フィルターの開発経緯と動作原理

濾過技術は古代中国から生産に応用されており、植物繊維から作られた紙は紀元前200年までに存在していました。西暦 105 年、蔡倫は製紙法を改良しました。彼は製紙プロセス中に植物繊維パルプを緻密な竹のカーテンの上に振りかけます。水はすだれの隙間を通ってろ過され、すだれの表面に湿ったパルプの薄い層が残ります。乾燥すると紙になります。


初期の濾過は主に重力濾過でしたが、後に濾過速度を向上させるために圧力濾過が使用され、真空濾過が登場しました。 20世紀初頭に発明された回転ドラム真空フィルターは、連続ろ過運転を実現しました。その後、さまざまな種類の連続フィルターが次々と登場しました。間欠運転フィルター（プレート式圧力フィルターやフレーム式圧力フィルターなど）は、自動運転を実現できるため開発されており、結果として濾過面積が増加します。水分含有量の低いフィルター残留物を得るために、機械的加圧フィルターが開発されました。


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フィルターで処理される水は入口から本体に入り、水中の不純物がステンレスフィルターメッシュに堆積し、圧力差が生じます。差圧スイッチにより入口と出口の圧力差の変化を監視します。圧力差が設定値に達すると、電気コントローラーから油圧制御バルブに信号が送られモーターが駆動します。装置の設置後、技術者がデバッグを行い、ろ過時間と洗浄変換時間を設定します。被処理水は取水口から本体に入り、フィルターが正常に作動し始めます。事前に設定された洗浄時間に達すると、電気コントローラーは油圧制御バルブと駆動モーターに信号を送信し、次の動作をトリガーします。電気モーターがブラシを駆動して回転し、フィルターエレメントを洗浄し、排水のためにバルブが開くように制御します。洗浄プロセス全体は数十秒しか続きません。洗浄が完了したら、制御バルブを閉じ、モーターの回転を停止し、システムは初期状態に戻り、次の濾過プロセスを開始します。フィルターハウジングの内部は、主に粗いフィルタースクリーン、細かいフィルタースクリーン、吸引パイプ、ステンレス鋼のブラシまたはステンレス鋼の吸引ノズル、シールリング、防食コーティング、回転シャフトなどで構成されています。


容器を濾材を用いて上下２室に分けることで簡易フィルターを形成します。懸濁液は上部チャンバーに加えられ、圧力下で濾材を通って下部チャンバーに入り、濾液が形成されます。固体粒子は濾材の表面に捕捉され、濾過残留物（または濾過ケーキ）を形成します。濾過の過程で濾材表層の濾過残渣層が徐々に厚くなり、濾過残渣層を通過する液体の抵抗が増加し、濾過速度が低下します。フィルターチャンバーがフィルター残留物で満たされている場合、または濾過速度が低すぎる場合は、濾過を停止し、フィルター残留物を除去し、濾材を再生して濾過サイクルを完了します。


液体はフィルター残留物層とフィルター媒体を通過するときに抵抗を克服する必要があるため、フィルター媒体の両側に圧力差が存在する必要があり、これが濾過を達成するための原動力となります。圧力差を大きくすると濾過が速くなりますが、圧力差が大きいと圧力下で変形した粒子が濾材の細孔に詰まりやすくなり、濾過が遅くなります。


懸濁ろ過には、スラグ層ろ過、深層ろ過、およびふるいろ過の 3 つの方法があります。


– フィルター残留物層のろ過: ろ過の初期段階では、ろ材は大きな固体粒子のみを保持でき、小さな粒子はろ液とともにろ材を通過します。最初のフィルター残留物層の形成後、フィルター残留物層はろ過において主要な役割を果たし、プレートおよびフレーム フィルター プレスのろ過などで、大きな粒子と小さな粒子の両方が捕捉されます。


深いろ過: ろ材は厚く、懸濁液にはろ材の細孔よりも小さい固体粒子がほとんど含まれません。ろ過中、粒子は多孔質プラスチックチューブフィルターや砂フィルターなどの細孔に入り、その細孔に吸着されます。


・ふるい濾過：濾過により捕集される固体粒子は濾材の細孔よりも大きく、固体粒子は濾材内に吸着されません。たとえば、回転ドラムフィルタースクリーンは下水中の粗大不純物をろ過します。実際のフィルタリング プロセスでは、3 つの方法が同時にまたは順番に現れることがよくあります。