(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置するとともに、該構造材が前記シート状面の一辺にのみ配設され、かつ該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、該構造材がモジュールの最下方に位置するように配置して濾過することを特徴とする濾過方法。
【請求項２】
シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置するとともに、該構造材が前記シート状面の一辺にのみ配設され、かつ該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、該構造材がモジュールの最上方に位置するように配置し、シート状面の構造材の配設辺と対向する辺に中空糸膜の浮き上がりを防止する重りを取り付けて濾過することを特徴とする濾過方法。
【請求項３】
シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置するとともに、少なくとも一部の構造材が液面より上方に位置するように配置して濾過することを特徴とする濾過方法。
【請求項４】
シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置するとともに、該シート状面を少なくとも一ケ所で折り返して配置することを特徴とする濾過方法。
【請求項５】
シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置するとともに、該中空糸膜モジュールを液深方向に少なくとも２段以上連ねて配置して濾過することを特徴とする濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、中空糸膜モジュールを用いた濾過方法に関し、特に有機物等による汚濁性の高い液体の処理に適した中空糸膜モジュールを用いた濾過方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高純度水の製造や、空気の浄化といったいわゆる精密濾過の分野において多く使用されてきたが、近年、下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽における固液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討が種々行われている。
【０００３】
高汚濁性水の濾過に適した中空糸膜モジュールとして、多本数の中空糸膜をシート状に並び拡げて配置し、中空糸膜の片端部または両端部が一つまたは異なる二つの構造材内において固定部材でそれぞれの開口状態を保ちつつ固定されてなる中空糸膜モジュールであって、固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形であるような平型の中空糸膜モジュールが特開平５−２２０３５６号公報等により知られている。
【０００４】
この平型タイプの中空糸膜モジュールは、中空糸膜に気泡を当てて振動させての洗浄（スクラビング）を連続的または断続的に行いながら液体を濾過する方法により使用されているが、中空糸膜により形成されるシート状面が垂直になるように配置して用いることにより、中空糸膜の洗浄効率が向上し、高い濾過流量を長期間保てることが特開平７−２４２６４号公報により知られている。この場合、モジュールの端部に配置された構造材（導水管）が邪魔せずに気泡を中空糸膜に効率よく当てられるように、構造材を垂直に配置して中空糸膜の繊維軸が水平になるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者等らは、スクラビングはエアーの供給量と、気泡の上昇に伴って発生する水槽内の上昇水流の速度に比例した効率で行われることを解明していたが、中空糸膜モジュールの場合には、上昇水流に対する抵抗が大きく平膜の場合ほど上昇水流の流速が上がらなかった。すなわち、エアーの供給量を増やしても比較的低い水準で洗浄効率が飽和してしまい、逆洗等の濾過を中断した大がかりな洗浄が早期に必要になり、装置効率が低下した。
【０００６】
本発明の目的は、高汚濁性水の濾過においても中空糸膜間に濁質が堆積しにくく、スクラビングがより効率的に実施でき、長期に亘って差圧の上昇及び濾過流量の低下が生じにくく、かつ中空糸膜の損傷のおそれも少い、中空糸膜モジュールを用いた濾過方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、シート状に並び拡げて配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する構造材とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、該構造材の長手方向に垂直な断面形状が楕円または薬莢形である中空糸膜モジュールを用い、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置して濾過することを特徴とする濾過方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来、中空糸膜により形成されるシート状面が垂直になるように中空糸膜モジュールを被処理液槽中に配置して用いる濾過方法において中空糸膜を水平に配置していたのは、前述したように中空糸膜モジュールの端部に配置された導水管がスクラビングの邪魔にならないようにすることが大きな理由であった。また、通常、中空糸膜はモジュール中においてある程度緩みをもたせた状態で配設されているが、中空糸膜を垂直に配置した場合には、上昇水流が中空糸膜を引き上げるように作用し、そのため上方の固定部材による中空糸膜の固定部の近傍に中空糸膜のたるみが集中した。この際、そのたるみ部分に上昇水流により中空糸膜を折り曲げて水平方向へ引っ張る応力が発生し、固定部および折り曲げ部で中空糸膜が損傷するおそれがあることも一因であった。
【０００９】
以下、本発明の中空糸膜モジュールを用いた濾過方法につき、図面を参照しつつより詳細に説明する。
【００１０】
まず、本発明の濾過方法に用いる平型の中空糸膜モジュールにつき説明する。図１は、この中空糸膜モジュールの一例を示す平面図で、図２は、そのＡＡ線方向の断面図であり、図３は他の例を示す斜視図である。中空糸膜モジュール１は、基本的には、構造材２と、固定部材３と、中空糸膜４とを有して構成される。これらに加え、各種の付属部材が付設されてもよい。
【００１１】
構造材２は、中空糸膜モジュール全体を支持する部材として機能し、長手方向に延びる細長い開口部を有するとともに、その内部に濾液室５を有する。その材質としては機械的強度および耐久性を有するものであればよく、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹脂、塩化ビニル樹脂等が例示される。
【００１２】
本発明に用いる中空糸膜モジュールには、図１のようにシート状に並び拡げて配設された中空糸膜が形成するシート状面の対向する二辺に構造材が配設されるタイプのものと、図３のようにシート状面の一辺にのみ構造材が配置されるタイプのものがある。通常、濾液取り出し口６が構造材２の一端もしくは両端に配設されている。濾液取り出し口６に、図４に示すようなカプラー継手２０を配設すれば、濾液吸引ポンプにつながる配管２１との接続がワンタッチで実施できるので便利である。
【００１３】
構造材は、円管状の形態のものを使用するのが一般的であるが、本発明においては、図５および図６に示すように、その長手方向に垂直な断面の形状が楕円または薬莢形の中空管のものを使用する。このような形状のものの場合には、下方から供給された気泡をモジュール内の中空糸膜に当てやすく、また気泡の上昇に伴う上昇水流の流速も上げやすく、スクラビングを効率的に実施できる。
【００１４】
固定部材３は、構造材２の開口部に充填固定され、多数の中空糸膜４の各端部を開口状態を保ったまま集束して固定するとともに、かつこれらの中空糸膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水とを液密に仕切る部材として機能する。固定部材３は、通常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン等の液状樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、更にポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂から形成される。
【００１５】
中空糸膜４は、多数がほぼ平行に引き揃えられて平坦なシート状に並び拡げて配設されている。このように、多数の中空糸膜をほぼ平行に揃えてシート状に並び拡げることで、中空糸膜束が一本の棒状に固着一体化するのが防止される。このようなシート状中空糸膜は、中空糸膜を緯糸とする編織物の形で準備されるのが一般的であるが、中空糸膜モジュールとして完成された際には拘束糸条としての経糸を有していてもよいし有さなくてもよい。
【００１６】
中空糸膜としては、種々のものが使用でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用できるがポリエチレン、ポリプロピレン等の強伸度の高い材質のものが好ましい。なお、濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はないが、除去対象物や容積当たりの膜面積の確保および中空糸膜の強度等を考えると、好ましい例としては、孔径０．０１〜１μｍ、空孔率２０〜９０％、膜厚５〜３００μｍ、外径２０〜２０００μｍの範囲を挙げることができる。
【００１７】
中空糸膜の表面特性としては、表面に親水基等を持ついわゆる恒久親水化膜であることが望ましい。恒久親水化膜の製法としては、ポリビニルアルコールのような親水性高分子で中空糸膜を製造する方法、または疎水性高分子膜の表面を親水化する方法等の各種の方法が使用できる。例えば親水性高分子を膜面に付与し疎水性中空糸膜を親水化する際の親水性高分子の例としては、エチレン−酢酸ビニル系共重合体ケン化物、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレン（アルキル）フェニルエーテル等の界面活性剤等を挙げることができる。別の手法による膜面親水化の例としては、親水性モノマーの膜面重合方式があり、このモノマーの例としてはジアセトンアクリルアマイド等を挙げることができる。また、他の手法としては疎水性高分子（例えばポリオレフイン）に親水性高分子をブレンドして紡糸製膜する手法を挙げることができ、使用する親水性高分子の例としては上述したものが挙げられる。表面が疎水性の中空糸膜であると、被処理水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作用が働き膜面ヘの有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞につながり濾過寿命が短くなる。また、吸着由来の目詰まりは膜面洗浄による濾過性能回復も一般には難しい。恒久親水化膜を用いることにより有機物と中空糸膜表面との疎水性相互作用を減少させることができ、有機物の吸着を抑えることができる。さらに疎水性膜ではスクラビングの際に気泡によって膜面が乾燥状態となることがあり、これにより疎水性が強まりフラックスの低下を招くことがあるが、恒久親水化膜では乾燥してもフラックスの低下が生じない。
【００１８】
本発明の濾過方法は、上述した中空糸膜モジュールを用い、このモジュールの下方から気泡を連続的または断続的に供給しつつ液体を濾過する方法において、中空糸膜により形成されるシート状面がほぼ垂直となり、かつ中空糸膜の繊維軸方向がほぼ垂直となるように中空糸膜モジュールを配置して濾過する方法である。中空糸膜の繊維軸が垂直方向を向くように配置すると、水平方向を向くように配置した場合に比較して、スクラビングのエアーの供給量を増やした場合の上昇水流の流速がかなり上がり、平膜を垂直に配置した場合に近い流速が得られることが判明した。このためスクラビングによる中空糸膜の洗浄効率を向上させることが可能である。
【００１９】
本発明の濾過方法を実施するには幾つかの態様があるので、以下、これら各態様ごとに説明する。
【００２０】
第１の態様は、図７に示すように構造材がシート状面の一辺にのみ配設されてなる中空糸膜モジュールを用い、構造材がモジュールの最下方に位置し、中空糸膜のシート状面が垂直上方へ伸びるように中空糸膜モジュールを配置する方法である。構造材が配設された辺と対向する辺は、通常は、中空糸膜のＵ字状の折り曲げ部あるいは中空糸膜の封止端（以下、これらを中空糸膜の上端という）の集合からなり、移動自在の状態に構成されている。
【００２１】
中空糸膜の上端がモジュールの上方に位置するようにするには、例えば中空糸膜のＵ字部の中央に紐や針金等を通してこれを水槽内の所定位置に固定することにより行われる。但し、この中空糸膜の上端は、完全固定せずにある程度の移動が可能なようにしておくべきである。
【００２２】
このように中空糸膜の上端を固定部材によって固定しない構造にしておくと、散気管８から気泡を出してスクラビングを開始すると中空糸膜は上昇水流に沿って伸びるだけでたるむことがないので、水平方向へ引っ張る応力は発生せず、中空糸膜が損傷するおそれもない。
【００２３】
第２の態様は、図８に示すように構造材がシート状面の一辺にのみ配設されなる中空糸膜モジュールを用い、構造材がモジュールの最上方に位置するように配置するとともに、シート状面の構造材の配設辺と対向する辺に、中空糸膜の浮き上がりを防止する重りを取り付けて濾過する方法である。
【００２４】
重り１０は、全ての中空糸膜に均等に荷重が加わり張力が働くような構成にすることが適当なので、一個の球状の重りを取り付けるよりは、長く延びた棒状の重りの方が好ましく、また、鎖のような形態の重りであって、全体としては一つにまとまっているが、それぞれが独立して中空糸膜に荷重を加えられるようなものが好ましい。
【００２５】
この態様の場合には、重りにより中空糸膜には絶えず下方へ引っ張る力が働いているので、荷重を適切に選べば中空糸膜がたるむことはないので中空糸膜が損傷するおそれもない。また、モジュールの下方には構造材はなく、中空糸膜を除けば重りだけが存在するので、重りの形状を適切に選べば、スクラビング用の気泡を効率よく中空糸膜に当てることができ、それにともなう上昇水流の流速も上げることができる。
【００２６】
第３の態様は、図９に示すように構造材の少なくとも一部が液面より上方に位置するように配置して濾過する方法である。
【００２７】
中空糸膜が垂直となるように中空糸膜モジュールを配置した場合、特に多くの中空糸膜モジュールをそのように配置して濾過する場合には、上方に位置する構造材が密に近接して配設されることになる。このため、スクラビング用の気泡が水面上へ抜けるのを構造材が邪魔をする。したがって、モジュールの上方部では気泡は構造材を回避してモジュールの横方向から抜けようとするので、上昇水流の流速が落ち、洗浄効率が低下する。しかし、上部に位置する構造材が液面より上方に位置していると、水面下にある中空糸膜の膜面積は低下するが、スクラビング用の気泡はまっすぐ水面上へ抜けることができ、上昇水流の流速が落ちないので、中空糸膜の洗浄効率を高く保つことができる。
【００２８】
この態様に用いる中空糸膜モジュールは、シート状面の対向する二辺に構造材が配設されたものでも一辺にのみ構造材が配設されたものでもよい。また、上記の説明からも明らかなように、多数の中空糸膜モジュールを配設する場合に上方に位置する構造材の全てを液面上に位置させる必要はない。構造材の配設密度を低くしてスクラビング用の気泡がまっすぐ液面上へ抜けることができれば目的が達成されるからである。
【００２９】
更に、この態様で使用する場合、水面上に出た中空糸膜部は空気が吸い込まれないようにすることが好ましい。例えば、水面上に出る部分の中空糸膜外周面を樹脂でコーティングする方法等が挙げられる。また、使用形態によっては、そのまま空気が吸い込まれてもよい。
【００３０】
第４の態様は、図１０に示すように中空糸膜モジュールのシート状面を少なくとも一ヶ所で折り返して配置して濾過する方法である。
【００３１】
シート状面の折り返しは、例えば折り返し部１１に丸棒等を配して、この丸棒に沿ってシート状面を１８０°反転させて行う。折り返しの箇所は、一ケ所以上であれば何ケ所でもよい。シート状面を折り返すことによって、水槽内の中空糸膜の垂直方向に伸びる距離が短くなり（例えば一ケ所で半分に折り返せば垂直方向に伸びる距離は半分になる）、そのため中空糸膜にたるみがあってもそのたるみ部分は小さくなるため、水平方向の応力が発生したとしても小さいものとなり、中空糸膜の損傷の可能性は殆どなくなる。
【００３２】
また、折り返し部を上方に位置する非固定端とすると、各中空糸膜については第１の態様の場合と同様に考えることができ、中空糸膜を水平方向に引っ張る応力が発生しないので中空糸膜が損傷するおそれはない。更に、折り返し部を下方に位置する非固定端として、その部分に中空糸膜の浮き上がりを防止する重りを取り付けると、今度は第２の態様の場合と同様に考えることができ、中空糸膜にたるみが発生しないので中空糸膜が損傷するおそれもない。
【００３３】
第５の態様は、図１１に示すように水槽内の液深方向に中空糸膜モジュールを少なくとも２段以上に連ねて配置して濾過する方法である。
【００３４】
すなわち、多数のモジュールを連ねて使用することにより、自然に１モジュール当りの中空糸膜の水槽内での垂直方向に伸びる距離が短くなり、上述した第４の態様の場合と同様に、中空糸膜に発生するたるみ部分が小さくなるため、中空糸膜の損傷の可能性が低減する。したがって、液深方向に中空糸膜モジュールを連ねて配置する段数は、多いほど中空糸膜の損傷を防止する観点からは好ましいが、段数が増加するにつれて水槽内に設置される中空糸膜の膜面積は低減するので、１モジュール当りの中空糸膜の垂直方向に伸びる距離が１０〜２００ｃｍとなるように設置して濾過することが好ましく、１０〜１００ｃｍとなるように設置することが特に好ましい。
【００３５】
以上説明した本発明の濾過方法は、密閉容器内に中空糸膜を配設して被処理水を加圧して中空糸膜を透過させるいわゆる加圧濾過法にも使用できるが、その場合にはスクラビングが容易には実施しにくいため、開放水槽中に中空糸膜モジュールを配設し、中空糸膜を透過した処理水を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で使用することが好ましい。また、周期的に一時吸引を停止する、いわゆる間欠吸引運転方法を採用することもできる。
【００３６】
本発明の濾過方法は、特に高汚濁性水の濾過に適しており、具体的な利用分野としては、河川水の濾過、工業用水濾過、下水の固液分離、排水処理（例えば合併浄化槽での処理）等が挙げられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の濾過方法では、スクラビングの際の気泡の上昇に伴う上昇水流の流速を平膜を用いて濾過する場合と同程度まで上げられるので、中空糸膜の膜面洗浄が効率よく実施でき、特に高汚濁性水の濾過において長期に亙って差圧の上昇及び流量低下が防止できる。また、濾過中に中空糸膜にたるみが発生しにくいので、中空糸膜が損傷するおそれも殆どなく安定した濾過が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる中空糸膜モジュールの一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡＡ線方向の断面図である。
【図３】本発明に用いる中空糸膜モジュールの他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明に用いる中空糸膜モジュールの濾液取り出し口近傍の拡大図である。
【図５】本発明に用いる中空糸膜モジュールの一例の断面図である。
【図６】本発明に用いる中空糸膜モジュールの一例の断面図である。
【図７】本発明の濾過方法の第１の態様を示す模式図である。
【図８】本発明の濾過方法の第２の態様を示す模式図である。
【図９】本発明の濾過方法の第３の態様を示す模式図である。
【図１０】本発明の濾過方法の第４の態様を示す模式図である。
【図１１】本発明の濾過方法の第５の態様を示す模式図である。
【符号の説明】
１    中空糸膜モジュール
２    構造材
３    固定部材
４    中空糸膜
５    濾液室
６    濾液取り出し口
７    カプラー継手
８    散気管
９    水槽
１０    重り
１１    折り返し部
【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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