WO2014103565A1 - 水処理システム - Google Patents

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WO2014103565A1
WO2014103565A1 PCT/JP2013/081195 JP2013081195W WO2014103565A1 WO 2014103565 A1 WO2014103565 A1 WO 2014103565A1 JP 2013081195 W JP2013081195 W JP 2013081195W WO 2014103565 A1 WO2014103565 A1 WO 2014103565A1
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WO
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raw water
pressure resistance
membrane module
pressure
membrane
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Application number
PCT/JP2013/081195
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Inventor
江川　健
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
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    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/03—Pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2209/40—Liquid flow rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment system.
  • a membrane module having a plurality of tubular membranes and performing solid-liquid separation by suction filtration of raw water through the membrane module is known.
  • the treated water filtered by the tubular membrane of the membrane module is collected in a storage tank, and the raw water that has passed without being filtered by the membrane module is returned to the water source.
  • water is treated by mixing raw water with air and flowing the raw water in a gas-liquid mixed phase flow through a membrane module.
  • the membrane module used in the water treatment system as described above is composed of tens to hundreds of tubular membranes.
  • a gas-liquid mixed phase flow in which air is mixed with raw water flows through such a membrane module, the raw water and air do not flow uniformly through a number of tubular membranes in the membrane module, and the tubular membrane is clogged with air.
  • raw water does not flow at all.
  • the filtration efficiency is lowered by reducing the number of tubular membranes that substantially contribute to filtration, and the solid adhered by the suction pressure is dried, There arises a problem that the lifetime of the tubular membrane is shortened.
  • the present invention has been made in order to solve such a problem, and can uniformly feed raw water of a gas-liquid mixed phase flow to a plurality of tubular membranes with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • the object is to provide a water treatment system.
  • the present inventors have found the following knowledge. That is, the present inventors have found that by appropriately increasing the pressure resistance on the line through which the raw water passes, the raw water in a gas-liquid mixed phase flow can be flowed uniformly through the plurality of tubular membranes of the membrane module. In addition, the present inventors have found that the raw water can be made to uniformly flow through a plurality of tubular membranes without increasing the circulation rate of the raw water and reducing the amount of air.
  • a water treatment system has a plurality of tubular membranes, a membrane module that flows raw water through the tubular membrane and filters the raw water, and supplies raw water from the raw water source to the membrane module.
  • the gas supply unit that supplies gas to the raw water and uses the raw water supplied to the membrane module as a gas-liquid mixed phase flow, and at least the membrane module performs filtration, the pressure resistance to the raw water is increased.
  • a pressure resistance adjusting unit, and the pressure resistance adjusting unit is provided downstream of the raw water supply unit or upstream of the raw water supply unit.
  • the water treatment system includes a pressure resistance adjusting unit that can increase the pressure resistance with respect to raw water at least when filtration is performed with a membrane module. Even if there is a variation in pressure fluctuation between the tubular membranes when the raw water of gas-liquid mixed phase flows through the inside of multiple tubular membranes, the pressure resistance adjustment unit increases the pressure resistance so that the influence of the variation in the pressure fluctuation can be ignored By this, the unstable raw
  • the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow uniformly through each tubular membrane. it can.
  • the water treatment system can flow the gas-liquid mixed phase raw water uniformly to the plurality of tubular membranes with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • the pressure resistance adjusting unit may be provided for each of the plurality of tubular membranes of the membrane module. Thereby, the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow through each tubular membrane more reliably.
  • the raw water supply unit may supply the raw water so that at least the flow rate of the raw water in the membrane module is 0.05 to 0.25 m / s. Thus, power can be reduced by reducing the flow velocity.
  • the water treatment system further includes at least a pressure detection unit that detects the pressure on the inlet side of the membrane module, and a control unit that controls the raw water supply unit, the gas supply unit, and the pressure resistance adjustment unit, and the pressure resistance adjustment unit
  • the pressure resistance can be changed by opening and closing the valve, and the control unit controls the raw water supply unit and the gas supply unit based on the detection value of the pressure detection unit, and sets the pressure resistance with the pressure resistance adjustment unit. It's okay.
  • the control unit can set the pressure resistance of the pressure resistance adjusting unit based on the pressure on the inlet side of the membrane module by acquiring the detection value of the pressure detecting unit. Therefore, the control unit can set the pressure resistance so that the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can easily flow through the plurality of tubular membranes.
  • a water treatment system includes a membrane module that has a plurality of tubular membranes, and flows raw water through the tubular membrane to filter the raw water, and raw water supply that supplies raw water from the raw water source to the membrane module
  • a gas supply unit that supplies gas to the raw water and uses the raw water supplied to the membrane module as a gas-liquid mixed phase flow, and a pressure resistance that increases the pressure resistance against the raw water when filtering at least with the membrane module
  • the pressure resistance adjusting unit is provided on the downstream side of the raw water supply unit or on the upstream side of the raw water supply unit, and the raw water supply unit has a flow rate of raw water in the membrane module of at least 0.05 to 0.00.
  • the raw water is supplied so as to be 25 m / s, and the pressure resistance adjusting unit is set so that the pressure loss in the membrane module is 100 mmAq or more.
  • the water treatment system includes a pressure resistance adjusting unit that can increase the pressure resistance with respect to raw water at least when filtration is performed with a membrane module. Even if pressure fluctuation variability occurs between the tubular membranes when the raw water of gas-liquid mixed phase flows through the inside of the plurality of tubular membranes, the pressure resistance adjustment unit is installed in the membrane module so that the influence of the pressure fluctuation variability can be ignored. By setting the pressure loss to be 100 mmAq or more, it is possible to suppress an unstable flow of raw water due to variations in pressure fluctuation. Therefore, even when the membrane module has a large number of tubular membranes, the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow uniformly through each tubular membrane.
  • the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow uniformly through each tubular membrane.
  • the water treatment system can flow the gas-liquid mixed phase raw water uniformly to the plurality of tubular membranes with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • a gas-liquid mixed phase flow can be made to flow uniformly through a plurality of tubular membranes with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a water treatment system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the structure of the pressure resistance adjusting unit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of the high pressure resistance member shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing how raw water flows through a plurality of tubular membranes of a membrane module.
  • FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing the configuration around the membrane module used in the test, showing the state before the raw water reaches the outlet of the tubular membrane, and
  • FIG. 5 (b) shows the raw water. It is a figure which shows the state which reached the exit of the tubular membrane.
  • FIG. 5 (a) is a schematic diagram showing the configuration around the membrane module used in the test, showing the state before the raw water reaches the outlet of the tubular membrane
  • FIG. 5 (b) shows the raw water. It is a figure which shows the state which reached the exit of the tub
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration around the membrane module of the water treatment system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration around a membrane module of a water treatment system according to a modification.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration around the membrane module of the water treatment system according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the aperture ratio and ⁇ 0 .
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the pressure loss and the slag flow dispersion rate in the examples and comparative examples.
  • FIG. 1 is a schematic structure figure showing water treatment system 1 concerning a 1st embodiment.
  • a water treatment system 1 includes a membrane module 2, a raw water tank (raw water source) 3, a raw water pump (raw water supply unit) 4, a flow meter 6, and an air blower (gas supply unit). 7, pressure gauges (pressure detection units) 8, 9, a filtered water tank 11, a filtration pump 12, a backwash pump 13, a pressure resistance adjusting unit 14, and a control unit 16.
  • the raw water tank 3 and the membrane module 2 are connected by a line L1.
  • the raw water tank 3 and the membrane module 2 are connected by a line L2.
  • the membrane module 2 is a module for filtering the raw water for solid-liquid separation.
  • the membrane module 2 has a plurality of tubular membranes (tubular membranes) 5.
  • the membrane module 2 is configured by housing a plurality of tubular membranes 5 in a cylindrical case 10 in a bundled state.
  • the membrane module 2 flows raw water into the tubular membrane 5 and filters the raw water.
  • the tubular membrane 5 is a straw-like membrane having an inner diameter of about 3 to 20 mm and a length of about 50 to 300 cm. Examples of the material include PVDF and PE.
  • One membrane module 2 has 50 to 1000 tubular membranes 5. However, these inner diameters, lengths, and numbers are examples, and are not limited to these numerical values, and may be smaller or larger than the range.
  • the material is also an example and is not limited.
  • the raw water tank 3 is a tank for storing raw water to be treated by the water treatment system 1.
  • the source of raw water may be a river instead of the raw water tank 3.
  • the line L1 sucks the raw water directly from the river, and the line L2 discharges the raw water that has passed through the membrane module 2 to the river.
  • the raw water pump 4 is provided in the line L 1, sucks raw water from the raw water tank 3, and supplies it to the membrane module 2.
  • natural water pump 4 is not specifically limited, It is provided in the position in any one of line L1, L2.
  • the flow meter 6 is provided on the line L ⁇ b> 1 and measures the flow rate of raw water pumped by the raw water pump 4.
  • the air blower 7 supplies air to the raw water and makes the raw water supplied to the membrane module 2 a gas-liquid mixed phase flow.
  • the air blower 7 is provided on the line L ⁇ b> 1 and between the raw water pump 4 and the membrane module 2, but the position is not particularly limited as long as it is upstream of the membrane module 2.
  • the pressure gauge 8 detects the pressure on the upstream side of the membrane module 2, specifically, the pressure immediately before the inlet of the membrane module 2.
  • the pressure gauge 9 detects the pressure on the downstream side of the membrane module 2, specifically, the pressure immediately after the outlet of the membrane module 2.
  • the air supply rate can be 0.05 to 0.5 m / s.
  • the system is not limited to the range, and for example, supply of 1.0 m / s, 2.0 m / s or more is possible. You may drive by quantity.
  • void ratio ⁇ air flow velocity / air The air flow rate (air supply amount) may be set so as to be in that region using the formula of “flow velocity + water flow velocity)”. For example, when the water flow rate is 0.1 m / s to reduce power, the air supply rate is about 0.065 m / s to make the void rate 0.4.
  • the flow of raw water flowing through the tubular membrane 5 of the membrane module 2 may be a bubble flow in which small bubbles rise, or a slag flow in which a long and bullet-like bubble is formed in a crushed state. Alternatively, it may be a churn flow in which bubbles of various sizes are mixed from the slag flow.
  • the filtered water tank 11 is a tank for storing treated water that has been solid-liquid separated by the tubular membrane 5 of the membrane module 2.
  • the filtration pump 12 is connected to the case 10 and is a pump for sucking raw water from the outside of the tubular membrane 5. As a result, the filtration pump 12 supplies the treated water that is solid-liquid separated by the tubular membrane 5 and flows out into the case 10 to the filtered water tank 11.
  • the backwash pump 13 is connected to the case 10 and cleans the inside of the tubular membrane 5 by causing the filtered water stored in the filtered water tank 11 to flow back to the membrane module 2. Since the sludge in the raw water accumulates inside the tubular membrane 5 of the membrane module 2 by filtration, the tubular membrane 5 is washed by driving the backwash pump after filtering for a certain period of time. Can do.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is a part where the pressure resistance against the raw water is increased at least when the membrane module 2 performs filtration.
  • the pressure resistance adjustment part 14 can raise the pressure of the raw
  • the pressure resistance adjusting unit 14 can increase the pressure at the inlet 2 ⁇ / b> A of the membrane module 2.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 increases the total pressure loss at least from the inlet 5a of the tubular membrane 5 to the downstream end of the line L2 (position where the raw water is released to the atmosphere). That is, the pressure resistance adjusting unit 14 is configured to reduce, for example, the pressure loss between the inlet 5a and the outlet 5b of the tubular membrane 5, the pressure loss due to bending of the line L2 or a joint, and the pressure loss at the pressure resistance adjusting unit 14. The total is set to be equal to or greater than a predetermined value. This total pressure loss is set to a value such that the variation in pressure fluctuation in each tubular membrane 5 can be ignored (details of the variation in pressure fluctuation will be described later). Specifically, the pressure resistance adjusting unit 14 may be set so that the total pressure loss from the inlet 5a of the tubular membrane 5 to the pressure resistance adjusting unit 14 becomes 100 mmAq.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is provided in the line L ⁇ b> 2 on the downstream side of the membrane module 2.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is not particularly limited as long as the pressure at the inlet 2A of the membrane module 2 can be increased, and may be any position on the line L2.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is provided only at one place, but may be provided at a plurality of places on the line.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is a portion that is adjusted to have the highest pressure resistance in the raw water line of the water treatment system 1 when filtering is performed at least by the membrane module 2. It is. For example, in the parts where the pipe is bent in the lines L1 and L2, the part where the diameter of the pipe is reduced, the inlet part 2A and the outlet part 2B of the membrane module 2, and the joint part, the pressure is higher than that of the straight pipe part. Although the resistance is increased, the pressure resistance adjusting unit 14 has a higher pressure resistance than those portions.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 may be configured to be able to change the pressure resistance, and may be configured to be unchangeable after the pressure resistance has been adjusted during manufacturing. That is, the pressure resistance adjusting unit 14 only needs to be adjusted to a state in which the pressure resistance is increased at least when the membrane module 2 performs filtration. Therefore, when the pressure resistance can be changed, the pressure resistance adjusting unit 14 may keep the pressure resistance lowered when the membrane module 2 is not filtered.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 may adopt any structure as long as it can increase the pressure resistance, for example, a structure as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 2A, a pressure resistance adjusting unit 14A including an on-off valve 19 such as an electromagnetic valve may be employed.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 ⁇ / b> A can change the pressure resistance by changing the opening degree of the on-off valve 19. That is, the pressure resistance adjusting unit 14A decreases the opening degree of the on-off valve 19 when increasing the pressure resistance, and increases the opening degree of the on-off valve 19 when returning the pressure resistance.
  • pressure resistance adjusting units 14B and 14C using a high pressure resistance member 18 whose pressure resistance cannot be changed may be employed.
  • a high pressure resistance member 18 is provided on the line, and when the pressure resistance is adjusted during manufacturing, the pressure resistance adjusting unit 14B is fixed with the pressure resistance.
  • 14 C of pressure resistance adjustment parts have one or more lines in which the high pressure resistance member 18 is provided, and the line in which the high pressure resistance member 18 is not provided in parallel.
  • the high pressure resistance members 18 provided in parallel are set to different pressure resistances.
  • the pressure resistance adjusting unit 14C the high pressure resistance member 18 is set so as to be set to an optimum pressure resistance by switching a valve or the like. You can choose.
  • the pressure resistance adjusting unit 14C may select a line where the high pressure resistance member 18 is not provided when the membrane module 2 is not performing filtration.
  • the high pressure resistance member 18 may adopt any structure as long as the pressure resistance can be increased as compared with the normal piping in the line. For example, a member as shown in FIG. Good.
  • the pressure resistance of the high pressure resistance member 18A shown in FIG. 3A is increased by bending the pipe a plurality of times. Alternatively, the pressure resistance may be increased by winding the pipe spirally.
  • the pressure resistance of the high pressure resistance member 18B shown in FIG. 3B is increased by locally reducing the pipe diameter.
  • the high pressure resistance member 18C shown in FIG. 3C has an orifice structure, and the pressure resistance is increased by providing one or a plurality of through holes in the pipe.
  • the control unit 16 controls the operation of the entire water treatment system 1.
  • the control unit 16 is electrically connected to the raw water pump 4, the flow meter 6, the air blower 7, the pressure gauges 8 and 9, the filtration pump 12, the backwash pump 13, and the pressure resistance adjustment unit 14.
  • the control unit 16 controls the raw water pump 4, the air blower 7, and the filtration pump 12 based on the detected values of the pressure gauges 8 and 9, and the pressure resistance adjusting unit 14 controls the pressure. Set the resistance.
  • the controller 16 controls the backwash pump 13 when backwashing the membrane module.
  • the control unit 16 activates the raw water pump 4 and the air blower 7.
  • the raw water pump 4 sucks raw water from the raw water tank 3 and supplies the raw water to the membrane module 2 through the line L1.
  • the air blower 7 turns the raw water into a gas-liquid mixed phase flow by supplying air to the raw water.
  • the raw water circulation speed can be set to a low speed.
  • the raw water pump 4 may supply the raw water so that at least the flow rate of the raw water in the tubular membrane 5 is 0.05 m / s or more, and supplies the raw water so that it is 0.1 m / s or more. You can do it.
  • the raw water pump 4 may supply the raw water so that at least the flow rate of the raw water in the tubular membrane 5 is 0.25 m / s or less, and is 0.3 m / s or less and 0.5 m / s or less. You may supply raw water. Further, the ratio of bubble introduction by the air blower 7 (void ratio) can be increased and can be set to about 0.1 to 0.7, more preferably about 0.3 to 0.5. Further, the control unit 16 activates the filtration pump 12. The flux of the filtration pump 12 is set to about 0.5 to 3.0 m / d. However, the raw water circulation speed, the bubble charging ratio, and the flux are not limited to the above numerical range, and may be smaller or larger than the numerical range.
  • the control unit 16 acquires the detection value of the pressure gauge 8 on the inlet side of the membrane module 2 and the detection value of the pressure gauge 9 on the outlet side.
  • the control unit 16 sets the pressure resistance of the pressure resistance adjusting unit 14 based on these detection results. That is, the control unit 16 increases the pressure resistance of the pressure resistance adjusting unit 14 when the pressure difference between the inlet side pressure and the outlet side pressure does not reach the predetermined target value.
  • the control unit 16 sets the pressure resistance adjusting unit 14 at a predetermined pressure resistance at the start of operation, and monitors the detected values of the pressure gauges 8 and 9 during the operation, while adjusting the pressure resistance. Fine adjustment may be performed.
  • Suitable pressures on the inlet side and outlet side when raw water can flow uniformly through the tubular membranes 5 of the membrane module 2 are the diameter of pipes in the line of the water treatment system 1, the degree of bending, the number of joints, etc.
  • the pressure near the inlet 2A of the membrane module 2 is preferably about 10 to 20 kPa in the first embodiment, and the pressure near the outlet 2B is preferably about 0 to 10 kPa. .
  • these numerical values vary depending on various conditions of the system, they are not limited to the numerical range.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 is controlled based only on the pressure on the inlet side, that is, the detected value of the pressure gauge 8. Also good.
  • the conventional water treatment system has a configuration in which the pressure resistance adjusting unit 14 is removed from the water treatment system 1 shown in FIG.
  • the membrane module 2 is composed of tens to hundreds of tubular membranes.
  • a gas-liquid mixed phase flow in which air is mixed with raw water flows through such a membrane module 2, as shown in FIG.
  • the raw water and air do not flow uniformly in the membrane 5, and some of the raw water does not flow at all due to clogging of the tubular membrane 5.
  • the tubular membrane 5 in which raw water does not flow is generated, the number of the tubular membranes 5 that substantially contribute to the filtration is reduced, so that the filtration efficiency is lowered, and the solid adhered by the suction pressure is dried. This causes a problem that the lifetime of the tubular film 5 is shortened.
  • the plurality of tubular membranes 5 are connected to the upstream connection portion 21 on the inlet 5a side, and connected to the downstream connection portion 22 on the outlet 5b side.
  • the raw water flowing into the connection portion 21 is branched and flows from the inlet 5a of each tubular membrane 5 to the inside.
  • the raw water that has flowed through the tubular membranes 5 is discharged from the outlet 5 b and joins at the connection portion 22.
  • the tubular membrane 5 extends in the vertical direction so that the inlet 5a is disposed on the lower side and the outlet 5b is disposed on the upper side.
  • a membrane module 2 shown in FIGS. 5A and 5B was prepared by removing the upstream connection portion 22 and opening the outlets 5b of the tubular membranes 5.
  • natural water of a gas-liquid mixed phase flow was supplied with respect to the tubular membrane 5 in the state where raw water is not flowing.
  • raw water entered each tubular membrane 5, and the surface of the raw water rose inside each tubular membrane 5.
  • the rapid balance of bubbles occurred in some tubular membranes 5 due to the air lift effect, thereby breaking the pressure balance, and vertical vibration and backflow occurred in other tubular membranes 5.
  • the membrane module 2 shown in FIGS. 5A and 5B was used.
  • Raw water in a gas-liquid mixed phase flow was supplied to the tubular membrane 5 in a state where the raw water was not flowing at a minute flow rate or almost at a flow rate of 0 m / s.
  • the raw water flowed through each tubular membrane 5 as a uniform gas-liquid mixed phase flow.
  • the rapid balance of the bubbles occurred in some tubular membranes 5 due to the air lift effect, so that the balance of pressure was lost, and vertical vibration and backflow occurred in the other tubular membranes 5.
  • the membrane module 2 shown in FIGS. 5A and 5B was used.
  • the raw water was supplied to the membrane module 2 at a flow rate of at least 0.1 m / s at the tubular membrane 5.
  • air was supplied by the air blower 7. Air bubbles entered each tubular membrane 5.
  • the balance of pressure is lost due to rapid acceleration of the bubbles in some tubular membranes 5 due to the air lift effect.
  • vertical vibration and back flow occurred.
  • the membrane module 2 shown in FIGS. 5A and 5B was used. At least the flow rate at the tubular membrane 5 was 0.5 m / s, and the raw water was supplied to the membrane module 2 at a sufficient flow rate. In the state where the membrane module 2 was filled with raw water, air was supplied by the air blower 7. Bubbles enter each tubular membrane 5, and even if the bubbles reach the outlet 5 b of the tubular membrane 5, there are no vertical vibrations or backflows in some tubular membranes 5, and the gas-liquid in each tubular membrane 5. The multiphase flow was uniform.
  • a manometer ML1 is attached to the inlet 5a side of a part of the tubular membranes 5A among the plurality of tubular membranes 5 and a manometer ML2 is attached to the outlet 5b side. Attached.
  • the water level height of the manometers ML1 and ML2 indicates the pressure at the position where the manometers ML1 and ML2 are attached.
  • the present inventors have found the following knowledge. That is, the present inventors have found that by appropriately increasing the pressure resistance on the line through which the raw water passes, the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can be made to flow uniformly to the plurality of tubular membranes of the membrane module 2. . In addition, the present inventors have found that the raw water can be made to flow uniformly to the plurality of tubular membranes 5 without increasing the circulation rate of the raw water and reducing the amount of air. .
  • the water treatment system 1 includes the pressure resistance adjusting unit 14 that increases the pressure resistance with respect to the raw water when the membrane module 2 performs filtration. Even if a variation in pressure fluctuation occurs between the tubular membranes 5 when the raw water of the gas-liquid mixed phase flows through the plurality of tubular membranes 5, the pressure resistance adjusting unit 14 is arranged so that the influence of the variation in the pressure variation can be ignored. By increasing the pressure resistance, an unstable flow of raw water due to variations in pressure fluctuation can be suppressed. For example, since the pressure resistance is increased by the pressure resistance adjusting unit 14, variations in pressure fluctuations of individual tubular membranes 5 in the membrane module 2 are ignored, the occurrence of air lift is suppressed, and bubbles are formed in the membrane module.
  • the water treatment system 1 can flow the raw water of gas-liquid mixed phase flow uniformly to the plurality of tubular membranes 5 with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • the pressure gauges 8 and 9 for detecting the pressure on the inlet side and the outlet side of the membrane module 2, the raw water pump 4, the air blower 7, and the pressure resistance adjustment
  • a control unit 16 that controls the unit 14.
  • the pressure resistance adjusting unit 14 can change the pressure resistance by opening and closing the valve, and the control unit 16 controls the raw water pump 4 and the air blower 7 based on the detection values of the pressure gauges 8 and 9.
  • the pressure resistance may be set by the pressure resistance adjusting unit 14. Accordingly, the control unit 16 can set the pressure resistance of the pressure resistance adjusting unit 14 based on the pressure on the inlet side of the membrane module 2 by acquiring the detection values of the pressure gauges 8 and 9. Therefore, the control unit 16 can set the pressure resistance so that the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can easily flow through the plurality of tubular membranes.
  • the water treatment system 100 which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
  • the water treatment system 100 according to the second embodiment is mainly different from the water treatment system 1 according to the first embodiment in that the pressure resistance adjusting unit 50 is provided for each of the plurality of tubular membranes 5.
  • the pressure resistance adjusting unit 50 increases the total pressure loss from at least the inlet 5a of the tubular membrane 5 to the downstream end of the line L2 (position where the raw water is released to the atmosphere).
  • the pressure loss in the line L2 where the raw water branched to each tubular membrane 5 joins again increases, but the water treatment system 100 according to the second embodiment
  • the pressure resistance adjusting unit 50 increases the pressure loss in each of the plurality of tubular membranes 5.
  • the water treatment system 100 is the same as that shown in FIG. 1 except that the pressure resistance adjusting unit 14 of the first embodiment is not provided in the line L2, and the pressure resistance adjusting unit 50 is provided in the tubular membrane 5. It has the same configuration as the water treatment system 1 of the first embodiment shown.
  • the plurality of tubular membranes 5 are connected to the upstream connection portion 21 on the inlet 5a side, and are connected to the downstream connection portion 22 on the outlet 5b side.
  • the raw water flowing into the connection portion 21 is branched and flows from the inlet 5a of each tubular membrane 5 to the inside.
  • the raw water that has flowed through the tubular membranes 5 is discharged from the outlet 5 b and joins at the connection portion 22.
  • An orifice 51 is provided as a pressure resistance adjusting unit 50 for each tubular membrane 5 of the membrane module 2.
  • the orifice 51 is provided at the downstream end of the tubular membrane 5, that is, at the outlet 5b.
  • the orifice 51 may be provided at any position as long as the total pressure loss of the tubular membrane 5 per one can be increased, and at any position in the region between the outlet 5b and the inlet 5a. It may be provided. Further, the number of orifices 51 provided for one tubular membrane 5 is not limited, and a plurality of orifices 51 may be provided.
  • the pressure resistance adjusting unit 50 is provided on the downstream side of the raw water pump 4, and when the raw water pump 4 is provided on the line L2, the pressure resistance adjusting unit 50 is It will be provided on the upstream side of the raw water pump 4.
  • the orifice 51 has an inner diameter that is smaller than the inner diameter of the tubular membrane 5, and thus the pressure loss is increased by partially reducing the inner diameter.
  • the pressure loss at the tubular membrane 5 is about 20 mmAq at a flow rate of 0.1 m / s under the present research conditions. However, it is not limited to such a numerical value.
  • the pressure resistance adjusting unit 50 may be set so that the pressure loss at the tubular membrane 5 of the membrane module 2 is 100 mmAq or more. By setting it as such a numerical value range, the raw
  • the pressure loss ( ⁇ h) by reducing the inner diameter like the orifice 51 can be calculated by, for example, the following expression (3) derived from the following expressions (1) and (2).
  • v 0 is the flow rate of the raw water at the orifice 51
  • d 0 is the inner diameter of the orifice 51
  • v is the flow rate of the raw water at the tubular membrane 5
  • d is the inner diameter of the tubular membrane 5.
  • ⁇ ⁇ 0 (d / d 0 ) 4
  • ⁇ h ⁇ 0 ⁇ (d / d 0 ) 4 ⁇ v 2 / 2g (3)
  • the water treatment system 100 includes the pressure resistance adjusting unit 50 that increases the pressure resistance with respect to the raw water in the membrane module 2. Even if a variation in pressure variation occurs between the tubular membranes 5 when the raw water of the gas-liquid mixed flow flows through the plurality of tubular membranes 5, the pressure resistance adjusting unit 50 is arranged so that the influence of the variation in the pressure variation can be ignored. By increasing the pressure resistance, an unstable flow of raw water due to variations in pressure fluctuation can be suppressed. Specifically, the pressure resistance adjusting unit 50 is set so that the pressure loss in the membrane module 2 is 100 mmAq or more, thereby suppressing unstable flow of raw water due to variation in pressure fluctuation. it can.
  • the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow uniformly through the tubular membranes 5.
  • the amount of air is increased to increase the membrane cleaning efficiency and the flow rate is reduced to reduce power (for example, the flow rate of raw water in the membrane module 2 is at least 0.05 to 0.25 m / s). Even so, the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow uniformly through each tubular membrane 5.
  • the water treatment system 1 can flow the raw water of gas-liquid mixed phase flow uniformly to the plurality of tubular membranes 5 with low power while maintaining high membrane cleaning efficiency.
  • the pressure resistance adjusting unit 50 is provided for each of the plurality of tubular membranes 5 of the membrane module 2. Thereby, the raw water of the gas-liquid mixed phase flow can flow through each tubular membrane 5 more reliably.
  • the orifice 51 is illustrated as the pressure resistance adjusting unit 50 for increasing the pressure loss by reducing the inner diameter.
  • the pressure resistance adjusting unit 50 is not limited to the orifice 51, and may be a small-diameter portion 54 in which the inner diameter of the tubular membrane 5 itself is partially reduced, like the water treatment system 200 shown in FIG.
  • the inner diameter of the small-diameter portion 54 is a basic portion 53 of the tubular membrane 5 (a portion having a pressure loss corresponding to the tubular membrane 5 in the form of FIG. 6). Smaller than the inner diameter of the portion.
  • the small diameter portion 54 is provided at the outlet 5 b of the tubular membrane 5.
  • the small diameter portion 54 may be provided at any position as long as the total pressure loss of the tubular membrane 5 per one can be increased, and any position in the region between the outlet 5b and the inlet 5a. May be provided.
  • the number of the small diameter parts 54 provided with respect to the tubular membrane 5 per one is not limited, You may provide two or more.
  • the length of the small diameter part 54 is not specifically limited.
  • the entire tubular membrane 5 may be the small diameter portion 54.
  • the orifice 51 and the small diameter portion 54 may be combined.
  • the water treatment system 300 which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated.
  • the water treatment system 300 according to the third embodiment is different from the water treatment system 100 according to the second embodiment in that an extension portion 56 in which the tubular membrane 5 is elongated is adopted as the pressure resistance adjusting portion 50.
  • the extension portion 56 is provided by making the entire tubular membrane 5 longer than the tubular membrane constituted only by the basic portion 53.
  • the basic portion 53 is a portion having a length (pressure loss) corresponding to the tubular membrane 5 in the form of FIG. Under the present research conditions, the pressure loss at the basic portion 53 is about 20 mmAq when the flow velocity is 0.1 m / s.
  • the extension 56 increases pressure loss due to friction.
  • the numerical value range of the pressure loss of the pressure resistance adjusting unit 50 of the present embodiment is the same as the numerical value range of the pressure loss by the pressure resistance adjusting unit 50 according to the second embodiment.
  • the pressure loss ( ⁇ h) obtained by friction as in the tubular membrane 5 having the extension 56 can be calculated by the following equation (4).
  • f the coefficient of friction of the tubular film 5
  • l the length of the tubular film 5.
  • ⁇ h f ⁇ (l / d) ⁇ v 2 / 2g (4)
  • FIG. 1 is only an example of the system configuration of the water treatment system, and a different system configuration may be adopted.
  • the pressure resistance of the pressure resistance adjusting unit 14 may not be set based on the detection values of the pressure gauges 8 and 9, and may be filtered after being set to a predetermined pressure resistance at the start of operation.
  • the pressure resistance adjusting unit includes a method of increasing the pressure loss by reducing the diameter as exemplified in the second embodiment, and a method of increasing the pressure resistance by friction as exemplified in the third embodiment. You may combine.
  • the length of the extension is calculated so that the pressure loss due to friction becomes equal to 78 mmAq (about 80 mmAq) of the orifice.
  • the pressure loss ⁇ h 78 ⁇ 10 ⁇ 3 with respect to the equation (4).
  • mAq (78 mmAq) a value of l ⁇ 3.8 (about 4 m) is obtained. That is, the tubular membrane corresponds to a pressure loss of about 20 mmAq per meter because a pressure loss of about 80 mmAq can be obtained by an extension of about 4 m.
  • the pressure loss at the basic portion is about 20 mmAq. Therefore, the 1 m tubular membrane provided with the orifice and the tubular membrane provided with the 4 m extension on the 1 m basic portion (total 5 m tubular membrane) both have a pressure loss of 100 mmAq.
  • the conditions of the extension and the conditions of the orifice are different, but the pressure loss can be calculated by using the formula (3) or the formula (4).
  • Example 1 The inner diameter (d) of the basic part is 4 mm, the length of the basic part is 1 m, the friction coefficient (f) is 0.16, the length of the extension part is 4 m (inner diameter is 4 mm), and the inner diameter is 4 mm at the outlet.
  • a tubular membrane provided with an orifice having a squeezing ratio of 1 was prepared. At this time, the pressure loss due to friction (total pressure loss of the extension portion and the basic portion) was 100 mmAq, and the pressure loss due to the orifice was 0 mmAq. Therefore, the total pressure loss of the tubular membrane, that is, the total pressure loss of the basic portion and the pressure resistance adjusting portion was 100 mmAq.
  • the number of tubular membranes in the membrane module was 29.
  • air was supplied at about 0.065 m / s to form a slag flow, and the flow rate at the tubular membrane was set to 0.1 m / s.
  • slag flow was flowing in 28 tubular membranes out of 29 tubular membranes.
  • the ratio of the number of tubular membranes in which the slag flow is flowing to the total number of tubular membranes was calculated as “slag flow dispersion ratio” and plotted in the graph shown in FIG.
  • the slag flow dispersion rate at this time was calculated as 96.6%.
  • the number of tubular membranes in the membrane module was set to 30, and four membrane modules were prepared. Air was supplied at about 0.065 m / s to form a slag flow, and the flow rate at the tubular membrane was set to 0.1 m / s. The results for the four membrane modules are plotted on the graph shown in FIG.
  • Example 3 The conditions were the same as in Example 2 except that the length of the basic part was 0.6 m. At this time, the pressure loss due to friction (pressure loss at the basic portion) was 12 mmAq, and the pressure loss due to the orifice was 327 mmAq. Therefore, the total pressure loss of the tubular membrane, that is, the total pressure loss of the basic portion and the pressure resistance adjusting portion was 339 mmAq. The results for such four membrane modules are plotted on the graph shown in FIG.
  • the slag flow dispersion ratio is higher in each of the examples in which the pressure loss is increased by the pressure resistance adjusting unit in the tubular membrane as compared with the comparative example. Therefore, in an Example, it is understood that a slag flow can be made to flow uniformly to each tubular membrane compared with a comparative example. Further, from the results of Examples 1 to 4, when the pressure resistance adjustment unit is set so that the pressure loss in the tubular membrane is 100 mmAq or more, the slag flow dispersion ratio can be 90% or more, It is understood that a slag flow can be made to flow uniformly through each tubular membrane.
  • the present invention can be used in a water treatment system using a membrane module having a plurality of tubular membranes.

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Abstract

水処理システムは、複数の管状膜を有し、管状膜の内部に原水を流して原水を濾過する膜モジュールと、原水の水源から膜モジュールへ原水を供給する原水供給部と、原水に気体を供給し、膜モジュールに供給される原水を気液混相流とする気体供給部と、少なくとも膜モジュールで濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部と、を備え、圧力抵抗調整部は、原水供給部の下流側、又は原水供給部の上流側に設けられる。

Description

水処理システム
　本発明は、水処理システムに関する。
　膜モジュールを用いて原水の水処理を行う水処理システムとして、様々なものが知られている。例えば、膜モジュールとして複数の管状膜を有するものを用い、原水を膜モジュールで吸引濾過して固液分離を行うものが知られている。膜モジュールの管状膜によって濾過された処理水は貯留槽に回収され、膜モジュールで濾過されずに通過した原水は水源に戻される。また、例えば、特許文献１に示すように、原水に空気を混合し、気液混相流とした原水を膜モジュールに流して水処理を行っている。
特開２００７－２４５０５８号公報
　ここで、上述のような水処理システムで用いられる膜モジュールは、数十本から数百本の管状膜で構成されている。そのような膜モジュールに対して、原水に空気を混合した気液混相流を流す場合、膜モジュール内の多数の管状膜に均一に原水と空気が流れず、中には管状膜に空気が詰まることにより原水が全く流れないものも発生する。このように、原水が流れない管状膜が発生すると、実質的に濾過に寄与する管状膜の本数が減ることによって濾過効率が低下することに加え、吸引圧力によって付着した固体が乾燥することにより、管状膜の寿命が縮まるという問題が発生する。
　このような問題は、膜洗浄効果の高い気泡投入比率を保ちながら、動力削減のために原水の流速を小さくした場合に発生し易い。従って、空気量を少なくすると共に所定速度以上の流速で運転することによって、流速の勢いで気泡が管状膜中に詰まらないようにする方法が考えられる。しかしながら、当該方法を採用したとしても、複数の管状膜に均一に流すことができない場合がある。また、当該方法では、膜洗浄効果を高めることが出来ず、高い動力が必要となるという問題がある。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数の管状膜に均一に気液混相流の原水を流すことのできる水処理システムを提供することを目的とする。
　ここで、本発明者らは、鋭意研究の結果、次の知見を見出すに至った。すなわち、本発明者らは、原水が通過するライン上の圧力抵抗を適切に高めることによって、膜モジュールの複数の管状膜に均一に気液混相流の原水を流すことができることを見出した。また、本発明者らは、当該方法によって、原水の循環速度を高くすることなく、且つ、空気量を少なくすることなく、複数の管状膜に原水を均一に流すことができることを見出した。
　そこで、本発明の一形態に係る水処理システムは、複数の管状膜を有し、管状膜の内部に原水を流して原水を濾過する膜モジュールと、原水の水源から膜モジュールへ原水を供給する原水供給部と、原水に気体を供給し、膜モジュールに供給される原水を気液混相流とする気体供給部と、少なくとも膜モジュールで濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部と、を備え、圧力抵抗調整部は、原水供給部の下流側、又は原水供給部の上流側に設けられる。
　本発明の一形態に係る水処理システムは、少なくとも膜モジュールで濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部を備えている。複数の管状膜の内部を気液混相流の原水が流れる時に管状膜間で圧力変動のばらつきが生じるとしても、当該圧力変動のばらつきの影響を無視できるように圧力抵抗調整部で圧力抵抗を高めることによって、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制することができる。従って、膜モジュールが多数の管状膜を有している場合であっても、気液混相流の原水は各管状膜を均一に流れることができる。更に、膜洗浄効率を高くするために空気量を多くし、且つ、動力削減のために流速を小さくした場合であっても、気液混相流の原水は、各管状膜を均一に流れることができる。以上によって、水処理システムは、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数の管状膜に均一に気液混相流の原水を流すことができる。
　圧力抵抗調整部は、膜モジュールの複数の管状膜のそれぞれに対して設けられてよい。これによって、気液混相流の原水は、より確実に各管状膜を均一に流れることができる。
　原水供給部は、少なくとも膜モジュールにおける原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓとなるように、原水を供給してよい。このように流速を小さくすることによって動力を削減することができる。
　水処理システムは、少なくとも、膜モジュールの入口側の圧力を検出する圧力検出部と、原水供給部、気体供給部、及び圧力抵抗調整部を制御する制御部と、を更に備え、圧力抵抗調整部は、弁の開閉によって圧力抵抗を変更可能であり、制御部は、圧力検出部の検出値に基づいて、原水供給部及び気体供給部を制御すると共に、圧力抵抗調整部で圧力抵抗を設定してよい。これによって、制御部は、圧力検出部の検出値を取得することで、膜モジュールの入口側の圧力に基づいて、圧力抵抗調整部の圧力抵抗を設定することができる。従って、制御部は、気液混相流の原水が複数の管状膜を均一に流れ易い条件となるように、圧力抵抗を設定することが可能となる。
　本発明の一形態に係る水処理システムは、複数の管状膜を有し、管状膜の内部に原水を流して原水を濾過する膜モジュールと、原水の水源から膜モジュールへ原水を供給する原水供給部と、原水に気体を供給し、膜モジュールに供給される原水を気液混相流とする気体供給部と、少なくとも膜モジュールで濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部と、を備え、圧力抵抗調整部は、原水供給部の下流側、又は原水供給部の上流側に設けられ、原水供給部は、少なくとも膜モジュールにおける原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓとなるように、原水を供給し、圧力抵抗調整部は、膜モジュールでの圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように設定される。
　本発明の一形態に係る水処理システムは、少なくとも膜モジュールで濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部を備えている。複数の管状膜の内部を気液混相流の原水が流れる時に管状膜間で圧力変動のばらつきが生じるとしても、当該圧力変動のばらつきの影響を無視できるように圧力抵抗調整部が、膜モジュールでの圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように設定されることによって、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制することができる。従って、膜モジュールが多数の管状膜を有している場合であっても、気液混相流の原水は各管状膜を均一に流れることができる。更に、膜洗浄効率を高くするために空気量を多くし、且つ、動力削減のために流速を小さくした場合（少なくとも膜モジュールにおける原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓ）であっても、気液混相流の原水は、各管状膜を均一に流れることができる。以上によって、水処理システムは、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数の管状膜に均一に気液混相流の原水を流すことができる。
　本発明によれば、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数の管状膜に均一に気液混相流を流すことができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理システムを示す概略構成図である。 図２は、図１に示す圧力抵抗調整部の構造の一例を示す図である。 図３は、図２に示す高圧力抵抗部材の構造の一例を示す図である。 図４は、膜モジュールの複数のチューブラー膜に原水が流れる様子を示す概略図である。 図５（ａ）は、試験に用いた膜モジュール周辺の構成を示す概略図であって、原水がチューブラー膜の出口に達する前の状態を示す図であり、図５（ｂ）は、原水がチューブラー膜の出口に達した状態を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る水処理システムの膜モジュール周辺の構成を示す概略図である。 図７は、変形例に係る水処理システムの膜モジュール周辺の構成を示す概略図である。 図８は、第３実施形態に係る水処理システムの膜モジュール周辺の構成を示す概略図である。 図９は、絞り比とζ０との関係を示すグラフである。 図１０は、実施例及び比較例の圧力損失とスラグ流分散率との関係を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照しながら本発明による水処理システムの一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る水処理システム１を示す概略構成図である。図１に示すように、水処理システム１は、膜モジュール２と、原水槽（原水の水源）３と、原水ポンプ（原水供給部）４と、流量計６と、空気ブロワ（気体供給部）７と、圧力計（圧力検出部）８，９と、濾過水槽１１と、濾過ポンプ１２と、逆洗ポンプ１３と、圧力抵抗調整部１４と、制御部１６と、を備えている。膜モジュール２よりも上流側では、原水槽３と膜モジュール２とは、ラインＬ１で接続されている。膜モジュール２よりも下流側では、原水槽３と膜モジュール２とは、ラインＬ２で接続されている。
　膜モジュール２は、原水を濾過して固液分離するためのモジュールである。膜モジュール２は、複数のチューブラー膜（管状膜）５を有している。膜モジュール２は、複数のチューブラー膜５を束ねた状態で円筒状のケース１０に収容することによって構成されている。膜モジュール２は、チューブラー膜５の内部に原水を流して当該原水を濾過する。チューブラー膜５は、内径が３～２０ｍｍ程度で、長さが５０～３００ｃｍ程度のストロー状の膜であり、材質として、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＥなどが挙げられる。一つ当りの膜モジュール２は、５０～１０００本のチューブラー膜５を有している。ただし、これらの内径、長さ、本数は一例であって、この数値に限定されるものではなく、当該範囲より小さくてもよく、大きくてもよい。また、材質も一例であって、限定されない。
　原水槽３は、水処理システム１で処理される原水を貯留する槽である。なお、原水の水源は、原水槽３に代えて、河川などであってもよい。この場合、ラインＬ１は、河川から直接原水を吸い上げ、ラインＬ２は、膜モジュール２を通過した原水を河川へ排出する。原水ポンプ４は、ラインＬ１に設けられており、原水槽３から原水を吸引し、膜モジュール２に供給する。なお、原水ポンプ４の配置は特に限定されず、ラインＬ１，Ｌ２の何れかの位置に設けられている。流量計６は、ラインＬ１上に設けられ、原水ポンプ４で圧送される原水の流量を測定する。
　空気ブロワ７は、原水に空気を供給し、膜モジュール２に供給される原水を気液混相流とする。空気ブロワ７は、ラインＬ１上であって、原水ポンプ４と膜モジュール２との間に設けられているが、膜モジュール２より上流側であれば、特に位置は限定されない。圧力計８は、膜モジュール２の上流側の圧力、具体的には、膜モジュール２の入口の直前の圧力を検出する。圧力計９は、膜モジュール２の下流側の圧力、具体的には、膜モジュール２の出口の直後の圧力を検出する。例えば、原水の流れがスラグ流である場合の空気の供給量は、０．０５～０．５ｍ／ｓとすることができる。ただし、当該範囲で運転すれば、本システムのメリットが特に大きくなるものであるため、当該範囲に限定されるものではなく、例えば、１．０ｍ／ｓや２．０ｍ／ｓやそれ以上の供給量で運転してもよい。なお、ボイド率が０．１～０．７程度(後述の試験においては０．４)でスラグ流になるため、空気の供給量を算出するためには、「ボイド率≒空気流速／(空気流速＋水流速)」という式を用い、その領域になるように空気流速(空気の供給量)を設定してよい。例えば、水流速を動力削減のために、０．１ｍ／ｓとする場合、ボイド率を０．４にするには空気の供給量を約０．０６５ｍ／ｓとする。
　膜モジュール２のチューブラー膜５を流れる原水の流れは、小さな気泡が上昇していくバブル流であってもよく、潰れたような状態の縦長で弾丸状の気泡が形成されるスラグ流であってもよく、スラグ流から大小様々な気泡が混在するチャーン流であってもよい。
　濾過水槽１１は、膜モジュール２のチューブラー膜５によって固液分離された処理水を貯留する槽である。濾過ポンプ１２は、ケース１０に接続されており、チューブラー膜５の外側から原水を吸引するためのポンプである。これによって、濾過ポンプ１２は、チューブラー膜５で固液分離されてケース１０内に流出する処理水を濾過水槽１１へ供給する。逆洗ポンプ１３は、ケース１０に接続されており、濾過水槽１１に貯留された濾過水を膜モジュール２へ逆流させることによって、チューブラー膜５の内部の洗浄を行う。濾過によって、膜モジュール２のチューブラー膜５の内部には原水中の汚泥が蓄積していくため、一定時間濾過した後、逆洗ポンプを駆動させることによって、チューブラー膜５の洗浄を行うことができる。
　圧力抵抗調整部１４は、少なくとも膜モジュール２で濾過を行うときに、原水に対する圧力抵抗が高められる部分である。第１実施形態では、圧力抵抗調整部１４は、圧力抵抗を高めることにより、膜モジュール２の入口部２Ａでの気液混相流である原水の圧力を高めることができる。これによって、圧力抵抗調整部１４は、膜モジュール２の入口部２Ａの圧力を大きくすることができる。
　圧力抵抗調整部１４は、少なくともチューブラー膜５の入口５ａから、ラインＬ２の下流側の端部（原水が大気開放される位置）までの合計の圧力損失を大きくする。すなわち、圧力抵抗調整部１４は、例えば、チューブラー膜５の入口５ａと出口５ｂとの間の圧力損失、ラインＬ２の屈曲や継手等による圧力損失、及び圧力抵抗調整部１４での圧力損失の合計が、所定値以上となるように設定される。この合計の圧力損失は、各チューブラー膜５での圧力変動のばらつきを無視できる程度（圧力変動のばらつきの詳細については後述する）の値に設定される。具体的に、チューブラー膜５の入口５ａから圧力抵抗調整部１４へ至る合計の圧力損失が１００ｍｍＡｑとなるように、圧力抵抗調整部１４を設定してよい。
　図１に示す実施形態では、圧力抵抗調整部１４は、膜モジュール２の下流側のラインＬ２に設けられている。ただし、圧力抵抗調整部１４は、膜モジュール２の入口部２Ａの圧力を高めることができる位置であれば特に限定はされず、ラインＬ２のどの位置であってもよい。また、図１の例では、圧力抵抗調整部１４は、一箇所のみに設けられているが、ライン上の複数カ所に設けてもよい。
　第１実施形態においては、圧力抵抗調整部１４は、少なくとも膜モジュール２で濾過を行っているときに、水処理システム１の原水のライン中で、最も圧力抵抗が高くなるように調整された部分である。例えば、ラインＬ１，Ｌ２中で配管が屈曲する部分や、管の径が細くなる部分や、膜モジュール２の入口部２Ａや出口部２Ｂや、継手部分では、真っ直ぐな配管部分に比して圧力抵抗が高くなるが、圧力抵抗調整部１４は、それらの部分に比して圧力抵抗が高い。
圧力抵抗調整部１４は、圧力抵抗を変更可能に構成されていてもよく、製造時に圧力抵抗を調整されたら、その後は変更不可能に構成されていてもよい。すなわち、圧力抵抗調整部１４は、少なくとも膜モジュール２で濾過を行っているとき、圧力抵抗が高められている状態に調整がなされていればよい。従って、圧力抵抗調整部１４は、圧力抵抗を変更可能な場合は、膜モジュール２での濾過を行っていないとき、圧力抵抗を下げた状態としておいてもよい。
　圧力抵抗調整部１４は、圧力抵抗を高めることができる構造であればどのような構造を採用してもよく、例えば、図２に示すような構造を採用してよい。具体的には、図２（ａ）に示すように、電磁弁などの開閉弁１９で構成される圧力抵抗調整部１４Ａを採用してよい。圧力抵抗調整部１４Ａは、開閉弁１９の開度を変更することによって、圧力抵抗を変更可能である。すなわち、圧力抵抗調整部１４Ａは、圧力抵抗を高めるときは開閉弁１９の開度を下げ、圧力抵抗を戻す場合は開閉弁１９の開度を上げる。
　あるいは、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、圧力抵抗を変更不可能な高圧力抵抗部材１８を用いた圧力抵抗調整部１４Ｂ，１４Ｃを採用してもよい。圧力抵抗調整部１４Ｂでは、ライン上に高圧力抵抗部材１８が設けられており、製造時に圧力抵抗を調整されたら、当該圧力抵抗で固定される。圧力抵抗調整部１４Ｃは、高圧力抵抗部材１８が設けられる一以上のラインと、高圧力抵抗部材１８が設けられないラインとを、並列に有している。並列に設けられた高圧力抵抗部材１８は各々異なる圧力抵抗に設定されており、圧力抵抗調整部１４Ｃでは、弁の切り替えなどによって、最適な圧力抵抗に設定できるように、高圧力抵抗部材１８を選択することができる。あるいは、圧力抵抗調整部１４Ｃでは、膜モジュール２で濾過を行っていないときは、高圧力抵抗部材１８が設けられていないラインを選択してよい。
　高圧力抵抗部材１８は、ライン中の通常の配管に比して圧力抵抗を高められるものであればどのような構造を採用してもよく、例えば、図３に示すような部材を採用してよい。図３（ａ）に示す高圧力抵抗部材１８Ａは、配管を複数回屈曲させることによって圧力抵抗が高められている。あるいは、配管を螺旋状に巻くことによって圧力抵抗を高めてもよい。図３（ｂ）に示す高圧力抵抗部材１８Ｂは、配管径を局所的に細くすることによって圧力抵抗が高められている。図３（ｃ）に示す高圧力抵抗部材１８Ｃは、オリフィス構造となっており、配管中に一つもしくは複数の貫通孔を設けることによって圧力抵抗が高められている。
　制御部１６は、水処理システム１全体の運転制御を行う。制御部１６は、原水ポンプ４、流量計６、空気ブロワ７、圧力計８，９、濾過ポンプ１２、逆洗ポンプ１３、及び圧力抵抗調整部１４と電気的に接続されている。ただし、圧力抵抗調整部１４が圧力抵抗を変更不可能な場合は、電気的に接続されていなくともよい。制御部１６は、膜モジュール２で濾過を行うときは、圧力計８，９の検出値に基づいて、原水ポンプ４、空気ブロワ７、濾過ポンプ１２を制御すると共に、圧力抵抗調整部１４で圧力抵抗を設定する。制御部１６は、膜モジュールの逆洗を行うときは、逆洗ポンプ１３を制御する。
　次に、水処理システム１が原水の水処理を行うときの動作手順の一例について説明する。
　まず、制御部１６は、原水ポンプ４及び空気ブロワ７を起動させる。原水ポンプ４は、原水槽３から原水を吸引すると共にラインＬ１を介して膜モジュール２へ原水を供給する。空気ブロワ７は、原水に空気を供給することで原水を気液混相流とする。このとき、原水循環速度は、低い速度に設定することができる。具体的には、原水ポンプ４は、少なくともチューブラー膜５における原水の流速が０．０５ｍ／ｓ以上となるように原水を供給してよく、０．１ｍ／ｓ以上となるように原水を供給してよい。また、原水ポンプ４は、少なくともチューブラー膜５における原水の流速が０．２５ｍ／ｓ以下となるように原水を供給してよく、０．３ｍ／ｓ以下、０．５ｍ／ｓ以下となるように原水を供給してよい。また、空気ブロワ７による気泡投入比率(ボイド率)を高くすることができ、０．１～０．７程度、より好ましくは０．３～０．５程度に設定することができる。また、制御部１６は、濾過ポンプ１２を起動させる。濾過ポンプ１２のフラックスは、０．５～３．０ｍ／ｄ程度に設定される。ただし、原水循環速度、気泡投入比率、フラックスは上述の数値範囲に限定されるものではなく、当該数値範囲より小さくともよく、大きくともよい。
　制御部１６は、膜モジュール２の入口側の圧力計８による検出値及び出口側の圧力計９の検出値を取得する。制御部１６は、これらの検出結果に基づいて、圧力抵抗調整部１４の圧力抵抗を設定する。すなわち、制御部１６は、入口側の圧力と出口側の圧力の圧力差が所定の目標値に達していないときは、圧力抵抗調整部１４の圧力抵抗を高める。あるいは、制御部１６は、運転開始の時点で圧力抵抗調整部１４を所定の圧力抵抗となるように設定しておき、運転中に圧力計８，９の検出値を監視しながら、圧力抵抗の微調整を行ってもよい。
　膜モジュール２の各チューブラー膜５に均一に原水を流すことができるときの入口側及び出口側の好適な圧力は、水処理システム１のライン中の配管の径や屈曲具合や継手の数などによって異なるが、膜モジュール２の入口部２Ａ付近の圧力は、第１実施形態においては、１０～２０ｋＰａ程度であることが好ましく、出口部２Ｂ付近の圧力は、０～１０ｋＰａ程度であることが好ましい。ただし、これらの数値はシステムの各種条件によって変動するものであるため、当該数値範囲に限定されるものではない。なお、膜モジュール２の入口側と出口側の圧力差に基づいて圧力抵抗調整部１４を制御することがより好ましいが、入口側の圧力、すなわち圧力計８の検出値のみに基づいて制御してもよい。
　次に、本実施形態に係る水処理システム１の作用・効果について説明する。
　まず、従来の水処理システムについて説明する。従来の水処理システムは、図１に示す水処理システム１から圧力抵抗調整部１４を除いた構成を有する。
　上述のように、膜モジュール２は、数十本から数百本の管状膜で構成されている。従来の水処理システムにおいて、そのような膜モジュール２に対して、原水に空気を混合した気液混相流を流す場合、図４（ａ）に示すように、膜モジュール２内の多数のチューブラー膜５に均一に原水と空気が流れず、中にはチューブラー膜５に空気が詰まることにより原水が全く流れないものも発生する。このように、原水が流れないチューブラー膜５が発生すると、実質的に濾過に寄与するチューブラー膜５の本数が減ることによって濾過効率が低下することに加え、吸引圧力によって付着した固体が乾燥することにより、チューブラー膜５の寿命が縮まるという問題が発生する。
　このような問題は、膜洗浄効果の高い気泡投入比率を保ちながら、動力削減のために原水の流速を小さくした場合に発生し易い。従って、空気量を少なくすると共に所定速度以上の流速で運転することによって、流速の勢いで気泡が管状膜中に詰まらないようにする方法が考えられる。しかしながら、当該方法を採用したとしても、複数のチューブラー膜５に均一に流すことができない場合がある。また、当該方法では、空気量が少ないために膜洗浄効果を高めることが出来ず、高い動力が必要となるため、原水ポンプ４を大きくしなければならないという問題がある。
　ここで、気液混相流の原水を複数のチューブラー膜５に均一に流すことができないことを確認するための試験について、図５を参照して説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、複数のチューブラー膜５は、入口５ａ側で上流側の接続部２１に接続され、出口５ｂ側で下流側の接続部２２に接続されている。接続部２１に流れ込んだ原水は、分岐されて各チューブラー膜５の入口５ａから内部へ流れる。また、各チューブラー膜５の内部を流れた原水は、出口５ｂから排出されて接続部２２で合流する。なお、図５に示す例では、チューブラー膜５は、入口５ａが下側に配置され、出口５ｂが上側に配置されるように上下方向に延びている。
　まず、第１の試験では、図５（ａ）に示すように、原水が流れていない状態のチューブラー膜５に対して、気液混相流の原水を供給した。このとき、チューブラー膜５での流速が０．１ｍ／ｓとなるように原水を供給した。このとき、原水は各チューブラー膜５に均一な気液混相流として流れ、原水の水面は各チューブラー膜５の内部を上昇した。図５（ｂ）に示すように、原水の水面がチューブラー膜５の出口５ｂに達すると、一部のチューブラー膜５（図ではチューブラー膜５Ｂ）において、エアリフト効果により気泡の急激な加速が発生した。また、一部のチューブラー膜５で気泡の急激な加速が発生することにより、圧力のバランスが崩れ、他のチューブラー膜５では上下振動や逆流が発生した。
　また、第２の試験では、図５（ａ），（ｂ）に示す膜モジュール２から、上流側の接続部２２を除き、各チューブラー膜５の出口５ｂを開放させたものを準備した。このような膜モジュール２について、原水が流れていない状態のチューブラー膜５に対して、気液混相流の原水を供給した。このとき、原水は各チューブラー膜５に入り込み、原水の水面は各チューブラー膜５の内部を上昇した。第２の試験においても、エアリフト効果により一部のチューブラー膜５で気泡の急激な加速が発生することにより、圧力のバランスが崩れ、他のチューブラー膜５では上下振動や逆流が発生した。
　また、第３の試験では、図５（ａ），（ｂ）に示す膜モジュール２を用いた。原水が流れていない状態のチューブラー膜５に対して、微小な流速またはほぼ流速０ｍ／ｓにて気液混相流の原水を供給した。このとき、原水は各チューブラー膜５に均一な気液混相流として流れた。第３の試験においても、エアリフト効果により一部のチューブラー膜５で気泡の急激な加速が発生することにより、圧力のバランスが崩れ、他のチューブラー膜５では上下振動や逆流が発生した。
　また、第４の試験では、図５（ａ），（ｂ）に示す膜モジュール２を用いた。少なくともチューブラー膜５での流速を０．１ｍ／ｓにして原水を膜モジュール２に供給した。膜モジュール２に原水が満たされた状態で、空気ブロワ７で空気を供給した。気泡は各チューブラー膜５へ入りこんだ。しかしながら、第４の試験においても、気泡がチューブラー膜５の出口５ｂに達すると、エアリフト効果により一部のチューブラー膜５で気泡の急激な加速が発生することにより、圧力のバランスが崩れ、他のチューブラー膜５では上下振動や逆流が発生した。
　また、第５の試験では、図５（ａ），（ｂ）に示す膜モジュール２を用いた。少なくともチューブラー膜５での流速を０．５ｍ／ｓにして十分な流速で原水を膜モジュール２に供給した。膜モジュール２に原水が満たされた状態で、空気ブロワ７で空気を供給した。気泡は各チューブラー膜５へ入りこみ、気泡がチューブラー膜５の出口５ｂに達しても、一部のチューブラー膜５で上下振動や逆流が発生することなく、各チューブラー膜５に気液混相流が均一に流れた。
　なお、上述の試験では、マノメータを用いて各チューブラー膜５での圧力を観察した。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、複数のチューブラー膜５のうち一部のチューブラー膜５Ａの入口５ａ側にマノメータＭＬ１を取り付けると共に、出口５ｂ側にマノメータＭＬ２を取り付けた。マノメータＭＬ１，ＭＬ２の水面高さは、当該マノメータＭＬ１，ＭＬ２が取り付けられた位置での圧力を示している。例えば、気液混相流がチューブラー膜５Ａの出口５ｂに達してエアリフトが発生して圧力のバランスが崩れると、チューブラー膜５ＢのマノメータＭＬ１，ＭＬ２の水面が上下に大きく振動する。
　以上の試験より、各チューブラー膜５の圧力にばらつきが生じていることが理解された。これらのばらつきは、各チューブラー膜５の製品規格（厚さ、長さ、たわみなど）の誤差によるものではなく、気泡が各チューブラー膜５にランダムに入り込むことによって生じる各チューブラー膜５の圧力変動のばらつきと考えられ得る。
　ここで、本発明者らは、鋭意研究の結果、次の知見を見出すに至った。すなわち、本発明者らは、原水が通過するライン上の圧力抵抗を適切に高めることによって、膜モジュール２の複数のチューブラー膜に均一に気液混相流の原水を流すことができることを見出した。また、本発明者らは、当該方法によって、原水の循環速度を高くすることなく、且つ、空気量を少なくすることなく、複数のチューブラー膜５に原水を均一に流すことができることを見出した。すなわち、各チューブラー膜５での圧力変動のばらつきを無視できる程度にまで圧力抵抗を高めることで、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制し、気液混相流の原水を各チューブラー膜５に対して均一に流すことが出来る点を見出した。
　そこで、本実施形態に係る水処理システム１は、少なくとも膜モジュール２で濾過を行っているときに、原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部１４を備えている。複数のチューブラー膜５の内部を気液混相流の原水が流れる時にチューブラー膜５間で圧力変動のばらつきが生じるとしても、当該圧力変動のばらつきの影響を無視できるように圧力抵抗調整部１４で圧力抵抗を高めることによって、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制することができる。例えば、圧力抵抗調整部１４で圧力抵抗が高められていることで、膜モジュール２内にある個々のチューブラー膜５の圧力変動のばらつきが無視され、エアリフトの発生が抑えられ、気泡が膜モジュール２内を均一に流れる。従って、膜モジュール２が多数のチューブラー膜５を有している場合であっても、気液混相流の原水は各チューブラー膜５を均一に流れることができる。更に、膜洗浄効率を高くするために空気量を多くし、且つ、動力削減のために流速を小さくした場合（例えば、少なくとも膜モジュールにおける原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓ）であっても、気液混相流の原水は、各チューブラー膜５を均一に流れることができる。以上によって、水処理システム１は、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数のチューブラー膜５に均一に気液混相流の原水を流すことができる。
　また、本実施形態に係る水処理システムに１おいて、少なくとも、膜モジュール２の入口側及び出口側の圧力を検出する圧力計８，９と、原水ポンプ４、空気ブロワ７、及び圧力抵抗調整部１４を制御する制御部１６と、を備えている。また、圧力抵抗調整部１４は、弁の開閉によって圧力抵抗を変更可能であり、制御部１６は、圧力計８，９の検出値に基づいて、原水ポンプ４及び空気ブロワ７を制御すると共に、圧力抵抗調整部１４で圧力抵抗を設定してよい。これによって、制御部１６は、圧力計８，９の検出値を取得することで、膜モジュール２の入口側の圧力に基づいて、圧力抵抗調整部１４の圧力抵抗を設定することができる。従って、制御部１６は、気液混相流の原水が複数の管状膜を均一に流れ易い条件となるように、圧力抵抗を設定することが可能となる。
　［第２実施形態］
　図６を参照して、第２実施形態に係る水処理システム１００について説明する。第２実施形態に係る水処理システム１００は、圧力抵抗調整部５０が複数のチューブラー膜５のそれぞれに対して設けられる点で、第１実施形態に係る水処理システム１と主に相違する。圧力抵抗調整部５０は、少なくともチューブラー膜５の入口５ａから、ラインＬ２の下流側の端部（原水が大気開放される位置）までの合計の圧力損失を大きくする。第１実施形態に係る水処理システム１では、各チューブラー膜５へ分岐した原水が再び合流するラインＬ２での圧力損失を大きくするものあったが、第２実施形態に係る水処理システム１００の圧力抵抗調整部５０は、複数のチューブラー膜５の一つ一つでの圧力損失を大きくしている。なお、水処理システム１００は、第１実施形態の圧力抵抗調整部１４がラインＬ２に設けられておらず、チューブラー膜５に圧力抵抗調整部５０が設けられている点以外は、図１に示す第１実施形態の水処理システム１と同様な構成を有している。
　図６に示すように、複数のチューブラー膜５は、入口５ａ側で上流側の接続部２１に接続され、出口５ｂ側で下流側の接続部２２に接続されている。接続部２１に流れ込んだ原水は、分岐されて各チューブラー膜５の入口５ａから内部へ流れる。また、各チューブラー膜５の内部を流れた原水は、出口５ｂから排出されて接続部２２で合流する。このような膜モジュール２の各チューブラー膜５に対して、圧力抵抗調整部５０としてオリフィス５１が設けられる。オリフィス５１は、チューブラー膜５の下流側の端部、すなわち出口５ｂに設けられている。ただし、オリフィス５１は、１本当たりのチューブラー膜５の合計の圧力損失を大きくすることができればどの位置に設けられていてもよく、出口５ｂと入口５ａとの間の領域のいずれの位置に設けられてもよい。また、一本当たりのチューブラー膜５に対して設けられるオリフィス５１の数も限定されず、複数設けてもよい。なお、原水ポンプ４がラインＬ１に設けられる場合は、圧力抵抗調整部５０は原水ポンプ４の下流側に設けられることとなり、原水ポンプ４がラインＬ２に設けられる場合は、圧力抵抗調整部５０は原水ポンプ４の上流側に設けられることとなる。
　オリフィス５１は、チューブラー膜５の内径よりも小さい内径を有しており、このように部分的に内径を小さくすることによって圧力損失を大きくする。チューブラー膜５での圧力損失は、本研究条件では、流速０．１ｍ／ｓのときに約２０ｍｍＡｑである。ただし、このような数値に限定されるものではない。
　圧力抵抗調整部５０は、膜モジュール２のチューブラー膜５での圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように設定されてよい。このような数値範囲とすることによって、気液混相流の原水を各チューブラー膜５に均一に流すことができる。ただし、このような数値に限定されるものではない。また、膜モジュール２のチューブラー膜５での圧力損失の上限値は、使用する装置の条件によって変化するものであるが、例えば４０００ｍｍＡｑ以下となるように圧力抵抗調整部５０が設定されてよい。ただし、このような数値に限定されるものではない。このような数値範囲とすることによって、原水ポンプ４の動力を必要以上に高めることなく所望の流速で原水を供給することができる。
　オリフィス５１のように内径を小さくすることによる圧力損失（Δｈ）は、例えば、以下の式（１）及び式（２）から導き出される式（３）によって演算することができる。なお、式において、ｖ０はオリフィス５１での原水の流速、ｄ０はオリフィス５１の内径、ｖはチューブラー膜５での原水の流速、ｄはチューブラー膜５の内径である。
 
Δｈ＝ζ０・ｖ０ ２／２ｇ＝ζ・ｖ２／２ｇ　…（１）
 
ζ＝ζ０（ｄ／ｄ０）４　…（２）
 
Δｈ＝ζ０・（ｄ／ｄ０）４・ｖ２／２ｇ　…（３）
 
　以上のように、本実施形態に係る水処理システム１００は、膜モジュール２において原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部５０を備えている。複数のチューブラー膜５の内部を気液混相流の原水が流れる時にチューブラー膜５間で圧力変動のばらつきが生じるとしても、当該圧力変動のばらつきの影響を無視できるように圧力抵抗調整部５０で圧力抵抗を高めることによって、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制することができる。具体的には、圧力抵抗調整部５０が、膜モジュール２での圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように設定されることによって、圧力変動のばらつきに起因する不安定な原水の流れを抑制することができる。従って、膜モジュール２が多数のチューブラー膜５を有している場合であっても、気液混相流の原水は各チューブラー膜５を均一に流れることができる。更に、膜洗浄効率を高くするために空気量を多くし、且つ、動力削減のために流速を小さくした場合（例えば、少なくとも膜モジュール２における原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓ）であっても、気液混相流の原水は、各チューブラー膜５を均一に流れることができる。以上によって、水処理システム１は、高い膜洗浄効率を保ちつつ、低い動力にて、複数のチューブラー膜５に均一に気液混相流の原水を流すことができる。
　また、圧力抵抗調整部５０は、膜モジュール２の複数のチューブラー膜５のそれぞれに対して設けられている。これによって、気液混相流の原水は、より確実に各チューブラー膜５を均一に流れることができる。
　なお、内径を小さくすることによって圧力損失を大きくするための圧力抵抗調整部５０としてオリフィス５１を例示した。しかし、圧力抵抗調整部５０は、オリフィス５１に限定されず、図７に示す水処理システム２００のように、チューブラー膜５自体の内径を部分的に小さくした小径部５４であってもよい。小径部５４の内径は、チューブラー膜５の基本部５３（図６の形態でのチューブラー膜５に相当する圧力損失を有する部分であり、小径部５４と区別するために便宜的に「基本部」と称する）の内径よりも小さい。図７では、小径部５４はチューブラー膜５の出口５ｂに設けられている。ただし、小径部５４は、１本当たりのチューブラー膜５の合計の圧力損失を大きくすることができればどの位置に設けられていてもよく、出口５ｂと入口５ａとの間の領域のいずれの位置に設けられてもよい。また、一本当たりのチューブラー膜５に対して設けられる小径部５４の数も限定されず、複数設けてもよい。また、小径部５４の長さは特に限定されない。例えば、チューブラー膜５全体を小径部５４としてもよい。また、オリフィス５１と小径部５４を組み合わせてもよい。
　［第３実施形態］
　図８を参照して、第３実施形態に係る水処理システム３００について説明する。第３実施形態に係る水処理システム３００は、圧力抵抗調整部５０としてチューブラー膜５を長くした延長部５６を採用した点で、第２実施形態に係る水処理システム１００と相違する。延長部５６は、基本部５３のみによって構成されるチューブラー膜に比して、チューブラー膜５全体を長くすることによって設けられる。なお、基本部５３とは、図６の形態でのチューブラー膜５に相当する長さ（圧力損失）を有する部分である。基本部５３での圧力損失は、本研究条件では、流速０．１ｍ／ｓのときに約２０ｍｍＡｑである。延長部５６は、摩擦によって圧力損失を大きくするものである。本実施形態の圧力抵抗調整部５０の圧力損失の数値範囲は、第２実施形態に係る圧力抵抗調整部５０による圧力損失の数値範囲と同様である。
　具体的に、延長部５６を有するチューブラー膜５のように摩擦によって得られる圧力損失（Δｈ）は、以下の式（４）によって演算することができる。なお、式において、ｆはチューブラー膜５の摩擦係数であり、ｌはチューブラー膜５の長さである。
 
Δｈ＝ｆ・（ｌ／ｄ）・ｖ２／２ｇ　…（４）
 
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図１は水処理システムのシステム構成の一例に過ぎず、異なるシステム構成を採用してもよい。また、圧力抵抗調整部１４の圧力抵抗は、圧力計８，９の検出値に基づいて設定しなくともよく、運転開始時に所定の圧力抵抗に設定した後に濾過を開始してもよい。
　また、圧力抵抗調整部は、第２実施形態で例示したように径を小さくすることで圧力損失を大きくする方法と、第３実施形態で例示したように摩擦によって圧力抵抗を大きくする方法とを組み合わせてもよい。
［実施例］
　以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　まず、圧力損失の演算の具体的な例について説明する。まず、チューブラー膜の内径（ｄ）を４ｍｍとし、チューブラー膜の長さを１ｍとし、圧力抵抗調整部として絞り比（ｄ０／ｄ）を０．３５としたオリフィスを用いる。この場合、図９のグラフを用いてζ０＝２．３という値が得られる。これらの値を式（３）へ代入することで、圧力抵抗調整部の圧力損失が、Δｈ＝７８ｍｍＡｑ（約８０ｍｍＡｑ）と算出される。
　次に、摩擦による圧力損失が上述のオリフィスの７８ｍｍＡｑ（約８０ｍｍＡｑ）に等しくなるような延長部の長さを算出する。本研究での運転条件においては、式（４）に対して、摩擦係数ｆ＝（Ｒｅ／８４＝）０．１６、チューブラー膜５の内径ｄ＝４ｍｍ、圧力損失Δｈ＝７８×１０－３ｍＡｑ（７８ｍｍＡｑ）を代入することで、ｌ≒３．８（約４ｍ）という値が得られる。すなわち、約４ｍの延長部によって約８０ｍｍＡｑの圧力損失を得られるため、チューブラー膜は１ｍ当り約２０ｍｍＡｑの圧力損失に対応する。このとき、チューブラー膜のうち基本部に対応する部分の長さは１ｍであるため、基本部での圧力損失は約２０ｍｍＡｑとなる。従って、オリフィスを設けた１ｍのチューブラー膜と、１ｍの基本部に４ｍの延長部を設けたチューブラー膜（合計５ｍのチューブラー膜）は、いずれも圧力損失が１００ｍｍＡｑとなる。以下の実施例及び比較例では、それぞれ延長部の条件またはオリフィスの条件が異なっているが、式（３）または式（４）を用いることで圧力損失を算出することができる。
　［実施例１］
　基本部の内径（ｄ）を４ｍｍとし、基本部の長さを１ｍとし、摩擦係数（ｆ）を０．１６とし、延長部の長さを４ｍ（内径は４ｍｍ）とし、出口に内径が４ｍｍ（すなわち絞り比＝１）のオリフィスを設けたチューブラー膜を準備した。このときの、摩擦による圧力損失（延長部と基本部の合計の圧力損失）は１００ｍｍＡｑであり、オリフィスによる圧力損失は０ｍｍＡｑであった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は１００ｍｍＡｑであった。また、膜モジュールのチューブラー膜の本数を２９とした。また、空気を約０．０６５ｍ／ｓで供給してスラグ流とし、チューブラー膜での流速が０．１ｍ／ｓとなるように設定した。このような条件下で運転を行った結果、２９本のチューブラー膜のうち、２８本のチューブラー膜にスラグ流が流れていることを確認した。全体のチューブラー膜の本数に対する、スラグ流が流れているチューブラー膜の本数の割合を「スラグ流分散率」として算出し、図１０に示すグラフにプロットした。なお、このときのスラグ流分散率は９６．６％と算出された。
　［実施例２］
　基本部の内径（ｄ）を４ｍｍとし、基本部の長さを１ｍとし、摩擦係数（ｆ）を０．１６とし、延長部の長さを０ｍとし、出口に内径が１ｍｍ（すなわち絞り比＝０．２５）のオリフィスを設けたチューブラー膜を準備した。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は２０ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は３２７ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は３４７ｍｍＡｑであった。また、膜モジュールのチューブラー膜の本数を３０とし、当該膜モジュールを４個準備した。空気を約０．０６５ｍ／ｓで供給してスラグ流とし、チューブラー膜での流速が０．１ｍ／ｓとなるように設定した。４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［実施例３］
　基本部の長さを０．６ｍとした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は１２ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は３２７ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は３３９ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［実施例４］
　基本部の内径を８ｍｍとし、オリフィスの内径を２ｍｍ（すなわち絞り比＝０．２５）とした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は１０ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は３２７ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は３３７ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［実施例５］
　オリフィスの内径を２ｍｍ（すなわち絞り比＝０．５）とした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は２０ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は１５ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は３５ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［実施例６］
　基本部の長さを０．６ｍとし、オリフィスの内径を２ｍｍ（すなわち絞り比＝０．５）とした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は１２ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は１５ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は２７ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［実施例７］
　基本部の内径を８ｍｍとし、オリフィスの内径を４ｍｍ（すなわち絞り比＝０．５）とした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（延長部と基本部の合計の圧力損失）は１０ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は１５ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部及び圧力抵抗調整部の合計の圧力損失は２５ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　［比較例］
　オリフィスの内径を４ｍｍ、すなわち絞り比＝１であり実質的に圧力抵抗の調整を行っていない構成とした点以外、実施例２と同様の条件とした。このときの、摩擦による圧力損失（基本部の圧力損失）は２０ｍｍＡｑとなり、オリフィスによる圧力損失は０ｍｍＡｑとなった。従って、チューブラー膜の合計の圧力損失、すなわち基本部の圧力損失は２０ｍｍＡｑであった。このような４個の膜モジュールについての結果を図１０に示すグラフ上にプロットして示す。
　（評価）
　図１０のグラフに示すように、比較例に比して、チューブラー膜において圧力抵抗調整部で圧力損失を大きくした各実施例の方が、スラグ流分散率が高い。従って、実施例では、比較例に比してスラグ流を各チューブラー膜に均一に流すことができる点が理解される。また、実施例１～実施例４の結果より、チューブラー膜での圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように圧力抵抗調整部を設定した場合、スラグ流分散率を９０％以上とすることができ、スラグ流を各チューブラー膜に均一に流すことができる点が理解される。
　本発明は、複数の管状膜を有する膜モジュールを用いた水処理システムに利用可能である。
　１，１００，２００，３００…水処理システム、２…膜モジュール、４…原水ポンプ（原水供給部）、５…チューブラー膜（管状膜）、７…空気ブロワ（空気供給部）、８，９…圧力計（圧力検出部）、１４，５０…圧力抵抗調整部、１６…制御部。

Claims (5)

  1. 　複数の管状膜を有し、前記管状膜の内部に原水を流して前記原水を濾過する膜モジュールと、
    　前記原水の水源から前記膜モジュールへ前記原水を供給する原水供給部と、
    　前記原水に気体を供給し、前記膜モジュールに供給される前記原水を気液混相流とする気体供給部と、
    　少なくとも前記膜モジュールで濾過を行っているときに、前記原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部と、を備え、
    　前記圧力抵抗調整部は、前記原水供給部の下流側、又は前記原水供給部の上流側に設けられる、水処理システム。
  2. 　前記圧力抵抗調整部は、前記膜モジュールの複数の前記管状膜のそれぞれに対して設けられる、請求項１に記載の水処理システム。
  3. 　前記原水供給部は、少なくとも前記膜モジュールにおける前記原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓとなるように、前記原水を供給する、請求項１又は２に記載の水処理システム。
  4. 　少なくとも、前記膜モジュールの入口側の圧力を検出する圧力検出部と、
    　前記原水供給部、前記気体供給部、及び前記圧力抵抗調整部を制御する制御部と、を更に備え、
    　前記圧力抵抗調整部は、弁の開閉によって前記圧力抵抗を変更可能であり、
    　前記制御部は、前記圧力検出部の検出値に基づいて、前記原水供給部及び前記気体供給部を制御すると共に、前記圧力抵抗調整部で前記圧力抵抗を設定する、請求項１～３の何れか一項に記載の水処理システム。
  5. 　複数の管状膜を有し、前記管状膜の内部に原水を流して前記原水を濾過する膜モジュールと、
    　前記原水の水源から前記膜モジュールへ前記原水を供給する原水供給部と、
    　前記原水に気体を供給し、前記膜モジュールに供給される前記原水を気液混相流とする気体供給部と、
    　少なくとも前記膜モジュールで濾過を行っているときに、前記原水に対する圧力抵抗が高められる圧力抵抗調整部と、を備え、
    　前記圧力抵抗調整部は、前記原水供給部の下流側、又は前記原水供給部の上流側に設けられ、
    　前記原水供給部は、少なくとも前記膜モジュールにおける前記原水の流速が０．０５～０．２５ｍ／ｓとなるように、前記原水を供給し、
    　前記圧力抵抗調整部は、前記膜モジュールの前記管状膜での圧力損失が１００ｍｍＡｑ以上となるように設定される、水処理システム。
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