JP2000501336A - Shear action localized filtration system - Google Patents
Shear action localized filtration systemInfo
- Publication number
- JP2000501336A JP2000501336A JP10-512595A JP51259598A JP2000501336A JP 2000501336 A JP2000501336 A JP 2000501336A JP 51259598 A JP51259598 A JP 51259598A JP 2000501336 A JP2000501336 A JP 2000501336A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- membrane
- pack
- gap
- fluid
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 159
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 130
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 claims description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241001427367 Gardena Species 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating Effects 0.000 description 1
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Abstract
(57)【要約】 急速に回転する膜パック(32)の積み重ねと、間に小さいギャップ(40A、40B)を残すために膜パックが挟み込まれた静止分離エレメント(36A、36B)の積み重ねとを含む型のものであり、直列接続システムと並列接続システムとの両方の利点を得る濾過装置が提供される。供給コンジット(82)はギャップの半径方向の外端(110)を互いに接続して供給流体を各ギャップの内外へ運ぶ。急速に回転する膜パックはその表面近くで半径方向で外方の流れを引起こし、これは静止エレメントの表面近くで半径方向で内方の流れ(102)を生じて、各ギャップを通る半径方向で内方への、次に外方への流体の流れを引起こす。静止エレメントは開口部(131−138)を有して、その両側での圧力を等しくし、膜表面での流体の剪断作用を促進する。アキュムレータ(140)が供給入口(12)に結合されて、膜パックの積み重ねの回転を停止するのに必要な時間の間、供給流体圧力の異常な低下時に供給流体圧力を維持する。 (57) Abstract: A stack of rapidly rotating membrane packs (32) and a stack of stationary separation elements (36A, 36B) with the membrane pack sandwiched to leave a small gap (40A, 40B) therebetween. There is provided a filtration device of the type that includes the advantages of both a series connection system and a parallel connection system. Feed conduits (82) connect the radially outer ends (110) of the gaps to carry feed fluid into and out of each gap. The rapidly rotating membrane pack causes a radially outward flow near its surface, which results in a radially inward flow (102) near the surface of the stationary element and radially through each gap. Causes a fluid flow inward and then outward. The stationary element has openings (131-138) to equalize the pressure on both sides and promote fluid shearing at the membrane surface. An accumulator (140) is coupled to the feed inlet (12) to maintain the feed fluid pressure during an abnormal drop in feed fluid pressure for the time required to stop rotation of the stack of membrane packs.
Description
【発明の詳細な説明】 剪断作用局所化濾過システム発明の背景 廃水のような供給流体は、膜を通過する純粋な水のような透過液と粒子濃度の 高い水を含む濃縮液とに分離できる。このような分離には容器内の膜パックの積 み重ねが用いられ得る。膜の孔を塞ぐ粒子が表面に蓄積することによる、膜パッ クの詰まりはクループニック(Croopnick)によって米国特許第4,025,42 5号に説明されるように膜パックを急速に回転することにより低減可能である。 詰まりは、膜パックの対の間に静止した分離エレメントを配置し、膜パックの回 転表面と分離エレメントの静止表面との間のギャップに乱流を生じるようにする ことによってさらに低減され得る。ここで、膜パックが大きい孔(大きいミクロ ン単位の幅)を有する場合、これはフィルタパックと称され得るが、出願人は両 方に対してここで膜パックという語を用いる。 膜パック間の乱流促進分離エレメントはあまり場所を取らないように比較的薄 くなるべきであるが、急速に回転する膜パックに接触してはならない。さもなけ れば、この分離エレメントは破壊されてしまう。分離エレメントはその撓みを引 起こし得る条件を最小にしながら撓みに対する最大の強度で設計可能であること が望ましいであろう。 通常の濾過構造は供給流体をギャップを通して直列に導く。たとえば、100 個のギャップを作るために50個の膜パックと対応の静止エレメントとがある場 合、流体はその100個のギャップを通って直列の曲がりくねる経路を流れるこ とができる。このような直列の流れは、供給流体が膜パックの表面と接触して長 い経路に沿って移動して濾液のかなりの部分を取除くという利点を有する。しか しながら、このような直列の流れには、供給流体における粒子濃度が供給流体経 路の上流の端部と下流の端部との間で何倍にも増加し得るので供給流体が均質的 でないという欠点がある。また、特に粘性の高い液体では移動する供給流体に掛 かる摩擦のために長い経路に沿って大きな圧力低下が起こり得る。このような大 きな圧力低下によって、(詰まりを最小にしながら膜を通る流れを最大にする透 過液の流れのために)供給流体圧力が最適となるのは全供給流体経路のうちわず かな部分にすぎないということになり得る。全ギャップに並列に供給流体を流す ことはほとんど行なわれない。なぜなら、短い経路長さが再び流すために流体を 繰返し戻すことを必要とし、その結果圧力損失が大きくなるためである。供給流 体を圧力および粒子濃度において主として均質的に維持しながら膜表面と接触す る長い経路に沿って供給流体を流させる濾過システムが多様な流体の濾過におい て有益であろう。発明の概要 この発明の一実施例に従うと、回転可能な膜パックの積み重ねが分離エレメン トによって間隔をあけられて、供給流体がそれを通って移動するギャップを残し 、それによって濾過が促進される濾過システムが提供される。濾過システムは、 実質的に静止した分離エレメントから回転膜パックを分離するギャップの半径方 向外端縁を互いに接続するコンジットへと供給流体が流し込まれるように動作さ れる。供給流体のある部分は静止エレメントに隣接する内方経路に沿って主とし て半径方向で内方に流れ、回転膜パックに隣接する外方経路に沿って主として半 径方向で外方へ流れ、主として循環する流れを各ギャップに沿って生み出す。経 路に沿って半径方向で内方および外方へ移動した流体のある部分は供給コンジッ ト通って別のギャップヘ移動し、一方、他の部分は内方経路に沿って同じギャッ プへと戻る。供給流体は、各ギャップへとかつそこから移動し、かつ各ギャップ に沿って半径方向で内方および外方へ流れる際には長い経路に沿って移動するが 、各ギャップにおける流体が供給コンジットによって他のギャップからの流体と 絶えず混ぜられるのでなお実質的に均質的な供給流体が維持される。 供給流体がギャップを通って移動する際、供給流体の透過液は膜パックの膜を 通過し、装置から出る。遠心力および剪断作用(パック表面近くの流体速度の差 )が膜の孔を詰まらせるであろう膜表面の粒子の蓄積を最小にする。静止分離エ レメントはスポークを残すように開口部を有し、これは剪断作用を生じるのに役 立ち、エレメントの両面における圧力を等しくする。好ましくはアキュムレータ が供給入口などで供給コンジットに接続される。このようなアキュムレータは供 給流体圧力が徐々にしか低下できないことを確実として、供給流体圧力の損失 時に膜パックが回転を停止する際に膜の破裂を防ぐ。 この発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特定的に記載される。この発明は 添付の図面と関連して読まれると以下の説明から最もよく理解されるであろう。図面の簡単な説明 図1は、この発明の一実施例に従って構成された回転濾過装置の等角図である 。 図2は、図1の装置の側断面図である。 図3は、図2の線3−3で取った図である。 図4は、図3の線4−4で取った、図2の装置の一部の断面図である。 図5は、図4の装置の一部の拡大図である。 図6は、図5の装置の一部の拡大図である。 図7は、図3の線7−7で取った図であるが、軸方向寸法が誇大されており、 プラス(+)印が紙への流れを示し、丸印が紙からの流れを示す。 図8は、この発明の別の実施例に従って構成された回転濾過装置の部分側断面 図である。好ましい実施例の説明 図1は、供給流体を受取るための供給流体入口12を有する回転濾過装置10 を示す。供給流体は一般に、液体と、ミクロン単位の大きさ(10ミクロン未満 の平均直径)またはサブミクロン単位の大きさを有する、液体内の粒子とを含む 。装置は供給流体を透過液出口14、16から流れる濾液または透過液と出口2 0から(または、バッチ処理の場合は入口12から)流れる濃縮液とに分離する 。濃縮液は粒子濃度の高い液体を含み、元の供給流体における透過液の多くが取 除かれた後に残るものである。装置は封止された容器24内にある回転子22を 含む。モータ26が回転子に結合されてそれを軸28に対して急速に回転させる 。 図2に示すように、回転子22は容器内にある(軸に対して平行な方向Xで) 軸方向に間隔をあけられた膜パック32の積み重ね30を含む。装置はまた板状 の分離エレメント36の積み重ね34を含む。分離エレメント36は静止してお り、分離エレメント36が膜パック32の各対の間にくるように位置決めされる 。 これによって、膜パックの各表面と分離エレメントの隣接した表面との間にギャ ップ40が残る。ギャップは大きい半径方向Yの寸法と小さい軸方向Xの寸法と を有するという点で半径方向に(半径方向Yに対して平行に)延びる。特に、図 2は第1の膜パック32Aおよび第2の膜パック32Bと、分離エレメント36 Aおよび36Bと、第1の膜パック32Aの両側の第1のギャップ40および第 2のギャップ40Bとを示す。 図2は、膜パック32が濾過液コンジット52を形成するために中空であるシ ャフト50に接してその軸の中程に取付けられていることを示す。濾過液コンジ ットはシャフトの全長にわたって延びて、シャフトの両端で濾過液出口14、1 6を形成する。シャフトは軸受54、56、58に回転可能に取付けられ、59 で示される台が下部軸受を支持するためのがものであり、上部軸受が容器24上 に支持される。単一の軸受を含む軸受アセンブリ上に回転子を回転可能に支持す ることが可能である。 膜パック32は半径方向の内端60および外端62を有する。内端60はシャ フトに取付けられ、外端62は固定されず、したがって支持されない。分離エレ メント36は半径方向の内端64および外端66を有する。外端66は控え棒7 0のグループに取付けられ、スペーサ72によって間隔をあけられる。分離エレ メントの半径方向の内端64は固定されず、したがって支持されない。 図3に示すように、分離エレメント36の各々がスポーク141−148を残 す通し開口部131−138を有する。開口部は膜パックの周囲150よりも遠 くに(軸28から離れて)半径方向に延びる。これによって、供給流体がそれに 沿って移動できる、開口部の半径方向の外側部分に空間152が残る。また、分 離エレメントの半径方向の外端66は容器24のサイドウォール80から半径方 向に間隔をあけられる。これによって、供給流体がそれに沿って移動できる付加 的な空間154が残る。空間152、154が供給コンジット82を形成し、コ ンジット82は(スペーサエレメントの周囲がその中にある)主としてドーナツ 形である。 図4に示すように、図4の断面図において見られるような供給コンジット82 の断面積がどのギャップ40のそれよりもはるかに大きい。その結果、供給流体 は濾過装置中で実質的に均質的となる傾向があり、これは、供給流体の実質的に 均一な圧力と供給流体の液体における実質的に均一な固体濃度とがあるためであ る。ここで、膜パックの半径方向の内端60は封止スペーサ84によって間隔を あけられる。濾過液は各膜パックに沿って、回転子シャフトの孔86を通って、 かつシャフトの透過液コンジット52に沿って半径方向で内方に流れる。 図5は、40Aおよび40Bのようなギャップにおける、かつ供給コンジット 82に沿う流体の流れを示す。32Aのような膜パックが回転し始めるまで、供 給流体90は供給コンジット82と40A、40Bのようなギャップとを満たし ている。膜パック32Aが急速に回転されると、膜パック表面92に隣接する流 体が膜パックとともに回転する。このような回転が遠心力を生み、遠心力は表面 92に隣接して存在する供給流体を(膜パックの回転方向に円周成分も含む)外 方経路94に沿って半径方向で外方へ移動させる。外方経路94に沿う半径方向 で外方への流れがギャップの半径方向の内端100で圧力を下げ、これによって 内方経路102に沿う供給流体の半径方向で内方への流れが生じる。その結果、 各ギャップに沿う供給流体の循環流が生じる。この循環流は供給コンジット82 からの新しい供給流体が膜パック表面92にかけて繰返し流れるようにさせる。 供給流体の透過液は膜105または他の濾過エレメントを通して膜パックの多孔 性バックアップシート106へと入って膜交差経路104に沿って移動し、そし て、内向きの方向108でパックの中心へと移動し、そこから透過液は取除かれ る。 膜または濾過エレメントはポリマー膜、スクリーン(織物またはつや消しのも のまたはエッチングされたもの)、多孔性セラミック、焼結金属、または、小さ い粒子または分子のみを通す構造であり得ることに注意されたい。出願人は「膜 パック」という語をこのようなエレメントのすべてに対して用いる。通常の処理 は透析、電気透析、逆浸透およびさまざまなサイズの濾過を含む。出願人のシス テムは精密濾過に特に有益であり、限外濾過に有益であるが、ナノ濾過、さらに はおそらくは逆浸透にも用いられ得る。 ギャップの半径方向の外端110で、外方経路94に沿って移動する流体が供 給流体と混ぜられ、外方経路94に沿って移動してきた流体のいくらか(少なく とも1%)が経路112によって示すように戻され、いくらか(少なくとも1% )が経路114によって示すように供給コンジットへと移動する。同じギャップ 40A内で再循環しない流体は供給コンジット82に沿って40Bのような別の ギャップへと移動できる。ギャップの内端100において、流体の多くが120 で示すループの態様でギャップに沿って逆戻りに流れる。流体のいくらかが40 Aおよび40Cのような隣接したギャップの間の経路122に流れるが、両方の ギャップ40A、40Cの半径方向の内端には実質的に同じ圧力が掛かるので、 方向122への流れはほとんどない。 図6は、ギャップ40に沿って流れる供給流体の円周方向(半径方向の速度成 分は示されない)の速度プロファイルを矢印の長さによって示す。円周方向は半 径方向に対して直角であり、膜パック表面の移動と平行である。93Aの経路は 膜パック表面92に非常に近く、流体は回転表面92とほぼ同じ速度で移動する 。経路93の速度は93Aの速度よりもはるかに小さく、差成分93Dが膜パッ クの表面92から粒子111を押し流す傾向がある。この現象は、表面から粒子 を押し流す傾向のある局所化された剪断作用と称される。分離エレメントの静止 した分離エレメント表面113に対する表面92の所与の速度に対して、このよ うな剪断作用の大きさはギャップの厚さ116に依存する。厚さ116が小さけ れば小さいほど、局所化された剪断作用効果、または、ギャップに沿う距離11 8に対する速度差93Dの比が大きくなる。 出願人はギャップ116をできる限り小さくすることを好むが、表面92、1 13が接触しないようにしなければならない。なぜなら、これによって膜パック への損傷が生じ得るためである。出願人は、何十個もの膜パックの積み重ねにお いて膜パックの損傷を引起こさずに約2ミリメートルのギャップ厚さ116を得 ることができる。単位距離当りの速度差に加えて、小さいギャップは表面の大き い乱流に繋がり、表面92近くのこのような乱流がまたさもなければ膜の孔を塞 ぐかもしれない粒子を押し流す傾向がある。ここで、93Aおよび93での大き な周方向の流体の移動が半径方向で外方に流れる膜パック近くの流体に繋がる。 このように、出願人が膜パックと分離エレメントとの間のギャップの半径方向 の外端に供給コンジットを接続することによって、出願人は各ギャップを通る再 循環する流れを引起こし、ここで、供給流体は分離部材の表面近くでは半径方向 で内方に移動し、フィルタパックの表面近くでは半径方向で外方に移動する。ギ ャップの外端近くで主として半径方向で外方に移動する供給流体は供給コンジッ トへと流れ込み、また再循環する。流体が多くのギャップを通っておそらく数回 循環するので、出願人は供給流体からかなりの部分の濾液を取除くために、流体 の各量が多くの膜パック表面に沿って移動するギャップを直列接続する利点を得 る。出願人は直列接続の欠点を回避し、これは、圧力があらゆる場所でほぼ同じ であり、かつギャップの外端近くでの流体の混合が供給流体があらゆる場所でほ ぼ同じ固体濃度を有することに繋がる点で、この発明のシステムが装置中で実質 的に均質的な流体を生じるためである。 上述のように、システムにおける実質的に均一の圧力によって出願人は最適な 圧力を供給流体に与えることができる。たとえば、ある状況では、40psiの 圧力が膜パックの詰まりを最小にしながら膜パックへの透過液の高い流量を与え るが、80psiの圧力が詰まりを生じ、20psiの圧力が低い透過液流量に 繋がり得る。最適な圧力は固体濃度に依存する。出願人は、膜の詰まりを最小に しながらもなおかなりの透過液流量を得るように固体濃度を変化させるために、 透過液の流れに基づいて濃度が下げられる割合を調節できる。 図3に示すように、出願人は、各開口部の円周方向(半径方向の線に対して垂 直)の両側に壁部を形成するスポーク141−148を残すように開口部131 −138を備えた各分離エレメント36を構成することを好む。開口部の利点の 1つはそれがエレメントの両面160、162に対して同じ圧力を与えることで ある。出願人は、410mmの直径の膜パックを用いるシステムに対して、膜パ ックが8mmのようなわずかな厚さを有し、スペーサエレメントが6mmのよう なわずかな厚さを有し、各ギャップが3mmのような厚さを有することを好む。 スペーサエレメントの厚さがわずかであると、その両面の間にわずかな圧力差が ある場合にその上の場所が軸方向にたわむであろう。スペーサエレメントと急速 に回転する膜パックとの直接的な接触につながるこのような軸方向のたわみのど のようなものも、膜パックの破壊を引起こすであろう。各スペーサエレメントの 面積、また各扇形部分と各扇形部分における分離壁(たとえばスポーク)との面 積の少なくとも10%を占める少なくとも1つの開口部を分離エレメントの仮想 の90°扇形部分164ごとに設けることによって、出願人はこのような圧力差 を回避する。 図7に示す部分が矢印170の円周方向に移動するように膜パックが回転する と、パック面92に隣接した172の供給流体もまた円周方向に移動する。出願 人は、円周方向の流体移動に干渉するように設計された先端174を備えた14 4、145のような各スポークを構成する。その結果、膜パック面の近くで短い 距離にわたって流体速度に大きな変化が起こり、これは粒子を押し流すのに役立 つ。 膜パック近くの流れは通常乱流であり、分離部は「乱流発生部」と称される。 もちろん、分離部がない場合、膜パックの対の間の流体はパックとともに間もな く回転するであろう。分離部がある場合、ほとんどの流体は静止しているかゆっ くりと回転するのみであり、これによって膜パック近くの速度に急激な変化が起 こる。(厚さが誇大されている)図7の144のような各スポークの断面はスポ ークが自動的に中心に戻るように選択される。すなわち、スポークがある膜パッ クの面93に接近すれば、スポークと円周方向170に移動している流体との反 応はスポークを膜パック表面93から遠ざけることになる。 出願人はさまざまな数のスポークを有するスペーサエレメントを実験した。8 本のスポークを有する図3に示すようなエレメントがテストにおいて最良である ことがわかった。4本のスポークを有するエレメントは完全ではないがほとんど 同様に動作した。スポーク数は少なくとも4本で16本を超えないことが好まし い。スポークの半径方向の内端は360°の連続的なハブ180によって結合さ れる。スポークの半径方向の外端は好ましくは連続的なリム182によってに結 合されるが、これは必ずしも必然的ではない。開口部およびスポークは半径方向 から角度を付けられ得る。 膜パックは、大きな遠心力および大きな剪断作用が膜の詰まりを防ぐために生 じるよう十分に急速に回転される。410mmの直径の膜パックは少なくとも2 00rpm、通常は約760rpmから1000rpmで回転される。200r pmでは、(軸から0.4インチでの)平均表面速度は秒速約2メートルである 。 したがって、システムは少なくとも秒速2メートルの平均膜パック速度と少なく とも秒速4メートルのパック周辺速度とで動作する。膜パックのための最も効果 的な回転速度は、少なくとも20psi(140kPa)によって圧力を増す遠 心力を通常生み出す。 回転濾過装置10(図1)はバッチ処理、連続処理、またはその組合せで動作 され得る。バッチ処理では、200ppm(parts per million)のような予め定 められた固体濃度を有する供給流体が容器へとポンプで注入される。入口弁22 0および出口弁221が閉じられる。ポンプ222は、より均一な粒子濃度を維 持するために再循環コンジット230に接続され得るが、これは(たとえば、図 3のドーナツ形供給コンジット82を2分割し、一方の部分で上に、他方の部分 で下に流体をポンプで注入することによって)容器24内で達成され得る。入口 12および出口20は供給コンジットの軸方向に間隔をあけられた場所を形成し 、再循環コンジット230は供給コンジットの外部に存在する。センサ224が 粒子濃度を感知するために容器に接続される。モータ26は回転子22が予め定 められた速度で回転するように起動され、透過液は供給流体から絶えず引出され 、一方供給流体中の粒子濃度は増加する。センサ224はこれを感知し、最適な 条件(膜パックへの透過液の流れが大きく、膜パック表面の詰まりが少ない)の ために、供給流体の圧力を変化させるようにポンプ222を制御し、また回転子 の回転速度を変化させるようにモータ26を制御することができる。連続処理で は、供給流体は遅い速度ではあるが連続して源232から供給流体入口12へと 流れ込むことができる。濃縮液は使用または将来の処理のために出口20から流 れ出る。 いくつかの先行技術の濾過システムでは、濾過液の粒子はフィルタまたは膜表 面上に大きな厚さ(多数の粒子の厚さ)まで機械的に蓄積させられたことに注目 される。この発明では、機械的現象である「蓄積」ではなく、化学的現象である 「詰まり」のみが生じる。詰まりにおいて、溶質(粒子)は、膜を通る透過液の 流れが著しく減少される点まで親和力によって膜に吸収または吸着される。詰ま りは表面でもその下方でも生じる。たとえば、非常に小さい粒子は、粒子が孔を 閉じて透過液の流れを止め、詰まりを起こすまで膜孔の壁に付着し得る。膜を詰 まらす粒子の厚さはギャップ幅の10分の1未満であり、このときには洗浄が始 まらなければならない。 この発明はどのような蓄積をも防ぐことができ、詰まる割合をも減らす。特定 の応用のために適切な膜材料を選択することが詰まる割合を減らすに当たって非 常に重要である。一旦詰まりが起こると、膜は、膜の隙間に付着している粒子を 溶解または開放するための化学薬品を用いることなどによって洗浄され得る。透 過液の流速の測定によって、詰まりの度合を判断でき、いつ洗浄が必要であるか がわかる。 出願人はアキュムレータ240(図1)を供給コンジット80にいつでも接続 しておくことを好む。アキュムレータは、起こり得る供給の中断、または供給流 体圧力を急速に低下させ得る他の現象にかかわらず、供給流体の圧力がゆっくり としか変化しないことを確実とする。供給流体圧力が突然低下するが膜パックに おける透過液圧力がゆっくりとしか低下しない場合、膜パックにおけるより大き な透過圧力が薄い膜を破裂させ得るであろう。アキュムレータ240は通常の型 のものであり、容器244内にあり、容器を、圧力下で空気を含む空気チャンバ 246と同じ圧力下で液体を含む液体チャンバ248とに分離する膜、べローズ またはピストン分割部材242を含む。都市の給水本管のような高圧液体源に接 続され、急速な圧力低下が感知される場合にのみ開放される弁のような、供給流 体圧力を維持するための他のどのような手段が用いられてもよい。満杯であった 後にほとんど空になった場合のように、アキュムレータがごくわずかな時間より も長い間流体をポンプで注入しなければならない場合、モータは好ましくは自動 的に動力源を絶たれる。回転子は8秒のような期間でおそらく700rpmから 実質的に停止し、流体圧力はおそらく6秒間維持されるべきである。 図2は、透過液が14および16でシャフトの両端を通って逆向A、Bに装置 から出ることを示す。濾過液の流れが大きい場合、より小さいシャフトおよび軸 受54、56および58と59′のような封止とが使用され、コストが低減され る。 図4は、供給流体が内端であるギャップから別のギャップへと主として軸方向 に流れるようにさせるために膜パックの半径方向の内端に孔250が形成される ことを示す。しかしながら、このような孔を通る流れは非常に小さく、このよう な孔を設けると、透過液への供給流体の移動を封止する必要のために膜パックの コストが増加され得るであろう。 図8は、隣接した回転膜パック264A、264Bの間にある分離エレメント 262もまた膜パックを形成することを除き、図1−6と類似した別の回転濾過 装置260の一部を示す。すなわち、各分離部材262が透過液を取除くための 膜シート266および流れシート268を有する。膜パック分離部材262を通 過する透過液は、透過液を取除くための、図2の結束部材70に相当する中空の 結束部材272における孔270を通過する。 出願人が設計したあるシステムでは、膜パックは16インチ(40cm)の直 径を有し、ギャップ40は3mmの厚さであり、他の寸法は図2に示すように直 径に対して相対的であった。ある応用では、0.5ミクロン以上の大きさの(元 々は染料のために用いられた)酸化アルミニウム粒子が塩水と溶解固体との廃液 の流れから取除かれた。酸化アルミニウム粒子は、廃液の流れの透過液を構成す る塩水および溶解固体を取除くことによって、流れの体積の4%から20%に濃 縮された。より大きい粒子は、最大の粒子が約10ミクロンを超える直径を有さ ないように、沈澱させ、ふるいに掛けられることによって前もって取除かれてい る。供給流体は初めは40psi(270kPa)の圧力に維持され、膜パック は800rpmで回転される。濃度が高まるにつれ、圧力は一定に保たれ得るか 、またはわずかに増加され得る。したがって、濃度が増加した後、速度は100 0rpmに増加され、圧力は50psi(340kPa)に増加される。 このように、この発明は膜パックと分離エレメントとの間の軸方向に薄いギャ ップを通って供給流体が移動する濾過システムを提供する。このシステムは、大 きく変動する圧力および粒子濃度の欠点を回避しながら、ギャップの直列接続と 膜表面に沿う長い流れ経路との利点を得る。このシステムはギャップの半径方向 の外端を互いに接続する供給コンジットを含んで、流体を各ギャップを通ってル ープ状に流し、システム中での均質的な流体を促進する。分離エレメントは好ま しくはスポークを残すために通し開口部を有する。 この発明の特定の実施例がここで説明され図示されたが、変更および変化が当 業者には容易に想起され得ることが認識され、したがって、請求の範囲はこのよ うな変更および均等物に及ぶものと解釈されるべきである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Shearing localized filtration system Background of the Invention The feed fluid, such as wastewater, can be separated into a permeate, such as pure water, passing through the membrane and a concentrate containing water with a high particle concentration. For such separation, a stack of membrane packs in a container may be used. Clogging of the membrane pack due to accumulation of particles on the surface that plug the pores of the membrane can be caused by rapid rotation of the membrane pack as described by Croopnick in U.S. Pat. No. 4,025,425. It can be reduced. Clogging can be further reduced by placing a stationary separation element between the pairs of membrane packs, causing turbulence in the gap between the rotating surface of the membrane pack and the stationary surface of the separation element. Here, if the membrane pack has large pores (large widths in microns), this may be referred to as a filter pack, but Applicants will use the term membrane pack herein for both. The turbulence enhancing separation elements between the membrane packs should be relatively thin so as to take up less space, but not in contact with the rapidly rotating membrane pack. Otherwise, this separation element will be destroyed. It would be desirable for the separation element to be designable with maximum strength against deflection while minimizing conditions that can cause its deflection. Conventional filtration structures direct the feed fluid in series through the gap. For example, if there are 50 membrane packs and corresponding stationary elements to make 100 gaps, fluid can flow in a series tortuous path through the 100 gaps. Such a serial flow has the advantage that the feed fluid travels along a long path in contact with the surface of the membrane pack to remove a significant portion of the filtrate. However, the drawback of such a serial flow is that the feed fluid is not homogeneous because the particle concentration in the feed fluid can increase many times between the upstream and downstream ends of the feed fluid path. There is. Also, particularly with highly viscous liquids, large pressure drops can occur along long paths due to friction on the moving feed fluid. With such a large pressure drop, only a small portion of the total feed fluid path will have optimal feed fluid pressure (for permeate flow that maximizes flow through the membrane while minimizing clogging). It can be not. Rarely does the supply fluid flow in parallel across all gaps. This is because the short path length requires the fluid to be cycled back in order to flow again, resulting in high pressure losses. A filtration system that allows the feed fluid to flow along a long path that contacts the membrane surface while maintaining the feed fluid primarily homogenous in pressure and particle concentration would be beneficial in filtering a variety of fluids. Summary of the Invention According to one embodiment of the present invention, there is provided a filtration system in which a stack of rotatable membrane packs is spaced by a separation element, leaving a gap through which feed fluid travels, thereby facilitating filtration. Is done. The filtration system is operated such that the feed fluid is flowed from a substantially stationary separation element into a conduit connecting the radially outer edges of the gap separating the rotating membrane pack. Some portion of the feed fluid flows predominantly radially inward along an inboard path adjacent to the stationary element, and flows predominantly radially outward along an outboard path adjacent to the rotating membrane pack and primarily circulates. A flow is created along each gap. Some portions of the fluid that have moved radially inward and outward along the path travel through the supply conduit to another gap, while other portions return along the inward path to the same gap. The feed fluid moves to and from each gap and along a long path as it flows radially inward and outward along each gap, but the fluid in each gap is displaced by the feed conduit. A substantially homogeneous feed fluid is still maintained because it is constantly mixed with fluid from other gaps. As the feed fluid moves through the gap, the permeate of the feed fluid passes through the membrane of the membrane pack and exits the device. Centrifugal forces and shearing action (difference in fluid velocity near the pack surface) minimize the accumulation of particles on the membrane surface that would clog pores in the membrane. The stationary separating element has openings to leave the spokes, which helps to create a shearing action and equalizes the pressure on both sides of the element. Preferably, an accumulator is connected to the supply conduit, such as at a supply inlet. Such an accumulator ensures that the supply fluid pressure can only be reduced gradually and prevents rupture of the membrane when the membrane pack stops rotating in the event of a loss of supply fluid pressure. The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. The invention will be best understood from the following description when read in connection with the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is an isometric view of a rotary filtration device constructed in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional side view of the apparatus of FIG. FIG. 3 is a view taken along line 3-3 in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of the apparatus of FIG. 2 taken at line 4-4 in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a part of the apparatus of FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a part of the apparatus of FIG. FIG. 7 is a view taken along line 7-7 of FIG. 3, but with exaggerated axial dimensions, the plus (+) sign indicates flow to paper, and the circle indicates flow from paper. . FIG. 8 is a partial side sectional view of a rotary filtration device constructed according to another embodiment of the present invention. Description of the preferred embodiment FIG. 1 shows a rotary filtration device 10 having a feed fluid inlet 12 for receiving a feed fluid. The feed fluid generally comprises a liquid and particles within the liquid having a size in the micron range (mean diameter less than 10 microns) or a size in the submicron range. The apparatus separates the feed fluid into filtrate or permeate flowing from permeate outlets 14, 16 and concentrate flowing from outlet 20 (or from inlet 12 in the case of batch processing). The retentate contains a liquid with a high particle concentration and remains after much of the permeate in the original feed fluid has been removed. The apparatus includes a rotor 22 that is inside a sealed container 24. A motor 26 is coupled to the rotor and causes it to rotate rapidly with respect to shaft 28. As shown in FIG. 2, rotor 22 includes a stack 30 of axially-spaced membrane packs 32 (in a direction X parallel to the axis) within a container. The device also includes a stack 34 of plate-like separation elements 36. The separation element 36 is stationary and is positioned such that the separation element 36 is between each pair of membrane packs 32. This leaves a gap 40 between each surface of the membrane pack and the adjacent surface of the separation element. The gap extends radially (parallel to radial direction Y) in that it has a large radial Y dimension and a small axial X dimension. In particular, FIG. 2 illustrates a first membrane pack 32A and a second membrane pack 32B, separation elements 36A and 36B, and a first gap 40 and a second gap 40B on either side of the first membrane pack 32A. Show. FIG. 2 shows that the membrane pack 32 is mounted halfway along a hollow shaft 50 to form a filtrate conduit 52. The filtrate conduit extends the entire length of the shaft and forms filtrate outlets 14, 16 at both ends of the shaft. The shaft is rotatably mounted on bearings 54, 56, 58, with a platform, indicated at 59, for supporting the lower bearing and the upper bearing supported on the container 24. It is possible to rotatably support the rotor on a bearing assembly that includes a single bearing. The membrane pack 32 has a radially inner end 60 and an outer end 62. The inner end 60 is attached to the shaft and the outer end 62 is not fixed and is therefore not supported. The separation element 36 has a radially inner end 64 and an outer end 66. Outer ends 66 are attached to a group of stays 70 and are spaced by spacers 72. The radial inner end 64 of the separating element is not fixed and is therefore not supported. As shown in FIG. 3, each of the separation elements 36 has a through opening 131-138 leaving a spoke 141-148. The opening extends radially further (away from axis 28) than the perimeter 150 of the membrane pack. This leaves a space 152 in the radially outer portion of the opening through which the feed fluid can move. Also, the radially outer end 66 of the separation element is radially spaced from the sidewall 80 of the container 24. This leaves additional space 154 along which the feed fluid can move. The spaces 152, 154 form the supply conduit 82, which is primarily donut-shaped (with the perimeter of the spacer element therein). As shown in FIG. 4, the cross-sectional area of the supply conduit 82 as seen in the cross-sectional view of FIG. As a result, the feed fluid tends to be substantially homogeneous in the filtration device due to the substantially uniform pressure of the feed fluid and the substantially uniform solids concentration in the liquid of the feed fluid. It is. Here, the radial inner ends 60 of the membrane packs are spaced by sealing spacers 84. The filtrate flows radially inward along each membrane pack, through holes 86 in the rotor shaft, and along the permeate conduit 52 of the shaft. FIG. 5 shows the flow of fluid in a gap, such as 40A and 40B, and along a supply conduit. Feed fluid 90 fills feed conduit 82 and gaps such as 40A, 40B until the membrane pack, such as 32A, begins to rotate. As the membrane pack 32A rotates rapidly, fluid adjacent to the membrane pack surface 92 rotates with the membrane pack. Such rotation creates a centrifugal force, which forces the feed fluid present adjacent surface 92 radially outward along an outward path 94 (including the circumferential component in the direction of rotation of the membrane pack). Move. The radially outward flow along the outer path 94 reduces the pressure at the radially inner end 100 of the gap, thereby creating a radially inward flow of the feed fluid along the inner path 102. The result is a circulating flow of feed fluid along each gap. This circulating flow causes fresh feed fluid from feed conduit 82 to flow repeatedly over membrane pack surface 92. The feed fluid permeate enters the porous backsheet 106 of the membrane pack through the membrane 105 or other filtration element, travels along the membrane cross-path 104, and travels in an inward direction 108 to the center of the pack. From which the permeate is removed. Note that the membrane or filtration element can be a polymer membrane, a screen (woven or matted or etched), a porous ceramic, a sintered metal, or a structure that allows only small particles or molecules to pass through. Applicants use the term "membrane pack" for all such elements. Typical treatments include dialysis, electrodialysis, reverse osmosis and filtration of various sizes. Applicants' system is particularly beneficial for microfiltration and for ultrafiltration, but could also be used for nanofiltration, and perhaps even reverse osmosis. At the radially outer end 110 of the gap, fluid traveling along the outer path 94 is mixed with the feed fluid, and some (at least 1%) of the fluid traveling along the outer path 94 is indicated by the path 112. And some (at least 1%) move to the supply conduit as shown by path 114. Fluid that does not recirculate in the same gap 40A can move along the supply conduit 82 to another gap, such as 40B. At the inner end 100 of the gap, much of the fluid flows back along the gap in a loop indicated by 120. Although some of the fluid flows in the path 122 between adjacent gaps, such as 40A and 40C, the radially inner ends of both gaps 40A, 40C are subjected to substantially the same pressure, so that There is little flow. FIG. 6 shows the velocity profile of the feed fluid flowing along gap 40 in the circumferential direction (radial velocity component not shown) by the length of the arrow. The circumferential direction is perpendicular to the radial direction and parallel to the movement of the membrane pack surface. The path of 93A is very close to the membrane pack surface 92 and the fluid travels at approximately the same speed as the rotating surface 92. The speed of path 93 is much lower than the speed of 93A, and the difference component 93D tends to flush particles 111 from the surface 92 of the membrane pack. This phenomenon is referred to as localized shearing, which tends to push particles away from the surface. For a given velocity of the surface 92 relative to the stationary separation element surface 113 of the separation element, the magnitude of such shearing action depends on the thickness 116 of the gap. The smaller the thickness 116, the greater the localized shearing effect, or the ratio of the speed difference 93D to the distance 118 along the gap. Applicants prefer to make the gap 116 as small as possible, but the surfaces 92, 113 must not touch. This is because this can cause damage to the membrane pack. Applicants can obtain a gap thickness 116 of about 2 millimeters in a stack of dozens of membrane packs without causing damage to the membrane packs. In addition to the velocity difference per unit distance, small gaps lead to large turbulence at the surface, and such turbulence near the surface 92 tends to flush away particles that might otherwise block pores in the membrane. Here, the large circumferential fluid movement at 93A and 93 leads to fluid near the membrane pack flowing outward in the radial direction. Thus, by connecting the feed conduit to the radially outer end of the gap between the membrane pack and the separation element, applicant causes recirculating flow through each gap, where: The feed fluid moves radially inward near the surface of the separation member and radially outward near the surface of the filter pack. Feed fluid, which moves primarily radially outward near the outer end of the gap, flows into the feed conduit and recirculates. Since the fluid circulates through many gaps, perhaps several times, applicants have in series a gap in which each amount of fluid moves along many membrane pack surfaces to remove a significant portion of the filtrate from the feed fluid. Get the benefits of connecting. Applicants have avoided the disadvantages of series connection, which is that the pressure is approximately the same everywhere and the mixing of the fluid near the outer edge of the gap is such that the feed fluid has almost the same solids concentration everywhere. In connection, this is because the system of the present invention produces a substantially homogeneous fluid in the device. As mentioned above, the substantially uniform pressure in the system allows the applicant to apply optimal pressure to the feed fluid. For example, in some situations, a pressure of 40 psi provides a high flow rate of permeate to the membrane pack while minimizing plugging of the membrane pack, but a pressure of 80 psi can cause plugging and a pressure of 20 psi can lead to a low permeate flow rate. . The optimum pressure depends on the solids concentration. Applicants can adjust the rate at which the concentration is reduced based on the permeate flow in order to vary the solids concentration to obtain a significant permeate flow rate while minimizing membrane clogging. As shown in FIG. 3, applicants have created openings 131-138 so as to leave spokes 141-148 forming walls on both sides in the circumferential direction (perpendicular to the radial line) of each opening. It is preferred to configure each separating element 36 provided. One of the advantages of the opening is that it provides the same pressure on both sides 160, 162 of the element. Applicants have noted that for a system using a 410 mm diameter membrane pack, the membrane pack has a small thickness, such as 8 mm, the spacer element has a small thickness, such as 6 mm, and each gap is I prefer to have a thickness such as 3 mm. The small thickness of the spacer element will cause the location above it to flex axially if there is a slight pressure difference between its two sides. Any such axial deflection that results in direct contact between the spacer element and the rapidly rotating membrane pack will cause the membrane pack to break. At least one opening occupying at least 10% of the area of each spacer element, and at least 10% of the area of each sector and the separating wall (eg, spokes) in each sector, for each virtual 90 ° sector 164 of the separation element. Applicants avoid such pressure differences. When the membrane pack rotates so that the portion shown in FIG. 7 moves in the circumferential direction of arrow 170, the supply fluid at 172 adjacent to pack surface 92 also moves in the circumferential direction. Applicants configure each spoke, such as 144, 145, with tips 174 designed to interfere with circumferential fluid movement. The result is a large change in fluid velocity over a short distance near the membrane pack surface, which helps to flush the particles. The flow near the membrane pack is usually turbulent, and the separation is called the "turbulence generator". Of course, if there is no separation, the fluid between the pair of membrane packs will soon rotate with the pack. With a separation, most fluids are stationary or only spin slowly, which causes a sudden change in velocity near the membrane pack. The cross-section of each spoke, such as 144 in FIG. 7 (with exaggerated thickness), is selected such that the spokes are automatically centered. That is, when the spokes approach the membrane pack surface 93 where the spokes are located, the reaction between the spokes and the fluid moving in the circumferential direction 170 will move the spokes away from the membrane pack surface 93. Applicants have experimented with spacer elements having various numbers of spokes. An element as shown in FIG. 3 with eight spokes was found to be the best in the test. The element with four spokes performed almost identically, though not completely. Preferably, the number of spokes is at least 4 and not more than 16. The radially inner ends of the spokes are joined by a continuous 360 ° hub 180. The spokes' radially outer ends are preferably joined by a continuous rim 182, but this is not necessary. The openings and spokes can be angled from a radial direction. The membrane pack is rotated quickly enough such that large centrifugal forces and large shearing effects occur to prevent membrane clogging. A 410 mm diameter membrane pack is rotated at at least 200 rpm, usually about 760 rpm to 1000 rpm. At 200 rpm, the average surface speed (at 0.4 inches from the axis) is about 2 meters per second. Thus, the system operates at an average membrane pack speed of at least 2 meters per second and a pack peripheral speed of at least 4 meters per second. The most effective rotational speed for a membrane pack typically produces a centrifugal force that increases the pressure by at least 20 psi (140 kPa). The rotary filtration device 10 (FIG. 1) may be operated in a batch process, a continuous process, or a combination thereof. In batch processing, a feed fluid having a predetermined solids concentration, such as 200 ppm (parts per million), is pumped into a container. The inlet valve 220 and outlet valve 221 are closed. The pump 222 may be connected to a recirculation conduit 230 to maintain a more uniform particle concentration, such as by splitting the donut-shaped feed conduit 82 of FIG. 3 into two parts, one part above and the other. Can be achieved in the container 24) (by pumping the fluid down in the section). Inlet 12 and outlet 20 form an axially spaced location of the supply conduit, and recirculation conduit 230 is external to the supply conduit. A sensor 224 is connected to the container to sense the particle concentration. The motor 26 is activated so that the rotor 22 rotates at a predetermined speed and the permeate is constantly withdrawn from the feed fluid, while the particle concentration in the feed fluid increases. The sensor 224 senses this and controls the pump 222 to change the pressure of the feed fluid for optimal conditions (high permeate flow to the membrane pack and low clogging of the membrane pack surface), Further, the motor 26 can be controlled so as to change the rotation speed of the rotor. In a continuous process, the feed fluid may flow from source 232 to feed fluid inlet 12 at a slower rate but continuously. The concentrate flows out of outlet 20 for use or future processing. It is noted that in some prior art filtration systems, particles of the filtrate have been mechanically accumulated to a large thickness (thickness of multiple particles) on the filter or membrane surface. In the present invention, only "clogging" which is a chemical phenomenon occurs, not "accumulation" which is a mechanical phenomenon. In clogging, solutes (particles) are absorbed or adsorbed to the membrane by affinity to the point where permeate flow through the membrane is significantly reduced. Clogging can occur at and below the surface. For example, very small particles can adhere to the wall of the membrane pore until the particles close the pore and stop permeate flow, causing clogging. The thickness of the particles clogging the membrane is less than one-tenth of the gap width, at which time cleaning must begin. The present invention can prevent any accumulation and reduce the rate of clogging. Choosing the right membrane material for a particular application is very important in reducing the plugging rate. Once clogging has occurred, the membrane may be cleaned, such as by using a chemical to dissolve or release the particles that have adhered to the interstices of the membrane. By measuring the flow rate of the permeate, the degree of clogging can be determined and when cleaning is necessary. Applicants prefer to keep the accumulator 240 (FIG. 1) connected to the supply conduit 80 at any time. The accumulator ensures that the pressure of the feed fluid changes only slowly, despite possible interruptions in the feed or other phenomena that can cause the feed fluid pressure to drop rapidly. If the feed fluid pressure drops abruptly but the permeate pressure in the membrane pack drops only slowly, a higher permeate pressure in the membrane pack could rupture the thin membrane. The accumulator 240 is of a conventional type and resides in a container 244, a membrane, bellows or piston separating the container into an air chamber 246 containing air under pressure and a liquid chamber 248 containing liquid under the same pressure. Including a dividing member 242. Any other means of maintaining feed fluid pressure is used, such as a valve connected to a high pressure liquid source, such as a city water main, that opens only when a rapid pressure drop is sensed. You may be. If the accumulator has to pump fluid for more than a fraction of the time, such as when it is almost empty after being full, the motor is preferably automatically powered off. The rotor should stop substantially from perhaps 700 rpm for a period such as 8 seconds, and the fluid pressure should be maintained for perhaps 6 seconds. FIG. 2 shows that the permeate exits the device at 14 and 16 through the ends of the shaft in opposite directions A, B. For high filtrate flows, smaller shafts and seals such as bearings 54, 56 and 58 and 59 'are used, reducing costs. FIG. 4 shows that holes 250 are formed at the radially inner end of the membrane pack to allow the feed fluid to flow primarily axially from one inner end gap to another. However, the flow through such holes is very small, and providing such holes could increase the cost of the membrane pack due to the need to seal off the movement of the feed fluid to the permeate. FIG. 8 shows a portion of another rotary filtration device 260 similar to FIGS. 1-6, except that the separation elements 262 between adjacent rotary membrane packs 264A, 264B also form a membrane pack. That is, each separation member 262 has a membrane sheet 266 and a flow sheet 268 for removing permeate. The permeate passing through the membrane pack separating member 262 passes through a hole 270 in the hollow binding member 272 corresponding to the binding member 70 in FIG. 2 for removing the permeate. In one system designed by the applicant, the membrane pack has a diameter of 16 inches (40 cm), the gap 40 is 3 mm thick, and other dimensions are relative to the diameter as shown in FIG. there were. In one application, aluminum oxide particles sized 0.5 microns or more (originally used for dyes) were removed from the brine and dissolved solids waste stream. The aluminum oxide particles were concentrated from 4% to 20% of the volume of the stream by removing the brine and dissolved solids that make up the permeate of the waste stream. Larger particles have been previously removed by settling and sieving so that the largest particles do not have a diameter greater than about 10 microns. The feed fluid is initially maintained at a pressure of 40 psi (270 kPa) and the membrane pack is rotated at 800 rpm. As the concentration increases, the pressure can be kept constant or slightly increased. Thus, after the concentration increases, the speed is increased to 1000 rpm and the pressure is increased to 50 psi (340 kPa). Thus, the present invention provides a filtration system in which the feed fluid moves through an axially thin gap between the membrane pack and the separation element. This system benefits from the series connection of gaps and long flow paths along the membrane surface, while avoiding the disadvantages of widely varying pressure and particle concentrations. The system includes a supply conduit that connects the radially outer ends of the gaps to each other to flow fluid through each gap in a loop to promote uniform fluid flow in the system. The separating element preferably has a through opening to leave a spoke. While particular embodiments of the present invention have been described and illustrated herein, it will be appreciated that modifications and changes will readily occur to those skilled in the art and, therefore, the claims extend to such modifications and equivalents. Should be interpreted as
【手続補正書】 【提出日】1999年3月8日(1999.3.8) 【補正内容】 請求の範囲 1.複数個の静止エレメントを有する容器(24)と、軸(28)上にあり、前 記容器の中に延びるシャフト(50)と、前記シャフトに取付けられ、前記容器 内にあり、向かい合う面と濾過された流体を運ぶための内部とを有する少なくと も1つの膜パック(32)と、前記パックの内部に結合され、濾過された流体を 運び去るための出口(52)とを含み、前記静止エレメント(36)は前記膜パ ックの向かい合う面を超えて前記容器内にあって、その間に半径方向の内端(1 00)および半径方向の外端(110)を形成するギャップ(40)を残し、さ らに、前記シャフトに接続されてそれと前記少なくとも1つの膜パックとを前記 軸に対して回転させるモータ(26)と、前記容器の内部に結合されてそこに供 給流体を流す供給入口(12)とを含む濾過装置であって、 前記容器内に形成され、前記供給入口(12)と前記ギャップの前記半径方向 の外端(110)とに接続された供給コンジット(82)によって特徴づけられ 、前記供給コンジットは前記ギャップの前記外端のまわりを延びて、前記供給流 体が前記供給コンジットの場所から前記ギャップへと、かつ逆に前記ギャップか ら前記供給コンジットの場所へと流れることができるように前記ギャップの前記 半径方向の外端を互いに接続する、装置。 2.第1の前記静止エレメントは前記膜パックの面に隣接するエレメント面を有 し、前記エレメント面は複数個の凹所を有し、 前記エレメント面は前記軸に対して90゜の角度を各々定める4つの仮想の扇 形部分を有し、前記複数個の凹所は前記扇形部分の各々において凹所を含み、各 凹所は扇形部分の面積の少なくとも10%を占める、請求項1に記載の濾過装置 。 3.前記エレメント面は前記凹所の間に形成された複数個の主として半径方向に 延び、半径方向に伸長されたスポークを有する、請求項2に記載の濾過装置。 4.前記凹所は第1の前記エレメント面の半径のほとんどに沿って延びる4個か ら16個の主として半径方向に延びるスポークを形成し、前記スポークは前記第 1のエレメントの前記第1の面上にある面を有する、請求項2に記載の濾過装置 。 5.前記少なくとも1つの膜パックは膜パックの積み重ねを含み、前記静止エレ メントは各エレメントが1対の前記膜パックの間にあるエレメントの積み重ねを 含む、請求項1に記載の濾過装置。 6.供給入口(12)を有する封止された容器(24)と、 軸(28)の上にあり、前記容器の中に延びるシャフト(50)と、 前記シャフトに取付けられ、前記容器内にある少なくとも1つの膜パック(3 2)とを含み、前記膜パックは向かい合う面を有し、さらに、 前記膜パックの各面と前記エレメントの1つとの間にギャップを残すように、 前記膜パックの両側で前記容器内にある1対の静止エレメント(36)と、 前記シャフトに接続され、それと前記膜パックとを前記軸に対して回転させる モータとを含み、 少なくとも第1の前記エレメントが前記膜パックの面と隣接する第1の面を有 し、前記第1の面は前記膜パックの前記面のちょうど向かい側にある前記第1の 面の面積の少なくとも10%を占める複数個の凹所(131−138)を有し、 前記第1の乱流発生器の前記第1の面は前記軸に対して90゜の角度を各々定 める4つの仮想の扇形部分を有し、前記複数個の凹所は扇形部分の面積の少なく とも10%を占める凹所を前記扇形部分の各々に含む、濾過装置。 7.前記第1のエレメントは前記凹所の間に形成された複数個の主として半径方 向に延び、半径方向に伸長されたスポーク(141−148)を含む、請求項6 に記載の濾過装置。 8.膜パックの両側に1対の実質的に静止したエレメントを維持しながら、パッ ク表面を有し、封止された容器内にある少なくとも1つの膜パックを軸に対して 回転させるステップを含み、前記エレメントは前記パック表面に面するエレメン ト表面を有し、それらの間の間隔は、第1の前記パック表面と第1の前記第1エ レメント表面との間の第1のギャップを含む1対のギャップを形成し、さらに、 透過液と濃縮液とに分離されるべき供給流体を前記ギャップに入れるように前記 容器へと供給するステップを含む、回転濾過装置を動作させるための方法であっ て、 前記第1のギャップ内にあり、前記第1のエレメント上の場所に隣接する内方 経路に沿って少なくとも部分的に半径方向で内方に前記供給流体のいくらかを流 すステップを含み、前記第1のエレメントに隣接し、前記第1のギャップ内にあ る実質的にすべての供給流体が半径方向で外方ではなく半径方向で内方の成分で 流れ、さらに、 前記供給流体からの透過液のいくらかを前記膜パックへと、かつそこから透過 液コンジットへと流しながら、前記第1のギャップ内にあり、前記第1のパック 表面に隣接する外方経路に沿って少なくとも部分的に半径方向で外方に前記供給 流体のいくらかを流すステップを含み、前記第1のパック表面に隣接する実質的 にすべての供給流体が半径方向で内方ではなく半径方向で外方の成分で流れ、さ らに、 前記第1のギャップ内の前記内方経路に沿って半径方向で内方へ流れ、前記外 方経路に沿って半径方向で外方へ流れた前記供給流体の一部を前記ギャップの両 方に接続する供給コンジットへと流すステップを含む、方法。 9.前記供給コンジットは前記容器内にあり、軸方向に少なくとも部分的に延び 、前記膜パックから半径方向で外方に存在し、 前記供給コンジットに沿って少なくとも部分的に軸方向に前記供給流体を流し 、前記供給コンジットから前記ギャップの各々へ、かつ前記ギャップの各々から 前記供給コンジットへと供給流体を流すステップを含む、請求項8に記載の方法 。 10.前記膜パックを清浄にするための処理を始めるステップと、 前記膜パックを清浄にするための処理を始める前記ステップの前に、前記パッ ク表面の各々と前記エレメント表面の隣接する1つとの間のギャップの厚さの1 0分の1未満の厚さにのみ前記供給流体の粒子を前記パック表面上に蓄積させる ステップとを含む、請求項8に記載の方法。[Procedure amendment] [Submission date] March 8, 1999 (1999.3.8) [Correction contents] The scope of the claims 1. A container (24) having a plurality of stationary elements, on a shaft (28), A shaft (50) extending into the container and attached to the shaft; At least having opposed surfaces and an interior for carrying filtered fluid. And one membrane pack (32) and the filtered fluid coupled inside the pack. An outlet (52) for carrying away said stationary element (36). Inside the container beyond the opposite faces of the rack, between which the radial inner end (1 00) and a gap (40) forming a radially outer end (110). Further comprising connecting the shaft and the at least one membrane pack to the shaft; A motor (26) for rotating relative to a shaft, and coupled to and provided within said container; A feed inlet (12) for flowing a feed fluid, the filter comprising: The supply inlet (12) formed in the container and the radial direction of the gap; Characterized by a supply conduit (82) connected to the outer end (110) of the , The supply conduit extends around the outer end of the gap, and If the body goes from the location of the supply conduit to the gap and vice versa From the gap so that it can flow to the location of the supply conduit. A device that connects the radial outer ends together. 2. The first stationary element has an element surface adjacent to a surface of the membrane pack. And the element surface has a plurality of recesses, The element surfaces are four virtual fans each defining an angle of 90 ° with respect to the axis A plurality of recesses, each of the plurality of recesses including a recess in each of the sector portions; 2. The filtering device of claim 1, wherein the recess occupies at least 10% of the area of the sector. . 3. The element surface has a plurality of mainly radially formed between the recesses. 3. The filtering device of claim 2, wherein the filtering device has spokes that extend and extend radially. 4. Four recesses extending along most of the radius of the first element surface Form 16 mainly radially extending spokes, said spokes being said The filtering device according to claim 2, wherein the filtering device has a surface that is on the first surface of one element. . 5. The at least one membrane pack includes a stack of membrane packs and the stationary element The element comprises a stack of elements, each element being between a pair of said membrane packs. The filtration device of claim 1, comprising: 6. A sealed container (24) having a supply inlet (12); A shaft (50) on the axis (28) and extending into the container; At least one membrane pack (3) attached to the shaft and within the container 2) wherein the membrane pack has opposing surfaces; and So as to leave a gap between each side of the membrane pack and one of the elements, A pair of stationary elements (36) in the container on both sides of the membrane pack; Connected to the shaft to rotate it and the membrane pack about the axis Including a motor, At least a first said element has a first surface adjacent to a surface of the membrane pack. And wherein the first surface is directly opposite the first surface of the membrane pack. A plurality of recesses (131-138) occupying at least 10% of the area of the surface, The first surfaces of the first turbulence generator each define an angle of 90 ° with respect to the axis. Have four virtual sectors, and the plurality of recesses have a small area of the sector. A filtering device comprising, in each of said sectors, a recess occupying both 10%. 7. The first element comprises a plurality of mainly radially formed grooves between the recesses. The spokes (141-148) extending in the radial direction and extending in the radial direction. 3. The filtration device according to item 1. 8. While maintaining a pair of substantially stationary elements on each side of the membrane pack, At least one membrane pack in a sealed container having a Rotating the element so that the element faces the pack surface. And the distance between them is between the first said pack surface and the first said first edge. Forming a pair of gaps, including a first gap with the element surface; The feed fluid to be separated into a permeate and a concentrate is placed in the gap so as to enter the gap. A method for operating a rotary filtration device, comprising supplying to a container. hand, An inward position within the first gap and adjacent to a location on the first element Flowing some of the feed fluid at least partially radially inward along the path. And adjoining the first element and within the first gap. Substantially all of the feed fluid is radially inward rather than radially outward. Flow, and Permeate some of the permeate from the feed fluid to and from the membrane pack The first pack being in the first gap while flowing to a liquid conduit; Feeding said at least partially radially outward along an outer path adjacent to the surface Flowing some of the fluid, substantially adjacent to the first pack surface. All feed fluid flows radially outward rather than radially inward. In addition, Flowing radially inward along the inward path in the first gap; A portion of the feed fluid flowing radially outward along the Flow to a supply conduit that connects to the supply conduit. 9. The supply conduit is within the container and extends at least partially in the axial direction Present radially outward from said membrane pack, Flowing the feed fluid at least partially axially along the feed conduit From the supply conduit to each of the gaps and from each of the gaps 9. The method of claim 8, comprising flowing a supply fluid into the supply conduit. . 10. Starting a process to clean the membrane pack; Prior to the step of initiating the process to clean the membrane pack, Of the thickness of the gap between each of the element surfaces and an adjacent one of said element surfaces Allowing the particles of the feed fluid to accumulate on the pack surface only to a thickness of less than one part 9. The method of claim 8, comprising the steps of:
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR ,TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 グリーン,ウィリアム・エイ アメリカ合衆国、90249 カリフォルニア 州、ガーデナ、ファイスミス・アベニュ、 15626 (72)発明者 セバリング,ケネス・ダブリュ アメリカ合衆国、90631 カリフォルニア 州、ラ・アブラ、ブルックデール・アベニ ュ、1220 (72)発明者 ハイエス,リチャード・ジィ アメリカ合衆国、92947 カリフォルニア 州、ハンティントン・ビーチ、ハンティン トン・ビレッジ・レーン、15555、225────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD , RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ , BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK , LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR , TT, UA, UG, UZ, VN (72) Inventor Green, William A 90249 California, United States State, Gardena, Faithsmith Avenue, 15626 (72) Inventor Sevaling, Kenneth W. 90611 California, United States Province, La Abra, Brookdale Aveni View, 1220 (72) Inventors: Hayes, Richard J. 92947 California, United States Huntington Beach, Hunting State Ton Village Lane, 15555, 225
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000501336A true JP2000501336A (en) | 2000-02-08 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007098289A (en) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Chuo Kakoki Kk | Concentration device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007098289A (en) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Chuo Kakoki Kk | Concentration device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6165365A (en) | Shear localized filtration system | |
JP4686657B2 (en) | Rotor for generating eddy current and filtration device using the same | |
CA2485227C (en) | Vortex enhanced filtration device and methods | |
US5143630A (en) | Rotary disc filtration device | |
EP0880392B1 (en) | Dynamic swirl filter assemblies and methods | |
JP3577460B2 (en) | Rotating disk type filtration device equipped with means for reducing axial force | |
Ding et al. | Investigation of performances of a multishaft disk (MSD) system with overlapping ceramic membranes in microfiltration of mineral suspensions | |
US10391455B2 (en) | Filtration and emulsification device | |
JPH0771602B2 (en) | Rotary filter and its filter pack | |
US5137637A (en) | Rotational high flux membrane device | |
US6416666B1 (en) | Simplified filtration system | |
US4717485A (en) | Multi-phase separator with porous filter disks | |
JP2000501336A (en) | Shear action localized filtration system | |
WO1998009720A1 (en) | Shear localized filtration system | |
EP0083005B1 (en) | Separation device with a flat membrane | |
US20060144775A1 (en) | Rotary filter device for filtering liquids | |
KR20000035975A (en) | Shear localized filtration system | |
JP2003245527A (en) | Rotary membrane separator and operation method therefor | |
JP2526398Y2 (en) | Rotary flat membrane separator | |
JP2000157849A (en) | Rotary type membrane separator | |
CA2181618C (en) | Dynamic swirl filter assemblies and methods | |
Naskar et al. | Performance of intermeshed spinning basket membrane module in ultrafiltration of oil-water emulsion | |
MXPA99002211A (en) | Shear localized filtration system | |
JP2009136744A (en) | Hole diffusion-filtering module mounted with multistaged multilayered structure membrane | |
JP2003062437A (en) | Rotary membrane separator |