JP2002292254A

JP2002292254A - 浸漬型膜ろ過装置

Info

Publication number: JP2002292254A
Application number: JP2001097485A
Authority: JP
Inventors: Tamiyuki Eguchi; 民行江口; Shiro Tanshu; 紫朗丹宗; Naoki Murakami; 尚樹村上
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】浸漬型膜ろ過方式による被処理液の効率的な
ろ過処理を実施可能な浸漬型膜ろ過装置を実現する。【解決手段】浸漬型膜ろ過装置３は、貯留槽２内に貯
留された被処理液に対して浸漬型膜ろ過方式を適用する
ためのものであり、被処理液のろ過機能を有する複数の
管状ろ過膜がろ過液出口を有する収納容器１０内に収容
されて保持された管状ろ過膜モジュール４と、管状ろ過
膜モジュール４に向けて空気泡を供給するための空気泡
供給装置６と、管状ろ過膜モジュール４と空気泡供給装
置６との間に配置された充填物層７とを備えている。空
気泡供給装置６からの空気泡は、充填物層７を通過する
際に分散され、管状ろ過膜モジュール４内の管状ろ過膜
に対して均等に供給され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸漬型膜ろ過装
置、特に、貯留槽内に貯留された被処理液に対して浸漬
型膜ろ過方式を適用するための浸漬型膜ろ過装置に関す
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】ところが、管状ろ過膜モジュールは、他の
膜モジュール形態と異なり、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を用いた浸漬型膜ろ過装置が
上述の利点を発揮するためには、すべての管状ろ過膜に
対し、可能な限り均等に空気泡を供給する必要がある。
しかし、上記公報（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】なお、被処理液が生活排水の活性汚泥処理
液の場合、水質の変動が大きく、大量の被処理液が急に
流入したときには処理水質が低下するのに加えて菌体フ
ロックより離脱する高分子量の微生物分泌物のために膜
の目詰まりが早くなることから、浸漬型膜ろ過装置を用
いてろ過処理を効率的に実施するのは一般に困難である
（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等参照）。これに関連して、
活性汚泥液に微生物担体を投入することにより、被処理
液が急激に流入したときでも処理水質が低下しにくいよ
うにし、それによって浸漬型膜ろ過処理の効率を向上さ
せる試みが近年盛んに行われている（例えば、田所正
治、月刊生活排水、Ｆｅｂ．１９９９、２８、１９９
９、および馬場邦子他、第３７回下水道研究発表会講演
集、７−５３、２０００参照）が、これまでの浸漬型膜
ろ過装置では、必ずしも効率的なろ過処理を実施できる
には至っていない。

【０００９】本発明の目的は、被処理液の効率的なろ過
処理を実施可能な浸漬型膜ろ過装置を実現することにあ
る。本発明の他の目的は、被処理液として生活排水の活
性汚泥処理液をろ過処理する場合であっても、当該活性
汚泥処理液を効率的にろ過処理することができ、しかも
ろ過膜の目詰まりが起こりにくい浸漬型膜ろ過装置を実
現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の浸漬型膜ろ過装
置は、貯留槽内に貯留された被処理液に対して浸漬型膜
ろ過方式を適用するためのものであり、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、管状ろ過膜が上下方向に開口するよう貯留槽
内に配置された管状ろ過膜モジュールと、管状ろ過膜モ
ジュールの下方に配置された、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と、管状
ろ過膜モジュールと空気泡供給装置との間に配置され
た、空気泡供給装置からの空気泡を管状ろ過膜モジュー
ルに向けて分散させながら案内するための、充填物を含
む充填物層とを備えている。

【００１１】ここで、充填物層は、例えば、少なくとも
半数の管状ろ過膜に対し、空気泡供給装置から供給され
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を分散可能に設定さ
れている。また、充填物は、例えば、外径が５〜５０ｍ
ｍ、長さが５〜５０ｍｍの多孔性の中空円筒状物であ
る。この場合、中空円筒状物は、例えば微生物担体であ
る。また、被処理液は、例えば生活排水の活性汚泥処理
液である。

【００１２】また、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。

【００１３】なお、管状ろ過膜モジュールの管状ろ過膜
は、例えば、内径が３〜１５ｍｍである。

【００１４】

【作用】本発明の浸漬型膜ろ過装置を用いて被処理液を
ろ過処理する場合は、被処理液を貯留した貯留槽内に本
発明の浸漬型膜ろ過装置を配置する。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。空気泡供給装置からの空気泡は、被処理液中を
上昇し、充填物層を通過した後に管状ろ過膜モジュール
に向けて供給される。管状ろ過膜モジュールに到達した
空気泡は、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。

【００１５】ここで、空気泡供給装置からの空気泡は、
充填物層を通過するときに擾乱されながら分散され、管
状ろ過膜モジュールの各管状ろ過膜に対して均等に供給
され得る。この結果、管状ろ過膜モジュールでは、ろ過
流量が高まり、被処理液のろ過効率が高まることにな
る。なお、充填物層は、上述のように、空気泡供給装置
からの空気泡を分散させることができるものであるた
め、同時に、被処理液中に含まれる各種の夾雑物を捕捉
することができる。このため、管状ろ過膜モジュール
は、夾雑物による管状ろ過膜の閉塞が抑制されることに
なるので、ろ過効率を安定に維持することができる。

【００１６】なお、充填物層が、上述のような多孔性の
中空円筒状物を充填物として含み、しかも当該中空円筒
状物が微生物担体である場合は、被処理液中に含まれる
菌体が中空円筒状物に捕捉されて保持されるため、被処
理液が急激に流入したときでも処理水質は低下しにくく
なり、管状ろ過膜の目詰まりが生じにくい。このため、
このような充填物層を用いた場合は、被処理液が生活排
水の活性汚泥処理液である場合も、浸漬型膜ろ過処理の
効率性を維持することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施の一形態に
係る浸漬型膜ろ過装置が採用された浸漬型膜ろ過システ
ムの概略構成を示す。図において、浸漬型膜ろ過システ
ム１は、貯留槽２と、この貯留槽２内に配置された浸漬
型膜ろ過装置３（本発明の実施の一形態）とを主に備え
ている。

【００１８】貯留槽２は、上部に開口を有する容器状に
形成されており、内部に被処理液が貯留されている。浸
漬型膜ろ過装置３は、管状ろ過膜モジュール４と、管状
ろ過膜モジュール４の支持台５とを主に備えている。

【００１９】管状ろ過膜モジュール４は、図２（管状ろ
過膜モジュール４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。

【００２０】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４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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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ＪＩＳＫ３８０２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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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４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４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】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４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４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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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４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４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４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。

【００３３】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４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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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４の製造方法を説明する。この
管状ろ過膜モジュール４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。

【００３７】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。

【００３８】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４が得られる。この管状ろ過膜モジュ
ール４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。

【００３９】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
４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４は有利であ
る。

【００４０】なお、管状ろ過膜モジュール４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。

【００４１】支持台５は、図１に示すように、管状ろ過
膜モジュール４の収納容器１０と概ね同形状の筒状に形
成されており、その上部に管状ろ過膜モジュール４が配
置されている。また、支持台５の内部には、空気泡供給
装置６と充填物層７とが配置されている。なお、支持台
５は、被処理液を外部から内部に通過させるためのスリ
ット（図示せず）を多数有している。

【００４２】空気泡供給装置６は、管状ろ過膜モジュー
ル４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、支持台５内の下部近傍に配置された空気
供給パイプ８を有している。この空気供給パイプ８に
は、多数の空気泡噴出孔８ａが形成されている。空気泡
噴出孔８ａは、図示しない空気供給源（例えば、コンプ
レッサー）から空気供給パイプ８に供給される空気を泡
状にして噴出するためのものである。

【００４３】一方、充填物層７は、支持台５内におい
て、空気泡供給装置６の上方に配置されている。また、
この充填物層７は、管状ろ過膜モジュール４との間に空
間９が形成されるよう、管状ろ過膜モジュール４の下方
に配置されている。なお、空間９の厚さ（図１のＤ₁）
は、通常、５〜２０ｃｍに設定されているのが好まし
い。

【００４４】充填物層７は、支持台５内に間隔を設けて
水平に配置された１対の網状体７０，７０と、当該網状
体７０，７０の間に充填された充填物７１とを備えてい
る。各網状体７０は、例えば金網であり、充填物７１を
支持台５内で保持するためのものである。充填物７１
は、空気泡供給装置６から噴出する空気泡を分散させる
と共に、被処理液中に含まれている各種の夾雑物、特に
繊維状の夾雑物を捕捉するためのものである。充填物７
１の種類は特に限定されるものではなく、ろ過処理の目
的、被処理液の特性、被処理液中に含まれる夾雑物の種
類等の応じて各種のものを利用することができる。

【００４５】但し、この充填物７１は、空気泡供給装置
６から供給される空気泡を上述の管状ろ過膜モジュール
４による被処理液のろ過機能を十分に達成できる程度の
大きさに設定することができ、また、貯留槽２内におけ
る被処理液の円滑な循環流れの支障にならないものが好
ましい。このような充填物としては、通常、単純な形状
であって嵩密度の小さなものが用いられる。より具体的
には、例えば、外径が５〜５０ｍｍ（好ましくは５〜１
５ｍｍ）であり、長さが５〜５０ｍｍ（好ましくは５〜
１５ｍｍ）の大きさに形成された、例えばポリプロピレ
ン樹脂からなる多孔性の中空円筒状物（パイプ状物）を
用いるのが好ましい。

【００４６】このような中空円筒状物としては、各種の
ものが市販されており、それらを用いることができる
が、微生物担体としての機能を有するものであってもよ
い。微生物担体としての機能を有する中空円筒状物とし
ては、例えば、筒中シート防水株式会社の商品名“バイ
オステージ”を挙げることができる。なお、中空円筒状
物は、２種以上のものが適宜併用されてもよい。

【００４７】なお、充填物層７は、後に詳述するよう
に、管状ろ過膜モジュール４に含まれる少なくとも半数
の管状ろ過膜１１ａに対し、空気泡供給装置６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１１ａ１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を
分散可能に設定されているのが好ましい。このような条
件は、通常、管状ろ過膜１１ａの内径、空気泡供給装置
６における空気泡噴出孔８ａの数、充填物７１の大き
さ、被処理液の特性（特に、粘度）、充填物層７の厚さ
および空間９の厚さなどを適宜設定することにより達成
することができる。但し、この浸漬型膜ろ過装置１の多
くの用途において、被処理液の粘度として１〜５０ｍＰ
ａ・ｓの範囲を考慮し、また、被処理液中に含まれる夾
雑物として繊維状の物質を考慮すれば十分であり、一
方、空気泡供給装置６からの空気泡の総発生量は管状ろ
過膜１１ａの膜面積１ｍ²当り５〜１５ｌ／分が現実的
であり、さらに、空気泡供給装置６における空気泡噴出
孔８ａの数は支持台５の軸方向に垂直な断面積１００ｃ
ｍ ²当り１個程度が現実的であるため、通常は、充填物
層７の厚さ（図１のＤ₂）を、そこに含まれる充填物７
１の寸法（長さ）の５〜５０倍に設定すると、上述のよ
うな条件を達成することができる。

【００４８】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２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８
に空気を供給する。空気供給パイプ８に供給された空気
は、空気泡噴出孔８ａから空気泡となって噴出する。こ
の空気泡は、被処理液中を上昇し、充填物層７を通過す
る。この際、空気泡は、被処理液と共に充填物層７内で
次々に方向を変えながら充填物７１の内部や表面を流
れ、分散する。そして、充填物層７を通過した空気泡
は、空間９内を蛇行しながら、また、蛇行範囲を広げな
がら上昇し、管状ろ過膜モジュール４に含まれる各管状
ろ過膜１１ａに対して略均等に供給されることになる。

【００４９】なお、被処理液中に含まれる繊維状物など
の各種の夾雑物は、充填物層７を通過する際に充填物７
１により捕捉される。この結果、充填物層７から管状ろ
過膜モジュール４に向けて流れる被処理液は、夾雑物が
効果的に取り除かれることになるので、管状ろ過膜モジ
ュール４の管状ろ過膜１１ａは、夾雑物の目詰まりによ
る閉塞を起こしにくく、安定に被処理液をろ過処理する
ことができる。

【００５０】このようにして管状ろ過膜モジュール４に
対して供給される空気泡に伴い、貯留槽２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４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１１ａ
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２
０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１
１ａ間の隙間を通過し、排出口１２および排出路１２ａ
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２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
４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。

【００５１】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４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。

【００５２】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４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４
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。

【００５３】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４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６
から管状ろ過膜モジュール４に対して供給する空気泡の
分布状態とろ過特性との関係を併せて説明する。

【００５４】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。

【００５５】参考のため、図１１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１２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１１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。

【００５６】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２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。

【００５７】表１に、本実施の形態で用いられる管状ろ
過膜モジュール４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４では収納
容器１０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。

【００５８】

【表１】

【００５９】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４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４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）。

【００６０】

【数１】

【００６１】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４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４
の管状ろ過膜１１ａの内径をそれぞれ示している。

【００６２】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。

【００６３】

【数２】

【００６４】ここで、管状ろ過膜モジュール４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。

【００６５】

【数３】

【００６６】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４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４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。

【００６７】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。

【００６８】

【表２】

【００６９】表１および表２から、管状ろ過膜モジュー
ル４と平膜モジュール５０との線速比が次の式（５）で
表される。

【００７０】

【数４】

【００７１】式（２）および（５）を用い、管状ろ過膜
モジュール４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４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。

【００７２】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。

【００７３】

【表３】

【００７４】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。

【００７５】

【表４】

【００７６】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４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。

【００７７】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。

【００７８】

【表５】

【００７９】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４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４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。

【００８０】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４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。

【００８１】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。

【００８２】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４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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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４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４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。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。

【００９２】

【表６】

【００９３】次に、作成したモジュールを用い、上述の
ような浸漬型膜ろ過システム１に類似する浸漬型膜ろ過
システムを作成した。ここで、管状ろ過膜モジュール４
を用いた浸漬型膜ろ過システムでは、支持台５内におい
て当該モジュール４の底面から３０ｃｍ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。なお、支持台５内には、充
填物層７を配置しなかった。一方、平膜モジュール５０
を用いた浸漬型膜ろ過システムでは、同じく支持台５に
相当する部材内において、当該モジュール５０の底面か
ら３０ｃｍ下方に位置する口径４ｍｍの空気泡噴出孔か
ら空気を噴出するように設定した。

【００９４】貯留槽２として、直径２５ｃｍ、深さ１７
０ｃｍの透明容器を用い、この貯留槽２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。

【００９５】

【表７】

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】

【数５】

【０１００】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。

【０１０１】

【数６】

【０１０２】管状ろ過膜モジュール４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１３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）。

【０１０３】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１４に示す。図１４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。

【０１０４】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１５に示す。図１５は、
管状ろ過膜モジュール４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。

【０１０５】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。

【０１０６】

【数７】

【０１０７】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１４および図１５のデータから求めた。

【０１０８】

【表８】

【０１０９】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。

【０１１０】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）。

【０１１１】以上より、本実施の形態で用いた管状ろ過
膜モジュール４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。

【０１１２】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４
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４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。

【０１１３】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４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。

【０１１４】ところで、管状ろ過膜モジュール４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。

【０１１５】

【数８】

【０１１６】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。

【０１１７】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４
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。

【０１１８】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４における充填率（ε）は、次の式（９）のよ
うになる。

【０１１９】

【数９】

【０１２０】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４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。

【０１２１】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４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。

【０１２２】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。

【０１２３】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４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。

【０１２４】充填物層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４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、支持台５の空間９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。

【０１２５】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４
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
４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４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
気泡供給装置６から空気泡として管状ろ過膜モジュール
４に供給される空気の全流量を意味している。

【０１２６】

【数１０】

【０１２７】一方、ｎ本の管状ろ過膜１１ａに、全平均
値（空気泡供給装置６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。

【０１２８】

【数１１】

【０１２９】したがって、管状ろ過膜モジュール４のろ
過流量は、次の式（１２）のように表される。

【０１３０】

【数１２】

【０１３１】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。

【０１３２】

【数１３】

【０１３３】図１６は、式（１３）を用いて、管状ろ過
膜モジュール４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６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１１ａ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。

【０１３４】したがって、支持台５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１１ａに対
し、全平均値の少なくとも３０％の空気泡を分配できる
よう充填物層７を設定することである。このような条件
は、充填物層７を上述のように構成することにより達成
することができる。

【０１３５】本実施の形態に係る浸漬型膜ろ過装置３を
備えた浸漬型膜ろ過システム１は、上述の通り、浸漬型
膜ろ過装置３において被処理液中に含まれる夾雑物を捕
捉可能な充填物層７を有しているため、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３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。

【０１３６】特に、本実施の形態に係る浸漬型膜ろ過装
置３において、充填物７１として上述のような微生物担
体としての機能を有する多孔性の中空円筒状物を用いた
場合、被処理液は、当該充填物７１の表面積が大きいた
め、その表面や内部と効率的に接触する。そして、その
際に、被処理液の内部に含まれる各種の菌体は、充填物
７１上に効率的に担持される。この結果、被処理液中に
含まれる菌体は、充填物層７を通過する際に取り除かれ
ることになるので、管状ろ過膜１１ａは、そのような菌
体の目詰まりによる閉塞も有効に抑制されることにな
る。したがって、このような浸漬型膜ろ過装置３を用い
た浸漬型膜ろ過システム１は、貯留槽２内に大量の被処
理液、特に、生活排水の活性汚泥処理液が急激に流入し
た場合であっても、安定的にろ過処理を実施することが
できる。

【０１３７】［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４を用いた場合について説明したが、本発明の浸漬型
膜ろ過装置において利用可能な管状ろ過膜モジュールは
これに限定されるものではない。

【０１３８】図１７および図１８を参照して、本発明の
浸漬型膜ろ過装置において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１７（管状ろ過膜モジュール２００の縦断
面図）および図１８（管状ろ過膜モジュール２００の、
図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ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２１０は、例えば樹脂製の部材であ
り、円筒状の集水管２１２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。

【０１３９】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。

【０１４０】なお、図１７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１７では管状ろ過膜２１１ａの本数を少な目に表現
し、また、図１８においては管状ろ過膜２１１ａの一部
のみ表示している。

【０１４１】このような管状ろ過膜モジュール２００
は、収納容器２１０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１８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。

【０１４２】

【数１４】

【０１４３】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４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おいて用いた管状ろ過膜モジ
ュール４と同じく、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。

【０１４４】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２内に貯留された被
処理液は、空気泡供給装置６の空気泡噴出孔８ａから噴
出しかつ充填物層７において均等に分散された空気泡に
伴い、図１７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２１１
ａ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２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。

【０１４５】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１９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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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２０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。

【０１５１】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２０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。

【０１５２】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１９）。そして、図２
０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。

【０１５３】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。

【０１５４】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４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。

【０１５５】（２）上述の実施の形態では、管状ろ過膜
モジュール４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２１お
よび図２２（図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ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
４の例を挙げる。この管状ろ過膜モジュール４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４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。

【０１５６】なお、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４を浸漬型膜ろ過装置３に
用いる場合、支持台５は、管状ろ過膜モジュール４の形
状に対応させて角筒状に形成する必要がある。

【０１５７】（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４，２００は逆洗することができ
る。

【０１５８】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。

【０１５９】（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２３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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】

【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４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
Ｋ６７４１−１９７５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。

【０１６４】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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】（支持台の製造）次に、図１に示すような
支持台５と同様の支持台を製造した。ここで、支持台に
は、上述の管状ろ過膜モジュールで用いた収納容器と断
面形状が同じ円筒状のものを用い、その内部に図１に示
すような空気泡供給装置６と充填物層７とを配置した。
ここで用いた充填物層は、充填物として、比表面積が５
００ｍ^２／ｍ^３、外径が２０ｍｍ、内径が１６ｍｍ、長
さが２０ｍｍの大きさに形成された、ポリプロピレン樹
脂からなる多孔性の中空円筒状物であって微生物担体と
しての機能を有するものである。なお、この充填物層の
厚さ（図１のＤ_２）は約１５０ｍｍに設定し、また、支
持台内において、充填物層と管状ろ過膜モジュールとの
間に形成される空間の厚さ（図１のＤ_１）は約１５０ｍ
ｍに設定した。

【０１６９】（浸漬型膜ろ過システムの製造）図２４に
示すような浸漬型膜ろ過システムを製造した。ここで
は、先ず、上述の支持台５上に管状ろ過膜モジュール４
を配置して浸漬型膜ろ過装置３を製造した。また、管状
ろ過膜モジュール４の排出口１２に排水ホース１０４を
接続し、空気泡供給装置の空気供給パイプ８に空気供給
ホース１０５を接続した。そして、その状態で、浸漬型
膜ろ過装置３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１５
０ｃｍの円筒状のものである。

【０１７０】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。

【０１７１】（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から支持台５内の空気泡供給装置に対し
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
の実施例の浸漬型膜ろ過装置は、管状ろ過膜モジュール
４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。

【０１７２】

【表９】

【０１７３】比較例１支持台５として、充填物層７が内部に配置されていない
ものを用いた点を除き、実施例１のものと同様の浸漬型
膜ろ過装置を製造した。そして、この浸漬型膜ろ過装置
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。結果を表１０に示す。表１０よ
り、同じ管状ろ過膜モジュール４を用いた場合であって
も、この比較例の浸漬型膜ろ過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７
０〜７７％に減少していることがわかる。

【０１７４】

【表１０】

【０１７５】

【発明の効果】本発明の浸漬型膜ろ過装置は、上述のよ
うな管状ろ過膜モジュールと空気泡供給装置との間に上
述のような充填物層を配置しているため、浸漬型膜ろ過
方式による被処理液の効率的なろ過処理を実施すること
ができる。

【０１７６】特に、この浸漬型膜ろ過装置は、充填物層
に含まれる充填物として、上述のような微生物担体とし
ての機能を有するものを用いた場合、生活排水の活性汚
泥処理液を処理する場合であっても、管状ろ過膜の目詰
まりが起こりにくく、安定的にろ過処理を実施すること
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浸漬型膜ろ過装置
が採用された浸漬型膜ろ過システムの概略図。

【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】平膜モジュールの一例の部分断面正面図。

【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】前記他の形態の管状ろ過膜モジュールの、図
１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面に相当する図。

【図１９】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２０】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２１】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２２】前記さらに他の形態の管状ろ過膜モジュール
の、図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面に相当する図。

【図２３】他の実施の形態に係る空気泡供給装置の縦断
面図。

【図２４】実施例１で用いたろ過流量測定装置の概略
図。

【符号の説明】

２貯留槽３浸漬型膜ろ過装置４，２００管状ろ過膜モジュール６空気泡供給装置７充填物層１０，２１０収納容器１２，２１２ａ排出口１０ａ，２１０ａ保持部１１，２１１管状ろ過膜群１１ａ，２１１ａ管状ろ過膜７１充填物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） 4D003 AA01 AB02 BA04 EA05 EA15 EA19 FA06 4D006 GA07 HA26 HA34 HA41 HA93 JA31A KE30R MA02 MA06 MC27 PB08 PC62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯留槽内に貯留された被処理液に対して浸
漬型膜ろ過方式を適用するための浸漬型膜ろ過装置であ
って、内面に前記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、前記管状ろ過膜が上下方
向に開口するよう前記貯留槽内に配置された管状ろ過膜
モジュールと、前記管状ろ過膜モジュールの下方に配置された、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
気泡供給装置と、前記管状ろ過膜モジュールと前記空気泡供給装置との間
に配置された、前記空気泡供給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分散させながら案内
するための、充填物を含む充填物層と、を備えた浸漬型
膜ろ過装置。
【請求項２】前記充填物層は、少なくとも半数の前記管
状ろ過膜に対し、前記空気泡供給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を
分散可能に設定されている、請求項１に記載の浸漬型膜
ろ過装置。
【請求項３】前記充填物は、外径が５〜５０ｍｍ、長さ
が５〜５０ｍｍの多孔性の中空円筒状物である、請求項
１または２に記載の浸漬型膜ろ過装置。
【請求項４】前記中空円筒状物が微生物担体である、請
求項３に記載の浸漬型膜ろ過装置。
【請求項５】前記被処理液が生活排水の活性汚泥処理液
である、請求項４に記載の浸漬型膜ろ過装置。
【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
の浸漬型膜ろ過装置。
【請求項７】前記管状ろ過膜は内径が３〜１５ｍｍであ
る、請求項１、２、３、４、５または６に記載の浸漬型
膜ろ過装置。