(57)【要約】【課題】  中空糸膜表面を効率よく洗浄でき、かつ洗浄で膜表面から剥離した濁質等の固形成分を効率よく容器内から排出できるモジュール構造を提供する。【解決手段】  上下に配置した膜ろ過モジュール容器の中央に中空糸膜と平行になる芯管を有し、その芯管内部の下方部分に閉止栓を設け、閉止栓より下部から圧縮空気を入れ、芯管の側面にある穴より、気泡を出し、中空糸膜表面を気泡が通過する際に、気泡が上昇する力でもって中空糸膜表面の濁質を剥がし、上方へ押し流す。また、閉止栓より上部の芯管の穴から剥がれた濁質を含む洗浄廃液をモジュール外部へ流しだすことで、より効率の高い洗浄能力を有するモジュールの構造および洗浄方法を見出した。【選択図】  図1
2005144305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯管の周りに選択透過性を有する複数の中空糸膜が配置され、該中空糸膜の両端部が別々に樹脂で固定され、少なくとも片端部で該中空糸膜が開口している中空糸膜ろ過モジュールであって、該芯管側面に大きさの異なる穴を有し、かつ芯管内に閉止栓を有していることを特徴とする中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項２】
外圧式全量ろ過で使用されることを特徴とする請求項1記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項３】
芯管側面に少なくとも２枚の仕切り板を有することを特徴とする請求項1または2に記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項４】
中空糸膜の内径が２００〜６００μm、外径が３００〜１０００μmである請求項1乃至3いずれか記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項５】
中空糸膜の透水性能が５０〜１０００L／ｍ2／ｈｒ／１００ｋPaである請求項1乃至4いずれか記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項６】
中空糸膜が主としてポリエーテルスルホンまたはセルローストリアセテートからなる請求項1乃至5いずれか記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項７】
中空糸膜ろ過モジュールの中空糸膜有効長Lと容器内径Dの比率（L／D）が３〜５０である請求項1乃至6いずれか記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項８】
１００ｋPaにおける純水のろ過速度が０．５〜３０ｍ3／ｈｒである請求項1乃至7いずれか記載の中空糸膜ろ過モジュール。
【請求項９】
圧縮空気を芯管下部より導入し、中空糸膜間を通過させ、芯管上部より抜き出すことを特徴とする中空糸膜ろ過モジュールの洗浄方法。
【請求項１０】
中空糸膜の内側から外側に向かってろ過水を流すことを特徴とする請求項9記載の中空糸膜ろ過モジュールの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は河川水、湖沼水、地下水、かん水、海水などの懸濁物質を含む水を処理して、これらに含まれる微粒子や微生物等を除去する中空糸膜ろ過モジュールに関するものであり、さらに詳しくは、膜面および中空糸膜束に付着した懸濁物質等の固形成分の逆洗による洗浄ならびに固形分の排出性の良い中空糸膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川水や湖沼水、地下水、かん水、海水などの懸濁物質を含む水を直接または前処理後に、中空糸膜モジュールを用いてろ過する場合、水中に含まれる膜不透過性の物質が徐々に中空糸膜表面および膜細孔表面に付着、蓄積して、膜の透水速度を下げる現象が見られる。通常の運転では、膜透水性能が所定の性能以下に低下した時点、すなわち、定圧運転の場合では濾過流量が所定値以下に低下した時点、定流量運転の場合は膜間圧力差が所定値以上に上昇した時点、または、一定の運転時間が経過した時点で、膜の洗浄が行うことにより、膜透水性能を回復させる操作が行われる。
【０００３】
膜の洗浄に関しては様々な方式があるが、たとえば、膜の透過側より逆に水を流して行う逆圧洗浄、いわゆる逆洗に加えて、芯管より外周方向に原水を供給する逆流洗浄、芯管から空気を押し出す空洗が提案されている。（例えば、特許文献1参照）。ただし、この場合のモジュール構造は、芯管部に中空糸膜を巻回した、いわゆる糸巻きカートリッジ型のエレメントが用いられており、中空糸膜を平行に配置したモジュールでは糸が結束されていないために、逆流洗浄や空気洗浄時に糸がダメージをうけるといった問題があった。また、逆洗と同時に芯管からの空気洗浄を行う方法が開示されている（例えば、特許文献2参照）が、これも糸巻きカートリッジ型エレメントを使ったものであり、特許文献1と同様の問題がある。一方、通常の逆洗のみでは、中空糸膜表面に流れる水量が少なく、膜から剥がれた固形成分を容器内から完全に流し出す能力が低いため、残留した固形分が次のろ過操作時にすぐ膜面に付着してしまう問題があった。このため、上記のような膜の外側を水と圧縮空気で押し出す方法も取られるが、糸のダメージを抑えるために逆線の流速を抑えること、さらに水と圧縮空気が一方向から供給されるため、供給口から遠い側の膜表面では洗浄水流速が遅くなり、汚れが効率よく除去できないという問題があった。このことはモジュールの大きさが大きくなるほど顕著であり、洗浄水または空気の供給口から遠い位置にある膜は、その距離が長くなることで逆洗水の流量が不足し、膜面の付着物除去が不十分になるとともに、上流から排出された固形分が蓄積するという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−７９３９０号公報（２頁〜４頁）
【特許文献２】特開２００２−２３９３５０号公報（２頁〜３頁）
【０００４】
一方、封止端部に原水供給口とエアレーション用の空気の供給口を設けたモジュール構造が提案されている。（例えば、特許文献3参照）。この場合、封止端部に設けられた原水供給口は逆先時の排水には用いらないため、モジュール底部に蓄積した固形物が抜けにくいという欠点がある。
【特許文献３】特開平９−２２０４４６号公報（２頁〜４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決することを目的とするものであって、中空糸膜表面を効率よく洗浄でき、かつ洗浄で膜表面から剥離した濁質等の固形成分を効率よく容器内から排出できるモジュールおよびその洗浄方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を克服すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち、モジュール容器の中央に中空糸膜と平行になる芯管を有し、その周囲に中空糸膜を配置して膜モジュールを構成し、使用の際は縦方向に配置する。その芯管には下部付近に閉止栓を有し、その芯管側面にはいくつかの穴を設ける。その閉止栓より下部の穴より洗浄用に圧縮空気をろ過室に供給することで、中空糸膜を揺らし、かつ気泡が上昇する力で膜表面の濁質成分を剥がし、エアースクラビングを行うことで、より効率の良い洗浄をすることができる。また、剥がれた濁質成分は水および圧縮空気とともに芯管の上部側の穴よりモジュール外部に排出することで、剥がれた濁質成分を効率よく排出できるモジュール構造を見出した。また、芯管に仕切り板を設けることで、気泡の流路を規制し、中空糸膜を揺らす効果が上がることを見出した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のモジュールを用いることにより、中空糸膜表面を効率よく洗浄でき、かつ洗浄で膜表面から剥離した濁質等の固形成分を効率よく容器内から排出できるため、膜の寿命が長くでき、長期間安定した浄水処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明における芯管とは、供給流体入り口から供給される流体を中空糸膜集合体に分配させる機能を有する管状部材である。好適な一例としては、多孔管があげられる。芯管は中空糸膜の集合体の好ましくは中心部に位置させる。芯管の径は大き過ぎると、膜ろ過モジュール内の中空糸膜が占める割合が減少し、結果として膜ろ過モジュールの膜面積が減少するため処理量が低下することがある。また、芯管の径が小さすぎると、芯管内を供給流体が流動する際に圧力損失が大きくなり、結果として中空糸膜にかかる有効差圧が小さくなり分離効率が低下することがある。また、強度が低下して、供給流体が中空糸膜層を流れる際に受ける中空糸膜の張力により芯管が破損する場合がある。これらの影響を、総合的に考慮し、最適な径を設定することが重要である。モジュール容器断面積に対して芯管断面積の占める面積割合として４〜２０％、好ましくは５〜１５％である。
【００１０】
選択透過性を有するとは、懸濁物質を含む水を処理する場合、中空糸膜の透水性能が高い方が低圧でろ過操作ができ、供給ポンプの所用動力等の面で有利であるが、膜透水性を上げることは、一般的に膜細孔径をアップさせることとなり、より大きな物質が膜細孔内に入り込むことになる。また、透水性能アップはモジュール当たりの処理能力を上げるため、単位面積当たりのろ過量が増えることで、膜表面への汚れの蓄積が増加し、逆洗での洗浄性が悪くなることがある。このため、膜の透水性能としては５０〜１０００L／m2／hr／１００ｋPaの間にあることが望ましい。より好ましくは１００〜８００L／m2／hr／１００ｋPaである。一方、膜構造に関しては、膜外表面、内表面に緻密層を有し、膜の中央部にマクロボイドや指状（フィンガーライク）構造を持つ非対称膜や全体がスポンジ状の均一構造からなる均質膜等があるが、懸濁物質を含む水の処理には、膜内部に懸濁物質が入りにくい構造が望ましい。従って、外圧型の膜ろ過用中空糸膜では、懸濁物質が膜内部に入り込まないように中空糸膜外表面に緻密層を有することが望ましいが、逆ろ過等の操作で、膜内部に入り込んだ懸濁物質が、外に向かって出やすくなる、内表面から外表面に向かって細孔径が大きくなるような傾斜構造を持つようなものであってもよい。
【００１１】
ろ過モジュール内の中空糸膜の配置としては、平行配置、交差配置いずれでもよいが、逆洗時、膜の外面に付着した固形懸濁成分を効率よく洗浄するためには、中空糸膜が流れによって少し揺れたり振動したりすることが好ましい。交差配置では中空糸膜が固定されたようになるため、逆洗時の水の通り道が固定されてしまい、水の流れが偏ることで、膜面全体の洗浄が難しくなる可能性がある。従って、中空糸膜間にある程度の空隙を持たせるために充填率を６０vol％以下、かつ中空糸膜が接着部以外で固定されていない平行配置が好ましい。また、糸と糸との接触を小さくする目的で、中空糸膜に巻縮（クリンプ）等がついていても良い。
【００１２】
本発明における、中空糸膜の両端部が別々に樹脂で固定されるとは、中空糸膜の集合体の両端部を別々に接着用樹脂でポッティングするなどして中空糸膜間で流体が漏れない状態に密閉固定されていることを意味する。使用する接着樹脂としては、処理流体の特性、使用条件によって、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂などから選ぶことができる。接着剤で固定された端部は、切断するなどして中空糸膜の中空孔が開口するように処理して中空糸膜ろ過モジュールとする。
【００１３】
樹脂端部の両側を開口させた両端開口型では、外圧式で用いる場合には容器の側面に設けた１箇所のポート口より原水を供給する必要があり、ポート口での水流の影響から中空糸膜が破損しやすい問題がある。
【００１４】
本願発明において用いる中空糸膜ろ過モジュールは、外圧式全量ろ過型であることが好ましい。従来、精密ろ過（MF）膜や限外ろ過（UF）膜のような膜を使ってろ過を実施する場合は、クロスフローろ過が用いられてきた。クロスフローろ過では、膜表面に形成されるゲル層やケーク層などの付着層を供給液の流れで剥がし取り、ろ過による蓄積と流れによる濁質の剥離が平衡になることで、ろ過性能を安定化させようとするものである。しかしながら、供給液流速に対するろ過液流速の比率を高めようとすると、付着層を剥離する力が弱くなるため、ある程度過剰に供給液を流す必要がある。また、非ろ過成分の濃縮された濃縮液をそのまま廃棄すると全体の回収率が低くなってしまうため、再度供給液に戻す、循環操作が行われる。しかし、このような循環操作を行うと、供給液ポンプ流量が上がるためポンプ消費動力が大きくなったり、濃縮液還流系の配管を増やす必要があることから装置が複雑化し、設備コストがアップするなどの問題がある。一方、全量ろ過型では、供給水がすべてろ過されるため、ろ過工程での回収率は１００％である。しかしながら、懸濁物質を含む水の処理では、膜に膜不透過の成分が蓄積するため、経時的な膜ろ過性能の低下を避けられない。このため、膜性能が低下した時点もしくは一定時間間隔で逆洗をする必要がある。この逆洗時に消費する処理水量を下げ、濃度の高い膜ろ過排水とすることができれば、簡便な膜ろ過システムによる、高回収率で排水等の少ない効率的な膜ろ過システムを構成することができる。この効率的な逆洗システムとするために必要な膜ろ過モジュール構造が本発明の主要な目的である。本願発明では、中空糸膜の膜面積を有効に利用するため、また、洗浄時の濁質の流路を大きく確保するために外圧式全量ろ過方式を採用するのが好ましい。
【００１５】
円筒状の容器１の中心に芯管２を有し、芯管２についた仕切り板により少なくとも２つ以上に分割されたろ過室に中空糸膜束３を収納する。容器１の２つの接着端部のうち、一方は容器と中空糸膜束３との間に接着剤４を注入し、接着剤硬化後に端部の外側にある中空糸膜束３と接着端部４を切削して中空糸膜を開口させた開口端８とする。もう一方は中空糸膜束３の端部を接着剤４で封止した封止端部９とする。この封止端部９には中空糸膜束３と容器１との間にある接着剤４の部分に、仕切板で区切られたろ過室ごとに少なくとも１つのスリット１０を設ける。このようにしてできた中空糸膜束を配置させた芯管付き容器１の両端にキャップ５およびゴムパッキン６を取り付け、クランプバンド７で固定することにより、中空糸膜ろ過モジュールを構成する。仕切り板の数は３〜１２が好ましく、４〜６がより好ましい。仕切り板がない、または数が少ないと、仕切り板による気泡の上昇場所を規制しにくくなり糸揺らしの効果を弱め、延いては中空糸膜全体を効率良く洗浄できない可能性がある。逆に、仕切り板の数が多すぎると、仕切り板間の間隔が狭くなるため、芯管にエアー供給および排出用の十分な大きさと数の穴を設けることが困難となる場合がある。また仕切り板間の角度が鋭角となるため、中空糸膜の充填が困難になることがある。
【００１６】
本発明の中空糸膜は、たとえば、河川水や湖沼水、地下水、海水等の懸濁物質を含む原水から除濁して、水道用や工業用の浄水を得る用途や、海水淡水化の逆浸透膜システムの前処理として用いられる場合には、精密ろ過膜や限外濾過膜の中空糸膜が広く用いられており、膜の形状も内径が２００〜２，０００μmに至る広範囲のものがあるが、これらの膜は本発明の中空糸膜ろ過モジュールの中空糸膜として用いることができる。洗浄のしやすさを考慮すると、中空糸膜内径は好ましくは２００〜６００μm、より好ましくは２００〜５５０μm、さらに好ましくは２００〜５００μmである。また、中空糸膜外径は３００〜１０００μmが好ましく、３００〜９５０μmがより好ましく、３００〜９００μmがさらに好ましい。糸径が細すぎるものは糸が弱くなるため逆洗等の工程で糸切れし易くなり、洗浄の条件、頻度が制限されることがある。また、中空糸膜が太すぎる場合は、容積当たりの膜面積が小さくなるため、膜面積当たりのろ過水量が多くなり、膜面へのよごれの蓄積量が増えるとともに、糸の剛性が上がって、逆洗時の糸揺れが起きず、膜表面に付着した懸濁物質等の剥離性が下がることがある。
【００１７】
中空糸膜の強度に関して、ろ過時や逆洗時などに発生する糸切れリークを防止するために中空糸膜単糸当たり６０ｇ以上の破断強度があることが望ましい。本発明のモジュール構造では、糸に向かって垂直な流れをできる限り小さくする工夫がなされており、極端に大きな力が掛からないようにされているが、逆洗の効果を上げるためには、中空糸膜を揺らし、表面の付着物を押し流す流量が必要である。このため、糸の接着部のつけ根、特に縦置きの場合は上部のつけ根に力が集中し、糸傷や糸切れを発生させてしまうため、中空糸膜としては単糸当たり６０ｇ以上の破断強度を有することが好ましい。より好ましくは７０ｇ以上、さらに好ましくは８０ｇ以上、よりさらに好ましくは９０ｇ以上、特に好ましくは１００ｇ以上である。
【００１８】
膜素材に関しても、セルロースエステル類、ポリオレフィン類、ポリカーボネートやポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのエステル系合成高分子、ポリ塩化ビニルやポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンなどの含ハロゲン高分子など様々な膜素材の中空糸膜を使うことができる。耐バクテリア性の面から、好ましくはポリスルホン、ポリエーテルスルホンが好ましい。また耐塩素性、耐圧性の面からセルロースアセテート、セルローストリアセテートが好ましい。
【００１９】
外圧型全ろ過操作の場合、モジュール容器の内径Dと中空糸膜有効長Lとの関係は、膜の透水性能、中空糸膜内外径、充填率から最適値を求めうるが、膜モジュールの取り扱い性から、モジュール長としては１．５ｍ以下が適当である。また逆洗時の洗浄性、モジュールを縦置きにしたときの糸自重による上部接着部の糸に掛かる力などからも１ｍ前後がより望ましい。モジュール長に関してはモジュール直径に関しては、芯管からの洗浄水の流れを糸外周部まで効率よく流すため、容器内径として３０〜５００ｍｍが望ましい。したがって、L／Dは３〜５０であることが好ましい。L／Dが大きすぎると圧力損失が大きくなるため、透過水が出にくくなったり、ろ過効率が低下することがある。また、L／Dが小さすぎると中空糸膜有効長が短すぎて分離効率が低下する可能性がある。より好ましくは３〜４５、さらに好ましくは３〜４０、よりさらに好ましくは３〜３５である。
【００２０】
膜モジュールのろ過室における中空糸膜の充填率は、膜ろ過の容積効率と逆洗時の洗浄性を確保する上で重要なファクターであり、ろ過室の体積に対する中空糸膜体積の比率（vol％）で３０vol％〜６０vol％であることが必要であり、さらに望ましくは４０vol％〜５５vol％の間であることが好ましい。充填率が３０vol％以下の場合は、単位モジュールあたり、単位圧力でのろ過流量が低くなり、モジュール容積、設置面積やポンプ動力消費の面で不利になることがある。一方、充填率が高すぎる場合は、逆洗時の洗浄水線速が早くなり、中空糸膜に掛かる力が大きくなるのに加えて、糸束の動きが小さくなり、糸充填の粗密のばらつきが固定化され、逆洗水の偏流が起こることで中空糸膜が密に入った部分の洗浄ができなくなり、固形成分が蓄積して膜性能の低下を引き起こす現象が見られることがある。このため、ろ過室での糸充填率としては３０vol％〜６０vol％、好ましくは４０vol％〜５５vol％である。
【００２１】
ろ過操作において、キャップ５のAよりモジュールに供給された水は、封止端のスリット１０を通り中空糸膜束３に供給される。中空糸膜を透過した水は、中空糸膜の開口端より、透過水口Bに集水されモジュール外に出ていく。ろ過操作は全ろ過で実施されるため、原水中に含まれる懸濁物質が徐々に膜面に蓄積し、定圧操作ではろ過水量が経時的に低下し、低流量コントロールの場合は、膜間圧力差が上昇し、供給圧をあげていくことが必要になる。定圧操作ではろ過水量が設定値以下に低下した場合、定流量操作では膜間圧力差が設定値以上に上がった場合、逆洗操作を行うことになる。ここで、原水の水質が安定しており、濁質成分の濃度が比較的低く安定している場合には、一定時間間隔で逆洗操作を行うことも可能であり、本発明の場合においてはどの方式による逆洗も可能である。
【００２２】
膜の逆洗においては、まず、透過水口Bより中空糸膜内部に向けて洗浄水を供給し、膜の逆ろ過により膜表面についた濁質を剥がしとる、逆ろ過洗浄を行う。洗浄水の圧力は、０．０１〜０．３MPaの範囲が好ましい。洗浄水の圧力が低すぎると、中空糸膜全体に水が行き渡らず、洗浄が不均一となって洗浄効率が悪くなることがある。逆に洗浄水の圧力が高すぎる場合は、供給圧が膜の耐圧性を超え、この結果、膜の変形（潰れなど）が起こったり、細孔構造の変化（圧密化など）による性能の低下や、糸の弱い部分では破裂が生じリークが発生することがある。特に接着界面では、接着部は樹脂により糸形状が固定化されているのに対して、樹脂のない部分では糸が膨らむ変形を起こし、樹脂界面で剪断力が生じる。高分子膜は剪断力に比較的弱く、このような状況を繰り返すと糸の破断が起き、リークを起こす可能性がある。このため、逆ろ過時の圧力は上記範囲に設定するのが好ましい。このときの洗浄水には膜ろ過水を用いることができ、必要により次亜塩素酸ソーダ等の薬剤をこの洗浄水に添加することもできる。使用できる薬剤としては次亜塩素酸ソーダや過酸化水素などの酸化剤、ホルマリンなどの還元剤、硝酸、リン酸、塩酸、硫酸、クエン酸などの酸類、水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどのアルカリ類、エチレンジアミン四酢酸（EDTA）などのキレート剤、各種界面活性剤やこれらの混合物を用いうるが、これらに限定されるものではない。例としてポリエーテルスルホン膜で次亜塩素酸ソーダを添加する場合では、有効塩素濃度として１〜５０ppm程度が望ましい。ただし、膜素材と原水の特性により、必要な濃度は最適化する必要がある。
【００２３】
また、逆洗時にモジュール下部より圧縮空気をモジュール内に送り込むのも好ましい実施態様である。圧縮空気は芯管２内を通り閉止栓12より下部に設けられた穴13より中空糸膜束部に気泡となって流れ込み、中空糸膜を揺らしながら上方へと移動する。このとき、芯管下部側面の穴径は１mm〜４mmであることが好ましい。穴径が小さすぎると、気泡が細かすぎて中空糸膜を振動させる力が小さいため膜面に付着した濁質を剥離させることができないことがある。また、穴径が大きすぎると気泡が大きくなるため、中空糸膜束を均一に洗浄することができないことがある。したがって、芯管下部側面の穴径は１．５mm〜３．５mmがより好ましく、２mm〜３mmがさらに好ましい。また、芯管下部側面の穴数は６〜２０個が好ましい。この範囲にすることにより、中空糸膜表面の濁質を剥がすのに好ましいサイズおよび量の気泡が得られ、洗浄能力を高めることができる。より好ましくは８〜１６個である。芯管内に設けられた閉止栓12の位置は、芯管下部より芯管の長さの１／１０〜２／１０の位置に設けるのが好ましい。この範囲に閉止栓を設けることにより、中空糸膜束下部から上部まで中空糸膜束全体を効率良く洗浄することができる。膜面から剥離した濁質は気泡に吸着し、気泡と共にモジュール上方に移動する。モジュール上部まで移動した気泡は、芯管上部に空けられた穴より芯管内部に入りモジュール外に排出される。ここで、芯管上部の穴径は５mm〜１０mmが好ましい。この範囲にすることにより、濁質の付着した気泡が芯管内部に抜けやすくなるので濁質が中空糸膜面に再吸着しにくくなる。芯管上部側面の穴数は好ましくは  ２０〜５０個である。穴数をこの範囲にすることにより、排出抵抗を小さくでき、濁質を含む廃水をモジュール外部に速やかに排出することが可能となる。圧縮空気の圧力は０．１〜０．４MPaの範囲が好ましい。洗浄水の圧力と圧縮空気の圧力差が、気泡の量および上昇速度に影響するので、圧縮空気の圧力を高くする必要があり、その差を０．０１〜０．３MPaにするのが好ましい。
【００２４】
中空糸膜ろ過モジュールの開口端側を上にして垂直に取り付け、下部の封止端側より純水を流し、全量ろ過する。モジュール入口での原水供給圧力を１００ｋＰａになるよう調整して、その際のろ過側の水量を測定する。
本願発明の中空糸膜モジュールの純水ろ過速度は０．５〜３０m3／ｈｒであることが好ましい。該純水ろ過速度が大きすぎると、浄水場にて全量ろ過方式で用いる場合、膜表面に濁質が圧密化し、洗浄しても濁質が除去しにくく、膜の寿命を下げるような不具合が出る可能性がある。逆に、純水ろ過速度が小さすぎると、中空糸膜ろ過モジュールの必要本数が増え、設置スペースが大きくなり、また設備コストが高くなるような問題が生じる可能性がある。したがって、純水ろ過速度は０．５〜３０m3／ｈｒがより好ましく、１．０〜８m3／ｈｒがさらに好ましい。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２６】
（中空糸膜内径、外径の測定）
中空糸膜内外径の測定は、以下のような方法で実施した。まず、１．５〜２ｍｍ程度の厚みをもつ金属板に２〜３ｍｍφの穴を開けたものを用意し、この穴に中空糸膜を自重では抜けない程度の本数を挿入し、両側の面に沿って、カミソリで中空糸膜をカットして測定用サンプルを調整する。この中空糸膜サンプルを、たとえば、ニコン製万能投影機V−12Aで観察し、1μm単位で移動量が測定できるステージを移動させ、垂直な２軸方向で膜の外径、内径の大きさを記録する。５本〜１０本の中空糸膜を測定し、平均をとって中空糸膜の内外径とする。
【００２７】
（充填率の計算）
充填率の計算は、容器内壁、仕切板、芯管表面および接着部で囲まれるろ過室体積（Vｒ）と中空糸膜外径と有効長、各ろ過室での糸本数で計算される中空糸膜外径基準体積（Vh）の比率であり、Ｖｈ／Ｖｒ×１００（％）で求められる。
【００２８】
（透水性能の測定法）
純水の透水性能の評価は、ＲＯ装置を用いて調整された、濁度０．００５度以下の純水を室温で膜モジュールに供給圧約１００ｋＰａで供給し、３０分間流す。３０分後に水温、供給圧、ろ過流量を測定し、２５℃、単位面積当たり、０．１ＭＰａでのろ過流速（Ｌ／ｍ2／ｈｒ／１００ｋＰａ）に換算する。温度補正は、純水の各温度における粘度の比で換算する。
使用時の透水性能の測定は、同様に水温、供給圧、ろ過流量から、２５℃、単位面積当たり、１００ｋＰａでのろ過流速に換算する。
【００２９】
（破断強度の測定法）
膜の強伸度は、テンシロン万能試験機を用い、中空糸膜１本を１０ｃｍの長さに切断したサンプルの破断点の強度（ｇ）と伸び率（伸度）（％）を測定する。中空糸膜１０本を測定し、各強度と伸度の平均をとって膜の破断強度とする。ただし、チャック部で糸切れした場合はデータを除外し、チャック部以外で糸切れしたデータを用いる。
【００３０】
（実施例１）
内径１２５mm、外径１４５ｍｍ、長さ１，０００ｍｍのポリ塩化ビニル製円筒容器に、外径１２４ｍｍで４枚の仕切板をもつ芯管を挿入し、４つのろ過室を持つモジュール容器を組み立てた。内径４００μｍ、外径６４０μｍ、分画分子量５０万、透水性能５６０Ｌ／ｈｒ／ｍ2／１００ｋＰａ（２５℃）のポリエーテルスルホン製中空糸限外濾過膜８６００本の糸束を４本作製して、ろ過モジュール容器の４つのろ過室に挿入した後、エポキシ樹脂を用いて端部接着を行った。このときの中空糸膜充填率は５０vol％、L／Dは８であった。接着の際、封止端となる接着部にスリット形成用のプラスチック製の型を各ろ過室に１つずつセットして接着し、樹脂の硬化後にこのプラスチック製の型を取り除きスリット部を形成した。開口端側は樹脂硬化後に中空糸膜が開口するように一部を切削し、膜ろ過モジュールとした。芯管部は接着の際プラグを挿入し、接着樹脂が芯管内部に入らないようにした。芯管は長さＬ＝１０７５ｍｍ、外径３２ｍｍ、内径２８mmのポリ塩化ビニル製のパイプに封止端側より１２０ｍｍの位置に閉止栓を、芯管下部穴径２ｍｍ、穴数８個、芯管上部穴径５ｍｍ、穴数８０個の形状を有するものを使用した。モジュール内径に対する芯管の面積比率は６．５％であった。
このように形成された膜モジュール容器にキャップを取り付けて膜ろ過モジュールを構成した。このモジュールの純水透過量は０．１ＭＰａで、３m3／hrであった。
【００３１】
このように構成された膜ろ過モジュールを使い、平均濁度１．７の湖沼水を圧力０．０７ＭＰａで供給し、３０分に１回、エアースクラビング＋逆ろ過洗浄３０秒で洗浄を実施した。この運転を１ヶ月間連続的に実施し、ろ過流量、ろ過水濁度を測定した。初期ろ過速度は０．８m3／hrであり、１ヶ月後のろ過速度は０．８m3／hrと安定したろ過性能を示し、ろ過水濁度も初期が０．０１度以下、１ヶ月後が０．０１度以下と変化がなく、リーク等の発生も見られなかった。
【００３２】
（比較例１）
芯管内に閉止栓を設けない以外は、実施例1と同様のモジュールを作製した。
【００３３】
実施例1と同様の湖沼水を用いて1ヶ月間連続運転を行ったが、芯管内に閉止栓を設けていないため、逆洗時、中空糸膜面に堆積した濁質成分を十分に除去することができず、経時的にろ過性能が低下してしまった。すなわち、１ヶ月後には、ろ過水濁度は変化ないものの、ろ過速度は０．５m3／hrまで低下した。
【００３４】
（比較例２）
芯管下部の穴数が４であり、芯管上部の穴数が６である芯管を用いた以外は実施例1と同様のモジュールを作製した。
【００３５】
実施例1と同様の湖沼水を用いて1ヶ月間連続運転を行ったが、特に芯管上部の穴数が少ないため、逆洗時、膜面から剥離した濁質成分（固形成分）が効率良くモジュール外に排出されず、モジュール上部に蓄積し、経時的なろ過性能の低下がみられた。
【００３６】
（比較例３）
仕切り板のない芯管を用いた以外は実施例1と同様のモジュールを作製した。
【００３７】
実施例1と同様の湖沼水を用いて1ヶ月間連続運転を行ったが、芯管に仕切り板を設けていないため、エアスクラビング時、気泡が中空糸膜間を均一に分散して移動せず、濁質成分の除去に斑が生じていた。そのため、経時的なろ過性能の低下が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
モジュール容器の中央に中空糸膜と平行になる芯管を有し、その周囲に中空糸膜を配置して膜モジュールを構成し、使用の際は縦方向に配置する。芯管には下部付近に閉止栓を有し、側面には穴を設けることにより、芯管下部の穴より洗浄用の圧縮空気をろ過室に供給することで、中空糸膜を揺らし、かつ気泡が上昇する力で膜表面の濁質成分を剥がし、エアースクラビングを行うことで、より効率の良い洗浄をすることができる。また、剥がれた濁質成分は水および圧縮空気とともに芯管の上部側の穴よりモジュール外部に排出することで、剥がれた濁質成分を効率よく排出できるモジュール構造とすることで、効率の良い逆洗が可能となり、長期間安定したろ過性能を維持することが可能となった。このため、河川水、湖沼水、地下水、かん水、海水などの懸濁物質を含む水を処理して、これらに含まれる微粒子や微生物等を除去する中空糸膜ろ過モジュールとして好適に使用でき、よって産業の発展に寄与することが大である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例で、容器１に閉止栓１２を有する芯管２とそれに取り付けられた４つの仕切板１１を持ち、封止端側の接着部にスリット１０を有するものの構成図を示す。
【図２】本発明の中空糸膜モジュールの一例であり、中空糸膜開口側断面の簡単な構成図である。
【図３】本発明の中空糸膜モジュールの一例であり、封止側接着部断面の簡単な構成図である。
【図４】本発明の中空糸膜モジュールの比較例1の一例で、容器１に閉止栓のない芯管２とそれに取り付けられた４つの仕切板１１を持ち、封止端側の接着部にスリット１０を有するものの構成図を示す。
【図５】本発明の中空糸膜モジュールの比較例1の一例であり、中空糸膜開口側断面の簡単な構成図である。
【図６】本発明の中空糸膜モジュールの比較例1の一例であり、封止側接着部断面の簡単な構成図である。
【図７】本発明の中空糸膜モジュールの比較例2の一例で、容器１に閉止栓１２を有する芯管２とそれに取り付けられた４つの仕切板１１を持ち、封止端側の接着部にスリット１０を有するが芯管側面の穴数の少ないものの構成図を示す。
【図８】本発明の中空糸膜モジュールの比較例2の一例であり、中空糸膜開口側断面の簡単な構成図である。
【図９】本発明の中空糸膜モジュールの比較例2の一例であり、封止側接着部断面の簡単な構成図である。
【図１０】本発明の中空糸膜モジュールの比較例3の一例で、容器１に閉止栓１２を有するが仕切り板のない芯管２と、封止端側の接着部にスリット１０を有するものの構成図を示す。
【図１１】本発明の中空糸膜モジュールの比較例3の一例であり、中空糸膜開口側断面の簡単な構成図である。
【図１２】本発明の中空糸膜モジュールの比較例3の一例であり、封止側接着部断面の簡単な構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：膜モジュール容器
２：芯管
３：中空糸膜
４：接着樹脂
５：膜モジュールキャップ
６：パッキン
７：クランプバンド
８：モジュール開口端面
９：モジュール封止端面
10：スリット
11：仕切板
12：閉止栓
13：エアー用の芯管側面穴
14：洗浄廃水排出用の芯管側面穴
ａ：原水供給口
ｂ：透過水出口
ｃ：洗浄廃水排出口
ｄ：エアー供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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