JPS61500011A - フィルタ−の洗浄方法 - 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】 発明の名称 フィルターの洗浄方法 え見立■旦±１ 本発明はフィルターの洗浄、更に詳細には孔径５〜０．０１ルｍの範囲の中空繊 維から成るフィルターの洗浄に関する。

皮末剪ｌ」 膜の汚損は一般に最近の限外濾過における特に大きな問題点と考えられている。

この問題についてはクーパー（Ａ　、　Ｒ、Ｃｏｏｐｅｒ）　Ｉｇ集の　”　Ｈ ＊ｋ　％（７Ｈ１５ｍ（米国化学会シンポジウム、ワシントン、１９７９年９月 １４日、プレナム・プレス、ニューヨーク（１９ｓ　Ｏ）　；　Ｉ　ＳＢＮ　ｏ −３ｏｅ−ａｏ５４ｅ−２）中テミカエルス（Ｍ　１ｃｈａｅｌｓ、Ａ　、　Ｓ 　、　）が「限外濾過０１５年」として詳細に検討している。

この本によれば、 「限外濾過膜のマクロな、溶質の、及びコロイド状の汚損に伴う透過量や処理容 量の低下、エネルギー消費量の増大、並びに分離能力及び膜の使用寿命の低下と いう問題は、１０年間に亘るパイロット及び実規模装置による技術的な経験にも かかわらず未だに満足すべ符表昭Ｇ１−５０００１１　（２） き解決に至っていない。」 ミカエル、スによれば、中空膜中に透過液を逆流させて逆線洗浄すると膜の気孔 の閉塞の解除及び付着物の脱離に顕著な効果がある。しかし、この文献に記載さ れている透過液逆流洗浄の例は僅か２例に過ぎず、これらは水道水及び水中に乳 化した電着塗料に関するものである。

上記文献の１０９〜１２７頁に記載されている様に、透過液による中空ｍ維の逆 波洗浄は、濾過工程中に粒子が膜の気孔中に強く押し込まれないようにするため 、膜間圧力を約１気圧程度で運転する場合しか適用できない。上述の様に透過液 逆流洗浄は、汚損種が固体のように膜中に入り込んで固着することのない液体中 の塗料エマルジョン滴である場合に使用されている。膜通過流量は５〜２０文／ 　ｍ’　ｈに過ぎないことカゼ多く、相当する流体の流量は僅か数ｍ文／ｈなの で高速洗浄作用は期待できない。

透過液逆流洗浄は、木質的には循環工程であり、この様な工程による生産速度の 犠牲は洗浄効果が顕著な時しか正当化できない。粘着性の天然廃棄物（醸造残査 、でん粉、及び卵等）の中には透過液逆流洗浄では十分に除去されないものがあ る。定義によれば、透過液逆流洗浄とは単に液圧流が限外濾過膜の気孔を完全に 濡らして通過することである。中空多孔質繊維の限外濾過膜は中空繊維構造のた め、逆流洗浄を必要とする場合が多い。

λ艶豊皿ｊ 本発明の目的は逆波洗浄媒体として気体を用いる、中空繊維フィルターの改良さ れた逆流洗浄方法を提供することにある。

気体の脱気孔中への浸透は１周知の理論に従って、気孔壁を湿潤している液体の 表面張力による抵抗を受ける。事実、表面張力は水面下のオリフィスから気泡を 押し出すために必要な漏出圧から測定するのが便利である。通常の系（疎水性の 気孔中の油、又は親水性の気孔中の水等）では、１０〜１０００ｋＰａの漏出圧 力を必要とする。つまり、漏出圧力はフィルターの通常の運転圧力よりもはるか に高い。

従来の中空繊維型限外濾過膜では、良く知られた多くの理由から、通常繊維の内 側から原料供給する。しかしながら、本発明の方法においては原料をｉ維の外側 から加え、逆流洗浄媒体として気体を繊維の内腔に導入する。すると、内腔内の 圧力により適切に設計された繊維の気孔が膨潤して気孔が拡大し、このため付着 粒子が膨張する逆流洗浄気体に伴われて脱離したり押し出されたりする。

我々の同時係属出願中の国際特許量［ＰＣＴ／ＡＵ８４１０　Ｏｌ　７９　ｒ多 孔質膜の処理方法」の製品は強靭な親水性被覆と親水性空隙充填物を有し、極め て弾性に富む疎水性の比較的粗い多孔質膜なので、気体逆流洗浄に理想的である 。充填物のため、多孔質管の外部から加圧下で供給しても気孔がつぶれない。充 填物の弾性は種々異なるので、それが沈着する（以前は疎水性だった）気孔の膨 張を制御できる。この様にして、付着物を迅速に除去するのに必要な以上の圧力 を用いずに、形態の異なる繊維束中の様々の種類の妨害物を除去するために理想 的な気体放出特性を備えた複合繊維を設計することができる。

特に非常に細かい気孔を持った間隙性物質が比較的気孔の粗い繊維基材に付着し ている場合は、既に膜の内腔中にある少量の透過液で逆流洗浄してから高圧気体 逆流洗浄するのが有利である。この様にすると、少量の透過液によって間隙内か ら細かな封鎖物質が十分洗い出され、続いて基材の気孔を膨潤させ弾性のある開 口部の周囲に噴出する高圧気体によって全体的な清掃がなされる。気孔は穴を再 封鎖するため再び迅速に閉鎖しなければない。また、基材は加工硬化によって亀 裂を生じてはならないし、その規定された弾性の範囲内に止まらなくてはならな い。

ポリプロピレン基材は屈曲亀裂に対する耐久性が極めて強いが、疎水性でどちら かといえばっぷれやすい。この基材の性質は弾性を変化させることによって改良 ｉｉ７能で、これは前述した著者らによる同時係属出願中の国際特許出願の方法 で達成できる。この二つの特許はミクロフィルター及び限外濾過膜の性能改善に 相俟って寄与する。

逆流洗浄媒体として気体を使用すれば、小さな部分については膜構造中を通る気 体の急激な減圧によって、また大きな部分については膜の外表面での気体の急激 な減圧によって汚損物を除去することができる。

従って、気体逆流洗浄工程は膜の気孔内の原料の連続相の表面張力効果に十分打 ち勝てる圧力で行うのが好ましい。

閾−のｆ単な説 本発明の理解を促し、実際的な作用を示すために添付の図面を参考として説明す る。第１図は部分的に透過液逆流洗浄を含む気体逆流洗浄システムを説明するた めの実施例の流量プロフィルを示し、第２図は本発明の一つの実施態様に順じた 気体逆流システムの概略図を示す。

１適な一″　態様の説明 第１図において、ＯＡは初期の透過液流量、ＯＣは濾過時間、またＧＨは回復し た透過液流量を示す。長さＣＦは透過液逆流洗浄の時間、ＦＣは気体逆流洗浄の 時間を示す。所定の運転条件の組合わせについて、面積ＡＢＣＯは流量の減少速 度及び逆流洗浄操作間の時間間隔に依存する。面積ＣＤＥＦは逆流洗浄用透過液 の体・積を示す。

理想的な処理量を得るには以下のことを同時に必要とする。

ｉ）面積ＡＢＣＯを最大にする。

１１）面積ＣＤＥＦを最小にする。

１ｉｉ）透過液逆流洗浄の時間ＣＦを最適化する。

ｉｖ）気体逆流洗浄の時間ＦＧを最適化する。

■）回復した流量ＧＨを最大にする。

ｖｉ）透過液逆流洗浄の流量ＣＤを最適化する。

気体逆流洗浄は種々の方法で実施できるが、その一つの系を第２図に示す。フィ ルター１０にはドローオフ・ライン１１が設けてあり、透過液は通常これを通っ て弁１２に汝れる。逆流洗浄気体はライン１３を通って導入され、このラインに は気体圧力調整弁１４、気体流量弁１５、及び気体オン／オフ弁１６が設けであ る。フィルター１０はライン１８及び１９を介してタンク１７に連結されている 。気体の流れを調節する弁１５の存在により、第１図の線分ＢＤに急な負の勾配 かび−えられる。気体の流速が遅いほど、この線分の（負の）傾斜は小さくなる 。必要であれば、フィード流の速度を零にしてから逆流洗浄Ｉ７ても良く、この 場合は線分ＢＤがＣで曲がり、ＢＤは垂直になる。この後者の方法は気体の漏出 圧力が高い場合に好ましい。なぜなら、跨体原料の圧力に打ち勝たなくて良いた め気体の全圧が小さくて済むからである。

気体逆流洗浄時間は、通常の工程条件を再適用する１口に膜及びフィルター本体 から汚損物質を除去するのに十分なものにすべきである。換言すれば、気体の膨 張時の体積が中空８Ｍフィルターのフィード側での体積を超えるようにするか、 気体逆流洗浄時間がフィルターを流通するフィード流の滞留時間を超えるように １−べきである。

気体逆流洗浄は、タイマーを用いて、又は透過液のラインにフロースインチを用 いて自動的に開始させることができる。

以−トの実施例は本発明の適用例、並びに本発明の限外濾過■り気体逆流洗浄の 実施方法を説明するものである。

実」Ｉ引」 「架橋ポリアミド」をポリプロピレン限外濾過膜の気孔内に沈着させ、また膜表 面には網状に沈着させて、我々の同時係属出願中の国際特許出願の実施例１によ る限外濾過膜（面積０．１６ｍ’）を作製した。木明細書における「架橋ポリア ミド」は、酸ハロゲン化物及び第１級、第２級アミン類のうち少なくとも一つは ３香族化合物又は置換芳香族化合物とし、化学的耐久性を伺ＩＪ−寸“るため酸 ハロゲン化物を通常過剰に使用し、相当量の架橋が生じるようにその平均官能＋ ［を２より大きくルたものである。

我々の国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ８４．１０　Ｏ］、７９の実施例１においては 、酸ハロゲン化物としてプレフタロイルクロライドを用い、沈着用製剤の製造に はヘキサン中への溶解度からビス（３−アミノプロピル）アミンを用いた。膜に 沈着用製剤を適用１２．１時間以内にポリアミドの沈着を完了した。

ポリプロピレンの気孔内への親木性物質の沈着を確実にするため、おｆ径が約１ ｇｍで連続相との界面張力を細かい気孔には侵入できないか粗い気孔には侵入で きるようにした希釈エマルションを作製した。エマルジョンは以下に示す物質の 疎水性混合物として作製した。

ヒス（３−アミノプロピル）アミン　３．９３ｇＰ−ｔｅｒ−オクチルフェ／キ シポリエチレングリコールエーデル　Ｏ，Ｉｇ ミネラルスピリット（ｂ、ｐ、６０−　ｓｏｏＣ）　９５０＋ｎ９゜無水エタノ ール　５０ｍ交 可視光線の波長以上の液滴の存在を示す不透明な濁りが明らかに生じるまで水を 滴下した。この詩の液滴の径はもちろんＩｇｍを超えることになる。アミン溶液 がＩＫ発して所望の膜と大きな気孔中の液滴が形成されたら、テレフタロイルク ロライドのｌ　ｗ　ｔ　／　ｖ　ｏ　１％ミネラルスピリット溶液を直ちに添加 するように注意する。処理した膜は、小さな気孔中へ拡散させるために熱力学的 な安定性から必要なので、酸塩化物と結合させる前に２４時間放置した。

この様に処理した膜を２０ｗｔ／ｖｏ１％塩酸水溶液で洗浄して未架橋の物質を 完全に溶解させると共に、過剰の酸塩化物の末端基を加水分解してカルボン酸基 とした。水を通して洗浄後６０°Ｃで乾燥させて処理を終えた。

７５ｋＰａで処理膜の透過性を試験して次の結果を得た。

水道水の透過流量　３７２１／ｒｎ’ｈ。

小麦でん粉工場廃棄物の透過流量。

初期　２２０文／　ｍ’　ｈ ３０分後　１６２文／　ｔｎ’　ｈ ４５分後　１２４１／ｒｎ’ｈ １６時間後　３６１　／　ｍ″ｈ 続いてこのひどく閉塞した限外濾過膜を圧力を３００ｋＰａに上昇させて透過液 で３０分間逆流洗浄後、小麦でん粉廃液を用い７５ｋＰａで再試験したところ流 量は１５１文／ｒｎ’ｈになった。ｏ、ｉ％　ＢＰＦＥＤＡＲＯＭ可溶性切削油 について試験した結１０　待人ＢｆｆＧ１−５０００１１（４）果、以前と同様 に全く透過しないことが判った。内腔にかかった２　００−ｋＰａの圧力による （若干の）伸びは弾性的に回復した。

この実験から、高圧透過液による逆流洗浄は繊維の伸びによって便され、弾性的 な回復が可能であることが判ったが、透過液の損失が欠点であった。

支菫涜」 １００ｋＰａの小麦でん粉廃液を使用した別の実験で、上述のカートリッジフィ ルターの２４時間後の透過速度は僅か１０１　／　ｍ″ｈに過ぎなかった。１５ ０ｋＰａ及び２００ｋＰａで透過液を膜の内腔に通して逆流洗浄しても透過速度 は上昇しなかった。しかし、４００ｋＰａでは気孔が若干膨潤して粒子の拘束が 弱まり、再試験時の初期透過速度は３４文／　ｎｆ　ｈとなった。洗浄は未だに 極めて不完全だったが、内部圧力を４００ｋＰａに上昇させたことにより効果が 顕著に増大することが証明された。この理由はｍ維の伸びによるものと考えられ る。

１麓ｌ」 実施例１で述べたようにして処理した中空繊維からなる比較的大きな複合カート リッジ（０，５ｒｎ’）に濃密なでん粉廃液を供給したところ、透過液による逆 流洗浄では７００ｋＰａでさえもカートリッジから蓄積物を除去するのに十分な 流れが得られなかった。この圧力（７００ｋＰａ）においては、透過液の３０秒 間の逆流時により多くの透過液が消費された。空気逆流洗浄に切り替えて５秒間 試験圧力をかけても５００ｋＰａまでは空気が漏出しなかったが、この圧力で突 然細かな気泡による濁りが生じ急速に乱流による減圧状態に至った。気体は急速 に膨張して体積が５倍になり、これによって管のシェル側がきれいに清掃された 。シェル側に２００ｋＰａで流し続けた場合は、予想されたように、同様の効果 を奏するには圧力を７００ｋＰａまで上げる必要があった。空気逆流洗浄を用い ると、更に透過液の損失を極少化できるという利点もある。

支蓋碧」 架橋ポリアミドで親水化したポリプロピレン複合カートリッジのゼラチン排除率 は７５％だった。このカートリッジを工業用焼卵ムチンに適用すると急速に汚損 した。１００ｋＰａでの初期流量は２０文／　ｒｒｉ’　ｈだったが、２０分間 で１２１／ｍ’ｈに低下した。空気を５０．、Ｏｋ　Ｐａで５秒間逆流させても 流量は１５文／ｍ’　ｈまでしか回復しなかったが、粘着質のムチンが効率的に 除去されたことが注目された。ライン中に残存する少量の透過液で５秒間常に加 圧しながら逆流洗浄すると細孔の充填物が明らかに除去され、続いて最大圧力５ ００ｋＰａの空気パルスに上り粘着質のムチンが吹きとばされることが判った。

この場合−透過液ライン中の少容積の透過液（最小限度の逆流洗浄）を原料より ５００ｋＰａ上に安定的に加圧し、続いて気体を３秒間爆発的に膨張させると、 原料儂度を３倍にしても初期の２０文／ｒｎ’ｈの流量を維持することができた 。

裏菫遣擾 密度１．３６の食塩水試料５０ｍＭを、海水を３年間に亘って濃縮して飽和状態 にした天日池（ｓｏｌａｒｐｏｎｄ）から採取した。この食塩水は汚泥やその他 の有機物によって汚染されており、再結晶のためにはこれらを除去しなければな らない。試料を交叉流型中空ポリプロピレン繊維、・濾過カートリッジ中にポン プで送り込んだ。入口圧力は２７０ｋＰａとした。ａ縮物の背圧は２００ｋＰａ 、また濾液の背圧は５ｋＰａだった。カートリッジからの初期流量は１０６Ｍ／ ｈだった。１３分後にこの流量は６４文／ｈに低下し、更に５８分経過する間に ５０文／ｈまで連続的に低下した。続いてこの装置を５００ｋＰａで空気逆流洗 浄すると、流量は直ちに１０６Ｍ／ｈに回復した。この過程を繰り返して実施し た。

］−３ 加水分解した小麦でん粉試料５０旦を５０ｇｍスクリーンを通して濾過し、脂肪 酸をデカンテーションで除去した。得られた液は高儂度の懸濁固体と固体溶解物 によって濃く混濁していた。この液を中空ポリエチレン繊維カーｌ・リッジに２ ００ｋＰａで圧送した。背圧は１６０ｋＰａ、　また濾液の背圧は５ｋＰａだっ た。その結果、初期流量は５８父／ｈだったが２４時間後には３１ｕ／ｈに低下 した。続いてカートリッジを５００ｋＰａの空気で逆流洗浄すると、流量は直ち に５８父／ｈに回復した。更に１５分間癌濾過続けると流量は再度３１文／ｈに 低下した。カートリッジを再び逆流洗浄しこの過程を繰り返した。濾液は常に澄 んだ薄褐色の溶液だった。

笑嵐板１ 包装プラントからの水溶性黒インクの廃液３０文を中空ポリプロピレン繊維カー トリッジ中に２００ｋＰａで圧送した。背圧は１４０ｋＰａ、濾液の背圧は５ｋ Ｐａだった。カートリッジからの開始時の初期流量は８２父／ｈだった。流量は ２５分後に６０１／ｈに減少した。カートリッジを５００ｋＰａで空気逆流洗浄 すると流量は８２ｕ／ｈに回復した。この過程を繰り・返した。濾液は常に澄ん だ薄橙色のままだった。

実」１殊１ ポリ酢酸、ビニル製造廃棄物の試料５０文を採取した。この′″廃棄物はＰＶＡ ポリマーと共に他の廃棄系統の成分も含んでおり、塩化第２鉄を添加後、苛性ソ ーダを加えてｐＨを１０に調整してあった。この凝集性物質を中空ポリプロピレ ン繊維濾過カートリ、２ジに１８５ｋＰａで圧送した。背圧は１４５ｋＰａだっ た。初期処理速度は５３１．／ｈだったが、７分後には４３ｕ／ｈに低下し、２ ０分後には３６ｕ／ｈに低下した。装置を５００ｋＰａで８秒間空気逆流洗浄す ると流量は直ちに５２９．／ｈに回復した。その後、流量は逆流洗浄を繰り返す まで低下し続けた。

１漣１」 未処理のリンゴジュースの試料２５文を中空ポリプロピレン繊維限界濾過装置を 通して処理した。入口圧力を７０ｋＰａ、出口圧力を６５ｋＰａ、濾液圧力を３ ５ｋＰａ　とした。濾過開始時の流量は４２０立／ｈで、２時間後には徐々に２ ００１／ｈに低下した。

５００ｋＰａの空気で３秒間逆流洗浄すると、流量は２４０立／ｈに回復した。

更に１時間の間に流量は徐々に２００１／ｈに低下したが、３秒間逆流洗浄する と再び２４０１／ｈに回復した。常に濾液の品質は当業界で得られる最高の品質 と考えられるものよりも高い透明度を有していた。

］５ 実ｊ１例二り曳 カットポテトの洗浄に用いた水の試料２５立を加工工程から採取した。初期送入 圧力は２００ｋＰａ、カートリ、ジでの背圧は１５０ｋＰａ、濾液圧力は２０ｋ Ｐａだった。濾過開始時の中空ポリプロピレン繊維カー）・リッジからの流量は １３２立／ｈだった。

４８分後、この流ｍｌ−は９０ｕ／ｈに低下した。カートリ、ジを５００ｋＰａ の空気で５秒間逆流洗浄すると、流量は１２０立／ｈに回復した。更に１０分後 には流量は１１５立／ｈに減少した。次いでカートリッジを５秒間逆流洗浄する と流量は１２０立／ｈに回復した。原料中の平均ポテトでん粉含量は８．６％で 、＠汐中の平均ポテトでん粉含量は０．１３％だった。

支庭貫」」 小麦でん粉の氷解物２０１にケイソウ±６３ｇの割合で加えた試料を調製した。

この試料を中空ポリプロピレン繊維濾過カートリッジ中に入口圧力１８５ｋＰａ 、出口背圧９５ｋＰａ、濾液背圧２０ｋＰａで圧送した。初期流量は１９．２１ ／ｈだったか、１６分後には１４．１ｕ／ｈに低下した。続いてカートリ、シを ４．７５ｋＰａの空気で５秒間逆流洗浄すると流量は２４．６１／ｈに回復した 。次いで更に１２分間カートリッジで濾過を続けると流量は２０．５１／ｈに低 下した。空気逆流洗浄すると、流量は２５８交／ｈに回復した。

木発、明の限外濾過膜洗浄方法は、本発明の範囲や領域から逸脱することなしに 細部を種々変化させることができる。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　０ＮＧＢ　２１２０９５２　ＦＲ２５２５４８８ＪＰ　５８１８３９０ ６　ＪＰ５＆１８３９１６ＧＢ　１５３５８３２　ＤＥ　２６０１８５９　ＦＲ ２２９７６６０ＪＰ５１０９７５８３

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．中空繊維の内腔中に逆流洗浄媒体として気体を導入することによって中空繊 維を逆流洗浄する工程から成ることを特徴とする、濾過原料を前記中空繊維の外 側に供給し濾液を前記中空繊維の内腔から抜き出して濾過を行う複数の中空繊維 を有するフィルターの洗浄方法。
2. ２．前記中空繊維が高分子材料から成ることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の方法。
3. ３．前記中空繊維が弾性高分子材料から成ることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の方法。
4. ４．前記中空繊維が親水性の被覆を有することを特徴とする上記請求の範囲のい ずれか一の方法。
5. ５．前記中空繊維が親水性の被覆及び親水性の間隙充填物を有することを特徴と する請求の範囲１〜３のいずれか一の方法。
6. ６．前記気体逆流洗浄工程を透過液逆流洗浄後に行うことを特徴とする上記請求 の範囲のいずれか一に記載の方法。
7. ７．前記気体逆流洗浄工程を、前記濾過膜の気孔内にある原料の連続相の表面張 力効果に十分打ち勝てるような圧力で行うことを特徴とする上記請求の範囲のい ずれか一の方法。
8. ８．前記気体逆流洗浄工程を１０〜８００ｋＰａの範囲の圧力で行うことを特徴 とする上記請求の範囲のいずれか一の方法。
9. ９．前記気体逆流洗浄工程を圧力５００ｋＰａで行うことを特徴とする上記請求 の範囲のいずれか一の方法。
10. １０．前記気体逆流洗浄工程を１〜５秒間で行うことを特徴とする上記請求の範 囲のいずれか一の方法。
11. １１．逆流洗浄時に導入する気体の膨張時の体積がフィルターの原料側での体積 を超えるようにしたことを特徴とする前記請求の範囲のいずれか一の方法。
12. １２．前記気体逆流洗浄の時間が、フィルターを流通する原料の滞留時間を超え ることを特徴とする前記請求の範囲のいずれか一の方法。