JP2007330924A - 濾過運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜の劣化が防止でき、長期間、安定した濾過ができるようになる濾過運転方法の提供。
【解決手段】 濾過膜モジュールを用い、塩素系化合物を含む原液を濾過処理する濾過運転方法であり、濾過運転を停止するとき、前記濾過膜モジュール内に存在する原液よりも塩素系化合物濃度が低い液を用いて逆圧洗浄して、前記濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液と置換することで、濾過膜が原液と接触した状態で放置されないようにする。このようにすることで、膜の劣化が抑制できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、特に野菜や果物の洗浄に使用した洗浄排水を濾過処理するときに適している、濾過膜モジュールを用いた濾過運転方法に関する。

従来、野菜や果物の洗浄には大量の清浄水が必要であり、一般的には水道水が使用されている。洗浄した後の洗浄排水は、そのまま排水されるか、もしくは荒いメッシュなどで大型の異物を除去し、一部が再利用されている。

近年、野菜や果物を食べやすい大きさにカットしたいわゆるカット野菜や、数種類のカット品を混合したサラダやミックスフルーツが、コンビニエンスストアやスーパーマーケットで販売されるようになっている。このようなカット野菜や果物は、殺菌や洗浄を十分に行う必要があるため、洗浄水として、水道水に次亜塩素酸ナトリウムを混入したもの（遊離塩素濃度で５０〜１００ｐｐｍ程度）が使用されている。

排水処理手段として多用される分離膜を、野菜等の洗浄排水の処理に使用することが考えられる。濁質成分は、精密濾過膜で除去できるが、有機物はほとんど除去できないので、逆浸透膜処理が必要となる。限外濾過膜は、高分子量の有機物であれば除去できるが、排水中の異物の性質によっては、除去できない場合がある。このため、膜による分離と、凝集や活性炭処理等を組み合わせた技術が検討されている。特許文献１では、野菜や果物などの農産物の洗浄水を精密濾過膜で濾過して再使用する技術が開示されている。
特開平１１−０５５０８１号公報 特開２００６−０８１９６８号公報 特開２００５−００７３２４号公報 特開２００２−０５２３２１号公報 特開平８−１９７０５３号公報

洗浄水として、水道水に次亜塩素酸ナトリウムを混入したものを使用すると、洗浄排水中にも次亜塩素酸ナトリウムが含まれているため（遊離塩素濃度で数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ程度）、このような洗浄排水を膜処理するとき、洗浄水と濾過膜が長時間接触すると、膜に劣化が生じて、濾過性能が低下したり、膜寿命が低下したりするおそれがある。

特に野菜や果物の洗浄は、製品の出荷との関係から、通常は、午前中に集中して洗浄が行われて午後は休止され、翌朝再開されることになる。このため、濾過膜モジュールを用いて洗浄排水を濾過処理するとき、洗浄休止時の濾過膜モジュール内には塩素系化合物を含む洗浄排水が残存しており、濾過膜と塩素系化合物が接触した状態のままで翌朝まで放置されることになるため、膜の劣化の原因となりやすい。

特許文献２等には、濾過膜の洗浄方法として、濾過膜をアルカリや酸等の薬液中に浸漬して濾過性能を回復する方法が開示されている。

本発明は、濾過膜モジュールを用いて、塩素系化合物を含む排水を処理した場合でも、膜の劣化が抑制でき、長期間、安定した濾過ができるようになる濾過運転方法を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、課題の解決手段として、濾過膜モジュールを用い、塩素系化合物を含む原液を濾過処理する濾過運転方法であり、濾過運転を停止するとき、前記濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液と置換することを特徴とする濾過運転方法を提供する。

請求項２の発明は、課題の解決手段として、濾過運転の停止時に、前記濾過膜モジュール内に存在する原液よりも塩素系化合物濃度が低い液を用いて逆圧洗浄して、前記濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液と置換する、請求項１記載の濾過運転方法を提供する。

請求項３の発明は、課題の解決手段として、濾過膜がセルロース系樹脂を含むものである、請求項１又は２記載の濾過運転方法を提供する。

請求項４の発明は、課題の解決手段として、前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液が水道水である、請求項１〜３のいずれかに記載の濾過運転方法を提供する。

請求項５の発明は、課題の解決手段として、原液が、野菜や果物を含む農産物を洗浄した洗浄排水である、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過運転方法を提供する。

本発明の濾過運転方法を適用すると、濾過運転停止時において、濾過膜と塩素濃度の高い原液が接触することがないため、膜の劣化が抑制でき、膜寿命が延長され、長期間、安定した濾過運転ができるようになる。

（濾過膜モジュール）
本発明の濾過運転で用いる濾過膜モジュールについて説明する。濾過膜モジュールは公知のものを使用することができ、例えば、１又は２以上の液出入口（原液供給口、濃縮液排出口、濾過液出口、逆圧洗浄水入口等）を有するモジュールケース内に、所望形態の分離膜が収容されたものを使用することができる。

分離膜は、親水性材料及び疎水性材料のいずれからなるものでもよいが、本発明の濾過運転方法を適用する場合、膜の劣化抑制効果については、親水性材料を含む分離膜に対して有効であり、特にセルロース系材料を含む分離膜に対して有効である。

親水性材料としては、酢酸セルロース、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、再生セルロース、これらの混合物等のセルロース系材料を挙げることができる。また、ポリビニルアルコールなども使用できる。

疎水性材料としては、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等を挙げることができる。

分離膜は、中空糸膜、チューブラー膜、スパイラル膜、精密濾過膜、平膜等のいずれでもよいが、処理水を循環使用する観点からは、より浄化能力の高い中空糸膜が好ましい。

中空糸膜を用いるときは、例えば、内径０．３〜３．０ｍｍ（好ましくは０．５〜１．０ｍｍ）、外径０．４〜５．０ｍｍ（好ましくは０．７〜１．７ｍｍ）で、分画分子量3,000以上（好ましくは100,000以上）の限外濾過膜が好ましい。

中空糸膜は、原水の量や原水中の濁質成分の濃度に応じて、必要な本数を束ねた１束又は２束以上の中空糸膜束として用いることができる。

（濾過運転方法）
次に、濾過膜として中空糸膜を有する公知の濾過膜モジュールを用いて、野菜や果物の洗浄排水を濾過運転する方法について説明する。

原液（塩素系化合物を含む）の汚染度合いに応じて、ストレーナー等を用いて、葉や茎の破片、砂、小石等の大きめの異物を取り除く前処理をする。

必要に応じて前処理した原液は、直接又は一旦原水タンクに貯水した後に、加圧ポンプを作動させ、濾過膜モジュールの原液供給口に送る。濾過膜モジュールに供給された原液中にも塩素系化合物が含まれている。

濾過膜モジュール内で濾過処理した濾過液は、濾過液出口から排水する。濾過処理後の濾過液は、水資源の有効利用の観点から、そのまま洗浄水として再利用するか、必要に応じて活性炭等で処理して再利用することができる。

中空糸膜（限外濾過膜）を用いるときの濾過運転条件（透水速度等）は、原液の量や原液中の濁質成分の濃度に応じて適宜設定することができるが、例えば、透水速度０．５〜５．０ｍ／日で、１０〜1500分間濾過運転し、適宜逆圧洗浄する。

濾過運転を停止したとき、濾過膜モジュール内には濾過前の原液（塩素系化合物を含む）が満たされた状態になっているため、そのまま放置すると、前記原液と濾過膜が接触した状態で維持されることになり、膜劣化の原因となる。

本発明では、濾過運転を停止したとき、濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液（以下「置換液」と称する）と置換する。

置換液による置換方法は特に制限されないが、置換液を洗浄水として用いた逆圧洗浄法を適用することが好ましい。具体的には、濾過運転の停止後、濾過液出口から置換液を供給して逆圧洗浄し、原液供給口から原液と一部洗浄水を排水することで、濾過膜の洗浄と、濾過膜モジュール内の原液と置換液の置換を行う。

置換液は、原液よりも塩素系化合物濃度が低い液であればよく、野菜及び果物の洗浄排水を例にとると、置換液の塩素系化合物濃度は、置換液１Ｌ中の離塩素濃度で約１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｐｐｍ以下である。置換液は、例えば、水道水や濾過水（活性炭処理等の付加処理をした塩素濃度の低いもの）を用いることができる。

原液は、全てが置換液で置換されることが好ましいが、原液中の塩素系化合物濃度が低く、原液と置換液との混合液中の遊離塩素濃度が低い場合には、原液の一部は置換液で置換しないまま残すこともできる。

このようにして、濾過膜モジュール内の原液を置換液で置換することで、濾過膜は塩素化合物濃度の低い置換液と接触した状態で維持されることになるから、濾過膜の劣化が抑制され、長期間、安定した濾過運転ができるようになる。濾過運転を再開するときは、濾過膜モジュール内が置換液で満たされた状態のまま濾過運転を再開してもよいし、逆圧洗浄をした後、濾過運転を再開してもよい。

本発明の濾過運転方法は、塩素系化合物を含む原液の濾過運転に適用することができ、特に野菜や果物を含む農産物を洗浄した洗浄排水を濾過膜モジュールで濾過運転するときの運転方法として適している。

（膜の伸度測定法）
サンプルの中空糸膜として１００ｍｍ長さのものを用い、測定長さを５０ｍｍとして、１０ｍｍ／分の速度で引っ張り、５ｋｇのロードセルロースを使用して測定した。

実施例１
酢酸セルロース中空糸膜（FUC1582;内径0.8mm,外径1.3mm,分画分子量15万ダルトン）２０本を束ね、内径２０mm、長さ３０cmのモジュールケースに収納し、両端をウレタン接着剤で封止したモジュールを作製した。このモジュールの膜面積は、0.0132m^２であった。このモジュールの純水透過能力を内圧全量濾過で測定したところ、６０１Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。このモジュールに使用した膜５本の伸度を測定したところ、平均で３５％であった。

このモジュールに、野菜の洗浄水を想定し、野菜ジュース（商品名；野菜一日これ一本，カゴメ社製）を水道水に1000ppm加え、更に次亜塩素酸ナトリウムを遊離塩素濃度１００ppmになるように加えたものを原液とした。

この原液を、内圧５０kPa以下で部分濾過（透過液80%、濃縮液20%）した。透過液と濃縮液は系外へ排出した。濾過運転を２時間行った段階で濾過を停止した。その直後に濾過側から水道水（水道水１Ｌ中の遊離塩素濃度０．４ｐｐｍ）を膜モジュールに逆濾過させながら１分間注入し、そのまま１日保管した。このようなサイクルの運転を５日間繰り返した後、モジュールの純水透過能力を野菜ジュースの濾過前と同様に測定した。その結果、２４５Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。更にモジュールから膜５本を取出し、膜の伸度を測定した結果、平均で３４％であった。また、５日間の濾過した液の総量は、１１００Ｌ／ｍ^２であった。

比較例１
逆洗浄水として濾過液（濾過液１Ｌ中の遊離塩素濃度９０ｐｐｍ）を使用した以外は、実施例１と全く同様にして実施した。その結果、濾過性能は、２５０Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。更にモジュールから膜５本を取出し、膜の伸度を測定した結果、平均で２８％であった。また、５日間の濾過した液の総量は、１１３０Ｌ／ｍ^２であった。

実施例２
膜をポリエーテルサルホン製（FUS1582;内径0.8mm,外径1.3mm,分画分子量15万ダルトン）に代え、実施例１の酢酸セルロース同様に膜モジュールを作成し、性能測定をした。このモジュールの純水透過能力を内圧全量濾過で測定したところ、１７５０Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。このモジュールに使用した膜５本の伸度を測定したところ、平均で４３％であった。

前記モジュールを用いて、実施例１と全く同様に濾過運転を行った。その結果、１８０Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。更にモジュールから膜５本を取出し、膜の伸度を測定した結果、平均で４３％であった。また、５日間の濾過した液の総量は、６１０Ｌ／ｍ^２であった。

比較例２
逆洗浄水として濾過液（濾過液１Ｌ中の遊離塩素濃度８０ｐｐｍ）を使用した以外は、実施例２と全く同様にして実施した。その結果、濾過性能は、１８５Ｌ／ｍ^２・hr（25℃、98kPa換算）であった。更にモジュールから膜５本を取出し、膜の伸度を測定した結果、平均で３９％であった。また、５日間の濾過した液の総量は、６００Ｌ／ｍ^２であった。

Claims (5)

1. 濾過膜モジュールを用い、塩素系化合物を含む原液を濾過処理する濾過運転方法であり、濾過運転を停止するとき、前記濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液と置換することを特徴とする濾過運転方法。
2. 濾過運転の停止時に、前記濾過膜モジュール内に存在する原液よりも塩素系化合物濃度が低い液を用いて逆圧洗浄して、前記濾過膜モジュール内に存在する原液を前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液と置換する、請求項１記載の濾過運転方法。
3. 前記原液よりも塩素系化合物濃度が低い液が水道水である、請求項１又は２記載の濾過運転方法。
4. 濾過膜がセルロース系樹脂を含むものである、請求項１〜３のいずれかに記載の濾過運転方法。
5. 原液が、野菜や果物を含む農産物を洗浄した洗浄排水である、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過運転方法。