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

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Ａｌ^３＋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Ａｌ^３＋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。

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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