JPH03131312A - セラミックフィルタの運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、食品工業、医薬品工業、原子カニ業などの分
野で液体中の懸濁固形物を除去または濃縮するために広
く用いられるセラミックフィルタの運転方法に関する。

（従来の技術） アルミナ、シリカなどの無機化合物で構成されているセ
ラミックフィルタは、強度、耐熱性、耐蝕性に優れてい
るため、食品工業、医薬品工業。

原子カニ業などの分野で広く用いられている。

セラミックフィルタには各種形状の物があり、運転方法
も様々であるが、−様に濾過時間の経過と共にフィルタ
表面に処理対象の固形物が捕捉。

沈着されて、次第に濾過性能が低下し、またフィルタを
透過する際の抵抗が増えて、濾過差圧が上昇して処理流
量が低下するので、所定の処理容量が得られなくなる。

そこで、フィルタを洗浄して処理性能の回復を図る必要
が生じる。

フィルタの洗浄には、従来、透過液または清水または気
体により洗浄または逆洗（濾過処理方法とは逆の方向に
流す）している。

従来のセラミックフィルタを用いた運転方法の一例を第
５図の系統図により説明する。

被処理液タンク３内の懸濁固形物を含む被処理液体は、
ポンプ４により給液配管比１３．弁６を経てセラミック
フィルタ収納容器２に導かれ、セラミックフィルタ１の
管内側の流路を流れ、弁７゜循環配管１４を経て再び被
処理液タンク３に戻り、再び同じ経路で循環する。セラ
ミックフィルタ１では、被処理液体の一部が管内側の流
路での流れと垂直方向にフィルタを透過するいわゆるク
ロスフロー濾過が行われ、ろ過液は濾液吐出配管１５に
吐出される。

このように被処理液が循環すると、被処理液体中の懸濁
固形物は次第に濃縮される。濃縮液は弁９を開けること
により配管Ｉ６を通って系外に排出される。濃縮液が排
出されると、被処理液タンク３には配管＋７．弁ＩＯを
経て新しい被処理液が供給される。

前記したクロスフロー濾過では、濾過によりフィルタを
透過する濾過液の流れの方向と被処理液体の流れの方向
が直角であるため、せん断力によりフィルタ表面への固
形物の沈着が抑制されるという利点があり、その結果逆
洗インターバルが長いという特徴がある。

このクロスフロ一方式に対して、弁７を閉じて、濾過器
に供給された被処理液が全てフィルタを透過して濾過さ
れるいわゆるワンススル一方式の濾過処理がある。この
方式によれば装置がコンパクトになるという利点がある
。

ところで、セラミックフィルタに限らず、逆洗再生式の
フィルタを運転する場合、濾過処理から逆洗に切り換え
る時期は定流量濾過処理では濾過差圧により、また定圧
濾過処理では濾過速度により規定されることが多い。以
下に定流量濾過処理を例にとり説明する。

濾過差圧は、一般にフィルタの耐圧性および濾過器を設
置した系統の許容圧力などの条件を勘案して決められて
いる。

この濾過差圧の大きさは、理論上は次式で表わすことが
できる。

ここで、 ｔ　　：時間［８］ △Ｐ　：濾過差圧［Ｋｇ／ｃｍ２］ △Ｐｏ：ｔ＝Ｏにおける濾過差圧 （初期濾過差圧）　　［Ｋｇ／ｃｍ２］：濾過ケーキの
比抵抗［ｍ／ｋｇ］ 二人ロ濃度［ｋｇ／ｍ３］ ：濾液粘度［ｋｇ／ｍ−８］ ：膜面での線速度［ｍ／ｓ］ ：単位換算係数 ９．８　［ｋｇ−ｍ／ｓ２・Ｋｇ］ である。

（Ｉ）式より、濾過差圧は濾過ケーキの比抵抗（α、）
と膜表面で捕捉した懸濁固形分の一：ｆｆｔ（Ｃｘｑｘ
ｔ）および膜面での線速度（ｑ）で決まる。

したがって、逆洗処理に切換える時期を濾過差圧によっ
て規定する方法は、通常の濾過処理においでは、合理的
と考えられる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、非常に濾過しやすい液、すなわち濾過ケ
ーキの比抵抗（α□）が非常に小さい液を濾過処理する
場合には、濾過差圧が上昇しないにもかかわらず、多量
の懸濁固形分が捕捉され、逆洗処理に切換えた時にはこ
の捕捉された懸濁固形分てセラミックフィルタの被処理
液側流路またはフィルタ収納容器内が充満し、濃縮液の
排出が困難になって逆洗による再生ができないというこ
とが生じる恐れがある。このため、このような液の濾過
処理に際しては、上述したような事態を防ぐため、逆洗
処理の時期を濾過差圧以外に、例えば濾過量あるいは濾
過運転時間で規定することも行われているが、その値の
根拠は必ずしも明確なものではなかった。

一方、非常に濾過しにくい液、すなわち濾過ケーキの比
抵抗が非常に大きい液を濾過した場合には、膜表面で捕
捉された懸濁固形分がごくわずかであるにもかかわらず
、濾過差圧が上昇して逆洗処理の規定値に達してしまい
、このため濾過処理より逆洗処理に切換える時期を濾過
差圧によって規定していると、切換えの頻度が非常に大
きくなり、濾過処理がはかどらないという問題がある。

さらに、膜表面で捕捉された懸濁固形分が濾過ケーキを
形成していない場合には、逆洗処理時には膜表面の微小
孔付近の懸濁固形分だけが除去され、それ以外の懸濁固
形分は残ってしまうため、十分な逆洗効果が得られない
という問題もある。

本発明は上記情況に鑑みてなされたもので、その目的は
、逆洗再生式のセラミックフィルタを効率よく長期的に
安定に運転し続け、かつ効率よく濾過処理および逆洗処
理を行うことのできるセラミックフィルタの運転方法を
提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）本発明のセラ
ミックフィルタの運転方法は、被処理液を濾過処理し、
濾過差圧が上昇または濾過速度が低下したときに逆洗を
行って濾過性能を回復させ、再び濾過処理することを繰
り返すセラミックフィルタの運転方法において、被処理
液中に含まれる微粒子の性状に応じて濾過速度を変える
点に特徴を有するものであり、すなわち、フィルタで捕
捉した固形分単位質量当りの濾過差圧の上昇率または濾
過速度の低下率が大きいいわゆる難濾過性の場合には濾
過速度を小さくし、逆にフィルタで捕捉した固形分単位
質量当りの濾過の上昇率または濾過速度の低下率が小さ
いいわゆる温源過性の場合には濾過速度を大きくするこ
とを特徴とするものである。

また、上記した本発明の運転方法をさらに具体的に説明
すると、例えば濾過処理工程におけるフィルタに捕捉さ
れた固形分の量が５〜ｌ００ｇ／ｍ２のときに濾過差圧
が前回の逆洗後の初期差圧より１Ｋｇ／ｃｍ２以内の範
囲内で上昇するように、濾過速度を制御するとよく、か
つ濾過処理工程におけるフィルタに捕捉された固形分の
量が５〜１００ｇ／　ｍ　２のときに逆洗を行うように
するとよい。これを次に説明する。

第５図の系統図を示したセラミックフィルタ装置を用い
、非結晶鉄コロイドとα−Ｆ６□０３を混合して濾過比
抵抗がそれぞれ約１０１２．１０１３．１０”ｍ　／　
ｋｇとなるように調整した懸濁液（含有量は鉄として０
．１〜１０１００ｐｐを用いて、一定流量（０，１〜１
ｍ３／ｈ−ｍ２）で、逆洗時までにフィルタに捕捉され
る懸濁固形分の量をパラメータとして、濾過と逆洗の繰
り返し実験を行った。

結果を第１図、第２図および第３図に示す。第１図は濾
過比抵抗がそれぞれ約１０１２．１０１３．１０”ｍ　
／　ｋＨの懸濁液について、濾過速度をパラメータに、
単位濾過面積当りの捕捉固形分量と濾過差圧の上昇の関
係を調べた結果を示したものである。

（ａ）図が濾過比抵抗的１０１２．　　（ｂ）図が１０
１３（Ｃ）図が１０１４の懸濁液であり、いずれも横軸
が単位濾過面積当りの捕捉固形分量（ｇ／ｍ２）、縦軸
が（濾過差圧−初期濾過差圧）（Ｋｇ／ｍ２）である。

濾過差圧はほぼ前述の（Ｉ）式に従って、変化する。た
だし、この実験に使ったセラミックフィルタは、管状内
圧式であるので、管内表面に捕捉された固形分により形
成されるケーキ層のために、管内表面積すなわち濾過面
積が濾過処理の時間経過とともに減少することになり、
定流量濾過処理を続ければ、実質的には膜面での線速度
が大きくなって、濾過差圧の上昇率が大きくなる。

第２図は、物質収支から求めた逆洗効率を示すグラフで
あり、第１図の場合と同様に濾過比抵抗１（１１２，１
（１１３，＋ｏ１４の懸濁液について調べたものである
。この図から１回の濾過処理で捕捉した懸濁固形分の量
が１００ｇ／ｍ２より大きい場合には著しく逆洗効率が
低下すること、また５ｇ／ｍ２より小さい場合もやや逆
洗効率が低下することがわかる。また、第３図は、２０
〜１００回濾過と逆洗を繰り返した時の逆洗直後の濾過
差圧の上昇率であ０ る。この図より、１回の濾過処理で捕捉した懸濁固形分
の量が少ないほど、逆洗直後の濾過差圧の上昇率が大き
いことがわかる。

第２図および第３図の結果から、逆洗のタイミングは１
回の濾過処理で捕捉する懸濁固形分の量を５ｇ／ｍ２〜
１００ｇ／％の範囲とした場合とするのが適正であるこ
とがわかる。

一方、１回の濾過処理での濾過差圧の上昇幅にも適正な
範囲があり、微小孔への目詰まりを抑制し、常識的な逆
洗条件で十分な逆洗効果を得るには、１回の濾過処理で
の濾過差圧の上昇幅は１Ｋｇ７０ｍ２以内としなければ
ならないことが、別の実験でわかっている。

ところで、単位濾過面積当りの捕捉固形分の量と濾過差
圧の上昇の関係は第１図に示す通りで、単位濾過面積当
りの捕捉固形分の量が逆洗のタイミングとして適正な５
〜１００ｇ／ｍ２の範囲での濾過差圧の上昇は、懸濁固
形分の濾過比抵抗と濾過速度によって様々であり、例え
ば、濾過比抵抗１０　”　ｍ　／　ｋｇの温源過性の懸
濁液を濾過速度１ｍ２１ ／ｈ−ｍ２で濾過処理した場合、単位濾過面積当りの捕
捉固形分の量が８０ｇ／ｍ２で、濾過差圧上昇は、０．
５Ｋｇ／ｃｍ２である。これに対して濾過比抵抗１０”
ｍ７ｋｇの難濾過性の懸濁液を濾過速度１ｍ３／ｈ−ｃ
ｆｆ１２でろ過処理した場合、ろ過差圧が１、　Ｋｇ／
　ｃｍ２上昇しても、捕捉固形分量は３ｇ／ｍ２にすぎ
ず、適正な範囲とはならない。

そのため、濾過比抵抗Ｉ　Ｑ　”　ｍ　／　ｋｇの難濾
過性の懸濁液を長期的に安定に濾過処理と逆洗を続ける
ためには、濾過速度０．５ｍ３／ｈ−ｍ２の場合、濾過
差圧の上昇は０．７〜ｉＫｇ／ｃｍ２（捕捉固形分量５
〜７ｇ／ｍ２）、濾過速度０１ｍ３／ｈ−ｍ２の場合、
濾過差圧の上昇は０，１５〜１Ｋｇ／ｃｍ２（捕捉固形
分量５〜３０ｇ／ｍ２）とすればよい。

したがって、１回の濾過処理で捕捉する懸濁固形分の量
が５ｇ／ｍ２〜ｌ００ｇ／ｍ２の範囲内で逆洗を行い、
かつ懸濁固形分の捕捉量がこの範囲内の時に前回の逆洗
直後の濾過差圧よりｉＫｇ／ｃｍ２以内の範囲内に上昇
するように濾過速度を調整することにより、長期的に安
定に濾過処理と逆２ 洗を続けることができ、効率的な運転を行うことが可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第５図の示したセラミックフィルタ装置を用いてワンス
スル一方式により、以下のように濾過および逆洗を繰り
返し行った。すなわち、第５図において、弁７を閉じ、
被処理液タンク３内の被処理液を、ポンプ４により給液
配管１１．１３、弁６を経てセラミックフィルタ収納容
器２に導き、ここで濾過処理して処理液を弁８を経て管
１５へ流すようにする。　この方法によりまず、温源過
性のαＦｅ２Ｏ，（濾過比抵抗：　１０１２ｍ／ｋｇ）
を固形分として含む懸濁液（鉄含有量］Ｏｐｐｍ　）を
濾過速度１ｍ３／ｈ−イで濾過処理し、濾過差圧が０．
５Ｋｇ／ｃｒｌ上昇したところで逆洗することを繰り返
した。

この場合、１回の濾過処理で捕捉した固形分の量は８０
ｇ／イであった。

次に、難濾過性の非結晶鉄コロイド（濾過比抵抗：　５
　ｘ　Ｉ（１”ｍ７ｋｇ）を固形分として含む懸濁液３ （鉄含有量１０ｐｐｍ　）を濾過速度０．１　ｍ’　／
ｈ　・ｒｒｒで濾過処理し濾過差圧が１．Ｋｇ／ｃｎｆ
上昇したところで逆洗することを繰り返した。この場合
、１回の濾過処理で捕捉した固形分の量は、７ｇ／ｒｒ
？であった。

一方、発明との比較のために、難濾過性の非結晶鉄コロ
イド（濾過比抵抗：　５　Ｘ　１０”ｍ　／　ｋｇ）を
固形分として含む懸濁液（鉄含有量１０ｐｐｍ）を濾過
速度１ｍ３／ｈ−ｒｒｒで濾過処理し、濾過差圧がＩ　
Ｋｙ、／ａｄ上昇したところで逆洗することを繰り返し
た。この場合、１回の濾過処理で捕捉した固形分の量は
、０．７ｇ／ｎ（であった。

実施例と比較例のそれぞれのサイクルにおける濾過処理
後および逆洗後の濾過差圧を第４図に示す。この図から
も明らかなように、１回の濾過処理で捕捉する懸濁固形
分の殴を５〜ｌ００ｇ／％の範囲内となるように濾過速
度を制御した実施例では、安定した濾過処理と逆洗とが
行われたが、１回の濾過処理で懸濁固形分を０．７ｇ／
ｎｆとした比較例では、逆洗頻度が多い上に毎回の逆洗
で十分４ な逆洗効果が得られないため、処理進行に伴い、濾過差
圧の上昇が甚だしくなり、運転が不可能となった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の運転方法によれば、難濾
過性、温源過性等の被処理液の性状にかかわらず、安定
に濾過処理と逆洗を行うことができるので、セラミック
フィルタの寿命を延ばすことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の作用を示す図で
、第１図は種々の濾過速度で種々の濾過比抵抗の懸濁液
を濾過した場合の単位濾過面積当りの捕捉固形分量と濾
過差圧の上昇の関係を示すグラフ、第２図は逆洗効果を
示すグラフ、第３図は１回の濾過処理で捕捉した固形分
の量と逆洗直後の濾過差圧の上昇率を示すグラフである
。第４図は本発明の実施例における効果を示すグラフ、
第５図はセラミックフィルタ装置を示す系統図である。 ５ １・・・セラミックフィルタ ２・・・セラミックフィルタ収納容器 ３・・・被処理液タンク ４・・・ポンプ １３・・・給液配管 １５・・・濾過吐出配管 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） ６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理液を濾過処理し、濾過差圧が上昇または濾
   過速度が低下したときに濾過性能を回復させ、再び濾過
   処理することを繰り返すセラミックフィルタの運転方法
   において、セラミックフィルタで捕捉した固形分単位質
   量当りの濾過差圧の上昇率または濾過速度の低下率が大
   きい被処理液の場合は濾過速度を小さくし、逆に該上昇
   率または低下率が小さい被処理液の場合は濾過速度を大
   きくすることを特徴とするセラミックフィルタの運転方
   法。
2. （２）濾過処理工程におけるフィルタに捕捉された固形
   分の量が５〜１００ｇ／ｍ＾２のときに濾過差圧が前回
   の逆洗後の初期差圧より１Ｋｇ／ｃｍ＾２以内の範囲で
   上昇するように、濾過速度を調整する請求項１記載のセ
   ラミックフィルタの運転方法。
3. （３）濾過処理工程におけるフィルタに捕捉された固形
   分の量が５〜１００ｇ／ｍ＾２のときに、逆洗を行う請
   求項１記載のセラミックフィルタの運転方法。