菌類（きんるい）とは、菌界 (Fungi) に属する生物の総称である。細菌・変形菌などと区別するために真菌（しんきん）とも呼ばれることもある。一般にキノコ・カビ・酵母と呼ばれる生物が含まれる。外部の有機物を利用する従属栄養生物であり、分解酵素を分泌して細胞外で養分を消化し、細胞表面から摂取する。 真正細菌（しんせいさいきん、Bacteria/バクテリア）とは、分類学上のドメインの一つで、古細菌が持たないN-アセチルムラミン酸を含んだ細胞壁を持つ原核生物のことである。細胞外マトリックスの構造の違いによってグラム陰性菌とグラム陽性菌に大別される。極めて多様な代謝系や栄養要求性を示し、生息環境も生物圏と考えられるすべての環境に広がっている。腸内細菌や発酵細菌、あるいは病原細菌として人との関わりも深い。多くの場合、単に細菌、あるいはバクテリアと呼ばれる。 リケッチア (Rickettsia) は、Rickettsia属の菌の総称。約25種を含む。ダニ等の節足動物を媒介とし、ヒトに発疹チフスあるいは各種リケッチア症を引き起こす。細胞外で増殖できない偏性細胞内寄生菌である。Rickettsiaという名称は、発疹チフスの研究に従事し、結果的にそれが原因で亡くなったHoward Taylor Rickettsの名に因んでいる。 マイコプラズマ (Mycoplasma) は、真正細菌の一属。一般の真正細菌に見られるペプチドグリカン細胞壁が無く、そのため細胞の形は不定形で可塑性がある。細胞膜は他の真正細菌のそれに比べて強度が高い。ゲノムサイズが極めて小さく（55万-140万塩基対程度）、大半が合成培地で増殖できず、たいていの場合は多くの成長因子を必要とする。自然条件では特定の真核生物に寄生する。 ウイルス (virus) は、他の生物の細胞を利用して、自己を複製させることのできる微小な構造体で、タンパク質の殻とその内部に詰め込まれた核酸からなる。ウィルス、ビールス、ヴィールス、バイラス、ヴァイラス、濾過性病原体、病毒と表記することもある。生物学上は非生物とされている。

フィルターパッドはろ紙に綿や石綿を加えたもの。

左の写真は金属性のフィルターに配管の腐蝕性生物が捕捉されたイメージを表す。 右の写真はＵＬＰＡフィルターに食塩の粒子をチャレンジした写真で粒子ファイバーに捕捉され、次いで粒子に粒子が吸着しているのが確認される。

フィルターの基礎知識 「ろ過（全般）」編 日本インテグリス株式会社

目次 ろ過とは JIS用語、対象流体、ろ過対象物 ろ過対象物の大きさ ろ過の分類とろ過メディア ろ過のメカニズム 遮り 慣性衝突 静電吸着 拡散／ブラウン運動 フィルターの目詰まりメカニズム 完全閉塞モデル 標準閉塞モデル ケーキ形成モデル ろ過の方法 全量ろ過、タンジェンシャルフロー ワンパス、循環ろ過、多段ろ過

ろ過とは JIS用語 「ろ過」（filtration）：「特定物質を透過しないフィルターを用いて、 流体からその物質を分離する操作または技術」1) 「フィルター」（filter）：「粒子を分離するのに用いる多孔性の物体 または装置」1) 対象流体 ガス／エア（gas, air）：気体。ろ過においては、一般的にガスとエアを分けて取り扱う。 液体（liquid, fluid）：水、薬液、溶媒の総称 流体中のろ過対象物 粒子（particles）：不溶性微粒子（un-dissolved small particles） 及び粒状固形物質 微生物（microorganism）：細菌（bacteria）、真菌（fungi）、リケッチア(rickettsia)、マイコプラズマ（mycoplasma）、ウイルス（virus）など 参考/引用文献： 1) JIS K 3802-1995 「膜用語」 （1995）

ろ過対象物の大きさ

ろ過対象物によるろ過の分類 粗ろ過（>5µm） 砂 ろ布 不織繊維 金属メッシュ、焼結金属 ろ過助材 精密ろ過（10nm～5µm） 焼結金属 セラミック 不織繊維 高分子ポリマー 限外ろ過（1nm～10nm） 高分子ポリマー セラミック 逆浸透（<1nm） 高分子ポリマー ろ過及びろ過メディアはその対象物質のサイズから、次のように分類できる。

主なろ過メディアの特徴 砂 下水の浄化に一般的に用いられる。 ろ布 繊維を糸状にし、規則正しく織ったもの。 材質：木綿、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、サラン、レーヨンなど。 よく使われている繊維の種類には、Staple（短繊維）、Monofilament（長繊維）、Multi-filament（長繊維）を撚り合わせたもの)がある。 用途 ：食品、醗酵分野でのろ過。 不織繊維 繊維をランダムにからみあわせてシート状にしてもの。 ろ紙、フィルターパッド、不織布など。 繊維の太さ、組み合わせ、形状などの自由度が高く、幅広い分野に用いられる。 ろ過助材1) 種類：ケイソウ土（SiO2が主成分)、パーライト（SiO2約70%とケイ酸アルミ）が一般的。 特徴：ケイソウ土の粒度分布は4～40µmが一般的。支持体またはろ布などのろ材に層にして（プレコート）使われる。ろ過液にろ過助材を混ぜてろ過を行う一般にボディーフィードと呼ばれるろ過方式が使われている。これにより、ろ過対象物のろ過層への堆積によるろ過効率の低下を防止できる。 参考/引用文献： 1) 杉本泰治著；「濾過と濾過助材」、モダンエンジニアリングライブラリー(1967)

主なろ過メディアの特徴 焼結金属2) ステンレススチール、ニッケル、銀、鉄、黄銅などの金属粉を焼結したもの。 特徴：細孔径は、一般に粉末粒径の16～20%。耐熱性、機械的強度に優れている。 用途によっては、逆洗浄による再生が可能。 用途：油類、高温での流体のろ過。ガスのろ過。 セラミック3) 種類：おもな原料はアルミナ（Al2O3)。原料を成形、加熱、焼成してつくる。 特徴：耐熱性、耐腐食性、硬質性。 用途：水道水の最終ろ過。薬液、ガスのろ過。 高分子ポリマー 種類：PTFE、PVDF、ポリエチレン、ポリアミドなどで、材料と用途によってその製法は異なる。代表的な製法として延伸法、相転換法などが挙げられる。 特徴：材質によって薬品との適合性（耐薬品性、使用温度）や濡れ性（親水化処理の要不要）が異なる。現在ではメンブレンと呼ばれる薄膜をプリーツ状にした構造が主流。 用途：高純度薬品、純水、プロセス材料、ガスのろ過。 参考/引用文献： 2) 近藤連一編著；「多孔材料－性質と利用－」、技報堂出版（1986) 3) 「セラミック工学ハンドブック」、（社）日本セラミック協会編、技報堂出版（1989）

ろ過のメカニズム ろ過における粒子捕捉分離メカニズムには、一般に以下の4つに分類される。 遮り (Interception) 慣性衝突 (Inertial impaction) 静電吸着 (Electrostatic force) 拡散／ブラウン運動 (Diffusion/Brownian movement)

遮り (Interception) 「篩い分け（Sieving ／シービング）」 、または「サイズ排除（Size Exclusion) 」とも呼ばれる。 ろ過メディアの流路よりも大きなサイズを有する粒子が、流路を通り抜ける ことが出来ず捕捉される。 ろ過メディアの構造によって表面捕捉と内部捕捉に大別される。 また、捕捉された粒子同士がろ過メディアの流路よりも狭い流路を形成し、 本来の流路よりも小さな粒子まで捕捉される場合がある（ケーキろ過）。

慣性衝突 (Inertial impaction) 慣性運動を行なっている粒子が流体の流れと共に、急激に運動方向を 変えることが出来ず、ろ過メディアに衝突し、そのまま分子間力によって 捕捉される。

静電吸着 (Electrostatic force) 静電気による引き付け合う相互作用は、ろ過メディア表面と粒子が反対のチャージである場合に働く。 例えば、超純水アプリケーションでは、マイナスにチャージしたイオン粒子を除去するためにプラスにチャージしたろ過メディアを使用する場合がある。

拡散／ブラウン運動 (Diffusion/Brownian movement) 微小粒子は、ブラウン拡散運動により、ろ過メディア内に、長時間滞留する。この間に、メディアに衝突した粒子は、分子間力によりフィルター内に保持され、除去されることとなる。 ガス中の微小粒子はこのメカニズムによって除去されるので、一般的にガスフィルターの除粒子径は実際の孔径より小さい。

焼結金属のろ過メディア 不織繊維のろ過メディア どちらのろ過メディアも、孔径よりもずっと小さなサイズの粒子を捕捉している。 ガスフィルターの粒子捕捉（サンプル）

フィルターの目詰まりメカニズム フィルターの目詰まりのメカニズムは、一般に以下の３つに分類される。

完全閉塞モデル（Complete Plugging Model) 粒子サイズが、フィルター孔径に近い大きさの場合に生じる。 完全閉塞は、粒子がフィルターの孔を密閉してしまう。そのため、ろ過流体は閉塞されていない孔に流れ、そこがまた閉塞されると他に逃れていく。結果的にろ過に有効な膜面積が狭くなり、圧力損失が高くなる。

標準閉塞モデル（Gradual Plugging Model） 粒子がフィルター孔径より小さい場合に起きるのが、標準閉塞である。 分子間力によって捕捉された粒子は孔内に堆積し、傾斜的に孔を閉塞していく。 標準閉塞は完全閉塞と異なり、粒子が孔を完全に密閉してしまうことはないが、粒子の吸着によって孔の径が狭くなるので、ある保持量までは圧力損失が緩やかである。

ケーキ形成モデル（Cake Formation Model) フィルターの平均孔径より大きな粒子が膜表面に堆積することにより 「ケーキ」が形成される。 ケーキは液体が通過できる多孔構造のため、結果的に粒子捕捉効率を向上させるが、圧力損失は高くなる。 ただし、ケーキを形成するための粒子は固く、ゲルなどのように圧縮すると変形してしまう粒子でないことが前提条件となる。 また、固い粒子であっても、流体の流れや圧力振動などにより粒子間に十分な空隙が確保できなくなると、急激な抵抗体となる。

ろ過の方法 全量ろ過 ろ過対象流体の全量がフィルターを通過 粗ろ過及び精密ろ過 デッドエンドろ過とも呼ぶ タンジェンシャルフロー ろ過対象流体をフィルターの膜表面に接するように流し、 その一部の流体が膜を通過 限外ろ過及び逆浸透 クロスフローとも呼ぶ

ろ過の方法 ワンパス（シングル）ろ過 1回のろ過で所定の清浄度を得るために、高い除去率が必要 循環ろ過 循環システムにおけるろ過 槽内粒子濃度の立下り速度は、フィルターの除去率と流量の両方が左右する 多段ろ過 ろ過メディアの異なる複数のフィルターで段階的に不純物を除去（例：圧縮空気中の水分、油分、粒子） 孔径の異なる複数のフィルターで、段階的に清浄度を高める （例：プレフィルター／粗ろ過　→ ファイナルフィルター／精密ろ過）