(57)【要約】  容器（５）内に供給された懸濁液中に沈められる透過性中空糸膜（６）の壁の前後に差圧を作用させ、前記懸濁液を透過性中空糸膜（６）の外側表面に対して与えると、膜壁による濾過が誘発され、持続されることになるタイプの構成において、透過性の中空糸膜（６）を洗浄する方法。この洗浄方法には、前記濾過プロセスを中断し、その一方で容器（５）への懸濁液の供給を継続するステップと、容器（５）にガスを流入させることによって膜（６）にエアレーションを施し、膜（６）のまわりに気泡流を生じさせて、膜表面から保留されている粒状物質の少なくとも一部を取り除くステップと、エアレーションステップ中に、容器（５）から取り除かれた粒状物質を含む液体を除去するステップと、濾過プロセスを再開するステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に供給された懸濁液中に沈められる透過性中空糸膜の壁の前後に差圧を作用させ、前記懸濁液を前記透過性中空糸膜の外側表面に対して与えることにより、前記膜壁による濾過を誘発し、持続し、その際、
（ａ）前記懸濁液の一部が前記膜壁を通過して、前記中空糸膜の内腔から浄化液または透過液として引き抜かれ、
（ｂ）固形物の少なくとも一部が、前記中空糸膜表面または前記中空糸膜内に保留されるか、さもなければ前記膜を包囲する前記液体中に浮遊物質として保留される
タイプの構成における前記透過性の中空糸膜を洗浄する方法であって、
（ｉ）前記濾過を中断し、その一方で前記容器への前記懸濁液の供給を継続するステップと、
（ｉｉ）前記容器内にガスを流入させることによって前記膜にエアレーションを施し、前記膜のまわりに気泡流を生じさせて、前記保留されている粒状物質の少なくとも一部を取り除くステップと、
（ｉｉｉ）前記エアレーションステップ中に、前記容器から取り除かれた粒状物質を含む液体を除去するステップと、
（ｉｖ）前記濾過を再開するステップとを含む、
方法。
【請求項２】
濾過が前記膜から透過液の引き抜きを中止することによって中断されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容器が入口と出口を備える密閉容器であり、前記懸濁液が前記入口を介して供給され、取り除かれた粒状物質を含む液体が前記出口を介して除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
濾過中、前記出口が閉じられることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記濾過プロセス中、重力下において前記容器に前記懸濁液を供給し、前記容器内への懸濁液の重力供給によって前記膜の供給側に圧力がかかり、及び／又は、そこからの重力流によって前記１つまたは複数の膜の内腔に吸引力が作用するようにして前記差圧を生じさせることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エアレーションステップを中止し、その一方で除去ステップは続行することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、エアレーションステップ前及び／又はエアレーション中に前記膜の供給側から少なくとも部分的に液体を除去するステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
容器内に供給された懸濁液中に沈められる透過性中空糸膜の壁の前後に差圧を作用させるための手段を備え、前記懸濁液を前記透過性中空糸膜の外側表面に対して与えることにより、前記膜壁による濾過を誘発し、持続し、その際、
（ａ）前記懸濁液の一部が前記膜壁を通過して、前記中空糸膜の内腔から浄化液または透過液として引き抜かれ、
（ｂ）固形物の少なくとも一部が、前記中空糸膜表面または前記中空糸膜内に保留されるか、さもなければ前記膜を包囲する前記液体中に浮遊物質として保留される
タイプの構成をなす、前記透過性中空糸膜を含む膜濾過システムであって、
（ｉ）前記濾過を中断し、その一方で前記容器への前記懸濁液の供給を継続するための手段と、
（ｉｉ）前記容器内にガスを流入させることによって前記膜にエアレーションを施し、前記膜のまわりに気泡流を生じさせて、前記保留されている粒状物質の少なくとも一部を取り除くための手段と、
（ｉｉｉ）前記膜のエアレーション中に、前記容器から取り除かれた粒状物質を含む液体を除去するための手段と、
（ｉｖ）前記濾過を再開するための手段とを含む、
システム。
【請求項９】
濾過が前記膜から透過液の引き抜きを中止することによって中断されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記容器が入口と出口を備える密閉容器であり、前記懸濁液が前記入口を介して供給され、取り除かれた粒状物質を含む液体が前記出口を介して除去されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
濾過中、前記出口が閉じられることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記濾過プロセス中、重力下において前記容器に前記懸濁液を供給し、前記容器内への懸濁液の重力供給によって前記膜の供給側に圧力がかかり、及び／又は、そこからの重力流によって前記１つまたは複数の膜の内腔に吸引力が作用するようにして前記差圧を生じさせることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記エアレーションを中止し、その一方で前記取り除かれた粒状物質を含む液体の除去は続行することを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに、前記膜のエアレーション前及び／またはエアレーション中に前記膜の供給側から少なくとも部分的に液体を除去するための手段を備えることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜濾過システムに関するものであり、とりわけ、世界の辺鄙で未開の地または天災若しくは人災によって通常のインフラストラクチャが被害を受けたかまたは破壊された場所において使用することが可能な単純で低コストの濾過システムに関するものである。本発明は、とりわけ、こうした濾過システムのための膜洗浄構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発展途上国の多くの地域では、清浄な飲料水は欠乏している。また、より多くの僻地では電気が利用できない。こうした地域では、高コストでエネルギ集約的な水濾過システムの利用は非現実的である。多孔質膜を用いる濾過システムが長年にわたって用いられてきたが、これらのシステムは、高コストな設備や複雑なポンプシステム、弁システム、及び、洗浄システムを必要とする。その費用は、通常、大規模システムを用いて大地域共同体にサービスを提供する場合に妥当とみなされる。
【０００３】
大規模経済が不可能であり、電気の容易な利用手段が制限されるかまたは存在しない貧困発展途上国及び／または僻地の場合、単一の農家または小農村といった小規模または限定規模で良質な飲料水を供給することができる単純で低コストの濾過システムが必要とされる。
【０００４】
膜が長期間にわたって効率良く機能できることを保証するため、こうした濾過システム用の単純で効率の良い膜洗浄システムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、先行技術の欠点の少なくとも１つを克服または改善するか、あるいは、有用な代替案を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
態様の１つによれば、本発明によって、容器内に供給された懸濁液中に沈められる透過性中空糸膜の壁の前後に差圧を作用させ、前記懸濁液を透過性中空糸膜の外側表面に対して与えることにより、膜壁による濾過を誘発し、持続し、その際、
（ａ）懸濁液の一部が膜壁を通過して、中空糸膜の内腔から浄化液または透過液として引き抜かれ、
（ｂ）固形物の少なくとも一部が、中空糸膜の表面または中空糸膜内に保留されるか、さもなければ膜を包囲する液体中に浮遊物質として保留される
タイプの構成における透過性の中空糸膜を洗浄する方法が提供されるが、この洗浄方法は、
（ｉ）前記濾過を中断し、その一方で前記容器への前記懸濁液の供給を継続するステップと、
（ｉｉ）前記容器内にガスを流入させることによって膜にエアレーションを施し、前記膜のまわりに気泡流を生じさせて、保留されている粒状物質の少なくとも一部を取り除くステップと、
（ｉｉｉ）前記エアレーションステップ中に、前記容器から取り除かれた粒状物質を含む液体を除去するステップと、
（ｉｖ）前記濾過を再開するステップと、を含む。
【０００７】
濾過は膜からの透過液の引き抜きを中止することによって中断するのが望ましい。容器は、入口と出口を備え、懸濁液が入口を介して供給され、取り除かれた粒状物質を含む液体が出口を介して除去される密閉容器であることが好ましい。前記出口は濾過中閉じていることが望ましい。
【０００８】
この方法の形態の１つでは、濾過プロセス中、重力下において容器に懸濁液を供給し、容器内への懸濁液の重力供給によって膜の供給側に圧力がかかり、及び／又は、そこからの重力流によって前記１つまたは複数の膜内腔に吸引力が作用するようにして差圧を生じさせる。
【０００９】
実施形態の１つでは、エアレーションステップは中断されるが、除去ステップが継続される。
【００１０】
実施形態の１つでは、この方法にはエアレーションステップ前及び／又はエアレーションステップ中に膜の供給側から液体を少なくとも部分的に除去するステップが含まれる。
【００１１】
他の態様において、本発明には後述するさまざまな方法を実施するための装置が含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
次に、例証だけを目的として、添付の図面を参照しながら本発明の望ましい実施形態について説明することにする。
【図１】本発明の実施形態の１つの単純化された断面側面図である。
【図２】手動洗浄プロセスと本発明の実施形態の１つによるプロセスに関する経時濾過流量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面のうちの図１を参照すると、この実施形態による濾過システムには、膜フィルタ６が取り付けられた給液容器５が含まれている。膜フィルタ６は、一般に、懸濁液中に沈められた１つまたは複数の透過性中空糸膜の壁の前後に差圧を作用させ、懸濁液を透過性中空糸膜の外側表面に対して与えると、膜壁による濾過が誘発されて、持続されることになり、懸濁液の一部が膜壁を通過して、中空糸膜の内腔から浄化液または透過液として引き抜かれ、固形物の少なくとも一部が、中空糸膜の表面または中空糸膜内に保留されるか、さもなければ膜を包囲する液体中に浮遊物質として保留されるタイプである。
【００１４】
給液容器５には、入口７と出口８が設けられている。膜フィルタ６には、濾過中に膜から濾過液を引き抜くために濾過液管路９が接続されている。濾過液管路９を通る濾過液の流れは手動弁ＭＶ２によって制御される。入口７は、給液管路１０を介して供給源と流体的につながっており、ガス供給管路１１を介して一般には空気であるガス源と流体的につながっている。ガス供給管路１１には、入口７へのガス流を制御するための逆止弁ＮＲＶ１が設けられている。出口８は、手動弁ＭＶ１を介して排液管路１２に接続されている。
【００１５】
この実施形態のもっとも単純な形態の場合、このユニットの操作に必要なのは、２つの手動弁と、１つの逆止弁と、低コストの送風機だけである。低コストの送風機の一例としては、魚飼育用水槽のエアレーションに用いられるダイヤフラム式の送風機がある。この単純な構成の場合、重力下において給液容器５に液体を供給し、容器５内への液体の重力供給によって膜の供給側に圧力がかかり、且つ、そこからの重力流によって膜内腔に吸引力が作用するようにすることによって、濾過を実現することが可能である。
【００１６】
わずかに高度な形態の場合、自動弁が手動弁ＭＶ１及びＭＶ２に取って代わることが可能である。供給ポンプ（必要があれば）及びエアレーションブロワまたは圧縮機と共に２つの自動弁を制御するため、単純なコントローラを利用することが可能である。こうした場合、濾過プロセス及び逆洗プロセスは、低コストで完全に自動化することが可能である。
【００１７】
中空糸膜、管状膜、及び、膜マットを含む、任意の適合する形状の膜フィルタ装置を用いることが可能であるのは明らかであろう。同様に、容器の単純なポート、スパージャー、ディフューザ、インジェクタ等を含む任意の適合する形状のエアレーション装置を用いて、給液容器内に気泡を生じさせることが可能である。
【００１８】
この実施形態の動作については、次に図面のうちの図１を参照しながら解説することにする。
【００１９】
濾過プロセス
濾過プロセス中、供給液は給液管路１０を介して下方の入口７に供給される。手動弁ＭＶ１は、容器５に加圧するために閉じられ、ＭＶ２は、膜フィルタ６から透過液が流出できるように開かれる。操作を単純化するため、フィルタは一般に定フィード圧／ＴＭＰ（膜間圧力差）モードで操作される。このフィード圧は、重力または供給ポンプによって加えることが可能である。しかしながら、給液管路１０に流量制御弁が取り付けられている場合には、定流量モードでこのシステムを操作することが可能である。
【００２０】
一般に、このシステムは５０ｋＰａ未満の入口フィード圧で動作するように設計されている。しかしながら、家庭用水道に供給するために用いられる場合、時には、入口フィード圧が４００ｋＰａほどになることもある。
【００２１】
膜洗浄プロセス
時間が経つにつれて、膜のファウリングのために濾過流量が減少する。濾過プロセスの低圧操作により、膜の濾過液側に形成される付着物は容易に除去することが可能である。膜洗浄プロセスは、濾過システムの性能を回復する上において重要である。
【００２２】
洗浄プロセスには、一般に下記のステップが必要とされる。
ステップ１：約５秒〜約１８０秒の期間にわたるエアレーションによるシェル側清掃。このステップ中、手動弁ＭＶ１を開いて、給液容器５から廃物を含む液体を流すことができるようにし、手動弁ＭＶ２を閉じて、濾過が中断される。実施形態によっては、洗浄プロセス中、ＭＶ２を開いたままにしておく場合もある。供給液は、入口７に接続された給液管路１０を介して容器５内に流入し続け、液体による膜フィルタ６のシェル側清掃及び給液容器５の清掃が開始される。次に、逆止弁ＮＲＶ１を介してガス供給管路１１に接続された送風機または圧縮機（不図示）によって、入口７にスカーリング空気が送り込まれる。給液管路１０にガスを注入することも可能であるのは明らかであろう。これは、膜洗浄プロセスの主ステップである。スカーリング空気によって生じる乱流と液体清掃が相俟って、膜フィルタから付着物を除去し、膜性能を回復する。典型的なシステムの場合、清掃液の流量は、約０．５ｍ3／時〜約６ｍ3／時の範囲にわたり、スカーリング空気流量は、モジュール毎に約１Ｎｍ3／時〜約２０Ｎｍ3／時の範囲にわたる。
ステップ２：約１０秒〜約３００秒の期間にわたるシェル側清掃。このステップ中、手動弁ＭＶ２は閉じたままであり、さらにスカーリング空気源はエアレーションを停止すべく動作不能にされるが、給液管路１０を介して給液容器５に供給液を流入させ続けることによって、シェル側液体清掃は続行される。実施形態によっては、このステップ中、ＭＶ２を開いておく場合もある。このステップは、給液容器５のシェル側に閉じ込められた気泡を除去し、さらに、出口８及び排液管路１２を介して洗浄ステップ１によって取り除かれた付着物を除去するのに役立つ。一般に、清掃流量は、０〜３００秒の期間にわたってモジュール毎に約０．５ｍ3／時〜約１０ｍ3／時の範囲に及ぶ。
ステップ３：手動弁ＭＶ１を閉じて、給液容器５に再加圧し、手動弁ＭＶ２を開いて、濾過の再開を可能にする。
【００２３】
単純な膜濾過システムを試験して、手動撹拌を利用して洗浄するシステムとの性能比較が実施された。膜から付着物を除去するための手動撹拌プロセスには、給液容器内で膜フィルタを回転させるかまたはねじって、膜表面を横切るスカーリング液体流を生じさせるステップが含まれた。
【００２４】
図２のグラフにはこの比較結果が例示されている。両フィルタシステムとも定ＴＭＰモードで操作したが、フィード圧は同じ重力供給タンクによって加えられた。手動撹拌濾過システムの場合、膜洗浄の結果生じる廃物は、洗浄プロセス後に容器からドレーンとして排出された。
【００２５】
図２から分かるように、エアレーション洗浄プロセスによる清掃に関するフィルタ性能の回復率は、手動撹拌洗浄プロセスより高かった。表１には、各洗浄プロセスに関する濾過液日産量が要約されている。表１に示すように、エアレーション洗浄プロセスによる清掃を行う単純な膜濾過システムに関する濾過液日産量は、手動撹拌洗浄プロセスによる濾過システムよりも少なくとも１０％多い。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
既述の本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明のさらなる実施形態及び実施例の可能性があるのは明らかであろう。
【符号の説明】
【００２８】
５  給液容器
６  膜フィルタ
７  給液容器入口
８  給液容器出口
９  濾過液管路
１０  給液管路
１１  ガス供給管路
１２  排液管路
ＭＶ１  手動弁
ＭＶ２  手動弁
【図１】
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【国際調査報告】
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