固液分離とは？目的や方法、装置の選び方について解説 | コラム

固液分離とは、スラリから固体と液体を分けることです。固液分離は、工業や環境などさまざまな分野で重要な役割を果たしています。固液分離にはどのような目的があるのでしょうか？また、どのような方法や装置が使われているのでしょうか？この記事では、固液分離の基礎知識と、タナベウィルテックがおすすめする遠心分離機についてご紹介します。

固液分離の目的

固液分離には、主に以下のような目的があります。

有価物の回収
滓（おり）の除去
排水処理

有価物の回収

固液分離によって、液体に溶けている有用な物質や、スラリ中に分散する固体の回収が可能です。例えば食品工業では、果汁やワインなどの液体から果肉や澱粉などの固体を分離して、別の製品として利用したり、廃棄物として処理したりします。

また金属加工現場における資源回収では、金属を切削や研磨する際に使用される金属の微粒子が混じった冷却液から金属粒子を分離することで、二次的な金属資源の回収も可能です。この回収された金属は再利用されることが多く、資源の有効活用につながります。さらに冷却液自体も清浄化され再使用されるため、コスト削減と環境負荷の軽減にも貢献します。

滓（おり）の除去

固液分離は、スラリから不要な滓（おり）を除去するために行われます。滓とは、固体と液体が混ざった状態で沈殿したものです。滓は製品の品質や性能を低下させたり、装置の劣化や故障を引き起こしたりする可能性があります。例えばペイントやインクなどの塗料では、滓が残っていると色ムラや塗りムラが発生したり、ノズルが詰まったりします。また日本酒の場合、滓が含まれると製品の味や香りが悪くなることもあります。

このような場合に固液分離が効果を発揮します。

排水処理

固液分離は、排水処理にも欠かせません。排水処理とは生活や産業で発生する汚水を浄化して再利用したり、河川や海洋に放流したりすることです。

排水処理では、汚水中に含まれる有害な物質や微生物を除去する必要があります。そのために例えば下水処理では、汚泥と呼ばれる固体をろ過や沈殿などの方法で取り除きます。

固液分離の3つの方法

固液分離には、ろ過分離、沈降分離、抽出法の3つの方法があります。それぞれの方法の特徴と適用例について紹介します。

ろ過分離

ろ過分離とはスラリを「ろ材」と呼ばれるフィルターに通して固体を捕捉し、液体を透過させる方法です。固体の粒子径に応じてろ材及び機器選定を行なうことが可能です。ろ過分離は一般的に、粒子径100μm以上が対象になることが多数です(それ以下の場合でもお気軽にご相談下さい)。ろ過分離の例としては、結晶化した製塩のろ過分離などが挙げられます。

沈降分離

沈降分離とはスラリを静置または回転させて、固体と液体の比重差よってそれぞれを分ける方法です。沈降分離は一般的に固体の粒径が小さく、ろ過が困難な場合に利用されます。沈降分離の例としては、汚水処理での汚泥の除去や石油工業での重油と軽油の分離などがあります。

抽出法

抽出法とはスラリに別の液体（溶媒）を加えて、有効成分もしくは不純物をもう一つの媒体へ移す方法です。抽出法は一般的に固体が溶媒に溶けやすく、元の液体に溶けにくい場合に行われます。抽出法の例としては、コーヒーや紅茶の抽出や医薬品工業での有効成分の抽出などがあります。

固液分離機の特徴と選び方

固液分離機にはさまざまな種類があり、それぞれに特徴や適用範囲があります。ここでは代表的な固液分離機の種類とその特徴、選び方について解説します。

遠心分離機

遠心分離機とは、高速回転するバスケットに固液のスラリを投入し、遠心力によって固体と液体を分離する装置のことです。遠心分離機は、高い遠心力を利用して連続的or断続的に運転する特徴があります。

一方で高速回転に伴い振動や消費電力が大きい点がデメリットです。遠心分離機は比重差が小さいスラリや、粒子径が小さい固体を分離するのに適しています。例えば食品や化学品の製造工程で発生するスラリの処理に用いられます。

関連記事：遠心分離機（遠心機）とは？仕組みや構造、おすすめの機種について解説

加圧ろ過機

加圧ろ過機とはろ布やろ板などのろ過媒体を用いて、圧力をかけることでスラリから液体を押し出し、固体を捕捉する装置のことです。

加圧ろ過機は脱水しやすい石膏、炭酸カルシウム、けい藻土、鉄鋼スラッジなどに利用することで、薬品を使用せず脱水が可能で環境に優しいメリットがある一方、油を含んだ汚泥やノリ状のスラリには向きません。

遠心抽出機

遠心抽出機とは、二つ以上の異なる溶媒を連続的に混合及び分離させる機械です。溶媒間の密度差を利用しての液/液分離ができます。遠心抽出機は高い抽出効率や処理能力をもち連続的に作業できる利点があり、例えば医薬品香料や使用済溶媒などの有効成分の抽出や精製に用いられます。

遠心抽出機と遠心分離機はどちらも遠心力を利用して分離する装置ですが、その使用目的と機能には違いがあります。遠心抽出機が二つの液体相間での溶質の移動を促進するために使用されるのに対し、遠心分離機は物質の密度の違いに基づいて混合物を分離するための装置です。

ベルトプレス

ベルトプレスとは、二枚のベルト（ろ布）に挟まれたスラリを圧縮することで、液体を絞り出し、固体を脱水する装置のことです。主に汚泥の脱水処理に用いられます。

幅広い汚泥処理に対応している一方で、ろ布の交換や清掃が必要で、ろ布が目詰まりすると汚泥が溢れる（サイドリークする）欠点もあります。

ロータリードラムスクリーン

ロータリードラムスクリーンとは、細かなスリットを設けたドラム状のスクリーンにスラリを流し込み回転させることで、スクリーンの目の大きさに応じて固体と液体を分離する装置のことです。

ロータリードラムスクリーンには、ろ液によってスクリーンが洗浄されるため目詰まりが起こりづらく、低速回転のため故障が少ない利点があります。主に水産加工廃水や下水などの処理に用いられます。

タナベウィルテックおすすめの分離機

タナベウィルテックは、固液分離に関する豊富な経験と技術をもつ企業です。タナベウィルテックでは、お客様のニーズに合わせて最適な分離機を提供しています。タナベウィルテックおすすめの分離機としては、以下のような種類があります。

バスケット型遠心分離機
デカンタ型連続式遠心分離機二相/三相分離型
デ・コーン型連続式遠心分離機
超高速遠心分離機
ろ過乾燥機
遠心抽出機

バスケット型遠心分離機

バスケット型遠心分離機は、回転するバスケット内にスラリを投入し、遠心力で固体と液体に分離する装置です。

バスケット型遠心分離機は操作が簡単でメンテナンスも容易です。タナベウィルテックでは、バスケット型遠心分離機の中でも特に高速回転型（約800G）のものを取り扱っています。

バスケット型にはろ過分離を行う「有孔壁」タイプと沈降分離を行う「無孔壁」タイプがあります。

バスケット型遠心分離機の詳細はこちらから

デカンタ型連続式遠心分離機二相/三相分離型

デカンタ型連続式遠心分離機は、回転するバスケット内に混合物を連続的に送り込み、遠心力で固体と液体に分離する装置です。デカンタ型連続式遠心分離機は、粒子径が小さくて沈降速度が遅い物質にも適しています。またバスケット内にスクリューが設置されており、ケーキの自動的な排出が可能です。

タナベウィルテックでは、デカンタ型連続式遠心分離機の中でも二相分離型と三相分離型のものを取り扱っています。二相分離型は固体と液体を分離するもので、三相分離型は固体と液体(軽液・重液)の三種類に分離するものです。三相分離型は、油水混合物などの処理に適しています。

デカンタ型連続式遠心分離機二相/三相分離型の詳細はこちらから

デ・コーン型連続式遠心分離機

デ・コーン型遠心分離機は、遠心ろ過分離を連続的に行うことができる機械で、バッチ式と比較し大容量の処置が可能です。ケーキ排出口に設置した独自の円錐ポールによりケーキの含水率が低く、ケーキの洗浄効果が高い特徴があります。

デ・コーン型連続式遠心分離機の詳細はこちらから

超高速遠心分離機

タナベウィルテックのBS型バイオセトラは、液体と固体に分けるための超高速遠心分離機です。最大20,000Gの高い遠心力を利用して、ウェットケーキ（濡れた固体物質）を機外に自動で排出でき、ケミカルハザードやバイオハザード、製品へのコンタミを防ぎます。GMP（医薬品製造品質管理基準）、CIP（清浄プロセス）、SIP（滅菌プロセス）にも対応可能です。

また温度制御や真空下での運転が可能で、バイオプロセスにおける培養液からの菌体分離や、医薬品、食品、電子材料などのファインケミカルプロセスにおいて、微小な比重差のある固体と液体の精製分離に適しています。

超高速遠心分離機の詳細はこちらから

ろ過乾燥機

ろ過乾燥機はスラリをろ過して固体を回収し、さらに加熱して乾燥する装置です。

タナベウィルテックのTR-F型ろ過乾燥機はろ過（液体と固体を分ける）、洗浄（固体をきれいにする）、そして乾燥（ウェット分を取り除く）という3つのプロセスを、一つの容器で行うことができます。またこの機械は密閉された状態で動作するため、作業環境を清潔に保つことができます。さらに、固体を自動で排出する機能や、シリンダによるろ板の開閉機能を持たせることもでき、操作が簡単です。

サニタリ仕様､GMP対応も可能です。