ろ過ユニットおよびこれを備えたろ過装置
【課題】初期導入費用および維持管理費用を低く抑えることができるろ過ユニットを備え、小型でろ過水の濁りを抑えることのできるろ過装置を提供する。
【解決手段】デプスフィルタ１０およびそれを収容する筐体９を含み、原水ＲＷをろ過する一次ろ過ユニット４を有するろ過装置１であって、筐体９が、デプスフィルタ１０に原水ＲＷを供給する原水供給口１８と、ろ過水の取出口１６と、デプスフィルタ１０に逆洗用の流体を供給する流体供給口２４と、デプスフィルタ１０を逆洗した流体Ａおよび原水ＲＷを排出する排出口２２を有し、デプスフィルタ１０を形成するろ過膜の孔径が１〜２５μｍであり、さらに、ろ過水取出口１６に接続されるろ過水通路８と排出口２２に接続される排出通路１４とを連通させる連通路１５と、連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５を備えている。
【解決手段】デプスフィルタ１０およびそれを収容する筐体９を含み、原水ＲＷをろ過する一次ろ過ユニット４を有するろ過装置１であって、筐体９が、デプスフィルタ１０に原水ＲＷを供給する原水供給口１８と、ろ過水の取出口１６と、デプスフィルタ１０に逆洗用の流体を供給する流体供給口２４と、デプスフィルタ１０を逆洗した流体Ａおよび原水ＲＷを排出する排出口２２を有し、デプスフィルタ１０を形成するろ過膜の孔径が１〜２５μｍであり、さらに、ろ過水取出口１６に接続されるろ過水通路８と排出口２２に接続される排出通路１４とを連通させる連通路１５と、連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプールや温泉の水の循環ろ過や、海水淡水化プラントなどの水のろ過に用いるろ過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浴槽やプール水の循環ろ過などでは、砂ろ過装置が用いられている。砂ろ過装置は、例えば、砂利を積んだ層の上に砂の層を重ねて造り、これらの層に水を通過させ、水中の細かいごみ、浮遊物等を取り除くものであるが、装置が大きいため広い設置スペースを要するというデメリットがある。
【０００３】
また、砂ろ過装置以外に、より小さい粒子を取り除くことのできる合成樹脂でできた膜を使う膜ろ過装置がある。膜ろ過装置は、砂ろ過装置に比べて小型で、小さいスペースで装置を設置することができる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
海水の淡水化プラントなどでは、限外ろ過膜や逆浸透膜などが用いられているが、その前段階に砂ろ過装置が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０９６０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
膜ろ過装置に用いられるフィルタとして、サーフェスフィルタとデプスフィルタとがある。サーフェスフィルタはろ材表面で異物を捕捉するフィルタで、例えば、ろ過表面積を多くしてろ過抵抗を下げつつ異物の捕集量を多くした高精度ろ過に使用される。サーフェスフィルタは逆流洗浄を行うことで繰り返し使用できるが、デプスフィルタに比べて捕集する異物量が少ないから、比較的汚れの多い水のろ過には適さず、また高価でもあるので、その用途は限定されてしまう。
【０００７】
デプスフィルタはろ材間の空隙で異物を捕捉するフィルタで、捕集する異物量が多いので、比較的汚れの多いろ過にも使用される。デプスフィルタはサーフェスフィルタに比べて安価であるが、ろ材の表面ではなくろ材間の空隙で異物を捕捉するので、サーフェスフィルタよりも逆流洗浄を行い難い。デプスフィルタを逆流洗浄後にろ過を行なうと、逆流洗浄中にろ材間の空隙に挟まった極微細な粒子が、ろ過再開直後のろ過水に集積し、ろ過水が濁ったように見えることがある。この微細な粒子は、デプスフィルタの孔径よりも小さなもので、ろ過水中に存在しても問題はないが、用途によってはこのような濁りが問題となる可能性がある。
【０００８】
海水の淡水化プラントでは、逆浸透膜などによって海水を処理しているが、海水中に存在するさまざまな粒状物質を除去するためにプレフィルタとして砂ろ過装置を設置していることが多い。しかしながら、海水中に存在するプランクトン類、藻類や甲殻類、貝などの幼生が砂ろ過装置に取り付き、生長、繁殖することによって砂ろ過装置が機能不全に陥ることがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、初期導入費用および維持管理費用を低く抑えることができるろ過ユニットを備え、小型でろ過水の濁りを抑えることのできるろ過装置を提供することを目的としている。さらに、砂ろ過装置の代替として、あるいは砂ろ過装置のプレフィルタとして作用し、装置の寿命を延ばすことができるろ過装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るろ過装置は、ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットを有するろ過装置であって、前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタであり、さらに、前記ろ過水取出口に接続されるろ過水通路と前記排出口に接続される排出通路とを連通させる連通路と、この連通路を開閉する開閉弁とを備えている。逆洗用の流体としては、気体や液体が用いられ、好ましくは気体であり、より好ましくは、空気、窒素等の不活性ガスである。孔径が１μｍ未満であると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。また、孔径が２５μｍを越えると、ろ過水中の浮遊物が目立つようになる。
【００１１】
孔径は、以下のように定義される。一定の直径を有する粒子、好ましくは球状ポリスチレンまたはガラスビーズを水中に１００００個／Ｌ添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に２５℃、１．０ｍ３／ｈの条件で通水させ、デプスフィルタを透過した粒子数を光学式カウンターで測定し、通水前後の液中に存在する粒子数の差を通水前の液に存在する粒子数で除して得られる捕集率（Ｒ％）を複数の粒子について測定し、その測定値を元にして下記の近似式（１）において、Ｒが９０となる粒子の直径（Ｓ）の値を求め、これを孔径とする。
Ｒ＝１００／（１−ｍ×ｅｘｐ{−ａ×ｌｏｇ（Ｓ）}） （１）
ここで、ｍ，ａは、デプスフィルタの性状により決まる定数である。
例えば、粒子の直径が１μｍの場合は、球形ポリスチレン微粒子（１００００個／Ｌ）を添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に上記の条件で通水させることで測定が可能である。
【００１２】
この構成によれば、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタを用いているので、目立つ大きさの浮遊物を十分取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路と排出通路とを連通させる連通路と開閉弁を備えているので、逆流洗浄直後に開閉弁を開放することで、微細粒子が集積したろ過水が排水通路に排出され、濁ったろ過水が流れるのを防ぐことができる。また、このろ過装置を砂ろ過装置の代替として、あるいは砂ろ過装置のプレフィルタとして用いると、水中に存在するプランクトン類などが砂ろ過装置に取り付くのを防いで、装置全体の寿命を延ばすことができる。
【００１３】
本発明において、さらに、前記ろ過ユニットによりろ過されたろ過水を、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材によって再度ろ過する二次ろ過ユニットを備えていることが好ましい。この構成によれば、一次ろ過ユニットと二次ろ過ユニットのろ材が、共通の逆流洗浄用流体で逆流洗浄されるので、設備を一層簡素化できる。さらに、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材の負荷を低減させ、高価なろ材の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
本発明において、前記流体供給口と前記ろ過水取出口とが同一であることが好ましい。この構成によれば、流体供給口とろ過水取出口とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００１５】
本発明において、前記排出口と前記原水供給口とが同一であることが好ましい。この構成によれば、排出口と原水供給口とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明に係るろ過水の製造方法は、前記ろ材からのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で前記開閉弁を開放することにより、前記ろ過ユニットを経て前記連通路および排出通路から流体を原水とともに排出する準備工程と、ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、ろ過水の供給を停止した状態で、ろ過水側からろ材へ流体を供給する逆洗工程とを備えている。
【００１７】
この構成によれば、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用されるので、維持管理費用を抑えることができる。また、準備工程において逆流洗浄後のろ過水を連通路および排水通路を経由して排出しているので、逆流洗浄直後にろ過水が濁ることがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のろ過装置およびろ過水製造方法によれば、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタを用いているので、目立つ大きさの浮遊物を取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路と排出通路とを連通させる連通路を備えているので、逆流洗浄直後の微細粒子が集積したろ過水が排水通路に排出され、濁ったろ過水が流れるのを防ぐことができる。また、原水として海水を使用する場合には、逆流洗浄を行うことでプランクトンなどの微細な海洋生物が元の海域に戻され、微生物の無用な殺傷を防ぐことができるだけでなく、現場海域の海洋環境保全の観点からも負荷が少ないという大きな利点がある。さらに、微細な海洋生物を予め捕捉することで、砂ろ過装置での藻類の繁殖によって起こる目詰まり等のトラブルを防ぐことができるうえに、砂ろ過装置そのものを不要とすることもでき、砂ろ過装置の代替としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るろ過水製造装置の系統図である。
【図２】同上装置のろ過ユニットの拡大断面図である。
【図３】同上装置の運転工程表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えたろ過水製造装置の概略系統図である。ろ過水製造装置１は、原水ＲＷを取り込むろ過ポンプ２と、取り込まれた原水ＲＷをろ過する一次ろ過ユニット４とを備えている。一次ろ過ユニット４には、ろ過ポンプ２により原水ＲＷが供給される原水通路５と、一次ろ過ユニット４からのろ過水ＦＷを取り出すろ過水通路８と、一次ろ過ユニット４内の原水ＲＷを後述する圧縮空気Ａとともに排出する排出通路１４とが接続され、ろ過水通路８には一次ろ過ユニット４へ圧縮空気Ａを供給する気体供給通路１２が接続されている。さらに、ろ過水通路８および排出通路１４には、両者を連通させる連通路１５が接続されている。各通路５，８，１２，１４，１５は配管により形成されている。一次ろ過ユニット４は、筒形の筐体９内にろ過膜を形成するろ材であるデプスフィルタ１０が収納されている。
【００２１】
原水通路５には、原水流量の調整弁として機能する第１自動開閉弁ＭＶ１が接続され、ろ過水通路８には、ろ過水ＦＷの送水弁として機能する第２自動開閉弁ＭＶ２が接続され、ろ過水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２の下流側に流量計ＲＩが設けられている。さらに、ろ過水通路８における流量計ＲＩの下流側には、限外ろ過膜である１μｍ以下の孔径を有する中空糸膜（図示せず）を有する二次ろ過ユニット２６が設けられている。二次ろ過ユニット２６は、ろ過水ＦＷをさらに高精度にろ過して処理水ＴＷを精製するもので、ろ材は中空糸膜に限定されず、公知の限外ろ過膜を使用できる。また、限外ろ過膜に代えて逆浸透膜を用いてもよい。さらに、ろ過装置の用途によっては、二次ろ過ユニット２６に代えて、ろ過水ＦＷに滅菌用の薬剤を投入してもよく、また、二次ろ過ユニット２６を省略することもできる。
【００２２】
気体供給通路１２には圧縮空気導入弁として作用する第３自動開閉弁ＭＶ３が接続され、排水通路１４には、排水弁として作用する第４自動開閉弁ＭＶ４が接続されている。連通路１５には、この連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５が接続されている。連通路１５は、ろ過水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２の上流側から分岐して、排水通路１４における第４自動開閉弁ＭＶ４の下流側に接続されている。前記気体供給通路１２の一端は図示しない空気圧縮機に接続されており、他端が一次ろ過ユニット４の上部の二次側に接続されている。ろ過ポンプ２および第１〜５自動開閉弁ＭＶ１〜ＭＶ５の駆動は、コントローラ３０により制御されている。また、流量計ＲＩの出力はコントローラ３０に入力されている。各自動開閉弁ＭＶ１〜５としては、エア駆動弁、電動弁、電磁弁あるいはコントローラを使用しない手動弁などが用いられる。
【００２３】
二次ろ過ユニット２６の中空糸膜を逆流洗浄する流体と、一次ろ過ユニット４のデプスフィルタ１０を逆流洗浄する流体とを同一とすることで、装置全体の構成を簡略化することができる。また、既存の設備として、例えば、砂ろ過装置と逆流洗浄を行う二次ろ過ユニットとを有するろ過設備がある場合、砂ろ過装置を本発明の一次ろ過ユニット４と置き換えることで、既存の逆流洗浄用の流体を使用できる。二次ろ過ユニットを含んでいない既存のろ過装置に対しても、そのろ過装置を本発明のろ過ユニット４に交換し、逆流洗浄用の設備を導入したうえで、既存のろ過水通路と排水通路とを連通する連通路を儲けることで、既存のろ過水装置にも本発明を適用できる。
【００２４】
図２に示すように、デプスフィルタ１０は、一端が開口し、他端が閉止部材１３により閉塞された中空円筒状であり、その一端である開口端１０ａをろ過水取出口１６に向けることにより、デプスフィルタ１０の中空部１１をろ過水取出口１６に連通させている。原水ＲＷは、デプスフィルタ１０を径方向に通過する際に、フィルタ内部の空孔により異物が捕捉され、ろ過水ＦＷが得られる。デプスフィルタ１０はまた、一次ろ過ユニット４の筐体９内に着脱自在に収納されて、開口端１０ａが他端である閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。本実施形態では、一次ろ過ユニット４は、デプスフィルタ１０の長手方向の中心線Ｃが鉛直方向を向くように配置されているが、一次ろ過ユニット４がろ過水取出口１６に向かって斜め上方へ傾斜するように配置してもよい。
【００２５】
ろ過ユニット４の円筒状の筐体９は、下側の一端壁９ａと、周壁９ｂと、上側の他端壁９ｃとからなっている。筐体９の一端壁９ａに、原水通路５に接続される原水供給口１８および排出通路１４に接続される排出口２２が形成され、他端壁９ｃに流体供給通路１２に接続される流体供給口２４およびろ過水通路８に接続されるろ過水取出口１６が形成されている。つまり、ろ過水取出口１６は、筐体９の最上部に配置されている。本実施形態では、原水供給口１８と排出口２２とが同一となっているが、別々に設けてもよい。また、ろ過水取出口１６と流体供給口２４を同一としてもよい。
【００２６】
筐体９の周壁９ｂにおける流体供給口２４およびろ過水取出口１６よりも軸方向の下方に環状の底板９ｄが設けられ、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが該底板９ｄに支持されている。つまり、筐体９における他端壁９ｃと底板９ｄとの間には空間Ｓが形成され、この空間Ｓに流体供給口２４、ろ過水取出口１６およびデプスフィルタ１０の開口端１０ａが臨んでおり、デプスフィルタ１０の中空部１１と空間Ｓが連通している。つまり、開口端１０ａが閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。原水供給口１８および排出口２２は、デプスフィルタ１０の一次側に設けられており、ろ過水取出口１６は二次側に設けられている。
【００２７】
デプスフィルタ１０は外圧方式の円筒状フィルタであり、縦断面形状がコ字形である。該デプスフィルタ１０は、例えば、合成繊維や化学繊維をウェブ、不織布、紙、織物等の形態にして溶着・成形等を行い、円筒状に加工した積層タイプと呼ばれるものが例示される。合成繊維としては、ポリオレフィン、ポリエステル、あるいはナイロンやエチレンビニルアルコール共重合体などの熱溶融性ポリマーまたはポリビニルアルコールやポリアクリロニトリルなどのポリマーを用いることができる。中でも、気体による逆流洗浄を行う場合、フィルタ交換時の液きり性の観点から、ポリオレフィンおよびポリエステル、具体的には、ポリプロピレンが好ましい。また、フィルタはその厚み方向において、繊維の密度や繊度を変更し、フィルタの外側（原水流入側）において、繊維密度が低い、あるいは繊度が大きい構造が好ましい。該デプスフィルタ１０としては、他にも、フィラメントや紡績糸をスパイラル状に巻きつけた糸巻きフィルタと呼ばれるものや、スポンジのような樹脂成形体である樹脂成形タイプと呼ばれるものがある。
【００２８】
ろ過膜の孔径は、設備の目的により異なるが、下限は１μｍ以上である。孔径が小さ過ぎると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。孔径の上限は、２５μｍである。孔径が２５μｍを越えると、ろ過水ＦＷ中の浮遊物が目立つようになる。孔径の上限は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。
【００２９】
デプスフィルタ１０は当該一次ろ過ユニット４においては逆洗可能であり、逆洗によりろ過性能を回復させて、ろ過時の差圧が上昇することなく使用できる。本実施形態では、逆洗は、コンプレッサ（図示しない）から気体供給通路１２を通って供給される圧縮空気Ａにより行っている。逆洗に用いられる流体は空気以外の気体、例えば窒素等でもよく、また、真水、ろ過された海水等の液体でもよい。
【００３０】
次に、図１および図３を用いて、ろ過水製造装置の運転方法、つまり、本実施形態に係るろ過ユニットによるろ過水製造方法について説明する。図３に示すように、バラスト水製造装置の運転方法は、ろ過の準備工程である充水工程、ろ過工程、加圧工程および逆洗工程からなる。
【００３１】
コントローラ３０に設置された始動ボタン（図示しない）を操作してろ過水製造装置１を作動させると、まずろ過ポンプ２が起動し、第１自動開閉弁ＭＶ１と第５自動開閉弁ＭＶ５とを開いて充水工程に入る。充水工程では、第２〜４自動開閉弁ＭＶ２〜４を閉じて、デプスフィルタ１０から二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、一次ろ過ユニット４および連通路１５を経て排出通路１４に原水ＲＷを流して、外部へ排出することにより、原水通路５および一次ろ過ユニット４のエア抜きおよび充水を行う。
【００３２】
つづいて、第５自動開閉弁ＭＶ５を閉じ、第２自動開閉弁ＭＶ２を開いてろ過工程に入る。ろ過工程では、デプスフィルタ１０からの排水とデプスフィルタ１０への圧縮空気供給とを停止した状態で、一次ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給して、ろ過水ＦＷをろ過水通路８に送る。このとき、原水ＲＷはデプスフィルタ１０の外側からデプスフィルタ１０のろ過膜を通過して中空部１１へ流入することにより、原水ＲＷ中の異物が除去されてろ過される。ろ過水ＦＷはろ過水通路８を通って、二次ろ過ユニット２６へ供給され、再度ろ過されて処理水ＴＷとなる。
【００３３】
次に、ろ過水ポンプ２を停止し、第１および２自動開閉弁ＭＶ１，２を閉じ、第３自動開閉弁ＭＶ３を開けて加圧工程に入る。加圧工程では、デプスフィルタ１０から二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への原水ＲＷの供給を停止した状態で、圧縮空気Ａを一次ろ過ユニット４に流す。こうして一次ろ過ユニット４を加圧することにより、次の逆洗工程においてろ過水ＦＷが流体供給通路１２に逆流してくるのを防ぐ。
【００３４】
つづいて、第１、２自動開閉弁ＭＶ１、２を閉じたままで、第４自動開閉弁ＭＶ４を開けて逆洗工程に入る。逆洗工程では、一次ろ過ユニット４への原水ＲＷの供給、および二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給が停止されている状態で、デプスフィルタ１０の中空部１１へ圧縮空気Ａを供給し、この圧縮空気Ａを排出通路１４に流す。これにより、圧縮空気Ａがろ過工程とは逆方向にデプスフィルタ１０を通過して、デプスフィルタ１０に付着した異物および筐体９内に溜まった異物を一次ろ過ユニット４外へ導出させ、排出通路１４から外部へ排出する。
【００３５】
逆洗工程が完了すると、第３、４自動開閉弁ＭＶ３、４を閉めて、ろ過水ポンプ２を起動し、第１および５自動開閉弁ＭＶ１、５を開いて、充水工程に戻る。逆流洗浄直後のデプスフィルタ１０でろ過されたろ過水ＦＷは、逆流洗浄時にデプスフィルタ１０の空隙に詰まった極微粒子が集積して濁ることがあるが、この濁った水は連通路１５から排水通路１４を通って外部へ排出される。以降このループが繰り返される。充水工程の継続時間は、タイマのような時限装置により可変設定される。設定時間はろ過設備の規模によって異なるが、例えば、５秒程度である。加圧はごく短時間、例えば３秒程度であり、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程および逆洗工程の時間は、原水の水質や設備の規模により異なるが、例えば、１分から５分程度で、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程から加圧工程への移行は、流量計ＲＩの測定流量Ｑが規定値よりも小さくなった時点で行うようにしてもよい。
【００３６】
ろ過工程中は、コントローラ３０が常時測定流量Ｑを監視しており、測定流量Ｑが警報値Ｈ１を上回ると、例えばブザーのような警報を発し注意を促す。この時点ではろ過装置１は運転を継続する。さらに、測定流量Ｑが大きくなり非常停止値Ｈ２を上回ると、例えばベルのような警報を発し、ろ過装置１が緊急停止する。具体的には、コントローラ３０がろ過ポンプ２を停止させ、すべての自動開閉弁ＭＶ１〜５を閉止させる。
【００３７】
上記構成において、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタ１０を用いているので、目立つ大きさの浮遊物を取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、デプスフィルタ１０のろ過性能を回復させて使用できるので、デプスフィルタ１０の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路８と排出通路１４とを連通させる連通路１５とこの連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５を備えているので、逆流洗浄直後の極微細粒子が集積したろ過水ＦＷが排水通路１４に排出され、濁ったろ過水ＲＷが供給されるのを防ぐことができる。
【００３８】
また、一次ろ過ユニット４のデプスフィルタ１０と二次ろ過ユニット２６の中空糸膜が、共通の圧縮空気Ａで逆流洗浄されるので、設備を一層簡素化できる。
【００３９】
排出口２２と原水供給口１８とが同一であるので、排出口２２と原水供給口１８とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００４０】
さらに、上記運転方法によれば、図３に示すように、準備工程において逆流洗浄後のろ過水ＦＷを連通路１５および排水通路１４を経由して排出しているので、逆流洗浄直後にろ過水ＦＷが濁ることがない。
【００４１】
また、デプスフィルタ１０は、被ろ過物質をフィルタの表面のみで捕集するサーフェスフィルタと異なり、フィルタの厚み方向全体で被ろ過物質を捕集することができるので、捕集量が多く、フィルタが長時間目詰まりを起こすことがない。
【実施例】
【００４２】
本実施形態におけるデプスフィルタ１０を用いて、検証実験を行った。原水は海水で、原水の供給圧力、流量は、それぞれ０．０３ＭＰａ、０．０３７ｍ３／ｍｉｎである。逆洗用の流体には圧縮空気を用いて、圧縮空気の供給圧力、流量は、それぞれ０．１３ＭＰａ、０．４Ｎｍ３／ｍｉｎである。使用したデプスフィルタは、長さ２５ｃｍで、孔径は１μｍ，２５μｍとした。また、デプスフィルタの軸心を水平面に対して４５°傾斜させて配置した。
【００４３】
検証１：初期圧力損失
表１は、原水温度が２５℃のときの孔径０．５μｍ、１μｍおよび２５μｍのデプスフィルタにおいて、原水を供給した際のデプスフィルタの一次側と二次側との圧力の差を示したもので、図４は、原水の供給流量と圧力損失の関係を示したグラフである。表１および図４から明らかなように、１μｍおよび２５μｍのデプスフィルタにおいては圧力損失が小さいが、０．５μｍのデプスフィルタにおいては圧力損失が極めて大きく、ほとんど原水が流れなくなった。したがって、デプスフィルタの孔径は１μｍ以上であることが好ましい。
【００４４】
【表１】
【００４５】
検証２：逆洗効果
表２は、孔径１μｍと２５μｍのデプスフィルタのそれぞれにおいて、連続ろ過運転した場合と、ろ過運転・逆洗運転を交互に行った場合のデプスフィルタの状態（差圧の状況）を示したものである。ろ過・逆洗の交互運転は、ろ過運転と逆洗運転を５分毎に交互に繰り返した。連続ろ過運転をした場合、２５μｍのデプスフィルタでは約２時間で、１μｍのデプスフィルタでは約４０分間で差圧が上昇し、デプスフィルタが閉塞した。ろ過・逆洗の交互運転では、１μｍ、２５μｍのどちらのデプスフィルタにおいても、５時間連続運転後も差圧の上昇はなく、デプスフィルタの閉塞はなかった。
【００４６】
【表２】
【００４７】
検証３：ろ過水の水質
表３は、孔径１μｍ、２５μｍのデプスフィルタそれぞれにおける、原水およびろ過水１ｍｌ中に含まれるサイズ別の粒子の数（水中パーティクル数）と、除去率を示している。各データの分母が原水における水中パーティクル数、分子がろ過水における水中パーティクル数を表し、括弧内の数値は除去率を表している。孔径が２５μｍのデプスフィルタでは、粒子径が２５μｍ以上の粒子の９５％以上、１０μｍ以上の粒子の約８８％が除去され、１μｍ以上の粒子でも６０％以上が除去されている。２５μｍ以上の粒子の大部分が除去されていることにより、ろ過水中の浮遊物が目立たない。さらに、孔径が１μｍのデプスフィルタでは、粒子径が２５μｍ以上の粒子の９９％以上、１０μｍ以上の粒子の約９４％が除去され、１μｍ以上の粒子でも８０％以上が除去されている。
【００４８】
【表３】
【００４９】
検証１の結果から分かるように、本実施形態に使用するデプスフィルタ１０は、孔径が１μｍであっても圧力損失がほとんどないので、デプスフィルタ１０の投影面積が少なくて済み、一次ろ過ユニット４が大型化するのを抑えることができる。また、検証２の結果から分かるように、逆洗を行うことで、繰り返し使用可能となる。これにより、寿命が格段に長くなる。さらに、検証３の結果から分かるように、孔径が２５μｍのもので、２５μｍ以上の粒子の９０％以上、１０μｍ以上の粒子の８０％以上を除去している。したがって、デプスフィルタ１０の孔径は１〜２５μｍとすることができる。
【００５０】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本発明は、砂ろ過装置の代替としてだけではなく、珪藻土ろ過代替、カートリッジフィルタ代替、プリーツフィルタ代替およびマイクロメッシュフィルタ代替等にも適用できる。具体的な使用分野としては、例えば、プール水循環ろ過、浴槽水循環ろ過、海水淡水化プラント、工業用水ろ過、廃水処理ろ過、油ろ過、燃料ろ過、上下水道水ろ過または飲料製造工程でのろ過等である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１ ろ過水製造装置（ろ過システム）
４ 一次ろ過ユニット
８ ろ過水通路
９ 筐体
１０ デプスフィルタ（ろ材）
１２ 気体供給通路
１４ 排出通路
１５ 連通路
１６ ろ過水取出口
１８ 原水供給口
２２ 排出口
２４ 気体供給口
２６ 二次ろ過ユニット
３８ ろ材
ＭＶ５ 第５自動開閉弁
Ａ 圧縮空気
ＦＷ ろ過水
ＲＷ 原水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプールや温泉の水の循環ろ過や、海水淡水化プラントなどの水のろ過に用いるろ過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浴槽やプール水の循環ろ過などでは、砂ろ過装置が用いられている。砂ろ過装置は、例えば、砂利を積んだ層の上に砂の層を重ねて造り、これらの層に水を通過させ、水中の細かいごみ、浮遊物等を取り除くものであるが、装置が大きいため広い設置スペースを要するというデメリットがある。
【０００３】
また、砂ろ過装置以外に、より小さい粒子を取り除くことのできる合成樹脂でできた膜を使う膜ろ過装置がある。膜ろ過装置は、砂ろ過装置に比べて小型で、小さいスペースで装置を設置することができる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
海水の淡水化プラントなどでは、限外ろ過膜や逆浸透膜などが用いられているが、その前段階に砂ろ過装置が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０９６０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
膜ろ過装置に用いられるフィルタとして、サーフェスフィルタとデプスフィルタとがある。サーフェスフィルタはろ材表面で異物を捕捉するフィルタで、例えば、ろ過表面積を多くしてろ過抵抗を下げつつ異物の捕集量を多くした高精度ろ過に使用される。サーフェスフィルタは逆流洗浄を行うことで繰り返し使用できるが、デプスフィルタに比べて捕集する異物量が少ないから、比較的汚れの多い水のろ過には適さず、また高価でもあるので、その用途は限定されてしまう。
【０００７】
デプスフィルタはろ材間の空隙で異物を捕捉するフィルタで、捕集する異物量が多いので、比較的汚れの多いろ過にも使用される。デプスフィルタはサーフェスフィルタに比べて安価であるが、ろ材の表面ではなくろ材間の空隙で異物を捕捉するので、サーフェスフィルタよりも逆流洗浄を行い難い。デプスフィルタを逆流洗浄後にろ過を行なうと、逆流洗浄中にろ材間の空隙に挟まった極微細な粒子が、ろ過再開直後のろ過水に集積し、ろ過水が濁ったように見えることがある。この微細な粒子は、デプスフィルタの孔径よりも小さなもので、ろ過水中に存在しても問題はないが、用途によってはこのような濁りが問題となる可能性がある。
【０００８】
海水の淡水化プラントでは、逆浸透膜などによって海水を処理しているが、海水中に存在するさまざまな粒状物質を除去するためにプレフィルタとして砂ろ過装置を設置していることが多い。しかしながら、海水中に存在するプランクトン類、藻類や甲殻類、貝などの幼生が砂ろ過装置に取り付き、生長、繁殖することによって砂ろ過装置が機能不全に陥ることがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、初期導入費用および維持管理費用を低く抑えることができるろ過ユニットを備え、小型でろ過水の濁りを抑えることのできるろ過装置を提供することを目的としている。さらに、砂ろ過装置の代替として、あるいは砂ろ過装置のプレフィルタとして作用し、装置の寿命を延ばすことができるろ過装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るろ過装置は、ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットを有するろ過装置であって、前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタであり、さらに、前記ろ過水取出口に接続されるろ過水通路と前記排出口に接続される排出通路とを連通させる連通路と、この連通路を開閉する開閉弁とを備えている。逆洗用の流体としては、気体や液体が用いられ、好ましくは気体であり、より好ましくは、空気、窒素等の不活性ガスである。孔径が１μｍ未満であると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。また、孔径が２５μｍを越えると、ろ過水中の浮遊物が目立つようになる。
【００１１】
孔径は、以下のように定義される。一定の直径を有する粒子、好ましくは球状ポリスチレンまたはガラスビーズを水中に１００００個／Ｌ添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に２５℃、１．０ｍ３／ｈの条件で通水させ、デプスフィルタを透過した粒子数を光学式カウンターで測定し、通水前後の液中に存在する粒子数の差を通水前の液に存在する粒子数で除して得られる捕集率（Ｒ％）を複数の粒子について測定し、その測定値を元にして下記の近似式（１）において、Ｒが９０となる粒子の直径（Ｓ）の値を求め、これを孔径とする。
Ｒ＝１００／（１−ｍ×ｅｘｐ{−ａ×ｌｏｇ（Ｓ）}） （１）
ここで、ｍ，ａは、デプスフィルタの性状により決まる定数である。
例えば、粒子の直径が１μｍの場合は、球形ポリスチレン微粒子（１００００個／Ｌ）を添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に上記の条件で通水させることで測定が可能である。
【００１２】
この構成によれば、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタを用いているので、目立つ大きさの浮遊物を十分取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路と排出通路とを連通させる連通路と開閉弁を備えているので、逆流洗浄直後に開閉弁を開放することで、微細粒子が集積したろ過水が排水通路に排出され、濁ったろ過水が流れるのを防ぐことができる。また、このろ過装置を砂ろ過装置の代替として、あるいは砂ろ過装置のプレフィルタとして用いると、水中に存在するプランクトン類などが砂ろ過装置に取り付くのを防いで、装置全体の寿命を延ばすことができる。
【００１３】
本発明において、さらに、前記ろ過ユニットによりろ過されたろ過水を、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材によって再度ろ過する二次ろ過ユニットを備えていることが好ましい。この構成によれば、一次ろ過ユニットと二次ろ過ユニットのろ材が、共通の逆流洗浄用流体で逆流洗浄されるので、設備を一層簡素化できる。さらに、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材の負荷を低減させ、高価なろ材の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
本発明において、前記流体供給口と前記ろ過水取出口とが同一であることが好ましい。この構成によれば、流体供給口とろ過水取出口とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００１５】
本発明において、前記排出口と前記原水供給口とが同一であることが好ましい。この構成によれば、排出口と原水供給口とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明に係るろ過水の製造方法は、前記ろ材からのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で前記開閉弁を開放することにより、前記ろ過ユニットを経て前記連通路および排出通路から流体を原水とともに排出する準備工程と、ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、ろ過水の供給を停止した状態で、ろ過水側からろ材へ流体を供給する逆洗工程とを備えている。
【００１７】
この構成によれば、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用されるので、維持管理費用を抑えることができる。また、準備工程において逆流洗浄後のろ過水を連通路および排水通路を経由して排出しているので、逆流洗浄直後にろ過水が濁ることがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のろ過装置およびろ過水製造方法によれば、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタを用いているので、目立つ大きさの浮遊物を取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路と排出通路とを連通させる連通路を備えているので、逆流洗浄直後の微細粒子が集積したろ過水が排水通路に排出され、濁ったろ過水が流れるのを防ぐことができる。また、原水として海水を使用する場合には、逆流洗浄を行うことでプランクトンなどの微細な海洋生物が元の海域に戻され、微生物の無用な殺傷を防ぐことができるだけでなく、現場海域の海洋環境保全の観点からも負荷が少ないという大きな利点がある。さらに、微細な海洋生物を予め捕捉することで、砂ろ過装置での藻類の繁殖によって起こる目詰まり等のトラブルを防ぐことができるうえに、砂ろ過装置そのものを不要とすることもでき、砂ろ過装置の代替としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るろ過水製造装置の系統図である。
【図２】同上装置のろ過ユニットの拡大断面図である。
【図３】同上装置の運転工程表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えたろ過水製造装置の概略系統図である。ろ過水製造装置１は、原水ＲＷを取り込むろ過ポンプ２と、取り込まれた原水ＲＷをろ過する一次ろ過ユニット４とを備えている。一次ろ過ユニット４には、ろ過ポンプ２により原水ＲＷが供給される原水通路５と、一次ろ過ユニット４からのろ過水ＦＷを取り出すろ過水通路８と、一次ろ過ユニット４内の原水ＲＷを後述する圧縮空気Ａとともに排出する排出通路１４とが接続され、ろ過水通路８には一次ろ過ユニット４へ圧縮空気Ａを供給する気体供給通路１２が接続されている。さらに、ろ過水通路８および排出通路１４には、両者を連通させる連通路１５が接続されている。各通路５，８，１２，１４，１５は配管により形成されている。一次ろ過ユニット４は、筒形の筐体９内にろ過膜を形成するろ材であるデプスフィルタ１０が収納されている。
【００２１】
原水通路５には、原水流量の調整弁として機能する第１自動開閉弁ＭＶ１が接続され、ろ過水通路８には、ろ過水ＦＷの送水弁として機能する第２自動開閉弁ＭＶ２が接続され、ろ過水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２の下流側に流量計ＲＩが設けられている。さらに、ろ過水通路８における流量計ＲＩの下流側には、限外ろ過膜である１μｍ以下の孔径を有する中空糸膜（図示せず）を有する二次ろ過ユニット２６が設けられている。二次ろ過ユニット２６は、ろ過水ＦＷをさらに高精度にろ過して処理水ＴＷを精製するもので、ろ材は中空糸膜に限定されず、公知の限外ろ過膜を使用できる。また、限外ろ過膜に代えて逆浸透膜を用いてもよい。さらに、ろ過装置の用途によっては、二次ろ過ユニット２６に代えて、ろ過水ＦＷに滅菌用の薬剤を投入してもよく、また、二次ろ過ユニット２６を省略することもできる。
【００２２】
気体供給通路１２には圧縮空気導入弁として作用する第３自動開閉弁ＭＶ３が接続され、排水通路１４には、排水弁として作用する第４自動開閉弁ＭＶ４が接続されている。連通路１５には、この連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５が接続されている。連通路１５は、ろ過水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２の上流側から分岐して、排水通路１４における第４自動開閉弁ＭＶ４の下流側に接続されている。前記気体供給通路１２の一端は図示しない空気圧縮機に接続されており、他端が一次ろ過ユニット４の上部の二次側に接続されている。ろ過ポンプ２および第１〜５自動開閉弁ＭＶ１〜ＭＶ５の駆動は、コントローラ３０により制御されている。また、流量計ＲＩの出力はコントローラ３０に入力されている。各自動開閉弁ＭＶ１〜５としては、エア駆動弁、電動弁、電磁弁あるいはコントローラを使用しない手動弁などが用いられる。
【００２３】
二次ろ過ユニット２６の中空糸膜を逆流洗浄する流体と、一次ろ過ユニット４のデプスフィルタ１０を逆流洗浄する流体とを同一とすることで、装置全体の構成を簡略化することができる。また、既存の設備として、例えば、砂ろ過装置と逆流洗浄を行う二次ろ過ユニットとを有するろ過設備がある場合、砂ろ過装置を本発明の一次ろ過ユニット４と置き換えることで、既存の逆流洗浄用の流体を使用できる。二次ろ過ユニットを含んでいない既存のろ過装置に対しても、そのろ過装置を本発明のろ過ユニット４に交換し、逆流洗浄用の設備を導入したうえで、既存のろ過水通路と排水通路とを連通する連通路を儲けることで、既存のろ過水装置にも本発明を適用できる。
【００２４】
図２に示すように、デプスフィルタ１０は、一端が開口し、他端が閉止部材１３により閉塞された中空円筒状であり、その一端である開口端１０ａをろ過水取出口１６に向けることにより、デプスフィルタ１０の中空部１１をろ過水取出口１６に連通させている。原水ＲＷは、デプスフィルタ１０を径方向に通過する際に、フィルタ内部の空孔により異物が捕捉され、ろ過水ＦＷが得られる。デプスフィルタ１０はまた、一次ろ過ユニット４の筐体９内に着脱自在に収納されて、開口端１０ａが他端である閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。本実施形態では、一次ろ過ユニット４は、デプスフィルタ１０の長手方向の中心線Ｃが鉛直方向を向くように配置されているが、一次ろ過ユニット４がろ過水取出口１６に向かって斜め上方へ傾斜するように配置してもよい。
【００２５】
ろ過ユニット４の円筒状の筐体９は、下側の一端壁９ａと、周壁９ｂと、上側の他端壁９ｃとからなっている。筐体９の一端壁９ａに、原水通路５に接続される原水供給口１８および排出通路１４に接続される排出口２２が形成され、他端壁９ｃに流体供給通路１２に接続される流体供給口２４およびろ過水通路８に接続されるろ過水取出口１６が形成されている。つまり、ろ過水取出口１６は、筐体９の最上部に配置されている。本実施形態では、原水供給口１８と排出口２２とが同一となっているが、別々に設けてもよい。また、ろ過水取出口１６と流体供給口２４を同一としてもよい。
【００２６】
筐体９の周壁９ｂにおける流体供給口２４およびろ過水取出口１６よりも軸方向の下方に環状の底板９ｄが設けられ、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが該底板９ｄに支持されている。つまり、筐体９における他端壁９ｃと底板９ｄとの間には空間Ｓが形成され、この空間Ｓに流体供給口２４、ろ過水取出口１６およびデプスフィルタ１０の開口端１０ａが臨んでおり、デプスフィルタ１０の中空部１１と空間Ｓが連通している。つまり、開口端１０ａが閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。原水供給口１８および排出口２２は、デプスフィルタ１０の一次側に設けられており、ろ過水取出口１６は二次側に設けられている。
【００２７】
デプスフィルタ１０は外圧方式の円筒状フィルタであり、縦断面形状がコ字形である。該デプスフィルタ１０は、例えば、合成繊維や化学繊維をウェブ、不織布、紙、織物等の形態にして溶着・成形等を行い、円筒状に加工した積層タイプと呼ばれるものが例示される。合成繊維としては、ポリオレフィン、ポリエステル、あるいはナイロンやエチレンビニルアルコール共重合体などの熱溶融性ポリマーまたはポリビニルアルコールやポリアクリロニトリルなどのポリマーを用いることができる。中でも、気体による逆流洗浄を行う場合、フィルタ交換時の液きり性の観点から、ポリオレフィンおよびポリエステル、具体的には、ポリプロピレンが好ましい。また、フィルタはその厚み方向において、繊維の密度や繊度を変更し、フィルタの外側（原水流入側）において、繊維密度が低い、あるいは繊度が大きい構造が好ましい。該デプスフィルタ１０としては、他にも、フィラメントや紡績糸をスパイラル状に巻きつけた糸巻きフィルタと呼ばれるものや、スポンジのような樹脂成形体である樹脂成形タイプと呼ばれるものがある。
【００２８】
ろ過膜の孔径は、設備の目的により異なるが、下限は１μｍ以上である。孔径が小さ過ぎると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。孔径の上限は、２５μｍである。孔径が２５μｍを越えると、ろ過水ＦＷ中の浮遊物が目立つようになる。孔径の上限は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。
【００２９】
デプスフィルタ１０は当該一次ろ過ユニット４においては逆洗可能であり、逆洗によりろ過性能を回復させて、ろ過時の差圧が上昇することなく使用できる。本実施形態では、逆洗は、コンプレッサ（図示しない）から気体供給通路１２を通って供給される圧縮空気Ａにより行っている。逆洗に用いられる流体は空気以外の気体、例えば窒素等でもよく、また、真水、ろ過された海水等の液体でもよい。
【００３０】
次に、図１および図３を用いて、ろ過水製造装置の運転方法、つまり、本実施形態に係るろ過ユニットによるろ過水製造方法について説明する。図３に示すように、バラスト水製造装置の運転方法は、ろ過の準備工程である充水工程、ろ過工程、加圧工程および逆洗工程からなる。
【００３１】
コントローラ３０に設置された始動ボタン（図示しない）を操作してろ過水製造装置１を作動させると、まずろ過ポンプ２が起動し、第１自動開閉弁ＭＶ１と第５自動開閉弁ＭＶ５とを開いて充水工程に入る。充水工程では、第２〜４自動開閉弁ＭＶ２〜４を閉じて、デプスフィルタ１０から二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、一次ろ過ユニット４および連通路１５を経て排出通路１４に原水ＲＷを流して、外部へ排出することにより、原水通路５および一次ろ過ユニット４のエア抜きおよび充水を行う。
【００３２】
つづいて、第５自動開閉弁ＭＶ５を閉じ、第２自動開閉弁ＭＶ２を開いてろ過工程に入る。ろ過工程では、デプスフィルタ１０からの排水とデプスフィルタ１０への圧縮空気供給とを停止した状態で、一次ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給して、ろ過水ＦＷをろ過水通路８に送る。このとき、原水ＲＷはデプスフィルタ１０の外側からデプスフィルタ１０のろ過膜を通過して中空部１１へ流入することにより、原水ＲＷ中の異物が除去されてろ過される。ろ過水ＦＷはろ過水通路８を通って、二次ろ過ユニット２６へ供給され、再度ろ過されて処理水ＴＷとなる。
【００３３】
次に、ろ過水ポンプ２を停止し、第１および２自動開閉弁ＭＶ１，２を閉じ、第３自動開閉弁ＭＶ３を開けて加圧工程に入る。加圧工程では、デプスフィルタ１０から二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への原水ＲＷの供給を停止した状態で、圧縮空気Ａを一次ろ過ユニット４に流す。こうして一次ろ過ユニット４を加圧することにより、次の逆洗工程においてろ過水ＦＷが流体供給通路１２に逆流してくるのを防ぐ。
【００３４】
つづいて、第１、２自動開閉弁ＭＶ１、２を閉じたままで、第４自動開閉弁ＭＶ４を開けて逆洗工程に入る。逆洗工程では、一次ろ過ユニット４への原水ＲＷの供給、および二次ろ過ユニット２６へのろ過水ＦＷの供給が停止されている状態で、デプスフィルタ１０の中空部１１へ圧縮空気Ａを供給し、この圧縮空気Ａを排出通路１４に流す。これにより、圧縮空気Ａがろ過工程とは逆方向にデプスフィルタ１０を通過して、デプスフィルタ１０に付着した異物および筐体９内に溜まった異物を一次ろ過ユニット４外へ導出させ、排出通路１４から外部へ排出する。
【００３５】
逆洗工程が完了すると、第３、４自動開閉弁ＭＶ３、４を閉めて、ろ過水ポンプ２を起動し、第１および５自動開閉弁ＭＶ１、５を開いて、充水工程に戻る。逆流洗浄直後のデプスフィルタ１０でろ過されたろ過水ＦＷは、逆流洗浄時にデプスフィルタ１０の空隙に詰まった極微粒子が集積して濁ることがあるが、この濁った水は連通路１５から排水通路１４を通って外部へ排出される。以降このループが繰り返される。充水工程の継続時間は、タイマのような時限装置により可変設定される。設定時間はろ過設備の規模によって異なるが、例えば、５秒程度である。加圧はごく短時間、例えば３秒程度であり、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程および逆洗工程の時間は、原水の水質や設備の規模により異なるが、例えば、１分から５分程度で、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程から加圧工程への移行は、流量計ＲＩの測定流量Ｑが規定値よりも小さくなった時点で行うようにしてもよい。
【００３６】
ろ過工程中は、コントローラ３０が常時測定流量Ｑを監視しており、測定流量Ｑが警報値Ｈ１を上回ると、例えばブザーのような警報を発し注意を促す。この時点ではろ過装置１は運転を継続する。さらに、測定流量Ｑが大きくなり非常停止値Ｈ２を上回ると、例えばベルのような警報を発し、ろ過装置１が緊急停止する。具体的には、コントローラ３０がろ過ポンプ２を停止させ、すべての自動開閉弁ＭＶ１〜５を閉止させる。
【００３７】
上記構成において、ろ材に孔径１〜２５μｍのデプスフィルタ１０を用いているので、目立つ大きさの浮遊物を取り除くことができるうえに、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、デプスフィルタ１０のろ過性能を回復させて使用できるので、デプスフィルタ１０の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、ろ過水通路８と排出通路１４とを連通させる連通路１５とこの連通路１５を開閉する第５自動開閉弁ＭＶ５を備えているので、逆流洗浄直後の極微細粒子が集積したろ過水ＦＷが排水通路１４に排出され、濁ったろ過水ＲＷが供給されるのを防ぐことができる。
【００３８】
また、一次ろ過ユニット４のデプスフィルタ１０と二次ろ過ユニット２６の中空糸膜が、共通の圧縮空気Ａで逆流洗浄されるので、設備を一層簡素化できる。
【００３９】
排出口２２と原水供給口１８とが同一であるので、排出口２２と原水供給口１８とを共通化して、構成を簡略化することができる。
【００４０】
さらに、上記運転方法によれば、図３に示すように、準備工程において逆流洗浄後のろ過水ＦＷを連通路１５および排水通路１４を経由して排出しているので、逆流洗浄直後にろ過水ＦＷが濁ることがない。
【００４１】
また、デプスフィルタ１０は、被ろ過物質をフィルタの表面のみで捕集するサーフェスフィルタと異なり、フィルタの厚み方向全体で被ろ過物質を捕集することができるので、捕集量が多く、フィルタが長時間目詰まりを起こすことがない。
【実施例】
【００４２】
本実施形態におけるデプスフィルタ１０を用いて、検証実験を行った。原水は海水で、原水の供給圧力、流量は、それぞれ０．０３ＭＰａ、０．０３７ｍ３／ｍｉｎである。逆洗用の流体には圧縮空気を用いて、圧縮空気の供給圧力、流量は、それぞれ０．１３ＭＰａ、０．４Ｎｍ３／ｍｉｎである。使用したデプスフィルタは、長さ２５ｃｍで、孔径は１μｍ，２５μｍとした。また、デプスフィルタの軸心を水平面に対して４５°傾斜させて配置した。
【００４３】
検証１：初期圧力損失
表１は、原水温度が２５℃のときの孔径０．５μｍ、１μｍおよび２５μｍのデプスフィルタにおいて、原水を供給した際のデプスフィルタの一次側と二次側との圧力の差を示したもので、図４は、原水の供給流量と圧力損失の関係を示したグラフである。表１および図４から明らかなように、１μｍおよび２５μｍのデプスフィルタにおいては圧力損失が小さいが、０．５μｍのデプスフィルタにおいては圧力損失が極めて大きく、ほとんど原水が流れなくなった。したがって、デプスフィルタの孔径は１μｍ以上であることが好ましい。
【００４４】
【表１】
【００４５】
検証２：逆洗効果
表２は、孔径１μｍと２５μｍのデプスフィルタのそれぞれにおいて、連続ろ過運転した場合と、ろ過運転・逆洗運転を交互に行った場合のデプスフィルタの状態（差圧の状況）を示したものである。ろ過・逆洗の交互運転は、ろ過運転と逆洗運転を５分毎に交互に繰り返した。連続ろ過運転をした場合、２５μｍのデプスフィルタでは約２時間で、１μｍのデプスフィルタでは約４０分間で差圧が上昇し、デプスフィルタが閉塞した。ろ過・逆洗の交互運転では、１μｍ、２５μｍのどちらのデプスフィルタにおいても、５時間連続運転後も差圧の上昇はなく、デプスフィルタの閉塞はなかった。
【００４６】
【表２】
【００４７】
検証３：ろ過水の水質
表３は、孔径１μｍ、２５μｍのデプスフィルタそれぞれにおける、原水およびろ過水１ｍｌ中に含まれるサイズ別の粒子の数（水中パーティクル数）と、除去率を示している。各データの分母が原水における水中パーティクル数、分子がろ過水における水中パーティクル数を表し、括弧内の数値は除去率を表している。孔径が２５μｍのデプスフィルタでは、粒子径が２５μｍ以上の粒子の９５％以上、１０μｍ以上の粒子の約８８％が除去され、１μｍ以上の粒子でも６０％以上が除去されている。２５μｍ以上の粒子の大部分が除去されていることにより、ろ過水中の浮遊物が目立たない。さらに、孔径が１μｍのデプスフィルタでは、粒子径が２５μｍ以上の粒子の９９％以上、１０μｍ以上の粒子の約９４％が除去され、１μｍ以上の粒子でも８０％以上が除去されている。
【００４８】
【表３】
【００４９】
検証１の結果から分かるように、本実施形態に使用するデプスフィルタ１０は、孔径が１μｍであっても圧力損失がほとんどないので、デプスフィルタ１０の投影面積が少なくて済み、一次ろ過ユニット４が大型化するのを抑えることができる。また、検証２の結果から分かるように、逆洗を行うことで、繰り返し使用可能となる。これにより、寿命が格段に長くなる。さらに、検証３の結果から分かるように、孔径が２５μｍのもので、２５μｍ以上の粒子の９０％以上、１０μｍ以上の粒子の８０％以上を除去している。したがって、デプスフィルタ１０の孔径は１〜２５μｍとすることができる。
【００５０】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本発明は、砂ろ過装置の代替としてだけではなく、珪藻土ろ過代替、カートリッジフィルタ代替、プリーツフィルタ代替およびマイクロメッシュフィルタ代替等にも適用できる。具体的な使用分野としては、例えば、プール水循環ろ過、浴槽水循環ろ過、海水淡水化プラント、工業用水ろ過、廃水処理ろ過、油ろ過、燃料ろ過、上下水道水ろ過または飲料製造工程でのろ過等である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１ ろ過水製造装置（ろ過システム）
４ 一次ろ過ユニット
８ ろ過水通路
９ 筐体
１０ デプスフィルタ（ろ材）
１２ 気体供給通路
１４ 排出通路
１５ 連通路
１６ ろ過水取出口
１８ 原水供給口
２２ 排出口
２４ 気体供給口
２６ 二次ろ過ユニット
３８ ろ材
ＭＶ５ 第５自動開閉弁
Ａ 圧縮空気
ＦＷ ろ過水
ＲＷ 原水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットを有するろ過装置であって、
前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、
前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタであり、
さらに、前記ろ過水取出口に接続されるろ過水通路と前記排出口に接続される排出通路とを連通させる連通路と、この連通路を開閉する開閉弁とを備えたろ過装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記ろ過ユニットによりろ過されたろ過水を、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材によって再度ろ過する二次ろ過ユニットを備えたろ過装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記流体供給口と前記ろ過水取出口とが同一であるろ過装置。
【請求項４】
請求項１，２または３において、前記排出口と前記原水供給口とが同一であるろ過装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のろ過装置を用いたろ過水製造方法であって、
前記ろ材からのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で前記開閉弁を開放することにより、前記ろ過ユニットを経て前記連通路および排出通路から流体を原水とともに排出する準備工程と、
ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、
ろ過水の供給を停止した状態で、ろ過水側からろ材へ流体を供給し、この流体を前記排出口から前記排出通路を経て排出する逆洗工程と、
を備えたろ過水製造方法。
【請求項１】
ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットを有するろ過装置であって、
前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、
前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタであり、
さらに、前記ろ過水取出口に接続されるろ過水通路と前記排出口に接続される排出通路とを連通させる連通路と、この連通路を開閉する開閉弁とを備えたろ過装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記ろ過ユニットによりろ過されたろ過水を、限外ろ過膜または逆浸透膜からなるろ材によって再度ろ過する二次ろ過ユニットを備えたろ過装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記流体供給口と前記ろ過水取出口とが同一であるろ過装置。
【請求項４】
請求項１，２または３において、前記排出口と前記原水供給口とが同一であるろ過装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のろ過装置を用いたろ過水製造方法であって、
前記ろ材からのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で前記開閉弁を開放することにより、前記ろ過ユニットを経て前記連通路および排出通路から流体を原水とともに排出する準備工程と、
ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、
ろ過水の供給を停止した状態で、ろ過水側からろ材へ流体を供給し、この流体を前記排出口から前記排出通路を経て排出する逆洗工程と、
を備えたろ過水製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２０７８００（Ｐ２０１０−２０７８００Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０６４８（Ｐ２００９−２６０６４８）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
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