JP4282598B2 - 濾過装置及び該濾過装置を洗浄する方法 - Google Patents

Description

本発明は膜の濾過装置、とりわけ、大気に開放されたタンク（tank）あるいはセル（cell）の中に設けられる多孔性あるいは透過性の膜を備える濾過装置、濾過装置の逆洗方法、及び濾過装置の洗浄装置に関する。

本明細書中で議論される全ての先行技術は、いかなる意味においても、それら先行技術が広く知られていることを自認するものと解釈してはならず、また、いかなる意味においても、当該技術分野において一般的な技術常識を構成するものと解釈してはならない。

多孔性の膜を備える濾過装置は、濾過効率（filtration efficiency）及び流動（flux）を維持するために定期的な逆洗を行うことが必要であり、膜の細孔が不純物によって目詰まりを生じると、膜間圧力（transmembrane pressure：TMP）が減少する。
典型的には、逆洗サイクルの際には、加圧ガス、加圧液体、あるいはこれら双方を供給タンクあるいは供給セル内に導入して不純物を膜の細孔から強制的に排出することが行われる。また、不純物は、気泡で膜の表面を洗浄することによっても除去される。
そして、膜からの不純物や沈渣（deposits）を含む液体は、タンクから排出されて洗浄される。

タンクからの廃液は、通常、環境的に安全な方法で処理または再生（reprocessed）される必要があるので、環境に与える影響及びコストの観点から、そのような廃液の量を低減することは、非常に大きな利点となる。

とりわけ多数の膜が用いられる場合には、タンクの排水及び洗浄にも長時間を必要とし、この結果、濾過サイクルの停止時間を生じることとなる。
このような停止時間を減少させるためには、迅速にタンクからの排出及びタンクへの再充填を迅速に行えるように大きなポンプ装置が必要とされる。
タンクあるいはセルが列設され、送り装置（feed）がタンクの再充填に使用されるところでは、再充填のプロセスの際に他のセルの液レベルの低下を生じてしまう。
このような液レベルの低下は、やはりフィルタ装置の作動効率の悪化を招くことになる。

更に、気泡による膜の洗浄機能を備える濾過装置においては、この洗浄プロセスを支援するために気泡を可能な限り膜が配置されている領域に密閉することが好適である。
特開２００３−４７８３０号公報 特開２００１−１０４７６０号公報

いくつかのシステムにおいては、逆洗すべき量を低減することによって、化学的な洗浄剤の量も低減することができる。
このことは、洗浄剤のコスト低減及び廃棄物処理の問題を減少させるという両面の利点を有する。

最終的に濾過プラントが占有するスペースの観点から、濾過装置のフットプリント（footprint）を最小化することも望ましい。
コンパクトな装置であれば、環境に与える影響は少なく、市場にもより受け入れられる。

多数の膜モジュールを通じてガスを分配しようとすると、分配装置が複雑となり、従って、可能な限り装置の複雑さを低減することが望まれる。

上記問題を改善すると共に少なくとも上記概説された利点を発揮するためには、洗浄用の気泡をできるだけ密閉するだけでなく濾過セルにおける供給液の量を低減することが有効であることが判明した。

本発明は、先行技術における上記した１つ以上の問題を克服すると共に、上記概説された１つ以上の利点、あるいは有益な代替技術を提供することを目的とするものである。

１つの観点によると、本発明は、濾過装置であって、該濾過装置は、開放された供給タンク内に鉛直に設置された１つ以上の膜モジュールを備え、該膜モジュールのそれぞれは内部に設置された１つ以上の膜を有する濾過装置であって、前記供給タンク内で前記膜モジュールを少なくとも部分的に囲繞するように形成された天壁と下方に延在される１つ以上の側壁とを有する通気フード（aeration hood）を備えており、該通気フードは、開口端を有する多数のチューブを備えており、それぞれのチューブは前記天壁から下方に向けて延在すると共にそれぞれの開口部を前記天壁に構成し、かつ、それぞれのチューブは該チューブの内部に取り付けられて前記天壁のそれぞれの開口部を貫通して延在した少なくとも１つの前記膜モジュールを備え、これにより、内部に取り付けられる少なくとも１つの膜モジュールの外周を少なくとも部分的に囲繞しており、それぞれのチューブには、前記天壁側の基端から距離を置いた位置に１つ以上の通気口が形成されており、前記通気フードの１つ以上の側壁は、前記チューブの前記通気口の下方まで伸延されており、更に前記濾過装置は、前記通気フード内にガスを供給するためのガス供給手段を備える。

一つの好適な形態においては、前記通気フードの１つ以上の側壁は、前記供給タンクの側壁により構成され、該供給タンクの天壁は、前記側壁に密閉して取り付けられるように形成される。

また、好適には、前記通気口は、それぞれのチューブの前記基端とは反対側の自由端である末端に、あるいは該末端に隣接して形成されると共に、通気フードの１つ以上の前記側壁は、前記チューブの末端まで、あるいは末端よりも下方まで延在される。

また、好適には、各々の膜モジュールは、該膜モジュールの周囲を囲繞して取り付けられるチューブを備える。
更には、前記通気口は、各々のチューブの周囲で、チューブの末端から距離を置いた位置に形成される多数の貫通孔を有する。
一の形態においては、前記ガス供給手段は、前記通気フードの下方に設けられる通気ヘッダを有していても良い。

一つの好適な形態においては、前記少なくとも一つの膜モジュールは、該膜モジュールの外周を囲繞するスリーブを備え、これによりガスが前記スリーブを通過することを防止している。
該スリーブは、前記膜モジュールの長手方向に沿って部分的に伸延されて前記膜モジュールの下端あるいは下端に隣接して開口領域を画成し、前記開口領域を通じて膜モジュール内へのガスの流入が許容される。
また、前記通気フードは、前記開口領域の位置で前記膜モジュールを囲繞するように設置され、これにより、前記通気口を通過するガスが前記開口領域を通じて前記膜モジュールの膜に流入するようにしても良い。

望ましくは、前記膜モジュールからガスを逃がすと共に、前記膜モジュールに液体を流入させるため、開口部あるいは開口領域も前記膜モジュールの上部に形成される。

他の観点によると、本発明は、上記観点により配列された膜モジュールを洗浄する方法を提供するものであり、該方法は以下のステップを備える：
ｉ） 濾過動作を中断するステップと、
ｉｉ） 各チューブの末端の液体によるシール性を維持しつつ前記通気フードにガスを供給することにより、前記通気フード内の供給液を、各チューブにおける前記通気口よりも下方のレベルに至るように置換するステップと、
ｉｉｉ） 前記ガスを、前記チューブ内に前記通気口を通じて通過させると共に各膜モジュール内の膜表面に沿って通過させ、膜表面に堆積された汚損物質を払い落とすステップと、
ｉｖ） 濾過動作を再開するステップ。

本発明の好適な実施例は図面を参照しつつ以下も記述される通りであるが、あくまで例示にすぎないものである。

図１を参照すると、本装置は、供給口７を備える開口された供給タンク６に懸架される膜モジュール５の架台を備えている。
膜モジュール５は、メインの濾過の導管９に順次接続された複数のマニフォールド８から懸架されており、前記導管９は、供給タンク６の上部を横切って延在されると共にマニフォールド８のそれぞれに接続される。
通気フード１０は、天壁１１と側壁１２及び１３とを備える中空構造とされて供給タンク６内に設置されて支持される。
この通気フード１０は、４つの側壁を備えており（図においては、このうち２つの側壁はフィルタ装置の内部構造を示すために破断されている。）、下部で開口されている。
通気フード１０の側壁は、供給タンク６の側部すなわち壁面により形成され、通気フード１０の天壁は、図示しないものの、それら供給タンク壁面の間に延在されると共に供給タンク壁面に密閉して取り付けられることが理解されるであろう。
通気フード１０は、開口端を有し、膜モジュール５の数に対応して設けられる多数のチューブ１４を備えており、これらチューブ１４は、天壁１１から下方に伸延されると共に、天壁１１に開口部を形成する。
各膜モジュール５は、対応するチューブ１４内に収容され、これらチューブ１４は、各膜モジュール５の外周を少なくとも部分的に囲繞する。
通気各チューブ１４の末端１６に隣接して複数の通気口１７がチューブ１４の周方向に間隔を置いて形成されている。
前記通気口の大きさ及び数は、膜モジュールの型式や大きさ、並びにチューブ１４の末端１６で液体によるシール性を確保するための望ましい圧力損失を維持するという要請により適宜変更される。
前記通気口は、チューブの長手方向に亘って所定間隔に複数列設けても良く、この場合、ガスの流れを制御するために各列の孔径を適宜変更することもできる。
本実施例では通気口を示しているが、通気口に代えてチューブ１４の下端から上方に延在されるスロットを含め、種々の通気路の態様をとることができる。
スロットを形成することにより、圧力損失を自己調節することもできる。
一連の通気ライン１８が、供給タンク６の下部１８に設けられている。

本実施例による通気及び洗浄プロセスは以下の通りである。
濾過プロセスを中断し逆洗ガスによる逆洗を開始する。
この場合、逆洗ガスとしては典型的には空気が用いられ、前記チューブ１４の間の空隙に向けて気泡が吹き上がるように通気フード１０の下方の通気ライン１８から供給される。
なお、ガスはパイプのようなものによって直接通気フード１０に導入しても構わない。
通気ライン１８から導入されて吹き上げられたガスにより通気フード１０の内部の供給液が置換される。
通気フード１０における液レベルは、前記チューブの末端近傍に設けられた一連の通気口１７よりも下方にまで低下される。
次にガスは、これら通気口１７を通って、チューブ１４の内部に懸架された膜モジュール５の側部へ導入される。
そして、このガスが洗浄効果を発揮し、膜モジュール５内の膜を洗浄する一方で、チューブ１４は膜モジュール５内にガスを封じ込め、より効果的に洗浄が行われることを促進する。

チューブの末端１６は典型的にはチューブ１４に形成される通気口１７より５０ｍｍから１００ｍｍ下方まで伸延されるが、前記通気口はチューブ１４の全長に沿ってどの位置に設けても良く、また、チューブ１４の全長に沿って複数列設けても構わない。
通気口１７の前後での圧力損失の大きさは、これら通気口１７とチューブ１４の端部１６との間で液体によるシール性が確実に保たれるように決定される。
また、膜モジュールの下部２０から固形物を排出できるようにするために、チューブ１４の端部１６と膜モジュール５の下部２０との間に間隙を設けるようにしても良い。

図２は、通気フード構成の他の実施例を示すものであって、この実施例においては、膜モジュール５には、長手方向に沿って部分的に設けられたスリーブまたはラッピング（wrapping）２１を備えており、これにより、膜モジュール５内の通気ガスの保持が助長される。
スリーブ２１は、膜モジュール５の長手方向の一部のみに沿って延在されており、これにより、膜モジュール５の下端２３に隣接して開口領域２２が形成される。
この開口領域２２により、供給流体、逆洗剤、及びガスが、膜モジュール５との間で流出入することが可能となる。
本実施例において図示を省略されている通気フード１０は、前記開口領域２２の位置で膜モジュール５を囲繞しており、これにより、通気口１７は、膜モジュール５の膜への通気ガスの自由な流入を許容すべく前記開口領域２２に隣接して設けられる。
また、膜モジュール５の上部には図示しない更なる開口領域や孔が設けられており、ガスを逃がすと共に、膜モジュールへの液体の流出入が許容される。

本発明を、大気に開放されている供給タンクと関連付けて説明したが、本発明は、閉鎖された濾過装置あるいは加圧された濾過装置にも適用可能であることが理解されるであろう。

なお、本発明は上述した実施例以外にも、記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることが理解されるであろう。

洗浄剤のコスト低減及び廃棄物処理の問題を減少させる濾過装置、濾過装置の逆洗方法、及び濾過装置の洗浄装置を提供できる。

本発明の一の好適な実施例の概略を示す斜視図である。 本発明の他の実施例のモジュールを示す側面図である。

符号の説明

５ 膜モジュール
６ 供給タンク
１０ 通気フード
１１ 天壁
１２，１３ 側壁
１４ チューブ
１５ 開口部
１６ チューブ１４の末端
１７ 通気口
１８ 通気ライン
２２ 開口領域

Claims (9)

1. 開放された供給タンク内に鉛直に設置された１つ以上の膜モジュールを備え、該膜モジュールのそれぞれが、内部に設置された１つ以上の膜を有する濾過装置であって、
   前記供給タンク内で前記膜モジュールを少なくとも部分的に囲繞するように形成された天壁と下方に延在される１つ以上の側壁とを有する通気フードを備えており、
   該通気フードは、開口端を有する多数のチューブを備えており、
   それぞれのチューブは前記天壁から下方に向けて延在すると共にそれぞれの開口部を前記天壁に構成し、かつ、それぞれのチューブは該チューブの内部に取り付けられて前記天壁のそれぞれの開口部を貫通して延在した少なくとも１つの前記膜モジュールを備え、これにより、内部に取り付けられる少なくとも１つの膜モジュールの外周を少なくとも部分的に囲繞しており、
   それぞれのチューブには、前記天壁側の基端から距離を置いた位置に１つ以上の通気口が形成されており、
   前記通気フードの１つ以上の側壁は、前記チューブの前記通気口の下方まで伸延されており、
   更に前記濾過装置は、前記通気フード内にガスを供給するためのガス供給手段を備えることを特徴とする濾過装置。
2. 前記通気フードの１つ以上の側壁は、前記供給タンクの側壁により構成され、前記通気フードの天壁は、前記供給タンクの側壁に密閉して取り付けられるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記通気口は、それぞれのチューブの前記基端とは反対側の自由端である末端に、あるいは該末端に隣接して形成されると共に、通気フードの１つ以上の前記側壁は、前記チューブの末端まで、あるいは末端よりも下方まで延在されることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過装置。
4. 前記膜モジュールのそれぞれは、該膜モジュールの周囲を囲繞して取り付けられるチューブを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の濾過装置。
5. 前記通気口は、各々の前記チューブの周囲で、チューブの末端から距離を置いた位置に形成される多数の貫通孔を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の濾過装置。
6. 前記通気口は、各々の前記チューブの周囲で、チューブの末端から上方に伸延される多数の開口端を有するスロットを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の濾過装置。
7. 前記ガス供給手段は、前記通気フードの下方に設けられる通気ヘッダを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の濾過装置。
8. 前記少なくとも一つの膜モジュールは、該膜モジュールの外周を囲繞するスリーブを備え、これによりガスが前記スリーブを通過することを防止しており、
   該スリーブは、前記膜モジュールの長手方向に沿って部分的に伸延されて、前記膜モジュールの下端あるいは下端に隣接して開口領域を画成し、前記開口領域を通じて膜モジュール内へのガスの流入が許容され、
   更に前記通気フードは、前記開口領域の位置で前記膜モジュールを囲繞するように設置され、これにより、前記通気口を通過するガスが前記開口領域を通じて前記膜モジュールの膜に流入することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の濾過装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載された濾過装置を洗浄する方法であって、
   ｉ） 濾過動作を中断するステップと、
   ｉｉ） 各チューブの末端の液体によるシール性を維持しつつ前記通気フードにガスを供給することにより、前記通気フード内の供給液を、各チューブにおける前記通気口よりも下方のレベルに至るように置換するステップと、
   ｉｉｉ） 前記ガスを、前記チューブ内に前記通気口を通じて通過させると共に各膜モジュール内の膜表面に沿って通過させ、膜表面に堆積された汚損物質を払い落とすステップと、
   ｉｖ） 濾過動作を再開するステップと
   を備えることを特徴とする方法。

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