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フィルトレーションとは

フィルトレーション(濾過)とは、フィルターを用いて、粒子を分離する技術。
選定、濾過条件の設定を適切にすることが肝要です。

フィルトレーションとは

粒子の除去

濾過対象物には次のようなものが挙げられます。

  • 固形微粒子(塵、花粉、粉塵、繊維くず、その他不溶性の微粒子)
  • 微生物(酵母、カビ、細菌、マイコプラズマ、ウイルスなど)
  • 気体中の液滴、水中の油滴、油中の水滴

一般的な濾過対象物の大きさ

フィルトレーションの主な
4つのメカニズム

濾過のプロセスにおける特定物質の捕捉分離メカニズムには、主に下記の4つがあげられます。

フルイSieving

慣性衝突Inertial Impaction

遮りInterception

拡散Diffusion

フルイ

使われているフィルターの流路のサイズより大きな粒子は、通り抜けることができないため捕捉されます。一旦粒子が流路をふさぐと流路は狭くなり、さらに小さな粒子も捕捉されていきます。こうして粒子の付着層が形成され、粒子自身がフィルターの役割を果たすことを「ケーキ濾過」といいます。

フルイ Sieving

慣性衝突

濾過する対象の流体が、フィルターの複雑な流路を通り抜ける際、慣性運動を行っている粒子は、急速な運動方向の変化についていけず、流路壁に衝突してそのまま捕捉されてしまいます。

慣性衝突 Inertial Impaction

遮り

比較的軽い粒子は流体の流れに乗ってフィルタの中を通過し、流路壁の近傍を通過する際、粒子と壁が接触し捕捉されます。

遮り Interception

拡散

ブラウン運動は、ランダムウオークとも呼ばれ、1828年、植物学者ロバート・ブラウンにより、水面に浮かんだ花粉の粒子がひとりでに動き回っていることから発見されました。水に落としたインクが広がってゆく現象も、インクの粒子がランダムなブラウン運動をしながら広がってゆくことの結果といえます。フィルターの流路より微小なサイズの粒子は、このブラウン運動によりフィルター内に滞留して拡散し、流路壁に衝突して捕捉されます。

拡散 Diffusion

濾過の手法

自然濾過

濾過対象にかかる重力のみで行う濾過です。濾過速度は遅いですが、特別な装置が要らないため最も手軽な手法といえます。

減圧濾過

濾過速度を速める目的で、フィルター下面を減圧する手法です。粘性の高い流体や濾過量が多い場合に早く濾過したいときに用います。

加圧濾過

減圧濾過が大気圧との差分しか圧力を生かせないのに対し、加圧濾過はさらに大きな圧力をかけて濾過することができます。

このほか遠心力を利用して濾過対象を加圧し、濾過する手法もあります。