固体の回収方法
【課題】固体分散液から、固体を簡単な操作でかつ極めて効率よく回収できる方法を提供する。
【解決手段】固体の回収方法は、固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプ６により、濾過フィルター１４又は分離膜、原液供給口１０、濾過液流出口１３及び濃縮液排出口１２を備えた濾過装置１１に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブ８を閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収する。
【解決手段】固体の回収方法は、固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプ６により、濾過フィルター１４又は分離膜、原液供給口１０、濾過液流出口１３及び濃縮液排出口１２を備えた濾過装置１１に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブ８を閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体分散液からの固体の回収方法、より詳しくは、超微細気泡と、濾過フィルター又は分離膜を備えた濾過装置とを用いて、固体分散液から固体を回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法としては、フィルターを用いて濾過する方法、遠心分離機による方法などが知られている。しかし、フィルターを用いて濾過する方法は、固体粒子が極めて小さい場合には、フィルターが目詰まりして効率よく回収できないという問題がある。また、遠心分離機による方法は、大量処理、連続処理が困難という問題がある。
【０００３】
特開２０１０−７５８４４号公報には、触媒を含む反応液に、ｐＨ調整剤や界面活性剤を添加して触媒粒子を成長させた後、濾過等により回収する方法が開示されている。しかし、この方法では、触媒粒子を成長させるための薬剤が必要であり、作業性、コストの点で不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７５８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、固体が液体に分散した固体分散液から、該固体を簡単な操作でかつ極めて効率よく回収できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を特定の濾過装置に供給し、特定の操作を行うことで、効率よく固体を回収できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法であって、前記固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収することを特徴とする固体分散液からの固体の回収方法を提供する。
【０００８】
この回収方法において、超微細気泡含有固体分散液は、固体分散液中に気体を混合して得られる気液混合流体を、原液供給ポンプによる高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路を流通させ、流路内で形成される気液混合流体の高速せん断流の流速と圧力を変化させて超微細気泡を発生させることにより得られる超微細気泡含有固体分散液であることが好ましい。
【０００９】
なお、本明細書では、濾過フィルターを通過した濾過液及び分離膜を通過した透過液を「濾過液」と総称する。また、濾過フィルター及び分離膜を「膜」、濾過フィルターによる濾過及び分離膜による濾過を「膜濾過」と総称する場合がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体分散液からの固体の回収方法によれば、固体分散液中の固体、例えば触媒等を簡単な操作でかつ極めて効率よく回収することができる。特に、平均粒子径が１０μｍ程度以下の微細な固体粒子であっても濾過フィルター等の目詰まりを起こすことなく高い回収率で回収することができる。また、連続的に濾過運転が可能であり、固体を高濃度分散液として濃縮液排出口から簡易に得られるだけでなく、濾過フィルター等の目詰まりを抑制できるので、フィルタ交換等の定期的なメンテナンスがほとんど不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体の回収方法の一例を示す概略説明図（概略フロー図）である。
【図２】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の一例を示す部分断面図（送液分散部の断面図）である。
【図３】図２の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプの収納室の部分拡大図（断面図）である。
【図４】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の他の例を示す断面図である。
【図５】図４の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプの部分拡大図（断面図）である。
【図６】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）のさらに他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の方法で使用される超微細気泡発生装置の一例を示す断面図である。
【図８】実施例１におけるカオリンの排出量を示すグラフである。
【図９】比較例１におけるカオリンの排出量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において、固体分散液（「原液」と称する場合がある）としては、固体が液体に分散した液であれば特に限定されないが、通常、有価物質である固体粒子（例えば、使用済の触媒等）が液体に分散した分散液が用いられる。前記固体粒子は、必ずしも球状である必要はなく、鱗片状、繊維状等のいずれの形状であってもよい。固体には、無機粒子、有機粒子、これらの混合物などが含まれる。無機粒子としては、例えば、金属粒子、金属酸化物等の金属化合物からなる粒子、非金属化合物からなる粒子、これらの粒子が担体に担持された固体粒子などが挙げられる。有機粒子としては、ポリマー粒子などが挙げられる。固体粒子の平均粒子径は、例えば、１０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。固体粒子の平均粒子径の下限は、濾過フィルター又は分離膜の孔径によって定まる。
【００１３】
前記固体の分散媒である液体としては、水、有機溶媒、これらの混合液が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール（一価アルコール、多価アルコール）；酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル；ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素；塩化メチレン、四塩化炭素、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド；Ｎ−ビニルピロリドンなどのラクタム；γ−ブチロラクトンなどのラクトン；エチレンカーボネートなどのカーボネート；スルホン；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド；これらの混合物などが挙げられる。これらの中でも、水、又は水と有機溶媒の混合液が好ましい。
【００１４】
固体分散液中の固体の含有量は、濾過運転が可能な濃度であれば特に限定されないが、例えば、１０重量％以下、好ましくは１重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下である。該固体含有量の下限は、例えば、１重量ｐｐｍ、好ましくは１０重量ｐｐｍ、さらに好ましくは５０重量ｐｐｍである。
【００１５】
本発明の固体の回収方法では、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置を用いる。濾過フィルターとしては、特に限定されず、例えば孔径１μｍ以上２５μｍ未満程度の種々の材質、形状の濾過フィルターを使用できる。濾過フィルターの材質としては、例えば、金属（金網）、プラスチック、紙などが挙げられる。濾過フィルター（エレメント）の形状としては、例えば、円筒型、プレート＆フレームタイプエレメントなどが挙げられる。濾過フィルター（濾材エレメント）の内容積としては、例えば、５０〜５０００ｍＬ、好ましくは１００〜２０００ｍＬ程度である。また、濾過フィルター（濾材エレメント）の濾過面積は、例えば０．００１〜１ｍ2、好ましくは０．００５〜０．５ｍ2程度である。
【００１６】
分離膜としては、特に限定されず、限外濾過膜、精密濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などが挙げられる。限外濾過（ＵＦ）膜とは分子量５００〜３０万の物質（分子サイズとして０．００１〜０．０３μｍ程度）を分離対象とする分離膜であり、通常のナノ濾過膜の範疇も含む。精密濾過（ＭＦ）膜は粒径０．０２〜２μｍの粒子を分離対象とする分離膜である。従って、限外又は精密濾過膜の孔径は０．００１〜２μｍであるが、より好ましくは、０．０１〜１μｍである。また、逆浸透（ＲＯ）膜は塩類や分子量５００程度までの物質を分離対象とする分離膜（分子サイズとして１Å〜０．００１μｍ程度）である。
【００１７】
分離膜の材質としては、一般的なもの、例えば、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、セラミックなどを使用できる。これらの中でも、限外濾過膜の材質としては酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミドが好ましく、精密濾過膜の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、セラミックが好ましい。逆浸透膜の材質としては、酢酸セルロース、芳香族ポリアミドなどが好ましい。
【００１８】
分離膜を備えた濾過装置として、膜モジュールが挙げられる。膜モジュールとしては、中空糸型濾過膜モジュール、平板モジュール、チューブラーモジュール、スパイラルモジュール等の何れであってもよいが、分離膜表面に堆積した固体の分離が比較的容易に行える点から、中空糸型濾過膜モジュールが好ましい。中空糸型濾過膜モジュールにおける中空糸膜の内径は、中空糸膜の内側に気泡径５０μｍ以下の微細気泡を効果的に通過させるとともに、汚染物質の閉塞の防止、中空糸充填率の向上という観点から、０．１〜２．０ｍｍ程度の範囲が好ましく、０．５〜１．０ｍｍの範囲がさらに好ましい。
【００１９】
中空糸膜としては、酢酸セルロース系中空糸膜、ポリスルホン系中空糸膜、ポリアクリロニトリル系中空糸膜、ポリフッ化ビニリデン中空糸膜等を挙げることができるが、これらの中でも、低い膜間圧力で運転することができ、膜のファウリングも抑制しやすいことから、酢酸セルロース系中空糸膜が好ましい。また、外表面側の細孔より内表面側の細孔の方が小さい孔径のものが内圧式としては好適である。
【００２０】
本発明では、濾過装置の濾過液側に、気体を満たすエアチャンバー（エアホールドタンク）を設けてもよい。エアチャンバーを設ける場合には、原液供給ポンプ（「送液ポンプ」と称する場合がある）により超微細気泡含有固体分散液を濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させる際、該固体を効率よく且つ確実に膜表面から剥離させることができる。
【００２１】
エアチャンバーの形状、材質、大きさとしては、特に限定されず、濾過装置の大きさ、洗浄操作の操作性、安全性等を考慮して適宜選択できる。エアチャンバーの形状としては、例えば、円筒状、バルーン状（内部が空洞の球状、楕球状等）等の何れであってもよい。エアチャンバーの材質としては、例えば、金属（ステンレス、チタン等）、ガラス、プラスチック等の何れであってもよい。エアチャンバーの大きさとしては、円筒状の場合、直径は、例えば５ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、内部空間の高さ（長さ）は、例えば１０ｍｍ〜１０００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。
【００２２】
エアチャンバーの内容積は、例えば２０ｍＬ〜３０Ｌ、好ましくは２５ｍＬ〜１Ｌ、さらに好ましくは２５ｍＬ〜５００ｍＬ程度である。エアチャンバーの内容積が小さすぎると、フィルター又は分離膜の表面の堆積物の剥離性が低下しやすくなり、大きすぎると、コスト面等で無駄が増大する。
【００２３】
エアチャンバーの取付け位置としては、濾過装置の濾過液側であって、エアを貯留できる箇所であればよいが、濾過運転時において濾過液の水面より上方に取り付けるのが好ましい。
【００２４】
エアチャンバーに満たす気体としては、空気、窒素、アルゴンなどが挙げられるがこれらに限定されない。濾過装置の濾過液側にエアチャンバーを設ける場合には、固体回収時、濾過装置内の圧力を急激に降下させる際、濾過フィルター又は分離膜に強い衝撃を与えるとともに、圧力降下時の気体の膨張は水に比して著しく大きいため、二次側（濾過液側）の水を一次側（原液側、濃縮液側）に押し出すキャパシティアップの効果が得られる。
【００２５】
次に、超微細気泡含有固体分散液（超微細気泡含有原液）について説明する。
【００２６】
本明細書において、超微細気泡とは、発生時において気泡径５０μｍ以下の気泡をいう。気泡径は、発生時において５０μｍ以下が好ましく、更に好ましくは発生時において気泡径１０μｍ以下である。超微細気泡は、発生時において例えば１０μｍ程度であっても時間とともに徐々に小さくなる現象がある。本発明においては、濾過装置に流入させる超微細気泡含有原液中に含まれる気泡径２〜５０μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）は、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上、好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上であり、特に２０００個／ｍＬ以上が好ましい。なお、膜モジュールに流入させる超微細気泡含有原液には、気泡径５０μｍ以上の気泡が含有されていてもよい。
【００２７】
本発明では、超微細気泡含有原液を用いるため、固体回収時に濾過装置内の圧力を急激に降下させる際、濾過面の堆積物にしみ込んだ原液中の超微細気泡が急激に膨張して、堆積物を細かく粉砕する。このため、濾過フィルター又は分離膜の濾過面から固体を極めて効率よく剥離できる。なお、超微細気泡は、濾過面の堆積物をはぎ取り且つ粉砕するだけでなく、静電気的な作用によるためか、一旦剥離した固体粒子を再び膜表面に付着させない働きをする。
【００２８】
超微細気泡含有原液は、超微細気泡源としての気体を原液中に混入させた気液混合流体に高速せん断を与えたり、或いは該気液混合流体を間隙の変化する流路を流通させ、流路間隙の変化によって該気液混合流体の流速と圧力を変化させて、主に５０μｍ以下のサイズの気泡を発生させる超微細気泡発生装置（例えば、発生する全気泡の７０％以上が気泡径５０μｍ以下の気泡である超微細気泡発生装置）により調製することができる。超微細気泡発生方法としては、一般に、薬品を用いる方法、気体を過飽和に溶解させてから圧力低下させて発生させる方法、流体に気体を混合させて高速せん断を与える方法、気液混合流体の流路間隙を変化させて該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法などがある。超微細気泡の発生方法が異なると、発生した超微細気泡の性質は大きく異なることが一般に知られている（大成博文：マイクロバブルのすべて、日本実業出版 ｐ1−285、2006）。
【００２９】
超微細気泡の発生方法としては、原液中に気体を混入させて高速せん断を与える方法や、気液混合流体の流路間隙を変化させて該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法が好ましい。高速せん断を与える方法としては、液体と気体を円筒形状の中で超高速旋回させることによって気泡を発生させる方法、気液混合流体を高速で環状スリットに通過させて気泡を発生させる方法などがある。特に、気液混合流体を環状スリットに通過させて噴出させることにより、液中に超微細気泡を発生させる環状スリットを備えた装置が好適である。この環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい（この場合、気液混合流体は内径側から外径側に向かって流れる）。なお、環状スリットは、外径側から内径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているものであってもよい（この場合、気液混合流体は外径側から内径側に向かって流れる）。気液混合流体を環状スリットに通過させて噴出させる際、遠心翼を備えた回転体の高速回転で発生する高圧を利用して環状スリットを通過させてもよい。また、気液混合流体の流路間隙を変化させることにより該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法としては、例えば、気液混合流体を高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路（例えば、環状スリット）を流通させる方法などが挙げられる。
【００３０】
本発明では、原液供給ポンプでの加圧後（より具体的には原液供給ポンプのポンプインペラの回転による加圧後）において、超微細気泡を発生させつつ、前記原液供給ポンプによる加圧膜濾過を行ってもよい。原液供給ポンプにより圧力が高められた状態で発生した超微細気泡は、膜を通過する際の圧力降下により膨張するとともに、高圧下で溶解した気体が膜（ならびに膜孔）を流通する際の圧力降下により極めて多数の超微細気泡が発生する。濾過フィルターを用いる場合、原液供給ポンプの吐出側の圧力（すなわち、膜濾過時の濾過圧力）は、例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０１〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧）］である。限外又は精密濾過膜モジュールを用いる場合、原液供給ポンプの吐出側の圧力（すなわち、膜濾過時の濾過圧力）は、例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０１〜０．１ＭＰａ（ゲージ圧）］、好ましくは０．０２ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０２〜０．０８ＭＰａ（ゲージ圧）］である。膜モジュールとして逆浸透膜モジュールを用いる場合には、液供給ポンプの吐出側圧力は、限外又は精密濾過膜モジュールの場合の１００倍程度高いため、液供給ポンプの吐出側の圧力は、例えば１ＭＰａ以上［例えば、１〜７ＭＰａ（ゲージ圧）］であり、高圧ポンプが必要である。
【００３１】
超微細気泡源となる気体（空気等）の導入位置（気体供給手段の設置箇所）は、濾過装置及び超微細気泡を発生させる装置（超微細気泡発生装置）の上流側であれば特に制限はないが、導入された気体と原液とを原液供給ポンプの回転羽根などで効率よく混合できる点で、前記原液供給ポンプの上流側（ポンプインペラの回転による加圧前）であるのが好ましく、特に、前記原液供給ポンプの直前（ポンプインペラの回転による加圧直前）であるのが好ましい。気体の供給量は、原液供給ポンプの吐出流量１ｍ3／ｈあたり、例えば０．００５〜０．５０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）、好ましくは０．０３〜０．３０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）、さらに好ましくは０．０５〜０．３０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）である。気体の供給量は、少なすぎれば超微細気泡の数が少なくなり、多すぎれば超微細気泡の大きさが５０μｍ以上のものの割合が多くなり、いずれも濾過装置の汚れや目詰まりを効果的に防止できなくなる。なお、気体の供給量が少なくても、超微細気泡が発生すれば、ある程度の効果が得られる。
【００３２】
また、超微細気泡の発生を原液タンク内で行ってもよい。この場合は、原液タンク内に超微細気泡発生装置を備え付けることにより、超微細気泡を含有する原液を調製することができる。
【００３３】
本発明では、超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収する。この操作を繰り返すことで、連続的に固体分散液からの固体回収を行うことができる。
【００３４】
濾過運転において、膜濾過方式は、濾過装置の構造等に応じて適宜選択でき、全量濾過方式、クロスフロー濾過方式の何れであってもよい。固体が高濃度化された濃縮液を効率よく得るため、濾過運転時は全量濾過方式が好ましい。
【００３５】
濾過運転を一定時間継続すると、濾過フィルター又は分離膜の膜表面に固体分散液中の固体が堆積する。固体が膜表面に適当量堆積したところで間欠的にあるいは定期的に堆積した固体の分離（剥離）、回収を行う。
【００３６】
本発明の固体の回収方法について、以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。図１は本発明の固体の回収方法の一例を示す概略説明図（概略フロー図）である。なお、図中、８はバルブ、９は流量調整バルブ、１９は圧力計、２０は流量計を示す。
【００３７】
原液供給ライン（原液補充ライン）１から原液タンク３に送液貯留された原液（固体分散液）は、原液供給ライン４から超微細気泡発生ポンプ（送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置）６により濾過装置１１に供給される。超微細気泡発生ポンプ６には空気を原液中に導入するエア吸引口（気体供給手段；空気供給口）５が設けられている。エア吸引口５はポンプインペラによる加圧前、加圧後の何れに設けられていてもよいが、自吸できる点からは、ポンプインペラによる加圧前に設けられているのが好ましい。原液供給ライン４は複数設けてもよい。超微細気泡発生ポンプ６としては、後述のものを使用できる。
【００３８】
超微細気泡発生ポンプ６により原液中に超微細気泡が多数生成する。超微細気泡発生ポンプ６で調製された超微細気泡含有原液は、バルブＶ−３（原液入口バルブ）及び流量調整バルブＦＣＶを経て、縦置きに設置された濾過装置１１の側部に設けられた超微細気泡含有原液供給口１０から濾過装置１１に供給される。
【００３９】
濾過装置１１は、円筒状のハウジング内に円筒状の濾過フィルター１４が収容されたものであり、超微細気泡含有原液供給口１０、濾過液流出口１３、濃縮液排出口１２を有している。超微細気泡含有原液供給口、濾過液流出口は少なくとも１つ備えていればよい。なお、超微細気泡眼油原液供給口は濃縮液排出口を兼ねていてもよい。濾過フィルター１４には焼結金網製円筒型エレメント等の濾材エレメントが収容されている。
【００４０】
濾過装置１１において、所定条件下で膜濾過された濾過液は、濾過液流出口１３、バルブＶ−５（濾過液流出口バルブ）を経て、濾過液排液ライン１６より排出される。
【００４１】
濾過運転をある一定時間行った後、膜表面に堆積した固体（堆積物）を膜から剥離して回収する。固体（堆積物）の膜からの剥離、回収操作は、間欠的あるいは定期的に行うことができる。固体分散液の種類、膜の種類等によっても異なるが、例えば、１分〜１０時間（好ましくは、２分〜５時間）連続濾過運転を行った後、膜からの固体の剥離、回収操作を行うという操作を繰り返す。固体の剥離、回収操作は、１０秒〜１分程度で実施できる。濾過運転の際には、通常、バルブＶ−１（原液タンク出口バルブ）、Ｖ−２（原液供給ポンプ吐出側バルブ）、Ｖ−３（濾過装置入口バルブ）、Ｖ−５（濾過液排出バルブ）は開、バルブＶ−４（バイパスラインバルブ）、Ｖ−６（濃縮液排出バルブ）、Ｖ−７（バグフィルター濾液排出バルブ）は閉とする。なお、必要に応じて、Ｖ−６、Ｖ−７を開としてもよい。
【００４２】
固体（堆積物）の膜からの剥離、回収操作は、次のようにして行う。すなわち、濾過装置１１の濾過液側に設けたエアチャンバー１８に気体を満たしておき、超微細気泡発生ポンプ（原液供給ポンプ）６により超微細気泡を含有する原液を濾過装置１１に供給して濾過する濾過運転状態から、Ｖ−５を閉止して、原液供給ポンプ吐出側からＶ−５までの流路をポンプ吐出圧［例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上（例えば、０．０１〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧））、好ましくは０．０５ＭＰａ（ゲージ圧）以上（例えば、０．０５〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧））］まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、Ｖ−６を開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜の堆積物（固体）を原液側に剥離させ、濃縮液とともに濃縮液排出口１２から排出する。なお、エアチャンバー１８は、必ずしも設けなくてもよい。
【００４３】
濃縮液排出口から濃縮液ととともに排出された固体（通常、高濃度固体分散液として排出される）は、バグフィルター１５で濾過し、濾さいとして回収され、必要に応じて乾燥後、使用に供される。バグフィルター１５の濾液はバグフィルター濾液ライン１７より排出される。濃縮液排出口から濃縮液ととともに排出された固体は、濾過することなく、そのまま所望する用途における使用に供してもよい。また、濃縮液ととともに排出された固体の濾過には、必ずしもバグフィルター１５を用いる必要はなく、適宜の濾過手段を用いることができる。
【００４４】
本発明の方法では、濾過装置内が加圧密閉された状態から、濃縮液排出側バルブを開くことで、濾過装置内圧力が一気に降下する。この急激な圧力降下が起こる際に、濾過装置内部（特に、濾過フィルターの濾材エレメントや分離膜に蓄積した堆積物の内部）にしみ込んだ原液中に存在する超微細気泡が膨張し、堆積物が破砕する。これに加えて、原液側（一次側）より圧力降下が生じるため、濾過液側（二次側）の圧力も一次側へ逃げることから、濾過液の逆流が生じ、破砕された堆積物は濾材又は分離膜表面から流れに沿って引き離される。このため、膜表面に堆積した固体が膜表面から効率よく且つ確実に分離されることになる。この方法によれば、全自動運転（タイマー制御）での連続運転が可能である。
【００４５】
次に、超微細気泡発生ポンプについて詳しく説明する。
【００４６】
図２は、送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ或いは超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の一例を示す部分断面図（送液分散部の断面図）である。図３は、図２の送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置の収納室の部分拡大図（断面図）である。
【００４７】
この超微細気泡発生ポンプは、固体分散液（以下、単に「液体」と称することがある）中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、キャンドモータと送液分散部とを備えている。図２ではキャンドモータ部は省略されている。３０はキャンドモータの回転軸であり、３１は前部軸受箱（前部の軸受収納固定部位）である。
【００４８】
筐体３４は、前部軸受箱３１にボルト４２にて液密に締結固定されている。筐体３４と前部軸受箱３１は、収納室３５を画定する。筐体３４には、液体供給口３９及び液体流出口３８が設けられてる。液体供給口３９は、キャンドモータの回転子の回転軸３０の延在位置に設けられ、液体流出口３８は、筐体３４の回転軸３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。
【００４９】
収納室３５内には、インペラ（ポンプインペラ）４３が収納される。インペラ４３は、キャンドモータの回転軸３０の先端にボルト４４により締結される。図２に示すように、インペラ４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部４５内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根４６を備えた構成となっている。また、インペラ本体部４５の裏面側には、循環羽根４７が設けられている。循環羽根４７は、遠心羽根４６に比較して大径に構成されている。
【００５０】
インペラ４３は、収納室３５内において、前部軸受箱３１のインペラ本体部４５の対向面３２とインペラ４３との間に隙間が生じるように構成されている。インペラ本体部４５によって、収納室３５内は、送液空間３６と循環空間３７に区画される。送液空間３６は、インペラ４３の遠心羽根４６によって、収納室３５内の流体を液体流出口３８側に搬送し、循環空間３７では、供給された液体が、インペラ４３の遠心羽根４６及び循環羽根４７によって生じた圧力差によって、インペラ本体部４５の遠心方向及び求心方向に循環する。
【００５１】
前部軸受箱３１のインペラ本体部４５の対向面３２とインペラ４３との間の隙間には、分散部４８が設けられる。分散部４８は、前部軸受箱３１の対向面３２に当接して配置される。分散部４８は、図３に示すように、２枚の円盤４９，５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤４９，５０間には、円盤４９，５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路５１（環状スリット）が形成されている。
【００５２】
２枚の円盤４９，５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図３に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路５１には、外径側から内径側に向かうに従って流路５１の間隙が縮小していく流路縮小部５１ａが設けられる。また、この流路縮小部５１ａの内径側で流路５１の隙間が外径側から内径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部５１ｂが形成され、これら流路縮小部５１ａと流路拡大部５１ｂとの間に流路５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部５１ｃが設けられている。このように、環状スリットは、外径側から内径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのも好ましい。
【００５３】
前部軸受箱３１を貫通する管路として設けられた気体供給流路４０は、循環空間３７の回転軸３０の近接位置に開口する。
【００５４】
次に、図２、図３を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００５５】
キャンドモータの回転軸３０が回転すると、インペラ４３も一体に回転し、液体を液体供給口３９より取り入れる。インペラ４３が回転することにより、液体が回転軸から遠心方向に送られ、一部が液体流出口３８から流出する。
【００５６】
インペラ４３の回転により収納室３５内において圧力分布が生じる。圧力分布は、回転軸３０から離れるにつれて圧力が高くなり、図３に示すように、回転軸３０から遠い側の領域Ａ２の方が、回転軸３０に近い側の領域Ａ１よりも高圧になる。
【００５７】
液体流出口３８から流出しなかった液体は、インペラ４３の循環空間３７へ移動する。循環空間３７では、気体供給流路４０から取り込まれた空気と液体とが存在している。循環空間３７の圧力は、回転軸３０近傍の流体の領域Ａ３の圧力よりも高いため流体は回転軸に近づくように移動する。このとき、気液混合物は、分散部４８の分散流路５１に設けられた流路縮小部５１ａおよび流路拡大部５１ｂを順に通過して回転軸３０に近づく方向に移動する。そして、気液混合物が流路縮小部５１ａを経て流路拡大部５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００５８】
この気体微細化は、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部５１ｃおよび流路拡大部５１ｂの隙間寸法などによって決定される。例えば、気体の流速がある閾値以下であると、気泡の径が小さくならず十分な微細化が行われない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、間隙最小部５１ｃおよび流路拡大部５１ｂの隙間寸法によって調整することができる。一方、液体の流速が閾値以上になると、気泡の径は小さくなって十分な微細化が行われる。分散流路５１に設けられた流路拡大部５１ｂがベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が分散部４８の流路５１内を通過することにより、気体を微細化することができる。分散流路（環状スリット）５１の流路拡大部５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さくすることが多いが、前記拡がり角度は前記縮小角度と同じか又はそれより大きくてもよい。
【００５９】
インペラ本体部４５の裏面側に設けられた循環羽根４７は、放射流を発生させ、循環空間３７内の気液分散流体を回転軸３０側から遠心方向に移動させる。上記の通り、循環空間３７内の回転軸近傍には、分散部４８を通過して微細化された気液分散流体が存在しているため、この流体が回転軸３０側から遠心方向に移動する。
【００６０】
また、循環羽根４７の回転により、回転軸３０に近傍の領域Ａ３と循環羽根４７の外側領域Ａ４における流体の圧力が高くなるため、インペラ本体部４５の循環空間３７内の流体が遠心方向及び求心方向へ循環流動する。また、循環羽根の回転による遠心圧力場の形成により、気体供給流路４０の出口は負圧になり、空気の自吸が促進される。
【００６１】
なお、本実施形態では、循環空間３７内の流体の循環を促進するため、分散部４８のインペラに近い側に設けられている円盤５０には、回転軸側へ伸びる仕切り部５０ａが設けられている。円盤５０によって、循環空間３７内を仕切ることにより（３７ａ、３７ｂ）、仕切り部５０ａを含む円盤５０とインペラの本体部に対する対向面との空間、すなわち、分散流路５１では、流体は求心方向へ移動しやすくなり、また、循環羽根４７が位置するインペラの本体部４５と円盤５０との空間では、流体が遠心方向へ移動しやすくなる。このような構成を採用することにより、循環空間３７内の流体の循環が促進され、また、流体が分散部４８をより効率よく通過することとなるため、超微細気泡の発生を促進することができる。
【００６２】
本実施形態にかかる超微細気泡発生ポンプは、収納室３５内で遠心羽根４６によって加圧された流体の一部が遠心羽根４６の背後で循環流を起こす機構を有している。また、循環流路に空気を自吸させることができ、その自給させた空気を遠心羽根４６の流れに合流させて、液体流出口３８から流出させることができる。また、循環流の途中に分散部を備え、気泡の微細化を行うことができるため、液体の搬送と微細気泡の生成とを１つの装置で行うことができる。また、収納室３５内に循環羽根４７を備えることで、加圧条件下での使用であっても、差圧を発生させることができ、気泡の微細化を行うことができる。
【００６３】
なお、上記の例では、循環羽根４７が２つの円盤４９，５０で区画された領域の外側に設けられているが、循環羽根４７を２つの円盤４９，５０で区画された領域の内側に設けるとともに、２つの円盤４９，５０で区画された領域内に流体が流入する流路を設けることもできる。このような実施形態では、上記の例とは逆に、２つの円盤４９，５０で区画された領域内に流入した流体（ポンプのインペラ４３で加圧された流体）が分散流路（環状スリット）を、流路縮小部、間隙最小部、流路拡大部の順に通過して、前記領域の外側に（遠心方向に）噴出し、超微細気泡が発生する。
【００６４】
また、上記の例では、分散部４８がインペラ４３の近傍に設けられているが、インペラ４３で加圧された後に気液混合物中に超微細気泡を発生させる（例えば、環状スリットを通過させることにより）機構を有する限り、分散部４８はインペラ４３から離隔した位置に設けられていてもよい。
【００６５】
図４は本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の他の例を示す断面図である。図５は、図４の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプのポンプ部及び分散部（超微細気泡発生部）の部分拡大図（断面図）である。図４、図５において、矢印は液体、気液混合物の流れ方向を示す。図４において、「ＭＢ発生部」とは分散部（超微細気泡発生部）を意味する。
【００６６】
この超微細気泡発生ポンプは、液体中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、モータ部（キャンドモータ部）とポンプ部と超微細気泡発生部とからなっている。２３０はキャンドモータの回転軸である。
【００６７】
ポンプ部には、液体供給口２３９、気体供給流路２４０及びエア抜きバルブ２６０が設けられてる。液体供給口２３９は、キャンドモータの回転子の回転軸２３０の延在位置に設けられ、エア抜きバルブ２６０は、回転軸２３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。２５９はバルブである。
【００６８】
ポンプ部内には、インペラ（ポンプインペラ）２４３が収納される。インペラ２４３は、キャンドモータの回転軸２３０の先端に取り付けられている。図４、図５に示すように、インペラ２４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根２４６を備えた構成となっている。インペラ２４３の高速回転により、液体供給口２３９付近は負圧となり、空気が気体供給流路２４０から自吸される。
【００６９】
液体供給口２３９及び気体供給流路２４０からポンプ部内に流入した液体と気体（空気）は遠心羽根２４６により混合され、遠心方向に移行した後、ポンプ部とモータ部の間に設けられた超微細気泡発生部に流入する。超微細気泡発生部は、図５に示すように、２枚の円盤２４９，２５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤２４９，２５０間には、その周縁部において、円盤２４９，２５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路２５１（環状スリット）が形成されている。また、２枚の円盤２４９，２５０で区画された領域内において、回転軸２３０に回転体２５２が設けられており、回転体２５２は円盤２５２ａと複数の遠心翼２５２ｂにより構成されている。
【００７０】
２枚の円盤２４９，２５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図５に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路２５１には、内径側から外径側に向かうに従って流路２５１の間隙が縮小していく流路縮小部２５１ａが設けられる。また、この流路縮小部２５１ａの外径側で流路２５１の隙間が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部２５１ｂが形成され、これら流路縮小部２５１ａと流路拡大部２５１ｂとの間に流路２５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部２５１ｃが設けられている。
【００７１】
次に、図４、図５を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００７２】
キャンドモータの回転軸２３０が回転すると、インペラ２４３も一体に回転し、液体を液体供給口２３９から、気体（空気）を気体供給流路２４０から取り入れる。インペラ２４３が回転することにより、気液混合物が回転軸から遠心方向に送られ、さらに超微細気泡発生部に移動する。
【００７３】
超微細気泡発生部では、回転軸２３０の高速回転により、気液混合物は２枚の円盤２４９，２５０で区画された領域内に流入し、回転体２５２の遠心翼２５２ｂの回転により、分散部２４８の分散流路２５１に設けられた流路縮小部２５１ａおよび流路拡大部２５１ｂを順に通過する。そして、気液混合物が流路縮小部２５１ａを経て流路拡大部２５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ２４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００７４】
この気体微細化は、前述したように、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部２５１ｃおよび流路拡大部２５１ｂの隙間寸法などによって決定される。分散流路（環状スリット）２５１の流路拡大部２５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部２５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さくすることが多いが、前記拡がり角度は前記縮小角度と同じか又はそれより大きくてもよい。
【００７５】
図６は本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）のさらに他の例を示す断面図である。図６において、矢印は液体、気液混合物の流れ方向を示す。また、「ＭＢ発生部」とは分散部（超微細気泡発生部）を意味する。
【００７６】
この超微細気泡発生ポンプは、液体中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、モータ部（キャンドモータ部）とポンプ部と超微細気泡発生部とからなっている。３３０はキャンドモータの回転軸である。ポンプ部と超微細気泡発生部はモータ部を挟んでその両側に設けられている。
【００７７】
ポンプ部には、液体供給口３３９、気体供給流路３４０が設けられてる。液体供給口３３９は、キャンドモータの回転子の回転軸３３０の延在位置に設けられいる。３５９はバルブである。
【００７８】
ポンプ部内には、インペラ（ポンプインペラ）３４３が収納される。インペラ３４３は、キャンドモータの回転軸３３０の先端に取り付けられている。図６に示すように、インペラ３４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根３４６を備えた構成となっている。インペラ３４３の高速回転により、液体供給口３３９付近は負圧となり、空気が気体供給流路３４０から自吸される。
【００７９】
液体供給口３３９及び気体供給流路３４０からポンプ部内に流入した液体と気体（空気）は遠心羽根３４６により混合され、その一部はキャンドモータの冷却用として用いられ（冷却ラインを循環した後、ポンプ部に戻る）、残りは遠心方向に移行した後、中間配管３７０を通って超微細気泡発生部に流入する。超微細気泡発生部は、図６に示すように、２枚の円盤３４９，３５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤３４９，３５０間には、その周縁部において、円盤３４９，３５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路３５１（環状スリット）が形成されている。また、２枚の円盤３４９，３５０で区画された領域内において、回転軸３３０に回転体３５２が設けられており、回転体３５２は円盤３５２ａと複数の遠心翼３５２ｂにより構成されている。
【００８０】
２枚の円盤３４９，３５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図６に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路３５１には、内径側から外径側に向かうに従って流路３５１の間隙が縮小していく流路縮小部３５１ａが設けられる。また、この流路縮小部３５１ａの外径側で流路３５１の隙間が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部３５１ｂが形成され、これら流路縮小部３５１ａと流路拡大部３５１ｂとの間に流路３５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部３５１ｃが設けられている。なお、超微細気泡発生部には、エア抜きバルブ３６０が、回転軸３３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。
【００８１】
次に、図６を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００８２】
キャンドモータの回転軸３３０が回転すると、インペラ３４３も一体に回転し、液体を液体供給口３３９から、気体（空気）を気体供給流路３４０から取り入れる。インペラ３４３が回転することにより、気液混合物が回転軸から遠心方向に送られ、中間配管３７０を通ってＭＢ発生部に移動する。
【００８３】
ＭＢ発生部では、回転軸３３０の高速回転により、気液混合物は２枚の円盤３４９，３５０で区画された領域内に流入し、回転体３５２の遠心翼３５２ｂの回転により、分散部３４８の分散流路３５１に設けられた流路縮小部３５１ａおよび流路拡大部３５１ｂを順に通過する。そして、気液混合物が流路縮小部３５１ａを経て流路拡大部３５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ３４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００８４】
この気体微細化は、前述したように、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部３５１ｃおよび流路拡大部３５１ｂの隙間寸法などによって決定される。分散流路（環状スリット）３５１の流路拡大部３５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部３５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さいのが好ましい。
【００８５】
図２〜図６で示される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置を用いた場合、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡含有原液を得ることができ、気泡径２〜５μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡混合液を得ることができる。
【００８６】
上記の例では、送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）を用いているが、送液ポンプと超微細気泡発生装置とを別々の機器、装置として用いることもできる。例えば、通常の送液ポンプ（送水ポンプ等）の下流側（吐出側）に超微細気泡発生装置７を設けてもよい。この場合、気体（空気）を原水中に導入するエア吸引口（気体供給手段；空気供給口）を、適宜な箇所、例えば、送液ポンプの上流側に設ける。
【００８７】
超微細気泡発生装置７について、以下に詳しく説明する。
【００８８】
図７は超微細気泡発生装置７の一例を示す断面図である。この例では、超微細気泡発生装置７は、直径と比較して高さの低い円筒状の筐体７１と、該筐体７１の内部に水平に設置されている上下２つの円盤７４，７５とで構成されている。筐体７１の下部には気液混合物流入口７２が設けられており、上部には気液混合物流出口７３が設けられている。２つの円盤のうち下に位置する円盤７４はドーナッツ状であり、筐体７１の内部の底面に設置されている。２つの円盤のうち上に位置する円盤７５は円盤７４とほぼ同径の円板状であり、円盤７４を覆うように設置されている。円盤７４と円盤７５の対向面周縁部の周方向には、送水ポンプ６により圧力がかけられた気液混合物を通過させて外方向に噴出させる環状スリットが形成されている。気液混合物の噴出方向は、気液混合物流入口から円盤７４と円盤７５とで区画される領域に流入する気液混合物の流入方向に対して直交する方向である。圧力がかけられた気液混合物が環状スリットを通過する際、超微細気泡が多数生成し、この超微細気泡を含んだ気液混合物（超微細気泡混合液）が気液混合物流出口７３から流出し、膜モジュール１１に供給される。図７中の矢印は気液混合物の流れを示す。気液混合物流出口７３が筐体７１の上部に設けられているため、気体が滞留せず、超微細気泡混合液がスムーズに膜モジュール６に供給される。
【００８９】
超微細気泡発生装置７では、例えば環状スリットの構造、気液混合物の環状スリットにおける通過速度、気体と液体の供給割合等を調整することにより、超微細気泡混合液中の（超）微細気泡の気泡径、気泡径分布、及び気泡の個数を制御することができる。気泡の個数、気泡径、気泡径の分布等は、前記のように、パーティクルカウンターを用いて測定することができる。
【００９０】
環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から拡大するように設けられた流路拡大部７８を備えているのが好ましい。環状スリットがこのような構造を有すると、気液混合物が高速で通過して噴出することにより、流路間隙の変化によって、気液混合物中に超微細気泡が発生する。これは、気液混合物が内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から連続的に拡大する流路（流路拡大部７８）を通過する際に、気液混合物の流速が変化して圧力が変化するためである。
【００９１】
上記好ましい環状スリットの構造においては、少なくとも内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から拡大するように設けられた流路拡大部７８を備えている限り特に限定されず、例えば、間隙最小部７７の内径側に、間隙最小部に向かって連続的に流路が縮小する流路縮小部７６を有していてもよい。また、環状スリットは、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が減少する構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が減少する構造を有していてもよい。本発明では、超微細気泡を効率よく発生させる観点から、環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えることが好ましい。
【００９２】
環状スリットの流路拡大部７８における拡がり角度（断面での拡がり角度）θ２は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部７６における縮小角度（断面での縮小角度）θ１より小さくする場合が多いが、θ２はθ１と等しいか又はそれより大きくてもよい。
【００９３】
上記のような構造を有する超微細気泡発生装置７を用いることにより、気泡径２〜５０μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡含有原液を得ることができる。また、上記のような構造を有する超微細気泡発生装置７を用いた場合、気泡径２〜５μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡混合液（超微細気泡含有固体分散液）を得ることができる。
【実施例】
【００９４】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００９５】
実施例１
図１に示す固体の回収方法（回収設備）により、固体分散液から固体を回収した。なお、エアチャンバー１８及びバグフィルター１５は設けていない。濾過装置１１内の濾過フィルター１４として、ＳＵＳ特殊焼結金網製円筒型エレメント（セントラルフィルター工業社製、商品名「ＰＭ−Ａ−Ｃ６５＊４０＊２５０−ＧＬ」、濾材寸法Φ６５／Φ４０×２５０Ｌ、濾過面積０．０５ｍ2、エレメント内容積８２９ｃｃ）を円筒状のハウジング内に充填したものを用いた。超微細気泡発生ポンプ６として図６に示すポンプ（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）を用いた。また、原液（固体分散液）として、水に生化学用カオリン（和光純薬工業社製）（固体；平均粒子径約２μｍ）を３００重量ｐｐｍ添加した分散液を用いた。濾過圧力は０．２ＭＰａ（ゲージ圧）である。固体分散液中の固体の回収手順は以下の通りである。なお、濾過運転前においては、濾過装置内は水で満たされた状態となっている。
（１）超微細気泡発生ポンプ６により超微細気泡を含有させた原液を、バルブＶ−３（濾過装置入口バルブ）側から濾過フィルター１４内の特殊エレメントで濾過し、バルブＶ−５（濾過液排出バルブ）より濾過液を排出する（バルブＶ−４、Ｖ−６は閉）［濾過運転］。この濾過運転を所定時間（３分）行った。濾過流量は５Ｌ／ｍｉｎに設定した。
（２）濾過運転の状態で、バルブＶ−５を閉止することで、濾過フィルター１４内部をポンプ吐出圧まで昇圧する［加圧工程］。
（３）昇圧完了後、バルブＶ−３（濾過装置入口バルブ）を閉止し、濾過フィルター１４を加圧状態のまま、密閉する［圧力保持工程］。
（４）バルブＶ−６（濃縮液排出バルブ）を一気に開け、濾過フィルター１４内部の圧力を一次側（濃縮液排液側）方向へ脱圧し、特殊エレメントに堆積した固体（カオリン）を剥離させ、該固体を高濃度で含む濃縮液を回収する［脱圧工程］。
この一連の操作を１５回行った。１回ごとに排出される固体を含む濃縮液中に含まれる固体の量［カオリン排出量（ｇ）］を測定した。その結果を表１及び図８に示す。表中の数字はカオリンの排出量（ｇ）を示す。
【００９６】
比較例１
原液供給ポンプとして超微細気泡発生ポンプの代わりに通常の送液ポンプを用いた（超微細気泡を含有しない原液を供給した）こと以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果を表１及び図９に示す。
【００９７】
【表１】
【００９８】
運転開始時（初期）は、フィルター内部に存在した清水と原液（固体分散液）の置換が行われている状態であるため、実施例１及び比較例１のいずれにおいてもカオリンの取得量は少ないが、置換完了後のカオリン排出量は、超微細気泡（マイクロバブル）を使用した方（実施例１）は、終始安定した状況を示した。実施例１において排出される排液量は、１回につきほぼ１５０ｃｃで安定しており、カオリンの排出量は平均で４ｇ／回となった。一方、超微細気泡（マイクロバブル）を添加しなかった方（比較例１）では、カオリン排出量は回ごとにばらつきが大きく不安定な値となった。カオリンの平均排出量は１．３ｇ／回であった。
【００９９】
原液におけるカオリン濃度は３００ｐｐｍであることから、原液中のカオリンの量は０．３ｇ／Ｌであり、原液１５０ｃｃ中には約０．０４５ｇのカオリンが存在することになる。濾過を行った状況で、カオリンを１００％濾材が阻止したと仮定した場合、濾過フィルターのエレメントに付着する連続濾過１回当たりのカオリンの量を算出すると、０．３ｇ×５Ｌ／ｍｉｎ×３分間＝４．５ｇとなる。仮にカオリンが１回ごとの上記操作で１００％回収された場合、１回当たり４．５ｇ回収されることになる。この計算上の数値と実運転での数値を比較した場合、カオリンの回収率は、実施例１では８８％、比較例１では２９％であった。
【０１００】
また、濃縮力で考えると、実施例１では、４９．５ｇ（１５回の総カオリン排出量）／２２５０ｃｃ（１５回の総排液量）×１００＝約２．２重量％、比較例１では、１５．５ｇ（１５回の総カオリン排出量）／２２５０ｃｃ（１５回の総排液量）×１００＝約０．７重量％となり、実施例１では７３倍に濃縮され、比較例１では２３倍濃縮されたことになる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 原液供給ライン（原液補充ライン）
２ 循環ライン（原液戻りライン）
３ 原液タンク
４ 原液供給ライン
５ エア吸引口
６ 超微細気泡発生ポンプ（原液供給ポンプ）
７ 超微細気泡発生装置
８ バルブ
９ 流量調整バルブ
１０ 原液流入口（超微細気泡含有原液供給口）
１１ 濾過装置
１２ 濃縮液排出口
１３ 濾過液流出口
１４ 濾過フィルター（又は分離膜）
１５ バグフィルター
１６ 濾過液排液ライン
１７ バグフィルター濾液ライン
１８ エアチャンバー
１９ 圧力計
２０ 流量計
３０，２３０，３３０ キャンドモータの回転軸
３１ 前部軸受箱
３２ 前部軸受箱のインペラ本体部４５の対向面
３３ 潤滑液排出口
３４ 筐体
３５ 収納室
３６ 送液空間
３７ 循環空間
３８，２３８，３３８ 液体流出口
３９，２３９，３３９ 液体供給口
４０，２４０，３４０ 気体供給流路
４１ 潤滑液管路
４２ ボルト
４３，２４３，３４３ インペラ
４４ ボルト
４５ インペラ本体部
４６，２４６，３４６ 遠心羽根
４７ 循環羽根
４８，２４８，３４８ 分散部
４９，２４９，３４９ 円盤
５０，２５０，３５０ 円盤
５０ａ 仕切り部
５１，２５１，３５１ 分散流路
５１ａ，２５１ａ，３５１ａ 流路縮小部
５１ｂ，２５１ｂ，３５１ｂ 流路拡大部
５１ｃ，２５１ｃ，３５１ｃ 間隙最小部
２５９，３５９ バルブ
２６０，３６０ エア抜きバルブ
３７０ 中間配管
７１ 筐体
７２ 気液混合物流入口
７３ 気液混合物流出口
７４ 円盤
７５ 円盤
７６ 流路縮小部
７７ 間隙最小部
７８ 流路拡大部
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体分散液からの固体の回収方法、より詳しくは、超微細気泡と、濾過フィルター又は分離膜を備えた濾過装置とを用いて、固体分散液から固体を回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法としては、フィルターを用いて濾過する方法、遠心分離機による方法などが知られている。しかし、フィルターを用いて濾過する方法は、固体粒子が極めて小さい場合には、フィルターが目詰まりして効率よく回収できないという問題がある。また、遠心分離機による方法は、大量処理、連続処理が困難という問題がある。
【０００３】
特開２０１０−７５８４４号公報には、触媒を含む反応液に、ｐＨ調整剤や界面活性剤を添加して触媒粒子を成長させた後、濾過等により回収する方法が開示されている。しかし、この方法では、触媒粒子を成長させるための薬剤が必要であり、作業性、コストの点で不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７５８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、固体が液体に分散した固体分散液から、該固体を簡単な操作でかつ極めて効率よく回収できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を特定の濾過装置に供給し、特定の操作を行うことで、効率よく固体を回収できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法であって、前記固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収することを特徴とする固体分散液からの固体の回収方法を提供する。
【０００８】
この回収方法において、超微細気泡含有固体分散液は、固体分散液中に気体を混合して得られる気液混合流体を、原液供給ポンプによる高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路を流通させ、流路内で形成される気液混合流体の高速せん断流の流速と圧力を変化させて超微細気泡を発生させることにより得られる超微細気泡含有固体分散液であることが好ましい。
【０００９】
なお、本明細書では、濾過フィルターを通過した濾過液及び分離膜を通過した透過液を「濾過液」と総称する。また、濾過フィルター及び分離膜を「膜」、濾過フィルターによる濾過及び分離膜による濾過を「膜濾過」と総称する場合がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体分散液からの固体の回収方法によれば、固体分散液中の固体、例えば触媒等を簡単な操作でかつ極めて効率よく回収することができる。特に、平均粒子径が１０μｍ程度以下の微細な固体粒子であっても濾過フィルター等の目詰まりを起こすことなく高い回収率で回収することができる。また、連続的に濾過運転が可能であり、固体を高濃度分散液として濃縮液排出口から簡易に得られるだけでなく、濾過フィルター等の目詰まりを抑制できるので、フィルタ交換等の定期的なメンテナンスがほとんど不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体の回収方法の一例を示す概略説明図（概略フロー図）である。
【図２】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の一例を示す部分断面図（送液分散部の断面図）である。
【図３】図２の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプの収納室の部分拡大図（断面図）である。
【図４】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の他の例を示す断面図である。
【図５】図４の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプの部分拡大図（断面図）である。
【図６】本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）のさらに他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の方法で使用される超微細気泡発生装置の一例を示す断面図である。
【図８】実施例１におけるカオリンの排出量を示すグラフである。
【図９】比較例１におけるカオリンの排出量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において、固体分散液（「原液」と称する場合がある）としては、固体が液体に分散した液であれば特に限定されないが、通常、有価物質である固体粒子（例えば、使用済の触媒等）が液体に分散した分散液が用いられる。前記固体粒子は、必ずしも球状である必要はなく、鱗片状、繊維状等のいずれの形状であってもよい。固体には、無機粒子、有機粒子、これらの混合物などが含まれる。無機粒子としては、例えば、金属粒子、金属酸化物等の金属化合物からなる粒子、非金属化合物からなる粒子、これらの粒子が担体に担持された固体粒子などが挙げられる。有機粒子としては、ポリマー粒子などが挙げられる。固体粒子の平均粒子径は、例えば、１０００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。固体粒子の平均粒子径の下限は、濾過フィルター又は分離膜の孔径によって定まる。
【００１３】
前記固体の分散媒である液体としては、水、有機溶媒、これらの混合液が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール（一価アルコール、多価アルコール）；酢酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル；ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素；塩化メチレン、四塩化炭素、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド；Ｎ−ビニルピロリドンなどのラクタム；γ−ブチロラクトンなどのラクトン；エチレンカーボネートなどのカーボネート；スルホン；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド；これらの混合物などが挙げられる。これらの中でも、水、又は水と有機溶媒の混合液が好ましい。
【００１４】
固体分散液中の固体の含有量は、濾過運転が可能な濃度であれば特に限定されないが、例えば、１０重量％以下、好ましくは１重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下である。該固体含有量の下限は、例えば、１重量ｐｐｍ、好ましくは１０重量ｐｐｍ、さらに好ましくは５０重量ｐｐｍである。
【００１５】
本発明の固体の回収方法では、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置を用いる。濾過フィルターとしては、特に限定されず、例えば孔径１μｍ以上２５μｍ未満程度の種々の材質、形状の濾過フィルターを使用できる。濾過フィルターの材質としては、例えば、金属（金網）、プラスチック、紙などが挙げられる。濾過フィルター（エレメント）の形状としては、例えば、円筒型、プレート＆フレームタイプエレメントなどが挙げられる。濾過フィルター（濾材エレメント）の内容積としては、例えば、５０〜５０００ｍＬ、好ましくは１００〜２０００ｍＬ程度である。また、濾過フィルター（濾材エレメント）の濾過面積は、例えば０．００１〜１ｍ2、好ましくは０．００５〜０．５ｍ2程度である。
【００１６】
分離膜としては、特に限定されず、限外濾過膜、精密濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などが挙げられる。限外濾過（ＵＦ）膜とは分子量５００〜３０万の物質（分子サイズとして０．００１〜０．０３μｍ程度）を分離対象とする分離膜であり、通常のナノ濾過膜の範疇も含む。精密濾過（ＭＦ）膜は粒径０．０２〜２μｍの粒子を分離対象とする分離膜である。従って、限外又は精密濾過膜の孔径は０．００１〜２μｍであるが、より好ましくは、０．０１〜１μｍである。また、逆浸透（ＲＯ）膜は塩類や分子量５００程度までの物質を分離対象とする分離膜（分子サイズとして１Å〜０．００１μｍ程度）である。
【００１７】
分離膜の材質としては、一般的なもの、例えば、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、セラミックなどを使用できる。これらの中でも、限外濾過膜の材質としては酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミドが好ましく、精密濾過膜の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、セラミックが好ましい。逆浸透膜の材質としては、酢酸セルロース、芳香族ポリアミドなどが好ましい。
【００１８】
分離膜を備えた濾過装置として、膜モジュールが挙げられる。膜モジュールとしては、中空糸型濾過膜モジュール、平板モジュール、チューブラーモジュール、スパイラルモジュール等の何れであってもよいが、分離膜表面に堆積した固体の分離が比較的容易に行える点から、中空糸型濾過膜モジュールが好ましい。中空糸型濾過膜モジュールにおける中空糸膜の内径は、中空糸膜の内側に気泡径５０μｍ以下の微細気泡を効果的に通過させるとともに、汚染物質の閉塞の防止、中空糸充填率の向上という観点から、０．１〜２．０ｍｍ程度の範囲が好ましく、０．５〜１．０ｍｍの範囲がさらに好ましい。
【００１９】
中空糸膜としては、酢酸セルロース系中空糸膜、ポリスルホン系中空糸膜、ポリアクリロニトリル系中空糸膜、ポリフッ化ビニリデン中空糸膜等を挙げることができるが、これらの中でも、低い膜間圧力で運転することができ、膜のファウリングも抑制しやすいことから、酢酸セルロース系中空糸膜が好ましい。また、外表面側の細孔より内表面側の細孔の方が小さい孔径のものが内圧式としては好適である。
【００２０】
本発明では、濾過装置の濾過液側に、気体を満たすエアチャンバー（エアホールドタンク）を設けてもよい。エアチャンバーを設ける場合には、原液供給ポンプ（「送液ポンプ」と称する場合がある）により超微細気泡含有固体分散液を濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させる際、該固体を効率よく且つ確実に膜表面から剥離させることができる。
【００２１】
エアチャンバーの形状、材質、大きさとしては、特に限定されず、濾過装置の大きさ、洗浄操作の操作性、安全性等を考慮して適宜選択できる。エアチャンバーの形状としては、例えば、円筒状、バルーン状（内部が空洞の球状、楕球状等）等の何れであってもよい。エアチャンバーの材質としては、例えば、金属（ステンレス、チタン等）、ガラス、プラスチック等の何れであってもよい。エアチャンバーの大きさとしては、円筒状の場合、直径は、例えば５ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、内部空間の高さ（長さ）は、例えば１０ｍｍ〜１０００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。
【００２２】
エアチャンバーの内容積は、例えば２０ｍＬ〜３０Ｌ、好ましくは２５ｍＬ〜１Ｌ、さらに好ましくは２５ｍＬ〜５００ｍＬ程度である。エアチャンバーの内容積が小さすぎると、フィルター又は分離膜の表面の堆積物の剥離性が低下しやすくなり、大きすぎると、コスト面等で無駄が増大する。
【００２３】
エアチャンバーの取付け位置としては、濾過装置の濾過液側であって、エアを貯留できる箇所であればよいが、濾過運転時において濾過液の水面より上方に取り付けるのが好ましい。
【００２４】
エアチャンバーに満たす気体としては、空気、窒素、アルゴンなどが挙げられるがこれらに限定されない。濾過装置の濾過液側にエアチャンバーを設ける場合には、固体回収時、濾過装置内の圧力を急激に降下させる際、濾過フィルター又は分離膜に強い衝撃を与えるとともに、圧力降下時の気体の膨張は水に比して著しく大きいため、二次側（濾過液側）の水を一次側（原液側、濃縮液側）に押し出すキャパシティアップの効果が得られる。
【００２５】
次に、超微細気泡含有固体分散液（超微細気泡含有原液）について説明する。
【００２６】
本明細書において、超微細気泡とは、発生時において気泡径５０μｍ以下の気泡をいう。気泡径は、発生時において５０μｍ以下が好ましく、更に好ましくは発生時において気泡径１０μｍ以下である。超微細気泡は、発生時において例えば１０μｍ程度であっても時間とともに徐々に小さくなる現象がある。本発明においては、濾過装置に流入させる超微細気泡含有原液中に含まれる気泡径２〜５０μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）は、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上、好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上であり、特に２０００個／ｍＬ以上が好ましい。なお、膜モジュールに流入させる超微細気泡含有原液には、気泡径５０μｍ以上の気泡が含有されていてもよい。
【００２７】
本発明では、超微細気泡含有原液を用いるため、固体回収時に濾過装置内の圧力を急激に降下させる際、濾過面の堆積物にしみ込んだ原液中の超微細気泡が急激に膨張して、堆積物を細かく粉砕する。このため、濾過フィルター又は分離膜の濾過面から固体を極めて効率よく剥離できる。なお、超微細気泡は、濾過面の堆積物をはぎ取り且つ粉砕するだけでなく、静電気的な作用によるためか、一旦剥離した固体粒子を再び膜表面に付着させない働きをする。
【００２８】
超微細気泡含有原液は、超微細気泡源としての気体を原液中に混入させた気液混合流体に高速せん断を与えたり、或いは該気液混合流体を間隙の変化する流路を流通させ、流路間隙の変化によって該気液混合流体の流速と圧力を変化させて、主に５０μｍ以下のサイズの気泡を発生させる超微細気泡発生装置（例えば、発生する全気泡の７０％以上が気泡径５０μｍ以下の気泡である超微細気泡発生装置）により調製することができる。超微細気泡発生方法としては、一般に、薬品を用いる方法、気体を過飽和に溶解させてから圧力低下させて発生させる方法、流体に気体を混合させて高速せん断を与える方法、気液混合流体の流路間隙を変化させて該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法などがある。超微細気泡の発生方法が異なると、発生した超微細気泡の性質は大きく異なることが一般に知られている（大成博文：マイクロバブルのすべて、日本実業出版 ｐ1−285、2006）。
【００２９】
超微細気泡の発生方法としては、原液中に気体を混入させて高速せん断を与える方法や、気液混合流体の流路間隙を変化させて該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法が好ましい。高速せん断を与える方法としては、液体と気体を円筒形状の中で超高速旋回させることによって気泡を発生させる方法、気液混合流体を高速で環状スリットに通過させて気泡を発生させる方法などがある。特に、気液混合流体を環状スリットに通過させて噴出させることにより、液中に超微細気泡を発生させる環状スリットを備えた装置が好適である。この環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい（この場合、気液混合流体は内径側から外径側に向かって流れる）。なお、環状スリットは、外径側から内径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているものであってもよい（この場合、気液混合流体は外径側から内径側に向かって流れる）。気液混合流体を環状スリットに通過させて噴出させる際、遠心翼を備えた回転体の高速回転で発生する高圧を利用して環状スリットを通過させてもよい。また、気液混合流体の流路間隙を変化させることにより該気液混合流体の流速と圧力を変化させる方法としては、例えば、気液混合流体を高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路（例えば、環状スリット）を流通させる方法などが挙げられる。
【００３０】
本発明では、原液供給ポンプでの加圧後（より具体的には原液供給ポンプのポンプインペラの回転による加圧後）において、超微細気泡を発生させつつ、前記原液供給ポンプによる加圧膜濾過を行ってもよい。原液供給ポンプにより圧力が高められた状態で発生した超微細気泡は、膜を通過する際の圧力降下により膨張するとともに、高圧下で溶解した気体が膜（ならびに膜孔）を流通する際の圧力降下により極めて多数の超微細気泡が発生する。濾過フィルターを用いる場合、原液供給ポンプの吐出側の圧力（すなわち、膜濾過時の濾過圧力）は、例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０１〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧）］である。限外又は精密濾過膜モジュールを用いる場合、原液供給ポンプの吐出側の圧力（すなわち、膜濾過時の濾過圧力）は、例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０１〜０．１ＭＰａ（ゲージ圧）］、好ましくは０．０２ＭＰａ（ゲージ圧）以上［例えば、０．０２〜０．０８ＭＰａ（ゲージ圧）］である。膜モジュールとして逆浸透膜モジュールを用いる場合には、液供給ポンプの吐出側圧力は、限外又は精密濾過膜モジュールの場合の１００倍程度高いため、液供給ポンプの吐出側の圧力は、例えば１ＭＰａ以上［例えば、１〜７ＭＰａ（ゲージ圧）］であり、高圧ポンプが必要である。
【００３１】
超微細気泡源となる気体（空気等）の導入位置（気体供給手段の設置箇所）は、濾過装置及び超微細気泡を発生させる装置（超微細気泡発生装置）の上流側であれば特に制限はないが、導入された気体と原液とを原液供給ポンプの回転羽根などで効率よく混合できる点で、前記原液供給ポンプの上流側（ポンプインペラの回転による加圧前）であるのが好ましく、特に、前記原液供給ポンプの直前（ポンプインペラの回転による加圧直前）であるのが好ましい。気体の供給量は、原液供給ポンプの吐出流量１ｍ3／ｈあたり、例えば０．００５〜０．５０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）、好ましくは０．０３〜０．３０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）、さらに好ましくは０．０５〜０．３０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）である。気体の供給量は、少なすぎれば超微細気泡の数が少なくなり、多すぎれば超微細気泡の大きさが５０μｍ以上のものの割合が多くなり、いずれも濾過装置の汚れや目詰まりを効果的に防止できなくなる。なお、気体の供給量が少なくても、超微細気泡が発生すれば、ある程度の効果が得られる。
【００３２】
また、超微細気泡の発生を原液タンク内で行ってもよい。この場合は、原液タンク内に超微細気泡発生装置を備え付けることにより、超微細気泡を含有する原液を調製することができる。
【００３３】
本発明では、超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収する。この操作を繰り返すことで、連続的に固体分散液からの固体回収を行うことができる。
【００３４】
濾過運転において、膜濾過方式は、濾過装置の構造等に応じて適宜選択でき、全量濾過方式、クロスフロー濾過方式の何れであってもよい。固体が高濃度化された濃縮液を効率よく得るため、濾過運転時は全量濾過方式が好ましい。
【００３５】
濾過運転を一定時間継続すると、濾過フィルター又は分離膜の膜表面に固体分散液中の固体が堆積する。固体が膜表面に適当量堆積したところで間欠的にあるいは定期的に堆積した固体の分離（剥離）、回収を行う。
【００３６】
本発明の固体の回収方法について、以下、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。図１は本発明の固体の回収方法の一例を示す概略説明図（概略フロー図）である。なお、図中、８はバルブ、９は流量調整バルブ、１９は圧力計、２０は流量計を示す。
【００３７】
原液供給ライン（原液補充ライン）１から原液タンク３に送液貯留された原液（固体分散液）は、原液供給ライン４から超微細気泡発生ポンプ（送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置）６により濾過装置１１に供給される。超微細気泡発生ポンプ６には空気を原液中に導入するエア吸引口（気体供給手段；空気供給口）５が設けられている。エア吸引口５はポンプインペラによる加圧前、加圧後の何れに設けられていてもよいが、自吸できる点からは、ポンプインペラによる加圧前に設けられているのが好ましい。原液供給ライン４は複数設けてもよい。超微細気泡発生ポンプ６としては、後述のものを使用できる。
【００３８】
超微細気泡発生ポンプ６により原液中に超微細気泡が多数生成する。超微細気泡発生ポンプ６で調製された超微細気泡含有原液は、バルブＶ−３（原液入口バルブ）及び流量調整バルブＦＣＶを経て、縦置きに設置された濾過装置１１の側部に設けられた超微細気泡含有原液供給口１０から濾過装置１１に供給される。
【００３９】
濾過装置１１は、円筒状のハウジング内に円筒状の濾過フィルター１４が収容されたものであり、超微細気泡含有原液供給口１０、濾過液流出口１３、濃縮液排出口１２を有している。超微細気泡含有原液供給口、濾過液流出口は少なくとも１つ備えていればよい。なお、超微細気泡眼油原液供給口は濃縮液排出口を兼ねていてもよい。濾過フィルター１４には焼結金網製円筒型エレメント等の濾材エレメントが収容されている。
【００４０】
濾過装置１１において、所定条件下で膜濾過された濾過液は、濾過液流出口１３、バルブＶ−５（濾過液流出口バルブ）を経て、濾過液排液ライン１６より排出される。
【００４１】
濾過運転をある一定時間行った後、膜表面に堆積した固体（堆積物）を膜から剥離して回収する。固体（堆積物）の膜からの剥離、回収操作は、間欠的あるいは定期的に行うことができる。固体分散液の種類、膜の種類等によっても異なるが、例えば、１分〜１０時間（好ましくは、２分〜５時間）連続濾過運転を行った後、膜からの固体の剥離、回収操作を行うという操作を繰り返す。固体の剥離、回収操作は、１０秒〜１分程度で実施できる。濾過運転の際には、通常、バルブＶ−１（原液タンク出口バルブ）、Ｖ−２（原液供給ポンプ吐出側バルブ）、Ｖ−３（濾過装置入口バルブ）、Ｖ−５（濾過液排出バルブ）は開、バルブＶ−４（バイパスラインバルブ）、Ｖ−６（濃縮液排出バルブ）、Ｖ−７（バグフィルター濾液排出バルブ）は閉とする。なお、必要に応じて、Ｖ−６、Ｖ−７を開としてもよい。
【００４２】
固体（堆積物）の膜からの剥離、回収操作は、次のようにして行う。すなわち、濾過装置１１の濾過液側に設けたエアチャンバー１８に気体を満たしておき、超微細気泡発生ポンプ（原液供給ポンプ）６により超微細気泡を含有する原液を濾過装置１１に供給して濾過する濾過運転状態から、Ｖ−５を閉止して、原液供給ポンプ吐出側からＶ−５までの流路をポンプ吐出圧［例えば０．０１ＭＰａ（ゲージ圧）以上（例えば、０．０１〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧））、好ましくは０．０５ＭＰａ（ゲージ圧）以上（例えば、０．０５〜０．５ＭＰａ（ゲージ圧））］まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、Ｖ−６を開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜の堆積物（固体）を原液側に剥離させ、濃縮液とともに濃縮液排出口１２から排出する。なお、エアチャンバー１８は、必ずしも設けなくてもよい。
【００４３】
濃縮液排出口から濃縮液ととともに排出された固体（通常、高濃度固体分散液として排出される）は、バグフィルター１５で濾過し、濾さいとして回収され、必要に応じて乾燥後、使用に供される。バグフィルター１５の濾液はバグフィルター濾液ライン１７より排出される。濃縮液排出口から濃縮液ととともに排出された固体は、濾過することなく、そのまま所望する用途における使用に供してもよい。また、濃縮液ととともに排出された固体の濾過には、必ずしもバグフィルター１５を用いる必要はなく、適宜の濾過手段を用いることができる。
【００４４】
本発明の方法では、濾過装置内が加圧密閉された状態から、濃縮液排出側バルブを開くことで、濾過装置内圧力が一気に降下する。この急激な圧力降下が起こる際に、濾過装置内部（特に、濾過フィルターの濾材エレメントや分離膜に蓄積した堆積物の内部）にしみ込んだ原液中に存在する超微細気泡が膨張し、堆積物が破砕する。これに加えて、原液側（一次側）より圧力降下が生じるため、濾過液側（二次側）の圧力も一次側へ逃げることから、濾過液の逆流が生じ、破砕された堆積物は濾材又は分離膜表面から流れに沿って引き離される。このため、膜表面に堆積した固体が膜表面から効率よく且つ確実に分離されることになる。この方法によれば、全自動運転（タイマー制御）での連続運転が可能である。
【００４５】
次に、超微細気泡発生ポンプについて詳しく説明する。
【００４６】
図２は、送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ或いは超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の一例を示す部分断面図（送液分散部の断面図）である。図３は、図２の送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置の収納室の部分拡大図（断面図）である。
【００４７】
この超微細気泡発生ポンプは、固体分散液（以下、単に「液体」と称することがある）中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、キャンドモータと送液分散部とを備えている。図２ではキャンドモータ部は省略されている。３０はキャンドモータの回転軸であり、３１は前部軸受箱（前部の軸受収納固定部位）である。
【００４８】
筐体３４は、前部軸受箱３１にボルト４２にて液密に締結固定されている。筐体３４と前部軸受箱３１は、収納室３５を画定する。筐体３４には、液体供給口３９及び液体流出口３８が設けられてる。液体供給口３９は、キャンドモータの回転子の回転軸３０の延在位置に設けられ、液体流出口３８は、筐体３４の回転軸３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。
【００４９】
収納室３５内には、インペラ（ポンプインペラ）４３が収納される。インペラ４３は、キャンドモータの回転軸３０の先端にボルト４４により締結される。図２に示すように、インペラ４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部４５内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根４６を備えた構成となっている。また、インペラ本体部４５の裏面側には、循環羽根４７が設けられている。循環羽根４７は、遠心羽根４６に比較して大径に構成されている。
【００５０】
インペラ４３は、収納室３５内において、前部軸受箱３１のインペラ本体部４５の対向面３２とインペラ４３との間に隙間が生じるように構成されている。インペラ本体部４５によって、収納室３５内は、送液空間３６と循環空間３７に区画される。送液空間３６は、インペラ４３の遠心羽根４６によって、収納室３５内の流体を液体流出口３８側に搬送し、循環空間３７では、供給された液体が、インペラ４３の遠心羽根４６及び循環羽根４７によって生じた圧力差によって、インペラ本体部４５の遠心方向及び求心方向に循環する。
【００５１】
前部軸受箱３１のインペラ本体部４５の対向面３２とインペラ４３との間の隙間には、分散部４８が設けられる。分散部４８は、前部軸受箱３１の対向面３２に当接して配置される。分散部４８は、図３に示すように、２枚の円盤４９，５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤４９，５０間には、円盤４９，５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路５１（環状スリット）が形成されている。
【００５２】
２枚の円盤４９，５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図３に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路５１には、外径側から内径側に向かうに従って流路５１の間隙が縮小していく流路縮小部５１ａが設けられる。また、この流路縮小部５１ａの内径側で流路５１の隙間が外径側から内径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部５１ｂが形成され、これら流路縮小部５１ａと流路拡大部５１ｂとの間に流路５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部５１ｃが設けられている。このように、環状スリットは、外径側から内径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのも好ましい。
【００５３】
前部軸受箱３１を貫通する管路として設けられた気体供給流路４０は、循環空間３７の回転軸３０の近接位置に開口する。
【００５４】
次に、図２、図３を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００５５】
キャンドモータの回転軸３０が回転すると、インペラ４３も一体に回転し、液体を液体供給口３９より取り入れる。インペラ４３が回転することにより、液体が回転軸から遠心方向に送られ、一部が液体流出口３８から流出する。
【００５６】
インペラ４３の回転により収納室３５内において圧力分布が生じる。圧力分布は、回転軸３０から離れるにつれて圧力が高くなり、図３に示すように、回転軸３０から遠い側の領域Ａ２の方が、回転軸３０に近い側の領域Ａ１よりも高圧になる。
【００５７】
液体流出口３８から流出しなかった液体は、インペラ４３の循環空間３７へ移動する。循環空間３７では、気体供給流路４０から取り込まれた空気と液体とが存在している。循環空間３７の圧力は、回転軸３０近傍の流体の領域Ａ３の圧力よりも高いため流体は回転軸に近づくように移動する。このとき、気液混合物は、分散部４８の分散流路５１に設けられた流路縮小部５１ａおよび流路拡大部５１ｂを順に通過して回転軸３０に近づく方向に移動する。そして、気液混合物が流路縮小部５１ａを経て流路拡大部５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００５８】
この気体微細化は、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部５１ｃおよび流路拡大部５１ｂの隙間寸法などによって決定される。例えば、気体の流速がある閾値以下であると、気泡の径が小さくならず十分な微細化が行われない。この場合、微細化される気泡の径は、主として、間隙最小部５１ｃおよび流路拡大部５１ｂの隙間寸法によって調整することができる。一方、液体の流速が閾値以上になると、気泡の径は小さくなって十分な微細化が行われる。分散流路５１に設けられた流路拡大部５１ｂがベンチュリ管と同様の効果を呈し、気体を伴った液体が分散部４８の流路５１内を通過することにより、気体を微細化することができる。分散流路（環状スリット）５１の流路拡大部５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さくすることが多いが、前記拡がり角度は前記縮小角度と同じか又はそれより大きくてもよい。
【００５９】
インペラ本体部４５の裏面側に設けられた循環羽根４７は、放射流を発生させ、循環空間３７内の気液分散流体を回転軸３０側から遠心方向に移動させる。上記の通り、循環空間３７内の回転軸近傍には、分散部４８を通過して微細化された気液分散流体が存在しているため、この流体が回転軸３０側から遠心方向に移動する。
【００６０】
また、循環羽根４７の回転により、回転軸３０に近傍の領域Ａ３と循環羽根４７の外側領域Ａ４における流体の圧力が高くなるため、インペラ本体部４５の循環空間３７内の流体が遠心方向及び求心方向へ循環流動する。また、循環羽根の回転による遠心圧力場の形成により、気体供給流路４０の出口は負圧になり、空気の自吸が促進される。
【００６１】
なお、本実施形態では、循環空間３７内の流体の循環を促進するため、分散部４８のインペラに近い側に設けられている円盤５０には、回転軸側へ伸びる仕切り部５０ａが設けられている。円盤５０によって、循環空間３７内を仕切ることにより（３７ａ、３７ｂ）、仕切り部５０ａを含む円盤５０とインペラの本体部に対する対向面との空間、すなわち、分散流路５１では、流体は求心方向へ移動しやすくなり、また、循環羽根４７が位置するインペラの本体部４５と円盤５０との空間では、流体が遠心方向へ移動しやすくなる。このような構成を採用することにより、循環空間３７内の流体の循環が促進され、また、流体が分散部４８をより効率よく通過することとなるため、超微細気泡の発生を促進することができる。
【００６２】
本実施形態にかかる超微細気泡発生ポンプは、収納室３５内で遠心羽根４６によって加圧された流体の一部が遠心羽根４６の背後で循環流を起こす機構を有している。また、循環流路に空気を自吸させることができ、その自給させた空気を遠心羽根４６の流れに合流させて、液体流出口３８から流出させることができる。また、循環流の途中に分散部を備え、気泡の微細化を行うことができるため、液体の搬送と微細気泡の生成とを１つの装置で行うことができる。また、収納室３５内に循環羽根４７を備えることで、加圧条件下での使用であっても、差圧を発生させることができ、気泡の微細化を行うことができる。
【００６３】
なお、上記の例では、循環羽根４７が２つの円盤４９，５０で区画された領域の外側に設けられているが、循環羽根４７を２つの円盤４９，５０で区画された領域の内側に設けるとともに、２つの円盤４９，５０で区画された領域内に流体が流入する流路を設けることもできる。このような実施形態では、上記の例とは逆に、２つの円盤４９，５０で区画された領域内に流入した流体（ポンプのインペラ４３で加圧された流体）が分散流路（環状スリット）を、流路縮小部、間隙最小部、流路拡大部の順に通過して、前記領域の外側に（遠心方向に）噴出し、超微細気泡が発生する。
【００６４】
また、上記の例では、分散部４８がインペラ４３の近傍に設けられているが、インペラ４３で加圧された後に気液混合物中に超微細気泡を発生させる（例えば、環状スリットを通過させることにより）機構を有する限り、分散部４８はインペラ４３から離隔した位置に設けられていてもよい。
【００６５】
図４は本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）の他の例を示す断面図である。図５は、図４の超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプのポンプ部及び分散部（超微細気泡発生部）の部分拡大図（断面図）である。図４、図５において、矢印は液体、気液混合物の流れ方向を示す。図４において、「ＭＢ発生部」とは分散部（超微細気泡発生部）を意味する。
【００６６】
この超微細気泡発生ポンプは、液体中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、モータ部（キャンドモータ部）とポンプ部と超微細気泡発生部とからなっている。２３０はキャンドモータの回転軸である。
【００６７】
ポンプ部には、液体供給口２３９、気体供給流路２４０及びエア抜きバルブ２６０が設けられてる。液体供給口２３９は、キャンドモータの回転子の回転軸２３０の延在位置に設けられ、エア抜きバルブ２６０は、回転軸２３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。２５９はバルブである。
【００６８】
ポンプ部内には、インペラ（ポンプインペラ）２４３が収納される。インペラ２４３は、キャンドモータの回転軸２３０の先端に取り付けられている。図４、図５に示すように、インペラ２４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根２４６を備えた構成となっている。インペラ２４３の高速回転により、液体供給口２３９付近は負圧となり、空気が気体供給流路２４０から自吸される。
【００６９】
液体供給口２３９及び気体供給流路２４０からポンプ部内に流入した液体と気体（空気）は遠心羽根２４６により混合され、遠心方向に移行した後、ポンプ部とモータ部の間に設けられた超微細気泡発生部に流入する。超微細気泡発生部は、図５に示すように、２枚の円盤２４９，２５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤２４９，２５０間には、その周縁部において、円盤２４９，２５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路２５１（環状スリット）が形成されている。また、２枚の円盤２４９，２５０で区画された領域内において、回転軸２３０に回転体２５２が設けられており、回転体２５２は円盤２５２ａと複数の遠心翼２５２ｂにより構成されている。
【００７０】
２枚の円盤２４９，２５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図５に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路２５１には、内径側から外径側に向かうに従って流路２５１の間隙が縮小していく流路縮小部２５１ａが設けられる。また、この流路縮小部２５１ａの外径側で流路２５１の隙間が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部２５１ｂが形成され、これら流路縮小部２５１ａと流路拡大部２５１ｂとの間に流路２５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部２５１ｃが設けられている。
【００７１】
次に、図４、図５を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００７２】
キャンドモータの回転軸２３０が回転すると、インペラ２４３も一体に回転し、液体を液体供給口２３９から、気体（空気）を気体供給流路２４０から取り入れる。インペラ２４３が回転することにより、気液混合物が回転軸から遠心方向に送られ、さらに超微細気泡発生部に移動する。
【００７３】
超微細気泡発生部では、回転軸２３０の高速回転により、気液混合物は２枚の円盤２４９，２５０で区画された領域内に流入し、回転体２５２の遠心翼２５２ｂの回転により、分散部２４８の分散流路２５１に設けられた流路縮小部２５１ａおよび流路拡大部２５１ｂを順に通過する。そして、気液混合物が流路縮小部２５１ａを経て流路拡大部２５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ２４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００７４】
この気体微細化は、前述したように、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部２５１ｃおよび流路拡大部２５１ｂの隙間寸法などによって決定される。分散流路（環状スリット）２５１の流路拡大部２５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部２５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さくすることが多いが、前記拡がり角度は前記縮小角度と同じか又はそれより大きくてもよい。
【００７５】
図６は本発明の方法で使用される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）のさらに他の例を示す断面図である。図６において、矢印は液体、気液混合物の流れ方向を示す。また、「ＭＢ発生部」とは分散部（超微細気泡発生部）を意味する。
【００７６】
この超微細気泡発生ポンプは、液体中に供給された気体を超微細気泡として分散させるものであり、モータ部（キャンドモータ部）とポンプ部と超微細気泡発生部とからなっている。３３０はキャンドモータの回転軸である。ポンプ部と超微細気泡発生部はモータ部を挟んでその両側に設けられている。
【００７７】
ポンプ部には、液体供給口３３９、気体供給流路３４０が設けられてる。液体供給口３３９は、キャンドモータの回転子の回転軸３３０の延在位置に設けられいる。３５９はバルブである。
【００７８】
ポンプ部内には、インペラ（ポンプインペラ）３４３が収納される。インペラ３４３は、キャンドモータの回転軸３３０の先端に取り付けられている。図６に示すように、インペラ３４３は、クローズタイプの遠心インペラで構成され、インペラ本体部内部に、インペラ本体部の一部を構成する円板の表面に送液用の遠心羽根３４６を備えた構成となっている。インペラ３４３の高速回転により、液体供給口３３９付近は負圧となり、空気が気体供給流路３４０から自吸される。
【００７９】
液体供給口３３９及び気体供給流路３４０からポンプ部内に流入した液体と気体（空気）は遠心羽根３４６により混合され、その一部はキャンドモータの冷却用として用いられ（冷却ラインを循環した後、ポンプ部に戻る）、残りは遠心方向に移行した後、中間配管３７０を通って超微細気泡発生部に流入する。超微細気泡発生部は、図６に示すように、２枚の円盤３４９，３５０で構成された分散部本体を備え、これら円盤３４９，３５０間には、その周縁部において、円盤３４９，３５０の（ほぼ）全周にわたって分散流路３５１（環状スリット）が形成されている。また、２枚の円盤３４９，３５０で区画された領域内において、回転軸３３０に回転体３５２が設けられており、回転体３５２は円盤３５２ａと複数の遠心翼３５２ｂにより構成されている。
【００８０】
２枚の円盤３４９，３５０がそれぞれ対向する側の対向面には、図６に示すように、内径側から外径側に向かって拡開するようにテーパー部が対向して形成されており、流路３５１には、内径側から外径側に向かうに従って流路３５１の間隙が縮小していく流路縮小部３５１ａが設けられる。また、この流路縮小部３５１ａの外径側で流路３５１の隙間が内径側から外径側に向かうに従って拡大していく流路拡大部３５１ｂが形成され、これら流路縮小部３５１ａと流路拡大部３５１ｂとの間に流路３５１の間隙が最も小さくなる間隙最小部３５１ｃが設けられている。なお、超微細気泡発生部には、エア抜きバルブ３６０が、回転軸３３０に対し交差する方向に位置する面に設けられている。
【００８１】
次に、図６を用いて超微細気泡発生ポンプの動作を説明する。
【００８２】
キャンドモータの回転軸３３０が回転すると、インペラ３４３も一体に回転し、液体を液体供給口３３９から、気体（空気）を気体供給流路３４０から取り入れる。インペラ３４３が回転することにより、気液混合物が回転軸から遠心方向に送られ、中間配管３７０を通ってＭＢ発生部に移動する。
【００８３】
ＭＢ発生部では、回転軸３３０の高速回転により、気液混合物は２枚の円盤３４９，３５０で区画された領域内に流入し、回転体３５２の遠心翼３５２ｂの回転により、分散部３４８の分散流路３５１に設けられた流路縮小部３５１ａおよび流路拡大部３５１ｂを順に通過する。そして、気液混合物が流路縮小部３５１ａを経て流路拡大部３５１ｂを通るとき、流路隙間の変化により気液混合物は流速が変化して圧力が変化し、気体が微細化され、超微細気泡が発生する。すなわち、ポンプのインペラ３４３での加圧後において、超微細気泡が発生する。
【００８４】
この気体微細化は、前述したように、主として、液体の流速、気体の量、間隙最小部３５１ｃおよび流路拡大部３５１ｂの隙間寸法などによって決定される。分散流路（環状スリット）３５１の流路拡大部３５１ｂにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部３５１ａにおける縮小角度（断面での縮小角度）より小さいのが好ましい。
【００８５】
図２〜図６で示される送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置を用いた場合、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡含有原液を得ることができ、気泡径２〜５μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡混合液を得ることができる。
【００８６】
上記の例では、送液ポンプと超微細気泡発生装置とが一体化した装置（超微細気泡発生ポンプ；超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）を用いているが、送液ポンプと超微細気泡発生装置とを別々の機器、装置として用いることもできる。例えば、通常の送液ポンプ（送水ポンプ等）の下流側（吐出側）に超微細気泡発生装置７を設けてもよい。この場合、気体（空気）を原水中に導入するエア吸引口（気体供給手段；空気供給口）を、適宜な箇所、例えば、送液ポンプの上流側に設ける。
【００８７】
超微細気泡発生装置７について、以下に詳しく説明する。
【００８８】
図７は超微細気泡発生装置７の一例を示す断面図である。この例では、超微細気泡発生装置７は、直径と比較して高さの低い円筒状の筐体７１と、該筐体７１の内部に水平に設置されている上下２つの円盤７４，７５とで構成されている。筐体７１の下部には気液混合物流入口７２が設けられており、上部には気液混合物流出口７３が設けられている。２つの円盤のうち下に位置する円盤７４はドーナッツ状であり、筐体７１の内部の底面に設置されている。２つの円盤のうち上に位置する円盤７５は円盤７４とほぼ同径の円板状であり、円盤７４を覆うように設置されている。円盤７４と円盤７５の対向面周縁部の周方向には、送水ポンプ６により圧力がかけられた気液混合物を通過させて外方向に噴出させる環状スリットが形成されている。気液混合物の噴出方向は、気液混合物流入口から円盤７４と円盤７５とで区画される領域に流入する気液混合物の流入方向に対して直交する方向である。圧力がかけられた気液混合物が環状スリットを通過する際、超微細気泡が多数生成し、この超微細気泡を含んだ気液混合物（超微細気泡混合液）が気液混合物流出口７３から流出し、膜モジュール１１に供給される。図７中の矢印は気液混合物の流れを示す。気液混合物流出口７３が筐体７１の上部に設けられているため、気体が滞留せず、超微細気泡混合液がスムーズに膜モジュール６に供給される。
【００８９】
超微細気泡発生装置７では、例えば環状スリットの構造、気液混合物の環状スリットにおける通過速度、気体と液体の供給割合等を調整することにより、超微細気泡混合液中の（超）微細気泡の気泡径、気泡径分布、及び気泡の個数を制御することができる。気泡の個数、気泡径、気泡径の分布等は、前記のように、パーティクルカウンターを用いて測定することができる。
【００９０】
環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から拡大するように設けられた流路拡大部７８を備えているのが好ましい。環状スリットがこのような構造を有すると、気液混合物が高速で通過して噴出することにより、流路間隙の変化によって、気液混合物中に超微細気泡が発生する。これは、気液混合物が内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から連続的に拡大する流路（流路拡大部７８）を通過する際に、気液混合物の流速が変化して圧力が変化するためである。
【００９１】
上記好ましい環状スリットの構造においては、少なくとも内径側から外径側に向かって間隙最小部７７から拡大するように設けられた流路拡大部７８を備えている限り特に限定されず、例えば、間隙最小部７７の内径側に、間隙最小部に向かって連続的に流路が縮小する流路縮小部７６を有していてもよい。また、環状スリットは、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が減少する構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が減少する構造を有していてもよい。本発明では、超微細気泡を効率よく発生させる観点から、環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えることが好ましい。
【００９２】
環状スリットの流路拡大部７８における拡がり角度（断面での拡がり角度）θ２は、超微細気泡発生効率の点から、流路縮小部７６における縮小角度（断面での縮小角度）θ１より小さくする場合が多いが、θ２はθ１と等しいか又はそれより大きくてもよい。
【００９３】
上記のような構造を有する超微細気泡発生装置７を用いることにより、気泡径２〜５０μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡含有原液を得ることができる。また、上記のような構造を有する超微細気泡発生装置７を用いた場合、気泡径２〜５μｍの気泡の個数（パーティクルカウンタで測定される個数）が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上（好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上）である超微細気泡混合液（超微細気泡含有固体分散液）を得ることができる。
【実施例】
【００９４】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００９５】
実施例１
図１に示す固体の回収方法（回収設備）により、固体分散液から固体を回収した。なお、エアチャンバー１８及びバグフィルター１５は設けていない。濾過装置１１内の濾過フィルター１４として、ＳＵＳ特殊焼結金網製円筒型エレメント（セントラルフィルター工業社製、商品名「ＰＭ−Ａ−Ｃ６５＊４０＊２５０−ＧＬ」、濾材寸法Φ６５／Φ４０×２５０Ｌ、濾過面積０．０５ｍ2、エレメント内容積８２９ｃｃ）を円筒状のハウジング内に充填したものを用いた。超微細気泡発生ポンプ６として図６に示すポンプ（超微細気泡発生装置内蔵送液ポンプ）を用いた。また、原液（固体分散液）として、水に生化学用カオリン（和光純薬工業社製）（固体；平均粒子径約２μｍ）を３００重量ｐｐｍ添加した分散液を用いた。濾過圧力は０．２ＭＰａ（ゲージ圧）である。固体分散液中の固体の回収手順は以下の通りである。なお、濾過運転前においては、濾過装置内は水で満たされた状態となっている。
（１）超微細気泡発生ポンプ６により超微細気泡を含有させた原液を、バルブＶ−３（濾過装置入口バルブ）側から濾過フィルター１４内の特殊エレメントで濾過し、バルブＶ−５（濾過液排出バルブ）より濾過液を排出する（バルブＶ−４、Ｖ−６は閉）［濾過運転］。この濾過運転を所定時間（３分）行った。濾過流量は５Ｌ／ｍｉｎに設定した。
（２）濾過運転の状態で、バルブＶ−５を閉止することで、濾過フィルター１４内部をポンプ吐出圧まで昇圧する［加圧工程］。
（３）昇圧完了後、バルブＶ−３（濾過装置入口バルブ）を閉止し、濾過フィルター１４を加圧状態のまま、密閉する［圧力保持工程］。
（４）バルブＶ−６（濃縮液排出バルブ）を一気に開け、濾過フィルター１４内部の圧力を一次側（濃縮液排液側）方向へ脱圧し、特殊エレメントに堆積した固体（カオリン）を剥離させ、該固体を高濃度で含む濃縮液を回収する［脱圧工程］。
この一連の操作を１５回行った。１回ごとに排出される固体を含む濃縮液中に含まれる固体の量［カオリン排出量（ｇ）］を測定した。その結果を表１及び図８に示す。表中の数字はカオリンの排出量（ｇ）を示す。
【００９６】
比較例１
原液供給ポンプとして超微細気泡発生ポンプの代わりに通常の送液ポンプを用いた（超微細気泡を含有しない原液を供給した）こと以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果を表１及び図９に示す。
【００９７】
【表１】
【００９８】
運転開始時（初期）は、フィルター内部に存在した清水と原液（固体分散液）の置換が行われている状態であるため、実施例１及び比較例１のいずれにおいてもカオリンの取得量は少ないが、置換完了後のカオリン排出量は、超微細気泡（マイクロバブル）を使用した方（実施例１）は、終始安定した状況を示した。実施例１において排出される排液量は、１回につきほぼ１５０ｃｃで安定しており、カオリンの排出量は平均で４ｇ／回となった。一方、超微細気泡（マイクロバブル）を添加しなかった方（比較例１）では、カオリン排出量は回ごとにばらつきが大きく不安定な値となった。カオリンの平均排出量は１．３ｇ／回であった。
【００９９】
原液におけるカオリン濃度は３００ｐｐｍであることから、原液中のカオリンの量は０．３ｇ／Ｌであり、原液１５０ｃｃ中には約０．０４５ｇのカオリンが存在することになる。濾過を行った状況で、カオリンを１００％濾材が阻止したと仮定した場合、濾過フィルターのエレメントに付着する連続濾過１回当たりのカオリンの量を算出すると、０．３ｇ×５Ｌ／ｍｉｎ×３分間＝４．５ｇとなる。仮にカオリンが１回ごとの上記操作で１００％回収された場合、１回当たり４．５ｇ回収されることになる。この計算上の数値と実運転での数値を比較した場合、カオリンの回収率は、実施例１では８８％、比較例１では２９％であった。
【０１００】
また、濃縮力で考えると、実施例１では、４９．５ｇ（１５回の総カオリン排出量）／２２５０ｃｃ（１５回の総排液量）×１００＝約２．２重量％、比較例１では、１５．５ｇ（１５回の総カオリン排出量）／２２５０ｃｃ（１５回の総排液量）×１００＝約０．７重量％となり、実施例１では７３倍に濃縮され、比較例１では２３倍濃縮されたことになる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 原液供給ライン（原液補充ライン）
２ 循環ライン（原液戻りライン）
３ 原液タンク
４ 原液供給ライン
５ エア吸引口
６ 超微細気泡発生ポンプ（原液供給ポンプ）
７ 超微細気泡発生装置
８ バルブ
９ 流量調整バルブ
１０ 原液流入口（超微細気泡含有原液供給口）
１１ 濾過装置
１２ 濃縮液排出口
１３ 濾過液流出口
１４ 濾過フィルター（又は分離膜）
１５ バグフィルター
１６ 濾過液排液ライン
１７ バグフィルター濾液ライン
１８ エアチャンバー
１９ 圧力計
２０ 流量計
３０，２３０，３３０ キャンドモータの回転軸
３１ 前部軸受箱
３２ 前部軸受箱のインペラ本体部４５の対向面
３３ 潤滑液排出口
３４ 筐体
３５ 収納室
３６ 送液空間
３７ 循環空間
３８，２３８，３３８ 液体流出口
３９，２３９，３３９ 液体供給口
４０，２４０，３４０ 気体供給流路
４１ 潤滑液管路
４２ ボルト
４３，２４３，３４３ インペラ
４４ ボルト
４５ インペラ本体部
４６，２４６，３４６ 遠心羽根
４７ 循環羽根
４８，２４８，３４８ 分散部
４９，２４９，３４９ 円盤
５０，２５０，３５０ 円盤
５０ａ 仕切り部
５１，２５１，３５１ 分散流路
５１ａ，２５１ａ，３５１ａ 流路縮小部
５１ｂ，２５１ｂ，３５１ｂ 流路拡大部
５１ｃ，２５１ｃ，３５１ｃ 間隙最小部
２５９，３５９ バルブ
２６０，３６０ エア抜きバルブ
３７０ 中間配管
７１ 筐体
７２ 気液混合物流入口
７３ 気液混合物流出口
７４ 円盤
７５ 円盤
７６ 流路縮小部
７７ 間隙最小部
７８ 流路拡大部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法であって、前記固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収することを特徴とする固体分散液からの固体の回収方法。
【請求項２】
超微細気泡含有固体分散液が、固体分散液中に気体を混合して得られる気液混合流体を、原液供給ポンプによる高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路を流通させ、流路内で形成される気液混合流体の高速せん断流の流速と圧力を変化させて超微細気泡を発生させることにより得られる超微細気泡含有固体分散液である請求項１記載の固体分散液からの固体の回収方法。
【請求項１】
固体が液体に分散した固体分散液から固体を回収する方法であって、前記固体分散液に超微細気泡を含有させて得られる超微細気泡含有固体分散液を、原液供給ポンプにより、濾過フィルター又は分離膜、原液供給口、濾過液流出口及び濃縮液排出口を備えた濾過装置に供給して固体を濾過する濾過運転状態から、濾過液流出口側バルブを閉止して、原液供給ポンプ吐出側から濾過液流出口側バルブまでの流路をポンプ吐出圧まで昇圧し、一旦濾過装置内を加圧密閉状態とした後、濃縮液排出口側バルブを開にして原液側圧力を急激に降下させ、濾過フィルター又は分離膜表面に堆積した固体を原液側に剥離させ、濃縮液排出口から回収することを特徴とする固体分散液からの固体の回収方法。
【請求項２】
超微細気泡含有固体分散液が、固体分散液中に気体を混合して得られる気液混合流体を、原液供給ポンプによる高圧により縮小部・最挟部・拡大部を有する流路を流通させ、流路内で形成される気液混合流体の高速せん断流の流速と圧力を変化させて超微細気泡を発生させることにより得られる超微細気泡含有固体分散液である請求項１記載の固体分散液からの固体の回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５５４（Ｐ２０１２−５５４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６４９３（Ｐ２０１０−１３６４９３）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５９５１４０１１４）セントラルフィルター工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５９５１４０１１４）セントラルフィルター工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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