JP2002273180A - 浸漬型膜ろ過方式用空気泡供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浸漬型膜ろ過方式用管状ろ過膜モジュールの
特徴であるコンパクト性と経済性とを効果的に発揮させ
ることができ、しかも空気泡を安定に供給することがで
きる浸漬型膜ろ過方式用の空気泡供給装置を実現する。 【解決手段】 空気泡供給装置４は、管状ろ過膜の複数
本を内部に収容した管状ろ過膜モジュールに対して空気
泡を供給するための空気泡発生装置４１と、管状ろ過膜
モジュールを上部に配置可能な案内筒４０とを備えてい
る。空気泡発生装置４１は、面状体４３と、それに対し
て下方から空気を供給するための空気供給装置４４とを
備えている。面状体４３は、ゴム弾性体からなり、空気
泡を噴出するための空気泡噴出孔４３ａを全面に備えて
いる。この空気泡噴出孔４３ａは、空気供給装置４４か
らの空気により面状体４３が膨張したときに開口し、ま
た、空気供給装置４４からの空気が供給されないとき、
面状体４３が収縮するため閉鎖する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸漬型膜ろ過方式
用空気泡供給装置、特に、内面に被処理液のろ過機能を
有する管状ろ過膜の複数本がろ過液出口を有する筒状の
収納容器内に収容されかつその両端部で保持された管状
ろ過膜モジュールを用いて浸漬型膜ろ過法を実施するに
当り、管状ろ過膜モジュールに向けて空気泡を供給する
ための空気泡供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、膜モジュールを被処理
液中に浸漬し、空気泡の浮力を利用しながらろ過するク
ロスフローろ過方式（例えば、特開昭６１−１２９０９
４号公報参照。以下、このろ過方式を浸漬型膜ろ過方式
と呼び、これに使用する膜モジュールを浸漬型膜モジュ
ールと呼ぶ。なお、浸漬型膜ろ過方式は、空気泡の浮力
を利用して被処理液を自然循環させながらろ過する方法
であり、被処理液をポンプなどの機械的循環手段を用い
て膜モジュールに対して供給・循環させる限外ろ過法と
は明確に区別されるものである。）が、高汚濁液の省エ
ネルギー精密ろ過方式として多方面で利用されるように
なった。この分野では、中空糸膜モジュールと平膜モジ
ュールが専ら使用されており（例えば、財団法人日本環
境整備教育センター「膜処理法を導入した小型生活排水
処理装置の実用化に関する研究報告書、平成４〜平成７
年度」参照）、管状ろ過膜モジュールに関しては、貯槽
から被処理液を外部に取り出し、特別な構造の配管と膜
モジュールを用いて浸漬型膜ろ過を行なう、特殊な利用
形態に関する出願（特開平９−４７６３９号公報、特開
平９−９９２２３号公報）が見られるものの、中空糸膜
モジュールや平膜モジュールとの性能比較に関する記載
がないだけでなく、実際に使用された報告例も見られな
い。したがって、管状ろ過膜モジュール自体の特性につ
いては、ほとんど未知である。

【０００３】浸漬型膜ろ過方式は、すでに様々な分野へ
応用が進められているが、特に、我が国における有力な
水質浄化手段として、上述の文献にも見られるように、
長年に渉って、公的機関が積極的に研究開発を進めてき
ている。また、下水道研究発表会講演集、水環境学会年
会講演集などの学会発表においても公的および私的研究
機関の積極的な発表が続けられている。

【０００４】浸漬型膜ろ過方式が実用化されてから、約
１０年を経過し、今や信頼性のある単位分離操作として
確立された観があるが、この間に管理技術は格段に進歩
したものの、上述の文献からも分かるように、膜モジュ
ールのコスト、コンパクト化およびエネルギー効率など
に関する特にハード面における長足の進歩は見られず、
さらなる改善が強く望まれている。しかしながら、これ
まで集中的に研究開発努力が積み重ねられてきた中空糸
膜モジュールや平膜モジュールに対して、格段の進歩を
期待することは困難である。

【０００５】一方、ほとんど未知の状態である管状ろ過
膜モジュールについては、この間に特別な関心が向けら
れたことはなく、上述の文献等においても発表事例がな
かった。本発明者らの推測になるが、その理由として、
平膜モジュールに対するろ過性能上の差異が不明瞭であ
るだけでなく、浸漬型膜ろ過方式が適用される多くの用
途が夾雑物を大量に含むために管状ろ過膜自身がこれら
によって閉塞すると予想されたことが考えられる。

【０００６】しかしながら、科学的に管状ろ過膜モジュ
ールの特徴を推測すると、中空糸膜モジュールや平膜モ
ジュールに対する多くの利点が見出される。例えば、 １．すべての空気の流れを、クロスフローの平行流れを
大きくするために利用できる。 ２．気泡と被処理液の通路が円筒形であるために、物質
移動係数が他のモジュール形態に比べて大きく、原理的
にフラックス（単位膜面積当たりのろ過流量）が大き
い。 ３．膜自身が気泡と被処理液の通路を構成するので、モ
ジュール構造がコンパクトになる。 ４．内径が中空糸膜よりもはるかに大きいので、圧力損
失が小さく、逆洗効果が大きい。 などである。夾雑物を効果的に除去する技術も長足に進
歩した今日にあっては、これらの利点を実現し得る可能
性は高まっている。

【０００７】特定の実液に限定されず、これらの利点が
一般的・原理的であることを示すためには、まず、他の
モジュールと比較しながら管状ろ過膜モジュールのろ過
特性を流体力学的に解析し、その結果を適切なモデル液
によって検証する必要がある。そうすることによって、
多くの実液においても、同じ利点が発揮されると考えら
れる。しかしながら、この新たな評価方法についても未
知であり、したがって、管状ろ過膜モジュールの特性
は、原理的・科学的にも未知な状態にある。さらに、こ
のような評価方法によって、管状ろ過膜モジュールの利
点が一般的・原理的に証明されたとしても、他のモジュ
ール形態と異なり、管状ろ過膜モジュールでは、１つの
管状ろ過膜内に押し込まれた気泡は別の管状ろ過膜に移
動することができないので、気泡が押し込まれないか、
あるいはその流量が小さい管状ろ過膜ではろ過性能が低
下する。したがって、管状ろ過膜モジュールでは、すべ
ての管状ろ過膜に対し、可能な限り均等に気泡を供給す
る必要がある。上記文献（特開平９−４７６３９号公
報、特開平９−９９２２３号公報）には、このような管
状ろ過膜モジュールにおいて気泡を均等に分配すること
の重要性や、その実現方法については何ら言及されてお
らず、しかも、その図面によると、気泡の通路に障害物
さえも存在している。

【０００８】ところで、浸漬型膜ろ過方式における、気
泡径とろ過流量との関係を調べると、一般に、気泡径が
小さくなるに従ってろ過流量も小さくなる傾向にあるこ
とがわかる。例えば、平膜モジュールを用いた場合は、
幅の広い膜プレート間の間隙を蛇行しながら気泡が上昇
するため、気泡径が小さくなるほど上昇速度も小さくな
り、それに伴ってクロスフローの流速が減少してろ過流
量が小さくなる傾向がある。また、中空糸膜モジュール
を用いた場合は、気泡径が小さくなるほど中空糸膜を揺
動させる効果が減少し、それに伴ってろ過流量も小さく
なる傾向がある。そのため、これらのモジュールでは、
大きな空気泡を発生させるために、空気泡発生装置に設
ける空気泡の噴出孔をできるだけ大きく設定している。

【０００９】ところが、空気泡の噴出孔を大きく設定す
ると、空気泡供給装置内に逆流した高汚濁液が、その中
で汚濁成分を沈澱させて空気泡の噴出孔を閉塞させるト
ラブルが発生し易くなり、ろ過能力の低下や運転停止
等、実用上の大きな問題を引き起こす可能性がある。し
たがって、浸漬型膜ろ過方式用の空気泡供給装置におい
ては、空気泡の噴出孔が容易に閉塞してしまわないよう
にし、空気泡を安定に供給できるように設定する必要が
ある。

【００１０】本発明の目的は、浸漬型膜ろ過方式用管状
ろ過膜モジュールの特徴であるコンパクト性と経済性と
を効果的に発揮させることができ、しかも空気泡を安定
に供給することができる浸漬型膜ろ過方式用の空気泡供
給装置を実現することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の浸漬型膜ろ過方
式用空気泡供給装置は、内面に被処理液のろ過機能を有
する管状ろ過膜の複数本がろ過液出口を有する筒状の収
納容器内に収容されかつその両端部で保持された管状ろ
過膜モジュールを用いて浸漬型膜ろ過法を実施するに当
り、管状ろ過膜モジュールに向けて空気泡を供給するた
めの空気泡供給装置であって、管状ろ過膜モジュールに
向けて空気泡を供給するための空気泡発生装置と、管状
ろ過膜が上下方向に開口するよう管状ろ過膜モジュール
を上部に配置可能でありかつ空気泡発生装置からの空気
泡を管状ろ過膜モジュールに向けて案内するための案内
筒とを備えている。ここで、案内筒は、その軸方向に垂
直な断面における内周形状が上記収納容器の軸方向に垂
直な断面における外周部分の内周形状と実質的に同じ大
きさの同形状である。また、空気泡発生装置は、案内筒
の軸方向に垂直な断面における内周形状と実質的に同じ
大きさの同形状に形成されかつゴム弾性体からなる面状
体と、当該面状体に対して下方から空気を供給するため
の空気供給装置とを備えており、面状体は、案内筒と対
向するよう案内筒の下方に配置されており、かつ、空気
供給装置から供給される空気の圧力の増減に従って開閉
可能な、空気泡を噴出するための複数の空気泡噴出孔を
全面に有している。

【００１２】ここで、面状体は、例えば、少なくとも半
数の管状ろ過膜に対し、空気泡発生装置から供給される
空気泡の全流量を管状ろ過膜の総本数で割った、管状ろ
過膜１本当りの空気流量の平均値の少なくとも３０％の
空気泡を分配可能なように空気泡噴出孔を有している。

【００１３】また、空気泡噴出孔は、例えば、管状ろ過
膜の内径の少なくとも１／３の直径を有する空気泡を噴
出可能に設定されている。さらに、案内筒の上記断面形
状は、例えば円形および五角形以上の多角形のうちの１
つである。若しくは、案内筒の上記断面形状は、例えば
矩形である。

【００１４】なお、上記管状ろ過膜モジュールは、例え
ば、通液孔を有する筒状の集水管および集水管の外周に
間隔を設けて配置された外筒を備えた筒状の収納容器
と、集水管と外筒との間に配置された、円筒状に形成さ
れかつ内面にろ過機能を有する管状ろ過膜の複数本を含
む管状ろ過膜群と、収納容器の両端部に設けられた、管
状ろ過膜群の長手方向両端部を保持するための保持部と
を備え、集水管が管状ろ過膜によりろ過された被処理液
を外部に排出するためのろ過液出口を有しているもので
ある。

【００１５】

【作用】本発明の空気泡供給装置を用いて浸漬型膜ろ過
法を実施する場合は、被処理水を貯留した貯留槽内に本
発明の空気泡供給装置を配置し、その案内筒上に管状ろ
過膜モジュールを配置する。そして、空気泡供給装置か
ら、管状ろ過膜モジュールに向けて空気泡を供給する。
空気泡供給装置では、空気供給装置から面状体に向けて
空気を供給すると、その圧力により面状体が膨張して空
気泡噴出孔が開口し、そこから空気泡が噴出する。この
空気泡は、案内筒により案内されながら被処理水内を上
昇し、管状ろ過膜モジュールを形成する管状ろ過膜内を
下側から上側に向けて通過する。これにより、被処理液
は、管状ろ過膜モジュールに含まれる管状ろ過膜内を下
側から上側に向けて循環し、管状ろ過膜を通過する際に
ろ過される。管状ろ過膜を通過してろ過された被処理液
（ろ過液）は、収納容器内に流れ、ろ過液出口から外部
に排出される。

【００１６】ここで、面状体は、上述のように、案内筒
に対応した形状、大きさに形成されており、しかも全面
に空気泡噴出孔を有しているため、管状ろ過膜モジュー
ルの各管状ろ過膜に対して均等に空気泡を供給すること
ができる。このため、この空気泡供給装置は、上述のよ
うな管状ろ過膜モジュールにおけるろ過流量を高めるこ
とができ、浸漬型膜ろ過時のろ過効率を高めることがで
きる。また、この面状体は、ゴム弾性体からなるため、
空気供給装置からの空気の供給が停止されているとき
は、すなわち、空気供給装置からの空気の圧力を受けて
いない場合は、その弾性力により収縮し、空気泡噴出孔
が閉鎖する。このため、この空気泡供給装置は、被処理
水中に含まれる汚濁成分によって空気泡噴出孔が閉鎖し
てしまうのが効果的に防止されることになり、安定的に
空気泡を供給することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施の一形態に
係る浸漬型膜ろ過方式用空気供給装置が採用された浸漬
型膜ろ過装置の概略構成を示す。図において、浸漬型膜
ろ過装置１は、管状ろ過膜モジュール２と、管状ろ過膜
モジュール２を内部に収容可能でありかつ被処理液を内
部に貯留可能な、上部に開口を有する容器状の貯留槽３
と、貯留槽３内に配置された空気泡供給装置４（本発明
の実施の一形態）とを主に備えている。

【００１８】管状ろ過膜モジュール２は、図２（管状ろ
過膜モジュール２の縦断面図）に示すように、円筒状の
収納容器１０と、この収納容器１０内に充填された管状
ろ過膜群１１とを主に備えている。収納容器１０は、例
えば樹脂製の部材であり、その側面には、ろ過処理後の
被処理液（ろ過液）を排出するための排出口１２（ろ過
液出口の一例）が形成されている。また、収納容器１０
の内周面において、その上部および下部には、管状ろ過
膜群１１と収納容器１０の内周面との間に隙間を設ける
ためのスペーサー１３が中心方向に向けて突出してい
る。

【００１９】スペーサー１３は、収納容器１０の内周面
側が細くかつ収納容器１０の中心側が太く設定された、
概ね楔状に形成されており、また、図３（管状ろ過膜モ
ジュール２の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する
図）、図４（図３のＩＶ矢視図）および図５（図４のＶ
−Ｖ断面図）に示すように、収納容器１０の円周方向に
おいて概ね等間隔に形成された複数のスリット１３ａを
有している。なお、収納容器１０の上部および下部にそ
れぞれ設けられたスペーサー１３，１３は、収納容器１
０の内周面からの突出量が同じに設定されている。

【００２０】また、各スペーサー１３は、スペーサー１
３を有する部分における収納容器１０の軸線方向に垂直
な断面（スペーサー１３の上下方向中央部における断
面、すなわち図２のａ−ａ部分の断面）における収納容
器１０の内部の断面積（図３に網掛け線で示した部分の
面積に相当）に占める、その断面積の割合が３〜１０％
になるよう設定されているのが好ましい。この割合が３
％未満の場合は、収納容器１０の内周面、特に排出口１
２と管状ろ過膜群１１との間に隙間が形成されにくくな
る結果、収納容器１０内において、後述する管状ろ過膜
１１ａを通過した被処理液（ろ過液）の流動性が低下
し、ろ過流量が低下するおそれがある。一方、この割合
が１０％を超える場合は、収納容器１０内において管状
ろ過膜群１１の占める割合が小さくなるため、被処理液
のろ過効率が低下するおそれがある。

【００２１】管状ろ過膜群１１は、細長な円筒状に形成
された管状ろ過膜１１ａの多数本を含む群であり、各管
状ろ過膜１１ａは、後述する突起２２により互いに密着
するのを防止されながら（すなわち、互いに間隔を設け
ながら）、収納容器１０の開口方向に沿って互いに平行
に密に集合している。このような管状ろ過膜群１１の上
端部および下端部は、それぞれウレタン樹脂などの樹脂
材料を用いて形成された保持部１０ａにより、各管状ろ
過膜１１ａの開放状態を維持しつつ収納容器１０に対し
て一体的に保持されると共に固定されている。この結
果、収納容器１０の両端部は、当該保持部１０ａにより
液密に閉鎖されることになる。

【００２２】上述の管状ろ過膜群１１を構成する管状ろ
過膜１１ａは、図６に示すような円筒状に形成されてお
り、図７（図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面端面図）に示すよ
うに、内周面側から外周面側に向けて順にろ過膜層２０
および支持膜層２１を備えた２層構造を有している。

【００２３】ろ過膜層２０の種類は、被処理液から除去
すべきろ別成分の種類に応じて適宜選択することがで
き、特に限定されるものではないが、例えば微生物など
の微粒子を除去する必要がある場合は精密ろ過膜が用い
られる。精密ろ過膜は、例えばＪＩＳ Ｋ ３８０２で
は「０．０１〜数μｍ程度の微粒子および微生物をろ過
によって分離するために用いる膜」と定義されている
が、ここでは、２０ｋＰａ以下の圧力で実用的なろ過が
可能な、孔径が０．０４μｍよりも大きい微孔を多数有
する多孔膜を用いるのが好ましい。因みに、このような
精密ろ過膜は、種類が特に限定されるものではなく、公
知の各種のもの、例えばセルロース膜やポリオレフィン
系樹脂膜などの有機高分子膜を用いることができる。

【００２４】支持膜層２１は、上述のろ過膜層２０に対
して形状保持性を付与し、ろ過膜層２０を円筒状に設定
するためのものである。このような支持膜層２１は、通
液性を有する多孔質材料であれば各種のものを用いるこ
とができるが、通常は、腰の強さ、優れた強度、優れた
耐薬品性、高い耐熱性および経済性を備えたポリプロピ
レン樹脂製あるいはポリエステル樹脂製の不織布を用い
るのが好ましく、特にポリエステル樹脂製の不織布を用
いるのが好ましい。

【００２５】また、管状ろ過膜１１ａは、図６に示すよ
うに、外周面、即ち、支持膜層２１の外周面に、ろ過膜
層２０の軸線を中心とする螺旋状に連続的に形成された
突起２２を有している。この突起２２は、管状ろ過膜群
１１において、管状ろ過膜１１ａ同士が密着するのを防
止し、収納容器１０内において各管状ろ過膜１１ａを通
過した被処理液（ろ過液）の流動性を高めるためのもの
である。

【００２６】例えば、突起２２の高さを０．０５ｍｍに
設定した場合、管状ろ過膜１１ａの有効長が例えば７０
ｃｍならば、隣接し合う２本の管状ろ過膜１１ａの間に
は、少なくとも０．００５×７０＝０．３５ｃｍ²の面
積が確保されることになる。したがって、このような間
隙が管状ろ過膜群１１内に多数存在すれば、収納容器１
０内においてろ過液の流れに対する抵抗は著しく軽減す
ることになり、ろ過液の流動性が著しく高まることにな
る。

【００２７】上述のような管状ろ過膜１１ａは、通常、
内径（図７のＸ）が３〜１５ｍｍに設定されているのが
好ましく、５〜１０ｍｍに設定されているのがより好ま
しい。内径が３ｍｍ未満の場合は、被処理液、特に、高
汚濁の被処理液をろ過する際において、被処理液中に含
まれる各種のろ別成分や夾雑物により管状ろ過膜１１ａ
が閉塞し易くなり、ろ過処理を長期間安定に継続するの
が困難になるおそれがある。逆に、内径が１５ｍｍを超
える場合は、容積の限られた収納容器１０内に充填可能
な管状ろ過膜群１１に含まれる管状ろ過膜１１ａの本数
が減少することになるため、管状ろ過膜モジュール２の
単位容積当りのろ過面積（有効膜面積）が小さくなる。
その結果、ろ過流量が低下することになるので、管状ろ
過膜モジュール２のコンパクト化を図りながら被処理液
の効率的なろ過処理を実施するのが困難になるおそれが
ある。

【００２８】また、管状ろ過膜１１ａは、肉厚（Ａ）と
外径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が０．０２５〜０．１に設
定されているのが好ましく、０．０３〜０．１に設定さ
れているのがより好ましい。なお、ここで言う管状ろ過
膜１１ａの肉厚および外径は、上述の突起２２の厚さ
（高さ）を含んでいる。この比が０．０２５未満の場合
は、管状ろ過膜１１ａに対して外側から圧力を加えた場
合、管状ろ過膜１１ａが潰れやすくなる。この結果、被
処理液のろ過工程において管状ろ過膜１１ａの内周面に
堆積するろ別成分などからなるケーク層を排除するため
に、管状ろ過膜１１ａに対して外側から圧力を加えて逆
洗操作を実施した場合、管状ろ過膜１１ａが潰れてしま
い、管状ろ過膜１１ａを逆洗するのが実質的に困難にな
る。なお、２０ｋＰａ以上の耐圧性を達成するために
は、この比を０．０３以上に設定するのが好ましい。一
方、この比が０．１を超える場合は、管状ろ過膜モジュ
ール２の単位容積当りのろ過面積（有効膜面積）が小さ
くなる。その結果、ろ過流量が低下することになるた
め、管状ろ過膜モジュール２のコンパクト化を図りなが
ら被処理液の効率的なろ過処理を実施するのが困難にな
るおそれがある。

【００２９】上述の管状ろ過膜１１ａは、肉厚と外径と
の比が上述のように規定されているため、潰れ圧が大き
い。特に、この比が０．０３以上の場合、管状ろ過膜１
１ａの潰れ圧は、浸漬型膜ろ過方式において通常設定さ
れるろ過圧の上限である２０ｋＰａ以上、即ち少なくと
も２０ｋＰａに設定され得る。なお、ここで言う「潰れ
圧」とは、管状ろ過膜１１ａの外側（すなわち、支持膜
層２１側）から内側に向けて圧力を加えた場合におい
て、管状ろ過膜１１ａが押し潰され始めるときの圧力を
いう。

【００３０】因みに、管状ろ過膜１１ａの潰れ圧は、肉
厚と外径との比の３乗に比例するため（例えば、小栗冨
士雄著「機械設計図表便覧」、９−２、共立出版株式会
社参照）、当該比を大きく設定するに従って大きくなる
ことになる。

【００３１】また、突起２２の高さは、通常、０．０２
〜０．２ｍｍに設定されているのが好ましい。突起２２
の高さが０．０２ｍｍ未満の場合は、管状ろ過膜群１１
において管状ろ過膜１１ａ同士が密着し易くなり、結果
的にろ過液の流動性を高めるのが困難になるおそれがあ
る。一方、０．２ｍｍを超える場合は、管状ろ過膜群１
１に含まれる管状ろ過膜１１ａの本数、すなわち、管状
ろ過膜モジュール２の収納容器１０内に充填可能な管状
ろ過膜１１ａの本数が減少することになるため、管状ろ
過膜モジュール２の単位容積当りのろ過面積が小さくな
る。その結果、ろ過流量が低下することになるため、管
状ろ過膜モジュール２のコンパクト化を図りながら被処
理液の効率的なろ過処理を実施するのが困難になるおそ
れがある。なお、ここで言う突起２２の高さとは、支持
膜層２１の表面からの突出量をいう。

【００３２】突起２２の高さは、被処理液の種類に応じ
て適宜選択することもできる。例えば、被処理液が活性
汚泥液のようにろ過流量が比較的小さいものである場合
は、ろ過面積を確保する観点から突起２２は低目に設定
するのが好ましい。一方、被処理液が河川の水のように
ろ過流量が比較的大きいものである場合は、ろ過液の流
動性を高める観点から、突起２２は高目に設定するのが
好ましい。因みに、突起２２の高さが上述の範囲内であ
れば、管状ろ過膜モジュール２が１００ｍ²程度の膜面
積を有する大型の場合であっても、殆どの被処理液につ
いて、突起２２により管状ろ過膜１１ａ間に形成される
隙間はろ過液の流れに対する大きな抵抗になり難い。

【００３３】次に、図８を参照しつつ、上述の管状ろ過
膜１１ａの製造方法の一例を説明する。先ず、支持膜層
２１上にろ過膜層２０が一体的に積層された、長尺短冊
状（テープ状）の複合膜２３を用意する。そして、この
複合膜２３を、図８に示すように、別途用意した円柱状
の心棒２４に対し、支持膜層２１側が表側になるように
幅方向の両端部２３ａを重ね合わせながら螺旋状に巻き
つける。この状態で重ね合わされた両端部２３ａ同士を
接着剤、あるいは超音波溶着法により接着すると、目的
とする管状ろ過膜１１ａを得ることができる。なお、こ
のような管状ろ過膜１１ａの製造方法は、例えば特公昭
５６−３５４８３号において既に公知である。

【００３４】このような管状ろ過膜１１ａの製造工程に
おいて、重ね合わされた複合膜２３の両端部２３ａは、
上述の螺旋状の突起２２を形成することになる。ここ
で、複合膜２３の重なり具合や接着方法を適宜調節する
と、突起２２の高さを上述の範囲に設定することができ
る。

【００３５】次に、図９および図１０を参照して、上述
の管状ろ過膜モジュール２の製造方法を説明する。この
管状ろ過膜モジュール２は、平膜や中空糸膜の取り扱い
に細心の注意が要求され、しかも多くの製造工程を要す
る平膜モジュールや中空糸膜モジュールに比べ、簡単な
工程により容易に製造することができる。先ず、多数本
の管状ろ過膜１１ａを束ね、管状ろ過膜群１１を形成す
る。一方、収納容器１０を用意し、図９に示すように、
この収納容器１０内に管状ろ過膜群１１を挿入して収納
容器１０と管状ろ過膜群１１との組合せ体３０を形成す
る。この組合せ体３０では、管状ろ過膜群１１の両端部
が収納容器１０の両端部から突出するように設定する。
また、管状ろ過膜群１１を構成する管状ろ過膜１１ａの
両端部は、例えばヒートシールにより閉鎖しておく。

【００３６】次に、図１０に示すように、上述の組合せ
体３０の一端を、未硬化ウレタン樹脂などの未硬化の樹
脂３１ａを入れたモールド３１内に浸漬する。ここで、
未硬化の樹脂３１ａは、管状ろ過膜群１１を構成する管
状ろ過膜１１ａ間に充填されると共に、スペーサー１３
に設けられたスリット１３ａを通じて収納容器１０の内
周面にも均一に到達し、収納容器１０の開口部分を完全
に閉鎖することになる。この状態で樹脂３１ａを完全に
硬化させた後、モールド３１を取り払い、組合せ体３０
の他端についても同様の操作を実施する。これにより、
管状ろ過膜群１１は、収納容器１０に対して保持、固定
されることになる。

【００３７】次に、収納容器１０の両端部から突出して
いる硬化樹脂と管状ろ過膜１１ａとを切り落とすと、残
余の樹脂部分が保持部１０ａを形成し、目的とする管状
ろ過膜モジュール２が得られる。この管状ろ過膜モジュ
ール２において、収納容器１０の両端部は、各管状ろ過
膜１１ａの両端部を除き、硬化した樹脂、すなわち保持
部１０ａにより液密に閉鎖されることになる。この保持
部１０ａは、収納容器１０のスペーサー１３が上述のよ
うな楔状に形成されているため、収納容器１０の内周面
に対して強力に固定されやすく、管状ろ過膜群１１を収
納容器１０に対して安定に保持、固定することになる。

【００３８】なお、保持部１０ａを形成するための材料
としては、上述のようなウレタン樹脂の他に、エポキシ
樹脂などの他の熱硬化性樹脂やホットメルト接着材を用
いることもできる。但し、大型の管状ろ過膜モジュール
２を製造する場合、樹脂材料は、使用量を多く設定する
必要があるため、過剰な発熱を抑制する理由および硬化
収縮を抑制する理由から、反応速度が比較的遅く、弾性
率が比較的小さなものを用いるのが好ましい。なお、ホ
ットメルト接着材は、上述の製造工程において切り落と
したものから回収して再利用することもできる。この点
においても、ホットメルト接着材が比較的高粘度である
がために、ホットメルト接着材の利用が困難な中空糸膜
モジュールに比べ、管状ろ過膜モジュール２は有利であ
る。

【００３９】なお、管状ろ過膜モジュール２に関する図
２等では、理解の便のため、管状ろ過膜１１ａの太さ、
管状ろ過膜１１ａ間の隙間および管状ろ過膜１１ａと収
納容器１０の内周面との隙間等を強調している。また、
図面を理解し易くするため、図２では、管状ろ過膜１１
ａの本数を少なめに表現し、また、図３においては管状
ろ過膜１１ａの一部のみ表示している。

【００４０】空気泡供給装置４は、管状ろ過膜モジュー
ル２に対して空気泡を供給するためのものであり、図１
に示すように、空気泡を管状ろ過膜モジュール２に向け
て案内するための案内筒４０と、空気泡発生装置４１と
を主に備えている。

【００４１】案内筒４０は、図１１（空気泡供給装置４
の縦断面図）に示すように、上述の収納容器１０と同様
の材料からなる、上下が開口した円筒状の部材であり、
その軸方向に垂直な断面の形状、特に、内周面の形状が
上述の収納容器１０の軸方向に垂直な断面形状、特に、
その外周部分の内周面形状と実質的に同じ大きさの同形
状（円形）に設定されている。また、案内筒４０の下部
周縁には、水平方向に延びるフランジ部４０ａが形成さ
れている。

【００４２】このような案内筒４０は、支持台４２を用
いて貯留槽３内に支持されている。支持台４２は、貯留
槽３の底部に配置された基台４２ａと、この基台４２ａ
から垂直に起立する複数本の支持脚４２ｂとを備えてい
る。そして、支持脚４２ｂの上端部は、案内筒４０のフ
ランジ部４０ａに固定されている。これにより、案内筒
４０は、貯留槽３の底部から間隔を設けて、貯留槽３の
底部と並行に配置されている。このようにして配置され
た案内筒４０の上部には、管状ろ過膜群１１を構成する
各管状ろ過膜１１ａが上下方向に開口するように管状ろ
過膜モジュール２が起立状態で配置されている（図
１）。このようにして設置された管状ろ過膜モジュール
２の排出口１２には、ホースなどの排出路１２ａが接続
され、当該排出路１２ａは貯留槽３の外部に導かれてい
る。

【００４３】一方、空気泡発生装置４１は、案内筒４０
の下方、すなわち、貯留槽３の底部と案内筒４０との間
に配置されており、面状体４３と、空気供給装置４４と
を主に備えている。面状体４３は、図１２（平面図）に
示すように、案内筒４０の軸方向に垂直な断面における
内周形状と実質的に同じ大きさの同形状に形成された部
材、すなわち、円板状の部材であり、ゴム弾性体を用い
て形成されている。この面状体４３には、その厚さ方向
に穿孔された多数の空気泡噴出孔４３ａが設けられてい
る。各空気泡噴出孔４３ａは、後に詳述する空気供給装
置４４から供給される空気の増減に従って開閉可能に設
定されている。より具体的には、空気供給装置４４から
面状体４３に向けて空気が供給されている場合は、その
空気の圧力により面状体４３が膨張する結果、各空気泡
噴出孔４３ａは拡大して開口し、泡状の空気（空気泡）
を噴出し得る。逆に、空気供給装置４４から空気が供給
されていない場合、面状体４３は収縮して後述する空気
供給板４５に密着した状態になるため、各空気泡噴出孔
４３ａはゴム弾性により閉鎖した状態に設定される。な
お、このような空気泡噴出孔４３ａは、面状体４３のほ
ぼ全面に渡り、数ｍｍから十数ｍｍ程度の間隔でほぼ均
等に配置されている。因みに、このような面状体４３は
すでに公知であり（例えば、三鈴工業株式会社の商品名
「エラストックステラー」参照）、上述の機能を有する
ものであれば、各種のものを使用することができる。

【００４４】空気供給装置４４は、面状体４３の下方に
配置された空気供給板４５と、空気供給板４５に対して
空気を供給するための空気供給パイプ４６とを主に備え
ている。空気供給板４５は、面状体４３に対応した円板
状の部材であり、その中心部に空気の排出口４５ａを有
している。面状体４３は、このような空気供給板４５の
上面に配置されており、その周縁部分が固定バンド４７
により、空気供給板４５に対して固定されている。そし
て、互いに固定された面状体４３と空気供給板４５と
は、支持脚４２ｂから延びる複数の支持具４８により、
略水平に保持されている。なお、支持具４８は、クラン
プ状のものであり、固定バンド４７により相互に固定さ
れた面状体４３と空気供給板４５とを挟み込んで保持し
ている。

【００４５】空気供給パイプ４６は、一端が空気供給板
４５の排出口４５ａに連結されており、また、他端が図
示しない空気発生源（例えば、コンプレッサー）に接続
されている。

【００４６】なお、上述のような空気泡発生装置４１に
おいて、面状体４３は、通常、案内筒４０の下端との間
隔（図１１のｄ）が、管状ろ過膜モジュール２の軸方向
に垂直な断面の形状が円形の場合はその直径の概ね１／
３〜１／１に、また、管状ろ過膜モジュール２の同形状
がその他の形状の場合はその面積に相当する円の直径の
概ね１／３〜１／１になるよう設定するのが好ましい。
浸漬型膜ろ過装置１による浸漬型膜ろ過時には、後述す
るように、図１に矢印で示すように案内筒４０の下端と
面状体４３との間を被処理液が循環することになるの
で、この間隔がこれよりも狭い場合は、このような被処
理液の循環流れによって空気泡発生装置４１からの空気
泡が管状ろ過膜モジュール２の中心軸に向かって押し流
され、管状ろ過膜モジュール２の外周側に位置する管状
ろ過膜１１ａに対して供給される空気泡が少なくなるの
で、管状ろ過膜モジュール２の全体で均一なろ過処理を
実施するのが困難になる可能性がある。

【００４７】次に、図１を参照して、上述の浸漬型膜ろ
過装置１を用いた被処理液のろ過処理操作を説明する。
先ず、貯留槽３内に、例えば微小ゲル、コロイド成分、
微生物などのろ別成分を含む被処理液を供給して貯留す
る。また、図示しない空気発生源から空気供給パイプ４
６に空気を供給する。空気供給パイプ４６に供給された
空気は、空気供給装置４４において、空気供給板４５の
排出口４５ａから面状体４３に向けて排出される。この
結果、ゴム弾性体からなる面状体４３は、排出される空
気の圧力により空気供給板４５上においてドーム状に膨
張し、また、それに伴って、面状体４３に形成された多
数の空気泡噴出孔４３ａは開口して空気泡を噴出する。

【００４８】空気泡噴出孔４３ａから噴出した空気泡
は、案内筒４０により案内されながら（すなわち、案内
筒４０により、その外部に漏れ出すのが防止されなが
ら）、被処理液内を上昇する。そして、このようにして
被処理液中を上昇する空気泡に伴い、貯留槽３内に貯留
された被処理液は、図２に矢印で示すように、管状ろ過
膜モジュール２の各管状ろ過膜１１ａ内を下側から上側
に向けて通過する。この際、被処理液は、管状ろ過膜１
１ａを内側から外側に通過してろ過され、また、被処理
液中に含まれるろ別成分は、管状ろ過膜１１ａのろ過膜
層２０により採取され、被処理液から取り除かれる。ろ
別成分が取り除かれた被処理液（ろ過液）は、管状ろ過
膜１１ａ間の隙間を通過し、排出口１２および排出路１
２ａを経由して収納容器１０の外部に連続的に排出され
る。このような一連のろ過処理により、貯留槽３内の被
処理液は、図１に矢印で示すように、管状ろ過膜モジュ
ール２を下側から上側方向に通過して自然に循環するこ
とになる。なお、面状体４３は、その全面に均一に空気
泡噴出孔４３ａを有しているため、各管状ろ過膜１１ａ
に対して概ね均等に空気泡を供給することができる。

【００４９】上述のようなろ過処理工程において、被処
理液中に含まれるろ別成分は、管状ろ過膜１１ａの内周
面、すなわちろ過膜層２０の表面に徐々に堆積してケー
ク層を形成し、管状ろ過膜１１ａのろ過性能を低下させ
る。この場合、管状ろ過膜１１ａは、逆洗操作によりケ
ーク層を取り除き、ろ過性能の回復を図ることができ
る。より具体的には、管状ろ過膜モジュール２の収納容
器１０内の圧力を高めて管状ろ過膜１１ａの外側から内
側に向けてろ過圧よりも大きな圧力を加え、それにより
ケーク層を排除することができる。この際、管状ろ過膜
１１ａは、上述のように潰れ圧が大きく、例えば、少な
くとも２０ｋＰａに設定されているため、逆洗操作時の
加圧力により押し潰されてしまうことがなく、逆洗処理
後も形状を維持し、引き続き上述のようなろ過処理に適
用することができる。したがって、この管状ろ過膜１１
ａは、逆洗操作によりケーク層を適宜取り除くことがで
きるため、長寿命化を図ることができる。

【００５０】また、管状ろ過膜１１ａは、上述のように
外周面に突起２２を有しているため、管状ろ過膜モジュ
ール２内において、隣接する管状ろ過膜１１ａと密着し
にくく、管状ろ過膜１１ａ間にろ過液を流通させるため
の効果的な隙間を形成することができる。この結果、こ
の管状ろ過膜１１ａを備えた管状ろ過膜モジュール２
は、収納容器１０内におけるろ過液の流動性を高めるこ
とができ、ろ過液を滞りなく排出口１２から排出しやす
い。

【００５１】一方、空気発生源から空気供給パイプ４６
への空気の供給を停止すると、面状体４３は、収縮して
空気供給板４５上に密着し、また、それに伴って開口し
ていた空気噴出孔４３ａが閉鎖する。このため、空気泡
噴出孔４３ａは、空気泡噴出時の孔径が大きくなるよう
に設定されているとしても、被処理液中に含まれる汚濁
物質により閉塞してしまうのが有効に回避されることに
なる。したがって、この空気泡供給装置４は、被処理液
中に汚濁物質が存在する場合であっても、安定に空気泡
を供給し続けることができる。

【００５２】なお、上述のようなろ過処理操作におい
て、面状体４３の空気泡噴出孔４３ａから噴出する空気
泡の直径は、管状ろ過膜１１ａの内径の少なくとも１／
３、通常は数ｍｍから十数ｍｍになるよう設定されてい
るのが好ましい。その理由は次の通りである。既述のよ
うに、平膜モジュールを用いた浸漬型膜ろ過方式では、
幅の広い膜プレート間の間隙を蛇行しながら空気泡が上
昇するために、空気泡の直径が小さくなるほど上昇速度
も小さくなり、クロスフローの流速が減少してろ過流量
が小さくなる傾向がある。また、中空糸膜モジュールを
用いた浸漬型膜ろ過方式では、空気泡の直径が小さくな
るほど中空糸膜を揺動させる効果が減少し、ろ過流量が
小さくなる傾向がある。これに対し、上述のような管状
ろ過膜モジュール２では、管状ろ過膜１１ａ内の液柱が
受ける浮力は、空気泡の直径が著しく小さくない限り、
一つ一つの空気泡の直径ではなく、管状ろ過膜１１ａ内
に存在する空気泡の総体積によって決定される。したが
って、管状ろ過膜モジュール２では、この総体積が同じ
であればクロスフローの流速はほぼ同一になるため、平
膜モジュールや中空糸膜モジュールに対して用いられる
空気泡に比べて直径がはるかに小さい空気泡も使用可能
になる。しかしながら、管状ろ過膜モジュール２であっ
ても、管状ろ過膜１１ａの内径に比べて空気泡の直径が
著しく小さい場合には、平膜モジュールと同様な状態に
なり、クロスフローの流速が小さくなる。このため、管
状ろ過膜１１ａ内での空気泡の蛇行を実質的に抑制して
ろ過流量を高めるためには、空気泡の直径を管状ろ過膜
１１ａの内径の少なくとも１／３に設定する必要があ
る。

【００５３】このような観点から、面状体４３の各空気
泡噴出孔４３ａは、管状ろ過膜１１ａの内径の少なくと
も１／３の直径を有する空気泡を噴出可能に設定されて
いるのが好ましい。因みに、空気泡噴出孔４３ａは、そ
の孔数（単位面積当りの孔数）を調整することによりそ
のような直径の空気泡を噴出可能に設定されていてもよ
いし、その孔数（単位面積当りの孔数）と空気供給板４
５から面状体４３に対して供給する空気の流量とを適宜
調整することによりそのような空気泡を噴出可能に設定
されていてもよい。

【００５４】また、従来の平膜モジュールや中空糸膜モ
ジュールで用いられている空気泡発生装置は、直径が数
ｍｍを超える少数の空気泡噴出孔を備えているために、
直径が数ｃｍを超える空気泡がまばらに発生し、蛇行範
囲を拡大しながら上昇する。そのため、案内筒４０に相
当する部材を長めに設定することによって、膜モジュー
ル全体にできるだけ均等に空気泡が当たるように工夫さ
れている。これに対し、面状体４３から発生する空気泡
は、面状体４３の面形状にほぼ等しい束状の流れ（面状
体４３が円板状の場合は、円柱状の流れ）となって上昇
するので、案内筒４０の機能は、管状ろ過膜モジュール
２に対して空気泡を均一に分散させることよりも、空気
泡発生装置４１から噴出した空気泡をできるだけ漏れな
く管状ろ過膜モジュール２へ送り込むことが主になる。
そのため、空気泡供給装置４においては、案内筒４０の
長さを従来の平膜モジュールや中空糸膜モジュールの場
合に比べ、１／２以上に短縮することができる。

【００５５】次に、従来のろ過膜モジュールを比較対象
にしつつ、上述の管状ろ過膜モジュール２のコンパクト
性および経済性を説明し、その中で、空気泡供給装置４
から管状ろ過膜モジュール２に対して供給する空気泡の
大きさ、およびその分布状態とろ過特性との関係を併せ
て説明する。また、それに基づき、上述の面状体４３に
おける空気泡噴出孔４３ａの最適な配置パターンについ
てより詳細に説明する。

【００５６】管状ろ過膜モジュールの特性の解析的な予
測 従来の技術の説明において引用した財団法人日本環境整
備教育センター発行の「膜処理法を導入した小型生活排
水処理装置の実用化に関する研究報告書：平成４年度〜
平成７年度版」において見られるように、フラックスは
中空糸膜モジュールよりも平膜モジュールの方が大き
い。このため、従来のモジュールとして平膜を用いたも
のを解析の比較対象とした。

【００５７】参考のため、図１３を参照して、平膜を用
いたモジュール（以下、平膜モジュールという）の概略
を説明する。図において、平膜モジュール５０は、収納
容器５１と、この収納容器５１内に配置された多数の膜
プレート５２とを主に備えている。収納容器５１は、例
えば、上部および下部がそれぞれ開口した角筒状の部材
である。一方、膜プレート５２は、図１４に示すよう
に、矩形状の枠体５３と、この枠体５３において隙間５
４ａを設けて対向し合う１対のろ過膜５４，５４とを主
に備えている。このろ過膜は、例えば精密ろ過膜であ
る。枠体５３の上部には、隙間５４ａに連絡する、ろ過
液の排出口５３ａが形成されている。各膜プレート５２
の排出口５３ａは、通常、図１３に示すように、排出管
５５に接続される。なお、平膜モジュールの概略は、例
えば、建設省建築研究所 膜分離技術等を用いた高度処
理浄化槽研究委員会、「用水と廃水」Ｖｏｌ．４０、Ｎ
ｏ．３、４５（１９９８）等において説明されている。

【００５８】このような平膜モジュール５０は、上述の
管状モジュール２と同様に貯留槽３内に配置され、浸漬
型膜ろ過に供される。ここで、空気泡と共に膜プレート
５２間を流れる被処理液は、ろ過膜５４の外側から内側
に流れてろ過される。そして、その際のろ過液は、隙間
５４ａを通過し、排出口５３ａを経由して排出管５５内
に排出される。

【００５９】表１に、本実施の形態に係る管状ろ過膜モ
ジュール２と上述のような平膜モジュール５０の主な特
性をまとめて示す。ここでは、不必要な煩雑さを持ち込
まないようにするため、両モジュールについて膜の長さ
Ｌを共通とした。同じ理由により、モジュールの設置面
積については、管状ろ過膜モジュール２では収納容器１
０の厚さを、また、平膜モジュール５０では枠体５３を
それぞれ除いた、膜部分が占める面積を示している。

【００６０】

【表１】

【００６１】ところで、浸漬型膜ろ過法が適用される大
多数の実液（被処理液）の粘度は数ｍＰａ・ｓ以上であ
り、平膜モジュール５０、管状ろ過膜モジュール２共
に、モジュール内における被処理液の流れを層流と見な
すことができる。平行流れが層流のクロスフローろ過に
おいては、平膜モジュール５０に対する管状ろ過膜モジ
ュール２のろ過流量が次式（１）で表される（例えば、
中垣、清水、「膜処理技術大系」第１編−第３章、株式
会社フジ・テクノシステム（１９９１） 参照）。

【００６２】

【数１】

【００６３】式中、Ｊ、Ｍおよびｕは、それぞれろ過流
量、膜面積および平行流れの線速であり、下付き記号Ｔ
およびＰは、それぞれ管状ろ過膜モジュール２および平
膜モジュール５０の値であることを示す。平行流れは気
泡と液体の混合物からなるが、同じ速度で移動している
と仮定している。ｄは平膜モジュール５０の膜プレート
５２間の間隔を、また、ｄ_iは管状ろ過膜モジュール２
の管状ろ過膜１１ａの内径をそれぞれ示している。

【００６４】ここで、指数ａ、ｃは、層流の場合ともに
１／３である。したがって、これらの値を代入すると、
次の式（２）のようになる。

【００６５】

【数２】

【００６６】ここで、管状ろ過膜モジュール２において
は全ての管状ろ過膜１１ａに、また、平膜モジュール５
０においては全ての膜プレート５２間に気泡が均等に分
配されていると仮定すると、各モジュールにおける平行
流れの線速について、それぞれ次式（３）および（４）
が導かれる。

【００６７】

【数３】

【００６８】ここで、ｑ_aは、一つの流路あたりに換算
した空気流量であり、管状ろ過膜モジュール２では１本
の管状ろ過膜１１ａ当たりの空気の流量を、また、平膜
モジュール５０では幅ｗの１つの膜プレート５２間隔当
たりの空気の流量をそれぞれ意味する。したがって、ｕ
_aは換算線速である。ρ_fおよびμ_fは、それぞれ被処理
液の密度および粘度である。σは無次元の圧力損失係数
であり、管状ろ過膜モジュール２では３２、平膜モジュ
ール５０では１２である。ｇは重力加速度である。

【００６９】換算線速は、単位膜面積当りの空気流量、
またはモジュール当りの全空気流量に、それぞれのモジ
ュールの形状を表す数値を用いて次の表２のように変換
することができる。

【００７０】

【表２】

【００７１】表１および表２から、管状ろ過膜モジュー
ル２と平膜モジュール５０との線速比が次の式（５）で
表される。

【００７２】

【数４】

【００７３】式（２）および（５）を用い、管状ろ過膜
モジュール２および平膜モジュール５０の能力を様々な
視点から比較することができるが、現実性を失わずに単
純化するため、ここでは、両モジュールに共通の条件と
して、被処理液の密度ρ_fを１，０００ｋｇ／ｍ³、膜の
長さＬを１ｍに設定する。また、平膜モジュール５０に
ついては膜プレート５２の厚さｔを５ｍｍに設定し、管
状ろ過膜モジュール２については管状ろ過膜１１ａの外
径（ｄ₀）と内径（ｄ_i）との比（ｄ₀／ｄ_i）を１．２、
充填率εを０．８（最密充填状態では約０．９である）
にそれぞれ設定する。空気流量については、平膜モジュ
ール５０で標準的に用いられている単位膜面積当たり１
５Ｌ／分／ｍ²を比較基準とする。

【００７４】次の表３は、被処理液の粘度μ_fを１０ｍ
Ｐａ・ｓに設定した場合において、膜プレート５２間隔
ｄと管状ろ過膜１１ａの内径ｄ_iとを同じにし、また、
両モジュールについて総膜面積と全空気流量とを同じに
した場合の計算結果を示している。

【００７５】

【表３】

【００７６】また、次の表４は、同じ条件で被処理液の
粘度μ_fのみを１００ｍＰａ・ｓに変更した場合の計算
結果を示している。

【００７７】

【表４】

【００７８】表３および表４が示すように、広い粘度範
囲の被処理液に関し、管状ろ過膜モジュール２は、平膜
モジュール５０の約１／２の設置面積であるにも拘わら
ず、ろ過流量が平膜モジュール５０よりも大きい。

【００７９】もう一つの例として、被処理液の粘度μ_f
を１０ｍＰａ・ｓに設定した場合において、膜プレート
５２間隔ｄと管状ろ過膜１１ａの内径ｄ_iとを同じに
し、また、両モジュールについて、モジュール設置面積
と全空気流量とを同じにした場合の計算結果を表５に示
す。

【００８０】

【表５】

【００８１】表５は、同じモジュール設置面積、同じ全
空気流量の場合、管状ろ過膜モジュール２が平膜モジュ
ール５０の２倍以上のろ過流量を持つことを示してい
る。さらに、表３〜表５は、ろ過流量を膜面積で割った
フラックスも大きく、管状ろ過膜モジュール２が平膜モ
ジュール５０に比べて原理的にも優れていることを示し
ている。

【００８２】以上の解析例から明らかなように、すべて
の管状ろ過膜１１ａに対して均等に空気泡が分配される
ならば、管状ろ過膜モジュール２は平膜モジュール５０
や中空糸膜モジュールに比べて原理的に優れた能力を秘
めていると云える。そこで、次に、これらの解析結果の
妥当性をモデル液を用いて検証する。また、解析式で
は、ろ過流量が空気泡の大きさによらないが、この点に
ついても検証する。

【００８３】解析結果の妥当性を検証するための試験方
法 以上の解析結果の妥当性を検証するために、次のような
試験を検討した。試験方法の詳細とその結果については
後述するが、ここでは、解析結果の妥当性を検証するた
めの試験方法の論理的背景について説明する。

【００８４】特定の実液（被処理液）を用いると、必然
的にその特有の性質を反映した特定の結果が導かれ、必
ずしも管状ろ過膜モジュール２の一般的特徴が明かにさ
れないおそれがある。一方、一定の特性に制御されたモ
デル液を用いた原理的・科学的な評価方法では、実液と
の乖離が懸念されるが、溶存成分が膜に対して不可逆的
に吸着したり、ろ過膜にろ別成分が堆積することにより
形成されるケーク層が特異な挙動を示さない限り、ま
た、実液の基本的な流体力学的特性がモデル液と同様に
ニュートン流体として近似できるならば、ここで得られ
た結果は、実液の種類毎に特有の工夫を加える必要があ
るとしても、本質的には、実液に対しても同様に成り立
つものと考えられる。

【００８５】本発明者等は、モデル液が具備すべき性質
として、以下の要件を設定した。 １．特性が明瞭で、簡単に測定が可能であること。 ２．試験に要する時間内で特性が変わらないこと。 ３．容易に入手が可能で、第三者による追試も可能であ
ること。 ４．膜に対して特定の化学的吸着性を示さないこと。 ５．難ろ過性であること。

【００８６】精密ろ過膜の評価液として古くからよく利
用されているラテックスや粘土鉱物の懸濁液は、要件５
を満たさない。これらの他に種々の液を調べた結果、本
発明者等は、カルボキシメチルセルロースの水懸濁液が
１〜５のすべての要件をほぼ満足することを見出した。

【００８７】カルボキシメチルセルロースは、代表的な
水溶性高分子と考えられ、その水溶液は透明であるが、
精密ろ過膜で定速ろ過すると、速やかにろ過圧が上昇す
る。また、そのろ過液の粘度は水に近いことから、その
水溶液において、カルボキシメチルセルロースは分子状
態で水中に溶解しているのではなく、微小ゲルの状態で
水中に懸濁しているものと考えられる。

【００８８】浸漬型膜ろ過法により活性汚泥液をろ過処
理する場合において、ろ過抵抗が増大することが知られ
ているが、その原因が汚泥菌ではなくその分泌物である
水溶性巨大高分子物質にあることが示唆されている（例
えば、浜谷慎一郎他、第３７回下水道研究発表会講演
集、７−９０、２０００）ことに鑑みると、カルボキシ
メチルセルロースの微小な水性ゲル懸濁液は、好適なろ
過モデル液としての資質を備えているものと考えられ
る。

【００８９】カルボキシメチルセルロース水懸濁液の粘
度を大きく変化させたい場合には、比較的分子量の大き
いポリエチレンオキサイドを加える。カルボキシメチル
セルロースとは異なり、ポリエチレンオキサイドは分子
状態でほぼ完全に水に溶解し、その水溶液を精密ろ過膜
でろ過した液の粘度は、元の水溶液と変わらないからで
ある。したがって、カルボキシメチルセルロースの水懸
濁液、あるいはこれにポリエチレンオキサイドを加えて
粘度調整した液を用いると、一般性を失うことなく、上
述の解析予測を客観的に検証することができると考えら
れる。したがって、この試験では、カルボキシメチルセ
ルロースの水懸濁液をモデル液（試験液）として使用す
ることにした

【００９０】解析結果の妥当性の検証試験 次に、解析結果の妥当性を検証するために、解析予測を
モデル液によって検証した結果を説明する。

【００９１】先ず、耐熱性ポリ塩化ビニル樹脂１４重量
部を溶剤であるテトラヒドロフラン５６重量部に溶解
し、これに対してイソプロピルアルコール３０重量部を
さらに添加した。このようにして得られた合成樹脂溶液
を、多孔体である厚さ０．１２ｍｍのポリエステル樹脂
系不織布に含浸させた後に乾燥した。これにより、平均
孔径が０．４μｍの微孔を多数有するポリ塩化ビニル樹
脂フイルムによるろ過膜層と、ポリエステル樹脂系不織
布からなる支持膜層とが積層された、厚さが０．１５ｍ
ｍの複合膜を得た。また、この複合膜の支持膜層側にホ
ットメルト接着材を点在させ、厚さ０．１５ｍｍのポリ
エステル樹脂系不織布を補強層としてさらに積層した、
補強複合膜を別途製造した。

【００９２】また、得られた補強複合膜を幅２ｃｍのテ
ープ状に裁断し、この補強複合膜テープを、上述のよう
に幅方向の両端部が重なり合うように、また、補強層側
が表側になるように、表面に螺旋状の突起が形成される
よう円柱状の心棒に対して螺旋状に巻きつけた。そし
て、重なり合った部分を超音波溶着し、長さ約７０ｃ
ｍ、内径７ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ、突起の高さ０．０５
ｍｍ、この突起を含む外径７．７ｍｍ、肉厚と外径との
比が０．０４５の管状ろ過膜を製造した。

【００９３】上述のようにして得られた複合膜（補強層
のないもの）を用い、上述のような平膜モジュール５０
を作成した。また、上述のようにして得られた管状ろ過
膜を用い、上述のような管状ろ過膜モジュール２を作成
した。各モジュールの仕様は表６の通りである。なお、
管状ろ過膜モジュール２では、収納容器１０として内径
が２８ｍｍのプラスチックパイプを使用した。一方、平
膜モジュール５０では、膜プレート５２を構成する枠体
５３と同じ幅で厚さ７ｍｍのスペーサーを用い、膜プレ
ート５２間の間隔を７ｍｍに設定し、また、気泡と被処
理液の流路幅を膜幅と同じ４ｃｍに設定した。また、案
内筒４０として、管状ろ過膜モジュール２では収納容器
１０と同じ内径のプラスチックパイプを使用し、平膜モ
ジュール５０についても、同様に収納容器４１と同じ水
平断面形状の角筒を使用した。各モジュールをこのよう
な小型に設定したのは、上述の式（５）において、すべ
ての管状ろ過膜１１ａおよびすべての膜プレート５２の
間に均等に空気泡が分配されているものと仮定している
ため、空気泡の分布が均一になるようにするためであ
る。

【００９４】

【表６】

【００９５】次に、作成したモジュールを用い、上述の
浸漬型膜ろ過装置１に類似する浸漬型膜ろ過装置を作成
した。ここで作成した浸漬型膜ろ過装置は、空気泡供給
装置４に代えて、モジュールの底面よりも下方に位置す
るパイプに形成された口径４ｍｍの空気泡噴出孔から空
気を噴出するように設定した点が上述の浸漬型膜ろ過装
置１とは異なっている。なお、この装置では、空気泡噴
出孔がモジュールの底面から３０ｃｍ下方に位置するよ
うに設定した。

【００９６】貯留槽３として、直径２５ｃｍ、深さ１７
０ｃｍの透明容器を用い、この貯留槽３内に貯留したモ
デル液に対して浸漬型膜ろ過を実施した。この際、モデ
ル液の温度を２６±１℃に調整した。モデル液として
は、表７に示す水溶液を使用した。表７中、ＣＭＣはカ
ルボキシメチルセルロースを、ＰＥＯはポリエチレンオ
キサイドをそれぞれ意味している。表７に示した粘度は
２６±１℃における値である。

【００９７】

【表７】

【００９８】はじめに、ろ過液の粘度を測定し、ＣＭＣ
とＰＥＯの透過性を確認した。ＣＭＣのみの溶液の粘度
は、約１．５ｍＰａ・ｓ以下（粘度計の読み取り精度の
限界）であり、一方、ＣＭＣとＰＥＯとの混合溶液の粘
度は、ＰＥＯの濃度に相当する粘度であった。これらよ
り、大部分のＣＭＣは水中に微小ゲルの状態で懸濁して
いるために膜を透過せず、ＰＥＯは水中に分子状態で溶
解しているために膜を素通りしたものと判断した。

【００９９】ろ過流量が一定値に到達するまでの時間
は、空気流量が小さく、モデル液濃度が大きくなるとと
もに長くなる傾向が見られたが、概ね３時間であった。
以下のろ過流量には、この定常値が用いられている。な
お、ろ過流量は、２０ｍｌメスシリンダーとストップウ
オッチとを用いて測定した。容量の測定誤差は±０．１
ｍｌである。

【０１００】ろ過によりモデル液から排除される成分が
ＣＭＣのみであれば、よく知られた次のクロスフローろ
過フラックス式（６）において、ＣＭＣとＰＥＯとの混
合液のＣ_g、Ｃ_b（Ｃ_gはゲル化濃度であり、Ｃ_bはモデル
液中のＣＭＣ濃度である）はＣＭＣ濃度だけで決定さ
れ、また、その拡散係数Ｄは混合液の粘度に概ね反比例
するはずである。

【０１０１】

【数５】

【０１０２】したがって、ＣＭＣ濃度を一定にした混合
液のフラックスは、次の式（７）のようになるはずであ
る。ただし、α、βは定数である。

【０１０３】

【数６】

【０１０４】管状ろ過膜モジュール２を使用して、空気
流量を１．５Ｌ／分に、また、水頭差を６０ｃｍにそれ
ぞれ設定して測定したろ過流量とモデル液の粘度との関
係を図１５に示す。図において、直線の勾配は、拡散係
数Ｄが粘度に反比例するとした場合の理論値である−
０．６７よりも小さいが、よい直線性を示している（拡
散係数Ｄが粘度の−１．２５乗に比例するならば、理論
値と測定値とは一致する）。

【０１０５】空気の換算線速が実際の浸漬型膜ろ過法で
採用される空気流量に相当する領域では、上記式（５）
の平方根の値はほぼ１になるので、上記式（７）の線速
ｕは、空気の換算線速、すなわち空気の流量に比例す
る。したがって、上記式（２）、式（５）および式
（７）から、現実的には、ろ過流量は空気流量の１／３
乗に比例すると予想される。そこで、０．９％ＣＭＣと
ＰＥＯとの混合液を用いて水頭差を６０ｃｍに設定し、
空気流量を変えながら空気流量とろ過流量との関係を確
認した。結果を図１６に示す。図１６において、直線の
勾配０．３３は、解析予測値の１／３に一致している。

【０１０６】次に、平膜モジュール５０について、０．
９％ＣＭＣとＰＥＯとの混合液を用いて水頭差を６０ｃ
ｍに設定し、空気流量を変えながら空気流量とろ過流量
との関係を確認した。結果を図１７に示す。図１７は、
管状ろ過膜モジュール２の場合と同様に、上記式（７）
が成り立っていることを示している。

【０１０７】最後に、これらの測定結果を用い、上記式
（２）および式（５）を検証する。両モジュールの仕様
から、空気流量を共通にすると、これらの式は、それぞ
れ次の式（２−１）および式（５−１）のようになる。

【０１０８】

【数７】

【０１０９】ここで、被処理液の密度を１，０００ｋｇ
／ｍ³、粘度を８ｍＰａ・ｓとして、ろ過流量比を計算
した結果を表８に示す。なお、表８における測定値は、
図１６および図１７のデータから求めた。

【０１１０】

【表８】

【０１１１】試験に使用した平膜モジュール５０では二
枚の膜プレート５２に対して三つの流路があることか
ら、線速がｎ＞＞1とした解析式よりも小さくなってい
ることを考慮すると、ろ過流量比の解析値と測定値は極
めてよく一致していると言える。

【０１１２】次に、管状ろ過膜モジュール２に対し、空
気泡の供給装置として上述のような面状体４３を備えた
空気泡供給装置４を用いて同様の試験を実施した。この
際、面状体４３として、ゴムシートに３ｍｍ間隔の最密
充填パターンで空気泡噴出孔４３ａを穿孔した直径１４
ｍｍのものと、５ｍｍ間隔の最密充填パターンで空気泡
噴出孔４３ａを穿孔した直径２０ｍｍのものとの二種類
を用いた。前者の面状体４３から発生する空気泡の直径
は４〜８ｍｍであり、後者の面状体４３から発生する空
気泡の直径は５〜１０ｍｍであった。これらの面状体４
３を用いた試験結果は、上述の結果と略一致したが、管
状ろ過膜モジュール２の底面と面状体４３との間の距離
を１５ｃｍに設定しかつ案内筒４０と面状体４３との間
隔を３ｃｍに設定してもろ過流量は変わらなかった。

【０１１３】膜プレート５２の間隔ｄと管状ろ過膜１１
ａの内径ｄ_iとを同じにし、また、両モジュールについ
てモジュール設置面積と全空気流量とを同じにした場合
には、上記表５の結果が得られることも論理的に証明さ
れる。また、被処理液中の溶存成分が膜に不可逆的に吸
着したり、ケーク層が特異な挙動をしない限り、層流と
して近似できるすべての実液に対しても、ここで得られ
た結果は成り立つ。実際に、比較的よく制御された活性
汚泥液の浸漬型膜ろ過試験（例えば、大川論他、第３７
回下水道研究発表会講演集、７−９４、２０００）で
は、ろ過流量が全空気流量の１／３乗にほぼ比例してい
る（当該講演集に記載されたグラフが小さいため、正確
なデータを読み取り難いが、概ね、ろ過流量は全空気流
量の１／３乗に比例していると判断することが可能であ
る）。

【０１１４】以上より、本実施の形態で用いた管状ろ過
膜モジュール２は、従来の膜モジュール、すなわち平膜
モジュール５０に比べてコンパクト性において格段に優
れていることが判明した。また、この管状ろ過膜モジュ
ール２に対して上述の実施の形態に係る空気泡供給装置
４を使用した場合、案内筒４０の長さを短縮して面状体
４３と管状ろ過膜モジュール２との間隔を短縮すること
が可能となり、その結果、浸漬型膜ろ過装置１のコンパ
クト化を達成しやすいことも判明した。

【０１１５】また、以上の検証試験の結果を考慮する
と、本実施の形態で用いられる管状ろ過膜モジュール２
は、外寸法を基準にした場合の単位容積当たりのろ過流
量が、同程度の空気流量の下で用いられる平膜モジュー
ルおよび中空糸膜モジュールの２倍以上になる。浸漬型
膜ろ過法は、その際に利用する空気流量が多くなるほど
ろ過処理に要するエネルギーコストが高まることになる
から、この管状ろ過膜モジュール２は、従来の平膜モジ
ュールや中空糸膜モジュールと比較した場合、経済性が
格段に優れていることもわかる。

【０１１６】管状ろ過膜モジュールのコンパクト化に関
する手段 本実施の形態で用いられる管状ろ過膜モジュール２のコ
ンパクト化を達成するためには、従来の技術の説明にお
いて引用した特開平９−４７６３９号公報および特開平
９−９９２２３号公報に記載されたモジュールのよう
に、収納容器１０の中には管状ろ過膜群１１以外の要素
を持ち込まず、可能な限り管状ろ過膜１１ａを密に充填
するのが好ましい。

【０１１７】ところで、管状ろ過膜モジュール２のコン
パクト性の指標になる、モジュールの単位容積当たりの
有効膜面積は、次式（８）で示される。

【０１１８】

【数８】

【０１１９】ここで、ｌは保持部１０ａの全長（図２に
おける上部及び下部の保持部１０ａの上下方向の長さの
合計に相当）、δは管状ろ過膜１１ａの肉厚である。ま
た、Ｓは、収納容器１０の軸線方向に垂直な内部の断面
積、すなわち、上述の表１におけるモジュール設置面積
である。

【０１２０】保持部１０ａおよび平膜モジュール５０に
あっては膜プレート５２の枠体５３は、ろ過膜を固定す
るためにすべてのモジュール形態で同程度の長さが必要
であることから、式（８）中のＬ／（Ｌ＋ｌ）の項はモ
ジュールの種類によってほとんど変わらないものと見な
すことができる。そうすると、管状ろ過膜モジュール２
の単位容積当りの有効膜面積は、充填率（収納容器１０
内における管状ろ過膜１１ａの充填率）および内径と外
径との比（内径／外径）に比例し、外径に反比例する。

【０１２１】ここで、充填率は、表１に示したように、
収納容器１０の軸線方向に垂直な内部の断面積に対し、
管状ろ過膜１１ａが占める面積の割合で定義される。よ
り具体的には、本実施の形態で用いられる管状ろ過膜モ
ジュール２における充填率（ε）は、次の式（９）のよ
うになる。

【０１２２】

【数９】

【０１２３】ここで、本実施の形態で用いられる管状ろ
過膜モジュール２において、管状ろ過膜１１ａの充填率
は、スペーサー１３の内側を基準にすれば、最密充填状
態にほぼ等しい０．９に設定することができるが、スペ
ーサー１３を含む収納容器１０の内側を基準にすれば、
０．９よりも小さい値になる。

【０１２４】スペーサー１３は、上述の通り、排出口１
２と管状ろ過膜群１１との間に隙間を設け、排出口１２
に向かうろ過液の流れの抵抗を軽減するためのものであ
るが、収納容器１０の軸線方向に垂直な内部の断面積に
おいてスペーサー１３が占める面積の割合は既述の通り
３〜１０％で十分である。したがって、この点を考慮す
ると、この管状ろ過膜モジュール２のコンパクト化を達
成するためには、管状ろ過膜１１ａの充填率を少なくと
も０．７０以上に設定するのが好ましく、０．７５以上
に設定するのがより好ましいことになる。

【０１２５】なお、管状ろ過膜１１ａは、上記式（２）
が示すように、内径が大きくなると、ろ過流量が低下す
るだけでなく、必然的に外径も大きくなり、また、上記
式（８）から分かるように、モジュールの単位容積当た
りの有効膜面積も小さくなる。従って、このような観点
から、管状ろ過膜１１ａの内径は、１５ｍｍ以下に設定
するのが好ましく、１０ｍｍ以下に設定するのがより好
ましい。

【０１２６】また、上記（８）式から分かるように、単
位容積当たりの有効膜面積が大きい管状ろ過膜モジュー
ル２を得るためには、管状ろ過膜１１ａとして、肉厚と
外径との比が小さいものが好ましい。従って、このよう
な観点から、管状ろ過膜１１ａの当該比は、上述のよう
に０．１以下に設定されているのが好ましい。

【０１２７】空気泡供給装置の設計 上述の解析と実証試験とで示されるように、解析予測と
モデル液を用いた実証試験結果とは極めてよく一致し、
管状ろ過膜モジュール２は、従来の膜モジュールに比
べ、コンパクト性において特に格段に優れていることが
わかる。しかしながら、このような優れた特性を発揮さ
せるための要件として、空気泡供給装置４の案内筒４０
内において、空気泡の分布状況を適切に設定する必要が
ある。以下、この点を説明する。

【０１２８】上述の通り、ろ過流量は空気流量の１／３
乗に比例する。したがって、空気泡の分布状態とろ過流
量の関係を的確に予測することが可能である。管状ろ過
膜１１ａの全本数がＮ本である管状ろ過膜モジュール２
において、すべての管状ろ過膜１１ａに対して均一に空
気泡が分配されている場合、当該管状ろ過膜モジュール
２におけるろ過流量Ｊ_Nは、次の式（１０）で与えられ
る。式中、Ｍ_Nは管状ろ過膜モジュール２の有効膜面
積、ｊ_Nは１本の管状ろ過膜１１ａのろ過流量、Ｑは全
空気流量、ｋ、ｋ´は定数である。なお、全空気流量Ｑ
は、より具体的には、単位時間（１分間）当たりに、空
気供給装置４から空気泡として管状ろ過膜モジュール２
に供給される空気の全流量を意味している。

【０１２９】

【数１０】

【０１３０】一方、ｎ本の管状ろ過膜１１ａに、全平均
値（空気泡供給装置４から供給される空気泡の全流量を
管状ろ過膜の総本数で割った、管状ろ過膜１本当りの空
気流量の平均値、すなわち、Ｑ／Ｎ）比でφだけ空気が
流れるとすると、残りの（Ｎ−ｎ）本の１本当たりの空
気流量は、次の式（１１）のようになる。

【０１３１】

【数１１】

【０１３２】したがって、管状ろ過膜モジュール２のろ
過流量は、次の式（１２）のように表される。

【０１３３】

【数１２】

【０１３４】これより、次の式（１３）が得られる。な
お、式中、ｒ＝ｎ／Ｎであり、これは空気の流量が少な
い管状ろ過膜１１ａの割合を意味している。

【０１３５】

【数１３】

【０１３６】図１８は、式（１３）を用いて、管状ろ過
膜モジュール２のろ過流量がφとｒとにどのように依存
するかを示したものである。図において曲線の数値はφ
の値を示しているが、図が示すように、１／２以上（す
なわち、少なくとも半数）の管状ろ過膜１１ａに、空気
泡供給装置４の面状体４３から供給される空気泡の全流
量を管状ろ過膜１１ａの総本数で割った、管状ろ過膜１
１ａの１本当りの空気流量の平均値（上述の「全平均
値」であり、以下、全平均値という）の少なくとも３０
％の空気が通れば、全ての管状ろ過膜１１ａに対して均
等に空気泡を分配したときの９０％以上のろ過流量を確
保することができる。

【０１３７】したがって、空気泡供給装置４の設計目標
として重要なことは、少なくとも半数の管状ろ過膜１１
ａに対し、全平均値の少なくとも３０％の空気泡を分配
できるよう空気泡発生装置４１を設定することである。
より具体的には、空気泡発生装置４１の面状体４３は、
少なくとも半数の管状ろ過膜１１ａに対し、全平均値の
少なくとも３０％の空気泡を分配可能な配置パターンに
空気泡噴出孔４３ａを有している必要がある。

【０１３８】ところで、大口径の空気泡噴出孔を設けた
空気泡発生装置の場合とは異なり、微小な空気泡噴出孔
４３ａを多数穿孔した面状体４３から供給される空気泡
は、面状体４３の面形状をやや拡大した束状（柱状）に
なって上昇する。したがって、大口径の空気泡噴出孔を
使用する場合に比べて、上記の目的を達成するための面
状体４３を設計するのははるかに容易である。すなわ
ち、多数の空気泡噴出孔４３ａを有する面状体４３の面
形状を案内筒４０の断面形状（軸方向に垂直な断面の形
状）にほぼ一致させるだけでよい。

【０１３９】また、面状体４３から発生した空気泡を、
すべての管状ろ過膜１１ａに対してほぼ均等に送るため
の案内筒４０および案内筒４０と面状体４３との間隔に
ついて留意すべき点は、既に説明した通りである。

【０１４０】面状体４３に設ける空気泡噴出孔４３ａ
は、比較的短い間隔で多数穿孔されているため、その配
置パターンは、特別に厳しい制限はないが、空気泡の分
布をできるだけ均一にすることが望ましいので、面状体
４３の面形状（平面形状）において最密充填パターンも
しくは正方格子パターンが達成されるように設定するの
が好ましい。

【０１４１】本実施の形態に係る浸漬型膜ろ過方式用空
気泡供給装置４を備えた浸漬型膜ろ過装置１は、上述の
通り、面状体４３に設けた空気泡噴出孔４３ａが被処理
液中に含まれる汚濁物質による閉塞を起こしにくいの
で、活性汚泥液のような高汚濁液のろ過処理用として用
いられる場合において特に効果的であるが、そのような
高汚濁液だけではなく、河川水のような低汚濁液をろ過
処理する場合においても効果的に利用することができ
る。すなわち、この浸漬型膜ろ過装置１は、被処理液を
選ばず、各種の被処理液のろ過処理用に広く用いること
ができる。

【０１４２】［他の実施の形態］ （１）上述の実施の形態では、ろ過液の排出口１２が収
納容器１０の側面に設けられている管状ろ過膜モジュー
ル２を用いた場合について説明したが、本発明の空気泡
供給装置を適用可能な管状ろ過膜モジュール２は、これ
に限定されるものではない。

【０１４３】図１９および図２０を参照して、本発明の
空気泡供給装置を利用可能な他の管状ろ過膜モジュール
２００を説明する。この管状ろ過膜モジュール２００
は、図１９（管状ろ過膜モジュール２００の縦断面図）
および図２０（管状ろ過膜モジュール２００の、図１９
のＸＸ−ＸＸ断面に相当する図）に示すように、円筒状
の収納容器２１０と、この収納容器２１０内に充填され
た管状ろ過膜群２１１とを主に備えている。収納容器２
１０は、例えば樹脂製の部材であり、円筒状の集水管２
１２と、当該集水管２１２の軸を中心としてその外側に
間隔（空間）を設けて同心円状に配置された円筒状の外
筒２１３とを主に備えている。集水管２１２は、図の下
端部が閉鎖されており、また、図の上端部が開口して排
出口２１２ａを形成している。また、集水管２１２は、
複数の通液孔２１２ｂを壁面に備えている。

【０１４４】管状ろ過膜群２１１は、細長な円筒状に形
成された管状ろ過膜２１１ａの多数本を含む群であり、
各管状ろ過膜２１１ａは、収納容器２１０の集水管２１
２と外筒２１３との間に形成された空間内に、集水管２
１２と平行に充填されている。このような管状ろ過膜群
２１１の上端部および下端部は、それぞれウレタン樹脂
などの樹脂材料を用いて形成された保持部２１０ａによ
り、各管状ろ過膜２１１ａの開放状態を維持しつつ収納
容器２１０に対して一体的に保持されると共に固定され
ている。この結果、収納容器２１０の両端部は、当該保
持部２１０ａにより液密に閉鎖されることになる。な
お、管状ろ過膜２１１ａは、上述の実施の形態において
説明した管状ろ過膜１１ａと同様に形成されている。

【０１４５】なお、図１９等では、理解の便のため、管
状ろ過膜２１１ａの太さ、管状ろ過膜２１１ａ間の隙間
等を強調している。また、図面を理解し易くするため、
図１９では管状ろ過膜２１１ａの本数を少な目に表現
し、また、図２０においては管状ろ過膜２１１ａの一部
のみ表示している。

【０１４６】このような管状ろ過膜モジュール２００
は、収納容器２００における集水管２１２と外筒２１３
との間の軸方向に垂直な断面積（Ｓ’：図２０におい
て、網掛け線で示す部位の面積）に対する集水管２１２
の外径（ｄ_s）の比（ｄ_s／Ｓ´）が０．３〜１ｍ^-1にな
るよう設定されているのが好ましい。また、下記の式
（１４）で示される充填率が少なくとも０．８になるよ
う設定されているのが好ましい。なお、式（１４）中、
Ｎは管状ろ過膜群２１１に含まれる管状ろ過膜２１１ａ
の本数、ｄ₀は管状ろ過膜２１１ａの外径、Ｓ’は上記
断面積である。

【０１４７】

【数１４】

【０１４８】この管状ろ過膜モジュール２００は、充填
率などが上述のように設定されている場合、中空糸膜や
平膜を用いた従来のモジュールに比べて単位容積当たり
の膜面積が大きく、結果的に従来のモジュールよりもコ
ンパクト化が容易である。また、この管状ろ過膜モジュ
ール２００を用いた浸漬型膜ろ過方式では、従来のモジ
ュールを用いた浸漬型膜ろ過方式の場合と空気泡の供給
量を同程度に設定した場合、同様の理由により、単位容
積当たりのろ過流量が従来のモジュールを用いた場合よ
りも多くなる。すなわち、この管状ろ過膜モジュール２
００は、上述の実施の形態において説明した管状ろ過膜
モジュール２と同じく、従来のろ過膜モジュールに比べ
てコンパクト性および経済性に優れている。特に、上述
の比（ｄ _s／Ｓ’）を上記範囲に設定した場合は、ろ過
時の圧力損失によるエネルギー効率の低下を軽微に抑え
ることができ、浸漬型膜ろ過の経済性をより高めること
ができる。したがって、この管状膜ろ過モジュール２０
０は、上述の実施の形態に係る空気泡供給装置４と組み
合わせて用いると、空気泡の供給に必要なエネルギーを
削減することができ、結果的に浸漬型膜ろ過方式の経済
性を高めることができる。

【０１４９】上述のような管状ろ過膜モジュール２００
の特性を発揮させるために有効な空気泡供給装置は、基
本的に上述の実施の形態に係る空気泡供給装置４と同じ
であるが、管状ろ過膜モジュール２００が中心部に集水
管２１２を有しており、当該部分において管状ろ過膜２
１１ａが存在しないため、空気泡発生装置４１において
集水管２１２に対応する部位、すなわち、図１２におい
て、集水管２１２に対応する面状体４３の中心部には空
気泡噴出孔４３ａを設ける必要はない。

【０１５０】なお、このような管状ろ過膜モジュール２
００を用いて上述の実施の形態の場合と同様にして被処
理液のろ過処理をする場合、貯留槽３内に貯留された被
処理液は、空気泡供給装置４の空気泡噴出孔４３ａから
噴出しかつ被処理液内を上昇する空気泡に伴い、図１９
に矢印で示すように、管状ろ過膜モジュール２００の各
管状ろ過膜２１１ａ内を下側から上側に向けて通過す
る。この際、被処理液は、管状ろ過膜２１１ａを内側か
ら外側に通過してろ過され、また、被処理液中に含まれ
るろ別成分は、管状ろ過膜２１１ａのろ過膜層２０によ
り採取され、被処理液から取り除かれる。ろ別成分が取
り除かれた被処理液（ろ過液）は、管状ろ過膜２１１ａ
間の隙間を通過し、通液孔２１２ｂから集水管２１２内
に流入する。集水管２１２内に流入したろ過液は、排出
口２１２ａおよびそれに接続された排出路を経由して収
納容器２１０の外部に連続的に排出される。このような
一連のろ過処理により、貯留槽３内の被処理液は、図１
に矢印で示すのと同様に、管状ろ過膜モジュール２００
を下側から上側方向に通過して自然に循環することにな
る。

【０１５１】因みに、上述のような管状ろ過膜モジュー
ル２００は、例えば次のような工程を経て製造すること
ができる。先ず、図２１に示すような固定装置２３０を
用い、収納容器２１０を形成する。ここで用いる固定装
置２３０は、外筒２１３内に集水管２１２を同心状態で
固定するためのものであり、外筒２１３を保持するため
の外筒保持部２３１と、集水管２１２を保持するための
集水管保持部２３２とを備えている。

【０１５２】外筒保持部２３１は、外筒２１３の一端を
収納するための受け部２３３と、受け部２３３に対して
外筒２１３を固定するための押え板２３４とを有してい
る。受け部２３３は、外筒２１３の端部を収納可能な円
形の凹部２３３ａを有しており、その凹部２３３ａの中
心部には、孔部２３３ｂが形成されている。また、凹部
２３３ａは、深さ方向の中程において、開口側の内径が
大きくなるよう設定されており、そのような内径の変更
部分において段部２３３ｃを形成している。さらに、凹
部２３３ａの開口部周縁には溝２３５が形成されてお
り、当該溝２３５には環状のゴム弾性体２３５ａが配置
されている。一方、押え板２３４は、中心部に外筒２１
３を挿入可能な挿入孔２３４ａを備えた部材であり、平
面形状が受け部２３３と概ね同じに設定されている。

【０１５３】一方、集水管保持部２３２は、シャフト２
３６、位置決め部材２３７、押え具２３８およびナット
２３９を備えている。シャフト２３６は、集水管２１２
内に挿入可能でありかつ受け部２３３の孔部２３３ｂを
貫通可能な棒状の部材であり、一端に螺旋部２３６ａを
有し、また、他端に頭部２３６ｂを有している。位置決
め部材２３７は、集水管２１２内に挿入可能な挿入部２
３７ａと、当該挿入部２３７ａを集水管２１２内に挿入
した状態で集水管２１２から突出する突出部２３７ｂと
を一体的に有する概ね円柱状の部材であり、その中心部
にはシャフト２３６を貫通させるための貫通孔２３７ｃ
が形成されている。突出部２３７ｂの突出量は、受け部
２３３の凹部２３３ａにおける低部から段部２３３ｃま
での距離と同じに設定されている。押え具２３８は、集
水管２１２の内部に挿入可能な円板状の部材であり、中
心にシャフト２３６を挿入するための挿入孔２３８ａを
有している。ナット２３９は、シャフト２３６の螺旋部
２３６ａに対して装着可能なものである。

【０１５４】上述の固定装置２３０を用いて収納容器２
１０を形成する場合は、先ず、外筒２１３を外筒保持部
２３１により保持する。ここでは、外筒２１３の一端を
受け部２３３の凹部２３３ａ内に挿入し、段部２３３ｃ
に当接させる。そして、押え板２３４の挿入孔２３４ａ
内に外筒２１３が挿入された状態で、押え板２３４をゴ
ム弾性体２３５ａに対して押し付けた状態で固定する。
これにより、外筒２１３は、一端が凹部２３３ａ内に挿
入された状態で保持されることになる。

【０１５５】次に、集水管保持部２３２を用い、集水管
２１２を外筒２１３の内部に配置する。ここでは、先
ず、位置決め部材２３７の挿入部２３７ａの先端に管状
のゴム弾性体２３７ｄを装着し、その状態で当該挿入部
２３７ａを集水管２１２内に挿入する。また、集水管２
１２内に、位置決め部材２３７を挿入した側とは異なる
側から押え具２３８を挿入する。そして、シャフト２３
６を、その頭部２３６ｂが押え具２３８に当接するよ
う、押え具２３８の挿入孔２３８ａおよび位置決め部材
２３７の貫通孔２３７ｃに挿入する。この状態で、シャ
フト２３６の螺旋部２３６ａが受け部２３３の孔部２３
３ｂから突出するよう集水管２１２を外筒２１３の内部
に挿入し、螺旋部２３６ａにナット２３９を装着する。
これにより、固定装置２３０は、集水管２１２が外筒２
１３内で同心円状に配置された状態で両者を保持し、収
納容器２１０を形成することになる。

【０１５６】次に、上述のようにして形成された収納容
器２１０内に管状ろ過膜群２１１を充填する。ここで
は、図２１に示すように、多数本の管状ろ過膜２１１ａ
を平行に束ねた管状ろ過膜群２１１を、外筒２１３と集
水管２１２との間に形成された空間内に挿入する。この
際、各管状ろ過膜２１１ａの長さは収納容器２１０より
も大きく設定しておき、管状ろ過膜群２１１の両端部が
収納容器２１０から突出するよう設定する。また、各管
状ろ過膜２１１ａの両端は、ヒートシールにより閉鎖し
ておく。

【０１５７】次に、樹脂材料を用い、管状ろ過膜群２１
１を収納容器２１０に対して固定する。ここでは、先
ず、図２２に示すようなモールド２４０を用意する。こ
のモールド２４０は、キャビティ２４１を備えたもので
あり、キャビティ２４０は管状ろ過膜群２１１を挿入可
能な中心部２４２と、中心部２４２の周りに連続して形
成された、収納容器２１０の外筒２１３を挿入可能な外
筒挿入部２４３とを備えている。このモールド２４０の
中心部２４２には、未硬化状態の樹脂材料２４４（例え
ば未硬化ウレタン樹脂）を注入しておく。

【０１５８】一方、固定装置２３０により形成された収
納容器２１０において、集水管２１２の開口側を、キャ
ップ２４５を用いて閉鎖する（図２１）。そして、図２
２に示すように、収納容器２１０から突出している管状
ろ過膜群２１１をキャビティ２４１の中心部２４２内に
注入された樹脂材料２４４中に徐々に浸漬し、外筒２１
３の端部を外筒挿入部２４３内で保持する。この状態を
樹脂材料２４４が硬化するまで維持し、樹脂材料２４４
が完全に硬化してからモールド２４０を取り外す。これ
により、管状ろ過膜群２１１の一端側は、収納容器２１
０の一端側に対して固定されることになる。その後、収
納容器２１０から突出している、硬化した樹脂材料２４
４および管状ろ過膜群２１１を切除し、また、キャップ
２４５を取り外す。

【０１５９】次に、収納容器２１０を固定装置２３０か
ら一旦分離し、収納容器２１０を逆向きにしてから再度
固定装置２３０により固定する。その状態で、モールド
２４０に対する上述のような操作を繰り返すと、管状ろ
過膜群２１１の他端側も収納容器２１０の他端側に対し
て固定され、目的とする管状ろ過膜モジュール２００が
得られる。この際、集水管２１２の開口部をキャップ２
４５で閉鎖しなければ、集水管２１２の内部にも樹脂材
料２４４が流入し、それが集水管２１２の一端を閉鎖す
ることになる。製造された管状ろ過膜モジュール２００
において、収納容器２１０の両端部は、各管状ろ過膜２
１１ａの両端部を除き、硬化した樹脂材料２４４による
保持部２１０ａが形成され、この保持部２１０ａにより
液密に閉鎖されることになる。

【０１６０】なお、上述の製造工程において用いられる
樹脂材料２４４としては、上述の実施の形態において用
いた管状ろ過膜モジュール２の場合と同様、ウレタン樹
脂の他に、エポキシ樹脂などの他の熱硬化性樹脂やホッ
トメルト接着材を用いることもできる。また、上述の製
造工程においては、収納容器２１０と樹脂材料２４４と
の接着性を高めることを目的として、外筒２１３の内周
面および集水管２１２の外周面に対し、予め接着助剤の
利用による、またはコロナ放電処理による表面処理を施
しておいてもよいし、樹脂材料２４４のアンカー効果を
高めるための溝加工を加えておいてもよい。

【０１６１】（２）上述の実施の形態では、管状ろ過膜
モジュール２の収納容器１０を円筒状に形成したが、収
納容器１０は、筒状であれば特に限定されるものではな
く、例えば、角筒状に形成されている場合も本発明の空
気泡供給装置を同様に適用することができる。図２３お
よび図２４（図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面図）に、
収納容器１０を角筒状に形成した管状ろ過膜モジュール
２の例を挙げる。この管状ろ過膜モジュール２におい
て、収納容器１０は、上述の実施の形態の場合と同じく
側面にろ過液の排出口１２を有しているが、スペーサー
１３は、当該排出口１２が形成されている面にのみ形成
されている。したがって、管状ろ過膜群１１は、スペー
サー１３が形成されている面を除き、収納容器１０の内
面に密着するように充填されている。このような管状ろ
過膜モジュール２においても、管状ろ過膜群１１と排出
口１２との間にはスペーサー１３による隙間が形成され
るため、管状ろ過膜１１ａからのろ過液は、円滑に排出
口１２から外部に排出されることになる。

【０１６２】このような角筒状の収納容器１０を備えた
管状ろ過膜モジュール２用に用いられる空気泡供給装置
（本発明の他の実施の形態の一例）４００は、図２５
（縦断面図）に示すように、主に、案内筒４４０と、空
気泡発生装置４４１とを主に備えている。

【０１６３】案内筒４４０は、上述の収納容器１０と同
様の材料からなる、上下が開口した角筒状の部材であ
り、その軸方向に垂直な断面の形状、特に、内周面の形
状が、上述の収納容器１０の軸方向に垂直な断面形状、
特に、その外周部分の内周面形状と実質的に同じ大きさ
の同形状（矩形）に設定されている。また、案内筒４４
０の下部周縁には、水平方向に延びるフランジ部４４０
ａが形成されている。

【０１６４】このような案内筒４４０は、支持台４４２
を用いて貯留槽３内に支持されている。支持台４４２
は、貯留槽３の底部に配置された基台４４２ａと、この
基台４４２ａから垂直に起立する複数本の支持脚４４２
ｂとを備えている。そして、支持脚４４２ｂの上端部
は、案内筒４４０のフランジ部４４０ａに固定されてい
る。これにより、案内筒４４０は、貯留槽３の底部から
間隔を設けて、貯留槽３の底部と並行に配置されてい
る。このようにして配置された案内筒４４０の上部に
は、管状ろ過膜群１１を構成する各管状ろ過膜１１ａが
上下方向に開口するように管状ろ過膜モジュール２が起
立状態で配置されている。

【０１６５】一方、空気泡発生装置４４１は、案内筒４
４０の下方、すなわち、貯留槽３の底部と案内筒４４０
との間に配置されており、面状体４４３と、空気供給装
置４４４とを主に備えている。面状体４４３は、図２６
（平面図）に示すように、案内筒４４０の軸方向に垂直
な断面における内周形状と実質的に同じ大きさの同形状
に形成された部材、すなわち、矩形の板状部材であり、
ゴム弾性体を用いて形成されている。この面状体４４３
には、その厚さ方向に穿孔された多数の空気泡噴出孔４
４３ａが設けられている。各空気泡噴出孔４４３ａは、
空気供給装置４４４から供給される空気の増減に従って
開閉可能に設定されている。より具体的には、空気供給
装置４４４から面状体４４３に向けて空気が供給されて
いる場合は、その空気の圧力により面状体４４３が膨張
する結果、各空気泡噴出孔４４３ａは拡大して開口し、
泡状の空気（空気泡）を噴出し得る。逆に、空気供給装
置４４４から空気が供給されていない場合、面状体４４
３は収縮して後述する空気供給板４４５に密着した状態
になるため、各空気泡噴出孔４４３ａはゴム弾性により
閉鎖した状態に設定される。なお、このような空気泡噴
出孔４４３ａは、面状体４４３のほぼ全面に渡り、数ｍ
ｍから十数ｍｍ程度の間隔でほぼ均等に配置されてい
る。

【０１６６】空気供給装置４４４は、面状体４４３の下
方に配置された空気供給板４４５と、空気供給板４４５
に対して空気を供給するための空気供給パイプ４４６と
を主に備えている。空気供給板４４５は、面状体４４３
に対応した矩形の板状の部材であり、その中心部に空気
の排出口４４５ａを有している。面状体４４３は、この
ような空気供給板４４５の上面に配置されており、その
周縁部分が固定バンド４４７により、空気供給板４４５
に対して固定されている。そして、互いに固定された面
状体４４３と空気供給板４４５とは、支持脚４４２ｂか
ら延びる複数の支持具４４８により、略水平に保持され
ている。なお、支持具４４８は、クランプ状のものであ
り、固定バンド４４７により相互に固定された面状体４
４３と空気供給板４４５とを挟み込んで保持している。

【０１６７】空気供給パイプ４４６は、一端が空気供給
板４４５の排出口４４５ａに連結されており、また、他
端が図示しない空気発生源（例えば、コンプレッサー）
に接続されている。

【０１６８】なお、上述のような空気泡発生装置４４１
において、面状体４４３は、通常、案内筒４４０の下端
との間隔（図２５のｄ）が、管状ろ過膜モジュール２の
軸方向に垂直な断面の形状（矩形）の面積に相当する円
の直径の概ね１／３〜１／１になるよう設定するのが好
ましい。浸漬型膜ろ過装置１による浸漬型膜ろ過時に
は、既述のように、案内筒４４０の下端と面状体４４３
との間を被処理液が循環することになるので、この間隔
がこれよりも狭い場合は、このような被処理液の循環流
れによって空気泡発生装置４４１からの空気泡が管状ろ
過膜モジュール２の中心軸に向かって押し流され、管状
ろ過膜モジュール２の外周側に位置する管状ろ過膜１１
ａに対して供給される空気泡が少なくなるので、管状ろ
過膜モジュール２の全体で均一なろ過処理を実施するの
が困難になる可能性がある。

【０１６９】なお、このような空気泡供給装置４００
は、上述の実施の形態に係る空気泡供給装置４０の場合
と同じく、面状体４４３の各空気泡噴出孔４４３ａが管
状ろ過膜１１ａの内径の少なくとも１／３の直径を有す
る空気泡を噴出可能に設定されているのが好ましい。ま
た、この空気泡供給装置４００は、上述の実施の形態に
係る空気泡供給装置４の場合と同じく、案内筒４４０の
長さを従来の平膜モジュールや中空糸膜モジュールの場
合に比べて、１／２以上に短縮することができる。

【０１７０】このような空気泡供給装置４００は、上述
の実施の形態に係る空気泡供給装置４の場合と同様に、
角筒状の収納容器１０内に充填された管状ろ過膜群１１
を形成する管状ろ過膜１１ａに対して均等に空気泡を供
給することができ、管状ろ過膜モジュール２の特性を発
揮させることができる。

【０１７１】なお、この実施の形態では、管状ろ過膜モ
ジュール２の収納容器１０を角筒状に形成したが、収納
容器１０は五角形以上の多角形の筒状に形成されていて
もよい。この場合、それに対応する空気泡供給装置４０
０の案内筒４４０は、その軸方向に垂直な断面形状、特
に、内周面の形状が当該収納容器１０に対応する五角形
以上の多角形に設定される。

【０１７２】（４）上述の実施の形態では、管状ろ過膜
１１ａ、２１１ａの外周面に螺旋状の突起２２を設けた
が、このような突起２２を設けない場合であっても、管
状ろ過膜モジュール２，２００は逆洗することができ
る。

【０１７３】また、上述の実施の形態では、管状ろ過膜
１１ａ，２１１ａにおいて突起２２を連続した螺旋状に
設けたが、突起２２の形態はこれに限定されるものでは
ない。すなわち、突起２２は、支持膜層２１の外周面に
おいて部分的に設けられていればよく、例えば、断続的
な螺旋状や点状などの各種の形態で設けられていてもよ
い。

【０１７４】（５）上述の実施の形態では、管状ろ過膜
１１ａ、２１１ａをろ過膜層２０と支持膜層２１との２
層構造に形成したが、管状ろ過膜１１ａの潰れ圧を、そ
の肉厚と外径との比を適宜設定することにより上述の所
要の値に設定する場合は、図２７に示すように、支持膜
層２１の外周面にさらに通液性を有する補強層２５を配
置してもよい。

【０１７５】ここで用いられる補強層２５は、通液性を
有するものであれば特に限定されるものではないが、通
常は支持膜層２１を構成するものと同様の不織布、特に
ポリエステル樹脂系の不織布が好ましく用いられる。な
お、このような補強層２５を備えた管状ろ過膜１１ａ、
２１１ａは、通常、管状ろ過膜１１ａ、２１１ａを製造
するために用いられる上述の複合膜２３の支持膜層２１
側にさらに補強層２５が積層された複合膜を用いると製
造することができる。このような複合膜を製造する場合
において、補強層２５は、通常、支持膜層２１の表面に
ホットメルト接着剤や熱硬化性接着剤を点在させて接着
するのが好ましい。このようにすると、複合膜は、補強
層２５によりろ過抵抗が高まるのを抑制することがで
き、上述の実施の形態に係る管状ろ過膜１１ａ、２１１
ａと同様のろ過抵抗、すなわち、ろ過液の通過性を達成
することができる。

【０１７６】管状ろ過膜１１ａ、２１１ａがこのような
補強層２５を備えている場合、当該管状ろ過膜１１ａ、
２１１ａの肉厚および外径は、この補強層２５を含めて
計算する。また、管状ろ過膜１１ａ、２１１ａの表面に
上述のような突起２２を形成する場合、当該突起２２は
補強層２５の表面に形成する必要がある。

【０１７７】なお、上述の検証試験において用いた管状
ろ過膜は、このような補強層２５を有するものである。

【０１７８】

【実施例】実施例１ （管状ろ過膜モジュールの製造）上述の検証試験の際に
作成したものと同じ突起付き管状ろ過膜を用い、図２に
示す管状ろ過膜モジュール２と同様のモジュールを製造
した。ここで、収納容器には、全長が７０ｃｍのＪＩＳ
Ｋ ６７４１−１９７５呼び−３００−の水道管用硬
質塩化ビニル管（呼び圧力５００ｋＰａ 、近似内径２
９８ｍｍ、厚さ９．２ｍｍ、１ｍ当たりの重量１４ｋ
ｇ）を利用し、これに同呼び−２５−の硬質塩化ビニル
製のネジ付きソケットを溶接して排出口を形成した。排
出口の位置は、その中心位置が収納容器の先端から７ｃ
ｍになるよう設定した。

【０１７９】また、収納容器用に用いたものと同じ硬質
ビニル管から、断面がくさび形状の環状スペーサー片を
２つ切り出した。そして、各環状スペーサー片を、水道
管用接着剤を用いて収納容器の両端から約１ｃｍ内側の
ところにおいて収納容器の内周面に接着し、図２に示す
ようなスペーサー１３を収納容器内に設けた。なお、こ
のスペーサーは、収納容器の内周面側の上下方向の幅が
２ｃｍ、収納容器の中心側の上下方向の幅が３ｃｍであ
り、また、円周方向の約５ｃｍ毎に、幅５ｍｍのスリッ
トを有するものである。この収納容器において、スペー
サー部分の近似内径、すなわち後述する管状ろ過膜群を
充填可能な領域の内径は２８０ｍｍである。

【０１８０】次に、上述の管状ろ過膜を１，１５０本用
意し、各管状ろ過膜の長さを７８ｃｍに切り揃えると共
に、各管状ろ過膜の両端をヒートシールした。そして、
これらの管状ろ過膜を束ねて管状ろ過膜群を形成し、こ
の管状ろ過膜群を上述の収納容器内に挿入した。ここ
で、管状ろ過膜群は、その両端が収納容器の両端からそ
れぞれ４ｃｍ突出した状態になるよう設定した。これに
より、管状ろ過膜群と収納容器とが組合わされた組合せ
体を得た。

【０１８１】次に、組合せ体の一端側を未硬化のウレタ
ン樹脂を入れたテフロン（登録商標）製のモールド内に
徐々に浸し、ウレタン樹脂が完全に硬化するまで放置し
た。ウレタン樹脂の硬化後、組合せ体の他端側について
も同様の処理をした。次いで、硬化したウレタン樹脂を
収納容器の両端で切り落とし、実用規模の目的とする管
状ろ過膜モジュールを得た。なお、管状ろ過膜群を収納
容器に対して固定する、ウレタン樹脂からなる保持部の
長さは、収納容器の上下について、それぞれ約５ｃｍに
設定した。

【０１８２】この管状ろ過膜モジュールは、有効膜面積
が１５ｍ²であり、また、管状ろ過膜の充填率は０．７
７であった。また、当該モジュールの外寸法を基準にし
た単位容積当たりの膜面積は２７０ｍ²／ｍ³であった。
この値は、同程度の規模の平膜モジュール、中空糸膜モ
ジュールの約２倍である。したがって、この管状ろ過膜
モジュールは、上述の検証試験の結果によると、浸漬型
膜ろ過時においてすべての管状ろ過膜に対して均等に空
気泡が分配されるならば、外寸法を基準にした容積当り
のろ過流量が、同程度の空気流量により平膜モジュール
や中空糸膜モジュールを用いて浸漬型膜ろ過を実施する
場合の２倍以上になる。

【０１８３】（空気泡供給装置の製造）次に、図１１に
示すような空気泡供給装置４を製造した。ここで、案内
筒には、上記管状ろ過膜モジュールの製造に用いたもの
と同じ硬質塩化ビニル管であって全長が１０ｃｍのもの
を用い、また、空気泡発生装置４１には、案内筒の軸方
向に垂直な断面形状にほぼ等しいゴムからなる面状体を
使用した。この面状体は、案内筒の下端から約１５ｃｍ
下に設置した。なお、面状体は、そのほぼ全面に、約５
ｍｍ間隔で多数の微小孔（空気泡噴出孔）が穿孔された
ものである。この空気泡噴出孔は、空気供給板から空気
を供給したときには、その圧力によって面状体が膨張す
るために開口するが、空気の供給を停止すると、面状体
が収縮して閉鎖する機能を有するものであった。

【０１８４】浸漬型膜ろ過方式では、多くの場合、単位
膜面積あたり７．５Ｌ／分／ｍ²以上の空気流量が採用
されるので、この実施例では、モジュールあたり１１０
Ｌ／分以上の空気流量で試験を行なうことにした。ま
た、被処理液として、０．１％ＣＭＣと０．８％ＰＥＯ
との混合液を想定したので、密度を１，０００ｋｇ／ｍ
³、粘度を８ｍＰａ・ｓとした。上述の管状ろ過膜モジ
ュールにおいて、管状ろ過膜群が占める領域の直径は、
スペーサー部分の近似内径に等しいため、２８０ｍｍで
ある。

【０１８５】（ろ過流量測定装置の製造）図２８に示す
ようなろ過流量測定装置を製造した。ここでは、先ず、
この実施例で製造した上記管状ろ過膜モジュール２の下
端に溶接によりフランジ部１００を取り付け、また、同
じくこの実施例で製造した上記空気泡供給装置４の案内
筒の上端に同様にしてフランジ部１０１を取り付けた。
そして、フランジ部１０１上に管状ろ過膜モジュール２
のフランジ部１００側を配置し、両フランジ部１００、
１０１をボルト、ナットを用いて固定した。

【０１８６】次に、管状ろ過膜モジュール２の排出口１
２に排水ホース１０４を接続し、また、空気泡供給装置
４の空気供給パイプに空気供給ホース１０５を接続し
た。そして、その状態で、上述のようにして互いに結合
された管状ろ過膜モジュール２と空気泡供給装置４との
組合せ体を水槽１０６内に収容した。なお、ここで用い
た水槽１０６は、内径が約７０ｃｍ、高さが約１５０ｃ
ｍの円筒状のものである。水槽１０６内に収容された空
気泡供給装置４は、案内筒の下端部が水槽１０６の低部
から２２ｃｍ上方に位置するように設定した。

【０１８７】次に、空気供給ホース１０５の他端に、最
大吐出量２５０ＮＬ／分、最大吐出圧４０ｋＰａのエア
ーポンプ１０７を接続した。また、水槽１０６には設置
面から約１３５ｃｍの高さ位置にオーバーフロー口１０
８を設け、これから溢れ出る被処理液を、排水ホース１
０４からのろ過液とともにバケツ１０９に集めて循環ポ
ンプ１１０により水槽１０６内に戻すよう設定した。

【０１８８】（ろ過流量の測定）水槽１０６とバケツ１
０９に０．１％ＣＭＣ溶液と０．８％ＰＥＯとの混合液
を入れ、水頭差Ｐを６０ｃｍに設定した。そして、エア
ーポンプ１０７から空気泡供給装置４に対して供給する
空気流量を変えながら、ろ過流量を測定した。結果を表
９に示す。この結果は、小型の管状ろ過膜モジュールを
用いて測定した上記検証試験の結果に有効膜面積比を乗
じた値とほぼ一致している。これより、この実施例の空
気泡供給装置４は、管状ろ過膜モジュール２内に充填さ
れた１／２以上の管状ろ過膜に対し、全平均値の３０％
以上の空気泡を分配できていることが分かる。

【０１８９】

【表９】

【０１９０】比較例１ 空気泡発生装置４１に代えて図２９に示すような空気泡
発生装置１１１を用い、実施例１の場合と同様にして空
気流量とろ過流量の関係を測定した。ここで用いた空気
泡発生装置１１１は、空気供給パイプ１０５に接続され
かつ水平面内で組合されたパイプからなるものであり、
直径が５ｍｍの７個の空気泡噴出孔１１２を均等に配置
したものである。各空気泡噴出孔１１２は、９５ｍｍの
間隔で下向きに、すなわち、水槽１０６の底部に向けて
形成した。なお、案内筒は、長さ３５ｃｍのものを用い
た。また、空気泡発生装置１１１は、支持脚を用い、水
槽１０６の底部から１５ｃｍの位置でありかつ案内筒の
下端から５ｃｍ下方の位置に水平に配置した。

【０１９１】結果を表１０に示す。表１０より、同じ管
状ろ過膜モジュール２を用いた場合であっても、この比
較例の空気泡供給装置では管状ろ過膜に対して均等に気
泡を供給することができないため、実施例１の場合に比
べ、同じ空気流量であってもろ過流量が約７０〜７７％
に減少していることがわかる。

【０１９２】

【表１０】

【０１９３】

【発明の効果】本発明の浸漬型膜ろ過方式用空気泡供給
装置は、案内筒の形状に対応した面状体を備え、その面
状体が全面に空気泡噴出孔を有しているため、管状ろ過
膜モジュールの各管状ろ過膜に対して均等に空気泡を供
給することができる。このため、この空気泡供給装置
は、上述のような管状ろ過膜モジュールを用いた浸漬型
膜ろ過時のろ過流量を高めてろ過効率を高めることがで
き、浸漬型膜ろ過方式用管状ろ過膜モジュールの特徴で
あるコンパクト性と経済性とを有効に発揮させることが
できる。

【０１９４】また、この空気泡供給装置の面状体に設け
られた空気泡噴出孔は、空気供給装置から供給される空
気の圧力の増減に従って開閉可能であるため、汚濁物質
による閉塞が有効に回避され、管状ろ過膜モジュールに
対して安定に空気泡を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る空気泡供給装置が
採用された浸漬型膜ろ過装置の概略図。

【図２】前記浸漬型膜ろ過装置に採用された管状ろ過膜
モジュールの縦断面図。

【図３】前記管状ろ過膜モジュールの、図２のＩＩＩ−
ＩＩＩ断面に相当する図。

【図４】図３のＩＶ矢視図。

【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。

【図６】前記管状ろ過膜モジュールで用いられる管状ろ
過膜の斜視図。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面端面図。

【図８】前記管状ろ過膜の製造工程を示す図。

【図９】前記管状ろ過膜モジュールの一製造工程を示す
図。

【図１０】前記管状ろ過膜モジュールの他の製造工程を
示す図。

【図１１】前記空気泡供給装置の縦断面図。

【図１２】前記空気泡供給装置に用いられる面状体の平
面図。

【図１３】平膜モジュールの一例の部分断面正面図。

【図１４】前記平膜モジュールに用いられる膜プレート
の一部切欠斜視図。

【図１５】検証試験で用いたモデル液の粘度とろ過流量
との関係を示すグラフ。

【図１６】検証試験において実施した、管状ろ過膜モジ
ュールにおける空気流量とろ過流量との関係を調べた結
果を示すグラフ。

【図１７】検証試験において実施した、平膜モジュール
における空気流量とろ過流量との関係を調べた結果を示
すグラフ。

【図１８】管状ろ過膜モジュールにおける、空気の流量
が少ない管状ろ過膜の割合とろ過流量との関係を示すグ
ラフ。

【図１９】前記浸漬型膜ろ過装置において利用可能な他
の形態の管状ろ過膜モジュールの縦断面図。

【図２０】前記他の形態の管状ろ過膜モジュールの、図
１９のＸＸ−ＸＸ断面に相当する図。

【図２１】前記他の形態の管状ろ過膜モジュールの一製
造工程を示す図。

【図２２】前記他の形態の管状ろ過膜モジュールの他の
製造工程を示す図。

【図２３】前記浸漬型膜ろ過装置において利用可能なさ
らに他の形態の管状ろ過膜モジュールの縦断面図。

【図２４】前記さらに他の形態の管状ろ過膜モジュール
の、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面に相当する図。

【図２５】他の実施の形態に係る空気泡供給装置の縦断
面図。

【図２６】前記他の実施の形態に係る空気泡供給装置で
用いられる面状体の平面図。

【図２７】他の形態に係る前記管状ろ過膜の図７に相当
する図。

【図２８】実施例１で用いたろ過流量測定装置の概略
図。

【図２９】比較例１で用いた空気泡発生装置の一部省略
底面図。

【符号の説明】

２，２００ 管状ろ過膜モジュール ４，４００ 空気泡供給装置 １０，２１０ 収納容器 １０ａ，２１０ａ 保持部 １２，２１２ａ 排出口 １１，２１１ 管状ろ過膜群 １１ａ，２１１ａ 管状ろ過膜 ４０，４４０ 案内筒 ４１，４４１ 空気泡発生装置 ４３，４４３ 面状体 ４３ａ，４４３ａ 空気泡噴出孔 ４４，４４４ 空気供給装置 ２１２ 集水管 ２１２ｂ 通液孔

フロントページの続き (72)発明者 村上 尚樹 大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号 株 式会社ユアサコーポレーション内 Ｆターム(参考） 4D006 GA07 HA27 HA93 JA02A JA04A JA13A JA25A JA31A JA31C JA70A JB02 JB05 KA43 KC03 KC13 MA02 MA09 MA22 MA33 MA40 MC11 MC22 MC27X NA03 NA50 PA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に被処理液のろ過機能を有する管状ろ
   過膜の複数本がろ過液出口を有する筒状の収納容器内に
   収容されかつその両端部で保持された管状ろ過膜モジュ
   ールを用いて浸漬型膜ろ過法を実施するに当り、前記管
   状ろ過膜モジュールに向けて空気泡を供給するための空
   気泡供給装置であって、 前記管状ろ過膜モジュールに向けて前記空気泡を供給す
   るための空気泡発生装置と、 前記管状ろ過膜が上下方向に開口するよう前記管状ろ過
   膜モジュールを上部に配置可能でありかつ前記空気泡発
   生装置からの前記空気泡を前記管状ろ過膜モジュールに
   向けて案内するための案内筒とを備え、 前記案内筒の軸方向に垂直な断面における内周形状が前
   記収納容器の軸方向に垂直な断面における外周部分の内
   周形状と実質的に同じ大きさの同形状であり、また、 前記空気泡発生装置は、前記案内筒の軸方向に垂直な断
   面における内周形状と実質的に同じ大きさの同形状に形
   成されかつゴム弾性体からなる面状体と、前記面状体に
   対して下方から空気を供給するための空気供給装置とを
   備え、前記面状体は、前記案内筒と対向するよう前記案
   内筒の下方に配置されており、かつ、前記空気供給装置
   から供給される空気の圧力の増減に従って開閉可能な、
   前記空気泡を噴出するための複数の空気泡噴出孔を全面
   に有している、浸漬型膜ろ過方式用空気泡供給装置。
2. 【請求項２】前記面状体は、少なくとも半数の前記管状
   ろ過膜に対し、前記空気泡発生装置から供給される前記
   空気泡の全流量を前記管状ろ過膜の総本数で割った、前
   記管状ろ過膜１本当りの空気流量の平均値の少なくとも
   ３０％の前記空気泡を分配可能なように前記空気泡噴出
   孔を有している、請求項１に記載の浸漬型膜ろ過方式用
   空気泡供給装置。
3. 【請求項３】前記空気泡噴出孔は、前記管状ろ過膜の内
   径の少なくとも１／３の直径を有する前記空気泡を噴出
   可能に設定されている、請求項１または２に記載の浸漬
   型膜ろ過方式用空気泡供給装置。
4. 【請求項４】前記案内筒の前記断面形状が円形および五
   角形以上の多角形のうちの１つである、請求項１、２ま
   たは３に記載の浸漬型膜ろ過方式用空気泡供給装置。
5. 【請求項５】前記案内筒の前記断面形状が矩形である、
   請求項１、２または３に記載の浸漬型膜ろ過方式用空気
   泡供給装置。
6. 【請求項６】前記管状ろ過膜モジュールは、通液孔を有
   する筒状の集水管および前記集水管の外周に間隔を設け
   て配置された外筒を備えた筒状の収納容器と、前記集水
   管と前記外筒との間に配置された、円筒状に形成されか
   つ内面にろ過機能を有する管状ろ過膜の複数本を含む管
   状ろ過膜群と、前記収納容器の両端部に設けられた、前
   記管状ろ過膜群の長手方向両端部を保持するための保持
   部とを備え、前記集水管が前記管状ろ過膜によりろ過さ
   れた前記被処理液を外部に排出するための前記ろ過液出
   口を有している、請求項１、２、３、４または５に記載
   の浸漬型膜ろ過方式用空気泡供給装置。