JPH07102290B2

JPH07102290B2 - 濾過方法

Info

Publication number: JPH07102290B2
Application number: JP62035318A
Authority: JP
Inventors: 功石崎; 隆男佐藤; 裕之内山
Original assignee: 三井研削砥石株式会社
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2010-11-08
Also published as: JPS63205113A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、濾過方法に関するものである。詳しく述べる
と、濾過助材を用いて微細な細孔径を有するセラミック
ス濾過材により連続的に瀘過し得るクロクフロー瀘過方
法に関するものである。

（従来の技術）現在の濾過方法は、濾過材に対して垂直方向に液体を流
通させるスルーフロー方式が主流である。この濾過方法
は、精密濾過領域では、セライト（硅藻土）、パーライ
ト等は高い空隙率を維持できるので、主にプレコート法
ないしボディーフィード法に濾過助剤として用いられて
きた。しかしながら、このスルーフロー方式による濾過
方式は、完成期に達したといわれるものの、次のような
問題点があった。

（１）助剤が高価であり、経済性に問題があること。

（２）操作上、乱流等のように流れが変っているところ
で助剤の剥離による濾過液への混入による濾過精度の信
頼性の低下。

（３）プレコート操作、逆洗、濾過助剤洗浄等の複雑な
プロセスを組込まねばならないこと。

これらのスルーフロー方式の問題点を解決すべく、クロ
スフロー方式が精密濾過分野において注目されるように
なった。そのため、近年微細な孔径を持つセラミックス
フィルターを使って、0.04〜数μｍの微細な粒子領域を
有する液体のクロスフロー方式による濾過方法が提案さ
れている。しかしながら、このようなクロスフローで
は、微細粒子による濾材表面層の汚れ、目詰り等が濾過
作用の阻げになり、特に微生物等の粘着特性の強い粒子
のときの濾過速度が遅いため、寿命、濾過効率の面で実
用化への可能性（寿命と濾過効率）を多分に阻げてい
る。

このような問題の解決方法として、目詰り、汚れ等をな
んらかの方法で制御して流量を飛躍的に促進向上させる
ことが重要課題である。

（発明解決しようとする問題点）しかしながら、従来使用されていた硅藻土、パルプ等の
濾過助材では、ほとんどその効果が期待できなかった。
主に１μｍ以下の微粒子を捕捉することを目的としたク
ロスフロー方式による限外濾過、精密濾過法において
は、従来の濾過助材とは原理が異なるという観点から添
加物を見出すことができるかが一つの着眼点である。

クロスフロー方式としては、各種の形式が提案されてい
るが、クロスフロー方式の最大の利点は、濾過面の洗浄
特性にあり、クロスフロー流速に応じたケークの洗浄力
を有するものである。

一般的にクロスフロー方式による濾過現象は、第５図に
示される。同図から明らかなように、濾過開始直後は濾
過速度が大きく順次低下していくＡ領域と、その後に現
われる時間経過とは無関係に一定の濾過速度が得られる
Ｂ領域のパターンで示される。この経過時間（ｔ）と単
位時間当りの濾過量（Ｊ）との関係は、液体の種類、設
定圧力、クロスフロー速度、温度、濃度などによって影
響を受ける。すなわち、Ａ領域ではスルーフローによる
ケーク濾過による積層現象と同じ様相を示し、ケーク膜
形成による濾過量の減少をたどる。然かして、時間の経
過とともにケークはクロスフロー流によって流され、流
動するケーク層を発生し、このためケーク抵抗は一定値
で落ちつくものと考えられる。

クロスフロー方式による濾過では、このケーク層は厳密
には固着層と流動するケーク層との２種の層を持ち、両
者にはケーク深さ方向に速度勾配が存在していると考え
られ、理想的には全てのケークが流動層になることによ
りＡ領域とＢ領域の差が少なくなるものと推定される。

本発明者らは、このような問題の解決方法として種々検
討した結果、つぎのごとき問題点があることがわかっ
た。

（１）従来から用いられている方法は、逆洗等の再生処
理によるケーク層の剥離洗浄であり、第６図に示すよう
に一定の効果があり、全体として濾過量は増大するが、
Ｂ領域に至る濾過速度をなんら解決するためのものでは
ない。すなわち、少しも減少勾配を改善していないし、
高い一定濾過速度も示していないのである。

（２）スルーフローによる濾過方式、フィルタープレ
ス、ベルトプレス等で用いられる浮遊粒子の凝集作用も
有効な手段であり、Ａ領域からＢ領域への減少勾配を改
善する手段として有効であるが、薬品投入による原液へ
の影響およびフロック形成のための付帯設備を必要とす
る。

したがって、本発明の目的は、新規な濾過方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、濾過助材を用いて
微細な孔径を有するセラミックス濾過材により連続的に
瀘過し得るクロスフロー瀘過方法を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段）上記諸目的は、粒子径0.01〜10μｍの濾過対象物質を含
有する清澄濾過領域の液体を、α−アルミナ、活性炭お
よびカーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくと
も１種の微粒子状濾過助材とともに、微細な細孔径を有
するセラミックス濾過材を用いてクロスフロー方式で連
続的に瀘過することを特徴とするクロスフロー濾過方法
により達成される。

（作用）本発明により濾過される液体は、粒子系が0.01〜10μ
ｍ、好ましくは0.04〜３μｍである濾過対象物質を含有
する清澄濾過領域例えば10^-4〜50重量％、好ましくは10
^-2〜10重量％の濃度）を有する液体である。一例を挙げ
ると、例えばビール、日本酒、ウィスキーの原液等のご
とき酵母を含有するアルコール水溶液、水道水、食品製
造廃水、工業廃水、生活廃水、工業用水、逆浸透膜の前
処理等がある。

セラミックス濾過材としては、微細な孔径を有するセラ
ミックス製の管状物、板状物等があり、その平均細孔径
は、0.03〜10μｍ、好ましくは0.2〜６μｍである。そ
の壁厚は特に限定されるものではないが、通常支持骨格
を含み0.4〜3mm、好ましくは0.7〜1mmである。

濾過助剤としては、α−アルミナ、活性炭およびカーボ
ンブラックよりなる群より選ばれた少なくとも１種の微
粉末状物があり、その平均粒径は、たとば0.03〜100μ
ｍ、好ましくは0.1〜60μｍである。この濾過助剤の使
用量は、被処理水に対して0.01〜10重量％、好ましくは
0.1〜１重量％である。

本発明方法を行なうには、例えば第１図に示すように、
ライン１より供給される被処理液体を、必要により貯蔵
槽に溜め、ついでライン３を経てスラリー槽４に供給す
る。このスラリータンクにはライン５より濾過助剤が供
給されてスラリーが形成される。このスラリーはライン
６を経てポンプ７により所定の圧力に調整されたのち、
セラミックス濾過材を充填した濾過器９にクロスフロー
（十字流）で通過させて連続瀘過することにより濾液は
ライン11より排出される一方、濾過助剤を含む濃厚液は
ライン10より排出されてスラリー槽４へ循環される。こ
のとき例えば水道水の場合だと流通液体はレイノルズ数
300〜60,000、好ましくは20,000〜40,000、圧力は20〜5
00kPa、好ましくは40〜100kPaである。

本発明において、前記のごとき特定の濾過助剤を使用す
る理由は、つぎのとおりである。すなわち、クロスフロ
ー方式においては、その濾過面に形成される特有のケー
ク層をいかに自在にコントロールするか、このことに注
目して検討を行なったところ、固着層および流動層で形
成するケーク膜は、（ａ）濾過面への固着防止および
（ｂ）形成されたケークの剥離崩壊促進を達成すること
によりケーク抵抗の減少が実現できることを見出した。
すなわち、前記α−アルミナ、活性炭およびカーボンブ
ラックにその顕著な特徴がみられ、飛躍的なＢ領域の濾
過速度の向上が観察された。これは恐らく、前記（ａ）
および（ｂ）の目的に合致して滑り特性が大であり、か
つ濾過面に固着することなくケーク層の崩壊が容易に促
進されるものと思われる。

また、液中の活性炭の助剤の吸着能力は、対象粒子との
造粒現象が起るなどの粒子成長による粒子径増大を生じ
させると同時に、その粒子による粒子間引力の低下を招
き、流速をもつ粒子としての衝突によりケーク層の破壊
を促進させる。一方、ケーク層中の助剤同士は粒子間の
力、例えば化学接着力、フィンデルワールス力、凝集
力、粒子間引力等の他、物理的アンカー理論等に基づく
作用が小さいため、従来の単一物質のケークに比べ異物
が混入したマトリックス状へのせん断力に対し、抵抗力
が小さいので、粒子および流れる媒体のクロスフローの
流れより生じる衝突の力作用により、容易に破壊を起す
ためである。したがって、ケーク層を適度に薄くするこ
とも考えられる。

本発明は、いかにして流動ケーク層を形成させるかに注
目して実現したものであり、いわゆる現在スルーフロー
法に用いられているプレコート法、ボディフィード法等
に用いる濾過助剤とは、その目的とする濾過効率の向上
が同じでも、連続操作の用い方、クロスフローシステム
による原理、濾過助剤の作用とも、本発明の濾過助剤
は、全く異なるものである。また、従来の濾過助剤は、
濾過圧力が高くなると廃棄されるが、本発明によるクロ
スフロー方式に用いられる濾過助剤は、濾過時間に無関
係に作用するために適切な作用条件下で用いることによ
り長時間の連続的な作用にも変化をきたすことはなく、
廃棄する必要がない。また、本発明は、必ずしも再生処
理と併用することを全く否定するものではない。併用す
ることにより、目詰りの進行等をやわらげ、再生回数が
著しく減少する等の良いことも十分に期待できる濾過方
法でもある。再生処理の例としては、逆洗、超音波振
動、薬液洗浄、加熱（燃焼）、空気を導びいて散気す
る、ブラシをかける等の一般的な方法を含む。

（実施例）つぎに、実施例を挙げて本発明方法をさらに詳細に説明
する。

実施例１〜３および比較例１〜７第１図に示す装置において、平均細孔径1.6μｍを有す
る多孔性セラミックスパイプ（内径8mm、肉厚1mm）1mも
の20本を並列に配置した濾過器９に、4.5×10^-2重量％
の酵母を含有する水に第１表に示す濾過助剤をスラリー
槽４において投入して得られたスラリーを圧力100kPa、
レイノルズ数14,000でクロスフロー方式で通過させ、ラ
イン11より濾水を取出し、一方、スラリーはライン10よ
りスラリー槽４に循環させながら連続濾過を行なった。
濾過効果の判定法としては、第２図に示すように、クロ
スフロー濾過の一定時間後（約24時間）の一定流速Jlim
で示す。その結果を第１表に示す。また、実施例２、比
較例４および比較例７の結果をブロットすると第３図の
とおりである。

実施例４〜６および比較例８〜12 実施例１〜３と同様の方法により水道水（固形分0.01重
量％）について濾過を行なったところ、第２表の結果が
得られた。

実施例７〜８実施例１〜３と同様の方法により各種酵母含有水におけ
る各濃度のカーボンブラックおよびα−アルミナのクロ
スフロー方式による濾過の影響について調べたところ、
第３表の結果が得られた。また実施例７、酵母0.045重
量％（第１表）および酵母０重量％（第２表）の場合の
結果をプロットすると第４図のとおりである。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によるクロスフロー濾過方法
は、粒子径0.01〜10μｍの濾過対象物質を含有する清澄
濾過領域の低濃度の液体を、α−アルミナ、活性炭およ
びカーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも
１種の微粒子状濾過助剤とともに、微細な孔径を有する
セラミックス濾過材を用いてクロスフロー方式で連続的
に瀘過することにより行なわれるものであるから、一般
的には洗浄しながらの濾過であり、目詰りを防止して、
Jlimで示されるように長期間運転を可能とする効果を生
み出すとともに、さらに本発明方法を応用展開すること
によりJlimの値を改良することになり、コンパクトな装
置としての経済面での用途領域をさらに拡げることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を行うための一実施例を示すフロー
シート、第２図はJlimの定義を示すグラフ、第３〜４図
は濾過助剤濃度とJlimとの関係を示すグラフであり、ま
た第５〜６図は従来のクロスフロー濾過における時間と
濾過量の関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子径0.01〜10μｍの濾過対象物質を含有
する清澄濾過領域の低濃度の液体を、α−アルミナ、活
性炭およびカーボンブラックよりなる群から選ばれた少
なくとも１種の微粒子状濾過助剤とともに、微細な孔径
を有するセラミックス濾過材を用いてクロスフロー方式
で連続的に濾過することを特徴とするクロスフロー濾過
方法。
【請求項２】セラミックスの平均細孔径が0.03〜10μｍ
である特許請求の範囲第１項に記載の濾過方法。
【請求項３】濾過助剤の平均粒径が0.03〜100μｍであ
る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の濾過方
法。
【請求項４】濾過対象物質の濃度が0.0001〜50重量％で
ある特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一つ
に記載の濾過方法。
【請求項５】濾過助剤の添加量は被処理液体に対して0.
01〜10重量％である特許請求の範囲第１項ないし第４項
のいずれか一つに記載の濾過方法。