JP7071177B2 - 中空糸膜モジュール及び中空糸膜モジュールの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュール及び中空糸膜モジュールの運転方法に関する。

従来、特許文献１に開示されるように、水中に含まれる不純物を除去する水処理において、束状の複数の中空糸膜がハウジング内に収容された構成を有する中空糸膜モジュールが用いられている。この中空糸膜モジュールによれば、ハウジング内に供給された原水（濾過前の水）を中空糸膜に透過させることにより、不純物が除去された濾過水を得ることができる。この膜濾過が一定時間行われると、原水中の不純物である浮遊汚濁物質（ＳＳ；Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）が膜表面に付着することにより膜の濾過能力が低下するため、洗浄によってＳＳを除去する必要がある。

特許文献１には、束状の複数の中空糸膜を有する片端フリー構造の中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するハウジングと、中空糸膜束よりも下側に配置された散気部材と、を備えた中空糸膜モジュールが開示されている。この中空糸膜モジュールでは、ハウジングの下部から供給された気体を散気部材によって中空糸膜束に向けて分散させることにより、中空糸膜を気泡により揺動させ、膜表面に付着したＳＳを剥離させることができる（バブリング洗浄）。そして、このバブリング洗浄により剥離したＳＳを含む水は、ハウジングの下部に設けられた排水部から排出される。

特開２０１６－８７５６７号公報

特許文献１の中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束が片端フリー構造を有するため、バブリング洗浄時に中空糸膜束が径方向外側に膨らみ、これによって中空糸膜束の径方向中央に空隙が形成される。バブリング洗浄により膜表面から剥離したＳＳは、この空隙に集まる。そして、バブリング後の排水工程では、この空隙からハウジング下部にある排水部に向かって原水が流れる。

ここで、特許文献１では、排水時におけるハウジング内での原水の滞留が問題になる。すなわち、原水がハウジング下部にある排水部に到達する前に散気部材に衝突することにより水流の向きが変わり、原水が散気部材の表面に沿って径方向外向きに流れる。その後、原水は、散気部材の外周部とハウジングの内面との間の隙間を通過し、ハウジング下部にある排水部に達する。このように、特許文献１では、排水時の原水の流れが散気部材により妨げられるため、原水はハウジング内において迂回しながら排水部に到達する。このため、ハウジング内での原水の滞留が起こり易く、ＳＳの排出性能において改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＳの排出性能に優れた中空糸膜モジュールを提供することである。

本発明の一局面に従った中空糸膜モジュールは、外圧濾過式のものである。この中空糸膜モジュールは、束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定端であると共に下端が自由端である中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、前記中空糸膜束に向けて洗浄用の気体を分散させる散気部材と、を備えている。前記ハウジングには、前記ハウジング内の水を前記ハウジング外に排出するための排水部が、前記中空糸膜束との間に前記散気部材を挟む位置に設けられている。前記散気部材は、下面及び上面を有する本体部と、前記本体部の前記下面に立設された筒状の規制部と、を有し、前記本体部には、前記下面から前記上面に向けて前記気体が通過する散気孔と、前記規制部よりも前記中空糸膜束の径方向内側に位置し、前記中空糸膜束側から前記排水部に向かって流れる水が通過する排水孔と、が形成されている。前記規制部は、散気孔が形成されておらず、前記ハウジング内に供給され前記規制部の周囲において前記中空糸膜束への分散前に滞留した気体が前記排水孔に流入するのを規制するものである。前記排水孔の開口面積は、前記散気孔の開口面積よりも大きくなっている。

上記中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束が片端フリー構造となっている。このため、散気部材から中空糸膜束に向けて気体を分散させるバブリング洗浄を行うと、中空糸膜束が径方向外側に膨らみ、中空糸膜束の径方向中央に空隙が形成される。このバブリング洗浄の際に、本体部において滞留した気体が排水孔を通じて分散するのを抑制し、散気孔を通じて洗浄用気体を確実に分散させることができる。また規制部が壁となって排水孔への気体の流入を確実に抑制することが可能になる。バブリング洗浄により膜表面から剥離したＳＳは、中空糸膜束の径方向中央の空隙に集まる。そして、バブリング洗浄後の排水工程では、ＳＳを含む水が、中空糸膜束側からハウジングの排水部に向かって流れる。

ここで、散気部材には、排水孔が散気孔よりも径方向内側に位置しており、排水孔の開口面積が散気孔の開口面積よりも大きくなっている。このため、ＳＳを含む水を、中空糸膜束側から散気部材の排水孔を通じてハウジングの排水部までスムーズに流すことが可能になる。したがって、ＳＳを含む水がハウジング内で滞留するのを抑制することができるため、ＳＳの排出性能を高めることができる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記排水孔は、前記散気孔よりも大きい孔径を有していてもよい。

この構成によれば、孔径を大きくするだけで排水孔の開口面積を広げることができるため、散気部材の加工が容易であることから好ましい。

上記中空糸膜モジュールは、前記ハウジング内に原水を供給するための管部材であって、前記排水孔を規定する内周縁との間に径方向の隙間を空けた状態で前記排水孔に挿入された前記管部材をさらに備えていてもよい。前記排水孔の開口面積は、前記内周縁と前記管部材の外周面との間に形成される隙間の面積であって、前記散気孔の開口面積よりも大きくてもよい。

この構成によれば、散気部材の排水孔を管部材の配置に利用することができる。しかも、排水孔の内周縁と管部材の外周面との間に形成される隙間の面積（排水孔の開口面積）が散気孔の開口面積よりも大きいため、ハウジング内の水を排水部までスムーズに流す機能も維持することができる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記散気部材は、前記中空糸膜の内部の水を空気で押し出す逆洗工程の後のバブリング工程において前記中空糸膜束を径方向外側に膨らませるように、前記散気孔に前記気体を通過させ、前記排水孔は、前記バブリング工程の後の排水工程において、径方向外側に膨らんだ状態の前記中空糸膜束の径方向中央側の水を通過させてもよい。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記ハウジングには、前記ハウジング内に前記気体を供給するための気体供給口であって、前記排水孔よりも前記散気孔の近くに位置する前記気体供給口が設けられていてもよい。

この構成によれば、ハウジング内において排水孔よりも散気孔に近い場所に気体を供給することができるため、当該気体が排水孔に流入するのをより確実に防ぐことができる。
本発明の一局面に従った外圧濾過式の中空糸膜モジュールの運転方法は、前記中空糸膜モジュールが、束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定端であると共に下端が自由端である中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、前記中空糸膜束に向けて洗浄用の気体を分散させる散気部材と、を備え、前記ハウジングには、前記ハウジング内の水を前記ハウジング外に排出するための排水部が、前記中空糸膜束との間に前記散気部材を挟む位置に設けられており、前記散気部材は、下面及び上面を有する本体部と、前記本体部の前記下面に立設された筒状の規制部と、を有し、前記本体部には、前記下面から前記上面に向けて前記気体が通過する散気孔と、前記規制部よりも前記中空糸膜束の径方向内側に位置し、前記中空糸膜束側から前記排水部に向かって流れる水が通過する排水孔と、が形成され、前記排水孔の開口面積は、前記散気孔の開口面積よりも大きい。そして、前記運転方法は、前記中空糸膜の内部の水を空気で前記ハウジング内に押し出し、前記中空糸膜の外面の付着物の前記外面に対する密着力を弱める逆洗工程と、前記逆洗工程を行った後に行われ、前記中空糸膜束が径方向外側に膨らむように前記散気孔に前記気体を通過させるバブリング工程と、前記バブリング工程を行った後に行われ、径方向外側に膨らんだ状態の前記中空糸膜束の径方向中央側の水を前記排水孔に通過させるとともに前記ハウジングの外に排水する排水工程と、を含む。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＳＳの排出性能に優れた中空糸膜モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態１における濾過装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。 散気部材の平面図である。 濾過装置の運転方法の各工程における送水ポンプの作動状態及びバルブの開閉状態を示す図である。 バブリング洗浄時における中空糸膜束の様子を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。 本発明のその他実施形態における散気部材の平面図である。 本発明のその他実施形態に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。 本発明のその他実施形態に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュール１０及び当該中空糸膜モジュール１０が適用される濾過装置１の構成について、図１～図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における濾過装置１の全体構成を示している。図２は、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０の内部構成を示している。図３は、中空糸膜モジュール１０が備える散気部材８０の平面図である。なお、図１及び図２は、濾過装置１及び中空糸膜モジュール１０における主要な構成要素のみを示しており、濾過装置１及び中空糸膜モジュール１０は、これらの図に現れていない他の任意の構成要素を備え得る。

濾過装置１は、中空糸膜モジュール１０を用いて原水を濾過することにより、不純物が除去された濾過水を得る装置である。原水は、例えば河川水や地下水などである。図１に示すように、濾過装置１は、中空糸膜モジュール１０と、中空糸膜モジュール１０に原水を導入する原水ライン２０と、中空糸膜モジュール１０から流出する濾過水が流れる濾過水ライン３０と、エアーコンプレッサー４０と、エアーコンプレッサー４０で発生した圧縮空気を中空糸膜モジュール１０に導入する気体導入ライン５０と、を主に備えている。以下、これらの構成要素についてそれぞれ説明する。

図１及び図２に示すように、中空糸膜モジュール１０は、束状の複数の中空糸膜１１を有する中空糸膜束１２と、中空糸膜束１２を収容するハウジング１３と、を主に備えている。中空糸膜モジュール１０は、各中空糸膜１１の長さ方向が上下方向に沿う縦置き姿勢で配置されている。

中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜１１の外面から内面に向かって原水を透過させることにより濾過水を得る外圧濾過式のものである。中空糸膜モジュール１０は、濾過処理の目的や要求性能に応じて、外圧全量濾過式のものであってもよいし、外圧循環濾過式のものであってもよい。膜寿命の観点では、濾過処理と同時に膜表面を洗浄することが可能な外圧循環濾過式のものが好ましい。一方、モジュールの設置コストや運転コストの観点では、外圧全量濾過式のものが好ましい。

中空糸膜束１２は、各中空糸膜１１の上端１１Ａが固定端であると共に下端１１Ｂが自由端である片端フリー構造となっている。すなわち、中空糸膜束１２は、各中空糸膜１１の上端１１Ａが固定部材１４によりハウジング１３に固定されると共に、下端１１Ｂが固定されない状態で樹脂などにより封止された構造となっている。固定部材１４は、例えばエポキシ系の接着樹脂からなる。

中空糸膜１１の素材としては、種々のものを用いることが可能であり、特に限定されない。例えば、中空糸膜１１は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、クロロトリフルオロエチレン－エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ；Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール及びポリエーテルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも１種類を含むことが好ましい。特に、膜強度や耐薬品性の観点から、中空糸膜１１はＰＶＤＦを含むことが好ましい。

ハウジング１３は、例えば円筒状の容器であり、上下方向に沿う縦置き姿勢で配置されている。ハウジング１３は、例えばＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）やＰＶＣ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）などの素材からなる。図１及び図２に示すように、ハウジング１３内の空間は、固定部材１４によって、原水が流れる原水側空間Ｓ１と、濾過水が流れる濾過水側空間Ｓ２と、に上下に仕切られている。原水側空間Ｓ１は濾過水側空間Ｓ２よりも下側に位置しており、この空間に中空糸膜束１２が収容されている。なお、ハウジング１３の形状や素材は本実施形態のものに限定されない。

ハウジング１３の上部には、濾過水側空間Ｓ２からハウジング１３外に濾過水を流出するための濾過水出口１３Ａが設けられている。ハウジング１３の下部には、ハウジング１３内（原水側空間Ｓ１）に原水を流入させる又は原水側空間Ｓ１にある原水をハウジング１３外に排出するための原水出入口１３Ｃ（排水部）が設けられている。濾過水出口１３Ａは濾過水側空間Ｓ２に開口しており、原水出入口１３Ｃは原水側空間Ｓ１に開口する。

ハウジング１３の側部において原水出入口１３Ｃの直ぐ上側には、ハウジング１３内に洗浄用の気体を供給するための気体供給口１３Ｄが設けられている。またハウジング１３の側部において固定部材１４の直ぐ下側には、原水側空間Ｓ１からハウジング１３外に気体を排出するための気体排出口１３Ｂが設けられている。気体排出口１３Ｂには、ハウジング１３外に排出された気体が流れる気体排出ライン６０が接続されており、このラインには気体の流通及び遮断を切り替える気体排出バルブ６１が設けられている。気体供給口１３Ｄ及び気体排出口１３Ｂは、原水側空間Ｓ１にそれぞれ開口する。

中空糸膜モジュール１０は、バブリング洗浄用の気体を中空糸膜束１２に向けて分散させる散気部材８０を備えている。図２に示すように、散気部材８０は、原水側空間Ｓ１において、中空糸膜１１の下端１１Ｂよりも下側で且つ気体供給口１３Ｄ及び原水出入口１３Ｃよりも上側に配置されている。したがって、原水出入口１３Ｃは、上下方向において中空糸膜束１２との間に散気部材８０を挟む位置となる。散気部材８０の詳細な構成については後述する。

図１に示すように、原水ライン２０は、上流端が原水タンク２３に接続されると共に、下流端がハウジング１３の原水出入口１３Ｃに接続されている。原水ライン２０には、送水ポンプ２１及び送水バルブ２２が上流から下流に向かって順に配置されている。この送水バルブ２２を開いて送水ポンプ２１を作動させることにより、原水ライン２０を介してハウジング１３内（原水側空間Ｓ１）に原水が供給される。

また図１に示すように、原水ライン２０の途中（送水バルブ２２よりも下流側の部位）には、排水ライン７０が接続されている。排水ライン７０には、水の流通及び遮断を切り替える排水バルブ７１が設けられている。この排水バルブ７１を開くことにより、ハウジング１３内の原水を、原水ライン２０の一部を介して排水ライン７０側に流すことができる。

気体導入ライン５０は、中空糸膜１１の逆圧洗浄に用いられる逆洗ライン５１と、中空糸膜１１のバブリング洗浄に用いられるバブリングライン５２と、を有する。図１に示すように、逆洗ライン５１は、上流端がエアーコンプレッサー４０の吐出口に接続されると共に、下流端がハウジング１３の濾過水出口１３Ａに接続されている。逆洗ライン５１には、気体の流通及び遮断を切り替える逆洗バルブ５４が設けられている。このバルブを開くことにより、逆洗ライン５１を介して濾過水側空間Ｓ２に圧縮空気を導入することができる。つまり、濾過水出口１３Ａは、圧縮空気の入口としても機能する。

図１に示すように、逆洗ライン５１において逆洗バルブ５４よりも下流側の部位には、濾過水ライン３０が接続されている。濾過水ライン３０には、水の流通及び遮断を切り替える濾過水バルブ３１が設けられている。このバルブを開くことにより、濾過水側空間Ｓ２から逆洗ライン５１の一部を介して濾過水ライン３０に濾過水を流すことができる。

バブリングライン５２は、上流端が逆洗ライン５１の途中（逆洗バルブ５４よりも上流側の部位）に接続されると共に、下流端がハウジング１３の気体供給口１３Ｄに接続されている。バブリングライン５２には、気体の流通及び遮断を切り替えるバブリングバルブ５３が設けられている。このバルブを開くことにより、逆洗ライン５１からバブリングライン５２に流入した圧縮空気を原水側空間Ｓ１に導入することができる。

次に、散気部材８０の詳細な構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３に示すように、散気部材８０は、中空糸膜束１２の径方向に広がる円板形状の本体部８１を有する。本体部８１は、外周部においてハウジング１３の内周面に固定されている。本体部８１の外周部とハウジング１３の内周面との間には隙間が形成されていてもよいし、本体部８１の外周部とハウジング１３の内周面とが密着していてもよい。

図２及び図３に示すように、本体部８１には、中空糸膜１１のバブリング洗浄用の気体が通過する複数の散気孔８２と、中空糸膜束１２側から原水出入口１３Ｃに向かって下向きに流れる原水が通過する排水孔８３と、がそれぞれ形成されている。

散気孔８２は、本体部８１を厚さ方向に貫通するように形成された円形孔であり、排水孔８３よりも小さい孔径Ｄ２を有する。図３に示すように、散気孔８２は、排水孔８３よりも径方向外側の領域において、本体部８１の周方向及び径方向に互いに間隔を空けて複数形成されている。散気孔８２は、散気部材８０と同心状に配置されていてもよい。なお、散気孔８２の形状や数は、図３に示す形態に限定されず、任意に選択することが可能である。

気体供給口１３Ｄ（図２）からハウジング１３内に供給された気体は、本体部８１の下面において一時的に滞留し、その後、散気孔８２を通過して中空糸膜束１２に向かって分散する。これにより、中空糸膜１１の下端１１Ｂから上端１１Ａに向かって気泡が上昇し、この気泡によって中空糸膜１１が揺動することにより、膜表面に付着したＳＳが剥離する（バブリング洗浄）。

排水孔８３は、散気孔８２と同様に、本体部８１を厚さ方向に貫通するように形成された円形孔である。図３に示すように、排水孔８３は、本体部８１の円中心を含むと共に、当該本体部８１と同心状に形成されている。また図３において、排水孔８３は、本体部８１の径方向中央に位置している。

排水孔８３は、複数の散気孔８２により取り囲まれるように、散気孔８２よりも径方向内側に位置している。図３に示すように、排水孔８３の開口面積は、散気孔８２の開口面積よりも大きい。ここでいう「開口面積」は、図３に示すように本体部８１を上方から平面視したときの孔面積である。本実施形態における排水孔８３は、散気孔８２よりも大きい孔径Ｄ１を有しており、本体部８１の径方向中央に一つのみ形成されている。また図２に示すように、排水孔８３は、上下方向において、中空糸膜束１２の径方向中央部及び原水出入口１３Ｃと重なる位置に形成されている。

本実施形態の中空糸膜モジュール１０では、上述の通り本体部８１の径方向中央に孔径が大きい排水孔８３を形成することにより、ハウジング１３内の原水を抜く際に、散気部材８０よりも上側にある原水を、排水孔８３を通じて原水出入口１３Ｃまでスムーズに導くことができる。したがって、排水時におけるハウジング１３内での原水の滞留を抑制することができる。なお、排水孔８３は円形状のものに限定されず、任意の形状のものを採用することが可能である。

散気部材８０は、本体部８１の下面において滞留した洗浄用の気体が排水孔８３に流入するのを規制可能に構成されている。具体的には、本実施形態における散気部材８０は、排水孔８３の周りにおいて本体部８１の下面に立設された規制部８４を有する。本体部８１の下面において滞留した気体は、排水孔８３側へ移動しようとすると規制部８４に当たるため、排水孔８３へ流入するのが抑制される。このように、規制部８４が壁となって排水孔８３への気体の流入が規制される。本実施形態において、散気孔８２は規制部８４よりも径方向外側に位置する孔であり、排水孔８３は規制部８４よりも径方向内側に位置する孔である。

規制部８４は、例えば本体部８１の下面に取り付けられた筒部材により構成されていてもよい。この場合、規制部８４の内径は、排水孔８３の孔径と同じであってもよいし、それより大きくてもよい。また規制部８４は、本体部８１と別体のものに限定されず、本体部８１と一体のものでもよい。すなわち、円板における排水孔８３の周囲部分を折り曲げることにより規制部８４が構成されてもよい。また規制部８４は、本体部８１に対して垂直に立設されたものに限定されず、本体部８１に対して鋭角又は鈍角を成すように立設されたものでもよい。

図２に示すように、本実施形態における気体供給口１３Ｄは、排水孔８３よりも散気孔８２の近くに位置している。具体的には、気体供給口１３Ｄは、上下方向において、排水孔８３と重ならない位置に形成されている。このように、気体供給口１３Ｄを排水孔８３から遠ざけることにより、ハウジング１３内に供給された気体が排水孔８３に流入するのを抑制することができる。

次に、濾過装置１の運転方法について説明する。図４は、本運転方法の各工程における送水ポンプ２１の作動状態及び各バルブの開閉状態を示している。図４中において、丸印は送水ポンプ２１のオン状態又は各バルブの開状態を意味し、空欄は送水ポンプ２１のオフ状態又は各バルブの閉状態を意味する。

まず、充水工程が行われる。この工程では、濾過装置１の全バルブが閉じた状態において、送水バルブ２２及び気体排出バルブ６１をそれぞれ開くと共に、送水ポンプ２１を作動させる。これにより、原水ライン２０を通じてハウジング１３内（原水側空間Ｓ１）に原水が供給される。

次に、濾過工程が行われる。この工程では、気体排出口１３Ｂから原水が溢れた後、送水ポンプ２１を作動させたまま、濾過水バルブ３１を開くと共に気体排出バルブ６１を閉じる。原水側空間Ｓ１に供給された原水は、中空糸膜１１の外面から内面に向かって膜壁を透過し、これにより不純物が除去された濾過水が得られる。濾過水は、中空糸膜１１の内側領域から濾過水側空間Ｓ２に流れた後、濾過水出口１３Ａを通じてハウジング１３外に流出する。

ここで、濾過時間の経過に伴って原水中のＳＳが中空糸膜１１の外面に付着し、膜の細孔が閉塞されることがある。これにより、原水の透過流速が低下し、中空糸膜１１による濾過能力が低下する。このため、濾過開始から一定時間が経過した後、以下に説明する逆洗工程及びバブリング工程が行われる。これにより、中空糸膜１１の外面に付着したＳＳを除去し、濾過能力を回復することができる。

まず、逆洗工程が行われる。この工程では、送水ポンプ２１を停止し、送水バルブ２２及び濾過水バルブ３１を閉じると共に、逆洗バルブ５４及び排水バルブ７１をそれぞれ開く。これにより、エアーコンプレッサー４０で発生した圧縮空気が逆洗ライン５１を通じて濾過水側空間Ｓ２に導入される。この圧縮空気によって、中空糸膜１１の内側領域に残った濾過水が加圧され、中空糸膜１１の内面側から外面側に向かって押し出される。この水圧によって中空糸膜１１の外面に付着したＳＳの密着力が弱まり、当該外面からＳＳが浮いた状態となる。その後、逆洗バルブ５４及び排水バルブ７１を閉じると共に圧抜きバルブ７２を開くことにより、中空糸膜１１の内側領域が大気圧程度にまで減圧される（圧抜き工程）。

次に、バブリング工程が行われる。この工程では、原水側空間Ｓ１に原水が充たされた状態において、バブリングバルブ５３及び気体排出バルブ６１をそれぞれ開く。これにより、圧縮空気が気体供給口１３Ｄからハウジング１３内（原水側空間Ｓ１）に供給される。ハウジング１３内に供給された空気は、本体部８１の下面において一時的に滞留した後、散気孔８２を通じて中空糸膜束１２に向かって分散する。これにより、中空糸膜１１の下端１１Ｂから上端１１Ａに向かって上昇する気泡流が発生し、中空糸膜１１が揺動する。その結果、中空糸膜１１の外面に付着したＳＳが剥離する。

図５は、本バブリング工程中における中空糸膜束１２の様子を模式的に示している。図５に示すように、中空糸膜束１２は片端フリー構造を有するため（つまり、中空糸膜１１の下端１１Ｂが固定されないため）、バブリングにより中空糸膜束１２は径方向外側に膨らみ、中空糸膜束１２の径方向中央に空隙Ｇ１が形成される。バブリング中に膜表面から剥離したＳＳは、この空隙Ｇ１に集まる。

また本バブリング工程では、散気部材８０の規制部８４によって、本体部８１の下面において滞留した空気が排水孔８３に流入するのを抑制することができる。しかし、空気の供給流量が過剰である場合には、気体供給口１３Ｄから供給された空気が本体部８１の下面で滞留せずに排水孔８３まで流れてしまう懸念がある。このため、本バブリング工程における空気の供給流量には、排水孔８３へ空気が流入しない程度の上限値を設けることが好ましい。

次に、排水工程が行われる。この工程では、バブリングバルブ５３を閉じると共に排水バルブ７１を開く。これにより、図５中矢印で示すように、ＳＳを含む原水が、空隙Ｇ１から原水出入口１３Ｃに向かって下向きに流れ、原水出入口１３Ｃからハウジング１３外に排出される。本実施形態では、上述の通り散気部材８０の径方向中央に孔径が大きい排水孔８３が形成されているため、ＳＳを含む原水を空隙Ｇ１から原水出入口１３Ｃまで真っ直ぐに流すことができる。このため、排水の際にハウジング１３内での原水の滞留が起こり難く、ＳＳの排出効率が高い。したがって、バブリング時に剥離したＳＳが膜表面に再付着するのを防止することができる。以上のようにして中空糸膜１１の洗浄が行われた後、上述した充水工程及び濾過工程が再開される。

ここで、上記の通り説明した実施形態１に係る中空糸膜モジュール１０の特徴及び作用効果について列記する。

中空糸膜モジュール１０は、外圧濾過式のものである。この中空糸膜モジュール１０は、束状の複数の中空糸膜１１を有し、中空糸膜１１の上端１１Ａが固定端であると共に下端１１Ｂが自由端である中空糸膜束１２と、中空糸膜束１２を収容するハウジング１３と、中空糸膜束１２に向けて洗浄用の気体を分散させる散気部材８０と、を備えている。ハウジング１３には、ハウジング１３内の水をハウジング１３外に排出するための原水出入口１３Ｃが、中空糸膜束１２との間に散気部材８０を挟む位置に設けられている。散気部材８０には、洗浄用の気体が通過する散気孔８２と、散気孔８２よりも中空糸膜束１２の径方向内側に位置し、中空糸膜束１２側から原水出入口１３Ｃに向かって流れる原水が通過する排水孔８３と、が形成されている。排水孔８３の開口面積は、散気孔８２の開口面積よりも大きくなっている。

上記中空糸膜モジュール１０では、散気部材８０において、バブリング洗浄用の散気孔８２よりも径方向内側に排水孔８３が形成されると共に、排水孔８３の開口面積が散気孔８２の開口面積よりも大きくなっている。このため、ＳＳを含む水を、中空糸膜束１２側から排水孔８３を通じて原水出入口１３Ｃまでスムーズに流すことが可能になる。したがって、ＳＳを含む水がハウジング１３内で滞留するのを抑制することができるため、ＳＳの排出性能を高めることができる。

上記中空糸膜モジュール１０において、排水孔８３は、散気孔８２よりも大きい孔径Ｄ１を有している。この場合、孔径を大きくするだけで排水孔８３の開口面積を広げることができるため、散気部材８０の加工が容易になるため好ましい。

上記中空糸膜モジュール１０において、散気部材８０は、散気孔８２及び排水孔８３がそれぞれ形成されると共に、ハウジング１３内に供給された洗浄用の気体を中空糸膜束１２への分散前に滞留させる本体部８１を有する。散気部材８０は、本体部８１において滞留した洗浄用の気体が排水孔８３に流入するのを規制可能に構成されている。これにより、バブリング洗浄の際に、本体部８１の下面において滞留した気体が排水孔８３を通じて分散するのを抑制し、散気孔８２を通じて洗浄用気体を確実に分散させることができる。

上記中空糸膜モジュール１０において、散気部材８０は、本体部８１において滞留した洗浄用の気体が排水孔８３に流入するのを規制する規制部８４であって、排水孔８３の周りにおいて本体部８１から立設された規制部８４を有する。これにより、規制部８４が壁となって排水孔８３への気体の流入を確実に抑制することが可能になる。

上記中空糸膜モジュール１０において、ハウジング１３には、当該ハウジング１３内に洗浄用の気体を供給するための気体供給口１３Ｄであって、排水孔８３よりも散気孔８２の近くに位置する気体供給口１３Ｄが設けられている。これにより、ハウジング１３内において排水孔８３よりも散気孔８２に近い場所に気体を供給することができるため、当該気体が排水孔８３に流入するのをより確実に防ぐことができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る中空糸膜モジュール１０Ａについて、図６を参照して説明する。実施形態２に係る中空糸膜モジュール１０Ａは、基本的に実施形態１に係る中空糸膜モジュール１０と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するが、ハウジング１３内に配置された管部材９０をさらに備える点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図６に示すように、中空糸膜モジュール１０Ａは、ハウジング１３内に原水を供給するための管部材９０を備えている。管部材９０は、例えば円筒形状を有するが、形状は特に限定されない。管部材９０は、排水孔８３を規定する内周縁８７との間に径方向の隙間を空けた状態で排水孔８３に挿入されており、且つ中空糸膜束１２の内側において上下方向に延びている。管部材９０は、上端９１が固定部材１４に固定されており、且つ下端が原水ライン２０（図１）の下流端に接続されている。これにより、原水ライン２０を通じて管部材９０内に原水を導入することができる。

管部材９０には、管内に導入された原水をハウジング１３の原水側空間Ｓ１に噴出するための通水孔９２が形成されている。通水孔９２は、例えば管部材９０の壁部を貫通する円形孔である。図６に示すように、通水孔９２は、管部材９０の長さ方向及び周方向に互いに間隔を空けて複数形成されている。管部材９０内に導入された原水を、通水孔９２を通じて原水側空間Ｓ１に向けて噴出することにより、当該原水側空間Ｓ１に原水を充たすことができる。

このように、実施形態２に係る中空糸膜モジュール１０Ａでは、散気部材８０の排水孔８３を管部材９０の配置において利用することができる。ここで、排水孔８３全体のうち管部材９０が占める領域は排水に寄与しない。このため、実施形態２における排水孔８３の開口面積は、内周縁８７と管部材９０の外周面との間に形成される隙間の面積として定義され、これが散気孔８２の開口面積よりも大きくなっている。このため、管部材９０をハウジング１３内に配置する際に排水孔８３を利用することができると共に、実施形態１と同様に中空糸膜束１２側から原水出入口１３Ｃまでスムーズに原水を導く機能も維持することができる。

（その他実施形態）
次に、本発明のその他実施形態について説明する。

図７は、本発明のその他実施形態における散気部材８０Ａの本体部８１Ａの平面図である。図７に示すように、排水孔８３は、散気孔８２よりも高密度に形成された複数の孔部８５（孔部８５の集合体）により構成されていてもよい。この場合、各孔部８５の開口面積の合計が排水孔８３の開口面積となり、これが散気孔８２の開口面積よりも大きくなる。一つの孔部８５の開口面積は、散気孔８２の開口面積と同じでもよいし、それより小さくても大きくてもよい。また一つの孔部８５の孔径も、散気孔８２と同じでもよいし、それより小さくても大きくてもよい。

実施形態１では、散気部材８０が規制部８４を有する場合について説明したが、これに限定されない。図８（モジュール下部の拡大図）に示すように、散気部材８０Ｂの本体部８１Ｂが排水孔８３に向かって下向きに湾曲した形状を有していてもよい。ハウジング１３内において気体は上昇しようとするため、図８に示す本体部８１Ｂを採用した場合には、本体部８１Ｂの下面で受けられた気体は排水孔８３側（下側）に移動しない。したがって、規制部８４を設けなくても、本体部８１Ｂにおいて滞留した気体が排水孔８３に流入するのを規制することができる。この散気部材８０Ｂにおいて、散気孔８２は、排水孔８３周りの湾曲部８１ＢＢよりも径方向外側に位置する孔であり、排水孔８３は、湾曲部８１ＢＢよりも径方向内側に位置する孔である。

実施形態１において説明した通り、本体部８１の外周部とハウジング１３の内周面との間には、隙間が形成されていてもよい。この場合、図９に示す中空糸膜モジュール１０Ｂのように、本体部８１の外周縁から下方に延びる外周規制部８４Ａを設けることが好ましい。これにより、本体部８１の外周部とハウジング１３の内周面との間に隙間を形成した場合でも、当該隙間から気体が抜けるのを防ぐことができる。

実施形態１では、気体供給口１３Ｄが排水孔８３よりも散気孔８２の近くに位置する場合について説明したがこれに限定されず、散気孔８２よりも排水孔８３の近くに位置していてもよい。この場合、規制部８４以外にも、排水孔８３に気体が流入しないようにするための機構を別途設けることが好ましい。

実施形態１では、排水部が原水の出入口として機能する場合について説明したが、排水部が原水の出口としてのみ機能し、原水の入口が別途設けられてもよい。つまり、ハウジング１３において原水の出入口がそれぞれ別々に設けられていてもよい。

（実験例）
ＳＳの排出性能について本発明の効果を確認するため、以下の実験を行った。

まず、図２に示す中空糸膜モジュールを準備した。中空糸膜束としては、膜面積が４０ｍ^２である片端フリー構造のものを用いた。中空糸膜としては、親水化処理されたＰＶＤＦ系樹脂からなり、平均孔径が０．０２μｍであり、有効長が８９０ｍｍのものを用いた。

この中空糸膜モジュールを用いて、外圧全濾過方式により原水の濾過を行った。原水としては、水酸化第二鉄の懸濁液からなり、ＳＳ濃度が１７０ｍｇ／Ｌのものを用いた。原水の流量は５０００Ｌ／ｈとし、３０分間の定流量濾過を行った。

濾過運転後、ハウジングの濾過水側空間に０．２ＭＰａの圧縮空気を導入することにより逆圧洗浄を行った。次に、ハウジング内に圧縮空気を６０秒間供給し、この空気を散気部材によって分散させることにより、中空糸膜のバブリング洗浄を行った。バブリング中の空気の流量は５０００ＮＬ／ｈとした。バブリング用の空気は、気体排出口からハウジング外に排出した。そして、バブリング洗浄後、ハウジング内の原水を原水出入口から排出した。

この洗浄プロセスを５回繰り返した後、中空糸膜束をハウジングから取り出し、中空糸膜に付着したＳＳの量を確認した。そして、下記の式（１）に基づいて、ＳＳ排出率を算出した。式（１）において、「ＳＳ全量」は濾過運転中にハウジング内に導入されたＳＳの全量であり、「ＳＳ付着量」は洗浄後の中空糸膜に付着していたＳＳの量である。

ＳＳ排出率（％）＝（（ＳＳ全量－ＳＳ付着量）／ＳＳ全量）×１００・・・（１）

また比較例として、散気部材に排水孔が形成されていない中空糸膜モジュールも準備し、上記同様の条件で実験を行い、ＳＳ排出率を算出した。

上記実験の結果、比較例の中空糸膜モジュールではＳＳ排出率が７８％に留まったのに対し、図２に示す中空糸膜モジュールを用いた場合のＳＳ排出率は９０％であった。この結果より、散気部材に排水孔が形成することがＳＳ排出率の向上において有効に寄与することが明らかとなった。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 中空糸膜モジュール
１１ 中空糸膜
１１Ａ 上端
１１Ｂ 下端
１２ 中空糸膜束
１３ ハウジング
１３Ｃ 原水出入口（排水部）
１３Ｄ 気体供給口
８０，８０Ａ，８０Ｂ 散気部材
８１，８１Ａ，８１Ｂ 本体部
８２ 散気孔
８３ 排水孔
８４ 規制部
８７ 内周縁
９０ 管部材
Ｄ１，Ｄ２ 孔径

Claims (6)

1. 外圧濾過式の中空糸膜モジュールであって、
   束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定端であると共に下端が自由端である中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束を収容するハウジングと、
   前記中空糸膜束に向けて洗浄用の気体を分散させる散気部材と、を備え、
   前記ハウジングには、前記ハウジング内の水を前記ハウジング外に排出するための排水部が、前記中空糸膜束との間に前記散気部材を挟む位置に設けられており、
   前記散気部材は、下面及び上面を有する本体部と、前記本体部の前記下面に立設された筒状の規制部と、を有し、
   前記本体部には、前記下面から前記上面に向けて前記気体が通過する散気孔と、前記規制部よりも前記中空糸膜束の径方向内側に位置し、前記中空糸膜束側から前記排水部に向かって流れる水が通過する排水孔と、が形成され、
   前記規制部は、散気孔が形成されておらず、前記ハウジング内に供給され前記規制部の周囲において前記中空糸膜束への分散前に滞留した前記気体が前記排水孔に流入するのを規制するものであり、
   前記排水孔の開口面積は、前記散気孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする、中空糸膜モジュール。
2. 前記排水孔は、前記散気孔よりも大きい孔径を有することを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
3. 前記ハウジング内に原水を供給するための管部材であって、前記排水孔を規定する内周縁との間に径方向の隙間を空けた状態で前記排水孔に挿入された前記管部材をさらに備え、
   前記排水孔の開口面積は、前記内周縁と前記管部材の外周面との間に形成される隙間の面積であって、前記散気孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
4. 前記散気部材は、前記中空糸膜の内部の水を空気で押し出す逆洗工程の後のバブリング工程において前記中空糸膜束を径方向外側に膨らませるように、前記散気孔に前記気体を通過させ、
   前記排水孔は、前記バブリング工程の後の排水工程において、径方向外側に膨らんだ状態の前記中空糸膜束の径方向中央側の水を通過させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
5. 前記ハウジングには、前記ハウジング内に前記気体を供給するための気体供給口であって、前記排水孔よりも前記散気孔の近くに位置する前記気体供給口が設けられていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
6. 外圧濾過式の中空糸膜モジュールの運転方法であって、
   前記中空糸膜モジュールは、
   束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定端であると共に下端が自由端である中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束を収容するハウジングと、
   前記中空糸膜束に向けて洗浄用の気体を分散させる散気部材と、を備え、
   前記ハウジングには、前記ハウジング内の水を前記ハウジング外に排出するための排水部が、前記中空糸膜束との間に前記散気部材を挟む位置に設けられており、
   前記散気部材は、下面及び上面を有する本体部と、前記本体部の前記下面に立設された筒状の規制部と、を有し、
   前記本体部には、前記下面から前記上面に向けて前記気体が通過する散気孔と、前記規制部よりも前記中空糸膜束の径方向内側に位置し、前記中空糸膜束側から前記排水部に向かって流れる水が通過する排水孔と、が形成され、
   前記排水孔の開口面積は、前記散気孔の開口面積よりも大きく、
   前記運転方法は、
   前記中空糸膜の内部の水を空気で前記ハウジング内に押し出し、前記中空糸膜の外面の付着物の前記外面に対する密着力を弱める逆洗工程と、
   前記逆洗工程を行った後に行われ、前記中空糸膜束が径方向外側に膨らむように前記散気孔に前記気体を通過させるバブリング工程と、
   前記バブリング工程を行った後に行われ、径方向外側に膨らんだ状態の前記中空糸膜束の径方向中央側の水を前記排水孔に通過させるとともに前記ハウジングの外に排水する排水工程と、を含む、中空糸膜モジュールの運転方法。

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