JP3725124B2 - 水などの流体を浄化する装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、水などの流体を浄化するのに特に適した装置であって、少なくとも１組の第１の膜布と第２の膜布を備え、各布が、実質的に長さ全体にわたって透水性をもち、膜布が、フレーム内で互いに実質的に平行にピンと張った状態に保持され、それらの間に流体用の移動経路を画定し、布が、相互に面する表面が互いに実質的に接する第１の位置と、布が互いからある距離を隔てて位置し、流体用の移動経路の幅が第１の位置よりも大きい第２の位置との間で互いに関して移動可能である装置に関する。
【０００２】
この種類の発明は従来技術で知られている。廃水の生物学的な純化のために、膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）と呼ばれる装置の利用が増えてきている。この型式の反応装置は、食物など廃水中の汚染物質を使用する微生物を含有するばっ気式タンクを備える。さらに、この種の反応装置は、一般に微細濾過モジュールからなる膜設備を備える。膜を使用して、純水から細菌を分離し、これらの細菌を反応装置タンクに戻す。真空を用いて作用する膜モジュールをばっ気式タンク内に懸架することもできる。ばっ気式タンク内への膜モジュールの懸架は、それらが追加の空間を取らないことを意味する。さらに、タンク内に、一般に、泡の流れを生成するための手段が存在する。これらの手段は通常、膜の下に配置される。気泡によって、膜が振動され、膜の表面にせん断力が生成され、それにより膜材料に不純物が付着することができなくなる。上昇する気泡の清浄作用にもかかわらず、時々、例えば化学物質の溶液によって膜の内部を洗浄する必要もある。
【０００３】
上述した種類の装置は、とりわけ国際特許出願ＷＯ９８／４６５３３（Ｚｅｎｏｎ）から知られている。この公開特許出願は、数ミリメートルの厚さの中空繊維を備える膜を使用する装置を開示する。多数の中空繊維が、それらの端部でモジュール内に固定される。これらの繊維の最大長は、約１．５〜２メートルである。中空繊維が一体に結ばれることにより、「スパゲティーの束」が形成される。実用上、この「スパゲティーの束」は取扱いが難しい。さらに、繊維の長さは、繊維の個々の取付けの強度に鑑みて制限される。この公開特許出願による装置のさらなる欠点は、繊維が化学物質の流れに対して比較的高い抵抗を及ぼすため、化学物質による洗浄に高圧が必要なことである。
【０００４】
米国特許第５４８２６２５号は、中空繊維ではなく、モジュール内に固定された骨組が使用される、前提部で述べた種類の装置を開示している。膜布がこれらの骨組に接着される。膜布間に真空を生成することができ、水は、タンクから、膜布を介して、出口に向かって案内される。膜布は骨組に付着されて、膜布が真空の影響下で互いに接触して、さらなる流体がこれらの膜布間を通ることができなくなるのを防止する。上述した米国特許によるシステムの欠点は、膜布を固定するために非常に多数の骨組が必要であり、システムが高価なものになることである。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術によるシステムの欠点をできるだけ回避する、前提部に述べた種類の装置を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、布の少なくとも１つが、隣接する布に面する側に、溝またはウェブを設けられ、膜布の第１の位置において布の長手方向で布間にチャネル（流路）を形成することによって達成される。
【０００７】
１つの好ましい実施形態によれば、溝またはウェブを、布の長手方向に延在するリブによって形成することができる。
【０００８】
布が互いに関してわずかに移動することができ、真空の影響下で互いに支承し合うということは、リブが存在するため、細いチャネルが２つの布間に形成され、浄化すべき流体のための移動経路を形成することを意味する。布が構成される骨組は、下側および上側で開いており、それにより気泡が骨組を通って上昇することもできる。その結果、布によって浄化作用が行われる。
【０００９】
特に好ましい実施形態では、溝またはウェブが、第１の膜布と第２の膜布の両方に構成され、第１の布の溝と第２の布の溝が膜布の第１の位置で布間にチャネルを囲むように布の溝またはウェブが配置される。
【００１０】
膜布が、鏡像対称で２つずつ互いに配置される場合、２つの布間に印加され、布を互いに対して押圧する真空により、細いチャネルが形成される。これらのチャネルは、布の溝または経路の中空側が互いに隣接するときに形成される。
【００１１】
本発明によるシステムの主な利点の１つは、膜布によって多数の非常に細いチャネルを提供することができることである。これは、取扱いが難しい、従来技術に関連して上述した「スパゲティーの束」を使用する必要がないことを意味する。さらに、膜布の長さが、原則的には制限されない。
【００１２】
さらなる利点は、浄化流体を、例えば、膜布間で逆方向にポンプ給送することができることである。これは、膜布間に余剰な圧力をもたらし、その結果、布は移動して離れる。布が移動して離れることにより、布に沿った浄化媒体の流れに対する膜布の抵抗が低減され、浄化流体は、膜布に構成されたチャネルまたは溝に良好に入ることができる。布に及ぼすことができる余剰な圧力は、例えば０．５水柱メートルである。
【００１３】
本発明によれば、膜布がポリエステル繊維を備えることができる。さらに、例えばポリエーテルスルホンなどポリスルホンの上層でポリエステル繊維を被覆することができる。例えば、基質材料として、ポリエステル繊維から０．５ミリメートルの厚さで布を生成することができる。次いで、この基質材料に、例えば０．２５ミリメートルのポリスルホンの上層を塗布することができる。この材料は比較的強く、したがって、フレームの端部間で比較的長い距離が可能である。これは、上で述べた中空繊維（スパゲティーの束）の場合よりも高いモジュールを使用することができることを意味する。
【００１４】
水は、ポリスルホンの上層を通って進み、微生物および他の微粒子が水から分離される。次いで、水は、支持ポリエステル繊維層内に進む。この層は、水が、２つの隣接する膜布間の移動経路に向かって輸送されることを保証する。
【００１５】
浄化液体で布を洗浄する間、布が押されて離れすぎるのを防止するために、布の側部に支持壁を構成して、布間の空間が非常に大きくなりすぎるのを防止することができる。
【００１６】
すでに上で指摘したように、本発明による装置で、膜布に沿って泡の流れを生成する手段が存在することが有利である。これらの手段は、好ましくは、膜布が固定されるフレームの下側に配置される。
【００１７】
泡の流れの存在により、膜布が振動し、これは、膜布に付着した不純物を膜布から剥がすことができることを意味する。
【００２３】
本発明を、添付図面に関連してさらに説明する。
【００２４】
図１に、複数組の膜布が配置されたフレーム１の前面図を示す。フレーム１は、実質的に水平に延びる上壁３と、下壁４と、２つの側壁５とを備える。膜布２を取り付ける特定の手段が図４に示されている。
【００２５】
図１に示されるフレーム１は、膜バイオリアクタ内に配置されている。泡の流動を使用して、膜布間に流体の流れをもたらす。泡の流動は、膜の表面に沿った流体が常に新しくされることを保証する。ポンプを用いて、膜布間に真空が生成される。この真空により、流体の流れの一部が膜布内に吸引される。本発明による膜布の特定の形状のため、膜布間に小さなチャネルが存在して、布を通して吸引された水を放出する。フレーム１の下から上方に進む泡の流動により、膜布が振動して、布の表面でせん断力が発生する。その結果、膜材料の外面に不純物が付着できないようになる。
【００２６】
図２に、線Ａ−Ａの断面での、図１の一部の平面図を示す。図２から、膜布２の各組が、第１の膜布２１と第２の膜布２２を備えていることがわかる。膜布２１を常に図２の左側に示し、膜布２２は右側に位置している。膜布２１、２２のさらなる詳細が図３に示されている。図３から、第１の膜布２１の端縁部が、第２の膜布２２の端縁部に隣接することがわかる。それら端部の近傍で、接続部材または溶接２３によって布２１、２２が接続されている。また、第１の膜布２１および第２の膜布２２を、単一の濾過部材の第１の部分および第２の部分として形成することもできる。膜布２１、２２は、例えば、ポリエステル繊維２４のベース層から構成され、その外側にはポリスルホンの上層が塗布されている。ポリエステル繊維層は、例えば０．５ミリメートルの厚さであり、上層は、例えば０．２５ミリメートルの厚さである。
【００２７】
ポリエステル繊維のベース層は、水が膜布を通って良好に進むことを保証する。ポリスルホンの上層は、微生物が、膜を通って引き出される水から分離されることを保証する。膜布２１、２２は、成形化合物３２などの化合物によってガター（とい）３１内に固定される。次いで、この成形化合物３２に凹部またはボア（孔）３０が形成される。図６を参照して以下に論じるように、このボア３０の延在部が中心マニホルドに接続される。膜の上側（図示せず）に、対応するボアを備える対応するガターが存在する場合もある。このボアの延在部は、純水用の放出ラインに接続されている。
【００２８】
図２および３に示される布２１、２２の位置は、布間に真空が適用されるときに布が取る位置に対応する。真空により、布２１、２２の相互に面する側が、実質的に互いに向かって移動する。この文脈で、この位置を「第１の位置」とも呼ぶ。この位置は、膜布２１、２２によって例えば廃水など流体の流れを浄化するために使用される。
【００２９】
図４に、膜布２１、２２をフレーム１の下側に固定する方法のさらなる詳細を示す。
【００３０】
膜布２１、２２と同じ、または実質的に同じ材料から成形化合物３２を作成することが有利である。この場合、これは、成形化合物３２がポリエステルからなることを意味する。この方法は、膜布２１、２２が化合物３２に良好に接着することを保証する。ダクトまたはガター３１は、ステンレス鋼などの材料から作成されることが好ましい。
【００３１】
図５に、図１に例示される装置の平面図を示す。
【００３２】
図５から、膜の上部で、様々なガター３１が延在部片によってマニホルド５１、５２に接続されていることがわかる。これらのマニホルド５１、５２は、中心接続機構６１、６２によって例えばポンプに接続されて、装置から除去された純水が放出されることを保証する。図５は、側壁５も示し、この側壁は、膜布間に余剰な圧力が加えられるときに、膜布（この平面図では見えない）が移動して余剰に離れるのを防止するために存在しなければならない。
【００３３】
図６に、図５のＶＩによって示される詳細を示す。この図から、各ガター３１が接続機構６３によってマニホルド５２に接続されていることがわかる。当該のガター３１が、他端で、対応する接続機構の端部によって中心マニホルド５１に接続されていることは明らかである。
【００３４】
図７は、図１の断面線Ａ−Ａでの布２１、２２の平面図を再び示す。しかし、図７では、布２１、２２間に余剰な圧力が存在する。この状況は、布２１、２２間に圧力下で加えられる浄化液体によって布２１、２２を洗浄することが望ましい場合に生じる。この圧力は、例えば０．５水柱メートルまで上昇する場合がある。膜布２１、２２間で発生する余剰な圧力のため、２つの布間の距離が広がり、それにより流体のフローが受ける抵抗がより低くなり、浄化流体が凹部２５内に深く入ることもできる。
【００３５】
図７に例示した位置のさらなる詳細が図８に示されている。図８から、布２１、２２がフレーム１内で鏡像対称に固定されている場合に、図７に示される位置で、チャネル２５の後ろ側が互いに支え合っていることがわかる。
【００３６】
明瞭にするために、図７および８に示される膜布２１、２２の位置を、この文脈で「第２の位置」とも呼ぶことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各場合に２つの膜布の複数の組が構成されたフレームの前面図である。
【図２】 線Ａ−Ａの断面での、図１の一部の平面図である。
【図３】 図２のＩＩＩによって示される詳細を示す図である。
【図４】 図１に示されるフレームの下側の詳細を示す図である。
【図５】 図１に示される装置の平面図である。
【図６】 図５に示される装置の一部のさらなる詳細を示す図である。
【図７】 余剰な圧力が布間に生成された時の布の位置を示す図である。
【図８】 図７に示される布の詳細を示す図である。

Claims (8)

1. 水などの流体を浄化するのに特に適した装置であって、少なくとも１組（２）の第１の膜布（２１）と第２の膜布（２２）を備え、第１の膜布と第２の膜布がそれぞれ、実質的に長さ全体にわたって透水性をもち、膜布（２１、２２）が、フレーム（１）内で互いに実質的に平行に、長手方向でピンと張った状態で保持され、それらの間に流体用の移動経路を画定し、布は、相互に面する表面が互いに実質的に接する第１の位置（図２、３）と、布（２１、２２）が互いからある距離を隔てて位置し、流体用の移動経路の幅が第１の位置よりも大きい第２の位置（図７、８）との間で互いに関して移動可能であり、布（２１、２２）のうちの少なくとも１つが、隣接する布に面する側に、溝またはウェブを設けられ、膜布（２１、２２）の第１の位置（図２、３）において布間にチャネル（２５）を形成する装置において、溝またはウェブ、そして当該溝またはウェブによって形成されるチャネルが、膜布の長手方向に延在し、マニホルドによって、布間に真空を生成するための真空手段が提供され、当該溝またはウェブがマニホルドの方向に延在することを特徴とする装置。
2. 溝またはウェブが、布の長手方向に延在するリブによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 溝またはウェブが、第１の膜布と第２の膜布との両方に構成され、第１の布の溝と第２の布の溝が膜布の第１の位置で布間にチャネル（２３）を囲むように布の溝またはウェブが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 第１の膜布がフィルタ体の第１の部分であり、第２の布が、前記濾過部材の第２の部分であることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
5. 膜布がポリエステル繊維を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
6. ポリエステル繊維がポリスルホンの上層で被覆されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 膜布の端縁部が、膜布の材料に実質的に対応する多量の材料で充填されたガター内部にはさみ込まれることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
8. 膜布の下側の近傍に、膜布に沿って泡の流れを生成するための手段が存在することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の装置。

Images