(57)【要約】【課題】原料スラリー中の粒子サイズの小さな微粒子をろ過する精密ろ過膜を備えた連続式動的ろ過材において、逆洗浄時の精密ろ過膜の膨らみによる変形をなくして破損を生じないようにし、ろ過量の低減を招くことなく動的ろ過操作が連続して安定して行えるようにする。【解決手段】ろ過板１６の両側にろ材補強板２７、ろ過膜２８、保護シート２９を重ねて取付け、ろ材補強板２７と保護シート２９で挟み込まれるろ過膜２８は平均孔径０．４μｍ、厚さ０．２ｍｍのポリエステル製であり、保護シート２９は孔径６ｍｍ、ピッチ９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製パンチングシートで、０．１ＭＰａへの逆洗浄圧で逆洗浄しても撹拌翼１６に接触しないようにされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子サイズの小さな微粒子を捕捉することができる精密ろ過膜又は限外ろ過膜を備え、粒子サイズの小さな微粒子を含む原料スラリーを濾過するための連続式動的ろ過機であって、筒状のろ過室と、該ろ過室の軸心に通されて回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と直交してろ過室内に交互に適宜の間隔を存して配列されるろ過板と撹拌翼よりなり、ろ過板は前記ろ過室と一体に設けられる支持板と、該支持板の両側面のうち、少なくとも一側面に添設され、微細孔を備えた精密ろ過膜又は限外ろ過膜と、該ろ過膜の外側に添設され、ろ過膜に比べ、孔のサイズが１０倍以上で、剛性が大であり、逆洗浄時におけるろ過膜の膨らみを抑制して前記撹拌翼に接触しないようにする多孔質の保護シートとを備え、撹拌翼は前記駆動軸に固着されて回転駆動され、ろ過室に供給された原料スラリーは撹拌翼で撹拌されながら前記ろ過板を縫って移動しながら前記ろ過膜によりろ過濃縮され、ろ液はろ過板の支持板を通って機外に排出される一方、濃縮液はろ過室に設けた排出口より排出されることを特徴とする連続式動的ろ過機。
【請求項２】
保護シートはステンレス製のパンチングシートよりなることを特徴とする請求項１記載の連続式動的ろ過機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイズの小さな微粒子をろ過するのに用いられ、ろ材として厚みの極めて薄いろ過膜を用いた連続式の動的ろ過機に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続式動的ろ過機としては図１に示されるものが知られる（特許文献１、２）。このろ過機は、耐圧構造のろ過室１内にろ過板２と撹拌板３を適宜の狭い間隔を存して交互に配列し、撹拌板３をろ過室１の軸心を通る駆動軸４に固着して回転駆動させる一方、ろ過板２はろ過室１に固定される支持板の両側に金網等のろ材補強板を介してろ布（おおむね厚さ０．５ｍｍ以上）を張設した構造よりなるもので、ろ過室１の一方より加圧供給された原料スラリーは、撹拌翼３で撹拌されながらろ過板２を縫って移動する間、各ろ過板２においてろ過濃縮され、ろ過室１の他方に設けた排出口５から濃縮液として排出されるようになっており、ろ液は各ろ過板２の支持板を経て機外に排出されるようになっている。
【０００３】
前述のろ過機において、撹拌板３は、その回転による撹拌作用によって原料スラリーを強制流動させると共に、ろ布に付着するケーキ層を剥離し、ろ布上のケーキ層がある一定の厚み以上にならないようにしている。こうした撹拌板の掃流作用によってケーキ層の厚みが一定に維持されるようにしているが、ろ布上に付着するケーキ層は、ろ過圧力により経時的に圧密されるため、ろ過量は徐々に低下する。そこでろ過量を維持するため、定期的に或いは必要時にろ液の排出経路より加圧した洗浄液を供給し、逆洗浄してろ布上に付着するケーキ層を内側から噴出する洗浄液で洗い流して除去している。
【０００４】
ろ材として従来用いられてきたろ布や金網は、厚みが０．５ｍｍ以上で、剛性があるため強度的に優れ、連続運転時や逆洗浄時に破損することがほとんどなく、ろ過や逆洗浄を安定して行うことができるが、ろ過対象の粒子がサイズの小さな微粒子になると、従来のろ布や金網よりなるろ材では、微粒子を捕捉することができず、ろ材を通過してろ液中にリークするようになる。そこでこうした粒子サイズの小さな微粒子のろ過に対しては、ろ材として精密ろ過膜又は限外ろ過膜に代表される、微細孔を備えたろ過膜が用いられているが、既存の微細孔を備えたろ過膜は厚みがおおよそ０．５ｍｍ以下で薄いため、ろ過膜を逆洗浄したときのろ過膜の膨らみによる変形が大きく、回転する撹拌板に接触して破損し易くなる。またろ過膜の膨らみにより伸びを生じたり、膨らんだろ過膜が元に戻るときに伸びた部分でしわを生じ易くなり、伸びた部分やしわが生じた部分を有するろ過膜をそのまま使用してろ過を続けると、破れが生じ易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭４５−１５９５４号公報
【特許文献２】実願平５−６５２８７号（実開平７−３４９０４号）のＣＤ−ＲＯＭ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ろ材として微細孔を備えたろ過膜を用いた連続式の動的ろ過装置における前記の問題を解消し、逆洗浄時や逆洗浄後のろ過時での精密ろ過膜や限外ろ過膜等、微細孔を備えたろ過膜の破損を低減することができるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、粒子サイズの小さな微粒子を捕捉することができる精密ろ過膜又は限外ろ過膜を備え、粒子サイズの小さな微粒子を含む原料スラリーを濾過するための連続式動的ろ過機であって、筒状のろ過室と、該ろ過室の軸心に通されて回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と直交してろ過室内に交互に適宜の間隔を存して配列されるろ過板と撹拌翼よりなり、ろ過板は前記ろ過室と一体に設けられる支持板と、該支持板の両側面のうち、少なくとも一側面に添設され、微細孔を備えた精密ろ過膜又は限外ろ過膜と、該ろ過膜の外側に添設され、ろ過膜に比べ、孔のサイズが１０倍以上で、剛性が大であり、逆洗浄時におけるろ過膜の膨らみを抑制して前記撹拌翼に接触しないようにする多孔質の保護シートとを備え、撹拌翼は前記駆動軸に固着されて回転駆動され、ろ過室に供給された原料スラリーは撹拌翼で撹拌されながら前記ろ過板を縫って移動しながら前記ろ過膜によりろ過濃縮され、ろ液はろ過板の支持板を通って機外に排出される一方、濃縮液はろ過室に設けた排出口より排出されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、保護シートはステンレス製のパンチングシートよりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明によると、原料スラリー中の粒子サイズの小さな微粒子をろ過する精密ろ過膜又は限外ろ過膜を備えた連続式動的ろ過機において、前記ろ過膜に厚さの薄い微小孔ろ過膜を使用しても、該ろ過膜には、その外側から保護シートが添設されることにより、ろ過に支障を来たすことなく、逆洗浄時における前記ろ過膜の膨らみを抑制して変形を少なくし、この変形に起因するろ過膜の逆洗浄時での損傷や逆洗浄後のろ過膜の伸びやしわの発生によるろ過時での破れ等の損傷を低減することができ、動的ろ過操作を連続して安定して行うことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によると、保護シートにステンレス製のパンチングシートを用いることにより、逆洗浄時におけるパンチングシートの膨らみ及び逆洗浄後の伸びやしわが生じず、バッチ数を繰り返してもろ液量の変化を殆ど生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】連続式動的ろ過機の従来例を示す概略図。
【図２】ろ過装置の全体構造を示す図。
【図３】図２に示すろ過装置のろ過機の断面図。
【図４】図３に示すろ過機を構成するろ過板の分解図。
【図５】撹拌翼の側面図。
【図６】各種保護シートのろ液電導度とろ液量の関係を示す図。
【図７】保護シートが有る場合とない場合のろ液量の経時変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２は、本発明に係る連続式の動的ろ過機１１を含むろ過装置の全体構造を示すもので、原料タンク１２内の原料スラリーは撹拌機１３にて撹拌されながらポンプ１４によって原料供給口１５よりろ過機１１に加圧供給され、図１に示すロータリーフィルターと同様、撹拌翼１６で撹拌されながらろ過板１７を縫ってろ過濃縮され、ペースト状となった濃縮液が排出口１８より排出されて原料タンク１２に戻され、ろ液は各ろ過板１７より機外へと排出されるようになっている。
【００１３】
図３は、ろ過機１１の断面を示すものであり、図４は、ろ過機１１を構成する撹拌翼１６と、分解されたろ過板１７を示すもので、撹拌翼１６は、ボス部１６ａがろ過機１１の軸心に配置され、かつモータ２０を駆動源とする駆動軸１９に固定されるようになっており、その構造は、図５に示す例ではボス部１６ａより放射状に突出する６枚の羽根１９より星印状に構成されているが、これに限定されるものではなく、ピン、円板状、その他スラリーと撹拌できる構造のものであればどのような構造のものでもよい。
【００１４】
ろ過板１７はドーナツ板状をなして、両側面に軸孔２１の周りに同心円状をなして形成される周溝２２と、ろ過板外周面から軸孔２１に向かって径方向に形成され、前記周溝２２に通ずる盲孔状の排出孔２３を備えた支持板２４を有し、該支持板２４に添設される後述のろ過膜でろ過され、各周溝２２より排出孔２３に流入したろ液が支持板外周面に設けた排出口２５より機外に排出されるようになっている。
【００１５】
支持板２４にはまた、両側面にそれぞれ硬質樹脂又はステンレス製の多孔板よりなり、ろ過機能を実質的に有しないろ材補強板２７が周溝２２に被さって嵌着されると共に、精密ろ過膜又は限外ろ過膜よりなるろ過膜２８、該ろ過膜２８の保護シート２９がろ過膜を挟んで順に嵌着され、保護シート２９の外側からは更にリング状をなす外周ガードリング３１が保護シート周縁を押えて嵌着されると共に、フランジ管状をなす内周ガードリング３２のフランジ３３が保護シート２９の軸孔周りの孔縁を押えて装着され、前記撹拌翼１６のボス部１６ａとは遊びを存し、これよりスラリーが通り抜けできるようにしてある。
【００１６】
前述の撹拌翼１６は、ボス部１６ａを駆動軸１９に嵌挿してボス部同士を突き合わせたとき、ろ過板１７の両側に前記ろ過膜２８と５〜１０ｍｍの間隔を存して配置され、ろ過板一側の撹拌翼１６はろ過板一側の周縁より側方に突出する環状壁２４ａにより形成される深い平溝３４内に納まるようになっている。
【００１７】
前記ろ過膜２８は、厚みがおおむね０．５ｍｍ以下の例えばポリエステル、ポリイミド、ポリ塩化ビニル製で、平均孔径０．０１〜１０μｍの精密ろ過膜又は平均孔径０．００１〜０．０１ｍｍの限外ろ過膜が用いられる。
【００１８】
保護シート２９は、前記ろ過膜２８の平均孔径より孔径が１０倍以上あり、逆洗浄時に逆洗浄圧を０．１ＭＰａを掛けたときに前記ろ過膜２８と撹拌翼１６とのクリアランス５〜１０ｍｍ以上に膨らまないように形成されている。こうしたものとしては、既存の例えば孔径０．７５ｍｍ、ピッチ１ｍｍ、開口率５１％、厚さ０．５ｍｍのテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ製パンチングシート、孔径６ｍｍ、ピッチ９ｍｍ、開口率４０％、厚さ０．６ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製のパンチングシート、線径０．１ｍｍの６０メッシュ金網と、線径０．６ｍｍの８メッシュ金網を二枚重ねにしたステンレス（ＳＵＳ３０４）製金網を前者の６０メッシュ金網がろ過膜側、後者の８メッシュ金網がろ過面側となるようにしたもの等を挙げることができ、このなかでは前記ステンレス（ＳＵＳ３０４）製パンチングシートを用いるものが最も望ましい。後二者に比べ、厚みは薄くても強度が大で、逆洗浄時における膨らみが少なく、シート下に固形分が溜まりにくいうえ、逆洗浄後の伸びやしわがなく、バッチ数を繰り返してもろ過量の変化がほとんどないためである。前記ステンレス（ＳＵＳ３０４）製パンチングシートは、これに代えて前記ステンレス製パンチングシートと同等の効果を有する樹脂製やチタン等の金属製パンチングシートを用いることも可能である。
【００１９】
図３に示すろ過機１１を組付けるときには、先ず撹拌翼１６のボス部１６ａを駆動軸端より駆動軸１９に駆動軸基部の段１９ａに突き当たるまで挿入する。この挿入は、図５に示す撹拌翼１６のボス部１６ａのキー溝１６ｂを駆動軸１９に取付けた図示しないキーに差込むことにより行い、これにより撹拌翼１６は駆動軸１９に回転不可に連結される。
【００２０】
次に支持板２４と、該支持板２４両側にろ過補強板２７、ろ過膜２８、保護シート２９、外周ガードリング３１及び内周ガードリング３３を取付けたろ過板１７をユニットとし、このユニットの内周ガードリング３３の軸孔３５を駆動軸１９に通して挿入する。挿入は支持板２４の一側周縁が前記原料スラリー供給口１５を備えたフランジ管状の押え３７のフランジ３８端より側方に突出する環状の端壁３８ａに当たるまで行われる。
【００２１】
ろ過板１７のユニットを挿入後、撹拌翼１６のボス部１６ａが駆動軸端より駆動軸１９に、先に挿入した撹拌翼１６のボス部１６ａに突き当たるまでキー溝１６ｂを駆動軸１９に取り付けた図示しないキーに合わせて挿入され、挿入後、別のユニットが駆動軸１９に挿入される。この挿入は先に挿入したユニットのろ過板周縁より側方に突出する環状の端壁２４ａに後から挿入されるユニットの支持板周縁が当たるまで行われる。同様にして撹拌翼１６、ろ過板ユニットが順に交互に駆動軸１９に挿入され、必要数挿入したのち、撹拌翼１６のボス部１６ａ端を押えるキャップ４１が駆動軸端に捩じ込んだボルト４２にて締着され、これにより駆動軸１９に所要数挿入した撹拌翼１６のボス部１６ａが駆動軸基部の段１９ａとキャップ４１で挟み込まれて駆動軸１９に回転不可に固定される。
【００２２】
一方、駆動軸１９に所要数挿入されたろ過板ユニットも支持板２４の環状の端壁２４ａに、中央部に濃縮液の排出口１８を備えた鍋蓋状の４３の環状のリブ４３ａを合わせた状態で、両押え３７及び４３を縫うボルト４４と該ボルト端に捩じ込んだナット４５により両押え３７及び４３で挟み込まれて締着される。
【００２３】
本実施形態のろ過機１１においては、各ユニットを重ね、両側より押え３７、４３で挟み込んで固定することにより、支持板２４の環状端壁２４ａを含むろ過板周縁で筒状のろ過室が構成されるが、筒状の容器一つでろ過室を構成し、ろ過板１７を容器内周面に固着するようにしてもよい。同様に撹拌翼１６もボス部１６ａを設けないで駆動軸１９に直接固定するようにしてもよい。この場合には、したがって原料スラリーは内周ガードリング３２と駆動軸１９との間を通り抜けるようになる。
【実施例】
【００２４】
実施例１
図２に示すろ過装置のろ過機１１として、寿工業株式会社製のロータリーフィルターＲＦ（ろ過面積０．０２ｍ２）を用い、更にはこのろ過機１１のろ過膜２８として、平均孔径０．４μｍ、厚さ０．２ｍｍのポリエステル製精密ろ過膜を用いると共に、保護シート２９として孔径６ｍｍ、ピッチ９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのＳＵＳ３０４製パンチングシートを用い、ろ過装置の原料タンク１２内に平均粒子径０．３μｍの無機酸化物／水スラリー（固形分濃度３ｗｔ％）３kgを入れ、撹拌機１３にて撹拌しながらポンプ１４にてろ過機１１に加圧供給し、駆動軸１９の回転数を１１５０ｒｐｍ（撹拌翼１６の先端周速１０ｍ/ｓ）に設定してろ過圧０．２ＭＰａにてろ過を行った。支持板２４の排出口２５より排出されるろ液によって低下する原料タンク内の液レベルは洗浄水によって補われ、液レベルが一定となるようにされた。洗浄水としては電導度１〜２μｓ/ｃｍのイオン交換水を用いた。
【００２５】
粒子径やろ液電導度等の液性の変化はろ液量に影響することから、機外に排出されたろ液について一定時間ごとにろ液量とろ液電導度を測定した。結果を図６に示す。なお、ろ液電導度測定装置には、株式会社堀場製作所製Ｆ−５４を用いた。
【００２６】
ろ液電導度等とろ液量はろ過が進むにつれ減少することから、以上のろ過操作は、前記株式会社堀場製作所製の測定装置を用いてろ液電導度の測定を定期的に行いながらろ液電導度の変化が少なくなるまで行い、その後、機内の通水洗浄、および排出口２５より前記洗浄水を０．１ＭＰａの逆洗浄圧で機内に注入し、３０秒間逆洗浄を行った。上述する機内の通水洗浄と逆洗浄は２回繰り返して行った。
【００２７】
逆洗浄を行った後、ろ過機１１を分解し、保護シート２９のＳＵＳ３０４パンチングシートを取外して点検したところ、パンチングシートに膨らみ等の変形が見られず、逆洗浄後のろ過膜２６の精密ろ過膜にも伸びやしわは見られなかった。
【００２８】
実施例２
実施例１のＳＵＳ３０４パンチングシートに代え、孔径０．７５ｍｍ、ピッチ１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ製パンチングシートを用い、実施例１と同じ状件でろ液のろ液量とろ液電導度を測定した。結果を図６に示す。またろ液電導度の変化が少なくなるまでろ過を行った後、実施例１と同じ条件にて逆洗浄を行った後、実施例１と同じくろ過機１１を分解し、保護シート２９のＰＴＦＥパンチングシートを取外して点検したところ、パンチングシートに膨らみが見られ、逆洗浄後のろ過膜２８の精密ろ過膜に伸びやしわが見られた。
実施例３
【００２９】
実施例１のＳＵＳ３０４パンチングシートに代え、線径０．１ｍｍの６０メッシュ金網と、線径０．６ｍｍの８メッシュ金網を二枚重ねにしたステンレス（ＳＵＳ３０４）製金網を用い、前者の６０メッシュ金網がろ過膜側、後者の８メッシュ金網がろ過面側となるようにして取付けたのち、実施例１と同じ条件でろ液のろ液量とろ液電導度を測定した。結果を図６に示す。
【００３０】
ろ液電導度の変化が少なくなるまでろ過を行った後、実施例１と同じ条件にて逆洗浄を行い、その後、実施例１と同じくろ過機１１を分解し、保護シート２９の金網を取外して点検したところ、金網に膨らみが見られ、連続洗浄の精密ろ過膜に伸びやしわが見られた。
【００３１】
以上３種類の保護シートについては、いずれも洗浄したときの精密ろ過膜に目詰まりやケーキ層の洗い残しがないことが確認された。また３種類の保護シートのなかでは、逆洗浄後の膨らみがなく、伸びやしわのないＳＵＳ３０４パンチングシートが図６に見られるようにろ液量がもっとも大きくなり、逆洗浄後のケーキ層の洗い残しもなかった。また、いずれの保護シートを使用した場合もろ液は収支洗浄しており、微粒子のリークは発生しなかった。
【００３２】
実施例４
保護シート２９として、前記３種類の保護シートのなかで、逆洗浄後の膨らみがなく、伸びやしわのないＳＵＳ３０４パンチングシートを用い、実施例１と同じろ過機１１を用い、洗浄水として前記支持板２４より排出されるろ液を用いる以外は実施例１と同じ原料スラリーに対するろ過を実施例１と同じ条件で行った。以上のろ過を６０分間、これを１バッチとし、バッチ間で実施例１と同じ条件にて逆洗浄を行ってバッチを３回繰り返し、ろ過時には１０分経過する毎にろ液量を測定した。結果を図７に示す。図７に見られるようにろ過量Ｌ/ｍ２ｈｒは、運転時間に比例し、バッチを繰り返してもバッチ間のろ液量に差は見られなかった。なお、ろ液量は単位ろ過面積当たりの液量として求めた。３バッチ後、逆洗浄を行った後、ろ過機１１を分解し、保護シート２９のＳＵＳ３０４パンチングシートを取外して点検したところ、パンチングシートに膨らみ等の変形が見られず、逆洗浄後のろ過膜２６の精密ろ過膜にも伸びやしわは見られなかった。
【００３３】
比較例１
保護シート２９を用いない以外は実施例４と同じ条件でろ過を行った。ろ過は６０分間行い、その後逆洗浄を実施例４と同じ条件で行って、ろ液量の経時変化を測定した。結果を図７に示す。また３バッチ後、ろ過機１１を分解して精密ろ過膜２８を点検したところ、膨らみや伸び、しわが見られた。
【００３４】
図７に見られるようにＳＵＳ３０４パンチングシートを取付けたろ液量と、保護シートなしのろ液量を比べると、両者に大きな差は見られなかった。
【符号の説明】
【００３５】
１１・・ろ過機
１２・・原料タンク
１６・・撹拌翼
１７・・ろ過板
１８、２５・・排出口
１９・・駆動軸
２２・・周溝
２３・・排出孔
２７・・ろ材補強板
２８・・ろ過膜
２９・・保護シート
３１・・外周ガードリング
３２・・内周ガードリング
３７、４３・・押え
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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