JP2002525197A - 濾過膜モジュールの洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

濾過膜モジュールの洗浄装置及び洗浄方法

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Abstract

(57)【要約】 膜モジュール（５）の洗浄方法及び洗浄装置であって、膜モジュールは、複数の多孔質膜（６）と液体の流れ中に気体を同伴させる手段（１０，１２）を有してなり、該膜は互いに接近して配列され、また、それらの間の過度の動きを防止するように配置され、また、該膜の孔を通過すること以外の手段によってモジュール内から同伴される気体を生成し、使用時に、該液体とそれに同伴される気泡（１８）は該膜の表面を通り過ぎ移動して、それから汚染物質を除去するようになっており、気体の供給源を通り過ぎて該液体を流して該液体の流れに気体を引き込むことによって該気泡を該液体に同伴させる。ベンチュリータイプの装置（１２）を用いて液体の中に気泡を同伴させる。高い充填密度を保ちつつ、洗浄を助長するため、膜を別々の群（２３）に仕切るのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、ベンチュリー、ジェット等を使用して形成される、気体と液体の混
合物を用いて、効率的に膜モジュールを洗浄する装置及びそれに関連する方法に
関する。例えば、バイオリアクター内等の、高濃度の懸濁物質（または浮遊固形
物）が存在する環境に利用される膜モジュール用に、モジュール内に蓄積した物
質（又は固形物）を減らす、数種の改良モジュールの構成を述べる。
【０００２】 本発明の背景 汚水処理用膜モジュールの重要性が、急速に拡大している。膜プロセスは第三
位の効率的な汚水処理方法して使用され、良質な排出液をもたらし得ることが周
知である。しかし、資金及び運転費用によって制限され得る。膜モジュールが大
きなフィードタンクに沈められ、膜の濾液側に使用される吸引によって濾液が収
集される水中膜プロセス（submerged membrane process）の出現にともない、生
物的プロセス及び物理的プロセスを一つの段階に組み合わせた膜バイオリアクタ
ーは、よりコンパクト、効率的、経済的であると期待されている。その融通性ゆ
えに、膜バイオリアクターの大きさは、家庭用（腐敗槽システム）から地域社会
及び大規模汚水処理までの範囲に渡り得る。
【０００３】 膜濾過プロセスの成功は、効果的かつ効率的な膜洗浄方法の採用に大きく依存
する。通常使用される物理的洗浄方法には、浸透液体もしくは気体を用いるバッ
クウォッシュ（逆流、backwash）（バックパルス、バックフラッシュ：backpuls
e、 backflush）又は液体中で気泡を生ずる気体を用いる膜表面のスクラッビン
グ洗浄又はスコアリング洗い流し洗浄がある。第二のタイプの方法の例は、イシ
ダ他による米国特許第５，１９２，４５６号公報（Ishida et al., United Stat
es Patent No. 5,192,456）、コート他による米国特許第５，２４８，４２４号
公報（Cote et al., United States Patent No. 5,248,424）、ヘンショウ他に
よる米国特許第５，６３９，３７３号公報および第５，７８３，０８３号公報（
Henshaw et al., United States Patents No. 5,639,373 and No. 5,783,083）
及び我々の国際特許出願国際公開第９８／２８０６６号公報（PCT Application
No. WO98/28066）に示されている。
【０００４】 上述の例では、膜モジュールを浸める液体システム内に、気体の泡（気泡）を
形成するために、通常加圧送風機を用いて、気体を注入する（吹き込む）。その
ように形成された泡は、上方へ移動し、膜表面をこすって洗浄して膜表面上に形
成されている汚染物質を除去する。生ずるせん断応力は、最初の気泡の速度、気
泡の寸法及び気泡に加えられる力の合力に大きく依存する。この方法では、気体
の持ち上がる（リフティング）メカニズムの有効性に、流体の移動は制限される
。スクラッビング効果を向上するため、より多くの気体を供給しなければならな
い。しかし、この方法には、いくつかの短所がある：この方法は大量のエネルギ
ーを消費し、有効な膜濾過面積を減少させるミスト（mist）又は泡の流れ（frot
h flow）が形成され得、膜が破壊され得る。更に、高濃度の懸濁物質が存在する
環境においては、気体分配システムは、脱水固形物によって徐々に閉塞されるよ
うになり得、又は気体の流れが偶然止まった場合に簡単に閉塞され得る。
【０００５】 大部分の管状の膜モジュールについて、膜はモジュールの（長尺方向の）中央
部にて可撓性であるが、両端の注封されているヘッド（potted head）に向かう
につれてピンと張り可撓性が減る傾向に有る。そのようなモジュールを高濃度の
懸濁物質を含む環境にて使用すると、懸濁物質は膜のバンドル（束、bundle）の
中に、特に二つの注封ヘッドの近傍に容易に捕らえられる（トラップされる）。
蓄積した物質を除去する方法は、モジュールの構造の改良と膜の洗浄に気泡スク
ラッビング洗浄を用いる場合の流れの分配の改良を含む。
【０００６】 膜モジュールを設計する場合、モジュール内の管状の膜の充填密度は、重要な
ファクターである。この場合に使用されるような膜モジュール内の繊維状膜の充
填密度は、繊維状膜によって占められる注封領域の横断面を全注封面積で除した
ものとして定義され、通常パーセントで表す。経済的な観点から、充填密度は可
能な限り高いほど膜モジュール製造コストを削減できるので好ましい。実際は、
高くない密度で充填された膜モジュールにおいて、完全な充填部（solid packin
g）は減少する。しかし、充填密度が低すぎる場合、膜間での摩擦効果（rubbing
effect）も小さくなり得、膜表面の非効率的な洗浄（こすり洗い／洗い流し：s
crubbing/scouring）をもたらす。従って、蓄積した物質の除去を助長しつつ、
膜の充填密度を最大限にする膜の構造を提供することが要求されている。
【０００７】 発明の開示 本発明は、少なくとも本発明の態様においては、従来技術のいくつかの欠点を
克服し、もしくは緩和し、又は少なくとも有用な代替物を提供しようとするもの
である。
【０００８】 本発明の一つの要旨によれば、本発明は、気泡を同伴する液体媒体を用いて膜
表面を洗浄（またはスクラブ洗浄（scrubbing））する方法であって、該気体の
供給源（ソース、source）を通り過ぎて（またはその前を通り過ぎて）該液体媒
体を流通させることによって、該液体媒体中に該気泡を同伴させる工程、並びに
該膜表面に沿って該気泡と液体媒体を流通させて汚染物質をそれから除去する工
程を含む方法を提供する。
【０００９】 ベンチュリー装置（venturi device）を使用して、該液体の流れ（ストリーム
、stream）中に気泡を同伴させるのが好ましい。ジェット、ノズル、エゼクター
（ejector）、エダクター（eductor）、インジェクター等の、液体と気泡の混合
物を生成するために、強制的に気体を液体の流れに混合する装置を用いて気泡を
該液体の流れ中に同伴させる又は注入するのがより好ましい。オプションとして
、送風機（blower）等を用いて、追加の気泡の供給源を該液体媒体中に供給して
もよい。使用される気体に、空気、酸素、気体状塩素、オゾンが含まれ得る。空
気は、洗浄（又はスクラブ洗浄）及び／もしくはエアレーション（aeration）の
ために、最も経済的である。膜表面での化学反応によって、洗浄（スクラブ洗浄
）、消毒及び洗浄効率を向上するため、気体状塩素を使用してよい。気体状塩素
に関して記載した効果と同様の効果の他に、オゾンの使用には、ＤＢＰ前駆物質
を酸化する及び非生分解性のＮＯＭを生分解性で溶解有機炭素（dissolved orga
nic carbon）に変換する等の追加の特徴が有る。
【００１０】 本発明の第二の要旨によると、本発明は、複数の多孔質膜及び液体の流れ中に
気泡を同伴させる手段を有してなる膜モジュールであって、該膜は互いに接近し
て配列され、また、それらの間の過剰の動きを防止するように配置され、該手段
は、該膜の孔（ポア、pore）を気体が通過することとは異なる手段によってモジ
ュール内から液体の流れに同伴する気泡を生成し、使用時に、該液体及びその中
に同伴される気泡は該膜の表面（または表面の前）を通って移動して、それから
汚染物質を除去するようになっており、該液体を気体の供給源（または供給源の
前）を通り過ぎて流すことによって該液体の流れ中に気体を引き込んで該気泡を
該液体に同伴させる膜モジュールを提供する。
【００１１】 該液体と気体を混合し、その後膜（または膜の前）を通りすぎるように流して
、汚染物質を除去するのが好ましい。
【００１２】 一つの好ましい形態において、本発明は、膜モジュールを形成するためにアレ
イ（array）の形態で配列され、長尺方向に延びる複数の多孔質中空繊維膜の表
面から汚染物質を除去する方法を提供し、該膜は互いに接近して配列され、また
、それらの間の過剰の動きを防止するように配置され、この方法は、該膜の孔（
ポア、pore）を通過する気泡とは異なる手段によって、該アレイ内から、液体の
流れ中に同伴する均一に分配した気泡を生成する工程を有してなり、該気体を該
液体中に引き込みおよび／または混合するために、該液体を気体の供給源を通り
過ぎて流すことによって該気泡を該液体の流れ中に同伴させ、該分配は、該気泡
が、該アレイの各々の膜の間を実質的に均一に、該液体の流れとともに通過して
、該膜の表面を洗浄し（洗い流し、scour）、膜モジュール内から蓄積した固形
物を除去するようなものである。該気泡を該液体の流れ中に注入して混合するの
が好ましい。
【００１３】 膜は、多孔質中空繊維を有してなり、繊維はヘッダーにてその両端にて固定さ
れ、下のヘッダーは気体／液体の流れを導入する一またはそれ以上の形成された
穴（またはホール、hole）を有するのが好ましい。穴は、円形、楕円形又はスロ
ットの形状で有り得る。繊維は、通常下端にて封がされており、濾液を除去でき
るように上端にて開放されているが、ある配列（またはアレンジメント）におい
て、繊維は両端にて開放されていてよく、一端又は両端から濾液を除去できる。
繊維を円筒形のアレイ又はバンドル（bundle）の形態に配置するのが好ましい。
平たい又は板（プレート）状の膜等の他の形態の膜に、上述の洗浄方法を等しく
適用できることが理解されよう。
【００１４】 別の要旨によると、本発明は、複数の多孔質中空繊維膜、ヘッダー及びパーテ
ィション手段（仕切りまたは分割手段、partition means）を有してなる膜モジ
ュールであって、該繊維膜は互いに接近して配列され、また、それらの間の過剰
の動きを防止するように配置され、ヘッダー内の各端部が固定されており、１つ
のヘッダーは気体／液体の流れを導入する一またはそれ以上の形成された穴（ho
le）を有し、パーティション手段は該ヘッダー間で少なくとも部分的に延在し、
該膜繊維をグループに分ける膜モジュールを提供する。各々の繊維グループの間
の隙間（または空間）によって、パーティション手段を形成するのが好ましい。
パーティション（仕切り、partition）は、互いに平行であってもよいし、ある
いは繊維膜が円筒形のアレイである場合、パーティションは、アレイの中心部か
ら半径方向に伸びてもよいし、または円筒形のアレイの中で同心円状に配置され
てもよい。別の形態においては、ヘッダー間のバンドルの長手方向に延在する中
間の長尺方向の通路を繊維のバンドルに設けてもよい。
【００１５】 本発明の更に別の要旨によれば、本発明は、各々の注封ヘッド（potting head
）にて各端が配置され、これらの間の長尺方向に伸びる複数の多孔質中空膜繊維
を含む、膜バイオリアクターに用いられる膜モジュールを提供し、該膜繊維は互
いに接近して配列され、また、それらの間の過剰の動きを防止するように配置さ
れ、該繊維は、少なくとも各々の注封ヘッドにて又は注封ヘッドの近傍にて、そ
れらの間に隙間を形成するように幾つかのバンドルに仕切られ、１つの注封ヘッ
ドは、該モジュール内に気泡を供給するように形成されているエアレーション開
口部のアレイ（配列）を有し、使用時に、該気泡が該膜繊維の表面（または表面
の前）を通って移動し、それらから汚染物質を除去するようになっている。
【００１６】 繊維のバンドルは、モジュール・サポート（支持）・スクリーン（module sup
port screen）によって保護され、繊維の動きは制限される。モジュール・サポ
ート・スクリーンは、適切に間隔をあけた垂直方向と水平方向の両方の要素を有
し、繊維を通る流体と気体の制限されない流れを供給し、繊維の動きの幅を制限
して繊維の注封端におけるエネルギーの集中を減少する。
【００１７】 該仕切られたバンドルの間に形成される隙間と一致するように、該エアレーシ
ョン開口部を配置するのが好ましい。該開口部は、一つのスロット（slot）、複
数のスロット又は穴の列であるのが好ましい。複数のスロット又は穴の列の間で
注封ヘッド中に繊維のバンドルを配置するのが好ましい。
【００１８】 液体の流れに気泡を同伴させるか、液体の流れと気泡を混合し、その後、該穴
又はスロットを通して気泡を供給するのが好ましいが、ある構成においては、気
体のみを使用してもよいことが理解されよう。使用液体が膜モジュールへのフィ
ード異であってもよい。繊維及び／もしくは繊維のバンドルは、注封ヘッドの間
で互いに交差（クロスオーバー）してもよいが、そうでないのが好ましい。
【００１９】 モジュール内の繊維は、約５〜約７０％の間の（先に定義した）充填密度を有
するのが好ましく、約８〜約５５％の間の充填密度を有するのがより好ましい。
【００２０】 該穴の直径は、約１〜４０ｍｍの範囲であるのが好ましく、約１．５〜約２５
ｍｍの範囲であるのがより好ましい。スロット又は穴の列の場合、上述の穴の面
積と等しくなるように、開口面積を選択する。
【００２１】 繊維の内部の直径は、典型的には約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲であり、約
０．２５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲であるのが好ましい。繊維の壁の厚さは、使用さ
れる物質及び濾過効率に対して要求される強度に依存する。典型的な壁の厚さは
、０．０５〜２ｍｍの間であり、より多くの場合０．１ｍｍ〜１ｍｍの間である
。
【００２２】 もう一つの要旨によれば、本発明は、タンクと第一の要旨に基づく膜モジュー
ルを含む膜バイオリアクターを提供し、タンクはそれへのフィードを導入する手
段と該タンク内にて活性スラッジを生成する手段を有し、膜モジュールは該スラ
ッジ中に沈められるように該タンク内に配置され、該膜モジュールには該繊維膜
の少なくとも一端から濾液を引き出す手段が供給されている。
【００２３】 更にもう一つの要旨によれば、本発明は、第二の要旨に記載した型の膜バイオ
リアクターの操作方法を提供し、この方法は、該タンクにフィードを供給するこ
と、該繊維に真空を適用してそれらから濾液を引き出すこと、その一方で、使用
時には、周期的又は連続的に該モジュール内に該エアレーション開口部を通して
気泡を供給して、該気泡が該膜繊維の表面を通って移動してそれから汚染物質を
除去することを含んでなる。該穴又は該スロットを通して供給する場合、気泡は
液体の流れに同伴させ、又は液体の流れと混合するのが好ましい。
【００２４】 もし必要であれば、微生物の活動を促進するために、タンク内にエアレーショ
ンの追加の供給源を設けてもよい。好ましくは、膜モジュールをタンク内に垂直
に吊り下げ、該エアレーションの該追加の供給源をその吊り下げたモジュールの
下方に設けてもよい。エアレーションの該追加の供給源は、空気浸透性の管の群
からなるのが好ましい。フラックス（流速、flux）に応じて、逆流（backwash）
有り又は無しで、膜モジュールを操作してよい。バイオリアクター内の高濃度の
懸濁固形物の液（５０００〜２００００ｐｐｍ）は、滞留時間が相当減少し、濾
液の品質が向上することが示された。有機物質の分解と膜洗浄の両者のためにエ
アレーションを組み合わせて使用すると、高濃度のＭＬＳＳでありながらも、膜
を横断する圧力をそれほど増加させることなく一定の濾液の流量を可能にできる
ことが示された。仕切られた繊維バンドルを用いると、気体洗浄（scouring）プ
ロセスにそれほど悪影響を及ぼすことなく、より高い充填密度を達成することが
できる。このことから、より高い濾過効率がもたらされる。
【００２５】 添付した図面を参照して、実施例にすぎないが、これによって、本発明の好ま
しい態様を以下に記載する。
【００２６】 本発明の好ましい態様 図面を参照しながら、本発明の態様を、我々の先のＰＣＴ国際公開第ＷＯ９８
／２８０６６号公報に開示された型の膜モジュールに関連して説明する。この国
際公開公報は、相互参照によって、本明細書に組み込まれるが、本発明は他の型
の膜モジュールに等しく適用できることが理解されよう。膜モジュール５は、典
型的に、繊維状、管状もしくは平らなシート状の形態の膜６を有してなり、膜の
両端７及び８は注封（potted）され、膜は支持構造（この場合はスクリーン９）
に入れられている。膜の一端又は両端は、透過液捕集用に用いてよい。膜モジュ
ールの底部は、ポット１１内に複数の貫通穴１０を有し、膜表面を通る気体と液
体フィードの混合物を分配させる。
【００２７】 図１に示す態様を参照すると、ベンチュリー装置（またはデバイス、device）
１２等をモジュールの基部に接続している。ベンチュリー装置１２は入口１３を
通して気体を取り入れ、フィード入口１４を通る液体の流れと気体を混合し又は
液体の流れに気体を同伴させて、気泡を形成し、モジュールの穴１０の中に液体
／気体混合物を拡散する。分配穴１０を通った後、同伴した気泡は液体の流れと
共に上方へ流れながら膜表面を洗浄（スクラブまたはこすり洗い）する。液体の
フィード又は気体は、システムの要求に応じて、連続的又は断続的注入とするこ
とができる。ベンチュリー装置を用いると、気泡を作ることができ、送風機（ま
たはブロワー：blower）を用いることなくシステムを通気できる。ベンチュリー
装置１２は、ベンチュリー管、ジェット、ノズル、エゼクター、エダクター、イ
ンジェクター等であってよい。
【００２８】 図２を参照すると、ジェット又はノズルタイプの装置１５の拡大図を示してい
る。この態様において、包囲している空気通路１７を有するジェット１６を通し
て液体が押し込まれ、気体を同伴した液体の流れ１８を生ずる。そのような装置
は各々の供給バルブを調節することによって気体と液体媒体を独立して制御する
ことを可能とする。
【００２９】 気体を同伴するために通常使用される液体は、給水、廃水又は濾過されるべき
混合液である。ベンチュリー等を通して液体を操作するようなポンピング（pump
ing）は気体を液体中に吸い込む真空を形成し、また、送風機を使用する場合は
気体放出圧力を減少させる。液体の流れの中に気体を供給することによって、分
配穴１０が閉塞する可能性を実質的に減少する。
【００３０】 本発明は少なくともその好ましい態様において、以下のように要約できる多く
の利点を提供できる： １．ベンチュリー装置等を用いることによって、気泡を発生させ、送風機等の
加圧した気体供給装置を用いる必要なく、膜の表面をスクラブ洗浄できる。原動
力となる流体はベンチュリーを通過する時、真空を生じ、気体を液体の流れに引
き込み、その中で気泡を生じさせる。たとえ送風機をまだ必要であるとしても、
上述のプロセスを使用することで、送風機の排出圧力を低減し、従って、操作費
用が低下する。
【００３１】 ２．液相と気相はベンチュリー内で十分に混合され、その後膜モジュールの中
に拡散し膜をスクラブ洗浄する。ジェットタイプ装置を使用して、液体媒体中に
気体を強制的に混入する場合、より速い速度の気泡流れを生ずるという追加の利
点が提供される。汚水処理において、使用する気体が空気又は酸素である場合、
そのような十分な混合によって、優れた酸素移動が提供される。液体で満たされ
たパイプ内に気体を直接注入する場合、気体はパイプ壁の上に淀んだ気体の層を
形成し、従って、気体と液体はバイパスしてモジュールの別の部分を通過し、そ
の結果低い洗浄効率をもたらすこととなる可能性がある。
【００３２】 ３．膜に沿う液体の流れによって気泡の流れは強められ、その結果発生する大
きなスクラブ洗浄のせん断力を生ずる。気体／液体を供給するこの方法では、気
体と液体の流量を独立して調整することができると、積極的な液体移動とアエレ
ーションがもたらされる。
【００３３】 ４．空気分配装置の穴の中に２相の流体（気体／液体）の混合物を注入するこ
とで、脱水された固形物の形成を防ぐことができ、従って、そのような脱水され
た固形物によって徐々に穴が閉塞することを防止できる。
【００３４】 ５．更に、注入の配列（アレンジメント）は、モジュールの底部に効率的に洗
浄薬剤（cleaning chemical）を注入するための効率的な洗浄機構を提供し、化
学的洗浄を促進する洗い流し洗浄力を提供する。上述のモジュール構成で得られ
る高充填密度と組み合わせると、この配列によって、最少量の洗浄薬剤を用いて
繊維を効率的に洗浄できる。
【００３５】 ６．上述のモジュールの構成は、完全な充填部を著しく増加することなく、モ
ジュール内に繊維のより高い充填密度を可能とする。これは、膜モジュールを曝
気槽内に組み込む、あるいは、また、別のタンク内に配置することができるとい
う、追加の融通性を加える。後者の配列において、タンク内に少量の洗浄薬剤を
保持するので洗浄薬剤の使用量の点で、また、化学的洗浄工程は自動化できるの
で、労務費の点で、この利点は著しい節約となる。使用される洗浄薬剤はバイオ
プロセスにフィードバックされ得、なお有効な酸化剤であり、従って、その洗浄
薬剤はバイオプロセスに有害な効果を有し得るから、使用される洗浄薬剤の削減
も重要である。従って、バイオプロセス内に存在する化学的な負荷の削減は、ど
の程度であっても著しい利点を提供する。
【００３６】 ７．気体と液体フィードの混合物を各々の膜モジュールに積極的に注入するこ
とは、膜の周囲でプロセス流体を均一に分配し、従って、濾過の間のフィード濃
度の偏り（または分極）を最小にする。大規模のシステムにおいて、また、大量
の懸濁物質を含むプロセスフィードについて、濃度の偏りはより大きい。従来技
術のシステムでは、そのプロセス流体は通常タンクの一端から入ることが多く、
モジュールを横切って移動するにつれて濃縮されるので、均一性に乏しい。その
結果、幾つかのモジュールは、他のものよりもはるかに高濃度なものを処理し、
そのため、非効率な運転となる。
【００３７】 ８．濾過効率は、濾過抵抗が減少するので改善される。フィード側の抵抗は、
膜の表面への横断パスの減少、並びに気泡及び二相流によって発生する乱れのた
め減少する。
【００３８】 ９．そのような洗浄方法を、膜を用いる飲料水、廃水の処理関連プロセスに使
用できる。濾過プロセスを吸引又は加圧によって運転できる。
【００３９】 図３〜５には、仕切りを有する種々の配列の態様を示している。再び、これら
の態様を円筒形の管状又は繊維膜のバンドル２０について示しているが、本発明
はそのような用途に制限されるものではないことはいうまでもない。
【００４０】 図３は、幾つかの平行な仕切り隙間２２によって、幾つかの薄いスライス２１
に垂直方向に仕切られている管状の膜のバンドル２０を示す。バンドルをこのよ
うに仕切ることによって、充填密度を著しく損うこと無く、蓄積した固形物をよ
り容易に除去することができる。そのような仕切り設けることを、ポッティング
（注封）プロセスの間に行うことができ、完全な仕切り又は部分的な仕切りを形
成できる。仕切りられたモジュールを形成するもう一つの方法は、図４に示すよ
うにいくつかの小さな管状の膜のバンドル２３を注封（pot）して、各々のモジ
ュールにすることである。
【００４１】 膜モジュールのもう一つの改良された構成を図５に示す。中央の膜のないゾー
ンは、通路２４を形成し、より多くの空気と液体の注入を可能とする。気泡と液
体は、管状の膜２０に沿って移動し、繊維のアレイを通って上部の注封されたヘ
ッド８にて出て行き、その間、膜の壁をスクラブ洗浄し、物質を除去する。気体
のみ又は気体／液体の混合物をモジュールに注入できる。
【００４２】 図６は、更に図５と類似するが、繊維膜２０に洗浄用液体／気体混合物を入れ
ることができるように、下のポット７の中に一つの中央穴３０を有する更に別の
態様を示す。この態様において、繊維は、穴３０に隣接して延在し、上のポット
８に向けて別々のバンドル２３に集まる。大きな中央穴３０によって、繊維の周
囲により大きな液体の流れをもたらし、従って、洗浄効率が向上するすることが
見出されている。
【００４３】 図７及び８は、図６と同様な膜の構成を有し、図２の態様と同様のジェット混
合システムを有する更に別の態様を示す。一つの中央穴３０を使用することで、
図８に示すように両端にて、繊維２０から濾液を取り出すことが可能となる。
【００４４】 図９及び１０を参照すると、モジュール４５は、上の注封ヘッド４７及び下の
注封ヘッド４８に取り付けられ、これらの間で延在する、複数の中空繊維膜のバ
ンドル４６を有してなる。注封ヘッド４７及び４８は、適切なマニホールド（図
示せず）に取り付けるため、各々注封スリーブ（potting sleeve）４９及び５０
に配置される。繊維のバンドル４６を、スクリーン（仕切り）５１によって包囲
して、繊維間の過剰な動きを防止する。
【００４５】 図９に示すように、下の注封ヘッド４８に、幾つかの平行に配置されているス
ロットタイプのエアレーション穴（通気口、aeration hole）５２を設ける。繊
維膜５３をバンドル４６に注封して、繊維のバンドルを横切って延在する隙間５
４を有する仕切られている配列（アレンジメント）を形成する。エアレーション
穴５２を、通常仕切りの隙間と一致させるように配置するが、通常、各空間と組
み合わせた複数のエアレーション穴が存在する。
【００４６】 下の注封スリーブ５０は、下のポット４８の下に、空洞５５を形成する。気体
又は液体と気体の混合物を、（上述した）ジェットアッセンブリ５７を用いて、
この空洞５５の中に注入し、その後、膜のアレイの中に穴５２を介して通す。
【００４７】 使用時には、仕切りを用いることで、特に繊維のバンドルの注封端部の付近で
は、高エネルギーの流れを洗い流すための気体と液体の混合物とすることができ
、それは、膜繊維の周囲で蓄積した固形物を除去することを助長する。
【００４８】 微生物の活動に酸素を供給するため、また連続的に膜を洗浄する（scour）た
めに、膜に連続的に空気を供給するの好ましい。別法では、用途によっては、空
気の代りに純酸素又は他の気体の混合物を使用してよい。我々の上述の先の出願
で記載したように、上のポットを通る膜の内腔（lumen）に取り付けられる吸引
ポンプを用いて、きれいな濾液を膜から引き出す。
【００４９】 反応器に高濃度の懸濁物質（ＭＬＳＳ）が存在するので、低い経膜圧力または
濾過圧（transmembrane pressure：ＴＭＰ）条件で、膜モジュールを運転するの
が好ましい。
【００５０】 膜バイオリアクターは、フィード汚水からの栄養分を更に除去することを助長
する無酸素性（または嫌気性）プロセスと組み合わせるのが好ましい。
【００５１】 使用されるモジュールシステムは多数の現在のシステムより高いＭＬＳＳに対
する耐性が高く、効率的な空気洗浄（スクラブ）及び（使用された場合）逆流が
、バイオリアクターモジュールの効率的な操作及び性能を助長することが見出さ
れている。
【００５２】 本発明及びその態様を、バイオリアクターおよび同様のシステムへの適用に関
連して記載したが、本発明は他のタイプの適用についても等しく利用できること
が理解されよう。
【００５３】 本発明は上述の特定の態様に限定されることはなく、本発明の概念又は範囲か
ら逸脱することなく、本発明の他の態様及び具体例が可能であることが理解され
よう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、膜モジュールの１つの態様の模式的側面図を示し、本発
明の洗浄方法を説明する。
【図２】 図２は、同伴する気泡を形成するために用いるジェット型配列の
１つの形態の、拡大した模式的側面図を示す。
【図３ａ】 図３ａは、本発明の１つの態様に基づく、仕切られた膜モジュ
ールの模式的側面図を示す。
【図３ｂ】 図３ｂは、図３ａの膜のバンドルの断面図を示す。
【図４ａ】 図４ａは、本発明の別の態様に基づく、仕切られた膜モジュー
ルの模式的側面図を示す。
【図４ｂ】 図４ｂは、図４ａの膜のバンドルの断面図を示す。
【図５ａ】 図５ａは、本発明のもう１つの態様に基づく、仕切られた膜モ
ジュールの模式的側面図を示す。
【図５ｂ】 図５ｂは、図５ａの膜のバンドルの断面図を示す。
【図６ａ】 図６ａは、本発明のもう１つの態様に基づく、仕切られた膜モ
ジュールの模式的側面図を示す。
【図６ｂ】 図６ｂは、図６ａの膜のバンドルの断面図を示す。
【図７】 図７は、図２と同様の、本発明の別の態様の図を示す。
【図８】 図８は、図２と同様の、本発明の更に別の態様の図を示す。
【図９】 図９は、本発明の膜モジュールのもう１つの好ましい態様の下端
を図解的に示した断面斜視図を示す。
【図１０】 図１０は、図９の膜モジュールの上端を図解的に示した断面斜
視図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ＰＱ １１１２ (32)優先日 平成11年６月21日(1999．6．21) (33)優先権主張国 オーストラリア（ＡＵ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 エドワード・ジョン・ジョーダン アメリカ合衆国66221カンザス州オーバー ランド・パーク、フリント14005番 Ｆターム(参考） 4B029 AA02 DA08 DB16 DG08 4D006 GA02 HA02 JA16A JA29A JA30B JA31 KC14 KD21 KD23 KD30 MA01 MA31 MA33 PB01 PC67

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気泡を同伴する液体媒体を用いて膜表面を洗浄する方法であ
    って、気体の供給源を通り過ぎる該液体媒体の流れによって該液体媒体に該気泡
    を同伴させる工程、並びに該膜表面に沿って該気泡と液体媒体を流通させて、汚
    染物質をそれから除去する工程を含む方法。
  2. 【請求項２】 ベンチュリー装置を用いて、該液体の流れ中に気泡を同伴さ
    せる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 液体の流れに気体を強制的に混合する装置を用いて、該液体
    の流れに気泡を同伴させ又は注入して、液体と気泡の混合物を生成する請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 気体は空気、酸素、気体状塩素、オゾン又はそれらのいずれ
    かの組み合わせを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 複数の多孔質膜及び液体の流れに同伴される気泡を生成する
    手段を有してなる膜モジュールであって、該膜は、互いに接近して配列され、ま
    た、それらの間の過度の動きを防止するように配置され、また、該膜の孔を通過
    すること以外の手段によってモジュール内から同伴される気体を生成し、使用時
    に、該液体とそれに同伴される気泡は該膜の表面を通り過ぎて移動して、それか
    ら汚染物質を除去すようになっており、気体の供給源を通り過ぎて該液体を流し
    て該液体の流れに気体を引き込むことによって該気泡を該液体に同伴させる膜モ
    ジュール。
  6. 【請求項６】 該液体と気泡を混合し、その後膜を通り過ぎるように流して
    汚染物質を除去する請求項５記載の膜モジュール。
  7. 【請求項７】 膜モジュールを形成するようにアレイに配列され、長尺方向
    に延びる複数の多孔質中空繊維膜の表面から汚染物質を除去する方法であって、
    該膜は互いに近接して配列され、また、それらの間の過度の動きを防止するよう
    に配置され、該膜の孔を通過すること以外の手段によって、アレイの内から、液
    体の流れに同伴された均一に分配された気泡を形成する工程を含んでなり、該気
    体を該液体の中に引きこみ及び／もしくは混合するために、気体の供給源を通り
    過ぎて該液体を流すことによって該気泡を該液体の流れに同伴させ、該分配は、
    該アレイの各膜の間で実質的に均一に、該気泡が該液体の流れとともに通過して
    該膜の表面を洗浄し、膜モジュールの中から蓄積した固形物を除去するようにな
    っている方法。
  8. 【請求項８】 該気泡を該液体の流れ中に注入し混合する請求項７記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 膜は多孔質中空繊維を有して成り、繊維は各端がヘッダーで
    固定され、少なくとも一つのヘッダーは、気体／液体の流れを導入するために形
    成された一またはそれ以上の穴を有する請求項７又は８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 複数の多孔質中空繊維膜、ヘッダー及びパーティション手
    段を有してなる膜モジュールであって、該繊維膜は互いに近接して配列され、ま
    た、それらの間の過度の動きを防止するように配置され、繊維膜は各端がヘッダ
    ー内で固定され、一つのヘッダーは気体／液体の流れを導入するように形成され
    た一またはそれ以上の穴を有し、パーティション手段は該ヘッダーの間で少なく
    とも部分的に延びて、該膜繊維をグループに分ける膜モジュール。
  11. 【請求項１１】 パーティション手段が各繊維グループ間の隙間によって形
    成される請求項１０記載のモジュール。
  12. 【請求項１２】 繊維膜は円筒形のアレイに配列され、パーティション手段
    はアレイの中心部から半径方向に延びるか又は円筒形のアレイ内で同心円状に配
    置される請求項１１記載のモジュール。
  13. 【請求項１３】 複数の多孔質中空繊維膜、ヘッダーおよび繊維バンドルを
    有してなる膜モジュールであって、該繊維膜は互いに近接して配列され、また、
    それらの間の過度の動きを防止するように配置され、繊維膜は各端がヘッダー内
    で固定され、一つのヘッダーは気体／液体を導入するように形成された一または
    それ以上の穴を有し、ヘッダー間でバンドルの長さに渡る中間部の長尺方向の通
    路を繊維のバンドルは有する膜モジュール。
  14. 【請求項１４】 各注封ヘッドに各端が取り付けられ、各注封ヘッドの間の
    長尺方向に延びる複数の多孔質中空膜繊維を含む膜バイオリアクターにて使用さ
    れる膜モジュールであって、該膜繊維は互いに接近して配列され、また、それら
    の間の過剰の動きを防止するように配置され、該繊維は、少なくとも各注封ヘッ
    ドにて又は各注封ヘッドに隣接して幾つかのバンドルに仕切られてそれらの間で
    隙間を形成し、該注封ヘッドの一つは、該モジュール内に気泡を供給するために
    形成されたエアレーション開口部のアレイを有し、使用時に、該気泡は該膜繊維
    の表面を通り過ぎて移動し、それらから汚染物質を除去する膜モジュール。
  15. 【請求項１５】 該仕切られたバンドルの間に形成される隙間と一致するよ
    うに、エアレーション開口部が配置されている請求項１４記載の膜モジュール。
  16. 【請求項１６】 該開口部は、一つのスロット、複数のスロット又は穴の列
    であり、繊維のバンドルはスロット又は穴の列の間で注封ヘッドに配置されてい
    る請求項１５記載の膜モジュール。
  17. 【請求項１７】 モジュール内の繊維は、約５〜約７０％の間の充填密度を
    有する請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  18. 【請求項１８】 モジュール内の繊維は、約８〜約５５％の間の充填密度を
    有する請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  19. 【請求項１９】 該穴は、約１〜４０ｍｍの範囲の直径又は相当径を有する
    請求項１６記載の膜モジュール。
  20. 【請求項２０】 該穴は、約１．５〜２５ｍｍの範囲の直径又は相当径を有
    する請求項１６記載の膜モジュール。
  21. 【請求項２１】 各々の該繊維の内径は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍである請
    求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  22. 【請求項２２】 各々の該繊維の内径は、約０．２５ｍｍ〜約２ｍｍである
    請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  23. 【請求項２３】 各々の該繊維の壁の厚さは、約０．０５〜約２ｍｍである
    請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  24. 【請求項２４】 各々の該繊維の壁の厚さは、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍであ
    る請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュール。
  25. 【請求項２５】 フィード導入手段を有するタンク、該タンク内にて活性ス
    ラッジを形成する手段および請求項１０、１３又は１４記載の膜モジュールを含
    む膜バイオリアクターであって、膜モジュールは該スラッジ中に沈められるよう
    に該タンク内に配置され、該繊維膜の少なくとも一端から濾液を引き出す手段が
    膜モジュールに設けられている膜バイオリアクター。
  26. 【請求項２６】 該タンクにフィードを供給すること、該繊維に真空を作用
    させ、それから濾液を引き出すこと、その一方で、該モジュール内に該エアレー
    ション開口部を通して気泡を周期的に又は連続的に供給し、使用時には、該気泡
    が該膜繊維の表面を通り過ぎて移動し、そこから汚染物質を除去することを含ん
    でなる請求項１４の型の膜バイオリアクターの操作方法。
  27. 【請求項２７】 該穴又はスロットを通して供給する場合、気泡を液体の流
    れに同伴させ又は混合する請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 膜モジュールをタンク内に垂直に吊り下げて、吊り下げた
    モジュールの下にエアレーションの供給源を設ける請求項２５記載の膜モジュー
    ル。
  29. 【請求項２９】 エアレーションの供給源は、気体分配器又は空気透過性チ
    ューブの群を有して成る請求項２８記載の膜モジュール。
  30. 【請求項３０】 上述したいずれかの態様及びそれに関する図面を参照して
    実質的に記載した膜モジュール。
  31. 【請求項３１】 上述したいずれかの態様及びそれに関する図面を参照して
    実質的に記載した膜表面の（スクラブ）洗浄方法。
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