JP2009537317A - ガスを注入するための手段と少なくとも１つの圧力バランスシステムとが設けられるフロアを備える、浸漬膜を有する水濾過システムのための通気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、浸漬膜（９）を有する水濾過システムのための通気装置であって、前記膜（９）の実質的に下方に設置されるようになっている通気装置に関する。本発明は、通気装置が、前記膜が浸漬される上方チャンバと、被処理液体を供給するための手段を備える下方チャンバとを分離するフロア（１）と、通気ガスを供給するための手段とを備え、複数のストレーナ（２）と、前記上方チャンバと下方チャンバとの間で圧力をバランスするための少なくとも１つのシステム（５）とが前記フロアに設けられ、各ストレーナ（２）が、前記フロアを貫通し且つその上方部に少なくとも１つのオリフィス（４）を有する実質的に管状の要素（１３）と、前記上方部のトップに装着されたエアチャンバ形成要素（３）とを備えることを特徴とする。

Description

本発明は、水処理の分野に関する。本発明は、より具体的には、濾過されるべき媒体中に浸漬される濾過膜の目詰まりを除くためのガスを注入する装置に関する。

既知の濾過技術によれば、濾過システムは、一般的に円筒状または平行六面体状または長方形状の定形モジュールに分類される垂直浸漬膜を備える。従来、これらのモジュールは、その端の少なくとも一つで束ねられた有機材料から成る平面膜または中空繊維膜を組み込む。

処理された液体は、膜の外側から内側へと向かう吸引の作用下で濾過される。

これらの膜は、従来、精密濾過膜または限外濾過膜である。

本発明は、膜が垂直姿勢で配置される装置に特に適用できるが、膜が水平姿勢で浸漬される濾過装置にも適用できる。

これらの浸漬膜システムは、特に、汚染物質が水中に懸濁状態でとどまっていることに鑑みて水を飲用に適するように処理するため、または、クリプトスポリジウム或いはジアルジア、バクテリア及び／又はウイルスなどの顕微鏡でしか見えない微小動物（原虫）の通過を防止するため、あるいは、上流の処理ラインに注入された活性炭粉末やアルミナなどの粉末状の試薬または触媒を膜から留保するために使用される。

このタイプの膜は、リアクタ内の懸濁バイオマスによって処理された廃水を浄化するための手段として、および、リアクタ内でバイオマスを保持するための手段として、膜バイオリアクタ（しばしば“ＭＢＲ”と称される）中の浸漬においても使用される。

膜モジュールは、しばしば、ラックまたはカセットに分類され、ラックまたはカセットモジュールの全てのための支持体或いは共通の接続部を伴う。

既知の浸漬膜濾過システムでは、特に活性スラッジを収容するバイオリアクタ内の浸漬膜に関し、スラッジと称される濾過されるべき材料によって膜が次第に目詰まりするという問題がある。

実際には、膜は、その表面上に捕捉されるスラッジによって徐々に目詰まりし、あるいは、更には、激しい目詰まりの場合、繊維束によって（中空繊維膜の場合）或いは膜要素間に（平面膜の場合）捕捉されるスラッジ及び／又は繊維材料の蓄積によって目詰まりする。

この目詰まり（クロッギング）は、しばしば、化学試薬を伴う或いは伴わない透過液(permeate)による逆濾過（または、“逆流洗浄”）によって、あるいは、膜の化学洗浄によって行なわれる目詰まり除去措置を必要とする。

最も頻繁に、膜の目詰まりを除去するため且つ／又は膜の目詰まりを遅らせるため、ガス（一般にエア）が、膜モジュールの下方部に連続的に或いは循環形態で注入される。

注入された気泡は、膜上における材料の堆積を制限する傾向がある速度で、繊維膜または平面膜に沿って上昇し、濾過膜目詰まり速度を低減する。

これは、注入される気泡の上昇が強力な乱流を形成し、多かれ少なかれ隣接する繊維を撹拌し、注入されたエアの作用によって繊維膜または平面膜を機械的に洗浄し、最終的に、膜の目詰まりを遅らせることができるという事実に起因する。

そのような目詰まり除去ガスの注入を行なうための様々な方法が提案されてきた。

既知の技術によれば、ガスは、中空繊維束が束ねられる下方パッキンの下に位置される閉じられたチャンバ内へ直接に注入される。この場合、エアは、バルブまたは較正オリフィスを使用してモジュール間に分布され、その後、繊維束の下方パッキンに設けられる開口に入る。

このシステムの使用は、注入開口の急速な目詰まりを引き起こす。実際に、ガス注入が停止される度に、処理されるべき媒体の一部がこれらの開口に入るとともに、このように供給されるスラッジが注入の再開時にガスにより乾燥され、開口の汚染または閉塞が急速に引き起こされる。

他の既知の技術によれば、濾過されるべき媒体および目詰まり除去ガスは、いずれも中空繊維の束の下方パッキンに設けられる開口を介して注入される。

このシステムは、開口に入るガスの作用下で開口に堆積されるスラッジの乾燥を回避するという理論的な利点を与える。

更なる技術によれば、中空繊維の束が、濾過されるべき媒体（例えば、ＭＢＲの活性スラッジ）中に垂直に浸漬され、目詰まり除去エアが、エア流を可能にする穿孔を備えるパイプを介して各モジュールの下に供給される。

モジュールの下に注入されるエアは、モジュールに入った後、中空繊維に沿ってモジュール内を上昇し、その後、モジュールの上方パッキンに設けられる側面または同様のオリフィスを介して逃げる。

これらの技術で使用されるガス注入形態の１つの欠点は、膜束の基部に位置されるエア注入開口がスラッジ（または、被処理液体によって運ばれる大きな粒子、繊維など）の堆積に起因してスラッジ／エア混合領域で徐々に目詰まりするようになるという点である。

その結果、この現象は、ガスの不良分布を次第にもたらし、ガスが各モジュールの基部に或いは様々なモジュール間に不均等に分布される。この現象は、最終的に、目詰まり除去ガスによって不要物がうまく除去されない繊維プレートまたは平面プレートの束の一部の目詰まりを加速する。

前述の欠点を改善するため、ＦＲ−２ ８６９ ５５２号として公開された特許文献に記載される他の解決策が従来技術によって提案された。

この解決策によれば、目詰まり除去ガス注入手段が、被処理液体と注入手段との接触を防止できる反アップフロー手段と関連付けられる。

これらの反アップフロー手段は、
注入ノズル上に緊密に装着され且つ少なくなくとも１つの弾性的に変形可能な通路を示すスリーブであって、目詰まりガス圧がノズルにおける所定の圧力を超えるときに輪郭（外形、コンツアー）が分離し、目詰まり除去ガス圧がこの所定の圧力を下回るときに輪郭が連続するスリーブと、
開放ガス注入位置とシール位置との間で移動でき、戻り手段と結合されるノズル保護バルブと、
からなっていてもよい。

この解決策は、理論的には有効である。

実際には、スリーブの変形可能な材料は、多かれ少なかれ被処理液体の腐食成分との接触で劣化される場合がある。この場合、当該材料は、その弾性の一部を失う場合があるとともに、長期的には、もはや緊密性を満たさない場合があり、したがって、注入ノズルに関してその保護機能を満たさない場合がある。

バルブは、それらに関する限り、それらがシール位置にあるときに緊密性の損失を引き起こしがちな汚染で、長期的には、バルブによって与えられるようになっているノズルの保護に関して効率の損失をもたらす汚染の対象となる場合がある。

したがって、これらの手段の機能が、スリーブおよびバルブに共通の態様、すなわちその部品のうちの１つの可動性に関連付けられ、これらが保護位置から目詰まり除去ガス流を許容する位置へと変化することが観察される。

しかしながら、前述したように、可動部品の使用は、前記可動部品を含む保護手段の機能の劣化の危険を伴う。

また、ＦＲ−２ ８６９ ５５２により記載される解決策は、特に濾過装置を対象にし、膜が少なくとも下方パッキンで束ねられ、注入手段が前記パッキンを介して設けられる。

しかしながら、膜パッキングは特有の技術であり、他のタイプの膜濾過装置設計を使用することが望ましい場合がある。

一般的に、浸漬膜方法の適切な作用に不可欠な膜目詰まり除去ガスは、水処理プラントのエネルギー消費の大部分を占めるため、かなりの付加的コストをもたらす。

前述したように、大部分のシステムは、現在、有孔通気ランプ(ramp)を使用する。すなわち、通気オリフィスは、一般に、経時的に閉塞しやすく、しばしば、エアレータ目詰まり除去システムの複雑な取り付けを必要とする。

したがって、固体のこの蓄積を防止するためには、オリフィスの閉塞を防止できる十分に大きいオリフィスサイズを保つことが好ましいが、それにより、エア消費が高くなる場合があり、あるいは、エア分布が不均一になる場合がある。

既存の解決策の他の既知の欠点によれば、一般に、単一の注入口を介してスラッジがリアクタ内へ供給されるため、スラッジ（混合溶液）がリアクタ内に十分に分布されない。この場合、解決策は、大きな供給パイプを使用することから成る。しかしながら、これは高価な解決策であることが分かっている。

本発明の目的は、従来技術の欠点を是正することである。

より具体的には、本発明の目的は、従来技術に係る解決策が直面する目詰まり除去ガス注入手段効率損失現象を排除する浸漬水処理システムの膜通気技術を提案することである。

また、本発明の目的は、信頼性を維持できるそのような技術を提供することである。

また、本発明の目的は、膜（中空繊維または平面繊維）の基部で目詰まり除去ガスの十分な分布を可能にするそのような濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、浸漬膜バイオリアクタの作動コストの減少を想定できるようにするそのような技術を提供することである。

本発明の更なる目的は、設計が簡単で且つ使用が容易なそのような濾過装置を提供することである。

これらの目的は、以下で明らかになる他の目的と共に、浸漬膜バイオリアクタ用の水濾過システムのための、前記膜の実質的に下方に設置されるようになっている通気装置であって、前記膜が浸漬される上方チャンバと、被処理液体を供給するための手段を備える下方チャンバとを分離するフロアと、通気ガスを供給するための手段とを備え、
前記フロアに、複数のストレーナと、前記上方チャンバと下方チャンバとの間で圧力をバランスするための少なくとも１つのシステムとが設けられ、
各ストレーナが、実質的に管状の要素であって前記フロアを貫通し且つその上方部に少なくとも１つのオリフィスを有する実質的に管状の要素と、前記上方部のトップに装着されたエアチャンバ形成要素とを備えることを特徴とする通気装置に関する本発明によって達成される。

このように、本発明によれば、ストレーナのオリフィスが被処理液体と接触しないという事実に起因して、ストレーナがそれらの効率を維持可能に保つ通気システムが得られる。

事実上、ガスを収容してストレーナオリフィスを孤立させるカバーによって液体がストレーナのオリフィスと接触しないため、オリフィスに固体材料が堆積される可能性がない。したがって、これらの堆積によって引き起こされる閉塞現象が排除される。

ストレーナの閉塞の危険が排除され或いは少なくとも非常に制限されるため、ストレーナオリフィスの直径を減少させることができ、結果として、分布されるエアの量を減らすことができる。このようにすれば、従来の解決策の効率に少なくとも等しい効率を確保しつつ、エア分布に関連付けられるエネルギ消費を制限することができ、本発明にしたがって備え付けられる設備の作動コストを減らすことができる。

また、フロアの使用により、従来技術に係る解決策と比べて、目詰まり除去ガスの改善された分布を得ることができる。

また、目詰まり除去ガス分布制御の最適化は、ガス分布のためのエネルギー使用に関連するコストの制御に役立つ。

更に、本発明に係る装置により、特に従来技術に関連して前述した穿孔配管またはパッキング通気システムと比べて、通気装置の製造コストの減少、これにより通気装置が設けられるリアクタの製造コストの減少となり得る。

１つの有利な解決策によれば、通気ガスを供給するための前記手段が前記下方チャンバに導き、前記被処理液体を供給するための前記手段が、通気ガスを供給するための前記手段から距離を隔てた前記手段の下方の遠隔領域に導き、前記少なくとも１つの圧力バランスシステムが、フロアの下で前記遠隔領域の方向に突出する少なくとも１つの管を備える。

このようにすれば、フロアの下にエアシートを得ることができ、特に、任意の液体がストレーナを介して上昇するのを防止するという利点が通気中に与えられる。

このエアシートは、通気が中断されるときに消失する。しかしながら、（例えばバランス管による）圧力バランスにより、多量のガスをストレーナのオリフィスの周囲でカバーにより捕捉されたままにすることができ、任意の液体がストレーナを介して上昇することを防止する。

また、前述したバランス管の位置決めにより、通気中、エアシートを得る可能性を保つことができる一方、エアシートよりも深い領域からフロアを介して被処理液体を供給することができる。

各エアチャンバ形成要素は、その下方縁に少なくとも１つのくぼみを示すことが有益であり、好ましくは、各エアチャンバ形成要素は、その下方縁に規則的に分布される４つの逆Ｖ形状のくぼみを示す。

このようにすれば、適切なくぼみサイズによって中型及び／又は大きい気泡を形成することができ、膜の攪拌、これにより膜の目詰まり除去が改善される。

１つの有利な解決策によれば、前記ストレーナが前記フロアに固定される。

フロアの使用により、通気装置メンテナンス作業を容易にすることができ、ストレーナをフロア上に取り外し可能な様式で固定することができる。ストレーナは、例えばガス流量を変える必要がある場合、容易に変更または交換されてもよい。これは、穿孔パイプ通気装置を用いて行なうことができない。

前記ストレーナは、前記フロア上に均一に分布されるのが有益である。

目詰まりガスの均一な分布がこのようにして与えられることは明らかに理解される。

前記バランスシステムは、前記フロア上に実質的に均一に分布される複数の管を備えることが好ましい。

また、このようにバランス管が上方チャンバに被処理液体を供給する役目も果たすと、リアクタ内で被処理液体の均一な分布が得られ、膜上に液体を均一に分布させることができる（したがって、一部の液体が他の液体よりも多く寄与することが防止され、効率の不均一損失が防止される）。

前記圧力バランス管は、前記フロア上に対称的に分布されるのが有益である。

第１の実施形態によれば、各ストレーナのエアチャンバは、それぞれの対応する管状要素の上方部をシールし、前記オリフィスが管の側壁に設けられる。

第２の実施形態によれば、各ストレーナのエアチャンバは、それぞれの対応する管状要素から距離を隔てて設けられ、前記オリフィスが管状要素の軸に設けられる。

他の特徴によれば、装置が独立したモジュールを形成する。

また、本発明は、上方チャンバを備える水処理のための浸漬膜システムであって、膜と、通気ガスを供給するための手段と、被処理液体を供給するための手段とが設置される浸漬膜システムであって、前述した少なくとも１つの通気装置が設けられ、通気ガスを供給するための前記手段および被処理液体を供給するための前記手段が、前記装置の前記フロアの下に設けられることを特徴とする浸漬膜システムに関する。

好ましい実施形態によれば、前記上方チャンバは、チャネルを規定する穿孔が貫通する少なくとも１つの壁を備える。

本発明の他の特徴および利点は、例示的で非限定的な例として与えられる本発明の２つの好ましい実施形態の以下の説明および添付図面を読めば更に明らかとなる。

通気段階における本発明に係る装置の概略断面図である。 通気停止段階における本発明に係る装置の概略断面図である。 本発明に係る装置のフロアの概略平面図である。 第１の実施形態に基づく本発明に係る装置のストレーナの断面図である。 第２の実施形態に基づく本発明に係る装置のストレーナの断面図である。

前述したように、本発明の原理は、フロアの形態を成し、フロアによって分離される上方チャンバと下方チャンバとの間に少なくとも１つの圧力バランス管が設けられ、オリフィスが被処理液体から保護されるストレーナがフロア上に装着される、浸漬膜反応のための通気装置の構造にある。

なお、本発明は、使用される膜システム（平面膜、中空繊維膜または管状膜）とは関係なく使用することができ、ストレーナを備える通気フロアの使用によって、膜の全て或いは一部または１つ以上のモジュールの通気を可能にする。

本発明に係る通気システムによって膜の目詰まりを効果的に制限できるという事実の他、本発明の主要な利点は、膜タンク（上方チャンバ）内で使用される高いスラッジ濃度にもかかわらず膜が塞がれないという点である。

通気フロアの動作原理が図１および図２に示されている。

フロア１は、コンクリートスラブ、またはバイオリアクタ内に配置される他の材料（例えばＰＶＣ）からなってよいパネル、およびストレーナ２とバランス管５との交互配置からなる。

したがって、リアクタは、膜９を組み込む上方チャンバ１１と、フロア１によって分離される下方チャンバ１０とに分けられる。

導管１２を介した被処理液体の注入は、導管６を介したエアの注入と共に、下方チャンバ内において通気フロアの下方で行なわれる。

バランス管５は、被処理液体が、下方チャンバ１０からフロア１を介してフロアの上方チャンバ１１へと自由に通過することを可能にする。

ストレーナは、膜モジュール９を通気するために使用される。

図３に示されるように、フロア上には通気ストレーナ２の規則的な配列がなされ、それにより、フロアの上方に配置される膜モジュールのエアによる均一な通気がなされる。幾つかのバランス管が設けられる場合には、それらは例えば千鳥状の形態で規則的に分布される。ストレーナおよびバランス管は図示のように分布されてもよく、その数及びそれぞれの割合は、使用される用途にしたがって大きく変化する場合がある。

例えば、ストレーナは、互いに約２００ｍｍの距離で間隔をあけられ、そして管５約３００ｍｍによる。エア注入中（図１）、各ストレーナの通気管オリフィスによって形成される圧力降下により、エアシート８をフロアの下方（注入されるエア流量に応じて１〜３０ｃｍ）に維持することができ、任意の液体が管内を上昇することが防止される。

エアチャンバおよびエアチャンバの基部における小さい開口の存在により、大きな気泡７の形態を成す均一なエア分布が可能になる。

通気が作動中のとき、被処理液体（例えば、膜バイオリアクタのための活性スラッジ）の均一な分布を形成するためにバランス管５も使用される。この場合、被処理液体は、再循環によって下方チャンバ内へ注入され、その後、バランス穴を通過して膜モジュールに達する。

通気が中断される（図２）と、エアシート８が消失し、エアがオリフィスを介して逃げ、両方のチャンバ（上方１１および下方１０）がバランス管によって圧力に関してバランスされる（このバランス管が無ければ、被処理液体は、圧力の単純なバランスによってストレーナの内側に吸引されるため、オリフィスと接触する可能性がある）。

したがって、多量のエアが、エアチャンバの高さ全体にわたって、エアチャンバの下方および通気管内に捕捉されたままとなる。これにより、被処理液体と通気管のオリフィスとの間の任意の接触を防止することができ、閉塞の危険が排除される。

また、通気が中断される場合、被処理液体の供給は、液体を通気ストレーナ内で上昇させることなく、維持されてもよい。この場合、前記ストレーナは、捕捉されたエアによって保護される。

図４および図５は、その上方部にオリフィス４が設けられる中心管状要素１３からなるストレーナ２を更に詳しく示す。管１３のトップにはカバー３が装着される。

図（５）に示される実施形態によれば、オリフィス４が管１３の側壁に設けられ、カバー３がこの場合管１３の上方端に直接に装着されて管を閉じる。

図４に示される実施形態によれば、オリフィス４は、管１３の実質的に軸上で、管１３の端壁１３１に設けられる。その後、カバー３は、管１３の端壁３１から除去される。

なお、バランス管５は、その下方端が下方チャンバ１０の領域内へ開口するようにフロア１の下方で延びる。この場合、深さは、被処理液体を供給するための導管１２が開口するチャンバの深さに実質的に対応する。

このように、エア注入導管６が導管１２の上方に導管１２から距離を隔てて位置されると、十分なエアシート８の厚さを得ることができ、液体がストレーナ内で上昇する危険が防止される。

エア注入導管６は、フロア１の近傍で直接に開口することが好ましい。

前述した本発明に係る装置を含む濾過装置は、独立したモジュールから成っていてもよい。

水処理設備の好ましいレイアウトによれば、前記設備は、通気装置を備える幾つかの独立した装置を備え、各装置の上方チャンバがチャネル１４を介して互いに連通する。

Claims (13)

1. 浸漬膜（９）を有する水濾過システムのための通気装置で、該浸漬膜（９）の実質的に下方に設置されるようになっている通気装置であって、
   前記浸漬膜（９）が浸漬される上方チャンバ（１１）と、被処理液体を供給するための手段（１２）を備える下方チャンバ（１０）とを分離するフロア（１）と、通気ガスを供給するための手段（６）とを備え、
   前記フロア（１）には、複数のストレーナ（２）と、前記上方チャンバ（１１）と下方チャンバ（１０）との間で圧力をバランスするための少なくとも１つのシステム（５）とが設けられ、
   各ストレーナ（２）が、実質的に管状の要素（１３）であって前記フロア（１）を貫通し且つその上方部に少なくとも１つのオリフィス（４）を有する実質的に管状の要素（１３）と、前記上方部のトップに装着されたエアチャンバ形成要素（３）とを備えることを特徴とする通気装置。
2. 通気ガスを供給するための前記手段（６）が、前記下方チャンバ（１０）に導き、
   前記被処理液体を供給するための前記手段（１２）が、通気ガスを供給するための前記手段（６）から距離を隔てた、前記手段（６）の下方の該遠隔領域に導き、
   前記少なくとも１つの圧力バランス管（５）が、前記フロア（１）の下で前記遠隔領域の方向に突出する少なくとも１つの管を備えることを特徴とする請求項１に記載の通気装置。
3. 各エアチャンバ形成要素（３）が、その下方縁に少なくとも１つのくぼみを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通気装置。
4. エアチャンバ形成要素（３）が、その下方縁に規則的に分布される４つの逆Ｖ形状のくぼみ（３１）を示すことを特徴とする請求項３に記載の通気装置。
5. 前記ストレーナ（２）が、前記フロア（１）上に固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の通気装置。
6. 前記ストレーナ（２）が、前記フロア（１）上に均一に分布されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の通気装置。
7. 前記フロア（１）上に実質的に均一に分布される複数の圧力バランス管（５）を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の通気装置。
8. 前記ストレーナ（２）及び／又は前記圧力バランス管（５）が、前記フロア（１）上に対称的に分布されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の通気装置。
9. 各ストレーナ（２）の前記エアチャンバ（３）が、それぞれの対応する管状要素（１３）の上方部をシールし、
   前記オリフィス（４）が、前記管（１３）の側壁に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の通気装置。
10. 各ストレーナ（２）の前記エアチャンバ（３）が、それぞれの対応する管状要素（１３）から距離を隔てて設けられ、
    前記オリフィス（４）が、前記管状要素の軸に設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の通気装置。
11. 独立したモジュールを形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の通気装置。
12. 上方チャンバ（１１）を備える水処理のための浸漬膜システムで、膜（９）と、通気ガスを供給するための手段（６）と、被処理液体を供給するための手段（１２）とが設置される浸漬膜システムであって、
    請求項１〜１０のいずれかに記載の少なくとも１つの通気装置が設けられ、
    通気ガスを供給するための前記手段（６）および被処理液体を供給するための前記手段（１２）が、前記装置の前記フロア（１）の下に設けられることを特徴とする浸漬膜システム。
13. 前記上方チャンバ（１１）が、チャネル（１４）を規定する穿孔が貫通する少なくとも１つの壁を備えることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。

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