JP3514825B2 - 水浄化システムの運転方法および水浄化装置 - Google Patents

水浄化システムの運転方法および水浄化装置

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【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、原水濁度の変動に対応した回収率の制御により、透
過水量を一定値にして透過水を得、同時に中空糸膜の膜
状態を一定に維持することにより中空糸膜の寿命延長を
図ることができる水浄化システムの運転方法ならびに水
浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、膜分離技術を適用する水浄化シス
テムとして、中空糸膜モジュールを用いたクロスフロー
濾過が行われている。ここにクロスフロー濾過とは、中
空糸膜の膜面(原水供給側分離膜面)の一方に原水を供
給し、中空糸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、中空
糸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、原水中に含まれる濁質物質によって中空糸膜に目詰
まりが発生し、濾過時間の経過による濁質物質の分離膜
表面への積層は、クロスフロー濾過によっても解消され
ず、水浄化システムの運転中断の直接的な原因となるた
め、目詰まりを解消し、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。
【0003】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、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、透過水量が所定時間
内に低下傾向の時に膜の逆洗条件を変更して、予め設定
した透過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5−317660号公報には、
複数の膜分離装置を使用し、検出した原水濁度に基づき
逆洗間隔を調節する装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平4
−247226号公報記載の方法では、目的とする透過
水量に達したか否かを確認するために透過水量自体を測
定することとしているため、調節ならびに確認に長時間
を要する。また、特開平5−317660号公報記載の
装置では、原水濁度を検知し透過速度を低下させずに安
定させるよう改善された膜分離装置であるが、その制御
は洗浄間隔のみの調節にとどまる。
【0005】一方、中空糸膜モジュールを使用した水浄
化システムにおいては、透過水量を一定に保つことは、
水浄化システムの安定した運行の確保、最終目的物たる
透過水量の安定確保のみならず、中空糸膜モジュールの
寿命にも影響を及ぼすものと考えられる。すなわち、一
旦目詰まりを発生させた中空糸膜はその洗浄が容易では
ないことから、目詰まりを防止して一定した膜状態を維
持させることは、中空糸膜の膜状態の安定化につなが
り、中空糸膜モジュールの延命にも貢献すると考えられ
るからである。このため水浄化システムにおける透過水
量を、中空糸膜の膜状態の指標ととらえ、この透過水量
を一定値に維持させる水浄化システムの運転は、かかる
目的の達成のために極めて重要である。このような現状
のもと、従来の設備をそのまま使用することができ、し
かも迅速な透過水量の調節が可能であり、その調節の方
法も適宜選択が可能な水処理システムの運転方法の開発
が強く求められる。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み、
本発明者らは原水濁度と透過水量ならびに回収率の関係
を詳細に検討した結果、これらに特定の関係式が成立す
ることを見いだし、この特定式に基づき回収率を制御す
ることにより透過水量を一定値に維持できることに基づ
き、本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち本発明は、逆洗を含むクロスフロ
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
ムにおいて、運転開始前に定数k、A、Bを設定し、予
め透過水量Jを設定した後、運転中透過水量を一定に保
ちながら、原水濁度Tを測定することにより、原水濁度
Tと制御前回収率R 0 とから回収率を次式(1)に従
って得られた値となるように、逆洗頻度、逆洗時間、逆
洗圧、又は濾過圧を調節することにより制御することを
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。
【0008】
【数3】
【0009】また、前記制御が逆流洗浄によることを特
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。さらに、前記中空糸膜モジュールの膜材質が酢酸セ
ルロースである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。さらに、これらの逆洗水
が、膜洗浄剤を併用することを特徴とする水浄化システ
ムの連続運転方法を提供するものである。加えて、運転
開始前に定数k、A、Bを設定した後、予め透過水量J
を設定し、運転中透過水量を一定に保ちながら、原水
Tを測定することにより、原水濁度Tと制御前回収率
0とから次式(1)で示す回収率Rを演算し、回収率
が得られた値となるように制御する演算制御装置を有す
ることを特徴とする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装置を提供するものである。以
下、本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明における水浄化システムの運転方法
は、原水濁度を指標として次式(1)に基づいて回収率
を調節することにより透過水量を一定値に維持するもの
である。
【0011】
【数4】
【0012】式中、設定透過水量J値は、水浄化システ
ムの運転の目的とする透過水量として任意に設定する値
であり、0.02〜0.15m3/m2・hrの範囲、特
には0.05〜0.10m3/m2・hrの範囲であるこ
とが好ましい。この範囲であれば水浄化システムの運転
効率を低下させることなく、また中空糸膜に過度の負担
を掛けることもない。
【0013】式中、定数k値は膜モジュールのサイズに
より相違するが、水浄化システムの通常使用において膜
モジュールの素材、原水温度、逆洗条件によらない特定
値を選択でき、好ましくは10〜40の範囲、さらに好
ましくは20〜30の範囲である。
【0014】式中、定数A値は膜モジュールの素材、原
水温度、回収率により相違するが、温度0〜50℃、回
収率75〜99%の範囲では、0.01〜0.20m3
/m2・hrの範囲、特には0.05〜0.15m3/m
2・hrの範囲であればよく、使用する膜モジュール、
原水による予試験により選択することができる。なお、
水浄化システムの運転において必要に応じて適宜A値の
温度補正、回収率補正を実施してもよい。
【0015】式中、定数B値は好ましくは0.02〜
0.05m3/m2・hrの範囲であれば、水浄化システ
ムの通常使用において原水温度、回収率、膜モジュール
の素材等によらず特定値を選択することができる。な
お、式中の濁度T値は、濁度計により測定した原水の濁
度である。また、式中の制御前回収率R0とは、原水濁
度の変化により回収率を調節する前の回収率をいい、系
外排出された濁質物質を含む排出液量の原水供給量に対
する割合((透過水量−逆洗水量)/透過水量)で示さ
れる。
【0016】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。
【0017】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。
【0018】
【実施例】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
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0019】まず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。用いた中空糸
膜モジュールは酢酸セルロース膜であり、A=0.12
3/m2・hr、B=0.035m3/m2・hr、k=
20として算出式を設定した。原水濁度は濁度計でモニ
ターし、制御前回収率は系外に排出された濁質成分を含
む排出液量から算出し、水浄化システムの設定透過水量
は2m3/m2・hrと設定した。
【0020】水浄化システム運転時のクロスフロー濾過
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、30分から5時間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1
9を開とすると共に、ポンプ18により透過水タンク1
7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。ここに制御前
回収率は洗浄水排出自動弁14から排出される排水液量
に基づいて算出される。なお、逆洗時には、ポンプ11
を停止させ、原水の供給を停止する。
【0021】水浄化システムの透過水量を前記設定値2
3/m2・hrとするため、原水濁度Tの変動に基づい
て算出式(1)により得られた回収率Rで水浄化システ
ムを操作する。回収率の制御方法としては、逆洗頻度、
逆洗時間、逆洗圧、濾過圧の調節等により実施すること
ができ、これらを適宜組み合わせることも可能である。
例えば逆洗頻度で調節するためには、ポンプ18を用い
た逆洗間隔の調整ならびにポンプ18に対応したこられ
自動弁の調整を行う。また、逆洗時間、逆洗圧の調節に
は、ポンプ18の運転時間ならび吐出圧力を調節するこ
とにより行う。また、濾過圧の調節により回収率の調節
を実施する場合には、原水供給圧の調節を行うこともで
きる。
【0022】本発明においては、逆洗において、逆洗水
に膜洗浄剤、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、ノニ
オン系および両性界面活性剤などがある。透過水に膜洗
浄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流出口に蓄積した濁
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。前記膜洗浄剤は、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、逆洗効果を上
昇させることができる。
【0023】本発明においては一定の設定透過水量Jに
保つために、原水濁度Tと制御前回収率R0をモニター
することにより回収率R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、原水濁度の情報から回収
率を演算する演算制御装置26を設置し、ここから鎖線
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。
【0024】
【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、
原水濁度から水浄化システムの回収率を制御するため少
ない情報量で一定の透過水量を維持する水浄化システム
の運転ができる。これにより水浄化システムの安定した
運行の確保、最終目的物たる透過水量の安定確保を図る
ことができる。しかも、中空糸膜の状態を一定に保つこ
とにもつながるため中空糸膜モジュールの延命にも役立
つ。本発明の水浄化システムの運転方法によれば迅速な
透過水量の調節が可能であり、その調節の方法も適宜選
択が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 中空糸膜モジュールを用いた水浄化システム
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 演算制御装置

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆洗を含む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において、運転
    開始前に定数k、A、Bを設定し、予め透過水量Jを設
    定した後、運転中透過水量を一定に保ちながら、原水濁
    度Tを測定することにより、原水濁度Tと制御前回収率
    0 とから回収率を次式(1)に従って得られた値と
    なるように、逆洗頻度、逆洗時間、逆洗圧、又は濾過圧
    を調節することにより制御することを特徴とする水浄化
    システムの運転方法。 【数1】
  2. 【請求項2】 請求項1記載の制御が逆流洗浄条件の変
    更によ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記載の中空糸膜モジュ
    ールの膜材質が酢酸セルロースであることを特徴とする
    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逆洗水
    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。
  5. 【請求項5】 運転開始前に定数k、A、Bを設定し、
    予め透過水量Jを設定した後、運転中透過水量を一定に
    保ちながら、原水濁度Tを測定することにより、原水濁
    度Tと制御前回収率R0とから次式(1)で示す回収率
    Rを演算し、回収率が得られた値となるように制御する
    演算制御装置を有することを特徴とするクロスフロー濾
    過による中空糸膜モジュールを用いた水浄化装置。 【数2】
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