JP6343227B2 - 膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、液体中の不純物を除去する液処理などに用いられる膜モジュールに関する。

従来、水中の不純物を除去する水処理において、中空糸膜を有する膜モジュールが用いられている。水処理のろ過工程では、膜モジュールに設けられた原水入口を通じて原水（ろ過前の水）が膜モジュール内に供給され、膜を通過したろ過水が膜モジュールに設けられたろ過水出口を通じて膜モジュール外に排出される。

膜モジュールでは、水処理のろ過工程が行われると、膜の表面に水中から除去された物質（浮遊汚濁物質（ＳＳ：Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ））が堆積する。このように膜の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一つである。

一般に、浮遊汚濁物質の除去は、いわゆる逆洗（逆圧洗浄）によって行われる。逆洗工程では、膜の表面に堆積して付着した浮遊汚濁物質を膜から浮かせるために、膜モジュール内において、ろ過工程とは逆方向の流体の流れが形成される。すなわち、ろ過水出口を通じて流体（気体又は液体）が膜モジュール内に供給され、膜を通過した流体が原水入口を通じて膜モジュール外に排出される。

逆洗工程が行われることによって膜の表面から部分的に浮いたような状態となった浮遊汚濁物質は、その後にバブリング工程が行われることによって膜の表面から剥がれ落ちる。このバブリング工程では、膜モジュール内に水が充填された状態でエアーが供給され、供給されたエアーのバブルによって膜が揺らされる。これにより、膜の表面の浮遊汚濁物質が剥がれ落ちる。膜モジュールは、バブリング工程においてエアーを中空糸膜に供給するための複数の通気孔を有する散気部材を備えている（特許文献１〜４）。

特許文献１の中空糸膜モジュールでは、給気ヘッダーから供給された空気を分散誘導するための空気分散器が中空糸膜の下部側に設けられている。特許文献２の中空糸膜モジュールは、樹脂板に設けられたエアー供給部を有している。特許文献２では、エアー供給部の横断面積をＳとした際にエアー供給部の中央部の０．５Ｓにあたる領域にのみ貫通孔が設けられている。特許文献３の中空糸膜モジュールでは、上下方向に延在させた中空糸膜に散気し得るように中空糸膜の下端部側から気泡を発生させる散気機構が形成されている。特許文献４の浸漬用膜分離装置では、気体導入孔を有する散気装置が設けられている。

特開平１１−０３３３６７号公報 特開２００６−２３９６４２号公報 特開２００９−２８５５３２号公報 特許第４５３０２４５号公報

しかしながら、特許文献１〜４の何れの文献に開示されているエアーの供給構造においても、中空糸膜の外周部分に付着した浮遊汚濁物質を効率よく除去することができないという問題がある。

本発明の目的は、液体中の不純物を除去する液処理などに用いられる膜モジュールにおいて、膜部材の外周部分に付着した浮遊汚濁物質を効率よく除去することである。

本発明の膜モジュールは、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられた膜部材と、前記ハウジング内において前記膜部材の下方に設けられ、前記膜部材に対して気体を供給するための複数の通気孔を有する散気部材と、を備える。水平方向における前記散気部材の寸法は、前記水平方向における前記膜部材の寸法よりも大きい。前記複数の通気孔のうちの一部は、前記膜部材よりも前記水平方向の外側に位置するように設けられている。前記散気部材は、前記複数の通気孔が設けられた板状の本体部と、前記本体部の下方に設けられ、前記ハウジング内に供給された気体を一時的に収容するための気体受け部と、を備える。前記複数の通気孔は、前記本体部において前記気体受け部よりも水平方向外側に設けられている。前記気体受け部は、前記気体受け部に収容された気体を、前記本体部の下方において前記気体受け部よりも水平方向の外側に分散させるための複数の分散孔を有している。

本発明では、散気部材における複数の通気孔のうちの一部が、膜部材よりも水平方向の外側に位置するように設けられているので、バブリング工程において、ハウジング内に供給された気体の一部は、膜部材よりも水平方向の外側に位置する通気孔によって散気部材の上方に導かれ、液体中を上昇することによって膜部材の外周部分に到達する。このように本発明では、膜モジュール内に供給された気体の一部を膜部材の外周部分に確実に供給することができるので、膜部材の外周部分に付着している浮遊汚濁物質を膜部材の表面から効率よく剥がし落として除去することができる。またこの構成では、散気部材の本体部の下方には気体受け部が設けられており、気体受け部に一時的に収容された気体は、気体受け部に設けられた複数の分散孔を通じて、気体受け部よりも水平方向の外側に分散する。そして、複数の分散孔によって分散された気体は、気体受け部よりも水平方向外側に設けられた複数の通気孔に導かれる。したがって、この構成では、気体受け部が設けられていない場合と比較して、内側の通気孔に気体が偏って流れるのを抑制することができる。

前記膜モジュールにおいて、前記ハウジングと前記散気部材との間に隙間が形成されているのが好ましい。

この構成では、例えば水平方向におけるハウジングの内寸が水平方向における散気部材の寸法よりも大きくなるような構造を採用することによってハウジングと散気部材との間に隙間が形成されている。この隙間は、バブリング工程が行われることによって膜の表面から剥がれ落ちた浮遊汚濁物質を散気部材よりも下方に導くための通路として機能させることができる。これにより、膜の表面から除去された浮遊汚濁物質をハウジング外に効率よく排出することができる。

前記膜モジュールにおいて、前記複数の通気孔のうち、最も外側に設けられた通気孔の内径は、それよりも内側に設けられた通気孔の内径よりも大きいことが好ましい。

この構成において、水平方向における最も外側に位置する通気孔は、膜部材よりも水平方向の外側に位置するように設けられている。そして、この構成では、水平方向の最も外側に位置する通気孔の内径をそれよりも水平方向の内側に設けられた通気孔の内径よりも大きくしている。したがって、この構成では、複数の通気孔の内径が同じ場合と比較して、最も外側に位置する各通気孔を通じて散気部材の上方に導かれる気体の割合を、その内側の各通気孔を通過する気体の割合に比べて高めることができる。これにより、この構成では、複数の通気孔の内径が同じ場合と比較して、膜部材の外周部分に付着した浮遊汚濁物質をさらに効率よく除去することができる。

前記膜モジュールにおいて、前記膜部材における水平方向内側には、上下方向に延びるように中空部が形成されており、前記気体受け部は、前記本体部を介して前記中空部の真下に設けられているのが好ましい。

この構成では、気体受け部は、本体部を介して中空部の真下に設けられており、この気体受け部に収容された気体を、複数の分散孔から気体受け部よりも水平方向外側に分散させる。すなわち、気体を供給する必要性の低い中空部に対応する位置（中空部の真下）に気体受け部を設ける一方で、中空部よりも水平方向外側にある膜部材に重点的に気体を供給するために、気体受け部に収容された気体を、複数の分散孔から気体受け部よりも水平方向外側に分散させている。これにより、気体を供給する必要性の高い領域、すなわち、中空部よりも水平方向外側に位置する膜部材に効率よく気体を供給することができる。

前記膜モジュールは、前記膜部材の上端部が前記ハウジングに対して固定されている一方で、前記膜部材の下端部がフリーの状態である片端固定タイプであってもよい。片端固定タイプの膜モジュールでは、上記の中空部に支持部材を配置し、支持部材の上部に膜部材の上端部が固定される一方で、支持部材の下部はハウジングに固定されるような形態を例示することができる。

前記膜モジュールは、前記膜部材の上端部と下端部の両方が前記ハウジングに対して固定されている両端固定タイプであってもよい。

本発明によれば、液体中の不純物を除去する液処理などに用いられる膜モジュールにおいて、膜部材の外周部分に付着した浮遊汚濁物質を効率よく除去することができる。

本発明の実施形態に係る膜モジュールを備えた水処理装置の一例を示す概略図である。 （Ａ）は、実施形態に係る膜モジュールを示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 （Ａ）は、実施形態に係る膜モジュールの散気部材を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 （Ａ）は、実施形態に係る膜モジュールの下部を示す概略図であり、ハウジング、散気部材及び膜部材のサイズと位置関係を示している。（Ｂ）は、比較例におけるハウジングと散気部材の位置関係を示している。 （Ａ）は、図２におけるＶＡ−ＶＡ線断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、膜モジュールの性能評価結果を示すグラフである。 実施形態に係る膜モジュールにおける散気部材の変形例を示す概略図である。 実施形態に係る膜モジュールの変形例を示す概略図であり、両端固定タイプの膜モジュールを示している。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る膜モジュール１は、例えば図１に示すような水処理装置１００に用いることができる。水処理装置１００は、原水（処理対象の水）中に含まれる固形分を膜モジュール１において分離することによって水に含まれる不純物の濃度を低減するための装置である。除去対象の不純物（除去対象物質）としては、例えば河川表流水、伏流水、湖水などの水中の濁質、鉄イオン、マンガンイオンなど金属イオンを挙げることができるが、除去対象物質は上記濁質や金属イオンに限られない。

［水処理装置の全体構造］
水処理装置１００は、膜モジュール１と、原水槽１０１と、気体供給装置１０２と、処理水槽１０３と、これらを接続する複数の配管１１０〜１１５と、配管１１０に設けられたポンプ１２０と、配管に設けられた複数の弁１３０〜１３５とを備えている。

膜モジュール１は、原水から固形分（浮遊汚濁物質）を分離し、固形分の濃度が低減された膜処理水を得ることができる。膜モジュール１としては、例えば中空糸膜を有する中空糸膜モジュール１を用いることができる。中空糸膜モジュール１としては、細長い筒形状のハウジング２内に膜部材３としての中空糸膜３が設けられた構造を例示できるが、これに限られない。膜モジュール１は、原水から固形分と膜処理水を分離する機能を有するものであればよく、中空糸膜以外の他の分離膜がハウジング２内に設けられた構造であってもよい。

中空糸膜の素材としては、種々の材料を用いることができ、特に限定されるものではないが、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から選ばれる少なくとも１種類を含んでいるのが好ましく、膜強度や耐薬品性の観点でポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がより好ましい。

中空糸膜モジュール１では中空糸膜がモジュール化されてろ過に使用される。具体的に、中空糸膜モジュール１としては、例えば、数十本〜数十万本の中空糸膜が束ねられてハウジング２内でＵ字型に配置された形態、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により一括封止した形態、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により１本ずつ固定されていない状態（フリー状態）で封止した形態、中空糸繊維束の両端を開口した形態などが挙げられる。中空糸膜モジュール１の形状は、特に限定されることはなく、例えば円筒状であってもよく、スクリーン状であってもよい。特に、フリー状態で封止した片端固定タイプ（片端フリータイプ）の中空糸膜モジュール１は、気体逆圧洗浄による膜付着物質の剥離及び排出を効率的に行うことができる点で好ましい。

中空糸膜モジュール１におけるろ過の方式としては、外圧全量ろ過、外圧循環ろ過などを例示でき、膜分離処理の条件、要求される性能に応じて適宜選択することができる。膜寿命の点ではろ過膜表面の洗浄を同時に行うことのできる循環方式（外圧循環ろ過方式）が好ましく、設備の単純さ、設置コスト、運転コストの点では全量ろ過方式（外圧全量ろ過方式）が好ましい。

また、外圧全量ろ過、外圧循環ろ過などの外圧ろ過方式の膜モジュール１では、原水に含まれる浮遊汚濁物質は、ろ過が効率的に行われる膜部材３の外側において除去される割合が高い。したがって、膜部材３の外周部分３１に付着する浮遊汚濁物質の付着量が膜部材３の内部における付着量よりも多くなる。したがって、本実施形態における散気盤４は、外圧ろ過方式の膜モジュール１に特に適している。

原水槽１０１は、浮遊汚濁物質を含有する原水を貯留する容器である。除去対象物質が例えば金属イオンである場合には、原水槽１０１又は原水槽１０１よりも上流側の図略の貯水槽において、原水中における金属イオンを例えば酸化剤などの添加剤を加えて固形分として析出させる。除去対象物質がもともと固形分である場合には、析出処理は省略できる。気体供給装置１０２としては、例えばエアーコンプレッサーなどを用いることができる。

［膜モジュールの構造］
次に、本実施形態に係る膜モジュール１の構造について詳しく説明する。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、膜モジュール１は、ハウジング２と、膜部材３と、散気部材としての散気盤４と、支持部材６と、固定部材７（図５参照）とを備える。本実施形態の膜モジュール１は、膜部材３の上端部がハウジング２に対して固定されている一方で、膜部材３の下端部がフリーの状態である片端固定タイプ（片端フリータイプ）の膜モジュールである。

図２（Ａ）に示すように、ハウジング２は、上下方向に細長い筒形状を有している。ハウジング２は、上下方向に延びる筒状部２１と、筒状部２１の下部開口を塞ぐ下側蓋部２２と、筒状部２１の上部開口を塞ぐ上側蓋部２３とを有する。ハウジング２には、第１ポート１１（原水入口１１）と、第２ポート１２（ろ過水出口１２）と、気体抜き口１３と、気体供給口１４とが設けられている。

第１ポート１１は、膜部材３よりも下方に設けられている。本実施形態では、第１ポート１１は、下側蓋部２２に設けられているが、これに限られず、筒状部２１に設けられていてもよい。第１ポート１１は、ろ過工程において原水をハウジング２内に供給する原水入口として機能するとともに、逆洗工程、バブリング工程などにおいて生じたドレン水をハウジング２から排出する排出口としても機能する。

第２ポート１２は、膜部材３よりも上方に設けられている。本実施形態では、第２ポート１２は、上側蓋部２３に設けられているが、筒状部２１に設けられていてもよい。第２ポート１２は、ろ過工程において浮遊汚濁物質が除去された膜処理水（膜ろ過水）をハウジング２外に排出するろ過水出口として機能するとともに、逆洗工程において流体をハウジング２内に供給する供給口としても機能する。

気体抜き口１３は、第１ポート１１よりも上方で第２ポート１２よりも下方に設けられている。本実施形態では、気体抜き口１３は、筒状部２１に設けられている。気体抜き口１３は、各工程において必要に応じてハウジング２内のエアーをハウジング２外に排出するための排出口として機能する。

気体供給口１４は、膜部材３よりも下方に設けられている。本実施形態では、気体供給口１４は、下側蓋部２２に設けられているが、これに限られず、筒状部２１に設けられていてもよい。気体供給口１４は、バブリング工程において、水がハウジング２内に充填された状態でハウジング２内にエアーを供給するための供給口として機能する。図２（Ａ）に示すように、気体供給口１４から供給されるエアーは、後述する気体受け部４１の真下に設けられた案内管１５（案内部１５）に流入する。したがって、気体供給口１４から供給されるエアーは、気体受け部４１に効率よく収容される。

膜部材３は、ハウジング２内において筒状部２１の上端付近から下端付近まで上下方向に延びる細長い形状を有している。図２（Ｂ）に示すように、膜部材３は、内側に中空部５が形成されるように平面視で環状の形状を有している。膜部材３は、中空糸繊維束が周方向に複数配列されることによって環状の膜部材３を構成していてもよく、環状に形成された単一の中空糸繊維束によって構成されていてもよい。なお、中空部５を省略することもでき、この場合には、膜部材３は柱状の形状を有する。

図２（Ａ）に示すように、膜部材３は支持部材６によってハウジング２に固定されている。本実施形態では、支持部材６は、支柱６Ａと、下部連結部材６Ｂとを有している。ただし、支持部材６は、膜部材３をハウジング２に固定できるものであればよく、図２（Ａ）に示す形態に限られない。

支柱６Ａは、中空部５に配置されて上下方向に延びている。支柱６Ａの上端部には膜部材３の上端部が固定されている。支柱６Ａの下端部には、支柱６Ａをハウジング２の下端部に固定するための下部連結部材６Ｂが接続されている。

散気盤４は、バブリング工程において気体供給口１４からハウジング２内に供給されるエアーを膜部材３が配置されている領域に分散して供給するためのものである。散気盤４は、ハウジング２内において膜部材３の下方に設けられている。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、散気盤４は、本体部４０と、気体受け部４１と、周壁部４２とを備えており、これらは一体に形成されている。

本体部４０は、円盤状（平面視で円形の板状）の形状を有している。本体部４０には、複数の通気孔４３が設けられている。複数の通気孔４３は、散気盤４の下方にある気体供給口１４からハウジング２内に供給されたエアーを散気盤４の上方にある膜部材３に対して供給するために設けられたものであり、散気盤４を上下方向に貫通する貫通孔である。

複数の通気孔４３は、膜部材３の広い範囲にエアーを分散させるために、散気盤４の本体部４０において径方向及び周方向に互いに間隔をあけて配列されている。本実施形態では、複数の通気孔４３は、本体部４０に設けられており、周壁部４２には設けられていない。ただし、後述する図７に示す変形例のように、散気盤４は、周壁部４２に補助的に設けられた１つ又は複数の補助通気孔４５を有していてもよい。複数の通気孔４３の詳細については後述する。

気体受け部４１は、気体供給口１４を通じてハウジング２内に供給された気体を一時的に収容するために、本体部４０の下側に設けられている。また、気体受け部４１は、上述した案内管１５（案内部１５）の真上に設けられている。本実施形態では、気体受け部４１は、円筒形状を有している。気体受け部４１の外径は、本体部４０の径よりも小さい。気体受け部４１の上端は、本体部４０の下面に接続されている。これにより、気体受け部４１の内周面と本体部４０の下面とによって囲まれた収容空間４１Ｓが形成されている。なお、本体部４０の形状は、円筒形状に限られず、例えば断面が多角形の筒形状であってもよい。

気体受け部４１は、複数の分散孔４４を有している。複数の分散孔４４のそれぞれは、気体受け部４１を構成する筒状の壁を貫通する貫通孔である。複数の分散孔４４は、気体受け部４１の収容空間４１Ｓに収容された気体を、本体部４０の下方において気体受け部４１よりも径方向外側（水平方向外側）に分散させるための孔である。本実施形態では、複数の分散孔４４は、周方向に等間隔で配列されているが、これに限られず、隣同士の間隔は一定でなくてもよい。

周壁部４２は、複数の分散孔４４を通じて気体受け部４１よりも径方向外側に供給されたエアーが本体部４０よりも径方向外側に移動するのを抑制するためのものである。周壁部４２は、本体部４０の周縁から下方に延びる筒形状を有している。周壁部４２の上下方向の寸法は、気体受け部４１の上下方向の寸法よりも小さい。すなわち、周壁部４２の下端は、気体受け部４１の下端よりも高い位置にある。

気体受け部４１に設けられた複数の分散孔４４は、周壁部４２の下端よりも高い位置（本体部４０に近い位置）に設けられている。これにより、複数の分散孔４４を通じて気体受け部４１よりも径方向外側に供給されたエアーが本体部４０よりも径方向外側に移動するのを抑制する効果を高めることができる。

図３に示すように、本実施形態では、本体部４０において気体受け部４１よりも径方向外側（水平方向外側）に全ての通気孔４３が設けられているが、これに限られず、一部の通気孔４３が本体部４０において気体受け部４１よりも径方向内側に設けられていてもよい。

図３（Ａ）に示すように、複数の通気孔４３は、散気盤４の本体部４０の中心Ａを中心とする複数の円周Ｃ１〜Ｃ４上に配列されている。複数の通気孔４３は、最外周の円周Ｃ１上に配列された第１通気孔４３１と、円周Ｃ１よりも径の小さい円周Ｃ２上に配列された第２通気孔４３２と、円周Ｃ２よりも径の小さい円周Ｃ３上に配列された第３通気孔４３３と、円周Ｃ３よりも径の小さい円周Ｃ４上に配列された第４通気孔４３４とを有する。各円周上における通気孔４３は等間隔に配列されているが、これに限られない。また、本実施形態では、４つの円周Ｃ１〜Ｃ４上に通気孔４３が配列されているが、円の数は４つ以外の複数であってもよい。また、一部の通気孔４３が円周上以外の位置に設けられていてもよい。

図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、複数の円周Ｃ１〜Ｃ４上に配列された複数の通気孔４３では、最外側の円周Ｃ１上に配列された複数の通気孔４３１の間隔は、それよりも径方向内側の円周Ｃ２〜Ｃ４上に配列された複数の通気孔４３２，４３３，４３４の間隔よりも狭い。すなわち、最外側の円周Ｃ１上に配列された複数の通気孔４３１の配置密度は、それよりも径方向内側の円周Ｃ２〜Ｃ４上に配列された複数の通気孔４３２，４３３，４３４の配置密度よりも高い。また、本実施形態では、最も内側の円周Ｃ４上に配列された複数の通気孔４３４の間隔は、それよりも径方向外側の円周Ｃ１〜Ｃ３上に配列された複数の通気孔４３１，４３２，４３３の間隔よりも広い。また、本実施形態では、径方向外側ほど通気孔４３同士の間隔が狭くなっている。ただし、径方向の位置にかかわらず、通気孔４３同士の間隔は一定であってもよい。

最外周の円周Ｃ１上に設けられた第１通気孔４３１の内径は、それよりも径方向内側に設けられた通気孔４３２，４３３，４３４の内径よりも大きい。したがって、複数の通気孔４３の内径が同じ場合（後述する実施例２）と比較して、径方向の最も外側に位置する第１通気孔４３１を通じて散気盤４の上方に導かれる気体の割合を高めることができる。これにより、膜部材３の外周部分３１に付着した浮遊汚濁物質ＳＳを実施例２に比べてさらに効率よく除去することができる（後述する図６（Ａ）のグラフ参照）。

本実施形態では、通気孔４３２，４３３，４３４の内径は同じであるが、これに限られない。例えば、第１通気孔４３１、第２通気孔４３２、第３通気孔４３３及び第４通気孔４３４の順に、次第に内径が小さくなるように構成されていてもよい。

図４（Ａ）は、実施形態に係る膜モジュール１の下部を示す概略図であり、ハウジング２、散気盤４及び膜部材３のサイズと位置関係を示しており、図４（Ｂ）は、比較例におけるハウジング２と散気盤２０４の位置関係を示している。

図４（Ａ）に示すように、散気盤４の直径Ｄ１（散気盤４における水平方向の寸法Ｄ１）は、膜部材３における水平方向の一方のサイドから他方のサイドまでの寸法Ｄ２よりも大きい。また、本実施形態では、最外周の円周Ｃ１上に設けられた第１通気孔４３１は、第１通気孔４３１の中心Ａ１が膜部材３よりも径方向外側（水平方向外側）に位置するように設けられている。

このように第１通気孔４３１が、膜部材３よりも径方向外側に位置するように設けられているので、逆洗工程後のバブリング工程において、膜モジュール１内に供給された気体の一部は、膜部材３よりも径方向外側に位置する第１通気孔４３１によって散気盤４の上方に導かれ、液体中をそのまま上昇することによって膜部材３の外周部分３１に付着している浮遊汚濁物質ＳＳに到達することができる。

図５（Ａ）は、図２におけるＶＡ−ＶＡ線断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。図４（Ａ）及び図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ハウジング２の内径Ｄ３（ハウジング２における水平方向の内寸Ｄ３）は、散気盤４の直径Ｄ１よりも大きい。したがって、ハウジング２の内側面と散気盤４との間に隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇは、バブリング工程が行われることによって膜部材３の表面から剥がれ落ちた浮遊汚濁物質ＳＳを散気盤４よりも下方に導くための通路として機能させることができる。これにより、膜部材３の表面から除去された浮遊汚濁物質ＳＳが第１ポート１１（図２参照）を通じてハウジング２外に効率よく排出される。

これに対し、図４（Ｂ）に示す比較例における散気盤２０４では、散気盤２０４の直径Ｄ１１は膜部材３における水平方向の一方のサイドから他方のサイドまでの寸法Ｄ２よりも小さい。また、比較例における散気盤２０４では、最外周の円上に設けられた通気孔４３２は、その通気孔４３２の中心Ａ１１が膜部材３よりも径方向内側に位置するように設けられている。

本実施形態では、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、散気盤４は、複数の固定部材７によってハウジング２に固定されている。本実施形態では、各固定部材７は、略Ｌ字形状の部材であるが、これに限られない。固定部材７によって散気盤４をハウジング２内に固定するには、まず、各固定部材７の一端部を、散気盤４に対して溶接などの固定手段を用いて固定する。その後、複数の固定部材７が固定された散気盤４をハウジング２内の所定の位置に嵌め込み、その位置でハウジング２の内面に対して溶接などの固定手段を用いて固定する。これにより、散気盤４は、ハウジング２内の中央部に配置された状態でハウジング２に対して固定することができる。

［水処理装置の動作］
水処理装置１００においては、ろ過工程、逆洗工程、バブリング工程を含む複数の工程が実行される。

まず、ろ過工程が行われる前には、その準備工程としてハウジング２内に原水が充填される（第１充水工程）。この第１充水工程においてハウジング２内に原水が充填されるときには、弁１３２が開状態にされることにより、ハウジング２内のエアーを含む流体がハウジング２に設けられた気体抜き口１３から配管１１２に流出する。

ろ過工程では、弁１３０，１３１を開状態としてポンプ１２０が運転される。これにより、原水槽１０１内の原水が配管１１０を通じて第１ポート１１（原水入口１１）から膜モジュール１内に供給される。供給された原水に含まれる除去対象物質は、膜部材３において捕捉される。膜部材３を通過して除去対象物質の濃度が低減された膜処理水（ろ過水）は、第２ポート１２（ろ過水出口１２）から配管１１１に流出して処理水槽１０３に回収される。

膜モジュール１においてろ過工程が行われると、膜部材３には除去対象物質を含む固形分（浮遊汚濁物質）が付着する。膜モジュール１においてろ過工程が開始されてから所定の時間が経過すると、ろ過工程を一旦停止して、膜部材３に付着した固形分を膜部材３から除去するための逆洗（逆圧洗浄）工程と、バブリング工程とが行われる。

逆洗工程では、膜部材３の表面に堆積して張り付いた固形分を膜部材３から浮かせるために、膜モジュール１内において、ろ過工程とは逆方向の流体の流れが形成される。すなわち、弁１３４，１３５が開状態とされ、エアーコンプレッサーなどの気体供給装置１０２からエアーが第２ポート１２（ろ過水出口１２）を通じて供給される。ハウジング２内に流入したエアーは、膜部材３の表面に付着している固形分に作用する。これにより、固形分が膜部材３の表面から部分的に浮いたような状態となる。

ハウジング２内の膜部材３を流体が通過した場合、流体は第１ポート１１（原水入口１１）を通じてハウジング２外に排出される。ハウジング２外に排出されたドレン水は、配管１１４を通じて排水される。

逆洗工程が行われることによって膜部材３の表面から部分的に浮いたような状態となった固形分は、その後に行われるバブリング工程において膜部材３の表面から剥がし落とされる。なお、逆洗工程における流体としては、上記のように気体供給装置１０２から供給されるエアーではなく、水などの液体が用いられてもよい。

バブリング工程が行われる前には、その準備工程としてハウジング２内に原水が充填される（第２充水工程）。この第２充水工程においてハウジング２内に原水が充填されるときには、弁１３２が開状態にされることにより、ハウジング２内のエアーを含む流体がハウジング２に設けられた気体抜き口１３から配管１１２に流出する。

バブリング工程では、弁１３４，１３５が閉状態とされる一方で、弁１３３が開状態とされ、気体供給装置１０２が運転されることによって、圧縮エアーが配管１１３を通じて送られ、気体供給口１４からハウジング２内に供給される。このバブリング工程では、膜モジュール１内に供給されたエアーのバブルによって膜部材３が揺らされ、これにより、膜部材３の表面の固形分が剥がれ落ちる。

バブリング工程が終了すると、ハウジング２内の水は配管１１４を通じて排水される（排水工程）。排水工程の後、再びろ過工程が開始される。

［評価結果］
図６（Ａ），（Ｂ）は、膜モジュールの性能評価結果を示すグラフである。図６（Ａ），（Ｂ）において、実施例１は、図３（Ａ），（Ｂ）に示す散気盤４を図４（Ａ）に示すような配置でハウジング２内に設けた膜モジュール１である。実施例１における散気盤４では、最外周に位置する通気孔４３１の内径を４ｍｍとし、それよりも径方向内側に位置する通気孔４３２，４３３，４３４の内径を３．５ｍｍとした。

実施例２は、最外周の通気孔４３１が実施例１よりも小さい点以外は実施例１と同じ構造を有する膜モジュール１である。実施例２における散気盤４では、全ての通気孔４３１，４３２，４３３，４３４の内径を３．５ｍｍとした。

比較例は、図４（Ｂ）に示す散気盤２０４をハウジング２内に設けた膜モジュールである。この比較例における散気盤２０４は、実施例１における散気盤４の最外周の通気孔４３１を省略し、それよりも内側の通気孔４３２，４３３，４３４のみを有している。比較例では、全ての通気孔４３２，４３３，４３４の内径を３．５ｍｍとした。

図６（Ａ），（Ｂ）は、実施例１、実施例２及び比較例のそれぞれにおいて、水処理（ろ過工程）を所定時間行った後、逆洗工程とバブリング工程とを行うというサイクルを継続したときに、膜部材３に対する浮遊汚濁物質ＳＳの付着量を比較したものである。評価に用いた１サイクルは、第１充水工程と、ろ過工程と、逆洗準備工程と、逆洗工程と、圧抜き工程と、第２充水工程と、バブリング工程と、排水工程とからなる。

具体的に、第１充水工程は、ろ過工程の準備のための充水工程であり、ハウジング２内に原水を充填する工程である。ろ過工程は、原水入口１１からハウジング２内に供給した原水を膜モジュール１においてろ過し、ろ過水出口１２から排出する工程である。逆洗準備工程は、逆洗工程の準備を行う工程である。逆洗工程は、気体供給装置１０２を用いてろ過水出口１２からエアーを供給する工程である。圧抜き工程は、逆洗工程を行うことによって高圧となっているろ過水出口１２内の圧力を減少させる工程である。第２充水工程は、バブリング工程の準備のための充水工程であり、ハウジング２内に原水を充填する工程である。バブリング工程は、原水が充填されたハウジング２内に、気体供給装置１０２を用いて気体供給口１４からエアーを供給する工程である。排水工程は、バブリング工程が行われた後のハウジング２内の水を排水する工程である。

この評価において、１サイクルにおける各工程の時間は、第１充水工程を２９秒とし、ろ過工程を６００秒とし、逆洗準備工程を２秒とし、逆洗工程を１０秒とし、圧抜き工程を１０秒とし、第２充水工程を５秒とし、バブリング工程を６０秒とし、排水工程を２０秒とした。なお、これらの条件は、促進試験のために用いたものであり、実際のラインにおいて用いられる条件とは異なっている。

図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、比較例では、評価開始から評価終了（約７日後）まで経過時間とともに膜部材３への浮遊汚濁物質ＳＳの付着量が増加し続けている。これに伴い、膜モジュール１における差圧（原水入口１１側の圧力とろ過水出口１２側の圧力との差）も増加傾向にある。

これに対し、実施例１及び実施例２では、比較例に比べて、評価終了時における膜部材３への浮遊汚濁物質ＳＳの付着量が比較例の１／４程度に低減されている。実施例１及び実施例２では、評価開始の初期においては、膜部材３への浮遊汚濁物質ＳＳの付着量が増加傾向にあるが、評価の中盤以降は付着量の増加が抑制されている。実施例１は、実施例２に比べて、膜部材３への浮遊汚濁物質ＳＳの付着量がさらに低減されている。また、実施例１では、比較例に比べて、差圧の増加も抑制されている。

［実施形態のまとめ］
本実施形態では、散気部材としての散気盤４において、複数の通気孔４３のうちの一部が、膜部材３よりも水平方向外側に位置するように設けられているので、逆洗工程後のバブリング工程において、膜モジュール１内に供給された気体の一部は、膜部材３よりも水平方向外側に位置する通気孔４３によって散気盤４の上方に導かれ、液体中をそのまま上昇することによって膜部材３の外周部分３１に付着している浮遊汚濁物質ＳＳに到達することができる。このように本実施形態では、膜モジュール１内に供給された気体の一部を膜部材３の外周部分３１に確実に供給することができるので、膜部材３の外周部分３１に付着している浮遊汚濁物質ＳＳを膜部材３の表面から効率よく剥がし落として除去することができる。

本実施形態では、ハウジング２における水平方向の内寸は、散気盤４における水平方向の寸法よりも大きい。このようにハウジング２の内寸が散気盤４の寸法よりも大きいので、ハウジング２の内側面と散気盤４との間に隙間が形成される。この隙間は、バブリング工程が行われることによって膜の表面から剥がれ落ちた浮遊汚濁物質ＳＳを散気盤４よりも下方に導くための通路として機能させることができる。これにより、膜の表面から除去された浮遊汚濁物質ＳＳをハウジング２外に効率よく排出することができる。

本実施形態では、複数の通気孔４３のうち、水平方向の最も外側に設けられた通気孔４３の内径は、それよりも水平方向内側に設けられた通気孔４３の内径よりも大きい。したがって、本実施形態では、複数の通気孔４３の内径が同じ場合と比較して、水平方向の最も外側に位置する通気孔４３を通じて散気盤４の上方に導かれる気体の割合を高めることができる。これにより、膜部材３の外周部分３１に付着した浮遊汚濁物質ＳＳをさらに効率よく除去することができる。

本実施形態では、散気盤４は、円盤状の本体部４０と、本体部４０の下方に設けられ、ハウジング２内に供給された気体を一時的に収容するための気体受け部４１と、を備え、複数の通気孔４３は、本体部４０において気体受け部４１よりも水平方向外側に設けられており、気体受け部４１は、気体受け部４１に収容された気体を、本体部４０の下方において気体受け部４１よりも水平方向外側に分散させるための複数の分散孔４４を有している。したがって、気体受け部４１に一時的に収容された気体は、気体受け部４１に設けられた複数の分散孔４４を通じて、気体受け部４１よりも水平方向外側に分散する。一方、本体部４０には気体受け部４１よりも水平方向外側に複数の通気孔４３が設けられている。したがって、本実施形態では、水平方向外側において散気盤４の上方に気体が導かれる割合を高めることができる。しかも、この構成では、気体受け部４１に設けられた複数の分散孔４４によって気体が分散するので、気体受け部４１が設けられていない場合と比較して、複数の通気孔４３の一部に気体が偏るのを抑制することができる。

本実施形態では、膜部材３における水平方向内側には、上下方向に延びるように中空部５が形成されており、気体受け部４１は、本体部４０の下方において中空部５に対応する位置に設けられている。本実施形態では、気体を供給する必要性の低い中空部５に対応する位置には気体受け部４１を設ける一方で、中空部５よりも水平方向外側にある膜部材３に重点的に気体を供給するために、気体受け部４１に収容された気体を、複数の分散孔４４から気体受け部４１よりも水平方向外側に分散させている。これにより、気体を供給する必要性の高い領域、すなわち、気体受け部４１よりも水平方向外側に効率よく気体を供給することができる。なお、膜部材３の内側に形成された中空部５には、例えば、ハウジング２内において膜部材３を支持する支持部材６を配置することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

図７は、実施形態に係る膜モジュール１における散気盤４の変形例を示す概略図である。この変形例の散気盤４は、周壁部４２に補助的に設けられた複数の補助通気孔４５を有している。複数の補助通気孔４５は、周壁部４２において周方向に互いに間隔をあけて配列されている。この変形例では、逆洗工程後のバブリング工程において、膜モジュール１内に供給された気体の一部は、膜部材３よりも水平方向外側に位置する補助通気孔４５によって散気盤４の上方に導かれ、液体中をそのまま上昇することによって膜部材３の外周部分３１に付着している浮遊汚濁物質ＳＳに到達することができる。

前記実施形態では、膜モジュール１として、片端固定タイプ（片端フリータイプ）の膜モジュールを例示したが、膜モジュール１は、図８に示すようにハウジング２内において膜部材３の両端が固定された両端固定タイプの膜モジュールであってもよい。図８に示すように、両端固定タイプの膜モジュール１は、ハウジング２と、膜部材３と、散気部材としての散気盤４とを備え、散気盤４における直径（水平方向の寸法）は、膜部材３における水平方向の一方のサイドから他方のサイドまでの寸法よりも大きく、複数の通気孔４３のうちの一部（最外周の通気孔４３１）は、膜部材３よりも水平方向外側に位置するように設けられている。なお、図８に示す両端固定タイプの膜モジュール１における膜部材３、散気盤４、ハウジング２などのサイズ、位置関係などの特徴は、図１〜図５に示した実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

前記実施形態では、膜モジュール１が水処理に用いられる場合を例示したが、これに限られず、膜モジュール１は、水以外の液体中の不純物を除去する液処理に用いることもできる。

前記実施形態では、ハウジング２が円筒形状を有していたが、これに限られず、他の形状であってもよい。

前記実施形態では、散気部材４が円盤状の本体部４０と、気体受け部４１と、周壁部４２とを備えていたが、これに限られない。散気部材４においては、気体受け部４１及び周壁部４２の一方又は両方を省略することもできる。また、散気部材４の本体部４０は、円盤状に限られず、ブロック状などの他の形状であってもよい。

前記実施形態では、散気部材４は、固定部材７を介してハウジング２に固定されていたが、固定部材７を用いずにハウジング２に直接固定されてもよい。また、散気部材４は、ハウジング２に対して固定するのではなく、例えば膜部材３に対して固定されていてもよい。

前記実施形態では、バブリング工程においてハウジング２内に供給される気体がエアーであったが、エアー以外の気体がバブリング工程に用いられてもよい。

１ 膜モジュール
２ ハウジング
３ 膜部材
４ 散気盤（散気部材）
５ 中空部
６ 支持部材
７ 固定部材
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 気体抜き口
１４ 気体供給口
３１ 膜部材の外周部分
４０ 本体部
４１ 気体受け部
４２ 周壁部
４３ 通気孔
４４ 分散孔
１００ 水処理装置

Claims (6)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられた膜部材と、
   前記ハウジング内において前記膜部材の下方に設けられ、前記膜部材に対して気体を供給するための複数の通気孔を有する散気部材と、を備え、
   水平方向における前記散気部材の寸法は、前記水平方向における前記膜部材の寸法よりも大きく、
   前記複数の通気孔のうちの一部は、前記膜部材よりも前記水平方向の外側に位置するように設けられており、
   前記散気部材は、
   前記複数の通気孔が設けられた板状の本体部と、
   前記本体部の下方に設けられ、前記ハウジング内に供給された気体を一時的に収容するための気体受け部と、を備え、
   前記複数の通気孔は、前記本体部において前記気体受け部よりも水平方向の外側に設けられており、
   前記気体受け部は、前記気体受け部に収容された気体を、前記本体部の下方において前記気体受け部よりも水平方向の外側に分散させるための複数の分散孔を有する膜モジュール。
2. 前記ハウジングと前記散気部材との間に隙間が形成されている、請求項１に記載の膜モジュール。
3. 前記複数の通気孔のうち、最も外側に設けられた通気孔の内径は、それよりも内側に設けられた通気孔の内径よりも大きい、請求項１又は２に記載の膜モジュール。
4. 前記膜部材における水平方向の内側には、上下方向に延びるように中空部が形成されており、
   前記気体受け部は、前記本体部を介して前記中空部の真下に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜モジュール。
5. 前記膜部材の上端部が前記ハウジングに対して固定されている一方で、前記膜部材の下端部がフリーの状態である片端固定タイプである、請求項１〜４の何れか１項に記載の膜モジュール。
6. 前記膜部材の上端部と下端部の両方が前記ハウジングに対して固定されている両端固定タイプである、請求項１〜４の何れか１項に記載の膜モジュール。