JPH0817896B2 - 回転濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転濾過装置に関し、詳細には簡単な構成に
て濾過素子の目詰まりを抑制し得て、効率良く長時間継
続濾過が可能な回転濾過装置に関するものである。

〔従来の技術〕

精密濾過膜や限外濾過膜等を使用し、菌体などを含む
懸濁液を加圧または真空濾過する濾過方法においては、
濾過の進行に伴い被濾過液に含まれる粒子やゼラチン質
などが濾過素子の表面に捕捉され、該濾過面に付着層が
形成され、また、この微粒子や高粘度物質で構成される
付着層は濾過圧縮性が大きいので、濾過の進行と共に急
激に濾過面を目詰まりさせて濾過素子の濾過抵抗を増大
させる。

この濾過面における付着層の形成を抑制し、濾過効率
の低下を防ぎ継続的に濾過する装置として代表的なもの
に回転濾過装置、すなわち、内部に中空小室を備えた複
数個の回転濾過素子を回転軸上に直列的に間隙を隔てて
設け、これらを一体的に回転させ、該濾過素子表面に捕
捉される粒子等に遠心力を与えて排除し、また被濾過液
と濾過素子との相対速度差により被濾過液に乱流や渦流
を発生させることで付着層の形成を抑制し、その濾過抵
抗の増大を防止する濾過装置がある。

しかし、これら回転濾過装置においては、単に複数の
濾過素子を間隙を隔てて回転軸に取付けてこれらを一体
的に回転させるだけでは、被濾過液が濾過素子と同一方
向に随伴流動するいわゆる共回り現象が生じて、濾過面
における付着層の形成を抑制するという所期の目的を達
成し得なくなるので、この随伴流動の発生を防止するた
めの構成について種々の工夫が加えられ、また数多くの
提案がなされている。

これら従来の回転濾過装置としては、例えば、回転軸
上に取付けた複数個の回転濾過素子の間に固定濾過素子
を配したもの（特開昭47-23949号公報）とか、外周に濾
過槽壁と接触回転する逆送羽根を備え、かつ回転軸近傍
に流通部を設けた環状回転濾過素子と、外周部に流通間
隙を有する回転濾過素子とを交互に回転軸上に取付け、
かつ、これら回転濾過素子の間に掻取刃を回転自在に配
したもの（特開昭48-87473号公報）とか、回転軸上に取
付けた複数個の回転濾過素子の間、および該回転濾過素
子の内部に設けた中空部に、濾過素子の回転方向にほぼ
直交する方向に延びた１個または複数個の流動制御体を
配したもの（特開昭50-69657号公報）等が知られてい
る。

これら従来の回転濾過装置は、いずれも被濾過液をポ
ンプ等により外部より圧送循環させ、その強制的な被濾
過液の流れを上記の構成にて濾過素子表面に導いたり、
濾過素子間の間隙に配置した流動制御体にて随伴流の発
生を防ぐと共に乱流や渦流を発生させ、濾過素子表面と
被濾過液とに相対速度差を生じさせることで、濾過面に
おける付着層の形成を抑制するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の従来の回転濾過装置は、回転濾過素子
と、固定濾過素子や掻取刃や流動制御体等とを交互に、
しかもできるだけ少ない間隙で設置する必要があり、そ
の構造が非常に複雑かつ精密なものとなるため、その組
立や分解に煩雑な手順を要するものとなり、また、流動
制御体を用いる例では回転軸近傍における濾過素子と被
濾過液との速度差が小さくなるため、該回転軸近傍にお
ける付着層の形成を充分に抑制できない。

一方、被濾過液をポンプ等により循環流動させるにつ
いて、その内部に強制的な流れを形成させるためには比
較的に被濾過液の循環流量を多く要し、しかもその流路
構成が複雑なため流動抵抗も大きなものとなり、比較的
に大きな容量・出力のポンプ等を要とするという問題が
ある。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記の従来装置における上記問題点の解決を
目的としたもので、その要旨は、被濾過液を連続的に送
入するように構成された容器内に、駆動手段にて回転さ
れ、濾過液の取出し手段と連通する中心孔を有する回転
軸を設けると共に、該回転軸上に内部に中空小室を有す
る複数個の円盤状濾過素子を所定間隔を有して同芯状に
取付け、かつ該濾過素子の小室と回転軸の中心孔とを液
体流通可能に連通させてなる回転濾過装置において、液
体流通を自由とすべく前記濾過素子間には部材は配され
ず、かつ各濾過素子の回転軸との取付け部近傍に被濾過
液を軸方向に貫流させる開口部を設け、被濾過液の随伴
流を利用して各濾過素子間の間隙に外周方向に向かう被
濾過液の循環流を発生させるようにしたものである。

〔作用〕

濾過素子が回転するとき、濾過素子表面に接する被濾
過液は、その粘性に応じて濾過素子の回転力を受けてそ
の回転方向に随伴して流れると共に、該回転による遠心
力を受け濾過素子の外周方向すなわち回転半径方向にも
流れようとする。

本発明においては、この随伴流を有効に利用するもの
で、回転軸上に複数個の円盤状濾過素子を該濾過素子間
に部材を配さずに所定間隔を有して同芯状に取付け前記
各濾過素子の回転軸との取付け部近傍に被濾過液を軸方
向に貫流させる開口部を設けてあるので、これら複数個
の濾過素子を一体的に回転させるとき、濾過素子間の被
濾過液は、該濾過素子の回転に随伴して回転し、この回
転による遠心力によって外周方向に流される。

そして、外周方向に流された被濾過液は、容器の壁面
に沿って流動して両側壁面部から濾過素子の回転中心方
向に向かって流れ、各濾過素子の取付け部近傍に設けた
貫流開口部を経由して各濾過素子間の間隙に還流供給さ
れるため、それぞれの濾過素子間の間隙に中心側より外
周方向に向う被濾過液の流れが生じる。なお、この流れ
は濾過素子の中心寄りで最大となり、この中心寄りの濾
過素子表面における付着層の形成を抑制する。

また、濾過素子間の被濾過液は、濾過素子の回転に随
伴流動してその回転方向に流れようとするが、濾過素子
の回転中心部側の貫流開口部を経由する還流すなわち回
転半径方向の流れとの複合流となって濾過素子の外周方
向に流される。

このため、濾過素子の回転時においては、回転する濾
過素子表面と被濾過液の流れとの間に相対速度差が濾過
面全体に生じ、当該濾過素子表面における付着層の形成
が抑制される。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して、以下に説明する。

第１図は本発明の実施例の回転濾過装置の要部を示す
正断面図で、第２図はこの装置の回転濾過素子を示す一
部を切欠いた側面図である。

第１図および第２図において、（１）は容器であっ
て、該容器（１）は図外の被濾過溶液の供給手段と連通
する入口管（10）と、図外の濃縮濾過溶液の回収・循環
手段と連通する出口管（11）とを備えた圧力容器であ
る。

（２）は中空回転軸であって、該中空回転軸（２）
は、軸封装置（６）を介して回転自在かつ水密に容器
（１）内に挿入配置され、容器（１）外の端部において
伝導および軸受装置（７）に保持されると共に、伝導お
よび軸受装置（７）と連通された電動機（８）にて駆動
・回転されるもので、その容器（１）外の軸端部に図外
の濾過液回収手段と連通する濾過液出口管（９）を備え
たものである。

（３）は濾過素子であって、該濾過素子（３）は内部
に中空小室を備えた円盤状とされ、回転中心寄りに貫流
開口部（５）を設けたもので、その中空小室と中空回転
軸（２）の中心孔とを液体流通可能に連通して円周方向
に等角度で３個配された濾液パイプ（４）を介して中空
軸（２）に接続されてあり、かつ中空回転軸（２）に対
し直交して軸方向に等間隙を隔て直列的に複数個配設さ
れてあり、それぞれ中空回転軸（２）と一体的に回転可
能とされたものである。

上記構成の本実施例の回転濾過装置においては、被濾
過液は入口管（10）より容器（１）内に加圧供給され、
濾過素子（３）で濾過された濾液は濾液パイプ（４）お
よび中空回転軸（２）の中心孔を経て濾過液出口管
（９）より取出される。一方、容器（１）内で濾過によ
り濃縮された液は適時排出管（11）より排出される。

また、容器（１）内における被濾過液は、第１図中の
矢印で示すように、回転する濾過素子（３）の遠心力を
受けて該濾過素子（３）の外周方向に送られ、そして、
容器（１）の壁面に沿って流動して両側壁面部より濾過
素子（３）の回転中心部に向かって流され、各濾過素子
（３）の回転中心寄りに設けた貫流開口部（５）を経由
して各濾過素子回転中心寄りから各濾過素子間の間隙、
すなわち各濾過素子表面に還流供給される。このような
被濾過液の一連の流動過程は、回転中心寄りに貫流開口
部（５）を具備した複数個の濾過素子（３）を、該濾過
素子（３）間に部材を配さずに所定間隔を有して中空回
転軸（２）に設けることにより初めて得られるものであ
る。

上記構成の本実施例の回転濾過装置において、その濾
過面に限外濾過膜を用い、直径を300mmとした10個の濾
過素子（３）を中空回転軸（２）に各10mmの間隙を隔て
て配設し、これに濃度1200mg/l、温度24℃の下水活性汚
泥を圧力0.3MPaで供給して、回転数を種々変えて濾過を
行った。

なお、各濾過素子（３）間の間隙は、小さくし過ぎる
と各濾過素子を均等な間隔をもって組立てることが困難
となり、また隣接する濾過素子同志が接触して濾過効率
を低下させたりし、また、大きくし過ぎると濾過素子間
の間隙の中央部に外周方向からの逆流を生じる余地を与
え、濾過素子（３）の外周方向に送られる流れ、すなわ
ち貫流開口部（５）を経由する還流量が低下するという
結果を招く、装置の規模にもよるが、本例では各5mm〜
各20mmが好適な範囲であった。

上記の濾過における透過液量と濾過素子外周部の回転
周速との関係を第３図のグラフに示す。

なお、第３図のグラフ中の○印のプロットを結ぶ曲線
で示すものは本実施例のもので、同グラフ中の●印のプ
ロットを結ぶ曲線で示すものは、各濾過素子に貫流開口
部を設けない点以外は上記本実施例と同じ構成および条
件にて濾過を行った比較例のものである。

第３図のグラフで明らかなように、同一の周速におい
ては、貫流開口部を設けた本実施例のものの方が、貫流
開口部を設けない比較例のものに比べて透過液量が格段
に多く得られ、本発明の効果が示されている。

また、本実施例のものにおいては、濾過素子外周部の
周速を約2m/sec以上とするとき、濾過素子の全面にわた
って付着層の成長を抑制するに充分な濾過面と被濾過液
との相対的な速度差が得られ、より好ましい効果が得ら
れる。

なお、本実施例においては、横型の回転濾過装置につ
いて例示したが、これを縦型のものとしても同等の効果
が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る回転濾過装置は、濾過素
子の回転に伴う被濾過液の随伴流を有効に利用するもの
で、濾過素子の回転中心寄りに被濾過液を回転軸方向に
貫流させる開口部を設けることにより、濾過素子の回転
中心付近で被濾過液が停滞せず、濾過面全体にわたって
被濾過液の循環流を発生させることができ、これにより
濾過素子の濾過面における付着層の形成を抑制し得て高
い濾過効率にて長時間継続して濾過を行うことが可能な
り、しかも、濾過素子間に掻取刃や流動制御体等を配す
ることを不要とする分だけ同容量の容器内により多くの
濾過素子を配設し得て濾過効率を高め得、かつその組立
および分解が容易となり、そして濾過液の流動抵抗も大
幅に低め得て被濾過液を圧送するポンプの容量・出力も
比較的に小さくし得る等の効果を簡易な構成にて得るこ
とを可能とするものであって、菌体などを含む活性懸濁
液を簡単な装置で経済的に長時間継続して濾過を行うこ
とを可能とするその実用効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回転濾過装置の要部を示す正
断面図、 第２図は第１図の回転濾過素子を示す一部を切欠いた側
面図、 第３図は濾過素子外周部の周速と透過液量との関係を例
示したグラフである。 （１）……容器、（２）……中空回転軸、（３）……濾
過素子、（４）……濾液パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被濾過液を連続的に送入するように構成さ
   れた容器内に、駆動手段にて回転され、濾過液の取出し
   手段と連通する中心孔を有する回転軸を設けると共に、
   該回転軸上に内部に中空小室を有する複数個の円盤状濾
   過素子を所定間隔を有して同芯状に取付け、かつ該濾過
   素子の小室と回転軸の中心孔とを液体流通可能に連通さ
   せてなる回転濾過装置において、液体流通を自由とすべ
   く前記濾過素子間には部材は配されず、かつ各濾過素子
   の回転軸との取付け部近傍に被濾過液を軸方向に貫流さ
   せる開口部を設け、被濾過液の随伴流を利用して各濾過
   素子間の間隙に外周方向に向かう被濾過液の循環流を発
   生させるようにしたことを特徴とする回転濾過装置。