JPH04265130A - 濾過システムの逆洗方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デッドエンド型濾過方
法に関するものであり、特に大きい膜透過流束を維持す
るために逆洗を周期的に行う新しいデッドエンド型濾過
方法に関するものである。本発明のデッドエンド型濾過
方法は、種々の高分子、微生物、酵母、微粒子を含有あ
るいは懸濁する流体の分離、精製、回収、濃縮などに適
用され、特に濾過を必要とする微細な微粒子を含有する
流体からその微粒子を分離する必要のあるあらゆる場合
に適用することができ、例えば微粒子を含有する各種の
懸濁液、発酵液あるいは培養液などの他、顔料の懸濁液
などから微粒子を分離する場合にも適用され、また微粒
子を含む懸濁気体から微粒子を分離、除去して気体を精
製する、例えば医薬用アンプルへ充填する無菌化窒素ガ
ス、超純水製造装置への陽圧用ガスとして充填する無塵
、無菌のガスあるいはＩＣ製造ラインにおける空調用無
塵、無菌の空気などの製造のためにも適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、膜を用いて懸濁物質を含有する原
流体から懸濁物質を分離する技術としては、例えば圧力
を駆動力とする逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法、電
位差を駆動力とする電気透析法、濃度差を駆動力とする
拡散透析法等がある。これらの方法は、連続操作が可能
であり、分離操作中に温度やｐＨの条件を大きく変化さ
せることなく分離、精製あるいは濃縮ができ、粒子、分
子、イオン等の広範囲にわたって分離が可能であり、小
型プラント処理能力を大きく保つことができるので経済
的であり、分離操作に要するエネルギーが小さく、かつ
他の分離方法では難しい低濃度原流体の処理が可能であ
るなどの理由により広範囲に実施されている。そしてこ
れらの分離技術に用いられる膜としては、酢酸セルロー
ス、硝酸セルロース、再生セルロース、ポリスルホン、
ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド等の有
機高分子等を主体とした高分子膜や耐熱性、耐薬品性な
どの耐久性に優れている多孔質セラミック膜などがあり
、主としてコロイドの濾過を対象とする場合は限外濾過
膜が使用され、微細な粒子の濾過を対象とする精密濾過
ではそれに適した微孔を有する精密濾過膜が使用されて
いる。ところで近年、バイオテクノロジーの進歩に伴い
、高純度化、高性能化、高精密化が要求されるようにな
り、精密濾過あるいは限外濾過技術の応用分野が拡大し
つつある。しかしながら、精密濾過あるいは限外濾過に
おいては膜を用いて微粒子を分離する場合に、濃度分極
の影響によりケーク層が生じて透過流体の流れに抵抗が
生じ、また膜の目詰まりによる抵抗が大きくなって膜透
過流束が急激にかつ著しく低下してしまうという問題が
あり、これが精密濾過あるいは限外濾過の実用化を妨げ
る最大の原因であった。またそれに用いられる膜は汚染
されやすく、その防止対策が必要である。

【０００３】濾過方法としては、濾過されるべき全ての
流体が濾材（濾布や膜など）とケーク層を通過して流体
中に含まれている微粒子を分離するいわゆるデッドエン
ド型濾過方式がある。この従来のデッドエンド型濾過方
式では流体が通過して懸濁物質が濾過膜の内部に捕捉さ
れて分離される段階では高い透過流束が得られるが、濾
過膜の表面で捕捉される段階になるとケーク層が形成さ
れ、大量の原流体を処理する場合や形成されるケーク層
の比抵抗が極端に高い場合は大きな濾過抵抗となり、こ
のようなデッドエンド濾過を行うと膜透過流束が小さく
なる。このため、クロスフロー型濾過方式をすることが
考えられた。このクロスフロー型濾過方式は、濾過膜の
膜表面に平行に濾過すべき原流体を流し、流体は濾過膜
を通って反対側へ透過し、この原流体と透過流体の流れ
が直交しているためにこのように称されている。このク
ロスフロー型濾過方法は、膜に平行な原流体の流れによ
って膜面上に形成されたケーク層がはぎ取られるので従
来のデッドエンド型濾過方式に比べて膜透過流束が大き
く、大量の原流体を直接連続的に分離、精製、濃縮が可
能であるが、純水透過流束の大きいすなわち分画分子量
の大きい限外濾過膜や精密濾過膜を用いた場合は急激に
膜透過流束が低下して濾過開始初期の高い膜透過流束を
保つことは困難であり、結果としてデッドエンド型濾過
方式と総透過液量を比較すると効果は小さく経済的な透
過流束を得るには不十分であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、クロス
フロー型濾過方式は原理的には高度な分離技術であるが
、最大の問題である膜透過流束は、従来のデッドエンド
型濾過方式に僅かに大きい程度で、精密濾過方法として
このクロスフロー方式を採用しても十分高い膜透過流束
が得られないという問題があった。また従来から行われ
ている懸濁物質と流体との分離の具体的な例を見ても、
例えば発酵液から菌体を分離する場合には、従来から行
われている遠心分離法、珪藻土濾過法などに代わってク
ロスフロー濾過方式を用いても膜面上に形成されたケー
ク層や目詰まりによって濾過時間の経過と共に膜透過流
束が低下するばかりでなく、原流体を循環する際の剪断
力によって菌体の活性が失われるという問題があった。

【０００５】透過流束を高める方法としてはクロスフロ
ー濾過方式と併用して濾過膜への原流体の流入を断続的
に停止したり、濾過膜の透過流体側の弁を閉止すること
により、濾過膜の膜面に垂直にかかる圧力を断続的にな
くすあるいは減少させたり、また濾過膜の透過液側から
圧力を加え透過液側から原流体側へ流体を流すことによ
って、濾過膜の原流体側の膜面上に堆積しているケーク
層や付着層を断続的に取り除く「逆洗」と称する試みが
なされているが、これら逆洗が行われた際も濾過膜から
脱着した懸濁物質を濾過系内に残しておくと原流体中の
懸濁物の濃度が徐々に増加し、場合によっては原流体の
粘度も上昇するため膜透過流束は徐々に低下して逆洗を
行っても透過流束が十分回復しない等の問題があった。 また、透過液を用いて逆洗を行うと実質上逆洗した量だ
け膜透過量は減少するため、膜透過流束を十分回復する
だけの逆洗液を確保できないという問題があった。一方
菌体の活性を低下させない方法として、クロスフロー循
環流速を低下させ剪断力を小さくすることが行われてい
るが、剪断力を小さくするとクロスフロー濾過方式の効
果が小さくなるため、実際に菌体活性を低下させない方
策をとると膜透過流束が低下する問題があった。またポ
ンプでの菌体の破砕を少なくするためダイヤフラムポン
プなどの剪断力の小さいポンプを用いるとポンプの脈動
が大きくクロスフロー濾過方式の効果が小さくなる等の
問題もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
技術にあった問題点を解決するために為されたものであ
って、実用性のある高い膜透過流束を持ち菌体などの活
性低下を減少させる新規なデッドエンド型濾過方法を提
供することを目的とするものである。すなわち本発明は
、懸濁物質を含む流体からなる原流体を供給し濾過する
ことにより流体と懸濁物質を分離するデッドエンド型濾
過方式において、濾過膜の透過流体側の圧力を原流体側
の圧力より大きくして周期的に逆洗を行い、原流体側へ
通過した逆洗液及び濾過膜から脱着した懸濁物質を濾過
系外へ排出することを特徴とする洗浄方法を実施する際
、洗浄効率を向上させるために濾過液供給ラインへ洗浄
液を浸入させない事を特徴とする濾過システムの洗浄方
法によって達成された。以下、本発明を詳細に説明する
。

【０００７】本発明の特徴は、従来技術のデッドエンド
型濾過方式に周期的な逆洗を行いさらに逆洗によって濾
過膜より脱着した懸濁物質を有効に濾過系外へ排出する
ことであり、濾過再開にあたり大きな初期圧損回復値を
得るための方法を提供するものである。従来のデッドエ
ンド濾過では逆洗を行うと濾過器内に濾過膜から脱着し
た懸濁物質が徐々に堆積し、しだいに逆洗を行っても透
過流束を十分回復することができなくなるが、本発明で
は逆洗液とともに濾過膜から脱着した懸濁物質を系外へ
排出することにより周期的な逆洗が可能となる。また、
デッドエンド型濾過方式を用いることにより濾過システ
ムが単純となり、クロスフロー型濾過方式のように原流
体を循環する際の剪断力がなくなり菌体の活性低下を防
ぐことが可能となる。

【０００８】逆洗はガスよりも液体で行う方が効果が大
きく、逆洗液として透過液を用いても良いが透過液を逆
流させた分だけ透過量が減少するばかりでなく、膜透過
流束が十分回復するために透過した液量相当の逆洗液量
が必要となった場合は実質的に全く透過液が得られない
危険も生じるため、濾過系外より洗浄液を供給して必要
に応じた逆洗液量で逆洗を行うことが好ましい。濾過系
外より供給する洗浄液は濾過膜の特性を低下させたり原
流体の特性を変化させなければ基本的には何でも良いが
、原流体が水溶液である場合には一般的には滅菌水を用
いることが好ましい。また、逆洗終了後逆洗液を濾過系
内、特に一次側に残留していることは、次の濾過再開に
あたり、濾過圧力の回復に影響を与えることがある。

【０００９】次に本発明のデッドエンド型濾過方式を図
面に基づいて説明する。図１は従来のデッドエンド型濾
過を行った際に濾過膜に堆積する懸濁物の様子を示して
おり、経時とともに堆積する懸濁物質量は増加し、最終
的には透過流束はゼロに近づく。　　図２は従来のデッ
ドエンド方式の濾過に於ける逆洗の方式を示すもので、
原液の供給ラインに設けられた切り替えコック１４によ
って系外に堆積した懸濁物質を排出するものである。図
３は本発明のデッドエンド型濾過方式のフローを示して
いる。濾過を一定時間行った後透過流体側から原流体側
に滅菌水を流して濾過膜から脱着した懸濁物質と共に排
出する。この時に、濾過原液供給のライン３に逆洗浄液
が浸入しないように入口に弁１６ａ　を設置する。排出
液は濾過器の側面に設けられた排出口１６ｂ　から系外
に排出される。その後ガスにより濾過系内に残留してい
る滅菌水を排出し、再び濾過を行う。この様にすること
により、濾過の一次側に残留する洗浄液の量をきわめて
少なくすることができる。このサイクルを繰り返すこと
によって原流体の懸濁物質の蓄積量も上昇せずに高い透
過流束を維持することが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下に具体例をあげて本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り本発明は実施例
に限定されるものではない。 実施例１ 大腸菌（ＩＦＯ３３０１）を０．９ｗｔ％の生理食塩水
に１ｄｒｙｇ／ｌの含有率で分散させたものを懸濁液と
して用い、公称孔径０．２μｍの精密濾過膜を用いて本
発明の逆洗を周期的に行うデッドエンド型濾過を行った
。使用した濾過器は有効膜面積１００ｃｍ２　で、実験
条件は圧力差０．５×１０４　Ｐａ、液温度２５℃であ
り、濾過時間１２０秒、逆洗流束１×１０−３ｍ３／ｍ
２　／ｓｅｃ、逆洗時間３秒で行い逆洗液は滅菌水で行
った。逆洗時の原液側の弁１６ａ，ｂ　の切り替えは、
電気的に行なった。

【００１１】実施例２ 実施例１で用いたデッドエンド型濾過装置を用い、市販
のビールにタンニン酸２０ｐｐｍを溶かして、タンパク
質を凝集させたものを懸濁液として、公称孔径２．０μ
ｍの精密濾過膜を用いて本発明の逆洗を周期的に行う濾
過方法を実施した。使用した濾過器は有効膜面積１００
ｃｍ２　で、実験条件は圧力差０．５×１０４　Ｐａ、
液温度２５℃であり、濾過時間６０秒、逆洗流束５×１
０−３ｍ３　／ｍ２　／ｓｅｃ、逆洗時間４秒で行い逆
洗液には滅菌水用いた。弁１６ａ，ｂ　は実施例１同様
に電気的に同期させて開閉した。

【００１２】図４に、透過流速の時間的変化を本発明の
逆洗法と、従来からの逆洗法とを比較して示した。従来
の逆洗法を行なった場合に比較し、本発明の方法が高い
濾過流速維持できることが示された。

【００１３】

【発明の効果】本発明の逆洗方法を周期的に行う事によ
ってデッドエンド型濾過方式において高い膜透過流束が
維持でき、それによって種々の懸濁物質を含有する液体
から各懸濁成分の分離、回収、精製、濃縮などがきわめ
て効率的しかも経済的に行われる。そしてさらにプロセ
スの連続化及び装置の小型化が可能であり、膜の選択性
を利用して目的物のみを連続的に選択的に分離すること
ができ、酵母や菌体などのバイオリアクターへの応用が
でき、従来技術に比べて運転管理が容易であるなど諸々
の効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のデッドエンド型濾過における懸濁物質の
堆積状態を示している。

【図２】従来の濾過における逆洗の装置を示している。

【図３】本発明の逆洗法を周期的に行うデッドエンド型
濾過方式のフローを示している。

【図４】大腸菌分散液を用いて本発明の逆洗を周期的に
行うデッドエンド型濾過、逆洗を伴うクロスフロー濾過
、従来のデッドエンド濾過を行った際の透過流束の変化
の比較を示している。

【符号の説明】

１　　デッドエンド濾過の原流体の流れ２　　デッドエ
ンド濾過の透過液の流れ３　　デッドエンド濾過の懸濁
物質の移動方向４　　濾過膜上に堆積している懸濁物質
５　　濾過膜 ６　　デッドエンド濾過の原流体の流れ７　　デッドエ
ンド濾過の透過液の流れ８　　デッドエンド濾過の逆洗
液の流れ９　　濾過膜上に堆積している懸濁物質の流れ
１０　　濾過膜 １１　　濾過器 １２　　圧力計 １３　　ポンプ １４　　電磁弁 １５　　滅菌フィルター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　濾過膜を用いて、懸濁物質を含む流体
   からなる原流体を供給し濾過することにより流体と懸濁
   物質とを分離するデッドエンド型濾過方式で、濾過膜の
   透過流体側の圧力を原流体側の圧力より大きくして周期
   的に逆洗を行うことを特徴とする濾過方法において、濾
   過膜の透過液側から原流体側へ通過した逆洗液および濾
   過膜から脱着した懸濁物質を濾過系外へ排出する時に、
   濾過原液の供給ラインに浸入させないことを特徴とする
   濾過システムの逆洗方法。
2. 【請求項２】　　濾過膜を逆洗によって再生処理する時
   に、逆流液を濾過器の一次側から濾過原液の供給ライン
   へ逆流させないようにするために、濾過器の一次側とラ
   インの接続口に弁を設けることと濾過器の一次側に逆洗
   液を排出するための専用口を取り付けることを特徴とす
   る請求項１に記載の濾過システムの逆洗方法。