JP2004041935A

JP2004041935A - 膜ろ過装置の洗浄方法

Info

Publication number: JP2004041935A
Application number: JP2002203353A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Narukami; 鳴上　善久; Motofumi Tajima; 田島　基史; Takeshi Yoshizaki; 吉崎　健
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】短時間に優れた洗浄効果を得ることができる洗浄方法を実施することで、薬品洗浄頻度が多くなるデッドエンドろ過およびクロスフローろ過の不利な面を補うことができる膜ろ過装置の逆洗方法を提供する。
【解決手段】過酸化水素と酸の混合液を第１の逆洗用薬液として膜モジュール１に供給し、第１の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、ろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸と反応させて膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後第１の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去し、次に過酸化水素とアルカリの混合液を第２の逆洗用薬液として膜ろ過装置に供給し、第２の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させて微細断片に細分化し、その後第２の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜ろ過装置の洗浄方法に関し、上水（浄水）処理、下水・廃水処理、工場用水処理の技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
膜ろ過装置に使用する膜モジュールには種々のものが採用できる。たとえば、図３〜図４に示すものにおいて、ケーシング１１は両端が膜エレメント装入口１１ａとして開口し、膜エレメント装入口１１ａの外周縁にフランジ１２を有している。ケーシング１１は内部に充填する複数の膜エレメント１３を両側の膜エレメント装入口１１ａの各々から装入しており、両側の膜エレメント１３の間に形成する給水空間１１ｂに対応する位置に被処理水を供給する原水供給口１４を有し、両側に濃縮水排出口１５を有している。
【０００３】
膜エレメント１３はセラミック製で先端を閉塞した細い直管状をなし、管壁を膜形成材のみで成形してなり、管外径１〜４ｍｍφ、管壁肉厚０．２〜０．８ｍｍの形状をなすものである。
【０００４】
このセラミック製の複数の膜エレメント１３は、所定間隔で平行に配置するとともに基端を集束プレート１６に形成した貫通孔に装入して配置し、各膜エレメント１３の基端間に充填する接着材層１７によって集束プレート１６に水密に集束固定している。
【０００５】
この基端側においてのみ集束固定した膜エレメント１３の束は各膜エレメント装入口１１ａからケーシング１１の内部に充填し、集束プレート１６はシール材１８を介してフランジ１２に水密に配置する。各膜エレメント１３の基端開口１３ａを覆って配置する集水部１９はろ過水排出口２０を有しており、シール材２１を介して集束プレート１６に水密に配置し、固定ボルト２２でフランジ１１、集束プレート１６、集水部１９を一体に締め付けて固定している。
【０００６】
以下、上記した構成における作用を説明する。原水供給口１４から供給する被処理水は給水空間１１ｂに流入し、各膜エレメント１３の閉塞した先端に対向する位置から基端側に向けて流れる。被処理水を各膜エレメント１３の間の流路にクロスフローで通水して各膜エレメント１３でろ過する。膜エレメント１３を透過したろ過水は膜エレメント１３の内部流路を通って基端開口１３ａから集水部１９に流入し、ろ過水排出口２０から排出される。被処理水の濃縮水は濃縮水排出口１５から排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の構成においては、膜面汚染をできるだけ生じないようにクロスフローろ過を行っているが、運転フラックス（Ｆｌｕｘ）を大きくすると薬品洗浄頻度が多くなる欠点があった。
【０００８】
一方、膜ろ過装置の運転方法にはクロスフローろ過以外にデッドエンドろ過（全量ろ過）がある。このデッドエンドろ過においては被処理水の全量をろ過するので、システム構成が簡単で、かつ水の回収率を高くすることができる。
【０００９】
しかし、デッドエンドろ過では運転フラックスを大きくすると薬品洗浄頻度が多くなり、ろ過膜の洗浄が問題となる。この洗浄に係る先行技術としては、特開平１１−１１４３８４号、特開平８−２４３３６１号等があるが、水道原水等を膜ろ過した時の膜面付着物（Ｃ，Ｃａ，Ｋ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｆｅ等からなる）は、逆洗やエアースクラビング等の物理洗浄及び硫酸、苛性ソーダや過酸化水素等の薬品単独での化学洗浄では短時間に除去することが困難であった。
【００１０】
本発明は、高フラックス運転を行う膜ろ過装置において短時間に優れた洗浄効果を得る洗浄方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、膜ろ過装置のろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸または還元剤と反応させることで膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させることで膜面付着物を微細断片に細分化して膜面から除去するものである。
【００１２】
請求項２に係る本発明の膜ろ過装置の洗浄方法は、過酸化水素と酸または還元剤の混合液を第１の逆洗用薬液として膜ろ過装置に供給し、第１の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、ろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸または還元剤と反応させて膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後第１の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去し、次に過酸化水素とアルカリの混合液を第２の逆洗用薬液として膜ろ過装置に供給し、第２の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させて微細断片に細分化し、その後第２の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、膜モジュール１の基本的構造は図３〜図４のものと同様であるので詳細な説明を省略するが、本発明を適用する膜モジュール１の構造は図３〜図４のものに限るものではなく、ろ過膜の材質は無機膜、有機膜などの何れのものであっても良く、ろ過膜の形状としては管状、中空糸状、平膜状、スパイラル状、プリーツ状、モノリス状等の何れのものであっても良い。また、装置の形状は浸漬型、圧力容器型等の何れのものであって良い。さらに、本実施の形態においては、例として浄水処理についてデッドエンドろ過を行う場合を説明するが、浄水処理以外およびクロスフローろ過にも適用可能である。
【００１４】
図１において、膜モジュール１の原液側には第１バルブ２を介して被処理水供給系３を接続し、被処理水供給系３の途中に凝集剤注入ポンプ４を介して凝集剤薬品タンク５を接続しており、凝集剤薬品タンク５にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を貯留している。また、膜モジュール１の原液側には第２バルブ６を介して薬液洗浄排液系７を接続している。
【００１５】
膜モジュール１の透過液側には第３バルブ８を介して透過液排出系９を接続するとともに、第４バルブ１０を介して逆洗液供給系１１を接続しており、透過液排出系９の先端側が処理水槽１２に連通し、逆洗液供給ポンプ１３を有する逆洗液供給系１１の基端側が処理水槽１２に連通している。
【００１６】
逆洗液供給系１１の途中には、アルカリ注入ポンプ１４を介してアルカリ薬品タンク１５を接続し、酸注入ポンプ１６を介して酸薬品タンク１７を接続し、過酸化水素注入ポンプ１８を介して過酸化水素薬品タンク１９を接続している。
【００１７】
アルカリ薬品タンク１５に貯留するアルカリとしては種々あるが苛性ソーダが望ましく、洗浄時の濃度は１０００〜１００００ｍｇ／ｌであって、４０００ｍｇ／ｌ程度が望ましい。酸薬品タンク１７に貯留する酸としては鉱酸でも有機酸でも良いが、浄水設備では有機酸は有機物であるために好ましくなく、鉱酸としては硫酸、塩酸が望ましく、洗浄時の濃度は１０００〜１００００ｍｇ／ｌであって、５０００ｍｇ／ｌ程度が望ましい。過酸化水素薬品タンク１９に貯留する過酸化水素の洗浄時の濃度は３〜１００ｍｇ／ｌであって、３０ｍｇ／ｌが望ましい。還元剤薬品タンク２１に貯留する還元剤としては、チオ硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、シュウ酸等があるが、浄水設備ではシュウ酸は有機物であるために好ましくなく、チオ硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムが望ましく、洗浄時の濃度は１０００〜１００００ｍｇ／ｌであって、５０００ｍｇ／ｌ程度が望ましい。
【００１８】
透過液排出系９には第３バルブ８の上流側において初期排水系２２が第５バルブ２３を介して連通しており、初期排水系２２の先端側は薬液洗浄排液系７に連通し、薬液洗浄排液系７は排水槽２４に連通している。また、膜モジュール１の原液側は第６バルブ２５を介して初期排水系２２に連通している。
【００１９】
以下、上記した構成における作用を説明する。通常運転時には、第１バルブ２および第３バルブ８を開栓し、第２バルブ６、第４バルブ１０および第５バルブ２３を閉栓する。この状態で、被処理水供給系３から被処理水を膜モジュール１の原液側に供給する。このとき、凝集剤薬品タンク５からＰＡＣ等の凝集剤を凝集剤注入ポンプ４を通して被処理水供給系３に供給する。
【００２０】
凝集剤を伴った被処理水はその全量が膜モジュール１で膜分離され、分離物が膜面付着物（Ｃ，Ｃａ，Ｋ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｆｅ等からなる）としてろ過膜に付着し、ろ過膜を透過した透過液が透過液排出系９を通して処理水槽１２へ流入する。
【００２１】
逆洗運転時には、第１バルブ２、第３バルブ８、第５バルブ２３を閉栓し、第２バルブ６および第４バルブ１０を開栓し、逆洗液供給ポンプ１３を駆動して処理水槽１２の処理水を逆洗水として供給する。この状態で、第１の洗浄工程として、酸注入ポンプ１６を駆動して酸薬品タンク１７から酸として硫酸を所定濃度（５０００ｍｇ／ｌ）となるように供給し、過酸化水素注入ポンプ１８を駆動して過酸化水素薬品タンク１９から過酸化水素を所定濃度（３０ｍｇ／ｌ）となるように供給し、硫酸と過酸化水素の混合液を第１の洗浄薬液として膜モジュール１に供給する。
【００２２】
逆洗液供給ポンプ１３を停止し、第１の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持し、この間にろ過膜に付着した凝集剤由来の金属水酸化物である膜面付着物を過酸化水素の存在下で硫酸と反応させて膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和する。その後、押出工程において逆洗液供給ポンプ１３を駆動して第１の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去し、除去物を薬液洗浄排液とともに薬液洗浄排液系７を通して排水槽２４へ排出する。
【００２３】
次に、第２の洗浄工程として、アルカリ注入ポンプ１４を駆動してアルカリ薬品タンク１５から水酸化ナトリウム溶液を所定濃度（４０００ｍｇ／ｌ）となるように供給し、過酸化水素注入ポンプ１８を駆動して過酸化水素薬品タンク１９から過酸化水素を所定濃度（３０ｍｇ／ｌ）となるように供給し、水酸化ナトリウム溶液と過酸化水素の混合液を第２の洗浄薬液として膜モジュール１に供給する。
【００２４】
逆洗液供給ポンプ１３を停止し、第２の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持し、この間に、ろ過膜に残留する膜面付着物を過酸化水素の存在下で水酸化ナトリウムと反応させて微細断片に細分化する。その後、押出工程において逆洗液供給ポンプ１３を駆動して第２の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去し、除去物を薬液洗浄排液とともに薬液洗浄排液系７を通して排水槽２４へ排出する。
【００２５】
この硫酸・過酸化水素混合液と苛性ソーダ・過酸化水素混合液の使用順序を逆にすると洗浄効果が減じられる。すなわち、過酸化水素の存在下で硫酸が膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和して後に、過酸化水素の存在下で水酸化ナトリウムにより膜面付着物を微細断片に細分化することが重要であり、付着力の緩和を行わずに細分化を先行して行っても効果が少ない。
【００２６】
次に、フラッシング工程として、逆洗液供給ポンプ１３を停止し、第２バルブ６、第４バルブ１０を閉栓するとともに、第１バルブ２、第６バルブ２５を開栓する。この状態で被処理水を膜モジュール１に通液してフラッシングし、ろ過膜に付着している物質および膜モジュール１の原液側に浮遊している物質を洗い流し、その排液は初期排水系２２を通して排水槽２４へ排水する。
【００２７】
そして次に、第６バルブ２５を閉栓するとともに、第５バルブ２３を開栓して初期ブローを行い、その排液は初期排水系２２を通して排水槽２４へ排水する。その後、第５バルブ２３を閉栓して通常の通水運転に復帰する。上述した操作における各バルブの開閉状態を表１に示す。
【００２８】
【表１】

ところで、酸注入ポンプ１６、酸薬品タンク１７に代えて、図２に示すように還元剤注入ポンプ２０を介して還元剤薬品タンク２１を接続することも可能であり、この場合に第１の洗浄工程は還元剤注入ポンプ２０を駆動して還元剤薬品タンク２１からチオ硫酸ナトリウム溶液を所定濃度（５０００ｍｇ／ｌ）となるように供給することでも可能である。
【００２９】
本発明でデッドエンドろ過を行う場合、被処理水量から薬液逆洗に要する水量を減じた量が処理水量となる。薬液逆洗に要する水量は第１および第２洗浄工程、押出工程、フラッシング工程、初期ブロー工程で使用する洗浄水の量であり、その総水量は被処理水量の１〜２％程度であるので、回収率は９８〜９９％にまで高まる。
【００３０】
表２は、硫酸および苛性ソーダの濃度を変えた場合の洗浄効果を示すものであり、１０００〜１００００ｍｇ／ｌの濃度において短時間に原水圧力の回復を図ることが可能なことが明らかである。
【００３１】
【表２】

表３は、種々の薬品を使用して上述した洗浄操作を行ったテスト結果を示すものである。この結果より、酸、アルカリ、過酸化水素のそれぞれを単独で使用した場合、第１の洗浄薬液として酸を単独で使用し、第２の洗浄薬液としてアルカリを単独で使用した場合、第１の洗浄薬液としてアルカリを単独で使用し、第２の洗浄薬液として酸を単独で使用した場合には、短時間での洗浄操作では十分な洗浄効果が得られない。しかし、本発明のように、第１の洗浄薬液として酸と過酸化水素の混合液もしくは還元剤と過酸化水素の混合を使用し、第２の洗浄薬液としてアルカリと過酸化水素の混合液を使用することで短時間に優れた洗浄効果を発揮できる。
【００３２】
【表３】

【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、膜ろ過装置のろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸と反応させることで膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させることで膜面付着物を微細断片に細分化して膜面から除去することで、短時間に優れた洗浄効果を発揮できるので、薬品洗浄頻度が多くなる高フラックスろ過の不利な面を補うことができる。このため、例えば運転フラックスが大きく水の回収率が高く、必要膜面積を大幅に低減可能な優れた作用効果を持つデッドエンドろ過を容易に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における浄水処理設備を示すフローシート図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における浄水処理設備を示すフローシート図である。
【図３】従来のセラミック膜モジュールを示す斜視図である。
【図４】同セラミック膜モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１　　膜モジュール
２　　第１バルブ
３　　被処理水供給系
４　　凝集剤注入ポンプ
５　　凝集剤薬品タンク
６　　第２バルブ
７　　薬液洗浄排液系
８　　第３バルブ
９　　透過液排出系
１０　　第４バルブ
１１　　逆洗液供給系
１２　　処理水槽
１３　　逆洗液供給ポンプ
１４　　アルカリ注入ポンプ
１５　　アルカリ薬品タンク
１６　　酸注入ポンプ
１７　　酸薬品タンク
１８　　過酸化水素注入ポンプ
１９　　過酸化水素薬品タンク
２０　　還元剤注入ポンプ
２１　　還元剤薬品タンク
２２　　初期排水系
２３　　第５バルブ
２４　　排水槽
２５　　第６バルブ

Claims

膜ろ過装置のろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸または還元剤と反応させることで膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させることで膜面付着物を微細断片に細分化して膜面から除去することを特徴とする膜ろ過装置の洗浄方法。
過酸化水素と酸または還元剤の混合液を第１の逆洗用薬液として膜ろ過装置に供給し、第１の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、ろ過膜に付着した膜面付着物を過酸化水素の存在下で酸または還元剤と反応させて膜面付着物の膜面に対する付着力を緩和し、その後第１の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去し、次に過酸化水素とアルカリの混合液を第２の逆洗用薬液として膜ろ過装置に供給し、第２の逆洗用薬液がろ過膜に浸潤する状態を所定時間保持する間に、膜面付着物を過酸化水素の存在下でアルカリと反応させて微細断片に細分化し、その後第２の逆洗用薬液をろ過膜から押し出して膜面付着物を膜面から分離除去することを特徴とする膜ろ過装置の洗浄方法。