JP2005288442A

JP2005288442A - 膜モジュールの洗浄方法

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Publication number: JP2005288442A
Application number: JP2005199075A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawada; 繁樹沢田; Osamu Takeuchi; 修竹内; Kazuo Imai; 和夫今井
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP4241684B2

Abstract

【課題】膜分離装置を効率的に洗浄すると共に、洗浄廃液の処理を不要とする。
【解決手段】膜モジュール４に酸及びアルカリを交互に注入した後、注入された酸又はアルカリを各々原水室４ａから抜き出す。膜分離装置の原水の水質に応じて、酸洗浄後アルカリ洗浄、或いは、アルカリ洗浄後酸洗浄を適宜選択すると共に、各々の薬品濃度を調整して洗浄を行うことにより、効果的な洗浄を行うことができ、希薄濃度の薬剤で高い洗浄効果を得、膜性能を効果的に回復させることができる。酸とアルカリとを当量使用することにより、洗浄廃液の廃水処理が不要となり、別途廃水処理設備を設けることなく、酸洗浄廃液とアルカリ洗浄廃液とを混合中和して放流することが可能となる。注入した酸又はアルカリを原水室側から抜き出すため、透過水室側の汚染を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は膜分離装置に係り、特に、ＵＦ膜（限外濾過膜）、ＭＦ膜（精密濾過膜）、ＲＯ膜（逆浸透膜）を用いて水中の懸濁物や、有機・無機コロイド、有機・無機溶存物を分離除去するための膜分離装置であって、膜透過流束を高く、安定に維持して効率的な膜分離処理を行うための膜の洗浄手段を設けた膜分離装置に関する。

膜分離装置は、河川水や湖沼水などの表流水や、これらに凝集沈殿処理等の浄水処理を施して得られる工業用水や上水中の懸濁物や溶存物を分離して、高度な浄水を得る分野において、或いは、工場や家庭、下水処理場から排出される排水中の懸濁物や溶存物を分離して再利用を図る浄化設備等の分野において、広く用いられている。

河川水や湖沼水などの表流水にポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を添加して、凝集・沈殿・濾過等の固液分離処理を施して得られる分離水を原水として、膜分離装置で処理する場合、凝集・沈殿・濾過等の固液分離手段から漏洩した凝集剤由来の微量の水酸化アルミニウム等が膜面に付着して膜分離装置の分離性能を低下させるという問題がある。

このような問題を解決すべく、上記固液分離手段の後段、即ち膜分離装置の前段に、酸を添加して水酸化アルミニウムを溶解させた後膜分離を行うものが公知である。

この方法によれば、膜面に沈着する水酸化アルミニウムを溶解させた後膜分離装置に流入させるため、膜面への水酸化アルミニウムの沈着を防止して、膜分離の運転継続時間を延長することができるという利点がある。

しかしながら、このような方法では、ＭＦ膜、ＵＦ膜などの分離膜を用いた場合には、アルミニウムが溶存状態で膜を通過することとなり、膜分離機能が損なわれる。この場合において、膜透過水を飲用に供するには、透過水の中和処理が必要とされる上に、アルミニウムの除去処理も必要となる。

また、上記膜分離後に、ＲＯ膜で更に膜分離処理して溶存イオンを除去することも考えられるが、この場合においては、ＲＯ膜の給水が低ｐＨ水であるために、ＲＯ膜の塩阻止率が低下するという問題がある。

このようなことから、膜分離装置の原水に酸を添加する公知の方法は、膜性能の低下防止に必ずしも有効な方法とは言えない。

一方、有機物汚濁が進んだ表流水を原水として膜分離処理する場合、或いは、下水の二次処理水のようにフミン酸やフルボ酸等の溶存有機成分を多く含む水を原水として膜分離処理する場合においては、水酸化アルミニウム以外に、フミン酸やフルボ酸が膜面に吸着したり、有機コロイドが膜面に沈着して膜の分離性能を損なうという問題がある。

このように、膜の分離性能が低下した場合においては、即ち、膜操作圧が上昇した時点において、或いは、透過水量が減少した時点において、膜分離装置の運転を停止して薬品洗浄を実施する必要がある。

本発明者らは、膜の洗浄のために、膜分離装置の透過水側（二次側）から薬品を添加して膜を洗浄する装置や、処理水槽の水位を検出して薬品洗浄を行う装置などを提案しているが、洗浄頻度が不定期的であることもあり、十分な洗浄効果が得られていないのが実状である。また、従来においては、薬品洗浄後の洗浄廃液の中和処理などの廃水処理のために、別途廃水処理設備を設ける必要があるという問題もあった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、膜面を効率的に洗浄することができ、また、洗浄廃液の廃水処理を不要とすることが可能な洗浄手段を備える膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明の膜分離装置は、分離膜により内部が原水室と透過水室とに仕切られた膜モジュールと、該膜モジュールに酸及びアルカリを交互に注入した後、注入された酸又はアルカリを各々原水室から抜き出す膜の洗浄手段とを備えてなることを特徴とする。

本発明の膜分離装置によれば、原水の水質に応じて酸洗浄とアルカリ洗浄を交互に行える。即ち、膜分離装置の原水が、ポリ塩化アルミニウムや塩化第二鉄などの金属塩よりなる凝集剤で処理されている場合には、まず、酸を注入して酸洗浄を行い、次に、アルカリを注入してアルカリ洗浄を行うことにより、膜性能を効果的に回復させることができる。また、下水の二次処理水等の溶存有機物成分を含む原水を処理する膜分離装置であれば、アルカリ注入を先行して行い、その後、酸注入を行うことにより、膜性能を効果的に回復させることができる。

例えば、膜分離装置の原水系にポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加した系においては、一定の時間膜濾過運転を継続すると膜面に水酸化アルミニウムのコロイドが沈着すると共に、水酸化アルミニウムに凝集捕捉されたコロイド状シリカやフミン酸などが水酸化アルミニウムをバインダーとして膜面に付着する。このような付着物が膜面に一定量形成された時点で、まず、酸を注入して水酸化アルミニウムを溶解させ、次いで、アルカリの注入によって、コロイド状シリカやフミン酸を溶解させる。このようにして、付着物を膜面から効率的に溶解除去し、清浄な膜面を露出させることができる。

一方、膜分離装置の原水が、下水の二次処理水等のフミン酸態の溶存有機物を多く含む場合には、膜面にフミン酸、多くの場合は、鉄イオン等の錯体を形成したフミン酸が沈着、付着する。この場合には、まず、アルカリを注入することにより、フミン酸成分を溶解し、次に酸を注入してフミン酸と結合していた金属成分を更に溶解させ、これにより膜面から付着物を効率的に除去して清浄な膜を露出させることができる。

このように、膜分離装置の原水の水質に応じて、酸洗浄後アルカリ洗浄、或いは、アルカリ洗浄後酸洗浄を適宜選択すると共に、各々の薬品濃度を調整して洗浄を行うことにより、効果的な洗浄を行うことができ、従って、希薄濃度の薬剤で高い洗浄効果を得ることが可能とされ、膜性能を効果的に回復させることができる。

また、洗浄に当り、酸とアルカリとを当量使用することにより、洗浄廃液の廃水処理が不要となり、別途廃水処理設備を設けることなく、酸洗浄廃液とアルカリ洗浄廃液とを混合中和して放流することが可能となる。

更に、本発明においては、注入した酸又はアルカリを原水側から抜き出すため、透過水側の汚染を防止することができる。

本発明の膜分離装置によれば、膜面を効率的に洗浄することにより、膜面を常に高清浄に保つことができる。しかも、希薄濃度の薬剤で高い洗浄効果を得ることができ、また、洗浄廃液の廃水処理を不要とすることも可能である上に、洗浄による透過水の汚染の問題もないことから、膜分離効率及び透過水水質の向上と共に、処理コストの低減が図れ、工業的に極めて有利である。

以下に図面を参照して、本発明の膜分離装置の実施例について詳細に説明する。

図１，２，３は各々本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図であり、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。なお、図２，３においては、開閉弁は図示を省略してある。

図１に示す実施例装置は、加圧循環型の膜モジュールの原水室側に酸及びアルカリを注入して膜面を洗浄する手段を設けたものである。なお、図１の膜分離装置は、循環ポンプＰ₂で濃縮水を循環させる型式のものであるが、全量濾過方式の膜分離装置であれば、この循環ポンプは省略される。

本実施例の装置において、原水の膜分離処理に当っては、弁Ｖ₁，Ｖ₂を開、その他の弁を閉、原水ポンプＰ₁及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、原水を配管１，原水槽２，配管３を経て膜モジュール４の原水室４ａに供給する。膜モジュール４の膜４Ａを透過した透過水は透過水室４ｂから、配管５を経て抜き出され、逆洗水槽６，配管７を経て処理水として系外へ排出される。一方、濃縮水は、配管８により循環される（濾過工程）。なお、弁Ｖ₃を開として、濃縮水の一部を配管１０から系外へ排出する場合もある。

上記濾過工程を所定時間継続し、膜の濾過性能の低下が見られた場合には、弁Ｖ₄，Ｖ₃を開、その他の弁を閉、循環ポンプＰ₂及び逆洗ポンプＰ₃をオン、その他のポンプをオフとして、逆洗水槽６内の透過水を、配管９，配管５を経て膜モジュール４の透過水室４ｂに供給して逆洗を行う。

逆洗水は、膜４Ａを透過する間に膜面の付着物を剥離させ、更に、原水室４ａから循環配管８内を流れ、循環系内の濁質を押し出し、逆洗排水は配管１０を経て排出される（逆洗工程）。

上記濾過工程及び逆洗工程を複数回交互に繰り返して行い、逆洗後も膜性能の顕著な回復が見られなくなった場合には、次の洗浄工程に移行する。

まず、弁Ｖ₅を開、その他の弁を閉、酸注入ポンプＰ₄及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、酸貯槽１０内の酸を、配管１１より循環配管８に注入する。この酸の注入を所定時間継続した後、酸の注入を停止し、膜モジュールの原水側（一次側）、即ち、配管８，３，原水室４ａに酸が注入された状態で所定時間静置保持する。静置後、前述の逆洗工程に移行し、一次側の酸を逆洗水により、配管１０より排出する（酸洗浄工程）。

上記酸洗浄後、弁Ｖ₆を開、その他の弁を閉、アルカリ注入ポンプＰ₅及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、アルカリ貯槽１２内のアルカリを、配管１３より循環配管８に注入する。このアルカリの注入を所定時間継続した後、アルカリの注入を停止し、膜モジュールの原水側（一次側）にアルカリが注入された状態で所定時間静置保持する。静置後、前述の逆洗工程に移行し、一次側のアルカリを逆洗水により、配管１０より排出する（アルカリ洗浄工程）。

なお、洗浄に使用される酸注入ポンプＰ₄及びアルカリ注入ポンプＰ₅は、所定量の薬剤を注入できるように、流量制御可能なものである。

上記アルカリ洗浄後は、濾過工程に移行し、膜分離処理運転を再開する。

本実施例の膜分離装置において、原水として河川水をポリ塩化アルミニウムにて凝集沈殿させた沈澱上澄みを膜分離処理するに当り、濾過工程：２９分，逆洗工程：１分の断続的な膜分離処理を４６回繰り返し、膜の透過流束が通水開始初期の９０％に低下した後、酸注入：１分及び酸注入後静置：２８分の酸洗浄工程，逆洗工程：１分，アルカリ注入：１分及びアルカリ注入後静置：２８分のアルカリ洗浄工程，逆洗工程：１分を順次行ったところ、膜の透過流束は通水開始初期の値となり、膜性能を良好に回復させることができた。

図２に示す実施例装置は、加圧循環型の膜モジュールの透過水側（二次側）に酸及びアルカリを注入して膜面を洗浄する手段を設けたものである。即ち、本発明の膜分離装置は、膜モジュールの原水側（一次側）に酸及びアルカリを注入するものに限らず、透過水側（二次側）に酸及びアルカリを注入するものであっても良い。この場合には、酸又はアルカリの注入後、逆洗により、酸又はアルカリを原水側へ押し出せば良い。

本実施例の装置において、原水の膜分離処理に当っては、原水ポンプＰ₁及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、原水を配管１，原水槽２，配管３を経て膜モジュール４の原水室４ａに供給する。膜モジュール４の膜４Ａを透過した透過水は透過水室４ｂから、配管５を経て抜き出され、逆洗水槽６，配管７を経て処理水として系外へ排出される。一方、濃縮水は、配管８により循環される（濾過工程）。

上記濾過工程を所定時間継続し、膜の濾過性能の低下が見られた場合には、循環ポンプＰ₂及び逆洗ポンプＰ₃をオン、その他のポンプをオフとして、逆洗水槽６内の透過水を、配管９，配管５を経て膜モジュール４の透過水室４ｂに供給して逆洗を行う。

逆洗水は、原水室４ａから循環配管８内を流れ、濁質を含む逆洗排水は配管１０より押し出される（逆洗工程）。

まず、酸注入ポンプＰ₄及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、酸貯槽１０内の酸を、配管１１，配管９を経て透過水室４ｂに注入する。その後、上記逆洗工程を実施して、酸を含む洗浄水を膜４Ａを透過させて、原水室４ａ，循環配管８に流入させる。この状態で所定時間静置保持し、静置後、再び逆洗を行って、酸を逆洗水により配管１０より排出する（酸洗浄工程）。

上記酸洗浄後、アルカリ注入ポンプＰ₅及び循環ポンプＰ₂をオン、その他のポンプをオフとして、アルカリ貯槽１２内のアルカリを、配管１３より配管９に注入する。そして、上記酸洗浄と同様に逆洗によりアルカリを原水室４ａ側に流入させた後、静置保持する。静置後、逆洗を行って、アルカリを逆洗水により、配管１０より排出する（アルカリ洗浄工程）。

上記アルカリ洗浄後、ポンプＰ₁，Ｐ₂をオン、その他のポンプをオフとして、濾過工程に移行し、膜分離処理運転を再開する。

図３に示す実施例装置は、浸漬型の膜モジュールを用い、この膜モジュールの透過水室側に酸及びアルカリを注入して膜面を洗浄する手段を設けたものである。

本実施例の装置において、原水の膜分離処理に当っては、吸引ポンプＰ₆をオン、その他のポンプをオフとして、配管１から原水槽２に供給された原水を、吸引ポンプＰ₆により、膜モジュール４の透過水室４ｂ側に吸引する。この透過水は、配管５を経て抜き出され、逆洗水槽６，配管７を経て処理水として系外へ排出される（濾過工程）。

上記濾過工程を所定時間継続し、膜の濾過性能の低下が見られた場合には、逆洗ポンプＰ₃をオン、その他のポンプをオフとして、逆洗水槽６内の透過水を、配管９を経て膜モジュール４の透過水室４ｂに供給して逆洗を行う。

まず、酸注入ポンプＰ₄をオン、その他のポンプをオフとして、酸貯槽１０内の酸を、配管１１より配管９に注入する。その後、図２に示す膜分離装置の場合と同様に、逆洗、静置保持、逆洗を行って、酸洗浄を終了する。

上記酸洗浄後、アルカリ注入ポンプＰ₅をオン、その他のポンプをオフとして、アルカリ貯槽１２内のアルカリを、配管１３より配管９に注入し、その後、図２に示す膜分離装置の場合と同様に、逆洗、静置保持、逆洗を行って、アルカリ洗浄を終了する。

図１〜３のいずれの膜分離装置によっても、酸洗浄とアルカリ洗浄とを行って、良好な洗浄効果を得ることができる。

なお、上記の説明においては、いずれも酸洗浄後にアルカリ洗浄を行う場合について示したが、本発明の膜分離装置では、アルカリ洗浄後、酸洗浄を行うことも可能であり、洗浄の順序は、当該膜分離装置の膜面付着物の性状、即ち、膜分離装置で処理する原水の水質に応じて適宜決定される。また、このアルカリ洗浄後酸洗浄、又は、酸洗浄後アルカリ洗浄は膜性能の回復度合に応じて１回でもよいし、複数回繰り返すこともできる。

本発明において、酸洗浄に用いる酸としては、塩酸、硫酸などの無機酸が好ましく、これらの酸に更に過酸化水素を混合したものであっても良い。酸洗浄は、膜モジュールの原水室の膜面近傍のｐＨが１〜５程度となるような酸濃度で行うのが好ましい。

一方、アルカリ洗浄に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウムが一般的であり、水酸化ナトリウムに更に次亜塩素酸ナトリウムを混合したものであっても良い。アルカリ洗浄は、膜モジュールの原水室の膜面近傍のｐＨが９〜１３の範囲となるようなアルカリ濃度で行うのが好ましい。

また、膜としては耐酸性、耐アルカリ性のものが好ましく、具体的にはポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリスルホンのものが好適である。

上記酸洗浄及びアルカリ洗浄は、酸及びアルカリの注入量が当量となるように行うことにより、洗浄廃液をそのまま混合して中和することができることから、廃水処理が不要となり、工業的に有利である。

また、本発明の膜分離装置による酸洗浄及びアルカリ洗浄は、酸又はアルカリを原水側に注入ないし流入させた時点で一定時間静置保持するのが好ましく、この静置保持時間は特に３〜３０分とするのが望ましい。

いずれの場合においても、膜モジュール内に保持した酸又はアルカリは、洗浄後、逆洗水及び循環水（原水）により、系外へ排出する。

このような本発明の膜分離装置による酸及びアルカリ洗浄は、膜性能に劣化が見られたら行えばよいが、通常１０〜２００時間の濾過運転毎に実施するのが好ましい。

本発明の膜分離装置においては、濾過運転時間の積算値を測定するための積算計や濾過回数及び逆洗回数等のカウンターを備え、所定の濾過運転時間後に濾過を停止して酸注入ポンプ及びアルカリ注入ポンプを交互に稼働させる電気制御システム、更には、酸注入ポンプやアルカリ注入ポンプの稼働の前後に逆洗ポンプや原水ポンプの稼働又は停止を行う機能を備える電気制御システムを設けることにより、濾過、逆洗及び薬品洗浄を人手を要することなく自動的に実施することができる。

本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図である。本発明の膜分離装置の他の実施例を示す系統図である。本発明の膜分離装置の別の実施例を示す系統図である。

符号の説明

２原水槽
４膜モジュール
４Ａ膜
４ａ原水室
４ｂ透過水室
６逆洗水槽
１０酸貯槽
１２アルカリ貯槽

Claims

分離膜により内部が原水室と透過水室とに仕切られた膜モジュールと、該膜モジュールに酸及びアルカリを交互に注入した後、注入された酸又はアルカリを各々原水室から抜き出す膜の洗浄手段とを備えてなる膜分離装置。