JPS59183807A - 膜ろ過方法 - 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】 本発明は膜ろ過法によって液体をろ過する方法に関する
。更に詳しくは、逆浸透膜、限外ろ過膜などを用いて液
体をろ過するにあたり、ろ過膜に発生する膜の破れや原
液側とろ過液側を隔てるシール部分のもれなど（以下“
膜破れ等２と言う。）を、膜の２次側の液の特性の変動
を検出して検知し、該検出の信号によってろ過膜への通
液な停止または切り換えることにより、ろ過液が汚染す
ることな（ろ過する方法に関する。

近時膜の研究が進み、工業的に応用可能な膜が大量に生
産できるようになった。又、膜によればその膜の孔径に
応じた精製度を得ることが出来、従来の例えばプレコー
トフィルターなどでは到底達成出来ない高精度のレベル
まで達成可能となった。

その結果、半導体生産の分野や医薬品久造の分野に用い
る製造用水の精製に膜の応用分野が見出された。

半導体生産の分野では脱法による大量の洗浄水なしでは
到底ＬＳＩの集積匿を上げることは出来なかったであろ
う。

医薬品製造の分野では従来の蒸溜水に変わって、安価且
つ大量に使用され生産のＧＭＰ化へ大きく寄与している
。

適切な条件下で用いられる膜ろ過法は、多くの文献にも
あるように １）従来の方法では得られなかった非常に精密なろ過が
できる。

２）操作が非常に簡単であり、高度の運転技術を必要と
しない。

３）パイプライン等の閉鎖系で使用されるために外部か
らの汚染がない。

４）単純に圧力のみを利用する操作であり、相変化を伴
わないのでエネルギーが節約出来る。

５）濃縮液の連続的な排出により、連続的に目詰まりな
く運転出来る。

等の特徴を有する。

通常、膜によるろ過の態様としては、脱法以外の例・え
ばサンドフィルターやプレスフィルターニ見られるよう
な、原液を全量ろ層の中を通過させ、ろ滓をろ層の中に
残すいわゆる「全量ろ過」の方法をとることは比較的少
な（、原液を原液タンクからポンプにより膜表面の一端
部に送り、膜表面に浴って流し、膜表面の他端部から濃
縮液として原液タンクへ戻し、原液が膜表面に接してい
る間だけろ過を行う循環ろ過法、又は循環ろ過において
濃縮液の一部又は全部をろ過系外へ取り出す部分ろ過法
が行われる。このような膜独特のろ過方法により、膜の
非常に小さい孔径にもかかわらず、取扱の容易なろ週単
位操作として定着するにいたった。

しかしながら膜の最大の欠点は、膜の１次側と２次側が
極めて薄い膜１枚で隔てられ、また膜を支えるシール部
分も膜が薄いために極めてデリケートな構造にならざる
を得ない事である。

その結果以下のような不安な点を生ずる。

１）膜やシール部分が圧力、温度等の物理的な影響或い
は処理液や洗浄液の化学的影響により、総合的に徐々に
老化して来るためピンホールが出来る。

２）製膜の段階で潜在していた弱い部分が運転のショッ
クにより破損する。

このような事故は、突然または徐々に発生して、その時
期を予め予想することは極めて難しい。そして徐々に発
生した場合はろ過の効果をすこしずつ悪（し、気がつい
た時にはすでに大量の品質の悪い製品を作り出してしま
っている場合があった。

事故が突然発生する場合はあきらかに不良品を作り、生
産量の不足や生産コストの上昇を招（可能性を持ってい
る。

膜を採用する者にとっては前述の事故の可能性は非常に
心配な事であった。

これらの問題点に対する従来の対応策は、膜の寿命を短
めに推定して、早目早目に膜の交換を行うことであった
が、十分に実績の出来る数年間はトラブルの心配が絶え
なかった。又、高度の安全性を要求する場合は脱法の採
用を躊躇せざるを得ない場合もあった。

発明者は以上のような不安を解消し、膜ろ過技術の信用
を高めるために、これまでも鋭意研究を重ねてきた。

即ち、膜破れ等を検出する為に原液中にトレーサーを混
入し、微量漏れだしてくるトレーサーを磁気により濃縮
して検出する方法である特開昭５６−４４８１７号「隔
壁のピンホール検出法」を提案した。然しこの方法は検
出容易なトレーサーを用いるだけに応用は易しいが、も
ともと原液には含まれない成分を混入するだけに、トレ
ーサーがろ過液に混入した場合の悪影響或いはトレーサ
ーと液との化学的物理的親和性等、解決すべき問題も多
（必ずしも一般的に用いることはできなかった。

そこでなお引続き、適切なトレーサーとその検出方法を
検討するうちに図らずも本発明に到達した。即ち本発明
は、膜ろ過法による液体のろ過において、はぼ同じ特性
を持つ第１膜および第２膜を直列に配置し、第１膜は循
環又は部分ろ過又は全量ろ過の方法により、第２膜は全
量ろ過の方法により、両膜を逐次ろ過通過させ、両膜の
中間の液体と第２膜通過後の液体の特性の差を検出する
ことにより、第１膜の破れを検知し、該検出信号により
ろ過を停止または他ろ過装置へ切換えることを特徴とす
る膜ろ過方法であって、通常の膜ろ過装置（第１膜）に
よりろ過されたろ過液の全部または一部を第１膜とほぼ
同等の孔径な持つ第２の膜により全量ろ過濃縮し、第２
膜の１次側の液と２次側の液との特性の差を検出するこ
とにより、第１膜の膜破れ等を検知するものである。

第２膜の１次側と２次側の特性の差の検出には、原液の
中に含まれる被ろ過物の性質と量により適当な特性を選
定できるが、濁度、圧力、微粒子数。

電気伝導度、エンドトキシン濃度等の特性が便利に使用
できる。

本発明は、第１膜が完全である間は第２膜により除去さ
れるべき負荷が無いので、第２膜の１次側と２次側との
前記特性の差は殆ど一定の値を示し、変動が少ない。若
し第１膜に膜破れなどができて被ろ過物が漏れ始めた場
合は、第２膜を全量ろ過、濃縮型に設置しているので、
第２膜の表面で直ちに濃縮され圧力上昇や濃縮による濁
度、微粒子数やエンドトキシン濃度等の上昇が始まる。

故にこれらの特性を連続的或いは定期的に測定し記録し
管理することにより本発明の目的を達成出来る。

本発明を実施しない場合ば、例えば非常に小さいピンホ
ール１個より流出してくる被ろ過物は極めて微量であり
、正常にろ過されてくる大量のろ過液に薄められて到底
分析可能な濃度ではない。

これに反して本発明を実施すると、被ろ過物の漏れだし
がまだ極めて僅かである場合でも第２膜の表面に確実に
補足され、濃縮される上、測定の比較に用いられる第２
膜のろ過液は２度のろ堝工程を経ているので完全に被ろ
過物が除かれているため、その差の増加を検出すること
ははるかに容易である。

被ろ過物が膜面に蓄積して湊のろ過抵抗を増すような場
合は、第２膜の１次側と２次側のそれぞれに圧力計を取
りつけ、またはその差圧を検出するような差圧計を取り
つけ、膜面の目詰まりの増加、即ち第１膜の漏れを監視
することができる。

被ろ過物が微粒子であり、濁度や微粒子数の計測ができ
る場合はこれらの特性により本発明の目的を達成できる
。

被ろ過物がイオンである場合は電気伝導度ＪＰ電気抵抗
の測定により本発明の目的を達成できる。

被ろ過物が極めて僅かである、例えば超純水のような場
合には、上記のような計測方法では特性の差を検出しに
くいが、エンドトキシンの濃度の測定を行うことにより
本発明の目的を達成できる。

本発明における重要な特色は、トレーサーに原液の中に
すでに含まれている被ろ過物を用いること、敢えてろ過
膜を２段に設置しているためにある意味で経済性を悪（
していること、第２膜には通常のろ過常識を無視した全
量濃縮の手段を用いているところにある。この技術思想
は通常の膜ろ過のそれとは正に逆転の思想であり、先人
の思い及ばなかったところである。

本発明を図面を用いて更に詳しく説明する。

第、１図は本発明によらない膜ろ過装置のフローシート
の例である。フローシートの左側σ）より入った原液は
循環タンク■から加圧ポンプ■により加圧され膜モジュ
ール■にはいる。ろ過液はノ（イブ■により次の工程へ
送られ、膜面に溢って膜面を洗浄しながら流れた原液は
ろ過により濃縮液となってパイプ■を通り循環タンク■
へもどる。

第２図は本発明による膜ろ過装置のフロージ−トメ例で
ある。フローシートの左側０より入った原液は循環タン
ク＠から加圧ポンプ０により加圧され第１膜モジユール
■にはいる。濃縮液は）くイブ■を通って循環クンクＯ
へもどり、ろ過液はノくイブ＠により第２膜モジユール
（ｉｖ）へながれ、そこで循環されることなく全量ろ過
され、ろ過液はパイプ＠により次の工程へ送られる。

第２図では第−膜と第二膜を別々の場所に設置するとと
（描いであるが、平膜の場合のように膜を２枚重ねるこ
とができる場合もある。

第３図は本発明による膜ろ過装置の７０−シートの別の
例である。第１膜のろ過液はパイプ［相］において全量
第２膜へ流れず一部のみが第２膜へ供給されている。し
かし、第２膜からの循環戻りパイプはなく、第２膜へ供
給された液は全量ろ過される。

第１膜の分画分子量（膜により阻止される最小の粒子の
大きさをその分子量で表現したもの）は分離する不純物
の大きさにより任意に設定できる。

第２膜の分画分子量が第１膜のそれよりも大きい場合は
第１膜の漏れのなかで粒度の大きいもののみしか検出出
来ないので検出精度が悪い。

第２膜の分画分子量が第１膜のそれよりも小さい場合は
第１膜に漏れがな（ても、第１膜を通過して（る微粒子
の第２膜上べの蓄積が常に起こるのでやはり検出精度を
おとす。

故に、第２膜の分画分子量は第１膜のそれと同じか或い
は第１膜の分画分子量の１０分の１ないし１０倍の範囲
のものが好ましい。

第２膜は使用に先立ってバブルテストは勿論エンドトキ
シンチャレンジテスト等使用目的に応じた検出精度を持
つことを確認してお（必要がある。

また１、第２膜には経済的な見地より長期間の寿命を期
待するよりも、つねに新しい老化していないものを用〜
・正確を期すべきである。

第２膜の膜面積は、第２図に示したようにろ過液全部を
ろ過する場合と第３図に示したようにろ過液の一部をろ
過する場合の違いや、第２膜に許される圧力低下の範囲
によって適宜選択すべきである。

実施例１ 製薬用パイロジエンフリー水の製造装置を以下のごとく
組立てて実験を行った。

第１膜；限外ろ過膜、膜面積’ｌ　４　’Ｉｎ　ｒ分画
分子量６，０００のものを用いた。第２膜；第１膜と同
じ膜を同じ面積用いた。装置のフローシートは第２図の
通りとした。

供給水にはイオン交換水をもちいた。運転条件は１．５
η七の負荷をとるように常に圧力調整を行った。

運転の成績の判定は第２図＠の部分よりサン７゜ルをと
り、リムシルテスト法すなわちプレゲル■（帝国臓器製
）によるエンドトキシンの有無の測定によりおこなった
。成績を第４図に丸で示した。

図中−はエンドトキシンが認められなかったことを、士
は明らかには認められなかったことを、＋は明らかに認
められたことを、士士は多量に認められたことをそれぞ
れ表示する。

１０日目在では第１膜のエンドトキシン阻止能力が十分
あったので、エンドトキシン濃度の上昇が認められなか
った。１１日めに直径約０．７日のビン７１＝、−ルる
で１個積極的にあけ実験を続けた結果、１５日口の測定
以降エンドトキシンの濃縮が認められた。第４図にその
結果をしめした。参考までに第１膜ろ過液の分析を１５
日目在降もおこなったがエンドトキシンの濃度は検出限
界以下であり前記ピンホールの効果を検出することはで
きなかった。

実施例２ 第３図のフローに従って第１膜に約１０平方米の限外ろ
過膜を用い、第２膜に約０２平方米の同様の孔径の限外
ろ過膜を用いた。ろ過原液には電着塗料を用い、第２膜
の前後での検出装置には濁度なもちいた。

第１膜の漏れの検出には従来も濁度検知器を第１膜のろ
過液パイプの途中に設置していたが、本発明の第２膜を
用いたことにより従来の検出感度よりもはるかに高感度
で漏れを検出できることがわかった。

以上実施例中で述べたように、本装置によれば、実用的
にはまだ十分に安全な段階で異常が検出できる。検出精
度については、第２段目膜のろ過量とサンプル量のバラ
ンスを適当に選ぶことによってどのようにも調整出来る
ので、極めて便利且つ安全である。

本発明の実施により、従来兎角信頼性に欠けるとみられ
た膜ろ適法の欠点が改善されて、今後おおいに工業的に
応用されることが期待される。

４４、図面の簡単な説明 第１図は本発明によらない膜ろ過装置のフローシートの
例である。第２図は本発明による膜ろ過装置のフローシ
ートの例であり、第３図も本発明による膜ろ過装置の他
の例である。第４図は実施例】における第２膜による濃
縮液に対するリムラテストの結果を、運転日数に対応さ
せて図示したものである。

特許出願人　旭化成工業株式会社 第１図 第２図 第３図 （１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜ろ過法による液体のろ過において、はぼ同じ特
   性を持つ第１膜および第２膜を直列に配置し、第１膜は
   循環又は部分ろ過又は全量ろ過の方法により、第２膜は
   全量ろ過の方法により、両膜を逐次ろ過通過させ、両膜
   の中間の液体と第２膜通過後の液体の特性の差を検出す
   ることにより、第１膜の破れを検知し、該検出信号によ
   りろ過を停止または他ろ過装置へ切換えることを％徴と
   する膜ろ過方法
2. （２）第１膜および第２膜が逆浸透膜あるいは限外ろ過
   膜のいずれかである特許請求の範囲第１項記載の方法
3. （３）液体の特性の差の検出手段が濁度、微粒子数。 圧力または電気伝導度のいずれかのＩＩＪ定によるもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法
4. （４）　　液体の特性の差の検出手段がエンドトキシン
   濃度の測定によるものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法 、１−