(57)【要約】懸濁液から微細固形物を除去するための濾過システムは、懸濁液を含むための容器と、容器内の１つ以上の浸透性の膜（９）と、懸濁液の一部が浸透するとき膜（９）の壁を通過して取り除かれるように膜（９）の壁にわたって圧力差を与えるための手段と、膜からの浸透物を回収するための手段とを備える。スクリーン（８）は、膜の壁を通る懸濁液の流路に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁液から微細固形物を除去するための濾過システムであって、
前記懸濁液を含むための容器と、
前記容器内の１つ或いは複数の浸透性の膜と、
浸透時に、懸濁液の一部が膜の壁を通過して取り除かれるように前記膜の壁にわたって圧力差を与えるための手段と、
前記膜の壁を通る懸濁液の流路に配置されたスクリーンと、
膜からの浸透物を回収するための手段とを備える、濾過システム。
【請求項２】
膜のそれぞれが第１の端部及び第２の端部を有し、少なくとも１つのポッティングヘッドから延在し且つ当該ヘッドに取り付けられた前記端部のうちの１つを有する複数の浸透膜を備える膜モジュールと、
前記膜を取り囲んでいるスクリーンとを備える、濾過システム。
【請求項３】
膜のそれぞれが第１の端部及び第２の端部を有し、少なくとも１つのポッティングヘッドから延在し且つ当該ヘッドに取り付けられた前記端部のうちの１つを有する複数の浸透膜を備え、上側及び下側端部を有する膜モジュールと、
前記膜を取り囲み且つ前記モジュールの前記上側及び下側の端部間に延在しているスクリーンと、
前記モジュールの前記上側端部において又はその近くにおいて前記スクリーンに設けられた開口とを備える、濾過システム。
【請求項４】
前記開口が、前記スクリーンの端部をモジュールの前記上側端部から周囲に間隔をあけて配置することによって設けられている、請求項３記載の濾過システム。
【請求項５】
前記開口が、前記スクリーンをモジュールの前記上側端部の下方まで延伸することによって設けられている、請求項３記載の濾過システム。
【請求項６】
前記モジュールの上側端部が、前記少なくとも１つのポッティングヘッドを備える、請求項５記載の濾過システム。
【請求項７】
前記スクリーンが微細スクリーンである、請求項１ないし３のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項８】
前記スクリーンの開口部のサイズが、６２５μｍ2から２５×１０6μｍ2の間である、請求項７記載の濾過システム。
【請求項９】
前記開口部のサイズが、１×１０4μｍ2から１×１０6μｍ2の間である、請求項８記載の濾過システム。
【請求項１０】
前記スクリーンが、前記ポッティングヘッドに接続され且つ当該ヘッドから延在している、請求項２又は請求項３記載の濾過システム。
【請求項１１】
前記膜が、濾液の除去を可能とするように第１の端部において封止され且つ第２の端部において開放されている、請求項１又は請求項２又は請求項３記載の濾過システム。
【請求項１２】
前記膜が中空繊維膜を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の濾過システム。
【請求項１３】
前記繊維が、互いに近接して配置されており、上側ポッティングヘッドと下側ポッティングヘッドとの間における過度の動きを防止するために、それらの間においてピンと張った方法で束状に取り付けられている、請求項１２記載の濾過システム。
【請求項１４】
前記繊維が、下側ポッティングヘッドにおけるエアレーション孔の分散配列と関連して均一に下側ポッティングヘッドに取り付けられており、前記モジュールが液体に浸漬されたときに孔を通過するガスによって形成された気泡が繊維間を均一に通過するように、エアレーション孔が寸法決めされて配置されている、請求項１３記載の濾過システム。
【請求項１５】
前記容器が、加圧ガスが導入される下側ポッティングヘッドの下方にプレナムチャンバを備え、このプレナムチャンバが、混入物質の放出を可能とすべく、エアレーション孔の下方に開口部を備える、請求項１４記載の濾過システム。
【請求項１６】
前記下側ポッティングヘッドが、加圧ガス源に接続されており、前記繊維及びスクリーンが、ガス気泡によって振動されるように配置されている、請求項１４記載の濾過システム。
【請求項１７】
膜列を形成するように互いに近接して配置された複数の浸透膜と、
これらの膜のそれぞれの一端が取り付けられたヘッダを有するモジュールと、
前記膜列を取り囲んでいるスクリーンとを備える、膜モジュール。
【請求項１８】
前記スクリーンが前記ヘッダから延在している、請求項１７記載の膜モジュール。
【請求項１９】
前記スクリーンが前記ヘッダに接続されている、請求項１８記載の膜モジュール。
【請求項２０】
前記スクリーンが微細スクリーンである、請求項１７ないし１９のいずれかに記載の膜モジュール。
【請求項２１】
前記スクリーンの開口部のサイズが、６２５μｍ2から２５×１０6μｍ2の間である、請求項２０記載の膜モジュール。
【請求項２２】
前記開口部のサイズが、１×１０4μｍ2から１×１０6μｍ2の間である、請求項２１記載の膜モジュール。
【請求項２３】
前記膜が、濾液の除去を可能とするように第１の端部において封止され且つ第２の端部において開放されている、請求項１６ないし１８のいずれかに記載の膜モジュール。
【請求項２４】
前記膜が中空繊維膜からなる、請求項１７ないし１９のいずれかに記載の膜モジュール。
【請求項２５】
前記繊維膜がスクリーンによって取り囲まれた複数の束状に構成されている、請求項２４記載の膜モジュール。
【請求項２６】
前記ヘッダが、加圧ガス源に接続されており、その結果、使用中に気泡がそこから汚染物質を除去すべく前記膜及び前記スクリーンの表面を通過して振動させるようにガス気泡の形成を可能とする、請求項１７ないし１９のいずれかに記載の膜モジュール。
【請求項２７】
供給液を濾過する方法であって、
容器を形成する工程と、
膜モジュールであって、
複数の浸透膜と、
複数の膜を取り囲んでいる微細スクリーンとを備え、
この膜モジュールが容器内に配設され、
前記膜が複数の微細孔及び外表面を備える、
膜モジュールを形成する工程と、
供給液を容器に供給する工程と、
モジュールにおける膜に膜間圧を加え、これにより、濾液が膜における微細孔を通過することによって容器において汚染物質を含む濃縮された供給物を作り出す工程と、
容器から汚染物質を除去する工程とを含む、供給液を濾過する方法。
【請求項２８】
前記膜が、それらの間における過度の動きを防止するために互いに近接してヘッダに取り付けられている、請求項２７記載の供給液を濾過する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その内部に取り付けられた１つ以上の中空浸透膜を有する膜濾過モジュール、特にそのような膜モジュール用の保護物に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜濾過処理中に、供給物に含まれる外来粒子／異物は、膜表面に接近し、膜モジュールに捕捉される。それらの粒子は、膜の汚染を引き起こし、膜モジュールを詰まらせる。液体逆洗、空気洗浄、及び、化学洗浄は、汚染された物質を除去する一般的な手法である。しかしながら、膜モジュールは、それでも頻繁に、繊維物質による目詰まり又は鋭い物質若しくは物体による損傷を被っている。通常、繊維物質又は屑は、生体系からの汚水又は混合液が濾過されるときに、膜周囲及び膜の群若しくは束の内部に捕らえられることがある。他の例は、海水からの鋭い殻が膜に対して頻繁に損傷を引き起こす、膜濾過を用いた海水前処理の例である。
【０００３】
異物及び外来物による損傷から膜モジュールを保護するために種々の方法が提案されている。供給物のプレスクリーンは、大きいサイズの物質による損傷から膜モジュールを保護する一般的な方法である。膜バイオリアクターにおいて、穿孔メッシュを用いたスクリーンは、膜及びモジュールを保護するために生物タンクと膜タンクとの間に挿入される。この構成において、大きなスクリーンが使用されなければならず、スクリーンを洗浄するために特別なエアレータが設置されることを必要とする。
【０００４】
膜を保護する１つの公知の方法は、開放スリーブ又はケーシングとともに毛細管の束を保持することを含む。髪の毛のような粗粒物質は、これらの物質が膜束の内側部分に侵入することができないようにスリーブによって濾過される。しかしながら、本方法は、開口よりも小さい物質が開放スリーブを通過することができ、膜表面及び内側の繊維束の方に移動することができ、繊維束周囲や内部で凝集することができるという事実を顧みない。これらの物質が開放スリーブから除去されるのは困難である。徐々に、これらの物質は、膜束内部やスリーブの内面に堆積し、これらの束は、最終的には、これらの物質でいっぱいになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の欠点のうちの少なくとも１つを克服又は改善すること、又は、有益な代替案を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様によれば、本発明は、懸濁液から微細固形物を除去するための濾過システムであって、
前記懸濁液を含むための容器と、
前記容器内の１つ或いは複数の浸透性の膜と、
浸透時に、懸濁液の一部が膜の壁を通過して取り除かれるように前記膜の壁にわたって圧力差を与えるための手段と、
前記膜の壁を通る懸濁液の流路に配置されたスクリーンと、
膜からの浸透物を回収するための手段とを備える、濾過システムを提供する。
【０００７】
他の態様によれば、本発明は、
膜のそれぞれが第１の端部及び第２の端部を有し、少なくとも１つのポッティングヘッドから延在し且つ当該ヘッドに取り付けられた前記端部のうちの１つを有する複数の浸透膜を備える膜モジュールと、
前記膜を取り囲んでいるスクリーンとを備える、濾過システムを提供する。
【０００８】
他の態様によれば、本発明は、
膜のそれぞれが第１の端部及び第２の端部を有し、少なくとも１つのポッティングヘッドから延在し且つ当該ヘッドに取り付けられた前記端部のうちの１つを有する複数の浸透膜を備え、上側及び下側端部を有する膜モジュールと、
前記膜を取り囲み且つ前記モジュールの前記上側及び下側の端部間に延在しているスクリーンと、
前記モジュールの前記上側端部において又はその近くにおいて前記スクリーンに設けられた開口とを備える、濾過システムを提供する。
【０００９】
１つの実施形態において、上記開口は、上記スクリーンの端部をモジュールの上記上側端部から周囲に間隔をあけて配置することによって設けられている。他の実施形態において、上記開口は、上記スクリーンをモジュールの上記上側端部の下方まで延伸することによって設けられている。好ましくは、上記モジュールの上側端部は、上記少なくとも１つのポッティングヘッドを備える。
【００１０】
好ましくは、上記スクリーンは、微細スクリーンである。可能であれば、スクリーンの開口部のサイズは、約６２５μｍ2から約２５×１０6μｍ2の間、より好ましくは、約１×１０4μｍ2から約１×１０6μｍ2の間である。
【００１１】
好ましくは、スクリーンは、上記ポッティングヘッドに接続され且つ当該ヘッドから延在している。
【００１２】
本発明の１つの形式において、膜は、濾液の除去を可能とするように第１の端部において封止され且つ第２の端部において開放されている。しかしながら、本発明のいくつかの形式において、膜は、両端から濾液の除去を可能とするように両端において開放されている。好ましくは、膜は、中空繊維膜からなる。好ましくは、繊維は、互いに近接して配置されており、上側ポッティングヘッドと下側ポッティングヘッドとの間における過度の動きを防止するために、それらの間においてほぼピンと張った（実質的に緊張した）方法で、束状に取り付けられている。好ましくは、繊維は、下側ポッティングヘッドにおけるエアレーション孔の分散配列と関連して実質的に均一に下側ポッティングヘッドに取り付けられており、モジュールが液体に浸漬されたときに孔を通過する加圧ガスによって形成された気泡が繊維間を実質的に均一に通過するように、エアレーション孔が寸法決めされて配置されている。
【００１３】
好ましくは、容器は下側ポッティングヘッドの下方に、加圧ガスが導入されるプレナムチャンバを備え、このプレナムチャンバは、混入物質の放出を可能とするためにエアレーション孔の実質的に下方に開口部を備える。
【００１４】
好ましくは、下側ポッティングヘッドは、加圧ガス源に接続されており、繊維及びスクリーンは、ガス気泡によって振動されるように配置されている。
【００１５】
他の態様によれば、本発明は、
膜列を形成するように互いに近接して配置された複数の浸透膜と、
膜のそれぞれの一端が取り付けられたヘッダを有するモジュールと、
上記膜の配列を取り囲んでいるスクリーンとを備える、膜モジュール提供する。
【００１６】
好ましくは、スクリーンは、上記ヘッダから延在している。好ましくは、スクリーンは、ヘッダに接続されている。好ましくは、上記スクリーンは、微細スクリーンである。好ましくは、スクリーンの開口部のサイズは、約６２５μｍ2から約２５×１０6μｍ2の間、より好ましくは、約１×１０4μｍ2から約１×１０6μｍ2の間である。
【００１７】
好ましくは、ヘッダは、加圧ガス源に接続されており、その結果、使用中に気泡がそこから汚染物質を除去するために上記膜及び上記スクリーンの表面を通過して振動させるようにガス気泡の形成を可能とする。
【００１８】
好ましくは、この多孔性の膜は、中空繊維膜からなる。好ましくは、この繊維膜は、スクリーンによって取り囲まれた束の形となっている。
【００１９】
他の観点によれば、本発明は、
供給液を濾過する方法であって、
容器を形成する工程と、
膜モジュールであって、
複数の浸透膜と、
複数の膜を取り囲んでいる微細スクリーンとを備え、
この膜モジュールが容器内に配設され、
前記膜が複数の微細孔及び外表面を備える、
膜モジュールを形成する工程と、
供給液を容器に供給する工程と、
モジュールにおける膜に膜間圧を加え、これにより、濾液が膜における微細孔を通過することによって容器において汚染物質を含む濃縮された供給物を作り出す工程と、
容器から汚染物質を除去する工程とを含む、供給液を濾過する方法を提供する。
【００２０】
好ましくは、これらの膜は、これらの間における過度の動きを防止するために互いに近接してヘッダに取り付けられている。好ましくは、これらの膜は、膜列を形成する。
【００２１】
いくつかのモジュール構成は、下側ポッティングヘッドに、膜周囲に設けられたスクリーンを迂回して膜に供給液体を供給するための複数の孔を有する。そのより大きな表面積に起因するスクリーンでの低い圧力降下は、大部分の供給物の流れがスクリーンにかけられることを意味するものの、必要に応じて、追加のスクリーンをモジュールの下方において孔に嵌め込むことができる。
【００２２】
１つの実施形態において、供給液体は、少なくとも部分的に、上記モジュールにおけるポートに供給され、汚染物質は、上記ポートを介して回収される。上記ポートは、上記モジュールに流入する供給物がスクリーンにかけられ、上記モジュールから流出する汚染物質がスクリーンにかけられないように配置された選択的に動作可能なスクリーンを有する。
【００２３】
微細メッシュを膜モジュールに追加することにより、スクリーン表面を形成することが可能であり、外部の主要設備を必要とすることなく、適度なコストで比較的大きいスクリーンを形成することができる。モジュール内の膜を洗浄するためにエアレーション洗浄を使用する膜構成の場合、エアレーション処理は、通常、モジュールを洗浄するために使用されるが、スクリーンを振動させて、堆積されたいかなる物質をもそれらから除去し得る。除去された物質は、通常のドレーン処理プロセスを介してシステムから出る。したがって、逆洗可能なスクリーンに加えて、従来技術において必要とされたような別個のスクリーン処理システムの必要がない。
【００２４】
本発明が加圧モジュール、膜バイオリアクターモジュール、水中モジュール、又は、それらの任意の変形例とともに使用されてもよいことは当業者にとって当然のことと認識される。本発明はまた、モジュールラックをスクリーン材の中に取り囲むことにより、ラックを構成する別個のモジュールよりもむしろモジュールラックに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる膜モジュールの１つの実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図２】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図３】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図４】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図４Ａ】図４の線４Ａ−４Ａに沿った断面の平面図を示している。
【図５Ａ】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図５Ｂ】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【図６】本発明にかかる膜モジュールの他の実施形態の簡略横断立面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施形態は、ここで、添付の図面を参照して一例として記載される。
【００２７】
図１を参照すると、この実施形態にかかる膜モジュール４は、上側及び下側ポッティングヘッド６、７の間において長手方向に延在している中空繊維膜の膜列又は束５を備える。微細スクリーンメッシュ８は、互いに近接して繊維９を保持し且つ過度の動きを防止する役目も果たすとともに、膜列５を取り囲み、モジュール４に流入する供給物の初期のスクリーニングを行なう。繊維９は、それらの管腔からの濾液の除去を可能とするように上側ポッティングヘッド６において開放しており、下側ポッティングヘッド７において封止されている。下側ポッティングヘッド７は、ガス／空気がエアレーション孔１０の下方に配置された供給ライン１２及びプレナムチャンバ１７からそれを通って供給されるのを可能とするように、内部に均一に分散された多くの孔１０を有する。これらの繊維は、ポッティングヘッド６、７内に均一に固定され、孔１０は、使用中に繊維間におけるガス気泡の均一な分布を形成すべく各繊維９と関連して均一に形成される。
【００２８】
使用中に、モジュール４は、供給タンク（図示せず）に垂直に配置されている。濾過中に、濾液は、膜管腔の開放端部に加えられた吸引力によって上位のポッティングヘッド６及び濾液回収チャンバ１１（図２）から回収される。この吸引力は、膜壁にわたる圧力差を生み出す。この圧力差により供給液はスクリーン８を介して供給タンクから引き出され、中空繊維膜９と接触する。スクリーン８は、供給液内の粗い混入物質を膜への到達前に除去するように寸法取りされた開口部を有する。
【００２９】
図６は、図１のものと同様の実施形態を図示している。しかしながら、プレナムチャンバ１７は、供給ライン１２の下方に形成された開口部５０を含む。本例において、この開口部は、一般に、水平に延在している。この実施形態において、供給液は、主にスクリーン８を介して、また少量は開口部５０を介して、膜モジュールに流入する。そして、この供給液は、通常の方法で繊維９に加えられる。モジュール４内に堆積された濃縮物及び他の固形物／屑は、開口部５０を介して、重力の影響を受けて放出するか、又は、ガス気泡洗浄、逆洗流、タンクの排水等の効力によって放出することが可能である。このために、開口部５０の位置は、気泡洗浄の目的で供給ライン１２を介してガス／空気を供給する能力を実質的に阻害しないように配置するのが好ましい。
【００３０】
この実施形態は（スクリーン８によって保護されない）開口部５０からの粗い混入物質の侵入により若干有効性が低減するものの、これは、性能／実用的観点からは、一般に、通常は逆洗処理中における開口部５０を介した外部への（粗い混入物質を含む）濃縮物及び屑の自由流れから生じる利点により、相殺される。
【００３１】
図２は、スクリーン８がモジュール４の全長に延在しているとともにモジュール４の周囲から間隔をあけて配置されている本発明の別の実施形態を示している。スクリーンは、下側ポッティングヘッド７に取り付けられるが、開口１９を画定するように上側ポッティングヘッド６に隣接した上側端部１８において開放している。使用中において、供給液は、スクリーン８を通って流入し、モジュール４に取り付けられた膜９と接触する。濾過、ガス気泡洗浄、及び、逆洗中に形成された濃縮物は、開口１９を介して流出する。
【００３２】
図３は、図２のものと同様の実施形態を示している。しかしながら、この実施形態において、スクリーン８は、上側ポッティングヘッド６まで完全には延在しておらず、間隙又は開口２０がスクリーン８の端部１８と上側ポッティングヘッド６との間に設けられている。この開口２０は、濃縮物がそれを通って流れるのを同様に可能とする。あるいは、間隙又は開口２０は、スクリーン自身に形成されてもよいが、その場合には濃縮物がそれを通って流れるのを可能とするように通常のスクリーンの開口部よりも大きい開口部のサイズを有するようにする。
【００３３】
図４及び図４Ａは、繊維膜マット２１がモジュールに使用された実施形態を示している。この構成において、各マット２１には、各マット２１の各側に設けられ且つ上側及び下側ポッティングヘッド６、７の間に延在している共通の広範囲に及ぶ保護スクリーン２２、２３が設けられている。図４Ａにおいて最もよく示されているように、スクリーン２２、２３は、濃縮物の流出を可能とするようにマット２１の端縁２４の近くで開放している。
【００３４】
図５Ａ及び図５Ｂは、開閉操作可能なスクリーン２５が供給物流入ポート２６にわたって設けられている別の実施形態を示している。この実施形態において、供給液は、ポート２６を介して膜モジュールに流入し、通常の方法で膜９に適用される膜モジュール４の内部にスクリーン２５を介して流れる。モジュール４内に堆積された濃縮物及び他の固形物／屑が除去されるのを必要とするとき、スクリーン２５は、ポート２６を介してモジュール４から濃縮物及び屑の自由流れを可能とするように、図５Ｂにおいて示されるように開放される。当然のことながら、同様の効果は、スクリーンにかけられる流入路及びスクリーンにかけられない流出路を有することによって実現されることができる。同様に、スクリーン８の他の部分に、同様の有利な動作を与えるように開閉操作可能な開口が設けられることができる。
【００３５】
ガス、典型的には空気は、孔１０を介してモジュール４の底部に導入され、膜表面に堆積された固形物を洗浄すべく繊維間においてガス気泡を作り出す。このガス気泡はまた、スクリーンに堆積されたものを除去するようにスクリーン８の振動及び洗浄をもたらす。供給タンクが逆洗に追従して排出されるとき、スクリーン８から除去された異物もまた除去される。
【００３６】
ガス気泡洗浄処理及び方法は、化学洗浄及び投与構成と同様に、液体逆洗、加圧ガス逆洗、その双方を組み合わせたものを含む任意の標準の逆洗法とともに連動して使用することができる。
【００３７】
ガス気泡洗浄処理は、通常は、逆洗段階で使用される。しかしながら、ガス気泡洗浄処理はまた、濾過と逆洗の間で、継続的に使用されてもよい。塩素等の洗浄化学品を、洗浄処理をさらに支援すべく、気泡を生じるガスに追加することができる。洗浄処理において除去される固形物は、間欠的に又は連続的に除去することができる。
【００３８】
スクリーンの開口部の寸法は、膜モジュールに流入する破片を受け入れないが、ガス気泡洗浄処理中にガスが逃げるのを可能とするように選択される。より微細なスクリーンに関して、スクリーンを介して出ていくガスをあてにする代わりに、ガス通気孔を設けることができる。このスクリーンは、自立した硬質材料、又は、ガス気泡洗浄処理中にスクリーンの揺動を可能とする可撓性材料から形成されることができる。
【００３９】
記載された発明の精神又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具体例が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
４  膜モジュール
５  中空繊維膜の膜列
６  上側ポッティングヘッド
７  下側ポッティングヘッド
８  スクリーン
９  繊維
１０  エアレーション孔
１１  濾液回収チャンバ
１２  供給ライン
１７  プレナムチャンバ
１８  上側端部
１９  開口
２０  開口
２１  繊維膜マット
２２，２３  保護スクリーン
２４  端縁
２５  スクリーン
２６  供給物流入ポート
５０  開口部
【図１】
2010523302.tif 000003
【図２】
2010523302.tif 000004
【図３】
2010523302.tif 000005
【図４】
2010523302.tif 000006
【図４Ａ】
2010523302.tif 000007
【図５Ａ】
2010523302.tif 000008
【図５Ｂ】
2010523302.tif 000009
【図６】
2010523302.tif 000010
【国際調査報告】
2010523302.tif 000011
2010523302.tif 000012