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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023075948
(43)【公開日】2023-05-31
(54)【発明の名称】ろ過ユニットおよび水処理方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/44 20230101AFI20230524BHJP
B01D 63/08 20060101ALI20230524BHJP
【ＦＩ】
C02F1/44 A
B01D63/08
C02F1/44 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022185863
(22)【出願日】2022-11-21
(31)【優先権主張番号】P 2021188709
(32)【優先日】2021-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り
(71)【出願人】
【識別番号】504205521
【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】藤岡 貴浩
【テーマコード（参考）】
4D006
【Ｆターム（参考）】
4D006GA06
4D006GA07
4D006HA41
4D006HA93
4D006JA04A
4D006JA04C
4D006JA16A
4D006KA16
4D006KA41
4D006KC07
4D006KE06P
4D006MA06
4D006MC22
4D006MC23
4D006MC29
4D006MC30
4D006MC54
4D006MC62
4D006PA01
4D006PB03
4D006PB04
4D006PB06
4D006PB08
4D006PB22
4D006PB24
(57)【要約】
【課題】ファウリングの発生を抑制しつつ、高精度なろ過処理を行うことが可能なろ過ユニットおよび水処理方法を提供する。
【解決手段】ろ過ユニット１００は、浄化対象の原水に浸漬して用いるろ過ユニット１００であって、枠体１１０と、前記枠体１１０の第１の面１１０ｓに張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜１２０と、前記枠体１１０の前記第１の面１１０ｓとは反対側の第２の面１１０ｏに張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜１３０と、前記枠体１１０と前記第１のナノろ過膜１２０と前記第２のナノろ過膜１３０とで囲まれた空間Ｓに流入したろ過処理された処理水を前記空間Ｓから外部に取り出す取水部１４０とを備える。
【選択図】図３
【解決手段】ろ過ユニット１００は、浄化対象の原水に浸漬して用いるろ過ユニット１００であって、枠体１１０と、前記枠体１１０の第１の面１１０ｓに張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜１２０と、前記枠体１１０の前記第１の面１１０ｓとは反対側の第２の面１１０ｏに張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜１３０と、前記枠体１１０と前記第１のナノろ過膜１２０と前記第２のナノろ過膜１３０とで囲まれた空間Ｓに流入したろ過処理された処理水を前記空間Ｓから外部に取り出す取水部１４０とを備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
浄化対象の原水に浸漬して用いるろ過ユニットであって、
枠体と、
前記枠体の第１の面に張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜と、
前記枠体の前記第１の面とは反対側の第２の面に張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜と、
前記枠体と前記第１のナノろ過膜と前記第２のナノろ過膜とで囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を前記空間から外部に取り出す取水部と、
を備えるろ過ユニット。
枠体と、
前記枠体の第１の面に張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜と、
前記枠体の前記第１の面とは反対側の第２の面に張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜と、
前記枠体と前記第１のナノろ過膜と前記第２のナノろ過膜とで囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を前記空間から外部に取り出す取水部と、
を備えるろ過ユニット。
【請求項2】
前記取水部は、前記枠体内に形成される流路で構成され、
前記流路の上流側の端部が前記空間に連通し、前記流路の下流側の端部が前記枠体の外側に連通する
請求項１に記載のろ過ユニット。
前記流路の上流側の端部が前記空間に連通し、前記流路の下流側の端部が前記枠体の外側に連通する
請求項１に記載のろ過ユニット。
【請求項3】
前記取水部は、細長の筒体により構成され、
前記筒体の一端側が前記空間内に延在し、前記筒体の他端側が前記枠体の外側に延在する
請求項１に記載のろ過ユニット。
前記筒体の一端側が前記空間内に延在し、前記筒体の他端側が前記枠体の外側に延在する
請求項１に記載のろ過ユニット。
【請求項4】
浄化対象の原水が溜められる容器と、
請求項１から３の何れか一項に記載のろ過ユニットと、
前記ろ過ユニット内に圧力差を発生させるポンプと、を備えるろ過膜装置を用いて前記原水をろ過処理する水処理方法であって、
前記容器内に溜められた前記原水に前記ろ過ユニットを連続して浸漬する工程と、
圧力値がゲージ圧－１０１．３～０ｋＰａの範囲で前記ポンプを駆動してろ過処理を行う工程と、
を有する水処理方法。
請求項１から３の何れか一項に記載のろ過ユニットと、
前記ろ過ユニット内に圧力差を発生させるポンプと、を備えるろ過膜装置を用いて前記原水をろ過処理する水処理方法であって、
前記容器内に溜められた前記原水に前記ろ過ユニットを連続して浸漬する工程と、
圧力値がゲージ圧－１０１．３～０ｋＰａの範囲で前記ポンプを駆動してろ過処理を行う工程と、
を有する水処理方法。
【請求項5】
前記ろ過ユニットの圧力差が基準値以上となった場合に、前記第１のナノろ過膜および第２のナノろ過膜の少なくとも一方の膜表面に付着した付着物を洗浄器具を用いて除去する工程を有する
請求項４に記載の水処理方法。
請求項４に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ろ過ユニットおよび水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、海水や下水等の原水を飲用水として再利用する場合、河川水や工業用水等から超純水を精製して半導体製造プロセスで利用する場合等において、原水中の塩類や微生物等の不純物を除去するために、逆浸透膜等を含む膜エレメントを用いた高度水処理システムが広く利用されている。
【0003】
一般的な膜エレメントとしては、例えば、ポリアミド層とポリスルホン支持層と不織布とで平膜状の分離膜を構成し、この分離膜をスペーサーを介して集水管の外周部に巻回して構成したスパイラル型のものが知られている。また、平膜以外に、中空糸膜やチューブラー膜をハウジング内に装填した膜モジュールも広く知られている。
【0004】
しかしながら、膜エレメントがスパイラル型やモジュール型である場合、膜の充填率を高めるために原水が流れる流路が狭く構成されており、ろ過処理時において流路が原水に含まれる不純物によって閉塞される場合があった。そのため、ろ過処理の前に、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理を行う必要があり、コストが増大するという問題があった。また、ろ過処理開始後、膜表面への不純物の付着により発生するファウリングの除去を目的として、水酸化ナトリウムや次亜塩素酸ナトリウムなどの化学薬品を用いた洗浄（薬洗）工程が必要とされており、環境負荷や処理コストが大きいという問題もあった。
【0005】
不純物による流路の閉塞を抑制可能な手段としては、流路を解放した平膜型の膜分離装置が知られている。例えば、特許文献１には、２枚の平膜間に濾過流路スペーサを介在させ、その周囲を額縁状に不透水性シール材で封止し、そのシール材から透過液取出管を導出させた膜分離装置が記載されている。また、特許文献２には、上部に集水管を備えた樹脂製の膜支持体の表裏両面に分離膜が配置されて構成された膜分離装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平６－３２７９４９号公報
【特許文献2】特開２０１２－２０５９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載の膜分離装置では、平膜として例えば精密濾過膜、限外濾過膜を用いており、孔径が比較的大きいため、精度の高いろ過処理を行うことができないという問題がある。また、特許文献２に記載の膜分離装置では、依然として膜表面に発生したファウリングを除去するために次亜塩素酸ナトリウムなどを用いた薬洗の必要があり、環境負荷や処理コスト大きいままであった。
【0008】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、浄化対象である原水に対し従来行われてきた前処理の工程を必要とすることなく、ファウリングの発生を抑制しつつ、高精度なろ過処理を行うことが可能なろ過ユニットおよび水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示に係るろ過ユニットは、浄化対象の原水に浸漬して用いるろ過ユニットであって、枠体と、前記枠体の第１の面に張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜と、前記枠体の前記第１の面とは反対側の第２の面に張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜と、前記枠体と前記第１のナノろ過膜と前記第２のナノろ過膜とで囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を前記空間から外部に取り出す取水部と、を備えるものである。
【0010】
本開示に係る水処理方法は、浄化対象の原水が溜められる容器と、請求項１から３の何れか一項に記載のろ過ユニットと、前記ろ過ユニット内に圧力差を発生させるポンプと、を備えるろ過膜装置を用いて前記原水をろ過処理する水処理方法であって、前記容器内に溜められた前記原水に前記ろ過ユニットを連続して浸漬する工程と、圧力値がゲージ圧－１０１．３～０ｋＰａの範囲で前記ポンプを駆動してろ過処理を行う工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【0011】
本開示に係るろ過ユニットによれば、ろ過ユニットに平膜型の第１のナノろ過膜および第２のナノろ過膜を用いることで、浄化対象である原水に対し従来行われてきた前処理の工程を必要とすることなく、高精度かつ低圧で原水のろ過処理を行うことができる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、ファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減できる。
【0012】
本開示に係る水処理方法によれば、ろ過ユニットに平膜型の第１のナノろ過膜および第２のナノろ過膜を用いることで、浄化対象である原水に対し従来行われてきた前処理の工程を必要とすることなく、高精度かつ低圧で原水のろ過処理を行うことができる。これにより、きわめて低コストで高度処理水を得ることができると共に、ファウリングが発生した場合でも化学薬品を用いることなく、簡便に膜表面を物理的に洗浄できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施の形態に係るろ過膜装置の構成例を示す図である。
【図2】第１の実施の形態に係るろ過ユニットを示す斜視図である。
【図3】第１の実施の形態に係るろ過ユニットを示す分解斜視図である。
【図4A】第１の実施の形態に係るろ過ユニットを示す正面図である。
【図4B】第１の実施の形態に係るろ過ユニットを示す側面図である。
【図5A】第２の実施の形態に係るろ過ユニットを示す斜視図である。
【図5B】第２の実施の形態に係るろ過ユニットを示す斜視図である。
【図6】第２の実施の形態に係るろ過ユニットを示す分解斜視図である。
【図7A】第２の実施の形態に係るろ過ユニットを示す正面図である。
【図7B】第２の実施の形態に係るろ過ユニットを示す側面図である。
【図8】第３の実施の形態に係るろ過ユニットを示す斜視図である。
【図9】第３の実施の形態に係るろ過ユニットを示す分解斜視図である。
【図10】第４の実施の形態に係るろ過ユニットを示す斜視図である。
【図11】第４の実施の形態に係るろ過ユニットを示す分解斜視図である。
【図12A】第４の実施の形態に係るろ過ユニットの上枠体を示す斜視図である。
【図12B】第４の実施の形態に係るろ過ユニットの上枠体を示す斜視図である。
【図13A】第４の実施の形態に係るろ過ユニットの下枠体を示す斜視図である。
【図13B】第４の実施の形態に係るろ過ユニットの下枠体を示す斜視図である。
【図14A】第４の実施の形態に係るろ過ユニットを示す正面図である。
【図14B】第４の実施の形態に係るろ過ユニットを示す側面図である。
【図15A】第５の実施の形態に係るろ過膜装置の構成例を示す図である。
【図15B】第１の実施の形態に係る複数個のろ過ユニットをヘッダー管に取り付けた場合におけるろ過膜装置の構成例を示す図である。
【図15C】第２の実施の形態に係る複数個のろ過ユニットをヘッダー管に取り付けた場合におけるろ過膜装置の構成例を示す図である。
【図16A】実施例１として、本発明のろ過ユニットを原水中に浸漬させ、ろ過処理を行う工程を経た処理水の水質分析の結果を示すグラフである。
【図16B】比較例として、従来の高速砂ろ過法による処理水の水質分析の結果を示すグラフである。
【図17】実施例２として、本発明のろ過ユニットを原水中に浸漬させ、連続的にろ過処理を行う工程を経た際の膜間圧差と、スポンジによるファウリング除去後の膜間圧差を示すグラフである。
【図18】実施例３として、下水一次処理水のろ過時におけるろ過膜ユニットの膜間圧差の測定試験の結果を示す図である。
【図19】実施例３として、下水一次処理水のろ過時におけるろ過膜ユニットの処理水の水質分析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【0015】
【0016】
ろ過膜装置１Ａは、供給ポンプ２０と、処理槽３０と、吸引ポンプ４０と、ろ過ユニット１００とを備える。水源１０と処理槽３０との間には、供給配管６０が設けられる。処理槽３０とろ過処理された処理水ＰＷの供給場所との間には、排出配管７０が設けられる。水源１０としては、例えば、海水、河川水、池、湖、水道水、ダム、下水、産業廃水、排水路等が挙げられる。
【0017】
供給ポンプ２０は、供給配管６０の途中に設置され、図示しない駆動源の駆動により水源１０の原水ＲＷを供給配管６０を経由して処理槽３０に供給する。
【0018】
処理槽３０内に溜められた原水ＲＷには、ろ過ユニット１００が浸漬される。ろ過ユニット１００は、ナノろ過膜を含み、処理槽３０内に供給された原水ＲＷに含まれる不純物を除去するろ過処理を行い、ろ過処理された処理水ＰＷを生成する。不純物には、例えば、細菌、原虫、ウイルス等の微生物及び有機物、微量化学物質、塩類、金属等の無機物等が含まれる。なお、ろ過ユニット１００の構成の詳細については後述する。
【0019】
吸引ポンプ４０は、排出配管７０の途中に設置され、例えば渦巻きポンプ、遠心ポンプ、容積ポンプ等から構成される。吸引ポンプ４０は、図示しない駆動源の駆動によりろ過ユニット１００内を減圧してろ過処理に必要な膜間差圧（以下、ＴＭＰ(Trans-Membrane Pressure)という場合もある。）を発生させる。膜間差圧とは、後述する第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０における供給側（原水ＲＷが流入する外側）と透過側（処理水ＰＷが流入する空間Ｓ側）との圧力差である。本実施の形態では、供給側の圧力を大気圧＋水深とし、透過側の圧力を吸引ポンプ４０の駆動により負圧とすることで、ろ過推進力となる圧力差を発生させる。ろ過ユニット１００でろ過処理された処理水は、排出配管７０を経由して目的の供給場所まで送られる。本実施の形態では、ろ過ユニット１００を平膜型のナノろ過膜で構成するので、低圧でろ過処理を行うことができる。
【0020】
［ろ過ユニット１００の構成例］
次に、第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００について説明する。図２は第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００を示す斜視図であり、図３はろ過ユニット１００を示す分解斜視図である。図４Ａは第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００を示す正面図であり、図４Ｂはろ過ユニット１００を示す側面図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０を便宜上省略して図示している。
次に、第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００について説明する。図２は第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００を示す斜視図であり、図３はろ過ユニット１００を示す分解斜視図である。図４Ａは第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００を示す正面図であり、図４Ｂはろ過ユニット１００を示す側面図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０を便宜上省略して図示している。
【0021】
ろ過ユニット１００は、浄化対象の原水ＲＷに浸漬して用いるものであって、図２～図４Ｂに示すように、枠体１１０と、平膜型の第１のナノろ過膜１２０と、平膜型の第２のナノろ過膜１３０と、取水部１４０と、スペーサー１５０とを備える。
【0022】
枠体１１０は、所定の厚みを有し、平面視略ロの字形状で構成される。枠体１１０には、例えば樹脂材料又は金属材料を用いることができる。枠体１１０の長辺部１１０Ｌの略中央部には、外側に突出する突出部１１２が設けられる。突出部１１２は、枠体１１０の厚み方向に貫通する貫通孔１１２ａを有する。貫通孔１１２ａは、後述するヘッダー管８０にろ過ユニット１００を取り付けるための部位である。貫通孔１１２ａの孔壁面には、後述する取水部１４０の出口を構成する開口部１１０ｄが形成される。貫通孔１１２ａには継手の一例であるヘッダー管８０が挿通され、ヘッダー管８０には排出配管７０の一端部が取り付けられる。これにより、取水部１４０の開口部１１０ｄと排出配管７０とがヘッダー管８０を介して連通するようになっている。
【0023】
枠体１１０の材質が樹脂材料である場合、枠体の製造方法として、押出成型、射出成型、３Ｄプリンタによる成型等の各種方法を適用することができる。特に、３Ｄプリンタによる成型の場合、金型を作成する必要が無く低コストで枠体を生産可能となる。また、３Ｄプリンタによる成型の場合、設計データを電子ファイルでやりとりできるので、途上国や遠隔地等において速やかに枠体を現地生産、量産することができる。
【0024】
第１のナノろ過膜１２０は、枠体１１０と略同一の大きさを有する平面視長方形状の高分子膜により構成され、枠体１１０の第１の面１１０ｓに例えば接着剤により張り付けられる。第１のナノろ過膜１２０は、多数の孔（空隙）を有する。孔の孔径は、例えば０．００１μｍ～０．０１μｍ、好ましくは０．００２μｍ～０．００５μｍである。第１のナノろ過膜１２０は、供給側から多数の孔に原水ＲＷを流すことで原水ＲＷに含まれる不純物を除去し、不純物が除去された処理水ＰＷを排出側（空間Ｓ側）に通過させる。第１のナノろ過膜１２０では、例えば、水分子と一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ－等）以外の略全ての物質を除去可能である。
【0025】
第１のナノろ過膜１２０としては、水処理分野において通常使用されている平膜状のものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、一般的な膜エレメントとして用いられるスパイラル型の膜エレメントにおいて、集水管の外部に何重にも巻回された分離膜を適宜剥離、切断して得られた平膜上の分離膜を用いることができる。第１のナノろ過膜１２０を構成する高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリアミド等が例示される。これらの高分子は、単一材料から構成された単層膜として用いてもよいし、単一または異なる高分子から構成された複数枚の膜を積層した複合膜として用いてもよい。さらに、高分子の表面に様々な修飾基を付加することで膜表面の親水性や電荷等を改質したものを用いることも可能である。第１のナノろ過膜１２０の構造としては、例えば、ポリアミド層とポリスルホン支持層と不織布とが積層一体化された分離膜などが例示される。
【0026】
第２のナノろ過膜１３０は、第１のナノろ過膜１２０と同様の構成であり、枠体１１０と略同一の大きさを有する平面視長方形状の高分子膜により構成され、枠体１１０の第１の面１１０ｓとは反対側の第２の面１１０ｏに例えば接着剤により張り付けられる。第２のナノろ過膜１３０は、多数の孔（空隙）を有する。孔の孔径は、例えば０．００１μｍ～０．０１μｍ、好ましくは０．００２μｍ～０．００５μｍである。第２のナノろ過膜１３０は、供給側から多数の孔に原水ＲＷを流すことで原水ＲＷに含まれる不純物を除去し、不純物が除去された処理水ＰＷを排出側（空間Ｓ側）に通過させる。第２のナノろ過膜１３０では、例えば、水分子と一価イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ－等）以外の略全ての物質を除去可能である。
【0027】
第２のナノろ過膜１３０としては、水処理分野において通常使用されている平膜状のものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、一般的な膜エレメントとして用いられるスパイラル型の膜エレメントにおいて、集水管の外部に何重にも巻回された分離膜を適宜剥離、切断して得られた平膜上の分離膜を用いることができる。第２のナノろ過膜１３０を構成する高分子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリアミド等が例示される。これらの高分子は、単一材料から構成された単層膜として用いてもよいし、単一または異なる高分子から構成された複数枚の膜を積層した複合膜として用いてもよい。さらに、高分子の表面に様々な修飾基を付加することで膜表面の親水性や電荷等を改質したものを用いることも可能である。第２のナノろ過膜１３０の構造としては、例えば、ポリアミド層とポリスルホン支持層と不織布とが積層一体化された分離膜などが例示される。
【0028】
第１のナノろ過膜１２０と第２のナノろ過膜１３０とは、同一の構成の膜であってもよいし、それぞれ別異の構成の膜であってもよい。
【0029】
また、第１のナノろ過膜１２０と第２のナノろ過膜１３０の表面積については、特段限定されることはなく、表面積が大きければ大きいほど単位時間当たりの水処理量、すなわち処理水ＰＷの生成量を増大させることができる。
【0030】
枠体１１０、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０で囲まれた密閉された領域は、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０でろ過処理された処理水ＰＷが流れ込む空間Ｓとなっている。空間Ｓは、取水部１４０の開口部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに連通しており、空間Ｓに流入した処理水ＰＷは供給側との圧力差によって取水部１４０に搬送される。
【0031】
取水部１４０は、枠体１１０および突出部１１２内に形成された流路により構成される。取水部１４０の処理水ＰＷの流れ方向の上流側端部には、空間Ｓに連通する開口部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが形成される。開口部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、枠体１１０の長辺部１１０Ｌの内壁面に所定の間隔を空けて並んで形成される。取水部１４０の処理水ＰＷの流れ方向の下流側端部には、ヘッダー管８０に連通する開口部１１０ｄが形成される。開口部１１０ｄは、貫通孔１１２ａの孔壁面に形成される。取水部１４０を構成する流路１４０ａは、開口部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと開口部１１０ｄとの間に亘って延在し、流路１４０ａの上流側端部が空間Ｓに連通すると共に、その下流側端部が枠体１１０の外側に連通することで、空間Ｓ内に流入したろ過処理された処理水ＰＷを排出配管７０に搬送する。
【0032】
スペーサー１５０は、例えば枠体１１０の内径と略同一の大きさを有する網目（メッシュ）状のシートで構成され、枠体１１０の内側に配置される。スペーサー１５０は、処理水ＰＷの流路を形成すると共に、空間Ｓ内が負圧になった場合に第１のナノろ過膜１２０と第２のナノろ過膜１３０とが大幅に接近または接触することを防止する。なお、スペーサー１５０は、例えば接着剤等の固着剤を用いて枠体１１０に取り付けてもよいし、枠体１１０に装着用の溝を設けて嵌め込むことで取り付けてもよいし、枠体１１０を一対で構成して挟み込むように取り付けてもよい。また、その他の公知の取付手段を採用してもよい。
【0033】
ろ過ユニット１００は、図４Ｂに示すように、ヘッダー管８０を枠体１１０の貫通孔１１２ａに挿通することで、ヘッダー管８０に取り付けられる。ヘッダー管８０の周面には図示しない厚み方向に貫通する側壁孔が形成され、ろ過ユニット１００がヘッダー管８０に取り付けられたときにヘッダー管８０の側壁孔と取水部１４０の開口部１１０ｄとが連通するように構成される。ヘッダー管８０に取り付けられたろ過ユニット１００の枠体１１０の両側面には、枠体１１０を挟持するようにしてＯリング８２，８２が取り付けられる。これにより、ろ過ユニット１００は、ヘッダー管８０の所定位置に固定されると共に、枠体１１０とヘッダー管８０との隙間が密閉される。
【0034】
【0035】
本実施の形態では、ろ過ユニット１００によるろ過処理工程の前段に、高速砂ろ過、凝集剤の添加、低圧膜を用いたろ過等の前処理を行う工程を設けずに、ろ過ユニット１００を用いてろ過処理を実施する。また、ろ過処理では、ろ過ユニット１００の全体を処理槽３０内に溜められた原水ＲＷに所定期間、連続して浸漬させる浸漬工程を実施する。
【0036】
ろ過膜装置１Ａにおいて、供給ポンプ２０が駆動すると、水源１０から供給配管６０を経由して原水ＲＷが処理槽３０に供給される。吸引ポンプ４０が駆動すると、ろ過ユニット１００内が減圧され、ろ過ユニット１００内にろ過処理に必要な膜間差圧が発生する。本実施の形態において吸引ポンプ４０の操作圧力値は、例えば、低圧であるゲージ圧－１０１．３～０ｋＰａの範囲である。ゲージ圧が０ｋＰａを上回ると膜間圧差が過小となり、実用的なろ過処理に必要な駆動力が得られないおそれがある。吸引ポンプ４０等の駆動により、ろ過処理工程が開始される。
【0037】
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過して空間Ｓ内に流入する。空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷは、吸引ポンプ４０の駆動により開口部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃから取水部１４０内に流れ込み、取水部１４０の流路１４０ａを通過して開口部１１０ｄから排出される。開口部１１０ｄから排出された処理水ＰＷは、ヘッダー管８０を経由して排出配管７０に流れ、目的の場所まで搬送される。
【0038】
ろ過処理の期間としては、ろ過ユニット１００が所定のろ過性能を発揮する限り特段限定されることはないが、少なくとも３０日～１８０日程度連続的に行うことができる。
【0039】
ろ過処理を例えば数十日間実施し、ろ過ユニット１００の膜間差圧が基準値以上となった場合、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０の供給側表面に膜表面や孔内に不純物が付着、堆積するファウリング（膜汚染）が発生しているか否かを判別できる。膜間差圧の基準値については、使用するナノろ過膜により異なるが、例えば、ろ過処理開始時の膜ろ過流束から１０％を超える膜ろ過流束低下が検出された場合（固定膜差圧運転時）、またはろ過処理開始時の膜間差圧から１０％を超える膜間圧上昇が検出された場合（固定流束運転時）に、ファウリングが発生していると判別してもよい。この場合には、処理槽３０からろ過ユニット１００を取り出し、ワイパーまたはスポンジ等の洗浄器具を用いて第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０の供給側表面の不純物を擦り落とす洗浄工程（物理的な剥離洗浄）を実施する。洗浄工程が終了したら、ろ過ユニット１００を処理槽３０内の原水ＲＷ内に浸漬し、ろ過処理を再開する。
【0040】
また、ファウリングの発生の判別は、ろ過ユニット１００を浸漬させた原水ＲＷから取り出して目視による確認によって行うこともできる。
【0041】
なお、圧力計を設置し、ろ過ユニット１００の膜間差圧を測定してもよい。また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを有する制御部を設け、圧力計の出力結果に基づいてろ過ユニット１００の膜間差圧が基準値以上となったか否かを判別するようにしてもよい。この場合の膜間圧差の基準値については前述の基準値と同様で構わない。また、洗浄器具を操作可能なロボットを設け、ファウリングが発生していると判別した場合に、ろ過ユニット１００の各膜表面を自動的に洗浄するようにしてもよい。ロボットは、例えば制御部の制御により動作するようにしてもよい。
【0042】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、ろ過ユニット１００に平膜型であってかつ逆浸透膜よりも孔径が大きい第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０を用いることで、高精度かつ低圧で原水ＲＷのろ過処理を行うことができる。すなわち、本実施の形態の水処理方法では、従来におけるろ過膜装置では必須とされている、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理の工程を経る必要がなくなる。また、高性能な吸引ポンプを用いる必要がなくなる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０の供給側の膜表面や孔内でのファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減することができる。また、第１のナノろ過膜１２０および第２のナノろ過膜１３０の不純物の目詰まりを抑制できるので、膜間差圧（ろ過抵抗）の上昇を抑制でき、吸引ポンプ４０等の運転エネルギーのコストならびに水処理システム全体の設備コストを削減できる。そのため、高度な水処理設備が不足する途上国や、自然災害等により既存の水処理施設が機能停止に陥った被災地等において、短時間で低コストに原水ＲＷの浄化および飲料水の供給が可能となる。
【0043】
また、本実施の形態のろ過膜装置１Ａによれば、ろ過ユニット１００を平膜型で構成するため、膜表面に付着、沈殿した不純物（付着物）を除去する場合には、ろ過ユニット１００を浸漬させた原水から取り出して、スポンジ等の洗浄器具により膜表面を物理的に擦ることで簡便に不純物を除去できる。洗浄器具の材質については、ナノろ過膜の表面を損傷しない限り、特段制限されることはないが、例えば、ポリウレタン製のスポンジ等が例示される。これにより、従来におけるろ過膜装置において膜表面のファウリングを除去する際に行われてきた逆洗や化学洗浄（薬洗）処理が不要となり、特殊な設備・装置や化学薬品を要することなく、きわめて低コストにろ過膜表面のファウリングを除去することができる。ひいては、水処理システム全体のランニングコスト削減を図ることができる。
【0044】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、ろ過ユニット２００を構成する取水部２４０の構成が第１の実施の形態の取水部１４０とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
第２の実施の形態では、ろ過ユニット２００を構成する取水部２４０の構成が第１の実施の形態の取水部１４０とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【0045】
［ろ過ユニット２００の構成例］
図５Ａおよび図５Ｂは第２の実施の形態に係るろ過ユニット２００を示す斜視図であり、図６はろ過ユニット２００を示す分解斜視図である。図７Ａは第２の実施の形態に係るろ過ユニット２００を示す正面図であり、図７Ｂはろ過ユニット２００を示す側面図である。
図５Ａおよび図５Ｂは第２の実施の形態に係るろ過ユニット２００を示す斜視図であり、図６はろ過ユニット２００を示す分解斜視図である。図７Ａは第２の実施の形態に係るろ過ユニット２００を示す正面図であり、図７Ｂはろ過ユニット２００を示す側面図である。
【0046】
ろ過ユニット２００は、図５Ａ～図７Ｂに示すように、枠体２１０と、平膜型の第１のナノろ過膜２２０と、平膜型の第２のナノろ過膜２３０と、取水部２４０と、スペーサー２５０とを備える。第１のナノろ過膜２２０は、枠体２１０の第１の面２１０ｓに張り付けられる。第２のナノろ過膜２３０は、枠体２１０の第２の面２１０ｏに張り付けられる。第２の実施の形態に係るろ過ユニット２００は、図１に示したろ過膜装置１Ａにおいて、ろ過ユニット１００に代えて使用することができる。
【0047】
枠体２１０は、平面視略ロの字形状で構成される。枠体２１０の短辺部２１０Ｓには、外側に略Ｌ字状に突出する突出部２１２が設けられる。突出部２１２は、配管８４（図７Ｂ参照）等が取り付け可能なように枠体２１０部分よりも厚く形成される。突出部２１２には、後述する取水部２４０の出口を構成する開口部２１０ｄが形成される。開口部２１０ｄには配管８４が接続可能であり、配管８４には継手の一例であるヘッダー管８０が接続可能であり、ヘッダー管８０には排出配管７０（図７Ｂ参照）の一端部が接続可能である。
【0048】
取水部２４０は、枠体２１０および突出部２１２内に形成された流路２４０ａにより構成される。取水部２４０の処理水ＰＷの流れ方向の上流側端部には、空間Ｓに連通する開口部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃが形成される。開口部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは、枠体２１０の短辺部２１０Ｓの内壁面に所定の間隔を空けて並んで形成される。取水部２４０の処理水ＰＷの流れ方向の下流側端部には、配管８４に連通可能な開口部２１０ｄが形成される。開口部２１０ｄは、突出部２１２の枠体２１０とは反対側の端面２１２ａに形成される。取水部２４０を構成する流路２４０ａは、開口部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃと開口部２１０ｄとの間に亘って延在し、流路２４０ａの上流側端部が空間Ｓに連通すると共に、その下流側端部が枠体２１０の外側に連通することで、空間Ｓ内に流入したろ過処理された処理水ＰＷを排出配管７０に搬送する。
【0049】
スペーサー２５０は、例えば枠体２１０の内径と略同一の大きさを有する網目（メッシュ）状のシートで構成され、枠体２１０の内側に配置される。スペーサー２５０は、処理水ＰＷの流路を形成すると共に、空間Ｓ内が負圧になった場合に第１のナノろ過膜２２０と第２のナノろ過膜２３０とが大幅に接近または接触することを防止する。なお、スペーサー２５０の枠体２１０への取付方法は、第１の実施の形態で説明したスペーサー１５０と同様の取付方法を採用できる。
【0050】
ろ過ユニット２００は、図７Ｂに示すように、配管８４およびヘッダー管８０を介して排出配管７０に接続される。具体的には、開口部２１０ｄには配管８４の上流側端部が接続され、配管８４の下流側端部がヘッダー管８０の周面から突出する枝管に接続される。ヘッダー管８０を構成する主管の上流側端部は処理水ＰＷが漏れ出さないように閉塞され、ヘッダー管８０を構成する主管の下流側端部は排出配管７０に接続される。これにより、空間Ｓと排出配管７０とは、取水部２４０の流路２４０ａ、配管８４およびヘッダー管８０内に形成される流路によって連通する。なお、各部位の接続は、配管８４等の各種管にねじ溝を設けて締結するようにしてもよいし、ねじ等の別部品を用いて締結するようにしてもよいし、その他の公知の締結手段を採用してもよい。
【0051】
［ろ過ユニット２００の動作例］
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜２２０および第２のナノろ過膜２３０により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過して空間Ｓ内に流入する。空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷは、吸引ポンプ４０の駆動により開口部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃから取水部２４０内に流れ込み、取水部２４０の流路２４０ａを通過して開口部２１０ｄから排出される。開口部２１０ｄから排出された処理水ＰＷは、配管８４、ヘッダー管８０を経由して排出配管７０に流れ込んで目的の場所まで搬送される。
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜２２０および第２のナノろ過膜２３０により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過して空間Ｓ内に流入する。空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷは、吸引ポンプ４０の駆動により開口部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃから取水部２４０内に流れ込み、取水部２４０の流路２４０ａを通過して開口部２１０ｄから排出される。開口部２１０ｄから排出された処理水ＰＷは、配管８４、ヘッダー管８０を経由して排出配管７０に流れ込んで目的の場所まで搬送される。
【0052】
以上説明したように、第２の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、ろ過ユニット２００に平膜型の第１のナノろ過膜２２０等を用いることで、高精度かつ低圧で原水ＲＷのろ過処理を行うことができる。また、従来におけるナノろ過および逆浸透膜装置では必須とされている、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理の工程を経る必要がなくなる。さらに、高性能な吸引ポンプを用いる必要がなくなる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、第１のナノろ過膜２２０等の供給側でのファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減することができる。また、吸引ポンプ４０等の運転エネルギーのコストならびに水処理システム全体の設備コストを削減できる。そのため、高度な水処理設備が不足する途上国や、自然災害等により既存の水処理施設が機能停止に陥った被災地等において、短時間で低コストに原水ＲＷの浄化および飲料水の供給が可能となる。
【0053】
また、第２の実施の形態によれば、ろ過ユニット２００を平膜型で構成するため、膜表面に付着、沈殿した不純物を除去する場合には、ろ過ユニット２００を浸漬させた原水から取り出して、洗浄用具により膜表面を物理的に擦ることで簡便に不純物を除去できる。これにより、上述した第１の実施の形態と同様、従来の膜の洗浄工程において行われてきた、逆洗や薬洗等の操作が不要であり、特殊な設備・装置や化学薬品を要することなく、きわめて低コストにろ過膜表面のファウリングの除去が可能である。ひいては、水処理システム全体のランニングコスト削減を図ることができる。
【0054】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、ろ過ユニット３００を構成する取水部３４０を枠体３１０とは別部材で構成する点において上記第１の実施の形態とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
第３の実施の形態では、ろ過ユニット３００を構成する取水部３４０を枠体３１０とは別部材で構成する点において上記第１の実施の形態とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【0055】
【0056】
ろ過ユニット３００は、図８および図９に示すように、枠体３１０と、平膜型の第１のナノろ過膜３２０と、平膜型の第２のナノろ過膜３３０と、取水部３４０と、スペーサー３５０とを備える。第１のナノろ過膜３２０は、枠体３１０の第１の面３１０ｓに張り付けられる。第２のナノろ過膜３３０は、枠体３１０の第２の面３１０ｏに張り付けられる。第３の実施の形態に係るろ過ユニット３００は、図１に示したろ過膜装置１Ａにおいて、ろ過ユニット１００に代えて使用することができる。
【0057】
取水部３４０は、細長の円筒体で構成され、枠体３１０の短辺部３１０Ｓを幅方向（短辺部３１０Ｓに直交する方向）に貫通して取り付けられる。取水部３４０の一端側（上流側）が空間Ｓ内に延在し、取水部３４０の他端側（下流側）が枠体３１０の外側に延在する。取水部３４０の空間Ｓ内に延在する部位の周面には、空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷを取水部３４０に流すための複数の側面開口部３４０ａが形成される。複数の側面開口部３４０ａは、規則的またはランダムに配置することができる。取水部３４０の枠体３１０の外側に延在する部位の端面３４０ｅには、取水部３４０内に流入した処理水ＰＷを外部である排出配管７０に送るための出口開口部３４０ｂが形成される。出口開口部３４０ｂには、上述したヘッダー管８０や配管８４等を介して排出配管７０が接続される。
【0058】
スペーサー３５０は、例えば枠体３１０の内径と略同一の大きさを有する網目（メッシュ）状のシートで構成され、枠体３１０の内側に配置される。スペーサー３５０の略中央部には、スペーサー３５０を枠体３１０の内側に配置したときに、取水部３４０との接触を避けるための開口部３５０ａが形成される。スペーサー３５０は、処理水ＰＷの流路を形成すると共に、空間Ｓ内が負圧になった場合に第１のナノろ過膜３２０と第２のナノろ過膜３３０とが大幅に接近または接触することを防止する。なお、スペーサー３５０の枠体３１０への取付方法は、第１の実施の形態で説明したスペーサー１５０と同様の取付方法を採用できる。また、本実施の形態では、開口部３５０ａを取水部３４０の外形よりも若干大きい形状で形成したが、スペーサー３５０が取水部３４０に接触しない、又は処理水ＰＷの側面開口部３４０ａへの流入を妨げない形状であれば図８、図９に示す形状以外を採用してもよい。
【0059】
［ろ過ユニット３００の動作例］
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜３２０および第２のナノろ過膜３３０により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過して空間Ｓ内に流入する。空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷは、吸引ポンプ４０（図１参照）の駆動により、取水部３４０の側面開口部３４０ａから取水部３４０内に流入して出口開口部３４０ｂから排出される。出口開口部３４０ｂから排出された処理水ＰＷは、ヘッダー管８０等を経由して排出配管７０に流入して目的の場所まで搬送される。
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜３２０および第２のナノろ過膜３３０により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過して空間Ｓ内に流入する。空間Ｓ内に流入した処理水ＰＷは、吸引ポンプ４０（図１参照）の駆動により、取水部３４０の側面開口部３４０ａから取水部３４０内に流入して出口開口部３４０ｂから排出される。出口開口部３４０ｂから排出された処理水ＰＷは、ヘッダー管８０等を経由して排出配管７０に流入して目的の場所まで搬送される。
【0060】
以上説明したように、第３の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、高精度かつ低圧で原水ＲＷのろ過処理を行うことができる。また、本実施の形態の水処理方法では、従来におけるろ過膜装置では必須とされている、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理の工程を経る必要がなくなる。さらに、高性能な吸引ポンプを用いる必要がなくなる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、第１のナノろ過膜３２０等の供給側でのファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減することができる。また、吸引ポンプ４０等の運転エネルギーのコストならびに水処理システム全体の設備コストを削減できる。そのため、高度な水処理設備が不足する途上国や、自然災害等により既存の水処理施設が機能停止に陥った被災地等において、短時間で低コストに原水ＲＷの浄化および飲料水の供給が可能となる。
【0061】
また、第３の実施の形態によれば、ろ過ユニット３００を平膜型で構成するため、洗浄器具により膜表面を簡便に洗浄できる。そのため、上述した第１の実施の形態と同様、従来の膜の洗浄工程において行われてきた、逆洗や薬洗等の操作が不要であり、特殊な設備・装置や化学薬品を要することなく、きわめて低コストにろ過膜表面のファウリングの除去が可能である。ひいては、水処理システム全体のランニングコスト削減を図ることができる。第３の実施の形態によれば、取水部３４０を空間Ｓの内部まで延在させるので、ろ過処理されて空間Ｓに流入した処理水ＰＷを効率的かつ円滑に取水部３４０内に取り込むことができる。
【0062】
＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態では、ろ過膜の一端側を一対の枠体で挟み込んでろ過ユニット４００を構成する点において第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００等とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
第４の実施の形態では、ろ過膜の一端側を一対の枠体で挟み込んでろ過ユニット４００を構成する点において第１の実施の形態に係るろ過ユニット１００等とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【0063】
［ろ過ユニット４００の構成例］
図１０は第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００を示す斜視図であり、図１１はろ過ユニット４００を示す分解斜視図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００の上枠体４６０を示す斜視図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００の下枠体４７０を示す斜視図である。図１４Ａは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００を示す正面図であり、図１４Ｂはその側面図である。なお、図１４Ｂでは、上枠体４６０を便宜上省略している。
図１０は第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００を示す斜視図であり、図１１はろ過ユニット４００を示す分解斜視図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００の上枠体４６０を示す斜視図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００の下枠体４７０を示す斜視図である。図１４Ａは、第４の実施の形態に係るろ過ユニット４００を示す正面図であり、図１４Ｂはその側面図である。なお、図１４Ｂでは、上枠体４６０を便宜上省略している。
【0064】
【0065】
複合体４１０は、図１１に示すように、平膜型の第１のナノろ過膜４２０と、第２のナノろ過膜４３０と、スペーサー４５０と、を有する。複合体４１０は、２枚の第１のナノろ過膜４２０および第２のナノろ過膜４３０によりスペーサー４５０を挟み込み、これらろ過膜の周縁部の３辺（図１１の一点鎖線）を熱圧着することで一体的に形成される。複合体４１０の熱圧着されていない短辺４１０ａ側は封筒状に開口しており、その開口部４１２は２枚の第１のナノろ過膜４２０及び第２のナノろ過膜４３０でろ過処理された処理水ＰＷが排出される排出口となっている。本実施の形態では、複合体４１０の短辺４１０ａ側が後述する下枠体４７０の中段の開口部４７０ａに差し込まれ、複合体４１０の開口部４１２と下枠体４７０の開口部４７０ａとが連通するようになっている。スペーサー４５０は、処理水ＰＷの流路を形成すると共に、第１のナノろ過膜４２０と第２のナノろ過膜４３０との間の空間が負圧になった場合に対向する第１のナノろ過膜４２０および第２のナノろ過膜４３０が大幅に接近または接触することを防止する。
【0066】
上枠体４６０は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、細長の略直方体により構成され、下枠体４７０に嵌合することで複合体４１０を挟持する。上枠体４６０の下枠体４７０と対向する面は、段差部４６２により２段構成となっている。段差部４６２は、下段側の第１面４６２ｂと、上段側の第２面４６２ａと、を有する。下枠体４７０と対向する第１面４６２ｂには、複合体４１０の短辺４１０ａ側を収容しつつ挟持するための切り欠き部４６４が形成される。切り欠き部４６４の深さは複合体４１０の厚みと略同一であり、切り欠き部４６４の幅方向は複合体４１０の短辺４１０ａの長さと略同一である。
【0067】
下枠体４７０は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、細長の略直方体により構成され、上枠体４６０が嵌合されることで複合体４１０を挟持する。下枠体４７０の上枠体４６０と対向する面は、下段、中段、上段の３段構成となっている。下段及び中段を構成する段差部４７２は、下段側の第１面４７２ａと、中段側の第2面４７２ｂと、第１面４７２ａと第２面４７２ｂとを接続して段差を形成する第３面４７２ｃと、を有する。第３面４７２ｃには、取水部４４０の入口として機能する開口部４７０ａが形成される。開口部４７０ａは、下枠体４７０の長手方向に沿って形成され、複合体４１０の短辺４１０ａと略同一の長さを有する。開口部４７０ａには、複数の仕切り部材４７０ｂが所定の間隔をあけて配置される。なお、下枠体４７０は、中段部と下段部とを別部品で構成し、これらの部品を組み合わせることで開口部４７０ａを形成してもよい。
【0068】
本実施の形態では、図１０および図１１に示すように、下枠体４７０の開口部４７０ａに複合体４１０が差し込まれた状態で、上枠体４６０が下枠体４７０に接着剤を使用して固定される。具体的には、上枠体４６０の第２面４６２ａが下枠体４７０の対向する第２面４７２ｂに貼り付けられ、上枠体４６０の第１面４６２ｂが下枠体４７０の対向する第１面４７２ａに貼り付けられる。複合体４１０の短辺４１０ａ側は、上枠体４６０と下枠体４７０とによって挟持されるが、上枠体４６０に形成された切り欠き部４６４によって押しつぶされることはない。
【0069】
下枠体４７０の上段部には、図１３Ａおよび図１３Ｂ等に示すように、外側に略Ｌ字状に突出する突出部４７４が設けられる。突出部４７４は、配管８４（図参照）等が取り付け可能なように下枠体４７０部分よりも厚く形成される。突出部４７４の複合体４１０とは反対側の端面４７４ａには、取水部４４０の出口を構成する開口部４７０ｃが形成される。また、図１３Ｂ等に示すように、下枠体４７０の中段部であってその長手方向の略中央部には、外側に突出する突設部４７６が形成される。突設部４７６は、複数のろ過ユニットを連結させるための部位である。
【0070】
取水部４４０は、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、下枠体４７０および突出部４７４内に形成された流路４４０ａにより構成される。下枠体４７０に形成される開口部４７０ａは、取水部４４０の処理水ＰＷの流れ方向の上流側端部に設けられ、流路４４０ａの入口として機能する。突出部４７４に形成される開口部４７０ｃは、取水部４４０の処理水ＰＷの流れ方向の下流側端部に設けられ、流路４４０ａの出口として機能する。流路４４０ａは、開口部４７０ａと開口部４７０ｃとの間に亘って延在し、複合体４１０の第１のナノろ過膜４２０と第２のナノろ過膜４３０とで囲まれた空間に流入したろ過処理された処理水ＰＷを排出配管７０に搬送する。
【0071】
ろ過ユニット４００は、図１４Ｂに示すように、配管８４およびヘッダー管８０を介して排出配管７０に接続される。具体的には、開口部４１０ｃには配管８４の上流側端部が接続され、配管８４の下流側端部がヘッダー管８０の周面から突出する枝管に接続される。ヘッダー管８０を構成する主管の上流側端部は処理水ＰＷが漏れ出さないように閉塞され、ヘッダー管８０を構成する主管の下流側端部は排出配管７０に接続される。これにより、複合体４１０と排出配管７０とは、取水部４４０の流路４４０ａ、配管８４およびヘッダー管８０内に形成される流路によって連通する。
【0072】
［ろ過ユニット４００の動作例］
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜４２０および第２のナノろ過膜４３０の供給側から排出側に透過することで不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、これらの膜の内側に配置されたスペーサー４５０を介して複合体４１０の開口部４１２から排出され、吸引ポンプ４０の駆動により下枠体４７０の開口部４７０ａから取水部４４０内に流れ込む。取水部４４０に流れ込んだ処理水ＰＷは、流路４４０ａを通過して突出部４７４の開口部４７０ｃから排出される。開口部４７０ｃから排出された処理水ＰＷは、配管８４、ヘッダー管８０を経由して排出配管７０に流れ込んで目的の場所まで搬送される。
処理槽３０に供給された原水ＲＷは、第１のナノろ過膜４２０および第２のナノろ過膜４３０の供給側から排出側に透過することで不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、これらの膜の内側に配置されたスペーサー４５０を介して複合体４１０の開口部４１２から排出され、吸引ポンプ４０の駆動により下枠体４７０の開口部４７０ａから取水部４４０内に流れ込む。取水部４４０に流れ込んだ処理水ＰＷは、流路４４０ａを通過して突出部４７４の開口部４７０ｃから排出される。開口部４７０ｃから排出された処理水ＰＷは、配管８４、ヘッダー管８０を経由して排出配管７０に流れ込んで目的の場所まで搬送される。
【0073】
以上説明したように、第４の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、ろ過ユニット４００に平膜型の第１のナノろ過膜４２０等を用いることで、高精度かつ低圧で原水ＲＷのろ過処理を行うことができる。また、従来におけるナノろ過および逆浸透膜装置では必須とされている、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理の工程を経る必要がなくなる。さらに、高性能な吸引ポンプを用いる必要がなくなる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、第１のナノろ過膜４２０等の供給側でのファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減することができる。また、吸引ポンプ４０等の運転エネルギーのコストならびに水処理システム全体の設備コストを削減できる。そのため、高度な水処理設備が不足する途上国や、自然災害等により既存の水処理施設が機能停止に陥った被災地等において、短時間で低コストに原水ＲＷの浄化および飲料水の供給が可能となる。
【0074】
また、第４の実施の形態によれば、ろ過ユニット４００を平膜型で構成するため、膜表面に付着、沈殿した不純物を除去する場合には、ろ過ユニット４００を浸漬させた原水から取り出して、洗浄用具により膜表面を物理的に擦ることで簡便に不純物を除去できる。これにより、上述した第１の実施の形態と同様、従来の膜の洗浄工程において行われてきた、逆洗や薬洗等の操作が不要であり、特殊な設備・装置や化学薬品を要することなく、きわめて低コストにろ過膜表面のファウリングの除去が可能である。ひいては、水処理システム全体のランニングコスト削減を図ることができる。
【0075】
＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態では、ろ過膜装置１Ｂにおいて複数個のろ過ユニット１００を並列に配置する点においてろ過ユニット１００を単体で用いる上記第１の実施の形態とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
第５の実施の形態では、ろ過膜装置１Ｂにおいて複数個のろ過ユニット１００を並列に配置する点においてろ過ユニット１００を単体で用いる上記第１の実施の形態とは相違している。なお、上述した第１の実施の形態に係るろ過膜装置１Ａおよびろ過ユニット１００と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号または名称を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【0076】
［ろ過膜装置１Ｂの構成例］
図１５Ａは、第５の実施の形態に係るろ過膜装置１Ｂの構成例を示す図である。
図１５Ａは、第５の実施の形態に係るろ過膜装置１Ｂの構成例を示す図である。
【0077】
ろ過膜装置１Ｂは、図１５Ａに示すように、供給ポンプ２０と、処理槽３０と、吸引ポンプ４０と、複数個のろ過ユニット１００とを備える。水源１０と処理槽３０との間には、供給配管６０が設けられる。処理槽３０と処理水の供給場所との間には、排出配管７０が設けられる。排出配管７０は、各ろ過ユニット１００の取水部１４０のそれぞれに連通している。
【0078】
複数個のろ過ユニット１００は、例えば容器９０内に収容され、膜平面が互いに平行になるように平面方向に対して直交する方向に並んで配置される。本実施の形態では、８個のろ過ユニット１００を配置しているが、これに限定されることはなく、２個以上のろ過ユニット１００であればよい。また、ろ過ユニット１００に代えて、上述した第２の実施の形態のろ過ユニット２００を用いてもよいし、第３の実施の形態のろ過ユニット３００を用いてもよいし、これら３つのユニットのうち少なくとも２個以上のろ過ユニットを組み合わせて構成してもよい。
【0079】
図１５Ｂは、第５の実施の形態において、第１の実施の形態に係る複数個のろ過ユニット１００をヘッダー管８０に取り付けた場合におけるろ過膜装置１Ｂの構成例を示す図である。なお、図１５Ｂのろ過膜装置１Ｂは、図２等に示したろ過ユニット１００を用いたものであるため、図２等と共通する構成要素については詳細な説明を省略する。
【0080】
図１５Ｂに示すように、複数個のろ過ユニット１００は、ヘッダー管８０に所定の間隔を空けて串刺し状に取り付けられる。ろ過ユニット１００の枠体１１０の両側面のそれぞれにはＯリング８２，８２が装着され、各ろ過ユニット１００がＯリング８２，８２によって挟持された状態でヘッダー管８０の所定位置に固定される。ヘッダー管８０の周面であって、各ろ過ユニット１００が取り付けられる位置には、厚み方向に貫通する側壁孔が形成され、ろ過ユニット１００がヘッダー管８０に取り付けられると側壁孔とろ過ユニット１００の開口部１１０ｄとが連通するように構成される。これにより、各ろ過ユニット１００内の空間Ｓと排出配管７０とが取水部１４０の流路１４０ａおよびヘッダー管８０内に形成される流路により連通し、ろ過処理された処理水ＰＷを目的の場所まで搬送することができる。
【0081】
図１５Ｃは、第５の実施の形態において、第２の実施の形態に係る複数個のろ過ユニット２００をヘッダー管８０に取り付けた場合におけるろ過膜装置１Ｂの構成例を示す図である。なお、図１５Ｂのろ過膜装置１Ｂは、図５Ａ等に示したろ過ユニット２００を用いたものであるため、図５Ａ等と共通する構成要素については詳細な説明を省略する。
【0082】
図１５Ｃに示すように、複数個のろ過ユニット２００のそれぞれは、配管８４を介してヘッダー管８０の周面から突出して設けられる枝管に接続される。ヘッダー管８０の上流側端部は閉塞され、ヘッダー管８０の下流側端部は排出配管７０が接続される。これにより、各ろ過ユニット２００内の空間Ｓと排出配管７０とが取水部２４０の流路２４０ａ、配管８４およびヘッダー管８０内に形成される流路により連通し、ろ過処理された処理水ＰＷを目的の場所まで搬送することができる。
【0083】
以上説明したように、第５の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態の効果に加えて、ろ過ユニット１００を複数個並列に配置するので、不純物を確実に除去することができ、高精度のろ過処理を実現できる。
【0084】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。
【0085】
例えば、第１の実施の形態では、取水部１４０を構成する流路を枠体１１０および突出部１１２に亘って設けたが、この流路構成に限定されることはない。例えば、流路を枠体１１０のみに形成し、枠体１１０内の流路の出口側に開口部を設けて排出配管７０の一端部を接続させるようにしてもよい。また、第２の実施の形態の取水部２４０についても同様の構成を採用できる。
【0086】
また、第１から第５の実施の形態では、ろ過ユニット１００等を構成する第１のナノろ過膜１２０等の各膜を平面視矩形状の平膜型で構成したが、この形状に限定されることはなく、例えば平面視円形状の膜であってもよい。この場合、枠体１１０等についても膜の形状に合わせて円形状等に構成することが好ましい。
【0087】
以下に、実施例を示す。
【実施例0088】
（実施例１：ろ過ユニットを用いた水処理方法による処理水の水質分析）
平膜状のナノろ過膜として市販のポリアミド薄膜複合膜であるＮＦ２７０膜(膜厚０．１３ｍｍ、孔径１ｎｍ程度；DuPont/Filmtec, Midland, MI, USA)を使用した。第１の実施の形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にＮＦ２７０膜の小片をそれぞれ１枚ずつ貼り付け、ろ過ユニットを組み立てた。このろ過ユニットにおける有効膜面積は、０．０１２ｍ２であった。原水ＲＷとして、浄水場に流入するダム水と河川水の混合原水を３Ｌ容器に連続的に４０ｍＬ／ｍｉｎで分注した後、上記のとおり組み立てたろ過ユニットを原水ＲＷ中に浸漬した。その後、膜透過流束４Ｌｍ－２ｈ－１（処理流量０．８ｍＬ／ｍｉｎ）にて３５日間連続して水処理を行った。貯水槽である３Ｌ容器内では、原水ＲＷの曝気も攪拌も行わなかった。
なお、比較例として、同一地点より採取したダム水を原水ＲＷとして、従来の急速砂ろ過システムによるろ過処理を行った。
平膜状のナノろ過膜として市販のポリアミド薄膜複合膜であるＮＦ２７０膜(膜厚０．１３ｍｍ、孔径１ｎｍ程度；DuPont/Filmtec, Midland, MI, USA)を使用した。第１の実施の形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にＮＦ２７０膜の小片をそれぞれ１枚ずつ貼り付け、ろ過ユニットを組み立てた。このろ過ユニットにおける有効膜面積は、０．０１２ｍ２であった。原水ＲＷとして、浄水場に流入するダム水と河川水の混合原水を３Ｌ容器に連続的に４０ｍＬ／ｍｉｎで分注した後、上記のとおり組み立てたろ過ユニットを原水ＲＷ中に浸漬した。その後、膜透過流束４Ｌｍ－２ｈ－１（処理流量０．８ｍＬ／ｍｉｎ）にて３５日間連続して水処理を行った。貯水槽である３Ｌ容器内では、原水ＲＷの曝気も攪拌も行わなかった。
なお、比較例として、同一地点より採取したダム水を原水ＲＷとして、従来の急速砂ろ過システムによるろ過処理を行った。
【0089】
水質分析の指標として、典型的な水質指標である（１）色、（２）波長２５４ｎｍにおける吸光度（Ｅ２５４）、（３）全有機体炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）、（４）導電率を用いて処理水の水質を評価した。水中のフミン酸濃度の指標であるＥ２５４とＴＯＣは、発がん性物質として知られるトリハロメタン類（ＴＨＭｓ）の生成との相関が示唆されている。また、これらの溶存有機物は、処理水ＰＷを飲料水として使用するために後処理で添加される塩素（カルキ）と反応し、処理水ＰＷ中の塩素を消費してしまう可能性が示唆されている。そのため、塩素による消毒作用が十分に発揮されないおそれがあり、Ｅ２５４とＴＯＣの値が低い方が飲料水に適しているとされている。
【0090】
図１６Ａは実施例１のろ過ユニットによる処理水ＰＷの水質分析の結果を示している。図１６Ｂは比較例の高速砂ろ過法による処理水ＰＷの水質分析の結果を示している。水質指標の（１）色については、実施例１と比較例のいずれも９０％以上の除去率を示すことが確認された。通常、原水ＲＷの色の原因となる物質は、高速砂ろ過法により水処理でろ過工程の前処理として行われている、薬剤の添加による凝集と塩素添加によって除去することができる。一方、実施例１のろ過ユニットを用いた水処理方法では、前述の前処理が行われていないにも関わらず高速砂ろ過法と遜色ない色の除去率を示すことが確認された。
【0091】
また、図１６Ａに示したように、実施例１のろ過ユニットを用いた水処理方法では、水質指標の（２）Ｅ２５４の除去率が８０％～９３％であり、（３）ＴＯＣの除去率は６９％～８５％であった。一方、図１６Ｂに示したように、比較例の高速砂ろ過法による処理水については、（２）Ｅ２５４の除去率が６８～８５％であり、（３）ＴＯＣの除去率は２５～５７％であった。以上の結果から、平膜状のナノろ過膜を用いたろ過ユニットによる水処理方法では、従来の急速砂ろ過法よりも処理水中の有機物および溶存イオンの除去率が高いことが確認された。
【0092】
なお、図１６Ａに示したように、実施例１のろ過ユニットを用いた水処理方法では、水質指標の（４）導電率の減少率が２５％～３１％であった。一方、図１６Ｂに示したように、比較例の高速砂ろ過法による処理水については、（４）導電率の現象率が－７～－１％となり、逆に導電率の上昇が認められた。実施例１のろ過ユニットによる処理水において導電率の低下が比較的低いのは、ナノろ過膜が１価のイオンを通過させるという特性によるものと考えられる。一方、比較例の高速砂ろ過法による処理水の導電率が上昇した原因としては、前処理工程で使用されたポリ塩化アルミニウム凝集剤と次亜塩素酸ナトリウムにより、溶存イオンが増加したことが考えられる。
【0093】
したがって、実施例１のろ過ユニットを用いた水処理方法は、従来の急速砂ろ過法と比較して、原水ＲＷ中の不純物を凝集・除去する工程を含まないにも関わらず、１価のイオンを除く水質の浄化性能が従来法よりも高い。そのため、より高精度な原水のろ過処理を行うことができ、しかも低コストで高度処理水を得ることができる。
【0094】
（実施例２：ろ過膜ユニットの膜間圧差の測定試験）
ナノろ過膜として市販の複合ポリアミド膜であるＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２（Nitto/Hydranautics; Osaka, Japan）を使用した。ＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２膜は、集水管の外部に平膜状の分離膜（ナノろ過膜）が巻回されたいわゆるスパイラル型の膜エレメントである。このスパイラル型の膜エレメントから平膜状のナノろ過膜（膜厚０．１５ｍｍ、孔径１ｎｍ程度）を適宜剥離して、膜小片を切り出した。得られた２枚の膜小片を、第１の実施の形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にそれぞれ張り付けて、有効表面積６０ｃｍ２のろ過膜ユニットを作成した。
ナノろ過膜として市販の複合ポリアミド膜であるＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２（Nitto/Hydranautics; Osaka, Japan）を使用した。ＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２膜は、集水管の外部に平膜状の分離膜（ナノろ過膜）が巻回されたいわゆるスパイラル型の膜エレメントである。このスパイラル型の膜エレメントから平膜状のナノろ過膜（膜厚０．１５ｍｍ、孔径１ｎｍ程度）を適宜剥離して、膜小片を切り出した。得られた２枚の膜小片を、第１の実施の形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にそれぞれ張り付けて、有効表面積６０ｃｍ２のろ過膜ユニットを作成した。
【0095】
上記のとおり組み立てたろ過膜ユニットを、ろ過処理用の貯留槽（以下、ろ過槽と呼称する）である２Ｌガラスビーカーに注水したＲＯ水中に７２時間浸漬し、ナノろ過膜を安定化させた。安定化工程の後、レベルセンサー付き自動注入ポンプ（WLC-SA, AS ONE社，大阪）を使用して、２Ｌガラスビーカーを用いた原水ＲＷの貯留槽（以下、原水槽と呼称する）から原水ＲＷをろ過槽に送液・供給し、ろ過槽中のＲＯ水を原水ＲＷに置き換えた。原水ＲＷとしては下水二次処理水（下水を活性汚泥処理した水）を使用した。ＲＯ水から原水ＲＷへの置換が完了後、吸引ポンプ（MP-2000, 東京理科器械）を用いて膜透過流束３Ｌｍ－２ｈ－１（処理流量０．３ｍＬ／ｍｉｎ）にてろ過膜ユニットに原水ＲＷを通過させ、４８日間連続して水処理を行った。また、水処理開始から４８日目に、原水ＲＷが満たされたろ過槽よりろ過膜ユニットを引き揚げ、膜表面に発生したファウリングをポ
リウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした後、ろ過膜ユニットをろ過槽内の原水ＲＷ中に浸漬し直した。なお、ろ過処理前の原水ＲＷについては、原水槽内にてマグネチックスターラー（RS-1DN, AS ONE, Osaka, Japan）を使用して攪拌しつつ、細菌等の増殖を抑えるためチラー（NCB-500，東京理化学会，東京）を用いて水温４℃を維持した。ろ過処理中の原水ＲＷについては、ろ過槽内にて温度サーキュレーター（Thermax TM-1A，AS ONE，大阪）を用いて水温２５℃を維持した。また、ろ過処理により濃縮されたろ過槽の原水ＲＷ中における不純物の影響を排除するため、水処理開始から６日目ごとに原水槽中の原水ＲＷの全量を交換した。さらにまた、ろ過処理中は、通常、膜のファウリングを抑制するために行われる曝気や撹拌を行わなかった。膜間圧差については、デジタル圧力計（KDM30，Krone社，東京）を用いて測定した。
リウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした後、ろ過膜ユニットをろ過槽内の原水ＲＷ中に浸漬し直した。なお、ろ過処理前の原水ＲＷについては、原水槽内にてマグネチックスターラー（RS-1DN, AS ONE, Osaka, Japan）を使用して攪拌しつつ、細菌等の増殖を抑えるためチラー（NCB-500，東京理化学会，東京）を用いて水温４℃を維持した。ろ過処理中の原水ＲＷについては、ろ過槽内にて温度サーキュレーター（Thermax TM-1A，AS ONE，大阪）を用いて水温２５℃を維持した。また、ろ過処理により濃縮されたろ過槽の原水ＲＷ中における不純物の影響を排除するため、水処理開始から６日目ごとに原水槽中の原水ＲＷの全量を交換した。さらにまた、ろ過処理中は、通常、膜のファウリングを抑制するために行われる曝気や撹拌を行わなかった。膜間圧差については、デジタル圧力計（KDM30，Krone社，東京）を用いて測定した。
【0096】
図１７に結果を示す。水処理開始直後には、およそ３７ｋＰａ～３９ｋＰａであった膜間圧差ＴＭＰの値が、経時的に上昇することが確認され、水処理開始から４８日が経過した時点で、ＴＭＰの値は３９ｋＰａから４２ｋＰａに上昇した。ＴＭＰの上昇割合を算出すると１日あたり０．０７２ｋＰａとなり、このＴＭＰの上昇は主に膜表面のファウリングによるものだと考えられる。また、水処理開始から４８日に、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした結果、ＴＭＰの値は３６ｋＰａまで低下した。以上の結果より、実施例のろ過膜装置では、従来のろ過膜装置と比較してファウリングを抑制することができ、しかも膜表面に発生したファウリングを化学薬品により洗浄することなく、物理的に擦るだけで簡便に除去できることが確認された。
【0097】
なお、図１７のグラフ中、水処理開始から６日目、１２日目、１８日目、２４日目、３０日目、３６日目、４２日目および４８日目に膜間圧差ＴＭＰの値が２つプロットされ、かつＴＭＰの値が垂直に降下しているのは、原水槽中の原水ＲＷの全交換が行われたことに起因する。
【0098】
（実施例３：下水一次処理水のろ過時におけるろ過膜ユニットの膜間圧差の測定試験ならびに処理水の水質分析）
ナノろ過膜として、以下の４種類の膜を使用した。
（ａ）実施例１で使用した市販のポリアミド薄膜複合膜であるＮＦ２７０
（ｂ）実施例２で使用した市販の複合ポリアミド膜であるＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２（以下、ＨＰ４０２と呼称する）
（ｃ）市販の複合ポリアミド膜であるHydranautics(R) Ｐｒｏ－ＸＳ２（Nitto/Hydranautics; Osaka, Japan）を使用した。Ｐｒｏ－ＸＳ２膜は、実施例２で使用したＨＰ４０２と同様、集水管の外部に平膜状の分離膜（ナノろ過膜）が巻回されたいわゆるスパイラル型の膜エレメントである。このスパイラル型の膜エレメントから平膜状のナノろ過膜を適宜剥離して、膜小片を切り出して使用した。
（ｄ）市販のポリアミド薄膜複合膜であるFortilifeTM ＸＣ－Ｎ膜；DuPont/Filmtec, Midland, MI, USA)
上記４種類の平膜状のナノろ過膜を、第２の実施形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にそれぞれ張り付けて、有効表面積５６ｃｍ２のろ過膜ユニットを４基作成した。
ナノろ過膜として、以下の４種類の膜を使用した。
（ａ）実施例１で使用した市販のポリアミド薄膜複合膜であるＮＦ２７０
（ｂ）実施例２で使用した市販の複合ポリアミド膜であるＨＹＤＲＡｐｒｏ ４０２（以下、ＨＰ４０２と呼称する）
（ｃ）市販の複合ポリアミド膜であるHydranautics(R) Ｐｒｏ－ＸＳ２（Nitto/Hydranautics; Osaka, Japan）を使用した。Ｐｒｏ－ＸＳ２膜は、実施例２で使用したＨＰ４０２と同様、集水管の外部に平膜状の分離膜（ナノろ過膜）が巻回されたいわゆるスパイラル型の膜エレメントである。このスパイラル型の膜エレメントから平膜状のナノろ過膜を適宜剥離して、膜小片を切り出して使用した。
（ｄ）市販のポリアミド薄膜複合膜であるFortilifeTM ＸＣ－Ｎ膜；DuPont/Filmtec, Midland, MI, USA)
上記４種類の平膜状のナノろ過膜を、第２の実施形態において示した樹脂製の枠体の表面および裏面にそれぞれ張り付けて、有効表面積５６ｃｍ２のろ過膜ユニットを４基作成した。
【0099】
上記のとおり組み立てたろ過膜ユニットを、ろ過処理用の貯留槽（以下、ろ過槽と呼称する）である２Ｌガラスビーカーに注水したＲＯ水中に７２時間浸漬し、ナノろ過膜を安定化させた。安定化工程の後、レベルセンサー付き自動注入ポンプ（WLC-SA, AS ONE社，大阪）を使用して、２Ｌガラスビーカーを用いた原水ＲＷの貯留槽（以下、原水槽と呼称する）から原水ＲＷをろ過槽に送液・供給し、ろ過槽中のＲＯ水を原水ＲＷに置き換えた。原水ＲＷとしては下水一次処理水（下水中の固形物や油脂などを沈殿または浮上させ、分離除去を行った水）を使用した。すなわち、実施例１ならびに２と比較して、微小な不純物の含有量が多い水を原水ＲＷとして用いた。ＲＯ水から原水ＲＷへの置換が完了後、吸引ポンプ（MP-2000, 東京理科器械）を用いて膜透過流束３Ｌｍ－２ｈ－１（処理流量０．３ｍＬ／ｍｉｎ）にてろ過膜ユニットに原水ＲＷを通過させ、８日間連続して水処理を行った。また、水処理開始から４日目および８日目に、原水ＲＷが満たされたろ過槽よりろ過膜ユニットを引き揚げ、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした後、ろ過膜ユニットをろ過槽内の原水ＲＷ中に浸漬し直した。なお、ろ過処理前の原水ＲＷについては、原水槽内にてマグネチックスターラー（RS-1DN, AS ONE, Osaka, Japan）を使用して攪拌しつつ、細菌等の増殖を抑えるためチラー（NCB-500，東京理化学会，東京）を用いて水温４℃を維持した。ろ過処理中の原水ＲＷについては、ろ過槽内にて温度サーキュレーター（Thermax TM-1A，AS ONE，大阪）を用いて水温２０℃を維持した。さらにまた、ろ過処理中は、通常、膜のファウリングを抑制するために行われる曝気や撹拌を行わなかった。膜間圧差については、デジタル圧力計（KDM30，Krone社，東京）を用いて測定した。
【0100】
また、水質分析の指標として、典型的な水質指標である（１）色、（２）全有機体炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）、（３）導電率を用いて処理水の水質を評価した。
【0101】
図１８に膜間圧差の結果を示す。水処理開始直後には、およそ３７ｋＰａ～３９ｋＰａであった（ａ）ＮＦ２７０膜の膜間圧差ＴＭＰの値が、経時的に上昇することが確認され、水処理開始から４日が経過した時点で、ＴＭＰの値は７５ｋＰａ～８９ｋＰａに上昇した。ＴＭＰの上昇割合を算出すると１日あたり約１０ｋＰａとなり、このＴＭＰの上昇は主に膜表面のファウリングによるものだと考えられる。また、水処理開始から４日目および８日目に、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした結果、ＴＭＰの値は４０ｋＰａまで低下した。
【0102】
同様に、水処理開始直後には、およそ４０ｋＰａ～４３ｋＰａであった（ｂ）ＨＰ４０２膜の膜間圧差ＴＭＰの値が、経時的に上昇することが確認され、水処理開始から４日が経過した時点で、ＴＭＰの値は７０ｋＰａから７５ｋＰａに上昇した。ＴＭＰの上昇割合を算出すると１日あたり約８．９ｋＰａとなった。水処理開始から４日目および８日目に、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした結果、ＴＭＰの値は５７ｋＰａまで低下した。
【0103】
（ｃ）Ｐｒｏ－ＸＳ２膜では、水処理開始直後には、およそ６２ｋＰａ～６４ｋＰａであった膜間圧差ＴＭＰの値が、経時的に上昇することが確認され、水処理開始から４日が経過した時点で、ＴＭＰの値は１０５ｋＰａに上昇した。ＴＭＰの上昇割合を算出すると１日あたり約１０ｋＰａとなった。また、水処理開始から４日目および８日目に、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした結果、ＴＭＰの値は６６ｋＰａまで低下した。
【0104】
（ｄ）ＸＣ－Ｎ膜では、水処理開始直後には、およそ４８ｋＰａ～５１ｋＰａであった膜間圧差ＴＭＰの値が、経時的に上昇することが確認され、水処理開始から４日が経過した時点で、ＴＭＰの値は９５ｋＰａ～１００ｋＰａに上昇した。ＴＭＰの上昇割合を算出すると１日あたり約８ｋＰａとなった。また、水処理開始から４日目および８日目に、膜表面に発生したファウリングをポリウレタン製のスポンジでやさしく擦り落とした結果、ＴＭＰの値は６２ｋＰａまで低下した。
【0105】
以上の結果より、実施例のろ過膜装置では、実施例１ならびに２と比較して、微小な不純物の含有量が多い水を原水ＲＷとして用いた場合であっても、従来のろ過膜装置と比較してファウリングを抑制することができることが確認された。しかも膜表面に発生したファウリングを化学薬品により洗浄することなく、物理的に擦るだけで簡便に除去できることが確認された。
【0106】
図１９に水質分析の結果を示す。水質指標の（１）色については、ＮＦ２７０膜、ＨＰ４０２膜、Ｐｒｏ－ＸＳ２膜ならびにＸＣ－Ｎ膜のいずれも９０％以上の除去率を示すことが確認された。実施例１と同様に、実施例３のろ過ユニットを用いた水処理方法では、前述の化学薬品のよる前処理が行われていないにも関わらず高速砂ろ過法と遜色ない色の除去率を示すことが確認された。
【0107】
また、図１９に示したように、実施例３のろ過ユニットを用いた水処理方法では、水質指標の（２）ＴＯＣの除去率についてもＮＦ２７０膜、ＨＰ４０２膜、Ｐｒｏ－ＸＳ２膜ならびにＸＣ－Ｎ膜のいずれも９０％以上であった。すなわち、実施例３の平膜状のナノろ過膜を用いたろ過ユニットによる水処理方法では、実施例１と同様に処理水中の有機物および溶存イオンの除去率が高いことが確認された。一方、水質指標の（３）導電率の減少率については、ＮＦ２７０膜、ＨＰ４０２膜ともに２２％～２５％程度であった。一方、Ｐｒｏ－ＸＳ２膜、ＸＣ－Ｎ膜では、導電率の減少率がともに２８％程度であった。実施例３のろ過ユニットによる処理水において導電率の低下が比較的低いのは、ナノろ過膜が１価のイオンを通過させるという特性によるものと考えられる。
【0108】
したがって、実施例３のろ過膜ユニットを用いた水処理方法は、実施例１ならびに２と比較して、微小な不純物の含有量が多い水を原水ＲＷとして用いた場合であっても、原水ＲＷ中の不純物を薬剤により凝集・除去する工程を含まないにも関わらず、１価のイオンを除く水質の浄化性能が従来法よりも高い。そのため、より高精度な原水のろ過処理を行うことができ、しかも低コストで高度処理水を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0109】
本発明のろ過ユニットによれば、ろ過ユニットに平膜型の第１のナノろ過膜および第２のナノろ過膜を用いることで、浄化対象である原水に対し従来行われてきた前処理の工程を必要とすることなく、高精度かつ低圧で原水のろ過処理を行うことができる。これにより、高度処理水を得ることができると共に、ファウリングを抑制でき、膜洗浄回数を削減できる。
【0110】
また、本発明の水処理方法によれば、ろ過ユニットに平膜型の第１のナノろ過膜および第２のナノろ過膜を用いることで、浄化対象である原水に対し従来行われてきた前処理の工程を必要とすることなく、高精度かつ低圧で原水のろ過処理を行うことができる。これにより、きわめて低コストで高度処理水を得ることができると共に、ファウリングが発生した場合でも化学薬品を用いることなく、簡便に膜表面を物理的に洗浄できる。そのため、高度な水処理設備が不足する途上国や、自然災害等により既存の水処理施設が機能停止に陥った被災地等において、短時間で低コストに原水ＲＷの浄化および飲料水の供給が可能となる。
【符号の説明】
【0111】
１Ａ，１Ｂ ろ過膜装置
４０ 吸引ポンプ
９０ 容器
１００，２００，３００，４００ ろ過ユニット
１１０，２１０，３１０ 枠体
１２０，２２０，３２０，４３０ 第１のナノろ過膜
１３０，２３０，３３０，４３０ 第２のナノろ過膜
１４０，２４０，３４０，４４０ 取水部
上枠体 ４６０
下枠体 ４７０
ＲＷ 原水
ＰＷ 処理水（透過水）
４０ 吸引ポンプ
９０ 容器
１００，２００，３００，４００ ろ過ユニット
１１０，２１０，３１０ 枠体
１２０，２２０，３２０，４３０ 第１のナノろ過膜
１３０，２３０，３３０，４３０ 第２のナノろ過膜
１４０，２４０，３４０，４４０ 取水部
上枠体 ４６０
下枠体 ４７０
ＲＷ 原水
ＰＷ 処理水（透過水）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】