(57)【要約】【課題】効率のよい濾過を行うことができる濾過方法および濾過装置を提供する。【解決手段】被処理液に、金属濾過膜６ｂを透過しない固体状の剥離材を添加して混合液とし、該混合液を該金属濾過膜６ｂに供給してクロスフロー濾過を行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液に、金属濾過膜を透過しない固体状の剥離材を添加して混合液とし、該混合液を該金属濾過膜に供給してクロスフロー濾過を行うことを特徴とする濾過方法。
【請求項２】
前記金属濾過膜の孔径が０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の濾過方法。
【請求項３】
前記剥離材が天然素材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過方法。
【請求項４】
被処理液に、金属濾過膜を透過しない固体状の剥離材を添加する剥離材添加手段と、
前記被処理液と前記剥離材とを含む混合液を前記金属濾過膜に供給してクロスフロー濾過を行う濾過手段とを備えていることを特徴とする濾過装置。
【請求項５】
前記金属濾過膜の孔径が０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項４に記載の濾過装置。
【請求項６】
前記剥離材が天然素材からなることを特徴とする請求項４または５に記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医薬、化粧品、食品などの製造プロセスや発酵プロセスなどにおいて利用される濾過方法および濾過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述の様なプロセスにおいては、被処理液を効率的に濾過する濾過方法および装置が望まれている。
特開平６−１７８９２１号公報においては、外圧式中空糸モジュールの被処理液にスポンジ製の擦洗ボールを投入し、被処理液とともに中空糸モジュールを透過させてクロスフロー濾過を行う方法が開示されている。なお、この濾過方法において用いられている中空糸モジュールは一般にプラスチックなどの有機系材料からなるものである。
この方法は、擦洗ボールが中空糸膜面に接触することにより、膜表面に付着したスケール（汚れ）が剥離、除去されるもので、その結果、経時的な濾過膜の汚染による濾過速度の低下を防ぎ、効率的な濾過を行うことができる。
また、一般的には、この種の濾過方法に用いる濾過膜は、濾過処理中にスケールの付着によって目詰まりを生じるため、定期的に洗浄が行われる。洗浄方法としては、濾過膜に、被処理液の流通方向と逆方向に洗液を流す逆洗浄や、膜表面自体を物理的に洗浄する方法などが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、濾過膜の洗浄には洗液や動力費が必要となることから、コスト上昇の一因となっていた。
また、洗浄操作も面倒であるため、さらに簡単な操作で低コストに洗浄できる濾過方法および濾過装置が望まれていた。
特開平６−１７８９２１号公報に開示の濾過方法においても、擦洗ボールの作用により、スケールの付着が抑制されているため、洗浄頻度の低減が図られているものの、有機系材料からなる中空糸モジュールを用いているため、膜面にスケールが付着しやすく、擦洗ボールによる効果にも限界があり、洗浄頻度の低減についてはさらなる向上が望まれていた。
また、有機系の中空糸モジュールは、被処理液の特性によっては耐用期間が短いという問題もあり、さらに低コスト化を図るため、濾過装置の耐用期間の長期化も望まれていた。
【０００４】
本発明は前記課題に鑑てなされたもので、効率のよい濾過を行うことができる濾過方法および濾過装置を提供することを課題とする。
具体的には、濾過処理中に濾過膜にスケールが付着しにくく、濾過速度の低下を防ぐことができ、濾過膜の洗浄頻度を低減することができる濾過方法および濾過装置を提供することを課題とする。また、濾過膜にスケールが付着した場合にもこの濾過膜を低コストで簡単に洗浄することができる濾過方法および濾過装置を提供することを課題とする。さらに、耐用期間が長い濾過方法および濾過装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の濾過方法は、被処理液に、金属濾過膜を透過しない固体状の剥離材を添加して混合液とし、該混合液を該金属濾過膜に供給してクロスフロー濾過を行うことを特徴とする。
この濾過方法においては、前記金属濾過膜の孔径が０．１〜１００μｍであると好ましい。また、前記剥離材が天然素材からなると好ましい。
また、本発明の濾過装置は、被処理液に、金属濾過膜を透過しない固体状の剥離材を添加する剥離材添加手段と、
前記被処理液と前記剥離材とを含む混合液を前記金属濾過膜に供給してクロスフロー濾過を行う濾過手段とを備えていることを特徴とする。
この濾過装置においては、前記金属濾過膜の孔径が０．１〜１００μｍであると好ましい。また、前記剥離材が天然素材からなると好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の濾過装置の一例を示したものである。以下、この濾過装置を用いた濾過操作の手順にそって、本発明の濾過方法と濾過装置の一例について説明する。
すなわち、この濾過装置においては、被処理液供給ライン１から液体成分と固体成分を含む被処理液が被処理液槽２に供給される。そして、この被処理液槽２には剥離材供給ライン３から固体状の粒子からなる剥離材が添加される。なお、剥離材についての詳細は後述する。
【０００７】
そして、この被処理液と剥離材との混合液は、被処理液供給ライン４から、ポンプ５の作用によって抜き出され、濾過手段６に供給される。濾過手段６においては、前記混合液のクロスフロー濾過が行われる。ポンプ５は剥離材を破砕せずに送液できるものが好ましく、例えばベーンポンプ、チューブポンプなどを用いると好ましい。
【０００８】
この濾過手段６は外容器６ａと、その内部に配置された金属濾過膜６ｂとを備えたものである。
金属濾過膜６ｂは金属製であるため、以下の様な利点を備えている。
▲１▼高濃縮濾過、高純度清澄濾過などの広範囲の用途に適用できる。
▲２▼高濃度、高粘度の被処理液の濾過を行うことができる。
▲３▼耐薬品性に優れている。
▲４▼逆洗浄、浸漬洗浄、圧力洗浄、蒸気洗浄などの多種多様の洗浄が可能である。
▲５▼高いプロセスフラックス（流量）に適用できる。
▲６▼スケールが付着しにくい。
▲７▼洗浄回復性が高い。
▲８▼耐衝撃性が高い。
▲９▼耐用期間が長い。
【０００９】
すなわち、金属濾過膜６ｂはもともとスケールが付着しにくいため、洗浄の頻度を低減することができる。また、洗浄回復性が高く、かつ蒸気洗浄が可能であるため、簡単な操作でスケールを除去することができる。また、洗浄時の洗液の使用量を低減することができる。
したがって、有機系材料からなる中空糸モジュールを用いた場合よりも、はるかに洗浄に要するコストの低減を図ることができる。
また、耐用期間も長いため、この点でも低コスト化を図ることができる。
また、上述の様に広い用途に適用可能であり、かつ種々の洗浄方法を適用できるので、用途が限定されないという利点も有している。
【００１０】
なお、金属濾過膜６ｂとしては、例えばステンレスなどからなるものが用いられる。特にステンレス支持体の表面をチタンで被覆したステンレスチタン膜からなるものが、洗浄回復性などの効果が高く、好適である。　ステンレスチタン膜は、具体的には、例えば均一なステンレスパウダー（粒径３０〜４０μｍ、ＳＵＳ３１６Ｌ製）を焼結させたステンレス支持体（肉厚０．８〜１．５ｍｍ）の表面に、チタンパウダー（粒径０．３〜０．５μｍ、ＴｉＯ２製）を焼結させたチタン活性層（膜厚３０〜５０μｍ）を備えたもので、チタン活性層の孔径に対して、ステンレス支持体の孔径が１０倍程度に設定されている。なお括弧内はサイズ、および材料の具体例である。また、必要に応じてチタン活性層の上にさらに無機あるいは有機膜を設けたものを用いることもできる。
金属濾過膜６ｂの形状としては、管状、中空糸膜状、プリーツ状、スパイラル状、フレートアンドフレーム状などを例示することができる。
特に管状膜は固体成分を多く含む被処理液に適用した場合でも分離性能の低下が起こりにくく、かつ耐圧性に優れているため、好ましい。
【００１１】
また、金属濾過膜６ｂの孔径は０．１〜１００μｍとされる。０．１μｍ未満では濾過処理に要する時間が増大し、１００μｍをこえるとろ液に固形分がリークしてろ液の水質が悪化するおそれがある。
ここで、「金属濾過膜６ｂの孔径が０．１〜１００μｍ」とは、１層構造の金属濾過膜６ｂの場合は、この金属濾過膜６ｂに設けられた複数の孔の平均孔径が０．１〜１００μｍの範囲内であることをいう。　また、上述のステンレスチタン膜の様に２層以上の構造を備えている場合には、各層毎の平均孔径が、それぞれ１００μｍの範囲となる様に設定されていることをいう。
なお、金属濾過膜６ｂの膜面積などは用途に応じて適宜選択可能である。
【００１２】
濾過手段６においては、金属濾過膜６ｂに設けられた孔を透過できない被処理液中の固形成分と、この孔を透過することができる被処理液中の液体成分とが分離される。
このとき、剥離材は金属濾過膜６ｂを透過できず、金属濾過膜６ｂの膜面に衝突する。そして、このときの衝撃によって金属濾過膜６ｂに付着したスケールが金属濾過膜６ｂから剥離する。あるいは、スケールが剥離材の表面に吸着されて、金属濾過膜６ｂから剥離する。その結果、金属濾過膜６ｂへのスケールの堆積を抑制することができる。
【００１３】
剥離材は、球状（ビーズ状）、円柱状（ペレット状）など固体の粒子からなり、金属濾過膜６ｂを透過せず、その膜面に衝突して膜面に付着するスケールを除去することができるものであれば特に限定せずに用いることができるが、天然素材からなるものを用いると好ましい。
例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチックからなるペレットなどの天然素材以外のものを用いることもできるが、天然素材からなる剥離材を用いた場合は、後述する様に最終的に得られる第２の濃縮液を飼料や肥料などに有効活用することができるためである。具体的にはマンナンゲル、ゼラチン、セルロース系、アガロース系などのある程度の硬度を備え、かつ金属濾過膜６ｂに衝突したときにスケールを吸着する吸着性能を備えたビーズ状のものなどが好ましい。
【００１４】
剥離材の初期の平均粒径は、金属濾過膜６ｂの孔径よりも大きく、この金属濾過膜６ｂを透過しない様に設定されていれば特に限定しないが、例えば１〜１０ｍｍとされる。１ｍｍ未満では透過水量が著しく減少するおそれがあり、１０ｍｍをこえると膜面へのスケール付着を阻止できない可能性がある。
また、上述のステンレスチタン膜の様に２層以上の積層構造を備え、各層の孔径が異なる場合は、これらの孔径のうちの最も小さい孔径よりも小さい平均粒径を備えた剥離材を選択することは言うまでもない。
なお、被処理液との混合液中の剥離材の濃度は、被処理液の特性などにもよるが、０．０１〜１重量％の範囲とされる。０．０１重量％未満では膜面のスケールを剥離する充分な効果が得られず、１重量％をこえるとろ過処理時間が大幅に増えるおそれがある。
【００１５】
ついで、金属濾過膜６ｂを透過したろ液はろ液排出ライン７から排出される。一方、金属濾過膜６ｂを透過しなかった剥離材と、前記被処理液中の固形成分と、この被処理液中の液体成分の一部を含む第１の濃縮液は、濃縮液排出ライン８から排出され、剥離材分離手段９に送られる。
剥離材分離手段９としてはウェッジワイヤなどの比較的目の粗い金属製の濾過手段を用いると好ましい。例えばステンレスなどからなるものが取り扱いも容易であり、好適である。剥離材分離手段９の孔径（平均孔径）は、剥離材の大きさにもよるが、例えば０．５〜５．０ｍｍとされる。０．５ｍｍ未満では剥離材と固形分との分離に多大な時間を要するおそれがあり、５．０ｍｍをこえると剥離材を充分に分離することが出来ない場合がある。
【００１６】
剥離材分離手段９において、分離された剥離材は剥離材供給ライン１０から被処理液槽２に送られ、リサイクルされる。一方、剥離材と分離された第２の濃縮液は濃縮液排出ライン１１から系外に排出される。なおこの第２の濃縮液の一部は濃縮液排出ライン１１の途中で分岐した濃縮液循環ライン１２から被処理液槽２に戻される。第２の濃縮液を被処理液槽２に戻し、さらに濾過処理を繰り返すと、目的成分の回収率を向上させることができる。
【００１７】
系外に排出された第２の濃縮液は、飼料、肥料などとしてリサイクルすると好ましい。第２の濃縮液には、濾過処理過程で金属濾過膜６ｂへの衝突などによって破砕した剥離材の一部が含まれるが、上述の様に天然素材の剥離剤を用いれば、これが第２の濃縮液中に混入していても、肥料などとして問題なくリサイクルすることができる。
そして、再び被処理液供給ライン１からは被処理液が被処理液槽２に供給され、剥離材供給ライン３からは濾過処理中に破砕などによって失われた分の剥離材が被処理液槽２に補充される。そして、この混合液を被処理液供給ライン４から濾過手段６に供給して、上述の様な濾過処理を連続的に循環系にて行う。
この濾過装置においては、金属濾過膜６ｂを用いており、かつ剥離材の作用によって金属濾過膜６ｂへのスケールの付着が抑制される様になっているため、この様に循環系にて、連続的に濾過処理を行うことができる。
【００１８】
なお、剥離剤の補充は、剥離材供給ライン３から定期的に定量投入するようにすることもできるし、濃縮液排出ライン１１から取り出される第２の濃縮液中の剥離材を観察することによって、必要なときに補充することもできる。
すなわち、第２の濃縮液の画像をＣＣＤカメラなどを用いてコンピュータに取り込み、この画像を公知の方法を用いて画像２値化処理などの画像処理を実施して、初期の平均粒径以上の剥離材をカウントし、カウント結果が設定値以下となったときに、追加の剥離材を定量投入して補充する方法などを適用することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の濾過方法および濾過装置においては、もともとスケールが付着しにくい金属濾過膜を用いており、かつ剥離材によって濾過処理中に金属濾過膜に付着するスケールが常に剥離されるため、膜面へのスケールの付着による目詰まりを抑制し、効率のよい濾過処理を連続的に行うことができる。また、濾過膜の洗浄頻度を低減することができる。
また、金属濾過膜は洗浄回復性が高いため、簡単にスケールを除去することができる。さらには、蒸気洗浄が可能であるため、洗浄時の洗液の使用量を低減することができる。
したがって、有機系材料からなる中空糸モジュールを用いた場合よりも、効率的な濾過処理が可能となり、はるかに洗浄に要するコストの低減を図ることができる。
また、金属濾過膜は広い用途に適用可能であり、かつ種々の洗浄方法を適用できるので、用途が限定されないという利点も有している。
さらに、天然素材の剥離材を用いることにより、剥離材の一部が濃縮液中に含まれていても、肥料などとしてリサイクルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の濾過装置の一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
２…被処理液槽（剥離材添加手段）、３…剥離材供給ライン（剥離材添加手段）、６…濾過手段、６ｂ…金属濾過膜、９…剥離材分離手段。
【図１】
2004073996.tif 000003