JP2006198531A

JP2006198531A - 中空糸膜モジュールの運転方法

Info

Publication number: JP2006198531A
Application number: JP2005013385A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Matsumoto; 吉正松本
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】透水性能が低下したろ過膜モジュールを洗浄後、再度ろ過処理運転を行う際、長期にわたり安定運転が可能となるろ過膜モジュールの再生方法を提供すること。
【解決手段】表流水の水浄化システムにおける透水性能が低下したろ過膜モジュールの洗浄回復方法であって、ろ過処理運転を行なった後、膜間差圧の上昇の有無にかかわらず定期的に薬液洗浄により性能回復を行い、後のろ過処理運転時には、前期ろ過処理運転時の中空糸膜モジュール原水入口を原水出口とし、かつ、原水出口を原水入口として通水する中空糸膜モジュールの運転方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ろ過膜モジュールを薬液により洗浄して透水性能を回復させるろ過膜モジュールの運転方法に関する。特に本発明は、長期にわたり安定運転が可能となるろ過膜モジュールの運転方法に関する。

従来、河川水や湖沼水等の表流水から水道水を得るための浄水処理システムとしては、限外または精密ろ過膜と呼ばれる新しい材料の利用技術が多方面にわたって提案されており、その一例として中空糸型限外または精密ろ過膜モジュールを使用した浄水システムの実用化が検討されている。

例えば中空糸型限外ろ過膜モジュールを使用し、中空糸膜の内側に濁質成分を含む原水を供給することにより、濁質成分が除去された透過水を中空糸膜外に得るシステムでは、透過されない濁質成分が、中空糸膜の内側表面に付着蓄積し、中空糸膜が詰まる。それにより処理能力の低下が起こり、さらに濁質成分の付着が進むと運転停止せざるを得なくなる。

このような問題を解決する方法として、例えば特許文献１には、ろ過性能の低下した膜モジュールを薬液にて洗浄する方法が開示されている。
特開平１０−２４９３３８

本発明では、ろ過処理能力が低下したろ過膜モジュールを洗浄するのではなく、ろ過処理能力が低下する前に膜モジュールを洗浄するとともに、ろ過処理運転方法をも工夫することで、長期にわたり安定運転が可能となるろ過膜モジュールの運転方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、ろ過膜モジュールの運転方法として、ろ過処理運転後、膜間差圧の上昇の有無にかかわらず、薬液洗浄を行い、かつ、洗浄後、膜モジュールの原水出入口に逆に通水することで、長期にわたり透水性能が低下せずに安定運転ができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、少なくとも原水入口、原水出口、透過水出入口を有する中空糸型分離膜モジュールの運転方法であり、ろ過処理運転を行なった後、膜間差圧の上昇の有無にかかわらず定期的に薬液洗浄により性能回復を行い、後のろ過処理運転時には、前期ろ過処理運転時の中空糸膜モジュール原水入口を原水出口とし、かつ、原水出口を原水入口として通水する中空糸膜モジュールの運転方法を提供するものである。上記の洗浄は、膜間差圧が上昇する前に行なうと、より安定した運転が可能になる。

また上記発明において、薬液洗浄による性能回復率が９０％以上である運転方法を提供するものである。さらに、上記発明において、薬液洗浄を３から１２ヶ月毎に定期的に行なう運転方法を提供するものである。

本発明によれば、長期間にわたり安定なろ過処理運転を継続して行うことができるろ過膜モジュールが提供される。

本発明のろ過膜モジュールの運転方法では、ろ過処理運転を行なった後、膜間差圧の上昇の有無にかかわらず定期的に薬液洗浄を行なう。

従来は、膜間差圧が上昇してろ過運転の透水速度が低下したことを確認した後、薬液による洗浄を行なっていたが、本発明では、膜間差圧の低下の有無にかかわらず、薬液洗浄を行なう。特に、膜間差圧が上昇する前に薬液洗浄を行なうことが好ましく、膜モジュールの中でも中空糸膜モジュールに大きな効果がある。これは、中空糸膜モジユールの性能低下原因には大きく分けて二種類あり、一つ目は膜面上の濁質等によるファウリングであり、二つ目は中空糸膜開口部の濁質による閉塞が挙げられる。一つ目の膜面上のファウリングは薬液洗浄で洗浄されやすいが、二つ目の中空糸開口部の閉塞は薬液洗浄では完全に洗浄開口され難く、特に長期間運転で強固に目詰まりを起こした中空糸は洗浄開口され難い。このように中空糸開口部の濁質物質の目詰まり等による透水性能の低下が発生しないうちに、薬液洗浄を行なうことで、より容易に膜に付着した濁質物質等を除去できるので、膜のろ過性能をより容易に回復でき、その結果、長期間安定したろ過処理運転を継続することができる。つまり、中空糸開口部の濁質分による閉塞を強固にさせない前に薬液洗浄を行い、長期間安定運転したろ過処理運転を継続させるものである。

本発明では、薬液洗浄を定期的に行なうことが好ましい。期間は処理する原水の水質、特に濁質濃度により左右されるが、３〜１２ヶ月毎に定期的に行なうことが好ましい。しかも本発明の方法では、薬液洗浄したのち、後のろ過処理運転を開始する際に、前期ろ過処理運転時の中空糸膜モジュール原水入口を原水出口とし、かつ、原水出口を原水入口として通水する。

先のろ過処理運転時の原水入口と原水出口を逆にする、即ち、原水入口を原水出口とし、かつ、原水出口を原水入口とする方法としては、例えば、先のろ過処理運転を停止した後、膜モジュールに接続された配管を外し、膜モジュールを架台から取り外した後、元の原水入口に接続されていた配管を元の原水出口に、かつ、元の原水出口に接続されていた配管を原水入口に接続する。あるいは、膜モジュールを垂直に設置し、後の運転時には一旦架台から取り外した膜モジュールを上下反転させて再度架台に取り付け、元の原水入口に接続されていた配管を元の原水出口に、かつ、元の原水出口に接続されていた配管を原水入口に接続する。

これは、従来中空糸膜モジュールを用いて河川等の表流水をろ過処理運転した場合、中空糸膜の開口部の目詰まりは出口側に多く発生する事が知られている。これは、原水が膜モジュール出口側では濃縮され濁質濃度が高くなるためである。前記した様に中空糸開口部の閉塞は強固になると洗浄され難くなるため、強固になる前に薬液洗浄するものである。また、薬液洗浄により完全に除去されず残存している濁質分も洗浄後モジュールの原水出入口を反転することで閉塞を防止できる。

本発明の運転方法における薬液洗浄の方法は、特に制限されるものではなく、公知の方法が使用できる。例えばろ過処理運転後の膜モジュールを、薬液タンクに接続し、ポンプ等の送液手段により、膜モジュールに薬液を送液して洗浄する方法を用いることが出来る。膜モジュールの原水側に薬液を送液して膜を洗浄する方法、膜の透過側から薬液を圧送して原水側に透過させて膜を逆圧洗浄する方法、薬液を原水側や透過側で循環させて膜を洗浄する方法、あるいは、膜モジュール内に薬液を満たして静置する方法などが使用できる。またそれらの方法の組合せでもよい。特に、逆圧洗浄、静置、逆圧洗浄、循環洗浄の組合せが好ましい。

本発明に使用する薬液としては、限定されないが、クエン酸、界面活性剤及び次亜塩素酸ナトリウムのうち少なくとも１種以上とすることが望ましい。好ましい組合せとしては、クエン酸と界面活性剤の組合せが挙げられる。適当な界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＬＡＳ）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム（ＥＳ）及びα−オレフィンスルホン酸ナトリウム等のアニオン界面活性剤があげられる。これらの薬液の濃度としては、クエン酸は0.1〜５wt％、次亜塩素酸ナトリウムは50〜500ppmとすることが好ましい。界面活性剤については、その好ましい濃度は種類により異なるが、ＳＤＳを使用する場合には0.5〜５wt％である。

薬液洗浄工程は、ろ過処理運転後、１回のみ行なってもよいし、２回以上行なってもよい。複数回行なうことで、より高い洗浄効果が得られる。

本発明のろ過膜モジュールの再生方法に使用される洗浄工程においては、薬洗回復率を90％以上とすることが好ましく、さらに好ましい薬洗回復率は95％以上である。薬洗回復率が、90％未満であると洗浄後ろ過運転を行った際、短期間で透水性能が再び低下し、安定運転を行うことができない。本発明において、性能回復率とは、薬液洗浄後の膜の純水透過流量をＡ、使用開始前の膜の純水透過流量をＢとしたとき、下記式で表わされる値である。

性能回復率（％）＝（Ａ／Ｂ）× 100
本発明のろ過膜モジュールは、膜材質として限外または精密ろ過膜に一般に使用されているものを使用することができ、例えば酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリフッ化ビニリデン等を使用することができる。しかし価格や取り扱いの容易さからは酢酸セルロースとすることが好ましい。

また本発明のモジュールの形態は、中空糸膜型、平膜型、管状膜型、スパイラル膜型等特に限定されないが、加圧下での逆洗が効果的に行なえる中空糸膜型が好ましい。

図１にろ過処理運転装置の略示図を示す。11は膜モジュール、12はプレフィルター、13は透過水タンク、14、15はポンプである。原水は16から供給され、膜モジュール１１を透過した処理水は、透過水タンク１３に貯められた後、必要により使用される。

また図２は薬液洗浄装置の概略図であり、図中、２１は膜モジュール、２２は薬液槽、２３は純水槽、２４はポンプ、２５〜３９は弁、４０、４１、４２は圧力計、４３、４４は流量計、４５：フィルターである。

薬洗方法を以下に説明する。

[洗浄方法]
表流水等の水浄化システムに使用され処理能力が低下した膜モジュールは、図２に示す洗浄装置により薬洗を行い、性能回復を図る。

先ず使用により処理能力が低下した膜モジュールの純水透水性能を測定する為に、弁３１、２９、２７、２５、３４、及び３３を開、その他の弁は閉とし、ポンプ２４を駆動させ、純水槽２３内の純水を膜モジュールに供給する。１〜２分間通水後、弁３６、３９を開とし、弁２５を閉とする。この操作により膜モジュール２１に供給された純水は全量ろ過され、純水槽に返送される。次に、膜モジュール入口圧力計４０が約０．１Ｍｐａになる様に弁３６を調整する。調整後、膜モジュール入口圧力計４０、出口圧力計４１、透過側圧力計４２透過水流量計４３及び水温の値を読み取る。これらの値を水温２５℃、０．１ＭＰａあたりの透水性能に換算し、膜モジュール使用後の通水能力とする。換算は、以下の計算式に従って計算する。

純水透水性能＝透過流量計の値÷｛（入口圧力＋出口圧力）／２−透過側圧力｝×１００×２５℃への温度換算係数(水の粘度換算)

次に薬洗として、弁３０、３６、２９、３２、２５、３４、３８を開にし、その他の弁は閉とし、ポンプ２４を駆動させ、透過側圧力計４２が０．１ＭＰａになる様に弁３６を調整し、１分間供給した後ポンプ２４を停止する。次に弁３０、３６、２９、３２、２７、２８、３８を開にし、その他の弁は閉とし、ポンプ２４を駆動させ、透過側圧力計４２が０．１ＭＰａになる様に弁３６を調整し、１分間供給した後ポンプ２４を停止する。この操作により膜モジュール２１全体に薬液が行き渡り、また、中空糸内部の汚れ物質が排水される。その後弁を全て閉とし、約２時間静置する。この操作により薬液による逆圧洗浄では除去しきれない汚れ物質を膜面より浮き上がらせる効果や時間による汚れ物質の溶解効果が期待できる。次に２時間静置後、上記した逆圧洗浄を薬液を用いて再度行う。

次に、弁３０、２９、２７、２５、３５、２６、３６、３８を開にし、その他の弁は閉とし、ポンプ２４を駆動させ、膜モジュール２１の一次側を循環運転する。この時原水側流量計４４の値が約１ｍ／ｓｅｃになる様に、弁３６を調整し２０〜３０分間循環運転を行う。この操作により、膜面に残存する汚れ物質が薬液の線速により剥ぎ取られる効果がある。

その後純水により、膜モジュール２１の薬液をリンス洗浄した後、上記した純水透水性能測定を行う。この値が薬洗後のモジュール通水能力である。

内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍの分離性能を有する酢酸セルロース系中空糸膜２２３２０本を、原水出入口及び透過水出入口を有する１０６６ｍｍ長の筒状ケースハウジングに挿入した。ウレタン系接着剤を用いた公知の遠心接着法により中空糸端部相互間及び膜束とケースハウジング内面の間を固化することにより、有効膜面積５０ｍ²の中空糸膜モジュールを作製し、垂直方向にこのモジュールを架台に設置した。中空糸膜モジュールの、下側をＢ端部とし、上側をＡ端部とした。

上記中空糸膜モジュールを用い、図１に示すろ過処理装置により、河川表流水を供給原水とした除濁試験を下記の条件で行った。

通水方向：膜モジュールＢ端部を原水入口とする
ろ過方法：クロスフローろ過
処理能力：３ｍ／日
回収率：９５％
逆洗流量：ろ過運転透過水流量の４倍
ろ過時間／逆洗時間：５９／１分
運転を６ヶ月間継続したところ、中空糸膜モジュールの膜間差圧上昇は見られなかったが、中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部閉塞本数は、Ｂ端側０本、Ａ端側４本であった。クエン酸０．５ｗｔ％と界面活性剤０．５ｗｔ％の混合液、及び次亜塩素酸ナトリウム５０ｍｇ／Ｌにより、図２の装置を用いて、下記の要領で薬液洗浄を行った。
1)使用後の純水透水性能測定
2)クエン酸(0.5wt%)＋界面活性剤(0.5wt%)よる逆圧洗浄（0.1MPa）１分間×２回
3)そのまま静置２時間
4)クエン酸(0.5wt%)＋界面活性剤(0.5wt%)よる逆圧洗浄（0.1MPa）１分間×２回
5)クエン酸(0.5wt%)＋界面活性剤(0.5wt%)よる循環洗浄（線速1m/sec）２０分間
6)純水によるリンス洗浄
7)薬洗後の純水透水性能測定
8)次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度50mg/l)よる逆圧洗浄（0.1MPa）１分間×２回
9)そのまま静置１５時間
10)次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度50mg/l)よる逆圧洗浄（0.1MPa）１分間×２回
11)次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度50mg/l)よる循環洗浄（線速1m/sec）２０分間
12)純水によるリンス洗浄
13)薬洗後の純水透水性能測定
その結果、性能回復率は１００％であった。このときの中空糸膜モジュールの上下端面における汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側０本、Ａ端側０本であった。

薬液洗浄後、中空糸膜モジュールを上下反転し、膜モジュールＡ端部を原水入口として上記ろ過方法と同条件で運転を６ヶ月実施した後、中空糸膜モジュールを取り外した結果、中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部閉塞本数は、Ｂ端側４本、Ａ端側０本であった。前記と同様に薬液洗浄を実施したところ、性能回復率は１００％であった。中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側０本、Ａ端側０本であった。

更に、薬液洗浄後の中空糸膜モジュールを上下反転し、膜モジュールＢ端部を原水入口として上記ろ過方法と同条件で運転を６ヶ月実施し、中空糸膜モジュールを取り外した結果、中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側０本、Ａ端側６本であった。前記と同様に薬液洗浄を実施したところ、性能回復率は９９％であった。中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側０本、Ａ端側０本であった。
［比較例１］
実施例１と同様に中空糸膜モジュールを作製し、河川表流水を供給原水とした除濁試験を下記の条件で運転を行った。

通水方向：膜モジュールＢ端部を原水入口とする
ろ過方法：クロスフローろ過
処理能力：３ｍ／日
回収率：９５％
逆洗流量：ろ過運転透過水流量の４倍
ろ過時間／逆洗時間：５９／１分
運転を１８ヶ月間継続したところ、中空糸膜モジュールの膜間差圧が８０ｋＰａとなった為、、中空糸膜モジュールを取り外した結果、中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側２０本、Ａ端側４００本であった。クエン酸１ｗｔ％及び次亜塩素酸ナトリウム５０ｍｇ／Ｌにより実施例１と同様に薬液洗浄を行ったところ、性能回復率は９０％であった。このときの中空糸膜モジュールの上下端面での汚泥による中空糸開口部の閉塞本数は、Ｂ端側２本、Ａ端側５０本であった。

ろ過処理運転装置の略示図である。薬液洗浄装置の概略図である。

符号の説明

２１：膜モジュール
２２：薬液槽
２３：純水槽
２４：ポンプ
２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、
３８、３９：弁
４０、４１、４２：圧力計
４３、４４：流量計
４５：フィルター

Claims

少なくとも原水入口、原水出口、透過水出入口を有する中空糸型分離膜モジュールの運転方法であり、ろ過処理運転を行なった後、膜間差圧の上昇の有無にかかわらず定期的に薬液洗浄により性能回復を行い、後のろ過処理運転時には、前期ろ過処理運転時の中空糸膜モジュール原水入口を原水出口とし、かつ、原水出口を原水入口として通水する中空糸膜モジュールの運転方法。
膜間差圧が上昇する前に薬液洗浄を行なう、請求項１記載の運転方法。
薬液洗浄による性能回復率が９０％以上であることを特徴とする請求項１の中空糸膜モジュールの運転方法。
薬液洗浄を３〜１２ヶ月毎に定期的に行う事を特徴とする請求項１、２いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法。