JP2017217579A - 中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な洗浄力により中空糸膜を効果的に洗浄することが可能な中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法を提供する。【解決手段】中空糸膜濾過装置は、中空糸膜束１５が収容される内部空間が形成されたハウジング１３と、内部空間に開口する複数の孔が形成された管部材５と、ハウジング１３の下部に設けられた液体排出口バルブ４２と、液体排出口バルブ４２が開放されて内部空間内の水が抜かれた状態で、原水ポンプ２０から供給された水を複数の孔から内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部７３ａと、を備える。管部材５は、複数の孔から内部空間内の中空糸膜束１５にシャワー状に水を噴出可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法に関する。

近年、発展途上国を中心に水資源の不足が叫ばれており、安全な水資源の確保は、世界が直面する問題となっている。また日本国内においても、病原性原虫による集団感染など、水資源の安全性確保は重要な社会課題となっている。このような背景から、これまで浄水処理が困難であった原水に高度水処理技術を適用することにより、安心・安全な水資源を作り出す動きが加速している。

このような高度水処理技術の一つとして、中空糸膜を用いた膜濾過技術が挙げられる。中空糸膜を用いた膜濾過は、多数の細孔を有する多孔質な濾過膜の内外に圧力差を生じさせることで、細孔より大きな物質（イオンから粒子まで幅広い物質）を分離する技術である。この技術は、分離対象物質の相変化や化学変化を伴わないため、他の分離法に比べて高効率且つ省エネルギーという観点から有望視されている。

しかし、中空糸膜による濾過の過程では、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）と呼ばれる原水中の懸濁物質などの固形物が中空糸膜の表面に付着し、又は細孔内に侵入することにより、経時的に透過流束の低下が生じるファウリング現象が発生する。このため、濾過運転を長期的に安定して継続するためには、定期的に実施される中空糸膜の物理洗浄方法や運転方法を改善することにより、ファウリング現象を抑制する必要がある。

このような中空糸膜の物理洗浄方法が、下記特許文献１において提案されている。図７（ａ）（ｂ）に示すように、特許文献１では、洗浄水を噴出するためのノズル９１が設けられている。このノズル９１は、洗浄水配管９２に接続され、中空糸膜９３の上端固定部９４を貫通して下向きに延びている。ノズル９１は、先端面が閉じた円管であって、先端部の周面に噴出口９１ａが形成されている。噴出口９１ａは、容器９５に設けられた排出口９６と同じ高さ位置に位置している。ノズル９１の噴出口９１ａから洗浄水を径方向に噴出することにより、中空糸膜の上端固定部に付着した懸濁物質を除去する。ノズル９１から径方向に噴出された洗浄水は、排出口９６を通して、容器１から排出される。

特開２０１５−２２６８８４号公報

上記特許文献１で提案されている方法では、洗浄排水を容器９５の排出口９６から抜き取っている。すなわち、容器１内が原水で満たされた状態で、ノズル９１から洗浄水をシャワーしている。このため、シャワー洗浄の十分な効果を得ることはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分な洗浄力により中空糸膜を効果的に洗浄することが可能な中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法を提供することである。

本発明の一局面に係る中空糸膜濾過装置は、中空糸膜束が収容される内部空間が形成されたハウジングと、前記内部空間に開口する複数の孔が形成された水供給部材と、前記ハウジングの下部に設けられた排出手段と、前記排出手段が開放されて前記内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給源から供給された水を前記複数の孔から前記内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備える。前記水供給部材は、前記複数の孔から前記内部空間内の前記中空糸膜束にシャワー状に水を噴出可能に構成されている。

上記中空糸膜濾過装置によれば、ハウジング内の内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給部材の複数の孔から中空糸膜束に向けてシャワー状に水が噴出される。このため、中空糸膜束において、水が直接当たる部位は、水からの力を受けて動く。このとき、周囲の空間は空気で満たされているため、中空糸膜束は動きやすくなっている。このため、中空糸膜束に大きなせん断力を発生させることができて、中空糸膜束を効果的に洗浄することができる。また、水が重力によって中空糸膜束の表面を流れ落ちることによっても、中空糸膜束にせん断力を発生させることができるため、中空糸膜束を流れ落ちる水によっても中空糸膜束を洗浄することができる。その結果、中空糸膜の表面に付着した懸濁物質などを効率的に除去することができる。従って、上記中空糸膜濾過装置によれば、十分な洗浄力により中空糸膜を効果的に洗浄することができる。

水供給管部材は、周面に前記複数の孔が形成され、前記中空糸膜束の内側に配置された管部材からなるのが好ましい。この構成によれば、中空糸膜束の内側部分に対して管部材の孔から水を噴出することが可能となり、当該内側部分を効果的に洗浄することができる。

上記中空糸膜濾過装置において、前記中空糸膜束は、周方向に分割され、束状の中空糸膜を有する複数の膜束からなっていてもよい。前記複数の孔のうち少なくとも１つの孔は、前記膜束に向かって開口するように形成されていてもよい。

この構成によれば、中空糸膜束が複数の膜束によって構成される一方、この膜束に向かって水がシャワー状に噴出される。このため、水から受ける力によって膜束が揺れやすくすることができる。したがって、洗浄効果をより高めることができる。

本発明の他局面に係る中空糸膜濾過装置の洗浄方法は、中空糸膜束がハウジングの内部空間に収容された中空糸膜モジュールにより原水を濾過する中空糸膜濾過装置の洗浄方法であって、前記ハウジング内の水が抜かれた状態で、前記内部空間に配置された水供給管部材の複数の孔から前記内部空間に向けて水をシャワー状に噴出させ供給して前記中空糸膜束を洗浄するシャワー洗浄工程を備えた、中空糸膜濾過装置の洗浄方法である。

上記中空糸膜濾過装置の洗浄方法によれば、ハウジング内の内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給部材の複数の孔から中空糸膜束に向けてシャワー状に水が噴出される。これにより、中空糸膜束において、水が直接当たる部位は、水からの力を受けて動く。このとき、周囲の空間は空気で満たされているため、動きやすくなっている。このため、中空糸膜束にせん断力を発生させることができて、中空糸膜束を効果的に洗浄することができる。また、水が重力によって中空糸膜束の表面を流れ落ちることによっても、中空糸膜束にせん断力を発生させることができるため、中空糸膜束を流れ落ちる水によっても中空糸膜束を洗浄することができる。

本発明によれば、十分な洗浄力により中空糸膜を効果的に洗浄することが可能な中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る中空糸膜濾過装置の構成を示す模式図である。 上記中空糸膜濾過装置に備えられた中空糸膜モジュールの構成を示す模式図である。 図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図２中の領域ＩＶの拡大図である。 上記中空糸膜濾過装置の基本的な運転プログラムを示す図である。 本発明のその他実施形態に係る中空糸膜濾過装置を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）従来の中空糸膜濾過装置を示す模式図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る中空糸膜濾過装置１の構成について説明する。中空糸膜濾過装置１は、中空糸膜モジュール１０により原水を濾過する装置である。図１に示すように、中空糸膜濾過装置１は、中空糸膜束１５がハウジング１３に収容された中空糸膜モジュール１０と、中空糸膜モジュール１０に原水を供給する原水配管（水供給路）２１と、中空糸膜モジュール１０内に気体を導入させるための気体導入配管（気体供給路）３３と、洗浄に使われた水を中空糸膜モジュール１０から排出させるドレン配管４１と、中空糸膜モジュール１０から濾液を導出させる濾液配管５１と、中空糸膜モジュール１０内の気体を抜くための気体抜き配管６１と、を有する。

［中空糸膜モジュール］
中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜の外表面側に供給された原水等を内表面側から濾液として取り出す外圧濾過式のものである。図２に示すように、中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜の上端１４Ｂが固定部材３により束状に固定された中空糸膜束１５と、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１が形成されたハウジング１３と、内部空間Ｓ１に配置され、内部空間Ｓ１に原水等及び空気を供給する管部材５と、ハウジング１３内に供給された洗浄用の空気を分散させる散気部材４と、を有する。なお、散気部材４は必須の構成ではなく、省略されてもよい。

中空糸膜束１５は、周方向に分割された複数（本実施形態では４個）の膜束１５Ａを有している（図３参照）。各膜束１５Ａは、中空糸膜の上端１４Ｂが開口した状態で固定部材３により固定され、下端１４Ａが固定されない状態で封止された片端フリータイプである。固定部材３は、中空糸膜の上端１４Ｂを収束固定する。固定部材３は、中空糸膜を濾過膜として機能させるため、ハウジング１３内の空間を原水側の内部空間Ｓ１と濾液側の空間Ｓ２とに液密に仕切る。固定部材３には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。中空糸膜束１５と固定部材３の接着方法としては、遠心接着法や静置接着法などが挙げられる。

中空糸膜の素材としては、種々の材料を用いることが可能であり、特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール及びポリエーテルスルホンからなる群より選択される少なくとも１種類が、中空糸膜の素材として用いられることが好ましい。特に、膜強度や耐薬品性の観点から、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が素材として用いられることが好ましい。

中空糸膜モジュール１０は、上述の通り外圧濾過式のものであるが、膜分離処理の条件や要求される性能に応じて外圧全量濾過式又は外圧循環濾過式のものであってもよい。膜寿命の点では、濾過膜の表面洗浄を同時に行うことができる外圧循環濾過式が好ましく、設備の単純さ、設置コスト及び運転コストの点では、外圧全量濾過式が好ましい。

中空糸膜束１５は、中空糸膜の本数が多くなるに従いモジュール当たりの膜面積が大きくなるため、濾過流量を高くして運転することができるが、一方で洗浄時における懸濁物質の排出効率が低下する。そのため、中空糸膜の外径ｄｉ（ｍ）、中空糸膜の本数ｎ（本）及びハウジング１３の断面積Ｓ（ｍ^２）により計算される膜充填率１００πｎｄｉ^２／４Ｓ（％）が１０〜６０％であることが好ましく、２０〜５０％であることがより好ましい。

図３は、図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示している。図３に示すように、隣り合う膜束１５Ａの間には隙間Ｓが形成されている。各膜束１５Ａは、複数の中空糸膜が円筒状に束ねられたものである。膜束１５Ａの数は例えば４〜８個とすることができ、また膜束１５Ａの形状は円筒形状以外のその他の形状であってもよい。

図２に示すように、ハウジング１３は、上面１３Ａ及び下面１３Ｃと、これらを接続する側面１３Ｂと、を有する筒形状からなる。ハウジング１３は、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１を有する。内部空間Ｓ１は、中空糸膜束１５の長手方向の中央Ｃよりも上側部分が位置する上部空間Ｓ１１と、中空糸膜束１５の長手方向の中央Ｃよりも下側部分が位置する下部空間Ｓ１２と、を含む。

ハウジング１３の上面１３Ａには、濾液を取り出すための濾液配管５１が接続され、当該濾液配管５１には濾液出口５２及び濾液側気体入口５３が設けられている。

ハウジング１３の側面１３Ｂにおいて固定部材３の直下には、内部空間Ｓ１の気体を系外に排出するための気体抜き口１１が設けられている。気体抜き口１１は、上部空間Ｓ１１の開口部であり、ハウジング１３の内部圧力を調整するための部分である。

ハウジング１３の下部には、内部空間Ｓ１から原水等を系外に排出するための排出口１２が設けられている。排出口１２は、ハウジング１３の下面１３ｃに設けられている。またハウジング１３の下部には、内部空間Ｓ１に空気を供給するための孔である散気用気体入口７も設けられている。

図１に示すように、気体抜き口１１には気体抜き配管６１が接続され、これを介してハウジング１３内の気体が系外に排出される。気体抜き配管６１には気体排出口バルブ６２が設けられ、これを開閉することによりハウジング１３内からの気体の排出及びその停止を切り替えることができる。なお、気体抜き口１１から空気を抜くことにより、ハウジング内の圧力を調整することができる。

また排出口１２にはドレン配管４１が接続され、これを介してハウジング１３内の原水、洗浄に使用された水等が系外に排出される。ドレン配管４１には液体排出口バルブ４２が設けられ、これを開閉することによりハウジング１３の下部からの水の排出及びその停止を切り替えることができる。排出口１２に接続されたドレン配管４１及び排出口バルブ４２により、開放された状態でハウジング内の水を排出する排出手段が構成されている。

ハウジング１３の材質としては、ＳＵＳ、変性ＰＰＥ、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン又はＡＢＳ樹脂などが用いられる。図２に示すように、ハウジング１３の内面に固定部材３が接着固定されることにより、いわゆる一体型モジュールが構成されていてもよい。また、固定部材３の外周部にＯ−リングやパッキンなどが取り付けられ、固定部材３がハウジング１３に対して着脱可能且つ液密に装着されていてもよい。この場合、固定部材３を取り外して中空糸膜束１５を交換し、ハウジング１３を繰り返し使用することができる。

管部材５は、例えば円筒形状を有し、図２に示すようにハウジング１３の下壁部及び散気部材４の中央を貫通すると共に、中空糸膜束１５の中心を中空糸膜束１５の長手方向に沿って上下に延びるように配置されている。管部材５は、上端が固定部材３に接続されると共に、下端がハウジング１３の下面１３Ｃよりも下側に突き出ている。管部材５の下端には管内空間に連通する入口９が設けられており、当該入口９を介して管内空間に原水等又は空気を供給可能となっている。なお、管部材５の構造はこれに限定されず、例えば散気部材４の上面から上向きに突出する別の配管に対して外嵌されたものであってもよい。また管部材５は円筒形状のものに限定されず、他の形状のものであってもよい。

図２に示すように、管部材５において散気部材４の上面よりも上側の部位には、長手方向全体に亘って複数の孔５４が互いに間隔を空けて形成されている。より具体的には、管部材５は、上部空間Ｓ１１に位置する部位に複数の上孔５４Ａが互いに間隔を空けて形成されると共に、下部空間Ｓ１２に位置する部位に複数の下孔５４Ｂが互いに間隔を空けて形成されている。

上孔５４Ａ及び下孔５４Ｂは、管壁を貫通するように形成されており、これによって管部材５の管内空間とハウジング１３の内部空間Ｓ１とを連通させる。このため、管部材５の下端にある入口９から管内空間に供給された原水を、上孔５４Ａを介して上部空間Ｓ１１に向けて噴出すると共に、下孔５４Ｂを介して下部空間Ｓ１２に向けて噴出することができる。すなわち、管部材５は、内部空間Ｓ１に開口する複数の孔５４Ａ，５４Ｂが形成された水供給部材として機能する。なお、上孔５４Ａ及び下孔５４Ｂによって、空気を上部空間Ｓ１１及び下部空間Ｓ１２に向けて噴出することもできる。ここで、上孔５４Ａ及び下孔５４Ｂは、上部空間Ｓ１１及び下部空間Ｓ１２に対して同程度の流量で水を噴出可能な大きさで形成されていることが好ましい。なお、孔５４は、互いに等間隔で形成されていてもよいし、異なる間隔で形成されていてもよい。また孔５４の形状は、本実施形態のように円形状であってもよいが、水や空気を均一に噴出可能な形状であれば特に限定されない。

また本実施形態では、複数の孔５４は同じ大きさで形成されているがこれに限定されず、互いに異なる大きさであってもよい。また孔５４の内径は、水の噴出によるせん断力の確保という観点から３０ｍｍ以下に設計されることが好ましいが、特に限定されない。

また図２に示すように、管部材５の最上部に形成された上孔５４Ａは気体抜き口１１の下面１１Ａよりも上側に位置しており、上から２番目の上孔５４Ａは当該下面１１Ａよりも下側に位置している。つまり、管部材５には、気体抜き口１１の下面１１Ａを上下に挟む位置に上孔５４Ａが形成されている。

図３に示すように、上孔５４Ａは、膜束１５Ａに向かって開口するように形成されている。これにより、上孔５４Ａから噴出された水で膜束１５Ａの上部を押圧することができ、また、上孔５４Ａから噴出された水が膜束１５Ａの表面を重力によって流れる量を多くすることができる。したがって、膜束１５Ａに生ずるせん断力を大きくすることができ、中空糸膜束１５の外周部における十分な洗浄効果が得られる。また、水の噴出による膜束１５Ａへのせん断力強化の効果も期待できる。なお、図３に示すように、全ての上孔５４Ａが膜束１５Ａに向かって開口する場合に限定されず、一部の上孔５４Ａが隙間Ｓに向かって開口していてもよい。

図４は、図２中の領域ＩＶにおける管部材５の拡大図である。管部材５における孔５４の開孔率は、以下のように定義できる。図４の斜線部に示すように、最上部の孔５４の中間高さ位置からその下の孔５４の中間高さ位置までの範囲における管部材５の外周面の面積をＳ１とし、当該範囲の外周面に形成された全ての孔５４の合計の開孔面積をＳ２としたときに、孔５４の開孔率は、Ｓ２／Ｓ１×１００、として定義できる。本実施形態では、当該開孔率が１％以上２０％以下に設計されることが好ましい。

ハウジング１３内に挿入された管部材５の長さ（図２）は、中空糸膜モジュール１０を嵩張らせないようにするため、中空糸膜束１５の長さの１〜２倍であることが好ましく、１〜１．５倍であることがより好ましい。

管部材５の内径は、通水時の圧力損失を小さくするため、通水時の流束が４ｍ／ｓ以下となるように設計されることが好ましく、３ｍ／ｓ以下となるように設計されることがより好ましい。

図２に示すように、散気部材４は、中空糸膜束１５の下端１４Ａよりも下側に配置されており、散気用気体入口７からハウジング１３内に供給された気体を中空糸膜束１５の径方向に広がるように分散させる。散気部材４は、下部空間Ｓ１２よりも下側に配置されており、中央部に管部材５が貫通している。より具体的には、散気部材４は、中空糸膜束１５の径方向に広がった形状を有し、複数の通気孔４３が径方向に間隔を空けて形成された円板状の本体部７４と、本体部７４の周縁部に接続された周壁部７６と、本体部７４の下面中央に接続された円筒状の気体受け部７５と、を有し、これらが一体に形成されている。散気部材４によれば、散気用気体入口７からハウジング１３内に供給された空気を気体受け部７５により一時的に収容した後、当該気体受け部７５に形成された孔から空気を外側へ逃がし、その後通気孔４３から下部空間Ｓ１２に向けて上向きに気泡を分散させることによりバブリングを行うことができる。

図１に示すように、中空糸膜濾過装置１は、原水配管２１と、原水ポンプ２０と、エアーコンプレッサー３０と、第１気体導入配管３１と、第２気体導入配管３２と、気体導入配管３３と、制御装置７３と、を有する。

原水配管２１は、原水が流れる水流路を有し、下流端が図略のシール部材を介して管部材５の入口９に接続されている。原水配管２１には、原水バルブ２２が設けられている。原水ポンプ２０は、原水配管２１の上流部に設けられ、制御装置７３によって作動することにより原水配管２１内に原水を流す。原水バルブ２２は、原水配管２１における原水ポンプ２０よりも下流側に設けられ、制御装置７３によって開閉することにより原水配管２１内における水の流通及び遮断を切り替える。

管部材５は、原水配管２１に接続されることによって固定されているが、これに限られない。例えば、原水配管２１に接続されて、散気部材４の上側に突出する図略の直管部材が設けられ、管部材５の下端部は、この直管部材に外嵌される構成であってもよい。

エアーコンプレッサー３０は、制御装置７３によって作動することにより第３気体導入配管３３内に空気を流す。第３気体導入配管３３には、気体導入バルブ３６が設けられている。第３気体導入配管３３は、エアーコンプレッサー３０から送られた空気が流れる気体流路を有し、上流端がエアーコンプレッサー３０に接続されると共に、下流端が原水配管２１における原水バルブ２２よりも下流側の部位に接続されている。第３気体導入配管３３には、気体導入バルブ３６が設けられている。気体導入バルブ３６は、制御装置７３によって開閉することにより第３気体導入配管３３における空気の流通及び遮断を切り替える。

第１気体導入配管３１は、上流端が第３気体導入配管３３における第３気体導入バルブ３６よりも上流側の部位に接続されると共に、下流端が中空糸膜モジュール１０の濾液側気体入口５３に接続されている。第１気体導入配管３１には、配管内における空気の流通及び遮断を切り替える第１気体導入バルブ３４が設けられている。

第２気体導入配管３２は、第１気体導入配管３１における第１気体導入バルブ３４よりも上流側の部位に上流端が接続されると共に、下流端が中空糸膜モジュール１０の散気用気体入口７に接続されている。また第２気体導入配管３２にも、配管内における空気の流通及び遮断を切り替える第２気体導入バルブ３５が設けられている。

制御装置７３は、記憶部、演算部等により構成され、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。すなわち、制御装置７３は、濾過プロセスにおいて各工程（充水、濾過、逆洗、バブリング、排水、シャワー洗浄）を順次実行するように、原水ポンプ２０及びエアーコンプレッサー３０の動作制御を行うと共に、原水バルブ２２、第１気体導入バルブ３４、第２気体導入バルブ３５、気体導入バルブ３６、液体排出口バルブ４２、気体排出口バルブ６２及び濾液出口バルブ７１の開閉動作を制御する。

制御装置７３により、原水ポンプ２０を駆動するとともに、原水バルブ２２及び濾液出口バルブ７１を開放することにより、原水を中空糸膜モジュール１０の原液側に供給し、原液の濾過を行うことができる。制御装置７３により、第２気体導入バルブ３５を開くことで第２気体導入配管３２を介して中空糸膜モジュール１０の原液側の空間に空気を供給してバブリング洗浄を行うことができる。また、制御装置７３により、原水ポンプ２０を駆動するとともに、原水バルブ２２及び液体排出口バルブ４２を開くことにより、管部材４の孔５４Ａ，５４Ｂから水を噴出させて膜束１５Ａのシャワー洗浄を行うことができる。すなわち、制御装置７３の機能には、排出手段が開放されて内部空間Ｓ１内の水が抜かれた状態で、原水ポンプ２０（水供給源）から供給された水を複数の孔５４Ａ，５４Ｂから内部空間Ｓ１内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部７３ａが含まれている。

［中空糸膜濾過装置の運転方法及び洗浄方法］
次に、上記中空糸膜濾過装置１の運転方法及び洗浄方法について説明する。図５は、中空糸膜濾過装置１の運転方法及び洗浄方法における各工程とバルブの開閉状態との関係を示している。図５中の丸印は該当するバルブが開状態であることを意味し、空欄はバルブが閉状態であることを意味する。

はじめに、充水工程が実施される。この工程では、中空糸膜濾過装置１の全バルブが閉じた状態において、制御装置７３によって原水バルブ２２及び気体排出口バルブ６２が開かれ、且つ原水ポンプ２０が作動する。これにより、原水ポンプ２０から原水配管２１を介して管部材５内に原水が導入される。そして、管部材５の孔５４からハウジング１３内に原水が供給され、内部空間Ｓ１が充水される。

次に、濾過工程が実施される。この工程では、気体抜き口１１から原水が溢れた後、制御装置７３によって濾液出口バルブ７１が開かれると共に気体排出口バルブ６２が閉じられる。そして、内部空間Ｓ１に満たされた原水が中空糸膜の外表面側から膜壁を通過して内表面側へ浸透し、濾液側の空間Ｓ２から濾液として取り出される。

この濾過工程において、濾過時間が経過するのに伴って中空糸膜の外表面に原水中の懸濁物質が付着し、透過流速が低下することにより濾過能力が低下する。そのため、一定時間濾過が実施された後、以下に説明する洗浄方法を実施することにより、中空糸膜の外表面が洗浄される。

まず、逆洗工程が実施される。この工程では、制御装置７３によって液体排出口バルブ４２及び第１気体導入バルブ３４を開き、且つエアーコンプレッサー３０を作動させる。これにより、第１気体導入配管３１を濾液側気体入口５３を通してハウジング１３の濾液側の空間Ｓ２に空気が供給され、これによって濾液が加圧される。そして、加圧された濾液は、中空糸膜の内表面側から外表面側に向かって押し出される。これにより、内部空間Ｓ１の液体の一部が排出口１２から系外に排出される。このようにして中空糸膜の逆洗が行われる。

次に、バブリング工程が実施される。この工程では、内部空間Ｓ１が充水された状態において、制御装置７３によって、第３気体導入バルブ３６が閉じられると共に第２気体導入バルブ３５が開かれる。また、エアーコンプレッサー３０が駆動される。これにより、第２気体導入配管３２を介して散気用気体入口７からハウジング１３内の原液側の空間に空気が供給される。そして、当該空気は、気体受け部７５に収容された後、通気孔４３から下部空間Ｓ１２へ分散される。これにより、中空糸膜束１５の下端１４Ａから上端１４Ｂに向かって上昇する空気によって中空糸膜束１５が揺らされ、その作用で膜表面に付着した懸濁物質が剥がれ落ちる。

次に、排水工程が実施される。この工程では、制御装置７３によって第２気体導入バルブ３５が閉じられると共に液体排出口バルブ４２が開かれる。これにより、逆洗工程、気液洗浄工程及びバブリング工程において中空糸膜の外表面から剥がれ落ちた懸濁物質を含む液体が、排出口１２を介して系外に排出される。

次に、シャワー洗浄工程が実施される。この工程では、制御装置７３は、原水ポンプ２０を駆動するとともに、原水バルブ２２を開放し、また気体排出口バルブ６２を開放する制御を行う。このとき、液体排出口バルブ４２は開放された状態に維持される。これにより、ハウジング１３の内部空間Ｓ１内が空気で満たされている状態となっている。この状態において、原水ポンプ２０から原水配管２１を通して管部材５に原水が供給され。管部材５内を流れる原水は、管部材５の下孔５４Ｂ及び上孔５４Ａを通して膜束１５Ａに向かって噴出される。すなわち、原水ポンプ２０と原水配管２１と管部材５と排出口１２とは、水が抜かれた状態で、水供給源から供給された水を複数の孔５４Ａ，５４Ｂから内部空間Ｓ１内に噴出させるシャワー洗浄手段を構成している。

シャワー洗浄工程では、膜束１５Ａに直接的に水流を当てることにより、中空糸膜に強いせん断力を発生させることができる。これにより、膜束１５Ａの洗浄効果を高めることができる。また、膜束１５Ａにあたった水は重力によって、膜表面を流れ落ちるため、流れ落ちる水のせん断力によっても膜束１５Ａを効率よく洗浄することができる。膜束１５Ａに沿って流れ落ちた水は、ハウジング１３下部の排出口１２から外部に排出される。

このようにして中空糸膜モジュール１０の洗浄が実施された後、原水の濾過が再開される。また上記の洗浄方法は、濾過運転中において任意のタイミングで実施することができる。また、濾過工程間において、逆洗工程からシャワー洗浄工程までの洗浄プロセスを１回のみ実施するだけでなく複数回繰り返して実施することも可能である。これによってより効果的な洗浄が可能になる。

また上記実施形態では、逆洗工程及びバブリング工程を同時に行ってもよい。また逆洗工程及びバブリング工程は本発明の洗浄方法において必須の工程ではなく、いずれか一方の工程を省略してもよいし、両方の工程を省略してもよい。

［作用効果］
次に、本実施形態に係る中空糸膜濾過装置１及びその洗浄方法の特徴並びに作用効果について説明する。

上記中空糸膜濾過装置１によれば、ハウジング１３の内部空間Ｓ１内の水が抜かれた状態で、管部材５の複数の孔５４から中空糸膜束１５に向けてシャワー状に水が噴出される。すなわち、中空糸膜束１５において、水が直接当たる部位は、水からの力を受けて動く。このとき、周囲の空間は空気で満たされているため、中空糸膜束１５は動きやすくなっている。このため、中空糸膜束１５に大きなせん断力を発生させることができて、中空糸膜束１５を効果的に洗浄することができる。また、水が重力によって中空糸膜束１５の表面を流れ落ちることによっても、中空糸膜束１５にせん断力を発生させることができるため、中空糸膜束１５を流れ落ちる水によっても中空糸膜束１５を洗浄することができる。その結果、中空糸膜の表面に付着した懸濁物質などを効率的に除去することができる。従って、上記中空糸膜濾過装置によれば、十分な洗浄力により中空糸膜を効果的に洗浄することができる。

また、上記実施形態では、水供給管部材は、周面に複数の孔５４が形成され、中空糸膜束１５の内側に配置された管部材５からなる。この構成によれば、中空糸膜束１５の内側部分に対して管部材５の孔５４から水を噴出することが可能となり、当該内側部分を効果的に洗浄することができる。

上記中空糸膜濾過装置１において、中空糸膜束１５は、周方向に分割された複数の膜束１５Ａを有する。孔５４は、膜束１５Ａに向かって開口するように形成されている。

これにより、中空糸膜束１５が複数の膜束１５Ａによって構成される一方、この膜束１５Ａに向かって水がシャワー状に噴出される。このため、水から受ける力によって膜束１５Ａが揺れやすくすることができる。したがって、洗浄効果をより高めることができる。

（その他実施形態）
次に、本発明のその他実施形態について説明する。

上記実施形態１では、第３気体導入配管３３から原水配管２１の内部に空気を導入する場合について説明したが、これに限定されない。第３気体導入配管３３を管部材５に直接接続し、管部材５の内部に直接空気を供給する構成としてもよい。この場合でも、管部材５の孔５４から水を内部空間Ｓ１に向けて同時に噴出することができる。

上記実施形態１では、管部材５が中空糸膜束１５の内側に配置される場合について説明したが、中空糸膜束１５の外側に配置する構成としてもよい。

上記実施形態１では、中空糸膜束１５が複数の膜束１５Ａに分割される場合について説明したが、１つの膜束からなっていてもよい。

上記実施形態１では、管部材５において上部空間Ｓ１１及び下部空間Ｓ１２に位置する部位に孔５４が形成される場合について説明したが、これに限定されない。図６に示すように管部材５において上部空間Ｓ１１に位置する部位のみに孔５４（上孔５４Ａ）が形成されてもよいし、図示省略するが、管部材５において下部空間Ｓ１２に位置する部位のみに孔５４（下孔５４Ｂ）が形成されてもよい。

本発明の中空糸膜濾過装置及びその洗浄方法による効果を確認するため、以下の実験を行った。

（実施例１）
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製の中空糸膜（株式会社クラレ製：Ｍ０２−１００）を用いて中空糸膜モジュール１０（図２）を作製し、これを用いて中空糸膜濾過装置１（図１）を組み立てた。中空糸膜は、平均孔径が０．０２μｍであり、ポリビニルアルコールによる親水化処理がなされたものを用いた。

上記中空糸膜濾過装置１において、塩化鉄沈殿水（ｐＨ＝７、ＳＳ濃度：２５０ｍｇ／Ｌ）を原水として使用し、ハウジング１３内に原水を満たす充水工程を行った後、全量濾過方式による濾過工程を３０分間行った。そして、中空糸膜の内表面側から外表面側に濾液を押し出す逆洗工程を行った後、排水工程を行った。その後、シャワー洗浄工程を実施した。この逆洗工程、排出工程及びシャワー洗浄工程のプロセスを繰り返し行った。約２４時間に亘り上記の洗浄プロセスを繰り返したところ、中空糸膜モジュール１０全体においてＳＳ成分の付着が見られず、良好な洗浄状態を確認することができた。

（比較例１）
シャワー洗浄工程を行う以外は上記実施例１と同様である。約２４時間に亘り運転を繰り返したところ、ＳＳ成分の付着が見られ、十分な洗浄効果を得ることができなかった。これは、上記実施例１と異なり、空気の満たされた内部空間Ｓ１において水を噴出させるシャワー洗浄工程を行っていないことから、中空糸膜モジュール１０を洗浄するためのせん断力が不足した結果であると考えられる。

今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 中空糸膜濾過装置
５ 管部材
９ 入口
１０ 中空糸膜モジュール
１３ ハウジング
１４ 中空糸膜
１５ 中空糸膜束
１５Ａ 膜束
２０ 原水ポンプ
２１ 原水配管
２２ 原水バルブ
４２ 液体排出口バルブ
５４ 孔
７３ 制御装置
７３ａ シャワー洗浄制御部
Ｃ 中央
Ｓ１ 内部空間

Claims (4)

1. 中空糸膜束が収容される内部空間が形成されたハウジングと、
   前記内部空間に開口する複数の孔が形成された水供給部材と、
   前記ハウジングの下部に設けられた排出手段と、
   前記排出手段が開放されて前記内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給源から供給された水を前記複数の孔から前記内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備え、
   前記水供給部材は、前記複数の孔から前記内部空間内の前記中空糸膜束にシャワー状に水を噴出可能に構成されている、中空糸膜濾過装置。
2. 前記水供給部材は、周面に前記複数の孔が形成され、前記中空糸膜束の内側に配置された管部材からなる、請求項１に記載の中空糸膜濾過装置。
3. 前記中空糸膜束は、周方向に並び且つ束状の中空糸膜を有する複数の膜束を有し、
   前記複数の孔のうち少なくとも１つの孔は、前記膜束に向かって開口するように形成されている、請求項１又は２に記載の中空糸膜濾過装置。
4. 中空糸膜束がハウジングの内部空間に収容された中空糸膜モジュールにより原水を濾過する中空糸膜濾過装置の洗浄方法であって、
   前記ハウジング内の水が抜かれた状態で、前記内部空間に配置された水供給部材の複数の孔から前記内部空間に向けて水をシャワー状に噴出させて前記中空糸膜束を洗浄するシャワー洗浄工程を備えた、中空糸膜濾過装置の洗浄方法。

Images