JP2005270934A - 膜ろ過方法及び膜ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原水濁度に応じて膜ろ過運転に必要なろ過水の循環水量を調節して、クロスフロー型ろ過装置の動力費を抑え、効率的な運転を可能にする膜ろ過方法及び膜ろ過装置を提供する。
【解決手段】 クロスフロー方式の膜ろ過で懸濁物を含む原水をろ過する膜ろ過方法において、膜の一次側に入る原水の濁度を測定し、測定された該原水濁度の値に応じて該膜ろ過装置の循環流量を制御して運転することを特徴とする膜ろ過方法。原水の流路に濁度計を設置し、該濁度計で計測された該原水濁度の値に応じて循環流量を制御する制御手段を設けた膜ろ過装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理水から懸濁物質を固液分離する、精密ろ過膜、限外ろ過膜の膜ろ過装置の中、膜の一次側に循環流を形成し膜面に付着した濁質分を除去しながら、ろ過を継続する、クロスフロー型膜ろ過装置における膜ろ過方法及びその装置に関するものである。

精密ろ過膜、限外ろ過膜を用いた膜分離装置は、被処理水から確実な固液分離が可能であり、また、塩素耐性のあるクリプトスポリジウム等の微生物に対しても除去可能であることから、近年普及しつつある。
膜ろ過法の分類の一つとしては、クロスフロー方式と全量ろ過方式がある。全量ろ過方式はデッドエンドろ過とも呼ばれ、膜モジュールに入った原水を全量ろ過する方式であり、原水の流線方向とろ過水の流線方向が一致する。

他方、クロスフロー方式は「非特許文献１」にも記載されているように、原水の一部を膜モジュールから再び原水に戻す循環流れを作り、膜の一次側で膜面と平行に流れる循環流のせん断力で膜面に付着した懸濁物質を除去しながら原水の一部を膜でろ過するろ過方式であり、原水の流線方向とろ過水の流線方向は直角方向となる。なお、循環水の流量が０ｍ^３／ｈｒとなると、全量ろ過方式と同様となる。
このクロスフロー方式の場合、従来は、循環流量を一定で運転させてきた。循環流量は、膜の一次側流路断面積や膜材質の親水度（即ち、膜の汚れやすさ）を元に膜製造者等により推奨値又は膜仕様として設定されており、同じく膜性能表等で想定されている原水濁度に対する適用範囲で膜性能が発揮されるよう設定している。このため、一般的には、想定される最も高い原水濁度においても、ろ過可能な流量として設定される。

特許文献１には、被処理水を供給して生物学的に処理する活性汚泥反応槽に分離膜を浸漬し、分離膜の下部から散気を行いながらろ過を行う膜浸漬型のろ過装置において、反応槽内液の性状を検出するとともに、性状検出結果に基づいて散気量を調整することを特徴とするろ過方法が記載されている。このろ過方法によれば、反応槽内液の性状を検出し、その結果、必要膜面流速を確保できる様、分離膜下部からの散気量を調節するので、膜面への汚泥の堆積が防止でき、汚泥を引き抜き過ぎることもないので、長期安定的なろ過と生物処理が両立できる。
水道施設設計指針，日本水道協会，２０００，ｐ２４６−ｐ２５９ 特開平１１−３３３４９０号公報

しかしながら、河川水等を原水とする場合には、原水の濁度は降雨の影響により変動する。湖沼水の場合でも雨天の影響や藻類等の生物活動の影響で濁度は変動する。しかし、循環流量は想定される最も高い濁度においても安定した運転が可能なように設定されているため、原水濁度が比較的な低い清澄な場合には、必要以上の循環量となっている。
上水道施設の場合に準拠する「非特許文献１」によると、「クロスフローろ過方式の場合、動力費が増加する」とあるように、循環流を維持するためには動力が必要であり、必要以上に循環流量を流すと、処理に必要なエネルギー量や運転コストの増大に繋がる。反対に、循環流量を減少させることができると、膜ろ過に必要な動力の削減に繋がり、運転コストの低減にも繋がる。

従って、本発明の課題は、原水濁度に応じて膜ろ過運転に必要なろ過水の循環水量を調節して、クロスフロー型ろ過装置の動力費の増加を抑え、効率的な運転を可能にする膜ろ過方法及び膜ろ過装置を提供することにある。

本発明は、下記の手段によって上記の課題を解決した。
（１）クロスフロー方式の膜ろ過で懸濁物を含む原水をろ過する膜ろ過方法において、膜の一次側に入る原水の濁度を測定し、測定された該原水濁度の値に応じて該膜ろ過装置の循環流量を制御して運転することを特徴とする膜ろ過方法。
（２）クロスフロー方式のろ過装置でろ過水を循環させながら懸濁物を含む原水をろ過する膜ろ過装置において、膜の一次側に入る原水の流路に濁度計を設置し、該濁度計で計測された該原水濁度の値に応じて循環流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする膜ろ過装置。

本発明によれば、膜ろ過装置において循環流量を前記した条件で制御して膜ろ過方法を行うことにより、膜ろ過運転に必要な循環水量は低減する。よって、循環流を維持するための動力が低減され、効率的な運転が可能となる。また、原水濁度に応じた循環水量とするために、当初想定していた濁度以上の原水が流入した場合にも対応可能となり、差圧の顕著な上昇を回避することが可能である。その結果、膜ろ過装置は安定した連続運転が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態及び実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
本発明の膜ろ過方法及びその膜ろ過装置に使用されるろ過膜は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）或いは限外ろ過膜（ＵＦ膜）であり、水道での懸濁物質、コロイド、細菌、藻類あるいはクリプトスポリジウム等の除去に適している。

以下、本発明の膜処理方法について図面を参照しつつ説明する。図４は全量ろ過方式の模式図、図５はクロスフローの模式図、第１表は原水濁度を変化させた時の必要循環流量を求めた実験結果例、図１及び図３は本発明を説明するためのろ過装置のフロー図を示している。

図４は全量ろ過方式の模式図である。膜モジュール１２の膜１１の一次側に入ってきた原水１は、膜１１で固液分離され、液体部分は全量膜の二次側で流出される。この方式では膜ろ過を行うと、ろ過の継続とともに一次側膜面における懸濁物質量は増加し、膜面に懸濁物質１３が付着して膜ろ過を困難とするため、比較的懸濁物質の少ない低濁度原水に適している。
図５はクロスフロー方式の模式図である。膜１の一次側に入ってきた原水１は、膜面と平行に流れ、一部は膜１１でろ過して処理水（ろ過水）４を得て、残りはろ過することなく循環させる。この方式では、循環流のせん断力で膜面に付着する懸濁物質を剥離しながらろ過を継続するため、全量ろ過方式に比べて濁度の高い原水１に対応可能である。しかし、循環流を維持するためのエネルギーが必要となる。

特に河川水等、原水濁度の変動が想定される場合には、高濁度時においても安定した膜ろ過を行うために、クロスフロー方式を採用することが多いが、本発明はこのクロスフロー方式を採用した場合に効率よく膜ろ過運転を行うことを目的としている。
本発明では先ず、図５のようなクロスフロー型膜モジュール１２に対して、膜モジュール１２の性能実験を行い、原水濁度に応じた必要循環量を求める。例えば、第１表のように原水濁度に応じた必要循環量を決定する。

実装置では図１及び図２の処理工程のように、膜ろ過装置３の膜の一次側に入る原水１の流路に濁度計９と流量計８を設置し、その値から循環流量バルブ１０の開度を調節し、循環流量を調整する。図１と図２の処理工程は濁度計９の設置位置が異なり、図１の処理工程は循環水６が再び流れ込んだ後、図２の処理工程は循環流が流れ込む前に設置する場合を示している。通常、濁度計９の設置位置は、循環水６の影響を受けない図２に示す設置位置で十分であるが、原水槽２が小さい場合や、原水槽後段の膜入口配管に循環水を直接戻す場合や逆洗頻度が少なくろ過継続時間が長くなる場合など、循環水６に懸濁物質１３が顕著に蓄積されて膜面近傍における濁度は著しく高くなることが想定される場合には、循環水６の濁度を直接測定する図１の設置位置が好ましい。ただし、図２に示す設置位置のように濁度計９を設置した場合においても、原水１の流量と濁度、処理水４の流量と濁度の測定値から、第２表の計算式によりモジュール１２入口における濁度を算出することができる。

循環流量の流量調整は手動による調整で可能であり、また、濁度計９の測定値と流量計８の測定値から、演算機能を持つ制御機器を用いた制御により、循環流量の流量調整バルブ１０開度を自動調整することも可能である。

このようにして、クロスフロー方式の膜処理装置において、膜１１の一次側の濁度により循環流量を調整することで、比較的清澄な原水１の場合には、循環流量を下げて運転することにより、循環水６を流すための動力が低減され、効率的な膜ろ過運転が可能となる。

以下において、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。

実施例１
河川水を原水として除濁処理を目的にＵＦ膜膜処理装置で連続処理実験を行った。実験で使用した膜の仕様を第３表、運転条件を第４表に示す。実験フローは図２の通りである。実験で使用した膜モジュールは、原水濁度の適用範囲（メーカー推奨値）が５度以下であった。使用した膜モジュールは、ダイセルメンブレンシステムズ社製のケーシング収納型内圧式中空糸ＵＦ膜モジュールである。濁度計は、表面散乱型で、分解能０．０１度、精度±２％の濁度計を使用して測定した。
運転方法は、５９分ろ過−１分逆洗のサイクル運転とした。実験系は、本発明による運転方法である原水濁度に応じて循環水量を調整する系と、従来のとおり循環量一定（１．５ｍ^３ ／ｈｒ）とした比較対照系（比較例）の２系列とした。循環水量以外の実験条件は２系列の間で同様とした。なお、連続通水実験の前に、ろ過継続時間５９分とした場合における、原水濁度に応じた必要循環水量を求めたところ、第１表のとおりであった。

図３に実験経過を示す。図３（ａ）は、原水濁度（度）の経日変化を示し、（ｂ）は循環水量の経日変化を示し、（ｃ）は、膜モジュールの膜間差圧（ｋＰａ）の経日変化を示す。実験開始から７日目、２４日目、４９日目には、降雨の影響を受けて原水濁度が上昇した。特に７日目は実験膜モジュールの原水適用範囲以上となる７度まで上昇した。

循環水量を変化させた実験系では、降雨時に循環水量増加による差圧上昇が見られたものの、晴天時に原水濁度に応じて循環水量を低下させると差圧は低下した。実験期間を通してみると、差圧は比較的安定しており、良好な運転が可能であった。
一方、循環水量一定とした実験系では、濁度上昇時にその影響を受けて差圧は上昇した。特に、実験膜モジュール１２の原水適用範囲以上となる７度まで上昇した７日目以降は差圧の上昇は顕著であり、その結果、差圧は上昇傾向となった。

第５表に２つの実験系（実施例と比較例）における循環水量関連の結果を示す。原水又は処理水の濁度に応じて循環水量を変えた場合は、一定とした場合に比べて約１／３の循環水量となった。
以上の結果から、原水濁度に応じて循環水量を調整することで、膜ろ過運転に必要な循環水量は低減し、効率的な運転が可能であった。さらに、膜間差圧は比較的安定し、良好な運転が可能となった。

本発明によれば懸濁物質を含有する原水をろ過する際、動力費を抑えることができるので、浄水処理場の膜ろ過方法及びろ過装置での実用化が期待される。

本発明の実施態様である、循環水が再び流れ込んだ後に濁度計を設置したろ過処理のフローシートを示す図である。 本発明の別の実施態様である、循環水が再び流れ込む前に濁度計を設置したろ過処理のフローシートを示す図である。 循環水量を可変とした本発明の実施例と、循環水量を一定とした比較例の、原水濁度、循環水量及び膜間差圧の時間経過を示す図である。 デッドエンド型膜モジュールを示す模式図である。 クロスフロー型膜モジュールを示す模式図である。

符号の説明

１ 原水
２ 原水槽
３ 膜ろ過装置
４ ろ過水（処理水）
５ 処理水槽
６ 循環水
７ 原水供給ポンプ
８ 流量計
９ 濁度計
１０ バルブ（循環流量調整用）
１１ 膜
１２ 膜モジュール
１３ 膜面に付着した懸濁物

Claims (2)

1. クロスフロー方式の膜ろ過で懸濁物を含む原水をろ過する膜ろ過方法において、膜の一次側に入る原水の濁度を測定し、測定された該原水濁度の値に応じて該膜ろ過装置の循環流量を制御して運転することを特徴とする膜ろ過方法。
2. クロスフロー方式のろ過装置でろ過水を循環させながら懸濁物を含む原水をろ過する膜ろ過装置において、膜の一次側に入る原水の流路に濁度計を設置し、該濁度計で計測された該原水濁度の値に応じて循環流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする膜ろ過装置。

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