JP2008161799A - Manufacturing method of ceramic filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下水処理や上水処理、工業用などの技術分野において液体、気体のろ過に用いられるセラミックフィルタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a ceramic filter used for liquid and gas filtration in technical fields such as sewage treatment, clean water treatment, and industrial use.
セラミックフィルタは物理的強度、化学的強度、耐久性等に優れるため、従来から下水処理や上水処理、工業用などの技術分野において広く用いられている。多くの場合、ろ過精度とろ過流量をともに向上させるために、セラミック製の多孔質支持体に形成された流路の内壁面に、セラミック製のろ過膜を形成した構造が採用されており、特に円柱状または角柱状の多孔質支持体に一方の端面から他方の端面まで達する1以上の貫通孔を形成し、これらの貫通孔をろ過される液体の流路とし、各貫通孔の内壁面をろ過面としたチューブ構造あるいはモノリス構造のセラミックフィルタが一般的である。 Ceramic filters are widely used in technical fields such as sewage treatment, water treatment, and industrial use because they are excellent in physical strength, chemical strength, durability, and the like. In many cases, in order to improve both the filtration accuracy and the filtration flow rate, a structure in which a ceramic filtration membrane is formed on the inner wall surface of the flow path formed in the ceramic porous support is adopted. One or more through-holes reaching from one end surface to the other end surface are formed in a cylindrical or prismatic porous support, and these through-holes are used as liquid channels to be filtered. A ceramic filter having a tube structure or a monolith structure as a filtering surface is generally used.
このようなセラミックフィルタを製造するには、特許文献1に示されるように、貫通孔が形成された多孔質支持体を真空チャンバの内部に直立させて行うろ過製膜方法が知られている。この方法は、膜形成物質を含んだ製膜スラリーを多孔質支持体の下側から貫通孔の内部に送液して内部に充満させたうえ、真空チャンバ内部を減圧して製膜スラリーを多孔質支持体の外周面側に吸引し、製膜スラリー中の膜形成物質を各貫通孔の内壁面に堆積させる方法である。所定量の膜形成物質が堆積した後に多孔質支持体中の余剰の製膜スラリーを下側に排泥し、乾燥・焼成を行う。 In order to manufacture such a ceramic filter, as shown in Patent Document 1, a filtration film-forming method is known in which a porous support body in which a through-hole is formed is erected inside a vacuum chamber. In this method, a film-forming slurry containing a film-forming substance is fed into the through hole from the lower side of the porous support to fill the inside, and the vacuum chamber is decompressed to make the film-forming slurry porous. In this method, the film-forming substance in the film-forming slurry is deposited on the inner wall surface of each through-hole. After a predetermined amount of the film-forming substance is deposited, excess film-forming slurry in the porous support is drained downward, and dried and fired.
このようなろ過製膜方法は、多孔質支持体の貫通孔全体に製膜スラリーを充満させ易く、ピンホールのない製膜が可能であり、また多孔質支持体の下側への排泥が容易であるために、セラミックフィルタを製造するためのスタンダードな方法となっている。しかし近年になってろ過能力の増大のためにセラミックフィルタの長さが800mmを越える長尺となってきたため、多孔質支持体の貫通孔に充満された製膜スラリーの上部と下部とのヘッド差が大きくなり、下部のろ過膜の厚みが上部のろ過膜の厚みに比べて10μm以上も厚くなるという問題を生じてきた。なお、長さが500mm未満のセラミックフィルタではヘッド差も小さく、上下の膜厚差も数μmである。 Such a filtration film-forming method makes it easy to fill the entire through-hole of the porous support with the film-forming slurry, enables film formation without any pinholes, and eliminates sludge on the lower side of the porous support. Due to its simplicity, it has become a standard method for manufacturing ceramic filters. However, in recent years, the length of the ceramic filter has become longer than 800 mm due to an increase in filtration capacity, so the head difference between the upper and lower portions of the film-forming slurry filled in the through holes of the porous support is low. As a result, the thickness of the lower filtration membrane becomes 10 μm or more thicker than that of the upper filtration membrane. In the case of a ceramic filter having a length of less than 500 mm, the head difference is small and the film thickness difference between the upper and lower sides is several μm.
このような多孔質支持体の上部と下部とでろ過膜の厚さが異なるセラミックフィルタでは、実使用時に膜厚の薄い部分のろ過量が多く、厚い部分のろ過量が少なくなり、ろ過の不均一が生じる。また逆洗を行う場合にも、膜厚の薄い部分は圧損が低いために逆洗水が集中し、逆洗が均一に行われないという問題を招く。 In such a ceramic filter in which the thickness of the filtration membrane is different between the upper and lower parts of the porous support, the amount of filtration at the thin portion is large during actual use, the amount of filtration at the thick portion is small, and filtration is not effective. Uniformity occurs. Also, when backwashing is performed, the pressure loss is low in the thin portion, so that the backwash water is concentrated and the backwashing is not performed uniformly.
更に、膜厚の薄い部分はろ過流量が多い半面、ろ過精度が低下する恐れがあり、この問題を回避するために全体の膜厚を厚めに設定すると透水量が減少したり、流路の孔径が小さくなって逆洗時にケーキの排出が行いにくくなるなどの問題が発生する。 In addition, the thin part has a large filtration flow rate, but the filtration accuracy may be reduced. To avoid this problem, setting the overall film thickness to a large value will reduce the amount of water permeation or the pore diameter of the channel. This causes problems such as decreasing the size of the cake and making it difficult to discharge the cake during backwashing.
そこで、最初の製膜を行った後に多孔質支持体の上下を反転させ、再度製膜を行うことによって上下の膜厚差を減少させる方法も検討されたが、従来の何倍もの工数を必要とすることとなるため、量産品の製造には不適当であった。
本発明は上記した従来の問題点を解決し、セラミックフィルタが800mm以上の長尺品である場合にも、ろ過製膜方法によってセラミックフィルタの全長にわたり均一な膜厚のろ過膜を形成することができるセラミックフィルタの製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and even when the ceramic filter is a long product having a length of 800 mm or more, it is possible to form a filtration membrane having a uniform film thickness over the entire length of the ceramic filter by the filtration film-forming method. An object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic filter.
上記の課題を解決するためになされた本発明は、円柱状または角柱状であって対向する一方の端面から他方の端面まで達する1以上の貫通孔を備えた多孔質支持体と、各貫通孔の内壁面に形成されたろ過膜とを備えたセラミックフィルタを製造する方法であって、長尺の多孔質支持体を真空チャンバの内部に横置きし、製膜スラリーを一方の端面から他方の端面に向かって各貫通孔の内部に送液しながら、多孔質支持体の外周面を真空吸引して製膜スラリー中の膜形成物質を各貫通孔の内壁面に堆積させて製膜を行い、その後に余剰の製膜スラリーを排泥したうえ、全体を乾燥・焼成することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a porous support having one or more through-holes that are cylindrical or prismatic and extend from one end face to the other end face, and each through-hole. A ceramic filter having a filtration membrane formed on the inner wall surface of the substrate, wherein a long porous support is horizontally placed inside a vacuum chamber, and a membrane-forming slurry is passed from one end surface to the other. While feeding liquid to the inside of each through-hole toward the end surface, the outer peripheral surface of the porous support is vacuum-sucked to deposit a film-forming substance in the film-forming slurry on the inner wall surface of each through-hole to form a film. Then, after surplus film-forming slurry is discharged, the whole is dried and fired.
なお、本発明のセラミックフィルタの製造方法においては、真空チャンバの内部で、多孔質支持体をその貫通孔に平行な軸線の回りに回転させながら製膜を行うことができる。また、真空チャンバの内部に横置きされる多孔質支持体の水平面に対する角度を、−30°〜+30°の範囲内とすることが好ましい。また、余剰の製膜スラリーを排泥する際に、一方の端面から多孔質支持体の内部をエアブローすることができ、余剰の製膜スラリーを排泥する際にのみ、多孔質支持体を傾斜させることができる。上記の多孔質支持体は、貫通孔が1つのチューブ構造であっても、複数の貫通孔を備えたモノリス構造であってもよい。 In the method for producing a ceramic filter of the present invention, film formation can be performed while rotating the porous support around an axis parallel to the through-hole inside the vacuum chamber. Moreover, it is preferable that the angle with respect to the horizontal surface of the porous support body placed horizontally inside the vacuum chamber is within a range of −30 ° to + 30 °. In addition, when the excess film-forming slurry is discharged, the inside of the porous support can be blown from one end face, and the porous support is inclined only when the excess film-forming slurry is discharged. Can be made. The porous support may have a tube structure with one through hole or a monolith structure with a plurality of through holes.
本発明のセラミックフィルタの製造方法によれば、長尺の多孔質支持体を真空チャンバの内部に横置きし、製膜スラリーを一方の端面から他方の端面に向かって各貫通孔の内部に送液しながら、多孔質支持体の外周面を真空吸引して製膜スラリー中の膜形成物質を各貫通孔の内壁面に堆積させて製膜を行うので、多孔質支持体の軸線方向にはヘッド差は発生せず、長さが800mm以上である長尺の多孔質支持体に対しても、1回の製膜によって均等な膜厚のろ過膜を形成することが可能となる。 According to the method for producing a ceramic filter of the present invention, a long porous support is horizontally placed inside a vacuum chamber, and a film-forming slurry is sent from one end face to the other end face into each through hole. While the liquid is being drawn, the outer peripheral surface of the porous support is vacuum-sucked to deposit the film-forming substance in the film-forming slurry on the inner wall surface of each through-hole. A head difference does not occur, and even a long porous support having a length of 800 mm or more can form a filtration membrane having a uniform film thickness by a single film formation.
なお、本発明のセラミックフィルタの製造方法によれば、多孔質支持体を真空チャンバの内部に横置きして製膜を行うので、貫通孔に平行な軸線方向にはヘッド差は発生しないが、ミクロ的には半径方向に微小なヘッド差が発生する。そこで請求項2の発明のように真空チャンバの内部で、多孔質支持体をその貫通孔に平行な軸線の回りに回転させながら製膜を行えば、半径方向の膜厚差も解消することができる。ただし回転速度を高めると遠心力が発生し、外周側の膜厚が厚くなる傾向を生ずるので、10rpm以下の低速回転とすることが好ましい。
According to the method for producing a ceramic filter of the present invention, since the porous support is horizontally placed inside the vacuum chamber to form a film, no head difference occurs in the axial direction parallel to the through hole. Microscopically, a slight head difference occurs in the radial direction. Therefore, if the film is formed while rotating the porous support around the axis parallel to the through-hole in the vacuum chamber as in the invention of
本発明のセラミックフィルタの製造方法は、多孔質支持体を真空チャンバの内部に横置きして製膜を行う方法であり、ろ過膜も膜厚差をなくすためには、多孔質支持体の貫通孔に平行な軸線を水平とすることが好ましい。しかし完全に水平な状態では余剰の製膜スラリーを貫通孔の内部から排泥する作業が従来の縦置き法に比較して行いにくくなるので、請求項3に記載のように、製膜時に多孔質支持体を水平面に対して±30°の範囲内で傾斜させることができる。この程度の傾斜であれば膜厚差は数μm程度であり、大きな問題とはならず、しかも排泥が容易となる。 The method for producing a ceramic filter of the present invention is a method in which a porous support is horizontally placed inside a vacuum chamber to form a film. In order to eliminate the difference in film thickness of the filtration membrane, the porous support is penetrated. The axis parallel to the hole is preferably horizontal. However, in a completely horizontal state, the operation of draining excess film-forming slurry from the inside of the through-hole becomes difficult to perform as compared with the conventional vertical placement method. The quality support can be tilted within a range of ± 30 ° with respect to the horizontal plane. With this degree of inclination, the difference in film thickness is about a few μm, which is not a big problem, and it is easy to drain mud.
このように本発明のセラミックフィルタの製造方法は、多孔質支持体を真空チャンバの内部に横置きして製膜を行う方法であるから、縦置きした場合に比較して速やかな排泥を行いにくい。そこで請求項4のように、排泥時には一方の端面から多孔質支持体の内部をエアブローする方法を採用することができる。エアブローを行えばごく短時間で排泥が完了し、生産性を向上させることが可能となる。また請求項5のように、製膜は水平支持状態で行い、余剰の製膜スラリーを排泥する際にのみ多孔質支持体を傾斜させるようにすれば、膜厚差を生ずることなく排泥を促進することができる。
As described above, the method for producing a ceramic filter of the present invention is a method in which a porous support is horizontally placed inside a vacuum chamber to form a film. Hateful. Therefore, a method of air-blowing the inside of the porous support from one end face at the time of drainage can be adopted as in claim 4. If air blow is performed, mud discharge is completed in a very short time, and productivity can be improved. Further, as in
以下に本発明の実施形態を説明する。本発明の方法によって製造されるセラミックフィルタの一例を図1に示す。この図1のセラミックフィルタは、一方の端面1から他方の端面2まで達する多数の貫通孔3を備えた円柱形状である。その直径は例えば100mm,長さは1000mmである。多孔質支持体4に形成された各貫通孔3の内壁面にろ過膜を形成し、各貫通孔3を原水の流路として膜ろ過を行い、ろ過水をセラミックフィルタの外周面5から取り出す使用法が普通である。
Embodiments of the present invention will be described below. An example of a ceramic filter manufactured by the method of the present invention is shown in FIG. The ceramic filter of FIG. 1 has a cylindrical shape having a large number of through
図2に、本発明に用いる装置の概要を示す。図2において、10は横長の真空チャンバであり、その左右両端に多孔質支持体4の両端部を外周から保持する筒状ホルダ11、12が設けられている。多孔質支持体4は真空チャンバ10の内部で横置きされ、両端部をOリング21等によってシールされた状態で筒状ホルダ11、12に保持される。図2では多孔質支持体4はその軸線を水平として筒状ホルダ11、12間に保持されているが、前述したように水平面に対して±30°の範囲内で傾斜させることができる。傾斜させる場合には、この実施形態では右側の筒状ホルダ11を下側として傾斜させる。
FIG. 2 shows an outline of the apparatus used in the present invention. In FIG. 2, 10 is a horizontally long vacuum chamber, and
この実施形態では筒状ホルダ11、12は固定ヘッダ13、14に対して回転可能であり、モータ15によって筒状ホルダ11を回転させると、多孔質支持体4の他端を保持する筒状ホルダ12も追従して回転できるようになっている。真空チャンバ10の上部にはバルブV4を介して真空ポンプ16が接続されており、真空チャンバ10の内部を減圧することができる。
In this embodiment, the
17は製膜スラリータンクであり、製膜スラリーが収納されている。製膜スラリーとしては、膜形成物質となるセラミック粒子を水等の分散媒体中に分散し、必要に応じて焼結助剤、有機バインダ、pH調整剤、界面活性剤等を添加したスラリーが用いられる。セラミック粒子の粒径はフィルタの使用用途により選択され、例えば1〜5μm程度である。また多孔質支持体4を構成するセラミック粒子のサイズも選択された膜形成物質となるセラミック粒子に応じて選択され、例えば10〜50μmである。これらのセラミック粒子の材質は特に限定されるものではなく、例えばアルミナ、ムライト、コージエライト、炭化珪素などを使用することができる。
A film forming
18は送液ポンプであって、製膜スラリータンク17内の製膜スラリーをバルブV1を通じて筒状ホルダ11に送り、多孔質支持体4の一方の端面1から各貫通孔3の内部に送液することができる。多孔質支持体4の他方の端面2から流出した製膜スラリーは筒状ホルダ12、バルブV7、返送配管19を経由して製膜スラリータンク17に戻る。
なお、20は真空チャンバ10の下部に設置されたろ過排水タンクであり、その上部空間は破線で示すようにバルブV4を介して真空ポンプ16に接続されている。バルブV4に隣接配置されたバルブV5は真空チャンバ10の内部を外気と連通させるためのバルブである。また、固定ヘッダ14に設けられたバルブV6は排泥時にエアブローを行うためのバルブである。
In addition, 20 is a filtration drainage tank installed in the lower part of the
以下に、本発明のセラミックフィルタの製造方法を説明する。
先ず、多数の貫通孔3を備えた多孔質支持体4を、図2に示すように真空チャンバ10の内部に横置き状態でセットし、バルブV4を閉じたまま真空ポンプ16をオンとする。そしてモータ15によって筒状ホルダ11を回転させ、多孔質支持体4を軸線の回りに回転させる。
Below, the manufacturing method of the ceramic filter of this invention is demonstrated.
First, as shown in FIG. 2, the porous support 4 provided with a large number of through-
また、バルブV1とバルブV7を開くとともに送液ポンプ18を作動させ、製膜スラリータンク17内の製膜スラリーを多孔質支持体4の一方の端面から他方の端面に向かって各貫通孔3の内部に送液する。このときバルブV2は閉じておく。多孔質支持体4の内部を通過した製膜スラリーは返送配管19を経由して製膜スラリータンク17に戻るので、製膜スラリーは多孔質支持体4の内部と製膜スラリータンク17との間を循環することとなる。
Further, the valve V1 and the valve V7 are opened and the
製膜スラリーが多孔質支持体4の各貫通孔3の内部に充満したら、バルブV4を開いて真空チャンバ10の内部を減圧する。製膜スラリーは各貫通孔3の内部から多孔質支持体4の外周面5に向かって吸引され、製膜スラリー中の固形分である膜形成物質は各貫通孔3の内壁面に堆積する。一方、製膜スラリー中の液体分である水分等は多孔質支持体4の外周面5から排出され、バルブV3を経由してろ過排水タンク20に集められる。このようにして所定時間、例えば2〜3分の製膜を行い、ろ過排水が規定量に達したときに送液ポンプ18を停止し、バルブV1を閉じる。
When the film-forming slurry fills the inside of each through-
その後、バルブV2を開いて放置すると各貫通孔3の内部から余剰の製膜スラリーがろ過排水タンク20内に排泥される。しかし多孔質支持体4が水平に設置され、そのままでは排泥が進行しない場合には、バルブV7を閉じ、バルブV6を開いて一方の端面から多孔質支持体4の内部にエアブローBを吹込み、強制排泥する。その後にバルブV7を開き、バルブV6を閉じる。なお、製膜作業中は多孔質支持体4を水平に設置し、排泥作業時に真空チャンバ10ごと全体を必要角度起こして、排泥を促進するようにしてもよい。
Thereafter, when the valve V2 is opened and left, surplus film-forming slurry is discharged from the inside of each through-
このように本発明では多孔質支持体4を横置きして製膜を行うので、軸線方向の部位によってヘッド差が発生せず、全長にわたりほぼ均等な膜厚のろ過膜が形成される。またこの実施形態のように、多孔質支持体4を遠心力を発生させない速度でゆるやかに回転させながら製膜作業を行うことにより、多孔質支持体4の半径方向の膜厚差も無くすることができる。余剰の製膜スラリーの排泥を終了後、バルブV4を閉じ、バルブV5を開いて真空チャンバ10の内部を大気圧に戻したうえ、多孔質支持体4を外部に取り出し、定法により乾燥・焼成してセラミックフィルタを得る。
As described above, in the present invention, the porous support 4 is horizontally placed to form a film, so that a head difference does not occur depending on the position in the axial direction, and a substantially uniform film thickness is formed over the entire length. Further, as in this embodiment, the film forming operation is performed while gently rotating the porous support 4 at a speed that does not generate centrifugal force, thereby eliminating the difference in film thickness in the radial direction of the porous support 4. Can do. After draining the excess film-forming slurry, the valve V4 is closed and the valve V5 is opened to return the interior of the
本発明方法により製造されたセラミックフィルタは、長さが800mm以上である長尺品である場合にも全長にわたり均等な膜厚のろ過膜が形成されたものとなり、実験によれば長さが1000mmである場合にも、最大膜厚差は3μm以下となる。従って、従来法により製造されたセラミックフィルタのような、ろ過膜の膜厚差に起因するろ過の不均一や逆洗不良を防止することができる。 The ceramic filter manufactured by the method of the present invention has a filter membrane having a uniform film thickness over the entire length even when the ceramic filter is a long product having a length of 800 mm or more. In this case, the maximum film thickness difference is 3 μm or less. Accordingly, it is possible to prevent uneven filtration and poor backwashing caused by a difference in the thickness of the filtration membrane, such as a ceramic filter manufactured by a conventional method.
1 一方の端面
2 他方の端面
3 貫通孔
4 多孔質支持体
5 外周面
10 真空チャンバ
11 筒状ホルダ
12 筒状ホルダ
13 固定ヘッダ
14 固定ヘッダ
15 モータ
16 真空ポンプ
17 製膜スラリータンク
18 送液ポンプ
19 返送配管
20 ろ過排水タンク
21 Oリング
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