(57)【要約】【課題】  ろ過の対象となる液体混合物に含まれる成分による制約を低減しつつ、原液の回収率をさらに向上させる。【解決手段】液体混合物の分離装置１は、液体混合物をろ過する膜モジュール１０と、液体混合物を膜モジュール１０に送り込む循環ポンプ２０と、ろ過対象の液体混合物を蓄える原液タンク３０と、気化されたろ過後液体を冷却する熱交換器４０と、液体混合物の温度をコントロールする熱交換器５０と、ろ過後液体を回収するろ液タンク６０と、膜モジュール１０の２次側を真空にする真空ポンプ７０とを有し、膜モジュール１０内を圧送された液体混合物のろ過後液体を透過側において気化された状態で分離する。すなわち、クロスフローろ過方式と浸透気化法とを組み合わせたろ過方式によって分離を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の成分を含む液体混合物を分離する液体混合物の分離装置であって、
セラミックスによって形成された多孔質膜と、
前記多孔質膜を用いて、前記液体混合物を前記多孔質膜に向けて圧送する圧送部によって圧送された前記液体混合物を、クロスフローろ過方式によってろ過するろ過部と、
前記液体混合物に含まれる混合成分を前記ろ過部の前記多孔質膜において気化し、前記ろ過部を透過したろ過後液体を前記液体混合物から分離する浸透気化部と
を有する液体混合物の分離装置。
【請求項２】
前記多孔質膜は、
セラミックスによって形成される多孔質の隔壁部と、
前記隔壁部によって区画され、前記液体混合物が透過する複数の流路部とを有する請求項１に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項３】
前記多孔質膜は、基材と、前記基材上に形成される複数のろ過膜層とを有し、
前記基材は、セラミックスによって形成された多孔質材料に前記隔壁部と前記流路部とが形成されたものであり、
前記ろ過膜層は、前記流路部の内壁上に形成される請求項２に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項４】
前記ろ過部は、
前記流路部に沿って前記多孔質膜を透過した前記液体混合物を前記圧送部に循環させるとともに、
前記液体混合物を前記流路部と交差する方向に沿って前記隔壁部の内側から前記多孔質膜の透過側界面に向けて透過させる請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項５】
前記浸透気化部は、
前記ろ過部の透過側を減圧する減圧部と、
前記減圧部によって多孔質膜において気化された前記ろ過後液体の気体を再び液化する液化部とを有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項６】
前記流路部は、前記多孔質膜の径方向の断面視において、略円形である請求項１乃至５の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項７】
前記流路部の内径は、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍである請求項６に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項８】
前記多孔質膜を透過する前記液体混合物の線速度は、０．１ｍ／ｓ乃至３．０ｍ／ｓである請求項１乃至７の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項９】
前記液体混合物の温度は、５０℃以上である請求項１乃至８の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項１０】
前記多孔質膜の透過側の真空度は、１０から５０Ｔｏｒｒである請求項１乃至９の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項１１】
前記多孔質膜は、親水性である請求項１乃至１０の何れか一項に記載の液体混合物の分離装置。
【請求項１２】
少なくとも２種類の成分を含む液体混合物をセラミックスによって形成された多孔質膜により分離する液体混合物の分離方法であって、
前記多孔質膜の透過側を真空にする工程と、
前記液体混合物が前記多孔質膜に向けて圧送し、圧送された前記液体混合物を前記多孔質膜に接触させてクロスフローろ過方式によりろ過する工程と、
前記液体混合物に含まれる混合成分を前記多孔質膜において気化し、多孔質膜を透過したろ過後液体を前記液体混合物から分離する工程と
を有する液体混合物の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種類の成分を含む液体混合物をろ過する液体混合物の分離装置及び液体混合物の分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、少なくとも２種類の成分を含む液体混合物、例えば、下水などの汚濁水の分離装置では、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いる方法が広く用いられている。特に、スパイラル型のＲＯ膜が用いられる場合、ＲＯ膜に供給される液体混合物の原液は、ある程度清澄化されている必要がある。一般的には、ＲＯ膜に供給される原液のファウリングインデックス（ＦＩ値）は、４以下であることが求められる。
【０００３】
そこで、液体混合物の原液をセルロース系の限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いて前処理を施した後、前処理が施された原液をＲＯ膜によってろ過し、液体混合物に含まれる混合物を分離する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−６８２５９号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のＲＯ膜を用いた液体混合物の分離方法には、次のような問題があった。すなわち、ＲＯ膜としては、一般的にポリイミドなどの有機膜が用いられるため、ＲＯ膜に供給される液体混合物の運転温度を抑えて、耐熱性の問題を回避する必要がある。
【０００５】
このため、原液中にシリカやカルシウムなどの物質が多く含まれていると、膜表面に当該物質の結晶が析出し、原液の膜透過速度が低下する問題がある。結晶の析出を回避するためには、原液の回収率を下げればよいが、濃縮された廃液が増加する別の問題を引き起こす。
【０００６】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、原液の回収率をさらに向上させるとともに、ろ過の対象となる液体混合物に含まれる成分による制約を低減させることができる液体混合物の分離装置及び液体混合物の分離方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、少なくとも２種類の成分を含む液体混合物を分離する液体混合物の分離装置であって、セラミックスによって形成された多孔質膜（セラミックスフィルター１１）と、前記多孔質膜を用いて、前記液体混合物を前記多孔質膜に向けて圧送する圧送部（循環ポンプ２０）によって圧送された前記液体混合物を、クロスフローろ過方式によってろ過するろ過部（膜モジュール１０）と、前記液体混合物に含まれる混合成分を前記ろ過部の前記多孔質膜において気化し、前記ろ過部を透過したろ過後液体を前記液体混合物から分離する浸透気化部（ろ液回収管１４、ろ液タンク６０、排気管６１、真空ポンプ７０）とを有することを要旨とする。
【０００８】
本発明の特徴によれば、液体混合物を多孔質膜を用いて、クロスフローろ過方式によってろ過することにより、多孔質膜の膜面において、液体混合物が濃度分極を起こすことなく、液組成が均一な状態を保ち、かつ微粒子等が堆積することがない。また、液体混合物に含まれる水は、多孔質膜を蒸気となって透過する。すなわち、液体混合物は、浸透気化により混合成分と水とに分離される。
【０００９】
セラミックスによって形成された多孔質膜は、耐熱性に優れるため、液体混合物の温度を上昇することができる。液体混合物の蒸気圧は、温度によって変化するため、液体混合物の温度を上げると、蒸気圧は上昇する。液体混合物の蒸気圧が上昇すると、気体として浸透し易くなる。すなわち、液体混合物の温度を上げることにより、ろ過速度を向上させることができる。また、多孔質膜は、耐圧性に優れるため、浸透気化において、ろ過部の透過側界面の真空度を上げることができる。従って、液体混合物を含む原液の回収率をさらに向上させることができる。
【００１０】
このように、液体混合物の温度、線速、多孔質膜の２次側の真空度を調整することにより、ろ過可能な液体混合物の条件の幅が拡がる。従って、ろ過の対象となる液体混合物の成分の制約を低減できる。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記多孔質膜は、セラミックスによって形成される多孔質の隔壁部（隔壁部１１４）と、前記隔壁部によって区画され、前記液体混合物が透過する複数の流路部（流路部１１３）とを有することを要旨とする。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記多孔質膜は、基材（フィルター基材１１１）と、前記基材上に形成される複数のろ過膜層（ろ過膜層１４１、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４３）とを有し、前記基材は、セラミックスによって形成された多孔質材料に前記隔壁部と前記流路部とが形成されたものであり、前記ろ過膜層は、前記流路部の内壁上に形成されることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１乃至第３の特徴の何れか一つに係り、前記ろ過部は、前記流路部に沿って前記多孔質膜を透過した前記液体混合物を前記圧送部に循環させるとともに、前記液体混合物を前記流路部と交差する方向に沿って前記隔壁部の内側から前記多孔質膜の透過側界面に向けて透過させることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第５の特徴は、本発明の第１乃至第４の特徴の何れか一つに係り、前記浸透気化部は、前記ろ過部の透過側を減圧する減圧部（真空ポンプ７０）と、前記減圧部によって前記多孔質膜において気化された前記ろ過後液体の気体を再び液化する液化部（熱交換器４０）とを有することを要旨とする。
【００１５】
本発明の第６の特徴は、本発明の第１乃至第５の特徴の何れか一つに係り、前記流路部は、前記多孔質膜の径方向の断面視において、略円形であることを要旨とする。
【００１６】
本発明の第７の特徴は、本発明の第６の特徴に係り、前記流路部の外径は、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍであることを要旨とする。
【００１７】
本発明の第８の特徴は、本発明の第１乃至第７の特徴の何れか一つに係り、前記多孔質膜を透過する前記液体混合物の線速度は、０．１ｍ／ｓ乃至３．０ｍ／ｓであることを要旨とする。
【００１８】
本発明の第９の特徴は、本発明の第１乃至第８の特徴の何れか一つに係り、前記液体混合物の温度は、５０℃以上であることを要旨とする。
【００１９】
本発明の第１０の特徴は、本発明の第１乃至第９の特徴の何れか一つに係り、前記多孔質膜の透過側の真空度は、１０から５０Ｔｏｒｒであることを要旨とする。
【００２０】
本発明の第１１の特徴は、本発明の第１乃至第１０の特徴の何れか一つに係り、前記多孔質膜は、親水性であり、水に対する選択透過性が高いことを要旨とする。そのため、水は、多孔質膜を蒸気となって透過することができる。
【００２１】
本発明の第１２の特徴は、少なくとも２種類の成分を含む液体混合物をセラミックスによって形成された多孔質膜により分離する液体混合物の分離方法であって、前記多孔質膜の透過側を真空にする工程（工程Ｓ１）と、前記液体混合物が前記多孔質膜に向けて圧送し、圧送された前記液体混合物を前記多孔質膜に接触させてクロスフローろ過方式によりろ過する工程（工程Ｓ２）と、前記液体混合物に含まれる混合成分を前記多孔質膜において気化し、多孔質膜を透過したろ過後液体を前記液体混合物から分離する工程（工程Ｓ３）とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の特徴によれば、ろ過の対象となる液体混合物に含まれる成分による制約を低減しつつ、原液の回収率をさらに向上させた液体混合物の分離装置及び液体混合物の分離方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明に係る液体混合物の分離装置及び液体混合物の分離方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的に、（１）液体混合物の分離装置、（２）膜モジュールの構成、（３）セラミックスフィルターの構成、（４）液体混合物の分離方法、（５）実施例、（６）作用・効果、（７）その他の実施形態について説明する。
【００２４】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００２５】
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２６】
（１）液体混合物の分離装置
図１は、本発明の実施形態に係る液体混合物の分離装置１の概略構成を説明する図である。図１に示すように、液体混合物の分離装置１は、液体混合物をろ過する膜モジュール１０と、液体混合物を膜モジュール１０に送り込む循環ポンプ２０と、ろ過対象の液体混合物を蓄える原液タンク３０と、気化されたろ過後液体を冷却する熱交換器４０と、液体混合物の温度をコントロールする熱交換器５０と、ろ過後液体を回収するろ液タンク６０と、膜モジュール１０の２次側を真空にする真空ポンプ７０とを有する。
【００２７】
膜モジュール１０は、液体混合物をクロスフローろ過方式によってろ過する。すなわち、本実施形態において、膜モジュール１０は、ろ過部を構成する。膜モジュール１０には、原液タンク３０から液体混合物が供給される原液供給管１３が連結される。膜モジュール１０には、膜モジュール１０を透過した後の濃縮された液体混合物を原液タンク３０に戻す循環配管１５が連結される。また、膜モジュール１０には、ろ過された後のろ過後液体をろ液タンク６０に供給するろ液回収管１４が連結される。膜モジュール１０の構成の詳細は、（２）膜モジュールの構成において説明する。
【００２８】
循環ポンプ２０は、液体混合物を膜モジュール１０に向けて圧送する。すなわち、循環ポンプ２０は、本実施形態において、圧送部を構成する。循環ポンプ２０には、原液タンク３０から液体混合物が供給される原料供給管３１が連結される。また、循環ポンプ２０には、膜モジュール１０に液体混合物を供給する原液供給管１３が連結される。循環ポンプ２０は、液体混合物を膜モジュール１０を含む循環経路内において循環させる。
【００２９】
原液供給管１３には、膜モジュール１０に供給する液体混合物の線速を制御するバルブ９７が設けられる。また、原液供給管１３には、液体混合物の線速（送液速度）を監視する監視部１０７が設けられる。
【００３０】
原液タンク３０は、ろ過対象の液体混合物を一時的に蓄える。原液タンク３０には、循環ポンプ２０に液体混合物を供給する原料供給管３１が連結される。原液タンク３０には、膜モジュール１０を透過して濃縮された液体混合物が供給される循環配管１５が連結される。また、原液タンク３０には、外部から原液タンク３０内に液体混合物が供給される原料供給管３２が連結される。
【００３１】
原料供給管３２には、バルブ９１が配設される。また、原液タンク３０には、原液タンク３０内に蓄えられる液体混合物の量を監視する監視部１０１が配設される。監視部１０１は、液体混合物の量に応じて、バルブ９１の開閉を制御する。
【００３２】
循環配管１５には、循環配管１５内の液体混合物の温度を監視する監視部１０２が配設される。監視部１０２は、循環配管１５内を流れる液体混合物の温度を監視し、この温度に応じて、バルブ９２の開閉を制御する。循環配管１５は、Ｔ字分岐されており、分岐位置には濃縮液排出管１６が連結される。濃縮液排出管１６には、バルブ９３が配設される。また、濃縮液排出管１６には、排出量を監視する監視部１０３が配設される。監視部１０３は、濃縮液排出管１６における排出量に応じて、バルブ９３の開閉を制御する。監視部１０７は、原液供給管１３内を流れる液体混合物の線速を監視し、この線速に応じてバルブ９７の開閉を制御する。
【００３３】
熱交換器４０は、ろ液回収管１４に配設されている。熱交換器４０には、冷却水導入管４１と、冷却水導入管４２とが連結されており、冷却水が循環することによって、ろ液回収管１４の一部を冷却する。すなわち、熱交換器４０は、膜モジュール１０の２次側において気化されたろ過後液体の気体を再び液化する液化部を構成している。
【００３４】
冷却水導入管４１には、バルブ９４が配設される。また、ろ液回収管１４には、バルブ９５が配設される。ろ液回収管１４には、ろ液回収管１４のろ液温度を監視する監視部１０４及び真空度を監視する監視部１０５が配設される。監視部１０４は、ろ液回収管１４のろ液温度に応じて、バルブ９４の開閉を制御する。監視部１０５は、ろ液回収管１４の真空度に応じて、バルブ９５の開閉を制御する。
【００３５】
熱交換器５０は、循環配管１５に配設されている。熱交換器５０は、循環配管１５の温度を調整する。熱交換器５０には、スチーム導入管５１と、スチーム排出管５２とが連結されている。また、熱交換器５０には、バルブ９２が配設されている。バルブ９２の開閉は、監視部１０２によって制御される。熱源としてのスチームを循環させることによって、循環配管１５を循環する液体混合物の温度を調整する。液体混合物の温度が変わると、蒸気圧が変わる。蒸気圧が高いほど、気体として膜を浸透しやすくなる。そこで、液体混合物の温度を制御することによって液体混合物の透過量を制御している。
【００３６】
ろ液タンク６０は、ろ液回収管１４によって供給されたろ液を蓄える。ろ液タンク６０には、排気管６１が連結される。排気管６１には、真空ポンプ７０が連結される。膜モジュール１０の２次側、ろ液回収管１４内部、ろ液タンク６０内部、及び排気管６１内部は、真空ポンプ７０によって真空にされている。ろ液タンク６０には、ろ液回収管６２及び移送ポンプ８０が連結されている。
【００３７】
排気管６１には、バルブ９６が配設される。ろ液タンク６０には、ろ液タンク６０内の液量を監視する監視部１０６が配設される。監視部１０６は、ろ液タンク６０内の液量に応じて、バルブ９６、真空ポンプ７０、及び移送ポンプ８０を制御する。監視部１０６は、例えば、ろ液タンク６０内の液量が多くなれば、真空ポンプ７０を休止させ、バルブ９６を開けることにより真空状態を解除し、移送ポンプ８０を駆動させてろ液タンク６０内のろ液を外部へ送り出す。また、液量が少なければ、移送ポンプ８０を休止させ、バルブ９６を閉じ、真空ポンプ７０を駆動させて真空状態にする。
【００３８】
以上説明した構成を有する液体混合物の分離装置１では、膜モジュール１０の内部は、ろ液回収管１４に連結された真空ポンプ７０によって真空にされている。そのため、液体混合物は、膜モジュール１０において、気化された状態で分離される。すなわち、液体混合物の分離装置１は、クロスフローろ過方式と浸透気化法とを組み合わせたろ過方式を用いた分離装置である。
【００３９】
（２）膜モジュールの構成
図２は、膜モジュール１０の構成を説明する構成図である。図２に示すように、膜モジュール１０は、セラミックスフィルター１１と、チャンバー１２とを有する。
【００４０】
チャンバー１２は、セラミックスフィルター１１を収納する。チャンバー１２は、円筒型を有する。チャンバー１２の上部には円筒型の上部エレメント保持部１２１が設けられる。チャンバー１２の下部には円筒型の下部エレメント保持部１２２が設けられる。
【００４１】
セラミックスフィルター１１は、釉薬部１１２ａ（後述する）において、上部エレメント保持部１２１を介して、チャンバー１２に真空密閉状態で固定される。セラミックスフィルター１１は、釉薬部１１２ｂ（後述する）において、下部エレメント保持部１２２を介して、チャンバー１２に真空密閉状態で固定される。
【００４２】
原液供給管１３は、セラミックスフィルター１１の１次側に連結される。ろ液回収管１４は、セラミックスフィルター１１の２次側に連結される。循環配管１５は、セラミックスフィルター１１の流路部（後述する）に連結される。すなわち、循環配管１５は、セラミックスフィルター１１を透過し、濃縮された液体混合物を循環させる。ここで、１次側とは、セラミックスフィルター１１において、液体混合物がろ過膜と接触する側である。また、２次側とは、ろ過後液体が取り出される側である。
【００４３】
セラミックスフィルター１１を透過する液体混合物の線速（送液速度）は、監視部１０７によって監視され、制御される。膜モジュール１０の２次側、ろ液回収管１４内部、ろ液タンク６０内部、及び排気管６１内部の圧力は、監視部１０５によって監視され、制御される。
【００４４】
セラミックスフィルター１１の２次側に連結されるろ液回収管１４内部、ろ液タンク６０内部、及び排気管６１内部は、真空ポンプ７０によって真空にされている。膜モジュール１０において、図２に領域Ｖと示したチャンバー１２の内部（セラミックスフィルター１１の２次側）は、真空である。すなわち、本実施形態において、膜モジュール１０の２次側、ろ液回収管１４内部、ろ液タンク６０内部、及び排気管６１内部、真空ポンプ７０は、浸透気化部を構成する。
【００４５】
そのため、液体混合物は、セラミックスフィルター１１の膜表面（液体混合物とセラミックスフィルター１１との接触界面）において気化し、セラミックスフィルター１１の膜を浸透し、真空になっているセラミックスフィルター１１の外側に向けて吸い出される。これにより、液体混合物は、セラミックスフィルター１１によるクロスフローろ過方式により、膜表面に微粒子等が堆積すること無くろ過される。このように、セラミックスフィルター１１は、クロスフローろ過方式と浸透気化方式とにより、液体混合物から混合成分を分離する。
【００４６】
（３）セラミックスフィルターの構成
膜モジュール１０を構成するセラミックスフィルター１１の構成について、図３，図４を用いて説明する。図３は、セラミックスフィルター１１の外観を説明する斜視図である。また、図４は、セラミックスフィルター１１の長軸方向に沿った断面図である。
【００４７】
セラミックスフィルター１１は、フィルター基材１１１を有する。フィルター基材１１１は、円筒形状を有する。フィルター基材１１１の両端部は、ガラス質の膜（釉薬）により被覆されている。すなわち、図３に示すように、フィルター基材１１１の両端部には、釉薬部１１２ａと釉薬部１１２ｂとが形成される。
【００４８】
セラミックスフィルター１１は、流路部１１３と、隔壁部１１４とを有する。隔壁部１１４には、図示しない細孔が形成されている。流路部１１３は、隔壁部１１４によって区画されており、セラミックスフィルター１１の長軸方向に沿って液体混合物が透過する通路を形成する。
【００４９】
本実施形態では、流路部１１３は、径方向の断面視において円形を有する。図４に示すように、本発明の実施形態に係るセラミックスフィルター１１の流路部１１３の内壁面には、更に、ろ過膜層１４１、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４３が形成される。
【００５０】
セラミックスフィルター１１は、親水性である。セラミックスフィルター１１は、親水性であり、水に対する選択透過性が高い。そのため、液体混合物に含まれる水がセラミックスフィルター１１を蒸気となって透過する。
【００５１】
フィルター基材１１１は、セラミックスよりなる多孔質材料から形成され、セラミックスフィルター１１の主要部を形成する。フィルター基材１１１には、流路部１１３と隔壁部１１４とが成形される。流路部１１３と隔壁部１１４は、押出成形などにより成形される。多孔質材料としては、例えば、コーディエライト、ムライト、炭化珪素等のセラミックス材料を使用できる。これらの材料は、耐食性と温度変化によるろ過部の細孔径の変化が少ない。また、充分な強度が得られる等の利点を有する。また、フィルター基材１１１としては、上記材料の他、アルミナを用いることができる。
【００５２】
フィルター基材１１１上に形成されるろ過膜層１４１としては、例えば、フィルター基材１１１より微細なアルミナが挙げられる。ろ過膜層１４２としては、例えば、チタニア、ジルコニア等が挙げられる。ろ過膜層１４３としては、シリカ、ゼオライト、炭素等の単層、又は多層構造膜が挙げられる。
【００５３】
一例として、流路部１１３の内径は、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍである。隔壁部１１４に設けられた細孔の平均孔径は、１０μｍ〜２０μｍである。ろ過膜層１４１の厚さは、１００μｍ程度である。ろ過膜層１４１に設けられた細孔の平均孔径は、０．１μｍ程度である。ろ過膜層１４２の厚さは、１０μｍ程度である。ろ過膜層１４２に設けられた細孔の平均孔径は、３ｎｍ〜６ｎｍである。ろ過膜層１４３の厚さは、１μｍ程度である。ろ過膜層１４３に設けられた細孔の平均孔径は、０．３ｎｍ〜０．６ｎｍである。従って、セラミックスフィルター１１は、０．３〜０．６ｎｍ以下の物質を透過可能な膜である。
【００５４】
図３，図４に示すセラミックスフィルター１１によれば、液体混合物がセラミックスフィルター１１の一方の端面から流路部１１３に導入されると、その液体混合物に含まれる一成分は、流路部１１３を流れる際に、ろ過膜層１４３、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４１、及び隔壁部１１４に設けられた細孔を透過してセラミックスフィルター１１の最外壁から排出される。こうして、液体混合物に含まれる一成分は、液体混合物から分離される。つまり、ろ過膜層１４３、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４１が形成された隔壁部１１４を有するセラミックスフィルター１１は、分離膜として機能することができる。
【００５５】
（４）液体混合物の分離方法（液体混合物の分離装置の動作）
次に、液体混合物の分離装置による液体混合物の分離方法について説明する。図５は、液体混合物の分離方法を説明するフローチャートである。液体混合物の分離方法は、主に、工程Ｓ１〜Ｓ３の３段階の工程を有する。
【００５６】
工程Ｓ１は、セラミックスフィルター１１の透過側を真空にする工程である。工程Ｓ２は、液体混合物をセラミックスフィルター１１に向けて圧送し、圧送された液体混合物をセラミックスフィルター１１に接触させてクロスフローろ過方式によりろ過する工程である。工程Ｓ３は、セラミックスフィルター１１の透過側の界面においてセラミックスフィルター１１を透過したろ過後液体を気化させる浸透気化方式により、液体混合物に含まれる混合成分を分離する工程である。
【００５７】
工程Ｓ１において、液体混合物の分離装置１の膜モジュール１０の２次側が真空ポンプ７０によって真空にされる。
【００５８】
続いて、工程Ｓ２において、循環ポンプ２０は、液体混合物を原液タンク３０から原料供給管３１を通って膜モジュール１０に供給する。液体混合物は、膜モジュール１０内において、セラミックスフィルター１１の流路部１１３に導入される。液体混合物は、流路部１１３を通過する成分と、ろ過膜層１４３にて気化し、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４１、及び隔壁部１１４に設けられた細孔を透過してセラミックスフィルター１１の最外壁から排出される成分とに分離される。
【００５９】
工程Ｓ３において、ろ過膜層１４３、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４１、及び隔壁部１１４に設けられた細孔を透過した成分は、セラミックスフィルター１１の最外壁から気体として取り出される。
【００６０】
ろ過膜層１４３、ろ過膜層１４２、ろ過膜層１４１、及び隔壁部１１４に設けられた細孔を透過した成分は、熱交換器４０において冷却されたろ液回収管１４を透過する際に、再び液化され、得液体としてろ液タンク６０に蓄えられる。一方、流路部１１３を透過する成分は、循環配管１５を通って原液タンク３０に戻される。
【００６１】
工程Ｓ２において、セラミックスフィルター１１の流路部１１３に導入される液体混合物の温度は、監視部１０２によって制御される。また、線速は、監視部１０７によって制御される。また、工程Ｓ３において、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度は、監視部１０５によって制御される。
【００６２】
ここで、液体混合物の分離装置１における液体混合物の温度及び線速、ろ過速度、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度について説明する。
【００６３】
ろ過速度（Ｌ／ｍ２ｈ）は、単位膜面積（ｍ２）当たりの透過流量（Ｌ／ｈ）を表す。線速（ｍ／ｓ）は、セラミックスフィルター１１内を流れる液体混合物の流量（ｍ３／ｈ）をセラミックスフィルター１１の断面積（ｍ２）で割った値である。
【００６４】
液体混合物の濃度（懸濁物質濃度：以下、ＳＳ濃度という）が高くなると、線速が同じであってもろ過速度が低下する。ＳＳ濃度、線速、及びろ過速度の関係を表１に示す。但し、表１では、液体混合物の温度：７０℃、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度：１０Ｔｏｒｒに固定したときの、ＳＳ濃度、線速、及びろ過速度の関係である。
【００６５】
【表１】
2010094585.tif 000003
【００６６】
液体混合物の分離装置１では、液体混合物は循環しているため、ろ過が進むに連れてＳＳ濃度は上昇する。そのため、セラミックスフィルター１１の流路部１１３の内面（すなわち、ろ過膜層１４３）へ液体混合物が付着しやすくなる。流路部１１３の内面に付着した液体混合物は、透過の抵抗となるため、時間が経過するに連れて、ろ過速度が低下する。そのため、液体混合物の分離装置１は、ＳＳ濃度に応じて液体混合物の線速を変化させる。
【００６７】
液体混合物の分離装置１による液体混合物の分離方法では、一例として、ＳＳ濃度が上昇することを前提として、運転開始時から高めの線速で運転する。具体的に、液体混合物の分離装置１は、ろ過開始からの時間経過に比例して、液体混合物の線速を増加させる処理を行う。
【００６８】
なお、循環する液体混合物のＳＳ濃度を常に測定し、ＳＳ濃度が高まるにつれて液体混合物の線速を増加させる処理を行うこともできる。
【００６９】
液体混合物の温度を上げると蒸気圧が高くなるため、液体混合物は、より気体になりやすい。すなわち、液体混合物は、セラミックスフィルター１１を浸透し易くなる。従ってろ過速度が高くなる。また、液体混合物の温度が高くなると、液体混合物の粘度が低下する。従って、流路部１１３内の圧力損失を低下させることができる。これにより、循環ポンプ２０の負荷を低下させることができる。
【００７０】
表２に、液体混合物の分離装置１による液体混合物の分離方法における液体混合物の温度と線速との関係を示す。但し、表２では、ＳＳ濃度：１０ｍｇ／Ｌ、線速：１．０ｍ／ｓ、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度：１０Ｔｏｒｒに固定したときの、液体混合物の温度と線速との関係である。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
また、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度を上げることによっても、ろ過速度を向上させることができる。表３にセラミックスフィルター１１の２次側の真空度とろ過速度の関係を示す。但し、表３では、ＳＳ濃度：１０ｍｇ／Ｌ、線速：１．０ｍ／ｓ、液体混合物の温度：７０℃に固定したときのセラミックスフィルター１１の２次側の真空度とろ過速度との関係である。
【００７３】
【表３】
2010094585.tif 000005
【００７４】
以上、表１〜表３を用いて説明したように、液体混合物の分離装置１による液体混合物の分離方法では、液体混合物の温度、線速、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度を調整している。つまり、液体混合物の分離方法では、液体混合物の温度、線速、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度を適宜調整すれば、液体混合物の成分によらず、分離が可能である。これは、ろ過の対象となる液体混合物の成分の制約が低減されることを意味する。
【００７５】
（５）実施例
（５−１）実施例１
実施例１は、ろ過対象となる液体混合物として、ＳＳ濃度：１０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：５、電気伝導率：１５０ｍＳ／ｃｍの含塩溶液を用いた。すなわち、液体混合物の分離装置１を用いて、脱塩処理を行った。分離条件を以下に示す。
【００７６】
セラミックスフィルター：外径３０ｃｍ、長さ１０００ｍｍ（分離係数２０以上）
流路部の内径：２．５ｍｍ、（断面に対して、５５個）
基材材質：アルミナ層
ろ過膜層（ろ過膜層１４１に相当）：アルミナ層、平均細孔径０．１μｍ
ろ過膜層（ろ過膜層１４２に相当）：チタニア層、平均細孔径５ｎｍ
ろ過膜層（ろ過膜層１４３に相当）：シリカゼオライト層、平均細孔径０．３ｎｍ
液体混合物の線速：１．０ｍ／ｓ、
液体混合物の温度：７０℃
セラミックスフィルターの１次側の圧力：０．０５ＭＰａ
セラミックスフィルターの２次側の真空度：１０Ｔｏｒｒ
セラミックスフィルターの２次側の冷却温度：０〜１５℃
結果は、回収率：９０％以上（阻止率：９９．９９％）であった。また、電気伝導度：２０μＳ／ｃｍのろ液を得ることができた。
【００７７】
上述した特性の液体混合物は、通常、ＲＯ膜でのろ過が困難であるとされている。ＲＯ膜の場合、スラリーが存在する場合には、前処理が必要になる。すなわち、ろ過原液である液体混合物は、ある程度清澄化されている必要がある。ファウリングインデックス（ＦＩ値）が４以下でなければ、ろ過できない。これに対して実施例１の分離方法では、前処理が必要ない点で優れている。
【００７８】
また、ＲＯ膜の耐熱性の問題から、液体混合物の温度を２５℃（最高でも４０℃程度）にする必要があるため、線速が上げられない。また、回収率は、５０％〜７０％に留まる。更に、電気伝導度が１０ｍＳ／ｃｍ程度の液体混合物は、液の浸透圧が高いため、この値以上の浸透圧（数ＭＰａ程度）の浸透圧が掛けられる装置が必要になる。それにより、コストがかかる。これに対して、実施例１の分離方法では、回収率、処理速度ともに優れていると言える。
【００７９】
（５−２）実施例２
実施例２は、ろ過対象となる液体混合物として有機性汚濁水を用いた。具体的に、液体混合物として、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）値：約３０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）値：約４００００ｍｇ／Ｌの染料廃液を用いた。すなわち、液体混合物の分離装置１を用いて、溶解性有機物の除去処理を行った。
【００８０】
分離条件を以下に示す。実施例１と同一のセラミックスフィルターを用いた。
【００８１】
セラミックスフィルター：外径３０ｃｍ、長さ１０００ｍｍ（分離係数２０以上）
流路部の内径：２．５ｍｍ、（断面に対して、５５個）
基材材質：アルミナ層
ろ過膜層（ろ過膜層１４１に相当）：アルミナ層、平均細孔径０．１μｍ
ろ過膜層（ろ過膜層１４２に相当）：チタニア層、平均細孔径５ｎｍ
ろ過膜層（ろ過膜層１４３に相当）：シリカゼオライト層、平均細孔径０．３ｎｍ
線速：０．５〜１．０ｍ／ｓ、
液体混合物の温度：７０℃
セラミックスフィルターの１次側の圧力：０．０５ＭＰａ
セラミックスフィルターの２次側の真空度：２０Ｔｏｒｒ
セラミックスフィルターの２次側の冷却温度：５℃
結果は、ＣＯＤ、ＢＯＤともに、２０ｍｇ／Ｌ以下のろ液を得ることができた。回収率は、９０％以上であった。
【００８２】
従来、上述した特性の溶解性有機物を含む液体混合物の分離は、逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いて行っていた。しかし、ＲＯ膜では、液体混合物にシリカや、カルシウムが存在する場合には、ろ過膜表面に結晶が析出しやすくろ過速度が低下するという問題がある。また、回収率を下げることがろ過速度の低下を防止することができたが、濃縮廃液の量が増えるという欠点があった。
【００８３】
一方、ＵＦ膜では、ＵＦ膜の欠点である分子量１０００以上の化合物しか除去できないという欠点があった。そのため、ろ液中の溶解性有機物を低下させるには、複数段のろ過が必要となっていた。ろ過段数を増やすということは、回収率が低下し、濃縮廃液の量が増えることになり、非効率的である。
【００８４】
これに対して、液体混合物の分離装置１は、ＲＯ膜及びＵＦ膜の欠点を克服することができ、溶解性有機物の除去処理に対しても、有効であることが判った。
【００８５】
（６）作用・効果
液体混合物の分離装置１によれば、液体混合物をセラミックスフィルター１１を用いて、クロスフローろ過方式によってろ過するとともに、セラミックスフィルター１１の膜面において、液体混合物が濃度分極を起こすことなく、液組成が均一な状態に保たれ、かつ微粒子等が堆積することがない。また、液体混合物に含まれる水は、セラミックスフィルター１１の隔壁部１１４、ろ過膜層１４３、ろ過膜層１４２、及びろ過膜層１４１を蒸気となって通過する。すなわち、液体混合物は、浸透気化により混合成分と水とに分離される。
【００８６】
セラミックスフィルター１１は、耐熱性に優れるため、液体混合物の温度を上昇することができる。液体混合物は、液体混合物の温度を上げると蒸気圧が高くなるため、液体混合物は、より気体になりやすい。すなわち、液体混合物は、セラミックスフィルター１１を浸透し易くなる。従ってろ過速度が高くなる。また、液体混合物の温度が高くなると、液体混合物の粘度が低下する。従って、流路部１１３内の圧力損失を低下させることができる。これにより、循環ポンプ２０の負荷を低下させることができる。また、セラミックスフィルター１１は、耐圧性に優れるため、浸透気化において、膜モジュール１０の透過側界面の真空度を上げることができる。従って、液体混合物を含む原液の回収率をさらに向上させることができる。
【００８７】
このように、液体混合物の温度、線速、セラミックスフィルター１１の２次側の真空度を調整することにより、ろ過可能な液体混合物の条件の幅が拡がる。従って、ろ過の対象となる液体混合物の成分の制約を低減できる。
【００８８】
例えば、表２において説明したように、液体混合物の分離装置１による液体混合物の分離方法では、セラミックスフィルター１１を使用するため、ろ過膜の温度による制約を考慮することなく、液体混合物の温度を向上させることができる。
【００８９】
また、表３において説明したように、通常のろ過では、１次側の圧力を高くすれば、それに応じて、ろ過速度は上昇する。しかし、液体混合物の分離装置１による液体混合物の分離方法では、浸透気化を組み合わせて行うため、循環側（１次側）の圧力を変化させても、ろ過速度に殆ど寄与しない。つまり、循環側（１次側）の圧力を高圧にしなくても、ろ過速度を上げることができる。すなわち、前処理等が必要ないという利点を有する。
【００９０】
（７）その他の実施形態
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９１】
例えば、セラミックスフィルター１１は、図３，４に示すものに限定されない。本実施形態では、流路部１１３は、径方向の断面視において円形を有するとして説明したが、流路部１１３の形状は、径方向の断面視において六角形や四角形であってもよい。セラミックスフィルター１１の外径、長さ、流路部１１３の開口内径等は、適宜変更が可能である。また、セラミックスフィルター１１の断面に対して設けられる流路部１１３の数も適宜変更可能である。これらは、液体混合物のＳＳ濃度、液体混合物の成分、液体混合物の粘度等に応じて選択することができる。
【００９２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態に係る液体混合物の分離装置の構成の概略を説明する模式図である。
【図２】本実施形態に係る膜モジュールを説明する構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るセラミックスフィルターを説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るセラミックスフィルターの長軸方向の断面図である。
【図５】本発明の実施形態２係る液体混合物の分離方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１…液体混合物の分離装置、１０…膜モジュール、１１…セラミックスフィルター、１２…チャンバー、１３…原液供給管、１４…ろ液回収管、１５…循環配管、１６…濃縮液排出管、２０…循環ポンプ、３０…原液タンク、３１，３２…原料供給管、４０…熱交換器、４１…冷却水導入管、４２…冷却水排出管、５０…熱交換器、５１…スチーム導入管、５２…スチーム排出管、６０…ろ液タンク、６１…排気管、６２…ろ液回収管、７０…真空ポンプ、８０…移送ポンプ、９１〜９７…バルブ、１０１〜１０７…監視部、１１１…フィルター基材、１１２ａ，１１２ｂ…釉薬部、１１３…流路部、１１４…隔壁部、上部エレメント保持部１２１、下部エレメント保持部１２２、１４１…ろ過膜層、１４２…ろ過膜層、１４３…ろ過膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010094585.tif 000009
【図５】
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