JPS58193702A - クロスフロ−濾過流動を増大させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は家庭排水、工業排水、都市排水及び塩分を含む
海水等の液体中に含まれる懸濁物の除去に係る。さらに
詳しくは、本発明は懸濁物を含む液体のクロスフロー濾
過媒体を移動する速度を高める方法及び装置に係るもの
である。この明細書においては、クロスフロー濾過媒体
を移動する速度を１濾過流動”と称することにする。

家庭排水、工業排水、都市排水の処理或いは又海水の予
処理において、コロイド状微少粒子を含む懸濁物の除去
は一般に欠かすことのできない必須工程となっている。

業界においては、そのような懸濁物を除去する九めに、
例えば極微濾過や限外濾過や逆浸透を用いたクロスフロ
ー濾過と例えば複合媒体濾材を用いたスルーフロー濾過
とが採用されている。

従来のスルーフロー濾過では、濾過媒体に連続的に蓄積
されてそこに粘る濾過された微粒子を取除くために背面
洗浄を必要とする欠点があった。

そのために、スルーフロー濾過はパワチェ程となり、濾
過媒体を横切る駆動圧力差が一定であるとすると濾過流
動が急速に衰勢する。流動の衰勢はスルーフロー濾過に
おいては広く認識された問題点である。

他方、クロスフロー濾過においては、液体の供給流の方
向が濾過媒体の表面に対して接線的であるためＫ、流れ
の剪断作用′の結果、濾材表面に濾過された粒子が蓄積
することは少いと言われている。それでも尚、極微濾過
の濾過媒体として代表的に用いられる微少孔付き中空管
の流体力学的流れの性質により、フィルター表面には濾
過された粒子の薄いスラッジ層又はケーキが形成される
。

クロスフロー濾過システムにおいては、このスラッジの
蓄積により流動が早期に低下するようになる。従って、
現実に行われているクロスフローシステムは定期的な逆
流を行っており、即ち浸透流の方向が一時的に逆にされ
る。以下に詳しく述べられているが、逆流は必ずしも満
足のいく解決とはなっていない。従って、′Ｉｊ１過の
進行に伴いそのような中空管の内面に濾過された粒子が
蓄積してＩＩＩ過流動を低下させる問題は、こねまで解
決されなかった主要な問題である。

最近、厚壁の微少孔付き熱可塑性管を利用したクロスフ
ロー極微濾過方法がメリーランド州ローレルにあるハイ
ドロノーティクス社（Ｈｙｄｒｏｎａｕｔｉｃｍ　）に
よって発展されている。ハイドロベル管の商標名でハイ
ドロノーティクス社によって提供されているこれらの管
の濾過特性は、複合フィルターの“深さ“と薄膜限外濾
過の“薄膜″との両者の持ち味を結合したものである。

ハイドロベル管は数ミクロンの単位の大きさの孔を有し
、孔の長さはその直径の何倍もあるという点において従
来の薄膜限外フィルターとは異っている。これらの管に
ついては、例えばアメリカン　ソサイエティ　オブ　メ
カニカル　エンジニアズのし／−）＃！７７−　ＥＮＡ
８−５１号に１クロスフロー極微濾過の使用による排液
からの懸濁物及びコロイド状粒子の除去”という表題で
記載されていて、発明の理解に必要な範囲内でここに引
用されている。

概して、懸濁物を除去しようとする液体は、数ミクロン
の有効直径からコロイド状の単位に生る広範な大きさの
粒子を含んでいる。ハイドロベル管のような厚壁の熱可
塑性管の１深さ”濾過特性のために、管の最大の孔径よ
り小さい粒子は管の壁組織に入り込み、一方、最大の孔
径より大きい粒子は管の内表面に貿まワてスラッジ層（
普通動的膜と呼ばれる）を形成する。

壁組織に入り込んだ粒子は、不規則で曲りくねった孔構
造のために終にはそこに捕集されることになる。極微濾
過が進行するにつれて、小さな粒子でさえも動的膜の存
在によって壁組織に入り込むことが阻止されるようにな
る一捕集された粒子によって管の孔構造が詰ってくるこ
ととともに、動的膜が徐々に形成されることによって、
濾過流動は低下するととＫなる。この濾過流動の低下は
濾過経過時間についてほぼ指数関数的となる。

濾過流動を増大させることが懸濁物を含んだ液体の処理
工程をより経済的にするという観点から、業界では、ク
ロスフロー濾過シスデムにおいて上記した流動低下の阻
止及び／又は低下した後で流動を高い値に回復させる方
法が探究されていた。

流動を回復する喪めに、種々の洗浄技術が以前から試験
されていた。このような洗浄技術は濾過媒体の表面を化
学的及び／又は物理的に洗浄することを含むものである
。例えば、粒子蓄積層を分解してそのような層の除去さ
れたフィルター面を得るために化学溶剤が使用されてい
る。一般に使用されるそのような溶剤の一例として塩酸
がある。

他方、簡単でよく用いられる物理的洗浄技術はフィルタ
ー媒体の逆洗である。中空管フィルターを用いたりｐス
フロー濾過工程によく用いられるこの洗浄技術は、洗浄
液（例えば水）、普通は処理された液体そのものの一部
分が逆洗処理に必要となることを含む幾つかの欠点を有
している。そして、中空管フィルターを貫通して逆流さ
れた液体は管内表面に蓄積されたスラッジを含むように
なってこの液体は再処理を必要とし、この工程で処理す
べき液体の合計量が増加するととＫなる。逆洗について
さらに不都合擾ことに、従来のフィルター管は流動を高
めるため或いは浸透性をよりよくするために前処理され
ている。従って、逆洗が行われる度毎に、このようなフ
ィルター管は再び前処理を施こさなければならない。こ
れは明らかに時間の浪費であシネ経済的である。結局、
前処理されたフィルター管に対しては逆洗は満足のいく
洗浄技術とは言えない。

本発明の方法及び装置は、フィルター面に形成される動
的膜の厚さを周期的に低下させることによりクロスフロ
ー濾過媒体をして高流動を得さしめるものである。後述
される試験の結果、本発明により得られたクロスフロー
極微流動は時間とともに低下するけれども、試験周期の
最後に得られた値は本発明を用いない同等の或いは実質
的に同様のクロスフロー濾過システムにょシ得られた値
よりはるかに高いものとなっている。本発明により得ら
れる濾過流動の値は処理すべき特定の液体の特性、特に
懸濁物の特性、さらには濾過工程の種々の７９ラメータ
に依存するものである。

さらに、本発明を適用することによって、浸透さすた液
体の特性は影醤されないことが確認された。

本発明によりクロスフロー濾過流動を増大させることは
クロスフロー濾過技術に貢献するものである。

本発明は、従来技術の問題点及び欠点を克服し、逆洗を
行うことなく管内表面のスラッゾ層（動的膜）の厚さを
周期的に低下させることによってフィルター管を通る粒
子を含んだ液体のクロス７０−濾過流動を高める方法及
び装置を提供することを目的とするものである。

本発明は濾過工程全般における流動作用を高めるために
洗浄過程にある懸濁物の物理的特性を利用したものであ
る。本発明における処理過程において用いられるその他
の主なノヤラメータは、普通の及び増加した（高められ
た）液体循環速度９通膜圧力、継続的な洗浄ステツノ間
の時間間隔等である。上記及び特許請求の範囲で用いる
“過膜圧力”は、管壁を貫通して液体を浸透させるため
にフィルター管内で管壁の内側面に直角に作用する有効
正圧力を意味し、“普通の″及び゛増加し九″循環速度
はそれぞれ普通の濾過期間及び洗浄期間にフィルター管
を長手方向Ｋ（即ち、管壁に平行に）流れる液体の速度
を指すものとする。

本発明は、（１）フィルター管を従来のように取転囲む
浸透−収集ジャケット中でサイクル状に浸透孔を周期的
に閉じ、よって実質的に浸透流を周期的に閉塞するか、
又は、（２）システム背圧をサイクル状に周期的に低下
させ、よって通膜圧をほぼ零とし且つ背圧がそのように
低下したときに液体の倉環速度が本来的に増加するよう
に実施することができる。これらの両技術（サイクル）
は同時に又は独立的に実施することができ、その効率は
サイクルの洗浄期間にフィルター管を通る液体の循環速
度を増加することによって好ましく増加する。

本発明のその他の目的及び利点は彼達の説明によって明
らかとされ、又、本発明の実施についての説明又は実施
によって明らかとなるであろう。

本発明の目的及び利点は特許請求の範囲に記載された構
成及び特定して指摘した事項の組合せによって達成、実
現される。

上記及び以下に説明した本発明の目的を達成するために
、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のクロス
ツー−濾過流動を増大させる方法は、 （１）　　濾過管に液体を流し、濾過管内に通験圧をも
たらすことによって管壁を通して液体を浸透させ、よっ
て濾過管の内表面に懸濁物の少くとも一部がスラッゾ層
←して堆積され、 ＜ｂ）　　通膜圧を４分を越えない時間の間、好ましく
は約５秒から′約６０秒の間、より好ましくは約３０秒
くらいの間はとんど零になるように周期的に低下させ、
よってスラッゾ層を崩落させてその厚さを減じ、 （ｃ）　　各断続的な低下の後で通膜圧を再びもたらし
、よって経時平均的な濾過流動が増大されるステ、ｆか
らなる。典型的には、通腺圧はフィルター管内の有効正
圧をつくり出すことによってもたらされ、通膜圧の周期
的な低下は有効正比をほとんど零に周期的に低下させる
ことによって達成される。

以下に広範にその態様が示されるように、本発明はさら
に、 （１）濾過管を閉鎖ジャケットによりジャケット内の液
体と濾過管内の液体間に圧力差が生じるよう取り囲み骸
ジャケットに濾過管々壁を通って浸透した液体を集め、 （２）集められた液体をジャケットから延びるポートを
介してジャケットから取出し、 （３）浸透流集めジャケットのポートを閉じることによ
ってジャケットと濾過管の内側間の圧力差を２分を越え
ない時間の間、好ましくは５秒から６０秒の間、より好
ましくは約３０秒くらいの間、はとんど零になるように
周期的に低下させ、よってスラッゾ層を崩落させてその
厚さを減じ、（４）各断続的な低下の後でポートを開く
ことＫよって圧力差を再びもたらし、よって経時平均的
な濾過流動がさらに増大されるステップからなる。

本発明はさらに上記方法において、濾過管を長手方向に
流れる液体の循環速度を通膜圧がｉｔとんど零に低下さ
れる時間と一致して嵩期的に７フイ一ト／秒を越える値
、好ましくはｌＯから２０ｆｐＳ、より好ましくは約１
５ｆＰＳ１まで増加させるステップを含む。

本発明はさらに、 キ多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のクロス
フロー濾過流動を増大させる方法であって、 （ａ）　　濾過管に液体を流し、濾過管内に通膜圧をも
たらすことによって管壁を通して液体を浸透させ、よっ
て濾過管の内表面に懸濁物の少くとも一部がスラ、ジ層
として堆積され、 （ｂ）　　濾過管を長手方向に流れる液体の循環速度を
２分を越えない時間の関７フイート／秒を越える値、好
ましくは１０から２０　ｆＰ８の範囲、より好ましくは
約１５　ｆＰ８　’＊で周期的に増加させ、よってスラ
ッジ層を崩落させてその厚さを減じ、（ｃ）　　各断続
的な増加の後で彼環速度を低下させるステツブからなる
クロスフロー濾過流動を増大させる方法を提供するもの
である。本発明のこの方法を実施するだめの装置が述べ
られている。

さらに、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体の
クロスフロー濾過流動を増大させる装置であって、 （ａ）　　少くとも１つの多孔性濾過管、（ｂ）　　濾
過管に液体を流す手段、 （ｅ）　　６１過管に通膜圧をもたらす手段、よって濾
過管々壁を通して液体が浸透し濾過管の内表面に懸濁物
の少くとも一部がスラッジ層として堆積され、 （ｄ）　　過膜圧を胸期的にほとんど零に低下させそし
て再び通膜圧をもたらす手段、よってスラッジ層を崩落
させてその厚さを減じ且つ経時平均値な濾過流動が増大
されるように構成されたクロス７０−濾過流動を一部さ
せる装置が提供される。

以下本発明の原理及び実施例について図面を参照して説
明する。

本発明は、例えば、排水、塩水を含んだ水又は海水のよ
うなコロイド状に微細な粒子を含む液体のクロス７０−
濾過、特に極微濾過処理において流動を高めるのに有効
である。本発明により処理される懸濁液を含んだ水の例
は洗濯排水、電気メッキ排水、都市排水、バッテリー製
造排水、金輌切削処理工程排水、ｆｋ水即ち淡水化又は
石油井戸の地中への再循環前の海水等である。

本発明によって、クロスフロー濾過管内のスラ、ジ層の
平均的な厚さは、管内で比較的短時間のうちに崩落を周
期的に生ぜしめその時間内にスラッジ層の厚さが実質的
に低下するように濾過システムを操作することによって
制御される。そのようなスラッジ層除去の間隔毎に管壁
での浸透作用は普通のように行われてスラ、ジ層は再び
成長して厚くなる。スラ、ジ層の平均的な厚さは、とり
わけ、（１）崩落のおこる時間間隔の長さ、（１１）崩
落のための時間、これは前者に従って増加する、に依存
するものである。

本発明は少くとも部分的には観察と理論的結論に基くも
のであり、即ち、スラッジ層は管壁を貫通する浸透に対
する抵抗から生じた過膜圧によってその大部分が管壁内
表面に保持されるものであり、この結論はスラッジ層の
粘着性が小さくなるほど適するようになる。幸いなこと
に、実質的に粘着性の小さいスラッジ層とするための前
処理技術が当業界に発展している。

本発明はさらに、理想的に（と仮定して）粘着性の小さ
い物質に対して、我々の発見した下の式％式％ ここで、Ｅは崩落率、ρは液体の密度、■は本来的な循
環速度、Ｗはスラッジ層に直角な浸透速度である。この
方程式は、スラッジ層の崩落作用が、浸透速度局を相対
的に小さな値に低下させるか及び／又は循環速度間を増
加するかによって高められることを示している。本発明
によって、循環速度間を周期的に増加させることが、管
壁の内表面（ここにスラッジ層がはり付く）に直接に接
触しているスラッジ層の大部分を除去する効果的である
ことが見出されている。

本発明に関して以下に詳しく説明されるが、崩落作用の
高められた時に得られる崩落率は概して十分高いものと
なっており、従って、大量のスラッジ層が分又はそれ以
下の単位の非常に短時間のうちに除去される。結局、逆
洗による従来の洗浄の効率が、本発明によるクロスフロ
ー濾過システムにおいて周期的に、（１）循環速度を増
加する、（２）浸透速度を実質的に低下させる、（３）
過膜圧力を低下させる、いずれかのステ、ｆ又はその組
合せにより得られる。この効果はライルター管を通して
液体を逆流させることなく得ることができ、従って、従
来の逆洗の深刻な欠点を避けることができるものである
。

本発明は従来のクロスフロー濾過システムの設計・構成
のものを効率よく経済的に使用可たらしめるものであり
、即ち周期的な崩落作用の高まりはそのようなシステム
に備っている下流側の背圧弁を単に周期的に開くことに
よって得られるものであり、これは同時に通膜圧を小さ
な値に低下させ且つ循環速度を実質的に増加させる（上
のステップ１と３）ことである。

本発明によるクロスフロー濾過は、例えは、厚壁の微少
孔付き熱可塑性の管を使って実施することができる。こ
れらの管は例えはナイロンやポリエチレンのような押出
し成形可能な然もその厚さが約１ミリメートル位の多様
な熱可塑性樹脂から作ることができる。但し、多様性の
中に、そのような管は主要孔径が１ミクロンから１０ミ
クロンの単位であり且つ気孔率が約６５優、即ち孔が管
の表面区斌の約６５チを占める、の単位にあることを条
件とする。限定されるものではないけれども、本発明を
実施するのに有効な好ましい多孔性の熱可塑性管は上記
特性を備えた上述の・々イドロベルン管であり、これら
の管はメリーランド州。

ローレルのハイドロノーティク社により提供されて市場
にて入手可能である。

第１図に、そのような厚壁の微少孔付き熱可塑性管を通
るクロスフロー濾過の略図が示されている。供給液体が
管の内側を比較的低圧、例えば２かも５０　ｐｓｉ　、
好ましくはｌＯから２０ｐ１で流れ、癩過浸透が例えば
約１ミリメートルの単位の比較的厚い管壁を貫通して起
る。低圧及び厚壁を用いることがこのタイプのクロスフ
ロー極微濾過を、濾過圧約５０ｐ１以上でもっと薄い皮
膜を利用している従来の限外濾過と区別している主な点
である。

上述したように、極微濾過の初期において、供給液体中
の懸濁物は内側管壁に運ばれて通膜圧により動的膜（ス
ラッジ層）として管壁に堆積される。この動的膜の成長
は管に沿って長手方向に流れる液体の循環速度により作
用される剪断力によって制限される。この剪断作用は崩
落の形体をとる。動的膜の堆積速度と崩落速度の釣合い
によ抄平衡なスラッジ層厚が形成され、従って、供給液
体を処理するために高圧部分は抑流される。この釣合状
態は供給液体の懸濁物によって異る。懸濁物をこの場合
に限って区分すれば、粘着性の小さいものと粘着性のあ
るものに分けられる。粘着性のある粒子については、粒
子間の固着応力が相対的に大きい。それらが一旦接触す
ると、それら間の固結を解くのに大きな剪断力が必要と
される。

換言すれば、このタイプの粒子は強い崩落作用を必要と
する。他方、粘着性の小さい粒子は相互の固結力が弱く
、従って崩落され易い。しかしながら、粘着性の小さい
粒子の場合にさえも、フィルター管壁への固結は起９、
よって管壁に直に隣接して薄い付着層が形成され、これ
を除去するためには本発明によるような強い崩落作用を
必要とする。

温度は供給粘度、従って流動率に影響するけわども、本
発明の洗浄過程に対して実際上の広範な温度範囲につい
て大きな効果を示すことは期待できない。

粒子の挙動を支配するその他のパラメータは供給液体中
の粒子有効直径とその大きさの分布である。供給液体自
体のｐＨや粘度等の特性はその懸濁物の挙動に影響を与
えるかもしれない。排水処理には化学添加物が普通用い
られるが、排水に添加物を入れることによっても懸濁物
の特性は変わるであろうし、従って、流動速度も変化し
よう。

フィルター管のスラッジ層を粘着性が小さいようにして
おくのは望ましいことであるから、クロスフロー濾過に
先立って供給液体に化学的前処理を施すことＩｒ１Ｓ々
の液体に対して本発明を実施するのに有効である。概し
て、そのような前処理の目的はふくらんだ或いはルース
なタイプの粘着性の小さいフロ、りからなる供給液体を
得ることである。本発明に用いるのに適した前処理添加
物の代表的且つ従来的なものの例は、必ずしもこれに限
られるものではないが、フロ、フカラント（例えば、水
酸化カルシウム、アルミニウム、硫化カルシウム、水酸
化第２鉄）、ポリエレクトロライト　フロ、フカラント
、及び本願と共通の鎗渡人に譲渡された米国特許出願第
１５２，６３９号に記載された添加物等である。

第２図を参照すると、本発明の一実施例が示されており
、多孔性フィルター管１を通過する懸濁物含有液体のク
ロスフロー濾過流動は次の手順によって高められる。（
１）例えば従来の循環ボンｆ２と供給ライン３を使用し
て液体をフィルター管に流し、（２）７　（ルター管１
に過膜圧をもたらすことによって液体を管壁から浸透さ
せ、よって管の内表面に懸濁物の少くとも一部をスラッ
ジ）＠（図示せず）として堆積させ、（３）約２分を越
えない時間の間通膜圧をほとんど零に周期的（断続的）
に低下させ、その時間は約５秒から６０秒が好ましく、
さらには約３０秒がより好ましく、よってスラッジ層が
崩落してその厚さを減じ、（４）各断続的な低下の後で
過膜圧を再びもたらして、その時間は２０分を越えない
ことが好ましく、さらに好ましくは約１分から約１０分
の範囲にあり、よって鮭時平均的な濾過流動が高められ
る。

本発明の好ましい態様によると、過膜圧は、フィルター
管１の下流側端部又はその近くに配置される従来型の常
時部分閉背圧弁４を用いてフィルター管１の有効正圧を
つくり出すことによってもたらされ、過膜圧の周期的な
低下は背圧弁４を全開又はほぼ全開とすることによって
フィルター管の有効正圧を周期的に逃がす（例えばほと
んど零に低下させる）ことによってなしとげられ、従っ
てこれはフィルター管１を流れる液体の速度を本来的に
増加することになる。これは例えば背圧弁４に作用的に
結合された従来型の時間調節駆動手段によってなしとげ
られることができる。今述べたように、そして第２図に
略して示されるように、駆動手段は従来型の時間調節制
御部５を含むものである。過膜圧は背圧弁４を制御部５
を介して再び部分閉に閉じることによって復元される。

本発明の他の態様によるとン第２図）、フィルター管１
を浸透した液体はフィルター管１を取囲む閉鎖型ジャケ
ット６に集められ、ジャケット６はこのジャケット６内
の液体とフィルター管１内の液体との間に圧力差が生じ
るように適切にフィルター管を取囲み、集められた液体
はソヤクットから延び出したポート７（ここでは浸透デ
ートと称する）を介してシャケ、トロから取出される。

浸透ポート７は第２図に示すように配置され、或いは又
、シャケ、トロ内に空気が入らないようにするためにシ
ャケ、トロの蝦上部に配置されることもできる。

この態様においては、ソヤケット６とフィルター管１と
の圧力差が弁８を使用してポート７を閉じることによっ
て周期的にはとんど零になるように低下され、その時間
は２分を越えることなく、好ましくは５秒から６０秒の
範囲にあり、より好ましくは約３０分位であるのが好ま
しい。ポート７の断続的な開閉は例えばポート７又はポ
ート７を結ぶ浸透ライン９に配置された従来型の弁８に
作用的に結合された従来型の時間調節駆動手段によって
なされる。今述べたように、そして第２図に略図的に示
されるように、駆動手段は制御部５と同様の従来型の時
間１１１ｉｆＩ制御部１０を含むものである。

上記態様のいずれに対しても、スラッジ層の崩落即ち結
局時間的に平均した濾過流動の向上は、過膜圧がほとん
ど零に低下される時間と合せて、即ち、（１）フィルタ
ー管１の有効正圧が逃がされる、（２）シャケ、トロと
フィルター管ｌ内との圧力差がほとんど零に低下される
、時間間隔に合せて、フィルター管１を長手方向に流れ
る液体の循環速度を周期的に増加することＫよりてさら
に増大される。

さらに、本発明によって、スラッジ層の崩落作用を為め
ることは、上記両独様とは別に循環速度を周期的に増加
させることのみによってもなしとげられる。好ましくは
、洗浄サイクルの間に少くとも７フイ一ト／秒（ｆｐｓ
　）　ｔで増加され、さらに好ましくは約１０から２０
　ｆｐＨの範囲内の値、さらに好ましくは約１５　ｆｐ
Ｓ’ｔで増加される。これを濾過サイクルにおけるフィ
ルター管を流れる循環速度と比較すると、エネルギーコ
ストの点から望ましい濾過サイクルの循環速度は１から
７ｆＰ８の範囲であり、好ましくは上記範囲の下端値で
ある。

フィルター管１を通る液体の循環速度を増加はサイクル
の洗浄期間において所望により、（１）背圧弁４　を開
＜　、（２）循環ポンプ２のポンプ作用を高める、（３
）ポンプ２のポンプ作用に加えて供給ライン３に追加の
循環ボンｆ（図示せず）を設ける、及び／又は（４）好
ましくはフィルター管を通る普通のポンプ容積の分数即
ち平行な数多くの管からなる平行管束（ここでは“モジ
ュール”と称する。第３１図及び第３ｂ図参照）を増加
する、ことＫより周期的に増加される。上記プロセス（
４）は単一のポンプに平行に結合され且つ供給を受ける
２個以上の管又はモノ、−ルシステムの１個のみについ
て背圧弁が開かれるときに本来的にもたらされることで
ある（第３ａ図、第３ｂ図参照）。

上記種々の態様を要約すると、流動率を高めるためにフ
ィルター管のスラッジ層崩落促進は、（１）比較的短時
間の間通膜圧をほとんど零に周期的に低下させ、及び／
又は（２）比較的短時間の間循環速度を少くとも７　ｆ
ｐｓｔで高めることによりてなしとげられる。上述した
ように、前者の洗浄技術（１）は周期的に、（ａ）フィ
ルター管の有効正圧をほとんど零に低下させる、及び／
又は（ｂ）フィルター管内と間管を取囲むソヤケットと
の圧力差をほとんど零に低下させることによってなし遂
げられる。後者の洗浄技術（２）は、前に述べたことで
あるが、フィルター管壁表面に直に接触して粘着された
スラッジ層の一部を取去る効果を有するものである。

第３ａ図及び第３ｂ図は本発明の工業的な笑施スケール
の好ましい態様を示すフローシステム図である。

第３ａ図に示されるように、まずクロスフロー極微濾過
を施こされるべき液体が循環タンク３０に送られ、液体
の粘着性を小さくするために所望であれば、゛化学的前
処理剤が同時に添加される・フィード４ンプ４０が液体
をタンク３０からモノニラ−濾過管システム（モジ、ラ
ージステム）５１．５２．５３へ送る。図には３個のモ
ジュールシステムが示されているけれども、実際には必
要に応じて多数個の七ジュールシステムが使用される。

図に示されるように１モジ、−ルシステム５１．５２．
５３は、システムに送るべき液体とフィードライン６０
を介して且つ浸透されてシステムから取出されるべき液
体と浸透ライン７０を介して流体連通可能に平行に結合
されている。モノ、ツーシステム５１，５２．５３を通
過した後で、供給液体はシステムから出口ライン８０を
介して出る。

出口ライン８０には濾過制御弁Ａｔ　　、　ＡＩ　　ｒ
　Ａ３と背圧逃がし弁Ｂｌ　　ｒ　Ｂｌ　　＊　ＢＳが
配置される。

普通の濾過の間には、背圧逃がし弁Ｂｌ　、Ｂ、。

Ｂｌは閉じられて各モジュールシステム５１゜５２．５
３の通膜圧は濾過制御弁ＡＩ　　、１２　　＋Ａｓの設
定により制御される。背圧逃がし弁Ｂ１が開かれると、
モー）ニール５１はスラッジ層崩落（洗浄）モードにな
り、（１）通膜圧がほとんどなくなり、（２）循環速度
が本来的に速くなる。弁Ｂ３とＢ、が閉じられたまま弁
Ｂｌが開かれたとすると、モジュールシステム５１を通
る循環速度ハモジュールシステム５２．５３と比較して
モジュールシステム５１の背圧が実質的に低下するため
に実質的に上昇することになる（フィードポンプ４０か
らの全供給量の大部分が弁５１を開くときにモジュール
システム５１を通る）。本発明を実施するに際しては、
背圧弁Ｂｌ　　＋　Ｂｔ　　＋　Ｂｌは他の２つの弁Ｂ
を閉じたままいずれかを順次開くのが好ましいことにな
る。

好ましくは、濾過モジュールシステム５１゜５２．５３
から出た供給液体は出口ライン８０から戻りライン９０
を介してタンク３０に戻されてさらに続いてシステムを
循環される。図に示されるように、循環タンク３０はｌ
トムスラッジ除去装置を具え、そして濾過管を洗浄する
ための溶液を入れたタンク１００が周知のバイパス弁の
システムによって戻りライン９０及びフィードポンプ４
０に連通される。

第３ｂ図は２個のそり、ラー濾過管システム５１．５２
を詳細に示したものである。モジュールシステム５１は
直列に連通された３つの濾過管又はモジュール（平行管
束）５４，５５．５６を具備している。同様に、モジュ
ール５２は直列に連通された３つの濾過管又はモジュー
ル５７゜５８．５９を具備している。図には３管又はモ
ジュールが示されているけれども、必要に応じて多数個
の管やモジュールが使用される。留意すべきは、各モジ
ュールの液体流ノリーンを分り易く示すために第３ｂ図
には濾過管又はモジ、−ル５４−５９を取囲むジャケッ
トは示されていないことである。

本発明を工業的に実施するためには平行及び／又は直列
に配置された多数個の濾過管（モジュール）が必要とな
ってくる。そして、第２図について説明した基本的原理
はそのようにスケールアップされた装置に４轟然適用さ
れるものである。

単一のナイロン微孔管で実施されたクロスフロー極微濾
過の例１２例２が下記に示される。これらの試験に用い
られた単一管試験ループを示すダイヤフラムが第２図に
示されている。

第２図に示されるように、工程試験ループは約２ガロン
の容量を持つフィードリザーバ１１、リザーバ用温度結
１２及び温度制御ユニット１３を含んでいた。循環ポン
プ２は試験液体をリザーバ１１から引出した。例１１例
２において、試験液体は電気メッキゆすぎ水であり、前
処理剤（中剤）は石灰であった。循環流動速度は固定さ
れた容積容器とタイマー（図示せず）であった。圧力計
１４．１５が管１での圧力ドロップ並びにシステムの圧
力を測定するためにフィードライン３及び濾過管ｌの下
流側に取付性られている。調整（流量制御）弁４．フィ
ードパイ・ぞス弁１６及びフィード制御弁１７によって
システムの流れが制御された。Ｗ＃整弁４がシステムに
背圧をもたらした。

クロスフロー極微濾過管１はループ内で浸透流集めソヤ
ケッ）６によシ取囲まれていた。浸透流制御弁８は、集
めジャケット６から延びる浸透ポート７から出た浸透流
に背圧を与えた。浸透された液体は浸透ライン９を介し
てリザーバ１１に戻された。

例１及び例２に用いられたナイロン微孔管１の内径は６
ミリメードルであシ、外径は８ミリメー）ｋｆ＃−ｖｆ
ｔ。管１は長さ４６センチメードル、濾過面積８６．７
平方センチメートルであった。又、管の気孔率は６５Ｌ
孔の大きさは２から１０ミクロンであった。これらの試
験は定濃度一定容積モード、即ち、浸透液体はフィード
リザーバに再混入されて電気メツキ排水からなる循環フ
ィード液体の容積並びに懸濁物濃度が相対的に一定に留
められる、で行われた。

例３は例１及び例２で用い九単−管の代シにして管モジ
ュールを用いて物理的に異ったループを用いて行われた
が、このループは例１及び例２について述べたと実質的
に同じ方法を適用したものである。例３の試験液体はか
なりの量の微生物を含む濁った塩分を含むチェサピーク
湾の水であった。塩化第２鉄及び水酸化ナトリウムの混
合物が粘着性の小さい液体を得るために濾過に先立って
水に加えられた。

例１ １ＪｐＪｚ図に示される装置を利用して、普通のクロス
フロー極微濾過工程と本発明による流動を高めた工程と
の差を明らかにするための比較試験が行われた。双方の
場合の操作条件は同様であった。

第４図のグラフに示されるように、普通の濾過工程に対
する流動値は、４時間後においてさえ連続して落ちてい
った。しかしながら、本発明による流動率を高める技術
に対しては高台状流動値が約３０分から１時間の操作で
得られた。

この例に使用した流動率高揚技術はサイクル的に１０分
濾過の後に３０秒間浸透テートを閉じることによって行
われた。濾過工程の循環速度は７ｆＰＢであった。浸透
ボートが閉じられる時間内には、循環速゛度はほとんど
不変であった。

例２ 第５図に示されているこの例の結果は、システム（第２
図）の背圧を３０秒間１０分間隔周期で逃がして過膜圧
をほとんど零に低下させ同時に循環速度を１３から１５
ｆｐＢに増加させることによる流動率高揚効果を示すも
のである。流動率は過膜圧に比例的であり且つ循環速度
はこの試験システムにおいては背圧に逆比例的であるか
ら、背圧を低下させることはシステムの挙動に２つの効
果をもたらす、即ち、（１）浸透流率を低下させ、（２
）システムの循環速度を増加させる。普通の濾過工程の
循環速度とはほとんど独立的な流動値に対して、背圧弁
４を開く操作により流動値が大きく正方向にソヤングし
、サイクルの洗浄工程の増加された循環速度がほとんど
全てのスラッジ層を除去したことを示している。

例３ 第６図に平均流動値としてプロットされ九この例の結果
は、流動率高揚されないものと、本発明の態様によシ流
動率高揚して得られ九結果を比較して示すものである。

流動率高揚はフィルター管の下流端で背圧弁を１分間開
き、それを４分間普通の濾過位置で部分的に閉じ、この
サイクルを連続して繰り返す１連の試験によって１行わ
れた。

第２の試験においては、流動率高揚は浸透ポートを１分
間閉じ、それを４分間普通の濾過位置で開き、このサイ
クルを連続して繰り返すことによって行われた。これら
２つの試験において、循環速度は試験を通じて比較的に
一定（約７ｆＰＳ）に保たれた。即ち、循環速度は独立
してはスラッジ層崩落期間には高められなかった。しか
しながら、上述したように、背圧弁を開く操作には本来
的にある程度循環速度を増加させるものがある。

これらの２つの試験で流動率高揚して得られた高台状流
動値は、流動率高揚のない第３の制御試験の値と比較さ
れる。又、第６図のグラトー流動値は、流動値高揚がス
ラッジ層崩落の時間と合せて実質的に循環速度を増加さ
せるステ、プを含む第５図の結果とも比較されるべきで
ある。高い流動値を得るために、循環速度を周期的に増
加させることの効果はこの比較の結果により明らかであ
る（約３００ガロン／日（ＧＰＤ　）　／７を対７００
（ａｐｏ）／Ｖｔ　　）。

浸透／−）Ｋよる流動の瞬間値のプロットを観察、する
と、浸透デートの閉鎖のすぐ後の正方向ノヤングは比較
的小さく、従って、循環速度の周期的な同時増加がない
場合にｔｉ頑強に粘着したステ。

ジ層が残ることを指示すると見られる。

当業者にとりては上記した本発明の実施態様に対して特
許請求の範囲及びその精神から離れることなく種々の変
化態様や変形がなされ得ることは明らかである。例えば
、本発明による方法及び装置は極微濾取外のクロスフロ
ー濾過、例えば限外濾過や逆浸透圧も適用することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は供給流（循環）と濾過流（浸透）の方ドループ
を示す略図、第３ａ図及び第３ｂ図は本発明の詳細な説
明するフローダイヤグラム、第４図から第６図は例１か
ら例３のそれぞれの実験値を示すグラフである。 １・・・濾過管、２・・・フィードＩンゾ、３・・・供
給ライン、４・・・調節弁、５．１０・・・弁制御部、
６・・・ノヤケット、７・・・浸透ポート、８・・・調
節弁、１４゜１５・・・圧力計、１６・・・バイパス弁
、３０・・・タンク、４０・・・フィードｌン！、５１
〜５９・・・管（モジュール）、ＡＨｒ　Ａ！　　＋　
ＡＨ”’濾過制御弁、Ｂ、　　ＩＢ、、Ｂ３・・・背圧
逃がし弁。 特許出願人 ハイドロノーティ、クス。 インコーホレイティド 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　″之 手続補正書　（方式） 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特許顧　　第１９３５９３号２、発明の名
称 クロス７０−濾過流動を増大させる方法及、び装置３、
補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　　ハイドロノーティックス。 インコーホレイティド ４、代理人 ６、補正の対象 （１１願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）図面 ７、補正の内容 （１１、ｉ２＋　　別紙の通り （３）図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のク
   ロスフロー濾過流動を増大させる方法であって、 （ａ）　　濾過管に液体を流し、濾過管内に過膜圧をも
   たらすことによって管壁を通して液体を浸透させ、よっ
   て濾過管の内表面に懸濁物の少くとも一部がスラッジ層
   として堆積され、 （ｂ）　　過膜圧を２分を越えない時間の間はとんど零
   になるように周期的に低下させ、よってスラ。 ジ層を崩落させてその厚さを減じ、 （ｃ）　　各断続的な低下の後で過膜圧を再びもたらし
   、よって経時平均的な濾過流動が増大される、以上のス
   テップからなるクロスフロー濾過流動を増大させる方法
   。 ２９通膜圧は濾過管に有効正圧をつくり出すことＫよっ
   てもたらされ、過膜圧の低下は前記有効正圧を周期的に
   ほとんど零に低下させることによってなされることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のクロスフロー濾過
   流動を増大させる方法。 ３　濾過管を閉鎖ジャケットによりジャケット内の液体
   と濾過管内の液体間に圧力差が生じるよう取り囲み該ジ
   ャケットに濾過管々壁を通って浸透した液体を集め、そ
   して、集められた液体をジャケットから延びるボートを
   介してジャケットから取出すステップをさらに含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１］ｊｉ又は第２項記載
   のクロス７０−濾過流動を増大させる方法。 ４　＃！透渡集めジャケットのボートを閉じることによ
   ってジャケットと濾過管の内側間の圧力差を２分を越え
   ない時間の間＃１とんど零になるように周期的に低下さ
   せ、よってスラッジ層を崩落させてその厚さを減じ、そ
   して各断続的な低下の後でボートを開くことによって圧
   力差を再びもたらし、よって経時平均的な濾過流動が増
   大されるステップからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載のクロスフロー濾過流動を増大させる方
   法。 ５、濾過管を長手方向に流れる液体の循環速度を通膜圧
   がほとんど零に低下される時間と一致して周期的に７フ
   イ一ト／秒を越える値まで増加させるステップからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、又は
   第４項記載のクロスフロー舗過渡、動を増大させる方法
   。 ６、循環速度は約１０から２０フイ一ト／秒の範囲内の
   値まで周期的に増大されることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載のクロスフロー濾過流動を増大させる方
   法。 ７、循環速度は約１５フイート／秒まで周期的に増加さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のクロ
   スフロー濾過流動を増大させる方法。 ８、通膜圧は約５秒から６０秒の範囲内の時間の間はと
   んど零に周期的に低下され、この周期的な低下間の時間
   々隔は２０分を越えないことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項、又は第４項記載のクロスフロー濾過
   流動を増大させる方法。 ９　通膜圧は約３０秒の間はとんど零に周期的に低下さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のクロ
   スフロー濾過流動を増大させる方法。 １０、前記周期的な像間の時間々隔は１分から１０分の
   範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載のクロスフロー濾過流動を増大させる方法。 １１、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のク
   ロスフロー濾過流動を増大させる方法であって、 （リ　濾過管に液体を流し、赫過管内に通膜圧をもたら
   すことによって管壁を通して液体を浸透させ、よって濾
   過管の内表面に′懸濁物の少くとも一部がスラッジ層と
   して堆積され、 （ｂ）　　濾過管を閉鎖ジャケットによりソヤケット内
   の液体と濾過管内の液体間に圧力差が生じるよう取囲み
   骸シャケ、トに濾過管々壁を通って浸透した液体を集め
   、そして集められた液体をジャケットから延びる？−ト
   を介してジャケットから取出し、 （ｅ）　　浸透流集めシャケ、トのポートを閉じること
   によってノヤケ、トと濾過管の内側間の圧力差を２分を
   越えない時間の間はとんど零になるように周期的に低下
   させ、よってスラッジ層を崩落させてその厚さを減じ、
   そして各断続的な低下の後でポートを開くことＫよって
   圧力差を再びもたらし、 （ｄ）　　濾過管を長手方向に流れる液体の循環速度を
   通膜圧がほとんど零に低下される時と一致して周期酷に
   ７フイ一ト／秒を越える値まで増加させ、よって経時平
   均的な濾過流動が増大される、ステ、プからなるクロス
   フロー濾過流動を増大させる方法。 １２、ジャケットと漣過管内部間の圧力差が５秒から６
   ０秒の間はとんど零に周期的に低下されることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項又は第１１項記載のクロスフ
   ロー流動を増大させる方法。 １３　　液体の循環速度は１０から２０フイ一ト／秒の
   範囲内の値まで周期的に増加されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１１項記載のクロスフロー濾過流動を増
   大させる方法。 １４、多孔性濾過管はナイロン及び？リエチレンのグル
   ープから選択された押出し成形可能な熱可塑性素材から
   作られ、壁厚は約１ミリメートルであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２積、第４項又は第１１項
   記載のクロスフロー濾過流動を増大させる方法・ １５、液体を粘着性の小さいものとするために濾過管に
   流す前に液体を前処理するステップを含むごとを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項。 第４項又は第１１項記載のクロスフロー濾過流動を増大
   させる方法。 １６、液体を粘着性の小さいものとするために濾過管に
   流す前に液体を前処理するステップを含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載のクロスフロー濾過流動
   を増大させる方法。 １７、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のク
   ロスフロー濾過流動を増大させる方法であって、 （ａ）　　濾過管に液体を流し、濾過管内に通膜圧をも
   たらすことによって管壁を通して液体を浸透させ、よっ
   て濾過管の内表面に懸濁物の少くとも一部がスラッジ層
   として堆積され、 （ｂ）　　濾過管を長手方向に流れる液体の循環速度を
   ２分を越えない時間の間７フイ一ト／秒を越える値まで
   周期的に増加させ、よって７ラツヅ層を崩落させてその
   厚さを減じ、 （ｅ）　　各断続的な増加の後で循環速度を低下させて
   、よって経時平均的な濾過流動が増大されるステ、ｆか
   らなるクロス７０−濾過流動を増大させる方法。 １８　循環速度は１０から２０フイ一ト／秒の範囲まで
   周期的に増加されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １７項記載のクロス７０−鑵遇流動を増大させる方法。 １９、循環速度は約１５フイート／秒まで増加されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のクロスフ
   ロー濾過流動を増大させる方法。 ２０、循環速度は５秒から６０秒の範囲内の時間の間周
   期的に増加されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ７項、第１８項、又は第１９項記載のクロス７ｏ−濾過
   流動を増大させる方法。 ２１、循環速度は約３０秒間周期的に増加されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１７項、第１８項又は第１
   ９項記載のクロスフロー濾過流動を増大させる方法。 ２２、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のク
   ロスフロー濾過流動を増大させる装置でありて、 ＜１）　　少くとも１つの多孔性濾過管、（ｂ）　　濾
   過管に液体を流す手段、 （ｅ）　　濾過管に通膜圧をもたらす手段、よって濾過
   管々壁を通して液体が浸透し濾過管の内表面に懸濁物の
   少くとも一部がスラッジ層として堆積され、 （ｄ）　　通膜圧を周期的にほとんど零に低下させそし
   て再び通膜圧をもたらす手段、よってスラッジ層を周期
   的に崩落させてその厚さを減じ且経時平均的な濾過流動
   が増大される、ように構成されたクロスフ皇−濾過流動
   を増大させる装置。 ２３、前記濾過管に通膜圧をもたらす手段は濾過管に有
   効正圧をつくりだすために濾過管の下流端部に配置され
   た常時部分閉量弁を含み、前記通膜圧を周期的にほとん
   ど零に低下させそして再び通膜圧をもたらす手段は上記
   弁を周期的に開くように皺伸に作用的に結合された時間
   調節手段を含み、よって濾過管の有効正圧を実質的に零
   に低下させることを特徴とする特許請求の範囲第２２項
   記載のクロス７ｐ−薄遇流動を増大させる装置。 ２４、前記通膜圧をもたらす手段は濾過管を通って浸透
   した液体を集め且つ濾過管内とジャケット内の液体との
   間に圧力差をもたらすために厘過管を取り囲む閉＃ＩＩ
   型ジャケット手段を含み、該ソヤケット手段は集められ
   た液体を取り出すためのポートを有し、そして、前記通
   膜圧を周期的に低下させる手段は上記圧力差を周期的に
   ほとんど零に低下させそして再び通膜圧をもたらす手段
   を含み、↓９て通膜圧を周期的にほとんど零に低下させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２２項又は第２：
   ｌｉ項記載のクロス２０−濾過流動を増大させる装置。 − ２５、前記圧力差を周期的にほとんど零に低下させそし
   て通膜圧を再びもたらす手段は前記ボートに配置されて
   前記ボートを周期的に閉じそして再び開く時間調節付き
   弁を含み、前記ポートを閉じたときに前記圧力差がほと
   んど零に低下されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２４項記載のクロス７０−濾過流動を増大させる装置。 ２６ｔｈ１遍管を長手方向に流れる液体の循環速度を通
   験圧がｔｉとんど苓に低下される時間と一致して周期的
   に７フイ一ト／秒を越える値まで増加させる手段をさら
   に含み、よって経時平均的な濾過流動をさらに増大させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載のクロ
   スフロー濾過流動を増でさせる装置。 ２７、直列に連通された複数個の多孔性濾過管又は管束
   を含んで管モジ、−ルシステムが形成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２２項記載のクロスフロー濾過
   流動を増大させる装置。 ２８　　前記管上ソユールシステムを複数個並列に連通
   して有することを特徴とする特許請求の範囲第２７項記
   載のクロスフロー濾過流動を増大させる装置。 ２９、成る１つの管モソユールシステムの通膜圧を他の
   管モジュールシステムの通膜圧を普通に保ちながら順次
   に低下させる手段を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第２８項記載のクロスフロー濾過流を増大させる装置
   。 ３０、前記通膜圧をもたらす手段は各１個が前記管モジ
   ュールの下流端部に配置された複数個の常時部分閉型濾
   過制御弁を含み、そして、前記通膜圧を順次に低下させ
   る手段は各１個が前配管モジュールの下流端部に配置さ
   れ且つ各管モソーールの対応する濾過制御弁と平行に連
   通された被数個の背圧逃がし弁からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２２項記載のクロス７０−濾過流動
   を増大させる装置。 ３１、多孔性濾過管々壁を通して懸濁物を含む液体のク
   ロスフロー濾過流動を増大させる装置であって、 （ａ）　　少くとも１つの多孔性濾過管、（ｂ）　　６
   １過管に液体を流す手段、（ｃｌ　　濾過管に通膜圧を
   もたら子手段、よって濾過管々壁を通して液体が浸透し
   濾過管の内表面に懸濁物の少くとも一部がスラッジ層と
   して堆積され、 （ｄ）　　６１過管を長手方向に流れる液体の循環速度
   を周期的に７フイ一ト／秒を越える値まで増加させそし
   て再び低下させ、よってスラッジ層を崩落させてその厚
   さを減じ且つ経時平均的な濾過流動を増大させるように
   構成されたクロスフロー濃過流動を増大させる装置。