JP2015155076A - Separation film module cleaning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分離膜モジュールを長期間にわたって安定に運転するための分離膜モジュールを効果的に洗浄する方法に関する。 The present invention relates to a method for effectively cleaning a separation membrane module for stably operating the separation membrane module for a long period of time.
膜分離法は、省エネルギー・省スペースで、膜ろ過水の水質が優れていることに加え、運転維持管理が容易であること等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜については、河川水や地下水や下水処理水から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理への適用、下水や工場排水の再利用逆浸透膜処理工程における前処理への適用が挙げられる。 The membrane separation method has features such as energy saving, space saving, excellent quality of membrane filtrate water, and easy operation and maintenance, so it is widely used in various fields. . For example, microfiltration membranes and ultrafiltration membranes can be applied to water purification processes that produce industrial water and tap water from river water, groundwater and sewage treated water, and to pretreatment in seawater desalination reverse osmosis membrane treatment processes. Application and application to pretreatment in the reverse osmosis membrane treatment process of sewage and industrial wastewater.
原水を膜ろ過するにあたって、原水中の水分は分離膜を介して膜ろ過水として取り出され、不純物は分離膜表面上や分離膜の多孔質部内に残されるために、分離膜の目詰まりや分離膜間の流路閉塞が進行して、膜ろ過水量の低下あるいは膜ろ過差圧の上昇が問題となってくる。 When the raw water is subjected to membrane filtration, the water in the raw water is taken out as membrane filtered water through the separation membrane, and impurities are left on the surface of the separation membrane or in the porous part of the separation membrane. The blockage of the flow path between the membranes proceeds, and a decrease in the amount of membrane filtration water or an increase in the membrane filtration differential pressure becomes a problem.
そこで、定期的に分離膜の膜ろ過水側から原水側へ膜ろ過水を逆流させることによって分離膜表面に蓄積した不純物層を剥離、除去したり(以下、「逆洗」と称す)、分離膜モジュール下部から連続的、あるいは間欠的に気泡を導入させることによって分離膜を揺動させたり、気泡によるせん断力により分離膜表面や分離膜間の流路に蓄積した不純物を剥離、除去したり(以下、「空洗」または「気体洗浄」と称す)、分離膜モジュール内の原水を、前記逆洗や空洗によって分離膜表面から剥離、除去された不純物とともに排出したり(以下、「ドレン」と称す)する物理洗浄を実施している(例えば特許文献1、2、3参照)。
Therefore, the impurity layer accumulated on the surface of the separation membrane is peeled off and removed by periodically flowing back the membrane filtration water from the membrane filtration water side to the raw water side of the separation membrane (hereinafter referred to as “backwashing”) or separation. The separation membrane is swung by introducing bubbles from the bottom of the membrane module continuously or intermittently, and the impurities accumulated on the separation membrane surface and the flow path between the separation membranes are peeled off and removed by the shearing force of the bubbles. (Hereinafter referred to as “air washing” or “gas washing”), the raw water in the separation membrane module is discharged together with impurities removed and removed from the surface of the separation membrane by the back washing or air washing (hereinafter referred to as “drain”). (Refer to
さらに洗浄効果を高めるため、例えば逆洗水に酸溶液、アルカリ溶液、酸化剤水溶液や洗浄剤を添加して、化学的に膜表面や膜細孔内に付着した物質を溶解もしくは分解除去する化学洗浄も併せて実施されている。 In order to further enhance the cleaning effect, for example, an acid solution, an alkaline solution, an aqueous oxidizing agent solution or a cleaning agent is added to the backwash water to chemically dissolve or decompose and remove substances adhered to the membrane surface or membrane pores. Cleaning is also performed.
また、これらの物理洗浄や化学洗浄を組合わせた分離膜モジュールの洗浄方法として、逆洗水に次亜塩素酸ナトリウムを添加して逆洗を行うと同時に空洗を行ったり(例えば特許文献4参照)、ドレンを行って分離膜モジュール内の原水側の水を排出してから、逆洗排水をドレンしながら逆洗を行ったり(例えば特許文献5参照)、分離膜モジュールの原水側を水で満たした状態で、加圧気体を分離膜モジュールの膜ろ過水側に導入して、膜ろ過水側の滞留水を分離膜の膜ろ過水側から原水側へ通過させて分離膜表面に蓄積した不純物層を剥離、除去したり(例えば特許文献6参照)する洗浄が実施されている。 In addition, as a method of cleaning a separation membrane module in which these physical cleaning and chemical cleaning are combined, sodium hypochlorite is added to backwash water and backwashing is performed simultaneously with empty cleaning (for example, Patent Document 4). Drain) and drain the water on the raw water side in the separation membrane module, and then backwash while draining the backwash drainage (see, for example, Patent Document 5), or water the raw water side of the separation membrane module. In a state filled with, introduce pressurized gas to the membrane filtration water side of the separation membrane module and pass the accumulated water on the membrane filtration water side from the membrane filtration water side of the separation membrane to the raw water side and accumulate on the separation membrane surface Cleaning is performed to remove or remove the impurity layer (see, for example, Patent Document 6).
しかしながら、これらの方法をもってしても分離膜の洗浄は未だ不十分であり、さらに効果的な洗浄方法が求められている。 However, even with these methods, cleaning of the separation membrane is still insufficient, and a more effective cleaning method is required.
本発明の目的は、分離膜モジュールを安定に運転可能にするようにした分離膜モジュールの効果的な洗浄方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an effective cleaning method for a separation membrane module that enables the separation membrane module to be stably operated.
上記課題を解決する本発明の分離膜モジュールの洗浄方法は、次の特徴を有するものである。 The separation membrane module cleaning method of the present invention that solves the above problems has the following characteristics.
(1)外圧式の分離膜モジュールの洗浄方法において、分離膜の膜一次側の少なくとも一部が水面上になる水位にした後に、分離膜の膜二次側に加圧気体を導入して膜二次側の水を膜一次側に押出すことによって気体押出し逆圧洗浄をすることを特徴とする分離膜モジュールの洗浄方法。 (1) In the cleaning method of the external pressure type separation membrane module, after making the water level so that at least part of the membrane primary side of the separation membrane is on the water surface, a pressurized gas is introduced into the membrane secondary side of the separation membrane. A method for cleaning a separation membrane module, wherein gas extrusion and back pressure cleaning are performed by extruding water on the secondary side to the primary side of the membrane.
(2)外圧式の分離膜モジュールの洗浄方法において、分離膜の膜一次側がすべて水面上になるようにした後に、分離膜の膜二次側に加圧気体を導入して膜二次側の水を膜一次側に押出すことによって気体押出し逆圧洗浄をすることを特徴とする(1)に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。 (2) In the cleaning method of the external pressure type separation membrane module, after all the membrane primary side of the separation membrane is on the water surface, a pressurized gas is introduced into the membrane secondary side of the separation membrane to The method for cleaning a separation membrane module according to (1), wherein gas extrusion and reverse pressure cleaning are performed by extruding water to the primary side of the membrane.
(3)分離膜の膜二次側に導入する加圧気体の圧力が、分離膜のバブルポイント未満であることを特徴とする(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。 (3) The method for cleaning a separation membrane module according to (1) or (2), wherein the pressure of the pressurized gas introduced to the membrane secondary side of the separation membrane is less than the bubble point of the separation membrane.
(4)分離膜の膜二次側に加圧気体を導入して膜二次側の水を膜一次側に押出すことによって気体押出し逆圧洗浄をする際に、分離膜モジュールの下部に位置する排水弁を開くことにより、逆洗排水の一部またはすべてを膜モジュールの下部から排水させることを特徴とする、請求項(1)〜(3)のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。 (4) When performing gas extrusion back pressure cleaning by introducing pressurized gas into the membrane secondary side of the separation membrane and extruding water on the membrane secondary side to the membrane primary side, it is located at the bottom of the separation membrane module The cleaning of the separation membrane module according to any one of claims (1) to (3), wherein a part or all of the backwash drainage is drained from a lower part of the membrane module by opening the drain valve Method.
(5)分離膜の膜二次側に加圧気体を導入して膜二次側の水を膜一次側に押出すことによって気体押出し逆圧洗浄をする際に、分離膜モジュールの下部から排水される逆洗排水の流量よりも、分離膜の膜二次側から膜一次側へ押出す逆洗排水の流量を大きくすることにより、分離膜の膜一次側の水位を上げて、前記気体押出し逆圧洗浄中および/または気体押出し逆圧洗浄後に分離膜モジュールを空気洗浄することを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。 (5) Drainage from the lower part of the separation membrane module during gas extrusion back pressure cleaning by introducing pressurized gas into the membrane secondary side of the separation membrane and extruding water on the membrane secondary side to the membrane primary side By increasing the flow rate of the backwash waste water that is extruded from the membrane secondary side of the separation membrane to the primary side of the membrane, the water level on the primary side of the separation membrane is raised and the gas extrusion is performed. The method for cleaning a separation membrane module according to any one of (1) to (4), wherein the separation membrane module is air-washed during back-pressure washing and / or after gas extrusion back-pressure washing.
(6)分離膜モジュールが、ケーシング内に分離膜を収納した加圧型分離膜モジュールであることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。 (6) The separation membrane module cleaning method according to any one of (1) to (5), wherein the separation membrane module is a pressure type separation membrane module in which the separation membrane is housed in a casing.
本発明の分離膜モジュールの洗浄方法によれば、一旦分離膜モジュール内の水位を下げて、分離膜の膜一次側の少なくとも一部が水面上になるようにした後に、分離膜の膜二次側に加圧気体を導入して膜二次側の水を膜一次側に押出すことによって気体押出し逆圧洗浄(以下、「気体押出し逆洗」という。)を行う。ここで、加圧気体を駆動力にするために、従来のポンプを駆動力として水を加圧して行う逆洗よりも大きな圧力を分離膜の膜二次側にかけることができる上に、この気体押出し逆洗中における膜一次側、すなわち逆洗水の出口側には水圧がかからない状態となっているため、膜二次側に導入される加圧気体の圧力を最大限に気体押出し逆洗の駆動力として使用できるので、効果的に膜細孔内ならびに膜表面上に蓄積した不純物を剥離、除去することが可能である。さらに、膜一次側に水圧がかかる膜一次側周囲が液体の状態よりも膜表面に付着した物質が剥離しやすく、従来よりも効率的に洗浄をすることが可能である。また、ポンプを駆動力とした逆洗を行う従来の造水装置と比べて、本発明の洗浄方法を用いた造水装置は逆洗ポンプを省略することが可能である。 According to the method for cleaning a separation membrane module of the present invention, the water level in the separation membrane module is once lowered so that at least part of the membrane primary side of the separation membrane is on the water surface, and then the membrane secondary of the separation membrane. Gas extrusion back pressure washing (hereinafter referred to as “gas extrusion back washing”) is performed by introducing pressurized gas to the side and extruding water on the membrane secondary side to the membrane primary side. Here, in order to use the pressurized gas as a driving force, it is possible to apply a larger pressure to the membrane secondary side of the separation membrane than backwashing which is performed by pressurizing water using a conventional pump as a driving force. Since the water pressure is not applied to the membrane primary side during gas extrusion backwashing, that is, the backwash water outlet side, the pressure of the pressurized gas introduced to the membrane secondary side is maximized. Therefore, the impurities accumulated in the membrane pores and on the membrane surface can be effectively peeled off and removed. Furthermore, the substance adhering to the membrane surface is more likely to be peeled off than the liquid primary side where the water pressure is applied to the membrane primary side, and cleaning can be performed more efficiently than in the past. Moreover, compared with the conventional fresh water generator which performs the backwashing which used the pump as the driving force, the fresh water generator using the washing | cleaning method of this invention can abbreviate | omit a backwash pump.
以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiments.
本発明で対象となる造水装置は、例えば、図1に示すように、原水を膜ろ過する外圧式の分離膜モジュール1と、原水供給配管3、原水弁4を介して原水を分離膜モジュール1に供給する原水供給ポンプ2、分離膜モジュール1内の気体を押出すためのオーバーフロー弁11、オーバーフロー配管12、原水を膜ろ過して得られた膜ろ過水を取り出すための膜ろ過水配管5、逆洗弁6、膜ろ過水流出配管9、気体押出し逆洗に用いられる逆洗水を貯留する逆洗水加圧水槽7、気体押出し逆洗の駆動力となる加圧気体を供給する加圧気体源15、加圧気体配管16、加圧気体弁17、膜ろ過水弁8、分離膜モジュール1内の膜一次側の原水を排出するための排水弁13、排水配管14、空洗のための気体を供給するための空洗弁18から構成される。
As shown in FIG. 1, for example, the fresh water generation apparatus targeted by the present invention separates raw water through an external pressure type separation membrane module 1 for membrane filtration of raw water, a raw
上述の造水装置における基本的な運転工程である給水工程、膜ろ過工程、気体押出し逆洗工程、空洗工程および排水工程について説明する。各運転工程は、例えば、表1に示すような機器の発停と弁の開閉の組合わせによって構成される。 A water supply process, a membrane filtration process, a gas extrusion backwash process, an air wash process, and a drainage process, which are basic operation processes in the above-described fresh water generator, will be described. Each operation process includes, for example, a combination of start / stop of devices and opening / closing of valves as shown in Table 1.
まず、分離膜モジュール1の膜一次側を原水で満たすための給水工程として、原水弁4、オーバーフロー弁11を開にして原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給する。分離膜モジュール1の膜一次側が原水で満たされたら膜ろ過工程へと移行する。膜ろ過工程では、逆洗弁6、膜ろ過水弁8を開にして、オーバーフロー弁11を閉にすることで原水は分離膜モジュール1によって膜ろ過されて、膜ろ過水配管5、逆洗弁6、逆洗水加圧水槽7、膜ろ過水弁8、膜ろ過水流出配管9を介して膜ろ過水が取り出される。膜ろ過工程時間は、原水水質や膜ろ過流束に応じて適宜設定するのが好ましいが、所定の膜ろ過差圧に到達するまで膜ろ過を継続させてもよい。膜ろ過工程の後に、気体押出し逆洗工程を実施するために、原水供給ポンプ2を停止し、原水弁4、逆洗弁6、膜ろ過水弁8を閉にする。
First, as a water supply step for filling the membrane primary side of the separation membrane module 1 with raw water, the raw water valve 4 and the
本発明において、気体押出し逆洗工程の間および/または気体押出し逆洗工程の後に気体洗浄(空洗)を行うことができる。以下、気体押出し逆洗工程をStep1〜Step3で行った後、空洗工程をStep4〜Step5で行うものとして説明するが、本発明の実施形態はこの例に限定されるものではない。 In the present invention, gas cleaning (empty cleaning) can be performed during the gas extrusion backwashing process and / or after the gas extrusion backwashing process. Hereinafter, after performing a gas extrusion backwashing process by Step1-Step3, it demonstrates as what performs an air-washing process by Step4-Step5, However, Embodiment of this invention is not limited to this example.
気体押出し逆洗工程においては、Step1ではオーバーフロー弁11、排水弁13を開にして分離膜モジュール1内の膜一次側の原水を排出する。この時、分離膜の膜一次側は少なくとも一部の周囲或いは全部の周囲が気体となった状態になり、一方、膜二次側には膜ろ過水が保持された状態になる。次いで、Step2では、加圧気体弁17を開にして加圧気体源15から逆洗水加圧水槽7に加圧気体を供給し、逆洗水加圧水槽7内の逆洗水に所定の圧力を印加する。さらに、Step3では、逆洗弁6を開にすることで、逆洗水加圧水槽7内で所定の圧力を印加された逆洗水が加圧気体に押出されて、膜ろ過水配管5、逆洗弁6を介して分離膜モジュール1の膜二次側へと押し込まれ、分離膜を透過して膜一次側へと流出する。分離膜を透過した逆洗排水は、その一部またはすべてが排水弁13から排水される。
In the gas extrusion back washing process, in Step 1, the
空洗工程においては、Step4ではオーバーフロー弁11を開としたまま、逆洗弁6、排水弁13、加圧気体弁17を閉にして、原水弁4を開にして、原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給して、分離膜モジュール1の膜一次側に水を張る。次いで、Step5ではオーバーフロー弁11を開としたまま、原水供給ポンプ2を停止、原水弁4を閉にして、空洗弁18を開にして分離膜モジュール1の膜一次側に気体を導入して、気泡によって分離膜を揺動させたり、気泡によるせん断力により分離膜表面や分離膜間の流路に蓄積した不純物を剥離、除去したりする空洗を行う。
In the air washing process, in Step 4, with the
排水工程においては、オーバーフロー弁11を開としたまま、空洗弁18を閉、排水弁13を開にして、分離膜モジュール1の膜一次側の水を、空洗によって分離膜表面や分離膜間の流路から剥離した不純物とともに分離膜モジュール1から排出する。
In the drainage process, the
ここで、分離膜の膜一次側とはろ過対象となる原水が供給される側であり、分離膜の膜二次側とは原水を分離膜でろ過したろ過水側のことをいう。膜一次側には原水に含まれる懸濁物質が存在しているが、膜ろ過水には原水に含まれる懸濁物質は膜ろ過されて除去されているので、膜二次側には懸濁物質は存在していない。また、懸濁物質とは、濁度、浮遊物質量もしくはSS濃度で定義されるものであり、一般的に精密ろ過膜および限外ろ過膜によって除去される物質である。 Here, the membrane primary side of the separation membrane is the side to which raw water to be filtered is supplied, and the membrane secondary side of the separation membrane means the filtered water side obtained by filtering the raw water through the separation membrane. Suspended substances contained in the raw water are present on the primary side of the membrane, but the suspended substances contained in the raw water are removed by membrane filtration in the membrane filtered water, so that they are suspended on the secondary side of the membrane. There is no substance. The suspended substance is defined by turbidity, suspended solid amount or SS concentration, and is generally a substance removed by a microfiltration membrane and an ultrafiltration membrane.
逆洗水とは逆洗に使用される水が膜二次側を流動する状態の水をいい、逆洗排水とは逆洗水が膜二次側から膜一次側へと分離膜を透過して、膜一次側の分離膜表面上へ至って、膜一次側を流動する状態の水をいう。また、分離膜表面は膜一次側の水と分離膜が接する面と定義する。なお、逆洗水としては、原水を分離膜でろ過したろ過水を使うことが一般的であるが、懸濁物質が除去された水であれば膜二次側を懸濁物質で汚染させることがないので逆洗水として使用することができる。 Backwash water refers to water in which the water used for backwash flows on the membrane secondary side, and backwash drainage refers to the backwash water passing through the separation membrane from the membrane secondary side to the membrane primary side. Thus, it means water in a state where it reaches the surface of the separation membrane on the primary side of the membrane and flows on the primary side of the membrane. The surface of the separation membrane is defined as the surface where the water on the primary side of the membrane is in contact with the separation membrane. As backwash water, it is common to use filtered water obtained by filtering raw water with a separation membrane. However, if the suspended solids are removed, the secondary side of the membrane is contaminated with suspended substances. Since there is no, it can be used as backwash water.
気体押出し逆洗では、予め加圧気体を膜二次側に導入して逆洗水に任意の逆洗圧を印加しておき(Step2)、その後に逆洗弁6を開とすることで、逆洗水に印加された逆洗圧が瞬時に開放されて分離膜に作用するため(Step3)、分離膜に任意の逆洗圧を印加することができる。
In gas extrusion backwashing, by introducing a pressurized gas into the membrane secondary side in advance and applying an arbitrary backwashing pressure to the backwashing water (Step 2), and then opening the
ところで、従来逆洗水をポンプの駆動力を用いて押し込んで逆洗を行うことが多いが、この場合には逆洗圧は逆洗用ポンプの駆動力の範囲内という制約下で逆洗水流量に依存して求められ、一般的には逆洗圧は逆洗水流量に比例する。また、膜ろ過工程時の膜ろ過圧も同様に膜ろ過水流量に比例する。従って、膜ろ過圧の数倍する逆洗圧を印加したい場合には、膜ろ過水流量の数倍になるよう逆洗水流量を調整する必要がある。しかしながら、膜ろ過水流量に対して逆洗水流量を数倍になるようにするためには、逆洗用ポンプを原水供給ポンプの数倍の能力となるように選定し、かつ、逆洗水ならびに逆洗排水が流下する膜ろ過水配管5、オーバーフロー配管12、逆洗弁6、オーバーフロー弁11の口径を逆洗水流量に見合うようにサイズアップしなければならないために、設備費、逆洗用ポンプの動力費が過剰にかかり、経済的でなくなる欠点がある。しかしながら、気体押し出し逆洗においては、逆洗圧は加圧気体に印加された圧力をもって任意に設定できるために、膜ろ過圧の数倍する逆洗圧であっても容易に印加することができ、高い逆洗圧によって強い洗浄効果を得ることができる。
By the way, conventional backwash water is often pushed back by using the driving force of the pump, and in this case, the backwashing pressure is within the range of the driving force of the backwash pump. The backwash pressure is generally proportional to the backwash water flow rate. Similarly, the membrane filtration pressure during the membrane filtration step is proportional to the membrane filtrate flow rate. Therefore, when it is desired to apply a backwash pressure that is several times the membrane filtration pressure, it is necessary to adjust the backwash water flow rate to be several times the membrane filtrate water flow rate. However, in order to make the backwash water flow several times higher than the membrane filtrate water flow, the backwash pump is selected to be several times the capacity of the raw water supply pump, and the backwash water is used. In addition, since the diameters of the membrane filtrate water pipe 5, the
本発明において、分離膜の膜二次側に導入する加圧気体の圧力としては、分離膜のバブルポイント未満であることが好ましい。加圧気体の圧力を分離膜のバブルポイント未満にすることにより、加圧気体が分離膜を透過することなく、逆洗水のみが分離膜を透過するので、分離膜の細孔内に気体を進入させて分離膜を乾燥させてしまうことなく逆洗をすることができる。バブルポイントは、JIS K3832「精密濾過膜エレメントおよびモジュールのバブルポイント試験方法」に記載された方法により求められ、分離膜の細孔内に液体(造水装置の場合は水)を充填し、その一方の膜面を気体で徐々に加圧していき、細孔内から水が押し出され、空気が流れ始めるときの圧力である。 In the present invention, the pressure of the pressurized gas introduced to the membrane secondary side of the separation membrane is preferably less than the bubble point of the separation membrane. By making the pressure of the pressurized gas less than the bubble point of the separation membrane, only the backwash water permeates the separation membrane without allowing the pressurized gas to permeate the separation membrane. Backwashing can be performed without allowing the separation membrane to enter and drying the separation membrane. The bubble point is determined by the method described in JIS K3832 “Bubble Point Test Method for Microfiltration Membrane Elements and Modules”, and a liquid (water in the case of a fresh water generator) is filled in the pores of the separation membrane. This is the pressure at which one membrane surface is gradually pressurized with gas and water is pushed out of the pores and the air begins to flow.
ここで、逆洗水に所定の圧力を印加する加圧気体を供給するための加圧気体源15としては、10kPa〜1000kPa程度の圧力範囲の気体を供給できる手段であれば、いかなる手段を用いても構わない。一般的には、入手しやすく、維持管理が容易であるエアコンプレッサを用いることが好ましい。エアコンプレッサによって加圧された気体を一旦エアタンクに貯留し、エアタンクの後段に設置したレギュレータによってエアコンプレッサによって加圧された気体を任意の圧力に調圧した後に、加圧気体配管16、加圧気体弁17を介して、逆洗水加圧水槽7に供給することが、簡素な設備構成で容易に任意の圧力の加圧気体を供給できるので好ましい。
Here, as the
さらに、本発明の気体押出し逆洗においては、加圧気体が逆洗水加圧水槽7などの膜二次側に供給されるため、膜二次側の管路である膜ろ過水配管5、逆洗水加圧水槽7、膜ろ過水流出配管9が加圧気体中の不純物によって汚染しないように、加圧気体源15から加圧気体弁17までの間に加圧気体中の不純物除去のためのフィルタを設置することが好ましい。加圧気体用フィルタとしては、エアコンプレッサ等の加圧気体源に由来するオイルミストを除去するためのオイルミストセパレータや、加圧気体中の微粒子等を除去するためのエアフィルタが挙げられる。また、加圧気体としては、本発明の主旨から特に限定されるものではないが、加圧気体を用いて水を押出すので、水への溶解度が小さい気体が好ましい。一般的には大気を圧縮した加圧空気を用いると、気体源の入手が容易であり、水への溶解度が小さく、かつ人体への有害性の面でも安全であるので好ましい。
Furthermore, in the gas extrusion backwashing of the present invention, since the pressurized gas is supplied to the membrane secondary side such as the backwash water pressurized
逆洗水加圧水槽7としては、逆洗水となる水を貯留できて、加圧気体源15から供給される加圧気体の圧力への耐圧性を有していれば、本発明の主旨からどのような形状、材質であっても構わない。耐圧性を有する水槽を逆洗水加圧水槽7として膜ろ過水配管5の途中に設けても良いし、膜ろ過水配管5に逆洗水に必要な容積をもたせて逆洗水加圧水槽7として扱っても良い。
From the gist of the present invention, the backwashing water pressurized
また、図4に示すように、膜ろ過工程において逆洗水加圧水槽7を満水にする際にだけ、逆洗弁6、逆洗水加圧水槽エア抜き弁19を開にして、逆洗水加圧水槽7に膜ろ過水を導き、逆洗水加圧水槽7が満水になれば逆洗弁6、逆洗水加圧水槽エア抜き弁19を閉にして、膜ろ過水を、膜ろ過水配管5、膜ろ過水弁8、膜ろ過水流出配管9を介して膜ろ過水を取り出すようにしても良い。
In addition, as shown in FIG. 4, only when the backwash water pressurized
本発明において、Step3で気体押出し逆洗を行った際には、分離膜の膜二次側から膜一次側へ透過して流出した逆洗排水は、重力に従って分離膜モジュール1の下部へと分離膜表面を流下して排水弁13、排水弁14を介して排出される。この際、膜一次側には水が満たされていないことから膜一次側に水圧による抵抗がなくなるために、膜二次側に印加されている逆洗圧力が膜一次側の水圧による抵抗を受けずに最大限に逆洗の駆動力として使用できる。さらに、分離膜の長手方向が略鉛直に配された分離膜モジュールで、かつ、分離膜モジュールならびに分離膜の上端部から逆洗水が流入する場合、膜二次側は水で満たされているために分離膜の下端ほど水圧が大きくなるため、略鉛直方向に伸びる分離膜の下端部には、分離膜の上端部にかかる逆洗圧に膜二次側の水圧が加わった圧力が気体押出し逆洗の駆動力として使用できる。そのため、分離膜の略鉛直方向の上端から下端まで比較的均一に気体押出し逆洗の効果を与えることが可能となり、分離膜の洗浄の効果が高く得られる。
In the present invention, when gas extrusion backwashing is performed at
また、分離膜表面上に付着、蓄積した不純物は、膜一次側に水圧による抵抗、膜一次側の水が分離膜モジュール外へ移送される際の流動抵抗がなくなるために、分離膜表面から剥離しやすく、剥離した不純物は重力に従って分離膜表面をしたたり落ちる逆洗排水に移送されて分離膜モジュール1の下部から排水弁13、排水配管14を介してそのまま排出される。
Impurities that have adhered and accumulated on the surface of the separation membrane are separated from the surface of the separation membrane because there is no resistance due to water pressure on the primary side of the membrane and no flow resistance when water on the primary side of the membrane is transferred out of the separation membrane module. The separated impurities are transferred to the backwash drainage that drops or falls on the surface of the separation membrane according to gravity, and is discharged as it is from the lower part of the separation membrane module 1 through the
一方、従来の逆洗では、分離膜の膜一次側には原水ならびに逆洗排水が満たされた状態で実施されており、逆洗排水はオーバーフロー弁11、オーバーフロー配管12を介して分離膜モジュール1から排出される。このため、逆洗にあたっては分離膜表面に、膜一次側に満たされた水による水圧と、逆洗排水が分離膜モジュール1から排出されてオーバーフロー弁11、オーバーフロー配管12を介して流出する際に生ずる流動抵抗による背圧とが印加された状態になっている。このことによって、分離膜表面上に付着、蓄積した不純物が分離膜表面から剥離し難くなる。
On the other hand, in the conventional backwash, the membrane primary side of the separation membrane is filled with raw water and backwash wastewater, and the backwash wastewater is separated from the separation membrane module 1 via the
さらに、膜一次側の水圧と流動抵抗とが、逆洗の駆動力を減殺するかたちで寄与するために、有効に作用する逆洗の駆動力が減じられ、結果として逆洗効果が減じられる。ここで、膜一次側が水で満たされている場合、逆洗にあたっては膜一次側と膜二次側にかかる水圧は略同等であることが多く、分離膜を挟んだ膜一次側と膜二次側との水圧が相殺された状態となる。また、分離膜の上端部での逆洗圧は、分離膜の膜二次側の流路を逆洗水が流動する際に生じる流動抵抗によって分離膜の下端に近づくにつれて有効に作用する逆洗の駆動力が減じられる。 Furthermore, since the water pressure and flow resistance on the primary side of the membrane contribute in the form of reducing the driving force for backwashing, the driving force for effective backwashing is reduced, and as a result, the backwashing effect is reduced. Here, when the primary side of the membrane is filled with water, the water pressure applied to the primary side of the membrane and the secondary side of the membrane during backwashing is often substantially the same, and the primary side of the membrane and the secondary side of the membrane sandwiching the separation membrane The water pressure with the side is offset. In addition, the backwash pressure at the upper end of the separation membrane is such that the backwash works effectively as it approaches the lower end of the separation membrane due to the flow resistance generated when the backwash water flows through the flow path on the membrane secondary side of the separation membrane. The driving force is reduced.
分離膜モジュール1からの逆洗排水の出口が分離膜モジュール1の上方に位置している場合、逆洗排水が分離膜モジュール1から流出する際に生じる流動抵抗は分離膜の下端に近いほど大きくなり、分離膜の上端に近いほど小さくなる。さらに、分離膜モジュール1の逆洗排水口がノズル形状となっている加圧型膜モジュールにあっては、短時間で大流量の逆洗排水を流出させようとする場合には、ノズル形状となっている逆洗排水口で大きな流動抵抗が発生してしまい、逆洗の駆動力を減殺させる。 When the outlet of the backwash wastewater from the separation membrane module 1 is located above the separation membrane module 1, the flow resistance generated when the backwash wastewater flows out of the separation membrane module 1 increases as it approaches the lower end of the separation membrane. Thus, the closer to the upper end of the separation membrane, the smaller. Furthermore, in the case of a pressurized membrane module in which the backwash drain of the separation membrane module 1 has a nozzle shape, when a large flow of backwash drainage is to be discharged in a short time, the nozzle shape is obtained. A large flow resistance is generated at the backwash drain, which reduces the driving force of backwash.
これらの作用から、分離膜の膜一次側に水が満たされた状態における逆洗にあたっては、本発明における気体押出し逆洗に比べると、膜一次側の水圧と流動抵抗によって逆洗の駆動力が減殺された上に、膜二次側での逆洗水の流動抵抗と膜一次側での逆洗排水の流動抵抗とで分離膜の上端部から下端部へかけての逆洗の駆動力の減衰の度合いが大きくなることから、十分な逆洗の効果が得られない。 From these actions, in the backwashing in the state where the membrane primary side of the separation membrane is filled with water, the driving force of backwashing is increased by the water pressure and flow resistance of the membrane primary side compared with the gas extrusion backwashing in the present invention. In addition to the flow resistance of the backwash water on the secondary side of the membrane and the flow resistance of backwash drainage on the primary side of the membrane, the driving force of backwashing from the upper end to the lower end of the separation membrane is reduced. Since the degree of attenuation becomes large, a sufficient backwashing effect cannot be obtained.
気体押出し逆洗工程のStep1では、分離膜モジュール1の膜一次側の水を排出するが、その際に分離膜モジュール1の膜一次側の水は残っていても構わないが、好ましくは分離膜の略鉛直方向の半分以上が、より好ましくは分離膜全体が水面よりも上になっていて、気体に触れるようにする。分離膜全体が水面よりも上になっている場合、上記した作用によって、膜一次側での水圧による背圧、流動抵抗による背圧による逆洗の駆動力の減衰がなく、本発明の気体押し出し逆洗の効果が最大となる。 In Step 1 of the gas extrusion backwashing step, the water on the primary side of the separation membrane module 1 is discharged. At this time, the water on the primary side of the separation membrane module 1 may remain, but preferably the separation membrane. More than half of the substantially vertical direction is more preferably, the entire separation membrane is above the water surface so as to come into contact with the gas. When the entire separation membrane is above the water surface, the above-described action prevents back pressure due to water pressure on the primary side of the membrane, and backwash driving force due to flow resistance does not attenuate. The effect of backwashing is maximized.
しかしながら、分離膜の略鉛直方向の一部が水面よりも下になっている場合でも、分離膜モジュール1の膜一次側が水で満たされている場合に比べると、水面よりも下になっている部分については、水圧による背圧、流動抵抗による背圧が逆洗の駆動力を減衰させるとはいえ、本発明の気体押出し逆洗の効果を得ることができる。分離膜モジュール1の膜一次側の水が残っていて分離膜の略鉛直方向の一部が水面よりも下になっている場合、気体押出し逆洗にあたっては水面下の分離膜には、膜一次側の水位に依存する水圧が逆洗の背圧として印加される。また、分離膜モジュール1が加圧型膜モジュールである場合、逆洗排水が分離膜モジュールのノズル形状となっている逆洗排水口から流出する際には、逆洗排水口、オーバーフロー配管、オーバーフロー弁において発生する流動抵抗が逆洗の背圧として印加されるが、逆洗排水によって膜一次側の水位が上昇しても、ノズル形状となっている逆洗排水口から逆洗排水が流出するまでは前記流動抵抗は発生しない。よって、気体押出し逆洗を開始する時点での水位が低い方が、より逆洗の駆動力を減殺させる作用が小さくなるために、本発明の気体押出し逆洗の効果を高く得られるので好ましい。 However, even when a part of the substantially vertical direction of the separation membrane is below the water surface, it is below the water surface as compared with the case where the membrane primary side of the separation membrane module 1 is filled with water. Regarding the portion, the back pressure by water pressure and the back pressure by flow resistance attenuate the driving force of backwashing, but the effect of gas extrusion backwashing of the present invention can be obtained. When water on the membrane primary side of the separation membrane module 1 remains and a part of the separation membrane in a substantially vertical direction is below the water surface, the membrane primary is included in the separation membrane below the water surface during gas extrusion backwashing. The water pressure depending on the water level on the side is applied as the backwash back pressure. Further, when the separation membrane module 1 is a pressure type membrane module, when the backwash drainage flows out from the backwash drainage port having the nozzle shape of the separation membrane module, the backwash drainage port, the overflow pipe, the overflow valve The flow resistance generated in the backwash is applied as backwash back pressure, but even if the water level on the primary side of the membrane rises due to backwash drainage, the backwash drainage flows out from the nozzle backwash drainage outlet. Does not generate the flow resistance. Therefore, it is preferable that the water level at the time of starting the gas extrusion backwashing is lower because the effect of reducing the driving force of the backwashing is reduced, so that the effect of the gas extrusion backwashing of the present invention can be enhanced.
気体押出し逆洗工程のStep2では、逆洗水に薬液を添加した方が、分離膜表面や分離膜細孔内に付着、蓄積した不純物を薬液によって分解、溶解して除去する効果があるので好ましい。薬液を添加する手段としては図2に示すように、図1に示す造水装置に薬液貯槽21、薬液注入ポンプ22、薬液注入配管23を加えるとよい。また、添加する薬液としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸を用いるとアルミニウム、鉄、カルシウム等に対して洗浄効果が高くなるので好ましく、シュウ酸、クエン酸等の有機酸を用いるとアルミニウム、鉄、カルシウム、マンガン等に対して洗浄効果が高くなるので好ましい。次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、塩素、過酸化水素、オゾン等の酸化剤を用いると有機物に対して洗浄効果が高くなるので好ましく、特に次亜塩素酸ナトリウムは安価で、入手し易く、取扱いが容易であるのでより好ましい。薬液の注入方法としては、図2に示す造水装置における気体押出し逆洗工程のStep3において、加圧気体によって逆洗圧を印加された逆洗水が逆洗弁6、膜ろ過水配管5を介して分離膜モジュールに流入する際に、薬液貯槽21に貯留された薬液を、薬液注入ポンプ22を用いて薬液注入配管23を介して逆洗水に注入しても良いし、膜ろ過工程において、膜ろ過水が膜ろ過水配管5、逆洗弁6を介して、逆洗水加圧水槽7へと流入する際に、薬液貯槽21に貯留された薬液を、薬液注入ポンプ22を用いて薬液注入配管23を介して膜ろ過水に注入しても良い。
In
薬液を逆洗水に注入する場合、逆洗に使用される水量だけの逆洗水に薬液を注入すればよく、一般的には逆洗水が分離膜モジュールに移送されている工程中だけ薬液を注入するので、注入する薬液量を少なくすることができるので好ましい。一方、図4に示すような造水装置では、膜ろ過工程において膜ろ過水に薬液を注入して、あらかじめ薬液が注入された膜ろ過水を逆洗水加圧水槽7に貯留すると、あらかじめ所定の薬液濃度に調整した水を逆洗水として使用できるので、薬液注入ポンプ22の運用管理が容易になるので好ましい。
When injecting chemical liquid into backwash water, it is only necessary to inject the chemical liquid into backwash water for the amount of water used for backwashing. Generally, chemical liquid is used only during the process in which the backwash water is transferred to the separation membrane module. Is preferable since the amount of the chemical solution to be injected can be reduced. On the other hand, in a fresh water generator as shown in FIG. 4, when a medicinal solution is injected into the membranous filtrate in the membranous filtration step and the membranous filtered water into which the medicinal solution has been injected in advance is stored in the backwash water pressurized
空洗工程のStep4における分離膜モジュール1の膜一次側を水で満たす手段としては、上記の通りで原水を供給してもよいし、オーバーフロー配管11、逆洗弁6、加圧気体弁17を開、膜ろ過水弁8、排水弁13を閉とした状態で逆洗を行い、逆洗水を分離膜モジュール1の膜二次側から膜一次側へと供給することで分離膜モジュール1の膜一次側を逆洗排水で満たしてもよいし、気体押出し逆洗工程において排水弁13から排水される逆洗排水の流量よりも、分離膜の膜二次側から膜一次側へ押出す逆洗排水の流量を大きくすることにより、分離膜の膜一次側の水位を上げて逆洗排水で満たしてもよいし、これらの手段を組み合わせてもよい。この時、分離膜モジュール1の原水側を満たすための原水あるいは逆洗水には酸化剤を添加した方が、分離膜表面や分離膜細孔内に付着、蓄積した不純物を酸化して分解除去する効果があるので好ましい。
As means for filling the membrane primary side of the separation membrane module 1 with water in Step 4 of the air washing step, raw water may be supplied as described above, or the
また本発明において、気体押出し逆圧洗浄中および/または気体押出し逆圧洗浄後に分離膜モジュールを気体洗浄することができる。すなわち空洗工程中にも分離膜モジュール1の膜一次側に上記した手段で原水もしくは逆洗水を供給して、オーバーフロー弁11、オーバーフロー配管12を介して分離膜モジュール1から原水もしくは逆洗排水を流出させ続けた方が、空洗によって分離膜表面や分離膜間の流路から剥離した不純物が逐次、分離膜モジュール1の外へと移送されるので空洗の洗浄効果が高まって好ましい。
In the present invention, the separation membrane module can be gas-washed during and / or after gas extrusion counter-pressure cleaning. That is, raw water or backwash water is supplied to the primary side of the separation membrane module 1 by the above-described means even during the air washing step, and the raw water or backwash drainage from the separation membrane module 1 through the
空洗工程において分離膜モジュール1に導入する気体の加圧気体源15として、気体押出し逆洗工程において逆洗水に所定の圧力を印加するための加圧気体を供給するための加圧気体源15を共用しても構わないし、気体押出し逆洗用の加圧気体源15とは別にエアブロワを設置して用いても構わない。
Pressurized gas source for supplying a pressurized gas for applying a predetermined pressure to the backwash water in the gas extrusion backwashing process as the
ここで、外圧式の分離膜モジュールとは、分離膜の外表面から分離膜の内部に向かう方向に膜ろ過を行う形式の膜モジュールをいう。 Here, the external pressure type separation membrane module refers to a membrane module of a type that performs membrane filtration in a direction from the outer surface of the separation membrane toward the inside of the separation membrane.
また、分離膜モジュールの形式としては、外圧式であれば圧力容器となるケーシング容器内に分離膜を収納した加圧型膜モジュールでも、大気開放された浸漬水槽に浸漬設置された浸漬型膜モジュールでも構わない。浸漬型膜モジュールは吸引ろ過を行うために、膜ろ過に使用できる圧力は現実的に−80kPa程度までに限定される。一方、加圧型膜モジュールでは膜ろ過に使用できる圧力は、分離膜モジュールおよび/もしくは分離膜の耐圧能力に制限されるが、一般的には浸漬膜モジュールよりも膜ろ過に使用できる圧力の範囲が大きいために、浸漬膜モジュールよりも高い膜ろ過圧力を持って、高い膜ろ過流束で膜ろ過ができるので好ましい。 In addition, as a form of the separation membrane module, a pressurized membrane module in which a separation membrane is housed in a casing container that is a pressure vessel if it is an external pressure type, an immersion type membrane module that is immersed in an immersion water tank that is open to the atmosphere, or I do not care. Since the submerged membrane module performs suction filtration, the pressure that can be used for membrane filtration is practically limited to about −80 kPa. On the other hand, the pressure that can be used for membrane filtration in a pressurized membrane module is limited to the pressure resistance capability of the separation membrane module and / or the separation membrane, but generally the range of pressure that can be used for membrane filtration is higher than that of the submerged membrane module. Since it is large, membrane filtration can be performed with a high membrane filtration flux with a higher membrane filtration pressure than the submerged membrane module, which is preferable.
他方で、浸漬型膜モジュールは濁度、SS濃度で示される懸濁物質が高濃度の原水の膜ろ過が可能であるので好ましい。浸漬型膜モジュールにおいては、高濃度の懸濁物質が流入しても、逆洗や空洗などの物理洗浄によって浸漬型膜モジュール外に懸濁物質を排出しやすいためである。ここで、浸漬型膜モジュールは一般的にケーシング容器に分離膜が収納されておらず、逆洗排水が一箇所に集中するノズルを介して逆洗排水を流出させることなく、浸漬型膜モジュール外へと流出するので、加圧型膜モジュールと比べると逆洗排水の流出に伴う流動抵抗が小さくなり、逆洗駆動力を減衰させる背圧となりにくい利点を有する。つまり、分離膜モジュール外への逆洗排水の流出の観点から、加圧型膜モジュールの方が本発明の効果をより大きく享受できるといえる。 On the other hand, the submerged membrane module is preferable because the suspended matter indicated by turbidity and SS concentration can be subjected to membrane filtration of high concentration raw water. This is because in the submerged membrane module, even if a high concentration suspended substance flows in, the suspended substance is easily discharged out of the submerged membrane module by physical washing such as back washing or empty washing. Here, the submerged membrane module generally does not contain the separation membrane in the casing container, and the backwash wastewater does not flow out through the nozzle where the backwash wastewater is concentrated in one place. Therefore, the flow resistance accompanying the outflow of the backwash drainage is smaller than that of the pressurized membrane module, and there is an advantage that the back pressure is less likely to attenuate the backwash driving force. That is, it can be said that the pressurized membrane module can enjoy the effect of the present invention more greatly from the viewpoint of outflow of the backwash drainage to the outside of the separation membrane module.
分離膜モジュールの形状としては、中空糸膜モジュール、チューブラー膜モジュール、スパイラル膜モジュール、平膜モジュール等があるが、いずれの形状の分離膜モジュールを用いても本発明の効果に変わりがない。ここで、中空糸膜とは直径2mm未満の円管状の分離膜、チューブラー膜とは直径2mm以上の円管状の分離膜をいう。 As the shape of the separation membrane module, there are a hollow fiber membrane module, a tubular membrane module, a spiral membrane module, a flat membrane module and the like, but the effect of the present invention is not changed even if any shape of the separation membrane module is used. Here, the hollow fiber membrane means a tubular separation membrane having a diameter of less than 2 mm, and the tubular membrane means a tubular separation membrane having a diameter of 2 mm or more.
分離膜としては、本発明の主旨から多孔質であればどのようなものでも構わないが、一般的に除濁用途として用いられる精密ろ過膜(MF膜)および限外ろ過膜(UF膜)が好ましい。さらに、本発明の気体押出し逆洗にあっては、表面が平滑な性状を有し、さらに膜細孔が微細なUF膜を用いると、原水中の懸濁物質を分離膜の多孔部に流入させることなく分離膜表面で抑留することができるので、本発明の気体押出し逆洗によって分離膜の略鉛直方向の上端から下端までの分離膜表面に蓄積した懸濁物質を、効果的に剥離させることができるので好ましい。さらに、膜細孔が微細で、かつ分離膜表面が平滑なほど、分離膜表面上を下方に滴り落ちる逆洗排水によって分離膜表面から剥離させた懸濁物質を容易に移送できるので、懸濁物質を分離膜モジュール外に排出し易くなって好ましい。ここで、UF膜であっても膜表面から内部にかけての膜構造が均質な分離膜よりも、膜表面部が緻密で膜内部にかけて疎になっていく膜構造が不均質な分離膜の方が、一般的に分離膜表面の膜細孔が微細で分離膜表面が平滑となるために好ましい。 The separation membrane may be any porous membrane as long as it is porous from the gist of the present invention, but a microfiltration membrane (MF membrane) and an ultrafiltration membrane (UF membrane) generally used for turbidity are used. preferable. Furthermore, in the gas extrusion backwashing of the present invention, when a UF membrane having a smooth surface and fine membrane pores is used, suspended substances in raw water flow into the porous portion of the separation membrane. Therefore, the suspended matter accumulated on the separation membrane surface from the upper end to the lower end in the substantially vertical direction of the separation membrane can be effectively separated by the gas extrusion backwashing of the present invention. This is preferable. Furthermore, the finer the pores of the membrane and the smoother the surface of the separation membrane, the easier it is to transfer suspended substances separated from the surface of the separation membrane by backwash drainage that drops down on the surface of the separation membrane. It is preferable because the substance can be easily discharged out of the separation membrane module. Here, even in the case of a UF membrane, a separation membrane having a non-homogeneous membrane structure in which the membrane surface portion is dense and becomes sparse toward the inside of the membrane is better than a separation membrane having a homogeneous membrane structure from the membrane surface to the inside. Generally, it is preferable because the membrane pores on the surface of the separation membrane are fine and the surface of the separation membrane becomes smooth.
また、分離膜の素材としては、本発明の主旨から特に限定されるものではないが、有機素材を使用する場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース等が使用でき、無機素材を使用する場合はセラミック等が使用できる。この中でも膜強度や耐薬液性の観点からフッ素を含む有機素材やセラミックを素材とするものが好ましい。また、薬液洗浄回復性の観点から一般的に親水性素材とされるポリアクリロニトリルや酢酸セルロースを含む有機素材が好ましい。さらに、一般的に分離膜表面に付着、蓄積した懸濁物質は疎水性を示すことが多いため、分離膜表面での親水性が強い分離膜ほど分離膜表面に付着、蓄積した懸濁物質を剥離させ易くなるので好ましい。 Further, the material of the separation membrane is not particularly limited from the gist of the present invention, but when an organic material is used, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene are used. Ethylene, polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyethersulfone, cellulose acetate, etc. can be used. Ceramics can be used when using inorganic materials. Among these, from the viewpoint of film strength and chemical resistance, an organic material containing fluorine or a material made of ceramic is preferable. In addition, an organic material containing polyacrylonitrile or cellulose acetate, which is generally a hydrophilic material, is preferred from the viewpoint of chemical cleaning recoverability. In addition, suspended substances that adhere and accumulate on the surface of the separation membrane generally exhibit hydrophobicity. Therefore, the more strongly the separation membrane on the surface of the separation membrane, the more the suspended matter that has adhered and accumulated on the surface of the separation membrane. Since it becomes easy to peel, it is preferable.
膜ろ過の制御方法としては、定流量ろ過であっても定圧ろ過であっても構わないが、一定の処理水量ないし処理水流量が得られる点から定流量ろ過が好ましい。一方、定圧ろ過は造水装置から流出する処理水流量が変動するものの、膜ろ過の制御は定流量ろ過よりも簡素にできるために好ましい。なお、定圧ろ過にあたっては、その後段に十分な緩衝能力を有する浄水池を設置している場合には、造水装置から流出する処理水流量の変動を浄水池で緩衝して、浄水池から一定の処理水量を供給することも可能である。 As a control method for membrane filtration, either constant flow filtration or constant pressure filtration may be used, but constant flow filtration is preferable from the viewpoint of obtaining a constant treated water amount or treated water flow rate. On the other hand, constant pressure filtration is preferable because control of membrane filtration can be made simpler than constant flow filtration, although the flow rate of treated water flowing out from the water generator varies. In the case of constant pressure filtration, if a water purification pond with sufficient buffering capacity is installed in the subsequent stage, fluctuations in the flow rate of the treated water flowing out from the water generator will be buffered in the water purification pond and fixed from the water purification pond. It is also possible to supply the amount of treated water.
膜ろ過方式としては、全量ろ過であってもクロスフローろ過であっても構わないが、膜ろ過に要するエネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過が好ましい。 The membrane filtration method may be total-volume filtration or cross-flow filtration, but full-volume filtration is preferred from the viewpoint of low energy consumption required for membrane filtration.
(実施例1)
図3に示す設備構成の造水装置を用いて、分離膜モジュール1に外圧式のPVDF製中空糸限外ろ過膜モジュールHFU−2020(東レ(株)製)を1本使用して、薬液貯槽21に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を貯留して、河川水を膜ろ過流束3m3/(m2・d)で全量ろ過方式で定流量ろ過を行った。
Example 1
Using a fresh water generator having the equipment configuration shown in FIG. 3, one separation membrane module 1 using an external pressure PVDF hollow fiber ultrafiltration membrane module HFU-2020 (manufactured by Toray Industries, Inc.) is used as a chemical storage tank. A sodium hypochlorite aqueous solution was stored in No. 21, and the river water was subjected to constant flow filtration with a membrane filtration flux of 3 m 3 / (m 2 · d) by a total filtration method.
各運転工程は、以下に示す機器の発停と弁の開閉によって構成した。まず、給水工程として原水弁4、オーバーフロー弁11を開にして、原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給して分離膜モジュール1の膜一次側を原水で満たした。次いで、膜ろ過工程として、逆洗弁6、膜ろ過水弁8を開にして、オーバーフロー弁11を閉にすることで原水は分離膜モジュール1によって膜ろ過されて、膜ろ過水配管5、逆洗弁6、逆洗水加圧水槽7、膜ろ過水弁8、膜ろ過水流出配管9を介して膜ろ過水が取り出される。この際、原水供給ポンプ2の出力を膜ろ過水流量センサの出力値によるフィードバック制御することにより、膜ろ過流束3m3/(m2・d)となるように膜ろ過水流量を定流量制御した。膜ろ過工程を30分間継続した後、原水供給ポンプ2を停止して、原水弁4、逆洗弁6、膜ろ過水弁8を閉にした後、オーバーフロー弁11を開にした。
Each operation process was configured by starting and stopping the equipment and opening and closing the valves as shown below. First, as a water supply process, the raw water valve 4 and the
気体押出し逆洗工程の水位低下ステップとして、排水弁13を開にして分離膜モジュール1内の膜一次側の水を全て分離膜モジュール外へ排出した。水位低下ステップは45秒間実施すれば、分離膜モジュール1内の膜一次側の水を全て排出することができた。なお、この時点では分離膜モジュール1内の膜一次側には水が無くなって周囲が空気となった状態となっているが、膜二次側には膜ろ過水が保持された状態となっている。次いで、逆洗準備ステップとして、加圧気体弁17を開にして逆洗水加圧水槽7に加圧空気を供給して、逆洗水加圧水槽内7内の水に圧力を印加した。この加圧空気は、加圧気体源15としてエアコンプレッサを使用して圧縮した空気を、逆洗用加圧気体調圧弁31を用いて100kPaとなるように調整した。逆洗準備ステップは45秒実施すれば、逆洗水加圧水槽7内の圧力が100kPaで一定になった。次いで、気体押出し逆洗ステップとして、加圧気体弁17を開にしたまま逆洗弁6を開にして、逆洗水加圧水槽7内で加圧空気によって100kPaに加圧された水を膜ろ過水配管5、逆洗弁6を介して分離膜モジュール1の膜二次側へと押し込み、気体押出し逆洗を行った。30秒間の気体押出し逆洗ステップにおいて、逆洗水として100Lの水を使用した。この気体押出し逆洗ステップ中に、薬液貯槽21に貯留した次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、逆洗水として使用した100Lの水に対し塩素濃度5mg/Lとなるように薬液注入ポンプ22を用いて薬液注入配管23を介して逆洗水に注入した。この気体押出し逆洗ステップにあたっては、オーバーフロー弁11、排水弁13が開になっているので、分離膜を膜二次側から膜一次側へと透過した逆洗水は、逆洗排水として分離膜表面をつたって重力に従って分離膜モジュール1の下方へと流下して、排水弁13、排水配管14を介して分離膜モジュール1外へと流出した。
As a water level lowering step in the gas extrusion back washing process, the
空洗工程の水張りステップとして、加圧気体弁17、逆洗弁6の順に弁を閉じて、排水弁13を閉にして、オーバーフロー弁11は開としたまま原水弁4も開にし、原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給して分離膜モジュール1の膜一次側を原水で満たした。その後、原水供給ポンプ2を停止して原水弁4を閉にした。次いで、空洗ステップとして、空洗弁18を開にして分離膜モジュール1の膜一次側に空気を空気流量100NL/minとなるように導入して空洗を30秒間行った。空気流量は、加圧気体源15としてエアコンプレッサを使用して圧縮した空気を、空洗用加圧気体調圧弁32、空洗用気体流量調整弁33を用いて100NL/minとなるように調整を行った。その後、空洗弁18を閉じた。
As a water filling step in the air washing process, the
排水工程として、オーバーフロー弁11を開としたまま、排水弁13を開にして、分離膜モジュール1内の膜一次側の水を、空洗工程によって分離膜表面や分離膜間の流路から剥離した不純物とともに分離膜モジュール1から排出した。次いで、給水工程に戻り、上記工程を繰り返した。
As a drainage process, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後も60kPaと安定運転を行うことができた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.033kWh/m3であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was stable at 60 kPa after 6 months with respect to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.033 kWh / m 3 .
(実施例2)
図4に示す設備構成の造水装置を用いて、逆洗水への次亜塩素酸ナトリウム水溶液の注入方法として、膜ろ過工程時において膜ろ過水に塩素濃度5mg/Lとなるように薬液貯槽21に貯留した次亜塩素酸ナトリウム水溶液を薬液注入ポンプ22を用いて薬液注入配管23を介して膜ろ過水に注入して、逆洗水加圧水槽7に塩素濃度5mg/Lの水を貯留して、これを逆洗水として使用することとした点以外は、実施例1と同様に運転を行った。
(Example 2)
As a method of injecting the sodium hypochlorite aqueous solution into the backwash water using the fresh water generator having the equipment configuration shown in FIG. 4, the chemical liquid storage tank has a chlorine concentration of 5 mg / L in the membrane filtrate during the membrane filtration step. The sodium hypochlorite aqueous solution stored in 21 is injected into the membrane filtrate through the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後も60kPaと安定運転を行うことができた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.033kWh/m3であり、実施例1比で1.00であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was stable at 60 kPa after 6 months with respect to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.033 kWh / m 3 , which was 1.00 compared to Example 1.
(実施例3)
図3に示す設備構成の造水装置を用いて、気体押出し逆洗工程の気体押出し逆洗ステップ時に排水弁13を閉として、分離膜の膜二次側から膜一次側に透過して生じた逆洗排水を分離膜モジュール1内の膜一次側に溜め込んでいくようにして、空洗工程の水張りステップを省略した点以外は、実施例1と同様に運転を行った。
(Example 3)
Using the desalination apparatus having the equipment configuration shown in FIG. 3, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後も70kPaと安定運転を行うことができた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.035kWh/m3であり、実施例1比で1.06であった。
As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was stable at 70 kPa after 6 months, compared to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.035 kWh /
(実施例4)
図3に示す設備構成の造水装置を用いて、気体押出し逆洗工程の気体押出し逆洗ステップ時に排水弁13を閉として、分離膜の膜二次側から膜一次側に透過して生じた逆洗排水を分離膜モジュール1内の膜一次側に溜め込んでいくようにして、空洗工程の水張りステップを省略した点、さらに気体押出し逆洗ステップの際に、排水弁13を閉としたまま空洗弁18を開にして分離膜モジュール1の膜一次側に空気を導入して空洗を行った点の2点以外は、実施例1と同様に運転を行った。
Example 4
Using the desalination apparatus having the equipment configuration shown in FIG. 3, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後も65kPaと安定運転を行うことができた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.033kWh/m3であり、実施例1比で1.03であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was stable at 65 kPa after 6 months with respect to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.033 kWh / m 3 , which was 1.03 compared with Example 1.
(実施例5)
図3に示す設備構成の造水装置を用いて、気体押出し逆洗工程の気体押出し逆洗ステップの最初の10秒間をオーバーフロー弁11、排水弁13を開としたまま、逆洗排水を分離膜モジュール1外に排水弁13、排水配管14を介して流出させた点、次いで、気体押出し逆洗ステップとなって10秒経過後に排水弁13を閉として、逆洗排水を分離膜モジュール1内の膜一次側に溜め込んでいくようにして、空洗工程の水張りステップを省略した点、排水弁13を閉として分離膜モジュール1内の膜一次側に逆洗排水を溜め込んでいくと同時に、空洗弁18を開にして分離膜モジュール1の膜一次側に空気を導入して空洗を行った点、気体押出し逆洗ステップを合計30秒間実施後に加圧気体弁17、逆洗弁6を閉にして気体押出し逆洗を停止させた後も、空洗弁18を開としたまま空洗を継続して、空洗を30秒間実施した後に空洗弁18を閉として空洗を停止させた点、の4点以外は、実施例1と同様に運転を行った。
(Example 5)
Using the fresh water generator of the equipment configuration shown in FIG. 3, the backwash wastewater is separated from the backwash drainage with the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後も61kPaと安定運転を行うことができた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.032kWh/m3であり、実施例1比で1.00であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was stable at 61 kPa after 6 months with respect to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.032 kWh / m 3 , which was 1.00 compared to Example 1.
(比較例1)
図3に示す設備構成の造水装置を用いて、気体押出し逆洗工程の水位低下ステップおよび空洗工程の水張りステップを省略した点以外は、実施例1と同様に運転を行った。この逆洗工程における気体押出し逆洗ステップにあたっては、水位低下ステップを省略しているために分離膜モジュール1の膜一次側は水で満たされているので、分離膜を膜二次側から膜一次側へと透過した逆洗水は、逆洗排水として分離膜モジュール1の上方に設けられた逆洗排水口からオーバーフローして分離膜モジュール1外へと流出した。
(Comparative Example 1)
Operation was performed in the same manner as in Example 1 except that the water level lowering step in the gas extrusion backwashing step and the water filling step in the air washing step were omitted using the fresh water generator having the equipment configuration shown in FIG. In the gas extrusion backwashing step in this backwashing process, since the water level lowering step is omitted, the membrane primary side of the separation membrane module 1 is filled with water, so the separation membrane is moved from the membrane secondary side to the membrane primary side. The backwash water that permeated to the side overflowed from the backwash drain provided above the separation membrane module 1 as backwash wastewater and flowed out of the separation membrane module 1.
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後には87kPaとなっていた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.038kWh/m3であり、実施例1比で1.18であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was 87 kPa after 6 months, compared to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.038 kWh / m 3 , which was 1.18 compared with Example 1.
(比較例2)
図5に示す設備構成の造水装置を用いて、分離膜モジュール1に外圧式のPVDF製中空糸限外ろ過膜モジュールHFU−2020(東レ(株)製)を1本使用して、薬液貯槽21に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を貯留して、河川水を膜ろ過流束3m3/(m2・d)で全量ろ過方式で定流量ろ過を行った。
(Comparative Example 2)
A water storage device having the equipment configuration shown in FIG. 5 is used, and the separation membrane module 1 uses one external pressure PVDF hollow fiber ultrafiltration membrane module HFU-2020 (manufactured by Toray Industries, Inc.), A sodium hypochlorite aqueous solution was stored in No. 21, and the river water was subjected to constant flow filtration with a membrane filtration flux of 3 m 3 / (m 2 · d) by a total filtration method.
各運転工程は、以下に示す機器の発停と弁の開閉によって構成した。まず、給水工程として原水弁4、オーバーフロー弁11を開にして、原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給して分離膜モジュール1の膜一次側を原水で満たした。次いで、膜ろ過工程として、膜ろ過水弁8を開にして、オーバーフロー弁11を閉にすることで原水は分離膜モジュール1によって膜ろ過されて、膜ろ過水配管5、膜ろ過水弁8を介して膜ろ過水が取り出され、逆洗水槽34に貯留される。逆洗水槽34からオーバーフローした膜ろ過水は、膜ろ過水流出配管9を介して装置外へと流出する。この際、原水供給ポンプ2の出力を膜ろ過水流量センサの出力値によるフィードバック制御することにより、膜ろ過流束3m3/(m2・d)となるように膜ろ過水流量を定流量制御した。膜ろ過工程を30分間継続した後、原水供給ポンプ2を停止して、原水弁4、膜ろ過水弁8を閉にした後、オーバーフロー弁11を開にした。
Each operation process was configured by starting and stopping the equipment and opening and closing the valves as shown below. First, as a water supply process, the raw water valve 4 and the
逆洗工程として、逆洗弁6を開にして、逆洗ポンプ35を稼動させて逆洗水槽に貯留された膜ろ過水を逆洗水として、逆洗水配管36、逆洗弁6、膜ろ過水配管5を介して分離膜モジュール1の膜二次側へと押し込み、逆洗流束4m3/(m2・d)で30秒間の逆洗を行った。この逆洗工程中に薬液貯槽21に貯留した次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、逆洗水に対して塩素濃度5mg/Lとなるように薬液注入ポンプ22を用いて薬液注入配管23を介して逆洗水に注入した。この逆洗工程にあたっては、分離膜モジュール1の膜一次側は水で満たされているので、分離膜を膜二次側から膜一次側へと透過した逆洗水は、逆洗排水として分離膜モジュール1の上方に設けられた逆洗排水口からオーバーフローして分離膜モジュール1外へと流出した。逆洗を30秒間実施した後、逆洗ポンプ35を停止させ、逆洗弁6を閉にした。
As the backwashing process, the
空洗工程として、オーバーフロー弁11は開としたまま空洗弁18を開にして、分離膜モジュール1の膜一次側に空気を空気流量100NL/minとなるように導入して空洗を30秒間行った。空気流量は、加圧気体源15としてエアコンプレッサを使用して圧縮した空気を、空洗用加圧気体調圧弁32、空洗用気体流量調整弁33を用いて100NL/minとなるように調整を行った。その後、空洗弁18を閉じた。
As the air washing step, the
排水工程として、オーバーフロー弁11を開としたまま、排水弁13を開にして、分離膜モジュール1内の膜一次側の水を、空洗工程によって分離膜表面や分離膜間の流路から剥離した不純物とともに分離膜モジュール1から排出した。次いで、給水工程に戻り、上記工程を繰り返した。
As a drainage process, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後には95kPaとなっていた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.035kWh/m3であり、実施例1比で1.07であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was 95 kPa after 6 months, compared to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.035 kWh / m 3 , which was 1.07 compared with Example 1.
(比較例3)
図5に示す設備構成の造水装置を用いて、膜ろ過工程が終了後に、オーバーフロー弁11を開としたまま排水弁13を開にして、分離膜モジュール1の膜一次側の水を排水した後に、逆洗工程として、逆洗弁6を開にして、逆洗ポンプを稼動させて逆洗水槽に貯留された膜ろ過水を逆洗水として、逆洗水配管36、逆洗弁6、膜ろ過水配管5を介して分離膜モジュール1の膜二次側へと押し込み、逆洗流束4m3/(m2・d)で30秒間の逆洗を行った点、この逆洗工程に次ぐ水張りステップとして逆洗弁6、排水弁13を閉、原水弁4を開にして原水供給ポンプ2を稼動させて原水を分離膜モジュール1へと供給して分離膜モジュール1の膜一次側を原水で満たしてから空洗工程を行った点以外は比較例2と同様に運転を行った。
(Comparative Example 3)
After the membrane filtration step was completed, the
この逆洗工程にあたっては、オーバーフロー弁11、排水弁13が開になって分離膜モジュール1内の水は排出された状態になっているので、分離膜を膜二次側から膜一次側へと透過した逆洗水は、逆洗排水として分離膜表面をつたって重力に従って分離膜モジュール1の下方へと流下して、排水弁13、排水配管14を介して分離膜モジュール1外へと流出した。
In this backwashing process, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後には85kPaとなっていた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.033kWh/m3であり、実施例1比で1.01であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was 85 kPa after 6 months, compared to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.033 kWh / m 3 , which was 1.01 compared to Example 1.
(比較例4)
図5に示す設備構成の造水装置を用いて、逆洗工程時に、空洗弁18を開にして、分離膜モジュールの膜一次側に空気を空気流量100NL/minとなるように導入して空洗を同時に行った点、空洗を同時に行った逆洗工程に引き続いて、排水工程を行い、次いで、給水工程に戻り、膜ろ過工程、逆洗工程、排水工程、給水工程を繰り返した点以外は比較例2と同様に運転を行った。
(Comparative Example 4)
Using the fresh water generator having the equipment configuration shown in FIG. 5, during the backwashing process, the
その結果、分離膜モジュール1の膜ろ過差圧は、運転開始直後の30kPaに対し、6ヶ月後には85kPaとなっていた。また、運転期間中の本造水装置の平均電力消費量は、0.032kWh/m3であり、実施例1比で1.00であった。 As a result, the membrane filtration differential pressure of the separation membrane module 1 was 85 kPa after 6 months, compared to 30 kPa immediately after the start of operation. Moreover, the average power consumption of this fresh water generator during the operation period was 0.032 kWh / m 3 , which was 1.00 compared to Example 1.
1:分離膜モジュール
2:原水供給ポンプ
3:原水供給配管
4:原水弁
5:膜ろ過水配管
6:逆洗弁
7:逆洗水加圧水槽
8:膜ろ過水弁
9:膜ろ過水流出配管
11:オーバーフロー弁
12:オーバーフロー配管
13:排水弁
14:排水配管
15:加圧気体源
16:加圧気体配管
17:加圧気体弁
18:空洗弁
19:逆洗水加圧水槽エア抜き弁
21:薬液貯槽
22:薬液注入ポンプ
23:薬液注入配管
31:逆洗用加圧気体調圧弁
32:空洗用加圧気体調圧弁
33:空洗用気体流量調整弁
34:逆洗水槽
35:逆洗ポンプ
36:逆洗水配管
1: Separation membrane module 2: Raw water supply pump 3: Raw water supply piping 4: Raw water valve 5: Membrane filtration water piping 6: Backwash valve 7: Backwash water pressurized water tank 8: Membrane filtration water valve 9: Membrane filtration water outflow piping 11: Overflow valve 12: Overflow pipe 13: Drain valve 14: Drain pipe 15: Pressurized gas source 16: Pressurized gas pipe 17: Pressurized gas valve 18: Empty flush valve 19: Backwash water pressurized water tank air vent valve 21 : Chemical liquid storage tank 22: Chemical liquid injection pump 23: Chemical liquid injection pipe 31: Pressurized gas pressure regulating valve for backwashing 32: Pressurized gas pressure regulating valve for air washing 33: Gas flow adjusting valve for air washing 34: Backwash water tank 35: Backwashing pump 36: Backwash water piping
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