JP2000079330A - 膜モジュール及び運転方法 - Google Patents

膜モジュール及び運転方法

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JP2000079330A
JP2000079330A JP10282647A JP28264798A JP2000079330A JP 2000079330 A JP2000079330 A JP 2000079330A JP 10282647 A JP10282647 A JP 10282647A JP 28264798 A JP28264798 A JP 28264798A JP 2000079330 A JP2000079330 A JP 2000079330A
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JP
Japan
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membrane
membrane module
opening
liquid
sludge
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JP10282647A
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English (en)
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Kazuhisa Kumami
和久 熊見
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DAISEN MEMBRANE SYSTEMS KK
Original Assignee
DAISEN MEMBRANE SYSTEMS KK
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Publication date
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  • Activated Sludge Processes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 維持管理作業が容易な水処理用の膜モジュー
ルを得る。 【解決手段】 膜モジュール10は、長尺状箱体12内に複
数の膜エレメントからなる膜体50が収納されている。底
面に設けた開口部より通液された汚水は、膜体50におい
て濾過され、透過液は排出管55から排出される。汚水の
固形分は長尺状箱体12の底面に沈殿するため、膜体50に
付着することが抑制される。膜体50は、着脱自在の端面
13aから取り出し、修理交換できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大規模な汚水処理
場や家庭の合併浄化槽等における懸濁物や汚泥を含む汚
水の処理用として好適な膜モジュールに関する。また本
発明は、前記膜モジュールの運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】活性汚泥法等のような生物的浄化手段を
採用した汚水処理施設においては、処理水と汚泥を分離
する固液分離作業が必要となる。このような固液分離用
の膜としては、ろ板に固定した平膜エレメントをハウジ
ング内に挿入した膜モジュールが知られている(例え
ば、特開平4−281828号公報、特開平2−868
93号公報、特開平6−178919号公報参照)。こ
のような膜モジュールを用いて汚水を処理する場合、通
常は活性汚泥槽内部に膜モジュールを浸漬し、膜内部か
ら吸引して濾過すると共に、膜モジュールの下部から強
制ばっ気することにより、膜面に汚泥が付着して濾過機
能が低下することを防止している。
【0003】また、膜の周囲をシールした袋状の膜エレ
メントに穿孔して、その孔を透過液の取り出し口にした
ものやこれらの膜エレメントを複数組み合わせて取り出
し口を連通させた膜モジュールも知られている(例え
ば、特開平1−293103号公報、特開平7−318
54号公報、特開平7−308553号公報、特開平8
−155277号公報、特開平8−323159号公報
参照)。これらの膜モジュールも、やはり上記の浸漬法
による水処理に用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】膜モジュールを浸漬法
に用いた場合、膜の修理や洗浄を行う際には、そのたび
に膜モジュールを汚泥槽から引き上げなければならず、
維持管理作業が煩雑となる。また、汚泥槽から膜モジュ
ールを引き上げるための付帯設備や洗浄用の別槽が必要
となるため、余分なスペースが必要となり、維持管理費
用もかさんでしまう。さらに、運転時にはばっ気が必要
となるため、それに要するエネルギーも必要となり、運
転時及び維持管理時を通じてエネルギー面及びコスト面
から改善の余地がある。
【0005】本発明は、水処理運転時に要するエネルギ
ーを低減し、大規模水処理施設や家庭の合併浄化槽にお
ける運転コストを低下させると共に、維持管理も容易に
できる、外部循環型の膜モジュールを提供することを目
的とする。また本発明は、安定した濾過処理を継続でき
る膜モジュールの運転方法を提供することを他の目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、幅方向の断面
が四角形の長尺状箱体内部に水処理用の膜エレメントが
収納されており、前記長尺状箱体が、その長さ方向と直
角方向に1以上の開口部を有していることを特徴とする
膜モジュールを提供する。また本発明は、上記の膜モジ
ュールの運転方法であり、膜モジュール内における被処
理液の通液速度を増減させることを特徴とする膜モジュ
ールの運転方法を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の膜モジュールの実
施形態を明細書に添付した図面に基づいて説明するが、
本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
図1は理解を容易にするために一部を切り欠いた膜モジ
ュールの斜視図であり、図2は図1に示す膜モジュール
の一側面側を取り外した正面図(ただし、理解を容易に
するため開口部のみを断面図で示している)であり、図
3は図2に示す膜モジュールの一端面側の側面図であ
り、図4は図2に示す膜モジュールの他端面側の側面図
であり、図5は図4に示す膜モジュールの端面を取り外
した側面図であり、図6は膜エレメントの支持部材の正
面図であり、図7は図6に示す支持部材の平面図であ
り、図8は図6で示す支持部材の幅方向への断面図であ
り、図9は図6で示す支持部材による膜エレメントの支
持方法を説明するための図である。
【0008】図1〜図5に示すように、膜モジュール1
0は、長尺状箱体12とその内部に収納された水処理用
の膜体50を備えている。長尺状箱体12の幅方向の断
面は、正方形又は長方形である。長尺状箱体12の幅と
長さの関係は、直方体状であれば特に限定されるもので
はない。なお、断面が正方形又は長方形であれば、長さ
方向において、幅及び高さは均一である必要はない。
【0009】長尺状箱体12は、端面13a、13b、
側面14a、14b、上面15a及び底面15bのうち
の1以上が着脱自在に取り付けられていることが好まし
い。特に、膜体50を長尺状箱体12内部から取り出す
際の便宜から、端面13a又は端面13bを着脱自在に
することが好ましい。このように着脱自在にする方法は
特に限定されるものではなく、例えば、端面13aと端
面13bと側面14a及び側面14b、上面15a及び
底面15bを、フランジ20a、20bにおいてボル
ト、ナット等の連結手段により連結すればよい。このと
き、フランジ20a、20bにはゴムパッキンやO−リ
ングを介在させて、水密性を高めることができる。
【0010】長尺状箱体12は、長さ方向と直角方向に
設けられた開口部を有している。この開口部は1以上あ
ればよく(例えば、開口部21)、好ましくは2つあれ
ばよく(例えば、開口部21、22又は開口部21、2
3)、特に好ましくは3つあればよい(開口部21、2
2、23)。これらの開口部21、22、23のうち少
なくとも開口部21、23は、開閉手段を有している。
開口部の口径は、被処理水の状態、処理量等に応じて適
宜設定することができる。
【0011】開口部は、長尺状箱体12の両端13a、
13b近傍に設けられていることが好ましく、開口部が
1又は2の場合には、一方が底面15bに設けられ(開
口部21)、他方が上面15aに設けられている(開口
部22)ことが好ましく、開口部が3の場合には、一方
が底面15bに設けられ(開口部21)、他方が上面1
5aと底面15bに設けられている(開口部22、2
3)ことが好ましい。
【0012】長尺状箱体12は、ステンレス等の各種金
属、プラスチック、繊維強化プラスチック等の複合材
料、木材等の材料で形成することができるが、防錆性、
耐久性及び機械的強度が高いことから、ステンレスや繊
維強化プラスチックが好ましい。
【0013】長尺状箱体12の容積は水処理能力や設置
場所等に応じて適宜設定することができるが、例えば、
断面の一辺の大きさが2〜400cm程度、長さが10〜
500cm程度にすることができる。
【0014】水処理用の膜体50は、水処理ができるも
のであれば特に限定されるものではなく、例えば、2以
上の平膜を有し、かつ隣接する平膜同士が水密になるよ
うに一体化された一つの膜エレメント50aが1又は2
以上組み合わされたものを用いることができる。
【0015】このような膜エレメント50aに用いる平
膜としては、例えば、綿、麻、羊毛等の天然繊維、ポリ
エステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ビスコー
スレーヨン、酢酸セルロース、メチルセルロース等のセ
ルロース誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポ
リオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエ
ステルアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリアミド
イミド、ポリエーテルイミド及びこれらの2種以上の混
合物又は共重合体からなる合成繊維から常法により得ら
れる不織布を用いることができる。このような不織布と
しては、商品名MF180(繊維径10μmのポリエス
テル繊維製不織布;日本バイリーン社製)、商品名SB
−35(繊維径10μmのポリエステル繊維製不織布;
ユニチカ社製)、商品名FC3105(繊維径10μm
のポリエステル繊維製不織布;日本バイリーン社製)、
商品名NFフェルト(繊維径10μmのポリエステル繊
維製不織布;日本フェルト社製)、商品名FC302
(繊維径10μmのポリエステル繊維製不織布;日本バ
イリーン社製)、商品名S−030(繊維径10μmの
ポリプロピレン繊維製不織布;日本バイリーン社製)、
商品名H8007(繊維径10μmのポリエステル繊維
製不織布;日本バイリーン社製)等を挙げることができ
る。
【0016】このような膜体50で用いる平膜は、長尺
状箱体12の内部形状と合致する平板状のものであり、
ろ板の両面に膜を張り付けたものであってもよいし、ろ
板がないものであってもよい。ろ板がない平膜の場合、
被処理水を通液する際の流れによって揺れ動き、それに
より固形物の付着が抑制されるため好ましい。膜の幅
は、長尺状箱体12内に収納した場合、固形物の付着を
抑制し、かつ固形物の長さ方向への移動を妨げないよう
に、底面15bに接触しない程度の幅であることが好ま
しい。平膜同士が水密になるように一体化されていると
は、例えば、2枚の平膜を重ね合わせた場合、四辺が融
着、溶着等の手段によりシールされ、被処理水が必ず膜
面を通過するようになされていることを意味する。ま
た、前記の膜体50は、例えば10枚の平膜を用いた場
合は、計5組のそれぞれ独立した開口部のない袋状の膜
エレメント50a[2枚の膜により画成された空間(以
下、「膜画成空間」という)を計5有している]にする
ことが好ましいが、3枚の平膜で二つの膜画成空間を形
成したものを一つの膜エレメントとし、それを複数組み
合わせることもできるし、同様にして4枚以上の平膜で
一つの膜エレメントとしたものを複数組み合わせること
もできる。
【0017】膜エレメント50aは、膜画成空間に透過
液の移動経路を確保するためのスペーサとして機能する
処理液流路材を挿入することができる。この処理液流路
材は、膜同士の密着を防止して透過液の移動経路を確保
できるものであれば、材質、構造等は特に限定されるも
のではなく、例えば、2枚重ねのポリエチレン製網状体
(それぞれが線径0.8mmのオープニング16メッシ
ュ)のような目の粗い織物等を用いることができる。
【0018】膜エレメント50aは、それぞれが支持部
材により支持されて、膜体50として長尺状箱体12の
長さ方向に平行になるように収納されている。この支持
部材は、膜エレメント50aを水処理が可能な程度に長
尺状箱体12内部において保持できるものであれば特に
限定されるものではない。例えば、上面15aに取り付
けられたクランプのような挟着手段により、膜エレメン
ト50aを挟持することができる。
【0019】膜モジュール10には、膜体50と長尺状
箱体12の外部を連通する処理水を取り出すための排出
手段を設ける。長尺状箱体12の外部とは、端面13
a、13b、側面14a、14b、上面15a及び底面
15bよりも外側という意味である。この排出手段は特
に限定されるものではなく、膜体50の種類、構造等に
応じて適宜設定することができる。例えば、膜体50の
処理液生成部と一つの開口部を開閉弁を介して直接又は
チューブのような適当な接続手段で間接的に連結し、被
処理液の通液時には弁を閉じ、処理液の排出時には弁を
開放して排出するようにできる。
【0020】また、上記のような膜エレメント50aに
した場合には、膜エレメント50a内部(膜画成空間)
と長尺状箱体12の外部を連通する排出管55を設ける
ことができる。排出管55は、膜エレメント50aの膜
画成空間数と同数だけ設けることが好ましい。また、排
出管55は、管の延長上においては、2以上の管を1以
上の管にまとめることもできる。排出管55は、金属又
はプラスチックにより形成することができるが、柔軟性
があり、かつ透明性があることからプラスチック製のチ
ューブ等で形成することが好ましい。排出管55を透明
にした場合、膜エレメント50aの破損を、個別にしか
も容易に判定できるために好ましい。排出管55は、ゴ
ム製等の押さえ具56により、長尺状箱体12に支持す
ることができる。
【0021】次に、長尺状箱体12内部に膜エレメント
50aを収納し、保持するための支持体機能と、膜エレ
メント50a内部と長尺状箱体12の外部を連通する処
理水を取り出すための排出管機能を併有する支持体を備
えた実施形態について説明する。
【0022】図6〜8に示すように、支持部材60は、
ヘッド61、62と、膜エレメント50aの接着部67
a、67bと、排出管55に相当する排出口65を有し
ており、支持部材60の内部には、やはり排出管55に
相当する通液路68を有している。なお、排出口65
は、そのまま長尺状箱体12の外部に突出させて排出管
55としてもよく、排出口65にプラスチック製透明チ
ューブ等を連結して排出管55としてもよい。そして、
図9に示すように、3辺がシールされた2枚の平膜の開
口部において支持部材60の接着部67a、67bを挟
み込み、水密になるように固着することにより、膜エレ
メント50aが取り付けられている。このようにして支
持部材60に取り付けられた膜エレメント50aは、例
えば、長尺状箱体12の上面15aにおいて幅方向に取
り付けられた桟31と端面13aから突設された押さえ
具32により、支持部材60のヘッド61を挟み着ける
ようにして、固定することができる。このようにして複
数の膜エレメント50aを固定収納することにより、膜
体50が形成される。
【0023】本発明の膜モジュール10においては、図
2に示すように、長尺用箱体12の両端内面と水処理用
の膜体50の少なくとも一端側との間に、被処理液を複
数の膜エレメント50aに均一な量ずつ分配するための
間隙である分配室80(又は81)を設けることが好ま
しい。この分配室は、特に膜体50の両端側に設けるこ
とが好ましい(分配室80及び81)。この分配室80
(又は81)の容積は、被処理液の種類、通液速度、膜
エレメントの数等の種々の要素に応じて決定されるもの
であるが、通常は、長尺状箱体12の全容積に対して、
一つの分配室の容積を約0.2〜5%に設定することが
好ましい。
【0024】次に、図1及び図2に基づいて、膜モジュ
ール10を活性汚泥槽近傍の任意の場所に水平方向に設
置して水処理を行った場合の動作と共に、本発明の膜モ
ジュールの運転方法についても説明する。
【0025】被処理液となる活性汚泥槽の活性汚泥と水
との混合液(汚泥液)を、外部に設置したポンプにより
吸引し、開口部21から膜モジュール10に通液する。
このとき、開口部23は閉じておくが、開口部22は開
放していてもよい。通液された汚泥液は、まず分配室8
0を満たし、その後、長尺状箱体12の長さ方向に流れ
ていく。このとき、分配室80の作用により、均一な量
の汚泥液が膜体50を形成する各膜エレメント50a間
を流れていき、各膜エレメント50aと接触する。この
通液操作時において、汚泥液を下から(開口部21)通
液するため、膜エレメント50aに汚泥が付着すること
が抑制される。また、汚泥液の流れにより、膜エレメン
ト50aが揺れ動くため、これによっても汚泥が付着す
ることが抑制される。
【0026】膜エレメント50aと接触した汚泥液は、
濾過されて透過液(処理液)のみが膜画成空間に流入す
る。膜画成空間に流入した透過液は、処理液流路材によ
って確保された移動経路を通り、排出管55(通液路6
8、排出口65)を介して排出される。このとき必要に
応じて、機械的な吸引手段により透過液を吸引して、排
出管55から排出することもできる。
【0027】このような汚泥液の処理過程において、汚
泥液中の汚泥等の固形分は、長尺状箱体12の底面15
bに沈殿する。従って、汚泥液の濾過処理が終了した時
点で開口部23を開け、汚泥を含むスラリーを取り出
す。濃縮された被処理液は、開口部22から取り出すか
又はスラリーとともに開口部23から取り出す。なお、
開口部が一つ(開口部21)の膜モジュールを用いた場
合には、開口部21から通液し、開口部21から汚泥及
び濃縮液を取り出す。開口部が二つ(開口部21、2
2)の膜モジュールを用いた場合には、開口部21から
通液し、開口部21から汚泥を取り出し、開口部22か
ら濃縮液を取り出す。
【0028】このようにして長尺状箱体12の底面15
bに沈殿した汚泥を取り出す場合、膜モジュール内にお
ける被処理液の通液速度を増減させることにより、開口
部23から汚泥を取り出すことができる。即ち、通常の
濾過処理時(定常運転時)における被処理液の通液速度
よりも通液速度を増加させて底面15bに沈殿した汚泥
を押し流し、開口部23から取り出した後、元の通液速
度(定常運転)に戻す方法を適用することができる。こ
のときの通液速度の増加の程度は膜エレメント50aの
枚数や被処理液の固形分濃度等の要因により異なるが、
定常運転時における通液速度よりも10〜500%通液
速度を増加させることが好ましく、50〜200%通液
速度を増加させることがさらに好ましい。
【0029】膜モジュールを運転する場合、汚泥はある
程度の時間の経過により底面15bに沈殿するため、定
常運転と上記した通液速度を変化させる運転を一定間隔
(例えば、0.5〜1時間の定常運転後、0.5〜2分
間の通液速度の増加運転を行う。)で繰り返して行うこ
とにより、底面15bの汚泥を除去できると共に、膜エ
レメント50a表面に付着した汚泥等を除去することも
できるため、安定した濾過処理ができるようになる。ま
た、膜素材として不織布を用いた場合にはダイナミック
濾過を行うが、その場合には不織布面における汚泥の量
をダイナミック濾過に適正な量に維持することも容易と
なる。
【0030】膜モジュール10は、汚泥のような固形物
が膜体50に付着しにくいため、長期間連続使用するこ
とができるが、一定の処理能力を確保するため、定期的
に膜体50を取り出して、洗浄したり補修したりするこ
とが好ましい。この場合、着脱自在に取り付けられた部
分、例えば、端面13aを外すことにより容易に膜体5
0を取り出すことができ、さらに洗浄等したのちは容易
に取り付けることができるため、維持管理が簡便とな
る。
【0031】本発明の膜モジュールは、水平方向に設置
して横型で用いるが、設置スペースが狭いような場合や
狭い設置スペースに多数の膜モジュールを設置するよう
な場合には、斜め方向や鉛直方向に設置して斜め型又は
縦型で用いることができる。
【0032】本発明の膜モジュールは、活性汚泥の分
離、河川や地下水の濾過、海水の濾過、各種汚水の濾
過、有価物の回収等の膜による分離が必要であるあらゆ
る用途に適用することができるが、下水処理場、屎尿処
理場等の大規模汚水施設、家庭の合併浄化槽のような生
物的浄化手段により生じる活性汚泥と水との混合液等の
固液分離用として好適である。
【0033】
【実施例】実施例1 膜エレメント50aとして、不織布(縦23、横130
cm、厚さ6mm)2枚を組み合わせたものを用い、計4個
の膜エレメント50aを長尺状箱体12内に収納し、膜
モジュール10を得た。有効膜面積は2m2であった。
開口部21からMLSS10,000mg/リットルの活
性汚泥液を1.7m3/時間の流量で通液して濾過処理
を行い、排出管(プラスチック製の透過水チューブ)5
5から透過水を、開口部22から濃縮液を排出した。こ
のとき、箱体12内部の平均圧力は30kPaで、排出管
55の圧力は28kPaであった。この運転条件で6時間
余り運転を継続した。ただし、30分経過ごとに2分間
だけ流量を3m3/時間に増加した後、再び流量を1.
7m3/時間に戻す操作をした。6時間後に箱体12の
底面15bの汚泥量を測定したが、汚泥はほとんど沈殿
していなかった。
【0034】比較例1 1.7m3/時間の流量で6時間運転した他は実施例1
と同様にして、濾過処理を行った。その結果、箱体12
の底面15b上には、汚泥が約3cmの厚さで沈殿してい
た。
【0035】
【発明の効果】本発明の膜モジュールは、膜体への固形
物の付着量を抑制することができ、しかも膜体の着脱操
作が簡便であるので、維持管理作業が容易となり、それ
に要する労力を大幅に軽減することができる。また、こ
のように維持管理作業が容易になることに伴い、浸漬型
膜モジュールの運転時におけるばっ気操作のように、運
転時における膜面の洗浄に要するエネルギーが不要とな
り、実質的には通液に要するエネルギーのみで運転でき
るようになる。さらに、外部循環型であるため、定常運
転及び維持管理作業に要するスペースも浸漬型膜モジュ
ールに比べると小さくすることができる。従って、本発
明の膜モジュールを各種水処理に適用した場合、運転時
における必要エネルギー量や労力を低減させることがで
き、それにより運転コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一部を切り欠いた膜モジュールの斜視図であ
る。
【図2】図1に示す膜モジュールの一側面側を取り外し
た正面図である。
【図3】図2に示す膜モジュールの一端面側の側面図で
ある。
【図4】図2に示す膜モジュールの他端面側の側面図で
ある。
【図5】図4に示す膜モジュールの端面を取り外した側
面図である。
【図6】図6は膜エレメントの支持部材の正面図であ
る。
【図7】図6に示す支持部材の平面図である。
【図8】図6で示す支持部材の幅方向への断面図であ
る。
【図9】図6で示す支持部材による膜エレメントの支持
方法を説明するための図である。
【符号の説明】 10 膜モジュール 12 長尺状箱体 20a フランジ 20b フランジ 21 開口部 22 開口部 23 開口部 50 膜体 50a 膜エレメント 55 排出管 60 支持部材 80 分配室 81 分配室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA02 HA53 JA04A JA04C JA07A JA08A JA14A JA14Z JA16A JA18A JA18C JA18Z JB11 KA63 KC02 KC12 KE02Q KE02R KE07P KE08P KE12P KE24Q KE28R MA03 MC11 MC14 MC16 MC18 MC22 MC23 MC24 MC26 MC27 MC37 MC45 MC48 MC49 MC54 MC58 MC59 PA02 PB08 PB20 PC61 PC64 PC65 4D028 BC17 BD17 CA05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 幅方向の断面が四角形の長尺状箱体内部
    に水処理用の膜体が収納されており、前記長尺状箱体
    が、その長さ方向と直角方向に1以上の開口部を有して
    いることを特徴とする膜モジュール。
  2. 【請求項2】 長尺状箱体の開口部が、両端近傍にそれ
    ぞれ一つ設けられており、一端近傍が底面に設けられ、
    他端近傍が上面に設けられている請求項1記載の膜モジ
    ュール。
  3. 【請求項3】 長尺状箱体の開口部が、一端近傍の底面
    に一つ設けられ、他端近傍の上面と底面に一つずつ設け
    られている請求項1記載の膜モジュール。
  4. 【請求項4】 水処理用の膜体が、2以上の平膜を有
    し、かつ隣接する平膜同士が水密になるように一体化さ
    れた膜エレメントを1以上備えているものであり、支持
    部材により支持されて長尺状箱体の長さ方向に平行にな
    るように収納されたものである請求項1、2又は3記載
    の膜モジュール。
  5. 【請求項5】 膜エレメント内部と長尺状箱体の外部を
    連通する処理液を取り出すための排出管が設けられてお
    り、前記排出管が膜エレメントの支持部材を介して設け
    られてる請求項4記載の膜モジュール。
  6. 【請求項6】 長尺状箱体の両端内面と膜体の少なくと
    も一端側との間に、被処理液を膜エレメントに分配する
    ための分配室が設けられている請求項4又は5記載の膜
    モジュール。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1記載の膜モジ
    ュールの運転方法であり、膜モジュール内における被処
    理液の通液速度を増減させることを特徴とする膜モジュ
    ールの運転方法。
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