JP2004305831A

JP2004305831A - 膜の洗浄方法

Info

Publication number: JP2004305831A
Application number: JP2003100073A
Authority: JP
Inventors: Masahito Tsuji; 正仁辻; Hitoshi Yonekawa; 均米川; Shinji Endo; 真士遠藤; Naoki Murata; 直樹村田
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】膜差圧が上昇した内圧式デッドエンドろ過膜を、薬品洗浄に頼ることなく洗浄して膜性能を回復させることができる膜の洗浄方法を提供する。
【解決手段】膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍのセラミック製モノリス膜などのデッドエンドろ過膜３を、１０時間毎に逆洗を行いながら、膜ろ過流束：２．０ｍ／日で膜ろ過運転する。その膜差圧が上昇した際に、通常の膜ろ過運転を継続したまま、原水に１ｍｇ／ＬのＰＡＣを２時間以上添加する。これにより薬品洗浄を行わなくても、膜差圧を明確に低下させることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜の閉塞が進行することにより膜差圧が上昇したデッドエンドろ過膜の膜性能を回復するために実施される膜の洗浄方法に関するものであり、特に井戸水のような原水から上水を得る上水設備に適した膜の洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−２５９５５０号公報
【０００３】一般にろ過膜は、一定時間ごとに逆洗を繰り返しながら運転されている。しかし逆洗によっては除去し切れない閉塞物質が徐々に膜面に堆積して行くため、図１に示すように膜差圧が上昇して行く。そこで上記の特許文献１に記載されているように、従来は酸やアルカリを用いた薬品洗浄を定期的に実施し、閉塞物質を溶出させて膜性能を回復させている。
【０００４】ところが、薬品洗浄を行うと産業廃棄物となる薬品洗浄排水が多量に発生するため、その後処理が必要となる。特に井戸水を水源としているような山間地域においては下水道整備が遅れていることがあるため、薬品洗浄排水を浄水場内で処理したうえで、多くの場合、公共水域である河川に放流しなければならず、そのための廃水処理設備が必要となる。
【０００５】また、薬品洗浄はアルカリ洗浄、水洗浄、酸洗浄、水洗浄という工程を繰り返すためにかなりの長時間を要するが、その間は膜ろ過運転を停止しなければならない。従ってその間の上水需要に見合うだけの膜ろ過浄水設備の予備設備あるいは浄水池を設置しなければならないなど、設置面積や設備コストの負担が大きい。しかも薬品洗浄には特別な技術を要する場合もあるため、浄水場内で実施するにはそのための技術者を配置したり派遣しなければならないという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来の問題点を解決して、膜差圧が上昇したデッドエンドろ過膜を、薬品洗浄に頼ることなく、また特別な技術を要することなく洗浄して膜性能を回復させることができる新規な膜の洗浄方法を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた本発明の膜の洗浄方法は、膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍであり、膜ろ過流束：２．０ｍ／日で運転されるデッドエンドろ過膜の膜差圧が上昇した際、１０時間毎に逆洗を行う通常の膜ろ過運転を継続したまま、原水に１．０ｍｇ／ＬのＰＡＣ（水道用ポリ塩化アルミニウム１０％水溶液）を２時間以上添加することを特徴とするものである。なお、内圧式デッドエンドろ過膜はセラミック製モノリス膜または樹脂製中空糸膜のいずれでもよい。また原水は、ｐＨ５．８〜７．５であることが好ましい。
【０００８】本発明によれば、通常の膜ろ過運転に使用されている凝集剤であるＰＡＣを原水に微量添加することによって、通常の膜ろ過運転を継続したままで膜性能を回復させることができる。このため薬品洗浄のための運転停止が不要となるばかりでなく、薬品洗浄に伴うコスト負担および環境負担を軽減することができる。また特別な技術を要しない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２において１は原水槽であり、井戸水などの原水が貯留されている。この原水はポンプ２によって内圧式のデッドエンドろ過膜３に打ち込まれ、膜ろ過流束：２．０ｍ／日で膜ろ過されている。膜ろ過水はろ過水槽４を経由して次工程に送水され、塩素添加などの処理を施されたうえで上水として各家庭などに供給されている。なお、原水のｐＨが５．８〜７．５の中性域を外れるとＰＡＣによる凝集性が次第に低下するため、本発明の効果が薄れていく。
【００１０】本発明の対象となるデッドエンドろ過膜３としては、セラミック製モノリス膜または樹脂製中空糸膜が用いられる。セラミック製モノリス膜はレンコン状のもので、膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍである。膜内径を２．５ｍｍとしたのは、これよりも膜内径が小さいとフロックで閉塞し易く、大きいと有効膜面積が減少して経済性を失うためである。なお樹脂製中空糸膜の中にも膜内径：２．５ｍｍのものがある。
【００１１】膜孔径を０．１μｍとしたのは、これよりも小さい孔径の膜はゾルゲル法のような特殊な方法によらないと製造できず、経済性がないためである。また０．１μｍを越えると高度な除濁効果が損なわれるので、浄水用としては好ましくないためである。膜ろ過流束を２．０ｍ／日としたのは、膜孔径：０．１μｍのろ過膜に適した速度であるうえ、膜内の層流流動で誘起されるＧ値（撹拌性能を示す値）がフロキュレーションを促進する至適領域に入るためである。
【００１２】このようなデッドエンドろ過膜３は、１０時間毎に１回の逆洗を行う通常の膜ろ過運転を行っている。逆洗間隔をこのように限定したのは、これよりも短いと一般的には逆洗の頻度が高くなるために河川への放流量が過大となり、これよりも長くなると本発明方法による洗浄効果が不十分となる可能性が生ずるためである。
【００１３】逆洗は、ろ過水槽４のろ過水を逆洗用ポンプ５によって内圧式デッドエンドろ過膜３のろ過水側から打ち込むとともに、膜の上部より加圧空気を吹き込み下方へ排出するエアブローにより行われる。その逆洗最高圧力は５００ｋＰａ，ブロー圧力は２００ｋＰａ程度とすればよい。この逆洗方法自体は、従来技術と変わるところはない。
【００１４】しかし前記したように、このような逆洗を１０時間毎に繰り返していても、逆洗によっては除去し切れない閉塞物質が徐々に膜面に堆積して行くため、膜差圧が上昇して行く。従来は膜ろ過運転を停止したうえで薬品洗浄を実施することにより膜性能を回復させていたのであるが、本発明では上記した通常の膜ろ過運転を継続したまま、凝集剤槽６から微量のＰＡＣ（水道用ポリ塩化アルミニウム１０％水溶液）を原水に添加する。その添加量は１．０ｍｇ／Ｌであり、通常のフロック形成のための添加量が２０ｍｇ／Ｌ程度であるのに比較してきわめて微量である。添加時間は２時間以上であり、この間は継続的に原水への添加を行うことが好ましい。添加方法は限定されるものではなく、図２に示すラインミキシング法であっても、混和槽に添加する方法であってもよい。
【００１５】このように微量のＰＡＣを原水に添加すると、実施例に示すように膜差圧が明確に低下する。その理由は完全に解明されたわけではないが、次の２つの理由が考えられる。第１に、ＰＡＣの凝集効果によって膜を閉塞させるような原水中の粒子が減少する。このため逆洗による膜性能回復効果が高まる。第２に、膜内部に入り込んでしまった閉塞粒子がＰＡＣによって相互につながり、逆洗時に膜外に排出され易くなる。
【００１６】このような本発明に特有の効果を得るためには、ＰＡＣの添加量を１．０ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。なお、ＰＡＣの添加量を１．０〜５．０ｍｇ／Ｌの範囲で変更しても膜差圧の回復効果を得ることができるが、増量に見合う効果の向上が認められず、使用量が少ないほど薬品購入費、排水処理などの点でメリットが得られるため、最小値である１．０ｍｇ／Ｌとすることが好ましい。また添加時間を２時間以上としたのは、２時間未満では効果が不十分であるためである。膜差圧が目標値まで低下したときに、ＰＡＣの添加を打ち切ればよい。
【００１７】なお、ＰＡＣは上水設備で日常的に用いられており、環境汚染のおそれもない物質である。また本発明方法を繰り返してもなお膜差圧の低下を図れない場合には、従来の薬品洗浄を実施すればよいが、その場合にも薬品洗浄の頻度を大幅に低下させることが可能となる。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。
【００１９】（実施例１）
ｐＨ５．８〜７．５の井戸水を原水とし、膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍのセラミック製モノリス膜を用い、膜ろ過流束：２ｍ／日のデッドエンドろ過運転を行った。８時間毎に逆洗を行う通常の膜ろ過運転を長期間にわたり継続した結果、当初は２０ｋＰａであった膜差圧が４２ｋＰａまで上昇した。そこで通常の膜ろ過運転を継続したまま、原水に５ｍｇ／ＬのＰＡＣを３０時間にわたり添加したところ、図３に示すように膜差圧は２８ｋＰａまで低下した。
【００２０】その後、ＰＡＣの添加を停止したところ膜差圧は再び３６ｋＰａまで上昇したので、原水に２ｍｇ／ＬのＰＡＣを２０時間にわたり添加した。その結果、図４に示すように膜差圧は２６ｋＰａまで低下した。更にＰＡＣの添加を１ｍｇ／Ｌまで減少させたが、２０時間後には膜差圧は２５ｋＰａまで更に低下したことが確認できた。
（実施例２）ｐＨ５．８〜７．５の井戸水を原水とし、膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍのセラミック製モノリス膜を用い、膜ろ過流束：２．０ｍ／日のデッドエンドろ過運転を行った。なお膜ろ過の前処理として、膜ろ過水の遊離塩素濃度が０．５〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように塩素注入が行われた。また逆洗は塩素水を用いることなく、１０時間毎に行われている。
【００２１】このモノリス膜に故意に膜閉塞を発生させるために、河川に自生している藻を原水中に混入させ、無凝集運転を行って膜差圧を上昇させた。図４に示すように、藻の混入前は１４．２ｋＰａであった膜差圧は、藻の投入により１時間で２１．８ｋＰａまで上昇した。この間における上昇率は７．６ｋＰａ／時である。
【００２２】そこで通常の膜ろ過運転を継続したまま、原水に１ｍｇ／ＬのＰＡＣを連続的に添加した。用いたＰＡＣは水道用ポリ塩化アルミニウム１０％水溶液であり、撹拌操作を行うことなくライン添加した。その結果、図４に示すように藻を投入して上昇した膜差圧はＰＡＣ添加２時間後には約１５％回復し、さらに約一ヶ月後には藻の投入前の膜差圧まで回復した。このように、ＰＡＣの添加により通常起こるべき膜差圧の上昇が抑制されるのみならず、一度上昇した膜差圧を回復させる効果が得られることが確認できた。なお、図４中に示される補正膜差圧は、標準状態における値に補正した膜差圧を意味するものである。
【００２３】
【発明の効果】本発明の効果を要約すると下記の通りである。
▲１▼ 本発明によれば、一般的な薬品洗浄とは異なり、特段の産業廃棄物を発生させることなく、膜性能を回復させることができる。
▲２▼ 本発明によれば、一般的な薬品洗浄とは異なり通常の膜ろ過運転を継続したままで膜性能を回復させることができる。
▲３▼ 本発明によれば、薬品洗浄の頻度を低減できるため、施設運転の維持管理が軽減される。
▲４▼ 本発明によれば、水源にまれに発生する難ろ過原水に対して容易に膜閉塞を回避することができ、通常の水源水質に応じた膜ろ過流束で設備を建設できる。このため建設コスト、敷地面積を低減できる。
▲５▼ 本発明によれば、膜閉塞のリスクを容易に回避できるので膜閉塞を助長するような高い回収率での運転が可能となり、排水発生量を抑制できる。その結果、河川への放流量を低減でき、過大な排水処理設備も不要となる。
▲６▼ 本発明によれば、特段の技術を要しないために質の高い技術者を確保する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な膜差圧の上昇状態を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態を説明するブロック図である。
【図３】実施例１における膜差圧の変化を示すグラフである。
【図４】実施例２における膜差圧の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１原水槽、２ポンプ、３デッドエンドろ過膜、４ろ過水槽、５逆洗用ポンプ、６凝集剤槽

Claims

膜内径：２．５ｍｍ、膜孔径：０．１μｍであり、膜ろ過流束：２．０ｍ／日で運転されるデッドエンドろ過膜の膜差圧が上昇した際、１０時間毎に逆洗を行う通常の膜ろ過運転を継続したまま、原水に１．０ｍｇ／ＬのＰＡＣを２時間以上添加することを特徴とする膜の洗浄方法。
内圧式デッドエンドろ過膜が、セラミック製モノリス膜または樹脂製中空糸膜である請求項１記載の膜の洗浄方法。
原水がｐＨ５．８〜７．５である請求項１記載の膜の洗浄方法。