JP3609470B2

JP3609470B2 - 水の浄化方法および浄化装置

Info

Publication number: JP3609470B2
Application number: JP33060394A
Authority: JP
Inventors: 修志中塚; 智暢阿瀬
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH08155452A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、河川水や湖沼水等の表流水に代表される水を中空糸型限外または精密濾過膜モジュールを用いて膜浄化する際に、浄化水に含まれるマンガンイオンや鉄イオンを効果的に低減する水の浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、河川水や湖沼水等の表流水から水道水を得るための浄水処理システムとして、凝集−沈澱−砂濾過−塩素滅菌工程によるのが一般的である。このため凝集池、沈澱池、砂濾過池、塩素滅菌設備等が必要であり、大きな設置スペースを要する。一方、近年河川等の水源の汚濁が進んでいるため、これに対処しうる新しい高度浄水処理システムが求められ、上記工程に活性炭処理システムやオゾン処理システムを付加することが提案されている。かかる場合には、設置スペースの更なる増加を招くこととなるが、近年の膜モジュールの利用技術、すなわち中空糸型限外または精密濾過膜モジュールを使用した浄水処理システム等の実用化が検討され、省スペース、高度浄化システムとして期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中空糸型限外または精密濾過膜モジュールの特徴として、除去物質の選択性という問題がある。すなわち、これら膜モジュールを用いた場合には溶解性物質の除去が困難である。このため水質規制の対象となっている鉄イオン、マンガンイオンの除去のためには別のシステムが必要となる。前記した従来の凝集−沈澱−砂濾過−塩素滅菌工程からなる浄水処理システムにおいては、原水中に含まれるマンガンイオンや鉄イオンを低減させるために原水を塩素で処理し（前塩素処理）、これらのイオンを不溶性のマンガン化合物や鉄化合物として凝集池や沈澱池で除去する方法、あるいは砂濾過池でマンガン砂層を砂層の表層等に設け、マンガン砂に含まれる酸化マンガンの触媒的作用により原水中のこれらイオンを酸化し、同じく不溶化して除去する方法等が採用されていた。しかし、限外または精密濾過膜を用いた浄水処理システムにおいては、他に特別な対策を採らない限り、原水に含まれるこれらのイオンはそのまま浄化水に残留することとなる。
【０００４】
一方、原水に含まれる無機物質、バクテリア、懸濁物質、有機物、藻類などにより膜モジュールの目詰まりが発生することも、膜モジュールの特徴の一つである。目詰まり防止のために、一般に逆洗洗浄水を間欠的に膜モジュールに、透過水流出方向とは逆方向から圧送する逆洗洗浄が行われる。濾過膜の殺菌・洗浄を効率的に行うために、逆洗に用いる洗浄水等に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化性殺菌剤を含ませることもできるが、原水中に含まれる成分と反応し不溶性物質を生成することがある。
【０００５】
このような特徴を有する膜モジュールにおいて、原水に鉄イオンやマンガンイオンが多量に含まれている場合には、逆洗水に酸化性殺菌剤を使用した場合に、その酸化作用により浄化水中の前記イオンが酸化されて、主として濾過膜の透過側面にコロイド状の不溶性のマンガン化合物や鉄化合物の皮膜が形成され、これが目詰まりの原因となる場合がある。かかる問題を解決する方法として、特開平５−１９２６７２号公報には、原水をオゾン処理した後、膜モジュールにより浄化水を製造する方法において、鉄やマンガンイオンを含まない水による逆洗方法が記載されているが、「オゾン化ガスの注入がなければ活性炭槽が嫌気性となるので、活性炭槽からの浄化水に鉄・マンガン等が含まれるようになる。」との記載があり、本方法において膜モジュールで処理する水は、前記オゾン処理により鉄・マンガンイオンが予め除去されている。また、特開平５−１２３６７３号公報には、鉄やマンガンイオンを含まない水による逆洗に続き、オゾン水による逆洗と、さらに鉄・マンガンイオンを含まない水による逆洗という一連の逆洗システムにより、逆洗による不溶性のマンガン化合物や鉄化合物の沈澱物の生成を防止しうることが開示されている。鉄やマンガンイオンを含まない水としては当該水処理装置によって処理された水、すなわち通常の水道水も使用できる旨記載されているが、膜モジュールからの透過水を直接使用し得るか否か、マンガン砂による処理方法の実施等の具体的な開示はない。さらに、空気調和・衛生工学６８巻第３号ｐ１９〜２５には、原水に含まれる鉄を膜モジュールそのもので除去し、後にマンガン砂濾過器にて超高速濾過する方法が提案されているが、水浄化における膜モジュールシステムについては具体的な開示がなされていない。かかる現状から、通常の水浄化システムをそのまま使用でき、原水を直接中空糸型限外または精密濾過膜モジュールで処理し得る簡便な方法であって、逆洗洗浄においてもマンガン化合物や鉄化合物等の不溶物質の生成を防止して膜モジュールの透過側の膜面の目詰まりを回避し、鉄・マンガンイオンを含まない水を製造しうる水の浄化方法ならびにその装置の開発が熱望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、中空糸型限外または精密瀘過膜モジュールを用いた水の浄化方法における前記の課題について鋭意検討した結果、膜モジュールからの透過水をマンガン砂処理し、この処理水に酸化性殺菌剤を含有させたものを逆洗水に使用することによりかかる問題点を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、水を中空糸型限外または精密濾過膜モジュールを用い、原水流入量に対し循環量がゼロを越え６倍以下で、かつ膜面線速が０．００５〜０．５ｍ／ｓｅｃで内圧式クロスフロー濾過により浄化する方法において、前記濾過膜モジュールの逆洗を圧力制御またはあらかじめ定められた周期で、濾過の通常運転圧の１倍以上３ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力で間欠的に行うに際し、逆洗水としてこの濾過膜モジュールからの透過水をマンガン砂で処理した後、酸化性殺菌剤を含有させた水を用いることを特徴とする水の浄化方法を提供するものである。また、中空糸型限外または精密濾過膜モジュールおよび膜モジュールに原水を昇圧して供給するための原水供給ポンプを有し、前記膜モジュールには原水供給ポンプのサクション側に膜モジュールの非透過水を循環させるためのクロスフロー循環経路および透過水の出口経路が設けられ、前記出口経路側には出口経路から出た透過水が出口経路上に設けられたマンガン砂処理工程を経たのち貯留される透過水貯留タンク、透過水タンクの透過水を前記膜モジュールの透過水出口に圧送する逆洗用ポンプおよび逆洗自動弁を含む逆洗経路が設けられ、かつ、薬剤タンク、薬注ポンプを含み、マンガン砂処理後の透過水に酸化性殺菌剤を注入する、酸化性殺菌剤注入経路が逆洗経路に設けられていることを特徴とする水の浄化装置を提供するものである。以下、本発明を詳しく説明する。
【０００８】
本発明においてはクロスフロー方式が採用されるが、通常運転中は膜モジュールへ戻すクロスフローの水量（循環量）は、原水流入量に対し循環量がゼロを越え６倍以下で、かつ膜面線速が０．００５〜０．５ｍ／ｓｅｃで全量瀘過することが好ましい。瀘過膜表面に付着した濁質成分の除去は、主に圧力制御または定時間間隔で行われる逆洗によって実現される。逆洗により瀘過膜表面に付着した濁質成分は、中空糸膜の外面側からの逆水流により洗浄されることになる。そしてこの逆洗時に、好ましくは逆洗のための透過水または清浄水に含有させた酸化性殺菌剤により、瀘過膜表面に対する殺菌処理および濾過膜表面に付着した有機物の酸化分解が行われる。また、通常運転中は濃縮水を排出せず、見かけ上の全量瀘過とし、逆洗時のみ一定量の洗浄水をシステム外に排出する。従って、本発明で採用するクロスフロー濾過による水の浄化方法では、水の濾過の点では低循環量のクロスフロー瀘過方式を併用した見かけ上の全量瀘過方式といえるものである。
【０００９】
前記水の浄化システムにおいては、透過水の流量をＰ、逆洗による洗浄水の排出流量をＣとすると、回収率は１００×（Ｐ−Ｃ）／Ｐ（％）で表され、通常回収率８０％以上９９％以下で運転することが可能である。
【００１０】
本発明で使用する濾過膜素材としては、処理対象である河川水等の表流水に疎水性の濁質成分が多く含まれていることが多く、疎水性の濁質成分により膜モジュールの目詰まりを起こさせないためには親水性の膜素材が好ましいと考えられることから、セルロース系素材が好ましい。またその形状としては中空糸型であって、中空糸膜の内側に原水を流入させる内圧方式を採用する。
【００１１】
逆洗はあらかじめ定められた周期による時間制御でも圧力制御であってもよく、圧力制御の場合は、通常運転時の運転圧の実質上１．０倍以上３ｋｇ／ｃｍ^２以下とすることが高い透水速度を得るために望ましい。更に好ましくは１．３倍以上である。この通常運転時の運転圧は、０．１〜２ｋｇ／ｃｍ^２が好ましい。更に好ましくは０．２〜１ｋｇ／ｃｍ^２である。
【００１２】
更に、前記逆洗に用いられる水に添加される酸化性殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、過酸化水素、オゾンを挙げることができる。酸化性殺菌剤は、殺菌とともに膜面付着物の分解・洗浄効果もあることから、これらを用いることが好ましい。特に、残留殺菌効果の高い次亜塩素酸ナトリウムが望ましい。
【００１３】
本発明においては、膜モジュールからの透過水は、マンガン砂による処理、具体的には、例えば透過水出口経路上に設けられたマンガン砂塔を経て透過水貯留タンクに貯留される。これにより透過水中に含まれるマンガンイオンや鉄イオンはマンガン砂に捕捉されることとなる。このためマンガン砂塔を経た透過水を逆洗水として使用すれば酸化性殺菌剤を含有させても、膜モジュールの透過側の膜表面に不溶性のマンガン化合物や鉄化合物の皮膜を形成させて濾過膜の透過水量を低下させることが無い。さらに、得られる透過水中のマンガンイオンや鉄イオンを低減させることが出来る。本発明で用いるマンガン砂の粒径は特に限定されない。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
以下に、ＵＦ（限外濾過膜）モジュールを用いた場合の本発明の一実施例について図面を参照して説明するが、精密瀘過膜モジュールを用いても同様に行うことができる。また、前記のように逆洗時に酸化性殺菌剤を使用することは本発明においては必須ではない。しかし、本発明ではこれを使用する場合に用いることが、特に好ましいので、以下も酸化性殺菌剤を逆洗水に注入する場合について説明する。
【００１６】
図１は本発明による濾過膜モジュールの洗浄方法を実施するためのシステムの構成を示す模式図の一例であり、逆止弁１０、ポンプ１１、ＵＦモジュール１２、透過水自動弁１３、洗浄水排出自動弁１４の構成に加えて、マンガン砂塔３０、透過水を蓄積するための透過水タンク１７、蓄積された透過水をＵＦモジュール１２の出口側に戻して逆洗を行うためのポンプ１８、逆洗自動弁１９を含む逆洗経路２０と、この逆洗経路２０に酸化性殺菌剤を注入する手段として薬剤タンク２１、薬注ポンプ２２、逆止弁２３を含む酸化性殺菌剤注入経路２４とを設けている。
【００１７】
酸化性殺菌剤は、原水中に含まれる微生物によりＵＦモジュール１２の透過膜が侵されて破れるのを防ぐために微生物を殺菌するものであり、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、過酸化水素、オゾン等の酸化性殺菌剤であれば、殺菌に加えて膜面付着物への分解効果も期待できる。
【００１８】
この処理システムの運転は次のようにして行われる。通常運転に際しては、透過水自動弁１３を開とし、濃縮水排出自動弁１４および逆洗自動弁１９は共に閉とし、ポンプ１８を停止状態におく。このようにして、逆止弁１０を経て導入された河川水等の原水は、ポンプ１１により昇圧されてＵＦモジュール１２に供給される。ＵＦモジュール１２では、限外瀘過膜の瀘過作用により濁質成分を除去した透過水を、透過水自動弁１３を通して透過水タンク１７に蓄積する。なお、この通常運転の間、循環経路１６を通して原水の流入量に対してゼロを越え６倍以下で、かつ膜面線速が０．００５〜０．５ｍ／ｓｅｃで内圧式のクロスフローが行われるが、透過水量は原水量に等しい。
【００１９】
逆洗は、通常濾過の運転圧の１倍以上３ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で、間欠的に、例えば３０分ないし１時間程度の定時間間隔で３０〜６０秒間行われる。この場合、原水の供給を停止すると共に透過水自動弁１３を閉とし、洗浄水排出自動弁１４および逆洗自動弁１９は共に開とし、ポンプ１１を停止状態とし、ポンプ１８と薬注ポンプ２２とを運転する。このようにして、透過水タンク１７に蓄積された透過水の一部を利用してＵＦモジュール１２に対する逆洗と殺菌が行われ、逆洗により中空糸膜の内表面からはぎとられた濁質成分は、洗浄水として洗浄水排出自動弁１４を通してシステム外に排出される。逆洗水量は洗浄水排出水量に等しい。本発明においては、前記水を浄化する方法において、原水はＵＦモジュール１２、循環経路１６およびポンプ１１を循環する。
【００２０】
以上、本発明を図１により説明したが、図１のシステムにおいて、溶解性マンガン濃度が０．０５〜０．３ｍｇ／リットルの河川水を原水として浄化処理するために、膜材質が酢酸セルロ−ス、分画分子量１５０，０００、中空糸内径０．８ｍｍ、膜面積５０ｍ^２の中空糸型限外濾過膜モジュール１２を使用して、平均運転圧０．５ｋｇ／ｃｍ^２、モジュール入口の膜面線速０．１８ｍ／ｓｅｃ、原水流入量に対する循環量１．３倍、逆洗圧１．０ｋｇ／ｃｍ^２、逆洗頻度４５分おきに１分、回収率９０％の条件で、内圧式クロスフロー濾過によって、４カ月間の連続運転を行った。
逆洗水にはマンガン砂塔（マンガン砂粒径０．４５〜０．５５ｍｍ、砂層厚さ１ｍ、通水速度１６ｍ／ｈ）で処理した前記膜モジュールの透過水に次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素濃度が約５ｍｇ／リットルとなるように添加したものを用いた。
その結果、膜の透過水中の溶解性マンガン濃度０．０３ｍｇ／リットルはマンガン砂塔を通過すると０．０１ｍｇ／リットル以下となり、マンガン砂により効果的に溶解性マンガンの除去ができた。また、膜の透過側の逆洗配管系には鉄イオンおよびマンガンイオンに由来すると思われる褐色の付着物の生成は観られず、透過速度の著しい低下もみられなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上ＵＦモジュールを例にして説明してきたように、本発明によれば限外または精密瀘過膜モジュールを用いて表流水等を処理する際、原水に含まれるマンガンイオンや鉄イオンを効率的に除去することができる。また逆洗に際して酸化性殺菌剤を用いることにより、濾過膜に発生していた不溶性のマンガン化合物や鉄化合物の皮膜などの生成を抑えることができ、高い膜透過水速度が維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した水の膜浄化を実施するための浄化装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０逆止弁
１１、１８ポンプ
１２ＵＦモジュール
１３透過水自動弁
１４洗浄水排出自動弁
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酸化性殺菌剤注入経路
３０マンガン砂塔

Claims

水を中空糸型限外または精密濾過膜モジュールを用い、原水流入量に対し循環量がゼロを越え６倍以下で、かつ膜面線速が０．００５〜０．５ｍ／ｓｅｃで内圧式クロスフロー濾過により浄化する方法において、前記濾過膜モジュールの逆洗を圧力制御またはあらかじめ定められた周期で、濾過の通常運転圧の１倍以上３ｋｇ／ｃｍ²以下の圧力で間欠的に行うに際し、逆洗水としてこの濾過膜モジュールからの透過水をマンガン砂で処理した後、酸化性殺菌剤を含有させた水を用いることを特徴とする水の浄化方法。
中空糸型限外または精密濾過膜モジュールおよび膜モジュールに原水を昇圧して供給するための原水供給ポンプを有し、前記膜モジュールには原水供給ポンプのサクション側に膜モジュールの非透過水を循環させるためのクロスフロー循環経路および透過水の出口経路が設けられ、前記出口経路側には出口経路から出た透過水が出口経路上に設けられたマンガン砂処理工程を経たのち貯留される透過水貯留タンク、透過水タンクの透過水を前記膜モジュールの透過水出口に圧送する逆洗用ポンプおよび逆洗自動弁を含む逆洗経路が設けられ、かつ、薬剤タンク、薬注ポンプを含み、マンガン砂処理後の透過水に酸化性殺菌剤を注入する、酸化性殺菌剤注入経路が逆洗経路に設けられていることを特徴とする水の浄化装置。