JP2007098321A - 膜ろ過装置ならびにその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、膜ろ過装置のアルカリ溶液注入配管に発生するスケールを防止し、安定に運転可能な膜ろ過装置を提供すること。
【解決手段】海水またはかん水をろ過する膜モジュールと、該膜モジュールにおいて膜ろ過されたろ過水を貯留するろ過水貯留槽と、該ろ過水貯留槽と前記膜モジュールの透過水側とを結ぶ送液配管と、前記送液配管を通して前記ろ過水を前記ろ過水貯留槽から前記膜モジュールの透過水側に送液する送液手段と、アルカリ溶液を前記送液配管に注入するアルカリ溶液注入手段とを有する膜ろ過装置であって、酸溶液を前記送液配管に注入する酸溶液注入手段が、アルカリ溶液注入手段と前記送液配管とが接続されている箇所よりもろ過水貯留槽側の送液配管に接続されていることを特徴とする膜ろ過装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水またはかん水を原水とした膜ろ過装置に関するものであり、さらに詳しくは、膜ろ過装置におけるアルカリ溶液の注入装置を有する膜ろ過装置およびその運転方法に関するものである。

海水またはかん水は世界的な水不足に伴い、有力な水資源として活用されつつあり、これらを原水とした膜ろ過装置も広く活用されるようになってきた。海水またはかん水を原水とした膜ろ過装置において、アルカリ溶液はｐＨ調整や殺菌、洗浄等を目的として連続的または間欠的に注入される。しかし、アルカリ溶液を海水またはかん水といった高塩濃度の原水に注入すると、海水またはかん水中のカルシウム等とアルカリ溶液が反応することにより、カルシウムスケール等が発生し、アルカリ溶液注入配管が詰まるという問題があった。

これを防ぐため、アルカリ溶液注入配管には逆止弁をつけることが一般的であるが、この逆止弁を使用しても、海水またはかん水の微量な逆流により、アルカリ溶液注入配管や逆止弁にスケールが発生するのを防ぐことはできなかった。このような現象は、特に間欠的にアルカリ溶液を注入する場合に顕著であり、アルカリ溶液注入を停止している間に配管中および逆止弁にスケールが発生し、やがてアルカリ溶液が注入できなくなることにより、水処理装置全体の大きなトラブルとなることがしばしば見られた。これを防ぐためには、アルカリ溶液注入配管を定期的に取り外し、掃除するといったことが必要であり、コストアップや膜ろ過装置のトラブルの原因となっていた。

かかる問題を解決するための特許文献１には、アルカリ溶液注入配管にエア封入する方法が記載されている。しかし、この方法では新たなエアの配管や自動弁が必要となり、装置のコストアップにつながるといった問題や、配管中にエア溜まりができるといった問題があった。
特開２００３−２５１３３５号公報

本発明の目的は、従来技術の問題点であった膜ろ過装置のコストアップや、配管中のエア溜まりなどのトラブル発生を解消し、アルカリ溶液注入配管に発生するスケールを防止することで、安定にアルカリ溶液を注入できる膜ろ過装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、次の特徴とするものである。

（１）海水またはかん水をろ過する膜モジュールと、該膜モジュールにおいて膜ろ過されたろ過水を貯留するろ過水貯留槽と、該ろ過水貯留槽と前記膜モジュールの透過水側とを結ぶ送液配管と、前記送液配管を通して前記ろ過水を前記ろ過水貯留槽から前記膜モジュールの透過水側に送液する送液手段と、アルカリ溶液を前記送液配管に注入するアルカリ溶液注入手段とを有する膜ろ過装置であって、酸溶液を前記送液配管に注入する酸溶液注入手段が、アルカリ溶液注入手段と前記送液配管とが接続されている箇所よりもろ過水貯留槽側の送液配管に接続されていることを特徴とする膜ろ過装置。

（２）海水またはかん水をろ過する膜モジュールと、該膜モジュールにおいて膜ろ過されたろ過水を貯留するろ過水貯留槽と、該ろ過水貯留槽と前記膜モジュールの透過水側とを結ぶ送液配管と、前記送液配管を通して前記ろ過水を前記ろ過水貯留槽から前記膜モジュールの透過水側に送液する送液手段と、アルカリ溶液を前記送液配管に注入するアルカリ溶液注入手段とを有する膜ろ過装置であって、前記アルカリ溶液注入手段は少なくとも２個の逆止弁Ａ、Ｂを有するアルカリ溶液送液配管を備え、該逆止弁Ａと逆止弁Ｂとの間のアルカリ溶液送液配管に逆止弁Ｃを有する酸溶液送液配管を備えた酸溶液注入手段が接続されていることを特徴とする膜ろ過装置。

（３）前記ろ過水と前記アルカリ溶液および前記酸溶液からなる逆流洗浄水を用いて、前記膜モジュールを逆流洗浄する工程を有する膜ろ過装置の運転方法であって、前記送液配管を前記膜モジュールの逆流洗浄水を送液する配管として用いることを特徴とする（１）または（２）に記載の膜ろ過装置の運転方法。

本発明によれば以下に説明するとおり、アルカリ溶液注入配管に発生するスケールを防止し、安定にアルカリ溶液を注入できる膜ろ過装置を提供することを可能とする。

本発明の最良の実施形態を、海水のろ過装置として適用される膜ろ過装置を例にとって、図面を参照しながら以下に説明する。但し、本発明が以下に示す実施態様に限定される訳ではない。

図１は本発明の膜ろ過装置の概略図である。この図において、槽に溜められた海水またはかん水１０を、供給ポンプ１により膜モジュール２に供給することにより、膜ろ過されたろ過水が得られる。この膜ろ過水はろ過水貯留槽３に一部または全量溜められる。所定時間膜ろ過を行った後、膜モジュール２を構成する膜に付着した汚れを除去するために、当該膜の逆流洗浄が行われる。この膜の逆流洗浄は、ろ過水貯留槽３に貯留されたろ過水の一部を、逆流洗浄ポンプ４によって逆流洗浄水の送液配管１１を通して、膜モジュール２の透過水側から原水側に供給して行われる。逆流洗浄水は、膜モジュール２の原水側に流れ出た後、系外へ排出される。

この逆流洗浄において、逆流洗浄効果を高めるために、逆流洗浄水の送液配管１１の途中にアルカリ溶液貯留槽７に溜められたアルカリ溶液が添加される場合がある。アルカリ溶液ポンプ８により送液されたアルカリ溶液は、逆止弁９ａを通過し、逆流洗浄水の送液配管１１内を流れる逆流洗浄水へ注入される。所定の時間経過後、逆流洗浄ポンプ４を停止し、これと同時にアルカリ溶液ポンプ８も停止し、再び膜ろ過が行われる。

１日に数回から数日に１回の間隔で、逆流洗浄において逆流洗浄効果を高めると同時に、薬液注入配管１２と逆止弁９ａのスケールを除去するため、逆流洗浄水の送液配管１１において、前記アルカリ溶液注入点よりもろ過水貯留槽３側に位置する地点、すなわち、逆流洗浄水流れ方向の上流側の地点に、酸溶液貯留槽５に溜められた酸溶液が添加される。

酸溶液ポンプ６により送液された酸溶液は、逆止弁９ｂを通過し、逆流洗浄水の送液配管１１内を流れる逆流洗浄水に注入される。所定時間経過後、逆流洗浄ポンプ４を停止し、これと同時に酸溶液ポンプ６も停止する。酸溶液ポンプ６が停止した後、膜の洗浄効果を高めるため、および薬液注入配管１２と逆止弁９ａのスケールを除去するため、数分間以上膜ろ過装置を停止させ、酸溶液と、薬液注入配管１２および逆止弁９ａとの接触時間を確保するのが好ましい。なお、膜モジュールおよび配管のリンスが必要な場合は、一定時間の停止後、再び酸溶液およびアルカリ溶液が注入されていない逆流洗浄水で逆流洗浄を実施した後、膜ろ過を開始するのが好ましい。

本発明では、逆流洗浄水の送液配管１１において酸溶液注入点が、アルカリ溶液注入点よりもろ過水貯留槽３側の逆流洗浄水の送液配管１１に接続されていることが必要であるが、酸溶液注入点はアルカリ溶液注入点と１０ｃｍ以上離れていることが好ましい。これは、酸溶液が逆流洗浄水と混ざりあうために必要な長さだからである。

また、図２は本発明の他の膜ろ過装置の概略図である。アルカリ溶液はアルカリ溶液ポンプ８により、逆止弁９ｃを通過し、酸溶液注入配管と合流した後、逆止弁９ａから逆流洗浄水の送液配管１１に注入される。また酸溶液は酸溶液ポンプ６により、逆止弁９ｂを通過し、アルカリ溶液注入配管と合流した後、逆止弁９ａから逆流洗浄水送液配管１１に注入される。逆流洗浄方法は、上記図１に記載の膜ろ過装置の運転方法について説明した運転方法と同じである。この構成により、逆止弁９ａおよび９ｃと薬液注入配管１２に発生するスケールは酸溶液により溶解させることができ、配管の詰まりを防ぐことが可能である。

逆流洗浄は通常１０秒から１２０秒行われる。逆流洗浄の時、膜モジュール２の原水側に空気を供給して空気洗浄を行う場合もある。また膜ろ過を開始する前に、膜モジュール原水側の汚れた水を系外へ排出する操作も実施される場合がある。膜のろ過時間は通常１０分から１２０分程度である。

酸溶液注入後の停止時間は数分間以上であることが好ましい。さらに洗浄の効率および運転効率の点から５分から６０分間であるほうがより好ましい。なお酸溶液注入後の停止時に、膜モジュール２の原水側に空気を供給して空気洗浄を行ってもかまわない。

酸溶液としては塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、アスコルビン酸、亜硫酸水素ナトリウム等が使用できるが、廃液処理の観点から無機酸であることが好ましく、さらにコスト低減の点から硫酸が好ましい。逆流洗浄液の酸濃度は１０ｍｇ／Ｌから１００００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。１０ｍｇ／Ｌより薄くなると配管のスケールを溶解させることが困難であり、１００００ｍｇ／Ｌより濃くなると薬液のコストが高くなり不経済となるからである。このような点から、１００ｍｇ／Ｌから１０００ｍｇ／Ｌであることがより好ましい。

アルカリ溶液としては水酸化ナトリウムや次亜塩素酸ナトリウム等が使用できるが、膜の洗浄効果が高いという点から次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。注入されるアルカリ溶液の濃度はｐＨ１０以上であることが好ましく、さらにｐＨ１１以上であることが好ましい。これはｐＨ１０より低いアルカリ溶液ではスケール発生という問題があまりおきないからである。

酸溶液および、アルカリ溶液は逆流洗浄水の送液配管１１に注入されるが、その注入点はそれぞれ、送液手段（逆流洗浄ポンプ）４よりもろ過水貯留槽３側であろうと、膜モジュール２側であろうと構わない。なお、逆流洗浄水の送液配管１１とは、ろ過水貯留槽３と送液手段（逆流洗浄ポンプ）４と膜モジュール２のろ過水側を接続し、逆流洗浄水が流れる配管のことである。

ここで膜モジュール２としては、外圧式でも内圧式であっても差し支えはないが、前処理の簡便さの観点から外圧式である方が好ましい。また膜ろ過方式としては全量ろ過型モジュールでもクロスフローろ過型モジュールであっても差し支えはないが、エネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過型モジュールである方が好ましい。さらに加圧型モジュールであっても漬浸型モジュールであっても差し支えはないが、高流速が可能であるという点から加圧型モジュールである方が好ましい。

ここで膜モジュール２の形態としては、中空糸型や、平膜型や、スパイラル型や、チューブラ型を用いることができるが、コスト低減の点から、中空糸型であるほうが好ましい。

ここで、膜モジュールに使用する膜としては、多孔質の膜であれば特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がより好ましく、親水性が高く耐汚れ性が強いという点からはポリアクリロニトリルがより好ましい。

ここで膜ろ過装置のろ過流量制御方法としては、定流量ろ過であっても定圧ろ過であっても差し支えはないが、ろ過水の生産水量の制御のし易さの点から定流量ろ過である方が好ましい。

（実施例１）
外圧式ＰＶＤＦ精密中空糸膜モジュールＨＦＳ−１０１０（東レ（株）製）を１本使用して、図１に示したフローにて以下の条件で実験を行った。

海水を原水とし、ろ過流速２．０ｍ^３／（ｍ^２・ｄ）、全量ろ過方式かつ定流量ろ過方式、ろ過工程時間３０分の後、逆流洗浄３０秒、空気洗浄、膜モジュール内の原水側の水を全量排出、膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄工程を行い、再びろ過工程に戻る操作を繰り返して運転を行った。

逆流洗浄時は逆流洗浄水の有効塩素濃度が５ｍｇ／Ｌとなるように次亜塩素酸ナトリウム（１２％溶液）を毎回注入した。１日に１回逆流洗浄時に次亜塩素酸ナトリウムのかわりに希硫酸を逆流洗浄水がｐＨ３となるように注入し、逆流洗浄後２０分間停止し、膜および薬液注入配管を酸溶液と接触させ、その後空気洗浄を行い、さらに膜モジュール内の原水側の水を全量排出、膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄工程を行い、その後通常のろ過工程を実施する方法を繰り返して運転を行った。運転初期、膜差圧は２５℃温度補正差圧で２０ｋＰａであり、１ヶ月間運転を行った後の膜差圧は２５℃温度補正差圧で５０ｋＰａであり、安定した運転が可能であった。

運転終了後、次亜塩素酸ナトリウムの注入配管および次亜塩素酸ナトリウムの注入配管の逆止弁を解体観察したところ、極少量のスケール発生が認められたが、注入に問題が発生するレベルには至っていなかった。

（実施例２）
外圧式ＰＶＤＦ精密中空糸膜モジュールＨＦＳ−１０１０（東レ（株）製）を１本使用して、図２に示したフローにて以下の条件で実験を行った。

海水を原水とし、ろ過流速２．０ｍ^３／（ｍ^２・ｄ）、全量ろ過方式かつ定流量ろ過方式、ろ過工程時間３０分の後、逆流洗浄３０秒、空気洗浄、膜モジュール内の原水側の水を全量排出、膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄工程を行い、再びろ過工程に戻る操作を繰り返して運転を行った。

１日に１回逆流洗浄時に逆流洗浄水の有効塩素濃度が３００ｍｇ／Ｌとなるように次亜塩素酸ナトリウム（１２％溶液）を注入し、逆流洗浄後２０分間停止し、膜を次亜塩素酸ナトリウム溶液と接触させその後空気洗浄を行い、さらに膜モジュール内の原水側の水を全量排出、膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄工程を行い、その後通常のろ過工程に戻る操作を繰り返した。また１日に１回逆流洗浄時で次亜塩素酸ナトリウムを注入しないタイミングで希硫酸を逆流洗浄水がｐＨ３となるように注入し、逆流洗浄後２０分間停止し、膜および薬液注入配管を酸溶液と接触させ、その後空気洗浄を行い、さらに膜モジュール内の原水側の水を全量排出、膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄工程を行い、その後通常のろ過工程を実施する方法を繰り返して運転を行った。運転初期、膜差圧は２５℃温度補正差圧で２０ｋＰａであり、１ヶ月間運転を行った後の膜差圧は２５℃温度補正差圧で４０ｋＰａであり、安定した運転が可能であった。

運転終了後、次亜塩素酸ナトリウムの注入配管および次亜塩素酸ナトリウムの注入配管の逆止弁を解体観察したところ、スケールの発生はほとんど見られなかった。

（比較例１）
実施例１のフロー図において、酸溶液と次亜塩素酸ナトリウム溶液の注入点を逆にして実施例１と同様の運転を行った。

運転初期、膜差圧は２５℃温度補正差圧で２０ｋＰａであった。２週間運転を行った後の膜差圧は２５℃温度補正差圧で５０ｋＰａと安定して運転していたが、その後３日間で急激に膜差圧が上昇し、運転不能となった。

運転終了後次亜塩素酸ナトリウム注入配管および次亜塩素酸ナトリウム注入配管の逆止弁を解体観察したところ、次亜塩素酸ナトリウム注入配管および逆止弁にスケールが発生しており次亜塩素酸ナトリウムが全く注入されない状態となっていた。

本発明は、海水またはかん水を原水とした膜ろ過装置に関するものであり、さらに詳しくは、海水やかん水の濁質除去用途や逆浸透膜による海水淡水化の前処理用途などに使用される膜ろ過装置に関するものであるが、本発明はこれらに限られるものではない。

本発明に使用される膜ろ過装置の一例を示すフロー図である。 本発明に使用される膜ろ過装置の他の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 供給ポンプ
２ 膜モジュール
３ ろ過水貯留槽
４ 逆流洗浄ポンプ
５ 酸溶液貯留槽
６ 酸溶液ポンプ
７ アルカリ溶液貯留槽
８ アルカリ溶液ポンプ
９ａ、９ｂ、９ｃ 逆止弁
１０ 海水またはかん水
１１ 逆流洗浄水の送液配管
１２ 薬液注入配管

Claims (3)

1. 海水またはかん水をろ過する膜モジュールと、該膜モジュールにおいて膜ろ過されたろ過水を貯留するろ過水貯留槽と、該ろ過水貯留槽と前記膜モジュールの透過水側とを結ぶ送液配管と、前記送液配管を通して前記ろ過水を前記ろ過水貯留槽から前記膜モジュールの透過水側に送液する送液手段と、アルカリ溶液を前記送液配管に注入するアルカリ溶液注入手段とを有する膜ろ過装置であって、酸溶液を前記送液配管に注入する酸溶液注入手段が、アルカリ溶液注入手段と前記送液配管とが接続されている箇所よりもろ過水貯留槽側の送液配管に接続されていることを特徴とする膜ろ過装置。
2. 海水またはかん水をろ過する膜モジュールと、該膜モジュールにおいて膜ろ過されたろ過水を貯留するろ過水貯留槽と、該ろ過水貯留槽と前記膜モジュールの透過水側とを結ぶ送液配管と、前記送液配管を通して前記ろ過水を前記ろ過水貯留槽から前記膜モジュールの透過水側に送液する送液手段と、アルカリ溶液を前記送液配管に注入するアルカリ溶液注入手段とを有する膜ろ過装置であって、前記アルカリ溶液注入手段は少なくとも２個の逆止弁Ａ、Ｂを有するアルカリ溶液送液配管を備え、該逆止弁Ａと逆止弁Ｂとの間のアルカリ溶液送液配管に逆止弁Ｃを有する酸溶液送液配管を備えた酸溶液注入手段が接続されていることを特徴とする膜ろ過装置。
3. 前記ろ過水と前記アルカリ溶液および前記酸溶液からなる逆流洗浄水を用いて、前記膜モジュールを逆流洗浄する工程を有する膜ろ過装置の運転方法であって、前記送液配管を前記膜モジュールの逆流洗浄水を送液する配管として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置の運転方法。

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