(57)【要約】本発明は、電気濾過を実施する方法及び装置に関する。電気濾過は、周知の方法であり、該方法は産業廃水のような懸濁液を浄化するために工業において使用される。公知の技術の水準に基づく電気濾過の装置は、膜電極（Ｍ）のための対向電極として大量の、例えばチタン、金、イリジウム、白金又は同種のもののような高価な金属を使用しなければならないという欠点を有する。膜電極（Ｍ）を運動させる本発明による方法及び本発明による装置により、対向電極のために大量の高価な金属を使用することなく、従来の濾過方法もしくは濾過モジュールに比較して良好な濾過結果が得られる。本発明による方法及び本発明による装置は、物質分離のために使用することができる。
2004503376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極を気泡発生により浄化する電気濾過方法において、使用膜電極を運動させることを特徴とする、電気濾過方法。
【請求項２】
膜電極を電圧を印加することにより帯電させ、かつ電圧に基づき膜表面に気泡を発生させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電圧が１．５Ｖよりも大である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
電圧をパルス化して又は持続電圧として印加する、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
膜電極での電流強度が１ｍＡ／ｃｍ２よりも大である、請求項２から４までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項６】
膜電極を回転させる、請求項１から５までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項７】
浄化中の膜電極を濾過過程中より緩慢に回転させる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
膜電極を浄化中と濾過過程中に同じ速さで回転させる、請求項６記載の方法。
【請求項９】
膜電極を浄化中に０．１〜５ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項６から８までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項１０】
膜電極を濾過過程中に１〜５００ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項６又は７の少なくとも１項記載の方法。
【請求項１１】
膜電極を濾過過程中に１００〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項１０項記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの回転する膜電極及び少なくとも１つの対向電極を有することを特徴とする、電気濾過装置。
【請求項１３】
対向電極が膜電極よりも小さい形もしくは輪郭を有する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
膜電極が、電流を導く膜を有する、請求項１２又は１３記載の装置。
【請求項１５】
膜電極が、電流を導く、穿孔され、かつ酸化チタンを有する、物質透過性の無機被覆を備えた支持体を基礎として製造された無機膜を有する、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
膜を電流の印加により帯電することができる、請求項１４又は１５記載の装置。
【請求項１７】
無機膜が多孔質の、円形又はほぼ円形の円板状支持体に固定され、膜クッションを形成している、請求項１４から１６までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項１８】
円板状支持体が複数の層から構成されていてもよい、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
膜クッションが中央部に、外径が１ｃｍ〜９ｃｍである穿孔を有する、請求項１７又は１８記載の装置。
【請求項２０】
膜クッションの外径が１０〜１００ｃｍである、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
膜クッションが回転する軸を介して膜カソードとして接続されている、請求項１７から２０までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項２２】
単数又は複数の寸法安定な対向電極が存在し、これらが膜の上及び／又は下に配置されている、請求項１２から２１までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項２３】
対向電極が、材料Ｔｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ又はｌｐれらの混合物及び／又は合金の少なくとも１つを有する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
水溶液の電気分解を実施することができる、請求項１２から２３まで少なくとも１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電気濾過（Ｅｌｅｋｔｒｏｆｉｌｔｅｒａｔｉｏｎ）のための方法及び装置に関する。
【０００２】
物質混合物の分離は、物質の工業的生産の際にしばしば発生する問題である。特にしばしば、固体を含有する液相が生成する。一部分極めて小さい固体粒子として液相内に存在する前記固体は、しばしば液体から分離しなければならず、その後該液体をさらに加工することができる。このような分離課題は、例えばジュースを極めて微細な固体成分から分離すべきである飲料工業において、又は廃水の浄化において生じる。プラスチックの工業的生産の場合、プラスチックが微分散されて溶液内に存在するエマルジョン又はラテックスも生成する。この場合には、プラスチックは濾過により、特に精密濾過又は限外濾過により液体から分離することができる。該濃縮液は、さらなる処理に供給することができる。
【０００３】
物質混合物を分離するためには、従来膜が使用される。合成膜は、有機膜と無機膜の間で区別される。
【０００４】
通常、プラスチック又は無機成分、例えば酸化物からなる膜が使用される。これらの膜を使用する公知方法、例えば濾過においては、常に、膜が比較的短い使用時間後に閉塞されるという問題が生じる。古典的なクロスフロー濾過に際には、膜表面での堆積に基づき透過可能な透過液流量の時間的減少が生じる、即ち、一定の圧力で膜を貫流する物質量が少なくなる。
【０００５】
このことは、まさにフィルタ孔を経て物質は引き離されるので、壁に対する垂直な二次流により惹起される。それというのも、からである。固体は対流で壁もしくは膜表面に搬送され、そこで保留されかつまた堆積される。膜モジュールにおいて高いオーバーフロー速度により、固体をさらに懸濁液内に保留することが試みられるが、層状境界層の内部の壁近くの固体はもはや剥離することができない。それにより、膜を通る物質通過は著しく減少せしめられる。膜を交換しかつ場合によっては浄化するか又は廃棄しなければならない。
【０００６】
若干の市販されている膜濾過システムにおいては、クロスフロー効果は高い循環ポンプ出力によって達成されるのではなく、必要な流速は、膜表面のそばを擦過する回転する攪拌機により実現される。このような装置は、例えばＦａ．Ｖａｌｍｅｔ−Ｆｌｏｔｅｃから市販されている。これらの膜濾過システムにおいても、膜上もしくは内部への堆積に基づき透過膜の透過物流量の時間的減少が生じる、即ち一定の圧力で膜を貫流する物質量が少なくなる。
【０００７】
十分に安定なセラミック膜、例えば酸化アルミニウムからなる管型膜の場合には、逆洗浄原理が定着している。周期的時間間隔で、背面から圧力衝撃をかけることにより、衝撃的に短時間貫流方向が逆転される。しかしながら、この原理は、流体濾過においてのみ有効に使用できるにすぎないという欠点を有する。さらに、膜は機械的に強度に負荷を受け、かつ最終的にそれでも、こびりついた物の一部を除去できるにすぎない。
【０００８】
膜を浄化するためのもう１つの可能性は、電気濾過の方法である。電気濾過のための方法及び装置は、従来の技術において長年公知である。例えば、ＥＰ０１６５７４４、ＥＰ０３８０２６６及びＥＰ０６８６４２０において、フィルタを浄化するためにフィルタに電圧を印加しかつフィルタで電気分解を起こさせることにより気泡を発生させる方法が特許請求されている。気泡はフィルタ表面を浄化するので、長いフィルタ耐用時間が達成される。
【０００９】
また、ＷＯ９９／１５２６０にも、物質透過性材料を用いて物質混合物を分離する方法が記載されている。この方法では、材料をいわゆる膜電極として使用しかつこの膜を、電圧を短時間印加し、その際水溶液内に生じる気泡発生により浄化することが提案されている。この方法の場合も、周知であるように、有利には貴金属からなる、膜電極の大きさの対向電極が必要である。
【００１０】
十分なかつ膜電極の全表面上で均一な気泡発生を達成するために、これらの全ての方法並びに装置においては、膜電極までの対向電極の距離を可能な限り短く保つことが必要である。同時に、気泡発生の均一な強度を達成するためには、対向電極に対する膜電極の全ての点の間の間隔は可能な限り同じでなければならない。
【００１１】
記載された方法は、均等な気泡発生を達成するためには対向電極の面の大きさが使用される膜電極の面の大きさに等しくなければならないという欠点を有する。このことは大量の材料使用を必要とする。対向電極材料としては大抵高価な金属、例えばチタン、イリジウム、白金、パラジウム及び金が使用されるので、大量の材料使用は高いコストを意味する。エキスパンデッドメタル電極又は格子電極を使用することにより、前記コストを軽減させることが一部試みられた。このような電極は、しばしば、金属混合酸化物で被覆されたチタンからなる基本構造を有する。このような電極材料は、例えばＨｅｒａｅｕｓ、Ｄｅｇｕｓｓａ−Ｈｕｅｌｓ又はＭｅｔａｋｅｍから入手される。
【００１２】
従って、本発明の課題は、対向電極のための材料費用が安くかつ改良された濾過効率を達成することができる方法及び装置を提供することであった。
【００１３】
驚異的にも、膜電極を運動させる請求項１記載の方法により材料費用を著しく軽減させることができることが判明した。同時に、濾過効率を従来の方法並びに装置に比して向上させることができる。
【００１４】
従って、本発明の対象は、膜電極を気泡発生により浄化する電気濾過のための請求項１記載の方法であり、該方法は、使用膜電極を運動させることを特徴とする。
【００１５】
同様に、本発明の対象は、電気濾過のための請求項１２記載の装置であり、該装置は、少なくとも１つの回転する膜電極、及び膜電極よりも小さい形もしくは輪郭を有する少なくとも１つの対向電極を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明による方法は、濾過効率の向上と同時に、長いフィルタ耐用時間を達成することができるという利点を有する。
【００１７】
本発明による装置は、従来の装置におけるよりも著しく小さい対向電極を使用することができ、かつこの著しい材料倹約により装置のためのコストが技術の水準に基づく従来の装置よりも著しく安いという利点を有する。
【００１８】
物質混合物の電気濾過のための本発明による方法は、膜電極を気泡発生により浄化する電気濾過と組み合わせたクロスフロー方式を基礎とする。通常のクロスフローシステムにおいては、時間と共に、膜表面でのファウリング又はその他のプロセスに基づき、濾過効率の低下が生じる。本発明による装置においては濾過効率が一定の限界値未満に低下すると、電流の印加により膜表面の浄化を行う。
【００１９】
膜モジュール内での高いオーバーフロー速度により固体をさらに懸濁液内に保とうとする公知の組合せ法とは異なり、本発明による方法においては、膜電極を運動させ、こうして固体の大部分を懸濁液内に保とうとする。
【００２０】
膜電極の運動は、濾過中にもまた浄化過程でも行う。
【００２１】
濾過すべき液体を膜電極の濃縮液側に対して押圧する圧力を浄化過程中には低下させるのが有利である。浄化過程中の圧力関係を、膜電極の濃縮液側と透過液側の圧力が同じであるように調節するのが有利である。浄化過程中の膜電極の透過液側の圧力を濃縮液側よりも高く調節し、気泡発生により分離された固体粒子を膜電極から運び去る浄化プロセスを支援することできる、膜電極の透過液側から濃縮液側への流れを発生させるのが有利である。浄化を行った後に、圧力関係を再び濾過のために最適な条件に調整する。濾過中の通常の圧力は、例えば供給圧１．２〜６バール、濃縮液流出内の圧力１〜６バール及び膜の透過液側の圧力５．８〜０．２バールである。
【００２２】
浄化プロセス自体は、前記の文献から公知であり、かつ膜電極に、濾過すべき物質混合物内に存在する液体を電気分解するために十分な大きさの電圧を印加することを基礎とする。有利には、水を電気分解する。膜電極で、アノード又はカソードとしての膜電極の使用に基づき水素又は酸素の気泡が発生する。しかし、有機液体を膜電極でガス状成分に分解することも可能である。
【００２３】
電圧を印加することにより、膜電極を帯電させ、電圧に基づき膜表面に気泡発生が起こる。発生する気泡により、固着物は膜の表面から剥離される。膜電極の運動により簡単に、膜表面から分離された固体粒子を膜電極から運び去ることができる。このプロセスは、前記の圧力逆転もしくくはそれから生じる流動逆転により補助することができる。
【００２４】
膜電極の運動は、有利には回転である。回転の際に生じる遠心力により、膜電極表面に、気泡発生により剥離された固体粒子を回転する円形もしくはほぼ円形の膜電極の外側に搬送する流れが形成される。固体粒子は、膜電極の外側から例えば濃縮液流と共に除去することができる。膜電極の運動により、特に膜電極の回転運動により、気泡発生による膜電極表面の浄化が明らかに改善される。
【００２５】
本発明によれば、特に有利には、膜電極を浄化もしくは浄化過程中に濾過もしくは濾過過程中におけるよりも緩慢に回転させる。有利には、膜電極を浄化中には０．１〜５ｒｐｍの回転速度で回転させる。濾過プロセス中には、膜電極を有利には１〜５００ｒｐｍの回転速度、全く特に有利には１００〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【００２６】
しかしまた、膜電極が浄化中と濾過過程中に同じ速度で回転させるのが有利である。この場合には、１〜１０ｒｐｍ、特に１〜５ｒｐｍの回転速度が有利である。
【００２７】
有利には、浄化過程のためには、１．５Ｖより高い電圧を膜電極と、少なくとも相応する対向電極との間に印加する。有利には、対向電極での電流強度が１ｍＡ／ｃｍ２より大きい、特に１０ｍＡ／ｃｍ２より大きいことを保証する大きさの電流もしくは電圧を印加する。
【００２８】
電圧は、パルス化するか又は連続電圧として印加することができる。浄化過程中には、連続電圧を使用するのが有利である。スタックの緩慢な回転により、膜表面の全ての点はパルス化する電流の作用を受け、それにより最良の浄化効果が得られる。膜表面の電気的浄化により流量が再び出発値に上昇するか又は少なくとも改良された後に、濾過を再び正常な無通電運転でさらに実施することができる。濾過中には浄化過程中よりも高い回転速度を使用するのが有利である。
【００２９】
電圧を印加することにより、前記原理に基づき、即ち膜表面での気泡発生により、膜の清浄化が生じる。しかし、対向電極の使用形に基づき、気泡は膜電極表面の全領域にわたっては生じない。膜電極の全表面での気泡の発生を達成するためには、一般に膜電極の両面に膜電極と同じ大きさの円板状膜電極が存在する必要がある。この状況は電気濾過法を著しく費用のかかるものにする。それというのも、対向電極は、少なくともアノードである対向電極が寸法安定であるために、貴金属及び高価な金属を有する必要があるからである。しかし今や、浄化過程中の膜の本発明による回転もしくは運動により、膜電極よりも小さい形を有する対向電極を使用することが可能である。この場合には、膜電極のあらゆる領域が少なくとも１回浄化過程中に対向電極に対して十分に小さい距離にもたられることのみが保証される必要がある。このような本発明による方法の構成においては、その都度対向電極においてのみ気泡発生が生じる。それというのも、ここで電界は最強であるからである。全膜表面の完全な浄化を得るためには、膜電極を膜電極スタックの緩慢な回転により対向電極のそばを導く。
【００３０】
同様に、本発明による方法は、有利にデッド・エンド濾過（Ｄｅａｄ−Ｅｎｄ Ｆｉｔｅｒａｔｉｏｎ）において使用することができる。この濾過法においては、膜を介する濾過すべき液体の十分に高いオーバーフロー速度を達成することは不可能である。この場合、本発明による方法は、膜電極を本発明に基づき運動させることにより、オーバーフロー速度をシミュレートもしくは達成する可能性を提供する。デッド・エンド濾過も、有利には１．２〜６バールの供給圧及び５．８〜０．２バールの膜の透過液側の圧力で実施する。
【００３１】
本発明による方法を実施するためには、特に本発明による電気濾過装置が好適である。本発明によれば、この装置（以下には、電気濾過モジュールとも称する）は、少なくとも１つの回転する膜電極及び少なくとも１つの対向電極を有する。有利には、対向電極は膜電極よりも小さい表面積を有する。膜電極の回転により、膜電極表面の全ての領域は対向電極のそばを通過せしめられる。
【００３２】
本発明によれば、膜電極は、電流を導く無機膜からなる。有利には、膜電極は、二酸化チタンを有する無機の物質透過性被覆が施された、電流を導く穿孔された支持体をベースとして製造された無機膜からなる。本発明による膜は、有利には電流を印加することにより負に帯電させることができる。本発明に基づく物質透過性とは、被覆が孔を有することを意味する。その都度の使用目的（濾過プラン）に基づき、濾過の際に、最大孔径より大きい粒子は保留されるように、適当な最大孔径を有する膜を使用することができる。
【００３３】
膜電極としては、本発明によれば、軸上に配置された、有利には１ｍｍ〜３０ｍｍ、特に有利には１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さを有する、円板状の、いわゆる膜クッションを使用する。より薄い膜クッションを使用することも可能であるが、この場合には寸法における制限は必要な安定性及び／又は分離効率によって特定される。有利には、膜クッションは円形又はほぼ円形を有し、その際最大直径は１０〜１００ｃｍ、有利には１０〜５０ｃｍである。該膜クッションは、有利にはその中心部に、外径が１〜９ｃｍである開口もしくは孔を有する。該開口もしくは孔は、全く特に有利には、シャフトもしくは軸の外径に等しい外径を有する。
【００３４】
膜電極として使用される膜クッションを製造するためには、少なくとも部分的に導電性である全ての膜が適当である。例えばセラミック膜又は金属膜のような、主として無機成分からなる膜を使用するのが有利である。このようなセラミック膜の製造は、例えばＷＯ９９／１５２６０，ＷＯ９９／１５２６２又はＷＯ９６／００１９８に記載されている。金属膜は、例えば金属ネット又は織物であってよい。可撓性もしくは折り曲げ可能である無機膜を使用するのが、全く特に有利である。
【００３５】
膜クッションは、例えば、中心部に切欠き、有利には円形の切欠きを有する多孔質支持円板又は円形もしくはほぼ円形の保持部材に、有利には少なくとも部分的に導電性の特性を有する、少なくとも１つの無機膜を固定することにより得られる。固定は、例えば貼り付けにより行うことができる。この固定は、支持円板の上側及び下側で行う。支持円板の外側縁部を、適当な材料を使用して封止するかもしくは物質不透過性にするか、又は同様に導電性膜で密閉する。円板の内側縁部は、封止せずかつ膜と接着しない。こうして、平面状の側で、粒子大きさがその都度使用される膜の孔径よりも小さいような物質だけに対して透過性である膜が得られる。膜クッションの外側縁部は、物質に対して側面と同様に透過性であるか又は完全に物質透過性である。膜クッションの内側縁部は、多孔質支持円板の孔径よりも小さい粒子大きさを有する全ての物質に対して物質透過性である。
【００３６】
同様に、膜クッションを、スペーサ材料、ドレイン（Ｄｒａｉｎａｇｅ）材料又は不織布が埋め込まれた膜から製造するのが有利である。このような膜も、ＷＯ９９／１５２６０及び／又はＷＯ９９／１５２６２に基づき、必要なスペーサ材料、ドレイン材料又は不織布を多孔質支持材料として使用し、該材料に多孔質セラミック層を施すことにより製造することができる。有利には、電圧を印加することにより導電性にすることができる酸化チタンを有する多孔質セラミック層を施す。このような膜から、必要な膜クッションは例えば打ち抜きにより得ることができ、この場合には打ち抜き後に物質に対して透過性であるべき外側縁部は、適当な材料、例えば接着剤又はガラスろうで封止するか又は溶接しなければならない。
【００３７】
多孔質支持円板及び／又はスペーサ材料、ドレイン材料又は不織布は導電性であるのが有利である。しかし、このことは、使用膜もしくは膜表面が導電性に加工されている限り、必ずしも必要ではない。
【００３８】
対向電極としては、特に棒状電極が適当である。しかし、別の形の電極、例えば円板状電極又はトルテ状（ｔｏｒｔｅｎｆｏｅｒｍｉｇ）電極を使用することもできる。本発明によれば、対向電極は、膜電極と同じか又はそれよりも小さい形もしくは輪郭、有利には小さい形もしくは輪郭を有する。本発明で使用する膜電極は有利には円形又は少なくとも多角形の形もしくは輪郭を有するので、対向電極としては、輪郭としてセクター（扇形）を有する電極が特に好適である。有利には、セクターは、膜電極と輪郭と同一の外半径を有する。セクターは、３６０°より小さい全ての大きさを有することができる。有利には、対向電極は６０〜０．１°のセクター（トルテ切片）を有する。前記の棒状電極は、極めて小さいセクターを有する対向電極として見なすことができる。
【００３９】
前記対向電極は、その形もしくは輪郭とは無関係に電極のために通常使用される材料から製造することができる。有利には、本発明による装置の対向電極は、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ又はこれらの金属を含有する合金から製造される。また、前記金属で被覆した標準電極を使用するのも有利である。標準電極の選択は、使用電極又は電極の基体が処理すべき溶液もしくは物質混合物に関して寸法安定性であらねばならないことにより制限される。
【００４０】
電気濾過のための本発明による装置は、前記膜クッションの１つ以上を有することができる。同様に、本発明による装置は、前記対向電極の１つ以上を有することができる。有利には、本発明による電気濾過モジュールは、対向電極の膜クッションに対する比０．５対１〜１０対１を有する。０．５対１の比は、例えば、２つの膜クッションの間に正確に対向電極が配置されていることにより達成される。
【００４１】
本発明による電気濾過モジュールは、少なくとも１つの膜クッションを有し、該膜クッションは、少なくとも部分的に開口を有する少なくとも１つの軸に、軸の全ての開口上に膜クッションの内側縁部が位置するように配置されている。１つだけでなく複数の膜クッションが前記のような軸に配置されているのが有利である。この場合には、軸のそれぞれ少なくとも１つの開口は膜クッションの内側縁部により覆われている。膜クッションは軸に強固に固定する。この固定は当業者に知られた方法で、例えば溶接又は接着により行うことができる。クッションを軸に固定するための条件は、膜クッションの内側縁部と軸の間に、物質が通過できる空隙が残らないことが保証されるべきことである。軸上の個々の膜クッションの間には、少なくとも１つの対向電極を２つの膜クッションの間に配置することができるほどの大きさの空間が存在する必要がある。膜クッション相互の間隔は、軸内の開口の配置により決定される。この背景の前に、軸上の開口の配置は任意でなく、前記の条件を満たさねばならない。個々の膜クッションの間にはスペーサを設けるのが有利である。このような軸と少なくとも１つの膜クッションからなる装置を、以下には膜電極電極スタックと称する。
【００４２】
軸としては、有利には円形又は矩形の断面を有する、導電性の中空体、例えば金属管を使用することができる。軸の側面内の前記開口は、それらの配置によって、開口上に配置される膜クッションが十分に大きな間隔を有するという前記条件を満たさねばならない。これらの開口により、これらの開口により、膜クッションの膜を通過する濾液を軸内に移行させかつこの軸を経て容器に導くことができる。
【００４３】
本発明による電気濾過モジュールは、有利には、少なくとも１つの流入口及び少なくとも１つの流出口を有する室を有する。この室内には、さらに少なくとも１つの膜電極スタックが設置されている。有利には、膜電極スタックは室内に、膜クッションが電気濾過モジュールの運転中に室の基準面に対して水平に又は垂直に配置されるように設置されている。有利には、膜電極スタックは室内に、軸が、室の側壁内に組み込まれた軸受け内に係止するように設置されている。有利には室の外側の軸に、軸を回転させることを可能にする駆動装置が設置されている。有利には、軸に、軸を調節可能な速度で回転させることができるモータが取り付けられている。
【００４４】
本発明による濾過モジュールをデッド・エンド原理に基づく濾過において使用すべき場合には、濾過モジュールの室からの流出口を濾過過程中に閉鎖する。透過液を、クロスフロー濾過におけると同様に、膜クッションが配置された軸を通して濾過モジュールから流出させる。浄化過程中又は後に、分離された粒子を室から排出するために、室からの流出口を短時間開放する。
【００４５】
室内には、また少なくとも１つの対向電極が存在する。有利には、室内には少なくとも、対向電極の膜クッションに対する前記比が維持される程多くの対向電極が存在する。有利には、全ての対向電極は相互に導電接続されている。膜クッション当たり室内に１つだけの対向電極が存在するのではなく、少なくとも２個以上の対向電極が存在するのが有利である。膜クッション当たり２個以上の対向電極を使用する場合には、対向電極を、膜クッションの間の１つの面上に存在する対向電極の間の角度が同じであるように配置するのが有利である。
【００４６】
安定性の理由から、若干の電極のヘッドに非導電性シェルを固定しかつ対向電極を、非導電性シェルが軸受けシェルとして軸に接触するような長さに形成するのが有利である。このようにして、軸を室の内部で付加的な軸受けで支持することができる。
【００４７】
軸、それに伴い膜電極スタック並びに対向電極は、電源と、しかも膜電極スタック一方の極に接続されかつ対向電極が他方の極に接続されている形式で接続されている。電源は、少なくとも１．５Ｖの電圧を有する電流を提供する。直流又は交流を使用することができるが、直流を使用するのが有利である。直流を、膜電極スタックをカソードとして接続しかつ対向電極をアノードとして接続する形式で使用するのが全く特に有利である。
【００４８】
室内に１つだけの膜電極スタックでなく、複数の膜電極スタックを設置するのが有利である。全ての膜電極スタックが１つのカソードとして一緒に接続されているのが有利である。
【００４９】
本発明による装置は、例えばクロスフロー又はデッド・エンド原理に基づき、物質混合物を濾過する際に膜濾過装置の濾過効率を向上させるために本発明による方法を実施するために使用することができる。
【００５０】
本発明による装置を添付図面の図１〜４に基づき詳細に説明するが、本発明による装置はこれらに制限されるものではない。
【００５１】
図１には、本発明による電気濾過モジュールが概略的に図示されている。流入口Ｅｉ及び流出口Ａｕを有する室Ｋａ内に、軸Ｗが存在し、該軸に複数の膜クッションが膜電極Ｍとして配置されている。膜電極は、中空でありかつ透過液Ｐｅを導出することができる軸Ｗを介して電気的に電源のマイナス極（−）に接続されている。該軸は、回転できるように取り付けられている。膜電極Ｍの間に棒状電極Ｓが設置され、これらは互いに導電接続されかつ一緒に電源のプラス極（＋）に接続されている。
【００５２】
図２には、本発明による膜クッションが概略的に示されている。ＭＫ１ａ及びＭＫ２ａで示された図面は、本発明による膜クッションの断面図である。ＭＫ１ｂ及びＭＫ２ｂで示された図面は、膜クッションの斜視図である。
【００５３】
図３には、膜電極Ｍ１〜Ｍ４に対する棒状電極Ｓの４つの可能な配置が例示されている。付加的に、膜電極Ｍ５及びＭ６に対するトルテ状の、円又はリング切片の輪郭を有する対向電極Ｔの２つの可能な配置が示されている。
【００５４】
図４には、電気濾過の原理的運転方式が示されている。本発明による電気濾過モジュールでも実施することができるような電気濾過の場合には、濾過すべき物質流は濾過モジュールＦＭを経て循環せしめられる。濾過膜の両面にかかる異なる圧力により、フィード流Ｆｅの一部は濾過膜Ｍｅｍのより透過液Ｐｅとして濾過されて透過液室に達する。フィード流の主要部分、並びに濾過膜により保留される粒子は、濃縮液Ｒとして再びフィード受容器ＦＶに戻される。
【００５５】
膜（−）及び同様に存在する対向電極（＋）に電圧を印加することにより、電気分解により膜でガス発生が生じる。ガス発生Ｇａは直接膜表面で行われるので、膜表面を覆う粒子は、そこから剥離されかつ十分な高さの流れで濾過モジュールを経て濃縮液と一緒にフィード受容器に戻される。このようにして、膜に電圧を印加することにより膜を浄化することができる。
【００５６】
図５には、デッド・エンド原理に基づく電気濾過の原理的運転方式が示されている。本発明による電気濾過モジュールでも実施することができるような電気濾過においては、濾過すべき物質流（フィード）Ｆｅはフィード受容器ＦＶ’から濾過モジュールＦＭ’に導入される。濾過膜Ｍｅｍ’の両側での異なる圧力により、フィード流の一部は濾過膜より透過液Ｐｅ’として濾過されて透過液室内に達する。
【００５７】
膜（−）及び同様に存在する対向電極（＋）に電圧を印加することにより、電気分解により膜でガス発生Ｇａが生じる。ガス発生は直接膜表面で行われるので、膜表面を覆う粒子は、そこから剥離される。このようにして、膜に電圧を印加することにより膜を浄化することができる。
【００５８】
図６及び図７には、実施例に記載する実験に関して得られた測定結果がグラフで示されている。
【００５９】
実施例：１％のＰＭＭＡラテックス溶液の電気濾過
本発明による濾過装置で、種々の回転速度で１％のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ラテックスの電気濾過を実施した。該濾過装置は、１０ｃｍの外径を有する膜電極を有していた。該膜電極を製造するために使用した膜は、０．０８μｍの平均孔径を有していた。対向電極（アノード）としては、実験Ａ、Ｂ及びＥにおいては、白金で被覆した、円形のプロフィール、１０ｃｍの長さ及び５ｍｍの直径を有するチタンからなる棒状電極を使用した。棒状電極は、相互に平行に膜電極の上及び下に膜電極に対して５ｍｍの間隔で配置されていた。
【００６０】
比較目的のために、実験Ｃにおいては、実験パラメータが膜電極に電流を印加しないまで実験Ａからのパラメータと同一である濾過を実施した。
【００６１】
同様に比較目的のために、実験Ｄにおいては、円板状電極を対向電極として使用した。これらは同様に白金で被覆した、チタンからなる円板もしくはリングであり、これらも膜電極の上及び下に平行に膜電極に対して５ｍｍの間隔で配置されていた。膜電極とは異なり、該円板電極は不動に固定されていた。
【００６２】
実験Ｅ〜Ｈは、０．０７５μｍの平均孔径を有する別の膜電極を使用した点が異なる以外、実験Ａ〜Ｄと同じ装置及び同じパラメータを用いて実施した。実験Ｇでは、実験Ｂにおける同様に無通電状態で測定した。測定曲線の経過は、相応して類似している。同様に、曲線Ｈ及びＤの経過も相応している。両者の実験では、膜電極並びに対向電極としての円板電極（セクター３６０°）に持続電流を印加することにより濾過を実施した。
【００６３】
実験Ｆでは、電極として、合同に、膜電極の上及び下に平行に設置された、それぞれ１８０°のセクターを有するトルテ状電極を使用した。回転速度は、１０ｒｐｍであった。
【００６４】
実験Ｅにおいては、１ｒｐｍの回転速度で４．５時間まず電流を印加せずに濾過した。この時間後に、２Ａの電流を印加した。
【００６５】
実験パラメータに対する曲線Ａ〜Ｅの配属は、以下の表から推察することができる。
【００６６】
【表１】
2004503376.tif 000003
【００６７】
図６には、実験時間にわたる透過液流量の経過がプロットされている。曲線経過から推察することができるように、透過液流量は６．５時間の実験時間にわたり実験ＡとＢにおいては殆ど一定である。実験Ｃに属する曲線は、実験時間の経過において透過液流量の連続的減少を示す。実験Ｄに属する曲線から、選択した実験パラメータにおいて実験時間にわたり透過液流量の減少はなお一層明らかに高いことを認識することができる。
【００６８】
図７においては、実験Ｅ〜Ｈに関して実験時間にわたる透過液流量の経過がプロットされている。使用した膜電極のより小さい最大孔径のためにより僅かな透過液流量が既に実験の開始時から認識可能である。実験Ｅに対する曲線の経過は、開始時には実験Ｆに対する曲線の経過に等しい、即ち透過液流量は実験時間と一緒に減少する。４．５時間後、従って電流を膜電極に印加する時点で、膜を通過する透過液流量は再び上昇し、かつ約半時間後には殆ど再び実験の開始時の膜を通過する透過液流量の値に達する。１８０°のセクターを有するトルテ状電極の使用（曲線Ｆ）は、円板状電極での曲線（実験Ｅ）よりも殆ど良好でない濾過効率を示す。
【００６９】
曲線Ｇは、曲線Ｂと類似した経過を示す。このことは、両者の曲線が無通電濾過における透過液流量の経過を示しているので、意想外のことではない。曲線ＦとＨは、殆ど一致しておりかつ曲線Ｄの経過に類似する。円板状電極（セクター３６０°）又はトルテ電極（セクター１８０°）を用いた濾過の実施は、１０ｒｐｍの回転速度で殆ど差異を示さない。
【００７０】
濾過を無通電で実施しかつ透過液流量が実験時間にわたって連続的に減少する比較実験Ｃに対して、実験Ａ又はＢに基づく電気濾過における透過液流量は全実験時間にわたり殆ど一定に保たれる。このことは気泡発生による膜の浄化に起因する。気泡発生は、実験Ａにおいては膜電極のあらゆる位置で１分間当たり１回行われる。実験Ｂにおいては、気泡発生は高い回転速度に基づき１分間当たり２回行われる。それというのも、膜電極のあらゆる領域が１分間当たり２回、ＰＭＭＡ溶液の水を電気分解で水素と酸素に分解するために電圧が十分な大きさである棒状電極の電界の領域に達するからである。
【００７１】
円板状電極を使用し、ひいては膜電極も全ての領域に常時水の電気分解のために十分な大きさの電圧を印加した実験Ｈ及びＤにおいては、持続的気泡発生が透過液流量の一層急速な減少を惹起した。この現象は、強度の気泡発生により膜電極の孔が部分的にブロックされ、従ってもはや濾過に貢献しなくなることにより説明される。さらに、曲線Ｆの経過は、１８０°のセクターを有するトルテ状電極を、１０ｒｐｍの膜電極の回転速度で使用すると、気泡発生が常になお準連続的に行われ、従って円板状電極を使用する場合に類似した悪い濾過結果が得られる結果を示す。この理由から、大きすぎない電極の使用が努力されるべきであるか又は大きな電極（セクター１８０°）を使用する際には回転速度を相応して絞るべきである。
【００７２】
実験Ｅに対する曲線の経過からは、膜電極もしくは膜電極の領域に濾過の開始時に規則的間隔で電圧を印加する必ずしも必要ではないことを認識することができる。むしろ、膜電極もしくはその部分への電極の印加は、透過液流量の低下が一定の限界値に達した際に初めて行えば十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による電気濾過モジュールの概略図である。
【図２】
本発明による膜クッションの概略図である。
【図３】
膜電極Ｍ１〜Ｍ４に対する棒状電極Ｓの４つの可能な配置を例示する図である。
【図４】
電気濾過の原理的運転方式を示す概略図である。
【図５】
デッド・エンド原理に基づく電気濾過の原理的運転方式を示す概略図である。
【図６】
実施例に記載した実験（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に関して得られた測定結果を示すグラフである。
【図７】
実施例に記載した実験（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に関して得られた測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｋａ　室、　Ｅｉ　流入口、　Ａｕ　流出口、　Ｗ　軸、　Ｍ　膜電極、　Ｐｅ　透過液、　Ｍ　膜電極、　Ｓ　棒状電極、　ＦＭ　濾過モジュール、　Ｆｅ　フィード流、　Ｐｅ、Ｐｅ’　透過液、　Ｍｅｍ、Ｍｅｍ’　濾過膜、　ＦＶ、ＦＶ’　フィード受容器
【図６】
2004503376.tif 000004
【図７】
2004503376.tif 000005
【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8月8日(2002.8.8)
【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】
膜電極を気泡発生により浄化する電気濾過方法において、使用膜電極を回転させ、かつそれにより膜電極のすべての領域を浄化過程中に少なくとも１回対向電極に対して十分に近い間隔にもたたすことを特徴とする、電気濾過方法。
【請求項２】
膜電極を電圧を印加することにより帯電させ、かつ電圧に基づき膜表面に気泡を発生させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電圧が１．５Ｖよりも大である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
電圧をパルス化して又は持続電圧として印加する、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
膜電極での電流強度が１ｍＡ／ｃｍ２よりも大である、請求項２から４までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項６】
浄化中の膜電極を濾過過程中より緩慢に回転させる、請求項１から５までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項７】
膜電極を浄化中と濾過過程中に同じ速さで回転させる、請求項１から５までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項８】
膜電極を浄化中に０．１〜５ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項６又は７項の少なくとも１記載の方法。
【請求項９】
膜電極を濾過過程中に１〜５００ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項６項記載の方法。
【請求項１０】
膜電極を濾過過程中に１００〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させる、請求項９項記載の方法。
【請求項１１】
膜電極を気泡発生により浄化する電気濾過装置において、少なくとも１つの回転する膜電極及び少なくとも１つの対向電極を有し、かつ膜電極の回転により膜電極表面の全ての領域が対向電極のそばを通過せしめられることを特徴とする電気濾過のための装置。
【請求項１２】
対向電極が膜電極よりも小さい形もしくは輪郭を有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
膜電極が、電流を導く膜を有する、請求項１１又は１２記載の装置。
【請求項１４】
膜電極が、電流を導く、穿孔された、かつ酸化チタンを有する、物質透過性の無機被覆を備えた支持体を基礎として製造された無機膜を有する、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
膜が電流の印加により帯電することができる、請求項１３又は１４記載の装置。
【請求項１６】
無機膜が多孔質の、円形又はほぼ円形の円板状支持体に固定され、膜クッションを形成している、請求項１３から１５までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項１７】
円板状支持体が複数の層から構成されていてもよい、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
膜クッションが中央部に、外径が１ｃｍ〜９ｃｍである穿孔を有する、請求項１６又は１７記載の装置。
【請求項１９】
膜クッションの外径が１０〜１００ｃｍである、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
膜クッションが回転する軸を介して膜カソードとして接続されている、請求項１６から１９までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項２１】
単数又は複数の寸法安定な対向電極が存在し、これらが膜の上及び／又は下に配置されている、請求項１１から２０までの少なくとも１項記載の装置。
【請求項２２】
対向電極が、材料Ｔｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ又はこれらの混合物及び／又は合金の少なくとも１つを有する、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
水溶液の電気分解を実施することができる、請求項１１から２２まで少なくとも１項記載の装置。
【国際調査報告】
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