JP3514821B2 - 水浄化システムの運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュールを
用いた水浄化システムの運転方法に関し、更に詳しくは
濾過エネルギーを低減させ、かつ、中空糸膜モジュール
の逆洗効率を上昇させ、膜モジュールの目詰まりを効果
的に防止する水浄化システムの運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、膜分離技術を適用する水浄化シス
テムは、従来の凝集−沈澱−砂濾過−塩素滅菌工程を経
る方法に代わる新たな技術として注目されている。分離
膜を用いた水浄化システムとしてはクロスフロー濾過が
あり、全量濾過と比較して原水濁度の変動に強いことか
ら各種の試行がなされている。ここにクロスフロー濾過
とは、分離膜の膜面（原水供給側分離膜面）の一方に原
水を供給し、分離膜を透過した透過水を分離膜の他方の
膜面（透過水側分離膜面）から回収する際、原水供給側
分離膜面に平行に原水を流して濾過を行うことにより、
分離膜表面に付着した原水に含まれていた濁質物質をそ
の膜表面からはぎ取る効果を有する濾過方法をいう。し
かし、このクロスフロー濾過によっても、濾過時間の経
過によって原水に含まれる濁質物質が分離膜表面に積層
して、分離膜の目詰まりを生ずる。

【０００３】この目詰まりは水浄化システムの運転中断
の原因となるため、この目詰まりを解消あるいは予防す
るために、一般的に逆流洗浄（以下、逆洗と称す。）が
行われている。ここに逆洗とは、透過水生成時とは逆方
向に分離膜に透過水、あるいは他の清浄水を供給し、分
離膜面に付着した濁質成分を剥離し、あるいはさらに系
外へ排出することをいう。なお、この目詰まりの程度は
原水濁度に大きく依存するため、濁度の高い原水を処理
する場合、あるいは濁度変化の大きい原水を処理するた
めの逆洗の条件等の検討がなされている。

【０００４】このような、逆洗を含むクロスフロー濾過
による水浄化システムの運転方法として、例えば、水道
協会雑誌（Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．１１，１９−２６，１
９９２）には、膜透過水量を一定にした定量濾過方式に
おいて、水浄化システムの循環水側圧力が設定値を超え
た場合に、原水濁度に依存した定期的な逆洗を実施した
り、化学薬品を用いて膜の洗浄を行ったりする例が記載
されている。また、特開平４−２４７２２６号公報に
は、原水の水質検知部を設け、変化する原水の水質を確
認し、濾水量が所定時間内に低下傾向の時に膜の逆洗条
件を変更して、予め設定した濾水量となるように自動調
整する方法が開示されている。さらに、特開平５−３１
７６６０号公報には、原水の濁度の変動に応じて逆洗の
頻度を調節することにより、分離膜を閉鎖させる危険性
を排除し、かつ用水の回収率を高めることができる方法
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
は原水濁度、透過水量、透過水圧等の各種変化等に基づ
いて、いずれも逆洗の頻度、あるいは、逆洗時間（逆洗
水を送る時間）の変動を基本とするものである。すなわ
ち、原水供給側分離膜面に濁質物質が付着した場合に
は、その目詰まりによって原水供給側の原水圧が上昇す
るため、その上昇した圧力（背圧）を超える圧力を逆洗
圧として用い、この圧力差（逆洗圧−背圧）をもって頻
度あるいは操作時間を調節し、濁質物質の剥離を実施し
ようとするものである。従って、分離膜には常に高圧力
が負荷されることとなり、分離膜の耐用年数が短縮され
るおそれがある。また、高圧力負荷により水浄化システ
ムにおける水処理に要するエネルギー消費量の増大も問
題となる。このような現状においては、逆洗あるいは水
浄化システム運転の全般にわたり、分離膜の使用条件を
緩和する必要があり、これは高価な分離膜を保護するこ
とにもなる。さらに、分離膜の使用条件の緩和は、水浄
化システムそのものの使用条件の緩和につながり、エネ
ルギー消費量の減少にもつながる。そこでかかる目的を
達成し、かつ、各種の水処理システムにも容易に対応で
きる簡便な制御機構に基づく水浄化システムの運転方法
の開発が強く求められている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み、
本発明者らは目詰まりを生じた水浄化システムの全般に
亘り詳細に検討した結果、濾過圧に対する逆洗圧の比の
値が特定値である場合に逆洗効率が優れ、かかる特定値
は濾過圧を変化させることで達成可能であり、かつこの
場合には濾過エネルギーの減少も達成できることを発見
し、本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち本発明は、逆洗を行いながらクロ
スフロー濾過を行う中空糸膜モジュールを用いた水浄化
システムの運転において、該膜モジュールの濾過性能が
低下してきた場合、逆洗圧／濾過圧の値が４〜３０の範
囲内になるように一時的に濾過圧を降下させる期間を設
けた後、前記降下させた濾過圧を再び上昇させて通常運
転に戻すことを特徴とする水浄化システムの運転方法を
提供するものである。また、濾過圧の降下を、運転中の
濾過圧が１．０〜３．０Ｋｇ／ｃｍ²となった場合に実
施する上記発明の水浄化システムの運転方法を提供する
ものである。さらに、これらの降下濾過圧が０．０５〜
０．５Ｋｇ／ｃｍ²の範囲である上記発明の水浄化シス
テムの運転方法を提供するものである。また、中空糸膜
モジュールの膜材質が酢酸セルロースであり、または逆
洗が、膜洗浄剤を併用するものである上記発明の水浄化
システムの運転方法を提供するものである。以下、本発
明を詳細に説明する。

【０００８】本発明による逆洗を含むクロスフロー濾過
による水浄化システムの運転方法の一例を図１を用いて
説明する。

【０００９】水浄化システムの運転はクロスフロー濾過
による透過水生成と、中空糸膜モジュールの目詰まりを
防ぐための逆洗とを交互に実施する。クロスフロー濾過
時と逆洗時におけるポンプ、流路弁の操作は以下の通り
である。まず、クロスフロー濾過においては透過水自動
弁１３を開、洗浄水排出自動弁１４、逆洗自動弁１９は
閉の状態でポンプ１１により原水を中空糸膜モジュール
に供給して濾過を行い、生成した透過水をタンク１７に
貯留する。なお、中空糸膜モジュールを透過しない原水
はライン１６、ポンプ１１を経て再び中空糸膜モジュー
ル１２に送られる。一方逆洗においては、中空糸膜モジ
ュールの原水側内面に付着した濁質成分を除去するため
に、透過水生成時とは逆方向に中空糸膜モジュールに透
過水を供給し、膜面に付着した濁質成分を剥離したの
ち、濁質成分を系外へ排出する。中空糸膜モジュールの
逆洗は、例えば、３０〜６０分に一度程度の頻度で、透
過水自動弁１３を閉、洗浄水排出自動弁１４、逆洗自動
弁１９を開とすると共に、ポンプ１８により透過水タン
ク１７の透過水の一部を透過水生成時とは逆方向に中空
糸膜モジュール１２に例えば約１分間供給する。これに
より中空糸膜モジュールの原水供給側内面の濁質成分を
剥離したのち、濁質成分を高濃度に含有した洗浄水をラ
イン１５を経て洗浄水排出自動弁１４から系外へ排出さ
せる。なお、逆洗時には、ポンプ１１を停止させ、原水
の供給を停止している。

【００１０】本発明における水浄化システムは濾過圧を
変化させて運転する。ここに、クロスフロー濾過時なら
びに逆洗時に負荷される中空糸膜モジュールに対する圧
力は以下の通りである。まずクロスフロー濾過時におい
ては、ポンプ１１によって中空糸膜モジュールの原水供
給側から透過水生成側に向い原水供給圧がかかり、この
圧力により中空糸膜モジュールから透過水が生成され
る。一方、逆洗時においては、透過水生成側から原水供
給側に向い逆洗圧がかかる。逆洗においてはこの逆洗圧
と、中空糸膜モジュールの原水供給側から透過水生成側
に向う圧力（以下、背圧と称す。）との差圧が実際の逆
洗の有効圧となり、この差圧で中空糸膜モジュールに付
着した濁質物質を剥離することとなる。

【００１１】本発明における水浄化システムの運転操作
ならびに操作時における濾過圧、透過水量を定圧濾過法
を一例とし、図２を用いて説明する。まず濾過圧Ａ、
Ｂ、Ｃとは、膜モジュールの原水供給圧と原水出口圧と
の加算平均圧から膜透過側の圧力を引いた膜間圧力をい
い、その好ましい圧力は０．１〜３．０Ｋｇ／ｃｍ²の
範囲であり、特に好ましくは０．３〜１．０Ｋｇ／ｃｍ
²である。また、逆洗は圧力１．０〜４．０Ｋｇ／ｃｍ²
の範囲で行う。ここに、原水供給圧とは、ポンプ１１に
より原水を中空糸膜モジュールに供給する際の圧力をい
う。一般にクロスフロー濾過においては、中空糸膜モジ
ュールの透過水生成能を超えた圧力負荷は、原水の水浄
化システム内の循環量を増大させるが、生成される透過
水量には影響が少ない。従って透過水の生成率がほぼ一
定している上記範囲において通常運転を行うことによ
り、効率のよい濾過ができる。なお、通常運転の経過時
間に従い、中空糸膜モジュールの膜表面に濁質物質が付
着して目詰まりを生じ、透過水量が減少した場合などに
濾過圧ＡをＢとする操作を実施する。

【００１２】濾過圧ＡからＢへの降下とは、本発明によ
る水浄化システムにおける逆洗の効率を高めるために行
う処置である。すなわち、変化させる指標は、透過水量
の低下を指標とした自動もしくは手動制御により、ある
いは予め設定した濾過経過時間による制御により、ある
いはその他の指標を用いることにより適宜行うことがで
きる。濾過圧Ｂは通常運転の濾過圧より低いことが好ま
しく、０．０５〜０．５Ｋｇ／ｃｍ²であり、逆洗圧／
濾過圧Ｂの値が４〜３０の範囲であることが好ましく、
特に好ましくは５〜１５の範囲である。中空糸膜モジュ
ールにおける逆洗は、濾過圧に対する逆洗圧の比の値
（逆洗圧／濾過圧）に対応し、この範囲において透過水
の生成量を極端に低減することなく、効率よく逆洗の効
率を高めることができる。しかも、上記値の範囲内にす
る圧力の調整を、濾過圧を変化させることにより行え
ば、中空糸膜モジュールに過度の圧力負担を掛けずにエ
ネルギー効率のよい逆洗が可能となる。なお、濾過圧Ｂ
における運転中も逆洗は必ず行うことは勿論である。濾
過圧をＡからＢに降下させた直後は、図２に示すように
濾過圧の減少に伴い透過水量が急激に減少するが、その
後、中空糸膜モジュールの洗浄が有効に行われること、
ならびに中空糸膜モジュールに対する背圧が逆洗の経過
と共に安定することなどから一定濾過圧Ｂでも透過水量
は漸増する。この濾過圧Ｂの期間としては、１〜１００
時間が好ましく、５〜５０時間がより好ましい。１時間
未満では十分な性能回復効果が望めず、また、１００時
間を超えたのでは、濾過効率が悪くなり全体としての回
収率が極端に低下するため好ましくない。

【００１３】濾過圧Ｂでの水浄化システムの運転は濾過
圧が低いため透過水量も低値を示す。そこで、濾過圧Ｂ
で運転した後に透過水生成の効率を上昇させるために、
濾過圧ＢからＣへ上昇させる。ここに、濾過圧ＢからＣ
への変化としては、予め設定した透過水量の安定の程
度、若しくは透過水量を指標として自動もしくは手動制
御により、予め設定した濾過経過時間による制御によ
り、あるいはその他の指標を用いることにより適宜行う
ことができる。濾過圧Ｃは、濾過圧Ｃに対する逆洗圧の
比の値が０．０１〜４の範囲であることが好ましく、特
に好ましくは２．０〜４．０である。なお濾過圧ＣがＡ
と同値であってもよい。本発明による水浄化システムの
運転方法によれば、図２に示すように、濾過圧ＢからＣ
へ上昇させることにより透過水量が増大し、濾過圧Ｂで
の操作により、一時的に透過水量が減少するものの、逆
洗効率に優れる結果濾過圧Ｃでの運転時には透過水量が
増大するため、最終的な透過水量の増大を図ることがで
きる。

【００１４】本発明による運転方法は、クロスフロー濾
過による中空糸膜モジュールを用いた水浄化システムを
対象とし、中空糸膜モジュールとしては限外濾過膜、精
密濾過膜などを用いることができる。また、クロスフロ
ー濾過方式としては中空糸膜の内側に原水を流入させる
内圧方式が好ましい。さらにその膜材質としては親水性
高分子材料であるポリビニルアルコール、ポリアクリロ
ニトリル共重合体、酢酸セルロースなどが利用でき、特
に酢酸セルロ−スが最適である。

【００１５】浄化用に供給される原水としては地下水、
雨水、河川水および湖沼水などの天然水を用いることが
できる。

【００１６】本発明においては、逆洗において、逆洗水
に膜洗浄剤としての殺菌剤、酸化剤、酸、塩基性化合物
および界面活性剤などの薬剤の添加が可能である。逆洗
時に添加できる薬剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、
塩素、過酸化水素およびオゾンなどの酸化性殺菌剤、ク
エン酸およびシュウ酸などの有機酸、塩酸および硝酸な
どの無機酸、水酸化ナトリウムなどのアルカリおよびカ
チオン系、アニオン系、ノニオン系および両性界面活性
剤などがある。透過水に殺菌剤等の薬剤を併用する場合
には自動弁１９およびポンプ１８の設定に加え薬剤ポン
プ２２を運転し、薬注自動弁２５を開とし逆洗を実行す
る。中空糸膜モジュールは一般細菌を濾別するが、供給
水側に残留した細菌は時間の経過と共に、中空糸膜モジ
ュール出口に蓄積した濁質成分あるいは中空糸膜モジュ
ールなどに付着し繁殖する可能性がある。前記殺菌剤
は、殺菌効果とともに膜面付着物の分解・洗浄効果も有
するため、逆洗効果を増大させることができる。

【００１７】本発明においては、定圧濾過法による透過
水量の減少、または定量濾過法による濾過圧の上昇を指
標とすることにより濾過圧の条件を自動制御することも
可能である。例えば図１に示すように、透過水量測定器
２６、演算制御装置２７から鎖線で示す制御信号ケーブ
ルにより送られる制御信号により、ポンプ１１、逆洗自
動弁１９、ポンプ１８、薬注ポンプ２２および薬注自動
弁２５などの自動的に制御が可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の運転方法によれば、逆洗を含む
中空糸膜モジュールを用いた水浄化システムにおいて、
濾過圧を変化させることにより効率のよい中空糸膜モジ
ュールの逆洗が可能となる。濾過圧を降下させることに
よって逆洗における有効圧を上昇させることができるた
め、効果的な逆洗が可能となり、中空糸膜モジュールへ
の圧力負荷を抑制することもできる。これは、中空糸膜
モジュールへの運転条件緩和、エネルギー効率の向上に
も役立つ。さらに逆洗水へ殺菌剤などの膜洗浄剤を添加
することも可能であり、より効果的な逆洗ができる。な
お、透過水量をモニターする装置を設置し、例えば透過
水量を指標として濾過圧を変化させる演算装置を用いる
ことにより、水浄化システムの自動制御も可能である。
さらに、中空糸膜モジュールの寿命、さらに水浄化シス
テムの寿命の延長を図ることができ、長期間水浄化シス
テムを運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用できる中空糸膜モジュールを用
いた水浄化システムを示す。

【図２】 本発明を定圧濾過法による水浄化システムを
運転した場合の透過水量、濾過圧の変化を示す。

【符号の説明】

１０、２３ 逆止弁 １１、１８ ポンプ １２ 中空糸膜モジュール １３ 透過水自動弁 １４ 濃縮水排出自動弁 １７ 透過水タンク １９ 逆洗自動弁 ２１ 薬剤タンク ２２ 薬注ポンプ ２４ 薬剤注入経路 ２５ 薬注自動弁 ２６ 透過水量測定器 ２７ 演算制御装置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆洗を行いながらクロスフロー濾過を行
   う中空糸膜モジュールを用いた水浄化システムの運転に
   おいて、該膜モジュールの濾過性能が低下してきた場
   合、逆洗圧／濾過圧の値が４〜３０の範囲内になるよう
   に一時的に濾過圧を降下させる期間を設けた後、前記降
   下させた濾過圧を再び上昇させて通常運転に戻すことを
   特徴とする水浄化システムの運転方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の濾過圧の降下を、運転中
   の濾過圧が１．０〜３．０Ｋｇ／ｃｍ²となった場合に
   実施することを特徴とする水浄化システムの運転方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の降下濾過圧が
   ０．０５〜０．５Ｋｇ／ｃｍ²の範囲である水浄化シス
   テムの運転方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸
   膜モジュールの膜材質が酢酸セルロースである水浄化シ
   ステムの運転方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の逆洗
   が、膜洗浄剤を併用するものであることを特徴とする水
   浄化システムの運転方法。