JP2000210540A

JP2000210540A - 膜ろ過装置

Info

Publication number: JP2000210540A
Application number: JP11015314A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Miyanoshita; 友明宮ノ下; Haruo Yokota; 治雄横田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】設備費及び運転費を低減する。【解決手段】圧力容器２２内には、膜ろ過エレメント
２４が配置され、原水側空間２２ａと、処理水側空間２
２ｂに仕切られている。原水側空間２２ａには、循環バ
ルブ４８を有する循環ライン４６が接続されている。そ
して、循環バルブ４８を順次開閉することにより原水を
循環するクロスフローろ過と、原水を循環しない全量ろ
過を順次行う。これによって、膜からの懸濁質の剥離を
促進して逆洗頻度を低減し、また圧入ポンプ、逆洗ポン
プ能力を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力容器に膜ろ過
エレメントを配置し、ここで圧入ポンプより原水を圧入
して膜ろ過を行う膜ろ過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、河川水などを原水として上水
や工業用水を製造する場合、あるいは排水の浄化処理に
おいて、懸濁物質を微細な孔を有する膜を利用してろ過
処理を行う膜ろ過装置が利用されている。この膜ろ過装
置には、使用する膜の孔径により、ＭＦ（精密ろ過）、
ＵＦ（限外ろ過）、ＮＦ（ナノろ過）等がある。また、
膜形状としては、中空糸膜、管状膜、スパイラル状膜、
平膜などを使用したものがある。

【０００３】このような膜ろ過装置では、圧力容器内に
膜ろ過エレメントを配置し、内部を原水側空間とろ過水
側空間に分離する。そして、原水側空間に圧入ポンプよ
り原水を圧入して、ろ過水側空間に膜を通過したろ過処
理水を得る。

【０００４】そして、この膜ろ過装置におけるろ過方式
としては、圧入した原水を全量ろ過する全量ろ過方式
と、圧入した原水の一部を一旦外部に取り出し再度原水
側に循環するクロスフロー方式も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】クロスフロー方式は、
原水側空間において流速が速くなるため、膜が目詰まり
しにくく、従って膜面積当たりの処理量を大きくするこ
とができるというメリットがある。しかし、循環流量が
大きくなるため、圧入ポンプの消費電力が大きく、運転
費用が高価になるという問題がある。

【０００６】一方、全量ろ過は、圧入ポンプの流量が通
水流量と等しくなるため、消費電力は小さく運転費用が
安価となる。しかし、膜表面に懸濁物質が付着しやすく
膜面積当たりの処理量を大きくできないという問題があ
る。

【０００７】また、全量ろ過方式の膜ろ過装置では、圧
力容器内に攪拌装置を設置したり定期的にエアバブリン
グを行い、膜表面の目詰まりを解消することが行われて
いる。しかし、このためには駆動部が水没した攪拌機の
設置や、圧縮空気の供給源が必要となり、設備が大きく
なるばかりでなく、維持管理費も増大することとなる。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、設備費及び維持管理費が比較的安くできる効率的
な膜ろ過装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧力容器内に
膜ろ過エレメントを配置し、内部を原水側空間とろ過水
側空間とに分離し、この原水側空間に圧入ポンプより原
水を圧入して膜ろ過を行う膜ろ過装置であって、膜ろ過
装置は、原水側空間に供給された原水の一部を一旦外部
に取り出し、原水側空間に流入部へ循環する循環ライン
と、この循環ラインに設けられた循環バルブと、前記循
環バルブを開閉し、循環を行わない全量ろ過と、循環を
行うクロスフローろ過を切り換える切換手段と、を備
え、全量ろ過とクロスフローろ過を順次切り換えて膜ろ
過処理を行うことを特徴とする。

【００１０】全量ろ過の後、循環バルブを開き原水の循
環を始めることによって、原水側空間の圧力が一時的に
低下し、ろ過が行われない時間が生じる。これによっ
て、懸濁物質が膜表面から剥離しやすくなり、従来の全
量ろ過やクロスフローろ過に比べて膜表面での懸濁物質
濃度を低く抑えることができる。そこで、膜の目詰まり
を解消するための洗浄を行うまでのろ過水量を大きくと
ることが可能となる。また、洗浄頻度をクロスフロー、
全量ろ過の何れよりも減少させて、水回収率を増加させ
ることができる。さらに、圧入ポンプ能力、逆洗ポンプ
能力などを比較的小さくでき、設備費及び運転費用を安
価にすることができる。

【００１１】また、前記切換手段は、循環バルブをタイ
マーの設定により自動的に開閉させることを特徴とす
る。タイマを利用して、比較的簡単な設備で確実な制御
が行える。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１３】水源（河川）１０の河川水を取水ポンプ１
２により汲み上げ、前処理として比較的大きな固形物を
オートストレーナ１４で除去した後、一旦原水槽１６に
貯留する。この原水槽１６内の原水は、圧入ポンプ１８
により、膜ろ過装置２０内に導入される。

【００１４】膜ろ過装置２０は、圧力容器２２からなっ
ており、内部には膜ろ過エレメント２４が配置されてい
る。この例における膜ろ過エレメント２４は、中空糸状
のＵＦ膜の多数本を束ねてガイドパイプ２４ａ内に収納
したものであり、この膜ろ過エレメント２４が圧力容器
２２内に複数本（例えば１００〜２００本）配置されて
いる。また、圧力容器２２内は、仕切り板２６により上
部空間と下部空間とに仕切られており、中空糸の内部空
間が上部空間に連通している。すなわち、図示の例で
は、外圧型の中空糸膜エレメントの例を示しており、圧
力容器２２の下部空間の膜ろ過エレメント２４の外側が
原水側空間２２ａ、膜ろ過エレメント２４の内部空間及
び上部空間が処理水側空間２２ｂとなっている。なお、
膜ろ過エレメント２４としては、中空糸に限らず、管状
膜、スパイラル状膜、平膜も利用できる。さらに、中空
糸状膜や管状膜の場合、外圧型だけではなく内圧型でも
よい。

【００１５】そして、圧入ポンプ１８からの原水は、膜
ろ過装置２０の原水側空間２２ａの下部に圧入される。
膜ろ過エレメント２４の中空糸膜を通過した処理水は、
中空糸の内部空間に集められて処理水側空間２２ｂに得
られ、これが処理水管２８を経て処理水槽３０に導入さ
れる。なお、処理水管２８には、処理水バルブ３２が設
けられ、処理水管２８を介し処理水槽３０に至る処理水
の流れを停止することができるようになっている。

【００１６】また、処理水槽３０には、逆洗ポンプ３４
が接続されており、この逆洗ポンプ３４により、膜ろ過
装置２０の処理水側空間２２ｂに処理水を逆送できるよ
うになっている。また、膜ろ過装置２０の底部には、排
水バルブ３６を有する排水管３８が接続されており、原
水側空間２２ａ内の原水が排水される。なお、逆先ポン
プ３４の吐出側の配管に付設されている逆止弁４０は、
膜ろ過装置２０からの処理水が、逆洗ポンプ３４に向け
て流れないようにするものである。

【００１７】処理水バルブ３２を閉じ、逆洗ポンプ３４
を駆動することによって、処理水槽３０内の処理水（逆
洗水）が膜ろ過装置２０の処理水側空間２２ｂに圧送さ
れる。そして、排水バルブ３６を開いておくことによっ
て、圧送されてきた逆洗水が処理水側空間２２ｂから膜
ろ過エレメント２４の各中空糸膜を原水のろ過方向とは
逆方向に透過し、原水側空間２２ａに至り、排水管３８
を介し外部に排出される。これによって、膜ろ過エレメ
ント２４の各中空糸膜の膜表面（原水側空間２２ａ側
面）に付着した懸濁物質が除去され、膜ろ過エレメント
２４のろ過能力が回復される。

【００１８】また、原水側空間２２ａには、圧力計４２
が取り付けられており、原水側空間２２ａ内の圧力がこ
れによって検出される。そして、上述のような逆洗を行
いながら原水のろ過処理を例えば数十日〜数ヶ月継続す
るうちに、膜ろ過エレメント２４のろ過抵抗が逆洗によ
っても回復できなくなった場合には、原水側空間２２ａ
内の圧力が一定以上となる。そこで、圧力計４２におい
て、一定以上の圧力を検出した場合には、酸、アルカ
リ、界面活性剤などにより、膜ろ過エレメントの薬品洗
浄を行う。なお、解放バルブ４４は、圧力容器２２内か
らの排水時に大気を導入するためのものである。

【００１９】そして、膜ろ過装置２０の原水側空間２２
ａの上部には、循環ライン４６の一端が接続されてお
り、この循環ライン４６には、自動弁である循環バルブ
４８と、流量調整バルブ５０が設けられており、その他
端は、圧入ポンプ１８の吸い込み側の配管に接続されて
いる。従って、循環バルブ４８及び流量調整バルブ５０
を開いている状態では、原水側空間２２ａ内の原水の一
部が循環ライン４６を介し、原水側空間２２ａに循環さ
れる。また、流量調整バルブ５０は、循環水量を調整す
るためのものである。また、図において、破線で示した
ように、循環ライン４６は、原水槽１６に原水を返送す
るようにしてもよい。これらの場合においても、流量調
整バルブを設けることが好適である。

【００２０】そして、この循環バルブ４８には、切換手
段としてのタイマ５２が接続されており、定期的に開閉
されるようになっている。すなわち、循環バルブ４８を
閉じた状態においては、圧入ポンプ１８により原水側空
間２２ａに圧入された原水の全量が膜ろ過エレメント２
４によってろ過される全量ろ過が行われ、循環バルブ４
８を開いた状態においては、原水側空間２２ａ内の原水
の一部が循環ライン４６を介し循環されるクロスフロー
ろ過が行われる。なお、圧力計４２の検出結果に応じ
て、循環バルブ４８を切り換えることも可能である。

【００２１】このような装置において、膜ろ過処理を行
う場合、５〜６０分間程度の全量ろ過→５〜３０分間程
度のクロスフローろ過を１サイクルとしてこれを繰り返
す。そして、このサイクルを複数回（例えば６回）繰り
返した後、例えば３０〜３００秒程度の逆洗を行う。ま
た、洗浄水の流速は、ろ過流速より高い１．０〜５．０
ｍ／ｄ程度が好適である。なお、逆洗によっても、ろ過
能力が回復できず、原水側空間２２ａ内の圧力が所定値
以上に上昇した場合は薬品による膜洗浄を行う。

【００２２】膜ろ過処理を行う場合、まず処理水バルブ
３２を開、排水バルブ３６および循環バルブ４８を閉と
した状態で、圧入ポンプ１８を駆動し、原水槽１６内の
原水を膜ろ過装置２０の原水側空間２２ａに導入し、膜
ろ過エレメント２４によるろ過処理水を処理水側空間２
２ｂを介し処理水槽３０に得る全量ろ過を行う。これに
よって、圧入ポンプ１８により圧入する水量を比較的小
さくして、膜ろ過処理が行われる。

【００２３】この全量ろ過によって、膜ろ過エレメント
２４の外側、すなわち原水側空間２２ａ側の懸濁質濃度
は徐々に高くなっていき、膜表面にケーク層が形成され
るようになる。このケーク層が形成されると、ケーク層
自体がろ過層となり、その分ろ過抵抗が高くなる。

【００２４】タイマ５２により所定時間の経過を検出し
た場合、循環バルブ４８を開く。これによって、原水側
空間２２ａの原水は、その一部が一旦循環ライン４６に
排出され、その後原水側空間２２ａに戻されるクロスフ
ローろ過になる。これによって、原水側空間２２ａ内に
原水の循環流れが生じ、この流れにより膜表面に形成さ
れたケーク層は剥離する。この剥離によりろ過において
生じるろ過抵抗は減少する。

【００２５】そして、この原水の循環を伴うクロスフロ
ーろ過を所定時間行った場合には、タイマ５２によりこ
れを検知し再び全量ろ過に戻る。

【００２６】このようなサイクルを複数回繰り返した
後、膜ろ過エレメント２４の逆洗を行う。すなわち、循
環バルブ４８を閉じた状態で、圧入ポンプ１８を停止
し、解放バルブ４４を開くとともに、排水バルブ３６を
開く。これによって、圧力容器２２の原水側空間２２ａ
内の原水及びこのホッパ部底部に濃縮された懸濁物質を
排出する。

【００２７】さらに、処理水バルブ３２を閉とし、処理
水槽３０内の処理水を逆洗ポンプ３４により、膜ろ過装
置２０の処理水側空間２２ｂに圧入する。これによっ
て、膜ろ過エレメント２４の逆洗が行われ、懸濁物質を
含む逆洗排水が排水管３８を介し排出される。

【００２８】ここで、従来のクロスフローろ過は、膜表
面への懸濁物質の付着を防止するために、循環流速をか
なりの高速としていた。しかし、本実施形態において
は、クロスフローろ過は一次的な膜表面の再生を意図す
るだけであり、循環流速は従来のクロスフローろ過に比
べ小さく設定することができる。

【００２９】また、全量ろ過からクロスフローろ過への
切り替えを行う際に、循環バルブ４８を開き原水の循環
を始めることによって、原水側空間２２ａの圧力が数秒
〜数１０秒にわたって低下し、ろ過が行われない時間が
生じる。そこで、この際に膜ろ過エレメント２４の表面
に付着していた懸濁物質は剥離し、圧力容器２２の底部
のホッパ部に自然沈殿し、ここに沈殿濃縮される。

【００３０】すなわち、全量ろ過とクロスフローろ過の
切換を行うことにより、懸濁物質が膜表面から剥離し、
沈降濃縮されるため、従来の全量ろ過やクロスフローろ
過に比べて膜表面での懸濁物質濃度を低く抑えることが
できる。これにより、逆洗を行うまで積算のろ過水量を
大きくとることが可能となり、換言すれば逆洗の頻度を
従来より少なくすることが可能となる。

【００３１】本実施形態において、１回の逆洗に要する
水量は、従来の全量ろ過やクロスフローろ過と同等であ
る。そして、上述のように、逆洗頻度を少なくできるた
め、ろ過水量に対する逆洗水量が少なくなり、水回収率
は高くなる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全量ろ過及びクロスフローろ過の両運転方法の利点を維
持しつつ、切り替えに起因して膜表面のケーク層の剥離
及び沈殿濃縮を効率的に行うことができるため、設備費
及び運転費用を比較的安価にしつつ、膜表面への懸濁物
質の付着を抑制することが可能になる。そこで、全量ろ
過に比べてフラックスを高くして、エレメント数を少な
くできる。また、逆洗頻度をクロスフロー、全量ろ過の
何れよりも減少させて、水回収率を増加させることがで
き、総合的に効率のよい膜ろ過装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１６原水槽、１８圧入ポンプ、２０膜ろ過装置、
２２圧力容器、２２ａ原水側空間、２２ｂ処理水
側空間、２４膜ろ過エレメント、３０処理水槽、３
４逆洗ポンプ、４６循環ライン、４８循環バル
ブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA06 HA16 HA19 HA21 HA41 HA61 JA39A JA57A JA64A KA01 KA63 KB14 KC02 KC03 KC12 KC13 KC16 KD04 KD11 KD17 KE01Q KE07P KE07Q KE22Q KE23Q KE24Q KE28Q PA01 PB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器内に膜ろ過エレメントを配置
し、内部を原水側空間とろ過水側空間とに分離し、この
原水側空間に圧入ポンプより原水を圧入して膜ろ過を行
う膜ろ過装置であって、膜ろ過装置は、原水側空間に供給された原水の一部を一
旦外部に取り出し、原水側空間の流入部へ循環する循環
ラインと、この循環ラインに設けられた循環バルブと、前記循環バルブを開閉し、循環を行わない全量ろ過と、
循環を行うクロスフローろ過を切り換える切換手段と、を備え、全量ろ過とクロスフローろ過を順次切り換えて膜ろ過処
理を行うことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記切換手段は、循環バルブをタイマーの設定により自
動的に開閉させることを特徴とする膜ろ過装置。