JP2007252966A - 膜モジュールおよび水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】膜モジュールの省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流束を大きくする。
【解決手段】 容器２に異方性多孔質材料を用いた膜１を装填して一体化させた膜モジュールを使用して、原水を取り込み、ろ過する。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄水場設備などで使用される膜モジュールおよび水処理システムに係わり、特に異方性多孔質材料を用いた膜を装填して一体化した膜モジュールを使用して、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流束を大きくするようにした膜モジュールおよび水処理システムに関する。

浄水場では、河川や貯水池などの水源から原水を取水し、凝集、フロック形成、沈殿、ろ過および殺菌の５つの単位プロセスによって、懸濁質とコロイド質の除去および細菌等を無害化し、清澄な水道水として需要家に供給している。

凝集、フロック形成、沈殿、ろ過による一連の除濁処理には、凝集剤を用いる方法が一般的であり、凝集剤には鉄やアルミニウム等の無機金属塩が通常用いられる。凝集剤の効果はさまざまな物理的、生物化学的な影響を受け、最適凝集条件は、多くの因子によって定まる複雑な平衡の上に成り立っているため、一定の処理水質を確保するには熟練を要する。

平成８年１０月に厚生省（現厚生労働省）より通達された「水道におけるクリプトスポリジウム暫定対策指針」によって、ろ過池出口の濁度を常時把握し、ろ過池出口の濁度を０．１度以下に維持することが制定され、浄水場における濁度管理が重要な課題となっている。

このような背景のもと、精密ろ過膜や限外ろ過膜に関する研究開発が進み、我が国の浄水場において膜ろ過が急速に普及し始めており、海外においては既に日量数十万トン規模の膜ろ過浄水場が稼動している。精密ろ過膜や限外ろ過膜による膜ろ過は、確実に濁質物を除去し、良質な処理水質を得られるという利点がある。

一方、精密ろ過膜や限外ろ過膜の素材として最も普及している有機高分子化合物（酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリトニトリル、ポリフッ化ビニリデン）の膜は、運転時間の経過とともに膜の圧密化や損傷などの物理的劣化、加水分解・酸化などによる化学的劣化、微生物により膜が資化される生物的劣化など、膜自身の変質による性能低下や、微粒子・懸濁物質の膜表面への蓄積などの外的要因による性能低下によって、寿命が３年〜７年とされており、膜交換に要する費用のため、ランニングコストが従来の浄水方式よりも高いという欠点がある。

こうしたランニングコストを低減する従来技術として、特開２００１−２２５０５７がある。この従来技術は、凝集剤を利用して凝集フロックを形成し、これを砂ろ過により除去する。さらに耐久性の優れた金属膜ろ過装置により微粒子・懸濁物質を確実に除去する水処理システムである。
特開２００１−２２５０５７号公報

上述した従来の水処理システムの金属膜ろ過装置は、金属繊維を積層して焼結した不繊布状の金属膜をプリーツ状に折り畳んで円筒型としたエレメントで構成されており、以下の課題があった。

［１］不繊布状構造による透過流束の低下
不繊布状構造の金属膜は、金属膜の表面だけでなく、金属膜内部でも捕捉する構造となっているため、金属表面では捕捉できない微小な粒子や懸濁物質を膜内部で捕捉できるメリットがある一方で、膜の内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が通常の洗浄で除去できず、運転時問の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。

上記のように、金属膜では、内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質が洗浄しにくいため、フロック形成により予め除去可能な濁質をできるだけ除去しておく工程が不可避である。そのため、凝集剤の添加という薬物注入による汚染の懸念と、フロックを廃棄しなければならず処理物質量が増大してしまう。

［２］円筒型エレメントによる設置スペースの増大
円筒型エレメントによる金属膜は、金属膜を充填するスペースに対して有効な膜ろ過面積が小さいため、金属膜ろ過装置が大きくなり設置スペースが増大するという問題がある。円筒を細くして装置内に充填する本数を増やす方法もあるが、必要以上に円筒を細く丸めることは、膜の孔が変形する恐れがあるため適切ではない。

本発明は上記の事情に鑑み、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流束を大きくすることができる膜モジュールおよび水処理システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、容器と、この容器内に装填されるとともに、異方性多孔質材料で構成され、前記容器内に取り込まれた原水をろ過するろ過膜とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、原水の透過方向と、細孔の方向とが同一方向となり、材料に占める空間の割合（空間率）が大きい異方性多孔質材料を用いた膜を使用することにより省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて透過流束を大きくすることができる。

〈異方性多孔質材料〉
初めに、本発明者らが開発した異方性多孔質材料について説明する。

金属膜によるろ過装置では、背景技術の欄で説明したような問題が発生する。このため、金属膜に比較して微細な孔径が形成可能で、かつ逆洗性に優れたセラミックス膜を用いた膜ろ過装置が考えられる。しかし、セラミック膜は基本的に微粒子がネットワーク状に焼結した多孔質体であるため、上述の金属膜と同様に、膜の表面だけでなく内部でも捕捉する構造となり、内部に入り込んだ微粒子・懸濁物質を洗浄しづらく、運転時間の経過とともに透過流束が低下しやすいという問題がある。また、細孔が複雑にネットワークを形成する構造のため、初期特性においても圧力損失が比較的大きい。

そこで、本発明者らは、上記に鑑み、流体のフィルタにおいて、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、また洗浄性を向上させる以下の（１）〜（７）に示す異方性多孔質材料を開発するに至った。

（特願２００５−３２２６２９参照、未公開）。

（１）複数の気孔を含有し、それぞれの気孔は長軸および短軸を規定できる非等方性の形状を有し、前記複数の気孔が方向性を有する配列をなしていることを特徴とする異方性多孔質材料。

（２）前記それぞれの気孔の長軸／短軸の長さの比が１０以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。

（３）前記複数の気孔の短軸の長さが０．００１〜５００μｍであることを特徴とする異方性多孔質材料。

（４）前記複数の気孔が、それらの長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれる１つ以上の配向グループに分類されることを特徴とする異方性多孔質材料。

（５）同一の配向グループに属する前記複数の気孔の少なくとも一部が貫通気孔であることを特徴とする異方性多孔質材料。

（６）前記複数の気孔の短軸の長さのバラツキが、同一の配向グループの中では±１５％以下であることを特徴とする異方性多孔質材料。

（７）同一の配向グループの中での貫通気孔率が７０％以上であることを特徴とする異方性多孔質材料。

以下、本発明の膜モジュールで使用される異方性多孔質材料について図２９乃至図３６を参照して詳述する。

初めに、本発明に係る異方性多孔質材料の概念を、図２９を参照して説明する。異方性多孔質材料は、複数の気孔を含有し、それらは、例えば図２９に示す気孔５１，５２のような、長軸および短軸を規定することができる非等方性の形状を有する。そして、気孔５１，５２について、任意の基準方向と長軸のずれを傾きθで表示すると、傾きθが方向性、つまり特定範囲内に分布する傾向を有する。一方、気孔に方向性の無い材料は等方性多孔質材料である。

《第１例、その１》
図３０は第１例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図３０に示すように、第１例の異方性多孔質材料５３は、図２９に示す楕円球状の気孔５２を複数含有する。図３0に示す異方性多孔質材料５３に含まれる気孔５２は、主に気孔全体が材料の内部に入っている閉気孔である。

ここで、気孔５２の長軸の長さａと短軸の長さｂの比（アスペクト比）ａ／ｂは１０以上であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合には、方向性を持った特性を発現する根源は、閉気孔の異方的な形態に起因する。アスペクト比が１０未満であると、各気孔間の配列に方向性が存在しても全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。

また、それぞれの気孔の長軸の方向が立体角Ωの範囲内に含まれるとすると、立体角Ωは±１０度の範囲内であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔が高いアスペクト比を持っていても、方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。

また、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。

また、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。主に閉気孔からなる場合、それぞれの閉気孔の径に±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。

《第１例、その２》
図３１は第１例の変形例を示している。第１例の変形例の異方性多孔質材料５４は、図２９に示す非等方性の形状の気孔５１を複数含有する。それぞれの気孔の長軸は、一方向に配列している。

図３１に示す異方性多孔質材料５４においても、図３0に示す異方性多孔質材料５３と同様に、それぞれの気孔のアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の長軸の方向が±１０度の立体角範囲内に含まれ、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても上記説明と同様である。

《第２例》
図３２は本発明の第２例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図３２に示すように、第２例の異方性多孔質材料５５は、気孔５２ａ，５２ｂをそれぞれ複数含有する。異方性多孔質材料５５に含まれる気孔は主に閉気孔である。気孔５２ａは、長軸が方向Ａに対して方向性を有する第１の配向グループを構成し、気孔５２ｂは、長軸が方向Ａと異なる方向Ｂに対して方向性を有する第２の配向グループを構成する。

ここで、第１例と同様に、気孔５２ａ，５２ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第１例と同様である。

第１の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＡの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＡは±１０度の範囲内であることが好ましい。また、第２の配向グループのそれぞれの気孔の長軸の方向が立体角ΩＢの範囲内に含まれるとすると、立体角ΩＢは±１０度の範囲内であることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、全体として等方に近い特性を示すため、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。

また、同一の配向グループの中では、それぞれの気孔の短軸の長さｂのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さｂに±１５％より大きなバラツキがあると、全体としての特性指向性が弱くなり、より等方に近い特性を示すので、異方性多孔質材料としての特徴が十分に発揮されない。

《第３例》
図３３は本発明の第３例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図３３に示すように、第３例の異方性多孔質材料５６は、貫通気孔５７を複数有する。貫通気孔は両端が材料の表面に開いている気孔である。第３例の異方性多孔質材料５６は、図３0に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に垂直で互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。

ここで、貫通気孔５７のアスペクト比は１０以上であることが好ましい。アスペクト比が１０以上であることで、フィルタリングなどに好適な強度特性についてもバランス良く優れた膜材料が得られる。

また、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。

また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さは０．００１〜５００μｍであることが好ましい。０．００１μｍ未満の場合、原子・分子間距離のオーダーでの形態制御になり、本発明の異方性多孔質材料の構造を実際的な材料として具現することが困難である。５００μｍより大きい場合、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にある。

これは、本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。

また、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。

また、異方性多孔質材料５６が有するすべての気孔における貫通気孔の割合（貫通気孔率）は７０％以上であることが好ましい。貫通気孔率が７０％未満の場合、フィルタリングなどにおける透過流量が低下するとともに、貫通孔以外の気孔（開気孔および閉気孔）の影響が顕在化する。具体的には、フィルタリングなどにおける洗浄性の低下、膜強度の低下などの影響がある。ここで、開気孔とは一端のみが材料表面に開いている気孔である。

図３４は第３例の変形例を示す概略図である。図３４に示すように、第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、貫通気孔５９を複数有し、貫通気孔５９は、異方性多孔質材料５８の上面および下面に対して垂直でない方向に形成されている。第３例の変形例の異方性多孔質材料５８は、図３２に示す第１例の異方性多孔質材料を、気孔の長軸方向に対して垂直以外の角度で、互いに平行な２つの面で切り出した形態を有するものである。

《第４例》
図３５は本発明の第４例の異方性多孔質材料の構造を示す概略図である。図３５に示すように、第４例の異方性多孔質材料６０は、貫通気孔６１ａ，６１ｂをそれぞれ複数有する。第４例の異方性多孔質材料６０は、図３２に示す第２例の異方性多孔質材料を、互いに平行な２つの面で切り出した形態をしている。貫通気孔６１ａは第１の配向グループを構成し、貫通気孔６１ｂは第２の配向グループを構成する。

ここで、第３例と同様に、貫通気孔６１ａ，６１ｂのアスペクト比は１０以上であり、それぞれの気孔の短軸の長さｂは０．００１〜５００μｍであり、同一の配向グループの中での貫通気孔率は７０％以上であることが好ましい。これらの数値を選定する理由についても第３例と同様である。

また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の長軸の方向が、±１０度の立体角範囲内に含まれることが好ましい。方向性に±１０度より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける圧損が大きくなるなど、特徴的な特性が劣化する。また、同一の配向グループの中では、それぞれの貫通気孔の短軸の長さのバラツキは±１５％以下であることが好ましい。短軸の長さに±１５％より大きなバラツキがあると、フィルタリングなどにおける分隔精度が低下するなど、特徴的な特性が劣化する。

図３６は第４例の変形例を示す概略図である。図３６に示すように、第４例の変形例の異方性多孔質材料６３は、貫通気孔６４ａ，６４ｂをそれぞれ複数有するとともに、図３0に示す第１例の異方性多孔質材料を互いに平行な２つの面で切り出したものを、一層ごとに貫通気孔の方向が９０°ずれるように積層した形態を有するものである。

本発明の異方性多孔質材料は、一般的な多孔質材料、あるいは上述の水の浄化目的に使われている多孔質膜に代表されるような既存の多孔質材料と異なり、長軸／短軸のアスペクト比の大きい気孔が方向性を持って配列したものである。このため、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料を流体のフィルタに用いると、フィルタの表面で微粒子・懸濁物質を捕捉するので、高精度で大量の分離処理が可能で、透過流束の低下を軽減し、フィルタの洗浄性を向上させることができる。

また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料を熱交換材料として用いると、流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減するので、体積当たりの熱交換効率を向上させることができる。

本発明の異方性多孔質材料の用途についても多岐にわたるが、第１，第３例の１次元異方性多孔質材料では、高精度で大量の分離処理が可能で、高い透過流束を確保し、また洗浄性にも優れるなど、秀でた諸特性を合わせ持つ各種フィルタを挙げることができる。

また、第２，第４例の２次元異方性多孔質材料では、体積当たりの熱交換効率が飛躍的に優れ、また流体抵抗によるエネルギー損失を大幅に低減した熱交換器を挙げることができる。

本発明の異方性多孔質材料の製造方法は、気孔あるいは貫通気孔を形成するためのテンプレートを用いる方法、気孔あるいは貫通気孔を転写して形成する方法、気孔あるいは貫通気孔の元組織を延伸加工する方法、結晶組織成長により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法、気相合成法により気孔あるいは貫通気孔を形成する方法をとることが可能である。

なお、上述の各実施の形態では、気孔が１つまたは２つの配向グループからなる異方性多孔質材料を示したが、分類される配向グループの数はこれに限らない。

〈実施形態の説明〉
以下、本発明に係る水処理システムの実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、以下に説明する水処理システムでは、前述した異方性多孔質材料５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３のいずれかを膜モジュールを構成するろ過膜に使用するものである（請求項９）。

《第１実施形態》（請求項１）
本発明による水処理システムのうち、請求項１に対応する第１実施形態として図１を示す。

（構成）
本発明による水処理システムは、金属などによって構成される異方性多孔質材料を用いた膜１、膜１を充填する容器２によって構成される膜モジュールと、容器２に接続され、運転時間の経過とともに定期的に行う物理洗浄の排水を排出する配管３と、配管３を開閉するバルブ４とを備えている。

（作用）
膜モジュールの下方から供給された原水は、０．００１〜５００μｍ細孔をもつ異方性多孔質材料を用いた膜１の篩い作用により細孔よりも大きな物質は膜面に捕捉される。細孔を通過したろ過水は膜モジュールの上方に流入する。このときの膜間差圧は、（財）水道技術研究センターの「水道用膜ろ過技術の新しい展開（２００２年１２月）」によると、精密ろ過膜の場合、５〜２００ｋＰａ以下、限外ろ過膜の場合、１０〜３００ｋＰａ以下、ナノろ過膜の場合、３００〜１５００ｋＰａ以下、逆浸透膜の場合、４００〜３０００ｋＰａ以下、であることが望ましい。

つづいて、予め設定された周期あるいは膜間差圧がある一定値に達した時点で、膜表面または膜内部の付着物のうち、可逆的なものを除去するため、以下に示す物理洗浄を実施し、バルブ４と配管３を介して外部へ排水を排出する。

さらに、膜間差圧がある程度、高くなったときには、薬品洗浄を実施して、膜表面または膜内部の付着物のうち、不可逆的なものを除去して膜間差圧の回復をはかる。

ここで、異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュールにおいて、共通の作用を以下に示す。なお、以下の「膜モジュールの物理洗浄」から「監視項目」までの記載は、（財）水道技術研究センターの「小規模水道における膜ろ過施設導入ガイドライン（平成６年）」を参考にした。

［膜モジュールの物理洗浄］
運転時間の経過とともに膜１に付着した物質は、下記のいずれかの洗浄方法、またはこれらの洗浄方法の併用による物理洗浄によって除去することができる。

逆圧洗浄、逆圧空気洗浄、エアスクラビング、原水または空気フラッシュ洗浄、機械的振動、機械的回転、超音波洗浄、熱水洗浄、スポンジボール洗浄、薬品注入洗浄、オゾン注入洗浄、加熱。

ここで、加熱とは、異方性多孔質材料を用いた膜１を５００〜６００℃まで加熱して、有機物を燃焼除去する方法である。

物理洗浄で除去できない膜１への付着物質は、下記のいずれかの薬品、またはこれらの薬品の併用による薬品洗浄によって除去することができる。

次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤、アルカリ洗剤や酸洗剤等の界面活性剤、塩酸や硫酸等の無機酸、シュウ酸やクエン酸等の有機酸。

［ろ過方式］
本発明における水処理システムのろ過方式は、全量ろ過方式またはクロスフロー方式とすることができる。

［ろ過の駆動方式］
本発明におけるろ過の駆動方式は、ポンプ加圧方式、水位差利用方式、吸引方式およびこれらの併用により、ろ過することができる。

［ろ過の運転制御方式］
本発明における水処理システムの運転制御方式は、定流量弁方式・容積ポンプ方式・回転数制御方式・調節弁方式、等の定流量制御またはレシーバータンク方式・水位差利用方式・回転数制御方式・調節弁方式・減圧弁方式、等の定圧制御とすることができる。

［監視項目］
本発明における水処理システムは、運転時間の経過とともに原水中の微粒子・濁質によって膜の閉塞が進行するので、膜間差圧や膜ろ過水量を監視する必要がある。膜間差圧や膜ろ過水量の監視においては、膜ろ過抵抗が水温の影響（水の粘性）を受けるため、水温を考慮する必要がある。また、原水の濁度は、レーザー濁度計や透過光式の濁度計で常時監視する。また、本発明の異方性多孔質材料を用いた膜１は耐久性に優れるものの、病原性微生物等の漏洩リスクを低減させるために、膜破断検知装置を具備することが望ましい。

（効果）
本発明により、異方性多孔質材料を用いた膜１は、細孔の軸方向と、原水の透過方向とが同じ方向になるとともに、材料に占める空間の割合（空間率）を大きくすることができることから、原水のろ過抵抗が小さくなり、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて、透過流束を大きくすることができる。

《第２実施形態》（請求項２）
本発明による水処理システムのうち、請求項２に対応する第２実施形態として図２、図３、図４を示す。

（構成）
本発明では、異方性多孔質材料を用いた膜１は、平面状、または袋状に成形されている。

図２は集合管５が膜モジュール内部に設置され、図３は集合管５が膜モジュール外部に設置されている。図４では、平面状、または袋状に成形された異方性多孔質材料を用いた膜を、集合管５を中心に巻き込んで成形されている（スパイラル型）。

（作用）
膜モジュールの下方から供給された原水は、異方性多孔質材料を用いた膜１の篩い作用により細孔よりも大きな物質は膜面に捕捉される。図５に示すように、細孔を通過したろ過水は、平面状、または袋状に成形された膜モジュール内部へ入り込み、膜モジュールの内部中央または外部に設置される集合管５へ流入する。

（効果）
本発明により、異方性多孔質材料を用いた膜１を平面状、または袋状に成形することによって、両面をろ過面とすることができ、膜ろ過面積を増大させることができる。図４では、膜１の充填密度を高くすることができる。

《第３実施形態》（請求項３）
本発明による水処理システムのうち、請求項３に対応する第３実施形態として図６、図７を示す。

（構成）
本発明では、異方性多孔質材料を用いた膜１を円筒型に成型している。図6では円筒が一つであり、図7ではろ過面積を増大させるために円筒を複数本配置してある。

（作用）
膜モジュールの下方から供給された原水は、異方性多孔質材料を用いた膜１の外側から内側へ透過し、膜モジュールの上部へ流入する。

（効果）
本発明により、膜表面の洗浄が容易となり、原水の濁度が高い場合に適している。しかしながら、従来技術で前述したように、必要以上に円筒を細く丸めることは、膜１の孔が変形する恐れがあるため適切ではない。

（他の実施例）
本発明では原水を膜１の外側から作用させる外圧式としたが、原水を膜１の内側から作用させる内圧式としても良い。

《第４実施形態》（請求項４）
本発明による水処理システムのうち、請求項４に対応する第４実施形態として図８および図9を示す。

（構成）
本発明では、異方性多孔質材料を用いた膜１を平面状、または袋状に成型し、原水が流入している槽６（開放型または密閉型）に浸漬させている。

図8おいて、平板型の異方性多孔質材料を用いた膜１を透過したろ過水を集める集合管５が異方性多孔質材料を用いた膜１の上部に配置している。図9において、円盤型の異方性多孔質材料を用いた膜１を透過したろ過水を集める集合管５は、異方性多孔質材料を用いた膜１の中央に配置している。

（作用）
槽６に供給された原水は、前述した水位差方式または吸引方式およびこれらの併用により生じる膜間差圧により、異方性多孔質材料を用いた膜１を透過し、膜１を透過したろ過水は、集合管５に流入する。

（効果）
本発明により、装置が簡素で膜の交換が容易となり、原水の濁度が高くても安定して運転することができる。

《第５実施形態》（請求項５）
本発明による水処理システムのうち、請求項５に対応する第５実施形態として図１0、図１１、図１２、図１３、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５、図１６を示す。

（構成）
本発明では、図１0〜図１6に示すように、異方性多孔質材料を用いた膜１が多層に配され、洗浄時に洗浄水を排出する配管３、バルブ４も複数配置されている。

図１１、図１２では、ろ過水を集水する集合管５は膜モジュールの中央内部に配され、図１３では、膜モジュールの外部に配されている。図１４では、異方性多孔質材料を用いた膜１が千烏状に設置されており、集合管５も複数配されている。図１５、図１６では、多層の異方性多孔質材料を用いた膜１を、原水が流入している槽６（開放型または密閉型）に浸漬させており、ろ過水が流入する集合管５は、槽内部あるいは槽上部に設置されている。

（作用）
膜モジュールの下方から供給された原水は、異方性多孔質材料を用いた膜１の篩い作用により細孔よりも大きな物質は膜面に捕捉される。膜１が平面状の場合は、細孔よりも大きな物質は膜の下面に捕捉され、膜１が袋状に成形された場合は、図５に示すように、細孔を通過したろ過水が、袋状に成形された膜モジュール内部へ入り込み、図１１、図１２では、膜モジュールの内部中央の集合管５へ流入する。図１３では、細孔を通過したろ過水は、膜モジュール外部に設置される集合管５へ流入する。図１４（ａ）、（ｂ）では、ろ過水は膜モジュール内に設置された複数の集水管５へ流入する。図１５、図１６では、前述した水位差方式または吸引方式およびこれらの併用により生じる膜間差圧により、異方性多孔質材料を用いた膜１を透過し、膜１を透過したろ過水は、槽内部あるいは槽上部に設置された集合管５に流入する。

（効果）
本発明により、図１０〜図１６のいずれの実施形態においても、ろ過する膜面積を増大することができ、省スペース化を実現することができる。

《第６実施形態》（請求項６）
本発明による水処理システムのうち、請求項６に対応する第６実施形態として図１７を示す。

（構成）
本発明は、図１〜図１６と同様、異方性多孔質材料を用いた膜１、膜１を充填する容器２、配管３、バルブ４、集合管６で構成され、同一位置にならないように各膜１に孔が形成されている。

（作用）
膜モジュールの下方から供給された原水は、異方性多孔質材料を用いた膜１を透過する一方、異方性多孔質材料を用いた膜１の一端にある孔を抜け、上段の膜モジュールへ流入する。これを繰り返しながら、膜モジュールの上端へと流入していく。

（効果）
本発明により、原水が膜の透過方向に対して垂直、すなわちクロスフローの流れになるため、原水中の懸濁物質の膜面への堆積を抑制することができる。

《第７実施形態》（請求項７）
本発明による水処理システムの第７実施形態の構成は、図１０〜図１７と同様のため省略するが、原水を段階的にろ過できる図１0と図１２の構成が最も効果的である。

（作用）
第１〜第６実施形態で示したものと同様であるが、図１0と図１２の構成の場合は、配管３に設置されたバルブ４の操作によって、特定の膜１のみを洗浄することもできる。

（効果）
本発明により、原水中に含まれる懸濁物質を粒径の大きなものから段階的に除去させることにより、膜面への負荷を小さくし、除去効率を高めることができる。

（他の実施例）
また、１段の膜において、中心部から外側に向かって孔径を大きくする、または小さくすることによって、原水の流れを整流する効果が生じ、これを多段化することで、１段の膜面の特定部位への負荷を小さくすることもできる。

《第８実施形態》（請求項８）
本発明による水処理システムのうち、請求項８に対応する第８実施形態として図18を示す。

（構成）
膜モジュールの外部に異方性多孔質材料を用いた膜１の少なくとも２枚に電界を印加するための電源７が設けられている。

（作用）
異方性多孔質材料を用いた膜１は電極として作用し、原水を透過中、あるいは物理洗浄中に電界を印加する。電界は連続的に印加してもパルス状に印加してもよい。なお、電極として作用する面にイオン化傾向の小さな金属を配することで、電極として作用する異方性多孔質材料を用いた膜１の溶出を抑制することができる。

（効果）
本発明により、異方性多孔質材料を用いた膜面に電界をかけることで、膜面への付着物を抑制して高い流束が確保でき、特に電界をパルス状に印加することにより、膜面に付着した懸濁物質を効果的に剥離することができる。また、原水中のアンモニアや有機物を分解することができる。

《第９実施形態》（請求項１０）
本発明による水処理システムのうち、請求項１０に対応する第９実施形態として図19を示す。

（構成）
紫外線（ＵＶ）を照射するためのＵＶランプ８、オゾンを発生するためのオゾン発生器９、過酸化水素を注入するための過酸化水素注入器１０、容器内面およびろ過膜面への光触媒１１の塗布、の少なくとも一つ以上が設けられている。

（作用）
膜モジュールの下部から供給される原水に対して、膜モジュールの下部からオゾン発生器９によりオゾンを注入するとともに、過酸化水素注入器１０により過酸化水素を注入しながら、ＵＶランプ８によるＵＶ照射を行う。

（効果）
ＵＶ照射により、感染性微生物や藻類を不活化することができ、オゾン注入により、オゾンの酸化力による色度や臭気成分の除去・有機物質の低分子化・鉄やマンガンの酸化を行うことができる。また、オゾン注入時に紫外線を照射するか、過酸化水素を注入することにより、原水中にＯＨラジカルが発生し、上記の酸化力を高めることができる。また、容器内面およびろ過膜面に光触媒を塗布することにより、懸濁物質の付着を抑制するとともに、同時にＵＶ照射を行うことにより、原水中に○Ｈラジカルが発生し、色度や臭気成分の除去・有機物質の低分子化・鉄やマンガンの酸化とともに感染性微生物や藻類を不活化することができる。

《第１０実施形態》（請求項１１）
本発明による水処理システムのうち、請求項１１に対応する第１０実施形態として図２０を示す。

（構成）
第９実施形態と同様であるが、ろ過水へ作用させるため、集水管５の内部に紫外線（ＵＶ）を照射するためのＵＶランプ８、オゾン発生器９、過酸化水素を注入するための過酸化水素注入器１０が設けられ、集水管５の内面に光触媒１１が塗布されている。

（作用）
集水管５内のろ過水に対し、下部からオゾン発生器９によりオゾンを注入するとともに、過酸化水素注入器１０により過酸化水素を注入しながら、ＵＶランプ８によるＵＶ照射を行う。

（効果）
ＵＶ照射により、感染性微生物や藻類を不活化することができ、オゾン注入により、オゾンの酸化力による色度や臭気成分の除去・有機物質の低分子化・鉄やマンガンの酸化を行うことができる。また、オゾン注入時に紫外線を照射するか、過酸化水素を注入することにより、ろ過水中にＯＨラジカルが発生し、上記の酸化力を高めることができる。また、集水管５の内面に光触媒を塗布することにより、懸濁物質の付着を抑制するとともに、同時にＵＶ照射を行うことにより、ろ過水中にＯＨラジカルが発生し、色度や臭気成分の除去・有機物質の低分子化・鉄やマンガンの酸化とともに感染性微生物や藻類を不活化することができる。

《第１１実施形態》（請求項１２）
本発明による水処理システムの第１１実施形態は第１実施形態〜第９実施形態と同様のため省略する。

（構成）
第１実施形態〜第９実施形態のいずれかに記載の膜モジュールを並列に配置したものであり、並列化により、透過水量を大幅に高くさせる。

（作用）
第１実施形態〜第９実施形態と同様に原水を取り込み、各膜モジュールで並列にろ過する。

（効果）
本発明により、膜モジュールを並列化することで、より大きな処理量に対応することができる。

《第１２実施形態》（請求項１３、１４）
本発明による水処理システムのうち、請求項１３、１４に対応する第１２実施形態として図２１を示す。

（構成）
異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュールを持つろ過設備２０の後段に消毒設備２１が設けられている。消毒設備２１は、塩素注入設備、次亜塩素酸ナトリウム注入設備、次亜塩素酸カルシウム注入設備、ＵＶ照射設備およびこれらの併用により、ろ過水を消毒することができる。

（作用）
異方性多孔質材料を用いた膜１を透過したろ過水に対し、消毒設備２１によって塩素、次亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸カルシウムを注入し、大腸菌や一般細菌を消毒する。

（効果）
異方性多孔質材料を用いた膜１を透過したろ過水を消毒し、感染性微生物や藻類を不活化する。

《第１３実施形態》（請求項１５、１６）
本発明による水処理システムのうち、請求項１５、１６に対応する第１３実施形態として図２２を示す。

（構成および作用）
異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュールを持つろ過設備２０の前段に前処理設備２２が設けられている。前処理設備２２は、夾雑物除去設備、凝集剤注入設備、凝集沈殿設備、凝集砂ろ過設備、凝集沈殿砂ろ過設備、塩素注入設備、エアレーション設備、生物処理設備、粉末活性炭設備、粒状活性炭設備、オゾン発生設備およびこれらの併用により、膜モジュールへの原水を前処理することができる。

前処理設備２２における共通の効果は、異方性多孔質材料を用いた膜１により構成される膜モジュールの性能を水量および水質の両面において、最も効率よく、かつ安定して発揮させることができるとともに、原水中の懸濁物質による膜１の損傷や閉塞等のトラブルを防止することができる。

ここで、各々の前処理設備２２の（構成）、（作用）、（効果）をさらに述べる。

［夾雑物除去設備］
２００μｍ以下のスクリーン、フィルタおよびストレーナ等により構成され、篩い作用により、原水中の藻類や土砂等、膜を破損させる、あるいは膜モジュールを閉塞させる恐れのある夾雑物や異物を除去することができる。

［凝集剤注入設備、凝集沈殿設備、凝集砂ろ過設備、凝集沈殿砂ろ過設備］
凝集剤注入設備で凝集剤を注入することにより、懸濁物質をフロック化し、異方性多孔質材料を用いた膜の膜間差圧の上昇を抑制するとともに、色度成分も除去することができる。原水の濁度が一時的に増大する場合には、沈殿池や砂ろ過を併用することにより、膜モジュールへの懸濁物質の負荷を低減することができる。なお、異方性多孔質材料を用いた膜１の前処理としての凝集剤の注入量は、従来処理の凝集沈殿・砂ろ過を行う場合に比較して少量で効果が得られる。

［塩素注入設備］
塩素注入設備は薬液貯槽、注入ポンプで構成され、塩素や次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム等の酸化剤を注入することで、鉄・マンガンの酸化、藻類等の発生抑制、膜への懸濁物質の付着防止を行うことができる。

［エアレーション設備］
エアレーション設備により原水に空気を接触させることにより、水中の遊離炭酸を除去してｐＨを上昇させる、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物の除去、鉄・マンガンの酸化する、硫化水素などの臭気物質を除去する、等の効果が得られる。

［生物処理設備］
生物処理設備は、生物の自然浄化作用を利用するため、槽内に表面積を増大させるための充填材や円盤などを設置した構造で、アンモニア性窒素、生物分解性の有機物、硝酸性窒素、藻類、臭気、鉄・マンガン等を除去することができる。

［粉末活性炭設備］
粉末活性炭設備で注入された粉末活性炭により、臭気物質、陰イオン界面活性剤、フェノール類、トリハロメタンおよびその前駆物質、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物、農薬などを除去することができる。

［粒状活性炭設備］
粒状活性炭設備は槽内に粒状活性炭を充填した構造であり、これに原水を流入させて作用させる。粉末活性炭設備同様、臭気物質、陰イオン界面活性剤、フェノール類、トリハロメタンおよびその前駆物質、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物、農薬などを除去することができる。

［オゾン発生設備］
オゾン処理設備は、原料ガス（乾燥空気または酸素）、オゾン発生器、オゾン接触槽、オゾン滞留槽、排オゾン設備から構成され、色度や臭気成分の除去・有機物質の低分子化・鉄やマンガンの酸化を行うことができる。

次に、本発明の一例として、異方性多孔質材料を用いた膜１と前処理設備２２の組み合わせた代表例の（作用）と（効果）について説明する。

［粉末活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が低く、農薬・臭気以外の有機物濃度が低い原水に適している。前処理として粉末活性炭設備を備え、原水に連続的または間欠的に原水に粉末活性炭を添加することにより、溶存有機物を吸着除去した後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去するとともに、添加した粉末活性炭の分離濃縮を行うことができる。粉末活性炭の添加により、消毒副生成物前駆物質、農薬、陰イオン界面活性剤、臭気、色度等を除去することができる。また、粉末活性炭が長時間滞留する場合には、粉末活性炭表面に付着・増殖した微生物により、アンモニアや生物分解性有機物を除去することができる。

［オゾン処理−粉末活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が低く、農薬・臭気・色度以外の有機物濃度が低い原水に適している。前処理としてオゾン処理設備を備え、農薬、臭気、色度等の酸化分解と粉末活性炭処理による農薬、陰イオン界面活性剤、臭気等の吸着除去を行った後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去するとともに、添加した粉末活性炭の分離濃縮をはかることができる。粉末活性炭の添加により、消毒副生成物前駆物質、農薬、陰イオン界面活性剤、臭気、色度等を除去することができる。また、粉末活性炭が長時間滞留する場合には、粉末活性炭表面に付着・増殖した微生物により、アンモニアや生物分解性有機物を除去することができる。

［生物処理−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が高く、有機物濃度が低い原水に適している。前処理として生物処理設備を備え、アンモニア性窒素、生物分解性の有機物、硝酸性窒素、藻類、臭気、鉄・マンガン等を除去することができる。異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。

［粒状活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、濁質がほとんど存在しない清澄な原水で、農薬・有機溶剤等の微量有機化合物に汚染されており、色度・消毒副生成物前駆物質濃度の高い地下水等に適している。

前処理として粒状活性炭設備を備え、原水中の溶存性有機物を除去した後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。さらに、異方性多孔質材料を用いた膜１により、粒状活性炭層から漏出する微粉炭や微生物等の濁質を除去することもできる。

［オゾン処理−粒状活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、濁質がほとんど存在しない清澄な原水で、農薬・有機溶剤等の微量有機化合物に汚染されており、色度・消毒副生成物前駆物質濃度の高い地下水等に適している。

前処理としてオゾン処理設備と粒状活性炭設備を備え、原水中の溶存有機物を除去するため、オゾン処理と粒状活性炭処理を行った後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。さらに、異方性多孔質材料を用いた膜１によって、粒状活性炭層から漏出する微粉炭や微生物等の濁質を除去することもできる。

［生物処理−粒状活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、濁質がほとんど存在しない清澄な原水で、アンモニア性窒素濃度、農薬・有機溶剤等の微量有機化合物濃度、色度・消毒副生成物前駆物質濃度が高い地下水等に適する。

前処理として生物処理設備と粒状活性炭設備を備え、アンモニア性窒素および生物分解性の有機物や鉄・マンガンを酸化・除去し、溶存性有機物を除去するために粒状活性炭処理を行った後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。濁質がほとんど存在しない清澄な原水で、アンモニア性窒素濃度、農薬・有機溶剤等の微量有機化合物濃度、色度・消毒副生成物前駆物質濃度が高い地下水等に適する。

［生物処理−オゾン処理−粒状活性炭−異方性多孔質材料を用いた膜］
この方式は、濁質がほとんど存在しない清澄な原水で、アンモニア性窒素・農薬・有機溶剤等の濃度や色度・消毒副生成物前駆物質濃度が高い地下水等に適する。

前処理として生物処理設備、オゾン処理設備、粒状活性炭設備を備え、アンモニア性窒素および生物分解性の有機物や鉄・マンガンを酸化・除去し、溶存性有機物を除去するためにオゾン処理と粒状活性炭処理を行った後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。

《第１４実施形態》（請求項１７、１８）
本発明による水処理システムのうち、請求項１７、１８に対応する第１４実施形態として図２３を示す。

（構成および作用）
異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュールを使用して、原水をろ過するろ過設備２０の後段に後処理設備２３が設けられている。後処理設備２３は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、ｐＨ調整設備、粒状活性炭設備、オゾン注入設備、ＵＶ照射設備、エアレーション設備およびこれらの併用により、ろ過設備２０から出る過水を後処理するができる。

ここで、各々の後処理設備２３の（構成）、（作用）、（効果）をさらに述べる。なお、前処理設備２２で説明した設備については、同様の（構成）、（作用）、（効果）であるので省略する。

［精密ろ過膜］
孔径０．０１μｍ以上の膜で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去することができる。

［限外ろ過膜］
分子量１，０００〜３００，０００程度の膜で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物、ウィルスの一部を除去することができる。

［ナノろ過膜］
分子量数十〜数百程度の膜で、トリハロメタン前駆物質、農薬、臭気物質、陰イオン界面活性剤、カルシウム・マグネシウムなどの硬度成分を除去することができる。

［逆浸透膜］
分子量数十から数百程度の膜で、低分子量物質やイオンを分離することができる。

［ｐＨ調整設備］
ｐＨ調整設備は薬液貯槽、注入ポンプで構成され、硫酸、塩酸、液化二酸化炭素などの酸および水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリを注入することにより、異方性多孔質材料を用いた膜１のろ過水のｐＨを調整することができる。

［ＵＶ照射設備］
ＵＶ照射設備は、ＵＶランプ、電源、配管、ランプ保護管、洗浄機構、ランプ照度計で構成され、原虫類や細菌等の微生物、ウィルスを消毒することができる。

次に、本発明の一例として、異方性多孔質材料を用いた膜１と後処理設備２３の組み合わせた例の（作用）と（効果）について説明する。

［異方性多孔質材料を用いた膜−粒状活性炭］
この方式はアンモニア性窒素濃度が低く、有機物濃度が高い原水に適しており、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去した後、後処理設備２３として配置されている粒状活性炭設備で粒状活性炭処理を行うことにより、消毒副生成物前駆物質、農薬、陰イオン界面活性剤・臭気、色度等の除去することができる。

［異方性多孔質材料を用いた膜−オゾン処理−粒状活性炭］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が低く、有機物濃度がかなり高い原水に適しており、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去した後、後処理設備２３として配置されているオゾン処理設備、粒状活性炭設備で、オゾン処理と粒状活性炭処理を連続して行うことにより、溶存性の有機物を除去することができる。

これにより、粒状活性炭による消毒副生成物前駆物質、農薬・陰イオン界面活性剤、臭気、色度等の除去に加えて、オゾン処理による臭気、色度、農薬等の除去効果が得られる。また、フミン酸、フルボ酸などの生物難分解性有機物の一部がオゾン処理により酸化・分解されて、後続の固定床粒状活性炭（生物活性炭）における生物学的分解作用により除去され易くなる効果もある。

［異方性多孔質材料を用いた膜−精密ろ過膜／限外ろ過膜］
この方式は、濁度および濁度の変動が大きく、アンモニア性窒素濃度、有機物濃度が低い原水に適しており、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、主として濁質を除去した後、後処理設備２３として配置されている精密ろ過膜または限外ろ過膜により、さらに細かい濁質・コロイドおよび細菌等の微生物、ウィルスの一部を除去することができる。

また、この方式では、異方性多孔質材料を用いた膜１の細孔を大きくして透過流束を増大させ、精密ろ過膜または限外ろ過膜の前処理として位置付けることもできる。この方式は薬品を注入しないため、排水処理設備が簡素化できるなど、環境への負荷を低減することができる。

［異方性多孔質材料を用いた膜−ＵＶ照射設備］
この方式は、濁度が低く、アンモニア性窒素濃度、有機物濃度も低い清浄な原水に適しており、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去した後、後処理設備２３として配置されているＵＶ照射設備で、異方性多孔質材料を用いた膜を透過した原虫類や細菌等の微生、ウィルスを消毒することができる。

この方式は薬品を注入しないため、排水処理設備が簡素化できるなど、環境への負荷を低減することができる。

《第１５実施形態》（請求項１９）
本発明による水処理システムのうち、請求項１９に対応する第１５実施形態として図２４を示す。

（構成）
異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュールを使用して、原水をろ過するろ過設備２０の前段に前処理装置２２を設け、後段に後処理設備２３を設けている。

前処理設備２２および後処理設備２３の構成は、第１３実施形態および第１４実施形態で説明したものと同様であるため、省略する。

（作用および効果）
次に、本発明の一例として、異方性多孔質材料を用いた膜１と前処理設備２２および後処理設備２３の組み合わせた例の（作用）と（効果）について説明する。

［生物処理−異方性多孔質材料を用いた膜−粒状活性炭］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が高く、かつ、有機物濃度が高い原水に適しており、前処理設備２２として配置された生物処理設備においてアンモニア性窒素および生物分解性の有機物と臭気物質や鉄・マンガンを酸化・除去した後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去し、最後に後処理設備２３として配置された粒状活性炭設備の粒状活性炭処理により、消毒副生成物前駆物質、農薬、陰イオン界面活性剤、臭気、色度等の除去することができる。

［生物処理−異方性多孔質材料を用いた膜−オゾン処理−粒状活性炭］
この方式は、アンモニア性窒素濃度が高く、有機物濃度がかなり高い原水に適しており、前処理設備２２として配置された生物処理設備の生物処理でアンモニア性窒素および生物分解性の有機物と臭気物質や鉄・マンガンを酸化・除去した後、異方性多孔質材料を用いた膜１により、省スペース化を実現しつつ、原水のろ過抵抗を小さくして、通常水道用で用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜に比べて大きな透過流束で、濁質・コロイドおよび細菌等の微生物を除去し、最後に後処理設備２３として配置されたオゾン処理設備、粒状活性炭設備で、オゾン処理と、粒状活性炭処理を連続して行うことにより、溶存性の有機物を除去することができる。

これにより、粒状活性炭による消毒副生成物前駆物質、農薬、陰イオン界面活性剤・臭気・色度の除去に加えて、オゾン処理による臭気、色度等、農薬等の酸化分解することができる。また、フミン酸、フルボ酸などの生物難分解性有機物の一部がオゾン処理により酸化・分解されて、後続の固定床粒状活性炭（生物活性炭）における生物的分解作用により除去され易くなる効果もある。

《第１６実施形態》（請求項２０、２１）
本発明による水処理システムのうち、請求項２０、２１に対応する第１６実施形態として図２５、図２６、図２７、図２８を示す。

（構成）
異方性多孔質材料を用いた膜１を容器２に装填して一体化した膜モジュール、前処理設備２２、後処理設備２３の少なくとも一つから排出される排水を処理する排水処理設備２４が設けられている。

排水処理設備２４は、凝集剤注入設備、凝集沈殿設備、凝集砂ろ過設備、凝集沈殿砂ろ過設備、濃縮設備、脱水設備、乾燥設備、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナ
ノろ過膜、逆浸透膜、ＵＶ照射設備、ｐＨ調整設備、第１実施形態〜第１４実施形態のいずれかおよびこれらの併用により排水処理する。

（作用および効果）
ここで、各々の排水処理設備２４の（作用）、（効果）を述べる。なお、前処理設備２２および後処理設備２３で説明した設備については、同様の構成、作用、効果であるので省略する。

［濃縮設備］
濃縮設備は、重力による自然沈降作用または遠心分離による機械的濃縮作用により、排水からスラッジを濃縮することができる。

［脱水設備］
脱水設備は、自然乾燥作用または加圧ろ過、加圧圧搾ろ過、真空ろ過、遠心分離、造粒脱水等の機械的脱水作用により、濃縮スラッジから水分を減少させることができる。

［乾燥設備］
乾燥設備は、自然乾燥作用または熱乾燥作用により、脱水スラッジよりも水分を減少させることができる。

本発明による水処理システムの第１実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第２実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第２実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第２実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第２実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第３実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第３実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第４実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第４実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第５実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第６実施形態、第７実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第８実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第９実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１０実施形態、第１１実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１２実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１３実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１４実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１５実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１６実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１６実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１６実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの第１６実施形態を示す構成図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の説明図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の構造を示す概略図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第１例の変形例を示す概略図である。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第２例の構造を示す概略図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の構造を示す概略図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第３例の変形例を示す概略図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の構造を示す概略図。 本発明による水処理システムの各実施形態で使用される異方性多孔質材料の第４例の変形例を示す概略図。

符号の説明

１…異方性多孔質材料を用いた膜
２…膜を充填する容器
３…配管
４…バルブ
５…集合管
６…槽
７…電源
８…ＵＶランフ
９…オゾン発生器
１０…過酸化水素注入器
１１…光触媒
２０…異方性多孔質材料により構成される膜によるろ過設備
２１…消毒設備
２２…前処理設備
２３…後処理設備
２４…排水処理設備
５１，５２，５２ａ，５２ｂ…気孔
５３，５４，５５，５６，５８，６０，６３…異方性多孔質材料
５７，５９，６１ａ，６１ｂ，６４ａ，６４ｂ…貫通気孔

Claims (21)

1. 容器と、
   この容器内に装填されるとともに、異方性多孔質材料で構成され、前記容器内に取り込まれた原水をろ過するろ過膜と、
   を備えたことを特徴とする膜モジュール。
2. 請求項１に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜は平面状、または袋状に成型されたことを特徴とする膜モジュール。
3. 請求項１に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜は円筒状に成型されたことを特徴とする膜モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜は、ろ過対象となる原水が流入する開放型または密閉型の槽に浸漬された状態で使用されることを特徴とする膜モジュール。
5. 請求項１または２に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜は、原水の流れ方向に対して多層に積層された多層膜で構成されることを特徴とする膜モジュール。
6. 請求項１または２に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜は、原水の流れ方向に対して多層に積層された多層膜で構成されるとともに、多層膜の膜面に沿って原水を流しながらろ過することを特徴とする膜モジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜の孔径を各々、異ならせたことを特徴とする膜モジュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膜モジュールにおいて、
   前記ろ過膜には直流電圧、交流電圧、またはパルス電圧のいずれかが印加されることを特徴とする膜モジュール。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の膜モジュールにおいて、
   前記異方性多孔質材料は、複数の気孔を含有し、それぞれの気孔は長軸および短軸を規定できる非等方性の形状を有し、前記複数の気孔が方向性を有する配列をなしていることを特徴とする膜モジュール。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールを使用して原水をろ過する水処理システムであって、
    原水側にＵＶ照射、オゾン注入処理、過酸化水素注入、光触媒塗布のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用して原水を殺菌することを特徴とする水処理システム。
11. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールを使用して原水をろ過する水処理システムであって、
    ろ過水側にＵＶ照射、オゾン注入処理、過酸化水素注入、光触媒塗布のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用してろ過水を殺菌することを特徴とする水処理システム。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールを複数台、並列に配置することを特徴とする水処理システム。
13. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールの後段に消毒設備を配置したことを特徴とする水処理システム。
14. 請求項１３記載の水処理システムにおいて、
    前記消毒設備は、塩素注入設備、次亜塩素酸ナトリウム注入設備、次亜塩素酸カルシウム注入設備、ＵＶ照射設備のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用し、ろ過水を殺菌することを特徴とする水処理システム。
15. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールの前段に前処理設備を配置したことを特徴とする水処理システム。
16. 請求項１５に記載の水処理システムにおいて、
    前記前処理設備は、夾雑物除去設備、凝集剤注入設備、凝集沈殿設備、凝集砂ろ過設備、凝集沈殿砂ろ過設備、塩素注入設備、エアレーション設備、浮上分離設備、生物処理設備、粉末活性炭設備、オゾン発生設備、粒状活性炭設備のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用し、原水を前処理する、
    ことを特徴とする水処理システム。
17. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールの後段に後処理設備を配置したことを特徴とする水処理システム。
18. 請求項１７に記載の水処理システムにおいて、
    前記後処理設備は、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、ｐＨ調整設備、粒状活性炭設備、オゾン注入設備、ＵＹ照射設備、エアレーション設備のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用し、ろ過水を後処理する、
    ことを特徴とする水処理システム。
19. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュールの前段に請求項１６に記載の前処理設備を配置し、後段に請求項１７に記載の後処理設備を配置したことを特徴とする水処理システム。
20. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜モジュール、請求項１６に記載の前処理設備、または請求項１７に記載の後処理設備の少なくとも一つから排出される排水を処理する排水処理設備を配置したことを特徴とする水処理システム。
21. 請求項２０に記載の水処理システムにおいて、
    前記排水処理設備は、凝集剤注入設備、凝集沈殿設備、凝集砂ろ過設備、凝集沈殿砂ろ過設備、濃縮設備、脱水設備、乾燥設備、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、ＵＶ照射設備、ｐＨ調整設備のうち、いずれか１つ、あるいは２つ以上を併用し、排水を処理する、
    ことを特徴とする水処理システム。

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