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技術 分離濾過システムおよび分離濾過方法

出願人 株式会社IHI回転機械エンジニアリング三菱ケミカルエンジニアリング株式会社
発明者 木下文貴宗澤潤一
出願日 2015年4月10日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-081216
公開日 2016年12月1日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2016-198734
状態 特許登録済
技術分野 濾過工程・プレコート 汚染除去及び汚染物処理
主要キーワード 微細膜 破砕量 捕捉容量 スクリュウ羽根 制動機 通液抵抗 有機化合物粒子 フィードパイプ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

濾過効率を向上することができる分離濾過システムおよび分離濾過方法を提供する。

解決手段

セシウムイオンを含む液中プルシアンブルーナノ粒子投入された被処理液を、濃縮物分離液とに分離する固液分離部20と、固液分離部で生成された分離液を貯留する分離液貯留部40と、分離液貯留部40に貯留される分離液中のプルシアンブルーナノ粒子を破砕する破砕処理を行う粒度調整部50と、破砕処理後の分離液を濾過して清澄液を生成する濾過部30と、を備える。

概要

背景

従来、有害物質を含む下水汚染水等に、有害物質を捕捉する捕捉物質投入した後、有害物質を捕捉した捕捉物質を液中から除去して清澄液を生成する分離濾過システムが広く採用されている。例えば、特許文献1に示される分離濾過システムでは、放射性セシウムが溶解した汚染水にプルシアンブルーナノ粒子(捕捉物質)が投入された被処理液遠心分離機にかける分離工程と、この分離工程において濃縮物が分離した分離液濾過器濾過する濾過工程と、が行われる。

こうした分離工程および濾過工程では、セシウムイオンを捕捉したプルシアンブルーナノ粒子を含む濃縮物が液中から除去されるが、プルシアンブルーナノ粒子の捕捉容量は大きいため、濃縮物を被処理液中に繰り返し投入することで、プルシアンブルーナノ粒子を有効利用している。

概要

濾過効率を向上することができる分離濾過システムおよび分離濾過方法を提供する。セシウムイオンを含む液中にプルシアンブルーナノ粒子が投入された被処理液を、濃縮物と分離液とに分離する固液分離部20と、固液分離部で生成された分離液を貯留する分離液貯留部40と、分離液貯留部40に貯留される分離液中のプルシアンブルーナノ粒子を破砕する破砕処理を行う粒度調整部50と、破砕処理後の分離液を濾過して清澄液を生成する濾過部30と、を備える。

目的

本発明は、濾過効率を向上することができる分離濾過システムおよび分離濾過方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

対象物質が含まれる被処理液を、濃縮物分離液とに分離する固液分離部と、前記固液分離部で濃縮物が分離された分離液を濾過する濾過部と、前記対象物質の粒度を小さくする粒度調整処理を行う粒度調整部と、を備えたことを特徴とする分離濾過システム

請求項2

前記粒度調整部は、前記粒度調整処理において前記対象物質を破砕して粒度を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の分離濾過システム。

請求項3

前記対象物質はナノ粒子を含む分散液であり、該ナノ粒子を分離、濾過することを特徴とする請求項1または2に記載の分離濾過システム。

請求項4

前記粒度調整部は、前記粒度調整処理において前記ナノ粒子を分離濾過可能なプレコート微細膜を形成する二次凝集粒子を得るために、前記対象物質を破砕して粒度を小さくすることを特徴とする請求項3に記載の分離濾過システム。

請求項5

前記ナノ粒子は、プルシアンブルーナノ粒子であることを特徴とする請求項3または4に記載の分離濾過システム。

請求項6

セシウムイオンが溶解した原液に、前記プルシアンブルーナノ粒子が投入された前記被処理液を貯留する被処理液タンクをさらに備え、前記被処理液タンクには、前記固液分離部および前記濾過部の少なくとも一方で除去された、前記セシウムイオンを捕捉した前記プルシアンブルーナノ粒子を含む濃縮物が再投入されることを特徴とする請求項5に記載の分離濾過システム。

請求項7

前記粒度調整部は、前記被処理液に投入される対象物質、該被処理液中の対象物質、および、前記分離液中の対象物質のうちの少なくともいずれかに対して、前記粒度調整処理を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の分離濾過システム。

請求項8

前記固液分離部と前記濾過部との間に設けられ、該固液分離部で生成された分離液を貯留する分離液貯留部をさらに備え、前記粒度調整部は、前記分離液貯留部に貯留されている分離液に対して前記粒度調整処理を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の分離濾過システム。

請求項9

前記粒度調整部は、前記粒度調整処理後の分離液を前記分離液貯留部に返送することを特徴とする請求項8に記載の分離濾過システム。

請求項10

前記固液分離部から前記分離液貯留部に流入する分離液の流入量、および、該分離液貯留部から前記濾過部へ流出する分離液の流出量のいずれか一方または双方に応じて、前記粒度調整部の駆動制御を行う制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項9に記載の分離濾過システム。

請求項11

前記制御部は、前記分離液の流入量もしくは流出量が予め設定された閾値以下になると、前記粒度調整部の駆動を停止させることを特徴とする請求項10に記載の分離濾過システム。

請求項12

前記粒度調整部は、前記分離液を前記濾過部へ送出する送液装置の下流側に直列に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の分離濾過システム。

請求項13

前記固液分離部は、前記被処理液に遠心力を作用させて前記濃縮物と前記分離液とを分離する遠心分離機を含むことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の分離濾過システム。

請求項14

対象物質が含まれる被処理液を濃縮物と分離液とに分離する工程と、前記分離液を濾過して清澄液を生成する工程と、前記対象物質の粒度を小さくする粒度調整処理を行う工程と、を含むことを特徴とする分離濾過方法

技術分野

0001

本発明は、被処理液中の対象粒子を分離、濾過して清澄液を生成する分離濾過システムおよび分離濾過方法に関する。

背景技術

0002

従来、有害物質を含む下水汚染水等に、有害物質を捕捉する捕捉物質投入した後、有害物質を捕捉した捕捉物質を液中から除去して清澄液を生成する分離濾過システムが広く採用されている。例えば、特許文献1に示される分離濾過システムでは、放射性セシウムが溶解した汚染水にプルシアンブルーナノ粒子(捕捉物質)が投入された被処理液を遠心分離機にかける分離工程と、この分離工程において濃縮物が分離した分離液濾過器で濾過する濾過工程と、が行われる。

0003

こうした分離工程および濾過工程では、セシウムイオンを捕捉したプルシアンブルーナノ粒子を含む濃縮物が液中から除去されるが、プルシアンブルーナノ粒子の捕捉容量は大きいため、濃縮物を被処理液中に繰り返し投入することで、プルシアンブルーナノ粒子を有効利用している。

先行技術

0004

特開2014−109461号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記特許文献1に示される分離濾過システムのように、濃縮物を繰り返し投入していると、プルシアンブルーナノ粒子がまだセシウムイオンを捕捉する余裕があるにも拘わらず、清澄液を得られなくなったり、あるいは、清澄液を得るまでに長時間を要したりする等、濾過効率が低下するという課題がある。

0006

そこで本発明は、濾過効率を向上することができる分離濾過システムおよび分離濾過方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、本発明の分離濾過システムは、対象物質が含まれる被処理液を、濃縮物と分離液とに分離する固液分離部と、固液分離部で濃縮物が分離された分離液を濾過する濾過部と、対象物質の粒度を小さくする粒度調整処理を行う粒度調整部と、を備えたことを特徴とする。

0008

粒度調整部は、粒度調整処理において対象物質を破砕して粒度を小さくするとよい。

0009

また、対象物質はナノ粒子を含む分散液であり、ナノ粒子を分離、濾過するとよい。

0010

また、粒度調整部は、粒度調整処理においてナノ粒子を分離濾過可能なプレコート微細膜を形成する二次凝集粒子を得るために、対象物質を破砕して粒度を小さくするとよい。

0011

また、ナノ粒子は、プルシアンブルーナノ粒子であるとよい。

0012

また、セシウムイオンが溶解した原液に、プルシアンブルーナノ粒子が投入された被処理液を貯留する被処理液タンクをさらに備え、被処理液タンクには、固液分離部および濾過部の少なくとも一方で除去された、セシウムイオンを捕捉したプルシアンブルーナノ粒子を含む濃縮物が再投入されるとよい。

0013

また、粒度調整部は、被処理液に投入される対象物質、被処理液中の対象物質、および、分離液中の対象物質のうちの少なくともいずれかに対して、粒度調整処理を行うとよい。

0014

また、固液分離部と濾過部との間に設けられ、固液分離部で生成された分離液を貯留する分離液貯留部をさらに備え、粒度調整部は、分離液貯留部に貯留されている分離液に対して粒度調整処理を行うとよい。

0015

また、粒度調整部は、粒度調整処理後の分離液を分離液貯留部に返送するとよい。

0016

また、固液分離部から分離液貯留部に流入する分離液の流入量、および、分離液貯留部から濾過部へ流出する分離液の流出量のいずれか一方または双方に応じて、粒度調整部の駆動制御を行う制御部をさらに備えるとよい。

0017

また、制御部は、分離液の流入量もしくは流出量が予め設定された閾値以下になると、粒度調整部の駆動を停止させるとよい。

0018

また、粒度調整部は、分離液を濾過部へ送出する送液装置の下流側に直列に設けられているとよい。

0019

また、固液分離部は、被処理液に遠心力を作用させて濃縮物と分離液とを分離する遠心分離機を含むとよい。

0020

上記課題を解決するために、本発明の分離濾過方法は、対象物質が含まれる被処理液を濃縮物と分離液とに分離する工程と、分離液を濾過して清澄液を生成する工程と、対象物質の粒度を小さくする粒度調整処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。

発明の効果

0021

本発明によれば、濾過効率を向上することができる。

図面の簡単な説明

0022

本実施形態の分離濾過システムの構成を示す図である。
分離濾過システムの具体的な構成例を示す図である。
スクリュウデカンタ型遠心分離機の概略的な構成例を示した斜視図である。
スクリュウデカンタ型遠心分離機の概略的な構成例を示した縦断面図である。
スクリュウデカンタ型遠心分離機の作用を説明する図である。
濾過装置の構成例を示した斜視図である。
図6のVII−VII線における鉛直断面の概略図である。
フィルタに形成される付着物堆積層粒度分布の一例を説明する図である。
分離液中の粒子の粒度分布例を説明する図である。
変形例の分離濾過システムの具体的な構成例を示す図である。
濾過装置における濾過時間と、破砕部における通液量との関係性の一例を説明する図である。

実施例

0023

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

0024

図1は、本実施形態の分離濾過システム1の構成を示す図である。分離濾過システム1は、対象物質を含む被処理液から清澄液を生成するものであり、さまざまな物質(粒子)に適用できる。ここでは、液中から除去する対象となる対象物質(対象粒子)が、放射性セシウム(セシウムイオン)を捕捉するプルシアンブルーナノ粒子(プルシアンブルー型金属錯体ナノ粒子を含む)を含む分散液である場合について説明する。

0025

図1に示すように、分離濾過システム1は、被処理液タンク10と、固液分離部20と、濾過部30と、粒度調整部50と、を備えている。被処理液タンク10には、セシウムイオンが溶解した汚染水(以下、「原液」と呼ぶ)と、セシウムイオンを捕捉する捕捉物質としてのプルシアンブルーナノ粒子(ナノ粒子を含む分散液)とが投入される。このように、被処理液タンク10においては、セシウムイオンが溶解した原液にプルシアンブルーナノ粒子が投入されて被処理液が生成されることとなる。そして、被処理液タンク10において、原液とプルシアンブルーナノ粒子とが接触し、原液に溶解しているセシウムイオンがプルシアンブルーナノ粒子に捕捉される。

0026

固液分離部20は、被処理液タンク10から搬送される被処理液を、濃縮物と分離液とに分離する。濃縮物は、セシウムイオンを捕捉したプルシアンブルーナノ粒子(対象粒子)であり、この濃縮物は被処理液タンク10に返送されて繰り返し用いられる。ただし、プルシアンブルーナノ粒子は、セシウムイオンの捕捉容量に限界があり、捕捉容量が限界に達したと判断した場合には、被処理液タンク10への返送が中止され、濃縮物は系外に排出されて後処理工程へ送られる。

0027

濾過部30は、固液分離部20で生成された分離液を濾過して清澄液を生成する。この濾過部30は、濾孔を有する濾材(フィルタ)に分離液を通液させることで、分離液からプルシアンブルーナノ粒子(対象粒子)を除去する。これにより、液中に含まれるセシウムイオンがプルシアンブルーナノ粒子とともに除去され、清澄液が生成されることとなる。なお、濾過部30においては、対象粒子が濃縮物として濾材(フィルタ)に堆積するが、この濃縮物も、固液分離部20と同様に、被処理液タンク10に返送されたり保管されたり、後処理工程へ送られたりする。

0028

粒度調整部50は、被処理液に投入される対象粒子、被処理液中の対象粒子、および、分離液中の対象粒子のうちの少なくともいずれかに対して、粒度を小さくする粒度調整処理を行う。具体的には、粒度調整部50は、被処理液タンク10に貯留されている被処理液や、被処理液タンク10から固液分離部20に搬送される被処理液に対して粒度調整処理を行ったり、固液分離部20と濾過部30との間で分離液に粒度調整処理を行ったりする。さらには、固液分離部20や濾過部30において分離液から分離された濃縮物に対して粒度調整処理を行い、粒度調整処理後の濃縮物を被処理液タンク10に返送する。

0029

上記のように、本実施形態では、分離液から分離された濃縮物に含まれる対象粒子(プルシアンブルーナノ粒子)が被処理液タンク10に返送され、繰り返し用いられる。詳しくは後述するが、対象粒子を繰り返し投入すると、濾過部30に到達する分離液中の粒度分布に偏りが生じ、対象粒子の除去効率すなわち濾過効率が低下する。本実施形態によれば、粒度調整部50により、対象粒子(プルシアンブルーナノ粒子)の粒度を小さくすることで、分離液中の粒度分布の偏りを低減し、濾過部30における濾過効率を向上することができる。

0030

本実施形態の分離濾過システム1によれば、対象粒子を含む被処理液を濃縮物と分離液とに分離する工程と、分離液を濾過して清澄液を生成する工程と、被処理液に投入される対象粒子、被処理液中の対象粒子、および、分離液中の対象粒子のうちの少なくともいずれかに対して、対象粒子を小さくする粒度調整処理を行う工程と、を含む分離濾過方法が実現される。以下に、分離濾過システム1の具体的な構成を説明した後、粒度調整部50による濾過効率向上のメカニズムについて詳述する。

0031

図2は、分離濾過システム1の具体的な構成例を示す図である。上記したように、分離濾過システム1は、被処理液タンク10を備えている。この被処理液タンク10は攪拌機10aを備えており、セシウムイオンを含む原液と、プルシアンブルーナノ粒子とが投入された状態で攪拌機10aを駆動することにより、原液中にプルシアンブルーナノ粒子が攪拌され、被処理液が生成される。被処理液タンク10には搬送ポンプP1が接続されており、被処理液タンク10内の被処理液は、搬送ポンプP1の駆動により固液分離部20に搬送される。

0032

固液分離部20は、被処理液に遠心力を作用させて濃縮物と分離液とを分離する遠心分離機を含んで構成される。ここでは、遠心分離機としてスクリュウデカンタ型遠心分離機21を採用している。このスクリュウデカンタ型遠心分離機21は、回転体内で被処理液を高速で回転させ、被処理液に作用する遠心力により濃縮物の沈降速度を高め、固液分離を促進する。

0033

(スクリュウデカンタ型遠心分離機21)
図3は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21の概略的な構成例を示した斜視図であり、図4は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21の概略的な構成例を示した縦断面図である。説明の便宜上、図1では、主たる内部構造も示している。このスクリュウデカンタ型遠心分離機21は、例えば、食品飲料水薬品化学製品鉄鋼製品等の製造プロセスや、屎尿処理下水処理スラリー処理工場排水処理等の水処理といった様々な分野において、固液分離に利用される。

0034

スクリュウデカンタ型遠心分離機21は、ケーシング22と、このケーシング22内において回転自在に軸支される円筒形状の外胴ボウル23と、を備えている。そして、外胴ボウル23は、被処理液がフィードパイプ24から内部に供給され、本体駆動用モータ動力により回転し、濃縮物と分離液とを遠心分離する。

0035

内胴スクリュウコンベア25は、径方向外方に突出したスクリュウ羽根25aを胴体25bの外周に螺旋状に巻回して構成され、外胴ボウル23内において、外胴ボウル23と同軸上に回転自在に軸支されている。そして、内胴スクリュウコンベア25は、差速制動機26の動力とギヤボックス27の遊星歯車機構によって、外胴ボウル23に対して、同方向に、かつ、相対的な回転速度差を有して回転する。こうして、内胴スクリュウコンベア25は、外胴ボウル23の内周面に堆積された濃縮物(堆積物)をスクリュウ羽根25aによって外胴ボウル23外に吐出する。

0036

図5は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21の作用を説明する図である。図5において、白抜き矢印は被処理液、濃縮物、分離液それぞれの流動方向を示し、黒点は濃縮物、ハッチングした領域は分離液を示している。

0037

図5(a)に示すように、被処理液は、フィードパイプ24および内胴スクリュウコンベア25を通じて外胴ボウル23に供給される。外胴ボウル23と内胴スクリュウコンベア25とは、実線の矢印で示したように、同方向に高速回転し、その回転を通じた径方向外方への遠心力によって、外胴ボウル23内周面の径方向外側に質量密度の高い濃縮物(図中xで示す)を堆積させ、径方向内側に位置する質量密度の低い分離液(図中yで示す)と分離する。

0038

分離液は、新たに外胴ボウル23に供給された被処理液により押圧され、外胴ボウル23の大径側の側板23aに設けられた液体排出口23bから排出される。このとき、液体排出口23bは、外胴ボウル23の外径より径方向内側に形成されている。そのため、遠心力によって外胴ボウル23の内周面に押しつけられた濃縮物は、側板23aを超えて液体排出口23bから排出されにくくなっており、僅かな濃縮物のみが液体排出口23bから分離液とともに排出される。また、内胴スクリュウコンベア25は、外胴ボウル23に対して相対的に回転(例えば+10〜+60rpm)しており、外胴ボウル23の内周面に堆積された濃縮物は、スクリュウ羽根25aにより、図5(b)中、右側に移動する。

0039

ここで、外胴ボウル23は、図5(b)中、右側の端部が円錐形状となっており、スクリュウ羽根25aによって移動した濃縮物は、脱水された状態で、外胴ボウル23の小径側に設けられた固体吐出口23cから吐出される。外胴ボウル23と内胴スクリュウコンベア25とが回転している状態で、フィードパイプ24から被処理液を連続的に供給することで、濃縮物と分離液とを連続的に分離、生成することが可能となる。

0040

分離濾過システム1においては、図2破線の矢印で示すように、スクリュウデカンタ型遠心分離機21から吐出された濃縮物を、被処理液タンク10に返送し、再度、原液に投入している。

0041

また、分離濾過システム1は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21(固液分離部20)と濾過部30との間に設けられ、スクリュウデカンタ型遠心分離機21の液体排出口23bから排出された分離液を貯留する分離液貯留部40を備えている。この分離液貯留部40は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21で分離された分離液を一時的に貯留するバッファタンクとして機能するもので、分離液中に残存する濃縮物の沈殿を防止するための攪拌機40aが設けられている。この分離液貯留部40には搬送ポンプP2が接続されており、分離液貯留部40内の分離液は、搬送ポンプP2の駆動により、濾過部30としての濾過装置31に搬送される。

0042

(濾過装置31)
図6は、濾過装置31の構成例を示した斜視図であり、図7は、図6のVII−VII線における鉛直断面(YZ断面)の概略図である。図6および図7では、垂直に交わるX軸(水平方向)、Y軸(水平方向)、Z軸(鉛直方向)を図示の通り定義している。濾過装置31は、導入口32aが形成された金属製の容器からなるベッセル32を備えており、分離液貯留部40から搬送された分離液が、導入口32aを介してベッセル32内に導入される。また、ベッセル32の上部には、分離液や、気体(例えば、窒素N2)をベッセル32外に排出したり、圧縮気体(例えば、圧縮窒素N2)をベッセル32内に導入したりするための開口32bが形成されている。

0043

ベッセル32内には、フィルタユニット33と、このフィルタユニット33が連結されたレジスタパイプ34と、が収容されている。このフィルタユニット33は、ベッセル32内に複数設けられ、長手方向を鉛直方向に沿わせて設置される。一方、レジスタパイプ34は、ベッセル32内に複数設けられ、長手方向を水平方向に沿わせて設置される。レジスタパイプ34は、ベッセル32の上方に懸架されており、1つのレジスタパイプ34から複数のフィルタユニット33が鉛直方向に垂下するように保持されている。

0044

フィルタユニット33の外周面には、濾孔を有する濾布からなるフィルタ33aが設けられており、フィルタユニット33の外方から内方液体圧入されることで、フィルタ33aによって、分離液中の濃縮物が分離液から除去される。このように、フィルタユニット33内には、分離液を濾過して生成される清澄液が流通し、清澄液はフィルタユニット33およびレジスタパイプ34を介してベッセル32の外部へ排出されることとなる。

0045

ここで、濾過装置31は、ケーキ濾過方式を採用しており、フィルタ33aの外表面に、分離液から除去された粒子等の付着物が堆積して付着物堆積層が形成される。このように、フィルタ33aの外表面に付着物堆積層が形成されると、フィルタ33aの濾孔よりも小さな粒度の粒子が付着物堆積層で捕捉され、対象粒子の除去効率すなわち濾過効率をより高めることができる。

0046

なお、ベッセル32の底面には、排出口35と、この排出口35を開閉する排出弁36と、が設けられており、また、排出口35の近傍には、抜液配管37が設けられている。詳しい説明は省略するが、濾過装置31における濾過工程が終了すると、搬送ポンプP2の駆動を停止するとともに、開口32bから圧縮気体(例えば、圧縮窒素N2)をベッセル32内に送入し、ベッセル32内を加圧状態とする。これにより、ベッセル32内に残留した分離液が抜液配管37を通じて外部に排出される。また、排出弁36を開いた状態で、レジスタパイプ34から圧縮気体(例えば、圧縮窒素N2)をバックブローし、フィルタ33aに形成された付着物堆積層(濃縮物)を剥離させ、排出口35からベッセル32外に排出する。なお、図2に示すように、濾過装置31から排出された濃縮物は、被処理液タンク10に返送され、再度、原液中に投入されることとなる。一方、濾過工程においてレジスタパイプ34からベッセル32の外部に排出された清澄液は、清澄液タンク60に貯留されることとなる。

0047

以上のように、スクリュウデカンタ型遠心分離機21(固液分離部20)および濾過装置31(濾過部30)から排出される濃縮物には、プルシアンブルーナノ粒子が含まれており、被処理液タンク10に返送して原液に再投入される。ところが、濃縮物の再投入を行うと、対象粒子(セシウムイオンを捕捉したプルシアンブルーナノ粒子)を除去できなくなったり、あるいは、清澄液を得るまでに長時間を要して濾過速度が低下したりする等、濾過効率が低下してしまう。これは、濃縮物の再投入を行ったことで、濾過装置31に搬送される分離液中の粒子の粒度分布に偏りが生じるためと考えられる。

0048

図8は、フィルタ33aに形成される付着物堆積層Cの粒度分布の一例を説明する図である。上記したように、濾過装置31におけるフィルタ33aの外表面には、分離液から除去された粒子等の付着物が堆積して付着物堆積層Cが形成される。このように、粒子が堆積して形成される付着物堆積層Cは、プレコート微細膜として、フィルタ33aの濾孔33cよりもさらに微細な粒子を捕捉する。ここで、プルシアンブルーナノ粒子を含む分散液は、一次粒子径が10〜50nmであって、二次粒子径が10nm〜1mmの分散体である。そして、一次粒子濾過分離するためには、二次粒子として、一次粒子の1〜4倍の10〜200nm粒子(以下、「凝集二次粒子」という)を保有する必要がある。

0049

そして、プレコート微細膜の形成に必要な凝集二次粒子が少ないと、一次粒子はほとんど濾孔33cを通過してしまう。一方で、凝集二次粒子が多すぎると、通液抵抗が増大し、濾過効率が低下する。したがって、付着物堆積層Cにおいては、凝集二次粒子を5〜30%、より好ましくは、8〜20%保有するのが望ましい。なお、凝集二次粒子は圧密にて形成しやすく、数mm程度のものもあるが、膨潤して時間とともに分散する。

0050

例えば、図8(a)に示すように、図中クロスハッチングで示す比較的粒度の大きい粒子や、図中白色で示す比較的粒度の小さい粒子、さらには、その中間の粒子(図中、黒色またはハッチングで示す)等、さまざまな粒度の粒子が存在しているとよい。仮に、図8(b)に示すように、粒度の大きい粒子(クロスハッチングで示す)と、粒度の小さい粒子(白色で示す)とで付着物堆積層Cが形成されるといったように、粒子の粒度に偏りが生じていると、適切にプレコート微細膜が形成されず、多くの粒子が付着物堆積層Cを通過してしまい、対象粒子の除去効率すなわち濾過効率が低下してしまう。また、一定時間後に、粒度の大きい粒子間に、粒度の小さい粒子が堆積すると、清澄液を得ることができるが、粒度の小さな粒子から構成される層の抵抗が大きいため、濾過速度が低下し、効率が悪くなる。

0051

そして、分離濾過システム1において、濃縮物の再投入が行われていない間は、図8(a)に示すように付着物堆積層Cが形成されるが、濃縮物の再投入を行うと、付着物堆積層Cが、図8(b)に示すように形成されてしまうことが判明した。これは、主にスクリュウデカンタ型遠心分離機21において、遠心力が作用することで、粒子が凝集することに起因していると考えられる。

0052

図9は、分離液中の粒子の粒度分布を説明する図である。スクリュウデカンタ型遠心分離機21において、被処理液から濃縮物が分離された後の分離液中の粒子は、当初、図9(a)に示すように、粒度の小さいものからある程度の大きさのものまで、適度にばらつきが生じており、フィルタ33aには、図8(a)に示すように付着物堆積層Cが形成される。ところが、スクリュウデカンタ型遠心分離機21において、固液分離のための遠心力が作用すると、図9(b)に示すように、網掛け部分の粒度を有する微細粒子同士が凝集する。こうして凝集した粒子は、その大半がスクリュウデカンタ型遠心分離機21で濃縮物として分離されるが、一部は分離液中に混合した状態で分離液貯留部40や濾過部30に導かれる。その結果、分離液中の粒子の粒度分布は、図9(c)に示すように、凝集しなかった粒度の小さい粒子と、凝集して分離液中に排出された粒度の大きい粒子とが大きな割合を占める、偏りの大きなものとなり、フィルタ33aには、図8(b)に示すように付着物堆積層Cが形成されてしまう。

0053

そこで、本実施形態では、濃縮物を遠心分離した場合にも、図9(a)に示すように、ナノ粒子を分離濾過可能なプレコート微細膜を形成する二次凝集粒子を得るために、対象物質を破砕して粒度を小さくする粒度調整部50が設けられている。

0054

図2を参照して説明すると、粒度調整部50は、分離液貯留部40に貯留される分離液を吸引し、分離液中の粒子を破砕して、再び分離液貯留部40に返送する。粒度調整部50としては、一般的な産業用ミキサを採用することができ、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、粒度調整部50は、複数の刃を回転させることで液中の粒子をせん断するミキサや、吸引した液体を高速、高圧でせん断部に衝突させることで、液中の粒子を破砕するミキサで構成することができる。また、ここでは、粒度調整部50が、対象粒子を破砕するミキサであることとしたが、粒度調整部50は、粒子を砕くのではなく、粒子をすり潰すものであってもよい。いずれにしても、粒度調整部50は、対象粒子の粒度を小さくすることができれば、その具体的な構成は特に限定されない。

0055

プレコート微細膜を形成する圧密凝集二次粒子は、せん断等でほぐれやすいことから、粒度調整部50によって分離液中の粒子を破砕することにより、濃縮物を被処理液タンク10に再投入しても、図9(a)に示す粒度分布を維持できる。これにより、濾過装置31において、フィルタ33aに適切な付着物堆積層Cが形成され、対象粒子の除去効率すなわち濾過効率を向上することができる。

0056

図10は、変形例の分離濾過システム1aの具体的な構成例を示す図である。この変形例の分離濾過システム1aは、上記実施形態の分離濾過システム1の各構成に加えて、流量検出部S1、S2および制御部70をさらに備えている。ここでは、上記実施形態と同じ構成については、上記と同様の符号を付して説明を省略し、新たな構成について説明する。

0057

流量検出部S1は、スクリュウデカンタ型遠心分離機21と分離液貯留部40とを接続する配管に設けられ、スクリュウデカンタ型遠心分離機21(固液分離部20)から分離液貯留部40に流入する分離液の流入量を検出する。また、流量検出部S2は、分離液貯留部40から濾過装置31(濾過部30)へ流出する分離液の流出量を検出する。そして、流量検出部S1、S2は制御部70に電気的に接続され、流量検出部S1、S2から制御部70に検出信号が入力される。

0058

制御部70は、流量検出部S1、S2が検出する分離液の流入量や流出量に応じて、粒度調整部50の駆動制御を行う。具体的には、制御部70は、分離液の分離液貯留部40への流入量が予め設定された閾値以下になった場合、および、分離液の分離液貯留部40からの流出量が予め設定された閾値以下になった場合に、粒度調整部50の駆動を停止させる。ここでは、流入量および流出量がほぼ0になった場合や、分離液の流入および流出が完全に停止した場合に、粒度調整部50の駆動を停止させる。

0059

また、分離液の吸引量、すなわち、処理量可変制御できる粒度調整部50を採用した場合、制御部70は、流入量や流出量、あるいは、流入量と流出量との差分等に応じて、粒度調整部50を可変制御する。つまり、制御部70は、分離液貯留部40に流入する分離液の流量や、分離液貯留部40から流出する分離液の流量に比例して、分離液中の粒子を破砕し、分離液の流入や流出が停止状態にある場合には破砕処理を中止する。

0060

図11は、濾過装置31における濾過循環時間および濾過速度と、粒度調整部50における通液量との関係性の一例を説明する図である。ここで、濾過循環時間とは、許容レベル以上の清澄液を一定量生成するまでに要する時間である。濾過装置31における濾過循環時間および濾過速度と、粒度調整部50の通液量、すなわち、分離液中の粒子の破砕量との間には図示の関係が成立する。具体的には、粒度調整部50における粒子の破砕量が一定量に達するまでは、破砕量が増えるほど濾過循環時間が短くなり、濾過速度が大きくなる。ところが、粒度調整部50における粒子の破砕量が一定量を超えると、濾過装置31における濾過循環時間が逆に長くなり、濾過速度が小さくなる。

0061

これは、分離液中の粒子を破砕しすぎると、全体的に粒子の粒度が小さくなりすぎてしまい、適切な付着物堆積層Cを形成できず、対象粒子が濾孔33cを通り抜けてしまうためと考えられる。したがって、例えば、濾過装置31において、ベッセル32から残液抜液している場合や、付着物堆積層C(濃縮物)を剥離させて排出口35から排出している場合等、分離液貯留部40から分離液の搬送を停止させている間も粒度調整部50を駆動し続けてしまうと、対象粒子が小さくなりすぎて、濾過循環時間が長く、濾過速度が小さくなってしまう。この変形例の分離濾過システム1aによれば、分離液貯留部40に流入する分離液の流入量、または、分離液貯留部40から濾過部30(濾過装置31)へ流出する分離液の流出量に応じて、制御部70が粒度調整部50の駆動制御を行うので、濾過循環時間を短く、濾過速度を大きくすることができる。

0062

なお、この変形例の分離濾過システム1aにおいては、流量検出部S1、S2を設けることとしたが、制御部70は、例えば搬送ポンプP1、P2の回転数連動して、粒度調整部50を駆動制御してもよい。いずれにしても、制御部70は、固液分離部20から分離液貯留部40に流入する分離液の流入量、および、分離液貯留部40から濾過部30へ流出する分離液の流出量のいずれか一方または双方に応じて粒度調整部50の駆動制御を行えば、その詳細な制御内容は適宜設計可能である。

0063

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0064

例えば、上記実施形態では、対象物質(対象粒子)をプルシアンブルーナノ粒子とする場合について説明したが、対象粒子は限定されるものではない。対象粒子としては、プルシアンブルーナノ粒子の他に、顔料(例えば、金属化合物粒子炭素材料粒子有機化合物粒子)、トナー(例えば、炭素材料粒子、プラスチック粒子、プラスチック粒子に炭素粒子や顔料が吸着されたもの)、二次電池の材料(例えば、金属粒子、炭素材料粒子、シリコン粒子)、電子材料(例えば、半導体粒子)、触媒(例えば、金属粒子)、センサー材料(例えば、金属粒子)等が考えられ、これらの対象粒子を用いた場合にも、上記と同様の作用効果を実現できる。また、対象粒子はナノ粒子に限定されるものではなく、粒度が限定されることはない。

0065

また、上記実施形態では、固液分離部20が、被処理液に遠心力を作用させて濃縮物と分離液とを分離する遠心分離機である場合について説明したが、固液分離部20は遠心分離機に限らず、例えば、重力沈降によって固液分離を行うものであってもよい。遠心分離機を備えない場合であっても、粒度調整部50を設けることで、凝集二次粒子の肥大化を防止するといった作用効果をもたらすことができる。いずれにしても、固液分離部20は、対象物質(対象粒子)を含む被処理液を、濃縮物と分離液とに分離することができれば、その具体的な構成や処理方法は限定されるものではない。ただし、上記実施形態のような遠心分離機を採用すると、対象粒子が凝集し易いため、粒度調整部50を設けることで得られる効果がより一層顕著となる。

0066

また、上記実施形態における濾過部30の構成は一例にすぎない。特に上記実施形態では、フィルタ33aの濾孔33cの口径を、対象粒子の粒度よりも大きく設定し、濾孔33cの口径よりも小さい粒度の粒子を、付着物堆積層Cで除去するケーキ濾過方式について説明した。しかしながら、濾孔33cの口径を、対象粒子の粒径以下に設定する絶対(口径)濾過方式を採用してもよい。この場合であっても、フィルタ33aの外表面には付着物堆積層Cが形成されるため、上記と同様の作用効果がもたらされる。また、適切な付着物堆積層Cが形成されるので、濾孔33cの口径を大きくすることができ、流動抵抗を小さくして濾過循環時間を短縮することができる。

0067

また、上記実施形態において、濾孔33cの口径にばらつきがあるフィルタ33aを例に挙げて説明した。しかし、実質的に均一な口径の濾孔を有するメンブレンフィルタをフィルタ33aとして採用してもよい。

0068

また、上記実施形態では、粒度調整部50で粒度調整処理を施した分離液を分離液貯留部40に返送することとしたが、粒度調整処理を施した分離液は濾過部30に搬送してもよい。ただし、上記実施形態のように、粒度調整処理を施した分離液を分離液貯留部40に返送することで、繰り返し粒度調整処理を行い、濾過循環時間を最短とする粒度分布を実現することができる。

0069

また、上記実施形態では、スクリュウデカンタ型遠心分離機21で除去された濃縮物と、濾過装置31で除去された濃縮物との双方を被処理液タンク10に返送することとした。しかしながら、スクリュウデカンタ型遠心分離機21および濾過装置31のいずれか一方からのみ濃縮物を返送してもよいし、さらには、分離濾過システム1の系統中では、濃縮物の返送を行わないこととしてもよい。例えば、被処理液タンク10に、他の分離濾過システム1で除去された濃縮物(対象粒子)のみを投入する。この場合であっても、粒度調整部50を設けることで、上記実施形態と同様に、濾過効率を向上することができる。

0070

また、例えば、粒度調整部50は、分離液を濾過部30へ送出する搬送ポンプP2(送液装置)の下流側に直列に設けてもよい。

0071

本発明は、被処理液中の対象粒子を分離、濾過して清澄液を生成する分離濾過システムおよび分離濾過方法に利用することができる。

0072

1 分離濾過システム
1a 分離濾過システム
20固液分離部
30濾過部
40分離液貯留部
50粒度調整部
70 制御部

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