(57)【要約】      （修正有）【課題】分離膜モジュールの流路内への濁質堆積を抑制し、かつ濁質排出を容易にする中空糸膜モジュールを適用したメタン発酵処理装置と処理方法の提供。【解決手段】複数の中空糸膜の少なくとも一方の端部が開口した状態で束ねる第１ポッティング部１１と、中空糸膜を収容しつつ一方の端部寄り側面に少なくとも１つ排出配管を持つ筐体と、その間に有り両者を液密に固定する複数の整流孔を有する整流筒９と、を備えた中空糸膜モジュール１０１であって、（ｉ）筺体が、整流筒よりも小さい内径を有する小径部を中空糸膜モジュール軸方向で整流筒下端よりも下側に有するか、（ｉｉ）整流筒が、整流筒よりも小さい内径を有する小径部を中空糸膜モジュール軸方向で整流孔の存在範囲よりも下側に有するか、の少なくとも一方を満し、且つ筐体又は整流筒に設けられる小径部が、筺体上方から中空糸膜モジュール軸方向に縮径している中空糸膜モジュール。【選択図】図２
2018051483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン発酵の基質およびメタン発酵を行う微生物を含有する液体を保持できる発酵槽と、
分離膜を有し、分離対象液を前記分離膜によって固液分離することで、前記分離膜の透過側から透過液を得、非透過側から濃縮液を得ることのできる分離膜モジュールと、
前記発酵槽内の前記液体の一部を取り出し、前記分離膜の非透過側へ送液する供給配管と、
前記分離膜の非透過側から得られた濃縮液を、前記発酵槽内へ送液する返送配管と、
を備えるメタン発酵処理装置であって、
前記分離膜モジュールは、
複数の中空糸膜と、
前記中空糸膜の少なくとも一方の端部が開口した状態で前記中空糸膜を束ねる第１ポッティング部と、
一方の端部寄りの側面に少なくとも１つの排出配管を有し、前記中空糸膜を収容する筐体と、
複数の整流孔を有し、前記第１ポッティング部と前記筐体との間に介在し、前記第１ポッティング部と前記筐体との間を液密に固定する整流筒と、
を備えた中空糸膜モジュールであって
前記中空糸膜モジュールは、
（ｉ）前記筐体が、該筐体における前記排出配管を設けた部分に対向する前記整流筒の内径よりも小さい内径を有する小径部を前記中空糸膜モジュールの軸方向において前記整流筒の下端よりも下側に有するか、または、
（ｉｉ）前記整流筒が、前記筐体における前記排出配管を設けた部分に対向する前記整流筒の内径よりも小さい内径を有する小径部を前記中空糸膜モジュールの軸方向において前記整流孔の存在範囲よりも下側に有し、
の少なくとも一方を満たすと共に、さらに、前記筐体または前記整流筒に設けられる前記小径部が、前記中空糸膜モジュールの軸方向において上方にあたる側面から、テーパー状に縮径されているメタン発酵処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のメタン発酵処理装置であって、
濁質を含む発酵液を、前記中空糸膜モジュールに供給して濁質と液体とを分離する膜分離工程において、少なくとも一部の運転期間において中空糸膜の１次側にて発酵液を循環させながらろ過を行うクロスフローろ過運転を行い、この時の該中空糸膜の１次側の発酵液循環流量Ｒｍ／ｄに対して、ろ過流量Ｆｍ／ｄの比率が以下の式を満たしながらろ過運転をするメタン発酵処理装置。
０．００１≦Ｆ／Ｒ×１００％≦１５
【請求項３】
請求項１または２に記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、破断強度が８．５ＭＰａ以上であり、且つ、前記中空糸膜モジュールの単位体積あたりの膜面積は７５０ｍ２／ｍ３以上４９００ｍ２／ｍ３以下であり、前記筐体の高さ方向と垂直に交わる断面において、前記中空糸膜の充填率が２５％以上５５％以下であることを特徴とする中空糸膜モジュール
を備えたメタン発酵処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、フッ素樹脂系高分子を含有し、前記中空糸膜の長手方向に配向する柱状組織を有し、前記柱状組織は、短手長さが０．５μｍ以上３μｍ以下であり、且つ、該柱状組織のアスペクト比が３以上であることを特徴とする中空糸膜モジュール
を備えたメタン発酵処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜はフッ素樹脂系高分子を含有する多孔質中空糸膜であり、前記中空糸膜の長手方向に配向する柱状組織を有し、
前記柱状組織における分子鎖が前記多孔質中空糸膜の長手方向に配向しており、前記分子鎖のラマン配向パラメータの平均値νが１．５以上４．０以下である中空糸膜モジュールを備えたメタン発酵処理装置。
ラマン配向パラメータ＝（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）平行／（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）垂直  （ただし、  平行条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が平行、垂直条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が直交、Ｉ１２７０平行：平行条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ１２７０垂直：垂直条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ８４０平行：平行条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ８４０垂直：垂直条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、である。）
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、以下の式に基づき算出される前記フッ素樹脂系高分子の分子鎖の前記多孔質中空糸膜の長手方向への配向度πが０．４以上１．０未満である中空糸膜モジュールを備えたメタン発酵処理装置。
配向度π＝（１８０°−Ｈ）／１８０°（ただし、Ｈは広角Ｘ線回折像の円周方向における回折強度分布の半値幅（°）である。）
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載されるメタン発酵処理装置を用いたメタン発酵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ゴミ、食品廃棄物、汚泥等の有機性廃棄物のメタン発酵による処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屎尿、家畜糞尿、生ゴミ、食品廃棄物、活性汚泥等の高濃度有機性廃棄物を処理する方法として、嫌気的雰囲気下でメタン生成菌等を用いて有機物をメタンガスと二酸化炭素にまで分解するメタン発酵（嫌気性消化、嫌気性処理とも呼ばれる）がある。このメタン発酵では、発酵槽内に高濃度有機性廃棄物を投入し、酸生成菌やメタン生成菌による分解・発酵によって有機性廃棄物を処理することで廃棄物は減容化され、生成されるバイオガスは燃料として利用することが可能である。
【０００３】
メタン発酵において、発酵槽内部または発酵槽に接続された外部に膜分離ユニットを有するメタン発酵処理方法及び処理装置が従来から知られている。膜分離により発酵汚泥を濃縮することで、菌体濃度を高濃度に維持することができる。
【０００４】
例えば特許文献１では、メタン発酵槽と膜分離槽とが連結管で接続されたメタン発酵水処理装置が記載されている。該膜分離槽は、該メタン発酵槽から供給された廃水に浸された膜分離ユニットを内部に有する構造であった。発酵槽外に膜分離機能を有する膜分離槽を設けることで、膜分離ユニットの交換の際に、メタン発酵槽の系内におけるメタンガスや有毒ガス等のガス類が系外に放出されることを防止可能とした。
【０００５】
また特許文献２では、メタン発酵槽内の発酵液を加圧型膜分離装置に循環させることで発酵液を濃縮する処理方法が記載されている。該加圧型膜分離装置は発酵液循環ラインを備えており、メタン発酵槽から発酵液を循環することで、循環流により膜面を洗浄することを可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０５０９０号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のメタン発酵処理方法及び処理装置では、メタン発酵処理中に発生するスカム（懸濁物質等を含むスポンジ質で厚い膜状の汚泥）などの濁質が、膜分離ユニット内の発酵液流路中に堆積する。
【０００８】
特許文献１に記載のメタン発酵水処理装置では、膜分離槽の他に、メタン発酵槽内の水面近傍にスカムを集めて除去する装置を設けているが、該装置は運転駆動力を必要としており、装置の複雑化や電気消費量の増加が懸念される。
【０００９】
また特許文献２に記載の外圧型膜分離装置では、循環流により膜面を物理洗浄することでろ過運転中に濁質が付着することを抑制可能であった。循環流については、膜と膜との間への固形物の堆積を阻止するために、発酵液の膜面流速を一定数値以上にすることが好ましいと記載されているが、濁質が膜と膜との間以外の発酵液循環流路内に堆積する課題に対する示唆や記載は一切ない。
【００１０】
本発明は、膜分離ユニットを用いたメタン発酵処理において、濁質の堆積を抑制し、かつ濁質の排出を容易にする中空糸膜モジュールを適用したメタン発酵処理装置と処理方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
鋭意検討の結果、以下のいずれかの構成を有する発明によって、上記課題が解決できることが見出された。
［１］  メタン発酵の基質およびメタン発酵を行う微生物を含有する液体を保持できる発酵槽と、
分離膜を有し、分離対象液を前記分離膜によって固液分離することで、前記分離膜の透過側から透過液を得、非透過側から濃縮液を得ることのできる分離膜モジュールと、
前記発酵槽内の前記液体の一部を取り出し、前記分離膜の非透過側へ送液する供給配管と、
前記分離膜の非透過側から得られた濃縮液を、前記発酵槽内へ送液する返送配管と、
を備えるメタン発酵処理装置であって、
前記分離膜モジュールは、
複数の中空糸膜と、
前記中空糸膜の少なくとも一方の端部が開口した状態で前記中空糸膜を束ねる第１ポッティング部と、
一方の端部寄りの側面に少なくとも１つの排出配管を有し、前記中空糸膜を収容する筐体と、
複数の整流孔を有し、前記第１ポッティング部と前記筐体との間に介在し、前記第１ポッティング部と前記筐体との間を液密に固定する整流筒と、
を備えた中空糸膜モジュールであって
前記中空糸膜モジュールは、
（ｉ）前記筐体が、該筐体における前記排出配管を設けた部分に対向する前記整流筒の内径よりも小さい内径を有する小径部を前記中空糸膜モジュールの軸方向において前記整流筒の下端よりも下側に有するか、または、
（ｉｉ）前記整流筒が、前記筐体における前記排出配管を設けた部分に対向する前記整流筒の内径よりも小さい内径を有する小径部を前記中空糸膜モジュールの軸方向において前記整流孔の存在範囲よりも下側に有し、
の少なくとも一方を満たすと共に、さらに、前記筐体または前記整流筒に設けられる前記小径部が、前記中空糸膜モジュールの軸方向において上方にあたる側面から、テーパー状に縮径されているメタン発酵処理装置。
［２］  前記［１］に記載のメタン発酵処理装置であって、
濁質を含む発酵液を、前記中空糸膜モジュールに供給して濁質と液体とを分離する膜分離工程において、少なくとも一部の運転期間において中空糸膜の１次側にて発酵液を循環させながらろ過を行うクロスフローろ過運転を行い、この時の該中空糸膜の１次側の発酵液循環流量Ｒｍ／ｄに対して、ろ過流量Ｆｍ／ｄの比率が以下の式を満たしながらろ過運転をするメタン発酵処理装置。
【００１２】
０．００１≦Ｆ／Ｒ×１００％≦１５
［３］  前記［１］または［２］に記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、破断強度が８．５ＭＰａ以上であり、且つ、前記中空糸膜モジュールの単位体積あたりの膜面積は７５０ｍ２／ｍ３以上４９００ｍ２／ｍ３以下であり、前記筐体の高さ方向と垂直に交わる断面において、前記中空糸膜の充填率が２５％以上５５％以下であることを特徴とする中空糸膜モジュール
を備えたメタン発酵処理装置。
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、フッ素樹脂系高分子を含有し、前記中空糸膜の長手方向に配向する柱状組織を有し、前記柱状組織は、短手長さが０．５μｍ以上３μｍ以下であり、且つ、該柱状組織のアスペクト比が３以上であることを特徴とする中空糸膜モジュール
を備えたメタン発酵処理装置。
［５］  前記［１］〜［４］のいずれかに記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜はフッ素樹脂系高分子を含有する多孔質中空糸膜であり、前記中空糸膜の長手方向に配向する柱状組織を有し、
前記柱状組織における分子鎖が前記多孔質中空糸膜の長手方向に配向しており、前記分子鎖のラマン配向パラメータの平均値νが１．５以上４．０以下である中空糸膜モジュールを備えたメタン発酵処理装置。
ラマン配向パラメータ＝（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）平行／（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）垂直  （ただし、  平行条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が平行、垂直条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が直交、Ｉ１２７０平行：平行条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ１２７０垂直：垂直条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ８４０平行：平行条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、Ｉ８４０垂直：垂直条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度、である。）
［６］  前記［１］〜［５］のいずれかに記載のメタン発酵処理装置であって、
前記中空糸膜は、以下の式に基づき算出される前記フッ素樹脂系高分子の分子鎖の前記多孔質中空糸膜の長手方向への配向度πが０．４以上１．０未満である中空糸膜モジュールを備えたメタン発酵処理装置。
配向度π＝（１８０°−Ｈ）／１８０°（ただし、Ｈは広角Ｘ線回折像の円周方向における回折強度分布の半値幅（°）である。）
［７］  前記［１］〜［６］のいずれか１項に記載されるメタン発酵処理装置を用いたメタン発酵方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メタン発酵処理装置が中空糸膜モジュールを適用した膜分離装置を備えることで、メタン生成に関わる菌体を発酵槽内に高濃度に維持しながらメタン発酵処理を実施することができる。また、中空糸膜モジュールの構造体の外径や構造体を形成する部材の設置位置間隔を制御することで、ろ過運転中及び停止中に濁質の堆積を抑制し、かつ濁質や洗浄液を容易に排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のメタン発酵処理装置の概略図を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を例示する中空糸膜モジュールの概略縦断面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を例示する中空糸膜カートリッジの概略縦断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を例示する筐体における概略縦断面を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を例示する整流筒における斜視図を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を例示する整流筒における概略縦断面を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる中空糸膜モジュールの概略縦断面を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態にかかる中空糸膜モジュールの概略縦断面を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を例示する中空糸膜モジュール上方の概略縦断面を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態を例示する第１ポッティング部の概略縦断面を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態を例示する中空糸膜存在領域の最外径と整流筒内面の間隔Ｌ１、筐体に設置した側面の排出配管が設置されている位置における筐体内面と整流筒外面との間隔Ｌ２、筐体に設置した側面の排出配管の内径Ｌ３を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態を例示する中空糸膜モジュールの膜中の柱状組織である。
【図１３】本発明の実施形態を例示する中空糸膜モジュールのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を例示する中空糸膜モジュールの、図１３のＡ−Ａ線と同位置の断面図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態を例示する中空糸膜モジュールの、図１３のＡ−Ａ線と同位置の断面図である。
【図１６】本発明の実施例における中空糸膜モジュールの製造方法を説明する概略図である。
【図１７】本発明に使用される膜分離装置の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、メタン発酵処理装置と処理方法に関し、詳細には、濁質の堆積を抑制し、かつ濁質の排出を容易にする分離膜モジュールを適用したメタン発酵処理装置および処理方法に関する。以下に、本発明の実施の形態について、具体的な構成を挙げて、より詳細に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。さらに、本発明において、「上」、「下」は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものであって、発酵液が流入する側を「下」方向、ろ過液が流出する側を「上」方向とする。通常、中空糸膜モジュールの使用時の姿勢において、上下方向は、図面における上下方向と一致するが、横に倒して使用するモジュールの場合は、「上」は第１端部側を指し、「下端」「下側」はそれぞれ、各部材における他端に相当することになる。
【００１６】
１．メタン発酵処理装置
メタン発酵処理装置の具体的な構成について、実施形態の一例を図１に示す。メタン発酵処理装置は、メタン発酵槽５１、分離膜モジュール５９、メタン発酵装置５１と分離膜モジュール５９とを接続する供給配管５５および返送配管５６を備える。メタン発酵装置はさらに、原水ライン５２、バイオガスライン５３、汚泥引き抜きライン５４、供給配管弁５７、返送配管弁５８、透過液排出ライン６０、濁質排出ライン６１を備える。
【００１７】
１−１．メタン発酵槽
メタン発酵槽５１は、その内部でメタン発酵が進行することができるようになっている容器である。メタン発酵槽５１は、メタン発酵の基質およびメタン発酵を行う微生物（以下、「メタン生成菌」と称する。）を含有する液体を保持できるようになっている。
【００１８】
１―２．分離膜モジュール
分離膜モジュール５９は、分離膜を有し、分離対象液を前記分離膜によって固液分離することで、前記分離膜の透過側から透過液を得、非透過側から濃縮液を得ることができるものであればよい。
【００１９】
以下では、分離膜モジュールとして,中空糸膜モジュールを例に挙げて、その構成を説明する。
【００２０】
（１）中空糸膜モジュールの構成概要
中空糸膜モジュール（以下、「膜モジュール」ということがある。）は、分離対象液（つまり発酵液）から透過液を分離することができればよい。膜分離（つまりろ過）の方式には、全量ろ過とクロスフローろ過があり、クロスフローろ過においては、分離対象液から透過液（ろ過液）と濃縮液とが得られる。
【００２１】
具体的には、全量ろ過およびクロスフローろ過を行う中空糸膜モジュールは、筐体と；筐体内に収容され、分離対象液（発酵液）をろ過液（透過液）に分離する分離膜と、を備える。また、中空糸膜モジュールには、膜洗浄液などの排出用に追加の出口などがあってもよい。さらに、クロスフローろ過の場合は、中空糸膜モジュールは、筐体と；筐体内に収容され、分離対象液（発酵液）をろ過液（透過液）と濃縮液とに分離する分離膜と；筐体の外側から分離膜の一次側に分離対象液を供給する分離対象液入口と；ろ過液を筐体外に排出する透過液出口と、濃縮液を筐体外に排出する濃縮液出口と、を備える。分離対象液入口および濃縮液出口は、筐体の長手方向における両端の近傍にそれぞれ設けられることが好ましい。
なお、「一次側」とは、分離膜で仕切られた空間のうち分離対象液（発酵液）が供給される方であり、「二次側」とは、膜を隔てて「一次側」の反対側である。つまり、一次側とは、外圧式中空糸膜モジュールでは膜の外側を指す。「一次側」および「二次側」はそれぞれ、「供給側」、「透過側」と言い換えられてもよい。
中空糸膜モジュールの具体的な構成について、外圧式中空糸膜モジュールを例に、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図２の中空糸膜モジュール１０１は、筐体３０（図４参照）と、整流筒９と、複数の中空糸膜１（図３参照）を束ね前記整流筒９内に収容した中空糸膜束２と、前記中空糸膜束２の第１端部を開口した状態で束ねる第１ポッティング部１１と、前記中空糸膜束２の第２端部を封止した状態で束ねる第２ポッティング部１２と、前記筐体３０と前記整流筒９との間を液密に封止する第１シール材１５と、前記整流筒９と前記第１ポッティング部１１との間を液密に封止する第２シール材１６と、を備えている。
【００２３】
（２）中空糸膜束
複数（多数本）の中空糸膜１は、束ねられて中空糸膜束２を形成している。筐体３０内での中空糸膜１の充填率は、２５％以上５５％以下であることが好ましい。充填率の詳細については後述する。また、中空糸膜１は中空糸膜モジュール内に均等に配置されていることが好ましい。また、糸と糸が密着するのを防ぐ目的で、中空糸膜に巻縮等がついていてもよい。
【００２４】
（３）ポッティング部
中空糸膜を開口したまま束ねる部材および、中空糸膜を閉塞しかつ束ねる部材をまとめて集束部材（ポッティング部）とよぶ。図２では、中空糸膜１の上端と下端とは、それぞれ第１ポッティング部１１および第２ポッティング部１２によって束ねられている。第１ポッティング部１１は、筐体３０の第１端側に位置し、第２ポッティング部１２は、筐体３０の第２端側に位置する。図２では、中空糸膜束２の上端の端面は開口した状態で第１ポッティング部１１によって束ねられ、中空糸膜束２の下端の端面は封止した状態（すなわち閉口された状態）で第２ポッティング部１２によって束ねられている。図２では、両ポッティング部１１，１２が筐体３０の内部に固定されることで、中空糸膜束２が筐体３０内に固定される。すなわち、第２ポッティング部１２は、第１ポッティング部１１と対向するように配置されている。
【００２５】
第１ポッティング部１１および第２ポッティング部１２は、いわゆるポッティング剤で形成されている。なお、第１ポッティング部１１および第２ポッティング部１２を、必要に応じ筒状等の容器内に接着固定し、Ｏリングやパッキンなどのシール材を用いて液密かつ気密に筐体３０の内部に固定することで、中空糸膜１と第１ポッティング部１１および第２ポッティング部１２をカートリッジ式として、中空糸膜束２を筐体３０内に固定してもよい。
【００２６】
第２ポッティング部１２は、第１ポッティング部１１との対向面から逆の面まで、連続する貫通孔１４を多数有する。貫通孔１４は通液可能であり、発酵液を筐体３０内に導く発酵液流入流路として機能する。さらに、モジュール内に堆積した濁質を含む発酵液や洗浄排水を濁質排出ライン６１からモジュール外部へ排出する場合には、第２ポッティング部上面における溜りを抑制しながら貫通孔１４を通液し濁質排出ライン６１から外部へ排出することが可能である。
【００２７】
ポッティング剤としては、接着剤が好ましく用いられる。
【００２８】
接着剤の種類は、接着対象部材との接着強度、耐熱性などを満たせば特に限定されないが、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの合成樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
（４）筐体
筒状ケース３、上キャップ４および下キャップ５は、筐体３０に相当する。筐体３０について図４を用いて説明する。
【００３０】
筐体３０は、複数の径を有する段付き略筒状の筐体本体３と、筐体本体３の上端側開口部に覆い被せて設置する上部キャップ４と、筐体本体３の下端側開口を下から覆うように設置する下部キャップ５から構成される。
【００３１】
筐体本体３の実施形態の一つとして、上方を大径部３Ａ、下方を小径部３Ｂとする複数径を有する形状とする。大径部３Ａと小径部３Ｂは、筐体長手方向軸を共有して配置され、大径部３Ａの内周面と小径部３Ｂの内周面とがテーパー状に接続される。大径部３Ａの側面には原液流出口８（濃縮液排出口）が設けられる。本形態では、原液流出口８は排出配管である。
【００３２】
上部キャップ４の下端は、筐体本体３上端の内径と略等しい内径を有しており、上部キャップ４は、上端側に向かい徐々に縮径している。上部キャップの上端には、濾過液出口７（透過液排出口）が設けられている。
【００３３】
下部キャップ５の上端は筐体本体３下端の内径と略等しい内径を有しており、下部キャップ５は、下端側に向かい徐々に縮径している。下部キャップ５の下端には、原液流入口６（液体入口）が設けられている。
【００３４】
（５）整流筒
中空糸膜モジュールは、筐体内に、中空糸膜モジュール内の流れを整流化するための整流部材を備える。整流筒は、例えば筒状の部材であり、筐体の上端近傍に配置される。
【００３５】
中空糸膜は、接着剤などで、筐体または整流部品に固定されてもよい。また、上記したように中空糸膜はカートリッジ式であってもよい。つまり、中空糸膜が、筐体または整流部品に対して脱着可能であってもよい。
【００３６】
整流筒９について、図５および図６を用いて説明する。
【００３７】
整流筒９は側周面に複数の整流孔１０を有する。上端には鍔部９Ｃを設け、鍔部９Ｃを筐体本体３の上端面と上部キャップ４の下端面との間に挟み込み装着する。鍔部９Ｃ、筐体本体３の上端面、上部キャップ４の下端面は、整流筒９を筐体３０（筐体本体３）に対して着脱可能に固定する第１固定部として機能する。装着後、整流筒９の下端は、筐体本体３の原液流出口８よりも下方に位置する。中央より上方の外周側面には第１シール材１５（シール部材）を嵌め込むためのＯリング溝３１を設けた。整流孔１０は、Ｏリング溝３１より下側に形成される。Ｏリング溝３１に第１シール材１５を嵌めた状態で整流筒９を筐体本体３に挿入することで、筐体本体３内周面と整流筒９外周面とが第１シール材１５によってシールされる。
【００３８】
整流筒に設けられている整流孔の形状は、モジュール内の流れを整流する効果があれば特に制限はなく、円形、楕円形、多角形、またスリット状などの形状が好ましく使用され、幾つかの形状の孔を混合して使用しても良い。
【００３９】
また整流孔の配置に特に限定は無い。整流筒内面に均等に配置しても良いし、筐体側面の排出配管付近において、モジュールから排出される液量が多くなることが予想される場合は、筐体側面の排出配管付近の整流孔の開口を少なくしても良い。
【００４０】
（６）筐体、整流筒、ポッティング部の外径及び設置位置
筐体内において整流筒は、前記の通り筐体の上端近傍に配置される。本発明の実施形態の１つとして、図９のように、整流筒９の整流孔１０が存在する範囲の内径Ｄ１よりも小さい内径Ｄｉを有する小径部３Ｂを筐体本体３に設け、かつ小径部３Ｂが整流孔１０の存在する範囲よりも下にあることで、中空糸膜１による整流孔１０の閉塞を回避することができる。この構造により、メタン発酵処理中に発生する濁質が中空糸膜モジュール内に堆積することは回避され、濁質は中空糸膜モジュール外の発酵液循環流路へ容易に排出される。前記構造は、例示した実施形態のように小径部を筐体本体３に設け、整流筒９を短く、大径部３Ａだけに収容される長さで構成の他に、整流筒に小径部を設けても良い。すなわち、図７のように整流筒９の整流孔１０の存在する範囲の内径Ｄ９ａよりも小さい内径Ｄ９ｂを有する小径部９Ｇを設け、かつ小径部９Ｇが整流孔１０の存在する範囲よりも下に設けても良い。この場合、図８の様に、筐体本体３の径を小さくして小径部３Ｂを設け、筐体本体３の流路面積を低減しても良い。特にクロスフローろ過では、流路面積が大きいとクロスフロー流量が多くなるなどの課題があるため、図８よりもさらに整流筒９より下の位置で、筐体本体３の径を、整流筒９の小径部９Ｇと同じ、またはさらに径を小さくして小径部３Ｂを設けても良い。さらに、筐体または整流筒に設けられる前記小径部は、前記中空糸膜モジュールの軸方向において上方にあたる側面から、テーパー状に縮径されることで、濁質の堆積を抑制することが可能である。
【００４１】
濁質の堆積の抑制、及び排出の促進は、ポッティング部に対して、固定される中空糸膜束をポッティング部の径方向の中央寄りに配置することでも達成される。すなわち図１０において、第１ポッティング部１１における中空糸膜束の存在領域３２（図１０参照）の略外径Ｄｆは、第１ポッティング部１１の最外径Ｄｕよりも小さいことが好ましい。前記により整流孔１０への中空糸膜束２の張り付きを抑制することができ、よって濁質の堆積を抑制することが可能である。
【００４２】
図１１に示すように、中空糸膜存在領域の最外径と整流筒内面の間隔Ｌ１、筐体に設置した側面の排出配管が設置されている位置における筐体内面と整流筒外面との間隔Ｌ２について、各々の長さは自由に設定できるが、モジュール内部の流れ性、圧力損失などを考慮し、以下の関係を満たすことが好ましい。
・Ｌ１≧３ｍｍ。さらに好ましくは、Ｌ１≧１０ｍｍ。
・Ｌ２≧３ｍｍ。さらに好ましくは、Ｌ２≧７ｍｍ。さらには、Ｌ２≧１０ｍｍ。
・１０≧Ｌ２／Ｌ１≧０．５。さらに好ましくは、４≧Ｌ２／Ｌ１≧１。
ここで、Ｌ１については、クロスフローなどの流れにより、中空糸膜が整流孔に接し張り付くことで圧力損失が高くなるため、Ｌ１が適切な長さを有する必要がある。また、モジュール内の濁質を濁質排出ライン６１から系外に排出する場合、Ｌ１を十分に確保することで排出が容易になる。Ｌ２については、クロスフローなどの流れによる圧力損失が大きくなると、送液動力が大きくなることに加え、整流筒外周部の通液で、側面の排出配管から近い方が流れ易く、側面の排出配管から遠い方は流れにくくなり偏流が発生する要因となる。よって、モジュール内の流動性を高め、かつ偏流を抑制することにより、濁質の堆積を抑制するためにはＬ２が適切な長さを有する必要がある。
【００４３】
Ｌ２／Ｌ１については、実際にモジュールを製作する場合、できるだけ規格品を使用することがコスト面からも好ましく、そのため、筐体外径も所定の長さを選択することになり、限られたスペースの中で整流筒の位置を決める必要がある。Ｌ１とＬ２については各々前述の長さの範囲で決定することができるが、特にＬ２／Ｌ１の値が小さい場合には、側面の排出配管からのクロスフロー流れの排出などで、側面の排出配管近傍の流れが大きくなり、モジュール内の偏流が発生する懸念がある。よってモジュール内の偏流を抑制し、濁質の堆積を抑制するためにはＬ２／Ｌ１の適切な値である必要がある。
【００４４】
（７）中空糸膜
中空糸膜モジュールは、中空糸状の分離膜（中空糸膜）を備える。中空糸膜は、精密ろ過膜であっても限外ろ過膜であっても構わない。本発明において、中空糸膜は多孔質中空糸膜である。
【００４５】
中空糸膜の細孔径については特に限定されず、発酵液中の濁質、溶解成分を良好に分離するため、平均細孔径が０．００１μｍ以上１０μｍ未満の範囲内で適宜選択することができる。中空糸膜の平均細孔径は、ＡＳＴＭ：Ｆ３１６−８６記載の方法（別称：ハーフドライ法）にしたがって決定される。なお、このハーフドライ法によって決定されるのは、中空糸膜の最小孔径層の平均孔径である。
【００４６】
ハーフドライ法による平均細孔径の測定の標準測定条件は、使用液体をエタノール、測定温度を２５℃、昇圧速度を１ｋＰａ／秒とする。平均細孔径［μｍ］は、下記式より求まる。
平均細孔径［μｍ］＝（２８６０×表面張力［ｍＮ／ｍ］）／ハーフドライ空気圧力［Ｐａ］
エタノールの２５℃における表面張力は２１．９７ｍＮ／ｍである（日本化学会編、化学便覧基礎編改訂３版、ＩＩ−８２頁、丸善（株）、１９８４年）ので、標準測定条件の場合、平均細孔径は、下記式より求めることができる。
平均細孔径［μｍ］＝６２８３４．２／（ハーフドライ空気圧力［Ｐａ］）
中空糸膜は、中空糸の外側から内側に向かってろ過する外圧式と、内側から外側に向かってろ過する内圧式があるが、濁質による閉塞の起こりにくい外圧式中空糸膜がより好ましい。また、クロスフローろ過運転による液流によるせん断応力、後述するフラッシングやスクラビング等の物理洗浄や堆積物の重さで膜が切れないよう破断強力の強い膜を使用することが好ましい。破断強力の下限は、中空糸膜単糸あたり６００ｇ以上であることが好ましい。
【００４７】
本発明は、筐体内における中空糸膜の充填率を２５％以上５５％以下と比較的低くとることで、高濃度の濁質を含有する液でもモジュール内での詰まりを抑制しながら流すことができる。中空糸膜の充填率の下限値は３０％以上がより好ましく、中空糸膜の充填率の上限値は３８％以下がより好ましい。
【００４８】
中空糸膜の充填率を低減するためには、モジュール当たりの中空糸膜の本数を減らしてもよい。しかし、中空糸膜の本数を減らすと、１本の中空糸膜モジュールの膜面積が減少するので、大きな膜面積を有するモジュールと同程度の透過液流量を得るには、単位膜面積当たりの透過液流量を増やすか、モジュールの本数を増やさなければならない。単位膜面積当たりの透過液流量を増やそうとすると、膜の目詰まりが早くなる。また、モジュール数を増やすと設備コストおよびランニングコストが高くなる。ここでいう、「膜面積」とは、分離に使用される箇所の中空糸膜の表面積のことであり、ポッティング部などで外周を覆われずに露出している部分の中空糸膜外周の表面積である。
【００４９】
本発明における中空糸膜モジュールでは、単位体積あたりの膜面積が７５０ｍ２／ｍ３以上４，９００ｍ２／ｍ３以下の範囲にあることが好ましい。
【００５０】
膜面積がこの範囲にあることで、充填率が比較的低くても膜面積の減少を抑制できる。その結果、急激な膜の目詰まりを防止し、同時にモジュール内での濁質の蓄積を抑制して、長期にわたる安定運転が可能となる。単位体積あたりの膜面積は、８００ｍ２／ｍ３以上３，７００ｍ２／ｍ３以下の範囲がより好ましい。
【００５１】
なお、単位体積あたりの膜面積は中空糸膜モジュール内のろ過に利用される空間体積をＶ、膜面積をＡとしたとき、下記式によって表すことができる。
【００５２】
単位体積あたりの膜面積［ｍ２／ｍ３］＝Ａ／Ｖ
ここで中空糸膜モジュール内のろ過に利用される空間体積とは、中空糸膜モジュールの筐体本体内において、中空糸膜がポッティング部などで覆われずに露出して存在している部分の筐体本体内の空間体積のことである。例えば、図２において、第１ポッティング部１１の下面から第２ポッティング部１２の上面までの距離をモジュール長さＬ、中空糸膜の存在領域の断面積をＳ１としたとき、中空糸膜モジュール内のろ過に利用される空間体積Ｖは下記式で表すことができる。
空間体積Ｖ［ｍ３］＝Ｌ×Ｓ１
ここで、モジュール長さＬは、第２ポッティング部を備えないモジュールなどにおいては、中空糸膜がポッティング部などで覆われずに露出して存在している部分において最も距離が長い部分を採用する。例えば、特開平１１−３４２３２０号公報に示されているような複数の中空糸膜をＵ字状に束ねて筐体本体に挿入し、中空糸膜の両端を第１ポッティング部にポッティングして開口させたモジュールの場合、中空糸膜のＵ字の接点部から第１ポッティング部の下までの距離をＬとする。また、中空糸膜の存在領域とは、中空糸膜モジュールの横断面で最も外側の中空糸膜を囲む領域のことである。存在領域の詳細については後述する。
【００５３】
単位体積あたりの膜面積を上記範囲にするためには、中空糸膜の外径を小さくするという手段をとることができる。外径が小さな中空糸膜を充填すると、膜面積の減少を抑えながら、充填率を下げることができる。しかしながら、従来の技術では外径の小さな中空糸膜は、その膜の横断面積が小さくなるので、引っ張り荷重の掛かる面積が小さいため、引っ張りに耐えうる力が小さく、クロスフローろ過運転による液流によるせん断応力、後述するフラッシングやスクラビング等の物理洗浄や堆積物の重さで膜が切れてしまい、発酵液が透過液側に漏れて分離が困難になるリスクがあった。
【００５４】
すなわち、本発明における中空糸膜は、破断強度が８．５ＭＰａ以上あることが好ましい。これによって運転中の膜切れを回避し、高濃度の濁質を含有した液においても安定的に運転が可能となる。破断強度の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、引っ張り試験機を用い、測定長さ５０ｍｍの試料を引っ張り速度５０ｍｍ／分で引っ張り試験を、試料を変えて５回以上行い、破断強度の平均値を求めることで測定することができる。中空糸膜の破断強度は、８．５ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の範囲が好ましく、２３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の範囲がより好ましい。
【００５５】
本発明において、中空糸膜モジュールの膜面積を確保すると共に、モジュール運転中の液圧による中空糸膜の形状変化を抑制するという観点から、中空糸膜の外径は１．５ｍｍ以下であることが好ましい。さらには、中空糸膜の外径は０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。
【００５６】
中空糸膜の内径は０．２ｍｍ以上であることが好ましい。内径が０．２ｍｍ以上であることで、中空糸膜の中空部に流れる透過液の抵抗を小さく抑えられる。なお、中空糸膜の内径の好ましい範囲は、内径／膜厚比と外径の長さによって決まる。中空糸膜の内径／膜厚比は０．８５以上８以下であることが、モジュール運転中の液圧による中空糸膜の形状変化を抑制できるので好ましい。
【００５７】
本発明の中空糸膜は、様々な膜素材の中空糸膜を使うことが出来る。例えば、ポリフッ化ビニリデン製、ポリスルホン製、ポリエーテルスルホン製、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の膜が挙げられる。特に、有機物による汚れが発生しにくく、かつ洗浄がしやすく、さらに耐久性に優れているフッ素樹脂系高分子を含有する分離膜が好ましい。
【００５８】
本発明における中空糸膜について、フッ素樹脂系高分子を含有する多孔質中空糸膜を例に挙げて、特に好ましい具体的な構成について以下に説明する。
【００５９】
（７−１）多孔質中空糸膜
（ａ）フッ素樹脂系高分子
本発明の多孔質中空糸膜は、フッ素樹脂系高分子を含有することが好ましい。
【００６０】
本書において、フッ素樹脂系高分子とは、フッ化ビニリデンホモポリマーおよびフッ化ビニリデン共重合体のうちの少なくとも１つを含有する樹脂を意味する。フッ素系樹脂高分子は、複数の種類のフッ化ビニリデン共重合体を含有してもよい。
【００６１】
フッ化ビニリデン共重合体は、フッ化ビニリデン残基構造を有するポリマーであり、典型的にはフッ化ビニリデンモノマーとそれ以外のフッ素系モノマーなどとの共重合体である。このような共重合体としては、例えば、フッ化ビニル、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレンから選ばれた１種類以上のモノマーとフッ化ビニリデンとの共重合体が挙げられる。
【００６２】
また、本発明の効果を損なわない程度に、前記フッ素系モノマー以外の例えばエチレンなどのモノマーが共重合されていてもよい。
【００６３】
また、フッ素樹脂系高分子の重量平均分子量は、要求される高分子分離膜の強度と透水性能によって適宜選択すればよいが、重量平均分子量が大きくなると透水性能が低下し、重量平均分子量が小さくなると強度が低下する。このため、重量平均分子量は５万以上１００万以下が好ましい。高分子分離膜が薬液洗浄に晒される水処理やメタン発酵処理用途の場合、重量平均分子量は１０万以上７０万以下が好ましく、さらに１５万以上６０万以下が好ましい。
【００６４】
多孔質中空糸膜は、フッ素樹脂系高分子を主成分として含有することが好ましく、多孔質中空糸膜においてフッ素樹脂系高分子が占める割合は、８０重量％以上が好ましく、９０重量％以上がより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。また、多孔質中空糸膜は、フッ素樹脂系高分子のみで構成されていてもよい。
【００６５】
なお、「フッ素樹脂系高分子を主成分として含有する多孔質中空糸膜」とは、「フッ素樹脂系高分子をベースとする多孔質中空糸膜」とも言い換えられる。本明細書では、他の要素についても「ＸがＹを主成分として含有する」という説明が記載されているが、これらについても同様に、Ｘについて「Ｙをベースとする」と言い換えることができる。
【００６６】
（ｂ）柱状組織
（ｂ−１）寸法
図１２に示すように、多孔質中空糸膜１は、多孔質中空糸膜１の長手方向に配向する柱状組織５０を有する。「柱状組織」とは、一方向に長い形状の固形物である。柱状組織のアスペクト比（長手長さ／短手長さ）が３以上であることが好ましい。
【００６７】
ここで、「長手長さ」とは柱状組織の長手方向の長さを指す。また、「短手長さ」とは柱状組織の短手方向の平均長さである。
【００６８】
長手長さおよび短手長さは、以下のように測定できる。中空糸膜の長手方向に沿って中空糸膜を切断する。得られた断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。倍率は、柱状組織の長さによって変更可能であり、視野内に５個、好ましくは１０個の柱状組織の全体が、その長手方向に渡って含まれる程度とする。１つの柱状組織において、長手方向の長さにばらつきが認められる場合は、長手長さとして、長手方向の最大長さを測定すればよい。また、短手長さは、１つの柱状組織における所定数の任意の測定点において各短手方向の長さを計測し、それらの平均値を算出することで求められる。測定点数は、長手長さ（μｍ）を１μｍで除した値（小数点以下切り捨て）である。たとえば、柱状組織の長手長さが２０．５μｍの時には、測定点数は２０点となる。ただし、この値が２１以上になった場合は、任意の２０箇所を測定すればよい。
【００６９】
柱状組織の長手長さは特に限定されないが、７μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは１５μｍ以上である。また、柱状組織の長手長さは、例えば５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４０μｍ以下である。
【００７０】
本発明において、柱状組織の短手長さが０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。短手長さが前記範囲であると、高い強度性能と高い純水透過性能が得られるため好ましい。柱状組織の短手長さが０．５μｍ以上であることで、柱状組織自体の物理的強度が大きくなるので、高い強度が得られる。また、柱状組織の短手長さが３μｍ以下であることで、柱状組織間の空隙が大きくなるので、良好な純水透過性能が得られる。柱状組織の短手長さは、０．７μｍ以上２．５μｍ以下であることがより好ましく、更に好ましくは１μｍ以上２μｍ以下である。
【００７１】
なお、本発明の多孔質中空糸膜において、柱状組織の長手長さの代表値および短手長さの代表値の好ましい範囲は、それぞれ、上述の個々の柱状組織の長手長さおよび短手長さの好ましい範囲と同一である。また、各代表値がその範囲内にあることの効果については、個々の柱状組織の寸法がその範囲にある場合の効果についての説明が適用される。
【００７２】
長手長さの代表値は、以下のように測定する。長手長さの測定と同様にして、中空糸膜における３箇所、好ましくは５箇所の位置で、１箇所につき５個、好ましくは１０個の柱状組織について、長手長さを測定する。得られた長手長さの値について平均値を求めることで、柱状組織の長手長さの代表値とすることができる。
【００７３】
また、短手長さの代表値は、長手長さの代表値の測定の対象とした柱状組織について、上述のとおり短手長さ（平均値として算出される）を測定し、その平均値を算出することで決定される。
【００７４】
また、本発明の多孔質中空糸膜において、長手長さの代表値および短手長さの代表値から算出される柱状組織のアスペクト比の代表値は、３以上であることが好ましく、より好ましくは５以上、更に好ましくは１０以上、特に好ましくは２０以上である。
【００７５】
本発明において、柱状組織の短手長さが０．５μｍ以上３μｍ以下であり、且つ、柱状組織のアスペクト比が３以上であることが好ましい。
【００７６】
（ｂ−２）太さ均一性
後述するように、本発明の中空糸膜は、高分子を含有する製膜原液から中空糸を形成し、その中空糸を延伸することで、製造可能である。便宜上、延伸前の状態を「中空糸」と呼び、延伸後の状態を「中空糸膜」と呼ぶ。
【００７７】
延伸後の中空糸膜における柱状組織の太さ均一性（後述の平均値Ｄ）は、０．５０以上が好ましく、より好ましくは０．６０以上であり、更に好ましくは０．７０以上であり、特に好ましくは０．８０以上である。太さ均一性は、最大で１．０であるが、柱状組織は、１．０未満の太さ均一性を有してもよい。
【００７８】
このように中空糸膜において、柱状組織が高い太さ均一性を有すること、つまり柱状組織のくびれ部分が少ないことで、中空糸膜の伸度が高くなる。
【００７９】
延伸後の多孔質中空糸膜が高い伸度を保持していると、急激な荷重が掛かった際にも糸切れしにくいため好ましい。多孔質中空糸膜の破断伸度は、５０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。
【００８０】
太さ均一性について説明する。柱状組織の各短手方向の長さのバラツキが小さいほど、柱状組織は、くびれ部分が少なく、太さの均一性が高くなり、理想的な円柱に近づく。
【００８１】
柱状組織の太さ均一性は、多孔質中空糸膜の短手方向に平行な第一の断面と第二の断面を比較することで求められる。以下に具体的に説明する。
【００８２】
まず、互いに平行である第一の断面と第二の断面を選定する。第一の面と第二の面との距離は５μｍとする。まず、それぞれの断面において、樹脂からなる部分と空隙部分とを区別し、樹脂部分面積と空隙部分面積を測定する。次に、第一の断面を第二の断面に投影した時に、第一の断面における樹脂からなる部分と第二の断面における樹脂からなる部分とが重なる部分の面積、すなわち重なり面積を求める。下記式（１）および（２）に基づいて、１本の中空糸膜について任意の２０組の第一の断面と上記第二の断面について、太さ均一性ＡおよびＢをそれぞれ求める。
太さ均一性Ａ＝（重なり面積）／（第二の断面の樹脂部分面積）  ・・・（１）
太さ均一性Ｂ＝（重なり面積）／（第一の断面の樹脂部分面積）  ・・・（２）
つまり、１本の中空糸膜について、２０組の太さ均一性Ａ、Ｂが得られる。この値が大きいほど、柱状組織の太さが均一であることを意味する。次に、それぞれの組について、太さ均一性ＡとＢとの平均値Ｃを算出する。すなわち１本の中空糸膜について、２０個の平均値Ｃが得られる。この平均値Ｃについて、さらに平均値Ｄを算出する。この平均値Ｄが、この中空糸膜の太さ均一性である。
【００８３】
また、１本の中空糸膜について算出された２０個の平均値Ｃのうち、８０％以上が０．６０以上である場合に、この中空糸膜は柱状組織を有するといえる。
【００８４】
なお、太さ均一性の測定に当たっては、樹脂部分と空隙部分とを明瞭に区別するために、あらかじめ、多孔質中空糸膜をエポキシ樹脂等で樹脂包埋し、エポキシ樹脂等をオスミウム等で染色処理することが好ましい。このような樹脂包埋・染色処理によって、空隙部分がエポキシ樹脂等で埋められ、後述する集束イオンビームによる断面加工の際に、フッ素樹脂系高分子からなる部分と、空隙部分（すなわちエポキシ樹脂部分）とが明瞭に区別できるようになるため、観察精度が高くなる。
【００８５】
また、上述した多孔質中空糸膜の短手方向に平行な第一の断面と第二の断面を得るために、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることが好ましい。多孔質中空糸膜の短手方向に平行な面を、ＦＩＢを用いて切り出し、ＦＩＢによる切削加工とＳＥＭ観察を、多孔質中空糸膜の長手方向に向かって５０ｎｍ間隔で繰り返し２００回実施する。このような連続断面観察によって、１０μｍの深さの情報を得ることができる。この中で、５μｍの間隔を持つ互いに平行な面となる任意の第一の断面と第二の断面を選択し、上述した式（１）および（２）を用いて太さ均一性を求めることができる。なお、観察倍率は、柱状組織および球状組織が明瞭に確認できる倍率であればよく、例えば１０００〜５０００倍を用いればよい。
【００８６】
（ｂ−３）組成
柱状組織は、フッ素樹脂系高分子を含有する。柱状組織は、フッ素樹脂系高分子を主成分として含有することが好ましく、柱状組織においてフッ素樹脂系高分子が占める割合は、８０重量％以上が好ましく、９０重量％以上がより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。また、柱状組織は、フッ素樹脂系高分子のみで構成されていてもよい。
【００８７】
言い換えると、多孔質中空糸膜はフッ素樹脂系高分子を含有する固形分を有しており、その固形分の少なくとも一部が柱状組織を構成している。フッ素樹脂系高分子を含有する固形分は、その全てが柱状組織を構成していてもよいし、その一部が柱状組織に該当しない形状を有していてもよい。多孔質中空糸膜において、フッ素樹脂系高分子を含有する固形分のうち、柱状組織を構成する固形分が占める割合は、８０重量％以上が好ましく、９０重量％以上がより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。
【００８８】
（ｂ−４）中空糸膜における柱状組織
多孔質中空糸膜において、主たる構造が柱状組織であることが好ましい。多孔質中空糸膜において、柱状組織が占める割合は、８０重量％以上が好ましく、９０重量％以上がより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。また、多孔質中空糸膜は、柱状組織のみで構成されていてもよい。
【００８９】
より具体的には、多孔質中空糸膜は、その主たる構造として、フッ素樹脂系高分子を主成分として含有する柱状組織を有することが好ましい。
【００９０】
多孔質中空糸膜は、柱状組織の集合体である、とも表現できる。
【００９１】
ここで、「長手方向に配向する」とは、柱状組織の長手方向と多孔質中空糸膜の長手方向とが成す角度のうち鋭角の角度が２０度以内であることを意味する。
【００９２】
（ｃ）分子鎖の配向
（ｃ−１）ラマン配向
本発明の分子鎖の配向は、ラマン分光法による配向解析により求めることができる。まず、多孔質中空糸膜の長手方向に沿う断面において、ミクロトームによる切削を行うことで、多孔質中空糸膜を切片化する。こうして得られた切片を光学顕微鏡で観察することで、柱状組織を確認しながら、柱状組織の長手方向に沿って、１μｍ間隔でレーザーラマン測定を行う。一つの柱状組織における測定点の数は、後述する柱状組織の長手長さ（μｍ）を１μｍで除した値（小数点以下切り捨て）とする。たとえば、柱状組織の長手長さが２０．５μｍの時には、測定点数は２０点となる。
ラマン散乱は分子鎖の振動方向と入射光の偏光方向が一致する場合に強く得られることから、分子鎖に対して平行な振動方向を示す振動モードと、分子鎖に対して垂直な振動方向を示す振動モードを適宜選定し、その散乱強度比をとることで配向度を算出できる。
【００９３】
例えば、フッ素樹脂系高分子がポリフッ化ビニリデンホモポリマーである場合、１２７０ｃｍ−１付近のラマンバンドは、ＣＦ２（フルオロカーボン）伸縮振動とＣＣ（炭素−炭素）伸縮振動とのカップリングモードに帰属する。これらの振動モードにおける振動方向は、分子鎖に対して平行である。一方で、８４０ｃｍ−１付近のラマンバンドの振動方向は分子鎖に対して垂直である。
【００９４】
このため、配向パラメータを、下記式（３）で算出することができる。配向パラメータは、多孔質中空糸膜の長手方向への配向が高いほど大きな値となり、無配向時には１、短手方向への配向が高いと１よりも小さな値を示す。
ラマン配向パラメータ＝（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）平行／（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）垂直  ・・・（３）
式（３）において、
平行条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が平行
垂直条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が直交
Ｉ１２７０平行：平行条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ１２７０垂直：垂直条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ８４０平行：平行条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ８４０垂直：垂直条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
である。
【００９５】
多孔質中空糸膜１本について、後述する柱状組織の長手長さの代表値の０．５倍から１．５倍の範囲で、１０個の相異なる柱状組織を選定し、それぞれについてレーザーラマン測定を行い、各測定点の配向パラメータを式（３）により算出し、それらの平均値をラマン配向パラメータνとする。
【００９６】
また、１つの柱状組織の測定点の中で、最も大きな配向パラメータと最も小さな配向パラメータを選ぶ操作を、１０個の相異なる柱状組織について行い、選ばれた１０個の最も大きな配向パラメータと１０個の最も小さな配向パラメータについて、それぞれ平均値を求め、最大ラマン配向パラメータＭ、最小ラマン配向パラメータｍとする。ラマン配向パラメータν、最大ラマン配向パラメータＭ、最小ラマン配向パラメータｍ、後述の比Ｍ／ｍを精度良く得るために、２０個の相異なる柱状組織について測定を行うことが好ましい。
【００９７】
本発明の多孔質中空糸膜の分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向へのラマン配向パラメータνは、１．５以上が好ましく、より好ましくは２．０以上であり、さらに好ましくは２．５以上である。配向度πが１．５以上であることで、多孔質中空糸膜の強度が大きくなる。
【００９８】
最大ラマン配向パラメータＭ、最小ラマン配向パラメータｍは、それぞれ柱状組織における主たる配向箇所の配向度と、延伸時の力点となる部分の配向度を表すと考えられる。
【００９９】
このため、得られる多孔質中空糸膜の強度、伸度、透水性等の性能のバランスを考慮して、Ｍやｍを適切な範囲とすればよい。Ｍ／ｍが大きいほど、分子鎖の配向が進み、多孔質中空糸膜の強度が大きくなる傾向にあるため好ましい。このため、本発明では、Ｍ／ｍは、１．５以上が好ましく、２．０以上がより好ましく、２．５以上がさらに好ましい。
【０１００】
（ｃ−２）Ｘ線回折測定における配向度
本発明の多孔質中空糸膜において、フッ素樹脂系高分子の分子鎖は、多孔質中空糸膜の長手方向に配向しているが、広角Ｘ線回折測定における分子鎖の配向度πが０．４以上１．０未満である。配向度πは、下記式（４）に基づき、広角Ｘ線回折測定によって得られた半値幅Ｈ（°）から算出される。
配向度π＝（１８０°−Ｈ）／１８０°  ・・・（４）
（ただし、Ｈは広角Ｘ線回折像の円周方向における回折強度分布の半値幅（°）である。）
分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向への配向およびその配向度πの測定方法について、以下に具体的に説明する。
【０１０１】
配向度πを算出するためには、多孔質中空糸膜の長手方向が鉛直となるように繊維試料台に取り付ける。なお、多孔質中空糸膜の短手方向とは、中空糸の径方向と平行な方向であり、長手方向とは、短手方向に垂直な方向である。また、短手方向は、中空面と平行な方向、すなわち中空面の面内方向と言い換えることができ、長手方向とは、中空面に垂直な方向と言い換えることができる。
【０１０２】
Ｘ線回折を行うと、デバイ環（Debye-Scherrer ring）と呼ばれる円環状の回折像が得られる。無配向試料ではデバイ環に沿って回折強度に大きな変化は見られないが、配向試料では、デバイ環上での強度分布に偏りが生じる。よって、この強度分布から、上記式（４）に基づいて配向度を算出することができる。
【０１０３】
より詳細には、分子鎖が無配向である場合には、短手方向に２θ／θスキャンすると（つまりデバイ環の径方向における回折強度分布を示す回折パターンを得ると）、回折角２θ＝２０°付近の位置にピークが見られる。このとき得られる回折パターンの横軸はＸ線の回折角２θであり、縦軸は回折強度である。さらに、回折角２θをこのピーク位置つまり２０°付近に固定して、試料を方位角β方向にスキャンすることで、横軸が方位角βを示し、縦軸が回折強度を示す回折パターン（つまり、回折角２θ＝２０°の位置におけるデバイ環の円周方向に沿った回折強度分布）が得られる。無配向試料では、デバイ環の円周方向３６０°全体にわたって、回折強度はほぼ一定となる。
【０１０４】
一方で、分子鎖が多孔質中空糸膜の長手方向に配向している場合には、２θ＝２０°付近のデバイ環上で中空糸膜の短手方向に相当する方位角上（つまり赤道上）に、強い回折強度が見られ、他の部分では小さい回折強度が得られる。つまり、配向試料では、デバイ環の径方向における回折強度分布では、無配向試料と同様に２θ＝２０°付近で回折ピークが見られ、円周方向における分布では、無配向試料と違って、中空糸膜の短手方向に相当する方位角上に回折ピークが観察される。
【０１０５】
デバイ環の径方向における回折ピークの位置（つまり回折ピークに対応する２θの値）を、以上の説明では「２０°付近」とした。しかし、この２θの値は、高分子の構造、配合によって異なり、１５〜２５°の範囲となる場合もある。例えば、α晶またはβ晶を有するポリフッ化ビニリデンホモポリマーについてＸ線回折を行うと、２θ＝２０．４°付近に、α晶またはβ晶の（１１０）面、すなわち分子鎖と平行な面に由来する回折ピークが見られる。
【０１０６】
上述したように、回折角２θの値を固定して、さらに方位角方向（円周方向）に０°から３６０°までの強度を測定することにより、方位角方向の強度分布が得られる。この強度分布は、回折像における結晶ピークをその円周方向にスキャンして得られる強度分布であるとも言える。ここで、方位角１８０°（長手方向）の強度と方位角９０°（短手方向）の強度の比が０．８０以下となる場合または１．２５以上となる場合に、ピークが存在するとみなし、この方位角方向の強度分布において、ピーク高さの半分の位置における幅（半値幅Ｈ）を求める。
【０１０７】
この半値幅Ｈを上記式（４）に代入することによって配向度πを算出する。
【０１０８】
本発明の多孔質中空糸膜の分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向への配向度πは、０．４以上１．０未満の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．５以上１．０未満であり、更に好ましくは０．６以上１．０未満である。配向度πが０．４以上であることで、多孔質中空糸膜の機械的強度が大きくなる。なお、配向度πは、多孔質中空糸膜の長手方向に１ｃｍ間隔の測定点で広角Ｘ線回折測定を行った際に、８０％以上の測定点で、０．４以上１．０未満であることが好ましい。
【０１０９】
なお、結晶ピークを円周方向にスキャンして得られる強度分布で、方位角１８０°の強度と方位角９０°の強度の比が０．８０を超えて１．２５未満の範囲となる場合には、ピークが存在しないとみなす。つまり、この場合は、フッ素樹脂系高分子は無配向であると判断する。
【０１１０】
中空糸膜がポリフッ化ビニリデンのα晶またはβ晶を含有する場合、半値幅Ｈは、広角Ｘ線回折測定によるポリフッ化ビニリデンのα晶またはβ晶の（１１０）面由来の結晶ピーク（２θ＝２０．４°）を円周方向にスキャンして得られる強度分布から得られるものであることが好ましい。
【０１１１】
広角Ｘ線回折による配向度πが０．４以上１．０未満であり、かつ、ラマン分光法によるラマン配向パラメータνが１．５以上であることが好ましく、さらには、ラマン配向パラメータνが２．０以上であることが好ましい。
【０１１２】
（７−２）空隙率
本発明の多孔質中空糸膜は、高い純水透過性能と高い強度を両立するために、空隙率は４０％以上８０％以下が好ましく、４５％以上７５％以下がより好ましく、５０％以上７０％以下がさらに好ましい。空隙率が、４０％未満だと純水透過性能が低くなり、８０％を超えると強度が著しく低下するため、水処理やメタン発酵処理用の多孔質中空糸膜としての適性を欠く。
【０１１３】
多孔質中空糸膜の空隙率は、上述した断面における樹脂部分面積と空隙部分面積を用いて、下記式（５）によって求められる。精度を高めるために、任意の２０点以上、好ましくは３０点以上の断面について空隙率を求め、それらの平均値を用いることが好ましい。
空隙率（％）＝｛１００×（空隙部分面積）｝／｛（樹脂部分面積）＋（空隙部分面積）｝  ・・・（５）
（７−３）ヤング率
本発明の多孔質中空糸膜は、実使用に適した高い靱性を有することが好ましく、靱性は引張試験のヤング率で示すことができる。多孔質中空糸膜のヤング率は、多孔質中空糸膜の用途に合わせて選択できるが、好ましくは０．２０ＧＰａ以上０．４０ＧＰａ未満である。より好ましくは０．２２ＧＰａ以上０．３８ＧＰａ未満であることで、洗浄工程などにおいて中空糸膜が揺れ、濁質が膜面から剥がれ易い。さらに好ましくは０．２４ＧＰａ以上０．３６ＧＰａ未満であることで、洗浄工程などにおいてさらに中空糸膜が揺れ、濁質が膜面から効果的に剥がれ易い。ヤング率が０．１５ＧＰａより小さくなると、実使用時の応力負荷によって中空糸膜が変形しやすくなる。また、ヤング率が０．４０ＧＰａ以上になると、例えば水処理やメタン発酵処理用途で頻繁に実施されるスクラビング洗浄などの糸揺れ時に、中空糸膜の糸折れが発生しやすくなる。
【０１１４】
（７−４）その他
本発明の多孔質中空糸膜は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、上述した柱状組織以外の組織を含有していてもよい。柱状組織以外の構造としては、例えば、アスペクト比（長手長さ／短手長さ）が３未満の球状組織が挙げられる。球状組織の短手長さおよび長手長さは、０．５μｍ以上３μｍ以下の範囲であることが好ましい。球状組織を用いる場合に、その短手長さおよび長手長さが前記範囲であれば、多孔質中空糸膜の強度の低下が抑制され、かつ良好な純水透過性能を維持することができる。
【０１１５】
ただし、このようなアスペクト比が３未満の球状組織が多孔質中空糸膜に占める割合が大きくなると、球状組織同士の連結が増加し、くびれ部分が増加していくため、高倍率延伸が困難になり、また、延伸後の伸度保持が困難になる傾向を示す。このため、球状組織が多孔質中空糸膜に占める割合は、小さければ小さいほど好ましく、２０％未満が好ましく、１０％未満がより好ましく、１％未満（ほとんど球状組織が無いこと）がさらに好ましく、球状組織が全く存在しないことが最良である。
【０１１６】
ここで各組織の占有率（％）は、多孔質中空糸膜の長手方向の断面について、ＳＥＭ等を用いて柱状組織および球状組織が明瞭に確認できる倍率、好ましくは１０００〜５０００倍で写真を撮影し、下記式（６）で求められる。精度を高めるために、任意の２０カ所以上、好ましくは３０カ所以上の断面について占有率を求め、それらの平均値を算出することが好ましい。
占有率（％）＝｛（各組織の占める面積）／（写真全体の面積）｝×１００  ・・・（６）
ここで、写真全体の面積および組織の占める面積は、写真撮影された各組織の対応する重量に置き換えて求める方法などが好ましく採用できる。すなわち、撮影された写真を紙に印刷し、写真全体に対応する紙の重量およびそこから切り取った組織部分に対応する紙の重量を測定すればよい。また、ＳＥＭ等による写真撮影に先立ち、上述したような樹脂包埋・染色処理、ＦＩＢによる切削加工を施すと、観察精度が高くなるため好ましい。
【０１１７】
また、本発明の多孔質中空糸膜は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、上述した柱状組織を有する層と、他の構造を有する層とが積層されたものであってもよい。ただし、柱状組織を有する層に比べて、他の構造を有する層の厚みが厚くなると、本発明の目的・効果を発揮しにくくなるため、柱状組織を有する層の厚みに対する他の構造を有する層の厚みの比は、０．３以下が好ましく、０．２以下がより好ましい。
【０１１８】
本発明の多孔質中空糸膜は、５０ｋＰａ、２５℃における純水透過性能が０．７ｍ３／ｍ２／ｈｒ以上であり、破断強度が２３ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは５０ｋＰａ、２５℃における純水透過性能が０．７ｍ３／ｍ２／ｈｒ以上であり、破断強度が２５ＭＰａ以上である。特に、高い純水透過性能と高い強度性能を両立させた高性能の中空糸膜とするという観点から、５０ｋＰａ、２５℃における純水透過性能が０．７ｍ３／ｍ２／ｈｒ以上５．０ｍ３／ｍ２／ｈｒ以下であり、破断強度が２３ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の範囲が好ましく、より好ましくは５０ｋＰａ、２５℃における純水透過性能が０．７ｍ３／ｍ２／ｈｒ以上５．０ｍ３／ｍ２／ｈｒ以下であり、破断強度が３０ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の範囲である。
【０１１９】
純水透過性能の測定は、多孔質中空糸膜４本からなる長さ２００ｍｍのミニチュアモジュールを作製して行う。温度２５℃、ろ過差圧１６ｋＰａの条件下に、逆浸透膜ろ過水の外圧全ろ過を１０分間行い、透過量（ｍ３）を求める。その透過量（ｍ３）を単位時間（ｈ）および有効膜面積（ｍ２）あたりの値に換算し、さらに（５０／１６）倍することにより、圧力５０ｋＰａにおける値に換算することで純水透過性能を求める。
【０１２０】
破断強度と破断伸度の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、引っ張り試験機を用い、測定長さ５０ｍｍの試料を引っ張り速度５０ｍｍ／分で引っ張り試験を、試料を変えて５回以上行い、破断強度の平均値と破断伸度の平均値を求めることで測定することができる。
【０１２１】
以上に説明した多孔質中空糸膜は、メタン発酵処理に十分な純水透過性能、強度、伸度を有する。
【０１２２】
（８）分離膜充填率
筐体内の中空糸膜の充填率を高くすると、膜面積を大きくでき、また、少ないクロスフロー流量で膜面線速度を向上させ膜の洗浄性を向上させることができる。しかしながら中空糸膜の充填率を高くすると中空糸膜同士が密着して、中空糸膜表面や中空糸膜同士の間に存在する濁質や懸濁物質が洗浄されにくく、蓄積が解消されないという問題がある。メタン発酵処理中に発生する濁質も、中空糸膜表面や中空糸膜同士の間に蓄積することが課題であった。
【０１２３】
ここで中空糸膜の充填率とは、中空糸膜モジュールの横断面（図２の左右方向に平行かつ紙面に垂直な面）で中空糸膜部分が占める面積の割合のことである。中空糸膜の存在領域の断面積をＳ１、中空糸膜部分のみの断面積の合計をＳ２としたとき、中空糸膜の充填率は下記式（７）で表すことができる。
中空糸膜の充填率［％］＝Ｓ２／Ｓ１×１００  ・・・（７）
ここで中空糸膜の存在領域とは、中空糸膜モジュールの横断面で最も外側の中空糸膜を囲む領域のことである。ただし中空糸膜の膜束の根元（つまり第１ポッティング部１１の下面または第２ポッティング部１２の上面）における中空糸膜の存在領域は以下のように定義する。図１３に示す中空糸膜モジュールの横断面では第２ポッティング部１２に貫通孔１１が存在し、貫通孔部分には中空糸膜が存在しないため、貫通孔部分は中空糸膜の存在領域Ｓ１から除外する。また図１４に示す中空糸膜モジュールの横断面では、第２ポッティング部１２の貫通孔１１部分と、第２ポッティング部１２と筐体本体３の間の間隙９１には中空糸膜が存在しないため、中空糸膜の存在領域Ｓ１から除外する。また図１５に示す中空糸膜モジュールの横断面では第２ポッティング部１２の面積の合計を中空糸膜の存在領域Ｓ１の面積とする。
【０１２４】
ここで中空糸膜部分のみの断面積Ｓ２は下記式（８）で表すことができる。
Ｓ２＝［円周率］×［中空糸膜の外径／２］２×［領域内の中空糸膜の本数］  ・・・（８）
本発明者らは、筐体内での中空糸膜の充填率が５５％以下であると、中空糸膜同士が密着しにくいので、中空糸膜表面や中空糸膜同士の間に蓄積した濁質の洗浄効率を高めることができることを見出した。本発明においては、筐体内での中空糸膜の充填率が２５％以上５５％以下とする。充填率がこの範囲にあることで、膜モジュールは、単位膜面積当たりの透過液流量が過大にならない膜面積を確保することが出来る。中空糸膜の充填率は、さらに好ましくは、３０％以上３８％以下の範囲である。
【０１２５】
また、筐体内全体で、中空糸膜の充填率が上記範囲を満たすことが好ましい。具体的には、第１ポッティング部１１の下面での充填率、第２ポッティング部１２の上面での充填率、および筐体中央における充填率が、上記範囲内にあることが好ましい。筐体中央部における充填率とは、筐体の長さ（つまり円筒形状の高さ）を２等分する横断面における充填率である。
【０１２６】
第１ポッティング部１１の下面および第２ポッティング部１２の上面では膜が束ねられているので、これらの部分での充填率は、筐体の中程での充填率に比べて高くなりやすい。特に第２ポッティング部１２に貫通孔１１がある場合、および第２ポッティング部１２が小束接着部である場合は、第２ポッティング部１２の上面での膜の充填率が高くなりやすいので、第２ポッティング部１２の上面での膜の充填率が上述の範囲内にあることが好ましい。
【０１２７】
膜モジュール１本当たりの膜面積が等しい場合、膜モジュールの充填率は、外径の小さな中空糸膜を使用するほど下がる。ただし、この場合、外径の小さな中空糸膜ほど充填する本数は増える。一方、隣り合う中空糸膜同士の間隔は、中空糸膜の外径が小さ過ぎると膜の本数が増えるために、中空糸膜の外径が大き過ぎると充填率が高くなるために、中空糸膜同士の間隔は狭くなる。
【０１２８】
濁質は、中空糸膜を中心にして堆積していくので、中空糸膜の本数が増えると、モジュール内に蓄積される濁質が空間的に分散され、濁質とフラッシング時の流体の接触効率が上がり、フラッシングの洗浄効率を上げることができる（洗浄工程の詳細は後述する。）。しかしながら、濁質は複数本の中空糸膜の間にも詰まることがあるが、隣り合う中空糸膜同士の間隔が広い方が、濁質の詰まりを抑制できるので望ましい。従って、中空糸膜の本数ができるだけ多くて、かつ中空糸膜同士の間隔を広く取ることが出来る中空糸膜の外径を選択すべきである。
【０１２９】
本発明による膜モジュールは、膜モジュール内の膜充填率を等しくした場合でも中空糸膜の外径が小さい場合により効果を有する。すなわち、中空糸膜の外径が小さいと膜面積は増加し、単位膜面積当たりの濁質堆積量が減少するので、ろ過工程中の通液抵抗の上昇は抑えることができる。ろ過工程中に膜表面に堆積した濁質は、透過液の通液抵抗に相当する圧縮力を受けて、元の濁質よりも緻密化する。このような緻密化は、通液抵抗が大きいほど、また、単位膜面積当たりの濁質量が多いほど、進行する。従って、上記のような単位膜面積当たりの濁質堆積量の減少は、通液抵抗の抑制だけでなく、濁質の緻密化を抑制するので、洗浄工程においては堆積物の洗浄が容易になる。また、外径が小さいと充填率が等しくても中空糸膜の本数が増える。中空糸膜の本数が増えると、中空糸膜１本に堆積する濁質量が減り、濁質によって膜１本にかかる引っ張り荷重を減らすことができ、膜切れを防止することができる。
【０１３０】
１−３．供給配管
供給配管５５は、発酵槽５１と分離膜モジュールとを接続する。具体的には、供給配管５５は、発酵槽５１に接続される液体入口５５１と、分離膜モジュールの原液流入口６に接続される液体出口５５２とを備える。
【０１３１】
供給配管５５により、発酵槽５１内の液体が分離膜モジュール５９に送り込まれる。
【０１３２】
供給配管５５により送られる液体、つまり、少なくともメタン生成菌を含み、かつ消費されずに残っている基質および／または生成されたメタンを含んでもよい液状の混合物を「発酵液」と称する。
【０１３３】
供給配管５５は、液体入口５５１と液体出口５５２との間のいずれかの位置にしさ除去機構６３を備える。このしさ除去機構６３はスクリーンやメッシュ等種々用いることができる。これにより、供給配管５５により送られる発酵液中に含まれる比較的大きな固形分や繊維状物質等を除去することが可能となる。なお、しさ除去機構は洗浄できる構成であることが好ましい。
【０１３４】
また、供給配管５５は供給配管液体出口５５２の近くに、発酵液循環流路から濁質を含む発酵液や洗浄廃水を排出可能な濁質排出ライン６１が接続されることが好ましい。濁質排出ラインを設ける場合、分離膜モジュール内の液体を効率よく排出するためには分離膜モジュール内の圧力を開放するためにベントを設置することが好ましく、ベントは例えば返送配管５６に備えられることが好ましい。
【０１３５】
１−４．その他
メタン発酵槽５１では、投入された原水中の有機物が酸生成菌やメタン生成菌の働きによってメタンや二酸化炭素へと分解される。メタン発酵槽内の温度は、高温メタン発酵では５０〜６０℃、中温メタン発酵では３０〜４０℃、低温メタン発酵では１０〜２０℃に調整する。発酵槽中の余剰汚泥は適宜汚泥引き抜きライン５４から引き抜くことが可能である。
【０１３６】
メタン発酵槽５１は原水が流入する原水ライン５２、メタン発酵により発生したバイオガスを取り出すバイオガスライン５３、余剰汚泥を引き抜く汚泥引き抜きライン５４を備える。また、メタン発酵槽５１内の一部の発酵液は供給配管５５を経て分離膜モジュール５９へ送液され、前記分離膜モジュールによりろ過されなかった濃縮液は返送配管５６を経て前記メタン発酵槽へ送液される。
【０１３７】
このように、メタン発酵槽と分離膜モジュールとの間において、発酵液を循環することが可能である。
【０１３８】
分離膜モジュール５９では発酵液を膜分離により固液分離し、透過液は透過液排出ライン６０を経て排出される。また分離膜モジュール５９内に溜まった濁質を含む発酵液や洗浄廃水は、濁質排出ライン６１から排出することが可能である。
【０１３９】
濁質排出ライン６１は供給配管５５の液体入口５５１と液体出口５５２との間のいずれかの位置に接続されることが好ましい。供給配管５５及び返送配管５６には、供給配管弁５７及び返送配管弁５８のように、各配管に少なくとも一つの弁が設置されることが好ましい。前記濁質排出ライン６１が供給配管５５に接続される場合、供給配管弁５７は、メタン発酵槽５１と前記濁質排出ライン６１との間に設置されることが好ましい。前記のように弁を設置することで、後述する分離膜モジュールの洗浄や膜交換時に、メタン発酵槽を嫌気状態に維持したまま作業を行うことができ、洗浄時に発生する洗浄廃水は前記濁質排出ライン６１から排出することが可能である。
【０１４０】
２．多孔質中空糸膜の製造方法
上述の多孔質中空糸膜を製造する方法について、以下に例示する。多孔質中空糸膜の製造方法は、少なくとも、
１）フッ素樹脂系高分子を含有する製膜原液から、熱誘起相分離により、長さ方向に配向し、かつ０．５０以上１．００未満の太さ均一性を有する柱状組織を有する中空糸を形成する工程、および
２）上記１）で得られた多孔質中空糸を長手方向に１．８倍以上２．７倍以下に、延伸速度１％／秒以上１５０％／秒以下で延伸する工程
を備える。
【０１４１】
（ａ）製膜原液の調製
本発明における多孔質中空糸膜の製造方法は、フッ素樹脂系高分子溶液を調製する工程をさらに備える。フッ素樹脂系高分子を、フッ素樹脂系高分子の貧溶媒または良溶媒に、結晶化温度以上の比較的高温で溶解することで、フッ素樹脂系高分子溶液（つまり、フッ素樹脂系高分子を含有する製膜原液）を調製する。
【０１４２】
製膜原液中の高分子濃度が高いと、高い強度を有する多孔質中空糸膜が得られる。一方で、高分子濃度が低いと、多孔質中空糸膜の空隙率が大きくなり、純水透過性能が向上する。このため、フッ素樹脂系高分子の濃度は、２０重量％以上６０重量％以下であることが好ましく、３０重量％以上５０重量％以下であることがより好ましい。
【０１４３】
本書において、貧溶媒とは、フッ素樹脂系高分子を６０℃以下の低温では、５重量％以上溶解させることができないが、６０℃以上かつフッ素樹脂系高分子の融点以下（例えば、高分子がフッ化ビニリデンホモポリマー単独で構成される場合は１７８℃程度）の高温領域で５重量％以上溶解させることができる溶媒である。良溶媒とは、６０℃以下の低温領域でもフッ素樹脂系高分子を５重量％以上溶解させることができる溶媒であり、非溶媒とは、フッ素樹脂系高分子の融点または溶媒の沸点まで、フッ素樹脂系高分子を溶解も膨潤もさせない溶媒と定義する。
【０１４４】
ここで、フッ素樹脂系高分子の貧溶媒としてはシクロヘキサノン、イソホロン、γ−ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド等およびそれらの混合溶媒が挙げられる。良溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル等およびそれらの混合溶媒が挙げられる。非溶媒としては、水、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、四塩化炭素、ｏ−ジクロルベンゼン、トリクロルエチレン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、低分子量のポリエチレングリコール等の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族多価アルコール、芳香族多価アルコール、塩素化炭化水素、またはその他の塩素化有機液体およびそれらの混合溶媒などが挙げられる。
【０１４５】
（ｂ）中空糸の形成
中空糸の形成工程においては、温度変化により相分離を誘起する熱誘起相分離法を利用して、フッ素樹脂系高分子を含有する製膜原液から、中空糸を得る。後述する１．８倍以上の高倍率延伸を行うためには、中空糸は、その長さ方向に配向する柱状組織を有し、かつ、柱状組織の太さ均一性は０．５０以上１．００未満であることが好ましい。柱状組織の太さ均一性の下限は、０．６０以上であることがより好ましく、０．７０以上であることが更に好ましく、０．８０以上であることが特に好ましい。
【０１４６】
熱誘起相分離法には、主に２種類の相分離機構が利用される。一つは高温時に均一に溶解した高分子溶液が、降温時に溶液の溶解能力低下が原因で高分子濃厚相と高分子希薄相に分離し、その後構造が結晶化により固定される液−液相分離法である。もう一つは高温時に均一に溶解した高分子溶液が、降温時に高分子の結晶化が起こり高分子固体相と溶媒相に相分離する固−液相分離法である。
【０１４７】
前者の方法では主に三次元網目構造が、後者の方法では主に球状組織で構成された球状構造が形成される。本発明の中空糸膜の製造では、後者の相分離機構が好ましく利用される。よって、固−液相分離が誘起される高分子濃度および溶媒が選択される。前者の相分離機構では、上述したような中空糸膜の長さ方向に配向した柱状組織を発現させることは困難である。これは構造が固定される前の相分離でポリマー濃厚相は非常に微細な相を形成し、柱状にすることができないためである。
【０１４８】
具体的な方法としては、上述の製膜原液を多孔質中空糸膜紡糸用の二重管式口金の外側の管から吐出しつつ、中空部形成液体を二重管式口金の内側の管から吐出する。こうして吐出された製膜原液を冷却浴中で冷却固化することで、多孔質中空糸膜を得る。
【０１４９】
フッ素樹脂系高分子溶液は、口金から吐出される前に、圧力をかけられながら、特定の温度条件下に一定時間置かれる。圧力は０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、１．０ＭＰａ以上であることがより好ましい。前記高分子溶液の温度Ｔは、Ｔｃ＋３５℃≦Ｔ≦Ｔｃ＋６０℃を満たすことが好ましく、Ｔｃ＋４０℃≦Ｔ≦Ｔｃ＋５５℃を満たすことがより好ましい。Ｔｃは、フッ素樹脂系高分子溶液の結晶化温度である。この圧力および温度下で前記高分子溶液が保持される時間は、１０秒以上であることが好ましく、２０秒以上であることがより好ましい。
【０１５０】
具体的には、高分子溶液を口金に送る送液ラインのいずれかの箇所に、高分子溶液を滞留させる滞留部が設けられており、滞留した高分子溶液を加圧する加圧手段と、滞留した高分子溶液の温度を調整する温度調整手段（例えば加熱手段）が設けられる。加圧手段としては、特に限定されないが、送液ラインに２つ以上のポンプを設置することで、その間のいずれかの箇所で加圧することができる。ここでポンプとしては、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ウィングポンプ、ギヤーポンプ、ロータリーポンプ、スクリューポンプなどが挙げられ、２種類以上を用いてもよい。
【０１５１】
この工程により結晶化が起こりやすい条件で圧力が加えられるため、結晶の成長が異方性を有し、等方的な球状構造ではなく、多孔質中空糸膜の長さ方向に配向した組織が発現し、その結果、柱状構造が得られると推測される。
【０１５２】
ここで、前記フッ素樹脂系高分子溶液の結晶化温度Ｔｃは次のように定義される。示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）装置を用いて、フッ素樹脂系高分子と溶媒など製膜高分子原液組成と同組成の混合物を密封式ＤＳＣ容器に密封し、昇温速度１０℃／ｍｉｎで溶解温度まで昇温し３０分保持して均一に溶解した後に、降温速度１０℃／ｍｉｎで降温する過程で観察される結晶化ピークの立ち上がり温度がＴｃである。
【０１５３】
次に、口金から吐出されたフッ素樹脂系高分子溶液を冷却する冷却浴について説明する。冷却浴には、濃度が５０〜９５重量％の貧溶媒あるいは良溶媒と、濃度が５〜５０重量％の非溶媒からなる混合液体を用いることが好ましい。さらに貧溶媒としては高分子溶液と同じ貧溶媒を用いることが好ましく採用される。また、中空部形成液体には、冷却浴同様、濃度が５０〜９５重量％の貧溶媒あるいは良溶媒と、濃度が５〜５０重量％の非溶媒からなる混合液体を用いることが好ましい。さらに貧溶媒としては高分子溶液と同じ貧溶媒を用いることが好ましく採用される。
【０１５４】
ここで、くびれ部分を多数有する繊維状組織ではなく、均一な太さを有する柱状組織とするために、くびれ部分への高分子取り込み成長を促進させることが望ましい。本発明者らは、くびれ部分への高分子取り込み成長は、界面エネルギーの高いくびれ部分の消失につながり、エネルギー的に安定化するため、くびれ部分以外の成長よりも優先的に生じさせうることを見出し、太さ均一性を向上させための方法について鋭意検討を行った。
【０１５５】
その結果、くびれ部分への高分子取り込み成長を促進させる方法として、熱誘起相分離が下記ａ）およびｂ）の冷却工程のうちの少なくとも一方を備えることが好ましいことを見出した。
ａ）前記製膜原液をＴｃ−３０℃＜Ｔｂ≦Ｔｃを満たす温度Ｔｂの冷却浴に浸す工程
ｂ）Ｔｂ１≦Ｔｃ−３０℃を満たす温度Ｔｂ１の冷却浴に浸した後、Ｔｃ−３０℃＜Ｔｂ２≦Ｔｃを満たす温度Ｔｂ２の冷却浴に浸す工程
（ただし、Ｔｃは前記フッ素樹脂系高分子を含有する製膜原液の結晶化温度である。）
本発明において、方法ａ）として、冷却浴中での冷却固化を前記高分子溶液の結晶化温度付近で行うことで、冷却固化を徐々に進行させることを見出した。この場合、冷却浴の温度Ｔｂを、前記フッ素樹脂系高分子溶液の結晶化温度をＴｃとした際に、Ｔｃ−３０℃＜Ｔｂ≦Ｔｃを満たすようにするものであり、Ｔｃ−２０℃＜Ｔｂ≦Ｔｃとすることがより好ましい。
【０１５６】
冷却浴の通過時間（つまり冷却浴への浸漬時間）は、くびれ部分への高分子取り込み成長を含む熱誘起相分離が完結するのに十分な時間を確保できれば特に限定されず、中空糸膜数、紡糸速度、浴比、冷却能力などを勘案して実験的に決定すればよい。
【０１５７】
ただし、太さ均一性を達成するためには、上述した冷却浴の温度の範囲において通過時間をできるだけ長くすることが好ましく、例えば、１０秒以上、好ましくは２０秒以上、さらに好ましくは３０秒以上とするのがよい。
【０１５８】
また、方法ｂ）として二段階以上の冷却を行ってもよい。具体的には、冷却工程は、過冷却度を高めて結晶核生成・成長を促す第１の冷却浴を用いて冷却するステップと、その後、くびれ部分への高分子取り込み成長を促す第２の冷却浴を用いて冷却するステップとを含んでいてもよい。第２の冷却浴による冷却ステップは、くびれ部分への高分子取り込み成長が、主に相分離の構造粗大化過程で優先的に生じるという現象を利用している。
【０１５９】
この場合、口金から吐出されたフッ素樹脂高分子溶液を冷却する第１の冷却浴の温度Ｔｂ１が、Ｔｂ１≦Ｔｃ−３０℃を満たすことで、過冷却度を高めて結晶核の生成および成長を促すことができ、第２の冷却浴の温度Ｔｂ２を結晶化温度付近の温度とすることで（具体的には、Ｔｃ−３０℃＜Ｔｂ２≦Ｔｃ、より好ましくはＴｃ−２０℃＜Ｔｂ２≦Ｔｃを満たすようにすることで）、くびれ部分への高分子取り込み成長を促すことができる。Ｔｃは高分子溶液の結晶化温度である。
【０１６０】
それぞれの冷却浴の通過時間は変更可能であるが、例えば、第１の冷却浴の通過時間を１秒以上２０秒以下、好ましくは３秒以上１５秒以下、さらに好ましくは５秒以上１０秒以下とし、第２の冷却浴の通過時間を１０秒以上、好ましくは２０秒以上、さらに好ましくは３０秒以上とするのがよい。
【０１６１】
０．５０未満の太さ均一性を有する組織を、柱状組織と区別するために、「繊維状組織」と称すると、特開２００６−２９７３８３号公報に開示されているのは繊維状組織を有する中空糸膜である。このような繊維状組織を有する多孔質中空糸膜は、強度および純水透過性能に比較的優れているため、本発明者らは、これを延伸することで高強度化を図った。しかしながら、均一に延伸することができず、高強度化できないことが分かった。
【０１６２】
一般に、水処理やメタン発酵処理用に用いられる多孔質膜は、水を透過させるための空隙部を多数有し、延伸時には、空隙部を起点として組織の破壊が進行するため、延伸そのものが大変難しい。特に、多孔質中空糸膜が、非溶媒誘起相分離や熱誘起相分離の原理を利用する乾湿式紡糸によって得られる相分離多孔構造を有する場合には、微細な空隙が多数存在し、空隙率が高いため、この傾向が顕著である。
【０１６３】
日本国特開２００６−２９７３８３号公報における繊維状組織を有する多孔質膜の場合には、長手方向に配向した繊維状組織によって、延伸時の応力が分散され、延伸が可能になったと考えられる。しかしながら、破断強度の大幅な向上は見られず、その原因について鋭意検討した結果、繊維状組織は、くびれ部分が多く、延伸時に、このくびれ部分に応力が集中するため、くびれ部分が優先的に延伸されてしまい、繊維状組織全体を均一に延伸できないために延伸倍率を上げることができないことを発見した。
【０１６４】
これに対して、本発明者らは、均一な太さを有する柱状組織を有する中空糸であれば、柱状組織全体を均一に延伸できることを見出し、このような均一かつ高倍率延伸によって、フッ素樹脂系高分子の分子鎖を多孔質中空糸膜の長手方向に延伸配向させることに成功し、高い純水透過性能を維持しつつ高強度化することに成功した。
【０１６５】
（ｃ）延伸
最後に、本発明では、以上の方法で得られる柱状組織を有するフッ素樹脂系高分子からなる多孔質中空糸膜を低速度で高倍率延伸することで、該高分子の分子鎖を該中空糸膜の長手方向に配向させる。その結果、上述の範囲のラマン配向パラメータおよびＸ線回折における配向度が実現される。
【０１６６】
延伸倍率は、好ましくは１．８〜２．４倍であり、より好ましくは１．９〜２．３倍である。延伸倍率が１．８倍以上であることで、延伸により分子鎖を充分に配向させることができるので、多孔質中空糸膜を高強度化することができる。また、延伸倍率が２．４倍以下であることで、多孔質中空糸膜の孔径が小さくなりすぎずないので高い透水性を実現することができると共に、伸度および靱性を保つことができる。
【０１６７】
また、本発明においては、延伸速度は１％／秒〜１５０％／秒が好ましく、より好ましくは３％／秒〜１００％／秒、さらに好ましくは５％／秒〜５０％／秒である。延伸速度が１％／秒以上であることで、延伸処理設備を極端に大型化することなく延伸することが可能となる。また、延伸倍率が１５０％／秒以下であることで、安定して均質に延伸することができる。
【０１６８】
柱状組織を有する中空糸を上述のような低い速度で延伸することによって、中空糸全体を均質に延伸することができ、その結果、均質に配向を進めることができる。この均質な延伸には、１つの柱状組織の全体を均質に延伸することと、複数の異なる柱状組織を同程度延伸することが含まれていると考えられる。
また、上述したように、柱状組織は、先に形成された固形分のくびれ部分に高分子を取り込むことで形成されている。先に形成された固形分と、その後に形成された部分とでは、成長速度が異なるため、微視的な構造（例えば体積当たりの分子鎖の絡み合い点の数）も異なると考えられる。
【０１６９】
延伸速度は以下の様に算出される。
延伸速度（％／秒）＝（延伸倍率×１００−１００）÷延伸時間（秒）
ここで、延伸倍率は「延伸後の長さ（ｍ）÷延伸前の長さ（ｍ）」により算出される。延伸時間は、実質的に延伸に使用した時間（秒）を用いる。延伸倍率は延伸装置の設定速度から算出してもよいが、好ましくは、延伸する直前の多孔質中空糸膜の長手方向に１０ｃｍの着色をしてから延伸を実施し、延伸前後の着色部分の長さを測定するのがよい。その際に延伸に使用した時間も実測することができる。
【０１７０】
延伸温度は、好ましくは６０〜１４０℃、より好ましくは７０〜１２０℃、さらに好ましくは８０〜１００℃であり、６０℃未満の低温雰囲気で延伸した場合、安定して均質に延伸することが困難である。１４０℃を超える温度で延伸した場合、フッ素樹脂系高分子の融点に近くなるため、構造組織が融解し純水透過性能が低下する場合がある。
【０１７１】
延伸は、液体中で行うと、温度制御が容易であり好ましいが、スチームなどの気体中で行ってもよい。液体としては水が簡便で好ましいが、９０℃程度以上で延伸する場合には、低分子量のポリエチレングリコールなどを用いることも好ましく採用できる。
【０１７２】
３．メタン発酵処理方法
以下、本発明のメタン発酵処理装置を用いたメタン発酵処理方法について、具体的な構成を挙げて、より詳細に説明する。
【０１７３】
（１）発酵工程
発酵工程では、上述の発酵槽５１内でメタン発酵が行われる。
【０１７４】
発酵槽５１内には、メタン発酵の基質、およびこの基質からメタンを生じるメタン発酵を行うことのできる微生物等を含む発酵液が収容される。
【０１７５】
発酵液には、濁質や溶解物質が含まれる。発酵液は、メタン発酵処理に供給する原水と、メタン発酵により分解された有機物を含む液状物や固形物と、メタン生成菌等からなる微生物群と、のうち少なくとも一つを含む。メタン発酵処理の原水は、屎尿、家畜糞尿、生ゴミ、食品廃棄物、活性汚泥等の高濃度有機性廃棄物、またはそれらの処理により発生する汚泥や、それらの粉砕や加水分解など前処理を施された汚泥等、有機物を含有する液状物や固形物である。
【０１７６】
（２）膜分離工程
まず、膜分離工程では、濁質を含む発酵液を、前記中空糸膜モジュールに供給して濁質と液体とを分離する。
【０１７７】
膜分離は、分離膜を隔てて発酵液側圧力と透過側圧力との差（膜間差圧）を駆動力として発酵液側から透過液側に液体が通液されることによって実施される。膜間差圧は、一般に発酵液流入口へポンプで加圧しながら発酵液を供給したり、透過液側をポンプやサイホンを利用して吸引したりすることにより得ることが出来る。本発明の膜モジュールではろ過を継続することが出来る膜間差圧は、好ましくは１０〜２００ｋＰａ、より好ましくは１５〜１００ｋＰａで、この範囲を超える前に膜分離工程を終了し、洗浄工程に移行するとよい。なお、膜間差圧は、差圧計や発酵液側と透過液側に取り付けた圧力計の差から測定することができる。膜分離速度の制御方法としては一定の透過液流量を回収（定流量ろ過）しても、送液圧や吸引圧を一定にして透過液流量は成り行きの流量で回収（定圧ろ過）しても差し支えはないが、透過液や濃縮液の生産速度の制御のし易さから定流量ろ過であることが好ましい。
【０１７８】
中空糸膜モジュールで行われる膜分離のろ過方式は、全量ろ過であってもよいし、クロスフローろ過が行われてもよい。ただし、高濃度に濁質を含有する発酵液では膜に付着する汚れの量が多いので、この汚れを効果的に除去するためには、クロスフローろ過を行うことが好ましい。クロスフローろ過によって、循環する発酵液のせん断力で膜に付着する汚れを除去することができるからである。本発明の分離膜モジュールはクロスフローろ過において、第１ポッティング部、第２ポッティング部がそれぞれ筐体に固定されていることにより、膜束の浮上等なく運転を継続できる。更に、上述の中空糸膜モジュールの形状により、クロスフローろ過運転中に濁質は中空糸膜モジュールの膜間のみでなく、あらゆる場所において堆積が抑制される。具体的には、筐体または整流筒に設けられる特定の小径部が存在していることで、中空糸膜の位置を規制し、濁質の堆積しやすい箇所が存在しない。
【０１７９】
クロスフローろ過においては、循環する発酵液の発酵液循環流量に対する中空糸膜をろ過されるろ過流量の比は一定範囲内に制御することが望ましい。すなわち、発酵液循環流量をＲｍ／ｄ、ろ過流量とＦｍ／ｄとすると、両者の比は下記式（９）を満たすことが望ましい。
０．００１≦Ｆ／Ｒ×１００％≦１５・・・（９）
ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比の値を上記式（９）の値の範囲内に制御することは、メタン発酵槽内の発酵液濃度をメタン発酵に適する値に調整するために必要である。Ｆ／Ｒ×１００％を１５以下にすることで、発酵液は過剰に濃縮されることなく、メタン発酵処理装置全体における流動性を良好に保つことができる。また、分離膜モジュール内での濁質の堆積を抑えることができる。一方でＦ／Ｒ×１００％を０．００１以上にすることで発酵液を適度に濃縮できるため、メタン発酵効率を向上でき、メタンガスの生産性を向上できる。具体的なろ液流量Ｆ及び発酵液循環流量Ｒはメタン発酵処理装置の規模により値が変化するが、例えば２５ｍ２の膜面積を有する分離膜モジュールを用いる場合、循環流量が１７０以上２５０００ｍ３／ｄ以下で運転されることが好ましく、一方でろ過流量は０．２５以上２５ｍ３／ｄ以下で運転されることが好ましい。
【０１８０】
膜分離工程を行っていると、中空糸膜モジュール一次側における濁質の堆積、および中空糸膜の細孔内の閉塞により経時的にクロスフロー圧力損失および膜間差圧が上昇する。そのため、１工程の時間は５分〜１２０分間継続して実行されることが好ましい。より好ましくは、９〜３０分間継続することがよい。これによって、モジュール内に濁質の蓄積量が多くなり過ぎる前に洗浄できる。また、ろ過時間が短すぎると、モジュールの運転効率が落ちてコストが高くなってしまう。一定時間、膜分離を行った後に物理洗浄工程を設けることで、濁質の堆積を抑制できる。物理洗浄工程は、以下に複数例示するが、そのうちの少なくとも１種を実施するとよく、より好ましくは複数種の物理洗浄を組み合わせて実施するとよい。
【０１８１】
（２−１）フラッシング
クロスフローろ過を行っている場合、クロスフローを継続しつつ二次側を閉止してろ過を停止することで、膜表面に堆積した濁質を剥がすことができる。更に、クロスフロー線速度を一時的に高くしてフラッシングすることで、膜表面以外の中空糸膜モジュール内の濁質も排出することができる。フラッシング時のクロスフロー膜面線速度は０．５以上２．５ｍ／ｓ以下より好ましくは１．０以上２．０ｍ／ｓ以下とすることで効率的に洗浄することができる。
【０１８２】
（２−２）スクラビング
中空糸膜モジュールの下部或いは供給配管のいずれかから、メタン、二酸化炭素等の嫌気性気体を供給するにより、中空糸膜モジュール内の濁質を気泡のせん断力で排出することができる。
【０１８３】
（２−３）逆洗
中空糸膜の二次側から一次側へ透過液、或いは水等を透過させることで、中空糸膜の細孔内に堆積した濁質等を排出することができる。
【０１８４】
（２−４）廃液排出
中空糸膜モジュール内に堆積した濁質は、供給配管に接続された濁質排出ラインより排出することができる。このとき、発酵槽と濁質排出ラインとの間に設置された供給配管弁を閉止して排出操作を行うことで、効率的に中空糸膜モジュール内の濁質を排出することが可能である。更に、中空糸膜モジュールの筐体の上部または整流筒は下方向が縮径するようにテーパー状となっており、濁質が廃液排出時に留まりづらい。また、第２ポッティング部が通液可能に固定されていることにより、ドレン排出時に第２ポッティング部上面における溜りを防ぐことができる。
【０１８５】
物理洗浄工程によって、クロスフロー圧力損失または膜間差圧の上昇が上限から減少しなくなった場合には、中空糸膜モジュールの薬液洗浄を実施するか、或いは中空糸膜モジュールを交換する。このとき、本発明の槽外に分離膜モジュールを設けた構成においては、供給配管と、返送配管にそれぞれ設けられた弁を閉止することにより、発酵槽内を嫌気状態に保ったまま作業を行うことができる。
【実施例】
【０１８６】
以下に、実施例および比較例を上げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【０１８７】
中空糸膜の性能評価方法は以下の通りである。
【０１８８】
＜１．純水透過性能＞
多孔質中空糸膜４本からなる有効長さ２００ｍｍの小型モジュールを作製した。このモジュールに、温度２５℃、ろ過差圧１６ｋＰａの条件で、１時間にわたって蒸留水を送液し得られた透過水量（ｍ３）を測定し、単位時間（ｈ）および単位膜面積（ｍ２）当たりの数値に換算し、さらに圧力（５０ｋＰａ）換算して純水透過性能（ｍ３／ｍ２／ｈｒ）とした。なお、単位膜面積は平均外径と多孔質中空糸膜の有効長から算出した。
【０１８９】
＜２．破断強力、破断強度、破断伸度＞
引っ張り試験機（ＴＥＮＳＩＬＯＮ（登録商標）／ＲＴＭ−１００、東洋ボールドウィン株式会社製）を用い、測定長さ５０ｍｍの試料を引っ張り速度５０ｍｍ／分で、試料を変えて５回以上試験し、破断強力、破断強度、破断伸度の平均値を求めることで算出した。
【０１９０】
＜３．ラマン配向パラメータν＞
多孔質中空糸膜中のポリフッ化ビニリデンホモポリマーの配向のパラメータを以下の操作により求めた。
【０１９１】
多孔質中空糸膜の長手方向の断面を、ミクロトームによる切削により切片化した。多孔質中空糸膜１本あたり１０個の柱状組織を選択し、光学顕微鏡で柱状組織を確認しながら、それぞれの柱状組織について、その長手方向に沿って、１μｍ間隔でレーザーラマン分光法により散乱強度の測定を行った。１つの柱状組織あたりの測定箇所は２０箇所とした。
【０１９２】
それぞれの配向パラメータを式（１）により算出し、各配向パラメータの平均値をラマン配向パラメータνとした。また、１０個の相異なる柱状組織の各２０箇所の測定点の中で、最も大きな配向パラメータと最も小さな配向パラメータについてそれぞれ平均値を求め、最大ラマン配向パラメータＭ、最小ラマン配向パラメータｍとし、Ｍ／ｍを算出した。
【０１９３】
ラマン配向パラメータ＝（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）平行／（Ｉ１２７０／Ｉ８４０）垂直  ・・・（３）
平行条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が平行
垂直条件：多孔質中空糸膜の長手方向と偏光方向が直交
Ｉ１２７０平行：平行条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ１２７０垂直：垂直条件時の１２７０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ８４０平行：平行条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
Ｉ８４０垂直：垂直条件時の８４０ｃｍ−１のラマンバンドの強度
レーザーラマン分光装置および測定条件は以下の通りである。
【０１９４】
装置：Ｊｏｂｉｎ  Ｙｖｏｎ／愛宕物産  Ｔ−６４０００
条件：測定モード；顕微ラマン
対物レンズ；×１００
ビーム径；１μｍ
光源；Ａｒ＋レーザー／５１４．５ｎｍ
レーザーパワー；１００ｍＷ
回折格子；Ｓｉｎｇｌｅ  ６００ｇｒ／ｍｍ
スリット；１００μｍ
検出器；ＣＣＤ／Ｊｏｂｉｎ  Ｙｖｏｎ  １０２４×２５６
＜４．分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向への配向度π＞
多孔質中空糸膜の長手方向が鉛直となるように繊維試料台に取り付け、Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製、高分子用ＳｍａｒｔＬａｂ、ＣｕＫα線）を用いて、Ｘ線回折測定（２θ／θスキャン、βスキャン）を行った。まず、２θ／θスキャンで、２θ＝２０．４°にピークトップがあることを確認した。次に、βスキャンにて、２θ＝２０．４°の回折ピークに対し、方位角方向に０°から３６０°までの強度を測定することにより、方位角方向の強度分布を得た。ここで、方位角１８０°の強度と方位角９０°の強度の比が０．８０以下、または、１．２５以上となる場合にピークが存在するとみなし、この方位角方向の強度分布において、ピーク高さの半分の位置における幅（半値幅Ｈ）を求め、下記式（２）によって配向度πを算出した。なお、βスキャンにおける強度の極小値が０°と１８０°付近に見られたため、これらを通る直線をベースラインとした。
【０１９５】
配向度π＝（１８０°−Ｈ）／１８０°  ・・・（４）
＜５．柱状組織の長手長さ、短手長さ＞
多孔質中空糸膜の長手方向の断面を、走査型電子顕微鏡等を用いて３０００倍で写真を撮影し、１０個の柱状組織の長手長さ、短手長さを平均して求めた。ここで、各柱状組織の短手長さは、当該組織内の任意の２０点の短手方向の長さを計測し、それらの平均値を算出することで求めた。
【０１９６】
＜６．太さ均一性＞
まず、多孔質中空糸膜をエポキシ樹脂で樹脂包埋し、オスミウム染色処理することで、空隙部分をエポキシ樹脂で埋めた。次に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、多孔質中空糸膜の短手方向に平行な面を、ＦＩＢを用いて切り出し、ＦＩＢによる切削加工とＳＥＭ観察を、多孔質中空糸膜の長手方向に向かって５０ｎｍ間隔で繰り返し２００回実施し、１０μｍの深さの情報を得た。
【０１９７】
太さ均一性は、上記ＦＩＢを用いた連続断面観察で得た多孔質中空糸膜の短手方向に平行な第一の断面と第二の断面を比較することで求めた。ここで、第一の断面と第二の断面は、５μｍの間隔を持つ互いに平行な面となるように、２０組を選定した。まず、それぞれの断面において、樹脂からなる部分と空隙部分（エポキシ部分）とを区別し、樹脂部分面積と空隙部分面積を求め、次に、両断面に垂直な方向から、第一の断面を第二の断面に投影した時に、第一の断面の樹脂からなる部分と第二の断面の樹脂からなる部分とが重なる部分の面積を求め、重なり面積とした。太さ均一性は、下記式（３）および（４）によって求められる太さ均一性Ａ、Ｂを平均した値として算出し、２０組の平均値を採用した。また、１６組以上で太さ均一性０．６０以上となった場合に「柱状組織を有する」とし、１５組以下の場合には「繊維状組織を有する」とした。
【０１９８】
太さ均一性Ａ＝（重なり面積）／（第二の断面の樹脂部分面積）  ・・・（１）
太さ均一性Ｂ＝（重なり面積）／（第一の断面の樹脂部分面積）  ・・・（２）
＜７．空隙率＞
空隙率は、「６．太さ均一性」で得た２０組の第一の断面と第二の断面、すなわち、合計４０点の断面から、任意の２０点の断面について、樹脂部分面積と空隙部分面積を用いて、下記式（５）によって求め、それらの平均値を用いた。
【０１９９】
空隙率（％）＝｛１００×（空隙部分面積）｝／｛（樹脂部分面積）＋（空隙部分面積）｝  ・・・（５）
＜８．組織の占有率＞
多孔質中空糸膜の長手方向の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて３０００倍で任意の２０カ所の写真を撮影し、下記式（６）でそれぞれ求め、それらの平均値を採用した。ここで写真全体の面積および組織の占める面積は、撮影された写真を紙に印刷し、写真全体に対応する紙の重量およびそこから切り取った組織部分に対応する紙の重量としてそれぞれ置き換えて求めた。
【０２００】
占有率（％）＝｛（各組織の占める面積）／（写真全体の面積）｝×１００  ・・・（６）
＜９．フッ素樹脂系高分子溶液の結晶化温度Ｔｃ＞
セイコー電子工業株式会社製ＤＳＣ−６２００を用いて、フッ素樹脂系高分子と溶媒など製膜高分子原液組成と同組成の混合物を密封式ＤＳＣ容器に密封し、昇温速度１０℃／ｍｉｎで溶解温度まで昇温し、３０分保持して均一に溶解した後に、降温速度１０℃／ｍｉｎで降温する過程で観察される結晶化ピークの立ち上がり温度を結晶化温度Ｔｃとした。
＜１０．中空糸膜モジュールの純水透過性能＞
中空糸膜モジュールに、温度２５℃、原水側と透過液側の圧力差が２０ｋＰａの条件で、１時間にわたって蒸留水を送液し得られた透過水量（ｍ３）を測定し、単位時間（ｈ）および単位膜面積（ｍ２）当たりの数値に換算し、さらに圧力（５０ｋＰａ）換算して純水透過性能（ｍ３／ｍ２／ｈ）とした。なお、単位膜面積は平均外径と多孔質中空糸膜の有効長から算出した。
【０２０１】
また、メタン発酵槽にて生成されるバイオガスの生成速度を以下の方法で測定した。
【０２０２】
＜１１．バイオガス生成速度＞
メタン発酵槽と生成されたバイオガスを貯留するガスタンクとを接続する流路配管において、ガス流量センサ（ＳＩＣＫ  ＡＧ社製、ＦＬＯＷＳＩＣ６００）を設置し、時間あたりのバイオガス生成量をモニタリングした。
【０２０３】
（参考例１）中空糸膜の製造方法
フッ化ビニリデンホモポリマー（株式会社クレハ製ＫＦ１３００、重量平均分子量：４１．７万、数平均分子量：２２．１万）３６重量％とγ−ブチロラクトン６４重量％を１５０℃で溶解した。こうして得られたフッ化ビニリデンホモポリマー溶液（つまり原料液）のＴｃは４８℃であった。
【０２０４】
原料液の加圧および吐出には、二重管式口金と、その口金につながれた配管と、その配管上に配置された２つのギヤーポンプとを備える装置を用いた。ギヤーポンプ間の配管内で、上記原料液を、２．０ＭＰａに加圧しながら、９９〜１０１℃で２０秒間滞留させた。その後、二重管式口金の内側の管からγ−ブチロラクトン８５重量％水溶液を吐出しながら、外側の管から原料液を吐出した。γ−ブチロラクトン８５重量％水溶液からなる温度２５℃の冷却浴中に原料液を２０秒間滞留させ、固化させた。
【０２０５】
得られた多孔質中空糸膜は、太さ均一性０．６２の柱状組織を有し、柱状組織の占有率は８６％であり、球状組織占有率は１４％であった。
【０２０６】
ついで、９５℃の水中にて、上記で得られた多孔質中空糸膜を２．５倍に延伸した。
【０２０７】
延伸後の多孔質中空糸膜を観察したところ、柱状組織が認められた。また、多孔質中空糸膜において、長手長さの代表値１６μｍ、短手長さの代表値２．２μｍ、太さ均一性０．６１の柱状組織を有し、フッ化ビニリデンホモポリマー分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向への配向度πは０．６１、ラマン配向パラメータνは３．１２、Ｍ／ｍは３．１であった。延伸後の多孔質中空糸膜の構造と性能を表１に示す。
【０２０８】
（参考例２）
フッ化ビニリデンホモポリマー（株式会社クレハ製ＫＦ１３００、重量平均分子量：４１．７万、数平均分子量：２２．１万）３５重量％とγ−ブチロラクトン６５重量％を１５０℃で溶解した。こうして得られたフッ化ビニリデンホモポリマー溶液（つまり原料液）のＴｃは４６℃であった。
【０２０９】
ギヤーポンプ間の配管内で、上記原料液を、２．５ＭＰａに加圧しながら、９９〜１０１℃で１５秒間滞留させた。その後、二重管式口金の内側の管からγ−ブチロラクトン８５重量％水溶液を吐出しながら、外側の管から原料液を吐出した。γ−ブチロラクトン８５重量％水溶液からなる温度２０℃の冷却浴中に原料液を２０秒間滞留させ、固化させた。
【０２１０】
得られた多孔質中空糸膜は、太さ均一性０．５５の柱状組織を有し、柱状組織の占有率は８５％であり、球状組織占有率は１５％であった。
【０２１１】
ついで、９５℃の水中にて、上記で得られた多孔質中空糸膜を延伸速度９％／秒で２．０倍に延伸した。
【０２１２】
延伸後の多孔質中空糸膜を観察したところ、柱状組織が認められた。また、多孔質中空糸膜において、長手長さの代表値１６μｍ、短手長さの代表値２．１μｍ、太さ均一性０．５１の柱状組織を有し、空隙率が５６％、フッ化ビニリデンホモポリマー分子鎖の多孔質中空糸膜の長手方向への配向度πは算出できず無配向であり、ラマン配向パラメータνは１．８２、最大ラマン配向パラメータＭは２．３１、最小ラマン配向パラメータｍは１．３２、Ｍ／ｍは１．８であった。延伸後の多孔質中空糸膜の構造と性能を表１に示す。
【０２１３】
（参考例３）中空糸膜モジュールの作製
中空糸膜モジュールの作製方法を以下に説明する。
【０２１４】
中空糸膜を長さ１２００ｍｍにカットし、３０質量％グリセリン水溶液に１時間浸漬後、風乾した。こうして得られた所定の本数の中空糸膜を１束に束ねた。シリコーン接着剤（東レ・ダウコーニング社製、ＳＨ８５０Ａ／Ｂ、２剤を質量比が５０：５０となるように混合したもの）で中空糸膜束の片端を封止した。
【０２１５】
筐体にはポリスルホン製の筒状ケース３（長さ１１５０ｍｍ）を使用した。筒状ケースは一端に原液流出口７０を備える。筒状ケースのうち、その内面で中空糸膜が接着される領域を予めサンドペーパー（＃８０）でヤスリがけを行い、エタノールで脱脂した。
【０２１６】
その後、図１６に示すように、前記中空糸膜束２及び整流筒９（長さ１００ｍｍ）を、筒状ケース３内に充填した。このとき筒状ケース３の膜モジュール上部側となる第１端部（図１６の右側端部）に封止した側の端部が位置するように、中空糸膜束２を配置し、さらにポッティングキャップ１４（内径１５０ｍｍ）を装着した。整流筒９についても第１端部（図１６の右側端部）に位置するように配置した。また、第一端部モジュール下部側となる第２端部（図１６の左側端部）には底に３６個の穴が空いたポッティングキャップ１３（内径１５０ｍｍ）を装着した。その後ポッティングキャップ１３の底の穴に３６本のピン１６を差し込んで固定した。ピン１６はそれぞれ、直径１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱状であった。ピン１６の位置は図２の貫通孔１１と同様であり、傾斜の下方である位置に、つまりポッティング時の上側の位置に貫通孔が形成されるようにピンを配置した。こうして両端にポッティングキャップが装着された中空糸膜モジュールを遠心成型機内に設置した。
【０２１７】
ポリメリックＭＤＩ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、Ｓｕｐｒａｓｅｃ５０２５）とポリブタジエン系ポリオール（Ｃｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙ社製、Ｋｒａｓｏｌ  ＬＢＨ  ３０００）と２−エチル−１，３−ヘキサンジオールを質量比が５７：１００：２６となるように混合した。得られた混合物（つまりポリウレタン樹脂液）を、接着剤投入器１５に入れた。接着剤投入器１５は２方向に分割されたものであり、接着剤投入器１５により、モジュール上部側（第１端部）には９１７ｇ、モジュール下部側（第２端部）には３２５ｇのポリウレタン樹脂液を入れた。
【０２１８】
続いて遠心成型機を回転させ、接着剤を両端のポッティングキャップに充填し、第１ポッティング部４および第２ポッティング部５を形成した。遠心成型機内の雰囲気温度は３５℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は４時間とした。
【０２１９】
遠心後、ポッティングキャップ１３，１４とピン１６を取り外し、室温で２４時間静置し、接着剤を硬化させた。その後、ポリスルホン製の筒状ケースのモジュール上部側（第１端部側）の外側の接着剤部分（図１６に示すＤ−Ｄ面）をチップソー式回転刃でカットし、中空糸膜の端面を開口させた。続いてポリスルホン製の筒状ケースの両端に上キャップ６、下キャップ７を取り付け、中空糸膜モジュール１００を得た。
【０２２０】
その後中空糸膜モジュールにエタノールを送液してろ過を行い、中空糸膜の細孔内をエタノールで満たした。続いてＲＯ水を送液してろ過を行い、エタノールをＲＯ水に置換した。
【０２２１】
（実施例１）
参考例１の製造方法を用いて、外径１．１ｍｍ、内径０．６ｍｍである多孔質中空糸膜を得た。その後、参考例３の多孔質中空糸膜モジュールの作製方法に従い、前記中空糸膜を６，８８０本充填した中空糸膜モジュールを作製した。完成した膜モジュールは、２６．２ｍ２の膜面積を有し、筒状ケースの中央部における充填率は３７％であった。
【０２２２】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２２３】
作製した中空糸膜モジュールを図１７に示すように分離膜装置に取り付けて、メタン発酵液のクロスフローろ過を行った。メタン発酵槽には、前段で粉砕した生ゴミや食品廃棄物が原料として供給されており、中空糸膜モジュールでのろ過開始前の原液の平均濁質濃度は１００００ｍｇ／Ｌであった。
【０２２４】
クロスフローろ過は、２９分間の「ろ過工程」と、ろ過工程に続く１分間の「ろ過停止工程」と、の２つの工程により実施し、両者を実施した合計３０分間の処理工程を１サイクルとした。１サイクルを実施する間、発酵液は常に発酵槽と中空糸膜モジュールとの間を循環流量２５０ｍ３／ｄにて循環させた。
【０２２５】
まず、ろ過工程では、供給配管弁５７を開け、排出配管弁６２を閉じ、返送配管弁５８を開け、メタン発酵槽５１と中空糸膜モジュール５９との循環ラインを開通した。原水供給ポンプ６７を駆動することにより発酵液を循環流量２５０ｍ３／ｄになるように中空糸膜モジュール５９へ供給し、中空糸膜を透過しなかった濃縮液は返送配管５６を通りメタン発酵槽５１に戻るよう循環させた。また、透過液排出ライン弁６８を開けることで、中空糸膜を透過した透過液を透過液排出ライン６０より排出し、ろ過流量１．２ｍ３／日で回収した。以上のろ過工程を２９分間実施した。この時、ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値は０．４８％であった。
【０２２６】
ろ過工程に引き続き実施される「ろ過停止工程」では、透過液排出ライン弁６８を閉じ、中空糸膜を透過した透過液排出ラインを封止することで、中空糸膜モジュールでのろ過を停止した。ろ過停止工程では、メタン発酵槽５１と中空糸膜モジュール５９との間の発酵液の循環は継続されている。以上のろ過停止工程を１分間実施した。
【０２２７】
前記のろ過工程と、ろ過停止工程と、の２つの工程により構成される合計３０分間の処理工程を１サイクルとした。このろ過サイクルを繰返し実施した。
【０２２８】
前記ろ過サイクルを実施中、圧力計６４、６５、６６にて各位置における圧力の測定を行った。圧力計６６と圧力計６５との測定値の差を中空糸膜間差圧とし、圧力計６４と圧力計６６との測定値の差を１次側流路の圧力損失とし、それぞれ算出した。
【０２２９】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は６ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は２ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は３０Ｎｍ３／ｈであった。
【０２３０】
（実施例２）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２３１】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、内径Ｄ１が１５０ｍｍであり、内径は軸方向で一定であった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は、整流孔が存在する範囲よりも下部に小径部を有する構造であり、整流孔が存在する範囲の内径Ｄ９ａから小径部の内径Ｄ９ｂにむけてはテーパー状に縮径される。Ｄ９ａは１１０ｍｍ、Ｄ９ｂは９５ｍｍであった。
【０２３２】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。
【０２３３】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は７ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は２ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は２８Ｎｍ３／ｈであった。
【０２３４】
（実施例３）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２３５】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は、整流孔が存在する範囲よりも下部に小径部を有する構造であり、整流孔が存在する範囲の内径Ｄ９ａから小径部の内径Ｄ９ｂにむけてはテーパー状に縮径される。Ｄ９ａは９５ｍ、Ｄ９ｂは８０ｍｍであった。
【０２３６】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。
【０２３７】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は６ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は２ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は３２Ｎｍ３／ｈであった。
【０２３８】
（実施例４）
参考例２の製造方法を用いて、外径１．１ｍｍ、内径０．６ｍｍである多孔質中空糸膜を得た。その後、参考例３の多孔質中空糸膜モジュールの作製方法に従い、前記中空糸膜を６，８８０本充填した中空糸膜モジュールを作製した。完成した膜モジュールは、２６．２ｍ２の膜面積を有し、筒状ケースの中央部における充填率は３７％であった。
【０２３９】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２４０】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。
【０２４１】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は６ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は２ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は２９Ｎｍ３／ｈであった。
【０２４２】
（実施例５）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２４３】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２４４】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。なお、ろ過サイクルにおける循環流量は２０００ｍ３／ｄとし、ろ過工程におけるろ過流量は０．０２４ｍ３／日とした。この時、ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値は０．００１２％であった。
【０２４５】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は５ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は４ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は２４Ｎｍ３／ｈであった。
【０２４６】
（実施例６）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２４７】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２４８】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。なお、ろ過サイクルにおける循環流量は１７ｍ３／ｄとし、ろ過工程におけるろ過流量は２．４ｍ３／日とした。この時、ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値は１４％であった。
【０２４９】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は１３ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は４ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は２７Ｎｍ３／ｈであった。
【０２５０】
（比較例１）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２５１】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、内径Ｄ１が１５０ｍｍであり、内径は軸方向で一定であった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが１１０ｍｍであり、内径は軸方向で一定であった。
【０２５２】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。
【０２５３】
ろ過サイクルを継続した結果、１０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は２０ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は１０ｋＰａであった。１次側流路の圧力損失が大きかったことから、１次側の循環流路に濁質が堆積しており、中空糸膜モジュール内にも濁質が堆積したため、膜間差圧の上昇が実施例１〜６に比べて速かったと考えられた。バイオガス生成速度は３０Ｎｍ３／ｈであった。
【０２５４】
（比較例２）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２５５】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２５６】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。なお、ろ過サイクルにおける循環流量は４０００ｍ３／ｄとし、ろ過工程におけるろ過流量は０．０２４ｍ３／日とした。この時、ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値は０．０００６％であった。
【０２５７】
ろ過サイクルを継続した結果、５０サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は５ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は４ｋＰａであった。また、バイオガス生成速度は９Ｎｍ３／ｈであり、実施例１〜６に比べて小さい結果であった。これはろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値が低いため、発酵液の濃縮が抑えられたためと考えられる。
【０２５８】
（比較例３）
実施例１と同様の製造方法により、中空糸膜モジュールを作製した。
【０２５９】
中空糸膜束を封入した筒状ケースは、原液流出口近傍がテーパー状に縮径される構造であり、原液流出口が設けられている大径部の内径Ｄ１は１５０ｍｍ、さらに下部の小径部の内径Ｄｉは１１０ｍｍであった。また、中空糸膜束と筐体との間に配置された整流筒は内径Ｄ９ａが軸方向で一定であり、Ｄ９ａは９５ｍｍであった。なお、筐体の小径部は整流筒の整流孔が存在する範囲よりも下であった。
【０２６０】
作製した中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様にメタン発酵液のクロスフローろ過を行った。なお、ろ過サイクルにおける循環流量は１７ｍ３／ｄとし、ろ過工程におけるろ過流量は５ｍ３／日とした。この時、ろ過流量Ｆ／発酵液循環流量Ｒの比率の値は２９％であった。
【０２６１】
ろ過サイクルを継続した結果、７サイクル終了時点での中空糸膜間差圧は２０ｋＰａであり、また１次側流路の圧力損失は１３ｋＰａであった。１次側流路の圧力損失が大きかったことから、１次側の循環流路に濁質が堆積しており、中空糸膜モジュール内にも濁質が堆積したため、膜間差圧の上昇が実施例１〜６に比べて速かったと考えられた。バイオガス生成速度は２３Ｎｍ３／ｈであった。
【０２６２】
【表１】
2018051483.tif 000003
【０２６３】
【表２】
2018051483.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０２６４】
本発明は、膜分離ユニットを用いたメタン発酵処理において、分離膜モジュール内での濁質の堆積を抑制し、かつ濁質の排出を容易にすることができるため、メタン発酵処理プロセス全体の処理効率向上やランニングコストの低減化が可能になる。
【符号の説明】
【０２６５】
１００  中空糸膜カートリッジ
１０１  中空糸膜モジュール
１      中空糸膜
２      中空糸膜束
３      筐体本体
３Ａ    大径部
３Ｂ    小径部
４      上部キャップ
５      下部キャップ
６      発酵液流入口
７      透過液出口
８      発酵液流出口（排出配管）
９      整流筒
９Ｃ    鍔部
１０    整流孔
１１    第１ポッティング部
１２    第２ポッティング部
１３    第２ポッティング部ケース
１４    貫通孔
１５    第１シール材
１６    第２シール材
３０    筐体
３１    Ｏリング溝
３２    中空糸膜存在領域
５０    中空糸膜の柱状組織
５１    メタン発酵槽
５２    原水ライン
５３    バイオガスライン
５４    汚泥引き抜きライン
５５    供給配管
５５１  供給配管液体入口
５５２  供給配管液体出口
５６    返送配管
５７    供給配管弁
５８    返送配管弁
５９    分離膜モジュール
６０    透過液排出ライン
６１    濁質排出ライン
６２    排出配管弁
６３    しさ除去機構
６４、６５、６６  圧力計
６７    原水供給ポンプ
６８    透過液排出ライン弁
７０    濃縮液出口
７１    接着剤投入器
７２、７３  ポッティングキャップ
７４    ピン
９１    間隙
【図１】
2018051483.tif 000005
【図２】
2018051483.tif 000006
【図３】
2018051483.tif 000007
【図４】
2018051483.tif 000008
【図５】
2018051483.tif 000009
【図６】
2018051483.tif 000010
【図７】
2018051483.tif 000011
【図８】
2018051483.tif 000012
【図９】
2018051483.tif 000013
【図１０】
2018051483.tif 000014
【図１１】
2018051483.tif 000015
【図１２】
2018051483.tif 000016
【図１３】
2018051483.tif 000017
【図１４】
2018051483.tif 000018
【図１５】
2018051483.tif 000019
【図１６】
2018051483.tif 000020
【図１７】
2018051483.tif 000021