JP2009095806A - 濾過方法及び濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧濾過又は減圧濾過による懸濁原液の濾過処理において、ボディーフィード法やプレコート法を用いることなく、高効率での濾過処理を実現する。
【解決手段】懸濁原液に微細気泡を混入させた状態で濾過を行う。微細気泡は直径５０μm以下になると通常の気泡とは異なった性質を有し、−の電荷を有して懸濁粒子に付着し、気泡同士では反発しあって液中で均一に分散すると共に、液中での上昇速度も極めて遅い。従って、濾材の表面には微細気泡と液体の流路がほぼ均一に形成されながら懸濁粒子の堆積層が形成され、また濾材の表面付近では圧力降下が大きいために微細気泡は膨張し、電荷を失った微細気泡は相互に結合し合うことから、堆積層を脆弱にして内部から剥離させる。また、濾過流量が小さくなった場合に、濾材の下流側を減圧（減圧濾過ではより大きく減圧）することで剥離・崩壊を助長できる。
【選択図】図４

Description

本発明は加圧濾過又は減圧濾過による濾過方法及び濾過装置に係り、特に微細気泡（マイクロバブル）の性質を利用して濾過効率を向上させる技術に関する。

プリント配線基板（ＰＣＢ）の製造プロセスにおいては、銅張積層板に対して感光性レジスト塗布やスクリーン印刷を行う前に整面研磨工程が介在する。この目的は、予め表面の銅を研磨しておくことで感光性レジストや配線パターン印刷材の密着性を良好にし、正確なエッチングが実行できるようにすることにある。また、光学素子や液晶表示装置のフラットパネルやハードディスク用のガラス基板の加工においても、所要の表面粗さや平行度や平坦度等が得られるように研磨加工が施される。

その場合、実際の研磨段階と研磨後の洗浄には多量の清水を必要とし、当然にその使用後の排液には研磨された銅やガラスの微粒子が混濁しており、更に、研磨剤として砥粒を使用するときには、砥粒が破砕された微粒子も排液中に混濁する。そして、前記研磨工程での排液に含まれる微粒子の大きさは０.１〜５０(μｍ)程度であり、微粒子の濃度は５０〜１０００(ｍｇ/ｌ)程度で比較的低いが、その排液をそのまま放流することについては水質汚濁防止法で禁じられており、懸濁粒子（微粒子）の濃度を一定の基準まで低下させた後に放流することが義務付けられている。また、前記のように濃度を低下させた水溶液は循環再利用される場合も少なくない。

従って、前記排液を濾過処理するようになっているが、懸濁粒子が微細であると堆積微粒子による目詰まりが生じて濾過効率が悪くなるため、解決法として一般的にパーライトや珪藻土等の濾過助剤を添加して濾過を行うボディーフィード法が採用されている。このボディーフィード法の効果は添加する濾過助剤の種類や量によって変わるが、一般的に懸濁原液の含有固形物量の１.５〜３倍程度の濾過助剤量を添加することにより、濾過量が多くとれると共に、濾過時間を２〜３倍に延ばすことができるとされており、下記特許文献１〜３等では様々な懸濁原液を対象とするボディーフィードによる濾過方法が開示されている。

また、高い濾過効率を維持しながら濾過を行う方法として、従来からプレコート法が採用されており、前記ボディーフィード法と併用されていることも少なくない。このプレコート方法は、濾材面に予め珪藻土等の濾過助剤でプレコート層を形成しておき、濾過速度が低下した場合に、プレコート層で補足された懸濁粒子の堆積層をプレコート層の表皮と共に削り取って濾過速度を回復させるものであり、下記特許文献４〜６等にはプレコート層の表皮を更新させるための各種方法が提案されている。

特開２００７−１３５５７９号公報 特開２００４−１０７６２９号公報 特開２０００−３２９７３号公報 特開２００５−１７７５４９号公報 特開平１０−２５８２０８号公報 特開平５−２２８３１４号公報

ところで、ボディーフィード法やプレコート法は濾過助剤を必要とし、濾過助剤は懸濁原液に応じた材料の選択と添加量の管理を行わなければならない。また、ボディーフィード法では懸濁原液への添加工程が、プレコート法では当初に濾過助剤だけを用いたプレコート層の形成工程が必要になると共に、懸濁原液の濾過が一定時間行われた段階での削り取り工程がそれぞれ介在し、更には、濾過によって濾材表面に形成された懸濁粒子の堆積層にエアーブローをかけてケーキとして回収するため、その一連の工程が常に介在する。従って、本来の濾過工程以外に前記各工程に要する時間が占める割合がかなり大きくなっている。また、ボディーフィード法やプレコート法ではケーキに濾過助剤が混在しているため、捕捉された懸濁粒子の量に対してケーキの容積が大きくなるという問題もある。その他にも、捕捉する懸濁粒子が有価物である場合には、濾過助剤が異物として混入していると、回収による再資源化を図る上で不利になるという短所もある。

そこで、本発明は、加圧濾過又は減圧濾過による懸濁原液の濾過処理において、ボディーフィード法やプレコート法を用いることなく、濾材に形成される懸濁粒子の堆積層が濾過動作中に剥離・崩落して常に濾過面を更新させることが可能な濾過方法と、同方法を合理的に実現する濾過装置を提供し、以って懸濁原液を高い効率で濾過処理できるようにすることを目的とする。

第１の発明は、加圧濾過又は減圧濾過による懸濁原液の濾過方法において、懸濁原液に微細気泡を混入させた状態で濾過を行うことを特徴とする濾過方法に係る。

この発明において、加圧濾過では濾材より上流側が加圧されており、減圧濾過では濾材の下流側が減圧されているため、懸濁原液中の懸濁粒子と微細気泡は液体と共に濾材の表面へ移動してゆく。そして、微細気泡は直径５０μm以下のマイクロバブルになるとコロイドとしての特性を有して負に帯電しており、一部は正に帯電している懸濁粒子に付着し、また、懸濁粒子に付着していない微細気泡同士では反発しあって懸濁液原液中での気泡濃度が均一に保たれる。従って、濾材の表面には、濾過の進行過程で微細気泡と液体の流路が葉脈の如くほぼ均一に形成されながら懸濁粒子の堆積層が形成されてゆく。従って、堆積層が厚くなっても通液量の低下が少なく、高い濾過効率が得られる。更に、濾材の表面付近では圧力の降下が大きいために微細気泡は膨張する傾向があり、また電荷を失った微細気泡は流路中で相互に結合し合う傾向があることから、堆積層を脆弱にして内部から剥離させる。尚、気泡となる気体は空気に限らず、窒素ガスや懸濁原液の種類に応じたガスが用いられる。

前記第１の発明において、濾過に際して懸濁原液に微細気泡を混入させた状態とするための方式としては、懸濁原液に高圧下で気体を溶解させ、前記気体が溶解した懸濁原液を濾過室に注入し、濾過室内で懸濁原液中に微細気泡を発生させる方式や、気液混合手段によって懸濁原液に微細気泡を混入させる処理を行い、前記処理後の懸濁原液をそのまま濾過室に注入する方式が採用できる。特に、圧力濾過を行う場合に前者の方式は有効である。

また、濾過面を鉛直方向に構成しておき、濾過対象液の流量を計測しながら濾過を行い、前記計測流量が低下した場合に、前記濾過面より下流側の圧力を低下させるようにすれば、濾過面に徐々に厚く形成されてゆく懸濁粒子の堆積層の剥離と落下を助長でき、強制的に新しい濾過面を形成させて高い濾過効率を維持させることができる。

第２の発明は、前記第１の発明を加圧濾過方法で実施するための濾過装置であり、鉛直方向の内壁面に通水層を介在させて濾材が装着されている濾過室を有し、外部から前記濾過室へ濾過対象液を注入するための注入孔、及び前記通水層から濾過水を外部へ排出させるための排水孔が形成されている濾過体と、高圧下で懸濁原液に気体を溶解させることにより、又は気液混合処理により懸濁原液に微細気泡を混入させて濾過対象液を生成する原液処理手段と、前記原液処理手段により生成された濾過対象液を前記濾過体の注入孔を通じて前記濾過室へ圧送する圧送手段とを備えたことを特徴とする濾過装置に係る。

また、第２の発明において、前記圧送手段により圧送される懸濁原液の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段による検出流量値が所定値以下になった場合に、前記濾過体の排水孔側の圧力を低下させる減圧手段とを設けておけば、前記第１の発明で説明しように、濾過面の堆積層の剥離と落下を助長して濾過機能の更新を強制的に行わせることができる。

第３の発明は、前記第１の発明を減圧濾過方法で実施するための濾過装置であり、鉛直方向の内壁面に通水層を介在させて濾材が装着されている濾過室を有し、外部から前記濾過室へ濾過対象液を注入するための注入孔、及び前記通水層から濾過水を外部へ排出させるための排水孔が形成されている濾過体と、高圧下で懸濁原液に気体を溶解させることにより、又は気液混合処理により懸濁原液に微細気泡を混入させて濾過対象液を生成する原液処理手段と、前記原液処理手段により生成された濾過対象液を大気圧より大きい圧力で前記濾過体の注入孔を通じて前記濾過室へ送る液送手段と、前記濾過体の排出孔から濾過水を減圧吸引する減圧手段とを備えたことを特徴とする濾過装置に係る。

また、第３の発明において、前記液送手段により送られる懸濁原液の流量を検出する流量検出手段を設けると共に、前記減圧手段を減圧レベルの変更設定が可能な可変減圧手段とし、前記流量検出手段による検出流量値が所定値より大きい場合には、前記可変減圧手段による減圧レベルを減圧濾過のための第１の減圧レベルに設定し、前記検出流量値が所定値以下になった場合には、前記第１の減圧レベルよりも低い第２の減圧レベルに設定する減圧制御手段を設けておけば、前記第２の発明の場合と同様に、濾過面の堆積層の剥離と落下を助長して濾過機能の更新を強制的に行わせることができる。

以上のように第２及び第３の発明においては、濾材に付着した懸濁粒子の堆積層がスラリーとして崩壊・落下せしめることが可能になるが、第２の発明では濾過対象液が濾過室へ圧送されており、第３の発明の発明では濾過対象液が大気圧より大きい圧力で濾過室へ送り込まれている。従って、前記濾過体の濾過室内の最下部又はその近傍に外部へ通じるスラリー排出孔を形成しておき、前記スラリー排出孔に第１の開閉弁を接続させておけば、濾過工程の中で逐次スラリーを排出させることができる。また、前記濾過体の濾過室内の最上部又はその近傍に外部へ通じるガス排出孔を形成しておき、前記ガス排出孔に第２の開閉弁を接続させておけば、濾材を通過せずに濾過室の上部へ上昇した微細気泡が結合して滞留している気体を排出させることができる。

尚、前記のスラリー排出機能とガス排出機能を実現する上で、濾過室は、直方体の上側側面と下側側面に四角錐が接合した形状に相当する中空部として、又は円板状の中空部として構成されているのが合理的である。

本発明の濾過方法及び濾過装置は、以上の構成に基づいて、次のような効果を奏する。懸濁原液に微細気泡を混入させた状態で濾過することにより、ボディーフィード法やプリコート法のように濾過助剤を用いることなく、極めて高い効率での濾過処理を可能にすると共に、懸濁粒子が有価物であるような場合に、その回収による再資源化を容易にする。また、濾材に形成される懸濁粒子の堆積層は気泡による流路の確保によって脆弱な層になっており、剥離や崩壊が生じて自然落下する場合には、常に新しい濾過面での濾過がなされるため、濾過効率を常に高く維持できる。更に、濾材に懸濁粒子が厚く堆積して濾過効率が低下した場合に、その状態を検出して堆積層の剥離・落下を助長させることにより、濾過効率を回復させることも可能である。尚、前記懸濁粒子の堆積層は剥離・落下して濾過室の底部でスラリーとなり、また濾材を通過しなかった微細気泡は上昇して濾過室の上部でガス溜りとなるが、本発明の濾過装置ではそれらを適宜外部へ排出させる構成を実現している。

以下、本発明の濾過方法及び濾過装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［実施形態１］
先ず、図１は濾過装置の概略構成図である。同図において、10はシステム制御部、11は懸濁原液を貯留する原水槽、12は開閉弁、13は液送ポンプ、14〜16は開閉弁、17は流量計、18は圧力計、19は逆止め弁、20は減圧弁、21は圧力計、22はエアー流量計、23は開閉弁、24は気液混合機、25は加圧タンク、25aは液面計、26,27は開閉弁、28は排気用電磁弁、29は開閉弁、30は圧力計、31は濾過体、32はスラリー排出用電磁弁、33は排気用電磁弁、34,35は開閉弁を示し、この濾過装置全体はシステム制御部10によって制御され、システム制御部10が圧力・流量・液面等の検出信号を受けて、液送ポンプ13や気液混合機24や各電磁弁28,32,33を制御するようになっている。尚、この実施形態における懸濁原液はＰＣＢの製造プロセスにおける整面研磨工程で生じる排液であり、上記のように０.１〜５０(μｍ)程度の銅と砥粒の懸濁粒子が５０〜１０００(ｍｇ/ｌ)程度の濃度で液体中に混在しているものである。

濾過体31は図２［(Ａ)は断面図、(Ｂ)は(Ａ)のＸ-Ｘ矢視断面図(濾布は省略)］に示すような構成になっている。即ち、中央領域が凹部として形成された２枚の盤体41,42を接合させて、各凹部で構成される空間を濾過室43とし、その濾過室43における前記各凹部の底面に相当する各内壁面にはそれぞれ金属製又は樹脂製のネット44a,44bを介在させて濾布45a,45bが展設されている。

ここに、ネット44a,44bは一定の厚みをもって金属線又は樹脂線を編んだものが適用されるが、多数の孔を穿設したパンチングボードを濾過室43の前記内壁面からスペーサを介して離隔させた状態で取り付ける方式や、濾過室43の前記内壁面に凹凸を形成しておく方式等を採用してもよく、いずれにしても濾布45a,45bの背後に通水層を構成する方式であればよい。

また、盤体41,42は相互の接合部分となる枠部で濾布45a,45bの周縁部をシール部材46を介して挟圧しており、濾過室43の内面全体が濾布45a,45bで内張りされた構成になっている。尚、盤体41,42を接合させる機構については、図２に示すように、各盤体41,42の四隅に設けた孔を利用してボルト・ナットの締め付けによる方式や、一方の盤体41を固定しておき、他方の盤体42をガイド機構で案内しながら油圧シリンダで押圧する方式等が採用される。

そして、濾過室43への濾過対象液の注入は、一方の盤体41とネット44aと濾布45aを貫通した注入孔47を通じて行われるようになっており、その注入孔47の濾過室43側の開口部には濾布45aとネット44aを盤体41の内壁面へ挟着させるためにフランジナットが螺着されている。また、各盤体41,42におけるネット44a,44bの下側領域に対応する位置には排水孔48a,48bが形成されており、各ネット44a,44bによって構成されている各通水層に流入した濾過水を排出できるようになっている。

ところで、図２に示すように、濾過室43は直方体の上側側面と下側側面に四角錐が接合した形状に相当する中空空間になっており、濾過室43の最上部と最下部は各四角錐部分の頂点位置となる。この実施形態では、各盤体41,42における最上部側の頂点位置の近傍には外部と連通するエアー排出孔49a,49bが、また、最下部側の頂点位置の近傍には外部と連通するスラリー排出孔50a,50bが形成されており、図１に示したように、エアー排出孔49a,49bには排気用電磁弁33が、スラリー排出孔50a,50bにはスラリー排出用電磁弁32がそれぞれ接続されている。

次に、この実施形態に係る濾過装置の動作を説明する。先ず、開閉弁12,14,15,23,26,29,35を開放し、開閉弁16,27,34を閉鎖した状態にし、システム制御部10はコンプレッサーエアー供給側の回路の圧力計21とエアー流量計22の計測値及び懸濁原液供給側の回路の圧力計18と流量計17の計測値を参照しながら液送ポンプ13と気液混合器24の動作を制御し、液送ポンプ13で原水槽11から送られた懸濁原液とコンプレッサーエアーとを気液せん断法で混合して微細気泡が混入した懸濁原液を得ると共に、それを加圧タンク25の中へ送り込む。ここで、加圧タンク25の中は排気用電磁弁28を制御することにより一定の高圧状態に維持されており、前記のように懸濁原液が微細気泡を混入させた状態で送り込まれると、微細気泡は自己加圧効果によって容易に懸濁原液中に溶け込み、過飽和状態までエアーが溶け込んだ溶液となる。

そして、加圧タンク25は一定の高圧に保たれているため、懸濁原液は濾過体31へ圧送される。その場合、懸濁原液は注入孔47を通じて濾過室43内に導かれるが、濾過室43は濾布45a,45bとネット44a,44bの通水層から排水孔48a,48bと開閉弁35を介して外部に連通しているために加圧タンク25内よりも低圧であり、懸濁原液に溶け込んでいたエアーが再び微細気泡となって液中に出現する。

従って、濾過体31では微細気泡が混入している懸濁原液を対象として加圧濾過を行うことになるが、ある程度の時間が経過した段階での濾過状態を濾布付近の拡大断面図で示すと図４のようになる。同図において、61は発生した微細気泡が混在している懸濁原液、62は濾布45a（45b）に付着した懸濁粒子の堆積層である。この場合、濾布45a（45b）は０.１(μｍ)以上の懸濁粒子を除去できる平膜ＭＦ(精密濾過)膜が適用されており、ボディーフィード法を採用せず、またプレコートも行うことなく、最初から懸濁原液に対する濾過を行っている。

一方、懸濁原液中の微細気泡は、１０（μｍ）付近に気泡サイズの分布のピークがあり、個数は数千（個/ｍｌ）以上となっており、懸濁原液は白く濁った状態となっている。その状態では、微細気泡は負に帯電しているために、相互に反発して分散状態が保たれるが、一部は正に帯電している懸濁粒子に付着する。そのため、懸濁粒子は微細気泡が付着した状態で濾布45a側へ引き寄せられるように移動するが、初期段階では濾布45a（45b）の表面に引っ掛かって微細気泡だけが液体と共にネット44a（44b）側の通水層へ通過し、濾布45a（45b）の表面に徐々に懸濁粒子の堆積層62が形成されようになると、その堆積層62の表面で懸濁粒子が引っ掛かり、微細気泡と水だけが先に堆積した懸濁粒子に付着していた微細気泡の通過流路を通じて濾布45a（45b）側へ流れる。また、一般に低圧方向［濾布45a（45b）側］への微細気泡の移動速度は懸濁粒子や水よりも速いため、懸濁粒子に付着していない微細気泡は初期段階から堆積層62に形成されてゆく通過流路へ取り込まれ、その流路を維持させる役割を果たす。換言すれば、堆積層62が厚くなってもその層内に多数の流路が確保されているため、濾過効率を低下させることなく濾過動作を進行させることができる。

ところで、懸濁粒子の堆積層62は濾過の進行と共に厚くなるが、前記のような微細気泡の作用により、図４に示すようにその堆積層62の内部には表面から濾布45aに通じる多数の流路63が蟻の巣のように縦横に構成され、各流路63を微細気泡と水が交互に流れる。そして、堆積層62の流路63を流れる微細気泡は電荷を失って他の微細気泡と結合することがあり、また濾布45aに近いほど圧力が低くなるため、各流路63内の微細気泡は除々に大きくなる傾向がある。従って、堆積層62は比較的脆弱に構成されてゆき、厚くなると自重によって剥離・崩落し、濾過室43の底部にスラリーとして滞留する。

以上の濾過メカニズムに基づいて、この濾過装置は図３のフローチャートに示す手順でスラリー排出用電磁弁32と排気用電磁弁33を制御する。但し、システム制御部10は各電磁弁32,33を通常状態では閉設定にしている。先ず、懸濁原液（研磨排液）にエアーを過飽和状態まで溶解させた被濾過液が圧力タンク25から濾過体31の濾過室43に注入されると、前記のように濾過室43内で溶け込んでいたエアーが微細気泡となって懸濁原液中に混在した状態になるが、システム制御部10は圧力計30の検出信号から注入圧力Ｐinが所定値Ｐo以上になったことを確認した段階で、濾過室43内に被濾過液が充満して定常的な濾過状態へ移行したものとみなし、タイマーＴs,Ｔaを起動させる（S1〜S3）。

そして、タイマーＴsの計測時間ｔsが所定時間THs以上になると、電磁弁32を一定時間だけ開放させる（S4,S5）。また、その開放が終了すると電磁弁32を閉設定に戻し、タイマーＴsの計測時間ｔsを０にして、再びタイマーＴsを起動させて所定時間THsになるかどうかを確認するという動作を繰り返す（S5,S6→S4）。即ち、前記のように懸濁粒子の堆積層62が剥離・崩壊してスラリーとなって濾過室43の底部に溜まるため、それを所定時間THs毎に外部へ排出させるようにしている。

システム制御部10は、もう一方のタイマーＴaに関してもその計測時間ｔaが所定時間THa以上になるかどうかを確認しており、所定時間THa以上になると電磁弁33を一定時間だけ開放して濾過室43の上部に滞留しているエアーを外部へ排出させ、前記と同様に、タイマーＴaの計測時間ｔaを０にして、再びタイマーＴaを起動させて再び所定時間THaになるかどうかを確認するという動作を繰り返す［(S4)→S7〜S9→(S4)］。即ち、微細気泡は体積が極めて小さいために上昇速度が遅いが、濾過動作が長時間行われている内に濾過室43の上部に少しずつ気泡が集まってエアー溜まりができるため、そのエアーを所定時間THa毎に外部へ排出させるようにしている。

尚、この実施形態では時間管理により各電磁弁32,33の開閉制御をおこなっているが、濾過室43内の最上部付近にエアーが溜まっていることを検出するセンサを、最下部付近にスラリーが滞留していることを検出するセンサを設けておき、それぞれのセンサの検出信号に基づいて開閉制御を行うようにしてもよい。また、前記の濾過メカニズムによれば、各電磁弁32,33の開放時間は短時間であるものの濾過室43内の圧力を低下させることになり、それによっても堆積層62の剥離・崩落が助長される。

以上のように、この実施形態の濾過装置によれば、微細気泡を懸濁原液に混入させておくことにより、濾過助剤を用いないで、濾布45a,45bに堆積した懸濁粒子による目詰まりが生じない高効率な濾過処理を行うことができる。また、濾過体31を開枠した状態での洗浄を行うことなく、長時間に亘って連続的に稼動させることができる。そして、この濾過装置はコンプレッサーエアーを利用した逆洗浄も可能になっており、図１において、開閉弁26,35と電磁弁32,33を閉じておき、開閉弁27,34を開いて排水孔48a,48bから通水層へコンプレッサーエアーを供給すれば、濾布45a,45bの逆洗浄がなされ、濾過室43内から追い出された懸濁原液は開閉弁27を通じて排水される。

［実施形態２］
この実施形態は、前記の実施形態１の濾過装置に対して更に改良を加えたものであり、その要部は図５に示される。この濾過装置の特徴は、濾過体31の注入孔47への濾過対象液の圧送経路に流量計71を設けると共に、濾過水の排水側にエゼクター72を設け、エゼクター72を介して排出されて濾過水槽73に貯留してある濾過水を液送ポンプ74でエゼクター72へ循環させることにより、濾過体31の排水孔48a,48bから送られてくる濾過水をエゼクター72によって強制的に吸引するようになっている点にある。

そして、システム制御部10は流量計71から得られる流量検出信号を確認しながら、図６のフローチャートに示す制御手順を実行する。先ず、被濾過液が圧力タンク25から濾過体31の濾過室43に注入され、圧力計30の圧力検出信号から注入圧力Ｐinが所定値Ｐo以上になったことが確認された時点で、濾過室43内に被濾過液が充満して定常的な濾過状態へ移行したとみなすことは実施形態１の場合と同様である（S21,S22）。

ここで、システム制御部10は、その時点から流量計71の検出値Ｆvが所定閾値THv1以下か否かを常時確認し、その条件（Ｆv≦THv1）を満たせば、液送ポンプ74を起動させてエグゼクター72による濾過水の吸引を開始させる（S23,S24）。この場合の閾値THv1は濾布45a,45bへの懸濁粒子の堆積層62が厚くなって濾過効率が低下した場合の流量閾値に相当し、そのようになった場合には、濾過体13の濾過水排出側の圧力を低下させて濾過室43における通水層の圧力を低下させることにより、堆積層62の剥離・崩落を強制的に引き起こすようにしている。即ち、濾布45a,45bの背後にネット44a,44bで構成されている通水層の圧力が低下すると、堆積層62の内部に多数形成されている流路63を微細気泡と水とがより勢いよく流れることになるが、同時に微細気泡は減圧により膨張する傾向を呈し、堆積層62を内部から崩壊させて剥離し易くする。

一方、通水層の大きな減圧は前記効果を引き起こすが、その後も大きな減圧状態を継続させると懸濁粒子と微細気泡が常に濾布45a,45b側へ強力に吸引されて、堆積層62が圧潰される態様で形成されるため、堆積層62の内部に流路63が構成され難くなって逆に濾過効率が低下する。そこで、堆積層62の剥離・崩落によって流量計71の検出値Ｆvが所定閾値THv2以上に回復すると、システム制御部10は直ちに液送ポンプ74を停止させてエグゼクター72による濾過水の吸引を停止し、それにより通常の圧縮濾過状態に戻す（S25,S26）。尚、閾値THv2は閾値THv1より充分に大きい値である。

そして、システム制御部10が前記手順（S23〜S26）によるエグゼクター72の起動／停止制御手順を繰り返し実行することにより、実施形態１のように濾過過程における堆積層62の自然な剥離・崩落だけに依存するのではなく、強制的に堆積層62を剥離・崩落させて、より安定的に高い濾過効率を維持させることが可能になる。尚、実施形態１に示した時間管理によるスラリー排出／エアー排出の処理手順（図３）も並行して実行されるが、この場合は濾過効率が更に向上してスラリーが濾過室43の底部に溜まる速度が早い、タイマーＴsの計測時間ｔsに係る閾値THsは実施形態１の場合よりも小さく設定される。

［実施形態３］
この実施形態は、前記の実施形態１，２が加圧濾過方法の濾過装置であるのに対して減圧濾過方法の濾過装置に係り、その概略構成図は図７（Ａ）に示される。尤も、実施形態１の濾過装置（図１）における圧力タンク25より前段にある気液混合処理回路等は、そのままこの実施形態の装置にも適用されている。但し、この実施形態では、気液混合機24で懸濁原液に微細気泡が混入した濾過対象液が得られると、それを直ちに濾過体31の濾過室43へ送り込んで注入している。従って、濾過対象液は圧送されているわけではないが、コンプレッサーエアーと懸濁原液はそれぞれ所定圧力で気液混合機24に送られるため、濾過対象液は少なくとも大気圧よりも大きい圧力で濾過室43へ送り込まれる。

一方、濾過体31からの濾過水の排水側には、実施形態２の場合と同様に、エゼクター72と濾過水槽73と液送ポンプ74とからなる濾過水の循環方式での吸引減圧部が設けられている。そして、システム制御部10は、図８に示す手順で液送ポンプ74を制御することにより、減圧濾過を実行させる。先ず、懸濁原液に微細気泡が混入した濾過対象液が濾過装置に注入されると、液送ポンプ74を起動させてエゼクター72に濾過水を高速で通じさせ、濾過水排出側の圧力を低下させて濾過室43における通水層の圧力を低下させる（S31,S32）。

それにより、濾過体31の濾過室43には濾過対象液が取り込まれると共に、濾過室43に充満した状態で圧力計30が示す注入圧力Ｐinがほぼ一定値（大気圧よりも大きい圧力値）で安定するようになるが、その状態は定常的な減圧濾過が始まったことに他ならない（S33）。そして、その減圧濾過状態においても、図４で説明した濾過メカニズムによって堆積層62の剥離と崩落を伴った高効率な濾過が行われることになるが、濾過の進行により濾布45a,45bへの懸濁粒子の堆積層62が除々に厚くなり、やがて濾過効率が低下することになる。

そこで、システム制御部10は、注入圧力Ｐinがほぼ一定値で安定した時点から流量計17の検出値Ｆvを常時確認し、検出値Ｆvが所定閾値THv1以下になれば、濾過効率が低下しているとみなして、液送ポンプ74を通常の減圧濾過状態の場合よりも強力に駆動させてエゼクター72による吸引力を増大させる（S34,S35）。この吸引力の増大は実施形態２の場合において液送ポンプ74を起動してエゼクター72を作動させた状態に相当し、この実施形態では通水層が予めオフセットとしての減圧レベルにあり、そのレベルから更に大きく減圧することになる。従って、実施形態２の場合と同様に、通常の濾過メカニズムによる堆積層62の自然な剥離・崩落だけでなく、強制的に堆積層62を剥離・崩落させて、高い濾過効率を維持させることができる。

そして、それによって濾過効率が上がり、流量計17の検出値Ｆvが回復して所定閾値THv2以上になると、液送ポンプ74を元の駆動状態に戻し、エゼクター72を通常の減圧濾過状態に適合した吸引圧力に設定する（S36,S37）。従って、通常の濾過メカニズムに戻り、システム制御部10は流量計17の検出値Ｆvが所定閾値THv1以下になるか否かの確認状態となり、以降、前記ステップS34〜S37の手順を繰り返し実行することになる（S34〜S37→S34）。尚、時間管理によるスラリー排出／エアー排出の処理手順（図３）が並行して実行されることも、実施形態２の場合と同様である。即ち、基本的には減圧濾過方法によるのであるが、濾過室43内は大気圧よりも大きい圧力に保たれているため、前記の実施形態１，２の場合と同様にスラリー排出／エアー排出を行わせることができる。

この実施形態３の濾過装置によれば、減圧濾過であるために実施形態１,２の場合のように加圧タンク25を必要とせず、また、堆積層62の剥離・崩落を強制的に引き起こさせるための通水層の減圧レベルの変化も、液送ポンプ74の駆動制御だけで足りるため、システムの小型化が図れるという利点がある。尚、図７（Ａ）の構成では気液混合機24で得られた濾過対象液を直接的に濾過体31の濾過室43へ送り込んでいるが、図７（Ｂ）に示すように、濾過対象液の貯留槽75を設けておき、液送ポンプ76で貯留槽75内の下部側から汲み出した貯留液に対して気液混合機77で微細気泡を混入させて貯留槽75へ戻すという循環路を構成し、撹拌機78で貯留槽75内を撹拌させて濾過対象液における微細気泡の混入濃度を均一に保ちながら、貯留槽75内の濾過対象液を液送ポンプ79で濾過体31側へ送り込むようにしてもよい。

［実施形態４］
この実施形態は濾過体の変形例に係るものである。前記実施形態１乃至３では、図２に示したように、直方体の上側側面と下側側面に四角錐が接合した形状に相当する中空部を濾過室43とした濾過体31が用いられている。これは、実施形態１で説明したように、濾過室43内に残った微細気泡が上昇してできるエアー溜まりと堆積層62が剥離・崩落してできるスラリーをそれぞれ濾過室43の最上部と最下部に集めるのに都合が良いからである。そして、その観点からみると、図９［(Ａ)は断面図、(Ｂ)は(Ａ)のＸ-Ｘ矢視断面図(濾布は省略)］に示す濾過体80は濾過室が円板状の中空部として構成されており、前記機能を合理的に実現できる。

図９において、81,82は中央領域が円板状の凹部として形成された盤体、83は濾過室、84a,84bは通水層を形成するネット、85a,85bは濾布、86はシール部材、87は濾過対象液の注入孔、88a,88bは濾過水の排水孔、89a,89bはエアー排出孔、90a,90bはスラリー排出孔であり、各盤体81,82を接合させて、それらの凹部で構成される円板状の空間を濾過室83とし、その濾過室83における前記各凹部の底面に相当する各内壁面にはネット84a,84bを介在させて濾布85a,85bが展設されている。但し、濾布85a,85bは濾過室83の内面全体に内張りされており、その周縁部は各盤体81,82の接合面に挟圧されている。尚、各盤体81,82の接合機構については、図２に示した濾過体31の場合と同様に、各盤体81,82の周縁部に設けた孔を利用してボルト・ナットの締め付けによる方式や、一方の盤体81を固定し、他方の盤体82を油圧シリンダ等で押圧させる方式等が採用される。

図２の濾過体31では、各盤体41,42の接合体として構成されるために、エアー排出孔49a,49bとスラリー排出孔50a,50bを濾過室43の最上部と最下部に形成できず、最上部と最下部の近傍に形成せざるを得ない。また、その場合における各排出孔49a,49b,50a,50bの濾過室43側の開口部ではそれぞれフランジナットによって濾布45a,45bを押さえるようになっているため、近傍ではあっても最上部と最下部から少し離隔した位置になり、その結果、エアー排出孔49a,49bより上側にあるエアーが外部へ抜けず、スラリー排出孔50a,50bより下側にあるスラリーも外部へ抜けないことになる。

この実施形態の濾過体80によれば、エアー排出孔89a,89bとスラリー排出孔90a,90bをそれぞれ濾過室83の最上部と最下部に形成でき、濾過過程で生じた濾過室83内のエアー溜まりやスラリー溜まりを図３の電磁弁制御手順に基づいて完全に外部へ排出できる。更には、盤体81,82の凹部が円板状であるため、図２の盤体41,42と比較して加工が容易になり、濾布85a,85bの展着に際しても隅角が存在しないために容易になるという利点がある。

また、以上の実施形態においては、濾過室が単体である濾過体について説明したが、フィルタープレス型のように盤体を積層させて懸濁原液の注入孔が連通した多数の濾過室を備えた構成も採用できる。例えば、図１０に示すように、両側端の盤体として実施形態１の濾過体31（図２）に用いた盤体41,42とし、その中間に連結用盤体95を３枚介装して濾過室が４室構成された濾過体とすることができる。ここで、連結用盤体95は、隣接する盤体との各対向面の構成が実施形態１の盤体41と同様になっており、その注入孔47に相当する孔が懸濁原液を通じさせるための連通孔96になっていると共に、排水孔48aに相当する孔97は、各対向面の通水層を連通させて、その中間で下側端面に通じた排水路が形成された構成になっている。尚、連結用盤体95にも盤体41,42のエアー排出孔49a,49bとスラリー排出孔50a,50bに相当するものが構成されている。

そして、濾過装置に実際に適用するに際しては、懸濁原液の注入については注入孔47から行われて、４つの濾過室を同時に使用した加圧濾過又は減圧濾過がなされることになるが、上記の実施形態１,２,３で説明した制御は全ての濾過室についてシステム制御部10が一括して行うことができる。尤も、エアー排気用とスラリー排出用の電磁弁に関しては個別の濾過室単位で行っても良い。

本発明は加圧濾過又は減圧濾過による濾過装置に適用することができる。

実施形態１の濾過装置の概略構成図である。 （Ａ）は濾過体の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ-Ｘ矢視断面図（但し、濾布は省略）である。 濾過体に接続されているスラリー排出用電磁弁と排気用電磁弁の制御手順を示すフローチャートである。 濾過作用を説明するための濾過部分の拡大断面図である。 実施形態２の濾過装置（要部のみ）の概略構成図である。 減圧駆動部（エゼクター・ポンプ）の制御手順を示すフローチャートである。 （Ａ）は実施形態３の濾過装置の概略構成図である。（Ｂ）は濾過対象液の生成と濾過体への送り込みを行う部分の他の構成例を示す図である。 減圧駆動部（エゼクター・ポンプ）の制御手順を示すフローチャートである。 （Ａ）は実施形態４に係る濾過体の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ-Ｘ矢視断面図（但し、濾布は省略）である。 盤体を積層させて複数の濾過室を構成した場合の濾過体の断面図である。

符号の説明

10…システム制御部、11…原水槽、12…開閉弁、13…液送ポンプ、14〜16…開閉弁、17…流量計、18…圧力計、19…逆止め弁、20…減圧弁、21…圧力計、22…エアー流量計、23…開閉弁、24…気液混合機、25…加圧タンク、25a…液面計、26,27…開閉弁、28…排気用電磁弁、29…開閉弁、30…圧力計、31…濾過体、32…スラリー排出用電磁弁、33…排気用電磁弁、34,35…開閉弁、41,42…盤体、43…濾過室、44a,44b…ネット、45a,45b…濾布、46…シール部材、47…注入孔、48a,48b…排水孔、49a,49b…エアー排出孔、50a,50b…スラリー排出孔、61…微細気泡が混在している懸濁原液、62…懸濁粒子の堆積層、63…微細気泡と液体の流路、71…流量計、72…エゼクター、73…濾過水槽、74…液送ポンプ、75…貯留槽、76…液送ポンプ、77…気液混合機、78…撹拌機、79…液送ポンプ、80…濾過体、81,82…盤体、83…濾過室、84a,84b…ネット、85a,85b…濾布、86…シール部材、87…注入孔、88a,88b…排水孔、89a,89b…エアー排出孔、90a,90b…スラリー排出孔、95…連結用盤体、96…連通孔、97…排水孔。

Claims (12)

1. 加圧濾過又は減圧濾過による懸濁原液の濾過方法において、懸濁原液に微細気泡を混入させた状態で濾過を行うことを特徴とする濾過方法。
2. 懸濁原液に高圧下で気体を溶解させ、前記気体が溶解した懸濁原液を濾過室に注入し、濾過室内で懸濁原液中に微細気泡を発生させて濾過を行う請求項１の濾過方法。
3. 気液混合手段によって懸濁原液に微細気泡を混入させる処理を行い、前記処理後の懸濁原液を濾過室に注入して濾過を行う請求項１の濾過方法。
4. 濾過面を鉛直方向に構成しておき、濾過対象液の流量を計測しながら濾過を行い、前記計測流量が低下した場合に、前記濾過面より下流側の圧力を低下させるようにした請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の濾過方法。
5. 鉛直方向の内壁面に通水層を介在させて濾材が装着されている濾過室を有し、外部から前記濾過室へ濾過対象液を注入するための注入孔、及び前記通水層から濾過水を外部へ排出させるための排水孔が形成されている濾過体と、
   高圧下で懸濁原液に気体を溶解させることにより、又は気液混合処理により懸濁原液に微細気泡を混入させて濾過対象液を生成する原液処理手段と、
   前記原液処理手段により生成された濾過対象液を前記濾過体の注入孔を通じて前記濾過室へ圧送する圧送手段と
   を備えたことを特徴とする濾過装置。
6. 前記圧送手段により圧送される懸濁原液の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段による検出流量値が所定値以下になった場合に、前記濾過体の排水孔側の圧力を低下させる減圧手段とを設けた請求項５に記載の濾過装置。
7. 鉛直方向の内壁面に通水層を介在させて濾材が装着されている濾過室を有し、外部から前記濾過室へ濾過対象液を注入するための注入孔、及び前記通水層から濾過水を外部へ排出させるための排水孔が形成されている濾過体と、
   高圧下で懸濁原液に気体を溶解させることにより、又は気液混合処理により懸濁原液に微細気泡を混入させて濾過対象液を生成する原液処理手段と、
   前記原液処理手段により生成された濾過対象液を大気圧より大きい圧力で前記濾過体の注入孔を通じて前記濾過室へ送る液送手段と、
   前記濾過体の排出孔から濾過水を減圧吸引する減圧手段と
   を備えたことを特徴とする濾過装置。
8. 前記液送手段により送られる懸濁原液の流量を検出する流量検出手段を設けると共に、前記減圧手段を減圧レベルの変更設定が可能な可変減圧手段とし、前記流量検出手段による検出流量値が所定値より大きい場合には、前記可変減圧手段による減圧レベルを減圧濾過のための第１の減圧レベルに設定し、前記検出流量値が所定値以下になった場合には、前記第１の減圧レベルよりも低い第２の減圧レベルに設定する減圧制御手段を設けた請求項７に記載の濾過装置。
9. 前記濾過体の濾過室内の最下部又はその近傍に外部へ通じるスラリー排出孔が形成されており、前記スラリー排出孔に第１の開閉弁を接続させた請求項５、請求項６、請求項７、又は請求項８に記載の濾過装置。
10. 前記濾過体の濾過室内の最上部又はその近傍に外部へ通じるガス排出孔が形成されており、前記ガス排出孔に第２の開閉弁を接続させた請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、又は請求項９に記載の濾過装置。
11. 前記濾過体の濾過室が直方体の上側側面と下側側面に四角錐が接合した形状に相当する中空部として構成されたものである請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、又は請求項１０に記載の濾過装置。
12. 前記濾過体の濾過室が円板状の中空部として構成されたものである請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、又は請求項１１に記載の濾過装置。

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