(57)【要約】本発明は、浸透液出口（３）を有する浸透液捕集室（２）を備えたヘッド（１）と、毛管膜からなる少なくとも１つの繊維束（４）とを具備する、水処理用の膜フィルタに関する。浸透液捕集室（２）に通じる毛管膜の開放した一端はヘッド（１）内に装着され、他端は閉じている。ヘッド（１）は空気通路（１６）を含んでいる。この空気通路には、繊維束（３４）内に挿入され少なくとも１つの空気流出口（１１）を有するた口金（１０）が接続されている。繊維束（４）の他端は生水（６）内で自由に動くことができる。
2004516920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸透液出口（３）を有する浸透液捕集室（２）を備えたヘッド（１）と、
浸透液捕集室（２）に通じる開放した一端がヘッド（１）内に装着され、他端が閉じている毛管膜からなる少なくとも１つの繊維束（４）と、
空気用の少なくとも１つの流出口（１１）を備え、繊維束（４）内で毛管膜（５）に対してほぼ平行に延びている口金（１０）を有する曝気装置（８）とを具備し、
処理すべき生水（６）によって取り囲まれた繊維束（４）の毛管膜（５）が密に束ねられてヘッド（１）の接続面（７）に固定され、毛管膜（５）内の浄化された液体が浸透液捕集室（２）に排出可能である、水処理用の膜フィルタにおいて、
ヘッド（１）が空気通路（１６）を含み、繊維束（３４）内に挿入された口金（１０）が前記空気通路に接続されていることと、繊維束（４）の他端が固定されないで自由に動くことができるように生水（６）に挿入されていることを特徴とする膜フィルタ。
【請求項２】
浸漬使用のために、生水用流路が接続面（７）を通過していないことを特徴とする請求項１記載の膜フィルタ。
【請求項３】
ヘッド（１）に保持器（１２）が装着され、この保持器が繊維束（１４）の側方の動きを制限することを特徴とする請求項１または２記載の膜フィルタ。
【請求項４】
ヘッドが生水を含む槽内に沈めることができる台に固定するための接続装置を備えていることを特徴とする請求項２または３記載の膜フィルタ。
【請求項５】
ヘッド（１）が生水を流通させるための孔（１５）を備え、この孔が曝気装置（８）の周りに同心的に配置されていることと、毛管膜（５）がリング状の接続面（７）において曝気装置（８）と液体を案内する孔（１５）との間でヘッド（１）内に装着されていることを特徴とする請求項１記載の膜フィルタ。
【請求項６】
繊維束（４）を形成する毛管膜（５）の端側を装着したヘッド（１）の接続面（７）が放射状に形成され、接続面（７）が曝気装置（８）と同心的に配置された孔（１５）との間のリング状の面全体に設けられ、かつ液体通路の間の範囲内まで達していることを特徴とする請求項５記載の膜フィルタ。
【請求項７】
ヘッド（１）が管状の外周壁（１７）に取外し可能に連結され、この外周壁がろ過室（１４）を形成し、液体が毛管膜（５）の縦方向に前記ろ過室を流通可能であることを特徴とする請求項５または６記載の膜フィルタ。
【請求項８】
繊維束（４）とは反対側のヘッド（１）の端面が、同一に形成された他の膜フィルタの管状外周壁（１７）に連結可能であることと、浸透液出口（３）がヘッド（１）の外周に配置されていることを特徴とする請求項７記載の膜フィルタ。
【請求項９】
複数の繊維束（４）がヘッド（１）に接続され、曝気装置（８）とこの曝気装置（８）を同心的に取り囲む、液体を流通させる孔（１５）とが各々の繊維束（４）に付設されていることと、ヘッド（１）が水と空気のための分離された分配室（１８，１９）を備え、孔（１５）または空気通路（１６）が前記分配室に開口していることと、ヘッド（１）にチャンバが取外し可能に接続され、このチャンバがそれぞれ毛管膜からなる繊維束（４）を含み、生水が毛管膜（５）の縦方向にチャンバを流通することを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【請求項１０】
口金（１０）が外周側に孔（１１）を有する管状の区間を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【請求項１１】
口金（１０）が環状隙間ノズルとして形成され、空気がこの環状隙間ノズルから半径方向に流出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【請求項１２】
口金（１０）が逆止弁を備え、空気供給部の圧力低下時に前記逆止弁が閉じることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、浸透液出口を有する浸透液捕集室を備えたヘッドと、
浸透液捕集室に通じる開放した一端がヘッド内に装着され、他端が閉じている毛管膜からなる少なくとも１つの繊維束と、
空気用の少なくとも１つの流出口を備え、繊維束内で毛管膜に対してほぼ平行に延びている口金を有する曝気装置とを具備し、
処理すべき生水によって取り囲まれた繊維束の毛管膜が密に束ねられてヘッドの接続面に固定され、毛管膜内の浄化された液体が浸透液捕集室に排出可能である、水処理用の膜フィルタに関する。毛管膜は５ｍｍよりも小さな直径を有し、好ましくは精密ろ過膜または限外ろ過膜の透過性を有する。しかし、逆浸透またはナノろ過のための毛管膜の使用は排除すべきではない。毛管膜の直径範囲は好ましくは０．５〜３ｍｍである。膜ろ過のための原動力は、生水側の過剰圧および／または浸透液側の圧力低下によって生じる圧力差である。浸透液側の圧力低下は特に、膜フィルタが浸漬されて使用され、生水を含む槽、例えば活性槽に入れられるときに生じる。
【０００２】
冒頭に述べた特徴を有する膜フィルタはＷＯ９８／２８０６６によって公知である。浸漬して使用可能な膜フィルタの毛管膜は２個のヘッドの間で端側が挟持されている。使用中下側のヘッドには、曝気装置が接続されている。他の上側のヘッドは浸透液捕集室を備えている。この上側のヘッドは押しのけ体を形成している。この押しのけ体の作用によって、上昇する気泡が膜繊維束の外面に押しのけられる。効果的な曝気は繊維束の上側範囲ではもはや行われない。この場合、膜は全く動くことができないかあるいは少しだけしか動くことができない。その結果、繊維束の上側範囲に、膜被覆層と粗い汚染物の堆積が形成されることになる。
【０００３】
独国特許出願公開第１９８１１９４５号明細書によって知られている膜フィルタの場合、毛管膜からなる繊維束は耐圧性の外管内に挿入されている。液体が毛管膜の縦方向に外管を流通する。毛管膜は一方の側において流入底部内に装着されている。この流入底部は横断面に均一に分配された、生水を流すための多数の孔を備えている。毛管膜の外面に被覆層が形成されないようにし、かつ毛管膜の微小孔が閉塞されないようにするために、液体を所定の流速で膜ろ過室を均一に流通させる必要がある。物質の交換を改善するために、生水が膜ろ過室に入る前に生水を曝気することができる。充分な空気分配は繊維束内では保証されない。空気は生水流れによって実質的に膜束の外側に沿って案内され、膜洗浄を効果的に行わない。
【０００４】
本発明の根底をなす課題は、繊維束の全長にわたって効果的な曝気が保証され、膜表面から剥がれる膜の表面の薄層を効果的に搬出することができる、水処理用膜フィルタを提供することである。
【０００５】
この課題は冒頭に述べた構造の膜フィルタから出発して、本発明に従い、ヘッドが空気通路を含み、繊維束内に挿入された口金が前記空気通路に接続されていることと、繊維束の他端が固定されないで自由に動くことができるように生水に挿入されていることによって解決される。口金から流出する空気は、繊維束を内側から外側に流通し、一部が毛管膜の縦方向に流出する。空気供給は好ましくは、膜ろ過中に膜表面に形成された被覆層を洗浄排出するために、間欠的に行われる。本発明による、繊維束内への空気供給は、生水の流速に関係なく、きわめて効果的な洗浄を可能にする。従って、本発明による膜フィルタは浸漬して使用することもできる。
【０００６】
口金は例えば外周に孔を有する管状区間を備えているかあるいは環状隙間ノズルとして形成されている。この環状隙間ノズルから空気が半径方向にあるいは少なくとも半径方向の運動成分で流出する。口金の長さを採寸することによっておよび流出口または流出ノズルを配置することによって、空気を繊維束内に適切に供給することができる。口金が空気供給部の圧力低下時に閉じる逆止弁を備えていると有利であることが判った。
【０００７】
繊維束は密に束ねられてヘッドの接続面に固定されている。膜フィルタの浸漬使用時に、生水用流路が接続面を通過していない。自由端が閉じた毛管膜はろ過すべき生水内で動くことができる。なぜなら、毛管膜は一端だけしか固定されていないからである。繊維束の側方の動きを制限するために、ヘッドに保持器を装着することができる。保持器は棒によって作ってもよいし、例えば外周側に穴を有する管からなっていてもよい。ヘッドは更に、生水を含む槽内に沈めることができる台に固定するための接続装置を備えていてもよい。ヘッドを直方体に形成することは、本発明の範囲に含まれる。この場合、浸透液流出は狭い側面または底から行われる。複数のユニットをフィルタセットのように並べて配置することができる。この場合、浸透液出口は１本の捕集管路によって接続されている。
【０００８】
膜フィルタが浸漬されて使用される場合には、毛管膜に生水を供給するための装置は不要である。膜フィルタが液体を流通させるろ過室を備えていることも本発明の範囲に含まれる。ろ過室の流通は好ましくは毛管膜の縦方向に行われる。この場合、生水はヘッドの孔を通ってろ過室に流入し、この孔は本発明に従い曝気装置の周りに同心的に配置されている。毛管膜は接続面において曝気装置と液体を案内する孔との間でヘッド内に装着されている。きわめて有利な他の実施形によれば、繊維束を形成する毛管膜の端側を装着したヘッドの接続面は放射状に形成され、接続面は曝気装置と同心的に配置された孔との間のリング状の面全体に設けられ、かつ液体通路の間の範囲内まで達している。本発明に従い、密に束ねられた毛管膜を有する繊維束が設けられている。この場合、生水が繊維束の外側に案内され、空気が繊維束の中に供給される。すべての実施形の場合、繊維束は好ましくは生水内に垂直に配置されている。毛管膜はその下端がヘッドに固定され、上端液体流れ内で動くことができる。気泡は繊維束の中を上昇し、繊維束の外側を流れる液体によって一緒に運ばれないかあるいは少しだけしか運ばれない。
【０００９】
液体がろ過室を流通する本発明による膜フィルタの実施形の場合、ヘッドは好ましくは管状の外周壁に取外し可能に連結され、この外周壁はろ過室を形成している。他の実施形では本発明に従い、繊維束とは反対側のヘッドの端面が、同一に形成された他の膜フィルタの管状外周壁に連結可能であり、浸透液出口がヘッドの外周に配置されている。この実施形の場合、複数の膜フィルタをモジュールユニットとして直列に接続することができる。それによって、ろ過面積が可変であり、用途に適合させることが可能である。ヘッドの外周の浸透液出口を捕集管によって互いに接続することができる。
【００１０】
本発明による他の実施形では、複数の繊維束がヘッドに接続され、曝気装置とこの曝気装置を同心的に取り囲む、液体を流通させる孔とが各々の繊維束に付設されている。ヘッドは水と空気のための分離された分配室を備え、水用の孔または空気通路が分配室に開口している。ヘッドにはチャンバが取外し可能に接続され、このチャンバはそれぞれ毛管膜からなる繊維束を含み、生水が毛管膜の縦方向にチャンバを流通する。この実施形は繊維束を、きわめてコンパクトな配置構造で並列接続することができる。
【００１１】
次に、実施の形態を示した図に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００１２】
図に示した本発明による膜フィルタの基本的な構造体は、ヘッド１を含んでいる。このヘッドは浸透液出口３を有する浸透液捕集室２を備えている。構造体は更に、毛管膜５からなる少なくとも１つの繊維束４を備えている。この毛管膜は一端が閉鎖され、他方の側の、浸透液捕集室２の方に開放した端部がヘッド１内に装着されている。毛管膜５は好ましくは限外ろ過膜または直径が５ｍｍ以下の精密ろ過膜である。毛管膜は好ましくは０．５〜３ｍｍの直径を有する。毛管膜５は処理すべき生水６によって包囲されている。ろ過は膜を透過する圧力の差に基づいて行われる。この圧力差は生水側の過剰圧および／または浸透液側の負圧によって生じることができる。浄化された液体は毛管膜５内を浸透液捕集室２に流れる。
【００１３】
繊維束４の毛管膜５は密に束ねられてヘッドの接続面７に固定されている。生水用の流路はこの接続面を通過していない。繊維束４内には曝気装置８が配置されている。この曝気装置から空気が流出する。空気の供給は好ましくは、膜ろ過中に膜表面に形成される被覆層を洗い流すために、間欠的に行われる。図１に示した実施の形態の場合、曝気装置８は、少なくとも１つの空気出口を有する突出する口金１０を備えている。この口金は繊維束４内で毛管膜５に対してほぼ平行に延び、ヘッド１内に設けられた空気通路１６に接続されている。口金１０は周囲に孔１１を有する管状区間を備えているがしかし、例えば環状隙間ノズルとしても形成可能である。この環状隙間ノズルから空気が半径方向に流出する。ヘッド１の端部に装着された毛管膜５の閉鎖された他端は自由に動くことができ、生水の乱流および／または生水内に発生する流れの作用を受けて多少強く側方に動く。側方の動きを制限するために、ヘッド１には保持器１２が装着されている。この保持器は本実施の形態では棒とリングによって形成されている。保持器１２として更に、管を使用可能である。この管は貫通孔を有していてもよい。
【００１４】
図２の実施の形態では、ヘッド１が直方体状の要素として形成可能であることが示されている。空気を繊維束４内に供給するために、ヘッド１の縦方向に複数の曝気装置８が配置されている。繊維束４は毛管膜５の密な束によって形成されている。ヘッド１は浸漬使用のために適し、台に固定するための図示していない接続装置を備えている。この台は生水を含む槽内に沈めることが可能である。浸透液出口３は狭い端面に設けられている。従って、複数のヘッド１を互いに平行に並べて配置することができる。
【００１５】
図３〜７に示した実施の形態の場合、膜フィルタはろ過室１４を備えている。処理すべき生水がこのろ過室を流通する。ろ過室１４への生水の流入はヘッド１の孔１５から行われる。この孔は、曝気装置８の周りに同心的に配置されている。図３はヘッドの平面図である。このヘッドは空気を供給するための中央に配置された通路１６と、この空気通路１６を取り囲む同心的な生水用孔１５を備えている。繊維束４を形成する毛管膜５の端側がヘッド内に装着されている。ヘッド１の接続面７は星形、すなわち放射状に形成されている。この場合、空気通路１６と液体を案内する孔１５の間の環状面に繊維束が充填され、接続面が液体通路１５の間の範囲まで延びている。図３から判るように、毛管膜５は非常に密に束ねられて配置されている。生水は実質的に繊維束の外面を通過し、毛管膜５の縦方向に流出する。更に、繊維束４は内側から曝気される。
【００１６】
図４は図３の切断面Ａ−Ａに沿った膜フィルタの縦断面を示し、図５は切断面Ｂ−Ｂに沿った縦断面を示している。これらの図から明らかなように、ヘッド１はろ過室を形成する管状の外周壁に取外し可能に連結されている。ヘッド１と外周壁１７の連結は、図示していない普通の急速作動トグルレバー式締結具によって行うことができる。
【００１７】
ヘッド１を適切を形状にすることにより、図６に概略的に示すように、複数の膜フィルタを直列に配置することができる。ヘッド１は繊維束４とは反対の端面が他の同一の膜フィルタの管状の外周壁１７に連結可能である。浸透液出口３はヘッド１の外周部に配置されている。理解されるように、膜フィルタの浸透液出口は共通の１本の捕集管に接続可能である。
【００１８】
図７に示した実施の形態の場合、ヘッド１に複数の繊維束４が接続されている。この場合、曝気装置８と、この曝気装置を同心的に取り囲む液体が流通する孔１５が各々の繊維束４に付設されている。ヘッド１は水と空気のための分離された分配室１８，１９を備えている。この分配室には、生水用の孔１５と空気通路１６が開口している。それぞれろ過室１４を形成するチャンバはヘッド１に取外し可能に接続されている。このチャンバは毛管膜５からなる繊維束４を含み、生水がこのチャンバを毛管膜５の縦方向に流通する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
浸漬使用可能である、水処理のための本発明による膜フィルタの縦断面図である。
【図２】
浸漬使用可能である、水処理のための本発明による膜フィルタの縦断面図である。
【図３】
液体が流通するろ過室を有する本発明による膜フィルタを示す図である。
【図４】
液体が流通するろ過室を有する本発明による膜フィルタを示す図である。
【図５】
液体が流通するろ過室を有する本発明による膜フィルタを示す図である。
【図６】
本発明による膜フィルタの他の実施の形態を示す図である。
【図７】
本発明による膜フィルタの他の実施の形態を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月29日(2002.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸透液出口（３）を有する浸透液捕集室（２）を備えたヘッド（１）と、
浸透液捕集室（２）に通じる開放した一端がヘッド（１）内に装着され、他端が閉じている毛管膜からなる少なくとも１つの繊維束（４）と、
空気用の少なくとも１つの流出口（１１）を備え、毛管膜（５）に対してほぼ平行に延びている、口金（１０）を有する曝気装置（８）とを具備し、
処理すべき生水（６）によって取り囲まれた繊維束（４）の毛管膜（５）がヘッド（１）の接続面（７）に固定され、毛管膜（５）内の浄化された液体が浸透液捕集室（２）に排出可能であり、ヘッド（１）が空気通路（１６）を含み、曝気装置の口金（１０）が前記空気通路に接続されている、水処理用の膜フィルタにおいて、
浸透液捕集室（２）の方に開放した毛管膜（５）の下端がヘッド（１）内に装着され、ヘッドが処理すべき生水を含む槽内に沈められていることと、口金（１０）が繊維束（４）内に配置され、かつ毛管膜（５）によって取り囲まれ、この毛管膜が密に束ねられてヘッドに固定され、毛管膜の上端が閉鎖されていることと、繊維束（４）の上端が固定されないで生水内で自由に動くことが可能であることを特徴とする膜フィルタ。
【請求項２】
ヘッド（１）に保持器（１２）が装着され、この保持器が繊維束（１４）の側方の動きを制限することを特徴とする請求項１記載の膜フィルタ。
【請求項３】
ヘッドが生水を含む槽内に沈めることができる台に固定するための接続装置を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の膜フィルタ。
【請求項４】
口金（１０）が外周側に孔（１１）を有する管状の区間を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【請求項５】
口金（１０）が環状隙間ノズルとして形成され、空気がこの環状隙間ノズルから半径方向に流出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【請求項６】
口金（１０）が逆止弁を備え、空気供給部の圧力低下時に前記逆止弁が閉じることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の膜フィルタ。
【国際調査報告】
2004516920.tif 000026
2004516920.tif 000027
2004516920.tif 000028
2004516920.tif 000029
2004516920.tif 000030
2004516920.tif 000031