JP2016515045A

JP2016515045A - 膜を清浄化するシステム

Info

Publication number: JP2016515045A
Application number: JP2015562077A
Authority: JP
Inventors: ジョセフエドワードザバック、
Original assignee: ナノストーンウォーターゲーエムベーハー
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2016-05-26
Also published as: EP2777803A1; US20160023166A1; CA2902339A1; WO2014139969A1

Abstract

膜（１２２）を清浄化するシステム（１００）は、濾過システム内で流体から固体を濾過するためのセラミック又はポリマー膜（１２２）のうちの少なくとも１つを含み、膜（１２２）は清浄側と汚染側とを有する。システムは少なくとも、溶解ガスを中に有する高圧流体（１３２）の第１の供給体を更に含む。高圧流体（１３２）の第１の供給体は清浄化プロセスの間、膜（１２２）の清浄側と流体連通する。高圧流体（１３２）内の溶解ガスは、清浄化プロセスの間に膜（１２２）の汚染側上でガスの泡が形成されるような濃度であり、溶解ガスは第１のガスを含み、第１のガスは酸化性ガスである。

Description

本発明は、濾過システムの膜を清浄化するシステムと、濾過システムの膜を清浄化す方法とに関する。

濾過システムは、例えば膜を使用して、水などの流体から汚物及び粒子を濾過するために有用である。通常、膜などのフィルタの細孔を源流体が通過し、流体は濾過される。濾過の間、粒子が膜上に蓄積し、これが濾過の効率を妨げる。定期的に膜は交換される。膜の交換により、交換の間の停止時間が発生するため、濾過システムの使用は妨げられる。

欧州特許出願公開第０６６９１５９（Ａ１）号明細書

膜の交換の必要性を減らすために、例えば、欧州特許出願公開第０６６９１５９（Ａ１）号明細書で提案されたように、濾過された流体を用いて膜を逆洗することによって膜を清浄化して、膜の寿命を延ばすことが可能である。しかしそのようなプロセスには欠点がある。

膜を清浄化するシステムは、濾過システム内で流体から固体を濾過するためのセラミック又はポリマー膜を含み、膜は清浄側と汚染側とを有し、システムは少なくとも、溶解ガスを中に有する高圧流体の第１の供給体を更に含み、高圧流体の第１の供給体は清浄化プロセスの間、膜の清浄側と流体連通し、高圧流体内の溶解ガスは、清浄化プロセスの間に膜の汚染側上で好ましくは泡の形態でガスが放出されるような濃度であり、溶解ガスは第１のガスを含み、第１のガスは酸化性ガスである。

本発明によれば、ガスは、汚物が位置する場所すなわち膜の汚染側上で正確に作用する。この理由は、高圧流体内の溶解ガスの濃度が、清浄化プロセスの間に存在する汚染側動作圧力における、溶解ガスの最大溶解度を超過しているからである。清浄化プロセスの間、流体の圧力は、流体が膜を通して清浄側から汚染側に浸透した場合に汚染側動作圧力まで低下し、汚染側動作圧力は流体内の溶解ガスの最大溶解度より低い。泡が形成された場合、泡は膜の汚染側上の汚物と物理的に協働し、それにより泡は、汚物に付着して汚物が膜から浮上して離れるようにし、かつ／又は洗い流す機能を流体流に追加することによって汚物を除去するのを助ける。ガスは酸化性ガスであるため、ガスは、処理プロセスの間に膜の汚染側に徐々に付着して膜の性能に悪影響を及ぼす有機汚染物と化学的に相互作用し、それによりガスは汚染物を酸化し、これは汚染物を溶解するのに、及び／又は膜から引き離すのに役立ち得る。

従って、本発明のシステムは、改良された清浄化性能を提供し、これは膜の通常の濾過動作の間の改良された濾過特性をもたらす。

１つ以上の実施形態では、システムは、清浄化プロセスの間に、膜において蓄積する汚物と物理的に又は化学的に協働するように選択された清浄化試薬の供給源を更に含む。この実施形態は、オゾン、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素などの酸化化学物質であってもよい化学成分と、空気などの溶解ガスを含む加圧水との組み合わせを提供し、これにより、泡が形成されるのとほぼ同時に化学物質は汚物と反応する。１つ以上の実施形態では、清浄化試薬とガスとは同じであってもよい。泡は、化学成分との反応を介して「緩められた」汚物を除去するための、洗い流す機能を果たす。化学成分は、ｐＨを低下させ酸化能を増加させる次亜塩素酸ナトリウム及び二酸化炭素などの化学物質の組み合わせであってもよい。

１つ以上の実施形態では、高圧流体の第１の供給体は、オゾンを中に有する加圧ガス、又は、加圧されたイオン化ガスを有する流体のうちの少なくとも１つを含む。

１つ以上の実施形態では、システムは、膜と選択的に流体連通する高圧流体の第２の供給体を含み、高圧流体の第２の供給体は、低濃度の溶解ガスをその中に有する。従って、膜の内部の高濃度の溶解ガスを有する流体を、低濃度の溶解ガスを有する流体で少なくとも部分的に置き換えることが可能であり、これにより通常の動作中の濾過性能が向上し、なぜなら低濃度の溶解ガスを有する流体は、膜から泡を除去するために役立つからである。

１つ以上の実施形態では、溶解ガスを有する高圧流体の第１の供給体は、高圧条件における溶解度の約５０％より大きな溶解ガス濃度を有する。

１つ以上の実施形態では、システムは分離タンクを更に含み、分離タンクは逆流路内で膜の下流にある。分離タンクは、除去された汚物を水から分離するのに役立つ。

１つ以上の実施形態では、システムは、高圧流体の第１の供給体から高圧流体の第２の供給体への移行を可能にする移行制御を更に含む。

方法は、酸化性ガスを、清浄化プロセスの間に膜の汚染側上に存在する動作圧力における溶解酸化性ガスの最大溶解度を超過する濃度において、第１の容器内の第１の流体内に溶解し、清浄化プロセスの間に、第１の流体を、それが膜を通過して酸化性ガスが好ましくは泡の形態で膜の汚染側上で放出されるように、膜の清浄側に供給することを含む。

当該方法は、膜の内部の流体を、低濃度の溶解ガスを有する高圧流体の第２の供給体からの流体で少なくとも部分的に置き換えることを更に含んでもよい。

当該方法は、第１の流体及び／又は第２の流体をそれぞれ加圧するステップを含んでもよい。

システムは、膜モジュール内の膜を含み、膜は清浄側と汚染側とを有し、膜は濾過システム内で流体から固体を濾過するように構成される。第１の容器はその中にバックフラッシュ流体を有する。薬注供給源が、膜の清浄側の近位で膜モジュールと流体的に結合される。システムは、源流体供給源と流体的に結合される入口を有する前処理タンクを更に含み、前処理タンクは、汚染側の近くで膜モジュールと流体的に結合される第２の入口を、化学的に処理されたバックフラッシュ流体をそこから受け取るために有する。

システムは、第１の膜モジュール内の膜を含む。膜は清浄側と汚染側とを有し、膜は濾過システム内で流体から固体を濾過するように構成される。第１の容器は、オゾンを有する加圧ガスを中に含む流体、大気圧条件においてオゾンを含む流体、又は加圧されたイオン化ガスを有する流体のうちの１つを有する。第１の容器は膜モジュールと流体連通する。システムは、源流体供給源と流体的に結合される入口と、汚染側の近くで膜モジュールと流体的に結合される第２の入口であって、オゾン化された又はイオン化されたバックフラッシュ流体をそこから受け取るための第２の入口とを有する前処理タンクを更に含む。

１つ以上の実施形態では、方法は、膜モジュール内の蓄積した固体のほとんどを除去するための逆洗プロセス動作に続いて、放出されたガスを有する第１の流体を前置微細凝集タンクに送り出すことを更に含む。膜は、溶解したオゾンを含む加圧水、又は大気圧条件下で流体内にオゾンを含む水などの流体を用いて逆洗される。オゾンは最初に、膜モジュールの内部の有機材料と反応し、次に、タンク内の原水フィードと混合された場合に微細凝集が誘発され、これにより凝固剤の必要性が減るか又はなくなる。タンク内の混合された結果の流体は、次に濾過されてもよい。

１つ以上の実施形態では、方法は、膜を中に有する膜モジュールを水が逆洗し、溶解した化学試薬、オゾン、又は溶解したオゾンのうちの１つ以上を含む水で膜を逆洗し、溶解した化学試薬、オゾン、又は溶解したオゾンのうちの１つ以上を含む水を前処理混合タンク内で原水フィードと混合し、前処理混合タンクからの流体を濾過することを含む。必要に応じて、溶解したオゾンを含む水は加圧される。微細凝集が前処理タンク内で誘発され、これにより凝固剤の必要性が減るか又はなくなる。タンク内の混合された結果の流体は、次に濾過されてもよい。

１つ以上の実施形態では、濾過システムは、清浄側と汚染側とを有する膜を含み、濾過システムは、通常の濾過経路と、逆の清浄化経路とを有する。通常の濾過経路の間に、膜の汚染側上で濾液が蓄積する。システムは、溶解ガスを中に有する高圧流体の第１の供給体を有する第１の容器と、低濃度の溶解ガスを中に有する高圧流体の第２の供給体を有する第２の容器と、第１の容器と動作可能に結合された吐出圧力制御部材とを更に含み、吐出圧力制御部材は、膜の汚染側において第１の供給体から溶解ガスを放出するように構成される。

様々な実施形態は、高圧条件における溶解度の約５０％より大きな溶解ガス濃度を有する、溶解ガスを有する高圧流体の第１の供給体を更に含む。

別の実施形態では、システムは分離タンクを更に含み、分離タンクは逆流路内で膜の下流にあり、又は、清浄化試薬の供給源が膜と流体的に結合され、移行制御が、高圧流体の第１の供給体から高圧流体の第２の供給体への移行を可能にし、移行制御は逆流路内で膜の上流にある。

１つ以上の実施形態では、方法は、高圧流体の第１の供給体からの、溶解ガスを含む加圧流体を用いて膜をフラッシュし、膜は第１の側と第２の側とを有し、膜の第２の側において加圧流体からガスを放出させ、ガスから放出された泡を用いて膜を清浄化し、膜の内部の流体を、低濃度の溶解ガスを有する高圧流体の第２の供給体からの加圧流体で置き換えることを含む。

方法の様々な実施形態において、方法は、液状の化学清浄化試薬を膜に導入し、過酸化水素、酸、カセイアルカリ、次亜塩素酸ナトリウムなどの１つ以上の化学清浄化試薬を、第１又は第２の供給体内に導入し、膜を清浄化するために使用された流体を分離タンク内に送り、泡を用いて分離タンク内で汚物を浮上させるか、又は蓄積したパーティを分離タンクの上部からスキミングして除去することを更に含む。一選択肢では、泡を用いて膜を清浄化することは、泡を用いて汚物を膜から離れるよう浮上させることを含む。１つ以上の実施形態では、加圧流体からガスを放出させることは、高圧流体の第１の供給体の吐出圧力を制御することを含む。方法は更に、高圧流体の第１の供給体又は第２の供給体のうちの少なくとも１つの中にオゾンを導入することを必要に応じて含む。

別の実施形態では、方法は、溶解ガスを有する第１の加圧流体を膜の上流で導入し、溶解ガスを有する第１の加圧流体を膜を通して流し、溶解ガスを有する第１の加圧流体上の圧力を膜の下流で低下させて加圧流体からガスの泡を放出させ、泡を用いて膜を清浄化することを含む。

一選択肢では、方法は、低圧オゾン又はイオン化空気、又はオゾンを有する加圧ガスのうちの１つ以上を膜に導入することを更に含む。

１つ以上の実施形態では、システムは、膜モジュール内の膜であって、膜は清浄側と汚染側とを有し、膜は濾過システム内で流体から固体を濾過するように構成される、膜と、バックフラッシュ流体を中に有する第１の容器と、膜の清浄側の近位で膜モジュールと流体的に結合される薬注供給源と、源流体供給源と流体的に結合された入口を有する前処理タンクであって、前処理タンクは、汚染側の近くで膜モジュールと流体的に結合された第２の入口を、化学的に処理されたバックフラッシュ流体をそこから受け取るために有する、前処理タンクとを含む。

１つ以上の実施形態では、システムは、第１の膜モジュール内の膜であって、膜は清浄側と汚染側とを有し、膜は濾過システム内で流体から固体を濾過するためのものである、膜と、オゾンを有する加圧ガスを中に含む流体、又は大気圧条件においてオゾンを含む流体、又は加圧されたイオン化ガスを有する流体のうちの１つを有する第１の容器であって、第１の容器は膜モジュールと流体連通する、第１の容器と、源流体供給源と流体的に結合された入口を有する前処理タンクであって、前処理タンクは、汚染側の近くで膜モジュールと流体的に結合された第２の入口を、オゾン化された又はイオン化されたバックフラッシュ流体をそこから受け取るために有する、前処理タンクとを含む。

システムは、例えば、オゾンが膜の汚染側を清浄化する様々な実施形態を含む。１つ以上の実施形態では、システムは、第１の容器と結合された加圧オゾン発生器、又は、前処理タンクの出口と流体的に結合された１つ以上の濾過膜モジュールを更に含む。一選択肢では、第１の容器は、膜の清浄側の近位に結合される。

１つ以上の実施形態では、方法は、第１の容器内の第１の流体内にガスを溶解し、膜を含む膜モジュールに第１の流体を送り出し、膜は清浄側と汚染側とを有し、流体からガスを放出させて膜の汚染側を清浄化することを含む。

様々な実施形態では、ガスを溶解することは、イオン化ガスを発生器からガス圧縮機に送り出し、圧縮されたガスを第１の容器に送り出すことを含み、又はガスを溶解することは、加圧オゾンを発生器からガス圧縮機に送り出し、圧縮されたオゾンを第１の容器の流体に送り出すことを含む。１つ以上の実施形態では、方法は、実質的に低溶解のガスを有する第２の流体を膜モジュールに送り出して第１の流体を置き換え、放出されたガスを有する流体を前置微細凝集タンクに送り出し、原水フィードをタンクに入力して微細凝集を含め、タンクからの流体を濾過することを、又は、第１の流体を膜に送り出す前に水を用いて膜モジュールを逆洗することを更に含む。

１つ以上の実施形態では、方法は、膜を中に有する膜モジュールを水が逆洗し、溶解した化学試薬、オゾン、又は溶解したオゾンのうちの１つ以上を含む水で膜を逆洗し、水を前処理混合タンク内で原水フィードと混合し、前処理混合タンクからの流体を濾過することを含む。

本発明のこれらの及びその他の実施形態、態様、利点、及び特徴は、一部が以下の説明において述べられ、本発明の以下の説明及び参照図面を参照することによって又は本発明を実施することによって当業者にとって明らかになるであろう。本発明の態様、利点、及び特徴は、添付の特許請求の範囲及びその均等物において特に指摘される手段、手順、及び組み合わせによって実現及び達成される。

１つ以上の実施形態によるシステムの一部のブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムの一部のブロック図である。１つ以上の実施形態による、圧力下でガスを溶解するシーケンスのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。１つ以上の実施形態によるシステムのブロック図である。

以下の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含む。図面は、機器を実施し得る特定の実施形態を例として示す。本明細書中で「例」又は「選択肢」とも呼ばれるこれらの実施形態について、当業者が本実施形態を実施することを可能にするよう十分詳細に説明する。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態が組み合わされること、他の実施形態が利用されること、あるいは構造的又は論理的な変更が行われることが可能である。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びその法的均等物によって規定される。

本明細書では、用語「ａ」又は「ａｎ」は、１つ又は２つ以上を含むために使用され、用語「又は」は、特に指定しない限り、非排他的な「又は」を意味するために使用される。加えて、本明細書中で使用される表現又は用語は、特に規定しない限り、説明のみを目的とするものであり、限定を目的とするものではないということを理解されたい。

濾過システムは、セラミック膜又はポリマー膜をはじめとする膜１２２などの濾過部材を含む。図１に示すような通常の濾過流路１０２の間、水などの汚染流体が膜１２２を通って流れ、汚物が膜上に収集される。図２を参照すると、膜は清浄側１２４と汚染側１２６とを有し、通常の濾過経路１０２の間に膜の汚染側上に濾液１２８が蓄積する。膜を洗浄するために、図２に示すように流れの方向が逆流路１０４に逆転され、清浄な水が膜１２２を通して流され、汚物又は濾液１２８が、膜の細孔の内部を含み得る膜表面から除去される。

濾過システムの膜１２２を清浄化するシステム１００について本明細書中で説明する。図３〜図１０を参照すると、システム１００は、膜１２２を有する少なくとも１つの膜モジュール１２０と、タンクなどの第１の容器１３０と、省略可能な第２の容器１４０とを含む。本明細書中のモジュールは濾過サービスから一括して又は個別に除去されることが可能であり、すなわち各モジュールが清浄化される順番を有する。

１つ以上のモジュールについて、清浄化プロセスが、例えば３０分などの所定の期間にわたって、及び例えば、所定の濾過期間の後、及び／又は動作圧力の低下が一定の限度に到達した後などの所定の頻度で発生する。

第１の容器１３０は膜モジュール１２０と流体的に結合される。第１の容器１３０は、オゾンなどの溶解酸化性ガスを含む水などの高圧流体１３２の供給体を提供する。その他の好適な流体としては、以下に限定されないが、石油製品及び植物油が含まれる。その他の好適な酸化性ガスとしては、以下に限定されないが、空気中に存在する酸素又は純粋な酸素の一部をオゾンに変換することによって生成される任意の酸化性ガス、あるいは空気又は酸素から生成されるオゾンと混合された、又は塩素、臭素、及びヨウ素などのハロゲンガスと混合された任意のガスが含まれる。第１の容器１３０は、流体を２バール〜９バールの高圧に加圧し、かつ／又は、２バール〜９バールの高圧を有する高加圧流体を受け取り得る。溶解ガス濃度は、一実施形態では、高圧条件におけるガス溶解度の５０％より大きい。

第１の容器１３０は膜モジュール１２０と流体的に結合され、弁１５８が第１の容器１３０と膜モジュールとの間に、それらの間の流体１３２の流れを制御するために存在する。一実施形態では、溶解酸化性ガスの放出が、逆流プロセスの間に膜１２２を清浄化するために使用される。一実施形態では、システム１００は、高圧流体１３２の第１の供給体と動作可能に結合された弁などの吐出圧力制御１５０を含む。１つ以上の実施形態では、逆流プロセスの間、吐出圧力制御１５０は膜１２２の下流にある。吐出圧力制御１５０が開かれた場合、流体１３２の第１の供給体上の圧力が低下し、酸化性ガスが膜１２２の汚染側の近くで放出され、放出された酸化性ガスが膜１２２を清浄化することが可能になる。例えば、流体１３２は、膜１２２の清浄側１２４から膜１２２の汚染側１２６に流れ、泡が放出されて膜１２２の汚染表面を洗い流す。

加圧流体１４２の第２の供給体は、膜１２２と流体連通する第２の容器１４０内にある。加圧流体１４２の第２の供給体は、逆流路１０４内の膜１２２から上流で、かつ／又は膜１２２において提供されてもよい。別の実施形態では、流体１４２の第２の供給体は、膜１２２の汚染側において提供されてもよい。第２の容器１４０は、流体１４２を２バール〜９バールの高圧に加圧し、かつ／又は２バール〜９バールの高圧を有する高加圧流体を受け取り得る。加圧流体１４２の第２の供給体は、低濃度の溶解ガスをその中に有する。溶解ガスの濃度は０〜５％の溶解度の範囲内である。加圧流体１４２の第２の供給体は、流体１３２の第１の供給体を置き換えるために使用される。１つ以上の実施形態では、移行制御が供給ラインと結合されて、高圧流体１３２の第１の供給体から高圧流体の第２の供給体への移行を可能にする。

システム１００は、１つ以上の実施形態において、分離タンク１８０を更に含む。分離タンク１８０は、例えば逆流プロセスの間、膜１２２の下流にあり、清浄化プロセスから汚染流体を受け取って固体を流体から分離するために使用される。更なる実施形態では、流体１３２の第１の供給体から放出された酸化性ガスの泡が、汚物、油、及びその他の水不混和性流体を分離タンクの上部近くに浮上させるために使用される。１つ以上の実施形態では、浮上可能な固体及び液体を分離タンクの上部又は上面から除去するためのスキマーが備えられる。

１つ以上の実施形態では、清浄化試薬の供給源が膜と流体的に結合され、逆流清浄化プロセスの前、間、又は後に放出されてもよい。例えば、液状の化学清浄化試薬が膜に導入される。１つ以上の化学清浄化試薬としては、以下に限定されないが、第１又は第２の供給体内へのオゾン、過酸化水素、電解プロセスから生成される酸化化学物質の混合物、酸、カセイアルカリ、次亜塩素酸ナトリウムが含まれる。

システム１００を使用する方法、及びいくつかの変形を図３〜図１０に示す。方法は、第１の容器１３０を水などの加圧流体の第１の供給体で満たすことを含む。流体は、第１の容器１３０を流体で満たすことの前、間、又は後に加圧されてもよい。濾液などの流体が容器１３０内に導入されるにつれて、容器１３０内のガスが排出される。容器１３０は閉じられ、加圧酸化性ガスが導入される。流体は約２バール〜９バールの範囲内の高圧にある。溶解酸化性ガスが、流体の第１の供給体内に提供される。溶解酸化性ガスの濃度は、一実施形態では、高圧条件における酸化性ガス溶解度の５０％より大きく、ここで高圧条件は２バール〜９バールの範囲内である。

流体の第１の供給体は膜モジュールに進み、膜を清浄化するために使用される。流体の第１の供給体は、一選択肢では、膜１２２の清浄側１２４から膜１２２の汚染側１２６に進む。溶解酸化性ガスは、一選択肢では、膜の汚染側上で泡が放出されるように放出される。一実施形態では、溶解酸化性ガスが加圧流体から放出され、泡が膜の表面を洗い流すために使用される。別の選択肢では、泡は、膜の表面などの膜の一部から汚物粒子を浮上させる。

更なる実施形態では、方法は、酸化性ガスを流体から放出する様々な手法を含む。一実施形態では、圧力は、弁などの圧力制御部材を用いて管理される。弁は例えば、図５に示すように、逆流路内で膜モジュールの下流にある。圧力を低下させるために弁が開かれ、流体の第１の供給体から酸化性ガスが放出される。圧力は０バール（完全真空）〜２バール（標準大気圧の１バール上）の範囲まで低下されてもよい。

圧力が低下された場合、溶解酸化性ガスが流体から放出され、泡が膜を清浄化するために使用される。汚物及び流体は、別の実施形態では、図４に示すように固体分離タンクに進む。固体はタンクの下部に沈殿してもよい。更なる選択肢では、泡が汚物をタンクの上部に運び、機械的スキミング装置が、必要に応じて、図５に示すように汚染粒子をタンクから更に除去するために使用されてもよい。更なる選択肢では、分離タンクからの浄化された水はリサイクルされて、通常の流路１０２内で濾過システムを通過してもよい（図１、図７〜図１０）。

１つ以上の実施形態では、清浄化試薬が膜に導入されてもよい。例えば、液状の化学清浄化試薬が膜に導入される。１つ以上の化学清浄化試薬としては、以下に限定されないが、第１又は第２の供給体内へのオゾン、電解プロセスから生成される酸化化学物質の混合物、過酸化水素、酸、カセイアルカリ、又は次亜塩素酸ナトリウムが含まれる。

別の実施形態では、第２の容器が、加圧流体の第２の供給体を提供する。流体は、第２の容器を満たすことの前、間、又は後に加圧されてもよい。流体の第２の供給体は、低濃度の溶解ガスをその中に含む。例えば、加圧流体の第２の供給体は、溶解ガスをその中に実質的に含まない。別の選択肢では、加圧流体の第２の供給体は、５％未満の溶解ガスをその中に含む。水などの流体の第２の供給体は、水の第１の供給体を置き換えるために使用される。流体の第２の供給体は、一実施形態では、水の第１の供給体が膜を通して放出されるのとほぼ同時に提供されてもよい。別の実施形態では、流体の第２の供給体は、水の第１の供給体が膜を通して放出された後で提供される。水の第２の供給体は、逆流路における膜の上流の経路内で、又は別の実施形態では、逆流路における膜の下流の経路内で、又は両方で提供されてもよい。水の第２の供給体は、１つ以上の実施形態では、清浄化試薬及び／又はオゾンを備えてもよい。１つ以上の実施形態では、方法は、無機塩類、有機高分子電解質化学物質のうちの１つ以上を含む凝固化学物質のフィードを導入することを含む。清浄化プロセスの後又は間に、膜を清浄化するために使用された流体の第１の供給体及び／又は第２の供給体は、システムを通してリサイクルされて通常の流れプロセスの間に濾過されてもよい。

図１１Ａ〜図１５を参照すると、１つ以上の実施形態が示されている。図１１Ａにおいて、システム２００は、上述の逆洗清浄化システム１００の様々な実施形態を組み込んでいる。一選択肢では、システム２００は、ガス圧縮機２１２と連通するイオン化空気発生器２１０を更に含む。ガス圧縮機２１２はイオン化空気を圧縮し、それを第１の容器２３０に、流体２３２内の溶解酸化性ガスとして送り出す。第１の容器２３０は膜と流体連通し、これにより溶解酸化性ガスは膜に進み、上記で更に説明したように泡が膜上又は膜内で、あるいは膜の汚染側上で放出されて、膜を洗い流し清浄化する。容器２３０は、一選択肢では、バックフラッシュプロセスからのバックフラッシュ流体をその中に含む。更なる選択肢では、溶解ガスを有さないか又は実質的に低濃度の溶解ガスを中に有する高圧流体の第２の容器がシステム２００に備えられてもよい。

別の実施形態では、図１１Ｂに示すように、システム２００は、上述の逆洗清浄化システム１００の様々な実施形態を組み込んでいる。一選択肢では、システム２００は、ガス圧縮機２２２と連通する加圧オゾン発生器２２０を更に含む。ガス圧縮機２２２はオゾンを圧縮し、それを第１の容器２３０に、流体２３２内の溶解酸化性ガスとして送り出す。第１の容器２３０は膜と流体連通し、これにより溶解酸化性ガスは膜に進み、上記で更に説明したように泡が膜上又は膜内で、あるいは膜の汚染側上で放出されて、膜を洗い流し清浄化する。容器２３０は、一選択肢では、バックフラッシュプロセスからのバックフラッシュ流体をその中に含む。更なる選択肢では、溶解ガスを有さないか又は実質的に低濃度の溶解ガスを中に有する高圧流体の第２の容器がシステム２００に備えられてもよい。更なる選択肢では、オゾン発生器の前に空気を圧縮するガス圧縮機が備えられ、これはオゾン化ガスが所望の圧力において膜に直接導入され得るように十分な圧力で動作する。

図１２は別の選択肢を示し、これは、溶解酸化性ガス２３２を中に有する加圧流体を有する加圧された第１の容器２３０と、溶解ガス２４２を有さないか又は実質的に低濃度の溶解ガス２４２を中に有する高圧流体の第２の容器２４０とを有するシステム２００を含む。第１及び第２の容器２３０、２４０は膜と流体的に結合され、膜を清浄化するために使用される。例えば、逆洗清浄化動作の間、流体２３２が膜に送られ、同時に、溶解酸化性ガスが流体から逃げるのを防止するために高圧が維持される。圧力は膜の汚染側上でより低く、これにより、泡が流体から放出されて膜の汚染側を洗い流すことが可能になる。清浄化の間又は後に、流体２４２が第２の容器２３０から送り出されて、流体２３２を置き換える。図１２の実施形態は、低圧オゾン及び／又はイオン化空気の供給源を更に含む。この実施形態は、オゾン又はイオン化空気を第２の容器２４０と膜との間の流体ライン内に導入するためのベンチュリエダクタ２５０を更に含む。水中のオゾン化及び／又はイオン化空気は膜を逆洗するために使用され、結果として生じる廃水は残留オゾン及び／又はイオン化空気を、微細凝集、酸化、又は消毒の利点を提供するために含む。オゾンは、例えば空気、酸素、又は水から生成されてもよい。

図１３は、統合型の化学的に強化された逆洗及び給水前処理を更に含む別の実施形態を示す。システム３００は、膜３２２を中に有するセラミックモジュールなどの膜モジュール３２０と流体的に結合された、バックフラッシュ流体供給源を有する容器３３０を含む。膜３２２は清浄側３２１と汚染側３２３とを有する。加えて、化学物質の供給源３２５すなわち薬注が膜モジュール３２０と流体的に結合される。膜清浄化逆洗プロセスの後で、化学的に処理されたバックフラッシュ水は前処理混合タンク３８０に送り出され、混合タンク３８０は原水フィードも受け取り、原水フィードと化学的に処理されたバックフラッシュ廃水との混合物を作る。

使用中に、例えば水のみを用いた、膜モジュール３２０内の蓄積した固体のほとんどのバックフラッシュ清浄化プロセスに続いて、膜３２２は、溶解した化学試薬を流体内に含む流体を用いて逆洗される。試薬は、膜モジュールの内部の有機又は無機材料と反応し、次に、原水フィードと混合されて微細凝集及び／又はｐＨ調整を誘発する。タンク３８０内でフィードが混合されたら、濾過水などの濾過流体を得るために流体は膜モジュール３２０’及び３２０”に送られてもよい。本明細書中のモジュールは濾過サービスから一括して又は個別に除去されることが可能であり、すなわち各モジュールは清浄化される順番を有する。１つ以上のモジュールについて、清浄化プロセスが、例えば３０分などの所定の期間にわたって、及び例えば、所定の濾過期間の後、及び／又は動作圧力の低下が一定の限度に到達した後などの所定の頻度で発生する。一例では、膜モジュール３２０が濾過サービスから除去されて清浄化される前、間、又はその後に、モジュール３２０’及び３２０”が濾過サービスから除去されて清浄化プロセスを受けてもよい。１つ以上の実施形態では、逆洗動作からの前置微細凝集タンク３８０内への継続的なオゾン供与が所望され、少なくとも１つのモジュールがオゾンを供給するために逆洗清浄化サイクルにある。

原水の微細凝集を有さない通常の処理環境下では、膜３２２の表面において除去される粒子のサイズはより小さく、これは多孔性と、膜３２２の表面上に蓄積した粒子（「汚染層」と呼ばれる）を横切る水輸送（フラックスとも呼ばれる）の速度とを低下させる。オゾンなどの「化学試薬」が追加された固体をリサイクルすることによる微細凝集効果は、より多くの汚物が存在するにもかかわらず、粒子のサイズと汚染層を通した水輸送の速度とを増加させる。視覚的イメージは次のようなものであり、すなわち、凝集されていない汚物は微粉から構成される汚染層を発生させ、これは少量であっても流れを制限するが、凝集は微粉を顆粒に変換し、これはより小さな抵抗を、汚染層内の材料の塊に相対的な流れに対して提供する、というものである。もちろん固体は最終的にこの再循環パターンから除去されなければならず、従って図１３の３８１で示す流出接続が提供される。

図１４は、給水前処理を更に含む別の実施形態を示す。システム３００は、膜３２２を中に有するセラミックモジュールなどの膜モジュール３２０と流体的に結合された、バックフラッシュ流体供給源を有する容器３３０を含む。膜３２２は清浄側３２１と汚染側３２３とを有する。容器３３０は加圧された流体を含み、オゾンを有する加圧ガスを含む。膜清浄化逆洗プロセスの間、オゾン処理されたバックフラッシュ流体が膜３２２を清浄化し洗い流すために最初に使用され、次に、前処理混合タンク３８０に送り出される。混合タンク３８０は原水フィードも受け取り、原水フィードとオゾン処理されたバックフラッシュ廃水との混合物を作る。

使用中に、例えば水のみを用いた、膜モジュール３２０内の蓄積した固体のほとんどのバックフラッシュ清浄化プロセスに続いて、膜３２２は、流体内にオゾンを含む流体を用いて逆洗される。オゾンは、膜モジュールの内部の有機又は無機材料と反応し、次に、原水フィードと混合されて微細凝集及び／又はｐＨ調整を誘発する。タンク３８０内でフィードが混合されたら、濾過水などの濾過流体を得るために流体は膜モジュール３２０’、３２０”に送られてもよい。

図１５は、オゾンを有する加圧ガスを用いた給水前処理を更に含む別の実施形態を示す。システム３００は、オゾン加圧ガスを中に有する加圧流体３３２を有する容器３３０を含む。流体３３２は、膜３２２を中に有するセラミックモジュールなどの膜モジュール３２０と流体的に結合される。膜３２２は清浄側３２１と汚染側３２３とを有する。容器３３０は加圧された流体を含み、オゾンを有する加圧ガスを含む。膜清浄化逆洗プロセスの間、オゾン処理されたバックフラッシュ流体が膜３２２を清浄化し洗い流すために最初に使用され、次に、前処理混合タンク３８０に送り出される。混合タンク３８０は原水フィードも受け取り、原水フィードとオゾン処理されたバックフラッシュ廃水との混合物を作る。

使用中に、例えば水のみを用いた、膜モジュール３２０内の蓄積した固体のほとんどのバックフラッシュ清浄化プロセスに続いて、膜３２２は、流体内にオゾンを含む流体を用いて逆洗される。オゾンは、膜モジュールの内部の有機又は無機材料と反応し、次に、原水フィードと混合されて微細凝集を誘発し、これにより凝固剤の必要性が減るか又はなくなる。タンク３８０内でフィードが混合されたら、濾過水などの濾過流体を得るために流体は膜モジュール３２０’、３２０”に送られてもよい。

１つ以上の実施形態では、方法は、以下に限定されないが低圧オゾン、イオン化空気、又はオゾンを有する加圧ガスなどの酸化性ガスを、第１の容器内の第１の流体内に溶解し、セラミック膜などの膜を含む膜モジュールに流体を送り出すことを含む。膜は清浄側と汚染側とを有する。方法は、流体から酸化性ガスを放出させて膜の汚染側を清浄化することを更に含む。追加の選択肢は、イオン化ガスを発生器からガス圧縮機に送り出し、圧縮された酸化性ガスを第１の容器に送り出すことによって、又は、加圧オゾンを発生器からガス圧縮機に送り出し、圧縮されたオゾンを第１の容器の流体に送り出すことによって、酸化性ガスを溶解することを含む。１つ以上の実施形態では、方法は、実質的に低溶解のガスを有する第２の流体を膜モジュールに送り出し、第１の流体を置き換えることを更に含む。

１つ以上の実施形態では、方法は、膜モジュール内の蓄積した固体のほとんどを除去するための逆洗プロセス動作に続いて、放出された酸化性ガスを有する第１の流体を前置微細凝集タンクに送り出すことを更に含む。膜は、溶解したオゾンを含む加圧水、又は大気圧条件下で流体内にオゾンを含む水などの流体を用いて逆洗される。オゾンは最初に、膜モジュールの内部の有機材料と反応し、次に、タンク内の原水フィードと混合された場合に微細凝集が誘発され、これにより凝固剤の必要性が減るか又はなくなる。タンク内の混合された結果の流体は、次に濾過されてもよい。１つ以上の実施形態では、方法は、膜を中に有する膜モジュールを水が逆洗し、溶解した化学試薬、オゾン、又は溶解したオゾンのうちの１つ以上を含む水で膜を逆洗し、溶解した化学試薬、オゾン、又は溶解したオゾンのうちの１つ以上を含む水を前処理混合タンク内で原水フィードと混合し、前処理混合タンクからの流体を濾過することを含む。必要に応じて、溶解したオゾンを含む水は加圧される。微細凝集が前処理タンク内で誘発され、これにより凝固剤の必要性が減るか又はなくなる。タンク内の混合された結果の流体は、次に濾過されてもよい。

上記の説明は限定的ではなく例示的であることを意図するものであるということを理解されたい。多くのその他の実施形態は、上記の説明を読んで理解することにより当業者にとって明らかになるであろう。説明の様々な部分において述べられた、又は様々な図面において参照された実施形態は、組み合わされて本発明の追加の実施形態を形成することが可能であるということに留意されたい。従って範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲に与えられる均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。

Claims

膜（１２２；３２２）を清浄化するシステム（１００；２００；３００）であって、
前記膜（１２２；３２２）は濾過システム内で流体から固体を濾過するためのセラミック又はポリマー膜のうちの少なくとも１つを含み、
前記膜は清浄側（１２４；３２１）と汚染側（１２６；３２３）とを有し、
前記システムは少なくとも、溶解ガスを中に有する高圧流体（１３２；２３２，３３２）の第１の供給体を更に備え、
高圧流体（１３２；２３２，３３２）の前記第１の供給体は清浄化プロセスの間、前記膜（１２２；３２２）の前記清浄側（１２４；３２１）と流体連通し、
前記高圧流体（１３２；２３２，３３２）内の前記溶解ガスは、前記清浄化プロセスの間に前記膜（１２２；３２２）の前記汚染側（１２６；３２３）上で必要に応じて泡の形態でガスが放出されるような濃度であり、前記溶解ガスは第１のガスを含み、前記第１のガスは酸化性ガスである、システム（１００；２００；３００）。
前記清浄化プロセスの間に、前記膜（１２２；３２２）において蓄積する汚物と物理的に又は化学的に協働するように選択された清浄化試薬の供給源（２２０；３２５）を更に備える、請求項１に記載のシステム（２００；３００）。
前記膜（１２２）と選択的に流体連通する高圧流体（１４２；２４２）の第２の供給体を備え、高圧流体（１４２；２４２）の前記第２の供給体は、低濃度の溶解ガスをその中に有する、請求項１又は請求項２に記載のシステム（１００；２００）。
溶解ガスを有する高圧流体（１３２；２３２，３３２）の前記第１の供給体は、高圧条件における溶解度の約５０％より大きな溶解ガス濃度を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシステム（１００；２００；３００）。
分離タンク（１８０）を更に備え、前記分離タンク（１８０）は逆流路（１０４）内で前記膜（１２２）の下流にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
高圧流体の前記第１の供給体から高圧流体の前記第２の供給体への移行を可能にする移行制御を更に備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のシステム。
膜（１２２；３２２）を清浄化する方法であって、前記方法は、
酸化性ガスを、清浄化プロセスの間に前記膜（１２２；３２２）の汚染側（１２６；３２３）上に存在する動作圧力における溶解酸化性ガスの最大溶解度を超過する濃度において、第１の容器（１３０；２３０；３３０）内の第１の流体内に溶解し、
前記清浄化プロセスの間に、前記第１の流体を、それが前記膜（１２２；３２２）を通過して酸化性ガスが必要に応じて泡の形態で前記膜（１２２；３２２）の前記汚染側（１２６；３２３）上で放出されるように、前記膜（１２２；３２２）の清浄側（１２４；３２１）に供給することを含む、方法。
低量の溶解ガスを有する第２の流体を前記膜（１２２；３２２）を通して導入し、前記第１の流体を少なくとも部分的に置き換えることを更に含む、請求項７に記載の方法。
前記膜（１２２；３２２）を前記泡を用いて清浄化することは、前記膜（１２２；３２２）を前記泡を用いて洗い流すことを含む、請求項７又は請求項８に記載の方法。
前記流体を、前記膜（１２２）を清浄化した後で分離タンク（１８０）に送り、汚物粒子を、付着したガスを用いて浮上させて、清浄な流体を前記汚物粒子から分離することを更に含む、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
無機塩類、有機高分子電解質化学物質のうちの１つ以上を含む凝固化学物質のフィードを導入することを更に含む、請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
前記流体を前記膜の近くの入口にリサイクルすることを更に含む、請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
低圧オゾン又はイオン化空気、又はオゾンを有する加圧ガス、又は加圧オゾンのうちの１つ以上を前記膜（３２２）に導入することを更に含む、請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
前記第１の流体及び／又は前記第２の流体をそれぞれ加圧することを含む、請求項７〜請求項１３のいずれか一項に記載の方法。