JP2006326472A

JP2006326472A - 膜分離装置

Info

Publication number: JP2006326472A
Application number: JP2005152708A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Higashijima; 健東島; Sadayoshi Okazaki; 貞良岡崎; Chikakazu Murata; 周和村田; Hiroyuki Koide; 博幸小出; Toshibumi Mukuhashi; 俊文椋橋; Kazue Shibata; 一栄柴田; Takashi Ogawa; 高史小川; Keitaro Suzumura; 慶太郎鈴村
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Organo Corp; JFE Engineering Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd; Organo Corp; JFE Engineering Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】原水の水質変動によって膜分離装置の濾過時間を変更しても、造水量の低下を起こさず、安定運転が継続可能な膜分離装置を提供する。
【解決手段】原水の水質を検出する手段を備え、原水を膜濾過することにより濾過水を得るとともに所定の濾過時間ごとに洗浄機構により分離膜を洗浄する膜分離装置において、前記水質検出手段により検出された原水の水質の変化に応じて前記所定の濾過時間を変更する手段と、変更された濾過時間に応じて膜濾過流量を変更する手段を備えたことを特徴とする膜分離装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密濾過膜や限外濾過膜、逆浸透膜などの分離膜を用いて、分離膜を透過した透過水や分離膜によって阻止された濃縮水を得る膜分離装置に関する。

精密濾過膜や限外濾過膜などの膜モジュールを用いた膜分離装置は、海水の淡水化、純水製造、浄水処理、排水処理などの水処理分野やワイン、果汁濃縮などの食品分野など各種産業で広汎に採用されている。

一般にこれら膜分離装置では、定期時間ごとに分離膜の二次側から一次側へ分離膜の透過水や清澄水を圧送して洗浄を行う方法が採用されている。そして、膜分離装置では、濾過の工程と洗浄の工程については時間や流量などを予め設定して自動運転することが多く、水質変動がある原水へも数多く適用されている。このような膜分離装置では、原水水質が急激に悪化した場合には、予め設定された所定の濾過、洗浄の運転条件では、濾過時の分離膜閉塞に洗浄が追いつかず、造水量が低下してしまったり、分離膜自体が完全に閉塞して使えなくなってしまうというような懸念がある。

このような事態を回避するための膜分離装置や方法が知られている。例えば特許文献１には、原水の水質変化と膜分離装置の濾過水量の減少傾向を検出して、分離膜を自動洗浄する方法が開示されている。また、特許文献２には、原水の濁度検出値に基づいて、分離膜の洗浄間隔を設定する膜分離装置が記載されている。
特開平４−２４７２２６号公報特許３１９８６１２号公報

しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に示された装置、方法おいては、以下のような問題が挙げられる。原水の濁度や他の水質変動に応じて、分離膜の濾過時間（つまり、洗浄間隔）を短縮した場合、洗浄時間、洗浄流量など洗浄条件が一定であれば、膜分離装置の濾過をしていない時間が増えることになり、造水量の低下を招くこととなる。さらに、膜分離装置より得られる膜濾過水を洗浄水として使用している場合には、洗浄のために使用される濾過水量が多くなり、その分、造水量の低下、水利用率の低下を引き起こすこととなる。

そこで本発明の課題は、原水の水質変動によって膜分離装置の濾過時間を変更しても、造水量の低下を起こさず、安定運転が継続可能な膜分離装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る膜分離装置は、原水の水質を検出する手段を備え、原水を膜濾過することにより濾過水を得るとともに所定の濾過時間ごとに洗浄機構により分離膜を洗浄する膜分離装置において、前記水質検出手段により検出された原水の水質の変化に応じて前記所定の濾過時間を変更する手段と、変更された濾過時間に応じて膜濾過流量を変更する手段を備えたことを特徴とするものからなる。

本発明者らは、前記特許文献１や特許文献２等と同様に原水の水質変動、特に原水が急激に悪化した場合に分離膜の洗浄時間を短縮し、分離膜の閉塞を緩和することを考えたが、その際、分離膜の総濾過時間が少なくなり膜分離装置より得られる濾過水が減少してしまうことに着目し、種々の検討を試みた。

その結果、分離膜の洗浄時間は濾過時間に比較して大幅に短いため、濾過時間の短縮によって減じる濾過水量分を分離膜の濾過流量を増やすことで補うシステムとしても、初期設定の濾過流量を大幅に増やすことはないので、分離膜への負荷の増加がほとんどなく、濾過時間の短縮効果がそのまま得られることを知見した。つまり、洗浄時間は実質的に一定として洗浄性能を確保し、洗浄間における濾過時間を短縮し、該濾過時間を短縮することによって減じる濾過水量分を分離膜の濾過流量を増やすことで補うシステムとしたものである。

本発明にに係る膜分離装置によれば、原水水質の変動、特に悪化時に濾過時間を短縮しても造水量の減少は起こらず、原水の水質変動に拠らず、初期設計の造水量を確保することができる。つまり、本発明によれば、原水変動があっても、分離膜の閉塞を回避し、かつ設定の造水量が確保できる膜分離装置を提供することができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る膜分離装置を示している。図１の装置においては、原水１は、水質検出手段２により水質を検出された後、原水槽３に導入される。原水槽３に導入された原水は、原水ポンプ４によって、分離膜を備えた膜モジュール５へ供給される。、膜モジュール５の分離膜を透過した透過水７は、膜濾過水流量計６を介して、膜濾過水槽８に貯留され、最終的に処理水９を得る。この膜濾過流量は、膜濾過水流量計６による検出と原水ポンプ４の回転数制御により、予め設定された流量となるように制御される。膜モジュール５は、定期的に貯留された膜濾過水を用いて逆流洗浄を行う。つまり、膜濾過水１１を逆洗ポンプ１０で濾過とは逆方向に膜モジュール５へ送水し（分離膜の二次側から一次側へ送水し）、分離膜の逆流洗浄を行う。この逆流洗浄による洗浄排水１２は系外へ排出される。

水質検出手段２で検出された原水水質の値は、電気信号として制御装置１３に送られる。制御装置１３では、例として、予め任意に設定した原水水質の値を、水質検出手段２で検出された原水水質の値が超えた場合には、初期設定された濾過時間を、短縮時の濾過時間へと変更する。このとき、初期設定の濾過水量は、濾過時間が短縮される分、減少しようとするが、この濾過水量の減少分を補い、初期設定の濾過水量が確保されるように、制御装置１３から原水ポンプ４に、膜濾過水量を増加する変更信号が送られる。実際の膜濾過水量が精度良く初期設定の濾過水量に維持されるように、膜濾過水流量計６の検出信号が制御装置１３に送られ、制御装置１３で、時間当たり増加させるべき膜濾過水量が演算され、それに相当する作動信号が原水ポンプ４に出力される。

通常時には、濾過と逆洗は所定の時間ごとに実施される。制御装置１３で設定した値を原水水質の値が超えた場合は、短縮時の濾過時間へ濾過時間を変更し、かつ、そのときの濾過流量設定へと濾過流量の増加を行う。原水水質の値が制御装置１３の設定値を下回った場合には、初期設定の濾過時間、濾過流量へ戻ればよい。

なお、図１に示す装置は本発明の実施形態の例を示すものであって、本発明はその要旨を越えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。

実施の形態では、膜モジュール１本の装置を例示したが、例示以上の複数本数、複数ユニットを使用する装置にも本発明は適用可能である。また、膜モジュールやエレメントの形状には、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラルなどがあるが、いずれの形状のものも本発明を適用可能である。さらに、膜モジュールの通水方式は内圧型、外圧型などあらゆる通水方式が適用可能であり、クロスフロー濾過やデッドエンド濾過などあらゆる濾過方法が適用可能である。

分離膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース、セラミック、各種金属など、分離膜に用いられているあらゆる素材が適用可能である。

分離膜の種類としては、精密濾過膜や限外濾過膜、逆浸透膜など液体処理に用いられる、様々な膜種へ適用可能であるが、特に分画分子量数千程度から分離孔径数μｍの分離膜へ好適に適用される。

本発明の被処理水は、特に限定されるものではなく、河川水、湖沼水、地下水、工業用水、上水、各種排水処理や果汁濃縮等有価物回収などに適用可能である。

原水の水質検出手段としては、濁度計、色度計、TOC計、pH計、ORP計、BOD計、COD計、水温計など、対象とする原水の水質変動を検出し得るものならば、すべて適用可能である。

実施の形態では、原水水質の値に対して一点の設定値を設け、その設定値に対しての上下で濾過時間、濾過流量を変更する方法を示したが、設定値を二点、三点として複数段階で濾過時間、濾過流量の変更値を設けることも可能であり、また、連続で変更していくことも可能である。

また、実施の形態では、濾過時間、濾過流量を変更する値と初期設定に戻す値を同一の値としたが、原水の性状や用途に応じてそれらの値を異なる別々の設定値とすることも可能である。

さらに、実施の形態では、膜濾過流量の制御を、膜濾過水流量計による流量検出と原水ポンプの回転数制御により行うこととしたが、膜濾過水流量計とバルブの開度による調整など、本発明の主旨を超えない限り、あらゆる流量制御方法を適用することができる。

本発明の膜分離装置では凝集剤を使用することも可能であり、凝集薬品には、ポリ塩化アルミニウム、硫酸ばんど、塩化鉄、硫酸鉄などの無機凝集剤のほかに、アクリルアミド系などの有機高分子凝集剤も適用可能であり、さらには各種凝集補助剤や酸、アルカリなどのｐＨ調整薬品も添加薬品として使用可能である。

本発明における分離膜の洗浄には、加圧空気を用いた空気揺動を組み合わせる洗浄方法や洗浄水に酸化剤などの薬品を添加する方法やフラッシング洗浄方法や逆洗水をドレンする工程と水を充填する工程の組みあわせによる洗浄方法なども適用可能である。

以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施の形態で述べた、図１の装置を二台用いて、本発明に係るシステムの運転安定性と造水量の安定性を確認した。原水には、伏流水を使用し、膜モジュールには、XUNV-3203モジュール（旭化成ケミカルズ社製）を５本用いた。水質測定器には、濁度計OT-202N（オルガノ社製）を用いた。表１に、二台の装置の運転条件を示す（条件１、条件２）。条件１、条件２においては洗浄条件（逆洗流量、逆洗時間）は一定とし、条件１では本発明の方法を採用し（本発明の実施例）、原水濁度が１度以上となった時に濾過時間を短縮し、同時に濾過流量を上げる運転方法とした。条件２（比較例）では比較のために原水濁度が１度以上となった時に濾過時間のみを短縮する運転方法とした。

本発明の実施例、比較例における原水濁度の変化を図２に、そのときの各運転条件の膜間差圧を図３に、造水量を図４にそれぞれ示す。図２に示すように、この試験の期間中、原水濁度が１度を超えるピークが２回あったが、両運転条件とも濾過時間短縮の効果があり、膜間差圧（図３）はほぼ安定であった。しかし図４に示すように、造水量に関しては、本発明の条件１では期間を通じてほとんど変化はなく安定であったが、濾過流量の増加を実施しない条件２（比較例）では、原水濁度が一度以上となった期間で造水量が低下した。したがって、本発明に係る装置では、水質変動がある原水においても膜の閉塞が起こりにくく、安定した造水量を確保できる運転が可能であることを確認できた。

本発明の一実施態様に係る膜分離装置の概略機器系統図である。実施例、比較例で用いた原水の濁度変化特性図である。実施例、比較例における膜間差圧変化特性図である。実施例、比較例における造水量変化特性図である。

符号の説明

１原水
２水質検出手段
３原水槽
４原水ポンプ
５膜モジュール
６膜濾過水流量計
７透過水
８膜濾過水槽
９処理水
１０逆洗ポンプ
１１膜濾過水（逆洗用水）
１２洗浄排水
１３制御装置

Claims

原水の水質を検出する手段を備え、原水を膜濾過することにより濾過水を得るとともに所定の濾過時間ごとに洗浄機構により分離膜を洗浄する膜分離装置において、前記水質検出手段により検出された原水の水質の変化に応じて前記所定の濾過時間を変更する手段と、変更された濾過時間に応じて膜濾過流量を変更する手段を備えたことを特徴とする膜分離装置。