(57)【要約】    【課題】中空糸膜の透過性能の低下を抑制させて効率的な膜分離方法を実施させることにより水処理装置の運転効率の低下を抑制させることを課題としている。    【解決手段】本発明は、複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように前記散気機構が形成されていることを特徴としている中空糸膜モジュールと、該中空糸膜モジュールを用いた膜分離方法と、前記中空糸膜モジュールが設けられた水処理装置とを提供する。【選択図】  図１
2009285532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように前記散気機構が形成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記気泡が前記中心領域のみから発生されるように前記散気機構が形成されている請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記固定部材には、水平方向に配される板状部が備えられており、該板状部の上面側に前記中空糸膜の下端部が固定されているとともに前記気泡を発生させるための通気孔が少なくとも前記中心領域内に一以上開口されており、前記板状部の下面側には前記通気孔に連通された気体収容部が設けられ、前記気体収容部に気体を収容させることにより前記通気孔から気泡を発生させうるように前記散気機構が形成されており、しかも、前記中心領域からの気泡の発生量が中心領域よりも外側の領域における発生量よりも多くなるように、前記通気孔が前記中心領域おいて開口する開口面積が、中心領域よりも外側の領域における通気孔開口面積よりも大面積となるように形成されている請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記固定部材には、水平方向に配される板状部が備えられており、該板状部の上面側に前記中空糸膜の下端部が固定されているとともに前記気泡を発生させるための通気孔が少なくとも前記中心領域内に一以上開口されており、前記散気機構には、前記気泡を形成させる気体を前記通気孔に直接供給すべく前記通気孔に接続させて設けられた気体供給管が用いられており、しかも、前記中心領域からの気泡の発生量が中心領域よりも外側の領域における発生量よりも多くなるように前記通気孔への気体供給量が調整された前記気体供給管が備えられている請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールを用いた膜分離方法であって、
前記中空糸膜による膜分離中又は膜分離後に、前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように前記散気機構による散気を実施することを特徴とする膜分離方法。
【請求項６】
複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールが備えられてなる膜分離装置を有し、被処理水が収容されている被処理水槽内に前記中空糸膜モジュールが浸漬されて前記膜分離が実施される水処理装置であって、
前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように形成された散気機構を有する中空糸膜モジュールが前記膜分離装置に用いられていることを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離に用いられる中空糸膜モジュールと、水処理装置とに関し、特には、例えば、河川水、湖沼水、地下水、海水などの浄水処理、あるいは下水、工業廃水などの膜分離処理などに用いられる中空糸膜モジュール、膜分離方法及び水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離活性汚泥法による汚水浄化処理が実施される水処理装置などにおいて、近年、生物反応槽内で好気性生物処理される被処理水（活性汚泥混合液）中に、中空糸膜を上下方向に延在させて保持した起立姿勢にて浸漬させて、中空糸膜内部を吸引することにより被処理水の膜分離を実施して透過水を得る外圧型の中空糸膜モジュールが用いられるようになってきている。
【０００３】
そして、この種の被処理水の膜分離に用いられる中空糸膜モジュールは、被処理水中の浮遊性固形物や粘着性有機化合物などによって中空糸膜の透過性能を低下させやすく、中空糸膜の透過性能が低下すると水処理装置の運転効率をも低下させることとなるため、従来、この透過性能の低下を抑制させる方法が広く検討されている。
【０００４】
この透過性能の低下を抑制させる方法としては、中空糸膜を上下方向に延在させて膜分離を実施する中空糸膜モジュールにおいては、この中空糸膜の下端部側で散気を実施することによって発生させた気泡で中空糸膜表面の付着物を除去するエアスクラビングと呼ばれる方法が知られている。
例えば、中空糸膜の下端部側のみを固定した状態で散気を実施して、その気泡の浮上にともなう上昇流によって中空糸膜を水中において起立姿勢とさせつつ膜分離を実施したり、あるいは、上下に離間されて配された固定部材に中空糸膜の両端部をそれぞれ固定させてこの下部側の固定部材の上面側から気泡を発生させて膜分離を実施したりする方法が知られている。
このような散気を実施するための散気機構を有する中空糸膜モジュールとしては、下記特許文献１、２に記載のものが知られている。
【０００５】
この特許文献１、２に記載の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を起立姿勢にて保持させ得るように、中空糸膜の両端部の内の一端部（上端部）を固定する上部固定部材と、他端部（下端部）を固定する下部固定部材とが備えられており、この下部固定部材側から被処理水中に気泡を発生させて中空糸膜にエアスクラビングを実施し得るように散気機構を有する。
このため特許文献１、２に記載の中空糸膜モジュールは、例えば、前記活性汚泥混合液のように有機化合物や浮遊性固形物を多く含有する水に浸漬させて膜分離を実施させても、中空糸膜表面の付着物をエアスクラビングにより除去することができ透過性能の低下が防止されるようになっている。
【０００６】
しかし、この特許文献１、２に記載の中空糸膜モジュールは、効果的にエアスクラビングを実施させることについて十分に検討されたものではなく、しかも、必要以上に気泡の発生を必要とするものである。
【０００７】
すなわち、従来の中空糸膜モジュールは、中空糸膜の透過性能の低下を招きやすく、効率的な膜分離方法を実施させることが困難であることから水処理装置の運転効率の低下を抑制させることも困難となっている。
なお、中空糸膜の透過性能の低下を抑制させて効率的な膜分離方法を実施させて水処理装置の運転効率の低下を抑制させることについては、活性汚泥混合液を膜分離の対象としている場合のみならず、中空糸膜モジュールや膜分離方法あるいは水処理装置に広く一般的に求められている事柄である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２６１４０号公報
【特許文献２】再表２００４−１１２９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、中空糸膜の透過性能の低下を抑制させて効率的な膜分離方法を実施させることにより水処理装置の運転効率の低下を抑制させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、中空糸膜モジュールのエアスクラビングにおいては、中空糸膜の固定されている領域における外側寄りの領域に発生された気泡は、中空糸膜モジュールの周囲の水流などによって中空糸膜モジュールから脱離されやすいことから、中空糸膜の表面に対する接触回数が少なく付着物除去に十分有効に作用されてないことを見出した。
そして、中空糸膜の配されている領域の中心領域においてより多くの気泡を発生させて中空糸膜の間を通っての気泡の横方向への移動を促進させることにより、気泡が中空糸膜の表面に接触する回数を増大させて付着物除去効果や懸濁物等の付着抑制効果を向上させうることを見出して本発明を完成させるにいたった。
【００１１】
すなわち、中空糸膜モジュールに係る本発明は、複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように前記散気機構が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、膜分離方法に係る本発明は、複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールを用いた膜分離方法であって、前記中空糸膜による膜分離中又は膜分離後に、前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように前記散気機構による散気を実施することを特徴としている。
【００１３】
さらに、水処理装置に係る本発明は、複数本の中空糸膜を水中において上下方向に延在させて膜分離を実施させ得るように前記中空糸膜の下端部を固定する固定部材が備えられ、上下方向に延在させた前記中空糸膜に散気し得るように前記中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている中空糸膜モジュールが備えられてなる膜分離装置を有し、被処理水が収容されている被処理水槽内に前記中空糸膜モジュールが浸漬されて前記膜分離が実施される水処理装置であって、前記中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように形成された散気機構を有する中空糸膜モジュールが前記膜分離装置に用いられていることを特徴としている。
【００１４】
なお、本明細書中においては、“中空糸膜が配されている領域”とは、“中空糸膜モジュールの最も外側に配されている中空糸膜の位置を結んでできる領域”を意図している。
また、“中心領域”との定義を明確化すべく、本明細書中においては、“中心領域”との用語を、“中空糸膜が配されている領域”の中心に位置し、その大きさが半分（面積１／４）となる領域を意図して用いる。
したがって、辺の長さが“中空糸膜が配されている領域”の１／２となる相似形を、その中心を“中空糸膜が配されている領域”の中心に重ね合わせて描くことによって、通常、その“中心領域”を画定することができ、例えば、最も外側において配されている中空糸膜の位置を結んだ線が、直径１０ｃｍの略円形となる場合であれば、この場合の“中心領域”とは、この直径１０ｃｍの円と同心円となる直径５ｃｍの円内の領域を意味する。
【００１５】
また、“中心領域からの気泡の発生量”及び“中心領域よりも外側の領域における発生量”については、単位時間当たりに発生される気泡の体積をそれぞれの領域において合計し、この体積を常温常圧換算して比較することによっていずれが多いかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中空糸膜が配されている領域における中心領域からの気泡の発生量が該中心領域よりも外側の領域における発生量よりも多くなることから、従来の中空糸膜モジュールに比べて、発生させた気泡を中空糸膜の表面により多く接触させることができる。
したがって、中空糸膜からの付着物除去が効率よく実施されることから、中空糸膜の透過性能の低下が効率よく抑制され得る。また、中空糸膜の表面への懸濁物の付着も抑制させることも可能である。
したがって、効率的な膜分離方法を実施させ得る。
すなわち、水処理装置の運転効率の低下も抑制され得る。
その結果、例えば、従来の中空糸膜モジュールに比べて、中空糸膜への散気の頻度や時間も低減され得るとともに、ひいては薬液洗浄の頻度や使用薬剤量も低減され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態の中空糸膜モジュールを起立状態にさせた様子を側面方向から見た断面図であり、図中の符号１０が中空糸膜モジュールを表している。
図２は図１における上部固定部材に固定された中空糸膜（中空糸膜束）の配置を上面から見た様子を示す図（Ａ−Ａ線断面図）であり、図３、４は図１における下部固定部材に設けられた通気孔の配置を下面側から見た様子を示す図（Ｂ−Ｂ線断面図）である。
【００１８】
本実施形態の中空糸膜モジュール１０は、この図１にも示されているように縦長円筒状に形成されており、その上下方向中間部に複数本の中空糸膜１１が露出する状態で備えられている。
この第一実施形態の中空糸膜モジュール１０は、複数本の中空糸膜１１の両端部の内の一端部を上方側で固定する固定部材と、他端部を下方側で固定する固定部材の２つの固定部材が用いられている。
より具体的には、前記中空糸膜モジュール１０は、下部固定部材２０と、下部固定部材２０の上方に所定間隔をあけて位置される上部固定部材３０と、下部固定部材２０と上部固定部材３０とをそれらの間隔を保持して支持する上下方向に延びる複数本の支持部材（図示省略）とを有し、前記複数本の中空糸膜１１は、下端部がその膜端を封止した状態で下部固定部材２０に固定され、上端部がその膜端を開口した状態で上部固定部材３０に固定されて中空糸膜モジュール１０に備えられている。
すなわち、複数本の中空糸膜１１は、両端部が揃えられた状態でその長さ方向を上下方向に延在させて中空糸膜モジュール１０に備えられている。
なお、中空糸膜モジュール１０を構成する中空糸膜１１としては、精密ろ過膜または限外濾過膜等が用いられうる。
また、本実施形態の中空糸膜モジュール１０は、前記下部固定部材側から気泡を発生させて、中空糸膜にエアスクラビングを実施し得るように散気機構を有している。
【００１９】
前記上部固定部材３０は、円筒体３１と、透過水出口３２ａを有して円筒体上側に取り付けられる円形上板３２と、膜束貫通孔を有して円筒体下側に取り付けられる円形下板３３とが備えられている。
【００２０】
上部固定部材３０の内側には、水平方向に配されて、前記円筒体３１の内部空間を円形上板側と円形下板側とに仕切る板状部３４が備えられている。
該板状部３４は、接着剤が固化されて板状に形成されたものであり、前記中空糸膜１１は、その端部を前記板状部３４の下面側から上面側に貫通させて板状部３４に固定されている。
また、前記中空糸膜１１は、そのすべてが一束となるように束ねられた状態で前記接着剤により固定されており、しかも、その上端縁が前記板状部３４の上面と面一となるように固定されている。
したがって、前記板状部３４の上面側には、前記接着剤によって形成された接着剤部分３４ａと、前記中空糸膜１１が開口する部分とが比較的均一に分散された状態で形成されており、しかも、前記中空糸膜１１の開口している位置が前記板状部３４の上面全面に形成されている。
また、前記中空糸膜１１を固定する接着剤が、板状部３４の上面側から下面側に向けて略一定の深さに充填固化されることにより、前記板状部３４が略一定の厚みに形成されている。
【００２１】
この上部固定部材３０は、例えば、その組立てにあたり、円形下板３３に中空糸膜１１を通してから、中空糸膜１１の間を接着剤で埋めるようにして円筒体３１に中空糸膜１１の上端部を接着固定し、しかる後、円形下板３３が円筒体３１に取り付けられて形成され得る。
【００２２】
そして、上部固定部材３０内の上部には、前記板状部３４の上方側に透過水が収容される集水室３５が形成されており、該集水室３５は、各中空糸膜１１の上端部の開口に連通しており、円形上板３２の下面、円筒体３１の内壁面、板状部３４の上面により画成されている。
この集水室３５に繋がる透過水出口３２ａには、生物反応槽の外部に設置された吸引ポンプからの配管が接続される。
【００２３】
また、下部固定部材２０は、上部固定部材３０の円筒体３１と同一寸法の内径を持つ円筒体２１と、エアスクラビングのための散気を実施すべく（本実施形態では８個の）通気孔２３を有して円筒体２１内の上方側に取り付けられた円板状をなす板状部２２とを有している。
【００２４】
前記板状部２２は、前記円筒体２１の内部において水平方向に配され、その上面側に前記中空糸膜１１の下端部を固定させている。
しかも、前記通気孔２３の形成箇所をのぞく板状部２２の上面側の全面にその固定位置を略均一に分散させて前記中空糸膜１１が固定されている。
８個の通気孔２３は、前記板状部２２を上下方向（垂直方向）に貫通する貫通孔として形成されており、板状部２２の上面側と下面側とにそれぞれ開口している。
前記８個の通気孔２３は、前記板状部２２において、図３に示すように、下部固定部材２０（板状部２２）の径方向中心を中心とする放射線上（それぞれ４５度のひらき角となる８本の放射線Ｌ１〜Ｌ８上）に、板状部２２の径方向中心から等距離となるように配置されている。
しかも、図４に示すように、前記円筒体２１の内周円（板状部２２の外縁）の半径を“Ｒ”とし、この円と同心円となる半径“Ｒ／２”の仮想円Ｃの内側の領域、すなわち、中空糸膜１１が配されている領域の中心領域に８個全ての通気孔２３が位置している。
【００２５】
なお、この通気孔２３については、その開口面積を小さくして、通気孔２３を通過する空気の流速を高めることによって、中空糸膜１１の表面に勢い良く気泡を接触させることができ高い付着物除去効果を得ることができる。
一方で、通気孔２３の開口面積を小さくすると、散気を停止させている間等において通気孔２３の目詰まりを発生させるおそれがある。
このような点において、通気孔２３は、その一個あたりの開口面積が０．５〜５ｃｍ2となるように形成されていることが好ましく、具体的には、通気孔の形状が円形の場合は、直径８〜２５ｍｍとなるように形成されていることが好ましい。
また、通気孔２３は、放出した気泡をエアスクラビングにより有効に活用し得る点において中心領域のみに形成させることが好ましい。
ただし、この場合には、中空糸膜１１が配されている領域を大きくすると、通気孔２３と最も外側の中空糸膜との距離が長くなって、エアスクラビンクの効果を最も外側の中空糸膜にまで十分発揮させることが困難になるおそれがある。
一方で、中空糸膜１１が配されている領域を小さくし過ぎると、通気孔２３から放出された気泡が短時間に最も外側の中空糸膜を通過してしまうこととなるため気泡をエアスクラビングに有効活用させる点において不利になるおそれがある。
したがって、気泡をエアスクラビングに有効活用しつつ、配されている中空糸膜の隅々にまでこのエアスクラビング効果を発揮させ得る点において、例えば、最も外側において配されている中空糸膜の位置を結んだ線が略円形となる場合には、中空糸膜が配される領域を直径１２０〜２５０ｍｍの円形領域とさせることが好ましい。
さらに、中空糸膜１１の有効長さ（中空糸膜が水に接触する部分の長さ）は、中空糸膜の内径等にもよるが、４００〜２５００ｍｍが好ましく、例えば、中空糸膜の内径が０．５〜１．２ｍｍである場合においては、透過水の取水効率の観点から、５００〜１５００ｍｍが好ましい。
【００２６】
前記板状部２２が円筒体２１内の上方側に位置していることから、前記下部固定部材２０は、エアスクラビングに用いる空気などの気体を前記板状部２２の下面側に供給することにより、板状部２２の下面と、円筒体２１の内壁面とによって囲まれた空間２４（以下「気体収容部２４」ともいう）に前記気体を収容し、該収容された気体を前記通気孔２３を通じて板状部２２の上面側に気泡として放出させ得るように形成されている。
すなわち、下部固定部材２０には、板状部２２の下面と、円筒体２１の内壁面とによって画成された気体収容部２４が形成されている。
【００２７】
前記散気機構は、このような板状部２２に設けられた通気孔２３、気体収容部２４などともに前記気体収容部に気体収容部２４に気体を供給するための気体供給管２５などによって前記気泡を板状部２２の上面側に発生させるべく形成されている。
【００２８】
なお、この第一実施形態の中空糸膜モジュール１０には、上記例示の態様に加え種々の改良が加えられたものを採用することができる。
この改良点について、図５〜図１２を参照しつつ説明する。
なお、図５、図６、図７、図１１は、図３と同じく通気孔の配置を示す図であり、図８〜図１０、図１２は、図１と同じく中空糸膜モジュールの構造を示す断面図（図８〜図１０は、下部固定部材側のみ）である。
【００２９】
上記中空糸膜モジュール１０においては、下部固定部材２０に８個の通気孔２３を有する板状部２２を例示しているが、例えば、９個以上の通気孔を有している板状部が下部固定部材に形成されていても良い。
図５は、図３、図４に例示の板状部２２に、９個目の通気孔２３ａが穿設されている様子を示す平面図である。
この図５に示すように中空糸膜の配されている領域の中心に開口された通気孔２３ａを有することにより、中心部に配された中空糸膜により確実に散気ができるという効果を発揮させ得る。
【００３０】
また、逆に通気孔の数が８個未満であっても良く、例えば、図６に示すように、中空糸膜の配されている領域の中心に形成された単一の通気孔２３ｂのみを有する板状部２２を下部固定部材に備えさせることも可能である。
【００３１】
上記第一実施形態においては、放出した気泡をエアスクラビングにより有効に活用し得る点において、通気孔２３が中心領域のみに形成されている場合を例に中空糸膜モジュール１０を説明したが、例えば、図７に例示のごとく中心領域外に配置された通気孔２３ｃを備えている場合も中心領域の通気孔２３からの気泡の発生量が該中心領域よりも外側の領域における通気孔２３ｃからの気泡の発生量よりも多くなるようにエアスクラビングが実施されるように構成されている限りにおいて本発明の意図する範囲であり、通気孔の配置を図７に例示された態様とすることも可能である。
【００３２】
この中心領域の通気孔２３からの気泡の発生量が該中心領域よりも外側の領域における通気孔２３ｃからの気泡の発生量よりも多くなるようにエアスクラビングが実施されるように散気機構を形成させる具体的な手段としては、中心領域の通気孔２３の開口面積の合計を中心領域外の通気孔２３ｃの開口面積の合計よりも大きくなるようにする方法が挙げられる。
このように通気孔の中心領域おいて開口する開口面積が、中心領域よりも外側の領域における開口面積よりも大面積となるように散気機構を形成させる場合においては、複雑な制御を必要とすることなく中心領域からの気泡の発生量をその外側の発生量よりも多くさせることが容易に実施可能となる。
【００３３】
なお、要すれば、例えば、図８に示すように下部固定部材２０の板状部２２の下面中央部を上方側に向けてすり鉢状に凹入させて、通常時において、中心領域の通気孔２３からのみ気泡を発生させる態様とすることも可能である。
この場合、中心領域の通気孔２３の開口面積と、中心領域よりも外側の領域における通気孔２３ｃの開口面積との関係に特段の限定が設けられることがない。
すなわち、中心領域よりも外側の領域における通気孔２３ｃの開口面積の方が中心領域の通気孔２３の開口面積よりも大面積となるように形成されていたとしても気体収容部２４が気体を板状部２２の下面中心部に集約させるように形成されていることから、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも中心領域からの気泡の発生量を多くさせることができる。
【００３４】
また、この場合、例えば、図９に示すように、必要時に、気体供給管２５からの気体供給量を増大させて気体収容部２４での気体収容量を増大させることによって中心領域よりも外側の領域における通気孔２３ｃから気泡を発生させることができる。
すなわち、この図８のように、下面側が、中心領域に相当する箇所を上方側に凹入させた板状部２２を設けることによって、より確実に中心領域からの気泡の発生量をその外側よりも多くさせることができ、しかも、必要に応じて外側の領域からの気泡の発生量等を調整することができる。
【００３５】
また、図１０に示すように、気体供給管２５の先に分岐配管部２５ａを設けて、該分岐配管部２５’の先端部を中心領域の通気孔２３のみならず、中心領域外の通気孔２３ｃにも接続させて気体をこれらの通気孔２３、２３ｃに直接供給させることも可能である。
この場合には、分岐配管部２５ａの管径などを調整することで中心領域からの気泡の発生量が中心領域よりも外側の領域における発生量よりも多くなるように調整することができる。
また、流量調整弁などによって各通気孔への気体供給量を調整することができる。
このような気体供給量の調整された気体供給管が用いられる態様においては、通気孔への気体の供給が直接制御されることから、気泡の発生状況を調整しやすく、例えば、一定期間運転を行った後に中空糸膜面への付着物形成状況を観察して、その結果に基づいて気体供給量を再調整するなどきめ細かな制御を実施することができる。
【００３６】
なお、これまでは断面形状が円形の通気孔を有する中空糸膜モジュール１０を図に例示してきたが、例えば、図１１に示すような、長円形の通気孔２３ｄを有する場合も本発明の意図する範囲であり、さらに、本発明は、多角形や不定形など断面形状を有する通気孔も採用することができ、特にその形状に限定が加えられるものではない。
そして、この図１１に示すように、中心領域から中心領域外にかけて跨るように開口された通気孔２３ｄも採用が可能である。
なお、このような通気孔２３ｄを採用する場合においては、例えば、厚手のプラスチックフィルムなどによって断面形状が中心領域（仮想円Ｃ）と同形となる筒を作製し、該筒を板状部２２の上面に設置して、板状部２２の上面側に発生する気泡を、中心領域から発生する気泡と中心領域よりも外側の領域において発生する気泡とに分離して、その発生量を比較することでいずれの発生量が多いかを判定することができる。
【００３７】
さらに要すれば、例えば、図１２に示すように、下部固定部材２０の板状部２２に通気孔を形成させず、代わりに、気体供給管２５の開口端を板状部２２の上面側に配し、該開口端から空気を放出させることにより上下方向に延在させた中空糸膜１１の下端部側から気泡を発生させるようにしてもよい。
この場合には、散気量を直接制御することができるとともに、中空糸膜１１が配されている領域と気体供給管２５の開口端との相対位置を調整することができ、中空糸膜１１の表面への付着物発生状況に応じて気泡発生箇所を変更させることができる。
したがって、中空糸膜の透過性能の低下をよりいっそう抑制させることができ、効率的な膜分離方法を実施させることができる。
【００３８】
この第一実施形態の中空糸膜モジュールには、これら以外にも従来公知の中空糸膜モジュールに採用されている技術事項を、本発明の効果を著しく損ねない範囲において採用することができる。
例えば、上部固定部材側から透過水を取水するのではなく、下部固定部材の板状部を中空構造とし、該板状部の中空箇所に中空糸膜モジュールを開口させることにより下部固定部材側から透過水を取水するようにしてもよい。
また、第一実施形態の中空糸膜モジュールは、中空糸膜モジュールの配されている領域が円形の場合を例示しているが、中空糸膜モジュールの配されている領域を楕円形や多角形などとすることもできる。
【００３９】
このような中空糸膜モジュールは、例えば、既設の中空糸膜モジュールを改修することにより形成することも可能である。
従来の中空糸膜モジュールは、中空糸膜が配されている領域全体に均等に気泡を発生させるか、又は、中心領域より外側の領域においてより多くの気泡を発生させるかのいずれかとなるように通気孔が設けられているが、例えば、このような従来の中空糸膜モジュールであっても、中心領域に気泡を発生させる通気孔と、中心領域よりも外側の領域に気泡を発生させる通気孔とが別々に設けられているような場合においては、外側の領域に気泡を発生させる通気孔を縮径させるか閉塞させるかして、その通気孔からの気泡発生量を改修前に比べて減量させるようにすることで中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多くなるように中空糸膜モジュールを改修させることができる。
このようにして中心領域からの気泡の発生量が、中心領域よりも外側の領域における気泡の発生量よりも多い中空糸膜モジュールを形成させる場合には、既存の設備をそのまま利用することができ、しかも、簡単な改修作業でその中空糸膜の透過性能の低下を抑制させて効率的な膜分離方法を実施させることができる。
【００４０】
次いで、図１３〜１５を参照しつつ第二実施形態について説明する。
図１３は、本発明の中空糸膜モジュールの第二実施形態の構成を示す断面図であり、第一実施形態と同じ構成を示す箇所には同じ符号を用い説明を省略する。
また、図１４は図１３における上部固定部材に固定された中空糸膜（中空糸膜束）の配置を示す図（Ｃ−Ｃ線断面図）であり、図１５は図１３における下部固定部材に設けられた通気孔の配置を示す図（Ｄ−Ｄ線断面図）である。
【００４１】
この第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’は、上下方向に延びる複数本の中空糸膜１１が、上部固定部材３０及び下部固定部材２０において、所定数でなる複数本が束ねられて接着結合された複数の中空糸膜束１２に形成されている点において第一実施形態の中空糸膜モジュール１０と相違している。
【００４２】
そして、前記円筒体３１の内部空間を円形上板側と円形下板側とに仕切る板状部３４は、複数の中空糸膜束１２が接着剤にて結合された中空糸膜束結合部分１２ａと、中空糸膜束１２を固定する接着剤部分３４ａとにより構成されている。
また、本実施形態においては、複数の中空糸膜束１２が、図１４に示すように、上部固定部材３０の径方向中心を中心とする放射線上（本実施形態では径方向中心位置を含めてそれぞれ４５度のひらき角となる８本の放射線Ｌ１１〜Ｌ１８上）に配置されている。
一方で下部固定部材２０に形成された８個の通気孔２３は、前記板状部２２において、図１５に示すように、上部固定部材３０における放射線Ｌ１１〜Ｌ１８とは位相を角度２２．５度だけずらせた放射線（Ｌ１１’〜Ｌ１８’）上で、且つ径方向中心から等距離の位置にそれぞれ設けられている。
【００４３】
したがって、下部固定部材２０の板状部２２の下面側から、この通気孔２３と中空糸膜束１２との配置を見ると、図１６のような関係となる。
すなわち、前記第一実施形態における中空糸膜の配されている領域は、板状部の上面側全面であったが、この第二実施形態における中空糸膜の配されている領域は、図１６の仮想線Ｅ１で示される正八角形の領域となる。
なお、この第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’における通気孔２３は、上記正八角形と同じ中心点を有し、一辺の長さがその半分である正八角形（仮想線Ｅ２）で示される領域（中心領域）に全て配されている。
すなわち、中心領域においてのエアスクラビング用の気泡が発生される点においては、この第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’と前記第一実施形態の中空糸膜モジュール１０とは共通している。
【００４４】
なお、中空糸膜の付着物を抑制するという観点からは、同じ本数の中空糸膜を用いる場合であっても、固定されている端部においてまでも個々の中空糸膜が離間された配置とされていることが好ましく、前記第一実施形態の中空糸膜モジュール１０のような中空糸膜の配置とされることが好ましい。
あるいは、上部固定部材３０による上端部の固定状態を前記第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’のように中空糸膜束１２に束ねる態様とするにしても、少なくとも、下部固定部材２０側においては、第一実施形態の中空糸膜モジュール１０のように、板状部２２の上面にほぼ均一に分布させて中空糸膜の固定箇所を形成させる方が好ましい。
【００４５】
なお、ここでは詳述しないが、中空糸膜モジュール１０’に対して各種の改良を加えうる点においても、第一実施形態の中空糸膜モジュール１０と同様であり、図５〜図１２に示したような態様をこの第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’にも採用可能である。
【００４６】
次に、図１７、図１８を参照しつつ、水処理装置およびこの水処理装置において実施される膜分離方法について説明する。
図１７は、第一実施形態の中空糸膜モジュール１０（あるいは、第二実施形態の中空糸膜モジュール１０’）が用いられた水処理装置の一実施形態を示す構成説明図である。
【００４７】
この水処理装置４０は、本実施形態では被処理水である河川水の浄水処理を行うものである。
図１７に示すように、水処理装置４０には、被処理水供給ライン４１からの被処理水（河川水）が供給される被処理水槽４２が備えられている。
また、本実施形態の水処理装置４０には、この被処理水槽４２内の被処理水中に起立姿勢で浸漬されて配置された複数の中空糸膜モジュール１０（１０’）と、これらの中空糸膜モジュール１０（１０’）に接続され、吸引ポンプ４３ａを有して該吸引ポンプ４３ａによって中空糸膜内部を吸引することにより被処理水の膜ろ過による固液分離を行って透過水を取り出すための透過水取出しライン４３とを有する膜分離装置が備えられている。
さらに、本実施形態の水処理装置４０には、中空糸膜モジュール１０（１０’）の散気機構にエアスクラビングを実施させるためのブロア４４ａと、該ブロア４４ａから空気を搬送し前記気体供給管２５（図１等参照）を通じて前記気体収容部２４に空気を供給するための空気供給ライン４４と、被処理水槽４２内の沈殿物を排出するための沈殿物排出ライン４５とを備えている。
【００４８】
図１７の膜分離装置における透過水取出しライン４３は、各中空糸膜モジュール１０（１０’）の透過水出口３２ａに接続された集水管４３ｂ、各集水管４３ｂに連通する集水ヘッダー管４３ｃ、透過水取出し管４３ｄを有している。
また、空気供給ライン４４は、ブロア４４ａと、該ブロア４４ａによって加圧された空気を供給する空気輸送管４４ｂと、該空気輸送管４４ｂから分岐した空気輸送分岐管４４ｄと、その各空気輸送分岐管４４ｄの先端部分が各中空糸膜モジュール１０'の円筒体２１の下端側に位置される気体供給管２５とにより構成されている。
なお、各中空糸膜モジュール１０（１０’）は、その上部固定部材３０全体が水面より下方に位置するように設置されている。
【００４９】
このように構成される水処理装置４０においては、前記膜分離装置によって、通常、前記吸引ポンプ４３ａによって中空糸膜内部を吸引することにより中空糸膜で被処理水を膜分離（ろ過）して、透過液を透過水取出しライン４３を通じて排出させるとともに中空糸膜の表面に付着した懸濁物等を散気機構による散気によって除去する膜分離方法が実施されうる。
この中空糸膜による被処理水の膜分離と、散気機構による散気とは、付着物の除去性能等の観点から適宜タイミングを定めて実施することができる。
例えば、被処理水をろ過する膜分離工程と、透過水を逆流させて中空糸膜を逆洗浄する逆洗浄工程とを交互に実施して、この膜分離工程が終了した後の逆洗浄工程においてのみ散気を実施する膜分離方法が挙げられる。
この場合は、逆洗浄と散気によるエアスクラビングとが同時に行われ、中空糸膜表面に付着した付着物を効果的に除去し得る。
【００５０】
また、例えば、膜分離工程と逆洗浄工程とが実施される間、すなわち、常時散気を実施させる膜分離方法が上記とは異なる膜分離方法として挙げられる。
この場合、膜分離中にも散気が実施されることから、先に例示の膜分離方法に比べて散気量を多くさせやすい反面、膜分離中の散気によって懸濁物等の付着自体が防止されることから、中空糸膜の透過性能の低下がよりいっそう防止されうる。
このような膜分離後や膜分離中に散気を実施することで中空糸膜の透過性能の低下が防止され、効率的な膜分離方法を実施させ得る。
【００５１】
より具体的に説明すると、前記散気においては、前記ブロア４４ａから、空気輸送管４４ｂ、空気輸送分岐管４４ｄ及び気体供給管２５を通じて中空糸膜モジュール１０（１０’）の下部固定部材２０の下方に空気が供給され、前記中空糸膜モジュール１０（１０’）に中空糸膜１１が配されている領域において気泡が発生される。
発生された気泡は、中空糸膜１１の間をその浮力によって上昇することとなる。
しかも、発生された気泡は、隣接された中空糸膜１１の間を通り抜けて中心領域からその周囲へと移動しつつ上昇することとなる。
やがて、その気泡は、最も外側に配されている中空糸膜よりもさらに外側に移動し、被処理水槽４２の槽内水（被処理水）の水流に押し流されるなどして中空糸膜モジュール１０（１０’）から脱離することとなる。
【００５２】
本実施形態の水処理装置４０においては、前記中空糸膜モジュール１０（１０’）に中空糸膜１１が配されている領域の中心領域においてより多くの気泡が発生される。
この中心領域において発生された気泡は、気泡が発生されて、中空糸膜モジュール１０（１０’）から脱離するまでの間に、より多くの中空糸膜間を通り抜けて移動することから、中空糸膜の表面付着物の除去に特に有効に作用させることができる。
【００５３】
通常、中空糸膜への付着物は、薬品洗浄によって溶解除去させることができる粘着性有機物などの付着物と、薬品洗浄では除去することが困難な懸濁質などの付着物とに大別でき、エアスクラビングの効果が不十分な箇所が形成されると、この箇所に薬品洗浄での除去が困難な付着物が付着・堆積されることにより、薬品洗浄を実施しても粘着性有機物などの付着物が十分に除去されない状況を発生させる。
そのことによって付着物の堆積が加速され、一部の領域において中空糸膜どうしが堆積物によって一体化され分離膜としての機能が全く失われた状態となりうる。
一方で、本発明の中空糸膜モジュールを備えた水処理装置は、気泡を付着物除去に有効に活用させることができ、従来の中空糸膜モジュールに比べて、中空糸膜の透過性能の低下が抑制され得る。
しかも、薬品洗浄の効果を従来に比べて向上させることができ、付着物の防止（透過性能低下の防止）に相乗効果を発揮させ得る。
【００５４】
したがって、前記中空糸膜に薬品洗浄を行う薬品洗浄機構をさらに設けることによって中空糸膜の透過性能低下をより顕著に防止しうる。
そして、このような中空糸膜モジュールを膜分離装置に採用することで水処理装置の運転効率の低下防止にも優れた効果が発揮される。
【００５５】
次いで、水処理装置の他実施形態を、図１８を参照しつつ説明する。
この図１８は、水処理装置の別の実施形態を示す構成説明図であり、本実施形態の水処理装置５０は、下水、廃水などの有機性物質を含有する被処理水の汚水浄化処理を膜分離活性汚泥法によって行うものである。
図１８に示すように、水処理装置５０は、被処理水供給ライン５１からの一次処理水が供給される被処理水槽としての生物反応槽５２と、この生物反応槽５２内の被処理水（活性汚泥混合液）を膜分離する膜分離装置とを有している。
前記膜分離装置には、前記活性汚泥混合液中に起立姿勢で浸漬されて配置された複数の中空糸膜モジュール１０（１０’）と、これらの中空糸膜モジュール１０（１０’）に接続され、吸引ポンプ５３ａを有して該吸引ポンプ５３ａによって中空糸膜内部を吸引することにより被処理水の膜ろ過による固液分離を行って透過水を取り出すための透過水取出しライン５３とが備えられている。
さらに、水処理装置５０は、ブロア５４ａによって中空糸膜モジュール１０（１０’）にエアスクラビング用の空気を供給するための空気供給ライン５４と、生物反応槽５２内における中空糸膜モジュール１０（１０’）の下方に配置された散気装置５６と、生物反応槽５２内の汚泥を排出するための汚泥排出ライン５５とを備えている。
【００５６】
前記透過水取出しライン５３は、集水管５３ｂ、集水ヘッダー管５３ｃ、透過水取出し管５３ｄ及び吸引ポンプ５３ａにより構成されている。
前記空気供給ライン５４は、ブロア５４ａ、空気輸送管５４ｂ、空気輸送分岐管５４ｄ及び気体供給管２５により構成されている。
前記散気装置５６は、この実施形態ではブロア５４ａからの加圧された空気が空気輸送管５４ｂより分岐した配管を介して供給される。
この散気装置５６は、その散気孔から散気する気泡（空気）によって酸素供給を行って活性汚泥処理（好気性生物処理）を行うとともに、未溶解の気泡を集めて中空糸膜モジュール１０（１０’）の気体収容部２４に供給することにより、上昇気泡のエアリフト作用によって生起する上昇流を中空糸膜モジュール１０（１０’）の膜面に作用させ、膜面洗浄をも行うためのものである。
各中空糸膜モジュール１０（１０’）は、その上部固定部材３０が水面より下方に位置するように設置されている。
【００５７】
このように構成される水処理装置５０によれば、前述した中空糸膜モジュール１０（１０’）備えたものであるから、従来の中空糸膜モジュールに比べて、中空糸膜の透過性能の低下が抑制され得る。
また、効率的な膜分離方法を前記膜分離装置に実施させ得る。
しかも、薬品洗浄の効果を従来に比べて向上させることができ、付着物の防止（透過性能低下の防止）に相乗効果を発揮させ得る。
したがって、本実施形態においては、薬品洗浄の頻度を低減することができ、槽内の微生物の活性を低下させるおそれも低減されうる。
したがって、膜分離活性汚泥法による汚水浄化処理水処理装置の運転効率の低下防止にも優れた効果が発揮され得る。
また、好気性生物処理のために供給された気泡の内、利用されなかった未溶解の気泡を集めて中空糸膜モジュールの気体収容部に供給することにより、中空糸膜モジュールへの散気動力を低減でき得る。
【実施例】
【００５８】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
中空糸膜が配されている領域の中心領域のみから気泡が発生されるように、中空糸膜の下端部が固定されている板状部の中央部（中心から半径約３０ｍｍの範囲）にのみ６個の通気孔が形成された中空糸膜モジュールを、浮遊固形物濃度（ＭＬＳＳ）が１５００〜３０００ｍｇ／ｌの活性汚泥混合液が収容されている生物反応槽（容積約９３２Ｌ）内に起立姿勢で浸漬させて、膜透過流束が０．７５ｍ／日〜１．０ｍ／日となるように膜分離を実施した。
なお、この時の生物反応槽に供給される被処理水の水質は、全有機炭素濃度が約１．５ｍｇ／ｌ、濁度が約１６度であり、生物反応槽の被処理水の滞留時間は、３６〜５０分とした。
また、評価に用いた中空糸膜モジュールは、図１９（板状部の下面側の様子を撮影した写真）に示すように、１１ｍｍφの開口面積を有する通気孔が板状部全体に２４箇所設けられている中空糸膜モジュールの中心部の６個の通気孔を残して他の通気孔を閉塞させたもので既設の中空糸膜モジュールを改修したものである。
また、中空糸膜モジュールの仕様は、孔径が公称０．１μｍ、長さが１ｍ、中空糸膜の下端が固定されている板状部の面積が約０．０１８１ｍ2（直径１５２ｍｍの円形）、膜表面積２５ｍ2であった。
なお、膜分離は、９分間膜分離するごとに１分間の逆洗浄を実施し、この逆洗浄時においてのみ、前記６個の通気孔から合計で、５ｍ3／ｈの気泡発生量となるようにエアスクラビングを実施した。
この膜分離を３３日間実施した結果、膜分離時における中空糸膜モジュールの差圧の上昇は、僅か８ｋＰａ（０．２４ｋＰａ／日）であることが確認された。
【００６０】
（比較例１）
通気孔の閉塞を実施せず（中空糸膜が配されている領域全体に配置箇所が分散された２４個の通気孔を有する中空糸膜モジュールを用いて）中空糸膜の配置領域における中心領域よりも、その外側の領域においてより多くの気泡を発生させ、膜分離の実施期間を３３日に代えて７日間としたこと以外は、実施例１と同様に膜分離を実施した。
その結果、中空糸膜モジュールの差圧の上昇は、僅か７日間の運転であるにも関わらず、実施例１の中空糸膜モジュールを用いた場合と同じ８ｋＰａ（１．１５ｋＰａ／日）であることが確認された。
【００６１】
（比較例２）
比較例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、９分間の膜分離時においても５ｍ3／ｈの気泡発生量となるようにエアスクラビングを実施して（常時エアスクラビングを実施して）２５日間の膜分離を実施したこと以外は、実施例１と同様に膜分離を実施した。
その結果、中空糸膜モジュールの差圧の上昇は、１０ｋＰａ（０．４ｋＰａ／日）であることが確認された。
すなわち、実施例１の中空糸膜モジュールに比べて、１０倍もの量の空気をエアスクラビングに用いながらも、一日当たりの差圧の上昇（０．４ｋＰａ／日）が、実施例１の中空糸膜モジュールの場合（０．２４ｋＰａ／日）よりも大きいことが確認された。
【００６２】
このことからも本発明によれば中空糸膜の透過性能の低下を効率よく抑制させて水処理装置の運転効率の低下を抑制させ得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの第一の実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図１における上部固定部材に固定された中空糸膜束の配置を示す図（Ａ−Ａ線断面図）である。
【図３】図１における下部固定部材に設けられた通気孔の配置を示す図（Ｂ−Ｂ線断面図）である。
【図４】図１における下部固定部材に設けられた通気孔の配置領域を示す図（Ｂ−Ｂ線断面図）である。
【図５】通気孔の配置を改良した事例を示す図である。
【図６】通気孔の配置を改良した事例を示す図である。
【図７】通気孔の配置を改良した事例を示す図である。
【図８】下部固定部材（板状部）の改良事例を示す断面図である。
【図９】図８に示す中空糸膜モジュールの他の使用方法を示す断面図である。
【図１０】気体の供給方法について改良した事例を示す断面図である。
【図１１】通気孔の形状を改良した事例を示す図である。
【図１２】通気孔を用いずに気体供給管により散気を実施する事例を示す断面図である。
【図１３】本発明の中空糸膜モジュールの第二の実施形態の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３における上部固定部材に固定された中空糸膜束の配置を示す図（Ｃ−Ｃ線断面図）である。
【図１５】図１３における下部固定部材に設けられた通気孔の配置を示す図（Ｄ−Ｄ線断面図）である。
【図１６】図１３における下部固定部材に設けられた通気孔の配置領域を示す図（Ｄ−Ｄ線断面図）である。
【図１７】本発明の水処理装置の一実施形態を示す構成説明図である。
【図１８】本発明の水処理装置の別の実施形態を示す構成説明図である。
【図１９】実施例（比較例）として評価に用いた中空糸膜モジュールの通気孔の様子を示す図（外観写真）。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０’：中空糸膜モジュール、１１：中空糸膜、１２：中空糸膜束、１２ａ：中空糸膜束結合部分、２０：下部固定部材、２１：円筒体、２２：板状部、２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ：通気孔、２４：気体収容部、２５：気体供給管、２５ａ：分岐配管部、３０：上部固定部材、３１：円筒体、３２：円形上板、３２ａ：透過水出口、３３：円形下板、３４：板状部、３４ａ：接着剤部分、３５：集水室、４０：水処理装置、４１：被処理水供給ライン、４２：被処理水槽、４３：透過水取出しライン、４３ａ：吸引ポンプ、４３ｂ、集水管、４３ｃ：集水ヘッダー管、４３ｄ：透過水取出し管、４４：空気供給ライン、４４ａ：ブロア、４４ｂ：空気輸送管、４４ｄ：空気輸送分岐管、４５：沈殿物排出ライン、５０：水処理装置、５１：被処理水供給ライン、５２：生物反応槽、５３：透過水取出しライン、５３ａ：吸引ポンプ、５３ｂ：集水管、５３ｃ：集水ヘッダー管、５３ｄ：透過水取出し管、５４：空気供給ライン、５４ａ：ブロア、５４ｂ：空気輸送管、５４ｄ：空気輸送分岐管、５５：汚泥排出ライン、５６：散気装置
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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