JP4064285B2 - 濾過処理用繊維濾材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種用水処理および汚水の浄化処理に用いる濾過処理用繊維濾材に関する。
【０００２】
詳しくは、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填構成して、工業用水、海水および河川水などの各種用水の浄化や、下水および家庭排水など汚水の濾過、浄化処理を行う上向流式急速濾過装置に好適な繊維濾材に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、各種用水の浄化や汚水の濾過、浄化処理に使用する濾材には、例えば、合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材や合成樹脂繊維を用いた濾材など、各種のものが提案され使用されている。
【０００４】
この合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材は軽量で取り扱いに便利であるが、空隙率が低く、汚水中の微細粒子（以下ＳＳと称す)によって空隙が詰まり、濾過性が低下して長時間の運転ができないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、繊維シートをチップ状とした濾材が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２および特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３３８１８号公報
【特許文献２】
特開平８−３３８１９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２１６４３０号公報
【０００７】
特許文献１に開示の濾材は、太さが３０〜２００μｍの綿毛状のフィラメントを、これよりも融点の低い融着材で結合させて、その内部に空隙を有する厚さ３〜１０ｍｍのマット状の媒体を構成し、そのマット状の媒体を一辺が５〜５０ｍｍの四方形状に裁断してチップ状としたものである。当該濾材はその内部に広い空隙を有して高い処理能力を有すると共に、目詰まりした場合、容易に洗浄再生することができるものである。
【０００８】
一方、特許文献２に開示された濾材６０は、図６に単位片を示すように、太さが１００〜５００μｍの大径のフィラメント６１と、太さが３０〜１００μｍの小径のフィラメント６２にそれよりも融点の低い融着材を被覆した、大小の繊維径のフィラメント６１，６２を混合して、これら両者を融着材で互いに融着結合して、内部に微細空隙を有する厚さ３〜１０ｍｍの板状の濾材を構成し、この板状の濾材を１０〜５０ｍｍ角状に裁断してなる合成繊維を用いた濾材としたものである。
【０００９】
そのため、絡み合ったフィラメント６１，６２によって濾材層が形成され、粒状の濾材に比較して格段の空隙を有するため、濾過性がよく長時間の運転が可能であると共に、太いフィラメント６１がその濾過圧力の上昇に抵抗して細いフィラメント６２で形成される空隙を確保するので、併せて長時間の運転が可能である。また、その単位濾材の空隙が均一なので洗浄再生が容易であると共に、その単位濾材片の大きさが粒状の浮遊濾材やアンスラサイト等と比較して格段に大きいので流失のおそれもなく、洗浄再生が容易となるものである。
【００１０】
また、特許文献３に開示された濾材７０は、図７に示すように、素材が芯をポリプロピレン、鞘をポリエチレンとした熱融着性複合繊維であり繊度が２０〜７２ｄｔｅｘ（１８〜６５デニール）である第１フィラメント７１と、素材がポリプロピレン繊維であり繊度が３．３〜１１ｄｔｅｘ（３〜１０デニール）である第２フィラメント７２と、素材が芯をポリプロピレン、鞘をポリエチレンとした熱融着性複合繊維であり繊度が１．７〜６．７ｄｔｅｘ（１．５〜６デニール）である第３フィラメント７３とを混綿したウェブをニードルパンチング法により布形化し、両面のウェブ起毛状態を平滑化することなく加熱処理し、前記ウェブの重量が２００〜８００ｇ／ｍ2、厚みが２〜８ｍｍの布形化板状体を製作し、この布形化板状体を３〜５０ｍｍ角に裁断して汚水処理用濾材としたものである。それにより、例えば特許文献２に開示された濾材にも増して、長時間使用時における濾材の圧縮耐性の低下がなく、濾過圧力の維持が図れ、処理能力も低下せず、カット屑や使用時のフィラメントの脱落も回避できるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１〜３に開示された従来技術の濾材においては、例えば、合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材等に比較して、格段に高い空隙率(約９０％)の確保、ならびに、ＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性の維持が図られ実現されている。
【００１２】
しかしながら、上記従来の技術に開示される濾材は、濾材の比重が濾材を構成する繊維素材の比重に依存し、例えば、ポリプロピレンおよび／またはポリエチレンを用いた場合であっても、濾材比重を０．９１よりも小さくすることができないため、長時間の使用時において、ＳＳ捕捉に伴って濾材重量が増加した場合に濾材の受ける浮力の低下が大きく、また個々の濾材のＳＳ捕捉量に従って濾材の受ける浮力にばらつきが生じて濾過槽内での濾過層の形成が出来なくなり、濾過処理が不能になるという問題があった。
【００１３】
また、濾過装置が用いられる用途によって、汚水中のＳＳの性状、比重が異なるため、ＳＳ捕捉に伴う濾材の受ける浮力の低下が、ＳＳの性状、比重に影響されるという問題もあった。
【００１４】
したがって、本発明は上記問題点を解決するために、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な繊維濾材として、濾材内部に充分な空隙が確保されて濾過性が良好であり、ＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性が低下しない繊維濾材であって、ＳＳ捕捉に従う濾材重量の増加に対しても濾材の受ける浮力変化が少なく、また浮力の低下がＳＳの性状、比重に影響され難く、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、従来よりもさらに濾過装置の長時間運転が可能な繊維濾材を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の濾過処理用の繊維濾材は、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な濾材であって、ステープルからなる不織布層と、独立気泡発泡体を有する基層とで構成される小片体であることを特徴とする繊維濾材である（請求項１）。
【００１６】
また、前記不織布層が、高融点成分および低融点成分からなる熱融着性複合繊維ステープルを含む、１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルからなることを特徴とするものである（請求項２）。
【００１７】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを経糸および／または緯糸の少なくとも一部に用いて織成した布帛で構成されることを特徴とするものである（請求項３）。
【００１８】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えて成る単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シートであることを特徴とするものである（請求項４）。
【００１９】
さらに、前記基層を構成する独立気泡発泡体からなるモノフィラメントが、比重０．２３〜０．７、繊度２００ｄｔｅｘ〜１０，００ｄｔｅｘの範囲のポリプロピレンモノフィラメントであることを特徴とするものである（請求項５）。
【００２０】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるシートであることを特徴とするものである（請求項６）。
【００２１】
さらに、前記繊維濾材が、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲の布形化板状体を見かけ体積が１８ｍｍ3〜３７，５００ｍｍ3の範囲の小片体に裁断してなると共に、濾材比重が０．１〜０．９の範囲であることを特徴とするものである（請求項７）。
【００２２】
なお、本発明において、「濾材、布形化板状体、基層、不織布層および基層もしくは不織布層を構成する糸条もしくは糸条シートもしくは合成樹脂シートの比重」とは、測定試料の空気中での質量値Ｍａおよび密度既知の液体中に浸漬したときの液体中での質量値Ｍｌの測定値と、液体の既知密度ρを用いて次式から算出した値をいう。
【００２３】
【式１】
【００２４】
また、本発明において、「見かけ体積」とは小片体の外形寸法から算出した空隙、気泡を含む値をいう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
【００２６】
本発明の実施にあたっては、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な濾材として、ステープルからなる不織布層と、独立気泡発泡体を有する基層とを結合して構成された小片体とするために、例えば布形化板状体を形成し、この布形化板状体を適する形状、大きさに裁断して製作することが可能である。
【００２７】
前記布形化板状体は、主として濾材の形状維持および濾過槽内での濾過層形成に必要な濾材比重を確保するための少なくとも一層の前記基層と、主として汚水中のＳＳを濾過するための少なくとも一層の前記不織布層とで構成する。
【００２８】
前記布形化板状体１０は、図１（Ａ）に示すように、１層の基層１１の片面または両面に各１層の不織布層１２を結合した構成を基本とするが、それに限らず、図１（Ｂ）に示すように、基層１１と不織布層１２とを交互に各２層以上ずつ結合した構成、または、図１（Ｃ）に示すように、基層１１の周囲を不織布層１２で覆った構成としてもよい。不織布層１２が基層１１の両面または周囲に配されている方が、不織布層１２の表出割合が多く浮遊濾材として好適なものとなる。
【００２９】
結合方法は、接着剤により接着する他、基層１１と不織布層１２間に介在させた融点の低い融着材や薄いメッシュ状布帛、不織布シート等を用いて融着結合してもよい。
【００３０】
また、混綿したステープルを前記基層１１に直接に積層し、ニードルパンチング法にて不織布層１２を形成すると同時に基層１１への交絡結合を行えば、基層１１と不織布層１２との結合を行う工程が省略できる上に、不織布層１２を構成するステープルが基層１１の布帛構造に直接に交絡結合され、不織布層１２と基層１１を強固に結合できるため好適である。
【００３１】
本発明の実施にあたっては、前記基層１１を構成する糸条あるいは合成樹脂シートの内部の少なくとも一部に独立気泡を有することが重要である。気泡が連通しておらず個々に独立して糸条あるいはシート内部に存するため、濾過の過程で前記不織布層１２にＳＳが捕捉されて濾材重量が増加しても、気泡が閉塞することが無く、濾材に必要な浮力を維持することが可能となる。また、独立気泡が糸条あるいはシート内部に分散する状態とするため、および糸条あるいはシートの強力や弾性を損なわないためには、独立気泡はできるだけ微細なものが望ましい。更に、微細な独立気泡とすることで、例えばニードルパンチング法を用いて不織布層１２を形成する場合には、ニードリングの影響による気泡の連通や破壊を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、前記不織布層１２においても、不織布を構成するステープルとして、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等公知の合成繊維ステープルの他、綿、麻、羊毛等の天然繊維ステープル、炭素等の無機繊維ステープルを選択することが可能である。上記繊維素材の群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルからなると共に、繊度および目付量を適値に設定して、濾過に必要な微細空隙をその内部に有する不織布層１２とする。
【００３３】
また、ステープルの少なくとも一部に、独立気泡を内部に有する合成繊維ステープルを用いてもよい。特に、ポリプロピレン（以下ＰＰと称す）および低密度もしくは高密度のポリエチレン（以下ＰＥと称す）は、比重が１．０以下であり、かつ、耐薬品性が良好で汚水のｐＨの影響を受け難いため最適である。
【００３４】
前記不織布層１２を１種類の繊度のステープルより形成する場合には、濾材の濾過性能と圧縮耐性の観点から、ステープルの繊度は２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘの範囲が良い。
【００３５】
また、不織布層１２は、前記繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである太繊度の第１ステープルに加えて、繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである細繊度の第２ステープルを混綿して用いれば、太繊度のステープルで圧縮耐性が長期間にわたり確保でき、濾過圧力上昇に抗しての濾材の形状が保持できると共に、細繊度のステープルを付加することにより不織布層内部により微細かつ均一な空隙を形成できて、より緻密な濾材となるため濾過性能を向上させることができるため好ましい。この場合の混綿割合（重量比）は、例えば、前記第１ステープル３０％〜８０％に対して、前記第２ステープル７０％〜２０％の範囲が好適である。
【００３６】
さらに、不織布層１２は、図４に示すように、繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである太繊度の第１ステープル４１および繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである細繊度の第２ステープル４２に加えて、繊度が１．７ｄｔｅｘ〜６．７ｄｔｅｘのより細繊度の第３ステープル４３を混綿し、交絡結合させて用いれば、不織布層１２内部により微細かつ均一な空隙を形成できて、一層緻密な濾材とすることができるため好ましい。
【００３７】
この場合の混綿割合（重量比）は、例えば、前記第１ステープル４１が５０％〜８０％、前記第２ステープル４２が４０％〜１０％、前記第３ステープル４３が４０％〜１０％の範囲が好適である。
【００３８】
本発明の繊維濾材内部には、濾材の形状保持のための前記基層１１が配設されているため、前記特許文献1〜３に開示された従来の濾材よりも、濾過圧力に対する圧縮耐性と形状保持に優れた繊維濾材を実現することが可能となる。
【００３９】
本発明においては、前記不織布層１２を、高融点成分および低融点成分から成る熱融着性複合繊維ステープルを含む１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、ニードルパンチング法により交絡結合させた後、加熱処理を施して、基層１１と結合および異なるステープル同士を融着結合させて形成することができる。
【００４０】
また、混綿したステープルを基層１１に直接に積層し、ニードルパンチング法により交絡結合させると同時に、基層１１への交絡結合を行った後に、加熱処理を施しても良い。
【００４１】
前記高融点成分および低融点成分からなる熱融着性複合繊維ステープルには、芯部と鞘部を有する芯鞘構造複合繊維ステープルのほか、高融点成分および低融点成分とが糸条断面において並列、多芯、放射状、星形状もしくは扇形状等に組み合った複合繊維ステープルが含まれる。
【００４２】
例えば、前記不織布層１２を構成する前記ステープルの少なくとも１つに、素材が芯部をＰＰ、鞘部を芯部のＰＰより低い融点を有するＰＰまたはＰＥとした熱融着性複合繊維ステープル(以下、ＥＳと称す)を用いることができる。ＥＳを用いる融着の場合は、芯部のＰＰおよび基層１１の融点より低く、かつ、鞘部のＰＰまたはＰＥの融点よりも高い温度条件のもとで行う。このＥＳを用いる場合は、融着材を添加する必要が無い上に、混綿したステープルを基層１１に直接に積層した後にニードルパンチング法により交絡結合させたＥＳの鞘部同士を融着結合するので、不織布層１２と基層１１との結合がより強化されて、濾材の圧縮耐性の向上に効果的である上に、不織布層１２内の微小空隙を確実かつ均一に形成することができるので好適である。
【００４３】
前記ＥＳを用いる場合には、太繊度の前記第１ステープルをＥＳとするのが、長期間の圧縮耐性確保および濾材形態保持の点で効果的であり好ましい。また、２種類以上の繊度のステープルよりなる不織布層が形成される場合には、第１ステープルに加えて、さらに、細繊度のステープルの少なくとも１つをＥＳとするのが、不織布層１２内の微小空隙の形成をさらに確実かつ均一にできて一層好適である。また、濾材製作における裁断時のカット屑の発生や濾材使用時の繊維の脱落を防止させることができて好ましい。第１，第２および第３ステープル４１，４２，４３の全てをＥＳとすれば、上記効果がなお一層得られることは勿論である。
【００４４】
前記基層１１を織成布により構成する場合には、独立気泡発泡体からなるモノフィラメント（以下、独立気泡モノフィラメントという）を経糸および／または緯糸の少なくとも一部に用いて織成した織成布を用いる。織組織は特に問わないが、基層１１の厚さと生産性の観点からは、１重織の平織、２／１または２／２綾織が好適であるが、緯２重および／または経２重以上の多重織とすることも可能である。
【００４５】
図２（Ａ）に、独立気泡モノフィラメント２０の一例の横断面図を示す。この独立気泡モノフィラメント２０は、多数の独立気泡２１を有する。独立気泡２１は、一定の大きさであっても良いし、図示するように、任意の大きさのものが混じり合ったものでも良い。
【００４６】
前記基層１１を、独立気泡モノフィラメント２０を少なくとも一部に用いてなる布帛により構成する場合には、該布帛として織成布またはよこ編もしくはたて編の編成布よりなる布帛、あるいは、独立気泡モノフィラメント３０を少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてなる単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シートを用いる。
【００４７】
前記基層１１には、前記の織成布に替えて、図３（Ａ）に示すように、独立気泡モノフィラメント３１を１方向に引き揃えた単層糸条シート３０、または、図３（Ｂ）に示すように、独立気泡モノフィラメント３１と、独立気泡発泡体でないモノフィラメント３２を交互に配列した単層糸条シート３０を複数層積層した糸条シート３５を用いることができる。
【００４８】
また、前記基層１１には、前記図３（Ａ）の単層糸条シート３０や、図３（Ｂ）に示す糸条シート３５に替えて、独立気泡モノフィラメントを少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてなる単層糸条シート３０、またはこのような単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シート３５を用いることができる。
【００４９】
単層糸条シート３０を構成するために引き揃えるモノフィラメント３１，３２の繊度、糸密度、ならびに、糸条シート３５を構成するために積層する単層糸条シート３０の積層数は、前記範囲の濾材比重および濾材厚さを達成し得るように適宜選択して決定する。また、複数層の単層糸条シートを積層結合して糸条シートを構成する時は、層間で互いに交差する各層の糸条の角度を３０°〜９０°の範囲で交差させて結合するのが、基層の形態保持と強度向上の上で望ましい。例えば、２層積層の場合には、図３（Ｂ）に示すように、互いに直交させて結合するのがよい。
【００５０】
前記単層糸条シート３０の少なくとも一部を構成する独立気泡モノフィラメント３１には、前記織成布に用いる独立気泡モノフィラメント２０が適用できる。また、単層糸条シート３０や糸条シート３５を構成するその他の糸条３２は、前記独立気泡モノフィラメント３１と同等以上の強度が有り、かつ、比重１．０以下の糸条であればよいが、単層糸条シート３０の同一層内では、独立気泡モノフィラメント３１と同繊度の糸条とするのが好ましい。また、積層する各層で、素材、繊度、形状や独立気泡の含有割合の異なる糸条を用いてもよい。単層糸条シート３０を構成する独立気泡モノフィラメント３１およびその他の糸条３２の構成比は、前記濾材の濾材比重に応じて適宜選択して決定する。
【００５１】
単層糸条シート３０を形成するには、複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてシート形状にした後に、接着剤もしくは融着材を用いて隣り合ったモノフィラメント同士を接着もしくは融着して結合する。また、糸条シートを構成するには、複数層の単層糸条シート３０を積層した後に、または、複数本のモノフィラメントを適当な交差角度のもとに複数の平面状に引き揃えてシート形状にした後に、接着剤もしくは融着材を用いて各層を接着もしくは融着して結合する。この場合、隣り合ったモノフィラメント同士を結合するに際しては、必ずしも糸条の全長が結合されている必要はなく、特に、複数層の単層糸条シートから糸条シートを形成する場合には、各層のモノフィラメント同士が交差する箇所を重点的に接着もしくは融着して結合部３３とすればよい。
【００５２】
接着剤には、一般の熱硬化性接着剤や紫外線硬化性接着剤などを用いることができる。また、熱硬化性接着剤の硬化温度および融着材の融着温度が、糸条シートを構成するモノフィラメントの融点より低いものを選択して用いる。接着剤もしくは融着材は、液状、ペースト状、粉体状、繊維ステープル状等のものを、複数本のモノフィラメントを引き揃えてシート形状にした後や、複数層の単層糸条シートを積層した後に、浸漬、塗布、積載あるいは吹き付けて添加すればよい。
【００５３】
また、加熱方法は、熱風ドライヤーや遠赤外線ヒーターなど常用の方法による。融着材には、その融点温度が糸条シートを構成するモノフィラメントの融点よりも低いものを選択して用いればよいが、例えば、糸条シートを構成するモノフィラメントがＰＰ素材よりなる場合には、融点がそれより低いＰＰ素材またはＰＥ素材よりなる融着材を用いることができる。
【００５４】
前記糸条シートを構成する図２（Ａ）の独立気泡モノフィラメント２０に替えて、図２（Ｂ）の芯鞘構造複合繊維糸条２５に示すように、鞘部２７を構成する素材の融点が芯部２６を構成する素材の融点より低く、芯部２６が独立気泡モノフィラメントからなる芯鞘構造複合繊維糸条２５を用いて、芯部２６を構成する素材の融点より低く、鞘部２７を構成する素材の融点より高い温度で加熱処理すれば、別途に融着材を添加することなく、隣り合ったモノフィラメントの鞘部同士を均一に融着結合することができ好適である。例えば、その芯部２６にＰＰ素材からなる独立気泡モノフィラメントを用い、鞘部２７に融点が芯部のＰＰ素材の融点より低いＰＰ素材またはＰＥ素材を用いることができる。
【００５５】
本発明において、繊維濾材の基層１１を構成するためのモノフィラメントとは、前記独立気泡モノフィラメント２０だけではなく、この芯部２６が独立気泡モノフィラメントからなる芯鞘構造複合繊維糸条２５を含むものとする。
【００５６】
さらに、平面状に引き揃えた複数本のモノフィラメントを結合して単層糸条シート３０とするには、からみ糸を用いて引き揃えたモノフィラメントを結合する、所謂からみ織構造としても良い。
【００５７】
前記織成布を構成する経糸および／または緯糸の少なくとも一部には、比重が０．２３〜０．７、繊度２００ｄｔｅｘ〜１，０００ｄｔｅｘの範囲の独立気泡モノフィラメント２０を用いるのが好適である。前記織成布を構成するその他の糸条は、前記独立気泡モノフィラメント２０と同等以上の強度が有り、かつ、比重が小さい繊維素材よりなる糸条であればよいが、経糸同士および緯糸同士は、前記独立気泡モノフィラメント２０と同繊度のモノフィラメントとするのが望ましい。また、経糸と緯糸とで、素材、繊度、形状や独立気泡の含有割合の異なる糸条を用いてもよい。前記織成布を構成する独立気泡モノフィラメント２０およびその他の糸条の構成比は、前記濾材の濾材比重に応じて適宜選択して決定する。
【００５８】
前記独立気泡モノフィラメント２０の比重範囲については、比重が０．２３に満たない場合は、気泡の割合が多く織成布の製作上、適正な強度が不足する傾向となり、製作効率が低下する。比重が０．７を超える場合は、十分な浮力を得る上で不利となる。織成布の製作時に必要な糸条の強伸度特性としては、引張強度２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張伸度１５％以上、好適には引張強度２．５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張伸度２０％以上の範囲が必要である。また、これらの上限値に特に制約はなく、一般産業資材用途として製作可能な範囲であればよいが、引張強度５．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度４０％を上限とする。
【００５９】
なお、織成後の基層１１布帛は、形態および寸法安定化のために、糸条素材に適した温度条件で熱風ドライヤーなど常用の方法でヒートセットを施すのが望ましい。
【００６０】
また、前記独立気泡モノフィラメント２０の内部に含まれる独立気泡２１の形状は、織成布の製作時に必要な糸条の強度が確保でき、かつ、濾過運転時の濾過圧力に抗しての濾材形状の保持ができ得るものであれば、特に限定はないが、できるだけ微細な気泡であることが好ましく、しかも糸条内部に分散していることが必要である。気泡の大きさは、糸条の断面における寸法が同面積の円直径に換算して直径０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲が望ましい。
【００６１】
このような独立気泡２１を有する独立気泡モノフィラメント２０は、例えば、ＰＰチップやＰＥチップにアゾジカルボンアミド等の化学発泡剤もしくは物理発泡剤からなる副原料、または化学発泡剤および架橋剤等からなる副原料を混合し、発泡条件下に溶融紡糸して独立気泡を形成した後、延伸して製造したもの、ＰＥ等の結晶性ポリオレフィンに相溶性のある非晶性ポリマーを添加して紡糸して製造したもの、ＰＥおよび化学発泡剤を含む準低分子量ポリエチレンおよび潤滑性物質を同時に添加して紡糸して製造したもの等が従来から知られており、例えば、特公昭４７−１８６１９号公報、特公昭４９−２１２６１号公報等に開示されている。
【００６２】
前記基層１１を、独立気泡発泡体からなるシート（以下、独立気泡シートという）により構成する場合には、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂からなる群に含まれる少なくとも一種の合成樹脂または合成樹脂混合物からなり、かつ、独立気泡を内部に有する合成樹脂フォームを用いる。特に、比重１．０以下の樹脂からなり、耐薬品性を有しｐＨの影響を受け難い合成樹脂フォーム、例えばＰＰおよび／またはＰＥからなる合成樹脂フォームが好適である。
【００６３】
前記繊維濾材の濾材比重０．１〜０．９、および、布形化板状体の厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲とするためには、比重０．０１〜０．２の範囲で厚さ０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡を内部に有する合成樹脂フォームを用いるのが良い。
【００６４】
特に、同じ比重範囲で厚さが１ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡を内部に有するＰＰおよび／またはＰＥから成るポリオレフィン系樹脂フォームが好適である。また、前記合成樹脂フォームを前記厚さに切削して用いることもできる。独立気泡シートの比重範囲については、比重が０．０１未満の場合には、気泡の割合が多いため濾過圧力に対する圧縮耐性の点で不安があり、比重が０．２を超える場合には、ニードルパンチング法により不織布層１２を形成する際に、パンチング抵抗が過大となるため適さない。厚さ範囲については、厚さが０．５ｍｍ未満の場合には、濾過圧力に対する圧縮耐性の点で不安があり、厚さが４ｍｍを超える場合には、濾過に必要な不織布層１２の厚さを確保し難く、またパンチング抵抗が過大となるため適さない。前記基層１１は、１層の独立気泡シートで構成するほか、必要に応じて、複数層の独立気泡シートを積層して構成しても良い。
【００６５】
また、前記独立気泡シートの内部に含まれる独立気泡の形状は特に限定はないが、できるだけ微細な気泡であることが好ましく、しかもシート内部に分散していることが必要である。独立気泡の大きさは、少なくともシート厚さ方向における平均気泡径が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲が望ましい。なお、微細な気泡を有する独立気泡シートを基層１１に用い、ニードルパンチング法により不織布層１２を形成する場合には、パンチング加工を施すことにより、基層１１の厚さ方向にも適度な通水性を確保することができて、基層１１の厚さ方向の濾過通水性も良好な濾材とすることができる。
【００６６】
このような独立気泡シートは、例えば、ポリスチレンフォーム、軟質ウレタンフォーム、軟質塩ビフォーム、ＰＥフォーム、ＰＰフォーム、電子線架橋ポリオレフィンフォーム、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡体などが、自動車成形内装品、建築用断熱材、目地材、パイプカバー等の産業資材、生活用品等の用途に使用されており、一般に入手可能である。
【００６７】
本発明の実施にあたって特に好適な濾材を得るためには、繊維濾材の濾材比重は０．１〜０．９の範囲とする。濾材比重が０．１に満たない場合は、濾材洗浄時に濾材を充分に撹拌することが困難で濾材洗浄が不充分になり易い。また、濾材比重が０．９を超える場合には、ＳＳ捕捉に伴って濾材重量が増加した場合に充分な浮力を得にくくなり不利となる。
【００６８】
本発明の実施にあたっては、前記繊維濾材を、布形化板状体の厚さを２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲に形成し、見かけ体積が１８ｍｍ3〜３７，５００ｍｍ3の範囲の小片体に裁断して製作すると共に、濾材比重を０．１〜０．９の範囲とするのが好適である。なお、繊維濾材の寸法は対象とする汚水の処理条件、例えばＳＳ除去率、濾過速度等に適合させるように適宜設定するが、各種汚水でのテスト結果に基づき、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で、例えば一辺が３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の角形板状小片体とするのが好ましい。大きさが、厚さ２ｍｍおよび一辺３ｍｍに満たない場合には、ＳＳ除去率は向上するものの、濾過速度が低下すると同時に濾材の耐久性が低下する。また、厚さ８ｍｍおよび一辺５０ｍｍを超えると、濾過速度は上がるものの、必要なＳＳ除去率が得られ難くなる。
【００６９】
前記濾材比重を０．１〜０．９の範囲とするため、前記基層１１を、独立気泡発泡体を有する基層とする。例えば、独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いた布帛または糸条シート、あるいは独立気泡発泡体からなる合成樹脂シートで基層を構成する。前記独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いた布帛または糸条シートを構成するには、ＰＰ、ＰＥおよびポリウレタンからなる比重の小さい繊維素材の群から選んだ素材よりなる繊維糸条および／または複合繊維糸条を用いる。
【００７０】
本発明の繊維濾材を製作するための布形化板状体を形成するにあたり、特に緻密な濾材とするために好ましい実施形態の一例を説明する。布形化板状体１０を構成する不織布層１２を、前記比重の小さい繊維素材の群から選んだ素材からなる、繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである第１ステープル４１、繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである第２ステープル４２および繊度が１．７ｄｔｅｘ〜６．７ｄｔｅｘである第３ステープル４３よりなる群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させて形成して、ステープルの全積層量が２００ｇ／ｍ2〜１，０００ｇ／ｍ2の範囲の不織布層とする。
【００７１】
前記ステープルを、ニードルパンチング法またはスパンレース法などにより交絡結合させると共に、前記ステープルの融点より低く、かつ、前記基層１１をなす布帛または糸条シートを構成する糸条または合成繊維シートの融点より低い融点を有する融着材によって融着結合させて、その内部に微細空隙を形成させた不織布層１２とする。
【００７２】
本発明の繊維濾材に適する繊度範囲のステープルを交絡結合させるには、ニードルパンチング法が好適である。なお、上記方法により不織布層１２を形成するに当たっては、前記ステープルを混綿して不織布層１２を形成しても良いが、ステープル支持体として、スパンボンド不織布または薄いメッシュ状布帛を併用することも可能である。
【００７３】
混綿したステープルを交絡結合させた後、前記ステープルの融点、および前記基層１１をなす布帛または糸条シートを構成する糸条または合成樹脂シートの融点より低く、かつ、融着材の融点よりも高い温度条件のもとで加熱処理して、前記ステープルを融着結合させる。加熱処理の方法は、例えばピンテンターを使用し、熱風ドライヤーを用いて行うことができる。ただし、加熱処理の方法はこれ以外にヒートローラーや遠赤外線炉を用いる方法など種々可能であることは勿論である。
【００７４】
融着材は、前記加熱処理に先駆けて、粉体状またはステープル状等のものを前記ステープルの混綿時に混合しておくか、あるいは、液状またはペースト状等のものを前記ステープルの混綿後に浸漬または塗布して添加しておく。融着材には、糸条シートの場合と同様、例えば、ステープルがＰＰ素材よりなる場合には、それより低い融点を有するＰＰ素材またはＰＥ素材よりなる融着材を用いることができる。
【００７５】
本発明においては、前記繊維素材の群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させて形成した不織布層１２に対して、基層１１を、比重０．２３〜０．７、繊度２００〜１，０００ｄｔｅｘの範囲の独立気泡モノフィラメント２０を少なくとも一部に用いた織成布または糸条シート、あるいは比重０．０１〜０．２、厚さ０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡シートで形成することにより、より一層好適な繊維濾材が得られる。
【００７６】
すなわち、基層１１の比重を不織布層１２の比重に比べて非常に小さくできるため、濾材中の基層１１の体積割合が少なくなり、濾過操作に必要な不織布層１２の体積割合を充分確保することができると共に、基層１１の体積割合のわずかな増減によって、濾材比重を前記範囲内で任意に設定できることとなる。したがって、ＳＳ捕捉に伴う濾材の受ける浮力の低下が、ＳＳの性状、比重に影響され難く、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、従来に増す濾過装置の長時間運転が可能な繊維濾材となる。また、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填構成して、工業用水、海水および河川水などの各種用水の浄化や、下水および家庭排水など汚水の濾過、浄化処理を行う上向流式急速濾過装置に好適な繊維濾材を実現することができる。
【００７７】
【実施例】
以下、本発明の実施例、実施例の効果を比較するための比較例、および効果の比較結果について説明する。
【００７８】
実施例１〜４の濾材を表１、比較例１の濾材を表２に示す仕様でそれぞれ製作した。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
表１，表２中、構成比は重量比で表す。また、糸形態で、「モノ」はモノフィラメントを表し、「気泡モノ」は独立気泡モノフィラメント、「気泡シート」は独立気泡シートを表す。
【００８２】
表１に示した実施例１〜４による濾材は次の順序で製作した。すなわち、先ず、比重０．５、繊度９４０ｄｔｅｘの独立気泡ポリプロピレンモノフィラメント２０を経糸および緯糸に用いて、表１に示す仕様の一重平織の織成布を織成し、これにヒートセットを施して実施例１〜２の濾材の基層１１を製作した。なお、この独立気泡ポリプロピレンモノフィラメントの強度についてのサンプル数５での測定平均値は、引張強度２．９ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度２２％であった。
【００８３】
また、実施例３の濾材の基層１１を、厚さ２ｍｍ、比重０．０３３、発泡倍率３０倍のＰＰ製独立気泡シートを１層だけ用いて製作した。また、実施例４の濾材の基層１１を、厚さ３ｍｍ、比重０．０３３、発泡倍率３０倍のＰＰ製独立気泡シートを１層だけ用いて製作した。
【００８４】
次に、繊度２０ｄｔｅｘのＥＳからなる第１ステープル４１、繊度６．７ｄｔｅｘのＰＰからなる第２ステープル４２および繊度１．７ｄｔｅｘのＥＳからなる第３ステープル４３を表１に示した構成比（重量比）で混綿し、先の基層１１を基布としてニードルパンチング法により基層１１の表面および裏面に、表１に示した積層量で順次積層し交絡結合させて不織布層１２を形成し布形化物を得た。
【００８５】
次いで、この布形化物を、両面のステープルの起毛状態を平滑化することなく加熱処理して、表１に示した濾材目付および厚さ寸法の布形化板状体１０を得た。加熱処理に当たっては、芯部２６のＰＰが溶融せずＥＳの鞘部２７をなすＰＥだけが溶融する加熱条件（加熱温度は１４０〜１５０℃に設定）で、ピンテンターを使用して熱風ドライヤーにて加熱処理した。この布形化板状体１０を表１に示した濾材の大きさに裁断して、各実施例１〜４の繊維濾材を製作した。
【００８６】
表２に示した比較例１による濾材は次の順序で製造した。すなわち、先ず、繊度２０ｄｔｅｘのＥＳからなる第１ステープル、繊度６．７ｄｔｅｘのＰＰからなる第２ステープルおよび繊度３．３ｄｔｅｘのＥＳからなる第３ステープルを表２に示した構成比（重量比）で混綿し、ニードルパンチング法により交絡結合させて布形化物を得た。
【００８７】
次いで、この布形化物を、両面のステープルの起毛状態を平滑化することなく加熱処理して、表２に示した濾材目付および厚さ寸法の布形化板状体を得た。加熱処理に当たっては、芯部のＰＰが溶融せずＥＳの鞘部をなすＰＥだけが溶融する加熱条件（加熱温度は１４０〜１５０℃に設定）で、ピンテンターを使用して熱風ドライヤーにて加熱処理した。この布形化板状体を表２に示した濾材の大きさに裁断して比較例１の繊維濾材を製作した。
【００８８】
また、布形化板状体の厚さ測定は、加圧式厚み計（ＣＲ−３０型、大栄科学精器製作所製）を用い、０．５ｋＰａの圧力を１０秒間かけた時の厚さを測定した。
【００８９】
各濾材の比重測定は、簡易比重計（ＢＷ−ＳＧＷ 島津製作所製）を用い、濾材試料の空気中での質量値Ｍａと既知密度の液体（メタノール）中での質量値Ｍｌとを測定し、液体の既知密度ρとから、前述の式１により算出した。
【００９０】
各濾材の比重測定結果を、表１および表２に示した。すなわち、実施例１では０．８３、実施例２では０．７４、実施例３では０．６４、実施例４では０．３０であり、比較例１では０．９２であった。実施例１〜４の比重は、いずれも比較例１の比重より小さい。したがって、実施例１〜４の浮力は、いずれも比較例１の浮力より大きいため、長時間の濾過処理が可能であることが推察される。
【００９１】
次に、図５（Ａ）に示す濾過装置を用い、池水を１年間濾過処理し、実施例１〜４および比較例１の濾材の濾過性能比較を行った。図５（Ａ）において、原水５０は供給ポンプ５１によって流入弁Ｖ１および供給パイプ５２を経て濾過槽５３にその底部から供給され、濾過水は集水ノズル５４、処理水弁Ｖ３を経て系外に取り出される。本発明および比較例の濾材５５は濾過槽５３内に充填投入されている。このような濾過運転をして、濾材５５が目詰まりしたときには、流入弁Ｖ１および処理水弁Ｖ３を閉止して切替弁Ｖ２および排水弁Ｖ５を開き、集水ノズル５４から洗浄水（原水）を供給するとともに、撹拌モーター５６で撹拌翼５７を駆動することにより濾材５５を撹拌する。このようにすることによって濾過槽５３内の洗浄汚水は、下部の濾材流出防止用のスクリーン５８、供給パイプ５２、排水弁Ｖ５を経て、系外に排出される。捨水弁Ｖ４は前述の濾過運転時および濾材５５の洗浄運転時には閉止しているもので、濾材洗浄後に濾過運転を再開する際に捨て水を排水するときに開くものである。濾材洗浄は、濾材目詰まりにより濾過圧が上昇したことを圧力スイッチ５９で検出し、撹拌洗浄、捨て水を自動で行い、再び濾過を行うようにしている。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の濾過装置の作動工程のタイムチャートであり、前記圧力スイッチ５９で濾材５５の目詰まりを検知した後、撹拌洗浄と捨て水の排水までの時間が４〜１０分を要することを示している。
【００９２】
上記の濾過性能比較結果を、表３に示す。
【００９３】
【表３】
【００９４】
比較例1の濾材では、濾材比重が１．０３と大きくなり、浮上性を失い濾過層形成が困難で、除濁性能が大幅に低下した。
【００９５】
一方、実施例１〜４の濾材は比重の増加は見られるが１．００以下であり、浮上性を保っていた。また、除濁性能の低下は見られなかった。
【００９６】
【発明の効果】
本発明においては、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して濾過を行う濾過装置、特に上向流式急速濾過装置に好適に用いられる繊維濾材を、主として濾材の形態維持と濾過層形成に必要な濾材比重を確保するための基層と、主として汚水中のＳＳを濾過するための不織布層からなる小片体に裁断して形成すると共に、前記基層を、その内部に独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いてなる布帛または糸条シート、あるいは独立気泡シートで構成して繊維濾材として製作したので、ＳＳ捕捉に従う濾材重量の増加に対しても濾材の受ける浮力変化が少なく、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、濾過装置の運転時間を従前より大幅に増加することが可能となる。
【００９７】
また、前記不織布層を、１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させると共に、各ステープルの融点より低く、かつ、前記基層をなす布帛もしくは糸条シートを構成する糸条あるいは独立気泡シートの融点より低い温度条件で融着結合させてその内部に微小空隙を形成させた不織布としたので、濾材内部に充分な空隙が確保されて濾過性が良好、かつ、長時間使用してもＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性の低下がなく、濾過圧力の維持が図れ、処理能力も低下せず、極めて優れた濾材性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明の濾材の異なる実施形態の断面を表す概念図である。
【図２】（Ａ）は本発明の濾材に用いる独立気泡モノフィラメントの横断面図、
（Ｂ）は本発明の濾材に用いる芯鞘構造複合繊維糸条の一例の横断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の濾材の基層を構成する単層糸条シートの一例の斜視図、
（Ｂ）は本発明の濾材の基層を構成する糸条シートの一例の斜視図である。
【図４】本発明の濾材を構成する不織布層の一部の拡大図である。
【図５】（Ａ）は実施例と比較例との濾過効果確認に用いた濾過装置の概略構成図、
（Ｂ）は（Ａ）の濾過装置のタイムチャートである。
【図６】従来の濾材の単位片を表す斜視図である。
【図７】従来の他の濾材の単位片を表す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 濾材
１１ 基層
１２ 不織布層
２０ 独立気泡モノフィラメント
２１ 独立気泡
２５ 芯鞘構造複合繊維糸条
２６ 芯部
２７ 鞘部
３０ 単層糸条シート
３１ 独立気泡モノフィラメント
３２ その他の糸条
３３ 結合部
３５ 糸条シート
４１ 第１ステープル
４２ 第２ステープル
４３ 第３ステープル
６０，７０ 従来の濾材
【産業上の利用分野】
本発明は、各種用水処理および汚水の浄化処理に用いる濾過処理用繊維濾材に関する。
【０００２】
詳しくは、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填構成して、工業用水、海水および河川水などの各種用水の浄化や、下水および家庭排水など汚水の濾過、浄化処理を行う上向流式急速濾過装置に好適な繊維濾材に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、各種用水の浄化や汚水の濾過、浄化処理に使用する濾材には、例えば、合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材や合成樹脂繊維を用いた濾材など、各種のものが提案され使用されている。
【０００４】
この合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材は軽量で取り扱いに便利であるが、空隙率が低く、汚水中の微細粒子（以下ＳＳと称す)によって空隙が詰まり、濾過性が低下して長時間の運転ができないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、繊維シートをチップ状とした濾材が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２および特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３３８１８号公報
【特許文献２】
特開平８−３３８１９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２１６４３０号公報
【０００７】
特許文献１に開示の濾材は、太さが３０〜２００μｍの綿毛状のフィラメントを、これよりも融点の低い融着材で結合させて、その内部に空隙を有する厚さ３〜１０ｍｍのマット状の媒体を構成し、そのマット状の媒体を一辺が５〜５０ｍｍの四方形状に裁断してチップ状としたものである。当該濾材はその内部に広い空隙を有して高い処理能力を有すると共に、目詰まりした場合、容易に洗浄再生することができるものである。
【０００８】
一方、特許文献２に開示された濾材６０は、図６に単位片を示すように、太さが１００〜５００μｍの大径のフィラメント６１と、太さが３０〜１００μｍの小径のフィラメント６２にそれよりも融点の低い融着材を被覆した、大小の繊維径のフィラメント６１，６２を混合して、これら両者を融着材で互いに融着結合して、内部に微細空隙を有する厚さ３〜１０ｍｍの板状の濾材を構成し、この板状の濾材を１０〜５０ｍｍ角状に裁断してなる合成繊維を用いた濾材としたものである。
【０００９】
そのため、絡み合ったフィラメント６１，６２によって濾材層が形成され、粒状の濾材に比較して格段の空隙を有するため、濾過性がよく長時間の運転が可能であると共に、太いフィラメント６１がその濾過圧力の上昇に抵抗して細いフィラメント６２で形成される空隙を確保するので、併せて長時間の運転が可能である。また、その単位濾材の空隙が均一なので洗浄再生が容易であると共に、その単位濾材片の大きさが粒状の浮遊濾材やアンスラサイト等と比較して格段に大きいので流失のおそれもなく、洗浄再生が容易となるものである。
【００１０】
また、特許文献３に開示された濾材７０は、図７に示すように、素材が芯をポリプロピレン、鞘をポリエチレンとした熱融着性複合繊維であり繊度が２０〜７２ｄｔｅｘ（１８〜６５デニール）である第１フィラメント７１と、素材がポリプロピレン繊維であり繊度が３．３〜１１ｄｔｅｘ（３〜１０デニール）である第２フィラメント７２と、素材が芯をポリプロピレン、鞘をポリエチレンとした熱融着性複合繊維であり繊度が１．７〜６．７ｄｔｅｘ（１．５〜６デニール）である第３フィラメント７３とを混綿したウェブをニードルパンチング法により布形化し、両面のウェブ起毛状態を平滑化することなく加熱処理し、前記ウェブの重量が２００〜８００ｇ／ｍ2、厚みが２〜８ｍｍの布形化板状体を製作し、この布形化板状体を３〜５０ｍｍ角に裁断して汚水処理用濾材としたものである。それにより、例えば特許文献２に開示された濾材にも増して、長時間使用時における濾材の圧縮耐性の低下がなく、濾過圧力の維持が図れ、処理能力も低下せず、カット屑や使用時のフィラメントの脱落も回避できるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１〜３に開示された従来技術の濾材においては、例えば、合成樹脂材で構成した粒状の浮遊濾材等に比較して、格段に高い空隙率(約９０％)の確保、ならびに、ＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性の維持が図られ実現されている。
【００１２】
しかしながら、上記従来の技術に開示される濾材は、濾材の比重が濾材を構成する繊維素材の比重に依存し、例えば、ポリプロピレンおよび／またはポリエチレンを用いた場合であっても、濾材比重を０．９１よりも小さくすることができないため、長時間の使用時において、ＳＳ捕捉に伴って濾材重量が増加した場合に濾材の受ける浮力の低下が大きく、また個々の濾材のＳＳ捕捉量に従って濾材の受ける浮力にばらつきが生じて濾過槽内での濾過層の形成が出来なくなり、濾過処理が不能になるという問題があった。
【００１３】
また、濾過装置が用いられる用途によって、汚水中のＳＳの性状、比重が異なるため、ＳＳ捕捉に伴う濾材の受ける浮力の低下が、ＳＳの性状、比重に影響されるという問題もあった。
【００１４】
したがって、本発明は上記問題点を解決するために、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な繊維濾材として、濾材内部に充分な空隙が確保されて濾過性が良好であり、ＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性が低下しない繊維濾材であって、ＳＳ捕捉に従う濾材重量の増加に対しても濾材の受ける浮力変化が少なく、また浮力の低下がＳＳの性状、比重に影響され難く、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、従来よりもさらに濾過装置の長時間運転が可能な繊維濾材を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の濾過処理用の繊維濾材は、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な濾材であって、ステープルからなる不織布層と、独立気泡発泡体を有する基層とで構成される小片体であることを特徴とする繊維濾材である（請求項１）。
【００１６】
また、前記不織布層が、高融点成分および低融点成分からなる熱融着性複合繊維ステープルを含む、１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルからなることを特徴とするものである（請求項２）。
【００１７】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを経糸および／または緯糸の少なくとも一部に用いて織成した布帛で構成されることを特徴とするものである（請求項３）。
【００１８】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えて成る単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シートであることを特徴とするものである（請求項４）。
【００１９】
さらに、前記基層を構成する独立気泡発泡体からなるモノフィラメントが、比重０．２３〜０．７、繊度２００ｄｔｅｘ〜１０，００ｄｔｅｘの範囲のポリプロピレンモノフィラメントであることを特徴とするものである（請求項５）。
【００２０】
さらに、前記基層が、独立気泡発泡体からなるシートであることを特徴とするものである（請求項６）。
【００２１】
さらに、前記繊維濾材が、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲の布形化板状体を見かけ体積が１８ｍｍ3〜３７，５００ｍｍ3の範囲の小片体に裁断してなると共に、濾材比重が０．１〜０．９の範囲であることを特徴とするものである（請求項７）。
【００２２】
なお、本発明において、「濾材、布形化板状体、基層、不織布層および基層もしくは不織布層を構成する糸条もしくは糸条シートもしくは合成樹脂シートの比重」とは、測定試料の空気中での質量値Ｍａおよび密度既知の液体中に浸漬したときの液体中での質量値Ｍｌの測定値と、液体の既知密度ρを用いて次式から算出した値をいう。
【００２３】
【式１】
また、本発明において、「見かけ体積」とは小片体の外形寸法から算出した空隙、気泡を含む値をいう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
【００２６】
本発明の実施にあたっては、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過装置、特に上向流式急速濾過装置用途に好適な濾材として、ステープルからなる不織布層と、独立気泡発泡体を有する基層とを結合して構成された小片体とするために、例えば布形化板状体を形成し、この布形化板状体を適する形状、大きさに裁断して製作することが可能である。
【００２７】
前記布形化板状体は、主として濾材の形状維持および濾過槽内での濾過層形成に必要な濾材比重を確保するための少なくとも一層の前記基層と、主として汚水中のＳＳを濾過するための少なくとも一層の前記不織布層とで構成する。
【００２８】
前記布形化板状体１０は、図１（Ａ）に示すように、１層の基層１１の片面または両面に各１層の不織布層１２を結合した構成を基本とするが、それに限らず、図１（Ｂ）に示すように、基層１１と不織布層１２とを交互に各２層以上ずつ結合した構成、または、図１（Ｃ）に示すように、基層１１の周囲を不織布層１２で覆った構成としてもよい。不織布層１２が基層１１の両面または周囲に配されている方が、不織布層１２の表出割合が多く浮遊濾材として好適なものとなる。
【００２９】
結合方法は、接着剤により接着する他、基層１１と不織布層１２間に介在させた融点の低い融着材や薄いメッシュ状布帛、不織布シート等を用いて融着結合してもよい。
【００３０】
また、混綿したステープルを前記基層１１に直接に積層し、ニードルパンチング法にて不織布層１２を形成すると同時に基層１１への交絡結合を行えば、基層１１と不織布層１２との結合を行う工程が省略できる上に、不織布層１２を構成するステープルが基層１１の布帛構造に直接に交絡結合され、不織布層１２と基層１１を強固に結合できるため好適である。
【００３１】
本発明の実施にあたっては、前記基層１１を構成する糸条あるいは合成樹脂シートの内部の少なくとも一部に独立気泡を有することが重要である。気泡が連通しておらず個々に独立して糸条あるいはシート内部に存するため、濾過の過程で前記不織布層１２にＳＳが捕捉されて濾材重量が増加しても、気泡が閉塞することが無く、濾材に必要な浮力を維持することが可能となる。また、独立気泡が糸条あるいはシート内部に分散する状態とするため、および糸条あるいはシートの強力や弾性を損なわないためには、独立気泡はできるだけ微細なものが望ましい。更に、微細な独立気泡とすることで、例えばニードルパンチング法を用いて不織布層１２を形成する場合には、ニードリングの影響による気泡の連通や破壊を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、前記不織布層１２においても、不織布を構成するステープルとして、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等公知の合成繊維ステープルの他、綿、麻、羊毛等の天然繊維ステープル、炭素等の無機繊維ステープルを選択することが可能である。上記繊維素材の群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルからなると共に、繊度および目付量を適値に設定して、濾過に必要な微細空隙をその内部に有する不織布層１２とする。
【００３３】
また、ステープルの少なくとも一部に、独立気泡を内部に有する合成繊維ステープルを用いてもよい。特に、ポリプロピレン（以下ＰＰと称す）および低密度もしくは高密度のポリエチレン（以下ＰＥと称す）は、比重が１．０以下であり、かつ、耐薬品性が良好で汚水のｐＨの影響を受け難いため最適である。
【００３４】
前記不織布層１２を１種類の繊度のステープルより形成する場合には、濾材の濾過性能と圧縮耐性の観点から、ステープルの繊度は２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘの範囲が良い。
【００３５】
また、不織布層１２は、前記繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである太繊度の第１ステープルに加えて、繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである細繊度の第２ステープルを混綿して用いれば、太繊度のステープルで圧縮耐性が長期間にわたり確保でき、濾過圧力上昇に抗しての濾材の形状が保持できると共に、細繊度のステープルを付加することにより不織布層内部により微細かつ均一な空隙を形成できて、より緻密な濾材となるため濾過性能を向上させることができるため好ましい。この場合の混綿割合（重量比）は、例えば、前記第１ステープル３０％〜８０％に対して、前記第２ステープル７０％〜２０％の範囲が好適である。
【００３６】
さらに、不織布層１２は、図４に示すように、繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである太繊度の第１ステープル４１および繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである細繊度の第２ステープル４２に加えて、繊度が１．７ｄｔｅｘ〜６．７ｄｔｅｘのより細繊度の第３ステープル４３を混綿し、交絡結合させて用いれば、不織布層１２内部により微細かつ均一な空隙を形成できて、一層緻密な濾材とすることができるため好ましい。
【００３７】
この場合の混綿割合（重量比）は、例えば、前記第１ステープル４１が５０％〜８０％、前記第２ステープル４２が４０％〜１０％、前記第３ステープル４３が４０％〜１０％の範囲が好適である。
【００３８】
本発明の繊維濾材内部には、濾材の形状保持のための前記基層１１が配設されているため、前記特許文献1〜３に開示された従来の濾材よりも、濾過圧力に対する圧縮耐性と形状保持に優れた繊維濾材を実現することが可能となる。
【００３９】
本発明においては、前記不織布層１２を、高融点成分および低融点成分から成る熱融着性複合繊維ステープルを含む１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、ニードルパンチング法により交絡結合させた後、加熱処理を施して、基層１１と結合および異なるステープル同士を融着結合させて形成することができる。
【００４０】
また、混綿したステープルを基層１１に直接に積層し、ニードルパンチング法により交絡結合させると同時に、基層１１への交絡結合を行った後に、加熱処理を施しても良い。
【００４１】
前記高融点成分および低融点成分からなる熱融着性複合繊維ステープルには、芯部と鞘部を有する芯鞘構造複合繊維ステープルのほか、高融点成分および低融点成分とが糸条断面において並列、多芯、放射状、星形状もしくは扇形状等に組み合った複合繊維ステープルが含まれる。
【００４２】
例えば、前記不織布層１２を構成する前記ステープルの少なくとも１つに、素材が芯部をＰＰ、鞘部を芯部のＰＰより低い融点を有するＰＰまたはＰＥとした熱融着性複合繊維ステープル(以下、ＥＳと称す)を用いることができる。ＥＳを用いる融着の場合は、芯部のＰＰおよび基層１１の融点より低く、かつ、鞘部のＰＰまたはＰＥの融点よりも高い温度条件のもとで行う。このＥＳを用いる場合は、融着材を添加する必要が無い上に、混綿したステープルを基層１１に直接に積層した後にニードルパンチング法により交絡結合させたＥＳの鞘部同士を融着結合するので、不織布層１２と基層１１との結合がより強化されて、濾材の圧縮耐性の向上に効果的である上に、不織布層１２内の微小空隙を確実かつ均一に形成することができるので好適である。
【００４３】
前記ＥＳを用いる場合には、太繊度の前記第１ステープルをＥＳとするのが、長期間の圧縮耐性確保および濾材形態保持の点で効果的であり好ましい。また、２種類以上の繊度のステープルよりなる不織布層が形成される場合には、第１ステープルに加えて、さらに、細繊度のステープルの少なくとも１つをＥＳとするのが、不織布層１２内の微小空隙の形成をさらに確実かつ均一にできて一層好適である。また、濾材製作における裁断時のカット屑の発生や濾材使用時の繊維の脱落を防止させることができて好ましい。第１，第２および第３ステープル４１，４２，４３の全てをＥＳとすれば、上記効果がなお一層得られることは勿論である。
【００４４】
前記基層１１を織成布により構成する場合には、独立気泡発泡体からなるモノフィラメント（以下、独立気泡モノフィラメントという）を経糸および／または緯糸の少なくとも一部に用いて織成した織成布を用いる。織組織は特に問わないが、基層１１の厚さと生産性の観点からは、１重織の平織、２／１または２／２綾織が好適であるが、緯２重および／または経２重以上の多重織とすることも可能である。
【００４５】
図２（Ａ）に、独立気泡モノフィラメント２０の一例の横断面図を示す。この独立気泡モノフィラメント２０は、多数の独立気泡２１を有する。独立気泡２１は、一定の大きさであっても良いし、図示するように、任意の大きさのものが混じり合ったものでも良い。
【００４６】
前記基層１１を、独立気泡モノフィラメント２０を少なくとも一部に用いてなる布帛により構成する場合には、該布帛として織成布またはよこ編もしくはたて編の編成布よりなる布帛、あるいは、独立気泡モノフィラメント３０を少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてなる単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シートを用いる。
【００４７】
前記基層１１には、前記の織成布に替えて、図３（Ａ）に示すように、独立気泡モノフィラメント３１を１方向に引き揃えた単層糸条シート３０、または、図３（Ｂ）に示すように、独立気泡モノフィラメント３１と、独立気泡発泡体でないモノフィラメント３２を交互に配列した単層糸条シート３０を複数層積層した糸条シート３５を用いることができる。
【００４８】
また、前記基層１１には、前記図３（Ａ）の単層糸条シート３０や、図３（Ｂ）に示す糸条シート３５に替えて、独立気泡モノフィラメントを少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてなる単層糸条シート３０、またはこのような単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シート３５を用いることができる。
【００４９】
単層糸条シート３０を構成するために引き揃えるモノフィラメント３１，３２の繊度、糸密度、ならびに、糸条シート３５を構成するために積層する単層糸条シート３０の積層数は、前記範囲の濾材比重および濾材厚さを達成し得るように適宜選択して決定する。また、複数層の単層糸条シートを積層結合して糸条シートを構成する時は、層間で互いに交差する各層の糸条の角度を３０°〜９０°の範囲で交差させて結合するのが、基層の形態保持と強度向上の上で望ましい。例えば、２層積層の場合には、図３（Ｂ）に示すように、互いに直交させて結合するのがよい。
【００５０】
前記単層糸条シート３０の少なくとも一部を構成する独立気泡モノフィラメント３１には、前記織成布に用いる独立気泡モノフィラメント２０が適用できる。また、単層糸条シート３０や糸条シート３５を構成するその他の糸条３２は、前記独立気泡モノフィラメント３１と同等以上の強度が有り、かつ、比重１．０以下の糸条であればよいが、単層糸条シート３０の同一層内では、独立気泡モノフィラメント３１と同繊度の糸条とするのが好ましい。また、積層する各層で、素材、繊度、形状や独立気泡の含有割合の異なる糸条を用いてもよい。単層糸条シート３０を構成する独立気泡モノフィラメント３１およびその他の糸条３２の構成比は、前記濾材の濾材比重に応じて適宜選択して決定する。
【００５１】
単層糸条シート３０を形成するには、複数本のモノフィラメントを平面状に引き揃えてシート形状にした後に、接着剤もしくは融着材を用いて隣り合ったモノフィラメント同士を接着もしくは融着して結合する。また、糸条シートを構成するには、複数層の単層糸条シート３０を積層した後に、または、複数本のモノフィラメントを適当な交差角度のもとに複数の平面状に引き揃えてシート形状にした後に、接着剤もしくは融着材を用いて各層を接着もしくは融着して結合する。この場合、隣り合ったモノフィラメント同士を結合するに際しては、必ずしも糸条の全長が結合されている必要はなく、特に、複数層の単層糸条シートから糸条シートを形成する場合には、各層のモノフィラメント同士が交差する箇所を重点的に接着もしくは融着して結合部３３とすればよい。
【００５２】
接着剤には、一般の熱硬化性接着剤や紫外線硬化性接着剤などを用いることができる。また、熱硬化性接着剤の硬化温度および融着材の融着温度が、糸条シートを構成するモノフィラメントの融点より低いものを選択して用いる。接着剤もしくは融着材は、液状、ペースト状、粉体状、繊維ステープル状等のものを、複数本のモノフィラメントを引き揃えてシート形状にした後や、複数層の単層糸条シートを積層した後に、浸漬、塗布、積載あるいは吹き付けて添加すればよい。
【００５３】
また、加熱方法は、熱風ドライヤーや遠赤外線ヒーターなど常用の方法による。融着材には、その融点温度が糸条シートを構成するモノフィラメントの融点よりも低いものを選択して用いればよいが、例えば、糸条シートを構成するモノフィラメントがＰＰ素材よりなる場合には、融点がそれより低いＰＰ素材またはＰＥ素材よりなる融着材を用いることができる。
【００５４】
前記糸条シートを構成する図２（Ａ）の独立気泡モノフィラメント２０に替えて、図２（Ｂ）の芯鞘構造複合繊維糸条２５に示すように、鞘部２７を構成する素材の融点が芯部２６を構成する素材の融点より低く、芯部２６が独立気泡モノフィラメントからなる芯鞘構造複合繊維糸条２５を用いて、芯部２６を構成する素材の融点より低く、鞘部２７を構成する素材の融点より高い温度で加熱処理すれば、別途に融着材を添加することなく、隣り合ったモノフィラメントの鞘部同士を均一に融着結合することができ好適である。例えば、その芯部２６にＰＰ素材からなる独立気泡モノフィラメントを用い、鞘部２７に融点が芯部のＰＰ素材の融点より低いＰＰ素材またはＰＥ素材を用いることができる。
【００５５】
本発明において、繊維濾材の基層１１を構成するためのモノフィラメントとは、前記独立気泡モノフィラメント２０だけではなく、この芯部２６が独立気泡モノフィラメントからなる芯鞘構造複合繊維糸条２５を含むものとする。
【００５６】
さらに、平面状に引き揃えた複数本のモノフィラメントを結合して単層糸条シート３０とするには、からみ糸を用いて引き揃えたモノフィラメントを結合する、所謂からみ織構造としても良い。
【００５７】
前記織成布を構成する経糸および／または緯糸の少なくとも一部には、比重が０．２３〜０．７、繊度２００ｄｔｅｘ〜１，０００ｄｔｅｘの範囲の独立気泡モノフィラメント２０を用いるのが好適である。前記織成布を構成するその他の糸条は、前記独立気泡モノフィラメント２０と同等以上の強度が有り、かつ、比重が小さい繊維素材よりなる糸条であればよいが、経糸同士および緯糸同士は、前記独立気泡モノフィラメント２０と同繊度のモノフィラメントとするのが望ましい。また、経糸と緯糸とで、素材、繊度、形状や独立気泡の含有割合の異なる糸条を用いてもよい。前記織成布を構成する独立気泡モノフィラメント２０およびその他の糸条の構成比は、前記濾材の濾材比重に応じて適宜選択して決定する。
【００５８】
前記独立気泡モノフィラメント２０の比重範囲については、比重が０．２３に満たない場合は、気泡の割合が多く織成布の製作上、適正な強度が不足する傾向となり、製作効率が低下する。比重が０．７を超える場合は、十分な浮力を得る上で不利となる。織成布の製作時に必要な糸条の強伸度特性としては、引張強度２．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張伸度１５％以上、好適には引張強度２．５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張伸度２０％以上の範囲が必要である。また、これらの上限値に特に制約はなく、一般産業資材用途として製作可能な範囲であればよいが、引張強度５．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度４０％を上限とする。
【００５９】
なお、織成後の基層１１布帛は、形態および寸法安定化のために、糸条素材に適した温度条件で熱風ドライヤーなど常用の方法でヒートセットを施すのが望ましい。
【００６０】
また、前記独立気泡モノフィラメント２０の内部に含まれる独立気泡２１の形状は、織成布の製作時に必要な糸条の強度が確保でき、かつ、濾過運転時の濾過圧力に抗しての濾材形状の保持ができ得るものであれば、特に限定はないが、できるだけ微細な気泡であることが好ましく、しかも糸条内部に分散していることが必要である。気泡の大きさは、糸条の断面における寸法が同面積の円直径に換算して直径０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲が望ましい。
【００６１】
このような独立気泡２１を有する独立気泡モノフィラメント２０は、例えば、ＰＰチップやＰＥチップにアゾジカルボンアミド等の化学発泡剤もしくは物理発泡剤からなる副原料、または化学発泡剤および架橋剤等からなる副原料を混合し、発泡条件下に溶融紡糸して独立気泡を形成した後、延伸して製造したもの、ＰＥ等の結晶性ポリオレフィンに相溶性のある非晶性ポリマーを添加して紡糸して製造したもの、ＰＥおよび化学発泡剤を含む準低分子量ポリエチレンおよび潤滑性物質を同時に添加して紡糸して製造したもの等が従来から知られており、例えば、特公昭４７−１８６１９号公報、特公昭４９−２１２６１号公報等に開示されている。
【００６２】
前記基層１１を、独立気泡発泡体からなるシート（以下、独立気泡シートという）により構成する場合には、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエステル系樹脂およびポリアミド系樹脂からなる群に含まれる少なくとも一種の合成樹脂または合成樹脂混合物からなり、かつ、独立気泡を内部に有する合成樹脂フォームを用いる。特に、比重１．０以下の樹脂からなり、耐薬品性を有しｐＨの影響を受け難い合成樹脂フォーム、例えばＰＰおよび／またはＰＥからなる合成樹脂フォームが好適である。
【００６３】
前記繊維濾材の濾材比重０．１〜０．９、および、布形化板状体の厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲とするためには、比重０．０１〜０．２の範囲で厚さ０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡を内部に有する合成樹脂フォームを用いるのが良い。
【００６４】
特に、同じ比重範囲で厚さが１ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡を内部に有するＰＰおよび／またはＰＥから成るポリオレフィン系樹脂フォームが好適である。また、前記合成樹脂フォームを前記厚さに切削して用いることもできる。独立気泡シートの比重範囲については、比重が０．０１未満の場合には、気泡の割合が多いため濾過圧力に対する圧縮耐性の点で不安があり、比重が０．２を超える場合には、ニードルパンチング法により不織布層１２を形成する際に、パンチング抵抗が過大となるため適さない。厚さ範囲については、厚さが０．５ｍｍ未満の場合には、濾過圧力に対する圧縮耐性の点で不安があり、厚さが４ｍｍを超える場合には、濾過に必要な不織布層１２の厚さを確保し難く、またパンチング抵抗が過大となるため適さない。前記基層１１は、１層の独立気泡シートで構成するほか、必要に応じて、複数層の独立気泡シートを積層して構成しても良い。
【００６５】
また、前記独立気泡シートの内部に含まれる独立気泡の形状は特に限定はないが、できるだけ微細な気泡であることが好ましく、しかもシート内部に分散していることが必要である。独立気泡の大きさは、少なくともシート厚さ方向における平均気泡径が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲が望ましい。なお、微細な気泡を有する独立気泡シートを基層１１に用い、ニードルパンチング法により不織布層１２を形成する場合には、パンチング加工を施すことにより、基層１１の厚さ方向にも適度な通水性を確保することができて、基層１１の厚さ方向の濾過通水性も良好な濾材とすることができる。
【００６６】
このような独立気泡シートは、例えば、ポリスチレンフォーム、軟質ウレタンフォーム、軟質塩ビフォーム、ＰＥフォーム、ＰＰフォーム、電子線架橋ポリオレフィンフォーム、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡体などが、自動車成形内装品、建築用断熱材、目地材、パイプカバー等の産業資材、生活用品等の用途に使用されており、一般に入手可能である。
【００６７】
本発明の実施にあたって特に好適な濾材を得るためには、繊維濾材の濾材比重は０．１〜０．９の範囲とする。濾材比重が０．１に満たない場合は、濾材洗浄時に濾材を充分に撹拌することが困難で濾材洗浄が不充分になり易い。また、濾材比重が０．９を超える場合には、ＳＳ捕捉に伴って濾材重量が増加した場合に充分な浮力を得にくくなり不利となる。
【００６８】
本発明の実施にあたっては、前記繊維濾材を、布形化板状体の厚さを２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲に形成し、見かけ体積が１８ｍｍ3〜３７，５００ｍｍ3の範囲の小片体に裁断して製作すると共に、濾材比重を０．１〜０．９の範囲とするのが好適である。なお、繊維濾材の寸法は対象とする汚水の処理条件、例えばＳＳ除去率、濾過速度等に適合させるように適宜設定するが、各種汚水でのテスト結果に基づき、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で、例えば一辺が３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の角形板状小片体とするのが好ましい。大きさが、厚さ２ｍｍおよび一辺３ｍｍに満たない場合には、ＳＳ除去率は向上するものの、濾過速度が低下すると同時に濾材の耐久性が低下する。また、厚さ８ｍｍおよび一辺５０ｍｍを超えると、濾過速度は上がるものの、必要なＳＳ除去率が得られ難くなる。
【００６９】
前記濾材比重を０．１〜０．９の範囲とするため、前記基層１１を、独立気泡発泡体を有する基層とする。例えば、独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いた布帛または糸条シート、あるいは独立気泡発泡体からなる合成樹脂シートで基層を構成する。前記独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いた布帛または糸条シートを構成するには、ＰＰ、ＰＥおよびポリウレタンからなる比重の小さい繊維素材の群から選んだ素材よりなる繊維糸条および／または複合繊維糸条を用いる。
【００７０】
本発明の繊維濾材を製作するための布形化板状体を形成するにあたり、特に緻密な濾材とするために好ましい実施形態の一例を説明する。布形化板状体１０を構成する不織布層１２を、前記比重の小さい繊維素材の群から選んだ素材からなる、繊度が２０ｄｔｅｘ〜７２ｄｔｅｘである第１ステープル４１、繊度が３．３ｄｔｅｘ〜１１ｄｔｅｘである第２ステープル４２および繊度が１．７ｄｔｅｘ〜６．７ｄｔｅｘである第３ステープル４３よりなる群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させて形成して、ステープルの全積層量が２００ｇ／ｍ2〜１，０００ｇ／ｍ2の範囲の不織布層とする。
【００７１】
前記ステープルを、ニードルパンチング法またはスパンレース法などにより交絡結合させると共に、前記ステープルの融点より低く、かつ、前記基層１１をなす布帛または糸条シートを構成する糸条または合成繊維シートの融点より低い融点を有する融着材によって融着結合させて、その内部に微細空隙を形成させた不織布層１２とする。
【００７２】
本発明の繊維濾材に適する繊度範囲のステープルを交絡結合させるには、ニードルパンチング法が好適である。なお、上記方法により不織布層１２を形成するに当たっては、前記ステープルを混綿して不織布層１２を形成しても良いが、ステープル支持体として、スパンボンド不織布または薄いメッシュ状布帛を併用することも可能である。
【００７３】
混綿したステープルを交絡結合させた後、前記ステープルの融点、および前記基層１１をなす布帛または糸条シートを構成する糸条または合成樹脂シートの融点より低く、かつ、融着材の融点よりも高い温度条件のもとで加熱処理して、前記ステープルを融着結合させる。加熱処理の方法は、例えばピンテンターを使用し、熱風ドライヤーを用いて行うことができる。ただし、加熱処理の方法はこれ以外にヒートローラーや遠赤外線炉を用いる方法など種々可能であることは勿論である。
【００７４】
融着材は、前記加熱処理に先駆けて、粉体状またはステープル状等のものを前記ステープルの混綿時に混合しておくか、あるいは、液状またはペースト状等のものを前記ステープルの混綿後に浸漬または塗布して添加しておく。融着材には、糸条シートの場合と同様、例えば、ステープルがＰＰ素材よりなる場合には、それより低い融点を有するＰＰ素材またはＰＥ素材よりなる融着材を用いることができる。
【００７５】
本発明においては、前記繊維素材の群から選んだ１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させて形成した不織布層１２に対して、基層１１を、比重０．２３〜０．７、繊度２００〜１，０００ｄｔｅｘの範囲の独立気泡モノフィラメント２０を少なくとも一部に用いた織成布または糸条シート、あるいは比重０．０１〜０．２、厚さ０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲の独立気泡シートで形成することにより、より一層好適な繊維濾材が得られる。
【００７６】
すなわち、基層１１の比重を不織布層１２の比重に比べて非常に小さくできるため、濾材中の基層１１の体積割合が少なくなり、濾過操作に必要な不織布層１２の体積割合を充分確保することができると共に、基層１１の体積割合のわずかな増減によって、濾材比重を前記範囲内で任意に設定できることとなる。したがって、ＳＳ捕捉に伴う濾材の受ける浮力の低下が、ＳＳの性状、比重に影響され難く、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、従来に増す濾過装置の長時間運転が可能な繊維濾材となる。また、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填構成して、工業用水、海水および河川水などの各種用水の浄化や、下水および家庭排水など汚水の濾過、浄化処理を行う上向流式急速濾過装置に好適な繊維濾材を実現することができる。
【００７７】
【実施例】
以下、本発明の実施例、実施例の効果を比較するための比較例、および効果の比較結果について説明する。
【００７８】
実施例１〜４の濾材を表１、比較例１の濾材を表２に示す仕様でそれぞれ製作した。
【００７９】
【表１】
【表２】
表１，表２中、構成比は重量比で表す。また、糸形態で、「モノ」はモノフィラメントを表し、「気泡モノ」は独立気泡モノフィラメント、「気泡シート」は独立気泡シートを表す。
【００８２】
表１に示した実施例１〜４による濾材は次の順序で製作した。すなわち、先ず、比重０．５、繊度９４０ｄｔｅｘの独立気泡ポリプロピレンモノフィラメント２０を経糸および緯糸に用いて、表１に示す仕様の一重平織の織成布を織成し、これにヒートセットを施して実施例１〜２の濾材の基層１１を製作した。なお、この独立気泡ポリプロピレンモノフィラメントの強度についてのサンプル数５での測定平均値は、引張強度２．９ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度２２％であった。
【００８３】
また、実施例３の濾材の基層１１を、厚さ２ｍｍ、比重０．０３３、発泡倍率３０倍のＰＰ製独立気泡シートを１層だけ用いて製作した。また、実施例４の濾材の基層１１を、厚さ３ｍｍ、比重０．０３３、発泡倍率３０倍のＰＰ製独立気泡シートを１層だけ用いて製作した。
【００８４】
次に、繊度２０ｄｔｅｘのＥＳからなる第１ステープル４１、繊度６．７ｄｔｅｘのＰＰからなる第２ステープル４２および繊度１．７ｄｔｅｘのＥＳからなる第３ステープル４３を表１に示した構成比（重量比）で混綿し、先の基層１１を基布としてニードルパンチング法により基層１１の表面および裏面に、表１に示した積層量で順次積層し交絡結合させて不織布層１２を形成し布形化物を得た。
【００８５】
次いで、この布形化物を、両面のステープルの起毛状態を平滑化することなく加熱処理して、表１に示した濾材目付および厚さ寸法の布形化板状体１０を得た。加熱処理に当たっては、芯部２６のＰＰが溶融せずＥＳの鞘部２７をなすＰＥだけが溶融する加熱条件（加熱温度は１４０〜１５０℃に設定）で、ピンテンターを使用して熱風ドライヤーにて加熱処理した。この布形化板状体１０を表１に示した濾材の大きさに裁断して、各実施例１〜４の繊維濾材を製作した。
【００８６】
表２に示した比較例１による濾材は次の順序で製造した。すなわち、先ず、繊度２０ｄｔｅｘのＥＳからなる第１ステープル、繊度６．７ｄｔｅｘのＰＰからなる第２ステープルおよび繊度３．３ｄｔｅｘのＥＳからなる第３ステープルを表２に示した構成比（重量比）で混綿し、ニードルパンチング法により交絡結合させて布形化物を得た。
【００８７】
次いで、この布形化物を、両面のステープルの起毛状態を平滑化することなく加熱処理して、表２に示した濾材目付および厚さ寸法の布形化板状体を得た。加熱処理に当たっては、芯部のＰＰが溶融せずＥＳの鞘部をなすＰＥだけが溶融する加熱条件（加熱温度は１４０〜１５０℃に設定）で、ピンテンターを使用して熱風ドライヤーにて加熱処理した。この布形化板状体を表２に示した濾材の大きさに裁断して比較例１の繊維濾材を製作した。
【００８８】
また、布形化板状体の厚さ測定は、加圧式厚み計（ＣＲ−３０型、大栄科学精器製作所製）を用い、０．５ｋＰａの圧力を１０秒間かけた時の厚さを測定した。
【００８９】
各濾材の比重測定は、簡易比重計（ＢＷ−ＳＧＷ 島津製作所製）を用い、濾材試料の空気中での質量値Ｍａと既知密度の液体（メタノール）中での質量値Ｍｌとを測定し、液体の既知密度ρとから、前述の式１により算出した。
【００９０】
各濾材の比重測定結果を、表１および表２に示した。すなわち、実施例１では０．８３、実施例２では０．７４、実施例３では０．６４、実施例４では０．３０であり、比較例１では０．９２であった。実施例１〜４の比重は、いずれも比較例１の比重より小さい。したがって、実施例１〜４の浮力は、いずれも比較例１の浮力より大きいため、長時間の濾過処理が可能であることが推察される。
【００９１】
次に、図５（Ａ）に示す濾過装置を用い、池水を１年間濾過処理し、実施例１〜４および比較例１の濾材の濾過性能比較を行った。図５（Ａ）において、原水５０は供給ポンプ５１によって流入弁Ｖ１および供給パイプ５２を経て濾過槽５３にその底部から供給され、濾過水は集水ノズル５４、処理水弁Ｖ３を経て系外に取り出される。本発明および比較例の濾材５５は濾過槽５３内に充填投入されている。このような濾過運転をして、濾材５５が目詰まりしたときには、流入弁Ｖ１および処理水弁Ｖ３を閉止して切替弁Ｖ２および排水弁Ｖ５を開き、集水ノズル５４から洗浄水（原水）を供給するとともに、撹拌モーター５６で撹拌翼５７を駆動することにより濾材５５を撹拌する。このようにすることによって濾過槽５３内の洗浄汚水は、下部の濾材流出防止用のスクリーン５８、供給パイプ５２、排水弁Ｖ５を経て、系外に排出される。捨水弁Ｖ４は前述の濾過運転時および濾材５５の洗浄運転時には閉止しているもので、濾材洗浄後に濾過運転を再開する際に捨て水を排水するときに開くものである。濾材洗浄は、濾材目詰まりにより濾過圧が上昇したことを圧力スイッチ５９で検出し、撹拌洗浄、捨て水を自動で行い、再び濾過を行うようにしている。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の濾過装置の作動工程のタイムチャートであり、前記圧力スイッチ５９で濾材５５の目詰まりを検知した後、撹拌洗浄と捨て水の排水までの時間が４〜１０分を要することを示している。
【００９２】
上記の濾過性能比較結果を、表３に示す。
【００９３】
【表３】
比較例1の濾材では、濾材比重が１．０３と大きくなり、浮上性を失い濾過層形成が困難で、除濁性能が大幅に低下した。
【００９５】
一方、実施例１〜４の濾材は比重の増加は見られるが１．００以下であり、浮上性を保っていた。また、除濁性能の低下は見られなかった。
【００９６】
【発明の効果】
本発明においては、濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して濾過を行う濾過装置、特に上向流式急速濾過装置に好適に用いられる繊維濾材を、主として濾材の形態維持と濾過層形成に必要な濾材比重を確保するための基層と、主として汚水中のＳＳを濾過するための不織布層からなる小片体に裁断して形成すると共に、前記基層を、その内部に独立気泡発泡体からなる合成繊維糸条を少なくとも一部に用いてなる布帛または糸条シート、あるいは独立気泡シートで構成して繊維濾材として製作したので、ＳＳ捕捉に従う濾材重量の増加に対しても濾材の受ける浮力変化が少なく、濾過槽内の濾過層形成に必要な浮力が確保できて、濾過装置の運転時間を従前より大幅に増加することが可能となる。
【００９７】
また、前記不織布層を、１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルを混綿し、交絡結合させると共に、各ステープルの融点より低く、かつ、前記基層をなす布帛もしくは糸条シートを構成する糸条あるいは独立気泡シートの融点より低い温度条件で融着結合させてその内部に微小空隙を形成させた不織布としたので、濾材内部に充分な空隙が確保されて濾過性が良好、かつ、長時間使用してもＳＳ捕捉に従う濾過圧力上昇に対する圧縮耐性の低下がなく、濾過圧力の維持が図れ、処理能力も低下せず、極めて優れた濾材性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明の濾材の異なる実施形態の断面を表す概念図である。
【図２】（Ａ）は本発明の濾材に用いる独立気泡モノフィラメントの横断面図、
（Ｂ）は本発明の濾材に用いる芯鞘構造複合繊維糸条の一例の横断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の濾材の基層を構成する単層糸条シートの一例の斜視図、
（Ｂ）は本発明の濾材の基層を構成する糸条シートの一例の斜視図である。
【図４】本発明の濾材を構成する不織布層の一部の拡大図である。
【図５】（Ａ）は実施例と比較例との濾過効果確認に用いた濾過装置の概略構成図、
（Ｂ）は（Ａ）の濾過装置のタイムチャートである。
【図６】従来の濾材の単位片を表す斜視図である。
【図７】従来の他の濾材の単位片を表す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 濾材
１１ 基層
１２ 不織布層
２０ 独立気泡モノフィラメント
２１ 独立気泡
２５ 芯鞘構造複合繊維糸条
２６ 芯部
２７ 鞘部
３０ 単層糸条シート
３１ 独立気泡モノフィラメント
３２ その他の糸条
３３ 結合部
３５ 糸条シート
４１ 第１ステープル
４２ 第２ステープル
４３ 第３ステープル
６０，７０ 従来の濾材
Claims (7)
- 濾過槽内に複数の繊維濾材を充填して用いる濾過処理用の濾材であって、ステープルからなる不織布層と、独立気泡発泡体を有する基層とで構成される小片体であることを特徴とする濾過処理用繊維濾材。
- 前記不織布層が、高融点成分および低融点成分からなる熱融着性複合繊維ステープルを含む、１種類もしくは繊度および／または素材の異なる２種類以上のステープルからなることを特徴とする請求項１に記載の濾過処理用繊維濾材。
- 前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを経糸および／または緯糸の少なくとも一部に用いて織成した布帛で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過処理用繊維濾材。
- 前記基層が、独立気泡発泡体からなるモノフィラメントを少なくとも一部に含む複数本のモノフィラメントを平面上に引き揃えてなる単層糸条シートを１ないし複数層積層結合して構成した糸条シートであることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過処理用繊維濾材。
- 前記基層を構成する独立気泡発泡体からなるモノフィラメントが、比重０．２３〜０．７、繊度２００ｄｔｅｘ〜１，０００ｄｔｅｘの範囲のポリプロピレンモノフィラメントであることを特徴とする請求項３または４に記載の濾過処理用繊維濾材。
- 前記基層が、独立気泡発泡体からなるシートであることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過処理用繊維濾材。
- 前記繊維濾材が、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲の布形化板状体を見かけ体積が１８ｍｍ3〜３７，５００ｍｍ3の範囲の小片体に裁断してなると共に、濾材比重が０．１〜０．９の範囲であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の濾過処理用繊維濾材。
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