JP2020040050A

JP2020040050A - 膜ろ過方法および膜ろ過装置

Info

Publication number: JP2020040050A
Application number: JP2018171423A
Authority: JP
Inventors: 沙耶伊藤; Saya Ito; 佳介瀧口; Keisuke Takiguchi
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-03-19

Abstract

【課題】浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストを低減することができる膜ろ過方法および膜ろ過装置を提供する。【解決手段】被処理水に浸漬させたろ過膜である浸漬膜２６を用いて、浸漬槽１４において被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過工程と、浸漬膜２６の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出工程と、浸漬膜２６の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥工程と、浸漬膜２６を被処理水に浸漬させる浸漬工程と、浸漬膜２６を洗浄する洗浄工程と、を含み、露出工程を、乾燥工程よりも前段で行い、洗浄工程を、乾燥工程よりも後段で行う、膜ろ過方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、膜ろ過方法および膜ろ過装置に関する。

被処理水中の有機物等の懸濁物質を固液分離する方法として、凝集剤を添加した後に、槽内に膜を浸漬させた浸漬膜により膜ろ過処理を行って固液分離する方法がある。固液分離により浸漬膜に付着した懸濁物質を除去するため、浸漬膜の洗浄が必要となる。浸漬膜の洗浄方法として、槽内で膜の二次側から一次側に処理水を通水して膜表面の付着物を洗浄する逆洗や、膜面に気体を吹き付けるエアスクラビングといった物理洗浄と、逆洗等の物理洗浄では除去が困難な場合に膜を酸化剤やアルカリ剤、酸剤等の薬品に浸漬させる化学洗浄が一般的な方法である（特許文献１，２参照）。

河川水等の膜処理では、通常、膜の洗浄を３０分〜数時間に一度行うが、物理洗浄では除去が困難な膜閉塞物質が膜の表面に徐々に堆積していく。これを解消するために、通常、化学洗浄を数か月から数年に一度行う。化学洗浄は浸漬槽内で行われるため、大量の薬品と時間を要し、薬品コストや洗浄廃液の処理コストが問題となる。

特開平１１−１０４６５７号公報特開２００７−１５２２７２号公報

本発明の目的は、浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストを低減することができる膜ろ過方法および膜ろ過装置を提供することにある。

本発明は、被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過工程と、前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出工程と、前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥工程と、前記ろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬工程と、前記ろ過膜を洗浄する洗浄工程と、を含み、前記露出工程を、前記乾燥工程よりも前段で行い、前記洗浄工程を、前記乾燥工程よりも後段で行う、膜ろ過方法である。

前記膜ろ過方法において、前記ろ過膜は、セラミック製の平膜であることが好ましい。

前記膜ろ過方法における前記膜ろ過工程において、または前記膜ろ過工程の前段において、前記被処理水に凝集剤を添加することが好ましい。

また、本発明は、被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過手段と、前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出手段と、前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥手段と、前記ろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬手段と、前記ろ過膜を洗浄する洗浄手段と、を備え、前記露出手段による露出を、前記乾燥手段による乾燥よりも前段で行い、前記洗浄手段による洗浄を、前記乾燥手段による乾燥よりも後段で行う、膜ろ過装置である。

前記膜ろ過装置において、前記ろ過膜は、セラミック製の平膜であることが好ましい。

前記膜ろ過装置における前記膜ろ過手段による膜ろ過において、または前記膜ろ過手段による膜ろ過の前段において、前記被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段をさらに備えることが好ましい。

本発明により、浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストを低減することができる。

本発明の実施形態に係る膜ろ過装置の一例を示す概略構成図である。（ａ）は実施例１における乾燥後の膜の様子を示す写真であり、（ｂ）は実施例１における乾燥→洗浄（逆洗）後の膜の様子を示す写真であり、（ｃ）は比較例１における洗浄（逆洗）後の膜の様子を示す写真である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る膜ろ過装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

膜ろ過装置１は、被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過手段として、浸漬膜２６を有する浸漬槽１４を備える。膜ろ過装置１は、被処理水を貯留する被処理水槽１０と、被処理水に凝集剤を混和するための凝集混和槽１２と、処理水を貯留する処理水槽１６と、排水を貯留する排水槽１８とを備えてもよい。

図１の膜ろ過装置１において、被処理水槽１０の出口と凝集混和槽１２の入口とは、ポンプ２０を介して被処理水配管２８により接続されている。凝集混和槽１２と浸漬槽１４とは凝集混和槽１２から浸漬槽１４へ被処理水が連続的に流入できるように接続されている。浸漬槽１４には浸漬膜２６が設置されており、浸漬膜２６の二次側と処理水槽１６の入口とは、ポンプ２２を介して処理水配管３０により接続されている。浸漬槽１４の排水出口と排水槽１８の入口とは、排水配管３４により接続されている。処理水槽１６の処理水出口と浸漬槽１４の処理水入口とは、返送配管３２により接続されている。凝集混和槽１２には、モータ等の回転駆動手段および撹拌羽根等を有する撹拌手段である撹拌装置２４が設置されている。

本実施形態に係る膜ろ過方法および膜ろ過装置１の動作について説明する。

＜凝集工程＞
懸濁物質等を含む被処理水は、被処理水槽１０からポンプ２０によって被処理水配管２８を通して凝集混和槽１２へと送られる。凝集混和槽１２において、撹拌装置２４により撹拌が行われながら、凝集剤が添加され（凝集剤添加工程）、凝集混和が行われてもよい（凝集混和工程）。凝集剤が添加されることによって、被処理水に有機物等が含まれる場合、有機物等が膜に吸着されることが抑制され、後段の乾燥工程によって剥離しやすくなる。凝集剤は、例えば、凝集剤添加手段である凝集剤添加配管等を通して、凝集混和槽１２へ供給される。

処理対象である被処理水は、例えば、懸濁物質等を含む水であり、例えば、河川水、工業用水、排水等が挙げられる。

凝集剤としては、例えば、無機凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つが用いられる。

無機凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系無機凝集剤、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられる。無機凝集剤として、塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液を用いてもよい。さらに、塩基度７０％程度の超高塩基度ポリ塩化アルミニウム溶液を用いてもよい。塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液は、塩基度が４０％以上５０％以下の通常のポリ塩化アルミニウム溶液より、膜ろ過工程におけるろ過フラックスの低下を抑え、また、少ない添加量でも、浸漬膜に対して剥離性の良好なフロックの形成が可能である。したがって、浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストをより低減することができる。塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液を用いることで、剥離性が良好なフロックが形成される理由は、明らかではないが、塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液は高い荷電中和力を有し、塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液により形成されたフロックは荷電の中和が進んでいるため、荷電中和が進んだフロックと浸漬膜との親和性が低下することによるものであると推察される。また、塩基度７０％のポリ塩化アルミニウム溶液は、低残留Ａｌ、有機物除去性に優れること、凝集性に優れていること等を特徴としており、ｐＨ調整の試薬を削減することもできる薬品である。

塩基度が６０％以上７０％以下のポリ塩化アルミニウム溶液は、例えば特開２００９−２０３１２５号公報に記載の方法で製造することができる。具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３濃度が５〜１７質量％、Ｃｌ／Ａｌ_２Ｏ_３（モル比）が１．８０〜３．６０、ＳＯ_４／Ａｌ_２Ｏ_３（モル比）が０〜０．３５で且つ塩基度が４０〜６３％の塩基性塩化アルミニウム溶液に、８５℃以下の温度下でアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の化合物を添加した後、６５〜８５℃の温度で０．５〜２時間熟成を行うことによって製造することができる。ポリ塩化アルミニウム溶液の塩基度は、滴定により測定することができる（ＪＩＳＫ−１５４：２０１６）。

無機凝集剤の添加量は、例えば、１〜１００ｍｇ／Ｌの範囲である。

高分子凝集剤としては、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤またはカチオン性高分子凝集剤等、特に制限されるものではないが、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド・アクリル酸塩共重合体、アクリルアミドプロパンスルフォン酸ナトリウム、キトサン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレートおよびポリアミジン等が挙げられる。高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

高分子凝集剤の添加量は、例えば、０．１〜２ｍｇ／Ｌの範囲である。

凝集工程においてｐＨ調整を行ってもよい。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリである。ｐＨは、例えば、４〜１１の範囲に調整すればよい。ｐＨは、例えば、凝集混和槽１２に設置されたｐＨ測定手段であるｐＨ計によって測定される。

＜膜ろ過工程＞
被処理水は、凝集混和槽１２から浸漬槽１４へと送られる。浸漬槽１４において、被処理水に浸漬させた浸漬膜２６を用いて、被処理水は膜ろ過処理される（膜ろ過工程）。被処理水は、浸漬膜２６の外側（一次側）から内側（二次側）へと吸引され、被処理水に含まれる懸濁物質等がろ過される。膜ろ過処理された処理水は、処理水配管３０を通して処理水槽１６へと送られる。ろ過の進行に伴い、浸漬膜２６の表面には懸濁物質等が堆積し、ろ過抵抗が発生する。処理水は、返送配管３２を通して浸漬槽１４へ返送されてもよい。浸漬槽１４からの排水は、排水配管３４を通して排水槽１８へ送られてもよい。

凝集工程、膜ろ過工程における液温度は、特に制限はなく、例えば、１５〜３５℃の範囲である。粘性等によって分離性が変わるため、液温度はできるだけ一定になるように調整することが望ましい。

本実施形態に係る膜ろ過方法において用いられる浸漬膜２６としては、被処理水中の懸濁物質等をろ過することができるものであればよく、特に制限はない。浸漬膜２６としては、例えば、セラミック製等の無機膜、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）製、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製、酢酸セルロース（ＣＡ）製、ポリエチレン（ＰＥ）製等の有機膜等が挙げられ、後段の乾燥工程により膜性能や構造が変化しにくい等の点から、セラミック製の無機膜、ポリテトラフルオロエチレン製の有機膜が好ましく、親水性が高い等の点から、セラミック製の無機膜がより好ましく、セラミック製の平膜がより好ましい。

セラミック製の無機膜は、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ムライト、スピネル、またはこれらの混合物等の無機膜である。セラミック製の平膜の孔径は、例えば、０．００１μｍ〜０．１μｍの範囲、分画分子量は、例えば、数千〜数十万Ｄａの範囲、平膜１枚あたりの膜面積は、例えば、０．５ｍ^２〜５ｍ^２の範囲である。

＜露出工程＞
例えば、所定の時間毎、または膜間差圧が所定の値より上昇したときに、浸漬膜２６の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる（露出工程）。露出工程において、例えば、浸漬膜２６を浸漬槽１４から引き上げてもよいし、浸漬槽１４内の被処理水を引き抜いてもよい。浸漬膜２６を浸漬槽１４から引き上げる場合は、浸漬膜２６を引き上げる機構が露出手段として機能し、浸漬槽１４内の被処理水を引き抜く場合は、被処理水を浸漬槽１４から排出する排水配管３４等が露出手段として機能することになる。

露出工程において、浸漬膜２６の表面の全てを大気中に露出させることが好ましいが、処理時間、乾燥時間や湿度等の乾燥条件によっては浸漬膜２６の表面の面積の３０〜５０％以上を大気中に露出させることでもよい。

＜乾燥工程＞
露出工程の後、浸漬膜２６の表面の少なくとも一部を乾燥させる（乾燥工程）。乾燥は、自然乾燥で行ってもよいし、送風乾燥や温風乾燥（例えば、４０℃〜８０℃の温風）等の強制乾燥で行ってもよい。乾燥を自然乾燥で行う場合は、上記露出手段が乾燥手段として機能することになり、送風乾燥や温風乾燥等の強制乾燥で行う場合は、送風装置や温風送風装置等が乾燥手段として機能することになる。

乾燥工程において乾燥させる方法は、自然乾燥や、サーキュレータ等の送風機により気体を浸漬膜２６の一次側に供給する強制乾燥等が挙げられる。ろ過膜の下方にエアスクラビング用の気体供給装置を設け、気体を浸漬膜２６の一次側に供給して強制乾燥を行ってもよい。

乾燥工程における乾燥時間は、温度や湿度等のろ過膜の周囲の環境等に依存するため、特に限定されないが、例えば気温２０℃、湿度５０ＲＨ%の自然乾燥であれば６〜１２時間程度、好ましくは１０〜１２時間程度乾燥すればよい。乾燥工程における乾燥により、ろ過膜の表面が完全に（例えば、ろ過膜の表面の付着物（ケーキ）の含水率が５０重量％以下）乾燥していることが好ましい。

露出工程、乾燥工程を行うタイミングは、例えば、浸漬膜２６の膜間差圧が上昇してきたとき、所定の時間毎、例えば、１ヶ月に１度程度の頻度等であり、毎回でなくてもよい。

＜浸漬工程＞
乾燥工程後、浸漬膜２６を被処理水に再度浸漬させる（浸漬工程）。露出工程において浸漬膜２６を浸漬槽１４から引き上げた場合は、浸漬膜２６を浸漬槽１４へ引き下ろして浸漬させればよいし、露出工程において浸漬槽１４内の被処理水を引き抜いた場合は、浸漬槽１４内に被処理水を供給して浸漬させればよい。浸漬工程では、浸漬槽１４の水位を膜ろ過工程のときと同等にすればよい。浸漬工程において、乾燥したケーキが被処理水中に落下した場合には、落下したケーキは、浸漬槽１４が備える汚泥引き抜きバルブより回収すればよい。浸漬膜２６を浸漬槽１４へ引き下ろす場合は、浸漬膜２６を引き下ろす機構が浸漬手段として機能し、浸漬槽１４内に被処理水を供給する場合は、被処理水を浸漬槽１４へ供給するポンプ２０、被処理水配管２８等が浸漬手段として機能することになる。

＜洗浄工程＞
浸漬膜２６を洗浄する（洗浄工程）。例えば、処理水が逆洗水として処理水槽１６からポンプ２２により処理水配管３０を通して浸漬膜２６の二次側から一次側へ通水されて逆洗が行われる（逆洗工程）。この場合、ポンプ２２、処理水配管３０が洗浄手段として機能することになる。逆洗の代わりに、または逆洗と共に、例えば浸漬膜２６の下方から浸漬膜２６の一次側へ気体供給装置等により気体を供給し、エアスクラビングを行ってもよいし（エアスクラビング工程）、高圧水（噴射圧力が、例えば、１ＭＰａ〜１０ＭＰａ）を吹き付けて洗浄する高圧洗浄を行ってもよいし（高圧洗浄工程）、膜に振動を与えて剥離を促すのもよい。逆洗水による逆洗とエアスクラビングや高圧洗浄とを併用してもよい。逆洗水としては、処理水以外の水を使用してもよいし、処理水または処理水以外の水に次亜塩素酸ナトリウム等の薬品を添加してもよい。洗浄工程が終了後、凝集工程または膜ろ過工程へ戻ればよい。

本実施形態に係る膜ろ過方法により、浸漬膜２６を乾燥させることで膜の付着物の剥離性がよくなり、洗浄効率が高くなる。よって、薬品を使用しなくてもろ過膜を洗浄することができ、薬品洗浄の頻度を減らすことができる。よって、薬品コストを削減することができ、洗浄廃液の処理コストを低減できる。したがって、浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストを低減することができる。

本実施形態に係る膜ろ過方法は、露出工程と乾燥工程と洗浄工程を少なくとも含んでいればよく、露出工程は、乾燥工程よりも前段で行われ、少なくとも１回の洗浄工程は、乾燥工程よりも後段で行われる。

すなわち、例えば、
（１）凝集工程→膜ろ過工程→露出工程→乾燥工程→浸漬工程→洗浄工程→膜ろ過工程
（２）凝集工程→膜ろ過工程→露出工程→乾燥工程→洗浄工程→浸漬工程→膜ろ過工程
等が挙げられる。なお、膜ろ過工程と露出工程との間での前段で、後段の洗浄工程とは別に、同様の洗浄工程が行われてもよい。

（１）の場合は、膜ろ過方法は、
被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過工程と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出工程と、
前記露出させたろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥させたろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬工程と、
前記浸漬させたろ過膜を物理的に洗浄する洗浄工程と、
を含む。

（２）の場合は、膜ろ過方法は、
被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過工程と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出工程と、
前記露出させたろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥させたろ過膜を物理的に洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄させたろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬工程と、
を含む。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１、比較例１＞
実施例１では、図１の膜ろ過装置を用い、凝集工程→膜ろ過工程→露出工程→乾燥工程→逆洗工程→浸漬工程の順序で処理を行った。比較例１では、凝集工程→膜ろ過工程→逆洗工程の順序で処理を行った。各工程の処理条件を以下に示す。

［凝集工程］
原水水質：濁度２度、色度４度
ＰＡＣ注入率：３０ｍｇ／Ｌ、凝集ｐＨ：６．２
［膜ろ過工程］
Ｆｌｕｘ：０．６ｍ／ｄ
［露出工程］
浸漬槽から浸漬膜を引き上げた
［乾燥工程］
２５℃、湿度７５％程度の環境下で約２日間、自然乾燥させた
［逆洗工程］
１．２ｍ／ｄ
［浸漬工程］
引き上げた浸漬膜を浸漬槽へ引き下げた

図２（ａ）は、実施例１における乾燥後の膜の様子を示す写真であり、（ｂ）は実施例１における乾燥→洗浄（逆洗）後の膜の様子を示す写真であり、（ｃ）は比較例１における洗浄（逆洗）後の膜の様子を示す写真である。

実施例１と比較例１の結果から、乾燥によりフロックが剥離されていることが確認できた。

このように、浸漬膜による膜処理における膜の洗浄のコストを低減することができることがわかった。

１膜ろ過装置、１０被処理水槽、１２凝集混和槽、１４浸漬槽、１６処理水槽、１８排水槽、２０，２２ポンプ、２４撹拌装置、２６浸漬膜、２８被処理水配管、３０処理水配管、３２返送配管、３４排水配管。

Claims

被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過工程と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出工程と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥工程と、
前記ろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬工程と、
前記ろ過膜を洗浄する洗浄工程と、
を含み、
前記露出工程を、前記乾燥工程よりも前段で行い、前記洗浄工程を、前記乾燥工程よりも後段で行うことを特徴とする、膜ろ過方法。
請求項１に記載の膜ろ過方法であって、
前記ろ過膜は、セラミック製の平膜であることを特徴とする、膜ろ過方法。
請求項１または２に記載の膜ろ過方法であって、
前記膜ろ過工程において、または前記膜ろ過工程の前段において、前記被処理水に凝集剤を添加することを特徴とする、膜ろ過方法。
被処理水に浸漬させたろ過膜を用いて、被処理水を膜ろ過処理する膜ろ過手段と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を大気中に露出させる露出手段と、
前記ろ過膜の表面の少なくとも一部を乾燥させる乾燥手段と、
前記ろ過膜を被処理水に浸漬させる浸漬手段と、
前記ろ過膜を洗浄する洗浄手段と、
を備え、
前記露出手段による露出を、前記乾燥手段による乾燥よりも前段で行い、前記洗浄手段による洗浄を、前記乾燥手段による乾燥よりも後段で行うことを特徴とする、膜ろ過装置。
請求項４に記載の膜ろ過装置であって、
前記ろ過膜は、セラミック製の平膜であることを特徴とする、膜ろ過装置。
請求項４または５に記載の膜ろ過装置であって、
前記膜ろ過手段による膜ろ過において、または前記膜ろ過手段による膜ろ過の前段において、前記被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段をさらに備えることを特徴とする、膜ろ過装置。