JP2010000475A

JP2010000475A - 複合ろ過設備の運転方法

Info

Publication number: JP2010000475A
Application number: JP2008162952A
Authority: JP
Inventors: Ken Tanizawa; 謙谷澤; Yukiko Hirai; 友希子平井; Akira Ishiyama; 明石山
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP5174548B2

Abstract

【課題】浸漬型膜分離装置とメディアろ過装置とを併用して、同時に膜透過水とメディアろ過水とを得る複合型ろ過設備において、浸漬型膜分離装置とメディアろ過装置の双方にとって至適濃度となるように、浸漬型膜分離装置の被処理水及びメディアろ過装置の被処理水に凝集剤を至適濃度で添加する運転方法を提供すること。
【解決手段】本発明の運転方法は、河川水、湖沼水等の原水を浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を処理水として供給する複合ろ過設備において、
浸漬型膜分離装置に供給する濁度1度以上15度以下の原水に対して0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤を添加し、メディアろ過装置に供給する前記濃縮水には0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように、さらに凝集剤を添加することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、河川水、湖沼水等を原水（被処理水）として、膜分離処理及びメディアろ過によって、飲料水等として使用する処理水を製造する複合ろ過設備の運転方法に関する。

河川水、湖沼水等を原水（被処理水）とする浄水場における水処理方法として、原水に凝集剤を添加した後、凝集ろ過装置に通水して凝集ろ過によって原水を除濁する方法が知られている。また、別の処理方法として、砂、アンスラサイト（無煙炭を破砕し粒状にしたもの）、粒状活性炭等の粒状ろ材をろ過層とするメディアろ過池（メディアろ過装置）が知られている。

また、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）等を用いて原水をろ過処理する膜ろ過装置もよく使用される。膜ろ過装置はメディアろ過池等、他の水処理装置と比較してコンパクトであり、設置スペースが小さく、懸濁物質以外に病原性微生物等も除去可能である。使用する膜を選択することによって様々な水質の原水にも対応でき、設置のための工事期間も短い。

しかし、膜ろ過装置は、孔経の小さな膜をろ過媒体としているため、定期的に薬液洗浄しなければ膜モジュールが目詰まりしやすい。また、定期的に膜モジュールを交換する必要もあるため、ランニングコストが高いという欠点がある。

一方、メディアろ過池等のメディアろ過装置は、ろ過速度が一定（処理水量が一定）であるため、処理水量の変動に対してはメディアろ過装置の運転／停止を繰り返さざるを得ず、処理効率が低下しやすい。また、処理水量を増加しなければならない場合に、ろ過処理が追いつかないという問題もある。

このため、２種類以上の処理装置を組み合わせた複合ろ過装置が提案されている。例えば、特許文献１には、メディアろ過槽に浸漬型膜分離装置を組み込み、メディアろ過池と浸漬型膜分離装置の双方によって同時にろ過処理することが可能な複合ろ過装置が開示されている。

また、設定添加量で凝集剤を添加した原水を、凝集ろ過装置に通水して凝集ろ過した後、凝集ろ過装置の処理水を膜ろ過装置によって膜分離する水処理装置が、特許文献２に開示されている。

なお、鉄系凝集剤を添加して原水中の懸濁物質及び溶解性有機物を凝集させ、凝集物をセラミック膜分離装置のみによって除去する水処理方法が、特許文献３に開示されている。
特開２００５−２７９４０８号公報特開平１０−１５３０７号公報特開２００２−５９１７３号公報

特許文献２に開示されている水処理装置では、原水に対する凝集剤の添加量は、凝集ろ過装置の通水時の差圧上昇速度により決定している。しかし、凝集ろ過装置単独使用時の至適凝集剤添加量が、そのまま膜分離装置の至適凝集剤添加量となるとは限らないため、膜分離装置の被処理水としては過剰量の凝集剤が使用されることもある。

膜分離装置と凝集ろ過装置とでは、膜分離装置の方が孔径は小さい。このため、凝集剤の添加によって形成させる固形分（フロック）の大きさは、膜分離装置の方が小さくて済む。すなわち、被処理水に添加する凝集剤の注入量は、膜ろ過装置の方が少なくて済む。ところが、特許文献２に開示される従来技術では、凝集剤の注入量が多いメディアろ過装置に合わせた濃度となるように、膜分離装置の被処理水（原水）に凝集剤を添加していた。

膜分離装置にとっては、被処理水への凝集剤の過剰注入は、未凝集の凝集剤濃度の上昇による膜孔の目詰まりを促進するために、必要最小限の凝集剤注入量に抑制することが好ましい。また、処理コストを抑制するためにも、凝集剤注入量は必要最小限とすることが好ましい。

なお、特許文献１には、複合ろ過装置においてどのような凝集剤添加量とすべきかについては、何ら開示されていない。

浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を飲料水とするろ過設備であれば、処理水量が増加しても浸漬型膜分離装置の透過水量を増加させることによって、処理能力を維持することができる。また、浸漬型膜分離装置の濃縮水（原水から透過水を取り除いた残りの水）をメディアろ過装置によってろ過処理及び生物処理することができるため、原水を無駄にすることがない。

本発明は、浸漬型膜分離装置とメディアろ過装置とを併用して、同時に膜分離水とメディアろ過水とを得る複合型ろ過設備において、浸漬型膜分離装置とメディアろ過装置の双方にとって至適濃度となるように、浸漬型膜分離装置の被処理水（河川水、湖沼水等の原水）及びメディアろ過装置の被処理水（浸漬型膜分離装置の濃縮水）の双方にとって、最も適した濃度範囲となるように、凝集剤を分散して添加する運転方法の提供を目的とする。

本発明者等は、河川水、湖沼水等の原水（被処理水）を浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を処理水として供給する複合ろ過設備において、浸漬型膜分離装置及びメディアろ過装置の双方にとって至適となる凝集剤濃度を種々検討した結果、原水が一定範囲の低濁度であれば、浸漬型膜分離装置に供給する原水に凝集剤を特定濃度範囲となるように添加し、その後、メディアろ過装置の被処理水となる浸漬型膜分離装置の濃縮水に凝集剤を特定濃度範囲となるように添加すれば、凝集剤の使用量を必要最小限に抑えつつ、２種類の水処理装置にとって最適な凝集剤濃度を確保しうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、
被処理水を浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を処理水として供給する複合ろ過設備において、
浸漬型膜分離装置に供給する濁度1度以上15度以下の原水に対して0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤を添加し、メディアろ過装置に供給する前記濃縮水には0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤をさらに添加することを特徴とする、複合ろ過設備の運転方法に関する（請求項１）。

河川水、湖沼水等の原水（被処理水）を浸漬型膜分離装置とメディアろ過装置とを直列に配置し、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置の被処理水とする場合、前段の浸漬型膜分離装置では、原水（被処理水）に添加する凝集剤濃度は、浸漬型膜分離装置の分離膜として使用されるＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まりを防止する観点から、なるべく低濃度とすることが理想である。しかし、後段のメディアろ過装置では、処理水中への濁質漏洩を防止する観点から、被処理水中の凝集剤濃度は、低濃度であることは好ましくない。

このように、浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を飲料水等として供給する複合ろ過設備においては、２種類のろ過装置において至適な凝集剤濃度が異なる。しかし、本発明の運転方法では、原水の濁度が1度以上15度以下という低濁度で安定している場合、前段の浸漬型膜分離装置に被処理水として供給する原水中の凝集剤濃度を0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲とし、メディアろ過装置の被処理水である浸漬型膜分離装置の濃縮水には、0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤をさらに添加することにより、浸漬型膜分離装置に対してはＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まりを防止しつつ、システム全体の固形分除去効率を高めることができる。同時に、凝集剤の使用量を必要最低量に抑制することも可能となる。

ここで、浸漬型膜分離装置の濃縮水は、原水に添加した凝集剤がすべて消費された状態になっている。本発明では、この濃縮水をメディアろ過装置で処理するが、処理前に0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤をさらに添加する。すなわち、原水に添加した凝集剤と併せて0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように、浸漬型膜分離装置の濃縮水に凝集剤をさらに添加する。

前記浸漬型膜分離装置の分離膜は、ＭＦ膜又はＵＦ膜であることが好ましい（請求項２）。

また、前記浸漬型膜分離装置の分離膜は、中空糸膜であることが好ましい（請求項３）。平膜よりも目詰まりしにくいためである。

前記メディアろ過装置の濾過メディアは、中空状円柱、粒状又は球状であり、中空状円柱の場合には平均内径1mm以上10mm以下、粒状又は球状の場合には平均直径0.5mm以上1.5mm以下であることが好ましい（請求項４）。

本発明の複合ろ過設備の運転方法によれば、河川水、湖沼水等の原水（被処理水）が一定範囲内であれば、凝集剤の使用量を低減しつつ、浸漬型膜分離装置及びメディアろ過装置の双方に最適なろ過状態を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されない。

本発明の運転方法を実施するのに適した複合ろ過設備の一例を、図１に示す。図１に示すこの複合ろ過設備は、ろ過装置として浸漬型膜分離装置１１及びメディアろ過塔２２（メディアろ過装置）を備えており、これらに外部装置が接続されている。

浸漬型膜分離装置１１は膜分離槽１０内に設置されており、被処理水（例えば、淡水の原水）の水面下に浸漬されている。膜分離槽１０には原水タンク１及び混和槽５が接続されており、凝集剤を添加した後の原水が供給される。

次に、この複合ろ過設備における水処理方法について説明する。河川水、湖沼水等の淡水は、まず原水タンク１に貯水される。原水２は、ポンプ３によって経路４を経て混和槽５に給水されるが、このとき経路４に濁度計を設置し、原水２の濁度を測定する。濁度が1以上15以下の範囲内である場合には、混和槽５に0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤を添加する。そして、ミキサー６によって撹拌する。

凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウムや硫酸アルミニウム等のアルミ系凝集剤の他、塩化第二鉄や硫酸第二鉄等の鉄系凝集剤、ポリアクリルアミド等の有機高分子系凝集剤のいずれも使用可能であり、種類は特に限定されない。凝集剤は、水溶液として凝集剤タンク（図示せず）に貯蔵しておき、適宜必要量を混和槽５へと供給することが好ましい。

凝集剤添加後の原水７は、ポンプ８によって経路９を経て膜分離槽１０へと給水される。膜分離槽１０には浸漬型膜分離装置１１が設置されており、浸漬型膜分離装置１１の本体は、膜分離槽１０内の被処理水の水面下に位置している。

浸漬型膜分離装置１１は、ＭＦ膜又はＵＦ膜モジュールによって、膜分離槽内１１内の被処理水を膜分離し、透過水はポンプ１３によって経路１２を経て透過水タンク１４に透過水１５として貯水される。

膜分離槽１０では、浸漬型膜分離装置１１が懸濁物質を膜分離し、透過水を外部へと移動させるため、浸漬型膜分離装置１１外部の被処理水中の懸濁物質濃度が上昇する。懸濁物質濃度が上昇した原水１６は、経路１７を経て濃縮水タンク１８へと貯水される。

メディアろ過装置２２に給水される濃縮水１９は、懸濁物質濃度が原水２よりも高くなっている。しかし、凝集剤濃度は、固形分の凝集のために凝集剤の一部が既に消費されているので、原水中への添加濃度よりも低下している。また、メディアろ過装置２２の被処理水中に添加する凝集剤の至適濃度は、浸漬型膜分離装置よりも高い。このため、濃縮水タンク１８内の濃縮水１９には凝集剤をさらに添加する必要がある。そこで、濃縮水タンク１８内の濃縮水１９には、0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤を添加する。そして、ミキサー３４によって撹拌する。

本発明では、メディアろ過装置２２の被処理水である浸漬型膜分離装置１１の濃縮水中の凝集剤を測定し、メディアろ過装置２２の至適凝集剤濃度となるように、凝集剤を再度添加することにより、浸漬型膜分離装置１１及びメディアろ過装置２２の両方にとって至適な凝集剤濃度を維持する。その結果、凝集剤使用量を必要最低限に抑制しつつ、原水中の固形分を効率よく除去することが可能である。

凝集剤を添加した濃縮水１９は、ポンプ２０によって経路２１を経てメディアろ過装置２２（メディアろ過塔）へと給水される。

メディアろ過装置にはろ過媒体として砂、アンスラサイト、粒状活性炭、球状セラミック、中空ポリプロピレン等が充填されており、ろ過媒体は１種類でもよく、２種類以上であってもよい。各ろ過媒体の種類及び使用量は適宜調整することができる。なお、図１のメディアろ過装置２２では、第一ろ過媒体２３ａ、第二ろ過媒体２３ｂ、第三ろ過媒体２３ｃの３種類のろ過媒体が充填されている。

メディアろ過装置２２によって、濃縮水１９中の懸濁物質が除去される。懸濁物質が除去されたろ過水は、経路２５を経てろ過水タンク２６に貯水される。透過水タンク１４内に貯水されている透過水１５と、ろ過水タンク２６に貯水されているろ過水２７とは、混合して塩素消毒等の消毒を行った後、飲料水として利用することが可能である。

なお、膜分離槽１０の下部には浸漬型膜分離装置１１の膜面をエアスクラビング洗浄するための散気装置３２を設置するとともに、膜分離槽１０の外に散気装置３２に気体（空気等）を供給するブロア２８を設置し、ＭＦ膜の運転時（膜分離時）にエア経路２９から空気を吹き込み、スクラビングを行うことが好ましい。

また、メディアろ過装置２２のろ過媒体（２３ａ〜２３ｃ）は、ろ過水タンク２６内のろ過水２７を、逆洗ポンプ３０によって逆洗経路３１からメディアろ過装置２２へと給水することにより、定期的に逆洗浄することが好ましく、このときにメディアろ過装置２２の外に設置したブロア２４から、メディアろ過装置２２の下部に設置した散気装置３３を介して送り込む空気によってスクラビングを行うことが好ましい。

［実施例］
浸漬型膜分離装置（ＭＦ膜使用）及びメディアろ過塔（メディアろ過装置／No.1及びNo.2）を備えるろ過設備を用いて、原水（濁度：最低1.0度、最高15.0度、平均6.5度）に添加する凝集剤（物質名：硫酸アルミニウム）の注入量を変化させた。そして、浸漬型膜分離装置のＭＦ膜の膜間差圧と、浸漬型膜分離装置の透過水及びメディアろ過塔のろ過水の混合処理水の濁度変化を測定した。

ＭＦ膜の種類等は表１、原水流量等は表２に示す通りである。また、メディアろ過塔No.1及びNo.2の寸法等は、それぞれ表３及び表４に示す通りである。なお、メディアろ過塔No.1及びNo.2の被処理水流量は、それぞれ0.31m³/時である。

ここで、表２に示すドレン水量とは、メディアろ過塔に供給せず、系外に排出した水量で、オーバーフロー水量（３．１４m³/時）からメディアろ過塔No.1及びNo.2の被処理水量（0.31m³/時×2）を差し引いた値である。

まず、浸漬型膜分離装置において、原水中に対する硫酸アルミニウムの注入量（添加濃度）を変化させ、補正膜差圧上昇速度の変化を調べた。ここでいう補正膜差圧上昇速度とは、ある水温におけるＭＦ膜の前後の差圧上昇速度を、水温25℃における差圧上昇速度に補正した数値をいう。

また、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過塔に給水してろ過処理を行い、浸漬型膜分離装置の透過水と、メディアろ過塔のろ過水とを混合した処理水（図２下図の縦軸では、混合処理水と表示している。以下、混合処理水と呼ぶ）の濁度を測定した。その結果を、図２に示す。なお、横軸に表示されている凝集剤注入量とは、浸漬型膜分離装置に給水する原水中の凝集剤濃度を表している。

浸漬型膜分離装置においては、凝集剤である硫酸アルミニウムの注入量0.3mg/L以上0.55mg/L以下という濃度範囲で補正膜差圧上昇速度が極小となった。硫酸アルミニウムの注入量が0.55mg/Lを超えると補正膜差圧上昇速度が注入量に比例して増大した。

ここで、浸漬型膜分離装置の被処理水（原水）に注入された凝集剤は、濁質と反応して固形物（フロック）となり、浸漬型膜分離装置のＭＦ膜を透過せずに、メディアろ過装置に供給される濃縮水中に移行する。このため、メディアろ過装置の被処理水（濃縮水）には、浸漬型膜分離装置の被処理水（原水）中の凝集剤濃度以上となるように、さらに凝集剤を添加する。

図２下図より、メディアろ過装置の被処理水中の凝集剤濃度が0.4mg/L未満では、凝集剤を添加しても混合処理水の濁度はほとんど減少しないことが判明した。また、飲料水として好ましい濁度5度未満とするためには、凝集剤濃度を0.55mg/L以上とする必要があると判明した。

一方、凝集剤濃度が0.8mg/Lを超えると、混合処理水の濁度減少効果が小さくなった。このため、メディアろ過装置の被処理水には、0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤をさらに添加することが好ましいと判明した。

なお、上記実施の形態では、浸漬型膜分離装置１１は、メディアろ過装置２２とは異なる膜分離槽１０内に設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、浸漬型膜分離装置１１をメディアろ過装置２２内にろ過媒体よりも先に被処理水のろ過を行うように設置（例えば、下降流のメディアろ過装置であれば、ろ過媒体よりも上部に浸漬型膜分離装置１１を設置）することも可能である。

本発明の複合ろ過設備の運転方法は、膜分離処理及びメディアろ過を備える複合ろ過設備の運転方法として、飲料水製造等の水処理及び公衆衛生分野において有用である。

本発明の運転方法を実施するのに適した複合ろ過設備の一例を表す概念図である。上図は原水に対する凝集剤注入量と補正膜差圧上昇速度との関係を示すグラフであり、下図は原水に対する凝集剤注入量と混合処理水の濁度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：原水タンク
２：原水（河川水、湖沼水等）
３：原水ポンプ
４：経路
５：混和槽
６：攪拌機
７：凝集剤添加後の原水
８：ポンプ
９：経路
１０：膜分離槽
１１：浸漬型膜分離装置
１２：経路
１３：ポンプ
１４：透過水タンク
１５：透過水
１６：懸濁物質濃度が上昇した原水
１７：経路
１８：濃縮水タンク
１９：濃縮水
２０：ポンプ
２１：経路
２２：メディアろ過塔（メディアろ過装置）
２３ａ：第一ろ過媒体
２３ｂ：第二ろ過媒体
２３ｃ：第三ろ過媒体
２４：ブロア
２５：経路
２６：ろ過水タンク
２７：ろ過水
２８：ブロア
２９：エア経路
３０：逆洗ポンプ
３１：逆洗経路
３２，３３：散気装置

Claims

被処理水を浸漬型膜分離装置によって膜分離して膜透過水を得、浸漬型膜分離装置の濃縮水をメディアろ過装置によってろ過してろ過水を得、前記透過水及び前記ろ過水の両方を処理水として供給する複合ろ過設備において、
浸漬型膜分離装置に供給する濁度1度以上15度以下の原水に対して0.3mg/L以上0.55mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤を添加し、メディアろ過装置に供給する前記濃縮水には0.55mg/L以上0.8mg/L以下の濃度範囲となるように凝集剤をさらに添加することを特徴とする、複合ろ過設備の運転方法。
前記浸漬型膜分離装置の分離膜が精密ろ過膜又は限外ろ過膜である請求項１に記載の複合ろ過設備の運転方法。
前記浸漬型膜分離装置の分離膜が中空糸膜である請求項２に記載の複合ろ過設備の運転方法。
前記メディアろ過装置の濾過メディアが中空状円柱、粒状又は球状であり、中空状円柱の場合には平均内径1mm以上10mm以下、粒状又は球状の場合には平均直径0.5mm以上1.5mm以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合ろ過設備の運転方法。