JP2008289959A

JP2008289959A - 膜ろ過システム

Info

Publication number: JP2008289959A
Application number: JP2007135686A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsushiro; 武士松代; Hiroyuki Tokimoto; 寛幸時本; Hideji Seki; 秀司関; Koichi Nakagawa; 浩一中川; Shojiro Tamaki; 省二郎環; Masahiko Tsutsumi; 正彦堤; Takumi Obara; 卓巳小原; Yasuhiko Nagamori; 泰彦永森; Ryoichi Arimura; 良一有村; Nobuyuki Ashikaga; 伸行足利
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】短時間の洗浄を複数回洗浄することによって、より効果的に膜差圧を低減することができることを課題とする。
【解決手段】原水を一時的に貯水する原水槽１と、原水をろ過する膜モジュール２と、原水槽の原水を膜モジュールに供給する原水ポンプ３と、膜モジュールでろ過された処理水を貯水する処理水槽３と、膜モジュール内に加圧空気を供給するコンプレッサ５と、処理水を洗浄水として膜モジュールに供給する逆洗水ポンプ６と、処理水槽内に貯水された処理水の一部を洗浄水として導入して貯水する洗浄水槽９とを備えた膜ろ過システムであり、膜モジュールの洗浄工程において、通常の物理洗浄に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を逆通水する温水洗浄を組み合わせることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば表流水，地下水等の淡水、雨水貯水，産業廃水，下水等の汚水、バラスト水等の海水の水処理に適した膜ろ過システムに関する。

従来、水処理分野において、原水（例えば、表流水，地下水等の淡水、雨水貯水，産業廃水，下水等の汚水、バラスト水等の海水）をろ過して、生活用水、工業用水、農業用水を得る方法として、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜が用いられている。

膜は、原水中の微生物、藻類、粘土等の固形分に対して高い分離性能を有しており、水処理分野での適用が拡大している。近年では、膜の素材として親水性材料を用いるのが一般的である。また、疎水性材料を用いる場合でも、膜面を重クロム酸カリの硫酸溶液等で親水化処理することで、ろ過性能を向上させることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、膜は、継続的に原水を通水することによって、膜外表面や膜孔内に原水中の溶質が堆積してろ過抵抗が増加し、ろ過性能が低下することがある。

そこで、このような膜ろ過システムでは、予め設定された周期、あるいは膜が所定の差圧上昇を示した時点で、ろ過した処理水や圧縮空気等による物理洗浄を行い、膜外表面や膜孔内の付着物のうち、可逆的なものを取り除いている。

一方、膜外表面や膜孔内には、このような物理洗浄で除去し難い付着物が徐々に蓄積するため、膜差圧が予め設定されている上限値を越えた時点で、膜ろ過処理を停止して薬品洗浄を行い、物理洗浄で除去できなかった付着物を除去している。

そして、薬品洗浄を行っても、膜表面や内部等の付着物が取り除けなくなり、膜差圧の回復が認められなくなった場合、あるいは、膜の使用期間がある一定期間を超えた場合には、膜が寿命に達したと判断して交換を行っている。
特開平５−２３５５３号公報

このような膜ろ過システムでは、薬品洗浄、ろ過膜の交換等を行なうごとに、膜ろ過処理を停止しなければならない。このことから、薬品洗浄の頻度やろ過膜の交換頻度をなるべく少なくし、膜ろ過システムの稼働率を高くするとともに、薬品洗浄や膜交換に要するコストを低減する必要がある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、処理水量を多くしてシステム稼働率を高くするとともに、薬品洗浄や膜交換に要する費用を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる膜ろ過システムを提供することを目的としている。

（１）本発明に係る膜ろ過システムは、請求項１記載のように、原水を一時的に貯水する原水槽と、原水をろ過する膜モジュールと、原水槽の原水を膜モジュールに供給する原水ポンプと、膜モジュールでろ過された処理水を貯水する処理水槽と、膜モジュール内に加圧空気を供給するコンプレッサと、処理水を洗浄水として膜モジュールに供給する逆洗水ポンプと、処理水槽内に貯水された処理水の一部を洗浄水として導入して貯水する洗浄水槽とを備えた膜ろ過システムであり、膜モジュールの洗浄工程において、通常の物理洗浄に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を逆通水する温水洗浄を組み合わせることを特徴とする。

（２）本発明に係る膜ろ過システムは、上記（１）において、温水洗浄を、次の(2-1)〜(2-4)の時点で実施することを特徴とする。
(2-1) １回の物理洗浄による膜差圧の回復値が一定値になった時点。
(2-2) 複数回の物理洗浄による膜差圧の回復値が一定値になった時点。
(2-3) 前回の物理洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になった時点。
(2-4) 前回の温水洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になった時点。
(2-5) 予め設定した膜差圧になった時点。

（３）本発明に係る膜ろ過システムは、上記（１）、（２）において、逆通水を複数回繰り返すことを特徴とする。
（４）本発明に係る膜ろ過システムは、上記（１）〜（３）において、逆通水する時間は逆通水時の膜差圧あるいは流量を計測して、いずれかの値の傾きが一定になる時間により決定することを特徴とする。

本発明によれば、通常の物理洗浄（逆圧水方式、逆圧空気方式等）に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を逆通水する温水洗浄を組み合わせることで、膜差圧を大きく低減することができる。

以下、本発明の膜ろ過システムの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る膜ろ過システムの一実施形態を示す構成図である。
膜ろ過システムは、図示しない導水ポンプによって導かれた原水を一時的に貯水する原水槽１と、原水をろ過する，例えば中空糸型の膜モジュール２と、原水槽１の原水を膜モジュールに供給する原水ポンプ３と、膜モジュール２でろ過された処理水を貯水する処理水槽４と、膜モジュール２内に加圧空気を供給するコンプレッサ５と、処理水を洗浄水として膜モジュール２に供給する逆洗水ポンプ６と、処理水槽４内に貯水された処理水の一部を洗浄水として導入して貯水する洗浄水槽９とを備えている。ここで、洗浄水槽９は、ヒータ１０を備えている。

図１中の７_１〜７_１０は夫々配管を示し、８ａ〜８ｋ及び８ｍ，８ｎは夫々バルブを示す。配管７_１は原水槽１の下部側と膜モジュール２の底部を結ぶ配管で、バルブ８ａ，８ｂが介装されている。配管７_２は膜モジュール２の上部と処理水槽４の上部を接続する配管で、バルブ８ｃ，８ｄが介装されている。配管７_３は膜モジュール２の底部に接続された配管で、バルブ８ｅが介装されている。配管７_４は膜モジュール２の上部側に接続された配管で、バルブ８ｆが介装されている。配管７_５は配管７_４に接続された配管で、バルブ８が介装されている。配管７_６はコンプレッサ５と膜モジュール２の下部側を接続する配管で、バルブ８ｈが介装されている。配管７_７はコンプレッサ５に接続する配管７_６から分岐して配管７_２に接続する配管で、バルブ８ｉが介装されている。配管７_８は処理水槽４の底部と配管７_２とを接続する配管で、バルブ８ｋが介装されている。配管７_９は処理水槽４の下部側と洗浄水槽９の下部側とを接続する配管で、バルブ８ｍが介装されている。配管７_１０は処理水槽９の底部と前記配管７_８とを接続する配管で、バルブ８ｎが介装されている。

図１の膜ろ過システムの作用は、次の通りである。
同膜ろ過システムにおいて、原水は図示しない導水ポンプによって原水槽１へ導かれている。そして、原水ポンプ３の加圧によって膜モジュール２に原水が導入され、膜モジュール２を透過した処理水は処理水槽４に貯留される。通常の洗浄は、図２の通常のろ過システムを用いて説明する、下記の手順の（１）の逆圧水工程と（２）の原水すすぎ工程により実施する。なお、図２は、図１と比べ図１の点線で囲まれた領域が異なる。

（１）逆圧水工程
バルブ８ｂ，８ｄ，８ｇ，８ｉ，８ｎを閉め、バルブ８ｃ，８ｊ，８ｋが開いた状態で処理水槽４内の処理水を逆洗水ポンプ６により膜モジュール２の処理水側から逆流させ、膜モジュール２の下部の原水側の配管７_３か、あるいは膜モジュール２上部の原水側の配管７_４から排出する。このとき、コンプレッサ５によって膜モジュール２の配管７_６の原水側から加圧空気を流して膜モジュール２を揺動させる。

（２）原水すすぎ工程
バルブ８ａ，８ｂ及び膜モジュール２の上部のバルブ８ｆを開け、原水ポンプ３を起動し、膜モジュール２のすすぎを行う。このとき、すすぎ水は原水槽１へ循環しても構わない。このときコンプレッサ５から加圧空気を流したままの方がより効果的にすすぎを行うことができるが、電力費を削減するために加圧空気を停止しても構わない。

図１に示す膜ろ過システムにおけるろ過処理では、原水は図示しない導水ポンプによって原水槽１へ導かれている。通常の洗浄は、図２と同様の手順で行われる。そして、ある程度の頻度で、以下の（３）、（４）の手順により洗浄水を温度調整した温水で洗浄を行う。

（３）逆圧水工程
バルブ８ｂ，８ｄ，８ｇ，８ｉ，８ｊを閉め、バルブ８ｃ，８ｋ，８ｎが開いた状態でヒータ１０により温度調整した洗浄水槽９内の処理水を、逆水洗ポンプ６で膜モジュール２の処理水側から供給する。なお、この時の逆圧温水の逆流量、時間、回数、温度、２５℃に換算した補正洗浄前差圧、２５℃に換算した洗浄後差圧及び回復差圧は、下記表１に示すとおりである。但し、表１には、温水を使用しない場合の逆圧水の場合の条件も夫々示している。

表１より、逆圧水による洗浄方法の場合は回復差圧が８ｋＰａ，１１ｋＰａであるが、本発明の逆温水による洗浄方法の場合は回復差圧が２５ｋＰａと膜差圧を大きく低減することができることが判明した。

（４）原水すすぎ工程
バルブ８ａ，８ｂ及び膜モジュール２の上部のバルブ８ｆを開け、原水ポンプ３を起動し、膜モジュール２のすすぎを行う。このとき、すすぎ水は原水槽１へ循環しても構わない。このときコンプレッサ５から加圧空気を流したままの方がより効果的にすすぎを行うことができるが、電力費を削減するために加圧空気を停止しても構わない。

上記実施形態によれば、原水槽１と、膜モジュール２と、原水ポンプ３と、処理水槽４と、コンプレッサ５と、逆洗水ポンプ６と、洗浄水槽９とを備えた膜ろ過システムにおいて、通常の物理洗浄（逆圧水方式）に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度（４０℃）の水を逆通水する温水洗浄を組み合わせることによって、膜差圧を大きく低減することができる。

なお、上記実施形態は１回の温水洗浄の場合について述べたが、これに限らず、温水洗浄を複数回行ってもよい。下記表２は、温水洗浄の回数が２回（例１），６回（例２）の場合を、温水洗浄の回数が１回の場合と比較したものである。例１の場合は、１回の温水洗浄の場合の回復差圧が４ｋＰａであるのに対し、２回の温水洗浄では回復差圧が７ｋＰａとなった。また、例２の場合は、１回の温水洗浄の場合の回復差圧が３ｋＰａであるのに対し、６回の温水洗浄では回復差圧が１５ｋＰａとなった。下記表２に示すように、温水洗浄を複数回行うことにより、１回温水洗浄する場合に比べて回復差圧を大きくできることが明らかになった。

また、上記実施形態では、通常の物理洗浄に逆通水する温水洗浄を組み合わせる場合について述べたが、これに限らない。逆通水する時間は、逆通水時の膜差圧あるいは流量を計測して、いずれかの値の傾きが一定になる時間により決定してもよい。図３及び図４は、夫々温水洗浄時間と逆通水時の膜差圧との関係を示す特性図であり、夫々膜モジュールに使用されている中空糸の材質が異なる。なお、図３において、線（ａ）では温水洗浄時間が約３分頃、線（ｂ）では温水洗浄時間が約４分頃から膜差圧が略一定になることが明らかである。また、図４において、線（ａ)では温水洗浄時間が約2分頃、線（ｂ）では温水洗浄時間が約１分頃から膜差圧が略一定になることが明らかである。

図５及び図６は、夫々温水洗浄時間と逆通水時の洗浄流量との関係を示す特性図であり、夫々膜モジュールに使用されている中空糸の材質が異なる。図５は図３と同様な膜モジュールのデータであり、図６は図４と同様な膜モジュールのデータである。なお、図５において、線（ａ）では温水洗浄時間が約３分頃、線（ｂ）では温水洗浄時間が約４分頃から洗浄流量が略一定になることが明らかである。また、図６において、線（ａ)では温水洗浄時間が約2分頃、線（ｂ）では温水洗浄時間が約１分頃から洗浄流量が略一定になることが明らかである。

更に、上記実施形態では、下記のような場合に温水洗浄を実施してもよい。
（１）図７に示すように、１回の物理洗浄による膜差圧の回復値（ΔＰ）が一定値になった時点。
（２）図８に示すように、複数回の物理洗浄による膜差圧の回復値（ΔＰ）の和，即ち（ΔＰ１＋ΔＰ２＋…＋ΔＰｎ）が一定値になった時点。
（３）図９に示すように、前回の物理洗浄終了後から、膜差圧の上昇値（ΔＰ）が一定値になった時点。
（４）図１０に示すように、前回の温水洗浄終了後から、膜差圧の上昇値（ΔＰ）が一定値になった時点。
（５）図１１に示すように、予め設定した膜差圧になった時点。

更には、上記実施形態では、図１２に示すように、物理洗浄を複数回行なって膜差圧をΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰｋと下げて、最終的な膜差圧が一定の膜差圧（Ｐ_１）にしてもよい。又、この他、図１３に示すように、物理洗浄を複数回行なって膜差圧をΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰｋと下げ、最終的な膜差圧が一定の膜差圧（Ｐ_１）に対して若干傾斜するように調節してもよい。

上述した他、本発明では、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係る膜ろ過システムの説明図を示す。本発明に係る膜ろ過システムにおける物理洗浄の一例を説明するための図である。本発明による温水洗浄時間と逆通水時の膜差圧との関係を示す特性図である。本発明による温水洗浄時間と逆通水時の膜差圧との関係を示す特性図である。本発明による温水洗浄時間と逆通水時の洗浄流量との関係を示す特性図である。本発明による温水洗浄時間と逆通水時の洗浄流量との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、１回の物理洗浄を行なった場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、複数回の物理洗浄を行なった場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、前回の物理洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になる場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、前回の温水洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になる場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、予め設定した膜差圧になる場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、複数回の物理洗浄を行なった場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。本発明の膜ろ過システムにおいて、複数回の物理洗浄を行なった場合の経過時間と膜差圧との関係を示す特性図である。

符号の説明

１…原水槽、２…原水ポンプ、３…膜モジュール、４…処理水槽、５…コンプレッサ、６…逆洗水ポンプ、７_１〜７_１０…配管、８ａ〜８ｋ，８ｍ，８ｎ…バルブ、９…洗浄水槽、１０…ヒータ。

Claims

原水を一時的に貯水する原水槽と、原水をろ過する膜モジュールと、原水槽の原水を膜モジュールに供給する原水ポンプと、膜モジュールでろ過された処理水を貯水する処理水槽と、膜モジュール内に加圧空気を供給するコンプレッサと、処理水を洗浄水として膜モジュールに供給する逆洗水ポンプと、処理水槽内に貯水された処理水の一部を洗浄水として導入して貯水する洗浄水槽とを備えた膜ろ過システムであり、
膜モジュールの洗浄工程において、通常の物理洗浄に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を逆通水する温水洗浄を組み合わせることを特徴とする膜ろ過システム。
前記温水洗浄は、１回の物理洗浄による膜差圧の回復値が一定値になった時点で実施することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
前記温水洗浄は、複数回の物理洗浄による膜差圧の回復値が一定値になった時点で実施することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
前記温水洗浄は、前回の物理洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になった時点で実施することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
前記温水洗浄は、前回の温水洗浄終了後から、膜差圧の上昇値が一定値になった時点で実施することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
前記温水洗浄は、予め設定した膜差圧になった時点で実施することを特徴とする請求項1記載の膜ろ過システム。
逆通水を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の膜ろ過システム。
逆通水する時間は逆通水時の膜差圧あるいは流量を計測して、いずれかの値の傾きが一定になる時間により決定することを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の膜ろ過システム。