JP5768391B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の被処理液体を濾過処理するための濾過装置に関する。例えば、各種産業分野の製造プロセスにおけるスラリー状液体の膜分離処理、特に発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等における膜分離処理の前処理として、又は用水処理や海水処理等の前処理として液中の異物を除去する際に用いられる流体濾過装置に関する。

各種産業分野の製造プロセスにおいて、スラリー状液体の膜分離処理を行うに際しては、分離膜の保護や分離膜の目詰まり防止を目的として、液中の異物を膜分離処理工程の前に除去しておく前処理工程を行うことが一般的である。例えば、食品や医薬品の分野において、発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等には有機膜や無機膜を用いた膜分離処理が採用されている。膜分離の対象となる被処理液体中には、膜の目詰まりや劣化、損傷の原因となり得る異物が、製造工程で混入してきたり、もともと原材料中に含まれていたりするため、膜分離処理工程の前に液中の異物を除去する必要がある。また、井水等から懸濁物を除去する用水処理や、海水中のプランクトンを除去する海水処理等の処理においても、精密濾過工程の前に、原水に由来する異物を除去する前工程を設ける必要がある。

従来、前述のような異物を除去するためには、筒状の容器内に濾過体を配置し、容器の一端側から被処理液体を導入して濾過体を通過させ、容器の他端側から濾過処理済みの液体を取り出す、簡易濾過器が使用されている。このような濾過器は、構成が簡単で保守管理性に優れ、かつ安価に提供されるため、各種産業分野の製造プロセスに適用し易いという利点を有している。

一方、前述の従来型の濾過器においては、濾過処理を継続的に行うことにより濾過体の濾過面に被処理液体から分離された異物が付着し、濾過体の目詰まりを引き起こすため、濾過処理を継続し得なくなるという問題がある。このような場合には、濾過処理済みの液体を取り出す側から被処理液体の導入側に向かって濾過体を洗浄する逆洗浄を行うことにより、濾過面に付着した異物を剥離して除去することが行われている。例えば、特許文献１には、ケーシング内部にフィルターを設置し、ケーシング内壁とフィルター外壁に囲まれた部分を濾過前室、フィルター内部を濾過後室とした濾過装置において、多数の吹き出し孔が形成されている直管状のノズルを備えた洗浄機構を濾過後室に設け、当該洗浄機構から高圧洗浄水をフィルターに向けて噴出させて、フィルターに付着した異物を洗い流す技術が記載されている。

特開平６−２０５９０６号公報

しかしながら、従来型の濾過器では、前述のような逆洗浄を行っても濾過性能の回復効果は低く、濾過体の汚染が激しい場合には人手による洗浄作業を要するため、洗浄に手間がかかるという問題があり、特に、濾過体の表面に異物がこびり付き易い被処理液体の濾過には不適当であった。また、濾過体を使い捨てのものとし、洗浄作業を不要とすることも考えられるが、交換作業の手間の問題や、消耗品としての濾過体の費用、使用済み濾過体を廃棄物として処理する費用等が嵩むというコスト面の問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制し、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる濾過装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、被処理液体を導入する流入口と、前記被処理液体を濾過処理した処理済み液体を排出する流出口と、を備えたケーシングと、前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように、前記ケーシング内部に装着される濾過体と、前記濾過体に対して気体を噴出し、もって前記濾過体を振動させる振動機構と、を備えていることを特徴とする濾過装置を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、濾過装置が濾過処理運転を行う際に、振動機構が濾過体に対して気体を噴出して濾過体を振動させることにより、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物が濾過体の濾過面に付着することが抑制されるため、異物等の分離対象物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。なお、本願において、濾過処理した処理済み液体とは、被処理液体が濾過体を通過することによって濾過処理され、異物等の分離対象物が分離された後の液体をいう。

上記発明（発明１）において、前記濾過体は、柔軟性のある濾材によって形成されていることが好ましい（発明２）。

上記発明（発明２）によれば、振動機構が濾過体に対して気体を噴出した際に濾過体を振動し易いものとすることができる。

上記発明（発明１、２）において、前記振動機構は、前記濾過体の前記第二室側濾過面に対して気体を噴出することが好ましい（発明３）。

上記発明（発明３）によれば、濾過装置が逆洗浄運転を行う際に、濾過体の第二室側濾過面に対して気体を噴出することにより、気体の圧力によって液体を濾過体の第二室側から第一室側に逆流させることができるため、濾過体３の濾過面に付着してしまった異物等の分離対象物を剥離して除去することもできる。

上記発明（発明１〜３）において、前記ケーシングは、前記濾過体によって前記被処理液体より分離された分離対象物を含む廃液を排出する排出口を更に備えていることが好ましい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む廃液を、濾過処理運転中であってもケーシング外部に排出することができるため、当該分離対象物を排出するために濾過処理運転を一時停止する必要がなくなり、連続的に濾過処理運転を行うことができる。

上記発明（発明４）において、前記濾過体は、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている布体であることが好ましい（発明５）。また、上記発明（発明５）において、前記濾過体は、逆円錐台形状の布体であることが好ましい（発明６）。

上記発明（発明５、６）において、前記振動機構は、気体導入管と、前記気体導入管に接続され、前記気体導入管から導入された気体を噴出する気体噴出孔が設けられている気体噴出管と、を備えており、前記気体噴出管は、前記排出口近傍を取り囲むように設置されていることが好ましい（発明７）。

上記発明（発明７）によれば、濾過装置が濾過処理運転を行う際に、気体導入管から導入された気体を気体噴出管の気体噴出孔から噴出すると、気泡が液体中を濾過体の第二室側濾過面に沿って、かつ第二室側濾過面の全面を取り囲むように上昇するため、濾過体を効果的に振動させることができる。

上記発明（発明１〜７）において、前記流入口は、前記被処理液体を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理液体を導入することが好ましい（発明８）。

上記発明（発明８）によれば、濾過体によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物が、濾過体の第一室側濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体の下部表面に蓄積されていくため、分離された異物等の分離対象物が濾過体の第一室側濾過面に付着することを抑制することができるとともに、被処理液体から分離された異物等の分離対象物を多く含む廃液を濾過体下部から容易に排出することができる。

本発明の濾過装置によれば、濾過体の濾過面に付着した異物が濾過体の目詰まりを引き起こすことを抑制し、継続的に濾過処理を行っても濾過性能を効果的に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る濾過装置を示す正面一部断面図である。 同濾過装置が濾過処理運転時にあるときの状態を示す概略図である。 同濾過装置が逆洗浄運転時にあるときの状態を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る濾過装置１は、濾過体３が内部に装着されたケーシング２に、被処理液体流入管４、処理済み液体流出管５、排出管６及び気体導入管７が接続されて構成されている。

ケーシング２は、上部が開口している有底円筒状の容器本体２１と、容器本体２１の上部開口部を閉塞するように容器本体２１に装着される容器蓋部２２とから構成されている。容器蓋部２２の頭頂部にはケーシング２内の気体を排出可能な排気口２３が設けられている。容器本体２１の底部には開閉バルブ２５を備えたドレン管２４が設けられており、必要に応じてケーシング２内の液体を排出可能な構造となっている。

濾過体３は、柔軟性のある濾材を用いて形成された逆円錐台形状の布体である。濾過体３に用いられる濾材の原材料としては、例えば、ナイロンやポリエステル等の有機合成品からなる化学繊維や綿等の天然繊維等を用いた不織布又は織布等が挙げられる。濾過体３の上端部及び下端部はいずれも開口している。濾過体３に用いられる濾材のメッシュは濾過対象に応じて適宜選定される。

濾過体３は、ケーシング２の容器本体２１の上部内壁に沿って設けられた環状の取付部材３１に濾過体３の上端部を取り付けることにより、ケーシング２内部に装着される。環状の取付部材３１は容器本体２１の上部内壁に対して着脱可能な構造となっている。また、取付部材３１には、濾過体３を破損から保護するために、取付部材３から鉛直方向下方に向かって、かつ濾過体３を取り囲むように円筒状の保護スクリーン３３が取り付けられている。

さらに、濾過体３の下端部には接続部材３２が取り付けられており、接続部材３２は排出管６の排出口６２に着脱自在に接続されている。接続部材３２は、接続部材３２が排出管６に接続されている状態で濾過体３内に被処理液体を供給して旋回流動させる際にも排出管６から外れることがない一方で、容器本体２１上部から濾過体３内側に手を入れて、排出管６から着脱することができる構造となっている。

このように濾過体３をケーシング２内部に装着することにより、ケーシング２内部は濾過体３によって第一室２Ａと第二室２Ｂとに区画されていることとなる。また、濾過体３は、ケーシング２の容器蓋部２２を容器本体２１から取り外した上で、取付部材３１を容器本体２１の上部内壁より取り外すとともに接続部材３２を排出管６より取り外すことにより、容器本体２１の上部開口部よりケーシング２外部に取り出すことができる。

被処理液体流入管４は、被処理液体をケーシング２に導入するものであり、ケーシング２の容器本体２１の上部においてケーシング２に接続されている。被処理液体流入管４の途中には被処理液体のケーシング２への流入を制御する流入バルブ４１が備えられており、流入バルブ４１を開栓すると被処理液体がケーシング２に流入し、流入バルブ４１を閉栓することにより流入が遮断される。

また、本実施形態においては、被処理液体流入管４は容器本体２１の上部内壁に設けられた取付部材３１よりも上側に接続されており、被処理液体流入管４の流入口４２は、第一室２Ａに位置するとともに、濾過体３の平面視接線方向に向かって開口している。このように被処理液体流入管４をケーシング２に接続し、流入口４２を開口させたことにより、被処理液体流入管４から被処理液体をケーシング２内に放出した場合に、被処理液体を濾過体３の内側の濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させることができる。

処理済み液体流出管５は、被処理液体を濾過処理した処理済み液体をケーシング２から排出するものであり、ケーシング２の容器本体２１の上部においてケーシング２に接続されている。処理済み液体流出管５の途中には処理済み液体のケーシング２からの流出を制御する流出バルブ５１が備えられており、流出バルブ５１を開栓すると処理済み液体がケーシング２から流出し、流出バルブ５１を閉栓することにより流出が遮断される。

また、本実施形態においては、処理済み液体流出管５は容器本体２１の上部内壁に設けられた取付部材３１よりも下側に接続されている。このように処理済み液体流出管５をケーシング２に接続したことにより、処理済み液体流出管５の流出口５２は第二室２Ｂに位置していることになる。

以上のような濾過体３、被処理液体流入管４、及び処理済み液体流出管５の構造により、被処理液体流入管４よりケーシング２内に流入した被処理液体を濾過体３によって濾過し、濾過処理済み液体を処理済み液体流出管５からケーシング２外部に流出させるという濾過機能を濾過装置１に持たせることができる。濾過体３によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物は、濾過体３の第一室２Ａ側の濾過面に沿って渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体３の下部表面に蓄積されていく。

なお、濾過体３により区画されたケーシング２の第一室２Ａ内の圧力を計測するための第一圧力計９Ａがケーシング２の容器蓋部２２の上部に設けられており、第二室２Ｂの圧力を計測するための第二圧力計９Ｂがケーシング２の容器本体２１の腹部に設けられている。第一圧力計９Ａ及び第二圧力計９Ｂを用いることにより、第一室２Ａと第二室２Ｂとの差圧を計測することができ、このように差圧を計測することにより、濾過体３の濾過面の目詰まりの状態を確認することが可能である。すなわち、差圧がない又は小さいということは液体の濾過体３通過がスムーズにいっているということであるため、濾過面に対する異物等の付着の影響はほぼない状態と判断できる。逆に、差圧が大きいということは液体の濾過体３通過が滞り始めたということであるため、濾過面に異物等が付着している状態と判断できる。

排出管６は、濾過体３によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む廃液をケーシング２から排出するものであり、ケーシング２の容器本体２１の底部ほぼ中央においてケーシング２に接続されている。排出管６の途中には異物等の分離対象物を含む廃液のケーシング２からの排出を制御する排出バルブ６１が備えられており、排出バルブ６１を開栓すると異物等の分離対象物を含む廃液がケーシング２から排出され、排出バルブ６１を閉栓することにより排出が遮断される。

排出管６は、ケーシング２内部にその一部が位置し、ケーシング２内部からケーシング２外部に向かって鉛直方向下向きに延出している。排出管６は、容器本体２１の下で水平方向に向きを変えて延設されている。排出管６の排出口６２には、前述のように、濾過体３が接続部材３２を介して接続されている。このように排出管６をケーシング２及び濾過体３に接続したことにより、濾過体３によって被処理液体から分離された異物等の分離対象物を含む廃液を排出管６より排出することができる。

気体導入管７は、ケーシング２内部に供給する気体をケーシング２外部から導入するものであり、ケーシング２の容器本体２１の下部においてケーシング２に接続され、そのまま容器本体２１内部にまで延出している。気体導入管７の途中にはケーシング２への気体の供給を制御する気体導入バルブ７１が備えられており、気体導入バルブ７１を開栓すると気体がケーシング２へ供給され、気体導入バルブ７１を閉栓することにより供給が遮断される。

気体導入管７の容器本体２１内部に位置する端部には、環状の気体噴出管８が接続されており、気体噴出管８は排出管６の排出口６２近傍を取り囲むように設置されている。また、気体噴出管８には、濾過体３の第二室２Ｂ側濾過面に向かって気体を噴出する複数の気体噴出孔８１が形成されている。このように複数の気体噴出孔８１が形成された気体噴出管８を設置することにより、濾過装置１の濾過処理運転時においては、濾過体３に対して気体を噴出すると気泡が液体中を濾過体３に沿って上昇し、もって濾過体３を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体３の濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体３の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。また、濾過装置１の逆洗浄運転時においては、濾過体３に対して気体を噴出すると、気体の圧力によって液体が濾過体３を第二室２Ｂ側から第一室２Ａ側に逆流するため、濾過体３の濾過面に付着してしまった異物等の分離対象物を剥離して除去することができる。

［濾過処理運転］
このように構成された濾過装置１を用いて濾過処理運転を行う場合、次のようにして実施される。まず、排気口２３を開いた状態で、流出バルブ５１、排出バルブ６１及び気体導入バルブ７１を閉栓し、流入バルブ４１のみ開栓して被処理液体導入管４から被処理液体をケーシング２に導入し、濾過処理を開始する。被処理液体が容器本体２１に充填され、排気口２３より被処理液体が噴出する手前で排気口１６を閉じると、濾過装置１は濾過処理運転を開始する。

続いて、図２に示すように、流出バルブ５１、排出バルブ６１及び気体導入バルブ７１を開栓し、濾過装置１は安定運転状態に入る。このとき、ケーシング２内では濾過体３の内側の濾過面に沿って渦巻状の旋回流が発生している。

流出バルブ５１を開栓すると、濾過体３を通過して濾過処理された処理済み液体が、処理済み液体流出管５を経て濾過装置１外部へ排出される。濾過体３を通過できない異物等の分離対象物は、濾過体３の第一室２Ａ側濾過面に滞留する。

排出バルブ６１を開栓すると、渦巻状に発生している旋回流に乗って徐々に濾過体３の下部表面に蓄積された異物等の分離対象物が、排出管６を経て濾過装置１外部へ排出される。

気体導入バルブ７１を開栓すると、気体が気体導入管７を経て気体噴出管８に供給され、気体噴出管８に設けられた複数の気体噴出孔８１から濾過体３の第二室２Ｂ側濾過面に対して気体が噴出する。その結果、噴出した気体が液体中で気泡化するとともに当該気泡が液体中を濾過体３に沿って上昇し、もって濾過体３を振動させ続けるため、分離された異物等の分離対象物が濾過体３の第一室２Ａ側濾過面に付着することを抑制し、さらには異物等の分離対象物が濾過体３の目詰まりを引き起こすことを抑制する。

このように、本実施形態に係る濾過装置１によれば、異物等の分離対象物が濾過体３の濾過面に付着することを抑制することができるため、異物等の分離対象物が濾過体３の目詰まりを引き起こすことを抑制することができる。

［逆洗浄運転］
濾過装置１を用いて逆洗浄運転を行う場合、次のようにして実施される。ここで、逆洗浄とは、本来の濾過をするために液体を流す方向とは逆の方向に液体を流して、濾過体を洗浄することをいう。本実施形態に係る濾過装置１においては、前述したように、分離された異物等の分離対象物が濾過体３の濾過面に付着することを防止する機構が採用されているものの、継続的に濾過処理を行っても完全に濾過性能を維持することは困難であり、経時的には濾過性能が低下する。したがって、低下した濾過性能を回復させるためには、逆洗浄運転を行うことが必要となる。

なお、逆洗浄運転は、濾過処理運転時間を管理して、所定の時間が経過したところで定期的に行われることもあるし、第一圧力計９Ａと第二圧力計９Ｂとの差圧を管理して、差圧が所定の大きさを超えたところで都度行われることもあるし、その両方を組み合わせて行われることもある。

まず、図３に示すように、流入バルブ４１及び流出バルブ５１を閉栓し、濾過処理運転を停止するとともに排出管６が洗浄廃水の排出を担うように配管の切り替えを行う。この状態で排出バルブ６１及び気体導入バルブ７１を開栓したままとすれば、排出管６からケーシング２内の液体が流出していくとともに、気体噴出管８から濾過体３の第二室２Ｂ側濾過面に対して気体が噴出し、気体の圧力によってケーシング２内の液体は濾過体３の外側から内側へと逆流し始める。その結果、濾過体３の内側濾過面に付着した異物等の分離対象物が逆流した液体の勢いで剥離されて除去される。ここで、気体は液体中で気泡化しており、濾過体３を通過できないため、液体のみが濾過体３を通過して第二室２Ｂ側から第一室２Ａ側へと流れる。

なお、通常は逆洗浄運転を行うことによって濾過体３の濾過面に付着した異物等の分離対象物が剥離されて除去され、低下した濾過性能を回復させることができるが、それでも十分に濾過体３の洗浄を行うことができない場合は、排出管６から洗浄水を導入して濾過体３の第一室２Ａ側濾過面を洗浄する工程を追加することもある。その際には、気体噴出管８から濾過体３の第二室２Ｂ側濾過面に対して気体を噴出させて濾過体３に振動を与える工程も併用することもある。また、必要に応じて濾過体３を濾過装置１より取り外して洗浄することも可能である。

このように、本実施形態に係る濾過装置１によれば、異物等の分離対象物が濾過体３の濾過面に付着したとしても、逆洗浄運転を適宜行うことができるため、低下した濾過性能を回復させることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本実施形態に係る濾過装置１によれば、簡単な構成で被処理液体中の異物等の分離対象物を効率的に除去することができるとともに、分離された異物等の分離対象物を連続的に排出することができる。また、濾過処理運転の合間に逆洗浄運転を行うことによって低下した濾過性能を回復させ、連続的に運転する場合にも濾過性能を維持することができる。

本実施形態に係る濾過装置１は、各種産業分野の製造プロセスにおけるスラリー状液体の膜分離処理、特に発酵菌体の分離やブドウ糖液の精製等における膜分離処理の前処理として液中の異物を除去する際に用いられる濾過装置として、膜分離工程の前段に容易に組み込むことができるため、工業的に極めて有用である。

また、濾過体３に用いられる濾材のメッシュを好適に選定することにより、特定の粒子径以上の粒子を除去することも可能となり、比較的異物混入が少ない井水等から懸濁物を除去する用水処理や、海水中のプランクトンを除去する海水処理等の処理において、精密濾過工程の前段に容易かつ安価に組み込むことができるため、作業性の改善に大いに役立つ。

さらに、精密濾過装置を用いた工程の前工程に濾過装置１を用いることにより、高価な濾過膜や保安フィルタの寿命を延ばし、廃棄物を削減することができるため、本実施形態に係る濾過装置１は環境保全の観点でも高い効果を奏する。

本発明は、各種液体を継続的に濾過処理するために有用である。

１…濾過装置
２…ケーシング
２１…容器本体
２２…容器蓋部
２３…排気口
２４…ドレン管
２５…開閉バルブ
２Ａ…第一室
２Ｂ…第二室
３…濾過体
３１…取付部材
３２…接続部材
３３…保護スクリーン
４…被処理液体流入管
４１…流入バルブ
４２…流入口
５…処理済み液体流出管
５１…流出バルブ
５２…流出口
６…排出管
６１…排出バルブ
６２…排出口
７…気体導入管
７１…気体導入バルブ
８…気体噴出管
８１…気体噴出孔
９Ａ…第一圧力計
９Ｂ…第二圧力計

Claims (4)

1. 被処理液体を導入する流入口と、前記被処理液体を濾過処理した処理済み液体を排出する流出口と、を備えたケーシングと、
   前記ケーシング内部を前記流入口が位置する第一室と前記流出口が位置する第二室とに区画するように、前記ケーシング内部に装着される濾過体と、
   前記濾過体に対して気体を噴出し、もって前記濾過体を振動させる振動機構と、を備え、
   前記濾過体は、柔軟性のある濾材を用いて形成された布体であり、かつ、上部が開口し、下部が前記排出口に接続されている逆円錐台形状であり、
   前記ケーシングは、前記濾過体によって前記被処理液体より分離された分離対象物を含む廃液を排出する排出口を、該排出口が前記ケーシングの前記第一室側に位置するように備え、
   前記振動機構は、気体導入管と、前記気体導入管に接続され、前記気体導入管から導入された気体を噴出する気体噴出孔が設けられている気体噴出管と、を備え、
   前記気体噴出管は、前記排出口近傍に、前記気体噴出孔から噴出された気泡が液体中を前記濾過体の前記第二室側濾過面に沿って上昇するように設置され、
   前記振動機構は、濾過処理時に運転されることを特徴とする濾過装置。
2. 前記振動機構は、逆洗浄時にも運転されることを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記気体噴出管は、前記排出口近傍を取り囲むように設置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の濾過装置。
4. 前記流入口は、前記被処理液体を前記濾過体の前記第一室側濾過面に沿って渦巻状に旋回流動させるように、前記被処理液体を導入することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の濾過装置。

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