(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクのタンク水に浸漬された１つまたはそれ以上の濾過薄膜を有する薄膜モジュールの汚れを清浄にし、あるいは防止する方法であって、ガス流が、前記薄膜モジュールの汚れを清浄にし、あるいは防止するため前記濾過膜を上向きに通過するように流れる泡を生成する曝気操作を前記薄膜モジュールに施すものであって、前記ガス流を、継続時間１２０秒以下の繰り返し周期であって、高流量と、この高流量の２分の１以下の流量の低流量の間で切り換えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記繰り返し周期の継続時間が少なくとも１０秒である請求項１の曝気方法。
【請求項３】
前記繰り返し周期の継続時間が少なくとも約２０秒である請求項１または２の曝気方法。
【請求項４】
前記繰り返し周期の継続時間が約２０秒から６０秒の間である請求項１〜３のいずれかの曝気方法。
【請求項５】
前記繰り返し周期の継続時間が約２０秒から４０秒の間である請求項１〜４のいずれかの曝気方法。
【請求項６】
前記低流量がガス・オフ状態である請求項１〜５のいずれかの曝気方法。
【請求項７】
ｍ３／ｓで表される標準条件における前記高流量を、ｍ２で表される、前記高流量を受けたエアレータにより有効に曝気される前記薄膜モジュールの面積で徐した値が、０．０１３ｍ／ｓから０．１５ｍ／ｓの間である請求項１または２の方法。
【請求項８】
水平方向に間隔を置いて交互に配置された第１および第２エアレータが接続された第１および第２ヘッダを通るガス流により泡が生成され、前記第１エアレータが高流量でガスを受ける時は、前記第２エアレータは低流量でガスを受け、前記第１エアレータが低流量でガスを受ける時は、前記第２エアレータは高流量でガスを受ける請求項１または２の方法。
【請求項９】
中空繊維薄膜を備える請求項１〜８のいずれかの曝気方法。
【請求項１０】
前記繰り返し周期の継続時間の約半分が前記高流量の流量である請求項１〜９のいずれかの曝気方法。
【請求項１１】
前記ガス流が、高流量と低流量の間で急激に切り換えられる請求項１〜１０のいずれかの曝気方法。
【請求項１２】
１つ又はそれ以上の浸漬型薄膜モジュールを収容するタンク内のタンク水を曝気するための曝気装置であって、
（ａ）複数の個別のブランチを有するガス吐出しネットワークと、
（ｂ）前記ガス吐出しネットワークの前記個別のブランチに流体連結され、前記薄膜モジュールの下方に装着可能な１つ又はそれ以上のエアレータと、
（ｃ）概ね一定のガス流の流量を供給するガス供給装置と、
（ｄ）前記ガス供給装置と流体連結され、前記ガス吐出しネットワークの前記個別のブランチと流体連結された個別の排出口を有するバルブセットの１つ又はそれ以上のバルブを備えた
曝気装置において、
（ｅ）前記バルブセットの１つ又はそれ以上のバルブが、バルブセット制御装置に機械的にか、電気的にリンクされており、該バルブセット制御装置が、前記バルブを自動的に制御して、（ｉ）前記ガス吐出しネットワークの少なくとも１つの個別のブランチが比較的高流量のガスを受け、前記ガス吐出しネットワークの少なくとも１つの他の個別のブランチが、前記比較的高流量の２分の１以下の比較的低流量のガスを受けるように、前記ガス流を分割し、かつ（ｉｉ）継続時間１２０秒以下の繰り返し周期で、前記ガス吐出しネットワークの前記少なくとも１つの個別のブランチと前記少なくとも１つの他の個別のブランチが受けるガスを前記比較的高流量と比較的低流量の間で切り換えるようにしたことを特徴とする曝気装置。
【請求項１３】
前記バルブセットの１つ又はそれ以上のバルブが、バルブセット制御装置に機械的にか、電気的にリンクされており、該バルブセット制御装置が、継続時間１０秒以上１２０秒以下の繰り返し周期で、前記ガス吐出しネットワークの前記少なくとも１つの個別のブランチと前記少なくとも１つの他の個別のブランチが受けるガスを前記比較的高流量と比較的低流量の間で自動的に切り換えるようにした請求項１２の曝気装置。
【請求項１４】
前記バルブセットの１つ又はそれ以上のバルブが、バルブセット制御装置に機械的にか、電気的にリンクされており、該バルブセット制御装置が、継続時間２０秒以上１２０秒以下の繰り返し周期で、前記ガス吐出しネットワークの前記少なくとも１つの個別のブランチと前記少なくとも１つの他の個別のブランチが受けるガスを前記比較的高流量と比較的低流量の間で自動的に切り換えるようにした請求項１２又は１３の曝気装置。
【請求項１５】
前記バルブセットの１つ又はそれ以上のバルブが、バルブセット制御装置に機械的にか、電気的にリンクされており、該バルブセット制御装置が、継続時間２０秒以上６０秒以下の繰り返し周期で、前記ガス吐出しネットワークの前記少なくとも１つの個別のブランチと前記少なくとも１つの他の個別のブランチが受けるガスを前記比較的高流量と比較的低流量の間で自動的に切り換えるようにした請求項１２〜１４のいずれかの曝気装置。
【請求項１６】
前記バルブセットの１つ又はそれ以上のバルブが、バルブセット制御装置に機械的にか、電気的にリンクされており、該バルブセット制御装置が、継続時間２０秒以上４０秒以下の繰り返し周期で、前記ガス吐出しネットワークの前記少なくとも１つの個別のブランチと前記少なくとも１つの他の個別のブランチが受けるガスを前記比較的高流量と比較的低流量の間で自動的に切り換えるようにした請求項１２〜１５のいずれかの曝気装置。
【請求項１７】
前記ガス吐出しネットワークの第１の個別のブランチに接続された複数のエアレータが、前記ガス吐出しネットワークの第２の個別のブランチに接続された複数のエアレータと同一平面に散在され、隣り合ったエアレータが、前記ガス吐出しネットワークの異なる個別のブランチと流体接続されている請求項１２〜１６のいずれかの曝気装置。
【請求項１８】
前記薄膜モジュールが中空繊維薄膜の枠を備えている請求項１２〜１６のいずれかの曝気装置。
【請求項１９】
前記薄膜モジュールが、上方ヘッダと下方ヘッダの間に垂直方向に向くように配置された中空繊維薄膜の矩形枠を有し、前記エアレータが、前記矩形枠の前記ヘッダと平行に配置されている請求項１２〜１８のいずれかの曝気装置。
【請求項２０】
前記ガス供給装置は、ｍ３／ｓで表される標準条件における、前記高流量を、ｍ２で表される、前記高流量のガス流を受けたエアレータにより有効に曝気される前記１つまたはそれ以上の薄膜モジュールの面積で徐した値が、０．０１３ｍ／ｓから０．１５ｍ／ｓの間であるような高流量を生成することのできるサイズのものである請求項１２〜１９のいずれかの曝気装置。
【請求項２１】
前記比較的低流量が、ガス・オフ状態である請求項１２〜２０のいずれかの曝気装置。
【請求項２２】
前記バルブセットおよびバルブセット制御装置は、前記ガス吐出しネットワークの各個別のブランチにおける流量に、実質的に矩形形状の変動が生ずるように、急激に切り換えができるように構成されている請求項１２〜２１のいずれかの曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、液体の濾過に関し、より詳細には、曝気槽が生成する洗浄気泡を使用して浸漬型薄膜フィルタの薄膜の汚れを洗浄又は防ぐことに関する。
【０００２】
（背景技術）
浸漬型薄膜は、固形物を包含する液体の処理に使用され、固形物の希薄な濾過液体と、固形物の多い濾過されない濃縮水とを生成する。例えば、浸漬型薄膜は、廃水から実質的に清潔な水を抽出したり、湖水や貯水池の水から飲料水を抽出するのに使用される。
薄膜は、通常、薄膜とその薄膜に取り付けられるヘッダを含むモジュール内に配置される。モジュールは、固形物を包含する水の入ったタンク内に浸漬される。膜間圧力は、薄膜壁間に亘って加えられ、濾過された水を薄膜壁を通って貫通させる。固形物は薄膜によって排除され、タンク水の中に残って微生物学的又は化学的に処理されるか、又は、タンクから排出される。
【０００３】
気泡は、薄膜モジュールの下方に配置され、導管により送風機に接続された曝気槽を通ってタンクに送り込まれる。気泡は、タンク水の表面まで上昇し、タンク水を薄膜モジュール周辺に再循環させるエアリフトを作り出す。空気流量が有効範囲内の場合、上昇する気泡とタンク水とが薄膜を洗い流し攪拌して、タンク内の固形物が薄膜の細孔に付着するのを抑制する。更に、気泡からタンク水に酸素が移行され、廃水処理の場合には微生物が成長するための酸素が供給される。送風機は、送風機モータに加わる応力を最小にし、必要ならば微生物が成長するために必要な酸素を常時供給するために、一般に連続的に運転される。
【０００４】
一般的な曝気システムにおいて更に洗浄が必要な場合、オペレータは、曝気槽への空気流量を増やす。しかし、この手法は、薄膜と送風機モータとに応力を加え、消費エネルギーが増えるため処理の運転コストが大幅に増加する。反対に、洗浄が比較的少なくてよい場合、オペレータは、通常、曝気槽への空気流量を減らす。しかし、この方法においては、空気流量が常に有効範囲を下回り、効率的な洗浄をもたらさない。別の方法として、オペレータによっては、空気を間欠的に供給することによって平均空気流量を減らす場合がある。この方法により、空気流量は有効範囲に入るが、その代わり、送風機の入り切りが頻繁になることにより摩耗が速くなる。多くの場合、そのような間欠運転により、送風機の保証は取り消される。
【０００５】
通常の曝気システムの別の問題は、タンク水をタンク内でほぼ定常状態の再循環パターンで移動させることである。再循環パターンは、一般に、再循環タンク水と気泡とがタンク水に到達しない「デッドゾーン」を含む。これらデッドゾーンにある薄膜又はその一部は、効果的に洗浄されず、通常のタンク水よりも高濃度の固形物を持つ水中で運転される可能性がある。従って、これらの薄膜又はこれらの薄膜の影響する部分は、固形物ですぐに汚れる。
薄膜が動いて固形物を振り落とす又は固形物の捕捉を避けるために、中空繊維薄膜が若干のたるみを持って設置される場合、同様な問題がモジュールに発生する。タンク内のタンク水の動きは、たるんだ薄膜が、特に薄膜の端部近くでほぼ定常状態の位置をとるように助長し、それが繊維の有益な動きを妨害する。
【０００６】
更に、現行曝気システムの別の問題は、曝気槽自体がある時間が経つとしばしば汚れることである。空気が供給されている間でさえも、曝気槽の孔の周縁付近の局所的な空気圧が低く、タンク水を曝気槽の中に浸透させる。例えば、逆洗や洗浄や保守手順のために曝気が時々停止される時、より多いタンク水が曝気システムに入り得る。曝気システムに入るタンク水の一部はそこで蒸発し、曝気システムに固形沈殿物を残す。特に廃水用途においては、沈殿した固形物が曝気システムの効率を著しく低下させるか、又は、オペレータに定期的に濾過作用を中断させ、曝気槽の洗浄又は交換をさせることになる。
【０００７】
（発明の開示）
本発明の目的は、タンクのタンク水に浸漬される限外濾過及び微細濾過薄膜モジュールを曝気するのに使用し得る循環曝気システムを提供することである。循環曝気システムは、バルブセット及びバルブセット制御装置を使用して、空気供給装置を空気吐出しネットワークの複数の個別分岐に接続する。空気吐出しネットワークの個別分岐は、次に、薄膜モジュールの下方に置かれた曝気槽に接続される。空気供給装置は、初期の定常的な空気流を供給するように運転されるが、バルブセット及びバルブ制御装置は、初期空気流を分割して空気分配システムの個別の分岐に分配し、それにより、各々の個別分岐への空気流が高流量と低流量との間で繰り返し周期で交替する。
【０００８】
１つに実施形態において、循環曝気システムは、各々が空気吐出しネットワークの個別分岐に付随する複数の濾過帯域に配置された薄膜モジュールに間欠曝気を準備するために使用される。循環曝気システムは、所定の時間、各々の濾過帯域に順に曝気を供給するように形成され、運転される。別の実施形態において、循環曝気システムは、薄膜モジュールのグループに強力な曝気を供給するために使用される。そのような実施形態の１つにおいて、循環曝気システムは、空気吐出しネットワークの分岐に高流量と低流量との間を１２０秒又はそれ以下の周期で交替して空気を供給するように形成され、運転される。別のそのような実施形態において、空気吐出しネットワークの第１分岐に付随する曝気槽は、空気吐出しネットワークの第２分岐に付随する曝気槽の間に点在する。高流量の空気流は、空気吐出しネットワークの第１及び第２分岐の間で１２０秒又はそれ以下の周期で交替する。
ここで、本発明の最良の実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。
【０００９】
（発明を実施するための最良の形態）
一般的記述
図１を参照すると、リアクタ１０の一般的配置が示されている。本節での「リアクタ１０」の記述は、いかなる特定実施形態の記述とも矛盾しない点まで、以下に述べる様々な実施形態にも一般に適用される。
リアクタ１０は、タンク１２を有しており、最初に、注入口１６より供給される供給水１４が満たされている。供給水１４は、微生物、浮遊物質、又は、固形物と総称されることになる他の物質を包含し得る。一度タンクの中に入ると、供給水１４は、特にリアクタが廃水処理に使用される場合、種々の固形物の増加した濃度を持ち得るタンク水１８となる。
【００１０】
１つ又はそれ以上の薄膜モジュール２０は、タンクに装着され、１つ又はそれ以上の薄膜６の浸透側と流体連結する１つ又はそれ以上のヘッダ２２を持つ。薄膜モジュール２０の薄膜６の細孔サイズは、微細濾過又は限外濾過の範囲で、０．００３と１０ミクロンとの間のあることが好ましい。
ヘッダの形態を変えることにより、薄膜モジュール２０は、種々のサイズ及び形態で利用可能である。例えば、薄膜６を中空の繊維とし、その内腔が少なくとも１つのヘッダ２２と流体連結されるように１つ又はそれ以上のヘッダ２２に埋め込まれてもよい。ヘッダ２２は、どのような都合のよい形状でもよいが、通常は薄膜６に取り付けられる矩形又は円形面を持つ。別の方法としては、薄膜６は、一般に垂直方向に向けられ、間隔を置かれた１対の平らなシートであってもよく、ヘッダ２２が全ての４つの側面上で、得られる内面と流体連結される。薄膜モジュール２０は、１つ又はそれ以上の微細濾過又は限外濾過薄膜６を持つことができ、多くの薄膜モジュール２０は互いに結合されてより大きな薄膜モジュール又はカセットを形成し得るが、そのような形態は、全て薄膜モジュール２０と呼ばれることになる。
【００１１】
図１Ｂ、図１Ｃ、及び、図１Ｄは、矩形かせ８を有する好適な薄膜モジュール２０を示す。各々の矩形かせ８において、中空繊維薄膜２３が２つの対向するヘッダ２２の間に保持される。各々の薄膜２３の端部は、埋込樹脂によって囲まれ、薄膜２３の外側とヘッダ２２との間に水密な接続を生成し、同時に中空繊維薄膜２３の内腔と少なくとも１つのヘッダ２２との流体連結を保持している。矩形かせ８は、水平面に（図１Ｂ）、垂直面に（図１Ｃ）、又は、垂直面に水平に（図１Ｄ）向けることができる。複数の矩形かせ８は、通常、薄膜モジュール２０で互いに結合される。
各々の矩形かせ８において単一列の中空繊維薄膜２３が示されているが、標準的な矩形かせ８は、２センチメートルから１０センチメートルの幅に大量の中空繊維薄膜２３を有する。通常、中空繊維薄膜２３の外径は０．４ミリメートルと４．０ミリメートルの間であり、１０％及び４０％の間の充填密度で埋め込まれる。中空繊維薄膜２３の長さは、一般に４００ミリメートルと１、８００ミリメートルの間であり、０．１％から５％の間のたるみで取り付けられる。
【００１２】
再度図１Ａを参照すると、浸透の間、タンク１２には、薄膜モジュール２０の薄膜６の高さを超えるタンク水１８が満たされている。浸透液２４と呼ばれる濾過水は、膜間圧力の効果により薄膜モジュール２０の薄膜６の壁面を通って流れ、ヘッダ２２に集まって浸透液管路２８を通り、浸透液排排出口２６に搬送される。膜間圧力は、浸透液管路２８に部分的真空を生成する浸透液ポンプによって作り出されることが好ましい。膜間圧力は、異なる薄膜の種類や適用例によって変動し得るが、通常、１キロパスカルと１５０キロパスカルとの間である。浸透液２４はまた、周期的に薄膜モジュール２０を通して逆方向に流され、薄膜モジュールを洗浄するのを補助してもよい。
【００１３】
浸透の間、薄膜６は、タンク水１８に残留している固形物を除去する。これらの固形物は、リアクタ１０がバイオリアクタの場合には微生物による消化、又は、定期的にタンク１２の排水、又は、タンク水１８の一部を連続的に除去するなどを含むいくつかの方法で除去することができるが、後者の２つの方法は、タンク底部の排水管３４にある排水バルブ３２を開いて達成される。
曝気システム３７は、空気吐出しシステム４０により接続された１つ又はそれ以上の曝気槽３８と、一般に１つ又はそれ以上の送風機でありタンク水で気泡３６を発生する空気供給装置４２への配分マニホルド５１とを有する。曝気槽３８は、キャップ曝気槽などの個別の曝気槽、又は、配分マニホルド５１に取り付けられた管又は配分マニホルド５１の一部にドリルで孔をあけただけのものなどを含む、様々なタイプがあり得る。気泡は、空気で作ることが好ましいが、必要であれば酸素又は酸素濃縮空気などの別の気体で作ってもよい。
【００１４】
曝気槽３８は、通常、薄膜モジュール２０の下に置かれる。薄膜モジュール２０が垂直な中空繊維薄膜２３を有する矩形かせ８で作られている場合には、曝気槽３８は、下部ヘッダの縁部近くに気泡を発生させるように置かれることが好ましい。垂直面に中空繊維薄膜２３を有する矩形かせ８においては、曝気槽３８は、垂直面のすぐ下の管路に気泡を発生させるように置かれることが好ましい。水平面に中空繊維薄膜２３を有する矩形かせ８においては、曝気槽３８は、平面下に均一に分散する気泡を発生させるように置かれることが好ましい。
【００１５】
気泡３６は、薄膜６を攪拌し、その付着物を抑制又は洗浄する。更に、気泡３６はまた、薄膜モジュール２０内又は近辺のタンク水１８の局所密度を小さくしてエアリフト効果をもたらし、タンク水１８を薄膜モジュール２０を通り越して上方に流す。エアリフト効果によって再循環パターン４６が起こり、タンク水１８が薄膜モジュール２０を通って上方に流れ、次に、タンクの側面又は他の部分に沿って下方に流れる。通常気泡３６は、表面で破裂し、再循環パターンの下方に向かって流れる部分を通るタンク水１８には従わない。タンク水１８はまた、例えば注入口１６から排水管３４に向かう動きに従って流れ得るが、そのような流れが気泡３６が生成する流れに優先することはない。
【００１６】
気泡３６の平均直径は、０．１と５０ミリメートルとの間である。独立した大きな気泡３６は、薄膜６の洗浄又は付着物の抑止にとってより効果的であると考えられているが、より小さい気泡３６は、タンク水１８に酸素を搬送するのにより効果的であり、また、各気泡３６当たりの生成エネルギーがより少なくて済む。直径が３ミリメートルと２０ミリメートルとの間、より好適には５ミリメートルと１５ミリメートルとの間の気泡３６は、多くの廃水適用例に使用するのに適している。上記範囲の気泡３６により、タンク１２の表面においてタンク水１８から過度の気泡を生じさせることなく、薄膜６の洗浄が効果的に行われ、タンク水１８に良好な酸素搬送をもたらす。飲料水を生成するため、又は、酸素搬送が不要な他の適用例のためにリアクタ１０が使用される場合、５ミリメートルと２５ミリメートルとの間の気泡が好適である。
【００１７】
気泡３６は、気泡３６が空気圧、流量、及び、タンク水１８の表面下の曝気槽３８の深さなどの既知の要素に従って作られる曝気槽３８の孔よりも大きい可能性がある。曝気槽３８が地方自治体の処理作業に使用されるような大きなタンク１２の底部近くに設置される場合、２ミリメートルと１５ミリメートルとの間、好適には５ミリメートルと１０ミリメートルとの間の孔を持つ曝気槽３８を使用し得るであろう。供給される空気圧力（大気圧に対して）は、一般に、曝気槽３８の水没深さでの水頭（約１０キロパスカル毎メートル）と、曝気槽３８を通る目標とする空気流量を得るのに必要な追加圧力とから決められる。曝気槽３８の孔を横切って一般に５ミリメートルと１００ミリメートルとの間、典型的には１０ミリメートルと５０ミリメートルとの間の圧力降下がある。曝気槽３８の孔の底部下方に圧力降下と等しい距離に置かれる曝気システム３７の部品は、少量のタンク水１８が曝気システム３７内にそれでもしみ込む可能性はあるが、空気供給装置４２が作動している時には、通常、タンク水から防水されている。
【００１８】
循環曝気槽
ここで図２を参照すると、バルブセット２５４に流体連結された空気供給装置２４２を有する循環曝気槽２３７が示され、バルブセット２５４は、バルブ制御装置２５６によって制御されている。バルブセット２５４は、複数の個別分岐を持つ空気吐出しネットワーク２４０と流体連結され、個別分岐の各々は、導管曝気槽２３８と流体連結された個別ヘッダ２５１に流体連結されている。ヘッダ２５１又は空気吐出しネットワークに対する適切な変更と共に、他のタイプの曝気槽も使用し得るが、導管曝気槽２３８が好適である。空気吐出しネットワーク２４０の第３分岐と第３ヘッダ２５１とが波線で表され、空気吐出しネットワーク２４０の個別分岐及びヘッダ２５１の数が２又はそれ以上であってもよいことを示すが、１５を越えないことが好ましい。
【００１９】
空気供給装置２４２は、一般に１つ又はそれ以上の送風機である加圧空気の供給源であり、循環曝気システムに初期流量の気体流を供給する。気体は、多くの場合空気であるが、酸素、酸素又はオゾン濃縮空気、又は、空気供給装置２４２が送風機に加えて酸素化又はオゾン化装置などを備えることになる場合は窒素でもよい。しかし、本明細書において「空気」という用語は、適切な気体のいずれをも指すものとする。空気供給装置２４２によって供給される空気量は、空気供給装置２４２が全ての導管曝気槽２３８に供給する量（以下に述べる）を合計することにより最適に決められる。空気供給装置２４２は、常時一定量の空気を供給することが好ましい。
バルブセット２５４及びバルブ制御装置２５６について、以下に更に詳細に説明される。しかし、一般的な観点において、バルブセット２５４及びバルブ制御装置２５６は、（ａ）空気供給装置２４２からの空気流量を空気吐出しネットワーク２４０の間で分岐し、ある時点において、いくつかの分岐がより多い流量の空気を受け取り、いくつかの分岐がより少ない流量の空気を受け取る、また、（ｂ）多い及び少ない流量の空気を受け取る空気吐出しネットワーク２４０の分岐を繰り返し周期により切り替える。
【００２０】
図３に例が示されている。図３の各部分ａ）、ｂ）、及び、ｃ）において、Ｒｈは多い流量を、Ｒｌは少ない流量を示し、０からｔ３までの時間は、繰り返されるであろう周期を示す。周期は、３つの実質的に等しい時間間隔、０からｔ１、ｔ１からｔ２、及び、ｔ２からｔ３に分割される。これらの時間間隔の各々において、空気吐出しシステム２４０の１つの分岐とその付随する配分マニホルド２５１とは、Ｒｈで空気を受け取り、一方、他は、Ｒｌで空気を受け取る。同様に、空気吐出しシステム２４０の各分岐及びその付随する配分マニホルド２５１は、周期の１／３に対してＲｈで、また、周期の２／３に対してＲｌで空気を受け取る。
【００２１】
以下に説明するバルブセット２５４の多くは、マニホルド２５１に対する空気流量の滑らかな変動を生み出すために使用できるが、変化が図３に示すように相当急激なことが好ましい。本発明者は、そのように急激な変化が異常に大きな気泡３６の短時間の破裂を生み出し、洗浄又は付着物抑制にかなりの効果を持つようにみえることをに注目した。多くの場合、この急激な変化は、ＲｈからＲｌに移行した直後に空気流量のスパイクを生み出し、それに対応する圧力サージを発生させる。この圧力サージは、循環曝気槽２３７の設計限限内に保たれるか、又は、適切な吹出バルブなどを設ける必要がある。
【００２２】
マニホルド２５１又は空気吐出しネットワーク２４０の分岐に供給される空気の量は、多くの要因に左右されるが、導管曝気槽２３８に供給する空気流の見かけ速度に関連することが好ましい。空気流の見かけ速度は、標準条件（１気圧、２５℃）における導管曝気槽２３８に対する空気流量を曝気の断面積で割ったものとして定義される。曝気の断面積は、導管曝気槽２３８によって効果的に曝気される面積を測定して決められる。高い流量（Ｒｈ）において、空気流の見かけ速度は、０．０１３メートル／秒と０．１５メートル／秒との間が好ましい。飲料用途に使用される空気送風機の寸法は、この範囲の下限値に近く、一方、廃水用途の空気送風機の寸法は上限値に近いであろう。
Ｒｌは、通常、Ｒｈの半分未満であり、多くの場合、流れのないエア・オフ状態である。この範囲内において、少ない空気流量は、供給水１４の質に影響される。エア・オフ状態が通常好ましいが、いくらかの量の供給水１４の供給によって、低い流量における曝気の短時間の間においてさえ、中空繊維薄膜２３は顕著に汚れる。これらの場合、少ない空気流量が大きい流量の半分に近づくと良好な結果が得られる。
【００２３】
図４Ａ、図４Ｂ、及び、図４Ｃを参照すると、バルブセット２５４とバルブ制御装置２５６の代わりの実施形態が示されている。図４Ａにおいて、空気供給装置２４２は、好適にはボールバルブである三方バルブに空気を送風し、その２つの残っているオリフィスが２つのマニホルド２５１に接続されている。三方バルブ制御装置２９４は、マニホルド２５１の１つへの空気経路を開き、次に別の１つへの流路を開くという具合に交互に開く。好適には１８０度の位相のずれがあり、そのために１つのマニホルド２５１への空気経路が開く間、別のマニホルド２５１への経路は閉じる。三方バルブ２９２は、三方バルブ制御装置２９４上のレバー２９９にコネクタ２９８によって接続されたハンドル２９６によって機械的に作動することが可能であり、その場合、三方バルブ制御装置は、レバー２９９の回転に必要な速度で回転する駆動ユニットである。しかし、三方バルブ制御装置２９４は、三方バルブ２９２を急激に動かすために、より簡単に形成できるマイクロプロセッサとサーボ又はソレノイドとの組み合わせが好適である。
【００２４】
図４Ｂにおいて、空気供給装置２４２は、空気流を低流量管路２６２と高流量管路２６４に分割するコネクタ２６２内に空気を送る。低流量管路２６２中のバルブ２６６は、低流量管路２６２中の流量が好適には高流量管路２６４中の流量の半分未満であるように調整される。好適にはタイマ、マイクロプロセッサ、又は、次に述べるバルブに対して電気的又は機械的に結合する１つ又はそれ以上のモータである制御装置２６８は、電磁バルブ又は三方ボールバルブであり得る低圧バルブ２７０と、電磁バルブ又は三方ボールバルブであり得る高圧バルブ２７２とを制御し、そのため、第１の時間間隔（周期の第１の部分）の間、低流量管路中の空気がマニホルド２５１の１つに流れ、高流量管路中の空気が他のマニホルド２５１に流れる。第２の時間間隔（周期の第２の部分）の間、低圧バルブ２７０及び高圧バルブ２７２は、低流量管路２６２中の空気が交差導管２７４を通ってマニホルド２５１へ流れ、高流量管路２６４中の空気が逆交差導管２７６を通って別のマニホルドに流れるように制御される。
図４Ｃにおいて、空気供給装置２４２は、バルブ２６２によってマニホルド２５１に接続された送風機ヘッダ２６０内へ空気を送風する。各々のバルブ２６２は、通常電磁又はサーボモータである従属制御装置２８０によって制御される。従属制御装置は、本節及び以下に示す実施形態にて説明されるシステム作動に従ってバルブ２６２を開閉するようにプログラムされたマイクロプロセッサ２８２によって作動される。
【００２５】
効率的な間欠曝気をもたらす循環曝気の使用
効率的な間欠曝気をもたらす循環曝気システム２３７の使用について、ここで以下の実施形態を参照して説明されるが、本発明はその実施形態に限定されないことを理解されたい。図５を参照すると、濾過タンク４１２中の６つの薄膜モジュール２０（波線で示されている）に対する間欠曝気をもたらす用途の曝気システム２３７が示されている。濾過タンク４１２は、６つの薄膜モジュール２０に対応して６つの濾過帯域（波線で示されている）を有する。別の方法として、濾過帯域は、１つ又はそれ以上の薄膜モジュールを各々有する分離されたタンクによって準備することができる。薄膜モジュール２０は、比較的付着物のない、間欠曝気に適するような表面水の濾過に使用されるであろう。
【００２６】
空気吐出しネットワーク２４０は、各々が濾過帯域中のヘッダ２５１に接続された６つの分岐を有する。各々のヘッダ２５１は、次に、通常薄膜モジュール２０の下部に取り付けられたマニホルド曝気槽２３８に接続される。バルブセット２５４とバルブ制御装置２５６とは、空気供給装置２４２から空気吐出しネットワーク２４０へ７．５分周期で空気を供給するように形成及び作動され、高流量の空気が空気吐出しネットワーク２４０の各分岐に順に約７５秒間供給される。空気吐出しネットワーク２４０の分岐が高流量で空気を受け入れていない間は、低流量で空気を受け入れる。従って、各々のヘッダ２５１は、７．５分毎に７５秒間高流量で空気を受け入れる。しかし、空気供給装置２４２の作動は一定であり、１つのマニホルド２５１用の大きさの空気供給装置が、６つのそのようなマニホルドに供するために使用される。
【００２７】
薄膜モジュール２０が空気に曝されている間に薄膜モジュール２０の逆洗が起こるように、薄膜モジュール２０の逆洗も薄膜モジュール上で順々に行われることが好ましい。薄膜モジュール２０は、各々の薄膜モジュール２０がそれ自体の浸透ポンプ３０とそれに付随する逆洗装置とによって処理される場合に最も簡単に逆洗できる。例えば大型の地方自治体のシステムにおいて、浸透及び逆洗装置は、一般に約８から１１ＭＬ／日の能力に限定される。従って、中間の大きさの（すなわち、４０ＭＬ／日の範囲）プラントは、個別に制御できる浸透及び逆洗装置セットにより供されるいくつかの薄膜モジュール２０を持つであろう。あるプラントにおいては、逆洗が薄膜モジュール２０上で順に行われ、曝気に関係なく浸透２４の均一な供給が生み出される。
【００２８】
例えば濁度０．３ｎｔｕ、色度３．９ｔｃｕの供給水で実施された予備研究において、本発明者は、見かけ速度０．０３５メートル／秒の高流量での１５分１５秒毎の７５秒間の曝気を用い、薄膜モジュールの良好な持続浸透性を達成できた。周期の残りの時間は、曝気を行わなかった。各々の周期において、薄膜モジュール２０を通る浸透が１５分、逆洗が１５秒であった。曝気が７５秒設定されたので、バックパルス前の曝気が３０秒、バックパルス中の曝気、及び、バックパルス後の曝気が３０秒あった。この試験が示唆するのは、循環曝気を各々のマニホルド２５１が付随する薄膜モジュール２０の逆洗と一致するように設定する場合、約１２個の薄膜モジュール２０が、循環曝気システム２３７の一部としての単一空気供給装置２４２によって供給され得るということである。
【００２９】
強力な曝気をもたらす循環曝気の使用
ここで、以下の実施形態に関連して強力な曝気をもたらす循環曝気槽２３７の使用について説明されるが、本発明はその実施形態に限定されないことを理解されたい。図６を参照すると、濾過容器５１２の２組の薄膜モジュール２０（波線で示されている）の間で交替する曝気をもたらすのに使用される曝気システム２３７が示されている。濾過容器５１２はまた、２組の薄膜モジュール２０に対応して２組の濾過帯域（同様に波線で示されている）を有する。別の方法として、濾過帯域は、各々のタンクに１つ又はそれ以上の薄膜モジュール２０を有する別々のタンクで準備できるであろう。薄膜モジュール２０は、強力な曝気が適する比較的付着物の多い表面水又は廃水を濾過するのに使用されるであろう。
【００３０】
空気吐出しネットワーク２４０は、２つの個別の分岐を有し、各々が濾過帯域のヘッダ２５１に接続される。各々のヘッダ２５１は、次に、一般に薄膜モジュール２０の下部に取り付けられる導管曝気槽２３８に接続される。バルブセット２５４とバルブ制御装置２５６とは、空気供給装置２４２から空気吐出しネットワーク２４０へ短い周期で空気を供給するように形成及び作動され、高流量の空気が空気吐出しネットワーク２４０の各分岐に半分の周期の間供給される。空気吐出しネットワーク２４０の分岐が高流量で空気を受け入れていない間は、低流量の空気を受け入れる。
【００３１】
好適な総周期は、濾過容器５１２の深さ、薄膜モジュール２０のデザイン、処理パラメータ、及び、処理される供給水１４の条件によって変わり得るが、濾過容器５１２の深さが１メートルと１０メートルとの間の一般的な地方自治体用タンクの場合、少なくとも１０秒（最高流量で５秒間及び低減流量で５秒間）が好適である。最大１２０秒（最高流量で６０秒間、低減流量で６０秒間）の周期が有効であり得るが、濾過容器４１２が一般的な地方自治体用タンクの場合、６０秒（最高流量で３０秒間、低減流量で３０秒間）を超えない周期が好ましい。
【００３２】
そのように速い周期においては、タンク水１８内で過渡的流れが発生すると本発明者は考えている。特に、空気流量がＲｌからＲｈに変化してタンク水１８が加速される場合、エアリフト効果が生成又は強化される。しかし、そのすぐ後には、曝気とエアリフト効果とは急激に小さくなり、タンク水１８が減速される。周期が非常に短いと、タンク水１８は周期の大部分の間加速又は減速され、定常状態はほとんどなくなる。タンク水１８に静止帯域が形成されるのが抑制され、中空繊維薄膜２３の有益な動きが高められると考えられる。例えば、水平な中空繊維薄膜２３は、図１Ｂ及び図１Ｄの矩形かせ８に示すように、定常状態曝気の下において、一般に下方に凹面の形状をしており、それらの端部において制限された動きをする。しかし、上記の循環曝気においては、中空繊維薄膜２３の応力は周期的に解放され、ある場合には下方に流れる局所流が短時間の間発生し得る。水平な中空繊維薄膜２３の端部は、より有益な動きをし、汚れが比較的遅い。この有益な効果は、過渡的流れの生成と関連している可能性があるので、タンクの深さ又は囲い板など、１組の導管曝気槽２３８上方の水柱の加速をもたらす要素は、前述の好適な周期を修正し得ると考えられる。
【００３３】
水平流を促進する循環曝気の使用
タンク水１８の水平流を促進する循環曝気の使用について、以下の実施形態に関連して説明されるが、本発明はその実施形態に限定されないことを理解されたい。図７を参照すると、処理タンク６１２の薄膜モジュール２０を空気に曝すために使用される曝気槽２３７が示されている。薄膜モジュール２０は、強力な曝気が適切である比較的付着物の多い表面水又は廃水を濾過するのに使用されるであろう。
空気吐出しネットワーク２４０は、２つの個別の分岐を有し、各々が単一濾過帯域にある２つの個別のヘッダ２５１に接続される。ヘッダ２５１は、区別する都合からヘッダ２５１ａ及び２５１ｂと称する。ヘッダ２５１は、ヘッダ２５１ａに取り付けられた導管曝気槽２３８の間にヘッダ２５１ｂに取り付けられた導管曝気槽２３８が点在するように導管曝気槽２３８に接続される。そのような配置の１つが図７Ａに示されるが、ヘッダ２５１ａは、薄膜モジュール２０の真下の導管曝気槽２３８に接続され、一方、ヘッダ２５１ｂは、薄膜モジュール２０の下方及びその間に配置された水平にずらされた導管曝気槽２３８に接続される。ここで、図７Ｂ、図７Ｃ、及び、図７Ｄを参照すると、図７Ａの実施形態の１組の変形が示されている。図７Ｂにおいて、ヘッダ２５１ａと２５１ｂとは、薄膜モジュール２０の下に配置された、水平にずらされた交替する導管曝気槽２３８に接続される。図７Ｃにおいて、ヘッダ２５１ａと２５１ｂとは、交替する薄膜モジュール２０の真下に配置された、水平にずらされた交替する導管曝気槽２３８に接続される。図７Ｄにおいて、ヘッダ２５１ａと２５１ｂとは、交替する薄膜モジュール２０の真下でその間に配置された、水平にずらされた交替する導管曝気槽２３８に接続される。これらの事例のいずれにおいても、より多くの薄膜モジュール２０が使用される場合は、そのパターンが繰り返される。
【００３４】
ヘッダ２５１ａと２５１ｂとは、各々、バルブセット２５４に次に接続される空気吐出しネットワーク２４０の個別の分岐に接続される。バルブセット２５４とバルブ制御装置２５６とは、空気供給装置２４２から空気吐出しネットワーク２４０へ短い周期で空気を供給するように配置及び作動され、高流量の空気が空気吐出しネットワーク２４０の各分岐に半分の周期の間供給される。空気吐出しネットワーク２４０の分岐が高流量で空気を受け入れていない間は、低流量の空気を受け入れる。低流量とは、好適には高流量の半分か又はそれ以下の流量であり、条件が許せば、低流量は、エア・オフ状態であることが好ましい。
【００３５】
総周期は、濾過容器５１２の深さ、薄膜モジュール２０のデザイン、処理パラメータ、及び、処理される供給水１４の条件によって変動し得るが、濾過容器４１２が深さ１メートルと１０メートルとの間の一般的な地方自治体用タンクの場合、少なくとも２秒（最高流量で１秒、低減流量で１秒）で、１２０秒（最高流量で６０秒、低減流量で６０秒）未満であることが好ましい。しかし、周期の長さは、２０秒と４０秒との間が好適である。１０秒以下の短い周期は、タンク１２の深さに比較してかなり長い距離を通して気泡３６を上昇させるのにその周期が不十分である場合、深いタンク１２のタンク水１８の種々の密度領域を確立するのに十分でないかもしれない。１２０秒又はそれ以上の長い周期は、薄膜モジュール２０が部分的に長時間気泡３６を受けなくなる可能性があり、急激な付着を引き起こすことになる。前述したように、この有益な効果は、過渡的流れの生成と関連している可能性があるので、タンクの深さ又は囲い板など、１組の導管曝気槽２３８上方の水柱の加速をもたらす要素は、前述の好適な周期を修正し得ると考えられる。
【００３６】
ヘッダ２５１ｂに取り付けられた導管曝気槽２３８が点在するヘッダ２５１ａに接続された導管曝気槽２３８を有するこの実施形態において、濾過帯域内のタンク水１８に高及び低密度に変動する区域が生成される。前述のように、本発明者は、これらの変化がタンク１８に過渡的流れを生成すると考えている。空気吐出しネットワーク２４０の個々の分岐に取り付けられた導管曝気槽２３８上方の曝気の有効区域が十分に小さい場合でも、本発明者は、空気吐出しネットワーク２４０の別の分岐に取り付けられた個別の曝気槽２３８上方の区域間の水平方向に認知できる過渡的流れが生成されると考えている。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、及び、図７Ｄを参照すると、示されている薄膜モジュール２０は、１つ又は２つ分の矩形かせ８の大きさが好適である。
【００３７】
例示的に図８Ａ及び８Ｂにおいて、垂直に向けられた中空繊維薄膜２３を有する矩形かせ８で作った薄膜モジュール２２０は、図７Ｄに示すように薄膜モジュール２２０に対して配置された導管曝気槽２３８を有する循環曝気システム２３７によって空気に曝される。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、図面をわかりやすくするため、中空繊維薄膜２３のたるみの程度が非常に誇張されている。更に、各々の垂直矩形かせ８に２つの中空繊維薄膜２３しか図示されていないが、前述したように矩形かせ８は、実際には多くの中空繊維薄膜２３で構築されるであろう。
【００３８】
定常状態の曝気においては、気泡３６が垂直矩形かせ８を貫通するのを促進するのが困難である。気泡２３６は、自然に薄膜モジュール２２０の周りや薄膜モジュール２２０の間のスロットを通るなど抵抗の最も少ない部分を通過する傾向があり、垂直矩形かせ８の外縁部上の中空繊維薄膜２３は、気泡３６と相当に多く接触する可能性がある。更に、中空繊維薄膜２３の上部１０から２０％は、エアリフト効果によりきつく曲った形状に変形されることが多く、ほんの僅かしか動かない。中空繊維薄膜２３の底部のより小さな部分はまた、下部ヘッダ２２周りの水流により、きつい曲面となり得る。これらのきつい曲面部分において、中空繊維薄膜２３は、比較的速く汚れる。
【００３９】
しかし、循環曝気を用いると、より高い流量の空気がヘッダ２５１ａとヘッダ２５１ｂとの間で交替される。より多くの空気がヘッダ２５１ａに供給されると、中空繊維薄膜２３は、図示のように第１の局所的再循環パターン２８０を伴って、図８Ａに示す平均的な形状となる。ヘッダ２５１ｂに更に多くの空気が供給されると、中空繊維薄膜２３は、図示のような第２の局所的再循環パターン２８２を伴う、図８Ｂに示す平均的な形状となる。循環曝気システム２３７の影響の下で、中空繊維薄膜２３は、図８Ａ及び図８Ｂに示す位置の間で交替する。従って、ほんの僅かしか動かない中空繊維薄膜２３の部分はサイズが小さくなる。その周期はまた、垂直矩形かせ８の中へ及び垂直矩形かせ８からの逆流を生成し、本発明者は、それが気泡３６の垂直矩形かせ８内への深い浸透を促進すると考えている。
【００４０】
導管曝気槽
ここで、図９Ａを参照すると、導管曝気槽２３８が示されている。導管曝気槽２３８は、内径が１５ミリメートルと１００ミリメートルとの間の円形パイプである細長い中空体３０２を有する。一連の孔３０４が中空体３０２を貫通し、空気を導管曝気槽２３８から外に流して気泡を生成する。孔の大きさ、数、及び、位置は、変動し得るが、例えば、矩形かせ８用には、直径が５ミリメートルと１０ミリメートルとの間の２つの（各側面に１つ）孔を中空体３０２に沿って５０ミリメートルから１００ミリメートル毎に配置し、曝気槽３００の深さにおいて孔を通る水柱で１０ミリメートルと１００ミリメートルとの間の圧力損失をもたらす空気流を供給されるものが適している。
【００４１】
空気は、注入口３０６から導管曝気槽２３８に入る。導管曝気槽２３８の反対の端部に排出口３０８がある。曝気槽３００の深さにおける孔３０４に亘る最低及び最高予想水柱圧力降下の間の垂直距離だけ、排出口３０８の最も高い点が注入口３０８上の最も低い点の下に位置する。孔３０４に亘る曝気槽３００の深さにおける最低予想水柱圧力降下は、少なくとも孔３０４の頂部と中空体３０２の内側底部との間の距離と同じぐらいが好適である。曝気槽３００の空気と曝気槽３００周辺の水との間の空気／水インタフェース３０９は、中空体３０２の内側底部の下に位置するであろうが、排出口３０８の最高点の上方であろう。このように、導管曝気槽２３８に入るタンク水１８は、排出口３０８へ流れることになり、孔３０４近くには溜まらないであろう。
【００４２】
ここで、図９Ｂを参照すると、比較的清潔なタンク水１８用に好適な別の導管曝気槽２３８が示されている。本体３０２の断面は矩形であるが、底部が開放されている。導管曝気槽２３８は、別個の構成要素か、又は、薄膜モジュール２０のヘッダ２２と一体になっていてもよく、その場合、下部ヘッダ２２の底部が本体３０２の頂部の役目をし得る。本体３０２の端部は、これもヘッダ２２の部分であり得るキャップ３１０によって蓋をされる。タンク水１８に対して開放している本体３０２の底部により、導管曝気槽２３８内に浸透するタンク水１８がタンク水１８に流れて戻る。気泡３６が導管曝気槽２３８の底部に発生するのを防ぐために、本体３０２の側面は、孔３０４を通る予想圧力降下を超える距離だけ孔３０４の底部の下に延びる。
【００４３】
ここで、図９Ｃを参照すると、示されている別の導管曝気槽２３８は、本節で説明する以外は図９Ａの導管曝気槽２３８とほぼ同じである。部分切取内部図で示されるゴムスリーブ４００は、本体３０２を被覆し、孔３０４に対応するスリット４０２を有する。スリット４０２は、導管曝気槽２３８内に空気が流されると開き、高い流量の空気流が使用されるとより大きなサイズに開く。従って、スリット４０２により空気の流れが最大流量でより大きな気泡が発生し、空気の流量が小さくなるとより小さな気泡が発生する。廃水用途において、気泡３６のサイズが小さくなると、小さな空気流量において酸素搬送効率の改善をもたらす。
【００４４】
ここで、図９Ｄを参照すると、比較的固形物の多いタンク水１８用に適した別の導管曝気槽が示されている。本体３０２は、直径３２ミリメートルのチューブである。孔３０４は、直径が８ミリメートルであり、水平面から３０度上向きに装着される。本体３０２の底部にある排水孔４１０は、一般に直径が１６ミリメートルで、タンク水１８を浸透させて本体３０２から排水する。キャップ４１２は、本体３０２の端部を覆う。
前述したような導管曝気槽２３８は、空気がそれを通って流れていてもいくらかのタンク水１８を受け入れる可能性があり、それが乾燥して固形物の蓄積を残す。しかし、空気の供給が、前述したようにマニホルドの間で切り替えられる時、導管曝気槽２３８は、交替してあふれたり空になったりする。得られる導管曝気槽２３８の周期的な湿潤は、再湿潤するのを助け、導管曝気槽２３８に堆積している固形物を除去するのに役立ち、又は、タンク水１８が乾いて導管曝気槽２３８に固形物が堆積するのを防ぐ。必要であれば、大気に通じるバルブを開放することにより適切なマニホルドから空気を放出し、この水の氾濫を促進できる。  本発明が開示する範囲内で、上記と類似の実施形態は、多くの代替形態として作ることができ、多くの代替方法に従って作動させることができる。
【００４５】
実施例
次に示す実施例は、ゼノン・エンバイロンメンタル・インコーポレーテッドが製造する薄膜モジュールＺＷ  ５００に関する。各々のＺＷ  ５００は、２つの垂直中空繊維薄膜の矩形かせを有する。見かけ速度を計算する目的のため、各ＺＷ  ５００薄膜モジュールの曝気の断面積は、約０．１７５平方メートルである。以下に与えられる空気流量は、全て標準条件での値である。
【００４６】
実施例１
８つのＺＷ  ５００薄膜モジュールをほぼ一定の処理パラメータで、フラックスと曝気とを変え、ベントナイトサスペンションにおいて運転した。薄膜の付着率を監視し、曝気の効果を評価した。曝気は、カセットに、２０４立方メートル／時間（すなわち、各モジュール当たり２５．５立方メートル／時間）と１３６立方メートル／時間との一定流量で、様々な循環形態に従って供給された。循環試験において、総量１３６立方メートル／時間の空気供給が、モジュールの下方に置かれた曝気槽と、モジュールの間及び側面に置かれた曝気槽との間で、図１０Ａに示す時間間隔の周期で循環された。１３６立方メートル／時間で約３０秒周期の循環曝気（曝気槽の各組に１５秒の空気）は、２０４立方メートル／時間の非循環曝気とほぼ同じ効果があった。
【００４７】
実施例２
ほぼ一定のパラメータで、図１０Ｂに示すように空気流を変化させ、実施例１に述べたのと同じ装置を試験した。特に各々の組の曝気槽が総空気量の７０％を１０秒間、及び、総空気量の３０％を１０秒間受け取るように、総空気流量１３６立方メートル／時間の７０％が２０秒間周期で循環された。図１０Ｂに示すように、空気流量の７０％の循環により、同一の全空気流量における一定の曝気に比べ、高浸透フラックスにおいて、付着率が減少した。
【００４８】
実施例３
２つのＺＷ  ５００薄膜モジュールを運転し、天然供給水から飲料水を製造した。運転パラメータは一定に保ったが、曝気を変化させた。モジュールは、最初の約１０日間、モジュール当たり２５．５立方メートル／時間（全システム空気流量５１立方メートル／時間）の非循環曝気で運転した。次の３日間、空気が１組のモジュール近くの曝気槽から別のモジュール近くの曝気槽に切り替えられ、各々のモジュールが１２．８立方メートル／時間で１０秒間曝気され、次に、１０秒間曝気されないようにした（総システム空気流量１２．８立方メートル／時間）。次の１０日間、モジュールが曝気され、各々のモジュールが２５．５立方メートル／時間で１０秒間曝気され、次に、１０秒間曝気されないようにした（総システム空気流量２５．５立方メートル／時間）。次の１０日間、最初の一定空気流量に戻された。図１０Ｃに示すように、各々のモジュールが２５．５立方メートル／時間で１０秒間曝気され、次に１０秒間されなかったことで（すなわち、最初の総システム空気流量の１／２）、薄膜の浸透率が２５０Ｌ／平方メートル／時間／バールを超えたところで安定したのに対し、最初の総システム空気流量の非周期空気流量において薄膜の浸透率は、僅か、約１２５Ｌ／平方メートル／時間／バールのところで安定した。
【００４９】
実施例４
各々が２つのＺＷ  ５００薄膜モジュールを有する３台のユニットを薄膜バイオリアクタにおいてフラックスを種々変えて運転した。ユニット１は、２６Ｌ／平方メートル／時間と５１Ｌ／平方メートル／時間とで運転するモジュールを備えていた。ユニット２は、３１Ｌ／平方メートル／時間と４６Ｌ／平方メートル／時間とで運転するモジュールを備えていた。ユニット３は、３４Ｌ／平方メートル／時間と５１Ｌ／平方メートル／時間とで運転するモジュールを備えていた。それらのユニットは、最初約１０日間、モジュール当たり４２．５立方メートル／時間の非循環曝気（総システム空気流量８５立方メートル／時間）で運転した。浸透率は、ユニット１において、２５０と２７５Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で、ユニット２において、２００と２２５Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で、ユニット３において、１５０と１７５Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で減少して安定した。次の１４日間、６１．２立方メートル／時間の総システム空気流量がモジュール下部の曝気槽に１０秒間加えられ、モジュール側面の曝気槽に１０秒間加えられた。これらの条件下で、浸透率は、ユニット１において、３５０と３７５Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で、ユニット２及び３において、３２５と３５０Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で増加して安定した。
【００５０】
実施例５
６つのＺＷ  ５００モジュールのカセットを下水処理に使用した。他の処理パラメータを一定に保ち、曝気を変化させてモジュールの浸透率を図１１に示すように周期的に計測した。期間Ａで、２５５立方メートル／時間の空気を連続して均一に供給した。期間Ｂで、１８４立方メートル／時間の空気をモジュール下部の曝気槽に１０秒間、次に、モジュール側面の曝気槽に１０秒間加えた。期間Ｃで、同じ形態の曝気を適用したが、モジュールの周囲の囲いを変えた。期間Ｄで、１８４立方メートル／時間の空気をモジュールの第１の組に近い曝気槽に１０秒間、次にモジュールの第２の組に近い曝気槽に１０秒間加えた。期間Ｅで、２０４立方メートル／時間の空気を全てのモジュールに均一に１０秒間加え、次にモジュールに１０秒間空気を加えなかった。期間Ｆで、３０６立方メートル／時間の空気を全てのモジュールに均一に１０秒間加え、次にモジュールに１０秒間空気を加えなかった。期間Ｇで、１５３立方メートル／時間の空気をモジュールの第１の組に近い曝気槽に１０秒間、次にモジュールの第２の組に近い曝気槽に１０秒間加えた。
【００５１】
実施例６
単一のＺＷ  ５００薄膜モジュールを使って表面供給水を濾過した。他の処理パラメータを一定に保ち、曝気形態を種々変化させてモジュールを運転して浸透率を周期的に記録した。最初にモジュールを（ａ）２０．４立方メートル／時間と、（ｂ）２５．５立方メートル／時間との一定の曝気で運転した。初期の透過率の減少後、透過率は、（ａ）約２００Ｌ／平方メートル／時間／バールと、（ｂ）２７５及び３００Ｌ／平方メートル／時間／バールの間とで各々安定した。最初の実験において、モジュールに２５．５立方メートル／時間で２分間曝気を加え、次に２分間止めた。この実験において、浸透率は急激に減少し、許容できるレベルに持続できなかった。しかし、別の実験において、モジュールに２５．５立方メートル／時間で３０秒間曝気を供給し、次に８．５立方メートル／時間で３０秒間を供給した。この実験において、当初やはり浸透率が減少したが、後に２７５と３００Ｌ／平方メートル／時間／バールとの間で安定した。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  浸漬型薄膜リアクタの概略図である。
【図１Ｂ】  本発明の実施形態による薄膜モジュールを示す図である。
【図１Ｃ】  本発明の実施形態による薄膜モジュールを示す図である。
【図１Ｄ】  本発明の実施形態による薄膜モジュールを示す図である。
【図２】  本発明の実施形態による曝気システムの概略平面図である。
【図３】  本発明の実施形態の作動効果を示す一連のグラフである。
【図４Ａ】  本発明の実施形態によるバルブセット及びバルブ制御装置の概略図である。
【図４Ｂ】  本発明の実施形態によるバルブセット及びバルブ制御装置の概略図である。
【図４Ｃ】  本発明の実施形態によるバルブセット及びバルブ制御装置の概略図である。
【図５】  本発明の実施形態による薄膜モジュール及び曝気システムの概略平面図である。
【図６】  本発明の別の実施形態による薄膜モジュール及び曝気システムの概略平面図である。
【図７Ａ】  本発明の別の実施形態による薄膜モジュール及び曝気システムの概略平面図である。
【図７Ｂ】  図７Ａに示す実施形態の代替形態による薄膜モジュール及び一部の曝気システムの立面図である。
【図７Ｃ】  図７Ａに示す実施形態の代替形態による薄膜モジュール及び一部の曝気システムの立面図である。
【図７Ｄ】  図７Ａに示す実施形態の代替形態による薄膜モジュール及び一部の曝気システムの立面図である。
【図８Ａ】  循環曝気システムの影響の下にある本発明の実施形態による薄膜モジュール及び一部の曝気システムの立面図である。
【図８Ｂ】  循環曝気システムの影響の下にある本発明の実施形態による薄膜モジュール及び一部の曝気システムの立面図である。
【図９Ａ】  本発明の実施形態による曝気槽を示す図である。
【図９Ｂ】  本発明の実施形態による曝気槽を示す図である。
【図９Ｃ】  本発明の実施形態による曝気槽を示す図である。
【図９Ｄ】  本発明の実施形態による曝気槽を示す図である。
【図１０Ａ】  ２つのグループの曝気槽を有する本発明の実施形態で行われた試験結果を示すチャートである。
【図１０Ｂ】  ２つのグループの曝気槽を有する本発明の実施形態で行われた試験結果を示すチャートである。
【図１０Ｃ】  ２つのグループの曝気槽を有する本発明の実施形態で行われた試験結果を示すチャートである。
【図１１】  １つのグループの曝気槽を有する本発明の実施形態で行われた試験結果を示すチャートである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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