JP2006263650A - セラミック膜浄水製造設備及びその運転方法 - Google Patents

セラミック膜浄水製造設備及びその運転方法 Download PDF

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Naoki Murata
直樹 村田
Kazunori Ito
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Abstract

【課題】凝集剤由来のアルミニウムによるセラミック膜のファウリングを抑制しつつ、安定して浄水を製造することができる浄水製造設備及びその運転方法を提供する。
【解決手段】薬品混和池2と、フロック形成池3と、凝集沈殿池4とからなる凝集沈殿設備の後段に、pHが1〜3の酸性水による酸逆洗手段7を備えたセラミック膜ろ過装置6を設置する。セラミック膜を1日1回以上酸逆洗することにより、凝集剤による膜差圧の上昇を抑制し、薬品洗浄を行わなくても長期間にわたり安定して浄水製造が可能となる。
なお酸として硫酸を使用し、酸逆洗ごとにセラミック膜を2〜15分間、酸性水に浸漬することが好ましい。
【選択図】 図2

Description

本発明は、都市部の大規模浄水場などにおいて用いられる浄水製造設備及びその運転方法に関するものである。
既設の大規模浄水場では、図1に示すように原水の着水井1、薬品混和池2、フロック形成池3、凝集沈殿池4、急速ろ過池5を備えた凝集沈殿設備が普及している。原水には薬品混和池2においてPACに代表される凝集剤が添加され、フロック形成池3においてフロックが形成され、凝集沈殿池4においてフロックを凝集沈殿させる。そしてその上澄水は急速ろ過池5において砂ろ過され、塩素を添加されて浄水となる。
ところが大規模浄水場は古い時代に建設されたものが多いために老朽化が進み、特に急速ろ過池5の更新が必要になりつつある。この更新にあたり、都市部近郊では浄水場の設置スペースも限られていることから、急速ろ過池5よりも設置面積を削減でき、しかも急速ろ過池5よりもろ過性能に優れたセラミック膜ろ過装置への部分更新が検討されている。
この場合、膜ろ過装置は付帯設備も含めて既設の急速ろ過池5の設置面積内に完全に収まることが求められるので、必然的に高流束での連続運転が必須となる。ところが、凝集沈殿後の上澄水には凝集沈殿池4で重力沈降できなかった凝集剤由来のアルミニウム(金属類)が含まれているため、このアルミニウムがセラミック膜のファウリングを進行させ、頻繁に逆洗及び薬品洗浄を実施しなければならない場合があることが判明した。このため浄水の安定供給に問題を生ずる可能性があった。
なお特許文献1には、中空糸膜の閉塞を解消するためにクエン酸や次亜塩素酸ソーダを含有させた薬液による薬品洗浄を行うことが記載されている。しかし凝集剤由来のアルミニウムによるセラミック膜のファウリング解消についての記載はない。また特許文献2には塩素水による膜の逆洗について記載されているが、この方法は有機物による膜のファウリングに対しては効果があるものの、アルミニウムによるセラミック膜のファウリングにはほとんど効果がない。
特開平11−76769号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決し、凝集剤由来のアルミニウムによるセラミック膜のファウリングを抑制しつつ、安定して浄水を製造することができる浄水製造設備及びその運転方法を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明の浄水製造設備は、原水に凝集剤を混和する薬品混和池と、フロック形成池と、凝集沈殿池とからなる凝集沈殿設備の後段に、pHが1〜3の酸性水による酸逆洗手段を備えたセラミック膜ろ過装置を設置したことを特徴とするものである。ここでセラミック膜ろ過装置が、膜孔径0.1〜1μmの内圧式セラミック膜を備えたものであることが好ましい。
また本発明の浄水製造設備の運転方法は、原水に凝集剤を混和してフロックを形成し、フロックを凝集沈殿池で凝集沈殿させた後の上澄水をセラミック膜ろ過装置で膜ろ過するとともに、そのセラミック膜をpHが1〜3の酸性水により定期的に逆洗することにより、凝集剤による膜差圧の上昇を抑制することを特徴とするものである。この場合、酸として硫酸を使用し、酸逆洗ごとにセラミック膜を2〜15分間(好ましくは、5〜10分間)、酸性水に浸漬することが好ましい。
本発明によれば、セラミック膜ろ過装置のセラミック膜を酸逆洗手段により定常的に逆洗し、膜面に付着したアルミニウムをpHが1〜3(好ましくは、1〜2)の強酸により溶解性のAl3+として溶出させることができる。このため凝集沈殿後の上澄水を、アルミニウムによるセラミック膜のファウリングを抑制しつつ膜ろ過し、長期間にわたり安定して浄水を製造することが可能となる。なお、本発明はpHにより金属類を溶出させているためアルミニウム系凝集剤と同様に鉄系凝集剤等でも同効果があることはいうまでもない。
図2は本発明の実施形態を示すブロック図であり、1は原水の着水井、2は薬品混和池、3はフロック形成池、4は凝集沈殿池である。これらの凝集沈殿設備は既設の大規模浄水場の設備をそのまま用いることができる。薬品混和池2において原水にPAC等の凝集剤が添加され、フロック形成池3においてフロックが形成され、凝集沈殿池4においてフロックの凝集沈殿がおこなわれることは従来と同様である。
本発明では、従来の急速ろ過池5に替えて凝集沈殿設備の後段にセラミック膜ろ過装置6が設置され、凝集沈殿池4の上澄水が膜ろ過される。セラミック膜ろ過装置6は膜孔径0.1〜1μmの内圧式セラミック膜を備えたものであることが好ましい。この実施形態では、出願人会社製の膜内径が1〜4mmのモノリス型セラミック膜が用いられ、デッドエンドろ過が行われる。好ましいフラックスは3〜10m/日、連続ろ過時間は1〜24時間である。
前記したように、凝集沈殿池4の上澄水には重力沈降できなかった凝集剤由来のアルミニウムが含まれているため、このアルミニウムがセラミック膜のファウリングを進行させるおそれがある。そこで本発明ではセラミック膜ろ過装置6に酸逆洗手段7を設け、pHが1〜3の酸性水による酸逆洗を毎日1〜4回程度の頻度で継続的に実施する。酸としては例えば硫酸を使用し、1回の酸逆洗ごとにセラミック膜を5〜10分間、浸漬することが好ましい。これにより膜面に付着したアルミニウムを溶解性のAl3+として溶出させることができる。セラミック膜は耐酸性に優れるので、pHが1〜3の酸逆洗に耐えることができる。
図3は酸性水に10分間浸漬後のセラミック膜のpHと、酸性水中に溶出したアルミニウム濃度との関係を示すグラフであり、pHが1〜3の領域においてアルミニウムの溶出が進行することが示されている。また図4は浸漬時間と酸性水中に溶出したアルミニウム濃度との関係を示すグラフであり、10分までは溶出が進行するが、10分を越えても溶出濃度にほとんど変化がないことが分る。
なおこの実施形態では、セラミック膜ろ過装置6の前段に前処理設備8が設置されている。この前処理設備8はマンガン触媒充填層9とオゾン供給手段10とを備えたもので、凝集沈殿池4の上澄水に含有されている鉄やマンガンなどの金属イオンを不溶化し、セラミック膜による除去ができるようにしたものである。このためセラミック膜には鉄やマンガンなどの金属微粒子も捕捉されることとなるが、前記図3、図4に記載したようにこれらの金属もpHが1〜3の酸性水による酸逆洗で溶出させることができるから、膜のファウリングが進行することはない。ただし前処理設備8は本発明の必須要件ではない。
このように、本発明によれば凝集沈殿池4の上澄水をセラミック膜ろ過装置6で膜ろ過するとともに、そのセラミック膜をpHが1〜3の酸性水により毎日1〜4回程度の頻度で定期的に逆洗することにより、凝集剤由来のアルミニウムによるセラミック膜のファウリングを防止し、薬品洗浄を行わなくても長期間にわたり安定して浄水の製造が可能である。なお、本発明は凝集沈殿池上澄水を対象としているが、原水に凝集剤を添加した凝集水でも効果があることはいうまでもない。
PACを凝集剤として用いているある浄水処理場の凝集沈殿設備の後段に、膜孔径0.1μmの内圧式セラミック膜を備えたセラミック膜ろ過装置を複数基設置し、膜ろ過流束5m/日で凝集沈殿池の上澄水を膜ろ過した。一基のセラミック膜ろ過装置はろ過時間を15分とし、15分ごとに通常の水逆洗を行ったところ、試験開始後約4月で水温補正膜差圧が80kPaまで上昇して、膜ろ過が不可能となった。
また他のセラミック膜ろ過装置はろ過時間を180分に設定し、180分ごとにpH2の硫酸水による酸逆洗を実施した。1回の酸逆洗ごとにセラミック膜を10分間逆洗水に浸漬した。逆洗圧力は500kPa、ブロー圧力は175kPaである。この場合には1年間を経過しても水温補正膜差圧は15kPaを越えることはなかった。そこでろ過時間を180分に設定したまま、1日当たりの酸逆洗の頻度を4回、2回、1回と次第に減少させたところ、1日1回の酸逆洗でも水温補正膜差圧が20kPaを越えることはなく、薬品洗浄を行わなくても1年間以上の連続使用が可能であることが確認された。
なお、水逆洗排水と酸逆洗排水の性状は表1に示すとおりであり、酸逆洗排水中に多量のアルミニウムが溶出していることが確認された。なお、酸逆洗排水をNaOHで中和したところ色度及び濁度は浄水処理場の原水よりも低くなることが確認された。
Figure 2006263650
既設の大規模浄水場の設備構成図である。 本発明の実施形態を示す設備構成図である。 酸性水に10分間浸漬後のセラミック膜のpHと、酸性水中に溶出した金属イオン濃度との関係を示すグラフである。 浸漬時間と酸性水中に溶出した金属イオン濃度との関係を示すグラフである。
符号の説明
1 着水井
2 薬品混和池
3 フロック形成池
4 凝集沈殿池
5 急速ろ過池
6 セラミック膜ろ過装置
7 酸逆洗手段
8 前処理設備
9 マンガン触媒充填層
10 オゾン供給手段

Claims (4)

  1. 原水に凝集剤を混和する薬品混和池と、フロック形成池と、凝集沈殿池とからなる凝集沈殿設備の後段に、pHが1〜3の酸性水による酸逆洗手段を備えたセラミック膜ろ過装置を設置したことを特徴とする浄水製造設備。
  2. セラミック膜ろ過装置が、膜孔径0.1〜1μmの内圧式セラミック膜を備えたものであることを特徴とする請求項1記載の浄水製造設備。
  3. 原水に凝集剤を混和してフロックを形成し、フロックを凝集沈殿池で凝集沈殿させた後の上澄水をセラミック膜ろ過装置で膜ろ過するとともに、そのセラミック膜をpHが1〜3の酸性水により定期的に逆洗することにより、凝集剤による膜差圧の上昇を抑制することを特徴とする浄水製造設備の運転方法。
  4. 酸として硫酸を使用し、酸逆洗ごとにセラミック膜を2〜15分間、酸性水に浸漬することを特徴とする請求項3記載の浄水製造設備の運転方法。
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