JP2016533894A - 膜フィルタ及びろ過方法 - Google Patents

Abstract

下向きに開口し、貫流可能なベース要素（２）であって、管状のジャケット（３）と、ジャケット（３）内に存在する単一の膜支持体（４）とを有し、膜支持体（４）は、ジャケット（３）に少なくとも１つの連結箇所（１５）を介して結合されているベース要素（２）と、膜支持体（４）の上側において膜支持体（４）内に固定されている中空糸膜（５）と、周方向で閉鎖された管（６）であって、ベース要素（２）のジャケット（３）の上側に接続されて、中空糸膜（５）を包囲する管（６）と、ベース要素（２）内へのガス入口（１３）と、少なくとも１つの透過液集液室（２５）と、少なくとも１つの透過液出口（１４）と、ジャケット（３）と膜支持体（４）との間に設けられ、下向きに開口した少なくとも１つの流動室（１６）であって、出口（１７）を上側に有し、少なくとも１つの流動室（１６）は、各水平方向の断面において、ジャケット（３）にも、膜支持体（４）にも隣接し、膜支持体（４）は、ベース要素（２）を、少なくとも１つの流動室（１６）を除いて、ろ過すべき液体の、下から上への貫流のために完全に閉鎖する、流動室（１６）と、を備える、ろ過すべき液体をろ過する膜フィルタを開示する。さらに、このような膜フィルタ内で液体をろ過する方法を開示する。閉塞傾向を軽減すべく、ベース要素（２）をガス入口（１３）の結果として少なくとも１つの流動室（１６）の出口（１７）まで貫流可能に構成することを提案する。このような膜フィルタ内でろ過すべき液体をろ過する方法では、ガスをベース要素（２）を通してガス入口（１３）から少なくとも１つの流動室（１６）に流入させ、ろ過すべき液体とともに流動室（１６）を通して流動させ、出口（１７）を通して管（６）に流入させる。

Description

本発明は、ろ過すべき液体をろ過する膜フィルタであって、下向きに開口し、ガス及び液体が貫流可能なベース要素であって、管状のジャケットと、ジャケット内に存在する単一の膜支持体とを有し、膜支持体は、ジャケットに少なくとも１つの連結箇所を介して結合されているベース要素と、膜支持体の上側において膜支持体内に固定されている複数の中空糸膜であって、それぞれ１つの内腔を有し、ろ過すべき液体から液状の透過液を内腔内にろ過可能である中空糸膜と、周方向で閉鎖された管であって、ジャケットの上側に接続されて、中空糸膜を包囲する管と、ガスをベース要素内に供給するガス入口と、中空糸膜から透過液を集液すべく、中空糸膜の内腔に接続されている少なくとも１つの透過液集液室と、少なくとも１つの透過液集液室から透過液を排出する少なくとも１つの透過液出口と、ジャケットと膜支持体との間に設けられ、液体を貫流させる、下向きに開口した少なくとも１つの流動室であって、液体を管内に送り出す出口を上側に有し、少なくとも１つの流動室は、膜支持体を通る各水平方向の断面において、ジャケットにも、膜支持体にも隣接し、膜支持体は、ベース要素を、少なくとも１つの流動室を除いて、液体の、下から上への貫流のために完全に閉鎖する、流動室と、を備える膜フィルタに関する。

さらに本発明は、このような膜フィルタ内でろ過すべき液体をろ過する方法であって、液体をベース要素に流入させ、液体は、少なくとも１つの流動室を貫流し、このとき、膜支持体の周囲を流動し、ガスをガス入口を通してベース要素に流入させ、液体は、出口を通してのみベース要素の上側で流出し、出口を通してのみ管に流入し、ガスは、ベース要素の上側で流出し、管に流入し、管内を上昇し、これにより、膜フィルタ内での液体の上昇運動を発生させ、上昇する液体及びガスは、中空糸膜の外側を洗浄し、中空糸膜の外側と中空糸膜の内腔との間には、差圧が作用しており、差圧に基づいて、液体から液状の透過液がろ過され、中空糸膜の内腔に流入し、透過液は、内腔から集液され、膜フィルタから流出する方法に関する。

冒頭で述べた特徴を有する膜フィルタは、本発明者の１名も名を連ねる国際公開第０２／２２２４４号において公知である。

この公知の膜フィルタは、固体に富んだ排水をろ過するために設計されており、例えば生物学的処理設備における膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｂｉｏｒｅａｋｔｏｒ）あるいは膜分離活性汚泥法に見出せる。この場合、膜フィルタは、処理設備の槽内に浸漬されてもよいし、供給管路及び排出管路を有し、槽外（ｔｒｏｃｋｅｎ）に設置されてもよい。ろ過のための動力は、大抵の場合、透過液側に加えられた負圧を介して実現されるが、槽外に設置される変化形態の場合、フィード側（原水側）の僅かな正圧を介して実現されてもよい。

中空糸膜は、５ｍｍ未満、大抵の場合、０．５〜３ｍｍの直径を有しており、精密ろ過膜又は限外ろ過膜の透過性を有している。逆浸透又はナノろ過用の中空糸膜の使用も可能である。

ろ過により分離された物質により膜フィルタが閉塞されてしまうことを回避すべく、膜フィルタは、連続的に又は周期的なインターバルで洗浄される。一般に使用される、膜フィルタの物理的洗浄法は、液体又はガスによる中空糸膜の透過液側からの逆洗と、中空糸膜の外面における気泡洗浄とを組み合わせて行われる。気泡洗浄の場合、気泡は、下から膜フィルタに注入され、その後、中空糸膜に沿って上昇し、中空糸膜をろ過すべき液体内で動かす。気泡の上昇により、常に、液体の上昇流動も発生される。ガス及び液体からなる二相流の剪断力は、高い乱流を有し、これにより付着物は、膜から剥ぎ取られ、洗い流される。膜型バイオリアクタの場合、ガスとして一般に空気が使用される。

「気泡ポンプ効果（Ｍａｍｍｕｔｐｕｍｐｅｎｅｆｆｅｋｔ）」、すなわち、上昇する気泡により引き起こされる、膜フィルタを通る液体の上昇流動は、中空糸膜が、周方向で閉鎖された管により包囲されると、これにより気泡が膜フィルタ内に、すなわち、中空糸膜の直接的近傍に維持されるので、特に高い清浄化作用を中空糸膜に対して及ぼす。管のこの肯定的な効果は、発明の背景として、特に特開２００３−０２４９３７号公報及び米国特許出願公開第２００６／０２７３００７号明細書に記載されている。

公知の膜フィルタの一実施の形態では、浸漬型又は槽外設置型で使用可能な膜フィルタの中空糸膜が、単一の膜支持体に固定されており、単一の膜支持体が６つの連結箇所を介してベース要素の管状のジャケットに結合されている。膜フィルタは、中空糸膜が接続されている透過液集液室を有している。中空糸膜は、上側で個々に閉鎖されている。

これに加え、この膜フィルタのベース要素は、中空糸膜間に突入する口金にガス通路を介して接続されているガス入口を有している。口金を介してガスは、膜支持体の上方で中空糸膜間のろ過すべき液体に注入される。注入されたガスの気泡ポンプ効果により、液体は、下からベース要素の連結箇所間の６つの孔を通して吸い込まれる。孔は、膜支持体とジャケットとの間に存在する複数の流動室をベース要素内に形成する。液体は、これらの流動室内を通ってモジュールベースを貫流し、その後、モジュールベースの上側で注入されたガスと混合された後、ガスとともに膜フィルタ内を上昇し、その後、ガス及び液体は、上側で膜フィルタから流出する。特徴的であるのは、液体が、ジャケットと膜支持体との間に位置する６つの孔、すなわち、６つの流動室を通してのみベース要素を貫流することである。液体を貫流させるその他の通路は、ベース要素には存在しない。すなわち、膜支持体は、ベース要素を、流動室を除いて閉鎖している。

この膜フィルタにとってさらに特徴的であるのは、ガスと液体とが別々に中空糸膜へと導かれることである。すなわち、液体は、膜支持体の下からジャケットと膜支持体との間の流動室を通して流れ、ガスは、膜支持体の上の中央の口金から中空糸膜へと流れる。

ベース要素内において、特に、液体を貫流させる小さな孔としての、並列に接続された複数の流動室は、閉塞に弱い。並列に接続された孔の１つに堆積又は横断面積狭窄が、例えば流れ込んだ葉又は繊維質の結合物により生じると、この孔内で通流速度が低下し、さらなる閉塞のおそれが増す。それゆえ、並列に接続された複数の小さな孔を貫流するこのようなシステムは、方法技術的に不安定といえる。１つの流動通路内で開始した閉塞は、それ自体が加速するとともに、十分な代替流動経路が流動用に開いていない限り、相応の流動通路の完全な閉塞に至らしめる。例えば６つの並列の孔を有する公知の膜フィルタの場合、孔の１つの閉塞が始まったとき、残りの５つの孔は、この減じられた通流量を補償し得る。１つの孔の完全な閉塞時、他の孔は、それぞれの通流量を２０％上昇させねばならない。並列に接続された内部貫流通路の閉塞のおそれは、通路の数が少なくなり、通路横断面積が大きくなるにつれ、連続的に低下する。

ベース要素内の孔が閉塞するという問題の他に、公知の膜フィルタの場合、連結箇所の直ぐ上に別の問題が生じる。流動方向で連結箇所の陰となるところに、粒子が堆積するおそれがあり、フィルタの部分的な閉塞に至らしめる場合がある。乱流の弱い流動領域における粒子の堆積は、膜型バイオリアクタの場合、必然的に特に大きな問題となる。これは、膜型バイオリアクタの場合、ろ過すべき液体が、堆積及び閉塞の傾向を示す多数の粒子、髪の毛、繊維質の結合物その他の夾雑物を含んだスラリであるからである。

公知の膜フィルタの３つめの問題は、システムをスケールアップしたときの、膜支持体の上側の中央の口金による不十分なガス分配である。中央において中心部を上昇する気泡は、束直径全体に達する程度に気泡の大きさが増大するまであるいは気泡が水平方向に拡がるまでに、助走区間を必要とする。直径が大きくなるとともに、この助走区間は、長くなり、均等に曝気され得る膜束の最大の直径は、１０ｃｍ程度に制限されていることが判っている。より大きな直径は、束の外側領域が、下側の固定箇所の近傍では、注入される空気のエネルギにより不十分にしか清浄化されず、これにより、閉塞する傾向を示すに至る。

発明の背景として、独国特許出願公開第１９８１１９４５号明細書も、中空糸膜が固定されている膜支持体を有するベース要素を備える膜フィルタを記載している。この出願にも本発明者の１名が名を連ねている。ここでは、膜フィルタ及びベース要素は、１つの共通の管により包囲される。しかし、膜支持体が結合されているベース要素のジャケットは存在しない。膜フィルタは、膜支持体と管との間に、ろ過すべき液体が貫流する流動室を有している。この流動室の他に、膜フィルタは、ろ過すべき液体及びガスのための複数の別の通流開口を内部に有しているが、これらの別の通流開口は、膜支持体と管とに隣接していない。問題であるのは、まさにこれらの並列に貫流される複数の小さな通流開口である。それというのも、小さな通流開口は、極めて閉塞しやすいからである。

課題
本発明の根底にある課題は、閉塞傾向が軽減されている膜フィルタを提供することである。

解決手段
公知の膜フィルタから出発して、本発明により、ベース要素が、ガス入口の結果として、少なくとも１つの流動室を通して出口まで貫流可能であることを提案する。これにより、ガスは、公知の膜フィルタのように別体のガス管路を介して、中央において、膜支持体に固定された中空糸膜の中心部に導入されるのではなく、ガス供給は、液体とともに少なくとも１つの流動室を通して中空糸膜の外側領域において実施される。これにより、膜フィルタの閉塞傾向を軽減する複数の利点が生じる。一方では、ガスと液体とからなる二相流の剪断力が、膜支持体の洗浄のためにも利用され、他方では、直接、膜の下側領域で、ガスが膜束の縁部領域にも注入され、その結果、ここでも閉塞傾向が軽減される。

膜フィルタの上述の態様において、管が中空糸膜の自由長さ、すなわち、液体中に存在する長さの少なくとも５０％を包囲していることが有利である。これにより、管内の気泡ポンプ効果が十分に強い流動を流動室内に発生させ、流動室内に存在する膜支持体も洗浄することが保証される。

本発明に係る膜フィルタは、水平方向の断面において円形の膜支持体を有していることができ、膜支持体は、膜支持体に固定され、密に相並んで配置された複数の中空糸膜を有している。しかし、円形横断面内に中空糸膜を密に充填した膜束の直径は、制限されている。膜型バイオリアクタ内での中空糸モジュールの実際の運転は、液体とガスとからなる二相流の剪断力が運転条件次第で最大で約２．０〜２．５ｃｍ中空糸膜の束内に作用することを示している。それゆえ、円形の横断面を有する膜束の外径は、約４〜５ｃｍに制限されている。

択一的には、膜支持体は、長方形、多角形又は任意に成形された別の横断面を有している。膜支持体の横断面を非円形に構成した場合、ジャケット及び管の外形を膜支持体の外形に適合させることが有利である。膜支持体、あるいはベース要素のジャケットが例えば長方形であるとき、ジャケットに接続される管も、ジャケットの寸法に類似した寸法の長方形に構成することが有利である。

直径をより大きなものとする場合には、少なくとも１つの流動室が、膜支持体内に入り込んでいる湾部を有しているのが有利である。これにより、膜が密に充填された横断面の幅は、ガスと液体とからなる二相流の剪断力を介して外側から洗浄され得る程度に低減され得る。湾部の最も単純な形態は、純然たる半径方向の湾部である。上述した制限を背景に、膜支持体の直径は、湾部により約８〜１０ｃｍに増加され得る。

より大きな直径の場合、湾部の別の形状、ひいては膜支持体の別の幾何学形状、例えば膜支持体のクローバーの葉形状又は複数の円形の膜束が配置されている１つの膜支持体が可能である。

より大きな直径を有する膜フィルタの好ましい態様において、膜支持体は、湾部により形成される複数のフィンガを有し、複数のフィンガは、膜支持体の連結部を介して結合されている。フィンガは、好ましくは平行に配置されている。この場合、フィンガなる称呼は、膜支持体を通る水平方向の断面において、フィンガが一様な幅を有しているという特徴に関する。しかし、このことは、フィンガが鉛直方向でも一様な高さを有していること、あるいはこの高さが何らかの形で幅と相関関係にあることを意味しない。これにより、フィンガは、中空糸膜が装着される領域の幅を一様に構成し、かつ自由に選択する可能性を提供する。フィンガの、膜が装着される領域の幅を２〜５ｃｍに構成することが有利であることが判っている。これは、そうすることで、フィンガの、中空糸膜が装着される領域の最適な洗浄が、固定箇所の近傍でも保証されているからである。

連結箇所の数をできる限り少なくすることが有利である。これは、そうすることで、ろ過すべき液体のための流動通路の数が少なくなると同時に、その流動横断面積が大きくなるからである。これにより、並列に貫流される流動通路の閉塞の問題は、明らかに軽減される。

フィンガを有する膜フィルタの上述の態様では、膜支持体が、連結部を延長したところにある最大で２つの連結箇所を介してジャケットに結合されていることが、さらに有利である。このことは、とりわけ、射出成形部品としてベース要素を製造する際に有利である。

このような本発明に係る膜フィルタの好ましい態様において、膜支持体はジャケットに１つの連結箇所のみを介して結合されている。この場合、液体及びガスの、膜フィルタを貫流する全量が、一緒にこの１つの流動室を通して流れ、次に流動室の出口を通して、ベース要素のジャケットに上側で接続される管に流入する。特に管内を上昇するガスが形成する気泡ポンプ効果により、この種のシステムは、いわば強制貫流とも称され得る。すなわち、ガスが膜フィルタ内を上昇している限り、液体も下からベース要素を通して吸い込まれる。すなわち、何かが膜フィルタを通して流れている限り、この１つの流動通路は、完全に閉塞されておらず、それゆえ、部分的に閉塞しているときでさえ、いまだ、流動の比較的高い剪断力により洗浄して閉塞を解消し得る能力を保有している。比較的高い剪断力は、例えばガス量の増加、ひいては流動の乱流の増加により達成可能である。部分的に閉塞した流動通路を洗浄して閉塞を解消する可能性の利点は、内部貫流通路が複数あり、これらが並列に接続されている場合には、当てはまらない。このようなシステムの場合、１つの通路が部分的に閉塞されてしまうと、通路は、このために低くなった通流速度に基づいて完全に閉塞する傾向を示す。完全に閉塞した流動通路を再び清浄化するには、ガスと液体とからなる二相流を介した膜フィルタの機械的洗浄だけでは、一般に不十分である。このような場合、しばしば、膜フィルタの集中的な化学的清浄化から、手動での機械的清浄化までが必要である。部分的に閉塞された流動通路を洗浄して閉塞を解消する可能性は、並列の流動通路の数が少なくなるにつれ、高まる。それゆえ、唯一の流動通路を選択するのが有利である。しかし、これには、本発明に係る膜フィルタにも制約がある。

本発明に係る膜フィルタにおける単一の連結箇所の実現は、ベース要素の約１５〜１８ｃｍの直径までしか有意義でない。より大きな膜支持体の場合、膜フィルタが、互いに反対側に位置する少なくとも２つの連結箇所を有していると、静力学的観点からより有利である。本発明に係る膜フィルタの本態様において、一方の連結箇所を介して透過液出口を、他方の連結箇所を介してガス入口を接続することが有利である。

製造技術上の理由から、膜支持体にフィンガを有する本発明に係る膜フィルタの態様では、フィンガの、中空糸膜が装着される領域の幅を、連結部の両側で、かつ連結部の領域でも、一様に構成し、その際、連結部上方のフィンガ間の小さな領域には、膜を装着しないことが有利である。

流動方向で連結部の陰となるところでフィンガ間に固体粒子が堆積するのを回避するために、連結部の横断面をフィンガ間では鉛直方向で出口まで形成せず、既に手前で先細りするようにテーパさせることが有利である。同じことは、膜支持体をジャケットに結合する連結箇所の構成についてもいえる。

この場合、膜支持体は、少なくとも１つの連結箇所より上の水平方向の断面の各々において、完全にジャケットから離隔されている。同時にジャケットが上側で少なくとも膜支持体の上端まで達していると、膜支持体は、この水平方向の断面において完全に出口内に埋没されている。この場合、膜支持体は、必ずしもベース要素の上側で１つにまとめられている必要はない。それというのも、複数のフィンガと、フィンガ間の、出口までは形成されていない連結部とを有する膜支持体の例では、出口内の横断面が、１つの膜支持体のすべての部分である互いに離隔した複数のフィンガを有しているからである。

本発明の範囲内で、フィンガ間の流動室の湾部の幅も一様に構成することは、有利である。この幅は、運転条件及びろ過すべき液体の固体含有量次第で、好ましくは３〜８ｍｍの範囲である。固体含有量が比較的低く、固体粒子が比較的小さいときは、充填密度向上の理由から、より小さな寸法も、ろ過すべき液体がそれでもなお十分に流動室を通って流動可能であるという条件の下、有意義である場合がある。

ベース要素の貫流を均すには、少なくとも１つの流動室が、水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの流動通路を形成し、流動通路が、流動通路の長さの８０％超にわたって一様な幅を有していることが有利である。湾部の箇所において流動技術的な観点から膜支持体の外縁の丸み付けが有利であるので、流動通路の幅は、この箇所では、一様な幅から僅かに外れている。

膜フィルタの上述の本発明の構成において、膜支持体が、水平方向の断面において、下向きに減少していく横断面積を有していることは有利である。これにより、流れが当たる斜めの縁が膜支持体に生じ、斜めの縁において、ろ過すべき液体中に存在する夾雑物、例えば髪の毛又は繊維質の結合物、葉又はより粗い粒子が導出可能である。この場合、斜面は、上述の夾雑物が膜支持体において外部に向かって流動室内へと導出されるように構成されている。このことは、明確にフィンガの例で説明される。膜支持体のフィンガに下方からの流れが当たると、繊維質の結合物が、フィンガの、この流れが当たる縁に当たり、そして、フィンガの、流れが当たる縁を斜めに構成したことに基づいて、フィンガの端部まで滑っていき、その後、フィンガから流動通路に導出され、モジュールから洗い流される。下向きに減少していく水平方向の横断面積を有する膜支持体の構成を介して、夾雑物が容易に固着し得る、流れの中に存在して流れが当たる水平方向の縁は、大幅に回避される。

膜フィルタの好ましい態様では、ベース要素が、ガスをベース要素内に供給するガス入口を有している。本態様において、ガス入口は、膜支持体より下に存在する。ガス入口が膜支持体の直下に配置されていると、有利である。これは、そうすることで、ガスの吹き込み深さが最小化され、曝気の所要エネルギに有利に作用するからである。

発明の背景として公知の膜フィルタは、例えばガス‐液体混合物を発生させるために、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバを有している。しかし、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバは、ガスの吹き込み深さ、ひいては所要エネルギを高めてしまうという欠点を有している。水深が２ｍであるとき、２０ｃｍの追加の吹き込み深さは、混合チャンバに基づいて既に１０％高い所要エネルギを意味する。国際公開第２００８/１４４８２６号には、ガスと液体とを混合する鉛直方向に延びる混合チャンバを有するこの種のシステムが記載されている。

択一的には、ガス入口は、ベース要素の同じ部分であることなしに、下方からガスをベース要素内に供給する。

膜型バイオリアクタにおける排水処理用に本発明に係る膜フィルタを使用すべく、中空糸膜が上側で個々に閉鎖されており、その上端で自由にろ過すべき液体の流動中を浮遊することが有利である。これにより、夾雑物、特に髪の毛及び繊維質の結合物自体は、フィルタの貫流時に中空糸膜の周囲に巻き付いたときでさえ、膜フィルタから洗い流され得る。

下側でしかベース要素の膜支持体に固定されていない中空糸膜を有する本発明に係る膜フィルタの本態様において、ベース要素は、中空糸膜の内腔に接続されている透過液集液室と、透過液を膜フィルタから流出させる透過液出口とを有している。この場合、これに加え、閉鎖された周囲を有する管が少なくとも中空糸膜の上端まで延在していることが有利である。好ましくは、本発明に係る膜フィルタは、中空糸膜の上端を越えて延在する管を有している。これにより、中空糸膜の上側の領域で鉛直方向の流動成分が優勢であることが保証され、これにより、特に、フィルタからの夾雑物の取り去り及び洗い流しが促進される。

曲げ剛性がより低い中空糸膜の場合、本発明に係る膜フィルタがベース要素に対して付加的に、中空糸膜が上側で固定されているヘッド要素を有していると、有利である。これに加え、このような本発明に係る膜フィルタの場合、ヘッド要素は、中空糸膜の内腔に接続される透過液集液室と、透過液出口とを有していることができる。この場合、ヘッド要素のみが、又は付加的にベース要素も、透過液集液室と透過液出口とを有していることができる。ヘッド要素及びベース要素に各１つの透過液集液室及び各１つの透過液出口を備える本発明に係る膜フィルタの構成は、構造的により手間あるいはコストを要し、それゆえ、中空糸膜の長さ又は内腔直径が、発生した透過液の排出を、内腔内の圧力損失に基づいて制限してしまう場合にのみ有意義である。中空糸膜の両側での透過液の排出は、中空糸膜のより長い長さと、中空糸膜の内腔のより小さい直径とを許容し、これにより、膜フィルタにおけるより高い充填密度が実現可能である。

１つのベース要素と１つのヘッド要素とを備える膜フィルタの上述の本発明の態様では、ヘッド要素が、ベース要素の、出口における横断面と類似の横断面を有する膜支持体を有していると、有利である。

１つのヘッド要素を備える膜フィルタの上述の本発明の態様では、膜フィルタに供給する前に液体から夾雑物の大部分を取り除くことが有意義である。このことは、膜型バイオリアクタの場合、ヘッド要素の下の中空糸膜間での夾雑物の固着を最小化すべく、一般に、スラリの精選により達成される。同じ理由から、本発明に係る膜フィルタの本態様の場合、閉鎖された周囲を有する管がヘッド要素まで導かれないことが有意義である。しかし、このことは、膜フィルタの浸漬運転でしか可能でない。

管がヘッド要素まで導かれない本発明に係る膜フィルタの最も簡単な形態は、管の上端とヘッド要素との間に間隔を空けることである。これにより、液体はヘッド要素に到達する前に既に膜フィルタから流出可能である。このことは、ヘッド要素の閉塞傾向を軽減する。膜フィルタの上述の本発明の態様では、膜フィルタのヘッド要素まで導かれない閉鎖された周囲を有する管の上側に、周囲に開口を有する管延長部材が接続されていると有利である。開口は、液体の一部を膜フィルタからヘッド要素への到達前に既に流出させるという意義を有している。これによっても、ヘッド要素より下での髪の毛及び繊維質の結合物の固着は軽減される。閉鎖された周囲を有する管を少なくともベース要素とヘッド要素との間の間隔の半分まで導くことは、気泡ポンプ効果を利用し、中空糸膜に対して略平行に流れる流動を発生させるために、有利である。これにより、これに加え、ろ過すべき液体が外部から管の周囲を介して流入することが回避される。このような形での流入は、膜フィルタ内での流動技術的に不都合な横方向流動に至らしめかねない。管と管延長部材とは、１つの部材からなっていてもよい。

気泡ポンプ効果に基づいて、本発明に係る膜フィルタにおいて、既にベース要素内で高い流速が形成される。液体の流動とガスの流動との組み合わせは、一方では、ベース要素の閉塞に対抗するのに有利である。しかし、他方では、ガスをベース要素内の流動室の横断面にわたって均等に分配するという要求をもたらす。それというのも、ろ過すべき液体の高い流速に基づいて、気泡が、液体に供給する箇所において直接、鉛直方向上方に、かつ水平方向では僅かな混合傾向しか示さずに上昇していくからである。

気泡ポンプ効果を利用した本発明の背景において公知の膜フィルタの場合、液体内でのガスの分配は、それゆえ、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバ又は液体が水平方向でも流動横断面にわたって拡散し得る流入域を介して達成される。米国特許第５４８２６２５号明細書は、本願の管に相当する側方の制限部を有するプレートモジュールにおけるこのような流入域を記載している。しかし、鉛直方向に延びる流入域又は混合チャンバは、ガスが比較的深い吹き込み深さで供給されるので、曝気のための比較的高い所要エネルギの既に上述した欠点を有している。

ベース要素内の流動室の横断面にわたって均等なガスの分配は、膜フィルタの本発明の一態様において、ガスを膜支持体の下方の複数の箇所で液体に供給するガス分配システムを介して達成される。

本発明に係る膜フィルタにおいて、膜支持体は、ベース要素を、流動室を除いて、液体の貫流のためだけではなく、ガスの貫流のためにも完全に閉鎖している。

公知の方法から出発して、本発明により、ガスをガス入口を通して少なくとも１つの流動室に流入させ、次にガスは、液体とともにベース要素を、ジャケットと膜支持体との間の少なくとも１つの流動室において貫流し、出口を通して管に流入することを提案する。このような本発明に係る方法は、本発明に係る膜フィルタにおいて実施され、同様に、本発明に係る膜フィルタについて挙げた利点を有している。

本発明に係る方法の好ましい態様において、液体及びガスは、膜支持体を通る水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、膜支持体の周囲を完全に流動する。本発明に係る膜フィルタにおいて連結箇所と称する、膜支持体とジャケットとの間の各結合箇所は、流動方向でこの結合箇所の上方の陰となるところに液体の粒子又は固体が堆積し、中空糸膜の、その上方に存在する領域における閉塞に至らしめるおそれを招く。このことは、特に、連結箇所が鉛直方向でベース要素の出口に至るまでそのままの幅で延在しているときに当てはまる。このおそれは、連結箇所が鉛直方向上向きに先細りし、既にベース要素の出口の手前で終端していることにより回避可能である。先細りする領域において、ガスと液体とからなる二相流は、流動方向で連結箇所の陰となるところで拡がり、その結果、連結箇所の上方で膜支持体の周囲を完全に流動する。

本発明に係る方法を実施するために、膜フィルタは、液体中に浸漬されていてもよい。そして膜フィルタは、液体に包囲されており、ベース要素に導入されて膜フィルタ内を上昇するガスの気泡ポンプ効果に基づいて、液体は、下方からベース要素に吸い込まれ、ガスとともにフィルタユニットを貫流し、ともに上側でフィルタユニットから流出する。

本発明に係る方法の範囲内で、液体は、第１の液体管路によりベース要素に供給され、第２の液体管路により上側で膜フィルタから排出されてもよい。第２の液体管路は、中空糸膜の上方で、ベース要素の上側に接続されて中空糸膜を包囲する管に接続されている。本発明に係るフィルタユニットの運転のこの変化形態は、「槽外設置」運転ともいう。

本発明に係る方法において、ベース要素のジャケットの上側に接続された管に基づいて、注入したガスは、強い気泡ポンプ効果を本発明に係る膜フィルタ内に発生させ、この気泡ポンプ効果は、特にベース要素の流動室内に高い流速をも発生させる。このことは、流動室内での堆積及び開始した閉塞を自ら洗浄して取り除く付加的な動力である。

より大きなフィルタユニットを実現するには、複数の本発明に係る膜フィルタが、１つの共通のフレームに並列に相並んで取り付けられ得る。この場合、個々の膜フィルタの透過液出口は、発生した透過液を膜フィルタから導出するために用いられる管路に接続される。複数のガス入口も、ガスを膜フィルタに供給するために用いられる管路に接続される。この場合、ガス供給管路は、個々の膜フィルタへの空気供給を均すべく、個々に絞りを装備する。この場合、フィルタの停止時にも、絞り横断面の溢流を回避し、これにより、液体の固体成分による絞りの閉塞の可能性を排除すべく、これらの絞りをガス供給管路内で液面より上に位置決めすることが、有利である。

実施の形態
以下に、本発明について実施の形態を参照しながら説明する。

図１ａ乃至図１ｅは、第１の本発明に係る膜フィルタを示す図である（ベース要素の全体断面図、部分断面図及び図）。 図２ａ乃至図２ｃは、第１の膜フィルタ内の流動状況を示す図である。 浸漬運転中の第１の膜フィルタを示す図である。 槽外設置運転中の第１の膜フィルタを示す図である。 図５ａ乃至図５ｉは、第２の本発明に係る膜フィルタの詳細図である。 図６ａ乃至図６ｃは、第２の膜フィルタのガス分配システムの部分図及び断面図である。 図７ａ乃至図７ｄは、別の本発明に係る膜フィルタを示す図である。 図８ａ乃至図８ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの詳細図である。 図９ａ乃至図９ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの膜支持体を示す図である。

図面は、正しい縮尺で図示したものではない。以下に説明する本発明に係る膜フィルタの、言及しないすべての細部は、既に前述した本発明に係る膜フィルタの構成と同一である。

図１ａ乃至図１ｅは、第１の本発明に係る膜フィルタ１の断面図及び図である。膜フィルタ１は、ジャケット３と、ジャケット３内に存在する膜支持体４とを有するベース要素２を備えている。膜支持体４の上側において、膜支持体４内には、中空糸膜５が固定されている。ベース要素２のジャケット３の上側には、柱状の管６が接続されている。

中空糸膜５は、繊維材料により強化されており、２．５ｍｍの外径を有している。中空糸膜５は、上端７において個々に閉鎖されている。管６は、１０ｃｍの長さ８の分だけ上端７を越えて延在している。中空糸膜５の下側は、樹脂層９を介して密封されているように膜支持体４内に注型固定されている。このとき、中空糸膜５の内腔は、開いた状態とされている。

膜フィルタ１は、２００ｃｍの高さ１０を有し、ベース要素２は、１２ｃｍの高さ１１を有し、膜支持体４は、１１ｃｍの高さ１２を有している。ベース要素２及び管６は、ともに７５ｍｍの外径を有している。管６は、６８ｍｍの内径を有している。さらにベース要素２は、ガス入口１３及び透過液出口１４を有している。

膜支持体４は、引き留め箇所としての連結箇所１５を介してジャケット３に結合されている。ベース要素２は、ジャケット３と膜支持体４との間に流動室１６を有している。流動室１６は、９ｍｍの幅を有する環状間隙として形成されており、膜支持体４を包囲し、連結箇所１５によってのみ中断される。流動室１６は、各水平方向の断面においてジャケット３にも膜支持体４にも隣接している。

流動室１６は、鉛直方向でベース要素２の高さ１１と膜支持体４の高さ１２との重なり領域により画定される。ベース要素２は、下向きに開口しており、貫流可能である。流動室１６は、上側に、管６に通じる出口１７を有している。

ガス入口１３は、膜支持体４の下面に形成されたガス分配システム１８に接続されており、ガス分配システム１８は、下向きに開口し、上側では閉鎖された貯留部１９を有している。貯留部１９は、壁２０を有している。壁２０は、下向きに開口した鉛直方向のスリット２１を有している。貯留部１９は、隣接するスリット２１間の中間に、それぞれ、壁２０に対して直交方向に延びる鉛直方向の断面において、内縁２２を有している。内縁２２は、スリット２１の高さ全体にわたって、水平線に対して４０°の角度２４を有する斜めの縁である。内縁２２は、択一的に、スリット２１の下半分２３の領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度２４を有していてもよい。

さらにベース要素２は、透過液集液室２５を有している。透過液集液室２５には、中空糸膜５の内腔が開口している。透過液集液室２５は、ベース要素２の透過液出口１４に接続されている。

図１ｄは、中空糸膜５を有するベース要素２を管６なしに示す上面図である。図示の中空糸膜５の数は、中空糸膜５の実際の数に合致しない。そして図１ｅは、ベース要素２を下から見た図である。スリット２１の数は６である。スリット２１は、貯留部１９の周囲にわたってその壁２０内に均等に分配されている。

透過液出口１４及びガス入口１３は、連結箇所１５を半径方向外方に延長したところにある。

図２ａ乃至図２ｃは、ろ過運転中の第１の膜フィルタ１のベース要素２内及び管６の下側部分内の流動状況を示している。

この場合、図２ａは、膜フィルタ１の下側部分を通る第１の鉛直方向の断面図である。この断面は、連結箇所１５も通るように延びている。

ガス入口１３を通して、膜フィルタ１の運転中、ガス２６がベース要素２及び流動室１６に導入される。このとき、ガス２６は、ガス入口１３を介してまず貯留部１９に流入する。ガス２６は、貯留部１９をスリット２１の高さの一部まで満たし、貯留部１９内にガスクッション２７を形成する。ガス２６は、スリット２１もガスクッション２７の高さまで満たし、最終的に、スリット２１の、ガス２６で満たされた部分を介して、貯留部１９あるいはガスクッション２７から側方に流出し、その際、ろ過すべき液体２８に流入する。

流動室１６を除いて、膜支持体４は、ベース要素２を完全に液体２８及びガス２６の貫流のために閉鎖している。すなわち流動室１６を除いて、ベース要素２には、ガス２６及び液体２８のためのその他の通流開口は存在しない。

ベース要素２の上方において、管６内には、中空糸膜５以外に、その他の付設物は存在しない。それゆえ中空糸膜５は、下側でのみ固定されて、妨げられることなく自由に液体２８中を浮遊する。これにより、液体２８からの髪の毛、繊維質の結合物その他の夾雑物は、この領域で固着し得ない。

スリット２１を通る側方通流時、ガス２６は、ガスクッション２７の下の界面に沿って、側方ガス流動に対して平行に半径方向外方に方向付けられた液体流動を発生させる。この液体流動は、それぞれ隣接するスリット２１間において壁２０の内縁２２に向かって流動する。内縁２２は、スリットの領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度を有している。この斜めの内縁において、ろ過すべき液体２８中に含まれる髪の毛及び繊維質の結合物は、外方に方向付けられたガス流動及び液体流動により取り去られ、これにより、膜フィルタ１内でこれらの夾雑物が固着してしまうおそれは、軽減される。

スリット２１の通流後、ガス２６は、その浮力により膜フィルタ１内を上昇し、これにより液体２８の上昇流動を発生させる。液体２８は、膜フィルタ１内に下方からのみ吸い込まれる。ガス２６及び液体２８は、ベース要素２の流動室１６を貫流し、その後、一緒に出口１７を通して管６に流入し、管６の上側において膜フィルタ１から流出する。

気泡ポンプ効果により膜フィルタ１内を上昇する液体２８及びガス２６からなる二相流の高い剪断力作用により、ベース要素２の流動室１６内で膜支持体４の外側が洗浄され、そして管６内で中空糸膜５の外側が洗浄され、これにより膜支持体４及び中空糸膜５の表面から付着物及び堆積物が洗い剥がされ、膜フィルタ１から運び出される。

中空糸膜５の外側と内腔との間には、差圧が作用している。この差圧に基づいて、液状の透過液２９が液体２８からろ過され、中空糸膜５の内腔に流入する。透過液２９は、中空糸膜５の内腔から集液され、その後、透過液出口１４を通して膜フィルタ１から流出する。

連結箇所１５を通して、ガス２６の供給も、膜フィルタ１内でろ過された透過液２９の排出も行われる。

ガス入口１３は、流動技術的にベース要素２内の流動室１６に接続されており、その結果、ベース要素２は、ガス入口１３から貯留部１９、スリット２１及び流動室１６を通して出口１７まで貫流可能である。

図２ｂは、第１の膜フィルタ１の下側部分を通る別の、ただし９０°ずらした断面図である。この場合、連結箇所１５は切断されていない。しかし、このために２つのスリット２１が切断されている。ガス２６が貯留部１９あるいはガスクッション２７からスリット２１を通して側方に流出する様子が看取可能である。これに加え、この断面図には、透過液集液室２５が看取できるが、透過液出口１４は看取できない。

図２ｃは、第１の膜フィルタ１の下側部分を通る別の断面図である。この断面図は、この場合、ジャケット３のみを切断して示すものであり、それ以外の部分は、流動室１６を通るように延びている。その結果、膜支持体４の外面が看取可能である。この場合、スリット２１からガス２６が側方に流出する様子が看取可能である。

図３は、浸漬運転中の第１の膜フィルタ１を示している。図３に、液体２８中の気泡は図示していない。この場合、膜フィルタ１は、膜フィルタ１の上に液体２８の液面まで、１５ｃｍの液体嵩３０が残されているように、ろ過すべき液体２８が入った槽内に浸漬される。ガス供給管路３１を介してガス２６は、液体２８の液面より上からガス入口１３に導入される。ガス供給管路３１内には、絞り３２が組み付けられている。この絞り３２は、ここでは例示したものであり、複数の膜フィルタ１が並列運転され、同時に複数の膜フィルタ１にガス２６が供給される場合にのみ必要である。この場合、ガス供給管路３１内の絞り３２は、個々の膜フィルタ１に流入するガス２６の量を均すために用いられる。絞り３２は、ろ過すべき液体２８の液面より上に配置されている。膜フィルタ１内で生じた透過液２９は、透過液出口１４から透過液管路３３を介して導出される。

図４は、槽外設置運転中の第１の本発明に係る膜フィルタ１を示している。図４に、ろ過すべき液体２８中の気泡は図示していない。液体２８は、第１の液体管路３４を介して膜フィルタ１に供給される。液体２８から透過液２９がろ過され、透過液２９は透過液出口１４から流出する。ガス入口１３を通してガス２６が供給される。第２の液体管路３５を介してガス２６と、透過液２９を除いた液体２８とが、排出される。第２の液体管路３５は、中空糸膜５を越えて延在する管６の上側に接続されている。

図５ａ乃至図５ｇは、第２の本発明に係る膜フィルタ３６の図及び様々な断面図である。

図５ａは、第２の膜フィルタ３６の縦断面図である。第２の膜フィルタ３６は、ろ過すべき液体３７に向かって下向きに開口した、ガス３８及び液体３７が貫流可能なベース要素３９を有している。ベース要素３９は、管状のジャケット４０と、ジャケット４０内に存在する単一の膜支持体４１とを有している。膜支持体４１は、ジャケット４０に２つの連結箇所４２を介して結合されている。膜支持体４１の上側において、膜支持体４１内には、それぞれ１つの内腔を有する複数の中空糸膜４３が固定されている。内腔内には、液状の透過液４４が液体３７からろ過されて流入可能である。これに加え、膜フィルタ３６は、ベース要素３９のジャケット４０の上側に接続されて中空糸膜４３を包囲する、周方向で閉鎖された管４５と、ガス３８をベース要素３９に供給するガス入口４６とを有している。さらにベース要素３９は、中空糸膜４３からの透過液４４を集液する、中空糸膜４３の内腔に接続されている透過液集液室４７と、透過液集液室４７から透過液４４を排出する透過液出口４８とを有している。

ベース要素３９は、１２ｃｍの高さ４９を有し、膜フィルタ３６は、２１２ｃｍの高さ５０を有している。中空糸膜４３の下側は、樹脂層５１を介して、ろ過すべき液体３７に対して密封されているように膜支持体４１内に注型固定されている。このとき、中空糸膜４３の内腔は、開いた状態とされている。図示の中空糸膜４３の数は、中空糸膜４３の実際の数に合致しない。中空糸膜４３の上側は、個々に閉鎖されており、中空糸膜４３は、下側の固定部を除いて上側で自由に、ろ過すべき液体３７中を浮遊する。中空糸膜４３は、完全に管４５により包囲される。管４５は、１０ｃｍだけ中空糸膜４３の上端５２を越えて延在している。

図５ｂは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の上面図であり、図５ｃは、ジャケット４０を切断した斜視図である。ジャケット４０と膜支持体４１との間に、ベース要素３９は、ろ過すべき液体３７を貫流させる、下向きに開口した流動室５３を有している。流動室５３の上側は、ろ過すべき液体３７を管４５に送り出す出口５４を有している。

流動室５３は、湾部５５を有している。湾部５５は、膜支持体４１の引き留め部としての連結部５６まで膜支持体４１内に入り込んでいる。これにより、膜支持体４１には、６つのフィンガ５７が形成される。フィンガ５７は、膜支持体４１の連結部５６を介して結合されている。両連結箇所４２は、連結部５６を延長したところにあり、一方の連結箇所４２を貫いてガス入口４６が延び、他方の連結箇所４２を貫いて透過液出口４８が延びている。両連結箇所４２のみが、ジャケット４０と膜支持体４１とを結合している。中空糸膜４３の、膜支持体４１への取り付けは、第２の膜フィルタ３６の場合、フィンガ５７の領域でのみ実施される。フィンガ間の、連結部５６の上方の領域は、製造技術上の理由から空けたままとされる。第２の膜フィルタ３６の中空糸膜４３は、繊維材料により強化されており、２．５ｍｍの外径を有している。

連結部５６の領域において、ベース要素３９内には、流動室５３が２つの関連し合う流動通路５８を形成する水平の断面が存在する。フィンガ５７の外側の領域における環状間隙内の流動通路５８は、６ｍｍの一様な幅５９を有している。フィンガ５７間の流動通路５８も、６ｍｍの同じ幅５９を有している。フィンガ５７の縁が流動技術的な観点から丸み付けられているので、両流動通路５８は、フィンガ５７の縁において、６ｍｍより僅かに大きな幅を有している。全体として両流動通路５８は、その長さの８０％超にわたって、６ｍｍの一様な幅５９を有している。

流動室５３は、各水平方向の断面においてジャケット４０にも膜支持体４１にも隣接しており、両連結箇所４２によってのみ中断される。膜支持体４１は、流動室５３を除いてベース要素３９を完全に閉鎖している。すなわちベース要素３９は、流動室５３以外に、ろ過すべき液体３７又はガス３８のためのその他の通流通路を有していない。

第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の直径６０は、２０８ｍｍである。

図５ｄは、連結部５６をちょうど２つのフィンガ５７間の流動室５３内で切断した、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の断面図である。連結部５６内には、透過液集液室４７の一部が存在している。流動室５３は、鉛直方向でベース要素３９の高さ４９と膜支持体４１の高さ６１との重なり領域により画定される。膜支持体の下面には、ガス分配システム６２が形成されている。ガス分配システム６２の高さは、流動室５３を規定する際に考慮に入れていない。流動室５３の上側は、出口５４で終わっている。

図５ｄ及び図５ｅに看取可能であるように、フィンガ５７の下側は、両水平方向で斜面とされており、これにより膜支持体４１は、下向きに減少していく水平方向の横断面積を有している。これにより、ろ過すべき液体３７中に含まれる髪の毛及び繊維質の結合物は、フィンガ５７に引っ掛かったままとならず、フィンガ５７の斜面に沿って流動室５３内に取り去られ、流動室５３を通して洗い流され、その後、管４５内の中空糸膜４３の領域に到達する。この領域には、上側が個々に閉鎖された中空糸膜４３以外に、髪の毛又は繊維質の結合物が固着するおそれのあるその他の付設物が存在しないので、また、これに加え、中空糸膜４３の上側が個々に閉鎖されているので、髪の毛及び繊維質の結合物は、自由に膜フィルタ３６から上方に洗い流され得る。

図５ｆは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９を斜め下から見た斜視図であり、図５ｇは、ジャケット４０を切断してベース要素３９の半分を示す図である。

第２の膜フィルタ３６の場合、ベース要素３９は、ガス入口４６を有している。ガス入口４６は、膜支持体４１の下面に形成されたガス分配システム６２に接続されている。ガス分配システム６２は、下向きに開口し、上側では閉鎖された貯留部６３を有している。貯留部６３は、壁６４を有している。壁６４は、ろ過すべき液体３７中にガス３８を分配する、下向きに開口した鉛直方向のスリット６５を有している。貯留部６３の幅は、連結部５６の幅に等しく、連結部５６の下面に形成されている。ガス入口４６は、貯留部６３の側方に直接接続している。

１つおきのスリット６５には、貯留部６３の外側に、ガス案内通路６６が接続されている。ガス案内通路６６は、フィンガ５７の下面に形成されており、ガス３８を貯留部から離間する方向にジャケット４０に向かって案内する。ガス案内通路６６が接続されていない他のスリット６５は、それぞれ、連結部５６の外面において、２つのフィンガ５７間に開口しているか、あるいは、それよりも外側のフィンガ５７である場合は、この外側のフィンガ５７とジャケット４０との間に開口している。これにより、貯留部６３は、貯留部６３の両長辺の各々に、それぞれ１３個のスリット６５を有する壁６４を有している。スリット６５は、供給されるガス３８の量のより大きな変動も補償することができるように、下向きにより広幅となるようにしてある。

スリット６５の幅、ひいてはその横断面積も、それぞれ異なる大きさである。これにより、スリット６５を通して流れるガス３８の量は、中空糸膜４３の、ガス３８により洗浄すべき表面積に適合される。これに応じて、ベース要素３９中央の、比較的長いフィンガ５７の下にあるスリット６５は、外側の、比較的短いフィンガ５７の下にあるスリット６５より広幅のスリット６５を有している。最も狭幅のスリット６５は、フィンガ５７間に開口するスリット６５である。スリット６５とガス案内通路６６とを有するガス分配システム６２の構成により、ガス３８は、ろ過すべき液体３７に流入した後、膜支持体４１の周囲を流動する。

ベース要素３９は、ガス入口４６から貯留部６３、スリット６５及び流動室５３を通して出口５４まで貫流可能である。膜支持体４１は、流動室５３を除いてベース要素３９を、ろ過すべき液体３７の貫流のためだけではなく、ガス３８の貫流のためにも閉鎖している。

図５ｈは、第２の膜フィルタ３６のフィンガ５７を１つだけ示したものである。図５ｈの断面は、連結部５６と、連結部５６の下面に形成された貯留部６３とが看取可能である。これに加え、フィンガ５７の下面において貯留部６３の両側に延びるガス案内通路６６が看取可能である。

図５ｉは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の一部を、ガス案内通路６６を通るように切断して示したものである。ここでは、ガス案内通路６６が鉛直方向上方にオフセットされてスリット６５に接続されていることが看取可能である。

図６ａ乃至図６ｃは、第２の膜フィルタ３６の貯留部６３の一部の図及び断面図である。

貯留部６３の内側には、それぞれ、隣接するスリット６５間の中間に、壁６４に対して直交方向に延びる鉛直方向のリブ６７が設けられている。各リブ６７は、下側にテーパ部を有している。テーパ部は、壁６４に向かって延び、これにより貯留部６３の、斜めのあるいは丸み付けられた内縁６８を形成している。

幾何学的に貯留部６３は、隣接するスリット６５間に、それぞれ、この場合は壁６４に対して直交方向にリブ６７を通る鉛直方向の断面において、少なくともスリット６５の下半分６９の領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度７０を有し、スリット６５の半分６９の高さでは５８°の角度を有する内縁６８を有している。

第２の膜フィルタ３６の図示しないろ過運転は、第１の膜フィルタ１のろ過運転とは以下のように相違する。

ガス３８は、ガス入口４６を通して貯留部６３に流入し、貯留部６３及びスリット６５をスリット６５の高さの一部までガスクッションで満たす。ガスクッションからガス３８は、スリット６５を通して側方外側に貯留部６３から流出し、その際、膜支持体４１の下の複数の箇所においてろ過すべき液体３７に流入する。このとき、ガス３８は、一方では、スリット６５からそれぞれ２つのフィンガ５７間の流動室５３の湾部５５に流入し、他方では、フィンガ５７の下のスリット６５からガス案内通路６６に流入する。ガス案内通路６６を介してガス３８は、外方に向かってさらに貯留部６３から離間する方向で、膜フィルタ３６の外側領域に到達する。

スリット６５を通した側方通流時、側方ガス流動に対して平行に方向付けられた液体流動が、ガスクッションの下の界面に沿って形成される。この液体流動は、リブ６７の内縁６８に向かって流動する。貯留部６３の、それぞれ２つのスリット６５間に位置するこの内縁６８の角度７０に基づいて、髪の毛及び繊維質の結合物は、内縁６８に向かう流動時に取り去られることができ、これにより、膜フィルタ３６の閉塞傾向は、明らかに軽減される。

ろ過すべき液体３７にガスが流入した後、ガス３８及び液体３７の混合物が、膜支持体４１の上側において膜支持体４１内に固定された中空糸膜４３の周囲を流動する前に、ガス３８及び液体３７は、膜支持体４１の周囲を流動する。二相流の高い剪断力に基づいて、中空糸膜４３及び膜支持体４１の外側は、洗浄される。

ガス３８は、ガス入口４６から貯留部６３、スリット６５及び流動室５３を通して出口５４まで、ベース要素３９を貫流する。流動室５３が、常にジャケット４０と膜支持体４１との間にあることに加え、湾部５５を介して膜フィルタ３６の内部領域にも入り込んでいるので、こうして、横断面全体にわたって均等な膜フィルタ３６の曝気が、並列に接続された複数の小さな流動室の貫流を回避しつつ達成される。これにより、全体として、膜フィルタ３６の閉塞傾向が従来技術と比較して軽減される。

第２の膜フィルタ３６も、浸漬運転で又は槽外に設置されて運転可能である。

図７ａ乃至図７ｄは、ベース要素とヘッド要素とを備える本発明に係る膜フィルタの別の変化形態を示している。

図７ａは、第３の本発明に係る膜フィルタ７１を示している。第３の膜フィルタ７１は、中空糸膜７４を包囲し、上側でヘッド要素７５に接続された、閉鎖された管７３が、ベース要素７２の上側に接続されている点で、第１の膜フィルタ１とは相違する。ヘッド要素７５は、ジャケット７６と、ジャケット７６内に存在する膜支持体７７とを有し、膜支持体７７は、ジャケット７６に１つの連結箇所７８のみを介して結合されている。ヘッド要素７５内には、中空糸膜７４の上側が、樹脂層７９を介して、ろ過すべき液体に対して密封されているが、その内腔は開いているように注型固定されて取り付けられている。

ヘッド要素７５は、透過液を集液する、中空糸膜７４の内腔に流動技術的に接続されている透過液集液室８０と、透過液を排出する透過液出口８１とを有している。

さらにヘッド要素７５は、ガス及びろ過すべき液体を貫流させ、ヘッド要素７５から流出させる第２の流動室８２を有している。第３の膜フィルタ７１は、浸漬運転及び槽外設置運転で使用可能である。

図７ｂは、第４の本発明に係る膜フィルタ８３を示している。第４の膜フィルタ８３は、ベース要素８５の上側に接続される管８４の上側に、まず、開口８７を有する管延長部材８６が接続されている点で、第３の膜フィルタ７１とは相違する。開口８７は、ガス及びろ過すべき液体の一部を管８４から側方に流出させる。管延長部材８６及び管８４は、第４の膜フィルタ８３の場合、１つの部材からなっている。管延長部材８６の上部には、ヘッド要素８８が接続されている。ヘッド要素８８は、第３の膜フィルタ７１のヘッド要素７５と同じ細部を有している。第３の膜フィルタ７１との別の相違点は、ベース要素８５が形成している。このベース要素８５は、透過液集液室を有していない。すなわち、中空糸膜８９は、下側で閉鎖されているように樹脂によりベース要素８５内に包埋されて、固定されている。中空糸膜８９内で生じた透過液は、ヘッド要素８８の透過液集液室９０にのみ流入し、透過液集液室９０に集液され、透過液出口９１を介して第４の膜フィルタ８３から流出する。第４の膜フィルタ８３は、管延長部材８６に設けられた開口８７に基づいて、浸漬運転でしか使用できない。

図７ｃは、第５の本発明に係る膜フィルタ９２を示している。第５の膜フィルタ９２は、管９３がヘッド要素９４まで導かれておらず、既に手前で管拡張部９５により上側で終端している点で、第３の膜フィルタ７１とは相違する。これによりヘッド要素９４は、管９３に結合されておらず、これに応じて、ろ過すべき液体及びガスが貫流できるようにも構成されていない。それゆえ、ヘッド要素９４は、膜支持体９６であって、膜支持体９６内に固定され、透過液集液室９７に向かって開いているように樹脂により包埋された中空糸膜９８を有する膜支持体９６と、中空糸膜９８から生じた透過液の一部を集液して排出する、透過液集液室９７に接続された透過液出口９９とを有しているだけである。透過液の他の部分は、第３の膜フィルタ７１のベース要素と同一のベース要素１００から排出される。第５の膜フィルタ９２も、管９３とヘッド要素９４との間で開放された構成に基づいて、浸漬運転でのみ使用可能である。

図７ｄは、第６の本発明に係る膜フィルタ１０１を示している。第６の膜フィルタ１０１は、ベース要素１０２とヘッド要素１０３とを有しており、ベース要素１０２及びヘッド要素１０３は、第４の膜フィルタ８３のベース要素及びヘッド要素と同一であり、一貫して閉鎖された管１０４を介して結合されている。第６の本発明に係る膜フィルタ１０１は、槽外設置運転のために設計されている。この場合、ベース要素１０２には、ろ過すべき液体を下方からベース要素１０２に供給する第１の液体管路１０５が接続される。さらにヘッド要素１０３の上側には、液体及びガスを第６の膜フィルタ１０１から排出する第２の液体管路１０６が接続される。

図８ａ乃至図８ｃは、ガス入口と、ジャケット及び膜支持体の高さの重なり領域から形成される流動室の高さとに関する変化形態を有する、３つの別の本発明に係る膜フィルタのベース要素を通る断面図である。

図８ａは、第７の本発明に係る膜フィルタのベース要素１０７を通る断面図であり、第７の膜フィルタにおいて、ベース要素１０７は、ガス入口１０８を有しており、このガス入口１０８は、ジャケット１０９の内側に管体１１０としてベース要素１０７の中央まで導かれ、ここでガスは、膜支持体１１１の下の中央に流出し、次に膜支持体１１１の周囲を流動する。ベース要素１０７のジャケット１０９は、膜支持体１１１よりも上下に突出し、その結果、ジャケット１０９及び膜支持体１１１の高さの重なり領域により規定される流動室１１２の高さは、この場合、膜支持体１１１の高さと同じである。

図８ｂは、第８の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１３を通る断面図であり、第８の膜フィルタにおいて、ベース要素１１３は、ガス入口１１４を有していない。ガスは、本実施の形態では、ベース要素１１３とは別に、下方から膜支持体１１５の下の中央にガス入口１１４を介して供給され、次に膜支持体１１５の周囲を流動する。ベース要素１１３のジャケット１１６の寸法は、膜支持体１１５の寸法と上下において面一となっており、その結果、流動室１１７の高さは、この場合、膜支持体１１５の高さ及びジャケット１１６の高さと一致している。

図８ｃは、第９の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１８を通る断面図であり、第９の膜フィルタにおいて、ガス入口１１９は、第８の本発明に係る膜フィルタのガス入口と同じである。ベース要素１１８の膜支持体１２０は、ジャケット１２１よりも上下に突出し、その結果、膜支持体１２０及びジャケット１２１の高さの重なり領域により規定される流動室１２２の高さは、この場合、ジャケット１２１の高さと同じである。

図９ａ乃至図９ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの膜支持体の形状の変化形態を示している。これらの変化形態は、前に示したすべての本発明に係る膜フィルタにおいて実現可能である。

図９ａは、第１０の本発明に係る膜フィルタのベース要素１２３を示している。ベース要素１２３は、ジャケット１２４を有しており、ジャケット１２４は、ジャケット１２４内に存在する、１つの連結箇所１２５のみを介してジャケット１２４に結合される膜支持体１２６を有している。ジャケット１２４と膜支持体１２６との間には、１つの流動室１２７が存在し、流動室１２７は、膜支持体１２６内に入り込んでいる湾部１２８を有している。膜支持体１２６は、ベース要素１２３を、上述の１つの流動室１２７を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

図９ｂは、第１１の本発明に係る膜フィルタのベース要素１２９を示している。ベース要素１２９は、ジャケット１３０を有しており、ジャケット１３０は、ジャケット１３０内に存在する、１つの連結箇所１３１のみを介してジャケット１３０に結合される膜支持体１３２を有している。膜支持体１３２は、７つの膜束１３３を有しており、そのうちの６つの膜束１３３は、花の構造に類似した形で１つの中央の膜束１３３周りに配置されている。ジャケット１３０と膜支持体１３２との間には、１つの流動室１３４が存在している。膜支持体１３２は、ベース要素１２９を、上述の１つの流動室１３４を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

図９ｃは、第１２の本発明に係る膜フィルタのベース要素１３５を示しており、ベース要素１３５は、ジャケット１３６を有しており、ジャケット１３６は、ジャケット１３６内に存在する、１つの連結箇所１３７のみを介してジャケット１３６に結合される膜支持体１３８を有している。膜支持体１３８は、４つのフィンガ１３９を有している。フィンガ１３９は、連結部１４０を介して互いに結合され、連結箇所１３７において固定されている。ジャケット１３６と膜支持体１３８との間には、１つの流動室１４１が存在し、流動室１４１は、膜支持体１３８内に入り込んでいる湾部１４２を有している。湾部１４２は、連結部１４０まで導かれている。膜支持体１３８は、ベース要素１３５を、上述の１つの流動室１４１を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

１ 膜フィルタ
２ ベース要素
３ ジャケット
４ 膜支持体
５ 中空糸膜
６ 管
７ 上端
８ 長さ
９ 樹脂層
１０ 高さ 膜フィルタ
１１ 高さ ベース要素
１２ 高さ 膜支持体
１３ ガス入口
１４ 透過液出口
１５ 連結箇所
１６ 流動室
１７ 出口
１８ ガス分配システム
１９ 貯留部
２０ 壁
２１ 鉛直方向のスリット
２２ 内縁
２３ 下半分
２４ 角度
２５ 透過液集液室
２６ ガス
２７ ガスクッション
２８ ろ過すべき液体
２９ 透過液
３０ 液体嵩
３１ ガス供給管路
３２ 絞り
３３ 透過液管路
３４ 第１の液体管路
３５ 第２の液体管路
３６ 膜フィルタ
３７ ろ過すべき液体
３８ ガス
３９ ベース要素
４０ ジャケット
４１ 膜支持体
４２ 連結箇所
４３ 中空糸膜
４４ 透過液
４５ 管
４６ ガス入口
４７ 透過液集液室
４８ 透過液出口
４９ 高さ
５０ 高さ
５１ 樹脂層
５２ 上端
５３ 流動室
５４ 出口
５５ 湾部
５６ 連結部
５７ フィンガ
５８ 流動通路
５９ 幅
６０ 直径
６１ 高さ
６２ ガス分配システム
６３ 貯留部
６４ 壁
６５ スリット
６６ ガス案内通路
６７ リブ
６８ 内縁
６９ 半分
７０ 角度
７１ 膜フィルタ
７２ ベース要素
７３ 管
７４ 中空糸膜
７５ ヘッド要素
７６ ジャケット
７７ 膜支持体
７８ 連結箇所
７９ 樹脂層
８０ 透過液集液室
８１ 透過液出口
８２ 流動室
８３ 膜フィルタ
８４ 管
８５ ベース要素
８６ 管延長部材
８７ 開口
８８ ヘッド要素
８９ 中空糸膜
９０ 透過液集液室
９１ 透過液出口
９２ 膜フィルタ
９３ 管
９４ ヘッド要素
９５ 管拡張部
９６ 膜支持体
９７ 透過液集液室
９８ 中空糸膜
９９ 透過液出口
１００ ベース要素
１０１ 膜フィルタ
１０２ ベース要素
１０３ ヘッド要素
１０４ 管
１０５ 第１の液体管路
１０６ 第２の液体管路
１０７ ベース要素
１０８ ガス入口
１０９ ジャケット
１１０ 管体
１１１ 膜支持体
１１２ 高さ
１１３ ベース要素
１１４ ガス入口
１１５ 膜支持体
１１６ ジャケット
１１７ 流動室の高さ
１１８ ベース要素
１１９ ガス入口
１２０ 膜支持体
１２１ ジャケット
１２２ 流動室の高さ
１２３ ベース要素
１２４ ジャケット
１２５ 連結箇所
１２６ 膜支持体
１２７ 流動室
１２８ 湾部
１２９ ベース要素
１３０ ジャケット
１３１ 連結箇所
１３２ 膜支持体
１３３ 膜束
１３４ 流動室
１３５ ベース要素
１３６ ジャケット
１３７ 連結箇所
１３８ 膜支持体
１３９ フィンガ
１４０ 連結部
１４１ 流動室
１４２ 湾部

本発明は、ろ過すべき液体をろ過する膜フィルタであって、下向きに開口し、ガス及び液体が貫流可能なベース要素であって、管状のジャケットと、ジャケット内に存在する単一の膜支持体とを有し、膜支持体は、ジャケットに少なくとも１つの連結箇所を介して結合されているベース要素と、膜支持体の上側において膜支持体内に固定されている複数の中空糸膜であって、それぞれ１つの内腔を有し、ろ過すべき液体から液状の透過液を内腔内にろ過可能である中空糸膜と、周方向で閉鎖された管であって、ジャケットの上側に接続されて、中空糸膜を包囲する管と、ガスをベース要素内に供給するガス入口と、中空糸膜から透過液を集液すべく、中空糸膜の内腔に接続されている少なくとも１つの透過液集液室と、少なくとも１つの透過液集液室から透過液を排出する少なくとも１つの透過液出口と、ジャケットと膜支持体との間に設けられ、液体を貫流させる、下向きに開口した少なくとも１つの流動室であって、液体を管内に送り出す出口を上側に有し、少なくとも１つの流動室は、膜支持体を通る各水平方向の断面において、ジャケットにも、膜支持体にも隣接し、膜支持体は、ベース要素を、少なくとも１つの流動室を除いて、液体の、下から上への貫流のために完全に閉鎖する、流動室と、を備える膜フィルタに関する。

さらに本発明は、このような膜フィルタ内でろ過すべき液体をろ過する方法であって、液体をベース要素に流入させ、液体は、少なくとも１つの流動室を貫流し、このとき、膜支持体の周囲を流動し、ガスをガス入口を通してベース要素に流入させ、液体は、出口を通してのみベース要素の上側で流出し、出口を通してのみ管に流入し、ガスは、ベース要素の上側で流出し、管に流入し、管内を上昇し、これにより、膜フィルタ内での液体の上昇運動を発生させ、上昇する液体及びガスは、中空糸膜の外側を洗浄し、中空糸膜の外側と中空糸膜の内腔との間には、差圧が作用しており、差圧に基づいて、液体から液状の透過液がろ過され、中空糸膜の内腔に流入し、透過液は、内腔から集液され、膜フィルタから流出する方法に関する。

冒頭で述べた特徴を有する膜フィルタは、本発明者の１名も名を連ねる国際公開第０２／２２２４４号において公知である。

この公知の膜フィルタは、固体に富んだ排水をろ過するために設計されており、例えば生物学的処理設備における膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｂｉｏｒｅａｋｔｏｒ）あるいは膜分離活性汚泥法に見出せる。この場合、膜フィルタは、処理設備の槽内に浸漬されてもよいし、供給管路及び排出管路を有し、槽外（ｔｒｏｃｋｅｎ）に設置されてもよい。ろ過のための動力は、大抵の場合、透過液側に加えられた負圧を介して実現されるが、槽外に設置される変化形態の場合、フィード側（原水側）の僅かな正圧を介して実現されてもよい。

中空糸膜は、５ｍｍ未満、大抵の場合、０．５〜３ｍｍの直径を有しており、精密ろ過膜又は限外ろ過膜の透過性を有している。逆浸透又はナノろ過用の中空糸膜の使用も可能である。

ろ過により分離された物質により膜フィルタが閉塞されてしまうことを回避すべく、膜フィルタは、連続的に又は周期的なインターバルで洗浄される。一般に使用される、膜フィルタの物理的洗浄法は、液体又はガスによる中空糸膜の透過液側からの逆洗と、中空糸膜の外面における気泡洗浄とを組み合わせて行われる。気泡洗浄の場合、気泡は、下から膜フィルタに注入され、その後、中空糸膜に沿って上昇し、中空糸膜をろ過すべき液体内で動かす。気泡の上昇により、常に、液体の上昇流動も発生される。ガス及び液体からなる二相流の剪断力は、高い乱流を有し、これにより付着物は、膜から剥ぎ取られ、洗い流される。膜型バイオリアクタの場合、ガスとして一般に空気が使用される。

「気泡ポンプ効果（Ｍａｍｍｕｔｐｕｍｐｅｎｅｆｆｅｋｔ）」、すなわち、上昇する気泡により引き起こされる、膜フィルタを通る液体の上昇流動は、中空糸膜が、周方向で閉鎖された管により包囲されると、これにより気泡が膜フィルタ内に、すなわち、中空糸膜の直接的近傍に維持されるので、特に高い清浄化作用を中空糸膜に対して及ぼす。管のこの肯定的な効果は、発明の背景として、特に特開２００３−０２４９３７号公報及び米国特許出願公開第２００６／０２７３００７号明細書に記載されている。

公知の膜フィルタの一実施の形態では、浸漬型又は槽外設置型で使用可能な膜フィルタの中空糸膜が、単一の膜支持体に固定されており、単一の膜支持体が６つの連結箇所を介してベース要素の管状のジャケットに結合されている。膜フィルタは、中空糸膜が接続されている透過液集液室を有している。中空糸膜は、上側で個々に閉鎖されている。

これに加え、この膜フィルタのベース要素は、中空糸膜間に突入する口金にガス通路を介して接続されているガス入口を有している。口金を介してガスは、膜支持体の上方で中空糸膜間のろ過すべき液体に注入される。注入されたガスの気泡ポンプ効果により、液体は、下からベース要素の連結箇所間の６つの孔を通して吸い込まれる。孔は、膜支持体とジャケットとの間に存在する複数の流動室をベース要素内に形成する。液体は、これらの流動室内を通ってモジュールベースを貫流し、その後、モジュールベースの上側で注入されたガスと混合された後、ガスとともに膜フィルタ内を上昇し、その後、ガス及び液体は、上側で膜フィルタから流出する。特徴的であるのは、液体が、ジャケットと膜支持体との間に位置する６つの孔、すなわち、６つの流動室を通してのみベース要素を貫流することである。液体を貫流させるその他の通路は、ベース要素には存在しない。すなわち、膜支持体は、ベース要素を、流動室を除いて閉鎖している。

この膜フィルタにとってさらに特徴的であるのは、ガスと液体とが別々に中空糸膜へと導かれることである。すなわち、液体は、膜支持体の下からジャケットと膜支持体との間の流動室を通して流れ、ガスは、膜支持体の上の中央の口金から中空糸膜へと流れる。

ベース要素内において、特に、液体を貫流させる小さな孔としての、並列に接続された複数の流動室は、閉塞に弱い。並列に接続された孔の１つに堆積又は横断面積狭窄が、例えば流れ込んだ葉又は繊維質の結合物により生じると、この孔内で通流速度が低下し、さらなる閉塞のおそれが増す。それゆえ、並列に接続された複数の小さな孔を貫流するこのようなシステムは、方法技術的に不安定といえる。１つの流動通路内で開始した閉塞は、それ自体が加速するとともに、十分な代替流動経路が流動用に開いていない限り、相応の流動通路の完全な閉塞に至らしめる。例えば６つの並列の孔を有する公知の膜フィルタの場合、孔の１つの閉塞が始まったとき、残りの５つの孔は、この減じられた通流量を補償し得る。１つの孔の完全な閉塞時、他の孔は、それぞれの通流量を２０％上昇させねばならない。並列に接続された内部貫流通路の閉塞のおそれは、通路の数が少なくなり、通路横断面積が大きくなるにつれ、連続的に低下する。

ベース要素内の孔が閉塞するという問題の他に、公知の膜フィルタの場合、連結箇所の直ぐ上に別の問題が生じる。流動方向で連結箇所の陰となるところに、粒子が堆積するおそれがあり、フィルタの部分的な閉塞に至らしめる場合がある。乱流の弱い流動領域における粒子の堆積は、膜型バイオリアクタの場合、必然的に特に大きな問題となる。これは、膜型バイオリアクタの場合、ろ過すべき液体が、堆積及び閉塞の傾向を示す多数の粒子、髪の毛、繊維質の結合物その他の夾雑物を含んだスラリであるからである。

公知の膜フィルタの３つめの問題は、システムをスケールアップしたときの、膜支持体の上側の中央の口金による不十分なガス分配である。中央において中心部を上昇する気泡は、束直径全体に達する程度に気泡の大きさが増大するまであるいは気泡が水平方向に拡がるまでに、助走区間を必要とする。直径が大きくなるとともに、この助走区間は、長くなり、均等に曝気され得る膜束の最大の直径は、１０ｃｍ程度に制限されていることが判っている。より大きな直径は、束の外側領域が、下側の固定箇所の近傍では、注入される空気のエネルギにより不十分にしか清浄化されず、これにより、閉塞する傾向を示すに至る。

発明の背景として、独国特許出願公開第１９８１１９４５号明細書も、中空糸膜が固定されている膜支持体を有するベース要素を備える膜フィルタを記載している。この出願にも本発明者の１名が名を連ねている。ここでは、膜フィルタ及びベース要素は、１つの共通の管により包囲される。しかし、膜支持体が結合されているベース要素のジャケットは存在しない。膜フィルタは、膜支持体と管との間に、ろ過すべき液体が貫流する流動室を有している。この流動室の他に、膜フィルタは、ろ過すべき液体及びガスのための複数の別の通流開口を内部に有しているが、これらの別の通流開口は、膜支持体と管とに隣接していない。問題であるのは、まさにこれらの並列に貫流される複数の小さな通流開口である。それというのも、小さな通流開口は、極めて閉塞しやすいからである。

課題
本発明の根底にある課題は、閉塞傾向が軽減されている膜フィルタを提供することである。

解決手段
公知の膜フィルタから出発して、本発明により、ベース要素が、ガス入口の結果として、少なくとも１つの流動室を通して出口まで貫流可能であることを提案する。これにより、ガスは、公知の膜フィルタのように別体のガス管路を介して、中央において、膜支持体に固定された中空糸膜の中心部に導入されるのではなく、ガス供給は、液体とともに少なくとも１つの流動室を通して中空糸膜の外側領域において実施される。これにより、膜フィルタの閉塞傾向を軽減する複数の利点が生じる。一方では、ガスと液体とからなる二相流の剪断力が、膜支持体の洗浄のためにも利用され、他方では、直接、膜の下側領域で、ガスが膜束の縁部領域にも注入され、その結果、ここでも閉塞傾向が軽減される。

膜フィルタの上述の態様において、管が中空糸膜の自由長さ、すなわち、液体中に存在する長さの少なくとも５０％を包囲していることが有利である。これにより、管内の気泡ポンプ効果が十分に強い流動を流動室内に発生させ、流動室内に存在する膜支持体も洗浄することが保証される。

円形横断面内に中空糸膜を密に充填した膜束の直径は、制限されている。膜型バイオリアクタ内での中空糸モジュールの実際の運転は、液体とガスとからなる二相流の剪断力が運転条件次第で最大で約２．０〜２．５ｃｍ中空糸膜の束内に作用することを示している。それゆえ、円形の横断面を有する膜束の外径は、約４〜５ｃｍに制限されている。

少なくとも１つの流動室は、本発明における膜支持体内に入り込んでいる湾部を有している。これにより、膜が密に充填された横断面の幅は、ガスと液体とからなる二相流の剪断力を介して外側から洗浄され得る程度に低減され得る。湾部の最も単純な形態は、純然たる半径方向の湾部である。上述した制限を背景に、膜支持体の直径は、湾部により約８〜１０ｃｍに増加され得る。

より大きな直径の場合、湾部の別の形状、ひいては膜支持体の別の幾何学形状、例えば膜支持体のクローバーの葉形状又は複数の円形の膜束が配置されている１つの膜支持体が可能である。

より大きな直径を有する膜フィルタの好ましい態様において、膜支持体は、湾部により形成される複数のフィンガを有し、複数のフィンガは、膜支持体の連結部を介して結合されている。フィンガは、好ましくは平行に配置されている。この場合、フィンガなる称呼は、膜支持体を通る水平方向の断面において、フィンガが一様な幅を有しているという特徴に関する。しかし、このことは、フィンガが鉛直方向でも一様な高さを有していること、あるいはこの高さが何らかの形で幅と相関関係にあることを意味しない。これにより、フィンガは、中空糸膜が装着される領域の幅を一様に構成し、かつ自由に選択する可能性を提供する。フィンガの、膜が装着される領域の幅を２〜５ｃｍに構成することが有利であることが判っている。これは、そうすることで、フィンガの、中空糸膜が装着される領域の最適な洗浄が、固定箇所の近傍でも保証されているからである。

連結箇所の数をできる限り少なくすることが有利である。これは、そうすることで、ろ過すべき液体のための流動通路の数が少なくなると同時に、その流動横断面積が大きくなるからである。これにより、並列に貫流される流動通路の閉塞の問題は、明らかに軽減される。

フィンガを有する膜フィルタの上述の態様では、膜支持体が、連結部を延長したところにある最大で２つの連結箇所を介してジャケットに結合されていることが、さらに有利である。このことは、とりわけ、射出成形部品としてベース要素を製造する際に有利である。

このような本発明に係る膜フィルタの好ましい態様において、膜支持体はジャケットに１つの連結箇所のみを介して結合されている。この場合、液体及びガスの、膜フィルタを貫流する全量が、一緒にこの１つの流動室を通して流れ、次に流動室の出口を通して、ベース要素のジャケットに上側で接続される管に流入する。特に管内を上昇するガスが形成する気泡ポンプ効果により、この種のシステムは、いわば強制貫流とも称され得る。すなわち、ガスが膜フィルタ内を上昇している限り、液体も下からベース要素を通して吸い込まれる。すなわち、何かが膜フィルタを通して流れている限り、この１つの流動通路は、完全に閉塞されておらず、それゆえ、部分的に閉塞しているときでさえ、いまだ、流動の比較的高い剪断力により洗浄して閉塞を解消し得る能力を保有している。比較的高い剪断力は、例えばガス量の増加、ひいては流動の乱流の増加により達成可能である。部分的に閉塞した流動通路を洗浄して閉塞を解消する可能性の利点は、内部貫流通路が複数あり、これらが並列に接続されている場合には、当てはまらない。このようなシステムの場合、１つの通路が部分的に閉塞されてしまうと、通路は、このために低くなった通流速度に基づいて完全に閉塞する傾向を示す。完全に閉塞した流動通路を再び清浄化するには、ガスと液体とからなる二相流を介した膜フィルタの機械的洗浄だけでは、一般に不十分である。このような場合、しばしば、膜フィルタの集中的な化学的清浄化から、手動での機械的清浄化までが必要である。部分的に閉塞された流動通路を洗浄して閉塞を解消する可能性は、並列の流動通路の数が少なくなるにつれ、高まる。それゆえ、唯一の流動通路を選択するのが有利である。しかし、これには、本発明に係る膜フィルタにも制約がある。

本発明に係る膜フィルタにおける単一の連結箇所の実現は、ベース要素の約１５〜１８ｃｍの直径までしか有意義でない。より大きな膜支持体の場合、膜フィルタが、互いに反対側に位置する少なくとも２つの連結箇所を有していると、静力学的観点からより有利である。本発明に係る膜フィルタの本態様において、一方の連結箇所を介して透過液出口を、他方の連結箇所を介してガス入口を接続することが有利である。

製造技術上の理由から、膜支持体にフィンガを有する本発明に係る膜フィルタの態様では、フィンガの、中空糸膜が装着される領域の幅を、連結部の両側で、かつ連結部の領域でも、一様に構成し、その際、連結部上方のフィンガ間の小さな領域には、膜を装着しないことが有利である。

流動方向で連結部の陰となるところでフィンガ間に固体粒子が堆積するのを回避するために、連結部の横断面をフィンガ間では鉛直方向で出口まで形成せず、既に手前で先細りするようにテーパさせることが有利である。同じことは、膜支持体をジャケットに結合する連結箇所の構成についてもいえる。

この場合、膜支持体は、少なくとも１つの連結箇所より上の水平方向の断面の各々において、完全にジャケットから離隔されている。同時にジャケットが上側で少なくとも膜支持体の上端まで達していると、膜支持体は、この水平方向の断面において完全に出口内に埋没されている。この場合、膜支持体は、必ずしもベース要素の上側で１つにまとめられている必要はない。それというのも、複数のフィンガと、フィンガ間の、出口までは形成されていない連結部とを有する膜支持体の例では、出口内の横断面が、１つの膜支持体のすべての部分である互いに離隔した複数のフィンガを有しているからである。

本発明の範囲内で、フィンガ間の流動室の湾部の幅も一様に構成することは、有利である。この幅は、運転条件及びろ過すべき液体の固体含有量次第で、好ましくは３〜８ｍｍの範囲である。固体含有量が比較的低く、固体粒子が比較的小さいときは、充填密度向上の理由から、より小さな寸法も、ろ過すべき液体がそれでもなお十分に流動室を通って流動可能であるという条件の下、有意義である場合がある。

ベース要素の貫流を均すには、少なくとも１つの流動室が、水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの流動通路を形成し、流動通路が、流動通路の長さの８０％超にわたって一様な幅を有していることが有利である。湾部の箇所において流動技術的な観点から膜支持体の外縁の丸み付けが有利であるので、流動通路の幅は、この箇所では、一様な幅から僅かに外れている。

膜フィルタの上述の本発明の構成において、膜支持体が、水平方向の断面において、下向きに減少していく横断面積を有していることは有利である。これにより、流れが当たる斜めの縁が膜支持体に生じ、斜めの縁において、ろ過すべき液体中に存在する夾雑物、例えば髪の毛又は繊維質の結合物、葉又はより粗い粒子が導出可能である。この場合、斜面は、上述の夾雑物が膜支持体において外部に向かって流動室内へと導出されるように構成されている。このことは、明確にフィンガの例で説明される。膜支持体のフィンガに下方からの流れが当たると、繊維質の結合物が、フィンガの、この流れが当たる縁に当たり、そして、フィンガの、流れが当たる縁を斜めに構成したことに基づいて、フィンガの端部まで滑っていき、その後、フィンガから流動通路に導出され、モジュールから洗い流される。下向きに減少していく水平方向の横断面積を有する膜支持体の構成を介して、夾雑物が容易に固着し得る、流れの中に存在して流れが当たる水平方向の縁は、大幅に回避される。

膜フィルタの好ましい態様では、ベース要素が、ガスをベース要素内に供給するガス入口を有している。本態様において、ガス入口は、膜支持体より下に存在する。ガス入口が膜支持体の直下に配置されていると、有利である。これは、そうすることで、ガスの吹き込み深さが最小化され、曝気の所要エネルギに有利に作用するからである。

発明の背景として公知の膜フィルタは、例えばガス‐液体混合物を発生させるために、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバを有している。しかし、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバは、ガスの吹き込み深さ、ひいては所要エネルギを高めてしまうという欠点を有している。水深が２ｍであるとき、２０ｃｍの追加の吹き込み深さは、混合チャンバに基づいて既に１０％高い所要エネルギを意味する。国際公開第２００８/１４４８２６号には、ガスと液体とを混合する鉛直方向に延びる混合チャンバを有するこの種のシステムが記載されている。

択一的には、ガス入口は、ベース要素の同じ部分であることなしに、下方からガスをベース要素内に供給する。

膜型バイオリアクタにおける排水処理用に本発明に係る膜フィルタを使用すべく、中空糸膜が上側で個々に閉鎖されており、その上端で自由にろ過すべき液体の流動中を浮遊することが有利である。これにより、夾雑物、特に髪の毛及び繊維質の結合物自体は、フィルタの貫流時に中空糸膜の周囲に巻き付いたときでさえ、膜フィルタから洗い流され得る。

下側でしかベース要素の膜支持体に固定されていない中空糸膜を有する本発明に係る膜フィルタの本態様において、ベース要素は、中空糸膜の内腔に接続されている透過液集液室と、透過液を膜フィルタから流出させる透過液出口とを有している。この場合、これに加え、閉鎖された周囲を有する管が少なくとも中空糸膜の上端まで延在していることが有利である。好ましくは、本発明に係る膜フィルタは、中空糸膜の上端を越えて延在する管を有している。これにより、中空糸膜の上側の領域で鉛直方向の流動成分が優勢であることが保証され、これにより、特に、フィルタからの夾雑物の取り去り及び洗い流しが促進される。

曲げ剛性がより低い中空糸膜の場合、本発明に係る膜フィルタがベース要素に対して付加的に、中空糸膜が上側で固定されているヘッド要素を有していると、有利である。これに加え、このような本発明に係る膜フィルタの場合、ヘッド要素は、中空糸膜の内腔に接続される透過液集液室と、透過液出口とを有していることができる。この場合、ヘッド要素のみが、又は付加的にベース要素も、透過液集液室と透過液出口とを有していることができる。ヘッド要素及びベース要素に各１つの透過液集液室及び各１つの透過液出口を備える本発明に係る膜フィルタの構成は、構造的により手間あるいはコストを要し、それゆえ、中空糸膜の長さ又は内腔直径が、発生した透過液の排出を、内腔内の圧力損失に基づいて制限してしまう場合にのみ有意義である。中空糸膜の両側での透過液の排出は、中空糸膜のより長い長さと、中空糸膜の内腔のより小さい直径とを許容し、これにより、膜フィルタにおけるより高い充填密度が実現可能である。

１つのベース要素と１つのヘッド要素とを備える膜フィルタの上述の本発明の態様では、ヘッド要素が、ベース要素の、出口における横断面と類似の横断面を有する膜支持体を有していると、有利である。

１つのヘッド要素を備える膜フィルタの上述の本発明の態様では、膜フィルタに供給する前に液体から夾雑物の大部分を取り除くことが有意義である。このことは、膜型バイオリアクタの場合、ヘッド要素の下の中空糸膜間での夾雑物の固着を最小化すべく、一般に、スラリの精選により達成される。同じ理由から、本発明に係る膜フィルタの本態様の場合、閉鎖された周囲を有する管がヘッド要素まで導かれないことが有意義である。しかし、このことは、膜フィルタの浸漬運転でしか可能でない。

管がヘッド要素まで導かれない本発明に係る膜フィルタの最も簡単な形態は、管の上端とヘッド要素との間に間隔を空けることである。これにより、液体はヘッド要素に到達する前に既に膜フィルタから流出可能である。このことは、ヘッド要素の閉塞傾向を軽減する。膜フィルタの上述の本発明の態様では、膜フィルタのヘッド要素まで導かれない閉鎖された周囲を有する管の上側に、周囲に開口を有する管延長部材が接続されていると有利である。開口は、液体の一部を膜フィルタからヘッド要素への到達前に既に流出させるという意義を有している。これによっても、ヘッド要素より下での髪の毛及び繊維質の結合物の固着は軽減される。閉鎖された周囲を有する管を少なくともベース要素とヘッド要素との間の間隔の半分まで導くことは、気泡ポンプ効果を利用し、中空糸膜に対して略平行に流れる流動を発生させるために、有利である。これにより、これに加え、ろ過すべき液体が外部から管の周囲を介して流入することが回避される。このような形での流入は、膜フィルタ内での流動技術的に不都合な横方向流動に至らしめかねない。管と管延長部材とは、１つの部材からなっていてもよい。

気泡ポンプ効果に基づいて、本発明に係る膜フィルタにおいて、既にベース要素内で高い流速が形成される。液体の流動とガスの流動との組み合わせは、一方では、ベース要素の閉塞に対抗するのに有利である。しかし、他方では、ガスをベース要素内の流動室の横断面にわたって均等に分配するという要求をもたらす。それというのも、ろ過すべき液体の高い流速に基づいて、気泡が、液体に供給する箇所において直接、鉛直方向上方に、かつ水平方向では僅かな混合傾向しか示さずに上昇していくからである。

気泡ポンプ効果を利用した本発明の背景において公知の膜フィルタの場合、液体内でのガスの分配は、それゆえ、鉛直方向に方向付けられた混合チャンバ又は液体が水平方向でも流動横断面にわたって拡散し得る流入域を介して達成される。米国特許第５４８２６２５号明細書は、本願の管に相当する側方の制限部を有するプレートモジュールにおけるこのような流入域を記載している。しかし、鉛直方向に延びる流入域又は混合チャンバは、ガスが比較的深い吹き込み深さで供給されるので、曝気のための比較的高い所要エネルギの既に上述した欠点を有している。

ベース要素内の流動室の横断面にわたって均等なガスの分配は、膜フィルタの本発明の一態様において、ガスを膜支持体の下方の複数の箇所で液体に供給するガス分配システムを介して達成される。

本発明に係る膜フィルタにおいて、膜支持体は、ベース要素を、流動室を除いて、液体の貫流のためだけではなく、ガスの貫流のためにも完全に閉鎖している。

公知の方法から出発して、本発明により、ガスをガス入口を通して少なくとも１つの流動室に流入させ、次にガスは、液体とともにベース要素を、ジャケットと膜支持体との間の少なくとも１つの流動室において貫流し、出口を通して管に流入し、少なくとも１つの流動室は、本発明における膜支持体内に入り込んでいる湾部を有しているようにすることを提案する。このような本発明に係る方法は、本発明に係る膜フィルタにおいて実施され、同様に、本発明に係る膜フィルタについて挙げた利点を有している。

本発明に係る方法の好ましい態様において、液体及びガスは、膜支持体を通る水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、膜支持体の周囲を完全に流動する。本発明に係る膜フィルタにおいて連結箇所と称する、膜支持体とジャケットとの間の各結合箇所は、流動方向でこの結合箇所の上方の陰となるところに液体の粒子又は固体が堆積し、中空糸膜の、その上方に存在する領域における閉塞に至らしめるおそれを招く。このことは、特に、連結箇所が鉛直方向でベース要素の出口に至るまでそのままの幅で延在しているときに当てはまる。このおそれは、連結箇所が鉛直方向上向きに先細りし、既にベース要素の出口の手前で終端していることにより回避可能である。先細りする領域において、ガスと液体とからなる二相流は、流動方向で連結箇所の陰となるところで拡がり、その結果、連結箇所の上方で膜支持体の周囲を完全に流動する。

本発明に係る方法を実施するために、膜フィルタは、液体中に浸漬されていてもよい。そして膜フィルタは、液体に包囲されており、ベース要素に導入されて膜フィルタ内を上昇するガスの気泡ポンプ効果に基づいて、液体は、下方からベース要素に吸い込まれ、ガスとともにフィルタユニットを貫流し、ともに上側でフィルタユニットから流出する。

本発明に係る方法の範囲内で、液体は、第１の液体管路によりベース要素に供給され、第２の液体管路により上側で膜フィルタから排出されてもよい。第２の液体管路は、中空糸膜の上方で、ベース要素の上側に接続されて中空糸膜を包囲する管に接続されている。本発明に係るフィルタユニットの運転のこの変化形態は、「槽外設置」運転ともいう。

本発明に係る方法において、ベース要素のジャケットの上側に接続された管に基づいて、注入したガスは、強い気泡ポンプ効果を本発明に係る膜フィルタ内に発生させ、この気泡ポンプ効果は、特にベース要素の流動室内に高い流速をも発生させる。このことは、流動室内での堆積及び開始した閉塞を自ら洗浄して取り除く付加的な動力である。

より大きなフィルタユニットを実現するには、複数の本発明に係る膜フィルタが、１つの共通のフレームに並列に相並んで取り付けられ得る。この場合、個々の膜フィルタの透過液出口は、発生した透過液を膜フィルタから導出するために用いられる管路に接続される。複数のガス入口も、ガスを膜フィルタに供給するために用いられる管路に接続される。この場合、ガス供給管路は、個々の膜フィルタへの空気供給を均すべく、個々に絞りを装備する。この場合、フィルタの停止時にも、絞り横断面の溢流を回避し、これにより、液体の固体成分による絞りの閉塞の可能性を排除すべく、これらの絞りをガス供給管路内で液面より上に位置決めすることが、有利である。

実施の形態
以下に、本発明について実施の形態を参照しながら説明する。

図１ａ乃至図１ｅは、第１の膜フィルタを示す図である（ベース要素の全体断面図、部分断面図及び図）。 図２ａ乃至図２ｃは、第１の膜フィルタ内の流動状況を示す図である。 浸漬運転中の第１の膜フィルタを示す図である。 槽外設置運転中の第１の膜フィルタを示す図である。 図５ａ乃至図５ｉは、第２の本発明に係る膜フィルタの詳細図である。 図６ａ乃至図６ｃは、第２の膜フィルタのガス分配システムの部分図及び断面図である。 図７ａ乃至図７ｄは、別の本発明に係る膜フィルタを示す図である。 図８ａ乃至図８ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの詳細図である。 図９ａ乃至図９ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの膜支持体を示す図である。

図面は、正しい縮尺で図示したものではない。以下に説明する本発明に係る膜フィルタの、言及しないすべての細部は、既に前述した本発明に係る膜フィルタの構成と同一である。

図１ａ乃至図１ｅは、第１の膜フィルタ１の断面図及び図である。膜フィルタ１は、ジャケット３と、ジャケット３内に存在する膜支持体４とを有するベース要素２を備えている。膜支持体４の上側において、膜支持体４内には、中空糸膜５が固定されている。ベース要素２のジャケット３の上側には、柱状の管６が接続されている。

中空糸膜５は、繊維材料により強化されており、２．５ｍｍの外径を有している。中空糸膜５は、上端７において個々に閉鎖されている。管６は、１０ｃｍの長さ８の分だけ上端７を越えて延在している。中空糸膜５の下側は、樹脂層９を介して密封されているように膜支持体４内に注型固定されている。このとき、中空糸膜５の内腔は、開いた状態とされている。

膜フィルタ１は、２００ｃｍの高さ１０を有し、ベース要素２は、１２ｃｍの高さ１１を有し、膜支持体４は、１１ｃｍの高さ１２を有している。ベース要素２及び管６は、ともに７５ｍｍの外径を有している。管６は、６８ｍｍの内径を有している。さらにベース要素２は、ガス入口１３及び透過液出口１４を有している。

膜支持体４は、引き留め箇所としての連結箇所１５を介してジャケット３に結合されている。ベース要素２は、ジャケット３と膜支持体４との間に流動室１６を有している。流動室１６は、９ｍｍの幅を有する環状間隙として形成されており、膜支持体４を包囲し、連結箇所１５によってのみ中断される。流動室１６は、各水平方向の断面においてジャケット３にも膜支持体４にも隣接している。

流動室１６は、鉛直方向でベース要素２の高さ１１と膜支持体４の高さ１２との重なり領域により画定される。ベース要素２は、下向きに開口しており、貫流可能である。流動室１６は、上側に、管６に通じる出口１７を有している。

ガス入口１３は、膜支持体４の下面に形成されたガス分配システム１８に接続されており、ガス分配システム１８は、下向きに開口し、上側では閉鎖された貯留部１９を有している。貯留部１９は、壁２０を有している。壁２０は、下向きに開口した鉛直方向のスリット２１を有している。貯留部１９は、隣接するスリット２１間の中間に、それぞれ、壁２０に対して直交方向に延びる鉛直方向の断面において、内縁２２を有している。内縁２２は、スリット２１の高さ全体にわたって、水平線に対して４０°の角度２４を有する斜めの縁である。内縁２２は、択一的に、スリット２１の下半分２３の領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度２４を有していてもよい。

さらにベース要素２は、透過液集液室２５を有している。透過液集液室２５には、中空糸膜５の内腔が開口している。透過液集液室２５は、ベース要素２の透過液出口１４に接続されている。

図１ｄは、中空糸膜５を有するベース要素２を管６なしに示す上面図である。図示の中空糸膜５の数は、中空糸膜５の実際の数に合致しない。そして図１ｅは、ベース要素２を下から見た図である。スリット２１の数は６である。スリット２１は、貯留部１９の周囲にわたってその壁２０内に均等に分配されている。

透過液出口１４及びガス入口１３は、連結箇所１５を半径方向外方に延長したところにある。

図２ａ乃至図２ｃは、ろ過運転中の第１の膜フィルタ１のベース要素２内及び管６の下側部分内の流動状況を示している。

この場合、図２ａは、膜フィルタ１の下側部分を通る第１の鉛直方向の断面図である。この断面は、連結箇所１５も通るように延びている。

ガス入口１３を通して、膜フィルタ１の運転中、ガス２６がベース要素２及び流動室１６に導入される。このとき、ガス２６は、ガス入口１３を介してまず貯留部１９に流入する。ガス２６は、貯留部１９をスリット２１の高さの一部まで満たし、貯留部１９内にガスクッション２７を形成する。ガス２６は、スリット２１もガスクッション２７の高さまで満たし、最終的に、スリット２１の、ガス２６で満たされた部分を介して、貯留部１９あるいはガスクッション２７から側方に流出し、その際、ろ過すべき液体２８に流入する。

流動室１６を除いて、膜支持体４は、ベース要素２を完全に液体２８及びガス２６の貫流のために閉鎖している。すなわち流動室１６を除いて、ベース要素２には、ガス２６及び液体２８のためのその他の通流開口は存在しない。

ベース要素２の上方において、管６内には、中空糸膜５以外に、その他の付設物は存在しない。それゆえ中空糸膜５は、下側でのみ固定されて、妨げられることなく自由に液体２８中を浮遊する。これにより、液体２８からの髪の毛、繊維質の結合物その他の夾雑物は、この領域で固着し得ない。

スリット２１を通る側方通流時、ガス２６は、ガスクッション２７の下の界面に沿って、側方ガス流動に対して平行に半径方向外方に方向付けられた液体流動を発生させる。この液体流動は、それぞれ隣接するスリット２１間において壁２０の内縁２２に向かって流動する。内縁２２は、スリットの領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度を有している。この斜めの内縁において、ろ過すべき液体２８中に含まれる髪の毛及び繊維質の結合物は、外方に方向付けられたガス流動及び液体流動により取り去られ、これにより、膜フィルタ１内でこれらの夾雑物が固着してしまうおそれは、軽減される。

スリット２１の通流後、ガス２６は、その浮力により膜フィルタ１内を上昇し、これにより液体２８の上昇流動を発生させる。液体２８は、膜フィルタ１内に下方からのみ吸い込まれる。ガス２６及び液体２８は、ベース要素２の流動室１６を貫流し、その後、一緒に出口１７を通して管６に流入し、管６の上側において膜フィルタ１から流出する。

気泡ポンプ効果により膜フィルタ１内を上昇する液体２８及びガス２６からなる二相流の高い剪断力作用により、ベース要素２の流動室１６内で膜支持体４の外側が洗浄され、そして管６内で中空糸膜５の外側が洗浄され、これにより膜支持体４及び中空糸膜５の表面から付着物及び堆積物が洗い剥がされ、膜フィルタ１から運び出される。

中空糸膜５の外側と内腔との間には、差圧が作用している。この差圧に基づいて、液状の透過液２９が液体２８からろ過され、中空糸膜５の内腔に流入する。透過液２９は、中空糸膜５の内腔から集液され、その後、透過液出口１４を通して膜フィルタ１から流出する。

連結箇所１５を通して、ガス２６の供給も、膜フィルタ１内でろ過された透過液２９の排出も行われる。

ガス入口１３は、流動技術的にベース要素２内の流動室１６に接続されており、その結果、ベース要素２は、ガス入口１３から貯留部１９、スリット２１及び流動室１６を通して出口１７まで貫流可能である。

図２ｂは、第１の膜フィルタ１の下側部分を通る別の、ただし９０°ずらした断面図である。この場合、連結箇所１５は切断されていない。しかし、このために２つのスリット２１が切断されている。ガス２６が貯留部１９あるいはガスクッション２７からスリット２１を通して側方に流出する様子が看取可能である。これに加え、この断面図には、透過液集液室２５が看取できるが、透過液出口１４は看取できない。

図２ｃは、第１の膜フィルタ１の下側部分を通る別の断面図である。この断面図は、この場合、ジャケット３のみを切断して示すものであり、それ以外の部分は、流動室１６を通るように延びている。その結果、膜支持体４の外面が看取可能である。この場合、スリット２１からガス２６が側方に流出する様子が看取可能である。

図３は、浸漬運転中の第１の膜フィルタ１を示している。図３に、液体２８中の気泡は図示していない。この場合、膜フィルタ１は、膜フィルタ１の上に液体２８の液面まで、１５ｃｍの液体嵩３０が残されているように、ろ過すべき液体２８が入った槽内に浸漬される。ガス供給管路３１を介してガス２６は、液体２８の液面より上からガス入口１３に導入される。ガス供給管路３１内には、絞り３２が組み付けられている。この絞り３２は、ここでは例示したものであり、複数の膜フィルタ１が並列運転され、同時に複数の膜フィルタ１にガス２６が供給される場合にのみ必要である。この場合、ガス供給管路３１内の絞り３２は、個々の膜フィルタ１に流入するガス２６の量を均すために用いられる。絞り３２は、ろ過すべき液体２８の液面より上に配置されている。膜フィルタ１内で生じた透過液２９は、透過液出口１４から透過液管路３３を介して導出される。

図４は、槽外設置運転中の第１の膜フィルタ１を示している。図４に、ろ過すべき液体２８中の気泡は図示していない。液体２８は、第１の液体管路３４を介して膜フィルタ１に供給される。液体２８から透過液２９がろ過され、透過液２９は透過液出口１４から流出する。ガス入口１３を通してガス２６が供給される。第２の液体管路３５を介してガス２６と、透過液２９を除いた液体２８とが、排出される。第２の液体管路３５は、中空糸膜５を越えて延在する管６の上側に接続されている。

図５ａ乃至図５ｇは、第２の本発明に係る膜フィルタ３６の図及び様々な断面図である。

図５ａは、第２の膜フィルタ３６の縦断面図である。第２の膜フィルタ３６は、ろ過すべき液体３７に向かって下向きに開口した、ガス３８及び液体３７が貫流可能なベース要素３９を有している。ベース要素３９は、管状のジャケット４０と、ジャケット４０内に存在する単一の膜支持体４１とを有している。膜支持体４１は、ジャケット４０に２つの連結箇所４２を介して結合されている。膜支持体４１の上側において、膜支持体４１内には、それぞれ１つの内腔を有する複数の中空糸膜４３が固定されている。内腔内には、液状の透過液４４が液体３７からろ過されて流入可能である。これに加え、膜フィルタ３６は、ベース要素３９のジャケット４０の上側に接続されて中空糸膜４３を包囲する、周方向で閉鎖された管４５と、ガス３８をベース要素３９に供給するガス入口４６とを有している。さらにベース要素３９は、中空糸膜４３からの透過液４４を集液する、中空糸膜４３の内腔に接続されている透過液集液室４７と、透過液集液室４７から透過液４４を排出する透過液出口４８とを有している。

ベース要素３９は、１２ｃｍの高さ４９を有し、膜フィルタ３６は、２１２ｃｍの高さ５０を有している。中空糸膜４３の下側は、樹脂層５１を介して、ろ過すべき液体３７に対して密封されているように膜支持体４１内に注型固定されている。このとき、中空糸膜４３の内腔は、開いた状態とされている。図示の中空糸膜４３の数は、中空糸膜４３の実際の数に合致しない。中空糸膜４３の上側は、個々に閉鎖されており、中空糸膜４３は、下側の固定部を除いて上側で自由に、ろ過すべき液体３７中を浮遊する。中空糸膜４３は、完全に管４５により包囲される。管４５は、１０ｃｍだけ中空糸膜４３の上端５２を越えて延在している。

図５ｂは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の上面図であり、図５ｃは、ジャケット４０を切断した斜視図である。ジャケット４０と膜支持体４１との間に、ベース要素３９は、ろ過すべき液体３７を貫流させる、下向きに開口した流動室５３を有している。流動室５３の上側は、ろ過すべき液体３７を管４５に送り出す出口５４を有している。

流動室５３は、湾部５５を有している。湾部５５は、膜支持体４１の引き留め部としての連結部５６まで膜支持体４１内に入り込んでいる。これにより、膜支持体４１には、６つのフィンガ５７が形成される。フィンガ５７は、膜支持体４１の連結部５６を介して結合されている。両連結箇所４２は、連結部５６を延長したところにあり、一方の連結箇所４２を貫いてガス入口４６が延び、他方の連結箇所４２を貫いて透過液出口４８が延びている。両連結箇所４２のみが、ジャケット４０と膜支持体４１とを結合している。中空糸膜４３の、膜支持体４１への取り付けは、第２の膜フィルタ３６の場合、フィンガ５７の領域でのみ実施される。フィンガ間の、連結部５６の上方の領域は、製造技術上の理由から空けたままとされる。第２の膜フィルタ３６の中空糸膜４３は、繊維材料により強化されており、２．５ｍｍの外径を有している。

連結部５６の領域において、ベース要素３９内には、流動室５３が２つの関連し合う流動通路５８を形成する水平の断面が存在する。フィンガ５７の外側の領域における環状間隙内の流動通路５８は、６ｍｍの一様な幅５９を有している。フィンガ５７間の流動通路５８も、６ｍｍの同じ幅５９を有している。フィンガ５７の縁が流動技術的な観点から丸み付けられているので、両流動通路５８は、フィンガ５７の縁において、６ｍｍより僅かに大きな幅を有している。全体として両流動通路５８は、その長さの８０％超にわたって、６ｍｍの一様な幅５９を有している。

流動室５３は、各水平方向の断面においてジャケット４０にも膜支持体４１にも隣接しており、両連結箇所４２によってのみ中断される。膜支持体４１は、流動室５３を除いてベース要素３９を完全に閉鎖している。すなわちベース要素３９は、流動室５３以外に、ろ過すべき液体３７又はガス３８のためのその他の通流通路を有していない。

第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の直径６０は、２０８ｍｍである。

図５ｄは、連結部５６をちょうど２つのフィンガ５７間の流動室５３内で切断した、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の断面図である。連結部５６内には、透過液集液室４７の一部が存在している。流動室５３は、鉛直方向でベース要素３９の高さ４９と膜支持体４１の高さ６１との重なり領域により画定される。膜支持体の下面には、ガス分配システム６２が形成されている。ガス分配システム６２の高さは、流動室５３を規定する際に考慮に入れていない。流動室５３の上側は、出口５４で終わっている。

図５ｄ及び図５ｅに看取可能であるように、フィンガ５７の下側は、両水平方向で斜面とされており、これにより膜支持体４１は、下向きに減少していく水平方向の横断面積を有している。これにより、ろ過すべき液体３７中に含まれる髪の毛及び繊維質の結合物は、フィンガ５７に引っ掛かったままとならず、フィンガ５７の斜面に沿って流動室５３内に取り去られ、流動室５３を通して洗い流され、その後、管４５内の中空糸膜４３の領域に到達する。この領域には、上側が個々に閉鎖された中空糸膜４３以外に、髪の毛又は繊維質の結合物が固着するおそれのあるその他の付設物が存在しないので、また、これに加え、中空糸膜４３の上側が個々に閉鎖されているので、髪の毛及び繊維質の結合物は、自由に膜フィルタ３６から上方に洗い流され得る。

図５ｆは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９を斜め下から見た斜視図であり、図５ｇは、ジャケット４０を切断してベース要素３９の半分を示す図である。

第２の膜フィルタ３６の場合、ベース要素３９は、ガス入口４６を有している。ガス入口４６は、膜支持体４１の下面に形成されたガス分配システム６２に接続されている。ガス分配システム６２は、下向きに開口し、上側では閉鎖された貯留部６３を有している。貯留部６３は、壁６４を有している。壁６４は、ろ過すべき液体３７中にガス３８を分配する、下向きに開口した鉛直方向のスリット６５を有している。貯留部６３の幅は、連結部５６の幅に等しく、連結部５６の下面に形成されている。ガス入口４６は、貯留部６３の側方に直接接続している。

１つおきのスリット６５には、貯留部６３の外側に、ガス案内通路６６が接続されている。ガス案内通路６６は、フィンガ５７の下面に形成されており、ガス３８を貯留部から離間する方向にジャケット４０に向かって案内する。ガス案内通路６６が接続されていない他のスリット６５は、それぞれ、連結部５６の外面において、２つのフィンガ５７間に開口しているか、あるいは、それよりも外側のフィンガ５７である場合は、この外側のフィンガ５７とジャケット４０との間に開口している。これにより、貯留部６３は、貯留部６３の両長辺の各々に、それぞれ１３個のスリット６５を有する壁６４を有している。スリット６５は、供給されるガス３８の量のより大きな変動も補償することができるように、下向きにより広幅となるようにしてある。

スリット６５の幅、ひいてはその横断面積も、それぞれ異なる大きさである。これにより、スリット６５を通して流れるガス３８の量は、中空糸膜４３の、ガス３８により洗浄すべき表面積に適合される。これに応じて、ベース要素３９中央の、比較的長いフィンガ５７の下にあるスリット６５は、外側の、比較的短いフィンガ５７の下にあるスリット６５より広幅のスリット６５を有している。最も狭幅のスリット６５は、フィンガ５７間に開口するスリット６５である。スリット６５とガス案内通路６６とを有するガス分配システム６２の構成により、ガス３８は、ろ過すべき液体３７に流入した後、膜支持体４１の周囲を流動する。

ベース要素３９は、ガス入口４６から貯留部６３、スリット６５及び流動室５３を通して出口５４まで貫流可能である。膜支持体４１は、流動室５３を除いてベース要素３９を、ろ過すべき液体３７の貫流のためだけではなく、ガス３８の貫流のためにも閉鎖している。

図５ｈは、第２の膜フィルタ３６のフィンガ５７を１つだけ示したものである。図５ｈの断面は、連結部５６と、連結部５６の下面に形成された貯留部６３とが看取可能である。これに加え、フィンガ５７の下面において貯留部６３の両側に延びるガス案内通路６６が看取可能である。

図５ｉは、第２の膜フィルタ３６のベース要素３９の一部を、ガス案内通路６６を通るように切断して示したものである。ここでは、ガス案内通路６６が鉛直方向上方にオフセットされてスリット６５に接続されていることが看取可能である。

図６ａ乃至図６ｃは、第２の膜フィルタ３６の貯留部６３の一部の図及び断面図である。

貯留部６３の内側には、それぞれ、隣接するスリット６５間の中間に、壁６４に対して直交方向に延びる鉛直方向のリブ６７が設けられている。各リブ６７は、下側にテーパ部を有している。テーパ部は、壁６４に向かって延び、これにより貯留部６３の、斜めのあるいは丸み付けられた内縁６８を形成している。

幾何学的に貯留部６３は、隣接するスリット６５間に、それぞれ、この場合は壁６４に対して直交方向にリブ６７を通る鉛直方向の断面において、少なくともスリット６５の下半分６９の領域で各点において水平線に対して６０°未満の角度７０を有し、スリット６５の半分６９の高さでは５８°の角度を有する内縁６８を有している。

第２の膜フィルタ３６の図示しないろ過運転は、第１の膜フィルタ１のろ過運転とは以下のように相違する。

ガス３８は、ガス入口４６を通して貯留部６３に流入し、貯留部６３及びスリット６５をスリット６５の高さの一部までガスクッションで満たす。ガスクッションからガス３８は、スリット６５を通して側方外側に貯留部６３から流出し、その際、膜支持体４１の下の複数の箇所においてろ過すべき液体３７に流入する。このとき、ガス３８は、一方では、スリット６５からそれぞれ２つのフィンガ５７間の流動室５３の湾部５５に流入し、他方では、フィンガ５７の下のスリット６５からガス案内通路６６に流入する。ガス案内通路６６を介してガス３８は、外方に向かってさらに貯留部６３から離間する方向で、膜フィルタ３６の外側領域に到達する。

スリット６５を通した側方通流時、側方ガス流動に対して平行に方向付けられた液体流動が、ガスクッションの下の界面に沿って形成される。この液体流動は、リブ６７の内縁６８に向かって流動する。貯留部６３の、それぞれ２つのスリット６５間に位置するこの内縁６８の角度７０に基づいて、髪の毛及び繊維質の結合物は、内縁６８に向かう流動時に取り去られることができ、これにより、膜フィルタ３６の閉塞傾向は、明らかに軽減される。

ろ過すべき液体３７にガスが流入した後、ガス３８及び液体３７の混合物が、膜支持体４１の上側において膜支持体４１内に固定された中空糸膜４３の周囲を流動する前に、ガス３８及び液体３７は、膜支持体４１の周囲を流動する。二相流の高い剪断力に基づいて、中空糸膜４３及び膜支持体４１の外側は、洗浄される。

ガス３８は、ガス入口４６から貯留部６３、スリット６５及び流動室５３を通して出口５４まで、ベース要素３９を貫流する。流動室５３が、常にジャケット４０と膜支持体４１との間にあることに加え、湾部５５を介して膜フィルタ３６の内部領域にも入り込んでいるので、こうして、横断面全体にわたって均等な膜フィルタ３６の曝気が、並列に接続された複数の小さな流動室の貫流を回避しつつ達成される。これにより、全体として、膜フィルタ３６の閉塞傾向が従来技術と比較して軽減される。

第２の膜フィルタ３６も、浸漬運転で又は槽外に設置されて運転可能である。

図７ａ乃至図７ｄは、ベース要素とヘッド要素とを備える本発明に係る膜フィルタの別の変化形態を示している。

図７ａは、第３の本発明に係る膜フィルタ７１を示している。第３の膜フィルタ７１は、中空糸膜７４を包囲し、上側でヘッド要素７５に接続された、閉鎖された管７３が、ベース要素７２の上側に接続されている点で、第１の膜フィルタ１とは相違する。ヘッド要素７５は、ジャケット７６と、ジャケット７６内に存在する膜支持体７７とを有し、膜支持体７７は、ジャケット７６に１つの連結箇所７８のみを介して結合されている。ヘッド要素７５内には、中空糸膜７４の上側が、樹脂層７９を介して、ろ過すべき液体に対して密封されているが、その内腔は開いているように注型固定されて取り付けられている。

ヘッド要素７５は、透過液を集液する、中空糸膜７４の内腔に流動技術的に接続されている透過液集液室８０と、透過液を排出する透過液出口８１とを有している。

さらにヘッド要素７５は、ガス及びろ過すべき液体を貫流させ、ヘッド要素７５から流出させる第２の流動室８２を有している。第３の膜フィルタ７１は、浸漬運転及び槽外設置運転で使用可能である。

図７ｂは、第４の本発明に係る膜フィルタ８３を示している。第４の膜フィルタ８３は、ベース要素８５の上側に接続される管８４の上側に、まず、開口８７を有する管延長部材８６が接続されている点で、第３の膜フィルタ７１とは相違する。開口８７は、ガス及びろ過すべき液体の一部を管８４から側方に流出させる。管延長部材８６及び管８４は、第４の膜フィルタ８３の場合、１つの部材からなっている。管延長部材８６の上部には、ヘッド要素８８が接続されている。ヘッド要素８８は、第３の膜フィルタ７１のヘッド要素７５と同じ細部を有している。第３の膜フィルタ７１との別の相違点は、ベース要素８５が形成している。このベース要素８５は、透過液集液室を有していない。すなわち、中空糸膜８９は、下側で閉鎖されているように樹脂によりベース要素８５内に包埋されて、固定されている。中空糸膜８９内で生じた透過液は、ヘッド要素８８の透過液集液室９０にのみ流入し、透過液集液室９０に集液され、透過液出口９１を介して第４の膜フィルタ８３から流出する。第４の膜フィルタ８３は、管延長部材８６に設けられた開口８７に基づいて、浸漬運転でしか使用できない。

図７ｃは、第５の本発明に係る膜フィルタ９２を示している。第５の膜フィルタ９２は、管９３がヘッド要素９４まで導かれておらず、既に手前で管拡張部９５により上側で終端している点で、第３の膜フィルタ７１とは相違する。これによりヘッド要素９４は、管９３に結合されておらず、これに応じて、ろ過すべき液体及びガスが貫流できるようにも構成されていない。それゆえ、ヘッド要素９４は、膜支持体９６であって、膜支持体９６内に固定され、透過液集液室９７に向かって開いているように樹脂により包埋された中空糸膜９８を有する膜支持体９６と、中空糸膜９８から生じた透過液の一部を集液して排出する、透過液集液室９７に接続された透過液出口９９とを有しているだけである。透過液の他の部分は、第３の膜フィルタ７１のベース要素と同一のベース要素１００から排出される。第５の膜フィルタ９２も、管９３とヘッド要素９４との間で開放された構成に基づいて、浸漬運転でのみ使用可能である。

図７ｄは、第６の本発明に係る膜フィルタ１０１を示している。第６の膜フィルタ１０１は、ベース要素１０２とヘッド要素１０３とを有しており、ベース要素１０２及びヘッド要素１０３は、第４の膜フィルタ８３のベース要素及びヘッド要素と同一であり、一貫して閉鎖された管１０４を介して結合されている。第６の本発明に係る膜フィルタ１０１は、槽外設置運転のために設計されている。この場合、ベース要素１０２には、ろ過すべき液体を下方からベース要素１０２に供給する第１の液体管路１０５が接続される。さらにヘッド要素１０３の上側には、液体及びガスを第６の膜フィルタ１０１から排出する第２の液体管路１０６が接続される。

図８ａ乃至図８ｃは、ガス入口と、ジャケット及び膜支持体の高さの重なり領域から形成される流動室の高さとに関する変化形態を有する、３つの別の本発明に係る膜フィルタのベース要素を通る断面図である。

図８ａは、第７の本発明に係る膜フィルタのベース要素１０７を通る断面図であり、第７の膜フィルタにおいて、ベース要素１０７は、ガス入口１０８を有しており、このガス入口１０８は、ジャケット１０９の内側に管体１１０としてベース要素１０７の中央まで導かれ、ここでガスは、膜支持体１１１の下の中央に流出し、次に膜支持体１１１の周囲を流動する。ベース要素１０７のジャケット１０９は、膜支持体１１１よりも上下に突出し、その結果、ジャケット１０９及び膜支持体１１１の高さの重なり領域により規定される流動室１１２の高さは、この場合、膜支持体１１１の高さと同じである。

図８ｂは、第８の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１３を通る断面図であり、第８の膜フィルタにおいて、ベース要素１１３は、ガス入口１１４を有していない。ガスは、本実施の形態では、ベース要素１１３とは別に、下方から膜支持体１１５の下の中央にガス入口１１４を介して供給され、次に膜支持体１１５の周囲を流動する。ベース要素１１３のジャケット１１６の寸法は、膜支持体１１５の寸法と上下において面一となっており、その結果、流動室１１７の高さは、この場合、膜支持体１１５の高さ及びジャケット１１６の高さと一致している。

図８ｃは、第９の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１８を通る断面図であり、第９の膜フィルタにおいて、ガス入口１１９は、第８の本発明に係る膜フィルタのガス入口と同じである。ベース要素１１８の膜支持体１２０は、ジャケット１２１よりも上下に突出し、その結果、膜支持体１２０及びジャケット１２１の高さの重なり領域により規定される流動室１２２の高さは、この場合、ジャケット１２１の高さと同じである。

図９ａ乃至図９ｃは、別の本発明に係る膜フィルタの膜支持体の形状の変化形態を示している。これらの変化形態は、前に示したすべての本発明に係る膜フィルタにおいて実現可能である。

図９ａは、第１０の本発明に係る膜フィルタのベース要素１２３を示している。ベース要素１２３は、ジャケット１２４を有しており、ジャケット１２４は、ジャケット１２４内に存在する、１つの連結箇所１２５のみを介してジャケット１２４に結合される膜支持体１２６を有している。ジャケット１２４と膜支持体１２６との間には、１つの流動室１２７が存在し、流動室１２７は、膜支持体１２６内に入り込んでいる湾部１２８を有している。膜支持体１２６は、ベース要素１２３を、上述の１つの流動室１２７を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

図９ｂは、第１１の本発明に係る膜フィルタのベース要素１２９を示している。ベース要素１２９は、ジャケット１３０を有しており、ジャケット１３０は、ジャケット１３０内に存在する、１つの連結箇所１３１のみを介してジャケット１３０に結合される膜支持体１３２を有している。膜支持体１３２は、７つの膜束１３３を有しており、そのうちの６つの膜束１３３は、花の構造に類似した形で１つの中央の膜束１３３周りに配置されている。ジャケット１３０と膜支持体１３２との間には、１つの流動室１３４が存在している。膜支持体１３２は、ベース要素１２９を、上述の１つの流動室１３４を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

図９ｃは、第１２の本発明に係る膜フィルタのベース要素１３５を示しており、ベース要素１３５は、ジャケット１３６を有しており、ジャケット１３６は、ジャケット１３６内に存在する、１つの連結箇所１３７のみを介してジャケット１３６に結合される膜支持体１３８を有している。膜支持体１３８は、４つのフィンガ１３９を有している。フィンガ１３９は、連結部１４０を介して互いに結合され、連結箇所１３７において固定されている。ジャケット１３６と膜支持体１３８との間には、１つの流動室１４１が存在し、流動室１４１は、膜支持体１３８内に入り込んでいる湾部１４２を有している。湾部１４２は、連結部１４０まで導かれている。膜支持体１３８は、ベース要素１３５を、上述の１つの流動室１４１を除いて完全に、ガス及びろ過すべき液体の貫流のために閉鎖している。

１ 膜フィルタ
２ ベース要素
３ ジャケット
４ 膜支持体
５ 中空糸膜
６ 管
７ 上端
８ 長さ
９ 樹脂層
１０ 高さ 膜フィルタ
１１ 高さ ベース要素
１２ 高さ 膜支持体
１３ ガス入口
１４ 透過液出口
１５ 連結箇所
１６ 流動室
１７ 出口
１８ ガス分配システム
１９ 貯留部
２０ 壁
２１ 鉛直方向のスリット
２２ 内縁
２３ 下半分
２４ 角度
２５ 透過液集液室
２６ ガス
２７ ガスクッション
２８ ろ過すべき液体
２９ 透過液
３０ 液体嵩
３１ ガス供給管路
３２ 絞り
３３ 透過液管路
３４ 第１の液体管路
３５ 第２の液体管路
３６ 膜フィルタ
３７ ろ過すべき液体
３８ ガス
３９ ベース要素
４０ ジャケット
４１ 膜支持体
４２ 連結箇所
４３ 中空糸膜
４４ 透過液
４５ 管
４６ ガス入口
４７ 透過液集液室
４８ 透過液出口
４９ 高さ
５０ 高さ
５１ 樹脂層
５２ 上端
５３ 流動室
５４ 出口
５５ 湾部
５６ 連結部
５７ フィンガ
５８ 流動通路
５９ 幅
６０ 直径
６１ 高さ
６２ ガス分配システム
６３ 貯留部
６４ 壁
６５ スリット
６６ ガス案内通路
６７ リブ
６８ 内縁
６９ 半分
７０ 角度
７１ 膜フィルタ
７２ ベース要素
７３ 管
７４ 中空糸膜
７５ ヘッド要素
７６ ジャケット
７７ 膜支持体
７８ 連結箇所
７９ 樹脂層
８０ 透過液集液室
８１ 透過液出口
８２ 流動室
８３ 膜フィルタ
８４ 管
８５ ベース要素
８６ 管延長部材
８７ 開口
８８ ヘッド要素
８９ 中空糸膜
９０ 透過液集液室
９１ 透過液出口
９２ 膜フィルタ
９３ 管
９４ ヘッド要素
９５ 管拡張部
９６ 膜支持体
９７ 透過液集液室
９８ 中空糸膜
９９ 透過液出口
１００ ベース要素
１０１ 膜フィルタ
１０２ ベース要素
１０３ ヘッド要素
１０４ 管
１０５ 第１の液体管路
１０６ 第２の液体管路
１０７ ベース要素
１０８ ガス入口
１０９ ジャケット
１１０ 管体
１１１ 膜支持体
１１２ 高さ
１１３ ベース要素
１１４ ガス入口
１１５ 膜支持体
１１６ ジャケット
１１７ 流動室の高さ
１１８ ベース要素
１１９ ガス入口
１２０ 膜支持体
１２１ ジャケット
１２２ 流動室の高さ
１２３ ベース要素
１２４ ジャケット
１２５ 連結箇所
１２６ 膜支持体
１２７ 流動室
１２８ 湾部
１２９ ベース要素
１３０ ジャケット
１３１ 連結箇所
１３２ 膜支持体
１３３ 膜束
１３４ 流動室
１３５ ベース要素
１３６ ジャケット
１３７ 連結箇所
１３８ 膜支持体
１３９ フィンガ
１４０ 連結部
１４１ 流動室
１４２ 湾部

本発明は、ろ過すべき液体をろ過する膜フィルタであって、下向きに開口し、ガス及び液体が貫流可能なベース要素であって、管状のジャケットと、ジャケット内に存在する単一の膜支持体とを有し、膜支持体は、ジャケットに少なくとも１つの連結箇所を介して結合されているベース要素と、膜支持体の上側において膜支持体内に固定されている複数の中空糸膜であって、それぞれ１つの内腔を有し、ろ過すべき液体から液状の透過液を内腔内にろ過可能である中空糸膜と、周方向で閉鎖された管であって、ジャケットの上側に接続されて、中空糸膜を包囲する管と、ガスをベース要素内に供給するガス入口と、中空糸膜から透過液を集液すべく、中空糸膜の内腔に接続されている少なくとも１つの透過液集液室と、少なくとも１つの透過液集液室から透過液を排出する少なくとも１つの透過液出口と、ジャケットと膜支持体との間に設けられ、液体を貫流させる、下向きに開口した少なくとも１つの流動室であって、液体を管内に送り出す出口を上側に有し、少なくとも１つの流動室は、膜支持体を通る各水平方向の断面において、ジャケットにも、膜支持体にも隣接し、少なくとも１つの連結箇所によってのみ中断される環状間隙として膜支持体を包囲し、流動室の高さは、膜支持体の高さとジャケットの高さとの重なり領域により規定されており、膜支持体は、ベース要素を、少なくとも１つの流動室を除いて、液体の、下から上への貫流のために完全に閉鎖する、流動室と、を備える膜フィルタに関する。

図８ａは、第７の本発明に係る膜フィルタのベース要素１０７を通る断面図であり、第７の膜フィルタにおいて、ベース要素１０７は、ガス入口１０８を有しており、このガス入口１０８は、ジャケット１０９の内側に管体１１０としてベース要素１０７の中央まで導かれ、ここでガスは、膜支持体１１１の下の中央に流出し、次に膜支持体１１１の周囲を流動する。ベース要素１０７のジャケット１０９は、膜支持体１１１よりも上下に突出し、その結果、ジャケット１０９及び膜支持体１１１の高さの重なり領域により規定される流動室の高さ１１２は、この場合、膜支持体１１１の高さと同じである。

図８ｂは、第８の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１３を通る断面図であり、第８の膜フィルタにおいて、ベース要素１１３は、ガス入口１１４を有していない。ガスは、本実施の形態では、ベース要素１１３とは別に、下方から膜支持体１１５の下の中央にガス入口１１４を介して供給され、次に膜支持体１１５の周囲を流動する。ベース要素１１３のジャケット１１６の寸法は、膜支持体１１５の寸法と上下において面一となっており、その結果、流動室の高さ１１７は、この場合、膜支持体１１５の高さ及びジャケット１１６の高さと一致している。

図８ｃは、第９の本発明に係る膜フィルタのベース要素１１８を通る断面図であり、第９の膜フィルタにおいて、ガス入口１１９は、第８の本発明に係る膜フィルタのガス入口と同じである。ベース要素１１８の膜支持体１２０は、ジャケット１２１よりも上下に突出し、その結果、膜支持体１２０及びジャケット１２１の高さの重なり領域により規定される流動室の高さ１２２は、この場合、ジャケット１２１の高さと同じである。

Claims (12)

1. ろ過すべき液体（２８，３７）をろ過する膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）であって、
   ａ．下向きに開口し、ガス（２６，３８）及び前記液体（２８，３７）が貫流可能なベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）であって、管状のジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）と、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）内に存在する単一の膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）とを有し、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）に少なくとも１つの連結箇所（１５，４２，７８，１２５，１３１，１３７）を介して結合されているベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）と、
   ｂ．前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）の上側において前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）内に固定されている複数の中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）であって、それぞれ１つの内腔を有し、前記液体（２８，３７）から液状の透過液（２９，４４）を前記内腔内にろ過可能である中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）と、
   ｃ．周方向で閉鎖された管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）であって、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）の上側に接続されて、前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）を包囲する管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）と、
   ｄ．前記ガス（２６，３８）を前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）内に供給するガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）と、
   ｅ．前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）から前記透過液（２９，４４）を集液すべく、前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）の前記内腔に接続されている少なくとも１つの透過液集液室（２５，４７，８０，９０，９７）と、
   ｆ．前記少なくとも１つの透過液集液室（２５，４７，８０，９０，９７）から前記透過液（２９，４４）を排出する少なくとも１つの透過液出口（１４，４８，８１，９１，９９）と、
   ｇ．前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）と前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）との間に設けられ、前記液体（２８，３７）を貫流させる、下向きに開口した少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）であって、前記液体（２８，３７）を前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）内に送り出す出口（１７，５４）を上側に有し、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）は、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）を通る各水平方向の断面において、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）にも、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）にも隣接し、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）を、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）を除いて、前記液体（２８，３７）の、下から上への貫流に対して完全に閉鎖する、流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）と、
   を備える膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）において、
   ｈ．前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）は、前記ガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）の結果として、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）を通して前記出口（１７，５４）まで貫流可能である、
   ことを特徴とする、ろ過すべき液体をろ過する膜フィルタ。
2. 前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）は、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）内に入り込んでいる湾部（５５，１２８，１４２）を有する、請求項１に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
3. 前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記湾部（５５，１２８，１４２）により形成される複数のフィンガ（５７，１３９）を有し、前記複数のフィンガ（５７，１３９）は、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）の連結部（５６，１４０）を介して結合されている、請求項２に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
4. 前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記連結部（５６，１４０）を延長したところにある最大で２つの連結箇所（１５，４２，７８，１２５，１３１，１３７）を介して前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）に結合されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
5. 前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記少なくとも１つの連結箇所（５６，１４０）より上の前記水平方向の断面の各々において、完全に前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）から離隔されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
6. 前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）は、前記水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの流動通路（５８）を形成し、前記流動通路（５８）は、前記流動通路（５８）の長さの８０％超にわたって一様な幅を有している、請求項１から５までのいずれか１項に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
7. 前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記水平方向の断面において、下向きに減少していく横断面積を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
8. 前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）が、前記ガス（２６，３８）を前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）内に供給する前記ガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）。
9. 膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）内で液体（２８，３７）をろ過する方法であって、
   前記膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）は、ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）と、周方向で閉鎖された管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）と、ガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）とを有し、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）は、管状のジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）と、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）内に存在し、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）に結合されている単一の膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）とを有し、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）の上側において前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）内に中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）が固定されており、前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）は、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）の上側に接続されており、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）は、ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）と膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）との間に少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）を有し、前記流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）は、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）から前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）に通じる出口（１７，５４）を上側に有し、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）は、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）を通る各水平方向の断面において、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）にも、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）にも隣接し、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）は、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）を、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）を除いて完全に、下から上への前記液体（２８，３７）の貫流に対して閉鎖しており、かつ
   ａ．前記液体（２８，３７）を前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）に流入させ、前記液体（２８，３７）は、前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）を貫流し、このとき、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）の周囲を流動し、
   ｂ．ガス（２６，３８）を前記ガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）を通して前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）に流入させ、
   ｃ．前記液体（２８，３７）は、前記出口（１７，５４）を通してのみ前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）の上側で流出し、前記出口（１７，５４）を通してのみ前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）に流入し、
   ｄ．前記ガス（２６，３８）は、前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）の上側で流出し、前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）に流入し、前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）内を上昇し、これにより、前記膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）内での前記液体（２８，３７）の上昇運動を発生させ、
   ｅ．上昇する前記液体（２８，３７）及び前記ガス（２６，３８）は、前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）の外側を洗浄し、
   ｆ．前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）の外側と前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）の内腔との間には、差圧が作用しており、前記差圧に基づいて、前記液体（２８，３７）から液状の透過液（２９，４４）がろ過され、前記中空糸膜（５，４３，７４，８９，９８）の前記内腔に流入し、
   ｇ．前記透過液（２９，４４）は、前記内腔から集液され、前記膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）から流出する、
   方法において、
   ｈ．前記ガス（２６，３８）を前記ガス入口（１３，４６，１０８，１１４，１１９）を通して前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）に流入させ、次に
   ｉ．前記ガス（２６，３８）は、前記液体（２８，３７）とともに前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）を、前記ジャケット（３，４０，７６，１０９，１１６，１２１，１２４，１３０，１３６）と前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）との間の前記少なくとも１つの流動室（１６，５３，８２，１２７，１３４，１４１）において貫流し、前記出口（１７，５４）を通して前記管（６，４５，７３，８４，９３，１０４）に流入する、
   ことを特徴とする、膜フィルタ内で液体をろ過する方法。
10. 前記液体（２８，３７）及び前記ガス（２６，３８）は、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）を通る前記水平方向の断面の少なくとも１つにおいて、前記膜支持体（４，４１，７７，９６，１１１，１１５，１２０，１２６，１３２，１３８）の周囲を完全に流動する、請求項９に記載の方法。
11. 前記膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）は、前記液体（２８，３７）中に浸漬されている、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記液体（２８，３７）を第１の液体管路（３４，１０５）により前記ベース要素（２，３９，７２，８５，１００，１０２，１０７，１１３，１１８，１２３，１２９，１３５）に供給し、第２の液体管路（３５，１０６）により前記膜フィルタ（１，３６，７１，８３，９２，１０１）の上側から排出する、請求項９又は１０に記載の方法。

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