JP2002530188A

JP2002530188A - 浸漬型薄膜を用いる水の濾過

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Publication number: JP2002530188A
Application number: JP2000583618A
Authority: JP
Inventors: ピエールコット; アーノルドジャンソン; ハディヒューセイン; マンワインダースイング; ニコラスアダムス
Original assignee: GE Zenon ULC
Current assignee: GE Zenon ULC
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2002-09-17
Also published as: DE69924642T2; US6375848B1; AU1255800A; DE69924642D1; EP1140330B1; AU773233B2; US20020130080A1; US7025885B2; US20060091075A1; US6899812B2; US20050082227A1; EP1140330A1; ATE292511T1; WO2000030742A1

Abstract

(57)【要約】タンクに浸漬した濾過薄膜を作動する方法は、１つの態様において、透過が継続する間にタンクを少なくとも部分的に空にして淡水でタンクを再度満たすことにより、定期的にタンクを濃度低減処理することに関連する。別の態様において、薄膜モジュールの長尺の列がタンク内の流路に沿って直列に置かれる。１つの実施形態において、タンクの固形物の平均濃度がタンクから濃縮水を取り除く出口近くのタンクの固形物濃度よりも低いように、制御された混合が供給される一方で、タンク水が薄膜モジュールを迂回するのを防ぐために一定の曝気がもたらされる。別の実施形態において、各薄膜モジュールは、タンクの給水入口と濃縮水出口との間の一連の濾過帯域に配置される。透過水は、各濾過帯域に付随する別個の手段により濾過帯域から抜かれる。排除された固形物を含有するタンク水は、濾過帯域を通るタンク内の流れとなり、１つの濾過帯域から次の濾過帯域へと濃度を増加する。好ましい薄膜モジュールは、タンク内の流れに対して交差する薄膜を持ち、各濾過帯域のかなりの部分を満たす。いずれの実施形態を用いても、薄膜の曝気、逆洗、又は、充填密度は、各濾過帯域の間で変動し、タンク内の流れのパターンは、定期的に逆転させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、水を処理するための限外濾過又は精密濾過薄膜の使用に関し、更に
詳しくは、例えば飲料水を生成するために低濃度の固形物を含む水を濾過する実
質的に連続的な処理の一部として浸漬型薄膜を用いるリアクタの設計及び作動に
関する。

【０００２】（背景技術）浸漬型薄膜は、固形物が豊富なタンク水から固形物が少ない透過水を分離する
のに使用される。浸漬型薄膜を含むタンクに流れ込む給水は、初期濃度の固形物
を有する。濾過される透過水は、薄膜の濃縮水側と薄膜の透過水側との間の膜内
外圧力の影響を受けて薄膜の壁を通過する。濾過される水が薄膜を通って透過し
てシステムから取り除かれる時、固形物が排除されタンク内に蓄積される。これ
らの固形物は、薄膜が高濃度の固形物を含む水の中で作動される時に起こる薄膜
の急速な汚れを防ぐためにタンクから取り除く必要がある。

【０００３】連続的な完全混合処理では、通常、濃縮水と呼び得る固形物が豊富なタンク水
が連続的に流れる。残念ながら、この処理は質量バランスを保持するが、タンク
水は高濃縮汚染物質を含む必要があり、そうでなければ、この処理は多量の濃縮
水を生成することになる。例えば、完全混合型連続通水処理が９５％の回収率で運転される場合（すなわ
ち、給水の９５％が濾過透過水となる）、濃縮水としてタンクから出る給水は、
５％に過ぎない。固形物の質量バランスを保持するために、濃縮水では、汚濁物
質の濃度が給水の２０倍でなければならない。しかし、濃縮水の固形物の濃度は
、濃縮水がタンク水から排水されるので、タンクの固形物の濃度と同じである。
従って、タンク水では、汚濁物質の濃度が常に高い。低い回収率で、例えば８０
％で運転すると、タンク水の固形物の濃度は下がるが、余分な給水を移送して次
に余分な濃縮水を処理する費用も増える。

【０００４】別の処理は、バッチモードでの濾過が関わってくる。例えば、ＰＣＴ公開番号
ＷＯ９８／２８０６６号では、濃縮水が連続的には抜き取られない処理が説明
されている。代わりに、蓄積された固形物を取り除くために、タンク水は時々排
出される。その後、タンクは新鮮な給水で再度満たされ、運転が続行される。こ
の方法では、定期的な運転が中断されるが、タンクが再度満水となった直後に、
比較的固形物が少ないタンク水で薄膜が作動する時期がある。懸濁物質が少ない
給水では、排水と排水との間隔が十分に長くなり得るので、タンクを空にするこ
とによって得られる利点が生産時間の損失を相殺する。

【０００５】いずれの処理についても、濾過される水が薄膜を通して透過される時、タンク
水の固形物によって薄膜が汚れる。汚濁率は、タンク水の固形物の濃度と関係が
あるので下げることができるが、完全混合連続通水処理では、回収率を下げても
解消するまでには至らない。更に、固形物は、異なる点で汚濁の一因となる様々
な形で給水に存在する可能性がある。異なる種類の汚濁に対処するために、多く
の異なるタイプの洗浄方式が必要であってもよい。このような洗浄には、通常、
物理洗浄と化学洗浄との両方が含まれる。

【０００６】最も頻繁に使用される物理洗浄法は、逆洗及び曝気である。これらの方法は、
通常頻繁に行われ、従って濾過処理に影響を及ぼす可能性がある。逆洗では、薄
膜内への浸透が一時的に停止される。空気又は水が反対方向に薄膜を通り、物理
的に固形物を押して薄膜から落とす。曝気では、気泡が薄膜の下のタンク水に生
成される。気泡が上昇すると、気泡は薄膜を攪拌するか又はこすり洗い、それに
より一部の固形物を取り除く一方で、空気の上昇効果及びタンク水の循環を生み
、薄膜から固形物を運び去る。また、これらの２つの方法を組み合わせることが
できる。例えば、先に説明した完全混合通水処理では、透過が一時的に停止され
ている間、曝気を連続的に行なって薄膜を周期的に逆洗することができる。ある
いは、上記のＰＣＴ公開番号ＷＯ９８／２８０６６号では、透過が１５分間続
行された後に停止され、薄膜が２分１５秒間曝気される処理が説明されている。
最初の１分間曝気した後に、薄膜は１５秒間逆洗される。

【０００７】化学洗浄は、通常、逆洗又は曝気ほどは頻繁に行われていない。１つの種類の
方法によると、透過が停止され、薄膜を通って化学洗剤が逆洗される。化学洗剤
を回収して処分することができるように、洗浄作業中又は洗浄作業後にタンクが
空にされる場合もある。他の場合では、タンクは満水状態のままであり、洗浄作
業における化学洗剤の量は、その用途で許容できる量に制限される。公知の完全混合通水処理は、薄膜透過率の維持に関して、曝気、逆洗、及び、
化学洗浄に頼るところが大きい。これらの洗浄方法では、全て経時的に薄膜が損
傷する。更に、透過水又は化学洗剤による逆洗では、透過が中断されて処理の歩
留りが小さくなる。曝気は、リアクタ運転費に追加されるエネルギを必要とし、
得られるタンク水の循環には、タンク内にかなりの空間が必要である。タンクの
水抜きが頻繁に必要な処理の方が必要となる洗浄が少ない場合もある。しかし、
特に大型システムでは、大型の自治体タンク又は工業用タンクを素早く排水する
ことが難しいために、生産時間の損失が高い可能性がある。ある場合には、タン
クを持ち上げ、急速な排水を促進させるために多数の排水管が取り付けられるが
、これらの手法では、据え付け費が増える。

【０００８】（発明の開示) 例えば飲料水を製造するために、低濃度の固形物を含む水を濾過する実質的に
連続した処理の一部として浸漬式濾過薄膜を使用する方法及び装置を提供するこ
とが本発明の目的である。１つの態様において、本発明は、開放タンクに浸漬させた薄膜を使用して、水
を濾過する方法の改良を提供する。該改良には、濃度低減処理によってタンクの
水の固形物の濃度を随時下げることが含まれる。濃度低減処理は、濃度低減処理
中に薄膜を浸漬させたままであって、また透過が中断されないように、固形物が
豊富な濃縮水を抜くと同時に類似の量の給水と入れ替えることによって行われる
。濃度低減処理で取り除かれる濃縮水量は、タンクに通常水量の４０％と３００
％との間にある。濃度低減処理終了時には、タンクの水は、濃度低減処理前のタ
ンクの固形物の平均濃度の４０％又はそれ以下を有する。１回又はそれ以上の回
数の曝気又は逆洗は、各濃度低減処理の間の期間の後半部に偏ることが好ましい
。

【０００９】別の態様において、本発明は、浸漬型薄膜濾過装置を提供する。１つ又はそれ
以上の薄膜モジュールが開放タンクに設置され、入口と出口との間の全体的な流
路に沿って連続的に間隔を置いて配置される。各薄膜モジュール間の距離(流路
に沿って測定)は、各薄膜モジュールの長さ(流路に沿って測定)の半分未満であ
る。各薄膜モジュール間(流路に沿って)の距離を除いた全薄膜モジュールの全長
(流路に沿って測定)は、薄膜モジュールの幅(流路に垂直に測定)の少なくとも２
倍である。透過水の類似の流量が、様々な薄膜モジュールで集められる。攪拌装
置、好ましくは曝気装置は、薄膜モジュールの下に設置され、薄膜モジュールの
周りに水を取り込み、モジュールを通って上方に固形物を含む水を流すために実
質的に透過中を通して運転される。タンク水は、流路に関して連続的に複数の薄
膜モジュールを通って流れ、出口でタンクから出る。１回又はそれ以上の回数の
曝気、逆洗、及び、充填密度は、タンクの出口端の方に偏ることが好ましい。タ
ンクは、上記の通り、時々濃度低減処理されてもよい。

【００１０】別の態様において、本発明は、複数の連続した濾過帯域に分割された開放タン
クを提供する。濾過帯域の間の仕切りは、濾過帯域の間での混合を実質的に防止
するが、濾過帯域を通じて順次第１の濾過帯域から最終濾過帯域まで固形物を含
む水が流れるようにする。１つ又はそれ以上の薄膜モジュールが各濾過帯域に設
置され、類似の透過水流量が各濾過帯域から抜かれる。各濾過帯域の１つ又はそ
れ以上の薄膜モジュールの周りの非多孔ケーシングは、前記１つ又はそれ以上の
薄膜モジュールを通る垂直流路を準備する。水は、各濾過帯域の１つ又はそれ以
上の薄膜モジュールを通って下方に流れる。複数の通路は、１つの濾過帯域の垂
直流路底部を別の濾過帯域の垂直流路の頂部に接続し、タンク水が濾過帯域を通
って第１の濾過帯域から最終濾過帯域まで連続的に流れることを可能にする。該
通路は、仕切りの頂部に堰を含む。充填密度、曝気、及び、逆洗は、タンクの出
口端の方に偏ることが好ましい。タンクは、上記の通り、時々濃度低減処理され
てもよい。あるいは、最終濾過帯域は、最終濾過帯域からの透過が停止されてい
る間にタンクを排水して再び満水にすることにより、濃度低減処理されてもよい
。ここで、本発明の好ましい実施形態を添付図を参照しながら以下に説明する。

【００１１】（発明を実施するための最良の形態）一般濾過処理一般濾過処理の以下の説明は、特定の実施形態の記述と矛盾しない限り、以下
で更に説明される実施形態に一般に適用される。ここで図１を参照すると、実質的に固形物がない濾過透過水、及び、固形物が
豊富な固化濃縮水を生成するために供給液体を処理する第１のリアクタ１０が示
されている。このようなリアクタ１０は、廃水処理プラントにおける混合液から
の清浄水の分離又は果汁の濃縮などの潜在的な用途が数多くあるが、湖、井戸、
又は、貯水池などの天然水の供給からの飲料水の生成に使用されるものとして以
下で説明する。そのような給水は、通常、濾過処理で除外する必要があるコロイ
ド、懸濁物質、バクテリア、及び、他の粒子を含んでおり、これらを総称して固
形物と呼ぶことにする。

【００１２】第１のリアクタ１０には、給送ポンプ１２が含まれ、このポンプは、処理対象
の給水１４を上水道１６から入口１８を通ってタンク２０に送り、この水はそこ
でタンク水２２となる。あるいは、給送ポンプ１２を給送弁と取り換えて重力供
給を使用してもよい。透過中に、タンク水２２は、複数の薄膜２４を覆う水位に
維持される。各々の薄膜２４は、タンク水２２に接触しない透過水側とタンク水
２２に接触する濃縮水側とを有する。薄膜２４は中空繊維薄膜であって、薄膜２
４の外面は濃縮水側であることが好ましく、薄膜２４の内腔２５は透過水側であ
ることが好ましい。

【００１３】各々の薄膜２４は、薄膜２４の内腔２５を少なくとも１つのヘッダー２６の透
過水流路と流体連絡した状態に維持しながら、薄膜２４の各端部が薄膜２４の外
側とヘッダー２６との間で防水接続を生み出すように埋込用樹脂によって取り囲
まれるように、少なくとも１つヘッダーに、しかし好ましくは２つのヘッダー２
６に取り付けられる。薄膜２４とヘッダー２６とは、共働して薄膜モジュール２
８を形成する。ヘッダー２６の透過水流路は、透過水弁３４を介して透過水回収
装置３０と透過水ポンプ３２とに接続される。透過水ポンプ３２を運転して透過
水弁３４を開くと、薄膜２４を取り囲むタンク水２２に対して薄膜２４の内腔２
５において負圧が発生する。得られる膜内外圧力は、一般的に、１キロパスカル
から１５０キロパスカルまでであり、更に一般的には、１０キロパスカルから７
０キロパスカルまでであり、この膜内外圧力によって薄膜２４を通ってタンク水
２２（その後は透過水３６と呼ばれる）を引き込み、一方、薄膜２４がタンク水
２２に残っている固形物を阻止する。すなわち、出口弁３９を通って透過水出口
３８での使用に向けて濾過透過水３６が生成される。貯蔵タンク６２に透過水３
６を入れるために、定期的に貯蔵タンク弁６４が開けられる。濾過透過水３６に
は、飲料水として使用される前に後処理が必要であってもよいが、許容レベルの
コロイド及び他の浮遊固形物を持っているはずである。

【００１４】自治体又は産業用のリアクタ１０では、各々が複数の薄膜２４を有する個別の
ユニットが互いに組み立てられ、カセットとも呼び得る薄膜モジュール２８と呼
ばれる大型ユニットになる。このような薄膜モジュール２８の例を図２、図３、
及び、図４に示すが、個別のユニットは、矩形のかせ８となっている。各々の矩
形のかせ８は、通常、幅が２センチメートルから１０センチメートルまでの、中
空繊維薄膜２４の束を有する。中空繊維薄膜２４は、通常、０．４ミリメートル
から４．０ミリメートルまでの外径を有し、１０％から４０％までの充填密度で
埋め込まれる。中空繊維薄膜２４は、通常、４００ミリメートルから１、８００
ミリメートルまでの長さがあり、０．１％から５％までの弛みを付けて取り付け
られる。薄膜２４は、精密濾過又は限外濾過の範囲の平均細孔サイズを持ち、０
．００３ミクロンから１０ミクロンまでが好ましく、０．０２ミクロンから１ミ
クロンまでが更に好ましい。薄膜モジュール２８の好ましい数量は、用途が変わ
れば異なり、必要とする濾過透過水３６の量、及び、給水１４の状態などの要因
に左右される。

【００１５】図２を参照すると、例えば、複数の矩形かせ８は、共通の透過水回収装置３０
に接続されている。薄膜２４の長さ及びタンク２０の深さに左右されるが、図２
に示す薄膜モジュール２８はまた、互いの上に重ねても良い。図３及び図４を参
照すると、矩形かせ８が交代する方位で示されている。図３において、薄膜２４
は、水平面内に配置され、透過水回収装置３０は、互いの上に積層された複数の
矩形かせ８に取り付けられている。図４において、薄膜２４は、垂直面内に配置
されている。図４のヘッダー２６の深さによるが、透過水回収装置３０はまた、
互いの上に積層される複数のこれらの薄膜モジュール２８に装着されてもよい。
図２、図３、及び、図４の薄膜モジュール２８の図は、明瞭に示すために簡素化
されており、実際の薄膜モジュールにおける矩形かせ８は、通常、互いにもっと
接近しており、大型カセットにおいては、しばしば矩形かせ８の数がはるかに多
い。

【００１６】薄膜モジュール２８は、異なる形状、特に円筒形のかせで製作することができ
、また、１つのヘッダーに装着されたループ状繊維のかせでも作ることができる
。中空繊維薄膜２４の代わりに管状薄膜で類似のモジュール又はカセットを製作
することもまた可能である。平坦シート薄膜に対しては、幾つもの対を成した薄
膜が、通常、薄膜間に密閉面を作って密閉面の内部に適切な配管を接続できるヘ
ッダー又はケーシングに取り付けられる。これらのユニットのいくつかは、互い
に装着されて平坦シート薄膜のカセットを形成することができる。

【００１７】市販の薄膜モジュール２８には、ゼノン・エンバイロンメンタル・インコーポ
レーテッドで製作され、以下の実施例で参照される、ＺＷ５００の各ユニット
に基づくものが含まれる。ＺＷ５００ユニットの各々は、図２に示す方位で細
孔サイズが約０．１ミクロンの全薄膜表面積約４７平方メートルを持つ中空繊維
薄膜の２つの矩形かせを有する。平面図では、各々のＺＷ５００ユニットは、
長さが約７００ミリメートル、幅が２１０ミリメートルである。通常、複数の平
行な矩形かせ８をもたらすように、いくつかのＺＷ５００ユニットが互いに結
合されてカセットになる。例えば、８つのＺＷ５００ユニットによる薄膜モジ
ュール２８は、約１８３０ミリメートルｘ７１０ミリメートルで、フレーム、接
続部、及び、他の関連装置向けに多少の追加の空間が必要である。

【００１８】再び図１を参照すると、透過水出口３８を通ってタンク２０から流れ出ないタ
ンク水２２は、必要であれば濃縮水ポンプ４８の助けを借りて、濃縮水４６とし
て排水弁４０及び濃縮水出口４２を通って排水管４４までタンク２０から流れ出
る。濃縮水４６は、薄膜２４によって排除された固形物が豊富である。空気供給ポンプ５０は、曝気を行うために、空気取入口５２から空気分配ポン
プ５４を通って周囲空気、窒素、又は、他の適当なガスを洗浄泡５８を分散させ
る曝気装置５６に吹きつける。泡５８は、上昇して薄膜モジュール２８を通り、
固形物が薄膜２４上に沈殿するのを阻止する。更に、リアクタ１０の設計により
タンク水２２が上昇する泡５８の流れに取り込まれることが可能な場合、泡５８
はまた、エアリフト効果を生み、その結果、局所的にタンク水２２を循環させる
。

【００１９】逆洗をもたらすために、透過水弁３４及び出口弁３９は閉じられ、逆洗弁６０
が開けられる。透過水ポンプ３２を運転して、貯蔵タンク６２から逆洗管６１を
通って濾過透過水３６を押し出し、次に、逆方向に透過水回収装置３０及び薄膜
２４壁部を通って押し、このようにして固形物を押しのける。逆洗終了時に、貯
蔵タンク６２を再度満水とするために、随時逆洗弁６０が閉じられ、透過水弁３
４及び出口弁３９が再度開けられ、そして圧力タンク弁６４が開けられる。

【００２０】化学洗浄をもたらすために、次亜塩素酸ナトリウム、ナトリウム水酸化物、又
は、クエン酸などの洗浄用薬品が化学タンク６８に準備される。透過水弁３４、
出口弁３９、及び、逆洗弁６０は全て閉じられ、一方、化学逆洗弁６６が開けら
れる。化学ポンプ６７を運転して、洗浄用薬品を化学逆洗管６９を通って押し出
し、次に、逆方向に透過水回収装置３０及び薄膜２４壁部を通過させる。化学洗
浄終了時に、化学ポンプ６７は電源が切られ、化学ポンプ６６は閉じられる。透
過再開前に透過水回収装置３０及び薄膜２４から洗浄用薬品を取り除くために、
化学洗浄の後に薬品洗浄を行うことが好ましい。

【００２１】延長した期間に亘って透過が続行できるように、曝気及び逆洗によって薄膜が
十分に洗浄されることが好ましい。透過水逆洗は、通常、５秒から２分間行われ
、通常、５分毎に１回から３時間毎に１回までで行われる。このような透過水逆
洗がより集中的な復旧洗浄時の間で行なわれる場合、透過が一時的にしか停止さ
れないため、濾過処理は、やはり継続的なものと考えられる。同様に、タンク２
０がタンク水２２で満たされて残っている間に短時間の化学逆洗において化学洗
浄が行われる場合、処理は、やはり連続的なものであると考えられる。しかし、
その場合、透過水３６、濃縮水４６、及び、給水１４の流量は、１日又は、適切
であれば、より長い期間に亘る平均流量として計算される。以下の実施形態及び
実施例の説明において、上記の通り、周期的に中断される処理の流量は、別段の
説明がない限り平均流量として測定される。

【００２２】急速給水による濃度低減処理図１を参照すると、急速給水による濃度低減処理において、本濾過処理は、タ
ンク水２２の濃度を低減する濃度低減処理と呼ばれている手順で終わるいくつか
の繰り返しサイクルとして進行する。該サイクルは、通常、先行の濃度低減処理
終了時に始まる。しかし、一部のサイクルは、新設リアクタ１０が最初に作動さ
れる時又はタンク２０を空にする必要がある時の集中復旧洗浄又は他の保守手順
の後で始まる。いずれにしても、該サイクルは、固形物の初期濃度が給水１４の
それと類似であるタンク水２２に浸漬した薄膜２４で満たされたタンク２０で始
まる。

【００２３】サイクル開始時に、透過水ポンプ３２は電源が入れられ、濾過透過水３６とし
て排出されるタンク水２２を薄膜２４の壁部を通して吸引する。排水弁４０は、
始めは閉じられており、タンク水２２の固形物の濃度が上がる。排水弁４０が閉
じられている間、給送ポンプ１２は、濾過透過水３６がタンクから出るのとほぼ
同じ割合でタンク２０内に給水１４を汲み上げ続けるため、透過中、タンク水２
２の水位は、本質的に一定である。曝気及び逆洗は、必要に応じてもたらされる
。

【００２４】目標とする期間の後に、タンク水２２は、濃度低減処理される。各濃度低減処
理の間の目標とする期間は、タンク水２２の固形物の濃度に基づくことができる
が、目標とする回収率を達成するように選択されることが好ましい。濃度低減処
理の間で一定曝気及び周期的逆洗を伴って作動する一般的な給水装置と併用され
るＺＷ５００薄膜モジュールについては、９５％（すなわち、給水の９５％が
濾過透過水となる）又はそれ以上の回収率を維持できるので、オペレータが最小
量の固化濃縮水４６の排出を希望する時に好まれる。この回収率は、濃度低減処
理開始時において、給水の固形物濃度の約２０倍のタンク水２２の固形物濃度を
もたらす。しかし、本発明者は、連続薄膜濾過処理と、０．５から０．６ｎｔｕ
（移動単位数）の濁度及び３３Ｐｔ.Ｃｏ．単位の見掛色を有する給水とによっ
て行われた試験において、回収率を９３％を超えるまで上げた時、時間と共に薄
膜の透過率が下がる割合が劇的に上がることを観察した。従って、廃棄濃縮水の
容積が２次的要素である場合、各濃度低減処理の間の期間は、９０％から９５％
又はそれ以下の回収率が得られるように選択してもよい。ＺＷ５００ユニット
使用時の一般的なサイクル時間は、他の薄膜モジュールに対しては変動するであ
ろうが、回収率９０％で約２から３時間、回収率９５％で４から５時間の範囲で
ある。

【００２５】濃度低減処理は、薄膜２４の高さよりも上にタンク水２２の水位を維持して透
過を続行しながら行われるタンク水２２の急速給水を含む。急速給水濃度低減処
理を行うために排水弁４０が開かれ、重力流動だけでは不十分な場合には、濃縮
水ポンプ４８によって固形物が豊富な濃縮水４６が急速にタンク２０から引き抜
かれる。同時に、給送ポンプ１２によって、タンク２０から出る濃縮水４６の流
量に相当する量だけタンク２０に入る給水１４の流量が上げられる。濃縮水４６
は、タンク水２２がタンク２０から排水される前に流入する給水１４と混合して
大幅に希釈されないように、必要であれば濃縮水ポンプ４８の力を借りて、十分
な速度で、取り除かれることが好ましい。ある程度の希釈は必然的に発生するの
で、受容できないほど多量の固化濃縮水４６を抜かないように、タンク水２２の
固形物の濃度がまだ給水１４の固形物の濃度よりも大きいうちに、固化濃縮水４
６の流れを止めることが好ましい。しかし、抜かれる固化濃縮水４６の量がタン
ク２０の水量を上回る可能性がある。濃縮水４６の希釈を最小限に抑えるために
曝気及び他のいかなる混合源も停止し、平均容積１００％から１５０％までのタ
ンク水２２が急速給水濃度低減処理中に排出されることが好ましい。洗浄の継続
を準備するために曝気をオン状態で残す必要がある場合、より多量のタンク水２
２が排出される。平均容積１００％から１３０％までのタンク水２２が排出され
る方がより好ましい。全排出時間は、通常、２０分未満であり、１０分未満であ
ることが好ましい。急速給水時に曝気又は他の混合がある場合、平均容積の１５
０％から３００％、更に好ましくは、１５０％から２００％までのタンク水２２
が排出され、総排出時間は２５分未満である。濃度低減処理後において、タンク
水２２は、固形物濃度が濃度低減処理前にタンク水２２にあった固形物濃度の４
０％未満であることが好ましい。しかし、給水１４の濁度が高い場合、又は、高
い回収率を用いる場合、濃度低減処理後のタンク水２２は、固形物濃度が濃度低
減処理前にタンク水２２にあった固形物濃度の２０％未満であることが好ましい
。濃縮水４６は、一般に、排水管４４を下水管、又は、濃縮水４６の出所である
水源まで下って処理される。

【００２６】濃度低減処理がない処理でも同様に、サイクルが繰り返される中で、給水１４
、濃縮水４６、及び、濾過透過水３６の間で固形物と水とのバランスがやはりな
ければならない。すなわち、選択される回収率について、濃度低減処理する処理
における濃縮水４６の固形物の平均量は、濃度低減処理しない処理に対する場合
と同じことになる。しかし、濃縮水４６は、通常、急速給水濃度低減処理におい
て希釈されるので、タンク水２２は、完全混合通水処理の固形物の一定濃度と比
較すると、濃度低減処理直前の固形物濃度の方が高くなければならない。しかし
、少なくとも既存のタンク水２２のかなりの部分を新鮮な給水１４と入れ替える
ことによって、固形物がタンク水２２で再び蓄積して別の濃度低減処理が行なわ
れるまで、透過は、次のサイクルにおいて比較的きれいなタンク水２２で続行さ
れる。すなわち、タンク水２２の固形物の時間に関する平均濃度は、給水１４の
平均濃度と固化濃縮水４６との間の中間的な値であり、同じ回収率における完全
混合通水処理の固形物の一定の濃度を下回る。タンク水２２の固形物の濃度が低
いと、薄膜が汚濁される速度は遅い。従って、設定膜内外圧力で透過水３６の流
量の増加が観測されるか、又は、薄膜２４を過度に汚濁することなく、サイクル
開始時に高めの膜内外圧力を使用することができる。

【００２７】固形物の濃度が低く、薄膜２４の汚濁速度が遅い時は、始めにタンク２０に供
給される気泡５８の流量は少ないことが好ましい。タンク水２２の固形物濃度が
上がると、空気の流量もまた増える。あるいは、曝気は、濃度低減処理の直前に
限りもたらされる。このようにして、タンク水２２において固形物の濃度が低い
間は、余分な空気は供給されない。同様に、逆洗による生産損失を最小限に抑え
るために、タンク水２２の固形物濃度が低い時は、逆洗の頻度又は継続時間を少
なくしてもよい。曝気を逆洗と一致させることができる程度までは、膜内外圧力
に対抗するように働く必要がないことから、曝気の有効性が増加する。

【００２８】タンク水２２の曝気、定期的な逆洗、及び、定期的な濃度低減処理を行っても
、濃度低減処理が行われない処理よりは速度が遅くなるものの、薄膜の長期の汚
濁は依然として発生する可能性がある。長期の汚濁が発生すると、透過率の低下
を補うために、透過水ポンプ３２に掛ける電力を上げて薄膜２４の壁部全体にわ
たって膜内外圧力を上げてもよい。結局は、システムの指定最大膜内外圧力、又
は、薄膜２４の許容最小透過率に達することになる。この時点で、集中復旧洗浄
が行われる。ジーウィード（登録商標）ブランドの薄膜２４については、通常運
転温度において、膜内外圧力が５４キロパスカルを超えるか、又は、透過率が２
００リットル／平方メートル／時間／バールより落ちた時に集中洗浄が行われる
ことが好ましい。集中保守洗浄中にはタンクが通常空にされるが、これは定期的
な濃度低減処理とは独立しており、２週間毎に１回から２カ月毎に１回の間でた
まにしか行われない。

【００２９】長尺曝気濾過装置列ここで図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、別の実施形態の一部が示されている。
図５Ａ又は図５Ｂに示していない構成要素は、図１のものと類似しており、本実
施形態の全体的な作動を理解するために図１を参照することができる。本実施形
態では、第２のリアクタ７０は、入口端７２及び出口端７４を伴う矩形（平面図
で）の第２のタンク１２０を有する。入口端７２は、第２のタンク１２０の一方
の短尺端部（平面図でわかるように）にあって入口１８を有し、出口端７４は、
第２のタンク１２０の反対側の短尺端部にあって濃縮水出口４２を有することが
好ましい。透過中には、第２のタンク１２０は、入口１８及び濃縮水出口４２の
間の一般的な流路にほぼ従って移動するタンク水２２で満たされており、一般的
という用語は、大部分のタンク水２２の実際の流路は、以下で説明するようにか
なり流路７６から外れ得るが、タンク水２２の平均的な流れは、少なくとも流路
７６方向の成分を有することを意味する。

【００３０】薄膜モジュール２８は、第２のタンク１２０に流路７６に沿って直列に配置さ
れる。薄膜モジュール２８は、一般に、関連装置、取り付け、及び、保守用の空
間ができるように、また、各薄膜モジュール２８の間でタンク水２２の少量の可
動容積をもたらすように、流路７６に沿って水平に等間隔で配置される。この間
隔は、薄膜モジュール２８の長さ（流路７６に沿って測定）の半分未満であって
、ＺＷ５００ユニットでは通常約２０センチメートルであることが好ましい。
図５Ａ及び図５Ｂによれば、薄膜モジュール２８の上方、下方、及び、その側部
の方に大きい空間が設けられている。例えば、薄膜モジュール２８と第２のタン
ク１２０の長尺の壁部との間の距離は、通常、薄膜モジュール２８の幅（流路７
６に垂直に測定）の約半分である。６つ又はそれ以上の薄膜モジュール２８が直
列に使用されることが好ましい。１２個又は１６個又はそれ以上の薄膜モジュー
ル２８を直列にした長尺列が使用されることが更に好ましい。大型のシステムが
必要である場合、各薄膜モジュール２８は、通常、６個から１２個のＺＷ５０
０ユニットから成るカセットのサイズとなる。各薄膜モジュールの間の空間（流
路７６に沿って測定）を除いた全薄膜モジュールの全長（これも流路７６に沿っ
て測定）は、薄膜モジュール２８の幅（流路７６に垂直に測定）の少なくとも２
倍であり、好ましくは、少なくとも４倍である。

【００３１】給水１４は、入口１８で連続的に第２のタンク１２０に入る。透過水ポンプ３
２は、各薄膜モジュール２８の薄膜２４を通る濾過透過水３６を連続的に抜き取
り、固化濃縮水４６は、濃縮水出口４２を通って第２のタンク１２０から連続的
に出る。しかし、タンク水２２の容積の通路は、薄膜モジュール２８の一部又は
全部を直列に通過する。しかし、固形物は、薄膜２４によって排除されることか
ら、タンク水２２の容積の固形物濃度は、タンク水が通過する各薄膜モジュール
２８の下流側で上がる。すなわち、タンク水２２の容積の固形物濃度は、タンク
水の流路に沿って入口１８から濃縮水出口４２にかけて上がる。濃縮水出口４２
に最も近い薄膜モジュール２８の下流側では、タンク水２２の固形物濃度は高く
、給水１４の固形物濃度の少なくとも５倍であり、給水１４の固形物濃度の少な
くとも１４倍であることが好ましく、給水１４の固形物濃度の少なくとも２０倍
であることが更に好ましい。逆に、入口１８近くのタンク水２２の固形物濃度は
、給水１４の固形物濃度と似通っている。各薄膜モジュール２８の長さ（それら
の間の空間を除く）がそれらの幅の４倍又はそれ以上である長尺の薄膜モジュー
ル２８列では、薄膜モジュール２８の最大７５％までが固形物濃度が最低のタン
ク水で作動し、固形物濃度は、出口４２近くに限って著しく上がる。

【００３２】タンク水２２の固形物濃度は、入口１８から濃縮水出口４２にかけて上がるこ
とから、入口に近い薄膜モジュール２８は、固形物濃度が濃縮水出口４２から流
れ出る固化濃縮水４６よりもかなり低い水で作動する。最終の各薄膜モジュール
２８（流路７６の方向）の方が、その回りのタンク水２２の固形物濃度よりも高
く、従って、透過率が下がっている可能性が高い。透過水ポンプ３２は、最終の
各薄膜モジュール２８がそれらの透過率の低下に打ち勝って薄膜モジュールのセ
ットからのほぼ均一なより多くの透過水流量を供給するためにより高い膜内外圧
力（更に離れた薄膜モジュール群２８に対して）を受け取ることになるように、
出口４２近くに置かれてもよい。タンク水２２の固形物の平均濃度は、給水１４
及び固化濃縮水４６の固形物の濃度に対して中間的な濃度である。全薄膜モジュ
ールの全長（各薄膜モジュール間の空間を除く）が薄膜モジュールの幅の２倍を
超える場合、濃度がかなり下がった区域は、第２のタンク１２０の半分を超える
量を含むことができる。すなわち、固形物の濃度が高い固化濃縮水４６は、抜き
取ることができるが、タンク水２２の固形物の平均濃度は、固化濃縮水４６の固
形物濃度をかなり下回る。薄膜モジュール２８の平均透過率は、汚濁発生速度が
遅くなるにつれて上がる。固形物濃度が高いと薄膜２４の透過率が急速に下がる
ことから、ほとんどの薄膜モジュール２８が固形物濃度が給水の固形物濃度の１
４倍未満であるタンク水２２で作動すれば好ましく、給水の固形物濃度の１０倍
未満であれば更に好ましい。

【００３３】上記の通り、大部分のタンク水２２の通路は、薄膜モジュール２８の一部又は
全部を連続して通過する。このような結果は、第２のリアクタ７０が完全攪拌タ
ンクリアクタのように作動する場合には発生しないであろう。この可能性に対処
するために、曝気が全透過サイクルの間もたらされる。曝気は、一般に混合要因
と考えられているが、本発明者は、第２のリアクタ７０において、実質的に透過
中を通して行われる曝気（又は、回転プロペラなどの攪拌装置）は、以下で説明
するような時に、流路に関して連続的に複数の薄膜モジュール２８を通るタンク
水２２の流れを促進すると考える。

【００３４】入口１８と出口４２とがタンクの対向する端部にあると、タンク水流７６は、
入口１８から出口４２への平均的な実質的に水平な流れになるはずである。しか
し、薄膜モジュール２８は、そのような水平の流れに対してかなり抵抗する。従
って、水平流れの大半は、薄膜モジュールの下方、上方、又は、側部を流れるこ
とによって薄膜モジュールを迂回する傾向がある。本発明者は、タンク水２２が
容易に薄膜モジュールを迂回する場合、タンク２０におけるかなりの混合を回避
することは困難になると考える。

【００３５】薄膜モジュール２８を通る水平の流れが無視できる程度と仮定すると、バイパ
ス流の水平速度は、通常、約０．０５メートル／秒から０．３メートル／秒の範
囲であり、出口４２に向かって遅くなる。薄膜モジュールを通る上向きのタンク
水２２の通常の垂直速度は、同程度の大きさ、つまり、一般に０．０５メートル
／秒から０．２メートル／秒である。図５Ａ及び図５Ｂによれば、カセットによ
る流れ７８は、タンク水２２が薄膜モジュール２８の底部の中に引き込まれ、薄
膜モジュールの頂部から開放されて、タンク２０の底部へ下りながら出口４２に
向かって流れ、そこで第２の薄膜モジュール２８などに取り込まれる場合に作り
出される。カセットによる流れ７８には、各薄膜モジュール２８の側部を下方に
流れる成分（図５Ｂに示すように）と、各薄膜モジュール２８の間を下方に流れ
る成分（図５Ａに示すように）がある。本発明者は、薄膜モジュール２８の側部
を下方に流れる成分がカセットによる流れ７８の約９０％であることを観測した
。本発明者は、各薄膜モジュール２８の間を下方に流れる成分は、薄膜モジュー
ル２８の側部の下方の流れよりはるかに少ないと考える。これは、第２のタンク
１２０の壁部までの距離が各薄膜モジュール２８間の距離よりも大きく、各薄膜
モジュール２８がタンク水２２の上方流れに取り囲まれているからである。これ
らの要素が合わさって、タンク水２２が各薄膜モジュール２８の間を下方に流れ
るのを阻止するより高い剪断力をもたらす。

【００３６】第１の薄膜モジュール２８内に発生し、各薄膜モジュール２８間を下方に流れ
るカセットの流れ７８は、隣接する薄膜モジュール２８のカセットの流れ７８と
して下方に同様に流れるタンク水２２と一部混ざり、隣接する薄膜モジュール２
８のカセットの流れ７８の一部になりやすい。すなわち、薄膜モジュール２８の
周りを循環するタンク水２２の混ざり合う流れ８０は、上流側薄膜モジュール２
８によって入口１８の方に、又は、下流側薄膜モジュール２８によって濃縮水出
口４２の方に引き寄せることができる。第２のタンク１２０での混合量は、薄膜
モジュール２８の中心を通るカセットの流れ７８の流量を給水の流量で割ったも
のとして定義される再循環速度との関係で表すことができる。驚くべきことに、
以下で説明する模型実験において、カセットの流れ７８によって入口１８又は濃
縮水出口４２に向かう正味の流れができない場合（すなわち、カセットの流れが
薄膜モジュール２８に関して対称である）、タンク水２２の固形物濃度は、異常
に高い再循環速度であっても、また、隣接する薄膜モジュール２８間の下向きの
カセットの流れ７８の成分が異常に高いと仮定したとしても、やはり流路７６に
沿って増加する。

【００３７】通常不要であるが、第２のタンク１２０の固形物の濃度が第２のタンク１２０
の濃縮水出口４２近くのみで上がり、より多くの薄膜モジュール２８で透過性が
上がるように、オペレータは、隣接する薄膜モジュール２８間の混合を最小限に
抑えてもよい。あるいは、第２のタンク１２０を、第１の濾過帯域の出口が下流
側濾過帯域の入口に接続されるような複数の濾過帯域から作ることができる。濾
過帯域は、第２のタンク１２０を複数の容器に分割することによって、又は、バ
ッフル８２を入口１８の方に流れる逆流８０を制限するために薄膜モジュール２
８の上流側上縁又は下流側下縁に設置して作ってもよい。各バッフルは、流路７
６の流量が少なくなる濃縮水出口４２の近くに位置する薄膜モジュール２８にの
み設置されることが好ましい。

【００３８】直列薄膜モジュールここで図６及び図７を参照すると、中空繊維薄膜２４を有する別の第２の薄膜
モジュール１１０が、各々、立面図及び平面図で示されている。薄膜モジュール
１１０は、図４に示す薄膜モジュールと類似であるが、第２の薄膜モジュール１
１０の周囲は、第２の薄膜モジュール１１０を通る垂直方向の流水路１２６を形
成する非多孔ケーシング１２４によって取り囲まれる。類似の薄膜モジュールは
、図２、図３、及び、図４に示す薄膜モジュール２８、又は、上記の管状又は平
坦シートの薄膜で作ることができる。

【００３９】ここで図８を参照すると、第３のリアクタ１２８は、複数の濾過帯域１３０に
複数の第２の薄膜モジュール１１０を有する。第３のリアクタ１２８は、処理対
象の給水１４を上水道１６から入口１８を通って給水１４がタンク水２２となる
第３のタンク１４０に送る給送ポンプ１２を有する。透過中は、薄膜２４を覆う
水位にタンク水２２を保つために給送ポンプ１２が運転される。各々の第２の薄
膜モジュール１１０の透過水回収装置３０は、１対の透過水弁１４４及び１対の
逆洗弁６０を含め、図示する１セットの管及び弁に接続される。第２の薄膜モジ
ュール１１０から透過水を抜き取るために、逆洗弁６０が閉じられている間に付
随する透過水弁１４４が開けられ、付随する透過水ポンプ３２の電源が入れられ
る。得られる吸引によって、薄膜２４の外側から内腔２５までの膜内外圧力（「
ＴＭＰ」）が作り出される。薄膜２４は、透過水出口３８での使用又は更なる処
理用に生成される濾過透過水３６の流れを受け入れる。透過水貯蔵タンク６２の
透過水３６の供給を維持するために、随時、透過水貯蔵弁６４が開けられる。こ
のような配置によって、透過水３６を各濾過帯域１３０から個別に抜き取ること
ができる。透過水ポンプ３２は、各濾過帯域１３０から類似の透過水３６流量を
生成するために運転されることが好ましい。各濾過帯域１３０の固形物濃度が異
なることから、更に以下で説明するように、これは、通常、各々の透過水ポンプ
３２が異なる速度で運転されることを必要とする。あるいは、異なる濾過帯域１
３０の第２の薄膜モジュール１１０を共通の透過水ポンプ３２に接続することが
できる。これによって、結果的に、各濾過帯域１３０間の流量が多少変動するこ
とになるが（下流側第２の薄膜モジュール１１０の方が汚濁速度が速くなる可能
性があるため）、上記の通り、出口４２近くに透過水ポンプ３２を設置すること
によって、又は、曝気、逆洗、及び、以下に説明する充填密度の変動によって、
変動量を最小限に抑えることができる。これらの手法のいずれによっても、第２
の各薄膜モジュール１１０が類似の透過水流量を持つように作ることができる。

【００４０】透過水出口３８を通って第３のタンク１４０から流れ出ないタンク水２２は、
第３のタンク１４０から排水弁４０及び濃縮水出口１６０を通って、濃縮水４６
として排水管４４に流れ出る。また、試験手順又は保守手順のために第３のタン
ク１４０を完全に排水できるように、各濾過帯域１３０に追加排水管（図示せず
）が設置される。固化濃縮水４６は、薄膜２４によって排除された固形物が豊富
である。必要であれば、固化濃縮水４６は、濃縮水ポンプ４８の助けを借りて流
すことができる。しかし、入口１８及び濃縮水出口１６０は、濾過帯域１３０に
よって分離されている。濾過帯域１３０の縁部の仕切り１７６によって、タンク
水２２は、タンク流れパターン１７８により濾過帯域１３０を通って連続的に流
れるように強いられる。仕切り１７６は、１つの濾過帯域１３０から次の濾過帯
域への深さの違いによってタンク流れパターン１７８を促進するように、タンク
流れパターン１７８の方向に減少する高さを持つ。各仕切り１７６間の深さの違
いは、用途が違うと異なるが、第１及び最終仕切り１７６の間で１メートルを超
えることはありそうもない。あるいは、１つの濾過帯域１３０から次の濾過帯域
への流れは、導管を通して１つの濾過帯域１３０から次の濾過帯域への深さの違
いによって、又は、ポンプによって促進させることができるであろう。

【００４１】通常の運転時において、給送ポンプ１２は、第３のタンク１４０に給水１４を
実質的に連続的に追加するが、１つ又はそれ以上の透過水ポンプ３２は、実質的
に連続的に透過水３６を抜き取る。本処理は、通常、百分率で表される給水１４
の透過水３６として取り除かれる部分（更に以下で説明するように、逆洗中に第
３のタンク１４０に戻される透過水３６は含まない）として定義される選択され
た回収率を達成するように作動される。選択される回収率は、通常９０％又はそ
れ以上であり、９５％又はそれ以上であることが好ましい。

【００４２】タンク水２２が各濾過帯域１３０間を移動する時、固形物が少ない透過水３６
が取り除かれるにつれて固形物の濃度が上がる。この効果は、図８に示す第３の
リアクタ１２８を全体回収率９５％で運転する簡易化した例で示すことができる
。濃度１を持つ給水１４の１００個の流れユニットは、入口１８で第３のタンク
１４０に入る。回収率に従って、９５個の流れユニットが透過水３６として第３
のタンク１４０から出て、一方、５個の流れユニットが固化濃縮水４６として第
３のタンク１４０から出る。各々の第２の薄膜モジュール１１０からの生産量が
等しいと仮定すると、１９個の流れユニットが各濾過帯域の透過水３６として第
３のタンク１４０から出る。更に、（ａ）全ての固形物が薄膜２４によって阻止
され、（ｂ）濾過帯域１３０の固形物濃度が次の濾過帯域１３０に至る流れの固
形物濃度と等しいと仮定すると、流体と固体との質量バランスを各濾過帯域１３
０に適用することにより、以下の図表が得られる。

【００４３】

【００４４】比較において、濾過帯域１３０がなくて第３のタンク１４０全体が完全に混合
されていたとしたら、タンク水２２の濃度は、一貫して、給水１４の濃度の２０
倍であったであろう。入口１８と濃縮水出口１６０との間に一連の連続した濾過
帯域を設置することによって、濾過帯域１３０の大部分におけるタンク水２２の
固形物濃度はかなり下がる。固形物の濃度が下がると、その結果、適用可能な濾
過帯域１３０において第２の薄膜モジュール１１０の汚濁がかなり低減される。
他の利点の１つとしては、これらの第２の薄膜モジュール１１０について、化学
洗浄の必要性が少なくなる。更に、固形物の濃度が下がった個別の濾過帯域１３
０又はグループ単位の濾過帯域１３０については、定期的な曝気及び逆洗作業を
減らしても十分である。個別の濾過帯域１３０のない上記の実施形態と異なり、
曝気によってタンク水２２が薄膜モジュールを迂回するのを防止する必要性がな
くなり、かなりの期間において曝気をかなり削減するか、又は、曝気を削除する
ことができる。更に、タンク水２２を強制的に非多孔ケーシング１２４を通過さ
せることにより、曝気による第２の薄膜モジュール１１０の周りのタンク水２２
の局所的循環を作り出す必要がなくなる。従って、降水管用の第３のタンク１４
０における空間は必要なく、第２の薄膜モジュール１１０は、タンク１４０の平
面区域、つまりフットプリントの８０％又はそれ以上を占めることができる。

【００４５】それにもかかわらず、薄膜２４を洗浄するために、タンク水２２にエアリフト
効果を引き起こさずに行うことができる曝気がもたらされる。曝気を準備するた
めに、各濾過帯域１３０に付随する空気供給装置１５０は、空気分配管５４を通
して第２の薄膜モジュール１１０より下にある複数の曝気装置５６に装着された
ヘッダー１７０に空気、窒素、又は、他の適当なガスを吹きつけるように作動可
能である。曝気中に、曝気装置５６は、第２の薄膜モジュール１１０より下の位
置に、上昇して薄膜２４を通る洗浄泡５８を放出する。すなわち、各濾過帯域１
３０に個別に曝気を供給することができる。

【００４６】付随する透過水弁１４４を閉じ、付随する逆洗弁６０を開くことによって、各
濾過帯域１３０の第２の薄膜モジュール１１０もまた個別に逆洗することができ
る。次に、付随する透過水ポンプ３２（又は、代わりに、別個のポンプ）を運転
して、透過水貯蔵タンク６２から透過水３６を引き込み、透過水回収装置３０を
通過させ、最終的には、透過に対して逆方向に薄膜２４を通過させる。隣接する
濾過帯域１３０の第２の薄膜モジュール１１０は、同時に逆洗されないことが好
ましい。逆洗は、通常、１５秒から１分の間で継続し、透過水流量の１倍から３
倍の流量を伴うが、逆方向である。従って、逆洗される濾過帯域のタンク水２２
の水位は、一時的に上がり、次の濾過帯域１３０に流れるタンク水２２が増える
。各濾過帯域の下流側仕切り１７６は、タンク水２２が逆洗中に上流側仕切り１
７６を越して流れないように、上流側仕切り１７６よりも十分に低いことが好ま
しい。

【００４７】第３のタンク１４０の薄膜２４の密度を上げるために、第２の薄膜モジュール
１１０は、各濾過帯域をほぼ満たす大きさとなっている。更に、第２の薄膜モジ
ュール１１０は、濾過帯域１３０に流れ込むタンク水２２又は給水１４が最初に
第２の薄膜モジュール１１０の流路１２６を通過しなければならないように配置
される。すなわち、タンク内の流れ１７８は、通常、下方に流れて第２の薄膜モ
ジュール１１０を通過し、各々の第２の薄膜モジュール１１０の外側を上方に、
そして、仕切り１７６を越して流れる。従って、タンク内の流れ１７８は、薄膜
２４に対して横方向であり、通常、タンク水２２の固形物が豊かな帯域が薄膜２
４の近くで形成されるのを阻止する。逆洗中、第２の薄膜モジュール１１０周り
のケーシング２４の頂部がタンク水２２の通常の水位近くに位置する場合、タン
ク内の流れ１７８は、一時的に上方に流れて第２の薄膜モジュール１１０を通る
。このような逆の流れは、全体的なタンク内の流れ１７８には大きな影響は与え
ないが、逆洗中にタンク水２２が第２の薄膜モジュール１１０から溢れないこと
が好ましい。このようにして、逆洗停止後は、一時的にタンク内の流量が増え、
これにより、固形物を第２の薄膜モジュール１１０の底部近くから次の濾過帯域
１３０に移動するのを補助する。最小限度の曝気を伴う第２の薄膜モジュール１
１０については、第２の薄膜モジュール１１０を通るタンク内の流れは、プラグ
流れに近づき、タンク水２２が下降して第２の薄膜モジュール１１０を通る時、
固形物の濃度が上がる。従って、第２の薄膜モジュール１１０の頂部に近い薄膜
２４では、固形物濃度は、先の図表で予想される固形物濃度よりもむしろ低く、
薄膜２４が低いほど付着する固形物の量は比較的多い。曝気中に、泡５６がタン
ク内の流れ１７８に対抗して上方に上がるので、濾過帯域１３０においては降水
管用の空間は必要ない。

【００４８】急速給水濃度低減処理を伴う長尺曝気濾過装置列及び薄膜モジュールの直列結合本発明の別の実施形態において、図５及び図８に関して説明される実施形態は
、急速給水濃度低減処理を含むサイクルで運転される。濃度低減処理によって生
み出される、得られた固形物濃度の一時的減少は、固形物濃度の空間的低減とい
う効果を促進するように働く。図５Ａ及び図５Ｂ、又は、図８によれば、サイク
ル開始時には、第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０は、タンク水２２で
満たされている。濾過透過水３６は、第２のタンク１２０又は第３のタンク１４
０から抜き取られ、一方、排水弁４０は、上記のように濃度低減処理が指示され
るまではタンク水２２が固形物でより濃縮されるように、少なくとも部分的に、
好ましくは完全に閉じた状態のままである。

【００４９】洗浄作業中にタンク水２２の水位を薄膜２４より上に保つため、同時に第２の
タンク１２０又は第３のタンク１４０から固化濃縮水４６を抜き取り、給水１４
が第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０に入る速度を上げることによって
第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０が濃度低減処理される間、透過は続
行される。透過が続行される間にタンク水２２が急速給水によって濃度低減処理
される時、第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０から取り除かれる水の容
積は、先に説明したのと同じになる可能性がある。しかし、第２のタンク１２０
又は第３のタンク１４０の下流部だけが固形物濃度が高いタンク水２２を含有す
ることから、タンク水２２の下流部のみが濃度低減処理が必要であるので、好ま
しくは、使用する洗浄水量を少なくしてもよい。濃度低減処理中に曝気が停止さ
れる図８の装置、又は、図５Ａ及び図５Ｂの装置では、タンク水２２の容積の２
０％から７５％が取り除かれることが好ましく、２０％から５０％が取り除かれ
ることが更に好ましい。図５Ａ及び図５Ｂの装置による濃度低減処理時点で曝気
が行われる場合、タンク水２２の容積の４０％から１５０％が流されることが好
ましく、４０％から７５％が流されることが更に好ましい。図８の装置では、増
加したタンク内の流れ１７８の流量がより多くの固形物を取り込むことになるよ
うに、逆洗作業の直後に濃度低減処理が行われることが好ましい。

【００５０】濃度低減処理はまた、濃縮水４６が抜かれる一方で、透過と第２のタンク１２
０又は第３のタンク１４０内への給水１４の流れとを止めることによって行うこ
とができる。タンク水２２の水位が下がるので、透過再開前にまず、第２のタン
ク１２０又は第３のタンク１４０を満水にしなければならない。上記で示唆した
ように、この処理は、給水１４による濃縮水４６の希釈を避けるが、また透過も
中断する。しかし、図８の装置においては、最終濾過帯域１３０のみで浸透を止
める間に、その濾過帯域１３０を個別に排水することができる。タンクを空にす
る処理と比較すると、このような濃度低減処理の方が頻繁に行われるが、毎回の
水量が少なくなり、これによって必要とされる排水管４４の容量が下がる。更に
、この手法により、有利なことに、大部分の薄膜モジュール２８を透過しながら
、一方で濃縮水４６を希釈せずに固形物が豊富なタンク水２２を抜き取ることが
できる。最終濾過帯域を空にする間に給水１４の流れを完全に止めることができ
るが、最終仕切り１７６を超える流路には、ゲート堰１８０又はバルブ導管など
の封鎖装置を取り付けることが好ましい。該封鎖装置は、濃度低減処理開始時に
閉じられるが、これによって、排水弁４０を開いた後、タンク水２２が仕切り１
７６を越して流れなくなる。必要に応じて、排水を早めるために濃縮水ポンプ４
８を運転してもよい。タンク水２２の水位が、認められるほどの逆流が仕切り１
７６全体に亘って発生し得る点まで下流側濾過帯域１３０において上昇するまで
、給水１４が濃度低減処理中に第３のタンク１４０に継続して追加される。最終
濾過帯域１３０を空にした後に、濃縮水ポンプ４８の電源が切られ（電源が入っ
ている場合）、排水弁４０が閉じられる。封鎖装置が開けられ、最終濾過帯域１
３０の一部分を満たすタンク水２２の初期の急速な流れを開放する。最終濾過帯
域１３０の残りが満たされるまで、給水１４の流量は増加する。タンク水２２に
急速に流れる間に薄膜２４の損傷を回避するために、バッフル（図示せず）が第
２の薄膜モジュール１１０上方に設置され、流れを導いてそのエネルギを消散さ
せることが好ましい。

【００５１】テーパ曝気図５及び図８に関して説明される実施形態において、第２のタンク１２０又は
第３のタンク１４０に沿って曝気量を変えることによって、更なる利点が達成さ
れる。この目的のために、図５Ａ及び図５Ｂの装置には、図８に示すように各薄
膜モジュール２８用の個別の曝気システムが取り付けられ、空気分配ポンプ５４
及び選択された曝気装置５６の間の接続部には、制限オリフィスが取り付けられ
るか、又は、各曝気装置５６が曝気装置に付随する流量制御弁を有することが好
ましい。固形物濃度が低いタンク水２２で作動する薄膜モジュール２８又は第２
の薄膜モジュール１１０は、曝気される強制度が低く、薄膜モジュール２８又は
第２の薄膜モジュール１１０の各々を取り囲むタンク水の固形物２２の濃度に基
づくことが好ましい。最も遠い上流側薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュ
ール１１０は、最も低い固形物濃度に曝され、従って、図５Ａ及び図５Ｂの実施
形態において、タンク水２２を、それを取り込まない場合は薄膜モジュール２８
を迂回してしまうであろう、その取り込む必要性を受けて最も少ない空気量を受
け入れる。最も下流側の薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０は
、最も高い固形物濃度に曝され、最も多く曝気を受け入れる。

【００５２】通常、全ての曝気装置５６は、同じ設計で製造され、それらを通過できる同じ
最大空気流で定格値が定められる。最小空気流量は、通常、定格最大空気流量の
約半分であり、これを下回ると、曝気装置５６は、均一に曝気しない恐れがある
。薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０の上流側半分又は２／３
は、曝気装置５６の定格容量の５０％から６０％で曝気され、残りの薄膜モジュ
ール２８又は第２の薄膜モジュール１１０は、定格容量の８０％から１００％で
曝気されることが好ましく、この増加は、線形又は階段形のいずれかの変化で行
われる。このような変化は、タンク水２２の固形物濃度の上昇にほぼ従う。

【００５３】テーパ逆洗更に、又は、代わりに、テーパ逆洗を利用してもよい。固形物濃度が低いタン
ク水２２で作動する薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０の方が
必要とされる逆洗量は少ない。最も遠い上流側薄膜モジュール２８又は第２の薄
膜モジュール１１０では、最も低い固形物濃度に曝されて、受ける逆洗量が最も
少なく、一方、最も下流側の薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１
０では、最も高い固形物濃度に曝されて、受ける逆洗量が最も多い。逆洗量は、
通常これらの極値の間で増加し、薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール
１１０上流側半分又は２／３に対する低い逆洗量を用いて、それから、残りの薄
膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０に対する高い量まで線形又は
階段形のいずれかで増加される。この目的のために、図５Ａ及び図５Ｂの装置に
は、図８に示すように、各薄膜モジュール２８用に個別の逆洗システムが装着さ
れる。逆洗は、頻度又は時間に関して変えることができる。正確なパラメータは、給
水１４及び他の変数によるが、通常、１時間毎に１０秒の逆洗から５分毎に３０
秒の逆洗の間の範囲であり、低い逆洗量は前者の領域に近く、高い逆洗量は後者
に近い。

【００５４】流れの逆転更に、又は、代わりに、透過率の過度の損失を低減させるため（いくつかの長
期の汚濁効果は回復不能であるため）、また、テーパ曝気使用時の異なる薄膜モ
ジュール２８の不均一な損傷を防ぐために、第２のタンク１２０又は第３のタン
ク１４０の対向する端部に入口１８及び濃縮水出口４６を設けることによって、
タンク内の流れ７８の方向を定期的に逆転してもよい。流れの逆転は、約２週間
から６ヶ月毎に必要である、第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０の排水
をしばしば必要とする定期的な化学洗浄の後に行われることが好ましい。このよ
うな流れの逆転によって、第２のタンク１２０又は第３のタンク１４０の端部に
近い薄膜２４を固形物が少ないタンク水２２で時々作動させることができ、これ
により、それらの有効寿命が相当に延びる。このような流れの逆転は、少し変更
された図８の実施形態においても達成することができるが、それは不便であり、
本方法は、図５Ａ及び図５Ｂの実施形態の方により適する。

【００５５】可変充填密度一般に、充填密度が低めの薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１
０は、固形物が豊富なタンク水２２で好まれる。充填密度が低いと、泡５８が薄
膜２４に到達しやすくなり、また、曝気の洗浄効果又は汚濁阻止効果が大きくな
る。固形物が少ないタンク水２２については、第２のタンク１２０又は第３のタ
ンク１４０の所定の容積に対してより大きな薄膜表面積がもたらされるので、よ
り高い充填密度が必要である。代わりに、又は、更に、下流側の薄膜モジュール
２８又は第２の薄膜モジュール１１０の充填密度は、上流側の薄膜モジュール２
８又は第２の薄膜モジュール１１０に対して減少し、それに対応する濾過帯域１
３０の大きさの変化を伴う。好適な上流側充填密度は、２０％から３０％まで変
動し、好適な下流側充填密度は、１０％から２０％まで変動する。

【００５６】代替タンク形状図９を参照すると、円形タンク２２０が使用されている。入口１８は、タンク
２２０の円周上の一点に位置し、濃縮水出口４２は、タンク２２０の中央部、又
は、代わりに、（破線で示すように）タンク２２０円周上の別の一点に位置する
。薄膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０は、水平に間隔を置いた
関係で円形タンク２２０を中心にしてリング状に置かれる。タンク２２０内に内
部仕切り板２２２が使用されて、入口１８と濃縮水出口４２との間に円形流路２
７６を作り出す。

【００５７】図１０を参照すると、縦横比が小さい、又は、正方形のタンク３２０が使用さ
れている。入口１８は、タンク３２０上の一点に位置し、濃縮水出口４２は、タ
ンク３２０上の別の一点に位置される。タンク３２０内の内部仕切り板３２２が
使用されて、入口１８及び濃縮水出口４２の間に流路３７６が作り出される。薄
膜モジュール２８又は第２の薄膜モジュール１１０は、水平に間隔を置いた関係
で流路３７６に沿って直列に置かれる。あるいは、破線で示す変形では、内部仕
切り板３２２は、流体コネクタ３２４によって直列に結合された個別のタンクの
間にある壁である。円形タンク２２０、又は、縦横比が小さいか又は正方形のタンク３２０が第３
のリアクタ１２８の代わりに使用される場合、仕切り１７６は、第２の薄膜モジ
ュール１１０の間に設けられる。

【００５８】実施例１図５Ａ及び図５Ｂによる浸漬型薄膜リアクタは、連続処理による試験の実験デ
ータを使用し、薄膜モジュール周りの局所流れは上流側及び下流側方向で対称で
あり、すなわち、出口に向かうタンク内の全体的な流れはないと仮定してモデル
化された。システムは、長さ１６．４メートル、幅３．２８メートル、及び、平
均水深約２．５メートルのタンクを備える。リアクタのタンクは、各々８個のＺ
Ｗ５００薄膜モジュールから成るカセットである１２個の薄膜モジュールを含む
。各カセットは、高さ約１．８２メートル、幅１．８３メートル、及び、流路に
沿って長さ０．７１メートルであり、カセット縁部とタンクの長尺壁との間に約
０．７５メートル残すようにタンク内に置かれる。カセットは、タンクの入口端
と出口端との間に均等な間隔で配置される。タンク膜内外圧力は、模型実験を通
して一定の５０キロパスカルに維持され、任意時点の薄膜の透過率は、維持可能
な透過率を薄膜を取り囲む水中の固形物濃度と関係づける実験データに基づく図
表によって判断される。給水及び固化濃縮水の流量は、９５％の回収率が得られ
るように必要に応じて調整された。給水は、固形物の初期濃度１０ミリグラム／
リットルを持つと仮定される。

【００５９】第１シリーズの模型実験では、薄膜モジュールは、各カセットの中心を通る約
３８００リットル／分（０．０５メートル／秒の速度に対して）の上向き全体カ
セット流量、及び、各薄膜モジュールの上流側及び下流側縁部の各々を下る１９
００リットル／分の下向き流量をもたらすであろう一定の割合で連続的に曝気さ
れると仮定された。この模型では、このカセットによる流れの全てが隣接する各
薄膜モジュールの間を下方に流れると仮定する。このモデルではまた、隣接する
各薄膜モジュール間の水は、カセットの縁部に沿って下方に流れる水の５０％、
つまり、９５０リットル／分が隣接する薄膜モジュールの各々を通って上方に移
動する流れに取り込まれるように完全に混合すると仮定する。このモデルでは更
に、タンクの側面に沿った薄膜モジュール２８の周りを迂回するいかなる流れも
無視できると仮定する。

【００６０】第１の試験において、試験リアクタは、連続通水作動、すなわち、濾過透過水
、固化濃縮水、及び、給水が全て連続して流れるとしてモデル化された。各カセ
ットにおける固形物の濃度を図１１に示すが、約２０ミリグラム／リットルから
２００ミリグラム／リットルまで増加する。図示するように、カセットを取り囲
む固形物の平均濃度はかなり下がり、一方、固化濃縮水の固形物濃度は、２００
ミリグラム／リットルである。また、薄膜モジュールの予想透過率を図１１に示
すが、このようなリアクタは、２００リットル／平方メートル／時間／バールを
超える平均透過率で連続的に作動することになり、１２個の薄膜モジュールのう
ち８個がその平均値を上回る透過率で作動することを示す。比較すると、同じ９
５％の回収率で作動する従来型の完全混合処理では、タンクを通しての固形物濃
度が２００ミリグラム／リットルであり、全ての薄膜モジュールがＺＷ５００薄
膜モジュールの推奨作動条件を超えると思われる約１５５リットル／平方メート
ル／時間／バールの透過率で作動するであろう。

【００６１】第２の模型実験において、第１の模型実験は、タンクが４時間毎に空にされる
一方、透過が停止するが他のパラメータは上記の通りであると仮定するために変
更された。この実験の結果を図１２に示すが、全てのカセットがこの処理で２０
０リットル／平方メートル／時間／バールを超える透過率で作動できることを示
している。第３の模型実験において、第１の模型実験は、給水の流量を上げながら固化濃
縮水を抜き取ることによりタンクを４時間毎に濃度低減処理する一方、投下が続
行されるが９５％の回収率は維持されると仮定するために変更された。この実験
の結果を図１３に示すが、やはり、全てのカセットは、この処理で２００リット
ル／平方メートル／時間／バールを超える透過率で作動できることを示している
。

【００６２】第４の模型実験において、変動曝気率、及び、従って変動再循環率が使用され
た。この実験の結果を図１４に示すが、２５％の再循環率で大部分のカセットを
取り囲む水の固形物濃度が劇的に減少し、また、１００％又は１６５％などの寛
大な再循環率であっても、大部分のカセットは、固形物濃度が相当に減少した水
に曝されることを示す。第５の模型実験において、第１の模型実験は、カセット数が１個から１６個の
間で変動すると仮定され、濃度低減処理を行わずに繰り返された。図１５に示す
ように、タンクの平均濃度は、たとえカセット数が２個又は４個でも減少し、カ
セット数が６個又はそれ以上では、タンクの固形物の平均濃度は、従来型の完全
混合処理による模型で起こると思われる濃度（２００ミリグラム／リットル）の
ほぼ半分である。

【００６３】第６の模型実験において、第１の模型実験は、濃度低減処理を行わないが９０
％から９９％まで変動する回収率を用いて繰り返され、同じ回収率で作動する従
来型の完全混合連続通水処理モデルと比較された。図１６に示すように、９９％
の回収率で作動する従来型処理は、２００ミリグラム／リットルのタンクの平均
固形物濃度を持つことになる。長尺曝気濾過装置列に対してモデル化された方法
及び装置は、同じ平均固形物濃度及び約９７．５％の回収率で作動することがで
き、５０％少ない廃棄されるべき固化濃縮水をもたらすであろう。

【００６４】実施例２この実施例において、実際の実験用装置が製作され、図５Ａ及び図５Ｂと同様
に作動された。タンクの寸法は、上記の模型実験について説明した通りであった
が、８個のＺＷ５００薄膜モジュールから成る１６個のカセットが流路方向に、
各々が互いに２０センチメートル間隔で連続的に設置され、一定の曝気と共に使
用された。該装置は、回収率９１％で濃度低減処理を行わずに連続的に運転され
た。歩留りは、一定の９３リットル／秒に維持され、固化濃縮水の９．４リット
ル／秒が連続的にタンクから出ていった。各カセットでの固形物濃度の指標とし
て、タンクに沿った各カセットの位置で色が監視された。図１７に示すように、
固形物濃度は、タンクの下流側２０％においてのみ相当に増加したが、ほとんど
のカセットは、比較的きれいな水で作動した。

【００６５】実施例３実験は、各々８個のＺＷ５００モジュールから成る１２個のカセットを備え
る図５Ａ及び図５Ｂと類似の水濾過システムで行われた。曝気量は、第１のカセ
ットに対する各ＺＷ５００当たり約１３．６ニュートン・立方メートル／時間
から最終カセットに対する各ＺＷ５００当たり約２２．１ニュートン・立方メ
ートル／時間まで線形的に増加された。この結果、システム曝気量の総減少量は
、通常の１９８９ニュートン・立方メートル／時間から１７８５ニュートン・立
方メートル／時間へ１０％を超える減少であったが、一方、薄膜汚濁率は同じま
まであり、発泡量はかなり減少した。この実験では、システム回収率は８４％で
あり、一方、水温は２２．５℃であった。

【００６６】上記で説明した内容は、本発明の好ましい実施形態である点を理解されたい。
それにもかかわらず、本発明は、その主題から逸脱せずに特定の変更及び代替実
施形態が可能であり、その範囲が添付請求項で規定されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な浸漬型薄膜リアクタの概略図である。

【図２】様々な薄膜モジュールの１つを示す図である。

【図３】様々な薄膜モジュールの１つを示す図である。

【図４】様々な薄膜モジュールの１つを示す図である。

【図５Ａ】長尺曝気濾過列を有する本発明の実施形態の概略図である。

【図５Ｂ】図５Ａの実施形態の概略断面図である。

【図６】直列の薄膜モジュールを有する濾過リアクタと共に使用するようになっている
薄膜モジュールの立面図である。

【図７】図２の薄膜モジュールの平面図である。

【図８】直列の薄膜モジュールを有する濾過リアクタの概略図である。

【図９】代わりの形状のタンクを示す図である。

【図１０】代わりの形状のタンクを示す図である。

【図１１】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１２】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１３】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１４】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１５】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１６】図５と類似の実施形態によって行われた模型実験の結果を示す図表である。

【図１７】図５と類似の実施形態によって行われた実験の結果を示す図表である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年９月２１日（２０００．９．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ジャンソンアーノルドカナダ国エル７エヌ２ビー２オンタリオバーリントンランキンドライブ 343 (72)発明者ヒューセインハディカナダ国エル６エス５シー５オンタリオブランプトンポーテウスサークル 88 (72)発明者スイングマンワインダーカナダ国エル７エス１エックス７オンタリオバーリントンジェントアヴェニュー 1460 (72)発明者アダムスニコラスカナダ国エル８エス３エックス２オンタリオハミルトンキップリングロード 37 Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA02 HA93 JA01B KA12 KA17 KA43 KA66 KC03 KC13 KC16 KD15 KD17 KD24 KE11R MA01 PA02 PB05 PB15 PB24 PC11 【要約の続き】気、逆洗、又は、充填密度は、各濾過帯域の間で変動し、タンク内の流れのパターンは、定期的に逆転させてもよい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）固形物を含有する水に薄膜を浸漬させるためにタンク
内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程と、（ｂ）前記薄膜の第２の側面に前記固形物の初期濃度よりも小さい減少した固
形物濃度を持つ濾過透過水を生成するために、前記薄膜の第２側面に向かって作
用する膜内外圧力の影響下で、タンクの水を前記薄膜の第１の側面と接触させる
ことによりタンクの水を処理する工程と、（ｃ）前記薄膜の第２側面に生成された前記透過水をタンクから取り除く工程
と、（ｄ）透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜を水に浸漬させた状態
に保つように、前記タンクから除去された前記透過水と置き換えるために前記タ
ンク内に給水を導入する工程と、を含む、開放タンク内の濾過薄膜を使用して固形物を含有する水を濾過する方法
であって、（ｉ）前記タンクからの前記固形物の初期濃度と比較して増加した固形物濃度
を持つ濃縮水を抜く工程と前記濃縮水を類似容積の給水で置き換える工程とを含
む、濃度低減処理を通して随時前記タンクの水の前記固形物濃度を減少させる工
程と、（ｉｉ）濃縮水が前記タンクから抜かれる間に前記タンクに給水を加えること
により、濃度低減処理の間に前記薄膜を水に浸漬させた状態に保つ工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】各濃度低減処理の間の時間は、前記タンクに入る給水量の百
分率比である目標とする量の透過水を生成するために選択されることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記百分率比は、９０％又はそれ以上であることを特徴とす
る請求項２に記載の方法。
【請求項４】濃度低減処理で除去される濃縮水の容積は、前記タンクに通
常ある水の容積の１００％から３００％までの間であることを特徴とする請求項
１に記載の方法。
【請求項５】濃度低減処理で除去される濃縮水の容積は、前記タンクに通
常ある水の容積の１００％から１５０％までの間であり、曝気は、前記濃度低減
処理の間は停止されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】濃度低減処理終了時の前記タンクの水の前記平均固形物濃度
は、前記濃度低減処理以前の前記タンクの水の平均固形物濃度の４０％又はそれ
以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記タンクは、常に大気に対して開放しており、前記膜内外
圧力は、前記薄膜の前記第１側面に前記タンクの水によって働く圧力に対して前
記薄膜の前記第２側面に負圧を加えることにより作り出されることを特徴とする
請求項１に記載の方法。
【請求項８】（ａ）固形物を含有する水に薄膜を浸漬させるためにタンク
内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程と、（ｂ）前記薄膜の第２の側面に前記固形物の初期濃度よりも小さい減少した固
形物濃度を持つ濾過透過水を生成するために、前記薄膜の第２側面に向かって作
用する膜内外圧力の影響下で、タンクの水を前記薄膜の第１の側面と接触させる
ことによりタンクの水を処理する工程と、（ｃ）前記薄膜の第２側面に生成された前記透過水をタンクから取り除く工程
と、（ｄ）透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜を水に浸漬させた状態
に保つように、前記タンクから除去された前記透過水と置き換えるために前記タ
ンク内に給水を導入する工程と、を含む、開放タンク内の濾過薄膜を使用して固形物を含有する水を濾過する方法
であって、（ｅ）前記タンクからの前記固形物の初期濃度と比較して増加した固形物濃度
を持つ濃縮水を抜く工程と前記濃縮水を類似容積の給水で置き換える工程とを含
む、濃度低減処理を通して随時前記タンクの水の前記固形物濃度を減少させる工
程と、（ｆ）各濃度低減処理の間、前記薄膜に対して連続的又は断続的に、各濃度低
減処理の間の期間の後半部分に向かって偏る曝気を供給する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】（ａ）固形物を含有する水に薄膜を浸漬させるためにタンク
内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程と、（ｂ）前記薄膜の第２の側面に前記固形物の初期濃度よりも小さい減少した固
形物濃度を持つ濾過透過水を生成するために、前記薄膜の第２側面に向かって作
用する膜内外圧力の影響下で、タンクの水を前記薄膜の第１の側面と接触させる
ことによりタンクの水を処理する工程と、（ｃ）前記薄膜の第２側面に生成された前記透過水をタンクから取り除く工程
と、（ｄ）透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜を水に浸漬させた状態
に保つように、前記タンクから除去された前記透過水と置き換えるために前記タ
ンク内に給水を導入する工程と、を含む、開放タンク内の濾過薄膜を使用して固形物を含有する水を濾過する方法
であって、（ｉ）前記タンクからの前記固形物の初期濃度と比較して増加した固形物濃度
を持つ濃縮水を抜く工程と前記濃縮水を類似容積の給水で置き換える工程とを含
む、濃度低減処理を通して随時前記タンクの水の前記固形物濃度を減少させる工
程と、（ｉｉ）各濃度低減処理の間で前記薄膜を、随時、各濃度低減処理の間の期間
の後半部分に向かってその量が偏るように逆洗する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する濾過装置であって、（ａ）開放タンクと、（ｂ）前記タンク内に固形物を含有する給水を供給する入口と、（ｃ）固形物が豊富な水が前記タンクを出ていく出口と、（ｄ）前記入口と前記出口との間の流路と、（ｅ）前記流路に沿って連続的に間隔を置いて前記タンク内に置かれる濾過薄
膜の、隣接する薄膜モジュール間の距離（前記流路に沿って測定）が薄膜モジュ
ールの長さ（前記流路に沿って測定）の半分未満で、薄膜モジュール間の距離（
前記流路に沿って）を除いた全薄膜モジュールの全長（前記流路に沿って測定）
が薄膜モジュールの幅（前記流路に垂直に測定）の少なくとも２倍である、１つ
又はそれ以上の薄膜モジュールと、（ｆ）前記濾過薄膜の透過水側を負圧供給源に接続する透過水回収装置と、（ｇ）前記薄膜モジュールの周りに固形物を含有する水を取り込み、前記固形
物を含有する水を実質的に透過中を通して前記モジュールを通って上方に流すた
めに、前記タンクが固形物を含有する水で満たされている時に作動可能な前記モ
ジュールの下の攪拌装置と、を含むことを特徴とする濾過装置。
【請求項１１】各薄膜モジュール間の空間を除いた全薄膜モジュールの全
長は、前記薄膜モジュールの幅の少なくとも４倍であることを特徴とする請求項
１０に記載の濾過装置。
【請求項１２】第１の薄膜モジュールの濾過薄膜は、前記第１のモジュー
ルよりも前記出口に近く位置した第２の薄膜モジュールの濾過薄膜の充填密度よ
りも大きい充填密度を持つことを特徴とする請求項１１に記載の発明。
【請求項１３】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する方法であって、（ａ）（ｉ）開放タンクと、（ｉｉ）前記開放タンクへの入口と、（ｉｉｉ）前記開放タンクからの出口と、（ｉｖ）前記入口と前記出口との間の流路と、（ｖ）前記流路に沿って連続的に間隔を置いて前記タンク内に置かれる濾過薄膜
の、薄膜モジュール間の距離（前記流路に沿って）を除いた全薄膜モジュールの
全長（前記流路に沿って測定）が薄膜モジュールの幅（前記流路に垂直に測定）
の少なくとも２倍である、１つ又はそれ以上の薄膜モジュールと、を準備する工程と、（ｂ）固形物を含有する水に前記薄膜を浸漬させるために前記入口を通って前
記タンク内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程と、（ｃ）前記薄膜の第２側面に前記固形物の初期濃度よりも小さい減少した固形
物濃度を持つ濾過透過水を生成するために、前記薄膜の第２側面に向かって作用
する膜内外圧力の影響下で、前記タンクの水を前記薄膜の第１側面と接触させる
ことにより前記タンクの水を処理する工程と、（ｄ）前記薄膜の前記第２側面に生成された前記透過水を前記タンクから除去
する工程と、（ｅ）前記出口を通って前記タンクからの前記初期固形物濃度と比較して増加
した固形物濃度を持つ濃縮水を抜く工程と、（ｆ）透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜を水に浸漬させた状態
に保つように、前記タンクから除去された水と置き換えるために前記タンク内に
給水を導入する工程と、（ｇ）前記薄膜モジュールの周りに固形物を含有する水を取り込み、固形物を
含有する水を実質的に透過中を通して前記モジュールを通って上方に流すために
、透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜モジュールより下の前記タン
クの水を曝気する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】前記タンクからの前記固形物の初期濃度と比較して増加し
た固形物濃度を持つ濃縮水を抜く工程と前記濃縮水を類似容積の給水で置き換え
る工程とを含む、濃度低減処理を通して随時前記タンクの水の前記固形物濃度を
減少させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】濃度低減処理で除去される濃縮水の容積は、前記タンクに
通常ある水の容積の２０％から１５０％までの間であることを特徴とする請求項
１４に記載の方法。
【請求項１６】濃度低減処理で除去される濃縮水の容積は、前記タンクに
通常ある水の容積の２０％から７５％までの間であり、前記濃度低減処理の間は
曝気が停止されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】前記曝気する工程は、前記タンクの前記出口に向かって偏
って行われることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】前記薄膜を、随時、前記タンクの前記出口に向かってその
量が偏るように逆洗する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方
法。
【請求項１９】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する方法であって、（ａ）（ｉ）開放タンクと、（ｉｉ）前記開放タンクへの入口と、（ｉｉｉ）前記開放タンクからの出口と、（ｉｖ）前記入口と前記出口との間の流路と、（ｖ）前記流路に沿って連続的に間隔を置いて前記タンク内に置かれる濾過薄膜
の、薄膜モジュール間の距離（前記流路に沿って）を除いた全薄膜モジュールの
全長（前記流路に沿って測定）が薄膜モジュールの幅（前記流路に垂直に測定）
の少なくとも２倍である、１つ又はそれ以上の薄膜モジュールと、を準備する工程と、（ｂ）固形物を含有する水に前記薄膜を浸漬させるために前記入口を通って前
記タンク内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程と、（ｃ）前記薄膜の第２側面に前記固形物の初期濃度よりも小さい減少した固形
物濃度を持つ濾過透過水を生成するために、前記薄膜の第２側面に向かって作用
する膜内外圧力の影響下で、前記タンクの水を前記薄膜の第１側面と接触させる
ことにより前記タンクの水を処理する工程と、（ｄ）前記薄膜の前記第２側面に生成された前記透過水を前記タンクから除去
する工程と、（ｅ）前記出口を通って前記タンクからの前記初期固形物濃度と比較して増加
した固形物濃度を持つ濃縮水を抜く工程と、（ｆ）透過水が前記タンクから抜かれる間に、前記薄膜を水に浸漬させた状態
に保つように、前記タンクから除去された水と置き換えるために前記タンク内に
給水を導入する工程と、（ｇ）前記タンクの水を複数の薄膜モジュールを通して前記流路に関して連続
的に流す工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】タンク内の固形物を含有する水を濾過する方法であって、（ａ）入口で前記タンク内に初期濃度の固形物を含有する給水を導入する工程
と、（ｂ）出口で前記タンクから濃縮水を抜く工程と、（ｃ）前記入口から前記出口までの前記タンク水の一般的な流路に沿って間隔
を置かれた薄膜モジュールに配置される複数の薄膜を準備する工程と、（ｄ）（ｉ）前記薄膜の第２側面では前記初期固形物濃度よりも小さい固形物
濃度を持つ透過水と、（ｉｉ）前記薄膜の第１側面では前記初期濃度よりも大き
い増加した固形物濃度を持つ濃縮水とを生成するために、膜内外圧力の影響下で
、前記タンクの水を前記タンクの前記薄膜の第１側面と接触させることにより前
記タンクの水を処理する工程と、（ｅ）前記薄膜の第２側面から前記透過水を除去する工程と、（ｆ）前記タンクの水が、実質的に透過中を通して、個々の薄膜モジュールの
周囲を局所的な流れパターンで流れるように前記薄膜モジュールを曝気する工程
と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】前記タンクは、常に大気に対して開放しており、前記膜内
外圧力は、前記薄膜の前記第１側面に前記タンクの水によって働く圧力に対して
前記薄膜の前記第２側面に負圧を加えることにより作り出されることを特徴とす
る請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する濾過装置であって、（ａ）複数の連続した濾過帯域に分割された開放タンクと、（ｂ）前記タンクの第１の濾過帯域内に固形物を含有する給水を供給する入口
と、（ｃ）固形物が豊富な水が最終濾過帯域から前記タンクを出ていく出口と、（ｄ）前記各濾過帯域間の混合を実質的に防止するが、固形物を含有する水が
前記濾過帯域を通って順番に前記第１の濾過帯域から前記最終濾過帯域まで流れ
ることを許す前記各濾過帯域間の複数の仕切りと、（ｅ）各濾過帯域の１つ又はそれ以上の薄膜モジュールと、（ｆ）濾過帯域における前記薄膜モジュールの透過水側の薄膜を負圧供給源に
接続する、各濾過帯域の透過水回収装置と、（ｇ）各濾過帯域の前記薄膜モジュールから、各濾過帯域に対して類似の選択
された透過水流量を生成するように作動可能な負圧の供給源と、を含むことを特徴とする濾過装置。
【請求項２３】第１の濾過帯域の前記濾過薄膜は、前記第１の濾過帯域よ
りも前記出口に近く位置した第２の濾過帯域の濾過薄膜の充填密度よりも大きい
充填密度を持つことを特徴とする請求項２２に記載の濾過装置。
【請求項２４】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する濾過装置であって、（ａ）複数の連続した濾過帯域に分割された開放タンクと、（ｂ）各濾過帯域の１つ又はそれ以上の薄膜モジュールと、（ｃ）前記１つ又はそれ以上の薄膜モジュールを通る垂直流水路をもたらす、
各濾過帯域の前記１つ又はそれ以上の薄膜モジュールの周りの非多孔ケーシング
と、（ｄ）前記薄膜モジュールの透過水側の薄膜を負圧供給源に接続する、各濾過
帯域の透過水回収装置と、（ｅ）固形物を含有する給水を第１の濾過帯域の前記垂直流水路の頂部に供給
する入口と、（ｆ）固形物が豊富な水が最終濾過帯域から前記タンクを出ていく出口と、（ｇ）固形物を含有する水が前記濾過帯域を通って前記第１の濾過帯域から前
記最終濾過帯域まで連続的に流れることを許し、１つの濾過帯域の前記垂直流水
路の底部を別の濾過帯域の前記垂直流水路の頂部に流体接続する、前記各濾過帯
域間の複数の通路と、を含むことを特徴とする濾過装置。
【請求項２５】前記通路は、前記濾過帯域を分離する仕切りの頂部におい
て堰と、前記堰からの流れを受け入れるように置かれた前記堰の出口側の非多孔
ケーシングとを含むことを特徴とする請求項２４に記載の濾過装置。
【請求項２６】固形物が少ない透過水を生成するために固形物を含有する
水を処理する方法であって、（ａ）（ｉ）複数の連続した濾過帯域に分割された開放タンクと、（ｉｉ）各濾過帯域の１つ又はそれ以上の薄膜モジュールと、（ｉｉｉ）前記タンクの第１の濾過帯域内に固形物を含有する給水を供給する入
口と、（ｉｖ）固形物が豊富な水が最終濾過帯域から前記タンクを出ていく出口と、を準備する工程と、（ｄ）前記各濾過帯域間の混合を実質的に防止するが、固形物を含有する水を
前記濾過帯域を通って順番に前記第１の濾過帯域から前記最終濾過帯域まで流す
工程と、（ｅ）各濾過帯域に対して類似の選択された透過水流量を各濾過帯域の前記薄
膜モジュールから回収する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】各濾過帯域において固形物を含有する水を前記１つ又はそ
れ以上の薄膜モジュールを通って下方に流す工程を更に含むことを特徴とする請
求項２６に記載の方法。
【請求項２８】前記最終濾過帯域からの透過が停止されている間、前記最
終濾過帯域を排水して再度満たすことにより、前記最終濾過帯域を定期的に濃度
低減処理する工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】前記タンクからの前記固形物の初期濃度と比較して増加し
た固形物濃度を持つ濃縮水を抜く工程と前記濃縮水を類似容積の給水で置き換え
る工程とを含む、濃度低減処理を通して随時前記タンクの水の前記固形物濃度を
減少させる工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】濃度低減処理で除去される濃縮水の容積は、前記タンクに
通常ある水の容積の２０％から７５％までの間であることを特徴とする請求項２
９に記載の方法。
【請求項３１】前記濾過帯域は、曝気され、前記曝気は、前記タンクの前
記出口に向かって偏ることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】前記薄膜を、随時、前記タンクの前記出口に向かってその
量が偏るように逆洗する工程を更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の方
法。