セラミック膜: 高い濾過面積の充填密度により膜の性能が向上します。

濾過領域に高い充填密度を提供する新しい管状セラミック膜が開発されました。 これらの新しいセラミック膜フィルターエレメントは、油性廃水処理用途のケーススタディで実証されています。 Pall Filtersystems GmbH の Steffen Heidenreich と Winfried Michell が調査結果について説明しています。

Pall Corporation 製の Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントは、長年にわたりさまざまな用途で使用され成功してきました。 例としては、コンプレッサー凝縮水、脱脂槽、冷却潤滑剤および洗浄水の油水分離、プロセス水のろ過、化学プロセスにおける触媒回収、廃水中のバイオマス分離、および飲料の清澄のためのさまざまな用途が挙げられます。 Schumasiv メンブレンは、管状のモノチャンネル フィルター エレメントおよびマルチチャンネル フィルター エレメントとして利用できます。 これらは、アルミナの化学的に安定した相である純粋なα-アルミナで作られた支持体を持っています。 膜は、細孔サイズに応じて、アルミナ、ジルコニア、またはチタニアでできています。 粗い支持体を孔径が小さくなる複数の層でコーティングした微細な段階的多層構造により、2 ～ 0.005 μm の精密濾過および限外濾過の全範囲をカバーする幅広い孔径の膜が製造されます。 図1に例として0.05μmの限外濾過膜の構造を示します。 セラミック膜は、摩耗や化学的に攻撃的な流体に対して優れた耐性を持っています。 さらに、高い機械的強度、優れた耐熱性、高い分離効率を備えています。 モノチャンネルおよびマルチチャンネルの Schumasiv フィルター エレメントは、2.8 ～ 16 mm のさまざまな直径のフロー チャンネルで利用できます。 これにより、固形分濃度が異なる幅広い用途での使用が可能になります。 Schumasiv メンブレン フィルター エレメントの長さは最大 1.5 m です。 マルチチャンネルフィルターエレメントの外径は通常、25.4mm (チャンネル直径 3.3mm のチャンネル 19 個)、41mm (チャンネル直径 6mm のチャンネル 19 個、またはチャンネル直径 3.6mm のチャンネル 37 個)、および 52mm (チャンネル直径 8mm のチャンネル 19 個) です。 ）。 図 2 は、さまざまな形状のフィルター要素の例をいくつか示しています。 セラミック膜フィルターエレメントはモジュールハウジングに取り付けられます (図 3 を参照)。 標準ハウジングでは、ハウジングごとに最大 27m2 の濾過面積を確保できます。 フィルターエレメントは、O リングシールを使用して簡単に取り付けられます。 セラミック膜は、pH 1 ～ 14 の範囲で耐性があるため、強力な化学薬品、有機溶剤、熱水、または蒸気で洗浄できます。 さらに、セラミック膜は高圧によるバックフラッシュにより再生が可能であり、長寿命です。

フィルターシステムのサイズとコストを削減するために、濾過領域の充填密度が高い新しいセラミック膜フィルターエレメントが開発されました。

濾過領域の充填密度を高めることにより、既存のフィルターエレメントの外径と長さを変えることなく、フィルターエレメントあたりの膜表面積を大きくすることができます。 これにより、既存のセラミック膜フィルターエレメントを置き換えることにより、既存の膜システムの濾過速度を向上させることができます。 ケーススタディでは、フィルタエレメントの数の削減、およびそれに伴う新規設置用のフィルタシステムのサイズとコストの削減も実証されます。

フィルターエレメントあたりの膜表面積は、フローチャネルの充填がより高密度になったことにより増加しました。 流路の断面の六角形の幾何学形状は、ハニカムのような非常に高密度の充填を可能にするために選択されています。 フロー チャネルの六角形の輪郭により、膜表面の充填密度が非常に高いセラミック膜フィルター エレメントが可能になります。 通常の円形の流路形状と比較して、フィルターエレメントあたりの濾過面積が 50% 増加しました。 例えば、外径41mm、長さ1.2mのマルチチャンネルメンブレンフィルターエレメントの濾過面積は0.5m2から0.75m2に増加しました。 この場合、フロー チャネルの数は、エレメントあたり 37 (直径 3.6 mm の円形チャネル) から 61 チャネル (水力直径 3.1 mm の六角形チャネル) に増加しました (図 4)。 濾過表面のより高密度な充填の改善により、フィルターエレメントあたりの透過水流量が増加します。

Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントは、優れた機械的、熱的、化学的安定性に加え、高い濾過効率、高い透過流量、長期耐久性を備えているため、油水分離用途に最適です。 近年、これらのフィルターエレメントは多くの油水分離用途で優れた性能を発揮しています。 六角形の流路を備えた新しい Schumasiv メンブレン フィルター エレメントは、以前の Schumasiv メンブレン フィルター エレメントのすべての利点を引き続き提供します。 同時に、エレメントあたりの透過水流束の増加とメンブレンフィルターシステムのコスト削減が可能になります。

以下の 2 つのケーススタディは、油性廃水処理用途における新しいフィルターエレメントの成功した有利な使用法に焦点を当て、実証しています。 ケーススタディの 1 つは、以前の円形チャネルの Schumasiv メンブレン フィルター エレメントを六角形のチャネルに置き換え、濾過表面の充填密度を高めることで濾過速度の向上に成功したことです。 2 番目のケーススタディでは、Schumasiv 六角形チャネル フィルター エレメントのより大きな表面積を最大限に活用してフィルター システムのサイズを縮小した新しい設置について報告します。

2000 年に、あるリサイクル会社は、さまざまな産業源からの混合廃水、油性水、およびエマルジョンを処理するための濾過プラント (図 5 を参照) を建設しました。 このプラントでは当初、外径 41 mm の長さ 1.2 m の Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントと、チャネル直径 3.6 mm の円形フロー チャネル 37 個を使用していました。 地元の廃水市場が大幅に拡大したため、お客様はリサイクル プラントの処理能力を高める必要がありました。 お客様は、ポール コーポレーションが開発した膜表面の高密度充填を備えた新しい Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントを知りました。 濾過領域のより高い充填密度によって達成できる濾過速度の増加を評価するために、既存のフィルター試験装置で新しい膜を使用していくつかの試験が実行されました。

新たに設計された Schumasiv フィルター エレメントは、既存のセラミック膜フィルター エレメントを新しく開発されたフィルター エレメントに置き換えることにより、既存の濾過プラントを簡単にアップグレードし、処理能力を向上させる可能性をもたらしました。 試験は成功し、顧客はプラント内の既存のセラミック膜を 61 個の六角形の流路 (エレメントの長さ: 1.2 m、エレメントの外径: 41 mm) に置き換えることを決定しました。

フィルターエレメントの交換により、お客様はプラントの濾過速度を平均 2200 l/h から 3200 l/h に増加させることができました。 一定の高い濾液品質での 45 パーセントの増加は、増加した表面積のほぼ完全な利用に相当します。 新しいフィルターエレメントは 2008 年から問題なく稼働しています。

プラントの生産能力が週あたり 350,000 リットルから 510,000 リットルに増加したことは、顧客にとって重要な成功です。 これは、合理的な低コストで、フィルターエレメント交換時の生産時間のロスを非常に少なくして達成できました。 フィルターエレメントのみを交換する必要がありました。 既存のハウジング、ポンプ、バルブ、配管など、プラントの他のすべての部品は引き続き使用でき、交換する必要はありませんでした。 費用の回収期間は 3 か月でした。 お客様は、六角形チャネルのシューマシブ フィルター エレメントを備えた追加のハウジングを設置することにより、プラントの能力をさらに拡張しました。

あるシャーシメーカーは油性の廃クーラントを機械加工工場から回収し、週に 2 回タンカーで輸送しました。 廃棄物の量を減らすためにクロスフロー濾過システムを現場に設置することで、大幅なコスト削減が実現しました。 濾過表面に高密度の充填を備えた新しい Schumasiv フィルターエレメントを備えたコンパクトなフィルターシステムの使用に基づいた計算では、1 年未満という興味深い投資収益率が示されました。 したがって、お客様は、新しい六角形チャネル Schumasiv エレメントを備えた Clarisep クロスフロー フィルター システムを Pall から購入することに決めました。 ろ液の品質は非常に良好であるため (図 6 を参照)、お客様はそれ以上の処理手順を行わずに汚水の下水道に排出できます。 油性濃縮物はコンテナに集められ、タンカーで輸送されるのは年に 3 回だけです。これは、ポール クラリセップ フィルター ユニットを設置する前は週に 2 回だったのに比べ、大幅に削減されました。 お客様は、新しい Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントを備えた Clarisep システムに満足しており、現在、他の場所でも同様の用途を探しています。

濾過領域の充填密度が高い新しい Schumasiv セラミック膜フィルター エレメントにより、フィルター エレメントを交換することで既存のフィルター システムを簡単にアップグレードできます。 これは、フィルターシステムに追加の変更を加えることなく、古いフィルターエレメントを新しい Schumasiv フィルターエレメントに交換することにより、濾過速度が 45% 向上したケーススタディによって実証されています。

新規設置の場合、より高い濾過面積を備えた新しい Schumasiv フィルターエレメントを使用することで、フィルターエレメントの数、それに応じてフィルターハウジングのサイズとフィルターシステムのコストを削減できます。