JP2003513784A - 浸漬型薄膜エレメントおよびモジュール - Google Patents
浸漬型薄膜エレメントおよびモジュールInfo
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Abstract
Description
透過水を回収するのに利用される形式の中空繊維濾過薄膜のエレメントおよびモ
ジュールに関する。
8,424号に説明される濾過中空繊維薄膜のモジュールを開発した。このモジ
ュールにおいて、中空繊維薄膜は、1対の水平方向に間隔をあけて配置されるヘ
ッダーと流体連通状態にされ、繊維が実質的に水平方向から実質的に垂直方向へ
と変化する種々の構造のモジュールを形成する。透過水を作り出すために、膜間
圧(以下、「TMP」という)が繊維の内孔の吸引力によって生じる。
直方向および水平方向へ延びる中空繊維薄膜を用いて登場した。垂直方向に延び
る薄膜を有するシェルレス・モジュールは、1997年6月17日に登録された
Zenon Environmental社の米国特許第5,639,373号
、1998年7月21日に登録されたZenon Environmental
社の米国特許第5,783,083号、および1997年12月18日に出願さ
れたMemtec America社のPCT公開番号WO98/28066号
に示されている。これらのモジュールでは、水平方向に間隔をあけて配置される
ヘッダーに代わって垂直方向のみに間隔をあけて配置されるヘッダーが用いられ
ている。
年1月2日に登録された三菱レーヨン社の米国特許第5,480,553号、1
997年8月8日に出願された三菱レーヨン社のヨーロッパ出願公開番号EP
0,931,582号、および、論文、荏原製作所のスダ他による「タンク浸漬
型薄膜濾過システムの開発」、「淡水化119」(1998年度版)151頁か
ら158頁に説明されている。
ていない。特定の容量に関してコストが安いことから今でもサンドフィルタが多
用されている。例えば、荏原製作所による試験が前述の論文に報告されている。
これによると長期にわたって安定した運転が達成できたが、タンク空塔(superf
icial)速度(単位m3/hにおける透過水の流量を単位m2におけるタンクフ
ットプリントで除算)は約1.7m/hに過ぎなかった。これに対して典型的な
サンドフィルタシステムのタンク空塔速度は、5m/hから10m/hであり、
大型公共用システムまたは産業用システムでは相当なコストになるタンクを非常
に小さくできる。Zenon Environmental社製の垂直薄膜モジ
ュールは、10m/hを超えるタンク空塔速度を発生させるよう運転されている
が、同時に、基体に支持された強固な薄膜と相当強い曝気を用いている。複雑な
薄膜と強い曝気とはコスト高になる。最後に、公知の薄膜モジュールの保守費用
も問題の1つである。特に、単一の薄膜における漏出または破損は、その位置を
見つけることや隔離することが難しく補修のためにしばしば濾過システムの広い
領域をオフラインにする必要がある。
とである。本発明の他の目的は、特に飲料水生成法の一環として浸漬式濾過薄膜
を使用する方法を提供することである。
に延びるヘッダーに取り付けられて懸架されている、1対の対向する中空繊維薄
膜を有するエレメントに関する。1対の垂直方向に延びるヘッダーの間に延びる
側板は、エレメントを通る垂直流路を形成する。中空繊維薄膜は散在されると垂
直流路の中心部を満たす集合体状に構成されている。対のヘッダーの一方のみが
透過水流路を有し、中空繊維薄膜は他方のヘッダーにしっかりと取り付けられる
ことが好ましい。
隣接する垂直流路を形成するように、横並びに、または直交格子状にエレメント
を配置して形成される。フレームは、垂直流路を妨害することなく所定位置のエ
レメントを拘束する。しかし、フレームによって行われる拘束は、選択されたエ
レメントに関して解除可能であり、これによって選択されたエレメントをモジュ
ールの残余部を分解することなく該ヘッダーに実質的に直交する方向に取り外す
こと、または交換することができる。各々のエレメントは、エレメントと透過水
コレクタとの間にエレメントをフレームから取り外すと解除される関連の取外し
自在で再封自在な水密取付具を備える。モジュールの下にある曝気装置は、各々
のエレメントより下、または各々の対のエレメントの間の側板より下に一列の空
気孔をもたらすよう配置される複数の空気孔を有する。
ポイント試験によって薄膜欠陥を正確に突き止めることができる。特定の流路に
おける気泡の存在は、どの横列のエレメントに欠陥があるかを示す。欠陥がある
エレメントが突き止められると新しいエレメントと交換されて、透過を再開でき
、同時に欠陥のあるエレメントを補修できる。
水を濾過する方法に関する。この方法において、透過水流量は50L/m2/h
以下、好ましくは35L/m2/h以下であり、透過が周期的に停止される期間
中に曝気を行って薄膜を洗浄することが好ましい。エレメントまたはモジュール
を備えるタンクは、随時空にされ再度満水にされて、蓄積した固形物が取り除か
れる。タンクの含有物を均質化するために弱い曝気を透過中に行ってもよい。こ
のような方法は、薄膜に優しくてエネルギー効率も高い。この処理方法の利用と
本発明のエレメント設計によって、安価な薄膜を使用してエレメント容積1m3 当たりで、少なくとも500m2の薄膜表面積を有するエレメントを作ることが
でき、容認できるエネルギーコストで良好な収量を得ることができる。 本発明の好適な実施形態を、以下の図面を参照して説明する。
ている。エレメント10は、垂直方向に延びる密閉型ヘッダー12と垂直方向に
延びる開放型ヘッダー14とを有する。密閉型ヘッダー12と開放型ヘッダー1
4とは、密閉型ヘッダー12と開放型ヘッダー14との間に延びる1つまたはそ
れ以上の側板16または支柱18によって、反対側に水平方向に間隔をあけて配
置される関係に保持される。密閉型ヘッダー12および開放型ヘッダー14は、
矩形の立方体(ただしキャビティ用等)であり、側板16は、ねじ、接着剤また
は他の適切な留め具も使用できるがスナップ式の取付具によって密閉型ヘッダー
12および開放型ヘッダー14に取り付けられることが好ましい。支柱18は、
密閉型ヘッダー12および開放型ヘッダー14の凹部24に嵌る溝付き端部22
を備える円筒形であることが好ましい。
ダー14の各々の側面に1枚ずつ使用される2枚の側板16を使用する。もしく
は、以下で更に説明するように、複数のエレメント10を横並びに一列に配置で
きる。その場合は、図示のように2枚の側板16を有する最後のエレメント10
を除いて、エレメント10の一方側の側板16と、エレメント10の他方側の1
つまたはそれ以上の支柱18との組み合わせを使用できる。このように、2つの
エレメント10の間の単一の側板16は、両エレメント10の側板として機能す
る。側板16、密閉型ヘッダー12、および開放型ヘッダー14は、エレメント
10の端から端までの垂直流路72を形成する。
けられて懸架されている。各々の薄膜26は、少なくとも1つの開放端部32を
有する。薄膜26の開放端部32は、開放型ヘッダー14の1つまたはそれ以上
の透過水流路28を取り囲む埋込用樹脂30のプラグに、接近するが間隔をあけ
た関係で保持される。樹脂30は、水が薄膜26の壁部を通過する以外は透過水
流路28に入ることができないよう、薄膜26の各々の開放端部32を取り囲む
。薄膜26の内部は、薄膜26を通って回収される透過水を1つまたはそれ以上
の透過水流路28で集めることができるよう、1つまたはそれ以上の透過水流路
28と流体連通状態にある。本技術分野では適切な埋込方法が知られている。他
の適切な方法は、本出願人のカナダ特許出願第2,290,053号に説明され
ている。適切な樹脂30として、ポリウレタン、エポキシ、ゴム引エポキシおよ
びシリコーン樹脂を挙げることができる。また、強度上の目的に合致して切断端
面のない薄膜26と滑らかな接続部をもたらすように、1つまたはそれ以上の樹
脂30を組み合わせて使用してもよい。
ミクロンから10ミクロン、更に好ましくは、0.01ミクロンから1.0ミク
ロンの細孔サイズを有する。各々の薄膜26は、単一の開放端部32のみを有す
る個別の繊維であってもよいが、薄膜26は、開放型ヘッダー14の透過水流路
28と流体連通する開放端部32と、密閉型ヘッダー12に接続されるループ状
端部34とを有するループ状繊維から作られることが好ましい。薄膜26は、内
部で(即ち基体によって)支持されておらず、または外部で(即ち横方向の繊維
によって)支持されておらず、例えば、セルロースアセテート、ポリプロピレン
、ポリエチレン、ポリスルホン、好ましくは、PVDFと焼成アルファアルミナ
粒子との複合体で作ることができ、焼成アルファアルミナ粒子は米国特許第5,
914,039号で説明されている。大きな表面積を得るために薄膜26は0.
2mmから1.0mmの範囲の小さな外径であることが好ましい。このような小
径薄膜26では、薄膜の内孔における損失水頭が重要であり、繊維の好ましい有
効長は短く、小径繊維の場合0.2m、大径繊維の場合1.0mである。有効長
は、薄膜26の未埋込点と開放型ヘッダー14の近位面との間の最大距離で定義
され、従って、薄膜26の各々のループは有効長の約2倍と、埋込に必要な長さ
とを加算した長さである。
わる力が問題になる。薄膜26を、密閉型ヘッダー12に取り付くループ状端部
34でもってループ状に配置することによって、水平方向の薄膜が2つの透過ヘ
ッダー間に懸架されている通常の構成と比較して、薄膜26の支持されていない
長さ、つまり曝気によって薄膜26に加わる力が半分になる。薄膜26は、密閉
型ヘッダー12に密封固定される必要はないが、薄膜26の張力が密閉型ヘッダ
ー12へ伝達されるようしっかり取り付けることが好ましい。例えば、前述のよ
うに外径が0.6mmで内径が0.35mmであるPVDFと焼成アルファアル
ミナ粒子との複合体で作られた薄膜26は、密閉型ヘッダー12および開放型ヘ
ッダー14の最も近い面の間の間隔が、0.7m未満、好ましくは、610mm
から615mmの間にあるエレメント10に適する。
ー14との間の距離よりも0.1%から5%長くなるように取り付けられる。こ
の薄膜26の弛みによって、薄膜26は、該薄膜26の汚濁を防ぐことを助ける
洗浄用気泡の影響を受けて振動することができる。更に、薄膜26は、ループ状
端部34から開放端部32までのラインに沿って計測して約5度、開放型ヘッダ
ー14へ向かって僅かに上方に傾いていてもよい。薄膜26の角度は、新しいモ
ジュールが製造後または何らかの保守作業の後で最初に使用する場合に、薄膜2
6のループ状端部34の空気抜きを助ける。しかし、薄膜26の内孔内の空気は
、膜間力が薄膜26に加わるとすぐに薄膜26から出ていくことが多い。この場
合、薄膜26は傾斜させるよりも実質的に水平方向に取り付けることが好ましい
。
またはポリカーボネート等の適当なプラスチックから射出成形されるか、または
機械加工される。密閉型ヘッダー12と開放型ヘッダー14とは長さが1m未満
なので射出成形に好都合であり、深さの異なるタンクを完全に満たすように種々
の枚数のエレメント10を積層できる。開放型ヘッダー14は、幅が各々30m
mから40mmの間にある透過水流路28を有することが好ましい。密閉型ヘッ
ダー12は、同じ幅の埋込用キャビティ36を有する。20mmから30mmの
幅の薄膜26の集合体が、各透過水流路28と、それに対応する埋込用キャビテ
ィ36との間に埋込まれている。薄膜の隣接集合体は約5mmから20mmだけ
間隔をあけて配置されている。集合体の幅と間隔とによって、薄膜26の大きな
表面積を確保しつつ水と気泡とが集合体を貫流でき、表面積はエレメント10の
1m3当たり500m2を超えることが好ましい。
ヘッダー12と開放型ヘッダー14とを有する。各々の密閉型ヘッダー12と開
放型ヘッダー14は、2つの透過水流路28と埋込用キャビティ36とを有し、
それぞれ幅約35mm、長さ約600mmである。エレメント10には、約36
m2の総表面積、またはエレメント10の1m3当たり700m2以上の表面積
をもち幅が約25mmの2つの集合体で構成される、外径0.6mm、長さ61
0mmから615mmである約31000個の薄膜が設けられている。例えば、
30L/m2/hの流量では、エレメント10は約1.1m3/hの透過水を生
成する。
、エレメント10の裏側40を見ることができる。複数のエレメント10は、側
板16、密閉型ヘッダー12および開放型ヘッダー14が直接隣接する複数の垂
直流路を形成するように、横並びに一列に配置されている。モジュール56は、
単一の列のエレメント10、または図示のようにエレメント10が垂直方向の直
交格子状に配置された複数の列を有することができる。この格子において、エレ
メント10の側板16、密閉型ヘッダー12および開放型ヘッダー14は、モジ
ュール56の端から端まで延びる直接隣接する複数の垂直流路72を形成する。
図示のモジュール56は、各々20個のエレメント10の列が3つあるが、図示
のエレメント10の数量および配置は例示的なものである。モジュール56は、
所定のタンクに最適に合致するよう種々の高さと幅で構成できる。モジュール5
6の外側は、レール60によって所定の位置に保持される2枚のしっかりした側
壁58から構成され、所望の数量および配置のエレメント10を収納できる大き
さである。モジュール56上部のハンドル62によって昇降可能になっている。
合、直径約25mm)は、透過水流路28の上端をエレメント10の開放型ヘッ
ダー14の裏側40に接続する。透過水開口部38は、図4に示す透過水用取付
具44の透過水用タップ42を受容するようになっている。透過水開口部は、透
過水用取付具44の1つまたはそれ以上のOリング48に合致する寸法の1つま
たはそれ以上の溝46を有する。Oリング48と溝46とは、エレメント10と
透過水用取付具44との間で取外し自在かつ再封自在な水密シールを作る。
を含む本体50(前述のエレメント10の場合、外径約50mm)を有する。本
体50の長さは、隣接するエレメント10の間隔に対応している。雄部52は、
隣接する透過水用取付具44の雌部54に嵌め込まれ、取外し自在のシールがO
リング48によって実現される。このように、横並びに配置された複数のエレメ
ント10の透過水用取付具54は、連続した透過水コレクタ100を形成する。
もしくは、隣接する透過水用取付具44は、透過水コレクタ100を作るために
接着または超音波溶接により相互に連結することができ、または、単一のパイプ
に所要の数および間隔の透過水用タップ42を取り付けることができる。留め具
108は、モジュール56に対して所定位置に透過水コレクタ100を固定する
。
102に取り付けられる。透過水コレクタ100は種々の方法で配置できる。1
つの配置において、各々の透過水コレクタ100はモジュール56の直交格子の
水平方向の一列のエレメント10のみと連結している。透過水コレクタ100と
連結された弁106は、エレメント10のバブルポイントの完全性試験用ガスが
直交格子の水平方向の一列のエレメント10にのみ流れるよう配置される。モジ
ュール56のエレメント10の完全性試験は、本技術分野では公知である計算可
能な選択された圧力でガスをモジュール56の内孔に流し込むことによって行え
る。前述の弁106と透過水コレクタ100との配置によって、オペレータは直
交格子の水平方向の一列のエレメント10にのみ選定時間だけガスを流すことが
できる。垂直流路72に気泡があれば、直交格子のその縦列およびガスを受け取
る横列のエレメント10に欠陥があることがわかる。欠陥のあるエレメント10
が突き止められると新しいエレメント10と交換されて、透過が再開可能になり
、一方で欠陥エレメント10が補修される。
6の各々の横列の少数の、好ましくは3つのエレメント10と流体連通するよう
に取り付けられる。この配置によって、透過水コレクタ用小径パイプ(典型的に
25mmの径)が可能となり、中間パイプ104が不要となり、その結果、タン
クのフットプリントの専有部分が小さくなる。また、この配置によって、モジュ
ール56に横並びに配置できるエレメント10の最大数量を制限する場合もある
透過水コレクタ100の圧力低下の影響が少なくなる。この配置で完全性試験を
行うために、ガスは薄膜26の内孔に流れ込むが、複数の選択された圧力で行わ
れる。選択された圧力は、欠陥のあるバブルポイントとモジュール56のエレメ
ント10の各々の横列の静水頭とを加えたものに実質的に等しい。選択圧力は、
順次最低圧力から最高圧力まで薄膜26の内孔に加えらることが好ましい。最初
の完全性試験方法ほど確実ではないが、弁106を用いることなく気泡が現れる
圧力から欠陥がある横列を予測できる。欠陥のあるエレメント10が突き止めら
れると新しいエレメント10と交換されて、透過が再開可能になり、一方で欠陥
エレメント10が補修される。
るが、モジュール56の組立体を図示できるよう、多くのエレメント10が省略
されている。モジュール56内では、エレメント10は、側壁58、レール60
、およびラック64を備えるフレーム63によって所定の位置に保持される。フ
レーム63は、所定の位置にあるエレメント10を拘束するが、垂直流路72は
妨害しない。更に、フレーム63による拘束は、選択されたエレメント10のヘ
ッダーまたは格子と実質的に直交する方向で、選択されたエレメント10に関し
て解除でき、図示するモジュール56の方向は水平方向である。選択されたエレ
メント10は、この拘束をモジュール56の残余部を分解することなく解除する
と、モジュール56から取り外すことができる。図示のモジュール56では、エ
レメント10は、手前に引いてその横列から取り外されている。エレメント10
をモジュール56から取り外すと、水平方向の動きによってエレメント10と透
過水コレクタ100との間のシールが解除される。エレメント10を交換する場
合、逆方向の動きによって透過水コレクタ100に対してエレメント10がシー
ルされる。
ジュール56にもたらされる。各々のラック64は、エレメント10を摺動自在
に支持するための支持面65を有する。支持面65は、エレメント10の開放型
ヘッダー12と実質的に直交する方向、つまり、エレメント10をモジュール5
6から取り外す際にエレメント10が移動する方向に向けられている。同様に、
ラック64は、エレメント10が開放型ヘッダー12に実質的に直交する方向に
摺動して上部ラック64および下部ラック64との間の空間に入り込める寸法で
ある。ラック64は、同一のラック64がラック64より上で、または、ラック
64より下で、またはその両方でエレメント10を受容できるよう対称形である
ことが好ましい。各々のラック64の後部には、エレメント10の裏側40に係
合する留め具(図示せず)が設けられている。各々のラックの前部は、ラック6
4内にエレメント10を固定するために、ラックより上または下でエレメント1
0の前部と係合する解除自在な固定具66を有する。固定具66は、該固定具が
上方または下方に曲がることを可能にする凹部68を備えており、エレメント1
0が解放可能になっている。
並びを形成するよう横並びに取り付けることができる。ラック64は、図示のよ
うに4個等の好都合な個数で一体成形で取り付け、締め具またはあり継手70に
よって隣接の成形ラックに取り付ける。各々のラック64は、少なくとも1つの
隣接ラック64にしっかりと取り付けることが好ましい。モジュール56を組み
立てるために、第1の列のラック64が下部レール60間に配置され、下部レー
ル60は、ラック64がレール60より上に十分に突出するようにラック64を
保持する。次に、第1の横列のエレメント10が第1の列のラック64の上に配
置され、それに続いて、次の横列のエレメント10がラック64の上に配置され
る。上の横列のエレメント10の据え付け準備が完了すると、必要なだけのエレ
メント10が摺動して所定の位置に収まるまで一時的に上の列のラック64は上
部レール60の間で所定位置に保持される。全てのエレメント10およびラック
64が据え付けられると該当する固定具66を移動させエレメント10を手前に
摺動させることによって何れのエレメント10も取り外しできる。一度に取り外
すエレメント10の数が適切であれば、残りのラック64およびエレメント10
は安定状態を維持する。
38に挿入されて隣接する透過水用取付具44に連結され、連続した透過水コレ
クタ100を作る。この連続したコレクタ100はモジュール56にしっかりと
固定され、エレメント10をモジュール56から取り外すとコレクタ100が関
連の透過水用取付具44から外れる。透過水用取付具44はモジュール56に取
り付けられたままであり、交換エレメント10をモジュール56に挿入でき透過
水用取付具44と係合する。従って、保守または補修作業はタンクからモジュー
ル56を持ち上げ、保守または補修エレメント10を引き出し、予備エレメント
10と交換し、タンク内のモジュール56を交換することによって達成できる。
積み重ねられると、隣接するエレメント10の側板16は薄膜26を含むモジュ
ール56の端から端までの垂直流路72を形成する。側壁58がしっかりしてい
ない場合、モジュール内に流路72を形成するよう最後のエレメント10は追加
の側板16を備える。ラック64は、垂直流路72をモジュール56の外部にあ
るタンク水と流体連通できる対応開口部74を有する。流路72の幅は、薄膜2
6の弛みとの組み合わせにおいて、薄膜26が横向きに移動して流路72の中央
部分を実質的に満たすのに十分な程度であり、中央部分は開放型ヘッダー14と
密閉型ヘッダー12の最も近い面の間の距離の1/3から2/3の間であることが
好ましい。薄膜26の長さは、透過水が薄膜26の両端から回収されるデザイン
と比較すると短くなっているが、これによって薄膜26のもつれが少なくなる傾
向にあり、流路16の幅が狭くなるので更に小型のエレメント10が可能になる
。また、側板16は、薄膜26が出荷、据え付け、または保守中に損傷するのを
防止し、エレメント10の取り扱い時には必要に応じて一時的な側板16を使用
できる。
0に連結されたヘッダー78を備えるサブモジュール曝気装置76が示されてい
る。導管型曝気装置80の間隔は、エレメント10の幅と同じであることが好ま
しい。もしくは、導管型曝気装置80は、エレメント10に対して直角に配置す
ることができ、穴82はエレメント10の幅だけ間隔をあけて設けられる。いず
れの方法においても、サブモジュール曝気装置76は、各々のエレメント10の
流路72の真下に空気穴82が配置されるように据え付けることができる。この
ような配置により、各々のエレメント10に与えられる曝気量の制御が促進され
、特に、曝気率が低い場合にエレメント10の空気不足を引き起こすこともある
空気流のチャネリングが最小限に抑えられる。前述の第1の配置が好適であるが
、必要であれば、導管型曝気装置80、またはエレメント10に直交する導管型
曝気装置80の穴82は、各々の対のエレメント10間の側板16の真下に設け
てもよく同様の効果を得ることができる。
薄膜26が濾過水に浸漬されるように濾過水の入ったタンク内に配置される。エ
レメント10およびモジュール56のデザインによって、大きな表面積の薄膜2
6をタンク内に配置できる。例えば、薄膜26を振動させ、エアリフトを発生さ
せて濾過水を循環させるよう曝気を用いる従来型の濾過リアクタにおいて、タン
ク面積の約50%はモジュール56で覆われている。このようなモジュール56
は、フットプリント、即ちタンクの水平断面積の単位面積当たり400m2を超
える薄膜26の表面積を実現できる。
な方法では50L/m2/h以下、好ましくは、35L/m2/h以下の低いま
たは中間の流量が用いられる。このような流量でサンド濾過と同等の収量がもた
らされる。例えば、タンクのフットプリントの50%を覆うモジュール56は、
25L/m2/hから30L/m2/hの流量で10m/hを超える空塔速度を
生じることができる。50L/m2/hから75L/m2/hの一般的な流量と
比較すると流量が低いので薄膜26の汚濁が大幅に低減する。
含まれる。透過が周期的に停止される期間中に他の処理ステップが行われる。他
の処理ステップとして、随時モジュール56を逆洗するステップ、随時モジュー
ル56を曝気して薄膜26を洗浄しまたは汚濁を防止するためのステップ、随時
タンクを空にして再度満水にして蓄積した固形物を取り除くためのステップが含
まれる。このような処理では、薄膜26の適当な透過性を維持するのに必要な曝
気は驚くほど少ない。特に、透過が周期的に停止される期間中に薄膜26を洗浄
するためのモジュール56の曝気は、給水量に応じて80m/hから340m/
hの空塔速度(モジュールの単位断面積m2当たりの標準状態における空気量m 3 /h)で行われる。
中に行われるのが好ましく、その理由はこの期間中に、曝気が薄膜26から固形
物を取り除くための薄膜26の吸引力を超える必要がないからである。大半では
ないにしても多くの給水では、汚濁を防止するための曝気は他の時期では必要な
い。しかしながら、透過中、濾過される水の固形物の濃度は、モジュール56内
では増える場合がある。典型的に高い濁度および約500mg/Lを超える固形
物濃度を有する一部の給水に関し、好都合に透過中に僅かな曝気量をもたらして
モジュール56から、特に、モジュール56のデッドゾーンから固形物を分散さ
せ、またはタンク内の含有物をほぼ均質化する。このために、曝気は透過中に8
0m/hから340m/hの空塔速度で間欠的に、または80m/h未満の空塔
速度で連続的に行われる。
ストの節約によって、前述のエレメント10および第2のモジュール56の形状
での薄膜26の大きな表面積を実現するコストが相殺される。モジュール56の
デザイン、例えば、薄膜26の水平面指向、流路72内の薄膜26の分布、およ
び流路72の端から端までのタンク水の流れは、所要曝気量を低減させる一助と
なっており、本発明は、飲料水を濾過するサンド濾過に対して競争力を有すると
思われる。
なお、本発明は、その主題から逸脱せずに特定の変更や他の実施形態が可能であ
り、その範囲は請求項で定められている。
Claims (30)
- 【請求項1】 濾過中空繊維薄膜のエレメントであって、 (a)水平方向に間隔をあけて配置され垂直方向に延びる1対の対向するヘッ
ダーと、 (b)前記1対の垂直方向に延びるヘッダーの両側で、前記1対の垂直方向に
延びるヘッダーの間に延び、前記エレメントを通る垂直流路を形成する側板と、 (c)前記1対の垂直方向に延びるヘッダー間に取り付けられ懸架された複数
の中空繊維薄膜であって、 (i)各々少なくとも1つの開放端部を有し、 (ii)各々水不透過性の接続部で少なくとも1つのヘッダーに接続される前記
中空繊維薄膜の前記開放端部の外表面を有し、 (ii)0.1%から5%の弛みを付けて懸架され、 (iii)散在されると垂直流路の中心部を満たすようになっている集合体状に
構成される、 複数の中空繊維薄膜と、 (d)前記中空繊維薄膜を通して回収される透過水を集めるように、前記中空
繊維薄膜の内部と流体連通する少なくとの1つのヘッダー内の1つまたはそれ以
上の透過水流路と、 を備えることを特徴とするエレメント。 - 【請求項2】 前記中空繊維薄膜の集合体は、幅が20mmから30mmの
間であって、複数の集合体は、それらの間に5mmから20mmの空間が設けら
れていることを特徴とする請求項1に記載のエレメント。 - 【請求項3】 前記1対のヘッダーの一方のみが透過水流路を有し、前記中
空繊維薄膜が他方のヘッダーにしっかりと取り付けられていることを特徴とする
請求項1に記載のエレメント。 - 【請求項4】 前記中空繊維薄膜は、0.2mから1mの長さで、0.2m
mから1mmの外径であることを特徴とする請求項3に記載のエレメント。 - 【請求項5】 中空繊維薄膜は0.7m以下の長さであることを特徴とする
請求項4に記載のエレメント。 - 【請求項6】 濾過中空繊維薄膜のモジュールであって、 複数のエレメントの各々が、 (i)水平方向に間隔をあけて配置され垂直方向に延びる1対の対向するヘッ
ダーと、 (ii)前記1対の垂直方向に延びるヘッダーの片側で、前記1対の垂直方向
に延びるヘッダーの間に延びる側板と、 (iii)前記1対の垂直方向に延びるヘッダー間に取り付けられ、懸架され
た複数の中空繊維薄膜であって、(I)各々少なくとも1つの開放端部を有し、
(II)各々水不透過性の接続部で少なくとも1つのヘッダーに接続される前記
中空繊維薄膜の前記開放端部の外表面を有する複数の中空繊維薄膜と、 (iv)前記中空繊維薄膜を通して回収される透過水を集めるように、前記中
空繊維薄膜の内部と流体連通する少なくとの1つのヘッダー内の1つまたはそれ
以上の透過水流路と、 を備え、 前記エレメントが横並びに配置され、前記エレメントの前記側板および前記ヘ
ッダーが直接隣接する複数の垂直流路を形成することを特徴とするモジュール。 - 【請求項7】 前記垂直流路を妨害することなく所定位置の前記エレメント
を拘束するフレームを有するが、(a)選択されたエレメントに対して前記フレ
ームによって行われる拘束は、前記選択されたエレメントの前記ヘッダーに実質
的に直交する方向に解除可能であり、(b)前記選択されたエレメントは、前記
ヘッダーに実質的に直交する方向にある前記エレメントの拘束が前記モジュール
の残余部を分解することなく解除される場合に前記モジュールから取り外し可能
であることを特徴とする請求項6に記載のモジュール。 - 【請求項8】 前記フレームは、各々が(a)前記エレメントの前記ヘッダ
ーに実質的に直交方向に向けられた前記エレメントを摺動自在に支持する支持表
面と、(b)前記支持表面の一方の端部での停止具と、(c)前記支持表面の他
方の端部での解除可能な固定具と、を有する複数のラックを備えることを特徴と
する請求項7に記載のモジュール。 - 【請求項9】 各々のエレメントは、前記エレメントと透過水コレクタの間
を取外し自在で再封自在に結合する水密取付具を有し、前記取外し自在で再封自
在に結合する水密取付具は、前記エレメントを該エレメントの前記ヘッダーに実
質的に直交する方向に移動させることによって取外し自在であり、前記エレメン
トを反対方向に移動させることによって再封自在であることを特徴とする請求項
7に記載のモジュール。 - 【請求項10】 各々のエレメントより下に、または各々の対のエレメント
間の側板より下に1列の空気孔をもたらすよう配置される複数の空気孔を有する
、前記モジュールより下にある曝気装置を更に備えることを特徴とする請求項6
に記載のモジュール。 - 【請求項11】 濾過中空繊維薄膜のモジュールであって、 複数のエレメントの各々が、 (i)水平方向に間隔をあけて配置され垂直方向に延びる1対の対向するヘッ
ダーと、 (ii)前記1対の垂直方向に延びるヘッダーの片側で、前記1対の垂直方向
に延びるヘッダーの間に延びる側板と、 (iii)前記1対の垂直方向に延びるヘッダー間に取り付けられ、懸架され
た複数の中空繊維薄膜であって、(I)各々が少なくとも1つの開放端部を有し
、(II)各々水不透過性の接続部で少なくとも1つのヘッダーに接続される前
記中空繊維薄膜の前記開放端部の外表面を有する複数の中空繊維薄膜と、 (iv)前記中空繊維薄膜を通して回収される透過水を集めるように、前記中
空繊維薄膜の内部と流体連通する少なくとの1つのヘッダー内の1つまたはそれ
以上の透過水流路と、 を備え、 前記エレメントは、垂直方向の直交格子内に配置され、前記エレメントの前記
側板および前記ヘッダーは、前記モジュールの端から端まで延びる直接隣接する
垂直流路を形成することを特徴とするモジュール。 - 【請求項12】 垂直流路を妨害することなく直交格子内の前記エレメント
を拘束するフレームを有するが、(a)選択されたエレメントに対して前記フレ
ームによって行われる拘束は、前記格子に実質的に直交する方向に解除可能であ
り、(b)選択された前記エレメントは、前記格子に実質的に直交する方向にあ
る前記エレメントの拘束が前記モジュールの残余部を分解することなく解除され
る場合に前記モジュールから取り外し可能であることを特徴とする請求項11に
記載のモジュール。 - 【請求項13】 前記フレームは、各々が、(a)前記格子に実質的に直交
する方向に向けられた前記エレメントを摺動自在に支持する支持表面と、(b)
前記支持表面の一方の端部での停止具と、(c)前記支持表面の他方の端部の解
除可能な固定具と、を有する複数のラックを備えることを特徴とする請求項12
に記載のモジュール。 - 【請求項14】 各々のエレメントは、前記エレメントと透過水コレクタの
間を取外し自在で再封自在に結合する水密取付具を有し、前記取外し自在で再封
自在に結合する水密取付具は、前記エレメントを該エレメントの前記格子に実質
的に直交する方向に移動させることによって取外し自在であり、前記エレメント
を反対方向に移動させることによって再封自在であることを特徴とする請求項1
2に記載のモジュール。 - 【請求項15】 各々のエレメントより下に、または各々の対のエレメント
間の側板より下に1列の空気孔をもたらすよう配置される複数の空気孔を有する
、前記モジュールより下にある曝気装置を更に備えることを特徴とする請求項1
1に記載のモジュール。 - 【請求項16】 水を濾過する方法であって、 (a)エレメント1m3当たり少なくとも500m2の表面積を有する濾過中
空繊維薄膜の1つまたはそれ以上のエレメントを準備するステップと、 (b)濾過される水に前記エレメントの薄膜を浸漬させると同時に、50L/
m2/h未満の流量にて前記1つまたはそれ以上のエレメントを通して透過水を
回収するステップと、 (c)周期的に透過を停止させるステップと、 (d)透過が周期的に停止される期間中に随時前記1つまたはそれ以上のモジ
ュールを逆洗するステップと、 (e)透過が周期的に停止される期間中に随時前記薄膜を洗浄するために前記
1つまたはそれ以上のモジュールを曝気するステップと とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項17】 透過水は35L/m2/h以下の流量で前記1つまたはそ
れ以上のエレメントを通して回収されることを特徴とする請求項16に記載の方
法。 - 【請求項18】 透過が周期的に停止される期間中に、前記タンクを空にし
て再度満水にして蓄積した固形物を随時取り除くステップを更に含むことを特徴
とする請求項16に記載の方法。 - 【請求項19】 透過中に前記1つまたはそれ以上のモジュールを曝気して
タンクの含有物を均質化するステップを含むことを特徴とする請求項18に記載
の方法。 - 【請求項20】 透過中に前記1つまたはそれ以上のモジュールを曝気して
前記タンクの含有物を均質化するステップが、80m/hから340m/hの空
塔速度(モジュールの単位断面積m2当たりの標準状態における空気量m3/h
)で間欠的に、または80m/h未満の速度で連続的に曝気することによって行
われることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記透過が周期的に停止される期間中に、前記1つまたは
それ以上のモジュールを曝気して前記薄膜を洗浄するステップが、80m/hか
ら340m/hの空塔速度(モジュール単位断面積m2当たりの標準状態におけ
る空気量m3/h)にて曝気することによって行われることを特徴とする請求項
16に記載の方法。 - 【請求項22】 前記1つまたはそれ以上のエレメントが請求項1に記載の
通りである請求項16に記載の方法。 - 【請求項23】 透過が周期的に停止される期間中に、前記タンクを空にし
て再度満水にして蓄積した固形物を随時取り除くステップを更に含む請求項17
に記載の方法。 - 【請求項24】 透過中に前記1つまたはそれ以上のモジュールを曝気して
前記タンクの含有物を均質化するステップを含むことを特徴とする請求項23に
記載の方法。 - 【請求項25】 透過中に前記1つまたはそれ以上のモジュールを曝気して
前記タンクの含有物を均質化するステップが、80m/hから340m/hの空
塔速度(モジュール単位断面積m2当たりの標準状態における空気量m3/h)
で間欠的に、または、80m/h未満の速度で連続的に曝気することによって行
われることを特徴とする請求項24に記載の方法。 - 【請求項26】 透過が周期的に停止される期間中に、前記1つまたはそれ
以上のモジュールを曝気して前記薄膜を洗浄するステップが、80m/hから3
40m/hの空塔速度(モジュール単位断面積m2当たりの標準状態における空
気量m3/h)で曝気することによって行われることを特徴とする請求項17に
記載の方法。 - 【請求項27】 前記1つまたはそれ以上のエレメントが請求項1に記載の
通りである請求項17に記載の方法。 - 【請求項28】 複数の前記透過水コレクタを有し、前記各々の透過水コレ
クタは、直交格子の水平方向の一列のエレメントと結合し、前記エレメントのバ
ブルポイント完全性試験用ガスが前記直交格子の水平方向の一列のエレメントだ
けに流れることができるよう構成された前記透過水コレクタと結合する弁を有す
ることを特徴とする請求項11に記載のモジュール。 - 【請求項29】 請求項11のモジュールの前記エレメントの完全性を試験
する方法であって、選択された圧力で前記モジュールの前記薄膜の前記内孔にガ
スを流し込むが、選択された回数、直交格子の水平方向の一列のエレメントにの
み前記ガスを流すステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項30】 請求項11のモジュールの前記エレメントの完全性を試験
する方法であって、選択された圧力で前記モジュールの前記薄膜の前記内孔にガ
スを流し込むステップを含み、前記選択された圧力が実質的に欠陥のバブルポイ
ントと、前記モジュールのエレメントの各々の横列の静水頭とを加えたものであ
ることを特徴とする方法。
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