JP2009195893A

JP2009195893A - 浄水膜ろ過設備の運転方法

Info

Publication number: JP2009195893A
Application number: JP2008180861A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takemoto; 剛武本; Koji Kageyama; 晃治陰山; Shoji Watanabe; 昭二渡邉; Naoki Hara; 直樹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】
本発明は、原水や設備の運転状況に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化し、膜ろ過設
備の運転状況を容易に把握できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。
【解決手段】
原水をろ過する複数の膜モジュールを含んだ膜ろ過手段と、該膜モジュールのろ過時間，ろ過流量，逆洗時間，逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段８を備え、前記膜モジュールを順次逆洗する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記ろ過時間の下限値を稼動中の前記膜モジュール数と前記逆洗時間の積とした浄水膜ろ過設備の運転方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水に含まれる濁質や病原性原虫などの分離除去のために設置される膜ろ過処理装置を含んだ浄水を製造するための浄水膜ろ過設備の運転方法に関する。

濁質や病原性原虫を除去でき、維持管理が容易なため、浄水施設への膜ろ過装置の導入が増加している。ろ過に伴い膜モジュールの１次側に目詰まり物質が付着し、ろ過の抵抗となるので、所定量のろ過水量を維持するためには、膜ろ過制御手段は、ろ過圧力を増加させる。

そこで、膜ろ過制御手段は、定期的にろ過水を２次側から１次側に圧送する逆洗工程により、目詰まり物質を除去している。河川水を原水とする膜ろ過装置では、降雨などによ
り原水の水質が変動し、膜モジュールの目詰まり量が変化する。一定条件の逆洗工程では
、ろ過時の目詰まり量の蓄積に洗浄が追いつかず、ろ過圧力、すなわち膜差圧が急激に増
加する可能性がある。

このため、〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載のように、原水水質や膜差圧に応じて、逆洗間隔すなわちろ過時間を変更する方法がある。

特開平１１−３１９５１６号公報特開２００６−３２６４７２号公報

〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載の方法では、自動でろ過時間が変更されるが、運転条件変更の履歴を表示する機能を備えていない。このため、運転員が容易に運転状況を把握できる仕組みになっておらず、確認作業に時間を要する恐れがある。

また、複数の膜モジュールを備えた膜ろ過施設では、建設費を削減するために、膜モジュールを１本ずつ順次逆洗して１つの逆洗手段の設置で済むような運転方式が採用される。この場合、ろ過時間の下限値は、逆洗する膜モジュールの本数、すなわち逆洗工程の数と、逆洗時間の積となる。膜モジュールの一部を稼動または休止すると、逆洗する膜モジュール数が変化し、ろ過時間の下限値が変化する。

〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載の方法では、ろ過時間の下限値の設定や稼動中の膜モジュール数を考慮しておらず、ろ過時間が適正化できない恐れがある。

本発明の目的は、原水や設備の運転状況に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水膜ろ過設備の運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原水をろ過する複数の膜モジュールを含んだ膜ろ過手段と、前記膜モジュールのろ過時間，ろ過流量，逆洗時間，逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、順次前記膜モジュールを逆洗する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記ろ過時間の下限値を稼動中の前記膜モジュール数と前記逆洗時間の積として表示するものである。

本発明によれば、原水の水質や膜差圧，膜モジュールの稼動数に応じて膜ろ過設備の運転条件を適正化できる。又、運転履歴を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水設備の運転方法を提供できる。

本発明の各実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１である膜ろ過装置の構成図である。本実施例の膜ろ過装置は、河川などの表流水に代表される原水を浄化する浄化施設等に設置される。

膜モジュール１には、中空糸のＭＦ膜（精密ろ過膜）やＵＦ膜（限外ろ過膜）が組み込まれており、原水中の濁質や微粒子などを除去する。

膜モジュール１の上流側には、ろ過ポンプ２が設置され、ろ過ポンプ２は、膜モジュール１のろ過水量を変更できる。ろ過水は、膜モジュール１の下流側に設置されたろ過水タンク３に貯留され、膜モジュール１とろ過水タンク３との間に設置された逆洗ポンプ４によって膜モジュール１の２次側から逆洗水が供給され、膜面に蓄積した濁質などを剥離させる。剥離した濁質を含む懸濁液は、バルブ１３付きの配管１２から、逆洗排水として系外に排水される。

ろ過と逆洗の切り替えは、ろ過ポンプ２と逆洗ポンプ４の運転を切り替え、配管１２に設けた弁１３を閉から開に切り替える。ろ過ポンプ２の上流には、原水の水質を計測する原水水質計５が設置されている。原水水質計５は、濁度，有機物濃度，水温，ｐＨ，マンガン濃度，浮遊物質濃度などの１つ以上を計測する。ろ過ポンプ２と膜モジュール１の間には１次側の圧力計測手段６が、膜モジュール１とろ過水タンク３の間には２次側の圧力計測手段７が設置されている。原水水質計５，１次側の圧力計測手段６，２次側の圧力計測手段７での計測信号は、膜ろ過制御手段８に入力され、膜ろ過制御手段８は必要に応じて、１次側の圧力計測手段６と２次側の圧力計測手段７の差分から膜モジュール１の膜差圧を算出する。ここで、原水水質計５，１次側の圧力計測手段６，２次側の圧力計測手段７を膜差圧計測手段という。

膜ろ過制御手段８は、ろ過ポンプ２，逆洗ポンプ４の運転を制御する信号を出力し、ろ過水量，逆洗水量，ろ過時間，逆洗時間を変更する。膜ろ過制御手段８の入力信号や出力信号は表示手段９に入力され、ろ過時間や膜差圧，原水水質などが表示される。

次に、本実施例の上水膜ろ過設備の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段８には、予めろ過時間と膜差圧または原水水質の関係が入力されており、表示手段９に表示される。一例として、ろ過時間と膜差圧の関係を図２に示す。図２では、ろ過時間と膜差圧の関係を示しているが、ろ過時間と原水水質の関係でもよい。また、横軸と縦軸は入替えてもよい。

図２に示す例では、ろ過時間は、膜差圧が３０ｋＰａ以下では最大の１００分となり、膜差圧が３０ｋＰａから１００ｋＰａまでは、膜差圧が増加するとろ過時間が短縮され、膜差圧が１００ｋＰａ以上では、最小のろ過時間２０分に設定されている。膜差圧を指標にする場合には、ろ過流束を変更しても膜差圧が変化するため、ろ過流束に応じてろ過時間と膜差圧の関係を変更するとよい。ろ過時間と膜差圧の関係は、直線近似でも曲線近似でも良い。

膜ろ過制御手段８は、膜差圧の情報から、膜差圧に対応するろ過時間を設定する。図２の線図上にプロットされている白丸は、現状の膜差圧とろ過時間の関係を示している。膜ろ過制御手段８は、膜差圧情報の更新を、例えば設定された時間、逆洗後のろ過再開時の膜差圧が安定している時点、逆洗直前に行う。

膜差圧の情報が更新されると、更新後に膜差圧が上昇し、プロットＡとなったと仮定すると、膜ろ過制御手段８は、図２に示す関係にしたがって、ろ過時間を短縮する。ろ過時間が短縮されると、逆洗頻度が多くなるため、膜差圧の上昇を抑制できる。また、膜差圧が低下し、プロットＢとなって場合は、膜ろ過制御手段８は、図２に示す関係にしたがって、ろ過時間を延長する。逆洗頻度が少なくなるので、ろ過水量を増加できる。

ここで、図２に示す白丸プロットを過去値、黒丸プロットを現状値と定義する。過去値から現状値への変化量が大きいと膜差圧の変動量が大きいことになり、原水水質が大きく変化していると推測される。そこで、膜ろ過制御手段８は、変化量の大きさに対応して、表示手段９に表示するプロット色，プロット形状，ガイダンスを変更する。ガイダンスは「膜差圧増加大」「膜差圧増加中」「膜差圧増加小」「膜差圧減少小」「膜差圧減少中」「膜差圧減少大」などである。このように、運転条件の履歴と膜差圧または原水水質と、ろ過時間の関係をまとめて表示しているので、運転員は設備の状態を把握しやすい。

なお、逆洗時間は一定でも、原水水質や膜差圧に応じて変更しても良い。変更する場合は膜差圧の増加で逆洗時間を増加させるとよい。ろ過時間の短縮や逆洗時間の増加は回収率や造水量を低下させる。そのため、逆洗排水を被処理水とした第２のろ過装置を備えることで回収率や造水量を回復できる。

本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて膜ろ過設備のろ過時間を適正化でき、又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。

本発明の実施例２を図３に示す。実施例２は、実施例１と同様に構成されているが、本実施例では、図３に示すように、前処理タンク１１が、原水水質計５とろ過ポンプ２の間に設置され、前処理手段１０が、前処理タンク１１に接続されている。

前処理手段１０により、前処理タンク１１に凝集剤などが注入され、前処理タンク１１で原水と凝集剤とが混合される。前処理手段１０の凝集剤の注入量は、膜ろ過制御手段８によって制御される。凝集剤の注入は、濁質の粒径を大きくし、凝集した濁質内に有機物などを取り込むため膜差圧を抑制する場合が多い。一方で、凝集剤の注入は、懸濁物質を増加させ排水処理での負担が増大するため、適正化が望まれる。

本実施例の上水膜ろ過設備の運転方法を説明する。膜ろ過制御手段８は、１次側の圧力計測手段６と２次側の圧力計測手段７の情報から膜差圧を算出し、図２に示す線図上に過去値と現状値をプロットして表示手段９で表示する。

過去値から現状値への変化量によって凝集剤注入率の増減量を制御する。例えば変化量を「増加大」「増加中」「増加小」「減少小」「減少中」「減少大」の６段階に分類し、「増加大」では凝集剤注入率を１０mg／Ｌ、「増加中」では５mg／Ｌ、「増加小」では２mg／Ｌ増加させる。例えば、「減少大」では凝集剤注入率を１０mg／Ｌ、「減少中」では５mg／Ｌ、「減少小」では２mg／Ｌ減少させる。このように、過去値から現状値への変化量、すなわち膜差圧の変動に応じて凝集剤注入率を変更でき、その状況を表示手段９で把握できる。

本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて前処理手段１０の薬剤注入量を適正化でき、膜ろ過設備のろ過時間の変更履歴を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。

図４に本発明の実施例４である運転方法を実施するための線図を示す。本実施例である図４に示す線図と図２の線図との違いは、本実施例では、原水水質によって膜差圧とろ過時間の関係を分類している点にある。なお、図４に示す線図では、原水水質として濁度を用いているが、浮遊物質濃度，有機物濃度，マンガン濃度などでも良い。実施例１と同様に、図４に示す線図が、表示手段９に表示される。

次に、膜ろ過制御手段８の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段８は、原水水質計５から原水の濁度と、１次側の圧力計測手段６と２次側の圧力計測手段７から膜差圧の計測値を得る。得られた原水の濁度と膜差圧を図４に示す線図にプロットし、ろ過時間を決定する。

膜ろ過制御手段８は、設定された時間後に、原水水質計５から原水の濁度と、１次側の圧力計測手段６と２次側の圧力計測手段７から膜差圧の計測値を得る。更新後のプロットを現状値とし、得られた原水の濁度と膜差圧からろ過時間を更新する。図４では現状値を黒丸、過去値を白丸で示した。これらのプロットにより、白丸から黒丸へ原水濁度や膜差圧が変更し、運転条件が変更された履歴を示すことができる。

原水濁度が同じで膜差圧が増加した場合はプロットＡとなり、ろ過時間が短縮され逆洗を増加できる。また、原水濁度が同じで膜差圧が減少した場合は、プロットＥとなりろ過時間が延長される。膜差圧の低下は、逆洗が十分に効果があったと推測されるため、ろ過時間の延長が可能である。

膜差圧が同じで原水濁度が増加するとプロットＢとなり、ろ過時間が短縮される。原水濁度の増加により目詰まりが進行することが予想される。ろ過時間を短縮することで膜差圧の増加を防止できる。膜差圧が同じで原水濁度が低下するとプロットＦとなり、ろ過時間が延長される。原水濁度の低下により目詰まり物質が低減したので、ろ過時間の延長が可能と判断できる。

膜差圧と原水濁度の両方が増加するとプロットＣとなり、ろ過時間をプロットＡやプロットＢに比べ短縮でき、逆洗による洗浄を強化できる。膜差圧と原水濁度の両方が低下するとプロットＧとなり、ろ過時間をプロットＥやプロットＦに比べ延長でき、ろ過水量を増加できる。

原水濁度が増加したが膜差圧が減少した場合はプロットＨとなり、膜ろ過制御手段８は、ろ過時間を変更しない。膜差圧が減少しているため、現状のろ過時間を維持する。また、膜差圧が増加したが原水濁度が減少した場合は、プロットＤとなり、膜ろ過制御手段８は、ろ過時間を変更しない。原水濁度が減少しているため現状のろ過時間を維持する。

図４で、過去値から現在値への方向すなわち変化方向によって、膜差圧と原水濁度の増減を分類できる。図５に分類結果を示すが、「領域ア」では膜差圧と原水濁度の両方が増加、「領域イ」では膜差圧が増加し原水濁度が低下、「領域ウ」では膜差圧と原水濁度の両方が減少、「領域エ」では膜差圧が減少し、原水濁度が増加している。膜ろ過装置への負荷や危険度の順位は、「領域ア」＞「領域イ」＞「領域エ」＞「領域ウ」となる。

膜ろ過制御手段８は、変化量と変化方向に対応して表示手段９に、プロットの色，形状，ガイダンスを変更して表示する。変化量が大きいことは、原水水質や膜差圧の急激に変動していることを表し、変化方向によって運転の危険度を判定できる。膜ろ過制御手段８は、変化量を３つに分類し、変化方向、すなわち領域毎に重み付けすることで、ろ過時間を適正化できる。危険度順にプロットの色や形を予め決定しておくことで、運転員が設備の状況を容易に把握できる。また、危険度結果をガイダンスとして示しても良い。運転条件の履歴と膜差圧または原水水質の関係をまとめて表示できるため、運転員は設備の状態を把握しやすい。

本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて膜ろ過設備のろ過時間を適正化できる。又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。

本発明の実施例４を説明する。浄水膜ろ過設備には、図３と同様に、薬剤注入等の前処理を施す前処理手段１２が設置され、図４に示す線図が表示手段９に表示される。

膜ろ過制御手段８は、図４と図５を用い、過去値から現在値への変化量と変化方向、すなわち領域に応じて前処理手段１２の薬剤注入量を制御する。一例として、変化量を膜差圧の増加と減少で「大」「中」「小」とした６段階に分類し、図５に示すように４つの領域に分類した場合を説明する。

薬剤注入率を「大」が±１０mg／Ｌ、「中」が±５mg／Ｌ、「小」が±２mg／Ｌとし、領域毎に重み付けする。「領域ア」と「領域ウ」を１.５倍、「領域イ」と「領域エ」を１.０倍とする。これらの結果を表１に示す。

表１の内容の全部または一部は、表示手段９に表示される。この結果、膜ろ過制御手段８は、薬剤注入率の増減を変化量と変化方向に応じて適正化でき、かつ制御量を表示できる。

本実施例によれば、原水の水質や膜差圧に応じて前処理の薬剤注入量を適正化でき、膜ろ過設備のろ過時間の履歴や凝集剤注入量を表示するため、膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる。

本発明の実施例５を図６を用いて説明する。本実施例は、実施例１と同様に構成されているが、実施例１では膜モジュールであるが、本実施例では、複数の膜モジュールからなる膜モジュールユニットとしている。複数の膜モジュール１−１〜１−４に対応して、ろ過ポンプ２−１〜２−４，１次側の圧力計測手段６−１〜６−４，２次側の圧力計測手段７−１〜７−４が追加されている。逆洗ポンプ４は、各膜モジュールの逆洗を順次行うように制御されるため、１台設置されている。

この場合、ろ過時間の下限値は、逆洗時間と逆洗する膜モジュール数の積となる。膜モジュールの一部を休止させている場合もあり、稼動している膜モジュール数でろ過時間の下限値を変更する必要がある。

膜ろ過制御手段８の運転方法について説明する。膜ろ過制御手段８は、ろ過ポンプ２−１〜２−４の運転状態から稼動中の膜モジュール数と、予め設定されている逆洗時間の情報を入手する。次に、稼動中の膜モジュール数と逆洗時間との積を求め、図２または図４に示す線図中に表示する。

膜モジュール１−１〜１−４の４つの膜モジュールが稼動しているとし、逆洗時間が６分の場合は、ろ過時間の下限値は２４分となる。なお、逆洗時間は、逆洗ポンプの起動時間と配管のバルブの開閉時間等を含めた時間となる。ろ過時間の下限値を追記した結果を図７に示す。膜ろ過制御手段８は、ろ過時間の下限値を更新した図７によりろ過時間を設定する。

本実施例によれば、原水の水質や膜差圧，膜モジュールの稼動数に応じて膜ろ過設備の運転条件を自動で変更できる。又、運転履歴を表示するため膜ろ過設備の運転状況を容易に把握できる浄水設備の運転方法を提供できる。

本発明の実施例１である浄水膜ろ過設備の構成図。本実施例の運転方法の一例を示す線図。本発明の実施例２である浄水膜ろ過設備の構成図。運転方法の一例を示す線図。運転方法の一例を示す線図。本発明の実施例５である浄水膜ろ過設備の構成図。運転方法の一例を示す線図。

符号の説明

１膜モジュール
２ろ過ポンプ
３ろ過水タンク
４逆洗ポンプ
５原水水質計
６１次側の圧力計測手段
７２次側の圧力計測手段
８膜ろ過制御手段
９表示手段
１０前処理手段
１１前処理タンク

Claims

原水をろ過する複数の膜モジュールを含んだ膜ろ過手段と、該膜モジュールのろ過時間，ろ過流量，逆洗時間，逆洗流量を制御する膜ろ過制御手段とを備え、前記膜モジュールを順次逆洗する浄水膜ろ過設備の運転方法であって、前記ろ過時間の下限値を稼動中の前記膜モジュール数と前記逆洗時間の積とした浄水膜ろ過設備の運転方法。