JP2006314974A - 膜ろ過による水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆洗排水を膜ろ過して再利用することにより、水処理の回収率向上を図り、かつ、省スペースでありながら処理水としての衛生面等の問題を解消した膜ろ過による水処理方法および装置を提供する。
【解決手段】 原水１をろ過膜により浄化処理して処理水１１を得る工程と、前記ろ過膜を通して逆洗水タンク１３に貯留し、この貯留した水（逆洗水）を用いて所定の膜ろ過処理時間毎にろ過膜の逆洗を行う逆洗工程とを含む膜ろ過による水処理方法において、ろ過膜の逆洗を行なった後の逆洗排水１６を逆洗排水回収タンク１７に貯留し、この貯留した逆洗排水をろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンク１３に貯留して、逆洗排水を逆洗に再利用可能とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理水など、原水中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過による水処理方法および水処理装置に関する。

ろ過膜を用いた水処理装置では、長時間の運転によってファウリングが起こり、ろ過性能が低下する。そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過後の処理水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。

逆洗や水流によるフラッシング等の場合、物理洗浄間隔を短くすることによりファウリング抑制の効果を向上することができるが、これら物理洗浄は処理した水を用いて洗浄することから、回収率（原水量に対する処理水量の比率）が低下するという課題がある。この観点から従来の運転においては、物理洗浄間隔と回収率とのバランスのよいところで運転されていた。

回収率を向上する一つの方法として逆洗排水を再利用する方法がある（特許文献１参照）。特許文献１は、その要約の記載からも明らかなように、「洗浄排水中の濁質量が所定値を上回らない範囲で洗浄排水を洗浄水として再利用する。」旨を開示する。即ち、特許文献１に記載された発明の場合、洗浄に再利用した洗浄排水は、濁質量が所定値を上回った場合には、廃水として処理されており、廃水の量に応じて回収率が低い問題がある。

回収率をさらに向上する方法としては、逆洗排水を膜ろ過して処理水を得る方法または逆洗排水を膜ろ過した水を原水側に返送する（返送して原水に混合させた後に膜ろ過して処理水を得る）方法が知られている。また、上記のように、逆洗排水を膜ろ過する方法としては、次のような方法が提案されている。

その一つは、原水を膜ろ過する装置とは別にもう一台膜ろ過装置を設置する方法（所謂、２段ろ過方法）である。この場合は、設置スペースが増えることや装置増設によるメンテナンスの増加などの問題があった。もう一つの方法としは、本願発明者等が、特願２００３−３０５７０５号によって出願した方法であって、逆洗排水を膜ろ過工程の開始時に原水に先立ってろ過する方法である。この方法は逆洗排水を膜ろ過することにより回収率を上げるのみならず、逆洗排水中の凝集フロックにより膜目詰まりをも抑制できるメリットを有した運転方法（所謂、プレコートろ過方法）であるが、この方法においても、以下のような問題があった。即ち、逆洗排水を膜ろ過した水は水道水質基準を満足する清澄な原水ではあるが、ろ過膜から異物を剥離させた逆洗排水、すなわち汚れた逆洗排水をろ過して得られた水を処理水とすることになるので、処理水のユーザーにとっては、衛生面、精神面でのマイナスイメージがあり、普及を妨げる要因となっていた。
特開２００２−２２４５４２号公報

この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、逆洗排水を膜ろ過して再利用することにより、水処理の回収率向上を図り、かつ、省スペースでありながら処理水としての衛生面等の問題を解消した膜ろ過による水処理方法および装置を提供することにある。

前述の課題を解決するため、この発明は、原水をろ過膜により浄化処理して処理水を得るろ過工程と、前記ろ過膜を通して逆洗水タンクに貯留し、この貯留した水（逆洗水）を用いて所定の膜ろ過処理時間毎にろ過膜の逆洗を行う逆洗工程とを含む膜ろ過による水処理方法において、ろ過膜の逆洗を行なった後の逆洗排水を逆洗排水回収タンクに貯留し、この貯留した逆洗排水を前記ろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンクに貯留して、前記逆洗排水を逆洗に再利用可能としたことを特徴とする（請求項１の発明）。

上記発明によれば、逆洗排水はろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンクに貯留し、逆洗に再利用するのみで処理水としてユーザーに供されることはないので、前述の処理水としての衛生面等の問題が解消できる。さらに、前記２段ろ過方法とは異なり、原水ろ過用のろ過膜により逆洗排水をろ過するので、省スペースにも拘らず、回収率の向上と衛生面等の問題の解消が実現できる。

また、上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の水処理方法において、２回目以降の逆洗工程を実施するに際して、原水のろ過による処理水を得るためのろ過工程を所定時間継続し、前記処理水を得るためのろ過工程を終了させた後、逆洗排水回収タンク内に貯留した逆洗排水を前記ろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンクのみに貯留して、前記逆洗排水を逆洗に再利用するようにする（請求項２の発明）。

さらに、前記請求項１または２に記載の水処理方法において、前記逆洗排水を逆洗に再利用する逆洗工程終了後に、再び前記ろ過工程を行なう際、ろ過開始時の所定時間において前記ろ過膜に滞留している水を逆洗水タンクに通水した後、前記ろ過膜で膜ろ過された原水を処理水として供給するようにする（請求項３の発明）。前記ろ過膜の二次側に滞留している水は、ろ過された水であるので、そのまま処理水として利用してもよいが、逆洗排水をろ過した水の滞留水であるので、前記精神面でのマイナスイメージの問題を解消する観点から、請求項３の発明がより好ましい。

また、上記水処理方法を実施するための水処理装置の発明としては、下記請求項４の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の水処理方法を実施するための装置であって、原水タンクと、ろ過膜を有する膜モジュールと、ろ過膜による処理水の一部を貯留する逆洗水タンクと、ろ過膜の逆洗を行なった後の逆洗排水を貯留する逆洗排水回収タンクと、前記膜モジュールに原水または逆洗排水を供給する主ポンプと、前記膜モジュールに逆洗水を供給する逆洗ポンプとを備えたことを特徴とする（請求項４の発明）。

この発明によれば、膜ろ過による水処理方法および装置において、逆洗排水を膜ろ過して再利用することにより、水処理の回収率向上を図り、かつ、省スペースでありながら処理水としての衛生面等の問題を解消できる。

図１に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。なお、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る膜ろ過による水処理装置のシステム系統図である。図１において、１は原水、２は凝集剤PAC、３は硫酸、４は原水タンク、５は原水供給バルブ、６は逆洗排水供給バルブ、７は主ポンプ、８は膜モジュール、９は処理水バルブ、１０は逆洗水バルブ、１１は処理水、１２は逆洗水、１３は逆洗水タンク、１４は逆洗ポンプ、１５は逆洗バルブ、１６は逆洗排水、１７は逆洗排水回収タンク、１８は原水返送ライン、１９は捨水バルブ、２０は汚泥を示す。なお、図１においては、捨水バルブ１９の開閉を制御する制御装置の図示を省略している。

次に、図１に示す膜ろ過による水処理装置のろ過工程と逆洗工程の流れ等について説明する。まず、ろ過工程について述べる。原水タンク４に流入した原水１に凝集剤PAC２とpH調整のための硫酸３を注入して攪拌された水を、ろ過膜への供給水として原水供給バルブ５を介して、主ポンプ７にて膜モジュール８へと通水する。膜ろ過された水は処理水バルブ９を介して処理水１１として次工程へと供せられる。なお、初回のろ過工程においては、前記処理水の一部が、逆洗水１２として逆洗水バルブ１０を介して、逆洗水タンク１３に貯留され、この貯留した水（逆洗水）を用いて所定の膜ろ過処理時間後にろ過膜の逆洗（初回の逆洗工程）を行う。

初回の逆洗工程においては、従来の逆洗と同様に、逆洗水タンク１３から逆洗バルブ１５を介して逆洗ポンプ１４により、膜モジュール８の二次側（処理水側）から一次側（原水側）に逆洗水を通流し、膜モジュール８からの逆洗排水１６を逆洗排水回収タンク１７に貯留する。この逆洗工程の後、再度、前記ろ過工程を行なう。

次に、２回目以降の逆洗工程、即ち、逆洗排水を再利用する逆洗工程について述べる。

所定のろ過時間、例えば20分から120分のろ過時間が経過した時点で、原水供給バルブ５を閉じて逆洗排水供給バルブ６を開き、逆洗排水回収タンク１７内の逆洗排水１６を主ポンプ７にて膜モジュール８へと通水する工程へと切り替える。この時、処理水バルブ９は閉とする。そして、膜ろ過された水は逆洗水バルブ１０を介して、逆洗水１２として逆洗水タンク１３へ貯留される。

ここで、逆洗排水を再利用するために、逆洗排水回収タンク１７内の逆洗排水１６を膜モジュール８にてろ過して逆洗水１２として逆洗水タンク１３へ貯留する工程を実施する時期については、逆洗工程を開始する前までに実施していれば良いが、特に好ましい形態としては、上述した例のように、前記請求項２の発明のようなタイミングで、逆洗排水回収タンク１７内の逆洗排水１６をろ過して逆洗水１２として逆洗水タンク１３へ貯留すれば良い。

なお、逆洗排水回収タンク１７内の逆洗排水１６をろ過する際に、逆洗排水回収タンク１７内を攪拌して逆洗排水１６を供給することが好ましい。

所定時間逆洗排水１６を膜ろ過した時点で、逆洗排水再利用のためのろ過工程を停止する。逆洗排水を膜ろ過する時間は逆洗に使用した水量をろ過する時間となるため膜ろ過流束に依存することとなり、その時間は通常であれば1分から10分の間となる。

逆洗排水を再利用するためのろ過工程に続いて、逆洗排水を再利用する逆洗工程を実施する。逆洗ポンプ１４を用いて逆洗水タンク１３内の水を逆洗バルブ１５を介して膜モジュール８の二次側より一次側へと通水する。一次側より排出される逆洗排水１６は、逆洗排水回収タンク１７へ再び貯留されて次回の逆洗工程前に膜ろ過されるためにスタンバイする。なお、逆洗に使用する水量と逆洗排水の回収ろ過水量をなるべく等しくする方が運転は容易となる。

ところで逆洗排水は、回収膜ろ過する逆洗排水中の濁質量に加えて原水ろ過時に膜に補足される濁質分が増加することからその濃度の上昇を抑制することが必要となる。そのため、逆洗排水中の汚泥を重力沈降などにより5〜20倍に濃縮（原水性状および重力沈降時間により異なる）し、定期的に逆洗排水回収タンク１７の下部より逆洗排水１６の濃縮汚泥２０を捨水バルブ１９より引き抜いて汚泥処理などに供する。なお、捨水バルブ１９の開閉制御は、図示しない制御装置により行う。開閉制御は、原水の水質が比較的安定している場合には、予め実験的に定めた所定の時間間隔による開閉制御とすることができるが、水質が比較的変動する場合には、例えば、逆洗排水回収タンク内に濁度計を設けて、濁度が所定値に到達した際に開閉制御するようにすることもできる。

また、重力沈降によって逆洗排水を濃縮することや高濁度時における引抜汚泥量を考慮して、逆洗排水回収タンク１７の容量は、逆洗に使用する水量の２倍以上の大きさとすることが好ましく、許容できる範囲で大きいタンクとするのが好ましい。また、逆洗排水タンク１７を複数個設置するようにしてもよい。

上記逆洗排水を再利用する逆洗工程終了後に、再び原水のろ過工程へと移行するが、膜モジュール内には逆洗に使用された水が残留していることから、前記請求項３の発明のように、ろ過開始直後の水は逆洗水バルブ１０より逆洗水タンク１３へと通水することが好ましい。また、別の方法として、上記逆洗排水を再利用する逆洗工程終了後に、先ず逆洗排水回収タンク１７内の逆洗排水１６を膜モジュール８にてろ過して逆洗水１２として逆洗水タンク１３へ貯留する工程を実施し、続いて再び原水のろ過工程へと移行する時に、前記請求項３の発明のように、ろ過開始直後の水は逆洗水バルブ１０より逆洗水タンク１３へと通水した後、処理水を得るための原水のろ過工程の実施に移行することもできる。

なお、逆洗水タンク１３の容量が比較的小さい場合であって、逆洗水タンク１３内の水がオーバーフローする場合には、原水返送ライン１８より原水槽へと返送してもよい。ろ過膜の二次側に滞留している水は、逆洗排水をろ過した水であるが、これを原水槽へ返送して再度ろ過する場合には、精神面でのマイナスイメージの問題は生じないと考えられる。

本発明の実施の形態に係る膜ろ過による水処理装置のシステム系統図。

符号の説明

１：原水、４：原水タンク、５：原水供給バルブ、６：逆洗排水供給バルブ、７：主ポンプ、８：膜モジュール、９：処理水バルブ、１０：逆洗水バルブ、１１：処理水、１２：逆洗水、１３：逆洗水タンク、１４：逆洗ポンプ、１５：逆洗バルブ、１６：逆洗排水、１７：逆洗排水回収タンク、１８：原水返送ライン、１９：捨水バルブ、２０：汚泥

Claims (4)

1. 原水をろ過膜により浄化処理して処理水を得るろ過工程と、前記ろ過膜を通して逆洗水タンクに貯留し、この貯留した水（逆洗水）を用いて所定の膜ろ過処理時間毎にろ過膜の逆洗を行う逆洗工程とを含む膜ろ過による水処理方法において、
   ろ過膜の逆洗を行なった後の逆洗排水を逆洗排水回収タンクに貯留し、この貯留した逆洗排水を前記ろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンクに貯留して、前記逆洗排水を逆洗に再利用可能としたことを特徴とする膜ろ過による水処理方法。
2. 請求項１に記載の水処理方法において、２回目以降の逆洗工程を実施するに際して、原水のろ過による処理水を得るためのろ過工程を所定時間継続し、前記処理水を得るためのろ過工程を終了させた後、逆洗排水回収タンク内に貯留した逆洗排水を前記ろ過膜により膜ろ過して逆洗水タンクのみに貯留して、前記逆洗排水を逆洗に再利用するようにしたことを特徴とする膜ろ過による水処理方法。
3. 請求項１または２に記載の水処理方法において、前記逆洗排水を逆洗に再利用する逆洗工程終了後に、再び前記ろ過工程を行なう際、ろ過開始時の所定時間において前記ろ過膜に滞留している水を逆洗水タンクに通水した後、前記ろ過膜で膜ろ過された原水を処理水として供給するようにしたことを特徴とする膜ろ過による水処理方法。
4. 請求項１に記載の水処理方法を実施するための装置であって、原水タンクと、ろ過膜を有する膜モジュールと、ろ過膜による処理水の一部を貯留する逆洗水タンクと、ろ過膜の逆洗を行なった後の逆洗排水を貯留する逆洗排水回収タンクと、前記膜モジュールに原水または逆洗排水を供給する主ポンプと、前記膜モジュールに逆洗水を供給する逆洗ポンプとを備えたことを特徴とする膜ろ過による水処理装置。
   
   

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