技術

　すでに幅広く利用されているクロスフロー膜ろ過システムには、以下のような弱点があります。それは、膜式システムのすべてにはが膜表面に堆積する粒子による目詰まりが起こり、さらに、目詰まりの 境界層も発生することであります。この目詰まり層によってろ過流量が減少するだけでなく、膜の 選択透過性にも影響がでます。つまり、クロスフローシステムには、高固体を含む液体を処理できないため粒子が 低い液体のろ過のみに使用されています。

　図１に従来のクロスフローシステムとそのシステムの目詰まり問題を示します。

図１

従来のクロスフローろ過は、この目詰まり問題に対して膜上に流度の高い液体をポンプで 供給し、この流れにより膜表面と液の境界層にせん断力を発生させています。（図１参照。）しかしながら、そのせん断力の大きさには経済的に制限により１００００－１５０００秒のせん断力の発生が実用的でありません。さらに、クロスフローの速度が上がるにつれて、装置の注入口から放水口までの圧力損失が生じます。そのため、早計の膜汚染によりろ過速度が許容できないレベルまで下がります。

図２

このような クロスフローシステムと違って、 VSEP と呼ばれる振動膜分離システムは、 静止している供給のスラリーがゆっくり平行に配列されている膜板の間を動きながら、全体が膜表面に接する方向で振動します。（図４参照。）この振動によりせん断が目詰まりを防ぎ、ろ過を妨害する液の境界層をも防ぎます。さらに、膜の振動が作り出すせん断波に堆積する粒子を引き上げられることで練り直されます。せん断による目詰り防止作用は従来のクロスフローの３－１０倍の透過性能を持っています。（上記の図２参照。）

図３

VSEP は、多数のろ過膜の円盤形ろ過板が平行にガスケットにより分離された構造になっています。この膜板がトーションバネに取り付けられていて、膜板全体が洗濯機の往復回転の運動に似た振動をしています。膜は約２．２２センチの振幅で、一秒間に５０回の振動で作動します。膜面でのせん断力は１５０，０００/ 秒であり、今までのクロスフロー装置の場合の１０倍となります。さらに、振動のせん断力を受けるのは膜表面だけであるため、他のろ過システムより一段と 費用効率が高く、目詰まりを防ぐには最も有効な方法であります。

図４

　また、VSEP は、せん断が 供給のスラリーの流速とは関連がないため、粘度の高いスラリーでも、多種の不純物を含むスラッジでも、ろ過に使用出来ます。本質的には、ろ過液が多数の振動している膜を通して押し出されて、希望の濃度レベルになると装置から排出されます。従って、ろ過液が単一パスで VSEP システムを通して処理出来るため、コストのかかる付属機器などの必要がなくなるのであります。

　１３０平方メートル膜面積のシステムは、膜板のホールドアップ体積が１８９リットル未満なので、処理の回収レベルが非常に高いです。装置が空になると残る廃棄物は１１リットルに満たないことです。

VSEP システム運用

発進時に は、 VSEP にスラリーを供給し、スラリーバルブを閉めます。処理中にスラリーに含まれている粒子がVSEP 膜板の中で集められて、一定の時間間隔で第一バルブが開き、その濃縮スラッジが排出されます。次に、第一バルブが閉めてもう一回スラリーを供給します。この操作が無制限に繰り返えされます。

　分離の品質にとって唯一最大のパラメーターは膜の選択です。システムパフォーマンスに影響を与える他のパラメーターは、圧力、温度、振幅、そして滞留時間であります。ろ過テストでこの要素のすべてを最適化し、そのデーターはシステムをコントロールする プログラマブル論理制御装置に入力させます。

　作業圧力は供給ポンプによって引き起こされます。VSEP は６８．９５バールまでの圧力で作動することが可能であるが、そのような高圧では流量率も上がるためエネルギー消費も上がります。そのために流量率とエネルギー消費の最適なバランスをとる作業圧力を決めることになります。

　大抵の場合は、作動温度を高めるとろ過速度が上がります。一般的なVSEP システムの作動温度限界は７９度であり、その温度は他の膜技術よりもずっと高いものであります。また、VSEP システムは７９度より高い高温構造もあります。

　ろ過速度に直接に影響を及ぼす振幅とそれに対応するせん断率が設定する可能であります。ろ過膜構造体のねじれ振動にせん断力が作り出せれます。ピーク・トゥ・ピークで１．９－３．２センチ振幅で振動します。運動の周期は約５３ヘルツであり、せん断力は１５０，０００/ 秒であります。

　供給滞留時間は第一バルブの開閉の回数で設定されます。供給が装置に体積するにつれて固体レベルが高まります。時には膜板に洗浄剤を入れることが必要であり、振動により数分間で膜を掃除清潔にします。この掃除作業は自動化することができ、洗浄剤は約１８９リットルしかかからないことです。こうして他の膜システムにある洗浄剤廃棄の問題を減らすらすことが出来るのが、VSEP システムであります。