(57)【要約】  圧力差により被処理水を膜ろ過する膜モジュール１の洗浄方法において、膜モジュール１の１次側１ａから気体を導入し、気泡により洗浄を行う空気洗浄工程を膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に同時に行い、さらに膜ろ過工程終了後も空気洗浄工程を一定時間継続した後、膜モジュール１の１次側１ａから被処理水を排出し、続いて、膜モジュール１の２次側１ｂから洗浄水の供給する逆圧水洗浄工程を開始し、さらに膜モジュール１の１次側１ａに洗浄水がしみ出してから膜モジュール１の１次側１ａが洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に、空気洗浄工程を行うことによって、膜モジュール１の効率的な洗浄方法を提供し、膜モジュール１を長期安定的に運転する方法を提供する。
2011158559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力差により被処理水を膜ろ過する膜モジュールの洗浄方法において、膜モジュールの１次側から気体を導入し、気泡により洗浄を行う空気洗浄工程を膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に同時に行い、さらに膜ろ過工程終了後も空気洗浄工程を一定時間継続した後、膜モジュールの１次側から被処理水を排出し、続いて、膜モジュールの２次側から洗浄水の供給する逆圧水洗浄工程を開始し、さらに膜モジュールの１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュールの１次側が洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に、空気洗浄工程を行うことを特徴とする膜モジュールの洗浄方法。
【請求項２】
膜モジュールの１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュールの１次側が洗浄水で満たされるまでの全時間において空気洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の膜モジュールの洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄水に、前記膜モジュール洗浄用の薬液が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の膜モジュールの洗浄方法。
【請求項４】
前記膜モジュールは、膜面が略鉛直方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理用膜モジュールの洗浄方法に関するものである。さらに詳しくは、上水道における浄水処理分野、工業用水や食品、医療プロセス用水といった産業用水製造分野、下水や工業廃水といった下廃水処理分野などに使用される水処理用膜モジュールを洗浄する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上等の特徴を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜は、河川水や地下水、下水処理水から、工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用があげられる。水処理で用いられる分離膜は大きくナノろ過膜（ＮＦ膜）／逆浸透膜（ＲＯ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）／限外ろ過膜（ＵＦ膜）の２つに分けられ、前者は海水やかん水からの脱塩、イオン除去などに用いられ、一方、後者は河川水や地下水、下水処理水から、工業用水や水道水を製造する浄水プロセスで用いられる。さらに、従来、活性汚泥法で処理されていた下水や産業廃水を、活性汚泥槽に直接浸漬させたＭＦ膜／ＵＦ膜で処理する「膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｂｉｏｒｅａｃｔｅｒ；ＭＢＲ）」と呼ばれる処理も活発に行なわれてきている。【０００３】
水不足が叫ばれる昨今の状況から、これら膜を用いた水処理法は更なる技術開発が行なわれ、近年ではＭＦ膜／ＵＦ膜を用いて海水あるいはかん水中の有機物や微粒子を除去、あるいは下水あるいは産業廃水をＭＢＲにて浄化するといった前処理を行なった後に、ＲＯ膜でろ過して効率的に淡水を生産する「統合的膜利用システム（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＩＭＳ）」と呼ばれる手法を採用する造水施設が、水不足に苦しむ中東地域やアジア地域等にて多数建設されている。【０００４】
このような水処理用膜モジュール（以下、膜モジュールと呼称する。）には、大きく分けて、加圧型膜モジュールと浸漬型膜モジュールとが存在する。加圧型膜モジュールは、多数本の膜を容器内に収納し、容器の両方の端部あるいは片方の端部を種々の接着剤にて接着した形状となっており、ポンプにて膜モジュール内に導入された被処理水が加圧状態となり、膜面によってろ過を行うタイプの膜モジュールである。一方、浸漬型膜モジュールは、膜が大気中に露出した形状となっており、その膜モジュール大気開放された処理槽内に浸漬させ、ろ過水側を吸引等してろ過を行うタイプの膜モジュールである。【０００５】
加圧型膜モジュールは、浸漬型膜モジュールに比べろ過圧力をより大きく設定できることから、膜面積あたりの処理量が増加し、そのため処理に必要な膜モジュール本数を減らせる、設置面積を小さくできる等の長所を持つ。一方、浸漬型膜モジュールは、耐圧性の筒状ケースが無く被処理中に膜を浸漬させて使用されることから、膜間に詰まる濁質の排出性に優れ、高濁質の被処理水でも膜ろ過が行えるという長所がある。また、ろ過方法が単純であり、付帯配管も少ないことから、設備費を低減できる長所もある。【０００６】
浸漬型膜モジュールは前述したとおり、大気開放された処理槽内の被処理水中に膜モジュールを浸漬させ、ろ過水側を吸引等してろ過を行う。吸引ろ過の場合、浸漬型膜モジュールのろ過水出口から、膜モジュールのろ過水側を吸引する吸引手段（吸引ポンプなど）までの間のろ過水配管内は、ろ過工程中に、吸引されることにより負圧状態、ないしはそれに近い状態となるといった特徴も有している。【０００７】
これらの膜モジュールを用いて被処理水を膜ろ過すると、被処理水中に含まれる濁質や有機物等の除去対象物が膜面に蓄積し、膜の閉塞現象が起こるため、膜のろ過抵抗が上昇し、やがてろ過を行うことができなくなる。そこで、膜ろ過性能を維持するため、定期的に膜ろ過を停止し、物理洗浄を行うのが一般的である。通常、前述のろ過工程と物理洗浄工程とは、自動的に繰り返しで実施される。【０００８】
物理洗浄には、膜モジュール下部に空気を吹き込んで膜を水中で振動させることにより、膜面に付着した懸濁物質を震い落とす空気洗浄（空洗）や、膜モジュールのろ過方向とは逆方向、つまりろ過水側（２次側）から被処理水側（１次側）にろ過水などの水（洗浄水）を圧力で押し込み、膜などに付着した懸濁物質を排除する逆圧水洗浄（逆洗）などがある。通常の膜モジュールの運転では、これらの各工程が１回ずつ行われた後に膜から剥離した懸濁物質を系外に排出する排水工程が行われる。【０００９】
このような洗浄方法として、特許文献１では、被処理水供給時に気体を混合して、気泡により膜を振動させて膜汚染物質を剥離する方法が開示されている。また、特許文献２では、被処理水配管に気体を導入して膜モジュール内に気体を導入すると同時に、膜モジュールの２次側から気体又は液体を導入する洗浄方法も開示されている。【００１０】
しかしながら、こういった洗浄方法を実施しても膜モジュールの洗浄は未だ不十分であり、膜ろ過運転を安定させることはできなかった。【００１１】
そこで、特許文献３では、排水工程時に膜モジュールの膜の一部が水面上に表出した際に洗浄薬品の注入を膜モジュールの２次側から開始する洗浄方法や、同時に散気手段によって気泡流を供給する洗浄方法が開示されている。また、特許文献４では、ろ過工程終了後に１次側にある被処理水を排出し、膜の周囲が気体となるまで水位を下げた後、空洗と逆洗を同時に行うことが開示されている。【００１２】
上記の洗浄方法を実施することで一定の洗浄効果向上は達成されるが、特許文献３の洗浄方法では、膜表面に残存している膜汚染物質を洗浄薬品で溶解しようとするため、洗浄薬品の使用量が増大するといった課題が残る。また、特許文献４の洗浄方法では、膜ろ過工程後に１次側の被処理水を一部あるいは全部排出してから洗浄作業に入るため、処理システム全体の生産水回収率が低下するか、あるいは排出した被処理水を洗浄終了後に膜モジュールに供給する被処理水の一部として使用した場合には、処理システムの排水ラインが被処理水を被処理水槽に戻すためのラインと排出するためのラインの２つに分かれることになり、配管、バルブが余計に必要になるといった課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−９８００１号公報
【特許文献２】特開２００１−７９３６４号公報
【特許文献３】特開２００６−２５５５６７号公報
【特許文献４】特開２００７−２８９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、膜モジュールの効率的な洗浄方法を提供し、膜モジュールを長期安定的に運転する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明は次の構成をとる。
（１）圧力差により被処理水を膜ろ過する膜モジュールの洗浄方法において、膜モジュールの１次側から気体を導入し、気泡により洗浄を行う空気洗浄工程を膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に同時に行い、さらに膜ろ過工程終了後も空気洗浄工程を一定時間継続した後、膜モジュールの１次側から被処理水を排出し、続いて、膜モジュールの２次側から洗浄水の供給する逆圧水洗浄工程を開始し、さらに膜モジュールの１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュールの１次側が洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に、空気洗浄工程を行うことを特徴とする膜モジュールの洗浄方法。
（２）膜モジュールの１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュールの１次側が洗浄水で満たされるまでの全時間において空気洗浄工程を行うことを特徴とする（１）に記載の膜モジュールの洗浄方法。
（３）前記洗浄水に、前記膜モジュール洗浄用の薬液が含有されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の膜モジュールの洗浄方法。
（４）前記膜モジュールは、膜面が略鉛直方向に配置されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によって、膜モジュールの汚れ物質を効率的に除去することが可能となり、安定的な運転を長期間継続することが可能となるとともに、気泡による洗浄を膜モジュールの汚れが顕著な部分のみに適用することで気体導入に必要なエネルギーを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される膜ろ過装置の一例を示す装置概略フロー図である。
【図２】図１の膜ろ過装置において、膜ろ過工程中に気泡による洗浄を行われる状態を示す装置概略フロー図である。
【図３】図１の膜ろ過装置において、膜ろ過工程後に気泡による洗浄が行われる状態を示す装置概略フロー図である。
【図４】図１の膜ろ過装置において、排水が行われる状態を示す装置概略フロー図である。
【図５】図１の膜ろ過装置において、膜モジュールの１次側に洗浄水がしみ出している間に気泡による洗浄が行われる状態を示す装置概略フロー図である。
【図６】本発明が適用される膜ろ過装置の別の一例を示す装置概略フロー図である。
【図７】本発明が適用される膜ろ過装置のさらに別の一例を示す装置概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、浸漬型中空糸膜モジュールのろ過装置を例にとって、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明が適用される膜ろ過装置の一例を示す装置概略フロー図である。
【００２０】
膜モジュール１で処理する被処理水は、被処理水配管３から連続的にあるいは断続的に浸漬槽２内に供給される。なお、浸漬槽２内への原水供給の調整は原水弁４の開閉によって行われる。流入した原水は、浸漬槽２内で液相２ａと沈降した懸濁物質からなる沈降汚泥相２ｂとに相分離される。浸漬槽２内には膜モジュール１が浸漬設置されており、ろ過水配管５の下流側に配設されたろ過ポンプ６によって、膜モジュール１内の分離膜、ろ過水配管５、及びろ過弁７を介して、液相２ａ内の原水が膜ろ過され、ろ過水槽８にろ過水８ａが貯留される（膜ろ過工程）。この膜ろ過工程において浸漬槽２内は静置状態におかれるために、液相２ａ中から懸濁物質が沈降して液相２ａ中の懸濁物質濃度が低減し、膜モジュール１の分離膜への懸濁物質負荷が低減する。
【００２１】
本発明では、膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に、膜ろ過工程と同時に液相２ａから気体を空洗弁１４を介して導入し、気泡により洗浄を行う空気洗浄工程を実施する（図２）。空気洗浄工程を膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に同時に行うことで、膜表面に付着した被処理水由来の懸濁物質等の汚れ成分の少なくとも一部を剥離させることができる。なお、膜ろ過工程の全部で膜ろ過工程と同時に空気洗浄工程を行うことも可能である。なお、加圧型中空糸膜モジュールを使用する場合には、加圧型中空糸膜モジュールの気体抜き弁を定期的、かつ一時的に開として、加圧型中空糸膜モジュール内に貯まった気泡や膜表面から剥離した汚れ成分を加圧型中空糸膜モジュールの系外に排出する必要がある。
【００２２】
膜ろ過工程終了後は、ろ過ポンプ６を停止し、ろ過弁７を閉じ、空洗弁１４を介して膜モジュール１への気体の導入を継続して気泡による洗浄を行う（図３）。膜ろ過工程終了後に液相２ａに被処理水を残存させたまま空気洗浄工程を一定時間継続することで、膜ろ過工程中に行った気泡による洗浄から継続して膜表面に付着した被処理水由来の懸濁物質等の汚れ成分を剥離させることができる。なお、膜ろ過工程終了後に行う空気洗浄工程は膜表面の汚れ成分を剥離させることができれば十分な効果が発揮されるため、膜ろ過工程終了後に短時間、具体的には数秒〜３０秒程度継続することが好ましい。
【００２３】
前記のような洗浄方法をおこなった場合、膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に、空気洗浄工程を同時に実施することによって次のような現象が起こっているものと考えられる。
【００２４】
膜ろ過工程中の膜表面近傍での水の流れは吸引圧によって膜表面に対して垂直方向になっている。ここで、膜ろ過工程中に空気洗浄がおこなわれることで、膜表面近傍において、気泡の上昇に伴う膜表面に対する平行方向の水の流れが加わり、この気泡上昇に伴う平行方向の水の流れと気泡による掻き取り効果で膜表面の懸濁物質を剥離させるとともに、膜表面最近傍で生じる膜表面に対して垂直方向の流れによりろ過が継続される。なお、膜ろ過工程終了後は、上記の膜表面に対する垂直方向の水の流れがなくなり、気泡上昇に伴う平行方向の流れのみとなるため、懸濁物質の剥離がさらに促進される。
【００２５】
前述のように、膜ろ過工程の終了後に空気洗浄工程を実施することによって、膜表面に付着した懸濁物質の剥離が進み、通常の運転方法よりも長期的に安定化が可能な膜ろ過運転を実施することができるが、本発明のように、さらに膜ろ過工程の終了前の少なくとも一部の間に空気洗浄工程を実施することで、膜ろ過工程中に気泡や膜表面に対して平行な水の流れにより膜表面に付着した懸濁物質の剥離が前もって行われることとなる。そのため、膜ろ過工程の終了後に実施する空気洗浄工程では、より短い洗浄時間でも効率的な懸濁物質の剥離が十分に進行することとなるため、膜ろ過工程の終了後にのみ空気洗浄を行う場合と比べて、より長期的に安定な膜ろ過運転をおこなうことができるようになる。
【００２６】
膜モジュール１の気泡による洗浄が終了した後、空洗弁１４を閉にし、また排水弁１７を開にし、排水配管１６を通じて浸漬槽２内の被処理水および膜表面に付着していた汚れ成分を系外に排出する（図４）。被処理水および膜表面に付着した汚れ成分を浸漬槽２の外に排出した後、排水弁１７を閉とし、続いて、逆洗ポンプ１０を運転、逆洗弁１１を開とし、ろ過水槽８に貯留されたろ過水８ａを逆洗水配管９を介して膜モジュール１の２次側に送液して膜モジュール１の膜の洗浄（逆洗）を行う（逆圧水洗浄工程）。この逆洗では、膜ろ過工程時とは逆側から洗浄水（ここではろ過水）を膜に供給するため、ろ過とは逆方向から圧力をかけることによって、膜ろ過工程中に膜表面に蓄積し、前述の気泡による洗浄では除去しきれなかった被処理水由来の懸濁物質等の汚れ成分を膜から除去することが可能となる。また、逆圧水洗浄工程では、洗浄水が膜モジュール１の２次側から供給されるため、洗浄水は膜表面からしみ出して、浸漬槽２を徐々に満たしていく。
【００２７】
本発明では、洗浄水を膜モジュール１の２次側に送液し、膜モジュール１の１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュール１の１次側が洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に空洗弁１４を開にして、膜モジュール１の１次側より気体を導入する空気洗浄工程を実施すればよい（図５）。気体の導入は、膜モジュール１の中でも、特に膜表面の汚れがひどい箇所に洗浄水の水面が達する時になされることが好ましい。また、膜表面の汚れが全体に及んでいるときには、膜モジュール１の１次側に洗浄水がしみ出してから洗浄水で満たされるまでの全部において気体の導入を行ってもよい。このような洗浄を行うことで、膜モジュール１の１次側で徐々に上昇する洗浄水の水面が気体によって揺らされ、膜表面に対するせん断力が付加され、前述の気泡による洗浄では除去し切れなかった膜表面の汚れ成分をかき取る効果が得られる。
【００２８】
膜モジュール１の洗浄に関して、これまで知られている一般的な方法では、膜ろ過工程終了後に逆洗を開始し、気泡による洗浄（空洗）は逆洗と同時または、逆洗より前ないしは後に行われていた。この方法における空洗の効果は、気泡自体の膜表面上でのせん断力、又は、気泡によって膜を上下左右に揺動させ、膜表面から汚れ成分を振るい落とすというものである。しかし、これらの方法では気泡を膜全面に行き渡らせることは難しいため、気泡自体のせん断力によって膜表面に付着した汚れ成分をすべてかき取ることは難しく、また、膜の揺動によって振るい落とされた汚れ成分が、特に中空糸膜モジュールでは、膜間に挟まったりすることがあり、十分に汚れ成分を膜モジュール１から排出することは難しかった。
【００２９】
しかし、本発明は膜ろ過工程終了前の少なくとも一部の間に気泡による洗浄を同時に行い、さらに、膜ろ過工程終了後に気泡による洗浄を継続してから排水を行っているため、逆圧水洗浄工程開始時には、膜モジュール１の膜表面に付着している汚れ成分の少なくとも一部は排出できている。続いて、逆圧水洗浄工程にて逆洗を行い、膜モジュール１の１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュール１の１次側が洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に気体を導入しているため、前述のように、膜モジュール１の１次側で徐々に上昇する洗浄水の水面が気体によって揺らされ、膜表面に対するせん断力が付加され、前述の気泡による洗浄では除去し切れなかった膜表面の汚れ成分をかき取る効果が得られる。また、水面が揺れていることで、一般的に行われる気泡自体のせん断力による汚れ成分のかき取りより効果が向上しており、さらには膜全体に対してかき取り効果を発揮するため、より好ましい形態となる。
【００３０】
さらに、本発明は逆圧水洗浄工程前に気泡による空気洗浄を実施し、膜表面に付着している汚れ成分の少なくとも一部を排出しているため、逆圧水洗浄工程時に膜モジュール１の２次側に供給する洗浄水の量を少なくして、洗浄圧力を低くしても十分な洗浄効果を得ることができる。よって、ろ過水が洗浄水として利用される量が少なく済み、処理システム全体で生産水回収率を向上させることが可能となる。
【００３１】
なお、膜ろ過工程終了後に逆洗と空洗を同時に行ってから排水し、続いて、逆洗を行い、膜モジュール１の１次側に洗浄水がしみ出してから膜モジュール１の１次側が洗浄水で満たされる時までの少なくとも一部の間に気体を導入する洗浄を行うと確かに洗浄効果が高く、長期的、かつ安定的な膜ろ過運転を実現することが可能となるが、ろ過水が洗浄水として利用される量が多くなり、処理システム全体の生産水回収率が低くなるという欠点がある。
【００３２】
また、逆圧水洗浄工程時に膜モジュール１の２次側に送液する洗浄水に、薬液が含有されているとさらに好ましい形態になる。洗浄水に薬液が含有されている場合、その方法は特に限定されることはないが、例えば、図６に示すように、薬液タンク１８中に貯留した薬液を、薬液供給配管１９を介して薬液ポンプ２０で洗浄水配管９内に注入し、送液される洗浄水と送液時の水流によって配管内で混合し、膜モジュール１の２次側に送液する方法や、図７に示すように、あらかじめ濃度を調整した薬液を薬液タンク１８に貯留し、洗浄工程時に薬液弁２１を開にし、薬液ポンプ２０で膜モジュール１の２次側に薬液を送液する方法がある。
【００３３】
ここで、洗浄工程時の洗浄水に薬液が含有されていることがさらに好ましい理由を述べる。
【００３４】
膜モジュール１を用いて被処理水を処理した場合、前述した膜表面に被処理水由来の懸濁物質等の汚れ成分が付着する以外に、膜内に汚れ成分が蓄積していく。膜内への汚れ成分の蓄積は、膜ろ過工程を繰り返すほど顕著となり、前述のろ過水を洗浄水とした洗浄工程では除去することができないことがほとんどである。一方、逆圧水洗浄工程時に薬液を含有させた洗浄水を使用すると、膜内に蓄積した汚れ成分が溶解し、膜内から排出させることが可能となる。この時、使用される薬液としては、硫酸、塩酸、硝酸、シュウ酸、クエン酸、アスコルビン酸、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、および界面活性剤からなる群から選ばれる１種以上を含む薬液であることが好ましい。これらの薬液を用いれば、被処理水中に含まれる無機物や有機物等の汚れ成分を溶解させることが可能となり膜モジュール１の安定的な運転を長期間継続することが可能となる。
【００３５】
また、薬液を用いた膜モジュール１の洗浄方法として、異なる２種の薬液を用いて、それぞれの薬液での洗浄を連続で行うことも好ましく用いられる。その方法は特に限定されるものではないが、例えば、最初に次亜塩素酸ナトリウムを用いた洗浄により、膜表面及び膜内に蓄積された有機物由来の汚れ成分を溶解させ、膜モジュール１の系外に排出し、その後、クエン酸を用いた洗浄により、膜表面及び膜内に蓄積した無機物由来の汚れ成分を溶解させ、膜モジュール１の系外に排出させる方法もある。さらには、薬液を用いた洗浄を行う場合、膜モジュール１内すべてが薬液を含有させた洗浄水で満たされた後に、その状態を維持、つまり、薬液での浸漬を一定時間行うことがより好ましく採用される。これらの方法を用いて洗浄を行うことで、被処理水由来の汚れ成分のほぼ全てを膜モジュール１の系外に排出することができ、膜モジュール１の安定的な運転を長期間継続することが可能となる。
【００３６】
また、膜モジュール１は、膜表面が略鉛直方向となるように配置することが好ましい。膜表面が略水平方向となるように膜モジュール１を配置すると、膜ろ過工程中の少なくとも一部、及び、ろ過工程終了後に行う空気洗浄工程においては、気泡自体の膜表面に対するせん断力の効果は一定程度は得られるが、気泡は略鉛直方向に進むため、気泡と膜表面の接触回数は、略鉛直方向に配置した場合よりも減少するため効率的ではない。さらに、特に中空糸膜を用いた際に効果が現れる、膜の上下左右方向への揺動は不十分となり、膜の上下左右方向への揺動による、膜表面からの汚れ成分の振るい落とし効果は十分とは言えず、膜モジュール１の洗浄効果は不十分なものとなる。また、膜表面が略水平方向となるように膜モジュール１を配置すると、逆圧水洗浄工程時には、膜モジュール１の１次側の水面上昇が膜表面に対して垂直となるため、水面上昇時に膜モジュール１の１次側に気体を導入した場合、気液界面の揺動で発生するせん断力が十分に膜表面に付与されず、洗浄効果は不十分となる。
【００３７】
しかし、本発明のように膜表面が略鉛直方向となるように配置すると、膜ろ過工程中の少なくとも一部、及び、ろ過工程終了後に行う空気洗浄工程においては、気泡と膜表面の接触回数は増加するため、気泡自体の膜表面に対するせん断力の効果は十分得られる。また、特に中空糸膜を用いた際に効果が現れる、膜の上下左右方向への揺動は十分になされ、膜の上下左右方向への揺動による、膜表面からの汚れ成分の振るい落とし効果は十分に得ることが可能となる。また、膜表面が略水平方向となるように膜モジュール１を配置すると、逆圧水洗浄工程時には、膜モジュール１の１次側の水面上昇が膜表面に対して水平となるため、水面上昇時に膜モジュール１の１次側に気体を導入した場合、気液界面の揺動で発生するせん断力が十分に膜表面に付与され、洗浄効果は十分となる。
【００３８】
ここで、本発明にて使用される浸漬型膜モジュールについて説明する。本発明にて使用される浸漬型膜モジュールに適用できる分離膜は、精密ろ過膜又は限外ろ過膜であり、その形状は特に限定されず、平膜、中空糸膜、管状型膜、その他いかなる形状のものも適宜用いることができる。しかしながら、逆洗の際に膜破損が起こりにくいこと、かつ単位体積あたりの膜面積が高いこと、さらには空洗時に膜自体が適宜に揺れて膜表面に付着した懸濁物質をふるい落とすことが可能であることから中空糸膜を用いることが特に好ましい。
【００３９】
精密ろ過膜や限外ろ過膜に使用される膜の素材は、特に限定しないが、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいると好ましい。さらに膜強度、耐薬品性の点から、ポリフッ化ビニリデンを主成分とする樹脂膜であることがより好ましい。
【００４０】
膜表面の細孔径についても特に限定されないが、０．００１μｍ〜１μｍの範囲内で適宜選択することができる。
【００４１】
浸漬型中空糸膜モジュールは、数百本から数万本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束の端部を接着してなる構造の浸漬型膜モジュールであり、大きくは次の２タイプに分けられる。１つは、一方の端部において各中空糸膜の端面を開口した状態で中空糸膜同士を接着し、他方の端部において各中空糸膜の端面を閉塞した状態で中空糸膜同士を接着したタイプである（図示しない）。もう１つは、両端共に各中空糸膜の端面を開口した状態で中空糸膜同士を接着したタイプである（図示しない）。本発明においては、浸漬型膜モジュールはいずれのタイプのモジュールであってもよいが、一方の端部において各中空糸膜端面を開口した状態で中空糸膜同士を接着固定し、もう一方の端部において各中空糸膜端面を閉塞した状態で接着したタイプを用いることが好ましい。さらに、本発明における浸漬型膜モジュールは、モジュール下端側において、全中空糸膜を一体的に接着するのではなく、中空糸膜を複数の中空糸膜から構成された複数個の小束に分割し、それらを互いに分離しつつ、小束ごとに接着している構成を採用することが好ましい。このように構成することで、ろ過処理時には中空糸膜が上下左右に適度に揺れ、膜表面への懸濁物質の付着を抑制できるとともに、洗浄時には膜表面から剥離した懸濁物質の除去性能を向上することができる。
【００４２】
浸漬型膜モジュールにおいて、小束の数や１つの小束を構成する中空糸膜の本数は、中空糸膜を収納する容器の直径や長さ、さらには中空糸膜の外径などに応じて、意図する効果が得られるように構成することが可能である。例えば、中空糸膜を収納する容器の直径が５０〜４００ｍｍ、長さが５００〜３０００ｍｍ程度、中空糸膜の外径が０．５〜２ｍｍ程度であれば、小束の数は３〜１０００個程度が好ましく、さらに好ましくは３〜５０個である。これは、小束の数が少ないと懸濁物質の排出性が悪くなり、逆に多くなるほど懸濁物質の排出性は良くなるが、浸漬型膜モジュールの製造方法が煩雑になるからである。また、一つの小束を構成する中空糸膜の本数は５０〜２０００本が好ましい。これは１つの小束を構成する中空糸膜の本数が少なくなると小束の数が増えて、前述のように浸漬型膜モジュールの製造方法が煩雑になり、逆に１つの小束を構成する中空糸膜の本数が多くなりすぎると、中空糸膜間に懸濁物質が堆積してしまうからである。
【００４３】
中空糸膜束の両側端部を接着剤で接着固定する際の接着剤については、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が一般的に用いられる。
【００４４】
また、中空糸膜束の両端にそれぞれ形成された接着固定部同士は、その間に存在する多数本の中空糸膜部分を介して繋がっており、その多数本の中空糸膜部分では中空糸膜が並列に引き揃えられた状態にあり、この部分で膜ろ過機能が発揮される。この多数本の中空糸膜束は、特に補強部材を介在させない構造であってもよいし、また、補強手段を介在させた構造であってもよい。その補強手段を介在させた構造としては、例えば円筒形のステー（金属棒等）を１〜３０本程度、中空糸膜束の外周や内部に配置し、接着固定部同士がステーによっても連結している構造が挙げられる。またネット等の多孔板状素材を中空糸膜束の外周を覆うように設置しても構わない。
【実施例】
【００４５】
本発明を以下の実施例を用いて詳細に説明する。なお、実施例１および比較例１〜２においては、図１に示す運転装置を用いて試験を実施した。なお、浸漬槽２内に浸漬設置したいずれの浸漬型膜モジュールも、下記構造のもの（有効膜長１．５ｍ、有効膜面積２５ｍ２）を用いた。【００４６】
また、本発明では膜ろ過運転性を膜間差圧上昇速度にて評価した。膜間差圧上昇速度は、膜ろ過工程における初期膜間差圧値の経時変化（上昇度）である。なお、膜間差圧上昇速度は、通常の膜ろ過運転で実施される逆洗や空洗では除去できない物質による膜閉塞度合いを表す指標である。【００４７】
ここで、膜間差圧とは、被処理水側（１次側）にかかる圧力から膜ろ過水側（２次側）にかかる圧力を差し引いた値である。実施例１および比較例１〜２の浸漬型膜モジュールの運転においては、被処理水側は大気に開放された浸漬槽内になるため、被処理水側にかかる圧力は０となる。一方、膜ろ過水側は膜ろ過水配管途中（吸引ポンプより膜モジュールに近い側）に設置した圧力計により吸引圧を測定した。したがって、実施例１および比較例１〜２の浸漬型膜モジュール運転時の膜間差圧は、膜ろ過水側で測定した吸引圧を正の値に変えたものとした。【００４８】
また、生産水回収率は、供給された被処理水量から得られた生産水量の割合とした。なお、一旦、膜ろ過によって得られた生産水の内、膜モジュールの洗浄に利用された生産水は除くものとする。【００４９】
浸漬型膜モジュール：
・外径１．０ｍｍ、公称孔径０．０１μｍのポリフッ化ビニリデン製中空糸膜。
・中空糸膜８４００本を、上端部ではまとめてモジュール構成部材に接着固定し、下端部では７つの小束に分割し（１つの小束には１２００本の中空糸膜が含まれる）、それらを互いに分離しつつ、小束ごとに接着。
・各中空糸膜は上接着端側が開口、下接着端側が封止状態。
・上側の接着部の上に、透過水出口のあるモジュールキャップを配置。【００５０】
＜実施例１＞  前記の浸漬型膜モジュールを用いて、平均濁度が２度の湖沼水を用いてろ過運転を行った。その運転方法は、膜ろ過工程を２．５時間実施し、膜ろ過工程終了１分前から空洗を開始した。また、その時の運転条件は膜ろ過流束１．２５ｍ／日で実施した。空洗は膜ろ過工程終了後も３０秒間継続した。その後、浸漬槽から洗浄排水を全量排水し、排水後に逆洗を開始し、膜表面から洗浄水がしみ出してから膜モジュールが水没するまで空洗を継続した。また、浸漬槽内の洗浄水は膜モジュールが水没すると同時に全量排水した。その結果、２００時間の継続運転での膜間差圧上昇速度は０．０３ｋＰａ／ｈであった。また、２００時間の継続運転で合計２００ｍ３の湖沼水を膜ろ過し、その内、１７２．０ｍ３を生産水として得た。【００５１】
＜比較例１＞  前記の浸漬型膜モジュールを用いて、平均濁度が２度の湖沼水を用いてろ過運転を行った。その運転方法は、膜ろ過工程を膜ろ過流束１．２５ｍ／日で２．５時間実施した後に、逆洗と空洗を同時に１分間おこない、続いて浸漬槽から洗浄排水を全量排水した。その結果、２００時間の継続運転での膜間差圧上昇速度は０．０７ｋＰａ／ｈであった。また、２００時間の継続運転で合計２００ｍ３の湖沼水を膜ろ過し、その内、１７１．２ｍ３を生産水として得た。【００５２】
＜比較例２＞  前記の浸漬型膜モジュールを用いて、平均濁度が２度の湖沼水を用いてろ過運転を行った。その運転方法は、膜ろ過工程を膜ろ過流束１．２５ｍ／日で２．５時間実施した後に、空洗を１分間おこない、続いて浸漬槽から洗浄排水を全量排水した。排水後に逆洗を開始し、膜表面から洗浄水がしみ出してから膜モジュールが水没するまで空洗を継続した。また、浸漬槽内の洗浄水は膜モジュールが水没すると同時に全量排水した。その結果、２００時間の継続運転での膜間差圧上昇速度は０．０４ｋＰａ／ｈであった。また、２００時間の継続運転で合計２００ｍ３の湖沼水を膜ろ過し、その内、１７１．６ｍ３を生産水として得た。【００５３】
＜比較例３＞  前記の浸漬型膜モジュールを用いて、平均濁度が２度の湖沼水を用いてろ過運転を行った。その運転方法は、膜ろ過工程を膜ろ過流束１．２５ｍ／日で２．５時間実施し、膜ろ過工程終了１分前から空洗を開始した。続いて浸漬槽から洗浄排水を全量排水した。排水後に逆洗を開始し、膜表面から洗浄水がしみ出してから膜モジュールが水没するまで空洗を継続した。また、浸漬槽内の洗浄水は膜モジュールが水没すると同時に全量排水した。その結果、２００時間の継続運転での膜間差圧上昇速度は０．０５ｋＰａ／ｈであった。また、２００時間の継続運転で合計２００ｍ３の湖沼水を膜ろ過し、その内、１７１．８ｍ３を生産水として得た。【００５４】
＜比較例４＞  前記の浸漬型膜モジュールを用いて、平均濁度が２度の湖沼水を用いてろ過運転を行った。その運転方法は、膜ろ過工程を膜ろ過流束１．２５ｍ／日で２．５時間実施した後に、逆洗と空洗を同時に１分間おこない、続いて浸漬槽から洗浄排水を全量排水した。排水後に逆洗を開始し、膜表面から洗浄水がしみ出してから膜モジュールが水没するまで空洗を継続した。また、浸漬槽内の洗浄水は膜モジュールが水没すると同時に全量排水した。その結果、２００時間の継続運転での膜間差圧上昇速度は０．０３ｋＰａ／ｈであった。また、２００時間の継続運転で合計２００ｍ３の湖沼水を膜ろ過し、その内、１５５．６ｍ３を生産水として得た。【００５５】
【表１】
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【００５６】
以上より、表１に示した通り、膜間差圧上昇速度の抑制は実施例１と比較例４が最も優れており、また、生産水回収量は実施例１が最も多くなっている。したがって、実施例１は膜間差圧上昇速度の抑制および生産水回収量のどちらにおいても比較例１〜４よりも優れている。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、上水道における浄水処理分野、工業用水や食品、医療プロセス用水といった産業用水製造分野、下水や工業廃水といった下廃水処理分野などにおいて、膜モジュールを効率的に洗浄する方法として使用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１：膜モジュール
２：浸漬槽
２ａ：液相
２ｂ：沈降汚泥相
３：被処理水配管
４：被処理水弁
５：ろ過水配管
６：ろ過ポンプ
７：ろ過弁
８：ろ過水槽
８ａ：ろ過水
９：逆洗水配管
１０：逆洗ポンプ
１１：逆洗弁
１２：ブロア
１３：空洗エア配管
１４：空洗弁
１５：散気装置
１６：排水配管
１７：排水弁
１８：薬液タンク
１９：薬液供給配管
２０：薬液ポンプ
２１：薬液弁
【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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【国際調査報告】
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