JP2023071190A

JP2023071190A - 膜濾過機及び膜濾過機の洗浄方法

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Publication number: JP2023071190A
Application number: JP2021183782A
Authority: JP
Inventors: 洋之進川端; Hironoshin Kawabata; 忠男新井; Tadao Arai
Original assignee: Yamato Co Ltd
Current assignee: Yamato Co Ltd
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2041-11-11
Also published as: JP7222055B1

Abstract

【課題】簡単な構成で大流量でのフラッシングを行うことが可能な膜濾過機及びこの膜濾過機の洗浄方法を提供する。【解決手段】この膜濾過機８０は、膜カセット４０の水の供給口と並列に接続した余剰水排出管２７を有し、濾過動作時に供給される余剰な水はこの余剰水排出管２７から排出される。これにより、膜カセット４０側へ供給する水の量を濾過水量の２倍～３倍にすることができる。また、膜カセット４０には、配管抵抗の低いフラッシング排出管２８が接続する。そして、フラッシング工程時にはフラッシング排出管２８を開いて膜カセット４０側へ供給される水の多くをケーシング４４内へ流入させフラッシング排出管２８から排出させる。これにより、ケーシング４４内には膜エレメント４２の表面に沿った強い平行流が発生し、膜エレメント４２の表面に付着した懸濁物質を剥離除去することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、水処理設備等に設けられた工業用計器の前段に設置して、懸濁物質を除去した清澄な水を測定水として工業用計器に供給する膜濾過機及びこの膜濾過機の洗浄方法に関するものである。

工業用計器とは製品の工程や途中状態、品質、製造装置の運転状態等を常時監視するための測定機器であり、例えば浄水施設等の水処理設備では各処理段階での水質を測定する残塩濃度計、ｐＨ計、色度計、アルカリ度計、電気伝導度計、濁度計等が挙げられる。そして、水処理設備ではこれらの工業用計器の水質測定の結果により、各段階、各槽での水処理状態のモニタや、水処理設備の処理動作の制御が行われる。このように工業用計器は水処理設備を管理していく上で重要な役割を担うものである。

しかしながら、これらの工業用計器の内、残塩濃度計、ｐＨ計、色度計、アルカリ度計、電気伝導度計等の多くの測定機器は、測定水中に懸濁物質が存在すると正確な測定を行えない。従って、処理段階の水に懸濁物質が含まれる場合には測定が行えず、懸濁物質の除去後の段階で測定を行うこととなる。このような場合、水質変化の発見が遅れ対応が間に合わないという問題点がある。このため、懸濁物質が含まれる水に対して水質測定を行う場合、処理中の水を分取して懸濁物質を除去し工業用計器に供給する方法が用いられる。この懸濁物質の除去方法の一つとしては、例えば個々の工業用計器の前段にカートリッジフィルタ等の濾過装置をそれぞれ個別に設置することが挙げられる。しかしながら、カートリッジフィルタの管理や汚れ具合等の確認は個別に行う必要があり、交換頻度、汚れ状況の差異に依る測定結果の変動が水処理設備の適正な管理に支障をきたす場合がある。

また、懸濁物質の除去方法の一つとして濾過膜を使用した膜濾過機を用いる方法が挙げられる。この膜濾過機は自動運転が容易であり、他の濾過方法に比べて日常的な維持管理の負担が少ないという利点がある。また、他の濾過方法に比べて装置規模が小さく、少ないスペースでの設置が可能であるという利点がある。しかしながら、膜濾過機では継続的な使用によって濾過膜表面に懸濁物質が付着して目詰まりを起こし、濾過水量の低下や一次圧力上昇などの機能低下が生じる。このため、濾過膜に対する定期的な洗浄が必要となる。

ここで、下記［特許文献１］では、濾過水の一部を濾過膜の２次側から１次側へ通水して懸濁物質を剥離する逆洗に加えて、原水あるいは濾過水を濾過膜の表面に沿って流し、この平行流によって濾過膜の表面に残る懸濁物質を洗い流す、所謂フラッシングを行う膜洗浄方法に関する発明が開示されている。

特開２００７-１３０５２３号公報

しかしながら、一般的な膜濾過機は供給する水を全て濾過する全量濾過であるため、膜濾過機への水の供給量は濾過膜の能力に準じたものとなり比較的水量が少なく、十分なフラッシングを行う程の流量が確保できないという問題点がある。また、フラッシング時のみ供給量を増大させることも考えられるが、送水手段への動作切替等が必要となり制御系が複雑化するという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で大流量でのフラッシングを行うことが可能な膜濾過機及びこの膜濾過機の洗浄方法の提供を目的とする。

本発明は、
（１）ケーシング４４内に収容された膜エレメント４２を備える膜カセット４０と、濾過対象の水を取水し前記膜カセット４０に供給する取水管２６と、前記膜カセット４０を通過した濾過水を吐出する濾水管５６と、前記濾水管５６から吐水した濾過水を貯留する処理水槽５０と、を有し、前記処理水槽５０の濾過水を測定水として工業用計器３０に供給する膜濾過機において、
前記取水管２６は前記膜カセット４０が濾過する濾過水量の数倍の水を供給するとともに、前記膜カセット４０には前記取水管２６から供給される余剰な水を排出する余剰水排出管２７と、前記膜エレメント４２の洗浄動作時に前記ケーシング４４内に供給された水を排出するフラッシング排出管２８と、が接続し、
前記フラッシング排出管２８の配管抵抗は前記濾水管５６の配管抵抗と前記膜カセット４０の膜濾過抵抗とを合わせた値よりも低いことを特徴とする膜濾過機８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）余剰水排出管２７とフラッシング排出管２８とが、取水管２６が取水する槽内へ水を排出することを特徴とする上記（１）記載の膜濾過機８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）上記（１）または上記（２）に記載の膜濾過機８０の洗浄方法であって、
ケーシング４４内にエアを送出し前記ケーシング４４内をバブリングする空洗工程と、逆洗水を膜エレメント４２の内側から表面側へ通水する逆洗工程と、フラッシング工程と、を有し、
前記フラッシング工程は、膜カセット４０の濾過動作を停止した状態で、取水管２６が濾過水量の数倍の水を前記膜カセット４０へ圧送するとともに、圧送された水をフラッシング排出管２８から排出して濾過動作時よりも多くの水を前記ケーシング４４内に流入させることで前記膜エレメント４２の表面に沿った強い平行流を生じさせ前記膜エレメント４２の表面を洗浄することを特徴とする膜濾過機８０の洗浄方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）濾過動作とフラッシング工程とで取水管２６からの水の供給量が変化しないことを特徴とする上記（３）記載の膜濾過機８０の洗浄方法を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る膜濾過機及びこの膜濾過機の洗浄方法は、濾過動作時には余剰な水を余剰水排出管から排出してケーシング内に適量の水しか流入させず、洗浄動作のフラッシング工程時にはフラッシング排出管を開いて大部分の水をケーシング内に流入させて強い平行流を発生させる。これにより、送水手段に対する切り替え動作や設備等を用いることなく、濾過動作時とフラッシング工程時とでケーシング内に流入させる水の量を切り替えることができ、制御系や装置規模を大きくすることなく、効果的なフラッシング洗浄を行うことができる。

本発明に係る膜濾過機を備えた水処理設備の例を示す図である。本発明に係る膜濾過機を示す図である。本発明に係る膜濾過機の膜カセットの例を示す図である。本発明に係る膜濾過機の膜カセットの動作を説明する図である。本発明に係る洗浄方法のフラッシング工程の効果を示すグラフである。

本発明に係る膜濾過機について図面に基づいて説明する。尚、ここでは水処理設備１００として浄水施設を例に説明を行うが、本発明は浄水施設への適用に限定されるものではなく、温泉施設、温浴施設、プール、養魚施設、排水処理施設、汚水処理施設等、如何なる水処理設備１００の工業用計器３０に対しても適用が可能である。

先ず、本例で示す水処理設備１００に関して説明を行う。図１に示す水処理設備１００としての浄水施設は、着水槽８と混和槽２０とフロック形成槽１０と沈澱槽１２と砂濾過槽１４と浄水槽１６とを有している。そして、河川等の水源から取水され比較的大きな砂等が除去された原水は取水ポンプによって着水槽８に圧送され混和槽２０に流入する。尚、混和槽２０には、流入した原水に凝集剤を注入する凝集剤注入装置２２ａと、次亜塩素酸等の周知の殺菌剤を注入する殺菌注入装置２２ｂと、原水と凝集剤とを攪拌する撹拌装置２４と、を有している。そして、この混和槽２０で所定量の凝集剤と殺菌剤とが注入され、撹拌装置２４が原水と凝集剤とを急速に攪拌することで、原水中に分散していた細かな土砂やシルト等の懸濁物質は凝集して微小なマイクロフロックを形成する。

マイクロフロックが形成された原水は、次にフロック形成槽１０に流入して比較的緩い速度で攪拌される。これにより、マイクロフロック同士がさらに凝集して比較的大きなフロックへと成長する。また、フロックの形成された原水は、次に沈澱槽１２に流入し静置される。これにより、フロックは沈澱槽１２の下方に沈殿して上澄水と分離する。次に、沈澱槽１２の上澄水は例えばアンスラサイトやマンガン砂等の周知の濾過材が充填した砂濾過槽１４に通水され濾過される。そして、砂濾過槽１４を通過した原水は浄水槽１６にて再度、殺菌処理が施された後、給水施設等に送水される。

また、水処理設備１００は必要に応じて槽内の水質を常時測定する工業用計器３０が設けられる。尚、工業用計器３０の測定結果は水質の監視及び記録に使用されるのみならず、例えば殺菌注入装置２２ｂの吐出量の制御と連動させて自動水質管理に用いることも可能である。ここで、浄水施設に設けられる工業用計器３０としては前述のように残塩濃度計、ｐＨ計、色度計、アルカリ度計、電気伝導度計、濁度計等が挙げられる。このうち濁度計以外の工業用計器３０は懸濁物質やマイクロフロック等が測定水中に存在すると正確な測定が行えない。そして、本発明に係る膜濾過機８０は、水処理設備１００の槽内の水を分取して懸濁物質等を除去し清浄な測定水として工業用計器３０に供給するものである。尚、ここでは混和槽２０の水質測定を行う工業用計器３０に本発明の膜濾過機８０を適用した例を用いるが、対象となる槽は混和槽２０に限定されるものではなく、着水槽８、フロック形成槽１０、沈澱槽１２等、工業用計器３０が設置され測定に濾過が必要な全ての槽に適用が可能である。また、水処理設備１００の各種配管ライン等の水を測定の対象としても良い。また、本例では処理水槽５０からの測定水（濾過水）を１台の工業用計器３０に供給する例を図示しているが、膜濾過機８０から測定水を供給する工業用計器３０の台数には特に制限は無く、工業用計器３０を複数台、直列もしくは並列に接続して、１台の膜濾過機８０から複数の工業用計器３０に測定水を供給するようにしても良い。

次に、本発明に係る膜濾過機８０の構成を図２を用いて説明する。先ず、本発明に係る膜濾過機８０は、ケーシング４４内に濾過膜としての膜エレメント４２を備えた膜カセット４０と、濾過対象の水（ここでは、混和槽２０内の水）を取水し膜カセット４０に供給する取水管２６と、この膜エレメント４２を通過した濾過水を外部に吐出する濾水管５６と、この濾水管５６から吐水した濾過水を貯留する処理水槽５０と、取水管２６から供給される余剰な水を排出する余剰水排出管２７と、膜エレメント４２の洗浄動作時にケーシング４４内に供給された水を排出するフラッシング排出管２８と、を有している。

尚、本発明の膜カセット４０で用いる膜濾過は浄水方法として広く用いられている技術であり、濾過膜の膜孔のサイズが０．０１μｍ～２μｍと幅広く、膜孔のサイズを選択することで水中の懸濁物質やクリプトスポリジウム等の一定以上の大きさの不純物を物理的に除去することができる。また、膜濾過機は前述のように、他の濾過方法に比べて自動運転が容易であり、日常的な維持管理が楽で省力化が可能である。また、比較的装置規模が小さく小型化が可能でスペースをとらないなどの特徴がある。尚、膜濾過機の濾過装置としては、処理対象となる水の中に濾過膜を浸漬して用いるタイプと濾過膜を所定のケーシング４４内に収納し、そのケーシング４４内に水を導入して用いるカセットタイプとがある。本発明に用いる膜カセット４０は、後者のカセットタイプに相当する。そして特に、濾過膜（膜エレメント４２）の外側を１次側として濾過対象の水を圧送し、２次側としての濾過膜の内側へ透過させ濾過水を得る外圧式カセット収納型を用いることが好ましい。

ここで、本発明に好適な膜カセット４０を図３に示す。本発明に好適な膜カセット４０は、前述の外圧式カセット収納型の膜モジュールが複数並列に接続して構成されている。尚、膜モジュールを用いた濾過設備を使用する際には、必要な濾過水の量に対して必要な膜モジュールの数を算出し、この数を満たすように膜モジュールもしくは膜カセットを並列に連結して本発明の膜カセット４０を構成する。尚、本例では膜モジュールを３つ並列に接続した膜カセット４０を例に用いている。そして、この膜モジュールは、外径が０．５ｍｍ～３ｍｍ程度の繊維状の中空糸膜が多数束ねられて膜エレメント４２とされ、この膜エレメント４２が二つ折りにされて集水部４６によって両端部が纏められ略円筒形のケーシング４４の内部に収納されて構成されている。

また、膜エレメント４２は、前述のように周知のＵＦ膜（限外濾過膜）あるいはＭＦ膜（精密濾過膜）等の中空糸膜で構成され、中空の繊維体の表面から内部の中空に貫通した微細な膜孔を多数有している。尚、本発明の膜エレメント４２の膜孔の径は０．０５μｍ～０．１μmのものを用いることが好ましい。そして、膜エレメント４２を構成する中空糸膜の中空は集水部４６と繋がっており、膜エレメント４２の膜孔を通過した濾過水は内部の中空を通って集水部４６に集められる。尚、本発明の膜カセット４０では後述の空洗工程でのバブリングを効率的に行うために集水部４６を上にして設置することが好ましい。

また、膜カセット４０に濾過対象の水を供給する取水管２６には、濾過対象となる槽内の水を取水する送水手段としての送水ポンプＰ１と、取水管２６を開閉する取水弁Ｂ１とが設置されている。また、取水管２６には取水量を取得する流量計もしくは圧力計等の流量取得手段Ｍ１を設け、この取水量をモニタもしくは記録して管理するようにしても良い。さらに、この取水管２６には後述の逆洗工程で使用する逆洗排水管６６が接続し、この逆洗排水管６６には逆洗排水弁Ｂ６が設置されている。

また、余剰水排出管２７は、図３に示すように、膜カセット４０のケーシング４４内への水の供給口と並列に接続し、取水管２６から膜カセット４０に供給される余剰な水をケーシング４４内へ入れることなく外部へ排出する。尚、余剰水排出管２７は管径を細めたり、流量調整弁で流量を減少させることなどにより配管抵抗を上昇させ、取水管２６から流入する水の１／２～１／３が膜カセット４０側（ケーシング４４内）に供給されるように最適化する。また、余剰水排出管２７には開閉弁としての余剰水排水弁Ｂ７が設けられる。

また、フラッシング排出管２８の配管抵抗は、濾水管５６の配管抵抗と膜カセット４０の膜濾過抵抗とを合わせた値、即ち濾過動作時の２次側の配管抵抗よりも低く、また、余剰水排出管２７の配管抵抗よりも低く設計し、後述のフラッシング工程では取水管２６から流入する水の多くがケーシング４４を通してフラッシング排出管２８へ流れるように設計する。尚、フラッシング排出管２８はケーシング４４内に平行流が生じるように、ケーシング４４への水の供給口よりも遠い位置、例えばケーシング４４の上部側面に接続することが好ましい。またフラッシング排出管２８には、開閉弁としてのフラッシング水排水弁Ｂ５が設けられる。そして、これら余剰水排出管２７、フラッシング排出管２８、逆洗排水管６６は、例えば返送管２９と接続し、この返送管２９はこれらの管から流入した水を水処理設備１００の取水した槽（本例では混和槽２０）もしくはこの槽よりも上流の槽に返送する。この構成では、余剰水排出管２７、フラッシング排出管２８、逆洗排水管６６から排出される水が無駄にならず、水処理効率の低下を防止することができる。

また、膜カセット４０には、送気手段６０から送出されるエアを膜カセット４０内に供給するエア管６２が接続する。そして、このエア管６２には、開閉弁としての空洗弁Ｂ４と、膜カセット４０に供給するエアの量を規定する風流量調節弁ＢＦ４とが設けられる。尚、エア管６２にはエアの流量を取得する流量取得手段Ｍ４を設け、エアの流量をモニタもしくは記録して管理するようにしても良い。また、エア管６２はバブリングを効率良く行う観点からケーシング４４の下部側面に接続することが好ましい。

さらに、膜カセット４０の集水部４６には、膜エレメント４２を通過した濾過水を処理水槽５０に送る濾水管５６が接続し、この濾水管５６には開閉弁としての濾水弁Ｂ２と膜カセット４０で濾過する水の量（濾過水量）を規定する濾過水量調節弁ＢＦ２とが設けられている。また、濾水管５６には濾過水量を取得する流量取得手段Ｍ２を設け、この濾過水量をモニタもしくは記録して管理するようにしても良い。

また、処理水槽５０には、この処理水槽５０内に貯留した濾過水を測定水として工業用計器３０に供給する供給管５２と、この処理水槽５０内の余剰な濾過水を槽内に排出するオーバーフロー管５４と、膜カセット４０の逆洗工程時に処理水槽５０内の濾過水を逆洗水として膜カセット４０に圧送する逆洗管６４とが接続する。また、逆洗管６４には、処理水槽５０内の水を逆洗水として圧送するための逆洗ポンプＰ２と、逆洗管６４を開閉する逆洗弁Ｂ３と、逆洗管６４を流れる逆洗水の流量を規定する逆洗水量調節弁ＢＦ３とが設けられている。尚、逆洗管６４には逆洗水の流量を取得する流量取得手段Ｍ３を設け、この逆洗水の流量をモニタもしくは記録して管理するようにしても良い。さらに、逆洗工程時に、逆洗ポンプＰ２と連動して次亜塩素酸ナトリウム等の周知の薬剤を逆洗管６４の配管ラインに注入する機構を設けても良い。そして、この逆洗工程時に薬剤を注入する構成では、逆洗工程やフラッシング工程での膜エレメント４２の洗浄効果を更に向上することができる。特に目詰まりした物質が有機物である場合、次亜塩素酸ナトリウム併用による洗浄効果は大きくなる。しかも次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤は、逆洗工程やフラッシング工程で逆洗排水管６６やフラッシング排出管２８より排水され、濾過水には含まれないことから、工業用計器３０へ測定水を供給する膜濾過機８０としての性能を損うことはない。

また、工業用計器３０には、この工業用計器３０で使用した測定水を槽内に排出するドレイン管５８が接続する。尚、処理水槽５０は工業用計器３０よりも上の位置に設け、供給管５２による測定水の供給を重力流下によって行うことが省エネルギーの観点から好ましい。また、処理水槽５０及び工業用計器３０は水処理設備１００の槽よりも上の位置に設け、オーバーフロー管５４及びドレイン管５８による水の排水を重力流下によって行うことが省エネルギーの観点から好ましい。

尚、本例ではオーバーフロー管５４、ドレイン管５８の排水先も取水した槽、即ち混和槽２０としているが、これらの配管の排水先は必ずしも取水した槽ではなくとも良い。ここで、本発明に係る膜濾過機８０は工業用計器３０に測定水を供給するものであるから、膜濾過機８０の濾過水の量は一般的に水処理設備１００の全体の水の流量に対して圧倒的に少ない。よって、オーバーフロー管５４、ドレイン管５８の排出先を取水した槽としても工業用計器３０の測定結果には大きな影響を与えない。ただし、水処理設備１００の全体の水量が比較的少ない設備では、オーバーフロー管５４、ドレイン管５８の排出先を取水した槽よりも後段の槽、本例では例えばフロック形成槽１０に排出するようにしても良い。この構成では膜濾過機８０を流れた水が槽内で循環せず一過式となる。よって、工業用計器３０での測定結果には膜濾過機８０を通過した水の影響は反映されず、全体の水量が比較的少ない水処理設備１００でも工業用計器３０による水質測定を精度良く行うことができる。尚、本発明に係る膜濾過機８０では前述の余剰水排出管２７、フラッシング排出管２８、逆洗排水管６６等も含め、基本的に取水した水を全て水処理設備１００のいずれかの槽へ戻す。このため水処理設備１００が取水した水の総量は減少せず、水量が比較的少ない水処理設備１００でも水処理効率の低下が生じることはない。

次に、本発明に係る膜濾過機８０の動作と洗浄方法に関して図４を用いて説明する。尚、図４では便宜上、膜カセット４０が１つの膜モジュールで構成された例を図示している。先ず、本発明の膜濾過機８０は、濾過動作と洗浄動作とを交互に繰り返すサイクル運転を行い、濾過膜の目詰まりを解消しつつ工業用計器３０の測定水として十分に清浄な濾過水を継続的に取得することを目的としている。また、洗浄動作は、空洗工程と逆洗工程とフラッシング工程の３つの工程で構成される。

先ず、濾過動作では、取水管２６の取水弁Ｂ１と濾水管５６の濾水弁Ｂ２と余剰水排出管２７の余剰水排水弁Ｂ７を開状態とし、逆洗管６４の逆洗弁Ｂ３とフラッシング排出管２８のフラッシング水排水弁Ｂ５とエア管６２の空洗弁Ｂ４と逆洗排水管６６の逆洗排水弁Ｂ６と閉状態とする。尚、濾水管５６の濾過水量調節弁ＢＦ２は予め設定された所定の開度となっている。そして、送水ポンプＰ１を動作させる。これにより、取水管２６は槽内の水（ここでは混和槽２０の原水）を取水して、図４（ａ）に示すように、ケーシング４４の下端部から膜カセット４０内へ圧送する。このときの取水管２６からの水の供給量は膜カセット４０で濾過する濾過水量の２倍～３倍の量であり、供給される水の１／２～２／３は余剰となる。この余剰な水は余剰水排出管２７から排出され、返送管２９を通って取水点（ここでは混和槽２０）に戻される。例えば、膜カセット４０の濾過水量Ｑｗを５Ｌ／ｍｉｎ～８Ｌ／ｍｉｎとし、膜カセット４０へ供給する供給水流量ＱｉｎをＱｗの２倍～３倍の１５Ｌ／ｍｉｎ～２０Ｌ／ｍｉｎとした場合、余剰水排出管２７から排出される余剰水流量ＱｏｕｔはＱｏｕｔ＝Ｑｉｎ－Ｑｗとなり、概ね７Ｌ／ｍｉｎ～１５Ｌ／ｍｉｎとなる。そして、膜カセット４０内へ圧送された水は膜エレメント４２の表面から膜孔を通って中空内に透過し濾過水となって集水部４６で集められ、濾水管５６を通って処理水槽５０に吐出する。このとき水中の懸濁物質は膜孔を通過できず膜エレメント４２の表面に残留する。これにより、濾過対象の水（原水）に対する濾過が行われる。尚、この濾過動作は装置規模や必要な濾過水量にもよるが、概ね８分～３０分とすることが好ましい。

また、処理水槽５０に吐出した濾過水は処理水槽５０に内に貯留し、一部が測定水として供給管５２を通り工業用計器３０に供給される。また、濾過動作が進んで濾過水が処理水槽５０の上限水位を超えると、この余剰な濾過水はオーバーフロー管５４を通して槽内に排出される。そして、工業用計器３０は処理水槽５０から供給された測定水を用いて槽内の水質測定を行う。尚、このときの測定水は膜カセット４０によって懸濁物質が除去された濾過水であるから、いずれの工業用計器３０であっても水質測定を問題なく行うことができる。そして、工業用計器３０で使用された測定水はドレイン管５８を通して槽内に排出される。尚、工業用計器３０による測定結果はモニタもしくは然るべき装置に出力され、水質管理等に用いられる。例えば、水処理設備１００が浄水施設の場合には、工業用計器３０が混和槽２０の残塩濃度を測定し、その測定結果に応じて殺菌注入装置２２ｂによる殺菌剤の注入量を制御する。

そして、この濾過動作が継続するにつれ水中の懸濁物質が膜エレメント４２の表面に徐々に付着し、膜カセット４０の濾過能力が低下する。このため、サイクル動作として定期的に膜カセット４０に対する洗浄動作を行う。この洗浄動作は前述のように、以下に示す空洗工程と逆洗工程とフラッシング工程とを順に行う。尚、この洗浄動作中も処理水槽５０に貯留している濾過水は継続して工業用計器３０に供給され、工業用計器３０による水質測定は洗浄動作中も継続して行われる。このため、洗浄動作中に処理水槽５０の濾過水が不足しないよう、１サイクルの濾過動作で生成する濾過水の量を、逆洗工程で使用する逆洗水の量と、濾過動作と洗浄動作の１サイクル中に工業用計器３０に供給する測定水の量の合計よりも多くする必要がある。これに関しては、必要な逆洗水の流量と逆洗時間、及び工業用計器３０の測定水の使用量とから１サイクル中に必要な濾過水の量を導出し、この量を満たすように送水ポンプＰ１の能力、流量調節弁ＢＦ１、ＢＦ２の開度、膜カセット４０の濾過能力、濾過動作の運転時間等を設計することで行う。

より具体的には、Ｑｗ［Ｌ/ｍｉｎ］を膜カセット４０の濾過水量とし、ｔｗ［ｍｉｎ］を濾過動作の時間とし、Ｑｚ［Ｌ/ｍｉｎ］を工業用計器３０へ供給する濾過水の水量とし、Ｑｒ［Ｌ/ｍｉｎ］は逆洗工程で使用する逆洗水流量とし、ｔｒ［ｍｉｎ］を逆洗工程の時間とし、ｔｕ［ｍｉｎ］を洗浄動作の時間（濾過が行われない時間）としたときに、
Ｑｗ×ｔｗ≧Ｑｚ×（ｔｗ+ｔｕ）+Ｑｒ×ｔｒ
が成り立つように、Ｑｗ及びｔｗを設定する。

次に、本発明に係る洗浄動作に関して説明を行う、先ず、洗浄動作の空洗工程では濾過動作時に稼働していた送水ポンプＰ１の運転を停止し、取水弁Ｂ１と濾水弁Ｂ２と余剰水排水弁Ｂ７とを閉状態とする。また、逆洗弁Ｂ３と逆洗排水弁Ｂ６は閉状態のまま維持する。そして、エア管６２の空洗弁Ｂ４とフラッシング排出管２８のフラッシング水排水弁Ｂ５を開状態とする。このとき、エア管６２の風流量調節弁ＢＦ４は予め設定された所定の開度となっている。そして、コンプレッサ等の周知の送気手段６０を動作させる。これにより、送気手段６０が送出したエアがエア管６２を通ってケーシング４４の下部から噴出し、図４（ｂ）に示すように、ケーシング４４内に残留した水をバブリングする。そして、このバブリングによって生じる乱流により膜エレメント４２の表面に付着した懸濁物質を剥離する。また、ケーシング４４内に供給されたエアはケーシング４４の上部に接続したフラッシング排出管２８を通して槽側に排出される。そして、この空洗工程が予め設定された時間行われると、送気手段６０の運転を停止するとともに空洗弁Ｂ４を閉状態とする。そして、逆洗工程に移行する。尚、この空洗工程は洗浄動作の約１／４の時間とすることが好ましく、仮に洗浄動作が２分の場合、約３０秒程度とすることが好ましい。

また、逆洗工程では逆洗弁Ｂ３と逆洗排水弁Ｂ６とを開状態とする。尚、このとき逆洗管６４の逆洗水量調節弁ＢＦ３は予め設定された所定の開度となっている。また、フラッシング水排水弁Ｂ５は開状態のまま維持し、取水弁Ｂ１と濾水弁Ｂ２と余剰水排水弁Ｂ７は閉状態を維持する。そして、逆洗ポンプＰ２を動作させる。これにより、処理水槽５０に貯留した濾過水が逆洗水として逆洗管６４を通り、図４（ｃ）に示すように、膜カセット４０の集水部４６に圧送される。そして、この逆洗水は膜エレメント４２の内側の中空から膜孔を通って膜エレメント４２の表面側へと通水し、この際、膜孔を閉塞していた懸濁物質を剥離除去する。この膜孔に通水した逆洗水は剥離した懸濁物質とともにフラッシング排出管２８及び逆洗排水管６６から排出され、返送管２９を通して槽内に排出される。これにより膜カセット４０に対する逆洗が行われる。そして、この逆洗工程が予め設定された時間行われると、逆洗ポンプＰ２の運転を停止するとともに逆洗弁Ｂ３と逆洗排水弁Ｂ６を閉状態とする。そして、フラッシング工程に移行する。尚、この逆洗工程は洗浄動作の約１／２の時間とすることが好ましく、仮に洗浄動作が２分の場合、１分前後とすることが好ましい。

また、フラッシング工程では取水弁Ｂ１と余剰水排水弁Ｂ７を開状態とし、フラッシング水排水弁Ｂ５は開状態のまま維持する。また、濾水弁Ｂ２と空洗弁Ｂ４と逆洗弁Ｂ３と逆洗排水弁Ｂ６は閉状態を維持する。そして、送水ポンプＰ１を動作させる。尚、送水ポンプＰ１の送水能力は濾過動作時と同一であり、濾過動作時とフラッシング工程時で切り替え制御等は行わない。これにより、取水管２６は槽内の水を取水して、ケーシング４４の下端部から膜カセット４０内へ圧送する。尚、このときの取水管２６からの水の供給量は濾過動作と同じ濾過水量の２倍～３倍の量となる。ただし、フラッシング工程では濾水弁Ｂ２が閉状態であるため、膜エレメント４２内に水は流れず濾過は行われない。また、開状態にあるフラッシング排出管２８は余剰水排出管２７並びに、濾水管５６の配管抵抗と膜カセット４０の膜濾過抵抗とを合わせた値よりも配管抵抗が低く、例えば、供給水流量Ｑｉｎを１５Ｌ／ｍｉｎ～２０Ｌ／ｍｉｎとした場合、フラッシング排出管２８を流れるフラッシング排水量Ｑｄが１０Ｌ／ｍｉｎ～１５Ｌ／ｍｉｎとなるように設計されている。このため、一部の水は余剰水排出管２７から排出されるものの、ケーシング４４内へ濾過動作時よりも多くの水が流入することとなる。

このようにしてケーシング４４内へ圧送された水は、図４（ｄ）に示すように膜エレメント４２の表面に沿った強い平行流となって、膜エレメント４２の表面に付着した懸濁物質を剥離除去する。この剥離した懸濁物質は供給された水とともにフラッシング排出管２８から排出され、返送管２９を通って槽内に排出される。そして、このフラッシング工程が予め設定された時間行われると、濾水弁Ｂ２を開状態にするとともに、フラッシング水排水弁Ｂ５を閉状態とする。これにより、膜エレメント４２の外側（１次側）の圧力が上昇して、ケーシング４４内の水が膜エレメント４２の膜孔を通過して濾過が行われる。これにより、膜濾過機８０は洗浄動作から濾過動作に移行する。尚、このフラッシング工程は洗浄動作の約１／４の時間とすることが好ましく、仮に洗浄動作が２分の場合、約２０秒～３０秒とすることが好ましい。

次に、本発明に係る膜濾過機８０の洗浄方法のフラッシング工程の効果に関して検証する。先ず、本発明の試験機として外圧式カセット収納型の膜カセット４０を用意した。尚、膜エレメント４２は膜孔径０．１μｍのＭＦ膜を用い膜面積は３．１ｍ^２とした。また、膜カセット４０へ供給する水は濁度５度とし供給水流量Ｑｉｎは１５Ｌ／ｍｉｎとした。また、濾過水量Ｑｗは５Ｌ／ｍｉｎとした。よって、余剰水流量Ｑｏｕｔはその差分の１０Ｌ／ｍｉｎとなる。また、濾過動作は１８ｍｉｎ、洗浄動作は２ｍｉｎとし、この洗浄動作中のフラッシング工程は２０ｓｅｃとした。また、フラッシング工程における供給水流量Ｑｉｎは濾過動作時と同じ１５Ｌ／ｍｉｎであり、フラッシング排出管２８から排水されるフラッシング排水量Ｑｄは１０Ｌ／ｍｉｎとした。よって、フラッシング工程における余剰水流量Ｑｏｕｔはその差分の５Ｌ／ｍｉｎとなる。

また、比較例として同一の外圧式カセット収納型の膜カセット４０を用意した。尚、この比較例には余剰水排出管２７は設けず、従来通り全量濾過とした。よって、供給水流量Ｑｉｎは濾過水量Ｑｗと同じ５Ｌ／ｍｉｎとなる。また、洗浄動作におけるフラッシング工程時の供給水流量Ｑｉｎも濾過動作時と同じ５Ｌ／ｍｉｎとなり、フラッシング排水量Ｑｄもこれと同じ５Ｌ／ｍｉｎとなる。尚、フラッシング工程以外の洗浄動作は本発明の試験機と同条件とした。

そして、濾過動作１８分と洗浄動作２分（うち、フラッシング工程２０秒）を１サイクルとして繰り返しながら、上記の濾過を３日間継続して行い、その濾過水量Ｑｗの変化を測定した。尚、濾過が進行し膜エレメント４２が懸濁物質で詰まると濾過水量Ｑｗが減少する。この濾過水量Ｑｗの低下は洗浄動作によって回復するが、濾過が継続するにつれ、これらの洗浄動作では除去しきれない懸濁物質が蓄積し濾過水量Ｑｗが徐々に減少傾向を示す。よって、濾過水量Ｑｗの減少量が少ない程、洗浄動作による懸濁物質の除去効果が高いことを意味する。尚、ここでは洗浄動作のうちフラッシング工程のみが異なる。よって、ここでの濾過水量Ｑｗの減少量はフラッシング工程による洗浄効果の強弱を意味する。

ここで、図５に濾過時間と濾過水量の線形近似直線のグラフと近似式を示す。ここで、図５中の実線が本発明の試験機の近似直線であり、図５中の破線が比較例の近似直線である。尚、洗浄動作中は濾過水量Ｑｗがゼロとなるため、洗浄動作中の濾過水量Ｑｗの値は演算から除外している。

図５より、本発明の近似直線の傾きは－０．００３８であったのに対し、比較例の近似直線の傾きは－０．００４８であり、比較例の傾きの方が本発明のものと比較して約２０％小さく濾過水量Ｑｗの減少量が大きいことが判る。即ち、本発明のフラッシング工程の方が比較例のものよりも洗浄効果が高く、これは本発明のフラッシング工程の方が比較例のものよりも水量が多く平行流の流速が速いことに起因するものと考えられる。

以上のように、本発明に係る膜濾過機８０は、膜カセット４０の水の供給口と並列に接続した余剰水排出管２７を有し、濾過動作時に取水管２６から膜カセット４０に供給される余剰な水はこの余剰水排出管２７から排出される。これにより、膜エレメント４２やケーシング４４側には過大な水圧が掛からず、膜カセット４０側へ供給する水の量を濾過水量の２倍～３倍にすることができる。また、膜濾過機８０の膜カセット４０には、濾水管５６の配管抵抗と膜カセット４０の膜濾過抵抗とを合わせた値よりも配管抵抗の低いフラッシング排出管２８が接続する。そして、洗浄動作のフラッシング工程時にはフラッシング排出管２８を開いて膜カセット４０側へ供給される水の多くをケーシング４４内へ流入させフラッシング排出管２８から排出させる。これにより、ケーシング４４内には膜エレメント４２の表面に沿った強い平行流が発生し、この平行流によって膜エレメント４２の表面に付着した懸濁物質を剥離除去することができる。

このように、本発明に係る膜濾過機８０及び洗浄方法は、濾過動作時には余剰な水を余剰水排出管２７から排出してケーシング４４内に適量の水しか流入させず、反対にフラッシング工程時には配管抵抗の低いフラッシング排出管２８を開いて大部分の水をケーシング４４内に流入させ強い平行流を生じさせる。これにより、送水手段に対する切り替え動作や設備等を用いることなく、濾過動作時とフラッシング工程時とでケーシング４４内に流入させる水の量を切り替えることができる。これにより、制御系や装置規模を大きくすることなく、効果的なフラッシング洗浄を行うことができる。

尚、本例で示した膜濾過機８０の各部の構成、動作、機構、配管経路等は一例であるから、特に本例に限定される訳ではなく、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。また、本例で示した膜濾過機８０の洗浄方法の手順、数値等は一例であるから、本例に限定される訳ではなく、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

２６取水管
２７余剰水排出管
２８フラッシング排出管
３０工業用計器
４０膜カセット
４２膜エレメント
４４ケーシング
５０処理水槽
５６濾水管
８０膜濾過機

本発明は、
（１）内部に膜エレメント４２を収納したケーシング４４と、前記ケーシング４４を備えた膜カセット４０と、濾過対象の水を取水し前記膜カセット４０に供給する取水管２６と、前記膜カセット４０を通過した濾過水を吐出する濾水管５６と、前記濾水管５６から吐水した濾過水を貯留する処理水槽５０と、を有し、前記処理水槽５０の濾過水を測定水として工業用計器３０に供給する膜濾過機において、
前記取水管２６は前記膜カセット４０が濾過する濾過水量の２倍～３倍の水を供給するとともに、前記膜カセット４０には前記取水管２６から供給される余剰な水を排出する余剰水排出管２７と、前記膜エレメント４２の洗浄動作時に前記ケーシング４４内に供給された水を排出するフラッシング排出管２８と、が接続し、
前記フラッシング排出管２８の配管抵抗は前記濾水管５６の配管抵抗と前記膜カセット４０の膜濾過抵抗とを合わせた値よりも低いことを特徴とする膜濾過機８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）余剰水排出管２７とフラッシング排出管２８とが、取水管２６が取水する槽内へ水を排出することを特徴とする上記（１）記載の膜濾過機８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）上記（１）または上記（２）に記載の膜濾過機８０の洗浄方法であって、
ケーシング４４内にエアを送出し前記ケーシング４４内をバブリングする空洗工程と、逆洗水を膜エレメント４２の内側から表面側へ通水する逆洗工程と、フラッシング工程と、を有し、
前記フラッシング工程は、膜カセット４０の濾過動作を停止した状態で、取水管２６が濾過水量の２倍～３倍の水を前記膜カセット４０へ圧送するとともに、圧送された水をフラッシング排出管２８から排出して濾過動作時よりも多くの水を前記ケーシング４４内に流入させることで前記膜エレメント４２の表面に沿った強い平行流を生じさせ前記膜エレメント４２の表面を洗浄することを特徴とする膜濾過機８０の洗浄方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）濾過動作とフラッシング工程とで取水管２６からの水の供給量が変化しないことを特徴とする上記（３）記載の膜濾過機８０の洗浄方法を提供することにより、上記課題を解決する。

Claims

ケーシング内に収容された膜エレメントを備える膜カセットと、濾過対象の水を取水し前記膜カセットに供給する取水管と、前記膜カセットを通過した濾過水を吐出する濾水管と、前記濾水管から吐水した濾過水を貯留する処理水槽と、を有し、前記処理水槽の濾過水を測定水として工業用計器に供給する膜濾過機において、
前記取水管は前記膜カセットが濾過する濾過水量の数倍の水を供給するとともに、
前記膜カセットには前記取水管から供給される余剰な水を排出する余剰水排出管と、前記膜エレメントの洗浄動作時に前記ケーシング内に供給された水を排出するフラッシング排出管と、が接続し、
前記フラッシング排出管の配管抵抗は前記濾水管の配管抵抗と前記膜カセットの膜濾過抵抗とを合わせた値よりも低いことを特徴とする膜濾過機。
余剰水排出管とフラッシング排出管とが、取水管が取水する槽内へ水を排出することを特徴とする請求項１記載の膜濾過機。
請求項１または請求項２に記載の膜濾過機の洗浄方法であって、
ケーシング内にエアを送出し前記ケーシング内をバブリングする空洗工程と、逆洗水を膜エレメントの内側から表面側へ通水する逆洗工程と、フラッシング工程と、を有し、
前記フラッシング工程は、膜カセットの濾過動作を停止した状態で、取水管が濾過水量の数倍の水を前記膜カセットへ圧送するとともに、圧送された水をフラッシング排出管から排出して濾過動作時よりも多くの水を前記ケーシング内に流入させることで前記膜エレメントの表面に沿った強い平行流を生じさせ前記膜エレメントの表面を洗浄することを特徴とする膜濾過機の洗浄方法。
濾過動作とフラッシング工程とで取水管からの水の供給量が変化しないことを特徴とする請求項３記載の膜濾過機の洗浄方法。