JP6212435B2

JP6212435B2 - 水処理装置及び水処理方法

Info

Publication number: JP6212435B2
Application number: JP2014101916A
Authority: JP
Inventors: 咲谷村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: JP2015217335A

Description

本発明は、水処理装置及び水処理方法に関し、より詳細には、膜モジュールが汚れ難く
、仮に汚れたとしても膜モジュールを容易に洗浄できる水処理装置及び水処理方法に関す
る。

従来から、高分子水処理膜を備えた水処理装置によって原水を精製している。原水の精
製の一例として、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水の処理、海水
の淡水化のための前処理等が挙げられる。上記高分子水処理膜は、高分子材料からなる中
空糸状の多孔質膜（以下「中空糸膜」とも記す）を用いることが多い。なぜなら、中空糸
膜は、原水に含有される種々の成分を分離しやすいからである。

原水を分離するためには中空糸膜の膜分離性能が重要となってくる。上記中空糸膜の構
成の一例として、特開平１０−２４９１０５号公報（特許文献１）には、中空部の内径が
２００μｍであって、かつ三層構造の中空糸膜が開示されている。特許文献１の中空糸膜
の構造は、内側から順に、厚さ２５μｍの多孔質層、厚さ１μｍの非多孔質層、３０μｍ
の多孔質層の３層を積層している。

また別の中空糸膜の一例として、特開平０９−２５３６３１号公報（特許文献２）では
、中空糸膜を中央部でＵ字上に折り返した上で、中空糸膜の先端を収容容器とともに熱硬
化性樹脂でポッティングしている。この収容容器は、端部の内周部分にクサビ状突起を設
けることにより、熱硬化性樹脂と収容容器との接着力を高めている。

特開平１０−２４９１０５号公報特開平０９−２５３６３１号公報

しかしながら、従来の中空糸膜は外径がμｍオーダーの大きさであったため、収容容器
と中空糸膜と熱硬化性樹脂を接着させるときに、その熱硬化性樹脂が十分に行き渡らず、
収容容器と中空糸膜との接着が十分でないことがあった。かかる接着不良に起因して、中
空糸膜と収容容器との間の剥離が生じやすく、膜モジュールの信頼性が低かった。また、
中空糸膜の洗浄時に洗浄液を逆流させることにより中空糸膜の界面剥離が生じることがあ
った。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、中空糸膜を確実に固定
することにより、膜モジュールの信頼性を高めることができる水処理装置及び水処理方法
を提供することにある。

本発明者は、熱硬化性樹脂が中空糸膜表面に十分に行き渡らなくなる原因を考察したと
ころ、中空糸膜の外径が小さく、かつ膜充填率が大きい場合には、中空糸膜の表面張力が
大きいことに起因して熱硬化性樹脂が拡散し難くなるとの知見を得た。かかる知見に基づ
き、中空糸膜の外径及び充填率を調整することにより、膜自体の自立性を保持しつつ、中
空糸膜同士の間の空間を確保し得るを以って、熱硬化性樹脂が中空糸膜の間に十分に行き
渡るようにし、以下に示す本発明を完成した。
［１］本発明の水処理装置は、原水を貯留する貯留槽と、原水を処理する膜モジュールと
、貯留槽及び膜モジュールに接続され、膜モジュールで処理した濃縮水を貯留槽に供給す
る戻し管と、を含み、膜モジュールは、原水を固液分離する中空糸膜と、中空糸膜を保持
する保持部材と、中空糸膜と保持部材とを固定する熱硬化性樹脂とを含み、中空糸膜は、
３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の外径であって、かつ４０％以上７０％以下の膜充填率であるこ
とを特徴とする。
［２］貯留槽及び前記膜モジュールに接続され、貯留槽に貯留した原水を前記膜モジュー
ルに供給する供給管をさらに含むことが好ましい。
［３］保持部材は、中空糸膜の形状を保持するための支持体をさらに備えることが好まし
い。
［４］原水を膜モジュールに供給するための供給装置が接続されていることが好ましい。
［５］本発明の水処理方法は、上記［１］〜［４］のいずれか記載の水処理装置を用いた
水処理方法であって、中空糸膜に供給される原水の流速は、０．０５ｍ／秒以上１ｍ／秒
以下であることを特徴とする。

本発明の水処理装置及び水処理方法は、中空糸膜を確実に固定されるため、膜モジュー
ルの信頼性が高く、かつ膜モジュールの作製時に熱硬化性樹脂の充填不良による原水のリ
ークを防ぐことができる。

実施形態１の水処理装置を示す模式図である。膜モジュールの模式図及び断面図である。膜モジュールを複数組合せた形態の一例を示す模式図である。図３の膜モジュールを接続したものの左側面図である。実施形態２の水処理装置を示す概念図である。実施形態３の水処理装置を示す概念図である。

＜実施形態１＞
（水処理装置）
図１は、実施形態１の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態の水処理装置
は、図１に示すように、膜モジュール２が貯留槽１外に配置される「槽外型」である。本
実施形態の水処理装置は、原水を貯留する貯留槽１と、原水を処理する膜モジュール２と
、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２で処理した濃縮水を貯留槽１
に供給する戻し管４と、を含む。本実施形態の水処理装置は、貯留槽１及び膜モジュール
２に接続され、貯留槽１に貯留した原水を膜モジュール２に供給する供給管３をさらに含
む。また、膜モジュール２を透過した透過水を透過水槽９に供給する透過水管６をさらに
含むことが好ましい。以下に本発明の特徴部分である膜モジュールを説明する。

図２は、膜モジュールの模式図及び断面図である。水処理装置で用いる膜モジュール２
は、図２に示されるように、原水を固液分離する中空糸膜７と、中空糸膜７を保持する保
持部材１１と、中空糸膜７と保持部材１１とを固定する熱硬化性樹脂８とを含む。当該中
空糸膜７は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の外径であって、かつ４０％以上７０％以下の膜充
填率であることを特徴とする。このような内径及び膜充填率の中空糸膜７を用いることに
より、熱硬化性樹脂８が中空糸膜７の表面に馴染みやすくなり、中空糸膜７と保持部材１
１との密着性が高められ、モジュールの信頼性が向上するという優れた効果を示す。

ここで、上記の中空糸膜を構成する材料は、吸湿性を有する樹脂を含むことが好ましい
。「吸湿性を有する樹脂」とは、２３℃で相対湿度５０％に２４時間放置後の樹脂の重量
増加率（水分率）が０．１％以上６％以下の樹脂を意味する。かかる吸湿性を有する樹脂
の水分率は、１％以上５％以下であることが好ましく、より好ましくは２％以上３％以下
である。なお、湿度は、ＪＩＳＰ８１１１で規定されている方法で調湿を行なうことによ
り、樹脂中の水分量を評価するものとする。

吸湿性を有する樹脂としては、例えばポリ酢酸ビニル、ポリビニルホルマール、ポリア
セタール、ポリビニルブチラール、及びポリビニルアルコールからなる群より選択される
１種以上の樹脂が挙げられる。このような樹脂を用いることにより、汚染物質が中空糸膜
７に付着し難くなり、また仮に付着しても逆洗等の洗浄工程により容易に汚染物質を除去
し得る。なお、汚染物質の付着防止は、かかる材料選択に加え、上記数値範囲の内径のよ
うな大口径の中空糸膜を用いることが有効であり、このような材料及び外径の中空糸膜を
用いることにより、膜内流速を容易に制御することができ、中空糸膜に付着した汚染物質
を除去しやすいという優れた効果を示す。

図１を参照しながら、本実施形態の水処理装置の水処理の手順を説明する。まず、貯留
槽１に処理したい原水を貯留する。そして、貯留槽１中の原水を、供給管３を通じて膜モ
ジュール２に供給する。膜モジュール２に原水を通過させることにより、原水を処理する
。膜モジュール２で処理した透過水は、透過水管６を通じて透過水槽９に供給される。一
方、膜モジュール２で濃縮された濃縮水を、戻し管４経由で貯留槽１に戻す。戻し管４に
は、第１気体供給装置５が接続されている。この第１気体供給装置５から戻し管４にエア
が供給される。このエアが動力源となって濃縮水が貯留槽１に戻される。これらの一連の
流れにより原水を処理する。以下において、本実施形態の水処理装置を構成する各部を説
明する。

（膜モジュール）
図２は、膜モジュールの形態を示す模式図である。膜モジュール２は、原水を透過水と
濃縮水に分離するために設けられる。図２において、原水は供給管３から膜モジュールに
供給され、膜モジュール中の中空糸膜７を透過した透過水が透過水管６から透過水槽に供
給される。一方、中空糸膜に補集された汚染物質は、濃縮水として戻し管４を通じて貯留
槽１に戻される。透過水と濃縮水の分離は、膜モジュール２に内外膜間差圧を負荷するこ
とによって行なわれる。

膜モジュール２は、図２の断面図に示されるように、複数本の中空糸膜７と、当該中空
糸膜７を収納する保持部材１１を備える。この中空糸膜７の外径、長さ、本数等は、得よ
うとする膜モジュールの特性に応じて適宜調整することができる。中空糸膜７は、所定本
数束ねて中空糸膜束としてもよい。中空糸膜束は、ストレート状であることが好ましい。
中空糸膜束は、保持部材１１に合わせて所定の長さに切断して保持部材内に挿入すること
が好ましい。

図２に示されるように、筒状の膜モジュール２の一端側に供給管３が接続されており、
筒状の膜モジュール２の他端側に戻し管４が接続されている。図２の膜モジュールでは、
図中下側の供給管３から原水が供給され、戻し管４から濃縮水が取り出され、透過水管６
から透過水が取り出される。つまり、供給管３から供給された原水は、中空糸膜７で膜分
離され、熱硬化性樹脂８に到達するまでに透過水として透過水管６に供給される。一方、
原水のうちの中空糸膜を透過しなかった分は、濃縮水として熱硬化性樹脂８の間を通過し
て戻し管４に排出される。

供給管３と膜モジュール２との接続位置は、膜モジュール２の最下部よりの高い位置で
あることが好ましい。このような位置に供給管３を接続することにより、膜モジュールの
側面側からでも原水を供給することができ、膜モジュール単体で自立可能な構造にするこ
とができる。さらには、供給管３を膜モジュール２の下部分に接続すると、当該接続に必
要な部材によって装置全体の高さが高くなるため、膜モジュールの設置空間をコンパクト
にすることができる。

膜モジュール２は、単独で用いてもよいし、２以上を組み合わせて用いてもよい。２以
上の膜モジュールを用いる場合、各膜モジュールを直列に接続してもよいし、並列に接続
してもよいし、直列と並列を組み合わせてもよい。図３は、１０本の膜モジュールを並列
に接続した場合の形態を示す模式図である。膜モジュールを直列に接続することにより、
膜モジュールの全長が長くなるため、少ない動力で同等の透過水及び濃縮水を得ることが
できる。また、図３に示すように膜モジュール２を並列に接続してもよい。これにより、
中空糸膜に供給される原水の流速を調整することができ、中空糸膜の目詰まりが生じにく
くなる。

図３において、各膜モジュールの供給管３は、供給本管１３に接続されており、各膜モ
ジュールの透過水管６は透過水本管１６に接続されており、各膜モジュールの戻し管４は
、戻し本管１４に接続されている。供給本管１３から各供給管３に原水が供給され、各膜
モジュールで水処理されて、各膜モジュールの透過水管６から透過水本管１６に透過水が
供給されるとともに、各膜モジュールの戻し管４から戻し本管１４に濃縮水が供給される
。

図４は、図３の膜モジュールを接続したものの左側面図である。図４を参照し、供給水
本管１３の直径をＮ_mとすると、供給水本管１３に接続されている供給管３は、供給水本
管の中心から１／２Ｎ_m以内の位置に供給管３の中心が配置されるように膜モジュール２
に接続されることが好ましく、より好ましくは１／４Ｎ_m以内である。このような接続位
置に供給管を接続することにより、膜モジュールの設置空間をコンパクトにすることがで
きるとともに、供給水本管１３と供給管３との配置のバランスが適したものとなる。

また、図４を参照して、膜モジュール２の供給管３、戻し管４及び透過水管６は、膜モ
ジュールの最下部から同一の高さの位置に接続されることが好ましい。このような位置に
各配管を接続することにより、必要に応じて膜モジュールの本数を適宜増減させることが
できる。さらに、膜モジュール２の上段に戻し本管１４を接続し、膜モジュール２の中段
に透過水本管１６を接続し、膜モジュール２の下段に供給本管１３を接続することが好ま
しい。そして、透過水本管１６は、透過水管６の接続位置によりも距離Ｄだけ下の位置に
接続することが好ましい。このように接続することにより、透過水管６と透過水本管１６
との距離Ｄの配管が膜モジュールに横方向の力が加わったときに生じる歪みを吸収するこ
とができる。このような機能を有する膜モジュールは、地震等で膜モジュール全体に横方
向の力が加わった場合にも破壊され難い。一方、透過水本管１６と透過水管６との間の距
離Ｄが０の場合、すなわち、透過水本管１６と透過水管６との高さが同一の場合、供給管
３と戻し管４と透過水管６とが平行に３点で接続されることになるため、各膜モジュール
の接続自体は強固なものとなるが、地震等で横方向の力が加わったときの耐性は必ずしも
十分ではない。ここで、透過水本管１６と透過水管６との間の距離Ｄは、膜モジュール全
体の長さ（間が手方向の長さ）の１０％以上６０％以下であることが好ましく、より好ま
しくは２０％以上５０％以下であり、さらに好ましくは２５％以上４０％以下である。

膜モジュール２は、図３に示すように、縦方向に直立させた上で並列に連結することが
好ましい。このように並列に結合することにより、膜モジュール同士の接続配管を簡便に
することができるし、膜モジュールの本数を容易に増減させることができる。

原水を膜モジュール２に供給するときには、原水と同時に気体が供給されることが好ま
しい。膜モジュール２に気体が供給されると、膜に付着した汚染物質を効率的に剥離し、
水処理の効率を向上させることができるからである。したがって、供給管３又は供給水本
管１３には、気体供給装置を接続することが好ましい。

水処理を開始してから一定期間が経過すると、膜モジュール２に浮遊物等が堆積し、膜
モジュール２の分離性能が低下することもある。このときに逆洗を実行することが好まし
い。逆洗は、図１に示すように逆洗ポンプ１０によって行なわれることが好ましい。これ
により膜モジュール２に付着した浮遊物等を剥離することができ、膜モジュールの処理性
能を再生することができる。

逆洗は、定圧ろ過においては、透水性能の低下が２０％以上の時に実行することが好ま
しく、定量ろ過においては、膜間差圧の上昇が２０％以上の時に実行することが好ましい
。逆洗は、１０％以内の膜間差圧の変動で実行することが好ましい。これにより、高圧で
の逆洗の回数を減らすことができ、中空糸膜を長寿命化し得る。

（中空糸膜）
本実施形態において、中空糸膜は、単一主要構成素材により形成されてもよいし、保持
部材１１中の支持体（図示せず）によって形状を保持してもよい。支持体を用いる場合、
中空糸膜の形状を保持できる程度の強度を有するものが好ましく、セラミック、不織布等
を用いることが好ましい。このように支持体を用いることにより、中空糸膜の形状が安定
化し、中空糸膜と熱硬化性樹脂との接着性を高めることができる。

ここで、「単一主要構成素材」とは、その主要材料が単一材料であることを意味する。
つまり、中空糸膜を形成する素材（例えば、膜を構成する樹脂）は、１種の樹脂が５０質
量％以上（好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、８０質量％以上
、さらに好ましくは８５質量％以上）を占めることを意味する。

上記中空糸膜は、自立構造を有することが好ましい。「自立構造を有する」とは、中空
糸膜の使用時に、その形状が円筒形状等の所望の形状を保持し得る程度の強度を有するこ
とを意味する。このように単一主要構成素材で自立構造を有する中空糸膜が形成されるこ
とにより、表裏両面に分離機能が付与され、逆洗時における汚染を防止するとともに、中
空糸膜内部の汚染を回避することも可能となる。

中空糸膜は、４０％以上７０％以下の膜充填率であることが特徴であり、好ましくは
４５％以上６５％以下の膜充填率である。このような膜充填率であることにより、熱硬
化性樹脂８によって中空糸膜を固定しやすくなり、以って膜モジュールの信頼性を高める
ことができる。ここで、膜充填率は、保持部材の内径をＮとし、中空糸膜の外径をｎとし
、保持部材に保持される中空糸膜の本数をｘとしたときに、下記の関係式（Ｉ）によって
算出される。
{１−（（Ｎ²×π）−（ｎ²×π）×ｘ）／（Ｎ²×π）}×１００・・・（Ｉ）

中空糸膜の外径は、３ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以
上８ｍｍ以下であり、さらに好ましくは４．５ｍｍ以上７ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍ
ｍ以上７ｍｍ以下である。また中空糸膜の膜厚は、０．１ｍｍ以上１．７ｍｍ以下である
ことが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、さらに好ましく
は０．６ｍｍ以上１ｍｍ以下である。このような外径を有する中空糸膜を用いることによ
り、汚染物質が付着し難く、また仮に付着しても容易に汚染物質を除去することができる
。中空糸膜の内径が細いと、エアが通るときの抵抗が大きく、原水が循環しにくくなる傾
向がある。また、上記膜厚の中空糸膜を用いることにより、中空糸膜自体の曲げ強度を向
上させることができ、熱硬化性樹脂と中空糸膜との密着性を確保することができる。

複数本の中空糸膜７の両端は、保持部材１１内で熱硬化性樹脂８によってシールされる
。この熱硬化性樹脂８は、例えば、遠心成形によるポッティング等によって形成される。
熱硬化性樹脂８の材料は、初期の粘性低く、経時的に粘度が増加して硬化し、最終的に所
定硬度に硬化する材料であることが好ましく、このような材料としてエポキシ樹脂、ウレ
タン樹脂等が挙げられる。本実施形態においては、上述の大口径の中空糸膜を用いること
により、中空糸膜間に適度な空間を形成され、熱硬化性樹脂８が中空糸膜の周囲に回り込
みやすくなる。これにより熱硬化性樹脂８が中空糸膜７の表面に広がりやすくなり、ポッ
ティング不良を低減させるとともに、使用時に封止部の不良を低減することができ、膜モ
ジュール２の長期信頼性を向上させることができる。

熱硬化性樹脂８は、中空糸膜の周囲に回り込みやすくするという観点から、その初期粘
度は、１００ｍＰａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、２００ｍＰ
ａ・ｓ以上２０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは５００
ｍＰａ・ｓ以上１５００ｍＰａ・ｓ以下である。このような粘度の熱硬化性樹脂を用いる
ことにより、中空糸膜の膜間にも熱硬化性樹脂が流れ込みやすくなる。

（保持部材）
保持部材１１は、中空糸膜７を保持できるものであれば特に限定されない。保持部材１
１を構成する材料として、金属、プラスチック等を用いることができるが、成型が容易で
機械的強度を確保しやすいという観点から、プラスチックが好ましい。プラスチックとし
ては、例えば、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。

（第１気体供給装置）
第１気体供給装置５は、供給管３又は戻し管４に接続されるものである。第１気体供給
装置５が供給管３に接続される場合は、膜モジュール中の中空糸膜を効率的に洗浄するも
のとして用いられる。第１気体供給装置５が戻し管４に接続される場合は、第１気体供給
装置５は、水処理装置内で原水を循環させるための動力源である。この位置に第１気体供
給装置５を設けることにより、水処理のエネルギー効率を向上させることができるし、膜
モジュール内での圧力損失がなくエアを供給することができる。また、供給管３及び戻し
管４にエアが溜まりにくくなる。このため、膜モジュール内でエアを均一に分散して供給
することができる。

第１気体供給装置５が供給する気体は、空気、圧縮空気、オゾン、窒素、二酸化炭素等
が挙げられるが、圧縮空気が好ましい。また、気体は、気泡の形態で供給されることが好
ましく、より好ましくは、数十μｍ〜数百μｍ程度のマイクロバブルである。マイクロバ
ブルは、原水を均一に循環させやすいという利点がある。気泡の供給方法は、例えば、ス
テンレス、セラミック、プラスチック、ゴム等に１ｍｍ〜数十ｍｍ程度の空気吐出孔を開
けた散気管を用いてもよい。第１気体供給装置５としては、例えばブロア、コンプレッサ
、マイクロバブル発生ブロア等が挙げられる。

（戻し管）
戻し管４は、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２で処理した濃縮
水を貯留槽１に供給するために設ける。戻し管４に濃縮水を供給するときの供給圧は、２
０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｋＰａ以上１
００ｋＰａ以下である。なお、戻し管４には、戻し管内のエアを抜くためのエア抜きライ
ンを設けてもよい。

また、戻し管の内径は、任意に設定することができるが、１０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下
であることが好ましく、３０ｍｍ以上４００ｍｍ以下がより好ましく、さらに好ましくは
４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。このような内径にすることにより、圧力損失を減ら
し、かつ移送効率を高めることができる。

第１気体供給装置５が気体を供給するタイミングは、特に限定されず、水処理、逆洗、
又はフラッシングのいずれの工程中に行なってもよい。気体を供給する時間は、気泡の大
きさによって異なるが、連続して、１秒以上、１分以上、好ましくは数秒〜数分であり、
常時供給することがより好ましい。膜モジュールに導入する気泡は、膜モジュールに導入
する原水体積（原水比）に対し、０．２５以上２．５以下の体積で供給することが好まし
い。通常、気体量と循環させる原水との体積比は、水位差とモジュール前後の配管抵抗、
モジュール内流れ抵抗、モジュール内の空気の流れの均一性等に依存する。

（供給管）
供給管３は、貯留槽１及び膜モジュール２に接続され、膜モジュール２に原水を供給す
るために設けられる。供給管３に原水を供給するときの供給圧は、例えば、２０ｋＰａ以
上１００ｋＰａ以下であることが好ましい。

（透過水管）
透過水管６は、膜モジュール２及び透過水槽９に接続され、膜モジュール２の中空糸膜
を透過した透過水を透過水槽９に供給するために設けられる。透過水管６の内径及び長さ
は特に限定されない。

（透過水槽）
透過水槽９は、膜モジュールでろ過した透過水を貯留するために設けられる。透過水槽
９には、透過水の一部を逆洗に利用することができるように、膜モジュール２からの透過
水が通る管とは異なる経路で膜モジュールに連結される逆洗管を備えていることが好まし
い。当該逆洗管に逆洗ポンプ１０を接続することにより、透過水槽で貯留された透過水の
一部を用いて膜モジュールを逆洗することができる。

（逆洗ポンプ）
逆洗ポンプ１０は、逆洗の際に透過水を膜モジュールに供給するために使用するポンプ
である。当該逆洗ポンプ１０としては、例えば、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦
巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、
歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプ等を
用いることができる。

（貯留槽）
貯留槽１は、原水を貯留する槽である。貯留槽１は、膜モジュール２に原水を供給する
ための供給管３と、膜モジュール２からの透過水を戻す戻し管４とが接続される。貯留槽
１は、２ｍ×１０ｍ程度のユニット単体又は連結した貯留槽であってもよいし、５ｍ×５
０ｍ程度の水槽単体又は連結した貯留槽であってもよい。

（原水）
原水は、汚水処理場等の活性汚泥等を含む排水、家庭排水等の都市下水、工場排水、農
業排水、生物処理水、海水、井戸水、河川水、湖沼の水等の他、果汁、ミルク等の液状食
品であってもよい。原水の浮遊物質（ＳＳ：Suspended Solids）は、２００００未満であ
ることが好ましい。

（水処理方法）
本実施形態の水処理装置を用いた水処理方法は、クロスフロー方式であることが好まし
い。クロスフロー方式は、中空糸膜の膜面と原水の流れ方向とが実質的に平行であり、中
空糸膜の膜面に付着した浮遊物等を剥離して循環させることができる。これにより、中空
糸膜の目詰まりを抑制し、原水の処理速度が安定する。なお、本実施形態の水処理装置は
、原水の汚染状態によってデッドエンド方式で使用しても差し支えない。

また、原水の管内流速は、０．３ｍ／ｓ以上２ｍ／ｓ以下であることが好ましく、０．
５ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．７ｍ／
ｓ以上１ｍ／ｓ以下である。なお、管内流速は、単位時間当たりの循環させる原水の体積
に基づいて算出した値を採用するものとする。

また、中空糸膜に供給される原水の流速は、０．０５ｍ／秒以上１ｍ／秒以下であるこ
とが好ましく、より好ましくは、０．２ｍ／秒以上０．６ｍ／秒以下である。このような
流速で中空糸膜に原水を供給することにより、汚染物質が中空糸膜に付着し難くなるため
、原水を効率的に処理し続けることが可能となる。ここで、中空糸膜に供給される原水の
流速は、汚水処理用の電磁流量計（エンドレスハウザー社製）によって測定した値を採用
するものとする。

原水は、５ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下の膜間差圧を負荷することにより中空糸膜内に
供給されることが好ましく、より好ましくは１０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下の膜間差圧
である。かかる膜間差圧であることにより、実用上要求される透水性能を維持するととも
に、汚染物質の中空糸膜への付着を防止することができる。

原水は、内圧式で処理してもよいし、外圧式で処理してもよい。内圧式は、中空糸膜の
内側に原水を供給し、中空糸膜の外側から透過水を取り出す方式である。外圧式は、中空
糸膜の外側に原水を供給し、中空糸膜の内側から透過水を取り出す方式である。膜面流速
をより高く設定し得るという観点から、内圧式で処理することが好ましい。

水処理と逆洗とを切り替えるときに、フラッシング又はドレンを行なってもよいし、水
処理を一時停止してもよい。

フラッシングは、貯留槽、各配管、及び膜モジュールに付着した浮遊物等を除去する工
程である。中空糸膜の内径よりも大きな浮遊物等が原水の循環経路を閉塞することがある
が、この閉塞は、原水の供給向きと逆向きにフラッシングすることにより防止することが
できる。フラッシングは、原水を加圧することなく、０．１ｍ／ｓ以上の膜面流速で行な
うことが好ましい。フラッシングにより膜モジュール２を通過した水は、フラッシング水
として貯留槽１に戻される。

ドレンは、膜モジュールの中空糸膜に残留する浮遊物等を系外に排出する工程である。
ドレンは、水処理装置の運転を停止した状態で、膜モジュールを開放し、濃縮液を落下さ
せることにより回収するか、又は膜モジュールを開放した状態で逆洗し、逆洗排水を回収
することにより行なう。回収した濃縮水又は逆洗排水は、別途設けたドレン水タンクに貯
めてもよい。

本実施形態の水処理装置は、図１には示していないが、生物処理槽、凝集剤処理槽、凝
集剤注入手段、薬液槽、薬液注入手段、濃縮水槽、開閉弁、超音波発生装置、吸引装置等
を設けてもよい。

本実施形態の水処理装置を海水淡水化装置として使用する場合、砂ろ過等の除濁処理を
行なうことが好ましい。除濁処理を実行することにより、粗い不純物を除去することがで
きる。また、第１気体供給装置からエアを供給することにより、原水中の溶存酸素を上昇
させることができるため、水処理装置を生物処理槽として用いるときの曝気動力を抑制す
ることもできる。

＜実施形態２＞
図５は、実施形態２の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図５に示
されるように、実施形態１に対し、透過水吸引装置１７を接続したこと、第１気体供給装
置５の接続位置を代えたこと及び供給装置１５を接続したことが異なる他は、実施形態１
と同一の水処理装置である。透過水吸引装置１７は、透過水を吸引する機能を有するもの
である。

供給装置１５は、中空糸膜に付着した汚染物質を浮上させる効果を発揮するものであれ
ば特に限定されず、例えば、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流
ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリ
ューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプ等を用いることができる
。

＜実施形態３＞
図６は、実施形態３の水処理装置の概略を示す模式図である。本実施形態は、図６に示
されるように、実施形態２に対し、供給装置１５に代えて吸引装置１２を戻し管４に接続
したことが異なる他は、実施形態２と同一の水処理装置である。吸引装置１２によって戻
し管内の圧力を減圧し、これにより原水が膜モジュールに供給される。吸引装置１２とし
ては、供給装置１５と同様のものを用いることができる。

以下、本発明の水処理装置及び水処理方法を、実施例に基づいて詳細に説明する。なお
、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１〜４）
実施例１〜４においては、ビニルピロリドン-塩化ビニル共重合体を含む中空糸膜を用
いて、表１の「膜充填率」の欄に示す膜充填率の膜モジュールを作製した。当該膜モジュー
ルの作製においては、表１の「粘度」の特性を示すウレタン樹脂を熱硬化性樹脂として用
いて中空糸膜を封止した。なお、中空糸膜の膜充填率は、保持部材の内径をＮとし、中空
糸膜の外径をｎとし、保持部材に保持される中空糸膜の本数をｘとしたときに、下記の関
係式（Ｉ）によって算出した。
{１−（（Ｎ²×π）−（ｎ²×π）×ｘ）／（Ｎ²×π）}×１００・・・（Ｉ）

上記のようにして得られた膜モジュールを用いて、図１に示す構造の水処理装置を作製
した。

各実施例の水処理装置に対し、活性汚泥浮遊物（ＭＬＳＳ）：８０００〜１００００の
原水を供給したところ、供給管を流れる原水の流速は、表１の「流速」の欄に示す値とな
った。各実施例の水処理装置は、水処理の初期の充填不良もなく、かつ使用したときにも
封止部が剥離しなかった。この結果から、所定の外径及び膜充填率の中空糸膜を用いて原
水を処理することにより、信頼性が高く安定して水処理を行なえることが明らかとなり、
本発明の効果が示された。

本発明は、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水処理、海水淡水化
の前処理等の水の精製等のために使用される水処理装置として、広範に利用することがで
き、経済的かつ効率的な水処理を行なうことができる。

１貯留槽
２膜モジュール
３供給管
４戻し管
５第１気体供給装置
６透過水管
７中空糸膜
８熱硬化性樹脂
９透過水槽
１０逆洗ポンプ
１１保持部材
１２吸引装置
１３供給本管
１４戻し本管
１５供給装置
１６透過水本管
１７透過水吸引装置

Claims

原水を貯留する貯留槽と、
前記原水を処理する膜モジュールと、
前記貯留槽及び前記膜モジュールに接続され、前記膜モジュールで処理した濃縮水を前記貯留槽に供給する戻し管と、を含み、
前記膜モジュールは、前記原水を固液分離する中空糸膜と、前記中空糸膜を保持する保持部材と、前記中空糸膜と前記保持部材とを固定する熱硬化性樹脂とを含み、
前記中空糸膜は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の外径であって、かつ、前記保持部材の内径をＮとし、中空糸膜の外径をｎとし、保持部材に保持される中空糸膜の本数をｘとしたときに、下記の式（Ｉ）によって算出した充填率が４０％以上７０％以下であることを特徴とする水処理装置。
｛（ｎ ^２ ×π×ｘ）／（Ｎ ^２ ×π）｝×１００（Ｉ）
前記貯留槽及び前記膜モジュールに接続され、前記貯留槽に貯留した原水を前記膜モジュールに供給する供給管をさらに含む、請求項１に記載の水処理装置。
前記保持部材は、前記中空糸膜の形状を保持するための支持体をさらに備える、請求項１又は２記載の水処理装置。
前記原水を前記膜モジュールに供給するための供給装置をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項記載の水処理装置。
請求項１〜４のいずれか一項記載の水処理装置を用いた水処理方法であって、
前記中空糸膜に供給される前記原水の流速は、０．０５ｍ／秒以上１ｍ／秒以下であることを特徴とする水処理方法。