理水に対し照射する事により、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。すなわち、異方性多孔質材料の膜１５ａでは、不繊布状構造のろ過膜に比べて、膜表面に捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされることで、膜１５ａを透過するリスクがあるが、膜１５ａを透過する前に十分な時間、殺菌線に被曝させることにより不活化、死滅させることができ、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１５の効果）。
【０１５８】
一方、第１、第３、第４実施形態のように、膜１５の上部に紫外線ランプ２３を設けることができない構成の場合を含め、膜１５ａの細孔より小さい微生物やウイルスは、膜１５ａ表面で捕捉できず、膜１５ａを透過してしまうが、その場合は、膜１５ａの下部に設けられた紫外線ランプ２２から照射される波長が２５４ｎｍの殺菌線である紫外線により、それらを不活化でき、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１６の効果）。
【０１５９】
《第６実施形態》（請求項１１、１３、１４に対応）
次に、図１０を用いて本発明に係るろ過システムの第６実施形態を説明する。
【０１６０】
図１０は、細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を多段にした本発明による、ろ過システムの第６実施形態に関する構成図である。
【０１６１】
［構成］
この図に示すろ過システム３５は、ろ過池２に細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆを組合せた多段ろ過膜層２４と、それらを支える有孔コンクリート板６と、この有孔コンクリート板６を支える支持梁７と、その周辺部の集水渠８とで構成されている。
【０１６２】
最下段の膜１５ａは、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍになり、それより上段の膜１５ｂ〜１５ｅは、上段になるほど細孔径が大きいものになっており、最上段の膜１５ｆは、数ｍｍ程度の孔径となっている。なお、既設の急速ろ過池を本実施形態のろ過システム３５に改造する場合は、急速ろ過池の有孔コンクリート板を有孔コンクリート板６として転用する。
【０１６３】
ただし、多段ろ過膜層２４の強度を高め、自ら膜１５ａ〜１５ｆを支持する構造にする事により有孔コンクリート板６を無くしても構わない。また、既設のろ材、ポーラスコンクリート層、分散砂利層を撤去して、多段ろ過膜層２４を設ける。また、ろ過池２の下部の集水渠８には、多段ろ過膜層２４を洗浄するための逆洗水を導入するための逆洗水導入管９と、バルブ１１が接続され、一方、多段ろ過膜層２３より上部に、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１０と、バルブ１２とが接続されている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍのなので、その除去を確実するため、膜１５ａの細孔径は４μｍ未満にするのが好ましい。
【０１６４】
また、多段ろ過膜層２４は、数十ｃｍ〜数ｍ角に形成された複数のユニット構造体（梁）１６ａ〜１６ｆと、これらユニット構造体（梁）１６ａ〜１６ｆによって支持される複数段の膜１５ａ〜１５ｆによって構成され、各ユニットａ〜３３ｆを池面と平行に並べた構成になっている。
【０１６５】
［作用］
そして、このろ過システム３５では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力で多段ろ過膜層２４中を下降し、各膜１５ａ〜１５ｆを透過する間に被処理水中の懸濁物質で各膜１５ａ〜１５ｆの細孔より大きいものが、各膜１５ａ〜１５ｆの表面で捕捉される。すなわち各膜１５ａ〜１５ｆの、細孔径別の篩い作用により、下段になるほど小さい懸濁物質が被処理水より除濁される。また、最下段の０．１μｍ〜数１０μｍの異方性の細孔をもつ膜１５ａの表面では、クリプトスポリジウムを含む、細孔（０．１μｍ〜数１０μｍ）より大きい、病原性原虫、細菌、藻類が捕捉されて、被処理水中より除去される。膜１５ａの細孔を通過したろ過水が、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯められた後、図示していない次の浄水処理工程に送られる。
【０１６６】
この時、異方性多孔質材料を用いた多段ろ過膜層２４を被処理水が流れ落ちる速さは、既設の急速ろ過池を改造して、本発明のろ過システム３５を適用する場合は、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度になる。これは、既存設備、配管等の周辺設備が、その仕様でできているためである。一方、緩速ろ過池に適用する場合は、ろ過速度の仕様に合わせて、各段の膜１５ａ〜１５ｆの細孔径を調整して、数ｍ／日のろ過速度にする。
【０１６７】
また、細孔の大きい膜１５ｆでは、圧力損失が少ないものの、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５ａでは、透過流量が大きくなるほど、膜にかける水圧が上昇する。そのため、ろ過速度が１５０ｍ／日、すなわち透過流量が０．１ｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の急速ろ過池に適用した場合、膜１５ａのみで、圧力損失が０．００５ＭＰａになることから、膜１５ａ〜１５ｆの圧力損失の総和が、ろ抗の上昇原因となる。また、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりが進むと、さらに悪化する。また、新規でろ過池２、ろ過層を敷設する場合は、既存の設備のろ過速度に依存しないことから、ろ過速度１〜１０００ｍ／日の間で、好ましくは、ろ抗上昇を考慮して１〜２００ｍ／日の間で設計する。
【０１６８】
また、多段ろ過膜層２４では、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを防ぐため、最上部には、細孔径が数ｍｍ程度にされた膜３ｆが配置され、下部の膜ほど徐々に細孔が小さくなり、最下部には、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍにされた膜３ａが配置されている。
【０１６９】
なお、細孔径が同等で異方性多孔質材料でできた各膜１５ａ〜１５ｆより透過流速が大きいなら、メッシュ等に代替えしても構わない。特に、これら各膜１５ａ〜１５ｆは、上段になるほど、代替え可能である。また、膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、各膜１５ａ〜１５ｆから取り除かれ、各々の膜１５ａ〜１５ｆで捕捉された懸濁物質とともに、逆洗排水として、バルブ１２が開放された排出管１０から排出される。この際、逆洗水量が、０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、バルブ１１を調整する。
【０１７０】
［効果］
このように、この第６実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆは、細孔が供給水の透過方向と同一方向になるとともに、材料に占める空間の割合（空間率）が大きいため、供給水のろ過抵抗が小さくなり、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流速を大きくすることができる。すなわち、従来の急速ろ過池に膜１５ａ〜１５ｆを導入する場合、多段ろ過膜層２４中をろ過速度１２０〜１５０ｍ／日で流下させなければならない。しかし、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のセラミック膜、金属膜では、かけられる圧力（ろ過池の場合、損失水頭）にもよるが、数ｍ／日のろ過速度でしか被処理水を流す事ができない。これに対し、この第６実施形態で使用している異方性多孔質膜では、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができるとともに、逆洗浄を行うことができる（請求項１１、１３の効果）。
【０１７１】
この際、上段に配置された、細孔が比較的大きい膜１５ｆで比較的大きい濁質成分を除去し、下段に配置された、細孔が小さい膜１５ａで微細の浮遊物を除去しているので、１〜１０００ｍ／日の透過速度で、逆洗水を流し、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを解消させることができるとともに、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを抑制し、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗水量を少なくでき、また、それらの交換寿命を延長できる（請求項１４の効果）。
【０１７２】
また、数十ｃｍ〜数ｍ角のユニット１７ａ〜１７ｆを池面に対し各々、平行になるように、並べて、段ろ過膜層２４を構成しているので、数ｍ〜数十ｍ角の広さを持つ通常のろ過池２、あるいは急速ろ過よりさらに大きい緩速ろ過にも、低いコストで、かつ十分な強度を保持させて、容易に設置させることができるととともに、交換や薬品洗浄を容易にさせることができる。さらに、金属、セラミックを材料としているので、ユニット化により加熱再生も可能で、洗浄薬品の使用量を減らす事ができる。
【０１７３】
その他の効果は、上記と同じである。
【０１７４】
《第７実施形態》（請求項１２、１５、１６に対応）
次に、図１１を用いて本発明による、ろ過システムの第７実施形態について説明する。なお、第６実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１７５】
［構成］
図１１は、細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆを、多段に組合せた多段ろ過膜２４とした本発明のろ過システムの第７実施形態に関する構成図である。
【０１７６】
この図に示すろ過システム３６が図１０に示すろ過システム３５と異なる点は、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆの各間に逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅを接続し、各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅに逆洗水量を調整するバルブ２６ａ〜２６ｅを設置するとともに、集水渠８内および各膜１５ａ、１５ｂ間の各空間に波長が２５４ｎｍの殺菌線を出す紫外線ランプ２２、２３を設置したことである。
【０１７７】
［作用］
そして、このろ過システム３６では、逆洗方法および、被処理水が膜１５ａを通過する前後で紫外線ランプ２２、２３から照射される波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）に被曝させることが、第６実施形態と異なる。
【０１７８】
まず、第６実施形態と異なる逆洗方法について説明する。
【０１７９】
膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きた場合は、各々の膜１５ａ〜１５ｆの下側に配置された逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅから逆洗浄水（逆洗水）を導入して、多段ろ過膜層２４の下から上へ水を流す事により、各膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりを起こしたものが、取り除かれるとともに、各膜１５ａ〜１５ｆの上面で捕捉された懸濁物質とともに、開放されたバルブ１１を介し、逆洗排水排出管１０から排水される。逆洗水量は、０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の範囲で、バルブ９、２６ａ〜２６ｅ、１２を調整する。通常、膜１５ａ〜１５ｆに対し、上段になるほど、逆洗水の水量が多くなるように調整するが、日詰まりや、捕捉されている懸濁物質が多い膜が有る場合は、その膜を逆流する水量が多くなるように調整する。
【０１８０】
次に、第６実施形態と異なる紫外線ランプ２２、２３による作用について説明する。
【０１８１】
多段ろ過膜層２４を流下しながら、膜１５ｂ〜１５ｆで除濁された被処理水が、さらに細孔が小さい膜１５ａを通過する際、膜１５ｂ〜１５ｆで捕捉されなかったクリプトスポリジウム等の微生物を含む懸濁物質が被処理水から除去される。また、膜１５ａを通過したろ過水が集水渠８に一時的に貯留された後、ろ過池２から排出され、次処理工程に送られる。
【０１８２】
そして、膜１５ａの上面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスは、紫外線ランプ２３から照射される波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。また、膜１５ａでは捕捉されず透過する膜１５ａの細孔より小さい、微生物、ウイルス等は、ろ過水が集水渠８に一時的に貯留されているとき、紫外線ランプ２２により波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を照射して不活化する。
【０１８３】
［効果］
このように、この第７実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆの各間に、各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅを接続し、これら各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅに逆洗水量を調整する各バルブ２６ａ〜２６ｅを設け、膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きたとき、各々の膜１５ａ〜１５ｆの下側にある逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅから逆洗浄水（逆洗水）を導入して、多段ろ過膜層２４の下から上へ水を流す事により、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まり原因物質を取り除き、開放されたバルブ１１を介し、逆洗排水排出管１０から排水させることができる。この際、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まり度合いにより、目詰まりを起こしている膜に対する逆洗水量を大きくするとともに、逆洗水の総水量が０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の範囲に収まるように、各バルブ９、２６ａ〜２６ｅ、１２を個別に調整させることができる（請求項１２の効果）。
【０１８４】
また、膜１５ａの上部に設けた紫外線ランプ２３から、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を被処理水に対し照射する事により、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。すなわち、異方性多孔質材料の膜１５ａでは、膜表面に捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされる事により、膜１５ａを透過するリスクが不繊布状構造のろ過膜より高い。しかし、透過する前に十分な時間、殺菌線に被曝されることにより不活化、死減させることができ、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１６の効果）。
【０１８５】
また、膜１５ａの下部、あるいは集水渠８に設けた紫外線ランプ２２から波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を膜１５ａを通過したろ過水に対し照射する事により、膜１５ａの細孔より小さく、膜１５ａで捕捉されず通過する細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。また、紫外線ランプ２２は、膜１５ａの表面で捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされる事により、膜１５ａを透過したクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスも不活化できる。また、紫外線ランプ２２は、集水渠８に設置できるので、多段ろ過膜層２４のユニット１７ａにランプ２３を設けるための構造にする必要が無く簡易にできる（請求項１５の効果）。
【０１８６】
また、多段ろ過膜層２４の構造的に許されるなら、各膜１５ｃ〜１５ｆの間の空間に紫外線ランプを設けて、被処理水に対する消毒性能を大幅に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明によるろ過システムの第１実施形態を示す構成図である。
【図２】従来のろ過システムで使用される精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のろ過膜を説明する構造図である。
【図３】従来のろ過システムで使用される金属やセラミック製の不繊布状構造のろ過膜と、図１に示すろ過システムで使用される金属やセラミック製の異方性多孔質材料で製作したろ過膜とを説明する構造図である。
【図４】本発明によるろ過システムの第２実施形態を示す構成図である。
【図５】図４に示すろ過システムで金属製の異方性多孔質材料で製作したろ過膜を使用したときの透過流量と圧力との関係を示す図である。
【図６】図４に示すろ過システムで使用される、金属製の異方性多孔質材料で製作したユニットを説明する構成図である。
【図７】本発明によるろ過システムの第３実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明によるろ過システムの第４実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明によるろ過システムの第５実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明によるろ過システムの第６実施形態を示す構成図である。
【図１１】本発明によるろ過システムの第７実施形態を示す構成図である。
【図１２】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の説明図である。
【図１３】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の構造を示す概略図である。
【図１４】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の変形例を示す概略図である。
【図１５】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第２例の構造を示す概略図である。
【図１６】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の構造を示す概略図である。
【図１７】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の変形例を示す概略図である。
【図１８】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の構造を示す概略図である。
【図１９】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の変形例を示す概略図である。
【図２０】従来から知られている浄水場の凝集沈殿処理とろ過池とを示すシステムフロー図である。
【図２１】従来から知られている浄水場の高速ろ過池を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１、３１〜３６…ろ過システム
２…ろ過池
３…ろ材層
４…ポーラスコンクリート層
５…分散砂利層
６…有孔コンクリート板
７…支持梁
８…集水渠
９…逆洗水導入管
１０…逆洗排水排出管
１１、１２、１４…バルブ
１３…空気導入管
１５、１５ａ〜１５ｆ…膜
１６…ユニット構造体
１７…ユニット
１８…逆洗水導入管
１９…逆洗排水排出管
２０、２１…バルブ
２２、２３…紫外線ランプ
２４…多段ろ過膜層
２５ａ〜２５ｅ…逆洗水導入管
２６ａ〜２６ｅ…バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場などで使用されるろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場では河川や貯水池などの水源から原水を取水し、凝集、フロック形成、沈殿、ろ過および殺菌の５つの単位プロセスによって、懸濁質とコロイド質の除去、および細菌等を無害化し、清澄な水道水として需要家に供給している。
【０００３】
凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理には、凝集剤を用いる方法が一般的であり、凝集剤には通常、鉄やアルミニウム等の無機金属塩が用いられる。凝集剤の効果はさまざまな物理的、生物化学的な影響を受け、最適凝集条件は、多くの因子によって定まる複雑な平衡の上に成り立っているため、一定の処理水質を確保するには熟練を要する。
【０００４】
図２０は、従来の凝集・沈澱後の処理水をろ過する除濁処理システムを示すフロー図である。
【０００５】
この図において、原水は、着水井１００に一旦貯蔵され、ここで浄水工程に送る水量が調整される。着水井１００より送られた原水は、凝集・沈澱池１０１に入り、ここで、凝集剤注入→急速撹拌→緩速撹拌→沈澱の手順で原水内の濁質の大半である大きな懸濁物が除去された後、ろ過池１０２に送られる。ろ過池１０２では、凝集・沈澱池１０１で除去しきれない微細な浮遊物をろ過して分離したろ過水が次の浄水処理工程に送られる。
【０００６】
この際、ろ過池１０２には、緩速ろ過（ろ過速度３〜６ｍ／日）と、急速ろ過（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）が有り、今日では、設置面積が小さく、除濁能力が高い事から、急速ろ過が多く採用されている。
【０００７】
次に、図２１の構成図を参照ながら、ろ過池１０２として使用される急速ろ過池について説明する。
【０００８】
急速ろ過池１３１は、篩い分けた天然の珪砂からなる「ろ材」が敷き詰められたろ材層１０３と、ろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層１０４と、それらを支える分散砂利層１０５と、有孔コンクリート板１０６を支える支持梁１０７とで構成されている。また、急速ろ過池１３１の下部に形成された集水渠１０８には、ろ材層１０３を逆流洗浄（以下、逆洗、または逆洗浄と記載する）するために必要な逆洗水を導入する逆洗水導入管１０９と、空気を導入する空気導入管１１３とが接続され、バルブ１１１、１１４によって、逆洗水の水量、空気の流量が調整できるようになっている。またろ材層１０３より上部には、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１１０が接続され、バルブによって、逆洗水排水の水量が調整できるようになっている。
【０００９】
そして、急速ろ過池１３１の上部側に被処理水が導入されると、重力でろ材層１０３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度であり、ろ過水は、ポーラスコンクリート層１０４および分散砂利層１０５、有孔コンクリート板１０６を通って、集水渠１０８に一時的に貯留された後、次の浄水処理工程に送られる。ろ材層１０３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部には粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。
【００１０】
また、目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管１０９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、ろ材層１０３から取り除かれて逆洗排水排出管１１０から排水される。なお、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層１０３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と、水流の剪断力とにより、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１１２の開放に伴い、ろ材や膜から分離された濁質が逆洗排水排出管１１０から排出され、図示していない排水処理工程に送られる。また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、ろ過池１０２の下部側に設けられた空気導入管１１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１１、１１４で調整する。
【００１１】
こうした従来の除濁処理の運転方法を最適化する技術として特開２００２−１９２１６３号公報（特許文献１）に記載のものがある。一方、平成８年１０月に厚生省（現厚生労働省）より通達された「水道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」では、ろ過池出口の濁度を常時把握し、ろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持することが制定され、浄水場における濁度管理が重要な課題となっている。
【００１２】
クリプトスポリジウムは動物に感染する寄生性原虫で、体外ではオーシストの形で存在しており、大きさは４〜６μｍと言われている。クリプトスポリジウムのオーシストの除去率は通常処理を行った場合で、砂ろ過のみの場合、９７〜９９％、凝集沈殿と砂ろ過とを併用させた場合でも、９９．７〜９９．９％と言われており、確実にすべてのクリプトスポリジウムを除去できない。
【００１３】
特に、設置面積が小さく、除濁能力が高い事から、ろ過手段として多く採用されている急速ろ過池１３１は、浄水場の浄水処理工程で懸濁物質を除去する最終の工程であり、クリプトスポリジウムに対しても、当然最終段階の重要な除去プロセスとなる。しかし、ろ材の洗浄からろ過工程に移行時、あるいは処理水量の変更時において急激にろ過流量が変わったとき、濁度やクリプトスポリジウムがろ過水側に流出するか、洗浄排水が十分に排水されず、処理再開後のろ過水に混入する恐れがある。
【００１４】
このような背景のもと、従来の除濁処理の代替え手段として、精密ろ過膜や限外ろ過膜に関する研究開発が進み、我が国の浄水場において、膜ろ過が急速に普及し始めている。海外においては、既に日量数十万トン規模の膜ろ過浄水場が稼動している。
【００１５】
しかし、精密ろ過膜や限外ろ過膜による膜ろ過は、確実に濁質物を除去し、良質な処理水質を得られるという利点がある一方、精密ろ過膜や限外ろ過膜の素材として最も普及している有機高分子化合物（酢酸セルロース、ポリスレホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリトニトリル）の膜は、運転時間の経過とともに膜の圧密化や損傷などの物理的劣化、加水分解・酸化などによる化学的劣化、微生物により膜が資化される生物的劣化などの膜自身の変質による性能低下や、微粒子・懸濁物質の膜表面への蓄積などの外的要因により、性能が低下する。このため寿命が３年〜５年とされ、膜交換に要する費用のため、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。
【００１６】
こうしたランニングコストを低減する従来技術として、特開２００１−２２５０５７号公報（特許文献２）に記載のものがある。この従来技術は、凝集剤を利用して凝集フロックを形成し、これを砂ろ過により除去する。さらに耐久性の優れた金属膜ろ過装置により微粒子・懸濁物質を確実に除去するろ過システムである。
【特許文献１】特開２００２−１９２１６３公報
【特許文献２】特開２００１−２２５０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、上述した旧来の凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理では、以下の課題があった。
【００１８】
［１］クリプトスポリジウム等の微小病原原虫のろ過水への残留
懸濁物質を除去する最終の工程であるろ過池でも除去しきれなかったクリプトスポリジウム等の微小病原原虫がろ過水に残留する場合がある。特に急速ろ過池では、ろ材の洗浄からろ過工程に移行時、あるいは処理水量の変更時において急激にろ過流量が変わったとき、濁度やクリプトスポリジウムがろ過水側に流出するか、ろ材の逆流洗浄排水が十分に排水されない恐れがある。
【００１９】
［２］多量の凝集剤注入およびろ過池のろ過損失水頭の上昇
除濁能力の向上のため、凝集剤の注入量を多くすると、沈殿池で除去しきれない凝集剤がろ過池に流入し、ろ過池が目詰まりして、ろ過池の損失水頭が上昇する。一方、従来の除濁処理の代替え手段として開発された精密ろ過膜や限外ろ過膜は、確実に濁質物を除去し、良質な処理水質を得られるという利点があるが、以下の課題があった。
【００２０】
［３］ランニングコストの増加
精密ろ過膜や限外ろ過膜の素材として最も普及している有機高分子化合物（酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリトニトリル）の膜は、運転時間の経過とともに膜の圧密化や損傷などの物理的劣化、加水分解・酸化などによる化学的劣化、微生物により膜が資化される生物的劣化などの膜自身の変質による性能低下や、微粒子・懸濁物質の膜表面への蓄積などの外的要因などにより性能が低下する。このため、寿命が３年〜５年とされ、膜交換に要する費用のため、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。また、上述した特開２００１−２２５０５７号公報に記載された従来の除濁システムと、金属膜ろ過装置を組み合わせたものでは、金属繊維を積層して焼結した不繊布状の金属膜をプリーツ状に折り畳んで円筒型としたエレメントで構成されており、以下の課題があった。
【００２１】
［４］不繊布状構造による透過流束の低下
不繊布状構造の金属膜は、金属膜の表面だけでなく、金属膜内部でも捕捉する構造となっているため、金属表面では捕捉できない微小な粒子や懸濁物質を膜内部で捕捉できるメリットがある一方で、膜の内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が通常の洗浄で除去できず、運転時間の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。円筒型エレメントによる金属膜は、金属膜を充填するスペースに対して有効な膜ろ過面積が小さいため、金属膜ろ過装置が大きくなり、設置スペースが増大するという問題がある。円筒を細くして装置内に充填する本数を増やす方法もあるが、必要以上に円筒を細く丸めることは、膜の孔径が拡大する恐れがあるため適切ではない。
【００２２】
本発明は上記の事情に鑑み、高い透過流速を確保して被処理水の流量を大きくすることができ、かつ処理コストを低減させつつ、クリプトスポリジウムなどの微小病原原虫を確実に除去できるとともに、膜の逆洗浄回数を低減でき、運転コストを低く抑えることができるろ過システム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】
【００２３】
上記の目的を達成するために本発明は、ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、前記ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、前記ろ過池の上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填したことを特徴としている。
【００２４】
また、前記異方性多孔質材料を用いた膜は、孔径が異なる複数段としたことを特徴としている。
【００２５】
さらに、前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗排水排出管を接続し、前記膜を逆洗浄した際に出る逆洗排水を前記逆洗排水排出管から排出させることを特徴としている。
【００２６】
さらに、前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗水導入管を接続し、この逆洗水導入管を介して、前記ろ過池内に逆洗水を導き、前記ろ材を洗浄することを特徴としている。
【００２７】
さらに、前記膜に対する逆洗水の一部または全量を前記ろ材の逆洗水として活用し、前記膜および前記ろ材を同時に逆洗することを特徴としている。
【００２８】
さらに、前記膜の洗浄と前記ろ材の洗浄とを各々、異なる水量あるいは逆洗周期とすることを特徴としている。
【００２９】
さらに、前記膜の逆洗水量を０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）にすることを特徴としている。
【００３０】
さらに、前記膜の逆洗水量と、前記ろ材の逆洗水量との総和が０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように調整することを特徴としている。
【００３１】
さらに、前記膜からなる構造体で、前記ろ材を支持することを特徴としている。
【００３２】
さらに、前記ろ過池の下部にある集水渠に前記膜を設けたことを特徴としている。
【００３３】
さらに、ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、細孔径が異なる複数の異方性多孔質材料によって構成される複数の膜を、上段側になるほど、細孔径が順次、大きくなるように重ねて、前記ろ過池の下部に配置することを特徴としている。
【００３４】
さらに、前記各膜毎に、各膜の逆洗水量あるいは逆洗サイクルを変更することを特徴としている。
【００３５】
さらに、前記ろ過池のろ過速度を１〜１０００ｍ／日、好ましくは、１〜２００ｍ／日になるように調整することを特徴としている。
【００３６】
さらに、前記各膜を透過速度１〜１０００ｍ／日で逆洗浄することを特徴としている。
【００３７】
さらに、前記膜の下部に紫外線照射設備を設けたことを特徴としている。
【００３８】
さらに、前記膜の上部に紫外線照射設備を設けたことを特徴としている。
【００３９】
さらに、前記ろ過池の下部側にユニット構造体を設け、このユニット構造体の内部に、前記膜を交換自在に配置したことを特徴としている。
【００４０】
さらに、既存の急速ろ過池、あるいは緩速ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填したことを特徴としている。
【００４１】
さらに、前記ろ材は、篩い分けた天然の珪砂、アンスラサイト、粒状活性炭のいずれか一つを含むことを特徴としている。
【００４２】
さらに、前記膜の細孔径を０．１μｍ以上１０μｍ未満の範囲とし、好ましくは、４μｍ以下にすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、高い透過流速を確保して被処理水の流量を大きくすることができ、かつ処理コストを低減させつつ、クリプトスポリジウムなどの微小病原原虫を確実に除去できるとともに、膜の逆洗浄回数を低減でき、運転コストを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
〈異方性多孔質材料〉
初めに、本発明者らが開発した異方性多孔質材料について説明する。
【００４５】
金属膜によるろ過装置では、背景技術の欄で説明したような問題が発生する。このため、金属膜に比較して微細な孔径が形成可能で、かつ逆洗性に優れたセラミックス膜を用いた膜ろ過装置が考えられる。しかし、セラミック膜は基本的に微粒子がネットワーク状に焼結した多孔質体であるため、上述の金属膜と同様に、膜の表面だけでなく内部でも捕捉する構造となり、内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質を洗浄しづらく、運転時間の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。また、細孔が複雑にネットワークを形成する構造のため、初期特性においても圧力損失が比較的大きい。
【００４６】
そこで、本発明者らは、上記に鑑み、流体のフィルタにおいて、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、また洗浄性を向上させる以下の（１）〜（７）に示す異方性多孔質材料を開発するに至った。
【００４７】
（特願２００５−３２２６２９参照、未公開）。
【００４８】
（１）複数の気孔を含有し、それぞれの気孔は長軸および短軸を規定できる非等方性の形状を有し、前記複数の気孔が方向性を有する配列をなしていることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００４９】
（２）前記それぞれの気孔の長軸／短軸の長さの比が１０以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５０】
（３）前記複数の気孔の短軸の長さが０．００１〜５００μｍであることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５１】
（４）前記複数の気孔が、それらの長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれる１つ以上の配向グループに分類されることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５２】
（５）同一の配向グループに属する前記複数の気孔の少なくとも一部が貫通気孔であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５３】
（６）前記複数の気孔の短軸の長さのバラツキが、同一の配向グループの中では±１５％以下であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５４】
（７）同一の配向グループの中での貫通気孔率が７０％以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【００５５】
以下、本発明の膜モジュールで使用される異方性多孔質材料について図１２乃至図１９を参照して詳述する。
【００５６】
初めに、本発明に係る異方性多孔質材料の概念を、図１２を参照して説明する。異方性多孔質材料は、複数の気孔を含有し、それらは、例えば図１２に示す気孔５１，５２のような、長軸および短軸を規定することができる非等方性の形状を有する。そして、気孔５１，５２について、任意の基準方向と長軸のずれを傾きθで表示すると、傾きθが方向性、つまり特定範囲内に分布する傾向を有する。一方、気孔に方向性の無い材料は等方性多孔質材料である。
【００５７】
《第１例、その１》
図１３は第１例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１３に示すように、第１例の異方性多孔質材料５３は、図１２に示す楕円球状の気孔５２を複数含有する。図１３に示す異方性多孔質材料５３に含まれる気孔５２は、主に気孔全体が材料の内部に入っている閉気孔である。
【００５８】
ここで、気孔５２の長軸の長さａと短軸の長さｂの比（アスペクト比）ａ／ｂは１０以上であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合には、方向性を持った特性を発現する根源は、閉気孔の異方的な形態に起因する。アスペクト比が１０未満であると、各気孔間の配列に方向性が存在しても全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００５９】
また、それぞれの気孔の長軸の方向が立体角Ωの範囲内に含まれるとすると、立体角Ωは±１０度の範囲内であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔が高いアスペクト比を持っていても、方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６０】
また、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。
【００６１】
また、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔の径に±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６２】
《第１例、その２》
図１４は第１例の変形例を示している。第１例の変形例の異方性多孔質材料５４は、図１２に示す非等方性の形状の気孔５１を複数含有する。それぞれの気孔の長軸は、一方向に配列している。
【００６３】
図１４に示す異方性多孔質材料５４においても、図１３に示す異方性多孔質材料５３と同様に、それぞれの気孔のアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれ、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても上記説明と同様である。
【００６４】
《第２例》
図１５は第２例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１５に示すように、第２例の異方性多孔質材料５５は、気孔５２ａ，５２ｂをそれぞれ複数含有する。異方性多孔質材料５５に含まれる気孔は主に閉気孔である。気孔５２ａは、長軸が方向Ａに対して方向性を有する第１の配向グループを構成し、気孔５２ｂは、長軸が方向Ａと異なる方向Ｂに対して方向性を有する第２の配向グループを構成する。
【００６５】
ここで、第１例と同様に、気孔５２ａ，５２ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第１例と同様である。
【００６６】
第１の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＡの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＡは±１０度の範囲内であることが好ましい。また、第２の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＢの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＢは±１０度の範囲内であることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６７】
また、同一の配向グループの中では、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さｂに±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。
【００６８】
《第３例》
図１６は第３例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１６に示すように、第３例の異方性多孔質材料５６は、貫通気孔５７を複数有する。貫通気孔は両端が材料の表面に開いている気孔である。第３例の異方性多孔質材料５６は、図１３に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に垂直で互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。
【００６９】
ここで、貫通気孔５７のアスペクト比は１０以上であることが好ましい。アスペクト比が１０以上であることで、フィルタリングなどに好適な強度特性についてもバランス良く優れた膜材料が得られる。
【００７０】
また、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７１】
また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。
【００７２】
これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。
【００７３】
また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７４】
また、異方性多孔質材料５６が有するすべての気孔における貫通気孔の割合（貫通気孔率）は７０％以上であることが好ましい。貫通気孔率が７０％未満の場合、フィルタリングなどにおける透過流量が低下するとともに、貫通孔以外の気孔（開気孔および閉気孔）の影響が顕在化する。具体的には、フィルタリングなどにおける洗浄性の低下、膜強度の低下などの影響がある。ここで、開気孔とは一端のみが材料表面に開いている気孔である。
【００７５】
図１７は第３例の変形例を示す概略図である。図１７に示すように、第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、貫通気孔５９を複数有し、貫通気孔５９は、異方性多孔質材料５８の上面および下面に対して垂直でない方向に形成されている。第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、図１５に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に対して垂直以外の角度で、互いに平行な２つの面で切り出した形態を有するものである。
【００７６】
《第４例》
図１８は第４例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図１８に示すように、第４例の異方性多孔質材料６０は、貫通気孔６１ａ，６１ｂをそれぞれ複数有する。第４例の異方性多孔質材料６０は、図１５に示す第２例の異方性多孔質材料を、互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。貫通気孔６１ａは第１の配向グループを構成し、貫通気孔６１ｂは第２の配向グループを構成する。
【００７７】
ここで、第３例と同様に、貫通気孔６１ａ，６１ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、同一の配向グループの中での貫通気孔率は７０％以上であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第３例と同様である。
【００７８】
また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。
【００７９】
図１９は第４例の変形例を示す概略図である。図１９に示すように、第４例の変形例の異方性多孔質材料６３は、貫通気孔６４ａ，６４ｂをそれぞれ複数有するとともに、図１３に示す第１例の異方性多孔質材料を互いに平行な２つの面で切り出したものを、一層ごとに貫通気孔の方向が９０°ずれるように積層した形態を有するものである。
【００８０】
上述した各異方性多孔質材料は、一般的な多孔質材料、あるいは上述の水の浄化目的に使われている多孔質膜に代表されるような既存の多孔質材料と異なり、長軸／短軸のアスペクト比の大きい気孔が方向性を持って配列したものである。このため、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料を流体のフィルタに用いると、フィルタの表面で微粒子・懸濁物質を捕捉するので、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、フィルタの洗浄性を向上させることができる。
【００８１】
また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料を熱交換材料として用いると、流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減するので、体積当たりの熱交換効率を向上させることができる。
【００８２】
上述した各異方性多孔質材料の用途についても多岐にわたるが、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料では、高精度で大量の分離処理が可能で、高い透過流束を確保し、また洗浄性にも優れるなど、秀でた諸特性を合わせ持つ各種フィルタを挙げることができる。
【００８３】
また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料では、体積当たりの熱交換効率が飛躍的に優れ、また流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減した熱交換器を挙げることができる。
【００８４】
本発明の異方性多孔質材料の製造方法は、気孔あるいは貫通気孔を形成するためのテンプレートを用いる方法、気孔あるいは貫通気孔を転写して形成する方法、気孔あるいは貫通気孔の元組織を延伸加工する方法、結晶組織成長により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法、気相合成法により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法をとることが可能である。
【００８５】
なお、上述の各実施の形態では、気孔が１つまたは２つの配向グループからなる異方性多孔質材料を示したが、分類される配向グループの数はこれに限らない。
【００８６】
〈実施形態の説明〉
以下、本発明に係るろ過システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明するろ過システムでは、前述した異方性多孔質材料５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３のいずれかを膜モジュールを構成するろ過膜に使用するものである。
【００８７】
《第１実施形態》（請求項１、１８、１９、２０に対応）
図１は本発明によるろ過システムの一実施形態を示す構成図である。
【００８８】
［構成］
この図に示すろ過システム１は、金属やセラミックで生成された異方性多孔質材料５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３のいずれかによって構成され、ろ過池２内に配置される膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せて構成されている。
【００８９】
具体的には、篩い分けた天然の珪砂からなる「ろ材」が敷き詰められたろ材層３と、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ金属やセラミックでできた異方性多孔質材料によって構成され、ろ材層３の下側に配置される膜１５と、膜１５の下側に配置されるポーラスコンクリート層４と、ポーラスコンクリート層４の下側に配置される分散砂利層５と、分散砂利層５の下側に配置される有孔コンクリート板６と、有孔コンクリート板６を支える支持梁７とで構成されている。
【００９０】
また、ろ過池２の下部に形成された集水渠８には、ろ材層３と膜１５を洗浄するための逆洗水と空気を導入するための逆洗水導入管９、空気導入管１３と、バルブ１１、１４とが接続される一方、ろ材層３より上部には、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１０と、バルブ１２とが接続されている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍなので、その除去を確実にするため、膜１５の細孔径は４μｍ未満にするのが好ましい。
【００９１】
この際、新規にろ過システム１を作る場合には、急速ろ過池の下部に金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を敷設した後、膜１５上に直接、天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を敷き詰める。
【００９２】
また、既設の急速ろ過池を本発明のろ過システム１に改造する場合は、既設のろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層４と分散砂利層５を残しておいても差し支えず、本構成図でもポーラスコンクリート層４とろ材層３の間に膜１５を敷設しているが、ろ過池の新設や、既設のろ過池の改造であっても、ポーラスコンクリート層４と分散砂利層５が無い方が好ましい。
【００９３】
［作用］
そして、このろ過システム１では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力でろ材層３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。次に０．１μｍ〜数１０μｍの細孔をもつ異方性多孔質材料を用いた膜１５の篩い作用により細孔よりも大きな物質は膜面に捕捉される。細孔を通過したろ過水がポーラスコンクリート層４および分散砂利層５、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯まる。この時、被処理水がろ材層３や異方性多孔質材料を用いた膜１５を流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度である。そして、集水渠８を貯まったろ過水が図示されていない次の浄水処理工程に送られる。
【００９４】
また、ろ材層３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には、粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部に粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。また、異方性多孔質材料を用いた膜１５や、ろ材層３で目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、膜１５やろ材層３から取り除かれ、逆洗排水排出管１０から排水される。
【００９５】
また、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力とにより、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜から分離された濁質が逆洗排水排出管１０から排出され、別途排水処理工程に送られる。
【００９６】
また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、ろ過池２の下部の空気導入管１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４で調整する。
【００９７】
［効果］
このように、この第１実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５は、細孔が供給水の透過方向と同一方向になるとともに、材料に占める空間の割合（空間率）が大きいため、供給水のろ過抵抗が小さくなり、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流速を大きくすることができる。すなわち、従来の急速ろ過池に膜１５を導入する場合、ろ材層３中をろ過速度１２０〜１５０ｍ／日で流下させなければならないが、膜１５中も同じ流量で流れる事になる。しかし、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のセラミック膜、金属膜では、かけられる圧力（ろ過池２の場合、損失水頭）にもよるが、数ｍ／日のろ過速度でしか、被処理水を流す事ができない。これに対し、異方性多孔質材料で構成された膜１５では、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができる（請求項１の効果）。
【００９８】
ここで、従来の膜と異方性多孔質材料で作った膜１５との違いについて、図２、図３を用いて説明する。図２（ａ）は、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜のモジュールの構造図である。有機高分子材料系のろ過膜２０１が最もろ過速度が小さく、また、構造上の強度も弱く圧力もかけられない。しかし、図２（ａ）のような有機高分子材料系のろ過膜２０１を外径が数ｍｍの繊維状に加工する事により、ろ過速度、強度を向上でき、モジュールにした場合、ユニット体積あたりの、ろ過速度、強度は、他のろ過膜に比べて最も優れている。しかし、ろ過池に膜システムを導入する場合は、平板構造にしなければならず、有機高分子材料系の膜では、ろ過速度不足、強度不足で適用できない。
【００９９】
また、図２（ｂ）のように不繊布状構造のセラミック膜、金属膜（ろ過膜２０２）は、強度は十分で、図３（ａ）のように平板構造に加工できるため、ろ過池に設置可能だが、透過流速が小さく、急速ろ過池のろ過速度には達していない。また、膜の内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が通常の洗浄で除去できず、運転時間の経過とともに透過流速が低下しやすいという問題がある。なお、いずれの膜もろ過池２の後段にろ過膜設備として別途、設ける事はできる。
【０１００】
一方、異方性多孔質材料の膜１５は、図３（ｂ）のように、金属やセラミックでできた０．１μｍ〜数１０μｍの異方性の細孔をもつ膜であり、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができ、また、膜の内部で微粒子・懸濁物質が入り込んで通常の洗浄で除去できないような事は無い。すなわち、既設の急速ろ過池において、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を、ろ材層３の下部に設けることにより、新たな施設（敷地）は不要で、かつ、これらのろ過池、ろ過層を大幅な改造なく導入できる。これにより、従来のろ過処理では十分に除去できないクリプトスポリジウム等の微生物や微粒子を除去できる（請求項２０の効果）。
【０１０１】
また、膜１５上に直接、天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層してろ材層３を形成し、微細の浮遊物の除去は、膜１５で行い、比較的大きい濁質成分をろ材層３で行わせることにより、膜１５、ろ材層３、双方の目詰まりを抑制し、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗水量を少なくでき、またそれらの交換寿命を延長させることができる（請求項１９の効果）。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、近年、設置面積が小さく、除濁能力が高い急速ろ過が多く採用されていることから、急速ろ過池を用いて、本発明のろ過システムを説明した。しかし、逆洗を有し、ウイルス、病原微生物の漏洩がある、高度処理の生物活性炭槽、粒状活性炭槽、緩速ろ過池にも適用できる。
【０１０３】
それらに適用した場合、前二つの処理槽は、ろ材として粒状活性炭を使用し、構成が違う緩速ろ過池でもろ材は、珪砂を用いるが、構成は急速ろ過池と異なる。しかし、本発明のろ材層３と異方性多孔質材料でできた膜１５とを組み合わせる点は、急速ろ過池の場合と同じである。また、緩速ろ過池は、ろ過速度が数ｍ／日であり、ろ過速度が遅く不繊布状構造のセラミック膜、金属膜でも適用可能だが、不繊布状構造内部への目詰まりのデメリットを考慮すると本発明によるろ過システムの方が優れている。その他の効果は、上記と同じである。
【０１０４】
また、この第１実施形態では、既存のろ過池２を本発明のろ過システム１に改造する場合を例にして、説明しているが、既設の急速ろ過池を本発明のろ過システム１に改造する場合は、既設のろ材の流出を防ぐポーラスコンクリート層４と分散砂利層５を残しておいても差し支えない（請求項１８の効果）。
【０１０５】
また、本構成図でもポーラスコンクリート層４とろ材層３の間に膜１５を敷設しているが、ろ過池の新設や、既設のろ過池の改造であっても、ポーラスコンクリート層４と分散砂利層５が無い方が好ましい。
【０１０６】
《第２実施形態》（請求項２〜８、１７に対応）
次に、図４と図５を用いて本発明によるろ過システムの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０７】
図４は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明によるろ過システムの第２実施形態に関する構成図である。
【０１０８】
［構成］
この図に示すろ過システム３１が図１に示すろ過システム１と異なる点は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を、孔径が異なる２種類の膜１５ａ、１５ｂの２段にして、ユニット構造体（梁）１６により２膜間に空間を設けたユニット１７の複数を、池面に対し平行に並べた構造にし、さらに逆洗方法を、膜１５ａと、ろ材層３および膜１５ｂとを別に最適化して洗浄するために逆洗水導入管１８と、逆洗排水排出管１９を膜１５ａ、１５ｂの間に接続して、それらの水量を調整するバルブ２０、２１をそれぞれに接続したことである。
【０１０９】
下段の膜１５ａは、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ異方性多孔質材料を用いた膜で、上段の膜１５ｂの細孔は、膜１５ａの細孔より大きく、かつ珪砂等のろ材の粒径より小さくろ材が流出しないようになっている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍなので、その除去を確実するため、膜１５ａの細孔径は４μｍ未滴にするのが好ましい。
【０１１０】
また、逆洗用の空気導入管１３は、逆洗水導入管１８と同様に膜１５ａ、１５ｂの間に接続する方が望ましい。しかし、既設の急速ろ過池に本発明のろ過システムを導入する場合は、図４に示すように既設の集水渠８への接続している設備をそのまま使用しても構わない。
【０１１１】
［作用］
そして、このろ過システム３１では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力でろ材層３中を下降し、ろ材の中を流れ落ちる間に被処理水中の懸濁物質が、砂の隙間に入り込んで、被処理水から取り除かれる。
【０１１２】
次に、０．１μｍ〜数１０μｍの細孔を持つ異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ、１５ｂの篩い作用により、各々の細孔よりも大きな物質が膜面に捕捉される。細孔を通過したろ過水がポーラスコンクリート層４および分散砂利層５、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯まった後、図示されていない次の浄水処理工程に送られる。この時、ろ材層１３や異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ、１５ｂを被処理水が流れ落ちる速さは、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度である。
【０１１３】
また、ろ材層３では、ろ材の目詰まりを防ぐため、上部には、粒径が大きく比重が小さい「アンスラサイト」などが、下部に粒径が小さく比重が大きい珪砂が用いられる。
【０１１４】
また、膜１５ａ、１５ｂやろ材層３で目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して、下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、膜１５ａ、１５ｂやろ材層３から取り除かれて、逆洗排水排出管１０、１９から排水される。
【０１１５】
また、逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力により、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜１５ａ、１５ｂから分離された濁質が逆洗水排出管１０、１９から排出され、図示されていない排水処理工程に送られる。
【０１１６】
また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、空気導入管１３から空気を吹き込んでろ材に付着した濁質を剥離する。逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４、２０で調整する。この時、逆洗水導入管９、１８から導入される総量が、その値になるように調整する。すなわち、逆洗水導入管９から、水量は０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、逆洗水を導入し、残りを逆洗水導入管１８から導入する。
【０１１７】
また、膜１５ａのみが目詰まりを起こした場合は、膜１５ａのみを逆洗する。その時は、逆洗水導入管９から、０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、同量または、膜１５ａの上部に残っている被処理水を僅か加えた水量を逆洗排水排出管１９から排出する。
【０１１８】
［効果］
この第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１１９】
細孔径の異なる２つの膜１５ａ、１５ｂを使用させることにより、それぞれの膜１５ａ、１５ｂの細孔より大きい懸濁物質がそれぞれの膜表面で捕獲される。結果、細孔径が小さく、目詰まりしやすい膜１５ａの懸濁物質による目詰まりを低減できるとともに、目詰まりに起因し、塞がれた無効な細孔を減らせる。結果、急速ろ過と同等のろ過速度（流量）を十分に確保でき、逆洗周期、交換寿命を長くできる。また、膜１５ａ、１５ｂの間に逆洗水導入管１８、逆洗排水排出管１９を接続することもでき、膜１５ａ中の逆洗水量とろ材層３中の逆洗水量を変更できる（請求項２の効果）。
【０１２０】
ここで、図５を用いて逆洗水量による膜１５ａ、１５ｂへの影響について説明する。図５は、異方性多孔質材料によって構成された膜１５ａ、１５ｂに対する、被処理水の透過流量と、圧力との関係を示す図である。
【０１２１】
この図から明らかなように、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５ａでは、透過流量が大きくなるほど、膜１５ａにかかる水圧が上昇する。また、膜１５ａを介して、ろ材層３内に、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の逆洗水を流すと、膜１５ａでの圧力損失が大きくなり、その分だけ、逆洗水導入ポンプの大型化、電気代等のランニングコストの増大、膜１５ａ、１５ｂや集水渠８等の耐圧性能向上によるイニシャルコストが増大する。
【０１２２】
つまり、膜１５ａの目詰まりを取り除くだけなら、それほど多くの逆洗水量を必要としないことから、逆洗水導入管９から、０．２〜０．３ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、導入管１８から、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、ろ材を流動状態にする０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の水量を確保する。ここで、膜１５ｂは、細孔径が大きいので、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を流しても、圧力損失は大きくならない（請求項７、８の効果）。
【０１２３】
また、被処理水（原水）水質によっては、細孔径が小さい分、膜１５ａの目詰まり周期は、ろ材層３の目詰まり周期と一致しない。すなわち、逆流洗浄を行う周期の最適間隔が、それぞれ違い、毎回両方同時に逆洗する必要が無い。そして、逆洗排水排出管１９を膜１５ａの上部に接続しているので、膜１５ａのみを逆洗する事ができ、膜１５ａと、膜１５ｂ及びろ材層３とを個別に、あるいは同時に、最適水量で逆洗する事ができる（請求項３、４、５、６の効果）。
【０１２４】
一方、ろ過処理時（ろ過速度１５０ｍ／日）では、膜１５ａ、１５ｂの圧力損失を加算しなければならず、その分、沈殿池２のろ抗上昇になることから、通常の沈殿池２、例えば圧力損失が０．００５ＭＰａ未満の沈殿池２では、５０ｃｍだけ、ろ抗上昇を加算しなければならない。しかし、膜１５ｂによる除濁能力を考慮し、ろ材層３のろ材の種類、引き詰め方を最適化すれば、ろ抗上昇を低くすることができる。
【０１２５】
次に、図６を用いて膜１５ａ、１５ｂのユニット化について説明する。図６は、ろ過池２を上から見た図である。通常、ろ過池２は、数ｍ〜数十ｍ角の広さを持ち、急速ろ過より緩速ろ過の方がさらに広い。それほど広い面積の異方性多孔質膜を金属やセラミックで製作または設置するのは困難であり、コスト高、強度不足になるだけでなく、交換や薬品洗浄も難しい。
【０１２６】
そこで、この第２実施形態では、膜１５ａと１５ｂおよび、それらを支持するユニット構造体（梁）１６によって、膜交換自在なユニット１７にし、同一のユニット１７を複数個、ろ材層３の下部に同層面となるように平行に並べて固定する。各ユニット１７のサイズは、数十ｃｍ〜数ｍ角のユニットとする。これにより、それらの問題が解決できる。また、金属、セラミックを材料としているので、ユニット化により加熱再生も可能で、洗浄薬品の使用量を減らす事ができる（請求項１７の効果）。
【０１２７】
《第３実施形態》（請求項１０に対応）
次に、図７を用いて本発明に係るろ過システムの第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態や第２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２８】
図７は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第３実施形態に関する構成図である。
【０１２９】
［構成］
この図に示すろ過システム３２が図１に示すろ過システム１と異なる点は、図１に示す膜１５を、ろ過池２の下部に形成された集水渠８の空気導入管１３と逆洗水導入管９との下部側に膜１５を設けるとともに、膜１５の下部に膜１５の逆洗用の逆洗水導入管１８とバルブ２０を接続したことである。なお、既設の急速ろ過池２に本発明のろ過システム３２を導入する場合は、既設の集水渠８に接続されている空気導入管１３と逆洗水導入管９をそのまま使用しても構わない。
【０１３０】
［作用］
そして、図１に示すろ過システム１では、被処理水がろ材層３→膜１５→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→集水渠８という経路で流れる間、ろ材層３と膜１５とで、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３２では、ろ材層３→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→膜１５→集水渠８という順番になるのみで、除濁処理に関する作用は、図１に示すろ過システム１と違いがない。しかし、膜１５やろ材層３の目詰まりを除去する逆洗方法が図１に示すろ過システム１と異なる。
【０１３１】
逆洗は、二つの段階からなっており、第１段階は、逆洗水によって、ろ材層３のろ材を流動状態とし、局所的な短絡流や小さな渦によるろ材粒子相互の衝突・摩擦と水流の剪断力により、付着濁質の剥離を促し分離する。第２段階は、バルブ１２の開放にともない、ろ材や膜１５から分離された濁質が逆洗水排出管１０から排出され、別途排水処理工程に送られる。また、空気洗浄方式では、逆流洗浄と併用して、空気導入管１３から空気を吹き込んで、ろ材に付着した濁質を剥離する。
【０１３２】
また、逆流洗浄では、いずれかの洗浄方法が行われるが、空気と水を同時に吹き込んだり、数分間空気を吹き込んでから水を導入したり、種々のものがあり、空気量は０．８〜１．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）、水量は０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、それぞれをバルブ１１、１４、２０で調整する。この時、逆洗水導入管９、１８から導入される逆洗水の総量が、その値になるように調整する。すなわち、逆洗水導入管９からは、水量は０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）導入し、残りを逆洗水導入管１８から導入する。
【０１３３】
［効果］
この第３実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１３４】
まず、ポーラスコンクリート板４、分散砂利層５などにより、ろ材層３と、膜１５とを物理的に分離しているので、ろ材層３のろ材によって、膜１５の細孔が塞がれないようにして、膜１５の各細孔が無効にならないようにする。結果、急速ろ過と同等のろ過速度（流量）を十分に確保でき、逆洗周期、交換寿命を長くできる。また、膜１５の上部側にろ材層逆洗用の逆洗水導入管９を接続し、膜１５の下部側に膜逆洗用の逆洗水導入管１８を接続しているので、膜１５中の逆洗水量と、ろ材層３中の逆洗水量とを変更できる（請求項１０の効果）。なお、逆洗流量による膜１５への影響については、第２実施形態の説明で、図５を用いて説明済みである。
【０１３５】
また、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５では、透過流量が大きくなるほど、膜１５にかかる水圧が上昇する。また、膜１５を介して、ろ材層３内に、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の逆洗水を流すと、膜１５での圧力損失が大きくなり、その分だけ、逆洗水導入ポンプの大型化、電気代等のランニングコストの増大、膜や集水渠８等の耐圧性能向上によるイニシャルコストが増大する。
【０１３６】
そして、膜１５の目詰まりを取り除くだけなら、それほど多くの逆洗水量を必要としないことから、逆洗水導入管１８から、０．２〜０．３ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、逆洗水導入管９から、０．４〜０．６ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）で逆洗水を導入し、ろ材を流動状態にするのに必要な０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の水量を確保する。
【０１３７】
一方、ろ過処理時（ろ過速度１５０ｍ／日）では、膜１５の圧力損失を加算しなければならず、その分、沈殿池２のろ抗上昇になることから、通常の沈殿池２、例えば圧力損失が０．００５ＭＰａ未満の沈殿池２では、５０ｃｍだけ、ろ抗上昇を加算しなければならない。しかし、膜１５による除濁能力を考慮し、ろ材層３のろ材の種類、引き詰め方を最適化すれば、ろ抗上昇を低くすることができる。
【０１３８】
また、この第３実施形態では、既設のろ過池２に本発明のろ過システム３２を導入する場合、ろ材層３の洗浄に最適化された容量の仕様で設計されている空気導入管９および逆洗水導入管９をそのまま転用できるため、軽微の改良だけで済み、更新コストを低減できる。また、逆洗のみで、膜１５中の目詰まりを除去できなくなった時は、ろ材層３のろ材を入れ替えることなく、膜１５のみの交換で済み、ランニングコストを低減できる。
【０１３９】
また、膜１５が、ろ材の重量に耐える必要がなく、透過流量に対する水圧のみ耐え得る強度の構造で済み、材料コスト、加工コストを低減できる。なお、この第３実施形態では、省略したが、膜１５の上部に逆洗排水排出管を接続しても良い。この場合、第２実施形態と同様に、膜１５のみを逆洗する事ができ、膜１５、ろ材層３を個別にあるいは同時に、最適水量で逆洗する事ができる。
【０１４０】
《第４実施形態》（請求項９に対応）
次に、図８を用いて本発明に係るろ過システムの第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態から第３実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４１】
図８は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第４実施形態に関する構成図である。
【０１４２】
［構成］
この図に示すろ過システム３３が図１に示すろ過システム１と異なる点は、図１に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を無くし、異方性多孔質材料を用いた膜１５とそのユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７をろ材層３の支持構造体としてにしたことである。
【０１４３】
［作用］
そして、この図に示すろ過システム３３では、図１に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６の代わりに、膜１５と、ユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７でろ材層３を支持している。また、図１に示すろ過システム１では、被処理水がろ材層３→膜１５→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板→集水渠８に流れる間、ろ材層３と膜１５にて、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３３では、ろ材層３→膜１５（ユニット１７）→集水渠８の順番になる事が異なっており、その他の作用は、図１に示すろ過システム１と違いがない。
【０１４４】
［効果］
この第４実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１４５】
ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６が無くなることにより、設備の簡易化による管理コストの低減させることができるとともに、それらの孔中に、細菌等が繁殖する恐れがなく、また、定期的にユニット１７を交換洗浄するので管理を容易にさせることができる。また、新規にろ過池２を敷設する場合は、ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を必要としない分、敷設コストを低減させることができる（請求項９の効果）。
【０１４６】
一方、既設のろ過池２にこのろ過システム３３を導入する場合、既存のポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を撤去する必要があるが、これらを無くした分だけ、ユニット１７の取り付け位置を下げて、ろ過池２の池面と、膜１５との高低差を大きくさせることにより、膜１５に加えられる水圧を大きくし、被処理水の透過流速に対する圧力損失（ろ抗上昇）分を補償させることができる。
【０１４７】
《第５実施形態》（請求項１５、１６に対応）
次に、図９を用いて本発明に係るろ過システムの第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態から第４実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４８】
図９は、金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５と、篩い分けた天然の「珪砂」、「粒状活性炭」、「アンスラサイト」等のろ材を粒径別に積層したろ材層３を組合せた本発明による、ろ過システムの第５実施形態に関する構成図である。
【０１４９】
［構成］
この図に示すろ過システム３４が図４に示すろ過システム３１と異なる点は、図４に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を無くし、細孔径が異なる異方性多孔質材料を用いた２つの膜１５ａ、１５ｂと、ユニット構造体（梁）１６ａ、１６ｂで構成されるユニット１７を、ろ材層３の支持構造体にするとともに、膜１５ａの上下に、波長が２５４ｎｍの殺菌線の出す紫外線ランプ２２、２３を設置したことである。
【０１５０】
［作用］
そして、この図に示すろ過システム３４では、図４に示すポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６の代わりに、膜１５とユニット構造体（梁）１６で構成されるユニット１７でろ材層３を支持するとともに、図４に示すろ過システム３２では、被処理水がろ材層３→膜１５ｂ→膜１５ａ→ポーラスコンクリート層４→分散砂利層５→有孔コンクリート板６→集水渠８に流れる間、ろ材層３と膜１５にて、被処理水中の懸濁物質が除濁されるのに対し、この図に示すろ過システム３４では、ろ材層３→膜１５ｂ→膜１５ａ→集水渠８の順番になるようにしている。
【０１５１】
また、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスに対し、紫外線ランプ２３から照射される、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。
【０１５２】
一方、膜１５ａの細孔より小さい、微生物、ウイルス等は、膜１５ａでは捕捉されず、透過するが、集水渠８に一時的に貯留されているとき、紫外線ランプ２２から照射される、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。
【０１５３】
その他の作用は、実施例２と違いはない。
【０１５４】
［効果］
この第５実施形態では、第２実施形態と同様の効果を得ながら、次の新たな効果が得られる。
【０１５５】
ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６が無くなることにより、設備の簡易化による管理コストの低減させることができるとともに、それらの孔中に、細菌等が繁殖する恐れがなく、また、定期的にユニット１７を交換洗浄するので管理を容易にさせることができる。また、新規にろ過池２を敷設する場合は、ポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を必要としない分、敷設コストを低減させることができる。
【０１５６】
一方、このろ過システム３３を既設のろ過池２に導入する場合、既存のポーラスコンクリート層４、分散砂利層５、有孔コンクリート板６を撤去する必要があるが、これらを無くした分だけ、ユニット１７の取り付け位置を下げて、ろ過池２の水面と、膜１５ａ、１５ｂとの高低差を大きくさせることにより、膜１５ａ、１５ｂに加えられる水圧を大きくし、被処理水の透過流速に対する圧力損失（ろ抗上昇）分を補償させることができる。
【０１５７】
また、膜１５ａの上部に設けた紫外線ランプ２３から、波長が２５４ｎｍの殺菌線である紫外線を被処理水に対し照射する事により、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。すなわち、異方性多孔質材料の膜１５ａでは、不繊布状構造のろ過膜に比べて、膜表面に捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされることで、膜１５ａを透過するリスクがあるが、膜１５ａを透過する前に十分な時間、殺菌線に被曝させることにより不活化、死滅させることができ、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１５の効果）。
【０１５８】
一方、第１、第３、第４実施形態のように、膜１５の上部に紫外線ランプ２３を設けることができない構成の場合を含め、膜１５ａの細孔より小さい微生物やウイルスは、膜１５ａ表面で捕捉できず、膜１５ａを透過してしまうが、その場合は、膜１５ａの下部に設けられた紫外線ランプ２２から照射される波長が２５４ｎｍの殺菌線である紫外線により、それらを不活化でき、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１６の効果）。
【０１５９】
《第６実施形態》（請求項１１、１３、１４に対応）
次に、図１０を用いて本発明に係るろ過システムの第６実施形態を説明する。
【０１６０】
図１０は、細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５を多段にした本発明による、ろ過システムの第６実施形態に関する構成図である。
【０１６１】
［構成］
この図に示すろ過システム３５は、ろ過池２に細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆを組合せた多段ろ過膜層２４と、それらを支える有孔コンクリート板６と、この有孔コンクリート板６を支える支持梁７と、その周辺部の集水渠８とで構成されている。
【０１６２】
最下段の膜１５ａは、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍになり、それより上段の膜１５ｂ〜１５ｅは、上段になるほど細孔径が大きいものになっており、最上段の膜１５ｆは、数ｍｍ程度の孔径となっている。なお、既設の急速ろ過池を本実施形態のろ過システム３５に改造する場合は、急速ろ過池の有孔コンクリート板を有孔コンクリート板６として転用する。
【０１６３】
ただし、多段ろ過膜層２４の強度を高め、自ら膜１５ａ〜１５ｆを支持する構造にする事により有孔コンクリート板６を無くしても構わない。また、既設のろ材、ポーラスコンクリート層、分散砂利層を撤去して、多段ろ過膜層２４を設ける。また、ろ過池２の下部の集水渠８には、多段ろ過膜層２４を洗浄するための逆洗水を導入するための逆洗水導入管９と、バルブ１１が接続され、一方、多段ろ過膜層２３より上部に、逆洗排水を排出するための逆洗排水排出管１０と、バルブ１２とが接続されている。なお、クリプトスポリジウムの除去を主目的とする場合は、クリプトスポリジウムの大きさは４〜６μｍのなので、その除去を確実するため、膜１５ａの細孔径は４μｍ未満にするのが好ましい。
【０１６４】
また、多段ろ過膜層２４は、数十ｃｍ〜数ｍ角に形成された複数のユニット構造体（梁）１６ａ〜１６ｆと、これらユニット構造体（梁）１６ａ〜１６ｆによって支持される複数段の膜１５ａ〜１５ｆによって構成され、各ユニットａ〜３３ｆを池面と平行に並べた構成になっている。
【０１６５】
［作用］
そして、このろ過システム３５では、被処理水がろ過池２の上方から導入されると、重力で多段ろ過膜層２４中を下降し、各膜１５ａ〜１５ｆを透過する間に被処理水中の懸濁物質で各膜１５ａ〜１５ｆの細孔より大きいものが、各膜１５ａ〜１５ｆの表面で捕捉される。すなわち各膜１５ａ〜１５ｆの、細孔径別の篩い作用により、下段になるほど小さい懸濁物質が被処理水より除濁される。また、最下段の０．１μｍ〜数１０μｍの異方性の細孔をもつ膜１５ａの表面では、クリプトスポリジウムを含む、細孔（０．１μｍ〜数１０μｍ）より大きい、病原性原虫、細菌、藻類が捕捉されて、被処理水中より除去される。膜１５ａの細孔を通過したろ過水が、有孔コンクリート板６を通って、集水渠８に貯められた後、図示していない次の浄水処理工程に送られる。
【０１６６】
この時、異方性多孔質材料を用いた多段ろ過膜層２４を被処理水が流れ落ちる速さは、既設の急速ろ過池を改造して、本発明のろ過システム３５を適用する場合は、１分間に８〜１０ｃｍ（ろ過速度１２０〜１５０ｍ／日）程度になる。これは、既存設備、配管等の周辺設備が、その仕様でできているためである。一方、緩速ろ過池に適用する場合は、ろ過速度の仕様に合わせて、各段の膜１５ａ〜１５ｆの細孔径を調整して、数ｍ／日のろ過速度にする。
【０１６７】
また、細孔の大きい膜１５ｆでは、圧力損失が少ないものの、クリプトスポリジウムの捕捉が可能な細孔径が小さい膜１５ａでは、透過流量が大きくなるほど、膜にかける水圧が上昇する。そのため、ろ過速度が１５０ｍ／日、すなわち透過流量が０．１ｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の急速ろ過池に適用した場合、膜１５ａのみで、圧力損失が０．００５ＭＰａになることから、膜１５ａ〜１５ｆの圧力損失の総和が、ろ抗の上昇原因となる。また、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりが進むと、さらに悪化する。また、新規でろ過池２、ろ過層を敷設する場合は、既存の設備のろ過速度に依存しないことから、ろ過速度１〜１０００ｍ／日の間で、好ましくは、ろ抗上昇を考慮して１〜２００ｍ／日の間で設計する。
【０１６８】
また、多段ろ過膜層２４では、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを防ぐため、最上部には、細孔径が数ｍｍ程度にされた膜３ｆが配置され、下部の膜ほど徐々に細孔が小さくなり、最下部には、細孔径が０．１μｍ〜数１０μｍにされた膜３ａが配置されている。
【０１６９】
なお、細孔径が同等で異方性多孔質材料でできた各膜１５ａ〜１５ｆより透過流速が大きいなら、メッシュ等に代替えしても構わない。特に、これら各膜１５ａ〜１５ｆは、上段になるほど、代替え可能である。また、膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きた場合は、下部の逆洗水導入管９から逆洗水を導入して下から上へ水を流す事により、目詰まりを起こしたものが、各膜１５ａ〜１５ｆから取り除かれ、各々の膜１５ａ〜１５ｆで捕捉された懸濁物質とともに、逆洗排水として、バルブ１２が開放された排出管１０から排出される。この際、逆洗水量が、０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように、バルブ１１を調整する。
【０１７０】
［効果］
このように、この第６実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆは、細孔が供給水の透過方向と同一方向になるとともに、材料に占める空間の割合（空間率）が大きいため、供給水のろ過抵抗が小さくなり、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流速を大きくすることができる。すなわち、従来の急速ろ過池に膜１５ａ〜１５ｆを導入する場合、多段ろ過膜層２４中をろ過速度１２０〜１５０ｍ／日で流下させなければならない。しかし、従来の有機高分子材料系の精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のセラミック膜、金属膜では、かけられる圧力（ろ過池の場合、損失水頭）にもよるが、数ｍ／日のろ過速度でしか被処理水を流す事ができない。これに対し、この第６実施形態で使用している異方性多孔質膜では、数百ｍ／日まで被処理水を流す事ができるとともに、逆洗浄を行うことができる（請求項１１、１３の効果）。
【０１７１】
この際、上段に配置された、細孔が比較的大きい膜１５ｆで比較的大きい濁質成分を除去し、下段に配置された、細孔が小さい膜１５ａで微細の浮遊物を除去しているので、１〜１０００ｍ／日の透過速度で、逆洗水を流し、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを解消させることができるとともに、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まりを抑制し、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗水量を少なくでき、また、それらの交換寿命を延長できる（請求項１４の効果）。
【０１７２】
また、数十ｃｍ〜数ｍ角のユニット１７ａ〜１７ｆを池面に対し各々、平行になるように、並べて、段ろ過膜層２４を構成しているので、数ｍ〜数十ｍ角の広さを持つ通常のろ過池２、あるいは急速ろ過よりさらに大きい緩速ろ過にも、低いコストで、かつ十分な強度を保持させて、容易に設置させることができるととともに、交換や薬品洗浄を容易にさせることができる。さらに、金属、セラミックを材料としているので、ユニット化により加熱再生も可能で、洗浄薬品の使用量を減らす事ができる。
【０１７３】
その他の効果は、上記と同じである。
【０１７４】
《第７実施形態》（請求項１２、１５、１６に対応）
次に、図１１を用いて本発明による、ろ過システムの第７実施形態について説明する。なお、第６実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１７５】
［構成］
図１１は、細孔の大きさが異なる金属やセラミックでできた異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆを、多段に組合せた多段ろ過膜２４とした本発明のろ過システムの第７実施形態に関する構成図である。
【０１７６】
この図に示すろ過システム３６が図１０に示すろ過システム３５と異なる点は、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆの各間に逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅを接続し、各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅに逆洗水量を調整するバルブ２６ａ〜２６ｅを設置するとともに、集水渠８内および各膜１５ａ、１５ｂ間の各空間に波長が２５４ｎｍの殺菌線を出す紫外線ランプ２２、２３を設置したことである。
【０１７７】
［作用］
そして、このろ過システム３６では、逆洗方法および、被処理水が膜１５ａを通過する前後で紫外線ランプ２２、２３から照射される波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）に被曝させることが、第６実施形態と異なる。
【０１７８】
まず、第６実施形態と異なる逆洗方法について説明する。
【０１７９】
膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きた場合は、各々の膜１５ａ〜１５ｆの下側に配置された逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅから逆洗浄水（逆洗水）を導入して、多段ろ過膜層２４の下から上へ水を流す事により、各膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりを起こしたものが、取り除かれるとともに、各膜１５ａ〜１５ｆの上面で捕捉された懸濁物質とともに、開放されたバルブ１１を介し、逆洗排水排出管１０から排水される。逆洗水量は、０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の範囲で、バルブ９、２６ａ〜２６ｅ、１２を調整する。通常、膜１５ａ〜１５ｆに対し、上段になるほど、逆洗水の水量が多くなるように調整するが、日詰まりや、捕捉されている懸濁物質が多い膜が有る場合は、その膜を逆流する水量が多くなるように調整する。
【０１８０】
次に、第６実施形態と異なる紫外線ランプ２２、２３による作用について説明する。
【０１８１】
多段ろ過膜層２４を流下しながら、膜１５ｂ〜１５ｆで除濁された被処理水が、さらに細孔が小さい膜１５ａを通過する際、膜１５ｂ〜１５ｆで捕捉されなかったクリプトスポリジウム等の微生物を含む懸濁物質が被処理水から除去される。また、膜１５ａを通過したろ過水が集水渠８に一時的に貯留された後、ろ過池２から排出され、次処理工程に送られる。
【０１８２】
そして、膜１５ａの上面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスは、紫外線ランプ２３から照射される波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）によって不活化される。また、膜１５ａでは捕捉されず透過する膜１５ａの細孔より小さい、微生物、ウイルス等は、ろ過水が集水渠８に一時的に貯留されているとき、紫外線ランプ２２により波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を照射して不活化する。
【０１８３】
［効果］
このように、この第７実施形態では、異方性多孔質材料を用いた膜１５ａ〜１５ｆの各間に、各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅを接続し、これら各逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅに逆洗水量を調整する各バルブ２６ａ〜２６ｅを設け、膜１５ａ〜１５ｆで目詰まりが起きたとき、各々の膜１５ａ〜１５ｆの下側にある逆洗水導入管２５ａ〜２５ｅから逆洗浄水（逆洗水）を導入して、多段ろ過膜層２４の下から上へ水を流す事により、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まり原因物質を取り除き、開放されたバルブ１１を介し、逆洗排水排出管１０から排水させることができる。この際、各膜１５ａ〜１５ｆの目詰まり度合いにより、目詰まりを起こしている膜に対する逆洗水量を大きくするとともに、逆洗水の総水量が０．１〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）の範囲に収まるように、各バルブ９、２６ａ〜２６ｅ、１２を個別に調整させることができる（請求項１２の効果）。
【０１８４】
また、膜１５ａの上部に設けた紫外線ランプ２３から、波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を被処理水に対し照射する事により、膜１５ａ表面で捕捉された懸濁物質中のクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。すなわち、異方性多孔質材料の膜１５ａでは、膜表面に捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされる事により、膜１５ａを透過するリスクが不繊布状構造のろ過膜より高い。しかし、透過する前に十分な時間、殺菌線に被曝されることにより不活化、死減させることができ、ろ過水の安全性を向上できる（請求項１６の効果）。
【０１８５】
また、膜１５ａの下部、あるいは集水渠８に設けた紫外線ランプ２２から波長が２５４ｎｍの紫外線（殺菌線）を膜１５ａを通過したろ過水に対し照射する事により、膜１５ａの細孔より小さく、膜１５ａで捕捉されず通過する細菌、微生物、ウイルスを不活化できる。また、紫外線ランプ２２は、膜１５ａの表面で捕捉された懸濁物質が長時間水流（水圧）にさらされる事により、膜１５ａを透過したクリプトスポリジウム、細菌、微生物、ウイルスも不活化できる。また、紫外線ランプ２２は、集水渠８に設置できるので、多段ろ過膜層２４のユニット１７ａにランプ２３を設けるための構造にする必要が無く簡易にできる（請求項１５の効果）。
【０１８６】
また、多段ろ過膜層２４の構造的に許されるなら、各膜１５ｃ〜１５ｆの間の空間に紫外線ランプを設けて、被処理水に対する消毒性能を大幅に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明によるろ過システムの第１実施形態を示す構成図である。
【図２】従来のろ過システムで使用される精密ろ過膜や限外ろ過膜、不繊布状構造のろ過膜を説明する構造図である。
【図３】従来のろ過システムで使用される金属やセラミック製の不繊布状構造のろ過膜と、図１に示すろ過システムで使用される金属やセラミック製の異方性多孔質材料で製作したろ過膜とを説明する構造図である。
【図４】本発明によるろ過システムの第２実施形態を示す構成図である。
【図５】図４に示すろ過システムで金属製の異方性多孔質材料で製作したろ過膜を使用したときの透過流量と圧力との関係を示す図である。
【図６】図４に示すろ過システムで使用される、金属製の異方性多孔質材料で製作したユニットを説明する構成図である。
【図７】本発明によるろ過システムの第３実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明によるろ過システムの第４実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明によるろ過システムの第５実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明によるろ過システムの第６実施形態を示す構成図である。
【図１１】本発明によるろ過システムの第７実施形態を示す構成図である。
【図１２】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の説明図である。
【図１３】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の構造を示す概略図である。
【図１４】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の変形例を示す概略図である。
【図１５】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第２例の構造を示す概略図である。
【図１６】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の構造を示す概略図である。
【図１７】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の変形例を示す概略図である。
【図１８】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の構造を示す概略図である。
【図１９】本発明によるろ過システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の変形例を示す概略図である。
【図２０】従来から知られている浄水場の凝集沈殿処理とろ過池とを示すシステムフロー図である。
【図２１】従来から知られている浄水場の高速ろ過池を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１、３１〜３６…ろ過システム
２…ろ過池
３…ろ材層
４…ポーラスコンクリート層
５…分散砂利層
６…有孔コンクリート板
７…支持梁
８…集水渠
９…逆洗水導入管
１０…逆洗排水排出管
１１、１２、１４…バルブ
１３…空気導入管
１５、１５ａ〜１５ｆ…膜
１６…ユニット構造体
１７…ユニット
１８…逆洗水導入管
１９…逆洗排水排出管
２０、２１…バルブ
２２、２３…紫外線ランプ
２４…多段ろ過膜層
２５ａ〜２５ｅ…逆洗水導入管
２６ａ〜２６ｅ…バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、前記ろ過池の上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項２】
請求項１に記載のろ過システムにおいて、
前記異方性多孔質材料を用いた膜は、孔径が異なる複数段から成る、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗排水排出管を接続し、前記膜を逆洗浄した際に出る逆洗排水を前記逆洗排水排出管から排出させる、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗水導入管を接続し、この逆洗水導入管を介して、前記ろ過池内に逆洗水を導き、前記ろ材を洗浄する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のろ過システムにおいて、
前記膜に対する逆洗水の一部または全量を前記ろ材の逆洗水として活用し、前記膜および前記ろ材を同時に逆洗する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の洗浄と前記ろ材の洗浄とを各々、異なる水量あるいは逆洗周期とする、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の逆洗水量を０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）にする、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の逆洗水量と、前記ろ材の逆洗水量との総和が０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように調整する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜からなる構造体で、前記ろ材を支持する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部にある集水渠に前記膜を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１１】
ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、
細孔径が異なる複数の異方性多孔質材料によって構成される複数の膜を、上段側になるほど、細孔径が順次、大きくなるように重ねて、前記ろ過池の下部に配置する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のろ過システムにおいて、
前記各膜毎に、各膜の逆洗水量あるいは逆洗サイクルを変更する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池のろ過速度を１〜１０００ｍ／日、好ましくは、１〜２００ｍ／日になるように調整する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記各膜を透過速度１〜１０００ｍ／日で逆洗浄する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の下部に紫外線照射設備を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の上部に紫外線照射設備を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部側にユニット構造体を設け、このユニット構造体の内部に、前記膜を交換自在に配置した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
既存の急速ろ過池、あるいは緩速ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１９】
請求項１乃至１０、１５乃至１８のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ材は、篩い分けた天然の珪砂、アンスラサイト、粒状活性炭のいずれか一つを含む、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の細孔径を０．１μｍ以上１０μｍ未満の範囲とし、好ましくは、４μｍ以下にする、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１】
ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、前記ろ過池の上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項２】
請求項１に記載のろ過システムにおいて、
前記異方性多孔質材料を用いた膜は、孔径が異なる複数段から成る、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗排水排出管を接続し、前記膜を逆洗浄した際に出る逆洗排水を前記逆洗排水排出管から排出させる、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の前記膜の上方側に、逆洗水導入管を接続し、この逆洗水導入管を介して、前記ろ過池内に逆洗水を導き、前記ろ材を洗浄する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載のろ過システムにおいて、
前記膜に対する逆洗水の一部または全量を前記ろ材の逆洗水として活用し、前記膜および前記ろ材を同時に逆洗する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の洗浄と前記ろ材の洗浄とを各々、異なる水量あるいは逆洗周期とする、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の逆洗水量を０．１〜０．５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）にする、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の逆洗水量と、前記ろ材の逆洗水量との総和が０．６〜０．８ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ２）となるように調整する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜からなる構造体で、前記ろ材を支持する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部にある集水渠に前記膜を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１１】
ろ過池を使用して、被処理水をろ過するろ過システムにおいて、
細孔径が異なる複数の異方性多孔質材料によって構成される複数の膜を、上段側になるほど、細孔径が順次、大きくなるように重ねて、前記ろ過池の下部に配置する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のろ過システムにおいて、
前記各膜毎に、各膜の逆洗水量あるいは逆洗サイクルを変更する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池のろ過速度を１〜１０００ｍ／日、好ましくは、１〜２００ｍ／日になるように調整する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記各膜を透過速度１〜１０００ｍ／日で逆洗浄する、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の下部に紫外線照射設備を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の上部に紫外線照射設備を設けた、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ過池の下部側にユニット構造体を設け、このユニット構造体の内部に、前記膜を交換自在に配置した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
既存の急速ろ過池、あるいは緩速ろ過池の下部側に異方性多孔質材料を用いた膜を設け、上部側に被処理水中の懸濁物質をろ過するろ材を充填した、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項１９】
請求項１乃至１０、１５乃至１８のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記ろ材は、篩い分けた天然の珪砂、アンスラサイト、粒状活性炭のいずれか一つを含む、
ことを特徴とするろ過システム。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のろ過システムにおいて、
前記膜の細孔径を０．１μｍ以上１０μｍ未満の範囲とし、好ましくは、４μｍ以下にする、
ことを特徴とするろ過システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−５５２８２（Ｐ２００８−５５２８２Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３３４６９（Ｐ２００６−２３３４６９）
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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