(57)【要約】【課題】  長期間、安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】  原水供給濁度に応じて、中空糸膜モジュールの中空糸膜充填率を規定したモジュールを用いてろ過運転することにより、逆洗排水等が容易となり、安定した運転が継続できる。液出入口を有するケースハウジング内に中空糸膜を充填した中空糸膜モジュールを用いて、濁質分を含む原水を中空糸膜の外側から内側へろ過する中空糸膜モジュールの運転方法において、原水の濁度最大値Ａに応じて、使用する中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）を、下記の関係式（１）により調整する中空糸膜モジュールの運転方法。        ０．６−０．０５ｌｏｇ10Ａ≦Ｂ≦０．６５−０．０５ｌｏｇ10Ａ（１）【選択図】  図５
2006055817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液出入口を有するケースハウジング内に中空糸膜を充填した中空糸膜モジュールを用いて、濁質分を含む原水を中空糸膜の外側から内側へろ過する中空糸膜モジュールの運転方法において、原水の濁度最大値Ａに応じて、使用する中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）を、下記の関係式（１）により調整する中空糸膜モジュールの運転方法。
０．６−０．０５ｌｏｇ10Ａ≦Ｂ≦０．６５−０．０５ｌｏｇ10Ａ    （１）
【請求項２】
中空糸膜の有効長さが２ｍ以上である請求項１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【請求項３】
中空糸膜束有効部分の中空糸束が２〜２４に仕切られている請求項１又は２記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【請求項４】
逆洗工程を含み、逆洗工程がエアーバブリングを用いない逆洗工程のみである請求項１記載の運転方法。
【請求項５】
中空糸膜がセルロース系樹脂からなるものである請求項１〜３いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【請求項６】
中空糸膜束が結束されており、結束手段が、厚みが０．１〜３ｍｍである環状、管状、帯状部材である請求項１〜５いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【請求項７】
結束手段が透水性且つ伸縮性であり、開口率が９０％以上である請求項１〜５記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュールの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液出入口を有するケースハウジング内に所要数の中空糸膜束を収容し、ケースハウジング内への液（原水、透過水等）の出入りを前記液出入口のみにより行うタイプの中空糸膜モジュールが知られており、このようなタイプのモジュールはそのコンパクト性、プライミング容積の小さなことなどの利点から各分野の用途に応じて広く用いられている。
【０００３】
また、処理量の増大に伴い、最近では処理能力の高い比較的大型のモジュールが適用されることが多い。例えば、モジュール径が４００mm以上のものやモジュール長が２０００mm以上のものがあり、これらの中でも処理膜面積の大きさから中空糸の外側から内側へろ過する処理運転(外圧ろ過運転、以後は外圧ろ過運転と記す)が多く行われている。
【０００４】
しかし、このようなタイプの中空糸膜モジュールを用いて外圧ろ過運転を行った場合、原水の濁質分が中空糸膜束の中空糸相互間に入り込み、定期的に濁質分を排出する必要がある。処理能力を増大するために膜面積の向上や中空糸充填率を向上させたりするが、この場合、逆圧洗浄時やエアーバブリング洗浄時において、中空糸相互間に入り込んだ濁質分が抜け難く、短期における能力低下の原因となる。
【０００５】
このような事態を改善するため、逆洗流量やエアーバブリング量を増大させたり、逆洗頻度やエアーバブリング頻度を増加させたりするが、逆洗流量やエアーバブリング量を増大させた場合、中空糸膜束が激しく揺らされる為、中空糸膜束を構成する中空糸膜の断線等の破損が生じやすく、中空糸膜束の内、特定部位の中空糸膜の交換頻度が高くなるという問題があり、交換作業による濾過運転の中断、運転コストの上昇等の問題が生じる。また、逆洗頻度やエアーバブリング頻度を増加させた場合、回収率が低下、つまり処理能力が低下する。
【特許文献１】特開２００１−０８７６３０号公報
【特許文献２】ＷＯ  ００／６３１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、中空糸相互間に入り込んだ濁質分の排出を容易にし、長期間継続して安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、原水の濁質分濃度に応じて、ケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）を調整することにより、中空糸相互間に入り込んだ濁質分の排出を容易にし、長期間継続して安定した濾過運転ができるようにした中空糸膜モジュールの運転方法である。
【０００８】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、液出入口を有するケースハウジング内に中空糸膜を充填した中空糸膜モジュールを用いて、濁質分を含む原水を中空糸膜の外側から内側へろ過する中空糸膜モジュールの運転方法において、原水の濁度最大値Ａに応じて、使用する中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）を、下記の関係式（１）により調整する中空糸膜モジュールの運転方法である。
【０００９】
０．６−０．０５ｌｏｇ10Ａ≦Ｂ≦０．６５−０．０５ｌｏｇ10Ａ    （１）
ここで、中空糸膜の総断面積とは、各中空糸の外径基準の断面積の総合計である。
【００１０】
この発明は、中空糸膜モジュールにおいて外圧ろ過運転を行う場合に、供給される原水の濁質分濃度に応じて、ケースハウジングの幅方向断面積に対する中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）を規定した膜モジュールを用いたろ過運転方法を提供するものである。
【００１１】
例えば、供給される原水の濁度最大値Ａが１度の場合は、ケースハウジングの幅方向断面積に対する中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）が６０〜６５％の膜モジュールを用いてろ過運転を行うものである。また、供給される原水の濁度の最大値が１０度の場合は、ケースハウジングの幅方向断面積に対する中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）が５５〜６０％の膜モジュールを用いてろ過運転を行なう。この様に供給される原水濁度に応じてケースハウジング本体の幅方向断面積に対する中空糸充填率割合を変化させた膜モジュールを用いてろ過運転を行うものである。
【００１２】
本発明では、供給される原水濁度に応じて、ケースハウジング内の中空糸膜充填割合を規定した中空糸膜モジュールを用いた外圧ろ過運転を行うことにより、中空糸相互間に入り込んだ濁質分の排出を容易にし、長期間継続して安定した濾過運転ができる。また、濁質分の排出が容易になったことにより、逆洗流量やエアーバブリング量を増大させたり、逆洗頻度やエアーバブリング頻度を増加させる必要がなく、中空糸膜の断線等の破損が生じ難く、中空糸膜の交換や交換作業による濾過運転の中断、運転コストの上昇等の問題が低減できる他、回収率の低下つまり処理能力の低下を防止できる。
【００１３】
請求項２の発明は、中空糸膜の有効長さが２ｍ以上である１項記載の中空糸膜モジュールの運転方法を提供するものである。中空糸有効長さが長い程、膜モジュールの有効膜面積が増大するので有効である。
【００１４】
請求項３の発明は、中空糸膜束有効部分の中空糸束が２〜２４に仕切られている１または２項記載の中空糸膜モジュールを提供するものである。このように中空糸膜束有効部分の中空糸束を分割することにより、中空糸膜束相互間に流路となる空間を作ることとなり、上記したように中空糸相互間に入り込んだ濁質分の排出を容易にし、長期間継続して安定した濾過運転ができる。
【００１５】
本発明でいう「中空糸膜束」は、複数の中空糸膜が束ねられたもの、又は複数の中空糸膜が接着剤で一体化された小さな束を複数束ねた集合体の意味であり、前記した小さな束同士は、接着剤で一体化されていても良く、接着剤で一体化されていなくても良い。また、１つの中空糸膜束を形成する中空糸本数は特に制限されず、作業性等を考慮して適宜決定する。
【００１６】
請求項４の発明は、逆洗工程を含み、逆洗工程がエアーバブリングを用いない逆洗工程のみである請求項１の運転方法である。同一中空糸膜を用いた場合、原水を中空糸膜の内側から外側へろ過する処理に比べ、原水を中空糸膜の外側から内側へろ過する処理の方が有効膜面積が増大する。また、原水を中空糸膜の内側から外側へろ過する処理では、供給される原水の濁度や粘度が高くなるにつれ、中空糸の入口側と出口側に圧力損失が発生し、更には、中空糸長が長くなるほどこの圧力損失が増大し、有効な処理能力を発揮できない為、中空糸膜の外側から内側へろ過することが好ましい。
【００１７】
しかし、原水を中空糸膜の外側から内側へろ過する処理では、通常逆洗時に逆洗とエアーバブリングを併用して行う場合が多く、エアーバブリングにより中空糸が激しく揺らされる事や、中空糸膜長が長くなるほど中空糸膜が揺れ易く、中空糸膜の断線等の破損が生じ易い為、エアーバブリングを用いない逆洗工程のみを行なうことが好ましい。
【００１８】
請求項５の発明は、中空糸膜がセルロース系樹脂からなるものである請求項１〜３いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法であり、その他の材質、例えば、ポリスルフォンやＰＶＤＦ等に比べ親水性が高い為、膜のファウリングが発生し難く、高い透水性能を維持できるので有利である。
【００１９】
請求項６の発明は、中空糸膜束が結束されており、結束手段が厚みが０．１〜３ｍｍである環状、管状、帯状部材である請求項１〜５いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法である。中空糸膜束を環状、管状、帯状部材で結束する事により、逆洗時の中空糸膜揺れによる断線等の破損を生じ難くしている。
【００２０】
請求項７の発明は、結束手段が透水性、且つ伸縮性であり、開口率が９０％以上である請求項１〜５いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法である。結束手段を透水性、且つ、開口率９０％以上にすることにより、原水及び透過水の透過性、流動性を妨げることがない。また、伸縮性を有することで中空糸膜束にかかる力に耐えることができるので、有効に膜束を結束することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、原水供給濁度に応じて、中空糸膜モジュールの中空糸充填率を規定した中空糸膜モジュールを使用することで、逆洗時の汚泥の排出を容易にし、処理能力低下を軽減し、長期間、安定した濾過運転ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面により本発明の中空糸膜モジュールを説明する。図１は中空糸膜モジュールの断面図であり、図２、図３、図４は、図１の中空糸膜モジュールのキャップ２を取り外した時の接着端面平面図であり、端面構造の例を示すものである。図５は、膜モジュールの断面図であり、ケースハウジングの断面積に対する中空糸膜束の総断面積の割合を説明するものである。ここで、Ｄは管状ケースハウジングの内径を示し、ｄは中空糸膜１本の外径を示している。図６は、実施例における中空糸充填率と膜間差圧の関係を示す図である。
【００２３】
まず図１で示す中空糸膜モジュール１００について説明する。中空糸膜モジュール１００では、筒状本体部１と、上部キャップ２と下部キャップ３から外殻（ケースハウジング）が形成されている。なお、下部キャップ３を設けずに、筒状本体部１の下部を閉塞して底部を設けても良い。これらの筒状本体部１、上部キャップ２、下部キャップ３は、プラスチック樹脂又は繊維強化樹脂製であることが好ましい。
【００２４】
上部キャップ２には、上部液出入口１０（透過水出口または、逆圧洗浄水の供給口）が設けられており、下部キャップ３には下部液出入口１１（透過水出口、又は逆圧洗浄水の供給口）が設けられている。
【００２５】
筒状本体部１の側面下部には、前記側面から外側に突き出た状態で、筒状の液出入口１２(原水出入口、又は濃縮水出口)が設けられており、側面上部には、前記側面から外側に突き出た状態で、筒状の液出入口１３(原水出入口、又は濃縮水出口)が設けられている。
【００２６】
中空糸膜束６は、複数本の中空糸膜４の一端又は両端が接着剤５で一体化された小さな束の集合体であり小さな束同士は、それらの両端部において互いに接しているものや、いないものがあるが、接着剤５で一体化されている。
【００２７】
このように中空糸膜束６同士を接着剤で一体化することにより、液の出入り（例えば、逆圧洗浄水の供給）に伴う流れによって中空糸膜束６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。なお、下部キャップ３側の中空糸膜束は接着剤で一体化しなくても良いが、中空糸膜束６を液圧で揺れ難くする観点からは、上部キャップ２側と同様にして接着剤で一体化した方が好ましい。
【００２８】
中空糸膜束６は、長さ方向全体において、結束手段７により結束されている。このとき、複数の中空糸膜束６、又は全ての中空糸膜束６を結束手段により結束することもできる。
【００２９】
結束手段７は、管状部材、特にネット状の管状部材を使用する。中空糸膜束を結束手段７に挿入するため、結束手段７は、挿入時には中空糸膜束径より広がり、挿入後は中空糸膜束径より小さくなる事が好ましい。
【００３０】
結束手段７は、透水性でかつ伸縮性を有するものであることが好ましい。透水性を有するものにすることにより、結束部分においても濾過をすることができるので、膜の有効面積を低下させることがない。更に、伸縮性を有するものにすることにより、濾過運転時や逆圧洗浄時の水等の液圧により中空糸膜束６が揺れた場合においても、中空糸膜束６同士が衝突を繰り返さない程度の結束強度を維持できるほか、揺れた場合には揺れを吸収して抑えるように作用する。
【００３１】
図２、図３、図４は、中空糸膜モジュールのキャップ２を取り外した時の接着端面の平面図であり、端面構造を示すものである。図２のものは、中空糸膜束６の有効部分を６分割に仕切っており、接着端部の中空糸膜束が円形をしているものである。図３のものは、中空糸膜束６の有効部分を４分割に仕切っており、接着端部の中空糸膜束が扇形をしているものである。図４のものは中空糸膜束６の有効部分を８分割に仕切っており、接着端部の中空糸膜束が扇形をしているものである。
【００３２】
ケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合Ｂ（％）（中空糸充填率とも記載）は次式で算出される（図５参照）。
【００３３】
｛（（ｄ／２）2π×ｎ）／（Ｄ／２）2π｝×１００（％）
Ｄ：ケースハウジング内径
ｄ：中空糸膜１本の外径
ｎ：中空糸本数
中空糸充填率の異なる膜モジュールを得るには、同一の筒状本体部を使用する場合、中空糸膜本数を変化させる方法や中空糸膜外径を変化させる方法がある。また、同一中空糸膜を用いた場合は、中空糸膜本数や筒状本体部の内径を変化させる方法を用いる。
【００３４】
いずれの方法も使用条件により使い分けることが可能であるが、同一の筒状本体に同一中空糸膜を用い、中空糸膜本数を変化させて中空糸充填率を変化させる方法が簡便且つ効率的であり、より好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
（実施例１）
図１および図３の形状を有し、中空糸充填率の異なる中空糸膜モジュール１００を、２本作製した。各構成要素の詳細は次の通りである。
【００３６】
１本目の膜モジュール１００の筒状本体部１には、内径８０ｍｍ（Ｄ）、長さ２１００ｍｍのポリサルフォン製のものを用い、両端にはポリサルフォン製の上部及び下部キャップ２、３を取り付けた。
【００３７】
中空糸膜束は、酢酸セルロース製中空糸膜(内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍ、長さ２１００ｍｍ)５９２本を１束とし、大日本プラスチック社製のネトロン軽包装「ＨＲ３Ｌ白７０」（袋状の網からなるもの）に中空糸膜束を挿入し、中空糸束両端部各１５ｍｍ以外の全長２０７０ｍｍの部分が被覆された状態で、扇形状に４束収容し、遠心シール機（東邦機械工業（株）製，横型遠心成型機）により、筒状本体部１の両端側に位置する中空糸膜束相互間及び、中空糸膜束と筒状本体部１の内周面との間をウレタン系接着剤で接着封止した。接着剤の厚み（接着剤で固着一体化された中空糸膜の一端側の長さ）は３０ｍｍ（両端で６０ｍｍ）、有効膜面積は１９．７ｍ2であり、中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合（％）（中空糸充填率）は、６２．５％であった。
【００３８】
２本目の膜モジュール１００の筒状本体部１には、内径８０ｍｍ（Ｄ）、長さ２１００ｍｍのポリサルフォン製のものを用い、両端にはポリサルフォン製の上部及び下部キャップ２、３を取り付けた。
【００３９】
中空糸膜束は、酢酸セルロース製中空糸膜(内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍ、長さ２１００ｍｍ)５４５本を１束とし、大日本プラスチック社製のネトロン軽包装「ＨＲ３Ｌ白７０」（袋状の網からなるもの）に中空糸膜束を挿入し、中空糸束両端部各１５ｍｍ以外の全長２０７０ｍｍの部分が被覆された状態で、扇形状に４束収容し、遠心シール機（東邦機械工業（株）製，横型遠心成型機）により、筒状本体部１の両端側に位置する中空糸膜束相互間及び、中空糸膜束と筒状本体部１の内周面との間をウレタン系接着剤で接着封止した。接着剤の厚み（接着剤で固着一体化された中空糸膜の一端側の長さ）は３０ｍｍ（両端で６０ｍｍ）、有効膜面積は１８．２ｍ2であり、中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合（％）（中空糸充填率）は、５７．５％である。
【００４０】
上記のように作製した中空糸充填率の異なる２種類の膜モジュールを用いて、濁度２〜７度（平均濁度４度）の河川水を用い、膜ろ過実験を行った。（濁度最大値Ａは７なので、式（１）より、本願における好ましいＢの値の範囲は、５５．８〜６０．８％となる。）
運転条件：透過速度；３ｍ／日
逆圧洗浄流量；ろ過流量の２倍
ろ過方式；中空糸外圧全量ろ過
運転工程；ろ過運転５９分／逆圧洗浄１分
膜ろ過実験の結果、図６に示した様に、運転日数６０日において、上記範囲内の充填率を有する、中空糸充填率５７．５％の膜モジュール（５７．５％モジュール）の膜間差圧上昇が少なかったのに対して、中空糸充填率６２．５％の膜モジュール（６２．５％モジュール）の膜間差圧は大きく上昇した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】中空糸膜モジュールの断面図。
【図２】中空糸膜モジュールの端面平面図。
【図３】中空糸膜モジュールの端面平面図。
【図４】中空糸膜モジュールの端面平面図。
【図５】中空糸膜モジュールのケースハウジングの幅方向断面積に対する、中空糸膜の総断面積の割合（中空糸膜充填率）の説明図。
【図６】実施例における中空糸充填率と膜間差圧の関係を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１００  中空糸膜モジュール
１  筒状本体部
２  上部キャップ
３  下部キャップ
４  中空糸膜
５  接着剤
６  中空糸膜束
７  結束手段
１０  上部液出入口
１１  下部液出入口
１２  液出入口
１３  液出入口
【図１】
2006055817.tif 000003
【図２】
2006055817.tif 000004
【図３】
2006055817.tif 000005
【図４】
2006055817.tif 000006
【図５】
2006055817.tif 000007
【図６】
2006055817.tif 000008