JP4211400B2

JP4211400B2 - Operation method of hollow fiber membrane filtration device

Info

Publication number: JP4211400B2
Application number: JP2003006050A
Authority: JP
Inventors: 康夫越智; 正明田口
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004216263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜ろ過装置の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜ろ過装置は、原水中のバクテリア（細菌類）や、鉄分などの微細な懸濁物質類（ＳＳ）を除去するために、原水を中空糸膜でろ過して処理水を得るものである。この中空糸膜ろ過装置では、ろ過に伴って、中空糸膜に汚れや粒子が付着するため、長期的に通水流量を確保して使用するには、運転中、定期的に中空糸膜を洗浄して、目詰まりの防止を図る必要がある。
【０００３】
このような中空糸膜の洗浄方法として、従来、ろ過とは逆方向に、処理水側から原水側に液体を戻して洗浄する逆洗や、中空糸膜を気泡で揺らして洗浄するバブリングなどが知られている。また、下記特許文献１に開示されるように、処理水に気体による圧力を加えて、処理水を原水側に戻して洗浄する方法も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２８６４４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の中空糸膜ろ過装置は、逆洗がろ過運転後に１回行われるのみで、しかも定常的な一定圧力をかけるだけであった。そのため、汚れの付着度合いによっては、逆洗不足が発生し、早期目詰まりの可能性があった。また、洗浄により中空糸膜から汚れや粒子を除去できても、その汚れや粒子をうまくハウジング外へ排出できないことで、膜面へ再付着するおそれもあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、効果的な逆洗が可能で、また逆洗やバブリングなどで除去された汚れや粒子を、膜面へ再付着することを防止しつつ、確実にハウジング外へ排出可能な中空糸膜ろ過装置の運転方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の中空糸膜ろ過装置の運転方法は、下記（イ）から（ホ）の各工程を順次に行うことを特徴とする。
（イ）中空糸膜が収容されたハウジングからの原水のオーバーフロー管路を開いた状態で、ハウジングの下部から気泡を噴出させつつハウジング内へ原水を供給する水張り工程。
（ロ）オーバーフロー管路を閉じて、ハウジング内へ供給された原水を中空糸膜にてろ過して処理水を得るろ過工程。
（ハ）ハウジングからの原水のオーバーフロー管路を開く一方、ハウジングからの処理水管路を閉じた状態で、ハウジング上部の処理水滞留部へエアによる圧力をかけることで、中空糸膜を介して滞留部の処理水を原水側へ戻して、オーバーフロー管路から排水することで、中空糸膜を洗浄するエア押し逆洗工程。
（ニ）ハウジングの下部から気泡を噴出させて中空糸膜を洗浄するバブリング工程。
（ホ）ハウジングの下部からハウジング内の水を排水する排水工程。
【００１５】
この構成の場合、エア押し逆洗工程において、エア押し逆洗を複数回行えば、中空糸膜面からの付着物の剥離効果が一層向上する。ところで、この構成によれば、エアによる圧力で、ろ過処理時とは逆方向に、処理水を原水側へ戻して、中空糸膜表面に付着した汚れを剥離させる逆洗が行われる。本明細書において、このような逆洗を、「エア押し逆洗」と呼ぶことにする。このエア押し逆洗によれば、液体を用いた通常のポンプ逆洗に比べ、ポンプやその駆動源が不要で、さらには逆洗水タンクも不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の中空糸膜ろ過装置の運転方法について、実施例に基づき更に詳細に説明する。なお、本発明の中空糸膜ろ過装置の運転方法は、下記実施例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更可能なことは言うまでもない。
【００１７】
図１は、本発明の中空糸膜ろ過装置の一実施例の主要部を示す概略図である。なお、本実施例の装置は、後述するように、より具体的には図３から図６に示すような構造であるが、図１ではその主要部を概略的に示した。
【００１８】
この図に示すように、中空糸膜ろ過装置は、１以上の中空糸膜モジュール１を主要部として備える。各中空糸膜モジュール１は、ボックス状のハウジング２内に、中空糸膜３が収容されてなる。本実施例では、ハウジング２は、略円筒状のハウジング本体４の上部開口に、ハウジング蓋体５が着脱可能に設けられている。そして、ハウジング本体４とハウジング蓋体５との間には、仕切板６を介して上下に区分けされ、その仕切板６には、例えば数千本の中空糸膜３の束が、吊り下げられた状態で保持される。本実施例では、中空糸膜３は、下端部がフリーの状態で保持されている。なお、中空糸膜３の構成は、特に問わないが、本実施例では例えば、ろ過精度0.02μｍの高精度中空糸膜が使用される。
【００１９】
ハウジング２は、仕切板６より下方、つまりハウジング本体４側が原水側とされ、仕切板６より上方、つまりハウジング蓋体５側が処理水側とされる。すなわち、ハウジング２に供給された原水は、中空糸膜３を介してろ過され、ハウジング２上部へ処理水として導出可能とされる。
【００２０】
ハウジング２の下端部には、原水供給管路７、バブリングエア供給管路８、及び排水管路９が接続される。これら管路７〜９は、それぞれ個別にハウジング２に接続してもよいが、本実施例ではハウジング２へは原水供給管路７のみを接続し、その原水供給管路７にバブリングエア供給管路８や排水管路９を接続して、原水供給管路７の先端部を他の管路８，９としても共通的に使用している。
【００２１】
つまり、ハウジング２の下端部には原水供給管路７が接続されており、その原水供給管路７には、原水ポンプ１０からの原水が原水入口弁１１を介して、ハウジング２へ供給可能とされている。そして、その原水入口弁１１よりハウジング２側の原水供給管路７に、排水管路９が接続される。この排水管路９には、排水弁１２が開閉可能に設けられている。さらに、ハウジング２下部の原水供給管路７には、ハウジング２に近接した位置に、バブリングエア供給管路８が接続されている。このバブリングエア供給管路８には、バブリング弁１３が開閉可能に設けられており、コンプレッサ１４からの加圧エアの連通の有無が切り替えられる。
【００２２】
このような構成であるから、原水入口弁１１を閉じて排水弁１２を開けると、ハウジング２内の水を排出することができる一方、原水入口弁１１を開いて排水弁１２を閉じると、原水ポンプ１０からハウジング２内に原水の供給が可能とされる。しかも、原水供給時や排水時に、バブリング弁１３を開けてコンプレッサ１４から加圧エアを送り込むと、そのエアはハウジング２内の中空糸膜３を揺らしてバブリングを行うことができる。さらに、原水入口弁１１と排水弁１２を閉じて、バブリング弁１３を開けてコンプレッサ１４からエアを送り込むと、一般的なバブリングを行うこともできる。なお、ハウジング２からの排水は、重力による自然落下を利用して排水できるように配管している。
【００２３】
原水側のハウジング本体４の上部には、ハウジング２に過剰に供給された水をオーバーフローさせて、排水するオーバーフロー管路１５が接続されている。このオーバーフロー管路１５には、オーバーフロー弁１６が開閉可能に設けられている。このオーバーフロー弁１６は、本実施例では中空糸膜３の洗浄時、つまり後述するエア押し逆洗工程、バブリング工程、排水工程、及び水張り工程からなる再生時に開かれる。
【００２４】
処理水側のハウジング蓋体５の上部には、中空糸膜３でろ過された処理水を導出するための処理水管路１７が接続されている。この処理水管路１７には、処理水出口弁１８が開閉可能に設けられている。また、処理水管路１７には、処理水出口弁１８より上流側（ハウジング２側）に、逆洗エア供給管路１９が接続されている。この逆洗エア供給管路１９には、エア押し弁２０が開閉可能に設けられており、コンプレッサ１４からの加圧エアの連通の有無が切り替えられる。なお本実施例では、逆洗エア供給管路１９を処理水管路１７に接続しているが、逆洗エア供給管路１９は、ハウジング蓋体５に直接に接続するようにしてもよい。
【００２５】
このような構成であるから、原水入口弁１１と処理水出口弁１８を開いて、その他の弁を閉じておけば、原水供給管路７からハウジング２内に供給された原水は、中空糸膜３でろ過されて、処理水として処理水管路１７から導出することができる。また、ろ過終了時に、処理水出口弁１８を閉じると、その処理水出口弁１８より上流側において、処理水管路１７とハウジング蓋体５には、処理水が滞留されることになる。そして、その状態で、オーバーフロー弁１６を開いた状態でエア押し弁２０を開くと、逆洗エア供給管路１９からの加圧エアが、前記滞留部の処理水に作用して、処理水が原水側に押し戻されてオーバーフロー管路１５へ排出されるというエア押し逆洗を行うことができる。そして、本実施例のろ過装置では、このエア押し逆洗のエアは、複数回に亘り、衝撃的に加えられる。
【００２６】
以下、本実施例の中空糸膜ろ過装置の運転方法について、より具体的に説明する。
図２は、本実施例の中空糸膜ろ過装置の運転方法を示す流れ図である。また、図３から図６は、本実施例の中空糸膜ろ過装置の使用状態を示す図であり、図３は水張り（補水）工程、図４はエア押し逆洗工程、図５はバブリング工程、図６は排水（ブロー）工程を示している。なお、各図において、太い実線は水の流れを示し、破線は空気の流れを示している。また、黒く塗りつぶされた弁体は、閉じた状態を示し、白い弁体は、開いている状態を示している。
【００２７】
本実施例の中空糸膜ろ過装置は、典型的には、図２に示すような工程を繰り返して、運転が行われる。つまり、水張り工程、ろ過工程、エア押し逆洗工程、バブリング工程、排水工程が順次に行われる。各工程の詳細は、後述するが、ろ過工程では原水をろ過し、そのろ過工程でろ過した汚れや粒子は、他の工程（エア押し逆洗工程、バブリング工程、排水工程、水張り工程）で、中空糸膜から剥離されハウジング外に排出され、洗浄・再生されることになる。なお、本実施例においては、中空糸膜に外圧をかけて原水を全量ろ過（外圧全量ろ過）する中空糸膜ろ過装置とされている。
【００２８】
図３は、本実施例の中空糸膜ろ過装置の具体的構成を示す図であり、水張り工程を示している。なお、図において、二点鎖線で囲んだ本体ユニットが、中空糸膜ろ過装置の本体である。
【００２９】
本実施例では、中空糸膜モジュール１が４本使用されているが、この本数は適宜に変更されることは言うまでもない。各中空糸膜モジュール１のハウジング２には、原水タンク２１から原水供給管路７を介して原水が供給される。原水タンク２１には、原水タンクレベルスイッチ２２が設けられている。原水タンク２１の原水は、原水ポンプ１０にて原水供給管路７へ送り出され、原水流量調節弁２３、原水入口弁１１を介した後、分岐して各ハウジング２へ供給される。原水入口弁１１よりハウジング２側の原水供給管路７には、排水管路９が接続されており、その排水管路９には、排水弁１２が設けられている。
【００３０】
各ハウジング２への原水供給管路７には、ハウジング２側の位置に、バブリングエア供給管路８が接続される。バブリングエア供給管路８は、コンプレッサ１４からの加圧エアが通され、その加圧エアは、バブリング弁１３を介して、原水供給管路７ひいてはハウジング２内に供給可能とされる。なお、図において、符号２４は、バブリング流量計である。本実施例のバブリング流量計２４は、フロート指示式瞬間流量計であり、バブリングエア流量を測定し、エアが規定量流れているかを目視するためのものである。
【００３１】
各ハウジング２には、原水側のオーバーフロー水を排出するために、オーバーフロー管路１５が接続されている。オーバーフロー管路１５は、オーバーフロー弁１６を介して排水管路９に接続される。その際、排水弁１２より下流側に接続される。なお、図において、符号２５は、エア導入弁である。このエア導入弁２５は、排水時にハウジング２内に空気を導入し、ハウジング２内を大気圧として排水できるようにするためのものである。
【００３２】
各ハウジング２の上部には、処理水を導出するために、処理水管路１７が接続されている。処理水管路１７は、処理水出口弁１８を介して処理水タンク２６に接続されている。処理水タンク２６には、その処理水量を把握する処理水タンクレベルスイッチ２７が設けられている。
【００３３】
さらに、処理水管路１７には、処理水出口弁１８より上流側に、逆洗エア供給管路１９が接続される。この逆洗エア供給管路１９は、ハウジング２上部の処理水部に直接的に接続してもよいが、本実施例では処理水管路１７に接続している。逆洗エア供給管路１９は、途中で分岐しており、一方は、エア抜き弁２８を介して排水管路９に接続され、他方は、エア押し弁２０を介してコンプレッサ１４に接続される。
【００３４】
本実施例の中空糸膜ろ過装置には、その本体内にエアタンク２９が設けられており、そのエアタンク２９にコンプレッサ１４からの空気を貯留しておくことができる。逆洗エア供給管路１９は、エアタンク２９からの空気を、エアフィルタ３０、レギュレータ３１、エア圧力スイッチ３２，３３、エア押し弁２０を介して、処理水管路１７側に放出可能とされている。なお、この逆洗エア供給管路１９は、エア圧力スイッチ３３の部分で分岐して、バブリングエア供給管路８と接続される。つまり、両エア供給管路８，１９は、基端部において共通化され、途中で分岐して、一方がバブリングエア供給管路８、他方が逆洗エア供給管路１９とされる。
【００３５】
エア押し逆洗のために、逆洗エア供給管路１９から処理水管路１７へ加圧エアが供給される。このエアの圧力は、適宜に設定されるが、本実施例では、例えば中空糸膜の耐圧が３ｋｇ／ｃｍ^２程度で、通常運転時の膜内外の最大通水差圧は１〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２程度であるため、逆洗用エア圧力として２ｋｇ／ｃｍ^２程度が採用される。そのエアを安定して供給するために、ろ過装置本体には上述したエアタンク２９が備えられている。このエアタンク２９内には、上記逆洗用エア圧力よりも高い圧力でエアを貯留しておく。本実施例では、例えば５ｋｇ／ｃｍ^２にてエアをエアタンク２９に貯留する。なお、その場合、コンプレッサ１４としては、例えば５〜８ｋｇ／ｃｍ^２の出力のものが使用され、既設コンプレッサが使用可能で、専用コンプレッサを新たに設置する必要がない。
【００３６】
逆洗用エアのエアタンク２９への貯留によって、エア源の小規模化が図られ、設置スペースの低減も図ることができる。また、後述の洗浄方法にも起因して、洗浄工程の省エネルギー化を図ることもできる。
【００３７】
エアタンク２９に貯留された高圧のエアは、エアフィルタ３０などを介した後、レギュレータ（減圧弁）３１で２kg/cm²に減圧されて、エア押し弁２０の側へ送られる。その中途には、低圧用と高圧用の二つのエア圧力スイッチ３２，３３が設けられており、レギュレータ３１の圧力調整不良を検出する。例えば、２kg/cm²より高圧の場合には、中空糸膜を損傷するおそれがあるので、ろ過装置を停止させ、２kg/cm²より低圧の場合には、エア押し逆洗による洗浄不良のおそれがあるので、警報を出すことが考えられる。
【００３８】
前述したように、本実施例のろ過装置では、２kg/cm²の加圧エアを用いて、装置内部の処理水をろ過時の通水方向と逆方向（中空糸膜の内側から外側）に押し流して、中空糸膜のエア押し逆洗がなされる。逆洗用エア圧力は２kg/cm²であるが、エアタンク２９の容量を小さくするために、エアタンク２９内の貯留空気圧は５kg/cm²程度としている。装置内部の処理水量が１４Ｌ程度である場合には、本来は、２kg/cm²の空気容量が１４Ｌ必要になるが、エアタンク２９のエア圧を約２〜３倍の５kg/cm²とすることで、エアタンク２９のタンク容量は約半分の７Ｌ程度にすることができる。
【００３９】
なお、エアタンク２９へのエアの貯留は、逆洗時以外の運転時間（ろ過工程など）で行うため、貯留時間を別途設ける必要はない。また、コンプレッサ１４からのエア供給量は、既設のバブリングエア供給用としての１２０Ｌ／ｍｉｎ程度のものを使用できる。そして、その場合でも、エアタンク２９への貯留時間は３０秒程度となり、頻繁な逆洗にも対応できる。
【００４０】
さて、以上のような構成の中空糸膜ろ過装置は、まず図３に示すように、ハウジング２内への水張り工程が実施される。これには、バブリング弁１３、排水弁１２を閉じた状態で、原水入口弁１１を開いて、原水ポンプ１０からの原水を原水供給管路７を介してハウジング２へ送り込めばよい。
【００４１】
水張り時には、処理水管路１７の処理水出口弁１８は閉めておく。また、逆洗エア供給管路１９のエア押し弁２０を閉める一方、オーバーフロー管路１５のオーバーフロー弁１６は開けておく。エア抜きをしないと、ハウジング２の原水部にエアが存在したままとなり、ろ過面積を少なくしてしまうことになるが、オーバーフロー弁１６を開けておくことで、ハウジング２の原水部のエア抜きが行われる。また、エア抜き弁２８を開け、処理水管路１７内にある前回実施したエア押し逆洗の残留エアを排出する。
【００４２】
このように、原水入口弁１１、エア抜き弁２８、オーバーフロー弁１６を開けた状態で、原水ポンプ１０を運転して、中空糸膜モジュール１のハウジング２内の空気を抜きながら、ハウジング２内に原水を供給する。ハウジング２内が満水になると、オーバーフロー管路１５から原水のオーバーフロー水が排水される。
【００４３】
上記水張り工程において、オーバーフロー弁１６及びエア抜き弁２８を閉じる一方、処理水出口弁１８を開くことで、ろ過工程に移行する。このろ過工程では、原水供給管路７から中空糸膜モジュール１に原水を加圧給水し、中空糸膜の外側から内側に原水を通過させる。これにより、原水中の細菌・懸濁物質類は中空糸膜の外側で捕捉される。つまり、原水は、中空糸膜でろ過され、ろ過水は処理水として処理水管路１７から導出される。なお、ろ過開始直後の一定時間だけは、エア抜き弁２８やオーバーフロー弁１６を開けておくことで、ハウジング２内の急激な圧力上昇の防止と、処理水管路１７のエア溜まりが除去される。
【００４４】
一定時間ろ過した後は、エア押し逆洗工程（エア押しによる処理水逆通水逆洗）がなされる。前記ろ過工程における通水を停止すると、ろ過された処理水はハウジング２上部の処理水部に貯留するが、その処理水部より下流地点に設けた処理水出口弁１８を閉止し、閉止地点と処理水部との間に、エアによる圧力をかけて流すと、その圧力により処理水が中空糸膜の内側より外側に流れて、その処理水の流れにより中空糸膜の外側に付着している浮遊物質などの汚れが剥離される。
【００４５】
具体的には、エア押し逆洗工程は、図４に示すように、原水入口弁１１と処理水出口弁１８を閉じる一方、エア押し弁２０とオーバーフロー弁１６を開けて実施される。処理水出口弁１８を閉じることで、処理水出口弁１８よりハウジング２側の処理水管路１７や、ハウジング２の処理水側には、処理水が滞留する。その状態で、エア押し弁２０を開くと、加圧エアが中空糸膜モジュール１の処理水側に供給される。これにより、エア圧で処理水が原水側に押し出され、ハウジング２内の水の一部がオーバーフロー管路１５より排出される。
【００４６】
本実施例のろ過装置では、このエア押し逆洗工程に特徴を出したので、この点について次に説明する。いま仮に、エア押し弁２０を開けたまま放置しておくと、時間の経過に伴い、エア押し弁２０よりハウジング２側の圧力も逆洗用エア圧力２ｋｇ／ｃｍ^２に近づく。例えば、２秒程度で逆洗用エア圧力２ｋｇ／ｃｍ^２に到達してしまい、前記滞留部の処理水も原水側に戻されてしまう。しかし、本実施例のろ過装置では、そのような逆洗用エア圧力２ｋｇ／ｃｍ^２に到達する前に、エア押し弁２０を複数回、断続的に開閉する。例えば０．５秒程度だけエア押し弁２０を開いてすぐに閉じた後、１秒後に再び開けるパルス状の動作を２回、或いはそれ以上繰り返す。エア押し逆洗を波状的に行うことにより、加圧エア噴出時の衝撃力で、中空糸膜面からの付着物の剥離が向上する。
【００４７】
ところで、ろ過装置のコンパクト化と洗浄効果を考慮した場合、前記滞留する処理水部の体積は、中空糸膜モジュール１の処理水側のモジュール保有水量に対し、最大２倍の水量以内にするのが好ましい。ここで、「処理水側のモジュール保有水量」とは、中空糸膜内部にある処理水のみをいい、処理水の滞留水量はこれ以外として２倍以内の水量とするということである。例えば、モジュール保有水量が約０．１Ｌの場合には、処理水部の体積を０．２Ｌ以下にするのがよい。なお、後述するように、次工程にバブリングを行うことで、少量の逆洗水でも洗浄効果が期待される。
【００４８】
次に、図５に示すように、エア押し弁２０を閉じる一方、バブリング弁１３とオーバーフロー弁１６を開いた状態で、バブリングエア供給管路８からハウジング２内にエアを噴出して、バブリング工程を実施する。バブリングにより中空糸膜を揺動させ、中空糸膜同士の隙間や膜表面に付着した汚れが除去される。
【００４９】
なお、コンパクト化のために、エア押し逆洗工程の前記処理水部（滞留部）を小さくすると、剥離された浮遊物質は中空糸膜の外面近傍に存在したままであるが、中空糸膜の束下部より中空糸膜の全体にバブリングを行うと、中空糸膜の外面近傍から離れて原水部に広がることになる。仮に、この広がりがなければ、次工程のブローを行っても、中空糸膜の外面に浮遊物質が再付着し、洗浄の効率が低下してしまうが、このバブリングを行うことで、そのような不都合が防止される。
【００５０】
最後に、図６に示すように、逆洗やバブリングにより中空糸膜から除去した汚れを装置外に排出するために、排水弁１２を開いて、ハウジング２内の水を排水（ブロー）する排水工程が実施される。その際、バブリング弁１３を開いて、バブリングエア供給管路８からのエアをハウジング２内に送り込んでバブリングを行いつつ、排水がなされる。このブローにより、浮遊物質の再付着が防止される。そして、中空糸膜の外面への付着状態から、上記エア押し逆洗工程やバブリング工程により原水部に広がった浮遊物質を、ハウジング原水部から効果的に排出することができる。
【００５１】
なお、オーバーフロー弁１６を開けておくことで、バブリングのエア抜きがなされる。このような排水工程の後には、ハウジング２内に水を供給し、オーバーフローさせる水張り工程に戻される。補水時にバブリングを追加することで、浮遊物質の排出効果を高め、中空糸膜を再洗浄し膜洗浄効果を向上させる。しかも、補水時のオーバーフローは、再付着した浮遊物質を流し出すのに効果的である。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の中空糸膜ろ過装置の運転方法によれば、圧力変化を伴う複数回のエア押し逆洗にて、中空糸膜を効果的に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸膜ろ過装置の一実施例の主要部を示す概略図である。
【図２】図１の中空糸膜ろ過装置の運転工程の一例を示す流れ図である。
【図３】図１の中空糸膜ろ過装置の使用状態を示す図であり、水張り工程を示している。
【図４】図１の中空糸膜ろ過装置の使用状態を示す図であり、エア押し逆洗工程を示している。
【図５】図１の中空糸膜ろ過装置の使用状態を示す図であり、バブリング工程を示している。
【図６】図１の中空糸膜ろ過装置の使用状態を示す図であり、排水工程を示している。
【符号の説明】
２ハウジング
３中空糸膜
７原水供給管路
８バブリングエア供給管路
９排水管路
１５オーバーフロー管路
１７処理水管路
１８処理水出口弁
１９逆洗エア供給管路
２０エア押し弁
２８エア抜き弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of operating a hollow fiber membrane filtration equipment.
[0002]
[Prior art]
A hollow fiber membrane filtration device is a device that obtains treated water by filtering raw water through a hollow fiber membrane in order to remove bacteria (bacteria) in raw water and fine suspended substances (SS) such as iron. is there. In this hollow fiber membrane filtration device, dirt and particles adhere to the hollow fiber membrane as it is filtered. It is necessary to clean and prevent clogging.
[0003]
As a method for washing such a hollow fiber membrane, conventionally, there is a backwash in which the liquid is washed back from the treated water side to the raw water side in the opposite direction to the filtration, or a bubbling in which the hollow fiber membrane is shaken and washed with bubbles. Are known. Moreover, as disclosed in Patent Document 1 below, a method is also known in which gas pressure is applied to treated water, and the treated water is returned to the raw water side for cleaning.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-286441
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hollow fiber membrane filtration device, backwashing is performed only once after the filtration operation, and only a constant constant pressure is applied. Therefore, depending on the degree of adhesion of dirt, insufficient backwashing may occur, and there is a possibility of early clogging. Further, even if dirt and particles can be removed from the hollow fiber membrane by washing, the dirt and particles cannot be discharged well out of the housing, and there is a risk of reattachment to the membrane surface.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to enable effective backwashing, and to reattach dirt and particles removed by backwashing and bubbling to the film surface. while preventing the reliably to provide a method of operating drainable hollow fiber membrane filtration equipment outside the housing.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The operation method of the hollow fiber membrane filtration device of the present invention is characterized in that the following steps (a) to (e) are sequentially performed .
(A) A water filling step of supplying raw water into the housing while blowing bubbles from the lower part of the housing in a state where the overflow pipe of the raw water from the housing in which the hollow fiber membrane is accommodated is opened .
(B) A filtration step in which the overflow pipe is closed and the raw water supplied into the housing is filtered through a hollow fiber membrane to obtain treated water.
(C) While the raw water overflow line from the housing is opened, the treated water line from the housing is closed, and air is applied to the treated water retaining part at the top of the housing to retain it through the hollow fiber membrane. An air-pushing backwashing process for washing the hollow fiber membrane by returning the treated water of the part to the raw water side and draining it from the overflow pipe.
(D) A bubbling step of cleaning the hollow fiber membrane by ejecting bubbles from the lower part of the housing.
(E) A draining process of draining water in the housing from the lower part of the housing .
[0015]
If this arrangement, the air press backwashing step, by performing several times the air press backwash, peeling effect of the deposits from the hollow fiber membrane surface is further improved. By the way, according to this configuration, backwashing is performed by returning the treated water to the raw water side in the direction opposite to that during the filtration treatment by air pressure to peel off the dirt attached to the hollow fiber membrane surface. In the present specification, such backwashing is referred to as “air push backwashing”. According to this air-pushing backwashing, a pump and its drive source are not required, and further a backwashing water tank is not required as compared with a normal pump backwashing using liquid.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the hollow fiber membrane filtration equipment operating method of the present invention, will be described in more detail based on examples. Incidentally, the hollow fiber membrane filtration equipment operating method of the present invention is not limited to the following examples, it goes without saying that can be appropriately changed without departing from the scope of the invention.
[0017]
FIG. 1 is a schematic view showing the main part of one embodiment of the hollow fiber membrane filtration device of the present invention. As will be described later, the apparatus of the present embodiment has a structure as shown in FIGS. 3 to 6 more specifically, but FIG. 1 schematically shows the main part thereof.
[0018]
As shown in this figure, the hollow fiber membrane filtration device includes one or more hollow fiber membrane modules 1 as a main part. Each hollow fiber membrane module 1 has a hollow fiber membrane 3 accommodated in a box-shaped housing 2. In the present embodiment, the housing 2 is provided with a housing lid 5 detachably attached to an upper opening of a substantially cylindrical housing body 4. And between the housing main body 4 and the housing cover body 5, it is divided up and down via the partition plate 6, and the bundle of thousands of hollow fiber membranes 3 is suspended by the partition plate 6, for example. It is held in the state. In this embodiment, the hollow fiber membrane 3 is held in a state where the lower end portion is free. The configuration of the hollow fiber membrane 3 is not particularly limited. In the present embodiment, for example, a high-precision hollow fiber membrane having a filtration accuracy of 0.02 μm is used.
[0019]
In the housing 2, the lower side of the partition plate 6, that is, the housing main body 4 side is the raw water side, and the upper side of the partition plate 6, that is, the housing lid 5 side is the treated water side. That is, the raw water supplied to the housing 2 is filtered through the hollow fiber membrane 3 and can be led out to the upper portion of the housing 2 as treated water.
[0020]
A raw water supply line 7, a bubbling air supply line 8, and a drain line 9 are connected to the lower end of the housing 2. Although these pipe lines 7 to 9 may be individually connected to the housing 2, in this embodiment, only the raw water supply pipe line 7 is connected to the housing 2, and the bubbling air supply pipe is connected to the raw water supply pipe line 7. The pipe 8 and the drain pipe 9 are connected, and the tip of the raw water supply pipe 7 is commonly used as the other pipes 8 and 9.
[0021]
That is, the raw water supply pipe 7 is connected to the lower end of the housing 2, and raw water from the raw water pump 10 can be supplied to the housing 2 via the raw water inlet valve 11 in the raw water supply pipe 7. Has been. A drainage pipe 9 is connected to the raw water supply pipe 7 on the housing 2 side from the raw water inlet valve 11. A drain valve 12 is provided in the drain pipe 9 so as to be openable and closable. Further, a bubbling air supply conduit 8 is connected to the raw water supply conduit 7 below the housing 2 at a position close to the housing 2. A bubbling valve 13 is provided in the bubbling air supply line 8 so as to be openable and closable, and the presence or absence of communication of pressurized air from the compressor 14 is switched.
[0022]
With this configuration, when the raw water inlet valve 11 is closed and the drain valve 12 is opened, the water in the housing 2 can be discharged. On the other hand, when the raw water inlet valve 11 is opened and the drain valve 12 is closed, the raw water The raw water can be supplied from the pump 10 into the housing 2. Moreover, when the bubbling valve 13 is opened and pressurized air is fed from the compressor 14 during raw water supply or drainage, the air can shake the hollow fiber membrane 3 in the housing 2 for bubbling. Further, when the raw water inlet valve 11 and the drain valve 12 are closed, the bubbling valve 13 is opened and air is fed from the compressor 14, general bubbling can be performed. In addition, the drainage from the housing 2 is piped so that it can drain using a natural fall due to gravity.
[0023]
An overflow line 15 is connected to the upper part of the housing body 4 on the raw water side to allow the water excessively supplied to the housing 2 to overflow and drain. The overflow pipe 15 is provided with an overflow valve 16 that can be opened and closed. In this embodiment, the overflow valve 16 is opened at the time of cleaning the hollow fiber membrane 3, that is, at the time of regeneration including an air push backwashing process, a bubbling process, a draining process, and a water filling process, which will be described later.
[0024]
A treated water pipe 17 for leading treated water filtered by the hollow fiber membrane 3 is connected to the upper part of the housing lid 5 on the treated water side. A treated water outlet valve 18 is provided in the treated water conduit 17 so as to be openable and closable. Further, a backwash air supply pipe 19 is connected to the treated water pipe 17 on the upstream side (housing 2 side) from the treated water outlet valve 18. An air push valve 20 is provided in the backwash air supply pipe 19 so as to be openable and closable, and the presence or absence of communication of pressurized air from the compressor 14 is switched. In this embodiment, the backwash air supply pipe 19 is connected to the treated water pipe 17, but the backwash air supply pipe 19 may be directly connected to the housing lid 5.
[0025]
Since it is such a structure, if the raw water inlet valve 11 and the treated water outlet valve 18 are opened and the other valves are closed, the raw water supplied into the housing 2 from the raw water supply pipe 7 is the hollow fiber membrane. 3 and can be led out from the treated water pipe 17 as treated water. Further, when the treated water outlet valve 18 is closed at the end of filtration, treated water is retained in the treated water pipe 17 and the housing lid 5 on the upstream side of the treated water outlet valve 18. In this state, when the air push valve 20 is opened with the overflow valve 16 opened, the pressurized air from the backwash air supply pipe line 19 acts on the treated water in the staying portion, and the treated water is It is possible to perform air push backwashing that is pushed back to the raw water side and discharged to the overflow pipe 15. And in the filtration apparatus of a present Example, the air of this air pushing backwash is applied impactively over multiple times.
[0026]
Hereinafter, the hollow fiber membrane filtration equipment operating method of the present embodiment will be described more specifically.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the hollow fiber membrane filtration device of this example. FIGS. 3 to 6 are views showing a use state of the hollow fiber membrane filtration device of the present embodiment, FIG. 3 is a water filling (water replenishment) process, FIG. 4 is an air push backwash process, and FIG. 5 is a bubbling process. FIG. 6 shows a drainage (blow) process. In each figure, a thick solid line indicates the flow of water, and a broken line indicates the flow of air. Moreover, the valve body painted in black indicates a closed state, and the white valve body indicates an open state.
[0027]
The hollow fiber membrane filtration device of this example is typically operated by repeating the steps as shown in FIG. That is, a water filling process, a filtration process, an air push backwash process, a bubbling process, and a drainage process are sequentially performed. The details of each process will be described later. In the filtration process, raw water is filtered, and the dirt and particles filtered in the filtration process are other processes (air push backwash process, bubbling process, drainage process, water filling process), It is peeled from the hollow fiber membrane, discharged out of the housing, and cleaned and regenerated. In this embodiment, the hollow fiber membrane filtration device is configured to apply an external pressure to the hollow fiber membrane to filter the whole amount of raw water (external pressure full amount filtration).
[0028]
Drawing 3 is a figure showing the concrete composition of the hollow fiber membrane filtration device of this example, and shows the water filling process. In addition, in the figure, the main body unit surrounded by a two-dot chain line is the main body of the hollow fiber membrane filtration device.
[0029]
In the present embodiment, four hollow fiber membrane modules 1 are used, but it goes without saying that this number is appropriately changed. The raw water is supplied from the raw water tank 21 to the housing 2 of each hollow fiber membrane module 1 via the raw water supply conduit 7. The raw water tank 21 is provided with a raw water tank level switch 22. The raw water in the raw water tank 21 is sent out to the raw water supply pipe 7 by the raw water pump 10, passes through the raw water flow rate adjustment valve 23 and the raw water inlet valve 11, and then branches to be supplied to each housing 2. A drainage pipe 9 is connected to the raw water supply pipe 7 on the housing 2 side from the raw water inlet valve 11, and a drainage valve 12 is provided in the drainage pipe 9.
[0030]
A bubbling air supply pipe 8 is connected to the raw water supply pipe 7 to each housing 2 at a position on the housing 2 side. Pressurized air from the compressor 14 is passed through the bubbling air supply conduit 8, and the pressurized air can be supplied into the raw water supply conduit 7 and thus the housing 2 via the bubbling valve 13. In the figure, reference numeral 24 denotes a bubbling flow meter. The bubbling flow meter 24 of the present embodiment is a float indicating instantaneous flow meter for measuring a bubbling air flow rate and visually checking whether a specified amount of air is flowing.
[0031]
An overflow pipe 15 is connected to each housing 2 in order to discharge overflow water on the raw water side. The overflow line 15 is connected to the drain line 9 via the overflow valve 16. At that time, the drain valve 12 is connected downstream. In the figure, reference numeral 25 denotes an air introduction valve. The air introduction valve 25 is for introducing air into the housing 2 during drainage so that the interior of the housing 2 can be drained at atmospheric pressure.
[0032]
A treated water pipe 17 is connected to the upper part of each housing 2 in order to lead out treated water. The treated water pipe 17 is connected to the treated water tank 26 via the treated water outlet valve 18. The treated water tank 26 is provided with a treated water tank level switch 27 for grasping the amount of treated water.
[0033]
Further, a backwash air supply pipe 19 is connected to the treated water pipe 17 upstream of the treated water outlet valve 18. The backwash air supply pipe 19 may be directly connected to the treated water section at the top of the housing 2, but is connected to the treated water pipe 17 in this embodiment. The backwash air supply pipe 19 is branched in the middle, and one is connected to the drain pipe 9 via an air vent valve 28, and the other is connected to the compressor 14 via an air push valve 20. .
[0034]
In the hollow fiber membrane filtration device of this embodiment, an air tank 29 is provided in the main body, and air from the compressor 14 can be stored in the air tank 29. The backwash air supply line 19 can release the air from the air tank 29 to the treated water line 17 side through the air filter 30, the regulator 31, the air pressure switches 32 and 33, and the air push valve 20. . The backwash air supply line 19 branches at the air pressure switch 33 and is connected to the bubbling air supply line 8. That is, both the air supply pipes 8 and 19 are made common at the base end portion and branched in the middle, and one is the bubbling air supply pipe 8 and the other is the backwash air supply pipe 19.
[0035]
Pressurized air is supplied from the backwash air supply pipe 19 to the treated water pipe 17 for air push backwashing. The pressure of the air is appropriately set. In this embodiment, for example, the pressure resistance of the hollow fiber membrane is about 3 kg / cm ² , and the maximum water flow differential pressure inside and outside the membrane during normal operation is 1 to 1.5 kg. Since it is about / cm ^2, about 2 kg / cm ² is adopted as the air pressure for backwashing. In order to stably supply the air, the above-described air tank 29 is provided in the filtration device main body. Air is stored in the air tank 29 at a pressure higher than the backwash air pressure. In this embodiment, air is stored in the air tank 29 at, for example, 5 kg / cm ² . In this case, as the compressor 14, for example, a compressor having an output of 5 to 8 kg / cm ² is used, an existing compressor can be used, and it is not necessary to newly install a dedicated compressor.
[0036]
By storing the backwashing air in the air tank 29, the air source can be reduced in size, and the installation space can be reduced. Further, due to the cleaning method described later, energy saving in the cleaning process can be achieved.
[0037]
The high-pressure air stored in the air tank 29 is reduced to ² kg / cm ² by a regulator (pressure reducing valve) 31 through an air filter 30 and the like, and is sent to the air push valve 20 side. In the middle, two air pressure switches 32 and 33 for low pressure and high pressure are provided, and a pressure adjustment failure of the regulator 31 is detected. For example, if the pressure is higher than 2 kg / cm ² , the hollow fiber membrane may be damaged, so the filtration device is stopped, and if the pressure is lower than 2 kg / cm ² , there is a risk of poor cleaning due to backwashing with air. Because there is, it is possible to give an alarm.
[0038]
As described above, in the filtration device of this example, the treated water inside the device is used in a direction opposite to the direction of water flow during filtration (from the inside to the outside of the hollow fiber membrane) using ² kg / cm ² of pressurized air. The hollow fiber membrane is washed with air and backwashed with air. The backwashing air pressure is 2 kg / cm ² , but in order to reduce the capacity of the air tank 29, the stored air pressure in the air tank 29 is about 5 kg / cm ² . When the amount of treated water in the device is about 14L, the air capacity of 2kg / cm ² is originally required to be 14L, but the air pressure of the air tank 29 should be about 2-3 times 5kg / cm ^2. Thus, the tank capacity of the air tank 29 can be reduced to about 7L, which is about half.
[0039]
In addition, since the air is stored in the air tank 29 during an operation time (such as a filtration process) other than during backwashing, it is not necessary to provide a separate storage time. The air supply amount from the compressor 14 can be about 120 L / min for existing bubbling air supply. And even in that case, the storage time in the air tank 29 is about 30 seconds, and it can cope with frequent backwashing.
[0040]
Now, as for the hollow fiber membrane filtration apparatus of the above structures, the water filling process in the housing 2 is first implemented as shown in FIG. For this purpose, the raw water inlet valve 11 is opened with the bubbling valve 13 and the drain valve 12 closed, and the raw water from the raw water pump 10 is fed into the housing 2 through the raw water supply pipe 7.
[0041]
When water is filled, the treated water outlet valve 18 of the treated water pipe 17 is closed. Further, the air push valve 20 of the backwash air supply line 19 is closed, while the overflow valve 16 of the overflow line 15 is opened. If the air is not vented, the air remains in the raw water portion of the housing 2 and the filtration area is reduced. However, if the overflow valve 16 is opened, the air vent of the raw water portion of the housing 2 is removed. Done. In addition, the air vent valve 28 is opened, and the residual air in the treated water conduit 17 that has been subjected to the previous air push backwashing is discharged.
[0042]
In this way, the raw water pump 10 is operated with the raw water inlet valve 11, the air vent valve 28, and the overflow valve 16 opened, and the air in the housing 2 of the hollow fiber membrane module 1 is drawn into the housing 2. Supply raw water. When the inside of the housing 2 is full, the overflow water of the raw water is drained from the overflow pipe 15.
[0043]
In the water filling step, the overflow valve 16 and the air vent valve 28 are closed, while the treated water outlet valve 18 is opened, thereby shifting to the filtration step. In this filtration step, the raw water is pressurized and supplied from the raw water supply pipe 7 to the hollow fiber membrane module 1, and the raw water is passed from the outside to the inside of the hollow fiber membrane. Thereby, bacteria and suspended solids in the raw water are captured outside the hollow fiber membrane. That is, the raw water is filtered through the hollow fiber membrane, and the filtered water is led out from the treated water pipe 17 as treated water. Note that the air vent valve 28 and the overflow valve 16 are kept open for a certain period of time immediately after the start of filtration, thereby preventing a sudden pressure increase in the housing 2 and removing the air pool in the treated water pipe 17.
[0044]
After filtration for a certain period of time, an air push backwash process (process water backwater backwash by air push) is performed. If you stop the water flow in the filtration step, but filtered treated water is stored in the processing water of the housing 2 upper, closing the treated water outlet valve 18 provided on a point downstream from the processing water unit, and the closure point When flowing with pressure by air between the treated water part, the treated water flows outside from the inside of the hollow fiber membrane due to the pressure, and adheres to the outside of the hollow fiber membrane by the flow of treated water. Dirt such as suspended matter is removed.
[0045]
Specifically, as shown in FIG. 4, the air push backwash process is performed by closing the raw water inlet valve 11 and the treated water outlet valve 18 and opening the air push valve 20 and the overflow valve 16. By closing the treated water outlet valve 18, treated water stays in the treated water pipe 17 on the housing 2 side from the treated water outlet valve 18 and on the treated water side of the housing 2. When the air push valve 20 is opened in this state, pressurized air is supplied to the treated water side of the hollow fiber membrane module 1. Accordingly, the treated water is pushed out to the raw water side by the air pressure, and a part of the water in the housing 2 is discharged from the overflow pipe 15.
[0046]
The filtering device of this embodiment is characterized by this air push backwashing process, which will be described next. If the air push valve 20 is left open, the pressure on the housing 2 side from the air push valve 20 approaches the backwash air pressure of 2 kg / cm ² over time. For example, the air pressure for backwashing reaches ² kg / cm ² in about 2 seconds, and the treated water in the staying portion is also returned to the raw water side. However, the filtration apparatus of this embodiment, before reaching the air pressure 2 kg / cm ² for such backwashing, a plurality of times the air press valve 20, intermittently opened and closed. For example, a pulse-like operation of opening the air push valve 20 for about 0.5 seconds and closing it immediately and then opening it again after 1 second is repeated twice or more. By performing backwash push air wavy manner, the impact force when pressurized air ejection, exfoliation of deposits from the hollow fiber membrane surface is improved.
[0047]
By the way, when the compactness of the filtration device and the cleaning effect are taken into consideration, the volume of the staying treated water part should be within a maximum of twice the amount of water retained by the module on the treated water side of the hollow fiber membrane module 1. Is preferred. Here, “the amount of water retained in the module on the treated water side” refers to only treated water inside the hollow fiber membrane, and the amount of retained water in treated water is set to be twice or less the amount of water other than this. For example, when the amount of water retained in the module is about 0.1 L, the volume of the treated water section is preferably 0.2 L or less. In addition, as will be described later, a cleaning effect is expected even with a small amount of backwash water by bubbling in the next step.
[0048]
Next, as shown in FIG. 5, the air push valve 20 is closed, while the bubbling valve 13 and the overflow valve 16 are opened, air is blown into the housing 2 from the bubbling air supply line 8 to perform a bubbling process. To implement. The hollow fiber membranes are swung by bubbling to remove the gaps between the hollow fiber membranes and dirt attached to the membrane surface.
[0049]
For compactness, when the treatment water part (retention part) in the air push backwashing process is made small, the separated suspended matter remains in the vicinity of the outer surface of the hollow fiber membrane, When bubbling is performed on the entire hollow fiber membrane from the lower part of the bundle, it is separated from the vicinity of the outer surface of the hollow fiber membrane and spreads to the raw water portion. If this spread does not occur, even if the next process is blown, suspended substances will be reattached to the outer surface of the hollow fiber membrane, and the cleaning efficiency will be reduced. Inconvenience is prevented.
[0050]
Finally, as shown in FIG. 6, in order to discharge the dirt removed from the hollow fiber membrane by backwashing or bubbling to the outside of the apparatus, the drain valve 12 is opened to drain (blow) the water in the housing 2. A process is performed. At that time, the bubbling valve 13 is opened, and the air from the bubbling air supply pipe line 8 is sent into the housing 2 to perform the bubbling while draining. This blow prevents re-deposition of suspended matter. And from the adhesion state to the outer surface of a hollow fiber membrane, the floating substance which spread to the raw | natural water part by the said air pushing backwashing process or a bubbling process can be discharged | emitted effectively from a housing raw | natural water part.
[0051]
It should be noted that bubbling is vented by opening the overflow valve 16. After such a draining process, water is supplied into the housing 2 and the process is returned to the water filling process for overflowing. By adding bubbling at the time of rehydration, the floating substance discharge effect is enhanced, and the hollow fiber membrane is washed again to improve the membrane cleaning effect. Moreover, overflow during replenishment is effective for flushing out the reattached suspended matter.
[0052]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the operation method of the hollow fiber membrane filtration device of the present invention, the hollow fiber membrane can be effectively washed by a plurality of times of air push backwash accompanied by pressure change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a main part of one embodiment of a hollow fiber membrane filtration device of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of an operation process of the hollow fiber membrane filtration device of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a usage state of the hollow fiber membrane filtration device of FIG. 1, showing a water filling step.
4 is a view showing a use state of the hollow fiber membrane filtration device of FIG. 1, showing an air push backwashing step.
FIG. 5 is a diagram showing a use state of the hollow fiber membrane filtration device of FIG. 1, showing a bubbling step.
6 is a view showing a use state of the hollow fiber membrane filtration device of FIG. 1, showing a drainage process.
[Explanation of symbols]
2 Housing 3 Hollow fiber membrane 7 Raw water supply line 8 Bubbling air supply line 9 Drainage line 15 Overflow line 17 Treated water line 18 Treated water outlet valve 19 Backwash air supply line 20 Air push valve 28 Air vent valve

Claims

A water filling process for supplying raw water into the housing while blowing bubbles from the lower part of the housing with the overflow pipe of the raw water from the housing in which the hollow fiber membrane is accommodated being opened ,
Close the overflow pipe, a filtration step to obtain a filtered treated water raw water supplied into the housing by the hollow fiber membrane,
While the raw water overflow line from the housing is open, the treated water line from the housing is closed, and air pressure is applied to the treated water staying part at the top of the housing to treat the staying part through the hollow fiber membrane. An air push backwashing process to wash the hollow fiber membrane by returning water to the raw water side and draining it from the overflow line,
A bubbling process for cleaning the hollow fiber membrane by blowing air bubbles from the lower part of the housing;
Drainage process to drain the water in the housing from the bottom of the housing
Are sequentially performed . A method for operating a hollow fiber membrane filtration device.

The operation method of the hollow fiber membrane filtration device according to claim 1 , wherein the air push backwashing step is performed by applying pressure to the treated water retention part by air a plurality of times.