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GEBIET DER
ERFINDUNG UND BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Filtrationsverfahren
und insbesondere auf ein Filtrationsverfahren, das über einen
langen Zeitraum einen stabilen, kontinuierlichen Betrieb durchführen kann.
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Herkömmlicherweise
verwenden wir Oberflächenwasser
von Flüssen,
Brunnenwasser, Seewasser oder dergleichen als Quelle für Leitungswasser,
wobei wir dieses reinigen. Solches Rohwasser wird durch ein Verfahren
gereinigt, das die Koagulationssedimentation, die Sterilisierung/Pasteurisierung
mit Chlor oder dergleichen umfasst. In den letzten Jahren wurde
in Hinblick auf den erhöhten
Lebensstandard und das gesteigerte Umweltbewusstsein oftmals zur
Reinigungsbehandlung von Wasser die Filtration unter Verwendung
einer Membran eingesetzt. Weiters wird eine solche Membran auch
zur Reinigungsbehandlung von Abwässern, so
etwa industriellen Abwässern,
Abwässern
aus dem privaten Bereich, Sammelabwasser aus Wohnsiedlungen oder
dergleichen, als Folge dessen verwendet, dass Umweltschutz zu einem
vieldiskutierten Thema wurde.
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Als
Membran, die für
eine solche Wasserreinigungsbehandlung oder dergleichen verwendet
werden kann, kann ein poröser
Keramikfilter oder dergleichen als Beispiel angeführt werden.
Der poröse
Keramikfilter weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und verschlechtert
sich deshalb weniger. Er zeigt auch eine hohe Zuverlässigkeit,
zumal die Porengröße, die
die Filtrationsfähigkeit
reguliert, genau gesteuert werden kann. Weiters kann die Filtrationsfähigkeit
der Membran auf einfache Weise dadurch wiedergewonnen werden, dass sie
einer Rückspülung unterzogen
oder mit Chemikalien gereinigt wird, wenn die Filtrationsfähigkeit
der Membran aufgrund der Anhäufung
von Fremdkörpern,
die im Rohwasser oder dergleichen enthalten sind, auf der Oberfläche der
Membran und/oder innerhalb der Poren verringert wird. Die Filtrationsfähigkeit
der Membran nimmt mit zunehmender Gesamtmenge an Rohwasser, das
der Filtrationsbehandlung unterzogen wird, aber ab.
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Eine
Zellenstruktur mit einer Vielzahl von Zellen, die durch Trennwände aus
porösem
Keramik definiert sind und als Strömungskanäle für Rohwasser dienen, wurde herkömmlicherweise
für einen
solchen Zweck verwendet (diese Art von Zellenstruktur wird oftmals
als Membranelement vom Multikanal-Typ bezeichnet). In dieser Art
der Zellenstruktur ist die Filtrationsmembran auf den jeweiligen
die jeweiligen Zellen der Zellenstruktur definierenden Trennwänden (hierin
nachfolgend einfach als Trennwände
bezeichnet) ausgebildet. Lässt man
Rohwasser in die jeweiligen Zellen strömen und danach durch die auf
der Trennwand ausgebildete Filtrationsmembran dringen, so wird dadurch
die Reinigung durchgeführt.
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Es
wurde angenommen, dass die Filtrationsleistung insgesamt dadurch
verbessert werden könnte, dass
die Leistung jeder Zelle vereinheitlicht wird, wenn eine solche
Zellenstruktur zur Filtration verwendet wurde. Aus diesem Grund
wurden viele Versuche unternommen, um die jeweilige Durchtrittsmenge
an Rohwasser durch die Trennwände
jeder Zelle auf einem vorbestimmten Wert zu vereinheitlichen, und
es wurden verschiedene Vorschläge
dafür unterbreitet
(siehe z.B. JP-A-6-16819, JP-A-6-86918,
JP-A-6-99039 und JP-A-11-169679).
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Für den Fall
aber, dass eine solche Struktur für die Filtration verwendet
wird, werden die Trennwände gleichmäßig durch
Fremdkörper
verstopft, und die effektive Membranfläche wird während eines langen Gebrauchs
der Zellenstruktur für
die Filtration verkleinert. Daraus ergibt sich, dass die Filtrationseffizienz
oftmals in der letzten Hälfte
des Filtrationsvorgangs abfällt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben angesprochenen
Problems abgeschlossen. Somit soll die vorliegende Erfindung ein
Filtrationsverfahren bereitstellen, das über einen langen Zeitraum einen
stabilen und kontinuierlichen Betrieb durchführen kann.
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Das
folgende Filtrationsverfahren wurde als Ergebnis der intensiven
Studien zum Abschluss abgebracht.
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Ein
Filtrationsverfahren, umfassend:
die Herstellung einer Wasserreinigungsvorrichtung,
umfassend eine Zellenstruktur und einen Deckelabschnitt, wobei die
Zellenstruktur so konstruiert ist, dass sie in einer zu den Zellen
senkrecht stehenden Richtung eine oder mehrere Einheiten zum Bilden
einer Zellenstruktur kombiniert, von denen jede eine Vielzahl von
Zellen umfasst, die durch aus einem porösen Körper gebildete Trennwände definiert
sind, um Strömungskanäle für Rohwasser
zu bilden, und der Deckelabschnitt mit einem an einem anderen Ende
ausgebildeten, vorbestimmten Raum angeordnet ist, damit das von
einem Ende der Zellenstruktur in die Zellen fließende Rohwasser nicht durch
die Zellen hindurchtritt und am anderen Ende ausfließt, wobei
das Rohwasser von dem einen Ende der Zellenstruktur der Wasserreinigungsvorrichtung
aus in die Zellen einströmen
gelassen wird,
das Einströmenlassen
von Rohwasser vom einen Ende der Zellenstruktur aus, damit das in
die Zellen fließende
Rohwasser durch die Trennwände
hindurchdringt, um zur Filtration des Rohwasser im Rohwasser enthaltene
Fremdstoffe mithilfe der Trennwände
zu entfernen, und
die Entnahme von filtriertem Rohwasser als
filtriertes Wasser an der Seite einer äußeren Umfangsfläche der Zellenstruktur,
worin
die Trennwände
der Zellenstruktur so konstruiert sind, dass das Verhältnis der
Wasserpermeabilität
zwischen Trennwänden
mit maximaler Wasserpermeabilität
und Trennwänden
mit minimaler Wasserpermeabilität der
Trennwände
als Prozentsatz ausgedrückt
innerhalb eines Bereichs von 110 bis 300% liegt, und worin die am
Außenumfang
der Zellenstruktur angeordneten Zellen eine höhere Wasserpermeabilität aufweisen,
wodurch das von den Zellen mit niedriger Wasserpermeabilität aus in
den vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts fließende Rohwasser veranlasst
wird, in umgekehrter Richtung von dem dem Deckelabschnitt gegenüberliegenden
Ende in die Zellen mit höherer
Wasserpermeabilität
der Zellenstruktur zu strömen
und das in umgekehrter Richtung strömende Wasser zur Filtration
veranlasst wird, durch die Trennwand hindurchzudringen, wonach das
filtrierte Rohwasser als Filtratwasser an der Seite der äußeren Umfangsfläche der
Zellenstruktur entnommen wird.
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Vorzugsweise
wird als Zellenstruktur für
das vorliegende Filtrationsverfahren eine Zellenstruktur mit zumindest
einem in einer Schlitzform ausgebildeten Wasserkanal mit vorbestimmter
Länge,
der die Trennwände
zwischen vorbestimmten Zellen durchdringt, verwendet. Die vorbestimmten
Zellen werden gebildet, indem sie beinahe linear angeordnet sind,
wenn die Zellenstruktur durch eine senkrecht zu den Zellen verlaufende Ebene
geschnitten wird. Zumindest ein Wasserkanal ist im oben angeführten Zustand
ausgebildet, so dass die vorbestimmten Zellen zum Zweck der Kommunikation
miteinander in einem vorbestimmten Abstand zu der einen Endfläche der
Zellenstruktur verbunden sind. Beide Enden der so verbundenen vorbestimmten
Zellen der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur sind mit einem
undurchlässigen
Material abgedichtet, und die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur
sind mit Bezug auf die so abgedichteten vorbestimmten Zellen symmetrisch konfiguriert.
In diesem Fall wird veranlasst, die Zellen zur Bildung der Einheiten,
die die Zellenstruktur bilden, zu durchdringen, um das Rohwasser
dadurch zu filtrieren. Danach wird das filtrierte Rohwasser in den
Wasserkanal oder die in Kommunikation mit dem Wasserkanal stehenden
vorbestimmten Zellen einströmen
gelassen, es tritt durch den Wasserkanal hindurch und wird als filtriertes
Wasser an einer Seite der äußeren Umfangsoberfläche der
Zellenstruktur entnommen.
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Vorzugsweise
wird eine Zellenstruktur mit drei oder mehr Reihen von beinahe parallel
zum schlitzartigen Wasserkanal angeordneten Zellen im vorliegenden
Filtrationsverfahren verwendet.
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Vorzugsweise
wird eine Zellenstruktur aus einem Keramikmaterial im vorliegenden
Filtrationsverfahren verwendet.
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Im
Fall des vorliegenden Filtrationsverfahrens wird vorzugsweise weiters
eine Rückspülung der
Einheiten zum Bilden einer Zellenstruktur vorgenommen, nachdem das
filtrierte Rohwasser an der Seite der äußeren Umfangsoberfläche der
Zellenstruktur entnommen wurde. In diesem Fall wird die Rückspülung der
Zellenstruktur vorgenommen, indem das filtrierte Wasser, das bei
einem Druck von 200 bis 1000 kPa unter Druck gesetzt ist, von der
Seite der äußeren Umfangsoberfläche aus
zuführt
wird und die Trennwände
durchdringt, wobei die von Trennwänden festgehaltenen Fremdstoffe
hinausgedrückt
werden. Gleichzeitig wird ein unter einem Druck von 100 bis 500
kPa stehendes Gas vom anderen Ende der Zellenstruktur aus einströmen gelassen,
so dass das filtrierte Wasser gemeinsam mit den Fremdstoffen in
die Zellen strömt.
Auf diese Weise werden das Filtrationswasser und die Fremdstoffe,
die in die Zellen einströmen,
durch die Zellen hindurchtreten gelassen, und sie fließen am Ende
der Zellenstruktur an der Seite, von der aus das Rohwasser eingebracht wird,
wieder aus.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Querschnitt, der durch den Schnitt durch eine Zellenstruktur
in einer Ebene, welche die Mittelachse der Zellenstruktur umfasst,
erhalten wird, wobei dieser Querschnitt ein Beispiel für eine Wasserreinigungsvorrichtung
zur Verwendung in einer Ausführungsform
eines Filtrationsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Perspektive, die beispielhaft eine Zellenstruktur zur Verwendung
in einer anderen Ausführungsform
des Filtrationsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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3 ist
ein Querschnitt, der durch den Schnitt durch die Zellenstruktur,
die in einer anderen Ausführungsform
des Filtrationsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, in einer Ebene, die durch die Mittelachse
der Zellenstruktur hindurchgeht und auf einen schlitzähnlichen
Wasserkanal senkrecht verläuft,
erhalten wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Hierin
sind nachfolgend die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung spezifisch in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Weiters
werden im Prinzip dieselben Bezugsziffern oder Zeichen verwendet,
um Elemente und/oder Komponenten mit gleicher Funktion oder Wirkung
in den Zeichnungen darzustellen.
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Die
Zellenstruktur umfasst zumindest eine Einheit zum Bilden einer Zellenstruktur
mit einer Vielzahl von Zellen, die durch Trennwände aus einem porösen Körper definiert
sind, sowie einen Deckelabschnitt, der am anderen Ende davon bereitgestellt
ist. Rohwasser wird vom anderen Ende der Zellen einströmen gelassen, und
ein Teil des Rohwassers, der in die jeweiligen Zellen einströmt, wird
dazu veranlasst, die Trennwände
zu durchdringen, während
das übrige
Rohwasser in einen vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts einströmen gelassen
wird. Die Trennwände
sind so konfiguriert, dass das Verhältnis eines Maximalwerts zu
einem Minimalwert der Wasserpermeabilität der Trennwände, die
die Zellen der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur bilden, in
einem Bereich von 110 bis 300% liegt. Weiters ist die Wasserpermabilität in den
an einer äußeren Umfangsseite
der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur angeordneten Zellen
höher.
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Demgemäß wird das
Rohwasser, das von den Zellen mit den Trennwänden mit einer geringeren Wasserpermeabilität aus in
den vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts strömen gelassen wird, veranlasst,
in umgekehrter Richtung von dem dem Deckelabschnitt gegenüberliegenden
Ende in die Zellen, deren Trennwände
Wasser in einer größeren Menge
durchdringen lassen können,
d.h. eine höhere
Wasserpermeabilität aufweisen,
und in die an der äußeren Umfangsseite
in der Zellenstruktur angeordneten Zellen zu strömen. Somit wird hierin nachfolgend
die Fähigkeit
der Wasserdurchdringung als Wasserpermeabilität bezeichnet. Das in umgekehrter
Richtung strömende
Rohwasser wird zur Filtration veranlasst, durch die Trennwände hindurchzudringen,
wonach das filtrierte Wasser als Filtratwasser an der äußeren Umfangsoberflächenseite
der Zellenstruktur entnommen wird. Dadurch wird ein Teil der im
Rohwasser vorhandenen Fremdstoffe im vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts
angesammelt, und die Menge an Fremdstoffen, die in den Trennwänden der
Einheit zum Bilden der Zellenstruktur gesammelt wird, verringert
sich pro Zeiteinheit. Dadurch ist ein stabiler und kontinuierlicher
Vorgang über
einen langen Zeitraum möglich.
Weiters haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden,
dass in den Zellen mit Trennwänden
mit einer höheren
Wasserpermeabilität
und den Zellen, die an der äußeren Umfangsseite
angeordnet sind, die Anhäufung
von Fremdkörpern
im kompakten Zustand an der Grenze, wo die Menge an Rohwasser, die
vom Ende der Zellen einströmt,
und die Menge an Rohwasser, die in die Gegenrichtung strömt, im Ausgleich
sind, gefördert
wird. Daraus ergibt sich, dass dies eine weitere Garantie für einen
stabilen und kontinuierlichen Betrieb über einen langen Zeitraum darstellt.
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1 ist
ein Querschnitt, der durch einen Schnitt durch eine Zellenstruktur
in einer Ebene, welche die Mittelachse der Zellenstruktur umfasst,
erhalten wird, und der beispielhaft eine Wasserreinigungsvorrichtung zeigt,
die für
das Filtrationsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst eine
Wasserreinigungsvorrichtung 1, die für das Filtrationsverfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, eine zylindrische
Zellenstruktur 2 aus Einheiten zum Bilden einer Zellenstruktur 4;
diese Zellenstruktur weist eine Vielzahl von Zellen 10 auf,
die durch Trennwände 9 aus
einem porösen
Körper
definiert sind und als Strömungskanäle für Rohwasser
dienen. Die Wasserreinigungsvorrichtung 1 umfasst weiters
einen Deckelabschnitt 3, der mit einem am anderen Ende 6 ausgebildeten
vorbestimmten Raum 13 angeordnet ist, damit das vom einen
Ende 5 der Zellenstruktur 2 aus in die Zellen 10 strömende Rohwasser nicht
durch die Zellen 10 hindurchgeht und am anderen Ende 6 hinausfließt. Das
Ende 5 und das Ende 6 werden hierin nachfolgend
manchmal als "das
Ende auf der Rohwasser-Einströmseite" bzw. "das Ende an der Deckelabschnittseite" bezeichnet. Hier
ist in Bezug auf die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4 die
Vielzahl von Zellen 10 in Reihen angeordnet, und jede dieser
angeordneten Reihen wird als eine Einheit bezeichnet.
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Die
Zellenstruktur 2 ist in einem Gehäuse 20 über eine
Dichtung 16 aufgenommen. Ein Einströmkanal 14, um das
Rohwasser in die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur strömen zu lassen,
ist im Gehäuse
an einem dem Ende auf der Rohwasser-Einströmseite 5 der Einheiten
zum Bilden der Zellenstruktur entsprechenden Ende bereitgestellt.
Der Deckelabschnitt 3 ist am anderen Ende davon bereitgestellt.
Ein Ausströmkanal 15,
um das Filtratwasser ausfließen
zu lassen, ist ebenfalls an einem Seitenoberflächenteil des Gehäuses 20 bereitgestellt.
Ein Einströmkanal 17 für unter
Druck gesetztes Gas ist im Deckelabschnitt 3 bereitgestellt.
Der Einströmkanal 17 für unter
Druck gesetztes Gas wird während
der Filtration von Wasser mit einem Ventil (nicht dargestellt) geschlossen.
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Das
vorliegende Filtrationsverfahren unter Verwendung dieser Wasserreinigungsvorrichtung 1 umfasst
die Schritte des Einströmenlassens
von Rohwasser vom Ende der Rohwasser-Einströmseite 5 der Zellenstruktur 2 der
Wasserreinigungsvorrichtung 1 durch den Einströmkanal 14,
damit das in die Zellen 10 fließende Rohwasser durch die Trennwände 9 hindurchdringt,
um zur Filtration des Rohwassers im Rohwasser enthaltene Fremdstoffe
mithilfe der Trennwände 9 zu
sammeln, und danach des Entnehmens des Filtrationswassers an der
Seite einer äußeren Umfangsoberfläche 8 der
Zellenstruktur. Das erhaltene Filtratwasser wird in einen äußeren Speicherbehälter (nicht
dargestellt) oder dergleichen über
den Ausströmkanal 15 bewegt. Danach
wird ein Teil des Rohwassers, der vom Ende der Rohwasser-Einströmseite 5 der
Zellenstruktur in die Zellen 10 strömt, dazu gebracht, von den
Zellen 10 mit einer niedrigeren Wasserpermeabilität durch
die Trennwände 9 zu
dringen. Der übrige
Teil wird dazu veranlasst, in den vorbestimmten Raum 13 des
Deckelabschnitts zu fließen,
um dort einen Teil der im Rohwasser enthaltenen Fremdkörper im
vorbestimmten Raum 13 anzusammeln, während das Rohwasser, das in
den vorbestimmten Raum 13 fließt, innerhalb des Raums 13 zirkuliert
wird. Danach wird das innerhalb des vorbestimmten Raums 13 zirkulierte
Wasser dazu veranlasst, in umgekehrter Richtung von dem dem Deckelabschnitt 3 gegenüberliegenden
Ende in die Zellen mit den Trennwänden mit höherer Wasserpermeabilität zu strömen. Die
Zellen 10 sind an der Seite eines Außenumfangs 7 der Zellenstruktur
angeordnet. Das Rohwasser, das in umgekehrter Richtung fließt, wird
dazu veranlasst, zur Filtration durch die Trennwände 9 zu dringen,
und im Anschluss daran wird das durchgedrungene Wasser als Filtratwasser
an der äußeren Umfangsoberflächenseite 8 der
Zellenstruktur entnommen. Das auf diese Weise erhaltene Filtratwasser
wird über
den Ausströmkanal 15 in
den äußeren Speicherbehälter (nicht
dargestellt) oder dergleichen bewegt.
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Weiters
wird gemäß des Filtrationsverfahrens
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Zellenstruktur 2 mit
Zellen verwendet, deren Trennwände 9 auf
einer vorbestimmten Höhe
unterschiedliche Wasserpermeabilität aufweisen, wobei die Zellen
an der Außenumfangsseite
angeordnet sind und eine höhere
Wasserpermeabilität
aufweisen. Die Differenz der Wasserpermeabilität zwischen den Trennwänden mit
einer maximalen Wasserpermeabilität und jenen mit einer minimalen
Wasserpermeabilität
in Bezug auf die Menge an Rohwasser, die in die Zellen 10 strömt, ist
eine solche, dass das Verhältnis
der maximalen Wasserpermeabilität
zur minimalen Wasserpermeabilität
in einem Bereich von 110 bis 300% liegt. Liegt der Prozentsatz unter 110%,
so wird ein stabiler und kontinuierlicher Filtrationsvorgang über einen
langen Zeitraum nicht erreicht, da die Bildung eines zirkulierenden
Stroms schwierig wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Prozentsatz über 300%
liegt, die Menge an Rohwasser, die durch die Trennwände 9 dringt,
zu groß,
wodurch Fremdstoffe nicht angehäuft
werden können,
indem effektiv ein Teil des Rohwassers dazu gebracht wird, in den
vorbestimmten Raum 13 zu strömen, wo er dann zirkuliert
wird. Der stabile und kontinuierliche Filtrationsvorgang über einen langen
Zeitraum wird in diesem Fall nicht erreicht. Darüber hinaus liegt dieser Prozentsatz
noch mehr bevorzugt bei 120 bis 240%. Hier bezeichnet der Ausdruck "Minimalwert der Wasserpermeabilität" einen Wert der Wasserpermeabilität, der von
der Trennwand/den Trennwänden
mit der niedrigsten Wasserpermeabilität in der gesamten Zellenstruktur 2 gezeigt
wird. Der Begriff "Maximalwert
der Wasserpermeabilität" bezeichnet einen Wert
der Wasserpermeabilität,
der von der Trennwand/den Trennwänden 9 mit
der höchsten
Wasserpermeabilität
in der gesamten Zellenstruktur 2 gezeigt wird.
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Mit
Bezug auf 1 wird der Strom von Rohwasser
(Filtratwasser) beispielhaft unter Verwendung von Pfeilen beschrieben.
Vom Rohwasser f, das vom Ende der Rohwasser-Einströmseite 5 der
Zellenstruktur 2 einströmt,
dringt ein großer
Teil des Rohwassers, das in die mittig der Zellenstruktur 2 angeordneten
Zellen 10 strömt,
durch die Trennwände
der Zellen 10 und fließt
als Rohwasser a mit großem
Druck in den vorbestimmten Raum 13 des Deckelabschnitts 3.
Das Rohwasser, das in die Zellen 10, die an der Außenumfangsseite weg
von der Mitte der Zellenstruktur 2 angeordnet sind, strömt, dringt
durch die Trennwände
der Zellen 10 und fließt
als Rohwasser b in einer kleineren Menge mit einem niedrigeren Druck
als jenem des Rohwassers a in den vorbestimmten Raum 13 des
Deckelabschnitts 3. Zusätzlich
dazu dringen vom Rohwasser f beinahe alle Teile des Rohwassers,
die in die Zellen 10 strömen, die sich am nächsten zum
Außenumfang 7 der
Zellenstruktur befinden, d.h. die Zellen am äußersten Umfang, als Rohwasser
d durch die Trennwände 9.
Dieses Wasser wird als Filtratwasser bezeichnet, nachdem es durch
die Trennwände
gedrungen ist. Auf diese Weise wird, indem beinahe die gesamte Menge
des Rohwassers d durch die Trennwände 9 gedrängt worden
ist, ein Wasserdruck vom Ende der Deckelabschnittseite 3 zur
Seite des vorbestimmten Raums 13 des Deckelabschnitts 3 in
den Zellen 10 am äußersten
Umfang sehr niedrig, wodurch das Rohwasser, das in den vorbestimmten Raum 13 des
Deckelabschnitts 3 strömt,
in umgekehrter Richtung als Wasser c strömt, um behandelt zu werden,
und danach durchdringt es die Trennwand 9, um als Filtratwasser
entnommen zu werden. In Hinblick auf den oben angesprochenen Strom
an Rohwasser ist ein Fall dargestellt, in welchem die Zellen 10,
die näher am
Außenumfang 7 der
Zellenstruktur angeordnet sind, eine höhere Wasserpermeabilität aufweisen.
In 1 bezeichnen die Pfeile a bis g beispielhaft die
Strömungen
des Rohwassers (teilweise Filtratwassers), der Pfeil e bezeichnet
das Rohwasser, das innerhalb des vorbestimmten Raums 13 zirkuliert,
und der Pfeil g bezeichnet das Filtratwasser.
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Wie
bereits oben ausgeführt
wurde, häuft
sich entsprechend des Filtrationsverfahrens der vorliegenden Erfindung
ein Teil der Fremdstoffe im Rohwasser im vorbestimmten Raum 13 des
Deckelabschnitts 3 an, und die Menge an Fremdstoffen, die
in den Trennwänden 9 der
Zellenstruktur 2 pro Zeiteinheit gesammelt wird, wird verringert.
Somit wird ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb über einen
langen Zeitraum möglich.
Die Zellenstruktur kann, je nach Bedarf, mit Zellen mit einer hohen
Wasserpermeabilität
an der Umfangsseite 7 der Zellenstruktur sowie mit Zellen
mit einer niedrigeren Wasserpermeabilität am Mittelabschnitt der Zellenstruktur versehen
sein. So können
z.B. Materialien verwendet werden, die den Porendurchmesser vergrößern können, um
die Trennwände
an der Umfangsseite zu bilden. Man kann aber auch Materialien verwenden,
die den Porendurchmesser verkleinern können, um umgekehrt die Trennwände an den
Mittelabschnitten der Zellenstruktur zu bilden. Man kann Zellen
bilden, indem eine Membrandicke der Trennwände für die an der Umfangsseite angeordneten
Zellen dünner
gemacht wird. Oder man kann Zellen bilden, indem umgekehrt eine
Membrandicke der Trennwände
für die
am Mittelabschnitt angeordneten Zellen dicker gemacht wird. Oder
man kann Zellen bilden, indem ein Material mit einer größeren Teilchengröße zum Bilden
der Filtrationsmembran für
die an der Umfangsseite angeordneten Zellen verwendet wird. Oder
man kann Zellen bilden, indem ein Material mit einer kleineren Teilchengröße zum Bilden
der Filtrationsmembran für
die auf der Mittelseite angeordneten Zellen verwendet wird. Weiters
kann, wenn das Rohwasser f dazu veranlasst wird einzuströmen, die
Durchflussrate des in die Zellen, die an der Mittelseite angeordnet
sind, fließenden
Rohwassers f ansteigen.
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Das
Material für
den porösen
Körper
zur Verwendung in den Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4,
die für
das vorliegende Filtrationsverwendet werden kann, ist nicht besonders
eingeschränkt,
solange es ein poröser
Körper
ist, der als Membran verwendet werden kann. Keramikmaterialien werden
aber in Hinblick auf ihre Festigkeit und Langlebigkeit bevorzugt.
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Weiters
kann ein feiner Porendurchmesser des porösen Körpers bei Bedarf entsprechend
des Zwecks oder der Anwendung der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 2 ausgewählt werden.
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Im
vorliegenden Filtrationsverfahren kann die Filtration nur durch
den porösen
Körper,
der die Trennwände 9 bildet,
durchgeführt
werden. Hinsichtlich der Verbesserung einer Trennleistung während gleichzeitiger
Sicherstellung der Verarbeitungsgeschwindigkeit wird vorzugsweise
das Material der Trennwände 9 verwendet,
das feine Poren mit einem relativ großen Durchmesser aufweist, als
poröses
Substrat ver wendet, und es wird vorzugsweise eine Filtrationsmembran 12 mit
feinen Poren, die einen kleineren Durchmesser als jene der Trennwände auf
der Oberfläche
des porösen
Substrats aufweisen, gebildet. Diese Struktur kann Druckverlust
unterbinden, wenn die Rohflüssigkeit
durch die Trennwände 9 dringt,
selbst wenn der mittlere feine Porendurchmesser in der Filtrationsmembran 12 verringert
wird. Wie in 1 dargestellt ist, wird dieser
Fall insofern bevorzugt, als die Bildung der Filtrationsmembran 12 auf
der Oberfläche
der Trennwände 9 es
ermöglicht,
dass der oben erwähnte
Zweck effektiv erreicht werden kann. Der mittlere feine Porendurchmesser
der Filtrationsmembran 12, d.h. die Teilchendurchmesser
der in der zu filtrierenden Rohflüssigkeit enthaltenen Fremdstoffe, kann
je nach Bedarf entsprechend eines Zwecks oder einer Anwendung der
Wasserreinigungsvorrichtung 1 ausgewählt werden. Der mittlere feine
Teilchendurchmesser in der Filtrationsmembran 12 beträgt aber
vorzugsweise z.B. 0,1 bis 2,0 μm
und insbesondere etwa 0,1 bis 0,7 μm.
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Obwohl
das Material für
die Filtrationsmembran 12 nicht besonders eingeschränkt ist,
wird vorzugsweise ein Material, das Keramikteilchen und ein Sintermittel
enthält,
für die
Filtrationsmembran verwendet. Die Keramikteilchen weisen vorzugsweise
einen mittleren Teilchendurchmesser von etwa 0,1 bis 10 μm auf. Da die
Wahl eines Materials mit einem kleineren Teilchendurchmesser den
feinen Porendurchmesser nach dem Sintern verringert, kann der Teilchendurchmesser
bei Bedarf so gewählt
werden, dass ein geeigneter feiner Porendurchmesser entsprechend
dem Filtrationszweck erhalten wird. So wird der mittlere Teilchendurchmesser
der Keramikteilchen vorzugsweise mit etwa 0,2 bis 5,0 μm festgelegt,
und insbesondere mit etwa 0,4 bis 2,5 μm. Die Filtrationsmembran 12 kann
gebildet werden, indem diese Keramikteilchen und das Sintermittel für die Filtrationsmembran
in einem aufgeschlämmten
Zustand auf die Oberfläche
des Substrats aufgetragen und danach gebrannt werden. Weiters kann,
obwohl die Filtrationsmembran auch als einzelne Schicht bereitgestellt
sein kann, sie auch in der Form von zwei oder mehr Schichten bereitgestellt
werden. Im Fall von zwei oder mehr Schichten wird bevorzugt, dass
der mittlere feine Porendurchmesser der Filtrationsmembran 12 einer äußersten
Schicht am kleinsten ausgeführt
wird, und dass die feinen Porendurchmesser Schritt für Schritt zu
den Trennwänden 9 hin
vergrößert werden.
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Weiters
wird, wie in 1 dargestellt ist, eine Dichtungsschicht 11 vorzugsweise
auf einer Oberfläche, die
eine Endfläche
umfasst, d.h. eine Endfläche
der Trennwände 9,
ausgebildet. Die Dichtungsschicht ist gewöhnlich in zumindest einem der
beiden Enden der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4,
d.h. dem Ende auf der Rohwasser-Einströmseite 5 und/oder
dem Ende auf der Deckelabschnittseite 6, ausgebildet. Für den Fall,
dass die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4 durch
die oben beschriebene Struktur jeweils die oben beschriebene Filtrationsmembran 12 aufweisen,
kann verhindert werden, dass die Rohflüssigkeit vom Ende der Einheiten
zum Bilden der Zellenstruktur 4 (dem Ende auf der Rohwasser-Einströmseite 5 und/oder
dem Ende auf der Deckelabschnittseite 6), auf welchen die
Filtrationsmembran 12 nicht ausgebildet ist, eindringt.
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Obwohl
das Material für
diese Dichtungsschicht 11 nicht besonders eingeschränkt ist,
besteht es in dem Fall, dass die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4 aus
einem Keramikmaterial bestehen, in Hinblick auf Festigkeit und Haftfähigkeit
am Substrat, aus dem die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4 bestehen, vorzugsweise
aus einem Keramikmaterial. Weiters wird bevorzugt, dass ein Material
verwendet wird, das aus einem Keramikmaterial besteht, das ähnliche
Komponenten beinhaltet, wie ein Teil der Komponenten, der in den
Trennwänden 9 enthalten
ist. Da es nicht erforderlich ist, dass die Rohflüssigkeit
im Wesentlichen das Keramikmaterial durchdringt, wird vorzugsweise
eine Glasur verwendet, die durch Frittung eines Keramikmaterials
oder dergleichen erhalten wird. Vorzugsweise wird eine Glasur verwendet,
die durch Frittung eines Materials erhalten wird, das Siliciumoxid
und Aluminiumoxid als Hauptkomponenten sowie 10 Massen-% oder weniger
Zirconiumoxid enthält.
Es kann auch Methylzellulose als Bindemittel enthalten sein.
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Weiters
ist die Größe der Zellenstruktur 2 für die Verwendung
im Filtrationsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht besonders eingeschränkt, und es kann eine beliebige
Form entsprechend Zweck/Anwendung, Einsatzgebiet oder dergleichen
gewählt
werden. So wird im Fall der Zellenstruktur 2 einer großen in einer
Wasserreinigungsanlage verwendeten Wasserreinigungsvorrichtung vorzugsweise
eine zy lindrische Form verwendet, worin der Endflächendurchmesser
30 bis 500 mm und die Axiallänge
500 bis 2000 mm betragen.
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Weiters
ist auch die Menge an Wasser, die durch die Zellenstruktur 2 strömt, nicht
besonders eingeschränkt.
Im Fall der Zellenstruktur 2 einer großen in einer Wasserreinigungsanlage
verwendeten Wasserreinigungsvorrichtung liegt die Menge an Wasser,
die mit einer Wassertemperatur von 25°C unter einem Wasserdruck von
100 kPa einströmt,
vorzugsweise bei 15 bis 300 m3/m2/Tag.
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Auch
kann die Querschnittsform der Zellen 10 der Einheiten zum
Bilden der Zellenstruktur 4, die im Filtrationsverfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein willkürliches
Polygon wie ein Dreieck, Quadrat, Fünf- und Sechseck, Kreis, Ellipse
oder dergleichen sein, oder es kann eine gewellte Form oder dergleichen
aufweisen. Der äquivalente
Innendurchmesser der Zellen 10 ist in seiner Größe ebenfalls
nicht besonders eingeschränkt.
Ist aber der äquivalente
Innendurchmesser zu klein, kann der Widerstand beim Einströmen der
Rohflüssigkeit
zu groß werden.
Im Gegensatz dazu kann, wenn der äquivalente Innendurchmesser
zu groß ist,
eine ausreichende Filtrationsfläche
nicht erhalten werden. Obwohl ein bevorzugter Bereich des äquivalenten
Innendurchmessers der Zellen 10 abhängig von der Viskosität der zu
filtrierenden Rohflüssigkeit variiert,
liegt er vorzugsweise bei 1,0 bis 10 mm und insbesondere bei 1,5
bis 7 mm. Indem der äquivalente Innendurchmesser
in diesen Bereichen festgelegt wird, kann bei der Bildung der Filtrationsmembran 12 eine gleichmäßige Membranbildung
leicht erreicht werden, und es kann eine relative große Fläche der
Filtrationsmembran 12 pro Volumeneinheit erhalten werden.
Der äquivalente
Innendurchmesser der Zelle bezeichnet einen Durchmesser eines Kreises
mit derselben Fläche
wie jener eines Querschnitts der Zelle. Weiters ist die Anzahl an
Zellen pro Zellenstruktureinheit nicht besonders beschränkt, und
Fachleute auf dem Gebiet der Technik können diese entsprechend in
Relation zu Festigkeit, Größe und Verarbeitungsmenge
wählen.
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Weiters
ist der Anordnungszustand der Zellen 10 in der Zellenstruktur 2 nicht
besonders eingeschränkt.
Es sind vorzugsweise drei oder mehr Reihen von Zellen 10 in einem
Querschnitt angeordnet, wenn die Zellenstruktur 2 in einer
senkrecht auf die Achse der Zellenstruktur 2 liegenden
Ebene geschnitten wird. Indem drei oder mehr Reihen in einer solchen
Weise angeordnet sind, weisen die Zellen, die näher an der äußeren Umfangsfläche der
Zellenstruktur liegen, eine höhere
Wasserpermeabilität
auf. Dies geht darauf zurück, dass
die Wasserpermeabilität,
d.h. das Verhältnis,
in welchem das Rohwasser, das in die jeweiligen Reihen der Zellen
strömt,
durch die Trennwand dringt, variiert. Weiters kann die größere Filtrationsfläche dadurch
sichergestellt werden, dass die Anzahl an anzuordnenden Zellen 10 erhöht wird,
wodurch die Menge an Wasser, die durchfließt, erhöht werden kann, wodurch weiters
die Zellenstruktur 2 verkleinert werden kann. Die kompakteste
Packung der Zellen kann dadurch umgesetzt werden, dass die jeweiligen
Zellen 10 so angeordnet werden, dass Linien, welche die
Mitten der Zellen verbinden, ein reguläres Dreieck bilden, vorausgesetzt,
die Form in der Endfläche
jeder der Zellen 10 ist kreisförmig. Dies stellt eine der
bevorzugten Weisen für
die Anordnung der Zellen dar.
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Im
Filtrationsverfahren der vorliegenden Erfindung, worin die Wasserreinigungsvorrichtung 1,
wie in 1 dargestellt, verwendet wird, wird vorzugsweise
eine Rückspülung für die Zellenstruktur 2 durchgeführt, nachdem
das filtrierte Rohwasser als Filtratwasser an der äußeren Umfangsflächenseite 8 der
Zellenstruktur entnommen wurde. Die Rückspülung erfolgt in einer solchen
Weise, dass das unter einen Druck von 200 bis 500 kPa gesetzte Filtratwasser
dazu veranlasst wird, an der äußeren Umfangsflächenseite 8 der
Zellenstruktur durch die Trennwände 9 zu
dringen, wodurch in den Trennwänden 9 angesammelte
Fremdstoffe ausgestoßen werden.
Gleichzeitig wird unter einen Druck von 100 bis 500 kPa gesetztes
Gas dazu veranlasst, vom Ende auf der Deckelabschnittseite 6 einzuströmen, damit
das Filtratwasser gemeinsam mit den Fremdstoffen in die Zellen 10 einströmt. Dadurch
werden das Filtratwasser und die Fremdstoffe, die in die Zellen 10 strömen, dazu gebracht,
dass sie durch die Zellen 10 hindurchgehen und am Ende
auf der Rohwasser-Einströmseite 5,
nämlich
am Ende der Zellenstruktur 2 an der Seite, von welcher
das Rohwasser einströmen
gelassen wird, abgegeben werden. Indem die Rückspülung auf diese Weise durchgeführt wird,
können
Fremdstoffe, die im vorbestimmten Raum 13 des Deckelabschnitts 3 und
in der Filtrationsmembran 12 angesammelt werden, zuverlässig entfernt
werden. Zusätzlich
dazu kann das zuverlässig
entfernt werden. Zusätzlich
dazu kann das Filtrationsverfahren der vorliegenden Erfindung wiederholt
durchgeführt
werden.
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2 ist
eine Perspektive, die beispielhaft eine Zellenstruktur veranschaulicht,
die für
eine andere Ausführungsform
des Filtrationsverfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann.
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Im
Fall der in 2 dargestellten Zellenstruktur
sind drei Arten von Einheiten zum Bilden der Zellenstrukturen 4a, 4b, 4c in
Reihe (in Serie), beinahe parallel zu einander, angeordnet, wodurch
die zusammengefügte
Form als Zellenstruktur insgesamt eine zylindrische Form annimmt.
Die Zellenstruktur 30 weist zwei schlitzähnliche
Wasserkanäle 31 mit
einer vorbestimmten Länge
L in eine axiale Richtung, nämlich
die vorbestimmte axiale Länge,
auf. Jeder Kanal ist in einem Zustand ausgebildet, in welchem er
eine Trennwand zwischen den vorbestimmten Zellen, die beinahe linear
angeordnet sind, wenn sie in einer auf die Zellen 10 senkrechte
stehenden Ebene geschnitten werden, durchdringt. Somit sind die
vorbestimmten Zellen 32 zur Kommunikation miteinander an
einer Position in einem vorbestimmten Abstand D axial von dem einen
Ende 33 der Zellenstruktur 30 verbunden. Die Einheiten
zum Bilden der Zellenstruktur 4a, 4b, 4c sind
in Bezug auf jeden der Wasserkanäle 31 symmetrisch
konfiguriert. In Hinblick auf die Anordnung der Einheiten zum Bilden
der Zellenstruktur sind die Zellen 10 beinahe parallel
mit den Wasserkanälen 31 vorzugsweise
in drei oder mehr Reihen angeordnet. Indem drei oder mehr Reihen
auf diese Weise angeordnet sind, wird die Wasserpermeabilität variiert,
so dass die näher
an den Wasserkanälen
und an der äußeren Umfangsfläche der
Zellenstruktur befindlichen Zellen eine höhere Wasserpermeabilität zeigen.
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3 ist
ein Querschnitt, der durch einen Schnitt der in 2 dargestellten
Zellstruktur 30 in einer Ebene erhalten wird, die durch
die Mittelachse der Zellenstruktur verläuft und senkrecht auf die schlitzähnlichen
Wasserkanäle 31 liegt.
In 3 sind an beiden Enden der vorbestimmten Zellen 32 abgedichtete
Teile 34 aus einem undurchlässigen Material von jedem Ende
aus bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet. Weiters ist im
Fall der vorliegenden Zellenstruktur 2, ähnlich der
einen, die in
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1 dargestellt
ist, die Filtrationsmembran 12 auf der Oberfläche der
Trennwände 9 ausgebildet,
und die Dichtungsschicht 11 ist an beiden Endflächen der
Trennwände 9,
die an beiden Endflächen
der Zellenstruktur 3 liegen, ausgebildet.
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Der
Abstand D von den schlitzähnlichen
Wasserkanälen 31 zu
dem einen Ende 33 der Zellenstruktur 40 ist, wie
in 2 dargestellt ist, nicht besonders eingeschränkt, und
er wird entsprechend gemäß der Größe der Zellenstruktur 30 oder
dergleichen bestimmt. Er wird aber vorzugsweise mit 20 bis 50 mm
festgelegt. Liegt er unter 20 mm, so ist eine Dichtung zwischen
der Zellenstruktur und dem Gehäuse
schwierig, und liegt er über 50
mm, so ist eine Dichtung der Zellen an der Endfläche schwierig durchzuführen. Weiters
ist die vorbestimmte Länge
L der schlitzähnlichen
Wasserkanäle 31 in
die axiale Richtung der Zellenstruktur 30 nicht besonders
eingeschränkt
und wird entsprechend gemäß der Größe der Zellenstruktur 30 oder
dergleichen festgelegt. Sie wird vorzugsweise mit 40 bis 200 mm
festgelegt. Dies hat den Grund, dass bei einer Länge von weniger als 40 mm,
die Leistung des durchdringenden Wassers gering ist, und dass bei
mehr als 200 mm, die Festigkeit der Zellenstruktur verringert wird.
Weiters ist eine Breite W der schlitzähnlichen Wasserkanäle 31,
wie in 3 dargestellt, d.h. eine Breite in eine Richtung
senkrecht auf die axiale Richtung der Zellenstruktur 30 in
der Querschnittsansicht der 3, nicht
besonders eingeschränkt.
Diese Breite wird entsprechend gemäß dem Durchmesser der Zellen 10,
der Dicke der Trennwände 9 oder
dergleichen festgelegt. Sie wird vorzugsweise mit 2 bis 3 mm festgelegt.
Liegt sie unter 2 mm, so ist die Leistung des durchdringenden Wassers
gering, liegt sie über
3 mm, so wird die Membranfläche
verringert.
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Zusätzlich dazu
sind die anderen Strukturen ähnlich
jenen der oben erwähnten
Zellenstruktur 2, wie sie in 1 dargestellt
ist.
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Die
oben beschriebene Zellenstruktur 30 ist ähnlich wie
die in 1 dargestellte Zellenstruktur im Gehäuse 20 aufgenommen,
d.h. die Zellenstruktur wird dadurch aufgenommen, dass sie so angeordnet
wird, dass das Ende an der näher
an den Wasserkanälen 31 gelegenen
Seite an der Deckelabschnittseite 8 angeordnet wird. Indem
sie auf eine solche Weise aufgenommen wird, wird das Rohwasser f
dazu ver anlasst, wie in 1 dargestellt einzuströmen, wodurch
der Strom des Rohwassers (teilweise Filtratwassers), der beispielhaft
durch die Pfeile a bis d in 3 dargestellt
ist, gebildet werden kann.
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Wie
in 3 dargestellt ist, wird insbesondere das vom Ende
auf der Rohwasser-Einströmseite 5 der Zellenstruktur 30 einströmende Rohwasser
in zwei Ströme
unterteilt. Eine große
Menge an Rohwasser, die in die Zellen 10 fließt, welche
die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4c bilden,
die in der Mitte der Zellenstruktur 30 aus den Einheiten
zum Bilden der Zellenstruktur zwischen den zwei Wasserkanälen 31 und 31 angeordnet
ist, tritt durch die Zellen 10 hindurch und strömt als Rohwasser
a unter hohem Druck in den vorbestimmten Raum 13 (siehe 1)
des Deckelabschnitts 3 (siehe 1). Andererseits
tritt das Rohwasser, das in die Zellen fließt, die unmittelbar außerhalb
der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4c (auf der
zu den Wasserkanälen 31 und 31 näher liegenden
Seite) angeordnet sind, welche die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4b darstellt,
durch die Zellen 10 hindurch und strömt als Rohwasser b mit einem
niedrigeren Druck in einer kleineren Menge als das Rohwasser a in
den vorbestimmten Raum 13 (siehe 1) des Deckelabschnitts 3 (siehe 1).
Das in den vorbestimmten Raum 13 einströmende Rohwasser wird innerhalb
des vorbestimmten Raums 13 zirkuliert, wie in der in 1 dargestellten
oben beschriebenen Zellenstruktur 2, worin ein Teil der
im Rohwasser enthaltenen Fremdstoffe im vorbestimmten Raum 13 angesammelt
wird, um dort die angesammelten Fremdstoffe h zu bilden (siehe 1).
Danach tritt vom Rohwasser f beinahe die gesamte Menge an Rohwasser,
die in die Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4a,
die am nächsten
zu (angrenzend) den Wasserkanälen 31 liegt,
einströmt,
durch die Trennwände 9 hindurch
und strömt
als Rohwasser d (Filtratwasser nach Durchdringen der Trennwand)
in die vorbestimmten Zellen 32, der zur Kommunikation mit
dem Wasserkanal 31 oder den Wasserkanälen 31 verbunden ist.
Das Filtratwasser, das in die zur Kommunikation mit dem Wasserkanal 31 oder
den Wasserkanälen 31 verbundenen
vorbestimmten Zellen 32 einströmt, tritt durch die Wasserkanäle 31 hindurch
und kann danach als Filtratwasser an der äußeren Umfangsflächenseite 8 der
in 2 dargestellten Zellenstruktur entnommen werden.
Auf diese Weise wird, indem beinahe die gesamte Menge an Rohwasser
d die Trennwand 9 durchdringen gelassen wird, ein Wasserdruck,
der von dem Ende der Zellen 10 angrenzend an die Wasserkanäle 31 auf
der Seite des Deckelabschnitts 3 (siehe 1) zur
Seite des vorbestimmten Raums 13 (siehe 1)
des Deckelabschnitts 3 (siehe 1) angelegt
wird, sehr niedrig, wodurch das Rohwasser, das in den vorbestimmten
Raum 13 (siehe 1) des Deckalbschnitts 3 (siehe 1)
einströmt,
in umgekehrter Richtung als Rohwasser (Filtratwasser nach Durchdringung
der Trennwand) c von den Zellen 10s strömt, welche die Einheiten zum
Bilden der Zellenstruktur 4a angrenzend an die Wasserkanäle 31 bilden,
und die Trennwand 9 durchdringt, um als Filtratwasser entnommen
zu werden.
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Weiters
durchdringt beinahe die gesamte Menge an Rohwasser f, das in die
an einem äußersten
Umfang der Zellenstruktur 30 (sieh 2) liegenden
Zellen 35 einströmt,
die Trennwände 9 und
kann als Filtratwasser an der äußeren Umfangsfläche 8 der
Zellenstruktur ähnlich
wie das Wasser, das in die Zellen 10, die am nächsten (angrenzend)
zum Wasserkanal 31 liegen, einströmt (Rohwasser (Filtratwasser
nach Durchdringen der Trennwände)),
entnommen werden.
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In 3 bildet
vom Rohwasser f, das vom Ende auf der Rohwasser-Einströmseite 5 der
Zellenstruktur 30 einströmt, das Rohwasser, das in die
Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4a, 4b, 4c (wovon
ein Teil nicht dargestellt), die außerhalb der Wasserkanäle 31 positioniert
sind, einströmt,
einen Fluidzustand, der ähnlich
dem Zustand des Rohwasser ist, das in die oben beschriebenen Einheiten
zum Bilden der Zellenstruktur zwischen den zwei Wasserkanälen 31 und 31 einströmt. Wie
in 1 illustrierend dargestellt ist, sind die angesammelten
Fremdstoffe h im vorbestimmten Raum 13 des Deckelabschnitts 3 abgelagert.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird entsprechend des Filtrationsverfahrens
der vorliegenden Erfindung, in welchem Rohwasser unter Verwendung
der in 3 dargestellten Zellenstruktur 30 filtriert
wird, ein Teil der Fremdstoffe im Rohwasser im vorbestimmten Raum 13 (siehe 1)
des Deckelabschnitts 3 (siehe 1) angesammelt.
Somit wird die Menge an Fremdstoffen, die in den Trennwänden 9 der
Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur 4 pro Zeiteinheit
gesammelt werden, verringert, wodurch ein stabiler und kontinuierlicher
Betrieb über
einen langen Zeitraum durchgeführt
werden kann.
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(Beispiele)
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Hierin
nachfolgend ist die vorliegende Erfindung spezifisch entsprechend
den Beispielen beschrieben, ist aber dabei nicht auf diese Beispiele
beschränkt.
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Die
verwendeten Zellenstrukturen wiesen eine Vielzahl von Zellen mit
einem Durchmesser von 2 mm auf und nahmen eine monolithische Form
mit einer Endfläche
mit einem Durchmesser von 180 mm und einer Länge von 1000 mm an.
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In
jeder der Zellenstrukturen wurden zwei schlitzähnliche Wasserkanäle ausgebildet,
wie dies in 2 dargestellt ist. Es wurden
drei ungebrannte Zellenstrukturen hergestellt; d.h. die erste Zellenstruktur
war so konfiguriert, dass sieben Zellenreihen zwischen den zwei
Wasserkanälen
angeordnet wurden (Beispiel 1), die zweite war so konfiguriert,
dass fünf
Zellenreihen zwischen den zwei Wasserkanälen angeordnet wurden (die in 2 dargestellte
Struktur) (Beispiel 2), und die dritte war so konfiguriert, dass
zwei Zellenreihen zwischen den zwei Wasserkanälen angeordnet wurden (Vergleichsbeispiel
1). Danach wurden Dichtelemente zum Bilden eines Dichtungsteils
in den Zellen eingebettet, die zur Kommunikation mit den Wasserkanälen verbunden waren
(die in 2 dargestellten Zellen 32).
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Der
Porendurchmesser einer Permeationsmembran jeder der resultierenden
Zellenstrukturen betrug etwa 0,1 μm.
Die Membranfläche
der im Beispiel 1 verwendeten Zellenstruktur betrug 12,5 m2, die Membranfläche der im Beispiel 2 verwendeten
Zellenstruktur betrug 15 m2, und die Membranfläche der
im Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Zellenstruktur betrug 16 m2.
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Gereinigtes
Wasser wurde vom Ende der Rohwasser-Einströmseite jeder der resultierenden
Zellenstrukturen unter einem Wasserdruck von 0,1 MPa und mit einer
Temperatur von 25°C
1 Minute lang einströmen gelassen,
und die Menge an Wasser, die durch die Trennwand (L/min) drang,
wurde für
jede Zelle der jeweiligen Zel lenstrukturen gemessen. Die zu messenden
Zellen waren Zellen, welche die jeweiligen Zellenreihen bilden,
die zwischen den zwei Wasserkanälen
angeordnet waren. Danach wurde die Menge an Wasser, die durch die
Trennwand in jeder Zelle drang, durch die Nettomenge an Wasser,
die vom Ende der Rohwasser-Einströmseite in jede Zelle einströmen gelassen
wurde, geteilt, und der erhaltene Wert wurde verhundertfacht, um
die Permeabilität
zu erhalten. Danach wurde eine mittlere Permeabilität für jede Zellenreihe
erhalten, die als Zellenpermeabilität in jeder Zellenreihe definiert
wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
In Tabelle 1 erfolgte die Nummerierung der Zellen Nr. 1 bis 7 des
Beispiels 1 wie nachfolgend beschrieben: Die Zellen Nr. 1 und 7
sind Zellen, die jeweils in der ersten Reihe, von den jeweiligen
zwei Wasserkanälen aus
gezählt,
liegen; die Zellen 2 und 6 sind Zellen, die in
der zweiten Reihe, von den jeweiligen Wasserkanälen aus gezählt, liegen; die Zellen Nr.
3 und 5 sind Zellen, die in der dritten Reihe, von den jeweiligen
Wasserkanälen
aus gezählt,
liegen; und die Zelle Nr. 4 sind Zellen, die in der Mittelreihe
liegen. Für
die Zellen Nr. 1 bis 5 des Beispiels 2 sind die Zellen Nr. 1 und
5 Zellen, die in der ersten Reihe, von den jeweiligen Wasserkanälen aus
gezählt,
liegen; die Zellen Nr. 2 und 4 sind Zellen, die in der zweiten Reihe,
von den jeweiligen Wasserkanälen
aus gezählt,
liegen; und die Zelle Nr. 3 sind Zellen, die in der Mittelreihe
liegen. Die Zelle Nr. 1 des Vergleichsbeispiels ist eine Zelle,
die an einem der zwei Wasserkanäle
liegt, bzw. ist die Zelle Nr. 2 eine Zelle, die am anderen Wasserkanal
liegt.
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Ein
Koagulationsmembran-Filtrationstest von Flussoberflächenwasser
wurde unter Verwendung der oben beschriebenen Zellenstrukturen,
die für
die Beispiele 1 und 2 bzw. für
das Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurden, durchgeführt.
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Polyaluminiumchlorid
(hierin nachfolgend als PAC bezeichnet) wurde zu Flussoberflächenwasser
in einer Menge zugegeben, die ausreichend ist, um die Konzentration
darin 10 mg/l werden zu lassen, und Fremdstoffe im Flussoberflächenwasser
wurden koaguliert. Danach wurde der Koagulationsmembran-Filtrationstest
durchgeführt,
indem das einer Koagulationsbehandlung unterzogene Wasser als Rohwasser
in die jeweiligen Zellenstrukturen, die in den Beispielen 1 und
2 sowie im Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurden, mit einer Durchflussrate
von 2,0 m/Tag sechs Stunden lang einströmen gelassen wurde, um Filtratwasser
zu erhalten. Transmembrane Druckdifferenzen der Filtrationsmembranen
zu diesem Zeitpunkt wurden gemessen, und die Änderungen der transmembranen
Druckdifferenzen in den Beispielen 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel
1 wurden in Bezug auf die Zeit linear eingestellt, und es können die
folgenden Gleichungen (1), (2) und (3) erhalten werden. In den Gleichungen
(1), (2) und (3) stellen Y die transmembrane Druckdifferenz (kPa/min) und
X die Filtrationszeit (min) dar.
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Gleichung (1): Transmembrane
Druckdifferenz im Beispiel 1
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Gleichung (2): Transmembrane
Druckdifferenz im Beispiel 2
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Gleichung (3): Transmembrane
Druckdifferenz im Vergleichsbeispiel 1
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Es
wurden die erhöhten
Werte der transmembranen Druckdifferenzen pro Flächeneinheit und pro Zeiteinheit
(Anstiegsraten der transmembranen Druckdifferenzen) mit Bezug auf
die transmembranen Druckdifferenzen der Beispiele 1 und 2 und des
Vergleichsbeispiels 1 auf Grundlage der oben beschriebenen Messergebnisse
der transmembranen Druckdifferenzen berechnet. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 1 dargestellt.
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Die
oben beschriebene Membrandruckdifferenz bezeichnet eine Differenz
des Drucks zwischen der primären
Seite (Rohwasserseite) und der sekundären Seite (Filtratwasserseite)
der Membran.
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Wie
in Tabelle 1 dargestellt, ist zu verstehen, dass, da die Anzahl
an Zellenreihen, die zwischen den zwei Wasserkanälen angeordnet sind, größer ist,
die Differenz zwischen den jeweiligen Reihen in Bezug auf die Wasserpermeabilität größer wird.
Wird die Differenz der Wasserpermeabilität größer, so wird die Menge an Rohwasser,
die durch die Zellen mit einer niedrigeren Wasserpermeabilität hindurchtritt,
größer, und
die Menge an Rohwasser, die im vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts
zirkuliert, wird groß.
Demgemäß wird die Menge
an gesammelten Fremdstoffen (angehäufte Fremdstoffe) im vorbestimmten
Raum des Deckelabschnitts groß,
was. einen stabilen und kontinuierlichen Vorgang über einen
langen Zeitraum ermöglicht.
Weiters ist zu verstehen, dass, da die Anzahl an Zellenreihen, die
zwischen den zwei Wasserkanälen
angeordnet sind, größer wird,
die Anstiegsrate der transmembranen Druckdifferenz der Filtrationsmembran
niedriger ist. Die niedrigere Anstiegsrate der transmembranen Druckdifferenz
der Filtrationsmembran bedeutet, dass die Filtrationsmembran stabil
verwendet werden kann und dass die Lebenszeit als Filtrationsvorrichtung
lang wird. Somit ist zu verstehen, dass, da die Anzahl an Zellenreihen
größer wird,
ein stabilerer und kontinuierlicherer Vorgang über einen langen Zeitraum durchgeführt werden
kann.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird gemäß des Filtrationsverfahrens
der vorliegenden Erfindung in einer Zellenstruktur, die eine oder
mehrere Einheiten zum Bilden einer Zellenstruktur, die jeweils eine
Vielzahl von Zellen aus einem porösen Körper umfasst, sowie einen am
einen Ende davon bereitgestellten Deckelabschnitt umfasst, Rohwasser
vom anderen Ende davon einströmen
gelassen, und ein Teil des Rohwassers, das in die jeweiligen Zellen
strömt,
wird veranlasst, die Trennwand, welche die jeweiligen Zellen trennt
und bildet, zu durchdringen, und der andere Teil wird veranlasst,
in einen vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts einzuströmen. Zusätzlich dazu
sind die Trennwände
der Zellen so konstruiert, dass das Verhältnis des Maximalwerts zum
Minimalwert der Wasserpermeabilität in den Trennwänden in
einem Bereich von 110 bis 300% liegt. Gleichzeitig sind die Zellen,
die sich auf der Seite eines Außenumfangs
der Einheiten zum Bilden der Zellenstruktur befinden, so konstruiert,
dass sie die höchste
Wasserpermeabilität
zeigen. Das Rohwasser, das in den vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts
von den Zellen mit niedrigerer Wasserpermeabilität einströmen gelassen wird, wird dazu
veranlasst, in umgekehrter Richtung vom anderen Ende, das dem Deckelabschnitt gegenüberliegt,
in die Zellen mit höherer
Wasserpermeabilität
zu strömen,
und die Zellen, die sich an der äußeren Umfangsseite
in der Zellenstruktur befinden, und das Rohwasser, das in umgekehrter
Richtung fließt, wird
veranlasst, die zu filtrierenden Trennwände zu durchdringen, wonach
es als Filtratwasser an der äußeren Umfangsoberflächenseite
der Zellenstruktur entnommen wird. Dadurch wird ein Teil der Fremdstoffe
im Rohwasser im vorbestimmten Raum des Deckelabschnitts angehäuft, und
die Menge an Fremdstoffen, die in der Trennwand der Einheit zum
Bilden der Zellenstruktur pro Zeiteinheit angesammelt wird, wird
verringert, wodurch ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb über einen
langen Zeitraum ermöglicht
wird. Weiters wurde herausgefunden, dass in den Zellen mit höherer Wasserpermeabilität und in
den Zellen, die sich an der äußeren Umfangsseite
befinden, die Kondensation der Fremdstoffe an den Grenzen, die an
den Positionen gebildet sind, wo die Menge an Rohwasser, das vom
Ende einströmt,
und die Menge an Rohwasser, das in umgekehrter Richtung strömt, im Gleichgewicht
sind, gefördert
wird, und weiters wird über
einen fangen Zeitraum ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb
ermöglicht.
