JP6728171B2 - 統合された機能を伴う膜カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、カートリッジへの半浸透性膜の取り付けのための支持体を備え、支持体が統合された浸透回収の通路を備えるカートリッジに関する。

上記の種類の膜カートリッジは、例えば、国際公開第２０１３／１１３９２８号、国際公開第２００６／０９１１５７号、欧州特許第０６６２３４１号、および欧州特許第１３６６８０４号から知られている。これらのカートリッジは、剛体で平面状の支持構造と、支持構造の少なくとも一方の側に設けられ、典型的には両側に設けられ、通常は有機半浸透性膜から作られる１つまたは複数の濾過層とを備えている。支持構造は、典型的には、膜の層が設けられる相対する外部表面同士の間において、構造内に形成された統合された浸透回収の通路を備える。統合された浸透回収の通路は、排出浸透（例えば、濾過）のためのカートリッジの出口ポートに接続される。

膜カートリッジは、例えば、数多くのカートリッジが積み重ねられる濾過モジュールで使用される。典型的には、廃水浄化および生物反応器においてなど、濾過モジュールは廃水に完全に沈められる。気泡発生が、膜に沿っての廃水の上向きの流れを作り出すために、濾過カートリッジのスタックの下に設けられる。気泡は膜表面を擦る効果もあり、それによって膜に付着しようとする固形物を除去する。上記の種類の濾過モジュールは、例えば、国際公開第０３／０３７４８９号および欧州特許第０６６２３４１号に記載されている。

気泡発生は、濾過モジュールが正しく機能するために非常に重要なものであることが、分かっている。モジュール内の各々のカートリッジが最適に機能できるように、気泡発生が各々のカートリッジのすべての膜表面に沿ってできるだけ均一に適用されることが、確保されるべきである。曝気が濾過装置の運転コストの大部分になることは、さらに留意されるものである。

また、より大きな生物反応器および濾過装置を構築しようとする傾向があり、これらの大きなシステムでは、利用可能な体積の最適な使用を行うことが鍵である。そのため、１ユニット体積当たりの膜（濾過）表面積をできるだけ大きくしようとする傾向がある。この点において、濾過カートリッジのスタックの下で用いられる通気装置は、濾過のために使用することができないかなりの大きな体積を占めてしまう。

国際公開第２０１３／１１３９２８号 国際公開第２００６／０９１１５７号 欧州特許第０６６２３４１号 欧州特許第１３６６８０４号 国際公開第０３／０３７４８９号 欧州特許第１５４３９４５号 国際公開第２０１５／１４０３５５号 国際公開第２００６／０１５４６１号

上記の窮状に応じることができる膜カートリッジおよび／またはモジュールのより適切な設計を提供することが、本発明の目的である。先行技術のシステムと比較して同様の性能またはさらに向上された性能を持つ、よりコンパクトなシステムを提供することが、本発明の目的である。より小さい運転コストを有するシステムを提供することが、本発明の目的である。

そのため、本発明の態様によれば、添付の請求項に記されているように、流体を処理するための組立体、つまり、カートリッジ組立体が、提供される。

本発明のさらなる態様によれば、添付の請求項に記されているように、上記の組立体のスタックを備える、流体を処理するためのモジュールが、提供される。本発明のなおもさらなる態様によれば、添付の請求項に記されているように、上記のモジュールを少なくとも１つ備えるバイオマス反応器が、提供される。

本発明の態様による組立体は半浸透性膜のための支持体を備え、支持体は、第１の平面状の表面と、反対の第２の表面とを有する。少なくとも１つの第１の流体区画室が、第１の表面と第２の表面との間に介在され、第１の表面から第２の表面まで有利に延びる。第１の区画室と別々の第２の流体区画室が、第１の表面から第２の表面まで延びるためになど、第１の表面と第２の表面との間に介在されてもよく、または、第２の区画室が支持体と有利に鉛直方向で並べられているような方法で支持体の縁に取り付けられる、もしくは、取り付け可能である。組立体は、少なくとも１つの第１の流体区画室と流体連通している第１のダクトと、第２の流体区画室と流体連通している第２のダクトとを備える。第１および第２のダクトと第１および第２の流体区画室との両方は、組立体の内部で、流体不浸透性の分離壁を通じてなど、互いから流体密封で封止される。別の言い方をすれば、第２のダクトは、少なくとも１つの第１の区画室から流体密封で封止され、第１のダクトは、組立体の内部で少なくとも１つの第２の区画室から流体密封で封止される。

本発明による組立体は、膜のおそらくは剛体である支持体の内部に統合される、または、その支持体に取り付けられる別々の流体区画室を備える。これらの別々の流体区画室は、別々のダクトによって与えられ、別々の区画室を異なる機能のために有利に使用させることができる。支持体の内部でのこれらの機能の統合、または、支持体と並べられたこれらの機能の統合は、スタックの密度を最適にし、スタックを通じたカートリッジ同士の間の動作の均一性を向上する。これは、カートリッジおよびモジュールの動作性能を向上できる、ならびに／または、動作および／もしくは設置のコストを低減できる。

各々が別々のダクトによって与えられる支持体内部での別々の区画室の提供は、全体の新たな範囲の適用を追加的に可能にする。そのため、支持体の別々の区画室を通じて周囲流体へと化学物質を投与するための、本発明の態様による組立体および／またはモジュールの使用が、記載されている。投与は、支持体の他の区画室を通じた浸透抽出に加えて実行され得る。化学物質は抗スケール剤であり得る。支持体の別々の区画室を通じた、阻害化合物などの化合物の選択的な除去のための、本発明の態様による組立体および／またはモジュールの使用が、記載されている。除去は、支持体の他の区画室を通じて浸透抽出に加えて実行され得る。選択的な除去は、液体−液体の抽出によって実施され得る。選択的に除去された化合物は、パーベーパレーションを通したエタノールなど、供給流れの反応生成物であり得る。支持体の別々の区画室は、支持体の異なる領域に異なる膜を提供することを通じてなど、供給流れから異なる化合物（例えば、異なる反応生成物）を選択的に除去するように各々構成され得る。

膜パネルも記載されている。膜パネルは、有利に剛体の支持体と、第１の半浸透性膜とを備える。支持体は、第１の半浸透性膜の後面支持のために配置され、第１の半浸透性膜との境界面を形成する第１の平面状の表面と、平面状とでき、第２の半浸透性膜が取り付けられ得る第２の表面とを備える。第１の表面と第２の表面とは互いと反対に配置される。膜パネルは、第１の表面と第２の表面との間に介在される複数の区画室を備え、区画室は流体を搬送するために配置される。膜パネルは、第１の表面から延び、区画室のうちの少なくとも１つおよび第１の半浸透性膜と流体連通している複数の第１の流体通路を備え、区画室のうちの少なくとも１つは、区画室の第１のセットを形成する。第１の半浸透性膜は、第１の表面における膜領域を覆って延び、第１の流体通路を覆う。膜パネルは、第１のセットと別々の区画室の第２のセットのうちの１つまたは複数と、第１の表面との間で延びる第２の流体通路を備え、第２のセットの１つまたは複数の区画室と流体連通している。第２の流体通路は、膜領域と別々である第１の表面の第２の領域に位置付けられる。第２の領域は、膜によって覆うことがなくてもよく、第１の半浸透性膜の１つの縁に沿って有利に延び、膜領域の下に有利に位置付けられる。第１のセットの区画室と第２のセットの区画室とは、互いから流体密封で封止される。膜パネルは、本発明の態様による組立体で有利に使用される。

ここで、本発明の態様が、同じ参照符号が同じ特徴を示した例示である添付の図面を参照して、より詳細に記載される。

本発明による濾過カートリッジの前からの平面図である。 膜が部分的に切り取られている状態での、図１のカートリッジの、膜パネルを一緒に形成する支持体および膜層の斜視図である。 図２の支持体の部分的な断面図である。 膜が除去されており、多岐管および支持体の内部部品を露出するために部分的に切り取られている状態の、図１のカートリッジの右手端の斜視図である。 図４の分解詳細図である。 本発明によるカートリッジで使用するための多岐管の斜視断面図である。 図６Ａの多岐管の斜視図である。 本発明の別の実施形態による支持体および膜の部分的な断面図である。 本発明の別の実施形態で使用される図７の支持体の部分的な断面図である。 図１の濾過カートリッジのスタックとスタック多岐管とを備える濾過モジュールの斜視図である。 図９のモジュールの分解された部分図である。 本発明の別の実施形態による支持体および取り付けられた第２の区画室の部分的な断面図である。 本明細書に記載している比較の実験を実施するために使用された実験の設定を表している図である。 膜生物反応器試験設定における濾過および曝気のために使用されるとき、本発明の態様によるカートリッジ（＃１で指示されている）の動作性能の実験結果のグラフである。グラフは、一点鎖線によって分離された２つの連続した実験の結果を示しており、全体の流れ（破線、右の目盛）の進行と、膜間圧力（ＴＭＰ、実線、左の目盛）とが、時間に対して明示されている。 膜生物反応器試験設定における濾過および曝気のために使用されるとき、本発明の態様によるカートリッジ（＃２で指示されている）の動作性能の実験結果のグラフである。グラフは、一点鎖線によって分離された２つの連続した実験の結果を示しており、全体の流れ（破線、右の目盛）の進行と、膜間圧力（ＴＭＰ、実線、左の目盛）とが、時間に対して明示されている。 膜生物反応器試験設定における濾過および曝気のために使用されるとき、本発明の態様によるカートリッジ（＃３で指示されている）の動作性能の実験結果のグラフである。グラフは、一点鎖線によって分離された２つの連続した実験の結果を示しており、全体の流れ（破線、右の目盛）の進行と、膜間圧力（ＴＭＰ、実線、左の目盛）とが、時間に対して明示されている。

膜カートリッジは、（ｉ）１つまたは複数の流体搬送区画室が支持体と統合されている半浸透性膜のための平面状の後面支持体と、（ｉｉ）流体を区画室から排出するための、および／または、流体を区画室へと供給するための、区画室と流体連通して配置されている１つまたは複数の流体ポートと、任意選択で（ｉｉｉ）支持体の一方の側または相対する側に取り付けられる半浸透性膜とを備える組立体を指す。流体分配多岐管が流体ポートと流体区画室との間に提供され得る。したがって、記載を通じて、カートリッジの概念は、半浸透性膜の存在を暗示してもしなくてもよい。したがって、膜カートリッジは、中間組立体製品（膜層がまったくない）と最終製品との両方に言及し得ることになる。

流体区画室は、カートリッジ組立体の流体ポートのうちの１つまたは複数と流体連通している中空の容積または室に言及している。流体区画室は、支持体の内部に統合して配置され得る（例えば、図７および図８に関連して示されることになる）、または、有利に支持体と並べられて、支持体に取り付けられ得る（図１１に関連して示されることになる）。

モジュールは、膜カートリッジのスタックに言及している。モジュールにおける膜カートリッジはすべて、それらの支持体に取り付けられる半浸透性膜層を有する。

ここでの記載で使用されているような繋ぎ部は、相対して配置されて離間されると共に有利に平行な支持体の２つの壁の間で、連続した平坦な狭い剛体の接続部を形成する支持体の統合部品または別部品に言及している。

ここでの記載で言及されているような膜は、１つまたは複数の化合物を選択的に通して移送させることができ、そのため、１つまたは複数の化合物を、液体または気体であり得る供給から分離することができる構造を有する、固体で連続的な、有利に多孔性の材料の層またはシートである半浸透性膜に言及している。したがって、膜は、１つまたは複数の化合物のための定められた浸透性を特徴とする。透過選択性は、限定されることはないが、膜の特徴的な孔の大きさ（例えば、ミクロ多孔性またはナノ多孔性の濾過膜）などのすべての種類の分離機構によって、特定の電荷の種類の特徴的な誘引（例えば、イオン交換膜）、選択吸着、または溶液拡散特性によって、決定され得る。

ここでの記載で言及されているような膜は、ミクロ濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透、正浸透、圧力遅延浸透、膜生物反応器、パーベーパレーション、膜蒸留、支持された液体膜、パートラクション、膜吸収体、酵素反応器、膜接触器、（逆）電気透析、またはガス分離による化合物の分離のために有利に構成される。膜は、イオン交換膜として構成され得る。

ここでの記載で言及されているような膜は、ポリマ溶液を相分離過程に曝すことで有利に得られる膜である。転相としても言及される相分離は、ポリマと溶媒との間の偏析が誘起される良く知られている過程である。偏析の結果として、ポリマは析出し、それによって所望の構造を持つ膜格子（孔の大きさ、孔の構造など）を形成する。さらなる過程ステップが、溶媒を完全に除去するために（例えば、洗浄）、および、最終的な孔構造を得るために（例えば、孔形成剤を除去すること）、実行されてもよい。偏析は、いくつかの技術に基づいて誘起され得る。１つの可能性は、偏析がポリマ溶液の境界面における温度変化によって誘起される熱相分離（ＴＩＰＳ）である。別の可能性は、ポリマ溶液において化学反応を誘起し、偏析を引き起こすことである。これは、反応誘起相分離（ＲＩＰＳ）と言及される。しかしながら、大部分の場合において、偏析は相拡散によって誘起される。ポリマ溶液は、ポリマの非溶媒であるがポリマ溶液の溶媒と混和性である液体（液体誘起相分離またはＬＩＰＳ）または気体（蒸気誘起相分離またはＶＩＰＳと称される蒸気）である別の相と、接触される。液体または蒸気は、ポリマ溶液を通じて拡散し、ポリマ溶液の組成における局所的な変化を引き起こし、偏析を誘起する。結果として、ポリマは溶液から析出する。ＬＩＰＳは浸漬析出としても言及される。あらゆる相分離過程が、本明細書で記載しているような膜を準備するために適用され得ることに留意することは、都合がよい。

膜は、有利に熱可塑性高分子化合物を含む、または、熱可塑性高分子化合物から成り、熱可塑性高分子化合物は、以後において、第１の高分子化合物と称される。第１の高分子化合物は、例えば、膜形成溶液において最も大量に存在する高分子化合物といった、膜形成溶液を準備するために使用される主たる高分子化合物または主要な高分子化合物である。第１の高分子化合物は、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、それらのグラフト変性、またはポリマのうちのいずれか１つの共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、それらのグラフト変性、またはポリマのうちのいずれか１つの共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、それらのグラフト変性、またはポリマのうちのいずれか１つの共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）など、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）族のポリマ、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ−ＷＣ）など、これらのポリマのいずれかのグラフト変性、または、これらのポリマのうちのいずれか１つの共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、具体的には熱可塑性ポリウレタンであるポリウレタン（ＰＵＲ）、これらのポリマのいずれかのグラフト変性、または、これらのポリマのうちのいずれか１つの共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）、三酢酸セルロース（ＣＴＡ）、これらのポリマのいずれかのグラフト変性、または、これらのポリマのうちのいずれかの共重合体であり得る。先に指し示したような共重合体は、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シアノアクリレート、三酢酸セルロース、ポリフェニレンサルファイド、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ならびに、ポリカプロラクタム（ナイロン６）およびナイロン６，６などのポリアミドのいずれか１つと、指し示したポリマとの適切な共重合体であり得る。第１の高分子化合物は、上記の列記したポリマのうちの２つ以上の適切な混合物であってもよい。

（乾燥した）（最終的な）膜における第１の高分子化合物の量は、重量で少なくとも５％で、重量で少なくとも５０％までであり得る。第１の高分子化合物は、おそらくは親水性の充填材料が任意選択で分散される膜の母材または格子を形成する有機結合剤であり得る。充填材料は、有機であってよく、有利に、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、架橋ポリビニルピロリドン（ＰＶＰＰ）、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、およびグリセロールの１つまたは組み合わせである。このような充填材料は、孔形成剤として提供でき、漂白溶液（例えば、ＰＶＰについて）における洗浄によってなどで、後処理ステップにおいて除去できる。最終的な膜の層に残る他の充填材料は、限定されることはないが、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、アミノプロピル−トリメトキシシラン、およびポリエチレンイミン−トリメトキシシランの１つまたは組み合わせなど、アミンであり得る。充填材料は、限定されることはないが、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、およびメラミンの１つまたは組み合わせなど、ポリマを含むアミドまたはアミンであり得る。充填材料は、おそらくはＰｔ、Ｒｕ、またはＲｈの支持体、ＢａＳＯ_４、ＢａＴｉＯ_３、ペロブスカイト酸化物粉末材料、ゼオライト、有機金属構造体（ＭＯＦ）、および炭化ケイ素における、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｚｒ_３（ＰＯ_４）_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、炭素の１つまたは組み合わせなど、無機であってもよい。充填材料の官能性変異体（アミノ化、スルホン化、アクリル化など）が使用されてもよい。上記の有機および無機の材料の組み合わせが、充填材料と同様に使用されてもよい。

本発明の態様は、膜カートリッジの製造につながる組立体、具体的には、いわゆる平坦なシートの膜カートリッジに関連される。本発明による組立体は、組立体に、したがって、単一のカートリッジに、複数の機能を統合する。１つのこのような機能は、知られている浸透回収および浸透抽出であり得る。追加の機能は気泡発生である。別の追加の機能は、同じカートリッジ内での第２の異なる浸透の回収および抽出であり得る。なおも別の追加の機能はガス拡散であり得る。これらの機能および他の機能は、カートリッジの大きさを大幅に増加させることなく組立体およびカートリッジに統合でき、したがって、よりコンパクトなモジュールをもたらす。このような追加の機能は、スタックを通じた動作条件のより均一な制御を得ることも可能にし、そのため、スタック内の各々の単一のカートリッジの動作が向上され得、向上された性能をもたらす。

本発明の態様による膜カートリッジが図１に示されている。カートリッジ１０は２つの異なる機能を統合している。第１の機能は、半浸透性膜１１を通じて引き出される浸透の回収および抽出である。浸透は、さらに説明されることになるように、膜１１のための支持構造１２内部で回収される。そのように回収された浸透は、当技術分野で知られているように、出口ポート１３１および１４１を通じて抽出される。カートリッジ１０の第２の機能は気泡発生である。このために、支持体１２には、その下方縁において、カートリッジから、カートリッジ１０を包囲する流体へと空気を拡散するための孔１５が設けられている。孔１５は、浸透抽出ポート１３１、１４１に隣接して設けられた空気入口ポート１３２、１４２と流体連通している。支持体１２の両側において支持体１２に取り付けられた多岐管１３、１４は、浸透を支持体１２の内部から出口ポート１３１、１４１へと搬送するために、および、空気を入口ポート１３２、１４２から孔１５へと搬送するために、配置されている。

図２および図３を参照すると、有利に平坦または平面状であり、パネルまたは板として有利に形成される支持体１２が、支持体の前面を形成する第１の表面１２１を備えている。第１の表面１２１と有利に平行に延びる第２の表面１２２が、反対側に設けられており、支持体１２の後面を形成している。支持体１２、延いては第１の表面１２１および第２の表面１２２は、上縁１２０と下縁１２７との間、および、左の側縁１２８と右の側縁１２９との間で延びており、それらの縁によって画定されている。第１の表面１２１は支持体の外側壁１２１０または層の外側表面であり、第２の表面１２２は反対の外側壁１２２０または層の外側表面であり、相対する外側壁１２１０および１２２０は、有利に互いと平行である。膜１１は第１の表面１２１に設けられている。図３では、任意選択で、同じ膜１１が第２の表面１２２にも設けられ得ることが見られ得る。代替で、異なる膜（第１の表面にある膜と異なる）が第２の表面１２２に設けられてもよい。外側壁は、膜１１のための後面支持を提供する。

第１の表面１２１および第２の表面１２２（つまり、相対する外側壁）は、外側壁および表面１２１、１２２を互いと有利に固定する離間部材１２３によって、離間されている。各々の離間部材１２３は、外側壁１２１０と１２２０との間に繋ぎ部を有利に形成している。繋ぎ部は、表面１２１（および１２２）における線に沿って連続的に有利に延びている。有利に、離間部材１２３は、図２に示しているように、一方の側縁１２８から反対の側縁１２９まで連続的に延びている。他の適切な離間部材は、柱、塊、プリーツのシート、波形のシートなどとして形作られてもよい。

外側壁１２１０および１２２０と繋ぎ部材１２３とを伴う支持体１２は、有利に剛体である。支持体１２は、少なくとも１５０ＭＰａ、有利に少なくとも２５０ＭＰａ、有利に少なくとも３５０ＭＰａ、有利に少なくとも５００ＭＰａ、有利に少なくとも７００ＭＰａ、有利に少なくとも９００ＭＰａの曲げ弾性率を有し得る。曲げ弾性率は、５０００ＭＰａ以下、有利に５０ＧＰａ以下、有利に１００ＧＰａ以下であり得る。

曲げ弾性率の指示した値は、ＩＳＯ規格１７８に基づき、試料の厚さが外側表面に対して垂直な方向での支持構造の全厚にわたり、試料の長さが外側表面の平面と平行な軸に沿ってすべて配向され、最も大きい曲げ抵抗を持っている状態で、長さ８０ｍｍおよび幅１０ｍｍである試料に基づいて、決定され得る。テストベンチは、ＩＳＯ１７８による全長Ｌが７０ｍｍとなるように構成されるべきであり、５ｍｍ／ｍｉｎの速度で使用されるべきである。

本発明の重要な態様は、支持体１２に少なくとも２つの別々の流体区画室が設けられることである。２つの別々の区画室は、第１の表面１２１と第２の表面１２２との間に有利に介在される。有利に、離間部材１２３のうちの１つまたは複数は、流体区画室のための分離壁を形成する。図２および図３を参照すると、離間部材１２３は、第１の表面１２１と第２の表面１２２との間に複数（少なくとも２つ）の流体区画室１２４、１２５を提供するために、それら自体において離間されている。このような構造は、例えば、多層の板またはパネルによって得ることができる。上記の種類の支持構造は、押し出しによって、積層によって、成型もしくは鋳造によって、付加製造によって、または、任意の他の利用可能な技術によって、作られ得る。支持体１２の適切な構造は、例えば、Ｍａｋｒｏｌｏｎ（登録商標）ｍｕｌｔｉ ＵＶ ｓｈｅｅｔｓ（Ｂａｙｅｒ、Ｇｅｒｍａｎｙ）など、二重または多層のポリカーボネートシートである。他の適切な例は、欧州特許第１５４３９４５号に記載されているＰＯＬＩＳＮＡＫＥ（登録商標）ポリカーボネートパネル（Ｐｏｌｉｔｅｃ Ｐｏｌｉｍｅｒｉ Ｔｅｃｎｉｃｉ ＳＡ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、および、ポリプロピレンＫＩＢＯ Ｘ−ｐａｎｅｌおよびＫＩＢＯ Ｍ−ｐａｎｅｌ（ＫＩＢＯ Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ ＧｍｂＨ、Ｇｅｒｍａｎｙ）である。二重で並べられたリブ付きシートへの２つのシートの積層によって作られた三層積層、または、二層積層（２つの積層されたリブ付きシート）など、積層されたパネルが同様に適切であり得る。

第１のセットの流体区画室１２４が、膜１１を通じて引き出される浸透を回収するために配置され得る。このために、図２を参照すると、第１および第２の表面は、第１および第２の表面における選択的な場所における浸透のために、浸透可能に作られる。第１および第２の表面の浸透性は、例えば、外側壁１２１０、１２２０を通じた穿孔など、貫通孔１２６を提供することによって得られ得る。外側壁１２１０、１２２０が高密度または不浸透性の材料層（浸透に対して不浸透性）から、貫通孔１２６がこの材料層を貫いて提供されている状態で適切に作られ得ることを留意することは、都合がよい。

貫通孔の寸法は特に制限されず、適切な寸法は用途に依存する。貫通孔は、２ｍｍ以下の大きさ、有利に１．５ｍｍ以下の大きさ、有利に１．２ｍｍ以下の大きさ、有利に１．０ｍｍ以下の大きさを、有利に有する。孔が大き過ぎる場合、滑らかな被覆が問題となり得る。貫通孔は、少なくとも５μｍの大きさ、有利に少なくとも１０μｍの大きさ、有利に少なくとも２５μｍの大きさ、有利に少なくとも５０μｍの大きさ、有利に少なくとも１００μｍの大きさを有し得る。

貫通孔は、支持体の外側表面１２２が、少なくとも２％、有利に少なくとも５％、有利に少なくとも１０％、有利に少なくとも１５％、有利に少なくとも２０％、有利に少なくとも２５％、有利に少なくとも３０％、有利に少なくとも３５％の開領域（貫通孔による気孔率）を有利に呈するようなものであり得る。開領域は、有利に最大７０％であり、有利に最大６０％であり、有利に最大５５％であり、有利に最大５０％である。開領域は、外側表面の単位当たりの全体領域（貫通孔を含む）当たりの貫通孔の領域を、百分率の値で表したものに言及している。外側表面の全体領域を定めるとき、膜層が流体密封で封止される膜要素の任意の縁領域は、無視される。開領域は、有利に、一方において、支持体外側層を貫く十分な流れを提供するために小さ過ぎるべきではないが、他方において、支持構造の剛性を妥協しないために大き過ぎるべきでもない。開領域の補完（つまり、１００％−開領域）が、結合に利用可能である領域である膜と支持体との間の界面に言及することに留意することは、都合がよい。したがって、この点においても、開領域は大き過ぎるべきではない。

貫通孔の断面形状に制限はなく、つまり、貫通孔は、円形、正方形、多角形、星形、スリット形、または任意の他の適切な形状の孔であり得る。

第１のセットの流体区画室１２４は、貫通孔１２６が設けられている第１の表面１２１および第２の表面１２２の領域の下で適切に延びている。論理的には、これは、膜１１によって覆われる領域に対応しており、膜領域として言及される。

図３に示しているように、膜１１は、国際公開第２０１３／１１３９２８号に記載されているような機械的な固定位置を作り出す貫通孔１２６において延びている栓１１１を形成できる。追加または代替で、膜１１は、国際公開第２０１５／１４０３５５号 ２４．０９．２０１５に記載されているものなどの溶媒結合によって、溶接によって、または、任意の他の適切な結合技術によって、第１または第２の表面に取り付けられてもよい。

第２の流体区画室１２５が、支持体１２における膜領域の下に位置付けられ得る。図１〜図３の例では、流体区画室１２５は、空気を孔１５へと搬送するために外側壁１２１０および１２２０を貫いて配置される孔１５と流体連通している。空気は、例えばカートリッジ１０が沈められる廃水において、気泡１５１を形成するために、孔１５を通じて外部へと放出される。気泡１５１は膜１１に沿って上昇する。そのようにすることで、気泡は、膜１１に沿う廃水の上向きの流れを引き起こす。また、気泡１５１は、膜表面の空気の擦れを提供し、膜の表面に付着する固形粒子を除去する。孔１５が外側壁１２１０および１２２０を貫いて設けられるため、孔１５が第１（および第２）の表面１２１（および１２２）に対して垂直に配向される軸１５２を有することは、理解されるものである。

支持体１２への／での第２の流体区画室１２５の統合は、気泡発生がカートリッジの各々の膜表面に、および、外挿によって、スタックの各々の膜表面に、均一に提供されることを確保する。また、第２の区画室１２５と孔１５とは、カートリッジ１０において直接的に通気装置を統合することを可能にし、これは、よりコンパクトな構成をもたらす。

有利に、貫通孔１５は、第１の表面における各々の泡が出てくる孔１５が第１の表面１２１に沿って上昇し、気泡が第２の表面１２２へと移動するのを防止することと、その逆の場合も防止することとを確保するために、支持体の下縁１２７の上方に距離ｄで配置されている。これは、例えばカートリッジ１０が正しく鉛直方向位置にない場合、起こり得る。支持体１２の下縁１２７と孔１５の中心との間の距離ｄは、有利に少なくとも５ｍｍ、有利に少なくとも１０ｍｍ、有利に少なくとも１５ｍｍである。

貫通孔１５が、第２の流体区画室１２５の底１２５０における廃水の停滞帯域を回避するために、底１２５０にできるだけ近くに有利に配置されることが、図３でも見ることができる。有利に、孔１５は、第２の流体区画室の高さの下半分に配置される。有利に、孔１５は、第２の流体区画室の高さの最下の３分の１内に配置される。

所望により、２つ以上の第２の流体区画室１２５が設けられ得ることに留意することは、都合がよい。

一方の外側表面１２１から反対の外側表面１２２までの支持パネル１２の全厚は、有利に１００ｍｍ以下であり、有利に５０ｍｍ以下であり、有利に２５ｍｍ以下であり、有利に２０ｍｍ以下であり、有利に１５ｍｍ以下であり、有利に１０ｍｍ以下であり、有利に６ｍｍ以下である。全厚は、少なくとも２００μｍとでき、おそらくは少なくとも５００μｍとでき、おそらくは少なくとも１ｍｍとでき、おそらくは少なくとも１．２ｍｍとでき、おそらくは少なくとも１．５ｍｍとできる。

有利に、支持体１２に取り付けられる１つまたは複数の多岐管は、第１の流体区画室１２４からの浸透の排出を提供する。支持体に取り付けられた同じ１つまたは複数の多岐管、または、別々の１つまたは複数の多岐管が、第２の流体区画室１２５への空気の供給を提供できる。図４を参照すると、多岐管１３が支持体１２の右の側縁１２９に取り付けられている。多岐管１３は、側縁１２９と平行で、したがって互いと平行に延びる２つの別々のダクトを有利に備える。第１のダクト１３３は、第１のセットの流体区画室１２４と流体連通している浸透回収器ダクトである。回収器ダクト１３３は、第１のセットの流体区画室１２４で回収された浸透を出口ポート１３１へと排出する。第２のダクト１３４は、第２の流体区画室１２５に空気を供給するために第２の流体区画室１２５と流体連通している空気供給ダクトである。空気は、入口ポート１３２を通じて空気供給ダクト１３４へと外部から送り込まれる。回収器ダクト１３３と空気供給ダクト１３４とは、分離壁１３５によって互いから流体密封で封止されている。

支持体１２への多岐管１３の正しい組み立てを確保するために、１つまたは複数の指示特徴部が支持体１２および／または多岐管１３に設けられてもよい。指示特徴部は、例えば、図５に示しているように、支持体１２の対応する切取部１２０９と協働する多岐管１３における指示ボス１３６によって、形成され得る。代替で、切取部１２０９はなしとされてもよく、指示ボスは、図６Ａ〜図６Ｂに示したように、封止多岐管壁１３７によって置き換えられてもよい。多岐管壁１３７は、支持体１２の側縁１２９において支持体１２をぴったりと受け入れるために配置されているスリットを形成する閉じた周囲を有している。

支持体１２と多岐管１３との間の封止は、既知の技術に従って提供され得る。例として、図５を参照すると、エラストマの封止環体５１が、周囲の廃水から多岐管１３の浸透回収器ダクト１３３を封止するために、側縁１２９と平行な第１の表面１２１および第２の表面１２２に設けられ得る。封止環体５１は、例えば、支持体１２におけるオーバーモールドによって形成され得る。接着、嵌合などによってなど、代替の封止技術が、多岐管を支持体に取り付けるために使用されてもよい。この点において、多岐管が、たとえ必要条件ではないとしても、封止環体５１などの適切な封止によって、支持体から取り外し可能であり得ることに留意することは、都合がよい。代替で、多岐管１３またはその一部分は、支持体へのオーバーモールドによってなど、側縁１２９へと直接的に射出成形されてもよい。

有利に、図６Ａに示しているように、空気供給ダクト１３４の端に設けられた吐出口１３８が、第２の流体区画室１２５との嵌合のために配置されている。吐出口１３８は、例えば、空気供給ダクト１３４と第２の流体区画室１２５との間の移行部を封止し、それによって空気回路を浸透回路から封止するための錐状の外側表面を有してもよい。

利点として、多岐管１３と支持体１２との間の封止が膜領域の外側に設けられる。膜が支持体と多岐管との間の封止に含まれないため、多岐管と支持体とは、有利に取り外し可能とされてもよい。したがって、膜領域、つまり、膜層で覆われる領域は、支持体の１つまたは複数の縁１２０、１２７、１２８、１２９から有利に離間されている。

多岐管１３は、支持体のすべての別々の流体区画室１２４および１２５を与えるダクトを有利に備え、原則として、追加の多岐管１４が、支持体の反対の側縁１２８に必要とされないことになる。しかしながら、多岐管１３と同一とできる第２の多岐管１４が、追加の利点を提供するために、支持体１２の反対の側縁１２８に取り付けられてもよい。第一に、両側に多岐管を有することで、流体の流れを増加することを許容でき、これはさらに、カートリッジの大きさを増大することを許容できる。第二に、両側に同一の多岐管を有することは、完全に対称的なカートリッジを得ることを許容し、スタックの組み立てを容易にする。代替で、例えば多岐管１３といった１つの多岐管に、空気供給ダクトなしで、浸透回収ダクトだけを設けることが可能であり、支持体１２の反対側に、空気供給ダクトを備える別の多岐管を設けることが可能である。任意の他の組み合わせの配置が可能である。

利点として、多岐管１３は、膜支持体１２より若干厚く作られてもよく、それによって、カートリッジはスタックの密度の悪影響を与えることなく積み重ねられ得る。

上記から、図１の濾過カートリッジが、支持体の左手の側縁１２８から右手の側縁１２９へと水平方向に延びる内部離間部材（図１には示していない）を有する支持体１２を備えることが、明らかとなる。膜１１は、支持体の前面および後面（表面１２１および１２２）に設けられている。膜１１の領域は膜領域を定めている。つまり、膜１１と少なくとも部分的に重なり合う支持体１２の流体区画室は、浸透回収区画室１２４として用いられ得る（および、概して用いられることになる）。膜１１の領域は、上縁１１０と、下縁１１７と、右手の側縁１１９と、左手の側縁１１８との間で有利に延びている。少なくとも側縁１１９、１１８は、おそらく上縁１１０および下縁１１７と共に、支持体１２への多岐管１３、１４の組み立て／取り付けを容易にするために、支持体１２の対応する縁１２９、１２８、１２０、１２７から有利に離間されている。膜の縁は多岐管１３、１４からも離間され得る。

膜の縁１１０、１１７、１１８、１１９において、支持体表面１２１は高密度であり、浸透のための浸透性を示していないことにりゅういすることは、都合がよい。別の言い方をすれば、膜１１の領域は、貫通孔１２６が拡がる領域に完全に重なり合うべきである。支持体表面１２１と膜１１との間の適切な封止は、例えば、支持体への膜層の溶媒結合、溶接、または接着といった、結合などにより、膜の縁において提供されるべきである。

図１のカートリッジ１０は、供給において鉛直方向の配置のために構成されており、そのため、多岐管のダクトは鉛直方向に延び、曝気の孔１５は、支持体の下縁１２７に隣接して配置された水平方向の配列を形成している。有利に、多岐管１３、１４の入口／出口のポート１３１、１３２および１４１、１４２は上部に設けられており、支持体１２の上縁１２０から鉛直方向に有利に突出している。

図１のカートリッジを、図の平面において９０度回転することが代替で可能であることを留意することは、都合がよい。このような場合、多岐管１３は上部に配置され、一方、多岐管１４はカートリッジの下部に配置される。このような場合、曝気の孔１５が、区画室１２５の代わりに、多岐管１４の空気ダクトに設けられる。したがって、区画室１２５は、空気を多岐管１３の入口ポート１３２から多岐管１４の空気ダクトおよび孔１５まで搬送するために使用され、ポート１４１および１４２が排除されることが分かる。これは、支持体の一方の縁から反対の縁まで延びる連続的な離間部材１２３の提供を通じて可能とされる。このようなカートリッジは、本発明の態様によって同じく検討され、同じ利点を提供する。

統合された曝気／気泡発生システムの提供は、本発明によって可能とさせられる唯一の追加の統合された機能ではない。別々の流体区画室が、気泡発生に追加または代替で、他の目的のために使用されてもよい。例として、図７を参照すると、支持体７２が、別々の膜１１、７１によって定められた複数の別々の膜領域を有している。膜１１、７１は、第１の表面１２１および第２の表面１２２の別々の領域を覆っている。これらの領域は、さらに離間されている。膜１１は、第１のセットの流体区画室１２４と流体連通している。膜７１は、第３のセットの流体区画室７２４と流体連通している。膜１１および７１は同一の膜であってもよく、その場合、流体区画室１２４および７２４は、多岐管の同じ浸透回収器ダクト１３３に流体接続され得る。

代替で、膜１１および７１は異なってもよく、例えば、それらの膜は、供給流れから異なる化合物を分離するために配置されてもよく、その場合、多岐管は、区画室１２４および７２４のための別々の浸透回収器ダクトを有してもよく、異なる浸透を別々に抽出することを可能にする。例として、膜１１は、供給流れからの液体抽出のための親水性の半浸透性膜とできる。膜７１は、供給流れからのガス抽出のための、または、供給流れにおけるガス注入のためのガス拡散層として作用する疎水性の半浸透性膜とできる。ガス拡散層は、例えば、液体抽出膜層１１の近くで供給流れにガスを溶解させるために用いられ得る。溶解されたガスは、例えば、浸透抽出にとって有益である多くの化学反応を誘起または増進できる。代替で、抗スケール剤などの化学物質が、気体または液体のいずれかの形態で、膜７１を通じた区画室７２４からの注入によって、周囲の液体に投与されてもよい。なおも追加の代替において、膜７１および区画室７２４は、例えば液体／液体の抽出によって、おそらくは阻害する化合物の選択的な除去のために用いられ得る。なおも代替の実施形態では、膜１１および７１は、異なる反応生成物に向けての選択性を各々有し、したがって、供給流れから異なる反応生成物を別々に除去するために使用されてもよい。

なおも追加の流体区画室７２５が、区画室１２４と７２４との間などに設けられてもよい。流体区画室７２５は、例えば、支持体７２を通じて冷却流体または加熱流体を循環するために使用されてもよい。これは、カートリッジが沈められる供給流れの温度、または、浸透の温度を制御することが望ましいとき、使用され得る。これは、具体的には、例えば曝気の区画室１２５が提供されないときといった、気泡発生が起こらないとき、適している。このために、他の流体区画室１２４および７２４、およびおそらくは１２５から封止される流体区画室７２５は、一方または両方のいずれかの多岐管１３および１４において別々のダクトに流体接続され得る。

支持体の内部容積を別々の区画室に分割する繋ぎ部材を形成する離間部材１２３の形状は、追加的な利点を有する。図８を参照すると、一部の区画室８２５は、それらを貫いて補強棒を挿入するために使用され得る。他の区画室８２４は、第１の表面１２１に対して垂直に配置される離間棒８１によって交差させられるため、犠牲にされ得る。離間棒８１は、カートリッジを離間されたスタックで維持する。区画室８２４は、浸透回収器ダクト１３３への供給の漏れを防止するために固体材料で充填または封止され得る。

濾過カートリッジ１０は、あるカートリッジの第１の表面１２１と、連続するカートリッジの第２の表面１２２とを向き合う関係で互いから離間して配置することで、積み重ねられ得る。そのため、スタック１００は、図９において示されているように得られる。スタック１００における連続するカートリッジの多岐管は、互いから離間されても離間されなくてもよい。連続する多岐管同士の間の間隔は、統合された空気拡散器（孔１５）が連続するカートリッジ１０の相対する膜１１の間に上向きの流体の流れを引き起こすことになるため、必要とされない。これは、多岐管が、膜層同士の間の空間を定めるためにカートリッジの支持体より適切に厚くされ得るため、有利であり得る（スタックの相対する膜層の間の空間は、このような場合には、一方における多岐管と、他方における支持体に膜層を加えたものとの間の厚さの差に対応する）。

スタック回収および分配多岐管１０１は、濾過モジュールを形成するために、スタック１００の両側において入口および出口のポート１３１、１３２、１４１、１４２に連結され得る。スタック多岐管は図１０においてより明確に見られる。スタック多岐管は、対応する多岐管１３の別々のダクトのための別々の室を備えている。スタック多岐管１０１は、多岐管１３の出口ポート１３１に接続されるように構成された入口ポート１０２を有する浸透回収および排出室１０４を備え得る。浸透回収室には、出口ポート１０３がさらに設けられている。スタック多岐管１０１は、流体非浸透性壁（図示していない）によって室１０４から分離されており、入口ポート１０５と、多岐管１３の入口ポート１３２に接続されるように構成される出口ポート１０６とを有する空気分配室１０７を備え得る。同じスタック多岐管が、多岐管１４のポート１４１、１４２への接続のために提供されてもよい。

有利に、浸透回収室１０４の出口ポート１０３は、浸透回路のガス抜きを確保するために、浸透回収室１０４の上部領域に配置される。このようなガスは、浸透液体に元々溶解されていた空気または二酸化炭素から形成され得る。

有利に、スタック多岐管１０１および多岐管１３は、一体鋳造として統合して形成されてもよい（図示していない）。したがって、スタック１００のカートリッジ１０のすべての多岐管１３は、単一体または一体鋳造の多岐管によって置き換えられる。一体鋳造の多岐管は、カートリッジの支持体の別々の流体区画室のための別々の流体ダクトまたは流体室を有し得る。一体鋳造の多岐管は、１つのカートリッジが失陥したときに容易に交換できるように、カートリッジ（支持体）の各々の取り外し可能な接続のための接続器を有利に備える。このような一体鋳造の多岐管であれば、カートリッジは、反対の側において、個別の多岐管１４を備えても備えなくてもよい。多岐管１４は、同じく一体鋳造の多岐管によって交換され得る。浸透排出ポート１３１および１４１によって与えられる流れの抑制（多岐管およびカートリッジの厚さの制限に起因する）は、一体鋳造の多岐管では回避され、そのため、これはカートリッジから排出される浸透の流量を増加させることができ、および／または、それらの流れ抑制に起因する過剰な圧力損失を回避させることができる。このような一体鋳造の多岐管は、例えば、最初に膜パネルを積み重ね、パネルのスタックの側縁に多岐管をオーバーモールドすることによって、膜パネル１１−１２のスタックに射出成形され得る。

上記の例において、カートリッジは、膜層が前面と後面との両方に設けられているとして説明されているが、これは必要条件ではないことに留意することは、都合がよい。本発明によるカートリッジは、支持体の一方の表面（例えば、前面）だけに取り付けられる膜層で作用できる。

膜層１１、７１などが、多岐管１３、１４を支持体１２に取り付ける前、または、取り付けた後のいずれかで、支持体に形成され得ることに留意することも、都合がよい。

上記において、剛体の多層のパネルを支持体として備えている例示的なカートリッジが説明されている。このような支持体は、前述したような利点を提供できるが、請求項において広範に述べられているような本発明の態様は、このような支持体だけに限定されない。支持体は、国際公開第２００６／０１５４６１号に記載されているように、外側織物層に被覆された膜層を伴うスペーサ織物であり得る。このような場合、浸透回収区画室は、膜領域全体にわたっておそらく延びる１つの単一の区画室として形成される。

さらに、例えば気泡発生のための第２の流体区画室は、支持体の外側表面同士の間に完全に介在される必要はなく、例えば管として、支持体に外部で取り付けられてもよい。このような構成は図１１に示されており、第２の区画室１２５が外側表面１２１と１２２との間に統合して介在されていない点において先の例の支持体１２と異なる支持体９２を備えている。代わりに、支持体９２および管９２５が鉛直方向の線に沿って並べられるように、管９２５が支持体９２の下に取り付けられている。このために、管９２５の（鉛直方向の）正中面９２６が、支持体９２の（鉛直方向の）正中面９２０と一致している（同一平面上である）。管９２５は、第１の区画室１２４と別々の第２の区画室として有利に作用し、先の例のように、別々のダクト１３４（図１１に示されていない）によって供給されてもよい。第２の区画室９２５は、支持体９２の厚さより大きいまたは小さい厚さ（例えば、直径）を有してもよい。

曝気の孔９５は、管９２５の壁を通じて形成される。これらの孔９５は、正中面９２６とゼロではない角度にある中心線の軸９５１を有し得る。軸９５１は、正中面９２６に対して傾斜して（０度でもなく９０度でもない）、または、正中面９２６に対して垂直に、配向され得る。

実験
沈められた膜生物反応器（ＭＢＲ：ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）の用途での本発明の態様の効果を実証するために実験を実施した。３つの異なるカートリッジ（＃１〜＃３で番号が付けられている）が使用され、各々、ＰＶＤＦ膜層が二重で並べて設けられた。各々の側における膜領域は、約１５ｃｍの幅で高さが２５ｃｍであり、全体の有効膜（濾過）領域は０．０７ｍ^２／カートリッジであった。すべてのＰＶＤＦ膜層は、０．０８μｍの表面の孔の大きさと、１５００ｌ／ｈｍ^２ｂａｒの清浄水の浸透性とを有した。

カートリッジ＃１〜＃２は、図２〜図３に示しているように、多層の剛体の支持パネルを基にして作られた。多層のポリカーボネートパネルであるＭａｋｒｏｌｏｎ（登録商標） ｍｕｌｔｉ ＵＶ ２／４−６（Ｂａｙｅｒ、Ｇｅｒｍａｎｙ）を、膜支持体材料として使用した。この材料の参照コードにおける「２」は、その２つの外側壁に言及しており、「４」は、４ｍｍのその全体の厚さに言及しており、「６」は、６ｍｍの肋材距離に言及している。このパネルは高速微小孔開けによって穿孔された。カートリッジ＃１の支持体の壁には、３１．６％の膜層の下の開領域（気孔率）を得るために、０．８ｍｍの直径の孔が開けられた。カートリッジ＃２の支持体の壁では、孔は１．５ｍｍの直径を有し、開領域は２０．５％であった。ＰＶＤＦ膜層は、国際公開第２０１３／１１３９２８号に記載されているように、穿孔された壁に直接的に被覆された。

統合された個別の曝気を試験するために、曝気区画室１２５には、膜領域の下縁の下に２つの通路が設けられた。曝気区画室には、各々の側において１５ｍｍの離間距離で、０．５ｍｍの直径の１２個の孔が設けられた。

第３のカートリッジ（＃３）は、ＰＶＤＦ膜層が二重で並べられて被覆されている支持体として、織った種類のポリエステルスペーサ織物を有した。全体の結果的な厚さ（膜層を含む）は４ｍｍであった。ＰＶＤＦ膜を含むパネルは、２つのポリエステルフレームの間で構成され（国際公開第２００６／０１５４６１号に従って）、曝気管９２５がフレームの下に取り付けられた。この管は、各々の側において１５ｍｍの離間距離で、０．５ｍｍの直径の１２個の孔も含んでいる。

これらの３つのカートリッジは、Ｖｉｔｏ、Ｂｅｌｇｉｕｍにおいて、実験室規模のＭＢＲユニットにおいて並列にして試験された。図１２は、実験のために使用されたＭＢＲユニットの抽出タンク９０を概略的に表している。抽出タンクは、各々のカートリッジがそれ自体の抽出／逆洗ポンプ、浸透容器、流量計、および圧力トランスデューサを有するため、異なる条件下においても完全に等しい濾過条件下においても、複数の（６個までの）濾過カートリッジ１０を同じスラッジで同時に動作させることができる。タンク９０は、容器の底に中央曝気管９１も備えている。これは、正確に中間において、カートリッジの底の下２０ｃｍに、３つのカートリッジの平面と平行に配置された単一の穿孔されたプラスチック管である。管９１は、８ｍｍの内径と１０ｍｍの外径とを有し、１ｍｍの直径を持つ１００個の孔の配列を２５ｃｍの長さにわたって含んだ。タンク９０は、中央曝気管９１との動作、および、個別の曝気区画室１２５、９２５との動作を独立して可能にし、例えば、中央曝気管９１は遮断され得る、または、区画室１２５、９２５は遮断され得る。

ＭＢＲ抽出タンク９０には、３つのカートリッジ＃１〜＃３が、５ｍｍのカートリッジ間の間隔で設けられた。タンク９０に含まれるスラッジの体積は８０リットルであった。廃棄されたばかりの自治体の廃水（ＣＯＤ： ４００〜６００ｐｐｍ）が４００リットルの容器（図示していない）へと最初に回収され、そこで廃水は、すでに供給タンクにある生物学的成長およびＣＯＤ分解を回避するために、４℃まで冷却される。カートリッジから抽出された浸透の５０％は、抽出タンク９０へと再利用された。ＭＢＲの抽出タンク９０における液体高さは、３つのカートリッジによって抽出された浸透の非再利用の体積を補完する新たな廃水の混合物を４００リットルの容器から供給することで、一定に保たれた。ＭＢＲユニットは、硝化の結果としての酸性化を補完するためのｐＨ制御ユニットを有している。希釈されたＫＯＨ溶液（１モル）が、ｐＨを約７まで再び持って行くために使用された。カートリッジの浸透のＣＯＤは常に１０ｍｇ／ｌから２０ｍｇ／ｌの間であり、９７％の平均ＣＯＤ除去をもたらす。

第１の実験−個別の曝気
第１の実験では、３つのカートリッジが個別の曝気に対して試験された。カートリッジ＃１〜＃３は、タンク９０におけるスラッジに完全に沈められた。各々のカートリッジの曝気区画室１２５、９２５を通じて、０．７Ｎｍ^３／ｈの空気流れが吹かれる一方、中心管９１は使用されなかった（遮断された）。３つの濾過カートリッジのための濾過条件は試験の間に同一であり、次の通りであった。
・カートリッジあたりの全体濾過流れ：５０ｌ／ｈｍ^２
・カートリッジあたりの正味濾過流れ：４０ｌ／ｈｍ^２
・カートリッジあたりの逆洗流れ：１５０ｌ／ｈｍ^２（全体濾過流れの３倍）
・濾過サイクル時間：５分間
・濾過時間：４．５分間
・逆洗時間：１０秒間
・緩和時間：２０秒間
・カートリッジあたりの連続曝気流れ：０．７Ｎｍ^３ａｉｒ／ｈｏｕｒ
・試験中のスラッジ濃度：１０ｇ／ｌ
・試験中のｐＨ変化：６．８から７．２の間
・温度：１４〜１５℃
濾過サイクル時間は、濾過時間、逆洗時間、および緩和時間の合計である。４．５分間の濾過動作の後、逆洗動作が、指示された逆洗流れにおいて１０秒間開始された。逆洗の後、逆洗の間に除去されたケーキ層を、気泡を上昇させることでカートリッジからスラッジの塊へと移送させるために、緩和が２０秒間適用された。

第１の実験は、５０ｌ／ｈｍ^２の全体流れにおいて０．１ｂａｒより小さい安定した膜貫通圧力（ＴＭＰ：ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で３．５週間行われ、個別のカートリッジの曝気の信頼性を示している。時間の関数としてのＴＭＰおよび全体流れの進行は、カートリッジ＃１〜＃３についてそれぞれ図１３〜図１５のグラフで示されている。

第２の実験−全体的な曝気
第２の比較の実験では、管９１を通る中央（共通）の曝気が試験された。上記の３．５週間の個別の曝気の直後に、曝気区画室１２５、９２５を通る空気流れが停止され、第１の実験において区画室１２５、９２５を通る空気流量の合計（２．１Ｎｍ^３／ｈ）に等しい空気流れが、中央曝気管９１を通じて吹かれた。この実験は、図１３〜図１５において「全体的な曝気」として参照される。第１の実験と同じ濾過サイクルが用いられ、５０ｌ／ｈｍ^２の同じ全体流れが各々のカートリッジについて維持された。第２の実験における濾過条件は、第１の実験の濾過条件と同一である。

この第２の実験では、５０ｌ／ｈｍ^２の全体流れを維持するために必要とされるＴＭＰが、すべての３つのカートリッジについて素早く増加したことが観察された。ＴＭＰは、カートリッジ＃１については６０分後に、カートリッジ＃２については１２０分後に、カートリッジ＃３については５５分後に、０．５ｂａｒへと増加した。カートリッジ動作は、ＴＭＰが０．５ｂａｒに到達したとき、このような高い値はもはや経済的ではないため、停止された。

２つの曝気のモードの間の明確な違いが、図１３〜図１５のグラフに示されている。各々のグラフにおける一点鎖線の左手側において、第１の実験の結果が明示されており（「個別の曝気」）、一方、第２の実験の結果が右手側において明示されている（「全体的な曝気」）。

第１の実験と第２の実験との間の比較は、全体的な曝気の下で、個別の曝気で可能である大きな浸透流れが持ちこたえられ得ないことを示している。全体的な曝気の下でカートリッジを動作させるために、中央管を通じて吹かれる空気流量が増加される必要がある（つまり、このモードの動作は、より大きな特定の曝気要求（ＳＡＤ）を必要とし、これは動作コストを増加させる）、または、浸透流れが低減されなければならない（出力を低減する）のいずれかである。そのため、本発明において提案されているように、別々の流体区画室をカートリッジに統合することと、それを膜層の個別の曝気について使用することとは、ＭＢＲ性能を大幅に増加させることができるということが示される。

１０ カートリッジ、濾過カートリッジ
１１ 半浸透性膜、膜
１２ 支持構造、支持体、支持パネル、膜支持体
１３、１４ 多岐管
１５ 孔
５１ 封止環体
７１ 膜
７２ 支持体
８１ 離間棒
９０ 抽出タンク、タンク
９１ 中央曝気管、管、中心管
９２ 支持体
９５ 孔
１００ スタック
１０１ スタック回収および分配多岐管、スタック多岐管
１０２ 入口ポート
１０３ 出口ポート
１０４ 浸透回収および排出室、浸透回収室
１０５ 入口ポート
１０６ 出口ポート
１０７ 空気分配室
１１０ 上縁
１１１ 栓
１１７ 下縁
１１８ 左手の側縁
１１９ 右手の側縁
１２０ 上縁
１２１ 第１の表面、外側表面、支持体表面
１２２ 第２の表面、外側表面
１２３ 離間部材、繋ぎ部材
１２４ 第１の流体区画室、浸透回収区画室
１２５ 第２の流体区画室
１２６ 貫通孔
１２７ 下縁
１２８ 左の側縁、一方の側縁
１２９ 右の側縁、反対の側縁
１３１ 出口ポート、浸透抽出ポート
１３２ 入口ポート、空気入口ポート
１３３ 第１のダクト、浸透回収器ダクト、回収器ダクト
１３４ 第２のダクト、空気供給ダクト
１３５ 分離壁
１３６ 指示ボス
１３７ 封止多岐管壁、多岐管壁
１３８ 吐出口
１４１ 出口ポート、浸透抽出ポート
１４２ 空気入口ポート
１５１ 気泡
７２４ 流体区画室
７２５ 流体区画室
８２４ 区画室
８２５ 区画室
９２０ 正中面
９２５ 曝気管
９２６ 正中面
９５１ 中心線の軸
１２０９ 切取部
１２１０、１２２０ 外側壁
１２５０ 底
ｄ 距離

Claims (27)

1. 流体を処理するための組立体であって、
   第１の半浸透性膜（１１、７１）の後面支持のために配置されている第１の平面状表面（１２１）と、第２の表面（１２２）とを有し、前記第１の表面と前記第２の表面とが互いと反対に配置される、支持体（１２、７２）と、
   前記第１の表面と前記第２の表面との間に介在され、流体を搬送するために配置される少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と、
   前記第１の表面（１２１）から延び、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と流体連通している複数の第１の流体通路（１２６）と、
   前記第１の表面（１２１）に取り付けられ、前記第１の流体通路（１２６）を包囲する前記第１の表面の膜領域を覆う第１の半浸透性膜（１１、７１）であって、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）は、前記第１の流体通路（１２６）を通って前記第１の半浸透性膜と流体連通している、第１の半浸透性膜（１１、７１）と、
   前記支持体（１２、７２）に取り付けられる、または、取り付け可能であり、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と流体連通しているように構成される第１のダクト（１３３）と、
   流体を搬送するために配置され、前記少なくとも１つの第１の区画室と別々である少なくとも１つの第２の区画室（１２５、７２５、９２５）であって、前記第２の区画室（１２５、７２４）は、前記第１および第２の表面（１２１、１２２）のうちの少なくとも一方の外部側と流体連通している開口（１５、９５）を備える壁（１２１０、１２２０）によって画定される、少なくとも１つの第２の区画室（１２５、７２５、９２５）と、
   前記支持体（１２、７２）に取り付けられる、または、取り付け可能であり、前記第２の区画室（１２５、７２４、７２５、９２５）と流体連通しているように構成される第２のダクト（１３４）と
   を備え、
   前記第２の区画室は、前記第１の表面と前記第２の表面との間に介在され、
   前記第２のダクト（１３４）は、前記少なくとも１つの第１の区画室から流体密封で封止され、前記第１のダクト（１３３）は、前記少なくとも１つの第２の区画室から流体密封で封止される、組立体。
2. 前記第１のダクト（１３３）と前記第２のダクト（１３４）とは互いと平行である、請求項１に記載の組立体。
3. 前記支持体は第１の縁（１２７）を備え、前記第２のダクト（１３４）は、前記支持体の第２の縁（１２８、１２９）と平行に延びる、請求項１または２に記載の組立体。
4. 前記第２の縁（１２８、１２９）は前記支持体（１２）の鉛直方向の縁である、請求項３に記載の組立体。
5. 前記第２の縁（１２８、１２９）は前記第１の縁（１２７）に対して垂直である、請求項３または４に記載の組立体。
6. 前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と前記少なくとも１つの第２の区画室（１２５）とは互いと平行に延びる、請求項１から５のいずれか一項に記載の組立体。
7. 前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）は、前記支持体の第１の縁（１２７）と平行に延びる、請求項１から６のいずれか一項に記載の組立体。
8. 前記第１のダクト（１３３）と前記第２のダクト（１３４）とは、互いと平行であり、前記支持体の第２の縁（１２８、１２９）と平行に延び、前記第２の縁は前記第１の縁（１２７）に対して垂直である、請求項７に記載の組立体。
9. 前記支持体（１２、７２）は、前記第１の表面（１２１）と前記第２の表面（１２２）との間で延びる少なくとも１つの流体密封繋ぎ部材（１２３）を備え、前記流体密封繋ぎ部材は、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と前記少なくとも１つの第２の区画室（１２５）との間に分離壁を形成する、請求項１から８のいずれか一項に記載の組立体。
10. 前記支持体（１２、７２）は、相対する側縁（１２８、１２９）同士の間で延び、前記第１のダクト（１３３）および前記第２のダクト（１３４）の各々は、前記相対する側縁（１２９）のうちの少なくとも１つに沿って延び、前記第１のダクト（１３３）は、前記ダクトに沿って配置されるスリット（１３７）を備え、前記スリットは、前記支持体の前記相対する側縁（１２８、１２９）の一方を封止して受け入れる、請求項１から９のいずれか一項に記載の組立体。
11. 前記第１の流体通路（１２６）は前記第１の表面（１２１）の前記膜領域に位置付けられ、前記第１のダクト（１３３）および前記第２のダクト（１３４）は、平行であり、前記第１の表面（１２１）に対して垂直な視界から見られるとき、前記膜領域に隣接して配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の組立体。
12. 前記支持体（１２、７２）は、剛体であり、相対する側縁（１２８、１２９）同士の間で延び、前記第１および第２の表面（１２１、１２２）の間に介在される複数の繋ぎ部材（１２３）を備え、前記繋ぎ部材は、前記相対する側縁（１２８、１２９）同士の間で延び、前記繋ぎ部材は、前記第１の区画室（１２４）と前記第２の区画室（１２５、７２５）とを互いから流体密封に別々にする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組立体。
13. 前記開口（１５）は、前記開口の平面に対して垂直である開口軸を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の組立体。
14. 前記開口軸は、前記第１の表面（１２１）と非平行に配向される、請求項１３に記載の組立体。
15. 前記開口軸は、前記第１の表面（１２１）に対して実質的に垂直である、請求項１３に記載の組立体。
16. 前記第２の区画室を画定する前記壁（１２１０、１２２０）は、前記第１の表面と平行な部分を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の組立体。
17. 前記開口は水平線に沿って位置決めされる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組立体。
18. 前記第２の区画室（１２５、７２５）は、前記第１の表面と前記第２の表面との間に介在され、前記第１の流体通路（１２６）は前記第１の表面（１２１）の前記膜領域に位置付けられ、前記開口（１５）は、前記第２の区画室（１２５）と前記第１の表面（１２１）との間で延び、前記開口は、前記膜領域と別々の前記第１の表面（１２１）の第２の領域に位置付けられる、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組立体。
19. 前記第２の領域は前記膜領域の下に位置付けられる、請求項１８に記載の組立体。
20. 前記第２の表面は平面状であり、前記組立体は、前記第２の表面（１２２）から延び、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と流体連通している複数の第２の流体通路（１２６）を備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載の組立体。
21. 前記第１の半浸透性膜（１１）は、前記第１の表面（１２１）の少なくとも１つの縁（１２０、１２７、１２８、１２９）から離間される、請求項１から２０のいずれか一項に記載の組立体。
22. 前記第２の表面（１２２）に取り付けられる第２の半浸透性膜（１１、７１）を備え、前記第２の表面は平面状であり、前記組立体は、前記第２の表面（１２２）から延び、前記少なくとも１つの第１の区画室（１２４）と流体連通している複数の第２の流体通路（１２６）を備え、前記第１の区画室（１２４）は、前記第２の流体通路（１２６）を通って前記第２の半浸透性膜と流体連通している、請求項２１に記載の組立体。
23. 前記第１の半浸透性膜（１１）と異なる浸透特性を有する第３の半浸透性膜（７１）を備え、前記第３の半浸透性膜は、前記膜領域と別々の領域において前記第１の表面（１２１）に取り付けられ、前記第３の半浸透性膜は前記第２の区画室（７２４）と流体連通している、請求項１から２２のいずれか一項に記載の組立体。
24. スタック（１００）に配置される、請求項１から２１のいずれか一項に記載の組立体（１０）を複数と、前記第１のダクト（１３３）と流体連通している回収器（１０４）と、前記第２のダクト（１３４）と流体連通している分配多岐管（１０７）とを備える、流体を処理するためのモジュール。
25. 前記分配多岐管（１０７）はガスを搬送するように構成され、前記組立体（１０）は、前記第２の区画室（１２５、７２４）と、および、前記組立体を取り囲む周囲環境と流体連通している開口（１５）を備える、請求項２４に記載のモジュール。
26. 前記組立体の前記第１のダクトが統合される単一体の多岐管を備える、請求項２４または２５に記載のモジュール。
27. 請求項２４から２６のいずれか一項のモジュールを備えるバイオマス反応器。