JP3648790B2 - 膜分離装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜分離装置に係り、特に、膜モジュールの透過水室と逆洗用加圧タンクとを接続する流路構成を改良した膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜モジュールの透過水を逆洗用加圧タンクを介して取り出すようにし、該膜モジュールを逆洗するに際してはこの加圧タンク内の水を加圧して膜モジュールに逆流させるようにした膜分離装置がある。
【０００３】
かかる膜分離装置の従来例について図２を参照して説明する。
【０００４】
図２において、１は膜モジュールであり、内部が膜１Ａにより原水室（１次側）１ａと透過水室（２次側）１ｂとに仕切られている。２は逆洗用加圧タンクであり、水位計３を備えている。Ｖ₁ は加圧タンク入口弁、Ｖ₂ は加圧タンク出口弁、Ｖ₃ は加圧弁、Ｖ₄ は排気弁であり、これら弁Ｖ₁ 〜Ｖ₄ は自動弁である。Ｖ_f は定流量弁である。１１〜１７の各符号は配管を示す。
【０００５】
原水の膜分離処理工程においては、弁Ｖ₁ ，Ｖ₂ は開、弁Ｖ₃ ，Ｖ₄ は閉とされ、原水は配管１１より膜モジュール１に流入し、濃縮水は配管１２より流出する。また、膜を透過して配管１３より流出した透過水は、定流量弁Ｖ_f により一定流量にて逆洗用加圧タンク２、配管１４を経て処理水として系外へ排出される。
【０００６】
膜モジュール１を逆洗する逆洗工程は、次の手順で実施される。
【０００７】
▲１▼ 加圧工程：加圧弁Ｖ₃ を開、その他の弁Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₄ を閉とし、圧縮空気を配管１５，１６より逆洗用加圧タンク２内に送給してタンク２内の水を加圧する。
【０００８】
▲２▼ 逆洗工程：上記加圧工程後、加圧タンク入口弁Ｖ₁ を開とし、２次側１ｂが１次側１ａより高い圧力となるように加圧したタンク２内の水を、配管１３から膜１Ａを逆に透過させる。
【０００９】
▲３▼ 排気工程：上記逆洗工程後、加圧弁Ｖ₃ を閉，排気弁Ｖ₄ を開とし、タンク２内の空気を配管１６，１７より排気する。
【００１０】
▲４▼ 水張り工程：上記排気工程後、加圧弁Ｖ₃ を閉，排気弁Ｖ₄ ，加圧タンク入口弁Ｖ₁ ，同出口弁Ｖ₂ を開として逆洗用加圧タンク２内に透過水を貯める。
【００１１】
▲５▼ 通水工程：上記水張り工程後、排気弁Ｖ₄ を閉じ、加圧タンク入口弁Ｖ₁ ，同出口弁Ｖ₂ を開とし、原水の通水運転を再開する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の膜分離装置では、逆洗後の水張り工程において、膜の透過水の流量を制御する機能がないために、所定の透過水流量（定流量弁Ｖ_f で制御される適切な透過水流量）を超える過剰の透過水が膜モジュールから流出する。即ち、通常の通水工程よりも著しく多量の原水が膜を透過することとなる。
【００１３】
このため、逆洗により膜面から剥離除去した膜汚染物質が、この大量の透過水流により膜面に再付着し易く、逆洗後早期に膜面にケーキ層が再形成され易いという問題がある。
【００１４】
特に、このような逆洗直後の大量の透過水流により膜に付着する膜汚染物は、通常の定流量下での通水工程で膜に付着する膜汚染物よりも圧密化され、しかも膜に密着する。このため、この膜汚染物は、次回の逆洗やその後の薬品洗浄によっても除去され難く、膜透過水量の回復が困難となる。薬品洗浄を行っても膜透過水量が回復しない場合には、膜を交換せざるを得ない。このため、このような逆洗直後の通水工程における膜汚染物の再付着は、膜寿命にも影響するものとなる。
【００１５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、逆洗工程直後の通水再開時においても透過水量を制御することができ、逆洗直後の膜の再汚染を防止できる膜分離装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置は、膜モジュールの透過水を逆洗用加圧タンクを経て取り出すようにした膜分離装置において、該膜モジュールの透過水室と逆洗用加圧タンクとを接続する流路として、逆洗時にのみ開弁される弁を有した逆洗用流路と、該膜モジュールから逆洗用加圧タンクに向う順流方向の流れのみを許容する弁と、該順流方向の流れを定流量とする定流量弁とを有した透過水取出用流路と、を設けたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の膜分離装置にあっては、原水を膜分離処理する通水工程にあっては、透過水は透過水取出用流路から逆洗用加圧タンクに流入し、該タンクから取り出される。この透過水取出用流路には定流量弁が設けられており、透過水は定流量にて取り出される。なお、この際、逆洗用流路に設けられた弁が閉とされ、透過水は逆洗用流路は流れず、透過水取出用流路のみを流れる。
【００１８】
逆洗工程においては、逆洗用加圧タンク内の透過水が膜モジュールの透過水室に逆流され、膜の逆洗が行なわれる。この際、透過水取出用流路には順流方向の流れのみを許容する弁（例えば逆止弁）が設けられており、逆洗用加圧タンク内の水は、該透過水取出用流路は流通せず、逆流用流路のみを通って流れる。
【００１９】
逆洗終了後、透過水室内の透過水を逆洗用加圧タンクへ流出させる場合には、透過水を透過水取出用流路のみを介して該タンクへ流出させる。従って、膜モジュールから取り出す透過水流量は逆洗直後であっても定流量となるため、従来のような逆洗後の大量の透過水流による膜の再汚染は防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図である。
【００２１】
本実施例の膜分離装置は、図２に示す従来の膜分離装置において、膜モジュール１と逆洗用加圧タンク２とを接続する配管１３の途中に配管１３Ａ，１３Ｂを並列設置し、弁Ｖ₁ を迂回するバイパス配管１３Ａに、逆止弁Ｖ_s と定流量弁Ｖ_f とを設けている。また、処理水取出用配管１４の定流量弁を省略した。バイパス配管１３Ａに設けた逆止弁Ｖ_s は、膜モジュール１から逆洗用加圧タンク２に向う順流方向の流れのみを許容する。
【００２２】
図１のその他の構成は図２と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００２３】
本実施例の膜分離装置で原水の膜分離処理を行なう場合、透過水は透過水室１ｂから配管１３，１３Ａを介して逆洗用加圧タンク２へ流出する。この配管１３Ａに定流量弁Ｖ_f が設けられているので、透過水流量は定流量となる。この際、弁Ｖ₁ は閉とされており、透過水は配管１３Ａのみを流通する。原水の通水後の逆洗及びその後の通水再開工程は次の手順で実施される。
【００２４】
(i) 加圧工程：加圧弁Ｖ₃ を開、その他の弁Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₄ を閉とし、圧縮空気を配管１５，１６より逆洗用加圧タンク２内に送給してタンク２内の水を加圧する。
【００２５】
(ii) 逆洗工程：上記加圧工程後、弁Ｖ₃ を開，弁Ｖ₂ ，Ｖ₄ を閉としたまま弁Ｖ₁ のみを開とし、加圧タンク２内の水を、配管１３Ｂ，１３を経て膜モジュール１に逆流させ、膜１Ａを逆洗する。逆洗排水は配管１２から排出する。
【００２６】
(iii) 押出工程：上記逆洗工程後、弁Ｖ₁ 〜Ｖ₄ をすべて閉として、所定時間待機する。この間、配管１１から原水を原水室１ａに流し、膜剥離物を含む水を配管１２から排出する。
【００２７】
(iv) 排気・水張り工程：上記押出工程後、排気弁Ｖ₄ を開、その他の弁Ｖ₁ 〜Ｖ₃ を閉として、逆洗用加圧タンク２内の空気を配管１６，１７より大気中へ排出する。これにより、加圧タンク２内が大気に連通し、配管１３，１３Ａを経て透過水が逆洗用加圧装置２に流入し始める。膜モジュール１の透過水は定流量弁Ｖ_f により、定流量で逆洗用加圧タンク２内に流入する。
【００２８】
このように、通水再開時においても透過水が定流量にて取り出されるため、
原水室１ａ内の剥離物が急激に膜１Ａに再付着することが防止される。
【００２９】
(v) 通水工程：上記排気・水張り工程終了後、逆洗用加圧タンク出口弁Ｖ₂ を開、その他の弁Ｖ₁ ，Ｖ₃ ，Ｖ₄ を閉として通水運転を再開する。この場合にも、配管１３，１３Ａのみを透過水が流通するため、この透過水量は定流量弁Ｖ_f により定流量となる。
【００３０】
なお、上記(ii)の逆洗工程では、逆洗用加圧タンク２に設けた水位計３により、タンク２内の水位が所定の水位に低下したときに、自動的に弁Ｖ₁ ，Ｖ₃ を閉として逆洗を終了させ、次の押出工程に移行するようにすることができる。また、この逆洗工程から押出工程への移行は、タイマーで制御することもできる。
【００３１】
また、(iv)の排気・水張り工程において、水位計３により、逆洗用加圧タンク内の水位が所定の水位に上昇したときに、自動的に弁Ｖ₂ を開、弁Ｖ₄ を閉として、次の通水工程に移行するようにすることができる。
【００３２】
(ii)の逆洗工程及び(iv)の排気・水張り工程を水位計で制御する場合、水位計として上限水位と下限水位とが設定されたものを用い、この水位計から弁Ｖ₁ 〜Ｖ₄ に開閉信号を送るように設定する。
【００３３】
その他の工程はタイマー制御で行うのが好ましい。
【００３４】
なお、前記(iii) の押出工程は、従来の逆洗操作には取り入れられていないが、逆洗工程後にこの押出工程を行って、２次側を締め切りにすることにより、逆洗により膜面から剥離した汚染物質が膜モジュール外に速やかに排出され、逆洗直後の膜の再汚染をより効果的に防止することができる。
【００３５】
即ち、逆洗後の膜透過再開時には、膜表面に垂直な流れが発生し、膜で透過が阻止される物質、特に懸濁物質が膜面に付着する作用が働くが、このように、押出工程で膜モジュール外に、剥離物質を一旦排出させ、逆洗直後の数秒間この再付着を防止することにより、膜の再汚染を効果的に防止することができる。
【００３６】
なお、本発明において、逆洗用加圧タンクの容量は、膜モジュールの膜の面積１ｍ² 当たり２リットル以上であることが好ましい。逆洗用加圧タンクの容量がこれよりも小さいと、逆洗工程の逆洗時間が少な過ぎ、十分な逆洗効果が得られない場合がある。
【００３７】
図１に示す膜分離装置は、本発明の一実施例であって、本発明はその要旨を超えなり限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００３８】
例えば、バイパス配管の逆止弁Ｖ_s は、透過水の逆流を阻止するものであれば良く、通水又は排気・水張り工程時にのみ開となる自動弁であっても良い。
【００３９】
【実施例】
以下に具体的な実施例及び比較例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【００４０】
実施例１
図１に示す膜分離装置により、発電所の一般排水にポリ塩化アルミニウムを５００ｍｇ／ｌ添加して凝集処理した凝集処理水の固液分離を行った。
【００４１】
膜モジュールとしては孔径０．２μｍのＭＦ膜（膜面積２ｍ² ）を装填したものを用いた。
【００４２】
通水工程においては、透過水流量を５ｍ³ ／ｍ² ・日で通水し、水温１０℃、１次側と２次側との差圧０．２〜０．４ｋｇ／ｃｍ² で処理した。透過水量は２５℃，差圧０．５ｋｇ／ｃｍ² の条件で基準化し、経時変化を調べた。
【００４３】
このような通水を１５分間行う毎に、前記 (i)〜(v) の手順に従って、逆洗を行った。
【００４４】
各工程の所要時間は次の通りである。
【００４５】
加圧工程：１０秒
逆洗工程：６〜８秒
押出工程：５秒
排気・水張り工程：４０秒
このような通水及び逆洗を繰り返し行って運転を継続したときの透過水量の経時変化を図３に示す。
【００４６】
比較例１
図２に示す膜分離装置により、前記▲１▼〜▲５▼の手順に従って、実施例１で処理したものと同様の凝集処理水の固液分離処理を水温１０℃，差圧０．２〜０．４ｋｇ／ｃｍ² の条件で行った。
【００４７】
なお、膜モジュールの膜面積、通水時間及び逆洗時間は実施例１と同様とした。
【００４８】
このような通水及び逆洗を繰り返し行って運転を継続したときの透過水量の経時変化を図３に示す。
【００４９】
図３より、本発明の膜分離装置を用いた実施例１では、従来の膜分離装置を用いた比較例１より透過水量が安定しており、その低下の度合いが少ないことが明らかである。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜分離装置によれば、膜の透過水流量を常時安定させることにより、膜の汚染及び膜汚染による膜透過水量の低減を防止すると共に、逆洗効果を高め、薬品洗浄頻度の低減、運転効率の向上及び膜寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図である。
【図２】従来の膜分離装置を示す系統図である。
【図３】実施例１及び比較例１における透過水量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 膜モジュール
２ 逆洗用加圧タンク
３ 水位計
Ｖ₁ 加圧タンク入口弁
Ｖ₂ 加圧タンク出口弁
Ｖ₃ 加圧弁
Ｖ₄ 排気弁
Ｖ_f 定流量弁
Ｖ_s 逆止弁

Claims (1)

1. 膜モジュールの透過水を逆洗用加圧タンクを経て取り出すようにした膜分離装置において、
   該膜モジュールの透過水室と逆洗用加圧タンクとを接続する流路として、
   逆洗時にのみ開弁される弁を有した逆洗用流路と、
   該膜モジュールから逆洗用加圧タンクに向う順流方向の流れのみを許容する弁と、該順流方向の流れを定流量とする定流量弁とを有した透過水取出用流路と、を設けたことを特徴とする膜分離装置。

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