JP2018183759A - 中空糸膜モジュールの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空糸膜束全体をバブリング洗浄することが可能な中空糸膜モジュールの洗浄方法を提供する。【解決手段】中空糸膜モジュールの洗浄方法は、束状の複数の中空糸膜１４を有し、中空糸膜１４の上端１４Ｂが固定されると共に中空糸膜１４の下端１４Ａが固定されない片端フリータイプの中空糸膜束１５と、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１を有するハウジング１３と、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュール１０を洗浄する方法である。この方法は、中空糸膜１４により原水を濾過する一の濾過工程と次の濾過工程の間において、充水された内部空間Ｓ１に気体を予め定められた時間供給するバブリングオンと、充水された内部空間Ｓ１への気体の供給を予め定められた時間停止するバブリングオフと、を繰り返すバブリング工程を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、中空糸膜モジュールの洗浄方法に関する。

従来、水中の不純物を除去する水処理において、束状の複数の中空糸膜を有する中空糸膜モジュールが用いられている。水処理の濾過工程では、中空糸膜モジュールに設けられた入口を通じて原水（濾過前の水）がモジュール内に供給され、膜を通過した濾液がモジュールに設けられた出口を通じて系外に排出される。

中空糸膜モジュールでは、水処理の濾過工程が行われると、水中から除去された物質（浮遊汚濁物質（ＳＳ：Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ））が膜表面に堆積する。このように、膜表面に堆積した浮遊汚濁物質を効率的に除去することは、重要な課題の１つである。

一般に、浮遊汚濁物質の除去は、逆圧洗浄（以下、「逆洗」ともいう）により行われる。逆洗工程では、浮遊汚濁物質を膜表面から浮かせるため、濾過工程とは逆方向の流体の流れがモジュール内に形成される。即ち、濾液の出口を通じて気体や液体などの流体がモジュール内に供給され、膜を通過した流体が入口を通じてモジュール外に排出される。

このように、逆洗工程により膜表面から部分的に浮いた状態となった浮遊汚濁物質は、その後バブリング工程が行われることにより膜表面から剥がれ落とされる。このバブリング工程では、充水されたモジュールの内部空間に気体が供給され、気泡により膜が揺らされることによって膜表面から浮遊汚濁物質が剥がれ落とされる。下記特許文献１及び２には、バブリング工程においてモジュール内に気体を分散させるための構成を備えた中空糸膜モジュールが記載されている。

下記特許文献１に記載された中空糸膜モジュールでは、中空糸膜の下端よりも下方に給気ヘッダー及び空気分散器が設けられており、給気ヘッダーから供給された空気を空気分散器によって分散誘導することによりバブリングが行われる。下記特許文献２に記載された中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束の中心に配置されたパイプの下側側部に細孔が形成されており、当該細孔を通じてハウジング内に空気を供給することによりバブリングが行われる。

特開平１１−３３３６７号公報 特開平７−１３６４６９号公報

上記特許文献１，２に記載された中空糸膜モジュールでは、充水されたハウジングの内部空間に気体を供給することにより、中空糸膜同士の間を通過する気泡流によって膜表面が洗浄される。しかし、中空糸膜束全体における一部にしか気泡流の通過経路が形成されない場合がある。この場合、中空糸膜束全体に気体を行き渡らせることができず、中空糸膜束全体を洗浄することが困難になる。

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、中空糸膜束全体をバブリング洗浄することが可能な中空糸膜モジュールの洗浄方法を提供することである。

本発明に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定されると共に前記中空糸膜の下端が固定されない片端フリータイプの中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収容される内部空間を有するハウジングと、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュールの洗浄方法である。この方法は、前記中空糸膜により原水を濾過する一の濾過工程と次の濾過工程との間において、充水された前記内部空間に気体を予め定められた時間供給するバブリングオンと、充水された前記内部空間への気体の供給を予め定められた時間停止するバブリングオフと、を繰り返すバブリング工程を備えている。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、充水されたハウジングの内部空間に気体を供給することにより当該内部空間に気泡を発生させ、当該気泡により中空糸膜を揺動させることにより膜表面に付着した浮遊汚濁物質を剥がれ落とすことができる。ここで、ハウジングの内部空間への気体の供給を間欠的に行う（バブリングオン／オフを繰り返す）ことにより、気体供給のサイクル毎に中空糸膜束の膨らみ方を変えることができる。これにより、気体をバブリング工程中に連続的に供給する場合と異なり、中空糸膜束の内部における気泡流の通過経路を気体供給のサイクル毎に異ならせることができる。その結果、中空糸膜束全体において気体の通過量のムラが生じ難くなり、中空糸膜束全体をバブリング洗浄することができる。

また上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、バブリングオン時における中空糸膜束の膨らみとバブリングオフ時における中空糸膜束の萎みを繰り返しつつ、中空糸膜をバブリング洗浄することができる。バブリング工程中に気体を連続的に供給する場合には、気体の浮力に起因する中空糸膜束の膨らみにより、中空糸膜束の外周部とハウジングの内面との隙間が次第に小さくなる。その結果、気泡が中空糸膜束の外周部を通過し難くなり、中空糸膜束の外周部における洗浄効果が低下する。これに対して、気体を間欠的に供給して中空糸膜束の膨らみと萎みを繰り返しつつバブリング洗浄することにより、中空糸膜束の外周部における洗浄効果を高めることもできる。しかも、中空糸膜束の膨らみと萎みの繰り返しにより、通常のバブリングによる揺動とは異なる動きを中空糸膜に与えることができるため、洗浄効果を一層高めることができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、前記バブリング工程において、前記中空糸膜束の径方向に広がった形状を有すると共に前記径方向に間隔を空けて複数の散気用通気孔が形成された散気部材を用いて、前記内部空間に気体を分散させてもよい。

上記方法によれば、散気部材に設けられた散気用通気孔を通じて中空糸膜束の径方向に広がるように気体を分散させることができる。これにより、中空糸膜束を径方向の広い範囲に亘ってバブリング洗浄することができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法は、前記中空糸膜により濾過された濾液を、前記中空糸膜の内表面側から外表面側に向かって気体により押し出す逆洗工程をさらに備えていてもよい。前記バブリング工程は、前記逆洗工程の後又は前記逆洗工程と同時に行われてもよい。

上記方法によれば、逆洗工程の際に中空糸膜内に気体を満たすことができる。これにより、バブリング工程の際に中空糸膜束が膨らみ易くなり、中空糸膜束の膨らみと萎みの繰り返しによる洗浄効果を高めることができる。またバブリング工程を逆洗工程と同時に行うことにより、中空糸膜モジュールの洗浄時間を短縮することができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、前記バブリング工程において、前記バブリングオンと前記バブリングオフとからなるサイクルを２回以上１０回以下繰り返してもよい。

バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルを２回以上繰り返すことにより、バブリング洗浄の効果を確保することができる。一方、サイクルの繰り返し回数が１０回を超えても中空糸膜の洗浄効果は飽和する傾向がある。また必要以上にサイクルの繰り返し回数が増えると、バブリングのオン／オフを切り替えるためのバルブ等の部材の消耗が問題となる。このため、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数は、２回以上１０回以下であることが好ましく、３回以上６回以下であることがより好ましい。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、前記バブリング工程において、前記バブリングオンを３秒以上３０秒以下行うと共に、前記バブリングオフを３秒以上行ってもよい。

バブリングオンの時間を３秒以上にすることにより、中空糸膜束が十分に膨らみ、各サイクルにおいて中空糸膜のバブリング洗浄を確実に行うことができる。一方、バブリングオンの時間が３０秒を超えると、予め定められた洗浄時間内におけるバブリングオン／オフの繰り返し回数が少なくなるため、洗浄効果が不十分になる。従って、予め定められた洗浄時間内において中空糸膜の洗浄効果を確実に得るため、バブリングオンの時間は、３秒以上３０秒以下であることが好ましく、３秒以上１０秒以下であることがより好ましく、３秒以上５秒以下であることがさらに好ましい。

またバブリングオフの時間が３秒未満である場合には、バブリングオン時に供給された気体が中空糸膜束の内部を通り抜けきれず、中空糸膜束が完全に萎んだ状態とならない。このため、バブリングオフの時間は、３秒以上であることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、中空糸膜束全体をバブリング洗浄することが可能な中空糸膜モジュール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における濾過装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の実施形態１における中空糸膜モジュールの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態１における濾過装置の基本的な運転プログラムを示す図である。 中空糸膜束が萎んだ状態を示す模式図である。 中空糸膜束が膨らんだ状態を示す模式図である。 中空糸膜束の内部における気泡の通過経路を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２における中空糸膜モジュールの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態３における濾過装置の基本的な運転プログラムを示す図である。 バブリングオン／オフのサイクルの繰り返し回数とＳＳ排出率との関係を示すグラフである。

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）
＜濾過装置、中空糸膜モジュール＞
まず、本発明の実施形態１における中空糸膜モジュール１０及びこれを備えた濾過装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、濾過装置１の全体構成を模式的に示している。図２は、中空糸膜モジュール１０の構成を模式的に示している。

濾過装置１は、浮遊汚濁物質などの不純物を含む原水を、中空糸膜モジュール１０を用いて濾過することにより濾液を得る装置である。図１に示すように、濾過装置１は、外圧濾過式の中空糸膜モジュール１０と、原水供給手段２０と、バブリング手段３０と、逆洗手段４０と、気体排出手段６０と、排水手段９０と、を主に備えている。

「外圧濾過式の中空糸膜モジュール」とは、中空糸膜１４の外表面側に原水を供給し、中空糸膜１４の膜壁を通過することにより濾過された濾液を内表面側から取り出す構造のモジュールである。中空糸膜モジュール１０としては、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を用いることができる。膜寿命の観点からは、濾過膜の表面洗浄を濾過処理と同時に行うことができる外圧循環濾過式のものが好ましい。一方、設備の単純さ、設置コスト及び運転コストの観点からは、外圧全量濾過式のものが好ましい。

中空糸膜モジュール１０は、束状の複数の中空糸膜１４を有する中空糸膜束１５と、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１を有するハウジング１３と、を主に備えている。図２に示すように、中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜１４の長手方向が上下方向（鉛直方向）に沿った姿勢で設置されている。

中空糸膜１４は、上端１４Ｂと、下端１４Ａと、を有している。中空糸膜束１５は、中空糸膜１４の上端１４Ｂが開口した状態で固定部材３により固定されると共に、中空糸膜１４の下端１４Ａが１本ずつ固定されない状態で樹脂により封止された片端フリータイプのものである。このような片端フリータイプの中空糸膜束１５は、充水された内部空間Ｓ１に気体を供給してバブリング洗浄を行う際、気体の浮力により径方向に広がるように膨らむ。

固定部材３は、複数の中空糸膜１４の上端１４Ｂを収束固定する。固定部材３は、中空糸膜１４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用いることができる。中空糸膜束１５と固定部材３と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１４には、種々の素材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（ＰＶＤＦ：Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）、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ばれる少なくとも１種類を含むことが好ましい。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が中空糸膜１４の素材として好ましい。

中空糸膜１４は、親水化処理されたものであることが好ましい。本実施形態では、中空糸膜１４は、０．１重量％以上１０重量％以下の親水性樹脂を含有することにより親水化処理されている。親水性樹脂としては、ポリビニルピロリドン、セルロースエステル、エチレン−ビニルアルコール又はポリビニルアルコールなどの樹脂を用いることができる。特に親水性が高いポリビニルアルコールを親水性樹脂として用いることが好ましい。なお、中空糸膜としては、親水化処理されていないものを用いることもできる。

中空糸膜束１５は、中空糸膜１４の本数が多くなるに従って単位モジュール当たりの膜面積が広くなるため、高い濾過流量で運転することができる。しかし、中空糸膜１４の本数が多くなり過ぎると、中空糸膜１４の洗浄時における浮遊汚濁物質の排出効率が低下する。そのため、中空糸膜１４の外径をｄｉ（ｍ）、中空糸膜束１５における中空糸膜１４の本数をｎ（本）、ハウジング１３の断面積をＳ（ｍ^２）とした場合において、１００πｎｄｉ^２／４Ｓ、により算出される膜充填率（％）が１０％以上６０％以下であることが好ましく、２０％以上５０％以下であることがより好ましい。

ハウジング１３は、円筒形状からなり、上面１３Ａと、下面１３Ｃと、これらを接続する側面１３Ｂと、を有している。ハウジング１３は、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１を有している。内部空間Ｓ１は、中空糸膜１４の長手方向の中央よりも上側部分が位置する上部空間Ｓ１１と、中空糸膜１４の長手方向の中央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、中空糸膜１４により濾過された濾液を取り出すための濾液配管５１が接続されている。この濾液配管５１には、濾液出口５２及び濾液側気体入口５３がそれぞれ設けられている。

ハウジング１３の側面１３Ｂにおける固定部材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の開口部である。

ハウジング１３の側面１３Ｂにおける下面１３Ｃの真上には、内部空間Ｓ１の水を系外に排出するためのドレン抜き口１２と、内部空間Ｓ１に気体を供給するための原水側気体入口７と、が設けられている。図２に示すように、原水側気体入口７は、下部空間Ｓ１２よりも下側（中空糸膜１４の下端１４Ａよりも下側）の空間に開口している。またハウジング１３の下面１３Ｃにおける中央近傍には、内部空間Ｓ１に原水を供給するための原水入口８が設けられている。

気体抜き口１１には気体抜き配管６１（図１）が接続されており、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が設けられており、これを開くことによりハウジング１３内から気体が抜かれる。

ドレン抜き口１２にはドレン配管９１が接続されており、これを介してハウジング１３内の水が系外に排出される。ドレン配管９１には排水バルブ９２が設けられており、これを開くことによりハウジング１３から水が排出される。

ハウジング１３の材質としては、ＳＵＳ（ＪＩＳ規格）、変性ＰＰＥ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ）、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（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂などを用いることができる。

ハウジング１３の内側面に固定部材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−リングやパッキング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を交換することにより、ハウジング１３を繰り返し使用することができる。

原水供給手段２０は、濾過処理の対象である原水を中空糸膜モジュール１０に供給するものである。図１に示すように、原水供給手段２０は、送液ポンプ２３と、原水配管２１と、原水バルブ２２と、制御部１００と、を有している。

原水配管２１は、一端が中空糸膜モジュール１０における原水入口８に接続されると共に、他端に送液ポンプ２３が配置されている。原水バルブ２２は、原水配管２１に設けられており、原水配管２１内における原水の流通及び遮断を切り替える。制御部１００は、パーソナルコンピュータにより構成されており、送液ポンプ２３の動作のオン／オフを制御すると共に、原水バルブ２２の開閉動作を制御する。

バブリング手段３０は、中空糸膜１４のバブリング洗浄に用いられるものであり、ハウジング１３の内部空間Ｓ１に気体（空気）を間欠的に供給する。即ち、バブリング手段３０により、ハウジング１３の内部空間Ｓ１に気体を予め定められた時間供給すると共に（バブリングオン）、当該内部空間Ｓ１への気体の供給を予め定められた時間停止することができる（バブリングオフ）。図１に示すように、バブリング手段３０は、バブリング用配管３１と、バブリング用バルブ３２と、を有している。

バブリング用配管３１は、一端が中空糸膜モジュール１０における原水側気体入口７に接続されると共に、他端にエアーコンプレッサー３３が配置されている。バブリング用バルブ３２は、バブリング用配管３１に設けられており、バブリング用配管３１内における気体の流通及び遮断を切り替える。本実施形態では、このバブリング手段３０を用いて実施される中空糸膜モジュール１０のバブリング洗浄が重要な工程であり、これについては後に詳述する。

逆洗手段４０は、中空糸膜１４の内表面側から外表面側に向かって濾液を押し出すことにより、中空糸膜１４の外表面に付着した浮遊汚濁物質を当該外表面から浮かせる逆圧洗浄を行うためのものである。図１に示すように、逆洗手段４０は、逆洗用配管４１と、逆洗用バルブ４２と、を有している。

逆洗用配管４１は、一端が濾液側気体入口５３に接続されると共に、他端にエアーコンプレッサー３３が配置されている。逆洗用バルブ４２は、逆洗用配管４１に設けられており、逆洗用配管４１内における気体の流通及び遮断を切り替える。

気体排出手段６０は、中空糸膜モジュール１０におけるハウジング１３内の気体を系外に排出するためのものである。気体排出手段６０は、前述の気体抜き配管６１及び気体排出口バルブ６２により構成されている。

排水手段９０は、ハウジング１３の内部空間Ｓ１の水を系外に排出するためのものである。排水手段９０は、前述のドレン配管９１及び排水バルブ９２により構成されている。

（濾過運転、中空糸膜モジュールの洗浄方法）
次に、上記濾過装置１による原水の濾過運転及び当該濾過運転を一時中断して行われる本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法について説明する。図３は、濾過装置１の運転中における各工程の名称及び各工程に対応するバルブの開閉状態を示している。図３中において、丸印は該当するバルブが開いていることを意味し、空欄は該当するバルブが閉じていることを意味する。

はじめに、充水工程（濾過前）が行われる。この工程では、濾過装置１の全バルブが閉じた状態において、制御部１００により原水バルブ２２及び気体排出口バルブ６２が開かれると共に、送液ポンプ２３が作動する。これにより、送液ポンプ２３から原水配管２１に供給された原水が、原水入口８からハウジング１３内に流入する。その結果、ハウジング１３の内部空間Ｓ１が原水により満たされる。

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、制御部１００により濾液出口バルブ７１を開くと共に気体排出口バルブ６２を閉じる。そして、内部空間Ｓ１に満たされた原水が中空糸膜１４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。

上記濾過工程においては、濾過時間の経過に伴って中空糸膜１４の外表面に原水中の浮遊汚濁物質が付着し、中空糸膜１４の細孔が閉塞されることがある。これにより、原水の透過流速が低下し、中空糸膜１４による濾過能力が低下する。そのため、濾過開始から一定時間が経過した後に濾過運転を一時中段し、以下に説明する本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法が行われる。これにより、中空糸膜１４の外表面に付着した浮遊汚濁物質が除去され、中空糸膜１４の濾過能力を回復させることができる。

まず、逆洗工程が実施される。この工程では、上記濾過工程において中空糸膜１４により濾過された濾液を、気体により中空糸膜１４の内表面側から外表面側に押し出す。具体的には、制御部１００により逆洗用バルブ４２及び排水バルブ９２を開くことにより、濾液側気体入口５３からハウジング１３の濾液側の空間Ｓ２に気体（空気）が導入され、当該気体により濾液が加圧される。そして、加圧された濾液は中空糸膜１４の内表面側から外表面側に押し出される。この時、内部空間Ｓ１の水の一部は、ドレン抜き口１２から系外に排出される。

このように中空糸膜１４の逆圧洗浄を行うことにより、上記濾過工程において中空糸膜１４の外表面に付着した浮遊汚濁物質が当該外表面から浮いた状態となる。その後、制御部１００により濾液側圧抜きバルブ８１を開くことにより、濾液側の空間Ｓ２の圧力を低下させる。

次に、充水工程（バブリング前）が行われる。この工程では、上記逆洗工程において下がった内部空間Ｓ１内の液面を上昇させるため、内部空間Ｓ１に原水を供給する。具体的には、制御部１００により原水バルブ２２及び気体排出口バルブ６２を開くと共に、送液ポンプ２３を作動させる。これにより、原水配管２１を介してハウジング１３内に原水が供給され、内部空間Ｓ１内の液面が上昇する。その後、送液ポンプ２３の動作を停止させ且つ原水バルブ２２を閉じることにより、原水の供給を停止する。

次に、バブリング工程が行われる。この工程では、充水されたハウジング１３の内部空間Ｓ１に気体を予め定められた時間供給するバブリングオンと、当該内部空間Ｓ１への気体の供給を予め定められた時間停止するバブリングオフと、を繰り返す。この工程は、本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における重要な工程であって、これを実施することにより中空糸膜束１５全体において浮遊汚濁物質を効果的に除去することができる。

まず、気体排出口バルブ６２を開いた状態において制御部１００によりバブリング用バルブ３２を開く。これにより、エアーコンプレッサー３３から供給された気体（空気）が原水側気体入口７を通じてハウジング１３の内部空間Ｓ１（下部空間Ｓ１２よりも下側の空間）に供給され、当該内部空間Ｓ１に気泡が発生する（バブリングオン）。そして、図４に示すように、気泡Ｂが中空糸膜束１５の径方向に広がりつつ、中空糸膜１４同士の隙間Ｓ４及び中空糸膜束１５の外周部とハウジング１３の内側面との隙間Ｓ３を上昇する。この気泡Ｂによって中空糸膜１４が揺動されることにより、中空糸膜１４の膜表面に付着した浮遊汚濁物質を剥がれ落とすことができる。なお、気体は、中空糸膜１４の下端１４Ａから上端１４Ｂに向かって上昇した後、気体抜き口１１からハウジング１３の外に排出される。

ここで、中空糸膜束１５は片端フリータイプであるため、図５に示すように内部空間Ｓ１に供給された気体による浮力に起因して径方向に広がるように膨らむ。そして、バブリングオンの時間が長くなるに従って中空糸膜束１５の膨らみが大きくなり、中空糸膜束１５の外周部とハウジング１３の内側面との隙間が次第に小さくなる。その結果、中空糸膜束１５の外周部を気泡が通過し難くなり、当該外周部における洗浄効果が低下する。

また図６は、中空糸膜束１５の内部における気泡Ｂ１の通過経路を破線矢印により模式的に示している。図６に示すように、気泡Ｂ１は、中空糸膜束１５の内部において中空糸膜の長手方向に沿うように下端から上端に向かって流れるが、中空糸膜束１５の内部における気泡Ｂ１の通過経路はほぼ固定されてしまう。つまり、バブリング中に気体を連続的に供給してその供給時間を長くしたとしても、中空糸膜束１５の径方向において満遍なく気体を行き渡らせることは難しく、中空糸膜束１５全体をバブリング洗浄することは困難である。

そこで、本実施形態では、上記のとおり予め定められた時間だけ内部空間Ｓ１に気体を供給した後、制御部１００によりバブリング用バルブ３２を閉じ、内部空間Ｓ１への気体の供給を停止する（バブリングオフ）。これにより、気体による浮力に起因する中空糸膜束１５の膨らみが解消され、図４に示すように中空糸膜束１５が萎んだ状態に戻る。その結果、中空糸膜束１５の外周部とハウジング１３の内側面との間に再び隙間Ｓ３が生じる。

バブリング工程では、上記バブリングオンと上記バブリングオフとからなるサイクルを所定回数だけ繰り返す。バブリングオフ後に気体供給を再度開始する場合には、図４に示すように中空糸膜束１５の外周部とハウジング１３の内側面との間に隙間Ｓ３が生じているため、中空糸膜束１５の外周部にも気体を供給可能である。このため、中空糸膜束１５の外周部における洗浄効果を高めることができる。

またバブリングオフ時に気体供給を一旦停止することにより、中空糸膜束１５の内部における気泡の通過経路もリセットされる。つまり、気体供給のサイクル毎に中空糸膜束１５の膨らみ方を異ならせることにより、中空糸膜束１５の内部において前サイクルと異なる径方向の位置に気泡Ｂ２の通過経路を形成することができる（図６中一点鎖線）。これにより、中空糸膜束１５の径方向において気体の通過量のムラが生じ難くなり、中空糸膜束１５全体を満遍なくバブリング洗浄することができる。しかも、気体の間欠供給によって中空糸膜束１５の膨らみ（図５）と萎み（図４）の動きが繰り返されるため、気泡による膜の揺動とは異なる洗浄効果を与えることが可能となり、洗浄効果をさらに高めることができる。

バブリング工程において、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数は特に限定されないが、２回以上１０回以下であることが好ましい。上記サイクルを２回以上繰り返すことにより、バブリング洗浄の効果を確保することができる。一方、サイクルの繰り返し回数が１０回を超えても中空糸膜１４の洗浄効果は飽和する傾向がある。また必要以上にサイクルの繰り返し回数が増えると、バブリングのオン／オフを切り替えるためのバブリング用バルブ３２の消耗が激しくなる。このため、上記サイクルの繰り返し回数は、２回以上１０回以下であることが好ましく、３回以上６回以下であることがより好ましい。

またバブリング工程において、バブリングオン及びバブリングオフを行う時間も特に限定されないが、バブリングオンは３秒以上３０秒以下行われることが好ましく、バブリングオフは３秒以上行われることが好ましい。

バブリングオンの時間を３秒以上にすることにより、中空糸膜束１５が十分に膨らみ、各サイクルにおいて中空糸膜１４のバブリング洗浄を確実に行うことができる。一方、バブリングオンの時間が３０秒を超えると、予め定められた洗浄時間内におけるバブリングオン／オフの繰り返し回数が少なくなるため、洗浄効果が不十分になる。従って、予め定められた洗浄時間内において中空糸膜１４の洗浄効果を確実に得るため、バブリングオンの時間は、３秒以上３０秒以下であることが好ましく、３秒以上１０秒以下であることがより好ましく、３秒以上５秒以下であることがさらに好ましい。

またバブリングオフの時間が３秒未満である場合には、バブリングオン時に供給された気体が中空糸膜束１５の内部を通り抜けきれず、中空糸膜束１５が完全に萎んだ状態とならない。このため、バブリングオフの時間は、３秒以上であることが好ましい。

最後に、排水工程が行われる。この工程では、制御部１００により排水バルブ９２が開かれることにより、上記バブリング工程において膜表面から剥がれた浮遊汚濁物質を含む水がドレン抜き口１２から系外に排出される。

以上のようにして中空糸膜モジュール１０の洗浄が行われた後、濾過工程が再び開始される。即ち、本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法（バブリング工程を含む）は、１つの濾過工程と次の濾過工程との間に実施される。

ここで、上記のとおり説明した本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法の特徴について列記する。

本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、束状の複数の中空糸膜１４を有し、中空糸膜１４の上端１４Ｂが固定されると共に中空糸膜１４の下端１４Ａが固定されない片端フリータイプの中空糸膜束１５と、中空糸膜束１５が収容される内部空間Ｓ１を有するハウジング１３と、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュール１０を洗浄する方法である。この方法は、中空糸膜１４により原水を濾過する一の濾過工程と次の濾過工程との間において、充水された内部空間Ｓ１に気体を予め定められた時間供給するバブリングオンと、充水された内部空間Ｓ１への気体の供給を予め定められた時間停止するバブリングオフと、を繰り返すバブリング工程を備えている。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、充水されたハウジング１３の内部空間Ｓ１に気体を供給することにより当該内部空間Ｓ１に気泡を発生させ、当該気泡により中空糸膜１４を揺動させることにより膜表面に付着した浮遊汚濁物質を剥がれ落とすことができる。ここで、ハウジング１３の内部空間Ｓ１への気体の供給を間欠的に行う（バブリングオン／オフを繰り返す）ことにより、気体供給のサイクル毎に中空糸膜束１５の膨らみ方を変えることができる。これにより、気体をバブリング工程中に連続的に供給する場合と異なり、中空糸膜束１５の内部における気泡流の通過経路を気体供給のサイクル毎に異ならせることができる。その結果、中空糸膜束１５全体において気体の通過量のムラが生じ難くなり、中空糸膜束１５全体をバブリング洗浄することができる。

また上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、バブリングオン時における中空糸膜束１５の膨らみとバブリングオフ時における中空糸膜束１５の萎みを繰り返しつつ、中空糸膜１４をバブリング洗浄することができる。バブリング工程中に気体を連続的に供給する場合には、気体の浮力に起因する中空糸膜束１５の膨らみにより、中空糸膜束１５の外周部とハウジング１３の内側面との隙間Ｓ３が次第に小さくなる。その結果、気泡が中空糸膜束１５の外周部を通過し難くなり、中空糸膜束１５の外周部における洗浄効果が低下する。これに対して、気体を間欠的に供給して中空糸膜束１５の膨らみと萎みを繰り返しつつバブリング洗浄することにより、中空糸膜束１５の外周部における洗浄効果を高めることもできる。しかも、中空糸膜束１５の膨らみと萎みの繰り返しにより、通常のバブリングによる揺動とは異なる動きを中空糸膜１４に与えることができるため、洗浄効果を一層高めることができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法は、中空糸膜１４により濾過された濾液を、中空糸膜１４の内表面側から外表面側に向かって気体により押し出す逆洗工程を備えている。バブリング工程は、逆洗工程の後に行われる。この方法によれば、逆洗工程の際に中空糸膜１４内に気体を満たすことができる。これにより、バブリング工程の際に中空糸膜束１５が膨らみ易くなり、中空糸膜束１５の膨らみと萎みの繰り返しによる洗浄効果を高めることができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、バブリング工程において、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルを２回以上１０回以下繰り返す。上記サイクルを２回以上繰り返すことにより、バブリング洗浄の効果を確保することができる。一方、サイクルの繰り返し回数が１０回を超えても中空糸膜１４の洗浄効果は飽和する傾向がある。また必要以上にサイクルの繰り返し回数が増えると、バブリングのオン／オフを切り替えるためのバブリング用バルブ３２の消耗が激しくなる。このため、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数は、２回以上１０回以下であることが好ましく、３回以上６回以下であることがより好ましい。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法では、バブリング工程において、バブリングオンを３秒以上３０秒以下行うと共に、バブリングオフを３秒以上行う。バブリングオンの時間を３秒以上にすることにより、中空糸膜束１５が十分に膨らみ、各サイクルにおいて中空糸膜１４のバブリング洗浄を確実に行うことができる。一方、バブリングオンの時間が３０秒を超えると、予め定められた洗浄時間内におけるバブリングオン／オフの繰り返し回数が少なくなるため、洗浄効果が不十分になる。従って、予め定められた洗浄時間内において中空糸膜１４の洗浄効果を確実に得るため、バブリングオンの時間は、３秒以上３０秒以下であることが好ましく、３秒以上１０秒以下であることがより好ましく、３秒以上５秒以下であることがさらに好ましい。

またバブリングオフの時間が３秒未満である場合には、バブリングオン時に供給された気体が中空糸膜束１５の内部を通り抜けきれず、中空糸膜束１５が完全に萎んだ状態とならない。このため、バブリングオフの時間は、３秒以上であることが好ましい。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法について説明する。実施形態２に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、基本的に上記実施形態１と同様に実施されるが、バブリング工程において散気部材４が用いられる点で異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図７に示すように、実施形態２で用いられる中空糸膜モジュール１０Ａは、中空糸膜束１５及びハウジング１３に加えて散気部材４をさらに備えている。またハウジング１３の下面１３Ｃの中央近傍には、内部空間Ｓ１に気体を供給するための散気用気体入口７Ａが設けられている。この散気用気体入口７Ａには、バブリング用配管３１（図１）の一端が接続されている。

散気部材４は、中空糸膜１４の下端１４Ａよりも下側（下部空間Ｓ１２よりも下側の空間）に配置されている。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、周縁部が中空糸膜束１５よりも径方向外側に位置している。散気部材４には、ハウジング１３内に気体を分散させるための複数の散気用通気孔４３が径方向に間隔を空けて形成されている。

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、複数の散気用通気孔４３が形成された円板状の本体部４４と、本体部４４の周縁部に接続された周壁部４７と、本体部４４の下面に接続された円筒状の気体受け部４５と、を有し、これらが一体に形成されている。

散気用通気孔４３は、本体部４４を厚み方向に貫通するように形成されている。散気用通気孔４３は、本体部４４の径方向及び周方向に互いに間隔を空けて形成されており、その一部は中空糸膜束１５よりも径方向外側に位置している。これにより、中空糸膜束１５に対して径方向に広い範囲で気体を分散させることができる。なお、本体部４４は、円板状のものに限定されず、種々の形状のものであってもよい。

気体受け部４５は、散気用気体入口７Ａからハウジング１３内に供給された気体を一時的に収容するための部分である。気体受け部４５は、筒形状を有し、上端（一方端）が本体部４４の下面に接続されると共に、下端（他方端）側に気体の受け口が形成されている。本実施形態では、気体受け部４５は、上端から下端に向かって内径が略一定となるように構成されている。

気体受け部４５は、散気用気体入口７Ａよりも径方向外側に位置し、これにより散気用気体入口７Ａからハウジング１３内に供給された気体を筒内に収容することができる。また図７に示すように、気体受け部４５の下端とハウジング１３の下壁との間には隙間が形成されており、ハウジング１３内の水が当該隙間を流通することができる。これにより、ハウジング１３の下部における液溜まりを防ぐことができる。

気体受け部４５の上端側の部位には、複数の分散孔が周方向に間隔を空けて形成されている。この分散孔は、気体受け部４５を貫通するように形成されている。分散孔によって、気体受け部４５に収容された気体を径方向外側へ逃がし、散気用通気孔４３へ導くことができる。分散孔は、周方向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。

周壁部４７は、本体部４４の周縁部から下方に延びる筒形状を有する。周壁部４７によって、分散孔を通じて気体受け部４５の径方向外側に逃がされた気体が、本体部４４よりも径方向外側に広がるのを抑制することができる。これにより、散気用通気孔４３から気体が分散される前において、本体部４４の下面に気体を留めることができる。

散気部材４によれば、バブリング工程（バブリングオン）において、散気用気体入口７Ａからハウジング１３内に供給された気体を気体受け部４５により一時的に収容した後、分散孔から径方向外側へ逃がし、その後散気用通気孔４３から下部空間Ｓ１２に向かって分散させることができる。この時、内部空間Ｓ１において中空糸膜１４の長手方向に沿って上向きの気泡流が発生する。これにより、中空糸膜束１５の径方向における広い範囲に亘って気体を分散させることができるため、中空糸膜束１５を径方向において均一にバブリング洗浄することができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法について説明する。実施形態３に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、基本的に上記実施形態１と同様に実施されるが、バブリング工程が逆洗工程と同時に行われる点で異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図８に示すように、実施形態３では、濾過工程が行われた後、逆洗工程とバブリング工程が同時に実施される。具体的には、逆洗用バルブ４２、気体排出口バルブ６２及び排水バルブ９２を開いた状態で、バブリング用バルブ３２の開閉を所定のインターバルで繰り返す。これにより、逆洗工程とバブリング工程を別々に行う場合に比べて、洗浄時間の短縮を図ることができる。

（その他実施形態）
なお、本発明に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法には、以下の実施形態もさらに含まれる。

上記実施形態３におけるバブリング洗浄の際に図７に示した散気部材４が用いられてもよい。

上記実施形態１，２では、逆洗工程が行われる場合について説明したがこれに限定されず、逆洗工程が省略されてもよい。

上記実施形態１では、バブリング用の気体として空気を用いる場合について説明したがこれに限定されず、例えば窒素などの不活性ガスが用いられてもよい。

上記実施形態１では、図２に示すように原水側気体入口７が１つだけ設けられる場合について説明したがこれに限定されず、複数の原水側気体入口７が下部空間Ｓ１２よりも下側の空間に開口するように設けられてもよい。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例により制限されるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（実施例１）
中空糸膜束１５として、膜面積が４０ｍ^２である片端フリータイプのものを用いた。中空糸膜１４として、親水化処理されたポリフッ化ビニリデン系樹脂からなり、平均孔径が０．０２μｍであり、有効長が８９０ｍｍのものを用いた。

散気部材４は、固定部材３から長手方向に９１５ｍｍ離れた位置に取り付けた。散気部材４としては、複数の散気用通気孔４３が形成された円板状の本体部４４と、気体受け部４５と、周壁部４７と、からなるものを用いた。散気部材４の気体受け部４５への気体供給口として、ハウジング１３の下面１３Ｃに散気用気体入口７Ａを設けた。

上記中空糸膜モジュール１０Ａ（図７）を用いて原水の濾過運転を行った。原水としては、水酸化第二鉄の懸濁液からなり、ＳＳ濃度が１７０ｍｇ／Ｌのモデル水を用いた。また外圧全濾過方式によって、流量５０００Ｌ／ｈの条件で３０分間定流量濾過を行った。

濾過運転後、中空糸膜モジュール１０Ａの濾液側に０．２ＭＰａの圧縮空気を供給することにより逆圧洗浄を行った。その後、ハウジング１３内において散気部材４に気体を３秒間供給した後に３秒間気体の供給を停止するサイクルを１０回繰り返すことにより、バブリング洗浄を行った。具体的には、散気部材４により５０００ＮＬ／ｈの流量でハウジング１３内に空気を分散させ、気体抜き口１１から排気した。なお、気体の供給を３秒間停止する間に、ハウジング１３内に供給された気体が気体抜き口１１から抜けることが確認された。その後、排水工程において、気体抜き口１１及びドレン抜き口１２を開放し、ハウジング１３内の残留液を系外に排出した。

この洗浄を５回繰り返した後、中空糸膜束１５をハウジング１３から取り出した。そして、ＳＳの付着量及び濾過運転時間内に供給されたＳＳ全量により、ＳＳ排出率（（（ＳＳ全量−ＳＳ付着量）／ＳＳ全量）×１００）を算出し、これを指標として洗浄能力を評価した。

（実施例２）
バブリングオンの時間を５秒とし、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数を６回とした点以外は、上記実施例１と同様である。

（実施例３）
バブリングオンの時間を１０秒とし、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数を３回とした点以外は、上記実施例１と同様である。

（実施例４）
バブリングオンの時間を１５秒とし、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数を２回とした点以外は、上記実施例１と同様である。

（実施例５）
バブリングオンの時間を３０秒とし、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数を２回とし、バブリング洗浄の合計時間を６０秒とした点以外は、上記実施例１と同様である。

（実施例６）
バブリングオンの時間を１５秒とし、バブリングオンとバブリングオフとからなるサイクルの繰り返し回数を４回とし、バブリング洗浄の合計時間を６０秒とした点以外は、上記実施例１と同様である。

（比較例１）
バブリングオンとバブリングオフを繰り返さず、気体を連続的に供給してバブリング洗浄を行った点以外は、上記実施例１と同様である。散気部材４により５０００ＮＬ／ｈの流量で３０秒間連続してハウジング１３内に空気を分散させると共に、気体抜き口１１から排気した。

（比較例２）
バブリング洗浄において１５秒間連続してハウジング１３内に空気を分散させた点以外は、上記比較例１と同様である。

上記実施例１〜６及び比較例１，２の条件及びＳＳ排出率の算出結果は、下記表１のとおりである。また図９のグラフは、バブリングオン／オフのサイクルの繰り返し回数（横軸）とＳＳ排出率（縦軸）との関係を示している。

（考察）
上記試験結果に基づいて以下のように考察することができる。

実施例１〜６ではＳＳ排出率が８８％以上であったのに対して、比較例１，２ではＳＳ排出率が８０％に満たなかった。この結果より、バブリング洗浄中において気体の供給と停止を繰り返すことがＳＳの除去効率を向上させる上で有効に寄与することが分かった。またバブリングオンの時間を３〜３０秒の範囲とし、且つバブリングオフの時間を３秒にすることにより、良好なＳＳ排出率が達成された。

また図９のグラフのとおり、サイクルの繰り返し回数が３回以降からは、ＳＳ排出率は飽和する傾向が見られた。従って、バブリングのオン／オフに用いられるバルブの寿命を考慮し、サイクルの繰り返し回数は、３〜６回が好ましいと考えられる。

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。

４ 散気部材
１０，１０Ａ 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
４３ 散気用通気孔
Ｓ１ 内部空間

Claims (5)

1. 束状の複数の中空糸膜を有し、前記中空糸膜の上端が固定されると共に前記中空糸膜の下端が固定されない片端フリータイプの中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収容される内部空間を有するハウジングと、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュールの洗浄方法であって、
   前記中空糸膜により原水を濾過する一の濾過工程と次の濾過工程との間において、充水された前記内部空間に気体を予め定められた時間供給するバブリングオンと、充水された前記内部空間への気体の供給を予め定められた時間停止するバブリングオフと、を繰り返すバブリング工程を備えることを特徴とする、中空糸膜モジュールの洗浄方法。
2. 前記バブリング工程において、前記中空糸膜束の径方向に広がった形状を有すると共に前記径方向に間隔を空けて複数の散気用通気孔が形成された散気部材を用いて、前記内部空間に気体を分散させることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。
3. 前記中空糸膜により濾過された濾液を、前記中空糸膜の内表面側から外表面側に向かって気体により押し出す逆洗工程をさらに備え、
   前記バブリング工程を前記逆洗工程の後又は前記逆洗工程と同時に行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。
4. 前記バブリング工程において、前記バブリングオンと前記バブリングオフとからなるサイクルを２回以上１０回以下繰り返すことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。
5. 前記バブリング工程において、前記バブリングオンを３秒以上３０秒以下行うと共に、前記バブリングオフを３秒以上行うことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。