JPH0349610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は低脱塩率の逆浸透膜を用いる加圧透過
処理によつて、特に低分子量の有機物と無機塩類
の混合溶液から、高純度かつ高濃度の有機物溶液
を得る方法に関するものである。 近年において有機物と無機塩類の混合溶液から
両者を分離し、かつ有機物を濃縮する場合、超
過膜による加圧透過処理が用いられるようになつ
てきた。 超過膜はその膜面に分子分画が可能な極微細
な物理的な孔が開口していると云われており、し
たがつて当該孔を通過する物質と通過しない物質
を分離することができ、かつ無機イオンは当該孔
を容易に通過するとされており、前記の有機物と
無機塩類の分離においては超過膜のかかる性質
を応用するものである。 ところが従来市販されている超過膜は分子量
が10000以上のたとえば乳タンパクやアルブミン
の分離濃縮には適しているが、分子量が2000以下
のたとえば各種アミノ酸、糖類、抗生物質などの
低分子量の有機物と無機塩類の分離には適してい
ない。 すなわち分離濃縮しようとする有機物の分子量
が小さくなるにしたがい有機物の一部が無機塩類
と共に超過膜を通過するようになり、したがつ
て回収有機物の歩留が低下してしまい、たとえば
分子量が300前後の有機物の場合はほとんど分離
が不可能となるからである。 本発明はこの点に鑑みてなされたもので、特に
低分子量の有機物と無機塩類の混合溶液から当該
有機物を高純度でかつ高濃度で得ることを目的と
するもので、当該混合溶液を循環槽を介して1000
〜5000ppmのNaCl溶液中のNaClの排除率が90％
以下の特性を有する逆浸透膜を挿着した透過装置
に加圧下で供給し、無機塩類を含む透過液を系外
に排出するとともに、有機物を含む非透過液を循
環槽に循環し、かつ循環系統に系外から水を加え
る操作を介在させて透過処理することを特徴とす
る逆浸透膜による有機物の濃縮方法である。 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明の第１の特徴とするところは有機物と無
機塩類を分離するにあたり、従来の超過膜にか
えて逆浸透膜を用いる点である。 逆浸透膜は海水の淡水化や工業用水の脱塩など
の無機イオンの分離に従来から用いられており、
超過膜と相違し、膜面に物理的な孔が存在して
いないと云われ、当該膜による無機イオンと水の
分離機構は水の逆浸透作用によるものとされてい
る。 すなわち逆浸透膜を介して無機塩類の溶液側
に、当該無機類濃度における浸透圧以上の圧力を
かけて水を逆浸透させるものである。 したがつて処理対象となる溶液の塩類濃度が濃
くなる程操作圧力は必然的に高くなる。 ところで従来から前記脱塩の目的で用いられる
逆浸透膜は、1000〜5000ppmのNaCl溶液中の
NaClを95〜98％排除する特性（以下脱塩率とい
う）を有するのが普通であるが、最近になつて脱
塩率が95％以下の低脱塩率の逆浸透膜が出現する
ようになつてきた。 このような低脱塩率の逆浸透膜は透過液側へ無
機塩類を比較的多量に透過させる性質を有してい
るから、有機物と無機塩類の混合溶液を透過処理
した場合、無機塩類を選択的に膜面に透過させる
ことができ、かつ当該有機物の分子量が比較的小
さくとも超過膜と異なり、これを効果的に膜面
で阻止し得ることができる。 本発明はこのような低脱塩率の逆浸透膜を有機
物と無機塩類の分離に用いるものである。しかし
当該逆浸透膜を用いるとしても有機物と無機塩類
の混合溶液を一過性で処理しても所期の目的を達
し得ない。というのはたとえば脱塩率80％の逆浸
透膜を用いた場合、一過性の透過処理の場合は混
合溶液中の20％の無機塩類は排除し得るが、のこ
りの80％は残留することとなる。 したがつて循環槽に混合溶液を張り込み、当該
混合溶液を前記低脱塩率の逆浸透膜を挿着した透
過装置に加圧下で供給し、無機塩類を含む透過液
を系外に排出するとともに、有機物を含む非透過
液を循環槽にもどして、非透過液を循環しながら
無機塩類を段階的に透過させるという循環透過処
理を行なう必要がある。 しかしながらこのような循環処理を続行してい
くと、循環液中の無機塩類が透過液側へ透過する
とともに水分も透過液側へ透過するので、このた
め循環液中の無機塩類の絶対量は低下するものの
それ以上に液容量が低下するため循環液側、換言
すれば非透過液側の無機塩類濃度がしだいに増加
するという現象を生ずる。このように循環液側の
無機塩類濃度が増加すると、その浸透圧も比例的
に増加し、その浸透圧に打勝つだけの逆浸透圧を
かけねば透過処理ができなくなり、遂には当該操
作圧力が膜の物理的強度を陵駕し、透過処理の続
行が不可能となつてしまう。 本発明はここにおいて循環系統、たとえば循環
槽に系外から水を加えて循環液側の液を希釈して
透過処理を続行することを第２の特徴とするもの
である。 このように循環液を希釈することにより循環液
中の無機塩類の濃度を低下せしめることができ、
その濃度の低下に伴ない浸透圧も低下するので、
比較的低圧力下でも透過処理を続行することが可
能となる。 本発明においては濃縮すべき液側へ系外から水
を加えてその液を希釈するので、濃縮操作におい
ては不経済のように思えるが、本手段によつて透
過処理の続行が可能となり、高純度の有機物濃縮
液を得るという所期の目的を達成することができ
る。なお加えた水は透過処理中に無機塩類ととも
に極めて容易に透過液側へ透過するので、高濃度
の有機物濃縮液を得るという目的を阻害すること
もない。また本発明においては希釈水を加えて循
環する操作を長時間行なう程、得られる有機物濃
縮液の純度が上昇するので、当該操作の続行は有
機物濃縮液の希望する純度によつて任意に行なえ
ばよい。 次に本発明に用いる逆浸透膜について説明す
る。 前述したように本発明においては、従来脱塩の
目的で用いられている逆浸透膜より脱塩率の小さ
い逆浸透膜を用い、脱塩率が90％以下の逆浸透膜
が好ましい。 脱塩率が90％以上の逆浸透膜では無機塩を透過
させるについて処理時間が長くなりすぎ好ましく
ない。 本発明者等が種々の逆浸透膜について脱塩率と
有機物の阻止性を検討したところ、一般的傾向と
して脱塩率が80〜90％の逆浸透膜は分子量100〜
1000の有機物を99％以上阻止する能力を有し、ま
た脱塩率が50％前後の逆浸透膜は分子量1000以上
の有機物を99％以上阻止するものの、有機物の分
子量が1000以下となると分子量が小さくなるにし
たがい有機物が透過液側へ透過しやすくなる。し
たがつて特に分子量が500前後の有機物を濃縮す
る場合は脱塩率が40％以上の逆浸透膜を用いるこ
とが好ましい。 本発明の用途に適した低脱塩率の逆浸透膜の一
例を挙げると、デサリネーシヨン社製Ｇ−５、Ｇ
−10、Ｇ−20（いづれも商品名）、日東電工(株)製
NTR−7250、NTR−1580、NTR−1550（いづれ
も商品名）、住友化学(株)製SP−2000、SP−5000
（いづれも商品名）などがあり、これらの逆浸透
膜は脱塩率が40〜90％の範囲にあり、かつ材質も
スルホン化ポリスルホン、ポリビニールアルコー
ル、酢酸セルローズ、アクリロニトリルなど種々
のものがあるので、被処理対象有機物の分子量あ
るいは種類によつて最適のものを選択するとよ
い。 以下に本発明の実施態様を図面に従つて説明す
る。 第１図は本発明の実施態様の一例を示すフロー
の説明図であり、１は循環槽、２はポンプ、３は
低脱塩率の逆浸透膜を挿着した透過装置である。 本発明のひとつの操作法として循環槽１に有機
物と無機塩類の混合溶液を受け入れ、ポンプ２を
用いてそのまま透過処理を行なう。なお透過圧力
は当該混合液の濃度によつて相違するが、通常10
〜30Kg／cm²にて行なう。 このような透過処理により混合液中の無機塩類
の一部と水分が透過液Ａ側に透過し、有機物と残
留塩類を含む非透過液Ｂを循環槽１に循環する。
循環透過処理を続行していくと、透過液側Ａに透
過した水量だけ循環槽１内の液面が低下すること
となり、これに伴ない循環する非透過液Ｂ側の無
機塩類の濃度も増加し、一定流量の透過液を得よ
うとすればその操作圧力を高める必要が生じてく
る。このような状態に至つたら、循環槽１内に透
過液Ａの流量に相当する流量の脱塩水あるいは水
道水などの水Ｃを流入しながら前記循環処理を行
なう。このような操作により循環槽１内の無機塩
類濃度が増加することがないので、当初の透過圧
力にほぼ近い透過圧力で透過処理を続行すること
ができる。また処理の続行により、循環槽１内に
滞留する溶液の無機塩類含有量がしだいに低下す
るので、希望とする純度になつた点で水Ｃの流入
を中断するとともに透過処理を終了するとよい。
あるいは水Ｃの流入を中断したままで透過液流量
がある程度低下する点まで循環透過処理を続行し
てもよい。また他の操作法として透過処理により
循環槽１内の液面が低下した時点で水Ｃを流入し
て循環槽１内の液面をもとのレベルに復帰させ、
循環透過処理を続行するというように、水Ｃを加
える操作を段階的に行なつてもよく、あるいは当
初から水Ｃを加えながら循環透過処理を行なつて
もよい。さらに水Ｃを加える位置としては循環槽
１にかぎらず非透過液が循環する循環系統であれ
ばどの位置でもさしつかえない。 以上説明したように本発明によつて有機物と無
機塩類の混合溶液から、たとえ有機物の分子量が
小さくとも回収率を低下させることなく高濃度で
かつ高純度の有機物を回収することができるの
で、アミノ酸工業、糖工業あるいは製薬工業等に
裨益するところが大きい。 以下に本発明の効果をより明確にするために実
施例を説明する。 実施例 １ ラフイノーズ（分子量596）0.5％とNaCl1％の
混合溶液を脱塩率50％である日東電工(株)製チユブ
ラー型逆浸透膜NTR−1550（商品名）を18本挿着
した透過装置で本発明の方法によつて処理した。 すなわち前記混合溶液10m³を循環槽に受け、透
過圧力30Kg／cm²、温度25℃、初期透過液流量約
180／m²・hrで循環透過処理し、濃縮度５すな
わちラフイノーズの初期濃度と比較して５倍の濃
度に至つた点から1000／hr（透過液流量に相当
する流量）の脱塩水を２時間のみ循環槽に加えな
がら循環透過処理を行なつた。その結果を第１表
に示した。一方比較のために循環槽に脱塩水を全
く加えない循環透過処理も行ない、その結果も第
１表に示した。 第１表に見られるごとく、脱塩水を加えない場
合は透過液流量がしだいに低下し、10倍濃縮まで
しかできず、かつ濃縮液の共存無機塩類も大き
い。

【表】 実施例 ２ グルタミン酸（分子量133）0.8％とNa₂SO₄2％
のPH≒２の混合溶液を脱塩率85％であるデサリネ
ーシヨン社製スパイラル型逆浸透膜Ｇ−５を６本
挿着した透過装置で本発明の方法によつて処理し
た。 すなわち前記混合溶液２m³を循環槽に受け、透
過圧力20Kg／cm²、温度20℃、非透過液流量900
／hrで循環透過処理し、かつ循環透過処理の当
初から透過液流量に相当する200／hrの市水
（導電率360μS／cm²）を循環槽に加えながら循環
処理し、循環槽内の硫酸ナトリウム濃度が0.1％
となつた点で水道水の添加を中断し、透過液流量
が86／hrに低下する点まで循環処理を行なつ
た。その結果、最終的にはグルタミン酸濃度8.3
％、硫酸ナトリウム濃度0.84％の濃縮液が得られ
た。なお透過処理中の透過液と循環槽内液の組成
を第２表に示す。なお比較のために循環槽に市水
を全く加えないで循環透過処理を行なつたところ
累計透過液量を1200排出した点で透過液流量が
13／hrに低下し、透過処理の続行が困難となつ
た。なおこの点における濃縮液の組成はグルタミ
ン酸濃度2.1％、硫酸ナトリウム濃度4.3％であつ
た。

【表】 【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様の一例を示すフローの
説明図であり、１は循環槽、２はポンプ、３は透
過装置、Ａは透過液、Ｂは非透過液、Ｃは水を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機物と無機塩類の混合溶液から有機物を選
   択的に分離濃縮するにあたり、当該混合溶液を循
   環槽を介して1000〜5000ppmのNaCl溶液中の
   NaClの排除率が90％以下の特性を有する逆浸透
   膜を挿着した透過装置に加圧下で供給し、無機塩
   類を含む透過液を系外に排出するとともに、有機
   物を含む非透過液を循環槽に循環し、かつ循環系
   統に系外から水を加える操作を介在させて透過処
   理することを特徴とする逆浸透膜による有機物の
   濃縮方法。 ２ 有機物の分子量が2000以下である特許請求の
   範囲第１項記載の逆浸透膜による有機物の濃縮方
   法。