JPH0571289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体中に懸濁せる微細粒子のろ過に適
用できる接線ろ過装置に関するものである。

特に本発明は、農業食品工業、生物工業に於い
て、例えば非常に純粋な水をつくるための、工業
用水、廃水を殺菌するための、飲料水、フルーツ
ジユース、栄養飲料を滅菌するための、細胞バイ
オマスを分離するための、更に広くは液体の徹底
的汚染除去のためのおよび限外ろ過又はマイクロ
フイルトレーシヨンにおいてマイクロポーラス膜
で行われるすべての処理のための、水処理施設で
使用しうる接線ろ過装置に関するものである。

接線ろ過（filtration tangentielle）の原理は
よく知られている。その原理は、ろ材の上の沈積
物の形成を避ける又は制限するように、ろ過すべ
き懸濁液と多孔質ろ材を高速度で互いにずらすに
ある。この技術により、マイクロフイルトレーシ
ヨンによる懸濁せる0.1乃至数十ミクロンの微細
粒子のろ去、限外ろ過による例えば分子量10000
以上の巨大分子のろ去を行いうる。

このような場合浸透による古典的な方法は、ろ
液の流出量を非常に小さくし、次いで、ろ材が早
く目詰りする又は厚さが増大する沈積物を形成す
る結果となる。

接線ろ過技術は、高いろ過速度を与え、連続又
は半連続操作を許す。加うるに、用いるろ材の幾
何学的特徴をフアクターとして、ろ過の程度を希
望のものに完全に限定することができる。

このような接線ろ過を実行することができるろ
過要素の多くの種類のものが既に文献に記載され
ている。知られている最も古い装置は、1961年に
A.I.Zhevnovatyiに与えられたソビエト連邦特許
第142626号に記載されたもので、多孔質材質の管
が第二の管の内部に固定されたもので構成されて
いる。ろ過すべき懸濁液は、両管の間の環状空間
を加圧の下に高流量で通過し、ろ液は多孔質管の
内部を流れる。

その時以来、ろ過すべき液体の流し方と共に、
ろ材についても改良がなされて来た。例えば、既
知のある種の装置は２本の共心の円筒を用い、そ
の内側の円筒はマイクロポーラス膜でつくられ、
液体は内側円筒の回りにらせん形の強勢流をつく
る。

他の装置は、両面にマイクロポーラス膜を備え
た板又はデイスクの形の一連のろ過要素を重ねた
ものを含み、これらは例えばろ過捕集管の回りに
置かれる。ろ過すべき懸濁液は、デイスクの間の
らせん形の通路を次つぎに通過する。

同じく、非常に複雑な機構で板を回転させる装
置もある。複雑な機構が腐食の現象を惹き起す。

しかしながら、これらの装置で遭遇する主要な
困難は、ろ過すべき液体の流れの統御、該液体の
板及びデイスク上への分布、圧力損失により必要
な高循環速度が制限されてしまう点にある。

さらに、流れの良好な分布を犠牲にしなけれ
ば、一般に、課題の解決に有利なマイクロポーラ
ス膜やろ過モジユールを適用することはできな
い。

本発明は、容易に洗浄し解体することができる
モジユール化装置に於いて、ろ過すべき液体の流
れの速度を減少させる恐れのある圧力損失を最小
にするために、該液体がらせん形をなして流れ、
装置の容積の大部分を流れのめに用いることがで
きるようにして、先行技術の前記難点を克服した
ものである。

本発明は、円筒形の囲いの内に置かれ、ろ過す
べき液体が該囲いの内をらせん形の行程をなして
回るに適するように構成された少くとも１個のろ
過要素を含む接線ろ過モジユールを少くとも１個
含むろ過装置に於いて、前記ろ過要素がろ過すべ
き流体に対してはらせん形の傾斜路をなし、内部
をろ液が流れそこからモジユールの外部に排出さ
れる導管よりなることを特徴とする接線ろ過装置
にある。

本発明の種々の特徴及び利点は、以下の記載、
可能な実施態様のうちの若干、例示のためにのみ
与えられた本発明を制限するものではないデータ
により明らかになるであろう。

以下の記載は添付図面を参照してなされる。

第１図に扱われている実施例に於いて、本発明
のろ過モジユールは、断面が長方形の導管の形の
二つのろ過要素１，１ａを持つ。該断面は図に示
された実施例では長方形であるが、台形であつて
もよい。該ろ過要素は、適当な材料でつくられた
円筒形の囲い２の中に共心（同心）的に形成され
た二つの反対の傾斜をもつ右廻りと左廻りのらせ
ん形の面に形成されている。加うるに囲いは円筒
に大体似た他の形、例えば円錐形であつてもよ
い。

各らせん形ろ過要素は、らせん形支持体の両面
上に配置された、ろ過すべき液体と接触する壁を
なすろ材を備えている。ろ材は金属織物、任意の
適当な繊維の織物、フエルト、不織布、焼結体、
天然又は合成物質から得られた多孔質膜等である
ことが有利である。

各らせん形要素は円周の全面を切れ目なく取り
巻いているのではなく、360°より小さいセクター
に限れていることが有利である。このような配置
の利点は後に看取されるであろう。

各らせん形ろ過要素は、接着結合、嵌込み、溶
接等のようないずれかの適当な手段で囲い２，２
ａに固定される。各要素の上方傾斜及び下方傾斜
表面３は小穴を備え、それを通つたろ液が、該ろ
過要素内に開口する多数の孔を有する集液用の管
５で集められ、その管５のモジユールの外に開口
する排出口から囲い２の外に排出される。

第１図に示された実施例では、ろ過すべき液体
は、隙間６を通つて囲い２の中に導入される。該
液体は囲い中をろ過要素１の上をその接線をなす
方向に流れる。従つてこの場合ろ過要素は液体に
対し傾斜路の役をして、接線ろ過の確保を目ざ
す。ろ過要素１の上を通過し終つた後、液体は同
じくろ過すべき液体を案内する傾斜路の役をする
らせん形要素１ａの反対の下降傾斜面を流れる。
ろ過すべき液体のろ過されなかつた部分はオリフ
イス７を通つて流れる。勿論、モジユールの両端
は閉される。すなわち、下部は底部（図示せず）
で閉され、その内にろ過すべき流体は到着し、上
部は蓋（同じく図示せず）で閉される。

本発明によりこのようにして、ろ過すべき液体
がらせん状に進んで液体の接線ろ過を行うように
支障なく流れ、実際上モジユールの内の液体の循
環に必要なエネルギーに不利な影響を及ぼす圧力
損失がないことが実現される。加うるに、このモ
ジユールは、型成形により製造することができ、
かつ使用する時容易に洗浄できるように設計され
る。

さらに、このモジユールの設計は、一例として
第２図に示されるようなろ過装置の構成が考えら
れる。この実施態様では、装置は、上に記載され
第１図に示された如き、モジユールの同一のもの
を積み重ね、組立てと解体が容易にできる任意の
機械的手段でモジユールを互いに固定し、すなわ
ち交換可能にし、底部８と蓋９によつて閉じるこ
とにより構成される。この装置には、ろ過すべき
液体が配管１０からモジユールの内側のらせん形
ろ過要素に供給される。該液体は、重ねられた各
モジユールの内側のらせん形ろ過要素を順次上昇
し、蓋９を有する最上段のモジユールにおいて外
側のろ過要素に移行し、次いで、各モジユールの
外側のらせん形ろ過要素の下降傾斜面を辿つて、
最下段のモジユールのオリフイス１１から排出さ
れる。各モジユールのろ過要素から出たろ液は各
モジユール毎に開口１２から排出される。前記の
如く、各らせん形ろ過要素は360°より小さいセク
ターに制限されている方が有利である。第２図の
装置を実現するには、らせん形要素に形成されて
いる導管の外壁が連続したらせん面を形成して、
該外壁上を流れるろ過すべき液体の行路の連続性
が確保されるが、同時にろ液の排出開口１２が互
いにずれた位置になるように、要素が重ねられ
る。この配置により各要素からのろ液を独立して
回収することができ、単に特定の要素の排出管を
塞ぐのみで、装置の快調な働きに悪影響を及ぼす
ことなく、該要素の使用を停止できる。このよう
にすると、例えば、各モジユールのらせん面が
330°のろ過要素面に形成されると、12個の同一モ
ジユールでつくられた装置のらせん面の旋回は11
回となり、要素の個数に相当した少なくとも12種
の排出ろ液をもたらすことになる。

第３図は、第２図に関して記載してきた型のろ
過装置を持つ施設の一例を示す。略図で示された
この装置１３には、配管１６に備えられたポンプ
１５を経て槽１４より来るろ過すべき液体が供給
される。ろ液は槽１７に捕集される。装置１３は
配管１８によつて槽１４に結合される。配管１８
には、ろ過されなかつた液体を槽１４に再循環さ
せるために弁１９が配置されている。弁１９，２
０及び２１の解放又は閉鎖により、ポンプ１５
が、ろ過すべき液体の装置１３への供給、残留液
体の再循環、並びにろ液を用いる装置の洗浄を確
実に行わせる。

第４図に示された実施態様では、槽２２中に含
まれたろ過すべき液体がポンプ２３によつて、時
として液体中に存在する固体を分離させるように
構想され配置された中間槽３０（例えばデカンタ
ー）又は分離させる手段を備えた中間槽（例えば
サイクロン）に導入される。液体は、配管２５に
備えられたポンプ２４によつて本発明のろ過装置
２６に押し込まれる。この装置からろ液は配管２
７を通つて、ろ過装置に比して水頭が高くろ液が
重力によつて逆流して装置を洗浄するに充分な高
さにある容器２８に導かれる。配管２９が装置２
６を中間槽３０と結合し、装置２６でのこつた液
体を再循環させる。

第５図は、以上に記載した施設の一変形を示
す。この変形では、ろ過装置２６にろ過すべき液
体を送る配管２５から分枝された弁３２を備えた
配管３１によつて、多孔質ではなく柔軟性のダイ
ヤフラムが回路中に置かれる。ろ液を回収する容
器２８とろ過装置２６に就いて云えば、その相対
位置は逆転している、すなわちろ過装置が容器２
８に比して高い水頭を持つ。ダイヤフラム３３
は、洗浄のサイクルの内、洗浄すべき装置に定期
的に脈動する流量でろ液を逆流させる。

以下に本発明による一施設を用いて海水を処理
した第一の実施例を示す。

本発明による接線ろ過モジユールを10個含む施
設で海水を処理した。このモジユールは直径40cm
で直列に配置された二重のらせん面を持つもので
あつた。

ろ材はプラスチツク材質の布であり、その目開
きは約2μであつた。

原料の海水は5ppmの懸濁物質を含み、その微
粒子は、5μより大きい粒子が16000個／ml、2μよ
り大きい粒子が50000個／mlの割合のものであつ
た。

海水は５m³／時間の流量で１時間ポンプ輸送さ
れ、30分毎に30秒間輸送を停止した。装置の上方
3mの高さに置かれた貯蔵器に３m³／時間の流量
でろ液を集めた。

装置の出口で、処理水中の懸濁物質を測定する
ことは不可能であつたが、5μより大きい粒子は
99％より多く除去され（＜50個／ml）、2μより大
きい粒子は約95％除去された（約2500個／ml）。

15日間動作した後、流量は2.5m³／時間に低下
した。界面活性物質による洗浄とろ液の重力によ
るモジユールへの還流を組合せて行つた目詰り除
去により、最初の流量を回復することができた。
処理された海水は再注入の流体として役立つた。

以下に、直列に配置された二重のらせん面を持
つ、直径40cmの接線ろ過モジユールを10個含む本
発明の施設を用いて、牛乳を処理した第二の実施
例を示す。ろ材は直径1.2μの孔を持つマイクロポ
ーラス材で構成されていた。処理すべき牛乳は約
2.3％の蛋白質、1.9％の脂肪を含んでいた。

装置に平均流量５m³／時間で装入し、定期的に
目詰り除去を行つた。

平均0.2m³／時間の平均流量ろ液が集められた。

このろ液は実際上最早脂肪を含まず、又、蛋白
質の50％もフイルター上に留保された。

本発明による施設を用いる牛乳の処理は、遠心
作用による処理よりも明らかに有効であることが
実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一ろ過モジユールの透視
図である。第２図は６個のモジユールより成るろ
過装置の略図である。第３図乃至第５図は、本発
明による施設の若干の実施態様を略図で示したも
のである。 １，１ａ……ろ過要素、２……囲い、３……表
面、４……小穴、５……管、６……隙間、７……
オリフイス、８……底部、９……蓋、１０……配
管、１１……オリフイス、１２……開口、１３…
…ろ過装置、１４……槽、１５……ポンプ、１６
……配管、１７……ろ液補集槽、１８……配管、
１９……弁、２０，２１……弁、２２……槽、２
３，２４……ポンプ、２５，２７……配管、２６
……ろ過装置、２８……容器、２９……配管、３
０……中間槽、３１……配管、３２……弁、３３
……ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体中に分散した粒子をろ過するためのろ過
   装置であつて、該装置が： 第一の囲いが第二の囲いの内側に半径方向に間
   隔を置いて共心的に配置された第一と第二の円筒
   形の囲い； 前記第一の囲いの内側に配置されたらせん形態
   を有し、その中に第一のらせん状通路を形成する
   第一のろ過要素； 前記第一と第二の囲いの間に配置されたらせん
   形態を有し、その間に第二のらせん状通路を形成
   する第二のろ過要素； 前記第一のらせん状ろ過要素と第一のらせん状
   通路の傾斜方向は、前記第二のらせん状ろ過要素
   と第二のらせん状通路の傾斜方向とは反対であ
   り； 前記各ろ過要素は、ろ過すべき液体と接触する
   壁がろ材で形成された断面が長方形または台形で
   両端部が閉じた導管であつて、ろ過すべき液体を
   前記装置の下側の第一の端部の前記らせん状通路
   の一つに導入して、それにより前記液体がそれぞ
   れの通路に沿つて前記らせん状ろ過要素を流れ、
   それによりろ過される導入手段； 前記装置の第二の端部で、前記液体の流れを前
   記一方のらせん状通路から他のらせん状通路に変
   え、それにより前記液体流を他のらせん状のそれ
   ぞれのろ過要素に沿つて流し、更にろ過する手
   段； 濃縮された前記液体を、前記装置の第一の端部
   から排出させる手段；および ろ液を少なくとも一個の前記らせん状ろ過要素
   から前記装置の側面に排出する手段： を含有する接線ろ過装置。 ２ 前記第一と第二のらせん状ろ過通路を形成す
   る前記第一と第のらせん状ろ過要素を有する少な
   くとも二個の軸方向に連結されたモジユールから
   構成され、前記軸方向に連結されたモジユールの
   前記第一と第二のらせん状通路はそれぞれ軸方向
   に連結され、かつ前記各らせん状のろ過要素は、
   360°より小さい扇形である特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３ 前記囲いが、立体的に配置され、前記ろ過す
   べき液体が下端の前記の一つのらせん状通路に導
   入されてそこを通つて上方に流れ、前記液体が前
   記他のらせん状通路を通つて下方に流れる特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ４ 第一の囲いが第二の囲いの内側に半径方向に
   間隔を置いて共心的に配置された第一と第二の円
   筒形の囲いで形成された接線ろ過装置、前記第一
   の囲いの内側に配置されたらせん形態を有し、そ
   の中に第一のらせん状通路を形成する第一のろ過
   要素、前記第一と第二の囲いの間に配置されたら
   せん形態を有し、その間に第二のらせん状通路を
   形成する第二のろ過要素、前記第一のらせん状ろ
   過要素と第一のらせん状通路の傾斜方向は、前記
   第二のらせん状ろ過要素と第二のらせん状通路の
   傾斜方向とは反対であり、前記装置の第一の端部
   の前記らせん状通路の一つへの入口、前記装置の
   第二の端部で、前記一つのらせん状通路を他の前
   記らせん状通路に連結する部材、前記装置の前記
   第一の端部での前記第一の端部での前記他のらせ
   ん状通路からの出口、および少なくとも一個の前
   記らせん状ろ過要素から前記装置の側面にろ液を
   排出する手段； ろ過さるべき液体の供給手段； 前記装置からのろ液を受ける貯蔵手段； 前記供給液を前記ろ過装置の入口に供給して前
   記一つのらせん状通路を通り、ついで他のらせん
   状通路に循環させ、それによりろ液を形成させ、
   そのろ液を前記排出手段から前記貯蔵手段に供給
   するろ過ポンプ手段；および 前記ろ過装置の前記少なくとも一個のろ過要素
   を洗浄する手段： を含むろ過施設。 ５ 前記ポンプ手段が、前記らせん状通路を通る
   パルス流を形成するための手段を含有する特許請
   求の範囲第４項に記載の施設。 ６ 前記ろ液を受け入れる貯蔵手段が、前記ろ過
   装置に関して圧力負荷のもとにあり、また、前記
   らせん状ろ過要素の詰り物が、ろ過を前記貯蔵手
   段から前記装置へ向流状に送り込むことによつて
   除去される高さに置かれている特許請求の範囲第
   ４項に記載の施設。 ７ 前記ポンプ手段とろ過装置との間に配置され
   た屈曲性のノンポーラスな膜、および前記貯蔵手
   段と該貯蔵手段から前記ろ過装置へろ液を逆流状
   に送り込むことによつて前記らせん状ろ過要素の
   詰り物を除去するためのろ液の供給との交互連結
   手段をさらに含有する特許請求の範囲第４項に記
   載の施設。