(57)【要約】【課題】原水を大量に濾過処理する場合でも分離膜の濾過性能を常に高く維持するものであり、分離膜の性能回復の処理中において、濾過装置を連続して運転でき、装置の自動運転化が可能な分離膜を用いた濾過ユニットを提供すること。【解決手段】原水流入口５と濾液流出口７を有するハウジング２２内に、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメント４を収納して濾過モジュール１０とし、この濾過モジュール１０の流入口５と流出口７の何れか一方又は双方に、所定時期に原水又は濾液の供給を停止させて、分離膜１を圧力的無負荷状態に保持する自動開閉手段１４を具備した濾過ユニットである。【選択図】　　　　　図３
2004130211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水流入口と濾液流出口を有するハウジング内に、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを収納して濾過モジュールとし、この濾過モジュールの流入口と流出口の何れか一方又は双方に、所定時期に原水又は濾液の供給を停止させて、分離膜を圧力的無負荷状態に保持する自動開閉手段を具備したことを特徴とする濾過ユニット。
【請求項２】
選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを複数収納した分離膜濾過モジュールに、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾過流出口を設け、同一濾過モジュール内において一部の濾過エレメントを運転状態に、他の濾過エレメントを分離膜の目詰まり回復を目的として休止状態にするために原水流入口、または濾液流出口の少なくとも一方に自動開閉手段を具備したことを特徴とする濾過ユニット。
【請求項３】
選択透過性を有する分離膜が分画分子量５万から２００万である限外濾過膜、または最大孔径０．０１〜１０μｍの範囲にある微細多孔性膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の濾過ユニット。
【請求項４】
選択透過性を有する分離膜の形状が中空糸型であることを特徴とする請求項１又は２記載の濾過ユニット。
【請求項５】
請求項１から４に記載の濾過ユニットを複数並列に連結し、各ユニットの原水流入口と濾液流出口の片方、または両方に設けた管路自動開閉手段を用い、一部の濾過ユニットを運転状態に、他の濾過ユニットを分離膜の目詰まり回復を目的として休止状態にするための制御部を具備したことを特徴とする濾過装置。
【請求項６】
選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを複数収納した分離膜濾過モジュールを利用した濾過装置において、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾液流出口を有し、原水流入口と濾液流出口の片方、または両方に設けた管路自動開閉手段を用い、一部の濾過エレメントを休止状態に、他の濾過エレメントを運転状態とすることによって、濾過モジュール及び濾過装置が運転状態においても分離膜の目詰まり回復を目的として分離膜が圧力的無負荷状態となるよう一部の濾過エレメントを休止状態とし、所定時期に管路自動開閉手段を切替えることによって順次休止状態となる一部の濾過エレメントを切替えて行くようにしたことを特徴とする濾過装置の制御方法。
【請求項７】
選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを少なくとも１本以上収納した濾過モジュールを複数並列に連結した濾過装置において、原水流入口および濾液流出口の少なくとも一方に設けた管路自動開閉手段を用い、濾過装置が運転状態においても分離膜の目詰まり回復を目的として分離膜が圧力的無負荷状態となるよう一部の濾過ユニットを休止状態にとし、所定時期に管路自動開閉手段を切替えることによって順次休止状態となる一部の濾過ユニットを切替えて行くようにしたことを特徴とする濾過装置の制御方法。
【請求項８】
分離膜を圧力的無負荷状態にして所定時間経過後に、濾液あるいは圧縮空気などの気体を濾過エレメント或は濾過モジュールに逆流して分離膜の洗浄を行うようにした請求項６又は７記載の濾過装置の制御方法。
【請求項９】
分離膜を圧力的無負荷状態にして所定時間経過後に、一部の濾過エレメントを運転状態とし、他の濾過エレメントに濾液或は圧縮空気などの気体を逆流して分離膜の洗浄を行うようにした請求項６又は７記載の濾過装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用水、飲料用水などを造水する造水工程や、或は、生活排水、産業排水などの排水処理、および上下水道など比較的大量の液体を浄化処理する浄化工程のためなどに使用される分離膜を用いた濾過ユニット及び濾過装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
選択透過性を有する分離膜を用いた分離精製方法は、遠心分離、吸着、蒸留、抽出、及び凝集法などの他の精製方法と比較した場合、駆動力が圧力だけであるため操作が単純であり、また、装置がコンパクトであるため、省エネ、省スペース、及び維持管理などの点で種々のメリットがあり、このため、分離膜は多くの分野に応用され、例えば、分離膜を用いた分離精製方法として、注射液の製造、電子工業用水の製造、食品や飲料工業における用水処理、及び医薬・医療関係の用水処理などに用いられている。
【０００３】
このように選択透過性を有する分離膜は、その原水処理量が比較的中少量であり、付加価値の高いとされる液体に適用されているため、ランニングコスト等の点で大きな問題となることはなく、これまでは、基本的に使い捨てられてきた。
【０００４】
ところで、近年においては分離膜の使用用途が拡大し、特に、飲料水や生活排水、及び産業排水等の比較的付加価値の低いといえる液体を処理する必要性なども高まってきている。これらの液体は特に大量に処理することが多くなっているが、処理後の液体の価値が低いためランニングコストが高いという問題がある。従って、これらの液体を処理する場合にはランニングコストの大幅な削減が求められており、種々の分離膜の性能回復方法が検討されてきている。
【０００５】
逆浸透膜、限外濾過膜、微細多孔性膜などの分離膜を用いて継続的に大量の液体を処理する場合、これらの未処理の原液を直接分離膜で処理する場合があるが、一般的には、懸濁物質や溶解物質などが膜面に捕捉されて堆積、または付着して短期に閉塞するおそれがある。
従って、以下のように分離膜の負荷を低減させるようにしてコスト低減等に寄与するようにしている。
【０００６】
分離膜の負荷を低減させる方法としては、▲１▼砂濾過やカートリッジ型の粗濾過を分離膜の前段に設けて分離膜の負荷を低減する方法、▲２▼凝集剤や酸化剤を用いて原液中の懸濁物質や溶解物質の粒子径を大きくし、砂濾過やカートリッジ型粗濾過などの前段における懸濁物質や溶解物質の捕捉量を増やして分離膜の負荷を軽減する方法、▲３▼分離膜の表面に対して平行の向きに液体や気体の流れを作り、分離膜表面にせん断応力を与え、膜面捕捉物や堆積物を剥離することによって分離膜の負荷を低減する方法、▲４▼分離膜の二次側から一次側に液体や気体を逆流させて物理的に分離膜表面に付着した捕捉物質や堆積物質を排除することにより分離膜の負荷を低減させる方法、▲５▼洗剤、酸、またはアルカリなどの薬剤を用いて化学的に分離膜表面に付着した捕捉物や堆積物質を溶解して分離膜の汚染を除去する方法などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、捕捉物は、分離膜の表面または内部に徐々に付着または堆積して、長期に渡る使用などの理由によって強固に付着して次第に蓄積し、分離膜の透過流速を不可逆に低下させる結果となっている。従って、分離膜の性能回復は一般的に困難となり、前述した▲１▼〜▲４▼の延命処理を行ったとしても、次第に回復率が大きく低下してしまうという問題が生じていた。
【０００８】
また、▲５▼の方法は、特開２００２−２８４５４号公報、又は特開２０００−２８８５４３号公報に開示されているように、分離膜の透水性能をある程度回復させることは可能であるが、この処理過程においては、濾過装置全体の運転を停止するか、または、濾過装置から分離膜を一旦外してオフラインで処理する必要があるため、装置を自動運転することが出来ず、効率的ではなかった。
更に、洗剤、酸、およびアルカリなどの洗浄廃液、およびリンス廃液の問題、分離膜の化学的浸襲により、分離膜物性が劣化するなどの問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、原水を大量に濾過処理する場合でも分離膜の濾過性能を常に高く維持するものであり、分離膜の性能回復の処理中において、濾過装置を連続して運転でき、装置の自動運転化が可能な分離膜を用いた濾過ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、原水流入口と濾液流出口を有するハウジング内に、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを収納して濾過モジュールとし、この濾過モジュールの流入口と流出口の何れか一方又は双方に、所定時期に原水又は濾液の供給を停止させて、分離膜を圧力的無負荷状態に保持する自動開閉手段を具備した濾過ユニットである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを複数収納した分離膜濾過モジュールに、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾過流出口を設け、同一濾過モジュール内において一部の濾過エレメントを運転状態に、他の濾過エレメントを分離膜の目詰まり回復を目的として休止状態にするために原水流入口、または濾液流出口の少なくとも一方に自動開閉手段を具備した濾過ユニットである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、選択透過性を有する分離膜が分画分子量５万から２００万である限外濾過膜、または最大孔径０．０１〜１０μｍの範囲にある微細多孔性膜である濾過ユニットである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、選択透過性を有する分離膜の形状が中空糸型である濾過ユニットである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、濾過ユニットを複数並列に連結し、各ユニットの原水流入口と濾液流出口の片方、または両方に設けた管路自動開閉手段を用い、一部の濾過ユニットを運転状態に、他の濾過ユニットを分離膜の目詰まり回復を目的として休止状態にするための制御部を具備した濾過装置である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを複数収納した分離膜濾過モジュールを利用した濾過装置において、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾液流出口を有し、原水流入口と濾液流出口の片方、または両方に設けた管路自動開閉手段を用い、一部の濾過エレメントを休止状態に、他の濾過エレメントを運転状態とすることによって、濾過モジュール及び濾過装置が運転状態においても分離膜の目詰まり回復を目的として分離膜が圧力的無負荷状態となるよう一部の濾過エレメントを休止状態とし、所定時期に管路自動開閉手段を切替えることによって順次休止状態となる一部の濾過エレメントを切替えて行くようにした濾過装置の制御方法である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、選択透過性を有する分離膜を用いた濾過エレメントを少なくとも１本以上収納した濾過モジュールを複数並列に連結した濾過装置において、原水流入口および濾液流出口の少なくとも一方に設けた管路自動開閉手段を用い、濾過装置が運転状態においても分離膜の目詰まり回復を目的として分離膜が圧力的無負荷状態となるよう一部の濾過ユニットを休止状態にとし、所定時期に管路自動開閉手段を切替えることによって順次休止状態となる一部の濾過ユニットを切替えて行くようにした濾過装置の制御方法である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、分離膜を圧力的無負荷状態にして所定時間経過後に、濾液あるいは圧縮空気などの気体を濾過エレメント或は濾過モジュールに逆流して分離膜の洗浄を行うようにした濾過装置の制御方法である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、分離膜を圧力的無負荷状態にして所定時間経過後に、一部の濾過エレメントを運転状態とし、他の濾過エレメントに濾液或は圧縮空気などの気体を逆流して分離膜の洗浄を行うようにした濾過装置の制御方法である。
【００１９】
以上の手段によって、濾過装置の運転を実質的に停止することなく、この膜洗浄によって透水性能回復を効率的に行うことが可能になり、濾過装置の運転を休止すること無くこの膜洗浄を行うようにした。
なお、本発明に加えて、前記した▲１▼〜▲４▼までの膜洗浄方法を必要に応じて組み合わせることにより、一層の効果が得られる。
【００２０】
なお、管路自動開閉手段により管路を切替える所定時期とは、原水水質または運用に応じて所定時間、もしくは濾過運転時に分離膜に生じる濾過差圧が所定値に、または所定変化量に達した時期であり、濾過効率と膜洗浄効果のバランスにより決めるようにした。
【００２１】
このように本発明は、洗剤、酸、またはアルカリなどの薬剤を用いて化学的に分離膜表面に付着した捕捉物や堆積物質を溶解して分離膜の汚染を除去する膜洗浄方法に着目し、この洗浄方法の欠点である濾過装置の運転休止によるロス、薬品廃液の処理問題、オフライン洗浄を行うために生じる濾過モジュール交換する際の煩雑作業などの問題解決を図ることができる。
【００２２】
また、大幅な分離膜の性能回復を回復する膜洗浄方法について鋭意検討を行った結果、選択透過性を有する分離膜における閉塞物質や堆積物質は酸、アルカリ、または洗剤などを用いなくても、分離膜の圧力的な無負荷状態を継続することにより、時間の経過と共にこれらの物質の拡散による駆動力によって次第に脱離ないしは剥離が進み、透水性能を回復させることが可能となる。
【００２３】
分離膜の回復は、分離膜が揺動状態にある場合に更に顕著になるため、中空糸型分離膜を用いて特に良好な結果を得るものとし、微細粒子が分離膜の内部にまで入り込むため、従来は酸、アルカリ、または洗剤などを用いなければ困難であった微細多孔性膜においても分離膜が閉塞しようとする初期の段階に圧力の無負荷状態を作ることによって効果的な回復を図るようにしている。
また、この膜洗浄は、一定期間の圧力的無負荷状態後にオンラインの逆洗を併用することにより、更に顕著なものとすることができる。
【００２４】
また、従来技術の問題点である膜洗浄時に濾過装置の運転を休止することにより生じるロスに加え、酸、アルカリ、及び洗剤などを用いて洗浄する際に予め代替の分離膜濾過モジュールを準備してオフラインで洗浄する煩雑さの回避、洗浄廃液の処理問題を解決するものとした。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における分離膜濾過モジュール及び濾過装置の好ましい実施形態を図面に基づいて詳述する。
本発明は、選択透過性分離膜のうち、限外濾過膜や微細多孔性膜などによる濾過モジュールを用いて、特に、繰り返し逆洗を行うことによって長期間に渡り大量の液体を対象に処理を行うようにした。これらの限外濾過膜や微細多孔性膜の材質や形状に制限は無いが、膜の二次側から一次側に濾液や圧縮空気などの流体を所定時期に逆流させて膜の目詰まりを回復させる操作と複合させる組合せが容易であること、また、分離膜の圧力的無負荷状態において揺動すると相乗効果が高いことなどから、分離膜の形状としては、耐逆圧性の高い中空糸型が好ましく、材質的には揺動しやすい高分子材質ならいずれも適用できるが、揺動により容易に破損し難いポリプロピレンやポリエチレンなどのオレフィン系高分子が好ましい。
【００２６】
また、一般的な分離膜の材質であるポリスルフォンやセルロース系でも適用可能であり、これらの選択透過性分離膜を適宜一次側と二次側を短絡しないように組み立てたものを濾過エレメントとする。
【００２７】
本発明の実施形態としては、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾液流出口を有するハウジング内に、それぞれの濾液流出口に対して固有となる当該濾過エレメントを少なくとも２つ以上有する濾過モジュールと、その濾過モジュールの原水流入口と濾液流出口の何れか一方、又は双方に自動開閉弁などの管路自動開閉手段を組み合わせた濾過ユニットにおいて、所定時期に、一部の濾過エレメントが濾過運転もしくは逆洗運転の状態において、一部の濾過エレメントが休止状態になることで分離膜を圧力的無負荷状態にすることが可能な濾過ユニットとした。
【００２８】
この分離膜は、分画分子量５万から２００万である限外濾過膜、または最大孔径０．０１〜１０μｍの範囲にある微細多孔性膜であることが好ましい。
【００２９】
また、この濾過エレメントを複数収納した濾過モジュールを利用した濾過装置において、少なくとも１つ以上の原水流入口と複数の濾液流出口を設け、原水流入口、または濾液流出口の少なくとも一方の管路に管路自動開閉手段を具備するようにして同一濾過モジュール内において一部の濾過エレメントを運転状態に、他の濾過エレメントを分離膜の目詰まり回復を目的として休止状態にするようにしている。
【００３０】
このとき、休止状態の濾過エレメントに用いられている分離膜は圧力的無負荷状態となり、この休止状態の濾過エレメントを管路自動開閉手段を切替えることによって順次一部の濾過エレメントを休止状態にしている。
【００３１】
また、複数の濾過ユニットにより構成する濾過装置において、原水流入口および濾液流出口の少なくとも一方に設けた自動開閉手段を用い、濾過装置が運転状態に有っても膜の目詰まり回復を目的として一部濾過ユニットを休止状態にして、所定時期に管路自動開閉手段を切替えて一部濾過ユニットの休止部分を順次切替えるようにしてもよい。
【００３２】
更に、圧力的無負荷状態にして所定時間経過後に、濾液槽内に蓄積された濾液を濾過モジュールに逆流して、もしくは圧縮空気により逆洗を行うようにしたものである。
【００３３】
なお、濾過モジュール内に収納する濾過エレメントは、多数本により構成される中空糸膜束をＵ次型に屈曲し、その中空糸膜束屈曲部と反対側を中空糸の開口を維持したまま固定した濾過エレメントを、中空糸膜固定部を濾過モジュール外観を構成するハウジング内の濾液流出口側として設ける以外にも、濾過ユニットを複数ユニット並列に連結し、原水流入口及び濾液流出口に自動操作弁などの管路自動開閉手段を設けて管路を切り替えることにより、一部の濾過ユニットを運転状態、一部の濾過ユニットを休止状態にする濾過装置とその制御方法を行うことも可能である。
【００３４】
上記の中空糸膜を利用した濾過エレメントは、中空糸膜束をＵ字型に屈曲せず、固定部と反対側の中空糸膜端部を溶着もしくは接着等により封止することも可能である。
【００３５】
分離膜を圧力的無負荷状態にて揺動させるためには、前述したように複数の濾液流出口を有する濾過モジュールの方が好ましいが、濾液流出口を一つしか有しない濾過モジュール内に少なくとも一つ以上の濾過エレメントを設ける場合でも濾液流出口のみを閉止し、原水流入口と原水流出口を開放することなどによって、原水流入口からの原水流入による揺動を生じさせることで膜洗浄するようにしてもよい。
【００３６】
【実施例】
以下、図を用いて本発明における分離膜を用いた濾過ユニット及び濾過装置とその制御方法について実施例を説明する。
濾過モジュールに使用する中空糸型分離膜１としては、外形３６０μｍ、膜厚４０μｍ、及び最大孔径０．１μｍの延伸法により製膜したポリプロピレン製微細多孔質膜を用いて、約８ｍ２の濾過エレメント４を作成した。
【００３７】
濾過に用いた原水としては、市水を逆浸透膜、イオン交換筒を通して得た比抵抗１Ｍオームの純水を孔径０．１μｍのセルロースアセテート製カートリッジ式精密フィルターで濾過した後、カオリン５０ｍｇ／リットル、フミン酸ナトリウム１００ｍｇ／リットルとなる様調整したものを使用した。
また、濾過装置の運転中の条件としては、休止中の濾過エレメントを除いた濾過エレメントの有効膜面積に対して、濾過モジュールの濾液流出口の流量を１ｍ３／日・ｍ２とした。また、逆洗は、２０分に一回所定量の濾過水を用いて１分間行った。
【００３８】
図１及び図２は、本発明における濾過モジュールの第１及び第２実施例を示している。図１は、本発明を実施するために必要最小限の４ａ、４ｂからなる濾過エレメント４を２つ内蔵した濾過モジュールを示し、図２において、本発明を実施する際に汎用的な濾過モジュールの形態を示している。濾過モジュール本体１０は、複数本の中空糸膜である分離膜１をＵ字型に屈曲させて濾過エレメント４とし、この濾過エレメント４を５ａ、５ｂからなる原水流入口５を備えた硬質塩化ビニル樹脂製円筒による保護筒３の片端に一束を、他端にもう一束をポリウレタン等のポッティング材２３ａにて対向させて結束封止した後、７ａ、７ｂからなる濾液流出口７をハウジング２２に液密に接続して濾過モジュール本体１０を形成する。
【００３９】
図２は、濾過エレメント４を多数用いて結束した実施形態を示したものであり、濾過エレメント４ａ、４ｂは、ハウジング２２に設けた鍔状のエレメント支持板８ａ、８ｂに予め液密に固定し、また、２５ａ、２５ｂからなる原水流入口２５を有するハウジング２３に対して濾過エレメント４ａ、４ｂのＵ字屈曲側を対向させて配置し、６ａ、６ｂからなる濾液収液室６を有する濾液流出口２７ａ、２７ｂを接合して濾過モジュール本体３０を構成し、この濾液流出口２７ａ、２７ｂの何れか一方又は両方の真近の管路には、後述する自動開閉手段となる濾液流出口弁を接続した。
【００４０】
図１３は、一般的に用いられている形態の分離膜を用いた濾過モジュール本体５０を示したものであり、この濾過モジュール本体５０は、先ず分離膜１を複数本結束した後にＵ字型に屈曲させ結束端部をポリウレタン等のポッティング材２３にて硬質塩化ビニル樹脂製による円筒状の保護筒５２に封止開口させて濾過エレメント５４とし、この分離膜１のＵ字型屈曲端部側に原水流入口５７を設け、反対側のポリウレタン封止端に濾液流出口５５を具備した濾液収液室５６を各々接合したものを濾過モジュール本体５０としている。
【００４１】
なお、図１４及び図１５における濾過モジュール本体６０、６１は、濾液流出口が複数有る場合を示したものであるが、本発明には適用できない比較例として両端の濾液流出口が中空糸膜により通じている濾過モジュールの形態を示したものである。
【００４２】
図３、図１１は、濾過モジュール本体１０、３０を用いた濾過装置の回路図を示したものであり、その制御方法を説明する。図３における濾過装置本体２５は、本発明を実施するにあたり必要最小限の構成の濾過装置を示しており、図１に示した濾過モジュール本体１０を１基用いたものである。
濾過装置本体２５において、先ず、原水入口弁１２、排水弁１７、濾過モジュール出口弁１４ａ、１４ｂ及び逆洗弁１５を閉止とし、濾過水出口弁６４及び濾過水回収弁１６は逆洗水タンク２０の液位により開閉が選択される。つまり、逆洗水タンク２０において、後の逆洗工程に必要な水量が確保されていない場合は濾過水出口弁６４が閉止し、濾過水回収弁１６が開となり、また逆洗工程に必要な水量が確保できている場合は濾過水出口弁６４が開し、濾過水回収弁が閉止する。次に、原水ポンプ１１を起動し、原水入口弁１２及び濾過モジュール出口弁１４ａ、１４ｂを開すると、原水タンク９より濾過モジュール本体１０へ原水流入口５ａから原水が導水され、濾過エレメント４ａ及び４ｂにより濾過され、次いで、濾液収液室６ａ及び６ｂ、濾液流出口７ａ及び７ｂをそれぞれ通過し、濾過水出口、濾過水移送先に至るか、もしくは逆洗水タンク２０に貯留される。
【００４３】
このとき、濾過モジュール本体１０内を通過した濾液が濾液流出口７より流出開始した時点で一方の濾過モジュール出口弁１４ａを閉止し、濾過モジュール本体１０のおよそ半数の濾過能力を有する濾過エレメント４ａを圧力的無負荷状態として濾過を休止させるようにした。ここで圧力的無負荷状態とは、分離膜の原水側と濾液側とでは差圧がほとんどなく、一定の水圧下において、分離膜の表面や膜の肉厚部の孔に付着・残留している異物が、液体の圧力差ではなく濃度の差によって、膜の外方へ拡散し得る状態をいう。
【００４４】
次に、膜洗浄方法としては、所定時期に、原水入口弁１２、濾過水出口弁６４及び濾過水回収弁１６を閉止し、濾過モジュール出口弁１４ａを開とした後、逆洗ポンプ１８を起動し、逆洗弁１５及び排水弁１７を開とし逆洗タンク２０に蓄積した濾液を逆洗ポンプ１８により濾過モジュール本体１０内に逆流させ、濾過エレメント４ａ、４ｂの逆洗を行う。その後、モジュール本体内の原水は濾過モジュール本体１０に接続された排水弁１７を経て、排水タンク（図示しない）へ流出する。逆洗が終了したら逆洗ポンプ１８を停止し、逆洗弁１５、排水弁１７、濾過モジュール出口弁１４ａを閉止し、原水入口弁１２を開し、濾過水出口弁６４もしくは濾過水回収弁１６の何れかを逆洗水タンク２０の液位に応じて開する。これら濾過から洗浄の運転を１サイクルとし、濾過モジュール出口弁１４ａを開、濾過モジュール出口弁１４ｂを閉に切り替えて同様に運転サイクルを継続することによって、同一濾過モジュール本体１０内の濾過エレメント４ａ、４ｂのうち何れか一方を休止、残りの一方を運転状態とし、この運転サイクルを濾過エレメント４ａ、４ｂに対して交互に行うことにより実質的に連続運転が可能となる。
【００４５】
濾過モジュール出口弁１４ａを閉止し、濾過モジュール本体１０における半数（この場合、モジュール下方側）の濾過エレメント４ａを圧力的無負荷状態として濾過を休止させると、濾過エレメント４ａの分離膜１の表面や膜の肉厚部の孔に付着・残留している異物は、原則として異物濃度の濃い側から薄い側へ、すなわち原水側（原水流入口５ａ側）へ拡散することにより、膜の目詰まりが解消し、濾過性能が回復する。
【００４６】
一方、濾過モジュール出口弁１４ｂは、開放されたままであるので、他の半数（モジュール上方側）の濾過エレメント４ｂでは濾過運転が継続される。この濾過運転による濾過モジュール本体１０内の原水の流れより、圧力的無負荷状態に置かれている濾過モジュール本体１０の下方の濾過エレメント４ａの中空糸膜のポッティング面と反対側である非拘束側が揺動する。従って、本発明によれば、逆洗運転時を除き濾過モジュール本体１０で濾過作用が継続できると共に、圧力的無負荷状態に置かれている側の濾過エレメントが揺動することにより、異物が膜から振り落されて膜の回復は更に促進される。
【００４７】
また、圧力的無負荷状態によって、分離膜１の表面や肉厚部に浮き出た異物を逆洗ポンプ１８の運転によって勢い良く吹き飛ばすことにより膜の回復をより効率的に行うことができる。また、このとき圧力的無負荷状態によって膜の内側（濾過水側）に拡散した異物を、原水側に押し戻す作用も働いている。
【００４８】
この逆洗運転は、例えば、約２０分に１回行う等、休止・運転時間に比べて短い時間で行っても、濾過エレメント４ａ、４ｂの双方を同時に行うことができる。逆洗後には、上述したように再び濾過エレメント４ａを圧力的無負荷状態に、濾過エレメント４ｂでは濾過運転が再開される。このように、回復側の濾過エレメント４ａについて、圧力的無負荷状態と逆洗を繰り返すことにより、異物を浮かせて吹き飛ばす作用を波状的に分離膜１に与え、異物の除去・膜の回復を促進することができる。
なお、圧力的無負荷状態とする時間としては、例えば、２〜６時間、或は休止と運転との兼ね合いで数日〜数週間単位に行っても良く、処理原水の種類等に応じて適宜決定するようにすればよい。なお、図４は、図３や図１１の濾過装置の運転（制御）例を表したものであり、図５〜図１０は、図４の各運転モードにおける流体の流れを表したものである。
【００４９】
図１１は、図２に示した濾過モジュール本体３０を１基用いた濾過装置本体２６を示したものであり、図３の濾過装置本体２５と同様の制御方法によって制御を可能としている。
また、図１２において、ハウジング２４内に分離膜１を収納した分離膜濾過モジュール本体４０を複数並列するようにして構成した濾過装置本体２７を示した。濾過装置本体２７においては、前述の説明と同様にして濾過モジュール本体４０の濾過モジュール入口弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのうち、何れかの１〜３個を閉止、残りの濾過モジュール入口弁を開放することによって、濾過モジュール本体４０内の濾過エレメント４ａ、４ｂ、４ｃ或は４ｄの何れかを交互に圧力的無負荷状態かつ揺動状態にすることができる。また、この濾過装置本体２７は、一方の濾過モジュール本体４０ａを逆洗運転状態としても、他方の濾過モジュール本体４０ｂは濾過運転を継続することができるので、装置本体として濾過作用を継続することができる。
【００５０】
ここで、図１６、図１７において、図１３に示した形態の濾過モジュール本体５０を用いた濾過装置本体を示し、その制御方法を説明する。図１６は、図１３の濾過モジュール本体５０を２本並列に連結した濾過装置本体５７、図１７は、図１３の濾過モジュール本体５０を４本並列に連結した濾過装置本体５８を示している。なお、各濾過装置本体５７、５８において、前述の実施例と同一の働きをする部分は同一符号によって同様に示した。
【００５１】
濾過運転時には、逆洗弁１５と排水弁１７を閉止し、濾過水出口弁６４及び濾過水回収弁１６は逆洗水タンク２０の液位により開閉が選択される。つまり、逆洗水タンク２０において、後の逆洗工程に必要な水量が確保されていない場合は濾過水出口弁６４が閉止し、濾過水回収弁１６が開となり、また逆洗工程に必要な水量が確保できている場合は濾過水出口弁６４が開し、濾過水回収弁が閉止する。次に、原水ポンプ１１を起動し、濾過モジュール入口弁１３ａ、１３ｂ及び濾過モジュール出口弁１４ａ、１４ｂを開し、原水タンク９から送液して濾過を開始する。
続いて、膜洗浄を行う場合は、所定時期に原水入口弁１２、濾過水出口弁６４及び濾過水回収弁１６を閉止、逆洗ポンプ１８を起動し、逆洗弁１５及び排水弁１７を開放し、逆洗水タンク２０に蓄積した濾液を濾過モジュール本体５０の濾液流出口５７から逆流して逆洗を行う。その後モジュール本体内の原水は濾過モジュール本体５０の原水流入口５７、排水弁１７を経て排水タンク２１へ流出する。
【００５２】
逆洗が終了したら、直ちに逆洗弁１５及び排水弁１７を閉止し、逆洗ポンプ１７を停止した後、濾過運転を再開するサイクルを繰り返すことが可能となる。
【００５３】
従って、濾過モジュール本体５０内部の一部の濾過エレメント５４は、濾過装置本体５７、或は５８の運転中に圧力的無負荷状態になることはない。なお、逆洗の圧力としては、５００ＫＰａ、逆洗時間は１分間とした。
【００５４】
このように、濾過モジュール本体５０を用いた場合の濾過装置の運転は、通常の制御を行った場合は圧力的無負荷状態になることはないが、本実施例において、濾過エレメントを圧力的無負荷状態にする場合の制御方法としては、図１６において、逆洗運転時において濾過モジュール本体５０の濾過モジュール出口弁１４ａ又は１４ｂの何れか一方を閉止し、これを所定時期毎に切替える制御とすることで何れかの濾過モジュール本体５０を圧力的無負荷状態にすることが可能となる。
【００５５】
また、図１７の場合も同様に、濾過装置の運転において濾過モジュール出口弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄのうち何れかの１〜３個を閉止状態とし、これを順次切替えて４本の濾過モジュール本体５０のうち１〜３個を閉止状態にして圧力的無負荷状態での運転が可能となる。
【００５６】
この濾過モジュール本体５０の運転休止は、濾過モジュール出口弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを閉止して行う方が効果的であるが、濾過モジュール入口弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを閉止するか、又は、濾過モジュール入口弁１３、及び濾過モジュール出口弁１４の両方を閉止するようにしてもよい。
濾過装置運転時における濾過モジュール本体５０の休止時間、或は運転と休止の切替間隔は、原水中の懸濁物質或は溶解物質の量と質により経済的に定められ、濾過モジュール本体５０の濾液流出口バルブ１４の開閉によって、濾過モジュール本体５０全体のどの程度を休止状態にするかを決定する。
【００５７】
具体的には、４本の濾過モジュール本体５０のうち、１本のみを運転状態、３本を休止状態とし、この１本の運転時間を６時間とした場合には、各濾過モジュール本体５０の１本当りの休止時間は２４時間中１８時間となる。濾過モジュール本体５０を３本とした場合、この３本のうち、１本を運転状態にし、他の２本を休止状態とし、この１本の運転時間を８時間とした場合、各濾過モジュール本体５０の１本当りの休止期間は２４時間中１６時間となる。また、３本の濾過モジュール本体５０のうち、２本を運転状態にし、残りの１本を休止状態とし、この１本の休止期間を８時間とすれば各濾過モジュール本体５０の１本当りの運転時間は２４時間中１６時間となる。
このように、並列させる濾過モジュール本体５０の本数と休止する濾過モジュール本体５０の本数、又は、運転する濾過モジュール本体５０の本数を変化させることによって、濾過エレメント５４の運転期間と休止期間を設定するようにしている。
【００５８】
なお、この制御方法によって濾過装置本体５７、或は５８の濾過モジュールの一部を圧力的無負荷状態とすることは可能であっても、圧力的無負荷状態は同一濾過モジュール内で行われず、運転状態と圧力的無負荷状態となる濾過モジュールをそれぞれ設ける必要が生じるため、理論上は同一濾過モジュール内に濾過エレメントを複数収納した場合と比較して倍の濾過モジュールが必要となるので、ランニングコストを抑制する面では、濾過装置本体２５、２６或は２７のほうが好ましい。
【００５９】
図１８において、図１５に示した比較例の濾過モジュール本体６１を用いた濾過装置本体６３の概略図を示す。濾過モジュール本体６１において、上記の制御方法によって膜洗浄を行おうとした場合、閉止した側の濾液流出口７の近傍においては分離膜にかかる差圧は分離膜６２の管路抵抗が発生するために低下することから、多少の濾過性能回復の傾向はみられるものの、分離膜６２が完全に圧力的無負荷状態とはならないため、透水性能回復が低い。
【００６０】
図１９は、濾過モジュール３０を用いて、一部の濾過エレメントにて濾過運転をしながら、他の濾過エレメントにて逆洗運転が行えるように、濾過モジュール出口弁１４及び逆洗弁１５を各濾液流出口に対して設けた濾過装置の例を示したものである。この濾過装置における運転制御方法は、基本的には図１１の濾過装置と同様であるが、一部の濾過エレメントを濾過運転しながら、他の濾過エレメントにて逆洗運転するためには、原水ポンプ１１及び逆洗ポンプ１８を起動した状態で、原水入口弁１２、濾過モジュール出口弁１４ａ、逆洗弁１５ｂ及び排水弁１７を開とし、濾過水出口弁６４または濾過水回収弁１６は逆洗水タンク２０の液位により開閉が選択され、残りの弁は閉止することにより、濾過エレメント４ａは濾過運転を、また濾過エレメント４ｂは逆洗運転の状態となる。濾過エレメント４ｂを濾過運転に、また濾過エレメント４ａを逆洗状態にするには、前述の濾過モジュール出口弁１４ａを閉止して１４ｂを開し、また逆洗弁１５ｂを閉止して１５ａを開とすることで可能である。図２０は、図１９の濾過装置の運転（制御）例を表したものであり、図２１〜図２８は、図２０の各運転モードにおける流体の流れを表したものである。
【００６１】
なお、このように一つの濾過ユニットにて濾過運転と逆洗運転を同時に行う場合は、原水を供給しながら排水も行うため、一部の原水はそのまま排水される。しかし、一つの濾過ユニットにて濾過水の供給を絶やさずに運転することが可能である。
【００６２】
ここで、図１６、図１７における濾過装置本体５７、５８の膜洗浄を行わない場合の運転をそれぞれ制御Ａ、Ｂ、濾過モジュール本体５０への流路開閉を切替えて各濾過モジュール本体５０の濾過と膜洗浄を一定時間毎に行なった場合を運転・停止エレメント数、及び運転・停止時間の違いに合わせてそれぞれ制御Ｃ、Ｄ、Ｅ、及びＦとし、一方、図３における同一濾過モジュール本体１０に複数の濾過エレメント４ａ、４ｂを収納し、各濾過エレメント４ａ、４ｂ毎に濾過と膜洗浄を行なった運転を制御Ｇとし、図１１における濾過装置本体２６の運転をそれぞれ制御Ｈ、Ｉ、また、図１２における濾過装置本体２７の運転において、３時間間隔でバルブ１４ａ、１４ｃ、１４ｂ、１４ｄ、１４ａの順で閉止し、２０〜３０分間隔における逆洗時には開放した運転を制御Ｊ、６時間毎に１４ａと１４ｃか１４ｂと１４ｄを閉止し、２０〜３０分間隔の逆洗時に全てを開放した運転を制御Ｋとし、運転膜差圧が１００ＫＰａ以下に回復できなくなった時点の膜単位面積当たりの総濾過量を濾過モジュールの性能限界として下記の表に示す。
【００６３】
【表１】
2004130211.tif 000003
【００６４】
いずれの場合も膜洗浄を行わない場合（Ａ、Ｂ）に比べて分離膜閉塞までの寿命は１３０〜２００％と大幅に延長した。
運転時間と休止時間の関係は、原水の水質により異なり、一義的に決定できないが、概ね休止時間は運転時間以上確保した方がよく、また、運転差圧が変化する変極点に達する以前、好ましくは７５％以内で休止するのが良い。
なお、膜単位面積当りの総濾過量は、サイクル休止時間、サイクル運転時間、逆洗条件及び膜の材質、孔径及び水質などにより決まる実験値で、絶対値ではなく相対値である。
【００６５】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１又は２に係る発明によると、分離膜の膜洗浄を効果的に行って分離膜の濾過性能を常に高く維持でき、しかも、分離膜の膜洗浄時における濾過装置の運転を停止したり、或は分離膜を取外してオフラインで処理する必要がなく自動運転が可能な濾過ユニットである。
【００６６】
請求項３及び４に係る発明によると、濾過ユニットの分離膜によって微細な懸濁物質を濾過でき、また、濾過装置の操作を単純にして装置全体をコンパクト化することができ、更に、ランニングコストを抑えることが可能な濾過ユニットである。
【００６７】
請求項５に係る発明によると、濾過装置の運転を停止することなく各濾過ユニットにおける濾過モジュール内の濾過エレメントの目詰まりを交互に回復させることができる濾過装置であり、また、請求項６に係る発明によると、膜洗浄を効果的に行って、濾過エレメントの目詰まり等から大きく性能回復させ、長期間に渡って濾過エレメントを使用することのできる濾過装置の制御方法である。
【００６８】
請求項７に係る発明によると、多数の濾過モジュールを用いて大量の原水を濾過処理した場合でも、濾過処理を継続しながら濾過モジュールの寿命を延ばすことが可能な濾過装置の制御方法である。
【００６９】
請求項８に係る発明によると、分離膜の表面や肉厚部に浮き出た異物を勢いよく吹き飛ばし、膜の回復をより効率的に行うことが可能となる。
【００７０】
請求項９に係る発明によると、同一の濾過モジュール内において、一部の濾過エレメントの逆洗運転を行いながら、他の一部の濾過エレメントにて濾過運転を継続することで、濾過装置の運転中に止めることなく濾液が得られる濾過装置の制御方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における分離膜濾過モジュールの第１実施例を示した断面図である。
【図２】本発明における分離膜濾過モジュールの第２実施例を示した断面図である。
【図３】濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図４】図３の濾過装置の運転モードを示す説明図である。
【図５】図４の運転モード▲２▼における流体の流れ説明図である。
【図６】図４の運転モード▲３▼における流体の流れ説明図である。
【図７】図４の運転モード▲４▼における流体の流れ説明図である。
【図８】図４の運転モード▲５▼における流体の流れ説明図である。
【図９】図４の運転モード▲６▼における流体の流れ説明図である。
【図１０】図４の運転モード▲７▼における流体の流れ説明図である。
【図１１】濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図１２】濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図１３】分離膜濾過モジュールの他の形態を示した断面図である。
【図１４】分離膜濾過モジュールの比較例を示した断面図である。
【図１５】分離膜濾過モジュールの他の比較例を示した断面図である。
【図１６】図１３の濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図１７】図１３の濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図１８】図１５の濾過モジュールを用いた濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図１９】図２の濾過モジュールを用いた他の濾過装置の回路図を示した概略図である。
【図２０】図１９の濾過装置の運転モードを示す説明図である。
【図２１】図２０の運転モード▲２▼における流体の流れ説明図である。
【図２２】図２０の運転モード▲３▼における流体の流れ説明図である。
【図２３】図２０の運転モード▲４▼における流体の流れ説明図である。
【図２４】図２０の運転モード▲５▼における流体の流れ説明図である。
【図２５】図２０の運転モード▲６▼における流体の流れ説明図である。
【図２６】図２０の運転モード▲７▼における流体の流れ説明図である。
【図２７】図２０の運転モード▲８▼における流体の流れ説明図である。
【図２８】図２０の運転モード▲９▼における流体の流れ説明図である。
【符号の説明】
１　分離膜
４　濾過エレメント
５　原水流入口
７　濾液流出口
１０　濾過モジュール本体
１４　濾過モジュール出口弁（自動開閉弁）
２２　ハウジング
２５　濾過装置本体
【図１】
2004130211.tif 000004
【図２】
2004130211.tif 000005
【図３】
2004130211.tif 000006
【図４】
2004130211.tif 000007
【図５】
2004130211.tif 000008
【図６】
2004130211.tif 000009
【図７】
2004130211.tif 000010
【図８】
2004130211.tif 000011
【図９】
2004130211.tif 000012
【図１０】
2004130211.tif 000013
【図１１】
2004130211.tif 000014
【図１２】
2004130211.tif 000015
【図１３】
2004130211.tif 000016
【図１４】
2004130211.tif 000017
【図１５】
2004130211.tif 000018
【図１６】
2004130211.tif 000019
【図１７】
2004130211.tif 000020
【図１８】
2004130211.tif 000021
【図１９】
2004130211.tif 000022
【図２０】
2004130211.tif 000023
【図２１】
2004130211.tif 000024
【図２２】
2004130211.tif 000025
【図２３】
2004130211.tif 000026
【図２４】
2004130211.tif 000027
【図２５】
2004130211.tif 000028
【図２６】
2004130211.tif 000029
【図２７】
2004130211.tif 000030
【図２８】
2004130211.tif 000031