JP2008302307A - 膜濾過装置及び逆洗方法 - Google Patents

Abstract

【目的】膜の目詰まり回復を確実に行い逆洗効果を向上させることができ、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置及び逆洗方法を提供すること。
【構成】原水室１０１内に濾過筒４を設置し、原水が上向流しながら濾過され処理水室１０２内に集水される構造を有し、前記原水室１０１には原水供給管１０５と洗浄排水排出管１０６が接続され、処理水室１０２には処理水排出管１０６が接続され各々開閉弁を備えている膜濾過装置において、洗浄水供給管１０７と前記処理水室１０２に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備え、加圧している状態で膜の逆洗浄を行う逆洗浄設備を有し、前記加圧手段で洗浄水を前記膜のバブルポイント以上の圧力で加圧している状態の洗浄水中に微細気泡を発生させる微細気泡吐出部５を設けたことを特徴とする膜濾過装置及び膜の逆洗を行うに際し洗浄水中に微細気泡を導入することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、膜濾過装置及び逆洗方法に関し、詳しくは、膜の目詰まり回復を確実に行い逆洗効果を向上させることができる膜濾過装置及び逆洗方法に関する。

原油等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾の海水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。

ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国に運ばれることになる。従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。

このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用される。
また、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約（以下、条約という）のＤ−２規則に規定する排出基準（Ｇ８）は、大きさ１０〜５０μｍのプランクトンは１０個／ｍｌ；大きさ５０μｍ以上のプランクトンは１０個／ｍ^３；大きさ０．５〜３μｍの大腸菌は２５０ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍのコレラ菌は１ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍの腸球菌は１００ｃｆｕ／１００ｍｌとなる。

更に、２００５年７月２２日に採択された活性物質を利用するバラスト水管理システム承認手順（Ｇ９）では、その目的について、船舶の安全、人の健康及び水環境に関して、活性物質及び一つ以上の活性物質を含む製剤の承認可能性及びバラスト水管理システムでの適用を決定するものとしている。そして、このＧ９では、活性物質とは有害水生生物及び病原体に対し、一般的又は特定の作用をもつウイルス又は菌類を含む物質又は生物をいう、と定義し、検証として毒性試験を義務付けようとしている。

以上のような背景から、Ｇ８やＧ９の要請を満足するには、非常に厳しい殺菌あるいは除菌が必要となっている。

従来、バラスト水の殺菌・除菌技術としては、オゾンを用いた化学的手法として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１は、バラスト水に蒸気の注入と併用してオゾンを注入し、しかもオゾンを微細気泡化しヒドロキシラジカルの生成を促進してオゾンの使用量を削減しつつ殺菌する技術を提案している。

しかし、オゾンの使用量の削減にも限界があり、このため膜処理を採用する研究が急速に進んでいる。

バラスト水（海水）には、生物に由来するゲル状物質が多く存在し、また膜を目詰まりさせやすい物質が存在しているので、膜モジュールを用いてバラスト水を膜処理する場合、長期運転を実現するために膜洗浄が重要となる。

一方、バラスト水の膜処理は船舶上で行われるので、逆洗浄水の水量は限られている。このため少ない水量で逆洗することも望まれる。

特許文献２には、膜洗浄において酵素を用いる技術や酵素と酸化剤の併用技術が開示されている。特許文献３には、膜洗浄においてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水和物を用いる技術が開示されている。また、膜処理を行わない方法として、特許文献４にはヨウ素で処理する方法、特許文献５では次亜塩素酸ナトリウムで処理する方法が開示されている。

特許文献２〜特許文献５に記載の技術では、何等かの化学薬品を用いるため、海水供給元の港湾域に放流する場合には、Ｇ８やＧ９対策上、生態系への影響を考慮しなければならず、また船内で処理する場には中和等に多量の薬剤を使用せざるを得ない課題がある。
特開２００４−１６０４３７号公報 特開平３−１３３９４７号公報 特開平１１−３１９５１８号公報 特表２００２−５０４８５１号公報 特開平４−３２２７８８号公報

そこで、本発明の課題は、従来の問題点を解決すると共に、膜の目詰まり回復を確実に行い逆洗効果を向上させることができ、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置及び逆洗方法を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と洗浄排水排出管と処理水排出管には各々開閉弁を備えている膜濾過装置において、
前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う逆洗浄設備を有し、
前記加圧手段で洗浄水を前記膜のバブルポイント以上の圧力で加圧している状態で前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を発生させる微細気泡吐出部を設けたことを特徴とする膜濾過装置。

（請求項２）
前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置。

（請求項３）
濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と洗浄排水排出管と処理水排出管には各々開閉弁を備え、前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う逆洗浄設備を有する膜濾過装置の逆洗方法において、
前記加圧手段で洗浄水を前記膜のバブルポイント以上の圧力で加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開き、洗浄水と気泡を膜透過させて膜の逆洗を行うに際し、
前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を導入することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。

（請求項４）
前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項３記載の膜濾過装置の逆洗方法

本発明によると、従来の問題点を解決できると共に、膜の目詰まり回復を確実に行い逆洗効果を向上させることができ、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置及び逆洗方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明の方法を実施可能な膜濾過装置の一例を示す概略断面図である。

図中、１は濾過槽であり、円筒竪型に形成されることが好ましく、該濾過槽１は仕切板２により、原水が導入される原水室１０１と濾過された後の処理水が集水される処理水室１０２とに区画されている。

原水室１０１の側部には原水供給口１０３が設けられ、処理水室１０２の上部には処理水排出口１０４が設けられている。

原水供給口１０３には原水供給管１０５が接続されている。１０５Ａは原水供給管１０５に設けられた開閉弁である。

原水は、例えばバラスト水（海水や淡水）などが挙げられる。バラスト水として海水を原水とする場合、濾過対象となる物質としては、動物性プランクトン、植物性プランクトン、微生物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅなどの元素又はその酸化物や塩化物などの無機物、その他、懸濁物質（ＳＳ）、ゲル状物質などがある。

処理水排出口１０４には処理水排出管１０６が接続され、該処理水排出管１０６には開閉弁１０６Ａが設けられている。

また、処理水排出口１０４には濾過膜の逆洗浄を行うための洗浄水を供給するための洗浄水供給管１０７が接続され、該洗浄水供給管１０７には開閉弁１０７Ａが設けられている。

更に、処理水排出口１０４には逆洗浄時に処理水室１０２内に洗浄水が満たされている状態で空気を供給して該処理水室１０２内を加圧するための空気供給管１０８の一端が接続され、該空気供給管１０８には開閉弁１０８Ａが設けられている。空気供給管１０８の他端は加圧空気を供給するための空気供給源３に接続されている。空気供給源３には例えばコンプレッサーを用いることができる。

空気供給管１０８には処理水室１０２内に送られる加圧空気の圧力を計測する圧力計１０８Ｂが設けられている。

処理室１０１の底部には洗浄排水排出口１０９が設けられている。洗浄排水排出口１０９には洗浄排水排出管１１０が接続され、該洗浄排水排出管１１０には開閉弁１１０Ａが設けられている。

４は仕切板２に例えば吊り下げられた濾過筒であり、該濾過筒４は多孔製の円筒形の支持体４００と該支持体４００の外周に被覆され袋状に形成された濾過膜４０１によって構成され、濾過筒４の上部は処理水室１０２に処理水を送液可能なように、該処理水室１０２側に向けて開口する上部開口４０２を有している。

支持体４００は上部開口４０２を有する樹脂製円筒形であり、例えばポリエチレン製のものを用いることができる。

支持体４００の表面は網目状に形成されてもよいし、あるいは多孔状に形成されてもよい。支持体４００表面の開口率は４０％〜７０％の範囲が好ましく、４５％〜６５％の範囲がより好ましく、５０％〜６５％の範囲が更に好ましい。

濾過膜４０１は、精密濾過膜や限外濾過膜などを用いることができるが、好ましいのは精密濾過膜である。本発明に好ましく用いることができる精密濾過膜は市販品として入手でき、例えば、株式会社ユアサメンブレンシステム製「ＭＦ膜」などを使用できる。

本態様では、原水室１０１内に、複数本の濾過筒４、４、…が吊り下げ状に配設されているが、その本数は必ずしも限定されない。

５は微細気泡吐出部であり、濾過槽１の処理水室１０２内に配置されている。この微細気泡吐出部５には多孔部材を用いることができる。微細気泡吐出部５は空気供給管５０１を介して空気供給源５０２と接続されており、この空気供給源５０２を稼動させることにより、処理水室１０２内に微細気泡を導入させる。

この微細気泡を導入するに際しては、空気供給源３から供給される加圧空気より高い圧力で空気供給源５０２から微細気泡を吐出する必要がある。気泡の吐出圧力は、処理水室１０２の加圧状態の圧力より５０〜１００ｋＰａ高く設定することが気泡を良好に吐出する上で好ましい。

微細気泡の直径は、濾過膜４０１を透過させる観点から、濾過膜４０１の孔径と同等程度が好ましい。この直径は多孔部材の孔径によって規定される。また、空気供給源５０２としては例えばコンプレッサーを用いることができる。

かかる膜濾過装置において、原水の処理時、原水は、原水供給管１０５から原水供給口１０３を経由して原水室１０１に導入され、原水室１０１内を上向流して、濾過膜４０１を通過することによって濾過される。濾過膜４０１によって濾過された処理水は、濾過筒４内を更に上方に向かって進み、処理水室１０２に集水され、処理水排出口１０４から処理水排出管１０６を経由して排出される。

このようにして濾過膜４０１による原水の処理を継続すると、次第に濾過膜４０１の目詰まりが生じるので、濾過膜４０１の逆洗浄が必要になる。

本発明において、濾過膜４０１の逆洗浄時、加圧手段で洗浄水を加圧している状態で洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａを開いて逆洗を行う。この際、処理水室１０２内の洗浄水中に、微細気泡吐出部５から微細気泡を導入し、濾過膜４０１のバブルポイント以上の圧力で逆洗を行う。

すなわち、洗浄水供給管１０７から処理水室１０２内に洗浄水を供給して該処理水室１０２内が洗浄水で満たされた状態で、空気供給源５０２を稼動させることにより微細気泡吐出部５から微細気泡を生成させる。このとき、原水供給管１０５の開閉弁１０５Ａ及び処理水排出管１０６の開閉弁１０６Ａは閉じている。また、洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａも閉じている。

一方、処理水室１０２内が洗浄水で満たされたら、開閉弁１０８Ａを開けて空気供給源３を稼動させることにより、同じく処理水室１０２内に空気を供給し、処理水室１０２内の洗浄水を加圧する。洗浄水を加圧するのは、洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａを開けて洗浄水を洗浄排水排出口１０９から外部に排出する際に、処理水室１０２内の洗浄水を濾過膜４０１を通過させて一気に原水室１０１側に移動させ、濾過膜４０１の付着物質を除去させるためである。

そして、本発明においては、この加圧時の圧力を、濾過膜４０１のバブルポイント以上の圧力とする。圧力は空気供給管１０８に設けられた圧力計１０８Ｂによって計測することができる。

このように処理水室１０２内を濾過膜４０１のバブルポイント以上の圧力で加圧することにより、処理水室１０２内に導入された微細気泡Ｂは、図２に示すように、濾過膜４０１の孔４０１ａを通過する。このとき、濾過膜４０１の表面の付着物質（ゲル状物質なども含む）Ｘは一緒に除去される。

また、濾過膜４０１を通過して原水室１０１側に出た微細気泡Ｂは、図３に示すように、濾過膜４０１の膜面を叩きながら上昇することにより、更に表面の付着物質の除去を助長させる。

濾過膜４０１のバブルポイントは、濾過膜４０１を気泡が通過する最低圧力であり、このバブルポイントは、膜の孔径、膜の表面張力などによって決まる。

本発明における実験例では、孔径が０．４〜０．９μｍの範囲の精密濾過膜４０１に対して、加圧力を１１０〜１６０ｋＰａとすることにより、気泡が膜を通過した。

なお、上記態様では、洗浄水供給管１０７から処理水室１０２内への洗浄水の供給及び空気供給管１０８を介した空気供給源３からの空気の供給を、処理水排出口１０４から行うようにしたが、処理水排出口１０４とは別に処理水室１０２内に供給可能に接続するようにしてもよい。

本発明の方法を実施可能な膜濾過装置の一例を示す概略断面図 濾過膜を微細気泡が通過する様子を説明する図 濾過膜を微細気泡が通過する様子を説明する図

符号の説明

１：濾過槽
１０１：原水室
１０２：処理水室
１０３：原水供給口
１０４：処理水排出口
１０５：原水供給管
１０５Ａ：開閉弁
１０６：処理水排出管
１０６Ａ：開閉弁
１０７：洗浄水供給管
１０７Ａ：開閉弁
１０８：空気供給管
１０８Ａ：開閉弁
１０８Ｂ：圧力計
１０９：洗浄排水排出口
１１０：洗浄排水排出管
１１０Ａ：開閉弁
２：仕切板
３：空気供給源
４：濾過筒
４００：支持体
４０１：濾過膜
４０１ａ：孔
４０２：上部開口
５：微細気泡吐出部
５０１：空気供給管
５０２：空気供給源

Claims (4)

1. 濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と洗浄排水排出管と処理水排出管には各々開閉弁を備えている膜濾過装置において、
   前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う逆洗浄設備を有し、
   前記加圧手段で洗浄水を前記膜のバブルポイント以上の圧力で加圧している状態で前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を発生させる微細気泡吐出部を設けたことを特徴とする膜濾過装置。
2. 前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置。
3. 濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と洗浄排水排出管と処理水排出管には各々開閉弁を備え、前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う逆洗浄設備を有する膜濾過装置の逆洗方法において、
   前記加圧手段で洗浄水を前記膜のバブルポイント以上の圧力で加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開き、洗浄水と気泡を膜透過させて膜の逆洗を行うに際し、
   前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を導入することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。
4. 前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項３記載の膜濾過装置の逆洗方法。

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