JPH0470933B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は膜ろ過法によつて液体をろ過する方法に
関する。更に詳しくは、逆浸透膜、限外ろ過膜な
どを用いて液体をろ過するにあたり、ろ過中に発
生する膜の破れや原液側とろ過液側を隔てるシー
ル部分のもれなど（以下“膜破れ等”と言う。）
を、膜の２次側の液の特性の変動を検出して検知
し、該検出の信号によつてろ過膜への通液を停止
または切り換えることにより、ろ過液が汚染する
ことなくろ過する方法に関する。

近時膜の研究が進み、工業的に応用可能な膜が
大量に生産できるようになつた。又、膜によれば
その膜の孔径に応じた精製度を得ることが出来、
従来の例えばプレコートフイルターなどでは到底
達成出来ない高精度のレベルまで達成可能となつ
た。

その結果、半導体生産の分野や医薬品製造の分
野に用いる製造用水の精製に膜の応用分野が見出
された。

半導体生産の分野では膜法による大量の洗浄水
なしでは到底LSIの集積度を上げることは出来な
かつたであろう。

医薬品製造の分野では従来の蒸溜水に変わつ
て、安価且つ大量に使用され生産のGMP化へ大
きく寄与している。

適切な条件下で用いられる膜ろ過法は、多くの
文献にもあるように (1) 従来の方法では得られなかつた非常に精密な
ろ過ができる。

(2) 操作が非常に簡単であり、高度の運転技術を
必要としない。

(3) パイプライン等の閉鎖系で使用されるために
外部からの汚染がない。

(4) 単純に圧力のみを利用する操作であり、相変
化を伴わないのでエネルギーが節約出来る。

(5) 濃縮液の連続的な排出により、連続的に目詰
まりなく運転出来る。

等の特徴を有する。

通常、膜によるろ過の態様としては、膜法以外
の例えばサンドフイルターやフイルタープレスに
見られるような、原液を全量ろ層の中を通過さ
せ、ろ滓をろ層の中に残すいわゆる「全量ろ過」
の方法をとることは比較的少なく、原液を原液タ
ンクからポンプにより膜表面の一端部に送り、膜
表面に沿つて流し、膜表面の他端部から濃縮液と
して原液タンクへ戻し、原液が膜表面に接してい
る間だけろ過を行う循環ろ過法、又は循環ろ過に
おいて濃縮液の一部又は全部をろ過系外へ取り出
す部分ろ過法が行われる。このような膜独特のろ
過方法により、膜の非常に小さい孔径にもかかわ
らず、取扱の容易なろ過単位操作として定着する
にいたつた。

しかしながら膜の最大の欠点は、膜の１次側と
２次側が極めて薄い膜１枚で隔てられ、また膜を
支えるシール部分も膜が薄いために極めてデリケ
ートな構造にならざるを得ない事である。

その結果以下のような不安な点を生ずる。

(1) 膜やシール部分が圧力、温度等の物理的な影
響或いは処理液や洗浄液の化学的影響により、
総合的に徐々に老化して来るためピンホールが
出来る。

(2) 製膜の段階で滞在していた弱い部分が運転の
シヨツクにより破損する。

このような事故は、突然または徐々に発生し
て、その時期を予め予想することは極めて難し
い。そして徐々に発生した場合はろ過の効果をす
こしずつ悪くし、気がついた時にはすでに大量の
品質の悪い製品を作り出してしまつている場合が
あつた。事故が突然発生する場合はあきらかに不
良品を作り、生産量の不足や生産コストの上昇を
招く可能性を持つている。

膜を採用する者にとつては前述の事故の可能性
は非常に心配な事であつた。

これらの問題点に対する従来の対応策は、膜の
寿命を短めに推定して、早目早目に膜の交換を行
うことであつたが、十分に実績の出来る数年間は
トラブルの心配が絶えなかつた。又、高度の安全
性を要求する場合は膜法の採用を躊躇せざるを得
ない場合もあつた。

発明者は以上のような不安を解消し、膜ろ過技
術の信用を高めるために、これまでも鋭意研究を
重ねてきた。

即ち、膜破れ等を検出する為に原液中にトレー
サーを混入し、微量漏れだしてくるトレーサーを
磁気により濃縮して検出する方法である特開昭56
−44817号「隔壁のピンホール検出法」を提案し
た。然しこの方法は検出容易なトレーサーを用い
るだけに応用は易いが、もともと原液には含まれ
ない成分を混入するだけに、トレーサーがろ過液
に混入した場合の悪影響或いはトレーサーと液と
の化学的物理的親和性等、解決すべき問題も多く
必ずしも一般的に用いることはできなかつた。

そこでなお引続き、適切なトレーサーとその検
出方法を検討するうちに図らずも本発明に到達し
た。即ち本発明は、膜ろ過法による液体のろ過に
おいて、ほぼ同じ特性を持つ逆浸透膜あるいは限
外ろ過膜のいずれかから成る第１膜および第２膜
を直列に配置し、第１膜は循環ろ過、部分ろ過又
は全量ろ過の方法により、第２膜は全量ろ過の方
法により、両膜を遂次ろ過通過させ、両膜の中間
の液対と第２膜通過後の液体の特性の差を検出す
ることにより、第１膜の破れを検知し、該検出信
号によりろ過を停止または他のろ過装置へ切換え
ることを特徴とする膜ろ過方法であつて、通常の
膜ろ過装置（第１膜）によりろ過されたろ過液の
全部または一部を第１膜とほぼ同等の孔径を持つ
第２の膜により全量ろ過濃縮し、第２膜の１次側
の液と２次側の液との特性の差を検出することに
より、第１膜の膜破れ等を検知するものである。

第２膜の１次側と２次側の特性の差の検出に
は、原液の中に含まれる被ろ過物の性質と量によ
り適当な特性を選定できるが、濁度、圧力、微粒
子数、電気伝導度、エンドトキシン濃度等の特性
が便利に使用できる。

本発明は、第１膜が完全である間は第２膜によ
り除去されるべき負荷が無いので、第２膜の１次
側と２次側との前記特性の差は殆ど一定の値を示
し、変動が少ない。若し第１膜に膜破れなどがで
きて被ろ過物が漏れ始めた場合は、第２膜を全量
ろ過濃縮型に設置しているので、第２膜の表面で
直ちに濃縮され圧力上昇や濃縮による濁度、微粒
子数やエンドトキシン濃度等の上昇が始まる。故
にこれらの特性を連続的或いは定期的に測定し記
録し管理することにより本発明の目的を達成出来
る。

本発明を実施しない場合は、例えば非常に小さ
いピンホール１個より流出してくる被ろ過物は極
めて微量であり、正常にろ過されてくる大量のろ
過液に薄められて到底分析可能な濃度ではない。

これに反して本発明を実施すると、被ろ過物の
漏れだしがまだ極めて僅かである場合でも第２膜
の表面に確実に補足され、濃縮される上、測定の
比較に用いられる第２膜のろ過液は２度のろ過工
程を経ているので完全に被ろ過物が除かれている
ため、その差の増加を検出することははるかに容
易である。

被ろ過物が膜面に蓄積して膜のろ過抵抗を増す
ような場合は、第２膜の１次側と２次側のぞれぞ
れに圧力計を取りつけ、またはその差圧を検出す
るような差圧計を取りつけ、膜面の目詰まりの増
加、即ち第１膜の漏れを監視することができる。

被ろ過物が微粒子であり、濁度や微粒子数の計
測ができる場合はこれらの特性により本発明の目
的を達成できる。

被ろ過物がイオンである場合は電気伝導度や電
気抵抗の測定により本発明の目的を達成できる。

被ろ過物が極めて僅かである、例えば超純水の
ような場合には、上記のような計測方法では特性
の差を検出しにくいが、エンドトキシンの濃度の
測定を行うことにより本発明の目的を達成でき
る。

本発明における重要な特色は、トレーサーに原
液の中にすでに含まれている被ろ過物を用いるこ
と、敢えてろ過膜を２段に設置しているためにあ
る意味で経済性を悪くしていること、第２膜には
通常のろ過常識を無視した全量濃縮の手段を用い
ているところにある。この技術思想は通常の膜ろ
過のそれとは正に逆転の思想であり、先人の思い
及ばなかつたところである。

本発明を図面を用いて更に詳しく説明する。

第１図は本発明によらない膜ろ過装置のフロー
シートの例である。フローシートの左側１より入
つた原液は循環タンク２から加圧ポンプ３により
加圧され膜モジユール４にはいる。ろ過液はパイ
プ６により次の工程へ送られ、膜面に沿つて膜面
を洗浄しながら流れた原液はろ過により濃縮液と
なつてパイプ５を通り循環タンク２へもどる。

第２図は本発明による膜ろ過装置のフローシー
トの例である。フローシートの左側１１より入つ
た原液は循環タンク１２から加圧ポンプ１３によ
り加圧され第１膜モジユール１４にはいる。濃縮
液はパイプ１５を通つて循環タンク１２へもど
り、ろ過液はパイプ１６により第２膜モジユール
１７へながれ、そこで循環されることなく全量ろ
過され、ろ過液はパイプ１８により次の工程へ送
られる。

第２図では第一膜と第二膜を別々の場所に設置
するごとく描いであるが、平膜の場合のように膜
を２枚重ねることができる場合もある。

第３図は本発明による膜ろ過装置のフローシー
トの別の例である。第１膜のろ過液はパイプ１６
において全量第２膜の流れず一部のみが第２膜へ
供給されている。しかし、第２膜からの循環戻り
パイプなく、第２膜へ供給された液は全量ろ過さ
れる。

第１膜の分画分子量（膜により阻止される最小
の粒子の大きさをその分子量で表現した孔径の表
現単位）は分離する不織物の大きさにより任意に
設定できる。

第２膜の分画分子量が第１膜のそれよりも大き
い場合は第１膜の漏れのなかで粒度の大きいもの
のみしか検出出来ないので検出精度が悪い。

第２膜の分画分子量が第１膜のそれよりも小さ
い場合は第１膜に漏れがなくても、第１膜を通過
してくる微粒子の第２膜上への蓄積が常に起こる
のでやはり検出精度をおとす。

故に、第２膜の分画分子量は第１膜のそれと同
じか或いは第１膜の分画分子量は10分の１ないし
10倍の範囲のものが好ましい。

第２膜は使用に先立つてバブルテストは勿論エ
ンドトキシンチヤレンジテスト等使用目的に応じ
た検出精度を持つことを確認しておく必要があ
る。また、第２膜には経済的な見地より長期間の
寿命を期待するよりも、つねに新しい老化してい
ないものを用い正確を期すべきである。

第２膜の膜面積は、第２図に示すたようにろ過
液全部をろ過する場合と第３図に示したようにろ
過液の一部をろ過する場合の違いや、第２膜に許
される圧力低下の範囲によつて適宜選択すべきで
ある。

実施例 １ 製薬用パイロジエンフリー水の製造装置を以下
のごとく組立てて実験を行つた。

第１膜；限外ろ過膜、膜面積9.4m²、分画分子
量6000のものを用いた。第２膜；第１膜と同じ膜
を同じ面積用いた。装置のフローシートは第２図
の通りとした。

供給水にはイオン交換水をもちいた。運転条件
は1.5m³／Hrの負荷をとるように常に圧力調整を
行つた。

運転の成績の判定は第２図１６の部分よりサン
プルをとり、リムラルテスト法すなわちプレゲル
Ｒ（帝国臓器製）によりエンドトキシンの有無の
測定によりおこなつた。成績を第４図に丸で示し
た。

図中−はエンドトキシンが認められなかつたこ
とを、±は明らかに認められなかつたことを、＋は
明からに認められたことを、＋＋は多量に認めら
れたことをそれぞれ表示する。

10日目までは第１膜のエンドトキシン阻止能力
が不十分あつたので、エンドトキシン濃度の上昇
が認められなかつた。11日めに直径約0.7mmのピ
ンホールを１個積極的にあけ実験を続けた結果、
15日目の測定以降のエンドトキシンの濃縮が認め
られた。第４図にその結果をしめした。参考まで
に第１膜ろ過液の分析を15日目以降もおこなつた
がエンドトキシンの濃度は検出限外以下であり前
記ピンホールの効果を検出することはできなかつ
た。

実施例 ２ 第３図のフローに従つて第１膜に約10平方米の
限外ろ過膜を用い、第２膜に約0.2平方米の同様
の孔径の限外ろ過膜を用いた。ろ過原液には電着
塗料を用い、第２膜の前後での検出装置には濁度
をもちいた。

第１膜の漏れの検出には従来も濁度検知器を第
１膜のろ過液パイプの途中に設置していたが、本
発明の第２膜を用いたことにより従来の検出感度
よりもはるかに高感度で漏れを検出できることが
わかつた。

以上実施例中で述べたように、本装置によれ
ば、実用的にはまだ十分に安全な段階で異常が検
出できる。検出精度については、第２段目膜のろ
過量とサンプル量のバランスを適当に選ぶことに
よつてどのようにも調整出来るので、極めて便利
且つ安全である。

本発明の実施例により、従来兎角信頼性に欠け
るとみられた膜ろ過法の欠点が改善されて、今後
おおいに工業的に応用されることが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によらない膜ろ過装置のフロー
シートの例である。第２図は本発明による膜ろ過
装置のフローシートの例であり、第３図も本発明
による膜ろ過装置の他の例である。第４図は実施
例１における第２膜による濃縮液に対するリムラ
テストの結果を、運転日数に対応させて図示した
ものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膜ろ過法による液体のろ過において、ほぼ同
   じ特性を持つ逆浸透膜あるいは限外ろ過膜のいず
   れかからなる第１膜および第２膜を直列に配置
   し、第１膜は循環ろ過、部分ろ過又は全量ろ過の
   方法により、第２膜は全量ろ過の方法により、両
   膜を遂次ろ過通過させ、両膜の中間の液体と第２
   膜通過後の液体の特性の差を検出することによ
   り、第１膜の破れを検知し、該検出信号によりろ
   過を停止または他のろ過装置へ切換えることを特
   徴とする膜ろ過方法。 ２ 液体の特性の差の検出手段が濁度、微粒子
   数、圧力または電気伝導度のいずれかの測定によ
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の膜ろ過方法。 ３ 液体の特性の差の検出手段がエンドトキシン
   濃度の測定によるものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の膜ろ過方法。