WO2017086264A1 - 膜モジュール、膜モジュールの製造方法、及び水処理システム - Google Patents

膜モジュール、膜モジュールの製造方法、及び水処理システム Download PDF

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WO2017086264A1
WO2017086264A1 PCT/JP2016/083668 JP2016083668W WO2017086264A1 WO 2017086264 A1 WO2017086264 A1 WO 2017086264A1 JP 2016083668 W JP2016083668 W JP 2016083668W WO 2017086264 A1 WO2017086264 A1 WO 2017086264A1
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membrane
tubular filtration
water
filtration membrane
membrane module
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PCT/JP2016/083668
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誠人 尾田
寿生 萩本
水谷　洋
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三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/069—Tubular membrane modules comprising a bundle of tubular membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/061—Manufacturing thereof
    • 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
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/007—Modular design

Definitions

  • the present invention relates to a membrane module for treating organic wastewater such as human waste, a method for producing the membrane module, and a water treatment system.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-225960 for which it applied to Japan on November 18, 2015, and uses the content here.
  • membrane separation such as MF (microfiltration) and UF (ultrafiltration) for solid-liquid separation.
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • the membrane separation device a plurality of membrane modules including a cylindrical casing and a plurality of tubular filtration membranes (hollow fiber membranes) accommodated in the casing are used, and raw water is circulated inside the tubular filtration membrane.
  • An apparatus using a filtration method is known (for example, see Patent Document 1).
  • the permeated water that has permeated through the tubular filtration membrane is sucked by a suction pump and stored in, for example, a storage tank and used as appropriate.
  • Conventional membrane separation apparatuses generally have a plurality of membrane modules placed vertically, that is, arranged so that the axis of the casing is along the vertical direction and are close to each other. Such an arrangement method is advantageous in that the installation area is reduced and each membrane module can be directly installed on one floor surface.
  • the present invention provides a membrane module, a method for manufacturing the membrane module, and a water treatment system that can suppress bending of the tubular filtration membrane even when the membrane module is placed horizontally.
  • the membrane module includes a cylindrical casing having an axial line extending in the horizontal direction, a first partition wall provided on the first end side in the extending direction of the casing, A second partition wall provided on the second end side in the extending direction of the casing; a horizontal partition extending in the casing; a first end connected to the first partition wall; and a second end connected to the first partition wall.
  • the tubular filtration membrane is reinforced in a range between a plurality of tubular filtration membranes connected to the two partition walls and having a single layer structure in which a hydrophilic monomer is copolymerized, and the first partition wall and the second partition wall. A reinforcing member.
  • the plurality of tubular filtration membranes are reinforced by the reinforcing member, thereby preventing the tubular filtration membranes from being bent even when the tubular filtration membranes are arranged to extend in the horizontal direction. can do.
  • the membrane modules by arranging the membrane modules such that the casing extends in the horizontal direction, the membrane modules can be easily replaced even when a plurality of membrane modules are arranged. Thereby, the maintenance of the membrane separator comprising a plurality of membrane modules can be facilitated.
  • the reinforcing member has a cylindrical shape, is disposed on the outer peripheral side of the tubular filtration membrane, and is formed so that a gap formed between the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane is constant.
  • a cylindrical main body, a plurality of support portions that are spaced apart from each other on the inner peripheral surface of the cylindrical main body, and that support the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane, and a plurality of formed on the cylindrical main body And a through hole.
  • the tubular filtration membrane can be supported so as not to bend without hindering the flow of permeated water permeated from the tubular filtration membrane.
  • the reinforcing member may be a mesh-like network structure arranged in a tubular shape and arranged on the outer peripheral side of the tubular filtration membrane so as to be in contact with the tubular filtration membrane.
  • the tubular filtration membrane can be reinforced with a simpler structure. Moreover, the permeated water which permeate
  • the reinforcing member is formed in a plate-like main body portion having a plate-like shape and having a reinforcing member supporting portion that contacts the inner peripheral surface of the casing at a lower portion, and the plurality of the plate-like main body portions.
  • the plurality of tubular filtration membranes are mechanically connected by the reinforcing member.
  • the reinforcing member supports the tubular filtration membrane only at several points in the extending direction, the permeated water can be further permeated.
  • the membrane module manufacturing method is any one of the above-described membrane module manufacturing methods, and the crude fiber amount measuring step of measuring the ratio of the amount of coarse fibers contained in the water to be treated
  • a membrane inner diameter selecting step for selecting an inner diameter of the tubular filtration membrane based on the ratio of the amount of the coarse fibers, and the tubular filtration membrane having the inner diameter selected in the membrane inner diameter selecting step.
  • the manufacturing member preparation process which prepares, and the assembly process which assembles the said manufacturing member.
  • the water treatment system includes a biological treatment water tank that treats organic matter contained in the treated water, and a raw water tank that accommodates the treated water discharged from the biological treatment water tank.
  • a membrane separation device having any one of the membrane modules described above, and separating the treated water supplied from the raw water tank into permeated water and concentrated water; and a return line for returning the concentrated water to the biologically treated water tank; The concentrated water is not returned to the raw water tank.
  • the membrane filtration membrane has hydrophilicity, so that the membrane surface flow rate can be lowered, so that the circulation flow rate of the water to be treated can be reduced.
  • natural water tank become unnecessary.
  • the diameter of the pipe can be reduced by reducing the flow rate.
  • the tubular filtration membranes are reinforced by the reinforcing member, even when the tubular filtration membranes are arranged to extend in the horizontal direction, the tubular filtration membranes bend and come off the partition walls. Further, it is possible to prevent a reduction in processing capacity by forming a gap between the partition wall and the tubular filtration membrane.
  • the membrane modules can be easily replaced even when a plurality of membrane modules are arranged. Thereby, the maintenance of the membrane separator comprising a plurality of membrane modules can be facilitated.
  • FIG. 11 is a side view of the reinforcing member of the second modified example of the second embodiment of the present invention, as viewed in the direction of arrow X in FIG. 10. It is a perspective view of the reinforcement member of 3rd embodiment of this invention. It is a flowchart explaining the design method of the water treatment system of 4th embodiment of this invention. It is a schematic block diagram of the water treatment system of 4th embodiment of this invention. It is a schematic block diagram of the water treatment system of 4th embodiment of this invention.
  • the water treatment system 10 having the membrane module 1 of the first embodiment of the present invention is a biological treatment water tank that treats organic matter contained in the treated water W1 (first treated water, ie, organic wastewater containing human waste and septic tank sludge). 11, raw water tank 12 in which treated water W2 (second treated water) discharged from the biological treated water tank 11 is stored, and treated water W3 (third treated water, that is, supplied from the raw water tank 12) , Raw water) is separated into permeated water PW and concentrated water W4.
  • first treated water first treated water, ie, organic wastewater containing human waste and septic tank sludge
  • treated water W2 second treated water
  • treated water W3 third treated water, that is, supplied from the raw water tank 12
  • Raw water is separated into permeated water PW and concentrated water W4.
  • the biological treatment water tank 11 is a device that decomposes and removes BOD, nitrogen compounds, and the like in the liquid by the action of nitrifying bacteria and denitrifying bacteria, for example.
  • To-be-treated water tank 11 is supplied with treated water W ⁇ b> 1 through first pipe 15.
  • the biological treatment water tank 11 and the raw water tank 12 are connected by a second pipe 16.
  • the membrane separation device 13 includes a plurality of membrane modules 1.
  • the plurality of membrane modules 1 are arranged in parallel. As shown in FIG. 2, the plurality of membrane modules 1 are disposed sideways in the housing 14 of the membrane separation device 13. That is, the axis A (see FIG. 3) of the cylindrical casing 2 of the membrane module 1 extends in the horizontal direction.
  • the membrane module 1 includes a casing 2 and a plurality of tubular filtration membranes 3 arranged inside the casing 2.
  • the membrane separation device 13 is a device that takes out the permeated water PW from the water to be treated W3 by using a method of filtering the water to be treated W3 while circulating it inside the tubular filtration membrane 3.
  • the raw water tank 12 and the membrane separation device 13 are connected via a raw water supply pipe 17.
  • a circulation pump 21 is provided in the raw water supply pipe 17.
  • the treated water W2 stored in the raw water tank 12 is supplied to the membrane separation device 13 while being pressurized by the circulation pump 21.
  • the permeated water PW separated from the membrane separation device 13 is introduced into the permeated water pipe 18.
  • the permeated water pipe 18 is connected to the storage tank 20. That is, the permeate discharge port 9 (see FIG. 3) of the membrane module 1 is connected to the permeate pipe 18.
  • a suction pump 22 is provided in the permeate water pipe 18.
  • the concentrated water W4 separated from the permeated water PW and discharged from the membrane separation device 13 is returned to the biological treatment water tank 11 through the return pipe 19 (return line), except for the excess sludge. That is, the concentrated water discharge port 8 (see FIG. 3) of the membrane module 1 is connected to the return pipe 19, and the concentrated water W4 does not have to be returned to the raw water tank 12.
  • the treated water W2 discharged from the biological treatment water tank 11 returns to the biological treatment water tank 11 via the raw water tank 12 and the membrane separator 13. That is, the water to be treated circulates in the piping of the water treatment system 10.
  • the plurality of membrane modules 1 are arranged in parallel. Specifically, the raw water supply pipe 17, the permeate water pipe 18, and the return pipe 19 are connected to each membrane module 1.
  • the membrane module 1 includes a cylindrical casing 2, a plurality of tubular filtration membranes 3, and a reinforcing member 34 that reinforces the tubular filtration membrane 3.
  • the casing 2 has a cylindrical casing body 4, a first side wall 5 that closes one end (first end side) of the casing body 4, and a second that closes the other end (second end side) of the casing body 4.
  • the membrane module 1 includes a first partition wall 30 and a second partition wall 31 that divide the inside of the casing 2 into three spaces.
  • a plurality of insertion holes 32 are formed in the first partition wall 30 and the second partition wall 31.
  • the insertion hole 32 is a hole that penetrates the first partition wall 30 and the second partition wall 31 in the plate thickness direction.
  • the inner diameter of the insertion hole 32 is slightly larger than the outer diameter of the tubular filtration membrane 3.
  • the first partition 30 is a plate-shaped member, and is fixed to the first end side (the first side wall 5 side) inside the casing 2.
  • a space surrounded by the casing body 4, the first partition wall 30, and the first side wall 5 is a first header space S1.
  • the second partition wall 31 is a plate-shaped member, and is fixed to the second end side (the second side wall 6 side) inside the casing 2.
  • a space surrounded by the casing body 4, the second partition wall 31, and the second side wall 6 is a second header space S2.
  • a space surrounded by the casing body 4, the first partition wall 30, and the second partition wall 31 is a permeated water space S3.
  • the permeated water PW taken out from the plurality of tubular filtration membranes 3 is discharged into the permeated water space S3 and then introduced into the permeated water pipe 18 (see FIG. 1) through the permeated water discharge port 9.
  • the treated water introduction port 7 is an opening that allows communication between the outside of the casing 2 and the first header space S1.
  • the treated water inlet 7 is formed in the casing body 4.
  • the treated water introduction port 7 is provided between the first partition wall 30 and the first side wall 5 in the axis A direction of the casing 2.
  • the concentrated water discharge port 8 is an opening that allows communication between the outside of the casing 2 and the second header space S2.
  • the concentrated water discharge port 8 is formed in the casing body 4.
  • the concentrated water discharge port 8 is provided between the second partition wall 31 and the second side wall 6 in the axis A direction of the casing 2.
  • the permeated water discharge port 9 is an opening that allows communication between the outside of the casing 2 and the permeated water space S3.
  • the permeated water discharge port 9 is formed in the casing body 4.
  • the permeate discharge port 9 is provided between the first partition wall 30 and the second partition wall 31 in the axis A direction of the casing 2.
  • each tubular filtration membrane 3 is inserted into the insertion hole 32 of the first partition wall 30 and then fixed to the inner peripheral surface of the insertion hole 32.
  • a space between the inner peripheral surface of the insertion hole 32 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3 is sealed with a sealing material (not shown).
  • a sealing material a material that has an initial viscosity and hardens with time, such as an epoxy resin or a urethane resin, is preferable.
  • the second end of each tubular filtration membrane 3 is fixed to the insertion hole 32 of the second partition wall 31 in the same manner as the first end of the tubular filtration membrane 3.
  • the tubular filtration membrane 3 has a cylindrical shape, and is formed of a polymer filtration membrane having a single layer structure in which a hydrophilic monomer is copolymerized on a single main constituent material. That is, the tubular filtration membrane 3 is formed of a single material as a main material. That the main material is formed of one kind of material means that one kind of resin occupies 50% by mass or more in the material (for example, resin) forming the tubular filtration membrane 3. The fact that the main material is formed of one kind of material means that the nature of the one kind of material dominates the nature of the constituent material. Specifically, it means a material in which one kind of resin has 50 mass% to 99 mass%.
  • the main materials constituting the tubular filtration membrane 3 include polyolefin chlorides such as vinyl chloride resin, polysulfone (PS), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polyacrylonitrile (PAN), and polyether.
  • Polymer materials such as sulfone, polyvinyl alcohol (PVA), and polyimide (PI) can be used.
  • a vinyl chloride resin is particularly preferable.
  • vinyl chloride resins include vinyl chloride homopolymer (vinyl chloride homopolymer), a copolymer of a monomer having an unsaturated bond copolymerizable with vinyl chloride monomer and vinyl chloride monomer, and vinyl chloride monomer in the polymer.
  • vinyl chloride resins include graft copolymers obtained by graft copolymerization, and (co) polymers composed of chlorinated vinyl chloride monomer units.
  • hydrophilic monomers examples include: (1) A cationic group-containing vinyl monomer such as an amino group, an ammonium group, a pyridyl group, an imino group or a betaine structure and / or a salt thereof, (2) Hydrophilic nonionic group-containing vinyl monomers such as hydroxyl groups, amide groups, ester structures, ether structures, (3) Anionic group-containing vinyl monomer such as carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group and / or salt thereof, (4) Other monomers may be mentioned.
  • a cationic group-containing vinyl monomer such as an amino group, an ammonium group, a pyridyl group, an imino group or a betaine structure and / or a salt thereof
  • Hydrophilic nonionic group-containing vinyl monomers such as hydroxyl groups, amide groups, ester structures, ether structures
  • Anionic group-containing vinyl monomer such as carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid
  • the membrane module 1 of the present embodiment includes a reinforcing member 34 that reinforces each tubular filtration membrane 3.
  • the reinforcing member 34 is a cylindrical member that covers each tubular filtration membrane 3 from the outer peripheral side.
  • the tubular filtration membrane 3 is inserted through the inner peripheral side of the reinforcing member 34.
  • the reinforcing member 34 is formed so that the inner peripheral surface of the reinforcing member 34 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3 are in contact with each other over substantially the entire periphery.
  • the reinforcing member 34 includes a cylindrical main body portion 35 disposed on the outer peripheral side of the tubular filtration membrane 3, and a plurality of support portions 36 provided on the inner peripheral surface 35 a of the cylindrical main body portion 35. And a plurality of through holes 37 formed in the cylindrical main body 35.
  • the cylindrical main body 35 has a cylindrical shape. As shown in FIG. 5, the inner diameter of the cylindrical main body 35 (the diameter of the inner peripheral surface 35 a) is larger than the outer diameter of the tubular filtration membrane 3. A gap G is formed between the inner peripheral surface 35 a of the cylindrical main body 35 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3.
  • the outer diameter of the tubular filtration membrane 3 is 5 mm, for example, the inner diameter of the cylindrical main body 35 can be 7 mm, for example.
  • the gap G between the inner peripheral surface 35a of the cylindrical main body 35 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3 is 1 mm.
  • the cylindrical main body 35 is formed such that the gap G between the tubular main body 35 and the tubular filtration membrane 3 is constant.
  • the length of the cylindrical main body portion 35 is the same as the distance between the first partition wall 30 and the second partition wall 31. That is, the length of the cylindrical main body 35 is the same as the length of the tubular filtration membrane 3 exposed in the permeated water space S3.
  • the cylindrical main body 35 can be formed of, for example, a lightweight metal such as titanium or aluminum, or a plastic such as polyacetal resin.
  • the plate thickness of the cylindrical main body 35 is preferably as thin as possible within a range that does not impair the strength of the reinforcing member 34.
  • the support part 36 is a protrusion that extends in the axial direction (extending direction) of the cylindrical main body part 35.
  • a plurality of support portions 36 are formed in the circumferential direction of the cylindrical main body portion 35 at intervals.
  • the height of each support portion 36 is substantially the same as the width of the gap G between the inner peripheral surface 35 a of the cylindrical main body portion 35 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3.
  • the reinforcement member 34 of this embodiment has the eight support parts 36, if it can support the tubular filtration membrane 3, it will not restrict to this. In order to secure a wider space between the tubular main body 35 and the tubular filtration membrane 3, that is, a space where the permeated water PW is discharged, it is preferable that the number is small.
  • the support part 36 is continuously formed in the axial direction of the cylindrical main-body part 35, it is not restricted to this.
  • the support part 36 should just be able to support the tubular filtration membrane 3, ensuring this space as much as possible, without filling the space between the cylindrical main-body part 35 and the tubular filtration membrane 3.
  • the support part 36 may be formed intermittently in the axial direction.
  • the tubular filtration membrane 3 may be point-supported by a plurality of support protrusions that are separated from each other.
  • the through-hole 37 is an opening that allows communication between the outer peripheral side of the cylindrical main body 35 and the inner peripheral side of the cylindrical main body 35.
  • the plurality of through holes 37 are regularly (equally) arranged on the entire outer surface of the cylindrical main body 35. It is preferable to form as many through holes 37 as possible as long as the strength of the reinforcing member 34 is not impaired.
  • the position of the through hole 37 in the circumferential direction of the cylindrical main body portion 35 is preferably different from that of the support portion 36.
  • the manufacturing method M1 of the membrane module 1 of the present embodiment includes a coarse fiber amount measuring step S11 for measuring the ratio of the amount of coarse fibers contained in the treated water W3 (raw water), and the treated water W.
  • the coarse fiber amount measurement step S11 is a step of measuring the amount of coarse fiber (mg / liter) of the water to be treated W3 introduced into the membrane separation device 13.
  • the coarse fiber is a fiber component such as hair contained in the water to be treated W that is organic waste water.
  • a part of the water to be treated W3 can be taken out and measured by, for example, a gravimetric method. Specifically, after taking out 1 liter of water W3 to be treated, it can be calculated by removing moisture and drying it, and measuring the amount of remaining crude fiber. The measurement of the amount of crude fibers is based on, for example, a crude suspended matter analysis method in a sewage test method.
  • the membrane inner diameter selection step S12 is a step of selecting the inner diameter of the tubular filtration membrane 3 based on the coarse fiber amount measured in the coarse fiber amount measurement step S11.
  • the inventors have found that the blockage due to the coarse fibers can be suppressed by changing the inner diameter of the tubular filtration membrane 3 in accordance with the amount of the coarse fibers. Specifically, as shown in Table 1 below, by selecting the inner diameter of the tubular filtration membrane 3, blockage of the tubular filtration membrane 3 due to coarse fibers can be suppressed.
  • the inner diameter of the tubular filtration membrane 3 is set to 5 mm.
  • the inner diameter of the tubular filtration membrane 3 is set to 5 mm-10 mm.
  • the inner diameter of the tubular filtration membrane 3 is set to 10 mm or more.
  • the production member preparation step S13 is a step of preparing the casing 2, the first partition wall 30, the second partition wall 31, the tubular filtration membrane 3, the reinforcing member 34, and the like constituting the membrane module 1.
  • the tubular filtration membrane 3 is prepared having the inner diameter selected in the membrane inner diameter selection step S12.
  • the assembly step S14 is a step of assembling the manufacturing member.
  • the water to be treated W1 is treated in the biological treatment water tank 11. Specifically, the organic substance contained in the for-treatment water W1 is decomposed by microorganisms.
  • the water to be treated W2 discharged from the biological treatment water tank 11 is stored in the raw water tank 12.
  • the treated water W3 discharged from the raw water tank 12 is supplied to the membrane separation device 13 via the circulation pump 21, it is sent into the tubular filtration membrane 3 of the membrane module 1.
  • the permeated water space S ⁇ b> 3 in the casing 2 of the membrane module 1 becomes negative pressure by the operation of the suction pump 22.
  • the suction pump 22 sucks in a direction substantially orthogonal to the flow of the water to be treated W3 flowing through the tubular filtration membrane 3 through the permeate discharge port 9.
  • the permeated water PW permeated from the tubular filtration membrane 3 is stored in the storage tank 20 through the permeated water discharge port 9 and the permeated water pipe 18.
  • Concentrated water W4 discharged from the membrane separator 13 is returned to the biological treatment water tank 11 through the return pipe 19 for the entire amount excluding excess sludge, and is processed again.
  • the membrane module 1 can be easily replaced even when a plurality of membrane modules 1 are arranged by placing the membrane module 1 horizontally, that is, by arranging the casing 2 so as to extend in the horizontal direction. It can be. Thereby, the maintenance of the membrane separator 13 composed of the plurality of membrane modules 1 can be facilitated.
  • the plurality of tubular filtration membranes 3 are reinforced by the reinforcing member 34, thereby preventing the tubular filtration membrane 3 from being bent even when the tubular filtration membrane 3 is arranged to extend in the horizontal direction. Can do. Further, a gap G is formed between the inner peripheral surface of the reinforcing member 34 and the outer peripheral surface of the tubular filtration membrane 3 by the support portion 36 of the reinforcing member 34, so that the permeated water PW permeated from the tubular filtration membrane 3 can be reduced. The tubular filtration membrane 3 can be supported so as not to bend without impeding the flow.
  • the membrane module 1 when the membrane module 1 is placed vertically, the head difference (resistance) between the first end and the second end of the tubular filtration membrane 3 is increased.
  • the head difference becomes smaller and the FLUX (outflow amount) distribution can be made smaller than when the membrane module 1 is placed vertically.
  • the membrane module 1 by placing the membrane module 1 horizontally, it becomes easy to connect the plurality of membrane modules 1 in series. Even when the arrangement method of the plurality of membrane modules 1 constituting the membrane separation device 13 is arranged in series, the correspondence is easy. Moreover, it can suppress that the tubular filtration membrane 3 is obstruct
  • the membrane surface flow rate of the water to be treated W3 can be lowered.
  • the membrane surface flow velocity can be set to, for example, 0.15 m / s-0.30 m / s.
  • the tubular filtration membrane 3 When the tubular filtration membrane 3 is hydrophobic, it is necessary to increase the membrane surface flow velocity (for example, 2.5 m / s). For this reason, the circulation flow rate increases, and it becomes necessary to return the concentrated water W4 discharged from the membrane separation device 13 to the raw water tank 12 and the biological treatment water tank 11.
  • a distribution tank that distributes the concentrated water W4 to the raw water tank 12 and the biological treatment water tank 11 and a pipe that returns the concentrated water W4 to the raw water tank 12 are required. .
  • the water treatment system 10 of the present embodiment can reduce the membrane surface flow velocity, the circulating flow rate of the concentrated water W4 can be reduced. Thereby, the power of the circulation pump 21 can be reduced. Moreover, the distribution tank which distributes the concentrated water W4 to the raw
  • the membrane module 1 in which the tubular filtration membranes 3 are arranged in parallel is adopted as the membrane module 1, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of tubular filtration membranes 3 may be connected in series. That is, a plurality of U-shaped connections that connect the first ends of the plurality of tubular filtration membranes 3 and the second ends of the tubular filtration membranes 3 so that the plurality of tubular filtration membranes 3 are connected in series. It is good also as a structure which has the member 46.
  • the treated water introduction port 7 and the concentrated water discharge port 8 are directly connected to the plurality of tubular filtration membranes 3 connected in series via the connection member 53 and the connection member 54 to be treated.
  • Water W3 may be introduced and concentrated water W4 may be discharged.
  • the configuration of the casing may be changed such that the first side wall 5 and the second side wall 6 are eliminated.
  • the length of the reinforcing member 34 is made longer than the interval between the first partition wall 30 and the second partition wall 31, and the reinforcing member 34 is inserted into the insertion holes 32 of the first partition wall 30 and the second partition wall 31. Also good. By setting it as such a form, the burden concerning the tubular filtration membrane 3 can be reduced more.
  • the reinforcing member used for the membrane module of the second embodiment of the present invention is a mesh-like network structure 39 that has a cylindrical shape and is arranged on the outer peripheral side of the tubular filtration membrane 3 so as to be in contact with the tubular filtration membrane 3.
  • the net-like structure 39 is a plastic tube formed by combining a plurality of linear plastics in a lattice pattern.
  • a plurality of meshes 40 corresponding to the through holes 37 of the reinforcing member 34 of the first embodiment are formed in the mesh structure 39 by combining a plurality of linear plastics in a lattice shape.
  • a wire formed of a metal such as stainless steel can be employed.
  • the method of combining a plurality of linear plastics is not limited to a lattice shape, and a plurality of linear plastics may be knitted into a hexagon.
  • a net-like structure 41 obtained by processing a cylindrical plastic tube into a net shape may be adopted. That is, it is good also as a structure which formed the cylindrical-shaped cylinder main-body part 42 and the some permeated water discharge hole 43 regularly formed in the cylinder main-body part 42.
  • the shape of the permeated water discharge hole 43 is not limited to the rectangular shape shown in FIG. 9, but may be a hexagonal shape or a circular shape as long as the permeated water PW can be sufficiently discharged.
  • the tubular filtration membrane 3 can be reinforced with a simpler structure as compared with the reinforcing member 34 of the first embodiment. Further, the permeated water PW that has passed through the tubular filtration membrane 3 can be discharged from the mesh 40 or the permeated water discharge hole 43.
  • the tubular filtration membrane itself may be reinforced with a metal wire 44 to form a wire-containing tubular filtration membrane 3B.
  • the wire 44 is embedded near the center of the tubular filtration membrane 3 in the thickness direction.
  • the wire 44 extends spirally in the extending direction of the tubular filtration membrane 3.
  • the method for embedding the wire 44 is not limited to the above method as long as the tubular filtration membrane 3 is reinforced by the wire 44.
  • a plurality of wires 44 may be embedded in the tubular filtration membrane 3 in a lattice pattern.
  • the reinforcing member 34 ⁇ / b> C of the present embodiment includes a plate-like main body portion 48 having a circular plate shape, and a plurality of film insertion holes 49 formed in the plate-like main body portion 48. .
  • the tubular filtration membrane 3 is inserted through the plurality of membrane insertion holes 49.
  • Three reinforcing members 34 ⁇ / b> C are provided at intervals in the axial direction of the casing 2.
  • the outer peripheral surface 48 a of the plate-shaped main body 48 of the reinforcing member 34 ⁇ / b> C is in contact with the inner peripheral surface of the casing 2.
  • the reinforcing member 34 ⁇ / b> C is supported by the lower part of the reinforcing member 34 ⁇ / b> C coming into contact with the inner peripheral surface of the casing 2.
  • the outer peripheral surface 48a at the lower portion of the reinforcing member 34C functions as a reinforcing member support portion that supports the reinforcing member 34C.
  • the plurality of tubular filtration membranes 3 are mechanically connected by the reinforcing member 34C.
  • the reinforcing member 34C of the present embodiment supports the tubular filtration membrane 3 only at three points in the extending direction, the permeated water PW can be more permeated than the reinforcing member 34 of the first embodiment. it can.
  • the outer peripheral surface 48a of the reinforcing member 34C is in contact with the inner peripheral surface of the casing 2, but the present invention is not limited to this. That is, if the reinforcing member 34 ⁇ / b> C is supported by the inner peripheral surface of the casing 2, the upper portion of the reinforcing member 34 ⁇ / b> C does not have to abut on the inner peripheral surface of the casing 2. Moreover, the shape where a part of outer periphery contact
  • the design method of the water treatment system 10 of 4th embodiment of this invention is demonstrated based on drawing.
  • the water treatment system 10 of this embodiment is designed according to the amount of coarse fibers of the water to be treated W3. That is, the design method of the water treatment system of the present embodiment changes the arrangement of the apparatus for removing the coarse fibers according to the amount of coarse fibers in the water to be treated W3.
  • the water treatment system design method M2 of this embodiment includes a coarse fiber amount measurement step S21 for measuring the amount of coarse fibers in the water to be treated W3 (raw water), and the amount of coarse fibers in the water to be treated W3. And a fiber removal device selection step S22 for selecting a fiber removal device based on the above.
  • the coarse fiber amount measuring step S21 is a step of measuring the amount of coarse fiber (mg / liter) of the water to be treated W3 introduced into the membrane separation device 13.
  • Fiber removal apparatus selection process S22 is a process of selecting the fiber removal apparatus installed in the water treatment system 10 based on the coarse fiber quantity measured in the coarse fiber quantity measurement process S21.
  • the inventors have found that by selecting a fiber removal device according to the amount of coarse fibers, the inflow of the coarse fibers into the membrane separation device 13 can be suppressed. Specifically, as shown in Table 2 below, by selecting a fiber removing device, it is possible to suppress the inflow of coarse fibers into the membrane separation device 13.
  • a centrifuge 50 is provided in the second pipe 16 between the biological treatment water tank 11 and the raw water tank 12 as shown in FIG.
  • the trommel 51 is provided in the second pipe 16 as shown in FIG.
  • the trommel 51 is a rotating drum having a water-permeable circumferential surface and is rotated at a low speed by a driving device.
  • the organic sludge supplied from the first end of the trommel 51 the water in the organic waste water is discharged as separated water from the breathable peripheral surface in the process of moving inside the inclined trommel 51, and from the second end. Concentrated organic sludge is discharged.
  • a screen mesh 52 is provided on the downstream side of the circulation pump 21 of the raw water supply pipe 17 as shown in FIG.
  • an auto strainer or a double strainer may be provided.
  • the inflow of the coarse fiber part to the membrane separator 13 can be suppressed.
  • optimization of the water treatment system 10 can be aimed at by installing the fiber removal apparatus according to the rough fiber amount of raw
  • the tubular filtration membranes are reinforced by the reinforcing member, even when the tubular filtration membrane is arranged to extend in the horizontal direction, the tubular filtration membrane is bent and detached from the partition wall. Or a gap between the partition wall and the tubular filtration membrane can be prevented, and the processing capacity can be prevented from being reduced.
  • the membrane modules by arranging the membrane modules such that the casing extends in the horizontal direction, the membrane modules can be easily replaced even when a plurality of membrane modules are arranged. Thereby, the maintenance of the membrane separator comprising a plurality of membrane modules can be facilitated.

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Abstract

このモジュール（１）は、軸線（Ａ）が水平方向に延在する筒形状のケーシング（２）と、ケーシング（２）の延在方向の第一端側に設けられた第一隔壁（３０）と、ケーシング（２）の延在方向の第二端側に設けられた第二隔壁（３１）と、ケーシング（２）の内部において水平方向に延在して、第一端が第一隔壁（３０）に連結され、第二端が第二隔壁（３１）に連結された、親水性モノマーが共重合された単層構造を有する複数の管状濾過膜（３）と、第一隔壁（３０）と第二隔壁（３１）との間の範囲で、管状濾過膜（３）を補強する補強部材（３４）と、を備える。

Description

膜モジュール、膜モジュールの製造方法、及び水処理システム
　本発明は、し尿などの有機性廃水を処理する膜モジュール、膜モジュールの製造方法、及び水処理システムに関する。
　本願は、２０１５年１１月１８日に、日本に出願された特願２０１５-２２５９６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　し尿などの有機性廃水を処理する場合、固液の分離にＭＦ（精密濾過）、ＵＦ（限外濾過）などの膜分離を用いることが主流となっている。
　膜分離装置としては、円筒形状のケーシングと、ケーシング内に収容された複数の管状濾過膜（中空糸膜）と、を備えた複数の膜モジュールを用い、管状濾過膜の内側に原水を循環させながら濾過する方式の装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。管状濾過膜を透過した透過水は、吸引ポンプによって吸引されて、例えば、貯留槽に貯留されて適宜利用される。
特開２０１３－０５２３３８号公報
　従来の膜分離装置は、複数の膜モジュールを縦置き、即ち、ケーシングの軸線が上下方向に沿うように配置して互いに近接させることが一般的であった。このような配置方法は、設置面積を低減する点、また、各々の膜モジュールを一つの床面に直接的に設置できるという点で有利であった。
　しかしながら、複数の膜モジュールを縦置きすると、例えば、奥側に設置されている膜モジュールを交換したり、補修したりする場合、交換対象の膜モジュールを吊り上げるか、手前側の膜モジュールを一時的に取り外して交換対象の膜モジュールを取り出す必要があった。即ち、複数の膜モジュールを縦置きにした膜分離装置においては、メンテナンス性が悪いという課題があった。
　膜分離装置のメンテナンス性を向上させるために、複数の膜モジュールを横置きにすることも考えられる。しかしながら、膜モジュールを横置きにした場合、ケーシングの軸線に沿うように水平方向に延びる複数の管状濾過膜が撓むという課題があった。
　本発明は、膜モジュールを横置きにした場合においても、管状濾過膜の撓みを抑制することができる膜モジュール、膜モジュールの製造方法、及び水処理システムを提供する。
　本発明の第一の態様によれば、膜モジュールは、軸線が水平方向に延在する筒形状のケーシングと、前記ケーシングの延在方向の第一端側に設けられた第一隔壁と、前記ケーシングの延在方向の第二端側に設けられた第二隔壁と、前記ケーシングの内部において水平方向に延在して、第一端が前記第一隔壁に連結され、第二端が前記第二隔壁に連結された、親水性モノマーが共重合された単層構造を有する複数の管状濾過膜と、前記第一隔壁と前記第二隔壁との間の範囲で、前記管状濾過膜を補強する補強部材と、を備える。
　このような構成によれば、複数の管状濾過膜が補強部材によって補強されていることによって、管状濾過膜が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜が撓むことを防止することができる。
　また、膜モジュールを、ケーシングが水平方向に延在するように配置することによって、膜モジュールを複数配置する場合においても、膜モジュールの交換を容易とすることができる。これにより、複数の膜モジュールからなる膜分離装置のメンテナンスを容易とすることができる。
　上記膜モジュールにおいて、前記補強部材は、筒状をなし、前記管状濾過膜の外周側に配置され、前記管状濾過膜の外周面との間に形成される隙間が一定となるように形成された筒状本体部と、前記筒状本体部の内周面に互いに離間して配置され、前記管状濾過膜の外周面を支持する複数の支持部と、前記筒状本体部に形成された複数の貫通孔と、を有してよい。
　このような構成によれば、管状濾過膜から透過される透過水の流れを阻害することなく、管状濾過膜を撓まないように支持することができる。
　上記膜モジュールにおいて、前記補強部材は、筒状をなし、前記管状濾過膜の外周側に前記管状濾過膜と接するように配置されたメッシュ状の網状構造体であってよい。
　このような構成によれば、より簡素な構造で管状濾過膜を補強することができる。また、管状濾過膜を透過した透過水をメッシュの網目から排出することができる。
　上記膜モジュールにおいて、前記補強部材は、板状をなし、下部にて前記ケーシングの内周面に当接する補強部材支持部を有する板状本体部と、前記板状本体部に形成され、前記複数の管状濾過膜が挿通される複数の貫通孔と、を有してよい。
　このような構成によれば、補強部材によって複数の管状濾過膜が機械的に連結される。
　これにより、管状濾過膜が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜が撓むことを防止することができる。
　また、補強部材が管状濾過膜を延在方向の数点のみで支持するため、透過水をより透過させることができる。
　本発明の第二の態様によれば、膜モジュールの製造方法は、上記いずれかの膜モジュールの製造方法であって、被処理水に含まれる粗繊維量の割合を測定する粗繊維量測定工程と、前記粗繊維量の割合に基づいて管状濾過膜の内径を選定する膜内径選定工程と、前記膜内径選定工程において選定された内径を有する前記管状濾過膜を含む、前記膜モジュールの製造部材を準備する製造部材準備工程と、前記製造部材を組み立てる組立工程と、を含む。
　このような構成によれば、被処理水の粗繊維量に応じて管状濾過膜の内径を選定することによって、管状濾過膜が粗繊維分によって閉塞されることを抑制できる。
　本発明の第三の態様によれば、水処理システムは、被処理水に含有される有機物を処理する生物処理水槽と、前記生物処理水槽から排出される被処理水が収容される原水槽と、上記いずれかの膜モジュールを有し、前記原水槽から供給される被処理水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、前記濃縮水を前記生物処理水槽に返送する返送ラインと、を備え、前記原水槽には前記濃縮水を返送しない。
　このような構成によれば、管状濾過膜が親水性を有することで膜面流速を低くすることができるため、被処理水の循環流量を少なくすることができる。これにより、濃縮水を原水槽と生物処理水槽とに分配する分配タンクや、濃縮水を原水槽に返送する配管が不要となる。また、流量が少なくなることにより、配管を小径化することができる。また、流量が少なくなることにより、流量計などの機器の削減が可能となる。
　本発明によれば、複数の管状濾過膜が補強部材によって補強されていることによって、管状濾過膜が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜が撓んで、隔壁から外れたり、隔壁と管状濾過膜との間にすき間ができるなどして処理能力が低減することを防止することができる。
　また、膜モジュールを、ケーシングが水平方向に延在するように配置することによって、膜モジュールを複数配置する場合においても、膜モジュールの交換を容易とすることができる。これにより、複数の膜モジュールからなる膜分離装置のメンテナンスを容易とすることができる。
本発明の第一実施形態の水処理システムの概略構成図である。 本発明の第一実施形態の膜分離装置の概略斜視図である。 本発明の第一実施形態の膜モジュールの概略断面図である。 本発明の第一実施形態の補強部材の斜視図である。 本発明の第一実施形態の補強部材を補強部材の軸方向から見た側面図である。 本発明の第一実施形態の膜モジュールの製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の第一実施形態の変形例の膜モジュールの概略断面図である。 本発明の第二実施形態の補強部材の斜視図である。 本発明の第二実施形態の第一変形例の補強部材の斜視図である。 本発明の第二実施形態の第二変形例の補強部材の斜視図である。 図１０のＸ矢視図であり、本発明の第二実施形態の第二変形例の補強部材の側面図である。 本発明の第三実施形態の補強部材の斜視図である。 本発明の第四実施形態の水処理システムの設計方法を説明するフローチャートである。 本発明の第四実施形態の水処理システムの概略構成図である。 本発明の第四実施形態の水処理システムの概略構成図である。
（第一実施形態）
　以下、本発明の第一実施形態の膜モジュール１を有する水処理システム１０について図面を参照して詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態の水処理システム１０は、被処理水Ｗ１（第一被処理水、即ち、し尿、浄化槽汚泥を含む有機性廃水）に含まれる有機物を処理する生物処理水槽１１と、生物処理水槽１１から排出される被処理水Ｗ２（第二被処理水）が収容される原水槽１２と、原水槽１２から供給される被処理水Ｗ３（第三被処理水、即ち、原水）を透過水ＰＷと濃縮水Ｗ４とに分離する膜分離装置１３と、を備えている。
　生物処理水槽１１は、例えば、硝化菌と脱窒菌の作用により液中のＢＯＤ、窒素化合物等を分解除去する装置である。生物処理水槽１１には、第一配管１５を介して被処理水Ｗ１が供給される。生物処理水槽１１と原水槽１２とは第二配管１６によって接続されている。
　膜分離装置１３は、複数の膜モジュール１を備えている。複数の膜モジュール１は、並列に配列されている。図２に示すように、複数の膜モジュール１は、膜分離装置１３の筐体１４内に、横向きで配置されている。即ち、膜モジュール１の円筒形状のケーシング２の軸線Ａ（図３参照）は、水平方向に延在している。
　図３に示すように、膜モジュール１は、ケーシング２と、ケーシング２の内部に配置された複数の管状濾過膜３とを有している。膜分離装置１３は、管状濾過膜３の内側に被処理水Ｗ３を循環させながら濾過する方式を用い、被処理水Ｗ３から透過水ＰＷを取り出す装置である。
　原水槽１２と膜分離装置１３とは原水供給配管１７を介して接続されている。原水供給配管１７には、循環ポンプ２１が設けられている。原水槽１２に貯留された被処理水Ｗ２は、循環ポンプ２１によって加圧されながら、膜分離装置１３に供給される。
　膜分離装置１３から分離される透過水ＰＷは、透過水配管１８に導入される。透過水配管１８は、貯留槽２０に接続されている。即ち、膜モジュール１の透過水排出口９（図３参照）は、透過水配管１８に接続されている。透過水配管１８には、吸引ポンプ２２が設けられている。
　透過水ＰＷが分離されて膜分離装置１３から排出される濃縮水Ｗ４は、余剰汚泥を除く全量が、返送配管１９（返送ライン）を介して生物処理水槽１１に返送される。即ち、膜モジュール１の濃縮水排出口８（図３参照）は、返送配管１９に接続され、濃縮水Ｗ４は、原水槽１２へ返送しなくてよい。
　生物処理水槽１１から排出された被処理水Ｗ２は、原水槽１２、膜分離装置１３を介して、生物処理水槽１１に戻る。即ち、被処理水は、水処理システム１０の配管を循環する。
　上述したように、複数の膜モジュール１は、並列に配列されている。具体的には、原水供給配管１７、透過水配管１８、及び返送配管１９は、各々の膜モジュール１に接続されている。
　図３に示すように、膜モジュール１は、円筒形状のケーシング２と、複数の管状濾過膜３と、管状濾過膜３を補強する補強部材３４と、を備えている。
　ケーシング２は、円筒形状をなすケーシング本体４と、ケーシング本体４の一端（第一端側）を閉鎖する第一側壁５と、ケーシング本体４の他端（第二端側）を閉鎖する第二側壁６と、ケーシング本体４に形成された被処理水導入口７と、ケーシング本体４に形成された濃縮水排出口８と、ケーシング本体４に形成された透過水排出口９と、を有している。
　膜モジュール１は、ケーシング２の内部を３つの空間に分割する、第一隔壁３０と第二隔壁３１と、を備えている。第一隔壁３０と第二隔壁３１とには、複数の挿通孔３２が形成されている。挿通孔３２は、第一隔壁３０及び第二隔壁３１の板厚方向に貫通する孔である。挿通孔３２の内径は、管状濾過膜３の外径よりもやや大きい。
　第一隔壁３０は、板形状をなす部材であり、ケーシング２の内部の第一端側（第一側壁５の側）に固定されている。ケーシング本体４と、第一隔壁３０と、第一側壁５とによって囲まれる空間は、第一ヘッダ空間Ｓ１である。
　第二隔壁３１は、板形状をなす部材であり、ケーシング２の内部の第二端側（第二側壁６の側）に固定されている。ケーシング本体４と、第二隔壁３１と、第二側壁６とによって囲まれる空間は、第二ヘッダ空間Ｓ２である。
　ケーシング本体４と、第一隔壁３０と、第二隔壁３１とによって囲まれる空間は、透過水空間Ｓ３である。複数の管状濾過膜３から取り出された透過水ＰＷは、透過水空間Ｓ３に排出された後、透過水排出口９を介して透過水配管１８（図１参照）に導入される。
　被処理水導入口７は、ケーシング２の外部と第一ヘッダ空間Ｓ１とを連通させる開口である。被処理水導入口７は、ケーシング本体４に形成されている。被処理水導入口７は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第一隔壁３０と、第一側壁５との間に設けられている。
　濃縮水排出口８は、ケーシング２の外部と第二ヘッダ空間Ｓ２とを連通させる開口である。濃縮水排出口８は、ケーシング本体４に形成されている。濃縮水排出口８は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第二隔壁３１と、第二側壁６との間に設けられている。
　透過水排出口９は、ケーシング２の外部と透過水空間Ｓ３とを連通させる開口である。
　透過水排出口９は、ケーシング本体４に形成されている。透過水排出口９は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第一隔壁３０と、第二隔壁３１との間に設けられている。
　各々の管状濾過膜３の第一端は、第一隔壁３０の挿通孔３２に挿通された上で、挿通孔３２の内周面に固定されている。挿通孔３２の内周面と管状濾過膜３の外周面との間は、シール材（図示せず）によってシールされている。シール材としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂など、初期に粘性を持ち、経時的に硬化する材料が好ましい。
　各々の管状濾過膜３の第二端は、管状濾過膜３の第一端と同様の方法で第二隔壁３１の挿通孔３２に固定されている。
　管状濾過膜３は、円筒形状をなし、単一主要構成素材に親水性モノマーが共重合された単層構造の高分子濾過膜によって形成されている。
　即ち、管状濾過膜３は、主要材料が１種類の素材によって形成されている。主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、管状濾過膜３を形成する素材（例えば、樹脂）において、１種類樹脂が５０質量％以上を占めていることを意味する。
　また、主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、その１種類の素材の性質が構成素材の性質を支配していることを意味する。具体的には、１種類の樹脂が５０質量％－９９質量％を有する素材を意味する。
　管状濾過膜３を構成する主要材料としては、塩化ビニル系樹脂、ポリスルホン（ＰＳ）系、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）系、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ポリエーテルスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリイミド（ＰＩ）系などの高分子材料を用いることができる。
　管状濾過膜３を構成する主要材料としては、特に塩化ビニル系樹脂が好ましい。塩化ビニル系樹脂としては、塩化ビニル単独重合体（塩化ビニルホモポリマー）、塩化ビニルモノマーと共重合可能な不飽和結合を有するモノマーと塩化ビニルモノマーとの共重合体、重合体に塩化ビニルモノマーをグラフト共重合したグラフト共重合体、これらの塩化ビニルモノマー単位が塩素化されたものからなる（共）重合体などが挙げられる。
　親水性モノマーとしては、例えば、
（１）アミノ基、アンモニウム基、ピリジル基、イミノ基、ベタイン構造などのカチオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（２）水酸基、アミド基、エステル構造、エーテル構造などの親水性の非イオン性基含有ビニルモノマー、
（３）カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などのアニオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（４）その他のモノマー等が挙げられる。
　本実施形態の膜モジュール１は、各々の管状濾過膜３を補強する補強部材３４を備えている。補強部材３４は、各々の管状濾過膜３を外周側から覆っている筒状の部材である。
管状濾過膜３は、補強部材３４の内周側に挿通されている。補強部材３４は、補強部材３４の内周面と管状濾過膜３の外周面とが略全周に亘って接触するように形成されている。
　図４に示すように、補強部材３４は、管状濾過膜３の外周側に配置される筒状本体部３５と、筒状本体部３５の内周面３５ａに設けられた複数の支持部３６と、筒状本体部３５に形成された複数の貫通孔３７と、を有している。
　筒状本体部３５は、円筒状をなしている。図５に示すように、筒状本体部３５の内径（内周面３５ａの直径）は、管状濾過膜３の外径より大きい。筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間には、隙間Ｇが形成されている。管状濾過膜３の外径を、例えば、５ｍｍとすると、筒状本体部３５の内径は、例えば、７ｍｍとすることができる。この場合、筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間の隙間Ｇは１ｍｍである。筒状本体部３５は、管状濾過膜３との間の隙間Ｇが一定となるように形成されている。
　筒状本体部３５の長さは、第一隔壁３０と第二隔壁３１との間の間隔と同じである。即ち、筒状本体部３５の長さは、透過水空間Ｓ３に露出している管状濾過膜３の長さと同じである。
　筒状本体部３５は、例えば、チタンやアルミニウムなどの軽量の金属や、ポリアセタール樹脂などのプラスチックによって形成することができる。筒状本体部３５の板厚は、補強部材３４の強度を損なわない範囲で、可能な限り薄くすることが好ましい。
　支持部３６は、筒状本体部３５の軸線方向（延在方向）に延在する突起である。支持部３６は、筒状本体部３５の周方向に、間隔をあけて複数（本実施形態では８つ）形成されている。各々の支持部３６の高さは、筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間の隙間Ｇの幅と、略同一である。
　なお、本実施形態の補強部材３４は、８つの支持部３６を有しているが、管状濾過膜３を支持することができればこれに限ることはない。筒状本体部３５と管状濾過膜３との間の空間、即ち、透過水ＰＷが排出される空間をより広く確保するためには、少ないことが好ましい。
　また、上記実施形態では、支持部３６が筒状本体部３５の軸線方向に連続して形成されているが、これに限ることはない。支持部３６は、筒状本体部３５と管状濾過膜３との間の空間を埋めることなく、この空間を可能な限り確保しながら、管状濾過膜３を支持できればよい。例えば、支持部３６は、軸線方向に断続的に形成されてもよい。また、管状濾過膜３を互いに離間する複数の支持突起により点支持する構成としてもよい。
　貫通孔３７は、筒状本体部３５の外周側と筒状本体部３５の内周側とを連通させる開口である。複数の貫通孔３７は、筒状本体部３５の外面の全面に規則的に（均等に）配置されている。貫通孔３７は、補強部材３４の強度を損なわない範囲で、可能な限り多く形成することが好ましい。筒状本体部３５の周方向における貫通孔３７の位置は、支持部３６と異なっていることが好ましい。
　次に、本実施形態の膜モジュール１の製造方法について説明する。
　図６に示すように、本実施形態の膜モジュール１の製造方法Ｍ１は、被処理水Ｗ３（原水）に含まれる粗繊維量の割合を測定する粗繊維量測定工程Ｓ１１と、被処理水Ｗの粗繊維量に基づいて管状濾過膜３の内径を選定する膜内径選定工程Ｓ１２と、膜内径選定工程Ｓ１２において選定された内径を有する管状濾過膜３、ケーシング２などの製造部材を準備する製造部材準備工程Ｓ１３と、製造部材を組み立てる組立工程Ｓ１４と、を含む。
　粗繊維量測定工程Ｓ１１は、膜分離装置１３に導入される被処理水Ｗ３の粗繊維量（ｍｇ／リットル）を測定する工程である。粗繊維とは、有機性廃水である被処理水Ｗに含まれる髪の毛などの繊維分である。
　粗繊維量測定工程Ｓ１１は、被処理水Ｗ３の一部を取り出し、例えば、重量法によって測定することができる。具体的には、１リットルの被処理水Ｗ３を取り出した後、水分を取り除いて乾燥させ、残った粗繊維量を測定することにより算出することができる。粗繊維量の測定は、例えば下水試験方法における粗浮遊物分析方法による。
　膜内径選定工程Ｓ１２は、粗繊維量測定工程Ｓ１１において測定された粗繊維量に基づいて、管状濾過膜３の内径を選定する工程である。
　発明者らは、実験及び検討の結果、粗繊維量に応じて管状濾過膜３の内径を変更することによって、粗繊維分による閉塞を抑制できることを見出した。具体的には、以下の表１に示すように、管状濾過膜３の内径を選定することによって、粗繊維分による管状濾過膜３の閉塞を抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　即ち、粗繊維量αが２００ｍｇ／リットル以下の場合は、管状濾過膜３の内径を５ｍｍとする。粗繊維量αが２００ｍｇ／リットルより大きく５００ｍｇ／リットルより小さい場合は、管状濾過膜３の内径を５ｍｍ－１０ｍｍとする。粗繊維量αが５００ｍｇ／リットル以上の場合は、管状濾過膜３の内径を１０ｍｍ以上とする。
　製造部材準備工程Ｓ１３は、膜モジュール１を構成するケーシング２、第一隔壁３０、第二隔壁３１、管状濾過膜３、補強部材３４、等を準備する工程である。管状濾過膜３は、膜内径選定工程Ｓ１２において選定された内径を有するものを準備する。
　組立工程Ｓ１４は、製造部材を組み立てる工程である。
　次に、本実施形態の水処理システム１０の作用について説明する。
　まず、被処理水Ｗ１が生物処理水槽１１において処理される。具体的には被処理水Ｗ１に含まれる有機性物質が微生物によって分解される。
　次いで、生物処理水槽１１から排出された被処理水Ｗ２は、原水槽１２に貯留される。
　原水槽１２から排出された被処理水Ｗ３は、循環ポンプ２１を介して膜分離装置１３に供給されると、膜モジュール１の管状濾過膜３内に送り込まれる。一方、膜モジュール１のケーシング２内における透過水空間Ｓ３は吸引ポンプ２２の作動により、負圧となる。吸引ポンプ２２は、透過水排出口９を通して管状濾過膜３を流れる被処理水Ｗ３の流れに対して略直交する方向に吸引する。管状濾過膜３から透過された透過水ＰＷは、透過水排出口９及び透過水配管１８を介して貯留槽２０に貯留される。
　膜分離装置１３から排出される濃縮水Ｗ４は、余剰汚泥を除く全量が返送配管１９を介して生物処理水槽１１に返送されて、再度、処理が行われる。
　上記実施形態によれば、膜モジュール１を横置き、即ち、ケーシング２が水平方向に延在するように配置することによって、膜モジュール１を複数配置する場合においても、膜モジュール１の交換を容易とすることができる。これにより、複数の膜モジュール１からなる膜分離装置１３のメンテナンスを容易とすることができる。
　また、複数の管状濾過膜３が補強部材３４によって補強されていることによって、管状濾過膜３が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜３が撓むことを防止することができる。
　また、補強部材３４の支持部３６によって補強部材３４の内周面と管状濾過膜３の外周面との間に隙間Ｇが形成されることによって、管状濾過膜３から透過される透過水ＰＷの流れを阻害することなく、管状濾過膜３を撓まないように支持することができる。
　また、膜モジュール１を縦置きする場合は、管状濾過膜３の第一端と第二端のヘッド差（抵抗）が大きくなる。膜モジュール１を横置きすることによって、膜モジュール１を縦置きする場合と比較して、ヘッド差が小さくなり、ＦＬＵＸ（流出量）分布を小さくすることができる。
　また、膜モジュール１を横置きすることによって、複数の膜モジュール１同士を直列的に接続することが容易となる。膜分離装置１３を構成する複数の膜モジュール１の配列方法を直列にする場合においても対応が容易となる。
　また、原水の粗繊維量に応じて、管状濾過膜３の内径を選定することによって、管状濾過膜３が粗繊維分によって閉塞されることを抑制できる。
　また、管状濾過膜３を、親水性を有する材料で形成することによって、被処理水Ｗ３の膜面流速を低くすることができる。膜面流速は、例えば、０．１５ｍ／ｓ－０．３０ｍ／ｓとすることができる。
　管状濾過膜３が疎水性である場合、膜面流速を高くする必要がある（例えば、２．５ｍ／ｓ）。このため、循環流量が多くなり、膜分離装置１３から排出される濃縮水Ｗ４を、原水槽１２及び生物処理水槽１１に返送する必要が生じる。原水槽１２及び生物処理水槽１１に返送するためには、濃縮水Ｗ４を原水槽１２と生物処理水槽１１とに分配する分配タンクや、濃縮水Ｗ４を原水槽１２に返送する配管が必要となる。
　本実施形態の水処理システム１０は、膜面流速を低くすることができるため、濃縮水Ｗ４の循環流量を少なくすることができる。これにより、循環ポンプ２１の動力を低減することができる。また、濃縮水Ｗ４を原水槽１２と生物処理水槽１１とに分配する分配タンクや、濃縮水Ｗ４を原水槽１２に返送する配管が不要となる。
　また、流量が少なくなることにより、配管を小径化することができる。また、流量が少なくなることにより、流量計などの機器の削減が可能となる。
　なお、上記実施形態では、膜モジュール１として、管状濾過膜３を並列に配列した膜モジュール１を採用したがこれに限ることはない。例えば、図７に示すように、複数の管状濾過膜３を直列に接続してもよい。即ち、複数の管状濾過膜３の第一端同士、及び管状濾過膜３の第二端同士、を複数の管状濾過膜３が直列的に接続されるように接続する複数のＵ字状の接続部材４６を有する構成としてもよい。
　このとき、直列に接続された複数の管状濾過膜３に、被処理水導入口７、及び濃縮水排出口８を、接続部材５３、及び接続部材５４を介して直接的に接続して被処理水Ｗ３を導入し、濃縮水Ｗ４を排出してもよい。この場合、下部ヘッダ空間Ｓ１及び上部ヘッダ空間Ｓ２は無くてもよいので、第一側壁５と第二側壁６をなくすなど、ケーシングの構成を変更してもよい。
　また、補強部材３４の長さを第一隔壁３０と第二隔壁３１との間の間隔よりも長くして、補強部材３４を第一隔壁３０及び第二隔壁３１の挿通孔３２に挿通してもよい。このような形態とすることによって、管状濾過膜３にかかる負担をより軽減することができる。
（第二実施形態）
　以下、本発明の第二実施形態の膜モジュールに使用される補強部材を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　図８に示すように、本実施形態の補強部材は、筒状をなし、管状濾過膜３の外周側に管状濾過膜３と接するように配置されたメッシュ状の網状構造体３９である。網状構造体３９は、複数の線状のプラスチックを互いに格子状に組み合わせることによって形成されているプラスチック管である。複数の線状のプラスチックを格子状に組み合わせることによって、網状構造体３９は、第一実施形態の補強部材３４の貫通孔３７に相当する複数の網目４０が形成される。
　線状のプラスチックの代替として、例えば、ステンレス鋼などの金属で形成されたワイヤを採用することもできる。また、ビニール等で被覆されたワイヤを採用してもよい。
　また、複数の線状のプラスチックの組み合わせ方は、格子状に限ることはなく、複数の線状のプラスチックを六角形に編んでもよい。
　また、図９に示すように、円筒形状のプラスチック管を網目状に加工した網状構造体４１を採用してもよい。即ち、円筒形状の筒本体部４２と、筒本体部４２に規則的に形成された複数の透過水排出孔４３を形成した構成としてもよい。透過水排出孔４３の形状は、図９に示した四角形状に限らず、六角形状や、透過水ＰＷが十分排出することができれば、円形としてもよい。
　上記実施形態によれば、第一実施形態の補強部材３４と比較して、より簡素な構造で管状濾過膜３を補強することができる。また、管状濾過膜３を透過した透過水ＰＷを網目４０や透過水排出孔４３から排出することができる。
　なお、上記実施形態では、管状濾過膜３の外周側に補強部材３４となる網状構造体３９を配置する構成としたが、これに限ることはない。例えば、図１０及び図１１に示すように、管状濾過膜自体を金属製のワイヤ４４で補強してワイヤ入り管状濾過膜３Ｂとしてもよい。ワイヤ４４は、管状濾過膜３の厚さ方向の中央近傍に埋め込まれている。ワイヤ４４は、管状濾過膜３の延在方向に、螺旋状に延在している。
　ワイヤ４４の埋め込み方法は、ワイヤ４４によって管状濾過膜３が補強されれば、上記方法に限ることはない。例えば、複数のワイヤ４４を管状濾過膜３に格子状に埋め込んでもよい。
（第三実施形態）
　以下、本発明の第三実施形態の膜モジュールに使用される補強部材を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　図１２に示すように、本実施形態の補強部材３４Ｃは、円形板状をなす板状本体部４８と、板状本体部４８に形成された複数の膜挿通孔４９と、を有している。複数の膜挿通孔４９には、それぞれ管状濾過膜３が挿通される。補強部材３４Ｃは、ケーシング２の軸線方向に間隔をあけて３つ設けられている。
　補強部材３４Ｃの板状本体部４８の外周面４８ａは、ケーシング２の内周面に当接している。補強部材３４Ｃは、補強部材３４Ｃの下部がケーシング２の内周面に当接することで、支持される。補強部材３４Ｃの下部の外周面４８ａは、補強部材３４Ｃを支持する補強部材支持部として機能する。また、透過水ＰＷが透過水空間Ｓ３内で流通するように、例えば補強部材３４Ｃの一部に、切欠５５が存在することが望ましい。
　上記実施形態によれば、補強部材３４Ｃによって複数の管状濾過膜３が機械的に連結される。これにより、管状濾過膜３が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜３が撓むことを防止することができる。
　また、本実施形態の補強部材３４Ｃは、管状濾過膜３を延在方向の３点のみで支持するため、第一実施形態の補強部材３４と比較して、透過水ＰＷをより透過させることができる。
　なお、上記実施形態の補強部材３４Ｃは、補強部材３４Ｃの外周面４８ａがケーシング２の内周面に当接しているがこれに限ることはない。即ち、補強部材３４Ｃがケーシング２の内周面によって支持されていれば、補強部材３４Ｃの上部がケーシング２の内周面に当接していなくてよい。また、例えば多角形状など、外周の一部がケーシングに当接する形状でもよい。
　また、補強部材３４Ｃの数は３つに限ることはなく、管状濾過膜３の強度に応じて、適宜増減させてよい。
（第四実施形態）
　以下、本発明の第四実施形態の水処理システム１０の設計方法を図面に基づいて説明する。
　本実施形態の水処理システム１０は、被処理水Ｗ３の粗繊維量に応じて設計される。即ち、本実施形態の水処理システムの設計方法は、被処理水Ｗ３の粗繊維量に応じて、粗繊維を除去する装置の配置を変更する。
　図１３に示すように、本実施形態の水処理システムの設計方法Ｍ２は、被処理水Ｗ３（原水）の粗繊維量を測定する粗繊維量測定工程Ｓ２１と、被処理水Ｗ３の粗繊維量に基づいて繊維除去装置を選定する繊維除去装置選定工程Ｓ２２と、を含む。
　粗繊維量測定工程Ｓ２１は、膜分離装置１３に導入される被処理水Ｗ３の粗繊維量（ｍｇ／リットル）を測定する工程である。
　繊維除去装置選定工程Ｓ２２は、粗繊維量測定工程Ｓ２１において測定された粗繊維量に基づいて、水処理システム１０に設置する繊維除去装置を選定する工程である。
　発明者らは、実験及び検討の結果、粗繊維量に応じて繊維除去装置を選定することによって、膜分離装置１３への粗繊維分の流入を抑制することができることを見出した。具体的には、以下の表２に示すように、繊維除去装置を選定することによって、膜分離装置１３への粗繊維分の流入を抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　粗繊維量αが２，０００ｍｇ／リットル以上の場合は、図１４に示すように、生物処理水槽１１と原水槽１２との間の第二配管１６に遠心分離機５０を設ける。
　粗繊維量αが５００ｍｇ／リットルより大きく２，０００ｍｇ／リットルより小さい場合は、図１４に示すように、第二配管１６にトロンメル５１を設ける。トロンメル５１は、通水性周面からなる回転ドラムであり、駆動装置によって低速で回転する。トロンメル５１の第一端から供給された有機性汚泥は、傾斜配置されたトロンメル５１の内部を移動する過程で有機性廃水中の水分が通気性周面から分離水として排出され、第二端から濃縮された有機性汚泥が排出される。
　粗繊維量αが５００ｍｇ／リットル以下の場合は、図１５に示すように、原水供給配管１７の循環ポンプ２１の下流側にスクリーンメッシュ５２を設ける。スクリーンメッシュ５２の代替として、オートストレーナ、又は複式ストレーナを設けてもよい。
　上記実施形態によれば、膜分離装置１３への粗繊維分の流入を抑制することができる。
　また、原水の粗繊維量に応じた繊維除去装置を設置することによって、水処理システム１０の最適化を図ることができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、管状濾過膜３の本数に関して、図３などには５本の管状濾過膜３を示したが、管状濾過膜３の本数はこれに限ることはない。
　この膜モジュールによれば、複数の管状濾過膜が補強部材によって補強されていることにより、管状濾過膜が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜が撓んで、隔壁から外れたり、隔壁と管状濾過膜との間にすき間ができるなどして処理能力が低減することを防止することができる。
　また、膜モジュールを、ケーシングが水平方向に延在するように配置することによって、膜モジュールを複数配置する場合においても、膜モジュールの交換を容易とすることができる。これにより、複数の膜モジュールからなる膜分離装置のメンテナンスを容易とすることができる。
　１　膜モジュール
　２　ケーシング
　３，３Ｂ　管状濾過膜
　４　ケーシング本体
　５　第一側壁
　６　第二側壁
　７　被処理水導入口
　８　濃縮水排出口
　９　透過水排出口
　１０　水処理システム
　１１　生物処理水槽
　１２　原水槽
　１３　膜分離装置
　１５　第一配管
　１６　第二配管
　１７　原水供給配管
　１８　透過水配管
　１９　返送配管（返送ライン）
　２０　貯留槽
　２１　循環ポンプ
　２２　吸引ポンプ
　３０　第一隔壁
　３１　第二隔壁
　３２　挿通孔
　３４，３４Ｃ　補強部材
　３５　筒状本体部
　３６　支持部
　３７　貫通孔
　３９，４１　網状構造体
　４０　網目
　４２　筒本体部
　４３　透過水排出孔
　４６　接続部材
　４８　板状本体部
　４８ａ　外周面（補強部材支持部）
　４９　膜挿通孔
　５０　遠心分離機
　５１　トロンメル
　５２　スクリーンメッシュ
　５３　接続部材
　５４　接続部材
　５５　切欠
　Ａ　軸線
　Ｇ　隙間
　ＰＷ　透過水
　Ｓ１　第一ヘッダ空間
　Ｓ２　第二ヘッダ空間
　Ｓ３　透過水空間
　Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３　被処理水
　Ｗ４　濃縮水

Claims (6)

  1. 　軸線が水平方向に延在する筒形状のケーシングと、
    　前記ケーシングの延在方向の第一端側に設けられた第一隔壁と、
    　前記ケーシングの延在方向の第二端側に設けられた第二隔壁と、
    　前記ケーシングの内部において水平方向に延在して、第一端が前記第一隔壁に連結され、第二端が前記第二隔壁に連結された、親水性モノマーが共重合された単層構造を有する複数の管状濾過膜と、
    　前記第一隔壁と前記第二隔壁との間の範囲で、前記管状濾過膜を補強する補強部材と、を備える膜モジュール。
  2. 　前記補強部材は、
    　筒状をなし、前記管状濾過膜の外周側に配置され、前記管状濾過膜の外周面との間に形成される隙間が一定となるように形成された筒状本体部と、
    　前記筒状本体部の内周面に互いに離間して配置され、前記管状濾過膜の外周面を支持する複数の支持部と、
    　前記筒状本体部に形成された複数の貫通孔と、を有する請求項１に記載の膜モジュール。
  3. 　前記補強部材は、
    　筒状をなし、前記管状濾過膜の外周側に前記管状濾過膜と接するように配置されたメッシュ状の網状構造体である請求項１に記載の膜モジュール。
  4. 　前記補強部材は、
    　板状をなし、下部にて前記ケーシングの内周面に当接する補強部材支持部を有する板状本体部と、
    　前記板状本体部に形成され、前記複数の管状濾過膜が挿通される複数の貫通孔と、を有する請求項１に記載の膜モジュール。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の膜モジュールの製造方法であって、
    　被処理水に含まれる粗繊維量の割合を測定する粗繊維量測定工程と、
    　前記粗繊維量の割合に基づいて管状濾過膜の内径を選定する膜内径選定工程と、
    　前記膜内径選定工程において選定された内径を有する前記管状濾過膜を含む、前記膜モジュールの製造部材を準備する製造部材準備工程と、
    　前記製造部材を組み立てる組立工程と、を含む膜モジュールの製造方法。
  6. 　被処理水に含有される有機物を処理する生物処理水槽と、
    　前記生物処理水槽から排出される被処理水が収容される原水槽と、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の膜モジュールを有し、前記原水槽から供給される被処理水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置と、
    　前記濃縮水を前記生物処理水槽に返送する返送ラインと、を備え、前記原水槽には前記濃縮水を返送しない水処理システム。
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