(57)【要約】  膜表面の洗い流しを行い、固形物又は汚染物質がない状態に膜表面をきれいに保つための手段として、浸漬膜がエアレーションを利用し（膜を通り過ぎて気泡が上昇する）、連続的且つ効果的な動作を可能にする。平膜モジュールにおいて、膜板間に空間を形成し維持するために、微細気泡エアレーションが用いられる。気泡は板が互いに接触し閉塞し、ひいては板の表面積及び生産性を低減するのを抑止する。エアレーションは、洗い流しのために、バイオマスに酸素を供給するために、そして浸漬平膜の作業表面積を維持するためのスペーサとして用いることができる。膜間の対面間隔は４ｍｍ以下であってよい。気泡は膜板間の対面間隔の２倍未満であってよい。
2021529087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬膜ろ過ユニットであって、
平膜のモジュールであって、前記平膜の膜間の対面間隔が４ｍｍ以下である、平膜のモジュールと、
前記膜の下方にある微細気泡エアレーターであって、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下のサイズを有するか、又は前記膜間の間隔よりも１００％を超えて、若しくは５０％を超えて大きいことはないサイズを有する気泡を生成するように形成されている、微細気泡エアレーターと、
を含む、浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項２】
前記微細気泡エアレーターが、２ｍｍ以下、又は前記膜間の対面間隔以下であるサイズを有する気泡を生成するように形成されている、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項３】
前記膜間の対面間隔が３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、又は１．５ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項４】
前記膜間の対面間隔が３ｍｍ以下、例えば約２．２ｍｍであり、前記微細気泡エアレーターの開口が直径５ｍｍ以下、例えば約４ｍｍである、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項５】
前記膜間の対面間隔が２ｍｍ以下、例えば約１．５ｍｍであり、前記微細気泡エアレーターの開口が直径３ｍｍ以下、例えば約２ｍｍである、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項６】
前記膜が波状面を有している、請求項１から５までのいずれか１項に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項７】
互いに隣接する膜の波が異なる高さにある、請求項６に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項８】
水をろ過する方法であって、
水中に平膜モジュールを浸漬する工程であって、前記モジュールの前記膜間の間隔が４ｍｍ以下である、工程と、
前記膜の下方に気泡を生成する工程であって、前記気泡が５ｍｍ以下、又は３ｍｍ以下のサイズを有するか、又は前記膜間の間隔よりも１００％を超えて又は５０％を超えて大きいことはないサイズを有している、工程と
を含む、水をろ過する方法。
【請求項９】
前記気泡のサイズが２ｍｍ以下であるか、又は前記膜間の間隔以下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記膜間の間隔が３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、又は１．５ｍｍ以下である、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記膜間の対面間隔が３ｍｍ以下、例えば約２．２ｍｍであり、微細気泡エアレーターの開口が直径５ｍｍ以下、例えば約４ｍｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記膜間の対面間隔が２ｍｍ以下、例えば約１．５ｍｍであり、微細気泡エアレーターの開口が直径３ｍｍ以下、例えば約２ｍｍである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記膜が波状面を有している、請求項８から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
互いに隣接する膜の波が異なる高さにある、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は２０１８年７月３日付けで出願された米国仮出願第６２／６９３，６１７号明細書の優先権を主張する。前記明細書は参照することにより本明細書中に援用される。
【０００２】
分野
本明細書は、浸漬式膜（submerged membranes）とも呼ばれる浸漬膜（immersed membranes）、及びその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下のものは、後述のいかなるものも共通の一般知識であること又は従来技術として引用可能であることを認めるものではない。
【０００４】
浸漬ろ過膜はプレート・フレームとも呼ばれる平板の形態で形成することができる。この形態の場合、不織布基体ロール上にポリマー分離層キャストをキャスティングすることにより、膜板ロールが形成される。２つのほぼ方形の膜板片の縁部が、中空プラスチックフレームの互いに対向する側に取り付けられる。これにより、透過水（permeate）とも呼ばれるろ過済水を収集するための中空内部チャネルを備えたパネルが形成される。透過水は、膜の内部に加えられる吸引力によって引き抜かれる。いくつかのパネルがサイドバイサイド式にフレーム内に滑り込む。フレームは被ろ過水内へ浸漬することができる。被ろ過水は典型的には、開放槽内に保持される。パネルの内側は、膜板を通して透過水を引き出すためにポンプの吸い込み側に接続されている。フレームの下方から提供された気泡は、気泡と液体との混合流を、パネル間の鉛直方向スロットを通って上昇させ、これにより膜表面をきれいに保つ。このタイプの装置例は、すべて株式会社クボタによって所有される米国特許第５，４８２，６２５号明細書、米国特許第５，６５１，８８８号明細書、米国特許第５，７７２，８３１号明細書、米国特許第６，２８７，４６７号明細書、及び米国特許第６，８４３，９０８号明細書に示されている。
【０００５】
平膜モジュールは概ね堅牢であり、（中空糸膜と比較して）単位面積あたりの製造コストが低い。なぜならば、平膜モジュールは広幅板の形でキャスティングし得るからである。しかしながら、コンベンショナルな平膜は充填密度（モジュール単位体積当たりの膜表面積）が中空糸膜と比較して低い。
【０００６】
平膜エレメントの変更形がMicrodyn-Nadir GMBHの国際公開第２００７／０３６３３２号パンフレットに示されている。これらのエレメントにおいて、２つの緻密層間に多孔質中心領域を有するファブリックの正面側及び背面側上に２つの膜層がキャスティングされる。中心領域は透過水チャネルを提供し、そしてまた２つの緻密層を互いに結合して、エレメントが機械的清浄化のために逆洗されるのを可能にする。これらのエレメントは４つのサイドを有するフレームを必要とせず、約２ｍｍ厚であり、この厚さは上述のプレート・フレームエレメントよりも薄い。しかしながら、これらのエレメントはまた可撓性でもあり、フレーム内で約１０ｍｍだけ中心間で離隔されている。充填密度は上述のプレート・フレームエレメントよりも良好ではあるものの、中空糸膜モジュールよりもまだ著しく低い。同様の平膜ではあるが、しかし透過水チャネルが一体化されている平膜が、国際公開第２０１２／０９８１３０号パンフレット、及び米国特許第７，８６２，７１８号明細書に記載されている。
【０００７】
波状平膜が国際公開第２０１１／１３０８５３号パンフレットに記載されている。上述の平滑面型平膜とは異なり、これらの膜は、一連の平行な凹部を有するように形成された２つの基板から成っている。これらの凹部は凹部間で互いに結合されている。凹部は膜の内側に透過水チャネルを形成する。米国特許出願公開第２０１７０９５７７３号明細書には、粗大気泡エアレーター、及び波状平膜の操作方法が記載されている。
【０００８】
粗大気泡エアレーターは、クロスフローモードで膜表面へ移動する空気、液体、及び固形物の複合運動エネルギーを用いて、浸漬膜の表面をきれいに保つための手段として多年にわたって使用されている。粗大気泡ディフューザから生じる典型的な気泡の直径は５〜９ｍｍである。Simon Juddは、The MBR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater, Elsevier Science, April 2011において、「伝統的に見れば、微細気泡拡散はバイオマスエアレーションのために用いられ、そして分離粗大気泡エアレーションシステムは膜の洗い流し（scouring）のために適用されている」（第１２９ページ）、そして「乱流が増大し、ひいては剪断力が形成されるという理由から、膜エアレーションは通常、粗大気泡エアレーションを用いて行われる」（第１３０ページ）、と要約している。
【発明の概要】
【０００９】
序章
以下の序章は、読者をこれに続く詳細な説明に導こうとするものであり、特許請求の範囲に係る発明を限定又は定義しようとするものではない。
【００１０】
出願人によって製造される、国際公開第２０１１／１３０８５３号パンフレットに記載された平膜のモジュールは、膜の間隔が極めて密に形成されている（典型的には対面間隔は約１．５ｍｍであるがしかし２．２ｍｍ間隔及び３．８ｍｍ間隔まで形成可能である）。いくつかの事例では、具体的には１．５ｍｍ間隔の場合、膜はたった数時間の動作後に顕著な量の透過性を失う。５〜１０分毎に膜を逆洗することによって透過性を回復させようとすると、このような試みはモジュールの回収率を低減し、いくつかの事例では見かけ透過性を実質的には改善しない。
【００１１】
見かけの透過性損失は有効表面積の損失によって実際に引き起こされると、発明者は考える。膜板が動くのに伴って、互いに隣接する板の中心はモジュールの内側で互いに接触することができる。２つの膜板が互いに接触したあと、これらの膜板は互いにくっつきあうことがある。膜の内側に加えられた吸引力が膜を一緒に保持するのを助け得るものの、粗大気泡が接触の問題を引き起こしていると発明者は仮定した。チャネル内へと変形された大型気泡が、効果的な洗い流しを可能にすることが知られている。しかしながら、平膜が密に離隔されている場合、粗大気泡は、いくつかの隣接膜板対を押し離し、これにより他の隣接膜対を強制的に一緒にすることによって、モジュールを通る大きな優先通路を形成する。
【００１２】
さらに詳細に後述するように、微細気泡エアレーターを使用すると、板が密に離隔されたモジュールの透過性が改善される。微細気泡は、隣接する板対を押し離すことなしに、膜板間で均一に分散するように見える。任意には、微気泡のサイズは５ｍｍ未満、又は４ｍｍ以下、又は３ｍｍ以下であってよい。任意には、微気泡は、膜板間の対面間隔よりも最大で約１００％大きいか、又は最大で約５０％大きくてよい。任意には、気泡のサイズは膜板間の間隔にほぼ等しいか、又はこれよりも大きくてよい。膜板は波状であるか、或いはテクスチャ化されているか、或いは平滑面化されていてもよい。膜板は、鉛直方向に配向された平行な平面の集合の形で配列されていてよい。膜板間の間隔は４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下であってよい。任意には、微気泡ディフューザは、膜板に対して平行に配向されていてよい。ディフューザは、膜板の下方の、例えば１０ｍｍ〜３００ｍｍ、又は５０〜２００ｍｍのところに配置されていてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、膜板を示す端面図である。
【図２】図２は、図１におけるような膜板を含む膜モジュールを示す立面図である。
【図３】図３は、供給液及び透過水の流れ方向を示す破断したモジュールの概略斜視図である。
【図４】図４は、積み重ねられた図２のモジュールのうちの３つを示す立面図である。
【図５】図５は、図２のモジュールのうちのいくつかを含有するブロックを示す等角図である。
【図６】図６は、積み重ねられた図５のブロックのうちの３つを有するカセットを示す等角図である。
【図７】図７は、槽内に位置する図６のカセットを示す立面図の断面である。
【図８】図８は、膜板の間隔及び配列を示すモジュールの断面図である。
【図９】図９は、種々の流束及びエアレーションレベルにおける粗大気泡と微気泡とを比較する透過性研究のグラフである。
【図１０】図１０は、透過性に対する気泡サイズの効果を示す透過性研究のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
具体的には０．１％を上回る固形物を含有する水の場合、気泡のない開放槽を通る水流は、流束及び膜生産性を維持するには十分ではない。大抵の浸漬膜は、膜表面の洗い流しを行い、ひいては流束を維持するために、粗大気泡エアレーションを用いる。粗気泡は、表面の効果的な洗い流しをするのに十分なエネルギーを有しており、大抵の膜製造業者の標準的な選択肢である。微細気泡ディフューザ（すなわち５ｍｍ直径の円の面積よりも小さい面積を有する開口を備えたディフューザ）は、極めて大量の小型気泡を発生させる。これらの小型気泡は典型的には膜表面の洗い流しをする上であまり効果的ではない。しかしながら、膜板の間隔が密な平膜モジュールという文脈においては、微細気泡は、膜の透過性を維持する上で効果的である。
【００１５】
粗大気泡エアレーションはいくつかの用途において有用ではあるが、しかし、すべての用途において、膜板の間隔が密な状態で高い流束を維持する際には効果的ではない。理論に縛られるつもりはないが、粗大気泡によって、表面積が膜の接触に起因して損なわれることがある。他面において、間隔が密な膜板アレイを備えた微細気泡空気ディフューザを使用する場合、任意には気泡サイズが、膜板間の間隔よりも１００％を超えて、又は５０％を超えて大きいことはない場合、膜板は分離されたままである。任意には、気泡のサイズは、膜板間の間隔とほぼ等しいか又はこれよりも大きくてよい。気泡は板間のセパレータ又はスペーサとして作用することができ、或いは、板を少なくとも押し合わせることがない。膜表面のほぼ全てがアクティブなままである。膜板間の対面間隔は４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下であってよい。
【００１６】
浸漬膜板は、モジュール内で密に離隔されている。例えば、膜板の対面間隔は４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下であってよい。モジュールは開放槽内に置かれ、透過水が吸引によって引き抜かれる。微細気泡エアレーターから生じた気泡は、隣接平膜対間で上昇する。気泡は板を互いに分離し、膜の洗い流しを行い、且つ／又は水中の微生物による生物学的取り込みのために酸素を提供することができる。
【００１７】
浸漬膜システムは微細気泡エアレーターと膜モジュールとを組み合わせて含む。微細気泡エアレーターは任意の商業的に入手可能な微細気泡エアレーター又はカスタムメイドであってよい。微細気泡エアレーターはモジュールの下側及び／又は間、且つ／又は浸漬膜板のカセットの下側及び／又は間に取り付けられてよい。微細気泡エアレーターは典型的には膜モジュールの下に配置される。気泡が膜の底部の下方で放出されるか、又は膜の底部の上方約１００ｍｍの範囲内で放出される場合には、エアレーターはモジュールの下方にあると考えられる。しかしながら、微細気泡エアレーターは典型的には膜板の底部の下方１０〜３００ｍｍ、又は５０〜２００ｍｍのところに配置される。微細気泡エアレーターは細長い形状を有していてよく、任意には膜板に対して平行に配向されていてよい。
【００１８】
膜板は互いに密な間隔を置いて設けられており、例えばこれらの間の鉛直方向に延びるギャップ（すなわち対面間隔）は４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下、又は１．５ｍｍ以下である。微細気泡エアレーターは任意には、膜板間の対面間隔（すなわち鉛直方向に延びるギャップ）よりも１００％を超えて、又は５０％を超えて大きいことはないサイズ、任意には膜板間の間隔（すなわち鉛直方向に延びるギャップ）よりも大きくないサイズを有する気泡を生成するように形成され、操作される。気泡サイズは、気泡を生成するエアレーターに設けられた開口の面積に対して等しい面積を有する円の直径であると想定することができる。或いは、エアレーターが最も下側に位置する膜の底部の下方３００ｍｍを超える場所にある例では、気泡サイズは、開放槽内に典型的又は公称（nominal）浸漬操作深さで浸漬されたモジュールの底部、若しくは鉛直方向に積み重ねられたモジュールのカセット内の最も下側に位置するモジュールの底部で、又はその高さ近く、例えばこれから１００ｍｍ以内の範囲で、気泡を測定することにより得ることができる。気泡は典型的には概ね単一のサイズであるが、しかし気泡サイズは任意には、中央値、又は好ましくは数平均気泡サイズとして測定されてもよい。微細気泡は、任意には４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下の任意の膜板間対面間隔を有するモジュールに対して、直径５ｍｍ以下、直径４ｍｍ以下、直径３ｍｍ以下、又は直径２ｍｍ以下であってよい。
【００１９】
微細気泡エアレーターは板間に間隔を形成するために使用することができる。膜板は密に離隔されており、気泡を使用しなければ「キス」又は接触し、そして遮蔽（blind）するおそれがある。
【００２０】
単一のモジュールの下、又は複数のモジュール、例えば鉛直方向に積み重ねられたモジュールを含有するカセットの下に微細気泡エアレーターを取り付けることができる。膜板の縁部に設けられたヘッダ又は他の構造エレメントは、もしあるならば、水平又は鉛直であってよい。
【００２１】
膜板間に空間を形成又は維持するために気泡を使用することは、板間に物理的スペーサを加えることよりも好ましい。高い固形分含量、例えば膜バイオリアクタ内の活性汚泥を有する水をろ過するために膜板を使用する場合には、物理的スペーサは自由な固形物流を妨げ、或いは水流中に渦を形成することになる。物理的スペーサは汚泥堆積物を蓄積しやすく、汚泥堆積物は膜板全体にわたって膨張することになる。
【００２２】
より高い流束、例えば１８ＧＦＤ以上で動作するときに、微細気泡の効果は最も注目に値する。浸漬膜内の流束を増大させる方法は、真空を増大させることであり、このことは、板が互いに接触することにより有効表面積が失われると、より多くの板を接触したままにさせるおそれがある。したがって、膜板と微細気泡との接触を防止することは、流束が高いほどより有益であり得る。
【００２３】
図面は、間隔が密な膜板を備えたモジュールと、微細気泡エアレーターとの一例を示している。
【００２４】
図１は膜板１０を示している。膜板１０は、内部チャネル１４を提供するように形成され互いに結合された２つの基板１２から形成されている。基板１２の外側には多孔質分離層１６が被覆されている。分離層１６は限外ろ過範囲又は精密ろ過範囲の孔を有していてよい。２つの基板１２間の中間板１８は任意ではあるが、しかしより剛性の膜板１０を提供するために加えられてよい。或いは、膜板１０は平滑な面を有する平膜であってもよい。平滑面型平膜は例えば内部フレーム構造、内部透過水スペーサ構造、又は一体型透過水チャネル構造を有していてよい。膜板１０は精密ろ過（ＭＦ）又は限外ろ過（ＵＦ）の範囲の孔を有していてよい。
【００２５】
図２は膜モジュール２０を示している。モジュール２０は１つ又は２つ以上の膜板１０を有している。内部チャネル１４に対して開いた膜板１０の縁部（すなわち図１に示された縁部）は、埋め込みヘッド又は透過水コレクタとも呼ばれるヘッド２２内に埋め込まれている。使用時には、ヘッド２２は概ね鉛直方向に配向され、そして内部チャネル１４は概ね水平方向に配向される。ヘッダ２２の透過水ポート２４に加えられる吸引力により、透過水２６が内部チャネル１４内で生成され、そしてヘッダ２２を貫流させられる。モジュール２０は典型的には複数の平行な膜板１０を有している。典型的には概ね等しい幅を有する鉛直方向のギャップによって、互いに隣接する膜板１０が分離されている。膜板１０間には、板形状の供給側スペーサ、例えばメッシュは存在しない。好ましくは、膜板１０間には断続的なスペーサ、例えば一組の鉛直方向バーも存在しない。好ましくは、互いに隣接する膜板１０間のギャップは開いている。
【００２６】
膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）内で使用する場合、モジュール２０を保持する開放槽に、典型的には活性汚泥法に基づいて混合液（mixed liquor）が充填される。膜モジュール２０及び槽は二次浄化器の代わりとなる。モジュール２０の下方から提供された気泡２８は、混合液３０が、互いに隣接する膜板１０間のギャップを通ることを含めて、上方へ向かってモジュール２０を通って流れるのを助け、或いはこのような流れを引き起こす。
【００２７】
図３は、モジュール２０を通る混合液３０（又は別の供給液）の流れをさらに示すために切開されたモジュール２０の概略斜視図である。膜板１０の起伏形状は、混合液が上昇するのに伴って、混合液３０中に乱流を形成する。膜板１０は、これらの間を混合液３０及び気泡２８が移動するのに伴って振動する。気泡２８は、混合液流を支援するか又は引き起こすのに加えて、膜板１０の何らかの直接的な洗い流しを可能にする。
【００２８】
図４は、３つのモジュール２０のスタック３２を示している。モジュール２０はそれぞれの頂部に鉛直方向に積み重ねられている。下側モジュールの透過水部分２４は上側モジュールのヘッダ２２内に設けられたソケット（見ることができない）内に嵌り込む。最も下側のモジュール２０のソケットは塞がれている。最も上側のモジュールの透過水部分２４は、透過水引き込み管に接続し、３つすべてのモジュール２０からの透過水を引き込むために使用することができる。スタック３２は２つ、４つ、又は他の数のモジュール２０を有するように形成されてもよい。互いに隣接するモジュールのヘッダ２２が鉛直方向に整列され且つ連続しているため、供給液は、ヘッダ２２によって妨げられることなしに、スタック３２全体を通って鉛直方向に流れることができる。
【００２９】
図５は、フレーム４２内に複数のモジュール２０を含有するブロック４０を示している。モジュール２０はフレーム４２内にサイドバイサイド式に配置されている。モジュール２０はフレーム４２内へ又はフレーム４２から外部へ鉛直方向にスライドすることができる。フレーム４２内にあるときには、モジュール２０のヘッダ２２は、図示の例では、フレーム４２に取り付けられたプラスチック成形物によって形成された対応スロット４４内へ嵌まり込んでいる。
【００３０】
図６は、１つのブロックが他のブロックの頂部上に位置する形で、鉛直方向に互いに積み重ねられた３つのブロック４０から形成されたカセット５０を示している。任意には、カセット５０は、１つ、２つ、４つ、又は他の数のブロック４０を有していてよい。上側ブロック４０の透過水部分２４は、任意には図示のような接続管５２を通して、透過水ヘッダ管５４に接続されている。ブロック４０のフレーム４２は、ストラット５８によって互いに結合されている。これらのストラットは、図示の例では、端部にナットを有するねじ山付きロッドである。ストラット５８はまた上側ブロック４０をカセットフレーム５６に取り付ける。カセットフレームは、槽内にカセット５０を懸吊するために使用することができる。最も下側のブロック４０の下側に位置する一組のエアレーター（見ることができない）に空気が供給されるように、給気管６０がカセットの底部へ空気を運ぶ。
【００３１】
図７は、槽７０内に設けられたカセット５０を示している。カセットフレーム５６は、槽７０の壁上に、具体的には図示の例では槽７０に取り付けられた棚状の突起（ledges）７２上に載置されている。或いは、カセット５０は槽７０の底部に載置することもでき、又はカセット５０は、槽７０の底部に載置されたフレーム又は他の構造に取り付けることもできる。
【００３２】
槽７０は任意には、図示のように密にカセット５０を取り囲んでいる。混合液（又は他の供給液）は好ましくは、槽の一方の端部から槽７０の底部に設けられたチャネル７４内に供給され、そして槽７０の反対側の端部の頂部に設けられた堰（weir）（図示せず）から出る。この配置は、モジュール２０を通る供給液の平均的な上昇流を提供する。複数のカセット５０を槽７０の長さに沿って間隔を置いて配置し、これらを組み合わせることにより、膜列（membrane train）を形成することができる。完成した膜システムは１つ又は２つ以上の列を有してよい。
【００３３】
給気管６０はカセット５０の下方で水平方向に延びている。各給気管６０の水平方向部分は一連の穴を有しており、１つの穴が１〜５つのモジュール２０の各鉛直方向スタックの下方に配置されている。好ましくは１つがモジュール２０の各鉛直方向スタックに対応する複数のエアレーター（図７では見ることができない）が、最も下側のブロック４０のフレーム４２に取り付けられており、給気管６０の水平方向部分に対して垂直に、且つ水平方向部分の上方で、カセット５０の底部を横切って延びている。エアレーターはこれらの下方で給気管６０に接続されている。カセット５０内のモジュール２０の各スタックは、スタック内の最も下側のモジュール２０の下方に１つのエアレーターを有している。エアレーターは、有孔ゴムスリーブによって覆われたその長さに沿って、一連の穴を備えた管である。空気が穴から流出し、そしてゴムスリーブ内へ流入する。空気の圧力はゴムスリーブの穿孔を強制的に開き、微細気泡が放出されるのを可能にする。ゴムスリーブの開口は直径１〜３ｍｍの円の面積を有することができる。或いは、エアレーターは一連の穴を備えた管であってもよい。穴は５ｍｍ未満、例えば２〜４．５ｍｍの直径の円の面積を有してよい。
【００３４】
図８は、モジュール２０内の一組の膜板１０を示している。膜板１０は凹部８を有している。膜板１０は幅又は厚さＣを有している。図示の例では、厚さＣは規則的な表面フィーチャの末端で測定される。これらの表面フィーチャは膜表面積のほとんどをカバーしている。平滑面型平膜（smooth side flat sheet membrane）の幅又は厚さＣは板１０全体を通して概ね一定である。膜板１０はまた中心間間隔Ｂを有している。
【００３５】
膜板１０は対面間隔Ａを有している。特に断りがない限り、本明細書中で間隔に言及する場合、或いは膜板が離隔されていることに言及する場合、又は他の同様の記述がある場合には、これは対面間隔を意味する。間隔Ａは中心間間隔Ｂマイナス幅Ｃに等しい。図８に示されているように、例えば板１０の互いに隣接する凹部８間の鉛直方向距離の半分だけ、凹部８が互いに鉛直方向にオフセットされた状態で、互いに隣接する板１０を配置することができる。膜板は例えば４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下の間隔Ａを有するように、互いに密な間隔で配置されている。
【００３６】
実施例
膜板間の間隔が１．５ｍｍの、本明細書中に記載されたモジュール２０と同様の波状平膜モジュールを、０．００５及び０．０１標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）の空気流量で、粗大気泡エアレーター及び微細気泡エアレーターを用いて操作した。粗大気泡エアレーターは４ｍｍよりも大きい気泡を生成した。「粗大（coarse）」という用語は、この実施例ではモジュールの間隔に関して使用され、用語の一般的な工業的使用には従わない。微細気泡エアレーターは３ｍｍよりも小さな気泡を生成した。気泡サイズはモジュール２０の底部の下方で、具体的にはエアレーターの頂部とエアレーターの頂部の上方５ｃｍのところとの間の空間内で測定した。膜の内側の吸引力を変化させることにより、様々な流束値を生成した。種々異なる流束値で透過率を測定した。
【００３７】
図９は、両エアレーターによって得られた典型的な結果を示している。膜の透過率は、微細気泡エアレーターを用いると、具体的には流束が高いほど高くなった。結果はまた、空気流量が低くても微細気泡エアレーターを用いると、膜が良好に機能することを示している。流束とは無関係に、０．００５又は０．０１ｓｃｆｍの空気で微細気泡エアレーターを操作すると、膜透過率は本質的に同じであった。０．００５ｓｃｆｍの空気で動作する微細気泡エアレーターを用いた場合の膜透過率は、０．０１ｓｃｆｍの空気で動作する粗大気泡エアレーターを用いた同じ流束における膜透過率と同じか又はこれよりも良好であった。このことは、微細気泡エアレーターによって顕著にエネルギーが節減されることを示唆している。
【００３８】
４つのサイズ、すなわち平均直径が１ｍｍ未満、１．５ｍｍ、２ｍｍ超、及び５ｍｍ超の気泡を用いて、同じモジュールで付加的な試験を行った。FiberPlateモジュールの板間隔は１．５ｍｍである。モジュールを種々の流束値で操作し、そして透過率を測定した。図１０に示されているように、約２ｍｍ以下（すなわち１〜２ｍｍ）のサイズの気泡は、５ｍｍの気泡よりも著しく良好に機能した。１．５ｍｍのサイズの気泡は、約２ｍｍのサイズの気泡よりも一貫して良好に機能した。
【００３９】
対面間隔１．５ｍｍ、２．２ｍｍ、及び３．８ｍｍで形成された３つの同様のモジュールを用いて付加的な試験を実施した。膜バイオリアクタ内の返送活性汚泥（ＲＡＳ）の４Ｑ再循環に近似させた再循環流を有する槽内で、３．７ｇ／Ｌのベントナイト懸濁液中でモジュールを操作した。空気は０．００６ｓｃｆｍ／膜表面積ｆｔ２で提供した。膜の底部の下方約１５０ｍｍに配置されたディフューザから気泡を提供した。１つのディフューザは、公称（すなわち等価円直径）開口サイズ２ｍｍのゴムスリーブ型微細気泡ディフューザであった。別のディフューザは４ｍｍ直径の穴を有した。
【００４０】
表１は、対面間隔と気泡サイズとの種々異なる組み合わせを用いて流束１８ＧＦＤで操作したときのＴＭＰの増大(psi/分)を示している。表１の結果は、具体的には３ｍｍ以下の極めて密な対面間隔を用いると、対面間隔の１〜２倍のサイズを有する気泡によって、良好な結果が得られることを示唆している。
【表１】
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【００４１】
本明細書中の詳細な説明及び実施例は波状平膜モジュールに基づいてはいるものの、平滑面型平膜モジュールを用いても同様の結果が達成されると期待される。また、特定の実施例における任意の特定のプロセス条件又は物理的寸法を約５０％だけいずれの方向にも変化させ得ることも期待される。
【００４２】
国際公開第２０１１／１３０８５３号パンフレット、及び米国特許出願公開第２０１７０９５７７３号明細書が、参照することにより本明細書中に援用される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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