中空纤维膜组件、 膜分离方法及水处理装置 技术领域 本发明涉及用于膜分离的中空纤维膜组件及水处理装置， 尤其涉及例如河流水、 湖水、 地下水、 海水等的净水处理或下水道水、 工业废水等的膜分离处理等中所使用的中空 纤维膜组件、 膜分离方法及水处理装置。
背景技术
以往， 在对下水道水等污水进行生物处理等时， 已知的有制备由该污水与活性污 泥混合而成的活性污泥混合液来进行生物处理、 同时对该活性污泥混合液进行膜分离并将 透过膜的透过水导入至下一步处理的方法， 该方法被称为 “膜分离活性污泥法” 等并得到了 广泛的应用。
在实施采用该膜分离活性污泥法的污水净化处理的水处理装置等中， 近年来日渐 使用下述的一种中空纤维膜组件， 其将中空纤维膜以沿上下方向延伸并保持的直立姿势浸 渍在生物反应槽内进行好气性生物处理的被处理水 ( 活性污泥混合液 ) 中， 通过吸引中空 纤维膜内部来实施被处理水的膜分离获得透过水。
而且， 在这种用于被处理水的膜分离的中空纤维膜组件中， 由于被处理水中的悬 浮性固体或粘着性有机化合物等容易使中空纤维膜的透过性能降低， 并且如果中空纤维膜 的透过性能降低则水处理装置的运转效率也会降低， 因而现有技术中对抑制透过性能的降 低的方法进行了广泛的研究。
作为抑制透过性能的降低的方法， 已知的有所谓的空气洗涤 (scrubbing) 法， 其 中， 在将中空纤维膜沿上下方向延伸以实施膜分离的中空纤维膜组件中， 采用通过在该中 空纤维膜的下端部侧实施空气扩散而产生的气泡来去除中空纤维膜表面的附着物。
例如， 已知在仅固定中空纤维膜的下端部侧并以上端部侧为自由端的状态下从下 端部侧实施空气扩散， 通过随着气泡的上浮而向上的水流使中空纤维膜在水中保持直立姿 势的同时实施膜分离的方法。或者， 已知将中空纤维膜的两个端部分别固定在上下间隔配 置的固定部件上并从下部侧的固定部件的上面侧产生气泡来进行膜分离的方法。
作为这种具有实施空气扩散的空气扩散机构的中空纤维膜组件， 已知有下述专利 文献 1、 2 中所述的组件。
专利文献 1、 2 中所述的中空纤维膜组件， 为了多根中空纤维膜保持直立姿势， 包 括固定中空纤维膜的两个端部中的一个端部 ( 上端部 ) 上部固定部件以及固定另一端部 ( 下端部 ) 的下部固定部件， 并具有从下部固定部件侧向被处理水中产生气泡以对中空纤 维膜实施空气洗涤的空气扩散机构。
因此， 专利文献 1、 2 中所述的中空纤维膜组件例如浸渍在上述活性污泥混合液那 样的含有很多有机化合物或悬浮性固体的水中并实施膜分离时， 也能通过空气洗涤去除中 空纤维膜表面的附着物并防止透过性能的降低。
然而， 专利文献 1、 2 所述的中空纤维膜组件并未对有效地实施空气洗涤进行充分 的研究， 而且需要产生所需以上的气泡。也就是说， 现有的中空纤维膜组件容易导致中空纤维膜的透过性能的降低， 难以 实施有效的膜分离方法， 从而也难以抑制水处理装置的运转效率的降低。
此外， 关于抑制中空纤维膜的透过性能的降低并实施有效的膜分离方法从而抑制 水处理装置的运转效率的降低这一点， 不仅在以活性污泥混合液作为膜分离对象时是广泛 寻求的， 在中空纤维膜组件或膜分离方法或者水处理装置中也是广泛寻求的。
专利文献
专利文献 1 ： 日本国特开 2003-326140 号公报
专利文献 2 ： 日本国再表 2004-112944 号公报 发明内容 本发明的课题在于通过抑制中空纤维膜的透过性能的降低并实施有效的膜分离 方法来抑制水处理装置的运转效率的降低。
为了解决上述问题， 本发明人经过仔细研究发现， 在中空纤维膜组件的空气洗涤 中， 在固定中空纤维膜的区域中偏向外侧的区域产生的气泡由于容易因中空纤维膜组件周 围的水流等而脱离中空纤维膜组件， 因此与中空纤维膜的表面接触的次数减少从而无法有 效地作用于去除附着物。
而且还发现， 通过在中空纤维膜的配置区域的中心区域产生更多的气泡并促进经 过中空纤维膜之间的气泡在横向上的移动， 可以增加气泡与中空纤维膜的表面接触的次数 从而提高附着物去除效果或悬浮物等的附着抑制效果， 进而完成本发明。
也就是说， 涉及中空纤维膜组件的本发明具有固定中空纤维膜的下端部以使多根 所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件， 并且所述中空纤 维膜组件形成有从所述中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸 的所述中空纤维膜中扩散的空气扩散机构， 在所述中空纤维膜组件中， 所述空气扩散机构 形成为使得从配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心 区域外侧的区域中的气泡的产生量多。
另外， 在涉及膜分离方法的本发明中， 使具有固定中空纤维膜的下端部以使多根 所述中空纤维膜在水中沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件并形成有从所述 中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩 散的空气扩散机构的中空纤维膜组件浸渍在被处理水中， 实施在所述中空纤维膜的膜分 离， 并且， 在所述膜分离中和所述膜分离后的至少一种情况下实施所述空气扩散， 以使从配 置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区域 中的气泡的产生量多， 从而通过所述膜分离去除附着在所述中空纤维膜的表面的附着物。
而且， 涉及水处理装置的本发明具有膜分离装置， 通过使所述中空纤维膜组件浸 渍在收纳有被处理水的被处理水槽内来实施所述膜分离， 所述膜分离装置具有中空纤维膜 组件， 所述中空纤维膜组件具有固定中空纤维膜的下端部以使多根所述中空纤维膜在水中 沿上下方向延伸并进而能实施膜分离的固定部件， 并且所述中空纤维膜组件形成有从所述 中空纤维膜的下端部侧产生气泡以使空气能够在沿上下方向延伸的所述中空纤维膜中扩 散的空气扩散机构， 在所述水处理装置中， 在所述膜分离装置中使用了具有形成为使得从 配置有所述中空纤维膜的区域中的中心区域产生的气泡的产生量比在中心区域外侧的区
域中的气泡的产生量多的空气扩散机构的中空纤维膜组件。
此外， 在本说明书中， “中空纤维膜的配置区域” 是指 “在俯视下连结配置在中空纤 维膜组件的最外侧的中空纤维膜的位置而形成的区域” 。
另外， 为了明确 “中心区域” 的定义， 在本说明书中 “中心区域” 这一术语是指位于 “中空纤维膜的配置区域” 的中心且大小为其一半 ( 面积的 1/4) 的区域。
因此， 一般可以通过描画边长为 “中空纤维膜的配置区域” 的 1/2 的相似形使其中 心与 “中空纤维膜的配置区域” 的中心重合来划定该 “中心区域” ， 例如， 在配置在最外侧的 中空纤维膜的位置的连线是直径为 10cm 的近似圆形的情况下， 这时的 “中心区域” 是指与 该直径 10cm 的圆为同心圆且直径为 5cm 的圆的内部区域。
另外， “中心区域的气泡产生量” 及 “中心区域外侧的区域中的产生量” 可以通过总 计各区域中单位时间内产生的气泡的体积并将该体积换算为常温常压下的体积来进行比 较， 从而判定哪一方较多。
根据本发明， 由于中空纤维膜的配置区域中的中心区域的气泡产生量比该中心区 域外侧的区域中的产生量更多， 因此与现有的中空纤维膜组件相比能使产生的气泡更多地 与中空纤维膜的表面接触。
因此可以有效地从中空纤维膜上去除附着物， 从而能有效地抑制中空纤维膜的透 过性能的降低。另外， 还可以抑制悬浮物对中空纤维膜表面的附着。
因此， 能实施有效的膜分离方法。
即、 能抑制水处理装置的运转效率的降低。
结果是， 例如与现有的中空纤维膜组件相比， 能降低对中空纤维膜进行空气扩散 的频率或时间， 而且能降低药液洗净的频率或药剂用量。 附图说明 图 1 是表示本发明的中空纤维膜组件的第一实施方式的结构的截面图。
图 2 是表示固定在图 1 中的上部固定部件上的中空纤维膜束的配置的图 (A-A 线 截面图 )。
图 3 是表示设置在图 1 中的下部固定部件上的通气孔的配置的图 (B-B 线截面 图 )。
图 4 是表示设置在图 1 中的下部固定部件上的通气孔的配置区域的示意图 (B-B 线截面图 )。
图 5 是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图 6 是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图 7 是表示改进了通气孔的配置的事例示意图。
图 8 是表示下部固定部件 ( 板状部 ) 的改进事例的截面图。
图 9 是表示图 8 所示的中空纤维膜组件的其他使用方法的截面图。
图 10 是表示气体供给方法的改进事例的截面图。
图 11 是表示改进了通气孔的形状的事例示意图。
图 12 是表示不用通气孔而通过气体供给管实施空气扩散的事例的截面图。
图 13 是表示本发明的中空纤维膜组件的第二实施方式的结构的截面图。
图 14 是表示固定在图 13 中的上部固定部件上的中空纤维膜束的配置的图 (C-C 线截面图 )。
图 15 是表示设置在图 13 中的下部固定部件上的通气孔的配置的图 (D-D 线截面 图 )。
图 16 是表示设置在图 13 中的下部固定部件上的通气孔的配置区域的示意图 (D-D 线截面图 )。
图 17 是表示本发明的水处理装置的一个实施方式的结构说明图。
图 18 是表示本发明的水处理装置的其他实施方式的结构说明图。
图 19 是作为实施例 ( 比较例 ) 用于评价的中空纤维膜组件的通气孔的状态示意 图 ( 外观照片 )。 具体实施方式
以下参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图 1 是从侧面方向观察处于直立状态的本发明的第一实施方式的中空纤维膜组 件的截面图， 图中的标记 10 表示中空纤维膜组件。 图 2 是固定在图 1 中的上部固定部件上的中空纤维膜 ( 中空纤维膜束 ) 的配置的 俯视示意图 (A-A 线截面图 )， 图 3、 4 是设置在图 1 中的下部固定部件上的通气孔的配置的 仰视示意图 (B-B 线截面图 )。
如图 1 所示， 本实施方式的中空纤维膜组件 10 被形成为纵长圆筒状， 在其上下方 向的中间部具有处于露出状态的多根中空纤维膜 11。
该第一实施方式的中空纤维膜组件 10 使用两个固定部件， 即在上方侧固定多根 中空纤维膜 11 的两个端部中的一个端部的固定部件以及在下方侧固定另一端部的固定部 件。
更具体地说， 所述中空纤维膜组件 10 具有下部固定部件 20、 以预定间隔位于下部 固定部件 20 的上方的上部固定部件 30 以及支撑下部固定部件 20 和上部固定部件 30 以保 持它们之间的间隔的、 沿上下方向延伸的多根支撑部件 ( 省略图示 )。而且， 中空纤维膜组 件 10 中所包括的所述多根中空纤维膜 11 的下端部以膜端封闭的状态固定在下部固定部件 20 上， 上端部以膜端开口的状态固定在上部固定部件 30 上。
也就是说， 多根中空纤维膜 11 以两端部对齐的状态使其长度方向沿上下方向延 伸地包含在中空纤维膜组件 10 中。
此外， 作为构成中空纤维膜组件 10 的中空纤维膜 11 可以使用精密过滤膜或超过 滤膜等。
另外， 本实施方式的中空纤维膜组件 10 具有从所述下部固定部件侧产生气泡以 在中空纤维膜上实施空气洗涤的空气扩散机构。
所述上部固定部件 30 包括圆筒体 31、 具有透过水出口 32a 且安装在圆筒体上侧的 圆形上板 32 以及具有膜束贯穿孔且安装在圆筒体下侧的圆形下板 33。
在上部固定部件 30 的内侧包括配置在水平方向上、 并将所述圆筒体 31 的内部空 间分隔成圆形上板侧和圆形下板侧的板状部 34。
该板状部 34 是粘合剂固化并形成为板状的部件， 所述中空纤维膜 11 以其端部从
所述板状部 34 的下面侧贯穿至上面侧的方式固定在板状部 34 上。
另外， 所述中空纤维膜 11 以整体束成一束的状态用所述粘合剂固定， 而且， 被固 定成其上端缘与所述板状部 34 的上面位于同一平面。
因此， 由所述粘合剂形成的粘合剂部分 34a 以及所述中空纤维膜 11 的开口部分以 比较均匀的分散状态形成在所述板状部 34 的上面侧， 而且， 所述中空纤维膜 11 的开口位置 形成于所述板状部 34 的整个上面。
另外， 通过从板状部 34 的上面侧向下面侧填充并固化大致一定深度的用于固定 所述中空纤维膜 11 的粘合剂， 可以在整个表面上以大致一定的厚度形成所述板状部 34。
例如在组装上部固定部件 30 时， 可以使中空纤维膜 11 穿过圆形下板 33， 然后用粘 合剂填充在中空纤维膜 11 之间从而将中空纤维膜 11 的上端部粘合固定在圆筒体 31 上， 之 后， 将圆形下板 33 安装在圆筒体 31 上， 从而来形成上部固定部件 30。
而且， 在上部固定部件 30 内的上部中， 在所述板状部 34 的上方侧形成有收纳透过 水的集水室 35， 该集水室 35 与各中空纤维膜 11 的上端部的开口连通， 且由圆形上板 32 的 下面、 圆筒体 31 的内壁面以及板状部 34 的上面界定而成。
在用于从该集水室 35 中排出透过水的透过水出口 32a 上连接有来自于配置在生 物反应槽外部的吸泵的管道。 另外， 下部固定部件 20 具有与上部固定部件 30 的圆筒体 31 相同尺寸的内径的圆 筒体 21 以及安装在该圆筒体 21 内上方侧的呈圆板状的板状部 22， 该板状部 22 上形成有 ( 本实施方式中为 8 个 ) 通气孔 23， 以实施用于空气洗涤的空气扩散。
所述板状部 22 沿水平方向配置在所述圆筒体 21 的内部， 且在其上面侧固定着所 述中空纤维膜 11 的下端部。
而且， 所述中空纤维膜 11 以其固定位置大致均匀分散的方式固定在除所述通气 孔 23 的形成处以外的板状部 22 的整个上面侧上。
8 个通气孔 23 形成为沿上下方向 ( 垂直方向 ) 穿所述板状部 22 的贯穿孔， 且分别 在板状部 22 的上面侧与下面侧上开口。
如图 3 所示， 所述 8 个通气孔 23 以距离板状部 22 的中心等距的方式配置在所述 板状部 22 中以下部固定部件 20( 板状部 22) 的径向中心为中心的放射线上 ( 分别成 45 度 张角的 8 条放射线 L1-L8 上 )。
而且， 如图 4 所示， 设所述圆筒体 21 的内周圆 ( 板状部 22 的外缘 ) 的半径为 “R” ， 8 个通气孔 23 均位于与该圆为同心圆的半径为 “R/2” 的假想圆 C 的内侧区域、 即配置有中 空纤维膜 11 的区域的中心区域。
此外， 对于通气孔 23， 通过减小其开口面积以提高通过通气孔 23 的空气的流速， 能使大量的气泡与中空纤维膜 11 的表面良好地接触， 获得较好的附着物去除效果。
另一方面， 通气孔 23 的开口面积变小时， 在停止空气扩散的期间等通气孔 23 有可 能发生堵塞。
在这一点上， 优选将每个通气孔 23 的开口面积形成为 0.5 ～ 5cm2， 具体地， 在通气 孔的形状为圆形的情况下， 优选将通气孔 23 的直径形成为 8 ～ 25mm。
另外， 在能将放出的气泡有效地用于空气洗涤这一点上， 优选仅在中心区域形成 通气孔 23。
然而， 在这种情况下， 当配置有中空纤维膜 11 的区域变大时， 通气孔 23 与最外侧 的中空纤维膜的距离变长， 从而难以将空气洗涤的效果充分地发挥至最外侧的中空纤维 膜。
另一方面， 如果配置有中空纤维膜 11 的区域过小， 则从通气孔 23 放出的气泡短时 间内就会通过最外侧的中空纤维膜， 从而不利于将气泡有效地用于空气洗涤。
因此， 在能有效地将气泡用于空气洗涤的同时能将空气洗涤的效果发挥至所配置 的中空纤维膜的每一处这一点上， 例如在配置在最外侧的中空纤维膜的位置的连线为近似 圆形的情况下， 优选使中空纤维膜的配置区域为直径 120 ～ 250mm 的圆形区域。
而且， 中空纤维膜 11 的有效长度 ( 中空纤维膜与水接触部分的长度 ) 与中空纤维 膜的内径等也有关， 优选为 400 ～ 2500mm， 例如在中空纤维膜的内径为 0.5 ～ 1.2mm 的情况 下， 根据透过水的取水效率的观点， 优选为 500 ～ 1500mm。
由于所述板状部 22 位于圆筒体 21 内的上方侧， 因此形成所述下部固定部件 20， 以能够通过在所述板状部 22 的下面侧供给用于空气洗涤的空气等气体， 从而将所述气体 收纳在由板状部 22 的下面以及圆筒体 21 的内壁面围成的空间 24( 以下也称 “气体收纳部 24” ) 内， 并通过所述通气孔 23 将该收纳的气体在板状部 22 的上面侧作为气泡放出。 即， 在下部固定部件 20 上形成有由板状部 22 的下面以及圆筒体 21 的内壁面界定 的气体收纳部 24。
所述空气扩散机构由设置在板状部 22 上的通气孔 23、 气体收纳部 24 以及用于向 所述气体收纳部 24 供给气体的气体供给管 25 等构成， 用于在板状部 22 的上面侧产生所述 气泡。
此外， 除了上述例示的方式， 还可以对第一实施方式的中空纤维膜组件 10 加以各 种改进。
参考图 5 ～图 12 对改进点进行说明。
图 5、 图 6、 图 7、 图 11 与图 3 一样， 为通气孔的配置示意图， 图 8 ～图 10、 图 12 与 图 1 一样， 为中空纤维膜组件的结构截面图 ( 图 8 ～图 10 只示出了下部固定部件侧 )。
在所述中空纤维膜组件 10 中例示了下部固定部件 20 上具有 8 个通气孔 23 的板 状部 22， 但也可以在下部固定部件上形成具有例如 9 个以上的通气孔的板状部。
图 5 是表示在图 3、 图 4 所示的板状部 22 上穿设了第 9 个通气孔 23a 的状态的俯 视图。
如图 5 所示， 由于具有在中空纤维膜的配置区域的中心处开口的通气孔 23a， 从而 能发挥出通过配置在中心部的中空纤维膜实现可靠空气扩散的效果。
另外， 相反地， 通气孔的数量也可以不足 8 个， 例如如图 6 所示， 也可以使下部固定 部件包括仅具有在中空纤维膜的配置区域的中心处形成的单个通气孔 23b 的板状部 22。
在所述第一实施方式中， 根据能将放出的气泡有效地用于空气洗涤这一点， 以仅 在中心区域形成通气孔 23 的情况为例对中空纤维膜组件 10 进行了说明， 但例如如图 7 所 示， 在具有配置在中心区域外的通气孔 23c 的情况下， 只要其被构成为以中心区域的通气 孔 23 的气泡产生量比该中心区域外侧的区域的通气孔 23c 的气泡产生量多的方式来实施 空气洗涤， 就在本发明的保护范围之内， 从而也可以将通气孔的配置设置成图 7 所例示的 形态。
作为形成能以该中心区域的通气孔 23 的气泡产生量比该中心区域外侧的区域的 通气孔 23c 的气泡产生量多的方式实施空气洗涤的空气扩散机构的具体手段， 例如有使中 心区域的通气孔 23 的总开口面积比中心区域外的通气孔 23c 的总开口面积大的方法。
在形成这种通气孔在中心区域中开口的开口面积比中心区域外侧的区域的开口 面积大的空气扩散机构的情况下， 无需复杂的控制就能容易地使中心区域的气泡产生量比 其外侧的产生量多。
此外， 根据需要， 例如如图 8 所示， 也可以使下部固定部件 20 的板状部 22 的下面 中央部向上方侧凹陷成钵形， 从而形成通常仅从中心区域的通气孔 23 产生气泡的形态。
在这种情况下， 中心区域的通气孔 23 的开口面积与中心区域外侧的区域中的通 气孔 23c 的开口面积之间的关系并无特别的限定。
也就是说， 即使中心区域外侧的区域中的通气孔 23c 的开口面积比中心区域的通 气孔 23 的开口面积大， 由于气体收纳部 24 形成为使得气体集中在板状部 22 的下面中心 部， 因此也能使中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域的气泡产生量多。
另外， 这种情况下， 例如如图 9 所示， 必要时可以通过增加气体供给管 25 的气体供 给量以增大气体收纳部 24 的气体收纳量从而从中心区域外侧的区域的通气孔 23c 产生气 泡。
也就是说， 如图 8 所示， 通过设置下面侧上相当于中心区域的部位向上方侧凹陷 的板状部 22， 能更可靠地使中心区域的气泡产生量比其外侧多， 而且可以根据需要来调整 外侧区域的气泡产生量等。
另外， 如图 10 所示， 也可以在气体供给管 25 的前端设置分支管部 25a， 并使该分支 管部 25a 的前端部不仅与中心区域的通气孔 23 而且与中心区域外的通气孔 23c 连接， 从而 向这些通气孔 23、 23c 直接供给气体。
在这种情况下， 通过调整分支管部 25a 的管径等， 可以调整成中心区域的气泡产 生量比中心区域外侧的区域中的产生量更多。
另外， 在图 10 所示的情况下， 通过在分支管部 25a 上设置流量调整阀等， 可以调整 对各通气孔的气体供给量。
在使用这种调整气体供给量的气体供给管的情况下， 由于可以直接控制对通气孔 的气体供给， 因而能容易地调整气泡的产生状况， 实施精细的控制， 例如可以在进行了一定 期间的运转后观察中空纤维膜表面上的附着物形成状况， 根据其结果重新调整气体供给量 等。
此外， 此前附图所例示的是具有截面形状为圆形的通气孔的中空纤维膜组件 10， 但例如图 11 所示的具有长圆形通气孔 23d 的情况也在本发明的保护范围之内， 而且， 本发 明还可以采用具有多边形或不定形等截面形状的通气孔， 其形状没有特别限定。
而且， 如图 11 所示， 也可以采用从中心区域跨中心区域外而开口的通气孔 23d。
此外， 在采用如图 11 所示的通气孔 23d 的情况下， 例如可以采用较厚的塑料膜等 制成截面形状与中心区域 ( 假想圆 C) 相同的筒， 将该筒设置在板状部 22 的上面， 从而将板 状部 22 的上面侧产生的气泡分离成从中心区域产生的气泡以及中心区域外侧的区域产生 的气泡， 通过比较其产生量来判定哪个区域的气泡产生量较多。
而且根据需要， 例如图 12 所示， 可以不在下部固定部件 20 的板状部 22 上形成通气孔， 而是将气体供给管 25 的开口端配置在板状部 22 的上面侧， 通过从该开口端放出空气 来从沿上下方向延伸的中空纤维膜 11 的下端部侧产生气泡。
在这种情况下， 可以直接控制空气扩散量， 同时也可以调整中空纤维膜 11 的配置 区域与气体供给管 25 的开口端的相对位置， 并能根据中空纤维膜 11 表面的附着物产生状 况来改变气泡产生位置。
因而能更进一步地抑制中空纤维膜的透过性能的降低， 实施有效的膜分离方法。
在不会显著破坏本发明的效果的范围内， 可以对第一实施方式的中空纤维膜组件 采用除此以外的现有公知中空纤维膜组件中所采用的技术手段。
例如， 可以不从上部固定部件侧获取透过水， 而是将下部固定部件的板状部设为 中空结构并在该板状部的中空部位使中空纤维膜组件开口， 从而从下部固定部件侧获取透 过水。
另外， 第一实施方式的中空纤维膜组件例示了中空纤维膜组件的配置区域为圆形 的情况， 但中空纤维膜组件的配置区域也可以为椭圆形或多边形等。
如下所述， 这样的中空纤维膜组件例如可以通过改造原有的中空纤维膜组件来形 成。 现有的中空纤维膜组件通常将通气孔设置成使得在中空纤维膜的整个配置区域 均匀地产生气泡或在中心区域外侧的区域中产生更多的气泡。而且， 例如在这样的现有中 空纤维膜组件中， 在分别设有在中心区域产生气泡的通气孔与在中心区域外侧的区域产生 气泡的通气孔的情况下， 可以对中空纤维膜组件进行改造， 缩小在外侧区域产生气泡的通 气孔的直径或将其堵塞， 使该通气孔的气泡产生量比改造前少， 从而使中心区域的气泡产 生量比中心区域外侧的区域中的气泡产生量更多。
在如此形成中心区域的气泡产生量比中心区域外侧的区域中的气泡产生量更多 的中空纤维膜组件的情况下， 可以直接利用现有设备， 而且可以用简单的改造操作来抑制 中空纤维膜的透过性能的降低以实施有效的膜分离方法。
接下来， 参考图 13 ～ 15 对第二实施方式进行说明。
图 13 是本发明的中空纤维膜组件的第二实施方式的结构的截面图， 对表示与第 一实施方式相同的结构的部位使用相同的标记并省略说明。
另外， 图 14 是固定在图 13 中的上部固定部件上的中空纤维膜 ( 中空纤维膜束 ) 的 配置图 (C-C 线截面图 )， 图 15 是设置在图 13 中的下部固定部件上的通气孔的配置图 (D-D 线截面图 )。
第二实施方式的中空纤维膜组件 10′与第一实施方式的中空纤维膜组件 10 的区 别在于 ： 沿上下方向延伸的多根中空纤维膜 11 以形成由规定根数扎束并粘合而成的多束 中空纤维膜束 12 的状态设置在上部固定部件 30 及下部固定部件 20 上。
而且， 将所述圆筒体 31 的内部空间分隔成圆形上板侧与圆形下板侧的板状部 34 由用粘合剂结合多束中空纤维膜束 12 而形成的中空纤维膜束结合部分 12a 以及固定中空 纤维膜束 12 的粘合剂部分 34a 构成。
另外， 在本实施方式中， 如图 14 所示， 多束中空纤维膜束 12 配置在从上部固定部 件 30 的中心延伸的放射线上 ( 本实施方式中为包含中心位置且分别成 45 度张角的 8 条射 线 L11 ～ L18 上 )。
另一方面， 如图 15 所示， 形成在下部固定部件 20 上的 8 个通气孔 23 在所述板状 部 22 中分别设置在与上部固定部件 30 中的放射线 L11 ～ L18 相位偏离角度 22.5 度的放 射线 (L11′～ L18′ ) 上距离中心等距的位置处。
因此， 从下部固定部件 20 的板状部 22 的下面侧观察通气孔 23 与中空纤维膜束 12 的配置时， 为图 16 所示的关系。
也就是说， 所述第一实施方式中的中空纤维膜的配置区域为板状部的整个上面 侧， 而第二实施方式中的中空纤维膜的配置区域为图 16 中的假想线 E1 所示的正八边形区 域。
此外， 第二实施方式的中空纤维膜组件 10′中的通气孔 23 均配置在与所述正八 边形具有相同的中心点且边长为其一半的正八边形 ( 假想线 E2) 所示的区域 ( 中心区域 ) 中。
也就是说， 第二实施方式的中空纤维膜组件 10′与所述第一实施方式的中空纤维 膜组件 10 的一个相同点在于在中心区域中产生用于空气洗涤的气泡。
此外， 从抑制中空纤维膜的附着物这一点来看， 即使在使用相同根数的中空纤维 膜的情况下， 也优选直到在固定的端部处也使各中空纤维膜分离的配置， 优选所述第一实 施方式的中空纤维膜组件 10 那样的中空纤维膜的配置。 或者， 即使将基于上部固定部件 30 的上端部的固定状态设置为所述第二实施方 式的中空纤维膜组件 10′那样扎束成中空纤维膜束 12 的形态， 也优选至少在下部固定部 件 20 侧像第一实施方式的中空纤维膜组件 10 那样形成中空纤维膜的固定位置， 使其大致 均匀地分布在板状部 22 的上面。
此外， 这里虽未详述， 对中空纤维膜组件 10′加以各种改进这一点也与第一实施 方式的中空纤维膜组件 10 相同， 图 5 ～图 12 所示的形态也可以适用于第二实施方式的中 空纤维膜组件 10′。
接下来， 参考图 17、 图 18 对水处理装置以及该水处理装置中实施的膜分离方法进 行说明。
图 17 是使用第一实施方式的中空纤维膜组件 10( 或者第二实施方式的中空纤维 膜组件 10′ ) 的水处理装置的一个实施方式的构成说明图。
该水处理装置 40 在本实施方式中是对作为被处理水的河流水进行净水处理的装 置。
如图 17 所示， 水处理装置 40 包括被供给来自被处理水供给管 41 的被处理水 ( 河 流水 ) 的被处理水槽 42。
另外， 本实施方式的水处理装置 40 包括膜分离装置， 该膜分离装置具有 ： 多个中 空纤维膜组件 10(10′ )， 被配置成以直立姿势浸渍在该被处理水槽 42 内的被处理水中 ； 以 及透过水取出管路 43， 该透过水取出管路 43 与这些中空纤维膜组件 10(10′ ) 连接， 具有 吸泵 43a， 且通过采用该吸泵 43a 吸引中空纤维膜内部来进行由对被处理水进行膜过滤而 引起的固液分离并取出透过水。
而且， 本实施方式的水处理装置 40 包括 ： 用于使中空纤维膜组件 10(10′ ) 的空 气扩散机构实施空气洗涤的鼓风机 44a、 从该鼓风机 44a 输送空气并通过所述气体供给管 25( 参考图 1 等 ) 向所述气体收纳部 24 供给空气的空气供给管路 44、 以及排出被处理水槽
42 内的沉淀物的沉淀物排出管 45。
图 17 的膜分离装置中的透过水取出管路 43 具有与各中空纤维膜组件 10(10′ ) 的透过水出口 32a 连接的集水管 43b、 与各集水管 43b 连通的集水头管 43c 以及透过水取出 管 43d。
另外， 空气供给管路 44 由鼓风机 (····)44a、 供给通过该鼓风机 44a 加压的空 气的空气输送管 44b、 从该空气输送管 44b 分支的空气输送分支管 44d 以及使各空气输送分 支管 44d 的前端部分位于各中空纤维膜组件 10(10′ ) 的圆筒体 21 的下端侧的气体供给管 25 构成。
此外， 各中空纤维膜组件 10(10′ ) 被设置成其上部固定部件 30 整体位于水面下 方。
在如此构成的水处理装置 40 中， 可以通过所述膜分离装置来实施膜分离方法， 通 常是通过采用所述吸泵 43a 吸引中空纤维膜内部来用中空纤维膜对被处理水进行膜分离 ( 过滤 )， 并通过透过水取出管路 43 排出透过液， 同时通过空气扩散机构的空气扩散来去除 附着于中空纤维膜的表面的悬浮物等。
考虑到附着物的去除性能等， 可以确定适宜的时机来实施中空纤维膜对被处理水 的膜分离以及空气扩散机构的空气扩散。 例如有交替实施过滤被处理水的膜分离工序与使透过水逆流并逆洗净中空纤维 膜的逆洗净工序、 并且仅在膜分离工序终止后的逆洗净工序中实施空气扩散的膜分离方 法。
这种情况下， 同时进行逆洗净与空气扩散引起的空气洗涤， 能有效地去除中空纤 维膜表面附着的附着物。
另外， 作为与上述膜分离方法不同的膜分离方法， 例如有在实施膜分离工序和逆 洗净工序的期间时常实施空气扩散的膜分离方法。
在这种情况下， 由于膜分离中也实施空气扩散， 因此与先前例示的膜分离方法相 比容易增加空气扩散量， 另一方面通过膜分离中的空气扩散可防止悬浮物等的附着， 因此 能进一步地防止中空纤维膜的透过性能降低。
通过这样在膜分离后或膜分离中实施空气扩散能防止中空纤维膜的透过性能降 低， 实施有效的膜分离方法。
更具体地说， 在所述空气扩散中， 从所述鼓风机 44a 通过空气输送管 44b、 空气输 送分支管 44d 及气体供给管 25 向中空纤维膜组件 10(10′ ) 的下部固定部件 20 的下方供 给空气， 在所述中空纤维膜组件 10(10′ ) 内配置有中空纤维膜 11 的区域中产生气泡。
产生的气泡因其浮力而在中空纤维膜 11 的间隙中上升。
而且， 产生的气泡通过相邻的中空纤维膜 11 之间的间隙， 并从中心区域向周围移 动并上升。
不久， 该气泡向配置在最外侧的中空纤维膜的更外侧移动， 并被被处理水槽 42 的 槽内水 ( 被处理水 ) 的水流冲击等， 从而脱离中空纤维膜组件 10(10′ )。
在本实施方式的水处理装置 40 中， 在所述中空纤维膜组件 10(10′ ) 内配置有中 空纤维膜 11 的区域中的中心区域产生更多的气泡。
在该中心区域产生的气泡由于在气泡产生到脱离中空纤维膜组件 10(10′ ) 的期
间在更多的中空纤维膜之间通过并移动， 因而可以特别有效地作用于中空纤维膜的表面附 着物的去除。
通常， 中空纤维膜上的附着物大体可以分为能通过药品洗净溶解去除的粘着性有 机物等附着物以及难以用药品洗净去除的悬浮质等附着物。于是， 当形成了空气洗涤的效 果不充分之处时， 此处会附着、 堆积通过药品洗净难以去除的附着物。 因此会产生药品洗净 不能充分发挥效果且即使对本来用药品洗净能充分去除的粘着性有机物等实施药品洗净 也不能充分去除的状况。
因此， 附着物的堆积加速， 在一部分区域内各中空纤维膜因为堆积物而一体化， 从 而会进入完全丧失作为分离膜的功能的状态。
而具有本发明的中空纤维膜组件的水处理装置能有效地将气泡用于去除附着物， 与现有的中空纤维膜组件相比能抑制中空纤维膜的透过性能的降低。
而且， 与现有技术相比能提高药品洗净的效果， 并发挥防止附着物 ( 防止透过性 能降低 ) 的相乘效果。
因此， 通过进一步设置在所述中空纤维膜上进行药品洗净的药品洗净机构能显著 地防止中空纤维膜的透过性能降低。
而且， 通过在膜分离装置中采用这样的中空纤维膜组件， 对于防止水处理装置的 运转效率的降低也能发挥优良的效果。
下面参考图 18 对水处理装置的其他实施方式进行说明。
图 18 是水处理装置的其他实施方式的结构说明图， 本实施方式的水处理装置 50 是通过膜分离活性污泥法对下水道水、 废水等含有有机性物质的污水进行净化处理的装 置。
如图 18 所示， 水处理装置 50 具有作为被供给来自被处理水供给管 51 的一次处理 水的被处理水槽的生物反应槽 52 以及对生物反应槽 52 内的被处理水 ( 活性污泥混合液 ) 进行膜分离的膜分离装置。
所述膜分离装置包括 ： 多个中空纤维膜组件 10(10′ )， 被配置成以直立姿势浸渍 在所述活性污泥混合液中 ； 以及透过水取出管路 53， 与这些中空纤维膜组件 10(10′ ) 相连 接， 具有吸泵 53a， 通过采用该吸泵 53a 吸引中空纤维膜内部来进行由对被处理水进行膜过 滤而引起的固液分离并取出透过水。
而且， 水处理装置 50 还包括 ： 通过鼓风机 54a 向中空纤维膜组件 10(10′ ) 供给用 于空气洗涤的空气的空气供给管路 54、 配置在生物反应槽 52 内中空纤维膜组件 10(10′ ) 的下方的空气扩散装置 56 以及排出生物反应槽 52 内的污泥的污泥排出管 55。
所述透过水取出管路 53 由集水管 53b、 集水头管 53c、 透过水取出管 53d 及吸泵 53a 构成。
所述空气供给管路 54 由鼓风机 54a、 空气输送管 54b、 空气输送分支管 54d 及气体 供给管 25 构成。
在本实施方式中， 来自鼓风机 54a 的加压的空气通过从空气输送管 54b 分支的管 道供给至所述空气扩散装置 56。
空气扩散装置 56 用于通过从空气扩散孔空气扩散的气泡 ( 空气 ) 进行氧气供给 从而进行活性污泥处理 ( 好气性生物处理 )， 同时通过将未溶解的气泡集中并供给至中空纤维膜组件 10(10′ ) 的气体收纳部 24， 使通过上升气泡的气提作用产生的上升流作用于 中空纤维膜组件 10(10′ ) 的膜面从而进行膜面洗净。
各中空纤维膜组件 10(10′ ) 被设置成其上部固定部件 30 位于水面下方。
如此构成的水处理装置 50 由于包括所述的中空纤维膜组件 10(10′ )， 因此与现 有的中空纤维膜组件相比能抑制中空纤维膜的透过性能的降低。
另外， 能使所述膜分离装置实施有效的膜分离方法。
而且， 与现有技术相比能提高药品洗净的效果， 并能发挥防止附着物 ( 防止透过 性能降低 ) 的协同效果。
因此， 在本实施方式中， 能降低药品洗净的频率， 也降低了槽内的微生物的活性下 降的可能性。
因此， 也能对防止采用膜分离活性污泥法的污水净化处理水处理装置的运转效率 的降低发挥良好的效果。
另外， 通过将为好气性生物处理而供给的气泡中的未使用的未溶解气泡集中并供 给至中空纤维膜组件的气体收纳部， 能降低对中空纤维膜组件的空气扩散动力。
实施例
接下来列举实施例来更详细地说明本发明， 但本发明并不限定于此。
( 实施例 1)
为了仅从中空纤维膜的配置区域的中心区域产生气泡， 将仅在中空纤维膜的下端 部所固定的板状部的中央部 ( 从中心开始大约 30mm 半径的范围 ) 上形成了 6 个通气孔的 中空纤维膜组件以直立姿势浸渍在收纳了悬浮固体浓度 (MLSS) 为 1500 ～ 3000mg/l 的活 性污泥混合液的生物反应槽 ( 容积约 932L) 内， 实施膜分离使膜透过流速为 0.75m/ 日～ 1.0m/ 日。
此外， 向此时的生物反应槽供给的被处理水的水质为 ： 总有机碳浓度约为 1.5mg/ l， 浊度约为 16 度， 生物反应槽中的被处理水的滞留时间为 36 ～ 50 分钟。
另外， 如图 19( 板状部的下面侧的拍摄照片 ) 所示， 用于评价的中空纤维膜组件是 对现有中空纤维膜组件进行改造而形成的， 具体地， 对于在整个板状部上的 24 处设置了具 有 11mmφ 的开口面积的通气孔的中空纤维膜组件， 保留其中心部的 6 个通气孔并堵塞其他 的通气孔。
另外， 中空纤维膜组件的规格为 ： 孔径为公称 0.1μm， 长度为 1m， 固定中空纤维膜 2 的下端的板状部的面积约 0.0181m ( 直径 152mm 的圆形 )， 膜表面积为 25m2。
此外， 膜分离中， 每进行 9 分钟的膜分离就实施 1 分钟的逆洗净， 并且仅在逆洗净 3 时实施空气洗涤， 使所述 6 个通气孔的气泡产生量总计为 5m /h。
实施这种膜分离 33 天的结果， 证实了在膜分离时中空纤维膜组件的差压的上升 仅为 8kPa(0.24kPa/ 日 )。
( 比较例 1)
不实施通气孔的堵塞 ( 使用具有配置位置分散在中空纤维膜的整个配置区域的 24 个通气孔的中空纤维膜组件 )， 在中空纤维膜的配置区域的中心区域的外侧区域中产生 比中空纤维膜的配置区域的中心区域更多的气泡， 并且膜分离的实施期间以 7 天代替 33 天， 除此以外与实施例 1 同样地实施膜分离。结果证实 ： 中空纤维膜组件的差压的上升与仅 7 天的运转无关， 与使用实施例 1 的 中空纤维膜组件的情况相同为 8kPa(1.15kPa/ 日 )。
( 比较例 2)
使用与比较例 1 相同的中空纤维膜组件， 在 9 分钟的膜分离时也实施空气洗涤使 气泡产生量为 5m3/h( 时常实施空气洗涤 ) 且实施 25 天的膜分离， 除此以外与实施例 1 同 样地实施膜分离。
结果证实 ： 中空纤维膜组件的差压的上升为 10kPa(0.4kPa/ 日 )。
也就是说， 证实了与实施例 1 的中空纤维膜组件相比， 随着将 10 倍量的空气用于 空气洗涤， 每天的差压的上升 (0.4kPa/ 日 ) 与实施例 1 的中空纤维膜组件 (0.24kPa/ 日 ) 相比也更大。
由此可知， 本发明能有效地抑制中空纤维膜的透过性能的降低从而抑制水处理装 置的运转效率的降低。
附图标记说明
10、 10′中空纤维膜组件 11 中空纤维膜
12 中空纤维膜束 12a 中空纤维膜束结合部分
20 下部固定部件 22 板状部 24 气体收纳部 25a 分支管道部 31 圆筒体 32a 透过水出口 34 板状部 35 集水室 41 被处理水供给管 43 透过水取出管路 43b 集水管 43d 透过水取出管 44a 鼓风机 44d 空气输送分支管 50 水处理装置 52 生物反应槽 53a 吸泵 53c 集水头管 54 空气供给管路 54b 空气输送管 55 污泥排出管21 圆筒体 23、 23a、 23b、 23c、 23d 通气孔 25 气体供给管 30 上部固定部件 32 圆形上板 33 圆形下板 34a 粘合剂部分 40 水处理装置 42 被处理水槽 43a 吸泵 43c 集水头管 44 空气供给管路 44b 空气输送管 45 沉淀物排出管 51 被处理水供给管 53 透过水取出管路 53b 集水管 53d 透过水取出管 54a 鼓风机 54d 空气输送分支管 56 空气扩散装置