(57)【要約】【課題】温度応答性のあるろ過膜の状態を変化させてろ過膜を洗浄する際に必要なエネルギを軽減したろ過膜のろ過装置及びろ過装置の洗浄方法を提供する。【解決手段】膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、常温であるときに親水性となり、常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜が内蔵され、供給された原水をろ過膜によってろ過した処理水を排出する膜モジュール１０ａ，１０ｂと、膜モジュール１０ａ，１０ｂと供給配管１８を介して接続され、ろ過膜に付着する固形物を洗浄する際、高温に調節した気体を、供給配管１８を介して膜モジュールに供給する供給手段１６とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜が内蔵され、供給された原水を前記ろ過膜によってろ過した処理水を排出する膜モジュールと、
前記膜モジュールと供給配管を介して接続され、前記ろ過膜に付着する固形物を洗浄する際、前記高温に調節した気体を、前記供給配管を介して前記膜モジュールに供給する供給手段と、
を備えることを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜が内蔵され、供給された原水を前記ろ過膜によってろ過した処理水を排出する膜モジュールと、
前記膜モジュールと供給配管を介して接続され、前記ろ過膜に付着する固定物を洗浄する際、前記高温に調節した蒸気を、前記供給配管を介して前記膜モジュールに供給する供給手段と、
を備えることを特徴とするろ過装置。
【請求項３】
前記供給配管は、前記膜モジュールの原水の供給側である一次側と前記供給手段とを接続することを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置。
【請求項４】
前記供給配管は、前記膜モジュールの処理水の排出側である二次側と前記供給手段とを接続することを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項５】
前記供給手段は、前記膜モジュール内が液体で満たされた状態のとき、前記気体を供給することを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置。
【請求項６】
前記供給手段は、前記膜モジュール内から液体の一部又は全部が排出された状態のとき、前記気体を供給することを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置。
【請求項７】
前記膜モジュールに供給する前記高温に調節された前記気体から、所定サイズの気泡を生成する気泡発生装置を有することを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
【請求項８】
前記気泡発生装置は、前記ろ過膜に設けられている孔径のサイズと同等又は前記サイズよりも小さいサイズの気泡を生成することを特徴とする請求項７記載のろ過装置。
【請求項９】
他の装置における余剰熱を回収する回収手段を備え、
前記供給手段は、前記余剰熱を利用して前記高温に調節することを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置。
【請求項１０】
他の装置における余剰蒸気を回収する回収手段を備え、
前記供給手段は、前記余剰蒸気を供給することを特徴とする請求項２記載のろ過装置。
【請求項１１】
膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、原水の常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜に付着した固形物を洗浄する洗浄方法であって、
前記高温に調節した気体を生成する生成工程と、
前記ろ過膜が内蔵される膜モジュールに前記高温に調節された前記気体を供給する供給工程と、
を備えることを特徴とする洗浄方法。
【請求項１２】
膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、原水の常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜に付着した固形物を洗浄する洗浄方法であって、
前記高温に調節した蒸気を生成する生成工程と、
前記ろ過膜が内蔵される膜モジュールに前記高温に調節された前記気体を供給する供給工程と、
を備えることを特徴とする洗浄方法。
【請求項１３】
前記膜モジュール内から液体の一部又は全部を排出する排出工程を備え、
前記供給工程は、前記排出工程の後に前記気体を供給することを特徴とする請求項１１記載の洗浄方法。
【請求項１４】
前記膜モジュールに供給する前記高温に調節された前記気体から、所定サイズの気泡を生成する気泡発生工程を有することを特徴とする請求項１１記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過によって温度応答性膜に蓄積した固形物を、所定温度の気体又は蒸気を利用して洗浄するろ過装置及びろ過装置の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活用水、工業用水及び農業用水等の処理水は、淡水（表流水、地下水等）、汚水（雨水貯水、産業排水、下水等）又は海水（バラスト水等）等をろ過することにより得ている。ろ過には、ろ過対象である原水中の微生物、藻類又は粘土等の固形物に対して高い分離性能を有する精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜及び逆浸透膜等のろ過膜が用いられている。
【０００３】
一方、このようなろ過膜は、原水を継続的に通水すると、ろ過膜の膜表面や膜孔内に原水中の固形物や溶質が蓄積してろ過抵抗が増加し、ろ過性能が低下することがある。したがって、ろ過膜の膜表面や膜孔内に付着した固形物を除去するため、ろ過によって得られた固形物の含まれていない処理水や圧縮空気等を利用した物理洗浄が行われている。
【０００４】
図５を用いて、従来のろ過装置５における処理について説明する。ろ過装置５では、ろ過の際、ポンプ５１によって膜モジュール５２に供給された原水を膜モジュール５２内のろ過膜でろ過し、得られた処理水を処理水槽５３に排出する。ろ過装置５でろ過が継続されたとき、ろ過膜の膜表面や膜孔内には原水に含まれていた固形物が多量に付着する。
【０００５】
ろ過装置５では、ろ過膜に付着した固形物を洗浄するため、定期的に処理水の一部を洗浄用原水として膜モジュール５２に供給し、ろ過膜に付着した固形物を洗浄する（逆洗）。また、逆洗の効果を高めるため、液体が存在する膜モジュール５２内に気体供給装置５４によって空気を供給し、供給された空気によって生じる水流を利用して洗浄する（エアスクラビング）。
【０００６】
逆洗やエアスクラビング等の物理洗浄でも除去できない固形物は、薬品洗浄で除去されるが、薬品洗浄によっても膜表面や膜孔内に付着した固形物が除去できなくなったり、膜差圧が回復されなくなった場合、膜の使用期間が一定期間を経過した場合等、ろ過膜が寿命に達したと判断して交換を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、薬品洗浄では、物理洗浄で除去できなかった固形物を除去することができるが、ろ過膜自体を劣化させるとともに、薬品洗浄では薬品を使用するため、処理水や圧縮空気等によって行う物理洗浄よりも洗浄コストが高くなる問題がある。また、膜自体の交換を行う場合には、新たな膜が必要となり交換コストが発生する問題がある。さらに、薬品洗浄やろ過膜の交換の際には、ろ過処理を中断する必要がある。
【０００８】
このような薬品洗浄を繰り返すことによって生じるろ過膜の劣化や、薬品洗浄やろ過膜の交換で発生するコストを軽減するため、ろ過で用いるろ過膜を、周囲環境の温度変化によって膨張／収縮変化や親水／疎水変化を生じる温度応答性のある物質で生成し、ろ過や洗浄で用いる水の温度を調節することによって、ろ過膜に付着した固形物の除去を容易にすることが考えられる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２３５５３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、温度応答性のあるろ過膜を使用する場合、ろ過膜の膜表面の状態を変化させるためには、ろ過膜に通水する水（原水や逆洗水等）の温度を調節することが必要であり、多量のエネルギを要する問題がある。すなわち、温度によってろ過膜の性質を変化させるために水を所定温度にする必要があるが、水の温度の調節には、水に熱を加えたり又は熱を吸収する際に多量のエネルギが必要になる。
【００１０】
本発明は、温度応答性のあるろ過膜の状態を変化させてろ過膜を洗浄する際に必要なエネルギを軽減したろ過膜のろ過装置及びろ過装置の洗浄方法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】
上記目的を達成するため、本発明に係るろ過装置は、膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜が内蔵され、供給された原水を前記ろ過膜によってろ過した処理水を排出する膜モジュールと、前記膜モジュールと供給配管を介して接続され、前記ろ過膜に付着する固形物を洗浄する際、前記高温に調節した気体を、前記供給配管を介して前記膜モジュールに供給する供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る他のろ過装置は、膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜が内蔵され、供給された原水を前記ろ過膜によってろ過した処理水を排出する膜モジュールと、前記膜モジュールと供給配管を介して接続され、前記ろ過膜に付着する固定物を洗浄する際、前記高温に調節した蒸気を、前記供給配管を介して前記膜モジュールに供給する供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る洗浄方法は、膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、原水の常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜に付着した固形物を洗浄する洗浄方法であって、前記高温に調節した気体を生成する生成工程と、前記ろ過膜が内臓される膜モジュールに前記高温に調節された前記気体を供給する供給工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る他の洗浄方法は、膜表面または膜表面と膜内部が温度応答性を有し、原水の常温であるときに親水性となり、前記常温よりも高温であるときに疎水性となるろ過膜に付着した固形物を洗浄する洗浄方法であって、前記高温に調節した蒸気を生成する生成工程と、前記ろ過膜が内蔵される膜モジュールに前記高温に調節された前記気体を供給する供給工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温度応答性のあるろ過膜の状態を変化させてろ過膜を洗浄する際に必要なエネルギを軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〈第１の実施形態〉
〈ろ過膜〉
図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係るろ過装置で原水のろ過処理に用いられるろ過膜１００について説明する。
【００１７】
ろ過膜１００は、周囲環境の温度変化に伴って変化する物質１００ａが重合されている。具体的には、ろ過膜１００の膜表面には、原水の常温（５〜２５℃程度）である場合に親水性となり、常温よりも高温（例えば、３２〜３７℃程度）である場合に疎水性となる物質１００ａが重合されている。ろ過膜１００にＮ−イソプロピルアクリルアミドを重合した場合には、ろ過膜１００の周囲環境が３２℃以下である場合に膜表面は親水性であり、周囲環境が３２℃以上になると膜表面は疎水性となる。
【００１８】
水中に存在する多くの固形物２００はカルボキシル基、水酸基及びアミノ基等の親水性の官能基を有しているため、親水性であるろ過膜１００の膜表面の物質１００ａと、これら官能基を有する固形物２００との間では水素結合などの弱い結合が生ずる。したがって、ろ過時にはろ過膜１００の膜表面を親水性とすることで、物質１００ａと固形物２００とを弱い結合性（図１（ａ）中の点線）で結合させて固形物２００を捕集することができる。
【００１９】
また、洗浄時にはろ過膜１００の膜表面を疎水性とすることで、図１（ｂ）に示すように物質１００ａと固形物２００との間で生じていた水素結合などの弱い結合を切ることができるため、容易に膜表面から固形物２００を除去することが可能となり、洗浄の効率を向上させることができる。
【００２０】
したがって、このような温度応答性のあるろ過膜１００を使用したろ過装置では、膜表面が疎水性になる温度にして洗浄することで固形物２００を容易に除去できるため、薬品洗浄の回数を減少させることができる。
【００２１】
なお、上述したろ過膜１００は、温度応答性のある物質１００ａを重合した例で説明したが、重合する代わりにろ過膜に温度応答性のある物質をコーティングしたり、温度応答性のある物質で膜を生成してもよい。また、温度応答性のある物質１００ａは、ろ過膜１００の膜表面のだけでなく、ろ過膜１００の内部表面にも重合又はコーティングされていても良い。
【００２２】
〈ろ過装置〉
図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係るろ過装置１ａについて説明する。
【００２３】
ろ過装置１ａは、図１に示すように、原水をろ過する膜モジュール１０ａ，１０ｂと、ろ過の際に膜モジュール１０ａ，１０ｂに原水を供給する原水供給ポンプ１１及び供給配管１２と、膜モジュール１０ａ，１０ｂでろ過された処理水を排出する処理水配管１３と、処理水が貯水される処理水槽１４と備えている。膜モジュール１０ａ，１０ｂには、図１を用いて上述した温度応答性を有する物質１００ａが重合されたろ過膜１００が内蔵されており、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給される原水は、ろ過膜１００によってろ過される。ここでは説明を省略するが、ろ過によって得られた処理水は、処理水槽１４に貯水され、次の工程で利用される。
【００２４】
また、ろ過装置１ａは、ろ過によって膜モジュール１０ａ，１０ｂ内のろ過膜１００の膜表面に付着した固形物２００の洗浄時に膜表面を疎水性に変化させるために気体を利用するため、排水配管１５ａ，１５ｂ、気体供給装置１６、温度調節装置１７、気体供給配管１８、排気配管１９ａ，１９ｂ及び洗浄水供給配管２０を備えている。なお、図２では、気体の供給に用いられる配管を破線で示し、原水や処理水等の供給又は排出に用いられるその他の配管を実線で示している。
【００２５】
排水配管１５ａ，１５ｂは、膜モジュール１０ａ，１０ｂから不要な水（原水、処理水等）を排出する。
【００２６】
気体供給装置１６は、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内のろ過膜１００の膜表面を疎水性にするための気体を供給する。例えば、気体供給装置１６は、ろ過装置１ａ周辺に存在する空気を利用するエアコンプレッサやブロア等であることが考えられる。
【００２７】
温度調節装置１７は、気体供給装置１６から排出された気体を膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に供給された場合にろ過膜１００の膜表面が疎水性になる所定温度に調節して排出する。例えば、温度調節装置１７は、気体の温度を調節するヒーター又はクーラーを有しており、気体供給装置１６から排出された気体が所定温度以下であるとき加温し、所定温度以下であるとき冷却する。具体的には、ろ過膜１００に重合されている物質１００ａがＮ−イソプロピルアクリクアミドであるとき、温度調節装置１７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときに３５℃程度（３２〜３７℃程度）になるように気体の温度を調節する。このとき、気体の温度を必要以上に高くするとエネルギを無駄に消費するばかりでなく、ろ過膜１００を損傷するおそれがあるため、ろ過膜１００に重合されている物質１００ａが疎水性に変化する程度の温度であればよい。温度調節装置１７は、熱交換の熱量などをコントロールする装置またはシステムであっても良い。
【００２８】
気体供給配管１８は、温度調節装置１７で温度が調節された気体を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。この気体供給配管１８は、膜モジュール１０ａ，１０ｂの二次側（給水側）に設けられており、気体は二次側から膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に供給される。
【００２９】
排気配管１９ａ，１９ｂは、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に新たに水（原水、処理水）や気体が供給されると、既に膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に存在する気体を膜モジュール１０ａ，１０ｂの外部に排出する。
【００３０】
所定温度の気体が供給された膜モジュール１０ａ，１０ｂでは、供給された気体がろ過膜１００の膜表面に熱を与えまたは膜表面から奪い、膜表面が親水性から疎水性に変化することで、水素結合等の膜表面の物質１００ａと固形物２００の結合が切られる。例えば、ろ過膜１００の膜表面を疎水性に変化させた後、処理水槽１４内の一部を洗浄用原水として、洗浄水供給配管２０を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に取り込んでろ過膜１００を洗浄し、固形物２００を含む排水を排水配管１５ａ，１５ｂから排出することができる。
【００３１】
他に、ろ過装置１ａは、図２に示すように、気泡発生装置２１、気泡供給配管２２、熱交換器２３、熱交換配管２４を備えることができる。
【００３２】
気泡発生装置２１は、温度調節装置１７によって温度が調節された気体から所定サイズの気泡を生成し、気泡供給配管２２を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。気泡発生装置２１が気体を気泡としてろ過膜１００に到達させることで、伝達効率を上げることができる。具体的には、気泡発生装置２１は、ろ過膜１００の膜表面に設けられている孔径レベル（例えば、０．１μｍ）、すなわち、孔径と同一又は孔径よりも小さいサイズの気泡を生成することにより、気泡が孔にも入り込むことが可能となるため、ろ過膜１００の膜表面に付着している固形物２００を効果的に除去することができる。この気泡発生装置２１で気泡を生成する方式は限定されず、例えば、エジェクタ方式、加圧溶解方式、回転円盤方式等を利用することができる。
【００３３】
熱交換器２３は、ろ過装置１ａの内部または外部の装置で生じる熱エネルギを回収し、回収した熱エネルギを熱交換配管２４を介して温度調節装置１７に供給する。例えば、熱交換器２３では、オイルやスチームなどを熱伝達媒体として熱エネルギを回収する。このように熱交換器２３から供給された熱エネルギを温度調節装置１７で利用することによって、洗浄の際に気体の温度を調節するために必要なエネルギを軽減することができる。
【００３４】
ろ過装置１ａは、他に、各配管に設けられるバルブ、膜モジュールや温度調節装置に設けられる温度計等の他の手段を備えているが、ここでは図示を用いた説明を省略する。なお、図２に示すろ過装置１ａでは、２台の膜モジュール１０ａ，１０ｂを使用しているが、ろ過装置１ａで使用する膜モジュールの数は２台には限られない。
【００３５】
以下に、ろ過装置１ａにおいて行われるろ過及び洗浄の手順について説明する。
【００３６】
《ろ過処理》
ろ過時におけるろ過装置１ａでは、従来と同様に、原水供給ポンプ１１の動作によって供給配管１２を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂへ原水が供給される。膜モジュール１０ａ，１０ｂへ供給された原水は、ろ過膜１００によってろ過された後、原水中の固形物２００が除去された処理水が、膜モジュール１０ａ，１０ｂから処理水配管１３を介して処理水槽１４に排出される。
【００３７】
このようなろ過処理によって、ろ過膜１００の膜表面には固形物２００が付着する。
【００３８】
《第１の洗浄処理》
ろ過装置１ａでは、ろ過が開始されてから所定時間が経過した後、所定量の原水を処理した後、差圧が所定値に達した時点等のタイミングで気体供給装置１６によって膜モジュール１０ａ，１０ｂに気体が供給され、ろ過膜１００の膜表面に付着した固形物２００を洗浄する。
【００３９】
ここでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在しない場合における洗浄の一例を説明する。
【００４０】
まず、ろ過装置１ａでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂから排水配管１５ａ，１５ｂを介して水（原水、処理水）が全て排出される。また、ろ過装置１ａでは、気体供給装置１６が、温度調節装置１７に気体を供給する。温度調節装置１７では、気体供給装置１６から供給された気体を、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときにろ過膜１００を疎水性にする所定温度に調節する。このとき、温度調節装置１７は、既に膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に存在する気体や、気体供給の過程において熱量が奪われることを考慮して気体の温度を調節する。
【００４１】
温度調節装置１７で所定温度に調節された気体が気体供給配管１８を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されると、気体からろ過膜１００への熱移動によって、ろ過膜１００の膜表面は親水性から疎水性に変化する。これによって、物質１００ａと固形物２００間の水素結合等の結合が切られ、その後、洗浄用原水等によって洗浄されることで、膜表面から固形物２００を除去することができる。
【００４２】
このように、膜モジュール１０ａ，１０ｂから水を全て排出した場合には、ろ過膜１００の周囲を所定温度の気体で満たすことによって、膜表面を疎水性から親水性に変化させることができる。
【００４３】
《第２の洗浄処理》
ここでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在する場合におけるろ過膜１００の洗浄の一例を説明する。この場合、ろ過装置１ａは、洗浄時において、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水（処理水、原水）を排出しないか、一部のみ排水配管１５ａ，１５ｂを介して排出する。
【００４４】
まず、ろ過装置１ａでは、気体供給装置１６が、温度調節装置１７に気体を供給する。温度調節装置１７では、気体供給装置１６から供給された気体を、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときにろ過膜１００を疎水性にする温度に調節する。このとき、温度調節装置１７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に存在する水や気体、又は気体供給の過程において熱量が奪われることを考慮して気体の温度を調節する。
【００４５】
気体を気泡として供給するとき、温度調節装置１７は、温度を調節した気体を気泡発生装置２１に排出する。気泡発生装置２１では、温度調節装置１７から排出された気体から気泡を生成し、生成した気泡を気泡供給配管２２を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００４６】
一方、温度調節装置１７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂに気泡として気体を供給しないとき、所定温度を調節した気体を気体供給配管１８を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００４７】
温度調節装置１７で所定温度に調節された気体又は気泡発生装置２１で生成された気泡が膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されて、ろ過膜１００に付着すると、気体又は気泡からろ過膜１００への熱移動によって、ろ過膜１００の膜表面は親水性から疎水性に変化する。これによって、物質１００ａと固形物２００間の水素結合等の結合が切られ、その後、洗浄用原水等によって洗浄されることで、膜表面から固形物２００を除去することができる。
【００４８】
このように、所定温度の気体又は気泡を利用して、膜表面を疎水性から親水性に変化させるとき、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在する場合には、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内で気泡のサイズを保つことができる。したがって、効果的なサイズの気泡を供給することで、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内を気体で満たす場合と比較して、使用する気体量が少なくても物質１００ａを疎水性に変化させることが可能となり、固形物２００の除去を効率的に行うことができる。すなわち、温度応答性のある物質をろ過膜とした膜モジュール１０ａ，１０ｂでは、エアスクラビングの際に所定温度に供給された気体を利用することで、洗浄効果を高めることができる。
【００４９】
上述したように、第１の実施形態に係るろ過装置１ａでは、常温時に親水性の性質を有し、高温時に疎水性の性質を有するろ過膜１００の洗浄の際、従来のような液体の洗浄用原水ではなく、所定温度の気体を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給してろ過膜１００を疎水性に変化させている。気体は液体よりも比熱が低い性質を有するため、洗浄用原水を高温にする場合と比較して、気体を高温にする場合の方が加熱のエネルギが少なくて済み、液体よりも気体を利用した場合には洗浄の際に必要なエネルギを軽減することができる。具体的には、水と空気の比熱を比較すると、空気の比熱は水の比熱の１／６程度であるため、必要なエネルギを１／６程度に抑えることができ、温水を利用する方法と比較して熱効率を上げることができる。
【００５０】
例えば、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の液体が少ない場合の方が洗浄効果が優れているときは、第１の洗浄処理で上述したように膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水を排出後に洗浄し、洗浄効果が変わらない場合には、洗浄時２で上述したように膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水が存在する状態で洗浄することが望ましい。したがって、水の有無による洗浄効果を考慮して、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水を排出するか否かを判断することができる。
【００５１】
他に、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に所定サイズの気泡を利用したときには、ろ過膜１００の膜表面に設けられる孔に気泡を供給することができる効果がある。すなわち、孔径サイズの気泡を利用することで孔内に付着した固形物２００の除去を効果的に行うことが可能になるため、気泡のサイズによる洗浄効果も考慮して、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水を排出するか否かを判断してもよい。
【００５２】
なお、ろ過膜１００の膜表面のだけでなく、ろ過膜１００の内部の表面も温度応答性のある物質の場合、ろ過の際にろ過膜１００の内部表面に付着した固形物２００も所定温度の気体を利用した洗浄によって効果的に洗浄することができる。
【００５３】
〈第２の実施形態〉
図３を用いて、本発明の第２の実施形態に係るろ過装置１ｂについて説明する。このろ過装置１ｂで用いられるろ過膜は、図１を用いて上述したろ過膜１００と同一である。
【００５４】
第１の実施形態に係るろ過装置１ａでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂに気体又は気泡を供給する気体供給配管１８及び気泡供給配管２２が膜モジュール１０ａ，１０ｂの一次側に接続されていたが、第２の実施形態に係るろ過装置１ｂでは、気体供給配管２５及び気泡供給配管２６は膜モジュール１０ａ，１０ｂの二次側（透過側）に接続されている点でろ過装置１ａと異なる。ろ過装置１ｂの他の構成は、図２を用いて上述したろ過装置１ａの構成と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
以下に、ろ過装置１ｂにおいて行われる洗浄時の手順について説明する。ろ過時の手順については、上述したろ過装置１ａの手順と同一であるため説明を省略する。
【００５６】
《第３の洗浄処理》
ろ過装置１ｂでは、第１の実施形態の係るろ過装置１ａと同様に、ろ過がされた後、所定のタイミングでろ過膜１００の膜表面に付着した固形物２００を洗浄する。ここでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂに気体が供給され、ろ過膜１００の膜表面に付着した固形物２００を洗浄する。
【００５７】
ここでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在しない場合における洗浄の一例を説明する。
【００５８】
まず、ろ過装置１ｂでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂから排水配管１５ａ，１５ｂを介して水（原水、処理水）が全て排出される。また、ろ過装置１ｂでは、気体供給装置１６は、温度調節装置１７に気体を供給する。温度調節装置１７では、気体供給装置１６から供給された気体を、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときにろ過膜１００を疎水性にする所定温度に調節する。このとき、温度調節装置１７は、既に膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に存在する気体や、気体供給の過程において熱量が奪われることを考慮して気体の温度を調節する。
【００５９】
温度調節装置１７で所定温度に調節された気体が気体供給配管２５を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されると、気体からろ過膜１００への熱移動によって、ろ過膜１００の膜表面は親水性から疎水性に変化する。これによって、物質１００ａと固形物２００間の水素結合等の結合が切られ、その後、洗浄用原水等によって洗浄されることで、膜表面から固形物２００を除去することができる。
【００６０】
このように、膜モジュール１０ａ，１０ｂから水を全て排出した場合には、ろ過膜１００の周囲を所定温度の気体で満たすことによって、膜表面を疎水性から親水性に変化させることができる。
【００６１】
《第４の洗浄処理》
ここでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在する場合におけるろ過膜１００の洗浄の一例を説明する。この場合、ろ過装置１ｂは、洗浄時において、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内の水（処理水、原水）を排出しないか、一部のみ排水配管１５ａ，１５ｂを介して排出する。
【００６２】
まず、ろ過装置１ｂでは、気体供給装置１６は、温度調節装置１７に気体を供給する。温度調節装置１７では、気体供給装置１６から供給された気体を、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときにろ過膜１００が疎水性になる温度に調節する。このとき、温度調節装置１７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に存在する水や気体、又は気体供給の過程において熱量が奪われることを考慮して気体の温度を調節する。
【００６３】
気泡として気体を供給するとき、温度調節装置１７は、温度を調節した気体を気泡発生装置２１に排出する。気泡発生装置２１では、温度調節装置１７から排出された気体から気泡を生成し、生成した気泡を気泡供給配管２６を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００６４】
一方、温度調節装置１７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂに気泡として気体を供給しないとき、所定温度を調節した気体を気体供給配管２５を介して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００６５】
温度調節装置１７で所定温度に調節された気体又は気泡発生装置２１で生成された気泡が膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されて、ろ過膜１００に付着すると、気体又は気泡からろ過膜１００への熱移動によって、ろ過膜１００の膜表面は親水性から疎水性に変化する。これによって、物質１００ａと固形物２００間の水素結合等の結合が切られ、その後、洗浄用原水等によって洗浄されることで、膜表面から固形物２００を除去することができる。
【００６６】
このように、所定温度の気体又は気泡を利用して、膜表面を疎水性から親水性に変化させるとき、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に水が存在する場合には、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内で気泡のサイズを保つことができる。したがって、効果的なサイズの気泡を供給することで、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内を気体で満たす場合と比較して、使用する気体量が少なくても物質１００ａを疎水性に変化することが可能となり、固形物２００の除去を効率的に行うことができる。
【００６７】
上述したように、第２の実施形態に係るろ過装置１ｂでは、常温時に親水性の性質を有し、高温時に疎水性の性質を有するろ過膜１００の洗浄の際、従来のような液体の洗浄用原水ではなく、所定温度の気体を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給してろ過膜１００を疎水性に変化させている。気体は液体よりも比熱が低い性質を有するため、洗浄用原水を高温にする場合と比較して、気体を高温にする場合の方が加熱のエネルギが少なくて済み、液体よりも気体を利用した場合には洗浄の際に必要なエネルギを軽減することができる。具体的には、水と空気の比熱を比較すると、空気の比熱は水の比熱の１／６程度であるため、必要なエネルギを１／６程度に抑えることができ、温水を利用する方法と比較して熱効率を上げることができる。
【００６８】
また、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に所定サイズの気泡を利用したときには、ろ過膜１００の膜表面に設けられる孔に気泡を供給することができるため、孔内に付着した固形物２００の除去を効果的に行うことが可能になる。
【００６９】
なお、膜モジュール１０ａ，１０ｂの二次側から気体を供給する第２の実施形態に係るろ過装置１ｂと、膜モジュールの１次側から気体を供給する第２の実施形態に係るろ過装置１ａとを組み合わせた、膜モジュール１０ａ，１０ｂの一次側と二次側から気体を供給するろ過装置を構成してもよい。このように膜モジュール１０ａ，１０ｂの一次側と二次側の両方から気体を供給できる場合には、同時に一次側と二次側から気体を供給したり、一次側と二次側から交互に気体を供給することが考えられる。
【００７０】
なお、ろ過膜１００の膜表面のだけでなく、ろ過膜１００の内部の表面も温度応答性のある物質の場合、ろ過の際にろ過膜１００の内部表面に付着した固形物２００も所定温度の気体を利用した洗浄によって効果的に洗浄することができる。
【００７１】
〈第３の実施形態〉
図４を用いて、本発明の第３の実施形態に係るろ過装置１ｃについて説明する。このろ過装置１ｃで用いられるろ過膜は、図１を用いて上述したろ過膜１００と同一である。
【００７２】
第１の実施形態に係るろ過装置１ａ及び第２の実施形態に係るろ過装置１ｂでは、単に所定温度の気体を利用して膜モジュール１０ａ，１０ｂを洗浄していたが、第３の実施形態に係るろ過装置１ｃでは、所定温度の蒸気を利用して膜モジュール１０ａ，１０ｂを洗浄する点でろ過装置１ａ，１ｂと異なる。
【００７３】
第３の実施形態に係るろ過装置１ｃでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂに蒸気を供給するため、蒸気供給装置２７を備えている。この蒸気供給装置２７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に供給されたときにろ過膜１００の膜表面が疎水性になる所定温度の蒸気を生成し、蒸気供給配管２８を介して生成した蒸気を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００７４】
例えば、蒸気供給装置２７は、重油等を熱源として蒸気を生成する生成手段と、蒸気を加熱するヒーターと、蒸気を冷却するクーラーを有しており、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときにろ過膜１００が疎水性になる温度に調節した蒸気を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。具体的には、ろ過膜１００に重合されている物質がＮ−イソプロピルアクリクアミドであるとき、蒸気供給装置２７は、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されたときに３５℃程度（具体的には、３２〜３７℃程度）になるように蒸気の温度を調節する。
【００７５】
また、ろ過装置１ｃでは、熱回収装置２９、回収熱供給配管３０、蒸気回収装置３１及び回収蒸気供給配管３２を備えることができる。
【００７６】
熱回収装置２９は、ろ過装置１ｃの内部又は外部の装置から放出される熱エネルギを回収し、回収熱供給配管３０を介して蒸気供給装置２７に供給する。また、蒸気供給装置２７は、熱回収装置２９から回収した熱エネルギが供給されたとき、この熱エネルギを利用して所定温度の蒸気を生成して膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００７７】
蒸気回収装置３１は、ろ過装置１ｃの内部又は外部の装置から放出される蒸気を改修し、蒸気回収装置３１を介して蒸気供給装置２７に供給する。また、蒸気供給装置２７は、熱回収装置２９から回収した蒸気が供給されたとき、ヒーター又はクーラーによってこの蒸気を所定温度にしてから膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。
【００７８】
このように、熱回収装置２９で回収された熱エネルギや蒸気回収装置３１で回収された蒸気を利用して蒸気供給装置２７がろ過膜１００を洗浄するための蒸気を生成することで、洗浄で必要なエネルギを軽減することができる。
【００７９】
ろ過装置１ｃの他の構成は、図２を用いて上述したろ過装置１ａの構成と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
《第５の洗浄処理》
ろ過装置１ｃでは、第１の実施形態の係るろ過装置１ａと同様に、ろ過がされた後、所定のタイミングでろ過膜１００の膜表面に付着した固形物２００を洗浄する。
【００８１】
まず、ろ過装置１ｃでは、膜モジュール１０ａ，１０ｂから排水配管１５ａ，１５ｂを介して水（原水、処理水）が排出される。また、ろ過装置１ｃでは、蒸気供給装置２７は、蒸気供給配管２８を介して所定温度の蒸気を生成し、膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給する。蒸気供給装置２７は所定温度の蒸気を供給するために、熱回収装置２９によって熱エネルギが回収されたときには回収された熱エネルギを利用し、蒸気回収装置３１で蒸気が回収されたときには回収された蒸気を利用する。このとき、蒸気供給装置２７は、膜モジュール内に存在する気体や供給の過程において熱量が奪われる事を考慮して気体の温度を調節する。
【００８２】
蒸気供給装置２７で所定温度に調節された蒸気が膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給されると、ろ過膜１００に付着した蒸気からろ過膜１００への熱移動によって、ろ過膜１００の膜表面は親水性から疎水性に変化する。これによって、物質１００ａと固形物２００間の水素結合等の結合が切られ、その後、洗浄用原水等によって洗浄されることで、膜表面から固形物２００を除去することができる。
【００８３】
このように、膜モジュール１０ａ，１０ｂ内に所定温度の蒸気を供給し、ろ過膜１００に蒸気を接触させることによって、膜表面を疎水性から親水性に変化させることができる。
【００８４】
上述したように、第３の実施形態に係るろ過装置１ｃでは、常温時に親水性の性質を有し、高温時に疎水性の性質を有するろ過膜１００の洗浄の際、従来のような液体の洗浄用原水ではなく、所定温度の蒸気を膜モジュール１０ａ，１０ｂに供給してろ過膜１００を疎水性に変化させている。蒸気は液体よりも比熱が低い性質を有するため、洗浄用原水を高温にする場合と比較して、気体を高温にする場合の方が加熱のエネルギが少なくて済み、液体よりも蒸気を利用した場合には洗浄の際に必要なエネルギを軽減することができる。
【００８５】
なお、ろ過膜１００の膜表面の他、ろ過膜の内部の表面も温度応答性のある物質の場合、ろ過の際にろ過膜１００の内部表面に付着した固形物２００も所定温度の蒸気をろ過膜１００内部に通過させたうえで洗浄することによって、効果的に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るろ過装置に使用されるろ過膜について説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るろ過装置について説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るろ過装置について説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るろ過装置について説明する図である。
【図５】従来のろ過装置について説明する図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ａ〜１ｃ…ろ過装置
１０ａ，１０ｂ…膜モジュール
１００…ろ過膜
１００ａ…物質
１１…原水供給ポンプ
１２…供給配管
１３…処理水配管
１４…処理水槽
１５ａ，１５ｂ…排水配管
１６…気体供給装置（供給手段）
１７…温度調節装置（供給手段）
１８…気体供給配管（供給配管）
１９ａ，１９ｂ…排気配管
２０…洗浄水供給配管
２１…気泡発生装置
２２…気泡供給配管（供給配管）
２３…熱交換器（回収手段）
２４…熱交換配管
２５…気体供給配管（供給配管）
２６…気泡供給配管（供給配管）
２７…蒸気供給装置（供給手段）
２８…蒸気供給配管（供給配管）
２９…熱回収装置（回収手段）
３０…回収熱供給配管
３１…蒸気回収装置（回収手段）
３２…回収蒸気供給配管
【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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