JP2000317273A - 膜分離方法 - Google Patents
膜分離方法Info
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Abstract
膜分離処理するに当り、効果的な逆洗を行って、膜の透
過流束を高く維持する。 【解決手段】 菌体又は蛋白質等を含む生物系の被処理
液の膜分離方法において、被処理液を膜分離装置3に送
液して透過液を取り出す第1の工程と、第1の工程終了
後に膜分離装置3内の被処理液を排出する第2の工程
と、第2の工程後、膜分離装置3の透過液側から温水を
供給して逆洗する第3の工程とを繰り返し行う。
Description
液からの菌体の分離及び目的有価物の回収、或いは、蛋
白質溶液の脱塩濃縮に好適な膜分離方法に係り、特に、
このような膜分離処理において膜の透過流束を高く維持
して膜の薬品洗浄頻度を低減する膜分離方法に関する。
物、例えば、リパーゼ、セルラーゼ、キシラーゼ等の酵
素や生理活性ペプチド、蛋白質などを製品化する場合、
生産菌と発酵生産物とを分離して有価物を回収する必要
がある。従来、発酵液からの目的有価物の回収及び菌体
分離のための一般的な方法として、珪藻土濾過法があ
る。珪藻土濾過法では、多量の珪藻土を濾過助剤又はプ
リコート剤として使用するため、珪藻土の混入した菌体
が分離される。この珪藻土の混入した菌体は焼却処理す
ることができず、投棄処分するため、処分場の問題があ
る。
して、MF(精密濾過)膜又はUF(限外濾過)膜を用
いた膜分離法が検討され、上記発酵液の処理や蛋白質溶
液の脱塩濃縮処理への適用が試みられている。
離と目的有価物の回収は、発酵液の濾過、濃縮(有価物
の透過と菌体の濃縮)とダイアフィルトレーション(加
水処理による、濃縮液側に残った有価物の透過液側への
回収)とによって行われる。即ち、まず、発酵液を膜分
離処理して有価物を透過液側に回収すると共に菌体を濃
縮し(以下、これを「濃縮工程」と称す場合がある。)、
菌体の濃縮がある程度進んだ後に、濃縮液側に水を徐々
に添加(加水処理)しながら膜分離を続けるダイアフィ
ルトレーションと称される操作を行うことで濃縮液側に
残留する有価物の透過液側への回収を促進する(以下、
これを「加工工程」と称す場合がある。)。
な生物系の被処理液を膜分離処理する場合、被処理液中
に含まれる菌体、蛋白質、脂質等により、膜の汚染が著
しく、膜の透過流束が早期に低下するという問題があ
る。特に、前述の如く、濃縮工程と加水工程を行う場
合、濃縮工程において高度に濃縮された液を処理するこ
とから、膜の汚染が激しいものとなる。
の膜の汚染対策として、膜の透過液側(二次側)から原
水ないし濃縮液側(一次側)へ洗浄水を逆流させる逆洗
による膜表面の汚染物の除去、或いは膜の薬品洗浄など
が採用されている。また、膜面積を大きくすることで、
膜汚染を相対的に低減することもできる。しかし、薬品
洗浄は、膜分離装置の稼動効率を著しく低下させる上
に、膜の劣化による膜寿命の短縮、薬品洗浄排液の処理
等の問題がある。また、膜面積を大きくすることは、膜
分離設備が大型化し、コスト的に不利である。従って、
膜の薬品洗浄頻度は可能な限り低減し、また、最小の膜
面積で、逆洗により効果的に膜の透過流束の低下を防止
することが望ましい。
用水としては、多くの場合透過液が用いられている。
質溶液の膜分離処理では、透過液中に回収目的とする酵
素や蛋白質などが含まれているため、これを逆洗用水と
して用いると、目的物の回収率が低減することとなる上
に、これらが逆洗工程で膜面に付着して二次汚染を引き
起こす可能性があった。
を用いるのが好ましく、温水逆洗を行うことにより、逆
洗による膜汚染物質の剥離効果を向上させることができ
るが、発酵液や蛋白質溶液の膜分離処理で得られる透過
液を加熱すると、透過液中に含まれる蛋白質等の有価物
が変性してしまうため、透過液を加熱することはできな
い。また、温水を膜分離装置の一次側に逆流させること
で、有価物を含む一次側の液中の有価物が変性する恐れ
もある。
液や蛋白質溶液等の生物系の被処理液を膜分離処理する
に当り、効果的な逆洗を行って、膜の透過流束を高く維
持することができる膜分離方法を提供することを目的と
する。
菌体又は蛋白質等を含む生物系の被処理液の膜分離方法
において、該被処理液を膜分離装置に送液して透過液を
取り出す第1の工程と、該第1の工程終了後に該膜分離
装置内の被処理液を排出する第2の工程と、該第2の工
程後、膜分離装置の透過液側から温水を供給して逆洗す
る第3の工程とを有し、該第1の工程、第2の工程及び
第3の工程を繰り返し行うことを特徴とする。
液を排出した後、温水を逆流させる逆洗を周期的に行う
ため、膜汚染物を効果的に剥離除去して、膜の透過流束
を高く維持することができる。
施の形態を詳細に説明する。
示す系統図である。
有価物の回収を行うものであり、まず、被処理液貯槽1
内の被処理液の所定量をポンプP1により調整槽2に送
給した後、バルブV1開、バルブV2,V3閉でポンプP2
を作動させて調整槽2内の被処理液をクロスフローで膜
分離装置3に供給し、目的有価物を含む透過液を透過液
受槽4に回収する。膜分離装置3から流出する濃縮液は
調整槽2に戻して循環処理する。これに伴い、濃縮液側
に菌体が濃縮されていく。所定の倍率まで濃縮が進んだ
後、ポンプP3を作動させて希釈水を導入して濃縮液側
に残存する有価物を更に回収するためのダイアフィルト
レーションを行う。この場合、ダイアフィルトレーショ
ンに必要な加水量や加水形態は、濃縮液中の目的有価物
の濃度、膜による目的有価物の阻止率、及び目標とする
目的有価物回収率等に応じて適宜選択される。なお、加
水形態は連続加水であっても間欠加水であっても良い
が、濃縮液量を一定に保ちながら透過液量に見合った水
量を徐々に加えていく方法が一般的に用いられる。
で透過液側に回収した後は、上記膜分離処理工程を終了
し、ポンプP2,P3を停止してバルブV3を開き、膜分
離装置3の一次側や濃縮液配管及び調整槽2内の濃縮液
を系外へ排出する。
ブV2開としてポンプP4を作動させ、温水を膜分離装置
3の二次側から一次側に逆流させて逆洗を行う。
はなく、膜素材の耐熱性や汚れの性状等に応じて適宜設
定されるが、通常の場合、40〜80℃程度の温水が用
いられる。
制限はなく、汚れの程度に応じて適宜決定されるが、一
般的には膜面積1m2に対して10〜100L程度の温
水を膜面積1m2当り1〜20L/minの送液量で
0.5〜100分程度送液して逆洗するのが好ましい。
槽1から調整槽2に所定量の被処理液を送液し、前記膜
分離工程、排出工程及び逆洗工程を繰り返し行う。
ため、膜の汚染物を効果的に洗浄除去することができる
が、生物系の被処理液の膜分離処理では膜汚染が特に著
しいことから、逆洗は、膜の透過流束が低下する前に行
うようにするのが好ましい。この逆洗間隔は、被処理液
の性状や膜分離処理条件、膜面積や膜の型式等によって
も異なるが、膜面積1m2当り50〜1000Lの被処
理液を膜分離処理する毎に逆洗を実施するのが好適であ
る。
UF膜が用いられる。この膜素材には特に制限はなく、
ポリオレフィン膜、ポリスルホン膜、テフロン膜、セラ
ミック膜などが用いられる。膜型式にも特に制限はない
が、一般的には中空糸、チューブラー、スパイラル、プ
レート&フレーム型膜モジュールなどが用いられる。M
F又はUF膜の選択及び膜素材や膜型式の選択は、使用
目的、即ち、目的有価物を透過液側に回収するか、或い
は濃縮液中に濃縮するかといった使用目的や、目的有価
物の分子量、その他発酵液等の被処理液の性状などを加
味して行われる。
ンによる発酵液からの菌体の分離及び目的有価物の回収
を行う場合を例示したが、本発明の膜分離方法は何らこ
の方法に限定されず、一般的に行われる発酵液からの菌
体の分離及び、蛋白質やリパーゼ、セルラーゼ、キシラ
ーゼなどの酵素、生理活性ペプチド等の目的有価物の回
収や蛋白質溶液の脱塩濃縮処理等の生物系の被処理液の
膜分離処理に極めて有用である。
り具体的に説明する。
度:1重量%,目的有価物:分子量約1万8000の酵
素)の菌体分離を行った。
(孔径0.1μm,外径5cm,長さ1m,膜面積1m
2)を用い、処理温度20℃、モジュール入口圧2.0
kg/cm2,モジュール出口圧1.5kg/cm2の条
件でクロスフロー濾過を行った。
50Lを膜分離装置に送液し、濃縮液を循環処理する菌
体の分離濃縮と、目的有価物の透過液側への回収を行
い、その後、循環液がある程度濃縮された段階で加水処
理によるダイアフィルトレーションを行い、所定の回収
率が達成されるまで処理を継続した。この発酵液50L
の処理で濃縮工程において透過液30Lを回収し、加水
工程で透過液40Lを回収した。
から濃縮液をブローアウトした。排出された濃縮液(菌
体含有廃液)量は20Lであった。
トの透過液側から60℃の市水50Lを10L/分で逆
流させることにより膜の逆洗を行った。
50Lの膜分離工程、排出工程及び洗浄工程を繰り返し
行い、10回の膜分離工程を実施することにより、発酵
液500Lを処理した。
透過流束(濃縮工程の透過流束と加水工程の透過流束と
の平均値)の変化を図2に示した。
こと以外は同様にして処理を行い、同様に透過流束の変
化を調べ、結果を図2に示した。
度に処理したこと以外は同様に処理を行った。即ち、7
00L容量の調整槽を用い、濃縮工程で透過液300L
を回収し、その後加水工程で透過液400Lを回収し、
濃縮液(菌体含有廃液)200Lを排出した。
る毎に透過流束を調べ、結果を図2に示した。
り、膜の透過流束を高く維持できることがわかる。
によれば、発酵液や蛋白質溶液等の生物系の被処理液を
膜分離処理するに当り、効果的な逆洗を行って、膜の透
過流束を高く維持することができる。このため、膜面積
の小さい小型の膜分離設備で処理することができ、ま
た、膜の薬品洗浄頻度を抑えて装置の稼動効率を高める
と共に、膜の劣化を防止して膜寿命の延長を図ることが
できる。
である。
経時変化を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 菌体又は蛋白質等を含む生物系の被処理
液の膜分離方法において、 該被処理液を膜分離装置に送液して透過液を取り出す第
1の工程と、 該第1の工程終了後に該膜分離装置内の被処理液を排出
する第2の工程と、 該第2の工程後、膜分離装置の透過液側から温水を供給
して逆洗する第3の工程とを有し、 該第1の工程、第2の工程及び第3の工程を繰り返し行
うことを特徴とする膜分離方法。
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JP12729599A JP3577992B2 (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 膜分離方法 |
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- 1999-05-07 JP JP12729599A patent/JP3577992B2/ja not_active Expired - Fee Related
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