WO2014192433A1 - 濾過装置及びこれを用いた浸漬式濾過方法 - Google Patents

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WO2014192433A1
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hollow fiber
filtration
fiber membrane
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育 田中
森田　徹
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a filtration device and an immersion filtration method using the same.
  • Filtration devices having filtration modules in which a plurality of hollow fiber membranes are converged are used as solid-liquid separation treatment devices in sewage treatment and pharmaceutical manufacturing processes.
  • the outer peripheral surface side of the hollow fiber membrane is set to a high pressure, and the liquid to be processed is passed through the inner peripheral surface side of the hollow fiber membrane by an external pressure type, osmotic pressure or negative pressure on the inner peripheral surface side.
  • an immersion type that permeates to the inner peripheral surface side
  • an internal pressure type that allows the liquid to be treated to permeate the outer peripheral surface side of the hollow fiber membrane with a high pressure on the inner peripheral surface side of the hollow fiber membrane.
  • the external pressure type and the immersion type are contaminated with the use of substances contained in the liquid to be treated as the surface of each hollow fiber membrane is contaminated. Therefore, a cleaning method (air scrubbing) in which bubbles are sent from below the filtration module, the surface of each hollow fiber membrane is rubbed, and each hollow fiber membrane is further vibrated to remove deposits has been used (special feature). No. 2010-42329).
  • the conventional filtration device cleaning bubbles having a small volume are continuously supplied.
  • the diameter of the bubbles is generally on the order of several mm.
  • the conventional filtration device cleaning with gas has a small volume of bubbles and a small pressure applied to the hollow fiber membrane at the time of surface rubbing, which may result in insufficient removal of deposits.
  • the present invention has been made on the basis of the circumstances as described above, and provides a filtration device that is excellent in cleaning performance of the surface of the hollow fiber membrane and can maintain high filtration capability, and a filtration method using this filtration device. Objective.
  • An immersion type filtration device comprising a filtration module having a plurality of hollow fiber membranes held in a state aligned in one direction, and a gas supply device for supplying bubbles from below the filtration module,
  • the bubbles supplied from the gas supplier are divided into a plurality of bubbles after colliding with the filtration module.
  • Another invention made in order to solve the said subject is: It is an immersion filtration method using the filtration device.
  • the filtration device and the immersion filtration method of the present invention are excellent in the cleaning ability of the hollow fiber membrane surface and can maintain a high filtration ability. That is, the filtration device and the immersion filtration method of the present invention can wash the hollow fiber membrane surface uniformly and at a high pressure.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic plan view showing a lower holding member included in the filtration module of the filtration apparatus of FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of the lower holding member of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a schematic plan view of a filtration device according to an embodiment different from the filtration device of FIG. 1 as viewed from above.
  • FIG. 3b is a cross-sectional view of the filtration device of FIG. 3a taken along line BB.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a lower holding member having a shape different from that of the lower holding member of FIG. 2b.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic plan view showing a lower holding member included in the filtration module of the filtration apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a lower holding member having a shape different from that of the lower holding member of FIG. 2a.
  • FIG. 6 is a graph showing the operation results of Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the operation results of Example 2.
  • FIG. 8 is a graph showing the operation results of Comparative Example 1.
  • the present invention is An immersion type filtration device comprising a filtration module having a plurality of hollow fiber membranes held in a state aligned in one direction, and a gas supply device for supplying bubbles from below the filtration module, In the filtration device, the bubbles supplied from the gas supplier are divided into a plurality of bubbles after colliding with the filtration module.
  • the bubbles supplied from the gas supply device are divided into a plurality of bubbles by the hollow fiber membrane or its holding member, and rise while contacting the surface of the hollow fiber membrane.
  • the divided bubbles have an average diameter close to the interval between the hollow fiber membranes and are easily spread uniformly between the hollow fiber membranes. Therefore, the surface of the hollow fiber membrane can be thoroughly cleaned by the divided bubbles.
  • the above-mentioned divided bubbles have a higher rising speed than conventional fine bubbles, the surface of the hollow fiber membrane can be effectively cleaned with a high rubbing pressure.
  • the present inventors make it easy to rock the hollow fiber membrane by the bubbles divided by the hollow fiber membrane or the holding member as described above, and the pressure loss of the filtration module is increased by the rocking of the hollow fiber membrane. It was found that it can be remarkably suppressed.
  • the hollow fiber membranes come into contact with each other by water flow, and impurities accumulate between the contacted hollow fiber membranes to reduce the surface area of the hollow fiber membranes. The pressure loss of the filtration module tends to increase.
  • the hollow fiber membranes of the filtration module are effectively swung by the divided bubbles, so that the hollow fiber membranes can be separated from each other, and impurities deposited on the surface of the hollow fiber membranes are also present. Can be removed. Therefore, the said filtration apparatus can maintain a filtration capability at a high level compared with the conventional filtration apparatus.
  • the average horizontal diameter of the bubbles supplied from the gas supply device is larger than the maximum interval between the holding portions of the plurality of hollow fiber membranes of the filtration module.
  • the bubbles having an average diameter closer to the interval of the hollow fiber membranes more reliably can be spread uniformly between the hollow fiber membranes.
  • the “average horizontal diameter of bubbles” means the average value of the minimum width in the horizontal direction immediately before the bubbles discharged from the gas supplier collide with the hollow fiber membrane or its holding member.
  • the “maximum interval between the holding portions of the hollow fiber membranes” means the maximum of the intervals between the holding portions of the adjacent hollow fiber membranes.
  • the filtration module has an upper holding member and a lower holding member for positioning a plurality of hollow fiber membranes in the vertical direction, and the upper holding member communicates with the upper openings of the plurality of hollow fiber membranes, It is preferable that the gas supply device is located below the lower holding member.
  • the filtration device may further include a guide cover that surrounds at least the upper sides of the plurality of hollow fiber membranes. .
  • the immersion filtration method using the filtration device can efficiently wash the surface of the hollow fiber membrane, and can maintain a high treatment capacity at a low running cost.
  • the filtration device 1 in FIG. 1 includes a filtration module 2 and a gas supplier 3 that supplies bubbles from below the filtration module 2 and is used by being immersed in a filtration tank X storing a liquid to be treated.
  • the filtration module 2 includes a plurality of hollow fiber membranes 4 aligned in the vertical direction, and an upper holding member 5 and a lower holding member 6 that position the plurality of hollow fiber membranes 4 in the vertical direction.
  • the hollow fiber membrane 4 is a porous hollow fiber membrane that allows water to permeate through the inner hollow portion while preventing permeation of particles contained in the liquid to be treated.
  • thermoplastic resin can be a main component.
  • the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyamide, polyimide, polyetherimide, polystyrene, polysulfone, polyvinyl alcohol, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, cellulose acetate, and polyacrylonitrile.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PTFE which is excellent in chemical resistance, heat resistance, weather resistance, nonflammability and the like and is porous is preferable, and uniaxially or biaxially stretched PTFE is more preferable.
  • the material for forming the hollow fiber membrane 4 may be appropriately mixed with other polymers, additives such as lubricants, and the like.
  • the hollow fiber membrane 4 has a multilayer structure in order to achieve both water permeability and mechanical strength, and to make the surface cleaning effect due to air bubbles effective.
  • the hollow fiber membrane 4 preferably includes an inner support layer and a filtration layer laminated on the surface of the support layer.
  • a tube obtained by extruding a thermoplastic resin can be used as the support layer.
  • the support layer can be given mechanical strength and pores can be easily formed.
  • the tube is preferably stretched at a stretching ratio of 50% to 700% in the axial direction and 5% to 100% in the circumferential direction.
  • the stretching temperature is preferably not higher than the melting point of the tube material, for example, about 0 to 300 ° C. Stretching at a low temperature is good for obtaining a porous body having a relatively large pore diameter, and stretching at a high temperature is good for obtaining a porous body having a relatively small pore diameter.
  • the stretched porous body can have high dimensional stability by being heat treated at a temperature of 200 to 300 ° C. for about 1 to 30 minutes with both ends fixed and stretched. Moreover, the pore size of the porous body can be adjusted by combining conditions such as stretching temperature and stretching ratio.
  • the tube for forming the support layer can be obtained by, for example, blending a liquid lubricant such as naphtha with PTFE fine powder and forming the tube by extrusion or the like and then stretching it. it can. Further, dimensional stability can be improved by holding and sintering the tube for several tens of seconds to several minutes in a heating furnace maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE fine powder, for example, about 350 to 550 ° C. .
  • the lower limit of the number average molecular weight of the PTFE fine powder is preferably 500,000, more preferably 2 million.
  • the upper limit of the number average molecular weight of the PTFE fine powder is preferably 20 million. When the number average molecular weight of the PTFE fine powder exceeds the upper limit, it may be difficult to form the pores of the hollow fiber membrane 4.
  • the number average molecular weight is a value measured by gel filtration chromatography.
  • the average thickness of the support layer is preferably from 0.1 mm to 3 mm.
  • the filtration layer can be formed, for example, by winding a thermoplastic resin sheet around the support layer and sintering the sheet.
  • a sheet as a material for forming the filtration layer, stretching can be easily performed, and the shape and size of the pores can be easily adjusted, and the thickness of the filtration layer can be reduced.
  • the sintering temperature is preferably equal to or higher than the melting point of the tube forming the support layer and the sheet forming the filtration layer.
  • the sheet for forming the filtration layer is, for example, (1) a method in which an unsintered molded body obtained by extruding a resin is stretched at a temperature below the melting point and then sintered, and (2) the sintered resin molded body is gradually cooled.
  • a method of stretching after increasing the crystallinity can be used.
  • the sheet is preferably stretched at a stretching ratio of 50% to 1000% in the longitudinal direction and 50% to 2500% in the lateral direction. In particular, by setting the stretching ratio in the short direction to the above range, the mechanical strength in the circumferential direction can be improved when the sheet is wound, and the durability against surface cleaning by a large volume of bubbles can be improved. .
  • a filtration layer is formed by wrapping a sheet around a tube that forms a support layer
  • fine irregularities may be provided on the outer peripheral surface of the tube.
  • the number of times the sheet is wound can be adjusted according to the thickness of the sheet, and can be one or more times.
  • a plurality of sheets may be wound around the tube.
  • the method of winding the sheet is not particularly limited, and a method of winding in a spiral shape may be used in addition to a method of winding in the circumferential direction of the tube.
  • the size (level difference) of the fine irregularities is preferably 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the fine irregularities are preferably formed on the entire outer peripheral surface of the tube, but may be formed partially or intermittently.
  • examples of the method for forming the fine irregularities on the outer peripheral surface of the tube include surface treatment with flame, laser irradiation, plasma irradiation, and dispersion coating of fluorine-based resin. Surface treatment with a flame that can easily form irregularities without giving is preferable.
  • non-fired tube and sheet may be used, and the adhesion may be enhanced by sintering after winding the sheet.
  • the average thickness of the filtration layer is preferably 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. By setting the average thickness of the filtration layer within the above range, high filtration performance can be easily and reliably imparted to the hollow fiber membrane 4.
  • the upper limit of the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 6 mm, and more preferably 4 mm. If the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 exceeds the upper limit, the ratio of the surface area to the cross-sectional area of the hollow fiber membrane 4 may be reduced, and the filtration efficiency may be reduced.
  • the lower limit of the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 2 mm, more preferably 2.1 mm. When the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is less than the above lower limit, the mechanical strength of the hollow fiber membrane 4 may be insufficient.
  • the upper limit of the average inner diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 4 mm, and more preferably 3 mm.
  • the thickness of the hollow fiber membrane 4 may be reduced, and the mechanical strength and the impurity permeation preventing effect may be insufficient.
  • the lower limit of the average inner diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 0.5 mm, more preferably 0.9 mm.
  • the upper limit of the ratio of the average inner diameter to the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 0.8, and more preferably 0.6. If the ratio of the average inner diameter to the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 exceeds the above upper limit, the thickness of the hollow fiber membrane 4 becomes small, the mechanical strength, the permeation-preventing effect of impurities, and the durability against the surface cleaning by the large volume of bubbles. May be insufficient.
  • the lower limit of the ratio of the average inner diameter to the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 0.3, and more preferably 0.4. When the ratio of the average inner diameter to the average outer diameter of the hollow fiber membrane 4 is less than the above lower limit, the thickness of the hollow fiber membrane 4 may become larger than necessary, and the water permeability of the hollow fiber membrane 4 may be lowered.
  • the average length of the hollow fiber membrane 4 is not particularly limited, and can be, for example, 1 m or more and 6 m or less.
  • the average length of the hollow fiber membrane 4 means an average distance from the upper end portion fixed to the upper holding member 5 to the lower end portion fixed to the lower holding member 6, and as described later, one hollow fiber When the membrane 4 is curved in a U-shape and this curved portion is fixed to the lower holding member 6 as a lower end portion, it means an average distance from the lower end portion to the upper end portion (opening portion).
  • the upper limit of the porosity of the hollow fiber membrane 4 is preferably 90%, and more preferably 85%. When the porosity of the hollow fiber membrane 4 exceeds the above upper limit, the mechanical strength and scratch resistance of the hollow fiber membrane 4 may be insufficient.
  • the lower limit of the porosity of the hollow fiber membrane 4 is preferably 75%, more preferably 78%. When the porosity of the hollow fiber membrane 4 is less than the above lower limit, the water permeability is lowered and the filtration ability of the filtration device 1 may be lowered.
  • the porosity refers to the ratio of the total volume of pores to the volume of the hollow fiber membrane 4 and can be determined by measuring the density of the hollow fiber membrane 4 in accordance with ASTM-D-792.
  • the upper limit of the area occupancy rate of the pores of the hollow fiber membrane 4 is preferably 60%. If the area occupation ratio of the pores exceeds the above upper limit, the surface strength of the hollow fiber membrane 4 becomes insufficient, and there is a possibility that the hollow fiber membrane 4 may be damaged by rubbing bubbles.
  • the lower limit of the area occupation ratio of the holes of the hollow fiber membrane 4 is preferably 40%. When the area occupancy rate of the pores is less than the above lower limit, the water permeability is lowered, and the filtration ability of the filtration device 1 may be lowered.
  • the pore area occupancy means the ratio of the total area of pores on the outer peripheral surface (filtration layer surface) of the hollow fiber membrane 4 to the surface area of the hollow fiber membrane 4, and the ratio of the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane 4 It can be obtained by analyzing an electron micrograph.
  • the upper limit of the average pore diameter of the hollow fiber membrane 4 is preferably 0.45 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m.
  • the lower limit of the average diameter of the pores of the hollow fiber membrane 4 is preferably 0.01 ⁇ m.
  • the average pore diameter means the average pore diameter on the outer peripheral surface (filtration layer surface) of the hollow fiber membrane 4, and is a pore diameter distribution measuring device (for example, Porus Materials Corp. porous material automatic pore diameter). It can be measured by a distribution measurement system).
  • the lower limit of the tensile strength of the hollow fiber membrane 4 is preferably 50N, more preferably 60N. When the tensile strength of the hollow fiber membrane 4 is less than the above lower limit, the durability against surface cleaning by a large volume of bubbles may be reduced.
  • the upper limit of the tensile strength of the hollow fiber membrane 4 is generally 150N.
  • the tensile strength means the maximum tensile stress when a tensile test is performed at a distance between marked lines of 100 mm and a test speed of 100 mm / min in accordance with JIS-K7161: 1994.
  • the upper holding member 5 is a member that holds the upper ends of the plurality of hollow fiber membranes 4, communicates with the upper openings of the plurality of hollow fiber membranes 4 and collects the filtered liquid (collection header).
  • a discharge pipe 7 is connected to the discharge portion, and the filtered liquid that has permeated into the hollow fiber membranes 4 is discharged.
  • the outer shape of the upper holding member 5 is not particularly limited, and the cross-sectional shape can be a polygonal shape, a circular shape, or the like.
  • the lower holding member 6 is a member that holds the lower ends of the plurality of hollow fiber membranes 4.
  • the lower holding member 6 has an outer frame 6a and a plurality of fixing portions 6b for fixing the lower end portion of the hollow fiber membrane 4 as shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the fixing portion 6b is formed, for example, in a rod shape, and a plurality of fixing portions 6b are arranged substantially in parallel with a predetermined interval, and a plurality of hollow fiber membranes 4 are arranged on the upper side. In this way, by disposing the fixed portions 6b substantially in parallel at regular intervals, the bubbles can be more uniformly divided.
  • one end of the hollow fiber membrane 4 may be fixed by the upper holding member 5 and the lower holding member 6, respectively, but the single hollow fiber membrane 4 is curved in a U shape so that two openings are provided. May be fixed by the upper holding member 5, and the lower end folded (curved) portion may be fixed by the lower holding member 6.
  • the outer frame 6a is a member for supporting the fixing part 6b.
  • the length of one side of the outer frame 6a can be, for example, 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the cross-sectional shape of the outer frame 6a is not particularly limited, and may be other polygonal shapes or circular shapes other than the quadrangular shape shown in FIG. 2a.
  • Bubbles B supplied from a gas supplier 3 to be described later are divided into a plurality of bubbles B ′ by colliding with the fixed portion 6b, and the divided bubbles B ′ pass through the gaps between the fixed portions 6b to form a hollow fiber membrane. 4.
  • the plurality of fixing parts 6b are arranged with their vertical positions aligned.
  • the width (length in the short direction) of the fixing portion 6b and the interval between the fixing portions 6b are not particularly limited as long as a sufficient number of the hollow fiber membranes 4 can be fixed and the bubbles supplied from the gas supply device 3 can be divided into a plurality of parts.
  • the width of the fixed portion 6b can be, for example, 3 mm or more and 10 mm or less, and the interval between the fixed portions 6b can be, for example, 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the upper limit of the density (N / A) of the hollow fiber membranes 4 obtained by dividing the number N of the hollow fiber membranes 4 held by the lower holding member 6 by the area A of the hollow fiber membrane 4 is 15 / cm. 2 is preferable, and 12 / cm 2 is more preferable. If the density of the hollow fiber membranes 4 exceeds the above upper limit, the distance between the hollow fiber membranes 4 may be reduced, and the surface may not be sufficiently cleaned, or the hollow fiber membranes 4 may not be sufficiently oscillated.
  • the lower limit of the density of the hollow fiber membrane 4, preferably from 4 / cm 2, 6 present / cm 2 is more preferable.
  • the “arrangement region of the hollow fiber membrane” means a virtual polygon having the smallest area among the virtual polygons including all the hollow fiber membranes 4 included in the filtration module 2 when viewed from the axial direction.
  • the hollow fiber membrane 4 obtained by dividing the sum S of the cross-sectional areas of the hollow fiber membrane 4 held by the lower holding member 6 by the arrangement area area A of the hollow fiber membrane 4.
  • the upper limit of the area ratio (S / A) is preferably 60%, more preferably 55%.
  • the lower limit of the area ratio of the hollow fiber membrane 4 is preferably 20%, and more preferably 25%.
  • the material of the upper holding member 5 and the lower holding member 6 is not particularly limited, and for example, epoxy resin, ABS resin, silicone resin, or the like can be used.
  • the method of fixing the hollow fiber membrane 4 to the upper holding member 5 and the lower holding member 6 is not particularly limited, and for example, a method of fixing using an adhesive can be used.
  • the upper holding member 5 and the lower holding member 6 are connected by a connecting member.
  • a connecting member for example, a metal support rod, a resin casing (outer cylinder), or the like can be used.
  • the gas supplier 3 supplies bubbles B for cleaning the surface of the hollow fiber membrane 4 from below the filtration module 2. As described above, the bubbles B are divided into a plurality of bubbles B ′ at the fixing portion 6b, and cleaning is performed by rubbing the surface of the hollow fiber membrane 4.
  • This gas supply device 3 has one bubble discharge port. That is, the filtration device 1 has a bubble discharge port that corresponds to one filtration module 2 on a one-to-one basis.
  • a known one can be used.
  • the gas supply device 3 is immersed in the liquid to be treated together with the filtration module 2 and is continuously supplied from a compressor or the like through a supply pipe (not shown).
  • the gas which supplies the bubble B by storing the gas which is stored inside and discharging the gas which became a fixed volume intermittently can be used.
  • the average horizontal diameter of the bubbles supplied from the gas supply device 3 is larger than the maximum interval between the fixed portions (fixed portions to the fixed portion 6b) of the plurality of hollow fiber membranes 4 of the filtration module 2.
  • the lower limit of the average horizontal diameter of the bubbles supplied from the gas supply device 3 is preferably twice the maximum interval between the fixed portions of the plurality of hollow fiber membranes 4 of the filtration module 2, more preferably 3 times, and 4 times. Is more preferable.
  • the average horizontal diameter of the bubbles supplied from the gas supply device 3 is less than the above lower limit, the number and size of the bubbles after being divided at the fixing portion 6b are insufficient, and the ability to clean the surface of the hollow fiber membrane 4 by the bubbles is not good. May be sufficient.
  • the “average horizontal diameter of bubbles” means the average value of the minimum width in the horizontal direction immediately before the bubbles discharged from the gas supply device 3 collide with the lower holding member 6. Further, the “maximum interval between the fixing portions of the hollow fiber membranes” means the maximum one of the intervals between the holding portions of the adjacent hollow fiber membranes 4 at the lower holding member 6.
  • the gas supplied from the gas supplier 3 is not particularly limited as long as it is inert, but air is preferably used from the viewpoint of running cost.
  • the said filtration apparatus 1 can be immersed and used for the filtration tank which stored the to-be-processed liquid which filters.
  • Specific applications of the filtration device 1 include, for example, sewage treatment, industrial wastewater treatment, industrial tap water filtration, washing water treatment for machinery, pool water filtration, river water filtration, seawater filtration, and sterilization of fermentation processes. Or turbidity (enzyme or amino acid purification), filtration of food, liquor, beer, wine, etc.
  • the filtration device 1 can be used in combination with powdered activated carbon. First, very fine dissolved organic matter is adsorbed by the powdered activated carbon, and water containing the powdered activated carbon after adsorbing the dissolved organic matter is filtered by the filtration device 1 so that the water purification treatment can be performed efficiently.
  • sewage treatment In sewage treatment, it can be used in combination with a tank in which cells are propagated. Introducing sewage into this tank, the bacterial cells decompose and clean the contaminated components in the sewage, and then the sewage containing the bacterial cells is filtered by the filtration device 1 to efficiently perform sewage treatment. it can.
  • the filtering device 1 since the average horizontal diameter of the bubbles B supplied from the gas supply device 3 is larger than the maximum interval between the fixed portions of the plurality of hollow fiber membranes 4, the bubbles B are fixed to the plurality of bubbles B by the fixing portion 6b. It is divided into 'and rises while contacting the surface of the hollow fiber membrane 4.
  • the divided bubbles B ′ have an average diameter close to the interval between the hollow fiber membranes 4 and easily spread uniformly between the hollow fiber membranes 4. For this reason, the surface of the hollow fiber membrane 4 can be thoroughly cleaned by the divided bubbles B ′.
  • the above-mentioned divided bubbles B ′ have a higher rising speed than the conventional minute bubbles, the surface of the hollow fiber membrane 4 can be effectively cleaned with a high rubbing pressure. Moreover, since the said division
  • the filtration device 1 can easily swing the hollow fiber membrane 4 by the bubbles divided by the lower holding member 6.
  • the filtration device 1 can effectively separate the hollow fiber membranes 4 from each other by effectively swinging the hollow fiber membranes 4 as well as removing impurities deposited on the surface of the hollow fiber membranes 4. Can do.
  • the gas supply device 3 which stores the gas supplied continuously inside, discharges intermittently, and supplies a bubble, a bubble with a large volume can be easily and reliably produced at low cost. It can be supplied to the filtration module 2.
  • [Second Embodiment] 3a and 3b includes a filtration module 2, a gas supplier 3 that supplies air bubbles from below the filtration module 2, and a guide cover 8 that surrounds the plurality of hollow fiber membranes 4 of the filtration module 2. It is used by being immersed in the filtration tank X storing the liquid to be treated. Since the filtration module 2 and the gas supply device 3 are the same as the filtration device 1 of the first embodiment, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • the guide cover 8 is a cylindrical body that surrounds the plurality of hollow fiber membranes 4 of the filtration module 2.
  • the guide cover 8 surrounds at least the upper portion of the hollow fiber membrane 4 so that the cleaning bubbles B ′ are not dispersed above the filtration module 2.
  • the guide cover 8 be installed apart from the upper holding member 5 in the vertical direction. That is, it is preferable that the guide cover 8 does not surround the upper holding member 5 and a space is formed between them. By separating the guide cover 8 and the upper holding member 5 in this way, impurities (slag) separated from the hollow fiber membrane 4 by bubbles are transferred from the space between the guide cover 8 and the upper holding member 5 to the outside of the filtration module 2. It can be discharged and the cleaning effect can be improved. On the other hand, it is preferable that the guide cover 8 surrounds a part of the lower holding member 6.
  • the upper limit of the length L1 of the surrounding region is preferably 100%, more preferably 98%, and even more preferably 95% of the average distance L2 between the upper holding member 5 and the lower holding member 6.
  • the length L1 of the surrounding area is less than the lower limit, the effect of preventing the dispersion of the bubbles B 'and the effect of improving the rising speed may be insufficient.
  • the length L1 of the surrounding region exceeds the upper limit, impurities separated from the hollow fiber membrane 4 are difficult to be discharged outside the filtration module 2, and the cleaning effect may not be sufficiently improved.
  • the lower limit of the average distance D1 between the inner surface of the guide cover 8 and the hollow fiber membrane 4 adjacent to the guide cover 8 is preferably 20 mm, more preferably 30 mm, and even more preferably 40 mm.
  • the upper limit of the average distance D1 is preferably 400 mm, more preferably 250 mm, and even more preferably 100 mm.
  • the average distance D1 exceeds the upper limit, the effect of preventing the dispersion of bubbles may be insufficient.
  • the average distance D1 is less than the lower limit, the hollow fiber membrane 4 and the guide cover 8 may come into contact with each other, which may cause insufficient cleaning and swinging of the hollow fiber membrane 4, or the surface of the hollow fiber membrane 4 May wear out.
  • the vertical distance D2 between the guide cover 8 and the upper holding member 5 can be, for example, 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the shape of the bottom surface of the guide cover 8 is not limited to the rectangle shown in FIG. 3a, and can be appropriately designed according to the outer shape of the upper holding member 5 and the lower holding member 6, the arrangement shape of the plurality of hollow fiber membranes 4, etc. It can be a circle or a polygon other than a rectangle.
  • the material of the guide cover 8 for example, vinyl chloride resin, stainless steel or the like can be used in addition to the same resin as the upper holding member 5 and the lower holding member 6.
  • the filtration device 11 includes a guide cover 8 that surrounds the hollow fiber membrane 4 of the filtration module 2, thereby preventing the cleaning bubbles B ′ from being dispersed as they rise and increasing the rising speed of the bubbles B ′. Can be improved. Therefore, the filtration device 11 is particularly excellent in the surface cleaning efficiency and the swinging effect of the hollow fiber membrane 4.
  • the filtration device may include a plurality of filtration modules.
  • one gas supply unit corresponding to the lower side of each filtration module may be provided one by one, or a plurality of bubble dischargers capable of supplying bubbles to the plurality of filtration modules.
  • a gas supply having an outlet may be provided.
  • the lower holding member 6 has a rod-like fixing portion 6b for holding a plurality of hollow fiber membranes 4, but the scope of the present invention is not limited to this. That is, for example, it is also possible that one fixing part 6b holds one hollow fiber membrane 4 and a plurality of the fixing parts are arranged with a gap.
  • the adjacent fixing parts 6b may be arranged at different positions in the vertical direction.
  • the shearing force of the fixing parts 6b with respect to the bubbles can be improved, and the bubbles can be divided more uniformly.
  • the shape of the lower holding member 6 is not limited to the shape having the rod-like fixing portion 6b as in the above embodiment.
  • the plate-like fixing portion 16 b may have a plurality of through holes.
  • the gas supply device used in the filtration device only needs to be able to supply a sufficient volume of bubbles that are divided into a plurality of bubbles after colliding with the filtration module, and a bubble generation device (aeration device) other than those described in the above embodiment. ) May be used. Moreover, you may arrange
  • the filtration module of the filtration device includes a hollow fiber membrane in which both ends of a plurality of hollow fiber membranes are fixed by an upper holding member and a lower holding member, and a discharge pipe is connected to both the upper holding member and the lower holding member. It can also be set as the structure which collects water from both ends. By collecting water from both ends of the hollow fiber membrane in this way, the pipe resistance in the hollow fiber membrane can be reduced to 1/8 compared to the case of collecting water from one end, and the water collection efficiency can be improved.
  • the lower holding member has a planar shape shown in FIG.
  • a water collecting passage is provided inside each of the plurality of fixing parts 6 b, and water is collected from the side surface of the lower holding member 6 by a discharge pipe. It is good to do. As a result, a space through which bubbles can pass can be provided on the lower surface of the lower holding member, and the bubbles supplied from the gas supply device are divided at the fixed portion and sent to the hollow fiber membrane efficiently as in the above embodiment. Can do.
  • the alignment direction of the hollow fiber membranes of the filtration module is not limited to the vertical direction, and may be horizontal or diagonal. Even when the hollow fiber membranes are aligned in such a direction, the effect of the present invention can be exhibited by dividing the bubbles supplied from below between the hollow fiber membranes.
  • Example 1 Using the filtration device including the filtration module, the gas supply device, and the guide cover shown in FIGS. 3a and 3b, the hollow when the liquid to be treated (sludge water) is filtered at a treatment speed of 0.7 m 3 / m 2 ⁇ day. Changes in the differential pressure inside and outside the membrane were measured.
  • the average length of the hollow fiber membrane was 3.2 m
  • the average outer diameter was 2.3 mm
  • the average inner diameter was 1.1 mm
  • the number was 740.
  • the length of the guide cover was 3.7 m, and the size was such that it encloses the whole of the hollow fiber membrane, the upper holding member and the lower holding member in the vertical direction.
  • the filtration process uses an intermittent bubble jet diffuser (intermittent pump), intermittently supplies bubbles at a supply rate of 50 L / min so that the bubbles are divided by the lower holding member, and operates for 9 minutes. Repeatedly paused for a minute. The result is shown in FIG.
  • Example 2 Except for a configuration in which water is collected from both ends of the hollow fiber membrane by fixing both ends of a plurality of hollow fiber membranes with an upper holding member and a lower holding member, and connecting a discharge pipe to both the upper holding member and the lower holding member.
  • the intermittent pumps are arranged in pairs (two) so as to sandwich the lower holding member at the center of gravity of the side surface of the lower holding member so that the air bubbles are divided not by the lower holding member but by a plurality of hollow fiber membranes. did. The result is shown in FIG.
  • Example 1 A filtration treatment was performed under the same conditions as in Example 1 except that bubbles that were not divided by the lower holding member were continuously supplied at the same supply rate as in Example 1 by a diffuser using a perforated tube. The change in pressure was measured. The result is shown in FIG.
  • the filtration device of Example 1 is more than the filtration device of Comparative Example 1 because the bubbles divided by the lower holding member spread uniformly between the hollow fiber membranes.
  • the differential pressure can be significantly reduced.
  • the filtration module is made into a both-ends water collection type as shown in FIG. 7, the same effect as a one-side water collection type is acquired.
  • the filtration device and the immersion filtration method of the present invention are excellent in the cleaning ability of the surface of the hollow fiber membrane and can maintain a high filtration ability. Therefore, the said filtration apparatus can be used suitably in various fields as a solid-liquid separation processing apparatus.

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Abstract

中空糸膜表面の洗浄能力に優れ、高い濾過能力を維持することができる濾過装及びこの濾過装置を用いた浸漬式濾過方法の提供を目的とする。本発明は、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールと、この濾過モジュールの下方から気泡を供給する気体供給器とを備える浸漬式の濾過装置であって、上記気体供給器から供給される気泡が、濾過モジュールに衝突後複数の気泡に分割される濾過装置である。上記気体供給器から供給される気泡の平均水平径が上記濾過モジュールの複数本の中空糸膜の保持部分の最大間隔より大きいとよい。

Description

濾過装置及びこれを用いた浸漬式濾過方法
　本発明は、濾過装置及びこれを用いた浸漬式濾過方法に関する。
　汚水処理や医薬等の製造工程における固液分離処理装置として、複数本の中空糸膜を集束した濾過モジュールを有する濾過装置が用いられている。この濾過モジュールとしては、中空糸膜の外周面側を高圧にして被処理液を中空糸膜の内周面側に透過する外圧式、浸透圧又は内周面側の負圧により被処理液を内周面側に透過する浸漬式、及び中空糸膜の内周面側を高圧にして被処理液を中空糸膜の外周面側に透過する内圧式がある。
　上記濾過モジュールのうち外圧式及び浸漬式は、使用に伴い各中空糸膜の表面が被処理液に含まれる物質の付着等によって汚染されるため、そのままでは濾過能力が低下する。
そこで、濾過モジュールの下方から気泡を送り、各中空糸膜の表面を擦過し、さらに各中空糸膜を振動させて付着物を除去する洗浄方法（エアースクラビング）が従来から用いられている（特開２０１０－４２３２９号公報参照）。
特開２０１０－４２３２９号公報
　上記従来の濾過装置においては、体積の小さい洗浄用気泡が連続的に供給される。この気泡の径は数ｍｍのオーダーであることが一般的である。しかし、気泡の体積がこのように小さいと、水槽内の回流によって気泡が流され易く、中空糸膜への接触にばらつきが発生し易いため、中空糸膜の表面で洗浄が行われない部位が発生するおそれがある。また、従来の濾過装置の気体による洗浄は、気泡の体積が小さく、表面擦過時に中空糸膜に加わる圧力が小さいため、付着物の除去が不十分となるおそれがあった。このように中空糸膜表面の洗浄技術にはさらなる改善の余地がある。
　本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、中空糸膜表面の洗浄能力に優れ、高い濾過能力を維持できる濾過装置及びこの濾過装置を用いた濾過方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためになされた発明は、
　一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールと、この濾過モジュールの下方から気泡を供給する気体供給器とを備える浸漬式の濾過装置であって、
　上記気体供給器から供給される気泡が、濾過モジュールに衝突後複数の気泡に分割される濾過装置である。
　また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
　当該濾過装置を用いた浸漬式濾過方法である。
　本発明の濾過装置及び浸漬式濾過方法は、中空糸膜表面の洗浄能力に優れ、高い濾過能力を維持することができる。つまり、本発明の濾過装置及び浸漬式濾過方法は、中空糸膜表面を均質にかつ高い圧力で洗浄することができる。
図１は、本発明の一実施形態の濾過装置を示す模式的説明図である。 図２ａは、図１の濾過装置の濾過モジュールが有する下部保持部材を示す模式的平面図である。 図２ｂは、図２ａの下部保持部材のＡ－Ａ線断面図である。 図３ａは、図１の濾過装置とは異なる実施形態の濾過装置を上方から見た模式的平面図である。 図３ｂは、図３ａの濾過装置のＢ－Ｂ線断面図である。 図４は、図２ｂの下部保持部材とは異なる形状の下部保持部材を示す模式的断面図である。 図５は、図２ａの下部保持部材とは異なる形状の下部保持部材を示す模式的平面図である。 図６は、実施例１の運転結果を示すグラフである。 図７は、実施例２の運転結果を示すグラフである。 図８は、比較例１の運転結果を示すグラフである。
［本願発明の実施形態の説明］
　本願発明は、
　一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールと、この濾過モジュールの下方から気泡を供給する気体供給器とを備える浸漬式の濾過装置であって、
　上記気体供給器から供給される気泡が、濾過モジュールに衝突後複数の気泡に分割される濾過装置である。
　当該濾過装置は、気体供給器から供給される気泡が中空糸膜又はその保持部材によって複数の気泡に分割され、中空糸膜表面に接触しながら上昇する。この分割された気泡は、中空糸膜の間隔に近い平均径を有し中空糸膜間に均質に拡がり易い。そのため、この分割気泡によって中空糸膜表面をもれなく洗浄することができる。また、上記分割気泡は従来の微小な気泡よりも上昇速度が大きいため、高い擦過圧力で効果的に中空糸膜表面を洗浄することができる。
　さらに、本発明者らは、上述のように中空糸膜又はその保持部材によって分割される気泡によって中空糸膜を揺動させ易くし、この中空糸膜の揺動によって濾過モジュールの圧損の上昇を格段に抑制できることを見出した。つまり、複数の中空糸膜を用いた一般的な濾過モジュールでは、水流によって中空糸膜同士が接触し、さらにこの接触した中空糸膜間に不純物が堆積することで中空糸膜の表面積が減少し、濾過モジュールの圧損が大きくなる傾向がある。これに対し、当該濾過装置では、分割気泡により濾過モジュールの中空糸膜を効果的に揺動させることで、中空糸膜同士を離間させることができると共に、中空糸膜の表面に堆積した不純物も除去することができる。そのため、当該濾過装置は、従来の濾過装置に比して濾過能力を高いレベルで維持できる。
　上記気体供給器から供給される気泡の平均水平径が上記濾過モジュールの複数本の中空糸膜の保持部分の最大間隔より大きいことが好ましい。このように気体供給器から供給される気泡の平均水平径を複数本の中空糸膜の保持部分の最大間隔よりも大きくすることで、より確実に中空糸膜の間隔に近い平均径を有する気泡を中空糸膜間に均質に拡げることができる。なお、「気泡の平均水平径」とは、気体供給器から吐出された気泡が中空糸膜又はその保持部材に衝突する直前の水平方向の最小幅の平均値を意味する。また、「中空糸膜の保持部分の最大間隔」とは、隣接する中空糸膜の保持部分における間隔のうち、最大のものを意味する。
　上記濾過モジュールが、複数本の中空糸膜を上下方向に位置決めする上部保持部材及び下部保持部材を有し、この上部保持部材が、複数本の中空糸膜の上部開口と連通し、濾過済液を収集する排出口を有し、上記気体供給器が、上記下部保持部材の下方に位置するとよい。このような上部保持部材及び下部保持部材を濾過モジュールが有することで、上述した分割気泡が各中空糸膜の長手方向に沿って上昇するため、当該濾過装置が中空糸膜表面の洗浄をより効率的かつ効果的に行うことができる。
　上記濾過モジュールが複数本の中空糸膜を上下方向に位置決めする上部保持部材及び下部保持部材を有する場合、当該濾過装置は上記複数の中空糸膜の少なくとも上方を囲繞するガイドカバーをさらに備えるとよい。このように中空糸膜を囲繞するガイドカバーを備えることで、洗浄用の気泡が上昇に伴って分散することを防止すると共に気泡の上昇速度を向上させることができる。その結果、中空糸膜の表面洗浄効率及び揺動効果をさらに向上させることができる。
　従って、当該濾過装置を用いた浸漬式濾過方法は、中空糸膜の表面を効率よく洗浄することができ、低いランニングコストで高い処理能力を維持することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明に係る濾過装置の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
［第一実施形態］
　図１の濾過装置１は、濾過モジュール２、及びこの濾過モジュール２の下方から気泡を供給する気体供給器３を備え、被処理液を貯留した濾過槽Ｘに浸漬されて使用される。
　＜濾過モジュール＞
　濾過モジュール２は、上下方向に引き揃えられた複数本の中空糸膜４と、この複数本の中空糸膜４を上下方向に位置決めする上部保持部材５及び下部保持部材６とを有する。
　（中空糸膜）
　中空糸膜４は、内側の中空部に水を透過させる一方、被処理液に含まれる粒子の透過を阻止する多孔質状の中空糸膜である。
　中空糸膜４の形成材料としては、熱可塑性樹脂を主成分とすることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を挙げることができる。これらの中でも耐薬品性、耐熱性、耐候性、不燃性等に優れ、多孔質性であるＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがさらに好ましい。なお、中空糸膜４の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。
　中空糸膜４は、透水性及び機械的強度を両立させ、さらに気泡による表面洗浄効果を効果的にするために、多層構造とすることが好ましい。具体的には、内側の支持層とこの支持層の表面に積層される濾過層とを中空糸膜４が備えることが好ましい。
　上記支持層は、例えば熱可塑性樹脂を押出成形して得られるチューブを用いることができる。このように支持層として押出成形チューブを用いることで、支持層に機械的強度を持たせることができると共に、空孔も容易に形成することができる。なお、このチューブは軸方向に５０％以上７００％以下、周方向に５％以上１００％以下の延伸率で延伸することが好ましい。
　上記延伸における温度は、チューブ素材の融点以下、例えば０～３００℃程度とすることが好ましい。比較的空孔の径が大きい多孔質体を得るには低温での延伸がよく、比較的空孔の径が小さい多孔質体を得るには高温での延伸がよい。延伸した多孔質体は、両端を固定し延伸した状態を保って２００～３００℃の温度で１～３０分程度熱処理することで高い寸法安定性が得られる。また、延伸温度や延伸率等の条件を組み合わせることにより、多孔質体の空孔のサイズを調整することができる。
　支持層の形成材料をＰＴＦＥとする場合、支持層を形成するチューブは、例えばＰＴＦＥファインパウダーにナフサ等の液状潤滑剤をブレンドし、押出成形等によりチューブ状とした後に延伸することで得ることができる。また、チューブをＰＴＦＥファインパウダーの融点以上の温度、例えば３５０～５５０℃程度に保った加熱炉中で、数１０秒から数分程度保持し焼結することにより、寸法安定性を高めることができる。
　上記ＰＴＦＥファインパウダーの数平均分子量の下限としては、５０万が好ましく、２００万がより好ましい。ＰＴＦＥファインパウダーの数平均分子量が上記下限未満の場合、気泡の擦過によって中空糸膜４の表面が損傷するおそれや、機械的強度が低下するおそれがある。一方、上記ＰＴＦＥファインパウダーの数平均分子量の上限としては、２０００万が好ましい。ＰＴＦＥファインパウダーの数平均分子量が上記上限を超える場合、中空糸膜４の空孔の成形が困難になるおそれがある。なお、数平均分子量とは、ゲル濾過クロマトグラフィーで計測される値である。
　支持層の平均厚さとしては、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。支持層の平均厚さを上記範囲内とすることで、中空糸膜４に機械的強度及び透水性をバランスよく付与することができる。
　上記濾過層は、例えば熱可塑性樹脂製のシートを上記支持層に巻き付けて焼結することで形成することができる。このように濾過層の形成材料としてシートを用いることで、延伸を容易に行うことができ、空孔の形状や大きさの調整が容易となると共に、濾過層の厚さを小さくすることができる。また、シートを巻き付けて焼結することで、支持層と濾過層とが一体化され、両者の空孔を連通させて透水性を向上させることができる。この焼結温度としては、支持層を形成するチューブと濾過層を形成するシートの融点以上が好ましい。
　上記濾過層を形成するシートは、例えば（１）樹脂の押出により得られる未焼結成形体を融点以下の温度で延伸しその後焼結する方法、（２）焼結された樹脂成形体を徐冷し結晶化度を高めた後に延伸する方法等を用いることができる。なお、このシートは長手方向に５０％以上１０００％以下、短手方向に５０％以上２５００％以下の延伸率で延伸することが好ましい。特に短手方向の延伸率を上記範囲とすることで、シートを巻き付けた際に周方向の機械的強度を向上させることができ、体積の大きな気泡による表面洗浄に対する耐久性を向上させることができる。
　また、支持層を形成するチューブにシートを巻き付けて濾過層を形成する場合、チューブの外周面に微細な凹凸を設けるとよい。このようにチューブの外周面に凹凸を設けることで、シートとの位置ずれを防止できると共に、チューブとシートとの密着性を向上させ、気泡による洗浄で支持層から濾過層が剥離することを防止できる。なお、シートの巻き付け回数はシートの厚さによって調整することができ、１回又は複数回とすることができる。また、チューブに複数のシートを巻き付けてもよい。シートの巻き付け方法としては特に限定されず、チューブの円周方向に巻き付ける方法のほか、らせん状に巻き付ける方法を用いてもよい。
　上記微細な凹凸の大きさ（高低差）としては２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
上記微細な凹凸はチューブ外周面全体に形成されることが好ましいが、部分的又は断続的に形成されていてもよい。また、上記微細な凹凸をチューブ外周面に形成する方法としては、例えば火炎による表面処理、レーザー照射、プラズマ照射、フッ素系樹脂等のディスパージョン塗布等を挙げることができるが、チューブ性状に影響を与えず容易に凹凸を形成できる火炎による表面処理が好ましい。
　また、チューブ及びシートとして未焼成のものを用い、シートを巻付けた後に焼結することでこれらの密着性を高めてもよい。
　濾過層の平均厚さとしては、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。濾過層の平均厚さを上記範囲内とすることで、中空糸膜４に容易かつ確実に高い濾過性能を付与することができる。
　中空糸膜４の平均外径の上限としては、６ｍｍが好ましく、４ｍｍがより好ましい。中空糸膜４の平均外径が上記上限を超えると、中空糸膜４の断面積に対する表面積の比が小さくなって濾過効率が低下するおそれがある。一方、中空糸膜４の平均外径の下限としては、２ｍｍが好ましく、２．１ｍｍがより好ましい。中空糸膜４の平均外径が上記下限未満の場合、中空糸膜４の機械的強度が不十分となるおそれがある。
　中空糸膜４の平均内径の上限としては、４ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。中空糸膜４の平均内径が上記上限を超えると、中空糸膜４の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。一方、中空糸膜４の平均内径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．９ｍｍがより好ましい。中空糸膜４の平均内径が上記下限未満の場合、中空糸膜４内の濾過済液を排出する時の圧損が大きくなるおそれがある。
　中空糸膜４の平均外径に対する平均内径の比の上限としては、０．８が好ましく、０．６がより好ましい。中空糸膜４の平均外径に対する平均内径の比が上記上限を超えると、中空糸膜４の厚さが小さくなって機械的強度、不純物の透過阻止効果及び体積の大きな気泡による表面洗浄に対する耐久性が不十分となるおそれがある。一方、中空糸膜４の平均外径に対する平均内径の比の下限としては、０．３が好ましく、０．４がより好ましい。
中空糸膜４の平均外径に対する平均内径の比が上記下限未満の場合、中空糸膜４の厚さが必要以上に大きくなって中空糸膜４の透水性が低下するおそれがある。
　中空糸膜４の平均長さとしては特に限定されず、例えば１ｍ以上６ｍ以下とすることができる。なお、中空糸膜４の平均長さとは、上部保持部材５に固定された上端部から下部保持部材６に固定された下端部までの平均距離を意味し、後述するように１本の中空糸膜４をＵ字状に湾曲させ、この湾曲部を下端部として下部保持部材６で固定した場合は、この下端部から上端部（開口部）までの平均距離を意味する。
　中空糸膜４の気孔率の上限としては、９０％が好ましく、８５％がさらに好ましい。中空糸膜４の気孔率が上記上限を超える場合、中空糸膜４の機械的強度及び耐擦過性が不十分となるおそれがある。一方、中空糸膜４の気孔率の下限としては、７５％が好ましく、７８％がより好ましい。中空糸膜４の気孔率が上記下限未満の場合、透水性が低下し、当該濾過装置１の濾過能力が低下するおそれがある。なお、気孔率とは、中空糸膜４の体積に対する空孔の総体積の割合をいい、ＡＳＴＭ－Ｄ－７９２に準拠して中空糸膜４の密度を測定することで求めることができる。
　中空糸膜４の空孔の面積占有率の上限としては、６０％が好ましい。空孔の面積占有率が上記上限を超える場合、中空糸膜４の表面強度が不十分となり、気泡の擦過によって中空糸膜４の破損等が生じるおそれがある。一方、中空糸膜４の空孔の面積占有率の下限としては、４０％が好ましい。空孔の面積占有率が上記下限未満の場合、透水性が低下し、当該濾過装置１の濾過能力が低下するおそれがある。なお、空孔の面積占有率とは、中空糸膜４の表面積に対する中空糸膜４の外周面（濾過層表面）における空孔の総面積の割合を意味し、中空糸膜４の外周面の電子顕微鏡写真を解析することで求めることができる。
　中空糸膜４の空孔の平均径の上限としては、０．４５μｍが好ましく、０．１μｍがより好ましい。中空糸膜４の空孔の平均径が上記上限を超える場合、被処理液に含まれる不純物の中空糸膜４内部への透過を阻止できないおそれがある。一方、中空糸膜４の空孔の平均径の下限としては、０．０１μｍが好ましい。中空糸膜４の空孔の平均径が上記下限未満の場合、透水性が低下するおそれがある。なお、空孔の平均径とは、中空糸膜４の外周面（濾過層表面）の空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置（例えばＰｏｒｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製　多孔質材料自動細孔径分布測定システム）により測定することができる。
　中空糸膜４の引張強度の下限としては、５０Ｎが好ましく、６０Ｎがより好ましい。中空糸膜４の引張強度が上記下限未満の場合、体積の大きな気泡による表面洗浄に対する耐久性が低下するおそれがある。なお、中空糸膜４の引張強度の上限は一般に１５０Ｎである。また、引張強度とは、ＪＩＳ－Ｋ７１６１：１９９４に準拠し、標線間距離１００ｍｍ、試験速度１００ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った際の最大引張応力を意味する。
　（上部保持部材及び下部保持部材）
　上部保持部材５は、複数本の中空糸膜４の上端部を保持する部材であり、複数本の中空糸膜４の上部開口と連通し、濾過済液を収集する排出部（集水ヘッダ）を有する。この排出部には排出管７が接続され、複数本の中空糸膜４の内部に浸透した濾過済液を排出する。上部保持部材５の外形は特に限定されず、断面形状は多角形状、円形状等とすることができる。
　下部保持部材６は、複数本の中空糸膜４の下端部を保持する部材である。上記下部保持部材６は、図２ａ及び図２ｂに示すように外枠６ａと、中空糸膜４の下端部を固定する複数の固定部位６ｂとを有する。この固定部位６ｂは、例えば棒状に形成されており、一定の間隔を持って複数略平行に配設され、上方側にそれぞれ複数本の中空糸膜４が配設されている。このように固定部位６ｂを一定間隔で略平行に配設することで、より均質に気泡を分割することができる。
　なお、中空糸膜４は、１本の両端を上部保持部材５及び下部保持部材６でそれぞれ固定してもよいが、１本の中空糸膜４をＵ字状に湾曲させ、２つの開口部を上部保持部材５で固定し、下端折返（湾曲）部を下部保持部材６で固定してもよい。
　外枠６ａは、固定部位６ｂを支持するための部材である。外枠６ａの一辺の長さとしては、例えば５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。また、外枠６ａの断面形状は特に限定されず、図２ａに示した四角形状以外に、その他の多角形状や円形状としてもよい。
　後述する気体供給器３から供給される気泡Ｂは、固定部位６ｂに衝突することで複数の気泡Ｂ’に分割され、この分割気泡Ｂ’が固定部位６ｂ間の隙間を通過し、中空糸膜４の表面を擦過しながら上方へと移動する。複数の固定部位６ｂは図２ｂに示すように上下方向位置が揃えられて配設されている。
　固定部位６ｂの幅（短手方向長さ）及びその間隔は、十分な数の中空糸膜４を固定でき、かつ気体供給器３から供給される気泡を複数に分割できれば特に限定されない。固定部位６ｂの幅としては、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができ、固定部位６ｂの間隔としては、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
　下部保持部材６が保持する中空糸膜４の本数Ｎを、中空糸膜４の配設領域面積Ａで割った中空糸膜４の存在密度（Ｎ／Ａ）の上限としては、１５本／ｃｍ２が好ましく、１２本／ｃｍ２がより好ましい。中空糸膜４の存在密度が上記上限を超える場合、中空糸膜４の間隔が小さくなって表面の洗浄が十分行えないおそれや、中空糸膜４の揺動が十分発生しないおそれがある。一方、中空糸膜４の存在密度の下限としては、４本／ｃｍ２が好ましく、６本／ｃｍ２がより好ましい。中空糸膜４の存在密度が上記下限未満の場合、当該濾過装置１の単位体積当たりの濾過効率が低下するおそれがある。なお、「中空糸膜の配設領域」とは、軸方向から見て濾過モジュール２が有する全ての中空糸膜４を包含する仮想多角形のうち最も面積の小さいものを意味する。
　また、中空糸膜４を中実と仮定した場合の下部保持部材６が保持する中空糸膜４の断面積の総和Ｓを、中空糸膜４の配設領域面積Ａで割った中空糸膜４の面積割合（Ｓ／Ａ）の上限としては、６０％が好ましく、５５％がより好ましい。中空糸膜４の面積割合が上記上限を超える場合、中空糸膜４の間隔が小さくなって表面の洗浄が十分行えないおそれがある。一方、中空糸膜４の面積割合の下限としては、２０％が好ましく、２５％がより好ましい。中空糸膜４の面積割合が上記下限未満の場合、当該濾過装置１の単位体積当たりの濾過効率が低下するおそれがある。
　上部保持部材５及び下部保持部材６の材質としては特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。
　中空糸膜４の上部保持部材５及び下部保持部材６への固定方法は特に限定されず、例えば接着剤を用いて固定する方法を用いることができる。
　また、濾過モジュール２の取り扱い（運搬、設置、交換等）を容易にするために、上部保持部材５と下部保持部材６とは連結部材で連結することが好ましい。この連結部材としては、例えば金属製の支持棒や、樹脂製のケーシング（外筒）等を用いることができる。
　＜気体供給器＞
　気体供給器３は、上記濾過モジュール２の下方から、中空糸膜４の表面を洗浄する気泡Ｂを供給する。この気泡Ｂは、上述のとおり、上記固定部位６ｂで複数の気泡Ｂ’に分割され、中空糸膜４の表面を擦過することで洗浄を行う。この気体供給器３は、１つの気泡吐出口を有する。つまり、当該濾過装置１は、１つの濾過モジュール２に１対１で対応する気泡吐出口を有する。
　このような気体供給器３としては、公知のものを用いることができ、例えば上記濾過モジュール２と共に被処理液中に浸漬され、圧縮機等から給気管（図示せず）を通して連続的に供給される気体を内部に貯留し、一定体積になった気体を間欠的に吐出することで気泡Ｂを供給するものを用いることができる。
　気体供給器３から供給される気泡の平均水平径は、濾過モジュール２の複数本の中空糸膜４の固定部分（固定部位６ｂへの固定個所）の最大間隔よりも大きい。この気体供給器３から供給される気泡の平均水平径の下限としては、濾過モジュール２の複数本の中空糸膜４の固定部分の最大間隔の２倍が好ましく、３倍がより好ましく、４倍がさらに好ましい。気体供給器３から供給される気泡の平均水平径が上記下限未満の場合、固定部位６ｂで分割された後の気泡の数及び大きさが不足し気泡による中空糸膜４表面の洗浄能力が不十分となるおそれがある。なお、「気泡の平均水平径」とは、気体供給器３から吐出された気泡が下部保持部材６に衝突する直前の水平方向の最小幅の平均値を意味する。また、「中空糸膜の固定部分の最大間隔」とは、隣接する中空糸膜４の下部保持部材６での保持部分の間隔のうち、最大のものを意味する。
　なお、気体供給器３から供給する気体としては不活性のものであれば特に限定されないが、ランニングコストの観点から空気を用いることが好ましい。
　＜使用方法＞
　当該濾過装置１は、濾過を行う被処理液を貯留した濾過槽内に浸漬して用いることができる。当該濾過装置１の具体的な用途としては、例えば下排水処理、産業排水処理、工業用水道水濾過、機械等の洗浄水処理、プール水濾過、河川水濾過、海水濾過、醗酵プロセスの除菌又は除濁（酵素又はアミノ酸精製）、食品、酒、ビール、ワインなどの濾過（特に生製品）、製薬等におけるファーメンターからの菌体分離、染色工業における用水及び溶解染料の濾過、動物細胞の培養濾過、ＲＯ膜における純水製造プロセス（海水の淡水化を含む）における前処理濾過、イオン交換膜を用いたプロセスにおける前処理濾過、イオン交換樹脂を用いた純水製造プロセスにおける前処理濾過等が挙げられる。
　浄水処理では、当該濾過装置１を粉末活性炭と組み合わせて用いることができる。まず粉末活性炭により非常に微小な溶存有機物を吸着し、この溶存有機物を吸着した後の粉末活性炭を含有する水を当該濾過装置１で濾過することで効率的に浄水処理を行うことができる。
　下水処理では、菌体を繁殖させたタンクと組み合わせて用いることができる。このタンクに下水を導入し、菌体が下水中の汚染成分を分解してクリーンにした後、この菌体を含む下水を当該濾過装置１で濾過することで効率的に下水処理を行うことができる。
　＜利点＞
　当該濾過装置１は、気体供給器３から供給される気泡Ｂの平均水平径が複数本の中空糸膜４の固定部分の最大間隔より大きいため、この気泡Ｂが固定部位６ｂによって複数の気泡Ｂ’に分割され、中空糸膜４表面に接触しながら上昇する。この分割された気泡Ｂ’は、中空糸膜４の間隔に近い平均径を有し中空糸膜４間に均質に拡がり易い。そのため、この分割気泡Ｂ’によって中空糸膜４表面をもれなく洗浄することができる。また、上記分割気泡Ｂ’は従来の微小な気泡よりも上昇速度が大きいため、高い擦過圧力で効果的に中空糸膜４表面を洗浄することができる。また、当該濾過装置１は、分割気泡Ｂ’が各中空糸膜４の長手方向に沿って上昇するため、中空糸膜４表面の洗浄をより効率的かつ効果的に行うことができる。
　さらに、当該濾過装置１は、下部保持部材６によって分割される気泡によって中空糸膜４を揺動させ易い。当該濾過装置１は、このように中空糸膜４を効果的に揺動させることで、中空糸膜４同士を離間させることができると共に、中空糸膜４の表面に堆積した不純物も除去することができる。
　また、当該濾過装置１において、連続供給される気体を内部に貯留して間欠的に吐出して気泡を供給する気体供給器３を用いることで、少ないコストで容易かつ確実に体積の大きい気泡を濾過モジュール２に供給することができる。
　＜浸漬式濾過方法＞
　当該濾過装置１を用いた浸漬式濾過方法は、上述のように当該濾過装置１の中空糸膜４の表面が気泡により清浄に保たれるため、高い濾過効率を継続しながら濾過処理を行うことができる。
［第二実施形態］
　図３ａ、３ｂの濾過装置１１は、濾過モジュール２、この濾過モジュール２の下方から気泡を供給する気体供給器３、及び上記濾過モジュール２の複数の中空糸膜４を囲繞するガイドカバー８を備え、被処理液を貯留した濾過槽Ｘに浸漬されて使用される。濾過モジュール２及び気体供給器３は、上記第一実施形態の濾過装置１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
　（ガイドカバー）
　ガイドカバー８は、濾過モジュール２の複数の中空糸膜４の周囲を囲繞する筒状体である。ガイドカバー８は、濾過モジュール２の上方において洗浄用の気泡Ｂ’が分散しないよう少なくとも中空糸膜４の上方部分を囲繞する。
　このガイドカバー８は上部保持部材５と上下方向に離間して設置することが好ましい。
つまり、ガイドカバー８が上部保持部材５を囲繞せずに、両者の間に空間が形成されるようにすることが好ましい。このようにガイドカバー８と上部保持部材５とを離間することで、気泡によって中空糸膜４から分離した不純物（し渣）をガイドカバー８と上部保持部材５間の空間から濾過モジュール２外部へ排出することができ、洗浄効果を向上することができる。一方で、ガイドカバー８は下部保持部材６の一部を囲繞することが好ましい。
　ガイドカバー８の中空糸膜４に対する上下方向の囲繞領域の長さＬ１の下限としては、上部保持部材５及び下部保持部材６間の平均距離Ｌ２の３０％が好ましく、５０％がより好ましく、８０％がさらに好ましい。一方、上記囲繞領域の長さＬ１の上限としては、上部保持部材５及び下部保持部材６間の平均距離Ｌ２の１００％が好ましく、９８％がより好ましく、９５％がさらに好ましい。上記囲繞領域の長さＬ１が上記下限未満の場合、気泡Ｂ’の分散防止効果や上昇速度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記囲繞領域の長さＬ１が上記上限を超える場合、中空糸膜４から分離した不純物が濾過モジュール２外部へ排出され難く、洗浄効果が十分に向上しないおそれがある。
　ガイドカバー８の内面とガイドカバー８に近接する中空糸膜４との平均距離Ｄ１の下限としては、２０ｍｍが好ましく、３０ｍｍがより好ましく、４０ｍｍがさらに好ましい。
一方、上記平均距離Ｄ１の上限としては、４００ｍｍが好ましく、２５０ｍｍがより好ましく、１００ｍｍがさらに好ましい。上記平均距離Ｄ１が上記上限を超える場合、気泡の分散防止効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記平均距離Ｄ１が上記下限未満の場合、中空糸膜４とガイドカバー８とが接触し、中空糸膜４の洗浄及び揺動が不十分となるおそれや、中空糸膜４の表面が損耗するおそれがある。
　ガイドカバー８と上部保持部材５との上下方向の離間距離Ｄ２は、例えば５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。
　ガイドカバー８の底面形状は図３ａに示した矩形に限定されず、上部保持部材５及び下部保持部材６の外形、複数の中空糸膜４の配列形状等に合わせて適宜設計することができ、円形や、矩形以外の多角形とすることができる。
　ガイドカバー８の材質としては、例えば上部保持部材５及び下部保持部材６と同様の樹脂の他、塩化ビニル樹脂、ステンレス等を用いることができる。
　＜利点＞
　当該濾過装置１１は、濾過モジュール２の中空糸膜４を囲繞するガイドカバー８を備えることで、洗浄用の気泡Ｂ’が上昇に伴って分散することを防止すると共に気泡Ｂ’の上昇速度を向上させることができる。そのため、当該濾過装置１１は、中空糸膜４の表面洗浄効率及び揺動効果に特に優れる。
　［その他の実施形態］
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、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。
　当該濾過装置は、複数の濾過モジュールを備えていてもよい。当該濾過装置が複数の濾過モジュールを備える場合、それぞれの濾過モジュールの下方に対応する気体供給器を１つずつ配設してもよいし、複数の濾過モジュールに気泡を供給可能な複数の気泡吐出口を有する気体供給器を配設してもよい。また、１つのガイドカバー内に複数の濾過モジュールを配設してもよい。
　上記実施形態においては、下部保持部材６が複数の中空糸膜４を保持する棒状の固定部位６ｂを有する形態としたが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。つまり、例えば一の固定部位６ｂが一の中空糸膜４を保持し、この固定部位同士が隙間をもって複数配設されたものとすることも可能である。
　また、図４に示すように隣接する固定部位６ｂを上下方向に異なる位置に配設してもよい。このように隣接する固定部位６ｂを段違いに配設することで、固定部位６ｂの気泡に対するせん断力を向上させて、気泡の分割をさらに均質に行うことができる。
　また、下部保持部材６の形状も上記実施形態のように棒状の固定部位６ｂを有する形状に限定されるもではない。例えば図５に示す下部保持部材１６のように、板状の固定部位１６ｂに複数の貫通孔が設けられた形状であってもよい。
　さらに、当該濾過装置で用いる気体供給器は、濾過モジュールに衝突後複数の気泡に分割される十分な体積の気泡を供給できればよく、上記実施形態で説明したもの以外の気泡発生装置（散気装置）を用いてもよい。また、１つの濾過モジュールに対し２つ以上の気体供給器（２つ以上の気泡吐出口）を配置してもよい。
　また、当該濾過装置の濾過モジュールは、複数の中空糸膜の両端を上部保持部材及び下部保持部材でそれぞれ固定し、上部保持部材及び下部保持部材の両方に排出管を接続することで中空糸膜の両端から集水する構成とすることもできる。このように中空糸膜の両端から集水することで、一端から集水する場合に比べ、中空糸膜における配管抵抗を１／８にすることができ、集水効率を改善できる。なお、両端集水を行う場合、下部保持部材を図２ａに示す平面形状のものとし、複数の固定部位６ｂの内部にそれぞれ集水路を設け、下部保持部材６の側面から排出管で集水を行うとよい。これにより、下部保持部材の下面に気泡が通過可能な空間を設けることができ、上記実施形態と同様に気体供給器から供給される気泡を固定部位で分割し、効率よく中空糸膜に送ることができる。
　さらに、濾過モジュールの中空糸膜の引き揃え方向は、上下方向に限られず、水平方向でもよく、斜めであってもよい。このような方向に中空糸膜が引き揃えられた場合でも、下方から供給される気泡が中空糸膜間で分割されることで、本発明の効果を発揮することができる。
　以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
　図３ａ、３ｂに示す濾過モジュールと気体供給器とガイドカバーとを備える濾過装置を用いて、処理速度０．７ｍ３／ｍ２・ｄａｙで被処理液（汚泥水）を濾過処理した際の中空糸膜の内外の差圧の変化を計測した。なお、中空糸膜の平均長さは３．２ｍ、平均外径は２．３ｍｍ、平均内径は１．１ｍｍ、本数は７４０本とした。また、ガイドカバーの長さは３．７ｍとし、中空糸膜、上部保持部材及び下部保持部材の上下方向全体を囲繞する大きさとした。さらに、濾過処理は、間欠気泡噴射式散気装置（間欠ポンプ）を用い、下部保持部材で気泡が分割されるように５０Ｌ／ｍｉｎの供給量で気泡を間欠供給し、９分間の運転と１分間の休止とを繰り返して行った。この結果を図６に示す。
［実施例２］
　複数の中空糸膜の両端を上部保持部材及び下部保持部材でそれぞれ固定し、上部保持部材及び下部保持部材の両方に排出管を接続することで中空糸膜の両端から集水する構成とした以外は実施例１と同様とした濾過モジュールを用いて、実施例１と同じ供給量で気泡を間欠供給し、中空糸膜の内外の差圧の変化を計測した。なお、間欠ポンプは下部保持部材の側面の重心対称位置に下部保持部材を挟持するよう１対（２個）配設し、気泡が下部保持部材ではなく複数の中空糸膜で分割されるようにした。この結果を図７に示す。
［比較例１］
　多孔管を用いた散気装置によって下部保持部材で分割されない気泡を実施例１と同じ供給量で連続供給した以外は実施例１と同様の条件で濾過処理を行い、中空糸膜の内外の差圧の変化を計測した。この結果を図８に示す。
　図６と図８との比較に示されるように、実施例１の濾過装置は、下部保持部材で分割される気泡が中空糸膜間に均質に拡がることによって、比較例１の濾過装置よりも差圧を顕著に低減することができる。また、図７に示すように濾過モジュールを両端集水型とした場合も、片側集水型と同様の効果が得られる。
　以上のように、本発明の濾過装置及び浸漬式濾過方法は、中空糸膜表面の洗浄能力に優れ、高い濾過能力を維持することができる。従って、当該濾過装置は、固液分離処理装置として種々の分野で好適に用いることができる。
１、１１　濾過装置
２　濾過モジュール
３　気体供給器
４　中空糸膜
５　上部保持部材
６、１６　下部保持部材
６ａ　外枠
６ｂ、１６ｂ　固定部位
７　排出管
８　ガイドカバー

Claims (5)

  1. 　一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールと、この濾過モジュールの下方から気泡を供給する気体供給器とを備える浸漬式の濾過装置であって、
    　上記気体供給器から供給される気泡が、濾過モジュールに衝突後複数の気泡に分割される濾過装置。
  2. 　上記気体供給器から供給される気泡の平均水平径が上記濾過モジュールの複数本の中空糸膜の保持部分の最大間隔より大きい請求項１に記載の濾過装置。
  3. 　上記濾過モジュールが、複数本の中空糸膜を上下方向に位置決めする上部保持部材及び下部保持部材を有し、
    　この上部保持部材が、複数本の中空糸膜の上部開口と連通し、濾過済液を収集する排出口を有し、
    　上記気体供給器が、上記下部保持部材の下方に位置する請求項１又は請求項２に記載の濾過装置。
  4. 　上記複数の中空糸膜の少なくとも上方を囲繞するガイドカバーをさらに備える請求項３に記載の濾過装置。
  5. 　請求項１に記載の濾過装置を用いた浸漬式濾過方法。
     
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