JP2009160512A - 膜ろ過装置の排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬品洗浄の廃液処理に必要な薬品使用量を削減すると共に、廃液処理時間の短縮を図ること。
【解決手段】膜ろ過工程と逆洗工程の繰り返し回数が設定値に到達した場合、又は膜差圧若しくはろ過圧力が設定値に達した時に、膜モジュール２を薬品に浸漬する浸漬工程を含む薬品添加逆洗工程を行う。薬品添加逆洗工程では、先に重亜硫酸ソーダ（酸）を使用し、その後に次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）を使用すると共に、それぞれの廃液を中和還元処理槽１１へ排水して混合し、中和還元する。
【選択図】図２

Description

本発明は、河川水や湖沼水等の表流水及び地下水等を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜を用いて水処理する膜ろ過装置から排出される洗浄排水の処理方法に関する。

水道原水である環境水に混入した塩素耐性原虫である、クリプトスポリジウム等の危険性が危惧されるようになってきた。クリプトスポリジウムの大きさは３〜５μｍ程度であるので、原水中のクリプトスポリジウムを除去するためには、クリプトスポリジウムと同等以上の大きさの粒子成分を完全に除去すればよい。このクリプトスポリジウム対策として、精密ろ過膜や限外ろ過膜を用いた浄水処理方法がある。

精密ろ過膜や限外ろ過膜を用いた浄水処理方法では、理論上、膜孔径より大きい濁質成分は、ろ過中に膜の原水流入側で濃縮され、逆洗などの物理洗浄によって除去される。しかしながら、膜表面に付着した濁質量の分布や、付着物の性状によって、物理洗浄では膜表面から濁質を剥離できない場合が存在し、膜差圧が上昇して運転の障害となる。

この問題を解消するために、薬品を用いたオンライン（以下、「薬品添加逆洗」という）またはオフライン洗浄が効果的とされている。薬品添加逆洗は、薬品注入工程、浸漬工程、リンス工程、中和還元処理工程、ろ過再開の順序で進められる。また、薬品添加逆洗においては硫酸や次亜塩素酸ナトリウム、オフライン洗浄においてはクエン酸などの有機酸が用いられている。一般的に使用されている次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄においては、その洗浄排水を還元処理する必要があり、重亜硫酸ソーダ（またはナトリウム）やチオ硫酸ナトリウムなどの還元剤を洗浄廃液に添加して処理することが一般的である。また、酸による洗浄を行った際には、その洗浄廃液に水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤を添加して中和処理を行っている。図５は次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄排水処理のフロ−図である。図５に示したとおり、これまでは洗浄廃液に重亜硫酸ソーダなどの還元剤を添加し、残留塩素濃度の測定とその判定を繰り返し、目標濃度に達した時点で系外へ排水されていた。
特開平９-２９０１４１号公報 特開２００５-１９３１１９号公報

しかし、洗浄排水処理においては薬品コストなどのランニングコストが増大すると共に、そのための設備費およびスペースが必要となり、また洗浄排水処理におけるタイムロスが発生するといった問題があった。特に、大型の膜処理設備においては、薬品洗浄排水が多量となるため、その処理方法が課題としてあげられる。

例えば、次亜塩素酸ナトリウムの処理においては、重亜硫酸ソーダ（またはナトリウム）やチオ硫酸ナトリウムなどの還元剤、また、重亜硫酸ソーダの処理においては、水酸化ナトリウムなどの中和用の薬品が必要であるため、これらにかかる薬品コストの削減が重要となる。

また、洗浄に使用する薬品およびその順序についても、膜目詰まりの要因とされる物質または原水水質によって変える必要がある。例えば、被酸化体を含有する原水を膜ろ過した場合、または原水が酸化状態にある場合、酸化作用を持つ薬品を使用すると膜目詰まりを促進させる可能性がある。よって、膜ろ過装置への供給水の水質によって、使用する薬品を正しく選択しなければならない。被酸化体を含有する原水を膜ろ過する場合、その洗浄方法として、重亜硫酸ソーダ、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムなどの還元剤と、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、二酸化塩素などの酸化剤を添加した逆洗を行い、その順序はアルカリを先に、酸を後に使用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の処理方法は、１）浸漬時間を設けていないため、洗浄効果が不十分である、２）アルカリを先、酸を後に使用するので、洗浄工程後にろ過を開始したときに膜面にタンパクなどが析出してろ過の障害になる、という問題がある。

また、膜モジュールの薬品洗浄において、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合液で洗浄後、重亜硫酸ソーダ、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどで洗浄を行い、それぞれの廃液を一旦別々の貯留層に排水し、その後、混合槽に約１対１（計算による）の割合でそれぞれの廃液を混合するという方法が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２の処理方法は、１）アルカリを先、酸を後に使用するので、膜面にタンパクなどが析出してろ過の障害になる、２）廃液処理に必要な貯留槽（含む混合槽）が計３槽ありコストがかかる、３）計算上の値を用いて残留塩素の還元処理を行うため、水質および環境変化に左右される、などといった問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、薬品洗浄の廃液処理に必要な薬品使用量を削減できると共に、廃液処理時間の短縮が可能となる膜ろ過装置の排水処理方法を提供することを目的とする。

本発明の膜ろ過装置の排水処理方法は、原水を膜でろ過して処理水を生成し、前記処理水に薬品を添加した洗浄薬液で前記膜を逆流洗浄し、当該薬品添加逆洗の洗浄排水を中和還元処理してから系外へ排出する膜ろ過装置の排水処理方法において、前記薬品添加逆洗では、酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗とアルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗とを行い、前記酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出される酸性洗浄薬液含有洗浄排水と、前記アルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出されるアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水とを同一の中和還元槽で貯留及び混合し、前記中和還元槽において混合された洗浄排水の中和を検出してから系外に排出することを特徴とする。

この構成によれば、酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出される酸性洗浄薬液含有洗浄排水と、アルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出されるアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水とを同一の中和還元槽で貯留及び混合するので、中和還元槽において酸性洗浄薬液含有洗浄排水とアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水とが中和還元反応を起こし、中和、還元処理における薬品コスト削減できると共に、薬品洗浄廃液処理の時間を短縮でき、中和、還元処理に必要な貯留槽にかかるコストの削減も可能である。

また本発明は、上記膜ろ過装置の排水処理方法において、前記酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗を行った後に、前記アルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗を行うことを特徴とする。

この構成により、酸による薬品添加逆洗が先で、アルカリによる薬品添加逆洗が後になるので、タンパクなどの析出や膜への付着を防ぎつつ、膜に付着した酸化体を除去できる。

上記膜ろ過装置の排水処理方法において、前記酸性の洗浄薬液として重亜硫酸ソーダを用い、前記アルカリ性の洗浄薬液として次亜塩素酸ナトリウムを用いることができる。

上記膜ろ過装置の排水処理方法において、前記中和還元槽における残留塩素還元処理における指標をＯＲＰ値とすることが望ましく、ＯＲＰ値が３５０ｍｖ以下の時に残留塩素の還元処理を終了させることが望ましい。

本発明によれば、膜ろ過装置における薬品洗浄の廃液処理に必要な薬品使用量を削減できると共に、廃液処理時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理方法が適用される膜ろ過装置の概略図である。図１に示す膜ろ過装置は、被処理水となる水道原水等の原水が原水タンク１に貯留される。原水タンク１と膜モジュール２（原水側）とは原水配管３を経由して連結されており、原水配管３に設置した原水ポンプ４にて原水タンク１内の原水が膜モジュール２の原水側へ供給される。膜モジュール２の処理水側には処理水タンク５が処理水配管６を経由して連結いされている。膜モジュール２にて固液分離された清澄な処理水が処理水タンク５で蓄えられた後、配水池等へ供給される。

また、膜モジュール２の処理水側と処理水タンク５とは逆洗水供給配管７を経由して連結されており、逆洗水供給配管７には逆洗ポンプ８が設けられている。また、逆洗水供給配管７には薬品添加逆洗時に逆洗水供給配管７に流れる処理水に薬品を添加する薬品注入ポンプ９が設けられている。逆洗時には逆洗ポンプ８によって膜モジュール２の処理水側に処理水が供給される。膜モジュール２の原水側には逆洗排水をそのまま排水する排水配管１０と、薬品洗浄排水を中和還元処理槽１１を経由して浄化処理後に排水する排水配管１２とが設置されている。

なお、図１には示されていないが、運転状態に応じて適宜開閉動作するバルブが配管の各部に設置されている。

次に、以上のように構成された膜ろ過装置の動作について説明する。
（膜ろ過工程）
原水ポンプ４によって、原水タンク１から膜モジュール２へ原水が供給される。膜モジュール２に供給された原水は、膜モジュール２において固液分離される。膜モジュール２において固液分離された清澄な処理水が膜モジュール２の処理水側から処理水タンク５へ送水されて貯留される。

（逆洗工程）
逆洗ポンプ８により処理水タンク５内の処理水が膜モジュール２の処理水側から原水側に向かって供給され、膜モジュール２の膜面から剥離した汚泥が排水される。薬品添加逆洗前の薬品を含まない汚泥が排水配管１０を経由して排出される。

上記膜ろ過工程と逆洗工程の繰り返し回数が設定値に到達した場合、又は膜差圧若しくはろ過圧力が設定値に達した時に、膜モジュール２を薬品に浸漬する浸漬工程を含む薬品添加逆洗工程を行う。

（薬品添加逆洗工程）
薬品添加逆洗時は、逆洗ポンプ８により処理水タンク５内の処理水が膜モジュール２の処理水透過側から原水供給側に向かって供給すると共に薬品注入ポンプ９から処理水に薬品を注入する。膜モジュール２の処理水側から薬品がモジュール内に供給され、押し出された逆洗洗浄排水（薬品を含んだ排水）は排水配管１２にて中和還元処理槽１１に排水される。中和還元処理槽１１に排水された逆洗洗浄排水は中和還元処理槽１１にて中和還元処理した後に、排水される。

本実施の形態では、薬品添加逆洗を、最初に実施する第一の薬品添加逆洗工程と次に実施する第二の薬品添加逆洗工程とに分けており、第一の薬品添加逆洗工程では酸性の洗浄薬液として重亜硫酸ソーダ（酸）を使用し、第二の薬品添加逆洗工程ではアルカリ性の洗浄薬液として次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）を使用する。第一の薬品添加逆洗工程及び第二の薬品添加逆洗工程のそれぞれの薬品洗浄排液を中和還元処理槽１１へ排水して混合する。

第一の薬品添加逆洗工程では、膜モジュール２内に重亜硫酸ソーダ（酸）を注入した処理水を供給してモジュール内部を所定時間だけ重亜硫酸ソーダ注入液に浸した状態にし（浸漬工程）、その後に薬品注入を止めて、逆洗時と同様に、逆洗ポンプ８により処理水を膜モジュール２の処理水側から原水側に向かって供給して膜モジュール２内に残る薬品を処理水で洗い流す（リンス工程）。第一の薬品添加逆洗工程において膜モジュール２の原水側から排出される重亜硫酸ソーダを含んだ酸性洗浄薬液含有洗浄排水は中和還元処理槽１１に貯留される。

第二の薬品添加逆洗工程では、第一の薬品添加逆洗工程と同様の手順にて、膜モジュール２内に次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）を注入した処理水を供給してモジュール内部を所定時間だけ次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）注入液に浸した状態にし（浸漬工程）、その後に薬品注入を止めて、逆洗時と同様に、逆洗ポンプ８により処理水を膜モジュール２の処理水側から原水側に向かって供給して膜モジュール２内に残る薬品を処理水で洗い流す（リンス工程）。このとき、第二の薬品添加逆洗工程において膜モジュール２の原水供給側から排出される次亜塩素酸ナトリウムを含んだアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水は中和還元処理槽１１に貯留される。

図２は本実施の形態に係る排水処理方法における薬品洗浄排水処理のフロー図である。同図に示すように、第一の薬品添加逆洗工程において重亜硫酸ソーダ（酸）を含んだ酸性洗浄薬液含有洗浄排水が中和還元処理槽１１に貯留されているところに、第二の薬品添加逆洗工程において次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）を含んだアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水が中和還元処理槽１１に流れ込み、重亜硫酸ソーダ（酸）と次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）とが混合して中和還元反応が起こる。このときの中和還元処理はｐＨ値、ＯＲＰ値をそれぞれ指標とし、塩素が残留する場合には、重亜硫酸ソーダ溶液を添加して還元処理を行い、残留塩素を消失させる。

薬品添加逆洗工程で用いる重亜硫酸ソーダはｐＨ４．５〜６．５、特にｐＨ５．０〜６．５の範囲になるように添加するのが好ましい。重亜硫酸濃度が上記範囲よりも低いと十分な洗浄効果を得ることができず、洗浄頻度の増加によるコスト高、造水量低下を引き起こすからである。また上記範囲よりも高いと薬品コストが上昇し、また廃液の還元処理に要する薬品コストも上昇するからである。

図３は約１００ｍｇ/Ｌの次亜塩素酸ナトリウム溶液に１７％の重亜硫酸ソーダを添加したときの、残留塩素濃度とＯＲＰ値の挙動を示したものである。図３より、ＯＲＰ値が約３５０ｍＶになったときに、残留塩素濃度が０になることがわかる。また、残留塩素濃度が消失する際に、急激にＯＲＰ値が下がることから、還元反応の終点も把握し易い。このようなことから、中和還元処理の指標としてＯＲＰ値が適していることが判る。

本実施の形態では、第二の薬品添加逆洗工程のリンス工程が終了したところで、中和還元処理槽１１の中和還元処理の進行状態に関係なく、再び膜ろ過運転を開始する。そして、膜モジュール２の膜差圧が所定値に達したら、又は所定期間経過したところで、上記逆洗工程及び薬品添加逆洗工程を実施する。

このように本実施の形態によれば、薬品添加逆洗工程の際に、先に重亜硫酸ソーダ（酸）を使用し、その後に次亜塩素酸ナトリウム（アルカリ）を使用すると共に、それぞれの廃液を中和還元処理槽１１へ排水して混合するので、タンパクなどの析出や膜への付着を防ぎつつ、膜に付着した酸化体を除去できる。また、中和、還元処理における薬品コスト削減できると共に、薬品洗浄廃液処理の時間を短縮でき、中和、還元処理に必要な貯留槽にかかるコストの削減も可能である。

図１に示す膜ろ過装置において、重亜硫酸ソーダによる薬品添加洗浄を実施した。重亜硫酸ソーダは膜モジュール２内がｐＨ３になるように添加した。２０分間膜を浸漬した後にリンスを行い、重亜硫酸を含む排水を中和還元処理槽１１に排出した（第一の薬品添加逆洗工程）。

引き続き、次亜塩素酸ナトリウムによる薬品添加洗浄を実施した。次亜塩素酸ナトリウムは膜モジュール２内の残留塩素濃度が約１００ｍｇ/Ｌになるように添加した。２０分間膜を浸漬した後にリンスを行い、次亜塩素酸ナトリウムを含む排水を中和還元処理槽１１に排出し、先の重亜硫酸ソーダ排水と混合した（第二の薬品添加逆洗工程）。

図４は、第一及び第二の薬品添加逆洗工程における薬品洗浄排水の残留塩素濃度の測定結果と、中和還元処理槽１１において両薬品洗浄排水を混合したときの残留塩素濃度を示したものである。図４から、中和還元処理槽１１内の混合液の残留塩素濃度が０ｍｇ/Ｌであったことから、重亜硫酸ソーダ排水と次亜塩素酸ナトリウム排水を混合したことにより、残留塩素の還元が行われたことが分かる。

また、図５に示すように従来方法では還元処理用に重亜硫酸ソーダを添加する必要があり、重亜硫酸ソーダの添加と還元処理終了の判定とを数回繰り返すが、本発明では、基本的には重亜硫酸ソーダを添加せず（重亜硫酸ソーダの洗浄条件による）、また判定も一度で済むため還元処理時間を短縮できる。

本発明は、精密ろ過膜や限外ろ過膜を用いた浄水処理において膜モジュールを薬品添加逆洗する膜ろ過装置の排水処理方法に適用可能である。

本発明の実施の形態に係る排水処理方法が適用される膜ろ過装置の概略図 本発明の実施の形態に係る排水処理方法における薬品洗浄排水処理のフロー図 次亜塩素酸ナトリウム溶液に重亜硫酸ソーダを添加したときの、残留塩素濃度とＯＲＰ値の挙動を示した図 第一及び第二の薬品添加逆洗工程における薬品洗浄排水の残留塩素濃度と、中和還元処理槽で両薬品洗浄排水を混合したときの残留塩素濃度とを示す図 従来の次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄排水処理のフロ−図

符号の説明

１…原水タンク、２…膜モジュール、３…原水配管、４…原水ポンプ、５…処理水タンク、６…処理水配管、７…逆洗水供給配管、８…逆洗ポンプ、９…薬品注入ポンプ、１０、１２…排水配管、１１…中和還元処理槽

Claims (5)

1. 原水を膜でろ過して処理水を生成し、前記処理水に薬品を添加した洗浄薬液で前記膜を逆流洗浄し、当該薬品添加逆洗の洗浄排水を中和還元処理してから系外へ排出する膜ろ過装置の排水処理方法において、
   前記薬品添加逆洗では、酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗とアルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗とを行い、
   前記酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出される酸性洗浄薬液含有洗浄排水と、前記アルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗の際に排出されるアルカリ性洗浄薬液含有洗浄排水とを同一の中和還元槽で貯留及び混合し、
   前記中和還元槽において混合された洗浄排水の中和を検出してから系外に排出する
   ことを特徴とする膜ろ過装置の排水処理方法。
2. 前記酸性の洗浄薬液による薬品添加逆洗を行った後に、前記アルカリ性の洗浄薬液による薬品添加逆洗を行うことを特徴とする請求項１記載の膜ろ過装置の排水処理方法。
3. 前記酸性の洗浄薬液が重亜硫酸ソーダであり、前記アルカリ性の洗浄薬液が次亜塩素酸ナトリウムであることを特徴とする請求項２に記載の膜ろ過装置の排水処理方法。
4. 前記中和還元槽における残留塩素還元処理における指標をＯＲＰ値とすることを特徴とする請求項３に記載の膜ろ過装置の排水処理方法。
5. ＯＲＰ値が３５０ｍｖ以下の時に残留塩素の還元処理を終了することを特徴とする請求項４に記載の膜ろ過装置の排水処理方法。
   
   

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