Ruth は、こんなことも論じていた — 1946年の論文から

1946年の論文「Correlating Filtration Theory with Industrial Practice」（Ind. Eng. Chem. 38(6), 564）には、その冒頭にこんなことが書かれている。

現場が変動する沪過挙動をうまく制御できない理由は数々考えられるが、おそらく最も重要なのは、工程条件の変化に伴う投入物の性質の変動を、検知し測定する適当な方法が無かったことだ、と。

出典から引用："the lack of suitable methods of detecting and measuring variations in prefilt properties as these are influenced by changes in processing conditions"

そして Ruth は、投入物の性質とその履歴を日々対応づけていけば、理論と現場の溝（"the present gap between theory and practice"）は狭まるはずだ、とも書いていた。つまり「現場で理論の適用は難しい」というエンジニアとしての感覚は、理論を追い求めるだけに見える Ruth も感じていたものだった。

論文には、現場の機械の写真が載っている。p.565 の画像は Kelly filter press - Aluminum Company of America が、赤泥をアルミン酸ソーダ液から分離するのに使っていたものだ。Ruth の目が、式を活用する現場の機械にも向いていたことが伝わってくる。

同じように見えて、実は異なる

論文の中身は、その理由の探求だ。同じ粒径・同じ形に見えても、沪過の抵抗は異なる。Ruth はその理由として、電気的な現象まで掘り下げていく。具体例としては、懸濁液に食塩を加えると、比沪過抵抗は下がっていく。水の化学が、抵抗を変える。目に見え難い入力の変動の、よい例だと思う。水の化学が効くのは、自分も排水処理で経験した。pHを4～6に寄せると改善した（特開2007-29802）ことがある。こうした日々・バッチごとの変動を一つの試験で捉えようとしたのが、彼の透過・圧縮試験（permeability-compression testing）だった。論文の要旨には、この試験こそが日々およびバッチ間の沪過抵抗の変動を関連づける手段になりうる、とある。

現場では難しい。ゆえにIoTを活用する、という回答

現場に理論を当てはめることは難しい。そりゃそうだろう、と思う。実験は入力条件が固定されているか、少なくとも何が入っているか分かっている。現場は様々な外乱によりブレるし、計測だって簡単ではないことのほうが多いのだから。たとえば沪過性は、装置単体だけでは決まらない。薬注の具合やポンプの特性、周辺の工程や沪布の目詰まり具合なども影響する。現場にいた者なら、誰もが感じたことではないだろうか。

Ruth が求めていた「日々の対応づけ」は、今なら IoT の得意分野であると思う。絶えず測って、記録し続ける。私が特許としての活用を見出だせたのは、理論にあるろ液ではなく入口側の送液を測ることにした測る手段の工夫とともに、大量のデータを検証することが可能だったからである。

埃をかぶっていた10年

この論文の材料は、「ほぼ10年、著者のファイルの中で埃をかぶっていた」（"gathering dust in the author's files for nearly a decade"）のだそうだ。先に発表していれば得られたはずの重要性への主張は失われた、と Ruth 自身が書いている。

それでも記録に残してくれたことで、埃をかぶった話題を、私は見ることができた。理論を構築するような人が現場への適用も考えていたのだと知れたことは、現代の現場にいた者には、改めて大きな気づきにつながる。理論は、データ収集などのやり方によって現場にも適用することができると伝えたい。

English Summary for international readers

In his 1946 paper "Correlating Filtration Theory with Industrial Practice" (Ind. Eng. Chem. 38(6), 564), B. F. Ruth wrote that among the many reasons industry cannot control variable filtration behavior, perhaps the most important is "the lack of suitable methods of detecting and measuring variations in prefilt properties as these are influenced by changes in processing conditions." He also wrote that correlating prefilt properties and their history, day by day, should narrow "the present gap between theory and practice." In other words, the feeling that theory is hard to apply in the field was shared by Ruth himself, who may look like a pure theorist. The paper even carries a photograph (p. 565) of a Kelly filter press at the Aluminum Company of America, separating red mud from sodium aluminate liquor — his eye was on the machines in the field, too.

The body of the paper explores why solids that look identical in particle size and shape can show different filtration resistance, digging down as far as electrokinetic phenomena. In one example, adding common salt to a suspension lowers the specific filtration resistance: the chemistry of the water changes the resistance — a fine example of an input variation that is hard to see. I have experienced the same in wastewater treatment, where adjusting the pH to between 4 and 6 improved the treatment (Japanese Patent Application Publication No. 2007-29802). Ruth's permeability-compression testing was his attempt to capture such day-to-day and batch-to-batch variations in a single test.

Applying theory in the field is difficult — of course it is. Experiments have fixed inputs, or at least known ones; the field fluctuates under many disturbances, and measurement itself is often far from easy. Filterability is not decided by the machine alone: chemical dosing, pump characteristics, the surrounding process steps, and the blinding of the filter cloth all play a part. The day-by-day correlation Ruth was asking for is, today, exactly what IoT is good at — measuring constantly and keeping the record. In my own case, what made the theory usable as a patent was a small device in the measurement itself: instead of the filtrate volume that appears in the theory, I measured the feed flow on the inlet side — together with the ability to verify large volumes of data.

The material of this paper had been "gathering dust in the author's files for nearly a decade," and Ruth himself wrote that any claim to the importance which might have accompanied earlier publication had been lost in the meantime. Even so, because he left it in print, I could read it eighty years later. To learn that a man who built theory also thought hard about its application in the field is, for someone who worked in that field, a genuine discovery. Theory can be applied on site — it depends on how the data is gathered.