JP3198923B2

JP3198923B2 - 膜の洗浄方法

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Publication number: JP3198923B2
Application number: JP17500996A
Authority: JP
Inventors: 繁樹沢田; 和夫今井
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-07-04
Also published as: JPH1015365A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜の洗浄方法に係
り、特に、浄水製造用途のＭＦ（精密濾過）膜やＵＦ
（限外濾過）膜を塩素水による逆洗で効率的に洗浄する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＦ膜及びＵＦ膜は、粒子除去性能が高
く、原水中の粒子をほぼ完全に除去することができ、ま
た、ＭＦ膜分離装置、ＵＦ膜分離装置は簡易な操作で運
転できることから、原水の除濁、除菌手段として、工業
的に広く利用されている。

【０００３】例えば、ＲＯ（逆浸透）膜分離装置の前処
理として、或いは、医薬用無菌水の製造、超純水中の微
粒子除去などに、ＭＦ膜又はＵＦ膜の高度な粒子除去性
能が有効に利用されている。また、河川水、湖沼水、井
水などの天然水を除濁、除菌して飲料水を得る浄水処理
分野等にも、その高い信頼性、操作性が認められてい
る。

【０００４】ところで、特に、浄水処理分野において
は、大量の水を浄化する必要があることから、装置の小
型化が求められており、この点からは、中空糸膜モジュ
ールが有効である。

【０００５】中空糸膜モジュールは、濾過の方向によ
り、中空糸の内側から外側へ濾過する内圧式中空糸膜モ
ジュールと、中空糸の外側から内側に濾過する外圧式中
空糸膜モジュールとの２つの型式に分類される。

【０００６】また、中空糸膜モジュールは、一般に、耐
圧性のケーシング内に中空糸膜を充填し、原水を中空糸
膜の内側又は外側に導いて濾過する構成とされている
が、最近では、ケーシングを用いずに、水槽内に中空糸
膜を浸漬して水位差や吸引負圧を駆動力として濾過する
膜浸漬型のものも提供されている。

【０００７】しかしながら、水位差や吸引負圧を駆動力
とする膜浸漬型の中空糸膜モジュールでは、駆動圧が小
さいため、濾過速度を大きくすることができず、このた
め、所定の濾過水量を得るためには膜面積を大きくする
必要があるという欠点がある。

【０００８】これに対して、耐圧性のケーシング内に中
空糸膜を充填したものであれば、ポンプで加圧すること
により容易に駆動圧を高めて濾過速度を大きくすること
ができ、浄水処理に好適である。

【０００９】しかしながら、ケーシング型の中空糸膜モ
ジュールでは、長期間濾過を継続使用すると、膜面に汚
れが付着、堆積し、一定の濾過水量を得るための駆動圧
が高くなる。そして、著しい場合には濾過不可能とな
り、この場合には、膜の薬品洗浄を行うことが必要とな
る。しかし、膜の薬品洗浄のためには膜の運転を停止す
る必要があることから、運転効率等の面からは膜の薬品
洗浄頻度は可能な限り低くする必要がある。

【００１０】ところで、中空糸膜は、断面円形で耐圧強
度が高いことから、内圧型、外圧型の方式の違いを問わ
ず逆洗操作を行うことが可能である。一般に、逆洗は、
膜の濾過方向とは逆の方向に濾過水（膜の透過水）を流
入させ、膜に堆積した汚濁物を濾過水の逆流による物理
的洗浄作用で剥離除去することにより行われる。また、
濾過水に次亜塩素酸ソーダを添加して塩素水とした水を
逆流させて、膜に堆積した汚濁物を逆流による物理的洗
浄作用と、塩素水中の遊離塩素による化学的洗浄作用と
で除去する逆洗方法もある。

【００１１】このような逆洗操作を運転工程に組み込ん
で、所定の時間濾過を継続した後定期的に逆洗を行うよ
うにすることにより、膜の汚染の進行を防止し、薬品洗
浄に到る期間を大幅に延長する、即ち、膜の薬品洗浄頻
度を大幅に低減することが可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に、
河川水、湖沼水、井水などの天然水を原水として膜分離
処理により浄水を得る場合、膜に付着、堆積した汚濁物
は、従来の逆洗方法では容易に除去することができな
い。即ち、これらの天然水中には、粘土、シルトなどの
無機成分のみならず、腐蝕堆積物に基く有機物質、或い
は水中微生物や藻類の代謝物、死骸などに起因する高分
子状有機物質も含まれている。そして、これらの有機成
分に基く膜面の汚濁物質は、濾過水を逆流させる従来の
物理的な逆洗方法では確実に除去することはできない。

【００１３】逆洗水として塩素水を用いることにより、
膜の有機系汚濁物質を除去することが可能となるが、こ
の方法で膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を除去す
るためには、これを塩素水に十分にさらす必要がある。
このためには、塩素水を逆流し続けることとなるため、
大量の塩素水、即ち、大量の濾過水が必要となり、水回
収率が低下する。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決し、膜面
に付着、堆積した汚濁物質を、少量の逆洗水で効率的に
洗浄除去することができる膜の洗浄方法を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の膜の洗浄方法
は、膜モジュールに膜の２次側から１次側へ塩素水を逆
流させて膜を洗浄する方法において、塩素水を膜の１次
側へ逆流させた後、所定時間保持し、その後、膜の１次
側に滞留する水を系外に排出することを特徴とする。請
求項２の膜の洗浄方法は、原水をポンプにより膜の１次
側に導入し、２次側から透過水を取り出すポンプによる
駆動圧により濾過水を取り出す膜モジュールに、膜の２
次側から１次側へ塩素水を逆流させて膜を洗浄する方法
において、塩素水を膜の１次側へ逆流させた後、１次側
に塩素水が充満した状態で所定時間保持し、その後、膜
の１次側に滞留する水を系外に排出することを特徴とす
る。

【００１６】塩素水の逆流後、所定時間保持することに
より、この保持工程で汚濁物質が付着、堆積した膜の１
次側表面を十分に塩素水にさらすことができる。従っ
て、塩素水を逆流し続けることなく、少量の塩素水で膜
を塩素水に十分にさらして、膜面に付着、堆積した有機
系汚濁物質を塩素水による酸化反応で改質して剥離し易
くし、これにより、膜面の汚濁物質を効率的に除去する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１８】図１〜４は本発明の膜の洗浄方法の実施の
形態を示す膜分離装置の系統図であり、各々、図１は濾
過工程、図２は逆洗工程、図３は保持工程、図４は水押
出工程を示す。図１〜４において、１は原水槽、２は膜
モジュール、２Ａは膜の１次側、２Ｂは膜の２次側、３
は濾過水（透過水）槽、４は次亜塩素酸ソーダ水槽、Ｐ
₁は給水ポンプ、Ｐ₂は循環ポンプ、Ｐ₃は逆洗ポン
プ、Ｐ₄は薬注ポンプ、Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄はバル
ブである。なお、図１〜４においては、説明の便宜上、
水が流れている配管を実線で示し、水の流れが停止して
いる配管を破線で示してある。

【００１９】この膜分離装置において、原水の濾過は、
ポンプＰ₁，Ｐ₂を作動させると共にバルブＶ₁，
Ｖ₂，Ｖ₃を開、Ｖ₄を閉として、図１に示す如く、原
水槽１内の原水を膜モジュール２の１次側２Ａに導入
し、膜面にクロスフローを生じさせて行う。膜の２次側
２Ｂに透過した濾過水（透過水）は濾過水槽３を経て処
理水として取り出される。また、濃縮水は、循環ポンプ
Ｐ₂により循環される。

【００２０】膜の逆洗に当っては、ポンプＰ₁，Ｐ₂を
停止してバルブＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃を閉とすると共にＶ₄
を開として、ポンプＰ₃，Ｐ₄を作動させ、図２に示す
如く、濾過水槽３からの濾過水に次亜塩素酸ソーダ水を
注入して塩素水とし、この塩素水を膜モジュール２の２
次側２Ｂから１次側２Ａに逆流させる。

【００２１】塩素水が膜の１次側２Ａに移行し、１次側
２Ａに塩素水が充満した状態で、ポンプＰ₁，Ｐ₂停
止、バルブＶ₁〜Ｖ₃閉の状態でポンプＰ₃，Ｐ₄を停
止して、水の流れを止め、図３に示す如く所定時間保持
する。

【００２２】保持工程終了後は、ポンプＰ₂，Ｐ₃，Ｐ
₄停止、バルブＶ₂，Ｖ₃閉の状態で、ポンプＰ₁を作
動させると共にバルブＶ₁を開として、図４に示す如
く、原水槽１の原水を膜モジュール２の１次側２Ａに導
入して１次側２Ａ内の塩素水を押し出してバルブＶ₄か
ら系外に排出させる。

【００２３】前記逆洗工程、保持工程及び水押出工程の
一連の工程は、原水の性状、膜の汚染状況等に応じて、
複数回繰り返し行っても良い。また、逆洗工程及び保持
工程を複数回繰り返し行った後、水押出工程に入っても
良い。このようにすることで１次側の残留塩素濃度を高
めることができ、より一層確実に膜面の汚濁物質を剥離
除去できる。

【００２４】この水押出工程終了後、ポンプＰ₃，Ｐ₄
停止、ポンプＰ₁作動、バルブＶ₁開の状態で、ポンプ
Ｐ₂を作動させると共にバルブＶ₄を閉、Ｖ₂，Ｖ₃を
開いて、図１の濾過を再開する。

【００２５】この場合、膜の２次側２Ｂには逆洗水の塩
素水が保持されており、濾過再開初期においては、塩素
水が濾過水槽３に流入することとなるが、一般に、この
種の膜分離装置、例えば天然水から浄水を製造する膜分
離装置においては、後段に得られた濾過水を塩素消毒す
る工程が設けてあり、濾過水槽３に塩素水が混入するこ
とは何ら問題となることはない。

【００２６】ただし、塩素の混入が問題となる場合に
は、２次側の塩素水を排出したり、濾過再開初期の濾過
水を採水しないようにしたりするなどして、塩素の混入
を防止する。

【００２７】本発明において、逆洗に用いる塩素水とし
ては、有効遊離塩素濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌであるこ
とが好ましい。この塩素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満では、十
分な逆洗効果を得ることができず、１００ｍｇ／Ｌを超
えると消費されず不経済である。

【００２８】また、逆洗工程後の保持工程の保持時間
は、通常の場合、３０〜１８０秒とするのが好ましい。
この保持時間が３０秒未満では保持工程を設けたことに
よる十分な膜の汚濁物質剥離効果を得ることができず、
１８０秒を超える時間保持しても、効果の向上は認めら
れず、運転効率の面で不利である。逆洗時間は、１０〜
６０分の濾過時間に対して１０〜６０秒とするのが好ま
しい。

【００２９】なお、図４においては、給水ポンプにより
原水を導入して１次側の塩素水を押し出すことで排出す
る方法を示したが、１次側の塩素水は、重力を利用して
排出するようにしても良い。

【００３０】また、前述の如く、濾過水の塩素消毒が必
要とされる場合、濾過工程において、次亜塩素酸ソーダ
水槽４の次亜塩素酸ソーダ水を濾過水槽３又は膜モジュ
ール２の濾過水を濾過水槽３に送給する配管に注入する
ように構成しても良い。なお、この場合においても、例
えば、浄水の遊離塩素濃度は０．５ｍｇ／Ｌ程度である
ため、逆洗工程においては、濾過水に次亜塩素酸ソーダ
水を逆洗に好適な遊離塩素濃度となるように注入する必
要がある。

【００３１】このような本発明の膜の洗浄方法は、特
に、通常の逆洗では剥離、除去することが困難な有機系
汚濁物質が膜面に付着、堆積する、天然水からの浄水の
製造に適用されるＭＦ膜又はＵＦ膜の洗浄に極めて有効
である。

【００３２】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００３３】実施例１ダム湖を水源とする表流水を２０メッシュのスクリーン
に通した後、ＵＦ膜で処理して浄水を得る膜分離装置の
膜を、図１〜４の工程を繰り返して運転した。用いたＵ
Ｆ膜及び膜モジュールの仕様は次の通りである。また、
逆洗水としては、有効遊離塩素濃度５ｍｇ／Ｌの塩素水
を用いた。実験期間は冬季で水温は６．０℃以下であっ
た。

【００３４】ＵＦ膜：クラレ社製「ポリスルホン中空糸
ＵＦ膜」（分画分子量１３０００）膜モジュール：型式「ＭＵ−６３０２」膜面積５ｍ² 各工程の処理時間を表１に示す。

【００３５】なお、濾過流束は１ｍ³／ｍ²・日に設定
し、定流量濾過で運転を行った。

【００３６】約２０日間の運転期間中の水回収率及び薬
品洗浄の有無を表１に示す。

【００３７】比較例１逆洗工程の後、保持工程を設けなかったこと以外は実施
例１と同様に運転を行ったところ、膜差圧の上昇が著し
く、１〜２週間で薬品洗浄が必要となった。

【００３８】水回収率は表１に示す通りであった。

【００３９】比較例２比較例１において、逆洗工程の時間を表１に示す時間と
したこと以外は同様に運転を行い、水回収率、薬品洗浄
の有無を表１に示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１より次のことが明らかである。即ち、
逆洗時間が短く保持工程を設けていない比較例１では膜
の差圧の上昇が著しく、１〜２週間で薬品洗浄を必要と
する。保持工程を設けていなくても、逆洗時間を延長し
た比較例２では、長時間塩素水にさらすことで膜の洗浄
効果が高まり、膜の差圧上昇は抑制され、薬品洗浄頻度
は改善されたものの、濾過水を逆洗水として使用するこ
とで水回収率が悪くなっている。

【００４２】これに対して、逆洗工程後に保持工程を設
けた実施例１では、短い逆洗時間で良好な逆洗効果が得
られ、薬品洗浄頻度も低い上に水回収率も高い。

【００４３】実施例２〜４実施例１において、各工程の処理時間及び濾過流束を表
２に示す条件に設定したこと以外は同様に運転を行い、
水回収率、膜の差圧上昇速度及び実濾過流束を求め、結
果を表２に示した。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２より次のことが明らかである。

【００４６】実施例３では膜の差圧上昇速度は低く、実
濾過流束も０．８９ｍ³／ｍ²・日と高い値を得た。ま
た、実施例４では保持時間を３００秒に延長したが、濾
過流束を１．２ｍ³／ｍ²・日に維持するには、膜の差
圧上昇速度が高くなり、実用上困難であった。この点か
ら、保持時間を徒に長くするのは好ましくない。

【００４７】また、逆洗後の保持時間は１８０秒より長
くしても濾過効率は高くならず、３０〜１８０秒が、実
濾過流束、水回収率を高める上で有効であり、この範囲
で設定濾過流束に応じて決定するのが好ましい。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の膜の洗浄方
法によれば、膜を少量の塩素水で効率的に逆洗すること
ができ、これにより、薬品洗浄頻度を大幅に低減して運
転効率を高めると共に、水回収率を高く維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜の洗浄方法の実施の形態を説明する
膜分離装置の濾過工程を示す系統図である。

【図２】本発明の膜の洗浄方法の実施の形態を説明する
膜分離装置の逆洗工程を示す系統図である。

【図３】本発明の膜の洗浄方法の実施の形態を説明する
膜分離装置の保持工程を示す系統図である。

【図４】本発明の膜の洗浄方法の実施の形態を説明する
膜分離装置の水押出工程を示す系統図である。

【符号の説明】

１原水槽２膜モジュール２Ａ１次側２Ｂ２次側３濾過水槽４次亜塩素酸ソーダ水槽Ｐ₁ 給水ポンプＰ₂ 循環ポンプＰ₃ 逆洗ポンプＰ₄ 薬注ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 65/02 - 65/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】膜モジュールに膜の２次側から１次側へ
塩素水を逆流させて膜を洗浄する方法において、塩素水を膜の１次側へ逆流させた後、所定時間保持し、
その後、膜の１次側に滞留する水を系外に排出すること
を特徴とする膜の洗浄方法。
【請求項２】原水をポンプにより膜の１次側に導入
し、２次側から透過水を取り出すポンプによる駆動圧に
より濾過水を取り出す膜モジュールに、膜の２次側から
１次側へ塩素水を逆流させて膜を洗浄する方法におい
て、塩素水を膜の１次側へ逆流させた後、１次側に塩素水が
充満した状態で所定時間保持し、その後、膜の１次側に
滞留する水を系外に排出することを特徴とする膜の洗浄
方法。