(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物学的に有機性の流動媒体を循環浸透、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過のいずれかにより濾過しかつ分離するための、相互に間隔を存して設けられた多数の面状の濾過要素を有し、多数の独立した濾過要素の堆積体が相前後にまたは左右に隣接して配設されており、流動媒体が前記堆積体の前後または左右に流れ、前記濾過要素で集められた濾過物が濾過要素の堆積体の内部へ挿通した流出ボルトの内部へ導入され、かつ前記流出ボルトの外端部の透過物流出口へ排出され、前記透過物が周囲の圧力または大気圧のレベルにある流動媒体に対して、真空ポンプにより前記透過物流出口から負圧が付与される流動媒体のための濾過分離装置であって、
前記濾過要素を薄膜クツシオンとして形成し、該薄膜クツシヨンと接する外側の薄膜要素（１２０、１２１）との間に少なくとも１つの面状の多孔質材料製の安定要素（１２２）を設けたことを特徴とする、流動媒体のための濾過分離装置。
【請求項２】
前記多孔質材料製の安定要素（１２２）をプラスチック、金属材料、セラミックス材料の内の少なくとも１つから形成したことを特徴とする、請求項１に記載の流動媒体のための濾過分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流動媒体のための濾過分離装置、特に微生物学的に有機性の流動媒体を濾過しかつ分離する、流動媒体のための濾過分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微生物学的に有機性の流動媒体を循環浸透，精密濾過，限外濾過，ナノ濾過のいずれかにより濾過しかつ分離するための濾過分離装置では、濾過要素の周囲に流動媒体が流れ、多数の独立した濾過要素の堆積体が相前後にまたは相隣接して配設されており、堆積体の前後または左右に流動媒体が流れ、濾過要素により集められた透過物は、濾過要素の堆積体の内部へ挿通した流出ボルトの内部へ導入され、流出ボルトの外端部の透過物流出口から排出される。
【０００３】
ＥＰ−Ａ−0 707 884 に開示される濾過分離装置では、ハウジングの内側に濾過要素の堆積体が相前後して配設されており、ハウジングには分離される流動媒体の流入口と滞留物の流出口と透過物の流出口とがあり、透過物は濾過要素により適当に集められ、透過物流出口から外部へ運び出されて他の用途に使用される。堆積体が配設されたハウジングの内部には、流動媒体を流す開放管路が形成され、濾過要素からなる堆積体の配設の仕方により、流動媒体の流入口と滞留物としての流動媒体の流出口との間の、流動媒体の流動速度が極端に速くなることがあり、例えば濾塊状態の沈殿物が濾過要素に形成されなくなる。何故なら、濾過要素の堆積体は長手方向の管路状に流れる流動媒体に対して死角域をもたず、流動媒体は方向変換しないで濾過分離装置の流入口から流出口へと流れるからである。
【０００４】
市町村の排水も工業排水も多分に高度の微生物学的に有機性の部分を含んでいる。高いバイオマス濃度についての話をよく聞くが、この種の微生物学的有機的性質を有する流動媒体から流体の溶剤（通常は水）を得ようとすると、機械的および／または方法的に極めて多額の費用がかかる。水性溶剤の採用は流動媒体の最善の分解を可能にするために、流動媒体のグレードを高める目的にも役立てることができ、かつ／または例えば上水および飲料水さえも微生物学的に有機性の物質を与えられた流動媒体から製造することができる。
【０００５】
この種の濾過分離装置に求められる要請は、流動媒体自体が静止しているか、極く低速で移動している場合、即ち流動媒体の速度状態に関していうと、例えば排水浄水タンクの内部のように、バイオリアクタの内部でも自由水よりも優勢であるような場合に、機能を発揮しなければならないこともある。優勢の原因はこの種の濾過分離装置の故障のない連続運転で、流動媒体の流入口と、前述した公知の濾過分離装置から滞留物として出ていく流動媒体の流出口との間で、流動媒体の極端に高い流動速度にある。
この種のそのような濾過分離装置を連続して障害なく運転するために、エネルギの消費をできるだけ少くしたいという要請もよくある。このような濾過分離装置は実質的に現存の電圧供給網とは無関係にも駆動できるようにしたいからであり、従つて、この理由からも電動ポンプなどの公知の濾過分離装置の場合のように、高い流動媒体圧や流動速度は得ることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は上述の問題に鑑み、上述した従来の形式の濾過分離装置であつて、内包物質の微生物学的に有機性でかつ／または無機の成分を多量に有する液体を確実に分離することができる、流動媒体のための濾過分離装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成は、微生物学的に有機性の流動媒体を循環浸透、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過のいずれかにより濾過しかつ分離するための、相互に間隔を存して設けられた多数の面状の濾過要素を有し、多数の独立した濾過要素の堆積体が相前後にまたは左右に隣接して配設されており、流動媒体が前記堆積体の前後または左右に流れ、前記濾過要素で集められた濾過物が濾過要素の堆積体の内部へ挿通した流出ボルトの内部へ導入され、かつ前記流出ボルトの外端部の透過物流出口へ排出され、前記透過物が周囲の圧力または大気圧のレベルにある流動媒体に対して、真空ポンプにより前記透過物流出口から負圧が付与される流動媒体のための濾過分離装置であって、
前記濾過要素を薄膜クツシオンとして形成し、該薄膜クツシヨンと接する外側の薄膜要素（１２０、１２１）との間に少なくとも１つの面状の多孔質材料製の安定要素（１２２）を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では流動媒体の流動速度を静止するように最低限にして、濾過要素上の濾塊状の沈殿物の発生を大幅に抑える、本発明の濾過分離装置は極めて低いエネルギ消費で管理にかかる手間が大幅に省け、効果的かつ連続的に運転することができ、しかもエネルギ吸収は僅かである。上述の課題は、透過物が実質上周囲の圧力や大気圧の水準（レベル）にある流動媒体に対して、流動中の透過物に負圧を及ぼすことにより達成される。
【０００９】
本発明の利点は以下の点にある。即ち、原理的に濾過分離装置を取り巻くハウジングを必要とせず、流動媒体が例えば浄水タンク、自由水またはバイオリアクタの内部へも容易に潜り、濾過分離装置の透過物流下に例えば０．５〜０．９バールの真空をつくりだす真空ポンプに適用すればよい。本発明の濾過分離装置の極めて大きな利点は、ハウジングが要らないこと、濾過分離装置の任意の適当な箇所を流動媒体の内部に潜らせればよいだけでなく、流動媒体の分離が実質的に専ら透過物側の負圧によりなされること、即ち流動媒体と透過物との間の最大の圧力差の設定や流動媒体と透過物との間の適当な圧力比の設定により行われる。
【００１０】
加えて、この濾過分離装置では最小の空間に極端に広い面積の薄膜の形成も可能であり、その場合ハウジングのハンデイキヤツプに何らの配慮も必要としない。濾過分離装置から出る滞留物を所望の濃縮度にするために（このことは濾過分離装置から出て行く透過物の所望の純度についても同様である）、必要な濾過分離装置の薄膜面積が不十分な場合には、濾過分離装置は簡単な仕方で濾過要素を更に堆積することにより、薄膜面積を拡大することができる。濾過分離装置は薄膜面積の拡大を後からでも容易に行える。
【００１１】
濾過分離装置の有利な構成では、濾過要素は薄膜クツシヨン（袋状のもの）のように構成してある。薄膜分離工学の分野で一般に知られているように、薄膜クツシヨンの濾過要素は、濾過要素を形成する唯一のものではない。構造上の処置から、流動媒体と反対側の薄膜要素の側面、即ち透過物側が流動媒体に対して効果的に密閉されることが確実であり、その結果流動媒体が再度透過物と混ざり合うことがないことが確実な場合には、ただ一層の薄膜層からなる濾過要素を使用することができる。
【００１２】
有利なことは薄膜クツシヨンと境界を接する外側の薄膜要素や１つの濾過要素と片側で境界を接する外側の薄膜要素との間の薄膜クツシヨンに、それぞれ少くとも１つの形状安定な面状の安定要素を配設して、薄膜クツシヨンの高度な自己安定性を創りだすことである。原理的には無論、１つの薄膜要素の形であろうと、薄膜クツシヨンの形であろうと、濾過要素が外側からの処置により、濾過分離装置の運転中に相互に押されたりせず、また部分的に接触しないように濾過要素を安定させることもできる。上述の処置をしないと薄膜面が限定されて、分離機能が低下することになる。更に、濾過要素が互いに接触すると、薄膜要素のいずれかの分離層が損傷することがあり、加えて薄膜要素の相互付着を引き起こすことがあり、これにより再び沈殿の原因が生じて、濾過要素が完全に詰まることがある。また、流動媒体が酷く汚染された場合には、粗い内包材料が見い出されることがあり、このような内包材料は濾過要素が機械的に不安定な場合には、濾過要素が運転中に互いに接触して、上述の各欠点を伴う結果になる。上述の理由から、薄膜クツシヨンと境界を接する外側の薄膜要素間の薄膜クツシヨンまたは片側の薄膜要素のみが使用される場合には、濾過要素が薄膜要素のみで形成されていると、薄膜要素の上または下にそれぞれ、少くとも１つの形状が安定な面状の安定要素を配設して、濾過要素の自己安定性を高めるのが好ましい。上述のような構成の濾過分離装置は、現在の技術水準でも知られているような外側の間隔要素とは無関係であることが好ましく、間隔要素と無関係な濾過要素の構成には、流動媒体が障害なしに濾過要素の全側面に到達できるという極めて大きな利点があり、特に流動媒体が静止しているか、極く僅かしか移動しない場合に、極めて有利である。
【００１３】
濾過要素自体はポリマーまたはポリマー混合物から形成されるポリマー薄膜が好ましい。ポリマー薄膜は現在の技術水準では各種の化学的組成を有する各種の分離に知られており、克服すべき分離の課題に対応して選択される。
【００１４】
ポリマーまたはポリマー混合物から形成される濾過要素の他に、セラミツク材料からなる濾過要素も使用可能であり、当該セラミツク製の濾過要素は流動媒体がポリマー薄膜またはポリマー混合物薄膜がもはや安定しないような温度になつた場合に、特にポリマー薄膜では解決が困難か解決不可能な特別な分離を得ることができる。
【００１５】
安定要素自体は温度や圧力に十分に耐える材料から形成するのが好ましく、従つて、安定要素が内側または外側に付設されている濾過要素は変形しないか、変形しても僅かである。
【００１６】
透過物の流出を改善するために、即ち透過物側でもエネルギ消費を減らすためには、安定要素を多孔質材料で形成するのが好ましい。場合によつては、透過物はエネルギ消費を更に減らして濾過分離装置の透過物流出口へ到達することができる。安定要素を多孔質材料で形成することにより、薄膜要素の透過物側からの透過物の流出が改善される。
【００１７】
原理的には、安定要素はプラスチツクおよび／または金属材料および／またはセラミツク材料から形成するのが好ましく、安定要素の形成にはこれらの材料の組み合せも可能である。安定要素の材料の選定は、流動媒体との調和基準と期待される温度条件によりなされる。
【００１８】
冒頭に指摘したように、濾過分離装置の構造を簡単にすること、つまり廉価に構成するという観点から、濾過分離装置の設計を考えなければならない。これは可能な大きさの点でも、また製造性と管理の容易性の点から有利に働く。更に、流出ボルトが周縁の一部を取り巻いて長さ方向に分散配置され、透過物が流出ボルトのほぼ軸方向の流路に通じる、多数の流入孔と流出孔を有するのが好ましい。この構成により、市販されている標準型管の半製品、例えばプラスチツク、ガラス繊維強化プラスチツクまたは金属製の管状材料から、流出ボルトを形成することができる。また、軸方向の流出溝も流出ボルトの内部に簡単に形成することができる。さらに、流出ボルトに一定の間隔で管内部に通じる通孔を設けることができるので、流出ボルトの機械的安定性が維持され、同時に流出ボルトの横断面の周囲に一様に分配された透過物の流出が可能になる。軸方向に並ぶ溝と通孔は比較的簡単な仕方で、例えば直径の小さな円板状のフライス（工具）により形成することができる。
【００１９】
堆積体の濾過要素は相互に間隔を存して設けるのが好ましく、濾過分離装置の運転中に濾過要素が互いに接触せず、既に述べた濾過要素の接触による問題を解消できる。濾過要素の相互間隔を保つために、環状の間隔要素を設けるのが好ましく、濾過要素または濾過要素の堆積体にただ１本の流出ボルトを挿通する場合に有利である。しかし、例えば濾過要素の１つの堆積体に２本の流出ボルトを挿通する場合には、環状の間隔要素を設けることも原理的には可能であが、後者の場合には、面状の間隔要素に間隔を存して設けた２つの孔に、それぞれ１本の流出ボルトを挿通するのが好ましい。
【００２０】
間隔要素は環状および／または面状であろうと、間隔保持作用の他に濾過物流出空間の密封作用をも果すように形成することにより、濾過要素の堆積体の形成に必要な部品点数を減じることができる。濾過要素自体の堆積体は両側を堆積体と境を接しかつ間隔を存して設けられている支柱により支えることができる。特に、間隔要素を支柱と支柱の間に設け、支柱を所定の間隔を存して連結して、各堆積体に必要な軸方向圧力を及ぼすことができ、間隔要素に別のパツキンを含めて濾過要素を十分に圧密に構成することができる。
【００２１】
濾過要素や濾過要素の堆積体の支持と圧密性の構造は極めて簡単であり、収容力と固定力の効果が極めて大きく、既に排水浄化装置に流動媒体として水を使用した場合に真価を発揮している。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。図１は流動媒体のための濾過分離装置の正面図、図２は同流動媒体のための濾過分離装置の側面図である。流動媒体１１のための濾過分離装置１０は、流動媒体が例えば４５ｇ／１のバイオマス濃度を有するものでは、濾過要素１２は４つの堆積体１３を有する。図示の例では、濾過要素１２は薄膜クツシヨンの形になつている（図６〜８も参照）。各堆積体１３当たりの濾過要素１２の数は、濾過分離装置１０で実現しようとする薄膜面により決められる。
【００２３】
図示の例では、濾過要素１２の各堆積体１３には、それぞれ２本の流出ボルト１５が挿通される。図３〜５にも拡大して示したように、流出ボルト１５は２本でなく、１本だけの流出ボルト１５を挿通した濾過要素１２や堆積体１３の構成も可能である。しかし、原則的に堆積体１３や濾過要素１２各１つに対して、濾過要素１２から出る透過物１４の流出を可能なかぎり順調に行わせようと、例えば使用圧を低くした場合には、２本よりも多くの流出ボルト１５を設けることができる。
【００２４】
堆積体１３を形成する濾過要素１２の数は、例えば１つの堆積体１３の内部に異なる間隔要素１７を設けるか、個々の堆積体１３が異なる数の濾過要素１２をもつ場合には、原理的には濾過分離装置１０の堆積体１３ごとに異ならせることもできる。後者の構成は例えば流動媒体１１が、図１において左から右へ濾過分離装置１０を通り抜ける場合には、濾過要素１２の相互間隔が堆積体１３から堆積体１３へ、つまり左から右へ行くにつれて広がる。
【００２５】
更に、以下に述べるように、間隔要素１７による濾過要素１２の間隔の差は、流動媒体１１の内部のバイオマス濃度、その他の不純物濃度を顧慮に入れた、例えば１〜１０nmの範囲で変えることができる。図１の例でも左から右への流動媒体１１の濃度増加を考慮している。
【００２６】
流動媒体１１は堆積体１３に纏められた濾過要素１２の周りを流れる。濾過要素１２が薄膜クツシヨンに形成されていると、薄膜要素１２の両側面に流動媒体１１が当たるので、薄膜クツシヨンの分離効果は、薄膜要素１２０が１つだけの濾過要素１２の実質上２倍になる。図１，２に示すように、堆積体１３は相隣接して設けることができるので、流動媒体１１は濾過要素１２の面を掠めたり、上を流れたりできる。また、堆積体１３は前後にかつ／または隣接して設けることもできる。濾過分離装置１０では濾過要素１２を多数の堆積体１３を列に並べたり、段階状に設けている。濾過分離装置１０はモジユール構造が可能なので、流動媒体１１の種類または流動媒体１１の内部の不純物の濃度に合せることができる。
【００２７】
濾過要素１２の堆積体１３は両側を、Ｔ字形やＬ字形の支柱１９、２０により区切られる。両方の支柱１９、２０の間は、両側にねじ延長部を有する間隔要素２１、２２を介して連結することができる。間隔要素２１、２２の長さは、堆積体１３ごとの濾過要素１２の数と、濾過要素間に設けた間隔要素１７，１８の数と、濾過要素１２の厚さに合せて決められる。
【００２８】
図３〜５に示した中空の流出ボルト１５の内部には濾過要素１２からくる透過物１４が集められ、外部へ排出されるが、図６〜８に示すような薄膜クツシヨンに形成された濾過要素１２に合せてある。流出ボルト１５は実質的に、管状の半製品としての管から形成される。図６〜８の例では、中空の流出ボルト１５の周縁部の、４か所に配分した位置に流出溝１５２が設けてある。流出溝１５２は流出ボルト１５の壁部を通り抜けてはいない。流出ボルト１５の周縁部に所定数の通孔１５０が長さ方向に配分されており、通孔１５０から透過物１４が流出ボルト１５の流出孔１５１へ入ることができる。流出孔１５１は流出ボルト１５を軸方向に横断している。通孔１５０の数と流出ボルト１５ごとの流出溝１５２の数は、流出ボルト１５の長さ、直径、透過物１４に応じて適当に選定することができる。
【００２９】
薄膜クツシヨンに構成された濾過要素１２の構造は、当業界では公知であり、EP-G-O 129 663には薄膜クツシヨンとして構成された濾過要素１２の典型的な構造が記載されている。本発明による濾過分離装置１０に使用されている薄膜クツシヨンでは、薄膜クツシヨンと境を接する外側の薄膜要素１２０、１２１の間に、それぞれ少くとも１つの面状の形状が安定な安定要素１２２が配設される。図７，８に示すように、形状が安定な安定要素１２２により、薄膜クツシヨンに固有の安定性が得られ、その結果、薄膜クツシヨンは濾過分離装置１０の運転中に相互に接触しないことが確実になる。安定要素１２２はプラスチツクおよび／または金属材料および／またはセラミツク材料から、均質であり有孔性のものに構成することができ、後者のものでは透過物１４の流出が障害なく行われる。
【００３０】
濾過要素１２は図９，１０に示す環状および／または面状に形成された間隔要素１７、１８により形成されている。各間隔要素１７、１８には孔１７０、１８０があり、孔１８０は相互に間隔を存して設けられ、薄膜クツシヨンとして構成された濾過要素１２の透過物流出孔１２３の間隔に合わされる。間隔要素１７、１８は例えばエラストマー材から、間隔保持と密封機能をもつように作ることができる。薄膜クツシヨンに形成されている濾過要素１２により生じた透過物１４は、薄膜要素１２０、１２１の内部を透過物流出孔１２３まで流れ、そこから透過物流出孔１２３と間隔要素１７、１８の孔１７０，１８０を貫通する流出ボルト１５の流出溝１５２の内部へ流れ込む。透過物１４は流出溝１５２から流出ボルト１５の通孔１５０を経て流出孔１５１へ入り、外部へ排出される。
【００３１】
濾過分離装置１０の運転中に、流動媒体１１は例えば浄水タンク、自由水またはバイオリアクタの内部へ潜る内に、流動媒体は全ての濾過要素１２の周りを流れる。流出ボルト１５の透過物流出口１６に適当な案内接続管を当てると、案内接続管に接続された真空ポンプが、流動媒体１１に例えば周囲の圧力や大気圧に対して例えば０．５〜０．９バールの負圧を発生する。この負圧により濾過要素１２の内部で流動媒体１１の分離が生じて透過物１４が形成され、透過物１４は薄膜クツシヨンに形成されている濾過要素１２の内部で通孔１５０を経て流出ボルト１５へ流入し、流出ボルト１５の流出溝１５２を経て外部へ排出される。濾過分離装置１０の規定の運転に必要なことは、濾過要素１２や薄膜クツシヨンの透過物側面に僅かな負圧を生じさせるための真空ポンプを設けるだけでよい。
【００３２】
濾過分離装置１０を用いた実験が示すことは、どんな状況の下でも、濾過分離装置１０の運転中に、流動媒体に含まれる不純物からなる皮膜層が、濾過要素１２の上に形成されるのを排除できるとは限らないということである。本発明によれば、周囲の圧力または大気圧の水準（レベル）にある流動媒体１１に対して、透過物側面に僅かな負圧が生成することにより、流動媒体１１が分離される。この結果、濾過要素上の皮膜層が、例えば高圧または高速の流動媒体の流動により駆動される濾過分離装置の内部で生成される濾過要素上の皮膜層とは異なる機械的な強靭さをもつていることが分つた。本発明による濾過分離装置１０の利点は、濾過要素１２の上に皮膜層が形成されても、濾過要素１２の側面から例えば純水で洗い戻すことにより極めて容易に透過物を除去できることである。この結果、ごく僅かしか付着していない多孔質の皮膜層が濾過要素１２から剥離され、流動媒体１１に吸収される。
【００３３】
本発明による濾過分離装置１０の運転中に、流動媒体が空気により渦を巻く場合に、循環ポンプにより流動媒体１１を濾過要素１２の面、つまり薄膜要素１２０，１２１の面を僅かな速度で掠めさせるよりも改善される。上述のようにして、僅かなエネルギ消費で濾過要素１２上の皮膜層形成が回避される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上述のように、微生物学的に有機性の流動媒体を循環浸透、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過により濾過しかつ分離するための、相互に間隔を存して設けられた多数の面状濾過要素を有し、多数の独立した濾過要素の堆積体が相前後にまたは左右に隣接して配設されており、流動媒体が前記堆積体の前後または左右に流れ、前記濾過要素で集められた透過物が濾過要素の堆積体の内部へ挿通した流出ボルトの内部へ導入され、透過物流出口から排出される濾過分離装置において、前記透過物が周囲の圧力や大気圧の水準（レベル）にある流動媒体に対して、透過物流出口の負圧が付与されるようにしたので、僅かなエネルギ消費で流動媒体から不純物が分離され、不純物からなる皮膜層が、濾過要素の側面から容易に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濾過要素が４つの堆積体からなる、流動媒体のための濾過分離装置の一部を断面で示す正面図である。
【図２】同流動媒体のための濾過分離装置の側面図である。
【図３】同流動媒体のための濾過分離装置の濾過要素の堆積体ごとに設けた２本の流出ボルトの正面断面図である。
【図４】同流出ボルトを９０°回転させ、一部を断面で示す側面図である。
【図５】図４の線Ａ−Ｂによる流出ボルトの断面図である。
【図６】流動媒体のための濾過分離装置の堆積体の内部に用いた、薄膜クツシヨン型の濾過要素の平面図である。
【図７】同薄膜クツシヨンの内部で２つの外側の境界薄膜要素の間に配設した安定要素の平面図である。
【図８】同安定要素の正面図である。
【図９】面状の間隔要素と輪郭を鎖線で示す環状の間隔要素の平面図である。
【図１０】同間隔要素の側面図である。
【符号の説明】
１０：濾過分離装置  １１：流動媒体  １２：濾過要素  １３：堆積体  １４：透過物  １５：流出ボルト  １６：透過物流出口  １７：間隔要素  １８：間隔要素  １９：支柱  ２０：支柱  ２１：間隔要素  ２２：間隔要素  １２０：薄膜要素  １２１：薄膜要素  １２２：安定要素  １２３：透過物流出孔  １５０：通孔  １５１：流出孔  １５２：流出溝  １７０：孔  １８０：孔
【図１】
0004900749.tif 000002
【図２】
0004900749.tif 000003
【図３】
0004900749.tif 000004
【図４】
0004900749.tif 000005
【図５】
0004900749.tif 000006
【図６】
0004900749.tif 000007
【図７】
0004900749.tif 000008
【図８】
0004900749.tif 000009
【図９】
0004900749.tif 000010
【図１０】
0004900749.tif 000011