JP2004513775A - 水などの流体を浄化する装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水などの流体を浄化するのに特に適した装置であって、少なくとも1組の第1の膜布と第2の膜布を備え、各布が、実質的に長さ全体にわたって透水性をもち、膜布が、フレーム内で互いに実質的に平行にピンと張った状態に保持され、それらの間に流体用の移動経路を画定し、布が、相互に面する表面が互いに実質的に接する第1の位置と、布が互いからある距離を隔てて位置し、流体用の移動経路の幅が第1の位置よりも大きい第2の位置との間で互いに関して移動可能である装置に関する。
【0002】
この種類の発明は従来技術で知られている。廃水の生物学的な純化のために、膜バイオリアクタ(MBR)と呼ばれる装置の利用が増えてきている。この型式の反応装置は、食物など廃水中の汚染物質を使用する微生物を含有するばっ気式タンクを備える。さらに、この種の反応装置は、一般に微細濾過モジュールからなる膜設備を備える。膜を使用して、純水から細菌を分離し、これらの細菌を反応装置タンクに戻す。真空を用いて作用する膜モジュールをばっ気式タンク内に懸架することもできる。ばっ気式タンク内への膜モジュールの懸架は、それらが追加の空間を取らないことを意味する。さらに、タンク内に、一般に、泡の流れを生成するための手段が存在する。これらの手段は通常、膜の下に配置される。気泡によって、膜が振動され、膜の表面にせん断力が生成され、それにより膜材料に不純物が付着することができなくなる。上昇する気泡の清浄作用にもかかわらず、時々、例えば化学物質の溶液によって膜の内部を洗浄する必要もある。
【0003】
上述した種類の装置は、とりわけ国際特許出願WO98/46533(Zenon)から知られている。この公開特許出願は、数ミリメートルの厚さの中空繊維を備える膜を使用する装置を開示する。多数の中空繊維が、それらの端部でモジュール内に固定される。これらの繊維の最大長は、約1.5〜2メートルである。中空繊維が一体に結ばれることにより、「スパゲティーの束」が形成される。実用上、この「スパゲティーの束」は取扱いが難しい。さらに、繊維の長さは、繊維の個々の取付けの強度に鑑みて制限される。この公開特許出願による装置のさらなる欠点は、繊維が化学物質の流れに対して比較的高い抵抗を及ぼすため、化学物質による洗浄に高圧が必要なことである。
【0004】
米国特許第5482625号は、中空繊維ではなく、モジュール内に固定された骨組が使用される、前提部で述べた種類の装置を開示している。膜布がこれらの骨組に接着される。膜布間に真空を生成することができ、水は、タンクから、膜布を介して、出口に向かって案内される。膜布は骨組に付着されて、膜布が真空の影響下で互いに接触して、さらなる流体がこれらの膜布間を通ることができなくなるのを防止する。上述した米国特許によるシステムの欠点は、膜布を固定するために非常に多数の骨組が必要であり、システムが高価なものになることである。
【0005】
本発明の目的は、従来技術によるシステムの欠点をできるだけ回避する、前提部に述べた種類の装置を提供することである。
【0006】
本発明によれば、この目的は、布の少なくとも1つが、隣接する布に面する側に、溝またはウェブを設けられ、膜布の第1の位置において布の長手方向で布間にチャネル(流路)を形成することによって達成される。
【0007】
1つの好ましい実施形態によれば、溝またはウェブを、布の長手方向に延在するリブによって形成することができる。
【0008】
布が互いに関してわずかに移動することができ、真空の影響下で互いに支承し合うということは、リブが存在するため、細いチャネルが2つの布間に形成され、浄化すべき流体のための移動経路を形成することを意味する。布が構成される骨組は、下側および上側で開いており、それにより気泡が骨組を通って上昇することもできる。その結果、布によって浄化作用が行われる。
【0009】
特に好ましい実施形態では、溝またはウェブが、第1の膜布と第2の膜布の両方に構成され、第1の布の溝と第2の布の溝が膜布の第1の位置で布間にチャネルを囲むように布の溝またはウェブが配置される。
【0010】
膜布が、鏡像対称で2つずつ互いに配置される場合、2つの布間に印加され、布を互いに対して押圧する真空により、細いチャネルが形成される。これらのチャネルは、布の溝または経路の中空側が互いに隣接するときに形成される。
【0011】
本発明によるシステムの主な利点の1つは、膜布によって多数の非常に細いチャネルを提供することができることである。これは、取扱いが難しい、従来技術に関連して上述した「スパゲティーの束」を使用する必要がないことを意味する。さらに、膜布の長さが、原則的には制限されない。
【0012】
さらなる利点は、浄化流体を、例えば、膜布間で逆方向にポンプ給送することができることである。これは、膜布間に余剰な圧力をもたらし、その結果、布は移動して離れる。布が移動して離れることにより、布に沿った浄化媒体の流れに対する膜布の抵抗が低減され、浄化流体は、膜布に構成されたチャネルまたは溝に良好に入ることができる。布に及ぼすことができる余剰な圧力は、例えば0.5水柱メートルである。
【0013】
本発明によれば、膜布がポリエステル繊維を備えることができる。さらに、例えばポリエーテルスルホンなどポリスルホンの上層でポリエステル繊維を被覆することができる。例えば、基質材料として、ポリエステル繊維から0.5ミリメートルの厚さで布を生成することができる。次いで、この基質材料に、例えば0.25ミリメートルのポリスルホンの上層を塗布することができる。この材料は比較的強く、したがって、フレームの端部間で比較的長い距離が可能である。これは、上で述べた中空繊維(スパゲティーの束)の場合よりも高いモジュールを使用することができることを意味する。
【0014】
水は、ポリスルホンの上層を通って進み、微生物および他の微粒子が水から分離される。次いで、水は、支持ポリエステル繊維層内に進む。この層は、水が、2つの隣接する膜布間の移動経路に向かって輸送されることを保証する。
【0015】
浄化液体で布を洗浄する間、布が押されて離れすぎるのを防止するために、布の側部に支持壁を構成して、布間の空間が非常に大きくなりすぎるのを防止することができる。
【0016】
すでに上で指摘したように、本発明による装置で、膜布に沿って泡の流れを生成する手段が存在することが有利である。これらの手段は、好ましくは、膜布が固定されるフレームの下側に配置される。
【0017】
泡の流れの存在により、膜布が振動し、これは、膜布に付着した不純物を膜布から剥がすことができることを意味する。
【0018】
第2の態様では、本発明はまた、本発明による装置に特に適した膜布であって、膜布と、膜布の表面に対して配置された第2の布との間にチャネルを形成するためのリブを設けられた膜布に関する。
【0019】
本発明はまた、
廃水を生物学的に浄化する方法であって、
廃水がばっ気式タンク内に存在する微生物によって純化され、
純水が膜に沿って通されて、微生物などの微粒子が純水から分離され、純水が真空によって流体経路を通して進められ、流体経路が第1の膜布と第2の膜布の間に囲まれる
方法に関する。
【0020】
本発明による方法は、第1の膜布と第2の膜布が、膜布間に純水の流れを進めることによって実質的に互いに向かって移動されるように、互いに関して移動可能に構成されることを特徴とする。
【0021】
上ですでに指摘したように、第1の膜布および第2の膜布が、ポンプによって膜布間で水を上に吸引することによって互いに向かって実質的に移動されるように、互いに関して移動可能に構成されることが有利である。
【0022】
さらに、このとき、余剰な圧力によって、第1の膜布と第2の膜布の間の流体経路を通して浄化液体が進められることが有利である。
【0023】
本発明を、添付図面に関連してさらに説明する。
【0024】
図1に、複数組の膜布が配置されたフレーム1の前面図を示す。フレーム1は、実質的に水平に延びる上壁3と、下壁4と、2つの側壁5とを備える。膜布2を取り付ける特定の手段が図4に示されている。
【0025】
図1に示されるフレーム1は、膜バイオリアクタ内に配置されている。泡の流動を使用して、膜布間に流体の流れをもたらす。泡の流動は、膜の表面に沿った流体が常に新しくされることを保証する。ポンプを用いて、膜布間に真空が生成される。この真空により、流体の流れの一部が膜布内に吸引される。本発明による膜布の特定の形状のため、膜布間に小さなチャネルが存在して、布を通して吸引された水を放出する。フレーム1の下から上方に進む泡の流動により、膜布が振動して、布の表面でせん断力が発生する。その結果、膜材料の外面に不純物が付着できないようになる。
【0026】
図2に、線A−Aの断面での、図1の一部の平面図を示す。図2から、膜布2の各組が、第1の膜布21と第2の膜布22を備えていることがわかる。膜布21を常に図2の左側に示し、膜布22は右側に位置している。膜布21、22のさらなる詳細が図3に示されている。図3から、第1の膜布21の端縁部が、第2の膜布22の端縁部に隣接することがわかる。それら端部の近傍で、接続部材または溶接23によって布21、22が接続されている。また、第1の膜布21および第2の膜布22を、単一の濾過部材の第1の部分および第2の部分として形成することもできる。膜布21、22は、例えば、ポリエステル繊維24のベース層から構成され、その外側にはポリスルホンの上層が塗布されている。ポリエステル繊維層は、例えば0.5ミリメートルの厚さであり、上層は、例えば0.25ミリメートルの厚さである。
【0027】
ポリエステル繊維のベース層は、水が膜布を通って良好に進むことを保証する。ポリスルホンの上層は、微生物が、膜を通って引き出される水から分離されることを保証する。膜布21、22は、成形化合物32などの化合物によってガター(とい)31内に固定される。次いで、この成形化合物32に凹部またはボア(孔)30が形成される。図6を参照して以下に論じるように、このボア30の延在部が中心マニホルドに接続される。膜の上側(図示せず)に、対応するボアを備える対応するガターが存在する場合もある。このボアの延在部は、純水用の放出ラインに接続されている。
【0028】
図2および3に示される布21、22の位置は、布間に真空が適用されるときに布が取る位置に対応する。真空により、布21、22の相互に面する側が、実質的に互いに向かって移動する。この文脈で、この位置を「第1の位置」とも呼ぶ。この位置は、膜布21、22によって例えば廃水など流体の流れを浄化するために使用される。
【0029】
図4に、膜布21、22をフレーム1の下側に固定する方法のさらなる詳細を示す。
【0030】
膜布21、22と同じ、または実質的に同じ材料から成形化合物32を作成することが有利である。この場合、これは、成形化合物32がポリエステルからなることを意味する。この方法は、膜布21、22が化合物32に良好に接着することを保証する。ダクトまたはガター31は、ステンレス鋼などの材料から作成されることが好ましい。
【0031】
図5に、図1に例示される装置の平面図を示す。
【0032】
図5から、膜の上部で、様々なガター31が延在部片によってマニホルド51、52に接続されていることがわかる。これらのマニホルド51、52は、中心接続機構61、62によって例えばポンプに接続されて、装置から除去された純水が放出されることを保証する。図5は、側壁5も示し、この側壁は、膜布間に余剰な圧力が加えられるときに、膜布(この平面図では見えない)が移動して余剰に離れるのを防止するために存在しなければならない。
【0033】
図6に、図5のVIによって示される詳細を示す。この図から、各ガター31が接続機構63によってマニホルド52に接続されていることがわかる。当該のガター31が、他端で、対応する接続機構の端部によって中心マニホルド51に接続されていることは明らかである。
【0034】
図7は、図1の断面線A−Aでの布21、22の平面図を再び示す。しかし、図7では、布21、22間に余剰な圧力が存在する。この状況は、布21、22間に圧力下で加えられる浄化液体によって布21、22を洗浄することが望ましい場合に生じる。この圧力は、例えば0.5水柱メートルまで上昇する場合がある。膜布21、22間で発生する余剰な圧力のため、2つの布間の距離が広がり、それにより流体のフローが受ける抵抗がより低くなり、浄化流体が凹部25内に深く入ることもできる。
【0035】
図7に例示した位置のさらなる詳細が図8に示されている。図8から、布21、22がフレーム1内で鏡像対称に固定されている場合に、図7に示される位置で、チャネル25の後ろ側が互いに支え合っていることがわかる。
【0036】
明瞭にするために、図7および8に示される膜布21、22の位置を、この文脈で「第2の位置」とも呼ぶことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
各場合に2つの膜布の複数の組が構成されたフレームの前面図である。
【図2】
線A−Aの断面での、図1の一部の平面図である。
【図3】
図2のIIIによって示される詳細を示す図である。
【図4】
図1に示されるフレームの下側の詳細を示す図である。
【図5】
図1に示される装置の平面図である。
【図6】
図5に示される装置の一部のさらなる詳細を示す図である。
【図7】
余剰な圧力が布間に生成された時の布の位置を示す図である。
【図8】
図7に示される布の詳細を示す図である。
Claims (11)
- 水などの流体を浄化するのに特に適した装置であって、少なくとも1組の第1の膜布と第2の膜布を備え、第1の膜布と第2の膜布がそれぞれ、実質的に長さ全体にわたって透水性をもち、膜布が、フレーム内で互いに実質的に平行にピンと張った状態で保持され、それらの間に流体用の移動経路を画定し、布は、相互に面する表面が互いに実質的に接する第1の位置と、布が互いからある距離を隔てて位置し、流体用の移動経路の幅が第1の位置よりも大きい第2の位置との間で互いに関して移動可能である装置において、布のうちの少なくとも1つが、隣接する布に面する側に、溝またはウェブを設けられ、膜布の第1の位置において布の長手方向で布間にチャネルを形成することを特徴とする装置。
- 溝またはウェブが、布の長手方向に延在するリブによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 溝またはウェブが、第1の膜布と第2の膜布との両方に構成され、第1の布の溝と第2の布の溝が膜布の第1の位置で布間にチャネルを囲むように布の溝またはウェブが配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の装置。
- 第1の膜布がフィルタ体の第1の部分であり、第2の布が、前記濾過部材の第2の部分であることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 膜布がポリエステル繊維を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- ポリエステル繊維がポリスルホンの上層で被覆されていることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 膜布の端縁部が、膜布の材料に実質的に対応する多量の材料で充填されたガター内部にはさみ込まれることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 膜布の下側の近傍に、膜布に沿って泡の流れを生成するための手段が存在することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 膜布が、膜布と、膜布の表面に対して配置される第2の布との間にチャネルを形成するためのリブを備えることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置に特に適した膜布。
- 廃水を生物学的に浄化する方法であって、
廃水がばっ気式タンク内に存在する微生物によって純化され、
純水が膜に沿って通されて、微生物などの微粒子が純水から分離され、純水が真空によって流体経路を通して進められ、流体経路が第1の膜布と第2の膜布の間に囲まれ、
第1の膜布と第2の膜布が、膜布間で純水の流れを進めることによって実質的に互いに向かって移動されるように、互いに関して移動可能に構成されていることを特徴とする方法。 - 次いで、余剰な圧力によって、浄化液体が、第1の膜布と第2の膜布の間で流体経路を通して進められることを特徴とする請求項10に記載の方法。
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