CN102046273A - 中空纤维膜组件、膜分离方法及水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了中空纤维膜组件、采用该中空纤维膜组件的膜分离方法及设有该中空纤维膜组件的水处理装置，本发明的课题是通过抑制中空纤维膜的透过性能的降低并实施有效的膜分离方法来抑制水处理装置的运转效率的降低。所述中空纤维膜组件具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件，并且所述中空纤维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构，所述空气扩散机构形成为使得配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多合物。
Description
技术领域
本发明涉及用于膜分离的中空纤维膜组件及水处理装置，尤其涉及例如河流水、湖水、地下水、海水等的净水处理或下水道水、工业废水等的膜分离处理等中所使用的中空纤维膜组件、膜分离方法及水处理装置。
背景技术
以往，在对下水道水等污水进行生物处理等时，已知的有制备由该污水与活性污泥混合而成的活性污泥混合液来进行生物处理、同时对该活性污泥混合液进行膜分离并将透过膜的透过水导入至下一步处理的方法，该方法被称为“膜分离活性污泥法”等并得到了广泛的应用。
在实施采用该膜分离活性污泥法的污水净化处理的水处理装置等中，近年来日渐使用下述的一种中空纤维膜组件，其将中空纤维膜以沿上下方向延伸并保持的直立姿势浸渍在生物反应槽内进行好气性生物处理的被处理水(活性污泥混合液)中，通过吸引中空纤维膜内部来实施被处理水的膜分离获得透过水。
而且，在这种用于被处理水的膜分离的中空纤维膜组件中，由于被处理水中的悬浮性固体或粘着性有机化合物等容易使中空纤维膜的透过性能降低，并且如果中空纤维膜的透过性能降低则水处理装置的运转效率也会降低，因而现有技术中对抑制透过性能的降低的方法进行了广泛的研究。
作为抑制透过性能的降低的方法，已知的有所谓的空气洗涤(scrubbing)法，其中，在将中空纤维膜沿上下方向延伸以实施膜分离的中空纤维膜组件中，采用通过在该中空纤维膜的下端部侧实施空气扩散而产生的气泡来去除中空纤维膜表面的附着物。
例如，已知在仅固定中空纤维膜的下端部侧并以上端部侧为自由端的状态下从下端部侧实施空气扩散，通过随着气泡的上浮而向上的水流使中空纤维膜在水中保持直立姿势的同时实施膜分离的方法。或者，已知将中空纤维膜的两个端部分别固定在上下间隔配置的固定部件上并从下部侧的固定部件的上面侧产生气泡来进行膜分离的方法。
作为这种具有实施空气扩散的空气扩散机构的中空纤维膜组件，已知有下述专利文献1、2中所述的组件。
专利文献1、2中所述的中空纤维膜组件，为了多根中空纤维膜保持直立姿势，包括固定中空纤维膜的两个端部中的一个端部(上端部)上部固定部件以及固定另一端部(下端部)的下部固定部件，并具有从下部固定部件侧向被处理水中产生气泡以对中空纤维膜实施空气洗涤的空气扩散机构。
因此，专利文献1、2中所述的中空纤维膜组件例如浸渍在上述活性污泥混合液那样的含有很多有机化合物或悬浮性固体的水中并实施膜分离时，也能通过空气洗涤去除中空纤维膜表面的附着物并防止透过性能的降低。
然而，专利文献1、2所述的中空纤维膜组件并未对有效地实施空气洗涤进行充分的研究，而且需要产生所需以上的气泡。
也就是说，现有的中空纤维膜组件容易导致中空纤维膜的透过性能的降低，难以实施有效的膜分离方法，从而也难以抑制水处理装置的运转效率的降低。
此外，关于抑制中空纤维膜的透过性能的降低并实施有效的膜分离方法从而抑制水处理装置的运转效率的降低这一点，不仅在以活性污泥混合液作为膜分离对象时是广泛寻求的，在中空纤维膜组件或膜分离方法或者水处理装置中也是广泛寻求的。
专利文献
专利文献1：日本国特开2003-326140号公报
专利文献2：日本国再表2004-112944号公报
发明内容
本发明的课题在于通过抑制中空纤维膜的透过性能的降低并实施有效的膜分离方法来抑制水处理装置的运转效率的降低。
为了解决上述问题，本发明人经过仔细研究发现，在中空纤维膜组件的空气洗涤中，在固定中空纤维膜的区域中偏向外侧的区域产生的气泡由于容易因中空纤维膜组件周围的水流等而脱离中空纤维膜组件，因此与中空纤维膜的表面接触的次数减少从而无法有效地作用于去除附着物。
而且还发现，通过在中空纤维膜的配置区域的中心区域产生更多的气泡并促进经过中空纤维膜之间的气泡在横向上的移动，可以增加气泡与中空纤维膜的表面接触的次数从而提高附着物去除效果或悬浮物等的附着抑制效果，进而完成本发明。
也就是说，涉及中空纤维膜组件的本发明具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件，并且所述中空纤维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构，在所述中空纤维膜组件中，所述空气扩散机构形成为使得从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多。
另外，在涉及膜分离方法的本发明中，使具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件并形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构的中空纤维膜组件浸渍在被处理水中，实施在所述中空纤维膜的膜分离，并且，在所述膜分离中和所述膜分离后的至少一种情况下实施所述空气扩散，以使从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多，从而通过所述膜分离去除附着在所述中空纤维膜的表面的附着物。
而且，涉及水处理装置的本发明具有膜分离装置，通过使所述中空纤维膜组件浸渍在收纳有被处理水的被处理水槽内来实施所述膜分离，所述膜分离装置具有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件，并且所述中空纤维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构，在所述水处理装置中，在所述膜分离装置中使用了具有形成为使得从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多的空气扩散机构的中空纤维膜组件。
此外，在本说明书中，“中空纤维膜的配置区域”是指“在俯视下连结配置在中空纤维膜组件的最外侧的中空纤维膜的位置而形成的区域”。
另外，为了明确“中心区域”的定义，在本说明书中“中心区域”这一术语是指位于“中空纤维膜的配置区域”的中心且大小为其一半(面积的1/4)的区域。
因此，一般可以通过描画边长为“中空纤维膜的配置区域”的1/2的相似形使其中心与“中空纤维膜的配置区域”的中心重合来划定该“中心区域”，例如，在配置在最外侧的中空纤维膜的位置的连线是直径为10cm的近似圆形的情况下，这时的“中心区域”是指与该直径10cm的圆为同心圆且直径为5cm的圆的内部区域。
另外，“中心区域的气泡产生量”及“中心区域外侧的区域中的产生量”可以通过总计各区域中单位时间内产生的气泡的体积并将该体积换算为常温常压下的体积来进行比较，从而判定哪一方较多。
根据本发明，由于中空纤维膜的配置区域中的中心区域的气泡产生量比该中心区域外侧的区域中的产生量更多，因此与现有的中空纤维膜组件相比能使产生的气泡更多地与中空纤维膜的表面接触。
因此可以有效地从中空纤维膜上去除附着物，从而能有效地抑制中空纤维膜的透过性能的降低。另外，还可以抑制悬浮物对中空纤维膜表面的附着。
因此，能实施有效的膜分离方法。
即、能抑制水处理装置的运转效率的降低。
结果是，例如与现有的中空纤维膜组件相比，能降低对中空纤维膜进行空气扩散的频率或时间，而且能降低药液洗净的频率或药剂用量。
附图说明
图1是表示本发明的中空纤维膜组件的第一实施方式的结构的截面图。
图2是表示固定在图1中的上部固定部件上的中空纤维膜束的配置的图(A-A线截面图)。
图3是表示设置在图1中的下部固定部件上的通气孔的配置的图(B-B线截面图)。
图4是表示设置在图1中的下部固定部件上的通气孔的配置区域的示意图(B-B线截面图)。
图5是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图6是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图7是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图8是表示下部固定部件(板状部)的改进事例的截面图。
图9是表示图8所示的中空纤维膜组件的其他使用方法的截面图。
图10是表示气体供给方法的改进事例的截面图。
图11是表示改进了通气孔的形状的事例示意图。
图12是表示不用通气孔而通过气体供给管实施空气扩散的事例的截面图。
图13是表示本发明的中空纤维膜组件的第二实施方式的结构的截面图。
图14是表示固定在图13中的上部固定部件上的中空纤维膜束的配置的图(C-C线截面图)。
图15是表示设置在图13中的下部固定部件上的通气孔的配置的图(D-D线截面图)。
图16是表示设置在图13中的下部固定部件上的通气孔的配置区域的示意图(D-D线截面图)。
图17是表示本发明的水处理装置的一个实施方式的结构说明图。
图18是表示本发明的水处理装置的其他实施方式的结构说明图。
图19是作为实施例(比较例)用于评价的中空纤维膜组件的通气孔的状态示意图(外观照片)。
具体实施方式
以下参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是从侧面方向观察处于直立状态的本发明的第一实施方式的中空纤维膜组件的截面图，图中的标记10表示中空纤维膜组件。
图2是固定在图1中的上部固定部件上的中空纤维膜(中空纤维膜束)的配置的俯视示意图(A-A线截面图)，图3、4是设置在图1中的下部固定部件上的通气孔的配置的仰视示意图(B-B线截面图)。
如图1所示，本实施方式的中空纤维膜组件10被形成为纵长圆筒状，在其上下方向的中间部具有处于露出状态的多根中空纤维膜11。
该第一实施方式的中空纤维膜组件10使用两个固定部件，即在上方侧固定多根中空纤维膜11的两个端部中的一个端部的固定部件以及在下方侧固定另一端部的固定部件。
更具体地说，所述中空纤维膜组件10具有下部固定部件20、以预定间隔位于下部固定部件20的上方的上部固定部件30以及支撑下部固定部件20和上部固定部件30以保持它们之间的间隔的、沿上下方向延伸的多根支撑部件(省略图示)。而且，中空纤维膜组件10中所包括的所述多根中空纤维膜11的下端部以膜端封闭的状态固定在下部固定部件20上，上端部以膜端开口的状态固定在上部固定部件30上。
也就是说，多根中空纤维膜11以两端部对齐的状态使其长度方向沿上下方向延伸地包含在中空纤维膜组件10中。
此外，作为构成中空纤维膜组件10的中空纤维膜11可以使用精密过滤膜或超过滤膜等。
另外，本实施方式的中空纤维膜组件10具有从所述下部固定部件侧产生气泡以在中空纤维膜上实施空气洗涤的空气扩散机构。
所述上部固定部件30包括圆筒体31、具有透过水出口32a且安装在圆筒体上侧的圆形上板32以及具有膜束贯穿孔且安装在圆筒体下侧的圆形下板33。
在上部固定部件30的内侧包括配置在水平方向上、并将所述圆筒体31的内部空间分隔成圆形上板侧和圆形下板侧的板状部34。
该板状部34是粘合剂固化并形成为板状的部件，所述中空纤维膜11以其端部从所述板状部34的下面侧贯穿至上面侧的方式固定在板状部34上。
另外，所述中空纤维膜11以整体束成一束的状态用所述粘合剂固定，而且，被固定成其上端缘与所述板状部34的上面位于同一平面。
因此，由所述粘合剂形成的粘合剂部分34a以及所述中空纤维膜11的开口部分以比较均匀的分散状态形成在所述板状部34的上面侧，而且，所述中空纤维膜11的开口位置形成于所述板状部34的整个上面。
另外，通过从板状部34的上面侧向下面侧填充并固化大致一定深度的用于固定所述中空纤维膜11的粘合剂，可以在整个表面上以大致一定的厚度形成所述板状部34。
例如在组装上部固定部件30时，可以使中空纤维膜11穿过圆形下板33，然后用粘合剂填充在中空纤维膜11之间从而将中空纤维膜11的上端部粘合固定在圆筒体31上，之后，将圆形下板33安装在圆筒体31上，从而来形成上部固定部件30。
而且，在上部固定部件30内的上部中，在所述板状部34的上方侧形成有收纳透过水的集水室35，该集水室35与各中空纤维膜11的上端部的开口连通，且由圆形上板32的下面、圆筒体31的内壁面以及板状部34的上面界定而成。
在用于从该集水室35中排出透过水的透过水出口32a上连接有来自于配置在生物反应槽外部的吸泵的管道。
另外，下部固定部件20具有与上部固定部件30的圆筒体31相同尺寸的内径的圆筒体21以及安装在该圆筒体21内上方侧的呈圆板状的板状部22，该板状部22上形成有(本实施方式中为8个)通气孔23，以实施用于空气洗涤的空气扩散。
所述板状部22沿水平方向配置在所述圆筒体21的内部，且在其上面侧固定着所述中空纤维膜11的下端部。
而且，所述中空纤维膜11以其固定位置大致均匀分散的方式固定在除所述通气孔23的形成处以外的板状部22的整个上面侧上。
8个通气孔23形成为沿上下方向(垂直方向)穿所述板状部22的贯穿孔，且分别在板状部22的上面侧与下面侧上开口。
如图3所示，所述8个通气孔23以距离板状部22的中心等距的方式配置在所述板状部22中以下部固定部件20(板状部22)的径向中心为中心的放射线上(分别成45度张角的8条放射线L1-L8上)。
而且，如图4所示，设所述圆筒体21的内周圆(板状部22的外缘)的半径为“R”，8个通气孔23均位于与该圆为同心圆的半径为“R/2”的假想圆C的内侧区域、即配置有中空纤维膜11的区域的中心区域。
此外，对于通气孔23，通过减小其开口面积以提高通过通气孔23的空气的流速，能使大量的气泡与中空纤维膜11的表面良好地接触，获得较好的附着物去除效果。
另一方面，通气孔23的开口面积变小时，在停止空气扩散的期间等通气孔23有可能发生堵塞。
在这一点上，优选将每个通气孔23的开口面积形成为0.5～5cm2，具体地，在通气孔的形状为圆形的情况下，优选将通气孔23的直径形成为8～25mm。
另外，在能将放出的气泡有效地用于空气洗涤这一点上，优选仅在中心区域形成通气孔23。
然而，在这种情况下，当配置有中空纤维膜11的区域变大时，通气孔23与最外侧的中空纤维膜的距离变长，从而难以将空气洗涤的效果充分地发挥至最外侧的中空纤维膜。
另一方面，如果配置有中空纤维膜11的区域过小，则从通气孔23放出的气泡短时间内就会通过最外侧的中空纤维膜，从而不利于将气泡有效地用于空气洗涤。
因此，在能有效地将气泡用于空气洗涤的同时能将空气洗涤的效果发挥至所配置的中空纤维膜的每一处这一点上，例如在配置在最外侧的中空纤维膜的位置的连线为近似圆形的情况下，优选使中空纤维膜的配置区域为直径120～250mm的圆形区域。
而且，中空纤维膜11的有效长度(中空纤维膜与水接触部分的长度)与中空纤维膜的内径等也有关，优选为400～2500mm，例如在中空纤维膜的内径为0.5～1.2mm的情况下，根据透过水的取水效率的观点，优选为500～1500mm。
由于所述板状部22位于圆筒体21内的上方侧，因此形成所述下部固定部件20，以能够通过在所述板状部22的下面侧供给用于空气洗涤的空气等气体，从而将所述气体收纳在由板状部22的下面以及圆筒体21的内壁面围成的空间24(以下也称“气体收纳部24”)内，并通过所述通气孔23将该收纳的气体在板状部22的上面侧作为气泡放出。
即，在下部固定部件20上形成有由板状部22的下面以及圆筒体21的内壁面界定的气体收纳部24。
所述空气扩散机构由设置在板状部22上的通气孔23、气体收纳部24以及用于向所述气体收纳部24供给气体的气体供给管25等构成，用于在板状部22的上面侧产生所述气泡。
此外，除了上述例示的方式，还可以对第一实施方式的中空纤维膜组件10加以各种改进。
参考图5～图12对改进点进行说明。
图5、图6、图7、图11与图3一样，为通气孔的配置示意图，图8～图10、图12与图1一样，为中空纤维膜组件的结构截面图(图8～图10只示出了下部固定部件侧)。
在所述中空纤维膜组件10中例示了下部固定部件20上具有8个通气孔23的板状部22，但也可以在下部固定部件上形成具有例如9个以上的通气孔的板状部。
图5是表示在图3、图4所示的板状部22上穿设了第9个通气孔23a的状态的俯视图。
如图5所示，由于具有在中空纤维膜的配置区域的中心处开口的通气孔23a，从而能发挥出通过配置在中心部的中空纤维膜实现可靠空气扩散的效果。
另外，相反地，通气孔的数量也可以不足8个，例如如图6所示，也可以使下部固定部件包括仅具有在中空纤维膜的配置区域的中心处形成的单个通气孔23b的板状部22。
在所述第一实施方式中，根据能将放出的气泡有效地用于空气洗涤这一点，以仅在中心区域形成通气孔23的情况为例对中空纤维膜组件10进行了说明，但例如如图7所示，在具有配置在中心区域外的通气孔23c的情况下，只要其被构成为以中心区域的通气孔23的气泡产生量比该中心区域外侧的区域的通气孔23c的气泡产生量多的方式来实施空气洗涤，就在本发明的保护范围之内，从而也可以将通气孔的配置设置成图7所例示的形态。
作为形成能以该中心区域的通气孔23的气泡产生量比该中心区域外侧的区域的通气孔23c的气泡产生量多的方式实施空气洗涤的空气扩散机构的具体手段，例如有使中心区域的通气孔23的总开口面积比中心区域外的通气孔23c的总开口面积大的方法。
在形成这种通气孔在中心区域中开口的开口面积比中心区域外侧的区域的开口面积大的空气扩散机构的情况下，无需复杂的控制就能容易地使中心区域的气泡产生量比其外侧的产生量多。
此外，根据需要，例如如图8所示，也可以使下部固定部件20的板状部22的下面中央部向上方侧凹陷成钵形，从而形成通常仅从中心区域的通气孔23产生气泡的形态。
在这种情况下，中心区域的通气孔23的开口面积与中心区域外侧的区域中的通气孔23c的开口面积之间的关系并无特别的限定。
也就是说，即使中心区域外侧的区域中的通气孔23c的开口面积比中心区域的通气孔23的开口面积大，由于气体收纳部24形成为使得气体集中在板状部22的下面中心部，因此也能使中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域的气泡产生量多。
另外，这种情况下，例如如图9所示，必要时可以通过增加气体供给管25的气体供给量以增大气体收纳部24的气体收纳量从而从中心区域外侧的区域的通气孔23c产生气泡。
也就是说，如图8所示，通过设置下面侧上相当于中心区域的部位向上方侧凹陷的板状部22，能更可靠地使中心区域的气泡产生量比其外侧多，而且可以根据需要来调整外侧区域的气泡产生量等。
另外，如图10所示，也可以在气体供给管25的前端设置分支管部25a，并使该分支管部25a的前端部不仅与中心区域的通气孔23而且与中心区域外的通气孔23c连接，从而向这些通气孔23、23c直接供给气体。
在这种情况下，通过调整分支管部25a的管径等，可以调整成中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域中的产生量更多。
另外，在图10所示的情况下，通过在分支管部25a上设置流量调整阀等，可以调整对各通气孔的气体供给量。
在使用这种调整气体供给量的气体供给管的情况下，由于可以直接控制对通气孔的气体供给，因而能容易地调整气泡的产生状况，实施精细的控制，例如可以在进行了一定期间的运转后观察中空纤维膜表面上的附着物形成状况，根据其结果重新调整气体供给量等。
此外，此前附图所例示的是具有截面形状为圆形的通气孔的中空纤维膜组件10，但例如图11所示的具有长圆形通气孔23d的情况也在本发明的保护范围之内，而且，本发明还可以采用具有多边形或不定形等截面形状的通气孔，其形状没有特别限定。
而且，如图11所示，也可以采用从中心区域跨中心区域外而开口的通气孔23d。
此外，在采用如图11所示的通气孔23d的情况下，例如可以采用较厚的塑料膜等制成截面形状与中心区域(假想圆C)相同的筒，将该筒设置在板状部22的上面，从而将板状部22的上面侧产生的气泡分离成从中心区域产生的气泡以及中心区域外侧的区域产生的气泡，通过比较其产生量来判定哪个区域的气泡产生量较多。
而且根据需要，例如图12所示，可以不在下部固定部件20的板状部22上形成通气孔，而是将气体供给管25的开口端配置在板状部22的上面侧，通过从该开口端放出空气来从沿上下方向延伸的中空纤维膜11的下端部侧产生气泡。
在这种情况下，可以直接控制空气扩散量，同时也可以调整中空纤维膜11的配置区域与气体供给管25的开口端的相对位置，并能根据中空纤维膜11表面的附着物产生状况来改变气泡产生位置。
因而能更进一步地抑制中空纤维膜的透过性能的降低，实施有效的膜分离方法。
在不会显著破坏本发明的效果的范围内，可以对第一实施方式的中空纤维膜组件采用除此以外的现有公知中空纤维膜组件中所采用的技术手段。
例如，可以不从上部固定部件侧获取透过水，而是将下部固定部件的板状部设为中空结构并在该板状部的中空部位使中空纤维膜组件开口，从而从下部固定部件侧获取透过水。
另外，第一实施方式的中空纤维膜组件例示了中空纤维膜组件的配置区域为圆形的情况，但中空纤维膜组件的配置区域也可以为椭圆形或多边形等。
如下所述，这样的中空纤维膜组件例如可以通过改造原有的中空纤维膜组件来形成。
现有的中空纤维膜组件通常将通气孔设置成使得在中空纤维膜的整个配置区域均匀地产生气泡或在中心区域外侧的区域中产生更多的气泡。而且，例如在这样的现有中空纤维膜组件中，在分别设有在中心区域产生气泡的通气孔与在中心区域外侧的区域产生气泡的通气孔的情况下，可以对中空纤维膜组件进行改造，缩小在外侧区域产生气泡的通气孔的直径或将其堵塞，使该通气孔的气泡产生量比改造前少，从而使中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域中的气泡产生量更多。
在如此形成中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域中的气泡产生量更多的中空纤维膜组件的情况下，可以直接利用现有设备，而且可以用简单的改造操作来抑制中空纤维膜的透过性能的降低以实施有效的膜分离方法。
接下来，参考图13～15对第二实施方式进行说明。
图13是本发明的中空纤维膜组件的第二实施方式的结构的截面图，对表示与第一实施方式相同的结构的部位使用相同的标记并省略说明。
另外，图14是固定在图13中的上部固定部件上的中空纤维膜(中空纤维膜束)的配置图(C-C线截面图)，图15是设置在图13中的下部固定部件上的通气孔的配置图(D-D线截面图)。
第二实施方式的中空纤维膜组件10′与第一实施方式的中空纤维膜组件10的区别在于：沿上下方向延伸的多根中空纤维膜11以形成由规定根数扎束并粘合而成的多束中空纤维膜束12的状态设置在上部固定部件30及下部固定部件20上。
而且，将所述圆筒体31的内部空间分隔成圆形上板侧与圆形下板侧的板状部34由用粘合剂结合多束中空纤维膜束12而形成的中空纤维膜束结合部分12a以及固定中空纤维膜束12的粘合剂部分34a构成。
另外，在本实施方式中，如图14所示，多束中空纤维膜束12配置在从上部固定部件30的中心延伸的放射线上(本实施方式中为包含中心位置且分别成45度张角的8条射线L11～L18上)。
另一方面，如图15所示，形成在下部固定部件20上的8个通气孔23在所述板状部22中分别设置在与上部固定部件30中的放射线L11～L18相位偏离角度22.5度的放射线(L11′～L18′)上距离中心等距的位置处。
因此，从下部固定部件20的板状部22的下面侧观察通气孔23与中空纤维膜束12的配置时，为图16所示的关系。
也就是说，所述第一实施方式中的中空纤维膜的配置区域为板状部的整个上面侧，而第二实施方式中的中空纤维膜的配置区域为图16中的假想线E1所示的正八边形区域。
此外，第二实施方式的中空纤维膜组件10′中的通气孔23均配置在与所述正八边形具有相同的中心点且边长为其一半的正八边形(假想线E2)所示的区域(中心区域)中。
也就是说，第二实施方式的中空纤维膜组件10′与所述第一实施方式的中空纤维膜组件10的一个相同点在于在中心区域中产生用于空气洗涤的气泡。
此外，从抑制中空纤维膜的附着物这一点来看，即使在使用相同根数的中空纤维膜的情况下，也优选直到在固定的端部处也使各中空纤维膜分离的配置，优选所述第一实施方式的中空纤维膜组件10那样的中空纤维膜的配置。
或者，即使将基于上部固定部件30的上端部的固定状态设置为所述第二实施方式的中空纤维膜组件10′那样扎束成中空纤维膜束12的形态，也优选至少在下部固定部件20侧像第一实施方式的中空纤维膜组件10那样形成中空纤维膜的固定位置，使其大致均匀地分布在板状部22的上面。
此外，这里虽未详述，对中空纤维膜组件10′加以各种改进这一点也与第一实施方式的中空纤维膜组件10相同，图5～图12所示的形态也可以适用于第二实施方式的中空纤维膜组件10′。
接下来，参考图17、图18对水处理装置以及该水处理装置中实施的膜分离方法进行说明。
图17是使用第一实施方式的中空纤维膜组件10(或者第二实施方式的中空纤维膜组件10′)的水处理装置的一个实施方式的构成说明图。
该水处理装置40在本实施方式中是对作为被处理水的河流水进行净水处理的装置。
如图17所示，水处理装置40包括被供给来自被处理水供给管41的被处理水(河流水)的被处理水槽42。
另外，本实施方式的水处理装置40包括膜分离装置，该膜分离装置具有：多个中空纤维膜组件10(10′)，被配置成以直立姿势浸渍在该被处理水槽42内的被处理水中；以及透过水取出管路43，该透过水取出管路43与这些中空纤维膜组件10(10′)连接，具有吸泵43a，且通过采用该吸泵43a吸引中空纤维膜内部来进行由对被处理水进行膜过滤而引起的固液分离并取出透过水。
而且，本实施方式的水处理装置40包括：用于使中空纤维膜组件10(10′)的空气扩散机构实施空气洗涤的鼓风机44a、从该鼓风机44a输送空气并通过所述气体供给管25(参考图1等)向所述气体收纳部24供给空气的空气供给管路44、以及排出被处理水槽42内的沉淀物的沉淀物排出管45。
图17的膜分离装置中的透过水取出管路43具有与各中空纤维膜组件10(10′)的透过水出口32a连接的集水管43b、与各集水管43b连通的集水头管43c以及透过水取出管43d。
另外，空气供给管路44由鼓风机(····)44a、供给通过该鼓风机44a加压的空气的空气输送管44b、从该空气输送管44b分支的空气输送分支管44d以及使各空气输送分支管44d的前端部分位于各中空纤维膜组件10(10′)的圆筒体21的下端侧的气体供给管25构成。
此外，各中空纤维膜组件10(10′)被设置成其上部固定部件30整体位于水面下方。
在如此构成的水处理装置40中，可以通过所述膜分离装置来实施膜分离方法，通常是通过采用所述吸泵43a吸引中空纤维膜内部来用中空纤维膜对被处理水进行膜分离(过滤)，并通过透过水取出管路43排出透过液，同时通过空气扩散机构的空气扩散来去除附着于中空纤维膜的表面的悬浮物等。
考虑到附着物的去除性能等，可以确定适宜的时机来实施中空纤维膜对被处理水的膜分离以及空气扩散机构的空气扩散。
例如有交替实施过滤被处理水的膜分离工序与使透过水逆流并逆洗净中空纤维膜的逆洗净工序、并且仅在膜分离工序终止后的逆洗净工序中实施空气扩散的膜分离方法。
这种情况下，同时进行逆洗净与空气扩散引起的空气洗涤，能有效地去除中空纤维膜表面附着的附着物。
另外，作为与上述膜分离方法不同的膜分离方法，例如有在实施膜分离工序和逆洗净工序的期间时常实施空气扩散的膜分离方法。
在这种情况下，由于膜分离中也实施空气扩散，因此与先前例示的膜分离方法相比容易增加空气扩散量，另一方面通过膜分离中的空气扩散可防止悬浮物等的附着，因此能进一步地防止中空纤维膜的透过性能降低。
通过这样在膜分离后或膜分离中实施空气扩散能防止中空纤维膜的透过性能降低，实施有效的膜分离方法。
更具体地说，在所述空气扩散中，从所述鼓风机44a通过空气输送管44b、空气输送分支管44d及气体供给管25向中空纤维膜组件10(10′)的下部固定部件20的下方供给空气，在所述中空纤维膜组件10(10′)内配置有中空纤维膜11的区域中产生气泡。
产生的气泡因其浮力而在中空纤维膜11的间隙中上升。
而且，产生的气泡通过相邻的中空纤维膜11之间的间隙，并从中心区域向周围移动并上升。
不久，该气泡向配置在最外侧的中空纤维膜的更外侧移动，并被被处理水槽42的槽内水(被处理水)的水流冲击等，从而脱离中空纤维膜组件10(10′)。
在本实施方式的水处理装置40中，在所述中空纤维膜组件10(10′)内配置有中空纤维膜11的区域中的中心区域产生更多的气泡。
在该中心区域产生的气泡由于在气泡产生到脱离中空纤维膜组件10(10′)的期间在更多的中空纤维膜之间通过并移动，因而可以特别有效地作用于中空纤维膜的表面附着物的去除。
通常，中空纤维膜上的附着物大体可以分为能通过药品洗净溶解去除的粘着性有机物等附着物以及难以用药品洗净去除的悬浮质等附着物。于是，当形成了空气洗涤的效果不充分之处时，此处会附着、堆积通过药品洗净难以去除的附着物。因此会产生药品洗净不能充分发挥效果且即使对本来用药品洗净能充分去除的粘着性有机物等实施药品洗净也不能充分去除的状况。
因此，附着物的堆积加速，在一部分区域内各中空纤维膜因为堆积物而一体化，从而会进入完全丧失作为分离膜的功能的状态。
而具有本发明的中空纤维膜组件的水处理装置能有效地将气泡用于去除附着物，与现有的中空纤维膜组件相比能抑制中空纤维膜的透过性能的降低。
而且，与现有技术相比能提高药品洗净的效果，并发挥防止附着物(防止透过性能降低)的相乘效果。
因此，通过进一步设置在所述中空纤维膜上进行药品洗净的药品洗净机构能显著地防止中空纤维膜的透过性能降低。
而且，通过在膜分离装置中采用这样的中空纤维膜组件，对于防止水处理装置的运转效率的降低也能发挥优良的效果。
下面参考图18对水处理装置的其他实施方式进行说明。
图18是水处理装置的其他实施方式的结构说明图，本实施方式的水处理装置50是通过膜分离活性污泥法对下水道水、废水等含有有机性物质的污水进行净化处理的装置。
如图18所示，水处理装置50具有作为被供给来自被处理水供给管51的一次处理水的被处理水槽的生物反应槽52以及对生物反应槽52内的被处理水(活性污泥混合液)进行膜分离的膜分离装置。
所述膜分离装置包括：多个中空纤维膜组件10(10′)，被配置成以直立姿势浸渍在所述活性污泥混合液中；以及透过水取出管路53，与这些中空纤维膜组件10(10′)相连接，具有吸泵53a，通过采用该吸泵53a吸引中空纤维膜内部来进行由对被处理水进行膜过滤而引起的固液分离并取出透过水。
而且，水处理装置50还包括：通过鼓风机54a向中空纤维膜组件10(10′)供给用于空气洗涤的空气的空气供给管路54、配置在生物反应槽52内中空纤维膜组件10(10′)的下方的空气扩散装置56以及排出生物反应槽52内的污泥的污泥排出管55。
所述透过水取出管路53由集水管53b、集水头管53c、透过水取出管53d及吸泵53a构成。
所述空气供给管路54由鼓风机54a、空气输送管54b、空气输送分支管54d及气体供给管25构成。
在本实施方式中，来自鼓风机54a的加压的空气通过从空气输送管54b分支的管道供给至所述空气扩散装置56。
空气扩散装置56用于通过从空气扩散孔空气扩散的气泡(空气)进行氧气供给从而进行活性污泥处理(好气性生物处理)，同时通过将未溶解的气泡集中并供给至中空纤维膜组件10(10′)的气体收纳部24，使通过上升气泡的气提作用产生的上升流作用于中空纤维膜组件10(10′)的膜面从而进行膜面洗净。
各中空纤维膜组件10(10′)被设置成其上部固定部件30位于水面下方。
如此构成的水处理装置50由于包括所述的中空纤维膜组件10(10′)，因此与现有的中空纤维膜组件相比能抑制中空纤维膜的透过性能的降低。
另外，能使所述膜分离装置实施有效的膜分离方法。
而且，与现有技术相比能提高药品洗净的效果，并能发挥防止附着物(防止透过性能降低)的协同效果。
因此，在本实施方式中，能降低药品洗净的频率，也降低了槽内的微生物的活性下降的可能性。
因此，也能对防止采用膜分离活性污泥法的污水净化处理水处理装置的运转效率的降低发挥良好的效果。
另外，通过将为好气性生物处理而供给的气泡中的未使用的未溶解气泡集中并供给至中空纤维膜组件的气体收纳部，能降低对中空纤维膜组件的空气扩散动力。
实施例
接下来列举实施例来更详细地说明本发明，但本发明并不限定于此。
(实施例1)
为了仅从中空纤维膜的配置区域的中心区域产生气泡，将仅在中空纤维膜的下端部所固定的板状部的中央部(从中心开始大约30mm半径的范围)上形成了6个通气孔的中空纤维膜组件以直立姿势浸渍在收纳了悬浮固体浓度(MLSS)为1500～3000mg/l的活性污泥混合液的生物反应槽(容积约932L)内，实施膜分离使膜透过流速为0.75m/日～1.0m/日。
此外，向此时的生物反应槽供给的被处理水的水质为：总有机碳浓度约为1.5mg/l，浊度约为16度，生物反应槽中的被处理水的滞留时间为36～50分钟。
另外，如图19(板状部的下面侧的拍摄照片)所示，用于评价的中空纤维膜组件是对现有中空纤维膜组件进行改造而形成的，具体地，对于在整个板状部上的24处设置了具有11mmφ的开口面积的通气孔的中空纤维膜组件，保留其中心部的6个通气孔并堵塞其他的通气孔。
另外，中空纤维膜组件的规格为：孔径为公称0.1μm，长度为1m，固定中空纤维膜的下端的板状部的面积约0.0181m2(直径152mm的圆形)，膜表面积为25m2。
此外，膜分离中，每进行9分钟的膜分离就实施1分钟的逆洗净，并且仅在逆洗净时实施空气洗涤，使所述6个通气孔的气泡产生量总计为5m3/h。
实施这种膜分离33天的结果，证实了在膜分离时中空纤维膜组件的差压的上升仅为8kPa(0.24kPa/日)。
(比较例1)
不实施通气孔的堵塞(使用具有配置位置分散在中空纤维膜的整个配置区域的24个通气孔的中空纤维膜组件)，在中空纤维膜的配置区域的中心区域的外侧区域中产生比中空纤维膜的配置区域的中心区域更多的气泡，并且膜分离的实施期间以7天代替33天，除此以外与实施例1同样地实施膜分离。
结果证实：中空纤维膜组件的差压的上升与仅7天的运转无关，与使用实施例1的中空纤维膜组件的情况相同为8kPa(1.15kPa/日)。
(比较例2)
使用与比较例1相同的中空纤维膜组件，在9分钟的膜分离时也实施空气洗涤使气泡产生量为5m3/h(时常实施空气洗涤)且实施25天的膜分离，除此以外与实施例1同样地实施膜分离。
结果证实：中空纤维膜组件的差压的上升为10kPa(0.4kPa/日)。
也就是说，证实了与实施例1的中空纤维膜组件相比，随着将10倍量的空气用于空气洗涤，每天的差压的上升(0.4kPa/日)与实施例1的中空纤维膜组件(0.24kPa/日)相比也更大。
由此可知，本发明能有效地抑制中空纤维膜的透过性能的降低从而抑制水处理装置的运转效率的降低。
附图标记说明
10、10′中空纤维膜组件11中空纤维膜
12中空纤维膜束 12a 中空纤维膜束结合部分
20下部固定部件 21圆筒体
22板状部 23、23a、23b、23c、23d通气孔
24气体收纳部 25气体供给管
25a分支管道部 30上部固定部件
31圆筒体 32圆形上板
32a透过水出口 33圆形下板
34板状部 34a粘合剂部分
35集水室 40水处理装置
41被处理水供给管 42被处理水槽
43透过水取出管路 43a吸泵
43b集水管 43c集水头管
43d透过水取出管 44空气供给管路
44a鼓风机 44b空气输送管
44d空气输送分支管 45沉淀物排出管
50水处理装置 51被处理水供给管
52生物反应槽 53透过水取出管路
53a吸泵 53b集水管
53c集水头管 53d透过水取出管
54空气供给管路 54a鼓风机
54b空气输送管 54d空气输送分支管
55污泥排出管 56空气扩散装置
Claims (6)
1.一种中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件，并且所述中空纤维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构，所述中空纤维膜组件的特征在于：
所述空气扩散机构形成为使得从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
所述空气扩散机构形成为使得仅从所述中心区域产生所述气泡。
3.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜组件，其中，
在所述固定部件上具有沿水平方向配置的板状部，所述中空纤维膜的下端部固定在所述板状部的上面侧，所述空气扩散机构形成为至少在所述中心区域内开口一个以上用于产生所述气泡的通气孔，在所述板状部的下面侧设置有与所述通气孔连通的气体收纳部、通过使所述气体收纳部收纳气体而从所述通气孔产生气泡，而且，所述通气孔在所述中心区域中开口的开口面积比在中心区域外侧的区域中的通气孔开口面积大，以使从所述中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的产生量更多。
4.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜组件，其中，
在所述固定部件上具有沿水平方向配置的板状部，所述中空纤维膜的下端部固定在所述板状部的上面侧，至少在所述中心区域内开口一个以上用于产生所述气泡的通气孔，并且，为了将形成所述气泡的气体直接供给所述通气孔，在所述空气扩散机构中使用了与所述通气孔连接设置的气体供给管，而且，所述气体供给管对所述通气孔的气体供给量被调整，以使从所述中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的产生量多。
5.一种膜分离方法，其特征在于：
使具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件并形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构的中空纤维膜组件浸渍在被处理水中，实施在所述中空纤维膜的膜分离，并且，在所述膜分离中和所述膜分离后的至少一种情况下实施所述空气扩散，以使从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多，从而通过所述膜分离去除附着在所述中空纤维膜的表面的附着物。
6.一种水处理装置，所述水处理装置具有膜分离装置，通过使所述中空纤维膜组件浸渍在收纳有被处理水的被处理水槽内来实施所述膜分离，所述膜分离装置具有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件，并且所述中空纤维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构，所述水处理装置的特征在于，
在所述膜分离装置中使用了具有形成为使得从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域中的气泡的产生量多的空气扩散机构的中空纤维膜组件。
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