(57)【要約】  上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材とからなり、前記中空糸膜固定部材が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下である中空糸膜モジュール。
2007083460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材とからなり、前記中空糸膜固定部材が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下である中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記筒状容器の上側部分における周壁の平均開孔率が、下側部分における周壁の平均開孔率よりも大きい請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記多数本の中空糸膜が、それぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束に分割され、前記中空糸膜閉塞部材が、前記小束における各中空糸膜の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜を束ね一体として固定する各小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材からなる請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記小束の数が、３乃至５０であり、前記各小束を形成する中空糸膜の本数が、５０乃至２０００である請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記筒状容器の直径が５０乃至４００ｍｍ、長さが５００乃至３０００ｍｍである請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記小束固定部材が、その表面に、乱流発生部材を有する請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記各小束固定部材を区画する小束間仕切り部材が、前記各小束固定部材間に設けられている請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記小束を形成する中空糸膜に沿って、少なくとも１本の吊り下げ線状体が設けられ、前記吊り下げ線状体の一端は、前記中空糸膜固定部材に固定され、他端は、前記小束固定部材に固定され、前記各小束において、前記吊り下げ線状体の中空糸膜の濾過領域における長さが、前記複数本の中空糸膜の濾過領域における長さの内、最も短い長さよりも短い請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水の入った処理水槽内に浸漬させ、原水を濾過処理する中空糸膜モジュール、すなわち、浸漬型中空糸膜モジュールに関する。更に詳しくは、長期間に亘り、中空糸膜の濾過性能が低下せず、かつ、中空糸膜洗浄用のエアの流量を減らしてランニングコストを低減させることができる浸漬型中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浸漬型中空糸膜モジュールは、処理水槽内に中空糸膜モジュールを配置して、処理水槽内の懸濁物質を含む原水を中空糸膜を通して吸引濾過し、透過水を得るために使用されている。【０００３】
中空糸膜モジュールは、一般に、一定時間の濾過工程が終了すると中空糸膜モジュールの下方から中空糸膜モジュール内に圧縮エアを送り込み、中空糸膜を揺らして中空糸膜表面に付着している懸濁物質等を洗浄するエアスクラビング工程に供される。エアスクラビングにより中空糸膜表面から剥離した懸濁物質は、速やかに中空糸膜モジュール外に排出されることが好ましく、例えば、特許文献１に開示されているように、懸濁物質が堆積し易い中空糸膜上下端部において中空糸膜が露出していると好都合である。【０００４】
更に、特許文献２に開示されているように、中空糸膜全体を通水可能な筒状容器で覆うと、筒状容器の筒周面の全面から原水が供給できるのみならず、エアスクラビング時において、懸濁物質が筒状容器の筒周面の全面から流出可能となり、懸濁物質の排出性が更に向上して好都合である。【０００５】
しかし、特許文献１に記載の中空糸膜モジュールの構造では、エアスクラビング時に、中空糸膜モジュールの下方から供給された圧縮エアが中空糸膜下端部の中空糸膜が露出している箇所から中空糸膜モジュール外へ流出し易く、上方の中空糸膜を十分に揺らすことができず、その結果、中空糸膜表面の懸濁物質も十分に洗浄できないという問題があった。【０００６】
また、同様に、特許文献２に記載の中空糸膜モジュールの構造でも、中空糸膜モジュールの下方から供給された圧縮エアが通水可能な筒状容器の下方部分から中空糸膜モジュール外へ流出し易く、上方の中空糸膜を十分に揺らすことができないという問題があった。その結果、上方の中空糸膜まで揺らすには供給する圧縮エアの量を増やす必要があり、ランニングコストの増加につながった。【０００７】
このように、従来の中空糸膜モジュールの構造では、懸濁物質の排出性の向上と中空糸膜の洗浄性の向上を両立させることは困難であった。
【特許文献１】特開２００２−３４６３４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２３０８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が中空糸膜外表面より剥離し易く、かつ、剥離した懸濁物質が中空糸膜モジュール外に排出され易い中空糸膜モジュール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】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明の中空糸膜モジュールは、次の通りである。【００１０】
上端と下端に開口を有する筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定する中空糸膜固定部材（接着部Ａ）と、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材（接着部Ｂ）とからなり、前記中空糸膜固定部材（接着部Ａ）が、前記筒状容器の上端の開口を塞ぐ状態で、該筒状容器に固定された中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、前記筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下である中空糸膜モジュール。【００１１】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の上側部分における周壁の平均開孔率が、下側部分における周壁の平均開孔率よりも大きいことが、好ましい。【００１２】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記多数本の中空糸膜が、それぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束に分割され、前記中空糸膜閉塞部材（接着部Ｂ）が、前記小束における各中空糸膜の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜を束ね一体として固定する各小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材からなることが、好ましい。【００１３】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束の数が、３乃至５０であり、前記小束を形成する中空糸膜の本数が、５０乃至２０００であることが、好ましい。【００１４】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記筒状容器の直径が５０乃至４００ｍｍ、長さが５００乃至３０００ｍｍであることが、好ましい。【００１５】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束固定部材が、その表面に、乱流発生部材を有することが、好ましい。【００１６】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記各小束固定部材を区画する小束間仕切り部材が、前記各小束固定部材間に設けられていることが、好ましい。【００１７】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記小束を形成する中空糸膜に沿って、少なくとも１本の吊り下げ線状体が設けられ、前記吊り下げ線状体の一端は、前記中空糸膜固定部材に固定され、他端は、前記小束固定部材に固定され、前記各小束において、前記吊り下げ線状体の中空糸膜の濾過領域における長さが、前記複数本の中空糸膜の濾過領域における長さの内、最も短い長さよりも短いことが、好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュールの下方から供給されたエアスクラビング用の圧縮エアが、中空糸膜の洗浄に有効に使用され、また、中空糸膜モジュール上部と下端の両方から懸濁物質が効率的に排出される。従って、長期に亘り中空糸膜の濾過性能が低下せず、中空糸膜モジュールを長期に亘り使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す中空糸膜モジュールの筒状容器の周壁の展開図である。
【図３】図３は、図２に示す周壁の一部の拡大図である。
【図４】図４は、本発明の中空糸膜モジュールの別の例の概略縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である。
【図６】図６は、図５に示す中空糸膜モジュールの筒状容器の周壁の展開図である。
【図７】図７は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である。
【図８】図８は、図１に示す中空糸膜モジュールの小束固定部材の一例の斜視図である。
【図９】図９は、図８に示す小束固定部材の別の例の斜視図である。
【図１０】図１０は、図８に示す小束固定部材の更に別の例の斜視図である
【図１１】図１１は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の下方部分の概略縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す中空糸膜モジュールの小束間仕切り部材の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の中空糸膜モジュールの更に別の例の概略縦断面図である。
【図１４】図１４は、従来の中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：中空糸膜モジュール
２：中空糸膜
２ａ：中空糸膜の中空部
３：筒状容器
３ａ：筒状容器の上部の開口
３ｂ：筒状容器の下部の開口
３ｃ：多孔部材
４ａ：中空糸膜固定部材（接着部Ａ）
４ａＦ１：中空糸膜の中空部が開口している面
４ｂ：中空糸膜閉塞部材（接着部Ｂ）
４ｂｃ：小束固定部材間の間隙
４ｂｉ：小束固定部材
４ｂｊ：小束固定部材
４ｂｋ：小束固定部材
４ｂｍ：容器
４ｂｔ：乱流発生部材
４ｂｓ：小束間仕切り部材
５：集水キャップ
６：濾過水出口
７：エア導入筒
８：小束
９：開孔部分
１０：線材部分
１７：下キャップ
１７ａ：エア流入口
１７ｂ：空気散気板
４１：中空糸膜モジュール
４３：筒状容器
４９：開孔部分
５１：中空糸膜モジュール
５３：筒状容器
５９：開孔部分
７１：中空糸膜モジュール
７３：筒状容器
７７：下キャップ
７７ａ：エア導入口
１１１：中空糸膜モジュール
１３１：中空糸膜モジュール
１３２：中空糸膜
１３２ｂ：吊り下げ線状体
１３４ａ：中空糸膜固定部材
１３４ｂｉ：小束固定部材
１４１：中空糸膜モジュール
１４２：中空糸膜
１４３：筒状容器
１４３ａ：筒状容器の上部の開口
１４３ｂ：筒状容器の下部の開口
１４４ａ：中空糸膜固定部材
１４４ｂ：中空糸膜閉塞部材
１４４ｂｉ：小束固定部材
１４４ｂｃ：小束固定部材間の間隙
１４５：集水キャップ
１４６：濾過水出口
１４７：エア導入筒
１４８：小束
１４９：開孔部分
Ａ：筒状容器の上側部分
Ｂ：筒状容器の下側部分
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の中空糸膜モジュールを、上水を製造するために用いた場合を例にとって、図面を参照しながら以下に説明する。【００２２】
図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略縦断面図である。図１において、本発明の中空糸膜モジュール１は、上端に開口３ａと下端に開口３ｂを有する筒状容器３と、筒状容器３内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜２からなる中空糸膜束と、中空糸膜２の上端部に設けられ、中空糸膜２の中空部２ａが開口した状態で中空糸膜２を固定する中空糸膜固定部材（接着部Ａ）４ａと、中空糸膜２の下端部に設けられ、中空糸膜２の中空部２ａを閉塞する中空糸膜閉塞部材（接着部Ｂ）４ｂとからなり、中空糸膜固定部材４ａが、筒状容器３の上端の開口３ａを塞ぐ状態で、筒状容器３に固定されている。【００２３】
本発明の中空糸膜モジュール１は、筒状容器３の周壁の少なくとも一部が、多孔部材３ｃからなり、かつ、筒状容器３の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下とされている。【００２４】
図１に示す本発明の中空糸膜モジュール１においては、多数本の中空糸膜２は、それぞれが複数本の中空糸膜２からなる複数個の小束８に分割されている。各小束８毎に、小束８における各中空糸膜２の下端部の中空部を閉塞するとともに各中空糸膜２を束ね一体として固定する小束固定部材４ｂｉが設けられている。各小束固定部材４ｂｉは、それぞれの間に間隙４ｂｃを有して、互いに独立して位置している。すなわち、各小束固定部材４ｂｉは、中空糸膜固定部材４ａから垂下する各小束８の下端部に、それぞれが独立した状態で設けられ、それぞれの位置が、間隙４ｂを通過する流体（原液あるいはエアスクラビング用のエア）により、変動可能とされている。【００２５】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の下端部の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材は、図１の中空糸膜モジュール１の中空糸膜閉塞部材４ｂのように、間隔を有して独立した複数個の小束固定部材４ｂｉから形成されていることが好ましい。【００２６】
しかし、中空糸膜閉塞部材は、一枚の端板で形成されていても良い。中空糸膜閉塞部材が一枚の端板で形成される場合は、端板は、筒状容器３の下端の開口３ｂを塞ぐ状態で、筒状容器３に固定され、かつ、端板には、中空糸膜２の中空部の下端部が閉塞されている部分を避けて、筒状容器３の内外に連通する複数本の流体流路が、端板の面において可能な限り均一な配置をもって、設けられていることが好ましい。【００２７】
また、小束固定部材４ｂｉや上記端板を用いること無く、各中空糸膜の下端部の中空部に閉塞材を注入し閉塞するか、あるいは、各中空糸膜の下端部を圧滅することにより閉塞し、各中空糸膜が、中空糸膜固定部材４ａから、単に、垂下する状態としても良い。この場合、中空糸膜閉塞部材は、各中空糸膜の下端部の中空部の閉塞により形成される。【００２８】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の濾過領域は、中空糸膜の外表面に接する原液が中空糸膜により濾過され中空糸膜の中空部に濾過水として流入可能な膜面領域を云う。【００２９】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束は、数百本乃至数万本の中空糸膜からなることが好ましい。【００３０】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束が複数個の小束に分割される小束方式が用いられる場合、各小束を形成する中空糸膜の本数は、数十本乃至数千本であることが好ましい。【００３１】
各小束固定部材（接着部Ｂ）の形状は、円柱形、球形、円錐形や角錐形など任意である。図１の小束固定部材（接着部Ｂ）４ｂｉは、円柱体からなる。【００３２】
中空糸膜束の多数本の中空糸膜の小束への分割数や一つの小束を形成する中空糸膜の本数は、筒状容器の直径や長さ、更には、中空糸膜の直径などに応じて、意図する効果が得られるように、選択すればよい。【００３３】
例えば、筒状容器３の直径が、５０乃至４００ｍｍ、長さが、５００乃至３０００ｍｍ程度、中空糸膜２の直径が、０．５乃至２ｍｍ程度の中空糸膜モジュールであれば、小束８の数は、３乃至１０００個程度が好ましく、３乃至５０個が更に好ましい。小束８の数が少ないと、懸濁物質の排出性が悪くなり、逆に多くなるほど懸濁物質の排出性は良くなるが、中空糸膜モジュール１の製造が煩雑になる。【００３４】
一つの小束８を形成する中空糸膜２の本数は、５０乃至２０００本が好ましい。一つの小束８を形成する中空糸膜２の本数が少なくなると、小束８の数が増えて、前述のように、中空糸膜モジュール１の製造が煩雑になり、逆に一つの小束８を形成する中空糸膜２の本数が多くなりすぎると、中空糸膜２間に懸濁物質が堆積し易くなる。【００３５】
本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の素材は、特に限定されない。中空糸膜の素材として、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどや、これらの複合素材がある。【００３６】
本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の外径は、０．３乃至３ｍｍであることが好ましい。中空糸膜の外径が小さすぎると、中空糸膜モジュールを製作する際の中空糸膜取り扱い時や、中空糸膜モジュールを使用する際の濾過、洗浄時などに、中空糸膜が折れて損傷するなどの問題が生じ易い。逆に外径が大きすぎると、同じサイズの筒状容器内に挿入できる中空糸膜の本数が減って、濾過面積が減少するなどの問題が生じる。また、中空糸膜の膜厚は、０．１乃至１ｍｍあることが好ましい。膜厚が小さすぎると、圧力で膜が折れるなどの問題が生じ、逆に膜厚が大きいと、圧損や原料代の増加につながるなどの問題が生じる。【００３７】
中空糸膜固定部材（接着部Ａ）４ａは、通常、樹脂から形成される。流動性の樹脂を多数本の中空糸膜の間に流入せしめ、その後樹脂を固化させることにより、中空糸膜を固定し、次いで端部を切断することにより、各中空糸膜の中空部が開口した状態とし、中空糸膜固定部材（接着部Ａ）４ａを形成する。この形成作業は、一般に、ポッティングと呼称され、広く知られている。【００３８】
中空糸膜閉塞部材（接着部Ｂ）４ｂあるいは小束固定部材（接着部Ｂ）４ｂｉも、通常、樹脂から形成される。流動性の樹脂を中空糸膜の中空部に所望の量進入させ、中空部を閉塞させる。端板方式の場合は、同じ樹脂で中空糸膜を固定するとともに端板を形成する。また、小束方式の場合は、同じ樹脂で中空糸膜を固定するとともに小束固定部材を形成する。【００３９】
これら、中空糸膜固定部材、中空糸膜閉塞部材、および、小束固定部材を形成する樹脂としては、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、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂などが好ましく用いられる。【００４０】
本発明の中空糸膜モジュールは、筒状容器の上部に集水キャップが、下部にエア導入筒が取り付けられて、原水の濾過に用いられる。すなわち、中空糸膜モジュール１において、中空糸膜固定部材４ａの中空糸膜２の中空部２ａが開口している面４ａＦ１に対し、中空糸膜２の中空部２ａの開口から流出する濾過水を集水する集水キャップ５が、筒状容器３に取り付けられる。集水キャップ５は、集水された濾過水を外部に導出するための濾過水出口６を有する。筒状容器３の下端の開口３ｂの周囲には、エアスクラビング用のエアを筒状容器３内に導入するためのエア導入筒７が設けられる。【００４１】
筒状容器３、集水キャップ５、および、エア導入筒７は、通常、樹脂から形成される。これらを形成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・三フッ化塩化エチレン（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。【００４２】
筒状容器３、集水キャップ５、および、エア導入筒７は、樹脂以外の材料で形成されても良い。その場合の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。更に、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用することもできる。なお、筒状容器３、集水キャップ５、および、エア導入筒７は、同一の材料でもそれぞれ異なる材料で形成されていてもかまわない。【００４３】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、筒状容器の周壁の少なくとも一部が、多孔部材からなり、かつ、筒状容器の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下とされている。この一例を、図１および図２を用いて説明する。【００４４】
図２は、図１における筒状容器３の周壁の展開図である。図１および２において、本発明の中空糸膜モジュール１の筒状容器３の周壁の少なくとも一部は、メッシュ状の開孔を有する多孔部材３ｃからなり、かつ、筒状容器３の下側部分における周壁の平均開孔率が２５％以下とされている。筒状容器３の下側部分における周壁とは、筒状容器３の長手方向（図２の矢印Ｅ方向）における略中央位置（図２の矢印Ｆで示す位置）よりも、中空糸膜閉塞部材４ｂ（小束固定部材４ｂｉ）側の部分（図２の破線で囲んだ領域Ｂ）の周壁を云う。【００４５】
図３は、筒状容器３の周壁の部分拡大図である。図３において、周壁は、開孔部分９と線材部分１０とに区分される。図２の周壁の展開図において、領域Ｂの投影面積をＸ、図３の各開孔部分９の投影面積の総和をＹとすると、下側部分（領域Ｂ）における周壁の平均開孔率は、式Ｙ／Ｘ×１００（％）により算出される。【００４６】
筒状容器３の上側部分における周壁とは、筒状容器３の長手方向（図２の矢印Ｅ方向）における略中央位置（図２の矢印Ｆで示す位置）よりも、中空糸膜固定部材４ａ側の部分（図２の領域Ａ）の周壁を云う。上側部分（領域Ａ）における周壁の平均開孔率も同様にして、上記式により算出される。【００４７】
筒状容器３の周壁の開孔部分９の分布（各開孔部分９の位置と開孔面積の分布）は、均一な分布でも、筒状容器の長手方向（上下方向）において不均一な分布であっても良い。周方向に不均一な分布は、原水やエアの不均一な流動をもたらすので、好ましくない。下側部分（領域Ｂ）の内の少なくとも一部分は、全く開孔を有しない板状形態であっても良い。【００４８】
上側部分（領域Ａ）の平均開孔率は、下側部分（領域Ｂ）の平均開孔率よりも大きいことが好ましい。例えば、上側部分（領域Ａ）の平均開孔率は、３０乃至７０％であることが好ましく、上側部分（領域Ａ）と下側部分（領域Ｂ）との平均開孔率の差は、１０％以上であることが好ましい。【００４９】
上記したような平均開孔率を有する周壁を有する筒状容器は、例えば、所定の平均開孔率を有する異なる多孔部材を上半分と下半分とにそれぞれ配置することにより用意することが出来る。また、上半分における平均開孔率を下半分における平均開孔率よりも高くした筒状容器は、例えば、所定の平均開孔率を有する多孔部材で筒状容器の全体の周壁を形成した後、下半分に同じあるいは異なる平均開口率を有する多孔部材を重ねることにより用意することが出来る。【００５０】
筒状容器の周壁に設置する多孔部材としては、メッシュ状、ネット状、パンチングメタル状のような多孔を有する板状部材を用いることが出来る。例えば、樹脂により成型された多孔を有する板状部材や筒状部材、金属線から構成される金属網、パンチングメタル板等がある。なかでも、安価であり、水質への影響も小さい、多孔を有する樹脂成型部材を用いることが好ましい。【００５１】
次に、図１の本発明の中空糸膜モジュール１による原水の処理について説明する。【００５２】
まず、中空糸膜モジュール１を、その高さよりも大きな水深がある水槽（図示しない）内に、その集水キャップ５側を上にして浸漬させる。水槽内には懸濁物質を含む原水が入れられている。中空糸膜モジュール１の集水キャップ５の濾過水出口６側からポンプなどで吸引すると、水槽内の懸濁物質を含む原水が、筒状容器３の周壁の開孔部分９やエア導入筒７を通じて中空糸膜モジュール１内に取り込まれ、中空糸膜束２を通過して濾過された後、濾過水が集水キャップ５から濾過水出口６を通り、集水管（図示せず）に送られる。この濾過に伴い、原水中の懸濁物質が、中空糸膜２の外表面に付着する。また、濾過水側を吸引することにより、原水を濾過して水槽外に取り出すと、水槽の水位が低下するため、必要に応じて水槽内に原水を供給する。【００５３】
一定時間の濾過工程が終了すると、今度は、濾過水または圧縮エアを集水キャップ５側から原水側へ流す逆洗や、中空糸膜モジュール１下方に設置したエア配管（図示せず）から、中空糸膜モジュール１の下部のエア導入筒７を通じて、圧縮エアを中空糸膜モジュール１内に供給し、中空糸膜モジュール１内に蓄積した懸濁物質を系外に排出するエアスクラビングを行う。【００５４】
逆洗では、濾過水または圧縮エアが中空糸膜２の内部から外部に向かって流れるため、中空糸膜２の外表面に付着していた懸濁物質が中空糸膜２の外表面から剥離する。或いは剥離し易い状態となる。そして、次のエアスクラビングで、微小な懸濁物質は、筒状容器３の周壁の開孔部分９やエア導入筒７を通って中空糸膜モジュール１の系外に排出され、水槽内を浮遊した後、ある程度時間が経つと水槽の底面方向へと落下していく。【００５５】
このとき、中空糸膜モジュール１では、小束固定部材（接着部Ｂ）４ｂｉが筒状容器３に固定されていないため、エアスクラビングによって中空糸膜２が小束固定部材（接着部Ｂ）４ｂｉと共に揺動する。この揺動により、中空糸膜２の外表面に付着した懸濁物質の剥離が行われる。更に、懸濁物質を中空糸膜モジュール１の下方から排出する際も、懸濁物質を含む水が、自由に動く複数の小束固定部材（接着部Ｂ）４ｂｉの間隙４ｂｃを通って排出されるため、中空糸膜モジュール１内には懸濁物質がほとんど残留せず、濾過性能低下が阻止される。なお、水槽内の原水が定期的に排水される時に、水槽底面に堆積している懸濁物質も水槽外に放出される。これらの工程を繰り返しながら長時間に亘り原水の濾過処理が継続される。【００５６】
次に、中空糸膜モジュール内におけるエアスクラビング時のエアの流れについて、従来の中空糸膜モジュールの場合と本発明の中空糸膜モジュールの場合とを比較しながら説明する。【００５７】
図１４は、従来の中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。図１４において、中空糸膜モジュール１４１は、周壁に開孔部分１４９が設けられた筒状容器１４３と、筒状容器１４３内に収納された多数本の中空糸膜１４２からなる中空糸膜束とを有する。筒状容器１４３は、上下端に開口１４３ａ、１４３ｂを有する。中空糸膜１４２の上端部は、中空糸膜固定部材１４４ａにより、中空糸膜１４２の中空部が開口した状態で固定され、中空糸膜固定部材１４４ａは、筒状容器１４３の上端部に液密に固定されている。【００５８】
中空糸膜１４２の下端部は、複数の小束１４８に分割されている。各小束１４８は、複数本の中空糸膜１４２からなる。各小束１４８における各中空糸膜１４２は、小束固定部材１４４ｂｉにより、固定されるとともに、各中空糸膜１４２の端面が閉塞されている。小束固定部材１４４ｂｉは、筒状容器１４３には固定されていない。中空糸膜１４２の中空糸膜固定部材１４４ａの下面と小束固定部材１４４ｂｉの上面との間の膜面領域が、濾過領域となる。筒状容器１４３の周壁には、全面に亘り均一な分布で、開孔部分１４９が設けられている。筒状容器１４３の周壁の平均開孔率は、約３０％である。【００５９】
図１４において、中空糸膜モジュール１４１の下方に設置された図示しないエア配管から供給された圧縮エアが、矢印Ｇの方向からエア導入筒１４７を通じて、中空糸膜モジュール１４１内に取り込まれる。取り込まれたエアのうちの大部分は、矢印Ｈに示すように、中空糸膜モジュール１４１の下方の筒状容器１４３の周壁の開孔部分１４９から中空糸膜モジュール１４１外に流出する。【００６０】
このため、中空糸膜モジュール１４１の下方に位置する中空糸膜１４２の部分は圧縮エアによって揺れて、外表面の懸濁物質が剥離され易いが、中空糸膜モジュール１４１の上方に位置する中空糸膜１４２の部分は圧縮エアが少量しか供給されないため十分に揺れない。供給する圧縮エアの量を増やせば、上方に位置する中空糸膜１４２の部分においても、外表面の懸濁物質を剥離できる程度に揺らすことができる。しかし、この手法は、水処理のランニングコストの増加を招く。【００６１】
一方、図１に示される中空糸膜モジュール１の下方の位置における筒状容器３の周壁の開孔率は２５％以下と小さいため、図１に示すように、矢印Ｃの方向からエア導入筒７を通じて中空糸膜モジュール１内に取り込まれた圧縮エアは、中空糸膜モジュール１の下方の位置における筒状容器３の周壁の開孔部分９（図３）からはほとんど流出せず、中空糸膜２を全長に亘って十分に揺らすことができ、エアは中空糸膜モジュール１の上方にまで達し、上方の開孔部分９（図３）から矢印Ｄのように流出する。【００６２】
このため、図１に示される中空糸膜モジュール１の方が、図１４に示される中空糸膜モジュール１４１よりも、圧縮エアが有効に利用でき、ランニングコストが低減できる。また、懸濁物質も圧縮エアと同様に中空糸膜モジュール１の下方の位置における筒状容器３の開孔部分９（図３）からはほとんど流出しない。なお、前述のように、懸濁物質は自由に動く複数の小束固定部材４ｂｉの間隙４ｂｃを通ってエア導入筒７から中空糸膜モジュール１の下方へと排出されるため問題はない。【００６３】
更に、図１に示される中空糸膜モジュール１において、図２に示されるように、筒状容器３の周壁の上側部分（領域Ａ）における平均開孔率を、周壁の下側部分（領域Ｂ）における平均開孔率よりも大きくすることが好ましい。この態様によって、エアスクラビング時に中空糸膜２の外表面から剥離された懸濁物質が、圧縮エアによって生じる中空糸膜モジュール１内の下方から上方への水の流れとともに、中空糸膜モジュール１上方における筒状容器３の周壁の平均開孔率が大きな箇所から中空糸膜モジュール１外へと排出される。【００６４】
本発明の中空糸膜モジュールの他の実施形態として、モジュールにおける筒状容器の形態が、筒状容器の周壁における開孔部分の投影面積が、筒状容器の下方から上方に向かって、連続的または段階的に大きくなっていくような形態（図示しない）でも良い。【００６５】
図４は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図４のモジュール４１と図１のモジュール１との相違は、図４のモジュール４１の筒状容器４３の開孔部分４９が、筒状容器４３の下側部分（領域Ｂ）には全く設けられていない形態（平均開孔率が０％）である点にある。他の点においては、図４の中空糸膜モジュール４１は、図１の中空糸膜モジュール１と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。【００６６】
図５は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図５のモジュール５１と図４のモジュール４１との相違は、図５のモジュール５１の筒状容器５３の開孔部分５９が、筒状容器５３の上側部分（領域Ａ）において、一部のみに設けられている点である。他の点においては、図５の中空糸膜モジュール５１は、図１の中空糸膜モジュール１と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。【００６７】
図５に示されるモジュール５１の筒状容器５３の周壁の展開図が、図６に示される。この場合、モジュール５１の下方から供給された圧縮エアの出口は、筒状容器５３の周壁の上側部分における一部のみに設けられた開孔部分５９だけであるため、圧縮エアにより中空糸膜２が効率良く揺らされる。その反面、筒状容器５３の周壁を通じて排出される懸濁物質は減少する。【００６８】
図３や図６に示した開孔部分９、５９の形状は、四角形であるが、開孔部分の形状としては、三角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、楕円形、星形などを用いることも出来る。これら複数の形状が混在していても良い。【００６９】
図７は、本発明の中空糸膜モジュールの更に他の実施形態の概略縦断面図である。図７のモジュール７１と図１のモジュール１との相違は、図７のモジュール７１の筒状容器７３の下端部に、図１のエア導入筒７の代わりに、エア導入口７７ａを有する下キャップ７７が備えられている点である。他の点においては、図７のモジュール７１は、図１の中空糸膜モジュール１と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。【００７０】
図８は、図１に示される本発明の中空糸膜モジュール１における小束固定部材４ｂｉの拡大斜視図である。図８において、小束固定部材４ｂｉは、樹脂で形成された円柱体からなる。小束固定部材４ｂｉにおいて、複数本の中空糸膜２からなる小束８が、樹脂により固定され、かつ、各中空糸膜の下端部の中空部は、中空部に進入した樹脂により閉塞されている。【００７１】
図９は、図８に示される小束固定部材４ｂｉの別の態様の斜視図である。図９において、小束固定部材４ｂｊは、円柱体からなる。小束固定部材４ｂｊは、容器４ｂｍとその内側に充填された樹脂とからなり、樹脂により、小束８を形成する複数本の中空糸膜２が、集束され、かつ、それらの端部の中空部が閉塞されている。小束固定部材４ｂｊは、容器４ｂｍ内に、複数本の中空糸膜２の端部を配置して、樹脂を注入、注入された樹脂を固化し、それらの中空糸膜２を固定するとともにそれらの端部の中空部を閉塞することより形成される。この小束固定部材の形成手法によれば、効率的な中空糸膜の端部の閉塞作業が可能となる上に、モジュールにおいて垂下している中空糸膜２に対し、容器４ｂｍによる重錘効果が得られる。容器４ｂｍの材料として、例えば、樹脂、金属が用いられるが、金属を用いれば、容器４ｂｍによるより大きい重錘効果が得られる。容器４ｂｍを形成する金属としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が好ましい。【００７２】
小束固定部材による中空糸膜の筒状容器への充填率の低下を防止するためには、隣り合った小束固定部材の位置を、モジュールの軸方向（上下方向）においてずらすことも好ましい。【００７３】
各小束固定部材は、その一部が隣り合った小束固定部材と接続されていても良い。この接続は、例えば、棒状体、ヒモ状体で行われる。この接続により、各小束固定部材同士が手をつないだ状態となるので、特定の場所の小束固定部材のみが揺れることが無く、振動や揺動の力を他の小束固定部材に伝播することが出来る。同時に、各小束の位置を緩やかに規制することができる。これにより、原水やエアの分散性が向上する。分散性の向上は、中空糸膜の汚れ斑の発生を防止する効果や各小束同士の絡み合いの発生を防止する効果の更なる向上をもたらす。【００７４】
図１０は、図８に示される小束固定部材４ｂｉの別の態様の斜視図である。図１０において、小束固定部材４ｂｋは、円柱体からなるが、その下面は半球体とされている。小束固定部材４ｂｋは、更に、円柱体の周面の一部に設けられた乱流発生部材４ｂｔを有する。乱流発生部材４ｂｔは、小束固定部材４ｂｋの表面に設けられた翼や螺旋溝などにより形成される。乱流発生部材が設けられた小束固定部材を有するモジュールは、懸濁物質が多い原水を濾過する場合、好ましく用いられる。原水やエアが乱流発生部材に衝突して、各小束に微細な振動や揺れを付与することができるからである。【００７５】
図１１は、図１に示される本発明の中空糸膜モジュール１の別の態様の下方部分の縦断面概略図である。図１１のモジュール１１１と図１のモジュール１との相違は、図１１のモジュール１１１において、各小束８の間に、小束間仕切り部材４ｂｓが設けられている点である。また、図１１のモジュール１１１においては、図１のモジュール１のエア導入筒７に代えて、エアの流入口（流入ポート）１７ａを有する下キャップ１７が設けられている。下キャップ１７は、筒状容器３の下端部に液密に結合されている。下キャップ１７の内部には、空気散気板１７ｂが、筒状容器３の下端面に対向して設けられている。他の点においては、図１１のモジュール１１１は、図１のモジュール１と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付けられている。【００７６】
図１２は、図１１のモジュール１１１における間仕切り部材４ｂｓの平面図である。間仕切り部材４ｂｓは、筒状容器３の内側に格子状に取り付けられた縦横の間仕切り板で形成されている。間仕切り板で区画された各空間に、各小束固定部材４ｂｉが位置している。間仕切り部材４ｂｓが設けられることにより、各小束の位置を緩やかに規制することができる。これにより、原水やエアの分散性が向上する。分散性の向上は、中空糸膜の汚れ斑の発生を防止する効果や各小束同士の絡み合いの発生を防止する効果の更なる向上をもたらす。間仕切り部材４ｂｓの材質は、特に限定されないが、間仕切り部材４ｂｓの接合や将来の廃棄を考慮すると、筒状容器と同一の材料であることが好ましい。【００７７】
図１３は、図１に示される本発明の中空糸膜モジュール１の別の態様の概略縦断面図である。図１３のモジュール１３１と図１のモジュール１との大きな相違は、各小束を形成している中空糸膜に沿って、少なくとも１本の吊り下げ線状体１３２ｂが設けられている点である。この点において、図１３のモジュール１３１は、図１のモジュール１を改良した態様であると云える。他の点においては、図１３のモジュール１３１は、図１のモジュール１と同じ構造を有するので、同じ部品には、同じ符号が付されている。【００７８】
図１のモジュール１の場合、小束８を形成する複数の中空糸膜２の中に、中空糸膜固定部材４ａの下面と小束固定部材４ｂｉの上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さが、他の中空糸膜に比べて、短い中空糸膜が存在すると、この長さが短い中空糸膜が、他の中空糸膜より、小束固定部材４ｂｉの重量のより多くを、あるいは、その全てを、負担する状況が生じる。【００７９】
この状況は、この長さが短い中空糸膜の切断をもたらす、あるいは、その切断に続き、切断が他の中空糸膜に波及する恐れがある。中空糸膜の切断が生じると、切断した中空糸膜を通り、原水が濾過水側に流れ込む問題を引き起こす。一方において、一つの小束を形成する数十本乃至数千本の中空糸膜の濾過領域における長さが、全て同一になるように、中空糸膜モジュールを製作することは、容易ではない。【００８０】
この問題点を解決するために、図１３のモジュール１３１では、各小束１３８を形成する中空糸膜１３２に沿って、少なくとも１本の吊り下げ線状体１３２ｂが設けられている。吊り下げ線状体１３２ｂの一端は、中空糸膜１３２の一方の端部とともに筒状容器３に固定される中空糸膜固定部材１３４ａに固定され、他端は、小束１３８における中空糸膜１３２とともに小束固定部材１３４ｂｉに固定されている。この両端が固定された吊り下げ線状体１３２ｂの中空糸膜固定部材１３４ａの下面と小束固定部材１３４ｂｉの上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さは、濾過領域における最も短い長さの中空糸膜の長さより、短く設定されている。なお、濾過領域における中空糸膜１３２の長さ、および、吊り下げ線状体１３２ｂの長さは、いずれも、それぞれの直線状態の長さである。【００８１】
この吊り下げ線状体１３２ｂの存在により、長さの短い中空糸膜の荷重負担が軽減され、あるいは、皆無となり、過大な加重負担による中空糸膜の切断が防止される。当然のことながら、そのためには、吊り下げ線状体１３２ｂは、荷重に対する耐性が、中空糸膜より大きい必要がある。【００８２】
吊り下げ線状体１３２ｂは、例えば、糸あるいは棒で形成される。糸としては、例えば、金属線、天然あるいは合成樹脂繊維、金属あるいは樹脂のチューブがあり、棒としては、例えば、金属棒、天然あるいは合成樹脂棒、金属あるいは樹脂のチューブがある。樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などがある。金属としては、ステンレススチール、アルミニウムなどがある。吊り下げ線上体１３２ｂがチューブの場合は、万が一破損し、原水が濾過水側に流れ込むのを防止するため、端面は封止しておくのが良い。また、吊り下げ線状体１３２ｂは、各小束１３８について、２本以上備えられていることが好ましい。万が一、１本の線状体が、中空糸膜固定部材１３４ａあるいは小束固定部材１３４ｂｉから脱落した場合でも、他の吊り下げ線状体により、中空糸膜の切断が有効に防止出来るからである。
【実施例１】
【００８３】
図１に示す中空糸膜モジュール１の濾過水出口６に濾過水配管を接続し、濾過水出口６が上になるようにして、原水の入った水槽内に、中空糸膜モジュール１を浸漬させ、集水キャップ５側からポンプで吸引することにより、水槽内の原水の濾過を行った。【００８４】
中空糸膜モジュール１における中空糸膜２としては、外径０．９ｍｍ、長さ約１０００ｍｍのポリフッ化ビニリデン製多孔質中空糸膜を用いた。筒状容器３に収納した中空糸膜２の本数は、約１００００本とした。筒状容器３は、ポリエチレン製で、内径約１３５ｍｍ、長さ約１０００ｍｍであり、筒状容器３の周壁の平均開孔率は、下側部分（領域Ｂ）では２５％、上側部分（領域Ａ）では３７．５％とした。開孔部分９の形状は、下側部分（領域Ｂ）では正方形（３mm×３mm）、上側部分（領域Ａ）では長方形（３ｍｍ×９ｍｍ）とした。開孔部分９を形成するメッシュ板に用いた線材の太さは、領域Ａおよび領域Ｂのそれぞれにおいて、３ｍｍとした。中空糸膜固定部材４ａと小束固定部材４ｂｉには、それぞれウレタン樹脂を使用した。小束固定部材４ｂｉは円柱形とし、約１４００本の中空糸膜２をまとめて、それぞれの端面を前記ウレタン樹脂で閉塞した。小束８（小束固定部材４ｂｉ）の数は、７とした。【００８５】
次に、原水として濁度が３乃至５度の琵琶湖の湖水を、集水キャップ５側からポンプで３０分間吸引して、０．５ｍ３／ｍ２／ｄａｙの濾過水を製造し、その後、１ｍ３／ｍ２／ｄａｙの濾過水で１分間逆洗を行い、更に、エアスクラビング工程で１００Ｌ／ｍｉｎの圧縮エアを１分間、エア導入筒７を通じて中空糸膜モジュール１内へ吹き込んだ。そして、この濾過、逆洗およびエアスクラビングを数回繰り返す毎に１回、水槽内の原水を排水した。これらの運転を約１週間連続で行った結果、中空糸膜２の膜間差圧の上昇はなかった。
【比較例１】
【００８６】
筒状容器３の周壁における平均開孔率を、周壁の全表面において３０％とした以外は、実施例１と同様の中空糸膜モジュールを用いて、同様に１週間原水の濾過を行った。その結果、中空糸膜の膜間差圧は１ｋＰａ／ｄａｙの割合で上昇していった。
【実施例２】
【００８７】
図１３に示す中空糸膜モジュール１３１を用いて原水の濾過を行った。【００８８】
中空糸膜１３２としては、外径１．５ｍｍ、内径０．９ｍｍｍ、長さ約１０００ｍｍのポリフッ化ビニリデン製多孔質中空糸膜を約３０００本用いた。筒状容器としては、図１に示す筒状容器３を用いた。筒状容器３は、ＡＢＳ製で、内径約１３０ｍｍ、長さ約１０００ｍｍとした。筒状容器３の周壁の平均開孔率は、実施例１の場合と同じとした。中空糸膜固定部材１３４ａと小束固定部材１３４ｂｉには、それぞれウレタン樹脂を使用した。小束固定部材１３４ｂｉは円柱形とし、４２０本から４３０本の中空糸膜１３２をまとめて端面を閉塞した。【００８９】
吊り下げ線状体１３２ｂとして、直径０．５ｍｍのステンレススチールワイヤーを用い、それぞれの小束１３８において、濾過領域が最も短い中空糸膜の濾過領域の長さ（真っ直ぐ伸ばしたときの長さ）が、９９８ｍｍから１００１ｍｍであったのに対し、ステンレススチールワイヤーの中空糸膜固定部材１３４ａと小束固定部材１３４ｂｉを除いた部分の長さ（濾過領域の長さ）（真っ直ぐ伸ばしたときの長さ）は、９８８ｍｍから９９０ｍｍとした。【００９０】
原水として濁度が３乃至５度の琵琶湖の湖水を、集水キャップ５側からポンプで３０分間吸引して、０．５ｍ３／ｍ２／ｄａｙの濾過水を製造し、その後、１ｍ３／ｍ２／ｄａｙの濾過水で１分間逆洗を行い、更に、エアスクラビング工程で１００Ｌ／ｍｉｎの圧縮エアを１分間、エア導入筒７を通じて中空糸膜モジュール１３１内へ吹き込んだ。そして、この濾過、逆洗およびエアスクラビングを数回繰り返す毎に１回、水槽内の原水を排水した。【００９１】
その結果、１２ヶ月経過しても、膜破断検査による中空糸膜の破断は確認されなかった。
【比較例２】
【００９２】
各小束に吊り下げ線状体を設けなかった以外は、実施例２と同様の中空糸膜モジュールを用いて、同様に原水の濾過を行った。その結果、約６ヶ月後の膜破断検査で、１本の中空糸膜が切断していることが分かり、該中空糸膜を樹脂で閉塞する作業を行った。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュールの下方から供給されたエアスクラビング用の圧縮エアが、中空糸膜の洗浄に有効に使用され、また、中空糸膜モジュール上部と下端の両方から懸濁物質が効率的に排出される。本発明の中空糸膜モジュールは、長期に亘り中空糸膜の濾過性能が低下せず、長期に亘り使用可能な中空糸膜モジュールである。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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