DE60210732T2

DE60210732T2 - Keramikfilter und Verfahren zum Reinigen von Wasser

Info

Publication number: DE60210732T2
Application number: DE60210732T
Authority: DE
Inventors: Manabu Nagoya-city Aichi-prefecture Isomura; Tomonori Nagoya-city Aichi-prefecture Takahashi; Kenji Nagoya-city Aichi-prefecture Mutoh; Minoru Nagoya-city Aichi-prefecture Ohta; Makoto Handa-city Aichi-prefecture Itoh
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: KR100483257B1; JP4917234B2; KR20030047756A; JP2003230823A; EP1317951A1; DE60210732D1; EP1317951B1; US20030132174A1; US7288199B2; US20070125704A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Filter, der zur Wasserreinigung oder dergleichen verwendet wird, und ein Verfahren zur Reinigung von Wasser unter Verwendung desselben. Keramische Filter weisen eine Abtrennschicht auf, welche die Porengröße des Filters kontrolliert. Die Abtrennschicht wird auf einer Oberfläche eines Substrats, das durch einen porösen keramischen Körper oder die Oberfläche einer auf dem Substrat gebildeten Zwischenschicht, gebildet. Da solche keramischen Filter eine hohe physikalische Festigkeit, Standzeit, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen aufweisen, werden sie dazu verwendet, suspendierte Materie, Bakterien oder Staubteilchen aus einer Flüssigkeit oder einem Gas in einer breiten Vielfalt von Anwendungsfeldern einschließlich Wasserbehandlung, Abgasbehandlung und dem medizinischen, pharmazeutischen oder Feld der Lebensmittelindustrie angewendet.
Ein bekannter keramischer Filter wird durch das Binden von Aluminiumoxidteilchen mit einem Durchmesser von 12 μm auf einem Träger (Substrat) aus Cordierit mit einer Glasurmasse, Binden von Aluminiumoxidteilchen mit einem Durchmesser von 1,5 μm darauf mit einer Glasurmasse, Brennen des Produkts bei 1179°C und dann Auslösen einer Selbstsinterung von Aluminiumoxidteilchen mit einem Durchmesser von 0,3 μm bei 1179°C gebildet (siehe US-B-4,983,423 und US-B-510,652).
Daneben offenbart US-B-5,415,775 eine Ausführungsform eines Filters mit einem Träger (Substrat) und einer darauf gebildeten Abtrennschicht, wobei die Abtrennschicht aus Titanoxid hergestellt ist und eine Dicke von 25 μm und eine Porengröße von 0,2 μm aufweist.
US-A-4,562,021 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Mediums für die Mikrofiltration, für die Ultrafiltration oder für die Umkehrosmose, wobei in einer Ausführungsform eine Filterschicht aus Al₂O3 mit einer Dicke von 5 μm und einem Porendurchmesser von 0,0058 μm bei 560°C bis 0,11 μm bei 1200°C erhalten wird. In einer anderen Ausführungsform wird eine Filterschicht aus TiO₂ beschrieben.
US-A-5,830,340 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositfilters, wobei eine keramische TiO₂-Schicht eine Dicke von 20 μm und eine mittlere Porengröße von 0,17 μm aufweist.
Wenn der keramische Filter mit der Abtrennschicht aus Aluminiumoxid jedoch zum Beispiel als Filter für die Wasserreinigung dient, ist er dem keramischen Filter mit der Abtrennschicht aus Titanoxid bei den Verschmutzungseigenschaften unterlegen. Um Rohwasser mit einer hohen Trübheit zu behandeln, muss das Rohwasser vor der Filtration einer Vorbehandlung wie Koagulation unterzogen werden. Selbst wenn jedoch das Verschmutzen durch jegliche Vorbehandlung verringert wird, leidet der Filter mit der Abtrennschicht aus Aluminiumoxid weiterhin unter bemerkenswerter Verschmutzung.
Was die Filter mit der Abtrennschicht aus Titanoxid betrifft, kann, wenn die mittlere Porengröße unter 0,08 μm oder die Filmdicke etwa 20 μm ist, eine zufriedenstellende Verschmutzungseigenschaft nicht bereitgestellt werden. Bei der Wasserreinigung leidet der Filter insbesondere unter bemerkenswerter Verschmutzung, wenn eine statische Filtration für das Rohwasser mit hoher Trübheit angewendet wird.
Wenn zusätzlich die mittlere Porengröße der Abtrennschicht über 1 μm oder die Dicke davon unter 5 μm liegt, stellt der Filter nur eine unzureichende Bakterienentfernung zur Verfügung.
Wenn darüber hinaus die Abtrennschicht auf der Zwischenschicht gebildet wird, die ohne jedes zu den aggregierten Teilchen oder der Zwischenschicht zugegebenen Sinterhilfsmittel mit einem anderen Sinterhilfsmittel als einer Glasurmasse gebrannt wird, weist der Filter eine große maximale Porengröße auf und kann keine hohe Bakterienentfernung zur Verfügung stellen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Umstände durchgeführt. Ein Ziel davon ist es, einen keramischen Filter mit sowohl guter Verschmutzungseigenschaft als auch hoher Fähigkeit zur Bakterienentfernung zur Verfügung zu stellen, der geeignet zur Wasserreinigung oder dergleichen verwendet werden kann. Ferner ist es ein Ziel, ein Verfahren zur Reinigung von Wasser unter Verwendung dieses Filters zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird ein keramischer Filter zur Verfügung gestellt, welcher umfasst: ein Substrat, eine Abtrennschicht und eine Zwischenschicht, die zwischen dem Substrat und der Abtrennschicht gebildet wurde, wobei die Zwischenschicht aggregierte Teilchen umfasst, die kleiner sind als die aggregierten Teilchen für das Substrat und größer als die aggregierten Teilchen für die Abtrennschicht, wobei die Zwischenschicht durch die aggregierten Teilchen gebildet wird, die mit der Glasurmasse zusammengebunden werden, und die Abtrennschicht eine Abtrennschicht aus Titanoxid mit einer mittleren Porengröße von 0,08 bis 1 μm und einer Dicke von 5 bis 20 μm ist (erster Aspekt der Erfindung).
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Reinigung von Wasser zur Verfügung gestellt, welches umfasst: Bereitstellen eines keramischen Filters, welcher umfasst: ein Substrat, eine Abtrennschicht und eine Zwischenschicht, die zwischen dem Substrat und der Abtrennschicht gebildet ist, wobei die Zwischenschicht Aggregatteilchen umfasst, die kleiner sind als die Aggregatteilchen für das Substrat und größer als die Aggregateilchen für die Abtrennschicht, wobei die Zwischenschicht durch die Aggregatteilchen gebildet wird, die mit der Glasurmasse zusammengebunden sind, und die Abtrennschicht eine Abtrennschicht aus Titanoxid mit einer mittleren Porengröße von 0,08 bis 1,0 μm und einer Dicke von 5 bis 20 μm ist, und Durchleiten von Rohwasser durch den keramischen Filter (zweiter Aspekt der Erfindung).
In der Erfindung zeigt die Bezeichnung „Abtrennschicht aus Titanoxid" eine Abtrennschicht an, welche 95 Gew.-% oder mehr an TiO₂ enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine der bevorzugten Ausführungsformen des keramischen Filters, in welchem eine Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Abtrennschicht bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht aggregierte Teilchen umfasst, die kleiner sind als die des Substrats und größer als die für die Abtrennschicht.
Die Zwischenschicht umfasst die aggregierten Teilchen, die mit der Glasurmasse zusammengebunden sind. Das Bilden einer solchen Zwischenschicht auf dem porösen Substrat dient als ein Träger, und das Abscheiden der Abtrennschicht auf einer Oberfläche der Zwischenschicht kann einen Filter bereitstellen, der weniger unter einem Membrandefekt leidet und eine bessere Fähigkeit zur Bakterienentfernung aufweist als jene mit der Abtrennschicht, die direkt auf einer Oberfläche des Substrats oder auf einer Oberfläche der Zwischenschicht abgeschieden sind, die ohne jegliches zu den aggregierten Teilchen zugegebenen Sinterhilfsmittel oder mit einem anderen Sintermittel als einer zugegebenen Glasurmasse gebacken wurde.
Wenn die Zwischenschicht zu dick ist, wird ihre Permeabilität verringert. Folglich ist die Dicke bevorzugt gleich oder weniger als 200 μm. Die Zwischenschicht wird durch eine gefilterte Abscheidung eines Schlickers gebildet, der aggregierte Teilchen und der Glasurmasse auf dem Substrat enthält. Der Filter kann ferner eine verbesserte Fähigkeit zur Bakterienentfernung aufweisen, wenn die Glasurmasse eine mittlere Teilchengröße aufweisen in Bezug auf die Volumendefinition gleich oder kleiner als 2/3 der aggregierten Teilchen der Zwischenschicht, und 10 Volumenprozent oder weniger an groben Partikeln mit einer Größe gleich oder größer als 3/2 der mittleren Teilchengröße der aggregierten Teilchen.
Die mittlere Teilchengröße der Glasurmasse ist bevorzugt wie vorstehend beschrieben definiert, weil, wenn die mittlere Teilchengröße der Glasurmasse zu groß wird, die Menge der Glasurmasse, die für die Festigkeitsentwicklung benötigt werden, übermäßig erhöht und Membrandefekte ebenso vermehrt werden. Der Anteil der groben Teilchen in der Glasurmasse ist bevorzugt wie vorstehend beschrieben definiert, weil, wenn eine große Anzahl grober Teilchen enthalten ist, Membrandefekte vermehrt werden.
Der keramische Filter gemäß der Erfindung weist eine Abtrennschicht aus Titanoxid auf, welche eine mittlere Porengröße von 0,08 bis 1 μm, bevorzugt 0,1 bis 0,6 μm und eine Dicke von 5 bis 20 μm, bevorzugt 10 bis 15 μm, aufweist. Verglichen mit einer Abtrennschicht aus Aluminiumoxid oder dergleichen, weist die Abtrennschicht aus Titanoxid gute Verschmutzungseigenschaften auf, so dass es leicht ist, Kontaminationen von der Abtrennschicht zu entfernen. Eine Filtration mit gutem Leistungsverhalten kann für einen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden. Der keramische Filter ist bemerkenswert gegenüber herkömmlichen keramischen Filtern überlegen, insbesondere, wenn er für die Wasserreinigung unter Einbeziehung einer Vorbehandlung von Rohwasser wie Koagulation oder für eine statische Filtration eingesetzt wird.
Wenn die mittlere Porengröße jedoch unter 0,08 μm liegt, oder die Dicke über 20 μm ist, werden die Verschmutzungseigenschaften beeinträchtigt. Oder wenn die mittlere Porengröße über 1 μm liegt oder die Dicke unter 5 μm, wird die Fähigkeit zur Bakterienentfernung beeinträchtigt. Daher sind gemäß der Erfindung die mittlere Porengröße und die Dicke der Abtrennschicht auf die zuvor beschriebenen Bereiche begrenzt, um sowohl gute Verschmutzungseigenschaft als auch hohe Fähigkeit zur Bakterienentfernung zur Verfügung zu stellen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasser, in welchem Rohwasser durch den keramischen Filter gemäß des ersten Aspekts der Erfindung durchgeleitet wird. Die Verwendung des Filters mit sowohl guter Verschmutzungseigenschaft als auch hoher Fähigkeit zur Bakterienentfernung, wie vorstehend beschrieben, kann eine Reinigung von Wasser angemessen für einen langen Zeitraum durchführen.
Bei der Wasserreinigung in Wasserwerken kann das zu behandelnde Rohwasser ohne jede Vorbehandlung oder nach einer Vorbehandlung wie Koagulation gefiltert werden. Wenn das Rohwasser klar ist und wenig Verschmutzung hervorruft, wird es in vielen Fällen ohne eine Vorbehandlung gefiltert. Oder wenn das Rohwasser eine hohe Trübung aufweist, wird Koagulation vor der Filtration durchgeführt.
Die Filtrationsverfahren schließen eine statische Filtration und eine Querstrom-Filtration ein. Bei der Querstrom-Filtration, in welcher die verschmutzende Materie durch den Strom des Rohwassers entfernt wird, tritt eine Verschmutzung relativ schwierig auf. In der statischen Filtration jedoch neigt verschmutzende Materie zum Akkumulieren, so dass eine Verschmutzung leicht auftritt.
Wie vorstehend beschrieben weist die Abtrennschicht aus Titanoxid gute Verschmutzungseigenschaften verglichen mit der Abtrennschicht aus Aluminiumoxid auf. Folglich ist der keramische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere effektiv, wenn er zur Wasserreinigung unter einer Bedingung verwendet wird, bei der Verschmutzung leicht auftritt, zum Beispiel in dem Fall, in dem das Rohwasser eine hohe Trübung aufweist und nach der Koagulation eines Teils oder aller Verunreinigungen in dem Rohwasser durch den keramischen Filter durchgeleitet wird, oder indem das Rohwasser durch den keramischen Filter in einer Art und Weise der statischen Filtration durchgeleitet wird.
Nun wird die Erfindung im größeren Detail unter Bezug auf Beispiele beschrieben. Die Erfindung sollte jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt werden.
[Herstellung des Zwischenkörpers]
(Substrat)
Ein Substrat, das Aluminiumoxid als ein Aggregat enthält und eine mittlere Porengröße von 20 μm und eine Membranfläche von 0,4 m² aufweist, wird verwendet. Das Substrat weist einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Länge von 1.000 mm auf und hat 55 Löcher, die sich longitudinal dadurch erstrecken. Das Substrat wurde in Wasser eingetaucht, um die Poren des Substrats mit Wasser zu füllen. Um die Eindringrate zu steigern, wurde der Druck in den Behälter, der das Substrat enthielt, verringert.
(Schlicker 1 für die Zwischenschicht)
Als Aggregat wurden Aluminiumoxidteilchen verwendet, die durch Mahlen eines Aluminiumoxid-Rohmaterials zu Stücken mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μm mit einer Kugelmühle erhalten wurden. Das gemahlene Aluminiumoxid wurde mit Wasser in einem Verhältnis von Wasser zu Aluminiumoxid von 80:20 gemischt. Darüber hinaus wurde Kaolin mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm dazu als Sinterhilfsmittel mit dem Verhältnis von Aluminiumoxid zu Kaolin von 100:10 zugegeben. Zusätzlich wurde ein Dispergator mit einem Prozentsatz von 1% auf die gesamte Menge an Aluminiumoxid und Kaolin zugegeben. Welangummi wurde als organischer Binder mit einem Prozentsatz von 0,1% zu dem Wasser zugegeben. Auf diesem Wege wurde ein Schlicker 1 für die Zwischenschicht hergestellt.
(Schlicker 2 für die Zwischenschicht)
Als Aggregat wurden Aluminiumoxidteilchen verwendet, die durch Mahlen eines Aluminiumoxid-Rohmaterials zu Stücken mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μm mit einer Kugelmühle erhalten wurden. Daneben wurden als Glasurmasse gemahlene Glasfritten mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm verwendet, was 1/3 der Größe der aggregierten Teilchen ist. Die Glasurmasse enthielt 90 Teilchen mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als die mittlere Teilchengröße der aggregierten Teilchen (3 μm). Das gemahlene Aluminiumoxid wurde mit Wasser mit einem Verhältnis von Wasser zu Aluminiumoxid von 80:20 gemischt. Darüber hinaus wurde die Glasurmasse hierzu mit einem Verhältnis von Aluminiumoxid zu Glasurmasse von 100:14 zugegeben. Zusätzlich wurde ein Dispergator mit einem Prozentsatz von 1% zu der gesamten Menge von Aluminiumoxid und Glasurmasse zugegeben. Welangummi wurde als organischer Binder mit einem Prozentsatz von 0,1 bezüglich auf Wasser zugegeben. Auf diesem Wege wurde ein Schlicker 2 für die Zwischenschicht hergestellt.
Die Teilchengrößenverteilung wurde mit einem SALD-2000, hergestellt von Shimadzu Corporation, gemessen. Eine verwendete Messprobe wurde durch Zugeben von 1 Gew.-% eines Polycarbonylsäure-Dispergators zu dem Pulver und Verdünnen desselben mit Wasser hergestellt, um eine angemessene Intensität der Lichtstreuung zur Verfügung zu stellen. Ein relativer Brechungsindex von Aluminiumoxid unter Bezug auf Wasser war 1,7 + 0,0i, ein relativer Brechungsindex der Glasurmasse unter Bezug auf Wasser war 1,5 + 0,0i, und ein relativer Brechungsindex von Titanoxid mit Bezug auf Wasser war 2,6 + 0,0i. Die Teilchengrößenverteilung wurde in Bezug auf Volumendefinition ausgedrückt.
(Abscheidung der Zwischenschicht)
Die Oberflächen des Substrats an den Innen- und Außenwandseiten wurden getrennt, der Schlicker für die Zwischenschicht wurde auf die Innenwandseite aufgetragen und der Druck an der Außenwandseite auf ein Vakuum unter Verwendung einer Vakuumpumpe verringert, wodurch eine Zwischenschicht filtriert abgeschieden wurde. Die Dicke der abgeschiedenen Membran auf der Innenwandseite wurde beruhend auf der Menge des Filtrats auf der äußeren Wandseite kontrolliert. Die Zwischenschicht wurde auf eine Dicke von 150 μm kontrolliert.
(Brennen der Zwischenschicht)
Der Schlicker für die Zwischenschicht, der auf dem Substrat abgeschieden worden war, wurde in einer Luftatmosphäre in einem elektrischen Ofen gebrannt. Der Schlicker 1 für die Zwischenschicht, welcher keine Glasurmasse enthielt, wurde für 5 Stunden bei 1400°C gebrannt. Der Schlicker 2 für die Zwischenschicht, welcher eine Glasurmasse enthielt, wurde bei 1000°C für 5 Stunden gebrannt. Hiernach wird die Zwischenschicht, die aus dem Schlicker 1 für die Zwischenschicht gebildet wurde, als Zwischenschicht 1 bezeichnet und die Zwischenschicht, die aus dem Schlicker 2 für die Zwischenschicht gebildet wurde, als Zwischenschicht 2.
[Herstellung der Abtrennschicht]
(Schlicker 1 für die Abtrennschicht)
Als Aggregat wurden Aluminiumoxidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 μm verwendet. Die Aluminiumoxidteilchen wurden mit Wasser mit einem Verhältnis von Wasser zu Aluminiumoxid von 97:3 gemischt.
Darüber hinaus wurde ein Dispergator mit einem Prozentsatz von 1% bezogen auf Aluminiumoxid zugegeben. Welangummi und PVA wurden als organische Binder mit den Prozentsätzen von jeweils 0,08% und 0,1% bezogen auf Wasser zugegeben. Auf diesem Wege wurde ein Schlicker 1 für die Abtrennschicht hergestellt.
(Schlicker 2 für die Abtrennschicht)
Als Aggregat wurden Titanoxidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm verwendet. Die Titanoxidteilchen wurden mit Wasser mit dem Verhältnis von Wasser zu Titanoxid von 97:3 gemischt. Darüber hinaus wurde ein Dispergator mit einem Prozentsatz von 1 bezogen auf Titanoxid zugegeben. Welangummi und PVA wurden als organische Binder mit den Prozentsätzen von jeweils 0,08% und 0,1% bezogen auf Wasser zugegeben.
Auf diesem Wege wurde der Schlicker 2 für die Abtrennschicht hergestellt.
(Abscheidung der Abtrennschicht)
Membranen aus dem Schlicker 1 für die Abtrennschicht und dem Schlicker 2 für die Abtrennschicht wurden auf der zuvor beschriebenen Zwischenschicht abgeschieden. Die Oberflächen auf den Innen- und Außenwandseiten, des Substrats mit der darauf gebildeten Zwischenschicht wurden abgetrennt. Die Schlicker auf die Innenwandseite aufgetragen und der Druck an der Außenwandseite auf ein Vakuum unter Verwendung einer Vakuumpumpe verringert, wodurch eine Abtrennschicht filtriert abgeschieden wurde. Die Dicke der abgeschiedenen Membran auf der Innenwandseite wurde beruhend auf der Menge des Filtrats auf der Außenwandseite kontrolliert.
(Brennen der Abtrennschicht)
Der Schlicker für die Abtrennschicht, der auf der Zwischenschicht abgeschieden worden war, wurde in einer Luftatmosphäre in einem elektrischen Ofen gebrannt. Der Schlicker 1 für die Abtrennschicht, welcher die Aluminiumteilchen als Aggregat enthielt, wurde bei 1300°C für 5 Stunden gebrannt. Der Schlicker 2 für die Abtrennschicht, welcher Titanoxidteilchen als Aggregate enthielt, wurde bei 1000°C für 5 Stunden gebrannt. Hiernach wird die Abtrennschicht aus Aluminiumoxid, die aus dem Schicker 1 für die Abtrennschicht gebildet wurde, als Abtrennschicht 1 bezeichnet und die Abtrennschicht aus Titanoxid, welcher aus dem Schlicker 2 für die Abtrennschicht gebildet wurde, als Abtrennschicht 2.
(Versiegeln des Substrats)
Beide Enden des Substrats mit der Zwischenschicht und der Abtrennschicht darauf gebildet, wurden abgeschnitten und die Substrate dann an beiden Enden mit Epoxidharz versiegelt.
[Auswertung der Leistungsfähigkeit des Filters]
(Beispiel 1)
In Bezug auf die Verschmutzungseigenschaften wurden die Abtrennschichten mit verschiedenen Membraneigenschaften miteinander verglichen. In diesem Vergleich wurden die Verschmutzungseigenschaften für den Filter mit der Abtrennschicht 1 aus Aluminiumoxid, welcher auf der Zwischenschicht 1 gebildet worden war, und der Filter mit der Abtrennschicht 2 aus Titanoxid, welcher auf der Zwischenschicht 1 abgeschieden worden war, untersucht (die Abtrennschichten von beiden Filtern weisen eine mittlere Porengröße von 0,12 μm und eine Dicke von 10 μm auf). Die Verschmutzungseigenschaften wurden wie nachstehend beschrieben ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertung werden in Tabelle 1 gezeigt. Für den Filter mit der Abtrennschicht 2 aus Titanoxid wurde ein Druckanstieg pro Tag von etwa 2 kPa/Tag oder weniger nach 14 Tagen der Filtration mit einer Filtrationsflussrate von 2 m³ × m² × Tag^–1 festgestellt. Andererseits zeigte der Filter mit der Abtrennschicht 1 aus Aluminiumoxid etwa den doppelten Druckanstieg.
(Verfahren zur Auswertung der Verschmutzungseigenschaften)
Mit einem Gehäuse mit einer Innenwand und einer abgetrennten Außenwand, in welchem die Substrate mit den jeweiligen Membranen platziert wurden, wurde eine Filtration mit konstanter Flussrate von Flusswasser durchgeführt. Als Vorbehandlung, abhängig von der Trübung, wurden 10 bis 30 ppm Polyaluminiumchlorid zu dem Flusswasser zur Koagulation zugegeben. Die Richtung der Filtration war von der Innenwandseite zu der Außenwandseite, und die Filtration wurde in der Art und Weise der statischen Filtration durchgeführt. Die Filtrationsflussrate war konstant bei 2 m³ × m^–2 × Tag^–1. Wenn die Filtration fortschreitet, werden Kontaminationen an der Innenwandoberfläche akkumuliert und der Druck daran steigt an. Um den Druckanstieg zu verhindern, wurde Hochdruckwasser mit 5 kg/cm² von der Außenwandseite zu der Innenwandseite hin angelegt und rückgespült, um die Membran alle 6 Stunden von den Kontaminationen zu reinigen. Unter der Bedingung wurde der Vorgang für zwei Wochen weitergeführt und eine Druckveränderung während des Vorgangs beobachtet. Der Druck stieg mit der Zeit des Vorgangs an und nahm nach dem Rückspülen ab. Selbst wenn jedoch das Rückspülen stattfand, konnte ein anfänglicher Druck nicht wieder hergestellt werden, und der Druck nahm graduell ab. Für jede der Proben wurde jeden Tag ein Unterschied zwischen den Drücken am Beginn des Vorgangs und am Ende des Vorgangs gemessen, um eine Druckanstiegsrate pro Tag zu bestimmen. Die Druckanstiegsraten der Proben pro Tag wurden miteinander verglichen. Eine Membran mit einer niedrigen Druckanstiegsrate ist weniger empfänglich für Kontamination und weist eine bessere Verschmutzungseigenschaft auf.
Tabelle 1
(Beispiel 2)
Eine Beziehung zwischen der Dicke der Abtrennschicht aus Titanoxid und der Verschmutzungseigenschaft und der desinfizierenden Fähigkeit wurde ausgewertet. Für Filter mit der Abtrennschicht 2 aus Titanoxid, welche auf der Zwischenschicht 2 mit einer unterschiedlichen Dicke gebildet worden waren, wurden die Verschmutzungseigenschaften und die desinfizierende Fähigkeit untersucht. Die Auswertung der Fähigkeit zur Bakterienentfernung (Leistungsfähigkeit der Bakterienentfernung) wurde in Übereinstimmung mit AMST-001, der „Performance Examination of Membrane Module for Water Supply by Associacion of Membrane Separation Technology of Japan" (Leistungsfähigkeitsuntersuchung von Membranmodulen für die Wasserzufuhr durch die japanische Gesellschaft für Membran-Trenntechnologie), und JIS-K3823 durchgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Es wurde bestätigt, dass, was die Verschmutzungseigenschaft anbetrifft, wenn die Dicke der Abtrennschicht aus Titanoxid gleich oder weniger als 15 μm war, während der Vorgang mit einer Druckanstiegsrate gleich oder weniger als 2 kPa/Tag möglich war, wenn die Dicke mehr als 20 μm betrug, die Druckanstiegsrate signifikant erhöht wurde und 3 kPa/Tag überschritt. Was die Fähigkeit zur Bakterienentfernung anbetrifft, wenn die Dicke der Abtrennschicht aus Titanoxid größer als 10 μm war, überstieg die Leistungsfähigkeit der Bakterienentfernung 5. Wenn die Dicke gleich oder 5 μm war, war die Leistungsfähigkeit der Bakterienentfernung, welche ein Referenzwert ist, 4, was ein Grenzwert ist, der durch AMST-001 definiert wird.
Tabelle 2
(Beispiel 3)
Die Abtrennschichten 3 bis 8 wurden in der gleichen Art und Weise wie die Abtrennschicht 2 unter Verwendung von Titanoxidteilchen mit abweichenden Teilchengrößen von der Titanoxidteilchen gebildet, welche für den Schlicker 2 für die Abtrennschicht verwendet wurden. Für die Filter mit den Abtrennschichten 2 bis 8, welche jeweils auf der Zwischenschicht 2 gebildet wurden (die Dicke jeder Abtrennschicht war 10 μm), wurden die Verschmutzungseigenschaft und die Fähigkeit zur Bakterienentfernung untersucht. Die Porengrößen der Abtrennschichten 2 bis 8 wurden durch ein Luftflussverfahren gemessen. Dann war die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 2 0,12 μm, die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 3 0,06 μm, die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 4 0,08 μm, die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 5 0,22 μm, die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 6 0,61 μm, die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 7 0,98 μm und die mittlere Porengröße der Abtrennschicht 8 1,92 μm. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Was die Verschmutzungseigenschaft anbetrifft, zeigten der Filter mit der Abtrennschicht 3, welcher eine mittlere Porengröße kleiner als 0,08 μm aufweist, einen mehr als doppelten Druckanstieg für den Filter mit der Abtrennschicht 2 auf. Daneben zeigte der Filter mit der Abtrennschicht 8, welcher eine mittlere Porengröße von größer als 1 μm aufweist, ein Leistungsverhalten der Bakterienentfernung unter 4.
Tabelle 3
(Beispiel 4)
Für die Filter mit der Abtrennschicht 2 aus Titanoxid mit einer Dicke von 10 μm, die auf der Zwischenschicht 1 gebildet und bei 1400°C gebrannt wurden, und welche Kaolin als Sinterhilfsmittel verwendeten, und die Zwischenschicht 2, welche die mit Glasurmasse zusammengebundenen aggregierten Teilchen enthielten und bei 1000°C gebrannt wurden, wurden jeweils die Verschmutzungseigenschaft und eine maximale Porengröße gemessen und die Fähigkeit zur Bakterienentfernung ausgewertet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt. Verglichen mit dem Filter mit der Abtrennschicht, die auf der Zwischenschicht 1 gebildet worden war, wies der Filter mit der Abtrennschicht, die auf der Zwischenschicht 2 gebildet worden war, eine kleine maximale Porengröße und eine hohe desinfizierende Fähigkeit auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination der Zwischenschicht mit den mit Glasurmasse zusammengebundenen aggregierten Teilchen und der Abtrennschicht aus Titanoxid eine hohe Fähigkeit zur Bakterienentfernung und gute Verschmutzungseigenschaften zur Verfügung stellen.
Tabelle 4
(Beispiel 5)
Zwischenschichten wurden in der gleichen Art und Weise wie bei der Zwischenschicht 2, unter Verwendung von Aluminiumoxidteilchen als Aggregat für die Zwischenschichten, die durch Mahlen eines Aluminiumoxid-Rohmaterials zu Stücken mit einer mittleren Teilchengröße von 3 μm mit einer Kugelmühle erhalten wurden, und als Glasurmasse verschiedene Typen von Glasfritten mit mittleren Teilchengrößen und Verhältnissen von groben Teilchen, wie sie in Tabelle 5 gezeigt werden, gebildet. Dann wurde die Abtrennschicht 2 auf den Zwischenschichten gebildet, um keramische Filter zur Verfügung zu stellen, welche dann in Bezug auf die maximale Porengröße und die Fähigkeit zur Bakterienentfernung ausgewertet wurden.
Die Teilchengrößenverteilung wurde mit einem SALD-2000, hergestellt von Shimadzu Corporation, gemessen. Eine verwendete Messprobe wurde durch Zugeben von 1 Gew.-% eines Polycarbonylsäure-Dispergators zu dem Pulver und Verdünnen desselben mit Wasser hergestellt, um eine angemessene Intensität des gestreuten Lichts zur Verfügung zu stellen. Ein relativer Brechungsindex von Aluminiumoxid in Bezug auf Wasser war 1,7 + 0,0i, ein relativer Brechungsindex der Glasurmasse in Bezug auf Wasser war 1,5 + 0,0i, und ein relativer Brechungsindex von Titanoxid in Bezug auf Wasser war 2,6 + 0,0i. Die Teilchengrößenverteilung wurde in Bezug auf die Volumendefinition ausgedrückt.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt. Wenn eine Glasmasse mit einer mittleren Teilchengröße größer als 2/3 der mittleren Teilchengröße der aggregierten Teilchen der Zwischenschicht verwendet wurde, oder wenn das Volumenverhältnis von groben Teilchen mit einer Teilchengröße gleich oder größer als 1½ (3/2) der mittleren Teilchengröße der aggregierten Teilchen größer als 10% ist, werden eine gesteigerte maximale Porengröße und eine verringerte Leistungsfähigkeit der Bakterienentfernung zur Verfügung gestellt.
Tabelle 5

*Volumenverhältnis von Glasfrittenteilchen mit Teilchengrößen gleich oder größer als 2/3 der mittleren Teilchengröße von aggregierten Teilchen

Wie vorstehend beschrieben, weist der keramische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl gute Verschmutzungseigenschaft als auch hohe Fähigkeit zur Bakterienentfernung auf und kann geeignet für die Wasserreinigung oder dergleichen verwendet werden. Daneben kann gemäß des Verfahrens der Erfindung zur Reinigung von Wasser, da der keramische Filter mit sowohl guter Verschmutzungseigenschaft als auch hoher Fähigkeit zur Bakterienentfernung verwendet wird, Wasserreinigung für einen langen Zeitraum angemessen durchgeführt werden. Der keramische Filter gemäß der Erfindung ist insbesondere effektiv für die Wasserreinigung unter der Bedingung zu verwenden, in der eine Verschmutzung leicht auftritt, zum Beispiel in dem Fall, in dem Rohwasser eine hohe Trübheit aufweist und Koagulation von Teilen oder allen Verunreinigungen in dem Rohwasser als eine Vorbehandlung vor der Filtration durchgeführt oder in dem eine statische Filtration angewendet wird.

Claims

Keramischer Filter, welcher ein Substrat und eine Abtrennschicht aus Titanoxid mit einer mittleren Porengröße von 0,08 bis 1 μm und einer Dicke von 5 bis 20 μm umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Abtrennschicht gebildet ist, wobei die Zwischenschicht aggregierte Teilchen umfasst, die kleiner sind als die aggregierten Teilchen für das Substrat und größer als die aggregierten Teilchen für die Abtrennschicht und wobei die Zwischenschicht durch die aggregierten Teilchen gebildet wird, die mit einer Glasurmasse aneinander gebunden sind.
Der keramische Filter nach Anspruch 1, wobei die Glasurmasse eine mittlere Teilchengröße im Bezug auf die Volumendefinition gleich oder kleiner als zwei Drittel der mittleren Teilchengröße der aggregierten Teilchen der Zwischenschicht aufweist und 10%-Vol. oder weniger Teilchen mit einer Größe gleich oder größer als drei Halbe der mittleren Teilchengröße der aggregierten Teilchen enthält.
Verfahren zur Reinigung von Wasser, welches Bereitstellen eines keramischen Filters nach Anspruch 1 oder 2 und Durchleiten von Rohwasser durch den keramischen Filter umfasst.
Das Verfahren zur Reinigung von Wasser nach Anspruch 3, wobei ein Koagulationsmittel zu dem Rohwasser zugegeben wird, um die Koagulation von Teilen oder von allen Verunreinigungen in den Rohwasser hervorgerufen wird, bevor das Rohwasser durch den keramischen Filter durchgeleitet wird.
Das Verfahren zur Reinigung von Wasser nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Rohwasser in der Art und Weise einer statischen Filtration durch den keramischen Filter durchgeleitet wird.