JPH0624602B2 - フイルター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水及び糖シロツプのようなその他の水性材料の
流れに対するフイルターに関し、詳しくは砂をベースと
する厚い層のフイルターに関する。

水を下方に向けて砂層を通過させることにより濾過し、
かつ水を上方に向けて砂層を通すことによりフイルター
を周期的に清浄化する厚い層のフイルターは水処理工業
界において周知であり、永年にわたつて使用されて来
た。このようなフイルターの通常の形態は、かなりの深
さの砂を有する大きな容器であつて該容器の頂部におけ
る濾過すべき水流のための入口と、該容器の底部におけ
る出口とを有するものである。水は砂を通して流下し、
懸濁物質を砂層の隙間に析出させ、次いで底部において
精製状態で出現する。水を加圧下に該容器の底部に注入
することによる該容器の定期的「逆洗」により砂層の詰
りを防止する。水の速い上昇流が砂層を流動化させ、し
かも捕捉された不純物を開放し、該不純物を容器の頂部
から浮上し去ることができる。

このような方式において生ずる問題は適当な粒度範囲の
選択が難かしいことである。小さな粒度は表面及び隙間
が速かに汚れる欠点があり、一方において大きな粒度に
おいて不溶性物質が容器を通して運ばれる。中程度の粒
度は両方の短所を有する傾向がある。この問題を回避す
るために二重層フイルターを使用することが通常になつ
て来た。このタイプのフイルターは２種の異なる粒度範
囲の濾過剤を有する。より大きな粒子を容器の頂部に配
置し、より小さな粒子を底部に配置する。容器の上層部
の粗大な材料が最初の粗い濾過を行い、容器の下層部に
おける微細な材料が仕上げの「仕上げ（polising）」濾
過を行う。この種の方式は全く良好に作動するけれど二
つの異なる粒度間の界面が汚れる欠点を有することがあ
る。この形式の二重層フイルターはまた該操作の逆洗段
階において濾材が再分散して結局は微細粒子が容器の頂
部に、粗大粒子が底部に存在するようになることがある
という問題も生ずる。これを避けるためには粗大粒子が
低密度のものである必要があり、水工業界において慣用
的には大きな粒子は無煙炭より成る。したがつて慣用の
フイルターは２層、すなわち無煙炭の上部層と砂の下部
層とより成る。たとえそのようにしても各層は容器を逆
洗する際の流動化中に再類別される傾向があり、そのた
め各層においてより大きな粒子は底部に、より微細な粒
子は頂部に向かう傾向がある。米国特許第３，３４３，
６８０号明細書は少なくとも３種の異なる比重を有する
材料を含有する水フイルターを開示しているけれど、上
部層はなおも一般的には無煙炭を選んでいる。

無煙炭において生ずるもう一つの問題は無煙炭が十分に
密度が大きくなく、逆洗操作中に容器から容易に浮上し
去ることがあるということである。これは逆洗を純水で
はなく粘性の濾過されたプロセス流れの注入によつて行
う場合に特に問題である。プロセス流れを使用して逆洗
することは明らかに好ましく、特にかなりに濃度の大き
い水溶液を濾過する場合に生成物の希釈を防止するため
に好ましい。無煙炭についてのなおもう一つの問題は無
煙炭は水処理用には完全に適用可能であるけれど糖シロ
ツプなどについて使用するため食品処理剤としては明確
には受け入れられない。

したがつて種々の水をベースとする流れ、特に食品の迅
速かつ完全な濾過に使用することのできる改良厚い層の
フイルターに対する要望が存在する。上記のような流れ
の例として：リン酸塩化（phosphation）又は炭酸塩化
（carbonatation）による最初の清澄後における砂糖精
製溶液；予備清澄後の高ＤＥ（糖化率）及び低ＤＥのコ
ーンシロツプ；ソフトドリンク、缶詰果実などに使用す
るに先立つて濾過すべき糖シロツプ；ジユース清澄後に
仕上げ（polits）すべき糖ジユース；リン酸塩化又は炭
酸塩化による最初の清澄後の砂糖工場シロツプ；現行の
砂フイルター代りとしての水精製；ならびに発酵後の細
胞破片及び生物資源を濾過するための薬学的／精密化学
的プロセス流れが包含される。糖シロツプを濾過すべき
場合はフイルターを高められた温度、例えば約８０℃に
おいて操作することが必要である。上記に説明したよう
に希釈を回避するためにプロセス流れによつて逆洗でき
るということもまた好ましく、かつその理由から容器に
おける上部層は、比較的に粘性のシロツプにより同伴さ
れることに対して抵抗性でなければならない。

本発明者らは今回、微粒骨炭が非常に効果的な上部層濾
材であることを見出した。骨炭は炭化獣骨製品であり、
例えばブリテイツシユ チヤコールズ アンド マクド
ナルズ（British Charcoals & McDonalds）社により供
給されるものである。

本発明により、直立した微粒濾過剤容器と、濾過すべき
水性の流れを導入するための、該容器頂部における入口
手段と、濾液を取り出すための、底部における出口手段
と、液体の上昇流によつて該濾過剤を逆洗するための手
段とを含有する長い層のフイルターにおいて該濾過剤が
骨炭及び砂を包含し、該骨炭が実質的に砂の上に配置さ
れることを特徴とする前記厚い層のフイルターが提供さ
れる。

本発明により使用されるべき骨炭は通常の市販の骨炭で
あり、典型的には要求される濾過の程度により約０．４
mmから約５mmまでの粒径を有する。実質的に骨炭は獣骨
をかまで焼成することによつて得られ、部分的に炭素に
より被覆されたヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite)
である。骨炭は比重約２．０〜約３．０を有するけれど
本発明者らは特に砂層が比重２．６又はそれ以上を有す
る場合において約２．２から２．５までの範囲の比重が
必要であることを見出した。骨炭は典型的には約０．４
〜０．７の球形度及び種々の角ばつた粒形を有する。

下部層に使用される砂は一般的に骨炭の約半分の粒径を
有する。ここに使用する言語「砂」とはシリカ砂、融解
アルミナ、ザクロ石粒子ジルコン、チタン鉄鉱及びガラ
スビーズのような種々の微粒状無機質濾材を包含する。
一般的に「砂」は約０．６〜０．９の球形度を有する。

本明細書において示される粒径、比重、球形度などの範
囲は数的な限定を示すけれど定められた範囲外の定めら
れたパラメータを有する当該材料の非常に少量が存在す
る場合があることが理解されるであろう。

骨炭と砂との組合せにおいて見出された一つの特別な利
点は、慣用の分離二重層ではない混合層が得られるとい
うことである。すなわち、フイルター容器は頂部に全骨
炭を、底部に全砂を、そして中間に骨炭と砂との混合物
の漸次的移行段階を効果的に内蔵する。理論的には混合
層は二重層の境界面において見出されるような漸次的移
行におけるいかなる急激な変化もなしに頂部におけるよ
り大きな粒子から底部における小粒子に至るまでの完全
な漸次的移行がなされているので、二重層よりもより一
層効果的である。該混合層は底部における砂と頂部にお
ける骨炭とにより容器を組み立て、次いで水又は水性プ
ロセス流れの上昇流によつて系を流動化させることによ
り得ることができる。粒子が再沈降した時、混合層が形
成される。実際に当つて、砂はそれ自体が１種以上の材
料、例えばシリカ砂とザクロ石とから成ることができ、
そのような場合は該混合層は底部に全ザクロ石、頂部に
全骨炭、そして中間にシリカ砂との組合せを効果的に含
有する。

骨炭のもう一つの利点は、骨炭は比較的に硬く、したが
つて逆洗工程及び流動化工程の回転作用に耐えるという
ことである。硬度は一般的に３．５〜４．５（モース硬
度）の範囲である。該材料は炭素約９〜１１重量％を含
有し、かつ全表面積約１００m²／ｇを有する。

便宜上、砂及び骨炭の濾過層の底部をじやりのような粗
大な無機質材料の層により慣用の方法において支持して
容器の底部からの砂の流出を防止する。じやりは濾過層
の構成成分と混合せず、逆洗の際に移動しない。

種々の層のそれぞれの深さは濾過すべき物質によつて調
整することができる。砂糖溶液の濾過に対する特に好都
合な配列は下記のとおりである：容器に粗大じやり（３
〜１３mm）又はザクロ石の深さ約２００〜５００mm、典
型的には約２５０mmの基盤を設ける。該基盤の頂部に約
２００〜６００mm、典型的には約５００mmの深さの砂の
層を配置し、次いで約２００〜６００mm、典型的には約
５００mmの深さの骨炭の上部層を配置する。

該容器には、流動化中における約５０〜７０％の濾過層
膨張に対する十分なヘツド空間（典型的には約６００m
m）を設けるべきである。この空間の上方に、直上のへ
ツド空間を排水するための出口を設ける。すなわち更に
ヘツド空間を設けて全ヘツド空間を約１〜１．５ｍとす
る。この種の方式は直径１５０mmから更に大きな直径２
ｍ又はそれ以上の大きな工業的設備までにおいて操業さ
れる。

濾過すべき溶液の種類によりフイルターを微細（fin
e）、粗（coarse）又は「仕上げ（polish）」方式とし
て設計することができる。典型的な粗層フイルターは深
さ約５５０mm並びに粒径約２〜３．４mmの骨炭より成る
上部層の下方における深さ約250mm、粒径約１〜１．５
又は２mm及び比重約２．６〜２．８の砂より成る下部層
を有する。微細層フイルターは砂の深さ対骨炭の深さの
より高い比と、より小さな粒子とを必要とする。好まし
い配列は深さ約４５０mm及び粒径約０．５〜１．７mmの
骨炭層の下方における深さ約５５０mm及び粒径約０．５
〜１mm（比重約２．６〜２．８）の下部層である。粗層
フイルターは１０μ以上の可視分離フロツクを含有し、
液体が重力又は低せん断ポンプの影響下にフイルターを
通して濾過される流れに対して特に有用である。微細層
フイルターは非常に小さなヘイズ状フロツク（直径２〜
１０μ）を含有し、例えば遠心ポンプによつてフイルタ
ーを通して下方にポンプ輸送される流れに対して特に有
用である。

仕上げフイルターに対して好ましい配列は深さ約５００
mmに対する比重約３．６〜４．３３の「砂」、例えばザ
クロ石又は融解アルミナより成る下部層上に深さ約２５
０〜３００mmに対する粒径約０．４〜０．９mmの骨炭よ
り成る上部層を有する二重層か；又は深さ約250mmに対
する粒径約１〜１．５mmの骨炭より成る上部層と、深さ
約２５０mmに対する粒径約０．５〜１mm及び比重約２．
６〜２．８の砂、例えばシリカ砂より成る中間層と、深
さ約２５０mmに対する比重約４．４〜５．２を有する粒
径約０．１〜０．３mmの、例えばジルコン砂又はチタン
鉄鉱砂より成る下部層より成る三重層かのいずれかであ
る。

本発明のフイルターの特に好ましい操作方法は５工程清
浄操作を包含する。第一に上部ヘツド空間を排水し、濾
過層を２〜３分間空気洗浄する。第二に濾過層を濾液又
は供給溶液により逆洗する。第三に上部ヘツド空間を再
び排水し、濾過層を第二回の空気洗浄に供する。第四に
濾過層を濾液による第二回の逆洗に供し、次いで第五に
特別の逆洗手順により濾過層を等級分け（grde）する。
この手順は長時間（粗フイルターに対し約１０〜２０
分、微細フイルターに対して約２０〜３０分）にわたり
濾液を使用して連続逆洗することにより成る。逆洗流動
化水準は典型的には約５０％である。

本発明のもう一つの特色によれば、水又は水溶液に、特
に糖シロツプの濾過方法が提供され、該方法は濾過すべ
き液体を上述のような砂及び骨炭のフイルターを通過さ
せることより成る。

下記の実施例により本発明を更に例証する。

実施例１（微細濾過剤） 頂部における供給物配分方式、基部における取出物配分
方式、及びフイルターを越えての予め設定した圧力差に
到達した場合にフイルターを濾液により逆洗する方式よ
りな成る、目的の組立フイルターユニツト（断面積０．
４６ｍ^２）に濾過剤を添加することによりフイルターを
調製した。

添加した濾過剤は次のとおりである： (a)０．６〜１．７mmの範囲の粒径の骨炭４６０mm； (b)０．５〜１．０mmの範囲の粒径のシリカ砂５６０mm 支持体として作用するじやり層上に該濾過剤を配置し
た。該じやり層は (a)３．０〜６．０mmの範囲の粒径のじやり２００mm； (b)６．０〜１２．０mmの範囲の粒径のじやり２００mm
より成るものであつた。

フイルターを下記のようにして組み立てた。じやり層
を、フイルターユニツトの底部に大きな粒径を配置して
組み立てた。じやりは平坦な層にかきならすように注意
した。なぜなら、その位置は逆洗手順中に変らないから
である。次いで砂を添加し、濾過層を４４８hl／ｍ^２／
時において逆洗して砂を１０分間流動化させた。砂層を
沈降させ、深さ４８０mmの層を残して頂部の７６mmを除
去した。この技術を微細物を除去するのに使用した。同
様な技術を骨炭層に応用し、頂部の５０mmを除去して深
さ約４０６mmと予想される層を残した。実際、濾過層全
体の深さは添加時における層の深さの合計よりも少な
い。なぜなら、流動化及び引続いての沈降の際に若干の
砂が沈降骨炭間の空孔に移動して深さ約８４０mmの混合
層を形成するからである。沈降層の層形成は実質的にす
べての濾過層部分が砂及び骨炭を含有するけれど上部層
は大部分が骨炭であり、底部は大部分が砂であるような
層形成である。

じやりは活性フイルター部分を形成しないことに注目す
べきである。

このフイルターをリン酸塩化した砂糖溶液に使用し、空
気浮選により５〜１０ppmのポリアクリルアミド凝集剤
を使用して該溶液から大部分の濁りをリン酸塩の浮きか
すとして除去した。該フイルターへの供給物は遠心ポン
プを経由させた。

清澄化し、リン酸塩化した砂糖溶液の１２３hl／m²／時
の速度において該フイルターを操作した。該砂糖溶液は
２〜１１５ppmの範囲の不溶性固形物を含有し、不溶性
固形分０．６〜７０ppmを含有する濾液を生成した。濾
過層を越えての圧力差680 ミリバールに達した時、下記
の逆洗を行つて濾過層を清浄化した： 1.濾過層を排水流下させてヘツド空間から溶液を排出す
る。これには直径１．８ｍのフイルターに対し約１４０
秒が費やされる。

2.２９〜８８hl／m²／時、４２０秒における空気散布。

3.１２０秒の沈降時間。

4.４分間にわたる、２６４hl／m²／時における濾液によ
る逆洗。

5.１２０秒の沈降時間。

6.工程１〜５の反復。

逆洗前における濾過実験時間は供給原料中の不溶性固形
物の量により０．５時間から１０時間まで（平均＝４．
３５時間）にわたつて変動した。該装置を合計４４６サ
イクルにわたつて運転し、性能の明らかな変化なしに濾
液５６０，０００hlを生成した。

８時間ごとに示度を読み取つた、２種の８日間に対する
結果を下記に示す。

(a) 軽負荷 ８〜１０μｍにおける濾過、洗浄、乾燥及び再秤量 (b) 重負荷 ８〜１０μｍにおける濾過、洗浄、乾燥及び再秤量 実施例２（粗大濾過剤） 実施例１と同一のプロセス流れを使用した。ただし遠心
ポンプでなく、清澄器からの重力送り（gravity feed）
を使用し（すなわち低せん断状態）、下記のフイルター
を使用して濾過を行つた。

該フイルターは通常のじやり基盤を有し、濾過剤は： 骨炭（直径２．０〜３．４mm）５６０ｍ、 シリカ砂（直径１．０〜２．０mm）２３０ｍ より成るものであつた。

微細物は、粗骨炭が予めふるい分けられてあつたので流
動後に除去されなかつた。濾過を３４０ミリバールの最
大圧力差まで、６５〜１１８hl／m²／時の間の速度にお
いて行つた。連続逆洗を、逆洗を８０秒間にわたつて７
９０hl／m²／時の速度で行つた工程４を除いて実施例１
の連続逆洗と同様に行つた。

結果を下記の表に示す： 118hl／m²／時の供給速度における０．４６m²のフイル
ターを越えての粒子の縮少 流れの粒子負荷をハイアツク ロイコ（Hiac Royco ）
の４１００型粒子カウンターにおいて測定し、下記の結
果を得た： 該フイルターは２５〜５０μを粒径範囲の粒子の除去に
特に効果的であるけれど、５〜１０μの範囲においてよ
り一層小さな粒子の小量が除去されたことに注目すべき
である。

実施例３（微細層フイルター） 供給原料は浮選清澄器のウイエルボツクス（wierbox ）
から直接に採取した２９重量／重量％固形分で、かつ９
５ＤＥの「希薄」糖化溶液であり、この場合、大部分の
懸濁固形物及び懸濁油は５ppmのタロフロート（TALOFLO
TE ）Ａ５（登録商標）を使用して凝集水酸化アルミニ
ウム浮きかすの状態で除去した。使用したフイルターは
直径１５mmの小規模のガラスユニツトであつた。濾過層
組成物は実施例１において引用したものと同一であり、
濾過層上のヘツド空間における液が透明になるまで逆洗
することにより微細物の除去を行つた点を除いて同様な
様式において調製した。

フイルターは７１℃の温度において容積式ポンプを経由
する（フロツクのせん断を減少させるため）１１８hl／
m²／時の流量において操作した。

蒸発させて４５〜５０％固形分とした９５DEの溶液を使
用し、運転温度７１℃及び上記と同一の流量においても
フイルターを操作した。１０時間以上の運転時間後にお
いてさえも濾過層を越えての圧力上昇は殆んど、又は全
く観察されなかつた。これは濾過すべき流れ中における
固形物の低水準の故であつた。

逆洗速度が３分間（２９％の固形分の流れに対し）にわ
たつて６８４hl／m²／時であり、かつ３分間（４５〜５
０％の固形分の流れに対し）にわたつて５６１hl／m²／
時であつた工程４を除いて実施例１と同様にして連続逆
洗を行つた。懸濁固体水準は乾式重量分析によつて測定
するには低過ぎたので濁度計（ハツチの１８９００型）
を使用して下記の結果を得た。第一の流れは初期濁度８
〜１００NTU（比濁計濁度単位）及び最終濁度３〜１０N
TUを有したものに対し、第二の流れは初期速度１５〜２
５NTU及び最終濁度５〜１０NTUを有した。

濁度の示度 下記の濁度の示度を記録した： 濾過前 １．２EBC 濾過後（実験１時間） ０．４EBC ＝濁度における６６％の減少。

試料はランゲLTP ３Ｂ型濁度計により分析した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラス コーテ イギリス国ケント，ニアー セブンオーク ス，アイデ ヒル，ゴアサースト コモ ン，チヤペル ウオーク（番地なし），ザ グラベルズ (72)発明者 アンドリユー バイヤーズ イギリス国ケント，ブロムリイ，シヨート ランズ，マデイラ アベニユー，１ (56)参考文献 特開 昭52−131263（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粒子状濾過剤の入った直立した容器と、
   濾過すべき水性の流れを導入するための、該容器の頂部
   にある入口手段と、濾液を取り出すための、底部にある
   出口手段と、液体の上昇流により該濾過剤を逆洗するた
   めの手段とから成る、厚い層のフィルターにおいて、該
   濾過剤が骨炭と砂とから成り、該骨炭が実質的に該砂の
   上部に位置し、該層が骨炭と砂の漸次的移行層を含み、
   該頂部は骨炭であり、該底部は砂であり、その間に漸次
   的移行層が配置され、しかも該漸次的移行層は逆洗装置
   を使用することによって得られ、しかも、該骨炭が実質
   的に２．２〜２．５の範囲の比重を有し、該砂が実質的
   に２．６以上の範囲の比重を有し、しかも、該骨炭の粒
   径が、粗フィルター用としては約２〜３．４ｍｍ、微細
   フィルター用としては約０．５〜１．７ｍｍ、又は仕上
   げフィルター用としては約０．４〜０．９ｍｍであり、
   しかも該砂の粒径が、粗フィルター用としては約１〜２
   ｍｍ、微細フィルター用としては約０．５〜１ｍｍ、及
   び仕上げフィルター用としては約０．１〜１ｍｍであ
   る、上記厚い層のフィルター。