(57)【要約】  【課題】  中空糸の濾過性能に影響を及ばすことなく、中空糸の表面に付着、堆積する懸濁成分を剥離除去し、濾過性能を続させ、良好な濾過性能を長期に渡って保持する。  【解決手段】  懸濁成分を含む被処理液を浸漬型吸引濾過用又は外圧濾過用の中空糸に透過させて固液分離を行う濾過装置であって、多数本の中空糸に集束したカートリッジを設け、空隙をあけて隣接する前記中空糸の間に、該中空糸の軸線方向と直交方向に清浄用パイプを横断させて前記カートリッジに対して貫通配置し、該清浄用パイプに穿設している噴射孔より前記中空糸間の空隙に気体を加圧噴射させる構成としている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁成分を含む被処理液を浸漬型吸引濾過用又は外圧濾過用の中空糸に透過させて固液分離を行う濾過装置であって、
多数本の中空糸を集束したカートリッジを設け、空隙をあけて隣接する前記中空糸の間に、該中空糸の軸線方向と交差方向に清浄用パイプを横断させて前記カートリッジに対して貫通配置し、該清浄用パイプに穿設している噴射孔より前記中空糸間の空隙に気体を加圧噴射させる構成としていることを特徴とする濾過装置。
【請求項２】
前記清浄用パイプは、前記カートリッジの軸線方向と直交方向断面において中心位置を横断させる少なくとも１本、あるいは、所要ピッチをあけて前記中心位置と両側位置とに配置した複数本からなる請求項１に記載の濾過装置。
【請求項３】
前記カートリッジの多数本の中空糸は軸線方向の両端を固定部材で接着固定し、少なくとも一方の固定部材に集水ヘッダーを取り付けており、
前記カートリッジを複数個設けて所要間隔をあけて配置し、これら複数のカートリッジの前記集水ヘッダーを集水管に連結して前記複数のカートリッジの中空糸から処理済み液を前記集水管に導入させる構成とし、
前記清浄用パイプは前記複数のカートリッジ内を連続して横断するように配置している請求項１または請求項２に記載の濾過装置。
【請求項４】
前記カートリッジの前記両端の固定部材を剛性を有する連結支持材で連結している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項５】
前記連結支持材を多孔パイプも加圧気体を噴射する第２の清浄用パイプとして用いている請求項４に記載の濾過装置。
【請求項６】
前記カートリッジを中空糸の軸線方向と同一方向の縦方向に配置し、該カートリッジの長さ方向の下端部を支持する固定部材より上方位置に前記カートリッジを横断する前記清浄用パイプを配置し、該清浄用パイプの上側に前記噴射孔を穿設し、各カートリッジ内において中空糸間の空隙に上向きに気体を噴射させる構成としている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項７】
前記清浄用パイプは、前記カートリッジの中空糸の軸線方向に所要間隔をあけて配置している請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項８】
前記カートリッジは、多数本の前記中空糸を所要の空隙をあけて水平断面円形に集束配置し、隣接する前記中空糸の中心距離（ピッチ）が２〜２０ｍｍとしている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項９】
前記カートリッジは、水平断面矩形状に層状に集束した中空糸集束体を設け、これを中空糸集束体を所要の空間をあけて配置して、全体として水平断面円形とし、かつ、
平行配置する前記中空糸集束体を２〜２０ｍｍの空隙をあけて配置している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項１０】
前記清浄用パイプに前記噴射孔を軸線方向に間隔をあけて穿設し、該噴射孔の直径は２ｍｍ〜６ｍｍとしている請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項１１】
前記清浄用パイプに導入する気体として加圧空気を用い、その圧力を５０〜５００ｋＰａの範囲に設定している請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項１２】
前記カートリッジの中空糸は、超微細多孔質でＰＴＦＥ、ＰＶＤＦを含むフッ素樹脂、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックからなり、抗張力を３ｋｇｆ以上としている請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の濾過装置。
【請求項１３】
前記清浄用パイプは基端部を気密状態で着脱自在に連結する空気導入用ヘッダーを介して空気供給源と連結している請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁成分を含む被処理液を中空糸を透過させて固液分離を行う濾過装置に関し、特に、中空糸面に付着する懸濁成分を除去する清浄手段を備えた濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数本の中空糸を円形状に集束して配置し、その片端部あるいは両端部を開口状態で固定部材にて固定して集水部とした膜モジュールが浸漬型吸引濾過装置あるいは外圧式濾過装置に装着されて使用されている。従来、膜モジュールは、河川水、湖沼水の浄化といった所謂浄水処理の分野において広く使用されてきた。また、近時、この浄水分野に限らず、下水の二次処理、三次処理や、排水、産業廃水、工業用水等の濾過といった高汚濁性水処理用途への検討も多くなされている。
【０００３】
浄水及び高汚濁性水処理のいずれの場合も、膜モジュールを用いた濾過装置により濾過処理を継続すると、膜表面又は膜間に、被処理液中に含まれる懸濁成分が堆積し、これが膜閉塞の原因となる。すなわち、堆積物を介して中空糸同士が固着一体化して膜モジュール内の中空糸の有効膜面積が減少し、透過流量の低下を招く。
【０００４】
このため、定期的に膜面の堆積物を取り除く洗浄操作が行われる。洗浄は、浸漬槽内に被処理液を満たした状態で膜モジュールの下部から空気を導入し、供給される気泡により中空糸に振動を与えるエアーバブリングで膜面の堆積物を剥離する方法がとられる。
【０００５】
例えば、特許第３０１４２４８号公報（特許文献１）では、図１２に示すように、シート状の平型中空糸モジュール１０１の下方に設けた散気板１０２の散気孔１０２ａから供給される気泡により中空糸１０３に対してエアーバブリングを連続的若しくは断続的に行いながら液体を濾過する方法において、シート面が垂直方向に、中空糸が水平方向となるように膜モジュール１０１を配設し、中空糸膜１０３のみをエアーバブリングにより振動させる濾過方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平８−２１５５４８号公報（特許文献２）では、図１３に示すように、中空糸１０５の片端部１０６あるいは両端部１０６，１０７を開口状態に保ちつつ固定部材により固定して集水機能を持たせるとともに、片端部（下端部）１０６に散気孔１０６ａを設けて散気機能を持たせ、中空糸１０５をエアーバブリング洗浄法により膜面洗浄する膜モジュールが開示されている。
【０００７】
さらに、特公平７−６１４２０号公報（特許文献３）では、図１４に示すように、多数の中空糸濾過膜１１０を外筒１１１内に配列し、中空糸束中に多孔質パイプ１１２を混入させることにより、多孔質パイプ１１２の下方から空気を導入し、気泡を多孔質パイプ１１２に沿って上昇させながら中空糸を振動させ、エアーバブリングを行う濾過器が開示されている。
【０００８】
さらに、特表２００２−５４２０１３号公報（特許文献４）では、図１５に示すように、カートリッジ１０１の下端に空気溜め用のスカート部１２０を設け、該スカート部１２０より中空糸間に清浄用空気を導入する構造としている。
【０００９】
しかしながら、上記特許第３０１４２４８号公報（図１０）に記載の濾過方法では、散気板１０２の散気孔１０２ａから中空糸１０３の全域にわたって散気を行うものであるため、散気を十分に行うためには、隣接するシート状の平型中空糸モジュール１０１をある程度離間させて配置する必要があり、膜を高密度で設置することは難しい。したがって、膜設置部の容積が大きくなる。また、膜モジュール１０１の下方から全体的に散気を行うだけでは、中空糸１０３の表面のみが散気され、膜間、特に膜の閉塞が進みがちな集水部近辺への散気が不十分となる問題がある。
【００１０】
同様に、上記特開平８−２１５５４８号公報（図１１）に記載の膜モジュールでは、膜モジュールの片端部（下部集水管）１０６に散気構造を持たせ、散気孔１０６ａより散気させているため、中空糸１０５の外面側にのみ散気され、内面側には散気が及ばず、洗浄効率の面から十分とはいえない。また、多数の中空糸を円形状に集束配列した膜モジュールには適用できないという問題がある。
【００１１】
さらに、上記特公平７−６１４２０号公報（図１２）に記載の濾過器では、多数の中空糸濾過膜１１０を円形状に配列した中空糸束中に複数本の多孔質パイプ１１２を混入させているだけであるので、膜間への散気が不十分となる問題がある。
さらに、上記特表２００２−５４２０１３号公報（図１３）に示す構造では、一旦スカート部内に空気が滞留した時点で空気圧が開放されるため、中空糸の振動効果が少ない。
【００１２】
一方、従来の濾過処理設備における散気装置においては、長期間使用時の散気部の詰まりによる散気孔の閉塞の問題が挙げられる。すなわち、上記特開平８−２１５５４８号公報に記載の膜モジュールの片端部（ポッティング部）１０６に散気孔１０６ａを設け散気を行うものでは、散気孔１０６ａが汚泥等で閉塞した場合、散気部を交換することは難しい。したがって、膜自体の耐久性、運転性は十分に保持しているにもかかわらず、膜モジュール全体を交換しなければならず、経済的でなく、膜モジュールの交換作業にも手間がかかる。また、上記特許第３０１４２４８号公報に記載の膜モジュール１０１の下方にこの膜モジュールとは別に設置した散気装置から散気を行うものでは、散気板１０２の散気孔１０２ａが閉塞した場合に、膜モジュール全体を吊り上げてから、散気装置を浸漬槽の外に取り出して交換する必要がある。散気装置を取り出さないにしても、浸漬槽内の水をすべてドレンした後に散気孔の詰まりを清掃する必要があり、いずれにしても、交換作業、清掃作業に多くの手間がかかる。
【００１３】
さらに、従来の中空糸モジュールで用いる中空糸は、ＰＳＦ，ＰＶＤＦ、ＰＥ等の樹脂で成形しており、中空糸の膜厚は０．５〜１ｍｍ程度で強度、特に、抗張力の点で、散気管からの噴射する気体圧力が大きいと中空糸に破断が起こる問題がある。よって、約１ｍ近くの長尺な中空糸の端末側から気泡を発生させて中空糸に微振動を負荷させるに止めており、その結果、気泡によるバブリングだけでは、特に、中空糸の表面に強固に付着する懸濁成分を剥離除去する機能が弱い問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特許第３０１４２４８号公報
【特許文献２】特開平８−２１５５４８号公報
【特許文献３】特公平７−６１４２０号公報
【特許文献４】特表２００２−５４２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、膜濾過の継続により膜表面又は膜間に堆積した懸濁成分を、中空糸に確実に振動を与えて、効率よく剥離除去して清浄化できる濾過装置を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するため、本発明は、懸濁成分を含む被処理液を浸漬型吸引濾過用又は外圧濾過用の中空糸に透過させて固液分離を行う濾過装置であって、
多数本の中空糸に集束したカートリッジを設け、空隙をあけて隣接する前記中空糸の間に、該中空糸の軸線方向と交差方向に清浄用パイプを横断させて前記カートリッジに対して貫通配置し、該清浄用パイプに穿設している噴射孔より前記中空糸間の空隙に気体を加圧噴射させる構成としていることを特徴とする濾過装置を提供している。
【００１７】
従来は、多数本の中空糸の長さ方向の一端側を固定した固定部材側に沿って清浄用パイプあるいは散気手段を配置して、中空糸の長さ方向の一端側からエアバブリングを行っていたが、本発明では、カートリッジ内部に、言わば、串差し状に清浄用パイプを通して、中空糸間の隙間に気体（空気等）を加圧噴射し、中空糸に直接的に振動を付与できる構成としている。
即ち、従来は中空糸の端末側の散気手段から噴射する気泡で中空糸に弱振動を与えて膜表面に付着する懸濁成分を剥離除去しているが、本発明では気体を中空糸の間の空隙に加圧噴射することで、中空糸自体を噴射圧により直接的に振動させて膜表面に付着する懸濁成分を剥離除去するものである。
このように、清浄用パイプに供給する気体圧力を減衰させることなく、中空糸の空隙に直接加圧噴出する構成としているため、従来と比べて、中空糸を確実に振動させることができ、膜表面および膜間に堆積しようとする懸濁成分を確実の剥離除去して洗浄できる。
【００１８】
前記清浄用パイプは、前記カートリッジの軸線方向と交差する断面において中心位置を横断させる少なくとも１本でもよく、また、所要ピッチをあけて前記中心位置と両側位置とに配置した複数本としてもよい。
清浄用パイプを１つのカートリッジに複数本貫通させる場合には、清浄用パイプを平行配置してもよいし、Ｘ−Ｙ方向にクロス配置してもよい。また、１つのカートリッジに３本〜８本程度の清浄用パイプを間隔をあけて貫通配置し、カートリッジ内の中空糸の空隙全域に清浄用パイプから加圧噴射される気体の振動を作用させることができるように配置することが好ましい。
該構成とすることで、各中空糸を効率よく揺動させて、膜表面又は膜間に堆積した懸濁成分を剥離除去することができる。
【００１９】
前記カートリッジの複数の中空糸は軸線方向の両端を固定部材に接着固定し、少なくとも一方の固定部材に集水ヘッダーを取り付けており、
前記カートリッジを複数個設けて所要間隔をあけて配置し、これら複数のカートリッジの前記集水ヘッダーを集水管に連結して前記複数のカートリッジの中空糸から処理済み液を前記集水管に導入させる構成とし、
前記清浄用パイプは前記複数のカートリッジ内を連続して横断するように配置している。
該構成とすると、複数のカートリッジの中空糸を共通の清浄用パイプを通すだけで清浄することができ、構成を極めて簡単とすることができる。
【００２０】
前記カートリッジの前記両端の固定部材を剛性を有する連結支持材で連結してもよい。
前記連結支持材として多孔パイプを用いて、該多孔パイプも加圧気体を噴射する第２の清浄用パイプとして用いてもよい。
このように、両端の固定部材を剛性を有する連結支持材で連結し、固定部材間の寸法を規定しておくと、この間に取り付けられる多数の中空糸を加圧気体の噴射による振動が負荷されても、撓むことなく直線状態に保持することができる。
なお、そのためには各中空糸に抗張力が要求されるが、後述するように、ＰＴＦＥ等の抗張力を有する素材からなる中空糸を形成することで、加圧空気を直接に中空糸間の隙間に噴射可能としている。
かつ、前記連結支持材を多孔パイプで形成し、該多孔パイプの軸線方向に穿設されている孔から加圧気体を中空糸に向けて噴射する構成とすると、中空糸の軸線方向の全域に振動を効果的に付与でき、中空糸の表面に懸濁成分が付着堆積することを抑制できる。
【００２１】
前記カートリッジを中空糸の軸線方向と同一方向の縦方向に配置し、該カートリッジの長さ方向の下端部を支持する固定部材より上方位置に前記清浄用パイプを配置し、該清浄用パイプの上側に前記噴射孔を穿設し、各カートリッジ内において中空糸間の空隙に上向きに気体を噴射させる構成としていることが好ましい。
例えば、カートリッジの下部固定部材より５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の上方に、すくなくとも１本の前記清浄用パイプを配置している。
【００２２】
また、前記清浄用パイプは、カートリッジの中空糸の軸線方向に所要間隔をあけて配置してもよい。例えば、カートリッジを上下方向に配置する場合、下方位置と中間位置の２カ所に配置してもよいし、噴射孔から気体噴射に発生する振動が弱まる位置までの長さ間隔をあけて、上下複数段で清浄用パイプを配管してもよい。
即ち、中空糸の全表面に振動が負荷されるように、清浄用パイプを配管することが好ましい。
【００２３】
前記清浄用パイプに軸線方向に間隔をあけて穿設する噴射孔の直径は、カートリッジにより固液分離する処理液の懸濁成分の大きさに応じて設定される。
即ち、噴射孔からは加圧気体を噴射するため、該気体噴射時には懸濁成分が噴射孔に流入する恐れはないが、気体の噴射を停止している場合にも、噴射孔から清浄用パイプ内部に懸濁成分流入できない寸法設定とすることが好ましい。
具体的には、下水処理水が流入させる活性汚泥槽内に浸漬するカートリッジに貫通させる清浄用パイプでは、軸線方向に間隔をあけて穿設する噴射孔の直径は、２ｍｍ〜６ｍｍの範囲、より好ましくは３〜４ｍｍ程度がよい。
【００２４】
前記カートリッジは、多数本の前記中空糸を所要の空隙をあけて水平断面円形に集束配置し、隣接する前記中空糸の中心距離（ピッチ）が２〜６ｍｍとしている。
あるいは、前記カートリッジは、水平断面矩形状に層状に集束した中空糸集束体を設け、これを中空糸集束体を所要の空間をあけて配置して、全体として水平断面円形とし、平行配置する中空糸集束体を２〜２０ｍｍの空隙をあけて配置している。
なお、カートリッジの形状は前記形状に限定されず、多種の形態とすることができる。
【００２５】
前記清浄用パイプに間隔をあけて穿設する噴射孔のピッチは、例えば、中空糸と同一ピッチとして、隣接する中空糸間の空隙位置に噴射孔を配置すると、各中空糸の膜面に確実に噴射孔からの噴射による振動を負荷することができる。
なお、加圧空気を清浄用パイプの噴射孔が直接噴出させるために振動は比較的広範囲に発生するため、中空糸と同一ピッチよりもかなり広いピッチで穿設してもよい。
【００２６】
前記清浄用パイプの外径は前記カートリッジの隣接する中空糸間の空隙の以下に設定することが好ましい。このように、中空糸の空隙に清浄用パイプを貫通させることができる寸法としておくと、各カートリッジに清浄用パイプを通すためのスペースを別個に設ける必要はなく、中空糸を高密度に配置することができ、濾過性能を高く保持できる。かつ、清浄用パイプをカートリッジ内を貫通させることにより中空糸同士の接触を防ぐことができる。
【００２７】
前記清浄用パイプに導入する気体として空気を用い、該空気圧力は５０〜５００ｋＰａの範囲、好ましくは１００〜３００ｋＰａに設定している。圧力空気はブロアを用いて供給している。なお、コンプレッサーでもよいが空気圧力が強くなり過ぎると共にブロアの方がコスト的に有利である。
【００２８】
また、膜の洗浄を目的とした気体導入量は、ブロアの運転に消費する電力、即ち、ランニングコストの面から少ない程よいが、本製品によれば、例えば、カートリッジの設定濾過水量１００Ｌ／ｈｒに対して、１〜１０Ｎｍ３／ｈｒ、このましくは２〜４Ｎｍ３／ｈｒの範囲が好ましいが、濾過水量の分離する固形量の応じて適宜に設定される。
【００２９】
前記カートリッジの中空糸は、超微細多孔質でＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、多孔質アルミナ、多孔質窒化ケイ素等のセラミックから形成している。特に、延伸ＰＴＦＥから構成することが好ましく、延伸ＰＴＦＥとすることにより、酸、アルカリ、溶剤に対して安定で、かつ、撥水性に優れているため懸濁成分を付着しにくくでき、さらに、柔軟性に優れているため加工が容易である。
特に、抗張力を３ｋｇｆ以上とし、強い抗張力を付与しておくことにより、清浄用パイプから加圧気体を噴出しても、中空糸に撓みや損傷を発生させない。
なお、中空糸の素材は前記に限定されず、ポリスルフォン系樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース誘導体、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフイン、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリスルフォン系樹脂、、ポリアミド、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリアクリレート等の各種の材料からなるものが使用できる。また、これらの樹脂の共重合体や一部に置換基を導入したものであってもよく、更には二種以上の樹脂を混合した樹脂であってもよい。いずれの場合も、抗張力を３ｋｇｆ以上とすることが好ましい。
【００３０】
中空糸は、その内径０．５〜１２ｍｍ  外径１．５〜１４ｍｍ、超微細孔径５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、膜厚０．５〜１ｍｍ、気孔率５０〜８０％、膜間差圧０．１〜１．０ＭＰａの耐圧性を備えたものとすることが好ましい。
前記した中空糸を用いると多様な懸濁成分を含む被処理液の濾過に適用することができる。
【００３１】
前記清浄用パイプは基端部を気密状態で着脱自在に連結する空気導入用ヘッダーを介してブロア等の空気供給源と連結される。
前記構成とすると、濾過処理の継続中、たとえ清浄用パイプの噴射孔に閉塞が生じたとしても、閉塞した清浄用パイプを空気導入用ヘッダーから引き抜き離脱して詰まりを清掃することができる。そして、清掃後清浄用パイプを挿入装着するだけで、容易に機能回復ができる。
【発明の効果】
【００３２】
上述したように、本発明の濾過装置によれば、カートリッジに対して中空糸の軸線方向と交差方向に清浄用パイプを直接貫通させ、該清浄用パイプの噴射孔より加圧気体を中空糸間の空隙に噴出させて振動を発生させているため、前記空隙部全域に強い振動が伝播でき、膜表面又は膜間に堆積した懸濁成分を効率よく剥離除去することができる、かつ、清浄用パイプの噴射孔から加圧気体を噴出させることで噴射孔が懸濁成分で閉塞されることを抑制することもできる。
かつ、中空糸自体を抗張力を３ｋｇｆ以上としているため、加圧気体を噴射させても、撓む事なく直線状態を保持でき振動を確実に付与することができる。
さらに、清浄用パイプの配置位置は中空糸の軸線方向と交差方向に貫通させて配置するだけであるため、その配置位置は特定されず、設計の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、本発明を浸漬型吸引濾過装置に適用した第１実施形態を示す。
第一実施形態の濾過装置１０は被処理水２が入った濾過槽３に浸漬して用いている。本実施形態では、下水処理水からなる活性汚泥槽内に浸漬し、膜分離活性汚泥法により濾過処理するものである。
【００３４】
第１実施形態の濾過装置は、図１に示すように３つのカートリッジ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）を所要間隔をあけて集水管１４に並列に連結している。
各カートリッジ１は多数本の中空糸１０を所要の空隙をあけて配置し、これらの中空糸１０の両端末を樹脂でモールドし、所定位置に位置決め固定して成形した固定部材１１、１２を備えている。中空糸１０の中心間距離は２〜２０ｍｍとし、隣接する中空糸１０の間に０，５〜１０ｍｍの間隔をあけており、本実施形態では５ｍｍの間隔をあけている。前記上下の固定部材１１、１２はエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の液状樹脂を硬化させて成形している。
カートリッジ１の全体形状は水平断面円形とし、上下の固定部材１１、１２も円盤形状としている。
【００３５】
前記中空糸１０はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる超微細多孔質材より形成している。該中空糸としては、内径が０．５〜１２ｍｍ、外径が１．５〜１４ｍｍ、膜厚が０．５〜１ｍｍ、長さが約１０００ｍｍ、超微細孔径が５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、気孔率が５０〜８０％、抗張力が３ｋｇｆ以上、膜間差圧０．１〜１．０ＭＰａの耐圧性を備えるものを用途に応じて用いることができる。
本実施形態では、中空糸１０として内径１ｍｍ、外径２ｍｍ、長さ１０００ｍｍを用い、これら中空糸１０を４００〜５００本集束し、カートリッジ１の直径を１５０ｍｍとしている。
【００３６】
上部固定部材１１の上部には集水ヘッダー１３を液密に固定し、図３に示すように、中空糸１０の上端を開口状態のまま集水ヘッダー１３に臨ませて、中空糸１０の内部の濾過された処理済み液を集水ヘッダー１３に集めている。各カートリッジ１Ａ、１Ｂ，１Ｃの集水ヘッダー１３を集水管１４に着脱自在に連結し、処理済み液を吸引ポンプ１５で吸引している。
前記集水ヘッダー１３は、機械的強度及び耐久性を有する材質で成形しており、例えば、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフイン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ樹脂等を用いている。
下部固定部材１２で固定する中空糸１０の下端は封止して閉鎖端としている。なお、上下両端から処理済み液を取り出す構成とするため、下部固定部材１２を前記上部固定部材１２と同様な構成とし、下部側の集水管を上部側の集水管と連結してもよい。
【００３７】
下部固定部材１２より２０ｍｍの位置に、図２に示すように、３本の清浄用パイプ２０を水平方向において平行状態として、カートリッジ１の水平断面中心位置と、両側位置との貫通するように配管し、集束されている中空糸１０の隣接する空隙に通して横断させている。
これら清浄用パイプ２０は長尺とし、３つのカートリッジ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを連続的に横断するように配置している。
【００３８】
前記清浄用パイプ２０には、その上側にモジュールの膜集束体の内部における孔位置がそろうように等間隔の位置に噴射孔２１を穿設している。該噴射孔２１は内径は２ｍｍ〜６ｍｍが好ましく、本実施形態では４ｍｍとている。該清浄用パイプ２０はポリ塩化ビニルから成形し、内径を１３ｍｍ、外径を１８ｍｍとしている。なお、清浄用パイプ２０に設ける噴射孔２１はカートリッジを貫通する部分に設け、隣接するカートリッジの間には設けていない。
【００３９】
清浄用パイプ２０の一端は閉鎖端２０ａとし、他端は空気導入用ヘッダー２４に気密保持できるようにパッキン（図示せず）を介して着脱可能に連結している。空気導入用ヘッダー２４は空気導入管２６を介してブロア２７と接続し、空気導入用ヘッダー２４に１００〜３００ｋＰａの加圧空気を導入している。
【００４０】
次ぎに、本実施形態の濾過装置１０の作用を説明する。
浸漬槽３内に導入されて満たされた被処理液２は、吸引ポンプ１５の駆動により各カートリッジ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の中空糸１０を透過させて固液分離が行われ、集水管１４より処理済み液として回収される。
【００４１】
膜濾過の継続により中空糸１０の表面又は膜間に堆積した懸濁成分を剥離除去する場合は、ブロワー２７を作動させて空気導入管２６及び空気導入用ヘッダー２４から各清浄用パイプ２０に圧力空気を導入し、各清浄用パイプ２０の噴射孔２１より圧力空気を噴射している。噴射された圧力空気は隣接する中空糸１０の表面に接しながら上昇し、中空糸１０に振動を与えて、懸濁成分を中空糸１０の表面から剥離除去する。
前記加圧空気の噴出は常時行うことが好ましいが、断続的に行っても良い。
【００４２】
このように、本発明では、中空糸１０の端末側からでなく、中空糸１０の軸線方向の中間位置で、集束された中空糸１０の空隙を貫通させて配管している清浄用パイプ２０から中空糸１０間の隙間に直接的に加圧空気を噴射するため、従来と比較してかなり強い振動を中空糸１０に負荷することができ、中空糸１０の表面に付着堆積する懸濁成分を強力に剥離除去することができる。かつ、従来より強い振動力を中空糸１０に負荷しても、該中空糸といて抗張力が３ｋｇｆ以上のＰＴＦＥで形成しているため、振動により中空糸１０が損傷を受けることを防止できる。
【００４３】
図４（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ第１実施形態の変形例を示し、図４（Ａ）では、中空糸１０の軸線方向に沿って上下３段の位置Ｌ，Ｍ，Ｈに前記清浄用パイプ２０を配管している。同一水平断面位置では夫々第１実施形態と同様に平行に３本の清浄用パイプを設けている。よって、合計９本の清浄用パイプ２０を用いている。
このように、上下３段の位置にそれぞれ清浄用パイプ２０を配置すると、中空糸１０の軸線方向全域にわたって振動を負荷することができる。
【００４４】
図４（Ｂ）は、他の変形例を示し、第１実施形態では清浄用パイプ２０をＸ方向に配管しているが、該清浄用パイプ２０より１０ｍｍ程度上方に、Ｙ方向に配管する清浄用パイプ２０’を設けている。このＹ方向の清浄用パイプ２０’を平行に３本設けている。このように、Ｘ−Ｙ方向に清浄用パイプ２０，２０’をマトリクス状に配管し、加圧空気を噴射させると、集束される全中空糸１０を確実に振動を負荷することができる。
【００４５】
図５および図６は第２実施形態を示す。  
第２実施形態の各カートリッジ１では、上下の固定部材１１，１２の外周位置を周方向に間隔をあけて、剛性を有する多孔の支持パイプ３０からなる連結支持材で連結している。本実施形態では６本の比較的大径（直径６ｍｍ）とした支持パイプ３０で上下の固定部材１１、１２を連結している。
前記支持パイプ３０はポリ塩化ビニル製で形成し、その軸線方向の全体および全周に亙って間隔をあけて周壁に気体噴射用の孔３０ａを穿設している。
【００４６】
前記支持パイプ３０は上端を閉鎖端として、中空糸１０と共に上部固定部材１１にモールド固定している。一方、下端は開口端として中空糸１０と共に下部固定部材１２にモールドして固定し、下部固定部材１２の底面側に気密一体に取り付ける空気導入キャップ３２に開口状態で臨ませている。該空気導入キャップ３２も空気導入管２６と接続し加圧空気を導入している。即ち、上下固定部材１１と１２の連結支持材も第２の清浄用パイプとして利用している。
各カートリッジ１を連続して横断する清浄用パイプ２０を設けていると共に、他の構成は第１実施形態と同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
上記構成とすると、支持パイプ３０の周壁に穿設された孔３０ａからも空気が噴射されるため、カートリッジ１の外周方向から中空糸１０の軸線方向の全長に亙って振動を与えることができる。
【００４８】
図７、図８は第３実施形態のカートリッジ１を示す。
第３実施形態のカートリッジ１では、上下の固定部材１１、１２の連結支持材として、中空糸１０と略同一径の多孔パイプ４０からなる連結支持材を用いている。これら多孔パイプは剛性を有するポリ塩化ビニルで作成している。前記多孔パイプ４０は図８中に黒丸で示すように、４本を１組として、カートリッジ１の中心位置と、その回りを囲むように周方向に間隔をあけて配置している。
前記多孔パイプ４０は第２実施形態の支持パイプ３０と同様に下部固定部材１１に固定し、その下端開口を空気導入キャップ３２に臨ませている。
【００４９】
さらに、中空糸１０の集束部の外周を、被処理液を流入させる比較的大きな流通項４５ａをあけた円筒パイプ４５内で囲んでいる。該円筒パイプ４５は剛性を有するポリ塩化ビニル製で、その上下両端を上下に固定部材１１、１２に連結している。
カートリッジ１の下部側では第１実施例と同様に清浄用パイプ２０を貫通状態で配管しており、他の構成および作用は第１実施形態と同様である。
【００５０】
上記のように、カートリッジ１の中空糸群の内部に配置する多孔パイプ４０を中空糸１０と略同径とすると、多孔パイプ４０を取り付けるために中空糸１０の集束本数をさほど減少する必要がなく、中空糸群の中に配置する多孔パイプ４０から噴出する加圧空気を周囲の中空糸１０に作用させることができる。
【００５１】
図７、図８は第４実施形態のカートリッジ１を示す。
第４実施形態では、カートリッジ１の中空糸１０の集束形態を変えており、中空糸１０を水平断面が矩形状となるように層状に集束した膜集束体５０を６層設け、全体として水平断面円形に構成している。
【００５２】
前記膜集束体５０を所要間隔をあけて上下の固定部材１１、１２に固定している。清浄用パイプ２０を隣接する前記膜集束体５０の間の貫通させている。
他の構成および作用は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５３】
「実施例および比較例」
ＭＬＳＳ１００００ｍｇ／Ｌである下水処理水が入った活性汚泥槽内に、本発明の実施例および比較例の濾過装置を浸漬し、膜分離活性汚泥法による処理を下記の条件で行った。
設定濾過水量  １００Ｌ／ｈｒ
空気体導入量    ３Ｎｍ３／ｈｒ（気体噴射は連続して常時行った）
空気圧        ２００ｋＰａ
濾過運転経過日数に応じて処理済み液の吸引圧力を測定し、中空糸への懸濁成分の付着状態を測定した。吸引圧力が小さい程、清浄効果がある。
【００５４】
実施例および比較例とも、内径１ｍｍ、外径２ｍｍ、気孔率７５％、孔径０．４５μｍ、有効長さ１０００ｍｍで膜面積３ｍ２の延伸ＰＴＦＥ中空糸４８２本を用い、前記図１に示すように、中空糸間ピッチを５ｍとして、全体として水平断面円形に配置し、上端部及び下端部を固定用樹脂（エポキシ樹脂）で固定して上下固定部材１１、１２を作成してカートリッジ１を作製した。
【００５５】
「実施例」
実施例１は前記第１実施形態に相当し、上下の固定部材を多孔パイプから連結支持材で連結した。下部固定部材から２０ｍｍ上方に直径１８ｍｍの清浄用パイプを水平方向面で平行配置して３本設けている。該清浄用パイプの孔径は４ｍｍとし、モジュールの膜集束体の内部における孔位置が揃うように等間隔の位置に前記孔を設けた。
【００５６】
「比較例」
実施例１に下部固定部材に貫通孔を設けたが、下部固定部材に特許文献４と同様なスカート部を設け、各スカート部の真下に空気導入管を連結した。
【００５７】
測定結果を下記の表および図１１に示す。
【００５８】
吸引圧力（△Ｐ（ｋＰａ）  
濾過経過日数    実施例  比較例
５日          ７          ７
１０            ７          ７．５
１５            ７          ８
２０            ７        １０
２５            ７        １５
３０            ７        ２０
３５            ７        ２５
４０            ７        ２８
４５            ７        ２９
５０            ７        ３２
５５            ７        ３５
６０            ７        ３６                    
【００５９】
前記表１および図９のグラフからも明らかなように、本発明の実施例では６０日経過後も吸引圧力は同一であるため、中空糸の表面に懸濁成分が付着堆積されていないことが認められる。
これに対して、比較例では２０日経過後から吸引圧力は次第に増加し、６０日経過後では実施例１の５倍程度の吸引圧力が必要となり、中空糸表面の清浄能力は実施例より劣ることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の濾過装置は、中空糸を確実に振動させて、中空糸の表面又は中空糸間に堆積した懸濁成分を効率よく剥離除去することができることから、浄水分野に限らず、膜分離活性汚泥法が対象とする下水分野に用いて最適である。また、産業排水、畜産排水等の処理分野にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態の濾過装置を示す概略全体図である。
【図２】第１実施形態の拡大説明図である。
【図３】第１実施形態の上下固定部材の断面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ第１実施形態の変形例を示す図面である。
【図５】第２実施形態のカートリッジを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】第２実施形態の要部断面図である。
【図７】第３実施形態のカートリッジの正面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】第４実施形態のカートリッジの正面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】実施例と比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１２】従来例を示す図面である。
【図１３】他の従来例を示す図面である。
【図１４】別の他の従来例を示す図面である。
【図１５】（Ａ）はさらに別の従来例を示す図面、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図面である。
【符号の説明】
【００６２】
１  カートリッジ
２  被処理液
３  浸漬槽
１０  中空糸
１１  上部部材
１２  下部部材
１３  集水ヘッダー
２０  清浄用パイプ
２１  噴射孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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