JP2016068046A - 縦置き型外圧型中空糸膜モジュールおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排濁率の大幅な低下がなく、物理洗浄時のモジュール上部への濁質蓄積を長期間抑制できる縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】第１端と第２端とを有する中空糸膜束２と、中空糸膜束２を収容する筒状ハウジング３とを備え、中空糸膜束２は、第１端が前記第２端の上になるように筒状ハウジング３内に収容され、中空糸膜束２の前記第１端を開口状態で筒状ハウジング３に固定する第１端固定部４と、筒状ハウジング３の高さ方向中心より下方にあり、中空糸膜束２へ被処理水を送液可能な１又は複数の送液ノズル７と、筒状ハウジング３の高さ方向中心より上方にあり、被処理水を排出可能な複数個のサイドノズル群８，９と、筒状ハウジング３、送液ノズル７、又はサイドノズル群８，９と連通した配管の少なくともいずれかに設けられ、モジュール内に気体を供給可能な気体導入弁１１とを備える縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１。【選択図】図１

Description

本発明は、原水（被処理水）中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過に用いられる膜ろ過装置（縦置き型外圧型中空糸膜モジュール）の構造およびその運転方法に関するものである。

汚濁物質を含む原水の浄化方法として、水処理膜を用いた方法がよく知られている。

浄化方法として水処理膜を用いる利点としては、生物処理法など従来技術からの省エネ化、省コスト化および省スペース化などが挙げられるが、一方で運転中の圧力上昇抑制に関しては全ての場合で十分な信頼性が確保されているとは言いがたい。運転中の圧力上昇を発生させる大きな原因がファウリングであり、これは膜表面または膜の細孔内に濁質粒子が蓄積し、膜の透水性を低下させる現象である。原水の性質によってファウリングはオペレーション上、深刻な問題となりうるケースが多い。このような問題への対策としては、物理的および化学的な膜の洗浄方法が数多く報告されている。

水処理膜の使用方法としては、処理対象となる水の中に膜ユニットを浸漬させて用いるタイプと、膜を所定のハウジング内に収納してそのハウジング、すなわちモジュール内に水を導入して用いるタイプがある。前者、後者ともにその運転において前述のファウリングについては解決しなければならない重要な課題であるが、とりわけ後者のタイプのひとつである、膜をハウジングに収納して、被処理水を膜の外側、いわゆる一次側から圧力をかけて膜の内側、いわゆる二次側へ透過し、処理水を得る外圧型のモジュールの場合には、高い運転圧で運転でき、また透過水の回収率が高いという利点はあるものの、特に濁質濃度の高い原水を処理する場合には、膜表面や細孔内のみならず、モジュールを含めた内部空間に濁質が付着、蓄積して運転圧力を上昇させるという課題がある。
この課題を解決のため、例えば、濁質の蓄積しやすい膜の上端部を容器に接着せず、自由端とするモジュールが提案されており（特許文献１参照。）、同じく濁質の蓄積しやすい膜上部を小束化したモジュールが知られており、濁質が蓄積しにくいモジュール構造が提案されている（特許文献２参照。）。しかしながら、いずれの提案の構造においても、膜モジュールの洗浄時に濁質を含む洗浄水が排出される箇所は一次側の最上部であり、運転が長期間続けばモジュールの上端部に濁質が蓄積しやすい可能性が高いという課題がある。
一方で、モジュール最上部まで到達しない洗浄方法を続ければ、最終的にはろ過時に蓄積した濁質で上端部が詰まってしまう。

特許第３１９１０１５号公報 特許第４４９１６９１号公報

よって本発明の目的は、縦置き型外圧型中空糸膜モジュールにおいて、排濁率の大幅な低下がないまま、物理洗浄時のモジュール上部への濁質蓄積を長期間抑制するモジュール構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの効率的な運転方法を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決せんとするものであり、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールは、被処理水を外側から内側へ透過しろ過して、透過水を得ることのできる複数本の中空糸膜を有し、前記の中空糸膜の長手方向において第１端と第２端とを有する中空糸膜束と、前記の中空糸膜束を収容する筒状ハウジングとを備えてなる縦置き型外圧型中空糸膜モジュールであって、前記の中空糸膜束は、前記の第１端が前記の第２端の上になるように、前記の筒状ハウジング内に収容され、前記の外圧型中空糸膜モジュールは、さらに、前記の中空糸膜束の第１端を開口状態で前記の筒状ハウジングの内壁面に固定する第１端固定部と、前記の筒状ハウジングの高さ方向中心より下方にあり、少なくとも一つの前記の中空糸膜束へ被処理水を送液可能な１または複数の送液ノズルと、前記の筒状ハウジングの高さ方向中心より上方にあり、被処理水を排出可能な複数個のサイドノズルを含むサイドノズル群と、前記の筒状ハウジング、前記の送液ノズル、前記のサイドノズル群、または前記の送液ノズル若しくは前記のサイドノズル群と連通した配管の少なくともいずれかに設けられ、モジュール内に気体を供給可能な気体導入弁とを備えてなる縦置き型外圧型中空糸膜モジュールである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記のサイドノズル群は、前記の第１端固定部の下面よりも下方に、前記の下面と離間する位置に存在する第一のサイドノズルを含むことである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記のサイドノズル群は、前記の第一のサイドノズルよりも上方に存在する第二のサイドノズルを含むことである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記の筒状ハウジング内に、前記の中空糸膜束の外周を少なくとも前記の第一のサイドノズルが設けられた高さ位置において囲むように配置された保護材をさらに備え、前記の保護材は、前記の保護材と前記の筒状ハウジングの内面との間に流路を形成するように配置されることである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記のサイドノズル群に属する全てのサイドノズルは、前記の第１端固定部の上端部よりも下方に位置することである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記の送液ノズルおよびサイドノズル群と、それに連通した配管への開閉を制御する装置を備えることである。
本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法は、前記のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法であって、被処理水の一部を前記の中空糸膜の外側から内側へ透過することにより透過水を得るろ過工程と、前記の中空糸膜を透過した前記の洗浄水を最上部に位置するサイドノズル以外の少なくとも一つのサイドノズルから排出する第一の物理洗浄工程とを有することを特徴とする縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法である。

本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法の好ましい態様によれば、 複数回の前記の第一の物理洗浄工程を備え、各々の前記の第一の物理洗浄工程では、それぞれ異なるサイドノズルが選択されることである。

本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法の好ましい態様によれば、前記の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール内に残存する前記の被処理水もしくは前記の洗浄水を、前記の送液ノズルの少なくとも一つから排出する排水工程を有することである。

本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法の好ましい態様によれば、前記の排水工程の後に、前記の中空糸膜の内側から外側に洗浄水を透過し、前記の中空糸膜を透過した前記の洗浄水を同時に前記の送液ノズルの少なくとも一つから排出する第二の物理洗浄工程を有することである。

本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法の好ましい態様によれば、
前記の気体導入弁を通じて前記の中空糸膜の外側に気体を導入する第三の物理洗浄工程を有することである。

本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法の好ましい態様によれば、前記のろ過工程前に前記の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール内に被処理水を満たす給水工程と、前記の給水工程において、前記の第二のサイドノズルから気泡を排出する排気行程とをさらに備えることである。

本発明によれば、濁質がモジュール内に局所的に溜まりにくくなり、特に高濁度原水の処理に対し、ろ過時有効膜面積の低下を抑えたまま、従来モジュールより一次側圧力損失の上昇を防止し得る、膜モジュールの運転が可能となる構造の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールが得られる。

本発明をこのように構成することにより、上部に複数個あるサイドノズル群を物理洗浄時に交互に使用し、最上部のサイドノズルを給水時に使用することにより、有効膜面積の低下なく濁質の局所的な蓄積の防止が可能な膜ろ過（縦置き型外圧型中空糸膜モジュール）の運転が可能となる。

図１は、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールを例示する側面概略断面図である。 図２は、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法を例示説明するための側面概略断面図である。 図３は、本発明の実施例１と比較例１における一次側圧力損失の値を示すグラフである。 図４は、本発明の実施例１と比較例２における一次側圧力損失の値を示すグラフである。

次に、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールとその運転方法の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、膜ろ過を実施するための本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの側面概略断面図である。

図１に示されるように、本発明の実施形態において、被処理水をろ過する縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１は、中空糸膜２およびその中空糸膜２を収納するための筒状ハウジング３を備え、縦置きで用いられる。すなわち、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１は、筒状のハウジング３の高さ方向が鉛直方向に平行になる姿勢で使用される。

以下の説明では、特に断らない限り、「上」と「下」とは、膜ろ過工程時の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の設置姿勢における上方向および下方向を指す。
本発明で用いられる中空糸膜２の種類としては、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜および精密ろ過膜等が挙げられる。特に、被処理水として濁度が高い水が想定される場合は、相対的に孔径の大きい精密ろ過膜または限外ろ過膜が好ましく用いられる。精密ろ過膜とは、平均細孔径が０．０１μｍ〜５ｍｍである膜のことであり、また限外ろ過膜は、分画分子量が１，０００〜２００，０００Ｄａである膜のことである。

ここで分画分子量とは、膜表面の細孔径を電子顕微鏡等で計測することが困難な場合に、平均細孔径の代わりに孔径の大きさの指標となるものである。一般的に、分画分子量が小さくなるに従い、膜の単位面積当たりの透水量が悪化する。したがって、濁度成分等の固形分を多く含む下廃水を処理する場合には、濁質等が膜の細孔に詰まりにくい、１，０００〜２００，０００Ｄａの分画分子量を有する限外ろ過膜を用いることが好ましく、１００，０００〜２００，０００Ｄａの分画分子量を有する限外ろ過膜を用いることがより好ましい態様である。

中空糸膜２の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテル− エーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアミドおよびポリイミドなどの有機物や、セラミックおよび金属などの無機物、その他の材質を選定することができるが、特に、耐薬品性に優れているポリフッ化ビニリデンが好ましく用いられる。

また、本発明の実施形態では、中空糸膜２として、筒状ハウジング３内に複数の中空糸膜が収容されている。筒状ハウジング３とその内部に収容された複数の中空糸膜２とを備える縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１は、高濃度の濁質を含む液の分離に適しているので、被処理水を直接処理することができる。

筒状ハウジング３は、筒状の中空のケースであり、中空糸膜２を収納する。
縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１はさらに、中空糸膜２の上端部を筒状ハウジング３に対して接着固定する第１端固定部４を備えている。

中空糸膜２は、その第１端固定部４で固定された上端側は集水室６に向かって開口状態であり、下端側は閉口状態である。
第１端固定部４を構成する接着剤の種類は、中空糸膜２を固定するとともに中空糸膜２を筒状ハウジング３に対し液密に接着固定することができ、かつ、ろ過運転に支障のない強度であれば良く、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂およびポリエステル樹脂などの接着剤や、種々の熱可塑性樹脂などを用いることができる。
筒状ハウジング３内には、中空糸膜２の外周を少なくとも第一のサイドノズル８が設けられた高さ位置において囲むように配置された保護材５を備えている。保護材５は、筒状ハウジング３の内面との間に流路を形成するように配置されており、膜の洗浄時に中空糸膜２の過度な振動、第一のサイドノズル８もしくは第二のサイドノズル９への巻き込みを防止する効果がある。
保護材５には複数の貫通孔が設けられており、膜の洗浄時に中空糸膜２と保護材５の間を流れる流体はこの貫通孔を通過し、第一のサイドノズル８もしくは第二のサイドノズル９を通して縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１外へ排出される。
筒状ハウジング３には、筒状ハウジング３の高さ方向中心より下方に中空糸膜２に被処理水を送液可能な送液ノズル７が少なくとも一つと、前記の第１端固定部の下面よりも下方に、前記の下面と離間する位置に存在する第一のサイドノズル８と、その第一のサイドノズル８よりも上方に同じく排液可能な第二のサイドノズル９が少なくとも一つと、そして集水室６と接続されたろ過水を取り出す透過水ノズル１０がそれぞれ備えられている。
ここで、第一のサイドノズル８および第二のサイドノズル９をサイドノズル群とすると、このサイドノズル群は第１端固定部４の上端より下方に位置するが、特に、第１端固定部４の下端より下方に存在することが好ましい態様である。
さらに、第二のサイドノズル９の位置は、第一のサイドノズル８より上方であれば特に限定されるものではないが、少なくとも一つの第二のサイドノズルは、第１端固定部４の下端と離間せず、内口面で接していることが好ましい。
また、送液ノズル７、第一のサイドノズル８および第二のサイドノズル９に連通する配管の少なくとも一つには、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内に気体を導入可能な気体導入弁１１が備えられている。気体の種類はコンプレッサーなどで容易に導入可能な点から、空気であることが好ましい。また気体導入弁１１は膜モジュール１内に気体を導入可能であればその個数、および位置は限定されないが、中空糸膜２を効率よく振動させ、高い洗浄効果を発揮するには、高さ方向中心より下方にある送液ノズル７に存在することが好ましく、その中でも最下方に存在する送液ノズル７に存在することがより好ましい。
また、本発明における縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１は、送液ノズル７およびサイドノズル群、すなわち第一のサイドノズル８および第二のサイドノズル９と、それらに連通する配管への開閉を制御するノズル開閉制御装置１２を備える。送液ノズルおよびサイドノズル群と配管の開閉は開閉弁Ｖａ 、Ｖｂ、ＶＣおよびＶｄを用いて行われることが好ましく、それぞれの開閉弁Ｖａ 、Ｖｂ、ＶＣおよびＶｄの開閉をノズル開閉制御装置１２を通じて切り替えすることで、膜モジュールの運転上必要となるノズルのみ配管と連通させることが可能となる。開閉弁Ｖａ 、Ｖｂ、ＶＣおよびＶｄの態様は、それぞれ独立に存在する態様、三方弁のように一部が一体となって開閉方向を切り替える態様のいずれでも用いることができる。
筒状ハウジング３、保護材５、送液ノズル７、第一のサイドノズル８および第二のサイドノズル９を構成する材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィンや、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン、エチレン・四フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、エチレン・三フッ化塩化エチレン、フッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、そしてポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素樹脂、さらにポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体樹脂、アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。また、樹脂以外ではアルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用してもかまわない。
次に、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法に関して、図２を用いて説明する。図２は、本発明の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法を例示説明するための側面概略断面図である。以下、特に断りの無い限り、開閉弁Ｖ１〜Ｖ９の開閉はノズル開閉制御装置１２を使用して行われるものとする。

図２において、中空糸膜２の一次側から二次側へ被処理水を透過しろ過するろ過工程では、被処理水を、被処理水ポンプ１３を用いて被処理水タンク１５から送液し、送液ノズル７を通して縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の一次側へ導入する。その際、被処理水全量をろ過するデッドエンドろ過の場合は、他の送液ノズルやサイドノズル群など一次側の開閉弁Ｖ１もしくは開閉弁Ｖ２以外のその他の開閉弁は全て閉となり、被処理水の送液の圧力で被処理水が一次側から二次側へ透過される。また、二次側の開閉弁Ｖ６は開となり、開閉弁Ｖ７は閉である。
一方、中空糸膜面に対して平行に被処理水を流すクロスフローろ過の場合は、他の送液ノズルもしくはサイドノズル群のいずれか、少なくとも一つのその他の一次側出入口が開となっており、そこからろ過されなかった被処理水が排出される。
二次側へ透過しろ過された透過水は、集水室６を通って透過水ノズル１０から排出され、透過水タンク１６に集水される。

ここで被処理水、すなわち原水は、海水、河川水、工場排水および下廃水など様々に適用することが可能である。本発明は、高濁原水（被処理水）をろ過する場合に有効な縦置き型外圧型中空糸膜モジュールおよびその運転方法であり、被処理水としては、浮遊物質（ＳＳ）濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、３０〜５００ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい態様である。

また、本発明では、被処理水の前処理として、凝集剤などの薬剤をあらかじめ被処理水に添加するか、またはプレフィルターなどで被処理水から夾雑物などを除去しておくことも好ましい態様である。
本発明においては、ろ過工程終了後には、ろ過工程で得られた透過水もしくは被処理水以下の浮遊物質濃度を有する水を、洗浄水として二次側から一次側に透過し、中空糸膜内部および中空糸膜面を洗浄し、サイドノズル群のいずれかから排出される第一の物理洗浄工程を経る。
第一の物理洗浄工程時に一次側に透過された洗浄水は、サイドノズル群のいずれかから縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１外へ排出されるが、その際はサイドノズル群の中で最上部に位置するサイドノズル以外のサイドノズルから排出される。
また、前後の第一の物理洗浄工程においては、洗浄水の排出に使用されるサイドノズルは、異なるサイドノズルが選択される。すなわち、第一の物理洗浄工程時は、逆洗ポンプ１４が動作し、開閉弁Ｖ７および開閉弁Ｖ３と開閉弁Ｖ４のいずれかが開となり、それ以外の開閉弁は閉となる。
第一の物理洗浄時の流量は、通常ろ過工程以上の流量であれば限定されるものではないが、回収率を保つ目的で、ろ過工程時の流量の１．１〜２．０倍とすることが好ましく、より好ましくは１．１〜１．５倍である。
洗浄水には、次亜塩素酸ナトリウムなどの殺菌剤や塩酸など酸を適宜添加することができる。
第一の物理洗浄工程の少なくとも前後のいずれかには、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内に残存した被処理水または洗浄水を、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１外に排出する排水工程が行われる。
排水工程時に残液の排出には送液ノズル７が使用されるが、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内に可能な限り液を残さないために、最も下部にある送液ノズル７を用いることが好ましい。すなわち、排水工程時は開閉弁Ｖ８もしくは開閉弁Ｖ９が開となる。
第一の物理洗浄では、用いられる第一のサイドノズル８もしくは第二のサイドノズル９の高さまでの洗浄しか、洗浄効果は期待することができない。すなわち、第一の物理洗浄工程のみでは縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内で、それ以上の高さにある濁質の除去ができない。したがって、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内全体を洗浄するには、他の洗浄方法との組み合わせが必要になる。
本発明では、上記の排水工程終了後に、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内に水が残存していない空水に近い状態で、第一の物理洗浄工程と同様に、洗浄水を中空糸膜の二次側から一次側に透過し、中空糸膜内部および中空糸膜面を洗浄し、排水工程と同様に送液ノズル７から排出する第二の物理洗浄工程を有する。
この第二の物理洗浄工程においても、排水には最も下部にある送液ノズル７を使用するのが好ましい態様である。すなわち、第二の物理洗浄工程では、逆洗ポンプ１４が動作し、開閉弁Ｖ７および開閉弁Ｖ３と開閉弁Ｖ４のいずれかが開であり、それ以外の弁は閉である。
また、送液ノズル７、第一のサイドノズル８、および第二のサイドノズル９ａと９ｂに連通する配管の少なくとも一つには、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内に気体を導入可能な気体導入弁１１が備えられており、この気体導入弁１１の開閉により、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の一次側内へ気泡を導入することが可能である。
本発明では、気体導入弁１１から気泡を縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１に導入し、中空糸膜面や縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の一次側全体を洗浄する第三の物理洗浄工程を有する。
気体導入弁１１は、特に送液ノズル７に連通する配管に備わっていることが好ましい態様である。第三の物理洗浄工程は、第一の物理洗浄工程の前後の少なくともいずれか、もしくは同時に実施される。

本発明においては、気泡の導入により、第一の物理洗浄工程時の洗浄効果が大幅に上昇することがわかっていることから、第三の物理洗浄工程は第一の物理洗浄工程と同時に実施することが好ましい態様である。
また、ろ過工程前にはろ過時に中空糸膜面積を有効に使用するため、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内の一次側をエア抜きする給水工程を設けることが必要である。給水工程では、例えば被処理水で縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の一次側を満たす方法が一般的であるが、本発明においても同様に、給水工程では被処理水を被処理水ポンプ１３を用いて被処理水タンク１５から送液し、送液ノズル７を通して縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の一次側へ導入する。
この場合、被処理水を導入する送液ノズル７はいずれの位置でも構わないが、被処理水を排出するサイドノズルは、中空糸膜面積を有効に使用するため、すなわち縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１一次側の最上部まで水を到達させるため、最上部に存在する第二のサイドノズルを使用する。
よって、給水工程では開閉弁Ｖ１もしくは開閉弁Ｖ２および開閉弁Ｖ５が開となり、その他の弁は閉である。
本発明による縦置き型外圧型中空糸膜モジュールおよびその運転方法においては、筒状ハウジング３における中空糸膜２の充填率が２０％以上８０％以下であることが好ましい。充填率が２０％未満では従来の運転方法を用いた場合でも濁質が局所的に蓄積しない場合が考えられるが、その場合有効膜面積が小さすぎるため、ろ過効率に支障が生じることが懸念される。また、充填率が８０％を超えると、縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの製造工程において、筒状ハウジング３内に中空糸膜２を挿入する作業が困難となる。ここで、筒状ハウジング３における中空糸膜２の充填率とは、中空糸膜２の外径から計算される断面積と中空糸膜２本数の積の、筒状ハウジング３の内径から計算される筒状ハウジング３の断面積に対する比率とする。
本発明による縦置き型外圧型中空糸膜モジュールおよびその運転方法は、特に下廃水や工場排水など、濁質濃度の高い原水（被処理水）を膜ろ過する場合に好適であり、水処理膜の安定運転に寄与する膜モジュールと運転方法である。

［実施例１］
図２に示される縦置き型外圧型中空糸膜モジュール（東レ社製 ＨＦＵ−２００８ 公称孔径０．０１μｍ、中空糸膜の充填率 ４１％）、および前述した運転方法を用いて、下水初沈越流水（ＳＳ濃度３０〜１００ｍｇ／Ｌ、濁度３０〜６０ ＮＴＵ）を被処理水として浄化処理を行った際の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの一次側の圧力損失測定に関する試験を行った。

縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転条件は、ろ過流束２．０ｍ／ｄ（ろ過流量１３．８Ｌ／分）、前処理として被処理水にポリ塩化アルミニウムを１００ｐｐｍ添加した。運転サイクルは、給水工程を６０秒とし、ろ過工程を１２００秒とし、第一の物理洗浄工程＋第三の物理洗浄工程を６０秒とし、排水工程を６０秒とし、そして第二の物理洗浄工程を６０秒の順とした。送液ノズルは、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１の最下部のノズルを用いた。

最上部の第二のサイドノズル９bを用いた給水工程を行った後、ろ過工程を実施した。その後、ろ過水を洗浄水として、ろ過時の１．３倍の流量で、また１４ Ｌ／分のエア流量で気泡を導入する、第一の物理洗浄工程＋第三の物理洗浄工程を実施した。第一の物理洗浄工程において縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１から洗浄水を排出する際は、第一のサイドノズル８と第二のサイドノズル９aをそれぞれの工程ごとに交互に用いた。

第一の物理洗浄工程後、排水工程を実施し、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内を空水にした。排水工程後、第二の物理洗浄工程を実施し、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール１内一次側の洗浄しきれていない部分、特に上部を洗浄した。その後、給水工程へと戻りろ過サイクルを繰り返した。

本発明の実施例１における一次側圧力損失の値を図３に示す。一次側圧力損失は、一次側に設置した圧力計の第一の物理洗浄工程時の測定値から取得した。一次側圧力の値は、どれだけ一次側に濁質が蓄積しているかの目安となる。

一次側圧力損失について、運転開始２４０時間を経過しても値は上昇しておらず、本発明における縦置き型外圧型中空糸膜モジュールおよび運転方法を用いることにより、縦置き型外圧型中空糸膜モジュール一次側の圧力上昇、すなわち濁質蓄積を抑制可能であることが示された。
［比較例１］
比較例として、本発明における縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの気体導入弁を備えない、従来型のモジュールを用い、本発明における運転方法を実施した場合の初沈越流水（ＳＳ濃度３０〜１００ｍｇ／Ｌ、濁度３０〜６０ＮＴＵ）を被処理水として浄化処理を行った際の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの一次側の圧力測定に関する試験を行った。
運転条件は、実施例１と同じであり、比較例１では第一の物理洗浄工程時に同時に第三の物理洗浄工程を実施していないことの他は、実施例１と運転サイクルも同じである。 結果を、実施例１と併せて図３に示す。
第三の物理洗浄工程を省くだけで、一次側圧力損失の上昇は加速し、運転開始２３０時間ほどで６０ｋＰａ付近まで到達した。すなわち、本発明のように気体導入弁を設け、第三の物理洗浄工程を有する縦置き型外圧型中空糸膜モジュール、運転方法が濁質の蓄積を防止し、一次側圧力上昇の抑制に効果的であることがわかった。
［比較例２］
同じく比較例として、本発明における縦置き型外圧型中空糸膜モジュールを用い、第一の物理洗浄工程＋第三の物理洗浄工程時に最上部に位置するサイドノズルのみを使用した場合の初沈越流水（ＳＳ濃度３０〜１００ｍｇ／Ｌ、濁度３０〜６０ＮＴＵ）を被処理水として浄化処理を行った際の膜モジュールの一次側の圧力測定に関する試験を行った。

運転条件は、実施例１と同じであり、比較例２では、第一の物理洗浄工程時＋第三の物理洗浄工程時に最上部に位置する第二のサイドノズル９ｂのみを用いていたこと以外は、実施例１と運転サイクルも同じである。

結果を、実施例１と併せて図４に示す。

比較例２では１１０時間ほどで一次側圧力損失が１００ｋＰａ付近に到達しており、濁質の蓄積が抑制できていない結果となっている。すなわち、本発明のように、第一の物理洗浄工程＋第三の物理洗浄工程では最上部に位置する第二のサイドノズルを用いないことが、濁質蓄積防止と一次側圧力上昇の抑制に効果的であることがわかった。

１：縦置き型外圧型中空糸膜モジュール
２：中空糸膜
３：筒状ハウジング
４：第１端固定部
５：保護材
６：集水室
７：送液ノズル
８：第一のサイドノズル
９：第二のサイドノズル
９ａ：第二のサイドノズル
９ｂ：第二のサイドノズル
１０：透過水ノズル
１１：気体導入弁
１２：ノズル開閉制御装置
１３：被処理水ポンプ
１４：逆洗ポンプ
１５：被処理水タンク
１６：透過水タンク
Ｖa〜Ｖd：開閉弁
Ｖ１〜Ｖ９：開閉弁

Claims (12)

1. 被処理水を外側から内側へ透過しろ過して、透過水を得ることのできる複数本の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の長手方向において第１端と第２端とを有する中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容する筒状ハウジングとを備えてなる縦置き型外圧型中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜束は、前記第１端が前記第２端の上になるように、前記筒状ハウジング内に収容されており、前記縦置き型外圧型中空糸膜モジュールは、さらに、前記中空糸膜束の前記第１端を開口状態で前記筒状ハウジングの内壁面に固定する第１端固定部と、前記筒状ハウジングの高さ方向中心より下方にあり、少なくとも一つの前記中空糸膜束へ被処理水を送液可能な１または複数の送液ノズルと、前記筒状ハウジングの高さ方向中心より上方にあり、被処理水を排出可能な複数個のサイドノズルを含むサイドノズル群と、前記筒状ハウジング、前記送液ノズル、前記サイドノズル群、または前記送液ノズル若しくは前記サイドノズル群と連通した配管の少なくともいずれかに設けられ、モジュール内に気体を供給可能な気体導入弁とを備えてなる縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
2. サイドノズル群は、第１端固定部の下面よりも下方に、前記下面と離間する位置に存在する第一のサイドノズルを含むことを特徴とする請求項１記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
3. サイドノズル群は、第一のサイドノズルよりも上方に存在する第二のサイドノズルを含むことを特徴とする請求項２記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
4. 筒状ハウジング内に、中空糸膜束の外周を少なくとも第一のサイドノズルが設けられた高さ位置において囲むように配置された保護材をさらに備え、前記保護材は、前記保護材と前記筒状ハウジングの内面との間に流路を形成するように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
5. サイドノズル群に属する全てのサイドノズルが、第１端固定部の上端部よりも下方に位置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
6. 送液ノズルおよびサイドノズル群と、それに連通した配管への開閉を制御する装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュール。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法であって、被処理水の一部を中空糸膜の外側から内側へ透過することにより透過水を得るろ過工程と、前記中空糸膜を透過した前記洗浄水を最上部に位置するサイドノズル以外の少なくとも一つのサイドノズルから縦置き型外圧型中空糸膜モジュール外に排出する第一の物理洗浄工程とを有することを特徴とする縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。
8. 複数回の第一の物理洗浄工程を備え、各々の前記第一の物理洗浄工程では、それぞれ異なるサイドノズルが選択されることを特徴とする請求項７記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。
9. 縦置き型外圧型中空糸膜モジュール内に残存する被処理水もしくは洗浄水を、送液ノズルの少なくとも一つから縦置き型外圧型中空糸膜モジュール外に排出する排水工程を有することを特徴とする請求項７または請求項８記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。
10. 排水工程の後に、中空糸膜の内側から外側に洗浄水を透過し、該前記中空糸膜を透過した前記洗浄水を同時に前記送液ノズルの少なくとも一つから排出する第二の物理洗浄工程を有することを特徴とする請求項９記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。
11. 気体導入弁を通じて中空糸膜の外側に気体を導入する第三の物理洗浄工程を有することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。
12. ろ過工程前に縦置き型外圧型中空糸膜モジュール内に被処理水を満たす給水工程と、前記給水工程において、第二のサイドノズルから気泡を排出する排気行程とをさらに備えることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載の縦置き型外圧型中空糸膜モジュールの運転方法。