特開 2025-100751 水処理装置及び水処理方法

(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】P2025100751

(43)【公開日】2025-07-03

(54)【発明の名称】水処理装置及び水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20250626BHJP

   B01D 63/02 20060101ALI20250626BHJP

   B01D 65/10 20060101ALI20250626BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 B

B01D63/02

B01D65/10

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2025067817

(22)【出願日】2025-04-17

(62)【分割の表示】P 2021077408の分割

【原出願日】2021-04-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001085

【氏名又は名称】株式会社クラレ

(74)【代理人】

【識別番号】110004303

【氏名又は名称】弁理士法人三協国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】薮野 洋平

(72)【発明者】

【氏名】西川 健幸

(72)【発明者】

【氏名】松本 一樹

(72)【発明者】

【氏名】塩出 賢治

(72)【発明者】

【氏名】手島 成

(72)【発明者】

【氏名】村田 周和

(57)【要約】

【課題】コストや手間を抑えつつ濾過運転の稼働率を高めることが可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。
【解決手段】水処理装置は、中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールの充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定する測定部と、前記測定部による圧力測定の結果に基づいて、前記少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定する推定部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜モジュールの充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定する測定部と、
前記測定部による圧力測定の結果に基づいて、前記少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定する推定部と、を備えた、水処理装置。

【請求項2】

前記測定部は、前記充水工程において前記一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定し、
前記推定部は、前記充水工程の開始から前記一次側の圧力の変化の変曲点に到達するまでの時間に基づいて、前記充水工程に要する時間を推定する、請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記測定部は、前記排水工程において前記一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定し、
前記推定部は、前記排水工程の開始から前記一次側の圧力が一定になるまでの時間に基づいて、前記排水工程に要する時間を推定する、請求項１又は２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記推定部は、前記充水工程又は前記排水工程の推定時間に基づいて、前記中空糸膜モジュールのバブリング工程の時間の長短を推定する、請求項２又は３に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記測定部は、前記逆洗工程において前記少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定し、
前記推定部は、前記逆洗工程の開始から前記少なくとも一方側における圧力が一定になるまでの時間に基づいて、前記逆洗工程に要する時間を推定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項6】

前記測定部は、前記逆洗工程において前記少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定し、
前記推定部は、前記逆洗工程の開始から前記少なくとも一方側における圧力が最大圧力に到達するまでの時間に基づいて、前記逆洗工程に要する時間を推定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記推定部は、前記逆洗工程の推定時間に基づいて、前記中空糸膜モジュールの薬液浸漬工程の時間の長短を推定する、請求項５又は６に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記測定部は、前記中空糸膜モジュールの濾過工程において前記一次側及び前記二次側の圧力を測定し、
前記推定部は、前記濾過工程における前記中空糸膜モジュールの膜間差圧の変動に基づいて、前記濾過工程の時間の長短を推定する、請求項１～７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項9】

前記推定部による推定時間に基づいて、前記少なくとも１つの工程の設定時間を変更する設定変更部をさらに備えた、請求項１～８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項10】

前記設定変更部は、前記推定部による推定時間に基づいて、前記充水工程、前記圧抜き工程、前記逆洗工程及び前記排水工程のうち複数の工程の設定時間を変更する、請求項９に記載の水処理装置。

【請求項11】

中空糸膜モジュールにより原水を濾過する水処理方法であって、
前記中空糸膜モジュールの充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定することと、
前記少なくとも一方側における圧力測定の結果に基づいて、前記少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定することと、
前記少なくとも１つの工程の推定時間に基づいて、前記少なくとも１つの工程の設定時間を変更することと、を含む、水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理装置及び水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、中空糸膜モジュールを用いて原水を濾過する水処理装置が知られている。この水処理装置では、濾過時間の経過に伴って中空糸膜の膜表面への不純物の付着量が増加するため、モジュールを定期的に洗浄する必要がある。

【0003】

この種の技術が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、外圧濾過式の中空糸膜モジュールにおいて一定時間濾過運転が実施された後、濾過運転から洗浄運転に切り替わる。洗浄運転では、運転シーケンスプログラムを実行することにより、薬液注入工程、加圧工程、充水工程、気体洗浄工程及び排水工程が順に実施され、中空糸膜が洗浄される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６５３１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の水処理装置において処理水（濾過水）の回収率を高めるためには、濾過運転の稼働率を高めることが必要である。そして、濾過運転の稼働率を高めるためには、中空糸膜モジュールの洗浄時間を可能な限り短縮し、装置の運転時間全体に占める濾過時間の割合を長く確保する必要がある。

【0006】

しかし、各洗浄工程の実施に要する時間は、例えばモジュールの本数、配管径や配管長又は水の流量等の様々なパラメータに依存し、現場や装置毎に異なるため、全ての現場や装置において一律に設定可能なものではない。このため、洗浄工程の時間を正確に把握するためには、各現場で工程時間を実測する必要があり、多大なコストや手間が必要になる。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストや手間を抑えつつ濾過運転の稼働率を高めることが可能な水処理装置及び水処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一局面に係る水処理装置は、中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールの充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定する測定部と、前記測定部による圧力測定の結果に基づいて、前記少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定する推定部と、を備える。

【0009】

この水処理装置によれば、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力の時間変化に基づいて工程時間が推定されるため、現場において工程時間を実測する必要はない。このため、工程時間の実測に要するコストや手間を抑制し、推定された時間に基づいて各工程時間を設定することにより、余分な工程時間を減らすことができる。したがって、コストや手間を抑えつつ、濾過運転の稼働率を高めることができる。

【0010】

上記水処理装置において、前記測定部は、前記充水工程において前記一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定してもよい。前記推定部は、前記充水工程の開始から前記一次側の圧力の変化の変曲点に到達するまでの時間に基づいて、前記充水工程に要する時間を推定してもよい。

【0011】

この構成によれば、充水工程に要する時間を容易に推定することができる。

【0012】

上記水処理装置において、前記測定部は、前記排水工程において前記一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定してもよい。前記推定部は、前記排水工程の開始から前記一次側の圧力が一定になるまでの時間に基づいて、前記排水工程に要する時間を推定してもよい。

【0013】

この構成によれば、排水工程に要する時間を容易に推定することができる。

【0014】

上記水処理装置において、前記推定部は、前記充水工程又は前記排水工程の推定時間に基づいて、前記中空糸膜モジュールのバブリング工程の時間の長短を推定してもよい。

【0015】

この構成によれば、バブリング工程の時間を適切な時間に変更することができるため、中空糸膜の洗浄時間の無駄を減らし、濾過運転の稼働率をより高めることができる。

【0016】

上記水処理装置において、前記測定部は、前記逆洗工程において前記少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定してもよい。前記推定部は、前記逆洗工程の開始から前記少なくとも一方側における圧力が一定になるまでの時間に基づいて、前記逆洗工程に要する時間を推定してもよい。

【0017】

この構成によれば、逆洗工程に要する時間を容易に推定することができる。

【0018】

上記水処理装置において、前記測定部は、前記逆洗工程において前記少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定してもよい。前記推定部は、前記逆洗工程の開始から前記少なくとも一方側における圧力が最大圧力に到達するまでの時間に基づいて、前記逆洗工程に要する時間を推定してもよい。

【0019】

この構成によれば、逆洗工程に要する時間を容易に推定することができる。

【0020】

上記水処理装置において、前記推定部は、前記逆洗工程の推定時間に基づいて、前記中空糸膜モジュールの薬液浸漬工程の時間の長短を推定してもよい。

【0021】

この構成によれば、薬液浸漬工程の時間を適切な時間に変更することができるため、中空糸膜の洗浄時間の無駄を減らし、濾過運転の稼働率をより高めることができる。

【0022】

上記水処理装置において、前記測定部は、前記中空糸膜モジュールの濾過工程において前記一次側及び前記二次側の圧力を測定してもよい。前記推定部は、前記濾過工程における前記中空糸膜モジュールの膜間差圧の変動に基づいて、前記濾過工程の時間の長短を推定してもよい。

【0023】

この構成によれば、濾過工程の時間を適切な時間に変更することにより、装置の安全運転と濾過運転の稼働率とのバランスを図ることができる。

【0024】

上記水処理装置は、前記推定部による推定時間に基づいて、前記少なくとも１つの工程の設定時間を変更する設定変更部をさらに備えていてもよい。

【0025】

この構成によれば、工程の設定時間を自動で変更することができるため、作業者が手動で設定時間を変更する場合に比べて効率化を図ることができる。

【0026】

上記水処理装置において、前記設定変更部は、前記推定部による推定時間に基づいて、前記充水工程、前記圧抜き工程、前記逆洗工程及び前記排水工程のうち複数の工程の設定時間を変更してもよい。

【0027】

本発明の他の局面に係る水処理方法は、中空糸膜モジュールにより原水を濾過する方法である。この水処理方法は、前記中空糸膜モジュールの充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔で測定することと、前記少なくとも一方側における圧力測定の結果に基づいて、前記少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定することと、前記少なくとも１つの工程の推定時間に基づいて、前記少なくとも１つの工程の設定時間を変更することと、を含む。

【0028】

この方法によれば、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力の時間変化に基づいて工程時間を推定し、その推定時間に基づいて工程の設定時間を変更するため、現場において工程時間を実測した上で設定時間を変更する必要はない。したがって、工程時間の実測に要するコストや手間を抑えつつ工程時間の無駄を減らすことが可能であり、濾過運転の稼働率を高めることができる。

【発明の効果】

【0029】

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、コストや手間を抑えつつ濾過運転の稼働率を高めることが可能な水処理装置及び水処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施形態１に係る水処理装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る水処理方法の各工程における原水ポンプのオン／オフ及びバルブの開閉状態を示す図である。

【図3】本発明の実施形態１の充水工程における中空糸膜モジュールの一次側圧力の時間変化を示す図である。

【図4】本発明の実施形態１の逆洗工程における中空糸膜モジュールの一次側圧力の時間変化を示す図である。

【図5】本発明の実施形態１の排水工程における中空糸膜モジュールの一次側圧力の時間変化を示す図である。

【図6】本発明の実施形態１の変形例の逆洗工程における中空糸膜モジュールの一次側圧力の時間変化を示す図である。

【図7】本発明の実施形態２の変形例の逆洗工程における中空糸膜モジュールの一次側圧力の時間変化を示す図である。

【図8】本発明の実施形態４における中空糸膜モジュールの膜間差圧の時間変化を示す図である。

【図9】本発明の実施形態５における水処理装置の構成を模式的に示す図である。

【図10】本発明の実施形態５の薬液浸漬工程におけるポンプのオン／オフ及びバルブの開閉状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。

【0032】

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る水処理装置１の構成を、図１に基づいて説明する。図１に示すように、水処理装置１は、中空糸膜モジュール１０と、原水供給部２０と、バブリング用エア供給部３０と、逆洗用エア供給部４０とを主に備えている。

【0033】

中空糸膜モジュール１０は、上端が固定部材１３に固定された複数の中空糸膜１１を有する中空糸膜束と、ハウジング１２と、中空糸膜束の内側を上下に延びる導水管１４と、散気盤１５とを含む。ハウジング１２内には、中空糸膜束、固定部材１３及び散気盤１５が収容されている。ハウジング１２内の空間は、固定部材１３によって原水空間Ｓ１と処理水空間Ｓ２とに仕切られている。中空糸膜１１、導水管１４及び散気盤１５は、原水空間Ｓ１に収容されている。

【0034】

図１に示すように、ハウジング１２の上部には、処理水空間Ｓ２に臨むように処理水の出口１２Ａが設けられ、ハウジング１２の側部（長さ方向の中央よりも上側の部分）には、原水空間Ｓ１に臨むようにエア抜き口１２Ｂが設けられ、ハウジング１２の下部には、原水空間Ｓ１に臨むようにエア供給口１２Ｃ及び排水口１２Ｄが設けられている。これらの配管接続口（出口１２Ａ、エア抜き口１２Ｂ、エア供給口１２Ｃ及び排水口１２Ｄ）の内径に対するハウジング１２の内径の比率は、１．３以上１２以下であり、２．５以上１２以下であることが好ましく、３．０以上６．０以下であることがより好ましい。なお、ここでいうハウジング１２の内径は、ハウジング１２の長手方向に直交する方向の断面における内径である。

【0035】

導水管１４は、原水空間Ｓ１に原水及びエアを供給するためのものである。図１に示すように、導水管１４は、上端部が固定部材１３に固定されて端面が塞がれると共に、下端部がハウジング１２の下部よりも下側に突き出ている。当該下端部に原水入口１４Ａとエア入口１４Ｂとがそれぞれ設けられている。また導水管１４には、導水管１４の内側から原水空間Ｓ１に向かって原水及びエアの少なくとも一方を噴出するための孔１４Ｃが多数形成されている。

【0036】

散気盤１５は、原水空間Ｓ１にエアを分散させるためのものである。散気盤１５は、中空糸膜束の径方向に広がる円板形状を有し、中空糸膜１１の下端よりも下側に配置されている。散気盤１５には、複数の通気孔（図示しない）が径方向に間隔を空けて形成されている。エア供給口１２Ｃからハウジング１２内に供給されたエアは、散気盤１５の通気孔を通じて中空糸膜束に向かって分散する。

【0037】

図１に示すように、ハウジング１２の出口１２Ａには、処理水配管５０の上流端が接続されている。処理水配管５０の下流端は、処理水槽（図示しない）の入口に接続されている。処理水配管５０には、処理水バルブ５１（開閉バルブ）とその下流側の流量計５２とがそれぞれ設置されている。処理水配管５０の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。

【0038】

ハウジング１２の排水口１２Ｄには、排水配管５３の上流端が接続されており、当該排水配管５３には排水バルブ５４（開閉バルブ）が設置されている。排水配管５３の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。

【0039】

ハウジング１２のエア抜き口１２Ｂには、エア抜き配管５５の一端が接続されている。エア抜き配管５５の他端側は、２本に分岐している。すなわち、エア抜き配管５５は、第１分岐部５５Ａ、第２分岐部５５Ｂ及び接続部５５Ｃを含む。接続部５５Ｃは一端部がエア抜き口１２Ｂに接続され、他端部が第１分岐部５５Ａ及び第２分岐部５５Ｂに接続されている。第１分岐部５５Ａは大気開放されており、第２分岐部５５Ｂは排水配管５３のうち排水バルブ５４よりも下流側の部分に接続されている。接続部５５Ｃには、エア抜きバルブ５６（開閉バルブ）が設置されている。エア抜き配管５５の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。

【0040】

図１に示すように、処理水配管５０と排水配管５３とは、圧抜き配管５７により互いに接続されている。圧抜き配管５７の一端は、処理水配管５０のうち処理水バルブ５１よりも上流側の部分に接続されており、圧抜き配管５７の他端は、排水配管５３のうちエア抜き配管５５の接続部よりも下流側の部分に接続されている。圧抜き配管５７には、圧抜きバルブ５８（開閉バルブ）が設置されている。圧抜き配管５７の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。

【0041】

原水供給部２０は、原水配管２１と、原水配管２１に設置された原水ポンプ２２及び原水バルブ２３とを含む。原水配管２１は、上流端が原水槽（図示しない）の出口に接続されると共に、下流端が導水管１４の原水入口１４Ａに接続されている。原水配管２１の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。原水バルブ２３は、開閉バルブであり、原水配管２１のうち原水ポンプ２２よりも下流側に設置されている。

【0042】

バブリング用エア供給部３０は、エア配管３１と、第１エアバルブ３２と、第２エアバルブ３３と、流量計３４とを含む。エア配管３１は、下流端側が分岐しており、各分岐部分がハウジング１２のエア供給口１２Ｃ及び導水管１４のエア入口１４Ｂにそれぞれ接続されている。エア配管３１の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。第１エアバルブ３２及び第２エアバルブ３３は、開閉バルブであり、エア配管３１の各分岐部分にそれぞれ設置されている。エア配管３１の上流端は、エアコンプレッサ（図示しない）に接続されている。

【0043】

逆洗用エア供給部４０は、エア配管４１と、エア配管４１に設置されたエアバルブ４２（開閉バルブ）とを含む。エア配管４１は、上流端がエアコンプレッサ（図示しない）に接続されると共に、下流端が処理水配管５０のうち圧抜き配管５７の接続部よりも上流側の部分に接続されている。エア配管４１の径は、ハウジング１２の径よりも小さい。

【0044】

水処理装置１は、中空糸膜モジュール１０の充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程において、中空糸膜モジュール１０の一次側及び二次側のうち少なくとも一方側における圧力を３秒以下の間隔（例えば、２秒以下や１秒以下の間隔）で測定する測定部６０をさらに備える。本実施形態における測定部６０は、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定する一次側圧力センサ６１と、中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を３秒以下の間隔で測定する二次側圧力センサ６２とを含む。図１に示すように、一次側圧力センサ６１は、原水配管２１のうち原水バルブ２３と原水入口１４Ａとの間の部分に設置されている。なお、一次側圧力センサ６１は、導水管１４におけるハウジング１２から延出されている部分又はハウジング１２における原水空間Ｓ１に臨む位置に設置されてもよい。

【0045】

二次側圧力センサ６２は、処理水配管５０とエア配管４１との接続部に設置されている。本実施形態における一次側圧力センサ６１及び二次側圧力センサ６２は、０．１秒以下の間隔で圧力測定を行い、その測定データは制御部７０に送られて記憶される。つまり、各測定データはロギングデータとして記憶される。

【0046】

なお、一次側圧力センサ６１及び二次側圧力センサ６２に加えて図略のエア抜き口圧力センサが設けられていてもよい。エア抜き口圧力センサは、エア抜き配管５５における接続部５５Ｃに設置される。エア抜き口圧力センサは、０．１秒以上で且つ３秒以下の間隔で圧力測定を行い、各測定データは制御部７０に送られて記憶される。つまり、各測定データはロギングデータとして記憶される。ただし、圧力センサの数が増えるほど、解析に手間がかかり、またコストが上がるなどの問題があるため、エア抜き口圧力センサを省略し、一次側圧力センサ６１及び二次側圧力センサ６２からのデータを用いてデータ解析することが望ましい。

【0047】

水処理装置１は、測定部６０による圧力測定の結果に基づいて、充水工程、圧抜き工程、逆洗工程及び排水工程のうち少なくとも１つの工程の開始から終了までに要する時間を推定する推定部７１と、推定部７１による推定時間に基づいて当該少なくとも１つの工程の設定時間を変更する設定変更部７２とをさらに備えている。なお、推定部７１及び設定変更部７２は制御部７０の一機能として実現されてもよい。以下、推定部７１による各工程時間の推定について説明する。

【0048】

図２は、上記水処理装置１を用いて実施される本実施形態に係る水処理方法の各工程を示すとともに、各工程における原水ポンプ２２のオン／オフ状態及び各バルブの開閉状態を示している。図２中の丸印は、原水ポンプ２２のオン状態又はバルブの開状態を示し、空欄は原水ポンプ２２のオフ状態又はバルブの閉状態を示している。

【0049】

まず、第１充水工程では、原水ポンプ２２が作動し、原水バルブ２３及びエア抜きバルブ５６がそれぞれ開放される。これにより、原水配管２１を通じて導水管１４内に原水が供給され、孔１４Ｃから原水空間Ｓ１に原水が供給される。

【0050】

第１充水工程において、一次側圧力センサ６１は、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定し、制御部７０は測定された圧力値を順次記憶する。これにより、第１充水工程中における中空糸膜モジュール１０の一次側圧力の時間変化を示すデータ（図３）が得られる。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は中空糸膜モジュール１０の一次側圧力を示している。なお、二次側圧力センサ６２も、中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を３秒以下の間隔で測定し、制御部７０は測定された圧力値を順次記憶する。

【0051】

推定部７１は、記憶された圧力測定データに基づいて、第１充水工程の開始から終了までに要する時間を推定する。具体的には、推定部７１は、第１充水工程の開始（図３中の時点ｔ０）から一次側の圧力の変化の変曲点（同図中の時点ｔ１、圧力が急上昇し始める時点）に到達するまでの時間に基づいて、第１充水工程に要する時間を推定する。この時点ｔ１は、ハウジング１２内の原水がエア抜き配管５５に流入し始めるタイミングに相当する。つまり、ハウジング１２の原水空間Ｓ１が原水で満たされるタイミングに相当する。

【0052】

第１充水工程が終了すると濾過工程に移る。濾過工程では、エア抜きバルブ５６が閉じられると共に、処理水バルブ５１が開放される。原水は、中空糸膜１１の外面から内面に向かって膜壁を透過し、膜の中空部を通じて処理水空間Ｓ２に流入する。その後、処理水が出口１２Ａを通してハウジング１２の外に流出し、処理水配管５０を通じて処理水槽（図示しない）に回収される。

【0053】

濾過工程において、一次側圧力センサ６１は中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を測定し、二次側圧力センサ６２は中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を測定する。この圧力測定の間隔は、第１充水工程と同様に３秒以下でもよいがこれに限定されず、３秒より長くてもよい。

【0054】

濾過工程後には、濾過中に中空糸膜１１の外面に付着した不純物を除去するための洗浄運転が実施される。洗浄運転には、逆洗準備工程、逆洗工程、エア抜き工程、第２充水工程、散気盤バブリング工程、第３充水工程、導水管バブリング工程、排水工程及び圧抜き工程が含まれる。

【0055】

まず、逆洗準備工程（圧抜き工程）では、原水ポンプ２２がオンからオフに切り替わる。

【0056】

次に、逆洗工程では、原水バルブ２３及び処理水バルブ５１が閉じられると共に、エアバルブ４２及び排水バルブ５４が開放される。すなわち、エアバルブ４２の開放と同時に中空糸膜モジュール１０の二次側の処理水に、コンプレッサによって加圧されたエアの圧力が瞬間的に付加される。これにより、中空糸膜モジュール１０の二次側の処理水がエアにより加圧され、処理水は中空糸膜１１の内面から外面に向かって膜壁を透過する。これにより、中空糸膜１１の外面に付着した不純物は剥がれ落ちやすい状態になる。このとき、一次側圧力センサ６１及び二次側圧力センサ６２が３秒以下の間隔で圧力測定を行っているため、中空糸膜１１が内面から加圧された後であって、膜表面の不純物が剥がれ落ちやすい状態になる前の状態の圧力をも検知することができる。

【0057】

このように、逆洗工程において、一次側圧力センサ６１は、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定する。これにより、逆洗工程中における中空糸膜モジュール１０の一次側圧力の時間変化を示すロギングデータ（図４）が得られる。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は中空糸膜モジュール１０の一次側圧力を示している。図４に示すように、一次側圧力は、逆洗工程の開始後瞬間的に上昇して最大圧力に到達し、その後低下して一定になる。この一次側圧力の瞬間的な上昇は、その後に急激な減圧が生じていることからも分かるが、加圧された処理水が大量に中空糸膜１１を透過し始めたことに起因するものと推測される。そして、原水の排水配管５３への排出に伴って一次側圧力が急激に低下し、その後に、一次側圧力が次第に低下する。このとき一次側圧力が次第に低下するのは、原水空間Ｓ１内の水量が次第に減ることに起因しているものと推測される。そして、一次側の圧力が一定になるときは、原水空間Ｓ１中の処理水が全てハウジング１２から排出されたときであると推測される。

【0058】

推定部７１は、制御部７０に記憶された圧力測定データに基づいて、逆洗工程に要する時間を推定する。具体的には、推定部７１は、逆洗工程の開始（図４中の時点ｔ０）から一次側の圧力が一定になるまで（同図中の時点ｔ１）の時間に基づいて、逆洗工程に要する時間を推定する。なお、一次側の圧力が一定になったことを推定するには、その後に一次側圧力が一定の値に安定することが検出されることが必要である。このため、推定部７１は、時点ｔ１よりも後の測定データを参照することによって、時点ｔ０から時点ｔ１に基づいて逆洗工程に要する時間を推定する。

【0059】

なお、逆洗工程において、二次側圧力センサ６２も中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を３秒以下の間隔で測定してもよい。この場合、図４と同様の圧力ロギングデータが得られる。そして、推定部７１は、逆洗工程の開始から二次側の圧力が一定になるまでの時間に基づいて、逆洗工程に要する時間を推定してもよい。

【0060】

次に、エア抜き工程（圧抜き工程）では、エアバルブ４２及び排水バルブ５４が閉じられると共に、圧抜きバルブ５８が開放される。これにより、中空糸膜モジュール１０の二次側に溜まっているエアが圧抜き配管５７を通して排出される。

【0061】

次に、第２充水工程では、第１充水工程と同様に、原水ポンプ２２が作動し、原水バルブ２３及びエア抜きバルブ５６がそれぞれ開放される。そして、第１充水工程と同様に、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力が３秒以下の間隔で測定され、その圧力測定の結果に基づいて第２充水工程の開始から終了までに要する時間が推定される。

【0062】

次に、散気盤バブリング工程では、原水ポンプ２２がオンからオフに切り替わり、原水バルブ２３が閉じられるとともに、第１エアバルブ３２が開放される。なお、エア抜きバルブ５６は開放されたままに維持される。これにより、エア供給口１２Ｃからハウジング１２内にエアが供給され、当該エアが散気盤１５により中空糸膜束に向かって分散する。これにより、中空糸膜束が気泡によって揺動し、膜表面に付着した不純物が剥がれ落ちる。

【0063】

散気盤バブリング工程においても、一次側圧力センサ６１は中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を測定し、二次側圧力センサ６２は中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を測定する。この圧力測定の間隔は、３秒以下でもよいがこれに限定されず、３秒より長くてもよい。

【0064】

次に、第３充水工程では、第１及び第２充水工程と同様に、原水ポンプ２２が作動し、原水バルブ２３及びエア抜きバルブ５６がそれぞれ開放される。これにより、散気盤バブリング工程で減った原水空間Ｓ１内の原水が補充される。そして、第１及び第２充水工程と同様に、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力が３秒以下の間隔で測定され、その圧力測定の結果に基づいて第３充水工程の開始から終了までに要する時間が推定される。

【0065】

次に、導水管バブリング工程では、原水ポンプ２２がオンからオフに切り替わり、原水バルブ２３が閉じられ、第２エアバルブ３３が開放される。これにより、コンプレッサによる加圧エアが、エア入口１４Ｂから導水管１４内に供給され、孔１４Ｃを通じて原水空間Ｓ１に供給される。これにより、中空糸膜束がバブリング洗浄される。

【0066】

導水管バブリング工程においても、一次側圧力センサ６１は中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を測定し、二次側圧力センサ６２は中空糸膜モジュール１０の二次側の圧力を測定する。この圧力測定の間隔は、３秒以下でもよいがこれに限定されず、３秒より長くてもよい。

【0067】

次に、排水工程では、エア抜きバルブ５６が閉じられると共に、排水バルブ５４が開放される。なお、第２エアバルブ３３は開放されたまま維持される。これにより、原水空間Ｓ１内の原水がエアにより押され、排水口１２Ｄからハウジング１２の外に排出される。

【0068】

排水工程において、一次側圧力センサ６１は、中空糸膜モジュール１０の一次側の圧力を３秒以下の間隔で測定する。これにより、排水工程中における中空糸膜モジュール１０の一次側圧力の時間変化を示すロギングデータ（図５）が得られる。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は中空糸膜モジュール１０の一次側圧力を示している。図５に示すように、一次側圧力は、排水工程の開始から一定時間経過後に上昇し、最大圧力になった後、低下し、その後一定になる。

【0069】

推定部７１は、記憶された圧力測定データに基づいて、排水工程の開始から終了までに要する時間を推定する。具体的には、推定部７１は、排水工程の開始（図５中の時点ｔ０）から一次側の圧力が一定になるまで（同図中の時点ｔ１）の時間に基づいて、排水工程に要する時間を推定する。なお、一次側の圧力が一定になったことを推定するには、その後に一次側圧力が一定の値に安定することが検出されることが必要である。このため、推定部７１は、時点ｔ１よりも後の測定データを参照することによって、時点ｔ０から時点ｔ１に基づいて排水工程に要する時間を推定する。

【0070】

最後に、圧抜き工程では、排水バルブ５４が開放されたままで第２エアバルブ３３が閉じられる。これにより、ハウジング１２内（原水空間Ｓ１）のエア抜きが行われる。以上のプロセスによって中空糸膜モジュール１０が洗浄された後、第１充水工程に戻り、濾過運転が再開される。

【0071】

図２中の一連のプロセス（第１充水工程～圧抜き工程）が終了した後、設定変更部７２は、充水工程、逆洗工程及び排水工程の推定時間に基づいて、これらの工程の設定時間を変更する。なお、この設定時間の変更は、設定変更部７２により自動で実施される場合に限定されず、ユーザが手動で変更してもよい。

【0072】

以上の通り、本実施形態に係る水処理装置１によれば、中空糸膜モジュール１０の一次側圧力の時間変化に基づいて充水工程、逆洗工程及び排水工程の各工程時間が推定されるため、現場において各工程時間を実測する必要はない。このため、工程時間の実測に要するコストや手間を抑制することができる。また、推定時間に基づいて各工程時間を再設定することにより、余分な工程時間を減らすことができる。したがって、コストや手間を抑えつつ濾過運転の稼働率を高めることができる。

【0073】

なお、充水工程、逆洗工程及び排水工程だけでなく、逆洗準備工程、エア抜き工程、圧抜き工程においても中空糸膜モジュール１０の一次側及び二次側の圧力を３秒以下の間隔で測定し、その測定結果に基づいて当該工程の開始から終了までに要する時間を推定してもよい。具体的には、これら逆洗準備工程、エア抜き工程、圧抜き工程の各工程の開始から圧力がゼロになるまでの時間に基づいて、当該工程に要する時間を推定してもよい。そしてこの推定時間に基づいて、当該工程の設定時間を変更してもよい。

【0074】

逆洗工程において、エアではなく液体を用いて２次側の処理液を加圧してもよい。この場合、逆洗工程における中空糸膜モジュール１０の一次側圧力は、時間経過に伴って図６に示すように変化する。すなわち、一次側圧力は、逆洗開始後上昇し、開始時点ｔ０から時間が経過した時点ｔ１以降ほぼ一定になる。そして、推定部７１は、逆洗工程の開始（図７中の時点ｔ０）から一次側の圧力が一定になるまで（同図中の時点ｔ１）の時間に基づいて、逆洗工程に要する時間を推定する。

【0075】

また自動で設定時間を変更する場合の頻度は特に限定されず、例えば１時間に１回でもよいし、１日に１回でもよいし、１週間に１回でもよいし、１月に１回でもよい。この頻度は、原水の種類（例えば、河川水、排水又は下水）や季節等に応じて適宜決定される。

【0076】

また充水工程、逆洗工程及び排水工程の全てについて設定時間を変更してもよいがこれに限定されず、一部の工程についてのみ設定時間を変更してもよい。設定時間変更の対象となる工程は、現場の状況に応じて適宜決定される。例えば、原水ポンプ２２の流量変動が大きい場合や原水配管２１による充水の状況を目視確認するのが困難な場合には、充水工程の設定時間を変更することが有効である。

【0077】

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る水処理装置及び水処理方法について説明する。実施形態２は、基本的に実施形態１と同様であるが、逆洗工程における工程時間の推定が実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

【0078】

実施形態２では、推定部７１は、逆洗工程の開始から一次側の圧力が最大圧力に到達するまでの時間に基づいて、逆洗工程に要する時間を推定する。すなわち、図４のグラフ中における時点ｔ０から時点ｔ２までの時間が、逆洗工程に要する時間として推定される。この推定方法は、膜表面に付着した不純物が、例えば無機成分主体の剥離性が良いものである場合に好適に用いることができる。つまり、剥離性の良い不純物の場合、逆洗水が中空糸膜１１を透過し始めると同時に膜表面から剥離するため、一次側圧力が最大値を示す時点ｔ２に達したところで、逆洗が事実上終了したと推測できる。

【0079】

またエアに代えて液体により逆洗する場合も、上記同様に工程時間の推定が可能である。図７は、逆洗の開始前に処理水をポンプにより予め循環させ、逆洗工程の開始と同時に中空糸膜１１の二次側を一気に加圧した場合のグラフである。図７の横軸は時間を示し、縦軸は中空糸膜モジュール１０の一次側圧力を示している。図７に示すように、この場合も一次側圧力は、逆洗開始後の所定時間の経過後に瞬間的に最大圧力まで上昇する（時点ｔ２）。そして、その後、一次側圧力は次第に低減し、一定の圧力に安定する（時点ｔ１）。この最大圧力に到達するまでの時間、すなわち図７のグラフ中の時点ｔ０～時点ｔ２までの時間を、逆洗工程に要する時間として推定することができる。

【0080】

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る水処理装置及び水処理方法について説明する。実施形態３は、基本的に実施形態１と同様であるが、推定部７１がバブリング工程の時間の長短を推定する点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

【0081】

図２中の一連の工程（第１充水工程～圧抜き工程）からなるサイクルは繰り返され、各サイクルの充水工程及び排水工程において工程時間が推定される。本実施形態における推定部７１は、充水工程又は排水工程の推定時間に基づいて、バブリング工程の時間の長短を推定する。

【0082】

具体的には、上記サイクルを繰り返したときに充水工程の推定時間が減少傾向である場合には、ハウジング１２内における濁質成分の蓄積量が増加傾向であるため、推定部７１はバブリング工程の時間が望ましい時間長さに対して短い（バブリングが足りていない）と推定する。一方、上記サイクルを繰り返したときに充水工程の推定時間が一定又は増加傾向である場合には、ハウジング１２内における濁質成分の蓄積量が一定又は減少傾向であるため、推定部７１はバブリング工程の時間が望ましい時間長さに対して長い又は長過ぎると推定する。

【0083】

このような推定結果に基づいて、バブリング工程の時間を調整することにより、ハウジング１２内の濁質成分の蓄積を抑制しつつバブリング工程の時間を可能な限り短縮し、濾過運転の稼働率を高めることができる。例えば、ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）成分が多い排水が原水として用いられる場合には、このようなバブリング時間の最適化が有効である。なお、充水工程の推定時間に代えて排水工程の推定時間が用いられてもよい。また充水工程又は排水工程の推定時間の変動傾向を判断するタイミングは特に限定されず、例えば１０サイクル毎でもよいし、１日に１回でもよいし、１週間に１回でもよい。

【0084】

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る水処理装置及び水処理方法について説明する。実施形態４は、基本的に実施形態１と同様であるが、推定部７１が濾過工程の時間の長短を推定する点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

【0085】

図８は、図２中の一連の工程からなるサイクルを繰り返した場合における中空糸膜モジュール１０の膜間差圧の変動を示すグラフである。膜間差圧とは、中空糸膜モジュール１０の一次側圧力と二次側圧力との差である。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は中空糸膜モジュール１０の膜間差圧を示している。また図８中、例えば時点ｔ０～ｔ１、時点ｔ１～ｔ２及び時点ｔ２～ｔ３の間が、それぞれ１つのサイクルに相当する。

【0086】

実施形態４における推定部７１は、濾過工程における中空糸膜モジュール１０の膜間差圧の変動に基づいて、濾過工程の時間の長短を推定する。具体的には、推定部７１は、濾過工程の開始時点（例えば、図３中の時点ｔ０、ｔ１、ｔ２及びｔ３）における膜間差圧が、連続するサイクル間において上昇傾向にある場合には、濾過工程の時間が望ましい長さよりも長いと推定する。一方、推定部７１は、濾過工程の開始時点における膜間差圧が、連続するサイクル間において一定又は下降傾向にある場合、濾過工程の時間が望ましい長さよりも短いと推定する。

【0087】

このような推定に基づき、膜間差圧の過剰な上昇を抑制しつつ、濾過運転の稼働率及び処理水の回収率が上がるように濾過工程の時間を最適化することができる。例えば、地下水や水道水が原水として用いられる場合には、濾過工程の時間を標準的な３０分よりも長く延ばすことにより、稼働率及び水回収率を上げることができる。なお、膜間差圧の初期値の変動傾向を推定するための期間は特に限定されず、例えば１０サイクルに１回の頻度でもよいし、１日又は１週間に１回の頻度でもよい。

【0088】

（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係る水処理装置及び水処理方法について説明する。実施形態５は、基本的に実施形態１と同様であるが、推定部７１が中空糸膜モジュール１０の薬液浸漬工程の時間の長短を推定する点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

【0089】

まず、中空糸膜モジュール１０の薬液浸漬工程について、図９及び図１０に基づいて説明する。薬液浸漬工程は、中空糸膜１１の内部に入り込んだファウリング成分を薬品により洗い流す工程である。実施形態５に係る水処理装置１Ａは、実施形態１の構成に加えて薬液供給部８０をさらに備える。薬液供給部８０は、薬液ポンプ８１と、薬液配管８２とを含む。図９に示すように、薬液配管８２は、上流端側に薬液ポンプ８１が設置されると共に、下流端が原水配管２１のうち原水バルブ２３よりも下流側の部分に接続されている。

【0090】

図１０は、薬液浸漬における各工程での原水ポンプ２２及び薬液ポンプ８１のオン／オフ状態並びに各バルブの開閉状態を示している。図１０中、丸印がポンプのオン状態又はバルブの開状態を示し、空欄がポンプのオフ状態又はバルブの閉状態を示している。

【0091】

まず、薬液注入工程では、薬液ポンプ８１が作動するとともに、原水バルブ２３及びエア抜きバルブ５６がそれぞれ開放される。これにより、ハウジング１２の原水空間Ｓ１に薬液が供給される。薬液の種類は特に限定されないが、例えば硫酸、硝酸又は塩酸等の酸類の他、酸化剤、アルカリ剤、界面活性剤、キレート剤又はこれらの組み合わせを用いることができる。

【0092】

次に、充水工程では、薬液ポンプ８１を停止し、原水ポンプ２２が作動する。これにより、原水配管２１及び導水管１４を通じて原水空間Ｓ１に原水が供給される。

【0093】

次に、浸漬工程では、原水ポンプ２２を停止すると共に原水バルブ２３を閉じ、所定時間待機する。これにより、中空糸膜１１が薬液を含む原水中で所定時間保持される。

【0094】

次に、エアバブリング工程では、第１エアバルブ３２が開放される。これにより、薬液を含む原水が原水空間Ｓ１に充たされた状態で中空糸膜１１がバブリング洗浄される。

【0095】

次に、排水工程では、エア抜きバルブ５６及び第１エアバルブ３２が閉じられると共に、排水バルブ５４及び第２エアバルブ３３が開放される。これにより、薬液及び不純物を含む原水がエアにより押され、ハウジング１２の外に排出される。その後の圧抜き工程では、排水バルブ５４が開放されたままで第２エアバルブ３３が閉じられ、ハウジング１２内（原水空間Ｓ１）が圧抜きされる。

【0096】

次に、充水工程では、上記と同様、原水ポンプ２２が作動し、排水バルブ５４が閉じられると共に原水バルブ２３及びエア抜きバルブ５６が開放される。これにより、原水空間Ｓ１内に原水が再び充たされる。

【0097】

次に、エアバブリング工程では、原水ポンプ２２を停止し、原水バルブ２３を閉じ、第１エアバルブ３２を開放する。これにより、ハウジング１２内にエアが供給され、当該エアが散気盤１５により中空糸膜１１に向かって上向きに分散する。

【0098】

次に、排水工程では、エア抜きバルブ５６及び第１エアバルブ３２が閉じられると共に、排水バルブ５４及び第２エアバルブ３３が開放される。これにより、原水空間Ｓ１内の水がエアによりハウジング１２の外に押し出される。その後、圧抜き工程では、第２エアバルブ３３のみが閉じられ、原水空間Ｓ１内が圧抜きされる。

【0099】

以上のようにして、中空糸膜モジュール１０の薬液浸漬工程が実施される。この薬液浸漬工程は、図２の運転サイクルを繰り返す際に所定の頻度で、例えば１日に１回、１週間に１回又は１月に１回等の頻度で実施されてもよい。なお、図１０中の最後の４つの工程（充水～圧抜き）からなるサイクルは、ハウジング１２内の薬液が十分に排出されるまで所定回数繰り返される。

【0100】

本実施形態における推定部７１は、逆洗工程の推定時間に基づいて、中空糸膜モジュール１０の薬液浸漬工程の時間の長短を推定する。具体的には、推定部７１は、薬液浸漬工程の前後に実施される逆洗工程の推定時間を比較し、当該推定時間が一定又は長くなる傾向にある場合、薬液浸漬工程の時間（図１０中の浸漬工程の時間）が、望ましい時間長さに対して短いと推定する。一方、推定部７１は、薬液浸漬工程の前後に実施される逆洗工程の推定時間を比較し、当該推定時間が短くなる傾向にある場合、薬液浸漬工程の時間（図１０中の浸漬工程の時間）が、望ましい時間長さに対して長いと推定する。このような推定に基づき、薬液浸漬による洗浄効果を確保しつつ、濾過運転の稼働率及び処理水の回収率が上がるように薬液浸漬工程の時間を最適化することができる。

【0101】

なお、本実施形態では、中空糸膜モジュール１０の一次側から薬液を注入する場合を説明したが、中空糸膜モジュール１０の二次側から薬液を注入し、当該薬液を二次側から一次側に押し出してもよい。

【実施例0102】

（実施例１）
塩化鉄模擬水を原水として使用し、これを図１の構成を備えた水処理装置を用いて濾過した。具体的には、下記の表１中の各工程を順に実施し、その後上記実施形態のように圧力測定のログデータに基づいて工程の設定時間を表１の通り変更した。その結果、安定な濾過運転を維持しつつ、濾過運転の稼働率を３．６％向上させることができた。

【0103】

【表1】

【0104】

また逆洗時に透過液を使用し、下記の表２中の各工程を順に実施した。そして、上記実施形態のように圧力測定のログデータに基づいて工程の設定時間を表２の通り変更した。その結果、安定な濾過運転を維持しつつ、濾過運転の稼働率を２．５％向上させることができた。

【0105】

【表2】

【0106】

（実施例２）
工業用水を原水として使用し、これを図９の構成を備えた水処理装置を用いて濾過した。そして、上記実施形態の通り、逆洗工程の推定時間の変動傾向に基づいて薬液浸漬工程（次亜塩素酸ナトリウム濃度が１００ｍｇ／ｌの水中に中空糸膜を浸漬）の設定時間を表３の通り変更した。表３において、Ｎｏ．７～１０の工程からなるサイクルの繰り返し回数は５回とした。薬液浸漬工程の時間を短縮することにより、濾過運転の稼働率を向上させることができた。

【0107】

【表3】

【0108】

また中空糸膜モジュールの２次側から薬液を注入し、表４中の各工程を順に実施することにより薬液浸漬工程を実施した。そして、上記実施形態の通り、逆洗工程の推定時間の変動傾向に基づいて薬液浸漬工程の設定時間を表４の通り変更した。これにより、薬液浸漬工程の時間を短縮し、濾過運転の稼働率を向上させることができた。

【0109】

【表4】

【0110】

今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0111】

１，１Ａ 水処理装置
１０ 中空糸膜モジュール
６０ 測定部
７１ 推定部
７２ 設定変更部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】