JP6836448B2

JP6836448B2 - 水処理方法

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Publication number: JP6836448B2
Application number: JP2017069807A
Authority: JP
Inventors: 勝美細野; 茂之池永
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018171553A

Description

本発明は、河川水等のろ過処理に適用できる水処理方法に関する。

従来の凝集−沈殿−砂濾過−塩素滅菌工程を経る水浄化システムに代わって、膜分離技術を適用した水浄化システムが注目されている。たとえば、中空糸膜を用いた全量ろ過やクロスフロー濾過が実施されている。クロスフロー濾過とは、分離膜の一方の膜面（原水供給側分離膜面）に原水を供給し、分離膜を透過した透過水を分離膜の他方の膜面（透過水側分離膜面）から回収する際、原水供給側分離膜面に平行に原水を流して濾過を行うことにより、分離膜表面に付着した原水に含まれていた濁質物質をその膜表面からはぎ取る効果を有する濾過方法をいう。しかし、クロスフロー濾過によっても、濾過時間の経過によって原水中に含まれる濁質物質が分離膜表面に積層して、分離膜の目詰まりを生ずる。

この目詰まりは水浄化システムの濾過運転エネルギーを上昇させるだけでなく、運転中断の原因となるため、この目詰まりを解消あるいは予防する方法として、一般に逆圧洗浄（以下、「逆洗」と称する場合がある）が行われており、分離膜の長期使用を可能とするため、原水濁度、透過水量、透過水圧等の各種変化量等に基づいて逆洗頻度、逆洗時間等を変化させる方法が提案されている。たとえば、クロスフロー濾過における逆洗としては、原水濁度に依存した定期的な逆洗を行う方法、水質と濾過量の変動による濾過量低下傾向時に膜の逆洗条件を変更させる方法、原水濁度の変動に応じて逆洗の頻度を調節し、分離膜を閉鎖させる危険を排除し、かつ用水の回収率を高める方法などが知られている。特許文献１には、逆洗の直前又は直後に濾過過程の休止過程を設けること、殺菌剤を含む逆洗水を用いることが開示されている。特許文献２には、逆洗処理工程、次亜塩素酸塩注入浸漬工程、硫酸注入浸漬工程を有し、浸漬洗浄時間が１０〜６０分である濾過膜の洗浄方法が開示されている。しかし、河川水等の原水処理において、原水濁度が急激に高まった場合、ろ過処理運転を一旦中止し、目詰まりを解消あるいは予防するために逆洗を長時間行う必要があり、ろ過処理運転を継続することができないため問題となる。

一方、中空糸膜モジュールは、各種水処理分野において汎用されており、一般に流体の出入口を有したケーシング、キャップ、中空糸膜束及び中空糸膜束の端部を樹脂封止固定した樹脂封止部分から構成されているものが多い（特許文献３の図１）。

特許文献４の中空糸膜モジュールは、円筒ケース内の中心部に配置された集水管の周囲に中空糸膜束が配置されており、集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されている。そして、前記封止用樹脂で一体化された集水管と中空糸膜束が、前記集水管の端面が前記中空糸膜束の端面よりも内側に引っ込んだ状態で固定されている。
集水管の開口部付近の内周壁は、他部材、例えば、パイプと接続できるような内部構造（例えば、ねじ込むためのねじ山、嵌め込むための段差を有している）をしており、特許文献１の図１のような公知の中空糸膜モジュールと同様に両端側に液出入口を有するキャップを被せられることが記載されている（段落番号００１４、００１５）。

特許文献５は、上記の中空糸膜モジュールについて、円筒ケースハウジング端部に被せたキャップに対する補強機能が高められた中空糸膜モジュールが記載されている。

特開平８−１９７０５３号公報特開２００５−８７８８７号公報米国特許出願公開第２００３／０１５０８０７号明細書特開２０１０−３６１２２号公報特開２０１４−２２６６０７号公報

一般に中空糸膜モジュールは、中空糸膜の内側から外側へ移液しながらろ過を行う内圧式の中空糸膜モジュールと、中空糸膜の外側から内側へ移液しながらろ過を行う外圧式の中空糸膜モジュールに分類される。
内圧式の中空糸膜モジュールのろ過有効膜面積は、同じ寸法の中空糸膜を同じ本数使用した外圧式モジュールのそれに比べ小さく、被処理水（原水）の濁度が高まった場合に、中空糸膜面部に懸濁物質が付着・堆積することによる流路の閉塞化が早まる恐れがある。そのためろ過有効膜面積が広く、単位面積当たりの懸濁物質の付着・堆積を軽減できる外圧式の中空糸膜モジュールに取り換えると閉塞化を抑制できるが、前記内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとでは、原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置が異なるため、中空糸膜モジュール外の配管の取り付けに工夫を要し、取り換えが困難である。

本発明は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の膜モジュールを取り換えることにより、中空糸膜モジュールの目詰まりを防止し、継続してろ過処理運転ができるろ過処理システム、及びそれを用いた水処理方法を提供することを課題とする。
さらに本発明は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の膜モジュールとの原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置をそれぞれ同じとする特定の中空糸膜モジュールにすることにより、中空糸膜モジュールの取り換えが容易なろ過処理システム、及びそれを用いた水処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
ろ過処理システムであって、
前記ろ過処理システムが、少なくとも原水タンク、中空糸膜モジュール及びろ過水タンクを備えており、原水タンクと中空糸膜モジュールの原水入口が送りラインで接続され、中空糸膜モジュールのろ過水出口とろ過水タンクがろ過水ラインで接続され、中空糸膜モジュールの濃縮水出口と送りラインが戻りラインで接続されたものであり、
前記中空糸膜モジュールが、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールを交換することができる、ろ過処理システムに関する。

また本発明は、前記ろ過処理システムを用いた水処理方法であって、
前記水処理方法がろ過工程と中空糸膜モジュール交換工程とを有しており、
前記中空糸膜モジュール交換工程が、前記中空糸膜モジュールを、内圧式の中空糸膜モジュールから外圧式の中空糸膜モジュール、又は外圧式の中空糸膜モジュールから内圧式の中空糸膜モジュールに交換する工程である、水処理方法に関する。

本発明のろ過処理システム及びそれを用いた水処理方法は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の膜モジュールを取り換えることにより、中空糸膜モジュールの目詰まりを防止し、継続してろ過処理運転をすることができる。
さらに本発明のろ過処理システム及びそれを用いた水処理方法は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとの原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置をそれぞれ同じとする特定の中空糸膜モジュールにすることにより、中空糸膜モジュールの取り換えが容易である。

従って、本発明のろ過処理システム及びそれを用いた水処理方法を用いれば、河川水等の原水処理において、原水濁度が急激に高まった場合、目詰まり防止のための逆洗に長時間費やすことなく、濁度等に応じて中空糸膜モジュールの種類を交換するという簡易な方法をとることにより、ろ過処理運転を継続することができる。
また、本発明のろ過処理システム及びそれを用いた水処理方法を用いれば、濁度の異なる複数の原水を処理する際に、1つしかないろ過処理プラントを使い廻しするしかない場合に、濁度等に応じて中空糸膜モジュールの種類を交換するという簡易な方法をとることにより、ろ過処理運転を継続することができる。

本発明のろ過処理システムの概略図。本発明の内圧式の中空糸膜モジュールの軸方向（縦方向）への断面図。本発明の外圧式の中空糸膜モジュールの軸方向（縦方向）への断面図。図３の部分断面図。本発明の中空糸膜モジュールで使用する集水管の部分断面図。（ａ）は図３の集水管の部分断面図、（ｂ）は他実施形態の集水管の部分断面図。図３の他実施形態である第１キャップ側の部分断面図。（ａ）は図７の入口連結管の正面図、（ｂ）は第２連結管の通水孔を通る部分の半径方向の断面図。

＜ろ過処理システム＞
本発明の水処理方法で用いるろ過処理システムについて説明する。図１に示すろ過処理システムは、原水タンク１、プレフィルター２、中空糸膜モジュール３、ろ過水タンク４を備えている。なお、原水の汚れが小さいような場合には、プレフィルター２は設置しなくてもよい。

原水タンク１とプレフィルター２の間は、第１送りライン１１ａで接続されており、開閉バルブ２１と原水ポンプ５が設置されている。

プレフィルター２と中空糸膜モジュール３の原水入口３ａの間は、第２送りライン１１ｂ（プレフィルター２から開閉バルブ２３までのライン）と第３送りライン１１ｃ（開閉バルブ２３から原水入口３ａまでのライン）で接続されている。

第２送りライン１１ｂには、プレフィルター２側から順に、開閉バルブ２２、循環ポンプ６、開閉バルブ２３が設置されている。

第３送りライン１１ｃには、開閉バルブ２４が設置された逆圧洗浄排水の排水ライン１７が接続されている。

中空糸膜モジュール３のろ過水出口３ｂと貯水タンク４の間は、ろ過水ライン１２で接続されている。ろ過水ライン１２には、開閉バルブ２５、２６が設置されている。

貯水タンク４の底部とろ過水ライン１２の開閉バルブ２５、２６の間は、逆圧洗浄ライン１４で接続されている。逆圧洗浄ライン１４には、貯水タンク４に近い方から順に、開閉バルブ３０、逆圧洗浄ポンプ７、開閉バルブ３１が設置されている。

中空糸膜モジュール３の濃縮水出口３ｃと第２送りライン１１ｂの開閉バルブ２２と循環ポンプ６の間は、第１戻りライン１３ａ（濃縮水出口３ｃから開閉バルブ２７までのライン）と第２戻りライン１３ｂ（開閉バルブ２７から第２送りライン１１ｂまでのライン）で接続されている。

第１戻りライン１３ａには、開閉バルブ２８を備えた濃縮水排水ライン１５が接続されている。

中空糸膜モジュール３は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールを交換することができるものであり、図１に示すように三つの液出口３ａ、３ｂ、３ｃを有し、中空糸膜束を収容する特定の内圧式の中空糸膜モジュール又は特定の外圧式の中空糸膜モジュールである。
中空糸膜モジュール３は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールの取り換え容易性の観点から、図２の内圧式の中空糸膜モジュール１１０又は図３の外圧式の中空糸膜モジュール２１０に示すように、原水入口（図２の１４１、図３の２４１）を有する第１端部（図２の１１１ａ、図３の２１１ａ）と、前記第１端部と軸方向反対側の第２端部（図２の１１１ｂ、図３の２１１ｂ）を有する円筒ケースハウジング（図２の１１１、図３の２１１）内に中空糸膜束（図２の１１３、図３の２１３）が収容されており、前記円筒ケースハウジングの前記第１端部側が前記原水入口を有する第１キャップ（図２の１４０、図３の２４０）で閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部側がろ過水出口（図２の１５１、図３の２５１）と濃縮水出口（図２の１５２、図３の２５２）を有する第２キャップ（図２の１５０、図３の２５０）で閉塞されている中空糸膜モジュール（図２の１１０、図３の２１０））が好ましい。

さらに中空糸膜モジュール３は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールの取り換え容易性の観点から、図２の内圧式の中空糸膜モジュール１１０又は図３の外圧式の中空糸膜モジュール２１０に示すように、第２キャップ（図２の１５０、図３の２５０）のろ過水出口（図２の１５１、図３の２５１）が円筒ケースハウジング（図２の１１１、図３の２１１）の軸方向に形成され、濃縮水出口（図２の１５２、図３の２５２）が前記円筒ケースハウジングの軸方向と直交する方向に形成されていることがより好ましい。この場合、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとの原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置がそれぞれ同じであるため、中空糸モジュール外の配管に工夫を要せず、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとの取り換えがより容易である。

さらに本発明の中空糸膜モジュール３は、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールの取り換え容易性の観点から、より具体的には、図２に示す内圧式の中空糸膜モジュール１１０と図３、図４に示す外圧式の中空糸膜モジュール２１０を用いるのが特に好適である。

（１）図２の内圧式の中空糸膜モジュール
図２に示す内圧式の中空糸膜モジュール１１０は、円筒ケースハウジング１１１内に多孔筒状体からなる集水管１１２と中空糸膜束１１３が収容されており、
集水管１１２の周囲に中空糸膜束１１３が配置され、円筒ケースハウジング１１１の少なくとも第２端部１１１ｂ側の中空糸膜束１１３が、樹脂脂封止部１３５ｂにて封止用樹脂で円筒ケースハウジング１１１および集水管１１２と共に一体化されており、
円筒ケースハウジング１１１の第１端部１１１ａが原水入口１４１を有する第１キャップ１４０で閉塞され、円筒ケースハウジング１１１の第２端部１１１ｂ側がろ過水出口１５１と濃縮水出口１５２を有する第２キャップ１５０で閉塞され、
集水管１１２の第１キャップ１４０側が閉塞され、第２キャップ１５０側が開口されており、
中空糸膜束１１３の第１キャップ１４０側の端部１１３ａ、及び第２キャップ１５０側の端部１１３ｂが開口され、両端部側が第１キャップ１４０内部または第２キャップ１５０内部に面しており、
ろ過水出口１５１と集水管１１２の第２キャップ１５０側の開口部が連結管１７０で連結されている。
図２に示す内圧式の中空糸膜モジュール１１０は、特許文献３又は５に記載された態様のものを用いることができる。

（２）図３、図４の外圧式の中空糸膜モジュール
外圧式の中空糸膜モジュール２１０は、円筒状のケースハウジング２１１内に多孔筒状体からなる集水管２１２と中空糸膜束２１３が収容されている。
またケースハウジング２１１は、原水入口２４１を有する第１端部２１１ａと、前記第１端部２１１ａと軸方向反対側の第２端部２１１ｂを有し、第１端部２１１ａ側が原水入口２４１を有する第１キャップ２４０で閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部２１１ｂ側がろ過水出口２５１と濃縮水出口２５２を有する第２キャップ２５０で閉塞されている。
ケースハウジング２１１の第１端部２１１ａと第２端部２１１ｂには、ヘッダー２１５ａ又は２１５ｂが取り付けられている。これらのヘッダー２１５ａ又は２１５ｂに対して、第１キャップ２４０又は第２キャップ２５０が被せられており、これらの接続は、それぞれの材質に応じて、ねじ合わせ、接着剤による接着、溶接などの方法を適用することができる。

ケースハウジング２１１、集水管２１２、ヘッダー２１５ａ、ヘッダー２１５ｂ、第１キャップ２４０、第２キャップ２５０は、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂製や金属製のものを用いることができる。
前記の合成樹脂を使用するときは、ケースハウジング２１１、集水管２１２、ヘッダー２１５ａ、ヘッダー２１５ｂ、第１キャップ２４０、第２キャップ２５０の強度を高めたり光を遮断したりする目的で、充填剤や顔料等を含有させることができる。

ケースハウジング２１１内では、集水管２１２の周囲に中空糸膜束２１３が配置され、少なくとも第２端部２１１ｂ側の中空糸膜束２１３が、樹脂封止部２３５ｂにて封止用樹脂でケースハウジング２１１および集水管２１２と共に一体化されており、好ましくは中空糸膜束２１３の第１端部２１１ａ側と第２端部２１１ｂ側のそれぞれが、樹脂封止部２３５ａ又は２３５ｂにて封止用樹脂でケースハウジング２１１および集水管２１２と共に一体化されている。
また中空糸膜束２１３において、中空糸膜束２１３の第１キャップ２４０側の端部２１３ａが閉塞され、第２キャップ２５０側の端部２１３ｂが開口され、両端部側が第１キャップ２４０内部または第２キャップ２５０内部に面している。

中空糸膜束２１３は、数百〜数千本の公知の中空糸膜が束ねられたものである。
中空糸膜は公知のものであり、外径が好ましくは１〜３ｍｍ、より好ましくは１．３〜１．６ｍｍの親水性膜（酢酸セルロースなどのセルロース系膜）または疎水性膜（ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど）を使用することができる。

中空糸膜束２１３の第１端部２１１ａ側が、樹脂封止部２３５ａにて封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび前記集水管と共に一体化されている場合、中空糸膜束２１３の第１キャップ２４０内部に面した部分は、封止用樹脂２３５ａを厚さ方向に貫通して形成された複数の原水導入孔２１４を有してもよい。
複数の原水導入孔２１４は、封止用樹脂層２３５ａを貫通して形成されているものであり、導入孔の先端部が封止用樹脂で固定されていない中空糸膜束２１３の内部にまで到達されていてもよいが、封止用樹脂層２３５ｂには到達していない。
原水導入孔２１４の開口面積は特に制限されないが、中空糸膜束２１３の半径方向の断面積に対して1〜１５％の範囲にすることが好ましい。

中空糸膜束２１３の第１端部２１３ａ側と第２端部２１３ｂ側は、中空糸膜束２１３の間に配置された筒部材２３０と共に樹脂封止部２３５ａ又は２３５ｂにて封止用樹脂で一体化されていてもよい。
筒部材２３０を用いた場合、筒部材２３０の周壁部２３１の外周面２３１ａと中空糸膜束２１３が封止用樹脂で固着されており、集水管２１２は樹脂と接していない。
なお、集水管２１２自体の長さをより長くして、筒部材２３０の長さをより短くすることで、集水管２１２の端部と筒部材２３０の両方が樹脂と接触するようにしてもよい。

筒部材２３０は、周壁部２３１の下方において、下部外周壁部２３２ａと下部内周壁部２３２ｂの間に形成された筒状溝部２３３を有している。
筒部材２３０の内側には、筒状溝部２３３と軸方向に対向する位置に環状段差面２３１ｃが形成されている。
筒部材２３０と集水管２１２は、筒部材２３０の筒状溝部２３３内に集水管２１２の端部が嵌め込まれた状態で固定されている。

筒部材２３０は、目視で反対側の樹脂封止部２３５ａ又は２３５ｂが容易に見える程度の透明性を有するものにすることができる。
筒部材２３０を透明にするときは、ＰＥＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂製のものが好ましい。

樹脂封止部２３５ａ又は２３５ｂを形成するために用いる封止用樹脂としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。

集水管２１２は周面に多孔を有する多孔筒状体であり、集水管２１２は第１キャップ２４０側と第２キャップ２５０側が共に開口されている。集水管２１２は、公知のパイプを使用できるほか、コルゲート管を使用することができる。
集水管（コルゲート管）２１２は各種分野において汎用されているものであり、図５及び図６に示すように、周方向に連続して形成された凹部２２１と周方向に連続して形成された凸部２２２が、それぞれ軸方向に交互に形成されたものである。

集水管（コルゲート管）２１２は、図５に示すように、周面の凹部２２１に通水孔２２５を有しているものである。通水孔２２５は凹部２２１のみに形成され、凸部２２２には形成されていない。

通水孔２２１は、１つの凹部２２１に等間隔で２〜１２個形成されていることが好ましく、４〜１０個形成されていることがより好ましく、６〜８個形成されていることがさらに好ましい。
例えば、１つの凹部２２１に１０個の通水孔２２５が形成され、凹部２２１が全体で１００あれば、合計で１０００個の通水孔２２５が形成されていることになる。
表面が平滑な集水管の場合、余りに多くの通水孔を形成すると、集水管自体の強度が低下して実用できなくなるが、集水管２１２としてコルゲート管を使用すると、凸部２２２が補強用のリブとして作用することから、表面が平滑な集水管と比べるより多くの通水孔を形成することができる。

通水孔２２５の開口部径は、集水管２１２の大きさにより調整することができるが、２〜１０ｍｍが好ましく、３〜８ｍｍがより好ましく、４〜５ｍｍがさらに好ましい。なお、通水孔２２５が円形の場合には前記開口部径は内径であり、円形以外の場合には同面積の円に換算したときの内径である。
上記したとおり、コルゲート管を使用することによって、表面が平滑な集水管と比べるとより多くの通水孔２２５を形成することができるため、通水孔２２５全体の総開口面積を大きくしたまま（あるいは従来と同程度に維持したまま）、開口部径を小さくすることができる。通水孔２２５の開口部径を小さくすることで、集水管２１２から通水孔２２５へ原水が流出するときの水圧を減少させることができるため、通水孔２２５に近接する位置にある中空糸膜２１３への影響を小さくできるので好ましい。

通水孔２２５の総開口面積は、集水管２１２の半径方向断面積の３倍以上であることが好ましく、３〜６倍であることがより好ましい。なお、集水管２１２の半径方向断面積は、半径方向に正対する凹部同士間の断面積である。
前記断面積比が３以上であると、集水管２１２から通水孔２２５へ原水が流出するときの水圧をより減少させることができるため好ましい。

集水管（コルゲート管）２１２の凹凸部の軸方向断面形状は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような台形状のものが好ましく、前記台形の角部分は中空糸膜２１３と接触した場合でも損傷させることがないように丸みを付けたものが好ましい。
図６（ａ）は、凸部２２２が閉塞面２２０で閉塞されたものであり、図６（ｂ）は、閉塞面２２０に相当するものがなく、凸部２２２が開口したものであり、どちらの構造のものでも使用することができる。
軸方向に隣接する凸部２２２同士の間隔（ｐ₁）は、軸方向に隣接する凹部２２１同士の間隔と同じであるから、凹部２２１に形成する通水孔２２５の開口径を考慮して決定される。
凸部２２２の高さ（凹部２１の深さ）（ｈ₁）は６〜８ｍｍ程度にすることができる。

外圧式の中空糸膜モジュール２１０は、濃縮水出口２５２と、集水管２１２の第２キャップ２５０側の開口部とを連結する出口連結管２７０を有している。
出口連結管２７０は、濃縮水出口または濃縮水ラインとして使用される。また筒部材２３０を用いる場合、出口連結管２７０を筒部材２３０に固定して、集水管２１２と連結してもよい。

出口連結管２７０は、周壁部２７１と、集水管に近い開口部側に形成されたフランジ部２７２を有していてもよい。
出口連結管２７０は、フランジ部２７２の半径方向の環状周面２７３が筒部材２３０の内周面２３１ｂに当接されている。
また、出口連結管２７０は、フランジ部の環状平面２７２ａが筒部材の環状段差面２３１ｃに当接された状態であってもよい。

出口連結管２７０は、連結管のフランジ部２７２、連結管の周壁部２７１の外周面、および連結管の周壁部２７１の外周面に正対する筒部材の内周面２３１ｂにより形成される筒状空間（接着部２６０）内に充填された接着剤により筒部材２３０に対して固定されている。

また出口連結管２７０の形状及び構造、並びに筒部材２３０の形状及び構造は、上記とは異なる態様として、特許文献５の図３、図４に図示され、段落００３１〜００３６に記載された態様のものも用いることができる。

第２キャップ２５０において、ろ過水出口２５１と濃縮水出口２５２は、円筒ケースハウジング２１１の軸方向、又は軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向のいずれに形成されてもよいが、ろ過水出口２５１が円筒ケースハウジング２１１の軸方向に形成され、濃縮水出口２５２が円筒ケースハウジング２１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成されることが好ましい。

第２キャップ２５０において、ろ過水出口２５１が円筒ケースハウジング２１１の軸方向の位置に形成され、濃縮水出口２５２が円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成される場合、出口連結管２７０は、円筒ケースハウジング２１１の軸方向と平行でない位置、好ましくは軸方向と直交する方向の位置に形成された濃縮水出口２５２と連結される。
出口連結管２７０は、集水管２１２の第２キャップ２５０側の開口部と連結する側に、エルボ管等の屈曲管２７４を用いて、円筒ケースハウジング２１１の軸方向と直交する方向に形成された濃縮水出口２５２と連結されてもよい。屈曲管２７４は９０°のエルボ管を用いても良く、９０°以外のエルボ管を用いてもよい。
また屈曲管２７４と濃縮水出口２５２との間に可撓性の管（パイプ）２７５を介して連結されてもよい。可撓性の管（パイプ）２７５は、可撓性を有する樹脂配管を用いればよく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン系などのエラストマー樹脂、塩化ビニル樹脂、軟質ポリエチレン樹脂等を用いることができる。

第１キャップ２４０において、原水入口２４１は、図３に示すように、円筒ケースハウジング２１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成されていてもよく、図７に示すように、円筒ケースハウジング２１１の軸方向に形成されていてもよい。原水入口２４１の位置は、取り換え容易性の観点から、取り換える内圧式の中空糸膜モジュールの原水入口の位置に応じて、上記態様を選択することができる。

第１キャップ２４０において、原水入口２４１が円筒ケースハウジング２１１の軸方向に形成されている場合、図７、８に示すように、原水入口２４１と、集水管２１２の第１キャップ２４０側の開口部とを入口連結管２８０で連結させてもよい。入口連結管２８０を用いることで、集水管２１２への原水供給が効率的となり、ろ過効率もよくなる。入口連結管２８０と集水管２１２を連結させる態様は、上記した出口連結管２７０と集水管２１２を連結させる態様と同じであってよい。

入口連結管２８０には、図７、８に示すように、周面に通水孔２８１を有しても良い。入口連結管２８０に通水孔２８１が形成されると、中空糸膜束２１３に封止用樹脂２３５ａが厚さ方向に貫通して形成された複数の原水導入孔２１４を有している場合に、通水孔２８１を通して、原水を原水導入孔２１４に供給することができる。集水管２１２と原水導入孔２１４へ原水が供給されることで効率の良いろ過が可能となる。

通水孔２８１は、入口連結管２８０の周面に等間隔で、２〜１２個形成されていることが好ましく、４〜８個形成されていることがより好ましい。
通水孔２８１の開口部径は、入口連結管２８０の大きさにより調整することができるが、５〜５０ｍｍが好ましく、１０〜３０ｍｍがより好ましい。なお、通水孔２８１が円形の場合には、前記開口部径は内径であり、円形以外の場合には同面積の円に換算したときの内径である。

次に図３〜図４に示す外圧式の中空糸膜モジュールの作製方法を説明する。
本発明の中空糸膜モジュールは、周知の遠心接着法（特開昭５１−９３７８８号公報、特開昭５２−３８７９７号公報、特開昭６１−１７１５０３号公報、特開昭６１−１７１５０４号公報等）のほか、特開２００５−５２７３６号公報の段落番号００２９〜００３１に記載された製造方法、特開２００６−２８１０５１号公報の段落番号００１０〜００２４に記載された製造方法を利用することで、集水管２１２、中空糸膜（束）２１３、ケースハウジング２１１、及び筒部材２３０を封止用樹脂で一体化することで製造することができる。

その後、樹脂封止部２３５ｂを切断して中空糸膜（束）２１３の端部を開口させる。なお樹脂封止部２３５ａは、切断により中空糸膜（束）２１３の端部を開口させない。
その後、出口連結管２７０を所定位置に配置した状態で、筒状空間（接着部２６０）内に接着剤を充填して筒部材２３０に対して固定する。

その後、第１キャップ２４０及び第２キャップ２５０を取り付ける。キャップ２５０は、濃縮水出口２５２と出口連結管２７０が連結するようにして、開口周縁部をヘッダー２１５ｂに対して嵌め込んで取り付ける。第１キャップ２４０又は第２キャップ２５０とヘッダー２１５ａ又は２１５ｂとの接触部分にもシール部材を介在させることができる。
ここで、第２キャップ２５０の濃縮水出口２５２が円筒ケースハウジング２１１の軸方向と直交する方向に形成される場合、出口連結管２７０に屈曲管２７４と可撓性の管（パイプ）２７５を用いると、屈曲管２７４により筒部材２３０により固定された出口連結管２７０を軸方向から軸方向と直交する方向に向きを変更でき、また可撓性の管（パイプ）２７５を介することで濃縮水出口２５２と容易に連結することができる。

集水管として、図５に示すようなコルゲート管を使用した図３〜図４に示す外圧式の中空糸膜モジュールの濾過運転方法について説明する。
中空糸膜モジュール２１０の運転時においては、集水管２１２を通過する源水は、集水管２１２の凹部２２１に形成されている通水孔２２５を通って、中空糸膜束２１３内部に入り、ろ過される。ここで中空糸膜束２１３の第１端部２１１ａ側が、樹脂封止部２３５ａにて封止用樹脂で円筒ケースハウジング２１１および集水管２１２と共に一体化され、中空糸膜束２１３に封止用樹脂２３５ａを厚さ方向に貫通して形成された複数の原水導入孔２１４を有している場合、原水が中空糸膜束２１３の中心部と中心部以外の周囲にも供給されながらろ過されることから、原水流の偏りが小さくなるため、中空糸膜の表面に懸濁物質に由来する堆積物層も形成され難くなり、ろ過効率もよくなる。

その後、中空糸膜束２１３で濾過して得られたろ過水は、第２キャップ２５０内の空間２５３内を満たした後、ろ過水出口２５１を経て排水されるか、又は透過水タンクに送られて貯水される。透過水タンクに貯水された透過水は中空糸膜束２１３の逆圧洗浄等に再利用することができる。
また透過水の生成に伴って生じる濃縮水は、集水管２１２、集水管２１２の端部に接続された筒部材２３０、出口連結管２７０および濃縮水出口２５２を経て排水される。

＜ろ過処理システムを用いた水処理方法＞
次に、ろ過処理システムを用いた水処理方法について説明する。水処理方法は、ろ過工程と中空糸膜モジュール交換工程とを有している。

ろ過工程では、原水ポンプ５を作動させ、原水タンク１から、第１送りライン１１ａ、第２送りライン１１ｂ、第３送りライン１１ｃを通して、中空糸膜モジュールに原水を送る。この過程においては、プレフィルター２により、大きめの異物が除去される。なお、ろ過工程では、以下のようにして各開閉バルブを開閉状態にしておく。

（開けておく開閉バルブ）
原水タンク１から中空糸膜モジュール３までの全ての開閉バルブ
ろ過水ライン１２の開閉バルブ２５、２６
（閉じておく開閉バルブ）
第１戻りライン１３ａの開閉バルブ２７
第２戻りライン１３ｂの開閉バルブ３２
逆圧洗浄排水の排水ライン１７の開閉バルブ２４
濃縮水排水ライン１５の開閉バルブ２８
逆圧洗浄ライン１４の開閉バルブ３０、３１

中空糸膜モジュール３でろ過されたろ過水は、ろ過水ライン１２を通ってろ過水タンク４に送られ、貯水される。なお、ろ過運転の実施状態に応じて、濃縮水排水ライン１５の開閉バルブ２８を開けて、膜モジュール３内の濃縮水を排水する。

中空糸膜モジュール３において、ろ過運転条件（透水速度等）は、原水の量や原水中の濁質成分の濃度に応じて適宜設定することができるが、例えば、透水速度0.5〜5.0ｍ／日で、10〜1500分間濾過運転する。

中空糸膜モジュール交換工程は、中空糸膜モジュール３を、ろ過性能（透水速度等で判断できる）が低下した場合、又は原水の濁度に応じて、内圧式の中空糸膜モジュールから外圧式の中空糸膜モジュール、又は外圧式の中空糸膜モジュールから内圧式の中空糸膜モジュールに交換する工程である。これにより、目詰まり防止のための逆洗に長時間費やすことなく、中空糸膜モジュールの種類を交換するという簡易な方法をとることで、ろ過処理運転を継続することができる。

中空糸膜モジュール交換工程において、さらに本発明の内圧式の中空糸膜モジュール１１０と外圧式の中空糸膜モジュール２１０を用いた場合、原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置をそれぞれ同じにすることができるため、中空糸モジュール外の配管に工夫を要せず、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとの取り換えが容易となり好適である。

中空糸膜モジュールの交換タイミングは、ろ過処理する原水の濁度、電気電導度、特定物質の濃度、ｐＨ値、ＢＯＤ値、ＴＯＣ値、所定の容器内における吸光度、透過率等のろ過処理に影響する監視項目の数値に応じて予め決定されていることが好適である。

本発明の水処理方法は、濁度が変化しやすい河川、湖沼等の天然水系から取水した天然水をろ過して飲料水や工業用水として利用するための水処理方法として適している。
また本発明の水処理方法は、濁度の異なる複数の原水を処理する際に、1つのろ過処理プラントでろ過処理するための水処理方法としても適している。

１原水タンク
２プレフィルター
３中空糸膜モジュール
４貯水タンク
５原水ポンプ
６循環ポンプ
７逆圧洗浄ポンプ
２１−３２開閉バルブ
１１０内圧式の中空糸膜モジュール
２１０外圧式の中空糸膜モジュール

Claims

ろ過処理システムであって、
前記ろ過処理システムが、少なくとも原水タンク、中空糸膜モジュール及びろ過水タンクを備えており、原水タンクと中空糸膜モジュールの原水入口が送りラインで接続され、中空糸膜モジュールのろ過水出口とろ過水タンクがろ過水ラインで接続され、中空糸膜モジュールの濃縮水出口と送りラインが戻りラインで接続されたものであり、
前記中空糸膜モジュールが、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールを交換することができるものであり、
前記内圧式の中空糸膜モジュール及び前記外圧式の中空糸膜モジュールが、前記原水入口を有する第１端部と、前記第１端部と軸方向反対側の第２端部を有する円筒ケースハウジング内に中空糸膜束が収容されており、前記円筒ケースハウジングの第１端部側が前記原水入口を有する第１キャップで閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部側が前記ろ過水出口と前記濃縮水出口を有する第２キャップで閉塞されているものであり、
前記外圧式の中空糸膜モジュールが、前記円筒ケースハウジング内に多孔筒状体からなる集水管と前記中空糸膜束が収容されており、前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも前記第２端部側の中空糸膜束が封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび集水管と共に一体化されており、前記集水管の前記第１キャップ側と前記第２キャップ側が開口されており、前記中空糸膜束の前記第１キャップ側の端部が閉塞され、前記第２キャップ側の端部が開口され、両端部側が前記第１キャップ内部または前記第２キャップ内部に面しており、前記濃縮水出口と前記集水管の前記第２キャップ側の開口部が連結管で連結されているものである、ろ過処理システム。
前記内圧式の中空糸膜モジュール及び前記外圧式の中空糸膜モジュールが、前記第２キャップの前記ろ過水出口が前記円筒ケースハウジングの軸方向に形成され、前記濃縮水出口が前記円筒ケースハウジングの軸方向と直交する方向に形成されたものである、請求項１に記載のろ過処理システム。
前記内圧式の中空糸膜モジュールが、前記円筒ケースハウジング内に多孔筒状体からなる集水管と前記中空糸膜束が収容されており、
前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも前記第２端部側の中空糸膜束が封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび集水管と共に一体化されており、
前記集水管の前記第１キャップ側が閉塞され、前記第２キャップ側が開口されており、
前記中空糸膜束の前記第１キャップ側の端部、及び前記第２キャップ側の端部が開口され、両端部側が前記第１キャップ内部または前記第２キャップ内部に面しており、
前記ろ過水出口と前記集水管の前記第２キャップ側の開口部が連結管で連結されているものである、請求項１又は２に記載のろ過処理システム。
前記ろ過処理システムが、天然水をろ過するためのものである、請求項１〜３の何れか１項に記載のろ過処理システム。
請求項１〜３の何れか１項に記載のろ過処理システムを用いた水処理方法であって、
前記水処理方法がろ過工程と中空糸膜モジュール交換工程とを有しており、
前記中空糸膜モジュール交換工程が、前記中空糸膜モジュールを、内圧式の中空糸膜モジュールから外圧式の中空糸膜モジュール、又は外圧式の中空糸膜モジュールから内圧式の中空糸膜モジュールに交換する工程である、水処理方法。
前記中空糸膜モジュール交換工程が、ろ過処理する原水の濁度、電気電導度、特定物質の濃度、ｐＨ値、ＢＯＤ値、ＴＯＣ値、所定の試料測定容器内における吸光度、透過率のいずれか１つの閾値に応じて、内圧式の中空糸膜モジュールから外圧式の中空糸膜モジュール、又は外圧式の中空糸膜モジュールから内圧式の中空糸膜モジュールに交換する工程である、請求項５に記載の水処理方法。
前記水処理方法が、天然水をろ過するためのものである、請求項５又は６に記載の水処理方法。