(57)【要約】  本開示は、下端および上端の間に延在する処理部を具える中空繊維膜の束と、少なくとも１つのガスディフューザと、を具える水処理モジュールを提供し、その膜は、ガス透過性で水不透過性の膜であり、中空繊維膜の少なくとも１つの端部が、バイオフィルム成長促進ガス（ＢＧＳＧ）源につなげられており、ＢＧＳＧを中空繊維膜内に入れることのできる構成となっており、少なくとも１つのガスディフューザが束の下端に付随し、気泡が繊維間の処理部を通って上昇するように、束の境界内に気泡を放出する構成となっている。本開示は、このモジュールを使用するデバイス、システムおよび方法についても開示している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理モジュールにおいて、
下端部と上端部との間に延在する処理部を有する中空繊維膜の束を具えるとともに、少なくとも１つのガスディフューザを具え、前記膜が、ガス透過性で水不透過性であり、
前記中空繊維膜の少なくとも一端が、バイオフィルム成長促進ガス（ＢＧＳＧ）の供給源に連結されるとともに、前記中空繊維膜内へのＢＧＳＧの注入を許容するように構成されており、
前記少なくとも１つのガスディフューザは、前記束の下端部と関連付けられており、かつ気泡が繊維間の処理部を通って上昇するように前記束の境界内に気泡を放出するように構成されていることを特徴と水処理モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理モジュールにおいて、前記下端部および上端部の少なくとも一方における繊維が互いにしっかりと一つにまとめられていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水処理モジュールにおいて、前記束の一端に付随する１つまたは２つのポッティング要素を具えていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の水処理モジュールにおいて、前記ガスディフューザが、下部にあるポッティング要素と一体となっていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項５】
請求項３または４に記載の水処理モジュールにおいて、前記ポッティング要素がキャスト要素であることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項６】
請求項３乃至５の何れか一項に記載の水処理モジュールにおいて、前記ポッティング要素が、前記繊維の端部上のキャストであることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の水処理モジュールにおいて、前記ガスディフューザが、前記束の下端部の境界内に位置するガス排気口を具えていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の水処理モジュールにおいて、前記ガスディフューザが、前記束の下端部の境界の外側に位置するガス排気口を具えていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の水処理モジュールにおいて、前記束の境界内に放出された気泡をチャネリングするためのチャネリング要素を具えていることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項１０】
請求項９の水処理モジュールにおいて、前記チャネリング要素が、前記束の少なくとも下端部を包み込むスリーブ要素であることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の水処理モジュールにおいて、前記処理部の少なくとも大部分を包み込むスリーブ要素を具えることを特徴とする水処理モジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の１以上のモジュールを具えていることを特徴とする水処理デバイス。
【請求項１３】
水処理システムであって、
１以上の水処理タンクと、それぞれのタンク内の１以上の水処理モジュールと、バイオフィルム成長促進ガス（ＢＧＳＧ）のためのＢＧＳＧ配管と、前記ＢＧＳＧ配管に接続されたＢＧＳＧ源と、補助ガス（ＡＧ）のためのＡＧ配管と、前記ＡＧ配管に接続されたＡＧ源とを具え、前記ＡＧが、前記ＢＧＳＧと同じであるか、または異なるガスであり、
１以上の処理モジュールが、
下端部と上端部との間に延在する処理部を有する中空繊維膜の束であって、
前記膜が、ガス透過性で水不透過性である、中空繊維膜の束と、
前記下端部と関連付けられたガスディフューザであって、気泡が繊維間の処理部を通って上昇するように前記束の境界内にＡＧの気泡を放出するように構成されたガスディフューザとを具え、
前記ＢＧＳＧ配管が、前記束内の繊維にＢＧＳＧを供給するように構成され、前記ＡＧ配管が、前記ディフューザにＡＧを供給するように構成されていることを特徴とする水処理システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の水処理システムにおいて、前記水処理タンクが、複数の前記モジュールを具えていることを特徴とする水処理システム。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の水処理システムにおいて、請求項２乃至１２の何れか一項に記載の１以上のモジュールを具えていることを特徴とする水処理システム。
【請求項１６】
水処理方法において、
水が１以上の処理モジュールと接することを可能にするステップであって、各モジュールが、中空繊維膜の束を具えるとともに、前記膜が、ガス透過性で水不透過性であり、前記束が、下端部と上端部との間に延在する処理部を有する、ステップと、
前記中空繊維膜内にバイオフィルム成長促進ガス（ＢＧＳＧ）を注入するステップと、
前記束の境界内でかつ繊維間にある処理部を通って気泡が上昇するように、補助ガス（ＡＧ）の気泡を放出することを可能にするステップであって、ＡＧがＢＧＳＧと同じであるか、または異なるガスである、ステップと、
を具えることを特徴とする水処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の水処理方法において、前記ＡＧを断続的に放出または排出するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の水処理方法において、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のモジュールまたは請求項１３、１４または１５のシステムを使用して実施されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタで水を処理するステップと、
前記リアクタの中空繊維膜の束の処理部の境界内を通って気泡が上昇するように気泡を放出するステップと、
を具える方法。
【請求項２０】
メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタにおいて、前記リアクタの中空繊維膜の束の処理部の境界内を通って上昇する気泡を放出するよう構成されたガスディフューザを具えることを特徴とするメンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ（ＭＡＢＲ）水処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の主題の背景技術として関連すると考えられる文献を以下に記載する。
−  国際公開第ＷＯ２００８／１３０８８５号
【０００３】
本明細書中の上記文献の確認は、それらが、本明細書に開示された主題の特許性に多少なりとも関係していることを意味するものとして推論されるものではない。
【０００４】
メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ（ＭＡＢＲ）システムは、処理すべき水の中の有機汚染物質を取り除くために、典型的には微生物を利用する。いくつかのＭＡＢＲシステムにおいて、バイオフィルムは、酸素および水溶性有機化合物をバイオフィルムに供給することにより、ガス透過性膜上で成長する。
【０００５】
国際公開第ＷＯ２００８／１３０８８５号は、処理すべき水を含むタンク内に複数の中空繊維ガス透過性膜を有する、膜に支持されたバイオフィルム装置について記載している。膜は、およそ２００ミクロン以下の直径を有しており、タンクの容積の０．５％から４％を占める。そして、処理すべき水の中の膜上でバイオフィルムを維持する。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ(ＭＡＢＲ)技術に関する。この技術を具体化する水処理モジュール、リアクタ、システムおよび方法が提供される。
【０００７】
これらのＭＡＢＲ技術を採用するような生物学的な水処理システムは、運転中に膜の外側面に過剰なバイオフィルムが成長することで、特に水中の浮遊固形物とともに、詰まる傾向があり、それにより、水処理システムの性能が低下する。本開示のＭＡＢＲ技術の生物学的な有利な効果の一つは、そのような詰まりを減らすことにある。
【０００８】
本開示のＭＡＢＲは、中空繊維膜の束と、中空繊維膜の束の処理部の境界内を通って上昇するように気泡を放出するよう構成されたガスディフューザとを具える。
【０００９】
本開示の一実施形態では、ガス透過性で水不透過性の中空繊維膜の束を具える水処理モジュールを提供する。中空繊維膜の束は、下端部と上端部との間に延在する処理部を具えるとともに、少なくとも１つのガスディフューザを具えている。中空繊維膜の束は、その２つの端部のうちの一方または両方において、バイオフィルム成長を促進する種類のガスである第１種類のガス源に接続されており、それぞれの端部内への第１種類のガスの注入を許容するように構成されている。このガスは、水中内に膜を通して拡散するよう中空繊維の内腔に供給され、それにより、バイオフィルムの成長を促進する。本明細書では、このガスを「バイオフィルム成長促進ガス」または略して「ＢＧＳＧ」と称する。
【００１０】
少なくとも１つのガスディフューザが、束の下端（例えば、一体的に形成された、またはその付近に配置された）と機能的に関連しており、運転中に気泡が繊維間の処理部を通るように、束の境界内に気泡を放出するよう構成されている。換言すれば、少なくとも１つのディフューザから放出された気泡は、束の境界内において少なくとも処理部で上に向かってドリフトし、膜から過剰なバイオフィルムを洗い流し、中空繊維膜付近の水を攪拌して混ぜる。本明細書では、少なくとも１つのディフューザに供給され、少なくとも１つのディフューザから放出されるガスを、「補助ガス」または略して「ＡＧ」と称する。以下に示されているように、ＢＧＳＧおよびＡＧは、同じガスであるか、または異なるガスであってもよい。
【００１１】
本開示の別の態様では、本開示の１以上のモジュールを具える水処理リアクタが提供される。
【００１２】
本開示の更なる態様では、１以上の水処理タンクと、各タンク内の１以上の水処理モジュールと、１以上のガス配管とを具える水処理システムが提供される。１以上の各水処理モジュールの各々は、上述したものであってもよく、ガス透過性で水不透過性の中空繊維膜の束を具えている。システム内において、各束は、ほぼ垂直方向に延び、束の上端および下端の間に処理部が延在している。少なくとも１つのガスディフューザが、束の下端と機能的に関連し、気泡が中空繊維間の処理部を通るよう、束の境界内にＡＧ気泡を放出するように構成されている。１以上のガス配管の少なくとも１つは、ＢＧＳＧを繊維の一端に供給するよう構成されており、中空繊維の内腔にガスを入れることができる。ガス配管は、少なくとも１つのディフューザにＡＧを供給するようにも構成されている。いくつかの実施形態においては、供給レジメントはたいてい異なるため、ＡＧおよびＢＧＳＧが同じガスであったとしても、ＡＧおよびＢＧＳＧを供給するための配管は異なっている。
【００１３】
本明細書においては、ＡＧのためのガス配管は、「ＡＧ配管」と称し、ＢＧＳＧのためのガス配管は、「ＢＧＳＧ配管」と称する。各ガス源は、「ＡＧ源」および「ＢＧＳＧ源」と称する。ＡＧ源およびＢＧＳＧ源は、加圧ガスタンク、ガスポンプ、またはその組合せであってもよい。ＡＧおよびＢＧＳＧ配管は、必要に応じてガス流量、圧力および供給スケジュールを適切に制御するために、ガス圧レギュレータ、バルブ、その他のフローレギュレータ等を具えてもよい。
【００１４】
ＢＧＳＧは、膜上で成長するバイオフィルムの種類に応じて選択され、それは、処理される水の汚染物質の種類によって変わる。具体的には、ガスは、空気、酸素富化空気、メタンを追加した空気、純酸素、純メタン、またはメタンまたは酸素を含む任意のガスであってもいい。例えば、処理される水が、有機物質および／またはアンモニア化合物を含んでいる場合、水処理ガスは、特に酸素を多く含むガスとなる。処理される水が、窒素酸化物含有化合物（例えば、硝酸塩）を含んでいる場合、水処理ガスは、メタンを多く含むガスとすることができる。
【００１５】
更なる別の態様において、この開示は、メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ中で水処理をするステップと、気泡がリアクタの中空繊維膜の束の処理部境界内を通って上昇するように気泡を放出するステップとを具える水処理方法を提供する。
【００１６】
この方法の一実施形態では、処理される水が、本明細書に記載される種類の１以上の処理モジュールに接触される。ＢＧＳＧは（典型的には一端から他端へと通り抜けるように）中空繊維の内腔へと注入され、ＡＧは、気泡が束の境界内の処理部および繊維間を通るように、ディフューザから放出される。
【００１７】
一実施形態において、繊維は、束の下端および上端の少なくとも一方においてしっかりと一つにまとめられている。これは、束の下端または上端の一方または両方に取り付けられるポッティング要素でしっかりと固定することでできる。いくつかの実施形態では、ＡＧガスディフューザが、束の下端でポッティング要素と一体化されている。ポッティング要素は、キャスト要素、例えば、繊維の端部上のキャストとであってもよい。
【００１８】
一実施形態において、少なくとも１つのガスディフューザが、束の下端の境界内に配置されたガス出口を具えている。
【００１９】
別の実施形態においては、少なくとも１つのガスディフューザは、束の下端部の境界の外側に位置するガス出口を具えている。この実施形態のモジュールは、放出された気泡が束の境界内を流れ、それにより束の中空繊維を通るように導き／強制するチャネリング要素を具える。そのようなチャネリング要素は、束の少なくとも下端および処理部のほとんどを包み込むスリーブ要素の形態であってもよい。いくつかの実施形態においては、チャネリング要素は、中空繊維の束の下端および処理部を包み込む。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、少なくとも１つのディフューザからの気泡の放出は連続的であり、他の実施形態では断続的である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本明細書に開示された主題をより理解し、実際にどのように実施されるのかを例示するため、添付図を参照にして非限定的な単なる例として実施形態を説明する。
【図１】図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、本開示の実施形態による水処理モジュールの概略図であり、このモジュールの斜視図（図１Ａ）、分解図（図１Ｂ）および説明のために中央部の繊維の一部が示されていない下部の断面図（図１Ｃ）を含んでいる。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａ−図１Ｃに示す種類の水処理モジュールのグループの概略斜視図（図２Ａ）と、スタックの拡大部分側面図（図２Ｂ）である。
【図３】図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、本開示の水処理モジュールの別の実施形態の概略図であり、側面斜視図（図３Ａ）、下部斜視図（図３Ｂ）および説明のために中央部の繊維の一部が示されていない斜視縦断面図（図３Ｃ）を含んでいる。
【図４】図４は、本開示の別の実施形態による、モジュールの下部の概略斜視断面図であり、説明のために中央部の繊維の一部が示されていない。
【図５】図５は、図１Ａ−１Ｃおよび２Ａ−２Ｂに図示された種類のモジュールを具えている水処理タンクの概略部分断面図である。
【図６】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄは、本開示の実施形態による水処理モジュールの概略図であり、斜視図（図６Ａ）、分解図（図６Ｂ）、説明のために中央部の繊維の一部が示されていない下部の斜視縦断面図（図６Ｃ）および説明のために中央部の繊維の一部が示されていない下部の斜視横断面図（図６Ｄ）を含んでいる。
【図７】図７は、本開示の実施形態における水処理システムの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示は、添付図に概略的に示されたいくつかの具体的な実施形態を参照して詳細に記載される。なお、図面中の構成要素の大きさは、互いに対して同じ縮尺で示されているわけではないことに留意されたい。
【００２３】
図示された実施形態は、容易に理解されるように、本開示のモジュール、リアクタ、システムおよび方法を含む一般的な教示を意図している。また、現在の開示は、これら特定の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
本開示の一実施形態によると、メンブレンエアレーション型バイオフィルムリアクタ（ＭＡＢＲ）のモジュールが、図１Ａ−図１Ｃに要素１００として示されている。前記モジュールのグループが、図２Ａ−図２Ｂに示されている。図２Ｂでは、スリーブ（以下に記載）の１つが、説明のためにモジュールの１つから取り除かれている。
【００２５】
モジュールは、本開示におけるリアクタの基本操作ユニットである。本開示の原理を具体化するいくつかのリアクタおよびシステムは、単一のモジュールを具えているが、別の実施形態においては、複数のモジュールを具えている。モジュールはグループ配置することができ、例えば、図２Ａ−図２Ｂに図示されているようなリニアアレイの構成か、または２次元アレイの構成にできる。本開示によるＭＡＢＲタンクは、１つまたは複数の前記アレイを具えることができる。
【００２６】
図１Ａ−図１Ｃに示すモジュール１００は、（説明のために中央部の繊維の一部が示されていない）中空繊維膜の束１０２を具えている。膜は、ガス透過性で水不透過性の様々なポリマーからできている。例えば、ポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、およびポリスルフォンから選択される。そのようなポリマーの具体的な例には、日本の三井化学社によって販売されているＴＰＸ、米国のダウコーニング社によって販売されているＰＤＭＳ（シリコンゴム）、および米国のアルケマ社によって販売されているＫｙｎａｒ（ＰＶＤＦ）が含まれる。
【００２７】
例えば、中空繊維の束は、商業的に入手可能な種類のモジュールであってよく、それには、米国のＧＥ  Ｗａｔｅｒ社のＺｅｅＷｅｅｄ（商標）、米国のＫｏｃｈ社のＰｕｒｏｎ（登録商標）、米国のＥｖｏｑｕａ社のＭｅｍＰｕｌｓｅ（登録商標）ＭＢＲが含まれる。
【００２８】
モジュール１００は、処理されるべき水の中に全体が一般的に沈められている。束１０２は、下端１０６と上端１０８との間に延在する処理部１０４を有する。束１０２の下端１０６および上端１０８は、キャスト要素（中空繊維の端部上のキャスト）として図示される、上部ポッティング要素１１２および下部ポッティング要素１１０によりそれぞれ保持されている。束１００における中空繊維は、ポッティング要素１１０および１１２により、それぞれ２つの端部１０６および１０８でしっかりと保持され、処理部１０４全体にわたってより緩やかに包まれている。ほぼ円筒形（例えば、必然的に円形断面を有する）の束１００は、スリーブ１１４により包み込まれ、そのスリーブは、とりわけ、ディフューザ（詳細は以下に記載）により放出される気泡を、それらが上昇する間に処理部１０４に閉じ込める機能を果たす。スリーブ１１４は、支持構造により、定位置で支持される。支持構造は、例えば、図３Ａ−図３Ｃの例示的な実施形態に示されている、上部支持ラックから延びるフックまたはケーブル、下部支持ラックまたはレッグ、またはＢＧＳＧ供給パイプ上の支えである。
【００２９】
以下でさらに示すように、ほぼ筒状の断面を有するモジュール１００は単なる一例であり、別の実施形態では、本明細書において開示されるモジュールは、例えば、後述する図５Ａ−図５Ｄにおいて示されるような、筒状楕円断面やほぼ角柱構造を有するように構成されるものであってもよい。
【００３０】
ポッティング要素１１０、１１２は、各接続チューブ１２０、１２２の一端に形成されたそれぞれの下部取付け部１１６および上部取付け部１１８に嵌め込まれ、上記接続チューブは、ＢＧＳＧ配管（図示せず）に接続された各ガスライン１２４、１２６に接続されて、それらガスラインから延びる。ポッティング要素１１０、１１２は、それ自体公知の方法で、中空繊維へのガスの流入または中空繊維からの流出を可能にするよう構成されている。したがって、この配置により、中空繊維の内腔を介してガスライン１２４、１２６間にガスが伝えられる。
【００３１】
一実施形態では、ＢＧＳＧは、ＢＧＳＧ源（図示されず）からライン１２４により供給され、その後、ライン１２６により排出される。このライン１２６は、過剰なＢＧＳＧを循環させるために、それを、例えばＢＧＳＧ源に戻すか、または、排気口に送って、そこから過剰なＢＧＳＧが大気中に放出されることとなる。この流れの方向は、図２Ａ−２Ｂにおいて矢印Ａ１およびＡ２で示されている。これは単なる一例であり、ＢＧＳＧ配管を、反対方向に流れるように構成して、ライン１２４、１２６の役割を切り替えるようにしてもよい。いくつかの実施形態においては、ＢＧＳＧを、両方のラインを通して提供し、その後、膜のみを介して、処理される水の中に放出するようにしてもよい。
【００３２】
ＢＧＳＧは、中空繊維に供給されて、中空繊維を取り囲む水中へと繊維の膜を通して浸透／拡散する。結果として、繊維の外側表面、すなわち、水に面する繊維の表面に沿ってバイオフィルムが成長する。
【００３３】
ＢＧＳＧは、処理すべき水中の汚染物質の性質に応じてバイオフィルムを支持するように選択される。ＢＧＳＧは、それ自体公知のように、酸素、メタン、空気等であってもよい。
【００３４】
モジュール１００は、ディフューザ１３０も含み、このディフューザは、下端１０６およびポッティング要素１１０の周囲でスリーブ１１４の下方に、かつスリーブ１１４によって規定される領域の範囲内に取り付けられている。この特定の実施形態においては、それぞれのモジュールに対して４つのディフューザがあるが、これも一例であり、本開示のモジュールは、合理的な数のディフューザ（例えば、２、３、５、６）を具えることができる。
【００３５】
さらに、この実施形態においては、ディフューザ１３０が、モジュールの下端１０６の外周の周囲に配置されているが、以下に例示する別の実施形態では、図１Ａ−図２Ｂの実施形態に含まれる種類の周囲に配置されたディフューザに付け加えて、または代替して、さらに、束の下端内に１またはそれ以上のディフューザを具えることができる。
【００３６】
図１Ａ−１Ｃおよび図２Ａ−２Ｂは、ＡＧ配管（図示されず）の一部であるＡＧ供給ライン１３２も示している。ガスディフューザ１３０は、ＡＧ供給ライン１３２に取り付けられており、ＡＧ源（図示されず）に接続されてＡＧ源からガスを供給するように構成されている。ディフューザ１３０は、モジュール１００の水量に気泡を放出するよう構成されている。ＡＧは、ＢＧＳＧと同じであってもいいし、異なってもよい。ＡＧの具体的な例として空気がある。
【００３７】
相対的な位置を考慮すると、スリーブ１１４の下端は、ディフューザ１３０による放出後上昇中に、束１０２の境界内にＡＧの気泡を導くチャネリング要素として機能する。処理部１０４全体にわたって比較的緩く束を包むことで、束全体にＡＧの気泡を行き渡らせることができる。
【００３８】
繊維の束内の放出されたＡＧ気泡の閉じ込められた上昇経路は、スリーブ内に閉じ込められた水を攪拌して混ぜるだけでなく、中空繊維膜の外部表面から過剰なバイオフィルムを洗い流す。結果として、（ＭＡＢＲシステムにおいて、中空繊維膜の外部表面上に溜まったバイオマスから特に生じる）中空繊維間の詰まりは比較的低いレベルとなり、繊維は、一般的にモジュールの処理部で互いに拘束されることなく維持される。全体の詰まりを減らし、それによりメンテナンスの手間を省くことに加え、気泡による水の乱流が、水と浮遊固形物とを均一化することによって水処理の効率も改善する。
【００３９】
ＡＧ配管は、ガス放出を連続的とするか、または断続的とするように設計される。例えば、ディフューザからのＡＧの放出は、数分間毎に１回、数秒間起こるように設計でき（例えば、５−２０分毎に１０−３０秒間）、数時間毎に１回、数分間起こるように設計できる（例えば、１日１回または２回、１−１０分間）。攪拌のために、数分毎に数秒間、そして洗い流しのために、数時間毎に数分間というように、それらが両方起きるようＡＧの放出を設計してもよい。さらに、ＡＧ伝達スケジュールは、必要に応じて自動または手動で修正できるよう適合されている。
【００４０】
図２Ａ−２Ｂに示されているように、この実施形態では、４つのモジュール１００が集まって配置されている。しかし、上述したように、これは一例であり、一グループに含まれるモジュールの数は、システムの利用可能な商業的要素だけでなく、様々な工学的考察に基づくものであってもよい。
【００４１】
図３Ａ−３Ｃは、図１Ａ−１Ｃを変更した、本開示のモジュールの別の実施形態を示している。図３Ａ−３Ｃにおいて、同様の構成要素は、同じ符号を１００ずらして示されている。したがって、例えば、スリーブ２１４は、上記実施形態のスリーブ１１４と同じ機能を有する。図１Ａ−１Ｃの実施形態と図３Ａ−３Ｃの実施形態との違いは、２つの基本的な特徴にある。先ず、スリーブ２１４は、ＢＧＳＧライン２２４上にあり、ＢＧＳＧラインにより定位置で支持されている。さらに、付随するディフューザ２３０を有するＡＧ供給ライン２３２は、ライン２２４の下方のレベルに位置する。それ以外、この要素の機能は、図１Ａ−１Ｃの実施形態と同様である。
【００４２】
図４は、別の実施形態のモジュールの下端の概略斜視断面図を示している。この図の中で、図１Ａ−２Ｂに図示された実施形態と類似の要素は、２００ずらした同様の符号が付与されている。したがって、例えば、接続チューブ３２０は、上記実施形態の接続チューブ１２０と同一の機能を果たす。これらの要素の機能を理解するため、図１Ａ−２Ｂの記載を参照されたい。
【００４３】
概して符号３００で示される、この実施形態のモジュールは、全体的にモジュール１００と非常に似た構造を有し、特に、処理部を囲むスリーブを具えることができる（図４には、スリーブのない実施形態が示されている）。モジュール１００とモジュール３００との違いは、ディフューザの配置にある。図３の実施形態において、束の下端の周辺に位置する複数のディフューザではなく、ディフューザは、ポッティング要素３１０内に一体的に形成されたノズル３３３として構成され、繊維の束の下端３０６内の中央に位置している。ノズル３３３は、導管またはチューブ３３５とつながり、また、ポッティング要素３１０の側部からＡＧ供給ライン３３２に突き出しているカップリング要素３３７を通ってポッティング要素３１０内に一体的に形成されている。
【００４４】
別の実施形態においては、ディフューザは、ポッティング要素内に形成されたいくつかのディフューザノズルを具えて配置されてもよく、例えば、中央に１つ具え、いくつかを周辺に具えている。
【００４５】
また、束内に気泡を放出する構成のディフューザは、ポッティング要素内で一体的に形成されていなくてもよい。さらに、上記のように、いくつかの実施形態では、ディフューザ装置は、ポッティング要素に一体的に形成されるか否かに関わらず、束の下端部分内にＡＧ気泡を放出するように構成されたディフューザと、例えば図１Ａ−２Ｂに示す種類の束の下端部分の周囲にガスを放出するように構成されたディフューザとの組み合わせを含むことができる。
【００４６】
図５には、本開示の実施形態における水処理タンク４４０の部分的な概略断面図が示されている。タンク４４０は、処理される水の水源（図示されず）につながる給水口４４２と、例えば、処理された水の貯水タンクまたは二次的な浄化器（図示せず）へと処理された水をタンクから放出する排水口４４４とを具える。タンク４４０には、図２Ａに示されているような４つのモジュールのグループ４４６を保持するものとして示されているが、本開示で示される種類のモジュールの複数のグループ４４６を収容することもできる。
【００４７】
いくつかの実施形態におけるタンクは、開放型タンクである。別の実施形態におけるタンクは、トップカバーを有している。
【００４８】
また、タンク４４０は、ＢＧＳＧ供給ライン４５０を介してＢＧＳＧ源４５２につながるＢＧＳＧ入口４４８と、ＡＧ供給ライン４５６を介してＡＧ源４５８につながるＡＧ入口４５４とを有している。また、ＢＧＳＧラインのグループ４４６は、モジュールのグループ４４６から過剰なＢＧＳＧを放出するための排気口ライン４２６を有している。
【００４９】
上記のように、ほぼ筒状断面の形態であるＭＡＢＲモジュールは例示的なものであり、別の例示的な実施形態では、全体的な形態を角柱状、例えば、図６Ａ−６Ｄに示されるような種類の矩形角柱状の形態とすることができる。
【００５０】
図６Ａ−６Ｄに示されているモジュール５００は、下端５０６と上端５０８との間に延在する処理部５０４を有する中空繊維膜（便宜上図には表われないいくつかの中央部の繊維を有している）の束５０２を具える。下端および上端５０６、５０８は、それぞれキャストポッティング要素５１０、５１２内に嵌め込まれて、保持されている。立方体形のスリーブ５１４、または異なる形状（例えば、楕円または卵型断面を有し、角部が丸みを帯びたほぼ立方体の形状）のスリーブが、束の処理部５０４上に取り付けられ、それを取り囲んでいる。ほぼ矩形の断面を有するポッティング要素５１０および５１２は、対応する下部および上部矩形取付け部５１６、５１８に嵌め込まれている。対応する下部および上部矩形取付け部５１６、５１８は、それぞれ、ガスライン５２４、５２６を通してＢＧＳＧ配管につながっている。ガスライン５２４は、ＢＧＳＧ源（図示されず）につなげられている。ガスは、ガスライン５２４を矢印Ａ３で示された大体の方向に流れ、その後、繊維を通って、ガスが矢印Ａ４で示す方向に流れるライン５２６内に流れる。ガス透過性かつ水不透過性である繊維は、図１Ａ−２Ｂの実施形態の説明で述べたポリマーのいずれか一つから作ることができる。
【００５１】
モジュール５００は、デュアルディフューザ装置を含み、この装置は、第１ＡＧ供給ライン５３２上に形成されて、束の下端部５０６を取り囲む外周ディフューザ５３０のセットと、束の境界内に形成された別のディフューザのセットとを有し、別のディフューザのセットは、ポッティング要素５１０内に一体的に形成されるとともに導管５３５を介してＡＧ供給ライン５３２Ａに連結されたノズル５３３により構成されている。
【００５２】
この実施形態のモジュールにおいて、ガスは、２つのディフューザのセットから、すなわち、束の外周の周囲のディフューザ５３０および束の境界内のノズル５３３から連続的に流れるか、または断続的に流れる。外周ディフューザ５３０に関して、スリーブ５１４は、外周ディフューザ５３０により放出されたＡＧ気泡が上昇するときに、それらを束５０２の境界内に導くチャネリング要素として機能する。
【００５３】
スリーブ５１４は、上述した方法のいずれかで構造的に支持することができる。また、図３Ａ−３Ｃで示される方法と同様に、ディフューザ５３０は、ＢＧＳＧラインよりも下方のレベルに配置されるものであってもよい。
【００５４】
別の実施形態では、本明細書において開示されるモジュールは、放出された気泡が中空繊維膜の束の境界内で上昇するように機能的にスリーブ５１４とともに動作する、図６Ｄのディフューザ５３０のような中空繊維膜の束の境界の外側ディフューザのみを具えることも、あるいは図６Ｃのノズル５３３のような、中空繊維膜の束の境界内にガス放出ノズルを有するガスディフューザのみを具えることも、あるいは上述したものに類似するまたはその他の組合せを具えることもできる。
【００５５】
本開示の実施形態のシステムが、概略的に図７に示されている。このシステムは、ＡＧディフューザ６３０を具える本開示における１つまたは複数のＭＡＢＲモジュール６００を組み込む１以上の水処理タンク６４０を具えている。タンク６４０は、処理すべき水の水源６４１につなげられた水入口６４２を具えている。システムは、ＢＧＳＧ源６５２およびＡＧ源６５８に加えて、それぞれのモジュール６００と、ディフューザ６３０とにつなげられた各ＢＧＳＧ配管６５０およびＡＧ配管６５６も含む。上記のようにＢＧＳＧおよびＡＧは、同じであっても異なってもよい。一実施形態において、ＢＧＳＧおよびＡＧは、両方とも空気であり、それぞれ低圧および高圧で提供される。
【００５６】
いくつかの実施形態においては、本発明のシステムにおける水処理は、バッチ的な方法実施されるか、連続的な動作モードで実施することができる。
【００５７】
一実施形態において、タンク６４０を出た後の処理された水の放出６４４は、二次的な浄化器（図示せず）に導かれる。源６４１からの処理する水は、タンク６４０に供給される前に、先ず、浄化器の下端からの活性汚泥と混ぜらるものであってもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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