JP2005511296A - 濾過膜容器およびそれを使用する方法 - Google Patents

Abstract

発明は、供給水入口２と、透過水出口３と、容器１内に設けた少なくとも２つの濾過膜４、４’、４’’、４’’’とを有する容器１で構成され、濾過する水を供給水入口２から濾過膜４、４’、４’’、４’’’に供給し、透過水を透過水出口３から排出する濾過膜容器１に関する。透過水出口３または供給水入口２の１方は濾過膜容器１の少なくとも一端Ｉに配置され、他方は濾過膜容器１のほぼ中央の位置ＩＩに配置される。

Description

本発明は供給水入口と、透過水出口と、容器内に設けた少なくとも２つの濾過膜とを有する容器で構成され、濾過する水を供給水入口から濾過膜に供給し、透過水を透過水出口から排出するデッドエンド式濾過膜容器に関する。また本発明はこのようなデッドエンド式濾過膜容器を使用する方法に関する。

前記濾過膜容器のプラクテスは一般に知られている。このような従来の濾過膜容器においては、複数の膜モジュールが容器内に配置され、そのモジュールは互いに延設する方向がほぼ流れの方向になるように配置されている。この種の容器を図１に示す。明らかに、前記公知の濾過膜容器においては、濾過する水の入口および透過水出口の接続部は容器の端に配置される。

しかしながら、これら公知の容器にはいくつかの欠点が存在する。まず第１に、容器内の様々な膜モジュールを通り抜ける膜流は同一ではない。符号２の個所で供給水を容器１内に入れ、符号３の個所から透過水を排出する。したがって濾過するために、供給水は膜モジュール４、４’、４’’、４’’’を通り抜けて中心の透過水導管５に導かれる。その結果、供給側の圧力は位置Ｉ付近で最高となり、位置ＩＩ付近で最低となる。膜流は膜における局部的圧力差（膜透過圧力差、ＴＭＤ）によって駆動されるが、これは供給圧力から透過抵抗圧力を差し引いた圧力に等しい。圧力損失のために、このＴＭＤは明らかに位置ＩＩ付近よりも位置Ｉ付近の方が大きい。この圧力差は濾過膜モジュールの供給側と透過側で発生する対向流圧力減少によって引き起こされる。この不均等な膜流により、端のモジュールはよりひどく詰まり、したがってより大きな機械的負荷を受ける。より中央寄りに置かれた膜は最初は濾過にあまり寄与しない。さらに、このような不規則な膜流には、清掃の際に、すべての膜モジュールが等しく良好に清掃されないという問題がある。これは濾過膜装備の全体の生産性に悪い影響を与える。

実際、クロスフロー濾過システムに関する参考文献として、特許出願JP 11 128697A, JP 2000 300967A, JP 2001 219038A, JP 11 207153A, WO 97/47375A, US-A 4,293,419, GB-A 1 566 675, JP 06 182163A, JP 2001 137672A, JP 07 232037A、およびカレリン他著、「圧力駆動膜装置の構造についての新しい解明」、淡水化エルセフィーアエスシー出版社、オランダのアムステルダム、１０８巻、ナンバ１／３、１９９７年２月１日、３１５−３２４頁、XP000782070: 0011-9164がある。クロスフロー濾過システムは濾過膜容器内の圧力の均等のためにはなるが、容器内のすべての濾過膜で圧力差が同一にはならない。したがって、流速がすべての濾過膜において同一にはならず、その結果として詰まり状態が不規則になる。濾過膜に対する逆洗浄が不規則な圧力差で行われるので、逆洗浄の効果も同様に不規則となる。

選択した流速でクロスフロー濾過を実施するためには、ある濾過膜の圧力差は他の濾過膜のものよりもはるかに大きくなる。このことは逆洗浄にもいえる。
JP 11 128697A JP 2000 300967A JP 2001 219038A JP 11 207153A WO 97/47375A US-A 4,293,419 GB-A 1 566 675 JP 06 182163A JP 2001 137672A JP 07 232037A カレリン他著、「圧力駆動膜装置の構造についての新しい解明」、淡水化エルセフィーアエスシー出版社、１９９７年

本発明の目的は前述の欠点を示さない改善された濾過膜容器を提供することにある。発明の特別の目的は一定の膜流を有する改善された濾過膜容器を設けることである。発明の目的は最終的には、構造を簡単にし、このような濾過膜容器を使用した濾過装備の連続操作を簡単にする濾過膜容器を提供することである。

上述の目的を実現するために、本発明は発明の前提部分に記載された濾過膜容器であって、透過水出口または供給水入口の１方は濾過膜容器の少なくとも一端に配置され、他方は濾過膜容器のほぼ中央の位置に配置されたものが設けられる。発明による容器には多くの利点がある。最も重要な利点は、透過水側に対する供給水側の圧力差が容器内の位置に関係なく同じであることである。その他の利点としては供給水導管と透過水導管とが場所的に分離されていることである。

本発明による濾過膜容器は「デッドエンド」濾過に適用される。出発点として実際に用いられるように、すべての膜モジュールで圧力降下が等しいとすると、すべてのモジュールの膜透過圧力は同一であり、その結果、膜流は同一となる。このことは全体の装備を通して負荷が全く等しいこととなる。さらにこの場合、すべての膜モジュールでほぼ同一程度の詰まり状態を表す。これは膜モジュールがより信頼して清掃できることを意味する。発明の別の利点は、透過水側に比較した供給水側の圧力差のために、個々のモジュールにおいて、もはや圧力損失が膜流の不均等な分布になることはない。結果として、個々のモジュールの圧力損失を最小限とする必要はない。

さらに、好ましい第１の実施形態によると、発明による容器は、供給水入口を濾過膜容器の中央の位置に配置し、透過水出口を濾過膜容器の両端に配置することを特徴とする。これは前述の実施形態を実現する簡単な方法である。

別の実施形態では供給水入口は濾過膜容器の両端に設け、透過水出口は濾過膜容器のほぼ中央の位置に設けられる。さらに別の実施形態によると濃縮水出口を濾過膜容器のほぼ中央の位置に設ける選択肢もある。

また、発明は、発明による少なくとも１つの濾過膜容器が適用される濾過システムを備える。好ましくは、濾過システムは、発明による濾過膜容器がいくつか使用される種類のものが使用される。それぞれの供給水入口は共通の供給水導管に結合され、そのため順次それぞれの濾過膜容器に流れるようになる。

さらに、好ましい実施形態は従属する請求項に記載される。

以下、付属する図面を参照して発明をさらに詳しく説明する。図面は好ましい発明の実施形態を表すが、発明を限定するものではない。
図１は従来技術による濾過膜容器１を示す。供給接続部２および透過水出口接続部３が設けられる。濾過する水は膜モジュール４、４’、４’’、４’’’を通り抜けて、透過水導管５を通して排出される。

本発明によると、第１の実施形態は図２に示す濾過膜容器を備える。容器１には複数の膜モジュール４、４’、４’’、４’’’と１つの中心透過水導管５が含まれる。供給水は供給水接続部２を介して供給され、透過水は透過水出口３を介して排出される。透過水導管５はこの実施形態では連続するが、第ＩＩの位置で選択的に省略することができる。濾過する水が入口２から供給されると、膜モジュール４、４’、４’’、４’’’をそれぞれ透過して透過水導管５に達し、続いて出口３を介して容器から出て行く。濾過の効果は供給側と透過水側との間の膜透過の圧力差の結果で決まる。圧力差は駆動力となる。膜モジュールでの圧力損失によって、供給側の圧力は位置Ｉよりも位置ＩＩの方が高くなる。したがって、透過水導管内の圧力は位置Ｉよりも位置ＩＩの方が高くなる。これは全濾過膜容器に渡って圧力差がほぼ一定であることに起因する。このことにより、全濾過膜容器に渡り極めて一定した膜流となる。

図２に示した濾過膜容器を２つ一緒に結合した濾過システムを図２Ａに示す。供給水は中央の供給水導管６を通して供給される。矢印Ａは中央の供給水導管６を通して供給されるときの流れの方向を示す。最初に供給水は濾過膜容器１に達し、引続き濾過膜容器１’に達する。位置７付近の供給水速度は位置８付近の速度よりも高いので、供給水導管６の直径は位置７ではより大きく設計するのが好ましい。濾過膜容器１および１’が同一である場合は、一般的に、位置７付近の流速は位置８付近の流速の２倍となる。したがって位置７付近の供給水導管６の直径は、供給水の流速が一定となるように、位置８付近のものよりも大きくするのが好ましい。

濾過膜容器１に異なる直径の中央供給水導管６を図２Ａに示すように直接接続することは構造技術上一般に扱い難いので、共通の供給水導管６と濾過膜容器との接続は図２Ｂに示すようにするのが好ましい。この方法では、直径を所望のとおり調節することが簡単になる。例えば、図２Ｂに示すように位置９付近の供給水導管を（図示しない）円錐にして、位置７’付近の（図示しない）より大きな直径から位置８’付近の（図示しない）より小さな直径にまで徐徐に変化させることが可能となる。

もちろん本発明は２つの濾過膜容器１，１’のみで１つの濾過システムを構成する濾過システムに限定されるものではない。多くの濾過膜容器で濾過システムを構成するため、より多くの濾過膜容器を組み合わせることも可能である。図２Ｃに４つの濾過膜容器を１つの濾過システムに組み合わせた実施形態を示す。しかしこの場合、共通の供給水導管６の直径は図２Ｂに示すように導管内に導く供給量に適応させることが特に好ましい。

図３に本発明による濾過膜容器の別の実施形態を示すが、供給水入口接続部２を濾過膜容器１の端に設け、透過水出口３を濾過膜容器１の中央に設ける。図３による濾過膜容器の操作の原理は図２のものと実質的に同一である。しかし、膜モジュールのそばを通過する流れの方向は逆となる。

図２による濾過装置を洗浄しているときの実施形態を図４に示す。このため、透過水出口３付近に洗浄水を供給し、透過水導管５と膜モジュール４を通って流れ、供給水入口２を通って装置から出て行く。図３に示すシステムは逆洗透過によって同様に洗浄できる。

さらに、当分野の専門家には濾過の方向を逆にできることも明らかである。図１−３において、内側から外側に濾過を実施することができる。これは膜の内側に供給され、外側
に透過することを意味する。濾過装置を逆にすると、供給水は外側に、透過水は内側となる（図４）。したがって、装置の洗浄は逆方向になる。

本発明は図面に示す実施形態には限定されない。以上の明細書を読んだ当分野の専門家は本発明の保護範囲内でさらに発明を変更することができる。例えば、保守目的のために、図（例えば図２Ｃ参照）に示す接続部１４を開放することにより、容器をドレン排水することが可能となる。例えば、残りの接続部も開放するか、または、例えば液体や圧縮空気などのガスを使用して実現できる局部的に圧力を加えることによって装置全体を非常に容易に空にすることができる。

従来技術による濾過膜容器を示す。 第１の実施形態による濾過膜容器を示す。 第１の実施形態による濾過膜容器を示す。 第１の実施形態による濾過膜容器を示す。 第１の実施形態による濾過膜容器を示す。 第１の実施形態による濾過膜容器を示す。 第２の実施形態による濾過膜容器を示す。 第２の実施形態による濾過膜容器を示す。 本発明の清掃中の濾過膜容器を示す。

Claims (11)

1. 供給水入口と、透過水出口と、容器内に設けた少なくとも２つの濾過膜とを有する容器で構成され、濾過する水を供給水入口から濾過膜に供給し、透過水を透過水出口から排出する濾過膜容器において、
   透過水出口または供給水入口の１方は濾過膜容器の少なくとも一端に配置し、他方は濾過膜容器のほぼ中央の位置に配置することを特徴とする。
2. 供給水入口を濾過膜容器の中央の位置に配置し、透過水出口を濾過膜容器の両端に配置することを特徴とする請求項１に記載の濾過膜容器。
3. 濾過膜容器の両端付近に濃縮水出口を設けることを特徴とする請求項２に記載の濾過膜容器。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の少なくとも１つの濾過膜容器で構成されることを特徴とする濾過システム。
5. 請求項２または３に記載の濾過膜容器で構成され、各容器はそれぞれの供給水入口で共通の供給水導管に結合され、それによって供給水がそれぞれの濾過膜容器に順次流れることを特徴とする請求項４に記載の濾過システム。
6. 共通の供給水導管の直径は流れの方向に減少することを特徴とする請求項５に記載の濾過システム。
7. 濾過する水の流速が共通の供給水導管全体でほぼ一定となるように直径が減少することを特徴とする請求項６に記載の濾過システム。
8. 供給水入口を濾過膜容器の両端に配置し、透過水出口を濾過膜容器のほぼ中央の位置に配置することを特徴とする請求項１に記載の濾過膜容器。
9. 濃縮水出口を濾過膜容器のほぼ中央の位置に配置することを特徴とする請求項８に記載の濾過膜容器。
10. 請求項８または９に記載の少なくとも１つの濾過膜容器で構成される濾過システム。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の濾過膜容器を使用することを特徴とする水を濾過する方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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