(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の中空糸膜が長さ方向両端で結合されている中空糸束からなり、中空糸束の長さ方向一端を下方に他端を上方に配置し、中空糸束の外周側から原水を導入して使用される外圧型中空糸膜モジュールにおいて、
中空糸束の長さ方向下端部に筒状の原水導入部を設け、原水導入部内に中空糸束の結合部分を配置し、前記結合部分に、中空糸束の長さ方向に延びる複数個の気体導入孔が形成され、前記原水導入部の前記結合部分より下側の部分をスカート部とし、
前記原水導入部に中空糸束の長さ方向に延びる一つ以上の原水導入孔を設け、前記原水導入孔の基端を前記結合部分をなす円柱の断面円内に配置し、前記原水導入孔の先端を前記スカート部の下端面より突出させて設けたことを特徴とする外圧型中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記原水導入孔は、前記結合部分をなす円柱の断面円の中心に一つ配置され、前記複数個の気体導入孔は、前記断面円内の前記原水導入孔以外の部分に均一な分布で形成されている請求項１記載の外圧型中空糸膜モジュール。
【請求項３】
少なくとも中空糸束の長さ方向他端側を除いて中空糸束の外周を外筒で囲い、中空糸束と外筒との間に、原水および気体導入孔から導入された気体を通過させる空間を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の外圧型中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜分離活性汚泥法等の廃水処理方法において、活性汚泥槽等に浸漬して使用される外圧型の中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水処理方法として近年注目されている膜分離活性汚泥法においては、活性汚泥槽に膜モジュールを浸漬して処理水と汚泥とを分離することが行われる。この方法では、通常、活性汚泥の菌体濃度（いわゆるＭＬＳＳ：混合液浮遊性固形物）を１００００〜２００００と極めて高くして処理を行う。また、原水中の夾雑物の混入により、ＳＳ（浮遊性固形物）濃度も処理時間と共に高くなってくる。また、余剰汚泥の引き抜きを少量ずつ行うことで、処理時間が長期になるとＭＬＳＳやＳＳ濃度はほぼ一定となる。
【０００３】
この膜分離活性汚泥法で外圧型の中空糸膜モジュール（中空糸束の外周側から原水を導入して使用するタイプの中空糸膜モジュール）を用いると、この膜モジュールに汚泥や夾雑物が徐々に蓄積し、長期間の処理によって膜モジュールによる濾過効率は低下する。特に、中空糸膜の直径（内径）が５００、６００μｍ以下と細い場合にその傾向は顕著であり、夾雑物や汚泥が中空糸膜に付着したり絡み付いたりする。夾雑物や汚泥を含んだ原水は、中空糸膜モジュールの原水導入口の周辺や濃縮水（濾過水が除かれた原水）の排出口の周辺に溜まり易い。
【０００４】
このような中空糸膜モジュールに汚泥や夾雑物が蓄積することを防止する方法として、従来より、曝気を行ったり、中空糸膜の直径を大きくしたり、膜モジュールの構造に工夫を凝らしたりすることが行われているが、未だに効果的な方法は得られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、活性汚泥槽等に浸漬して使用される外圧型の中空糸膜モジュールにおいて、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積されないようにして、長期間安定的な濾過性能が発揮されるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、多数の中空糸膜（濾過膜を中空糸状に形成したもの）が長さ方向両端で結合されている中空糸束からなり、中空糸束の長さ方向一端を下方に他端を上方に配置し、中空糸束の外周側から原水を導入して使用される外圧型中空糸膜モジュールにおいて、中空糸束の長さ方向下端部に筒状の原水導入部を設け、原水導入部内に中空糸束の結合部分を配置し、前記結合部分に、中空糸束の長さ方向に延びる複数個の気体導入孔が形成され、前記原水導入部の前記結合部分より下側の部分をスカート部とし、前記原水導入部に中空糸束の長さ方向に延びる一つ以上の原水導入孔を設け、前記原水導入孔の基端を前記結合部分をなす円柱の断面円内に配置し、前記原水導入孔の先端を前記スカート部の下端面より突出させて設けたことを特徴とする外圧型中空糸膜モジュールを提供する。
【０００７】
本発明の外圧型中空糸膜モジュールを、前記一端側を下側にして活性汚泥槽等に浸漬して使用すると、原水は、中空糸束の外周側からだけでなく、中空糸束の下端（前記一端）の原水導入孔から上方にも導入される。また、下端に設けた複数個の気体導入孔から中空糸束内に気体が導入されることにより、モジュール内に導入された原水は、エアリフト効果で中空糸束内を上昇していく。この気体導入によって気体導入孔の近傍の原水に気泡が生じ、この気泡が前記原水を攪拌する。
【０００８】
その結果、本発明の外圧型中空糸膜モジュールによれば、前記原水導入孔および気体導入孔がない場合と比較して、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難くなる。
原水導入孔の数は１つであってもよいし２つ以上であってもよい。ただし、中空糸束に均一に原水が導入されるようにする必要があるため、１つの場合は中空糸束の端面の中心部に設け、２つ以上の場合はバランスの良い配置にする必要がある。また、原水導入孔は気体導入孔よりも突出させて設ける必要がある。
【０００９】
本発明の外圧型中空糸膜モジュールにおいては、少なくとも中空糸束の長さ方向他端側を除いて中空糸束の外周を外筒で囲い、中空糸束と外筒との間に、原水および気体導入孔から導入された気体を通過させる空間を設けることが好ましい。
これにより、前記空間内を気体および原水が整流されて通過するため、この空間内でのばっ気により中空糸膜面の洗浄が効率的に行われる。その結果、前記外筒がない場合と比較して、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難くなる効果が高い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に相当する中空糸膜モジュールを、図１および２を用いて説明する。図１は、この実施形態の中空糸膜モジュールの使用状態（活性汚泥槽等の水槽への浸漬状態）を示す正面図である。図２（ａ）はこの実施形態の中空糸膜モジュールの部分断面図であり、図２（ｂ）はこの実施形態の中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図である。
【００１１】
図１に示すように、このモジュールは、中空糸束１と、中空糸束１の長さ方向下端部（一端側）に設けた原水導入部２と、中空糸束１の長さ方向上端部（他端側）に設けた濾過水回収部３と、原水導入部２と濾過水回収部３との間で中空糸束１を囲う円筒状のケース４とで構成されている。中空糸束１は、多数の中空糸膜が長さ方向両端で結合されたものであり、これら両端の結合されている部分が原水導入部２および濾過水回収部３内に入っている。原水導入部２には、水槽の外部に設置されたブロア２８からの配管Ｈ１の先端が配置され、濾過水回収部３には、水槽の外部に設置されたポンプ３８からの配管Ｈ２が接続されている。
【００１２】
また、原水導入部２とケース４との間の中空糸束１が露出している部分５が、中空糸束１の外周側からの原水導入口となっている。濾過水回収部３とケース４との間の中空糸束１が露出している部分６が、中空糸束１とケース４との間を通った気体や原水および濃縮水の排出口となっている。また、原水導入部２に、中空糸束１の長さ方向に延びる原水導入孔７が設けてある。
【００１３】
原水導入部２内に入っている中空糸束１の結合部分は、中空糸膜を束ねた状態でその長さ方向端部を接着剤に入れて引き上げた後、この接着剤を硬化することによって中空糸膜を結合したものであり、中空糸膜の糸孔内にも固化した接着剤が入っている。図２ではこの結合部分を符号「１１」で示す。すなわち、図２においては、この結合部分１１を、中空糸膜と接着剤とを区別しないで一体の円柱体とみなし、この円柱状の結合部分１１を断面にしてある。
【００１４】
この結合部分１１に、中空糸束１の長さ方向と平行に延びる複数個の気体導入孔１２が形成されている。各気体導入孔１２は、図２（ｂ）に示すように、結合部分１１をなす円柱の断面円内に均一な分布で形成されている。原水導入孔７の基端は、この結合部分１１の断面円の中心に固定されている。
原水導入部２をなす円筒の長さは結合部分１１をなす円柱よりも長く、この円筒の結合部分１１より下側の部分２１は、気体相Ｋを形成するためのスカート部２１となっている。また、スカート部２１に入れた気体が原水導入孔７に入らないようにするために、原水導入孔７の先端を原水導入部２の下端面より所定値Ａだけ（例えば１ｃｍ以上）突出させる。
【００１５】
さらに、原水導入孔７の断面円の内径Ｂは、原水導入部２をなす円筒の断面円の内径Ｃよりも小さくする必要があり、例えば、原水導入孔７の断面円の面積〔π（Ｂ／２）2 〕が、原水導入部２をなす円筒の断面円の面積〔π（Ｃ／２）2 〕の５％以上１５％以下となるようにすることが好ましい。
ここで、実施例１として、この中空糸膜モジュールを、ＭＬＳＳが１００００〜１５０００である下水処理水が入った活性汚泥槽内に入れ、膜分離活性汚泥法による処理を下記の条件で行った。
【００１６】
中空糸束：内径が０．７ｍｍで外径が１．１ｍｍであるポリフッ化ビニリデン製の中空糸からなり、長さ１ｍ、直径５インチ（１２．７ｃｍ）、濾過膜面積２０ｍ2 。
ケース４の内径：１２．９ｃｍ。その結果、ケース４と中空糸束との間の空間：半径（図２（ａ）の「ｒ１」）で１．０ｍｍ
原水導入孔７の先端の突出長さ（Ａ）：２ｃｍ
原水導入孔７の内径Ｂ：２．５ｃｍ
原水導入部２をなす円筒の内径Ｃ：１２．７ｃｍ
気体導入孔１２の断面円の直径：０．８ｃｍ
設定濾過水量：６５０リットル／時間
ポンプ３８による吸引圧力：−２０ｋＰａ
ブロア２８からの気体導入量：１０Ｎｍ3 ／時間
また、実施例２として、図３の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図３の中空糸膜モジュールは、実施例１のケース４よりも内径の大きなケース４０（内径：７インチ、１７．７８ｃｍ）を用いて、ケース４０と中空糸束１との間  の空間を半径（図３（ａ）の「ｒ２」）で１インチ（２．５４ｍｍ）とした。これ以外の点は全て図２のモジュールと同じである。
【００１７】
また、比較例１として、図４の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図４の中空糸膜モジュールは、原水導入孔７が無く、図２のモジュールで原水導入孔７があった部分にも気体導入孔１２が形成されている。すなわち、結合部分１１の断面円全体に気体導入孔１２が均一に形成されている。これ以外の点は全て図２のモジュールと同じである。
【００１８】
また、比較例２として、図５の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図５の中空糸膜モジュールは、原水導入孔７が無く、図３のモジュールで原水導入孔７があった部分にも気体導入孔１２が形成されている。すなわち、結合部分１１の断面円全体に気体導入孔１２が均一に形成されている。これ以外の点は全て図３のモジュールと同じである。
【００１９】
前述の処理を２カ月行った後の運転圧力を調べたところ、実施例１では−２５ｋＰａ（上昇減圧度５ｋＰａ）、実施例２では−２０ｋＰａ（上昇減圧度０）、比較例１では−４５ｋＰａ（上昇減圧度２５ｋＰａ）、比較例２では−３７ｋＰａ（上昇減圧度１７ｋＰａ）であった。また、前述の処理を２カ月行った後に各モジュールを引き上げて目視により観察したところ、実施例１および２のモジュールでは汚泥の付着が見られなかったが、比較例１および２では、中空糸束の原水導入口５および排出口６で露出している部分に汚泥の付着が見られた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外圧型中空糸膜モジュールによれば、活性汚泥槽等に浸漬して使用された場合に、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難いため、長期間安定的な濾過性能が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施例１）に相当する中空糸膜モジュールの使用状態（活性汚泥槽等の水槽への浸漬状態）を示す正面図である。
【図２】実施例１の中空糸膜モジュールの部分断面図（ａ）と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図（ｂ）である。
【図３】実施例２の中空糸膜モジュールの部分断面図（ａ）と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図（ｂ）である。
【図４】比較例１の中空糸膜モジュールの部分断面図（ａ）と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図（ｂ）である。
【図５】比較例２の中空糸膜モジュールの部分断面図（ａ）と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図（ｂ）である。
【符号の説明】
１  中空糸束
２  原水導入部
３  濾過水回収部
４  ケース（外筒）
４０  ケース（外筒）
５  原水導入口
６  排出口
７  原水導入孔
１１  中空糸束の結合部分
１２  気体導入孔
２１  スカート部
２８ブロア
３８  ポンプ
Ｈ１  ブロアからの配管
Ｈ２  ポンプからの配管
Ｋ  気体相
【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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