JP2003126663A

JP2003126663A - 固液分離装置とその運転方法

Info

Publication number: JP2003126663A
Application number: JP2001328476A
Authority: JP
Inventors: Toshi Otsuki; 利大月; Tomohisa Okada; 知久岡田; Takashi Imaoka; 孝今岡
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】濾過中に固形物除去を行い、濾過性能を長時
間安定して維持し、かつ固形分に含まれるＰＣＢ、ダイ
オキシン等の有機塩素化合物を分解することができる固
液分離装置とその運転方法を提供する。【解決手段】濾過膜層が外表面に形成されかつ貫通孔
を有する複数の膜フィルタ１２を中空部材で連結し、複
数の膜フィルタの外表面に被処理液を供給し、中空部材
の中空孔から濾過液を抜き出す液供給排出装置１６と、
膜フィルタの外表面を超音波で洗浄する超音波洗浄装置
１８とを備える。超音波洗浄装置１８は、約２０ｋＨｚ
から約６００ｋＨｚの周波数範囲で超音波を発生し、こ
れにより、水中で発生するキャビテーションによる衝撃
波で濾過面に付着した固形物の物理的剥離と酸化分解反
応で付着した固形物の化学的分解を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固液分離装置とそ
の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１、図１２は、従来のリーフフィル
ターの模式図である。リーフフィルターとは、表面に濾
過面を有する円板状の濾葉１（リーフ又はフィルターデ
ィスクと呼ぶ）を用い、タンク内を原液で満たして濾葉
１の表面に最初に原液中の固形物をケーキ第１層として
形成させ、このケーキ第１層により濾過を行いケーキ層
２を形成し、原液３を固形物４（ケーキ）と濾液５とに
分離する固液分離装置である。かかるリーフフィルター
は、薬品や化学物質の分離に従来から広く用いられてい
る。

【０００３】リーフフィルタのケーキ排出はその構造に
より回転、振動、掻き取り、逆洗などのさまざまな方法
が取られている。図の例では、濾葉の回転駆動装置６を
備えており、固液分離が完了した後、濾葉を高速回転さ
せてケーキ層２を遠心力で濾葉の外側に移動し、下方か
らスクレーパ７又はホッパ８で排出して、１回の固液分
離を終了するようになっている。

【０００４】一方、ＭＦ（カートリッジ精密濾過膜）や
ＵＦ（限外濾過膜）としてセラミック膜フィルタも固液
分離のために広く用いられている。かかるセラミック膜
フィルタは、中空円筒形のセラミックパイプ、或いは複
数の中空円筒孔を有する棒状セラミックであり、薄い濾
過膜層（微細なセラミック粉体）が強固な支持体（粗い
セラミック粉体）で支持されたものである。濾過膜層
は、通常、中空円筒形の内表面に形成されており、内部
に固形分を含む被処理液が圧送され、固形分を分離・除
去した濾過液が微細なセラミック粉体の隙間から外部に
透過するようになっている。なお、濾過膜層は内表面に
限られず、セラミックパイプの外表面に形成され、外部
から内側に被処理液を透過させる場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したリーフフィル
ター（又はリーフ型濾過機と呼ぶ）やセラミック膜フィ
ルタは、食品加工、廃水処理等の固液分離を必要とする
分野で使われている。しかし、リーフフィルターやセラ
ミック膜フィルターを用いた従来の固液分離装置は、固
形分の分離・除去を継続すると分離された固形分が濾過
膜層の表面に堆積し、徐々に濾過性能が低下する問題点
がある。なお、以下、膜面や膜内での溶質の不可逆的な
析出により引き起こされる現象を「ファウリング」と呼
ぶ。

【０００６】目詰まりやファウリングの解決手段として
従来から、（１）圧縮空気や濾液の一部を濾過と反対方
向に圧入する「逆洗」、（２）濾過後に次亜塩素酸、塩
酸、カセイソーダ等の薬液で洗浄する「薬液洗浄」、
（３）リーフ上にあらかじめセルロースや珪藻土等の粉
末をプレコートし、濾過後に抜液、送気、乾燥後リーフ
を回転してケーキを剥離除去する手段、等がもっぱら適
用されていた。

【０００７】しかし、「逆洗」による濾過性能の回復
は、短時間しか効果がなく、固形物の除去が不完全であ
る。また、「薬液洗浄」や「凝集剤」の添加の場合、洗
浄に用いた薬液の後処理（廃液処理）や系内残留薬液の
除去等が必要になる。更に、洗浄後の系内への薬液や凝
集剤成分の残留のおそれがある。

【０００８】また、リーフフィルターのようにプレコー
ト剤を用いる目詰まりは、装置の運転制御が複雑とな
る。

【０００９】更に、上述の各手段は、目詰まりやファウ
リングの解消のために、多大のエネルギーを必要とする
ばかりでなく、いずれも濾過中に固形物除去を行うこと
ができず、濾過工程を中断する必要があった。

【００１０】また、固形分に、四塩化炭素、クロルエチ
レン類、ＰＣＢ、ダイオキシン等の有機塩素化合物が含
まれるている場合、従来の固液分離装置では、その固形
物を分離除去はできるものの、その有害成分を分解する
ことはできなかった。

【００１１】本発明は上述した種々の問題点を解決する
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、濾過工程を中断することなく濾過中に固形物除去を
行うことができ、これにより濾過性能を長時間安定して
維持することができ、かつ薬液や凝集剤を用いることな
く、固形分に含まれるＰＣＢ、ダイオキシン等の有機塩
素化合物を分解することができる固液分離装置とその運
転方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、濾過膜
層（１２ａ）が外表面に形成されかつ貫通孔（１２ｂ）
を有する複数の膜フィルタ（１２）と、該複数の膜フィ
ルタを互いに間隔を隔てて連結しかつ各貫通孔を水密に
連通する中空部材（１４）と、複数の膜フィルタの外表
面に被処理液を供給しかつ中空部材の中空孔から濾過液
を抜き出す液供給排出装置（１６）と、膜フィルタの外
表面を超音波で洗浄する超音波洗浄装置（１８）と、を
備えたことを特徴とする固液分離装置が提供される。

【００１３】また、本発明によれば、（Ａ）濾過膜層
（１２ａ）が外表面に形成されかつ貫通孔（１２ｂ）を
有する複数の膜フィルタ（１２）を、互いに間隔を隔て
て連結しかつ各貫通孔を水密に連通し、（Ｂ）前記複数
の膜フィルタの外表面に被処理液を供給しかつ中空部材
の貫通孔から濾過液を抜き出し、（Ｃ）同時に、継続的
に又は断続的に膜フィルタの外表面を超音波で洗浄す
る、ことを特徴とする膜分離装置の洗浄方法が提供され
る。

【００１４】上記本発明の装置及び方法によれば、液供
給排出装置（１６）により、複数の膜フィルタ（１２）
の外表面に被処理液（１）を供給し、その外表面に形成
された濾過膜層（１２ａ）で固液分離し、膜フィルタ
（１２）の貫通孔（１２ｂ）から中空部材（１４）の中
空孔を介してから濾過液（２）を分離して取り出すこと
ができる。また、膜フィルタ（１２）の濾過膜層（１２
ａ）が外表面に形成されているので、従来の中空円筒形
の内表面やパイプの外表面の場合に比べて、濾過面積を
大きくした場合でも、外部からアクセスしやすく、かつ
超音波洗浄装置（１８）により膜フィルタの外表面を超
音波で洗浄しながら、同時に、複数の膜フィルタ（１
２）で被処理液を濾過し、濾過液を抜き出すことができ
る。従って、濾過と同時に、継続的に又は断続的に膜フ
ィルタの外表面を洗浄することができ、濾過工程を中断
することなく濾過中に固形物除去を行うことができる。

【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
超音波洗浄装置（１８）は、約２０ｋＨｚから約６００
ｋＨｚの周波数範囲で超音波を発生可能な超音波振動子
（１８ａ）とする。

【００１６】この構成により、超音波振動子（１８ａ）
による超音波が水中のあらゆる箇所に高速で伝搬し、水
中で発生するキャビテーションによる衝撃波で濾過面に
付着した固形物を除去する。また、特に２００ｋＨｚ以
上の高周波数ではキャビテーションによる化学反応が起
こり、水分子が分解して水酸基ラジカルが生じ、ラジカ
ル反応による酸化分解反応を引き起こす。従って、超音
波の照射条件を変えることにより低周波数での物理的剥
離のみならず、高周波数での化学反応による分解をも、
用途に応じて使い分けることができる。また、超音波の
照射時間、照射サイクル、周波数、照射エネルギー等の
条件を目的物の性状に応じて変えることができる。

【００１７】前記膜フィルタ（１２）は、セラミックス
板又は焼結金属板である。セラミックス板を用いること
により、膜フィルタ自体の反応による消耗を防止でき
る。また、焼結金属板を用いることにより、超音波に対
する強度を高めることができる。

【００１８】前記膜フィルタ（１２）は、貫通孔（１２
ｂ）を中心孔とする円板形状であり、前記中空部材（１
４）は、中空管であり、更に複数の膜フィルタ（１２）
を中空部材（１４）の軸心を中心に回転駆動するフィル
タ回転装置（２０）を備える。

【００１９】この構成により、濾過中にリーフを回転さ
せることができ、目詰まり防止のみならず、超音波照射
による濾過面上の目詰まり物質（固形物粒子）の剥離、
除去を促進できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、各図において共
通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略
する。

【００２１】図１は、本発明の固液分離装置の第１実施
形態を示す全体構成図である。また図２は、本発明の固
液分離装置に用いる膜フィルタの模式図であり、（Ａ）
は使用状態の斜視図、（Ｂ）は部分断面図である。

【００２２】図１に示すように、本発明の固液分離装置
１０は、複数の膜フィルタ１２、中空部材１４、液供給
排出装置１６及び超音波洗浄装置１８を備える。

【００２３】複数（この例では３枚）の膜フィルタ１２
は、濾過膜層１２ａが外表面に形成され、かつ貫通孔１
２ｂを有する。図２（Ａ）に示すように、膜フィルタ１
２は、この例では貫通孔１２ｂが中心孔である円板状の
セラミックス板である。更に図２（Ｂ）に示すように、
濾過膜層１２ａは、微細なセラミック粉体からなり、そ
の内側の粗く強固な支持体１２ｃ（粗いセラミック粉
体）で支持されている。この構成により、固形分を含む
被処理液１を濾過膜層１２ａで濾過し、固形分３を外表
面に残して濾過液２が微細なセラミック粉体の隙間から
内部に透過し、中心孔１２ｂに抜けるようになってい
る。なお、膜フィルタ１２は、セラミックス板に限定さ
れず、金属粉末を焼結した同様の構成の焼結金属板であ
ってもよい。

【００２４】中空部材１４は、この例では、中空管であ
り、複数の膜フィルタ１２を互いに間隔を隔てて連結
し、かつ各貫通孔を水密に連通する。図１において、中
空部材１４は、複数（この図で３枚）の膜フィルタ１２
を互いに間隔を隔てて同心に連結し、かつ各中心孔を水
密に連通している。この中空部材１４は、例えば、フィ
ルタ１２の間に挟持されるスペーサ管１４ａ、フィルタ
の内縁部とスペーサ管を水密にシールするガスケット
（図示せず）、スペーサ管の内側を通り全体を軸方向に
締め上げる固定ロッド１４ｂ、等で構成する。

【００２５】液供給排出装置１６は、複数の膜フィルタ
１２の外表面に被処理液を供給し、かつ中空部材１４の
貫通孔から濾過液２を外部に抜き出す。この液供給排出
装置１６は、例えば膜フィルタ１２及び中空部材１４を
水密に囲みこれらを浸漬する処理液槽１６ａ、処理液槽
１６ａ内に被処理液１を供給する供給ポンプ（図示せ
ず）、及び／又は中空部材１４の中心孔から濾過液２を
外部に抜き出す排出ポンプ（図示せず）、等で構成す
る。処理液槽１６ａは加圧容器であり、膜フィルタ１２
のまわりに満たされた被処理液１を必要な圧力に加圧で
きるのがよい。

【００２６】超音波洗浄装置１８は、膜フィルタ１２の
外表面を超音波で洗浄する。この超音波洗浄装置１８
は、約２０ｋＨｚから約６００ｋＨｚの周波数範囲で超
音波を発生可能な超音波振動子１８ａを有する。この超
音波振動子１８ａは、例えば、ピエゾ型の圧電素子であ
り、図示しない電極に周波数電圧を印加し、所望の周波
数で超音波を発生するようになっている。また、この例
において、単一の取付板１８ｂに複数の共振ブロック１
８ｃが取付けられ、それぞれ超音波振動子１８ａで加振
することにより、超音波振動を有効に伝達し、振動密度
を高めるようになっている。

【００２７】超音波振動により水中にキャビテーション
が発生し、その膨張と圧縮の際にキャビテーションによ
る衝撃波が発生する。この衝撃波により濾過面に付着し
た固形物の物理的剥離を行うことができる。また、特に
約２００ｋＨｚ以上の高周波領域において、キャビテー
ションによる化学反応により水分子を分解して水酸基ラ
ジカルを生じさせ、ラジカル反応による酸化分解反応で
付着した固形物の化学的分解を行うことができる。な
お、かかる超音波による現象に関しては、以下の文献に
開示されている。

【００２８】（文献１）ソノケミストリーの物理化学、
化学工業、１９９６年８月（文献２）ソノケミストリー、最近の展開と今後の動
向、化学工業、１９９６年８月（文献３）環境汚染物質の超音波分解、化学工業、１９
９６年８月

【００２９】本発明の固液分離装置１０は、更に、複数
の膜フィルタ１２を中空部材１４の軸心を中心に回転駆
動するフィルタ回転装置２０を備える。このフィルタ回
転装置２０は、例えば、中空部材１４を軸心を中心に回
転可能に支持する軸受２０ａ，２０ｂ、中空部材１４を
回転駆動する回転駆動装置２０ｃで構成する。

【００３０】図３は、本発明の固液分離装置の第２実施
形態を示す全体構成図である。この図において、膜フィ
ルタ１２は、円板形状に限定されず、矩形、その他の形
状であってもよい。また、貫通孔１２ｂは、中心孔に限
定されず、膜フィルタ１２の任意の箇所に設けられてい
ればよい。更に、この例では、第１実施形態におけるフ
ィルタ回転装置２０を備えず、中空部材１４の上下端
は、処理液槽１６ａに水密に固定されている。また、こ
の例では、１対の超音波洗浄装置１８が、図で左右に設
けられている。その他の構成は、図１の第２実施形態と
同様である。

【００３１】上述した固液分離装置１０を用いて本発明
の洗浄方法は、以下のステップからなる。（Ａ）前述の複数の膜フィルタ１２を、互いに間隔を隔
てて同心に連結し、かつ各貫通孔１２ｂを水密に連通す
る。（Ｂ）複数の膜フィルタ１２の外表面に被処理液１を供
給し、かつ中空部材１４の貫通孔から濾過液２を外部に
抜き出す。（Ｃ）これと同時に、継続的に又は断続的に膜フィルタ
１２の外表面を超音波で洗浄する。

【００３２】上述した本発明の装置及び方法によれば、
液供給排出装置１６により、複数の膜フィルタ１２の外
表面に被処理液１を供給し、その外表面に形成された濾
過膜層１２ａで固液分離し、膜フィルタ１２の貫通孔１
２ｂから中空部材１４の中空孔を介してから濾過液２を
分離して取り出すことができる。また、膜フィルタ１２
の濾過膜層１２ａが外表面に形成されているので、従来
の中空円筒形の内表面やパイプの外表面の場合に比べ
て、濾過面積を大きくした場合でも、外部からアクセス
しやすく、かつ超音波洗浄装置１８により膜フィルタの
外表面を超音波で洗浄しながら、同時に、複数の膜フィ
ルタ１２で被処理液を濾過し、濾過液を抜き出すことが
できる。従って、濾過と同時に、継続的に又は断続的に
膜フィルタの外表面を洗浄することができ、濾過工程を
中断することなく濾過中に固形物除去を行うことができ
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３４】１．現状のセラミック膜濾過における濾過
性能維持・回復法として、運転中の定期的濾液逆洗が通
常行われているが、長期運転に伴う濾過性能低下は避け
難い。セラミック膜濾過継続運転において、この様な濾
過面ファウリング、目詰まりによる濾過速度低減度合の
抑制は重要となる。また、濾過速度低下が著しい時は薬
液洗浄による回復も必要となるため、それに伴うコスト
増大や洗浄時間確保に伴う濾過効率低下など弊害も多
く、薬液洗浄頻度の低減は大きな課題となっている。そ
こで、膜フィルターエレメントとして、濾過面の汚れ
（スケール）除去、ファウリング対策を行い易い濾過面
表層形状ディスク型セラミック膜を適用し、その効果、
実用性を検討した。

【００３５】２．実験方法（１）実験装置（ディスク型セラミック膜）本実験で用いたディスク型
セラミック膜フィルタの仕様は、膜層平均細孔径０．２
μｍ、支持体平均細孔径１０μｍ、支持体気孔率約３０
％、膜厚約５０μｍ、アルミナ純度９９．８％以上であ
る。表、裏、側面ともに濾過面となっているため、正味
濾過面積は下記の様になる。［濾過面積（Ｄｉｓｃ３枚）］（表裏）φ１４５／φ７０×６面＝０．０７６ｍ² （側面）１４５π×１０×３＝０．０１４ｍ² ∴総濾過面積０．０９ｍ²（１枚あたり０．０３ｍ²）

【００３６】（テスト機）ディスク型セラミック膜を組
みこむテスト機として、図４に模式的に示す水平濾葉型
濾過機のテスト機（ＣＦＲ０．０６型、濾過面積０．０
６ｍ²）を用いた。この装置は、図１に示した本発明の
固液分離装置と実質的に同一のものである。

【００３７】（２）実験項目（濾過速度初期値測定）ディスク型セラミック膜の初期
濾過速度値を測定しておくことは、今後のセラミック膜
濾過テストにおける比較対象値の観点から重要となる。
本研究では市水を用いた濾過を行うことでその濾過速度
を測定した。なお、濾過圧力ΔＰ＝０．２Ｍｐａ（Ｐ
ｅ）一定とした。

【００３８】（ディスク回転）濾過中および濾液逆洗後
において、ディスク型セラミック膜濾過面にせん断力を
加えることを目的として、フィルタネスト（複数のフィ
ルタの集合体）を回転させた。ディスク回転を加えるこ
とによる濾過面洗浄、ファウリング防止効果等を観察し
た。回転は約５〜１５ｓｅｃ／１回毎を目安に実施し
た。本テスト機仕様のディスクセラミック膜回転では外周：０．１４５ｍ×π×（１４５０ｒｐｍ／６０）＝
１１．０ｍ／ｓｅｃ内周：０．０７ｍ×π×（１４５０ｒｐｍ／６０）＝
５．３ｍ／ｓｅｃの線速度（膜面方向）となる。現状マルチタイプメディ
アセラミック膜フィルター濾過におけるクロスフロー流
速は通常２〜３ｍ／ｓｅｃ程度であることと比して、断
続的、瞬間的にクロスフロー方式と同等以上の膜面相対
せん断力が得られていると判断される。

【００３９】（ウェスによるディスク拭取洗浄）工水濾
過により目詰まりを起こしたディスク型セラミック膜を
取り外した後、ディスク濾過面に堆積している汚れをウ
エスにより軽く拭取った。その後再度組付けて濾過テス
トを行い、拭取り前後の濾過速度比較を行うことで、実
機レベルにおいてのブラシ等を組込んだ拭取機構の有効
性を確認した。

【００４０】（エアー逆洗）フィルタネストをテスト機
より抜き取り、その下部の濾液出口ラインより０．２〜
０．３ＭＰａ（Ｐｅ）程度のエアーを注入することでエ
アーによるバックブローの是非判断を行った。

【００４１】（ジェット洗浄）工水濾過により濾過速度
低下を引き起こさせた後に運転停止し、ディスクフィル
タを取り外し、濾過面堆積ファウリングを高圧洗浄機
（東芝ＷＰ-８０Ｂ型、最大圧力８０ｂａｒ（８１．６
ｋｇｆ／ｃｍ²）、吐出し水量６Ｌｉｔ．／ｍｉｎ）に
て全面洗浄した。洗浄時間は各面あたり１０〜１５ｓｅ
ｃ程度とした。

【００４２】（濾液逆洗）セラミック膜濾過において、
濾過中に数分毎の定期的濾液逆洗を行うことで濾過速度
経時低下の抑制が可能であることはよく知られている。
しかしながら、逆流圧、逆洗液量等の条件設定による逆
洗効果の違いはあまり明確にされていない。そこで、チ
ューフラー型とディスク型の形状の違いによる効果の差
異と合わせて、濾液逆洗効果の確認を行った。濾液取
り出しラインに濾液逆洗用の濾液溜タンク（内容積約５
Ｌｉｔ．）を取付けた。濾液溜タンク下部入口ラインを
濾液流入口とし、上部出口ラインは２方向に分岐させ一
方は濾液抜出し口、他方を逆洗圧用エア流入口とした。
タンク側方には液面読取り可能なシンフレックスチュー
ブを取付け目盛りをふることで逆洗液量の測定を可能と
した（逆洗液量読取可能範囲１．５Ｌｉｔ．〜５Ｌｉ
ｔ．）。

【００４３】（超音波照射）・超音波洗浄器超音波照射による濾過面堆積物除去効果確認のための初
期テストとして、超音波洗浄器を用いて以下手順により
超音波照射試験を行った。まず工水濾過により濾過速度
低下誘発後、フィルタディスク取り外した。取り外した
ディスク型セラミック膜を超音波洗浄器（Ｓｈｉｍａｄ
ｚｕ，Ｈｉ−ＰｏｗｅｒＳＵＳ−１００型，出力１０
０Ｗ，発振周波数４２ｋＨｚ、容量約３Ｌｉｔ．）に順
々に浸し、ディスク３枚全面一様に濾過面汚れを除去し
た。その後再度組み込み濾過テスト実施することで超音
波照射前後での濾過速度変化を観察した。なお、本条件
での長時間の超音波照射は、キャビテーションによるセ
ラミック膜濾過面の破損も引き起こしかねない為、照射
時間は各ディスク毎ゆっくり回転させることで全面を浸
しつつ３０〜４０ｓｅｃ程度とした。

【００４４】・超音波発生機による超音波照射（発振子
（接続ホーン＋チップ）形状）ディスク型セラミック膜フィルタ実機レベルヘの超音波
機構適用に際しては、超音波照射装置の組入れ、配置に
多くの制約を課せられると判断される。よって、超音波
照射方向、照射間距離等の物理的制約も考慮した確認テ
ストを行うことが必要である。そこで、水を張った容器
に水浴した工水濾過済ディスクセラミック膜に、発振子
（接続ホーン＋チップ）形状の超音波発生機（トミー精
工、ＵＤ−２０１型、最大出力２００Ｗ、発振周波数２
０ｋＨｚ）を用いて超音波照射し、ファウリング濾過面
に対する照射方向や照射間距離を変化させることでその
洗浄度の差異を観察した。また周波数出力も変動させ
て、その影響も同時に確認した。

【００４５】３．実験結果（１）ディスク型セラミック膜フィルタ濾過速度初期値測定（ＲＵＮ１市水濾過）濾過圧ΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐｅ）、総濾過時間１３１
ｍｉｎ運転にて、瞬間濾過速度Ｒｉ≒８００〜９００Ｌ
ｉｔ．／ｍ²Ｈｒ程度で図５に示すように、ほぼ安定し
た値が得られた。市水濾過においては濾過面ファウリン
グは起こり難く、濾過性能は充分保持されている。ま
た、運転中に１ｍｉｎ毎約５ｓｅｃフィルタネスト回転
実施も、無回転時との差異はほぼ見られなかった。ディ
スク回転と濾過速度保持、濾過性回復の相関性は本ＲＵ
Ｎにおいては考えにくい。

【００４６】（２）工水濾過テスト（ＲＵＮ２）濾過圧ΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐｅ）一定、総濾過時間θ
＝２１３ｍｉｎ運転にて、運転開始直後は濾過速度Ｒｉ
≒７５０Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒであったが、濾過終了時に
はＲｉ≒４２０Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒまで低下した（図６
参照）。また、濾過中のＤｉｓｃ回転による濾過速度維
持および回復効果は観察されなかった。フィルタ回転に
伴うせん断流発生によるファウリング除去効果は、本回
転数条件（約１５００ｒｐｍ）における断続回転（１〜
２回／ｍｉｎ約５ｓｅｃ回転）では考えにくいと判断さ
れる。

【００４７】（３）汚れ拭取除去後市水濾過テスト（Ｒ
ＵＮ２）濾過速度は拭取り前後ではＲｉ≒４２０Ｌｉｔ．／ｍ²
ＨｒからＲｉ≒６００Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒ程度まで回復
が見られた（ΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐｅ））。本テスト
ではディスク取り外し後の拭取りであったが、実機レベ
ルにおいてブラシ等の組込み可能であれば同等の表面フ
ァウリング除去効果は充分に見込まれる。

【００４８】（４）エアバッグブロー効果の確認（ＲＵ
Ｎ３）フィルタネストを取り外し、フィルタネスト下部（濾液
ライン）より０．２〜０．３ＭＰａ（Ｐｅ）程度のエア
ーを注入した。その後、再度組付けて市水濾過テスト案
施するも、濾過速度Ｒｉ≒４００〜５００Ｌｉｔ．／ｍ
²Ｈｒまで低下した。濾過時間経過とともに濾過速度漸
増しＲｉ≒６００Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒ程度まで回復が見
られ、エアブロー前とほぼ同程度まで濾過性回復が見ら
れた。よってエアバッグブローによる大気曝露でフィル
タ積層内にエアーが噛み込み、一時的通液不良を生じる
ものと判断され、ファウリングや目詰まり除去効果もほ
とんど期待しづらい。

【００４９】（５）超音波照射（ＲＵＮ４）フィルタディスク取り外して超音波洗浄器（１００Ｗ，
４２ｋＨｚ〉に浸した。１０〜１５秒程度で浸した箇所
の表面汚れはほぼ除去した（茶色からほぼ白色に）。同
様に濾過面全面を超音波により汚れ除去後、市水濾過テ
ストを実施した。濾過速度は約Ｒｉ≒８３０Ｌｉｔ．／
ｍ²Ｈｒであり、ＲＵＮ１から得られた初期値程度まで
ほぼ回復が見られた。濾過性回復に劇的な効果が有ると
期待される。

【００５０】（６）ジェット洗浄（ＲＵＮ５，７，８）ＲＵＮ５にて、工水濾過によりΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐ
ｅ）にて初期Ｒｉ≒６００Ｌｉｔ．／ｍ²ＨｒからＲ
ｉ≒３５０Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒまで濾過速度低下させた
後ディスク取り外し、３枚全面ともジエット洗浄により
汚れを除去して再度組み込み工水濾過実施した。その結
果、再開後Ｒｉ≒６４０Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒとほぼ初期
値まで回復が見られた。ジェット洗浄による濾過面表面
のファウリング除去効果は極めて高いと判断される。Ｒ
ＵＮ７，８においてもＲＵＮ５と同様のテストを行い、
その再現性を確認した。

【００５１】（７）濾液逆洗（通常逆洗）（ＲＵＮ６）濾過時間３〜８ｍｉｎ，７２〜９０ｍｉｎ，１４６〜１
５８ｍｉｎ間に各々３回濾液逆洗を行うことで、図７に
示すように瞬間的に１０％程度の濾過速度回復が見られ
た。なお、逆流圧０．３ＭＰａ（Ｐｅ）程度、逆洗水量
約５〜７Ｌｉｔ．／ｍ²であった。本傾向より判断し
て、適正な逆洗インターバルの設定により、ディスク型
セラミック膜フィルタにおいても安定した継続運転を行
うことが可能と考えられる。

【００５２】（高圧逆洗）（ＲＵＮ８）濾過時間２５ｍｉｎ以降に、逆流圧約０．４〜Ｏ．５Ｍ
Ｐａ（Ｐｅ）、逆洗液量約１５〜３０Ｌｉｔ．／ｍ²、
逆洗インターバル３〜５ｍｉｎ毎の逆洗条件において、
図８に示すように、３回程度の逆洗にて濾過速度７００
〜７５０Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒまで回復が見られた。

【００５３】（濾液逆洗効果と逆洗圧、逆洗液量の相関
性）（ＲＵＮ９）濾過時間１３５ｍｉｎ〜１５０ｍｉｎ間では、逆洗圧約
０．１〜０．１５ＭＰａ（Ｐｅ）とほぼ一定にして逆洗
液量約１７Ｌｉｔ．／ｍ²、２８Ｌｉｔ．／ｍ²と変動さ
せたが、濾過速度の回復はほぼ見られなかった。１５０
ｍｉｎ〜１７５ｍｉｎ間では、逆洗液量１７Ｌｉｔ．／
ｍ²と一定にして逆流圧を０．２５，０．３４，０．４
ＭＰａ（Ｐｅ）と変動させた。その結果、図９に示すよ
うに、濾過速度は微増傾向を見せた。以降、逆洗圧０．
４〜０．５ＭＰａ（Ｐｅ）、逆洗インターバル約５ｍｉ
ｎにて複数回逆洗実施により、濾過速度は初期値の８０
％程度の回復を見せた。以上の結果より、濾液逆洗にお
いては、逆洗液量よりも逆洗圧の条件設定が濾過性回復
傾向により強い影響を及ぼすものと判断される。

【００５４】（濾液逆洗とディスク回転の並用効果）Ｒ
ＵＮ６，８，９では濾液逆洗直後にディスク回転を行っ
たが、その有効性や具体的な傾向は本テストデータのみ
では判断し難い結果となった。しかしながらディスク回
転は、それに起因する表層乱流により、濾液逆洗直後の
濾過面ファウリング剥離の再付着を防ぐ効果があると推
測されるため、濾液逆洗とディスク回転の並用の意義は
高いと考える。

【００５５】（８）超音波発生機による超音波照射（発
振子（接続ホーン＋チップ）形状）（ＲＵＮ１０）工水濾過によりΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐｅ）にて濾過速
度Ｒｉ＝３３３ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒまで濾過速度低下を
引き起こした後、ディスク型セラミック膜３枚を取り外
して各々超音波照射条件（出力、周波数、照射距離、照
射方向）を変えて照射してその効果の違いを判断した。
１枚目ディスクを条件出力ＯＵＴＰＵＴ２、膜面〜発振
子間距離１０ｃｍ（照射位置は中心部）にて５ｍｉｎ程
度超音波照射実施したが、膜面汚れ除去は目視判断でほ
ぼ確認されなかった。ＯＵＴＰＵＴ５、距離５〜６ｃｍ
で約５ｍｉｎ間照射時には、照射方向側濾過面にうっす
らとした汚れ除去都が数箇所見られた。ＯＵＴＰＵＴ１
０（出力２００Ｗ）、距離５〜ｃｍ、照射時間５〜１２
ｍｉｎにて照射時は、照射方向側濾過面はほぼ全面汚れ
除去され、裏側濾過面も全面的にぼんやりと汚れが取れ
ていた。次に、２枚目ディスクを用いて、１枚目で良好
な結果が得られたＯＵＴＰＵＴ１０（出力２００Ｗ）、
距離５〜６ｃｍの条件にて、発振子をディスク端部に設
定して、照射位置による効果の差異を確認した。３ｍｉ
ｎ後には全面的にうっすらと汚れが取れたものの、１５
ｍｉｎ経過後も汚れが取りきれない箇所が幾分見られ
た。裏側濾過面はほとんど汚れ除去確認されなかった。
３枚目ディスクにてＯＵＴＰＵＴ１Ｏ（出力２００
Ｗ），距離２ｃｍで側面より照射時には、照射近接箇所
のみ汚れ除去されただけで濾過面両面ともにほとんど除
去効果は見られなかった。３枚全面とも一様に超音波照
射にてファウリング除去後、再度組込んで工水濾過実施
によりΔＰ＝０．２ＭＰａ（Ｐｅ）にて濾過速度Ｒｉ＝
６３３Ｌｉｔ．／ｍ²Ｈｒまで濾過速度回復した。

【００５６】（９）ジェット洗浄繰返運転（ＲＵＮ１
１）ジェット洗浄により高い濾過性回復効果が得られること
はＲＵＮ５，７，８で確認された。しかしながらディス
ク型セラミック膜フィルタを長期間安定して継続運転す
るためには、複数回運転を行い、濾過速度漸近値の傾向
をつかむことが極めて重要な要素となる。工水濾過後の
取り外しディスクジェット洗浄テストを３回連続して実
施することで確認した。ジェット洗浄実施毎に図１０に
示すように、初期値と同程度まで濾過速度回復が見られ
た。本テストでは濾過時間約１２５ｍｉｎ、ジェット洗
浄実施は３回であったが、更なる長時間運転のケースに
おいても、適正頻度のジェット洗浄実施により充分な濾
過速度回復が得られると見込まれ、平均濾過速度は安定
運転に足り得る一定漸近値に近づくものと示唆される。

【００５７】４．今後の方向性・課題濾過性低下の要因として、濾過面表面への捕捉物堆積に
よる濾過面閉塞、およびセラミック膜濾過層内部の目詰
まりに起因するものの２通りに分類して考慮する必要性
がある。ジェット洗浄は表面堆積物除去には極めて有
効と判断されるが、目詰まりに対する有効な効果は期待
し難い。目詰まりへの有効な対処法としては、超音波照
射、濾液逆洗の有効性が予測される。

【００５８】（１）超音波洗浄超音波照射については、本テストにおいてはその照射条
件設定値より判断して、キャビテーション発生条件に起
因する洗浄効果で汚れ除去していると考えられる。さら
に高周波数（ＭＨｚ帯）のキャビテーション現象を生じ
ない条件設定下での超音波照射は、濾過面ファウリング
除去効果は薄いと推測されるが濾過運転中の照射による
透過促進、濾過速度上昇効果も期待し得る。

【００５９】（２）ジェット洗浄濾過層内部の目詰まりに対する効果は期待し難いと推測
されるものの、濾過面ファウリング除去効果が極めて高
いことは本テスト結果より確認済みであり、濾過速度回
復には極めて有効な手法であると判断できる。実機適用
時もスプレーノズル組込のみで可能であり、容易に設計
可能と考える。

【００６０】（３）濾液逆洗現状の多孔チューブ型セラミック膜においても用いられ
ている手法のため、ディスク型セラミック膜への適用も
全く問題は無い。高圧（Ｏ．５ＭＰａ（Ｐｅ）程度）・
多量逆洗が有効であることは確認されたが、逆洗実施に
伴うタイムロスも生じるため、最適な濾過効率を得る逆
洗条件を、低圧（約０．３ＭＰａ（Ｐｅ））・少量・短
インターバル逆洗適用の可能性も合わせて検討の余地が
ある。

【００６１】５．結言ディスク型セラミック膜フィルタ濾過における濾過速度
回復、濾過面ファウリング除去に対する手法として、拭
取り・掻取り、濾液逆洗（高圧（０．５ＭＰａ（Ｐｅ）
程度）ｏｒ低圧（約Ｏ．３ＭＰａ（Ｐｅ））・短インタ
ーバル）、ジェット洗浄、超音波照射、ディスク回転
（他手法との並用時）の５項目が有効であると判断され
た。実機適用、実用性を考慮すると、超音波照射と共に
ジェット洗浄、濾液逆流＋ディスク回転の並用が有効と
考えられる。

【００６２】なお本発明は以上述べた実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更が可能である。

【００６３】

【発明の効果】上述したように、本発明の固液分離装置
とその運転方法は、以下の特徴を有する。（１）目詰まりを防止しながら、濾過を行うことができ
る。（２）超音波はセラミックス製や焼結金属製のろ盤（膜
フィルタ）に悪影響を及ぼさない。（３）リーフ型ろ盤を回転し、かつ、超音波の照射条件
を変更することにより、固形物の物理的剥離・除去か
ら、化学的分解に至るまでの広範囲な目詰まり防止手段
を提供できる。（４）製品としての濾液を得る場合、濾液に化学変化を
生じさせない照射条件を選択できるため、飲料原料水中
の懸濁物質、発酵生産プロセスの菌体除去、半導体研磨
液中の懸濁物質、等の濾過に有効である。（５）有機塩素化合物等の疎水性有害物質が水中の懸濁
物質に付着している場合、本発明による濾過機でこの懸
濁物質をろ盤上に阻止し、有害物質を含まない濾液を得
ると同時に、ろ盤上の有害物質を超音波による化学反応
で分解することができるため、難分解物質含有の廃水処
理に有効である。

【００６４】従って、本発明の固液分離装置とその運転
方法は、濾過工程を中断することなく濾過中に固形物除
去を行うことができ、これにより濾過性能を長時間安定
して維持することができ、かつ薬液や凝集剤を用いるこ
となく、固形分に含まれるＰＣＢ、ダイオキシン等の有
機塩素化合物を分解することができる、等の優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固液分離装置の第１実施形態を示す全
体構成図である。

【図２】本発明の膜フィルタの模式図である。

【図３】本発明の固液分離装置の第２実施形態を示す全
体構成図である。

【図４】本発明の実施例におけるテスト機の模式図であ
る。

【図５】市水濾過における透過時間と濾過速度の関係図
である。

【図６】工水濾過における透過時間と濾過速度の関係図
である。

【図７】通常逆洗による透過時間と濾過速度の関係図で
ある。

【図８】高圧逆洗による透過時間と濾過速度の関係図で
ある。

【図９】濾液逆洗による透過時間と濾過速度の関係図で
ある。

【図１０】ジェット洗浄による透過時間と濾過速度の関
係図である。

【図１１】従来のリーフフィルターの模式図である。

【図１２】従来のリーフフィルターの別の模式図であ
る。

【符号の説明】

１濾葉（リーフ）、２ケーキ層、３原液、４固
形物（ケーキ）、５濾液、６回転駆動装置、７ス
クレーパ、８ホッパ、１０固液分離装置、１２膜
フィルタ、１２ａ濾過膜層、１２ｂ貫通孔（中心
孔）、１２ｃ支持体、１４中空部材、１４ａスペ
ーサ管、１４ｂ固定ロッド、１６液供給排出装置、
１６ａ処理液槽、１８超音波洗浄装置、１８ａ超
音波振動子、１８ｂ取付板、１８ｃ共振ブロック、
２０フィルタ回転装置

フロントページの続き (72)発明者今岡孝東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA83 HA93 JA19Z JA51Z KA41 KC03 KC19 KE30R MC02 MC03X NA39 PB08 PC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】濾過膜層（１２ａ）が外表面に形成され
かつ貫通孔（１２ｂ）を有する複数の膜フィルタ（１
２）と、該複数の膜フィルタを互いに間隔を隔てて連結
しかつ各貫通孔を水密に連通する中空部材（１４）と、
複数の膜フィルタの外表面に被処理液を供給しかつ中空
部材の中空孔から濾過液を抜き出す液供給排出装置（１
６）と、膜フィルタの外表面を超音波で洗浄する超音波
洗浄装置（１８）と、を備えたことを特徴とする固液分
離装置。
【請求項２】前記超音波洗浄装置（１８）は、約２０
ｋＨｚから約６００ｋＨｚの周波数範囲で超音波を発生
可能な超音波振動子（１８ａ）を有し、これにより、水
中で発生するキャビテーションによる衝撃波で濾過面に
付着した固形物の物理的剥離、及び／又は、キャビテー
ションによる化学反応により水分子を分解して水酸基ラ
ジカルを生じさせ、ラジカル反応による酸化分解反応で
付着した固形物の化学的分解を行う、ことを特徴とする
請求項１に記載の固液分離装置。
【請求項３】前記膜フィルタ（１２）は、セラミック
ス板又は焼結金属板である、ことを特徴とする請求項１
に記載の固液分離装置。
【請求項４】前記膜フィルタ（１２）は、貫通孔（１
２ｂ）を中心孔とする円板形状であり、前記中空部材
（１４）は、中空管であり、更に複数の膜フィルタ（１２）を中空部材（１４）の軸
心を中心に回転駆動するフィルタ回転装置（２０）を備
える、ことを特徴とする請求項１に記載の固液分離装
置。
【請求項５】（Ａ）濾過膜層（１２ａ）が外表面に形
成されかつ貫通孔（１２ｂ）を有する複数の膜フィルタ
（１２）を、互いに間隔を隔てて連結しかつ各貫通孔を
水密に連通し、（Ｂ）前記複数の膜フィルタの外表面に
被処理液を供給しかつ中空部材の貫通孔から濾過液を抜
き出し、（Ｃ）同時に、継続的に又は断続的に膜フィル
タの外表面を超音波で洗浄する、ことを特徴とする膜分
離装置の洗浄方法。