(57)【要約】  生物学的に処理された廃水は、混合液として処理タンクから下流のろ過タンクの底部部分まで導き出される。下流のろ過タンクは、ろ過タンクの略全横断面領域にわたって延びている、少なくとも１つの浸漬膜モジュールを有する。混合液は、ろ過タンクの底部に受容される混合液の略全量が膜モジュールを通過し、ろ過タンクの底部から上向きに膜モジュールに導出され、透過物流れを生成する。膜モジュールからの残りの混合液は、処理タンクに再循環される。ろ過タンク中の混合液は、一般的に、膜モジュールを１回通過すると、処理タンクまでリサイクルされて戻り、処理タンクへの第１の戻り以外に膜モジュールを通って戻ってリサイクルされることは無い。
2011522700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜型バイオリアクタで廃水を生物学的に処理する方法であって、
ａ）処理タンクに廃水を導いて、前記処理タンクで前記廃水を生物学的に処理する工程と、
ｂ）前記生物学的に処理された廃水を混合液として前記処理タンクから下流のろ過タンクの底部部分まで導く導入工程であって、前記ろ過タンクが、前記ろ過タンクの略全横断面領域にわたって延びている、少なくとも１つの浸漬膜モジュールを有する前記導入工程と、
ｃ）前記ろ過タンクの前記底部部分に受容される前記混合液の略全てが、前記ろ過タンク中で前記膜モジュールに入るように、前記混合液を前記ろ過タンクの前記底部部分から前記膜モジュールを上向きに通過して移動させ、かつ、前記ろ過タンク中で垂直方向に移動する前記混合液の流れを規制する工程と、
ｄ）前記混合液が前記膜モジュールを通過して流れるとき、前記混合液の少なくともいくらかが、前記膜モジュールの一部を形成する１つまたはそれ以上の膜フィルタの壁を通過するように誘導して、透過流れを生成する生成工程であって、前記膜モジュールを通過するが前記膜フィルタによってろ過されない前記混合液は、非透過流れとされる前記生成工程と、
ｅ）前記膜モジュールの前記１つまたはそれ以上の膜フィルタから前記透過流れを導き出す工程と、
ｆ）前記非透過流れが前記膜モジュールをいったん通過したら、前記非透過流れの少なくとも一部を前記処理タンクまでリサイクルするリサイクル工程であって、前記リサイクルされる非透過流れは、前記処理タンクから前記ろ過タンクまで導き出される前記混合液の少なくとも５０％を占める前記リサイクル工程と、
ｇ）前記非透過流れの略全てが、前記処理タンクに再循環される前に、前記膜モジュールを１回だけ通過するように、前記ろ過タンクで前記混合液の再循環を略禁止する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記膜モジュールは、一連の、外側から内側へ流れる膜フィルタを含み、
前記混合液は、外側領域から前記膜フィルタに入って前記膜フィルタの内側領域に透過物として通過することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ろ過タンクに入る前記混合液の約５０〜９９％を前記処理タンクにリサイクルする工程と、前記ろ過タンクに入る前記混合液の約１〜５０％を透過物として排出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理タンクへの廃水の流入速度を、前記透過物の流出速度とほぼ等しく維持する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記混合液の流量の約５０〜９９％を前記ろ過タンクを通過して前記処理タンクへ戻してリサイクルする工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ろ過タンク中で一連の膜モジュールのうちの１つを他の膜モジュールの上に積層する積層工程を含み、前記積層された膜モジュールのそれぞれが、前記ろ過タンクの略全横断面領域を占めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ろ過タンク中でモジュールの複数の積層体を互いの下に配置する配置工程を含み、前記複数の積層されたモジュールの全体の配置が、前記ろ過タンクの略全横断面領域を占めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記非透過流れが前記処理タンクに再循環されて戻る前に、前記非透過流れが前記膜モジュールの１つまたはそれ以上を通過して戻る再循環を略排除するように、前記非透過流れの動きを規制する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
膜型バイオリアクタで廃水を生物学的に処理する方法であって、
ａ）生物学的処理タンクに廃水の流入流れを導いて、前記廃水を生物学的に処理し、前記処理タンク中で混合液を生成する工程と、
ｂ）前記処理タンクから下流のろ過タンクまで前記混合液を移送する工程と、
ｃ）前記ろ過タンク内に収容された混合液中に１つまたはそれ以上の膜モジュールを浸漬する工程と、
ｄ）前記１つまたはそれ以上の膜モジュールが前記ろ過タンクの略全横断面領域を占めるように、前記ろ過タンク中に前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを配置する工程と、
ｅ）前記ろ過タンク中の前記混合液を、前記ろ過タンクを垂直方向に通過し、かつ、前記ろ過タンク中で前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを垂直方向に通過して移動させる工程と、
ｆ）前記ろ過タンク中の前記混合液を垂直方向に移動する略全ての流れが、前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを通って移動するように規制されるように、前記ろ過タンク中の垂直方向に移動する混合液の流れを規制する工程と、
ｇ）前記混合液が前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを通って垂直方向に移動するとき、前記混合液の第１部分を前記１つまたはそれ以上の膜モジュールの一部を形成する個別の膜フィルタを通過させて透過物を生成する工程と、
ｈ）前記個別の膜フィルタおよび前記ろ過タンクから前記透過物を導き出す工程と、
ｉ）前記混合液の第２部分が前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを通過した後で、前記ろ過タンクから前記処理タンクまで前記混合液の前記第２部分をリサイクルさせる工程と、を有し、
ｊ）前記ろ過タンク中に入る前記混合液の少なくとも５０％は、前記生物学的な処理タンクにリサイクルされることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記処理タンク中での前記廃水を生物学的に処理する工程は、嫌気性、無酸素性、または、好気性処理を提供する工程を含み、
前記ろ過タンクは、周囲壁構造物を含み、
前記ろ過タンクを垂直方向に通って動く前記混合液の略全てが、前記膜モジュール中に入ったり前記膜モジュールを通過して移動するのを規制するために、前記ろ過タンクの前記周囲壁構造物が前記膜モジュールの外側に隣接して延びるように、前記ろ過タンク中に前記膜モジュールを配置する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ろ過タンク中で一連の膜モジュールのうちの１つを他の膜モジュールの上に積層する積層工程を含み、前記積層された膜モジュールのそれぞれが、前記ろ過タンクの略全横断面領域を占めることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ろ過タンク中でモジュールの複数の積層体を互いの下に配置する配置工程を含み、前記複数の積層されたモジュールの全体の配置が、前記ろ過タンクの全横断面領域を実質的に占めることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記生成した透過物は、前記ろ過タンクを通過する混合液の流量の約１〜５０％であり、前記ろ過タンクを通過する混合液の約５０〜９９％は、前記処理タンクに再循環されて戻ることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理タンクから前記ろ過タンクの下方部分に混合液をポンプで送る工程と、前記ろ過タンク中の前記混合液を前記底部から前記膜モジュールを上向きに通ってポンプで送る工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
廃水を処理するための膜型バイオリアクタ廃水処理システムであって、
ａ）前記廃水処理システムは、廃水の流入液を受け入れて、前記廃液を生物学的に処理して混合液を形成する廃水処理タンクを含み、
ｂ）前記生物学的な廃水処理タンクは、前記廃液処理タンクの前記廃水を曝気する空気供給源を含み、
ｃ）前記廃水処理システムは、前記廃水処理タンクの下流に配置され、前記廃水処理タンクで処理された混合液を受け入れるろ過タンクを含み、
ｄ）前記廃水処理システムは、前記廃水処理タンクからの混合液が前記ろ過タンク中に導かれるように、前記廃水処理タンクからの混合液を導き出す前記廃水処理タンク中の出口を含み、
ｅ）前記廃水処理システムは、前記ろ過タンクに収容される前記混合液中に浸漬されるために、前記ろ過タンク中に配置された少なくとも１つの浸漬可能な膜ろ過モジュールを含み、前記膜ろ過モジュールは、前記ろ過タンクの前記混合液の少なくとも一部をろ過して透過物を生成し、
ｆ）前記膜モジュールは、前記ろ過タンク内で前記混合液中に浸漬される膜フィルタのアレイを含み、
ｇ）前記ろ過タンクと前記膜モジュールとは、前記ろ過タンクを通過する略全ての前記混合液が前記膜ろ過モジュールを通って移動するように規制されるために、前記膜モジュールが前記ろ過タンクの略全横断領域を占めるような大きさに作られており、
ｈ）前記廃水処理システムは、前記ろ過タンクの前記膜モジュールに作動可能に接続され、前記ろ過タンクからの透過物を導き出すための透過物ラインを含み、
ｉ）前記廃水処理システムは、前記ろ過タンクから前記処理タンクまで混合液をリサイクルするためのリサイクル出口を含み、
ｊ）前記膜型バイオリアクタ廃水処理システムは、前記処理タンクから前記ろ過タンクまで導き出される前記混合液の少なくとも５０％を前記処理タンクにリサイクルして戻すように構成され、
ｋ）前記廃水処理システムは、前記廃水処理タンクから前記ろ過タンクの底部まで前記混合液をポンプで送り、次に、前記ろ過タンクの底部から前記ろ過タンクを上向きに通り、前記ろ過タンク中に収容される前記膜モジュールを通って前記混合液をポンプで送る手段を含む、
ことを特徴とする廃水処理システム。
【請求項１６】
前記廃水処理タンクから前記ろ過タンクまで前記混合液をポンプで送る手段は、ポンプまたはエアリフトポンプを含むことを特徴とする請求項１５に記載の廃水処理システム。
【請求項１７】
前記膜モジュールを含む前記膜フィルタは、外から中へ流れる膜フィルタのアレイを含み、前記膜モジュールを通過する前記混合液の少なくとも一部は、前記膜フィルタの外側から入って前記膜フィルタの内部領域にそれぞれの膜フィルタの一部を形成する透過可能な壁を通過して前記膜フィルタの内部領域に透過物を生成することを特徴とする請求項１５に記載の廃水処理システム。
【請求項１８】
前記ろ過タンクを通って移動する混合液が、積層された膜モジュールの全てを通って移動するように規制されるように、それぞれ積層された膜モジュールが前記ろ過タンクの略全横断領域を占める状態で前記ろ過タンク中で一連の膜モジュールのうちの１つが他の膜モジュールの上に積層されている状態の前記一連の膜モジュールを含むことを特徴とする請求項１５に記載の廃水処理システム。
【請求項１９】
前記ろ過タンク中で複数のモジュールの積層体を互いの下に配置する工程を含み、積層された前記複数のモジュールの全体の配置が、前記ろ過タンクの略全横断面領域を占有することを特徴とする請求項１５に記載の廃水処理システム。
【請求項２０】
前記混合液を前記処理タンクから前記ろ過タンクまでポンプで送出し、かつ前記ろ過タンクを垂直方向にエアリフトポンプで通過させて送出する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の廃水処理システム。
【請求項２１】
前記第１部分が前記処理タンクに再循環されずに、前記非透過の混合液の２０％未満が、前記ろ過タンクおよび前記１つまたはそれ以上の膜モジュールを下向き流れて戻らないように防止する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理に関し、特に、膜ろ過を利用する廃水処理プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膜型バイオリアクタ（membrane bioreactor）は、廃水処理に人気がある。膜型バイオリアクタは、生物学的処理プロセスを膜ろ過と組み合わせて、一般的に、改善されたレベルの有機物および懸濁した固体物の除去を提供する。これらのシステムは、通常は、改善されたレベルの栄養物の除去を提供する。そのような膜は、通常は、約０.０３５μｍ〜０.４μｍの範囲の気孔率を有する。このレベルのろ過は、この膜を通過して輸送される高品質の溶出液を供給し、一般的に、廃水処理のために通常使用される沈殿およびろ過プロセスが不要である。沈殿処理の必要が無いので、生物学的処理プロセスは、固体物を懸濁した高い混合液濃度で作動させることができる。このことは、廃水処理を実施するのに必要なタンクの大きさを低減させることができる。
【０００３】
ある種類のシステムは、少なくとも１つの生物学的反応器（biological reactor）と、この生物学的反応器から下流に配置された膜ろ過タンクとを含んでいる。膜モジュールあるいは膜カセットは、通常は、ろ過タンク中に浸漬（冠水）される。混合液は、生物学的反応器から下流の膜ろ過タンクまで移送される。膜モジュールあるいは膜カセットは、通常は、浸漬した個別の膜フィルタのアレイを含んでいる。混合液は個別の膜フィルタの間の開かれた空間中に導入され、混合液がろ過されて透過物を生成することになる。透過物は、ポンプで送られるか、または、個別の膜フィルタおよびろ過タンクから重力で流出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常は、ろ過タンクは、膜モジュールあるいは膜カセットの大きさと比べてかなり大きい。このことは、膜モジュールあるいは膜カセットがろ過タンク中に配置されるとき、混合液あるいは非透過の混合液によって取り囲まれることを意味する。用語「非透過の混合液」は、ろ過タンク中の１つまたは複数の膜モジュールを通過したろ過タンク中の溶液を意味する。実際に、ろ過タンク中の非透過の混合液は、膜モジュールまたは膜カセットを複数回通過して再循環される傾向がある。すなわち、混合液あるいは非透過の混合液は、膜モジュールを上向きに通過して移動し、膜モジュールの頂部から出て、次に、膜モジュールの外側を下向きに戻り、次に、膜モジュールを上向き通過して戻るように誘導される。
【０００５】
通常は散気装置は、膜モジュールまたは膜カセットの下方に配置される。散気装置は、膜モジュールを上向き通る非透過の混合液を加速する傾向がある。空気が拡散されることによって生成された気泡は、膜モジュールまたは膜カセット中でエアリフト効果を引き起こす。気泡は、膜モジュールを出た後で、ろ過タンク中の水面の方向に上方に動く傾向があるが、非透過の混合液は、反対方向に回転して下向きに移動する傾向がある。ここで、非透過の混合液は、主に、膜モジュールの外側をろ過タンクの底部方向に流れる。ある場合には、膜モジュールの頂部を出る非透過の混合液は、比較的速い速度を持っている。膜モジュールの頂部を出る非透過の混合液の流速が比較的高いとき、非透過の混合液は、気泡を保持する傾向があり、ろ過タンク中の水面の頂部に移動するように空気の気泡を解放しない。閉じ込められた気泡は、下向きに流れる非透過の混合液の速度を低減し、そうすることにより、膜モジュールを通って上向きに流れる混合液の体積を限定する。このことは、膜モジュールを通過する混合液の乱れを減少させ、最終的にろ過効率を減少させる傾向がある。通常は、非透過の混合液の一部は、処理タンクから来て、非透過の混合液の別の部分は、処理タンク中に戻る流れである。このことは、ろ過タンク中の混合液の懸濁した固体数の増加を制限する。
【０００６】
さらに、これらの種類の膜ろ過システムでは、ろ過タンクのフットプリント（床面積）は、膜モジュールまたは膜カセットのフットプリントより実質的に大きいことがわかる。このことは、もちろん、資産コストとの他のプロセスに関連するコストを増加し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［発明の概要］
廃水の流入液を処理タンクに導いて処理する廃水の処理方法である。処理タンクから混合液は、その中に配置された少なくとも１つの膜モジュールを有するろ過タンクに導入される。ろ過タンクは周囲壁構造を含み、膜モジュールとろ過タンクとは、ろ過タンクを通過するほぼ全ての混合液が、膜ろ過モジュールを通過して移動するか、または、膜ろ過モジュール中に移動するように規制されるような大きさに作られている。膜モジュールを通過する混合液の一部は、透過物流を形成するために膜モジュールを含む膜フィルタのアレイによってろ過される。混合液の残りの部分は、膜モジュールを通過して処理タンクに再循環されて戻る。ろ過タンクの周囲壁構造に対する膜モジュールの空間は、ろ過タンク自体内の混合液の実質的なリサイクルを防ぐ。
【０００８】
本発明の他の目的および利点は、本発明の単なる例示である以下の記載および添付の図面の検討から明らかとなり明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示の膜型バイオリアクタの概略図である。
【図２】図１に示されるろ過タンクと膜モジュールの平面図である。
【図３】ろ過タンクが複数の積層された膜モジュールを含む代替の膜型バイオリアクタを示す図である。
【図４】一連のろ過タンクを含む代替の膜型バイオリアクタを示す簡単な概略図である。
【図５】ろ過タンク中に配置された複数の膜モジュールを含む別の代替の膜型バイオリアクタを示す簡単な概略図である。
【図６】膜型バイオリアクタのろ過タンク中に配置された中空繊維タイプの膜モジュールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
更に図を参照すると、廃水処理システムが参照番号１０で図中に一般的に示されている。本明細書で例示される実施例では、廃水処理システムは、膜型バイオリアクタであり、多くの種類の水と廃水を処理するために使用される。以下の開示から理解されるように、本明細書で開示される廃水処理システムは、廃水を生物学的に処理する膜型バイオリアクタである。生物学的処理は、嫌気性、無酸素性、または、好気性処理を含むことができ、例えば硝化脱窒、リンや他の栄養物除去、またはＢＯＤ除去などを含む多数の種類の処理に向けられるかもしれない。
【００１１】
より詳細に廃水処理システム１０を検討すると、廃水処理システムは、処理タンク１２を含む。図１に示す実施例では、廃水処理システムは、処理タンク１２の下流に配置されている符号１４で一般的に示されるろ過タンクを含む。符号１６によって一般的に示されている１つまたはそれ以上の浸漬（冠水）膜モジュールまたは膜カセットが、ろ過タンク１４内に配置されている。一般的に、処理タンク１２で処理された廃水は、処理タンク１２からろ過タンク１４まで混合液の形態で導出される。ろ過タンク１４中で、混合液は、浸漬膜モジュール１６によってろ過され、ろ過された混合液は、膜モジュール１６とろ過タンク１４から除去されて透過物となる。以下で議論するように、ろ過タンク１４を通過する混合液のすべてがろ過されるわけではない。この混合液は、ときどき非透過の混合液（non-permeate mixed liquor）と呼ばれる。非透過の混合液は、更なる処理のために処理タンク１２に戻されるか、または再循環されて戻される。
【００１２】
次に、処理タンク１２の説明に移ると、処理タンク１２に導びかれる廃水流入ライン２０を示す図に注目する。廃水は、流入液ライン２０を通過して処理タンク中に導びかれる。通常、生物学的処理は、空気を利用する。したがって、処理タンク１２内に配置された散気装置２２と、処理タンク１２中に収容された廃水中に散気装置２２から拡散された空気システムを発生させるように作用する送風機２４とが提供される。通気は、何らかの生物分解に必要であるが、他の生物学的プロセスのために停止されてもよい。
【００１３】
処理タンク１２は、出口２６を含んでいる。図１に示される実施例の場合、出口２６は、ろ過タンク１４から処理タンク１２を分離する壁あるいは１組の壁中にたまたま形成される。この場合、出口２６は、混合液が処理タンク１２からろ過タンク１４の下部部分に移送されるように、分離壁中に形成される。散気装置４２を作動させることによって誘引されるポンプ２８あるいはエアリフトポンプは、混合液を処理タンク１２からろ過タンク１４にポンプで移送するために供給される。バルブ３０は、ポンプ２８の下流に提供され、供給ライン２９は、出口２６とバルブを連結する。このことは、図１と図３で理解できるように、タンク１２中の混合液は、バルブ３０を通過して出口２６と接続する供給ライン２９にポンプ２８を介してポンプで移送される。これにより、混合液は、処理タンク１２からろ過タンク１４の下部部分に効率的に移送される。
【００１４】
次に、ろ過タンク１４の説明に移ると、ろ過タンクは、周囲壁構造４０を含む。ろ過タンクの形状及び大きさと周囲壁構造４０とは、変えることができる。いくつかの実施例では、周囲壁構造は、断面が正方形または長方形である。壁構造は、処理タンク１２と一緒に接続して築かれることができるか、または、壁構造は、別の構造物であり得る。
【００１５】
いくつかの実施例では、散気装置４２は、ろ過タンク１４の下部に配置される。この場合、送風機４４は、空気システムを発生させるために散気装置４２に作動可能に接続され、空気を散気装置に導いて通過させる。当業者が理解できるように、散気装置４２は、多数の機能をもたらすかもしれない。散気装置４２は、膜モジュールの一部を形成する個々の膜フィルタを洗浄するために膜モジュール１６を通過して上向きに駆けめぐる空気を分散するのに利用されるかもしれない。さらに、散気装置４２と協力する送風機４４は、ろ過タンク１４を垂直方向に通過しかつ膜モジュール１６を垂直方向に通過する混合液を移動するのを助けることができる。非透過の混合液の垂直方向の移動は、通気によって、または通気とポンプ２８によって、または、通気無しでポンプ２８だけで、引き起こすことができる。
【００１６】
ろ過タンク１４には、再循環ライン４５もまた提供される。非透過の混合液は、重力と再循環ライン４５によって処理タンク１２に流れて戻ることができる。
【００１７】
ろ過タンク１４には、排出ライン４６もまた提供されるかもしれない。排出ポンプ４８は、排出ライン４６に接続されている。バルブ(図示せず)は、ろ過タンクとポンプ４８の間の排出ライン４６に通常配置される。これにより、ろ過タンクが漏れるのを防ぐ。ろ過タンク１４中に収容された膜モジュール１６の洗浄または保守を実行するために、ときおりろ過タンク１４を空にすることは、有利であるかもしれない。排出ライン４６と協力する排出ポンプ４８は、ろ過タンク１４を空にすることを容易にする。
【００１８】
上記説明したように、膜モジュール１６は、ろ過タンク１４中に取付けられるか、または配置される。膜モジュール１６は、基本的に、複数の個別の膜フィルタを支持するフレーム構造を含む。膜フィルタは、非透過の廃水が膜フィルタのそばを通過しないように、フレーム構造につるされかつ支持され、間隔をあけて配置される。膜モジュール１６を形成する個々の膜フィルタの構造と種類を変えることができる。例えば、個別の膜フィルタは、クボタコーポレーション、東レ、Microdyn-Nadir、A3、および他社で製造されたようなプレート形のものであるかもしれない。別の種類の膜フィルタは、ＧＥ−ゼノン、コッホ−ピューロン、ミツビシ−ハイドロノーチックス、および他社で製造されたような中空繊維タイプである。これらの個別の膜フィルタの細孔径は変更することができる。いくつかの応用では、細孔径は、約０.０１〜０.４μｍの範囲であり、優れたろ過とミクロンろ過をカバーする。さらに、膜フィルタのいくつかは、定期的にフィルタを洗浄およびクリーニングのための逆洗浄システム中に組み込むことができた。
【００１９】
本明細書で使用される用語「膜モジュール」または「膜カセット」は、フレームに支持されるかまたは一緒にグループ化される個別の膜フィルタのグループまたはアレイを意味する。さらに、システムと説明されたプロセスで使用されるような膜モジュール１６は、浸漬膜モジュールであると指摘されるべきである。このことは、もちろん、膜モジュール１６がろ過タンク１４中で混合液中に沈められることを意味する。
【００２０】
各膜モジュール１６は、主要な透過物ラインあるいはマニフォールド５２に提供される。透過物ライン５２は、個別の膜フィルタの内部あるいは透過物側に連通的に接続されたパイプまたはチューブのネットワークに作動可能に接続される。透過物はサイフォン効果を使用する重力によってか、またはポンプによって引き出されるだろう。透過物ポンプ５４またはサイフォンは、作動可能に透過物ライン５２に接続され、個別の透過物フィルタ中に真空を効果的に生成する。このことは、透過物を生成するために、個別の膜フィルタの壁を通過して混合液を引き出す。したがって、透過物ポンプ５４またはサイフォンは、膜モジュール１６の個別の透過物フィルタから最終的に透過物ラインまたはマニフォールド５２まで透過物を効率的に生成し、それによりろ過タンクから透過物を除去する。図１に示す実施例では、１つの膜モジュール１６が提供される。したがって、１つの透過物ライン５２と１つの透過物ポンプ５４がある。しかしながら、図３では、ろ過タンク１４中に配置された４つの別々に積層された膜モジュール１６が示されている。この場合、すべての膜モジュールに対して１つの主要な透過物ラインと１つの透過物ポンプが供給される。オプションとして、図３の実施例では、４つの透過物ラインと４つのポンプが提供され得る。
【００２１】
ろ過タンク１４と膜モジュール１６は、互いに適合する大きさに作られている。図に、特に図２に示されるように、膜モジュール１６は、ろ過タンク１４の略全横断面積を占める。すなわち、ろ過タンク１４の周囲壁４０は、膜モジュール１６のフレーム近くに隣接して間隔をあけて配置されている。目的は、ろ過タンク１４が膜モジュール１６の流れにほぼ完全ににわたって延びているようなろ過タンク１４の大きさを作ることである。すなわち、ろ過タンクは、膜モジュール１６がろ過タンク内に配置されるとき、ろ過タンクを通過する混合液のほぼ全流路が膜モジュールに入って通過するような大きさに作られている。ろ過プロセスの間、混合液はポンプで送られ、膜モジュール１６を垂直方向に通過する。膜モジュール１６に関して過タンク１４の間隔は、混合液のほぼすべてが膜モジュールに入り膜モジュール１６を通過して流れなければならないことを確実にする。膜モジュール１６の位置決めとろ過タンク１４の間隔は、膜モジュール１６を迂回する混合液とその中に収容される個別の膜フィルタを最小にするように設計されている。
【００２２】
したがって、システムと工程は、ろ過タンク１４と膜モジュール１６を通過する非透過の混合液の実質的な下流への流れを防止する。すなわち、いったん非透過の混合液が膜モジュール１６を通過して移動すると、システムは、非透過の混合液の大部分またはほぼすべてが処理タンク１２に再循環され、処理タンクに再循環する前にろ過タンク１４と膜モジュール１６を通過して下向に戻る流れを可能にしないようにする。したがって、非透過の混合液の下降流は限られる。好ましいプロセスでは、非透過の混合液の下降流はろ過タンク１４に入って来る混合液流れの２０％以下である。
【００２３】
１つの実施例では、膜モジュール１６は、中空ファイバ膜フィルタを含む。これらの中空ファイバ膜フィルタは、ときには外から中への流れの膜フィルタと呼ばれる。これは、ろ過される混合液が、中空ファイバ膜フィルタの外側領域からその壁を通過して中空ファイバ内の内側領域に移動するからである。ろ過されて中空ファイバの内側に入る混合液の部分は透過物である。透過物ポンプ５４は、様々な中空ファイバ膜フィルタ中に真空または低圧領域を生成するのに有効である。これにより、中空ファイバ膜フィルタの内側領域に混合液の一部が誘導される。
【００２４】
膜モジュール１６を垂直方向に通過する混合液のすべてがろ過されるというわけではない。混合液のいくらかは、ろ過されずに膜モジュール１６を出る。ろ過されずに膜モジュール１６を通過したろ過タンク１４中の混合液は、非透過の混合液、または、透過していない混合液と呼ばれる。
【００２５】
膜モジュール１６を出る非透過の混合液は、処理タンク１２に再循環される。非透過の混合液を処理タンク１２にリサイクルさせるために様々な対策を作ることができる。例えば、ろ過タンク１４中の非透過の混合液は、処理タンクからろ過タンクを分離する間壁中の開口を通過して流れてもよい。あるいはまた、非透過の混合液がろ過タンク１４から処理タンク１２まで戻って流れるように、開口が膜モジュール１６の上方の間壁中に提供されるかもしれない。処理タンク１２に再循環される非透過の混合液の量は、変えることができる。しかしながら、１つの実施例では、処理タンクに再循環される非透過の混合液の透過物に対する比率は、約２〜１００対１である。すなわち、ろ過タンク１４を通過してポンプで送られるかまたは移動される混合液の約５０〜９９％は、処理タンク１２に再循環され、ろ過タンク１４を通過する混合液の約１〜５０％は透過物として捕集される。処理タンクへ流入する廃水の流量は、一般的に、ろ過タンク１４からの透過物の流量と平均的に等しいだろう。混合液の小量は、余剰汚泥として引き出される。
【００２６】
膜モジュールは、通常は、標準製品である。したがって、多くの場合、ろ過タンク１２は、上記説明したシステムとプロセスの膜モジュールを収容する大きさに作られている。
【００２７】
図１に示される実施例では、膜モジュール１６は、単一モジュールまたは単一カセットである。しかしながら、本発明のシステムとプロセスは、一連の積層された膜モジュール１６を利用してもよい。この実施例は図３に示される。ここで、膜モジュール１６は、膜モジュールの上に他の膜モジュールを積層したものである。しかしながら、上で議論されたような同様の原理は、積層された膜モジュールに適用される。すなわち、積層された膜モジュール１６は、ろ過タンク１４に対してそれぞれの膜モジュールがろ過タンク１４の略全横断面積を占めるような大きさに作られている。このことは、ろ過タンク１４を垂直方向に通過してポンプで送られるか、または移動される混合液のほぼすべてが、膜モジュール１６中に移動するか、または通過するように規制されるまたは要求されることを確実にする。非透過の混合液は、積層された膜モジュール１６のそれぞれの膜モジュールを通過して移動するように規制されるということになる。一方、得られる透過物は、積層された膜モジュール１６のうちのいずれか１つ中に見つけることができる。すなわち、ろ過される混合液のいくらかは、積層体の上側に配置された膜モジュール１６の１つまたはそれ以上に達する前に、透過物として終えるかもしれない。
【００２８】
いくつかの実施例では、ろ過タンク１４中に単一のまたは積層されたモジュールを複数個提供するようにしてもよい。例えば、図３と図５が参照される。ろ過タンクの大きさは、前に説明したクライテリア（設計基準）に従う。この場合、供給管２９は、モジュールの積層体の下で均等に入って来る混合液を分配し、流出ライン４５は、非透過の混合液を集めて処理タンク１２に非透過の混合液を導出して戻す。図３が参照される。透過物マニホールドは、少なくとも１つの透過物パイプ５２とポンプ５４あるいはサイフォンラインに接続される。図５の実施例では、ろ過タンクは４つの分離された膜モジュール１６を含むことが理解される。４つの分離された膜モジュール１６は、合わせて単一のろ過タンク１４のほぼ全横断面積を占める。これは、単一のろ過タンク１４中に配置される４つの積層された膜モジュール１６が提供される図３に示される実施例と比較される。
【００２９】
いくつかの実施例では、複数のろ過タンク１４が提供されるかもしれない。例えば図４を参照する。この場合に、３つの下流のろ過タンク１４のそれぞれが、１つまたはそれ以上の膜モジュール１６あるいはモジュール積層体を含んでいる状態で提供される。処理タンク１２で混合液は、処理タンクから供給ライン２９を経由してろ過タンク１４中にポンプによりまたは別の方法で移動され、それぞれのろ過タンクに収容される１つまたはそれ以上の膜モジュール１６を垂直方向に移動する。それぞれのろ過タンク１４は、非透過の混合液を処理タンク１２まで戻すリサイクルのための戻りライン４５を含む。設計において、図４に示されるように、全廃水処理システムをシャットダウンさせる必要無しに、その中に含まれる１つまたは複数の膜モジュールを清浄にするかまたはメンテナンスするために、１つのろ過タンク１４を完全にシャットダウンすることができる。
【００３０】
図６は、図１に類似する実施例の概略図であるが、あるタイプの膜モジュールを示している。図６の実施例の場合では、ろ過タンク１４中に配置されるのは、中空繊維タイプの膜モジュール１６である。膜モジュール１６は、フレーム構造６０と、ほぼ垂直方法に延びている中空繊維の膜フィルタ６２のアレイとを含んでいる。中空繊維膜フィルタ６２は、ろ過タンク１４のほぼ全横断面積にわたって延びていることが注目される。このことは、もちろん、混合液がろ過タンク１４で上向きに移動するとき、混合液が中空繊維膜に隣接して移動し、混合液のいくらかが、中空繊維膜フィルタ６２の内側領域へ誘導されて透過物を生成する。
【００３１】
本発明は、もちろん、本発明の本質的な特徴と範囲を逸脱せずに、本明細で詳しく説明された方法と他の方法で実施されてもよい。したがって、本実施例は、限定されない例示としての全ての態様で構成されており、付属の特許請求の範囲および均等範囲に含まれるすべての変化は、本明細書に含まれることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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