JPWO2004028672A1 - 中空糸膜モジュール、中空糸膜モジュールユニット及びこれを用いた膜濾過装置と、その運転方法 - Google Patents

Abstract

洗浄性に優れるシート状中空糸膜を用いたモジュールにおいて膜面積を増やした場合でも、中空糸膜固定部の耐圧性が低下しない中空糸膜モジュール、該モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニット及び該ユニットを用いた膜濾過装置と、その運転方法を提供する。中空糸膜膜モジュールは、複数のシート状中空糸膜（１）と、該複数のシート状中空糸膜（１）を、その端部の少なくとも一方を開口状態に保持したまま、概略平行に固定する固定部材（２）とを備え、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形となっている。

Description

本発明は、上水の浄化、下排水の浄化、工業プロセス等に用いられる中空糸膜モジュール、中空糸膜モジュールユニット、膜濾過装置（膜濾過システム）及びその運転方法に関するものである。

膜モジュールを用いた水の濾過は、分離性能に優れ、コンパクトな装置構成で大量かつ連続的な処理ができることから、様々な用途で行われている。
膜モジュールには、精密濾過モジュールや限外濾過モジュール、逆浸透モジュールなどがあり、分離対象物質に合わせ適宜選定され使用されている。例えば、精密濾過モジュールは、１０μｍ以下、特に１μｍ以下の微粒子や微生物を効率よく除去することができ、上水や下排水の浄化に多く用いられている。
精密濾過モジュールは、膜面積を増やし且つ取り扱いを容易にするため、中空糸膜を円筒状やスクリーン状に配置した中空糸膜モジュールや、平膜をプリーツ状に折り、円筒状に配置したプリーツ型膜モジュールや、平膜をスクリーン状に配置した平型膜モジュールとして用いられている。
なかでも、中空糸膜モジュールは単位容積当りの膜面積を大きくすることができ、好ましく用いられている。
中空糸精密濾過膜モジュールを用いて濾過を行うと、膜の微細孔により水中の懸濁物質や細菌類等が除去され、清澄な濾過水が得られる。しかしながら、長時間連続して濾過を行うと、微細孔が閉塞し濾過水量の低下や濾過圧力の上昇が起こり、膜モジュールを頻繁に交換する必要を生じ、経済性に問題があった。
そこで、水中の膜面閉塞物質による膜モジュールの早期目詰まりを防止するために、例えば外圧式中空糸膜モジュールの場合、中空糸膜の内部から外部に濾過水を逆通水する逆洗や、中空糸膜の外部にエアーを供給し膜を揺動させるスクラビング洗浄や、それらを組み合わせた洗浄等を定期的に実施し、中空糸膜の外部に付着した膜面閉塞物質を剥離させることにより、濾過性能を回復させる操作が行われる。
中空糸膜モジュールは、単位容積あたりの中空糸膜本数を増やして膜面積を増やすことができるが、中空糸膜を円筒状に集束配置して膜面積を増やすと、洗浄の際にスクラビングエアーや逆洗水が通過し難く、洗浄が効き難い。そこで、中空糸膜をシート状に配列し、中空糸膜に間隔を設けて均一に配置すると、膜表面を均一に洗浄することができ、高汚濁水の濾過にも適用が可能となる。
中空糸膜モジュールは、例えば上水の浄化においては処理量が１万ｍ^３／ｄを超えるような大規模な処理施設にも用いられている。この場合、膜面積を増やすため、多数の中空糸膜モジュールが使用されるが、例えば中空糸膜モジュールを並べて配置し、ユニット化する場合、各中空糸膜モジュールの端部に配された固定部材、集水部の大きさや形状によって、どこまで近接して配置できるかが規制される。
例えば、中空糸膜の片端部或いは両端部がハウジング内の固定部材で開口状態を保ちつつ固定されており、中空糸膜が固定部材より露出する側の固定部材面の面積をＡ、中空糸膜が開口している固定部材端面の面積をＢとしたとき、１００≧Ａ／Ｂ≧１．２を満たす中空糸膜モジュールが提案されている（特開平７−１７８３２０号公報参照）。
このモジュールは、シート状の中空糸膜を、細長い矩形に成型された固定部材に固定している。このとき、中空糸膜が露出する側の固定部材の幅が、集水管の外径や接続部より大きく、集水管等が互いに干渉しないことから、固定部材の側面同士が接するようにモジュールを並列配置することができるため、中空糸膜の集積度をさほど低下させずに、中空糸膜全体を均等にスクラビング洗浄することが可能である。
一つの固定部材に固定するシート状中空糸膜は、多いほど全体の中空糸膜の集積度は向上し、かつ中空糸膜面積あたりの加工コストが低下する。しかしながら、細長い矩形状に形成された固定部材に固定できる中空糸膜の量は限られる。その一方、固定できる中空糸膜量を増やすため、固定部材の矩形の幅を広げて大きくすると、耐圧性が極端に低下する問題がある。
また、複数のシート状中空糸膜を並べて、一つの円筒状ハウジング端部に固定部材で固定することにより、中空糸膜の集積度を高めつつ、シート状中空糸膜間の間隔を保って洗浄性を良好にした中空糸膜モジュールが知られている（例えば特開２０００−５１６７０号公報参照）。
しかしながらこのモジュールは、円筒形状のハウジング内部にシート状中空糸膜を並べているため、円筒の中央部に比べて、端部に固定されるシート状中空糸膜の幅が短くなり、中空糸膜の集積度が低下するきらいがあった。
また、中空糸膜束を複数に分割し、両端のポッティング部の中間付近で支持体により拡幅固定し、洗浄性を向上させた中空糸膜モジュールが知られている（例えば特開平６−９９０３８号公報参照）。
しかしながらこのモジュールは、両端のポッティング部の中間付近で支持体により拡幅固定しているため、中空糸膜の集積度が低下し、またポッティング部付近の洗浄性が不足する場合があった。
次に、中空糸膜モジュールが大規模な処理施設に用いられる場合には、膜面積を増やすため、浸漬水槽内に多数の中空糸膜モジュールを設置して使用される。中空糸膜モジュールは、浸漬水槽内を有効に利用するため、複数列、複数段に設置される。
しかしながら、この場合、かなり多くの配管スペースや作業スペースが必要となり、有効に利用できないスペースが生じる問題があった。そのため、定期的な洗浄により発生する洗浄排水が必要以上に多くなり、水回収率が低下する問題があった。
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、洗浄性に優れるシート状中空糸膜を用いたモジュールにおいて、膜面積を増やした場合でも、中空糸膜固定部の耐圧性が低下することのない中空糸膜モジュール及び中空糸膜の集積度を向上させた中空糸膜モジュールユニットを提供することを目的とする。また、前記中空糸膜モジュールユニットを用いた膜濾過装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

即ち本発明の第一の要旨は、複数のシート状中空糸膜（１）と、該複数のシート状中空糸膜膜（１）を、その端部の少なくとも一方を開口状態に保持したまま、概略平行に固定する固定部材（２）とを備え、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュール、である。
このように、本発明の第一の要旨による中空糸膜モジュールは、固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形であるため、洗浄性に優れるシート状中空糸膜を用いたモジュールにおいて膜面積を大きくした場合でも、中空糸膜固定部の耐圧性が低下することがない。
前記固定部材（２）は、中空糸膜が露出する側に、形状が概略直方体である直方体部（３）と、中空糸膜が開口する側に、形状が概略円筒である円筒部（４）とを有すると、耐圧性、洗浄性、中空糸膜の集積度をいずれも良好とできるため好ましい。
また、前記円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）、円筒の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、
０．２≦Ｌ／Ｄ≦１．０の関係式を満足すると、より好ましい。
更に、前記直方体部（３）の、中空糸膜が露出する端面の長辺部の長さをＷ（ｍｍ）とし、前記円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、
１．０≦Ｗ／Ｄ≦２．０の関係式を満足することがより好ましい。
本発明の第二の要旨は、前記中空糸膜モジュールが複数個配置されてなると共に、シート状中空糸膜（１）のシート面に垂直な側面に、前記円筒部（４）が貫通する穴を有する板状部材（５）を設け、該板状部材（５）により中空糸膜モジュールが位置固定されてなる中空糸膜モジュールユニット、にある。
このように、本発明の第二の要旨による中空糸膜モジュールユニットは、円筒部（４）が貫通する穴を有する板状部材（５）を設け、板状部材（５）により中空糸膜モジュールが位置固定されているので、簡便かつ確実に固定することができると共に、中空糸膜の集積度を向上させることができる。
また、前記円筒部（４）と、これに係合する集水キャップ（６）とで、前記板状部材（５）を挟み込んで固定すると、簡便かつ確実に固定できるため好ましい。
前記円筒部（４）と、前記集水キャップ（６）とが、ねじ係合により固定されてなると、より簡便に取り外しできるため好ましい。
また、前記中空糸膜モジュールユニットが複数個、鉛直方向に重ねて配置されると共に、
前記シート状中空糸膜（１）のシート面が鉛直方向となるように配置され、
かつ鉛直方向に隣接する前記集水キャップ（６）同士が、鉛直方向に伸びる集水部材（７）によって連結され、
前記シート状中空糸膜（１）のシート面に平行な側面に、サイドフレーム（２１）が配置されていると、少ない設置面積で中空糸膜の集積度を上げることができるため好ましい。
このとき、鉛直方向に隣接する中空糸膜モジュールのシート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔が、７０ｍｍ以下であると、中空糸膜の洗浄効率が良好となるため好ましい。
本発明の第三の要旨は、膜モジュールユニットを水槽内に配置した膜濾過装置であって、
該膜モジュールユニットは、複数の中空糸膜モジュールからなり、
該中空糸膜モジュールは、複数のシート状中空糸膜（１）と、該複数のシート状中空糸膜（１）を、その端部の少なくとも一方を開口状態に保持したまま、概略平行に固定する固定部材（２）とを備え、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュールからなり、
該膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、該膜モジュールユニットの投影面積をＡ（ｍ^２）、該膜モジュールユニットの容積をＶ’（ｍ^３）、該水槽の容積をＶ（ｍ^３）としたとき、以下の３つの関係式を満足する膜濾過装置である。
１０００≦Ｓ／Ａ≦２０００ ．．．．．式（１）
５００≦Ｓ／Ｖ’≦８００ ．．．．．式（２）
０．７０≦Ｖ’／Ｖ≦０．９９ ．．．式（３）
また、本発明の第四の要旨は、膜モジュールユニットを水槽内に配置した膜濾過装置の運転方法であって、
該膜モジュールユニットを複数の中空糸膜モジュールで構成し、
該中空糸膜モジュールを、複数のシート状中空糸膜（１）が、その端部の少なくとも一方が開口状態を保持したまま、固定部材（２）により概略平行に固定されると共に、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュールからなるように構成し、
該膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、濾過流束をＪ（ｍ／ｄ）、濾過時間をＴ（ｈ）、排水サイクル数をＮ（回）、排水量をＤ（ｍ^３）、逆洗流束をＪ’（ｍ／ｄ）、逆洗時間をＴ’（ｈ）としたとき、以下の関係式を満足する膜面積Ｓ，濾過流束Ｊ，濾過時間Ｔ，排水サイクル数Ｎ，排水量Ｄ，逆洗流束Ｊ’，逆洗時間Ｔ’を設定して前記膜濾過装置を運転する膜濾過装置の運転方法である。
Ｎ≧２２．８Ｄ／｛Ｓ（０．０５ＪＴ−Ｊ’Ｔ’）｝ ．．．．．式（４）
こうした本発明の膜濾過装置及びこうした運転方法が適用される膜濾過装置は、非常にコンパクトでありながら膜面積が大きく、しかも洗浄性に優れているため、長期に亘って安定して濾過を行うことができる。

図１は本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
図２は本発明の中空糸膜モジュールにおける固定部材の一例を示す断面図である。
図３は本発明の中空糸膜モジュールにおける固定部材の一例を示す斜視図である。
図４は本発明の中空糸膜モジュールにおける固定部材の別の一例を示す断面図である。
図５は本発明の中空糸膜モジュールの別の一例を示す斜視図である。
図６は本発明の中空糸膜モジュールユニットの一例を示す斜視図である。
図７は本発明の中空糸膜モジュールユニットの位置固定部の一例を示す断面図である。
図８は本発明の中空糸膜モジュールユニットを鉛直方向に積み上げた際の一例を示す正面図である。
図９は本発明の膜濾過装置の一例を示すフロー図である。
図１０は本発明の膜濾過装置における浸漬水槽底面の一例を示す概念図である。

以下、図面を元に本発明について詳しく説明する。
図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
中空糸膜モジュール（Ａ）は、シート状中空糸膜（１）、固定部材（２）、集水キャップ（６）とから概略構成される。シート状中空糸膜（１）が等間隔で複数平行に配置され、その両端部が、開口状態を保ったまま固定部材（２）により固定され、固定部材（２）には集水キャップ（６）が装着されている。
図２は、本発明の中空糸膜モジュールの中空糸膜固定部の一例を示す図であり、シート状中空糸膜のシート面に垂直な方向における断面図である。
シート状中空糸膜（１）は、等間隔で複数平行に配置されており、その端部は固定部材（２）により固定されている。
固定部材（２）は、シート状中空糸膜（１）の露出側の端面形状が概略矩形であり、中空糸膜開口端側の形状が概略円形となっている。シート状中空糸膜（１）が開口する側の固定部材（２）の端面形状が円筒形である場合、直方体である場合よりもたわみが小さく、応力が分散することから、その耐圧性能は格段に高くなる。従ってこのような形状とすることにより、シート状中空糸膜を数多く配した場合であっても、中空糸膜の集積度、洗浄性、耐圧性をいずれも良好にすることが可能になる。
この際、固定部材（２）の形状は、例えばシート状中空糸膜（１）が露出する側から開口端面側に向かって連続的に変化するような形状であっても構わない。しかし、図１、図２に示すように、固定部材（２）は、中空糸膜が露出する側に、形状が概略直方体である直方体部（３）と、中空糸膜が開口する側に、形状が概略円筒である円筒部（４）とを有するようにすると、以下の３点の優れた効果を同時に得ることが可能となる。
１．一つの固定部材（２）の直方体部（３）に、多数のシート状中空糸膜（１）を、間隔を保ちつつ固定することができるため、洗浄性に優れる。
２．複数の中空糸膜モジュール（Ａ）を並べるにあたって、直方体部（３）の側面同士を重ね合わせることにより、無駄な空間を使用することなく、中空糸膜の集積度を極めて高い状態にすることができる。
３．固定部材（２）の中空糸膜が開口する側が、円筒部（４）となっているため、耐圧性を極めて高くすることができる。
固定部材（２）の円筒部（４）は、円筒の中心軸に垂直な断面形状が完全な円形である必要は必ずしも無く、楕円形状であっても、ソラマメ状であっても良く、また、例えば１２角形や１６角形のような、円に近い多角形とすることもできるが、円形であることが最も好ましい。
そして、円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）、筒中心軸方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、
０．２≦Ｌ／Ｄ≦１．０の関係を満足することが好ましい。
中空糸膜固定部の耐圧性は、円筒部（４）のＬ／Ｄの影響を大きく受ける。Ｌ／Ｄが０．２を下回ると耐圧性が不足するため、Ｌ／Ｄの下限は０．２以上であり、０．２５以上がより好ましい。一方、Ｌ／Ｄが１．０を越えると中空糸膜有効部の損失が多くなるため、Ｌ／Ｄの上限は１．０以下であり、０．８以下がより好ましい。
なお、ここでいう円筒部（４）の直径Ｄとは、円筒部（４）の断面が真円でない場合は、最も長い部分の径をいう。
円筒部（４）のＬやＤの寸法は、中空糸膜モジュールのサイズにあわせ適宜選定すればよいが、Ｄが小さすぎるとシート状中空糸膜（１）の配列が困難になるため、Ｄの下限としては３０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。一方、Ｄが大きすぎるとモジュールの加工性が低下したり、耐圧性が不足する場合があることから、Ｄの上限は４００ｍｍ以下が好ましく、３００ｍｍ以下がより好ましい。
また、Ｌが小さすぎると耐圧性が不足するため、下限は１０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。一方、Ｌが大きすぎると中空糸膜有効部の損失が多く、通水抵抗も増加するため、Ｌの上限は３００ｍｍ以下が好ましく、２００ｍｍ以下がより好ましい。
図３は、本発明の中空糸膜モジュールの中空糸膜固定部の一例を示す斜視図である。本発明の中空糸膜モジュール（Ａ）は、中空糸膜が露出する端面の長辺部の長さをＷ（ｍｍ）、円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、
１．０≦Ｗ／Ｄ≦２．０の関係を満足するものである。
Ｄに対しＷを大きくすることにより、中空糸膜固定部の耐圧性を低下させることなく中空糸膜モジュールの膜面積を増やすことができる。しかし、Ｗ／Ｄが大きすぎると、シート状中空糸膜の絞り込みがきつくなるため、シート状中空糸膜の整列が困難となり、中空糸膜の有効長が中空糸膜シート毎にばらつく問題を生じる。また、積層されたシート状中空糸膜のうち外層に位置するものは、直方体部（３）の内部に埋没する中空糸膜長さが増加するため通水抵抗が大きくなる問題もある。従ってＷ／Ｄの上限は２．０以下であり、１．８以下がより好ましい。
一方、Ｗ／Ｄが小さすぎると、加工は容易になるが耐圧性が低下する問題が生じる。従ってＷ／Ｄの下限は１．０以上であり、１．２以上がより好ましい
Ｗは、中空糸膜モジュールの膜面積にあわせ適宜選定すればよいが、Ｗが小さすぎるとモジュール膜面積を大きくとり難いため、Ｗの下限は４０ｍｍ以上であり、８０ｍｍ以上がより好ましい。
一方、Ｗが大きすぎると、モジュールの加工性が低下し好ましくないことから、Ｗの上限としては５００ｍｍ以下であり、より好ましくは４００ｍｍ以下である。
なお、図３においては、直方体部（３）の縦方向の方が長い場合について、Ｗを図示したが、横方向（シート状中空糸膜積層方向）の方が長い場合には、横方向をＷとする。
直方体部（３）の中空糸膜繊維軸方向の長さについては、中空糸膜の有効長、外径、シート状中空糸膜の幅等により中空糸膜の配置形状が変化するため、適宜選定すればよい。しかし、直方体部（３）の中空糸膜繊維軸方向の長さがあまり短いと、等間隔で複数配置されたシート状中空糸膜を直方体から円筒に集束し難いため、直方体部（３）の中空糸膜繊維軸方向の長さの下限としては５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。
一方、直方体部（３）の中空糸膜繊維軸方向の長さが長すぎると中空糸膜有効部の損失が多くなると共に、濾過に関与しない部位が増えて通水抵抗が増加するため、直方体部（３）の中空糸膜繊維軸方向の長さの上限としては１００ｍｍ以下が好ましく、７０ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下が更に好ましい。
中空糸膜から取り出した濾液を集めるために、円筒部（４）には集水キャップ（６）が配される。集水キャップ（６）の装着は、円筒部（４）の外周に設けられたネジ（８）と、集水キャップ（６）に設けられたネジ（８）とを係合させ、Ｏ−リング等のシール部材（９）でシールするようにすると、取り外しが簡便であり、かつ確実にシールできるため好ましい。
図４は、本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜固定部の別の一例を示す図であり、シート状中空糸膜のシート面に垂直な方向における断面図である。
この例においては、シート状中空糸膜（１）は、ハウジング（１０）内で、固定部材（２）によって固定されている。
なお、図４の例のように、ハウジング（１０）を有する場合であっても、前述の（Ｄ）、（Ｌ）、（Ｗ）は、ハウジング（１０）がない場合と同様に、固定部材（２）の寸法を基準とする。
ハウジング（１０）を設ける場合であっても、集水キャップ（６）は、円筒部（４）の外周に設けられたネジ（８）と、集水キャップ（６）に設けられたネジ（８）とを係合させ、Ｏ−リング等のシール部材（９）でシールするようにすればよい。また、集水キャップ（６）はハウジング（１０）と一体とすることも可能である。あるいは、集水キャップ（６）は固定部材（２）に接着しても構わない。
本発明の中空糸膜モジュールは、シート状中空糸膜（１）の両方の端部が、別々の固定部材（２）により固定された構造が好ましく用いられる。中空糸膜モジュールの使用において、中空糸膜外部に原水を供給し、中空糸膜内部から処理水を取り出す場合、中空糸有効長が長くなると中空糸膜内部の通水抵抗が大きくなる問題がある。しかし、図１に示すような中空糸膜の両方の端部から集水する構造にすることにより、通水抵抗が低下し、中空糸有効長を長くとることができる。また、両方の端部を固定部材（２）により固定することにより、中空糸膜モジュールをユニット化する場合に支持しやすい特徴もある。
図５は、本発明の中空糸膜モジュールの別の一例を示す斜視図である。この例の中空糸膜モジュール（Ａ）は、シート状中空糸膜（１）、固定部材（２）、集水キャップ（６）、支持部材（１１）とから概略構成される。シート状中空糸膜（１）は、等間隔で複数平行に固定部材（２）に配置され、その一方の端部が固定部材（２）により固定され、他方の端部は支持部材（１１）によって支持されている。また、固定部材（２）には、集水キャップ（６）が装着されている。
支持部材（１１）は、シート状中空糸膜（１）を等間隔で複数平行に支持できるものであれば、その構造等特に制限無く用いることができ、例えば樹脂を塗布して全体を固めてもよいし、棒状、糸状等の部材に中空糸膜を固定してもよい。また、中空糸膜を中央部で折り返してＵ字状にし、折り返し部分を支持部材（１１）で固定するようにすることもできる。
このような片端のみから集水する方式は、中空糸膜の有効長が短い場合や中空糸膜の径が大きい場合に適用することができる。
処理する規模が大きい場合、複数の中空糸膜モジュールを用いて、中空糸膜モジュールユニットとすると、取扱い性に優れるため好ましい。この際、中空糸膜モジュールユニットは、洗浄性を損なうことなく、膜の集積度をできるだけ高くすることが好ましい。
図６は、本発明の中空糸膜モジュールユニットの一例を示す斜視図である。
中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）は、中空糸膜モジュール（Ａ）、板状部材（５）、集水キャップ（６）、サイドフレーム（２１）から概略構成される。
板状部材（５）には４つの穴が設けてある。そして、中空糸膜モジュール（Ａ）のシート面が鉛直方向を向き、中空糸膜の繊維軸方向が水平方向を向くように、円筒部（４）をこの穴に挿入し、突出した円筒部（４）に集水キャップ（６）を装着することにより、板状部材（５）によって中空糸膜モジュール（Ａ）が固定される。
集水キャップ（６）の装着は、前述したように、円筒部（４）と集水キャップ（６）に設けたネジ（８）の係合によって行うと、簡便かつ確実に行うことができる。このとき、図７に示すように、板状部材（５）に設けた穴よりも集水キャップ（６）を大きくすることにより、集水キャップ（６）と板状部材（５）によって中空糸膜モジュール（Ａ）の位置固定を行うことができる。
板状部材（５）に中空糸膜モジュール（Ａ）を合計４本固定し、シート状中空糸膜（１）のシート面に沿った両側面から、サイドフレーム（２１）を装着することにより、中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）が組み立てられる。
なお、図６の例では、中空糸膜モジュール（Ａ）が４本からなる中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を例示したが、必要に応じ本数は調整することができる。サイドフレーム（２１）は、中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）の形状を維持する機能と、スクラビングエアーを外に漏らすことなく中空糸膜に集中させる機能を有する。
サイドフレーム（２１）の例としては、ステンレス鋼等の、剛性、強度を有する板を用いることもできるが、ステンレス鋼等の枠組みに、樹脂、軽合金等の板を貼り付けたものを用いると、強度を保ったまま軽量化できるので好ましい。また、また、透明樹脂板を用いると、外部から中空糸膜モジュールを目視でき、洗浄性が良好に保たれているか否か確認が可能であるため、より好ましい。
中空糸膜モジュール（Ａ）は、固定部材（２）の直方体部（３）で接するように、隙間無くユニット化されており、スクラビングエアーをユニット全体に均等に供給することが可能である。
このようにして組み上げた中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を、さらに鉛直方向あるいは横方向に複数個並べて一体化すると、処理する規模に応じて中空糸膜の面積を容易に調整できる。
この際、中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を配置する浸漬水槽の深さによる制約はあるが、図８に示すように、鉛直方向に複数個の中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を積層して一体化することは、設置面積あたりの中空糸膜の集積度を向上させる観点から好ましい。中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を積層する段数は、例えば２〜１０段である。浄水場の凝集沈殿地等に浸漬する場合、積層する段数は４〜６段であることが好ましい。
また、中空糸膜モジュールユニットを鉛直方向に積層したものを、必要に応じ浸漬水槽内に複数台並べて使用することも可能である。
鉛直方向に複数個の中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を積層する場合、隣接する中空糸膜モジュールのシート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔が広すぎると、スクラビングエアーが、下方に位置する中空糸膜モジュールの膜面に衝突したあと、その上に位置する中空糸膜モジュールの膜面に上昇するにあたって、スクラビングエアー同士が合体し、大きな径となる傾向にある。その結果分散性が悪くなり、上方に位置する中空糸膜モジュールほど、膜面洗浄の均一性が保てなくなる。
このため、シート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔は、７０ｍｍ以下、より好ましくは、６０ｍｍ以下とする。これにより、スクラビングエアーが、下方に位置する中空糸膜モジュールの膜面に衝突したあと、その上に位置する中空糸膜モジュールの膜面に上昇するにあたって分散性を保つため、鉛直方向に複数の中空糸膜モジュールを積み上げた場合であっても、洗浄性を損なうことがない。
なお、ここでいうシート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔とは、上方に位置する中空糸膜モジュールの、シート状中空糸膜（１）の固定部分の最下端部と、その直下に位置する中空糸膜モジュールの、シート状中空糸膜（１）の固定部分の最上端部との間隔をいい、エアースクラビングにより揺動することにより、可変する部位同士の間隔をいうものではない。
シート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔は、あまり短すぎると中空糸膜同士が絡まってしまい、洗浄性を損なう懸念があるため、下限としては２０ｍｍ以上とすることが好ましく、３０ｍｍ以上とすることがより好ましい。
鉛直方向に複数個の中空糸膜モジュールユニット（Ｂ）を積層する際は、各々の集水キャップ（６）からの濾液を集合させて取り出すようにする必要がある。この際、集水キャップ（６）同士を、鉛直方向に伸びる集水部材（７）によって連結すると、コンパクトかつ容易に連結することができる。
集水部材（７）は、例えばユニオン継手、フランジ継手、チーズ継手、フレキシブルホース、カップリング等を使用し、集水キャップ（６）と集水部材（７）、或いは複数の集水部材（７）同士を連結すればよい。
集水部材（７）の材質は、機械的強度、耐久性を有するものであればよく、例えばポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン等）樹脂のほか、ステンレス鋼、青銅、黄銅、鋳鋼などを用いることができる。
本発明の中空糸膜モジュールに用いられる固定部材（２）としては、中空糸膜、ハウジング（１０）との十分な接着強度を有し、各用途で求められる要求性能を満たすものを適宜選定して使用することができ、例えば、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。中空糸膜の固定方法としては、熱可塑性樹脂を用いる場合は加熱溶融させ流し込む方法や、熱硬化性樹脂を用いる場合は、遠心力を使用する方法や自重で流し込む方法等、公知の方法を用いることができる。
ハウジング（１０）を使用する場合、その材質は各用途の要求性能に合わせ適宜選定し使用することができる。例えば、ポリオレフィン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキサイド、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル等が挙げられ、固定部材（２）との接着性が低い場合にはプライマー処理を施して使用することも可能である。
本発明の中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜は、その材質、孔径、空孔率、膜厚、外径等、特に制限無く使用することができる。例えば、中空糸膜の材質としては、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を使用することができる。
中空糸膜をシート状に加工するにあたって、編成する場合には、加工のし易さなどの点から、ポリエチレン、ポリプロピレン等の強伸度の高い材質のものが好適に用いられる。
また、水の濾過に疎水性の中空糸膜を用いる場合には、親水化処理して用いることもできる。
また、中空糸膜の孔径は０．００１〜３μｍ、空孔率２０〜９５％、膜厚５〜５００μｍ、外径２０〜３０００μｍを例示することができる。
本発明の中空糸膜モジュール（Ａ）は、シート状中空糸膜（１）が等間隔で複数平行に配置されている。中空糸膜をシート状に配置する方法に特に制限はないが、シート状に編成した中空糸膜シートが好適に用いられる。シート状中空糸膜を配置する間隔は、原水性状に合わせ適宜選定することができるが、例えば２〜１００ｍｍを挙げることができる。シート状中空糸膜の枚数についても、モジュール膜面積に合わせ適宜選定することができる。
図９は、本発明の膜濾過装置の一例を示すフロー図である。膜濾過装置は、水槽（１２）、中空糸膜モジュールユニット（１３）、散気装置（１４）、吸引ポンプ（１５）、薬液ポンプ（１６）、薬液タンク（１７）、逆洗ポンプ（１８）、逆洗タンク（１９）、ブロア（２０）から概略構成される。
本発明の膜濾過装置は、膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、膜モジュールユニットの投影面積すなわち膜モジュールユニットを上方から見た際に膜モジュールユニットが占める面積をＡ（ｍ^２）、膜モジュールユニットの容積をＶ’（ｍ^３）、水槽の容積をＶ（ｍ^３）としたとき、以下の３つの関係式を満足する。
１０００≦Ｓ／Ａ≦２０００ ．．．．．式（１）
５００≦Ｓ／Ｖ’≦８００ ．．．．．式（２）
０．７０≦Ｖ’／Ｖ≦０．９９ ．．．式（３）
なお、上記Ｖ’の容積は、膜モジュールユニットの外周輪郭を基準とする容積をいい、膜モジュールユニット内部の、部材が存在しない空間をも含むものである。
本発明の膜濾過装置の運転方法を以下説明する。中空糸膜モジュールユニット（１３）は水槽（１２）の内部に設置される。中空糸膜モジュールユニット（１３）は、下部に散気装置（１４）を備えている。吸引ポンプ（１５）を起動することにより濾過水が得られ、その際、濾過水の一部は逆洗タンク（１９）に貯められる。一定時間濾過した後、散気装置（１４）に接続したブロア（２０）からのエアを用いてスクラビング洗浄を行うとともに、逆洗ポンプ（１８）により逆洗タンク（１９）内の濾過水を使用し逆洗を行う。その際、薬液タンク（１７）内の薬液が、薬液ポンプ（１６）により逆洗水中に注入される。ここで、逆洗水は、浸漬水槽上部に設けられたオーバーフロー口（図示しない）から浸漬水槽外部に排出される。なお、スクラビング洗浄と逆洗は、別々に行ってもよい。
洗浄終了後、水槽内の液を水槽（１２）の下部から排水する。なお、排水は洗浄毎に毎回行う必要はなく、例えば洗浄を数回行う毎に排水を１回行うこともできる。排水を１回行うまでに実施する洗浄の回数を、以降排水サイクル数Ｎ（回）という。なお、ここでいう洗浄とは、濾過を止めた後、次の濾過を開始する前に行なわれた洗浄をいう。
即ち、スクラビング洗浄と逆洗とを同時に行った場合であっても、スクラビング洗浄と逆洗を別々に行った場合であっても洗浄の回数は１回である。また、例えばスクラビング洗浄、逆洗、スクラビング洗浄、逆洗のように、複数の工程の繰り返しとして洗浄を行う場合であっても、それぞれの洗浄が、濾過を止めた後、次の濾過を開始する前に行なわれているのであれば、洗浄の回数は１回である。
なお洗浄は、スクラビング洗浄又は逆洗のいずれか一方を行うことも可能である。また、一連の運転サイクルの中で、スクラビング洗浄又は逆洗のいずれか一方を行ったり、両者を組み合わせて行ったりすることも可能である。例えば、ｉ濾過、ｉｉスクラビング洗浄、ｉｉｉ濾過、ｉｖ逆洗、ｖ排水という順番で運転を行うことも可能である。この例の場合は、排水サイクル数は２回である。
別の例として、ｉ濾過、ｉｉスクラビング洗浄、ｉｉｉ濾過、ｉｖスクラビング洗浄、ｖ逆洗、ｖｉ濾過、ｖｉｉスクラビング洗浄と逆洗を同時に実施、ｖｉｉｉ排水という順番で運転を行うことも可能である。この例の場合は、排水サイクル数は３回である。
図１０は、本発明の膜濾過装置における水槽底面の一例を示す概念図である。図中の実線は水槽の内部底面の輪郭を示し、一方、図中の破線は中空糸膜モジュールユニットの外周輪郭を示す。
ここで、膜モジュールユニットの面積効率及び容積効率について説明する。面積効率とは、膜モジュールユニットの膜面積Ｓを、膜モジュールユニットの投影面積Ａ（図１０の例ではａ’（ｍ）×ｂ’（ｍ）で求められる面積）で割ることにより求められる。一方容積効率とは、該ユニットの膜面積Ｓを該ユニットの容積Ｖ’（ｍ^３）（図１０の例ではａ’（ｍ）×ｂ’（ｍ）×ユニット高さ（ｍ：図示せず）で求められる容積）で割ることにより求められるものである。
また、浸漬水槽の容積Ｖ（ｍ^３）とは、図１０の例ではａ（ｍ）×ｂ（ｍ）×有効水深（ｍ：図示せず）から求められる容積である。
本発明の膜濾過装置においては、中空糸膜モジュールユニットの面積効率Ｓ／Ａが１０００〜２０００（ｍ^２／ｍ^２）であることが好ましく、１１００〜１８００（ｍ^２／ｍ^２）であることがより好ましい。面積効率は、該ユニットの積層段数を変更することにより調整可能であるが、積層段数が少なく面積効率が１０００（ｍ^２／ｍ^２）よりも小さいと該ユニットをコンパクトにできない。一方、積層段数が多く面積効率が２０００（ｍ^２／ｍ^２）を超えるようになると、例えば散気装置を該ユニットの最下部にのみ設ける場合には、該ユニット上部では気泡が膜全体に行き渡らなくなるので、洗浄不良となる場合がある。
また、本発明の膜濾過装置においては、膜モジュールユニットの容積効率Ｓ／Ｖ’が５００〜８００（ｍ^２／ｍ^３）であることが好ましく、６００〜７００（ｍ^２／ｍ^３）であることがより好ましい。容積効率Ｓ／Ｖ’は、５００（ｍ^２／ｍ^３）よりも小さいとコンパクトにならず、装置が大型化する。一方、容積効率Ｓ／Ｖ’が８００（ｍ^２／ｍ^３）を超えるようになると、洗浄性が低下する。
また、本発明の膜濾過装置においては、浸漬水槽の容積をＶ（ｍ^３）、膜モジュールユニットの容積をＶ’（ｍ^３）としたとき、０．７０≦Ｖ’／Ｖ≦０．９９であることが好ましい。Ｖ’／Ｖが０．７０よりも小さい場合、デッドスペースが大きく水回収率の低下につながり、一方、Ｖ’／Ｖが０．９９よりも大きい場合、該ユニットを浸漬水槽内に設置する際に浸漬水槽内壁とのスペースが小さくなり、据付の際に該ユニットを破損する懸念が生じる。
本発明の濾過装置の運転方法は、膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、濾過流束、すなわち濾過量（ｍ^３／Ｄ）を膜面積Ｓ（ｍ^２）で割った値をＪ（ｍ／ｄ）、濾過時間をＴ（ｈ）、排水サイクル数をＮ（回）、一回当たりの排水量をＤ（ｍ^３）、逆洗流束、すなわち逆洗量（ｍ^３／Ｄ）を膜面積Ｓ（ｍ^２）で割った値をＪ’（ｍ／ｄ）、逆洗時間をＴ’（ｈ）としたとき、以下の関係を満足する。
Ｎ≧２２．８Ｄ／｛Ｓ（０．０５ＪＴ−Ｊ’Ｔ’）｝
水回収率Ｑ（％）は以下の式により求められる。
Ｑ＝｛（濾過水量−逆洗水量）／（原水供給量）｝×１００
＝｛（Ｓ×Ｊ×Ｔ／２４×Ｎ−Ｓ×Ｊ’×Ｔ’／２４×Ｎ）／（Ｓ×Ｊ×Ｔ／２４×Ｎ＋Ｄ）｝×１００
水回収率Ｑ（％）は各条件により決定されるが、排水サイクルＮ（回）の影響を大きく受ける。そこで、水回収率Ｑ（％）≧９５とおき、Ｎ（回）を求める場合、上記の式は、
Ｎ≧２２．８Ｄ／｛Ｓ（０．０５ＪＴ−Ｊ’Ｔ’）｝となる。
大規模な処理施設では排水の絶対量が多くなり、水回収率は重要となる。そこで、上記の式よりＮを求め、排水サイクルを決定することにより、水回収率９５％以上の高回収率を達成できる。
このとき、濾過流束Ｊ（ｍ／ｄ）を原水水質に応じて適宜設定することができ、濾過流束としては０．２５〜２．５ｍ／ｄであることが好ましい。濾過流束が０．２５ｍ／ｄよりも低い場合、非常に長時間の運転が必要となり、一方、濾過流束が２．５ｍ／ｄよりも高い場合、吸引圧力が早期に上昇する場合がある。
濾過時間Ｔ（ｈ）は、原水水質に応じて適宜選定することができるが、好ましい範囲として１５〜２４０分、より好ましい範囲として３０〜１２０分を例示することができる。濾過時間が１５分よりも短い場合、水回収率や稼働率が低くなり、一方、濾過時間が１８０分よりも長い場合、吸引圧力の洗浄回復性が低くなる場合がある。
スクラビングのエア量（膜モジュールユニットの投影面積当りのエア量）についても適宜選定することができるが、好ましい範囲として１００〜４００（Ｎｍ^３／（ｍ^２・ｈ））、より好ましい範囲として１５０〜２５０（Ｎｍ^３／（ｍ^２・ｈ））を例示することができる。エア量が１００（Ｎｍ^３／（ｍ^２・ｈ））よりも少ない場合、洗浄効果が低くなる傾向にあり、一方、エア量が４００（Ｎｍ^３／（ｍ^２・ｈ））よりも多い場合、必要エア量が過大となる傾向にある。
スクラビング洗浄の時間についても適宜選定することができるが、好ましい範囲として１分から１０分、より好ましい範囲として２〜５分を例示することができる。スクラビング洗浄の時間が１分よりも短い場合、洗浄効果が低く、一方、スクラビング洗浄の時間が１０分よりも長い場合、稼働率が低くなる。
逆洗流束Ｊ’（ｍ／ｄ）についても適宜選定することができるが、好ましい範囲として濾過流束の０．３〜４倍、より好ましい範囲として濾過流束の１〜３倍を例示することができる。逆洗流束が濾過流束の０．３倍よりも低い場合、洗浄効果が低く、一方、逆洗流束が濾過流束の４倍よりも多い場合、水回収率が低くなる。
逆洗時間Ｔ’（ｈ）についても適宜選定することができるが、好ましい範囲として５〜１８０秒、より好ましい範囲として１０〜９０秒を例示することができる。逆洗時間が５秒よりも短い場合、洗浄効果が低く、一方、逆洗時間が９０秒よりも長い場合、水回収率や稼働率が低くなる。
逆洗水中に注入する薬液は、必要に応じ適宜選定することができるが、例えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液を挙げることができる。注入濃度についても適宜選定することができるが、好ましい範囲として１〜１００ｍｇ／Ｌ（逆洗水中濃度）、より好ましい範囲として２〜５０ｍｇ／Ｌを例示することができる。なお、薬液の注入は必ずしも行う必要はなく、必要に応じて行えばよい。
排水サイクル数Ｎ（回）は、上記逆洗１回に１回でも、逆洗数回に１回でもよく、適宜選定することができる。好ましい範囲として逆洗１〜４回に１回、より好ましい範囲として逆洗１〜２回に１回を例示することができる。逆洗４回に１回より少ない場合、吸引圧力が早期に上昇する場合がある。
実験例
以下、実験例を基に本発明について更に詳細に説明する。
「中空糸膜モジュールの作製」
＜実験例１＞
中空糸膜として、、親水化ポリエチレン多孔質中空糸膜（三菱レイヨン（株）製、商品名：ＥＸ５４０Ｔ、内径３５０μｍ、外径５４０μｍ、材質：ポリエチレン）を用い、中空糸膜１６本を一束として、折り返しながらカガリ糸で編み、シート状中空糸膜を作製した（編み幅：９５０ｍｍ、糸束数：７０）。
このシート状中空糸膜（枚数２７枚）を、ピッチ６ｍｍ（ピッチとはシート状中空糸膜のセンターセンター間の長さを表す）となるように編み地スペーサーを装着しながら積層し、一方の端部を、中空糸膜露出側端部が直方体で、中空糸膜開口側端部が円筒の形状を持つＡＢＳ樹脂製ハウジング（円筒部内径：１２４ｍｍ）に挿入した。次いで、ポッティング樹脂「Ｃ４４０３／Ｎ４２２１」（日本ポリウレタン工業（株）製、二液硬化ポリウレタン樹脂、１．５ｋｇ）を注入し、シート状中空糸膜とハウジングを接着固定した。
もう一方の端部についても同様に、シート状中空糸膜とハウジングを接着固定し、両端面をカットすることにより中空糸膜を開口させ、図４に示すような構造の中空糸膜モジュールを作製した（膜面積＝３４ｍ^２、Ｗ＝１７３ｍｍ、Ｄ＝１２４ｍｍ、Ｌ＝５０ｍｍ、直方体部の中空糸膜固定長２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝０．４０、Ｗ／Ｄ＝１．４０）。
＜実験例２＞
ポッティング樹脂を１．３ｋｇ使用した以外は、実験例１と同様にして中空糸膜モジュールを作製した（膜面積＝３７ｍ^２、Ｗ＝１７３ｍｍ、Ｄ＝１２４ｍｍ、Ｌ＝３５ｍｍ、直方体部の中空糸膜固定長２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝０．２８、Ｗ／Ｄ＝１．４０）。
＜実験例３＞
中空糸膜として、親水化ポリエチレン多孔質中空糸膜（三菱レイヨン（株）製、商品名：ＥＸ７８０Ｔ、内径５００μｍ、外径７７０μｍ、材質：ポリエチレン）を用い、中空糸膜６本を一束として、折り返しながらカガリ糸で編み、シート状中空糸膜を作製した（編み幅：９５０ｍｍ、糸束数：８２）。
このシート状中空糸膜（枚数３０枚）を、ピッチ６ｍｍとなるように編み地スペーサーを装着しながら積層し、一方の端部を、中空糸膜露出側端部が直方体で中空糸膜開口側端部が円筒の形状を持つＡＢＳ樹脂製ハウジング（円筒部内径：１４５ｍｍ）に挿入した。次いで、実験例１と同種のポッティング樹脂（１．７ｋｇ）を注入し、シート状中空糸膜とハウジングを接着固定した。次いで、端面をカットすることにより中空糸膜を開口させ、図５に示すような構造の中空糸膜モジュールを作製した（膜面積＝３０ｍ^２、Ｗ＝２３２ｍｍ、Ｄ＝１４５ｍｍ、Ｌ＝６０ｍｍ、直方体部の中空糸膜固定長３０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝０．４１、Ｗ／Ｄ＝１．６０）。
＜実験例４＞
編み幅１２００ｍｍ、糸束数を１６７とした以外は、実験例１と同様にしてシート状中空糸膜を作製した。
このシート状中空糸膜（枚数２７枚）を積層し、ピッチ１２ｍｍとなるように編み地スペーサーを装着しながら積層し、一方の端部を、中空糸膜露出側端部が直方体で、中空糸膜開口側端部が円筒の形状を持つシリコン樹脂製ポッティング治具（内径：２５０ｍｍ）に挿入した。次いで、実験例１と同種のポッティング樹脂（５．２ｋｇ）を注入し、シート状中空糸膜を接着固定した。
もう一方の端部についても同様に、シート状中空糸膜を接着固定し、両端面をカットすることにより中空糸膜を開口させ、図１に示すような構造の中空糸膜モジュールを作製した（膜面積＝９０ｍ^２、Ｗ＝４２５ｍｍ、Ｄ＝２５０ｍｍ、Ｌ＝１５０ｍｍ、直方体部の中空糸膜固定長５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝０．６０、Ｗ／Ｄ＝１．７０）。
＜比較例１＞
中空糸膜露出側端部から中空糸膜開口側端部まで直方体の形状を持つハウジング（受圧面寸法：長辺部１２１ｍｍ・短辺部１００ｍｍ：実験例１の円筒部と受圧面積を同じとした）を使用し、ポッティング樹脂を２．０ｋｇ使用した以外は、実験例１と同様にして中空糸膜モジュールを作製した（膜面積＝３５ｍ^２、固定部材寸法：長辺部１２１ｍｍ・短辺部１００ｍｍ、中空糸膜固定長７０ｍｍ）
「中空糸膜モジュールの繰り返し耐圧試験」
実験例１〜４及び比較例１で作製した中空糸膜モジュールを使用し、繰り返し耐圧試験を行った。
繰り返し耐圧試験は、中空糸膜モジュールから中空糸膜を切除し、中空糸膜開口部をポッティング樹脂で封止し、試験サンプルを作製した。次いで、作製した試験サンプルを繰り返し耐圧試験装置にセットし、モジュール端面側から加圧放圧を繰り返し行い、サンプルにリークが生じるまでのサイクル回数を評価した（条件 温度：４０℃、圧力３５０ｋＰａ、サイクル：３０秒オン／３０秒オフ、加圧方向：モジュール端面側から加圧、回数：最大５０００回）。結果を表１に示した。

繰り返し耐圧試験の結果より、本発明の中空糸膜モジュールは、優れた耐圧性を有することが明らかである。
「中空糸膜モジュールユニットの製作」
＜実験例５＞
実験例１で作製した中空糸膜モジュールを使用し、図６に示すような構造の中空糸膜モジュールユニットを作製した（膜面積１３６ｍ^２）。さらに、中空糸膜モジュールユニットを鉛直方向に６段積層し図８に示すような構造で下部に散気装置を備えた中空糸膜モジュールユニットを作製した（膜面積８１６ｍ^２、ａ’＝１．２ｍ、ｂ’＝０．４ｍ、ユニット高さ＝２．６３７ｍ、面積効率Ｓ／Ａ＝１７００ｍ^２／ｍ^２、ユニット容積Ｖ’＝１．２６６ｍ^３、容積効率Ｓ／Ｖ’＝６４５ｍ^２／ｍ^３）。
＜実験例６＞
中空糸膜モジュールを鉛直方向に４段積層した以外は、実験例５と同様にして中空糸膜モジュールユニットを作製した（膜面積５４４ｍ^２、ａ’＝１．２ｍ、ｂ’＝０．４ｍ、ユニット高さ＝１．７９７ｍ、面積効率Ｓ／Ａ＝１１３３ｍ^２／ｍ^２、Ｖ’＝０．８６３ｍ^３、容積効率Ｓ／Ｖ’＝６３０ｍ^２／ｍ^３）。
「濾過試験」
＜実験例７＞
実験例５で作製した中空糸膜モジュールユニットを、図９に示すような膜濾過装置に装着した（ａ＝１．２１ｍ、ｂ＝０．４１ｍ、有効水深＝２．６３７ｍ、Ｖ＝１．３１ｍ^３、Ｖ’／Ｖ＝０．９７）。
上記膜濾過装置を用いて、１０日間の伏流水濾過試験を実施し、吸引圧力の挙動を評価した。試験条件を表２、結果を表３に示した。
＜実験例８＞
水槽を、ａ＝１．３ｍ、ｂ＝０．５ｍ、有効水深＝２．６３７ｍ、Ｖ＝１．７１ｍ^３、Ｖ’／Ｖ＝０．７４）とした以外は実験例７と同様にして伏流水濾過試験を実施した。試験条件を表２、結果を表３に示した。
＜実験例９＞
実験例６で作製した中空糸膜モジュールユニットを、図９に示すような膜濾過装置に装着した（ａ＝１．２１ｍ、ｂ＝０．４１ｍ、有効水深＝１．７９７ｍ、Ｖ’／Ｖ＝０．９７）。上記膜濾過装置を用いて、１０日間の伏流水濾過試験を実施し、吸引圧力の挙動を評価した。試験条件を表２、結果を表３に示した。
＜実験例１０＞
水槽を、ａ＝１．３ｍ、ｂ＝０．５ｍ、有効水深＝１．７９７ｍ、Ｖ＝１．１７ｍ^３、Ｖ’／Ｖ＝０．７４）とした以外は、実験例９と同様にして伏流水濾過試験を実施した。試験条件を表２、結果を表３に示した。
＜比較例２＞
水槽を、ａ＝１．５ｍ、ｂ＝０．７ｍ、有効水深＝２．６３７ｍ、Ｖ＝２．７７ｍ^３、Ｖ’／Ｖ＝０．４６）とした以外は、実験例７と同様にして伏流水濾過試験を実施した。試験条件を表２、結果を表３に示した。
＜比較例３＞
水槽を、ａ＝１．５ｍ、ｂ＝０．７ｍ、有効水深＝１．７９７ｍ、Ｖ＝１．８９ｍ^３、Ｖ’／Ｖ＝０．４６）とした以外は、実験例９と同様にして伏流水濾過試験を実施した。試験条件を表２、結果を表３に示した。

濾過試験の結果より、本発明の膜濾過装置は、９５％以上という高い水回収を達成しつつ、運転時の吸引圧力も安定していることがわかる。

産業上の利用の可能性

本発明の中空糸膜モジュール、中空糸膜モジュールユニット、膜濾過装置及びその運転方法は上水の浄化、下排水の浄化、工業プロセス等に用いられる。本発明の中空糸膜モジュールは、固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形であるため、洗浄性に優れるシート状中空糸膜を用いたモジュールにおいて膜面積を大きくした場合でも、中空糸膜固定部の耐圧性が低下することがない。また、本発明の中空糸膜モジュールユニットは、円筒部（４）が貫通する穴を有する板状部材（５）を設け、板状部材（５）により中空糸膜モジュールが位置固定されているので、簡便かつ確実に固定することができると共に、中空糸膜の集積度を向上させることができる。また、本発明の中空糸膜モジュールを複数備えた本発明の膜濾過装置、及び、本発明の運転方法が適用される膜濾過装置は、非常にコンパクトでありながら膜面積が大きく、しかも洗浄性に優れているため、長期に亘って安定して濾過を行うことができる。

Claims (11)

1. 複数のシート状中空糸膜（１）と、
   該複数のシート状中空糸膜（１）を、その端部の少なくとも一方を開口状態に保持したまま、概略平行に固定する固定部材（２）とを備え、
   該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュール。
2. 前記固定部材（２）は、中空糸膜が露出する側に、形状が概略直方体である直方体部（３）と、中空糸膜が開口する側に、形状が概略円筒である円筒部（４）とを有する請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
3. 前記円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）、長さをＬ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満足する請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
   ０．２≦Ｌ／Ｄ≦１．０
4. 前記直方体部（３）の、中空糸膜が露出する端面の長辺部の長さをＷ（ｍｍ）とし、前記円筒部（４）の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、次式を満足する請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
   １．０≦Ｗ／Ｄ≦２．０
5. 請求項２に記載の中空糸膜モジュールが複数個配置されてなると共に、シート状中空糸膜（１）のシート面に垂直な側面に、前記円筒部（４）が貫通する穴を有する板状部材（５）を設け、該板状部材（５）により中空糸膜モジュールが位置固定されてなる中空糸膜モジュールユニット。
6. 前記円筒部（４）と、これに係合する集水キャップ（６）とで、前記板状部材（５）を挟み込んで固定してなる請求項５に記載の中空糸膜モジュールユニット。
7. 前記円筒部（４）と、前記集水キャップ（６）とが、ねじ係合により固定されてなる請求項６に記載の中空糸膜モジュールユニット。
8. 請求項６に記載の中空糸膜モジュールユニットが複数個、鉛直方向に重ねて配置されると共に、
   前記シート状中空糸膜（１）のシート面が鉛直方向となるように配置され、
   かつ鉛直方向に隣接する前記集水キャップ（６）同士が、鉛直方向に伸びる集水部材（７）によって連結され、
   前記シート状中空糸膜（１）のシート面に平行な側面に、サイドフレーム（２１）が配置されてなる中空糸膜モジュールユニット。
9. 鉛直方向に隣接する中空糸膜モジュールのシート状中空糸膜（１）同士の鉛直方向の間隔が、７０ｍｍ以下である請求項８に記載の中空糸膜モジュールユニット。
10. 膜モジュールユニットを水槽内に配置した膜濾過装置であって、
    該膜モジュールユニットは、複数の中空糸膜モジュールからなり、
    該中空糸膜モジュールは、複数のシート状中空糸膜（１）と、該複数のシート状中空糸膜膜（１）を、その端部の少なくとも一方を開口状態に保持したまま、概略平行に固定する固定部材（２）とを備え、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュールからなり、
    該膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、該膜モジュールユニットの投影面積をＡ（ｍ^２）、該膜モジュールユニットの容積をＶ’（ｍ^３）、該水槽の容積をＶ（ｍ^３）としたとき、以下の３つの関係式を満足する膜濾過装置。
    １０００≦Ｓ／Ａ≦２０００ ．．．．．式（１）
    ５００≦Ｓ／Ｖ’≦８００ ．．．．．式（２）
    ０．７０≦Ｖ’／Ｖ≦０．９９ ．．．式（３）
11. 膜モジュールユニットを水槽内に配置した膜濾過装置の運転方法であって、
    該膜モジュールユニットを複数の中空糸膜モジュールで構成し、
    該中空糸膜モジュールを、複数のシート状中空糸膜（１）が、その端部の少なくとも一方が開口状態を保持したまま、固定部材（２）により概略平行に固定されると共に、該固定部材（２）の中空糸膜が露出する側の端面形状が概略矩形であり、且つ、該固定部材（２）の中空糸膜が開口する側の端面形状が概略円形である中空糸膜モジュールからなるように構成し、
    該膜モジュールユニットの膜面積をＳ（ｍ^２）、濾過流束をＪ（ｍ／ｄ）、濾過時間をＴ（ｈ）、排水サイクル数をＮ（回）、排水量をＤ（ｍ^３）、逆洗流束をＪ’（ｍ／ｄ）、逆洗時間をＴ’（ｈ）としたとき、以下の関係式を満足する膜面積Ｓ，濾過流束Ｊ，濾過時間Ｔ，排水サイクル数Ｎ，排水量Ｄ，逆洗流束Ｊ’，逆洗時間Ｔ’を設定して前記膜濾過装置を運転する膜濾過装置の運転方法。
    Ｎ≧２２．８Ｄ／｛Ｓ（０．０５ＪＴ−Ｊ’Ｔ’）｝ ．．．．．式（４）

Images