JP2024523659A - 液体濾過方法及び液体濾過装置 - Google Patents

Abstract

液体３４を濾過する方法であって、液体３４を、濾過要素１４；１４ａ－１４ｃを介して、濾過要素の下流の出口ライン１６を通して、出口ラインの下流の収集容積部３２へ導くステップと、濾過要素全体にわたる液体の差圧を制御するステップと、差圧と連動して濾過要素を通る液体のフィルタ内流れの通過時間を制御するステップであって、差圧及び通過時間の制御は、収集容積部から流出する液体の収集容積部内液体流れ５４を制御するステップを含む、ステップと、収集容積部から流出する気体流れ６０を制御するステップと、を含む。液体３４を濾過するための濾過装置２８ａ、２８ｂ、２８ｃも提供する。

Description

本開示は、一般に液体濾過に関する。特に、液体を濾過する方法及び液体を濾過するための濾過装置を提供する。

今日の世界の大きな課題の１つには、ヒトと動物に安全な飲料水を提供することが挙げられる。水質汚染の主な原因のいくつかが、未処理の下水、製造業からの未処理のプロセス水、農業廃棄物及び流出水に起因するものである。水は安全に飲めるようになる前に処理する必要がある。

汚染水から安全な飲料水を提供する方法の１つには、真空下で汚染水を蒸発させることが挙げられる。真空下で水を蒸気に相変化させることで、水は低温で沸騰する。この方法の欠点は、真空下で水を水蒸気に相変化させるのに多くのエネルギーが必要なことである。

特許文献１は、流体から粒子を濾過するための濾過装置を開示する。この濾過装置は、濾過容器と、通過する流体から粒子を除去するための少なくとも１つの濾過要素であって、濾過容器に入り、濾過容器から出る経路に沿って移動するように配置された少なくとも１つの濾過要素と、粒子と流体の混合物を濾過容器内の少なくとも１つの濾過要素に移送するように配置された濾過入口と、少なくとも１つの濾過要素によって濾過された流体を濾過容器から外に移送するように配置された濾過出口と、を備える。この濾過装置は、濾過容器内の少なくとも１つの濾過要素全体にわたって差圧を確立するように構成される。

国際公開第２０２０／１６４７３０号

本開示の１つの目的は液体を効率的に濾過する方法を提供することである。

本開示の別の目的は液体中の生物を効率的に死滅させる液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的はエネルギー効率の良い液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的は費用効率の高い液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的は環境に優しい液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的は長期間にわたって大量の液体を濾過することができる液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的は、前述の目的の一部又は全部の組み合わせを解決する液体濾過方法を提供することである。

本開示の更に別の目的は、コンパクトな設計を有する、液体を濾過するための濾過装置を提供することである。

本開示の更に別の目的は、前述の目的のうちの１つ、一部又は全部を解決する、液体を濾過するための濾過装置を提供することである。

一態様によれば、液体を濾過する方法を提供する。この方法は、濾過要素を介して、濾過要素の下流の出口ラインを通して、出口ラインの下流の収集容積部まで液体を導くステップと、濾過要素全体にわたる液体の差圧を制御するステップと、差圧と連動して濾過要素を通る液体のフィルタ内流れの通過時間を制御するステップと、を含む。ここで、差圧及び通過時間の制御は、収集容積部から流出する液体の収集容積部内液体流れを制御するステップと、収集容積部から流出する気体流れを制御するステップと、を含む。

この方法は、本開示による任意のタイプの濾過装置を用いて実施されてもよい。この方法はさまざまな用途に使用されてもよい。この方法は、例えば、安全な飲料水を提供するか、養魚場からの水を洗浄するために使用されてもよい。後者の場合、養魚場からの流出水を、養魚場に戻す前に、本明細書に記載の濾過装置を通して再循環してもよい。この方法は、生物の量を減らすことが望まれるあらゆる液体を濾過するために使用されてもよい。濾過要素への流入水は、前処理されてもされなくてもよい。前処理の例には、前洗浄、予備加熱が挙げられる。

細菌及び寄生虫など、あらゆる生物には膜がある。このため、生物は圧力の変化に反応する。生物は、急激な圧力上昇には充分に耐えることができるが、急激な圧力低下には耐えられない。ヒトが大気圧１００ｋＰａから５０ｋＰａまでの急激な圧力低下にさらされると、ヒトの肺は破裂し、酸素分子及び二酸化炭素などの気体が放出されてヒトの血液が沸騰し始めることになる。大気圧でのヒトの正常な肺の容積は６リットルである。圧力低下が１００ｋＰａから２５ｋＰａになると、肺の容積は、例えば、２４リットルに拡大することになる。細菌及び寄生虫には肺がないが、その膜の内側に溶存気体を含有する液体があり、急激に圧力が低下すると、膜の内側で膨張し、膜の破裂を引き起こすことになる。このため、急激な圧力低下により細菌及び寄生虫が死滅することになる。

濾過要素のすぐ下流の出口ライン内の液体の圧力は、負圧又は出口圧力と呼ばれる。濾過要素のすぐ上流の液体の圧力は、入口圧力と呼ばれることがある。この方法を実施するとき、入口圧力は大気圧又はほぼ大気圧（例えば、９５ｋＰａ－１０３．５ｋＰａ）であってよい。

この方法は、濾過要素のすぐ下流の出口ライン内の負圧を監視するステップを更に含んでもよい。負圧は、本開示による圧力センサによって監視されてもよい。

収集容積部内の液体流れは、液体出口装置によって制御されてもよい。液体出口装置は、本開示による任意のタイプのものであってもよい。液体出口装置により、液体の負圧を制御することができる。

収集容積部から流出する気体流れは、気体出口装置によって制御されてもよい。気体出口装置は、本開示による任意のタイプのものであってもよい。

動いている水などの液体には、大量のエネルギーが含まれている可能性がある。これは、水の流れが突然止まることによってパイプ、弁をはじめとする機器に多大な損傷を引き起こす可能性がある水撃現象によって明らかになっている。

この方法は、通過時間と連動して差圧を制御することにより、液体からのエネルギー放出を制御することができる。収集容積部の液体流れ及び気体流れは、例えば、出口ライン内の目標負圧に基づいて連動して制御されてもよい。差圧が高く、通過時間が短いほど、液体から放出されるエネルギーは大きくなる。充分に短い通過時間内に濾過要素を介して液体から充分に高いエネルギー放出を生成することにより、液体中のいかなる生物も死滅することになる。液体中の生物を高エネルギー放出にさらすことにより、例えば、数マイクロ秒以内の高い圧力低下にさらすことにより、液体中のあらゆる生物の膜が破壊され、生物は効率的に死滅することになる。それにより、この方法によって提供される液体からのエネルギー放出により、残留汚染物質が非常に大幅に除去される。このため、この方法は液体洗浄に大きな影響を及ぼして、例えば、安全な飲料水を提供することになる。

この方法は更に、収集容積部内の液体から放出される気体を排気することを可能にする。そのような気体の例としては、二酸化炭素、窒素、酸素分子及びアンモニウムが挙げられる。気体は、とりわけ、濾過要素を通る急速な圧力低下にさらされた際に生物の膜が破裂するときに生成される。気体は液体から離脱する前に液体表面まで上昇することになる。濾過要素のすぐ下流の負圧と液体の温度を監視することにより、どのような負圧、どのような温度にてさまざまな気体が液体（の生物）から放出されるかを確認することが可能になる。一般に、差圧が高くなるほど、生成される気体が多くなる。

このため、この方法は、液体の温度を監視するステップを更に含んでもよい。温度は、本開示による温度センサによって監視されてもよい。

収集容積部から流出する気体流れを制御することにより、収集容積部内の液体から放出される気体の気体圧を制御することができる。気体圧は収集容積部内の液体の圧力に影響を及ぼし、それが濾過要素全体にわたる差圧に影響を及ぼす。収集容積部から流出する気体流れを制御することにより、濾過要素の下流の負圧を制御し、安定させることができる。

この方法は、液位が収集容積部への出口ラインの出口の測地高さよりも測地学的に高くなるように、収集容積部内の液位を制御するステップを含んでもよい。このようにして、気体が収集容積部から出口ラインに流入するのを防ぐことができる。この目的のために、濾過装置は、収集容積部内の液体の出口レベルを監視するように構成された出口レベルセンサを備えてもよい。このため、収集容積部内の液位は、液体の出口レベルと呼ばれることがある。

本開示全体を通じて、液体は水であってもよい。水の圧力を比較的低い圧力から比較的高い圧力に変化させるのに必要なエネルギーは、水の流れと重力と揚程の積で求めることができる。対応するエネルギーは、水が比較的高い圧力から比較的低い圧力に圧力低下するときに、放出される。通過時間を制御することで出力も制御することができる。

濾過要素を通過する液体の流速又は速度は、フィルタ内流れを濾過要素の有効フィルタ面積で割ったものとして求めることができる。通過時間は、濾過要素の厚さ又は有効深さを流速で割ったものとして求めることができる。この方法により、フィルタ内流れと差圧を正確に制御することができる。

濾過要素は、例えば、連続ベルト上に設けられてもよい。濾過要素は、この方法を実施するときに、連続的に移動しても、断続的に移動してもよい。時間が経つと、濾過要素が目詰まりする。目詰まりが増大すると、濾過要素を通過する液体の流速が増大する。

これとは別に、この方法は、１つ又は複数の固定濾過要素を採用してもよい。複数の濾過要素が設けられる場合、濾過要素は並列に配置されるため、有効フィルタ面積は複数の濾過要素から構成されてもよい。

出口ラインは、少なくとも１つの上流濾過要素及び下流収集容積部に対してのみ開口していてもよい。一定の液滴が出口ラインに提供されてもよい。液滴は、１メートルから１０メートルの測地高低差を含んでもよい。液滴の高さは、濾過要素全体にわたる差圧に影響を及ぼす。濾過要素全体にわたる差圧を制御することにより、液体ポンプを使用せずに、濾過要素を通る液体流れを制御することができる。このため、この方法は二酸化炭素排出量を削減することになる。

出口ラインはパイプを備えてもよい。この場合、パイプはドロップパイプであってもよい。パイプは、例えば、垂直に方向づけられていても、例えば、垂直に対して４５°以上まで斜めに傾斜していてもよい。収集容積部はタンクであってもよい。

この方法は、濾過要素を通して液体を導く前に、濾過要素の上流にある上流フィルタを通して液体を導くステップを更に含んでもよい。上流フィルタは、粗いフィルタ、即ち、濾過要素よりも実質的に高い透過性を有するフィルタであってもよい。

差圧の制御及び／又は通過時間の制御は、濾過要素への液体の流入流れを制御するステップ、濾過要素のフィルタ速度を制御するステップ、濾過要素の有効フィルタ面積を制御するステップ、フィルタ内流れを制御するステップ、フィルタ内流れの流速を制御するステップ及び／又は出口ライン内の液体の出口ライン内流れを制御するステップを更に含んでもよい。

流入流れは、本開示による液体入口装置によって制御されてもよい。例えば、液体入口装置は、濾過要素の上流の容器内の液位がほぼ一定に保たれるか、一定に保たれるように制御されてもよい。この目的を達成するために、液体入口装置は入口レベルセンサからの信号に基づいて制御されてもよい。入口レベルセンサは、例えば、容器内の液体の入口レベルを監視するように構成される。気体出口装置及び液体入口装置と連動して液体出口装置を制御することにより、収集容積部から気体を排出することができ、濾過要素のすぐ下流の目標負圧を正確に保持することができる。

濾過要素のフィルタ速度はモータによって制御されてもよい。濾過要素が連続ベルト上に配置されている場合、モータはベルトを駆動してもよい。

フィルタ内流れは、例えば、有効フィルタ面積を制御することによって、及び／又はフィルタ速度を制御することによって、制御することができる。フィルタ速度を下げると、粒子が濾過要素を次々に目詰まりさせ、それによって、濾過要素の透過性が低下する。濾過要素の透過性が低下すると、濾過要素全体にわたる差圧が増大することになる。

出口ラインは、少なくとも１メートルの測地高低差を有してもよい。出口ラインの測地高低差により、出口ライン内の液柱の重力によって液体が濾過要素を通って引き込まれる。出口ラインの測地高低差が所望の差圧を得るのに充分な大きさである場合、液体出口装置は液体ポンプの代わりに弁によって構成されてもよい。このようにして、この方法は、更にエネルギー効率よく実施することができる。

差圧は、出口ライン内の液体の下流への移動によって確立されてもよい。液体が出口ラインの下流に移動すると、出口ラインの液体の上流で利用可能な空間が多くなる。これにより、濾過要素の下に負圧が発生する。

通過時間は、０．１秒未満、例えば、０．０１秒未満、例えば、０．００１秒未満となるように制御されてもよい。

差圧は、少なくとも１０ｋＰａ、例えば、少なくとも５０ｋＰａ、例えば、少なくとも８０ｋＰａに制御されてもよい。これとは別に、あるいはこれに加えて、負圧は、９０ｋＰａ以下、例えば、５０ｋＰａ以下、例えば、２０ｋＰａ以下に制御されてもよい。液体が０．１秒以内に少なくとも１０ｋＰａの圧力変化を受けるように液体を濾過要素に通過させることにより、液体中の生物は死滅することになる。

濾過要素は、濾過要素の公称程度の目詰まりの後の濾過に関して、ほぼ一定の透過性又は一定の透過性を有してもよい。例えば、濾過要素は、初期数の濾過サイクルで連続して目詰まりする。ここで、各濾過サイクルは、液体の濾過と、それに続く逆洗などの洗浄とを含む。次に、濾過要素の透過性は、初期数の濾過サイクルに続く濾過サイクルの間、ほぼ一定であるか一定である。そのような濾過要素の一例には、ＲＰＤ ＨＩＦＬＯ ５Ｓ、１０Ｓ、１５Ｓ、２０Ｓ、３０Ｓ又は４０Ｓなど、Ｈａｖｅｒ＆Ｂｏｅｃｋｅｒによって販売されるＭｉｎｉｍｅｓｈ（登録商標）ＲＰＤ ＨＩＦＬＯ－Ｓが挙げられる。

濾過要素は、３次元細孔形状を有する金属ワイヤクロス又は合金ワイヤクロスなどのワイヤクロスを備えてもよい。そのような濾過要素は、濾過要素の公称程度の目詰まりの後、濾過に対してほぼ一定の透過性又は一定の透過性を提供することができる。ワイヤクロスは、交差する縦糸ワイヤと横糸ワイヤとを備え、織目によって織り込まれていてもよい。縦糸ワイヤは、第１及び第２のタイプの縦糸ワイヤを形成するために、少なくとも２つの異なる構成で形成されてもよい。第１のタイプの縦糸ワイヤの長さが、特定の長さ単位に関して第２のタイプの縦糸ワイヤの長さからずれていてもよい。２つの隣接する縦糸ワイヤの部分の間の間隙及び２つの隣接する横糸ワイヤの交差部分に細孔を形成してもよい。

本開示によるワイヤクロスの一例には、ＲＰＤ ＨＩＦＬＯ ５Ｓ、１０Ｓ、１５Ｓ、２０Ｓ、３０Ｓ又は４０Ｓなど、Ｈａｖｅｒ＆Ｂｏｅｃｋｅｒによって販売されるＭｉｎｉｍｅｓｈ（登録商標）ＲＰＤＨＩＦＬＯ－Ｓが挙げられる。そのようなワイヤクロスは、非常に高い透過性と、同じ孔径の他のフィルタよりも高い濾過物担持能力とを有し、幅広い差圧範囲にわたって濾過を実施することができる。このほか、本開示によるワイヤクロスの追加の例が、米国特許出願公開第２０１１／２９０３６９号明細書に記載されている。少なくとも１つの濾過要素は、耐酸性、耐腐食性、耐圧性及び／又は耐温度性であってもよい。

収集容積部は、水平方向拡張部及び垂直方向拡張部を有してもよい。ここで、水平方向拡張部は垂直方向拡張部よりも大きい。収集容積部の水平面積が、垂直方向拡張部の二乗の少なくとも２倍であってもよい。例えば、収集容積部の垂直方向拡張部が２メートルである場合、収集容積部の水平エリアは少なくとも４平方メートルになる可能性がある。収集容積部に比較的大きな水平面積を提供することにより、液体中の気体が液体から更に効果的に放出される。気体の放出が増大すると、この方法の制御が向上する。

収集容積部は大気に対して閉鎖されてもよい。この場合、収集容積部と大気の間には直接的な連通は存在しない。一例によれば、収集容積部の外部との唯一の接点は、出口ライン、液体出口装置及び気体出口装置である。

濾過装置は、液体出口装置の下流に並列に配置された複数の下流容積部を備えてもよい。各下流容積部は下流タンクを含んでもよい。この場合、方法は、収集容積部の液体流れを下流容積部に交互に供給するステップを更に含んでもよい。

追加の態様によれば、液体を濾過するための濾過装置を提供する。この濾過装置は、濾過要素と、濾過要素の下流の出口ラインと、出口ラインの下流の収集容積部と、収集容積部から流出する液体の収集容積部内液体流れを制御するように構成された液体出口装置と、収集容積部から流出する気体流れを制御するように構成された気体出口装置と、濾過要素全体にわたる液体の差圧を制御し、差圧と連動して濾過要素を通過する液体のフィルタ内流れの通過時間を制御するように構成された制御システムと、を備える。ここで、差圧及び通過時間の制御は、収集容積部の液体流れを制御するために液体出口装置を制御するステップと、気体出口装置を制御して気体流れを制御するステップと、を含む。

液体出口装置と気体出口装置は並列に配置されてもよい。液体出口装置は、例えば、比例弁を備えてもよい。これとは別に、液体出口装置は、ローブポンプなどの液体ポンプを備えてもよい。

気体出口装置は、例えば、真空ポンプを備えてもよい。このため、真空ポンプを使用して、収集容積部から溶存気体を吸引し、その気体を、例えば、大気中に排出することができる。これとは別に、あるいはこれに加えて、気体出口装置は、１つ又は複数の弁、例えば、定圧弁を備えてもよい。いずれの場合でも、気体出口装置は、収集容積部の測地学的に最も高い部分に配置されたり、及び／又は接続されたりしてもよい。

濾過装置は、液体の温度を監視するための温度センサを更に備えてもよい。温度センサは収集容積部内に配置されてもよい。

濾過装置は、濾過要素による液体の濾過、急速な圧力低下による液体中の生物の死滅及び液体から放出される気体の排出を単一の装置で可能にする。濾過装置は、このような機能を実施するときでさえ、コンパクトなものにすることができる。

濾過装置は、濾過要素を移動させるためのモータを更に備えてもよい。この場合、制御システムは、差圧及び／又は通過時間を少なくとも部分的に制御するために、モータを制御して、それにより、濾過要素の濾過速度を制御するように構成されてもよい。

これとは別に、濾過装置は、１つ又は複数の固定濾過要素を備えてもよい。複数の濾過要素が設けられる場合、濾過要素は並列に配置される。この場合、出口ラインは、共通区画と、各濾過要素に連動し、その下流にあるフィルタ区画とを備えてもよい。フィルタ区画は共通区画に結合してもよい。このため、共通区画は、上流方向にてフィルタ区画に分岐してもよい。

差圧及び通過時間の制御は、濾過要素への液体の流入流れを制御するステップ、濾過要素のフィルタ速度を制御するステップ、濾過要素の有効フィルタ面積を制御するステップ、フィルタ内流れを制御するステップ、フィルタ内流れの流速を制御するステップ及び／又は出口ライン内の液体の出口ライン内流れを制御するステップを更に含んでもよい。

濾過装置は、濾過要素の上流、例えば、入口ライン上に位置決めされた液体入口装置を更に備えてもよい。液体入口装置によって、濾過要素への液体の流入流れを制御することができる。

濾過装置は、上流フィルタを更に備えてもよい。上流フィルタは、入口ラインと濾過要素との間に位置決めされても、入口ライン内に位置決めされてもよい。

濾過装置は容器を更に備えてもよい。容器は、入口ラインと濾過要素との間に位置決めされてもよい。一例では、上流フィルタは容器、例えば、容器の底部に組み込まれる。

いくつかの変形例では、比較的少量の液体を手動で入口ライン及び／又は容器に注入してもよい。このため、濾過装置はこのほか、比較的小規模な実装例、例えば、小規模なコミュニティに安全な飲料水を提供するために使用することができる。

濾過装置は、複数の制限部材を更に備えてもよい。制限部材は、濾過要素の下流、例えば、濾過要素の活性フィルタ部分のすぐ下流に位置決めされてもよい。１つ又は複数の制限部材を追加するか、除去することによって、濾過要素の有効フィルタ面積がそれぞれ減少するか、増大する。制限部材によって、濾過要素への流入流れを事前に設定することができる。他の全パラメータが一定に保持されている場合、有効フィルタ面積が減少すると、容器内の液位が増大する。逆の場合もある。各制限部材は、液体経路に対して選択的に出入り可能である。一例によれば、制限部材は、液体経路に対して手動で出入り可能な制限板である。

出口ラインは、少なくとも１メートルの測地高低差を有してもよい。

濾過装置は、出口ライン内の液体の下流への移動によって差圧を確立するように構成されてもよい。

制御システムは、通過時間を０．１秒未満、例えば、０．０１秒未満、例えば、０．００１秒未満となるように制御するように構成されてもよい。

制御システムは、差圧を少なくとも１０ｋＰａに制御するように構成されてもよい。

濾過要素は、濾過要素の公称程度の目詰まりの後の濾過に関して、ほぼ一定の透過性又は一定の透過性を有してもよい。

収集容積部は、水平方向拡張部及び垂直方向拡張部を有してもよい。この場合、水平方向拡張部は垂直方向拡張部より大きくてもよい。

収集容積部は大気に対して閉鎖されてもよい。

濾過装置は、液体出口装置の下流に並列に配置された複数の下流容積部を更に備えてもよい。各下流容積部は下流タンクを含んでもよい。この場合、制御システムは、収集容積部出口流れを下流容積部に交互に供給するように液体出口装置を制御するように構成されてもよい。

複数の下流容積部を設けることにより、１つの下流容積部が空であると同時に、１つの下流容積部が充填されている状態にすることができる。更に、複数の下流容積部により、濾過装置の動作の余剰性を可能にする。

制御システムは、液体入口装置、ベルトモータ、１つ又は複数の弁、圧力センサ、レベルセンサ、温度センサ、１つ又は複数の液体出口装置及び気体出口装置のうちの一部又は全部と信号通信していてもよい。信号通信は、例えば、電気バスシステムを介して実施されてもよい。

本開示の追加の詳細、利点及び態様が、図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。
図１は濾過装置の濾過ユニットの一例を示す斜視側面図を示す。 図２は図１の濾過ユニットの斜視断面図を示す。 図３は濾過ユニット及び収集容積部ユニットを備える濾過装置の断面図を概略的に示す。 図４は濾過装置の追加の例の断面図を概略的に示す。 図５は濾過装置の追加の例の断面図を概略的に示す。

以下、液体を濾過する方法及び液体を濾過する濾過装置について説明する。同一又は類似の構造的特徴を示すために、同一又は類似の参照番号を使用する。

図１は、濾過ユニット１０の一例の斜視側面図を示し、図２は、図１の濾過ユニット１０の斜視断面図を示す。図１及び図２を合わせて参照すると、この例の濾過ユニット１０は、容器１２、濾過要素１４及び出口ライン１６を備える。出口ライン１６は、図１にて部分的にのみ示す。濾過要素１４は容器１２の下流に配置される。出口ライン１６は、濾過要素１４の有効部分の下流に配置される。容器１２は大気に対して開放されている。

この例の濾過要素１４は連続ベルトである。濾過要素１４は、濾過エリアに出入りしてもよい。この例では、濾過エリアは容器１２の下に設けられる。濾過要素１４の幅は、例えば、６０ｃｍ以上、例えば、１３２ｃｍであってもよい。濾過要素１４は、例えば、少なくとも１μｍ及び／又は５０μｍ未満の孔径を有してもよい。濾過要素１４は、例えば、０．２０ｍｍから０．２５ｍｍの厚さを有してもよい。

この例の濾過要素１４は、３次元の細孔形状を有する金属ワイヤクロスである。ワイヤクロスは、交差する縦糸ワイヤと横糸ワイヤを備え、織目によって織り込まれている。縦糸ワイヤは、第１及び第２のタイプの縦糸ワイヤを形成するために、少なくとも２つの異なる構成で形成される。隣り合う２本の縦糸ワイヤの部分と隣り合う２本の横糸ワイヤの交差部分との間の間隙に細孔を形成する。この３次元細孔形状により、濾過要素１４は、例えば、各濾過サイクルの後に逆洗を受けた場合に、ある程度の目詰まりの後でも一定の透過性を有する。濾過要素１４は、例えば、ＲＰＤ ＨＩＦＬＯ ５Ｓ、１０Ｓ、１５Ｓ、２０Ｓ、３０Ｓ又は４０Ｓなど、Ｈａｖｅｒ＆Ｂｏｅｃｋｅｒによって販売されるＭｉｎｉｍｅｓｈ（登録商標）ＲＰＤ ＨＩＦＬＯ－Ｓタイプであってもよい。

濾過ユニット１０は、電気モータ１８を更に備える。モータ１８は、濾過要素１４を駆動するように構成され、濾過要素１４の速度を制御するように構成される。この例の濾過ユニット１０は、複数のローラ２０を更に備える。ローラ２０は、濾過要素１４を移動経路に沿って案内する。ここで、モータ１８は、ローラ２０のうちの１つを駆動して濾過要素１４を移動経路に沿って移動させるように配置される。

図２に示すように、濾過ユニット１０は、上流フィルタ２２を更に備える。ここで、上流フィルタ２２を、容器１２の底部にある複数の開口部として例示する。上流フィルタ２２は、濾過要素１４よりも実質的に高い透過性を有しているため、粗フィルタと呼ばれる場合がある。

図２に更に示すように、この例の濾過ユニット１０は、複数の制限板２４を更に備える。制限板２４は、本開示の制限部材の一例である。濾過ユニット１０はこのほか、複数の長孔２６を備える。制限板２４及び長孔２６は、濾過要素１４の有効部分の下に設けられる。各長孔２６は、連動する制限板２４を選択的に受容するように構成される。図２では、８つの長孔２６があり、（図２の左から右に数えて）第１、第２、第４、第６、第７及び第８の長孔２６のそれぞれに１つの制限板２４が受容される。このため、第３及び第５の長孔２６は、液体が通過可能であるように開いている。

制限板２４を選択的に挿入するか、除去することによって、濾過要素１４の有効フィルタ面積を調整することができる。制限板２４は手動で挿入されても、取り外されてもよい。濾過ユニット１０は、例えば、２－２０個の制限板２４と、対応する数の長孔２６とを備えてもよい。濾過要素１４の有効フィルタ面積は、例えば、制限板２４によって５０ｃｍ^２から６００ｃｍ^２まで変化してもよい。

図３は、濾過装置２８ａの断面図を概略的に示す。濾過装置２８ａは、濾過ユニット１０に加えて、収集ユニット３０を更に備える。図３に示すように、収集ユニット３０は、濾過ユニット１０の垂直下方に位置決めされる。収集ユニット３０は、収集タンク３２を備える。収集タンク３２は、本開示による収集容積部の一例である。ここで、液体を、水３４として例示する。

濾過装置２８ａは、制御システム３６を更に備える。制御システム３６は、データ処理装置３８と、コンピュータプログラムが保存されたメモリ４０と、を備える。コンピュータプログラムは、データ処理装置３８によって実行されると、データ処理装置３８に本明細書に記載のさまざまなステップを実施させるか、その実施を命令するプログラムコードを含む。

この例の濾過装置２８ａは、入口ライン４２を更に備える。ここで、入口ライン４２を、濾過される水を容器１２に導くための垂直パイプとして例示する。上流フィルタ２２は、入口ライン４２と濾過要素１４との間に位置決めされる。

この例の濾過装置２８ａは、入口弁４４を更に備える。入口弁４４は、本開示による液体入口装置の一例である。入口弁４４を制御することによって、濾過される水の入口ライン４２を通る流入流れ４６を制御することができる。入口弁４４は、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、入口弁４４の開度を制御することができる。

図３に、出口ライン１６の一例を示す。ここで、出口ライン１６を、垂直パイプとして例示する。しかし、出口ライン１６は必ずしも垂直方向に向けられる必要はない。出口ライン１６の上流の測地学的最上端部が、濾過要素１４に対して開いている。出口ライン１６の下流の測地学的最下端部は、収集タンク３２に対して開いている。出口ライン１６は、上流端部及び下流端部以外は閉じている。このため、出口ライン１６は水を濾過要素１４から収集タンク３２に導く。出口ライン１６は、濾過ユニット１０と収集ユニット３０との間の接続を提供する。図３の参照番号４８が、出口ライン１６を通る出口ライン内流れを示す。濾過装置２８ａは、出口ライン１６内に、ここでは逆止弁として例示する一方向出口ライン弁５０を更に備える。

出口ライン１６は、１メートルから１０メートルの垂直方向拡張部を有してもよい。これにより、濾過要素１４の下の垂直な水滴が出口ライン１６によって提供される。この理由から、出口ライン１６はドロップパイプと呼ばれる場合がある。出口ライン１６内の５メートルの水滴が、濾過要素１４全体にわたる５０ｋＰａの差圧に相当し、出口ライン１６内の８メートルの水滴が、濾過要素１４全体にわたる８０ｋＰａの差圧に相当する可能性がある。

濾過装置２８ａは、出口弁５２を更に備える。出口弁５２は、本開示による液体出口装置の一例である。本開示による液体出口装置の１つの代替例には液体ポンプが挙げられる。出口弁５２を制御することにより、収集タンク３２から収集出口８２を通って流出する収集容積部内液体流れ５４を制御することができる。出口弁５２は、収集タンク３２の測地学的に低い領域、例えば、収集タンク３２の高さの垂直方向で最も低い半分、例えば、収集タンク３２の高さの垂直方向で最も低い４分の１に位置決めされる。出口弁５２は、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、出口弁５２の開度を制御することができる。

濾過装置２８ａは、真空ポンプ５６を更に備える。真空ポンプ５６は、本開示による気体出口装置の一例である。真空ポンプ５６は出口弁５２と並列に配置される。

真空ポンプ５６は、収集タンク３２の上部から気体５８を吸引することによって排気するように構成される。真空ポンプ５６を制御することによって、収集タンク３２から流出する気体流れ６０を制御することができる。真空ポンプ５６は、収集タンク３２の測地学的最上領域に位置決めされ、接続される。真空ポンプ５６は、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、例えば、可変周波数駆動装置によって真空ポンプ５６の速度を制御することができる。

収集タンク３２は、出口ライン１６の下流に位置決めされる。図３に示すように、収集タンク３２は大気に対して閉鎖されている。この例では、収集タンク３２の内部容積と外部との唯一の接点は、出口ライン１６を通るもの、出口弁５２を通るもの及び真空ポンプ５６を通るものである。

収集タンク３２は、その高さに比べて広い水平エリアを囲む。この水平エリアは、例えば、その高さの二乗の少なくとも２倍、例えば、その高さの二乗の少なくとも４倍であってもよい。収集タンク３２のこの平坦な設計は、水３４からの気体５８の放出を促進する。収集タンク３２は、例えば、直方体の形状を有してもよい。

濾過装置２８ａは、収集タンク３２内の気体５８の放出を促進するための追加の設備を任意に備えてもよい。そのような設備の例には、水３４を噴霧する噴霧装置、水３４を撹拌する撹拌装置、水３４中にオゾン富化空気などの空気を注入する空気注入装置が挙げられる。そのような追加の設備は、例えば、収集タンク３２内に設けられてもよい。

濾過装置２８ａは、水３４を処理するための追加の設備を任意に備えてもよい。そのような設備の例には、水３４を脱鉄するための脱鉄装置、水３４からマンガン化合物を除去するための除マンガン装置、水３４を軟化させるための水軟化装置、水３４を脱塩するための脱塩装置、水３４のｐＨ値を調整するためのｐＨ調整装置、水３４に紫外線を照射する紫外線装置及び水３４にさまざまな化学処理（例えば、塩素化）を施す化学処理装置が挙げられる。そのような追加の設備は、例えば、収集タンク３２内に設けられてもよい。

濾過装置２８ａは、入口レベルセンサ６２を更に備える。入口レベルセンサ６２によって、容器１２内の水の入口レベルを監視することができる。入口レベルセンサ６２は、制御システム３６と信号通信する。

濾過装置２８ａは、出口レベルセンサ６４を更に備える。出口レベルセンサ６４によって、収集タンク３２内の水３４の出口レベル６６を監視することができる。出口レベルセンサ６４は、制御システム３６と信号通信する。

濾過装置２８ａは、温度センサ６８を更に備える。この例の温度センサ６８は、収集タンク３２内に配置される。温度センサ６８によって、収集タンク３２内の水３４の温度を監視することができる。温度センサ６８は、制御システム３６と信号通信する。

濾過装置２８ａは、圧力センサ７０を更に備える。圧力センサ７０は、水の負圧を監視するように構成される。この例の圧力センサ７０は出口ライン１６に位置決めされる。圧力センサ７０は、制御システム３６と信号通信する。

濾過装置２８ａは、洗浄装置７２を更に備える。洗浄装置７２は、濾過要素１４の受動部品、即ち、容器１２の下の濾過エリアの外側を洗浄するように構成される。洗浄装置７２は、濾過要素１４から濾過物又は濾過ケーキを強制的に除去するように構成される。この目的のために、洗浄装置７２は、例えば、複数のエアナイフを備えてもよい。このほか、洗浄装置７２は、制御システム３６と信号通信してもよい。

この例では、入口ライン４２、容器１２、濾過要素１４、制限板２４、ローラ２０及びモータ１８を濾過ユニット１０に設け、収集タンク３２、真空ポンプ５６及び出口弁５２を収集ユニット３０に設ける。出口ライン１６の上部を濾過ユニット１０に設け、出口ライン１６の下部を収集ユニット３０に設けてもよい。出口ライン１６の上部と下部は濾過サイトで接続されてもよい。濾過ユニット１０と収集ユニット３０は、別々に輸送可能なモジュールである。濾過ユニット１０と収集ユニット３０は、必要に応じて接続し、分離することができる。制御システム３６は、例えば、濾過ユニット１０内に設けられても、遠隔に配置されてもよい。

以下に、汚染水を濾過して飲料水にする方法について説明する。この方法は、水中の細菌、寄生虫をはじめとする生物を死滅させることに多大な影響を及ぼす。

汚染水は入口ライン４２を通って容器１２に導かれる。流入流れ４６は、入口レベルセンサ６２からの信号に基づいて入口弁４４によって制御される。このようにして、容器１２内の水の入口レベルを、例えば、一定レベルに制御することができる。水中の粗大粒子を上流フィルタ２２で濾過する。これより細かい粒子を濾過要素１４によって濾過する。濾過要素１４は、濾過中に連続的に移動してもよいが、フィルタ速度は制御されてもよい。

水が出口ライン１６内で下流に移動すると、濾過要素１４の下の出口ライン１６内の水の上流側の方が利用可能な空間が多くなる。これにより、濾過要素１４の下の出口ライン１６内に負圧が生成される。この負圧は、圧力センサ７０によって測定することができる。水の温度は、例えば、２０°Cであってもよい。この場合、水は１０ｋＰａの負圧で沸騰する。負圧が（更に低い絶対圧力値に）低下すると、濾過要素１４を通るフィルタ内流れが増大する。

濾過要素１４の上流の大気圧又はほぼ大気圧と濾過要素１４の下流の負圧との間の差は、濾過要素１４全体にわたる差圧を構成する。出口ライン１６の測地高低差により、出口ライン１６内の水柱の重力が濾過要素１４を通して水を引き寄せ、濾過要素１４全体にわたる差圧を確立する。このようにして、水を収集タンク３２から排出するための液体ポンプを回避することができ、それによって濾過装置２８ａのエネルギー効率を改善することができる。

細菌は非常に急速で高い圧力上昇に耐えることができるが、急速な圧力低下には耐えることができない。方法は、濾過要素１４全体にわたって水に対して急速に圧力低下させることによって、この現象を利用する。このようにして、水中のあらゆる生物は死滅する。

例えば、濾過要素１４を通る水のフィルタ内流れが４００リットル／秒であり、濾過要素１４の孔径が１０μｍであり、濾過要素１４の多孔率が４４％であり、圧力低下係数が１６８０である場合、濾過要素１４を通る圧力低下は３２０ｍｂとなり、水の流速は４００ｍｍ／秒となることになる。濾過要素１４を通る水の流速は、濾過要素１４の厚さを濾過要素１４の有効フィルタ面積で割ったものとして求めることができる。

濾過要素１４の厚さが０．２１ｍｍであり、流速が４００ｍｍ／秒である場合、通過時間、即ち、水が濾過要素１４の上流で大気圧よりわずかに高い圧力から負圧に変化するのにかかる時間は０．５２５ミリ秒である。通過時間は、濾過要素１４の厚さを流速で割ったものとして求めることができる。水は濾過要素１４を通って引き寄せられるため、流速は０．５２５ミリ秒で０ｍ／秒から０．４ｍ／秒に変化することになる。これにより、加速度は７６１．９ｍ／秒^２になる。この加速度のＧは７７．６６ｇである。

水のエネルギー放出Ｅ［Ｊ］は次式から求めることができる。

ここで、ｍは水の質量［ｋｇ］、ｇは地球の重力［Ｎ／ｋｇ］、ｄは距離［ｍ］である。３２ｋＰａの圧力低下が３．２メートルの距離に相当するため、４００リットルのエネルギー放出は１２．５６ｋＪになることになる。この例では、通過時間０．５２５ｍｓの間にエネルギー放出が発生するため、エネルギー放出は６０ｋＪ／リットルになることになる。このため、非常に短時間に膨大な量のエネルギーを水から放出することができる。水の急速な圧力低下により、水中の細菌をはじめとする生物が死滅する。放出されるエネルギー量は、水のフィルタ内流れ、濾過要素１４の通過時間及び差圧に依存することになる。

濾過装置２８ａの動作中、収集タンク３２内の出口レベル６６は出口弁５２によって制御される。出口弁５２の開度を大きくすると、収集タンク３２内の水位が下がることになる。結果として、出口ライン１６内の負圧が低下することになる。これにより、濾過要素１４全体にわたる差圧が増大し、通過時間が短縮される。このため、差圧と通過時間は出口弁５２によって制御することができる。

このほか、入口弁４４が一定の開度のままである場合、出口弁５２の開度が増大すると、容器１２内の水位が低下することになる。このため、濾過装置２８ａのいくつかの動作パラメータは、出口弁５２によって制御することができる。

有効フィルタ面積は、例えば、各制限板２４の状態を検査することによってわかる。濾過要素１４を通る水のフィルタ内流れを調整することによって、濾過要素１４を通る通過時間は、正確に制御することができる。このため、水が差圧を受けるのにかかる時間は正確に制御することができる。このほか、これにより、濾過要素１４を通過するときに水からのエネルギー放出は、正確に判定することができ、制御することができる。この方法は、通過時間を０．１秒未満に制御するステップと、差圧を少なくとも１０ｋＰａに制御するステップと、を含んでもよい。通過時間及び差圧は、特定の通過時間中の濾過要素１４全体にわたる制御された圧力低下、例えば、通過時間中の水量当たりの目標エネルギー放出を得るために連動して制御される。通過時間が短く、差圧が高いほど、エネルギー放出は大きくなることになる。

真空ポンプ５６からの出力流れが低下した場合、収集タンク３２内の水から放出された気体５８が水位を徐々に押し下げることになる。結果として、出口ライン１６内の負圧は増大することになる。これにより、濾過要素１４全体にわたる差圧が減少する。このため、差圧及び通過時間はこのほか、真空ポンプ５６によって制御することができる。出口レベル６６が高いときに真空ポンプ５６の速度を下げることによって、真空ポンプ５６が収集タンク３２から水を吸引し始めるのを更に防ぐことができる。逆に、出口レベル６６が低いときに真空ポンプ５６の速度を上げることによって、気体５８が出口ライン１６に流入するのを防ぐことができる。

洗浄装置７２による中間洗浄を伴う一定回数の濾過サイクルの後、濾過要素１４は一定の透過性を有する。次いで、濾過要素１４を通る差圧は、例えば、濾過要素１４のフィルタ速度を調整することによって、及び／又は濾過要素１４を通る水のフィルタ内流れを調整することによって、あまり複雑ではない方法で正確に制御することができる。

濾過装置２８ａの設計により、水３４は乱流で出口ライン１６から収集タンク３２に流入する。この乱流は、水３４からの気体５８の放出を促進する。このほか、収集タンク３２の比較的大きな水平エリアは、水３４からの気体５８の放出を促進する。気体５８は、水中の生物の膜破壊によって生成される二酸化炭素、窒素、酸素分子及びアンモニウムを含む可能性がある。

真空ポンプ５６は、収集タンク３２の上部から気体５８を吸引し、大気中に排出する。このようにして、収集タンク３２内の水位を一定に保つことができる。このため、真空ポンプ５６は、出口ライン１６内の負圧と同期する。

収集タンク３２はいくつかの利点を提供する。収集タンク３２は、濾過要素１４全体にわたる定常差圧を保持することを可能にし、それによって、濾過要素１４を通る定常的なフィルタ内流れを提供する。更に、収集タンク３２は、気体５８を表面に上昇させるのに必要な保持時間を水３４に与え、脱気のために水３４の大きな自由表面積を提供する。

この方法は、濾過要素１４のさまざまな微細さ及びさまざまな有効フィルタ面積を用いて実施することができる。このため、この方法は、広範囲のさまざまな濾過要素１４を用いて実施することができる。濾過要素１４が微細であればあるほど、低い流速で濾過要素１４全体にわたって高い差圧を確立することが容易になる。

図３に示すように、濾過装置２８ａは、例えば、水槽からの汚水から二酸化炭素及び窒素を脱気するための従来技術の濾過システムと比較して、非常にコンパクトな設計を有する。この方法及び濾過装置２８ａは発明者らによって検査され、非常に良好に機能することが明らかになった。

水の品質を検査するために、収集容積部内液体流れ５４の一部を、１つ又は複数の（図示しない）測定装置を備えるバイパスラインに迂回させてもよい。測定装置はこのほか、収集容積部内液体流れ５４内に直接配置することができる。そのような測定装置は、制御システム３６と信号通信してもよい。

図４は、濾過装置２８ｂの追加の例の断面図を概略的に示す。主に、図１～図３の濾過装置２８ａとの相違点について説明する。

この具体例の濾過装置２８ｂは、第１の濾過要素１４ａ、第２の濾過要素１４ｂ及び第３の濾過要素１４ｃを備える。各濾過要素１４ａ～１４ｃは、例えば、少なくとも１μｍ、５０μｍ未満の孔径及び／又は０．２０ｍｍ～０．２５ｍｍの厚さを有してもよい。

更に、出口ライン１６は、第１の出口区画７４ａ、第２の出口区画７４ｂ及び第３の出口区画７４ｃを備える。濾過装置２８ｂは更に、第１の濾過要素１４ａの下流の第１の出口区画７４ａにある第１のフィルタ弁７６ａと、第２の濾過要素１４ｂの下流の第２の出口区画７４ｂにある第２のフィルタ弁７６ｂと、第３の濾過要素１４ｃの下流の第３の出口区画７４ｃにある第３のフィルタ弁７６ｃと、を備える。出口区画７４ａ－７４ｃは、それぞれのフィルタ弁７６ａ－７６ｃの下流の単一のドロップパイプに収束する。このため、この例の出口ライン１６は、複数の測地学的最上端部を有し、それぞれが濾過要素１４ａ－１４ｃの１つに連動する。このほか、この例の出口ライン１６は、例えば、濾過要素１４ａ－１４ｃから収集タンク３２内の測地学的最下点までの１－１０メートルの垂直延長部を備えてもよい。この例の出口ライン１６は、出口ライン構成と呼ばれる場合がある。

この例の濾過装置２８ｂは、入口ライン４２の内側に配置された上流フィルタ７８を更に備える。ここで、上流フィルタ７８は、プレフィルタとして例示する。上流フィルタ７８は濾過要素１４ａ－１４ｃよりも実質的に高い透過性を有しているため、粗フィルタと呼ばれる場合がある。

この例の濾過装置２８ｂは、出口弁５２の代わりに、第１の三方弁８０を備える。第１の三方弁８０は、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、第１の三方弁８０の開度を制御することができる。第１の三方弁８０は、本開示による液体出口装置の追加の例である。ここで、第１の三方弁８０は、図４に示すように、収集出口８２内の収集タンク３２の下に測地学的に位置決めされる。

第１の三方弁８０によって、水を一次的な第１のライン１０８ａ又は二次的な第１のライン１０８ｂのいずれかに選択的に導くことができる。収集出口８２は、一次的な第１のライン１０８ａと二次的な第１のライン１０８ｂとに分岐される。図４に示すように、第１の三方弁８０は、収集出口８２と、一次的な第１のライン１０８ａと、二次的な第１のライン１０８ｂとの間の接続点に位置決めされる。

この例の濾過装置２８ｂは、収集ガス弁８４及び真空タンク８６を更に備える。収集ガス弁８４は、真空タンク８６と収集タンク３２との間で収集気体ライン８８上に流体的に位置決めされる。真空タンク８６は、収集ガス弁８４と真空ポンプ５６との間で流体的に位置決めされる。収集ガス弁８４は、制御システム３６と信号通信する。真空ポンプ５６は、第１の三方弁８０と並列に配置される。収集ガス弁８４が開いているとき、真空ポンプ５６は収集タンク３２の上部から気体５８を吸引することができる。図４では、収集タンク３２の内部容積と外部との唯一の接点は、出口ライン１６を通るもの、第１の三方弁８０を通るもの及び真空ポンプ５６を通るものである。

この例では、入口ライン４２、上流フィルタ７８、容器１２、濾過要素１４ａ－１４ｃ、フィルタ弁７６ａ－７６ｃ及び出口区画７４ａ－７４ｃは濾過ユニット１０に設けられる。

この例の濾過装置２８ｂは、一次下流タンク９０ａと二次下流タンク９０ｂとを更に備える。下流タンク９０ａ及び９０ｂは、本開示による下流容積部の例である。下流タンク９０ａ及び９０ｂは並列に配置される。これは、濾過装置２８ｂの動作の余剰性に寄与する。一次的な第１のライン１０８ａは、水を収集出口８２から一次下流タンク９０ａに導き、二次的な第１のライン１０８ｂは、（第１の三方弁８０が対応して開いたときに）水を二次下流タンク９０ｂに導く。

一次下流タンク９０ａは、一次弁９２ａ、一次高レベルセンサ９４ａ及び一次低レベルセンサ９６ａを備える。これに対応して、二次下流タンク９０ｂは、二次弁９２ｂ、二次高レベルセンサ９４ｂ及び二次低レベルセンサ９６ｂを備える。ここで、一次弁９２ａ及び二次弁９２ｂを逆止弁として例示する。一次弁９２ａは一次的な第１のライン１０８ａ内に位置決めされ、二次弁９２ｂは二次的な第１のライン１０８ｂ内に位置決めされる。高レベルセンサ９４ａ及び９４ｂ及び低レベルセンサ９６ａ及び９６ｂは、制御システム３６と信号通信する。

この例の濾過装置２８ｂは、第２の三方弁９８を更に備える。第２の三方弁９８は、制御システム３６と信号通信する。第２の三方弁９８は、下流タンク９０ａ及び９０ｂの下方に測地的に位置決めされる。第１の三方弁８０及び第２の三方弁９８によって、収集出口８２からの収集容積部内液体流れ５４を、下流タンク９０ａ及び９０ｂの一方に選択的に導くことができるが、下流タンク９０ａ及び９０ｂの他方は、例えば、消費のために、第２の三方弁９８の下流の最終出口１００を通って排出される。このため、下流タンク９０ａ及び９０ｂのうちの一方を充填すると同時に、下流タンク９０ａ及び９０ｂのうちの他方を空にすることができる。

図４に示すように、この例の濾過装置２８ｂは、一次的な第２のライン１１０ａと二次的な第２のライン１１０ｂとを更に備える。一次的な第２のライン１１０ａは一次下流タンク９０ａから水を導出し、二次的な第２のライン１１０ｂは二次下流タンク９０ｂから水を導出する。一次的な第２のライン１１０ａと二次的な第２のライン１１０ｂは最終出口１００に分岐する。この例では、第２の三方弁９８は、一次的な第２のライン１１０ａと、二次的な第２のライン１１０ｂと、最終出口１００との間の接続点に位置決めされる。

濾過装置２８ｂは、ここでは三方弁として例示する下流ガス弁１０２を更に備える。下流ガス弁１０２は、制御システム３６と信号通信する。下流ガス弁１０２は、一次気体ライン１０４ａを介して一次下流タンク９０ａに接続され、二次気体ライン１０４ｂを介して二次下流タンク９０ｂに接続され、共通気体ライン１０６を介して真空タンク８６に接続される。

この例の収集ユニット３０は、収集タンク３２と、真空ポンプ５６と、第１の三方弁８０と、第２の三方弁９８と、一次下流タンク９０ａと、二次下流タンク９０ｂと、収集ガス弁８４と、下流ガス弁１０２と、真空タンク８６とを備える。図３の濾過装置２８ｂと同じように、出口ライン１６の上部を濾過ユニット１０に設け、出口ライン１６の下部を収集ユニット３０に設けてもよい。

濾過装置２８ｂは、濾過装置２８ａと対応する方法で制御されて、汚染水を濾過して飲料水にすることができる。水中の粗大粒子を上流フィルタ７８によって濾過する。これより微細な粒子を、濾過要素１４ａ－１４ｃのうちの１つ又は複数によって濾過する。１つ又は複数の有効濾過要素１４ａ－１４ｃ全体にわたる急速な圧力低下により、水中の生物が死滅する。

有効フィルタ面積は、フィルタ弁７６ａ－７６ｃのうちの１つ又は複数を選択的に開くことによって変更することができる。一変形例によれば、出口区画７４ａ－７４ｃのそれぞれは、固有の断面積を有する。このようにして、フィルタ弁７６ａ－７６ｃを用いて有効フィルタ面積を設定するために利用可能な選択肢が多くなる。更に、各濾過要素１４ａ－１４ｃは、固有の多孔性及び／又は厚さなどの固有の特性を有してもよい。連動するフィルタ弁７６ａ－７６ｃを開くことによって濾過要素１４ａ－１４ｃのうちの１つ又は複数を選択的に作動させることによって、１つ又は複数の有効濾過要素１４ａ－１４ｃ全体にわたる液体の差圧及び通過時間を制御することができる。

このほか、濾過要素１４ａ－１４ｃの並列配置により、濾過要素１４ａ－１４ｃの１つを、他の濾過要素１４ａ－１４ｃのうちの１つ又は複数が作動したままの状態で、交換するか、洗浄することができる。これは、濾過装置２８ｂの動作の余剰性に寄与する。

一次下流タンク９０ａが充填されているとき、制御システム３６は、水を収集出口８２から一次下流タンク９０ａに導くように第１の三方弁８０を制御し、一次下流タンク９０ａからの出口を閉じるように第２の三方弁９８を制御し、一次気体ライン１０４ａを共通気体ライン１０６に開くように下流ガス弁１０２を制御する。同時に、制御システム３６は、収集出口８２からの水が二次下流タンク９０ｂに流入するのを防ぐように第１の三方弁８０を制御し、二次下流タンク９０ｂからの出口を開くように第２の三方弁９８を制御し、共通気体ライン１０６への二次気体ライン１０４ｂを閉じるように下流ガス弁１０２を制御する。一次高レベルセンサ９４ａにより一次下流タンク９０ａが充填されたと判定されると、上記の制御が切り替わる。

第１の三方弁８０、第２の三方弁９８及び下流ガス弁１０２は、高レベルセンサ９４ａ及び９４ｂ及び低レベルセンサ９６ａ及び９６ｂからの読み取り値に基づいて制御される。最終出口１００は、収集出口８２よりも大きな断面積を有してもよい。このようにして、下流タンク９０ａ及び９０ｂの一方の排出は、下流タンク９０ａ及び９０ｂの他方の充填よりも速い。濾過装置２８ｂは、１．５ｋＷｈといった非常に低い消費電力で水を濾過することができる。これにより、濾過装置２８ｂは、小さなコミュニティに安全な飲料水を提供するのに優れたものとなる。

濾過装置２８ｂの可能な変形例の１つとして、下流タンク９０ａ及び９０ｂを省略してもよい。この場合、最終出口１００は収集出口８２によって構成されてもよい。

図５は、濾過装置２８ｃの追加の例の断面図を概略的に示す。濾過装置２８ｂとの相違点を主として説明する。濾過装置２８ｃは、第１の三方弁８０の代わりに、一次的な第１のライン１０８ａの一次的な第１の弁１１２ａと、二次的な第１のライン１０８ｂの二次的な第１の弁１１２ｂとを備える。一次的な第１の弁１１２ａ及び二次的な第１の弁１１２ｂは、本開示による液体出口装置の追加の一例を構成する。一次的な第１の弁１１２ａ及び二次的な第１の弁１１２ｂのそれぞれは、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、一次的な第１の弁１１２ａ及び二次的な第１の弁１１２ｂのそれぞれの開度を制御することができる。この例では、収集出口８２を省略し、代わりに、一次的な第１のライン１０８ａ及び二次的な第１のライン１０８ｂのそれぞれを収集タンク３２に直接接続してもよい。

更に、濾過装置２８ｃは、第２の三方弁９８の代わりに、一次的な第２のライン１１０ａの一次的な第２の弁１１４ａと、二次的な第２のライン１１０ｂの二次的な第２の弁１１４ｂと、を備える。一次的な第２の弁１１４ａ及び二次的な第２の弁１１４ｂのそれぞれは、制御システム３６と信号通信する。制御システム３６は、一次的な第２の弁１１４ａ及び二次的な第２の弁１１４ｂのそれぞれの開度を制御することができる。

方法及び濾過装置は、液体中の細菌を減少させるか完全に除去する必要がある用途に適用される。方法及び濾過装置は、これまでに挙げた具体例に限定されるものではない。このため、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され得ることが意図される。

Claims (19)

1. 液体（３４）を濾過する方法であって、
   濾過要素（１４；１４ａ～１４ｃ）を介して、該濾過要素（１４；１４ａ～１４ｃ）の下流の出口ライン（１６）を通して、前記出口ライン(１６)の下流の収集容積部（３２）へ、液体（３４）を導くステップと、
   前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）における前記液体（３４）の差圧を制御するステップと、
   前記差圧と連動して、前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）を通る前記液体（３４）のフィルタ内流れの通過時間を制御するステップと、を含み、
   前記差圧及び前記通過時間の制御は、
   前記収集容積部（３２）から流出する前記液体（３４）の収集容積部内液体流れ（５４）を制御すること、
   前記収集容積部（３２）から流出する気体流れ（６０）を制御すること、を含む、方法。
2. 前記差圧の制御及び／又は前記通過時間の制御は、
   前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）への前記液体（３４）の流入流れ（４６）を制御するステップと、
   前記濾過要素（１４）のフィルタ速度を制御するステップと、
   前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）の有効フィルタ面積を制御するステップと、
   前記フィルタ内流れを制御するステップと、
   前記フィルタ内流れの流速を制御するステップと、及び／又は
   前記出口ライン（１６）内の前記液体（３４）の出口ライン内流れ（４８）を制御するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記出口ライン（１６）は少なくとも１メートルの測地高低差を有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記差圧は前記出口ライン（１６）内の前記液体（３４）の下流への移動によって確立される、請求項１－３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記通過時間は０．１秒未満になるように制御される、請求項１－４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記差圧は少なくとも１０ｋＰａに制御される、請求項１－５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）は、前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）の公称程度の目詰まりの後の濾過に対してほぼ一定の透過性を有する、請求項１－６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記収集容積部（３２）は水平方向拡張部及び垂直方向拡張部を有し、前記水平方向拡張部は前記垂直方向拡張部よりも大きい、請求項１－７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記収集容積部（３２）は大気に対して閉鎖される、請求項１－８の何れか一項に記載の方法。
10. 液体（３４）を濾過するための濾過装置であって、
    濾過要素と、
    該濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）の下流の出口ライン（１６）と、
    該出口ライン（１６）の下流の収集容積部（３２）と、
    該収集容積部（３２）から流出する前記液体（３４）の収集容積部内液体流れ（５４）を制御するように構成された液体出口装置（５２、８０、１１２ａ、１１２ｂ）と、
    前記収集容積部（３２）から流出する気体流れ（６０）を制御するように構成された気体出口装置（５６）と、
    制御システム(３６)であって、前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）における前記液体（３４）の差圧を制御し、前記差圧と連動して、前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）を通る前記液体（３４）のフィルタ内流れの通過時間を制御する、ように構成された制御システム(３６)と、を具備する、濾過装置において、
    前記差圧及び前記通過時間の制御は、
    前記液体出口装置（５２、８０、１１２ａ、１１２ｂ）を制御して、前記収集容積部内液体流れ（５４）を制御することと、
    前記気体出口装置（５６）を制御して、前記気体流れ（６０）を制御すること、を含む濾過装置。
11. 前記濾過要素（１４）を移動させるためのモータ（１８）を更に具備し、
    前記制御システム（３６）は、前記モータ（１８）を制御することにより、前記差圧及び／又は前記通過時間を少なくとも部分的に制御するために、前記濾過要素（１４）の濾過速度を制御するように構成される、請求項１０に記載の濾過装置。
12. 前記差圧及び前記通過時間の前記制御は、
    前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）への前記液体（３４）の流入流れ（４６）を制御すること、
    前記濾過要素（１４）のフィルタ速度を制御すること、
    前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）の有効フィルタ面積を制御すること、
    前記フィルタ内流れを制御すること、
    前記フィルタ内流れの流速を制御すること、及び／又は
    前記出口ライン（１６）内の前記液体（３４）の出口ライン内流れ（４８）を制御すること、
    を更に含む、請求項１０又は１１に記載の濾過装置。
13. 前記出口ライン（１６）は、少なくとも１メートルの測地高低差を有する、請求項１０－１２の何れか一項に記載の濾過装置。
14. 前記は、前記出口ライン(１６)内での前記液体（３４）の下流へ移動によって前記差圧を確立するように構成される、請求項１０－１３の何れか一項に記載の濾過装置。
15. 前記制御システム（３６）は、前記通過時間を０．１秒未満となるように制御する、請求項１０－１４の何れか一項に記載の濾過装置。
16. 前記制御システム（３６）は、前記差圧を少なくとも１０ｋＰａに制御するように構成される、請求項１０－１５の何れか一項に記載の濾過装置。
17. 前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）は、前記濾過要素（１４；１４ａ－１４ｃ）の公称程度の目詰まりの後の濾過に対してほぼ一定の透過性を有する、請求項１０－１６の何れか一項に記載の濾過装置。
18. 前記収集容積部（３２）は水平方向拡張部及び垂直方向拡張部を有し、前記水平方向拡張部は前記垂直方向拡張部よりも大きい、請求項１０－１７の何れか一項に記載の濾過装置。
19. 前記収集容積部（３２）は大気に対して閉鎖される、請求項１０－１８の何れか一項に記載の濾過装置。

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