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公開番号2024025787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-26
出願番号2023196728,2020573490
出願日2023-11-20,2019-07-02
発明の名称間隔が密な浸漬平膜及び微細気泡エアレーション
出願人フィブラキャストリミティド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B01D 63/08 20060101AFI20240216BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】浸漬膜ろ過ユニットにおける、平膜モジュールの連続的且つ効果的な動作を可能にし、生産性の低減を抑止すること。
【解決手段】浸漬膜ろ過ユニットであって、
平膜のモジュールであって、前記平膜の膜間の対面間隔が4mm以下である、平膜のモジュールと、
前記膜の下方にある微細気泡エアレーターであって、4mm以下、3mm以下のサイズを有するか、又は前記膜間の間隔よりも100%を超えて、若しくは50%を超えて大きいことはないサイズを有する気泡を生成するように形成されている、微細気泡エアレーターと、
を含む、浸漬膜ろ過ユニット。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
浸漬膜ろ過ユニットであって、
平膜のモジュールであって、前記平膜の膜間の対面間隔が４ｍｍ以下である、平膜のモジュールと、
前記膜の下方にある微細気泡エアレーターであって、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下のサイズを有するか、又は前記膜間の間隔よりも１００％を超えて、若しくは５０％を超えて大きいことはないサイズを有する気泡を生成するように形成されている、微細気泡エアレーターと、
を含む、浸漬膜ろ過ユニット。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記微細気泡エアレーターが、２ｍｍ以下、又は前記膜間の対面間隔以下であるサイズを有する気泡を生成するように形成されている、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項３】
前記膜間の対面間隔が３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、又は１．５ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項４】
前記膜間の対面間隔が３ｍｍ以下、例えば約２．２ｍｍであり、前記微細気泡エアレーターの開口が直径５ｍｍ以下、例えば約４ｍｍである、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項５】
前記膜間の対面間隔が２ｍｍ以下、例えば約１．５ｍｍであり、前記微細気泡エアレーターの開口が直径３ｍｍ以下、例えば約２ｍｍである、請求項１に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項６】
前記膜が波状面を有している、請求項１から５までのいずれか１項に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項７】
互いに隣接する膜の波が異なる高さにある、請求項６に記載の浸漬膜ろ過ユニット。
【請求項８】
水をろ過する方法であって、
水中に平膜モジュールを浸漬する工程であって、前記モジュールの前記膜間の間隔が４ｍｍ以下である、工程と、
前記膜の下方に気泡を生成する工程であって、前記気泡が５ｍｍ以下、又は３ｍｍ以下のサイズを有するか、又は前記膜間の間隔よりも１００％を超えて又は５０％を超えて大きいことはないサイズを有している、工程と
を含む、水をろ過する方法。
【請求項９】
前記気泡のサイズが２ｍｍ以下であるか、又は前記膜間の間隔以下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記膜間の間隔が３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、又は１．５ｍｍ以下である、請求項８又は９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は２０１８年７月３日付けで出願された米国仮出願第６２／６９３，６１７号明細書の優先権を主張する。前記明細書は参照することにより本明細書中に援用される。
続きを表示（約 2,400 文字）【０００２】
分野
本明細書は、浸漬式膜（submerged membranes）とも呼ばれる浸漬膜（immersed membranes）、及びその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下のものは、後述のいかなるものも共通の一般知識であること又は従来技術として引用可能であることを認めるものではない。
【０００４】
浸漬ろ過膜はプレート・フレームとも呼ばれる平板の形態で形成することができる。この形態の場合、不織布基体ロール上にポリマー分離層キャストをキャスティングすることにより、膜板ロールが形成される。２つのほぼ方形の膜板片の縁部が、中空プラスチックフレームの互いに対向する側に取り付けられる。これにより、透過水（permeate）とも呼ばれるろ過済水を収集するための中空内部チャネルを備えたパネルが形成される。透過水は、膜の内部に加えられる吸引力によって引き抜かれる。いくつかのパネルがサイドバイサイド式にフレーム内に滑り込む。フレームは被ろ過水内へ浸漬することができる。被ろ過水は典型的には、開放槽内に保持される。パネルの内側は、膜板を通して透過水を引き出すためにポンプの吸い込み側に接続されている。フレームの下方から提供された気泡は、気泡と液体との混合流を、パネル間の鉛直方向スロットを通って上昇させ、これにより膜表面をきれいに保つ。このタイプの装置例は、すべて株式会社クボタによって所有される米国特許第５，４８２，６２５号明細書、米国特許第５，６５１，８８８号明細書、米国特許第５，７７２，８３１号明細書、米国特許第６，２８７，４６７号明細書、及び米国特許第６，８４３，９０８号明細書に示されている。
【０００５】
平膜モジュールは概ね堅牢であり、（中空糸膜と比較して）単位面積あたりの製造コストが低い。なぜならば、平膜モジュールは広幅板の形でキャスティングし得るからである。しかしながら、コンベンショナルな平膜は充填密度（モジュール単位体積当たりの膜表面積）が中空糸膜と比較して低い。
【０００６】
平膜エレメントの変更形がMicrodyn-Nadir GMBHの国際公開第２００７／０３６３３２号パンフレットに示されている。これらのエレメントにおいて、２つの緻密層間に多孔質中心領域を有するファブリックの正面側及び背面側上に２つの膜層がキャスティングされる。中心領域は透過水チャネルを提供し、そしてまた２つの緻密層を互いに結合して、エレメントが機械的清浄化のために逆洗されるのを可能にする。これらのエレメントは４つのサイドを有するフレームを必要とせず、約２ｍｍ厚であり、この厚さは上述のプレート・フレームエレメントよりも薄い。しかしながら、これらのエレメントはまた可撓性でもあり、フレーム内で約１０ｍｍだけ中心間で離隔されている。充填密度は上述のプレート・フレームエレメントよりも良好ではあるものの、中空糸膜モジュールよりもまだ著しく低い。同様の平膜ではあるが、しかし透過水チャネルが一体化されている平膜が、国際公開第２０１２／０９８１３０号パンフレット、及び米国特許第７，８６２，７１８号明細書に記載されている。
【０００７】
波状平膜が国際公開第２０１１／１３０８５３号パンフレットに記載されている。上述の平滑面型平膜とは異なり、これらの膜は、一連の平行な凹部を有するように形成された２つの基板から成っている。これらの凹部は凹部間で互いに結合されている。凹部は膜の内側に透過水チャネルを形成する。米国特許出願公開第２０１７０９５７７３号明細書には、粗大気泡エアレーター、及び波状平膜の操作方法が記載されている。
【０００８】
粗大気泡エアレーターは、クロスフローモードで膜表面へ移動する空気、液体、及び固形物の複合運動エネルギーを用いて、浸漬膜の表面をきれいに保つための手段として多年にわたって使用されている。粗大気泡ディフューザから生じる典型的な気泡の直径は５～９ｍｍである。Simon Juddは、The MBR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater, Elsevier Science, April 2011において、「伝統的に見れば、微細気泡拡散はバイオマスエアレーションのために用いられ、そして分離粗大気泡エアレーションシステムは膜の洗い流し（scouring）のために適用されている」（第１２９ページ）、そして「乱流が増大し、ひいては剪断力が形成されるという理由から、膜エアレーションは通常、粗大気泡エアレーションを用いて行われる」（第１３０ページ）、と要約している。
【発明の概要】
【０００９】
序章
以下の序章は、読者をこれに続く詳細な説明に導こうとするものであり、特許請求の範囲に係る発明を限定又は定義しようとするものではない。
【００１０】
出願人によって製造される、国際公開第２０１１／１３０８５３号パンフレットに記載された平膜のモジュールは、膜の間隔が極めて密に形成されている（典型的には対面間隔は約１．５ｍｍであるがしかし２．２ｍｍ間隔及び３．８ｍｍ間隔まで形成可能である）。いくつかの事例では、具体的には１．５ｍｍ間隔の場合、膜はたった数時間の動作後に顕著な量の透過性を失う。５～１０分毎に膜を逆洗することによって透過性を回復させようとすると、このような試みはモジュールの回収率を低減し、いくつかの事例では見かけ透過性を実質的には改善しない。
（【００１１】以降は省略されています）

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