JP2005028274A

JP2005028274A - ろ過装置の前処理装置及び前処理方法

Info

Publication number: JP2005028274A
Application number: JP2003195800A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nagai; 正彦永井; Hideo Iwahashi; 英夫岩橋; Kenji Tanaka; 賢次田中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】濁質成分を比較的多く含む海水等の供給水の前処理に適したろ過装置の前処理装置及び前処理方法を提供する。
【解決手段】ろ過装置の前処理装置は、供給水中の濁質成分２０の吸着能を有し、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下となるろ材３を備え、凝集剤を投入することなく濁質成分を除去する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜、ＮＦ膜、電気透析等のろ過装置に用いる前処理装置及び前処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水やかん水等を脱塩して淡水を得る方法として逆浸透（ＲＯ：ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓ）法が知られている。逆浸透法は、逆浸透膜を介して溶液の浸透圧より高い圧力を溶液側から加え、溶液中の水分子を水側へ移行させる技術である。この逆浸透法は、例えば逆浸透膜を耐圧容器に収容したモジュールを多数備えた逆浸透膜装置により実用規模で操業されている。
【０００３】
ところで、原水としての海水に含まれる濁質成分等（ＳＳ：ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ（有機性浮遊成分），有機物など）が逆浸透膜の膜面に付着して目詰まりを起こすことを防止するため、通常、原水の前処理が行われる。前処理方法としては、砂濾過の他、膜濾過も利用されている。又、凝集剤を用いない前処理装置も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３２３０８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、海水の汚れが顕著な地域では濁質成分の濃度も高いため、上記した前処理を行うと、濾過材の逆洗頻度や凝集剤の使用量が増えるという問題があった。又、これを解決する方法として、前処理のさらに前段に凝集沈殿槽を設ける技術もあるが凝集沈殿槽は設備が大であるとともに、凝集剤を多量に必要とする不具合があった。さらに、凝集沈殿が有効に働くためには、原水中のＳＳ濃度が相当高い必要があり（約５０ｐｐｍ以上）、ＳＳ濃度が数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ程度に汚れた海水に適用することが困難である。又、特許文献１記載の技術の場合、凝集剤は不要であるが、渦流ろ過器やディスクフィルタが必要であり、なお設備が複雑であった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、海水、河川水、井戸水、下水処理水等の濁質成分を比較的多く含む供給水の前処理に適したろ過装置の前処理装置及び前処理方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載のろ過装置の前処理装置は、供給水中の濁質成分の吸着能を有し、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下となるろ材を備え、凝集剤を投入することなく前記濁質成分を除去することを特徴とする。
このようにすると、ろ材の間に適度な空隙が生じ、しかも、ろ材の吸着能によってろ材表面に被濾過物を吸着させるため、空隙は閉塞し難い。又、被濾過物は凝集剤を添加せずともろ材に捕捉されるので、凝集剤からフロックが形成されてろ材の目詰りが生じることもない。そのため、濁質成分を有効に除去しつつ、処理速度を長期間高い値に保つことができる。なお、ここでいう供給水とは、海水だけでなく、河川水、井戸水、下水処理水等の濁質成分を比較的多く含む水を指す。
【０００８】
前記ろ材は、粒径０．３〜１ｍｍの粒子状ろ材を含むこと、又は、直径１〜５００μｍの繊維を束ねたものであることが好ましい。
このようにすると、ろ材の吸着能が向上し、ろ材間の空隙も適度なものとなる。
【０００９】
前記ろ材の表面が正の電荷を帯びていることが好ましい。
このようにすると、ろ材の吸着能がさらに向上する。
【００１０】
本発明のろ過装置の前処理方法は、供給水中の濁質成分の吸着能を有し、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下となるろ材を用い、凝集剤を投入することなく前記濁質成分を除去することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るろ過装置の前処理装置の構成を各図に基づいて説明する。
【００１２】
図１は膜装置（この例では逆浸透膜装置）の全体構成を示す。この図において、膜装置１０は、本発明の前処理装置（除濁装置）２、第２段前処理装置４、高圧ポンプ６、逆浸透膜（ＲＯ）モジュール８を直列に接続して構成され、高圧ポンプ６は電源５から電源供給を受ける。そして、海水（供給水）は除濁装置２に供給されて濁質成分を除去された後、第２段前処理装置４でさらに濁度が低下された後、高圧ポンプで昇圧されてＲＯモジュール８に導入される。ＲＯモジュール８では、海水が生産水（淡水）と濃縮海水に分離される。なお、第２段前処理装置４としては、公知の砂濾過装置や、ＵＦ（限外濾過）あるいはＭＦ（精密濾過）による膜濾過装置、あるいはＳＭＦ（ＳｉｎｇｌｅＭｅｄｉａＦｉｌｔｅｒ：１層）、ＤＭＦ（ＤｕａｌＭｅｄｉａＦｉｌｔｅｒ：２層）、ＴＭＦ（ＴｒｉｐｌｅＭｅｄｉａＦｉｌｔｅｒ：３層）装置を用いることができる。さらに、これらの装置を複数直列に配置したものを用いてもよい。例えば、砂ろ過装置等の粒子状装置と、膜装置を組み合わせてもよい。又、第２段前処理装置４は、被処理水中のＳＳ濃度を１ｐｐｍ以下に濾過し、ＲＯモジュール８の目詰りを防止する。
【００１３】
本発明が好ましく適用される海水としては、ＳＳ濃度が数ｐｐｍ以上、例えば５ｐｐｍ以上のものが挙げられる。５ｐｐｍ未満の海水であれば、従来の砂濾過や膜濾過による前処理でも可能だからである。特に、ＳＳ濃度が数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ（例えば５０ｐｐｍ）程度の海水に本発明を適用すると有効である。ＳＳ濃度が１００ｐｐｍを超える海水であれば、従来の凝集沈殿を適用できるからである。但し、このような海水に本発明を適用しても構わない。そして、ＲＯの代わりに、他の脱塩機能膜装置、例えばＮＦ、電気透析等を用いてもよい。ＲＯやＮＦの場合、スパイラル型や中空糸膜型のモジュールを好適に用いることができる。
【００１４】
また、電源５に加え、自然エネルギー電源５０を設けてもよい。自然エネルギー電源５０としては、例えば太陽電池パネルと充電バッテリからなるモジュールがあり、バッテリの充電状態に応じて電源５を補完し、電力使用量の低減、あるいは電源５の不要化を図ることができる。
【００１５】
次に、除濁装置２の構成について、図２を参照して説明する。除濁装置２はカラム状になっていて、一端部に取水口２ａが、他端部に出水口２ｃが設けられている。又、カラム内部にはろ材３が充填されるとともに、カラム底部に設置されたメッシュ状のろ材保持部２ｂにより、ろ材３が保持されている。そして、取水口２ａから海水が供給され、ろ材３を通過した後、出水口２ｃから除濁水として取出される。なお、除濁装置２に凝集剤を投入することなく、海水の濁質成分の除去処理を行うが、これについては後述する。
【００１６】
次に、本発明に用いるろ材の構成例について、図３及び図４を参照して説明する。図３において、ろ材３は多数の活性炭粒子（例えば無煙炭の粒子）３０が充填されてなる。この活性炭粒子３０は海水中の濁質成分の吸着能を有しているため、表面に濁質成分２０が吸着される。また、活性炭粒子３０は比較的嵩高い粒子からなるので、活性炭粒子３０同士の間に空隙Ｒが形成されており、この間を被処理水が通過できるようになっている。
【００１７】
本発明においては、上記空隙Ｒを濾過の過程で閉塞させないようにしたことが特徴である。つまり、従来の濾過法の場合は、空隙に被濾過物を引っ掛けて濾過するために、濾過の進行とともに空隙が閉塞して処理速度が低下したが、本発明の場合、ろ材表面に被濾過物を吸着させるため、空隙は閉塞し難い。また、本発明の場合、ろ材の吸着能によって比較的小さな被濾過物でもそのまま捕捉できるため、海水に凝集剤を添加して被濾過物から巨大なフロックを形成させ、それを濾過する必要がなく、フロックによるろ材の目詰りが低減されるので、これによっても上記空隙の閉塞を防止できる。また、空隙が閉塞し難いので、ろ材の逆洗も容易となり、又、ろ材の目詰りがないので逆洗時間も短くて済む。
【００１８】
図４は、本発明に用いるろ材の構成の別の例である。この図において、ろ材３Ａは例えばポリエチレン等の合成繊維３１を複数束ねたものからなる。この合成繊維も海水中の濁質成分の吸着能を有しているため、表面に濁質成分が吸着される。また、合成繊維３１同士の間には上記と同様な空隙Ｒ’が形成されており、この間を被処理水が通過できるようになっている。なお、合成繊維でなくとも繊維状のものであれば何でもよく、たとえば金属、セラミックスの繊維でもよい。
【００１９】
空隙Ｒ、Ｒ’の度合は、ろ材の粒径、形状、充填率等によって規定することは困難であるので、差圧によって規定する。本発明においては、ろ材に被処理水としての海水を通したとき、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下、好ましくは差圧を５〜５０ｋＰａ／ｍとする。このようにすると、ろ材の空隙が適度なものとなり、濁質成分を有効に除去しつつ、処理速度を長期間高い値に保つことができる。差圧が２００ｋＰａ／ｍを超えると、処理速度が低下するもしくは必要動力が大きくなるからである。又、差圧が５ｋＰａ／ｍ未満であると、偏流が生じ性能が低下するおそれがある場合、繊維ろ材の場合に空隙が大きくなり過ぎ、濁質成分を有効に除去し難くなる場合があるからである。
【００２０】
本発明の除濁装置２の運転条件としては、例えばＳＳ濃度５〜８０ｐｐｍの海水を、流速３０〜４０ｍ／ｈで通液した場合、ＳＳ濃度が原水の約１／２〜１／１０の除濁水を得ることができる。また、ろ材に上記無煙炭の粒子を用いる場合、有効径０．３〜３ｍｍ、好ましくは０．７〜１．５ｍｍのものを用いるとよい。なお，有効径とは、ろ材試料をふるい分けして、全体量の１０％が通過するふるい目の大きさに相当する粒径をいう（例えば、技報堂出版株式会社発行「（第二版）水処理工学−理論と応用−」を参照）。
特に、粒径０．７〜１．５ｍｍとすると、ろ材を逆洗する際に都合がよい。また、ろ材に上記ポリエチレン繊維を束ねたものを用いる場合、直径１〜５００μｍ、長さ１００ｍｍ程度のものを用いるとよい。さらに、ろ材の表面に正の電荷を帯びさせると、吸着能が向上するので好ましい。
【００２１】
なお、上記した実施形態では、ＲＯモジュール８として、第２段前処理装置４が必要なものを用いた。この場合、ＲＯモジュール８に導入する被処理水のＳＳ濃度は約１ｐｐｍ以下となっていることが必要である。一方、特許第２９４８９１７号公報に記載されたＲＯモジュール（ホローファイバ型モジュールという）がある。このホローファイバ型モジュールは、中空糸状の多数の逆浸透膜が繊維状に絡み合い、その間に被処理水中の濁質成分が捕捉されるという構成を備えており、上記した第２段前処理装置４を不要とし、逆浸透膜自体で前処理の機能を持ったものである。このホローファイバ型モジュールにも本発明を適用可能であり、その場合は、前記図１の第２段前処理装置４を省略し、ＲＯモジュールの前段に直接除濁装置２を接続すればよい。このようにすると、濁質成分がある程度除去されるので、ホローファイバ型モジュールの寿命を長くすることができる。
本実施形態では海水をろ過する際の前処理について説明したが、本発明は海水に限らず、河川水、井戸水、下水処理水等の濁質成分を含む水のろ過の前処理に適用することができる。
【００２２】
【実施例】
直径３００ｍｍのアクリル容器にアンスラサイト（有効径約１ｍｍの無煙炭の粒子）、又はポリエチレン繊維（直径３０〜４０μｍ、長さ１５０ｍｍ程度）を束ねた繊維状ろ材を高さ１ｍ充填した。これらのろ材の上部より定量ポンプで所定の流速の海水を一定量供給し、原水及びろ過後処理水のＳＳを測定した。又、ろ材上部と下部の間の差圧を測定した。原水ＳＳは、原水を２４時間ろ材に通液したときの平均値とし、処理水ＳＳおよび差圧は、原水を２４時間通液した後の値とした。結果を表１に示す。
【表１】

表１から明らかなように、各実施例１〜６においては、いずれもＳＳ除去率（処理水ＳＳ／原水ＳＳ×１００）が３０％を超え、濁質成分を充分除去できることがわかった。特に、原水ＳＳが３〜５０ｍｇ／Ｌ以下程度の領域では、アンスラサイト及び繊維状ろ材のいずれを用いても、ＳＳ除去率が５０％を超えた。又、各実施例１〜６からわかるように、原水ＳＳが高くなるほど、ＳＳ除去率は低下する傾向にあるが、実施例６から明らかなように、繊維状ろ材を用いれば、原水ＳＳが１００ｍｇ／Ｌを超える高い濃度であっても、約３０％のＳＳ除去率を得ることができた。なお、いずれの実施例も、差圧は２００ｋＰａ以下であった。特に、繊維状ろ材の場合は、差圧が５０ｋＰａ以下であり、同じ流速、原水ＳＳ条件でもアンスラサイトより差圧が低く、除去効果がより大きかった。
一方、比較例の場合、原水ＳＳが高いためにＳＳ除去率が低く、除去効果がほとんどなかった。これは、ろ材中に貯留されるＳＳ分が限界に達し、ろ材表面への吸着がそれ以上生じなくなったためと考えられる。このときの差圧は２００ｋＰａを超えていた。
以上から、ろ材の差圧を２００ｋＰａ以下として前処理を行うことが必要であることが判明した。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載の本発明によれば、ろ材表面に被濾過物を吸着させるため、ろ材同士の間に形成された空隙が閉塞し難く、濁質成分を有効に除去しつつ、処理速度を長期間高い値に保つことができ、実用性の高い前処理装置を実現できる。又、凝集剤の添加が不要なので、フロックによるろ材の目詰りが低減されるので、これによっても上記空隙の閉塞を防止できる。また、空隙が閉塞し難いので、ろ材の逆洗も容易となり、又、ろ材の目詰りがないので逆洗時間も短くて済む。又、凝集剤の添加が不要なことから、汚泥等の廃棄物も少なくなる。
請求項２又は３記載の本発明によれば、濁質成分の除去効果がさらに大となるとともに処理速度をさらに長期間高い値に保つことができる。
請求項４記載の本発明によれば、ろ材の吸着能がさらに向上し、濁質成分の除去効果がさらに大となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るろ過装置の前処理装置を含む膜装置全体の構成を示す図である。
【図２】ろ過装置の前処理装置の構成を示す図である。
【図３】ろ材の構成例を示す図である。
【図４】ろ材の構成例を示す別の図である。
【符号の説明】
２ろ過装置の前処理装置（除濁装置）
３、３Ａろ材
２０濁質成分

Claims

供給水中の濁質成分の吸着能を有し、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下となるろ材を備え、
凝集剤を投入することなく前記濁質成分を除去することを特徴とするろ過装置の前処理装置。
前記ろ材は、粒径０．３〜１ｍｍの粒子状ろ材を含むことを特徴とする請求項１に記載のろ過装置の前処理装置。
前記ろ材は、直径１〜５００μｍの繊維を束ねたものであることを特徴とする請求項１に記載のろ過装置の前処理装置。
前記ろ材の表面が正の電荷を帯びていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のろ過装置の前処理装置。
供給水中の濁質成分の吸着能を有し、流速３０〜４０ｍ／ｈｒにおける差圧が２００ｋＰａ／ｍ以下となるろ材を用い、
凝集剤を投入することなく前記濁質成分を除去することを特徴とするろ過装置の前処理方法。