JP2013154317A - セラミック膜の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸性の洗浄剤を用いてセラミック膜に対し薬品洗浄を実施した場合において、薬品洗浄後のろ過工程開始初期にファウリングが発生することを抑制すること。
【解決手段】洗浄液添加逆洗処理が完了すると、処理溶液タンク１７内のアルカリ溶液又は陰イオン溶液をセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に供給してセラミック膜モジュール５１のアルカリ処理又は陰イオン添加処理を実行する。具体的には、この処理では、処理溶液ポンプ１８を駆動させることによって、処理溶液注入バルブ１９を介して処理溶液タンク１７内のアルカリ溶液又は陰イオン溶液をセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に供給し、アルカリ溶液又は陰イオン溶液にセラミック膜モジュール５１を所定時間浸漬させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理、浄水処理等の水処理分野において用いられるセラミック膜の洗浄方法及び洗浄装置に関する。

従来より、水処理分野では、ろ過膜を用いた水処理装置が使用されている。この水処理装置では、長時間の運転によってファウリングが発生し、ろ過膜のろ過性能が低下するために、所定時間のろ過処理後に、ろ過膜の物理洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。しかしながら、ろ過膜の物理洗浄を実施してもファウリングは次第に進行するために、最終的には、ろ過膜に対し薬品洗浄を実施することになる。薬品洗浄は物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解又は溶解させて除去する方法であり、具体的には、薬品を含む水で逆流洗浄を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２７９４３１号公報

本発明の発明者らは、薬品として酸性の洗浄剤を用いてセラミック膜に対し薬品洗浄を実施した際、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが急激に発生することを知見した。

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、酸性の洗浄剤を用いてセラミック膜に対し薬品洗浄を実施した際、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生することを抑制可能なセラミック膜の洗浄方法及び洗浄装置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、本発明に係るセラミック膜の洗浄方法は、被処理水をろ過するセラミック膜の洗浄方法であって、酸性洗浄液を用いてセラミック膜を洗浄する洗浄ステップと、前記洗浄ステップ直後のセラミック膜にアルカリ溶液又は陰イオンを含有する陰イオン溶液を供給するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係るセラミック膜の洗浄方法は、上記発明において、前記アルカリ溶液が、前記セラミック膜の等電点以上のｐＨ値を有することを特徴とする。

本発明に係るセラミック膜の洗浄方法は、上記発明において、前記陰イオン溶液が、２価の陰イオンを含有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、本発明に係るセラミック膜の洗浄装置は、被処理水をろ過するセラミック膜の洗浄装置であって、酸性洗浄液を貯留する手段と、アルカリ溶液又は陰イオンを含有する陰イオン溶液を貯留する手段と、前記酸性洗浄液をセラミック膜に供給することによってセラミック膜を洗浄する手段と、前記洗浄直後の前記セラミック膜に前記アルカリ溶液又は陰イオン溶液を供給する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るセラミック膜の洗浄方法及び洗浄装置によれば、酸性の洗浄剤を用いてセラミック膜に対し薬品洗浄を実施した際、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態であるセラミック膜の洗浄装置が適用される水処理システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態である水処理システムの運転方法の流れを示すフローチャートである。 図３は、アルカリ処理に伴うセラミック膜表面の電荷の変化を説明するための概念図である。 図４は、陰イオン添加処理に伴うセラミック膜表面の電荷の変化を説明するための概念図である。 図５は、アルカリ溶液を供給した場合と供給しなかった場合とにおけるろ過処理時の膜差圧の変化を示す図である。

一般に、被処理水中に含まれる微粒子や微生物等のろ過対象物は負の電荷を有している。このため、本発明の発明者らは、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生する原因は、セラミック膜の等電点より低いｐＨ値を有する酸性の洗浄液によってセラミック膜の表面が正に帯電し、通常中性領域で行われるろ過処理開始時に負の電荷を有するろ過対象物が静電引力によって正に帯電しているセラミック膜に引き寄せられるためであると考えた。そして、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セラミック膜表面を負に帯電させる又はセラミック膜の正の電荷量を小さくすることによって、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生することを抑制するという技術思想を想到するに至った。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるセラミック膜の洗浄装置の構成及びその動作について説明する。

〔水処理システムの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるセラミック膜の洗浄装置が適用される水処理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セラミック膜の洗浄装置が適用される水処理システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるセラミック膜の洗浄装置が適用される水処理システム１００は、膜ろ過装置５を利用して原水中に含まれるろ過対象物質を膜分離して処理水を製造するものである。

この水処理システム１００は、原水タンク２、運転ポンプ３、膜入口バルブ４、膜ろ過装置５、膜出口バルブ６、逆洗水タンク入口バルブ７、逆洗水タンク８、逆洗バルブ１１、逆洗排水バルブ１２、洗浄液タンク１４、洗浄液注入ポンプ１５、洗浄液注入バルブ１６、処理溶液タンク１７、処理溶液注入ポンプ１８、処理溶液注入バルブ１９、及び薬品注入設備２８を備えている。

原水タンク２は、被処理水としての原水を貯留するものである。膜ろ過装置５には、原水タンク２内の原水を膜ろ過装置５へ供給する原水供給管３１が接続されている。原水供給管３１には、原水を圧送する運転ポンプ３と、膜ろ過装置５への原水の供給／停止を制御する膜入口バルブ４と、が設けられている。膜ろ過装置５は、内部にセラミック膜モジュール５１を有し、セラミック膜モジュール５１によって原水をろ過処理するものである。逆洗水タンク８には、膜ろ過装置５内のセラミック膜モジュール５１に連通し膜ろ過水を逆洗水タンク８に導く膜ろ過水供給管３２、逆洗水タンク８内の膜ろ過水を処理水として取り出す処理水管３３、及び逆洗水タンク８内の膜ろ過水を逆洗水として膜ろ過装置５に供給する逆洗水供給管３４が接続されている。逆洗水タンク８には、逆洗水タンク８内に圧縮空気や圧縮窒素等の高圧ガスを供給する高圧ガス供給バルブ１０ａと、逆洗水タンク８内の高圧ガスを放出する放圧バルブ１０ｂとが設けられている。

膜ろ過水供給管３２には、膜出口バルブ６と逆洗水タンク入口バルブ７とが設けられている。逆洗水供給管３４は、膜出口バルブ６と逆洗水タンク入口バルブ７との間の膜ろ過水供給管３２に接続されている。洗浄液タンク１４は、硫酸、硝酸、塩酸等の酸性洗浄液を貯留するものである。処理溶液タンク１７は、アルカリ溶液又は陰イオン溶液を貯留するものである。アルカリ溶液としては、セラミック膜モジュール５１の等電点（ｐＨ６〜８．０）より大きいｐＨ値を有するアルカリ溶液を用いる。陰イオン溶液としては、特に限定されないが、Ｎａ_２ＳＯ_４溶液等の２価の陰イオンを含む陰イオン水溶液を用いることが望ましい。

逆洗水タンク８には、洗浄液タンク１４から導かれた洗浄液注入管３６と、処理溶液タンク１７から導かれた処理溶液注入管３７とが接続されている。洗浄液注入管３６には、酸性洗浄液を圧送する洗浄液注入ポンプ１５と、酸性洗浄液の供給／停止を制御する洗浄液注入バルブ１６と、が設けられている。処理溶液注入管３７には、アルカリ溶液又は陰イオン溶液を圧送する処理溶液注入ポンプ１８と、アルカリ溶液又は陰イオン溶液の供給／停止を制御する処理溶液注入バルブ１９と、が設けられている。

膜ろ過装置５には、逆洗排水を排出するための逆洗排水管３５が接続されている。逆洗排水管３５の管路は、薬品排水処理タンク２４から導かれた薬品排水処理管３９に接続されている。薬品排水処理管３９には、逆洗排水の供給／停止を制御する薬品洗浄排水バルブ２３が設けられている。薬品注入設備２８は、薬品タンク４０、４１を有している。薬品排水処理タンク２４には、薬品タンク４０内の薬品を供給する薬品供給管４２と、薬品タンク４１内の薬品を供給する薬品供給管４３とが接続されている。薬品供給管４２には、薬品タンク４０内の薬品を圧送する薬品供給ポンプ４４と、薬品タンク４０内の薬品の供給／停止を制御する薬品供給バルブ４５と、が設けられている。薬品供給管４３には、薬品タンク４１内の薬品を圧送する薬品供給ポンプ４６と、薬品タンク４１内の薬品の供給／停止を制御する薬品供給バルブ４７と、が設けられている。

薬品排水処理タンク２４内は攪拌機２６によって攪拌され、ｐＨ計・ＯＲＰ計２７によって薬品排水処理タンク２４内のｐＨや酸化還元電位が計測される。セラミック膜モジュール５１の一次側より排出される薬品洗浄排水は、薬品洗浄排水バルブ２３を介して薬品排水処理タンク２４へ供給され、ｐＨ及び酸化還元電位が所定の範囲になるよう薬品処理が施され排水として排出される。

〔水処理システムの運転方法〕
次に、図２を参照して、水処理システム１００の運転方法について説明する。図２は、本発明の一実施形態である水処理システムの運転方法の流れを示すフローチャートである。

図２に示すように、この水処理システム１００を用いて原水を処理する際には、始めに、膜ろ過装置５内のセラミック膜モジュール５１の一次側から原水を通水し膜ろ過処理を行って膜ろ過水を生成する膜ろ過処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、膜ろ過処理では、始めに、膜入口バルブ４、膜出口バルブ６、及び逆洗タンク入口バルブ７を開き、運転ポンプ３を駆動させることによって、膜入口バルブ４を介して原水タンク２内の原水をセラミック膜モジュール５１の一次側に通水する。次に、膜出口バルブ６及び逆洗タンク入口バルブ７を介して膜ろ過装置５によって膜ろ過された処理水を逆洗水タンク８に貯留する。逆洗水タンク８に貯留された膜ろ過水は、処理水管３３を介して処理水として次の工程に送られる。

膜ろ過処理を所定時間実行すると、次に、セラミック膜モジュール５１の二次側から膜ろ過水を通水してセラミック膜モジュール５１の逆流洗浄を行う（ステップＳ２）。具体的には、逆流洗浄処理では、膜入口バルブ４、逆洗タンク入口バルブ７、及び放圧バルブ１０ｂを閉じ、膜出口バルブ６、逆洗バルブ１１、及び逆洗排水バルブ１２を開き、高圧ガス供給バルブ１０ａから逆洗水タンク８内に高圧ガスを供給することによって、膜ろ過水及びセラミック膜モジュール５１に逆圧をかける。これにより、逆洗水タンク８内の膜ろ過水の一部が、セラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に通流し、逆洗排水バルブ１２を介してセラミック膜モジュール５１の一次側より排出される。

逆洗洗浄処理が完了すると、次に、膜ろ過処理と逆洗洗浄処理との繰り返し回数が所定回数に達したか否かを判別する（ステップＳ３）。そして、繰り返し回数が所定回数に達していない場合、再び膜ろ過処理（ステップＳ１）を実行する。一方、繰り返し回数が所定回数に達した場合には、以下の洗浄液添加逆洗処理（ステップＳ４）を実行する。

洗浄液添加逆洗処理では、膜ろ過水に酸性洗浄液を添加してセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に通水してセラミック膜モジュール５１の逆流洗浄を行う。具体的には、洗浄液添加逆洗処理では、洗浄液ポンプ１５を駆動させることによって、洗浄液注入バルブ１６を介して洗浄液タンク１４内の酸性洗浄液を逆洗水タンク８内の膜ろ過水に添加し、酸性洗浄液が添加された膜ろ過水をセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に通水し、酸性洗浄液にセラミック膜モジュール５１を所定時間浸漬させる。そして、酸性洗浄液にセラミック膜モジュール５１を所定時間浸漬させた後、逆洗排水バルブ１２及び薬品洗浄排水バルブ２３を開き、セラミック膜モジュール５１のリンスとして、逆洗水タンク８の膜ろ過水を用いた逆洗洗浄を実施し、セラミック膜モジュール５１内の酸性洗浄液を排水処理タンク２４に排出する。排水処理タンク２４内に排出された酸性洗浄液は、薬品排水処理設備２８により中和された後に排水される。

洗浄液添加逆洗処理が完了すると、次に、処理溶液タンク１７内のアルカリ溶液又は陰イオン溶液を逆洗水タンク８内の膜ろ過水に添加し、アルカリ溶液又は陰イオン溶液が添加された膜ろ過水をセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に供給してセラミック膜モジュール５１のアルカリ処理又は陰イオン添加処理を実行する（ステップＳ５）。具体的には、この処理では、処理溶液ポンプ１８を駆動させることによって、処理溶液注入バルブ１９を介して処理溶液タンク１７内のアルカリ溶液又は陰イオン溶液を逆洗水タンク８内の膜ろ過水に添加し、アルカリ溶液又は陰イオン溶液が添加された膜ろ過水をセラミック膜モジュール５１の二次側から一次側に供給し、アルカリ溶液又は陰イオン溶液にセラミック膜モジュール５１を所定時間浸漬させる。そして、アルカリ溶液又は陰イオン溶液にセラミック膜モジュール５１を所定時間浸漬させた後、逆洗排水バルブ１２及び薬品洗浄排水バルブ２３を開き、セラミック膜モジュール５１のリンスとして、逆洗水タンク８の膜ろ過水を用いた逆洗洗浄を実施し、セラミック膜モジュール５１内のアルカリ溶液又は陰イオン溶液を排水処理タンク２４に排出する。排水処理タンク２４内に排出されたアルカリ溶液又は陰イオン溶液は、薬品排水処理設備２８により中和された後、排水として排水される。この処理が完了すると、水処理は再び膜ろ過処理に戻る。

既述の通り、アルカリ溶液はセラミック膜モジュール５１の等電点より大きいｐＨ値を有している。このため、図３に示すように、アルカリ溶液にセラミック膜モジュール５１を浸漬させた場合、セラミック膜モジュール５１の表面の正の電荷は負の電荷になる。同様に、図４に示すように、陰イオン溶液にセラミック膜モジュール５１を浸漬させた場合にも、セラミック膜モジュール５１の表面終端部に陰イオンが結合することによって、セラミック膜モジュール５１の表面が負に帯電する又はセラミック膜モジュール５１の正の電荷量が減少する。このため、アルカリ処理又は陰イオン添加処理の処理が完了した後に膜ろ過処理を実行したとしても、セラミック膜モジュール５１表面が負に帯電する又はセラミック膜モジュール５１表面の正の電荷量が小さくなっているので、通常中性領域で行われるろ過処理開始時に負の電荷を有するろ過対象物が静電引力によってセラミック膜に引き寄せられることがなく、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生することを抑制できる。

〔実施例〕
本実施例では、酸性洗浄液を用いてセラミック膜モジュールを洗浄した直後にセラミック膜モジュールにアルカリ溶液（次亜塩素酸ナトリウム）を供給した場合と供給しなかった場合とについて、ろ過処理時の膜差圧（ＴＭＰ）の変化を評価した。図５は、アルカリ溶液を供給した場合と供給しなかった場合とにおけるろ過処理後の膜差圧の変化を示す図である。図５に示すように、アルカリ溶液を供給しなかった場合、ろ過処理開始直後に膜差圧が急激に上昇したのに対し、アルカリ溶液を供給した場合には、ろ過処理開始直後に膜差圧が急激に上昇しなかった。このことから、酸性洗浄液を用いてセラミック膜を洗浄した直後にセラミック膜にアルカリ溶液を供給することによって、薬品洗浄後のろ過処理開始時にファウリングが発生することを抑制できることが確認できた。

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及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、原水を全てろ過するデッドエンドろ過方式（全量ろ過方式）によって原水を処理したが、ろ過膜面に対し平行流で原水を循環させるクロスフローろ過方式（循環ろ過方式）によって原水を処理してもよい。具体的には、膜ろ過装置５によって膜ろ過された処理水の一部を逆洗水タンク８に貯留し、図示しない循環経路を介して残部を原水タンク２に返送してもよい。また、本実施形態では、酸性洗浄液やアルカリ溶液又は陰イオン溶液をセラミック膜モジュール５１に供給して所定時間（数分〜１時間程度）保持するＣＥＢ（Chemical Enhanced Back wash）方式（薬品添加逆洗方式）でセラミック膜モジュール５１を洗浄したが、所定濃度に調製した薬液をセラミック膜ジュール５１に供給、循環した後に一晩程度静置するＣＩＰ（Clean In Place）方式（定置洗浄方式）でセラミック膜モジュール５１を洗浄してもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

２ 原水タンク
３ 運転ポンプ
４ 膜入口バルブ
５ 膜ろ過装置
６ 膜出口バルブ
７ 逆洗タンク入口バルブ
８ 逆洗タンク
１０ａ 高圧ガス供給バルブ
１０ｂ 放圧バルブ
１１ 逆洗バルブ
１２ 逆洗排水バルブ
１４ 洗浄液タンク
１５ 洗浄液注入ポンプ
１６ 洗浄液注入バルブ
１７ 処理溶液タンク
１８ 処理溶液注入ポンプ
１９ 処理溶液注入バルブ
５１ セラミック膜モジュール
１００ 水処理システム

Claims (4)

1. 被処理水をろ過するセラミック膜の洗浄方法であって、
   酸性洗浄液を用いてセラミック膜を洗浄する洗浄ステップと、
   前記洗浄ステップ直後のセラミック膜にアルカリ溶液又は陰イオンを含有する陰イオン溶液を供給するステップと、
   を含むことを特徴とするセラミック膜の洗浄方法。
2. 前記アルカリ溶液は、前記セラミック膜の等電点以上のｐＨ値を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック膜の洗浄方法。
3. 前記陰イオン溶液は、２価の陰イオンを含有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック膜の洗浄方法。
4. 被処理水をろ過するセラミック膜の洗浄装置であって、
   酸性洗浄液を貯留する手段と、
   アルカリ溶液又は陰イオンを含有する陰イオン溶液を貯留する手段と、
   前記酸性洗浄液をセラミック膜に供給することによってセラミック膜を洗浄する手段と、
   前記洗浄直後の前記セラミック膜に前記アルカリ溶液又は陰イオン溶液を供給する手段と、
   を備えることを特徴とするセラミック膜の洗浄装置。

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