JP7035189B2 - 中空糸膜モジュール及びその洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュール及びその洗浄方法に関する。

従来、特許文献１に開示されるように、水中に含まれる不純物を除去する濾過処理において、中空糸膜モジュールが用いられている。この中空糸膜モジュールによれば、ハウジング内に供給された原水（濾過前の水）を中空糸膜に透過させることにより、不純物が除去された濾過水を得ることができる。ここで、中空糸膜による濾過処理が一定時間行われると、原水中に含まれる浮遊汚濁物質（ＳＳ；Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）の膜表面への付着量が増大し、中空糸膜の濾過能力が低下するため、膜表面を定期的に洗浄する必要がある。

特許文献１には、中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するハウジングと、ハウジング内において中空糸膜束の下側に配置された散気部材と、を備えた中空糸膜モジュールが開示されている。この散気部材は、円盤状の本体部と、本体部の下面中央に設けられた筒状の気体受け部と、を有している。この中空糸膜モジュールによれば、ハウジング内に導入された洗浄用気体を気体受け部において一時的に収容した後に径方向外側に向かって放出し、その後散気孔を通じて洗浄用気体を中空糸膜束に向けて分散させることができる。これにより、中空糸膜の表面を気体洗浄することができる。

特許文献１に開示された中空糸膜モジュールでは、洗浄用気体の導入口がハウジングの下部に設けられているが、モジュールの仕様によっては、ハウジングの側部に導入口が設けられることもある。この場合、散気部材の外周側から洗浄用気体が導入されるが、特許文献１の散気部材では、洗浄用気体が周方向全体に行き渡る前に散気孔から分散してしまい、中空糸膜束を周方向において均一に気体洗浄するのが困難になる。つまり、従来の中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束を周方向において均一に気体洗浄するためには、洗浄用気体の導入口の位置がハウジングの下部に制限されてしまう。

特開２０１６－８７５６７号公報

本発明の目的は、散気部材の外周側から洗浄用気体を導入する場合でも中空糸膜束を周方向において均一に気体洗浄することが可能な中空糸膜モジュール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モジュールは、外圧濾過式のものであって、束状の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束の洗浄用気体の導入口が設けられると共に、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、前記導入口から導入された洗浄用気体を受ける受け面を有し、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が前記受け面に形成された散気部材と、を備えている。前記散気部材は、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と、前記内周側空間を取り囲み且つ前記導入口から導入された洗浄用気体が導入される外周側空間と、に仕切る仕切り部を有している。前記散気孔は、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散させるように構成されている。前記導入口は、前記外周側空間に臨む位置に設けられている。または、前記仕切り部が、前記外周側空間に臨む外周面を有する場合には、前記導入口は、前記導入口から導入された洗浄用気体が前記外周面に衝突する位置に設けられる。

本発明の他局面に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、洗浄用気体の導入口が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に収容された中空糸膜束と、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が形成された受け面を有し、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と前記内周側空間を取り囲む外周側空間とに仕切る仕切り部を含む散気部材と、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュールの前記中空糸膜束を洗浄する方法である。この方法においては、前記導入口を通じて洗浄用気体を前記散気部材の前記受け面の下側における前記外周側空間に流入させ、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間に流入させ、洗浄用気体を前記散気孔を通じて前記中空糸膜束に向けて分散させる。

本発明によれば、散気部材の外周側から洗浄用気体を導入する場合でも中空糸膜束を周方向において均一に気体洗浄することが可能な中空糸膜モジュール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に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１における散気部材の平面図である。 本発明の実施形態１における散気部材の底面図である。 図２中の線分ＩＶ－ＩＶに沿った散気部材の断面を示す図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における充水工程を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における濾過工程を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における逆洗工程を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における下側バブリング工程を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法における上側バブリング工程を説明するための模式図である。 本発明のその他実施形態に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る中空糸膜モジュール及びその洗浄方法について詳細に説明する。

（実施形態１）
＜中空糸膜モジュール＞
まず、本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュール１の全体構成について、図１を参照して説明する。中空糸膜モジュール１は、外圧濾過式のモジュールであり、図１に示すように、束状の中空糸膜１１からなる中空糸膜束１０と、ハウジング２０と、散気部材３０と、導水管４０と、を主に備えている。「外圧濾過式」とは、中空糸膜１１の外表面から内表面に向かって原水を膜壁に透過させることにより、中空糸膜１１の内表面側の領域から濾過水を得る濾過方式である。以下、中空糸膜モジュール１の各構成要素についてそれぞれ説明する。

中空糸膜束１０は、上下方向に延びる複数の中空糸膜１１と、複数の中空糸膜１１同士を束ねる固定部材１２と、を有している。図１に示すように、中空糸膜束１０は、各中空糸膜１１の上端同士が固定部材１２により固定され、且つ各中空糸膜１１の下端同士が互いに固定されない片端フリー構造を有している。中空糸膜１１の下端は、例えば樹脂などにより封止されていてもよいが、特に限定されない。また図１に示すように、固定部材１２の外周面は、ハウジング２０の内面に密着している。

中空糸膜１１の素材としては、種々のものを用いることができるが、例えば、親水化されたポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ；Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）を用いることができる。また固定部材１２としては、例えばエポキシ系の接着樹脂を用いることができるが、これに限定されない。

ハウジング２０は、中空糸膜束１０を収容する中空円筒状の容器であり、図１に示すように上下方向に沿った縦置き姿勢で配置されている。ハウジング２０は、ハウジング本体２１と、上部キャップ２３と、下部キャップ２５と、上部カップリング２７と、下部カップリング２８と、を有している。

ハウジング本体２１、上部キャップ２３及び下部キャップ２５は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ；Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）などの樹脂からなる。上部カップリング２７及び下部カップリング２８は、ハウジング本体２１に上部キャップ２３及び下部キャップ２５を固定するためのリング状の留め具である。

ハウジング本体２１は、上下方向に延びる中空円筒状の部材であり、中空糸膜束１０を収容している。ハウジング本体２１の上端及び下端はそれぞれ開口しており、上端開口が固定部材１２により塞がれている。またハウジング本体２１内の空間は、原水（中空糸膜１１による濾過対象の水）が充たされる原水空間２１Ａとなっている。

上部キャップ２３は、ハウジング本体２１の上端開口を覆うように、上部カップリング２７によりハウジング本体２１の上端に取り付けられている。上部キャップ２３内の空間は、濾過水が充たされる濾過水空間２３Ｂとなっている。濾過水空間２３Ｂは、各中空糸膜１１の内表面側の空間と連通し、且つ原水空間２１Ａに対して固定部材１２により液密に仕切られている。これにより、原水と濾過水との混水を防ぐことができる。図１に示すように、上部キャップ２３の側部には、濾過水空間２３Ｂから外部へ濾過水を取り出すための濾過水口２３Ａが設けられている。

下部キャップ２５は、ハウジング本体２１の下端開口を塞ぐように、下部カップリング２８によりハウジング本体２１の下端に取り付けられている。下部キャップ２５内の空間とハウジング本体２１内の空間は、互いに連通している。

図１に示すように、下部キャップ２５の側部には、ハウジング２０内の原水を外部へ排出するための排水口２５Ａが設けられている。排水口２５Ａは、下部キャップ２５の側面から径方向外向きに延びる筒形状を有し、その内部空間が下部キャップ２５内の空間と連通している。また排水口２５Ａには、排水配管２２が接続されている。

排水口２５Ａは、中空糸膜束１０の洗浄用気体（例えば洗浄用空気）の導入口を兼ねている。具体的には、図１に示すように、排水配管２２に洗浄用気体の注入口２２Ａが設けられており、この注入口２２Ａに気体配管２４Ａが接続されている。そして、例えばエアーコンプレッサなどの気体発生源２４で発生させた清浄な洗浄用気体を、気体配管２４Ａ及び排水配管２２を順に通過させて、導入口２５Ａから下部キャップ２５内に導入することができる。

散気部材３０は、導入口２５Ａからハウジング２０内に導入された洗浄用気体を、中空糸膜束１０に向けて分散させるための部材である。これにより、中空糸膜１１の下端から上端に向かって上昇する気泡が発生し、中空糸膜１１を気体洗浄することができる。散気部材３０は、ハウジング２０と同様に例えばＰＶＣなどの樹脂からなり、中空糸膜束１０よりも下側に配置されている。なお、散気部材３０の詳細な構造については後述する。

導水管４０は、ハウジング２０内に原水を導入するための部材であり、ハウジング２０内に配置されている。図１に示すように、導水管４０は、下部キャップ２５の下面中央部及び散気部材３０の中央部を貫通すると共に、中空糸膜束１０の内側を上下方向に延びている。導水管４０は、例えば中空円筒形状のものであり、上端が固定部材１２に固定されると共に、下端に原水導入口４４が設けられている。

導水管４０の壁部には、複数の通水孔４１が長さ方向及び周方向に互いに間隔を空けて形成されている。原水導入口４４から導水管４０内に導入された原水は、導水管４０の下端から上端に向かって流れると共に、通水孔４１を通じて原水空間２１Ａに供給される。

導水管４０の上端近傍には、管内の空間を上下に仕切る管仕切り板４２が設けられている。通水孔４１は、全て、管仕切り板４２よりも下側の管壁に形成されている。この管仕切り板４２によって原水を堰き止めることができるため、導水管４０内の原水が上端から抜けるのを防止することができる。

図１に示すように、導水管４０において管仕切り板４２よりも上側で且つ固定部材１２よりも下側の壁部には、エア抜き孔４３が形成されている。導水管４０の上端には、導水管４０と連通するエア抜き管２６が接続されている。エア抜き管２６は、上部キャップ２３の上面中央部を貫通している。これにより、原水空間２１Ａからエア抜き孔４３を通じて導水管４０内の空間（管仕切り板４２よりも上側の空間）に流入した空気を、エア抜き管２６を通じてモジュール外に排出することができる。

次に、散気部材３０の詳細な構造について、図１～図４を参照して説明する。図２は、散気部材３０の平面図（散気部材３０を上側から平面視した図）である。図３は、散気部材３０の底面図（散気部材３０を下側から平面視した図）である。図４は、図２中の線分ＩＶ－ＩＶに沿った散気部材３０の断面図である。

散気部材３０は、導入口２５Ａから導入された洗浄用気体を受ける受け面３７を有し、ハウジング２０内において中空糸膜束１０に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔３５が受け面３７に形成された部材である。図１～図４に示すように、散気部材３０は、受け面３７を有し且つ複数の散気孔３５が形成された円盤状の本体部３１と、受け面３７の下側の空間を内周側空間３６Ａと外周側空間３６Ｂとに仕切る仕切り部３２と、を有している。

図２及び図３に示すように、本体部３１は、中央に貫通孔３１Ｃが形成された樹脂製の円板であり、中空糸膜束１０の径方向に広がる形状を有している。図１に示すように、本体部３１は、中空糸膜１１の下端よりも下側において、中空糸膜１１の長さ方向に垂直な水平姿勢で配置されている。貫通孔３１Ｃは、導水管４０が挿通される部分であり、その内径が導水管４０の外径よりも大きくなっている。なお、本体部３１は、円板に限定されず、種々の形状のものを用いることが可能である。

散気孔３５は、貫通孔３１Ｃよりも小径の円形孔であって、本体部３１を厚さ方向に貫通している。図２に示すように、散気孔３５は、貫通孔３１Ｃよりも径方向外側の領域において、径方向及び周方向に間隔を空けて複数形成されている。より具体的には、本体部３１と同心状で且つ貫通孔３１Ｃよりも径が大きい第１仮想円Ｃ１、本体部３１と同心状で且つ第１仮想円Ｃ１よりも径が大きい第２仮想円Ｃ２及び本体部３１と同心状で且つ第２仮想円Ｃ２よりも径が大きい第３仮想円Ｃ３をそれぞれ定義した場合において、散気孔３５は、第１～第３仮想円Ｃ１～Ｃ３上において周方向に等間隔で形成されている。

また図２に示すように、散気孔３５は、仕切り部３２よりも径方向内側の領域（内周部３１Ａ）において、仕切り部３２よりも径方向外側の領域（外周部３１Ｂ）よりも密集して形成されている。以下の説明において、内周部３１Ａに形成された散気孔３５を「内側散気孔３５Ａ」と称し、外周部３１Ｂに形成された散気孔３５を「外側散気孔３５Ｂ」と称することがある。なお、本実施形態では、複数の散気孔３５が全て同じ大きさ及び形状を有しているがこれに限定されず、互いに異なる大きさ及び形状を有していてもよい。

受け面３７は、本体部３１の下面、すなわち本体部３１のうち中空糸膜束１０と反対側を向く面（ハウジング２０の下部側を向く面）である。つまり、受け面３７は、ハウジング２０の内底面と上下方向に対向している。また受け面３７は、中空糸膜１１の長さ方向に垂直な水平方向に延びている。導入口２５Ａからハウジング２０内に導入された洗浄用気体は、受け面３７で受けられた後、散気孔３５を通じて中空糸膜束１０に向かって分散する。

図３及び図４に示すように、仕切り部３２は、貫通孔３１Ｃよりも径が大きい円筒形状を有しており、本体部３１と同心状になるように上端が受け面３７に接続されている。受け面３７の下側において、仕切り部３２よりも径方向内側の空間が内周側空間３６Ａであり、仕切り部３２よりも径方向外側の空間が外周側空間３６Ｂである。つまり、内周側空間３６Ａは、本体部３１の内周部３１Ａの下側に位置する空間であり、外周側空間３６Ｂは、本体部３１の外周部３１Ｂの下側に位置する空間である。内周側空間３６Ａ及び外周側空間３６Ｂのそれぞれにおいて、散気孔３５から分散する前の洗浄用気体を収容することができる。

図３に示すように、内周側空間３６Ａは貫通孔３１Ｃを取り囲む平面視円環状の空間であり、外周側空間３６Ｂは内周側空間３６Ａを取り囲む平面視円環状の空間である。また図４に示すように、仕切り部３２は、外周側空間３６Ｂに臨み且つ上下方向に延びる外周面３２Ａと、内周側空間３６Ａに臨み且つ上下方向に延びる内周面３２Ｂと、を有している。

本実施形態における仕切り部３２は、上端から下端まで内径が一定の円筒形状のものであるがこれに限定されず、上端から下端に向かって拡径する形状のものであってもよいし、上端から下端に向かって縮径する形状のものであってもよい。また仕切り部３２は、円筒形状のものにも限定されず、例えば角筒形状など、種々の形状のものを用いることができる。

散気部材３０は、内筒部３４と、周壁部３３と、をさらに有している。図３及び図４に示すように、内筒部３４は、貫通孔３１Ｃとほぼ同径の円筒形状を有し、本体部３１と同心状となるように上端が受け面３７に接続されている。この内筒部３４を設けることにより、内周側空間３６Ａに収容された洗浄用気体が、貫通孔３１Ｃから抜けるのを防ぐことができる。

図３に示すように、周壁部３３は、本体部３１の外縁部に沿うように、周方向に間隔を空けて複数（本実施形態では４つ）設けられている。図４に示すように、周壁部３３は、本体部３１の外縁部において受け面３７に接続され、受け面３７から下側に延びている。なお、本実施形態では、本体部３１、仕切り部３２、内筒部３４及び周壁部３３がそれぞれ別部材として形成されているがこれに限定されず、これらが一体形成されていてもよい。

導入口２５Ａは、外周側空間３６Ｂに洗浄用気体を導入可能なように、ハウジング２０（下部キャップ２５）の側部に設けられている。具体的には、図１に示すように、導入口２５Ａは、外周側空間３６Ｂに臨む位置であって、導入口２５Ａから導入された洗浄用気体が仕切り部３２の外周面３２Ａに衝突する位置に設けられている。本実施形態では、導入口２５Ａの内周面の頂部２５ＡＡが仕切り部３２の下端よりも上側に位置するように導入口２５Ａが設けられている。これにより、導入口２５Ａから径方向内向きにハウジング２０内に導入された洗浄用気体を、仕切り部３２の外周面３２Ａに容易に衝突させることができる。これにより、洗浄用気体が内周側空間３６Ａに直接導入されることを防ぎ、外周側空間３６Ｂに洗浄用気体を確実に導入することができる。このように、中空糸膜モジュール１は、散気部材３０の外周側から径方向内側に向かって洗浄用気体をハウジング２０内に導入する構造となっている。

散気孔３５は、外周側空間３６Ｂに行き渡った洗浄用空気の少なくとも一部を内周側空間３６Ａから中空糸膜束１０に向けて分散させるように構成されている。より具体的には、外周側空間３６Ｂと連通する散気孔３５（外側散気孔３５Ｂ）の開孔率が、内周側空間３６Ａと連通する散気孔３５（内側散気孔３５Ａ）の開孔率よりも小さくなっている。

ここで、外側散気孔３５Ｂの開孔率は、本体部３１の外周部３１Ｂの全体面積に対する、全ての外側散気孔３５Ｂの面積の合計の比率として定義される。また内側散気孔３５Ａの開孔率は、本体部３１の内周部３１Ａの全体面積に対する、全ての内側散気孔３５Ａの面積の合計の比率として定義される。

このように、外側散気孔３５Ｂの開孔率を小さくすることにより、外周側空間３６Ｂから外側散気孔３５Ｂを通じて分散する洗浄用気体の量が少なくなる。これにより、洗浄用気体を、外周側空間３６Ｂにおいて内周側空間３６Ａを取り囲むように周方向全体に行き渡らせることができる（図３中の矢印Ｆ１）。

そして、外周側空間３６Ｂの全体に行き渡った洗浄用空気を、仕切り部３２を超えて内周側空間３６Ａに流入させ（図４中の矢印Ｆ２）、内周側空間３６Ａから内側散気孔３５Ａを通じて中空糸膜束１０に向けて洗浄用気体を分散させることができる。このようにすれば、ハウジング２０の側部に導入口２５Ａを設けて散気部材３０の外周側から洗浄用気体を導入する場合でも、散気部材３０による洗浄用気体の分散量の周方向における偏りを少なくすることが可能になる。その結果、中空糸膜束１０を周方向において均一に気体洗浄することができる。

また散気孔３５は、外周側空間３６Ｂから中空糸膜束１０に向けて分散する洗浄用気体の量が、導入口２５Ａから外周側空間３６Ｂに導入される洗浄用気体の量よりも少なくなるように形成されている。具体的には、外側散気孔３５Ｂの開孔率を調整することにより、外周側空間３６Ｂからの洗浄用気体の分散量が、外周側空間３６Ｂへの洗浄用気体の導入量よりも少なくなっている。これにより、外周側空間３６Ｂにおいて洗浄用気体を確実に溢れさせることができ、外周側空間３６Ｂから内周側空間３６Ａに洗浄用気体を確実に流入させることができる。

＜中空糸膜モジュールの洗浄方法＞
次に、本発明の実施形態１に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。はじめに、この洗浄方法の前に行われる中空糸膜モジュール１による原水の濾過処理について説明する。

まず、充水工程（図５：Ｓ１０）では、原水槽（図示しない）からポンプにより送られた原水を、原水導入口４４から導水管４０内に導入する。図６に示すように、原水は、導水管４０内を下端から上端に向かって流れると共に、通水孔４１を通じて原水空間２１Ａ内に導入される。これにより、原水空間２１Ａ内が原水で充たされる。このとき、原水空間２１Ａ内の空気は、原水の導入に伴って、エア抜き孔４３から導水管４０内の空間（管仕切り板４２よりも上側の空間）に流入し、エア抜き管２６を通じてハウジング２０の外に排出される。

次に、濾過工程（図５：Ｓ２０）では、原水空間２１Ａ内に供給された原水を、中空糸膜１１の外表面から内表面に向かって膜壁に透過させる。これにより、ＳＳなどの不純物が除去された濾過水が得られる。図７に示すように、濾過水は、各中空糸膜１１の上端から濾過水空間２３Ｂに流出した後、濾過水口２３Ａを通じて外部に取り出される。

ここで、濾過時間の経過に伴って原水中のＳＳが中空糸膜１１の外表面に付着し、中空糸膜１１の細孔が閉塞されることがある。この場合、原水の透過流速が低下し、中空糸膜１１による濾過能力が低下する。そこで、濾過開始から一定時間が経過した後、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を実施することにより、中空糸膜束１０を洗浄する。

この洗浄方法においては、まず、逆洗工程（図５：Ｓ３０）が実施される。この工程では、図８に示すように、エアーコンプレッサなどで発生させた圧縮空気を、濾過水口２３Ａを通じて濾過水空間２３Ｂ内に導入する。この圧縮空気により、中空糸膜１１の内表面側の領域内の濾過水が加圧され、中空糸膜１１の内表面側から外表面側に向かって濾過水が押し出される。この水圧により、中空糸膜１１の外表面に付着したＳＳの密着力を弱めることができる。また原水空間２１Ａ内の水は、散気部材３０の貫通孔３１Ｃの孔壁面と導水管４０の外周面との間の隙間を通過した後、排水口２５Ａからハウジング２０の外に排出される。

次に、下側バブリング工程（図５：Ｓ４０）が以下のようにして実施される。まず、原水空間２１Ａ内に原水が充たされた状態において、図９に示すように、洗浄用気体（洗浄用空気）を導入口２５Ａからハウジング２０（下部キャップ２５）内に導入する。そして、導入口２５Ａを通じて洗浄用気体を散気部材３０の受け面３７の下側における外周側空間３６Ｂ（図３，図４）に流入させる。

ここで、仕切り部３２の外周面３２Ａに洗浄用気体が衝突するように、導入口２５Ａを通じてハウジング２０内に洗浄用気体を導入する。これにより、洗浄用気体が内周側空間３６Ａに直接導入されることを防ぎ、外周側空間３６Ｂに洗浄用気体を確実に導入することができる。洗浄用気体は、仕切り部３２よりも径方向外側の受け面３７で受けられる。

そして、図３中の矢印Ｆ１で示すように、洗浄用気体を、外周側空間３６Ｂにおいて内周側空間３６Ａを取り囲むように周方向全体に行き渡らせる。このように、洗浄用気体を外周側空間３６Ｂにおいて周方向全体に行き渡らせることができるのは、上述のように外側散気孔３５Ｂの開孔率が小さく、外周側空間３６Ｂから外側散気孔３５Ｂを通じた洗浄用気体の分散量が抑えられているためである。なお、洗浄用気体は、外周側空間３６Ｂの全体に行き渡るように流れつつも、外側散気孔３５Ｂを通じて少量は分散する。

また洗浄用気体を導入する際には、外周側空間３６Ｂから外側散気孔３５Ｂを通じて中空糸膜束１０に向かって分散する洗浄用気体の量よりも多い量の洗浄用気体を外周側空間３６Ｂに導入する。これにより、洗浄用気体を外周側空間３６Ｂから確実に溢れさせることができる。そして、図４中の矢印Ｆ２で示すように、外周側空間３６Ｂに行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部が内周側空間３６Ａに流入する。

そして、内周側空間３６Ａに流入した洗浄用気体を、内側散気孔３５Ａを通じて中空糸膜束１０に向けて分散させる。また、内周側空間３６Ａに流入せずに外周側空間３６Ｂに残った洗浄用気体を、外側散気孔３５Ｂを通じて中空糸膜束１０に向けて分散させる。これにより、図９に示すように、中空糸膜１１の下端から上端に向かって気泡Ｂ１が上昇し、気泡Ｂ１によって中空糸膜１１が揺動することにより、膜表面に付着したＳＳが剥がれ落ちる。

次に、上側バブリング工程（図５：Ｓ５０）では、図１０に示すように、原水導入口４４から洗浄用気体（洗浄用空気）を導水管４０内に導入する。洗浄用気体は、導水管４０内を上昇して管仕切り板４２に衝突し、管仕切り板４２の直ぐ下側の通水孔４１を通じて原水空間２１Ａ内に供給される。これにより、中空糸膜１１の上端近傍を気泡により洗浄することができる。また原水空間２１Ａ内の洗浄用気体は、エア抜き孔４３を通じて導水管４０内の空間（管仕切り板４２よりも上側の空間）に流入し、エア抜き管２６を通じてハウジング２０の外に排出される。

その後、膜表面から除去されたＳＳを含む原水が排水口２５Ａからハウジング２０の外に排出され、本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法が終了する。そして、上述した充水工程及び濾過工程が再開される。このように、本実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法では、仕切り部３２を有する散気部材３０を下側バブリング工程において用いることにより、散気部材３０の外周側から洗浄用気体を導入した場合でも、散気部材３０による洗浄用気体の分散量の周方向における偏りを少なくすることができる。したがって、中空糸膜束１０を周方向において均一に気体洗浄することが可能になる。

（その他実施形態）
ここで、本発明のその他実施形態について説明する。

実施形態１では、導入口２５Ａから導入された洗浄用気体が仕切り部３２の外周面３２Ａに衝突する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、導入口２５Ａを図１に示す位置よりもさらに下側に設け（頂部２５ＡＡが仕切り部３２の下端よりも下側に位置するように）、洗浄用気体が外周面３２Ａに衝突しない構成としてもよい。この場合でも、下部キャップ２５内に導入された洗浄用気体が浮力によって上昇することにより、外周側空間３６Ｂ内に洗浄用気体を導入することができる。

また導入口２５Ａがハウジング２０の側部に設けられる場合にも限定されず、例えば、ハウジング２０（下部キャップ２５）の下部において、外周側空間３６Ｂに洗浄用気体を導入可能なように、中央部から径方向外側にずれた位置に導入口２５Ａが設けられてもよい。

実施形態１では、内側散気孔３５Ａ及び外側散気孔３５Ｂの両方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。例えば、本体部３１において、外側散気孔３５Ｂが形成されず、内側散気孔３５Ａのみが形成されていてもよい。この場合でも、洗浄用気体を外周側空間３６Ｂの全体に行き渡らせることが可能である。そして、実施形態１と同様に、外周側空間３６Ｂから仕切り部３２を超えて内周側空間３６Ａに流入した洗浄用気体を、中空糸膜束１０に向けて分散させることができる。

実施形態１では、洗浄用気体の導入口２５Ａが原水の排出口２５Ａと兼用される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、洗浄用気体の導入口と原水の排出口とが、ハウジング２０において別々の箇所に設けられていてもよい。

実施形態１では、導水管４０の通水孔４１からハウジング２０内に原水を供給する場合について説明したが、これに限定されない。図１１に示す中空糸膜モジュール１Ａのように、導水管４０のうち通水孔４１が形成された部位が省略され、ハウジング２０（下部キャップ２５）の下部に設けられた原水導入口から原水が導入されてもよい。

実施形態１では、中空糸膜束１０が片端フリー構造を有する場合について説明したがこれに限定されず、両端固定タイプの中空糸膜束が用いられてもよい。

実施形態１では、仕切り部３２を一つのみ形成する場合について説明したがこれに限定されず、互いに径が異なる複数の仕切り部３２を受け面３７に接続してもよい。

実施形態１では、下側バブリング工程及び上側バブリング工程の両方を実施する場合について説明したがこれに限定されず、上側バブリング工程が省略されてもよい。また下側バブリング工程の後に上側バブリング工程が実施される順序にも限定されず、上側バブリング工程の後に下側バブリング工程を実施してもよい。

実施形態１では、洗浄用気体の一例として空気を説明したがこれに限定されず、中空糸膜１１の洗浄に適した他の種類の気体が用いられてもよい。

なお、上記実施形態を概説すると、以下の通りである。

上記実施形態に係る中空糸膜モジュールは、外圧濾過式のものであって、束状の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束の洗浄用気体の導入口が設けられると共に、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、前記導入口から導入された洗浄用気体を受ける受け面を有し、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が前記受け面に形成された散気部材と、を備えている。前記散気部材は、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と、前記内周側空間を取り囲み且つ前記導入口から導入された洗浄用気体が導入される外周側空間と、に仕切る仕切り部を有している。前記散気孔は、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散させるように構成されている。

この中空糸膜モジュールによれば、ハウジング内に導入された洗浄用気体を散気部材の外周側空間に行き渡らせ、この外周側空間に行き渡った洗浄用気体を内周側空間に流入させると共に当該内周側空間から中空糸膜束に向けて分散させることができる。これにより、洗浄用気体の分散量の周方向における偏りを防ぐことができる。したがって、散気部材の外周側から洗浄用気体を導入する場合であっても、中空糸膜束を周方向において均一に気体洗浄することが可能であり、洗浄用気体の導入口の位置の自由度が高くなる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記導入口は、前記外周側空間に臨む位置に設けられていてもよい。

この構成によれば、導入口から外周側空間に向けて洗浄用気体を容易に導入することができるため、洗浄用気体を外周側空間においてより確実に収容することができる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記仕切り部は、前記外周側空間に臨む外周面を有していてもよい。前記導入口は、前記導入口から導入された洗浄用気体が前記外周面に衝突する位置に設けられていてもよい。

この構成によれば、洗浄用気体を仕切り部の外周面に衝突させることにより、洗浄用気体が内周側空間に直接導入されるのを防ぎ、外周側空間に洗浄用気体を確実に導入することができる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記外周側空間と連通する前記散気孔の開孔率は、前記内周側空間と連通する前記散気孔の開孔率よりも小さくてもよい。

この構成によれば、外周側空間から散気孔を通じて分散する洗浄用気体の量を少なくすることにより、外周側空間の広い範囲に亘って洗浄用気体を確実に行き渡らせることができる。

上記中空糸膜モジュールにおいて、前記散気孔は、前記外周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散する洗浄用気体の量が、前記導入口から前記外周側空間に導入される洗浄用気体の量よりも少なくなるように形成されていてもよい。

この構成によれば、外周側空間からの気体の分散量が外周側空間への気体の導入量よりも少なくなるため、外周側空間において洗浄用気体を確実に溢れさせることができる。そして、外周側空間から溢れた洗浄用気体を内周側空間に流入させ、内周側空間から散気孔を通じて中空糸膜束に洗浄用気体を分散させることができる。

上記実施形態に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法は、洗浄用気体の導入口が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に収容された中空糸膜束と、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が形成された受け面を有し、前記受け面の下側に内周側空間と前記内周側空間を取り囲む外周側空間とが形成された散気部材と、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュールの前記中空糸膜束を洗浄する方法である。この方法においては、前記導入口を通じて洗浄用気体を前記散気部材の前記受け面の下側における前記外周側空間に流入させ、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間に流入させ、洗浄用気体を前記散気孔を通じて前記中空糸膜束に向けて分散させる。

この洗浄方法によれば、導入口を通じて流入した洗浄用気体を散気部材の外周側空間に行き渡らせ、外周側空間に行き渡った洗浄用気体を内周側空間に流入させて中空糸膜束に向けて分散させることができる。これにより、散気部材の外周側から洗浄用気体を導入した場合においても、洗浄用気体の分散量の周方向における偏りを防ぐことができる。したがって、中空糸膜束を周方向において均一に気体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において、前記内周側空間と前記外周側空間とを仕切る仕切り部における前記外周側空間に臨む外周面に洗浄用気体が衝突するように、前記導入口を通じて前記ハウジング内に洗浄用気体を導入してもよい。

これにより、洗浄用気体が内周側空間に直接導入されるのを防ぎ、外周側空間に洗浄用気体を確実に導入することができる。

上記中空糸膜モジュールの洗浄方法において、前記外周側空間から前記中空糸膜束に向かって分散する洗浄用気体の量よりも多い量の洗浄用気体を前記外周側空間に導入してもよい。

これにより、外周側空間において洗浄用気体を確実に溢れさせることができる。そして、外周側空間から溢れた洗浄用気体を内周側空間に流入させ、内周側空間から散気孔を通じて中空糸膜束に洗浄用気体を分散させることができる。

（実験例）
本発明の中空糸膜モジュール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。

まず、図１～図４を参照して説明した中空糸膜モジュール１を準備し、ハウジング２０内に水を充たした状態において、５Ｎｍ^３／ｈの流量で洗浄用空気を下部キャップ２５内に導入した。そして、図２中の符号Ｐ１～Ｐ４で示す散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量をそれぞれ測定した。符号Ｐ１，Ｐ３で示す散気孔３５は、符号Ｐ２，Ｐ４で示す散気孔３５よりも導入口２５Ａに近い位置に形成されている。散気部材３０の直径を２３０ｍｍ、仕切り部３２の外径を１６４ｍｍ、貫通孔３１Ｃの径を９０ｍｍ、外側散気孔３５Ｂ（符号Ｐ１，Ｐ２）の径を３ｍｍ、内側散気孔３５Ａ（符号Ｐ３，Ｐ４）の径を３．５ｍｍとした。また比較例として、上記中空糸膜モジュール１の散気部材３０から仕切り部３２を省略したものを用いて、同様に符号Ｐ１～Ｐ４で示す散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量を測定した。

その結果、仕切り部３２を有する中空糸膜モジュール１を用いた場合には、符号Ｐ１の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．１５Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ２の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．１４Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ３の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．０８Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ４の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．０８Ｎｍ^３／ｈであった。Ｐ１とＰ２との比較及びＰ３とＰ４との比較から明らかなように、散気部材３０に仕切り部３２が設けられる場合には、散気孔３５からの空気分散量の周方向におけるばらつきが小さかった。

これに対し、仕切り部３２が省略された中空糸膜モジュールを用いた場合には、符号Ｐ１の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．１５Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ２の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．０２Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ３の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．２０Ｎｍ^３／ｈ、符号Ｐ４の散気孔３５から分散する洗浄用空気の流量が０．０３Ｎｍ^３／ｈであった。Ｐ１とＰ２との比較及びＰ３とＰ４との比較から明らかなように、散気部材３０から仕切り部３２を省略した場合には、散気孔３５からの空気分散量の周方向におけるばらつきがより大きくなった。この結果より、上記実施形態に係る中空糸膜モジュール１を用いることにより、散気部材３０による空気分散量の周方向における偏りが抑えられることが分かった。なお、内側散気孔３５Ａの径が外側散気孔３５Ｂの径よりも大きいため、比較例においては、符号Ｐ３の散気孔３５から分散する洗浄用気体の流量が符号Ｐ１の散気孔３５から分散する洗浄用気体の流量よりも大きい結果となった。

今回開示された実施形態及び実験例は、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。

Claims (7)

1. 外圧濾過式の中空糸膜モジュールであって、
   束状の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束の洗浄用気体の導入口が設けられると共に、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、
   前記導入口から導入された洗浄用気体を受ける受け面を有し、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が前記受け面に形成された散気部材と、を備え、
   前記散気部材は、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と、前記内周側空間を取り囲み且つ前記導入口から導入された洗浄用気体が導入される外周側空間と、に仕切る仕切り部を有し、
   前記散気孔は、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散させるように構成されており、
   前記導入口は、前記外周側空間に臨む位置に設けられている、中空糸膜モジュール。
2. 外圧濾過式の中空糸膜モジュールであって、
   束状の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束の洗浄用気体の導入口が設けられると共に、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、
   前記導入口から導入された洗浄用気体を受ける受け面を有し、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が前記受け面に形成された散気部材と、を備え、
   前記散気部材は、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と、前記内周側空間を取り囲み且つ前記導入口から導入された洗浄用気体が導入される外周側空間と、に仕切る仕切り部を有し、
   前記散気孔は、前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散させるように構成されており、
   前記仕切り部は、前記外周側空間に臨む外周面を有し、
   前記導入口は、前記導入口から導入された洗浄用気体が前記外周面に衝突する位置に設けられている、中空糸膜モジュール。
3. 前記外周側空間と連通する前記散気孔の開孔率は、前記内周側空間と連通する前記散気孔の開孔率よりも小さい、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
4. 前記散気孔は、前記外周側空間から前記中空糸膜束に向けて分散する洗浄用気体の量が、前記導入口から前記外周側空間に導入される洗浄用気体の量よりも少なくなるように形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
5. 洗浄用気体の導入口が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に収容された中空糸膜束と、前記ハウジング内において前記中空糸膜束に向けて洗浄用気体を分散させる散気孔が形成された受け面を有し、前記受け面の下側の空間を、内周側空間と前記内周側空間を取り囲む外周側空間とに仕切る仕切り部を含む散気部材と、を備えた外圧濾過式の中空糸膜モジュールの前記中空糸膜束を洗浄する方法であって、
   前記導入口を通じて洗浄用気体を前記散気部材の前記受け面の下側における前記外周側空間に流入させ、
   前記外周側空間に行き渡った洗浄用気体の少なくとも一部を前記内周側空間に流入させ、
   洗浄用気体を前記散気孔を通じて前記中空糸膜束に向けて分散させる、中空糸膜モジュールの洗浄方法。
6. 前記内周側空間と前記外周側空間とを仕切る仕切り部における前記外周側空間に臨む外周面に洗浄用気体が衝突するように、前記導入口を通じて前記ハウジング内に洗浄用気体を導入する、請求項５に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。
7. 前記外周側空間から前記中空糸膜束に向かって分散する洗浄用気体の量よりも多い量の洗浄用気体を前記外周側空間に導入する、請求項５または６に記載の中空糸膜モジュールの洗浄方法。

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