JP2004041904A

JP2004041904A - 水浄化システム

Info

Publication number: JP2004041904A
Application number: JP2002202088A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Nakatsuka; 中塚　修志
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】低コストで濾過運転できる水浄化システムの提供。
【解決手段】一次処理槽２の液面高さｈ_１と、透過液ライン１４の出口高さｈ_２とを上昇又は下降させて水頭差Δｈを増減することで、中空糸膜モジュール３における濾過圧力を調節する。これにより、低コストで安定した濾過運転ができるようになる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道用の水処理手段として好適な水浄化システム、前記水浄化システムの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
最近、河川から採水した原水を浄化処理し、塩素消毒した上水道中に、病原性原虫（クリプトスポリジウム）が混入して、飲用した住民に下痢等の症状が出るという被害が生じている。
【０００３】
一般的な水処理法である凝集沈殿及び砂濾過法（緩速濾過法）によっても病原性原虫の大半は取り除くことができるが、完全に取り除くことは困難であり、また、浄水処理法として汎用されている砂濾過法（急速濾過法）では病原性原虫を除去することはできず、更に病原性原虫は塩素消毒では死滅しない。このため、凝集沈殿及び砂濾過法（緩速又は急速濾過法）に替えて、膜濾過法が採用されるようになっている。
【０００４】
しかし、膜濾過法を採用した場合、運転に要するエネルギー消費が大きく、運転コストが上昇するため、それが上水道料金を押し上げる要因にもなり、このような点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、病原性原虫を完全に除去できると共に、エネルギー消費が小さく、低コストで濾過運転できる水浄化システム、及び水浄化システムを用いた水浄化システムの運転方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、水浄化システムにおいて膜濾過法を採用したときのエネルギー消費の低減を、水頭差を利用した濾過により解決でき、更に濾過運転を継続して行ったときの濾過能力の低下を、水頭差を調整することで解決できることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００７】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、原水を凝集処理及び／又は砂濾過処理して一次処理水を得る一次処理槽、一次処理水を全量濾過する中空糸膜モジュール、及び中空糸膜モジュールで濾過処理されて得られた透過液を貯水する貯水槽とを備えており、一次処理槽の液面高さを調整する手段と、透過液出口高さを調整する手段の少なくとも一方を有している水浄化システムを提供するものである。
【０００８】
請求項２の発明は、更に中空糸膜モジュールの透過液出口側に吸引手段を有しているものである。
【０００９】
濾過運転初期及び逆圧洗浄直後においては濾過能力が高いので、水頭差が小さくなるように調節し、濾過運転を継続して行き、透水速度が低下したとき（濾過能力が低下したとき）には水頭差が大きくなるように調節する。このようにして水頭差を調節することで濾過能力を安定に維持できるので、エネルギー消費が抑制できる。更に、水頭差の調節だけでは、濾過圧力の調節が不十分な場合には、吸引手段を作動させることで、最適な濾過圧力が維持できる。
【００１０】
請求項３〜６は、本発明の課題を解決する上で、請求項１、２等の好ましい態様に係る発明である。
【００１１】
請求項７の発明は、他の課題の解決手段として、請求項１〜６のいずれかに記載の水浄化システムの運転方法であり、中空糸膜モジュールにおける全量濾過の濾過圧力が、一次処理水の液面と中空糸膜モジュールからの透過水出口との水頭差を利用するものであり、水頭差を利用する濾過圧力を、一次処理水の液面及び／又は透過水出口を上下させることで調整するものである水浄化システムの運転方法を提供するものである。
【００１２】
請求項８、９は、本発明の課題を解決する上で、請求項７等の好ましい態様に係る発明である。
【００１３】
本発明における「高さ」は、水浄化システムを設置した平面のような同一面を基準とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水浄化システム及び水浄化システムの運転方法について、図面により説明する。図１は、水浄化システムの概念図である。
【００１５】
河川水等の原水は、原水採取ライン１１から原水槽１に送り、貯水する。大きな固形物等は沈殿させ、開閉弁１７を開放にして、引抜ライン１６から適宜引き抜く。
【００１６】
原水槽１に貯水された原水は、原水供給ライン１２により、一次処理槽２に送る。一次処理槽２では、砂濾過手段５による砂濾過（緩速砂濾過又は急速砂濾過）を行う方法、一次処理槽２内に所定量の凝集剤を添加し、攪拌して凝集処理する方法、砂濾過と凝集処理の両方を組み合わせる方法を適用する。なお、砂濾過と凝集処理の両方を組み合わせる方法の場合には、一次処理槽を、凝集処理する凝集沈殿槽と、砂濾過処理する砂濾過槽の２つに分けることもできる。
【００１７】
凝集剤は、無機系凝集剤、有機系凝集剤又はこれらを組み合わせて用いることができる。無機系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、ポリ塩化鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム、ベントナイト等を挙げることができる。有機系凝集剤としては、ポリアクリルアミド、カチオン性ポリアクリルアミド系、カチオン性ポリ（メタ）アクリル酸エステル系、ポリアミン系、ポリジシアンジアミド系、低分子有機アミン、ポリアクリル酸ナトリウム、アニオン性ポリ（メタ）アクリル酸エステル系、アニオン性ポリアクリルアミド系等のノニオン性、カチオン性、アニオン性高分子又は低分子凝集剤等を挙げることができる。
【００１８】
一次処理槽２の液面（ｈ_１）の高さは、原水槽１からの送水量を増減乃至は停止させたり、中空糸膜モジュール３への送水量を増減させたりすることで上昇又は下降させ、所望高さになるように調節する。
【００１９】
一次処理槽２で得られた一次処理水は、一次処理水ライン１３により、中空糸膜モジュール３に送り、内圧式全量濾過する。
【００２０】
中空糸膜モジュール３の構造は特に限定されず、中空糸膜モジュールの中空糸膜一端側に一次処理水供給口を少なくとも１つ有していればよく、濃縮液排出口は必要に応じて設けることができる。好ましくは、中空糸膜の上端側が封止された片端封止構造のものがよく、透過液取出口は少なくとも１つ備えていればよい。
【００２１】
中空糸膜モジュール３で用いる中空糸膜としては、酢酸セルロース系中空糸膜、ポリスルホン系中空糸膜、ポリアクリロニトリル系中空糸膜等を挙げることができるが、これらの中でも膜のファウリングを抑制し易いとの観点から酢酸セルロース系中空糸膜が好ましく、外表面側の細孔より内表面側の細孔の方が小さい孔径のものが内圧式として好適である。
【００２２】
中空糸膜の有効面積は、好ましくは１００ｍ^２以上、より好ましくは１２０ｍ^２以上、更に好ましくは１５０ｍ^２以上である。
【００２３】
水頭差を利用して低い圧力で濾過した場合であっても、酢酸セルロース中空糸膜を使用し、更に中空糸膜の有効面積を高めることにより、透水速度等で示される濾過能力を低下させることがない。
【００２４】
中空糸膜の内径は、内圧式全量濾過をする観点から、好ましくは０．３〜０．８ｍｍ、より好ましくは０．４〜０．７ｍｍ、更に好ましくは０．５〜０．７ｍｍである。
【００２５】
中空糸膜モジュール３で膜濾過された透過液は、透過液ライン１４から貯水槽４に送られて貯水される。透過液ライン１４の途中には、中空糸膜モジュール３の透過液出口側から吸引するための吸引ポンプ６を設置することができる。
【００２６】
透過液ライン１４の透過液出口（大気圧開放出口）２０は、高さが複数段階で調節自在となっており、例えば、図示するように、出口２０ａ（高さｈ_２）、出口２０ｂ（高さｈ_２’）の範囲で複数段階に調節する。
【００２７】
中空糸膜モジュール３における濾過圧力（膜間差圧）となる水頭差（Δｈ）は、Δｈ＝ｈ_１−ｈ_２又はｈ_２’により求められるもので、濾過運転初期及び逆圧洗浄直後においては濾過能力が高いので、Δｈが小さくなるように調節し、濾過運転を継続して行き、透水速度が低下したとき（濾過能力が低下したとき）にはΔｈが大きくなるように調節する。Δｈの調節だけでは濾過圧力の調節が不十分な場合には、吸引ポンプ６、例えばインバーター方式のポンプを作動させて、最適な濾過圧力を維持する。
【００２８】
このようにしてΔｈを調節し、必要に応じて吸引ポンプ６を作動させることで安定した濾過能力を維持できるので、中空糸膜モジュール３におけるエネルギー消費を低減させることができる。
【００２９】
中空糸膜モジュール３における水頭差は、好ましくは１０〜２００ｃｍ（１〜２０ｋＰａ）、より好ましくは１０〜１５０ｃｍである。膜間差圧が１０ｃｍ以上であると、実用上要求される透水速度を維持することができ、２００ｃｍ以下であると、膜の目詰まりを防止でき、長期間、安定した透水速度を得ることができる。
【００３０】
貯水槽４に貯水された透過液は、逆圧洗浄水として使用することができる。逆圧洗浄は、透過液ライン１４を使用するか、別途設けた逆圧洗浄水ラインを使用して行ってもよい。逆圧洗浄時の流量は、好ましくは透過液流量の０．１〜３倍、より好ましくは０．２〜２倍、更に好ましくは０．５〜１．５倍であり、逆圧洗浄の間隔に応じて流量を選択する。
【００３１】
逆圧洗浄後の洗浄水は、開閉弁２１を操作することにより、濃縮液と共に排出ライン２２から系外に排出するか、又は別途設けたラインにより、原水槽１に返送する。
【００３２】
逆圧洗浄水には、必要に応じて、次亜塩素酸ナトリウム等の薬液を添加することができる。薬液の添加量は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた場合は、逆圧洗浄後における中空糸膜内の残留塩素濃度が５〜１００ｍｇ／Ｌになるように調整する。
【００３３】
本発明の水浄化システムは、上水道施設で使用できるほか、汚水処理場等における活性汚泥等を含む排水、各種施設の排水及び家庭排水の処理、その他懸濁質（ＳＳ）を含む排水等の処理に適用することができる。
【００３４】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
図１に示す水浄化システムを用い、濾過運転を行った。原水として河川水（平均濁度５．５度）を用いた。一次処理槽２では、砂濾過（急速濾過）法を適用して、一次処理水（平均濁度０．５度）を得た。中空糸膜モジュール３では、全有効膜面積１５０ｍ^２の酢酸セルロース中空糸膜（中空糸膜１本の内径０．６ｍｍ、外径１．０ｍｍ）を用い、濾過圧力は２０ｋＰａ（水頭差Δｈとして２００ｃｍ）、初期透水速度２．５ｍ／日（透過液流量３７５ｍ^３／日）で濾過運転した。透過液中の平均濁度は０．０５度以下であった。
【００３６】
濾過運転４５分に１回の割合で、透過液中に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加したものを用い、１分間、透過液流量と同じ流量で逆圧洗浄を行った。水頭差（Δｈ）の調整は、一次処理槽２の液面ｈ_１の高さを上下させることで調節した。
【００３７】
このような運転条件で１２５日間運転したときの透過液中の平均濁度は０．０５度以下、透水速度は２．４ｍ／日であり、運転開始時と比べて変化はなかった。
【００３８】
実施例２
水頭差（Δｈ）の調節を、透過液出口２０の高さを徐々に下げることにより行ったほかは実施例１と同様にして、濾過運転を行った。
【００３９】
実施例３
実施例１の条件で濾過運転を継続したとき、水頭差（Δｈ）を更に５０ｃｍ増加させても透水速度２．５ｍ／日を維持できなくなった時点で、吸引ポンプ６を作動させることで、透水速度を維持し、濾過運転を継続した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の水浄化システムによれば、中空糸膜モジュールにおける濾過圧力として水頭差を利用し、更に水頭差を調節することで低コストで安定した濾過運転ができるので、エネルギー消費を節約できる。また、吸引ポンプを併用した場合でも、吸引ポンプは水頭差による濾過圧力を補う程度の吸引力を付加するものであるため、吸引ポンプのみにより濾過圧力を維持する場合に比べて、エネルギー消費は少なくなる。従って、運転コストを低下させることができるほか、中空糸膜を使用しているので、病原性原虫も取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水浄化システムの概念図。
【符号の説明】
１　原水槽
２　一次処理槽
３　中空糸膜モジュール
４　貯水槽

Claims

原水を凝集処理及び／又は砂濾過処理して一次処理水を得る一次処理槽、一次処理水を全量濾過する中空糸膜モジュール、及び中空糸膜モジュールで濾過処理されて得られた透過液を貯水する貯水槽とを備えており、一次処理槽の液面高さを調整する手段と、透過液出口高さを調整する手段の少なくとも一方を有している水浄化システム。
更に中空糸膜モジュールの透過液出口側に吸引手段を有している請求項１記載の水浄化システム。
全量濾過が内圧式全量濾過方式のものである請求項１又は２記載の水浄化システム。
中空糸膜モジュールで用いている中空糸膜が酢酸セルロース中空糸膜である請求項１〜３のいずれかに記載の水浄化システム。
中空糸膜モジュールが、膜の有効面積が１００ｍ^２以上のものである請求項１〜４のいずれか１記載の水浄化システム。
中空糸膜モジュールで用いている中空糸膜の内径が０．３〜０．８ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の水浄化システム。
請求項１〜６のいずれかに記載の水浄化システムの運転方法であり、中空糸膜モジュールにおける全量濾過の濾過圧力が、一次処理水の液面と中空糸膜モジュールからの透過水出口との水頭差を利用するものであり、水頭差を利用する濾過圧力を、一次処理水の液面及び／又は透過水出口を上下させることで調整するものである水浄化システムの運転方法。
水浄化システムの運転を継続して行い、中空糸膜モジュールの濾過能力が低下したとき、透過液出口側から吸引手段により吸引して、濾過圧力を調節する請求項７記載の水浄化システムの運転方法。
逆圧洗浄時の流量が、透過液流量の０．１〜３倍である請求項７又は８記載の水浄化システムの運転方法。