(57)【要約】【課題】膜分離装置において、濾過膜に堆積した異物をより確実に洗浄する。【解決手段】ケーシングと、親水性モノマーが共重合された単層構造を有し、ケーシングを被処理水Ｗ２が供給される濃縮側空間Ｓと被処理水Ｗ２から分離される透過水ＰＷが収容される透過側空間Ｐとに区画する濾過膜と、非浸漬状態の濃縮側空間Ｓにガスを供給する第一ガス供給装置１１と、濃縮側空間Ｓからガスを排出するガス排出部１４と、を備える膜分離装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
親水性モノマーが共重合された単層構造を有し、前記ケーシングを被処理水が供給される濃縮側空間と前記被処理水から分離される透過水が収容される透過側空間とに区画する濾過膜と、
非浸漬状態の前記濃縮側空間にガスを供給する第一ガス供給装置と、
前記濃縮側空間から前記ガスを排出するガス排出部と、を備える膜分離装置。
【請求項２】
前記透過側空間から前記ガスを吸引するガス吸引装置を備える請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記第一ガス供給装置を制御して前記濃縮側空間の圧力を変動させる制御装置を備える請求項１又は請求項２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記透過側空間に前記ガスを供給する第二ガス供給装置を備える請求項１又は請求項２に記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記第一ガス供給装置と前記第二ガス供給装置の少なくとも一方を制御して前記濃縮側空間と前記透過側空間の少なくとも一方の圧力を変動させる制御装置を備える請求項４に記載の膜分離装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記濃縮側空間と前記透過側空間の圧力差に基づいて前記第一ガス供給装置と前記第二ガス供給装置の少なくとも一方を制御する請求項５に記載の膜分離装置。
【請求項７】
前記第一ガス供給装置から供給される前記ガスの湿度を調整する噴霧装置を備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項８】
前記濃縮側空間の湿度に基づいて前記噴霧装置を制御する制御装置を備える請求項７に記載の膜分離装置。
【請求項９】
前記第一ガス供給装置から供給される前記ガスに薬品を噴霧する薬品噴霧装置を備える請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿などの有機性廃水を処理する膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
し尿などの有機性廃水を処理する場合、固液の分離にＭＦ（精密濾過）、ＵＦ（限外濾過）などの膜分離を用いることが主流となっている。
膜分離装置としては、ケーシングと、ケーシングを原水（被処理水）が供給される濃縮側空間と、原水から分離される透過水が収容される透過側空間とに区画する濾過膜と、を備えた膜モジュールを用いるものが知られている。膜分離装置は、濃縮側空間に原水を循環させながら濾過する方式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。濾過膜を透過した透過水は、吸引ポンプによって吸引されて、例えば、貯留槽に貯留されて適宜利用される。
【０００３】
し尿などの有機性廃水は、汚泥濃度が高濃度（１０，０００ｍｇ／リットル−１５，０００ｍｇ／リットル）であるため、濾過膜の表面や細孔内に汚泥などの異物が付着したり堆積したりする。これにより、ＦＬＵＸ（流出量）が低下するため、必要に応じて、薬品洗浄を行っている。薬品洗浄は、濾過膜の劣化を抑制するために、濾過膜を浸漬状態に保ちながら行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、薬品洗浄によって濾過膜を洗浄した場合においても、十分に異物が除去できず、ＦＬＵＸの回復が困難な場合がある。また、薬品のコストが高い、薬品の調整や、洗浄に必要な時間も多い、といった課題もある。
【０００６】
この発明は、濾過膜に堆積した異物をより確実に洗浄することができる膜分離装置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】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、膜分離装置は、ケーシングと、親水性モノマーが共重合された単層構造を有し、前記ケーシングを被処理水が供給される濃縮側空間と前記被処理水から分離される透過水が収容される透過側空間とに区画する濾過膜と、非浸漬状態の前記濃縮側空間にガスを供給する第一ガス供給装置と、前記濃縮側空間から前記ガスを排出するガス排出部と、を備える。
【０００８】
このような構成によれば、濾過膜の表面に付着する異物をガスの流れによって洗浄することができる。
また、濾過膜を親水性モノマーが共重合された単層構造とすることによって、濾過膜を非浸漬状態にした場合においても濾過膜が劣化することがない。よって、濾過膜を乾燥させて、分離対象物質を剥がれやすくすることができる。
【０００９】
上記膜分離装置において、前記透過側空間から前記ガスを吸引するガス吸引装置を備えてよい。
【００１０】
このような構成によれば、ガス吸引装置を用いて透過側空間からガスを吸引することによって、供給されるガスの流速を高められるため、洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００１１】
上記膜分離装置において、前記第一ガス供給装置を制御して前記濃縮側空間の圧力を変動させる制御装置を備えてよい。
【００１２】
このような構成によれば、濃縮側空間に供給されるガスの圧力を変動させることによって濾過膜が振動する。これにより、濾過膜からの異物の剥離性を向上させることができる。
【００１３】
上記膜分離装置において、前記透過側空間に前記ガスを供給する第二ガス供給装置を備えてよい。
【００１４】
このような構成によれば、濃縮側空間側から濾過膜に堆積した異物が濾過膜の透過側空間側から供給されるガスによっても吹き飛ばされる。これにより、洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
上記膜分離装置において、前記第一ガス供給装置と前記第二ガス供給装置の少なくとも一方を制御して前記濃縮側空間と前記透過側空間の少なくとも一方の圧力を変動させる制御装置を備えてよい。
【００１６】
上記膜分離装置において、前記制御装置は、前記濃縮側空間と前記透過側空間の圧力差に基づいて前記第一ガス供給装置と前記第二ガス供給装置の少なくとも一方を制御してよい。
【００１７】
このような構成によれば、濃縮側空間と透過側空間の圧力差に基づいてガスの供給を制御することによって、異物の剥離性を向上させることができる。
【００１８】
上記膜分離装置において、前記第一ガス供給装置から供給される前記ガスの湿度を調整する噴霧装置を備えてよい。
【００１９】
このような構成によれば、濃縮側空間に供給されるガスの湿度を調整することができる。これにより、濾過膜に付着する異物を剥がれやすくしたり、濾過膜が過度に乾燥することを防止することができる。
【００２０】
上記膜分離装置において、前記制御装置は、前記濃縮側空間の湿度に基づいて前記噴霧装置を制御してよい。
【００２１】
このような構成によれば、濃縮側空間のガスの湿度に基づいて、噴霧装置を制御することによって、濾過膜の乾燥状態を適切に保つことができる。
【００２２】
上記膜分離装置において、前記第一ガス供給装置から供給される前記ガスに薬品を噴霧する薬品噴霧装置を備えてよい。
【００２３】
このような構成によれば、薬品を使用することにより、洗浄効果をより向上させることができる。また、薬品をミスト状にして供給することによって、薬品の使用量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、濾過膜の表面に付着する異物をガスの流れによって洗浄することができる。また、濾過膜を親水性モノマーが共重合された単層構造とすることによって、濾過膜を非浸漬状態にした場合においても濾過膜が劣化することがない。よって、濾過膜を乾燥させて、分離対象物質を剥がれやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態の膜モジュールの概略断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の膜分離装置の洗浄方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第一実施形態の変形例の膜モジュールの概略断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図６】本発明の第三実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図７】本発明の第四実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図８】本発明の第五実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図９】本発明の第六実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【図１０】本発明の第七実施形態の水処理システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の膜分離装置を有する水処理システムについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の水処理システム１０は、配管１６を介して供給される被処理水Ｗ１（し尿、浄化槽汚泥を含む有機性廃水）が収容される原水槽１５と、原水槽１５から供給される被処理水Ｗ２（原水）を透過水ＰＷと濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離装置１と、を備えている。
【００２７】
原水槽１５の上流側には、被処理水Ｗ１に含まれる有機物を処理する生物処理水槽を設けてもよい。生物処理水槽は、例えば、硝化菌と脱窒菌の作用により液中のＢＯＤ、窒素化合物等を分解除去する装置である。
【００２８】
膜分離装置１は、複数の膜モジュール２と、膜モジュール２を洗浄する洗浄装置５と、を備えている。複数の膜モジュール２は、並列に配列されている。
図２に示すように、膜モジュール２は、ケーシング３と、ケーシング３の内部に配置された複数の管状の濾過膜４とを有している。膜分離装置１は、濾過膜４の内側に被処理水Ｗ２を循環させながら濾過する方式を用い、被処理水Ｗ２から透過水ＰＷを取り出す装置である。
濾過膜４は、ケーシング３を、被処理水Ｗ２が供給される濃縮側空間Ｓと、被処理水Ｗ２から分離される透過水ＰＷが収容される透過側空間Ｐとに区画する。
【００２９】
図１に示すように、洗浄装置５は、各々の膜モジュール２に洗浄用のガスを供給する第一ガス供給装置１１と、ガスを排出するガス排出部１４と、洗浄装置５の動作を制御する洗浄制御装置６と、を有している。
第一ガス供給装置１１は、膜モジュール２の濃縮側空間Ｓにガスを供給する装置である。
ガス排出部１４は、濃縮側空間Ｓからガスを排出する機能を有する。ガス排出部１４は、ガス排出配管１４Ａを有している。
【００３０】
洗浄制御装置６は、ガス排出部１４のガス排出配管１４Ａに設けられた異物検出部４１と、異物検出部４１から送信される信号に基づいて、第一ガス供給装置１１を制御する制御装置７と、を有している。
【００３１】
原水槽１５と膜分離装置１とは原水供給配管１７を介して接続されている。原水供給配管１７には、循環ポンプ２１が設けられている。原水槽１５に貯留された被処理水Ｗ２は、循環ポンプ２１によって加圧されながら、膜分離装置１に供給される。原水供給配管１７には、原水供給配管１７を流れる被処理水Ｗ２の流れを止めることができる原水供給バルブ２７が設けられている。
【００３２】
膜分離装置１から分離される透過水ＰＷは、透過水配管１８に導入される。透過水配管１８は、貯留槽２０に接続されている。即ち、膜モジュール２の透過水排出口３９（図２参照）は、透過水配管１８に接続されている。透過水配管１８には、吸引ポンプ２２が設けられている。
【００３３】
透過水ＰＷが分離されて膜分離装置１から排出される濃縮水Ｗ３は、循環配管１９を介して原水槽１５に導入される。即ち、膜モジュール２の濃縮水排出口３８（図２参照）は、循環配管１９に接続されて水処理システム１０の配管を循環する。
【００３４】
上述したように、複数の膜モジュール２は、並列に配列されている。具体的には、原水供給配管１７、透過水配管１８、及び循環配管１９は、各々の膜モジュール２に接続されている。
【００３５】
図２に示すように、膜モジュール２は、円筒形状のケーシング３と、複数の濾過膜４と、を備えている。
ケーシング３は、円筒形状をなすケーシング本体３Ａと、ケーシング本体３Ａの下端を閉鎖する第一側壁３５と、ケーシング本体３Ａの上端を閉鎖する第二側壁３６と、ケーシング本体３Ａに形成された被処理水導入口３７と、ケーシング本体３Ａに形成された濃縮水排出口３８と、ケーシング本体３Ａに形成された透過水排出口３９と、を有している。
ケーシング３は、ケーシング３の内部にガスを導入するガス供給配管１３と、ケーシング３の内部からガスを排出するガス排出配管１４Ａと、を有している。
【００３６】
膜モジュール２は、ケーシング３の内部を３つの空間に分割する、第一隔壁３０と第二隔壁３１と、を備えている。第一隔壁３０と第二隔壁３１には、複数の挿通孔３２が形成されている。挿通孔３２は、第一隔壁３０及び第二隔壁３１の板厚方向に貫通する孔である。挿通孔３２の内径は、濾過膜４の外径と同じ又は当該外径よりもやや大きい。
【００３７】
第一隔壁３０は、板形状をなす部材であり、ケーシング３の内部の下方（第一側壁３５の側）に固定されている。ケーシング本体３Ａと、第一隔壁３０と、第一側壁３５とによって囲まれる空間は、第一ヘッダ空間Ｓ１である。
第二隔壁３１は、板形状をなす部材であり、ケーシング３の内部の上方（第二側壁３６の側）に固定されている。ケーシング本体３Ａと、第二隔壁３１と、第二側壁３６とによって囲まれる空間は、第二ヘッダ空間Ｓ２である。
ケーシング本体３Ａと、第一隔壁３０と、第二隔壁３１とによって囲まれ、かつ、濾過膜４の外周側の空間は、透過側空間Ｐである。複数の濾過膜４から取り出された透過水ＰＷは、透過側空間Ｐに排出された後、透過水排出口３９を介して透過水配管１８（図１参照）に導入される。
【００３８】
被処理水導入口３７は、ケーシング３の外部と第一ヘッダ空間Ｓ１とを連通させる開口である。被処理水導入口３７は、ケーシング本体３Ａに形成されている。被処理水導入口３７は、ケーシング３の軸線Ａに沿う軸線方向における、第一隔壁３０と、第一側壁３５との間に設けられている。
濃縮水排出口３８は、ケーシング３の外部と第二ヘッダ空間Ｓ２とを連通させる開口である。濃縮水排出口３８は、ケーシング本体３Ａに形成されている。濃縮水排出口３８は、ケーシング３の軸線方向における、第二隔壁３１と、第二側壁３６との間に設けられている。
透過水排出口３９は、ケーシング３の外部と透過側空間Ｐとを連通させる開口である。透過水排出口３９は、ケーシング本体３Ａに形成されている。透過水排出口３９は、ケーシング３の軸線方向における、第一隔壁３０と、第二隔壁３１との間に設けられている。
【００３９】
濃縮側空間Ｓは、被処理水Ｗが導入される空間であり、第一ヘッダ空間Ｓ１、濾過膜４の内周側の空間である濾過膜内空間Ｓ３、及び第二ヘッダ空間Ｓ２からなる空間である。
透過側空間Ｐは、被処理水Ｗから分離された透過水ＰＷが収容される空間である。
【００４０】
各々の濾過膜４の一端は、第一隔壁３０の挿通孔３２に挿通された上で、挿通孔３２の内周面に固定されている。挿通孔３２の内周面と濾過膜４の外周面との間は、シール材（図示せず）によってシールされている。シール材としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂など、初期に粘性を持ち、経時的に硬化する材料が好ましい。
各々の濾過膜４の他端は、濾過膜４の一端と同様の方法で第二隔壁３１の挿通孔３２に固定されている。
【００４１】
ガス供給配管１３は、ケーシング３の第一側壁３５に接続されている。ガス供給配管１３は、第一ガス供給装置１１のガス供給部１２と第一ヘッダ空間Ｓ１とを接続する配管である。ガス供給配管１３は、ガス供給部１２と第一ヘッダ空間Ｓ１とを接続することができれば、第一側壁３５に設ける必要はない。
また、ガス供給配管１３を原水供給配管１７または被処理水導入口３７に接続し、被処理水導入口３７からガスを供給しても良い。
ガス排出配管１４Ａは、ケーシング３の第二側壁３６に接続されている。ガス排出配管１４Ａは、ケーシング３の外部と第二ヘッダ空間Ｓ２とを連通する配管である。ガス排出配管１４Ａは、ケーシング３の外部と第二ヘッダ空間Ｓ２とを連通することができれば、第二側壁３６に設ける必要はない。
また、ガス排出配管１４Ａを循環配管１９または濃縮水排出口３８に接続し、濃縮水排出口３８からガスを排出しても良い。
【００４２】
図１に示すように、第一ガス供給装置１１は、ガス供給部１２（ファン、送風機）と、ガス供給部１２によってエネルギーが与えられたガスを膜モジュール２の濃縮側空間Ｓに供給するガス供給配管１３と、ガス供給配管１３に設けられたガス供給バルブ２４と、を有している。
ガス供給部１２としては、送風機を採用することができる。送風機は、羽根車と、羽根車を回転駆動する電動機と、を有し、羽根車の回転運動によってガスにエネルギーを与える機械である。ガス供給部１２は、送風機に限ることはなく、圧縮機（コンプレッサ）や、ボンベでもよい。
【００４３】
ガス供給部１２によって供給されるガスは、濾過膜４に影響を与えないガスである。濾過膜４の詳細については、後述する。
ガス供給部１２によって供給されるガスは、例えば、空気、窒素ガスなどの不活性ガスである。窒素ガスを供給する場合は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：圧力変動吸着）装置を用いて、空気から窒素を分離することができる。
【００４４】
ガス排出部１４は、ガス排出配管１４Ａと、ガス排出配管１４Ａに設けられたガス排出バルブ２５と、を有している。ガス排出部１４は、濃縮側空間Ｓからガスを排出する機能があれば、配管の形状を有する必要はない。例えば、ケーシング３の壁に開閉自在の蓋を設けてもよい。
【００４５】
洗浄制御装置６の異物検出部４１は、ガス排出配管１４Ａを流れるガスＧに、異物が含まれるか否かを検出するセンサである。異物検出部４１としては、例えば、赤外線センサを採用することができる。異物検出部４１は、単位時間当たりの異物の数または濃度を検出して、ガス排出配管１４Ａを流れるガスＧに所定量の異物が含まれない状態となった場合に制御装置７へ信号を送信し、制御装置７は、異物検出部４１から送信された信号を受信すると、第一ガス供給装置１１を停止するように設定されている。
または、異物検出部４１は、上記異物の数または濃度を検出して、単位時間毎に連続的に当該検出結果を制御装置７へ信号として送信し、これを受信した制御装置７が上記所定量の異物が含まれない状態となったか否かを判定し、その判定結果に基づいて第一ガス供給装置１１を停止する構成としてもよい。
異物検出部４１は、赤外線センサに限らず、レーザーセンサ、音響センサ、振動センサなどを用いて異物を検出してもよい。
【００４６】
制御装置７は、ガス排出配管１４Ａを流れるガスＧに異物が含まれなくなった段階で、濃縮側空間Ｓに供給されるガスＧを停止するように設定されている。具体的には、制御装置７は、ガス供給部１２を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５を閉じて、濃縮側空間ＳへのガスＧの供給を停止する。
なお、洗浄開始の際、指示装置６２（例えば、スイッチ）から洗浄開始の指示信号を受けた洗浄制御装置６の制御装置７が、濃縮側空間ＳにガスＧを供給するように設定されている。具体的には、制御装置７は、指示信号を受けたことにより、循環ポンプ２１及び吸引ポンプ２２を停止し、原水供給バルブ２７を閉じ、後述のドレインバルブを開いて濾過膜内空間Ｓ３に被処理水Ｗ２が存在しない非浸漬状態とした後、当該ドレインバルブを閉じ、そして、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５を開き、ガス供給部１２を動作させて濃縮側空間ＳへのガスＧの供給を開始する。
【００４７】
濾過膜４は、円筒形状をなし、単一主要構成素材に親水性モノマーが共重合された単層構造の高分子濾過膜によって形成されている。
即ち、濾過膜４は、主要材料が１種類の素材によって形成されている。主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、濾過膜４を形成する素材（例えば、樹脂）において、１種類の樹脂が５０質量％以上を占めていることを意味する。
また、主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、その１種類の素材の性質が構成素材の性質を支配していることを意味する。具体的には、１種類の樹脂が５０質量％−９９質量％を有する素材を意味する。
【００４８】
濾過膜４を構成する主要材料としては、塩化ビニル系樹脂、ポリスルホン（ＰＳ）系、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）系、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ポリエーテルスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリイミド（ＰＩ）系などの高分子材料を用いることができる。
【００４９】
濾過膜４を構成する主要材料としては、特に塩化ビニル系樹脂が好ましい。塩化ビニル系樹脂としては、塩化ビニル単独重合体（塩化ビニルホモポリマー）、塩化ビニルモノマーと共重合可能な不飽和結合を有するモノマーと塩化ビニルモノマーとの共重合体、重合体に塩化ビニルモノマーをグラフト共重合したグラフト共重合体、これらの塩化ビニルモノマー単位が塩素化されたものからなる（共）重合体などが挙げられる。
【００５０】
親水性モノマーとしては、例えば、
（１）アミノ基、アンモニウム基、ピリジル基、イミノ基、ベタイン構造などのカチオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（２）水酸基、アミド基、エステル構造、エーテル構造などの親水性の非イオン性基含有ビニルモノマー、
（３）カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などのアニオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（４）その他のモノマー等が挙げられる。
【００５１】
濾過膜４の管径は、被処理水Ｗ２の性状等によって適宜選択することができ、例えば被処理水Ｗ２について粗繊維量αが２００ｍｇ／リットル以下の場合は、濾過膜４の内径を５ｍｍ以下、粗繊維量αが２００ｍｇ／リットルより大きく５００ｍｇ／リットルより小さい場合は、濾過膜４の内径を５ｍｍ−１０ｍｍ、粗繊維量αが５００ｍｇ／リットル以上の場合は、濾過膜４の内径を１０ｍｍ以上とすることができる。
管径を選択する事によって、粗繊維分による濾過膜４の閉塞を抑制することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の水処理システム１０の作用について説明する。
まず、被処理水Ｗ１は、原水槽１５に貯留される。原水槽１５から排出された被処理水Ｗは、循環ポンプ２１を介して膜分離装置１に供給されると、膜モジュール２の濾過膜４内に送り込まれる。一方、膜モジュール２のケーシング３内における透過側空間Ｐは吸引ポンプ２２の作動により、負圧となる。吸引ポンプ２２は、透過水排出口３９を通して濾過膜４を流れる被処理水Ｗの流れに対して略直交する方向に吸引する。濾過膜４から透過された透過水ＰＷは、透過水排出口３９及び透過水配管１８を介して貯留槽２０に貯留される。
【００５３】
膜分離装置１から排出される濃縮水Ｗ３は、余剰汚泥を除いて原水槽１５に導入されて、再度、処理が行われる。
【００５４】
次に、本実施形態の膜分離装置１の洗浄工程について説明する。ここでは、異物検出部４１は、上述のように、異物の数または濃度を検出して、単位時間毎に連続的に当該検出結果を制御装置７へ電気信号として送信し、これを受信した制御装置７が上記所定量の異物が含まれない状態となったか否かを判定し、その判定結果に基づいて第一ガス供給装置１１を停止する構成の場合を例として説明する。使用者は、膜モジュール２の機能が低下した場合や、定期的な検査時において、上記指示装置６２を操作することで洗浄開始の指示信号を洗浄制御装置６に発信し、膜分離装置１（膜モジュール２）を洗浄することができる。
洗浄工程を自動的に開始する為の他の例として、タイマにより濾過運転時間を設定して、定期的に洗浄工程を開始する制御、膜透過水量と吸引圧力により、洗浄工程を開始する制御を行うことが可能である。
図３に示すように、本実施形態の膜分離装置１の洗浄工程は、原水の循環を停止させる原水停止工程Ｐ１と、濾過膜４を乾燥させて濃縮側空間Ｓを非浸漬状態とする乾燥工程Ｐ２と、第一ガス供給装置１１を作動させて非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給するガス供給工程Ｐ３と、排出されるガスＧに異物が含まれているか否かを判定する異物判定工程Ｐ４と、ガスＧの供給を停止するガス停止工程Ｐ５と、を有している。
【００５５】
原水停止工程Ｐ１では、使用者が指示装置６２を動作させることで発信した洗浄開始の指示信号を受信した洗浄制御装置６の制御装置７が、循環ポンプ２１を停止するとともに、原水供給バルブ２７を閉状態とすることによって、膜分離装置１に被処理水Ｗ２が供給されないようにする。
乾燥工程Ｐ２では、例えば、ケーシング３の下部に設けられているドレンバルブ（図示せず）を、制御装置７が開けることによって、膜モジュール２内に残された被処理水Ｗ２を抜く。即ち、濾過膜内空間Ｓ３に被処理水Ｗ２が存在しない非浸漬状態にする。
次いで、一定時間放置することによって、濾過膜４を乾燥させる。
このとき、制御装置７は当該ドレンバルブを閉じる。濾過膜４が、親水性モノマーが共重合された単層構造を有することによって、濾過膜４は親水性を保つ。
濾過膜４が乾燥することによって、汚泥などの分離対象物質が濾過膜４の内周面から剥がれやすくなる。
【００５６】
ガス供給工程Ｐ３では、制御装置７が第一ガス供給装置１１を作動させて、膜モジュール２の第一ヘッダ空間Ｓ１、即ち、非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給する。この際、ガス供給バルブ２４及びガス排出バルブ２５は、制御装置７が開状態とする。第一ヘッダ空間Ｓ１にガスＧが供給されることによって、ガスＧは、濾過膜４の内部である濾過膜内空間Ｓ３に導入される。ガスＧが濾過膜内空間Ｓ３に導入されることによって、分離対象物質は吹き飛ばされる。吹き飛ばされた分離対象物質は、第二ヘッダ空間Ｓ２に導入された後、ガス排出配管１４Ａより排出される。
【００５７】
異物判定工程Ｐ４では、洗浄制御装置６の制御装置７が、異物検出部４１から検出結果を連続的に電気信号として受信し、これを参照して、ガス排出配管１４Ａを流れるガスＧに所定量の異物が含まれているか否かを判定する。
ガスＧに所定量以上の異物が含まれている場合は、ガスＧの供給を続行する。
ガスＧ中の異物が所定量より少なくなった又は異物が含まれていないと判断された場合は、ガス停止工程Ｐ５にて、制御装置７は、第一ガス供給装置１１のガス供給部１２を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５を閉じて、濃縮側空間ＳへのガスＧの供給を停止し、一連の洗浄工程を終了する。
【００５８】
上記実施形態によれば、濾過膜４の表面に付着する異物を第一ガス供給装置１１から供給されるガスＧの流れによって洗浄することができる。
また、濾過膜４を親水性モノマーが共重合された単層構造とすることによって、濾過膜４を非浸漬状態にした場合においても濾過膜４が劣化することがない。よって、濾過膜４を乾燥させて、分離対象物質を剥がれやすくすることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、膜モジュール２として、濾過膜４を並列に配列した膜モジュール２を採用したがこれに限ることはない。
また、乾燥工程Ｐ２とガス供給工程Ｐ３は同時に行ってもよい。すなわち、制御装置７がドレインバルブを開いて濾過膜内空間Ｓ３を非浸漬状態とした後、制御装置７がドレインバルブを閉じ、その後、制御装置７が第一ガス供給装置１１を作動させて濃縮側空間ＳにガスＧを供給しつつ、濾過膜４を乾燥させてもよい。
また、ガス排出部１４にガスＧを吸引するガス吸引装置（送風機）を備えてもよい。このような構成によれば、ガス吸引装置を用いてガス排出部１４からガスＧを吸引することによって、供給されるガスＧの流速を高めることで、濾過膜４の内周面から汚泥などの分離対象物質をより短時間で効果的に剥がすことができ、洗浄に要する時間を短縮することができる。
さらに、次のような変形例としてもよい。
図４は、本発明の第一実施形態の変形例の膜モジュール２Ｂの概略断面図である。図４に示すように、複数の濾過膜４を直列に接続してもよい。即ち、複数の濾過膜４の一端同士、及び濾過膜４の他端同士、を複数の濾過膜４が直列的に接続されるように接続する複数のＵ字状の管状の第一接続部材４３を有する構成としてもよい。
【００６０】
このとき、直列に接続された複数の濾過膜４と被処理水導入口３７とを管状の第二接続部材４４で直接的に接続するとともに、直列に接続された複数の濾過膜４と濃縮水排出口３８とを管状の第三接続部材４５で直接的に接続してもよい。この場合、図２で第一側壁３５に配置されたガス供給配管１３は、被処理水導入口３７または原水供給配管１７に接続する。また、図２で第二側壁３６に配置されたガス排出配管１４Ａは、濃縮水排出口３８または循環配管１９に接続する。
また、第一側壁３５と第二側壁３６をなくすなど、ケーシング３の構成を変更してもよい。
【００６１】
膜モジュール２の濾過膜は管状に限ることはない。例えば、平面状の濾過膜を用いて、ケーシング３を濃縮側空間Ｓと透過側空間Ｐとに区画する膜モジュール２の採用も可能である。
【００６２】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の膜分離装置１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００６３】
図５に示すように、本実施形態の膜分離装置１Ｂの洗浄装置５Ｂは、透過側空間Ｐからガスを吸引するガス吸引装置４６を備えている。
ガス吸引装置４６は、ガス吸引部４７（ファン）と、ガス吸引部４７によって吸引されたガスをケーシング３の外部に排出するガス吸引配管４８と、ガス吸引配管４８に設けられたガス吸引バルブ４９と、を有している。
ガス吸引配管４８は、透過水配管１８もしくは透過水排出口３９に接続し、透過水排出口からガスを排出してもよい。
【００６４】
本実施形態の膜分離装置１Ｂの洗浄装置５Ｂは、ガス供給工程Ｐ３において、ガス吸引装置４６を用いて透過側空間Ｐから濾過膜内空間Ｓ３のガスを吸引する。具体的には、制御装置７が、第一ガス供給装置１１を作動させて、非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給する際、制御装置７はガス吸引バルブ４９を開けるとともにガス吸引部４７を動作させて、透過側空間Ｐから濾過膜内空間Ｓ３のガスを吸引する。
これにより、供給されるガスＧの流速を高め、また、ろ過膜内空間Ｓ３のガスＧの流れを乱流とすることで、濾過膜４の内周面から汚泥などの分離対象物質をより短時間で効果的に剥がすと共に、濾過膜に付着した汚泥などの分離対象物質を乾燥させて、続く薬品洗浄などの処理における洗出し効果を高めることができる。
なお、ガス停止工程Ｐ５においては、制御装置７は、第一ガス供給装置１１のガス供給部１２及びガス吸引部４７を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５とガス吸引バルブ４９を閉じて、濃縮側空間ＳへのガスＧの供給を停止するとともに濾過膜内空間Ｓ３のガスの吸引を停止する。
【００６５】
上記実施形態によれば、ガス吸引装置４６を用いて透過側空間Ｐからガスを吸引することによって、洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００６６】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の膜分離装置１Ｃを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００６７】
図６に示すように、本実施形態の膜分離装置１Ｃの洗浄装置５Ｃは、透過側空間Ｐにガスを供給する第二ガス供給装置２３をさらに備えている。第二ガス供給装置２３は、第二ガス供給部２８（ファン、送風機）と、ガスを膜モジュール２の透過側空間Ｐに供給する第二ガス供給配管２９と、第二ガス供給配管２９に設けられた第二ガス供給バルブ３３と、を有している。
【００６８】
本実施形態の膜分離装置１Ｃの洗浄装置５Ｃは、ガス供給工程Ｐ３において、第一ガス供給装置１１を用いて濃縮側空間Ｓにガスを供給するとともに、第二ガス供給装置２３を用いて透過側空間Ｐにガスを供給する。具体的には、制御装置７が、第一ガス供給装置１１を作動させて非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給する際、制御装置７は第二ガス供給バルブ３３を開けるとともに第二ガス供給部２８を動作させて、透過側空間Ｐから濾過膜内空間Ｓ３へもガスを供給することができる。第二ガス供給部２８により供給されるガスは、ガス供給部１２によって供給されるガスと同じまたは同様の濾過膜４に影響を与えないガスである。
なお、ガス停止工程Ｐ５においては、制御装置７は、ガス供給部１２及び第二ガス供給部２８を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５と第二ガス供給バルブ３３を閉じて、ガスＧの供給を停止するとともに透過側空間Ｐへのガスの供給を停止する。
【００６９】
上記実施形態によれば、濾過膜４の内周面に堆積した異物が濾過膜４の外周側から供給されるガスによっても吹き飛ばされる。これにより、濾過膜４の内周面から汚泥などの分離対象物質をより短時間で効果的に剥がすことができ、よって、洗浄に要する時間を短縮することができる。
ここでは制御装置７は、第一ガス供給装置１１と第二ガス供給装置２３を同時に作動させているが、所定時間毎に交互に作動させてもよい。
また、異物の堆積状況によっては、第二ガス供給装置２３からのみガスを供給することもできる。
また、制御装置７が、第二ガス供給装置２３のみを作動させ、第一実施形態の膜分離装置１の逆洗浄を行ってもよい。
【００７０】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態の膜分離装置１Ｄを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の膜分離装置１Ｄの洗浄装置５Ｄは、第一ガス供給装置１１から供給されるガスの湿度を調整するための噴霧装置５１を備えている。
噴霧装置５１は、水などの液体が貯留されている水タンク５２と、水タンク５２に貯留されている水をガス供給配管１３に導入する水配管５３と、水タンク５２に貯留された水を吸い上げるポンプである水ポンプ５４と、水配管５３の出口（ガス供給配管１３に開口する出口）に配置され、水をミスト状にして噴霧するためのスプレー６３と、を有している。
また、水タンク５２に貯留される液体には、貯留槽２０に貯留された透過水の一部を用いてもよい。
【００７１】
本実施形態の膜分離装置１Ｄの洗浄装置５Ｄは、ガス供給工程Ｐ３において、第一ガス供給装置１１を用いて濃縮側空間Ｓにガスを供給するとともに、噴霧装置５１を用いてガスにミストを噴霧する。具体的には、制御装置７が、第一ガス供給装置１１を作動させて非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給する際、制御装置７は噴霧装置５１のスプレー６３を動作させてミスト状に水を噴出する。これにより、ガスの湿度が上昇する。
噴霧するミストの量は、事前に行う実験などによって決定することができる。例えば、異物の剥がれやすさとガスの湿度との関係を用いて、ミストの量を決定してよい。また、濾過膜４の過度の乾燥を防ぐためにミストを噴霧してもよい。
なお、ガス停止工程Ｐ５においては、制御装置７は、ガス供給部１２を停止かつ上記スプレー６３による噴霧を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５とを閉じて、湿度調整されたガスＧの供給を停止する。
【００７２】
上記実施形態によれば、濃縮側空間Ｓに供給されるガスＧの湿度を調整することができる。これにより、濾過膜４に付着する異物を剥がれやすくしたり、濾過膜４が過度に乾燥することを防止することができる。
【００７３】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態の膜分離装置１Ｆを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第三実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の洗浄装置５Ｆは、濃縮側空間Ｓと透過側空間Ｐの圧力差を測定する差圧センサ５５を有している。本実施形態の制御装置７は、差圧センサ５５によって測定された濃縮側空間Ｓと透過側空間Ｐの圧力差に基づいて第一ガス供給装置１１を制御する。
【００７４】
本実施形態の差圧センサ５５は、透過水配管１８内の気圧と、ガス供給配管１３内の気圧を測定して濃縮側空間Ｓと透過側空間Ｐの気圧差を算出する。差圧センサ５５によって測定する場所は、透過水配管１８内、ガス供給配管１３内に限ることはなく、ケーシング３（図２参照）の内部の気圧を直接的に測定してもよい。
【００７５】
本実施形態の制御装置７は、濃縮側空間Ｓの気圧が透過側空間Ｐの気圧よりも低い場合に、濃縮側空間Ｓにガスを供給し、透過側空間Ｐの気圧が濃縮側空間Ｓの気圧よりも低い場合に、透過側空間Ｐにガスを供給するように、第一ガス供給装置１１及び第二ガス供給装置２３を制御する。これにより、濾過膜４が振動するなどして濾過膜４に付着する異物が剥がれやすくなる。
【００７６】
上記実施形態によれば、濃縮側空間Ｓと透過側空間Ｐの気圧差に基づいてガスの供給を制御することによって、異物の剥離性を向上させることができる。
【００７７】
〔第六実施形態〕
以下、本発明の第六実施形態の膜分離装置１Ｇを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第四実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図９に示すように、本実施形態の膜分離装置１Ｇの洗浄装置５Ｇは、ガス排出配管１４Ａに設けられた湿度センサ５６を有している。湿度センサ５６はガス排出配管１４Ａを流れるガスＧの湿度を測定する機能を有している。ガス排出配管１４Ａの湿度は、濃縮側空間Ｓの湿度と略同等であるため、ガス排出配管１４Ａの湿度を測定することによって、濃縮側空間Ｓの湿度を把握することができる。
【００７８】
本実施形態の制御装置７は、湿度センサ５６によって測定されたガス排出配管１４Ａを流れるガスＧの湿度に基づいて噴霧装置５１を制御する。
例えば、制御装置７は、ケーシング３から排出されるガスの湿度が第一の閾値よりも低くなった場合に、噴霧装置５１のスプレー６３から噴霧されるミストの量を増量する制御を行うことができる。また、制御装置７は、ケーシング３から排出されるガスの湿度が第二の閾値よりも高くなった場合に、噴霧装置５１のスプレー６３から噴霧されるミストの量を減量する制御を行うことができる。
【００７９】
上記実施形態によれば、濃縮側空間のＳの湿度に基づいて、噴霧装置５１から噴霧されるミストの量を調整することによって、異物の剥離性に効果的な湿度や濾過膜４の乾燥状態を適切に保つことができる。
【００８０】
なお、上記実施形態の膜分離装置１Ｇは、湿度センサ５６がガス排出配管１４Ａの湿度を参照する構成としたが、これに限ることはない。例えば、ケーシング３内に湿度センサを配置して、濃縮側空間Ｓの湿度を直接的に測定する構成としてもよい。
【００８１】
〔第七実施形態〕
以下、本発明の第七実施形態の膜分離装置１Ｈを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の膜分離装置１Ｈの洗浄装置５Ｈは、濃縮側空間Ｓ供給されるガスに霧状の薬品（薬剤）である薬品ミストを混合する薬品噴霧装置５７を備えている。
【００８２】
薬品噴霧装置５７は、液状の薬品を貯留する薬品タンク５８と、薬品タンク５８内の薬品をガス供給配管１３に供給する薬品供給配管５９と、ガスと共に薬品を回収する薬品回収配管６１と、薬品供給配管５９の出口に配置され、薬品をミスト状にして噴霧するためのスプレー６４と、を有している。また、薬品供給配管５９には、薬品タンク５８に貯留された薬品を吸い上げるポンプである薬品ポンプ６０が設けられている。
または、薬品をミスト状に噴霧することが可能な装置として、スプレー６４の代わりに、イゼクターなど、圧力差により薬品を噴霧する装置を設けることもでき、この場合薬品ポンプ６０の代わりに、配管５９に流量計と流量調節弁を設けて薬品の噴霧量を調節する。
そして、ガス供給工程Ｐ３において、第一ガス供給装置１１を用いて濃縮側空間Ｓにガスを供給するとともに、薬品噴霧装置５７を用いてガスに薬品を噴霧する。具体的には、制御装置７が、第一ガス供給装置１１を作動させて非浸漬状態の濃縮側空間ＳにガスＧを供給する際、制御装置７は薬品噴霧装置５７のスプレー６４を動作させてミスト状に薬品を噴出する。
なお、ガス停止工程Ｐ５においては、制御装置７は、ガス供給部１２を停止かつ上記スプレー６４による噴霧を停止するとともに、ガス供給バルブ２４とガス排出バルブ２５とを閉じて、薬品を含むガスＧの供給を停止する。
【００８３】
薬品は、塩酸、硫酸、クエン酸、シュウ酸などの酸、苛性ソーダなどのアルカリ、次亜塩素酸ソーダなどの酸化剤、フロリジルや、界面活性剤などの酵素洗剤や中性洗剤を採用することができる。
【００８４】
上記実施形態によれば、薬品を使用することにより、洗浄効果をより向上させることができる。また、薬品をミスト状にして供給することによって、薬品の使用量を低減することができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
例えば、濾過膜４の本数に関して、図２などには５本の濾過膜４を示したが、濾過膜４の本数はこれに限ることはない。
電気的制御を行うため、第一乃至第六実施形態にて示すバルブは、電気信号を受けて開閉動作をする電磁バルブであることが望ましい。
また、ガス供給工程Ｐ３において、制御装置７は、第一ガス供給装置１１から供給されるガスの流量が周期的に変化するように、第一ガス供給装置１１や第二ガス供給装置２３、またはガス吸引装置４６の送風機を間欠的に、または、周期的に強弱をつけて作動させてもよい。または、第一ガス供給装置１１、第二ガス供給装置２３、またはガス吸引装置などの送風機のうち、少なくとも１つの送風機を間欠的に、または、周期的に強弱をつけて作動させてもよい。これにより、濃縮側空間Ｓの圧力が変動する。濃縮側空間Ｓの圧力が変動することによって濾過膜４が振動し、濾過膜４に付着する異物の剥離がさらに促進される。
【符号の説明】
【００８６】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｇ  膜分離装置
２  膜モジュール
３  ケーシング
４  濾過膜
５，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｆ，５Ｇ  洗浄装置
６  洗浄制御装置
７  制御装置
１０  水処理システム
１１  第一ガス供給装置
１２  ガス供給部
１３  ガス供給配管
１４  ガス排出部
１４Ａ  ガス排出配管
１５  原水槽
１７  原水供給配管
１８  透過水配管
１９  循環配管
２０  貯留槽
２１  循環ポンプ
２２  吸引ポンプ
２３  第二ガス供給装置
２４  ガス供給バルブ
２５  ガス排出バルブ
２７  原水供給バルブ
２８  第二ガス供給部
２９  第二ガス供給配管
３０  第一隔壁
３１  第二隔壁
３３  第二ガス供給バルブ
３５  第一側壁
３６  第二側壁
３７  被処理水導入口
３８  濃縮水排出口
３９  透過水排出口
４１  異物検出部
４３  第一接続部材
４４  第二接続部材
４５  第三接続部材
４６  ガス吸引装置
４７  ガス吸引部
４８  ガス吸引配管
４９  ガス吸引バルブ
５１  噴霧装置
５２  水タンク
５３  水配管
５４  水ポンプ
５５  差圧センサ
５６  湿度センサ
５７  薬品噴霧装置
５８  薬品タンク
５９  薬品供給配管
６０  薬品ポンプ
６１  薬品回収配管
６２  指示装置（スイッチ）
６３  スプレー
６４  スプレー
Ｐ  透過側空間
ＰＷ  透過水
Ｓ１  第一ヘッダ空間
Ｓ２  第二ヘッダ空間
Ｓ３  濾過膜内空間
Ｓ  濃縮側空間
Ｗ１，Ｗ２  被処理水
Ｗ３  濃縮水
【図１】
2017104832.tif 000003
【図２】
2017104832.tif 000004
【図３】
2017104832.tif 000005
【図４】
2017104832.tif 000006
【図５】
2017104832.tif 000007
【図６】
2017104832.tif 000008
【図７】
2017104832.tif 000009
【図８】
2017104832.tif 000010
【図９】
2017104832.tif 000011
【図１０】
2017104832.tif 000012