JP2005349379A

JP2005349379A - 膜モジュール複合体

Info

Publication number: JP2005349379A
Application number: JP2004217058A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kumami; 和久熊見
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】設置スペースの効率化ができる膜モジュール複合体の提供。
【解決手段】膜モジュール複合体10は、第１膜モジュール11と第２膜モジュール21が、筒状接続具31を介して長さ方向に接続一体化されている。膜モジュール複合体10を縦型で使用すると、ハウジングの内径を１本の膜モジュールを使用した場合と同じにしたまま、膜の有効長さ（有効膜面積）を２倍にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水場等で使用される膜モジュール複合体に関する。

液体中の成分を分離したり、SS（懸濁質）を除去する膜は、省エネルギーの観点から色々な用途に使用されてきた。例えば、工場排水処理、河川水や地下水除濁、海水淡水化、バイオリアクター等が知られている。使用される膜も用途に応じて様々であり、河川水を飲用水に利用する場合には、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜等が使用されている。また、排水処理においては、精密濾過膜やダイナミック濾過を使用し、活性汚泥水を活性汚泥固形物と濾過水に分離している。

しかし、このような膜を使用した濾過では、膜面にSSが付着して濾過能力を低下させ、必要な濾過水量が得られなくなることがある。このため、膜面を定期的に又は不定期に洗浄することで、膜面に付着したSS分等を除去して濾過能力を保持することが行なわれている。例えば、特開平8-141375号公報では、定期的に濾過側から濾過水を逆透過させることで濾過性能を維持しており、特開平2001-38177号公報では、濾過体の下からエアーを供給することで膜面を洗浄しながら濾過を行うことが提案されている。

近年、膜を用いた水処理分野においては、膜モジュール設備の設置スペースの効率化、膜設備のコストダウン、容易な膜モジュール交換要求がある。これは、できるだけ少ない設置面積で多くの膜面積を確保できるようにすることや、膜設備をできるだけ簡易にすることで、建設費等のコストメリットを出そうとするものである。また、膜モジュール交換が容易であれば迅速に交換できるため、メンテナンスの観点からコスト的に有利になるためである。

特許文献１には、中空糸フィルターを積層した膜モジュールを２段以上積み重ね、外圧式で運転することが記載されている。
特開平１−６７２０５号公報

このような設置スペースの効率化（狭い設置面積にて、有効膜面積を高める）、膜設備のコストダウン（製造時及び運転時のコストダウン）、容易な膜モジュール交換（メンテナンス作業のコスト低減）は、膜モジュールの濾過運転により大きな影響を受ける。つまり、運転方法が違えば膜モジュール運転に必要な設備も違い、膜設備のコストが大幅に違ってくる。更に膜モジュール設備の設置スペースも大きく影響を受けるほか、膜モジュールの交換方法までもが違ってくる。

これらを効率化しようとすると、できるだけ膜設備を小さく、簡易な構造にすることが必要となるが、そうなると膜モジュールの十分な物理洗浄ができなくなり、濾過性能が維持できなくなって、高い透過流束、濾過の信頼性を維持することが困難となる。一方、高い透過流束を得て、濾過性能を高く維持すると、膜設備が大きく複雑になり、建設コストが高くなる。更に膜設備が複雑であるため、メンテナンス作業にも時間を要することになっていた。

特許文献１のモジュールでは、２段以上積み重ねることで設置スペースの効率化を図っているものの、実施例及び図から明らかなとおり、集水管（パイプ）とロート状の集水部を所定位置に配置し、接着固定する必要があるため、工数の増加による製造コストの増加やメンテナンス作業の容易さについては十分に解決されていない。

本発明は、設置スペースの効率化、膜設備のコストダウン、及び容易な膜モジュール交換ができるようになる、膜モジュール複合体を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、複数本の内圧型の中空糸膜モジュールが長さ方向に接続されてなる膜モジュール複合体であり、
一つの中空糸膜モジュールが、少なくとも１つの液出入口を有するハウジングと、前記ハウジング内に収容された所要本数の中空糸膜を有するものであり、
膜モジュール複合体における中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）と、中空糸膜の有効長さ（Ｂ）の比率（Ｒ＝Ｂ／Ａ）が２＜Ｒ＜６である、膜モジュール複合体を提供する。

中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）は、ハウジング内径が長さ方向で同一径である場合であり、中空糸膜が存在しない両端部乃至は両端部に被せたキャップ等の内径は含まれない。なお、ハウジング内径が異なる場合には、その最小内径を意味する。

中空糸膜の有効長さ（Ｂ）は、中空糸膜中の濾過できる部分の長さであり、エポキシ樹脂等で封止されている部分は含まれない。

本発明の膜モジュール複合体は、設置場所の状況（建物の天井の高さ、建物内の広さ及び建物内の使用可能な空間形状等）に応じて、縦置き型、横置き型又はこれらを組み合わせた形式になるように、２本又は３本以上の中空糸膜モジュールを接続して設置することができる。

本発明の膜モジュール複合体において、組み合わせる２つ以上の中空糸膜モジュールはそれぞれ同一形状及び同一構造のものを用いることができ、特許文献１に記載のように、組み合わせに際しての特別な構造及び部材は不要である。なお、中空糸膜モジュール内に充填する中空糸膜の本数、寸法（内径、外径、長さ）、構造（膜の孔径）等は、全体の濾過性能を考慮して、中空糸膜モジュールごとに異ならせることができる。

本発明の膜モジュール複合体において、隣接する中空糸膜モジュールの接続方法は特に限定されるものではないが、メンテナンス作業を容易にする観点から、周知のＶバンドカップリングによる結合方法、ハウジング同士を螺子合わせる方法等を適用することができる。

本発明の膜モジュール複合体では、中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）と中空糸膜の有効長さ（Ｂ）の比率（Ｒ＝Ｂ／Ａ）が２＜Ｒ＜６であり、好ましくは２＜Ｒ＜４である。

本発明の膜モジュール複合体では、内圧型の中空糸膜モジュールを使用するため、外圧型に比べてモジュール内に充填する中空糸膜の充填率（単位面積当たりの充填本数）を大きくすることができ、更に２つ以上を長さ方向に接続するため、特に縦置き型で使用する場合は、中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）（中空糸膜の幅方向の合計断面積、及び膜モジュールの設置面積）を一定にしたまま、中空糸膜の有効長さ（Ｂ）（有効膜面積）を増加させることができる。例えば、１つの膜モジュールに1000本の中空糸膜を充填し、計２本の膜モジュールを使用したときは、中空糸膜は合計で2000本となるが、中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）は変わらず（中空糸膜の幅方向の合計断面積、及び膜モジュールの設置面積は、充填された状態の1000本分となる）、中空糸膜の有効長さ（Ｂ）の合計は中空糸膜モジュール２つ分の長さとなる（有効膜面積の合計は2000本分の面積となる）。

また、横置き型で使用する場合には、天井の高さに関係なく設置することができ、建物の壁に沿って長手方向に設置することができるため、狭い場所でも設置することができる。更に横置き型で使用する場合には、中空糸膜モジュールは直線的に接続できるほか、適当な接続部材を使用することで、異なる方向（２つの中空糸膜モジュールの軸方向が直交する方向）に接続することもできる。

本発明の膜モジュール複合体においては、中空糸膜モジュール同士の接続部には中空糸膜が存在しない空間が設けられており、前記空間を形成する壁面には液出入口が設けられているものが好ましい。

中空糸膜モジュールは、一般的に筒状ハウジング（筒状ケース）内に中空糸膜（中空糸膜束）が充填された構造のものであるから、筒状ハウジングの長さと中空糸膜束の長さとの関係によっては、２つの筒状ハウジングを接続した場合、２つの中空糸膜束の端面同士が接触することなく、接続部分に空間が生じる場合がある。

本発明では、この接続部分に生じる空間を積極的に形成し、これを利用することで、濾過性能を高めるものであり、中空糸膜が存在しない空間の容積が、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて調整されている構造にすることができる。

このような構造にすることで、例えば、中空糸膜が存在しない空間と接続した液出入口から原水を供給する場合は、全体の透過流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて、必要な量の原水を各中空糸膜モジュールに均等に分配できるようになり、逆に中空糸膜が存在しない空間と接続した液出入口から透過液を排出する場合は、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて、必要な量の透過液を排水できるようになる（以上を「第１の作用効果」という）。

更に、中空糸膜が存在しない空間と接続した液出入口から原水を供給したり、逆圧洗浄水を圧入したり、逆に前記液出入り口から透過液、濃縮液、逆圧洗浄排水を排水したりすることができるようになるため、水処理現場の状況に応じて、多様な濾過運転方法を適用することができるようになる（以上を「第２の作用効果」という）。

なお、この空間は、筒状ハウジングの長さや中空糸膜束の長さを相互に調整する方法、筒状ハウジングの内径と同径又は近似した内径（筒状ハウジングの内径の80〜120％の範囲が好ましい）の円筒状の接続具を介在させる等の方法により、容易に形成することができる。

本発明の膜モジュール複合体においては、中空糸膜モジュールが有している全ての液出入口が、ハウジング側面又はハウジングと一体化された他部材の側面方向に突き出すように設けられており、縦長形状又は横長形状である膜モジュール複合体の両端面から軸方向に突き出ていないものにすることができる。

このように液出入口が端面から軸方向に突き出すように取り付けられていないので、大規模処理施設等において、複数の膜モジュール複合体を組み合わせて膜処理システムとして設置する際、システム全体をコンパクトにすることができる。

本発明の膜モジュール複合体は、課題の他の解決手段として、それぞれ内圧型の第１中空糸膜モジュールと第２膜モジュールが長さ方向に接続されてなり、接続部には中空糸膜が存在しない空間を有している膜モジュール複合体であり、
第１膜モジュールが、第１筒状ハウジングの一端側が液出入口を有する第１キャップで閉塞され、第１筒状ハウジングの周面に１又は２以上の液出入口が設けられ、他端側が開放されたものであり、
第２膜モジュールが、第２筒状ハウジングの一端側が液出入口を有する第２キャップで閉塞され、第２筒状ハウジングの周面に１又は２以上の液出入口が設けられ、他端側が開放されたものであり、
第１膜モジュールと第２膜モジュールがそれぞれの開放端面側において、中央液出入口を有する筒状接続具を介して接続一体化されている、膜モジュール複合体を提供する。

本発明は、２本の中空糸膜モジュールを長さ方向に接続したもので、両端側を閉塞する第１及び第２キャップと第１及び第２筒状ハウジング周面に液出入口が設けられており、これらの液出入口のそれぞれが、原水供給口、透過液排出口、濃縮液排出口、逆圧洗浄水供給口又は逆圧洗浄排水の排水口となるものである。

そして、本発明は、中央液出入口を有する筒状接続具を使用しており、この筒状接続具部分（必要に応じて、Ｖバンドカップリングによる結合方法を併用して接続する）には、中空糸膜が存在しない空間が形成される。この空間の容積は、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて調整されている構造にすることができる。この構造は、中空糸膜が存在しない空間と接続した液出入口から原水を供給したり、逆に前記液出入り口から透過液や濃縮液を排水したりする場合等に上記した第１及び第２の作用効果が得られる。

また、第１キャップに設けられた液出入口が第１キャップの側面方向に突き出すように設けられており、第２キャップに設けられた液出入口が第２キャップの側面方向に突き出すように設けられている構造にすることで、第１及び第２膜モジュールの端面側の軸方向への出っ張り部分がなくなるため、大規模処理施設等において、複数の膜モジュール複合体を組み合わせて膜処理システムとして設置する際、システム全体をコンパクトにすることができる。

本発明の膜モジュール複合体は、クロスフロー濾過及び全量濾過のいずれにも適用できる。

本発明の膜モジュール複合体は、設置スペースの効率化、膜設備のコストダウン、容易な膜モジュール交換ができるようになると共に、濾過性能も高めることができる。

＜膜モジュール複合体＞
図面により、本発明の形態を説明する。図１（ａ）は、膜モジュール複合体の概略側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における中空糸膜モジュール11、21の接続部分の拡大断面図である。本発明において幅方向というときは膜モジュール複合体10（中空糸膜モジュール11、21）の幅方向であり、軸方向というときは膜モジュール複合体10（中空糸膜モジュール11、21）の軸方向である。図中、各液出入口は、作図の都合上、異なる方向に開口しているが、複数の膜モジュールを組み合わせた膜処理システムにした場合を考慮して、全て同一方向に開口していてもよく、異なる方向に開口していてもよい。

膜モジュール複合体10は、第１膜モジュール11と第２膜モジュール21が縦方向に接続一体化されたものである。第１膜モジュール11と第２膜モジュール21は、膜交換等のメンテナンス作業時には、容易に分離することができる。

第１膜モジュール11は、第１筒状ハウジング12の一端側が椀状の第１キャップ13で閉塞されており、第１キャップ13の側面（第１筒状ハウジング12に近い球面）側には、幅方向に突き出すようにして第１ａ液出入口14が設けられている。第１キャップ13には、膜モジュール複合体10を安定良く床面上に設置するための台座となる箱部材15が被せられている。第１ａ液出入口14は、箱部材15の側面を貫通している。

第１ａ液出入口14は、第１膜モジュール11の側面方向（幅方向）に突き出ており、第１キャップ13の頂面から軸方向には突き出ていない。このため、複数の膜モジュール複合体10を組み合わせて設置するときに各出入口をパイプで連結した場合でも、パイプは膜モジュール複合体10の高さ範囲内に収められるので、濾過性能に影響を与えることなく、全体をコンパクトにすることができる。なお、液出入口の突き出し方向は濾過性能には影響しないので、必要に応じて、第１ａ液出入口14は第１キャップ13の頂面から軸方向に突き出すように設けることもできる。

第１筒状ハウジング12の周面には、第１ｂ液出入口16及び第１ｃ液出入口17が設けられており、第１キャップ13と反対側端部は開放され、第２膜モジュール21と接続されている。第１ｂ液出入口16及び第１ｃ液出入口17の一方は、濾過運転方法に応じて閉塞してもよい。

第２膜モジュール21は、第２筒状ハウジング22の一端側は椀状の第２キャップ23で閉塞されており、第２キャップ23の側面（第２筒状ハウジング22に近い球面）側には第２ａ液出入口24が設けられている。

第２ａ液出入口24は、第２膜モジュール21の側面方向（幅方向）に突き出ており、第２キャップ23の頂面から軸方向には突き出ていない。このため、複数の膜モジュール複合体10を組み合わせて設置するときに各出入口をパイプで連結した場合でも、パイプは膜モジュール複合体10の高さ範囲内に収められるので、濾過性能に影響を与えることなく、全体をコンパクトにすることができる。なお、液出入口の突き出し方向は濾過性能には影響しないので、必要に応じて、第２ａ液出入口24は、第２キャップ23の頂面から軸方向に突き出すように設けることもできる。

第２筒状ハウジング22の周面には第２ｂ液出入口26及び第２ｃ液出入口27が設けられており、第２キャップ23と反対側端部は開放され、第１膜モジュール11と接続されている。第２ｂ液出入口26及び第２ｃ液出入口27の一方は、濾過運転方法に応じて閉塞してもよい。

第１膜モジュール11及び第２膜モジュール21は、円柱状のものがよいが、四角柱状やそれ以上の多角柱状でもよい。第１筒状ハウジング12及び第２筒状ハウジング22は、中空糸膜の充填部の内径はいずれも均一であり、かつ両方のハウジングの内径は同一径である。

第１膜モジュール11及び第２膜モジュール21の長さは（両端にキャップを取り付けた場合の一端のキャップ頂面から他端のキャップ頂面までの長さ、又はキャップを使用しない形態ではハウジングの長さ）、好ましくは300〜3000mmで、より好ましくは1000〜2000mm、更に好ましくは1000〜1600mmであり、外径は、好ましくは50mm〜2000mm、より好ましくは、100mm〜500mm、更に好ましくは150mm〜350mmであり、質量（キャップ付き又はキャップなし）は、好ましくは1〜1000kg、より好ましくは5〜200kg、更に好ましくは10〜100kgである。

第１筒状ハウジング12及び第２筒状ハウジング22内には、所要本数の内圧型の中空糸膜（中空糸膜束）15及び25が充填されている。中空糸膜束は、１束でもよいし、必要に応じて仕切り部材（例えば、特開2002−126465公報の図１〜図７参照）を用いて、２束以上に分けたものが充填されていてもよい。

中空糸膜の材質は特に限定されるものではなく、ポリサルホン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、PVA、ポリオレフィン系樹脂、セルロース誘導体系樹脂等のプラスチック類、セラミックス、金属類、複合樹脂が挙げられるが、これらの中でも、セルロース誘導体系樹脂がよい。セルロース誘導体系樹脂は、親水性が高く、接触角は50〜60度と小さく、他の樹脂と比較して、濾過によって膜に汚れが付着しにくいほか、一度ついた汚れも逆圧洗浄等の物理洗浄で除去しやすい。

中空糸膜の長さは、中空糸膜モジュール11、21（又はそれらのハウジング）長さに応じて決定されるものであり、内径、外径、膜構造は特に制限されず、公知のものを使用することができる。

中空糸膜束は、ハウジングと膜端部が樹脂で直接接着されているハウジング一体型モジュールタイプでもよいし、直接接着されていないカートリッジを収納したカートリッジ型モジュールタイプでもよい。中空糸膜束は、一端側又は両端側の端部がエポキシ樹脂等で接着固定されていてもよいし、一端側が樹脂で封止されていてもよい。中空糸膜は、濾過運転方法（クロスフロー濾過及び全量濾過）、膜モジュール複合体を含む膜処理システムにおける各構成部の配置状態等に応じて、最適な濾過運転が行えるように調整する。

第１膜モジュール11と第２膜モジュール21は、それぞれの開放端面側において、中央液出入口32を有する筒状接続具31を介して接続一体化されており、筒状接続具31内の空間33には、中空糸膜は存在していない。筒状接続具31内の空間33の容積は、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて調整されている。

筒状接続具31は、その直径が、第１膜モジュール11及び第２膜モジュール21の内径の80〜120％の範囲であることが好ましい。

第１筒状ハウジング12、第２筒状ハウジング22、及び筒状接続具31の材質は、ポリサルホン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、セルロース誘導体樹脂等のプラスチック類、セラミックス、ステンレスのような金属類でもよいし、樹脂ファイバー、カーボンファイバー、グラスファイバー等を含む複合樹脂でもよい。

中空糸膜充填部のハウジング内径（第１筒状ハウジング12及び第２筒状ハウジング22の内径）（Ａ）は50〜2,000mmが好ましく、より好ましくは100〜500mm、更に好ましくは150〜350mmである。

中空糸膜１本の有効長さ（Ｂ）は、200〜2,500mmが好ましく、より好ましくは700〜1,700mm、更に好ましくは700〜1,300mmである。

比率Ｒ（Ｂ／Ａ）は２＜Ｒ＜６であり、好ましくは２＜Ｒ＜５であり、より好ましくは２＜Ｒ＜４である。

このように比率Ｒを所定範囲に設定することにより、設置面積を変更することなく、中空糸膜の有効長さ（＝有効膜面積）を増加させることができるので、設置スペースの効率化等の課題が解決できる。

筒状接続具31内の空間33の容積は、全体の逆圧洗浄流量が10〜100ｍ^３／Ｈであるとき、0.007〜0.07ｍ^３になるように調整されているため、第１及び第２の作用効果を得ることができる。なお、中央液出入口32の口径（断面積）及び他の液出入口の口径（断面積）は、所望の透過流束を維持して濾過運転できるように調整されている。所望の透過流束を維持する場合には、定期に又は不定期に逆圧洗浄をする必要があるが、逆圧洗浄の際に上記範囲の逆圧洗浄流量を維持して逆圧洗浄することで、所望の透過流束を安定して維持できる。そして、そのためには、原水入口及び透過液出口の口径は40〜170mm程度にすればよい。

本発明の膜モジュール複合体は、要求される濾過処理能力に応じて、２本又は３本以上の中空糸膜モジュールを組み合わせることができものであり、その場合であっても、縦置型では設置面積自体は全く増加しない。

＜膜モジュール複合体の濾過運転方法＞
（１）第１の濾過運転方法
次に、図２により、膜モジュール複合体10を用いてクロスフロー濾過運転するときの動作を説明する。図２は、膜モジュール複合体10を組み込んだ膜処理システムのフロー図であり、当業者の技術常識である運転に必要な開閉弁等は省略している。なお、各中空糸膜モジュールはクロスフロー濾過運転ができるように調整されている（ハウジング内に充填された複数の中空糸膜束相互間と、中空糸膜束とハウジング間が樹脂で封止されている）。

原水ポンプ51を作動させ、原水タンク41内の原水をライン61から膜モジュール複合体10の第１ａ液出入口（原水入口）14に供給する。なお、第１ｃ液出入口17、第２ｂ液出入口26は閉塞されている。

原水は特に制限されないが、通常、粘度が1〜200mPa・s、好ましくは1.5〜100 mPa・s、より好ましくは２〜50 mPa・sのもので、通常、SSの含有率が0.1〜10000mg/L、好ましくは1〜5000mg/L、より好ましくは５〜1000mg/Lのものを濾過処理することができる。

第１膜モジュール11で濾過された透過液は、第１ｂ液出入口（透過液出口）16から排出され、ライン62から透過液タンク42に送られる。第１膜モジュール11で生じた濃縮液は第２膜モジュール21において濾過され、透過液は、第２ｃ液出入口（透過液出口）27から排出され、ライン62から透過液タンク42に送られる。第２膜モジュール21で生じた濃縮液は、第２ａ液出入口（濃縮液出口）24から排出され、一部はライン64及びライン62を経て膜モジュール複合体10に戻して再度処理する。

第１膜モジュール11の濾過で生じた濃縮液は、筒状接続具31内の空間33に流入し、第２膜モジュール21にて濾過処理される。第２膜モジュール21では、より粘度の高い原水（第１膜モジュール11の濾過で生じた濃縮液）を濾過するため、第１膜モジュール11における濾過運転時よりも膜間圧力を高めたり、使用する中空糸膜の内径を第１膜モジュール11のものより大きくしたりすることが望ましい。

濾過運転は、１０〜９０分間程度の濾過運転後、運転を停止して、逆圧洗浄を０．５〜３分間程度行う。逆圧洗浄は、逆圧洗浄ポンプ53を作動させて、透過水タンク42内の透過水をライン62から第１膜モジュール11及び第２膜モジュール21内に圧入する。このとき、薬液ポンプ52を作動させ、薬液タンク43内の薬液（次亜塩素酸ナトリウム溶液等）を逆圧洗浄水内に添加してもよい。洗浄後の逆圧洗浄排水は、中央液出入口32及び第１ａ液出入口14から排出する。

この濾過運転において、筒状接続具31内の空間33を利用し、第１膜モジュール11と第２膜モジュール21の運転時における逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて、筒状接続具31内の空間33の容積を調整することにより、第１及び第２の作用効果が得られる。

（２）第２の濾過運転方法
次に、図３により、膜モジュール複合体10を用いて全量濾過運転するときの動作を説明する。図３は、膜モジュール複合体10を組み込んだ膜処理システムのフロー図であり、図２とは原水ポンプ51の設置位置のみが異なっており、当業者の技術常識である運転に必要な開閉弁等は省略している。なお、各中空糸膜モジュールは全量濾過運転ができるように調整されている。

原水ポンプ51を作動させ、原水タンク41内の原水をライン61、63から膜モジュール複合体10の第１ａ液出入口（原水入口）14と第２ａ液出入口（原水入口）24に供給する。原水は特に制限されないが、例えば、第１の濾過運転方法と同じものを処理できる。

第１膜モジュール11で濾過された透過液は、第１ｂ液出入口（透過液出口）16から排出され、ライン62から透過液タンク42に送られる。第１膜モジュール11で生じた濃縮液は、定期的に中央液出入口（濃縮液出口）32及び第１ａ液出入口（透過液及び濃縮液出口）14（ライン64）から排出する。

第２膜モジュール21で濾過された透過液は、第２ｃ液出入口（透過液出口）27から排出され、ライン62から透過液タンク42に送られる。第２膜モジュール21で生じた濃縮液は、定期的に中央液出入口（濃縮液出口）32及び第２ａ液出入口（透過液及び濃縮液出口）24（ライン65）から排出する。

濾過運転は、１０〜９０分間程度の濾過運転後、運転を停止して、逆圧洗浄を０．５〜３分間程度行う。逆圧洗浄は、逆圧洗浄ポンプ53を作動させて、透過水タンク42内の透過水をライン62から第１膜モジュール11及び第２膜モジュール21内に圧入する。このとき、薬液ポンプ52を作動させ、薬液タンク43内の薬液（次亜塩素酸ナトリウム溶液等）を逆圧洗浄水内に添加してもよい。洗浄後の逆圧洗浄水は、中央液出入口32及び第１ａ液出入口14から排出する。

従来の内圧型の中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールでは、粘度の高い液体やSS成分を多く含む液体を濾過する場合は、中空糸膜の内側を液体が通過するときに圧力損失が生じたり、部分的にSS分の過濃縮が生じたりして、濾過性能が不均一になる。この現象は、中空糸膜の長さを大きくするほど顕著になるため、中空糸膜を長くして濾過能力を高めようとしても、内圧型中空糸膜の実用可能な長さには自ずから限界があった。しかし、本発明の膜モジュール複合体では、１本の中空糸膜モジュールに充填する中空糸膜の長さを短くし、複数本を長さ方向に接続することで、前記した問題を解決し、高い濾過性能を維持できるようにしたものである。

本発明の膜モジュール複合体は、工場排水処理、河川水や地下水除濁、海水淡水化、バイオリアクター等に適用することができる。

実施例１
図４に示す中空糸膜モジュールFW50RVC-FUC1582（ダイセン・メンブレン・システムズ社製，有効膜面積50m^２，ハウジングの内径300mm，液出入口のノズル口径８０mm，但し、図１における第１ａ液出入口14と第２ａ液出入口24に相当する液出入口は、図１と同様になるように取付位置を変更した。）の一端側のみキャップを外したもの２つを用意した。なお、中空糸膜は、酢酸セルロース製のもの（分画分子量15万）であり、第１膜モジュール11では、内径0.8mm、外径1.3mm、長さ（有効長さ）900mmのものが合計で24，500本（幅方向の断面積318cm^２）充填されており、第２膜モジュール21では、内径0.8mm、外径1.3mm、長さ（有効長さ）900mmのものが合計で20,000本（幅方向の断面積265cm^２）充填されている。比率Ｒは、第１膜モジュール11では、900mm／300mm＝３であり、第２膜モジュール21では900mm／300mm＝３であった。

次に、中空糸膜モジュールと同じ内径を有する筒状接続具を挟んで２つの中空糸膜モジュールを合わせた状態で、Ｖ−バンドカップリングを用いて液密が維持できるように接続して、図１（ａ）、（ｂ）に示す膜モジュール複合体（空間33の容積は0.01ｍ^３）を得た。この膜モジュール複合体は、膜の有効長さの合計（有効膜面積の合計）は増加したが、ハウジングの内径（中空糸膜の幅方向の断面積及び膜モジュールの設置面積）は図４の中空糸膜モジュールと変わりはない。

この膜モジュール複合体を図２に示す膜処理システムに組み込んで、上記の第１の濾過運転方法に従って濾過運転を行った。原水として河川水を用い、透過流束1.5m／dayで内圧式クロスフロー濾過運転を行い、60分ごとに２分間逆圧洗浄を4.5m／dayで行った。逆圧洗浄水には、3ppmの遊離塩素濃度になるように調整した次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた。

濾過運転時は、原水タンク41に河川水を連続的に供給し、原水ポンプ51にて、膜モジュール複合体10の原水ノズル14に原水を送った。濃縮液は、上部キャップ23のノズル24から排出し、原水ポンプ51手前に戻した。

透過液は、透過液タンク42に蓄えられ、定期的に濾過停止した後、逆洗浄ポンプ53で膜モジュール複合体10に送って逆圧洗浄した。逆圧洗浄排水は、膜モジュール複合体10の原水ノズル14及び濃縮液ノズル24から系外へ排出するとともに、筒状接続具31のノズル32からも系外へ排出した。

この条件で１ヶ月間濾過運転した。濾過を行う前の純水透過流束と濾過を行った後の純水透過流束を比較した。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１の第１膜モジュール11と同じもの２本からなる膜モジュール複合体を組み込んだ図２に示す膜処理システムを用いて、原水タンク41の河川水を、原水ポンプ51で膜モジュール複合体10の上下のノズル14、24から供給し、上記の第２の濾過運転方法に従って全量濾過方式で実施例１と同じ条件で濾過運転を行い、評価を行った。なお、２つの膜モジュールの中空糸膜はいずれも第１膜モジュール11と同じものである。結果を表１に示す。

比較例１
図４の中空糸膜モジュール２本を、図５のように並列に配置した膜処理システムにより、クロスフロー濾過運転をした。２つの膜モジュールの中空糸膜はいずれも第１膜モジュール11と同じものである。中空糸膜モジュールの膜の有効長さ（有効膜面積の合計）は、実施例２と同様であるが、設置面積は実施例２の２倍を要した。これを、実施例２と全く同様に運転し評価を行った。

表１から明らかなとおり、実施例１、２及び比較例１では、濾過前と濾過後の低下割合は同等であった（純水透過流束は、膜間圧力98kPa、水温25℃に換算したもの）が、設置面積は、比較例１は実施例１、２の２倍であるから、単位設置面積当たりの純水透過流束には顕著な差が生じたことになる。

（ａ）は膜モジュール複合体の概略側面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図。膜モジュール複合体を用いた膜処理システムの概略フロー図。膜モジュール複合体を用いた膜処理システムの概略フロー図。膜モジュール複合体に用いる中空糸膜モジュールの概略側面図。比較例で使用した膜処理システムの概略フロー図。

符号の説明

１０膜モジュール複合体
１１第１膜モジュール
１２第１筒状ハウジング
１３第１キャップ
１４第１ａ液出入口
１６第１ｂ液出入口
１７第１ｃ液出入口
２１第２膜モジュール
２２第２筒状ハウジング
２３第１キャップ
２４第２ａ液出入口
２６第２ｂ液出入口
２７第２ｃ液出入口
３１筒状接続具
３２中央液出入口
３３空間

Claims

複数本の内圧型の中空糸膜モジュールが長さ方向に接続されてなる膜モジュール複合体であり、
一つの中空糸膜モジュールが、少なくとも１つの液出入口を有するハウジングと、前記ハウジング内に収容された所要本数の中空糸膜を有するものであり、
膜モジュール複合体における中空糸膜充填部のハウジング内径（Ａ）と、中空糸膜の有効長さ（Ｂ）の比率（Ｒ＝Ｂ／Ａ）が２＜Ｒ＜６である、膜モジュール複合体。
中空糸膜モジュール同士の接続部には中空糸膜が存在しない空間が設けられており、前記空間を形成する壁面には液出入口が設けられている、請求項１記載の膜モジュール複合体。
中空糸膜が存在しない空間の容積が、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて調整されている、請求項２記載の膜モジュール複合体。
中空糸膜モジュールが有している全ての液出入口が、ハウジング側面又はハウジングと一体化された他部材の側面に設けられており、縦長形状又は横長形状である膜モジュール複合体の両端面から軸方向に突き出ていない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜モジュール複合体。
それぞれ内圧型の第１中空糸膜モジュールと第２膜モジュールが長さ方向に接続されてなり、接続部には中空糸膜が存在しない空間を有している膜モジュール複合体であり、
第１膜モジュールが、第１筒状ハウジングの一端側が液出入口を有する第１キャップで閉塞され、第１筒状ハウジングの周面に１又は２以上の液出入口が設けられ、他端側が開放されたものであり、
第２膜モジュールが、第２筒状ハウジングの一端側が液出入口を有する第２キャップで閉塞され、第２筒状ハウジングの周面に１又は２以上の液出入口が設けられ、他端側が開放されたものであり、
第１膜モジュールと第２膜モジュールがそれぞれの開放端面側において、中央液出入口を有する筒状接続具を介して接続一体化されている、膜モジュール複合体。
中空糸膜が存在しない空間の容積が、全体の逆圧洗浄流量（ｍ^３／Ｈ）に応じて調整されている、請求項５記載の膜モジュール複合体。
第１キャップに設けられた液出入口が第１キャップの側面方向に突き出すように設けられており、第２キャップに設けられた液出入口が第２キャップの側面方向に突き出すように設けられている、請求項５又は６記載の膜モジュール複合体。