(57)【要約】【課題】より省エネルギーで被処理水を処理し得る水処理装置及び水処理方法を提供する。【解決手段】本発明の水処理装置は、被処理水Ｘを貯留する貯留槽１と、被処理水Ｘを処理する膜モジュール２と、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２で処理した被処理水を貯留槽１に戻す戻し管４と、戻し管４に接続され、戻し管４に気体を供給する第１気体供給装置５と、を含み、戻し管４の貯留槽側の端部は、戻し管４と第１気体供給装置５の接続位置よりも鉛直上向き方向に高い位置にあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を貯留する貯留槽と、
前記被処理水を処理する膜モジュールと、
前記貯留槽及び前記膜モジュールに接続され、前記膜モジュールで処理した被処理水を前記貯留槽に供給する戻し管と、
前記戻し管に接続され、前記戻し管に気体を供給する第１気体供給装置と、を含み、
前記戻し管の前記貯留槽側の端部は、前記戻し管と前記第１気体供給装置との接続位置よりも鉛直方向に高い位置にあることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記膜モジュールから前記第１気体供給装置までにおける前記戻し管の口径は、前記第１気体供給装置から前記貯留槽までにおける前記戻し管の口径以下である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記膜モジュールは、前記貯留槽外に配置されているとともに、前記貯留槽と前記膜モジュールとは供給管を介して接続されている、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記膜モジュールは、前記貯留槽内に配置されている、請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第１気体供給装置は、前記戻し管に気体を供給する気体供給管を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置を用いた水処理方法であって、
前記貯留槽中の被処理水の液面が、前記戻し管の前記貯留槽側の端部よりも高い状態で被処理水を処理する水処理方法。
【請求項７】
前記貯留槽中の被処理水の液面が、前記膜モジュールの鉛直方向の最上部よりも高い状態で被処理水を処理する請求項６記載の水処理方法。
【請求項８】
前記貯留槽中の被処理水の液面と、前記戻し管の前記貯留槽側の端部との差が２５０ｍｍ以下である請求項６又は７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記戻し管における被処理水の管内流速は、０．３ｍ／ｓ以上２．０ｍ／ｓ以下である請求項６〜８のいずれか一項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、より詳細には、省エネルギーで被処理水を処理することができる水処理装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高分子水処理膜を備えた水処理装置によって被処理水を精製している。被処理水の精製の一例として、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水の処理、海水の淡水化のための前処理等が挙げられる。上記高分子水処理膜は、高分子材料からなる中空糸状の多孔質膜（以下「中空糸膜」とも記す）を用いることが多い。なぜなら、中空糸膜は、被処理水に含有される種々の成分を分離しやすいからである。
【０００３】
水処理装置の形態は、膜モジュールの設置位置によって「浸漬型」と「槽外型」の２種に分けられる。前者は、膜モジュールを被処理水の槽内に設置し、後者は、膜モジュールを被処理水の槽外に設置する。例えば特許文献１（特開２００４−３５８４１０号公報）には、槽外型の水処理装置が開示されている。この水処理装置は、被処理水を膜モジュールで循環させながらろ過又は逆洗をする「クロスフローろ過／逆洗」を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５８４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被処理水の循環には、供給ポンプを用いるのが一般的であったが、供給ポンプは、被処理水の移送に多大なエネルギーを要する。それ故、最近では、より省エネルギーで被処理水を移送し得る「エアリフト」が採用されている。エアリフトは、膜モジュールの直前にエア導入部を設ける。このエア導入部を介して膜モジュール手前からエアを供給し、エアの力で被処理水を循環させる。
【０００６】
近年、エネルギー効率の改善のニーズが高まっているので、上記エアリフトよりも省エネルギーで被処理水を処理し得る水処理装置の登場が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理水を省エネルギーで処理し得る水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために、水処理装置における気体の供給位置を検討することにより、以下に示す本発明を完成した。すなわち、
［１］本発明の水処理装置は、被処理水を貯留する貯留槽と、被処理水を処理する膜モジュールと、貯留槽及び膜モジュールに接続され、膜モジュールで処理した被処理水を貯留槽に供給する戻し管と、戻し管に接続され、戻し管に気体を供給する第１気体供給装置と、を含み、戻し管の貯留槽側の端部は、戻し管と第１気体供給装置との接続位置よりも鉛直方向に高い位置にあることを特徴とする。
［２］膜モジュールから第１気体供給装置までにおける戻し管の口径は、第１気体供給装置から貯留槽までにおける戻し管の口径以下であることが好ましい。
［３］膜モジュールは、貯留槽外に配置されているとともに、貯留槽と膜モジュールとは供給管を介して接続されていてもよい。
［４］膜モジュールは、貯留槽内に配置されていてもよい。
［５］第１気体供給装置は、戻し管に気体を供給する気体供給管を備えることが好ましい。
［６］本発明は、［１］〜［５］のいずれかの水処理装置を用いた水処理方法であって、貯留槽中の被処理水の液面が、戻し管の貯留槽側の端部よりも高い状態で被処理水を処理する水処理方法でもある。
［７］貯留槽中の被処理水の液面が、膜モジュールの鉛直方向の最上部よりも高い状態で被処理水を処理することが好ましい。
［８］貯留槽中の被処理水の液面と、戻し管の貯留槽側の端部との差が２５０ｍｍ以下であることが好ましい。
［９］戻し管における被処理水の管内流速は、０．３ｍ／ｓ以上２．０ｍ／ｓ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、より省エネルギーで被処理水を処理し得るという優れた効果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の水処理装置を示す概念図である。
【図１Ａ】第１気体供給装置から戻し管に気体を供給する構成の一例を示す部分拡大図である。
【図１Ｂ】第１気体供給装置から戻し管に気体を供給する構成の一例を示す部分拡大図である。
【図１Ｃ】第１気体供給装置から戻し管に気体を供給する構成の一例を示す部分拡大図である。
【図２】本発明で使用する膜モジュールの概略断面図である。
【図３】実施形態２の水処理装置を示す概念図である。
【図４】実施形態３の水処理装置を示す概念図である。
【図５】実施形態４の水処理装置を示す概念図である。
【図６】実施形態５の水処理装置を示す概念図である。
【図７】実施形態６の水処理装置を示す概念図である。
【図８】実施形態７の水処理装置を示す概念図である。
【図９】実施形態８の水処理装置を示す概念図である。
【図１０】実施形態９の水処理装置を示す概念図である。
【図１１】実施形態９の水処理装置の変形例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
（水処理装置）
図１は、実施形態１の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態の水処理装置は、図１に示すように、被処理水Ｘを貯留する貯留槽１と、被処理水Ｘを処理する膜モジュール２と、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２で処理した被処理水を貯留槽１に戻す戻し管４と、戻し管４に接続され、戻し管４に気体を供給する第１気体供給装置５と、を含み、戻し管４の貯留槽側の端部は、戻し管４と第１気体供給装置５の接続位置よりも鉛直方向に高い位置にあることを特徴とする。また、本発明の水処理装置は、図１に示すように、膜モジュール２が貯留槽１外に配置されている。そして、貯留槽１と膜モジュール２とが供給管３を介して接続されている。供給管３は、貯留槽１中の被処理水Ｘを膜モジュール２に供給する。
【００１２】
図１を参照しながら、本発明の水処理装置を説明する。まず、貯留槽１に処理したい被処理水Ｘを貯留する。そして、貯留槽１中の被処理水Ｘを、供給管３を通じて膜モジュール２に供給する。膜モジュール２に被処理水Ｘを通過させることにより、被処理水Ｘを処理する。膜モジュール２で処理した被処理水を、戻し管４経由で貯留槽１に戻す。戻し管４には、第１気体供給装置５が接続されている。この第１気体供給装置５から戻し管４にエアが供給される。このエアが動力源となって透過水が貯留槽１に戻される。これらの一連の流れにより、膜モジュール２で被処理水を処理する。以下において、本実施形態の水処理装置を構成する各部を、図１を参照しながら説明する。
【００１３】
（第１気体供給装置）
第１気体供給装置５は、水処理装置内で被処理水Ｘを循環させるための動力源である。本実施形態の水処理装置は、第１気体供給装置５を戻し管４に接続することを特徴とする。この位置に第１気体供給装置５を設けることにより、従来必須の液供給装置又はエア供給装置を設けなくてもよい。しかも、戻し管４側に第１気体供給装置５を設けることにより、水処理のエネルギー効率を向上させることができる。
【００１４】
従来のエアリフトは、供給管３に気体供給装置を接続していた。この位置に気体供給装置を接続すると、膜モジュール２における圧力損失が過大であるので、エアスクラビングの必要量以上に気体を供給する必要があった。また、配管内にエアが貯まりやすいので、被処理水を効率的に循環させることができなかった。しかも、従来の水処理装置は、膜モジュール内でエアが均等に分散されず、膜モジュール内の被処理水の流れに偏りがあった。
【００１５】
本実施形態の水処理装置のように、戻し管４に第１気体供給装置５を接続することにより、膜モジュール内での圧力損失がなくエアを供給することができる。また、供給管３及び戻し管４にエアが溜まりにくくなる。このため、膜モジュール内でエアを均一に分散して供給することができる。これらの諸要因により、水処理のエネルギー効率を高めることができる。
【００１６】
第１気体供給装置５が供給する気体は、空気、圧縮空気、オゾン、窒素、二酸化炭素等が挙げられるが、圧縮空気が好ましい。また、気体は、気泡の形態で供給されることが好ましく、より好ましくは、数十μｍ〜数百μｍ程度のマイクロバブルである。マイクロバブルは、被処理水を均一に循環させやすいという利点がある。気泡の供給方法は、例えば、ステンレス、セラミック、プラスチック、ゴム等に１ｍｍ〜数十ｍｍ程度の空気吐出孔を開けた散気管を用いてもよい。第１気体供給装置５としては、例えばブロア、コンプレッサ、マイクロバブル発生ブロア等が挙げられる。
【００１７】
（戻し管）
戻し管４は、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２で処理した被処理水を貯留槽１に供給するために設ける。戻し管４に被処理水を供給するときの供給圧は、２０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下であることが好ましい。なお、戻し管４には、戻し管内のエアを抜くためのエア抜きラインを設けてもよい。
【００１８】
また、戻し管の内径は、任意に設定することができるが、１０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下がより好ましく、さらに好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。このような内径にすることにより、圧力損失を減らし、かつ移送効率を高めることができる。
【００１９】
膜モジュールから第１気体供給装置までにおける戻し管の口径は、第１気体供給装置から貯留槽までにおける戻し管の口径以下であることが好ましく、膜モジュール２から第１気体供給装置５までにおける戻し管４の口径をＲとし、第１気体供給装置５から貯留槽１までにおける戻し管４の口径をｒとすると、ｒ／Ｒは１．０≦r／R≦２．０であることが好ましく、１．２≦ｒ／R≦１．６がより好ましい。このように第１気体供給装置５から貯留槽１までの戻し管４の口径ｒを大きくすることにより、エアによる被処理水の送水圧を高めることができ、被処理水を効率的に循環させることができる。ここでの「口径」は、戻し管を被処理水の流れ方向に対する垂直断面で切断した時の円の直径を意味する。
【００２０】
戻し管４は、略鉛直上向きに伸びる領域（以下「鉛直延伸領域」とも記す）を１以上有することが好ましく、この鉛直延伸領域の下方領域に第１気体供給装置５を接続することがより好ましい。エアは水中で鉛直上向きに浮力が働くので、この浮力により被処理水の送水機能を最大とするためである。上記「略鉛直上向き」は、鉛直上向き方向から±１０°以下傾いていてもよいことを意味する。
【００２１】
戻し管４は、図１の拡大図に示すように、膜モジュール２を通過した透過水が、その自重によって戻し管４の最下部に流れ、当該最下部から供給されるエアによって貯留槽１に戻されるように戻し管４の形状を設定することが好ましい。このため、戻し管４は、鉛直延伸領域を２以上有することがより好ましい。その場合、貯留槽１に最も近い鉛直延伸領域の下方領域に第１気体供給装置５を接続する必要がある。貯留槽１と第１気体供給装置５との間に２以上の鉛直延伸領域があると、戻し管４内でエア溜まりが発生するため好ましくない。
【００２２】
鉛直延伸領域は、エアの浮力により被処理水を循環させる機能と、被処理水の自重により被処理水を循環させる機能とを有する。これらの機能により、効率的に被処理水を処理することができる。例えば、図１の水処理装置は、２つの鉛直延伸領域を有する。図１の拡大図中の右側の鉛直延伸領域は、被処理水の自重により被処理水を送液し、図１の拡大図中の左側の鉛直延伸領域は、エアの浮力により被処理水を送液する。
【００２３】
戻し管の鉛直延伸領域の長さは、０．１ｍ以上１０ｍ以下であることが好ましく、０．５ｍ以上５ｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１ｍ以上４ｍ以下である。また、戻し管の鉛直延伸領域の長さと貯留槽１の水深との関係について、戻し管の鉛直延伸領域の長さは、貯留槽１における有効水深の５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、さらに好ましくは９０％以上である。ここで、「有効水深」とは、定常的に水処理装置を運転するように設計された貯留槽の水深を意味する。このような長さとすることにより、被処理水がエアの浮力を得やすくなり、被処理水を効率よく循環させることができる。
【００２４】
第１気体供給装置５との接続部分から貯留槽１までの間の戻し管４は、略水平方向に伸びる部分とを含むことが好ましく、この略水平方向に伸びる部分が貯留槽１と接続することが好ましい。このようにして第１気体供給装置５から貯留槽１までを戻し管で繋ぐことにより、戻し管内にエアが貯留しにくくなる。
【００２５】
第１気体供給装置５が気体を供給するタイミングは、特に限定されず、水処理、逆洗、又はフラッシングのいずれの工程中に行なってもよい。気体を供給する時間は、気泡の大きさによって異なるが、連続して、１秒以上、１分以上、好ましくは数秒〜数分であり、常時供給することがより好ましい。膜モジュールに導入する気泡は、膜モジュールに導入する原水体積（原水比）に対し、０．２５以上２．５以下の体積で供給することが好ましい。通常、気体量と循環させる被処理水との体積比は、水位差とモジュール前後の配管抵抗、モジュール内流れ抵抗、モジュール内の空気の流れの均一性等に依存する。
【００２６】
（気体供給方法）
図１Ａ〜図１Ｃは、第１気体供給装置５から戻し管４に気体を供給する構成の一例を示す部分拡大図である。図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、第１気体供給装置５は、戻し管４が水平方向から垂直方向に経路が変わる地点に接続されることが好ましい。第１気体供給装置５は、気体供給管８を備えることが好ましい。気体供給管８は、戻し管４の径よりも小さな径を有する管であって、一端が第１気体供給装置５に接続され、他端が戻し管４の内部に配置される。
【００２７】
気体供給管８の口径は、戻し管４の口径に対して５％〜３０％であることが好ましく、より好ましくは１０％〜２０％である。このような口径であることにより、被処理水の流れを阻害することなく、円滑に被処理水を循環させることができる。気体供給管８の口径が大きすぎると、被処理水の流れを阻害するため望ましくなく、気体供給管８の口径が小さすぎると、気体供給管８の断面あたりに占める気泡の割合が小さくなるため、被処理水の浮上効率が低下する。
【００２８】
図１Ａを参照して、気体供給管８の一端と戻し管４の好ましい配置をさらに説明する。気体供給管８の他端は、戻し管４の上流側の水平経路の上端及び当該上端に平行な延長線（図１Ａ中の点線）よりも鉛直上向き方向の上側に位置するように配置することが好ましい。このように配置することにより、第１気体供給装置５から戻し管４に供給する気体が、上流側に逆流し難くなるという格別の効果を奏する。
【００２９】
図１Ｂは、図１Ａの構成に対し、気体供給管の下方に凹部を設けたことが異なる他は、図１Ａの構成と同一のものである。かかる凹部は、上流側の水平経路が鉛直延伸領域の下端に接続が困難な場合でも、鉛直延伸領域の距離を適切に確保することができる。
【００３０】
図１Ｃは、図１Ａの構成に対し、気体の供給方向が異なる他は、図１Ａの構成と同一のものである。つまり、図１Ａの構成では、鉛直下向き方向から気体を供給するが、図１Ｃの構成では、水平方向から気体を導入する。この構成は、例えば、戻り管の方向が変わる地点（すなわち、水平方向から鉛直方向に戻り管の方向を変える地点）に第１気体供給装置を設けるスペースを確保し得ない場合に、第１気体供給装置を配置することを可能とする。
【００３１】
（供給管）
供給管３は、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２に被処理水Ｘを供給するために設けられる。供給管３に被処理水を供給するときの供給圧は、例えば、２０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下であることが好ましい。
【００３２】
（貯留槽）
貯留槽１は、被処理水を貯留する槽である。貯留槽１は、膜モジュール２に被処理水を供給するための供給管３と、膜モジュール２からの透過水を戻す戻し管４とが接続される。貯留槽１は、２ｍ×１０ｍ程度のユニット単体又は連結した貯留槽であってもよいし、５ｍ×５０ｍ程度の水槽単体又は連結した貯留槽であってもよい。
【００３３】
（被処理水）
被処理水は、汚水処理場等の活性汚泥等を含む排水、家庭排水等の都市下水、工場排水、農業排水、生物処理水、海水、井戸水、河川水、湖沼の水等の他、果汁、ミルク等の液状食品であってもよい。被処理水の浮遊物質（ＳＳ：Suspended Solids）は、２００００未満であることが好ましい。
【００３４】
（膜モジュール）
膜モジュール２は、図２に示すように、複数本の中空糸膜９と、当該中空糸膜９を収納する筒状のケース１０とを備える。この中空糸膜９の外径、長さ、数等は、得ようとする膜モジュールの特性に応じて適宜調整することができる。中空糸膜９は、所定本数束ねて中空糸膜束としてもよい。中空糸膜束は、ストレート状であることが好ましい。中空糸膜束は、筒状のケース１０に合わせて所定の長さに切断してケース内に挿入することが好ましい。膜モジュール２に内外膜間差圧を負荷されて、被処理水中の水が中空糸膜を透過し、被処理水中の浮遊物等が中空糸膜に捕集される。中空糸膜を透過した透過水は、貯留槽１に送液される。このようにして被処理水中の不要物が除去される。
【００３５】
（中空糸膜）
本実施形態において、中空糸膜は、自立構造を有する単一主要構成素材により形成される。ここで、「単一主要構成素材」とは、その主要材料が単一材料であることを意味する。つまり、中空糸膜を形成する素材（例えば、膜を構成する樹脂）は、１種の樹脂が５０質量％以上（好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、８０質量％以上、さらに好ましくは８５質量％以上）を占めていることを意味するか、又は、その１種の樹脂の性質が構成素材の性質を支配することを意味する。具体的には、１種の樹脂が５０〜９９質量％を有する素材を意味する。
【００３６】
上記「自立構造を有する」とは、中空糸膜の使用時に、その形状が円筒形状等の所望の形状を保持し得る程度の強度を有することを意味する。本実施形態で用いる中空糸膜は、強度の強い素材（セラミック、不織布等）の支持体を必要とせず、単一の構成素材で十分な強度を有することが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態で用いる中空糸膜は、表裏両面に精密ろ過以上の分離機能を有することが好ましい。本実施形態のように単一主要構成素材で中空糸膜が形成されることにより、表裏両面に分離機能が付与され、逆洗時における汚染を防止するとともに、中空糸膜内部の汚染を回避することも可能となる。また、中空糸膜の一方の面が目詰まりや損傷した場合にも、他方の面によって分離機能を確保し得る。
【００３８】
中空糸膜９の径については、通常、中空糸膜９の内径が細いと、エアが通るときの抵抗が大きく、被処理水が循環しにくくなる傾向がある。循環量を増やすためには、中空糸膜は大口径であることが好ましいため、中空糸膜９の外径は３．６ｍｍ〜１０ｍｍの大口径であることが好ましい。
【００３９】
中空糸膜の強度は、材料、内径、肉厚、真円度、内部構造等の種々の要因によって決定されるが、なかでも、ＳＤＲ値（外径／肉厚の比）を用いることが有効である。０．３ＭＰａの内外圧の耐圧性能を実現するためには、ＳＤＲ値３４程度以下に設計することが好ましい。一方、ＳＤＲ値を低減させると、膜モジュールのろ過面積が低下するため、ＳＤＲは５．８以上であることが好ましい。
【００４０】
ＳＤＲ値が５．９程度以上、６．０程度以上、６．５程度以上、７程度以上であることが好ましく、３２程度以下、３０程度以下、２５程度以下、２０程度以下であることが好ましく、１６程度以下、１１程度以下であることがより好ましい。特に、外径が５〜７ｍｍ程度の場合には、ＳＤＲ値は４〜１６程度とすることが好ましく、６．５〜１１程度に設定することがより好ましい。
【００４１】
なお、内径は、その外径及び肉厚によって決定されるが、１．６ｍｍ〜９．４ｍｍが挙げられ、４．０ｍｍ以上、４．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上である。また、好ましくは２０ｍｍ以下、さらに１０ｍｍ以下又は８ｍｍ以下が挙げられる。特に、内径は、４ｍｍ〜８ｍｍが適しており、この場合、肉厚０．１ｍｍ〜２ｍｍが適している。
【００４２】
筒状のケース１０は、金属、プラスチック等の種々の材料を用いることができるが、成型が容易で、機械的強度を確保しやすいという観点から、プラスチックが好ましい。プラスチックとしては、例えば、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル系樹脂等を含むものを挙げられる。
【００４３】
複数本の中空糸膜９の両端面１０ａ、１０ｂは、筒状のケース１０内でシール材１１を介してシールされる。このシール材１１は、例えば、遠心成形によるポッティング等によって形成される。シール材１１の材料は、初期の粘性低く、経時的に粘度が増加して硬化し、最終的に所定硬度に硬化する材料であることが好ましく、このような材料としてエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。
【００４４】
膜モジュール２は、貯留槽１及び気体供給装置５の下流側（透過水槽側）に配置される。膜モジュール２は、単独で用いてもよいし、２以上を組み合わせて用いてもよい。２以上の膜モジュールを用いる場合、各膜モジュールを直列に接続してもよいし、並列に接続してもよいし、直列と並列を組み合わせてもよい。エネルギー効率を高めるという観点から、膜モジュールは直列に接続することが好ましい。本実施形態の水処理装置を被処理水の濃縮に用いる場合、膜モジュール２を直列及び並列を組み合わせて接続することが好ましい。
【００４５】
シール材１１の間の、筒状のケース側面１０ａ、１０ｂに、一次側（透過水取出側）管口１２を配置する。この一次側管口１２に、ケース内部と中空糸膜９の外側空間と連通するための透過側管路（図示せず）を接続する。一次側管口１２は、２以上配置されていてもよい。また、シール材１１よりも端面（片端面又は両端面）の、ケース側面１０ａ、１０ｂに、二次側（被処理水供給側）管口１３を配置する。この二次側管口１３に、上述した複数本の中空糸膜９の内側（中空内）空間と連通するための被処理水供給管路（図示せず）を接続する。なお、膜モジュールは、例えば、特開昭６２−１４０６０７号公報、特開平６−３１９９６１号公報、特開２００９−１８３８２２号公報等に記載されたものを用いてもよい。
【００４６】
水処理を開始してから一定期間が経過すると、膜モジュール２に浮遊物等が堆積し、膜モジュール２の分離性能が低下することもある。このときに逆洗を実行してもよい。逆洗は、第１気体供給装置５を動力源として、貯留槽１中の被処理水の一部等を逆洗水として膜モジュール２に戻すことにより行なう。これにより膜モジュール２に付着した浮遊物等を剥離することができ、膜モジュールの処理性能を再生することができる。
【００４７】
逆洗は、定圧ろ過においては、透水性能の低下が２０％以上の時に実行することが好ましく、定量ろ過においては、膜間差圧の上昇が２０％以上の時に実行することが好ましい。逆洗は、１０％以内の膜間差圧の変動で行うことが好ましい。これにより、高圧での逆洗の回数を減らすことができ、中空糸膜を長寿命化し得る。
【００４８】
（水処理方法）
本実施形態の水処理装置を用いた水処理方法は、クロスフロー方式であることが好ましい。クロスフロー方式は、中空糸膜の膜面と被処理水の流れ方向とが実質的に平行であり、中空糸膜の膜面に付着した浮遊物等を剥離して循環させることができる。これにより、中空糸膜の目詰まりを抑制し、被処理水の処理速度が安定する。
【００４９】
被処理水を効率的に循環させるという観点から、貯留槽１中の被処理水Ｘの液面が、戻し管４と貯留槽１との接続位置よりも高い状態で被処理水を処理することが好ましい。このような位置関係にすることにより、被処理水の水圧で被処理水を循環させることができる。なお、貯留槽１中の被処理水Ｘの液面は、戻し管４と貯留槽１との接続位置よりも低い状態で被処理水を処理してもよい。
【００５０】
被処理水を効率的に循環させるという観点から、貯留槽１中の被処理水Ｘの液面と、戻し管４の貯留槽側の端部との差が２５０ｍｍ以下であることが好ましく、２００ｍｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１５０ｍｍ以下である。さらに、戻し管４の貯留槽側の端部が水面より下にあり、かつ、その差が２５０ｍｍ以下である場合に最も効率がよい。また、被処理水の管内流速は、０．３ｍ／ｓ以上２ｍ／ｓ以下であることが好ましく、０．５ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．７ｍ／ｓ以上１ｍ／ｓ以下である。なお、管内流速は、単位時間当たりの循環させる被処理水の体積に基づいて算出した値を採用するものとする。
【００５１】
また、貯留槽中の被処理水の液面が、膜モジュールの鉛直上向きの最上部よりも高い状態で被処理水を処理することが好ましい。このような位置関係とすることにより、被処理水の水圧により膜モジュールの最上部まで被処理水を透過させることができる。
【００５２】
膜モジュールからの透過水を貯留槽１に戻しやすくするために、戻し管４と第１気体供給装置５の接続部位は、貯留槽中の被処理水の液面よりも低いことが好ましい。また、エアによって透過水を貯留槽１に戻しやすくするために、戻し管４と第１気体供給装置５との接続部位は、図１に示すように、膜モジュール２の鉛直方向下向きの最下部よりも高い位置にあることが好ましい。
【００５３】
ここで、膜モジュール２に負荷される内外膜間差圧は、０〜３００ｋＰａの透過圧力が好ましく、より好ましくは２００ｋＰａ以下である。かかる膜間差圧であることにより、実用上要求される透水性能を維持するとともに、長期間安定した透水速度となる。
【００５４】
被処理水は、内圧式で処理してもよいし、外圧式で処理してもよい。内圧式は、中空糸膜の内側に被処理水を供給し、中空糸膜の外側から透過水を取り出す方式である。外圧式は、中空糸膜の外側に被処理水を供給し、中空糸膜の内側から透過水を取り出す方式である。膜面流速をより高く設定し得るという観点から、内圧式で処理することが好ましい。
【００５５】
水処理と逆洗とを切り替えるときに、フラッシング又はドレンを行なってもよいし、水処理を一時停止してもよい。
【００５６】
フラッシングは、貯留槽、各配管、及び膜モジュールに付着した浮遊物等を除去する工程である。中空糸膜の内径よりも大きな浮遊物等が被処理水の循環経路を閉塞することがあるが、この閉塞は、被処理水の供給向きと逆向きにフラッシングすることにより防止することができる。フラッシングは、被処理水を加圧することなく、０．１ｍ／ｓ以上の膜面流速で行なうことが好ましい。フラッシングにより膜モジュール２を通過した水は、フラッシング水として貯留槽１に戻される。
【００５７】
ドレンは、膜モジュールの中空糸膜に残留する浮遊物等を系外に排出する工程である。ドレンは、水処理装置の運転を停止した状態で、膜モジュールを開放し、濃縮液を落下させることにより回収するか、又は膜モジュールを開放した状態で逆洗し、逆洗排水を回収することにより行なう。回収した濃縮水又は逆洗排水は、別途設けたドレン水タンクに貯めてもよい。
【００５８】
本実施形態の水処理装置は、図１には示していないが、生物処理槽、凝集剤処理槽、凝集剤注入手段、薬液槽、薬液注入手段、濃縮水槽、開閉弁、超音波発生装置等を設けてもよい。
【００５９】
（超音波発生装置）
超音波発生装置（図示せず）は、膜モジュール２の中空糸膜に付着した浮遊物等を剥離するために設けてもよい。超音波発生装置は、膜モジュール２のみに超音波が照射されるように配置することが好ましい。超音波は、十数ｋＨｚ〜数ＧＨｚ程度の周波数のものであればよい。超音波の照射は、水処理、逆洗、フラッシング等の処理中又はその間に行なってもよい。超音波は、連続して照射してもよいし、間欠的に照射してもよい。
【００６０】
本実施形態の水処理装置を海水淡水化装置として使用する場合、砂ろ過等の除濁処理を行なうことが好ましい。除濁処理を実行することにより、粗い不純物を除去することができる。また、第１気体供給装置からエアを供給することにより、被処理水中の溶存酸素を上昇させることができるため、水処理装置を生物処理槽として用いるときの曝気動力を抑制することもできる。
【００６１】
＜実施形態２＞
図３は、実施形態２の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図３に示されるように、実施形態１に対し、供給管３に第２気体供給装置６を接続したことが異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。本実施形態に示されるように、供給管３に第２気体供給装置６を設けることにより、膜モジュールをエアスクラビングすることができる。なお、第２気体供給装置６は、第１気体供給装置５と同様のものを用いることができる。
【００６２】
＜実施形態３＞
図４は、実施形態３の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図４に示されるように、戻し管４から貯留槽１に透過水を戻すときに、被処理水の液面よりも高い位置から透過水を戻すことが異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。本実施形態のように、戻し管４と貯留槽１との接続位置を設定することにより、戻し管４の鉛直延伸領域を長くすることができる。このため、エアの浮力により被処理水を循環しやすくすることができる。
【００６３】
＜実施形態４＞
図５は、実施形態４の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図５に示されるように、供給管及び戻し管の膜モジュールへの接続位置の上下が異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。
【００６４】
従来の水処理装置は、気体供給装置を供給管側に設けていたため、逆洗するときに、気体供給装置を被処理水の動力源として用いることができなかった。本実施形態では、戻し管４側に第１気体供給装置５を設けているため、逆洗時にも気体供給装置を動力源として被処理水を循環させることができる。
【００６５】
＜実施形態５＞
図６は、実施形態５の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図６に示されるように、戻し管の鉛直延伸領域が１つのみであることが異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。本実施形態のように、鉛直延伸領域が１つのみであっても効率的に被処理水を処理することができる。
【００６６】
＜実施形態６＞
図７は、実施形態６の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図７に示されるように、膜モジュール２の鉛直方向の上部が、貯留槽中の被処理水の液面よりも高いことが異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。このように、貯留槽よりも高い位置に膜モジュールを配置しても、実施形態１と同様の水処理が可能であるため、各構成部材の位置関係を自由に配置し得るという利点がある。
【００６７】
＜実施形態７＞
図８は、実施形態７の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図８に示されるように、実施形態１に対し、膜モジュールを横向き配置にしたことが異なる他は、実施形態１と同一の水処理装置である。本実施形態では、膜モジュールの下流側に第１気体供給装置を設けているため、膜モジュールの配置の向きを横向きにしても、被処理水を循環させることができる。
【００６８】
＜実施形態８＞
図９は、実施形態８の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図９に示されるように、実施形態５に対し、供給管３に被処理水供給装置７を接続したことが異なる他は、実施形態５と同一の水処理装置である。
【００６９】
本実施形態のように、供給管３に被処理水供給装置７を設けることにより、被処理水の循環の動力源を第１気体供給装置５から被処理水供給装置７に適宜切り替えることができる。
【００７０】
（被処理水供給装置）
本実施形態の水処理装置は、第１気体供給装置５を用いて被処理水を循環させることから、被処理水供給装置７は必ずしも必須ではないが、被処理水供給装置を設けることにより、膜モジュール２に対して、内外膜間差圧及び膜面流速を調整しやすくなる。また、第１気体供給装置５及び被処理水供給装置７の双方を備えることにより、被処理水の供給のタイミング及び条件によって切り替えることができ、所望の水処理を実行することができる。被処理水供給装置は、図９に示すように供給管３に設けてもよいが、戻し管４に設けてもよい。
【００７１】
被処理水供給装置は、被処理水を循環し得るものであれば特に限定されず、例えば、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプ等を用いることができる。
【００７２】
＜実施形態９＞
図１０は、実施形態９の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図１０に示されるように、他の実施形態に対し、膜モジュールを貯留槽１の内部に配置されていることが異なる。貯留槽１内に膜モジュールを設けることにより、貯留槽１と膜モジュール２とを接続する供給管が不要となる。このため、水処理装置の構成が簡便になる。
【００７３】
また、図１０に示すように、戻し管４と貯留槽１を接続せずに、戻し管４の貯留槽側の端部を貯留槽１の内部に配置してもよい。このように戻し管４からの被処理水が貯留槽に戻る構成であればよく、必ずしも戻し管と貯留槽とを接続する形態のみに限られない。また、本実施形態のように大気開放状態でエアリフトを用いることにより、被処理水を効率よく循環することができる。
【００７４】
図１０においては、戻し管４の貯留槽側の端部が、被処理水の液面に接する程度に配置されているが、図１１に示すように、戻し管４の貯留槽側の端部が、被処理水の液面よりも鉛直下向きに下方に位置することが好ましい。このように戻し管４の端部を配置することにより、気体供給装置から取り込まれた気体を貯留槽内の被処理水に供給することができる。この気体が酸素である場合、この気体が貯留槽内で生じる生物処理に必要な酸素となるため、水処理と同時に生物処理を進めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水処理、海水淡水化の前処理等の水の精製等のために使用される水処理装置として、広範に利用することができ、経済的かつ効率的な水処理を行なうことができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  貯留槽
２  膜モジュール
３  供給管
４  戻し管
５  第１気体供給装置
６  第２気体供給装置
７  被処理水供給装置
８  気体供給管
９  中空糸膜
１０  ケース
１０ａ  ケース側面
１０ｂ  両端面
１１  シール材
１２  一次側管口
１３  二次側管口
１４  気泡
Ｘ  被処理水
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
2015182015.tif 000007
【図３】
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【図４】
2015182015.tif 000009
【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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