JP4757827B2 - 濾過モジュールおよび濾過ユニット - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜により原水を濾過する濾過モジュール、およびかかる濾過モジュールを原水が導入されるケーシング内に収容した濾過ユニットに関するものである。

本発明の発明者は、特許文献１〜３において、このような中空糸膜を用いた複数の濾過モジュールをケーシング内に収容するとともに、濾過モジュールの下方に近接して散気手段（散気管）を設けた濾過ユニットを提案している。このような濾過ユニットでは、ケーシングを貯水槽等に設置することで、汚泥等がある程度除去された清澄な原水をケーシング内に導入することができるので、効率的な濾過を図ることができる。また、特に特許文献１においては、ケーシング内に導入された原水に活性炭を供給して添加することで、原水中の有機物等をこの活性炭によって吸着することにより濾過効率の一層の向上を図ることも記載されている。
特開２００６−２０５０７４号公報 特開２００６−２０５０７５号公報 特開２００６−２０５０７６号公報

ところで、これら特許文献１〜３に記載されたような中空糸膜を用いた濾過モジュールでは、中空糸膜は複数本（多数本）が束をなすようにして横方向に渡され、その両端部が束ねられてそれぞれ濾過モジュール両端の固定部に固定された状態で原水中に浸漬される。この固定部は中空糸膜によって濾過された濾過水を排出するヘッダ部とされ、この固定部に複数本の中空糸膜が束ねられた端部が縦方向に並べられて複数配設されることによりスクリーン状の中空糸膜列が形成され、さらにこのようなこの中空糸膜列が上記端部間で間隔をあけて複数列並列に配設されて濾過モジュールが構成されている。

しかしながら、上記散気手段は、こうして横方向に渡された中空糸膜の端部の間に配設されており、散気手段からの曝気による中空糸膜の揺動での物理洗浄により、この端部の間では中空糸膜は揺動するが、束ねられて固定部に固定された端部では中空糸膜は殆ど揺動することがない。このため、この端部では中空糸膜に濁質が沈着しやすく、膜の閉塞が促進されることになり、こうして膜の一部が閉塞すると、閉塞していない他の部分での透過流束が上昇してさらなる閉塞が促進されることになり、短期間で濾過効率の低下を招く結果となる。

また、上記特許文献１〜３に記載の濾過ユニットでは、このような濾過モジュールを複数段積み重ねてユニット化した場合において、各段の濾過モジュールの中空糸膜下方に散気手段を備えることも提案されているが、中空糸膜の端部が揺動しないのは同様であり、濁質の沈着による膜の閉塞促進を避けることは困難であった。さらに、特許文献１に記載のようにケーシング内の原水に活性炭を供給して添加した場合には、膜の閉塞が一層促進されることになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、中空糸膜の特に端部における濁質の沈着を効果的に防ぐことができ、これにより膜の閉塞を抑えて長期に亙って効率的な濾過を行うことが可能な濾過モジュールおよび該濾過モジュールを備えた濾過ユニットを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の濾過モジュールは、原水中に横方向に渡された複数本の中空糸膜がその端部で束ねられて、上記横方向に平たい方形箱状をなす一対の固定部の互いに対向する内側面に固定されており、この束ねられた中空糸膜の上記端部の下に、上記固定部の下面に取り付けられて散気手段が配設されていることを特徴とする。また、本発明の濾過ユニットは、複数の濾過モジュールが互いの上記固定部を縦方向に並べて積み重ねられており、このうち少なくとも最下段の濾過モジュールが、本発明の濾過モジュールであることを特徴とする。

このような構成の濾過モジュールにおいては、複数本の中空糸膜が束ねられたその端部の下の、方形箱状をなす固定部の下面に取り付けられて散気手段が配設されているので、固定部の内側面に固定された中空糸膜の端部を、この散気手段により、固定部の内側面に沿うように上昇してゆく気泡流によって集中的に曝気することができる。このため、固定されていることにより揺動しにくい中空糸膜の束ねられた端部においても、濁質が沈着するのを防いで閉塞が生じるのを抑制することができる。ここで、この散気手段は連続的に散気を行うものとされるのが望ましく、これにより中空糸膜の固定された端部周囲の原水を常に流動状態として濁質の沈着をより効果的に防止することができる。

特に、このような濾過モジュールにおいて、上述のように複数本の中空糸膜が束ねられた端部が上記固定部に縦方向に並べられて複数配設されることにより中空糸膜列が形成され、この中空糸膜列が上記端部間で間隔をあけて複数列並列に配設されている場合には、本発明のようにこの端部の下に散気手段を配設して曝気を行うことにより、この散気手段から散気された気泡が、隣接する中空糸膜列同士の間の中空糸膜端部が間隔をあけた部分を通過して原水中を上昇し、その際に縦方向に並んだ中空糸膜の各端部をエアスクラビングするので、固定部の縦方向全体に亙って中空糸膜端部への濁質の効果的な沈着防止を図ることができる。

なお、本発明においても中空糸膜全体を物理洗浄するために、上記端部の間の上記中空糸膜の下方に他の散気手段を配設されていてもよいが、このような他の散気手段による中空糸膜全体の洗浄は間欠的であるのに対し、特に上述のように上記端部の下に配設された散気手段による散気を連続的に行う場合には、その散気量は、この他の散気手段による散気量よりも少なくされていてもよい。このような構成を採ることにより、この端部の下に配設された散気手段により連続的に散気を行っても、必要な動力を少なく済ませることが可能となる。また、上記原水に活性炭を供給する活性炭供給手段を備えて、有機物等の吸着を行う場合でも、本発明によれば、この活性炭が端部に付着して中空糸膜の閉塞を招くような事態も防止することができる。

一方、本発明の濾過ユニットでは、複数の濾過モジュールが互いの上記固定部を縦方向に並べて積み重ねられてユニット化されており、このうち少なくとも最下段の濾過モジュールが、上述のように端部の下に散気手段を備えた本発明の濾過モジュールであるので、これより上段の濾過モジュールにこのような散気手段が備えられていなくても、下方から上昇するこの散気手段による気泡によって上段の濾過モジュールにおける中空糸膜の端部を曝気して、全段の濾過モジュール全体に亙って濁質の沈着防止を図ることができる。また、このような複数の濾過モジュールを、上記原水が導入されるケーシング内に収容すれば、当該濾過ユニットをケーシングごと貯水槽等に配設することで、比較的清澄な原水をケーシング内に導入することができ、一層の濁質沈着防止を図ることが可能となる。

このように、本発明の濾過モジュールおよび濾過ユニットによれば、従来の散気手段では揺動を生じ難い中空糸膜の端部において濁質の付着を効果的に防止することができ、これにより当該端部における閉塞は勿論、こうして端部が閉塞することによる透過流束の上昇により中空糸膜全体の閉塞が促進されるのを防ぐことができる。従って、このような閉塞により短期間で濾過効率が低減してしまうのを防いで、長期に亙って効率的な濾過を促すことが可能となる。

図１ないし図５は本発明の濾過モジュールの一実施形態を示すものであり、図６および図７はこの実施形態の濾過モジュールを用いた本発明の濾過ユニットの一実施形態を示すものである。本実施形態の濾過モジュール１は、図１および図２に示すように横方向（図１ないし図３、および図５における左右方向）に渡された複数本（多数本）の中空糸膜２が所定本ずつその両端部２Ａで束ねられて、この横方向に平たい方形箱状をなす一対の固定部３の互いに対向する内側面３Ａに固定されたものである。

なお、これらの一対の固定部３のうち少なくとも一方は、中空糸膜２により原水から濾過された濾過水が排出されるヘッダ部とされていて、該固定部３には図示されない濾過水管が接続されるとともに、束ねられた中空糸膜２の中空部は、図３に示すようにこのヘッダ部とされる固定部３に固定された端部２Ａにおいて、該固定部３の内部空間に連通させられている。また、本実施形態では中空糸膜２として親水性ポリエチレン製の中空糸ＭＦ膜（孔径０．１μｍ）を用いているが、中空糸膜２を限定するものではない。

ここで、本実施形態では、上述のように所定本ずつが束ねられた中空糸膜２は、その端部２Ａが固定部３の上記内側面３Ａに縦方向（図１および図５における上下方向。図２および図３では図面に垂直な方向）に直列に複数並べられて配設されることにより、図４に示すようにこの縦方向に幅を有して上記横方向に延びるスクリーン状の中空糸膜列４を形成している。さらに、本実施形態では、このような中空糸膜列４が、中空糸膜２が渡された横方向とは垂直な横方向（図２および図３における上下方向。図４では右手前から左奥に向かう方向。以下、並列方向と称する。）に複数列、隣接する列で互いの中空糸膜２の端部２Ａ同士の間に間隔をあけて、並列に配設されている。

ただし、横方向に渡された中空糸膜２は、一対の固定部３同士の間に張力をもって張られたものではなく、従ってこのような複数列の中空糸膜列４間でも、上記並列方向に隣接する中空糸膜列４同士で互いの中空糸膜２が重なり合ったりしていてもよい。なお、固定部３に固定された中空糸膜２の端部２Ａ同士では、１つの中空糸膜列４において縦方向に隣接する端部２Ａ間の間隔は、上記並列方向に隣接する中空糸膜列４同士の端部２Ａ間の間隔よりも小さくされている。

そして、このように固定部３に固定された中空糸膜２の下には、本実施形態における散気手段として散気管５が配設されている。この散気管５は、本実施形態では一対の固定部３それぞれの下部に、少なくとも中空糸膜２が固定された部分において上記並列方向に亙って延びるように配設され、図示されない送気管に接続されて例えばその下縁に設けられた複数のノズル孔から空気を散出するものであり、こうして散気された空気は図１および図４に矢線で示すように気泡流となって、固定部３の内側面３Ａに沿うように上昇してゆく。なお、本実施形態では、少なくとも濾過中は常に上記送気管から散気管５に空気が送られて、連続的に散気が行われるようになされている。

一方、一対の固定部３の間に渡された中空糸膜２の下方には、その両端部２Ａよりも内側すなわち上記散気管５よりも内側に、本実施形態における他の散気手段としての散気管６が配設されている。この散気管６は、上記中空糸膜２が渡された横方向に水平に延びるようにして、上記散気管５よりもさらに下方に中空糸膜２との間に間隔をあけて配設されており、散気管５と同様に図示されない送気管に接続されて空気を散出し、こうして散気された空気はやはり気泡流となって図２に白抜き矢線で示すように中空糸膜２の端部２Ａよりも内側の部分を上昇してゆく。

なお、この他の散気手段としての散気管６による散気は、濾過の進行に伴う中空糸膜２の汚れに応じて、あるいは一定時間ごとに自動的に行われるものであり、これに対して上記散気管５による散気は、図５に示したようにこの散気管６による散気の間も連続して行われる。ただし、この散気管５による散気量すなわち上記空気の散出量（送気管からの空気の供給量）は微量とされており、例えば上記他の散気手段としての散気管６と一定時間同時に散気を行ったとすると、この散気管６からの散気量よりも少なくなるようにされている。

このような濾過モジュール１は、それ単独で原水の濾過に用いてもよいが、例えば図６および図７に示す実施形態の濾過ユニット１１の濾過モジュールの一つとして使用される。この実施形態の濾過ユニット１１は、原水Ｗが保持される図示されない貯水槽等内に設置されて内部にこの貯水槽等内の原水Ｗが導入可能とされる有底筒状のケーシング１２と、このケーシング１２内に収容される上記濾過モジュール１を含めた複数の濾過モジュールとを備えている。

ケーシング１２は、ステンレス等の耐蝕性の高い金属材などにより、平面視に長方形の矩形状をなし、かつその高さがこの矩形の長・短辺の長さに対して大きくされた縦長の有底矩形筒状、すなわち矩形の筒の底部が閉塞された形状とされていて、この底部を下向きにしてその高さ方向を鉛直縦方向に向け、上記貯水槽等内に設置される。また、このケーシング１２の上部には、ケーシング１２の内部に原水Ｗを導入するための流入口１３が設けられており、この流入口１３には原水Ｗの流通を制御するバタフライ弁等の制御手段が備えられていて、この流入口１３が貯水槽等に保持される原水Ｗの水面部Ｈに開口する高さ、より具体的には水面部Ｈよりも僅かに下方に水没する高さとなるようにケーシング１２は設置される。

このようなケーシング１２内に、上記複数の濾過モジュールは、その中空糸膜２が渡された横方向をケーシング１２が平面視になす矩形の長辺方向に沿わせるように、かつ互いの固定部３を縦方向すなわち上記高さ方向に並べるようにして、本実施形態では４段積み重ねられており、このうち最下段の濾過モジュールだけが上記実施形態の濾過モジュール１とされている。なお、これ以外の他の濾過モジュール１４は、上記散気管５，７を備えていないこと以外は、実施形態の濾過モジュール１と同様の構成とされている。従って、濾過モジュール１の上記散気手段としての散気管５は、これらの濾過モジュール１，１４すべてに対しても、その中空糸膜２の端部２Ａの下に配設されることになり、また他の散気手段としての散気管６は、この散気管５よりも下方のケーシング１２内底部に配設されることになる。

また、この濾過ユニット１１には、上記散気管６による物理洗浄後にケーシング１２内の原水Ｗを排出する図示されない排出手段と、さらにケーシング１２内に導入された原水Ｗ中に活性炭を供給して添加するやはり図示されない活性炭供給手段とが備えられている。このうち、排出手段は、例えば一端がケーシング１２内の底部に開口するとともに他端がケーシング１２の外部に配設される吸引ポンプに接続された排出管であり、また活性炭供給手段は、例えば粉末活性炭が混濁した混濁液をケーシング１２内の原水Ｗに供給するものとされる。

このように構成された濾過ユニット１１においては、本実施形態の濾過モジュール１が複数の濾過モジュール１，１４の最下段に配設されており、当該濾過モジュール１において中空糸膜２の端部２Ａの下の、固定部３下部に取り付けられた上記散気管５から散気が行われることにより、図１に示したようにこの濾過モジュール１における中空糸膜２の端部２Ａに集中的に上記気泡流を作用させて、濁質の沈着を抑制することができる。さらに、こうして最下段の濾過モジュール１において中空糸膜２の端部２Ａに作用した気泡流は、図６に矢線で示すようにそのまま上昇して上段の濾過モジュール１４においても、その中空糸膜２の端部２Ａに作用することになるので、個々の濾過モジュール１，１４すべてに散気手段（散気管５）を備えなくても、収容された濾過モジュール１，１４のすべてにおいてこのような濁質の沈着を防止することができる。

従って、上記構成の濾過モジュール１および濾過ユニット１１によれば、このような中空糸膜２の端部２Ａにおいて濁質の沈着により閉塞が生じるのを防ぐことができ、これに伴って中空糸膜２の他の部分でも透過流束が上昇することにより更なる閉塞が生じるのも防ぐことができるので、長期に亙って濾過効率が低減するのを抑えて効率的な原水Ｗの濾過を促すことが可能となる。特に、本実施形態では、上記散気手段としての散気管５が、中空糸膜２の端部２Ａが固定される固定部３の下部に配設されていて、発生した気泡流をそのまま直ぐにこの中空糸膜２の端部２Ａに作用させることができるので、一層効果的に濁質の沈着防止を図ることが可能となる。

また、本実施形態ではこの濾過モジュール１の散気管５が連続的に散気を行うものであるため、原水Ｗの濾過中は常に中空糸膜２の端部２Ａ周囲の原水Ｗを流動状態としておくことができ、気泡流が端部２Ａに作用することによるエアスクラビング効果と相俟ってさらに確実に濁質の沈着を防止することができる。一方、このような濁質の沈着防止を図っても、長期の濾過のうちには中空糸膜２に閉塞が生じるため、その際には上記他の散気手段としての散気管６により図７に白抜き矢線で示すように気泡流を発生させて中空糸膜２の物理洗浄を行うが、この散気管６による散気量に比べて、連続的に散気を行う上記散気管５の散気量が小さく微量とされているので、本実施形態によればこの散気管５に空気を供給するブロア等の動力を少なく済ませることができ、従って常時散気を行う散気管５によるランニングコストの増大を抑えることができる。

しかも、本実施形態の濾過モジュール１では、複数本の中空糸膜２が束ねられた端部２Ａが上記固定部３において縦方向に並べられて複数配設されて中空糸膜列４が形成され、この中空糸膜列４が端部２Ａ間で間隔をあけるようにして複数列並列に配設されており、図４に矢線で示したようにこうして間隔をあけた中空糸膜列４の間を通して気泡流を上昇させることができるので、上述のように散気管５からの散気量が微量であっても、また複数段の濾過モジュール１，１４のうち最下段の濾過モジュール１だけに散気管５が備えられているだけであっても、すべての濾過モジュール１，１４においてその中空糸膜２の端部２Ａにおける濁質沈着を確実に抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、濾過モジュール１，１４によって濾過される原水Ｗに活性炭を添加する活性炭供給手段が備えられており、こうして添加された活性炭により原水Ｗ中の有機物等の吸着を図って一層の濾過効率の向上を図ることができる。さらに、こうして添加された活性炭も濾過モジュール１，１４において中空糸膜２の端部２Ａに付着することにより閉塞の原因となるが、上記構成の濾過モジュール１および該濾過モジュール１を備えた濾過ユニット１１では、このような活性炭の付着をも端部２Ａの下に備えられた散気手段（散気管５）によって抑制することができ、上述のような一層効率的な原水Ｗの濾過をより長期に亙って連続的に行うことが可能となる。

一方、上記実施形態の濾過ユニット１１では、本実施形態の濾過モジュール１を含めた複数の濾過モジュール１，１４が貯水槽等内に設置されるケーシング１２内に収容されており、このケーシング１２が有底筒状であって原水Ｗの流入口１３がその上部に配設されていることから、貯水槽等である程度濁質が沈降した比較的清澄な原水Ｗをケーシング１２内に導入して濾過することができる。このため、端部２Ａを含めた中空糸膜２への濁質の沈着自体も抑制することができるので、一層長期の連続運転による濾過を図ることが可能となる。

本発明の濾過モジュールの一実施形態を示す、濾過時において散気管５のみにより散気を行う状態の側面図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図２におけるＡ部分の拡大平断面図である。 図２におけるＡ部分を下方から見た斜視図である。 図１に示す実施形態の物理洗浄時において散気管５，７により散気を行う状態の側面図である。 本発明の濾過ユニットの一実施形態を示す、濾過時において濾過モジュール１の散気管５のみにより散気を行う状態の側面図である。 図６に示す実施形態の物理洗浄時において濾過モジュール１の散気管５，７により散気を行う状態の側面図である。

符号の説明

１，１４ 濾過モジュール
２ 中空糸膜
２Ａ 中空糸膜２の端部
３ 固定部
４ 中空糸膜列
５ 散気管（散気手段）
６ 散気管（他の散気手段）
１１ 濾過ユニット
１２ ケーシング

Claims (7)

1. 原水中に横方向に渡された複数本の中空糸膜がその端部で束ねられて、上記横方向に平たい方形箱状をなす一対の固定部の互いに対向する内側面に固定されており、この束ねられた中空糸膜の上記端部の下に、上記固定部の下面に取り付けられて散気手段が配設されていることを特徴とする濾過モジュール。
2. 上記散気手段は、連続的に散気を行うことを特徴とする請求項１に記載の濾過モジュール。
3. 上記複数本の中空糸膜が束ねられた端部が上記固定部に縦方向に並べられて複数配設されることにより中空糸膜列が形成され、この中空糸膜列が上記端部間で間隔をあけて複数列並列に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濾過モジュール。
4. 上記端部の間の上記中空糸膜の下方には他の散気手段が配設されており、上記端部の下に配設された散気手段による散気量が、この他の散気手段による散気量よりも少なくされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
5. 上記原水に活性炭を供給する活性炭供給手段が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
6. 複数の濾過モジュールが互いの上記固定部を縦方向に並べて積み重ねられており、このうち少なくとも最下段の濾過モジュールが、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の濾過モジュールであることを特徴とする濾過ユニット。
7. 上記複数の濾過モジュールが、上記原水が導入されるケーシング内に収容されていることを特徴とする請求項６に記載の濾過ユニット。

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