JP6940848B2

JP6940848B2 - プリコート濾過方法及びプリコート濾過装置

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Publication number: JP6940848B2
Application number: JP2017139041A
Authority: JP
Inventors: 晃宏柴田; 政司岩田; 秀一郎小栗; 富則北川; 柳下　幸一; 幸一柳下
Original assignee: 株式会社三進製作所; 株式会社ヤギシタ
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP2019018155A

Description

本発明は、プリコート濾過方法及びプリコート濾過装置に関する。

プリコート濾過は、濾材表面に濾過助剤をプリコートすることにより、高精度な濾過を繰り返し行うことができる濾過方式であり、めっきなどの表面処理分野をはじめ幅広い分野で用いられている。しかし、洗浄時に洗浄廃液及び使用済濾過助剤が洗浄排出物となり、その最終処理が問題となる場合がある。

洗浄排出物の低減を図るために除去対象粒子の捕捉量を増加させるという技術課題があり、これに対して様々な検討が行われているものの、現在にいたるまで、効果的な解決方法がなかった。

特開平１０−２５８２０８公報

本発明は、上述した従来の問題点を改善する、すなわち、濾過処理能力に優れたプリコート濾過方法、及び、プリコート濾過装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様であるプリコート濾過方法は、濾材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成する濾過方法において、マイクロバブル存在下で前記濾過助剤を供給して前記プリコート層を形成するマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を有し、前記マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後の前記プリコート層及び前記濾材に水を透過する水透過工程を有することを特徴とする。

上記の態様においては、前記水透過工程を、１分以上１２０分以下の範囲で行う構成としてもよい。

上記の態様においては、前記マイクロバブルボディーフィードプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに前記濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を有する構成としてもよい。

本発明の一態様であるプリコート濾過装置は、プリコート時にマイクロバブルを濾過助剤とともに濾材に対して供給するマイクロバブル供給手段と、前記濾過助剤及び前記濾材に対して水を供給する水供給手段と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様であるプリコート濾過方法は、濾材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成する濾過方法において、マイクロバブル存在下で濾過助剤を供給してプリコート層を形成するマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を有し、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後のプリコート層及び濾材に水を透過する水透過工程を有する。このような構成により、濾過処理能力に優れたプリコート濾過方法とすることができる。

また、本発明の一態様であるプリコート濾過装置は、プリコート時にマイクロバブルを濾過助剤とともに濾材に対して供給するマイクロバブル供給手段と、プリコート層及び濾材に対して水を供給する水供給手段と、を有する。このような構成により、濾過処理能力に優れたプリコート濾過装置とすることができる。

本発明の一実施形態に係るプリコート濾過装置の一例を示すモデル図である。微細気泡発生装置によって発生されるマイクロバブルの泡径の分布を示すグラフである。図１のプリコート濾過装置を用いて被濾過懸濁液の濾過を行った際の濾過可能時間と水透過時間との関係を示したものである。図１のプリコート濾過装置を用いて被濾過懸濁液の濾過を行った際の濾過容量と水透過時間との関係を示したものである。

以下、本発明の一実施形態に係るプリコート濾過方法について説明する。

本実施形態のプリコート濾過方法は、濾材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成する濾過方法において、マイクロバブル（以下、「ＭＢ」と称することもある。）存在下で濾過助剤を供給してプリコート層を形成するマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を有し、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後のプリコート層及び濾材に水を透過する水透過工程を有する。

上記のプリコート濾過方法によれば、特別な材料や薬剤を用いることなく、従来のプリコート濾過方法に比べ著しく高い濾過処理能力を得ることができる。また、その結果、相対的に濾過助剤の使用量を減少させるとともに逆洗浄の必要回数を減らせるので濾過休止時間を短縮させて濾過工程の高効率化が可能となる。さらに、用水、濾過助剤など使用量とこれらが使用された結果生じる廃出物との減少によるコスト低減を実現することが可能となる。

また、本実施形態におけるプリコート濾過方法は、マイクロバブルを併用して行うが、マイクロバブルを併用する以外はマイクロバブルなしの従来のプリコート濾過方法をそのまま適用することができ、このために極めて容易に実施することができる。

マイクロバブルボディーフィードプリコート工程に使用されるマイクロバブルとは、直径が１ｍｍ以下の気泡を指す。この範囲の大きさの気泡を用いることで、気泡をプリコート層内に取り込むことができるため、濾過処理能力に優れたプリコート濾過方法を提供することができる。なお、少量であれば１ｍｍ以上の大きい気泡が含まれていても良い。

気泡を構成する気体としては安価に入手できるために通常、空気を用いるが、より不活性な気体、例えば窒素、炭酸ガス、あるいは、希ガスを用いることもできる。また、必要に応じて酸素やオゾンなどの酸化性を有するガスを用いることができる。

このようなマイクロバブルは通常、水などを分散媒として、これに分散された状態で供給され、やはり水などの分散媒中に分散された濾過助剤に供給され、混合される。

マイクロバブルボディーフィードプリコート工程は、３０秒以上９００秒以下の範囲で行われることが好ましい。このような範囲でマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を行うことで、高い濾過処理能力を得ることができる。

上記のような水に分散されたマイクロバブルは、ニクニ社などから入手される微細気泡発生装置（マクロバブルジェネレータ）を用いることにより容易に得ることができる。このような微細気泡発生装置により得られる、濃密にマイクロバブルが分散された水はミルク状に視認される。ここで水に分散されたマイクロバブルは発生後長時間経過すると失われてしまうので、微細気泡発生装置をプリコート濾過装置の近くに備えるか、あるいは、ポンプ型の微細気泡発生装置の場合には濾過器への送液ポンプとして用いるようにすることが好ましく、後者の場合には装置全体がコンパクト化するとともに、装置コストも下げることができる。

濾過助剤は一般的なものを用いることができる。例えば珪藻土、セルロース、パーライト、活性炭などが挙げられ、濾過目的に応じて従来通りに粒度を選択する。すなわち、マイクロバブル併用によっても用いる濾過助剤の粒度を変更する必要はない。このため、濾過助剤の粒度範囲は通常１００μｍ以下とし、この範囲の下限は併用する濾材の種類に応じて適宜選択する。また、１回当たりのプリコートに用いる濾過助剤の使用量も、マイクロバブルなしの従来の条件と同等ないし同等程度とする。

マイクロバブルを分散する分散媒と濾過助剤（が分散された分散媒）との好適な混合比率はあらかじめ検討して定める。濾過助剤に対してマイクロバブルが少なすぎると、本発明の効果が十分には得られにくく、マイクロバブルの量が多すぎると濾過時に漏れ粒子が多くなり十分な濾過が行われない恐れがある。

本実施形態においてマイクロバブルボディーフィードプリコート工程は１回だけ行っても良いが、複数回行っても良く、このように複数回、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程を行うことで濾過精度が向上する。

水透過工程は、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後のプリコート層及び濾材に、例えば浄水等の水を透過する工程である。マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後のプリコート層及び濾材に水を透過することで、濾過処理能力を優れたものとすることができる。

この水透過工程は、１分以上１２０分以下の範囲で行われることが好ましい。このような範囲で水透過が行われることで、除去対象粒子の捕捉量を増加させることが可能となる。なお、水透過工程は、減圧状態や加圧状態で行ってもよく、水透過工程における濾過器内の圧力（ゲージ圧）の範囲としては、−２０ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下で行われることが好ましい。

このようなマイクロバブルボディーフィードプリコート工程及び水透過工程により形成されるプリコート層は深層濾過のように、プリコート層表面のみならずプリコート層内部でも除去対象粒子を捕捉する。このために、特に精密濾過が求められる場合には、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を実施することにより対応することができる。このとき、助剤単独プリコート工程で用いる濾過助剤量とマイクロバブルボディーフィードプリコート工程で用いる濾過助剤量とはあらかじめ検討して決定するが、例えばこれらの比を１対１とし、総量をマイクロバブルなしの従来のプリコート濾過と同等ないし同等程度とすることにより本発明の効果が十分得られ、かつ、助剤単独プリコート工程を行わない場合に比べ、精度良い精密濾過が可能となる。

上記助剤単独プリコート工程は１回だけであっても良く、複数回行っても良い。

本実施形態に係るプリコート濾過方法はめっきなどの表面処理分野をはじめ、食品・化学分野など、プリコート濾過方法が応用される一般的な分野に応用することができる。

次に図１を用いて本発明のプリコート濾過装置について説明する。図１は、プリコート濾過装置Ａの一例を示すモデル図である。

プリコート濾過装置Ａは、混合槽１、混合槽１に供給されるマイクロバブルが分散された水（以下、「ＭＢ水」と称することもある。）又は水を貯留する貯留タンク（水供給手段）２と、混合槽１に供給されて濾材７ａ上に堆積する濾過助剤（図示せず）を分散媒に分散した状態（以下、「濾過助剤懸濁液」と称する。）で貯留する濾過助剤貯留タンク３と、混合槽１内の各種液を均一になるよう攪拌するための攪拌羽根５ｂ及びこの攪拌羽根５ｂを回転駆動するためのモータ５ａから構成された攪拌装置５と、貯留タンク２内に貯留した水を取り込み、ＭＢ水を生成して貯留タンク２内に供給する微細気泡発生装置（この例ではニクニ社製ＫＴＭ１５ＮＤ０４Ｓ−００１、加圧水流量０．６ｍ³／時、モータ動力０．５６ｋＷ。渦流タービンポンプを用いた加圧溶解式。図２にこの微細気泡発生装置６によって発生されるマイクロバブルの泡径の分布を示した。）６と、内部に濾材７ａを備えた濾過器（濾過面積：１９．６ｃｍ²、濾過流量５．８８Ｌ／時）７と、被濾過懸濁液貯留タンク４、濾過器７にて濾過された処理液を貯留する処理液タンク８と、を備えている。

また、プリコート濾過装置Ａは、貯留タンク２内の水を取り込み微細気泡発生装置６に供給する水供給ラインＬ６ａと、微細気泡発生装置６で生成したＭＢ水を貯留タンク２に供給するＭＢ水生成ライン６Ｌｂと、貯留タンク２内のＭＢ水又は水を混合槽１に供給するためのポンプＰ１を備えるＭＢ水供給ライン２Ｌａ（ポンプＰ１の上流において、ＭＢ水又は水をＭＢ水供給ライン２Ｌａに供給可能とするためのバルブ２Ｌａａと、後述するＭＢ水供給ライン２Ｌｂとの分岐点の下流に配されるバルブ２Ｌａｂと、備える。）と、ポンプＰ１の上流においてＭＢ水供給ライン２Ｌａから分岐し、ポンプＰ２を介して混合槽１又は濾過器７にＭＢ水又は水を供給するＭＢ水供給ライン２Ｌｂ（ＭＢ水供給ライン２Ｌａとの分岐点の近傍に配されるバルブ２Ｌｂａを備える。）と、を備える。

さらに、プリコート濾過装置Ａは、ＭＢ水供給ライン２Ｌｂに連結し、濾過助剤貯留タンク３内の濾過助剤を含む分散媒を混合槽１に供給する濾過助剤供給ライン３Ｌ（濾過助剤を含む分散媒を濾過助剤供給ライン３Ｌに供給可能とするためのバルブ３Ｌａを備える。）と、混合槽１内のＭＢ水、水及び濾過助剤懸濁液又はこれらの混合物、並びに、後述する被濾過懸濁液を濾過器７に供給する濾過器供給ライン１Ｌ（後述するポンプ供給ライン９Ｌａとの連結部より混合槽１寄りに配されるバルブ１Ｌａを備える。）と、濾過器供給ライン１Ｌに連結し、ポンプＰ２を経由して供給されるＭＢ水、水、濾過助剤懸濁液及び被濾過懸濁液を、濾過器７に供給するポンプ供給ライン９Ｌａ（後述するポンプ供給ライン９Ｌｂとの連結部より濾過器供給ライン１Ｌ寄りに配されるバルブ９Ｌａａを備える。）と、ポンプ供給ライン９Ｌａから分岐し、ポンプＰ２を経由して供給されるＭＢ水、水及び濾過助剤懸濁液又はこれらの混合物を混合槽１に供給するポンプ供給ライン９Ｌｂ（バルブ９Ｌｂａを備える。）と、濾過器７にて濾過された処理液を貯留タンク８に供給する処理液貯留タンク供給ライン８Ｌ（バルブ８Ｌａを備える。）と、を備える。

また、ＭＢ水生成ライン６Ｌｂ、濾過器供給ライン１Ｌ及び処理液貯留タンク供給ライン８Ｌには、圧力計が設けられ、貯留タンク２には、貯留タンク２内に水を供給するライン（図示せず）が設けられ、微細気泡発生装置６には、微細気泡発生装置６にマイクロバブル形成用の気体を供給する気体供給ライン（図示せず）が設けられている。さらに、図示しないＭＢ水、水及び濾過助剤懸濁液を濾過器７に供給した際、濾過器７から排出される水を受ける設備を備える。

このプリコート濾過装置Ａはさらに除去対象粒子を含む懸濁液（被濾過懸濁液）を貯留するための被濾過懸濁液貯留タンク４と、ＭＢ水供給ライン２Ｌｂに連結して被濾過懸濁液貯留タンク４内の被濾過懸濁液を濾過器７に供給する被濾過懸濁液供給ライン４Ｌ（被濾過懸濁液を被濾過懸濁液供給ライン４Ｌに供給可能とするためのバルブ４Ｌａを備える。）と、を備える。濾過処理後の被濾過懸濁液は、貯留タンク８に貯留される。

上記実施形態のプリコート濾過装置Ａによれば、濾過処理能力に優れ、高効率で低コストなプリコート濾過方法を容易に実現することができる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、当該実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明のプリコート濾過方法及びプリコート濾過装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

以下に本発明のプリコート濾過方法の実施例及び比較例について具体的に説明する。

実験装置としては上述の図１に示されたプリコート濾過装置Ａを用いた。

＜実施例１＞
［濾材７ａへのＭＢ水透過工程］
プリコート濾過装置Ａの全てのバルブを閉じた状態で貯留タンク２内に浄水を供給し、同時に微細気泡発生装置６を駆動して貯留タンク２内の浄水をＭＢ水に置換した。ＭＢ水形成用の気体としては空気を用いた。また、この時の微細気泡発生装置６におけるＭＢ発生圧力は０．４５ＭＰａ、空気吸入量は０．４Ｌ／時であった。貯留タンク２への微細気泡発生装置６の駆動を維持した状態で、バルブ２Ｌａａ、バルブ２Ｌａｂ、バルブ１Ｌａ及びバルブ８Ｌａを開き、撹拌装置５、ポンプＰ１を駆動し、ＭＢ水は混合槽１を経由させて濾過器７内へ供給し、ＭＢ水を濾材７ａに透過させた。濾材７ａのＭＢ水の透過は、６０秒間行った。

［マイクロバブルボディーフィードプリコート工程］
次に、バルブ３Ｌａ及びバルブ９Ｌｂａを開くとともに、ポンプＰ２を駆動し、濾過助剤貯留タンク３内に貯留された濾過助剤懸濁液を混合槽１に供給した。混合槽１に供給されたＭＢ水及び濾過助剤懸濁液は、混合槽１において、攪拌装置５によって攪拌され混合された。この時の混合槽１内のＭＢ水と濾過助剤懸濁液との混合液において、ＭＢ水と濾過助剤懸濁液との体積比は、１：１であり、珪藻土濃度は、０．３６８質量％であった。

混合槽１で混合されたＭＢ水と濾過助剤懸濁液の混合液は、濾過器７に供給され、濾材７ａ上に濾過助剤としての珪藻土を堆積させた。次に、バルブ２Ｌｂａを開いて、バルブ３Ｌａを閉じ、ポンプＰ１を停止してライン２Ｌｂ、ライン９Ｌａ及びライン９Ｌｂを介して、ＭＢ水を濾過器７に透過させた。これにより、ライン２Ｌｂ、ライン９Ｌａ及びライン９Ｌｂに残った珪藻土を濾過器７に供給することができる。なお、濾材７ａ上の単位面積当たりの珪藻土は、７５０ｇ／ｍ²であった。

［水透過工程］
次に、微細気泡発生装置６を停止することで、貯留タンク２内のＭＢ水を浄水に置換し、バルブ９Ｌａａを開いて、バルブ１Ｌａ及びバルブ９Ｌｂａを閉じ、濾材７ａ及び濾材７ａ上に堆積した珪藻土に浄水を透過した。

＜実施例２＞
上記実施例１と同様に、但し、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程における、混合槽１内のＭＢ水と濾過助剤懸濁液との混合液において、ＭＢ水と濾過助剤懸濁液との体積比を、１：１又は３：１とし、珪藻土濃度を、０．３６８質量％又は０．１８４質量％とした。また、濾材７ａ上の単位面積当たりの珪藻土は、３８０ｇ／ｍ²であった。

＜濾過可能時間評価試験＞
上記実施例１及び２のプリコート濾過方法を行ったプリコート濾過装置Ａにおいて、バルブ４Ｌａを開きバルブ２Ｌｂａを閉じて、被濾過懸濁液貯留タンク４内の被濾過懸濁液として濃度を１０４ｍｇ/Ｌに調製した水酸化鉄（ＩＩＩ）懸濁液を、濾過器７に供給した。濾過器７への水酸化鉄（ＩＩＩ）懸濁液の供給は、実施例１においては３ｍ／時、実施例２においては６ｍ／時の条件で行い、濾材７ａ、プリコート層及び捕捉された除去対象粒子による圧力損失（濾過差圧）が９０ｋＰａ（洗浄開始の目安）に達するまで濾過を続けた。このときの濾過可能時間と水透過時間との関係を調べた。なお、実施例１においてはプリコート濾過を行う前の濾過器７内の圧力（ゲージ圧）が、それぞれ−８ｋＰａ、−２ｋＰａ、１ｋＰａの状態で試験を行った。また、実施例２においてはプリコート濾過方法を行う前の上記ゲージ圧が、３ｋＰａ、５ｋＰａの状態で試験を行った。結果を図３に示す。

＜濾過容量評価試験＞
上記実施例１及び２のプリコート濾過方法を行ったプリコート濾過装置Ａにおいて、バルブ４Ｌａを開きバルブ２Ｌｂａを閉じて、被濾過懸濁液貯留タンク４内の被濾過懸濁液として濃度を１０４ｍｇ/Ｌに調製した水酸化鉄（ＩＩＩ）懸濁液を、濾過器７に供給した。濾過器７への水酸化鉄（ＩＩＩ）懸濁液の供給は、実施例１においては３ｍ／時、実施例２においては６ｍ／時の条件で行い、濾材７ａ、プリコート層及び捕捉された除去対象粒子による圧力損失（濾過差圧）が９０ｋＰａ（洗浄開始の目安）に達するまで濾過を続けた。このときの濾過容量（濾過差圧が、９０ｋＰａに達するまでに捕捉された単位投影面積当たりの水酸化鉄（ＩＩＩ）の質量）と水透過時間との関係を調べた。なお、実施例１においてはプリコート濾過方法を行う前の濾過器７内の圧力（ゲージ圧）が、それぞれ−８ｋＰａ、−２ｋＰａ、１ｋＰａの状態で試験を行った。また、実施例２においてはプリコート濾過方法を行う前の上記ゲージ圧が、３ｋＰａ、５ｋＰａの状態で試験を行った。結果を図４に示す。

＜評価結果＞
図３から、実施例１及び２ともに、濾過差圧が９０ｋＰａに達する実質的な濾過可能時間が、水透過時間に対応して長くなることがわかる。つまり、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後の水透過工程における水透過時間に対応して、濾過処理能力が高くなることがわかる。また、実施例１において、プリコート濾過方法を行う前の上記ゲージ圧が低いほど濾過可能時間が長くなり、濾過処理能力が高くなることがわかる。さらに、実施例２において、混合槽１におけるＭＢ水の混合比率が高い状態でマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を行なった方が濾過処理能力は高くなることがわかる。

また、図４から、実施例１及び２ともに、濾過容量が、水透過時間に対応して大きくなることがわかる。つまり、マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後の水透過時間における水透過時間に対応して、粒子捕捉量が多くなることがわかる。また、実施例１において、プリコート濾過方法を行う前の上記ゲージ圧が低いほど粒子捕捉量が多くなることがわかる。さらに、実施例２において、混合槽１におけるＭＢ水の混合比率が高い状態でマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を行なった方が濾過処理能力は高くなることがわかる。

６微細気泡発生装置（マイクロバブル供給手段）
７ａ濾材
２水供給手段
Ａプリコート濾過装置

Claims

濾材表面に濾過助剤を供給してプリコート層を形成するプリコート濾過方法において、
マイクロバブル存在下で前記濾過助剤を供給して前記プリコート層を形成するマイクロバブルボディーフィードプリコート工程を有し、
前記マイクロバブルボディーフィードプリコート工程後の前記プリコート層及び前記濾材に水のみを透過する水透過工程を有することを特徴とするプリコート濾過方法。
前記水透過工程は、１分以上１２０分以下の範囲で行われることを特徴とする請求項１に記載のプリコート濾過方法。
前記マイクロバブルボディーフィードプリコート工程に先行し、マイクロバブルを併用せずに前記濾過助剤のプリコートを行う助剤単独プリコート工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリコート濾過方法。
プリコート時にマイクロバブルを濾過助剤とともに濾材に対して供給するマイクロバブル供給手段と、
プリコート層が形成された前記濾材の前記プリコート層および前記濾材に対して水のみを供給する水供給手段と、
を有することを特徴とするプリコート濾過装置。