JP2024036939A - Water treatment method and apparatus - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高分子量バイオポリマーが含まれる被処理水を清澄化する水処理方法及び装置に関する。 The present invention relates to a water treatment method and apparatus for clarifying treated water containing high molecular weight biopolymers.
種々の原水のろ過に用いられる、ろ過膜は、ろ過精度に優れること、設置スペースが少なくて済むこと、運転管理が容易であることなどの理由から、各種の分離膜装置に用いられている。 Filtration membranes, which are used to filter various types of raw water, are used in various separation membrane devices because they have excellent filtration accuracy, require less installation space, and are easy to manage.
しかし、このようなろ過膜を用いた分離膜装置にあっては、ろ過の継続に伴い原水中の除去対象物質が膜表面に付着して孔を閉塞するため、徐々にろ過性能が低下し、ついにはろ過できなくなってしまうという問題がある。 However, in separation membrane devices using such filtration membranes, as filtration continues, the substances to be removed in the raw water adhere to the membrane surface and clog the pores, resulting in a gradual decline in filtration performance. The problem is that it eventually becomes impossible to filter.
そこで、ろ過性能を維持するために、空気等の気体をろ過膜の原水側に気泡として導入する気体洗浄やろ過方向とは逆方向にろ液側からろ過水あるいは清澄水等の逆洗媒体を噴出させて膜のろ過面の付着物を除去する逆圧水洗浄(以後、逆洗と呼ぶ)が一般的に行われている。 Therefore, in order to maintain filtration performance, gas cleaning such as air is introduced as bubbles into the raw water side of the filtration membrane, and backwashing media such as filtered water or clear water is introduced from the filtrate side in the opposite direction to the filtration direction. Back-pressure water cleaning (hereinafter referred to as backwashing), which removes deposits from the filtration surface of a membrane by ejecting water, is generally performed.
膜表面の付着物を除去し、高い膜ろ過流束を維持するためには、気体洗浄時の流量を多くして、気体洗浄時間を長くすることが有効である。しかし、これらは気体洗浄時における、ろ過膜の振動を増加させることになり、ろ過膜に負荷を掛けるため、ろ過膜の寿命が短くなるという問題がある。また、次亜塩素酸ソーダやオゾン水などの酸化剤を用いた逆洗方法、空気やオゾン化空気をろ過膜の原水側に気泡として導入する方法等は洗浄効果を高める上で有効であるが、原水の濁質等の条件によっては必ずしも十分安定なろ過流束が得られない場合がある。また、分離膜装置の洗浄のために膜浸漬槽へ薬液を満たすといった方法も考えられるが、この方法には多くの薬液量が必要で操作も煩雑であるといった問題があった。 In order to remove deposits on the membrane surface and maintain a high membrane filtration flux, it is effective to increase the flow rate during gas cleaning and lengthen the gas cleaning time. However, these methods increase the vibration of the filtration membrane during gas cleaning, which places a load on the filtration membrane, resulting in a problem that the life of the filtration membrane is shortened. In addition, backwashing methods using oxidizing agents such as sodium hypochlorite or ozonated water, and methods in which air or ozonized air is introduced as bubbles into the raw water side of the filtration membrane are effective in increasing the cleaning effect. Depending on conditions such as turbidity of raw water, a sufficiently stable filtration flux may not always be obtained. Another possible method for cleaning the separation membrane device is to fill a membrane dipping tank with a chemical solution, but this method has problems in that it requires a large amount of chemical solution and is complicated to operate.
さらに、河川水及び海水などの自然水をろ過する場合のファウリングは、従来、フミン酸、フルボ酸を中心とするフミン質が主要な原因と言われてきた。 Furthermore, it has been said that humic substances, mainly humic acid and fulvic acid, are the main cause of fouling when filtering natural water such as river water and seawater.
被処理水中のフミン質を除去してから膜ろ過処理に供する方法は、特許文献1及び特許文献2に開示されているが、フミン質はそもそも膜ろ過の障害にはなりにくいため、効力は限定的であった。さらにバイオポリマー濃度を測定し、フミン質を除去してから凝集剤を添加して膜ろ過処理する方法は、特許文献3に開示されている。
しかしながら、フミン質を除去してから凝集剤を添加する方法についても、フミン質除去に手間がかかり現実的な方法ではなかった。
A method of removing humic substances from the water to be treated and then subjecting it to membrane filtration treatment is disclosed in
However, the method of adding a flocculant after removing humic substances is also not a practical method because it takes time and effort to remove humic substances.
本発明者らの検討によって、ろ過膜の目詰まりを誘発するファウリング物質が微生物由来の多糖類やタンパク質から構成されるバイオポリマーであることが明らかになった。特に海水では、河川水に比べ、バイオポリマーの濃度が高く、ろ過が難しい。 Through studies conducted by the present inventors, it has become clear that the fouling substance that induces clogging of filtration membranes is a biopolymer composed of polysaccharides and proteins derived from microorganisms. In particular, seawater has a higher concentration of biopolymers than river water, making it difficult to filter.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明者らは、一般的にバイオポリマーと呼称する物質についても、その分子量によって大きく膜のファウリング特性に差があり、膜のファウリング特性と特に相関する、分子量1,000,000以上にピークを持つ高分子量バイオポリマーを含む被処理水を、あらかじめ検知し、ろ過膜の目詰まりを生じさせる前に、目詰まりに対する対策を事前に講じることによって、安定して膜ろ過することができる水処理方法及び装置を提供する。 The present invention has been made to solve such problems. The present inventors have discovered that the membrane fouling properties of substances commonly referred to as biopolymers vary greatly depending on their molecular weight, and that those with a molecular weight of 1,000,000 or more are particularly correlated with membrane fouling properties. Water that can be stably membrane-filtered by detecting in advance the water to be treated that contains high-molecular-weight biopolymers that have a peak and taking countermeasures to prevent clogging before the filtration membrane becomes clogged. A processing method and apparatus are provided.
本発明の水処理方法は、以下の通りのものである。
<態様1>
被処理水を水処理装置により、清澄化する水処理方法であって、
前記方法は、分離膜設備を具備した前記水処理装置で、以下の(1)~(4)工程:
(1)多孔質分離膜モジュールに被処理水を通過させてろ過する、ろ過工程;
(2)前記多孔質分離膜モジュールを洗浄する、洗浄工程;
(3)薬品で前記多孔質分離膜モジュールを洗浄する、薬品洗浄工程;
(4)前記多孔質分離膜モジュールの外側表面及び内部に残存する洗浄液を排出する、排出工程;
を実施する方法であって、
前記被処理水に含まれる、分子量1,000,000以上にピークをもつ高分子量バイオポリマーの濃度に応じて、前記水処理装置の運転条件を決定する水処理方法。
<態様2>
前記洗浄工程が以下の処理からなる群から選ばれる一つ以上の処理を含む、態様1に記載の水処理方法。
前記多孔質分離膜モジュールに、ろ液を前記分離膜モジュールの内側表面から外側に通過させる、逆洗処理;
圧縮空気を排出して、分離膜の外側を通過する空気によって分離膜を揺らすことにより、前記多孔質分離膜モジュールの外側表面を洗浄する、エアスクラビング処理;
被ろ過液を、前記多孔質分離膜モジュールの外側に通過させることにより、分離膜の外側表面を洗浄する、フラッシング処理;
<態様3>
前記水処理装置の運転条件として、ろ過時間、ろ過流束、逆洗エア洗浄時間、逆洗流束、エア流量、フラッシング時間、フラッシング流量、薬品の濃度及び薬品洗浄インターバルからなる群から選ばれる少なくとも1つを変化させる、態様1又は2に記載の水処理方法。
<態様4>
前記水処理方法は、前記ろ過工程の前に、凝集沈殿処理設備、加圧浮上処理設備、凝集剤添加処理設備及び酸化剤添加処理設備からなる群から選ばれる、少なくとも一つの前処理設備が設置される、態様1~3の何れか1項に記載の水処理方法。
<態様5>
前記前処理設備の設定条件として、投入される薬剤の種類、前記薬剤と被処理水との滞留時間及び前記薬剤の添加量からなる群から選ばれる少なくとも1つを変化させる、態様4に記載の水処理方法。
<態様6>
前記水処理装置は、前記前処理設備と前記分離膜設備とを含み、前記被処理水に含まれる、前記高分子量バイオポリマーの濃度に応じて、前記前処理設備の設定条件又は、前記ろ過工程、前記洗浄工程、前記薬品洗浄工程及び前記排出工程の一つ以上の運転条件を決定する、態様3~5の何れか1項に記載の水処理方法。
<態様7>
前記被処理水は、自然水である、態様1~6の何れか1項に記載の水処理方法。
<態様8>
前記自然水を含む被処理水の処理を行う水処理装置であって、
前記水処理装置は、前記被処理水中の前記高分子量バイオポリマー濃度を測定する、高分子量バイオポリマー測定装置と、
前記被処理水に対し、膜ろ過の前段に設けられる前記前処理設備と、
前記前処理設備で処理した前記被処理水を分離膜モジュールでろ過する、ろ過工程を実施する、分離膜設備と備えている、水処理装置。
<態様9>
前記高分子量バイオポリマー測定装置は、LC-OCD(Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection)である、態様8に記載の水処理装置。
<態様10>
前記高分子量バイオポリマー濃度の測定が、低分子量物質を除去した後、分子ふるいにより前記高分子量バイオポリマーを分離して、その濃度を測定することで実施される、態様8又は9に記載の水処理装置。
The water treatment method of the present invention is as follows.
<
A water treatment method for clarifying water to be treated using a water treatment device, the method comprising:
The method includes the following steps (1) to (4) using the water treatment apparatus equipped with separation membrane equipment:
(1) A filtration step in which the water to be treated is passed through a porous separation membrane module and filtered;
(2) a cleaning step of cleaning the porous separation membrane module;
(3) a chemical cleaning step of cleaning the porous separation membrane module with a chemical;
(4) a discharge step of discharging the cleaning liquid remaining on the outer surface and inside of the porous separation membrane module;
A method of implementing
A water treatment method in which operating conditions of the water treatment device are determined according to a concentration of a high molecular weight biopolymer having a peak at a molecular weight of 1,000,000 or more contained in the water to be treated.
<
The water treatment method according to
a backwashing process of passing the filtrate through the porous separation membrane module from the inner surface of the separation membrane module to the outside;
an air scrubbing process of cleaning the outer surface of the porous separation membrane module by discharging compressed air and shaking the separation membrane with the air passing outside the separation membrane;
a flushing process of washing the outer surface of the separation membrane by passing the liquid to be filtered outside the porous separation membrane module;
<
The operating conditions of the water treatment equipment include at least one selected from the group consisting of filtration time, filtration flux, backwash air cleaning time, backwash flux, air flow rate, flushing time, flushing flow rate, chemical concentration, and chemical cleaning interval. The water treatment method according to
<Aspect 4>
In the water treatment method, at least one pretreatment facility selected from the group consisting of coagulation sedimentation treatment facility, pressure flotation treatment facility, flocculant addition treatment facility, and oxidizing agent addition treatment facility is installed before the filtration step. The water treatment method according to any one of
<
According to aspect 4, at least one selected from the group consisting of the type of chemical introduced, the residence time of the chemical and the water to be treated, and the amount of the chemical added is changed as a setting condition of the pretreatment equipment. Water treatment methods.
<
The water treatment device includes the pretreatment equipment and the separation membrane equipment, and the setting conditions of the pretreatment equipment or the filtration step are determined depending on the concentration of the high molecular weight biopolymer contained in the water to be treated. , the water treatment method according to any one of
<
The water treatment method according to any one of
<
A water treatment device that processes water to be treated including the natural water,
The water treatment device includes a high molecular weight biopolymer measuring device that measures the high molecular weight biopolymer concentration in the water to be treated;
The pretreatment equipment provided for the water to be treated before membrane filtration;
A water treatment device comprising a separation membrane facility that performs a filtration step of filtering the water to be treated treated with the pretreatment facility using a separation membrane module.
<
The water treatment device according to
<Aspect 10>
The water according to
本発明の水処理方法及び装置によれば、被処理水中に含まれる分子量1,000,000以上のろ過膜の目詰まりに極めて高い相関を有する高分子量バイオポリマーを予め検知できるため、ろ過膜の目詰まりが発生する前に、ろ過工程や洗浄工程等の運転条件や前処理設備の設定条件を制御して、安定して膜ろ過を行うことができる。あるいは目詰まりしないと予見できる場合には、ろ過流束を上げて運転することができる。 According to the water treatment method and apparatus of the present invention, it is possible to detect in advance high molecular weight biopolymers that have a molecular weight of 1,000,000 or more and have an extremely high correlation with clogging of filtration membranes, which are contained in the water to be treated. Before clogging occurs, membrane filtration can be stably performed by controlling the operating conditions of the filtration process, cleaning process, etc. and the setting conditions of the pretreatment equipment. Alternatively, if it is foreseeable that clogging will not occur, the filtration flux can be increased during operation.
以下に、本発明に係る水処理装置の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the suitable embodiment of the water treatment apparatus based on this invention is described with reference to drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の水処理装置1は、ろ過工程の前に、前処理を行う凝集沈殿処理設備もしくは加圧浮上処理設備である前処理設備2、又は凝集剤添加処理設備もしくは酸化剤添加処理設備である前処理設備3からなる群から選ばれる、少なくとも一つの前処理設備が設置され、及び分離膜設備4、さらに高分子量バイオポリマー測定装置9を備えている。
本実施形態の水処理装置1においては、まず、高分子量バイオポリマーを含む被処理水(自然水)が、高分子量バイオポリマー測定装置9内に連続的に又は断続的に導入され、被処理水中の高分子量バイオポリマーの濃度を測定後、それぞれ、被処理水に対し、膜ろ過の前段に設けられる前処理設備2及び/又は前処理設備3によって凝集剤又は酸化剤が連続的又は断続的に添加されるなどを行い、分離膜設備4に送られる。前処理設備2及び/又は前処理設備3で処理した被処理水を分離膜モジュールが組み込まれた分離膜設備4によりろ過する、ろ過工程が行われ、分離膜設備4から、ろ過水が得られるように構成されている。
The
In the
ここで、被処理水となる自然水中には、微生物による植物などの分解物であるフミン質、及び微生物の代謝物であるバイオポリマー等が含まれ、上述したようにフミン質のみを除去してもバイオポリマーがろ過膜の目詰まりの原因となり、後段の分離膜設備4が安定に稼働しない。
また、バイオポリマーは比較的高い分子量の物質であるが、バイオポリマーの中でもろ過膜の目詰まりの原因となる画分は、分子量1,000,000以上にピークをもつ画分(高分子量バイオポリマー)であることが分かった。
Here, the natural water to be treated contains humic substances, which are decomposition products of plants etc. by microorganisms, and biopolymers, which are metabolites of microorganisms, and as mentioned above, only humic substances are removed. Also, the biopolymer causes clogging of the filtration membrane, and the subsequent separation membrane equipment 4 does not operate stably.
Furthermore, although biopolymers are substances with relatively high molecular weights, the fraction that causes clogging of filtration membranes is the fraction with a molecular weight of 1,000,000 or more (high molecular weight biopolymers). ).
そこで、本発明者らは、まず、被処理水中の分子量:1,000,000以上の画分(高分子量バイオポリマー)の濃度を測定し、ファウリングのしやすさを見積もることで、分離膜設備4を安定稼働するための措置を講じることとした。
本実施形態は、被処理水を水処理装置1により、清澄化する水処理方法であって、
被処理水に含まれる、分子量1,000,000以上にピークをもつ高分子量バイオポリマーの濃度に応じて、水処理装置1の運転条件を決定する水処理方法である。
本実施形態の水処理方法は、分離膜設備4を具備した水処理装置1で、以下の工程(1)~(4)工程:
(1)多孔質分離膜モジュールに被処理水を通過させてろ過する、ろ過工程;
(2)多孔質分離膜モジュールを洗浄する、洗浄工程;
(3)薬品で多孔質分離膜モジュールを洗浄する、薬品洗浄工程;
(4)多孔質分離膜モジュールの外側表面及び内部に残存する洗浄液を排出する、排出工程;
を実施する方法である。
Therefore, the present inventors first measured the concentration of the fraction with a molecular weight of 1,000,000 or more (high molecular weight biopolymer) in the water to be treated and estimated the ease of fouling. We decided to take measures to ensure stable operation of Facility 4.
This embodiment is a water treatment method in which water to be treated is clarified by a
This water treatment method determines the operating conditions of the
The water treatment method of this embodiment uses a
(1) A filtration step in which the water to be treated is passed through a porous separation membrane module and filtered;
(2) Cleaning step of cleaning the porous separation membrane module;
(3) Chemical cleaning step of cleaning the porous separation membrane module with chemicals;
(4) a discharge step of discharging the cleaning liquid remaining on the outer surface and inside of the porous separation membrane module;
This is a method of implementing
被処理水中の高分子量バイオポリマーの濃度は、バイオポリマー測定装置であるLC-OCD(Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection)を用いるか、膜濃縮法により測定することができる。
LC-OCDにより測定した被処理水中の高分子量バイオポリマーの濃度は、一態様において、10~100μg/L、又は10~40μg/L、又は20~40μg/Lであってよい。
また、膜濃縮法により測定した被処理水中の高分子量バイオポリマーの濃度は、一態様において、10~100μg/L、又は12~50μg/L、又は25~50μg/Lであってよい。
The concentration of the high molecular weight biopolymer in the water to be treated can be measured using a biopolymer measuring device LC-OCD (Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection) or by a membrane concentration method.
The concentration of high molecular weight biopolymer in the water to be treated, as measured by LC-OCD, may in one embodiment be between 10 and 100 μg/L, or between 10 and 40 μg/L, or between 20 and 40 μg/L.
In one embodiment, the concentration of the high molecular weight biopolymer in the water to be treated measured by the membrane concentration method may be 10 to 100 μg/L, 12 to 50 μg/L, or 25 to 50 μg/L.
本実施形態の前処理設備の設定条件として、投入される薬剤(酸化剤又は凝集剤等)の種類、バッファータンク7内での薬剤と被処理水との滞留時間及び薬剤の添加量からなる群から選ばれる少なくとも1つを変化させることにより、安定した運転を実行することができる。
The setting conditions for the pretreatment equipment of this embodiment include the type of chemical (oxidizing agent, flocculant, etc.) to be introduced, the residence time of the chemical and the water to be treated in the
高分子量バイオポリマー濃度が高い時には、前処理設備2又は3の条件を強めに設定するか、前処理設備における凝集剤又は酸化剤等の薬剤の添加量を増やすことで、後段の分離膜設備4が安定に稼働できることを明らかにした。例えば、前処理設備2又は3で実施する凝集沈殿処理もしくは加圧浮上処理又は凝集剤添加処理もしくは酸化剤添加処理の設定条件として、それぞれの処理で投入される薬剤の濃度を10~100mg/Lとするのが好ましく、20~50mg/Lとするのがより好ましく、40~50mg/Lとするのが特に好ましい。
一方、高分子量バイオポリマーの濃度が低い場合には、前処理設備の設定条件を緩く、又は凝集剤等の薬剤の添加量を少なくすることで、低コストで安定した運転を実行することができる。
高分子量バイオポリマー濃度が「高い」か「低い」かの判別は、所望に応じて任意に設定した閾値濃度に従って行ってよく、例えば閾値濃度以上を「高い」濃度、閾値濃度未満を「低い」濃度と規定してよい。閾値濃度は、限定されるものではないが、LC-OCDの場合、例えば、25μg/L、又は30μg/L、又は35μg/Lに設定してよく、膜濃縮法の場合、例えば、30μg/L、又は35μg/L、又は40μg/L、又は45μg/Lに設定してよい。
When the concentration of high molecular weight biopolymer is high, setting the conditions of
On the other hand, when the concentration of high molecular weight biopolymers is low, stable operation can be achieved at low cost by loosening the setting conditions of the pretreatment equipment or reducing the amount of chemicals such as flocculants added. .
The determination of whether the high molecular weight biopolymer concentration is "high" or "low" may be performed according to a threshold concentration arbitrarily set as desired; for example, a concentration above the threshold value is considered "high" and a concentration below the threshold is considered "low". It may be defined as concentration. The threshold concentration may be set at, but not limited to, 25 μg/L, or 30 μg/L, or 35 μg/L for LC-OCD, and 30 μg/L for membrane concentration method. , or 35 μg/L, or 40 μg/L, or 45 μg/L.
本実施形態の水処理装置1は、より具体的には、上述した前処理設備2、前処理設備3及び分離膜設備4の他に、原水供給ポンプ6、バッファータンク7及びろ過ポンプ8を備えている。
水処理装置1は、前処理設備2及び/又は前処理設備3と、分離膜設備4とを含み、被処理水に含まれる、分子量1,000,000以上にピークをもつ高分子量バイオポリマーの濃度に応じて、前処理設備2もしくは前処理設備3の設定条件又は、後述のろ過工程、洗浄工程、薬品洗浄工程及び排出工程の一つ以上の運転条件を決定することで、安定した運転を実行することができる。
More specifically, the
The
まず、オンライン又は、インラインで被処理水をサンプルした後、被処理水が高分子量バイオポリマー測定装置9に供給される。高分子量バイオポリマー測定装置9では、フミン質が除去された後、分画装置によって、高分子量帯のバイオポリマーが分離され、その濃度が定量される。また、原水供給ポンプ6によって被処理水が前処理設備2及び/又は3によって、連続的又は断続的に処理され、前処理設備2においては、被処理水からバイオポリマーが除去され、バイオポリマー低減水が生成される。前処理設備3においては、高分子量バイオポリマーが膜に目詰まりしにくい形態に変換される。
また、前処理設備2は、前処理設備3とは、併設されてもよいし、独立して設置されていてもよい。
First, after the water to be treated is sampled online or in-line, the water to be treated is supplied to the high molecular weight
Moreover, the
次に、前処理設備2によりバイオポリマーが除去された被処理水がバッファータンク7に貯留される。又は、前処理設備3が設置してある場合には凝集剤又は酸化剤が添加された被処理水がバッファータンク7に一時的に貯留されるが、この際にも、被処理水に対して、前処理設備3によって凝集剤又は酸化剤が連続的又は断続的に添加される。
Next, the water to be treated from which the biopolymer has been removed by the
そして、バッファータンク7内において、被処理水中の高分子物質(バイオポリマー)が凝集又は分解され、凝集体含有水又は低分子化水が生成される。
Then, in the
次いで、バッファータンク7において生成された凝集体含有水又は低分子化水が、ろ過ポンプ8によって分離膜設備4に供給され、前処理設備で処理した被処理水(凝集体含有水又は低分子化水)を分離膜モジュールでろ過する、ろ過工程が行われ、清澄なろ過水が得られる。
Next, the aggregate-containing water or low-molecular water generated in the
ここで、前処理設備2では、凝集沈殿処理又は加圧浮上処理が行われるが、添加(投入)される凝集剤は、無機系凝集剤、ポリマー系凝集剤などがある。無機系凝集剤の場合には、塩化第二鉄や、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム(PAC)、硫酸バンド(硫酸アルミニウム)などが使用されるが、ポリ塩化アルミニウムが導入量に対して効果が高いので好ましい。ポリマー系凝集剤の場合には、ポリアクリルアミドなどが好適に用いられるが、無機系凝集剤の方がより好ましい。
前処理設備3が凝集剤添加処理設備の場合には、凝集剤を添加することにより、バイオポリマーが凝集し、ろ過膜に目詰まりしにくい形態となる。酸化剤添加処理設備の場合には、酸化剤を添加することにより、高分子量バイオポリマーを低分子化し、こちらもろ過膜に目詰まりしにくい形態となる。これらは、バイオポリマーの総量は変わらないが、ろ過膜の細孔よりも十分大きな形状、あるいは、ろ過膜の細孔をそのままスルーできるほど十分小さな形状になっている。
前処理設備3においては、凝集剤添加処理設備の場合には、無機系凝集剤が好ましい。無機系凝集剤としては上述のように塩化第二鉄や、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンドなどが使用されるが、ポリ塩化アルミニウムが導入量に対して効果が高いので好ましい。酸化剤添加処理設備の場合には、塩素系酸化剤である次亜塩素酸ソーダ(NaClO)、二酸化塩素や、過酸化物である過酸化水素、過硫酸ナトリウム、オゾンなどが用いられ、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)が好ましい。
バッファータンク7における凝集剤又は酸化剤等の薬剤と被処理水との滞留(接触)時間は1~5分程度であることが好ましく、本実施形態のバッファータンク7のように、短絡流が生じない設備を用いることが好ましい。
また、被処理水中の薬剤(凝集剤又は酸化剤等の濃度)の添加量としては、10~100mg/Lが好ましく、20~50mg/Lがより好ましく、40~50mg/Lが特に好ましい。
Here, in the
When the
In the
It is preferable that the residence (contact) time of the agent such as a flocculant or oxidizing agent and the water to be treated in the
Further, the amount of the chemical (concentration of flocculant, oxidizing agent, etc.) added to the water to be treated is preferably 10 to 100 mg/L, more preferably 20 to 50 mg/L, and particularly preferably 40 to 50 mg/L.
前処理設備3の添加方式は、特に制限されるものではないが、定量制御注入できる方法が好ましく、例えば、自然流下方式、インジェクション方式、及びポンプ圧送式等を用いることが好ましい。また、必要に応じて、酸及びアルカリ等のph調整剤も使用することが好ましい。
The addition method in the
(中空糸膜モジュールの運転方法)
本実施形態の分離膜設備4は、多孔質分離膜モジュールである中空糸膜モジュール4-1を含んでなり、適当なろ過システムに組み込んで、本実施形態のろ過工程に適用することができる。
図1に、本実施形態の中空糸膜モジュールを用いて、ろ過工程、及び洗浄工程、並びに薬品洗浄工程及び排出工程を行うための、ろ過システムの一例のブロック図を示した。
(How to operate hollow fiber membrane module)
The separation membrane equipment 4 of this embodiment includes a hollow fiber membrane module 4-1 which is a porous separation membrane module, and can be incorporated into an appropriate filtration system and applied to the filtration process of this embodiment.
FIG. 1 shows a block diagram of an example of a filtration system for performing a filtration process, a cleaning process, a chemical cleaning process, and a discharge process using the hollow fiber membrane module of this embodiment.
図1の分離膜設備4は、本実施形態の中空糸膜モジュール4-1、ろ水タンク5、及びコンプレッサ4-2が、バルブが適宜に配置された配管によって接続された構成を有する。図1では、送液のためのポンプ、各タンクに通常設置されるドレイン配管、薬液洗浄用の薬液タンク及びこれに伴う配管、運転状況チェックのためのセンサ等は省略されている。
本実施形態の水処理方法は、(1)~(4)工程を含む水処理装置1の運転条件として、ろ過時間、ろ過流束、逆洗エア洗浄時間、逆洗流束、エア流量、フラッシング時間、フラッシング流量、薬品の濃度及び薬品洗浄インターバルからなる群から選ばれる少なくとも1つを変化させることにより、水処理装置1の安定した運転を実行することができる。
ろ過時間は、20~38.5分が好ましく、20~28.5分がより好ましい。
ろ過流束は、50~100LМHが好ましく、80~100LМHがより好ましい。
逆洗エア洗浄時間は、0.1~2分が好ましく、0.5~1分がより好ましい。
逆洗流束は、30~240LМHが好ましく、50~100LМHがより好ましく、80~100LМHが特に好ましい。
エア流量は、3~10Nm3/hが好ましく、5~8Nm3/hがより好ましい。
フラッシング時間は、0.3~1分が好ましく、0.5~1分がより好ましい。
フラッシング流量は、1~5m3/hが好ましく、3~5m3/hがより好ましい。
薬品の濃度は、100~5,000mg/Lが好ましく、500~1,000mg/Lがより好ましい。
薬品洗浄インターバルは、0.5~7日が好ましく、1~2日がより好ましい。
なお、薬品洗浄インターバルとは、薬品で中空糸膜モジュールの洗浄を行ったタイミングと、再度、薬品で中空糸膜モジュールの洗浄を行うタイミングとの間の時間を指す。
The separation membrane equipment 4 in FIG. 1 has a configuration in which the hollow fiber membrane module 4-1 of this embodiment, the
In the water treatment method of this embodiment, the operating conditions of the
The filtration time is preferably 20 to 38.5 minutes, more preferably 20 to 28.5 minutes.
The filtration flux is preferably 50 to 100 LМH, more preferably 80 to 100 LМH.
The backwash air cleaning time is preferably 0.1 to 2 minutes, more preferably 0.5 to 1 minute.
The backwash flux is preferably 30 to 240 LМH, more preferably 50 to 100 LМH, and particularly preferably 80 to 100 LМH.
The air flow rate is preferably 3 to 10 Nm 3 /h, more preferably 5 to 8 Nm 3 /h.
The flushing time is preferably 0.3 to 1 minute, more preferably 0.5 to 1 minute.
The flushing flow rate is preferably 1 to 5 m 3 /h, more preferably 3 to 5 m 3 /h.
The concentration of the chemical is preferably 100 to 5,000 mg/L, more preferably 500 to 1,000 mg/L.
The chemical cleaning interval is preferably 0.5 to 7 days, more preferably 1 to 2 days.
Note that the chemical cleaning interval refers to the time between the timing when the hollow fiber membrane module is cleaned with a chemical and the timing when the hollow fiber membrane module is cleaned again with a chemical.
図1に記載の分離膜設備4を用いて、所定のろ過工程、洗浄工程、薬品洗浄工程及び排出工程:(1)~(4)工程を含む、本実施形態の工程は、例えば、以下のように行うことができる。 Using the separation membrane equipment 4 shown in FIG. 1, the steps of this embodiment, including predetermined filtration steps, washing steps, chemical washing steps, and discharge steps: steps (1) to (4), include, for example, the following steps. It can be done as follows.
《ろ過工程(1)》
ろ過工程では、多孔質分離膜モジュールである中空糸膜モジュール4-1中の中空糸膜に、被処理水を通過させてろ過して、ろ液を得る。ろ過の方式は、外圧ろ過又は内圧ろ過により実施することができるが、単位膜面積あたりの負荷を軽減し、エアスクラビング等の物理洗浄により、大量の水の除濁に適しているため、外圧ろ過により実施することが好ましい。 図1の水処理装置1では、バッファータンク7中の被処理水は、被ろ過液送液バルブ(V1)を介して、導入口(4-1-2)から中空糸膜モジュール4-1に導入され、中空糸膜の外側から中空糸膜の肉厚部分を通過してろ過され、中空糸膜の内側空間に、ろ液として浸み出す。中空糸膜の内側空間に浸み出したろ液は、ろ液口4-1-1及びろ液送液バルブ(V2)を介して、ろ水タンク5に貯蔵される。
《Filtration step (1)》
In the filtration step, the water to be treated is passed through the hollow fiber membrane in the hollow fiber membrane module 4-1, which is a porous separation membrane module, and filtered to obtain a filtrate. Filtration can be carried out by external pressure filtration or internal pressure filtration, but external pressure filtration reduces the load per unit membrane area and is suitable for removing turbidity from large amounts of water through physical cleaning such as air scrubbing. It is preferable to carry out by. In the
《洗浄工程(2)》
洗浄工程は、多孔質分離膜モジュールを洗浄する。また、洗浄工程は、逆洗(BW)処理、フラッシング(FL)処理、及びエアスクラビング(AS)処理からなる群から選ばれる一つ以上の処理を含むことが好ましい。さらに、逆洗(BW)処理又はフラッシング(FL)処理と、エアスクラビング(AS)処理とを組み合わせて行なってもよく、ASとBW又はFLを同時に行う、ASBW又はASFLを行ってもよい。
ASBW又はASFLに先立って、BW又はFLを行ってもよく、ASBW又はASFLの後にFLを行ってもよい。
また、洗浄工程の前に、ろ過工程を実施してもよい。
図1の分離膜設備4を用いた場合、BW、FL、及びAS、並びにASBW及びASFL、薬品洗浄工程及び排出工程は、それぞれ、以下のように行うことができる。
《Cleaning step (2)》
In the cleaning step, the porous separation membrane module is cleaned. Further, the cleaning step preferably includes one or more treatments selected from the group consisting of backwashing (BW) treatment, flushing (FL) treatment, and air scrubbing (AS) treatment. Furthermore, backwashing (BW) processing or flushing (FL) processing and air scrubbing (AS) processing may be performed in combination, or ASBW or ASFL may be performed in which AS and BW or FL are performed simultaneously.
BW or FL may be performed prior to ASBW or ASFL, or FL may be performed after ASBW or ASFL.
Moreover, you may implement a filtration process before a washing process.
When the separation membrane equipment 4 of FIG. 1 is used, the BW, FL, and AS, the ASBW and ASFL, the chemical cleaning process, and the discharge process can be performed as follows, respectively.
〈逆洗(BW)処理〉
BWでは、中空糸膜モジュール4-1中の中空糸膜の内側表面から外側に、ろ液を通過させる。
この場合、ろ水タンク5内のろ液が、逆洗用バルブ(V3)を介して、ろ液口4-1-1から中空糸膜モジュール4-1に導入され、中空糸膜の内側から中空糸膜の肉厚部分を通過して、中空糸膜の外側表面に浸み出す。この過程で、中空糸膜の肉厚部の細孔内に堆積した懸濁物質は、中空糸膜の外側に押し出されることにより、中空糸膜の洗浄が行われる。
中空糸膜の外側表面に浸み出したろ液は、導入口4-1-2及び洗浄排液ドレインバルブ(V4)を介して、系外に排出される。
BWは、後述の薬品洗浄工程の後に実施してもよい。
<Backwash (BW) treatment>
In BW, the filtrate is passed from the inner surface of the hollow fiber membrane in the hollow fiber membrane module 4-1 to the outside.
In this case, the filtrate in the
The filtrate seeped out onto the outer surface of the hollow fiber membrane is discharged to the outside of the system via the inlet 4-1-2 and the cleaning drain valve (V4).
BW may be performed after the chemical cleaning step described below.
〈フラッシング(FL)〉
FLでは、中空糸膜モジュール4-1の外側に被ろ過液を通過させて、中空糸膜モジュール4-1の外側表面に付着している懸濁物質を中空糸膜の外側に押し流して洗浄する。
FLでは、被ろ過液タンク(バッファータンク)7内の被ろ過液は、被ろ過液送液バルブ(V1)を介して導入口4-1-2から中空糸膜モジュール4-1に導入された後、中空糸膜の外側空間を通過して、洗浄用排出口4-1-3及び洗浄排液排出バルブ(V5)を介して、系外に排出される。
FLは、後述の排出工程又は薬品洗浄工程の後に実施してもよい。
<Flushing (FL)>
In FL, the liquid to be filtered is passed through the outside of the hollow fiber membrane module 4-1, and suspended substances adhering to the outside surface of the hollow fiber membrane module 4-1 are washed away by being washed outside the hollow fiber membrane. .
In the FL, the filtrate in the filtrate tank (buffer tank) 7 was introduced into the hollow fiber membrane module 4-1 from the inlet 4-1-2 via the filtrate sending valve (V1). Thereafter, it passes through the outer space of the hollow fiber membrane and is discharged to the outside of the system via the cleaning discharge port 4-1-3 and the cleaning drainage discharge valve (V5).
FL may be performed after the discharge step or chemical cleaning step described below.
〈エアスクラビング(AS)〉
ASでは、圧縮空気を導入口4-1-2から導入し洗浄用排出口4-1-3から排出して、中空糸膜(分離膜)モジュール4-1の外側を通過する空気(気泡)によって中空糸膜を揺らすことにより、中空糸膜モジュール4-1の外側表面を洗浄する。
ASでは、コンプレッサ4-2によって圧縮された空気が、AS用バルブ(V6)を介して導入口4-1-2から中空糸膜モジュール4-1に導入され、中空糸膜の外側空間を通過して、洗浄用排出口4-1-3及び洗浄排液排出バルブ(V5)を介して、系外に排出される。
<Air scrubbing (AS)>
In AS, compressed air is introduced from the inlet 4-1-2 and discharged from the cleaning outlet 4-1-3, and air (bubbles) passes through the outside of the hollow fiber membrane (separation membrane) module 4-1. By shaking the hollow fiber membrane, the outer surface of the hollow fiber membrane module 4-1 is cleaned.
In the AS, air compressed by the compressor 4-2 is introduced into the hollow fiber membrane module 4-1 from the inlet 4-1-2 via the AS valve (V6), and passes through the outer space of the hollow fiber membrane. Then, it is discharged to the outside of the system via the cleaning discharge port 4-1-3 and the cleaning waste liquid discharge valve (V5).
〈逆洗-エアスクラビング同時洗浄(ASBW)〉
ASBWでは、上述のBWとASとを同時に行う。すなわち、ろ水タンク5内のろ液が、逆洗用バルブ(V3)を介してろ液口4-1-1から中空糸膜モジュール4-1に導入され、導入口4-1-2及び洗浄排液ドレインバルブ(V4)を介して、系外に排出されるとともに、コンプレッサ4-2による圧縮空気が、AS用バルブ(V6)を介して導入口4-1-2から中空糸膜モジュール4-1に導入され、洗浄用排出口4-1-3及び洗浄排液排出バルブ(V5)を介して、系外に排出される。
<Backwashing - Air scrubbing simultaneous cleaning (ASBW)>
In ASBW, the above-mentioned BW and AS are performed simultaneously. That is, the filtrate in the
〈フラッシング-エアスクラビング同時洗浄(ASFL)〉
ASFLでは、上述のFLとASとを同時に行う。すなわち、被ろ過液タンク(バッファータンク)7内の被ろ過液が、被ろ過液送液バルブ(V1)を介して導入口4-1-2から中空糸膜モジュール4-1に導入された後、洗浄用排出口4-1-3及び洗浄排液排出バルブ(V5)を介して、系外に排出されるとともに、コンプレッサ4-2による圧縮空気が、AS用バルブ(V6)を介して導入口4-1-2から中空糸膜モジュール4-1に導入され、洗浄用排出口4-1-3及び洗浄排液排出バルブ(V5)を介して、系外に排出される。
<Simultaneous flushing-air scrubbing cleaning (ASFL)>
In ASFL, the above-mentioned FL and AS are performed simultaneously. That is, after the filtrate in the filtrate tank (buffer tank) 7 is introduced into the hollow fiber membrane module 4-1 from the inlet 4-1-2 via the filtrate sending valve (V1). , is discharged to the outside of the system through the cleaning discharge port 4-1-3 and the cleaning waste liquid discharge valve (V5), and compressed air from the compressor 4-2 is introduced through the AS valve (V6). It is introduced into the hollow fiber membrane module 4-1 through the port 4-1-2, and is discharged outside the system via the cleaning discharge port 4-1-3 and the cleaning drainage discharge valve (V5).
《薬品洗浄工程(3)》
薬品洗浄工程は、薬品で多孔質分離膜モジュールを洗浄する。薬品洗浄工程では、薬品注入ユニット4-3と逆洗ポンプ10(図示せず)とが同時に稼働し、中空糸膜モジュール4-1へ薬品を注入する。中空糸膜モジュール内を薬品で満たした後、数分~数時間放置することにより、薬品が膜汚染物質を分解又は溶解する。薬品洗浄終了後には、洗浄排液ドレインバルブ(V4)を介して、洗浄液を系外に排出する。さらにフラッシング処理、又は逆洗処理を行うことにより、中空糸膜モジュール内部を中性にしてもよい。薬品として、膜汚染物質が有機物の場合には、アルカリや、酸化剤が好適に使用される。膜汚染物質が無機物の場合には、酸が好適に使用される。
例えば、薬品としては、酸化剤である次亜塩素酸ソーダ(NaClO)、二酸化塩素や、過酸化物である過酸化水素、過硫酸ナトリウム、オゾンなどが用いられ、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)が好ましい。
《Chemical cleaning process (3)》
In the chemical cleaning step, the porous separation membrane module is cleaned with chemicals. In the chemical cleaning process, the chemical injection unit 4-3 and the backwash pump 10 (not shown) operate simultaneously to inject chemicals into the hollow fiber membrane module 4-1. After filling the hollow fiber membrane module with chemicals, the chemicals decompose or dissolve membrane contaminants by leaving the module for several minutes to several hours. After the chemical cleaning is completed, the cleaning liquid is drained out of the system via the cleaning drain valve (V4). Furthermore, the inside of the hollow fiber membrane module may be made neutral by performing a flushing process or a backwashing process. When the membrane contaminant is an organic substance, an alkali or an oxidizing agent is preferably used as the chemical. If the membrane contaminants are inorganic, acids are preferably used.
For example, the chemicals used include oxidizing agents such as sodium hypochlorite (NaClO) and chlorine dioxide, and peroxides such as hydrogen peroxide, sodium persulfate, and ozone. is preferred.
《排出工程(4)》
排出工程では、中空糸膜モジュール4-1の外側表面及び内部に残存する洗浄液を排出する。
排出工程は、洗浄工程又は薬品洗浄工程の後に実施してもよい。
この排出工程は、排出工程用圧縮空気バルブ(V7)を介して、中空糸膜モジュール4-1の洗浄用排出口4-1-3から導入した圧縮空気を、中空糸膜モジュールの外側表面及び内部に残存する洗浄液とともに、導入口4-1-2及び洗浄排液ドレインバルブ(V4)を介して、系外に排出することにより、行うことができる。
《Discharge process (4)》
In the discharge step, the cleaning liquid remaining on the outer surface and inside of the hollow fiber membrane module 4-1 is discharged.
The discharge step may be performed after the cleaning step or the chemical cleaning step.
In this discharge process, compressed air introduced from the cleaning discharge port 4-1-3 of the hollow fiber membrane module 4-1 is applied to the outer surface of the hollow fiber membrane module through the discharge process compressed air valve (V7). This can be done by discharging the cleaning liquid remaining inside the system to the outside of the system through the inlet 4-1-2 and the cleaning drain valve (V4).
〈LC-OCD(Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection)によるバイオポリマーの濃度の測定〉
バイオポリマー濃度は、前処理も膜ろ過も実施していない被処理水を対象とし、高分子量バイオポリマー測定装置9によって測定される。高分子量バイオポリマー測定装置9としては、LC-OCD(Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection)を用いることが好ましい。
自然水(被処理水)に含まれる高分子量バイオポリマーは、通常、分子量が1,000,000を超えるので、通常のカラム構成では、測定することができない。カラムとしては、東ソー製サイズ排除クロマトグラフィー用カラムToyopearl HW-65sを1本とToyopearl HW-50sを2本とを、この順に直列に接続して、分子量を分画することで、保持時間40分未満のピークがあれば、分子量1,000,000以上にピークをもつ高分子量バイオポリマーとして測定できる。
<Measurement of biopolymer concentration by LC-OCD (Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection)>
The biopolymer concentration is measured by the high molecular weight
High molecular weight biopolymers contained in natural water (water to be treated) usually have a molecular weight of more than 1,000,000, so they cannot be measured with a normal column configuration. As columns, one Tosoh size exclusion chromatography column Toyopearl HW-65s and two Toyopearl HW-50s are connected in series in this order to fractionate the molecular weight, resulting in a retention time of 40 minutes. If there is a peak with a molecular weight of less than 1,000,000, it can be measured as a high molecular weight biopolymer having a peak with a molecular weight of 1,000,000 or more.
〈膜濃縮法によるバイオポリマーの濃度の測定〉
また、高分子量バイオポリマー測定装置9に関しては、LC-OCDの代わりに以下の膜濃縮法を実施してもよい。すなわち、まず被処理水中の低分子量物質を除去後、除去後の水を平均孔径0.1μmのろ過膜で濃縮することで、高分子量物質のみを濃縮したサンプルの溶解性全有機炭素濃度(Total organic carbon)を測定することによって、バイオポリマーの濃度を測定することができる。この場合、低分子量物質の除去は、例えば、分画分子量13,000程度の限外ろ過膜などの分子ふるいによって、加水しながら循環ろ過することにより、分子量13,000以下の物質がろ過されて系外に排出され、13,000以上の分子量を持つバイオポリマーが分離される。限外ろ過膜の材質は親水性のポリアクリロニトリルなどであると、膜へのバイオポリマーの非特異的吸着が抑制できるため、好ましい。長時間、循環ろ過を実施すると、分画分子量よりも大きな分子量のバイオポリマーでも分子形状によってはろ過膜をすり抜けて排出されてしまう可能性もあるため、使用する限外ろ過膜の分画分子量は、5,000~100,000程度が好ましく、10,000~50,000がさらに好ましい。また、加水する際に、イオン強度に変化がないように調整すると、高分子量バイオポリマーがろ過されて排出されにくくなるため、好ましい。十分に低分子量物質が除去出来たら、その液を平均孔径0.1μmのろ過膜で循環ろ過して濃縮することにより、高分子量バイオポリマーが得られる。こうして得られた残留分の分子量を上記LC-OCDで測定すると、その分子量は1,000,000以上であった。
<Measurement of biopolymer concentration using membrane concentration method>
Furthermore, regarding the high molecular weight
分離膜設備4は、特に制限されるものではないが、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、及び逆浸透膜等を用いることができる。このうち、特に精密ろ過膜及び限外ろ過膜を用いることが好ましく、膜ろ過処理を安定して行うことができる。また、ろ過膜としては、平均孔径が、0.2μm以下のろ過膜を用いることが好ましい。さらに好ましくは、50nm以下である。なお、平均孔径は、以下のようにして計測される。 Although the separation membrane equipment 4 is not particularly limited, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or the like can be used. Among these, it is particularly preferable to use microfiltration membranes and ultrafiltration membranes, and membrane filtration treatment can be performed stably. Further, as the filtration membrane, it is preferable to use a filtration membrane having an average pore diameter of 0.2 μm or less. More preferably, it is 50 nm or less. Note that the average pore diameter is measured as follows.
まず、ろ過膜を長さ方向に垂直な断面で切断する。走査型電子顕微鏡を用いて上記断面を極力多数の細孔の形状が明確に確認できる程度の倍率で撮影する。次に、電子顕微鏡画像のコピーの上に透明シートを重ね、黒いペン等を用いて細孔部分を黒く塗り潰し、透明シートを白紙にコピーすることにより、細孔部分は黒、非細孔部分は白と明確に区別する。その後、市販の画像解析ソフトを利用して任意に選んだ細孔100個の孔径を求め、その相加平均値を出すことで平均孔径を算出する。画像解析ソフトは例えば三谷商事株式会社から販売されているソフトウェア“WinRoof”を用いることができる。なお、孔径とは、細孔の円周上における任意の点から、該任意の点に対向する位置にある細孔の円周上の点とを結んだ距離を指す。 First, the filtration membrane is cut in a cross section perpendicular to its length. The cross section is photographed using a scanning electron microscope at a magnification that allows the shapes of as many pores as possible to be clearly confirmed. Next, place a transparent sheet on top of the copy of the electron microscope image, fill in the pores with black using a black pen, etc., and copy the transparent sheet onto white paper, so that the pores are black and the non-pores are black. Clearly differentiated from white. Thereafter, the pore diameters of 100 arbitrarily selected pores are determined using commercially available image analysis software, and the average pore diameter is calculated by calculating the arithmetic average value. As the image analysis software, for example, software "WinRoof" sold by Mitani Shoji Co., Ltd. can be used. Note that the pore diameter refers to the distance between an arbitrary point on the circumference of the pore and a point on the circumference of the pore located at a position opposite to the arbitrary point.
以下、本実施の形態を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明するが、本実施の形態は、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, this embodiment will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but this embodiment is not limited to these Examples.
[LC-OCDによる高分子量バイオポリマーの測定]
被処理水中の有機物の分子量分布測定及びバイオポリマー濃度測定は、LC-OCD(Model8、Doclabor)を用い、“Characterisation of aquatic humic and non-humic matter with size-exclusion chromatography -organic carbon detection - organic nitrogen detection(LC-OCD-OND)” Huberら著、Water Research, 45, 879-885(2011)の方法に従い測定した。
ここで使用したカラムは、東ソー製のToyopearl HW-50s ⇒ HW-50s ⇒ HW-65sの順に流した。測定サンプルは、前処理として、被処理水を孔径0.45μmのフィルターでろ過をする処理を実施した。この測定により、各分子量画分はDOC(Dissolved Organic Carbon)として検出される。
プルランを標準試料として校正曲線を作成し、ろ過処理後の被処理水が分子量1,000,000以上のピークを有する、高分子量バイオポリマーを含むことについて確認を行った。ろ過処理後の被処理水は、LC-OCDの保持時間40分未満にピークを持つため、分子量1,000,000以上のピークを有する、高分子量バイオポリマーを含んでいた。バイオポリマー濃度とは、バイオポリマーのカーボン成分濃度を意味する。
以下、表1にLC-OCDにより測定した高分子量バイオポリマーの濃度を示す。
[Measurement of high molecular weight biopolymer by LC-OCD]
The molecular weight distribution measurement of organic matter and the biopolymer concentration measurement in the water to be treated were carried out using LC-OCD (
The columns used here were Toyopearl HW-50s (manufactured by Tosoh) ⇒ HW-50s ⇒ HW-65s. The measurement sample was pretreated by filtering the water to be treated using a filter with a pore size of 0.45 μm. Through this measurement, each molecular weight fraction is detected as DOC (Dissolved Organic Carbon).
A calibration curve was created using pullulan as a standard sample, and it was confirmed that the water to be treated after filtration contained a high molecular weight biopolymer having a peak with a molecular weight of 1,000,000 or more. The water to be treated after the filtration treatment had a peak at a retention time of less than 40 minutes on LC-OCD, and thus contained a high molecular weight biopolymer having a peak with a molecular weight of 1,000,000 or more. The biopolymer concentration means the carbon component concentration of the biopolymer.
Table 1 below shows the concentrations of high molecular weight biopolymers measured by LC-OCD.
[膜濃縮法による高分子量バイオポリマーの測定]
被処理水100mLを限外ろ過膜ACP-0013(旭化成製、材質:ポリアクリロニトリル、分画分子量:13,000)により、循環ろ過を実施し、90mLをろ過して排水した。それと同量のイオン調整水を加えた。イオン調整水とは、純水に被処理水と同じイオン強度になるようにCaCl2で調整した水である。こうして低分子量物質除去水が得られ、この水を孔径:0.1μm(Millipore製、材質:ニトロセルロース)の膜でろ過して、分子量1,000,000以上のピークを有する、高分子量バイオポリマー濃縮水を得た。この水のTOC(Total organic carbon)を燃焼触媒酸化方式全有機体炭素計(TOC-L、島津製作所製)で測定することにより、高分子量バイオポリマーの濃度を定量した。
以下、表1に膜濃縮法により測定した高分子量バイオポリマーの濃度を示す。
[Measurement of high molecular weight biopolymers using membrane concentration method]
100 mL of the water to be treated was subjected to circulation filtration using an ultrafiltration membrane ACP-0013 (manufactured by Asahi Kasei, material: polyacrylonitrile, molecular weight cut off: 13,000), and 90 mL was filtered and drained. The same amount of ionized water was added. Ion-adjusted water is pure water that has been adjusted with CaCl 2 to have the same ionic strength as the water to be treated. In this way, water from which low molecular weight substances have been removed is obtained, and this water is filtered through a membrane with a pore size of 0.1 μm (manufactured by Millipore, material: nitrocellulose). Concentrated water was obtained. The concentration of the high molecular weight biopolymer was determined by measuring the TOC (Total Organic Carbon) of this water using a combustion catalytic oxidation type total organic carbon meter (TOC-L, manufactured by Shimadzu Corporation).
Table 1 below shows the concentrations of high molecular weight biopolymers measured by the membrane concentration method.
(参考例及び実施例)
図1に示す水処理装置1を使って河川表流水より上水を得る目的で運転を実施した。高分子量バイオポリマー測定装置9は、LC-OCD法及び、膜濃縮法の2通りの手段で測定した。前処理設備2には、凝集沈殿処理又は加圧浮上処理、前処理設備3には、凝集剤添加処理又は酸化剤添加処理のいずれかを用いた。
凝集沈殿処理はエレポン化工機社製PD-2600を用い、滞留時間は2時間に設定した。加圧浮上処理は、エレポン化工機社製PAL-053を用い、滞留時間は45分に設定した。
凝集沈殿処理及び加圧浮上処理は、どちらも凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム(PAC)を用いた。
凝集剤添加処理又は酸化剤添加処理を実施する前処理設備3には、それぞれポリ塩化アルミニウム添加装置又は、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)添加装置を設けた。さらにその後段に体積10m3のバッファータンク7を設けた。分離膜設備4の中空糸膜モジュール4-1には、ポリフッ化ビニリデン製中空糸MF膜(旭化成製)、平均孔径0.1μm、有効膜面積50m2のものを備えており、中空糸膜モジュールの外形寸法は、直径180mm、膜有効長さ2000mm(円筒形)である。分離膜設備4は逆洗手段とエアスクラビング用エア供給手段、フラッシング手段を設けてある。被処理水中のバイオポリマー濃度は10~50μg/Lであった。
(Reference examples and working examples)
The
For the coagulation and precipitation treatment, PD-2600 manufactured by Elepon Kakoki Co., Ltd. was used, and the residence time was set to 2 hours. For the pressure flotation treatment, PAL-053 manufactured by Elepon Kakoki Co., Ltd. was used, and the residence time was set to 45 minutes.
Both the coagulation-sedimentation treatment and the pressure flotation treatment used polyaluminum chloride (PAC) as a flocculant.
The
運転膜ろ過流束は80~100LMH、ろ過時間は20~38.5分に設定し、この時のろ過1サイクルの膜ろ過量は1,2~2.375m3である。バッファータンク7のレベルに合わせて、原水供給ポンプ6により前処理設備2によって処理を行い、又は、前処理設備3(凝集剤添加処理設備又は酸化剤添加処理設備)からPAC又はNaClOをろ過膜前に添加して被処理水と混合し、バッファータンク7が空にならないように制御した。いずれの場合も被処理水との滞留時間は20分に設定し、凝集剤又は酸化剤の添加量は被処理水中のポリ塩化アルミニウム又は次亜塩素酸ソーダの濃度が20~40mg/Lになるように調整して添加し、バッファータンク7における滞留時間は2分以上とした。このとき、表1にまとめたように、Run1~14で各7日間ずつろ過テストを行い、それぞれのろ過運転条件、前処理条件を設定し、7日間での膜間差圧(TMP)の平均上昇速度を評価した。
The operating membrane filtration flux is set to 80 to 100 LMH, the filtration time is set to 20 to 38.5 minutes, and the membrane filtration amount in one cycle of filtration at this time is 1.2 to 2.375 m 3 . Depending on the level of the
(比較例)
表1に記載の通り、ろ過運転条件及び前処理条件を設定し、Run15で7日間ろ過テストを行い、7日間での膜間差圧(TMP)の平均上昇速度を評価した。
(Comparative example)
As shown in Table 1, the filtration operating conditions and pretreatment conditions were set, a 7-day filtration test was conducted in Run 15, and the average rate of increase in transmembrane pressure (TMP) over 7 days was evaluated.
実施例(Run5~12)は、高分子量バイオポリマー濃度が高い時、その濃度に応じて、それぞれ、ろ過運転条件及び、前処理条件の設定条件等を適切に設定することにより、表1に示すようにTMP上昇速度が1kPa/Dayと、低圧で安定的に運転することができた。
実施例(Run13~14)は、高分子量バイオポリマー濃度が低い時、その濃度に応じて、それぞれ、ろ過運転条件及び、前処理条件の設定条件等を高分子量バイオポリマーの濃度が高い時の条件と比較して緩く設定することができたので、低コストで運転することができた。また、表1に示すようにTMP上昇速度は、1kPa/Dayであったため、低圧で安定的に運転することができた。さらに、ろ過膜の目詰まりが生じないことを予見できたため、ろ過流束を上げて運転することができた。
参考例(Run1~4)は、高分子量バイオポリマー濃度が低い時には、その濃度に応じて、それぞれ、ろ過運転条件及び、前処理条件の設定条件等を適切に設定することにより、表1に示すようにTMP上昇速度が1kPa/Dayと、低圧で安定的に運転することができた。
一方、比較例(Run15)は、実施例(Run5~12)と異なり、高分子量バイオポリマー濃度の濃度が高い時、その濃度に応じて、それぞれ、ろ過運転条件及び前処理条件の設定条件等を適切に設定しなかったため、表1に示すようにTMP上昇速度が5kPa/Dayと高圧になり、安定的に運転することができなかった。
In Examples (Runs 5 to 12), when the concentration of high molecular weight biopolymer was high, the filtration operating conditions and pretreatment conditions were set appropriately according to the concentration as shown in Table 1. As a result, the TMP rise rate was 1 kPa/day, and stable operation was possible at low pressure.
In Examples (Runs 13 to 14), when the concentration of high molecular weight biopolymer is low, the setting conditions of filtration operation conditions and pretreatment conditions are changed depending on the concentration, respectively, to the conditions when the concentration of high molecular weight biopolymer is high. Because it was possible to set it loosely compared to the previous model, it was possible to operate at a low cost. Furthermore, as shown in Table 1, the TMP increase rate was 1 kPa/day, so stable operation was possible at low pressure. Furthermore, since it was predicted that the filtration membrane would not be clogged, it was possible to operate with increased filtration flux.
In the reference examples (
On the other hand, in the comparative example (Run 15), unlike the examples (
1 水処理装置
2 前処理設備(凝集沈殿処理設備又は加圧浮上処理設備)
3 前処理設備(凝集剤添加処理設備又は酸化剤添加処理設備)
4 分離膜設備
4-1 中空糸膜モジュール(多孔質分離膜モジュール)
4-1-1 ろ液口
4-1-2 導入口
4-1-3 洗浄用排出口
4-2 エア供給ユニット(コンプレッサ)
4-3 薬品注入ユニット
5 ろ水タンク
6 原水供給ポンプ
7 バッファータンク(被ろ過液タンク)
8 ろ過ポンプ
9 高分子量バイオポリマー測定装置
10 逆洗ポンプ
V1 被ろ過液送液バルブ
V2 ろ液送液バルブ
V3 逆洗用バルブ
V4 洗浄排液ドレインバルブ
V5 洗浄排液排出バルブ
V6 AS用バルブ
V7 排出工程用圧縮空気バルブ
1
3 Pre-treatment equipment (flocculant addition treatment equipment or oxidizing agent addition treatment equipment)
4 Separation membrane equipment 4-1 Hollow fiber membrane module (porous separation membrane module)
4-1-1 Filtrate port 4-1-2 Inlet port 4-1-3 Cleaning outlet 4-2 Air supply unit (compressor)
4-3
8
Claims (10)
前記方法は、分離膜設備を具備した前記水処理装置で、以下の(1)~(4)工程:
(1)多孔質分離膜モジュールに被処理水を通過させてろ過する、ろ過工程;
(2)前記多孔質分離膜モジュールを洗浄する、洗浄工程;
(3)薬品で前記多孔質分離膜モジュールを洗浄する、薬品洗浄工程;
(4)前記多孔質分離膜モジュールの外側表面及び内部に残存する洗浄液を排出する、排出工程;
を実施する方法であって、
前記被処理水に含まれる、分子量1,000,000以上にピークをもつ高分子量バイオポリマーの濃度に応じて、前記水処理装置の運転条件を決定する水処理方法。 A water treatment method for clarifying water to be treated using a water treatment device, the method comprising:
The method includes the following steps (1) to (4) using the water treatment apparatus equipped with separation membrane equipment:
(1) A filtration step in which the water to be treated is passed through a porous separation membrane module and filtered;
(2) a cleaning step of cleaning the porous separation membrane module;
(3) a chemical cleaning step of cleaning the porous separation membrane module with a chemical;
(4) a discharge step of discharging the cleaning liquid remaining on the outer surface and inside of the porous separation membrane module;
A method of implementing
A water treatment method in which operating conditions of the water treatment device are determined according to a concentration of a high molecular weight biopolymer having a peak at a molecular weight of 1,000,000 or more contained in the water to be treated.
前記多孔質分離膜モジュールに、ろ液を前記分離膜モジュールの内側表面から外側に通過させる、逆洗処理;
圧縮空気を排出して、分離膜の外側を通過する空気によって分離膜を揺らすことにより、前記多孔質分離膜モジュールの外側表面を洗浄する、エアスクラビング処理;
被ろ過液を、前記多孔質分離膜モジュールの外側に通過させることにより、分離膜の外側表面を洗浄する、フラッシング処理; The water treatment method according to claim 1, wherein the washing step includes one or more treatments selected from the group consisting of the following treatments.
a backwashing process of passing the filtrate through the porous separation membrane module from the inner surface of the separation membrane module to the outside;
an air scrubbing process of cleaning the outer surface of the porous separation membrane module by discharging compressed air and shaking the separation membrane with the air passing outside the separation membrane;
a flushing process of washing the outer surface of the separation membrane by passing the liquid to be filtered outside the porous separation membrane module;
前記水処理装置は、前記被処理水中の前記高分子量バイオポリマー濃度を測定する、高分子量バイオポリマー測定装置と、
前記被処理水に対し、膜ろ過の前段に設けられる前記前処理設備と、
前記前処理設備で処理した前記被処理水を分離膜モジュールでろ過する、ろ過工程を実施する、分離膜設備と備えている、水処理装置。 A water treatment device that processes water to be treated including the natural water,
The water treatment device includes a high molecular weight biopolymer measuring device that measures the high molecular weight biopolymer concentration in the water to be treated;
The pretreatment equipment provided for the water to be treated before membrane filtration;
A water treatment device comprising a separation membrane facility that performs a filtration step of filtering the water to be treated treated with the pretreatment facility using a separation membrane module.
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