JP2008513198A - 濾過エレメントの汚染度合を監視する方法 - Google Patents
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Abstract
汚染流体を濾過した後、変化する流速または変化する駆動力において実質上汚染されていない流体を濾過ケークおよび濾過エレメントを通して供給することを特徴とする。必要な駆動力およびそれぞれの得られた流速を同時に測定する。測定値およびそれぞれの設定値を少なくとも1つの標準データセットで比較し、この比較に基づき濾過される流体、濾過エレメントおよび濾過ケークの汚染状態を決定する。発明による方法によって濾過される流体の特性を正確に決定することが可能となる。これは、簡単に流速を変化させて異なる流速で駆動力を測定することで、またはその逆を行うことで実現できる。
【選択図】 なし
Description
−水圧式/機械式洗浄工程部(例えば、逆洗浄)
−化学的洗浄工程部
濾過エレメントの材料および形状は濾過工程中に得られる濾過エレメントの状態特性に影響を与える。これは、閉塞を防止する観点では特に濾過エレメントの幾何形状、例えば直径に、また吸着を防止する観点では材料の組成に当てはまる。
−濾過エレメントの適切な幾何学的配置および組成(例えば閉塞を防止するための濾過エレメントの直径、例えば吸着を防止するための材料の選択)、
−適切な水圧式/機械式洗浄方法の選択、
−適切な化学的洗浄方法の選択、
−濾過工程の容量を評価する能力(汚染状態の不可逆性の測定は知られているか、または取得されるデータから決定できるので)、
−濾過工程の分離品質に関するデータを取得する方法(濾過エレメントの経年変化、すなわち濾過エレメントの寿命は知られているか、または計算できるので)、さらにこの方法により情報が濾過装置の設計および操作に利用可能となる。
(a)濾過ケークの形で濾過エレメントに堆積する流体汚染物質を除去するため汚染された流体を濾過し、
(b)その後、実質上汚染されていない流体を濾過エレメントを通して供給して、(I)流速を変化させて駆動力を測定するか、または(II)駆動力を変化させて流速を測定し、
(c)少なくとも1つの標準データセットを使用して、(I)それぞれの流速における駆動力の測定値と、または(II)それぞれの駆動力における流速の測定値と比較し、
(d)ステップ(c)の比較に基づいて、濾過工程(例えば、濾過される流体または濾過エレメント)の状態特性またはその変化を決定する。
発明の好ましい実施形態によれば、ステップ(b)において実質上汚染されていない流体を濾過ケークを通して濾過方向とは逆方向に流すとき特に良好な結果が得られる。
ことが好ましい。この特性決定に基づいて、濾過工程の制御、モデル化および最適化に関する適切な方法が選ばれる。
(e)濾過ケークを実質上除去するために濾過エレメントに洗浄処理を行ない、
(f)次に、洗浄処理後の補正された状態の特性を決定するためにステップ(b)および(c)を実施する。洗浄処理が(すなわち、標準データセットと比較して)不十分であることがわかれば、ステップ(e)から(f)までを繰り返す。
ある意味において、両者の濾過曲線の間には実質上類似性がある。これに基づいて流体および濾過エレメントの特性を決定することはできない。したがって、これに基づいて正確な記載で全濾過工程の制御、モデル化および最適化に到達することは不可能である。
したがって、図3および4は濾過ケークの行動が全く異なることを示す。図2は濾過ケーク形成が増加するにつれて抵抗が大きく増加することを示すが、これは濾過ケークの圧縮性または流速に関連する行動によるものではなく、例えば容積効果によるものである。
ただし、
R =合計抵抗
TMP=駆動力
η =粘度
J =流速
最後に、ステップ(b)の間の流体の温度も測定することが好ましい。流体の種類と温度から粘度を正確に決定することができる。ダルシーの法則によると、次いで抵抗を算出することができる。汚染が存在しなければ、この法則は清浄な濾過エレメントの抵抗を決定するのに使用することができる。これは清浄な液体(または別の適切な流体)を清浄な濾過エレメントを通して異なる流速で濾過することで測定される。有効な領域において濾過エレメントの抵抗は次の式で表される。
または
RM=RM0+B’ηJ (3)
ただし、
RM =濾過エレメント抵抗
RM0 =濾過エレメント抵抗の流速に関係しない部分
B =比例定数
B’ =比例定数
濾過エレメント抵抗がわかれば、連続する近似における抵抗は汚染の抵抗を決定するのに使用される。
ただし、
RF =現在の濾過ケーク抵抗
汚染の抵抗は汚染度合および多分流速にも依存する。このことはすでに前述のように明確に示されている。したがって、抵抗は清浄水の流速の関数として、または単位濾過面積当たりの濾過容積の関数として表される。好ましい実施形態によれば、濾過はデッドエンド式濾過によって生じ、その場合この変数は汚染度合に直接関係し、次式によって決定される。
ただし、
w =汚染負荷
t =時間
圧縮性ケーク層では、ケーク層抵抗とケーク層の圧力降下との関係は次の実験式によって示される。
ただし、
ω =汚染負荷
α =特定のケーク層抵抗
β =圧縮係数
ΔP-F =ケーク層の圧力降下
n =実験による補正係数
ケーク層の圧力降下は直接には測定できないが、式(1)によって測定された抵抗から計算できる。
大半の適用のためn=1として式(6)を式(7)に代入すると次式が得られる。
ΔPF=ωα(1+βΔPF)Jη (8)
圧縮性ケーク層においてはケーク層の圧力降下はケーク層の位置の関数となる。筒状濾過エレメントの場合、式(8)を離散化すると次式が得られる。
この式を式(6)に代入すると次式が得られる。
RF=αωΦ(1+βαωΦJη) (10)
ただし、容積係数Φは次式で与えられる。
ただし、
r =濾過エレメントの半径
X =ケーク層の厚み
式(11)からΦは薄いケーク層、平面膜システムおよび低容積部分に対しては約1であることに注目される。
Claims (18)
- 流体を濾過する方法であって、
(a)濾過ケークの形で濾過エレメントに堆積する流体汚染物質を除去するため汚染された流体を濾過し、
(b)その後、実質上汚染されていない流体を濾過エレメントに通して供給して、(I)流速を変化させて駆動力を測定するか、または(II)駆動力を変化させて流速を測定し、
(c)少なくとも1つの標準データセットを使用して、(I)それぞれの流速における駆動力の測定値と、または(II)それぞれの駆動力における流速の測定値と比較し、
(d)ステップ(c)の比較に基づいて、濾過される流体または濾過エレメントの汚染状態の特性を決定する
ステップが含まれたことを特徴とする方法。 - ステップ(b)において、濾過装置の実質上汚染されていない流体を濾過エレメントを通して供給することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ステップ(b)において、実質上汚染されていない流体を濾過ケークを通して濾過方向とは逆方向に流すことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 連続する時間間隔でステップ(a)からステップ(d)までを繰り返し、状態特性の変化を取得するために連続する時間間隔でステップ(d)で取得された値をステップ(d)で取得された別の値と比較することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(c)の標準セットは、実質上汚染されていない流体に関係する、実質上汚染されていない濾過エレメントの測定から取得することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 標準セットは、変化する駆動力値における実質上一定の流速値、変化する流速値における実質上一定の駆動力値、および増加または減少する流速値におけるそれぞれ増加または減少する駆動力値から選択された少なくとも1セットを含み、これらの各セットは汚染特性を表すことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 駆動力と流速の関係を記述するモデルのパラメーターセットで標準セットを形成することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
- 特性決定は圧縮性濾過ケークおよび非圧縮性濾過ケークの少なくとも1つから選択する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。 - ステップ(b)の実質上汚染されていない流体は濾過エレメントの汚染度合をさらに増加させないことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
- 特性決定中の濾過エレメントの汚染度合のさらなる増加はすでに存在する汚染度合の最大10%、好ましくは最大5%、より好ましくは最大2%、一層好ましくは1%、最も好ましくは0.5%であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 汚染度合のさらなる増加は設定流速で測定された駆動力で表すことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- ステップ(d)を実施した後、
(e)濾過ケークを実質上除去するために濾過エレメントに洗浄処理を行ない、
補正された状態の特性を決定するため、
(f)ステップ(b)を繰り返し、
(g)ステップ(c)を繰り返す
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の方法。 - ステップ(g)の標準セットは、実質上汚染されていない流体に関係する、実質上汚染されていない濾過エレメントの測定から取得することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 濾過ステップはデッドエンド式、セミデッドエンド式またはクロスフロー式で行うことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(b)において、例えば温度、汚濁、伝導率などから選択された少なくとも1つの他の流体特性も測定することを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1ないし15のいずれか1項に記載の方法で取得されたデータに基づいて濾過工程を制御する方法。
- 例えば温度、汚染濃度、流体の酸性度などの少なくとも1つから選択された流体の物理的特性を変化させ、
および/または、例えば凝集および/または予備濾過などの少なくとも1つから選択された処理を実施する
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 請求項1ないし請求項17のいずれか1項に記載の方法に適し、実質上汚染されていない濾過エレメントから標準の測定データセットを取得する方法であって、
実質上汚染されていない流体を実質上汚染されていない濾過エレメントを通して供給して、(I)流速を変化させて駆動力を測定するか、または(II)駆動力を変化させて流速を測定し、
駆動力およびそれぞれの流速の値を標準データセットに記憶させる
ことが含まれる方法。
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