JPS6068006A - 濾過装置 - 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】 本発明は中空糸を用いて外圧全濾過や外圧循環濾過（被
処理液を中空糸の外側に供給して中空糸の内側よシ処理
液を取シ出す）、あるいは内圧全濾過（被処理液を中空
糸の内側に供給して中空糸の外側より処理液を取り出す
）によシ被処理液から望ましくない成分を除去する装置
、よシ詳しくは中空糸が劣化したシ、目づまシしたシ、
破損した場合に容易に中空糸束だけを交換できるように
工夫された装置に関するものである。本発明は以下原水
から細菌などの望ましくない成分を除去する浄水の製造
装置について説明するが、果汁、タンパク、糖類の濃縮
、精製、回収または水溶液、有機液体の濾過あるいは工
場廃水の処理などにｔ使用することもできる。

従来より無菌水、パイロジエンフリー水の製造には蒸溜
法、膜沖過性などが用いられてきたが、蒸溜法は飛沫、
泡沫の同伴による汚染、加熱による装置材料の溶解によ
る汚染その能の原因によって、その精製度が低下すると
云う欠点があった。

一方膜濾過性の場合、菌やパイロジエンを阻止する膜を
使えば理論的には菌、パイロジエンのいづれもが高度に
除去されるはずであるが、この場合もｐ液（処理液）が
菌やパイロジエンに汚染されることがある。特に長時間
にわたって濾過を行ったとき汚染されることが多く、そ
の原因として、（１）膜そのものに生じた欠陥、（２）
膜の接着部の不完全、（３）装置内の機械的シール、例
えば、０−リングのシール不完全などによシろ液への原
水の漏洩が考えられるが、これらの漏洩は一般に極めて
微細なものであるので、汚染の原因と経路をチェックす
ることは甚だむつかしい。しかし浄水の製造においては
加液中に細菌が１ケでも洩れ込むと直ちに繁殖して除菌
の目的を全く果せなくなるため原水のｐ液中への洩れは
厳に回避しなければならない。最近の分離膜の研究の急
速な進歩によシ中空糸の欠陥や中空糸の集束固定部の不
完全による原水の漏洩についてはほぼ完全に防止されつ
つあるが、装置内のシール部の不完全による原水（被処
理液）の洩れの問題は依然残されたままであった。特に
原水入口と原液出口が直線上となっているインフィン用
の装置は、設置し易い、コンパクトである、使い易い、
中空糸束の着脱が容易であるなどの優れた特長を有して
いるが、この装置はシール部材の欠陥によって原水がｐ
液側に洩れても外部からは全く洩れを検知することがで
きず、さらにｐ液の細菌検査で原水が沖液側に洩れてい
ることがわかってもその原因がシール部材によって生じ
た非シール性と、中空糸の欠陥によって生じた非シール
性との区別がつかないというのが現状であった。

本発明者らはシール部材の欠陥によって流出した漏出液
が沖液側に洩れるのを確実に防止するとトカでき、かつ
シール部材によって生じた非シール性を検知することの
できる濾過装置を提供するため鋭意検討した結果本発明
に到達したものである。すなわち本発明は下端が実質的
に封止され、上端が開口した多数の中空糸の上端を接着
剤で集束固定した中空糸束を、上端に開口を有する筐体
内に収容し、かつ該中空糸束の集束固定部または該集束
固定部に接続固定されたキャップ体を、相互間隔をおい
て配置された少くとも２つのパツキンを介して、底壁に
被処理液（原水）入口及び処理液（加液）出口と連通ず
る２つの開口を有する蓋体の一方の開口内に液密に挿入
し、さらに上記筐体を蓋体に液密に取着して、中空糸束
の集束固定部または該集束固定部に接続固定されたキャ
ップ体の挿入状態を保持するとともに、上記蓋体の側壁
に複数のパツキンの間に開口する洩出液出口を穿設した
ことを特徴とする濾過装置である。

本発明の新規な着想は原水入口とｐ液出口の両方を蓋体
に設けたことにある。かかる着想によシ、装置を実際の
ラインに取シ付ける際に］０２シ付けが容易で、また中
空糸束を交換する際には筐体と中空糸束を同じ方向に着
脱するため、着脱時のスペークが僅かでよいうえ、中空
糸束の交換時にｐ液側が汚染され難いという優れた効果
を有している。

特に原水入口と原液出口が一直線上（インライン型）に
なるよう構成するとよシ効果的である。本発明の飴の新
規な着想は中空糸束の集束固定部または該集束固定部に
接続固定されたキャップ体を相互に澗隔をおいて配置さ
れた少くとも２つのパツキンを介して蓋体の開口内に挿
入して、この挿入状態を保持するとともに蓋体の側壁に
複数のパツキン間に開口する洩出液出口を穿設したこと
にある。かかる着想によシパッキンの欠陥によって流出
した原水がｐ液側に洩れるのを確実に防止できるととも
に、パツキンの欠陥による原水の漏出を作業員が見える
ように装置外部に誘導することによシパッキンの欠陥を
外部から知ることができるのである。

次に本発明の濾過装置の一実施例を図面にて説明する。

本発明装置には被処理液を中空糸の外側または内側に供
給する、いわゆる外圧式と内圧式があるが、以下すべて
外圧式の装置について説明する。第１図〜第９図に示す
ように本発明装置は上部が開口した円筒状筐体１と該筐
体１内に収容される中空糸束３及び筐体の上部開口に取
着される蓋体２で構成されている。また本発明装置では
中空糸束の集束固定部５または該集束固定部に接続固定
されたキャップ体４（通常先端が中空糸束の集束固定部
より小径の錐状体である）を蓋体２に設けた開口へ挿入
するが、該集束固定部またはキャップ体の開口への挿入
状態を保持する方法として、２つの方法、すなわち中空
糸束３の集束固定部５を支持する上部支持方式と中空糸
束３を自立性部材６で支え、かつ中空糸束の下端が封止
されるよう接着剤で固定した固定部５′を筐体の下部に
突出して設けた支持体３６で支持する下部支持方式があ
る。上部支持方式の中空糸束としては例えば第１０図に
示すように各中空粕′の上端が開口するよう接着剤で集
束同熱し、一方下端の開口より接着剤を封入して下端開
口を閉塞した中空糸束、第１１図に示すように中空糸ｉ
の下端をループ状に形成した中空糸束、この場合下端の
ループをリング状に配列すると中空糸束の内側に空洞が
でき沖過効率が向上する利点がある。第１２図に示すよ
うに下端を封止した中空糸束をプラスチックや金属から
なる自立性の網状あるいは多孔状の筒体６内に収容した
中空糸束あるいは第１５図に示すように下端を封止した
中空糸束をセラミックや樹脂製の１次ｐ適用の多孔質保
護筒７内に収容した中空糸束などがある。一方下部支持
方式の中空糸束としては、第１３図に示すように中空糸
束を自立性の網状あるいは多孔状の筒体６内に収容し、
中空糸束３の下端が接着剤中に埋没するように該第１−
．４Ｊ１つ 状体とともに接着固定貯喝玉コ帽吋執中空糸束の上端は
開口を有するように県東固定５した中空糸束あるいは第
１４図に示すように自立性の中芯８のまわシに中空糸滌
交差状に巻回して下端を接着剤中に埋没固定弓し、上端
が開口するように上端を集束固定５した中空糸束などが
ある。

さらに上記中空糸束は必要に応じて敷束固定部５に例え
ば円錐状のキャップ体４を接続固定することができる。

上記中空糸束５の集束固定部５あるいは該１束固定部に
接続固定されたキャップ体４の突出部９には第１６図及
び第１７図に示すように相互間隔をおいて複数の環状溝
１０が形成されており、該環状溝に０１Ｊングが装着さ
れる。上記環状溝１０は通常２ケ形成されているが、シ
ールを確実にするため３ヶ以上形成してもよい。

第１図は中空糸束の１束固定部５に円錐状のキャップ体
４を接着固定した上部支持方式の中空糸束３を用いた装
置の例である。

上部に開口を有する円筒状筐体１は、その内部に中空糸
束の鹿束固定部５を支持する７フンジ１１が設けられて
おシ、該フフンジには原水が通過する複数の孔１２ある
いは切９欠きが穿設されている。上記筐体内に第１０図
、第１１図、第１２図あるいは第１５図に示す中空糸束
の集束固定部５７５；フフンジで支持されるよう収容さ
れている。

一方筐体１の開口に液密に装着される蓋体２は、その底
壁の中心に炉液出口１５に連通する開口がまた該開口に
隣接して原水入口１４に連通ずる開口が設けられている
。上記炉液出口１３と原水人口１４に連通ずる開口は蓋
体内で９０°流路を変えて同一直線上に開口しておシ、
それぞれろ液導出管（図示せず）と原水導入管（図示せ
ず）に接続けてもよい。上記炉液出口１３に連通する開
口に中空糸束の集束固定部５に接続固定された錐状キャ
ップ体４の突出部９が挿入され、該突出部と蓋体に設け
た開口の隙間は２つのＯリング１５によシシーμされて
いる。原水入口と炉液出口を逆にして用いれば内圧ｐ過
として用いることができる。

また蓋体２の外側には蓋体内に挿入されたキャップ体の
突出部９と蓋体２とをシールする２つのＯリング１５間
に開口する洩出液出口１６が穿設されている。１７は筐
体１と蓋体２をパツキン１８を介して液密に連結するバ
ンドカップリングである。これらのパツキン１８とＯリ
ング１５によって原水室１９とｐ液室２０は中空糸の壁
膜をへだてて液密構造となっている。すなわち原水は原
水導入管より中空糸の外側の原水室１９に入り、中空糸
を透過する成分の一部は中空糸を透過して中空糸内側の
通路を通り沖液室２０に集められキャップ体４を通って
加液導出管よシ取シ出される。

一方中空糸を透過しない成分は筐体１の下部排出口２１
より適宜取り出される。

上記装置において原水がｐ液側に洩出する部位は蓋体２
の底壁に設けられた加液導出口１３ｉＣ連通する開口と
、該開口内に挿入された中空糸束３の凛束固定部５に接
続固定されたキャップ体４の突出部９との隙間からであ
るが、該隙間は２つの０リング１５で完全にシールされ
ている。しかし０１Ｊングが破損してシール性を失った
場合加圧側の原水が蓋体に穿設した大気開放洩出液出口
１６よシ装置の外部に流出するため原水がｐ液側へ洩れ
ることはない。また原水が洩出液出口よシ外部に流出す
るため作業員または適当な測定装置によシ洩れを検知す
ることができる。上記突出体と蓋体に設けた開口の隙間
をシールするパツキンは０リングの能に平パツキンなど
を用いることもできる。また平パツキンとＯリングを併
用して用いてもよい。錐状キャップ体にパツキンを３ヶ
装着した場合にはそれぞれのパツキンの間に開口する洩
出液出口を蓋体の外側に設けることが好ましい。

かかる複数の洩出液出口を設けること忙よシどのパツキ
ンがシール性を失ったかを検知することができる。浄水
の製造時かかる中空糸束が劣化したシ、目詰シしたとき
姉はまず筐体内の原水を排出口２１よシ抜き取った後バ
ンドカップリング１７を外して蓋体２と筐体１を分離し
て中空糸束３を筐体から取シ出し、その後新しい中空糸
束を筐体内に収容して該筐体を蓋体に取着することにょ
シ容易に中空糸束を取シ替ることができる。

上記装置は第１図に示すように蓋体が筐体の上部建配置
された状態で使用されるが、ｐ過装置の取シ付は場所に
よシ到立させた状態で使用されることがある。この場合
には筐体内の原水の排出口を原水配管に設けることが好
ましい。

第２図は円錐状のキャップ体４を有する下部支持方式の
中空糸束５を収容した装置の例であシ、筐体１の下部に
突出して設けた支持体３６上に、中空糸の下端を接着剤
中に埋没固定した固定部５′を絨ａして、該筐体を蓋体
に取り付けたときにキャップ体４の突出部９が蓋体の底
壁に設けた炉液出口１３に連通する開口に挿入され、か
つこの挿入状態が保持されるようになっている。

第３図は円錐状のキャップ体４を有する中空糸束５を筐
体１に接着固定して一体化した例であシ、筐体１の上部
には原水流入用の複数の開口２２が設けられ、かつ該開
口の下部に蓋体に筐体を取シ付けるためのフランジ２５
が設けられている。原水は蓋体に設けられた原水入口１
４より導入して筐体１の上部開口２２よシ筐体内に入る
。この装置では中空糸が劣化したシ、目づまりした場合
には中空糸束を１１７春した筐体１ごと取シ替えること
ができる。

第４図は中空糸束６の集束固定部５の外側に設けた環状
溝１０にＯリング１５を取り付けた上部支持方式の中空
糸束を収容した装置の例であシ、第５図は下部支持方式
の中空糸束を収容した装置の例である。第４図及び第５
図はそれぞれ第１図及び第２図の装置と同一場所に同一
符号をつけて説明を省略する。第６図〜第８図は筐体１
と中空糸束５′ｆｃ一体化した例であり、第６図は０リ
ング１５を装着した中間リング２４内に中空糸束３を収
束固定し、かつ該中間リングは筐体に接着固定されたリ
ング状板２５と一体化されている。該リング状板には蓋
体２の底壁に設けた原水入口１４と連通ずる開口に対応
する開口２６が穿設されている。第７図は第３図に対応
する装置であ勺同−場所に同一符号を記して説明を省略
する。第８図は第６図に示す中空糸束３を収容する中間
リング２４及びリング状板２５を中空糸束の収束固定用
の接着剤で一体に形成した例である。中空糸束は筐体１
の上端に接続固定されておシ、該中空糸束の集束固定部
５は蓋体２に設けた開口に挿入される突出部２７と筐体
の上端開口を閉止するリング状部２８で形成され、該リ
ング状部には蓋体の底壁に設けた原水入口と連通ずる開
口に対応する位置に原人を筐体内に導入するため開口２
６が設けられている。第９図は中空糸束３の集束固定部
をナツト２９により蓋体２に固定した例である。上記ナ
ツトの曲に種々のワンタッチ接続法を適用することがで
きる。

本発明装置を浄水の製造に用いる場合、使用される中空
糸は８０Å以上の物質を実質的に透過させない、いわゆ
る限外濾過オーダーの分画性を有する中空糸を用いるこ
とが好ましい。

ａｏＡ以上の物質を実質的に透過させない中空糸とは平
均粒径が８０人のコロイダルシリカの排除率Ｒを次の条
件で測定し、且が９５％以上のものをいう。

排除率の測定方法 （１）中空糸束；中空糸長２０α、外径基準の膜面積２
００ｄの中空糸束を作製し使用。

（１１）測定液；平均粒径８０人のコロイダルシリカ１
％液（日産化学工業株式会社製スノーテックス−Ｓ（コ
ロイダルシリカで最小粒径のもの）を蒸留水にて稀釈）
。

（ＩＩ＋）濾過条件；外圧全濾過方式、濾過圧０．５に
９膚、温度２５°Ｃ０なお中空糸束は使用前によく水を
きり、かつ中空糸壁内もコロイダルシリカ液に置換後加
圧し、濾過を開始する。

動サンプリング；加圧直前の測定原液及び加圧後の′Ｉ
５ｉの初流よＪ１０ｃｃ毎に５回サンプリングする。得
られた６コのサンプルを１００°ＣＸ１６ｈｒ乾燥し、
固型分濃度を測定する。

（ｖ）排除率Ｒの算出；測定原液の固型分濃度ＣＤと５
個の原液中で最も高い固型分濃度Ｃｐｍａｘよシ次式に
より几をめる。

■＝　（１−ＣｐｍａｘｌｏＤ）　Ｘ　１００なお本測
定法の如く、コロイド液を用いると粒子以外の溶解物質
を含有している可能性があシ、几を重量法でめるため、
凡が９７％と出ても、８０人の粒子が６％透過している
ことを意味しておらず、Ｒが９５％以上であれば８０Å
以上の粒子は全く透過していないと考えてよい。

またかかる中空糸は外面あるいは内面あるいは内外両面
に８０Å以上の物質を実質的に透過させない活性層を有
するもの、あるいは膜の内部に１００Å以上の物質を実
質的に通過させない微細構造を有するものならばいずれ
でもよい。このような８０Å以上の物質ｆ：実質的に透
過させない中空糸を用いることにより、原水中の８８分
たとえば微生物やコロイド状物は完全に除去出来るとと
もに最も小さいウィルスといわれているポリオウィルス
やコロイド状物質の最小物である１００人のコロイド状
シリカをも除去出来るため高度に精製された浄水を得る
ことが出来る。

上記中空糸の素材としてはポリスルホン系、ポリアクリ
ロニトリル系、酢酸セルロースなどのセルロース系、ポ
リアミド系、ポリカーボネート系、ポリビニルアルコー
ル系など中空糸膜素材として通常知られている素材を使
用することが出来る力（、ポリスルホン系が耐熱性、お
よび耐酸性、耐アルカリ性、耐酸化性などの耐薬品性が
優れているので、酸化剤、酸、アルカリなどによって膜
を薬洗することにより再生しうるし、さらに加熱殺菌や
ホルマリン、塩素など薬剤による殺菌も可能であシ、殺
菌法を自由に選択しうるので好ましい。

上記中空糸束の一端を集束固定する接着剤は従来よシ用
いられているポリウレタン系、シリコーン系、エポキシ
系などの接着剤を用いることができる。特に耐熱性と耐
薬品性を要求される用途に用いる場合には中空糸はもち
ろん、接着剤も耐熱性及び耐薬品性を有するものでなけ
ればならない。

かかる用途にはイミダゾール系硬化エポキシ樹脂を用い
ることが好ましい。この樹脂はエポキシ主剤、そのエポ
キシ当量に対して２５〜７０モルチのアミン当量を有す
るポリアミン系硬化剤、およびエポキシ主剤に対して０
．５〜１０重量饅のイミダゾール系硬化剤よシなり、か
つポリアミン系硬化剤／イミダゾール系硬化剤の重量比
が１０ｏ１５ｏ〜１００／１である液状エポキシ系配合
物を中空糸の端部の間隙に充填し、まず０〜５０℃で固
化させ、次いで６０〜１５０℃にてキユアリングして中
空糸の端部を集束固定することができる。

上記中空糸束を収容する筐体及び蓋体はステンレス鋼な
どの耐触性を有する金属や樹脂が用いられるが、一般に
樹脂を用いることが多い。かかるイθノ脂としてはポリ
プロピレン、ポリ４弗化エチレン、ポリ弗化ビニリデン
、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスルホン、
ポリ−４−メチルペンテン−１などの耐熱性を有する樹
脂が好ましい。中でもポリスルホンは耐熱性、曲げ弾性
率が高いため特に好ましい。５０℃以下の温度で処理す
る装置しこおいては塩化ビニル、ポリスチレン、ポリア
クリロニトリルなどの非耐熱性樹脂を用いてもよい。

またシールに用いるパツキンは工業用ゴム、例えばシリ
コンゴムなどが用いられる。

本発明装置において原水を外圧または内圧全濾過、ある
いは外圧循環濾過する場合に原水にかけるｆ過圧はｏ、
　１ｋｇ／ｃＡ以上、好ましくは１１．５　ｋｇ／ｃｎ
１以上である。上限の圧力は高い捏造過速度はよくなる
が、中空糸が破壊しない範囲にとどめるのはもちろんで
あり、通常５にり１０Ｉ以下、好ましくは３ｋｙ／ｃＡ
以下である。初期よシ高圧で濾過するとケークが密に滞
積するので却って全ｒ過量が低下するので好ましくない
ケースが多い。したがって初期は低圧で濾過し、目詰り
するとともに徐々に濾過圧力を上げていくことが好まし
い。水道水を濾過する場合には装置を水道に直結するこ
とによシ水道圧を利用しポンプなどは全く使用しなくと
も高度に精製された純水が簡便に得られきわめて経済的
である。

浄水の製造において装置に供給される原水としては原水
中のケーク（ａｏＸ以上の中空糸の膜面に滞積される沢
滓）の性状が非圧縮性に近いものがよい。ここにいう非
圧縮性ケークとはケーク形状が濾過圧によシ圧縮された
際変化し難いものをいい、このよりなケークの場合には
ケーク層内を比較的容易に水が透過することが出来る。

たとえハ鉄コロイド、シリカなどの無機物や活性炭、イ
オン交換樹脂片など架橋ポリマー片などが比較的非圧縮
性ケークといえる。−１微生物より分泌された多糖類あ
るいは一般に蛋白質変性物などは圧縮するとゲル状ケー
クとなシ、ケーク層は水を殆んど透過させないので好ま
しくない。両者が混合している場合でも非圧縮性ケーク
が支配的である場合では、本発明の濾過対象としうる。

ケーク濃度があまり高いとケークの滞積が早いため濃縮
水の排出や逆洗や薬洗などを頻繁に実施する必要がある
ので、好ましくは０．１　ｑ６以下がよい。このような
原水としては超純水、純水、水道水、河川水、工業用水
、海水などがあげられる。本発明装置を超純水製造プロ
セスにおけるチェックフィルターとして用いれば、極め
て精製度の高い超純水を得ることができる。

以上の如く本発明の濾過装置は被処理液室と処理液室の
間に被処理液室よシ低圧の貫通孔を設けることによシ被
処理液が処理液側に絶対に洩れ込まないよう工夫した装
置であり、特に厳密な濾過精度が要求されるウィルスや
パイロジエンなどの除菌用フィルターあるいは超純水ラ
イン用フィルターとして有用である。また被処理液入口
と処理液出口を蓋体に設けたためラインに簡単に取シ付
けられ、かつ中空糸束の取付け、取外しのだめのスペー
スが小さくてすむ。さらに中空糸及び筐体。

蓋体の素材に耐熱性のポリスルホンを用いると耐薬品性
、耐熱性に優れているので滅菌又は殺菌が容易に行う′
ことができるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明装置の一実施例を示す装置の断
面図であシ、第１０図〜第１５図は本発明装置に用いる
中空糸束の説明図であシ、第１６図〜第１７図は中空糸
束のシール部構造の拡大断面図である。 １・・・・・・筐体　２・・・・・・蓋体３・・・・・
・中空糸束　４・・・・・・キャップ体５・・・・・・
集束固定部　１０・・・・・・環状溝１３・・・・・・
沢液出口　１４・・・・・・原水入口１５・・・・・・
０リング　１６・・・・・・洩出液出口特許出願人　株
式会社　り　ラ　し 代理人　弁理士本多　堅 図面のＪ”４”Ｊ　（内１９に変更なし）第　１　図 倍２　図 拵　３　口 第　４　閃 筋　５　圀 第６　図 第７　図 第９　図 第　１０　図　第１１　間 第　１３　図　第　１４　図 第１２　閉 薯　１５　ｉ 第１６　聞 第１７　図 手云”・シ１−オ、］ｉ正書（自発） 昭和費年１０月２５８ １、弗件〜妻示 埒巖叱Ｓビー１７Ｇε１；号 ２、発明の名称 Ｅ？ＡＹ？ 倉敷市酒津１６２１爵地 （１０８）株式会社り　ラ　し 代表取締役　上　野　他　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　下端が実質的に封止され、上端が開口した多数の
   中空糸の上端を接着剤で集束固定した中空糸束を、上端
   に開口を有する筐体内に収容し、かつ該中空糸束の集束
   固定部または該集束固定部に接続固定されたキャップ体
   を、相互間隔をおいて配置された少くとも２つのパツキ
   ンを介して、底壁に被処理液入口及び処理液出口と連通
   ずる２つの開口を有する蓋体の一方の開口内に液密に挿
   入し、さらに上記筐体を蓋体に液密に取着して、中空糸
   束の集束固定部または該集束固定部に接続固定されたキ
   ャップ体の挿入状態を保持するとともＫ、上記蓋体の側
   壁に複数のパツキンの間に開口する洩出液出口を穿設し
   たことを特徴とする濾過装置、。 ２、　パツキンが中空糸束の集束固定部または該集束固
   定部に接続固定されたキャップ体の外側に設けられた少
   くとも２つの環状溝に収容されたＯリングである特許請
   求の範囲＠１項記載の濾過装置。 ３、　被処理液入口及び処理液出口が蓋体の側壁に直線
   上に設けられてなる特許請求の範囲第１項記載の濾過装
   置。