(57)【要約】［課題］被処理液を定流量で安定的にろ過可能なろ過装置を提供する。［解決手段］ろ過装置は、第１貯留槽の被処理液を第１透過液と第１非透過液とに分離する第１分離膜部、第１非透過液を取り出す第１取出し管、第１透過液の流量を略一定とする第１調整部、および、第１貯留槽内の液量を検出する第１液量計を備えた単一または連続する複数の第１ユニットと、第１透過液を溜める第２貯留槽の貯留液を第２透過液と第２非透過液とに分離する第２分離膜部、第２非透過液を取り出す第２取出し管、第２透過液の流量を略一定とする第２調整部、および、第２貯留槽の液量を検出する第２液量計、を備えた第２ユニットと、連続する２つの第１ユニットからの測定値あるいは連続する第１および第２ユニットからの測定値に基づき第１貯留槽の液量を制御する第１制御部と、第２ユニットからの測定値に基づき第２貯留槽の液量を制御する第２制御部と、を備える。
2019107498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を溜める第１貯留槽、前記被処理液を第１透過液と第１非透過液とに分離する第１分離膜部、前記被処理液を前記第１貯留槽から前記第１分離膜部へ送る第１送液管、前記第１非透過液を前記第１貯留槽または前記第１送液管へ戻す第１非透過液管、前記第１分離膜部から前記第１透過液を流す第１透過液管、前記第１非透過液の一部を取り出す第１取出し管、前記第１透過液の流量を略一定とするように調整する第１調整部、および、前記第１貯留槽内の貯留液の液量を検出する第１液量計、を備えた単一または連続する複数の第１膜ろ過ユニットと、
前記単一の第１膜ろ過ユニットまたは前記複数の第１膜ろ過ユニットのうち最後段の前記第１膜ろ過ユニットの前記第１透過液管からの前記第１透過液を溜める第２貯留槽、第２貯留槽の貯留液を第２透過液と第２非透過液とに分離する第２分離膜部、前記第２貯留槽の貯留液を前記第２貯留槽から前記第２分離膜部へ送る第２送液管、前記第２非透過液を前記第２貯留槽または前記第２送液管へ戻す第２非透過液管、前記第２分離膜部から前記第２透過液を流す第２透過液管、前記第２非透過液の一部を取り出す第２取出し管、前記第２透過液の流量を略一定とするように調整する第２調整部、および、前記第２貯留槽内の貯留液の量を検出する第２液量計、を備えた第２膜ろ過ユニットと、
連続する２つの前記第１膜ろ過ユニットの前記第１液量計からの測定値、あるいは、連続する前記第１および第２膜ろ過ユニットの前記第１および第２液量計からの測定値に基づいて、前記第１貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第１制御部と、
前記第２液量計からの測定値に基づいて、前記第２貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第２制御部と、
を備えたろ過装置。
【請求項２】
前記第１制御部は、連続する２つの前記第１膜ろ過ユニット、あるいは、連続する前記第１および第２膜ろ過ユニットのうち、前段の第１膜ろ過ユニットにある第１液量計からの前段測定値と、後段の第１または第２膜ろ過ユニットにある第１または第２液量計からの後段測定値とに基づいて、前記前段の第１膜ろ過ユニットの前記第１透過液の流れを止める、請求項１に記載のろ過装置。
【請求項３】
前記前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、前記後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、前記第１制御部は、前記前段の第１膜ろ過ユニットの前記第１調整部を調節して前記第１透過液管から前記後段の第１または第２膜ろ過ユニットへの前記第１透過液の流れを止める、請求項２に記載のろ過装置。
【請求項４】
前記第１膜ろ過ユニットは、前記第１透過液管に設けられた第１開閉弁をさらに備え、  前記前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、前記後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、前記第１制御部は、前記前段の第１膜ろ過ユニットの前記第１開閉弁を閉じて前記第１透過液管から前記後段の第１または第２膜ろ過ユニットへの前記第１透過液の流れを止める、請求項２に記載のろ過装置。
【請求項５】
前記第１膜ろ過ユニットは、前記第１透過液管から前記第１透過液を前記第１貯留槽へ戻す第１透過液返送管と、前記第１取出し管から前記第１非透過液を前記第１貯留槽へ戻す第１非透過液返送管と、をさらに備え、
前記前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、前記後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、前記第１制御部は、前記前段の第１膜ろ過ユニットにおいて、前記第１透過液返送管を介して前記第１透過液管の前記第１透過液を前記第１貯留槽へ戻し、かつ、前記第１非透過液返送管を介して前記第１取出し管の前記第１非透過液を前記第１貯留槽へ戻す、請求項２に記載のろ過装置。
【請求項６】
前記第２制御部は、連続する前記第１および第２膜ろ過ユニットのうち、後段の第２膜ろ過ユニットにある第２液量計からの後段測定値に基づいて、前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記第２透過液の流れを止める、請求項１または請求項２に記載のろ過装置。
【請求項７】
前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、前記第２制御部は、前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記第２調整部を調節して前記第２透過液管からの前記第２透過液の流れを止める、請求項６に記載のろ過装置。
【請求項８】
前記第２透過液管に設けられた第２開閉弁をさらに備え、
前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、前記第２制御部は、前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記第２開閉弁を閉じて前記第２透過液管からの前記第２透過液の流れを止める、請求項６に記載のろ過装置。
【請求項９】
前記第２膜ろ過ユニットは、前記第２透過液管から前記第２透過液を前記第２貯留槽へ戻す第２透過液返送管と、前記第２取出し管から前記第２非透過液を前記第２貯留槽へ戻す第２非透過液返送管と、をさらに備え、
前記後段の第２膜ろ過ユニットの前記後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、前記第２制御部は、前記後段の第２膜ろ過ユニットにおいて、前記第２透過液返送管を介して前記第２透過液管の前記第２透過液を前記第２貯留槽へ戻し、かつ、前記第２非透過液返送管を介して前記第２取出し管の前記第２非透過液を前記第２貯留槽へ戻す、請求項６に記載のろ過装置。
【請求項１０】
連続する前記複数の第１膜ろ過ユニットのうち前段の第１膜ろ過ユニットからの第１透過液は、後段の第１膜ろ過ユニットの第１貯留槽に貯留され、
前記複数の第１膜ろ過ユニットのそれぞれの前記第１制御部は、対応する前記第１膜ろ過ユニットの前記第１貯留槽内に貯留されている貯留液の量を制御する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１１】
連続する前記複数の第１膜ろ過ユニットのうち前記被処理液の流れの下流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径よりも小さく、
連続する前記第１および第２膜ろ過ユニットのうち前記被処理液の流れの下流側の第２膜ろ過ユニットの第２分離膜部の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径よりも小さい、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１２】
前記第１および第２分離膜部は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または、逆浸透膜のいずれかである、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１３】
前記第１または第２透過液管に接続され、前記第１または第２透過液管から前記第１または第２分離膜部へ洗浄液を流す洗浄部をさらに備えた、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１４】
前記第１または第２液量計は、前記第１または第２貯留槽内の貯留液の液面を検出する液面計、または、前記第１または第２貯留槽内の貯留液の質量を検出する質量測定器である、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１５】
前記被処理液は有機物を含む、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１６】
前記単一または連続する複数の第１膜ろ過ユニットのいずれかの前記第１取出し管からの前記第１非透過液を溜める第３貯留槽、前記第３貯留槽の貯留液を第３透過液と第３非透過液とに分離する第３分離膜部、前記第３貯留槽の貯留液を前記第３貯留槽から前記第３分離膜部へ送る第３送液管、前記第３非透過液を前記第３貯留槽または前記第３送液管へ戻す第３非透過液管、前記第３分離膜部から後段の前記第１または第２膜ろ過ユニットの前記第１または第２貯留槽に前記第３透過液を送る第３透過液管、前記第３非透過液の一部を取り出す第３取出し管、前記第３透過液の流量を略一定とするように調整する第３調整部、および、前記第３貯留槽内の貯留液の量を検出する第３液量計、を備えた第３膜ろ過ユニットと、
前記第３膜ろ過ユニットの第３液量計、および、前記後段の第１または第２膜ろ過ユニットの前記第１または第２液量計からの測定値に基づいて、前記第３貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第３制御部と、
をさらに備えた、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１７】
前記第２取出し管からの前記第２非透過液を溜める第３貯留槽、前記第３貯留槽の貯留液を第３透過液と第３非透過液とに分離する第３分離膜部、前記第３貯留槽の貯留液を前記第３貯留槽から前記第３分離膜部へ送る第３送液管、前記第３非透過液を前記第３貯留槽または前記第３送液管へ戻す第３非透過液管、前記第３分離膜部から前記第３透過液を送る第３透過液管、前記第３非透過液の一部を取り出す第３取出し管、前記第３透過液の流量を略一定とするように調整する第３調整部、および、前記第３貯留槽内の貯留液の量を検出する第３液量計、を備えた第３膜ろ過ユニットと、
前記第３膜ろ過ユニットの第３液量計からの測定値に基づいて、前記第３貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第３制御部と、
をさらに備えた、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１８】
前記第１膜ろ過ユニットは、前記被処理液に加水する第１加水部をさらに備えた、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項１９】
前記第２膜ろ過ユニットは、前記第１透過液に加水する第２加水部をさらに備えた、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項２０】
前記第３膜ろ過ユニットは、前記第１または第２非透過液に加水する第３加水部をさらに備えた、請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載のろ過装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載のろ過装置にて糖を含有する被処理液をろ過する工程と、
前記ろ過工程の非透過液または透過液として糖液を回収する工程と、
を備えた、糖液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、ろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理液から成分を分離する方法の一つに膜ろ過があり、省エネルギー化や熱による変化を防げるといった利点から、水処理、排水処理、食品など様々な分野で利用されている。ろ過を行う膜を分離膜と呼び、分離膜は大きく分けて精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜に分類され、分子レベルから粒子レベルの分離を行うことができる。【０００３】
精密ろ過膜では、粒子や微生物の分離ができ、ビールの除菌や醤油の清澄化への利用が知られている。限外ろ過膜では、高分子量の成分の分離ができ、酵素の濃縮・精製や乳業でのタンパク質の濃縮、ジュースの清澄化への利用が知られている。ナノろ過膜では、分子量数１００〜数１０００程度の化合物を分離でき、醤油の脱色やオリゴ糖の分画、アミノ酸調味料の濃縮・精製への利用が知られている。逆浸透膜では、ナノろ過膜による分離よりも分子量の小さい低分子量化合物やイオンを分離することができ、海水淡水化やジュースの濃縮への利用が知られている。【０００４】
この分離膜を複数組み合わせることによって、被処理液から複数の成分を分離することができる。例えば、特許文献１には、野菜または果実の搾汁または抽出液を、精密ろ過に付した後に、限外ろ過および／または逆浸透ろ過に付すことを特徴とする野菜、果実のジュース類の製造方法が開示されている。特許文献２には、食料と競合しないバイオマスの糖化液から精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜を組み合わせて精製した糖液を得る方法が開示されている。また、特許文献３には、医薬品、化粧品等の製造において使用される純水を製造する２段の逆浸透膜分離ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−６７１７３号公報
【特許文献２】国際特許公開第２０１０／０６７７８５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１８４４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のように有機物を含む被処理液は雑菌の増殖による劣化が起こりやすいという課題があった。そのため、槽の数を最小限とし槽を小型化した滞留時間の短い連続膜ろ過装置が求められる。しかし、槽の数を最小限とし小型化した２段以上の分離膜を連結した定流量ろ過装置において、各段の分離する成分や膜種の違いによる目詰まりの違いなどにより、定流量制御に微妙なずれが生じ、槽から液が溢れたり、枯渇したりといったことが起こり、安定的に分離ができないという課題が見つかった。【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであって、被処理液から２段以上の分離膜を連結して定流量ろ過で安定的に分離することができるろ過装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による実施形態によるろ過装置は、被処理液を溜める第１貯留槽、被処理液を第１透過液と第１非透過液とに分離する第１分離膜部、被処理液を第１貯留槽から第１分離膜部へ送る第１送液管、第１非透過液を第１貯留槽または第１送液管へ戻す第１非透過液管、第１分離膜部から第１透過液を流す第１透過液管、第１非透過液の一部を取り出す第１取出し管、第１透過液の流量を略一定とするように調整する第１調整部、および、第１貯留槽内の貯留液の液量を検出する第１液量計、を備えた単一または連続する複数の第１膜ろ過ユニットと、
単一の第１膜ろ過ユニットまたは複数の第１膜ろ過ユニットのうち最後段の第１膜ろ過ユニットの第１透過液管からの第１透過液を溜める第２貯留槽、第２貯留槽の貯留液を第２透過液と第２非透過液とに分離する第２分離膜部、第２貯留槽の貯留液を第２貯留槽から第２分離膜部へ送る第２送液管、第２非透過液を第２貯留槽または第２送液管へ戻す第２非透過液管、第２分離膜部から第２透過液を流す第２透過液管、第２非透過液の一部を取り出す第２取出し管、第２透過液の流量を略一定とするように調整する第２調整部、および、第２貯留槽内の貯留液の量を検出する第２液量計、を備えた第２膜ろ過ユニットと、
連続する２つの第１膜ろ過ユニットの第１液量計からの測定値、あるいは、連続する第１および第２膜ろ過ユニットの第１および第２液量計からの測定値に基づいて、第１貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第１制御部と、
第２液量計からの測定値に基づいて、第２貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第２制御部と、を備えている。【０００９】
第１制御部は、連続する２つの第１膜ろ過ユニット、あるいは、連続する第１および第２膜ろ過ユニットのうち、前段の第１膜ろ過ユニットにある第１液量計からの前段測定値と、後段の第１または第２膜ろ過ユニットにある第１または第２液量計からの後段測定値とに基づいて、前段の第１膜ろ過ユニットの第１透過液の流れを止めてもよい。【００１０】
前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、第１制御部は、前段の第１膜ろ過ユニットの第１調整部を調節して第１透過液管から後段の第１または第２膜ろ過ユニットへの第１透過液の流れを止めてもよい。【００１１】
第１膜ろ過ユニットは、第１透過液管に設けられた第１開閉弁をさらに備え、前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、第１制御部は、前段の第１膜ろ過ユニットの第１開閉弁を閉じて第１透過液管から後段の第１または第２膜ろ過ユニットへの第１透過液の流れを止めてもよい。【００１２】
第１膜ろ過ユニットは、第１透過液管から第１透過液を第１貯留槽へ戻す第１透過液返送管と、第１取出し管から第１非透過液を第１貯留槽へ戻す第１非透過液返送管と、をさらに備え、前段測定値が第１閾値よりも小さい場合、あるいは、後段測定値が第２閾値よりも大きい場合、第１制御部は、前段の第１膜ろ過ユニットにおいて、第１透過液返送管を介して第１透過液管の第１透過液を第１貯留槽へ戻し、かつ、第１非透過液返送管を介して第１取出し管の第１非透過液を第１貯留槽へ戻してもよい。【００１３】
第２制御部は、連続する第１および第２膜ろ過ユニットのうち、後段の第２膜ろ過ユニットにある第２液量計からの後段測定値に基づいて、後段の第２膜ろ過ユニットの第２透過液の流れを止めてもよい。【００１４】
後段の第２膜ろ過ユニットの後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、第２制御部は、後段の第２膜ろ過ユニットの第２調整部を調節して第２透過液管からの第２透過液の流れを止めてもよい。【００１５】
第２透過液管に設けられた第２開閉弁をさらに備え、後段の第２膜ろ過ユニットの後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、第２制御部は、後段の第２膜ろ過ユニットの第２開閉弁を閉じて第２透過液管からの第２透過液の流れを止めてもよい。【００１６】
第２膜ろ過ユニットは、第２透過液管から第２透過液を第２貯留槽へ戻す第２透過液返送管と、第２取出し管から第２非透過液を第２貯留槽へ戻す第２非透過液返送管と、をさらに備え、後段の第２膜ろ過ユニットの後段測定値が第３閾値よりも小さい場合、第２制御部は、後段の第２膜ろ過ユニットにおいて、第２透過液返送管を介して第２透過液管の第２透過液を第２貯留槽へ戻し、かつ、第２非透過液返送管を介して第２取出し管の第２非透過液を第２貯留槽へ戻してもよい。【００１７】
連続する複数の第１膜ろ過ユニットのうち前段の第１膜ろ過ユニットからの第１透過液は、後段の第１膜ろ過ユニットの第１貯留槽に貯留され、複数の第１膜ろ過ユニットのそれぞれの第１制御部は、対応する第１膜ろ過ユニットの第１貯留槽内に貯留されている貯留液の量を制御してもよい。【００１８】
連続する複数の第１膜ろ過ユニットのうち被処理液の流れの下流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径よりも小さく、連続する第１および第２膜ろ過ユニットのうち被処理液の流れの下流側の第２膜ろ過ユニットの第２分離膜部の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニットの第１分離膜部の孔径よりも小さくてもよい。【００１９】
第１および第２分離膜部は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、または、逆浸透膜のいずれかでよい。【００２０】
当該ろ過装置は、第１または第２透過液管に接続され、第１または第２透過液管から第１または第２分離膜部へ洗浄液を流す洗浄部をさらに備えてもよい【００２１】
第１または第２液量計は、第１または第２貯留槽内の貯留液の液面を検出する液面計、または、第１または第２貯留槽内の貯留液の質量を検出する質量測定器でもよい。【００２２】
被処理液は有機物を含んでもよい。【００２３】
本実施形態によるろ過装置は、単一または連続する複数の第１膜ろ過ユニットのいずれかの第１取出し管からの第１非透過液を溜める第３貯留槽、第３貯留槽の貯留液を第３透過液と第３非透過液とに分離する第３分離膜部、第３貯留槽の貯留液を第３貯留槽から第３分離膜部へ送る第３送液管、第３非透過液を第３貯留槽または第３送液管へ戻す第３非透過液管、第３分離膜部から後段の第１または第２膜ろ過ユニットの第１または第２貯留槽に第３透過液を送る第３透過液管、第３非透過液の一部を取り出す第３取出し管、第３透過液の流量を略一定とするように調整する第３調整部、および、第３貯留槽内の貯留液の量を検出する第３液量計、を備えた第３膜ろ過ユニットと、
第３膜ろ過ユニットの第３液量計、および、後段の第１または第２膜ろ過ユニットの第１または第２液量計からの測定値に基づいて、前記第３貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第３制御部と、をさらに備えていてもよい。【００２４】
本実施形態によるろ過装置は、第２取出し管からの第２非透過液を溜める第３貯留槽、第３貯留槽の貯留液を第３透過液と第３非透過液とに分離する第３分離膜部、第３貯留槽の貯留液を第３貯留槽から第３分離膜部へ送る第３送液管、第３非透過液を第３貯留槽または第３送液管へ戻す第３非透過液管、第３分離膜部から第３透過液を送る第３透過液管、第３非透過液の一部を取り出す第３取出し管、前記第３透過液の流量を略一定とするように調整する第３調整部、および、第３貯留槽内の貯留液の量を検出する第３液量計、を備えた第３膜ろ過ユニットと、
第３膜ろ過ユニットの第３液量計からの測定値に基づいて、前記第３貯留槽内に貯留されている貯留液の液量を制御する第３制御部と、をさらに備えていてもよい。【００２５】
第１膜ろ過ユニットは、被処理液に加水する第１加水部をさらに備えていてもよい。【００２６】
第２膜ろ過ユニットは、第１透過液に加水する第２加水部をさらに備えていてもよい。【００２７】
第３膜ろ過ユニットは、第１または第２非透過液に加水する第３加水部をさらに備えていてもよい。【００２８】
請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載のろ過装置にて糖を含有する被処理液をろ過する工程と、
ろ過工程の非透過液または透過液として糖液を回収する工程と、を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図２】第１実施形態の変形例１に従ったろ過装置の構成例を示す図。
【図３】第１実施形態の変形例２に従ったろ過装置の構成例を示す図。
【図４】第１実施形態の変形例３に従ったろ過装置の構成例を示す図。
【図５】変形例６に従ったろ過装置の構成例を示す図。
【図６】第２実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図７】第３実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図８】第４実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図９】変形例７に従ったろ過装置の構成例を示す図。
【図１０】第５実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図１１】第６実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図１２】調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置の変形例を示す図。
【図１３】調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置の変形例を示す図。
【図１４】調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置の変形例を示す図。
【図１５】第１および第２分離膜部の構成例を示す図。
【図１６】第１および第２分離膜部の構成例を示す図。
【図１７】第１分離膜部と送液ポンプとで構成される複数の循環系を備えた第１膜ろ過ユニットの構成例を示す図。
【図１８】第７実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図１９】第８実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図２０】第９実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図２１】第１０実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図２２】第１１実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【図２３】第１２実施形態によるろ過装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。本実施形態によるろ過装置は、被処理液を定流量でろ過するろ過装置である。本実施形態によるろ過装置は、第１膜ろ過ユニット１００と、第２膜ろ過ユニット２００とを備えている。第１膜ろ過ユニット１００および第２膜ろ過ユニット２００は、直列に連続しており、第１膜ろ過ユニット１００の直後に第２膜ろ過ユニット２００が設けられている。第１膜ろ過ユニット１００からの第１透過液は、第２膜ろ過ユニット２００の第２貯留槽２０１で受けるように構成される。尚、複数の膜ろ過ユニットが直列し、あるいは、連続するとは、或る膜ろ過ユニットでろ過された透過液を、後続の膜ろ過ユニットが受けてさらにその透過液をろ過することを意味する。
【００３２】
（第１膜ろ過ユニット１００の構成）
第１膜ろ過ユニット１００は、第１貯留槽１０１と、第１送液ポンプ１０３と、第１分離膜部１０４と、第１流量計１０５と、非透過液バルブ１０７と、第１調整バルブ１０８と、第１取出しバルブ１１１と、洗浄液槽１１２と、洗浄ポンプ１１３と、第１液量計１１４と、第１制御部１１５と、被処理液管Ｌ１と、第１送液管Ｌ１０と、第１非透過液管Ｌ１１と、第１透過液管Ｌ１２と、第１取出し管Ｌ１３と、洗浄管Ｌ１１５とを備えている。尚、第１取出しバルブ１１１は、洗浄液の排出バルブとしての機能も兼ね備え、第１取出し管Ｌ１３は、洗浄液の排出管としての機能も兼ね備えている。
【００３３】
第１貯留槽１０１は、貯留液Ｓ１を溜める槽である。貯留液Ｓ１は、ろ過装置の外部から被処理液管Ｌ１を介して第１貯留槽１０１へ供給される被処理液と、第１非透過液管Ｌ１１からの第１非透過液とを含む。貯留液Ｓ１としては、例えば、タンパク質、脂肪酸、糖（単糖、オリゴ糖または多糖）、有機酸、セルロース、リグニンやその分解物、カテキン、ポリフェノール、フラボノイドなどの芳香族化合物、アミノ酸等の有機物を含む液体が好適であり、例えば、果実や野菜の絞り汁・ジュース、茶、牛乳、豆乳、調味液、ビール、ワインなどの酒類、醤油、発酵液、デンプン糖化液、バイオマスの糖化液、水あめ、オリゴ糖水溶液、サトウキビなどの絞り汁、ハチミツ、水産加工排水などがあげられる。これら有機物は食用資源由来であってもよく、あるいは、非食用資源由来であってもよい。
【００３４】
第１送液ポンプ１０３は、第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間に設けられており、第１送液管Ｌ１０を介して第１貯留槽１０１から第１分離膜部１０４へ貯留液Ｓ１を流す。第１送液ポンプ１０３は、例えば、第１送液管Ｌ１０内の貯留液Ｓ１に圧力を印加する高圧ポンプでよい。第１送液管Ｌ１０は、第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間に接続され、貯留液Ｓ１を第１貯留槽１０１から第１分離膜部１０４へ送る。
【００３５】
第１分離膜部１０４は、第１送液管Ｌ１０からの貯留液Ｓ１を第１透過液と第１非透過液とに分離する。第１分離膜部１０４は、例えば、精密ろ過膜（ＭＦ膜：Microfiltration Membrane）、限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ultrafiltration Membrane）、ナノろ過膜（ＮＦ膜：Nanofiltration Membrane）、逆浸透膜（ＲＯ膜：Reverse Osmosis Membrane）のいずれかのろ過膜でよい。ＮＦ膜は、ルースＮＦ膜と呼ばれるＵＦとＮＦの中間の孔径を持つものでもよい。
【００３６】
第１分離膜部１０４としてＭＦ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１から第１非透過液として、例えば、濁質や微生物を分離する。貯留液Ｓ１のうち濁質や微生物は、非透過液として第１非透過液管Ｌ１１へ送られ、その他の成分は第１透過液として第１透過液管Ｌ１２へ送られる。第１分離膜部１０４としてＵＦ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１から第１非透過液として、例えば、タンパク質を分離する。貯留液Ｓ１のうちタンパク質は、主に非透過液として第１非透過液管Ｌ１１へ送られ、その他の成分は第１透過液として第１透過液管Ｌ１２へ送られる。第１分離膜部１０４としてＮＦ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１から第１非透過液として、例えば、単糖、オリゴ糖、アミノ酸を分離する。貯留液Ｓ１のうち単糖、オリゴ糖、アミノ酸は、主に非透過液として第１非透過液管Ｌ１１へ送られ、その他の成分は第１透過液として第１透過液管Ｌ１２へ送られる。第１分離膜部１０４としてＲＯ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１から第１非透過液として、例えば、単糖や芳香族化合物を分離する。貯留液Ｓ１のうち単糖や芳香族化合物は、非透過液として第１非透過液管Ｌ１１へ送られ、その他の成分は第１透過液として第１透過液管Ｌ１２へ送られる。このように、第１分離膜部１０４によって分離される物質は、ろ過膜の種類（孔径）によって異なる。
【００３７】
尚、第１分離膜部１０４は、単一のろ過膜で構成されていてもよく、複数のろ過膜を組み合わせたろ過膜モジュールであってもよい。また、第１分離膜部１０４にろ過膜モジュールを用いる場合、複数のろ過膜は、単一種類のろ過膜で構成されてもよく、あるいは、複数種類のろ過膜を組み合わせてもよい。ろ過膜モジュールの具体例は、図１２および図１３を参照して後で説明する。
【００３８】
第１非透過液管Ｌ１１は、第１分離膜部１０４からの非透過液を第１貯留槽１０１へ戻すように配管されている。非透過液は、第１非透過液管Ｌ１１を介して第１貯留槽１０１へ戻される。第１貯留槽１０１へ戻された非透過液は、第１分離膜部１０４へ再送される。尚、第１非透過液管Ｌ１１には、非透過液バルブ１０７が設けられており、非透過液や洗浄液の流れを停止させることができる。しかし、非透過液バルブ１０７は省略しても、本実施形態の作用効果は失われない。
【００３９】
第１非透過液は、第１貯留槽１０１へ戻されることにより、第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間で循環され、その有機物濃度は第１貯留槽１０１と第１送液管１０、第１非透過液管１１内において濃縮される。第１送液管Ｌ１０には、第１取出し管Ｌ１３が第１取出しバルブ１１１を介して接続されており、第１送液管Ｌ１０内の非透過液の一部を取り出すことができるように接続されている。非透過液の一部は、第１取出し管Ｌ１３を介してろ過装置の外部へ取り出される。外部へ取り出された非透過液は、製品として利用してもよく、別の工程に利用してもよい。
【００４０】
被処理液管Ｌ１からの被処理液の流量（ａ）、第１取出し管Ｌ１３から取り出される第１非透過液の流量（第１非透過液取出量ｂ）、第１透過液管Ｌ１２から第２貯留槽２０１へ送られる第１透過液の流量（第１透過液量ｃ）が定流量である場合、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の有機物濃度は、濃縮された後、略一定となる。従って、第１取出し管Ｌ１３から取り出される非透過液は、被処理液管Ｌ１からの被処理液よりも濃縮されているが、略一定の有機物濃度を有する。即ち、第１非透過液は、略一定の有機物濃度を有する濃縮液であり、かつ、第１膜ろ過ユニット１００から略定流量で取り出される。
【００４１】
第１透過液管Ｌ１２は、第１分離膜部１０４からの透過液を第２膜ろ過ユニット２００の第２貯留槽２０１へ送るように配管されている。第１透過液管Ｌ１２には、第１調整部としての第１流量計１０５および第１調整バルブ１０８が設けられている。第１流量計１０５は、第１透過液管Ｌ１２を流れる透過液の流量を測定する。透過液の流量の測定値は、第１制御部１１５を介して第１調整バルブ１０８をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、第１調整バルブ１０８は、第１透過液管Ｌ１２に流れる透過液の流量を略一定とするように調整される。
【００４２】
第１透過液管Ｌ１２には、洗浄管Ｌ１１５が洗浄液槽１１２からの洗浄液を第１透過液管Ｌ１２へ供給することができように接続されている。洗浄液槽１１２および洗浄ポンプ１１３は、洗浄管Ｌ１１５および第１透過液管Ｌ１２を介して、洗浄液を第１分離膜部１０４の透過側から非透過側へ流すことができるように設けられている。このとき、非透過液バルブ１０７を閉じれば、洗浄液は、第１貯留槽１０１へ進入しない。
【００４３】
また、洗浄時には、第１送液管Ｌ１０に設けられた第１取出し管Ｌ１３が排出管としても機能し、第１取出しバルブ１１１が洗浄液の排出バルブとしても機能する。第１分離膜部１０４を通過した洗浄液は、第１取出し管Ｌ１３および第１取出しバルブ１１１を介してろ過装置の外部へ排出される。このように、洗浄液槽１１２、洗浄ポンプ１１３、洗浄管Ｌ１１５、第１取出しバルブ１１１および第１取出し管Ｌ１３は、第１分離膜部１０４を洗浄液で洗浄する洗浄部として機能する。
【００４４】
第１液量計１１４は、第１貯留槽１０１に設けられており、第１貯留槽１０１内に貯留されている貯留液Ｓ１の液量を検出する。例えば、第１液量計１１４は、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面の高さを検出する液面計であってもよい。１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液量は、貯留液Ｓ１の液面の高さの関数で表すことができる。従って、第１制御部１１５は、貯留液Ｓ１の液面の高さを、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液量の指標として用いることができる。また、例えば、第１液量計１１４は、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の質量を検出する質量測定器であってもよい。第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液量は、貯留液Ｓ１の質量の関数で表すことができる。従って、第１制御部１１５は、貯留液Ｓ１の質量を、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液量の指標として用いることができる。
【００４５】
第１制御部１１５は、連続する第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００の第１および第２液量計１１４、２１４からの測定値に基づいて、第１貯留槽１０１内に貯留されている貯留液Ｓ１の液量を制御する。尚、第１および第２制御部１１５、２１５は、それぞれ別の演算ユニットであってもよく、同一の演算ユニットであってもよい。
【００４６】
（第２膜ろ過ユニット２００の構成）
第２膜ろ過ユニット２００は、第２貯留槽２０１と、第２送液ポンプ２０３と、第２分離膜部２０４と、第２流量計２０５と、第２調整バルブ２０８と、第２取出しバルブ２２１と、流量計２２２と、返送バルブ２０６、２２３と、第２液量計２１４と、第２制御部２１５と、第２送液管Ｌ２０と、第２非透過液管Ｌ２１と、第２透過液管Ｌ２２と、取出し・返送管Ｌ２３と、第２取出し管Ｌ２４と、非透過液返送管Ｌ２５と、透過液返送管Ｌ２６とを備えている。
【００４７】
第２貯留槽２０１は、貯留液Ｓ２を溜める槽である。貯留液Ｓ２は、第１透過液管Ｌ１２からの第１透過液と、非透過液返送管Ｌ２５からの第２非透過液と、透過液返送管Ｌ２６からの第２透過液とを含む。第１透過液は、貯留液Ｓ１から第１非透過液（例えば、濁質）を除いた液体である。
【００４８】
第２送液ポンプ２０３は、第２貯留槽２０１と第２分離膜部２０４との間に設けられており、第２送液管Ｌ２０を介して第２貯留槽２０１から第２分離膜部２０４へ貯留液Ｓ２を流す。第２送液ポンプ２０３は、例えば、第２送液管Ｌ２０内の貯留液Ｓ２に圧力を印加する高圧ポンプでよい。第２送液管Ｌ２０は、第２貯留槽２０１と第２分離膜部２０４との間に接続され、貯留液Ｓ２を第２貯留槽２０１から第２分離膜部２０４へ送る。
【００４９】
第２分離膜部２０４は、第２送液管Ｌ２０からの貯留液Ｓ２を第２透過液と第２非透過液とに分離する。第２分離膜部２０４は、第１分離膜部１０４と同様に、例えば、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、ＲＯ膜のいずれかのろ過膜でよい。しかし、下流側の第２分離膜部２０４の孔径は、上流側の第１分離膜部１０４の孔径よりも小さいことが好ましい。これにより、第２分離膜部２０４は、第１分離膜部１０４では分離できなかった成分を貯留液Ｓ２から分離することができる。
【００５０】
第１分離膜部１０４としてＭＦ膜を用い、第２分離膜部２０４としてＵＦ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１から第１非透過液として、例えば、濁質を分離し、第２分離膜部２０４は、貯留液Ｓ２から第２非透過液として、例えば、タンパク質を分離することができる。貯留液Ｓ２のうちタンパク質は、主に非透過液として第２非透過液管Ｌ２１または取出し・返送管Ｌ２３へ送られ、その他の成分は第２透過液として第２透過液管Ｌ２２へ送られる。第２分離膜部２０４としてＮＦ膜またはＲＯ膜を用いた場合、第２分離膜部２０４は、貯留液Ｓ２から第２非透過液として、例えば、オリゴ糖やアミノ酸または単糖や芳香族化合物をそれぞれ分離することができる。オリゴ糖やアミノ酸または単糖や芳香族化合物は、主に非透過液として第２非透過液管Ｌ２１または取出し・返送管Ｌ２３へ送られ、その他の成分は第２透過液として第２透過液管Ｌ２２へ送られる。
【００５１】
尚、第２分離膜部２０４も、第１分離膜部１０４と同様に、単一のろ過膜で構成されていてもよく、複数のろ過膜を組み合わせたろ過膜モジュールであってもよい。また、第１分離膜部１０４にろ過膜モジュールを用いる場合、複数のろ過膜は、単一種類のろ過膜で構成されてもよく、あるいは、複数種類のろ過膜を組み合わせてもよい。
【００５２】
第２非透過液管Ｌ２１は、第２分離膜部２０４からの第２非透過液を、第２貯留槽２０１と第２送液ポンプ２０３との間の第２送液管Ｌ２０へ戻すように配管されている。また、第２非透過液管Ｌ２１には、取出し・返送管Ｌ２３が接続されており、第２非透過液の一部は、第２取出し管Ｌ２４または非透過液返送管Ｌ２５へ送られる。取出し・返送管Ｌ２３には、第２取出しバルブ２２１が設けられている。取出し・返送管Ｌ２３、第２取出し管Ｌ２４および非透過液返送管Ｌ２５には、返送バルブ２２３が接続されている。返送バルブ２２３は、例えば、三方弁であり、取出し・返送管Ｌ２３からの第２非透過液を第２取出し管Ｌ２４または非透過液返送管Ｌ２５へ流すことができる。流量計２２２は、取出し・返送管Ｌ２３を流れる第２非透過液の流量を測定する。第２非透過液の一部は、取出し・返送管Ｌ２３および第２取出し管Ｌ２４を介してろ過装置の外部へ取り出される。
【００５３】
外部へ取り出された第２非透過液は、製品として利用してもよく、別の工程に利用してもよい。一方、第２非透過液の残りは、第２非透過液管Ｌ２１を介して第２送液管Ｌ２０へ戻されるか、あるいは、非透過液返送管Ｌ２５を介して第２貯留槽２０１へ戻される。第２送液管Ｌ２０または第２貯留槽２０１へ戻された第２非透過液は、第２分離膜部２０４へ再送される。
【００５４】
第２非透過液は、第２送液管Ｌ２０へ戻されることにより、第２送液管Ｌ２０（第２非透過液管Ｌ２１）と第２分離膜部２０４との間で循環され、その有機物濃度は第２送液管Ｌ２０および第２非透過液管Ｌ２１内において濃縮される。第２送液管Ｌ２０は第２貯留槽２０１よりも容積が小さいので、第２非透過液は、第２貯留槽２０１へ戻す場合よりも速く濃縮される。ただし、第１透過液管Ｌ１２からの第１透過液の流量（ｃ）、第２取出し管Ｌ２４から取り出される第２非透過液の流量（第２非透過液取出量ｄ）、第２透過液管Ｌ２２から第２膜ろ過ユニット２００の外部へ流れる第２透過液の流量（第２透過液量ｅ）が一定である場合、第２送液管Ｌ２０および第２非透過液管Ｌ２１内の貯留液Ｓ２の有機物濃度は、濃縮された後、略一定となる。従って、第２取出し管Ｌ２４から取り出される第２非透過液は、第１透過液管Ｌ１２からの第１透過液よりも濃縮されているが、略一定の有機物濃度を有する。即ち、第２非透過液は、略一定の有機物濃度を有する濃縮液であり、かつ、第２膜ろ過ユニット２００から略定流量で取り出される。
【００５５】
第２透過液管Ｌ２２は、第２分離膜部２０４からの第２透過液を第２膜ろ過ユニット２００の外部へ送るように配管されている。外部へ取り出された第２透過液は、製品として利用してもよく、別の工程に利用してもよい。第２透過液管Ｌ２２には、第２流量計２０５が設けられている。第２非透過液管Ｌ２１と第２分離膜部２０４との間には、第２調整バルブ２０８が設けられている。第２流量計２０５および第２調整バルブ２０８は、第２調整部として第２透過液管Ｌ２２を流れる第２透過液の流量を制御する。第２流量計２０５は、第２透過液管Ｌ２２を流れる第２透過液の流量を測定する。第２透過液の流量の測定値は、第２制御部２１５を介して第２調整バルブ２０８をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、第２調整バルブ２０８は、非透過側に圧力をかけることで第２透過液管Ｌ２２に流れる第２透過液の流量を略一定とするように調整される。
【００５６】
第２透過液管Ｌ２２には、返送バルブ２０６および透過液返送管Ｌ２６が接続されており、第２透過液管Ｌ２２に流れる第２透過液を第２貯留槽２０１へ返送することができる。返送バルブ２０６は、例えば、三方弁であり、第２透過液管Ｌ２２と透過液返送管Ｌ２６との間に接続されており、第２透過液を第２透過液管Ｌ２２へ流し、あるいは、透過液返送管Ｌ２６へ流すことができる。第２透過液管Ｌ２２と透過液返送管Ｌ２６に切り替えることができればよく、三方弁の代わりに二方弁を二つ備えてもよい。
【００５７】
第２液量計２１４は、第２貯留槽２０１に設けられており、第２貯留槽２０１内に貯留されている貯留液Ｓ２の液量を検出する。例えば、第２液量計２１４は、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面の高さを検出する液面計であってもよい。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液量は、貯留液Ｓ２の液面の高さの関数で表すことができる。従って、第２制御部２１５は貯留液Ｓ２の液面の高さを、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液量の指標として用いることができる。また、例えば、第２液量計２１４は、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の質量を検出する質量測定器であってもよい。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液量は、貯留液Ｓ２の質量の関数で表すことができる。従って、第２制御部２１５は、貯留液Ｓ２の質量を、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液量の指標として用いることができる。
【００５８】
第２制御部２１５は、第２液量計２１４からの測定値に基づいて、第２貯留槽２０１内に貯留されている貯留液Ｓ２の液量を制御する。
【００５９】
このように、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００は、直列に連続しており、第１膜ろ過ユニット１００において定流量ろ過された第１透過液を、その直後の第２膜ろ過ユニット２００においてさらに定流量ろ過する。これにより、第１膜ろ過ユニット１００の第１取出し管Ｌ１３から、例えば、濁質、タンパク質または糖液を取り出し（回収し）、第２膜ろ過ユニット２０の第２取出し管Ｌ２４から、例えば、タンパク質または糖液を取り出す（回収する）ことができる。第１および第２分離膜部１０４、２０４のろ過膜の種類（孔径）を変更することによって、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００から取り出される非透過液や透過液を変更することができる。従って、例えば、タンパク質または糖液は、第２透過液として第２透過液管Ｌ２２を介して回収される場合もある。
【００６０】
（ろ過装置の動作例）
被処理液が被処理液管Ｌ１から第１貯留槽１０１に供給され、第１貯留槽１０１内に貯留液Ｓ１として貯留される。貯留液Ｓ１は、第１送液ポンプ１０３で第１分離膜部１０４へ送られ、第１分離膜部１０４において第１透過液と第１非透過液とに分離される。第１透過液は、第１透過液管Ｌ１２を介して略定流量で第２貯留槽２０１へ送られる。第１非透過液は、第１貯留槽１０１に貯留液Ｓ１として戻される。即ち、貯留液Ｓ１は、第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間で循環され、その有機物濃度は第１貯留槽１０１および第１送液管Ｌ１０, 第１非透過液管Ｌ１１内において濃縮される。第１送液管Ｌ１０内の貯留液Ｓ１の一部は、第１取出し管Ｌ１３および第１取出しバルブ１１１から取り出される。残りの貯留液Ｓ１は、第１分離膜部１０４へ送られる。
【００６１】
第１膜ろ過ユニット１００からの第１透過液は、第２貯留槽２０１内に貯留液Ｓ２として貯留される。第２貯留槽２０１内に貯留される貯留液Ｓ２は、第２送液ポンプ２０３で第２分離膜部２０４へ送られ、第２分離膜部２０４において第２透過液と第２非透過液とに分離される。第２透過液は、第２透過液管Ｌ２２を介して略定流量で外部へ送られる。第２非透過液の一部は、取出し・返送管Ｌ２３および第２取出し管Ｌ２４を介して略定流量で取り出され、残りは第２送液管Ｌ２０および第２非透過液管Ｌ２１内を循環する。
【００６２】
ここで、第１調整バルブ１０８は、第１流量計１０５の測定値を略一定とするように制御され、第１非透過液は第１取出し管Ｌ１３から略一定量取り出される。第２調整バルブ２０８は第２流量計２０５の値が略一定となるように制御され、第３調整バルブ２２１は第３流量計２２２の値が略一定となるように制御される。よって、被処理液の供給量ａ＝第１透過液量ｃ＋第１非透過液取出量ｂ、第１透過液量ｃ＝第２透過液量ｅ＋第２非透過液取出量ｄとなるように、即ち、供給される量＝取り出される量（ａ＝ｂ＋ｃ、ｃ＝ｄ＋ｅ）となるように、流量を設定することにより、本実施形態によるろ過装置は被処理液をほぼ定量で処理し第１液量計と第２液面計の値はほぼ一定となり、定流量ろ過を安定的に継続できる。
【００６３】
しかし、実際のろ過装置では、第１膜ろ過ユニットと第２膜ろ過ユニットの分離成分の違いや膜種の違いによる目詰まり傾向の違いなどから、流量に若干のずれが生じる。この場合、第１または第２貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量が安定せず、枯渇したり溢れたりといったことが起こり、安定的に定流量ろ過を続けることができない。また、貯留槽１０１、２０１内の液量が増減すると、貯留槽１０１、２０１内の有機物等の濃度も変動し安定しない。
【００６４】
そこで、本実施形態によるろ過装置において、第１制御部１１５は、前段の第１膜ろ過ユニット１００にある第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第２膜ろ過ユニット２００にある第２液量計２１４からの後段測定値とに基づいて、第１膜ろ過ユニット１００の第１透過液の流れを制御する。
【００６５】
例えば、第１および第２液量計１１４、２１４が液面計であるとする。第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベルＬＬ１よりも低くなった場合、即ち、前段測定値が下限閾値（第１閾値）よりも小さくなった場合、第１制御部１１５は、第１調整バルブ１０８を閉じて第１透過液管Ｌ１２から第２膜ろ過ユニット２００への第１透過液の流れを止める。このとき、非透過液バルブ１０７は開いており、第１取出しバルブ１１１は閉じている。これにより、第１送液管Ｌ１０からの貯留液Ｓ１は、全て非透過液として第１非透過液管Ｌ１１を介して第１貯留槽１０１へ戻される。即ち、第１膜ろ過ユニット１００は、ろ過を停止し、貯留液Ｓ１を第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間で循環させる。ろ過を停止することによって第１分離膜部１０４の目詰まりを抑制し、第１分離膜部１０４をより長時間安定して用いることができる。特に、サトウキビなどの絞り汁や、サトウキビバガスなどの非可食資源を原料として化学的処理もしくは酵素分解などを施した処理液等のように濁質が多い被処理液の場合や逆洗浄を必要とする膜の場合に好ましく適用できる。また、貯留液Ｓ１を循環させることによって第１貯留槽１０１の液面を上昇させることができる。即ち、前段測定値を下限閾値よりも大きくすることができる。
【００６６】
第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合、即ち、後段測定値が上限閾値（第２閾値）よりも大きくなった場合も、同様に、第１制御部１１５は、第１調整バルブ１０８を閉じて第１透過液管Ｌ１２から第２膜ろ過ユニット２００への第１透過液の流れを止めればよい。このとき、第２膜ろ過ユニット２００は、ろ過処理を継続する。これにより、第１透過液管Ｌ１２からの第１透過液は、第２貯留槽２０１へ供給されないまま、第２透過液は外部へ流出し、第２非透過液は取り出される。その結果、第２貯留槽２０１の液面を低下させることができる。即ち、後段測定値を上限閾値よりも小さくすることができる。
【００６７】
一方、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が上限レベルＵＬ１よりも高くなった場合、外部から第１貯留槽１０１への被処理液の供給を減少させ、あるいは、停止すればよい。
【００６８】
また、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベル（第３閾値）ＬＬ２よりも低くなった場合に、第２制御部２１５は、第２返送バルブ２０６を制御して、第２透過液を透過液返送管Ｌ２６へ流し、第２貯留槽２０１へ戻し、第２制御部２１５は、第２取出しバルブ２２１および返送バルブ２２３を制御して、取出し・返送管Ｌ２３および非透過液返送管Ｌ２５を介して第２非透過液を第２貯留槽２０１へ戻す。第２膜ろ過ユニット２００は、ろ過の送液を停止し、貯留液Ｓ２を第２貯留槽２０１または第２送液管Ｌ２０と第２分離膜部２０４、第２非透過液管Ｌ２１、取出し・返送管Ｌ２３、非透過液返送管Ｌ２５と、透過液返送管Ｌ２６との間で循環させる。これによって、膜の流量の制御は継続したまま第２貯留槽の液量を調整できる。特にろ過時に高圧を必要とする場合、膜の流量の制御を持続することで、ろ過の送液再開時にすぐに流量を安定させることができ、安定した定流量ろ過を行うことができるため好ましい。また、貯留液Ｓ２を循環させることによって第２貯留槽２０１の液面を上昇させることができる。即ち、後段測定値を下限閾値よりも大きくすることができる。
【００６９】
このように、本実施形態によるろ過装置は、定流量ろ過の流量ずれによる第１または第２貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量を、第１および第２液量計１１４、２１４からの測定値に基づいて透過液あるいは非透過液の流れで調整する。これにより、定流量ろ過装置のわずかな流量ずれによる第１または第２貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量のずれを補正することができる。液量のずれを補正することによって、第１および第２貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量が安定し、貯留液Ｓ１、Ｓ２が第１および第２貯留槽１０１、２０１から溢れたり、枯渇してしまうことを抑制することができる。従って、ろ過装置は、被処理液を定流量で継続して安定的にろ過することができる。また、第１および第２貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量が安定することで、第１貯留槽１０１内の有機物濃度を安定させることができる。
【００７０】
尚、第１膜ろ過ユニット１００には、洗浄部として、洗浄液槽１１２、洗浄ポンプ１１３および洗浄管Ｌ１１５が設けられている。洗浄部は、第１分離膜部１０４の透過側から非透過側に洗浄液を流すことによって、第１分離膜部１０４を逆洗浄する。この洗浄処理中には、第１透過液バルブ１０８および第１取出しバルブ１１１を開き、第１非透過液バルブ１０７を閉じる。そして、第１送液ポンプ１０３を停止させ、洗浄ポンプ１１３を駆動させる。これにより、洗浄液槽１１２の洗浄液が、非透過液返送管Ｌ２５、第１分離膜部１０４、第１送液管Ｌ１０および第１取出し管Ｌ１３を通って排出される。洗浄処理は、第１分離膜部１０４の目詰まりを予防するために、定期的に、あるいは、間欠的に実行される。この逆洗浄と同時に、第１分離膜部に内包されていた非透過液を一定量取り出すことで、非透過液の取り出しを定期的に行ってもよい。
【００７１】
（変形例１）
図２は、第１実施形態の変形例１に従ったろ過装置の構成例を示す図である。変形例１によれば、第２非透過液管Ｌ２１が第２貯留槽２０１に接続されており、第２分離膜部２０４からの第２非透過液は第２貯留槽２０１へ戻される。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２は、第２貯留槽２０１と第２分離膜部２０４との間で循環する。この場合、貯留液Ｓ２は、第２貯留槽２０１内において濃縮され、濃縮液として第２取出し管Ｌ２４から略定流量で取り出され得る。変形例１のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例１は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（変形例２）
図３は、第１実施形態の変形例２に従ったろ過装置の構成例を示す図である。変形例２によれば、第１膜ろ過ユニット１００の第１非透過液管Ｌ１１が第１貯留槽１０１と第１送液ポンプ１０３との間の第１送液管Ｌ１０に接続されており、第１分離膜部１０４からの第１非透過液を第１送液管Ｌ１０へ戻すように配管されている。この場合、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１は、第１送液管Ｌ１０と第１分離膜部１０４との間で循環する。貯留液Ｓ１は、第１送液管Ｌ１０内において濃縮され、濃縮液として第１取出し管Ｌ１３から略定流量で取り出され得る。変形例２のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例２は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
（変形例３）
図４は、第１実施形態の変形例３に従ったろ過装置の構成例を示す図である。変形例３による第１膜ろ過ユニット１００は、第１開閉バルブ１０９をさらに備えている。第１開閉バルブ１０９は、第１調整バルブ１０８と第２貯留槽２０１との間の第１透過液管Ｌ１２に設けられている。第１開閉バルブ１０９は、第１制御部１１５によって制御され開閉動作する。即ち、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベルＬＬ１よりも低くなった場合、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合に、第１開閉バルブ１０９は閉じ、第１透過液管Ｌ１２から第２膜ろ過ユニットへの第１透過液の流れを止める。これにより、第１送液管Ｌ１０からの貯留液Ｓ１は、全て非透過液として第１貯留槽１０１へ戻され、第１貯留槽１０１と第１分離膜部１０４との間で循環される。その結果、第１分離膜部１０４の目詰まりを抑制し、第１分離膜部１０４をより長時間安定して用いることができる。特に、濁質が多い被処理液の場合や逆洗浄を必要とする分離膜の場合に好ましく適用できる。また、貯留液Ｓ１を循環させることによって、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面を上昇させ、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面を低下させることができる。
【００７４】
また、第２膜ろ過ユニット２００は、第２開閉バルブ２０９をさらに備えている。第２開閉バルブ２０９は、第２透過液管Ｌ２２に設けられている。第２開閉バルブ２０９は、第２制御部２１５によって制御され開閉動作する。即ち、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベルＬＬ２よりも低くなった場合に、第２開閉バルブ２０９は閉じ、第２透過液管Ｌ２２からの第２透過液の流れを止め、透過液の流量と非透過液の流量を合わせた量を取出し・返送管Ｌ２３から取り出し、非透過液返送管Ｌ２５から非透過液として第２貯留槽２０１へ戻す。これにより、第２送液管Ｌ２０からの貯留液Ｓ２は、全て非透過液として、第２貯留槽２０１へ戻され、第２貯留槽２０１、第２送液管Ｌ２０、第２分離膜部２０４、取出し・返送管Ｌ２３、非透過液返送管Ｌ２５との間で循環される。その結果、第２分離膜部２０４の目詰まりを抑制し、第２分離膜部２０４をより長時間安定して用いることができる。特に、濁質が多い被処理液の場合や逆洗浄を必要とする分離膜の場合に好ましく適用できる。また、貯留液Ｓ２を循環させることによって、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面を上昇させることができる。
【００７５】
このように、第１および第２調整バルブ１０８、２０８とは別に、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９を設け、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９が第１および第２透過液の流れを止めてもよい。
【００７６】
尚、第１開閉バルブ１０９は、第１透過液管Ｌ１２の任意の位置に配置してよく、第１調整バルブ１０８と第１流量計１０５との間、あるいは、第１流量計１０５と第１分離膜部１０４との間に配置してもよい。第２開閉バルブ２０９は、第２透過液管Ｌ２２の任意の位置に配置してもよく、返送バルブ２０６と第２流量計２０５との間、あるいは、第２流量計２０５と第２分離膜部２０４との間に配置してもよい。
【００７７】
また、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９のいずれか一方を設け、他方は省略してもよい。この場合、省略された開閉バルブに代えて、第１または第２調整バルブ１０８が第１透過液の流れを止めればよく、第２膜ろ過ユニット２００は、第１実施形態と同様に返送バルブ２０６、２２３を制御して第２透過液と第２第２非透過液を第２貯留槽２０１へ戻せばよい。
【００７８】
変形例３のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例３は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（変形例４）
上記変形例１〜３において、第１制御部１１５は、第１透過液の流れを止めるために、第１調整バルブ１０８あるいは第１開閉バルブ１０９を閉じている。また、第２制御部２１５は、第２透過液の流れを止めるために、第２調整バルブ２０８あるいは第２開閉バルブ２０９を閉じている。
【００８０】
これに対し、変形例４によれば、第１または第２制御部１１５、２１５は、第１または第２透過液の流れを止めるために、第１または第２送液ポンプ１０３、２０３の動作を停止させる。
【００８１】
例えば、図１の第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベルＬＬ１よりも低くなった場合、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合、第１制御部１１５は、第１送液ポンプ１０３の動作を停止させる。このとき、第２制御部２１５は、第２送液ポンプ２０３の動作を継続する。これにより、第１膜ろ過ユニット１００から第２膜ろ過ユニット２００への第１透過液の流れが停止し、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が上昇し、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が低下する。
【００８２】
例えば、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベルＬＬ２よりも低くなった場合、第２制御部２１５は、第２送液ポンプ２０３の動作を停止させる。このとき、第１制御部１１５は、第１送液ポンプ１０３の動作を継続する。これにより、第２膜ろ過ユニット２００からの第２透過液の流れが停止し、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上昇する。
【００８３】
変形例４のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例４も、上記第１実施形態と同様に第１貯留槽１０１と第２貯留槽２０１の液量を調整する効果を得ることができる。
【００８４】
（変形例５）
変形例５では、第１または第２取出し管Ｌ１３、Ｌ２４から取り出す非透過液の量を制御することによって、第１または第２貯留槽１０１、２０１内の液量を調節する。
【００８５】
例えば、図１の第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が上限レベルＵＬ１よりも高くなった場合、第１取出し管Ｌ１３から取り出す非透過液の量を増大させる。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合、第２取出し管Ｌ２４から取り出す第１非透過液の量を増大させる。逆に、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベルＬＬ１よりも低くなった場合、第１取出し管Ｌ１３から取り出す第１非透過液の量を減少させる。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベルＬＬ２よりも低くなった場合、第２取出し管Ｌ２４から取り出す第２非透過液の量を減少させる。このように、第１または第２取出し管Ｌ１３、Ｌ２４から取り出す非透過液の量を制御することによって、第１または第２貯留槽１０１、２０１内の液量を調節してもよい。
【００８６】
変形例５のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例５も、上記第１実施形態と同様に第１貯留槽１０１と第２貯留槽２０１の液量を調整する効果を得ることができる。
【００８７】
（変形例６）
変形例６では、第１または第２貯留槽１０１、２０１から排出する貯留液Ｓ１、Ｓ２の量を制御することによって、第１または第２貯留槽１０１、２０１内の液量を調節する。例えば、図５は、変形例６に従ったろ過装置の構成例を示す図である。変形例６の第２膜ろ過ユニット２００は、排出バルブ２１０と、排出管Ｌ２２４とをさらに備えている。尚、第１膜ろ過ユニット１００では、第１取出しバルブ１１１および第１取出し管Ｌ１３がそれぞれ排出バルブおよび排出管として機能する。
【００８８】
第２送液管Ｌ２０には、排出管Ｌ２２４が排出バルブ２１０を介して接続されている。排出管Ｌ２２４は、第２貯留槽２０１と送液ポンプ２０３との間の第２送液管Ｌ２０に接続されており、第２送液管Ｌ２０に流れる貯留液Ｓ２をろ過装置の外部へ排出するように配管されている。排出バルブ２１０は、排出管Ｌ２２４に設けられており、貯留液Ｓ２を排出する際に開く。
【００８９】
例えば、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合、第２制御部２１５は、排出バルブ２１０を開き、排出管Ｌ２２４から貯留液Ｓ２をろ過装置の外部へ排出する。また、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が上限レベルＵＬ１よりも高くなった場合には、第１制御部１１５は、第１取出しバルブ１１１を開き、第１取出し管Ｌ１３から貯留液Ｓ１をろ過装置の外部へ排出する。
【００９０】
このように、第１または第２貯留槽１０１、２０１から排出する貯留液Ｓ１、Ｓ２の量を制御することによって、第１または第２貯留槽１０１、２０１内の液量を調節してもよい。
【００９１】
変形例６のその他の構成および動作は、上記第１実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例６も、上記第１実施形態と同様に第１貯留槽１０１と第２貯留槽２０１の液量を調整する効果を得ることができる。
【００９２】
上記実施形態および変形例では、第１および第２液量計１１４、２１４が液面計であるとして説明したが、勿論、第１および第２液量計１１４、２１４は、第１および第２貯留槽１０１、２０１内の液量を検出するする質量測定器であってもよい。
【００９３】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第２実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、洗浄部を省略した実施形態である。従って、第２実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、洗浄液槽１１２、洗浄ポンプ１１３、洗浄管Ｌ１１５を有しない。これに伴い、第１実施形態の第１取出し管Ｌ１３および第１取出しバルブ１１１は、第１非透過液管Ｌ１１に設けられている。第１取出し管Ｌ１３および第１取出しバルブ１１１は、洗浄液の排出管および排出バルブとして用いられる必要がないからである。よって、第２実施形態では、非透過液の一部は、第１非透過液管Ｌ１１から第１取出し管Ｌ１３を介してろ過装置の外部へ取り出され、その残りは、第１非透過液管Ｌ１１を介して第１貯留槽１０１へ戻される。
【００９４】
さらに、第２実施形態による第１膜ろ過ユニット１００は、第１取出し管Ｌ１３に設けられた流量計１２５を備えている。流量計１２５は、第１取出し管Ｌ１３を流れる非透過液の流量を測定する。非透過液の流量の測定値は、第１制御部１１５を介して第１取出しバルブ１１１をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、第１取出しバルブ１１１は、第１取出し管Ｌ１３に流れる非透過液の流量を略一定とするように調整される。
【００９５】
第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。また、第２実施形態の動作も、洗浄機能が無いこと以外は、第１実施形態の動作と同様でよい。従って、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、上記変形例１〜６は、いずれも第２実施形態に適用することができる。さらに、第２実施形態は、直列に連続する複数の第１膜ろ過ユニット１００が設けられ、第２膜ろ過ユニット２００は第１膜ろ過ユニット１００の後に連続するように設けられてもよい。即ち、第２実施形態は、後述する第３または第４実施形態と組み合わせることもできる。
【００９７】
第１取出しバルブ１１１に代えて、取出しポンプ（図示せず）が設けられていてもよい。この場合、第１制御部１１５は、流量計１２５の流量測定値を用いて、取出しポンプをフィードバック制御する。このフィードバック制御によって、取出しポンプは、第１取出し管Ｌ１３に流れる非透過液の流量を略一定とするように調整される。このようにしても、本実施形態の効果は失われない。
【００９８】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第３実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、第２膜ろ過ユニット２００ほぼ同様の構成を有し、取出し・返送管Ｌ１４と、第１非透過液返送管Ｌ１５と、第１透過液返送管Ｌ１６と、流量計１２２と、返送バルブ１２３、１２６とをさらに備えている。
【００９９】
第１非透過液管Ｌ１１は、第１分離膜部１０４からの第１非透過液を、第１貯留槽１０１と第１送液ポンプ１０３との間の第１送液管Ｌ１０へ戻すように配管されている。また、第１非透過液管Ｌ１１には、取出し・返送管Ｌ１４が接続されており、第１非透過液の一部は、第１取出し管Ｌ１３または非透過液返送管Ｌ１５へ送られる。取出し・返送管Ｌ１４には、第１取出しバルブ１１１が設けられている。取出し・返送管Ｌ１４、第１取出し管Ｌ１３および非透過液返送管Ｌ１５には、返送バルブ１２３が接続されている。返送バルブ１２３は、例えば、三方弁であり、取出し・返送管Ｌ１４からの第１非透過液を第１取出し管Ｌ１３または非透過液返送管Ｌ１５へ流すことができる。第１非透過液返送管Ｌ１５は、取出し・返送管Ｌ１４から第１非透過液を第１貯留槽１０１へ戻すように配管されている。第１非透過液返送管Ｌ１５は、返送バルブ１２３によって取出し・返送管Ｌ１４に接続されている。流量計１２２は、取出し・返送管Ｌ１４を流れる第１非透過液の流量を測定する。第１非透過液の一部は、取出し・返送管Ｌ１４および第１取出し管Ｌ１３を介してろ過装置の外部へ取り出される。一方、第１非透過液の残りは、第１非透過液管Ｌ１１を介して第１送液管Ｌ１０へ戻されるか、あるいは、非透過液返送管Ｌ１５を介して第１貯留槽１０１へ戻される。第１送液管Ｌ１０または第１貯留槽１０１へ戻された第１非透過液は、第１分離膜部１０４へ再送される。
【０１００】
第１非透過液は、第１送液管Ｌ１０へ戻されることにより、第１送液管Ｌ１０（第１非透過液管Ｌ１１）と第１分離膜部１０４との間で循環され、その有機物濃度は第１送液管Ｌ１０および第１非透過液管Ｌ１１内において濃縮される。第１送液管Ｌ１０は第１貯留槽１０１よりも容積が小さいので、第１非透過液は、第１貯留槽１０１へ戻す場合よりも速く濃縮される。
【０１０１】
第１透過液管Ｌ１２には、透過液返送管Ｌ１６が接続されており、第１透過液管Ｌ１２に流れる第１透過液を第１貯留槽１０１へ返送する。第１透過液管Ｌ１２と透過液返送管Ｌ１６との間には、返送バルブ１２６が接続されている。返送バルブ１２６は、例えば、三方弁であり、第１分離膜部１０４からの第１透過液を第１透過液管Ｌ１２へ流し、あるいは、透過液返送管Ｌ１６へ流すことができる。
【０１０２】
第３実施形態の第２膜ろ過ユニット２００は、第１実施形態のそれと同じである。
【０１０３】
第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベル（第１閾値）ＬＬ１よりも低くなった場合、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベル（第２閾値）ＵＬ２よりも高くなった場合、第１制御部１１５は、返送バルブ１２６を制御して、第１透過液を透過液返送管Ｌ１６へ流し、第１貯留槽１０１へ戻し、第１制御部１１５は、第１取出しバルブ１１１および返送バルブ１２３を制御して、取出し・返送管Ｌ１４および非透過液返送管Ｌ１５を介して第１非透過液を第１貯留槽１０１へ戻してもよい。これにより、第１送液管Ｌ１０からの第１透過液および第１非透過液は、第１貯留槽１０１または第１送液管Ｌ１０へ戻される。即ち、第１膜ろ過ユニット１００は、ろ過の送液を停止し、第１透過液または第１非透過液を第１貯留槽１０１または第１送液管Ｌ１０と第１分離膜部１０４との間で循環させる。これによって、膜の流量の制御は継続したまま第２貯留槽の液量を調整できる。特にろ過時に高圧を必要とする場合、膜の流量の制御を持続することで、ろ過の送液再開時にすぐに流量を安定させることができ、安定した定流量ろ過を行うことができるため好ましい。また、第１透過液または第１非透過液を循環させることによって第１貯留槽１０１の液面を上昇させることができる。
【０１０４】
このように、第１膜ろ過ユニット１００を第２膜ろ過ユニット２００と同様の構成にしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３実施形態の第１膜ろ過ユニット１００を、上記変形例１、３〜６の第２膜ろ過ユニット２００と同様の構成にしてもよい。さらに、上記変形例１、３〜６は、第３実施形態に適用することができる。
【０１０５】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第４実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、図１の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成を有する。第４実施形態の第２膜ろ過ユニット２００は、図６の第１膜ろ過ユニット１００とほぼ同様の構成を有する。
【０１０６】
第４実施形態の第２膜ろ過ユニット２００では、第２非透過液管Ｌ２１が第２貯留槽２０１に接続されており、第２分離膜部２０４からの第２非透過液は第２貯留槽２０１へ戻される。第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２は、第２貯留槽２０１と第２分離膜部２０４との間で循環する。第２非透過液の一部は第２非透過液管第Ｌ２１から第２取出し管Ｌ２４を介してろ過装置の外部へ取り出され、その残りは、第２非透過液管Ｌ２１を介して第２貯留槽２０１へ戻される。
【０１０７】
第４実施形態による第２膜ろ過ユニット２００は、第２取出し管Ｌ２４に設けられた流量計２２２を備えている。流量計２２２は、第２取出し管Ｌ２４を流れる非透過液の流量を測定する。非透過液の流量の測定値は、第２制御部２１５を介して第２取出しバルブ２２１をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、第２取出しバルブ２２１は、第２取出し管Ｌ２４に流れる非透過液の流量を略一定とするように調整される。
【０１０８】
第２透過液管Ｌ２２は、第２分離膜部２０４からの第２透過液を第２膜ろ過ユニット２００の外部へ送るように配管されている。外部へ取り出された第２透過液は、製品として利用してもよく、別の工程に利用してもよい。第２透過液管Ｌ２２には、第２流量計２０５および第２調整バルブ２０８が設けられている。第２流量計２０５は、第２透過液管Ｌ２２を流れる第２透過液の流量を測定する。第２透過液の流量の測定値は、第２制御部２１５を介して第２調整バルブ２０８をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、第２調整バルブ２０８は、第２透過液管Ｌ２２に流れる第２透過液の流量を略一定とするように調整される。
【０１０９】
第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベル（第３閾値）ＬＬ２よりも低くなった場合、第２制御部２１５は、第２調整バルブ２０８を閉じて第２透過液管Ｌ２２からの第２透過液の流れを止める。このとき、第２取出しバルブ２２１は閉じている。これにより、第２送液管Ｌ２０からの貯留液Ｓ２は、全て非透過液として第２貯留槽２０１へ戻される。即ち、第２膜ろ過ユニット２００は、ろ過を停止し、貯留液Ｓ２を第２貯留槽２０１と第２分離膜部２０４との間で循環させる。ろ過を停止することによって第２分離膜部２０４の目詰まりを抑制し、膜をより長時間安定に運転することができる。特に濁質が多い被処理液の場合や逆洗浄を必要とする膜の場合に好ましく適用できる。また、貯留液Ｓ２を循環させることによって第２貯留槽２０１の液面を上昇させることができる。
【０１１０】
尚、第４実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、図１〜図７のいずれの構成であってもよい。また、第４実施形態の第２膜ろ過ユニット２００は、第１実施形態の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成および機能を有する洗浄部を備えていてもよい。
【０１１１】
（変形例７）
図９は、変形例７に従ったろ過装置の構成例を示す図である。変形例７は、第４実施形態に第１実施形態の変形例３を組み合わせた形態である。従って、変形例７による第１膜ろ過ユニット１００は、第１開閉バルブ１０９をさらに備えている。第１開閉バルブ１０９は、第１調整バルブ１０８と第２貯留槽２０１との間の第１透過液管Ｌ１２に設けられている。第１開閉バルブ１０９は、第１制御部１１５によって制御され、第４実施形態の第１調整バルブ１０８と同様に動作する。即ち、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１の液面が下限レベルＬＬ１よりも低くなった場合、あるいは、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合に、第１開閉バルブ１０９は閉じ、第１透過液管Ｌ１２から第２膜ろ過ユニットへの第１透過液の流れを止める。
【０１１２】
また、第２膜ろ過ユニット２００は、第２開閉バルブ２０９をさらに備えている。第２開閉バルブ２０９は、第２透過液管Ｌ２２に設けられている。第２開閉バルブ２０９は、第２制御部２１５によって制御され、第４実施形態の第２調整バルブ２０８と同様に動作する。即ち、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が下限レベルＬＬ２よりも低くなった場合に、第２開閉バルブ２０９は閉じ、第２透過液管Ｌ２２からの第２透過液の流れを止める。
【０１１３】
このように、第１および第２調整バルブ１０８、２０８とは別に、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９を設け、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９が第１および第２透過液の流れを止めてもよい。
【０１１４】
尚、第１開閉バルブ１０９は、第１透過液管Ｌ１２の任意の位置に配置してよく、第１調整バルブ１０８と第１流量計１０５との間、あるいは、第１流量計１０５と第１分離膜部１０４との間に配置してもよい。第２開閉バルブ２０９は、第２透過液管Ｌ２２の任意の位置に配置してもよく、返送バルブ２０６と第２流量計２０５との間、あるいは、第２流量計２０５と第２分離膜部２０４との間に配置してもよい。
【０１１５】
また、第１および第２開閉バルブ１０９、２０９のいずれか一方を設け、他方は省略してもよい。この場合、省略された開閉バルブに代えて、第１または第２調整バルブ１０８、２０８が第１または第２透過液の流れを止めればよい。
【０１１６】
変形例７のその他の構成および動作は、上記第４実施形態の対応する構成および動作と同様でよい。従って、変形例７は、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
（第５実施形態）
第１および第２実施形態では、単一の第１膜ろ過ユニット１００が設けられており、第２膜ろ過ユニット２００は、その単一の第１膜ろ過ユニット１００の後に続くように設けられている。
【０１１８】
これに対し、第５実施形態では、直列に連続する複数の第１膜ろ過ユニット１００が設けられ、第２膜ろ過ユニット２００はその複数の第１膜ろ過ユニット１００の後に続くように設けられている。複数の第１膜ろ過ユニット１００は、それぞれ、自己の前段測定値とそれに続く直後の第１または第２膜ろ過ユニット１００、２００の後段測定値とに基づいて、第１貯留槽１０１内の液量を制御する。複数の第１膜ろ過ユニット１００は、それぞれ図１〜図９に示す第１膜ろ過ユニット１００のいずれの構成であってもよい。また、最後段の第２膜ろ過ユニット２００は、自己の測定値のみに基づいて、第２貯留槽２０１内の液量を制御するものであり、図１〜図９に示す第２膜ろ過ユニット２００のいずれの構成であってもよい。
【０１１９】
例えば、図１０は、第５実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第５実施形態では、連続した２つの第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２と、その後に続く第２膜ろ過ユニット２００とを備えている。即ち、第５実施形態によるろ過装置は、直列に連続する３段の膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２、２００を備えている。
【０１２０】
図１０の例では、第１膜ろ過ユニット１００＿１は、図１の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成を有する。第１膜ろ過ユニット１００＿２は、図７の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成を有する。第２膜ろ過ユニット２００は、図１の第２膜ろ過ユニット２００と同様の構成を有する。
【０１２１】
ただし、被処理液の流れの下流側にある第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１分離膜部１０４の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニット１００＿１のそれよりも小さいことが好ましい。また、被処理液の流れの下流側にある第２膜ろ過ユニット２００の第２分離膜部２０４の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２のそれよりも小さいことが好ましい。即ち、分離膜部１０４、２０４の孔径は、上流から下流へ向かって次第に小さくなるように設定されていることが好ましい。これにより、取出し管Ｌ１３、Ｌ２４から取り出される非透過液（濃縮液）の成分を相違させることができる。
【０１２２】
例えば、第１膜ろ過ユニット１００＿１の第１分離膜部１０４がＭＦ膜であり、第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１分離膜部１０４がＵＦ膜であり、第２膜ろ過ユニット２００の第２分離膜部２０４がＮＦ膜および／またはＲＯ膜であるとする。この場合、第１膜ろ過ユニット１００＿１から取り出される非透過液は、例えば、濁質や微生物であり、第１膜ろ過ユニット１００＿２から取り出される非透過液は、例えば、タンパク質であり、第２膜ろ過ユニット２００から取り出される非透過液は、例えば、単糖、オリゴ糖等の糖液や、アミノ酸、芳香族化合物である。このように、連続する複数の膜ろ過ユニットの分離膜部の孔径を相違させることによって、被処理液から異なる成分の濃縮液を抽出することができる。
【０１２３】
第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２、第２膜ろ過ユニット２００は、直列に連続している。従って、第１膜ろ過ユニット１００＿１は、外部から被処理液を受けて、その後段の第１膜ろ過ユニット１００＿２へ透過液を供給する。このとき、第１膜ろ過ユニット１００＿１からは、非透過液（例えば、濁質）Ｓ１１が取り出される。
第１膜ろ過ユニット１００＿２は、第１膜ろ過ユニット１００＿１からの透過液を受けて、その透過液を含む貯留液Ｓ１＿２をろ過した透過液を、後段の第２膜ろ過ユニット２００へ供給する。このとき、第１膜ろ過ユニット１００＿２からは、非透過液（例えば、タンパク質）Ｓ１２が取り出される。第２膜ろ過ユニット２００は、第１膜ろ過ユニット１００＿２からの透過液を受けて、その透過液を含む貯留液Ｓ２をさらにろ過した透過液Ｓ３を外部へ流す。このとき、第２膜ろ過ユニット２００からは、非透過液（例えば、単糖、オリゴ糖等の糖液や、アミノ酸、芳香族化合物）Ｓ１３が取り出される。
【０１２４】
第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２の第１制御部１１５は、自己の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第１または第２膜ろ過ユニット１００＿２または２００の第１液量計１１４からの後段測定値とに基づいて、自己の第１貯留槽１０１内に貯留されている貯留液Ｓ１＿１、Ｓ１＿２の液量を制御する。
【０１２５】
例えば、第１膜ろ過ユニット１００＿１を前段とすると、前段の第１膜ろ過ユニット１００＿１の第１制御部１１５は、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿１）の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１液量計１１４からの後段測定値とに基づいて、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００）の第１貯留槽１０１内の液量を制御する。
【０１２６】
また、第１膜ろ過ユニット１００＿２を前段とすると、前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１制御部１１５は、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２）の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２液量計２１４からの後段測定値とに基づいて、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２）の第１貯留槽１０１内の液量を制御する。
【０１２７】
最後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２制御部２１５は、自己（第２膜ろ過ユニット２００）の第２液量計２１４からの測定値に基づいて、自己（第２膜ろ過ユニット２００）の第２貯留槽２０１内の液量を制御する。
【０１２８】
第１および第２貯留槽１０１、２０１内の液量の制御方法は、第１実施形態の “（ろ過装置の動作例）”と同じでよい。従って、ここでは、第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２および第２膜ろ過ユニット２００の動作の詳細な説明を省略する。このように、３つの膜ろ過ユニットを直列に連続させても、第１実施形態で説明した効果を得ることができる。
【０１２９】
（第６実施形態）
第５実施形態では、直列に連続する２つの第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２が設けられている。
【０１３０】
これに対し、第６実施形態では、直列に連続する３つの第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３が設けられ、第２膜ろ過ユニット２００は第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３の後に連続するように設けられている。
【０１３１】
第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３は、自己の前段測定値とそれに続く第１または第２膜ろ過ユニット１００＿２、１００＿３または２００の後段測定値とに基づいて、第１貯留槽１０１内の液量を制御する。第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３は、それぞれ図１〜図９に示す第１膜ろ過ユニット１００のいずれの構成であってもよい。また、最後段の第２膜ろ過ユニット２００は、自己の測定値のみに基づいて、第２貯留槽２０１内の液量を制御するものであり、図１〜図９に示す第２膜ろ過ユニット２００のいずれの構成であってもよい。
【０１３２】
例えば、図１１は、第６実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第６実施形態では、連続した３つの第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３と、その後に続く第２膜ろ過ユニット２００とを備えている。即ち、第６実施形態によるろ過装置は、直列に連続する４段の膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３、２００を備えている。
【０１３３】
図１１の例では、第１膜ろ過ユニット１００＿１は、図１の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成を有する。第１膜ろ過ユニット１００＿２、１００＿３は、図７の第１膜ろ過ユニット１００と同様の構成を有する。第２膜ろ過ユニット２００は、図１の第２膜ろ過ユニット２００と同様の構成を有する。
【０１３４】
ただし、被処理液の流れの下流側にある第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１分離膜部１０４の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニット１００＿１のそれよりも小さいことが好ましい。また、下流側にある第１膜ろ過ユニット１００＿３の第１分離膜部１０４の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニット１００＿１、１００＿２のそれよりも小さいことが好ましい。さらに下流側にある第２膜ろ過ユニット２００の第２分離膜部２０４の孔径は、上流側の第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３のそれよりも小さいことが好ましい。即ち、分離膜部１０４、２０４の孔径は、上流から下流へ向かって次第に小さくなるように設定されていることが好ましい。これにより、取出し管Ｌ１３、Ｌ２４から取り出される非透過液（濃縮液）の成分を相違させることができる。
【０１３５】
例えば、第１膜ろ過ユニット１００＿１の第１分離膜部１０４がＭＦ膜であり、第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１分離膜部１０４がＵＦ膜であり、第１膜ろ過ユニット１００＿３の第１分離膜部１０４がＮＦ膜であり、第２膜ろ過ユニット２００の第２分離膜部２０４がＲＯ膜であるとする。この場合、第１膜ろ過ユニット１００＿１から取り出される非透過液は、例えば、濁質や微生物であり、第１膜ろ過ユニット１００＿２から取り出される非透過液は、例えば、タンパク質であり、第１膜ろ過ユニット１００＿３から取り出される非透過液は、例えば、オリゴ糖やアミノ酸であり、第２膜ろ過ユニット２００から取り出される非透過液は、例えば、単糖である。このように、連続する複数の膜ろ過ユニットの分離膜部の孔径を相違させることによって、被処理液から異なる成分の濃縮液を抽出することができる。
【０１３６】
第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３、第２膜ろ過ユニット２００は、直列に連続している。従って、第１膜ろ過ユニット１００＿１は、外部から被処理液を受けて、その後段の第１膜ろ過ユニット１００＿２へ透過液を供給する。このとき、第１膜ろ過ユニット１００＿１からは、非透過液（例えば、濁質や微生物）Ｓ１１が取り出される。第１膜ろ過ユニット１００＿２は、第１膜ろ過ユニット１００＿１からの透過液を受けて、その透過液を含む貯留液Ｓ１＿２をろ過した透過液を、後段の第１膜ろ過ユニット１００＿３へ供給する。このとき、第１膜ろ過ユニット１００＿２からは、非透過液（例えば、タンパク質）Ｓ１２が取り出される。第１膜ろ過ユニット１００＿３は、第１膜ろ過ユニット１００＿２からの透過液を受けて、その透過液を含む貯留液Ｓ１＿３をろ過した透過液を、後段の第２膜ろ過ユニット２００へ供給する。このとき、第１膜ろ過ユニット１００＿３からは、非透過液（例えば、オリゴ糖やアミノ酸）Ｓ１３が取り出される。第２膜ろ過ユニット２００は、第１膜ろ過ユニット１００＿３からの透過液を受けて、その透過液を含む貯留液Ｓ２をさらにろ過した透過液Ｓ３を外部へ流す。このとき、第２膜ろ過ユニット２００からは、非透過液（例えば、単糖や芳香族化合物）Ｓ１４が取り出される。
【０１３７】
第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３の第１制御部１１５は、自己の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第１または第２膜ろ過ユニット１００＿２、１００＿３または２００の液量計１１４、２１４からの後段測定値とに基づいて、自己の第１貯留槽１０１内に貯留されている貯留液の液量を制御する。
【０１３８】
例えば、第１膜ろ過ユニット１００＿１を前段とすると、前段の第１膜ろ過ユニット１００＿１の第１制御部１１５は、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿１）の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１液量計１１４からの後段測定値とに基づいて、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００）の第１貯留槽１０１内の液量を制御する。
【０１３９】
また、第１膜ろ過ユニット１００＿２を前段とすると、前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２の第１制御部１１５は、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２）の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第１膜ろ過ユニット１００＿３の第１液量計１１４からの後段測定値とに基づいて、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿２）の第１貯留槽１０１内の液量を制御する。
【０１４０】
さらに、第１膜ろ過ユニット１００＿３を前段とすると、前段の第１膜ろ過ユニット１００＿３の第１制御部１１５は、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿３）の第１液量計１１４からの前段測定値と、それに続く後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２液量計２１４からの後段測定値とに基づいて、自己（前段の第１膜ろ過ユニット１００＿３）の第１貯留槽１０１内の液量を制御する。
【０１４１】
最後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２制御部２１５は、自己（第２膜ろ過ユニット２００）の第２液量計２１４からの後段測定値に基づいて、自己（第２膜ろ過ユニット２００）の第２貯留槽２０１内の液量を制御する。
【０１４２】
第１および第２貯留槽１０１、２０１内の液量の制御方法は、第１実施形態の “（ろ過装置の動作例）”と同じでよい。従って、ここでは、第１膜ろ過ユニット１００＿１〜１００＿３および第２膜ろ過ユニット２００の動作の詳細な説明を省略する。
【０１４３】
このように、４つの膜ろ過ユニットを直列に連続させても、第１実施形態で説明した効果を得ることができる。連続させる膜ろ過ユニットの数は、特に限定せず、５つ以上であってもよい。
【０１４４】
（調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置について）
図１〜図９の第１膜ろ過ユニット１００において、第１調整部としての調整バルブ１０８および流量計１０５は、透過液管Ｌ１２に設けられている。しかし、調整バルブ１０８および流量計１０５の配置はこれに限定しない。
【０１４５】
また、図７の第１膜ろ過ユニット１００において、単一の送液ポンプ１０３が設けられている。しかし、送液ポンプの個数や配置もこれに限定しない。
【０１４６】
図１２〜図１４は、調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置の変形例を示す図である。
例えば、図１２に示すように、第１調整バルブ１０８は、第１非透過液管Ｌ１１に設けられ、第１流量計１０５の透過液の流量に基づいて非透過側を加圧して透過液流量を調節してもよい。
【０１４７】
例えば、図１３に示す例のように、一般に、フィードアンドブリード方式と呼ばれる装置構成であってもよい。図１３では、２つの送液ポンプ１０３＿１、１０３＿２および１つの流量計１０６が第１送液管Ｌ１０に設けられている。送液ポンプ１０３＿１および流量計１０６は、第１貯留槽１０１と第１非透過液管Ｌ１１との間の第１送液管Ｌ１０に設けられている。送液ポンプ１０３＿２は、第１非透過液管Ｌ１１と第１分離膜部１０４との間の第１送液管Ｌ１０に設けられている。送液ポンプ１０３＿１は、第１貯留槽１０１からの貯留液Ｓ１を送液ポンプ１０３＿２へ送り、送液ポンプ１０３＿２は、貯留液Ｓ１と第１非透過液管Ｌ１１からの非透過液とを合わせて第１分離膜部１０４へ送り、循環させることができる。
【０１４８】
流量計１０６は、送液ポンプ１０３＿１に流す貯留液Ｓ１の流量を測定する。送液ポンプ１０３＿１は、流量計１０６で測定された貯留液Ｓ１の流量に基づいてフィードバック制御され、貯留液Ｓ１の流量を調節する。このように、送液ポンプ１０３＿１を制御して、貯留液Ｓ１の流量を調節してもよい。送液ポンプ１０３＿１は第１非透過液取出量と第１透過液量の合計と同じ流量に制御することで第１膜ろ過ユニット１００のバランスが取れる。送液ポンプ１０３＿２は、送液ポンプ１０３＿１の送液量に関係なく循環流量をあげることが好ましい。これによって、膜面線速度があがり、膜の目詰まりを防止することができる。
【０１４９】
また、流量計１２２は、第１取出し管Ｌ１３から取り出される非透過液の流量を測定する。第１取出しバルブ１１１は、流量計１２２で測定された非透過液の流量に基づいてフィードバック制御され、非透過液取出量ｂを調節する。
【０１５０】
このように、送液ポンプ１０３＿１を用いて第１送液管Ｌ１０に流す貯留液Ｓ１の流量ａを調節し、第１取出しバルブ１１１を用いて非透過液取出量ｂを調節することによって、実質的に透過液量ｃを調節してもよい。
【０１５１】
例えば、図１４に示す例では、流量計１２２を省略し、流量計１０５が第１透過液管Ｌ１２に設けられている。流量計１０５は、第１透過液管Ｌ１２を流れる第１透過液の流量を測定する。第１取出しバルブ１１１は、流量計１０５で測定された透過液量ｃに基づいてフィードバック制御され、非透過液取出量ｂを調節する。
【０１５２】
図１４に示す第１膜ろ過ユニット１００のその他の構成および動作は、図１１に示すそれと同様でよい。これにより、送液ポンプ１０３＿１を用いて第１送液管Ｌ１０に流す貯留液Ｓ１の流量ａを調節し、第１取出しバルブ１１１を用いて非透過液取出量ｂを調節することによって、実質的に透過液量ｃを調節してもよい。
【０１５３】
図１２〜図１４に示す調整バルブ、流量計、送液ポンプの配置例は、第２膜ろ過ユニット２００についても適用可能である。（分離膜部の構成について）
【０１５４】
図１５および図１６は、第１および第２分離膜部１０４、２０４の構成例を示す図である。第１および第２分離膜部１０４、２０４は、単一のろ過膜で構成されていてもよいが、処理量に応じて、図１５および図１６に示すように、複数のろ過膜で構成された分離膜モジュールであってもよい。
【０１５５】
例えば、図１５は、並列に接続された２つのろ過膜３０４ａ、３０４ｂを有する第１分離膜部１０４を示す。ろ過膜３０４ａ、３０４ｂは、第１送液管Ｌ１０、第１非透過液管Ｌ１１および第１透過液管Ｌ１２のそれぞれに並列に接続されている。これにより、第１分離膜部１０４は、大量の貯留液Ｓ１を効率良く短時間に処理することができる。
【０１５６】
例えば、図１６は、直列に接続された２つのろ過膜３０４ａ、３０４ｂを有する第１分離膜部１０４を示す。ろ過膜３０４ａは、第１送液管Ｌ１０に接続されており、貯留液Ｓ１を受け取る。ろ過膜３０４ｂは、ろ過膜３０４ａに接続されており、ろ過膜３０４ａからの非透過液を受け取る。ろ過膜３０４ｂは、第１非透過液管Ｌ１１に接続されており、ろ過膜３０４ａ、３０４ｂの両方を透過しなかった第１非透過液を第１非透過液管Ｌ１１へ流す。
【０１５７】
一方、ろ過膜３０４ａ、３０４ｂは、第１透過液管Ｌ１２に並列に接続されており、ろ過膜３０４ａ、３０４ｂのいずれかを透過した第１透過液を第１透過液管Ｌ１２へ流す。
【０１５８】
第１分離膜部１０４内で並列または直列に接続されるろ過膜の数は、３つ以上であってもよい。また、均質な透過液または非透過液を得るために、同一の第１分離膜部１０４内の複数のろ過膜の種類（孔径）は、略等しいことが好ましい。図１５および図１６に示す分離膜モジュールの例は、第２分離膜部２０４にも適用可能である。しかし、所望の物質を取り出すために、種類の異なる複数のろ過膜を組み合わせて第１分離膜部１０４および／または第２分離膜部２０４を構成してもよい。第１分離膜部１０４および／または第２分離膜部２０４は、図１５および図１６を組み合わせた並列かつ直列に組み合わされた構成であってもよい。
【０１５９】
図１７は、第１分離膜部１０４と送液ポンプ１０３＿１とで構成される複数の循環系Ｃ１、Ｃ２を備えた第１膜ろ過ユニット１００の構成例を示す図であり、一般的にステージインシリーズ式と呼ばれる装置構成である。
【０１６０】
循環系Ｃ１は、送液ポンプ１０３＿２１、第１分離膜部１０４＿１、第１送液管Ｌ１０＿１および第１非透過液管Ｌ１１＿１によって構成されている。ここで、第１非透過液管Ｌ１１＿１は、循環系Ｃ１の送液ポンプ１０３＿２１と循環系Ｃ２の送液ポンプ１０３＿２２との間に非透過液を戻している。これにより、循環系Ｃ１は、貯留液Ｓ１から透過液を分離しつつ、非透過液を濃縮し、その濃縮された非透過液を循環系Ｃ２へ供給することができる。
【０１６１】
循環系Ｃ２は、送液ポンプ１０３＿２２、第１分離膜部１０４＿２、第１送液管Ｌ１０＿２および第１非透過液管Ｌ１１＿２によって構成されている。循環系Ｃ２は、循環系Ｃ１と基本的に同一の構成を有する。循環系Ｃ２は、循環系Ｃ１から受け取った濃縮された非透過液から透過液をさらに分離しつつ、その濃縮された非透過液をさらに濃縮することができる。循環系Ｃ２で濃縮された非透過液は、取出し・返送管Ｌ１４および第１取出し管Ｌ１３を介して取り出され、あるいは、非透過液返送管Ｌ１５を介して第１貯留槽１０１へ戻される。
【０１６２】
図１７の第１膜ろ過ユニット１００のその他の構成は、図１４の第１膜ろ過ユニット１００の対応する構成と同様でよい。尚、図１７において、取出し・返送管Ｌ１４、第１取出し管Ｌ１３、返送バルブ１２３の位置が、図１４のそれと異なるが、それらの動作は図１４の取出し・返送管Ｌ１４、第１取出し管Ｌ１３、返送バルブ１２３の動作と同様である。
【０１６３】
図１７に示す膜ろ過ユニットの例は、第２膜ろ過ユニット２００にも適用可能である。
【０１６４】
（第７実施形態）
図１８は、第７実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第７実施形態では、第３膜ろ過ユニット３００をさらに備えている。第３膜ろ過ユニット３００は、第１膜ろ過ユニット１００と第２膜ろ過ユニット２００とに接続されており、第１膜ろ過ユニット１００からの第１非透過液を第３分離膜部３０４でろ過して、その透過液（第３透過液）を第２膜ろ過ユニット２００へ供給する。即ち、第３膜ろ過ユニット３００は、第１膜ろ過ユニット１００に並列に接続されている。第２膜ろ過ユニット２００は、第１および第３膜ろ過ユニット１００、３００の両方からの透過液（第１および第３透過液）を受ける。第７実施形態のその他の構成は、第３実施形態の対応する構成と同様である。尚、膜ろ過ユニットの並列接続とは、直列に接続された複数の膜ろ過ユニットの前段の膜ろ過ユニットからの非透過液をろ過し、ろ過後の透過液を後段の膜ろ過ユニットへ流す状態を示す。
【０１６５】
（第３膜ろ過ユニット３００の構成）
第３膜ろ過ユニット３００は、第３貯留槽３０１と、第３送液ポンプ３０３と、第３分離膜部３０４と、流量計３０５と、調整バルブ３０８と、第３取出しバルブ３１１と、流量計３２２と、返送バルブ３０６、３２３と、第３液量計３１４と、第３制御部３１５と、第３送液管Ｌ３０と、第３非透過液管Ｌ３１と、第３透過液管Ｌ３２と、取出し・返送管Ｌ３３と、第３取出し管Ｌ３４と、非透過液返送管Ｌ３５と、透過液返送管Ｌ３６とを備えている。
【０１６６】
第３貯留槽３０１は、第１取出し管Ｌ１３からの第１非透過液を貯留液Ｓ３として溜める槽である。
【０１６７】
第３送液ポンプ３０３は、第３貯留槽３０１と第３分離膜部３０４との間に設けられており、第３送液管Ｌ３０を介して第３貯留槽３０１から第３分離膜部３０４へ貯留液Ｓ３を流す。第３送液ポンプ３０３は、例えば、第３送液管Ｌ３０内の貯留液Ｓ３に圧力を印加する高圧ポンプでよい。第３送液管Ｌ３０は、第３貯留槽３０１と第３分離膜部３０４との間に接続され、第３貯留槽３０１の貯留液Ｓ３を第３貯留槽３０１から第３分離膜部３０４へ送る。
【０１６８】
第３分離膜部３０４は、第３送液管Ｌ３０からの貯留液Ｓ３を第３透過液と第３非透過液とに分離する。第３分離膜部３０４は、第１分離膜部１０４と同様に、例えば、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、ＲＯ膜のいずれかのろ過膜でよい。しかし、第３分離膜部３０４は貯留液Ｓ３をろ過するので、第１分離膜部１０４の孔径と同じ孔径を有することが好ましい。これにより、第３分離膜部３０４は、第１分離膜部１０４で分離すべき成分を貯留液Ｓ３（第１非透過液）から再度分離することができる。
【０１６９】
例えば、第１および第３分離膜部１０４、３０４としてＵＦ膜を用いた場合、第１分離膜部１０４は、貯留液Ｓ１からタンパク質を第１非透過液として、糖を第１透過液として分離する。さらに、第３分離膜部３０４も、第１非透過液からタンパク質を第３非透過液として、糖（例えば、単糖、オリゴ糖、多糖）や芳香族化合物等を第３透過液として分離する。
【０１７０】
第１膜ろ過ユニット１００において、貯留液Ｓ１のうちタンパク質は、第１非透過液として第１非透過液管Ｌ１１または取出し・返送管Ｌ１３へ送られ、糖は第１透過液として第１透過液管Ｌ１２を介して第２膜ろ過ユニット２００へ送られる。また、第３膜ろ過ユニット３００において、第１非透過液のうちタンパク質は、第３非透過液として第３非透過液管Ｌ３１または取出し・返送管Ｌ３３へ送られ、糖は第３透過液として第３透過液管Ｌ３２を介して第２膜ろ過ユニット２００へ送られる。このように、第１および第３膜ろ過ユニット１００、３００で得られた糖を含む第１および第３透過液は、ともに第２膜ろ過ユニット２００の第２貯留槽２０１に貯留液Ｓ２として溜められる。これにより、被処理液からの糖の回収率が高くなる。
【０１７１】
第２分離膜部２０４としてＮＦ膜またはＲＯ膜を用いた場合、第２分離膜部２０４は、貯留液Ｓ２から第２非透過液として糖を分離することができる。糖は、主に非透過液として第２非透過液管Ｌ２１または取出し・返送管Ｌ２３へ送られ、その他の成分は第２透過液として第２透過液管Ｌ２２へ送られる。
【０１７２】
ここで、第２貯留槽２０１は、第１膜ろ過ユニット１００からの第１透過液だけでなく、第３膜ろ過ユニット３００からの第３透過液も貯留する。上述の通り、第１膜ろ過ユニット１００は、貯留液Ｓ１から糖を透過させて第１透過液とし、タンパク質を第１非透過液に残留させる。しかし、第１非透過液には、第１分離膜部１０４で透過しなかった糖も或る程度残留している。そこで、第３膜ろ過ユニット３００は、第１非透過液の一部を第３分離膜部３０４でろ過し、第１非透過液から糖を再度分離する。これにより、第１非透過液に含まれる糖が第３透過液として回収され、第２膜ろ過ユニット２００へ供給される。よって、第２膜ろ過ユニット２００は、第１透過液に含まれる糖だけでなく、第３透過液の含まれる糖も受け取ることができる。これにより、被処理液からの糖の回収率が高くなる。
【０１７３】
より詳細には、第３実施形態のように、第２貯留槽２０１が第１膜ろ過ユニット１００からの第１透過液のみ受け取る場合、第２膜ろ過ユニット２００は、第１透過液のみに含まれる糖しか回収することができない。従って、第１分離膜部１０４の分離能力にも依存するが、第１分離膜部１０４（例えば、ＵＦ膜）が被処理液に含まれる糖の例えば約８０％を透過させる場合、残りの約２０％の糖は回収できない。
【０１７４】
これに対し、第７実施形態によれば、第３膜ろ過ユニット３００が、第１非透過液を再度ろ過して糖を透過させて第３透過液として第２貯留槽２０１へ供給する。例えば、第３分離膜部３０４（例えば、ＵＦ膜）が第１非透過液に含まれる糖（被処理液に含まれる糖の約２０％）の例えば約５０％を透過させる場合、非透過液に含まれる糖の約１０％がさらに回収できる。即ち、この例では、被処理液に含まれる糖の約９０％（８０％＋１０％）が第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２に含まれることになる。これにより、第２膜ろ過ユニット２００において、糖の回収率が高くなる。
【０１７５】
尚、第３分離膜部３０４も、第１分離膜部１０４と同様に、単一のろ過膜で構成されていてもよく、複数のろ過膜を組み合わせたろ過膜モジュールであってもよい。また、第３分離膜部３０４にろ過膜モジュールを用いる場合、複数のろ過膜は、単一種類のろ過膜で構成されてもよく、あるいは、複数種類のろ過膜を組み合わせてもよい。
【０１７６】
第３非透過液管Ｌ３１は、第３分離膜部３０４からの第３非透過液を、第３貯留槽３０１と第３送液ポンプ３０３との間の第３送液管Ｌ３０へ戻すように配管されている。また、第３非透過液管Ｌ３１には、取出し・返送管Ｌ３３が接続されており、第３非透過液の一部は、第３取出し管Ｌ３４または非透過液返送管Ｌ３５へ送られる。取出し・返送管Ｌ３３には、第３取出しバルブ３１１が設けられている。取出し・返送管Ｌ３３、第３取出し管Ｌ３４および非透過液返送管Ｌ３５には、返送バルブ３２３が接続されている。返送バルブ３２３は、例えば、三方弁であり、取出し・返送管Ｌ３３からの第３非透過液を第３取出し管Ｌ３４または非透過液返送管Ｌ３５へ流すことができる。流量計３２２は、取出し・返送管Ｌ３３を流れる第３非透過液の流量を測定する。第３非透過液の一部は、取出し・返送管Ｌ３３および第３取出し管Ｌ３４を介してろ過装置の外部へ取り出される。
【０１７７】
外部へ取り出された第３非透過液は、製品として利用してもよく、別の工程に利用してもよい。一方、第３非透過液の残りは、第３非透過液管Ｌ３１を介して第３送液管Ｌ３０へ戻されるか、あるいは、非透過液返送管Ｌ３５を介して第３貯留槽３０１へ戻される。第３送液管Ｌ３０または第３貯留槽３０１へ戻された第３非透過液は、貯留液Ｓ３として第３分離膜部３０４へ再送される。
【０１７８】
貯留液Ｓ３は、第３送液管Ｌ３０（第３非透過液管Ｌ３１）と第３分離膜部３０４との間で循環され、その有機物（タンパク質）濃度は第３送液管Ｌ３０および第３非透過液管Ｌ３１内において濃縮される。第３送液管Ｌ３０は第３貯留槽３０１よりも容積が小さいので、貯留液Ｓ３は、第３非透過液を第３貯留槽３０１へ戻す場合よりも第３送液管Ｌ３０へ戻す方が速く濃縮される。ただし、第１取出し管Ｌ１３からの第１非透過液の流量（ｂ）、第３取出し管Ｌ３４から取り出される第３非透過液の流量（第３非透過液取出量ｆ）、第３透過液管Ｌ３２から第３膜ろ過ユニット３００の外部へ流れる第３透過液の流量（第３透過液量ｅ）が一定である場合、第３送液管Ｌ３０および第３非透過液管Ｌ３１内の第１非透過液の有機物（タンパク質）濃度は、濃縮された後、略一定となる。従って、第３取出し管Ｌ３４から取り出される第３非透過液は、第１取出し管Ｌ１３からの第１非透過液よりも濃縮されているが、略一定の有機物濃度を有する。即ち、第３非透過液は、略一定の有機物濃度を有する濃縮液であり、かつ、第３膜ろ過ユニット３００から略定流量で取り出される。これにより、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。
【０１７９】
第３透過液管Ｌ３２は、第３分離膜部３０４からの第３透過液を後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２貯留槽２０１へ送るように配管されている。第３透過液管Ｌ３２には、第３調整部としての流量計３０５および調整バルブ３０８が設けられている。流量計３０５は、透過液管Ｌ３２および透過液返送管Ｌ３６を流れる透過液の流量を測定する。透過液の流量の測定値は、第３制御部３１５を介して調整バルブ３０８をフィードバック制御するために用いられる。このフィードバック制御によって、調整バルブ３０８は、第３透過液管Ｌ３２に流れる透過液の流量を略一定とするように調整される。
【０１８０】
第３透過液管Ｌ３２には、返送バルブ３０６および透過液返送管Ｌ３６が接続されており、第３透過液管Ｌ３２に流れる第３透過液を第３貯留槽３０１へ返送することができる。返送バルブ３０６は、例えば、三方弁であり、第３透過液管Ｌ３２と透過液返送管Ｌ３６との間に接続されており、第３透過液を第３透過液管Ｌ３２へ流し、あるいは、透過液返送管Ｌ３６へ流すことができる。第３透過液管Ｌ３２と透過液返送管Ｌ３６に切り替えることができればよく、三方弁の代わりに二方弁を二つ備えてもよい。
【０１８１】
第３液量計３１４は、第３貯留槽３０１に設けられており、第３貯留槽３０１内に貯留されている第１非透過液Ｓ３の液量を検出する。例えば、第３液量計３１４は、第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液面の高さを検出する液面計であってもよい。第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液量は、第１非透過液Ｓ３の液面の高さの関数で表すことができる。従って、第３制御部３１５は、第１非透過液Ｓ３の液面の高さを、第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液量の指標として用いることができる。また、例えば、第３液量計３１４は、第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の質量を検出する質量測定器であってもよい。第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液量は、第１非透過液Ｓ３の質量の関数で表すことができる。従って、第３制御部３１５は、第１非透過液Ｓ３の質量を、第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液量の指標として用いることができる。
【０１８２】
第３制御部３１５は、第３液量計３１４からの測定値およびその後段の第２膜ろ過ユニット２００の第２液量計２１４からの測定値に基づいて、第３貯留槽３０１内に貯留されている貯留液Ｓ３の液量を制御する。
【０１８３】
例えば、第２および第３液量計２１４、３１４が液面計であるとする。第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液面が下限レベルＬＬ３よりも低くなった場合、第３制御部３１５は、返送バルブ３０６を制御して第３透過液を透過液返送管Ｌ３６へ流し、第３貯留槽３０１へ戻す。第３制御部３１５は、第３取出バルブ３１１および返送バルブ３２３を制御して、取出し・返送管Ｌ３３および非透過液返送管Ｌ３５を介して第３非透過液を第３貯留槽３０１へ戻す。このとき、非透過液バルブ３０８は開いており、返送バルブ３２３は取出し・返送管Ｌ３３と非透過液返送管Ｌ３５とを接続する。これにより、第３送液管Ｌ３０からの第３透過液および第３非透過液は、全て第３貯留槽３０１へ戻される。即ち、第３膜ろ過ユニット３００は、ろ過の送液を停止し、貯留液Ｓ３を第３貯留槽３０１と第３分離膜部３０４との間で循環させる。これによって、膜の流量の制御は継続したまま第３貯留槽３０１の液量を調整できる。特にろ過時に高圧を必要とする場合、膜の流量の制御を持続することで、ろ過の送液再開時にすぐに流量を安定させることができ、安定した定流量ろ過を行うことができるため好ましい。また、第３透過液または第３非透過液を循環させることによって第３貯留槽３０１の液面を上昇させることができる。また、ろ過の送液を停止することによって第３分離膜部３０４の目詰まりを抑制し、第３分離膜部３０４をより長時間安定して用いることができる。
【０１８４】
一方、第３貯留槽３０１内の液面が上限レベルＵＬ３よりも高くなった場合、第１膜ろ過ユニット１００から第３貯留槽３０１への第１非透過液の供給を減少させ、あるいは、停止すればよい。
【０１８５】
尚、制御部１１５、３１５の動作は、第３実施形態のそれらの動作と同様でよい。従って、第２貯留槽２０１内の貯留液Ｓ２の液面が上限レベルＵＬ２よりも高くなった場合、第１制御部１１５が、第１調整バルブ１０８を閉じて第１透過液管Ｌ１２から第２膜ろ過ユニット２００への第１透過液の流れを止めてもよく、あるいは／並びに、第３制御部３１５が、返送バルブ３０６を制御して第３透過液を透過液返送管Ｌ３６へ流して第３貯留槽３０１へ戻し、第３透過液管Ｌ３２から第２膜ろ過ユニット２００への第３透過液の流れを止めてもよい。このとき、第２膜ろ過ユニット２００は、ろ過処理を継続し、第２透過液は外部へ流出し、第２非透過液は取り出される。その結果、第２貯留槽２０１の液面を低下させることができる。
【０１８６】
このように、第７実施形態によるろ過装置は、定流量ろ過の流量ずれによる貯留槽１０１〜３０１内の貯留液Ｓ１〜Ｓ３の液量を、液量計１１４〜３１４からの測定値に基づいて透過液あるいは非透過液の流れで調整する。これにより、定流量ろ過装置のわずかな流量ずれによる貯留槽１０１〜３０１内の貯留液Ｓ１〜Ｓ３の液量のずれを補正することができる。液量のずれを補正することによって、貯留槽１０１〜３０１内の貯留液Ｓ１〜Ｓ３の液量が安定し、貯留液Ｓ１〜Ｓ３が貯留槽１０１〜３０１から溢れたり、枯渇してしまうことを抑制することができる。従って、ろ過装置は、被処理液を定流量で継続して安定的にろ過することができる。
【０１８７】
また、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００は、第３実施形態のそれらと同様の構成を有し、さらに、第３膜ろ過ユニット３００が第１膜ろ過ユニット１００から第１非透過液の一部を受けて、分離後の第３透過液を第２膜ろ過ユニット２００へ供給している。これにより、第２膜ろ過ユニット２００は、第１透過液に含まれる糖だけでなく、第３透過液の含まれる糖も受け取ることができる。これにより、第２膜ろ過ユニット２００において、被処理液からの糖の回収率が高くなる。
【０１８８】
また、第１分離膜部１０４（例えば、ＵＦ膜）は、糖をタンパク質から分離して、タンパク質を第１非透過液として第１貯留槽１０１に戻す。タンパク質が第１貯留槽１０１において濃縮されると、貯留液Ｓ１の流動性が低下し、第１分離膜部１０４が短時間で目詰まりを起こす。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０１８９】
これに対し、第７実施形態によれば、第３膜ろ過ユニット３００が第１非透過液の一部を受けてタンパク質を再度分離している。従って、第１膜ろ過ユニット１００だけでなく、第３膜ろ過ユニット３００も同様にタンパク質を分離している。これにより、第１膜ろ過ユニット１００の目詰まりを緩和して、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。
【０１９０】
また、調整バルブ３０８は流量計３０５の値が略一定となるように制御され、調整バルブ３１１は流量計３２２の値が略一定となるように制御される。よって、第１膜ろ過ユニット１００からの第１非透過液取出量ｂ＝第３透過液量ｃ２＋第３非透過液取出量ｆとなるように、即ち、供給される量＝取り出される量（ｂ＝ｃ２＋ｆ）となるように、流量を設定することにより、第３膜ろ過ユニット３００は、第１非透過液をほぼ定量で処理し、第３液量計３１４の値はほぼ一定となり、定流量ろ過を安定的に継続できる。
【０１９１】
また、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００でも、供給される量＝取り出される量（ａ＝ｂ＋ｃ１、ｃ１＋ｃ２＝ｄ＋ｅ）となるように流量を設定することにより、ろ過装置全体は、定流量ろ過を安定的に継続できる。尚、ｃ１は、第１膜ろ過ユニット１００から第２膜ろ過ユニット２００への第１透過液量である。ｃ２は、第３膜ろ過ユニット３００から第２膜ろ過ユニット２００への第３透過液量である。ｆは、第３膜ろ過ユニット３００からの非透過液取出し量である。
【０１９２】
第７実施形態による第３膜ろ過ユニット３００は、第１〜第６実施形態のいずれに付加してもよい。これにより、第１〜第６実施形態に第７実施形態の効果を付加することができる。
【０１９３】
（第８実施形態）
図１９は、第８実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第８実施形態の第３膜ろ過ユニット３００は、加水部３４０をさらに備えている点で第７実施形態と異なる。第３加水部としての加水部３４０は、第３貯留槽３０１内の貯留液（第１非透過液）Ｓ３に水を供給する。
【０１９４】
第１および第３分離膜部１０４、３０４（例えば、ＵＦ膜）は、糖をタンパク質から分離して、タンパク質を含む第１非透過液を第１または第３貯留槽１０１、３０１に流す。タンパク質が第１および第３貯留槽１０１、３０１において濃縮されると、貯留液Ｓ１の流動性が低下し、第１または第３分離膜部１０４、３０４が短時間で目詰まりを起こしやすくなる。特に、第３貯留槽３０１は、第１膜ろ過ユニット１００からの第１非透過液を貯留液Ｓ３として溜めるので、タンパク質の濃度が上昇しやすい。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０１９５】
これに対し、第８実施形態では、加水部３４０が貯留液Ｓ３に加水する。これにより、貯留液Ｓ３の流動性が高くなり、貯留液Ｓ３が第３分離膜部３０４を通過し易くなる。第３分離膜部３０４の目詰まりが緩和され、貯留液Ｓ３の糖をタンパク質から長時間連続して分離することができる。即ち、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。特に、サトウキビなどの絞り汁や、サトウキビバガスなどの非可食資源を原料として化学的処理もしくは酵素分解などを施した処理液等のように濁質の多い被処理液から糖を抽出する際には、加水部を付加することは有効である。
【０１９６】
尚、加水部３４０が供給する水量をｇとすると、ｂ＋ｇ＝ｃ２＋ｆとなるように、流量を設定する。これにより、ろ過装置は、定流量ろ過を安定的に継続できる。また、水は貯留液（第１非透過液）Ｓ３に供給されればよく、加水部３４０は、第３貯留槽３０１、第１取出し管Ｌ１３、第３送液管Ｌ３０、非透過液返送管Ｌ３５および／または透過液返送管Ｌ３６のいずれに接続されていてもよい。図１９の破線では、水は、第１取出し管Ｌ１３または第３送液管Ｌ３０に供給されている。
【０１９７】
このように、第８実施形態によるろ過装置は、液量計１１４、２１４、３１４の測定値に基づいて貯留槽１０１、２０１、３０１内の貯留液Ｓ１〜Ｓ３の液量を調整するだけでなく、加水部３４０が貯留液Ｓ３に加水する。これにより、第８実施形態によるろ過装置は、定流量ろ過をさらに安定的にかつ長時間継続運転することができる。
【０１９８】
第８実施形態のその他の構成は、第７実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第８実施形態は、第７実施形態の効果も得ることができる。
【０１９９】
第７および第８実施形態において、第３膜ろ過ユニット３００は、第１膜ろ過ユニット１００と第２膜ろ過ユニット２００との間に設けられている。この場合、第３膜ろ過ユニット３００は、前段の第１膜ろ過ユニット１００の第１非透過液を受けて、後段の第２膜ろ過ユニット２００へ第３透過液を送る。図１０、図１１のように複数の第１膜ろ過ユニット１００が連続して接続されている場合、第３膜ろ過ユニット３００は、連続する２つの第１膜ろ過ユニット１００間に設けられてもよい。この場合、第３膜ろ過ユニット３００は、前段の第１膜ろ過ユニット１００の第１非透過液を受けて、後段の第１膜ろ過ユニット１００へ第３透過液を送る。このような構成であっても、第７および第８実施形態の効果は失われない。
【０２００】
（第９実施形態）
図２０は、第９実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第９実施形態では、第３膜ろ過ユニット３００が第２膜ろ過ユニット２００に並列に設けられている。第３膜ろ過ユニット３００の内部構成は、第７実施形態のそれと基本的に同じである。
【０２０１】
第３膜ろ過ユニット３００は、第２膜ろ過ユニット２００からの第２非透過液を受けて、第３貯留槽３０１に溜める。
【０２０２】
第３分離膜部３０４は、第２非透過液を第３透過液と第３非透過液とに分離する。第３分離膜部３０４は、第２分離膜部２０４と同様に、例えば、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、ＲＯ膜のいずれかのろ過膜でよい。しかし、第３分離膜部３０４は第２非透過液をろ過するので、第２分離膜部２０４の孔径と同じ孔径を有することが好ましい。これにより、第３分離膜部３０４は、第２分離膜部２０４で分離すべき成分を第２非透過液から再度分離することができる。
【０２０３】
例えば、第２および第３分離膜部２０４、３０４としてＮＦ膜を用いた場合、第２分離膜部２０４は、第１透過液から糖成分（例えば、単糖、オリゴ糖）や芳香族化合物等を第２非透過液として、その他の成分（例えば、水分、塩類、低分子の有機酸等）を第２透過液として分離することができる。第３分離膜部３０４も、第２非透過液から糖を第３非透過液として、他の成分を第３透過液として分離することができる。
【０２０４】
第２膜ろ過ユニット２００において、取出し・返送管Ｌ２３へ送られた第２非透過液は、第２取出し管Ｌ２４を介して第３膜ろ過ユニット３００へ送られる。第３膜ろ過ユニット３００において、第２非透過液のうち糖は、第３非透過液として第３非透過液管Ｌ３１または取出し・返送管Ｌ３３へ送られ、その他の成分は第３透過液として第３透過液管Ｌ３２を介して第３膜ろ過ユニット３００の外部へ取り出される。第３透過液は、第２透過液とともに製品として用いられたり、あるいは、廃棄される。
【０２０５】
ここで、第２貯留槽２０１だけでなく、第３貯留槽３０１も、第２膜ろ過ユニット２００からの第２非透過液を貯留する。これにより、第２膜ろ過ユニット２００だけでなく、第３膜ろ過ユニット３００も、第１透過液および第２非透過液から糖を分離して濃縮させる。これにより、第１透過液に含まれる糖の純度が高くなる。また、第２貯留槽２０１だけでなく、第３貯留槽３０１も、被処理液から水分、塩類、低分子の有機酸等を透過させる。従って、糖の純度がさらに高くなる。
【０２０６】
また、調整バルブ３０８は流量計３０５の値が略一定となるように制御され、調整バルブ３１１は流量計３２２の値が略一定となるように制御される。よって、第２膜ろ過ユニット２００からの第２非透過液取出量ｄ＝第３透過液量ｈ＋第３非透過液取出量ｆとなるように、即ち、供給される量＝取り出される量（ｄ＝ｈ＋ｆ）となるように、流量を設定することにより、第３膜ろ過ユニット３００は、第２非透過液をほぼ定量で処理し、第３液量計３１４の値はほぼ一定となり、定流量ろ過を安定的に継続できる。
【０２０７】
例えば、第３液量計３１４が液面計であるとする。第３貯留槽３０１内の第１非透過液Ｓ３の液面が下限レベルＬＬ３よりも低くなった場合、第３制御部３１５は、返送バルブ３０６を制御して第３透過液を透過液返送管Ｌ３６へ流し、第３貯留槽３０１へ戻す。第３制御部３１５は、第３取出バルブ３１１および返送バルブ３２３を制御して、取出し・返送管Ｌ３３および非透過液返送管Ｌ３５を介して第３非透過液を第３貯留槽３０１へ戻す。このとき、非透過液バルブ３０８は開いており、返送バルブ３２３は取出し・返送管Ｌ３３と非透過液返送管Ｌ３５とを接続する。これにより、第３送液管Ｌ３０からの第３透過液および第３非透過液は、全て第３貯留槽３０１へ戻される。即ち、第３膜ろ過ユニット３００は、ろ過の送液を停止し、貯留液Ｓ３を第３貯留槽３０１と第３分離膜部３０４との間で循環させる。これによって、膜の流量の制御は継続したまま第３貯留槽３０１の液量を調整できる。特にろ過時に高圧を必要とする場合、膜の流量の制御を持続することで、ろ過の送液再開時にすぐに流量を安定させることができ、安定した定流量ろ過を行うことができるため好ましい。また、第３透過液または第３非透過液を循環させることによって第３貯留槽３０１の液面を上昇させることができる。また、ろ過の送液を停止することによって第３分離膜部３０４の目詰まりを抑制し、第３分離膜部３０４をより長時間安定して用いることができる。一方、第３貯留槽３０１内の液面が上限レベルＵＬ３よりも高くなった場合、第２膜ろ過ユニット２００から第３貯留槽３０１への第２非透過液の供給を減少させ、あるいは、停止すればよい。
【０２０８】
また、第２分離膜部２０４（例えば、ＮＦ膜またはＲＯ膜）は、糖を分離して、糖を第２非透過液として第２送液管Ｌ２０および第３貯留槽３０１へ流す。糖が第２送液管Ｌ２０において濃縮されると、第２分離膜部２０４が短時間で目詰まりを起こす。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０２０９】
これに対し、第９実施形態によれば、第３膜ろ過ユニット３００が第２非透過液の一部を受けて糖を再度分離している。従って、第２膜ろ過ユニット２００だけでなく、第３膜ろ過ユニット３００も同様に糖を分離している。これにより、第２膜ろ過ユニット２００の目詰まりを緩和して、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。
【０２１０】
第３膜ろ過ユニット３００の内部構成およびその動作は、第７実施形態の第３膜ろ過ユニット３００の内部構成およびその動作と同様でよい。
【０２１１】
ただし、第２取出し管Ｌ２４からの第２非透過液の流量（ｄ）、第３取出し管Ｌ３４から取り出される第３非透過液の流量（第３非透過液取出量ｆ）、第３透過液管Ｌ３２から第３膜ろ過ユニット３００の外部へ流れる第３透過液の流量（第３透過液量ｈ）が一定である場合、第３送液管Ｌ３０および第３非透過液管Ｌ３１内の第２非透過液の糖濃度は、濃縮された後、略一定となる。従って、第３取出し管Ｌ３４から取り出される第３非透過液は、第２取出し管Ｌ２４からの第２非透過液よりも濃縮されているが、略一定の糖濃度を有する。即ち、第３非透過液は、略一定の糖濃度を有する濃縮液であり、かつ、第３膜ろ過ユニット３００から略定流量で取り出される。
【０２１２】
このように、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００は、第３実施形態のそれらと同様の構成を有し、さらに、第３膜ろ過ユニット３００が第２膜ろ過ユニット２００から第２非透過液の一部を受けて、分離後の第３非透過液および第３透過液を外部へ供給している。これにより、第２および第３膜ろ過ユニット２００、３００がともに糖を他の成分から分離することができる。その結果、ろ過装置は、被処理液からの糖の純度を高めることができる。
【０２１３】
また、供給される量＝取り出される量（ｄ＝ｈ＋ｆ）となるように流量を設定することにより、第３膜ろ過ユニット３００は、定流量ろ過を安定的に継続できる。また、第１および第２膜ろ過ユニット１００、２００でも、供給される量＝取り出される量（ａ＝ｂ＋ｃ、ｃ＝ｄ＋ｅ）となるように流量を設定することにより、ろ過装置全体は、定流量ろ過を安定的に継続できる。
【０２１４】
第９実施形態による第３膜ろ過ユニット３００は、第１〜第８実施形態のいずれに付加してもよい。これにより、第１〜第８実施形態に第９実施形態の効果を付加することができる。
【０２１５】
（第１０実施形態）
図２１は、第１０実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第１０実施形態の第３膜ろ過ユニット３００は、加水部３４０をさらに備えている点で第９実施形態と異なる。第３加水部としての加水部３４０は、第３貯留槽３０１内の第２非透過液に水を供給する。
【０２１６】
第２および第３分離膜部２０４、３０４（例えば、ＮＦ膜）は、糖を他の成分から分離して、糖を第１非透過液として第２および第３送液管Ｌ２０およびＬ３０にそれぞれ流す。糖が第２および第３送液管Ｌ２０およびＬ３０において濃縮されると、第２または第３分離膜部２０４、３０４が短時間で目詰まりを起こす。特に、第３貯留槽３０１は、第２膜ろ過ユニット２００からの第２非透過液を溜めるので、糖の濃度が上昇しやすい。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０２１７】
これに対し、第１０実施形態では、加水部３４０が第３貯留槽３０１に加水する。これにより、貯留液Ｓ３の流動性が高くなり、貯留液Ｓ３が第３分離膜部３０４を通過し易くなる。第３分離膜部３０４は、貯留液Ｓ３の糖を他の成分から長時間連続して分離することができる。これにより、第３膜ろ過ユニット３００の目詰まりを緩和して、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。また、加水後に再度濃縮することで、糖とその他の成分を分離する効果が高まり、糖の純度が高くなる。特に、サトウキビなどの絞り汁や、サトウキビバガスなどの非可食資源を原料として化学的処理もしくは酵素分解などを施した処理液等のように濁質や糖以外の成分（塩類、低分子の有機酸等）が多い被処理液から糖を抽出する際には、加水部を付加することは有効である。
【０２１８】
加水部３４０が供給する水量をｇとすると、ｄ＋ｇ＝ｆ＋ｈとなるように、流量を設定する。これにより、ろ過装置は、定流量ろ過を安定的に継続できる。また、水は貯留液（第２非透過液）Ｓ３に供給されればよく、加水部３４０は、第３貯留槽３０１、第２取出し管Ｌ２４、第３送液管Ｌ３０、非透過液返送管Ｌ３５および／または透過液返送管Ｌ３６のいずれに接続されていてもよい。図２１の破線では、水は、第２取出し管Ｌ２４または第３送液管Ｌ３０に供給されている。
【０２１９】
このように、第１０実施形態によるろ過装置は、液量計１１４、２１４、３１４の測定値に基づいて貯留槽１０１、２０１、３０１内の貯留液Ｓ１〜Ｓ３の液量を調整するだけでなく、加水部３４０が貯留液Ｓ３に加水する。これにより、第１０実施形態によるろ過装置は、定流量ろ過をさらに安定的にかつ長時間継続運転することができる。
【０２２０】
第１０実施形態のその他の構成は、第９実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第１０実施形態は、第９実施形態の効果も得ることができる。
【０２２１】
（第１１実施形態）
図２２は、第１１実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第１１実施形態の第１膜ろ過ユニット１００は、加水部１４０をさらに備えている点で第３実施形態と異なる。第１加水部としての加水部１４０は、第１貯留槽１０１内の貯留液Ｓ１に水を供給する。
【０２２２】
第１分離膜部１０４（例えば、ＵＦ膜）は、タンパク質を糖から分離して、タンパク質を第１非透過液として第１送液管Ｌ１０に戻す。タンパク質が第１送液管Ｌ１０において濃縮されると、第１分離膜部１０４が短時間で目詰まりを起こすことがある。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０２２３】
これに対し、第１１実施形態では、加水部１４０が第１貯留槽１０１に加水する。これにより、貯留液Ｓ１の流動性が高くなり、貯留液Ｓ１が第１分離膜部１０４を通過し易くなる。第１分離膜部１０４の目詰まりが緩和され、貯留液Ｓ１のタンパク質を長時間連続して分離することができる。即ち、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。
【０２２４】
尚、加水部１４０が供給する水量をｇとすると、ａ＋ｇ＝ｂ＋ｃとなるように、流量を設定する。これにより、ろ過装置は、定流量ろ過を安定的に継続できる。また、水は貯留液Ｓ１に供給されればよく、加水部１４０は、第１貯留槽１０１、被処理液管Ｌ１、第１送液管Ｌ１０、非透過液返送管Ｌ１５および／または透過液返送管Ｌ１６のいずれに接続されていてもよい。図２２の破線では、水は、被処理液管Ｌ１または第１送液管Ｌ１０に供給されている。
【０２２５】
このように、第１１実施形態によるろ過装置は、液量計１１４、２１４の測定値に基づいて貯留槽１０１、２０１内の貯留液Ｓ１、Ｓ２の液量を調整するだけでなく、加水部１４０が貯留液Ｓ１に加水する。これにより、第１１実施形態によるろ過装置は、定流量ろ過をさらに安定的にかつ長時間継続運転することができる。
【０２２６】
第１１実施形態のその他の構成は、第３実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第１１実施形態は、第３実施形態の効果も得ることができる。また、加水部１４０は、第１〜第１０実施形態のいずれに付加してもよい。これにより、第１〜第１０実施形態に第１１実施形態の効果を付加することができる。
【０２２７】
（第１２実施形態）
図２３は、第１２実施形態によるろ過装置の構成例を示す図である。第１２実施形態の第２膜ろ過ユニット２００は、加水部２４０をさらに備えている点で第３実施形態と異なる。第２加水部としての加水部２４０は、第２貯留槽２０１内の貯留液（第１非透過液）Ｓ２に水を供給する。
【０２２８】
第２分離膜部２０４（例えば、ＮＦ膜またはＲＯ膜）は、糖をその他の成分から分離して、糖を第２非透過液として第２送液管Ｌ２０に戻す。糖が第２送液管Ｌ２０において濃縮されると、第２分離膜部２０４が短時間で目詰まりを起こす。これでは、ろ過装置を長時間に亘って連続運転することが困難となってしまう。
【０２２９】
これに対し、第１２実施形態では、加水部２４０が第２貯留槽２０１に加水する。これにより、貯留液Ｓ２の流動性が高くなり、貯留液Ｓ２が第２分離膜部２０４を通過し易くなる。第２分離膜部２０４の目詰まりが緩和され、貯留液Ｓ２の糖を長時間連続して分離することができる。即ち、ろ過装置をより長時間に亘って連続運転することができる。
【０２３０】
尚、加水部２４０が供給する水量をｇとすると、ｃ＋ｇ＝ｄ＋ｅとなるように、流量を設定する。これにより、ろ過装置は、定流量ろ過を安定的に継続できる。また、水は貯留液Ｓ２または第１非透過液に供給されればよく、加水部２４０は、第２貯留槽２０１、第１透過液管Ｌ１２、第２送液管Ｌ２０、非透過液返送管Ｌ２５および／または透過液返送管Ｌ２６のいずれに接続されていてもよい。図２３の破線では、水は、第１透過液管Ｌ１２または第２送液管Ｌ２０に供給されている。
【０２３１】
第１２実施形態のその他の構成は、第３実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第１２実施形態は、第３実施形態の効果も得ることができる。また、加水部２４０は、第１〜第１１実施形態のいずれに付加してもよい。これにより、第１〜第１１実施形態に第１２実施形態の効果を付加することができる。
【０２３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０２３３】
１００、２００  膜ろ過ユニット、１０１、２０１貯留槽、１０３、２０３送液ポンプ、１０４、２０４  分離膜部、１０５、２０５流量計、１０７  非透過液バルブ、１０８、２０８  調整バルブ、１１１、２２１  取出しバルブ、１１２  洗浄液槽、１１３  洗浄ポンプ、１１４  、２１４  量計、１１５、２１５  制御部、Ｌ１  被処理液管、Ｌ１０、Ｌ２０  送液管、Ｌ１１、Ｌ２１  非透過液管、Ｌ１２、Ｌ２２  透過液管、Ｌ１３、Ｌ２４  取出し管、Ｌ１１５  洗浄管、Ｌ２５  非透過液返送管、Ｌ２６  透過液返送管
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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