JP2013075291A - 膜ろ過システムおよびその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うこと。
【解決手段】膜ろ過システムは、１台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムにおいて、逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出するブロワ１０と、ブロワ１０による処理後の分離膜モジュールの一次側に水張り用水タンク１４内に貯留されている水張り用水を供給する水張り用ポンプ１５と、を備えている。これにより、逆洗処理を行わない分離膜モジュールによる膜ろ過を継続することができるので、稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムおよびその運転制御方法に関するものである。

一般に、膜ろ過装置を構成する分離膜の原水側（一次側）の表面には、ろ過によって分離された物質が蓄積していくために、ろ過時間の経過に伴いろ過抵抗が増加する。このため、膜ろ過装置を用いてろ過を行う場合には、定期的に又は必要なタイミングで、原水側の膜表面に形成されたケーキ層を膜表面から剥離し、ケーキ層を膜ろ過装置外部に排出する逆洗処理を行う必要がある。ここで、剥離したケーキ層を膜ろ過装置外部に短時間に確実に排出するためには、分離膜の原水側に空気を供給することによって分離膜の原水側に残っている汚水を排出するエア供給処理と、エア供給処理後の分離膜の原水側に水張り用水を供給することによって分離膜の原水側にある空気を排出する水張り処理とを行う必要がある。

なお、逆洗処理の方法には、大きく分けて、水や気体を使用する通常逆洗方法と薬品を使用する薬品逆洗方法とがある。通常逆洗方法は、（１）分離膜への原水供給を停止するステップと、（２）分離膜表面からケーキ層を剥離するステップと、（３）剥離したケーキ層を膜ろ過装置外部に排出するステップと、を含む。また、薬品洗浄方法は、（１）分離膜の原水側に薬品を投入して分離膜を薬品に浸漬させるステップと、（２）分離膜表面からケーキ層を剥離するステップと、（３）剥離したケーキ層を膜ろ過装置外部に排出するステップと、を含む。どちらの方法においても、ステップ（１）の処理を行う前に分離膜表面からケーキ層を剥離して膜ろ過装置外部に排出する場合もある。

また、分離膜表面からケーキ層を剥離する方法としては、例えば分離膜のろ過側（二次側）から原水側に向けて液体や気体を流したり、分離膜の原水側に気体を導入することによって発生する剪断応力などを利用したりする方法がある（特許文献１参照）。より詳しくは、分離膜表面からケーキ層を剥離する方法としては、ろ過水を貯留したタンクから逆洗処理専用のポンプを用いて分離膜にろ過水を透過させるポンプ方式の方法や、ろ過水の一部を加圧タンクに導入して圧縮空気などによって加圧し、分離膜にろ過水を逆流させる空気加圧方式の方法などがある。

特開２００６−２７２１３６号公報

ところで、近年、図２に示すような１台以上の処理対象水ポンプ（原水ポンプや膜ろ過ポンプともいう）１３ａ，１３ｂを利用して複数の分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃに処理対象水（原水）を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムが提供されている。しかしながら、このような膜ろ過システムにおいて逆洗処理後に水張り処理を行う際には、以下に示すような問題が発生する。すなわち、この膜ろ過システムでは、分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ間で共通の処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂを使用しているために、水張り処理を行う分離膜モジュールの数が１つだけである場合であっても、水張り処理を行わない分離膜モジュールへの処理対象水の供給を停止しなければならない。具体的には、分離膜モジュール１ｃについて水張り処理を行う場合、分離膜モジュール１ａ，１ｂの供給管側に設けられている開閉弁４ａ，４ｂおよび開閉弁４ｃをそれぞれ閉状態及び開状態とし、処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂから分離膜モジュール１ｃの一次側に処理対象水を供給する水張り処理を行う。

このため、この膜ろ過システムにおいて分離膜モジュールの水張り処理を行う際には、水張り処理を行っていない分離膜モジュールにおいて膜ろ過を継続することができない時間が生じるために、膜ろ過システム全体の稼働率が低下してしまう。具体的には、前述の例では、分離膜モジュール１ｃの水張り処理を行っている間は、分離膜モジュール１ａ，１ｂにおいて膜ろ過を行うことができないために、膜ろ過システム全体の稼働率が低下してしまう。また、膜ろ過システムの稼働率の低下は、膜差圧の上昇を抑制するために逆洗処理を行う時間間隔を短くした場合により顕著になる。例えば６つの分離膜モジュールからなる膜ろ過システムにおいて、１つの分離膜モジュールが逆洗処理を行うために原水ポンプを３分間停止する場合、膜ろ過システム全体の稼働率は逆洗間隔６時間では９５％であるのに対して、逆洗間隔２時間では８５％まで低下する。このような問題は、処理対象水の水質がよい場合は逆洗間隔が長いため顕著にならないが、処理対象水の水質が悪い場合には逆洗間隔が短くなるために顕著になる。このような背景から、稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うことが可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うことが可能な膜ろ過システムおよびその運転制御方法を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る膜ろ過システムは、１台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムにおいて、前記処理対象水を分離膜モジュールの一次側に供給する第１の配水経路と、水張り用水を分離膜モジュールの一次側に供給する第２の配水経路と、逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、該分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出する排水手段と、前記第２の配水経路を利用して前記排水手段による処理後の分離膜モジュールの一次側に前記水張り用水を供給する水張り用ポンプと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る膜ろ過システムは、上記発明において、分離膜モジュールの逆洗処理を行う際、１台以上のポンプから複数の分離膜モジュールに供給する処理対象水の量を、逆洗処理を行う分離膜モジュールに供給していた処理対象水の量だけ減少させる制御装置を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る膜ろ過システムは、上記発明において、前記水張り用水を貯留する水張り用水タンクを備え、前記水張り用ポンプは、前記水張り用水タンク内に貯留されている水張り用水を逆洗処理後の分離膜モジュールの一次側に供給することを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る膜ろ過システムの運転制御方法は、１台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムの運転制御方法において、逆洗処理を行う分離膜モジュールへの前記処理対象水の供給を停止し、該分離膜モジュールの逆洗処理を実行する逆洗処理ステップと、逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、該分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出するエア供給ステップと、前記処理対象水の配水経路とは異なる配水経路を利用して前記エア供給ステップ後の分離膜モジュールの一次側に水張り用水を供給する水張り用水供給ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る膜ろ過システムの運転制御方法は、上記発明において、分離膜モジュールの逆洗処理を行う際、１台以上のポンプから複数の分離膜モジュールに供給する処理対象水の量を、逆洗処理を行う分離膜モジュールに供給していた処理対象水の量だけ減少させるステップを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る膜ろ過システムの運転制御方法は、上記発明において、逆洗処理後の分離膜モジュールの一次側に水張り用水を供給する前に、分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る膜ろ過システムおよびその運転制御方法によれば、稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態である膜ろ過システムの構成を示す模式図である。 図２は、従来の膜ろ過システムの問題点を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である膜ろ過システムの構成およびその運転制御方法について説明する。

〔膜ろ過システムの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である膜ろ過システムの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である膜ろ過システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である膜ろ過システムは、分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃを備えている。

分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃは、処理対象水をろ過するための分離膜を内蔵するケーシングによって構成されている。分離膜としては、膜孔径がＭＦ（精密ろ過）膜やＵＦ（限外ろ過）膜、膜材質が無機膜（セラミック、金属など）や有機膜（ＰＶｄＦ、ＰＶＣ、ＰＥＳ、ＰＳ、塩素化ポリエチレン、テフロン（登録商標）など）、膜形状がモノリス膜や中空糸膜や平膜や管状膜など、膜ろ過方式がクロスフローろ過やデットエンドろ過など、膜タイプが内圧式や外圧式などを例示することができる。なお、分離膜モジュールとして、２つ以上の分離膜を直列や並列に配列したものを用いてもよい。また、分離膜は、縦置き、横置き、および斜め置きのいずれの配置方法で配置してもよい。

分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの底面には供給管２ａ，２ｂ，２ｃと排水管３ａ，３ｂ，３ｃとが接続されている。供給管２ａ，２ｂ，２ｃにはそれぞれ、開閉弁４ａ，４ｂ，４ｃが設けられている。開閉弁４ａ，４ｂ，４ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、供給管２ａ，２ｂ，２ｃを介した分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃへの処理対象水の供給／供給停止を制御する。排水管３ａ，３ｂ，３ｃにはそれぞれ、開閉弁５ａ，５ｂ，５ｃが設けられている。開閉弁５ａ，５ｂ，５ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、排水管５ａ，５ｂ，５ｃを介した分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの一次側からの排水／排水停止を制御する。

分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの上面には排気管６ａ，６ｂ，６ｃとエア供給管７ａ，７ｂ，７ｃとが接続されている。排気管６ａ，６ｂ，６ｃにはそれぞれ、開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃが設けられている。開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、排気管６ａ，６ｂ，６ｃを介した分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの一次側からの排出／排出停止を制御する。エア供給管７ａ，７ｂ，７ｃにはそれぞれ、開閉弁９ａ，９ｂ，９ｃが設けられている。開閉弁９ａ，９ｂ，９ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、エア供給管７ａ，７ｂ，７ｃを介した分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの一次側へのブロワ１０からの空気の供給／供給停止を制御する。

分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの二次側には、ろ過水を排出する配管１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続されている。配管１１ａ，１１ｂ，１１ｃにはそれぞれ、開閉弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。開閉弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、配管１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介した分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの二次側からのろ過水の排出／排出停止を制御する。

供給管２ａ，２ｂ，２ｃには処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂが接続されている。処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂは、分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃに処理対象水を供給するものである。処理対象水としては、上水（河川水、湖沼水、井戸水、地下水、伏流水など）や活性汚泥法（標準法、硝化液循環法、嫌気・好気法、嫌気・好気・無酸素法、硝化内生脱窒法やこれらを多段化した方法など）などの生物処理により排水（下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、し尿、農業排水、畜産排水、養殖排水など）を処理する場合の活性汚泥などやそれらの排水の生物処理水（例えば下水二次処理水など）、バラスト水や海水淡水化（汽水域を含む）などを例示することができる。

本発明の一実施形態である膜ろ過システムは、水張り用水タンク１４を備えている。水張り用水タンク１４は、処理対象水又は分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃによってろ過された処理水（ろ過水）の一部を水張り用水として貯留するものである。なお、水張り用タンク５は膜ろ過水槽を兼ねてもよい。また、逆洗処理後の分離膜モジュールの一次側に供給する水は、処理対象水でも構わない。この場合、水張り用タンク１４は、原水槽や活性汚泥処理槽を使用することができる。また、供給管２ａ，２ｂ，２ｃを流れる処理対象水の水量に十分余裕がある場合には、水張り用水タンク１４を設けずに供給管２ａ，２ｂ，２ｃから分岐した処理対象水を利用しても良い。

水張り用ポンプ１５は、水張り用水タンク１４内に貯留されている水張り用水を分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの一次側に供給するものである。水張り用ポンプ１５は、分離膜モジュール毎に１つであっても、幾つかの分離膜モジュールに対し１つであってもよい。また、水張り用ポンプ１５を水張り用単独として用いるだけではなく、逆洗水槽への水張り用や薬品洗浄水を作成するときに使用するポンプなどと共通利用してもよい。

本発明の一実施形態である膜ろ過システムは、開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを備えている。開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃはそれぞれ、分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃと水張り用水タンク１４とを繋ぐ配管１７ａ，１７ｂ，１７ｃに設けられている。開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、制御装置２０によって開状態と閉状態との間で切り替えられることによって、水張り用水タンク１４から分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃの一次側への水張り用水の供給／供給停止を制御する。

〔膜ろ過システムの運転制御方法〕
次に、上記膜ろ過システムを利用した膜ろ過方法および逆洗処理方法について説明する。

始めに、上記膜ろ過システムを利用した膜ろ過方法について説明する。上記膜ろ過システムを利用して膜ろ過を行う際には、始めに、制御装置２０が、開閉弁４ａ，４ｂ，４ｃ、開閉弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、開閉弁５ａ，５ｂ，５ｃ、開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ、開閉弁９ａ，９ｂ，９ｃ、および開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ開状態、開状態、閉状態、閉状態、閉状態、および閉状態に制御する。次に、制御装置２０は、処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂを駆動させることによって分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃに処理対象水を供給する。この一連の動作によって、処理対象水は、分離膜モジュール１ａ，１ｂ，１ｃにおいて膜ろ過され、配管１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介してろ過水として回収される。

次に、上記膜ろ過システムを利用した逆洗処理方法について説明する。なお、以下では、上述の膜ろ過を行っている状態から分離膜モジュール１ｃの逆洗処理を行う場合を一例として説明する。上述の膜ろ過を行っている状態から分離膜モジュール１ｃの逆洗処理を行う際には、始めに、制御装置２０が、開閉弁４ｃを開状態から閉状態に切り替える。これにより、分離膜モジュール１ａ，１ｂには処理対象水が供給されているが、分離膜モジュール１ｃには処理対象水が供給されていない状態になる。

換言すれば、分離膜モジュール１ａ，１ｂを利用した膜ろ過は継続されるが、分離膜モジュール１ｃを利用した膜ろ過は停止する。なお、この際、開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃは閉じられた状態にある。なお、分離膜モジュール１ｃへの処理対象水の供給量を急激に減少させると、分離膜モジュール１ｃがウォーターハンマーによるダメージを受けるため、開閉弁４ｃを閉状態にする速度を遅くしたり、処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂの水量を一時的に停止又は低下させたりする必要が生じる場合もある。

次に、制御装置２０は、図示しない逆洗水槽から分離膜モジュール１ｃに通じる開閉弁および開閉弁５ｃを閉状態から開状態に切り替え、分離膜モジュール１ｃの二次側から一次側に液体を流すことによって分離膜モジュール１ｃの逆洗処理を行う。逆洗処理が終了すると、制御装置２０は、開閉弁９ｃを閉状態から開状態として、ブロワ１０の空気を分離膜モジュール１ｃの一次側に供給することによって、分離膜モジュール１ｃの一次側に残存している汚水を配管３ｃから排出する。これにより、分離膜モジュール１ｃの一次側に残存している汚水を短時間で排出することができる。なお、ブロワ１０の代わりにコンプレッサーと圧縮空気を貯める空気槽を用いてもよい。

次に、制御装置２０は、開閉弁９ｃおよび開閉弁５ｃを開状態から閉状態とし、開閉弁１６ｃおよび開閉弁８ｃを閉状態から開状態として、水張り用ポンプ１５を駆動して水張り用水タンク１４内に貯留されている水張り用水を分離膜モジュール１ｃの一次側に供給する。これにより、分離膜モジュール１ｃの一次側に残存している空気を排気管６ｃから排出することができる。そして、制御装置２０は、分離膜モジュール１ｃの一次側に残存している空気が全て排出され、分離膜モジュール１ｃの一次側が水張り用水で満たされたタイミングで開閉弁１６ｃおよび開閉弁８ｃを開状態から閉状態に制御する。この一連の動作によって、分離膜モジュール１ｃは逆洗処理、エア供給処理、および水張り処理によって停止していた膜ろ過を再開できる状態になる。制御装置２０は、他の分離膜モジュールの逆洗処理を行う際も同様の制御を行う。なお、分離膜モジュール１ｃの二次側にも気体が残留する場合には、開閉弁８ｃを閉状態にした後、水張り用ポンプ１５を駆動し続けて水張り用水タンク１４内に貯留されている水張り用水により分離膜モジュール１ｃの二次側の気体を排出した後、水張り用ポンプ１５を停止するように制御してもよい。

なお、制御装置２０は、一部の分離膜モジュールが逆洗処理を行っている際の処理対象水ポンプ１３ａ，１３ｂの送水量を、全ての分離膜モジュールが膜ろ過を行っている際の送水量、逆洗処理を行っている分離膜モジュールに供給する送水量分だけ減少させた送水量、または両者の間の送水量に制御してもよい。特に、逆洗処理を行っている分離膜モジュールに供給する送水量分だけ送水量を減少させた場合、膜ろ過流束が低くなることによって膜閉塞が発生しにくくなるので、膜ろ過システムを安定的に運転させることが可能になる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である膜ろ過システムは、逆洗処理後の分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出するブロワ１０と、ブロワ１０による処理後の分離膜モジュールの一次側に水張り用水タンク１４内の水張り用水を供給する水張り用ポンプ１５を備えている。これにより、逆洗処理を行わない分離膜モジュールにおいて膜ろ過を継続することができるので、稼働率を低下させることなく分離膜モジュールの逆洗処理を行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

１ａ〜１ｃ 分離膜モジュール
２ａ〜２ｃ 供給管
３ａ〜３ｃ 排水管
４ａ〜４ｃ，５ａ〜５ｃ，８ａ〜８ｃ，９ａ〜９ｃ，１２ａ〜１２ｃ，１６ａ〜１６ｃ 開閉弁
６ａ〜６ｃ 排気管
７ａ〜７ｃ エア供給管
１０ ブロワ
１１ａ〜１１ｃ，１７ａ〜１７ｃ 配管
１３ａ，１３ｂ 処理対象水ポンプ
１４ 水張り用水タンク
１５ 水張り用ポンプ
２０ 制御装置

Claims (5)

1. １台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムにおいて、
   前記処理対象水を分離膜モジュールの一次側に供給する第１の配水経路と、
   水張り用水を分離膜モジュールの一次側に供給する第２の配水経路と、
   逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、該分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出する排水手段と、
   前記第２の配水経路を利用して前記排水手段による処理後の分離膜モジュールの一次側に前記水張り用水を供給する水張り用ポンプと、
   を備えることを特徴とする膜ろ過システム。
2. 分離膜モジュールの逆洗処理を行う際、１台以上のポンプから複数の分離膜モジュールに供給する処理対象水の量を、逆洗処理を行う分離膜モジュールに供給していた処理対象水の量だけ減少させる制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過システム。
3. 前記水張り用水を貯留する水張り用水タンクを備え、前記水張り用ポンプは、前記水張り用水タンク内に貯留されている水張り用水を分離膜モジュールの一次側に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の膜ろ過システム。
4. １台以上のポンプを利用して複数の分離膜モジュールに処理対象水を供給することによって処理対象水を膜ろ過する膜ろ過システムの運転制御方法において、
   逆洗処理を行う分離膜モジュールへの前記処理対象水の供給を停止し、該分離膜モジュールの逆洗処理を実行する逆洗処理ステップと、
   逆洗処理を行った分離膜モジュールの一次側に空気を供給し、該分離膜モジュールの一次側に残存する液体を空気により排出するエア供給ステップと、
   前記処理対象水の配水経路とは異なる配水経路を利用して前記エア供給ステップ後の分離膜モジュールの一次側に水張り用水を供給する水張り用水供給ステップと、
   を含むことを特徴とする膜ろ過システムの運転制御方法。
5. 前記逆洗処理ステップを行う際、１台以上のポンプから複数の分離膜モジュールに供給する処理対象水の量を、逆洗処理を行う分離膜モジュールに供給していた処理対象水の量だけ減少させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の膜ろ過システムの運転制御方法。

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