【手続補正書】
【提出日】平成16年12月28日(2004.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り水の浄化を行う中空糸膜モジュール装置の運転方法において、処理原水の水質指標に応じて時間あたりの処理量Ｑを変化させることを特徴とする中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項２】
前記処理原水の水質指標が、濁度、微粒子数濃度、有機物濃度、および色度からなる群から選ばれる少なくとも一の指標であ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装置の運転方法。
【請求項３】
前記処理原水が、河川水、湖沼水、地下水、または海水、もしくは上記河川水、湖沼水、地下水、または海水を処理した水であることを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項４】
前記処理原水の水質指標をＣ、時間当たりの処理量をＱ［ｍ3 ／ｈ］とするとき、Ｑ＝Ｋ／Ｃ （ただし、Ｋは定数）となるように、処理量Ｑを変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項５】
前記処理原水の水質指標があらかじめ決定された範囲内では、中空糸膜モジュール装置の時間あたりの処理量Ｑを一定に設定して使用し、上記の範囲を超えた場合に、前記中空糸膜モジュール装置の時間あたりの処理量Ｑをあらかじめ定められた値に減じることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項６】
前記処理原水の水質指標があらかじめ決定された範囲を超えた場合に、処理量Ｑを０にすることを特徴とする請求項５に記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【請求項７】
前記時間あたりの処理量Ｑを変化させる方法が、処理原水供給ポンプの動力調節によって行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項８】
前記時間あたりの処理量Ｑを変化させる方法が、中空糸膜モジュールの前段における処理原水の少なくとも一部の環流によって行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項９】
前記中空糸膜モジュール装置の運転方法において、供給された処理原水を全量濾過することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法。
【請求項１０】
処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り水の浄化を行う中空糸膜モジュール装置において、処理原水の水質測定器を備えるとともに、該水質測定器による水質指標の測定値に応じて時間あたりの処理量を変化させる機構を有することを特徴とする中空糸膜モジュール装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の中空糸膜モジュール装置の運転方法を用いたことを特徴とする造水方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の造水方法を用いた飲料水の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り水の浄化を行う中空糸膜モジュール装置の運転方法および中空糸膜モジュール装置、ならびに造水方法および飲料水の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、中空糸膜モジュールを用いて固液分離を行う中空糸膜モジュール装置の運転方法および中空糸膜モジュール装置、ならびに造水方法および飲料水の製造方法に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、中空糸膜モジュール装置を運転するにあたり、高い処理量を長期にわたって安定して得ることが可能な中空糸膜モジュール装置の運転方法および中空糸膜モジュール装置を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の目的は、「処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り水の浄化を行う中空糸膜モジュール装置の運転方法において、処理原水の水質指標に応じて時間あたりの処理量Ｑを変化させることを特徴とする中空糸膜モジュール装置の運転方法」により基本的に達成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らが中空糸膜モジュール装置の運転検討を行った結果、中空糸膜に高い圧力をかけた場合、膜に汚れ物質が深く入り込むため、洗浄しても十分に回復しないことが判明した。また、従来、水質の悪い原水が流入してきた場合のことを考えて洗浄頻度をあげるのが一般的にとられてきた方策であるが、この方法について本発明者らが検討を行った結果、洗浄によっても膜表面が劣化したり、膜素材の強伸度が低下するため、洗浄頻度を上げることも膜寿命を短くするという結果が得られた。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
これらの結果に鑑み、鋭意検討を行った結果、本発明の中空糸膜モジュールの運転方法は、処理原水の水質指標に応じて時間あたりの処理量Ｑを変化させることを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここで、本発明に適用可能な従来の中空糸膜モジュール装置の一例を図１に示す。さらに、図２には、本発明を適用した中空糸膜モジュール装置の一例を示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
図１では、原水供給口９から原水タンク２に供給された原水を原水供給ポンプ３によって中空糸膜モジュール１へ送り、透過水を透過水ライン１１から得て、透過水タンク５を通して透過水取水口１０から濾過された水を得る構造になっている。ここで、流量センサ８の情報に基づく制御バルブ７の調節によって、原水流量を一定にコントロールする仕組みになっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
一方、図２では、水質検査装置４からの情報をコントローラー１６に送り、流量センサ８の情報と併せて演算した流量設定値に基づいて制御バルブ７で原水流量を制御するものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
ここで処理原水の水質指標を測定する位置としては、好ましくは、原水タンク２から中空糸膜モジュール１までの原水流路のなかでなるべく中空糸膜モジュール１に近いところであるが、測定する項目によってはインラインで測定することが困難であるため、このような場合は、原水タンク２からサンプリングして測定してもかまわない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ここで、原水の水質指標に応じて処理水量を変化させるにあたり、定性的には、水質が悪化すると処理水量を減らす方法を採用することができる。それ以外には特に限定されるものではないが、最も簡便な方法としては、処理水質指標があらかじめ決定された範囲内では、中空糸膜モジュール装置の時間あたりの処理量Ｑを一定に設定して使用し、該範囲を超えた場合に、該中空糸膜モジュール装置の時間あたりの処理量Ｑを標準処理量Ｑ０よりも小さなあらかじめ定められた値Ｑ１に減じる方法を採用する方法があげられる。ここで、Ｑ１としては、Ｑ０よりも小さければ特に制限されるものではないが、変化させる意義からして、Ｑ０の２分の１以下にすることが好ましく、さらにＱ１を０にすることにより本発明の目的とする効果を最も簡便かつ確実に得ることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ところで、本発明における単位時間あたりの処理水量を変化させる具体的手段の例としては、図２に示すように、原水流量制御バルブ７を用いて中空糸膜モジュール１への流量を制御する方法や、図３に示すように、膜に濾過差圧を与えるためのポンプ動力を制御したり、図４に示すように、原水循環バルブ１２を制御することにより処理原水の中空糸膜モジュール１への流量を制御する方法が挙げられる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
中空糸膜モジュールの運転方法としては、一般に、処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り、すべて濾過処理する全濾過法と、処理原水の一部を濃縮水として環流もしくは排出するクロスフロー濾過が挙げられるが、本発明の適用にあたっては特に制限されるものではない。ただし、濾過に対する動力費の面からすると、処理原水をすべて濾過する方式がエネルギーロスが少なく好ましい。さらに、クロスフロー濾過において中空糸膜モジュールの前において凝集処理などの前処理を行う場合は、中空糸膜モジュールの供給原水に対して既にコストがかかっているので濃縮水を排水するとコストアップにつながり好ましくない。なお、クロスフロー濾過の場合は、環流／排出水量を変化させることによって、本発明におけるところの単位時間あたりの濾過水量を変化させる具体的手段とすることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
なお、本発明は、浄水処理用途では装置体積あたりの膜面積が大きく取れる、中空糸膜モジュールを用いるものである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
中空糸膜モジュールは、一般的には、中空糸膜と中空糸膜の間、および中空糸膜とモジュール容器の間を気密にシール（ポッティング）して開口させた形状をとる。これによって、中空糸膜の外部と内部を中空糸膜自体によって隔離し、膜を通して分離処理を行うことができる。中空糸膜モジュールの構造としては、中空糸膜の両端部をポッティングした後、両端から開口する「両端開口型」、両端をポッティングした後に片方だけを開口させる「片端開口型」、中空糸膜をＵ字型にして中空糸膜端部を片方だけにして開口させる「Ｕ字型」、Ｕ字部を切断した上で、中空糸膜一本ずつを単独で封止した状態の「くし型」モジュールがあるが、濾過方向としても中空糸膜の内側に処理原水を流す場合（内圧式）と外側に流す場合（外圧式）がある。なお、中空糸膜モジュールにおいて、膜の間に圧力差（濾過差圧）を与える方法としては、原水側を加圧してモジュールに送水する方法とする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明において対象となる中空糸膜としては、特に限定されるものではないが、高分子膜を用いた中空糸膜の適用が効果的である。これらの膜素材の具体例としてポリアクリロニトリル多孔質膜、酢酸セルロース多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルホン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜や、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合糸膜や架橋型シリコーンチューブなどの均質膜を挙げることができる。これらの素材は、対象処理原水や使用条件によって選択されるべきものであるが、特に水処理に関しては、親水性が高いポリアクリロニトリルや酢酸セルロースを素材とする膜が好適である。平膜の場合の膜厚については特に制限されるものではないが、厚すぎると濾過抵抗が大きくなり、薄すぎると膜が強度不足になりやすいので、素材や膜構造に応じて適切な膜厚を選択することが好ましい。中空糸膜の内径、外径としても特に制限されるものではなく、１ｍｍ以下の内径を有するものから数ｍｍ以上の内径を有するものでも適用可能である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【実施例】
以下実施例をもって本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定されるものではない。
実施例１
中空糸膜モジュール１として、ポリアクリロニトリルを素材とする平均細孔径０．０１μｍ、外径６８０μｍ、内径４００μｍの多孔質中空糸膜３７００本をＵ字状にした中空糸膜有効長さ８００ｍｍ、中空糸膜全長８６０ｍｍのＵ字型中空糸膜モジュールを用い、水質指標として原水流路に水質検査装置４としてレーザー式濁度計を装備し、その濁度測定値をコントローラー１６に出力し、その出力に応じて原水供給ポンプ３の流量を制御する構造になっている図３に示すような中空糸膜モジュール装置を作製した。この装置を用い、原水濁度Ｃ［ｍｇ／ｌ］に応じて時間あたりの処理量Ｑ［ｍ3 ／ｈ］をＱ＝５／Ｃとなるようにポンプ流量を制御するようなプログラムで、琵琶湖水を用いて濾過運転を行った。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、処理原水を加圧して中空糸膜モジュールに送り水の浄化を行う中空糸膜モジュール装置の運転方法において、処理原水の水質指標に応じて時間あたりの処理量を変化させることにより、濾過の洗浄回復性が高く、長期間にわたって安定に濾過運転が可能となった。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の中空糸膜モジュール装置の一例の回路図である。
【図２】本発明に係る中空糸膜モジュール装置の一例の回路図である。
【図３】本発明に係る中空糸膜モジュール装置の他の一例の回路図である。
【図４】本発明に係る中空糸膜モジュール装置のさらに他の一例の回路図である。
【図５】本発明に係る実施例１と比較例１の運転の経時変化を示す図である。
【図６】本発明に係る中空糸膜モジュール装置の他の一例の回路図である。
【図７】本発明に係る実施例２と比較例２の運転の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１：中空糸膜モジュール
２：原水タンク
３：原水供給ポンプ
４：水質検査装置
５：透過水タンク
６：圧力計
７：原水流量制御バルブ
８：流量センサ
９：原水供給口
１０：透過水取水口
１１：透過水ライン
１２：原水循環バルブ
１３：エアー供給口
１４：エアー供給バルブ
１５：エアー排出バルブ
１６：コントローラー