説明

水処理濾材用発泡体

【課題】 発泡体同士の付着及び発泡体と濾過装置の内壁面との間の付着を抑制し、被処理水の濾過効率を向上させることができる水処理濾材用発泡体を提供する。
【解決手段】 水処理濾材用発泡体10は、セルの直径が300μm未満である架橋発泡樹脂によって六角柱状に成形された成形体11により構成されている。その成形体11の端面12には他物体への付着を抑制するための凸部又は凹部としての突条13が設けられている。架橋発泡樹脂としては、独立気泡構造を有する架橋発泡ポリエチレン等の架橋発泡ポリオレフィンが好ましい。更に、架橋発泡樹脂は、アセチレングリコールにエチレンオキシドを付加したノニオン性界面活性剤等の親水化剤を含有していることが望ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば下水処理施設、特に浮上式の濾過装置に用いられる水処理濾材用発泡体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、合流式の下水処理施設においては、生活廃水だけではなく、それに雨水が合流された被処理水が濾過処理されている。被処理水中には大量の無機物や固形物が含まれており、これらを濾過処理によって取り除く必要がある。濾過処理の方式には、濾材が浮上してくる中を被処理水が通過することで処理する浮上式と、濾過装置の底部に設けられたメッシュ上に配置された濾材を被処理水が通過する沈降式とがある。いずれの方式においても、濾材によって被処理水が濾過処理されることから、濾材の表面に固形物が蓄積され、濾材が目詰まりを起こす。
【0003】
この目詰まりを防止するために、浮上式の場合には濾過装置の上部から濾材を抜き出して別工程で洗浄し、洗浄された濾材が濾過装置の下部から再び投入される。一方、沈降式の場合には、エアレーション等で逆流させることにより濾材の洗浄が行われる。しかし、昨今では処理量が例えば最大1,000m3/m2・日という処理の高速化が要求され、その要求に応えるためにはエアレーション等で逆流させる沈降式では困難であり、浮上式が採用される場合が多い。浮上式の場合でも、濾材が被処理水に流されないようにするには非常に大きな浮力が必要とされる。
【0004】
このような条件を満足する濾材として独立気泡構造を有する樹脂発泡体が検討されている。例えば、無架橋のポリエチレン発泡体やポリスチレン発泡体等は強度が弱いため、水圧に耐えることができず、変形が起きて当初の性能を維持することが難しい。一方、架橋ポリエチレン発泡体も知られており(例えば、特許文献1を参照)、その架橋ポリエチレン発泡体は独立気泡構造を有し、浮力が十分であると共に、架橋構造によって強度が高いことから、被処理水の水圧に耐えることができる。
【特許文献1】特許第3279368号公報(第1頁及び第3頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、架橋ポリエチレン発泡体は、一般にスラブ発泡体(フォーム)として製造されたものを一定の厚さにスライスし、更に所定の大きさに切り出すことによって得られる。このようにして板状に切り出された発泡体は平坦面を有するため、その平坦面が他の発泡体の平坦面に接触し、或いは発泡体の平坦面が濾過装置の内壁面に接触したとき、面と面との接触になることから、発泡体が他の発泡体に付着したり、濾過装置の内壁面に付着したりする現象が生じた。従って、個々の発泡体が自由に移動(浮上)することができなくなり、その結果濾材による被処理水の濾過効率が低下するという問題があった。
【0006】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発泡体同士の付着及び発泡体と濾過装置の内壁面との付着を抑制し、被処理水の濾過効率を向上させることができる水処理濾材用発泡体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、架橋発泡樹脂によって柱状に成形された成形体により構成され、その成形体の少なくとも端面には他物体への付着を抑制するための凸部又は凹部が設けられていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項2に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、請求項1に係る発明において、前記架橋発泡樹脂はセルの直径が300μm未満であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、請求項1又は請求項2に係る発明において、前記架橋発泡樹脂は独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンであることを特徴とするものである。
【0009】
請求項4に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、請求項1から請求項3のいずれかに係る発明において、前記架橋発泡樹脂は親水化剤を含有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項1に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、架橋発泡樹脂によって柱状に成形された成形体により構成され、その成形体の少なくとも端面には他物体への付着を抑制するための凸部又は凹部が設けられている。このため、発泡体同士の接触時又は発泡体と濾過装置の内壁面との接触時に、成形体の少なくとも端面と他物体との間の付着性を低下させるに足る水が凸部又は凹部によって介在され、発泡体が他物体に吸着するような接触が回避される。従って、水処理濾材用発泡体同士の付着及び発泡体と濾過装置の内壁面との付着を抑制することができ、その結果被処理水の濾過効率を向上させることができる。
【0011】
請求項2に記載の発明の水処理濾材用発泡体では、架橋発泡樹脂はセルの直径が300μm未満である。このため、架橋発泡樹脂表面に気泡(セル)があらわれにくく、他物体へ付着しやすいため、請求項1に係る発明の効果を有効に発揮させることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、架橋発泡樹脂が独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンで構成されている。この架橋発泡樹脂内に独立して存在するセルにより、請求項1又は請求項2に係る発明の効果に加え、十分な浮力を得ることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明の水処理濾材用発泡体は、架橋発泡樹脂に親水化剤が含まれている。このため、発泡体の表面において親水化剤により水に対する接触角が大きくなって濡れ性が高くなり、吸着性が弱められる。従って、請求項1から請求項3のいずれかに係る発明の効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の水処理濾材用発泡体10(以下、単に発泡体10ともいう)は、セルの直径が300μm未満である架橋発泡樹脂によって六角柱状等の柱状に成形された成形体11により構成されている。その成形体11の少なくとも端面12には、他物体への付着を抑制するための凸部としての突条13が複数設けられている。架橋発泡樹脂は、架橋構造を有する発泡樹脂で、例えば原料樹脂に発泡剤及び架橋剤を配合し、加熱して発泡及び架橋(硬化)させることにより得られるものである。架橋発泡樹脂として具体的には架橋発泡ポリオレフィン、架橋発泡ポリスチレン等が挙げられる。架橋発泡樹脂としては、十分な浮力を有する点から、独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンが好ましい。架橋発泡ポリオレフィンとしては、架橋発泡ポリエチレン、架橋発泡ポリプロピレン等が挙げられる。
【0015】
独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンとしては、JIS K6400で規定された密度が0.030〜0.190g/cm3、25%圧縮硬さが0.030〜0.340MPaであることが好ましい。密度が0.030g/cm3未満の場合には架橋発泡ポリオレフィンの強度が低下し、0.190g/cm3を越える場合には浮力が不十分となり被処理水の濾過効率が低下する。25%圧縮硬さが0.030MPa未満の場合には架橋発泡ポリオレフィンの強度が不足し、0.340MPaを越える場合には架橋発泡ポリオレフィンの密度が高くなって浮力が不十分になる。
【0016】
架橋発泡樹脂に含まれるセルの直径は300μm未満であることが好ましく、5〜100μmであることがより好ましい。セルの直径が300μm以上の場合には、発泡体表面にセルがあらわれ、表面が平滑でなくなることにより、水が凹部にとどまり、他物体へ付着しにくくなる。従って、ポリウレタン発泡体はセルの直径が300〜1200μm程度であるため、水処理濾材用発泡体10に用いられる架橋発泡樹脂としては好ましくない。
【0017】
ここで、前記架橋発泡ポリオレフィンについて説明する。
架橋発泡ポリオレフィンは、金型を用いたモールド成形法、押出成形法等によって製造される。架橋発泡ポリオレフィンを製造するための原料としては、ポリオレフィン、発泡剤、架橋剤等が用いられる。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、クエン酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、低沸点炭化水素等が挙げられる。架橋剤はポリオレフィンの流動開始温度以上の分解温度を有し、加熱によって分解され、遊離ラジカルを発生して分子間に架橋結合を生じさせるラジカル発生剤である。架橋剤として具体的には、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビスターシャリーブチルパーオキシヘキサン、1,3−ビスターシャリーパーオキシイソプロピルベンゼン等が挙げられる。
【0018】
モールド成形法においては、1段発泡又は2段発泡が採用される。2段発泡では、一次金型にポリオレフィン、発泡剤、架橋剤等の原料を仕込み、加圧状態で加熱して発泡剤の一部を分解して中間発泡体を製造し、次いで中間発泡体を二次金型に入れて加熱し常圧下で発泡剤の残部を分解させることにより、板状の架橋発泡ポリオレフィン〔スラブ発泡体(スラブフォーム)〕が製造される。この架橋発泡ポリオレフィンをスライスして一定厚さのスライス体とする。
【0019】
前記架橋発泡樹脂は、発泡体の表面において水に対する接触角が大きくなり濡れ性を高めることができる点から、親水化剤を含有していることが好ましい。そのような親水化剤としては、グリコール類、トリオール類、親水基を有するノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等が用いられる。親水基としては、ポリエチレンオキシド基等が挙げられる。具体的には、グリコール類として、エチレングリコール、アセチレングリコール等が挙げられる。トリオール類としては、グリセリン等が挙げられる。親水基を有するノニオン性界面活性剤としては、アセチレングリコールにエチレンオキシドを4〜10モル(40〜65質量%)付加重合して得られたノニオン性界面活性剤等が挙げられる。尚、親水化剤にはイソプロパノール等の希釈溶媒を含有していてもよい。
【0020】
親水化剤の添加量は、架橋発泡樹脂100質量部に対して1.5〜5質量部であることが好ましい。親水化剤の添加量が1.5質量部未満の場合には発泡体表面の濡れ性を高める効果が小さく、5質量部を越える場合には発泡体表面の濡れ性を高める効果がそれ以上見込めず、かえって無駄になるおそれがある。
【0021】
架橋発泡樹脂の原料として、必要に応じ、尿素化合物、酸化亜鉛、脂肪酸又はその塩等の発泡助剤、その他充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤、可塑剤等を配合することもできる。
【0022】
前記スラブ発泡体を一定の厚さにスライスしたスライス体は、その上下面に対して加熱プレス装置で加熱プレスし、或いは転写用金型を用いてその内面に形成された凹部又は凸部を転写し、例えば図2に示すような凸部としての一定長さの突条13が複数形成される。図1(a)、(b)に示すように、この突条13は断面略円弧状をなし、その突条13の高さは、0.2〜0.5mm程度である。その後、図2に示すように、スラブ発泡体のスライス体14は図示しない波型の刃と、互いに平行に延びる複数の刃とにより切断される。そして、図1(a)、(b)に示すように、六角柱状の成形体11の端面12に突条13が設けられた水処理濾材用発泡体10が得られる。成形体11を構成する六角柱の一辺の長さは、側面10aの面積を小さくして付着性を抑えるために、4mm以下であることが好ましい。
【0023】
上記のように構成された水処理濾材用発泡体10は、例えば下水処理施設の濾過処理装置において使用される。図3に示すように、濾過処理装置を構成する処理槽15は有蓋円筒状をなし、その底部が下方ほど縮径されたテーパ部16となっている。処理槽15の上端部の蓋板17には供給管18が接続され、生活廃水や雨水よりなる被処理水19が処理槽15へ供給されるようになっている。処理槽15内には架橋発泡ポリエチレンよりなる六角柱状の水処理濾材用発泡体10が分散され、被処理水19中の無機物や固形物が濾過処理されるようになっている。
【0024】
処理槽15の隣接位置には濾材洗浄装置20が配置され、その上部と処理槽15の上部とは第1連通管21で接続され、処理槽15内の水面に浮いている水処理濾材用発泡体10が濾材洗浄装置20へ流入されるようになっている。濾材洗浄装置20の底部と処理槽15のテーパ部16とは第2連通管22で接続され、濾材洗浄装置20で洗浄された水処理濾材用発泡体10が処理槽15内へ戻されるように構成されている。処理槽15内へ戻された水処理濾材用発泡体10は、処理槽15内を浮上する間に被処理水19に接触して濾過処理を行うようになっている。処理槽15の底部には排出管23が接続され、処理槽15内で濾過処理された処理水が排出される。
【0025】
さて、水処理濾材用発泡体10を得るには、例えばまず架橋発泡ポリエチレンの原料としてポリエチレン粉末、発泡剤としてアゾジカルボンアミド、架橋剤としてジクミルパーオキサイドを混和する。得られた混和物を成形用金型内に装填した後、加熱して発泡させると共に、架橋させることによって架橋発泡ポリエチレンのスラブ発泡体が得られる。図2に示すように、このスラブ発泡体をスライスして一定厚さのスライス体14とする。スライス体14の上下面に対して加熱プレス装置で加熱プレスすることにより、図1(a)、(b)に示すような凸部としての断面略円弧状をなす一定長さの突条13が複数形成される。その後、スライス体14は波型の刃と、互いに平行に延びる複数の刃とにより切断され、六角柱をなす水処理濾材用発泡体10が得られる。
【0026】
得られた水処理濾材用発泡体10を下水処理施設の濾過処理装置において使用する場合には、図3に示すように、多数の水処理濾材用発泡体10を処理槽15内に装填し、その状態で供給管18から被処理水19を処理槽15内へ注入する。すると、発泡体10は処理槽15内をその下部から上部へ向かって浮上し、その際に発泡体10が被処理水19中の無機物や固形物を濾過或いは吸着する。この過程において、発泡体10は六角柱状に形成され、かつその端面12には複数の突条13が設けられていることから、発泡体10が他物体すなわち他の発泡体10又は処理槽15の内壁面15a等に接触したときには、発泡体10の側面10aの稜線10bが他の発泡体10の側面10aや処理槽15の内壁面15aに当たりやすい。その場合には主に線と面との接触であることから、発泡体10の付着性は発現されない。
【0027】
しかも、発泡体10の端面12に設けられた突条13が他の発泡体10又は処理槽15の内壁面15aに接触する。この場合には突条13が他物体の面に接触したとき、突条13によって発泡体10の端面12と他物体との間に十分な水が介在され、発泡体10の付着性の発現が抑えられる。従って、発泡体10同士の付着及び発泡体10と処理槽15の内壁面15aとの付着が回避される。
【0028】
その後、水面まで上昇した発泡体10は第1連通管21を通って濾材洗浄装置20内へ導かれ、そこで洗浄される。洗浄された発泡体10は第2連通管22から処理槽15下部のテーパ部16へ戻され、再び処理槽15内を浮上し、被処理水19の濾過処理が行われる。
【0029】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 実施形態の水処理濾材用発泡体10は、セルの直径が300μm未満である架橋発泡樹脂によって六角柱状に成形された成形体11により構成され、その成形体11の端面12には他物体への付着を抑制するための突条13が設けられている。このため、発泡体10同士の接触時又は発泡体と処理槽15の内壁面15aとの接触時に、両者間に存在する十分な水により発泡体10が他物体に吸着するような事態が回避される。尚、架橋発泡樹脂はセルの直径が300μm未満であることにより、その表面にセルがあらわれにくく、他物体へ付着しやすいため、上記の効果を有効に発揮させることができる。従って、水処理濾材用発泡体10同士の付着及び発泡体10と処理槽15の内壁面15aとの付着を抑制することができ、その結果被処理水19の濾過効率を向上させることができる。
【0030】
・ 水処理濾材用発泡体10としては、架橋発泡樹脂が独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンが好ましい。この場合、上記の効果に加え、十分な浮力を得ることができる。
【0031】
・ また、水処理濾材用発泡体10は、架橋発泡樹脂に親水化剤を含むことが好ましい。この場合、発泡体10の表面において親水化剤により水に対する接触角が大きくなって濡れ性が高くなり、吸着性が弱められる。従って、付着性を抑制する効果を向上させることができる。
【実施例】
【0032】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、前記実施形態を更に具体的に説明する。
(実施例1)
架橋発泡樹脂として架橋発泡ポリエチレン〔(株)イノアックコーポレーション製、PEライト、品番A−8、セルの直径は260μm〕を用いた。この架橋発泡ポリエチレンは、密度が0.062g/cm3、25%圧縮硬さが0.090MPaであった。架橋発泡ポリエチレンはスラブ発泡体であり、それを厚さ5mmにスライスし、遠赤外線ヒータで加熱して軟化させた。この軟化したスライス体14を、冷却水で30℃以下に冷却されたシボロールを通過させ、スライス体14の表面に凸部としてシボ模様を付した。シボ模様は、図1(a)、(b)又は図2に示すように、長さ10mm、幅3mmの突条13(たたみシボ)が多数平行に延びるように構成した。
【0033】
その後、スライス体14を波型の刃と、互いに平行に延びる複数の刃とにより切断し、図1(a)、(b)に示す六角柱の水処理濾材用発泡体10を得た。この水処理濾材用発泡体10を用い、図3に示す下水処理施設の濾過処理装置で、1,000m3/m2・日に相当する被処理水19の流量にて濾過処理を行った。その結果、水処理濾材用発泡体10は発泡体10同士の付着及び発泡体10と処理槽15の内壁面15aとの付着がなく、処理槽15内を下部から上部へ円滑に浮上した。従って、被処理水19の濾過効率を向上させることができた。
(実施例2)
実施例1において、凸部としてのシボ模様を図4(a)に示すような底辺の一辺が4mmの正方形をなす四角錘状(ピラミッド状)の突起25とした以外は、実施例1と同様にして水処理濾材用発泡体10を成形した。そして、実施例1と同様にして濾過処理装置で濾過処理を行った。その結果、実施例1と同様に、発泡体10同士の付着及び発泡体10と処理槽15の内壁面15aとの付着がなく、発泡体10は処理槽15内を下部から上部へ円滑に浮上した。従って、被処理水19の濾過効率を向上させることができた。
(実施例3)
実施例1において、架橋発泡ポリエチレン100質量部に親水化剤として、アセチレングリコールに4モル(40質量%)のポリエチレンオキシド基を付加したノニオン性界面活性剤〔川研ファインケミカル(株)製、アセチレノールE40〕を2.5質量部添加以外は、実施例1と同様にして水処理濾材用発泡体10を成形した。そして、実施例1と同様にして濾過処理装置で濾過処理を行った。その結果、実施例1と同様に、発泡体10同士の付着及び発泡体10と処理槽15の内壁面15aとの付着がなく、発泡体10は処理槽15内を下部から上部へ円滑に浮上すると共に、浮上の際には発泡体10の表面に気泡が着くことはなかった。従って、被処理水19の濾過効率を一層向上させることができた。
(比較例1)
実施例1において、水処理濾材用発泡体10の表面に形成された突条13を省略した以外は、実施例1と同様にして水処理濾材用発泡体を成形した。そして、実施例1と同様にして濾過処理装置で濾過処理を行った。その結果、処理槽15内で発泡体同士が付着したり、発泡体が処理槽15の内壁面15aに付着したりして動きが悪かった。更に、処理槽15と濾材洗浄装置とを接続する第1連通管21及び第2連通管22内で発泡体同士が付着してブロッキングを起こし、発泡体の流れが悪かった。
【0034】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 柱状の成形体11の形状を、三角柱状、五角柱状、八角柱状等の角柱状、或いは円柱状に形成することも可能である。この場合、五角柱以上の多角柱状では発泡体10の側面10aにおける稜線10bの数が増え、他物体に対する付着性を一層抑制することができる。
【0035】
・ 前記凸部としての突条13に代え、図4(b)に示す三角柱状の突部26、又は図4(c)に示す二山状の突出部27を設けることもできる。
・ 水処理濾材用発泡体10の端面12に加熱プレス装置等により凹部を設けることもできる。この場合、水処理濾材用発泡体10の端面12の全面積のうち、凹部の面積の割合を半分以上にすることが好ましい。
【0036】
・ 前記凸部又は凹部を、柱状をなす水処理濾材用発泡体10の端面12に加えて、側面10aにも設けることができる。この場合、水処理濾材用発泡体10の付着性を抑制する効果を向上させることができる。
【0037】
・ 架橋発泡樹脂に、ポリビニルアルコール等の親水性樹脂等を含ませることもできる。
・ 処理槽15内に撹拌装置を設け、水処理濾材用発泡体10による被処理水19の濾過処理における処理効率を向上させるように構成することも可能である。
【0038】
更に、前記実施形態又は別例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記凸部又は凹部はシボ加工によって形成されたものである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の水処理濾材用発泡体。このように構成した場合には、凸部又は凹部を容易に形成することができる。
【0039】
・ 前記架橋発泡樹脂は、金型を用いたモールド成形法により板状に成形されたスラブ発泡体を一定厚さにスライスし、得られたスライス体を切り出すことにより得られるものである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の水処理濾材用発泡体。このように構成した場合には、柱状をなす水処理濾材用発泡体を多数同時に得ることができる。
【0040】
・ 前記成形体は五角柱以上の多角柱状に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の水処理濾材用発泡体。このように構成した場合には、他物体に対する付着性を一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】(a)は実施形態における水処理濾材用発泡体を示す斜視図、(b)は(a)の1b−1b線における断面図。
【図2】スラブ発泡体を切り出して水処理濾材用発泡体を製造する状態を示す斜視図。
【図3】下水処理施設の濾過処理装置を示す概略説明図。
【図4】(a)〜(c)は水処理濾材用発泡体の端面に設けられる凸部の別例を拡大して示す斜視図。
【符号の説明】
【0042】
10…水処理濾材用発泡体、11…成形体、12…端面、13…凸部としての突条、25…凸部としての突起、26…凸部としての突部、27…凸部としての突出部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
架橋発泡樹脂によって柱状に成形された成形体により構成され、その成形体の少なくとも端面には他物体への付着を抑制するための凸部又は凹部が設けられていることを特徴とする水処理濾材用発泡体。
【請求項2】
前記架橋発泡樹脂はセルの直径が300μm未満であることを特徴とする請求項1に記載の水処理濾材用発泡体。
【請求項3】
前記架橋発泡樹脂は独立気泡構造を有する架橋発泡ポリオレフィンであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水処理濾材用発泡体。
【請求項4】
前記架橋発泡樹脂は親水化剤を含有していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水処理濾材用発泡体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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