JP2008221194A - 膜ろ過装置運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
微粒子の除去及び密度の高いフロックが形成でき、しかも装置の大型化や電力の消費を伴うなどの問題が解消される技術を提供すること。
【解決手段】
原水の凝集処理装置を備える膜ろ過装置において、凝集剤を含む原水の混和強度を所定の混和強度よりも間欠的に上げて運転する。とくに、攪拌機の攪拌回転数あるいは攪拌時間を操作すること、又はスタティックミキサ及び／又はオリフィスにおける通水量を操作することにより、混和強度を間欠的に上げて運転する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理など、水中に含まれる汚濁物質を分離除去するために行う、膜ろ過処理を用いた水処理方法において、前処理として凝集処理を行う場合の膜ろ過装置の運転方法に関する。特に、前処理として凝集剤混和槽内の原水を攪拌する膜ろ過装置の運転方法に関する。

近年、浄水法の一つとして膜ろ過法の導入が進んでいる。これまで、膜ろ過法では、地下水を原水とする浄水場が主な対象であったが、河川水を対象とした膜ろ過法が普及しつつある。河川水など、夾雑物の多い原水を対象とした膜ろ過システムでは、膜ろ過運転の安定化と適用原水範囲の拡張の為、前処理技術の一つとして凝集処理が行われている。
膜ろ過法では、凝集操作を適切に制御することが重要であり、凝集操作を誤った場合、膜差圧の上昇やろ過水質の低下につながる。
膜ろ過の凝集操作においては、膜面から剥離性の良いフロックを形成するため、凝集剤の注入量を制御する方法が提案されており、濁度/凝集剤注入量の比率を一定にして注入制御する方法などが実施されている（特許文献１、２）。

上記の技術では凝集剤の注入制御に関するものであり、凝集剤注入後の原水の攪拌手段の検討、あるいは凝集剤注入後の原水の混和強度の検討などは何らされていない。
凝集剤注入後の原水の混和強度を上げると、例えば微粒子と凝集剤との衝突確率が上昇し、微粒子の除去及び密度の高いフロックが形成できるとされている。しかし、混和強度（攪拌回転数、滞留時間、混合や通水量等に依存する）を高めた運転は、装置の大型化や電力の消費を伴うなどの問題があり、その問題を解決する技術の報告が待たれているところである。

一方、ろ過膜分離装置の前段に、凝集剤が注入された原水を攪拌する手段を配置し、その攪拌が制御装置により制御され、攪拌強度の調整によって水深方向の汚泥濃度勾配を形成する技術が報告されている（特許文献３）。しかしながら、この技術では、フロック密度を高め、混和強度を間欠的に変動させる技術について何ら記載されていない。

特開２００２−３３６８７１号公報 特開平１１−５７７３９号公報 特開２００５−２７９３４７号公報

本発明は上記問題点を解決し、凝集操作を適切に行うことにより膜ろ過差圧上昇が少ない安定した状態で膜ろ過運転を行う事ができる膜ろ過装置の運転方法を提供するためになされたものである。また、電力の消費を抑える膜ろ過装置の運転方法を提供することにもある。

本発明者らの工夫、すなわち、攪拌回転数、攪拌時間、通水量等に依存する混和強度を間欠的に高めることにより、膜差圧上昇を抑え、かつ電力の消費を抑えることが可能となり、効率的に膜ろ過装置を運転することができ、前記課題は解決された。
すなわち、原水に凝集剤を添加し、混和し、攪拌機等の攪拌手段を備えた、ろ過膜を用いる膜ろ過装置において、凝集処理装置の混和強度を所定の混和強度で運転すると共に、その混和強度を間欠的に上げて運転することを特徴とする（請求項１）。ここで、混和強度を間欠的に上げて運転するとは、前記混和強度の変更を所定の時間を置いて繰り返し行うことを意味するが、本発明では混和強度の変更が一回の場合も含む。また、前記所定の時間は一定の時間としてもよいが、原水などの変動に応じて適宜変えることが望ましい。さらに、前記凝集処理装置の攪拌を開始する時の混和度の程度が上記所定の混和強度ではなく、変更後の混和強度であってもよい。なお、本発明では混和強度を間欠的に変更して運転する発明、すなわち、混和強度を間欠的に上げて運転する場合と、混和強度を間欠的に下げて運転する場合と、攪拌強度を間欠的に上げたり下げたりして運転する場合とを含む。
また、攪拌機を設けた原水の凝集処理装置は特に制限されないのであり、原水の性状、凝集処理の内容により最適な凝集処理装置を選べばよい。

その凝集処理装置の中でも、本発明では、特に、攪拌機を設けた凝集剤混和槽を備える凝集処理装置であることが有利である。この凝集剤は広く知られており、原水に注入され、攪拌されて、原水中の汚濁物質などを凝集物とする機能を有する。上記凝集剤混和槽は、この凝集剤が原水と十分混和される槽を意味する。
本発明では、前記攪拌手段が、攪拌機、スタティックミキサ、及びオリフィスから選ばれた少なくとも一つとすることを特徴とする（請求項２）。すなわち、前記攪拌機、スタティックミキサ、及びオリフィスから選ばれた一つを用いて攪拌手段とするが、状況に応じて、攪拌機、スタティックミキサ、及びオリフィスから二つあるいは二つ以上を併用して攪拌手段とすることが出来る。例えば、攪拌機とスタティックミキサ、あるいは、攪拌機とオリフィスを選んでもよい。
本発明では、前記混和強度を、攪拌手段の一つである攪拌機の攪拌回転数を操作することにより変更させる（請求項３）。また、混和強度を、攪拌手段の一つである攪拌機の攪拌時間を操作することにより変更させる（請求項４）。もちろん、混和強度を、攪拌機の攪拌回転数及び攪拌時間の両方を操作することにより変更させることもできる。

本発明は、攪拌手段の一つであるスタティックミキサー及び／又はオリフィスを用いて凝集剤を含む原水の通水量を操作することにより混和強度を間欠的に上げて運転することを特徴とする発明でもある（請求項５）。ここで、スタティックミキサー及び／又はオリフィスとは、スタティックミキサー単独、オリフィス単独、あるいはスタティックミキサーとオリフィスの両方を意味する。また、混和強度を間欠的に上げて運転することは、前記請求項１での説明と同様である。

（作用）
本発明によれば、混和強度を高めることにより、例えば微粒子と凝集剤の衝突確率を上げ、微粒子を凝集剤に捕捉し、フロック密度を高めることで、膜面から剥離性のよいフロックを導入でき、より長時間、膜差圧上昇の少ない安定した運転が可能となる。原水水質悪化及び膜差圧上昇時、もしくは膜ろ過開始初期に、間欠的に混和強度を高めることで、電力消費の抑制も可能となる。

本発明では、原水の凝集処理装置の混和強度は、原水の性状や量、用いる水ろ過膜の種類、機能、大きさ等、処理装置の性能等により最適な混和強度に設定すればよい。この設定された値よりも間欠的に変更することに本発明の一つの大きな特徴がある。混和強度を変更させる値は、上記と同様な要件を考慮して最適な値を設定すればよい。この設定する手段は得に制限されない。
また、その変更した混和強度で膜ろ過装置を運転する時間（Ｔ１）は、上記と同様な要件を考慮して最適な値を設定すればよい。また、混和強度を変更した後に元の混和強度に戻した後から、次の混和強度に変更するまでの時間（Ｔ２）も、上記と同様な要件を考慮して最適な値を設定すればよい。とくに、あらかじめ配置してある各種計測器を用いて処理する原水の性状を観察し、その原水の性状の変動に応じて上記時間（Ｔ１やＴ２）を設定することが有利である。

本発明によれば、混和強度を高めることにより、例えば微粒子と凝集剤の衝突確率を上げ、微細な膜目詰まり物質をフロック内に捕捉し、かつフロック密度を高めることで、ろ過膜面から剥離性のよいフロックを導入でき、より長時間、膜差圧上昇の少ない安定した運転が可能となる。膜ろ過開始初期もしくは、原水水質の悪化時に、間欠的に混和強度を高めることで、電力消費の抑制及び省スペース化も可能となる。また、操作性も改善される。

発明の実施の形態

以下、本発明の膜ろ過装置の運転方法に係る実施の形態について説明する。なお、本発明はこの実施の形態によって制限されるものではない。
（実施の形態１）
図１.に本発明における実施の形態に係る膜ろ過装置の主要部の構成図を示す。
図１.において、１は河川水や湖沼水が流入する原水槽であり、この原水槽１から取り出された原水に混和槽２において、凝集剤４が添加される。ただし、凝集剤４は混和槽２より前段で注入しても良い。また、原水槽１と混和槽２が同一であっても良い。この場合には装置の簡略化という点で有利でもある。
凝集剤４が添加された原水は攪拌機３によって攪拌され、フロック形成された後に、原水ポンプ５により膜６へ加圧送水し、透過水はろ過水槽７に貯留される。８は逆洗ポンプである。

本発明では、混和強度を上げる手段として、攪拌機による回転数を上げることが望ましいが、この限りではない。スタティックミキサーやオリフィス等を用いて混和強化等を実施してもよい。
攪拌機によって混和強度を上げる場合は、逆洗後、膜ろ過開始から２〜３分間、３の攪拌機の回転数を通常（１２０〜１６０rpm）より１.２〜１.５倍上げた運転を行い、膜面に剥離性のよい密度の高いフロックを導入した後、回転数を通常に戻し、ろ過運転を行う。
もしくは、９の水質計（濁度計もしくは色度計）及び１０の膜差圧計の値を１１の演算器に入力し、濁度もしくは色度が規定値を超えた場合、及び逆洗後の膜差圧上昇速度が規定値を超えた場合に、３の攪拌機の回転数を上げた運転をしてもよい。

（実施の形態２）
図２で示される構成は、図１の膜ろ過装置とは異なる他の膜ろ過装置の主要部の構成図を示すものであり、スタティックミキサーを使用して混和強度を変更させるものである。
スタティックミキサーを使用して混和強度を上げる場合は、図２に示すとおり、凝集剤４をスタティックミキサーＳより前の過程で注入した後、スタティックミキサーＳに通水する。間欠的にスタティックミキサーＳの管路に通水して、混和強度を上げてもよいし、スタティックミキサーＳに通水する流量を間欠的に増加させて、混和強度を上げてもよい。

図５に、濁度もしくは色度上昇時の運転方法の一例を示す。
濁度もしくは色度が規定値を超えた場合、規定値を超えたと判断された時間(ｔ１)より、混和強度を高めた運転を行う。ただし、混和強度を高めた運転は、膜面に剥離性のよいフロックを導入することにあるため、規定値が連続で超えた場合においても、所定時間（ｔ２〜ｔ１）混和強度を高めた後、通常運転に戻し、ろ過運転を行う。（ｔ２〜ｔ１）は２〜３分間とする。
ろ過膜の逆流洗浄（以下、逆洗という）処理後、ろ過開始時に濁度もしくは色度が規定値を超過している場合は、混和強度を高め（ｔ３）、濁度もしくは色度が規定値以下になった場合（ｔ４）、混和強度を通常に戻す。ここで（ｔ４−ｔ３）が２〜３分を超える場合は、膜ろ過開始後、２〜３分で通常運転とする。
逆洗後の膜差圧上昇速度が規定値を超えた場合は、規定値を超えたと判断された時点以後、逆洗後、ろ過開始から２〜３分程度混和強度を高めた運転を行う。膜差圧上昇速度が規定値以下になった場合は、通常運転に戻して運転を行う。

（実施の形態３）
次に図３示される構成は、図１〜２の膜ろ過装置とは異なる他の膜ろ過装置の主要部の構成図を示すもので、攪拌回転数ではなく、攪拌時間を長くし、混和強度をあげるものである。２の混和槽の他に、予備の混和槽１２を設置する。逆洗後、膜ろ過開始から２〜３分間、１３のバルブの開け、攪拌時間を長くさせて運転する。もしくは、９の水質計（濁度計もしくは色度計）及び１０の膜差圧計の値を１１の演算器に入力し、濁度もしくは色度が規定値を超えた場合、及び逆洗後の膜差圧上昇速度が規定値を超えた場合に、１３のバルブの開け、攪拌時間を長くさせて運転することができる。１２の予備混和槽の容量は、攪拌時間を通常の１.５〜２.０倍と出来るよう、２の混和槽の０.５〜１.０倍とする。なお、図１と同一部分には同一符号を付しその説明は省略する。

（実施の形態４）
次に、図４で示される構成は、図１〜３の膜ろ過装置とは異なる他の膜ろ過装置の主要部の構成図を示すもので、複数の膜モジュール６´を並列に配置し、通常の混和強度に維持された混和槽２の他に高攪拌水槽１４を別途設置したものである。
密度の高いフロックを別途１４の高攪拌槽で形成し、逆洗後、膜ろ過開始から２〜３分間、導入した後、混和槽２にラインを切り替え、ろ過運転を行うものである。その場合に、図３の６´膜モジュール（ａ，ｂ，ｃ…）のそれぞれのろ過開始時間をずらすことにより、１４の高攪拌槽の小型化もしくは滞留時間を長くすることが可能である。
１４の高攪拌水槽の容量は、攪拌時間（滞留時間）が２〜６分となるようなる大きさとし、混和強度は、１６０〜４５０rpmの範囲とする。

（実施の形態６）
図６は、混和強度を上げた場合と、上げていない（一定）場合との膜差圧の変化を示すグラフである。
混和強度を間欠的に上げた場合は、密度が高く、剥離性の良いフロックが水ろ過膜面に導入されることにより、逆洗による洗浄効果が高く、膜差圧の上昇を抑制することが可能である。

本発明を次のように記載することができる。
（１） 原水に凝集剤を添加し、混和して凝集処理した後に前記凝集処理した原水を膜ろ過処理する膜ろ過処理の運転方法において、前記凝集処理としての混和を、攪拌手段によって所定の混和強度よりも間欠的に上げて運転することを特徴とする膜ろ過処理の運転方法。
（２） （１）記載の混和強度を、（１）記載の攪拌手段による混和強度を操作することにより間欠的に上げて運転することを特徴とする（１）記載の膜ろ過処理の運転方法。
（３） （１）記載の混和強度を、（１）記載の攪拌手段による攪拌時間を操作することにより間欠的に上げて運転することを特徴とする（１）記載の膜ろ過処理の運転方法。

本発明の実施の形態に係る膜ろ過装置の主要部の構成図である。 他の膜ろ過装置の主要部の構成図である。 他の膜ろ過装置の主要部の構成図である。 他の膜ろ過装置の主要部の構成図である。 濁度、色度上昇時の運転方法を示す図である。 攪拌を間欠的に強化した場合の膜差圧を示す図である。

符号の説明

１．原水槽、２.混和槽、３.攪拌機、４.凝集剤、５.原水ポンプ、６.膜モジュール（膜）、６´.膜モジュール、７.ろ過水槽、８.逆洗ポンプ、９.水質計、１０.膜差圧計、１１.演算器、１２.予備混和槽、１３.バルブ、１４.高速攪拌槽、Ｓ．スタティックミキサ管路

Claims (5)

1. 原水に凝集剤を添加し、混和して凝集処理する手段を備えた膜ろ過装置の運転方法において、前記混和を、攪拌手段によって所定の混和強度よりも間欠的に上げて行うことを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
2. 攪拌手段が、攪拌機、スタティックミキサ、及びオリフィスから選ばれた少なくとも一つとすることを特徴とする請求項1記載の膜ろ過装置の運転方法。
3. 混和強度を、攪拌手段の一つである攪拌機の攪拌回転数を操作することにより間欠的に上げて運転することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過装置の運転方法。
4. 混和強度を、攪拌手段の一つである攪拌機の攪拌時間を操作することにより間欠的に上げて運転することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過装置の運転方法。
5. 混和強度を、攪拌手段の一つであるスタティックミキサ及び／又はオリフィスにおける通水量を操作することにより間欠的に上げて運転することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過装置の運転方法。

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