JP2001162112A

JP2001162112A - 多孔質フィルタおよびこれを用いる流体浄化方法ならびに流体浄化装置

Info

Publication number: JP2001162112A
Application number: JP34989199A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Sugimoto; 昭壽杉本
Original assignee: Atlus Co Ltd
Current assignee: Atlus Co Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高いろ過精度を維持したまま、処理対象流体の
処理量を大幅に増大させることができ、かつろ過面への
ろ滓の付着が少なく、付着したろ滓の洗浄除去が容易な
多孔質フィルタおよびこれを用いる流体浄化方法ならび
に流体浄化装置を提供する。【解決手段】中央部分に形成される円柱状空間と、略三
角形などの断面形状を有する長尺管状の多孔質フィルタ
膜セルが、縮幅する頂部が中心側に向かい、かつ前記円
柱状空間の外周上にくるように所定数放射状に配列され
た円筒状フィルタ部とを有する多孔質フィルタであっ
て、前記多孔質フィルタ膜セルを、活性炭，イオン交換
体，ジルコニウム塩の少なくとも１つで構成したことを
特徴とする多孔質フィルタ、およびこれを用いる流体浄
化方法ならびに流体浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機物や無機物の
不純物質や汚染（有害）物質や異臭物質などを含む気体
や液体などの流体からこれらの物質を取り除くための、
または微量の有用な物質を含む流体からこれらの物質を
回収するための、または人口臓器において体液中などか
ら不純物を除去するためなどに好適に用い得る、高性
能，高能力の多孔質フィルタおよびこれを用いる流体浄
化方法ならびに流体浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、河川水や海水あるいは排水か
ら飲料水を得るために飲料に不適な様々な汚染物質，悪
臭（異臭）発生物質，不純物をろ過するろ過材として、
円筒管状多孔質フィルタ（セラミックフィルタなど）を
用いるろ過装置が提案され、また使用されている。一
方、最近は、井戸水や水道水中に少量含まれる有機物や
無機物等に起因する悪臭（異臭）や味のまずさなどを除
くための浄水器等が多く上市されているが、この中にも
多孔質セラミックフィルタを用いるものが多く用いられ
ている。

【０００３】また、ビール，ワイン，日本酒，醤油など
を醸造する時のように、発酵生成物から固形物や不純物
を除去する場合や、ソース，ジュース，果汁，食物油な
どを食物から得るために固形分や不純物を除去する場合
などにも、多孔質セラミックフィルタが用いられてい
る。このように、上述した飲料水や酒類，果汁，ジュー
ス，ソース，食物油などは、飲用または食用に供される
ものであるので、浄化装置のろ過精度は極めて高い精度
が要求され、また、工業的規模で行う場合には、大量処
理が求められている。

【０００４】一方、最近の環境汚染に対する関心の高ま
りから、工場排水の水質については厳しい規制が行わ
れ、排水浄化のための浄化装置の高性能化，大型化が求
められている。さらには、将来、種々の営業活動に伴う
排水、学校，施設等々の排水、家庭排水や生活排水につ
いても規制の動きがあり、小型から大型までの種々のタ
イプの高性能かつ低コストの浄化装置が求められてい
る。また、医療機器分野においても、精密・高性能なろ
過装置の需要は多い。

【０００５】従来、大型浄水装置には砂ろ過が用いられ
ているが、ろ過精度の点では十分であるといえないた
め、高精度の水質浄化のためには上述の円筒管状の多孔
質セラミックフィルタなどを用いるのが好ましかった。
しかしながら、従来の円筒管状の多孔質セラミックフィ
ルタは、ろ過精度の点では優れているものの、ろ過面積
が円筒管のサイズ（内径，外径，長さ）によって決定さ
れてしまい、工場排水等の大量処理を行うためには、多
量の多孔質セラミックフィルタを必要とする。このた
め、大量処理を対象とする浄水装置は極めて大型化する
ことになる。

【０００６】このため、上述のような多孔質セラミック
フィルタの単位体積当たりのろ過面積を増大させる必要
があった。このような要求を満たすために、本発明者
は、特願平３−３２４８５０号（特開平５−２５３４５
１号公報参照）により、中央部分に形成される円柱状空
間と、略三角形，略台形または略扇形の断面形状を有す
る長尺管状の多孔質フィルタ膜セルが、縮幅する頂部が
中心側に向かい、かつ前記円柱状空間の外周上にくるよ
うに所定数放射状に配列された円筒状フィルタ部とを有
する多孔質セラミックフィルタを提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の提案に係る多孔
質セラミックフィルタは、従来の構造の多孔質セラミッ
クフィルタと比較して、単位体積当たりのろ過面積を飛
躍的に増大させるものであった。本発明の目的は、上記
提案に係る多孔質セラミックフィルタの構造を基に、本
発明者がさらに研究を進めた結果、その機能をさらに高
めた多孔質フィルタ、およびこれを用いる流体浄化方法
ならびに流体浄化装置を提供することにある。

【０００８】より具体的には、単位体積当たりのろ過面
積を大幅に増大させることができ、高いろ過精度を維持
したまま、処理対象となる流体の処理量を大幅に増大さ
せることができ、かつろ過面へのろ滓の付着が少なく、
付着したろ滓の洗浄除去が容易で浄化運転しながら洗浄
することが可能な多機能多孔質フィルタ、すなわち、処
理対象となる流体を機械的にろ過するだけでなく、物理
的ないし電気化学的に不純物を除去する機能をも有する
多孔質フィルタ、およびこれを用いる流体浄化方法なら
びに流体浄化装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様は、中央部分に形成される円柱
状空間と、略三角形，略台形または略扇形の断面形状を
有する長尺管状の多孔質フィルタ膜セルが、縮幅する頂
部が中心側に向かい、かつ前記円柱状空間の外周上にく
るように所定数放射状に配列された円筒状フィルタ部と
を有する多孔質フィルタであって、前記多孔質フィルタ
膜セルを、活性炭，イオン交換体，ジルコニウム塩の少
なくとも１つで構成したことを特徴とする多孔質フィル
タを提供するものである。

【００１０】ここで、前記多孔質フィルタ膜セルは、所
定間隔で配置されることが好ましい。また、隣接する前
記多孔質フィルタセルの放射状の隙間を接続するリブを
有することが好ましい。さらに、前記リブは、前記多孔
質フィルタ膜セルの両端に、全ての前記多孔質フィルタ
膜セルを接続するように設けられるのが好ましい。ま
た、前記リブは、前記多孔質フィルタ膜セルの長手方向
に所定間隔で設けられるのが好ましい。

【００１１】また、本発明に係る多孔質フィルタは、前
記多孔質フィルタ膜セルを、活性炭，イオン交換体，ジ
ルコニウム塩の少なくとも２つの組み合わせで構成した
物であってもよい。このように、２つの構成材料を組み
合わせることにより、所望の機能を選択的に組み合わせ
ることが可能になる。前記イオン交換体としては、カチ
オン交換体もしくはアニオン交換体のいずれをも用いる
ことが可能であり、ジルコニウム塩なども好適に用い得
る。また、前記ジルコニウム塩としては、酸化ジルコニ
ウム，非晶質または結晶質のリン酸ジルコニウムが挙げ
られる。

【００１２】好適に用い得るジルコニウム塩としては、
リン酸ジルコニウムの基本物質である、一般にＨイオン
型と呼ばれる下記の各物質を具体的に挙げることができ
る。すなわち、Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・ｎＨ₂Ｏ , (ＺｒＯ)₂
(ＨＰＯ₄)₂，Ｚｒ−Ｓｉ−ＨＰＯ₄・ｍＨ₂Ｏ（以
上、非晶質）、または、α−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・Ｈ₂Ｏ，
γ−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・２Ｈ₂Ｏ，θ−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・
８Ｈ₂Ｏ（以上、結晶質）などを挙げることができる。

【００１３】さらに、本発明に係る多孔質フィルタにお
いては、多孔質セラミックを含むように構成することも
可能である。ここで、多孔質セラミックとしては、酸化
アルミニウム（アルミナ），酸化ジルコニウム（ジルコ
ニア），酸化チタン（チタニア），酸化イットリウム，
酸化珪素（シリカ），炭化珪素，窒化珪素，珪酸カルシ
ウム，珪酸アルミニウム，コランダム，コージライト，
ムライトなどや、これらの２以上を適宜混合してなる複
合体が用い得る。

【００１４】また、本発明の第２の態様は、上記第１の
態様の多孔質フィルタを用い、この多孔質フィルタの中
央の前記円柱状空間に未浄化流体を流入させ、この未浄
化流体を前記円柱状空間から前記円筒状フィルタ部の前
記放射状の隙間を通過させて前記円筒状フィルタ部の外
側に流出させ、前記多孔質フィルタ膜セルによるクロス
フローろ過を行うことを特徴とする流体浄化方法、また
は、上記第１の態様の多孔質フィルタを用い、この多孔
質フィルタの前記円筒状フィルタ部の外側の空間に未浄
化流体を流入させ、この未浄化流体を前記円筒状フィル
タ部の外側からこの円筒状フィルタ部の前記放射状の隙
間を通過させて中央の前記円柱状空間に流出させ、前記
多孔質フィルタ膜セルによるクロスフローろ過を行うこ
とを特徴とする流体浄化方法を提供するものである。

【００１５】また、本発明は、上記流体浄化方法であっ
て、さらに、所定時期に前記多孔質フィルタへの未浄化
水の流入を停止し、前記多孔質フィルタ膜セルの外側表
面に逆流用流体の噴流を吹き付けて逆流し、前記多孔質
フィルタ膜セルの外側表面に付着したろ滓を除去した
後、再び前記多孔質フィルタに未浄化水を導入して、ク
ロスフローろ過を行うことを特徴とする流体浄化方法を
提供するものである。ここで、前記噴流には、高圧気泡
および研磨材の少なくとも一方が混入されるのが好まし
い。

【００１６】また、本発明の第３の態様は、上記第１の
態様の多孔質フィルタを少なくとも１つろ過タンク内に
配列してなるろ過手段と、このろ過手段の洗浄手段とを
有する流体浄化装置を提供するものである。また、本発
明は、上記流体浄化装置であって、さらに吸着浄化手段
と、殺菌手段とを有することを特徴とする流体浄化装置
を提供するものである。また、本発明は、上記流体浄化
装置であって、さらに限外ろ過手段を有することを特徴
とする流体浄化装置を提供するものである。

【００１７】ここで、前記洗浄手段は、前記多孔質フィ
ルタの中央の前記円柱状空間の中心に自転可能に設けら
れ、洗浄用流体の噴流を前記多孔質フィルタ膜セルに向
けて噴出するための複数のノズルを有する管体であるの
が好ましい。または、前記洗浄手段は、前記多孔質フィ
ルタの前記円筒状フィルタ部の外周から所定距離離れた
円周に沿って公転可能に設けられ、洗浄用流体の噴流を
前記多孔質フィルタ膜セルに向けて噴出するための複数
のノズルを有する管体であるのが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る多孔質フィ
ルタおよびこれを用いる流体浄化方法、ならびに流体浄
化装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に
説明する。以下の説明では、流体浄化装置の代表例とし
て、プール水を浄化するプール水浄化装置について説明
するが、本発明は、これに限定されるわけではないのは
もちろんである。

【００１９】図１は、本発明の第３の態様に係るプール
水浄化装置の一実施形態の基本構成を示す概念図であ
る。図１に示すように、本実施形態に係るプール水浄化
装置１０は、プール１２からオーバーフローしたプール
水を貯留するオーバーフロータンク１４と、プレフィル
タ１６ａ，１６ｂと、プール水循環用ポンプ１８ａ，１
８ｂと、本発明の第１の態様の多孔質フィルタ２０を多
数用いる精密ろ過装置２１と、限外ろ過装置２２と、殺
菌装置２４と、吸着浄化装置２６と、精密ろ過装置２１
の洗浄装置２８と、限外ろ過装置２２の逆洗装置３０と
を有する。

【００２０】なお、本発明の多孔質フィルタ２０は、基
本的にろ過助剤をフィルタ膜表面にコーティングしない
で使用されるものであるが、本発明はこれに限定され
ず、水質によってはろ過助剤をコーティングして用いて
もよい。この場合には、図１に示すように、プール水浄
化装置１０は、さらにろ過助剤供給装置３２と、スラリ
ーポンプ３４とを有していてもよい。ここで、図１は、
本実施形態に係るプール水浄化装置の基本構成のみを示
すものであるので、本実施形態に係るプール水浄化装置
には、必要に応じてプール水浄化装置において通常用い
られる種々のタンク、例えば、塩素タンク，アルカリタ
ンクなどのタンク類、弁，配管，熱交換器等の機器類を
有していることはもちろんである。

【００２１】オーバーフロータンク１４は、プール１２
からオーバーフローしたプール水あるいは、自然排水も
しくはポンプ等により強制排水されたプール水を一時的
に貯留するものであり、所定量のプール水を、配管を通
してプレフィルタ１６ａ，１６ｂに供給する。プレフィ
ルタ１６ａ，１６ｂは、カーボンフィルタなどをタンク
内に配置したものからなり、オーバーフロータンク１４
から流出したプール排水中に含まれ、あるいは浮遊して
いる髪の毛，糸くず，ばんそうこうやゴミなどの粗大な
不純物を除去するためのもので、後段の多孔質フィルタ
２０により精密ろ過をスムーズに行わせるために設けら
れる。プレフィルタは、１個であっても３個以上あって
もよい。

【００２２】ポンプ１８ａ，１８ｂは循環ポンプであっ
て、プール水を本発明のプール水浄化装置１０の流路内
で流動させるためのエネルギを与えるものであればどの
ようなものでもよい。この循環ポンプは１台のポンプで
あってもよいし、複数のポンプを並列または直列に配置
したものであってもよい。

【００２３】殺菌装置２４は、プール水中に含まれる大
腸菌やブドウ状球菌などの細菌やウィルスを殺菌，滅菌
および不活化するためのもので、透明の石英ガラス管内
に挿入されたオゾンランプおよび紫外線ランプにより、
前記石英ガラス管の外側を循環するろ過後のプール水を
殺菌するばかりでなく、石英ガラス管内に乾燥空気を送
気して前記オゾンランプおよび紫外線ランプによりオゾ
ンを発生させ、発生したオゾンを含む空気をプール水中
に十分にバブリングして攪拌し、小さな気泡として混合
させプール水をオゾンによる酸化殺菌を行うものであ
る。後述するように、通常、プール水は塩素殺菌が行わ
れるが、この紫外線殺菌およびオゾン殺菌はプール水に
混入される塩素剤の効果をより一層効果的にするもので
ある。

【００２４】吸着浄化装置２６は、ゼオライト，活性
炭，シリカゲルなどの吸着剤が充填されたタンクであっ
て、ろ過および殺菌後のプール水中に含まれている汗や
尿などから発生したアンモニアや、殺菌装置２４で分解
された細菌，色素および結合塩素などを吸着剤の吸着作
用等により吸着して除去するためのものである。吸着剤
としては、人体に有害な物質をプール水中に溶解させる
ものでなければ何でもよいが、ゼオライト，活性炭さら
にはシリカゲルなどが好ましい。ここで、ゼオライト
は、上述のアンモニアを吸着除去するもので、活性炭は
臭気成分，色素、プール水の結合塩素などを吸着除去
し、シリカゲルは、たんぱく質を選択的に除去する。な
お、水質によっては、この吸着浄化装置２６は、省略す
ることが可能である。

【００２５】限外ろ過装置２２は、多孔質フィルタ２０
で分離除去できない菌類よりもさらに小さいウィルス、
例えば、エイズウィルス，インフルエンザウィルス，日
本脳炎ウィルス，肝炎ウィルス類等や、タンパク質類等
を分離除去するためのもので、中空糸膜などの限外ろ過
膜を多数配列したものである。ところで、人体などから
発生し、プール水中に混入する不純物のうち、多孔質フ
ィルタ２０によって、大腸菌，コレラ菌，チフス菌，緑
膿菌等の細菌類などのような、略０．２μｍ〜０．５μ
ｍ以上の直径を持つ不純物粒子が除去されるが、これ以
下の直径を持つ不純物粒子は除去できない。そこで、限
外ろ過装置２２においては、中空糸膜などの限外ろ過膜
３６によって、プール水中に残存している０．００１μ
ｍ〜０．２μｍ程度の粒子径を持つタンパク質類（例え
ば、０．００２μｍ〜０．０１μｍ）およびウィルス類
（例えば、０．０１μｍ〜０．２μｍ）、ならびに、多
孔質フィルタ２０で完全に除去できなかった細菌類（例
えば、０．２μｍ〜０．５μｍ）を除去している。しか
し、プール水中に必要なイオン、例えばＮａ⁺などの金
属イオン、Ｃｌ^-などの陰イオン等のイオンや分子類
は、限外ろ過膜を透過する。

【００２６】従来、このような限外ろ過膜３６のように
細かいフィルタを使用して大量のプール水をろ過しよう
とした場合にはすぐにフィルタの目詰まりを生じて、ろ
過が不可能であったが、本発明では、限外ろ過の前に、
予めプール水を多孔質フィルタにより精密ろ過すること
により、はじめて大量のプール水の限外ろ過を可能にし
ているものである。

【００２７】本実施形態に用いられる限外ろ過装置２２
には、図２に示すように、限外ろ過膜３６のろ過効率の
低下を防止し、常に高い効率に維持するとともに高価な
限外ろ過膜の交換の頻度を少なくするために逆洗装置３
０を有する。この逆洗装置３０は、図示しないが洗浄水
供給のためのタンク３７，ポンプ３８および図示しない
駆動源に接続された超音波発生器３９からなる。この限
外ろ過装置２２の逆洗は、バルブ４０ａおよび４０ｂを
閉止し、閉止されていたバルブ４０ｃおよび４０ｄを開
放して、タンク３７からポンプ３８の作用により洗浄水
を限外ろ過装置２２の出口側に流入させ、限外ろ過膜３
６の内側から外側に逆流させて、限外ろ過膜３６に捕獲
された不純物微細粒子を外側に流し出し、この微細不純
物粒子を含む洗浄水を限外ろ過装置２２のバイパスプー
ル出口からバルブ４０ｄを経て外部に排出する。この
時、超音波発生器３９によって限外ろ過装置２２の外周
から中心に向けて超音波を発振させ、限外ろ過膜３６を
超音波振動させて、捕獲されていた不純物微粒子の逆洗
除去を容易にし、逆洗効率を高めている。

【００２８】ここで、本実施形態に用いられる限外ろ過
膜は、特に制限的ではなく、公知の限外ろ過膜、すなわ
ち中空糸膜であればよく、例えば、代表的には、クラレ
ＵＦフィルター（クラレ社製）などを挙げることができ
る。また、このような中空糸膜は、外側から内側に向け
て限外ろ過するものであっても、逆に内側から外側に向
けて限外ろ過するものであってもよい。

【００２９】本実施形態に係るプール水浄化装置に用い
られる超音波発生器は、特に制限的ではなく、超音波振
動板を限外ろ過器の外周に全面あるいは所定間隔で配置
するものなど、限外ろ過膜に超音波を付与できればどの
ようなものでよい。

【００３０】精密ろ過装置２１は、プール水中に持ち込
まれてあるいは生成されて混在している金属塩類、油
分、汚れなどの有機物、不純物、細菌などの微細粒子、
例えば０．２５μｍ〜１μｍ程度の微細粒子までろ過し
て、プール水を浄化するための装置である。ろ過装置２
１の内部には、上述した０．２５μｍ〜１μｍ程度の微
細粒子までろ過可能な本発明の第１の態様の多孔質フィ
ルタ２０が複数本、例えば数十本が装着されている。

【００３１】本発明の第１の態様の多孔質フィルタ（以
下、単にフィルタともいう）２０は、非常に微細な孔を
三次元的に有するものであり、細菌などの微粒子はもち
ろん人間の体から放出される油分等もろ過することが可
能なフィルタであって、図３（ａ）および（ｂ）に示す
構造を有する。

【００３２】本発明に係るフィルタ２０は、図３（ａ）
および（ｂ）に示すように、略３角形状の断面形状を持
つチューブ（管）状の多孔質フィルタ膜セル（以下、単
にフィルタ膜セルという）４２を複数個、３角形の頂点
４２ａを中心側に向けて放射状に所定間隔で隙間をあけ
て配列した円筒状フィルタ部４３と、中央部分に形成さ
れる中央貫通孔４４を形成する円柱状空間と、両端およ
びその中間に設けられ、前記円筒状フィルタ部４３の隣
接するフィルタ膜セル４２の隙間４５を接続するリブ４
６ａおよび４６ｂとを有する。

【００３３】ここで、上記フィルタ膜セル４２の詳細な
構成例を、図４に示す。本実施形態に係るフィルタ膜セ
ル４２は、基本構成部分４２ｅは活性炭で構成されてお
り、その表面に、イオン交換体としての非晶質リン酸ジ
ルコニウム層４２ｆを形成して構成されている。これら
の多層構成に形成された各層は、押出成形や射出成形な
どによるフィルタ膜セル４２の成形時に、シート状にし
た材料を順次重ね合わせて供給するなどの方法により、
所望の寸法に成形した後、酸素を遮断した不活性雰囲気
内で焼成して形成される。

【００３４】ここで、基本構成部分４２ｅ，非晶質リン
酸ジルコニウム層４２ｆの各層を構成する粒子のサイズ
は、多孔質フィルタに要求されるろ過能力に応じて適宜
選択すればよいが、通常は、０．１μｍ〜１００μｍ程
度であるのがよい。また、上層の非晶質リン酸ジルコニ
ウム層４２ｆの厚みについても、基本構成部分４２ｅと
の比較において、適宜の厚みに設定することができる。

【００３５】上記非晶質リン酸ジルコニウム層４２ｆに
加えて、リンやフッ素の除去に選択的な作用を示す酸化
ジルコニウムから構成される第３の層を配置してもよ
い。なお、このように基本構成部分４２ｅ上に設ける付
加層を３層構成とする際の付加層の配列順序も、適宜に
決定することが可能である。

【００３６】なお、上述のリン酸ジルコニウム層４２ｆ
を構成するための材料としては、上に示した非晶質のリ
ン酸ジルコニウム以外にも、二次元層状構造，三次元網
状構造の結晶質リン酸ジルコニウムなどが用い得るが、
非晶質，結晶質いずれにも複数のモル比の異なるものが
あり、これらのうちから、処理対象となる未浄化水の種
類によって選択することも可能である。

【００３７】リン酸ジルコニウムの基本物質としては、
前にも述べた通り、一般にＨイオン型と呼ばれる、下記
の核物質を挙げることができる。すなわち、Ｚr(ＨＰＯ
₄)₂・ｎＨ₂Ｏ ,（ＺｒＯ)₂ (ＨＰＯ₄)₂，Ｚｒ−Ｓｉ
−ＨＰＯ₄・ｍＨ₂Ｏ（以上、非晶質）、あるいは、α
−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・Ｈ₂Ｏ，γ−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・２Ｈ
₂Ｏ，θ−Ｚr(ＨＰＯ₄)₂・８Ｈ₂Ｏ（以上、結晶質）
などである。

【００３８】ここで、円筒状フィルタ部４３に配置され
るフィルタ膜セル４２個数は、図示例では１２個である
が、その個数およびサイズは、本発明では特に制限的で
はなく、必要とされるろ過面積に応じて適宜選択すれば
良い。また、フィルタ膜セル４２の厚みは、特に制限的
ではなく、ろ過圧および逆洗圧などに応じて適宜設定す
ればよいが、全体として一様であってよいが、頂部４２
ａや辺部４２ｂの両端等のような突部は他よりも少し厚
くすることにより、必要な強度を得ることができる。

【００３９】なお、図示例のフィルタ膜セル４２の断面
形状は、頂点４２ａおよび底辺４２ｂをもつ略３角形で
あるが、本発明はこれに限定されず、縮幅する頂部４２
ａと拡幅する辺部４２ｂとを有していれば、どのような
形状でもよく、略３角形の他、例えば台形、扇形および
これらの形状の変形したものなどであってもよい。ここ
で、フィルタ膜セル４２の頂点４２ａは、円筒状フィル
タ部４３の包絡内周を構成し、尖端であるのが良いが、
フィルタ膜セル４２自体の強度の点からは尖っていない
方が良いので、所定半径の円弧状の突端であるのが良
い。フィルタ膜セル４２の断面形状の辺部４２ｂは、円
筒状フィルタ部４３の包絡外周を構成するものであり、
直線であっても円弧であってもよいが、辺部４２ｂの両
端は、上述の頂点４２ａと同様に、強度の点から円弧状
に丸めておくのがよい。

【００４０】ところで、図３に示すフィルタ２０を用い
てプール水の浄化を行う場合には、フィルタ２０は、中
心貫通孔４４に未浄化プール水を導入し、中心貫通孔４
４から円筒状フィルタ部４３の外側に向かって、あるい
は逆に円筒状フィルタ部４３の外側に未浄化プール水を
導入し、円筒状フィルタ部４３の外側から中心貫通孔４
４側に向かって、隣接するフィルタ膜セル４２の間の隙
間４５を通過させながら、クロスフローろ過を行うこと
ができるものである。この時、隣接するフィルタ膜セル
４２の隙間４５は、他の部分より狭いため、隙間４５を
通過する未浄化水は加速される。従って、フィルタ膜セ
ル４２で最もクロスフローろ過が行われる隙間４５に沿
った稜線部分４２ｃにはろ滓が付着し難い。その結果、
本発明の多孔質フィルタは、従来のクロスフローろ過が
行われるセラミックフィルタに比べて、ろ過能力の劣化
が少なく、長期間にわたって高いろ過精度と高い処理能
力（処理量）を維持することができる。

【００４１】このように、本発明に係るフィルタ２０
は、本来ろ滓などが付着し難く、長期間の使用が可能な
ものであるが、大量の未浄化水を長期間にわたってろ過
し続けていると、当然のことながら、フィルタ膜セル４
２の頂部４２ａや底部４２ｂはもちろん稜線部分４２ｃ
にも、ろ別された不純物などのろ滓が少しづつ付着し
て、ろ過能力を劣化させる。従って、本発明に係るフィ
ルタ２０においては、中心貫通孔４４の中心および円筒
状フィルタ部４３の外側の円周上の少なくとも一方に、
フィルタ膜セル４２の膜面、特に頂部４２ａおよび稜線
４２ｃまたは辺部４２ｂおよび稜線４２ｃを強制的に洗
浄するための複数の洗浄水噴出ノズル４７ａを持つ回転
（自転または公転）可能な管状体４７からなる洗浄手段
を配置しておくのが良い（図３（ｃ）参照）。

【００４２】ここで、洗浄手段の管状体４７の噴出ノズ
ル４７ａから噴出させる洗浄水は、清浄水であれば特に
制限的ではなく、例えばフィルタ２０による浄化水を用
いればよいが、洗浄力を増し、フィルタ膜セル４２の膜
表面に付着したろ滓を物理的に強力に除去するため、高
圧空気などの高圧気泡を混入させたジェット噴流として
噴出させるのがよい。また、さらに、フィルタ膜セル４
２の膜表面の付着物を物理的に剥離し、強制的に除去す
るため、洗浄水に研磨剤などを混入させてもよい。研磨
剤としては、特に制限はないが、後述するろ過助剤とし
て用いられる珪藻土や石炭などの粉末状ろ過助剤を用い
ることができる。

【００４３】前にも述べたように、本発明に係るフィル
タ２０は、本来ろ過助剤をフィルタ膜セル４２の膜表面
にコーティングせずに、そのまま未浄化水のろ過に供さ
れるものであるが、未浄化水の水質によっては、ろ過助
剤をプレコートして使用するのが好ましい。このような
場合に洗浄手段の管状体４７の噴出ノズル４７ａから噴
出させる洗浄水に混入する研磨剤としてろ過助剤を用い
ると、特別に研磨剤供給装置を設ける必要がなく、好都
合である。

【００４４】なお、洗浄手段となる管状体４７のサイズ
および管状体４７に設けられる噴出ノズル４７ａの個数
とサイズは、特に制限的ではなく、必要に応じて適宜設
定すればよい。また、管状体４７を中心貫通孔４４に設
けて頂部４２ａおよび稜線４２ｃを洗浄するか、円筒状
フィルタ部４３の外側に設けて辺部４２ｂおよび稜線４
２ｃを洗浄するかも、あるいは両方設けてフィルタ膜セ
ル４２の膜面全部を洗浄するか、必要な洗浄の程度に応
じて適宜設定すればよい。さらに、管状体４７を中心貫
通孔４４の中心に配置して回転（自転）させるか、中心
貫通孔４４の内側に配置して内周に沿って回転（公転）
させるかも適宜設定すればよい。なお、管状体４７の回
転（自転または公転）させるための回転駆動手段は、図
示されていないが、特に制限的ではなく、公知の回転駆
動手段を用いることができる。

【００４５】ところで、本発明に係るフィルタ２０の洗
浄手段としては、図示例の管状体４７の噴出ノズル４７
ａの他に、後述する逆洗装置２８を挙げることができ、
これらはいずれか一方のみを用いてもよいが、最も好ま
しくは両方用いるのがよい。特に、本発明に係るフィル
タ２０をろ過助剤をプレコートして用いる場合には、逆
洗装置２８を併用するのがよい。なお、噴出ノズル４７
ａから噴出させる洗浄水やジェット噴流は、後述する逆
洗装置２８によって生成される洗浄水やジェットの噴流
を併用するのが好ましい。

【００４６】本発明の第１の態様の多孔質フィルタは、
多数のフィルタ膜セル４２を放射状に配置して円筒状フ
ィルタ部４３を形成して、被処理プール水と接触する面
積、すなわち処理面積を増大させたものである。また、
本発明のフィルタは、従来の円筒状セラミックフィルタ
に比べて、機械的なろ過のみならず、物理的ないし電気
化学的な処理機能を有するので、多面的なろ過が可能に
なる。

【００４７】このような本発明のフィルタ２０は、図２
に示すように、精密ろ過装置２１のハウジングタンク４
８の底部４８ａに、またはこの底部４８ａに配置される
集合管（図示せず）に、カバー５１とマウント５２との
間に挟持されたプール水浄化用フィルタ組立体（以下、
フィルタユニットという）５０としてマウント５２の底
部の図示しないねじ部によってねじ止め（固定）され
る。なお、本発明に係るフィルタ２０をフィルタユニッ
ト５０とするためのカバー５１やマウント５２は、対応
する孔のサイズや形状や位置がフィルタ膜セル４２や中
心貫通孔４４に合致すれば、特に制限的ではなく、どの
ようなものを用いてもよい。例えば、本発明者の出願に
係る特公平８−４７１６号公報に開示されたカバーやマ
ウントを用いることができる。また、本発明に係るフィ
ルタ２０を複数本接続してフィルタユニット５０を構成
してもよい。

【００４８】図示例のフィルタ２０は、複数の放射状に
配列されたフィルタ膜セル４２を連結する両端の２個の
リブ４６ａおよび中間の少なくとも２個のリブ４６ｂを
有するものであるが、本発明はこれに限定されず、中間
のリブ４６ｂは１個であっても、全くなくてもよいし、
また、中間リブ４６ｂが少なくとも１つある場合には両
端のリブ４６ａも一方のみであっても、両端ともなくて
もよいし、さらに両端のリブ４６ａも中間のリブ４６ｂ
のいずれも全くなくてもよい。このような場合には、両
端のマウント（図示せず）によって複数本の放射状に配
列されたフィルタ膜セル４２を連結して支持して、本発
明のフィルタをフィルタユニットとして構成する。この
場合には、マウントのフィルタ膜セル４２を支持する位
置を可動として、隣接するフィルタ膜セル４２間の隙間
（間隔）を調整可能にすることができる。

【００４９】図３に示した本発明のフィルタ２０は、基
本的に以上のように構成されるが、本発明はこれに限定
されず、種々の変形が可能である。図５、図６（ａ），
（ｂ）、図７（ａ）および（ｂ）に、フィルタ６０のよ
うに、２４個のフィルタ膜セル４２で円筒状フィルタ部
４３を形成し、各セル４２間の隙間４５に、略同様な間
隔でフィルタ膜セル４２の長手方向にリブ４６ｂを設け
て、矩形状の流路６２を形成してもよい。ここで、図６
（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図５のＡ−Ａ線および
Ｂ−Ｂ線断面模式図を示し、図７（ａ）および（ｂ）
は、それぞれ本発明のフィルタ６０の部分断面拡大斜視
模式図および部分拡大断面模式図であり、矩形状流路６
２を模式的に示している。図示例のフィルタ６０のよう
に構成することにより、フィルタの強度を上げることが
できるので、フィルタ膜セル４２のサイズ、特に幅を狭
くでき、同一寸法（サイズ）の円筒状フィルタ部４３を
構成するフィルタ膜セル４２の個数を増大させることが
できるので、ろ過面積を増大させることができ、ろ過能
力をさらに増大させることができる。

【００５０】本発明の第１の態様に係る多孔質フィルタ
２０は、基本的に、以上のように構成される。

【００５１】図１に戻って、プール水浄化装置について
説明を続ける。ろ過助剤供給装置３２は、精密ろ過装置
２１のフィルタ２０のろ過能力を常に良好な状態に維持
し、洗浄を容易にするろ過助剤層を形成するためのろ過
助剤を充填しておくもので、スラリーポンプ３４によっ
てろ過装置２１内のフィルタ２０に供給する。すなわ
ち、フィルタ２０は微細な孔を有するため、直接的にろ
過に用いると、この微細な孔がすぐに目詰まりして、短
時間のうちにろ過能力が低下し、浄化ができなくなって
しまう。

【００５２】このため、フィルタ２０は一般的にその流
入側面に、除去が容易なろ過助剤層を形成して用いてい
る。ろ過助剤としては、珪藻土や石灰などの粉末状ろ過
助剤およびセルロース、パルプ繊維やアスベスト等の繊
維状ろ過助剤ならびにタンパク質の選択的除去が可能な
シリカゲルなどを用いるのが好ましい。従って、前記フ
ィルタ２０の流入側面には除去が容易な粉末状ろ過助剤
からなる剥離層およびその上層に繊維状ろ過助剤からな
るろ過層ならびにシリカゲル層を形成しておくのが好ま
しい。

【００５３】逆洗装置２８は、ろ過装置２１内のフィル
タ２０のろ過能力を常に良好な状態に保つように、ろ過
効率が低下する前に、例えば、一定期間ごとに前記フィ
ルタ２０に堆積したろ滓を除去し、前記フィルタを洗浄
するために、逆流させ噴出させるための高圧空気含有洗
浄水流、すなわち、洗浄水と、図示しない高圧空気源か
ら供給される高圧空気からなるジェット水流を発生させ
るためのもので、図示しないが上記洗浄水の流速を加速
する循環回路と、高圧空気と加速された洗浄水との混合
器からなるが、特にこれに限定されるわけではない。

【００５４】基本的に以上のように構成される本発明の
第３の態様のプール水浄化装置１０においては、プール
１２からオーバーフローしたプール水は、オーバーフロ
ータンク１４に流入し、カーボンフィルタなどのプレフ
ィルタ１６ａ，１６ｂにより髪の毛、ゴムなどの比較的
大きな不純物を除去された後、循環ポンプ１８ａ，１８
ｂの作用により、第１の態様の多孔質フィルタ２０を多
数ろ過タンク内に配列した精密ろ過器２１に流入する。
次に、精密ろ過器２１内でフィルタ２０により精密ろ過
されたプール水は、限外ろ過器２２に流入して限外ろ過
された後、紫外線およびオゾンを用いる殺菌装置２４に
流入して殺菌され、活性炭などを用いる吸着浄化装置２
６に流入してアンモニアなどの不快臭分子や、殺菌装置
２４によって死滅させられたウィルス類，細菌類を吸着
除去した後、浄化プール水としてプール１２に戻され
る。

【００５５】ところで、図１に示すプール水浄化装置１
０は、本発明の第１の態様に係るフィルタ２０を用いる
精密ろ過装置２１，吸着浄化装置２６および殺菌装置２
４をそれぞれ別々のタンクで構成しているが、本発明は
これに限定されず、本発明者の発明に係る特開平７−１
１２１８２号公報に開示された流体浄化装置のように一
体化・コンパクト化してもよい。こうすることにより、
浄化装置の性能を落とさず、小型、コンパクト化できる
ので、本発明のセラミックフィルタを用いる上でより好
ましい。

【００５６】本発明の第３の態様のプール水浄化装置に
おいて、限外ろ過装置２２は必ずしも設ける必要はな
い。特に、浄化処理量の増大を第１の目的とする場合は
設けなくてよい。

【００５７】以上、浄化対象流体としてプール水を挙
げ、流体浄化装置としてプール水浄化装置を代表例と
し、本発明に係る流体浄化用多孔質フィルタ、およびこ
れを用いる流体浄化方法、ならびに流体浄化装置につい
て説明したが、本発明はこれに限定されず、対象とする
流体は、液体であっても気体であってもよい。本発明が
対象とする液体としては、飲料水を得るための河川水，
海水，浄化が必要な水道水や井戸水、さらに排水、特に
工場排水，生活（家庭）排水、またビール，ワイン，日
本酒等の醸造酒、醤油，ソース，ジュース，果汁，食物
油など不純物除去が必要なものであればなんでもよい。
また、本発明が対象とする液体としては、リチウム（Ｌ
ｉ）や金（Ａｕ）などの希少で有用な金属などを採鉱
し、回収するための懸濁水などであってもよい。

【００５８】さらに、本発明が対象とする気体として
は、煤煙や大気汚染物質などの不純物を含む工場排ガス
や燃焼排ガス、特にゴム焼却炉やゴム焼却設備からの排
ガスなどや不純物として液体などを含む燃料ガスなどの
ように不純物除去が必要なものであればなんでもよい。
また、多孔質フィルタを使用するろ過装置以外の種々の
ろ過装置，殺菌装置，吸着ろ過装置などは、その一部の
みを使用してもよいし、全部用いてもよいし、全く用い
なくてもよく、対象とする流体に応じて適宜選択すれば
よい。

【００５９】以上、本発明の第１の態様に係る流体浄化
用多孔質フィルタを、活性炭を主成分とするフィルタを
代表例として説明したが、本発明はこれに限定されず、
多孔質セラミックのように非常に微細な孔を３次元的に
有し、細菌などの微粒子や生体から放出される油分等も
ろ過することが可能なものであれば、適宜組み合わせて
用いてよい。また、フィルタの孔部の大きさも処理する
液体中の除去対象となる不純物の粒子径に応じて適当な
ものを選べばよい。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１の態
様の多孔質フィルタによれば、従来のものに比べ、接触
面積、すなわちろ過面積を大幅に増大させることができ
るばかりでなく、ろ過面へのろ滓の付着が少なく、付着
したろ滓の除去が容易であり、長期にわたる使用が可能
であるので、プール水，飲料水，酒類などの液体や、排
ガスや燃料ガスなどの気体からの不純物除去、または人
口臓器における体液中などからの不純物の除去などの、
流体の浄化処理能力および浄化度や処理量を大幅に向上
させることができる。

【００６１】また、本発明の第２の態様の流体浄化用方
法によれば、プール水，下水，飲料水，酒類，採鉱懸濁
水や処理水などの液体や、排ガスや燃料ガスなどの気
体、さらには人口臓器における体液中などからの不純物
の除去などの、流体の浄化処理量（回収量）および浄化
度（回収率）を大幅に向上させることができる。また、
従来と同等の処理量（回収量）または浄化度（回収率）
であれば、装置構成を小型かつコンパクトにすることが
できる。

【００６２】また、本発明の第３の態様の流体浄化装置
によれば、プール水，飲料水，酒類，懸濁水などの液体
や、排ガスなどの気体、さらには人口臓器における体液
中などからの不純物の除去などの、流体の浄化量（回収
量）や浄化度（回収率）に比して、ろ過装置のみなら
ず、浄化装置全体の装置構成を小型かつコンパクトにす
ることができる。また、浄化運転中のフィルタの逆洗が
可能であり、運転停止を行うことなく連続運転しても目
づまり等による大幅な処理性能の低下をもたらすことが
ない。

【００６３】また、本発明の第３の態様の流体浄化装置
によれば、浄化設備を一体化したユニット構成とするこ
とができるので、ユニットを製造後、現場での設置が可
能であるばかりか、取り扱いも容易で低コストであり、
かつ設置工事も容易になり、処理量や浄化度を極めて大
きなものとすることができる。

【００６４】また、限外ろ過装置を有するプール水浄化
装置などの液体浄化装置においては、上記効果に加え、
人体から発生し、プール水などの液体中に含まれる油分
等の有機物および細菌類はもろちん、ウィルス類やタン
パク質類をもろ過することができ、プール水などの液体
を常に清浄に保つことができる。また、限外ろ過膜の逆
洗を行うことにより、高価な限外ろ過膜を長期間劣化さ
せずに、常に高いろ過効率で使用することが可能とな
り、プール水などの液体を常に高精度に浄化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体浄化装置の一実施形態であ
るプール水浄化装置の概念図である。

【図２】図１に示したプール水浄化装置の要部の概略
説明図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に係
るセラミックフィルタの一実施例の部分断面正面図およ
び断面図であり、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）に示す
セラミックフィルタに取り付けられる管状の洗浄手段の
一実施例の正面図である。

【図４】図３に示したセラミックフィルタのセラミッ
ク膜セル４２の詳細な構造を示す断面図である。

【図５】本発明に係るセラミックフィルタの他の実施
例を示す部分正面図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図５に示し
たセラミックフィルタのＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線
断面図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図５に示し
たセラミックフィルタの部分断面拡大斜視図および部分
拡大断面図である。

【符号の説明】

１０プール水浄化装置１２プール１４オーバーフロータンク１６ａ，１６ｂプレフィルタ１８ａ，１８ｂポンプ２０，６０，７０多孔質フィルタ２１精密ろ過装置２２限外ろ過装置２４殺菌装置２６吸着浄化装置２８，３０逆線装置３２ろ過助剤供給装置３４スラリーポンプ４２フィルタ膜セル４２ａ頂部４２ｂ辺部４２ｃ稜線部４２ｅ基本構成部４２ｆ非晶質リン酸ジルコニウム層４３円筒状フィルタ部４４中心貫通孔４５隙間４６ａ，４６ｂリブ４７管状体４７ａ噴出ノズル４８ハウジングタンク５０フィルタユニット５１カバー５２マウント

フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA21 JA02A JA36A JA51A JA56A KA03 KA63 KA72 KB04 KB11 KB12 KB14 KC19 KD19 KD21 MA02 MA12 MA28 MC03 MC05 PB03 PB04 PB06 PB08 PB17 PB19 PB24 PB52 PB55 PC12 PC17 4D019 AA01 AA03 BA03 BA05 BA06 BB07 BB10 BC04 BC05 BC06 CA03 CB03 CB04 CB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部分に形成される円柱状空間と、略三
角形，略台形または略扇形の断面形状を有する長尺管状
の多孔質フィルタ膜セルが、縮幅する頂部が中心側に向
かい、かつ前記円柱状空間の外周上にくるように所定数
放射状に配列された円筒状フィルタ部とを有する多孔質
フィルタであって、前記多孔質フィルタ膜セルを、活性
炭，イオン交換体，ジルコニウム塩の少なくとも１つで
構成したことを特徴とする多孔質フィルタ。
【請求項２】前記多孔質フィルタ膜セルは、所定間隔で
配置される請求項１に記載の多孔質フィルタ。
【請求項３】請求項１または２に記載の多孔質フィルタ
であって、さらに、隣接する前記多孔質フィルタ膜セルの放射状の
隙間を接続するリブを有する多孔質フィルタ。
【請求項４】前記リブが、前記多孔質フィルタ膜セルの
両端に、全ての前記多孔質フィルタ膜セルを接続するよ
うに設けられた請求項３に記載の多孔質フィルタ。
【請求項５】前記リブは、前記多孔質フィルタ膜セルの
長手方向に所定間隔で設けられる請求項３または４に記
載の多孔質フィルタ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の多孔
質フィルタであって、前記多孔質フィルタ膜セルを、活性炭，イオン交換体ま
たはジルコニウム塩の少なくとも２つの重層体で構成し
た多孔質フィルタ。
【請求項７】前記イオン交換体またはジルコニウム塩と
して、酸化ジルコニウム，非晶質または結晶質のリン酸
ジルコニウムを用いる多孔質フィルタ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の多孔
質フィルタであって、さらに、多孔質セラミックを含む
多孔質フィルタ。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の多孔
質フィルタを用い、この多孔質フィルタの中央の前記円
柱状空間に未浄化流体を流入させ、この未浄化流体を前
記円柱状空間から前記円筒状フィルタ部の前記放射状の
隙間を通過させて前記円筒状フィルタ部の外側に流出さ
せ、前記多孔質フィルタ膜セルによるクロスフローろ過
を行うことを特徴とする流体浄化方法。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれか１項に記載の多
孔質フィルタを用い、この多孔質フィルタの前記円筒状
フィルタ部の外側の空間に未浄化流体を流入させ、この
未浄化流体を前記円筒状フィルタ部の外側からこの円筒
状フィルタ部の前記放射状の隙間を通過させて中央の前
記円柱状空間に流出させ、前記多孔質フィルタ膜セルに
よるクロスフローろ過を行うことを特徴とする流体浄化
方法。
【請求項１１】請求項９または１０に記載の流体浄化方
法であって、さらに、所定時期に前記多孔質フィルタへ
の未浄化水の流入を停止し、前記多孔質フィルタ膜セル
の外側表面に逆流用流体の噴流を吹き付けて逆流し、前
記多孔質フィルタ膜セルの外側表面に付着したろ滓を除
去した後、再び前記多孔質フィルタに未浄化水を導入し
てクロスフローろ過を行うことを特徴とする流体浄化方
法。
【請求項１２】前記噴流には、高圧気泡および研磨材の
少なくとも一方が混入される請求項１１に記載の流体浄
化方法。
【請求項１３】請求項１〜８のいずれか１項に記載の多
孔質フィルタを少なくとも１つろ過タンク内に配列して
なるろ過手段と、このろ過手段の洗浄手段とを有する流
体浄化装置。
【請求項１４】請求項１３に記載の流体浄化装置であっ
て、さらに吸着浄化手段と、殺菌手段とを有することを
特徴とする流体浄化装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の流体浄化装置であっ
て、さらに限外ろ過手段を有することを特徴とする流体
浄化装置。
【請求項１６】前記洗浄手段は、前記多孔質フィルタの
中央の前記円柱状空間の中心に自転可能に設けられ、洗
浄用流体の噴流を前記多孔質フィルタ膜セルに向けて噴
出するための複数のノズルを有する管体である請求項１
３〜１５のいずれか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項１７】前記洗浄手段は、前記多孔質フィルタの
前記円筒状フィルタ部の外周から所定距離離れた円周に
沿って公転可能に設けられ、洗浄用流体の噴流を前記多
孔質フィルタ膜セルに向けて噴出するための複数のノズ
ルを有する管体である請求項１３〜１５のいずれか１項
に記載の流体浄化装置。