JPH04118032A - ジェット流型濾過器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、特に大きい膜透過流束を維持するジェット流
型濾過器に関するものである。

本発明のジェット流型濾過器は、種々の高分子、微生物
、酵母、微粒子を含有あるいは懸濁する流体の分離、精
製、回収、濃縮などに適用され、特に濾過を必要とする
微細な微粒子を含有する流体からその微粒子を分離する
必要のあるあらゆる場合に適用することができ、例えば
微粒子を含有する各種の懸濁液、発酵液あるいは培養液
などの他、顔料の懸濁液などから微粒子を分離する場合
にも適用され、また微粒子を含む懸濁気体から微粒子を
分離、除去して気体を精製する、例えば医薬用アンプル
へ充填する無菌化窒素ガス、超純水製造装置への陽圧用
ガスとして充填する無塵、無菌のガスあるいはＩＣ製造
ラインにおける空調陽無塵、無菌の空気などの製造のた
めにも適用される。

（従来の技術） 従来、膜を用いて懸濁物質を含有する原流体から懸濁物
質を分離する技術としては、例えば圧力を駆動力とする
逆浸透法、限外濾過法、精密濾過法、電位差を駆動力と
する電気透析法、濃度差を駆動力とする拡散透析法等が
ある。これらの方法は、連続操作が可能であり、分離操
作中に温度やｐＨの条件を大きく変化させることなく分
離、精製あるいは濃縮ができ、粒子、分子、イオン等の
広範囲にわたって分離が可能であり、小型プラント処理
能力を大きく保つことができるので経済的であり、分離
操作に要するエネルギーが小さく、かつ他の分離方法で
は難しい低濃度原流体の処理が可能であるなどの理由に
より広範囲に実施されている。そしてこれらの分離技術
に用いられる膜としては、酢酸セルロース、硝酸セルロ
ース、再生セルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニ
トリル、ポリアミド、ポリイミド等の有機高分子等を主
体とした高分子膜や耐熱性、耐薬品性などの耐久性に優
れている多孔質セラミック膜などがあり、主としてコロ
イドの濾過を対象とする場合は限外濾過膜が使用され、
微細な粒子の濾過を対象とする精密濾過ではそれに適し
た微孔を有する精密濾過膜が使用されている。

ところで近年、バイオテクノロジーの進歩に伴い、高純
度化、高性能化、高精密化が要求されるようになり、精
密濾過あるいは限外濾過技術の応用分野が拡大しつつあ
る。しかしながら、精密濾過あるいは限外濾過において
は膜を用いて微粒子を分離する場合に、濃度分極の影響
によりケーク層が生して透過流体の流れに抵抗が生じ、
また膜の目詰まりによる抵抗が大きくなって膜透過流束
が急激にかつ著しく低下してしまうという問題かあり、
これが精密濾過あるいは限外濾過の実用化を妨げる最大
の原因であった。またそれに用いられる膜は汚染されや
すく、その防止対策が必要である。濾過方法としては、
濾過されるべき全ての流体が濾材（濾布や膜など）とケ
ーク層を通過して流体中に含まれている微粒子を分離す
るいわゆるデッドエンド型濾過方式がある。このデッド
エンド型濾過方式では流体か通過して懸濁物質が分離さ
れるためには濾材とケーク層が含有する流体の流れを妨
げる抵抗に打ち勝つ圧力が必要であり、このため精密濾
過あるいは限外濾過においては、このようなデッドエン
ド濾過を行うと膜透過流束が小さくなってしまうのであ
る。このため、クロスフロー型濾過方式をすることが考
えられた。このクロスフロー型濾過方式は、濾過膜の膜
表面に平行に濾過すべき原流体を流し、流体は濾過膜を
通って反対側へ透過し、この原流体と透過流体の流れが
直交しているためにこのように称されていこのクロスフ
ロー型濾過方法は、膜に平行な原流体の流れによって膜
面上に形成されたケーク層がはぎ取られるので従来のデ
ッドエンド型濾過方式に比べて膜透過流束が大きく、大
量の原流体を直接連続的に分離、精製、濃縮が可能であ
り、濾過性向上のためのフロック生成剤を必要とせず、
そのため捕集された懸濁物質に助剤が混入せず、膜の微
孔径と目的物質との相互作用をコントロールすることに
よりきわめて純粋な濾過流体が得られる等の特徴を有す
る。

しかし、クロスフロー型濾過方式は原理的には高度な分
離技術であるが、最大の問題である膜透過流束は、デッ
ドエンド型濾過方式に比べて大きいが、精密濾過方法と
してこのクロスフロ一方式を採用しても十分高い膜透過
流束が得られないという問題があった。

また、特開平１−３０７４１４のごとく、回転する円筒
型の濾過膜に対して、高圧でスラリー液を噴射する方法
では、噴射したスラリー液が濾過膜に直接あたる部分で
は、濾過膜面上に堆積しているケークをはぎとる効果が
あるが、直接あたら流束は低ぐなるという問題点があっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、スラリー液を噴射する方法では、濾過膜
面上のケーク層をはぎとり、透過流束を高られないとい
う問題点があった。

また従来から行われている懸濁物質と流体との分離の具
体的な例を見ても、例えば発酵液から菌体を分離する場
合には、従来遠心分離法、ケーキ濾過法、珪藻土濾過法
などの一次濾過と精密濾過法等の二次濾過が併用されて
いるが、菌体等の分離ではプロセスの連続化が困難であ
り、酵素などの生成物が濾過助剤に強く吸着することに
より回収率が低下し、二次濾過である精密濾過による菌
体の収集の際には、膜面上に形成されたケーク層や目詰
まりによって濾過時間の経過と共に膜透過流束が低下し
、さらに遠心分離法により菌体の活性が失われるという
問題があった。

膜の透過流体側の弁を閉止することにより、濾過膜の膜
面に垂直にかかる圧力を断続的になくすあるいは減少さ
せたり、また濾過膜の透過液側から圧力を加え透過液側
から原流体側へ流体を流すことによって、濾過膜の原流
体側の膜面上に堆積しているケーク層や付着層を断続的
に取り除く　「逆洗」と称する試みがなされている。し
かし、これら逆洗が行われた場合、ケーク層、付着層と
膜との吸着力、結合力が小さい剛体粒子等の場合には「
逆洗」の後、透過流束が濾過開始初期の透過流束まで回
復するが、酵母や微生物等の高吸着性、高圧縮性の懸濁
物質の場合「逆洗」を行っても、ケーク層や付着層が十
分取り除けないため、透過流束は回復せず徐々に低下し
て結果として経済的な透過流束を得ることができなかっ
た。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、上
述した従来技術にあった問題点を解決するために為され
たものであって、実用性のある高い膜透過流束を持つ新
規なジェット流型濾過器を提供することを目的とするも
のである。

すなわち本発明は、懸濁物を含む懸濁液から懸濁物質と
液体とを分離する目的において、原流体が濾過膜に対し
て垂直に吐出し、吐出口と循環排出口が交互に設置され
ていることを特徴とする。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、懸濁物質を含む流体から懸濁物質と液体を分
離する際に、濾過膜表面に堆積するケーク層を源流体の
細い吐出口から吐出するジェット流によって効率的に取
り除き、結果として透過流束を高めるジェット流型濾過
器の構造に関するものである。そして本発明の特徴は、
原流体か濾過膜に対して垂直に吐出し、吐出口と循環排
出口が交互に設置されていることである。吐出する原流
体の吐出速度は高いほとケークをはぎ取る効果が大きく
、１ｍ／秒以上であることが好ましい。吐出口の近くに
位置する濾過膜の表面が特にケーク層の剥ぎ取り効果が
大きいため、吐出口の間隔は短い方がよく、５０ｔｕｎ
以下であることが好ましい。

本発明では原流体の吐出口と循環排出口が交互に設置さ
れているところに特徴がある。すなわち、ジェット流型
濾過器は原流体の液体の一部を濾過膜を透過させ、残り
の原流体は循環させるため、循環排出口を設ける必要が
あり、しかも濾過膜面上に堆積するケーク層は圧縮させ
ない方が剥ぎ取りやすく、原流体が流れる濾過器内では
圧力損失を小さくすることが好ましい。すなわち、原流
体の吐出口と循環排出口を交互に設けることによって、
濾過器内の圧力損失を小さくし、ケーク層を圧縮しない
ばかりか濾過器内の原流体の均一な流れを形成すること
が可能で、結果としてケーク層を効率的に剥ぎ取り高い
透過流束が保持できる。

使用される濾過膜の孔径は懸濁物質が膜内部に侵入しな
い大きさが好ましく、すなわち懸濁物質の大きさより小
さければ良い。本発明の効果が顕著であるのは精密濾過
膜に属する領域であり、その表面孔径は約０．０１ｕｍ
〜１０μｍである。

次にジェット流型濾過器を用いた本発明を図面で更に詳
しく説明する。

第１図はジェット流型濾過器を用いた濾過フローを示し
た説明図である。図において、供給タンク１内の懸濁液
をポンプ２により濾過膜を内蔵した濾過器３を通して循
環する。この際懸濁液の圧力は圧力調整バルブ４によっ
て調整する。この圧力を圧力計５．６により、液の流量
はフローメーター７により読み取る。

第２図−１はジェット流型濾過器の断面図であり、原流
体は濾過器本体に入り、吐出口８から濾過膜に対して垂
直方向に吐出される。原流体の液体の一部は濾過膜を通
過し、残りは循環排出口９から供給タンクにもどされる
。第２図−２はその平面図である。

吐出口と循環排出口の構造は例示したものに限定される
必要はなく、交互に設置されていればどのような構造の
ものであってもよい。

第３図はジェット流型濾過器の濾過膜面上にケ−′２＠
か堆積している状態である。吐出口に近し濾過膜面上で
はケーク層の剥ぎ取り効果は大きしｗ４４図はジェット
流型濾過器とクロスフロー−過を行った際の、大腸菌分
数液の透過流束の経麟変化を示している。

（実施例） 以下に実施例をあげて本発明を更に詳しく説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない本発明のジェッ
ト流型濾過器は、第２図に示すとおりである。吐出口は
、直径１ｍの円形であり循環排出口は直径７ＩｌＩ１１
の円形である。吐出口と循環排出口は交互に設置され、
その間隔はｌｏｗである。また吐出口と膜面までの距離
は３閣であるこのジェット流型濾過器を用いて大ＩＩＩ
菌分散液の濾過を行なった。

実施例 大ｍ菌（Ｉ　ＦＯ＝、３３０１）を０．　９ｗｔ、−％
の生理食塩水にＩＤｒｙｇ７・′Ｅ　（Ｃｂ）の含有率
で分散させたものを懸濁液として用い、公称孔径０゜２
μｍ（７）精畜１ａ過膜、富士写真フィルム社製のＦＭ
２２を用いてクロスフロー濾過を行った。使用したモジ
ュールの有効膜面積は１００ａｌで、実験条件は圧力差
（Δｐ）０．５ｘｌＯ″Ｐａ、原流体の流量（Ｑ）　１
５１／ｍｉｎ、液温度２５℃であった。

第４図に透過流束の経時変化をクロスフロー透過を行っ
た比較例と共に示した。比較例では透過開始後５分後に
は透過流束は急激に低下するのに対し、本発明のジェッ
ト流型濾過器では初期の高い透過流速を維持した。

（発明の効果） 過流束が得られ、それによって種々の懸濁物質を含有す
る液体から各懸濁成分の分離、回収、精製、濃縮などが
きわめて効率的しかも経済的に行われる。そしてさらに
プロセスの連続化及び装置の小型化か可能であり、膜の
選択性を利用して目的物のみを連続的に選択的に分離す
ることができ、酵母や菌体などを反応液中に固定するこ
とによりバイオリアクターへの応用ができ、従来技術に
比べて運転管理が容易でかつ高濃度で運転が可能であり
、膜の透過性を回復させるために特別な洗浄なとを必要
としないなど諸々の効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

Ｗ！、１図は本発明に係るジェット流型濾過装置を示し
、第２図−１及び第２図−２はジェット流型濾過器の細
部を示す断面図と平面図である。第３図は濾過膜面上に
ケーク層か堆積している状態を模式的に示した。第４図
はシェツト流型濾過（本発明）とクロスフロー（比較例
）濾過を行ったさいの透過流速の経時変化を示す。 ゛符号の説明： ■・・・・　供給２ンク ２・・・ポンプ ３　　・濾過器 ４・・・・圧力調整バルブ ５・・・・　圧力計 ６・・・・・・圧力計 ７　・・・・・フローメーター ・・・・・・・・吐出口 ９・・・・・・・・・循環排出口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）懸濁物質分散液から懸濁物質と液体を分離する目的
   で使用される濾過器において、懸濁物質を含む流体から
   なる原流体が濾過膜に対して垂直の方向に吐出し、吐出
   口と循環排出口を交互に設けたことを特徴とするジェッ
   ト流型濾過器。 ２）原流体の吐出速度が１ｍ／秒以上であり、吐出口と
   濾過膜面との間隔が５ｍｍ以下である請求項第１項のジ
   ェット流型濾過器。