JP2019202274A - 膜ろ過装置、膜ろ過装置の洗浄方法および水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できる膜ろ過装置の提供。【解決手段】被処理水１をろ過膜１１によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置であって；ろ過膜１１が収容される内部空間Ｓ１が形成されたハウジング１３と、内部空間Ｓ１に開口する複数の孔２２が形成された複数の水供給部材２１と、ろ過膜１１の下流から処理水２の一部を水供給部材２１に供給できる水供給配管２３と、ハウジング１３に設けられた排出手段１４と、排出手段１４が開放されて内部空間Ｓ１内の水が抜かれた状態で、水供給配管２３から供給された処理水２を複数の孔から内部空間Ｓ１内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部３１と、を備え；複数の水供給部材２１は、複数の孔２２から内部空間Ｓ１内のろ過膜１１に対して２方向以上から処理水２をシャワー状に噴出可能に構成されており、ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置。【選択図】図１

Description

本発明は、膜ろ過装置、膜ろ過装置の洗浄方法および水処理方法に関する。

精密ろ過膜または限外ろ過膜を用いた水処理では、ろ過膜の上流側と下流側に圧力差（差圧）を生じさせて、工場排水などの原水からさまざまな粒子やイオンなどを分離して、処理水を得ることができる。これらのろ過膜を用いて水処理を行う場合、経時的にろ過膜に固形物が付着するなどして透過流束やろ過流量が低下（差圧が上昇）する問題が生じることや、この問題に対してろ過膜を逆洗浄、バブリング洗浄およびシャワー洗浄などを行うことが知られている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、原水入口、処理水出口及び濃縮水出口を有する容器と、被処理水を透過水と濃縮水とに分離するための中空糸膜であって、容器内に上下方向に配置された複数の中空糸膜と、中空糸膜の上端部を固定しており、容器内の上部に配置された上端固定部と、上端固定部の上側に形成され、各中空糸膜の内部が連通した透過水室と、中空糸膜の上部を洗浄するための洗浄部と、を有する中空糸膜モジュールにおいて、洗浄部は、上端固定部を上下方向に貫通する複数のノズルと、ノズルの下端部に設けられた洗浄水噴出孔とを有する中空糸膜モジュールが記載されている。

特許文献２には、中空糸膜束が収容される内部空間が形成されたハウジングと、内部空間に開口する複数の孔が形成された水供給部材と、ハウジングの下部に設けられた排出手段と、排出手段が開放されて内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給源から供給された水を複数の孔から内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備え、水供給部材は、複数の孔から内部空間内の中空糸膜束にシャワー状に水を噴出可能に構成されている、中空糸膜濾過装置が記載されている。さらに特許文献２の中空糸膜濾過装置では、中空糸膜束にシャワー状に向かって噴出される水として、原水を用いることが記載されている（［００５８］参照）。

特許文献３には、膜濾過に用いられ被処理水中の濁質により目詰まりした疎水性濾過膜の洗浄方法であって、濾過膜をリモネン含有水と接触させる濾過膜の洗浄方法が記載されている（請求項１参照）。さらに特許文献３には、リモネン含有水と濾過膜との接触が濾過膜の逆洗により行われ、かつ逆洗後に洗浄液をシャワー状にして濾過膜の表面に吹き付けることが記載されている（請求項５、［００３１］参照）。

特開２０１５−２２６８８４号公報 特開２０１７−２１７５７９号公報 国際公開第２０１２／０４３４３３号

しかしながら、特許文献１に記載のシャワー洗浄方法では、容器内が原水で満たされた状態で洗浄水をシャワーしており、シャワー洗浄の十分な効果が得られないことがわかった。

特許文献２に記載のシャワー洗浄方法では、原水を用い、かつ、それぞれのろ過膜束に対して１方向から原水をシャワー状に噴出しており、実施例ではＳＳ成分の付着を見ているだけであってシャワー洗浄の効果が不明確であった。また、特許文献２の実施例ではシャワー洗浄に２４時間かかっており、膜ろ過装置の連続運転を一日間止める必要があるために効果的な洗浄方法とは言えないことがわかった。

特許文献３の実施例２では、図６および図７に記載の中空糸膜モジュールの外側の全表面のみに水をシャワー状に吹き付けられる膜ろ過装置を用いているが、リモネン含有水による逆洗浄、超音波洗浄およびシャワー洗浄を併用しており、シャワー洗浄の効果は不明であった。
また、特許文献３では、リモネン含有水を用いない場合は、ろ過膜の逆洗浄および空気を吸入した洗浄液を流すことの組み合わせ（請求項６参照）、または、ろ過膜の逆洗浄およびエダクターノズルよりの水流の吹き付けの組み合わせ（請求項７参照）を必須としている。そのため、リモネン含有水を用いない場合のシャワー洗浄の効果は不明であった。
なお、特許文献３にはリモネン含有水を用いない例として、実施例７に、海水のろ過水による逆洗浄と水を用いたシャワー洗浄とを組み合わせた例（ｄ）が記載されているが、海水のろ過水による逆洗浄の例（ａ）と同程度の評価であった。また、実施例７には、具体的なシャワー洗浄方法や、シャワー洗浄にろ過水を用いることは記載されていなかった。

本発明が解決しようとする課題は、逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できる膜ろ過装置を提供することである。

本発明では、内部空間内の水が抜かれた状態で、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出できる膜ろ過装置によって、逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できることを見出し、上記課題を解決した。

上記課題を解決するための具体的な手段である本発明の構成と、本発明の好ましい構成を以下に記載する。
［１］ 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置であって、
ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングと、
内部空間に開口する複数の孔が形成された複数の水供給部材と、
ろ過膜の下流から処理水の一部を水供給部材に供給できる水供給配管と、
ハウジングに設けられた排出手段と、
排出手段が開放されて内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給配管から供給された処理水を複数の孔から内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備え、
複数の水供給部材は、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能に構成されており、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置；
ただし、ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、複数の水供給部材はそれぞれのろ過膜束に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能である。
［２］ 複数の水供給部材は、ろ過膜に対して少なくとも対向する２方向から処理水をシャワー状に噴出可能である［１］に記載の膜ろ過装置。
［３］ ろ過膜の下流に処理水を貯留できる処理水槽を備え、処理水槽に水供給配管が連結する［１］または［２］に記載の膜ろ過装置。
［４］ 長手方向が鉛直方向となるようにろ過膜がハウジングに収容された［１］〜［３］のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
［５］ 排出手段が少なくともハウジングの上部に設けられ、
ハウジングの上部に設けられた排出手段からろ過膜に対して噴出された処理水が排出される［４］に記載の膜ろ過装置。
［６］ 複数の水供給部材は、複数の孔を、ろ過膜の長手方向の上部、中央部および下部の位置に備える［４］または［５］に記載の膜ろ過装置。
［７］ ろ過膜が複数のろ過膜束を含む［１］〜［６］のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
［８］ 水供給部材は、周面に複数の孔が形成され、かつ、複数のろ過膜束の外側に配置された管部材である［７］に記載の膜ろ過装置。
［９］ 複数のろ過膜束は周方向に間隔をおいて並び、
それぞれの水供給部材に設けられた複数の孔は、異なるろ過膜束に向かって開口するように形成されている［７］または［８］に記載の膜ろ過装置。
［１０］ ろ過膜束の処理水のシャワーが当たる部分は、ろ過膜束の断面において中心角１８０°以上の範囲である［７］〜［９］のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
［１１］ 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置の洗浄方法であって；
膜ろ過装置は、ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングを備え；
ろ過膜の下流から処理水の一部を、水供給配管を介して水供給部材に供給する工程と、
ハウジング内の水が抜かれた状態で、内部空間に配置された複数の水供給部材の複数の孔から内部空間内のろ過膜に２方向以上から処理水をシャワー状に噴出させてろ過膜を洗浄するシャワー洗浄工程とを含み、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置の洗浄方法；
ただし、ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、複数の水供給部材はそれぞれのろ過膜束に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出させる。
［１２］ シャワー洗浄工程にかかる時間が１時間以下である［１１］に記載の膜ろ過装置の洗浄方法。
［１３］ ろ過膜の差圧低減方法である［１１］または［１２］に記載の膜ろ過装置の洗浄方法。
［１４］ 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得る膜処理工程と、
ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジング内の水を抜く工程と、
［１１］〜［１３］のいずれか一つに記載の膜ろ過装置の洗浄方法とを含む、水処理方法。

本発明によれば、逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できる膜ろ過装置を提供できる。

図１は、本発明の膜ろ過装置の一例の概略図である。 図２は、本発明の膜ろ過装置に用いられる水供給部材の一例の概略図である。 図３は、本発明の膜ろ過装置に用いられるろ過膜モジュールの一例の断面の概略図である。 図４は、本発明の膜ろ過装置を用いる水処理方法の一例における、膜処理工程を説明する概略図である。

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。本明細書において鉛直、水平、垂直、平行、対向およびその他の角度を表す表現は、膜ろ過装置や水処理の分野において許容される程度の誤差を含んでいてもよい。例えば、±２０°の誤差があってもよく、±１０°の誤差であることが好ましく、±５°の誤差であることがより好ましい。

［膜ろ過装置］
本発明の膜ろ過装置は、被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置であって、
ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングと、
内部空間に開口する複数の孔が形成された複数の水供給部材と、
ろ過膜の下流から処理水の一部を水供給部材に供給できる水供給配管と、
ハウジングに設けられた排出手段と、
排出手段が開放されて内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給配管から供給された処理水を複数の孔から内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備え、
複数の水供給部材は、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能に構成されており、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置である。
ただし、ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、複数の水供給部材はそれぞれのろ過膜束に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能である。
本発明によれば、逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できる膜ろ過装置を提供できる。内部空間内の水が抜かれた状態で、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出することにより、ろ過膜に効果的にシャワー圧をかけて、ろ過膜の表面および中心部の分離し難い付着物を取り除くことができる。ろ過膜の周囲の空間は空気で満たされているため、ろ過膜の処理水が直接当たる部位に、処理水からのシャワー圧による大きなせん断力を発生させることができて、効果的に洗浄される。また、処理水が重力によってろ過膜の表面を流れ落ちることによっても、ろ過膜にせん断力を発生させることができるため、ろ過膜を流れ落ちる水によってもろ過膜を洗浄することができる。
本発明では、汚れ（多量の、固形物などの懸濁物質）が付着した精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜重量を、逆洗浄やバブリング洗浄よりもさらに減少できることが好ましい。本発明では、汚れが付着して、逆洗浄、バブリング洗浄および薬品洗浄の差圧回復効果が著しく低下してしまった精密ろ過膜または限外ろ過膜の差圧を効果的に回復できることが好ましい。
以下、本発明の膜ろ過装置の好ましい態様について説明する。

＜膜ろ過装置の全体的な構成＞
本発明の膜ろ過装置の全体的な構成の好ましい態様を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の膜ろ過装置の一例の概略図である。
図１に示した膜ろ過装置１０１は、被処理水１をろ過膜１１によりろ過して処理水２を得られる膜ろ過装置である。
図１に示した膜ろ過装置１０１は、ろ過膜１１が収容される内部空間Ｓ１が形成されたハウジング１３と、
内部空間Ｓ１に開口する複数の孔２２が形成された複数の水供給部材２１と、
ろ過膜１１の下流から処理水２の一部を水供給部材２１に供給できる水供給配管２３と、
ハウジング１３に設けられた排出手段１４と、
排出手段１４が開放されて内部空間Ｓ１内の水が抜かれた状態で、水供給配管２３から供給された処理水２を複数の孔２２から内部空間Ｓ１内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部３１と、を備える。
図１に示した膜ろ過装置１０１では、複数の水供給部材２１は、複数の孔２２から内部空間Ｓ１内のろ過膜１１に対して２方向以上から処理水２をシャワー状に噴出可能に構成されている。

（膜ろ過装置の洗浄方法）
本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置の洗浄方法であって；
膜ろ過装置は、ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングを備え；
ろ過膜の下流から処理水の一部を、水供給配管を介して水供給部材に供給する工程と、
ハウジング内の水が抜かれた状態で、内部空間に配置された複数の水供給部材の複数の孔から内部空間内のろ過膜に２方向以上から処理水をシャワー状に噴出させてろ過膜を洗浄するシャワー洗浄工程とを含み、
ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である。
ただし、ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、複数の水供給部材はそれぞれのろ過膜束に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出させる。

本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、シャワー洗浄工程にかかる時間が１時間以下であることが好ましく、３０分間以下であることがより好ましい。シャワー洗浄工程にかかる時間を短くすることにより、膜ろ過装置の連続運転を止める時間を短くすることができるため、効果的な洗浄方法となる。
本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、ろ過膜の差圧低減方法であることが好ましい。また、本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、ろ過膜の膜重量の低減方法であることが好ましい。

図１に示した膜ろ過装置１０１を用いる、膜ろ過装置の洗浄方法の好ましい態様について説明する。
膜ろ過装置の洗浄方法は、バルブ５１ａを閉状態とし、バルブ５１ｂおよびバルブ５１ｃを開状態とし、バルブ５１ｄは処理水槽４２から水供給配管２３への流路を開状態として、行うことができる。処理水用ポンプ５２ｂによって処理水２を処理水槽４２から、バルブ５１ｄを通過して、水供給配管２３を介して水供給部材２１に供給する。内部空間Ｓ１に配置された複数の水供給部材２１の複数の孔２２から内部空間Ｓ１内のろ過膜１１に２方向以上から処理水２をシャワー状に噴出させてろ過膜１１を洗浄する。なお、シャワー洗浄工程の開始時にハウジング１３内の水が抜かれた状態であればよく、シャワー洗浄工程の終了時にはハウジング１３内に水が溜まっていてもよい。
シャワー洗浄工程の終了後は、ろ過膜１１を洗浄した後の水は、ろ過膜１１の表面の汚れとともに排出水４として排出手段１４から排出する。

（水処理方法）
本発明の水処理方法は、被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得る膜処理工程と、ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジング内の水を抜く工程と、本発明の膜ろ過装置の洗浄方法とを含む。
図１に示した膜ろ過装置１０１を用いる、水処理方法の洗浄方法の好ましい態様について説明する。

まず、膜処理工程の好ましい態様を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の膜ろ過装置を用いる水処理方法の一例における、膜処理工程を説明する概略図である。膜処理工程では、制御部３０によってバルブ５１ａを開状態とし、バルブ５１ｂおよびバルブ５１ｃを閉状態とし、バルブ５１ｄはハウジング１３の内部空間Ｓ１から処理水槽４２への流路を開状態とするように制御する。被処理水１に対して、ろ過膜１１の上流で凝集剤添加手段６１によって凝集剤を、殺菌剤添加手段６２によって殺菌剤を添加されることが好ましい。そして、被処理水用ポンプ５２ａによって被処理水１を被処理水槽４１からろ過膜モジュール１０内のろ過膜１１に供給する。ろ過膜１１によりろ過された処理水２は、バルブ５１ｄを通過して、処理水槽４２に貯留される。
膜ろ過装置に用いられる被処理水は、特に制限はなく、例えば下水や工場の排水等の様々な種類の排水を、被処理水として用いることができる。排水に対して、必要に応じて適当な前処理をした水を被処理水として用いることが好ましい。前処理としては、曝気槽による生物処理、凝集剤添加処理、殺菌剤添加処理、沈殿槽による沈殿処理、その他の一般的な中和処理や混和処理を挙げることができる。被処理水のＣＯＤ_Ｍｎ（過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量）が５〜５０ｍｇ／Ｌであることが好ましく、１０〜３０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、１５〜２５ｍｇ／Ｌであることが特に好ましい。

本発明の水処理方法は、膜処理工程の途中に適切な頻度で、ろ過膜を逆洗浄する工程およびろ過膜を薬品洗浄する工程を行うことが好ましい。ろ過膜に汚れ（多量の固形物など）が付着して、逆洗浄および薬品洗浄の差圧回復効果が著しく低下してしまった後に、水を抜く工程および膜ろ過装置の洗浄方法を行うことが好ましい。

次に、水を抜く工程の好ましい態様を説明する。水を抜く工程では、制御部３０によってバルブ５１ａを閉状態とし、バルブ５１ｂおよびバルブ５１ｃを開状態とし、バルブ５１ｄはハウジング１３の内部空間Ｓ１から処理水槽４２への流路を開状態とするように制御する。そして、排出手段１４を開放して、ろ過膜モジュール１０を構成するハウジング１３の内部空間Ｓ１内の水（処理水２または被処理水１。ろ過膜１１のろ過形態に応じて異なってよい）を抜き、排出水４として排出する。内部空間Ｓ１内の水を全て抜き出し、内部空間Ｓ１内を実質的に空にすることが好ましい。水を抜く工程は、膜ろ過装置の洗浄方法の直前に行うことが好ましい。

膜ろ過装置の洗浄方法は、水を抜く工程の後に行うことができる。水を抜く工程の後、制御部３０によってバルブ５１ｄは処理水槽４２から水供給配管２３への流路を開状態とするように制御する。
膜ろ過装置の洗浄方法を行った後、再び膜処理工程を行うことを繰り返し、水処理を続けることができる。

以下、本発明の膜ろ過装置を構成する各部分の好ましい態様を説明する。

＜処理水槽＞
本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜の下流に処理水を貯留できる処理水槽を備えることが好ましい。また、処理水槽に水供給配管が連結することが好ましい。この構成により、ろ過膜の下流から処理水の一部を水供給部材に供給することが容易となる。

＜水供給配管＞
本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜の下流から処理水の一部を水供給部材に供給できる水供給配管を備える。
水供給配管は、膜ろ過装置の洗浄方法を行う場合のみ使用する配管を設けることが、管理しやすい観点から好ましい。ただし、設置コストの観点からは、水供給配管は、膜処理工程を行う場合に処理水を通過させる配管を使用してもよい。膜ろ過装置の洗浄方法を行う場合のみ使用する配管を設ける場合、膜処理工程を行う場合に処理水を通過させる配管から流路を切り替えるためのバルブを備えることが好ましい。

＜ハウジング＞
本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングを備える。なお、ハウジングおよびその内部に存在する部分の全体を、ろ過膜モジュール１０と呼ぶ。ハウジングの形状は特に制限はないが、上面、下面、およびこれらを接続する側面を備えることが好ましく、円筒形状であることがより好ましい。ハウジングの上面には、水供給配管２３が接続され、さらに膜処理工程を行う場合に処理水を通過させる配管が接続されることが好ましい。ハウジングの下面には、膜処理工程を行う場合に被処理水を通過させる配管が接続されることが好ましい。
ハウジングは、任意の気体入口および気体出口を備えていてもよい。

（ろ過膜）
本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である。
精密ろ過膜の開口径は特に制限はなく、０．１〜０．５μｍであることが好ましく、０．１〜０．２μｍであることがより好ましい。限外ろ過膜の開口径は特に制限はなく、０．０１〜０．０５μｍであることが好ましく、０．０１〜０．０２μｍであることがより好ましい。
ろ過膜がハウジングに収容される態様については特に制限はなく、ハウジング内に配置された固定部材により、ろ過膜の端部が固定されてもよい。本発明では、長手方向が鉛直方向となるようにろ過膜がハウジングに収容されたことが好ましい。

本発明では、ろ過膜が複数のろ過膜束を含むことが好ましい。ろ過膜束の数は例えば４〜８束とすることができ、４〜６束であることが好ましい。ろ過膜束の形状は円筒形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。
ろ過膜は、周方向に分割され、束状のろ過膜を有する複数のろ過膜束からなっていることが好ましい。すなわち、複数のろ過膜束は周方向に並ぶことが好ましく、周方向に間隔をおいて（隙間を空けて）並ぶことがより好ましい。この構成によれば、ろ過膜が複数のろ過膜束によって構成される一方、これらのろ過膜束に向かって処理水が２方向以上からシャワー状に噴出されやすくなる。そのため、それぞれのろ過膜束の外側部分および内側部分の両方に対して処理水を噴出することが可能となり、ろ過膜束の表面の広い部分を効果的に洗浄することができる。また、ろ過膜束の中心が、ハウジングの側周面の断面の円と同心円を形成するように周方向に並ぶことが、好ましい。
図３は、本発明の膜ろ過装置に用いられるろ過膜モジュールの一例の断面の概略図である。図３に示すように、ろ過膜が周方向に分割された複数（本実施形態では６束）のろ過膜束１２であることが好ましい。
ろ過膜束の処理水のシャワーが当たる部分１２Ａは、ろ過膜束１２の断面において中心角１８０°以上の範囲であることが好ましく、２４０°以上の範囲であることがより好ましく、２７０°以上の範囲であることが特に好ましい。

（排出手段）
本発明の膜ろ過装置は、ハウジングに設けられた排出手段を備える。すなわち、排出手段がハウジングに設けられる。
排出手段が開放されると、ハウジングの内部空間内を水が抜かれた状態にすることができる。一方、膜処理を行う場合は、排出手段が閉じられて、ハウジングの内部空間内にはろ過膜を通過した処理水が満たされることとなる。
本発明では、排出手段が少なくともハウジングの上下方向の中央部よりも上部に設けられることが好ましい。膜ろ過の際に、ろ過膜のろ過面積を最大限活用できるように上部まで被処理水を吸い上げる観点から好ましい。また、ろ過膜に対して噴出された処理水が、ハウジングの上部に設けられた排出手段から排出されることが、ろ過膜を冠水しつつシャワー洗浄し、比重の低い残渣を排出させる観点から好ましい。さらに、排出手段が少なくともハウジングの下面に設けられることが好ましく、ろ過膜に対して噴出された処理水が、ハウジングの下面に設けられた排出手段からも排出されることが好ましい。

＜水供給部材＞
本発明の膜ろ過装置は、内部空間に開口する複数の孔が形成された複数の水供給部材を備える。
複数の水供給部材は、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して２方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能に構成されている。
複数の水供給部材は、ろ過膜に対して少なくとも対向する２方向から処理水をシャワー状に噴出可能であることが好ましい。すなわち複数の水供給部材は、ろ過膜の断面に対して任意の部分およびその部分とは１８０°異なる方向から、少なくとも処理水をシャワー状に噴出可能であることが好ましい。
複数の水供給部材は、複数の孔から内部空間内のろ過膜に対して３方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能に構成されていることが好ましく、４方向以上から処理水をシャワー状に噴出可能に構成されていることがより好ましい。

複数の水供給部材２１は、図１に示すようにハウジング１３内に、ろ過膜１１の長手方向に沿って上下に延びるように配置されることが好ましい。水供給部材の長さはろ過膜の長さの０．５〜２倍であることが好ましく、０．５倍以上１倍未満であることがより好ましい。水供給部材の長さが、ろ過膜の長さよりも短い場合でも、本発明によれば十分にろ過膜を洗浄することができる。
複数の水供給部材は、複数の孔を、ろ過膜の長手方向の上部、中央部および下部の位置に備えることが好ましい。この構成により、ろ過膜を満遍なく洗浄できる。ろ過膜の長手方向の上部とは、ろ過膜の上端から０〜３３％の領域を意味する。ろ過膜の長手方向の中央部とは、ろ過膜の上端から３３％を超え６６％以下の領域を意味する。ろ過膜の長手方向の下部とは、ろ過膜の上端から６６％を超え１００％以下の領域を意味する。

水供給部材の個数は、特に制限はなく、ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合はろ過膜束の束数に応じて設置することができ、ろ過膜束の束数と同数以上とすることが好ましい。ただし、設置コストの観点からは、水供給部材の個数をろ過膜束の束数と同数以下として、１個当たりの孔の数を増やしてもよい。
ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、水供給部材は、周面に複数の孔が形成され、かつ、複数のろ過膜束の外側に配置された管部材であることが好ましい。この構成によれば、ろ過膜束の外側部分および内側部分の両方に対して管部材の孔から処理水を噴出することが可能となり、ろ過膜束の表面の広い部分を効果的に洗浄することができる。図２は、本発明の膜ろ過装置に用いられる水供給部材の一例の概略図である。図２の水供給部の実施態様では、周面に４個の孔２２が形成された管部材である。
ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、それぞれの水供給部材に設けられた複数の孔は、異なるろ過膜束に向かって開口するように形成されていることが好ましい。この構成によれば、ろ過膜束の外側部分および内側部分の両方に対して処理水を噴出することが可能となり、ろ過膜束の表面の広い部分を効果的に洗浄することができる。図３に示すように、ろ過膜が周方向に分割されて間隔をおいて並ぶ複数のろ過膜束１２である場合、複数の水供給部材２１が、ろ過膜束１２どうしの隙間に処理水２を噴出できるように配置されることが好ましい。この場合、各水供給部材２１からの処理水の噴出方向３は、異なる２束以上のろ過膜束１２であることが好ましく、異なる３束以上のろ過膜束１２であることがより好ましく、異なる４束以上のろ過膜束１２であることが特に好ましい。
また、図１に示すように、任意の水供給部材２１に設けられた複数の孔２２は、他の水供給部材２１に設けられた複数の孔２２と上下方向にずらして配置されることが、ろ過膜束の表面の広い部分を効果的に洗浄する観点から好ましい。
なお、処理水の噴出方向３は、上下方向に関しては特に制限はないが、例えば図１に示すように略水平方向とすることができる。

＜制御部＞
膜ろ過装置は、制御部として、少なくともシャワー洗浄制御部３１を備える。
制御部３０は、記憶部、演算部等により構成され、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮することができる。制御部３０は、水処理方法の各工程（膜処理工程、逆洗浄、バブリング洗浄、薬品洗浄、水を抜く工程、シャワー洗浄工程など）を適切なタイミングで実行するように制御を行うことが好ましい。特に、バルブ５１ａ、バルブ５１ｂ、バルブ５１ｃ、バルブ５１ｄなどの開閉動作を制御するとともに、被処理水用ポンプ５２ａおよび処理水用ポンプ５２ｂの動作制御を行うことが好ましい。

（シャワー洗浄制御部）
本発明の膜ろ過装置は、排出手段が開放されて内部空間内の水が抜かれた状態で、水供給配管から供給された処理水を複数の孔から内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部を備える。

＜その他の装置＞
膜ろ過装置は、その他の機能を有する部分を備えていてもよい。例えば、膜処理工程に用いるための、凝集剤添加手段、殺菌剤添加手段、ｐＨ調整手段などを備えていてもよい。

（凝集剤添加手段）
膜ろ過装置１０１は、ろ過膜１１の上流に、凝集剤添加手段６１を備えることが好ましい。
凝集剤としては、無機凝集剤および高分子凝集剤を挙げることができる。無機凝集剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸鉄、ポリシリカ鉄が例示される。これらの中でも、硫酸バンドおよびＰＡＣが好ましく、硫酸バンドがより好ましい。高分子凝集剤としては、両性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤などを挙げることができる。
凝集剤の添加量としては特に制限はないが、沈殿槽などの固液分離手段を用いずにフロックを除去できるような粒径のフロックが形成できるように、適宜調整することが好ましい。

（殺菌剤添加手段）
膜ろ過装置１０１は、ろ過膜１１の上流に、殺菌剤を添加できる殺菌剤添加手段６２を備えることが好ましく、酸化剤である殺菌剤を添加できる殺菌剤添加手段を備えることがより好ましい。殺菌剤添加手段と凝集剤添加手段の設置順序は特に限定されず、いずれが先であってもよく、実質的に同時に殺菌剤と凝集剤を添加してもよい。
殺菌剤としては特に制限はなく、酸化剤を挙げることができる。酸化剤としては、塩素系酸化剤を挙げることができる。特に、被処理水を塩素系酸化剤で殺菌することにより、ろ過膜の膜面のバイオファウリングを抑制することが、よりろ過膜の逆洗浄および薬品洗浄の頻度を抑制する観点から好ましい。
塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウムなどを挙げることができ、次亜塩素酸がより好ましい。
殺菌剤の添加量としては特に制限はない。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

［実施例１および比較例１］
図１に記載の膜ろ過装置を準備し、実施例１および比較例１で用いた。なお、用いた膜ろ過装置は、ハウジングが上面、下面および側周面を備える。長手方向が鉛直上下方向となるように、ろ過膜束（中空糸膜束）が、ハウジングの上面に配置された固定部材に固定される。ろ過膜束は６束であり、ろ過膜束の中心がハウジングの側周面の断面の円と同心円を形成するように周方向に並ぶ。また、処理水槽からの水供給配管は６本の管状の水供給部材に連結される。それぞれの水供給部材は、それぞれの中空糸膜束の長手方向の上部から２５％の上部、５０％の中央部および７５％の下部の位置に、それぞれ４方向に開口する４つの孔を備える。ハウジングの上部および下面の位置に、排出手段として排出口を備える。

被処理水として、有機物濃度はＣＯＤ_Ｍｎが２０ｍｇ／Ｌの池水を用いた。
被処理水槽の中で、被処理水に対して、凝集剤として硫酸バンドおよび次亜塩素酸を所定の量ずつ添加して、凝集反応を行った。
凝集反応を行った後の被処理水を、孔径０．０２μｍの限外ろ過膜（中空糸膜束）を備えるろ過膜モジュールに供給し、２０分間の膜処理を行った。
膜処理後に得られた処理水を処理水槽に導入した。処理水を処理水用ポンプで連続的に送液し、膜ろ過装置の外部に排出した。膜処理では図４のとおり、バルブ５１ｂおよびバルブ５１ｃを閉じ、バルブ５１ｄをろ過膜モジュール１０から処理水槽４２に処理水２が移動するように、制御を行った。
その後、図１には不図示の逆洗用の水供給部から、逆洗用の水をろ過膜の下流側から供給して、ろ過膜の逆洗浄およびバブリング洗浄を行った。膜処理および逆洗浄・バブリング洗浄を繰り返しつつ、さらに１日間あたり１回の次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いた薬品洗浄を行った。
これらの工程からなる水処理を、逆洗浄・バブリング洗浄および次亜塩素酸ナトリウム溶液による薬品洗浄の差圧回復効果が著しく低下するまで（差圧が一時的に下がっても膜処理時に直ぐ、すなわち膜処理の開始から２０分間経過するよりも前に上昇してしまい、膜処理時の差圧上昇幅が収束しなくなって、実質的に差圧回復効果が無くなるまで）繰り返した。

その後、さらに２０分間の膜処理を行い、洗浄前の膜処理時の差圧を測定したところ４０ｋＰａであった。また、この時の洗浄前のろ過膜の膜重量（湿重量）を測定したところ１９．４ｋｇであった。
比較例１では、最後の膜処理後、逆洗浄・バブリング洗浄を、差圧が完全に低下しなくなるまで繰返して、膜重量（湿重量）を測定したところ１７．６５ｋｇであった。

実施例１では、比較例１の逆洗浄の後、さらに排出手段を開放してハウジングの内部空間内の水を抜いた。その後、シャワー洗浄を実施して、逆洗浄およびシャワー洗浄後の膜重量（湿重量）を測定したところ１５．６５ｋｇであった。シャワー洗浄では、シャワー洗浄制御部によって処理水槽に貯留されていた処理水を、水供給配管を介して水供給部材の複数の孔に供給するように制御した。そして、３０分間にわたり、ろ過膜束の外側の複数方向から、異なる複数の中空糸膜束に対して満遍なく処理水をシャワー状に噴出させて当てた。ろ過膜束のシャワーが当たる部分は、ろ過膜束の断面において中心角２７０°程度の範囲であった。
シャワー洗浄後、目視にて確認したところ、ろ過膜に付着物は見られなかった。
シャワー洗浄後にさらに膜処理を行った場合の膜処理時の差圧を測定したところ、３２ｋＰａまで差圧が減少したことが確認できた。
以上の結果を下記表１にまとめた。

上記表１より、本発明の膜ろ過装置およびその洗浄方法によれば、汚れが付着したろ過膜に対してシャワー洗浄をすることにより、逆洗浄後の精密ろ過膜または限外ろ過膜を効果的に洗浄できることがわかった。具体的には、逆洗浄・バブリング洗浄のみを繰返し行った比較例１の場合に対して、膜重量が２ｋｇ減少し、差圧が８ｋＰａ低減できたことがわかった。

１ 被処理水
２ 処理水
３ 処理水の噴出方向
４ 排出水
１０ ろ過膜モジュール
１１ ろ過膜
１２ ろ過膜束
１２Ａ ろ過膜束のシャワーが当たる部分
１３ ハウジング
１４ 排出手段
２１ 水供給部材
２２ 孔
２３ 水供給配管
３０ 制御部
３１ シャワー洗浄制御部
４１ 被処理水槽
４２ 処理水槽
５１ａ バルブ
５１ｂ バルブ
５１ｃ バルブ
５１ｄ バルブ
５２ａ 被処理水用ポンプ
５２ｂ 処理水用ポンプ
６１ 凝集剤添加手段
６２ 殺菌剤添加手段
１０１ 膜ろ過装置
Ｓ１ 内部空間

Claims (14)

1. 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置であって、
   前記ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングと、
   前記内部空間に開口する複数の孔が形成された複数の水供給部材と、
   前記ろ過膜の下流から前記処理水の一部を前記水供給部材に供給できる水供給配管と、
   前記ハウジングに設けられた排出手段と、
   前記排出手段が開放されて前記内部空間内の水が抜かれた状態で、前記水供給配管から供給された前記処理水を前記複数の孔から前記内部空間内に噴出させるための制御を行うシャワー洗浄制御部と、を備え、
   前記複数の水供給部材は、前記複数の孔から前記内部空間内の前記ろ過膜に対して２方向以上から前記処理水をシャワー状に噴出可能に構成されており、
   前記ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置；
   ただし、前記ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、前記複数の水供給部材はそれぞれの前記ろ過膜束に対して２方向以上から前記処理水をシャワー状に噴出可能である。
2. 前記複数の水供給部材は、前記ろ過膜に対して少なくとも対向する２方向から前記処理水をシャワー状に噴出可能である、請求項１に記載の膜ろ過装置。
3. 前記ろ過膜の下流に処理水を貯留できる処理水槽を備え、前記処理水槽に前記水供給配管が連結する、請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
4. 長手方向が鉛直方向となるように前記ろ過膜が前記ハウジングに収容された、請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜ろ過装置。
5. 前記排出手段が少なくとも前記ハウジングの上部に設けられ、
   前記ハウジングの上部に設けられた前記排出手段から前記ろ過膜に対して噴出された前記処理水が排出される、請求項４に記載の膜ろ過装置。
6. 前記複数の水供給部材は、前記複数の孔を、前記ろ過膜の長手方向の上部、中央部および下部の位置に備える、請求項４または５に記載の膜ろ過装置。
7. 前記ろ過膜が複数のろ過膜束を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜ろ過装置。
8. 前記水供給部材は、周面に前記複数の孔が形成され、かつ、前記複数のろ過膜束の外側に配置された管部材である、請求項７に記載の膜ろ過装置。
9. 前記複数のろ過膜束は周方向に間隔をおいて並び、
   それぞれの前記水供給部材に設けられた前記複数の孔は、異なる前記ろ過膜束に向かって開口するように形成されている、請求項７または８に記載の膜ろ過装置。
10. 前記ろ過膜束の前記処理水のシャワーが当たる部分は、前記ろ過膜束の断面において中心角１８０°以上の範囲である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の膜ろ過装置。
11. 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得られる膜ろ過装置の洗浄方法であって；
    前記膜ろ過装置は、前記ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジングを備え；
    前記ろ過膜の下流から前記処理水の一部を、水供給配管を介して水供給部材に供給する工程と、
    前記ハウジング内の水が抜かれた状態で、前記内部空間に配置された複数の水供給部材の複数の孔から前記内部空間内の前記ろ過膜に２方向以上から前記処理水をシャワー状に噴出させて前記ろ過膜を洗浄するシャワー洗浄工程とを含み、
    前記ろ過膜が精密ろ過膜または限外ろ過膜である、膜ろ過装置の洗浄方法；
    ただし、前記ろ過膜が複数のろ過膜束を含む場合、前記複数の水供給部材はそれぞれの前記ろ過膜束に対して２方向以上から前記処理水をシャワー状に噴出させる。
12. 前記シャワー洗浄工程にかかる時間が１時間以下である、請求項１１に記載の膜ろ過装置の洗浄方法。
13. ろ過膜の差圧低減方法である、請求項１１または１２に記載の膜ろ過装置の洗浄方法。
14. 被処理水をろ過膜によりろ過して処理水を得る膜処理工程と、
    前記ろ過膜が収容される内部空間が形成されたハウジング内の水を抜く工程と、
    請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の膜ろ過装置の洗浄方法とを含む、水処理方法。