JP3813101B2

JP3813101B2 - 中空糸膜モジュールの運転方法

Info

Publication number: JP3813101B2
Application number: JP2002052832A
Authority: JP
Inventors: 和久熊見
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003251155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転時における中空糸膜内部の圧力損失が低減できる中空糸膜モジュールの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
中空糸膜モジュールを用いて原液（被処理液）を濾過処理する場合、中空糸膜の一端側から原液を供給しながら運転する方法が適用されている。しかし、この方法であると、端部から離れるほどに中空糸膜内部の圧力損失が大きくなって行くため、長さ方向の膜間圧力に差が生じ、その結果、長さ方向で濾過能力に差が生じてしまい、膜の目詰まり等の問題が起こる。この問題は、中空糸膜の長さが長くなるほど顕著に発現することになる。
【０００３】
また河川水、地下水、海水等を濾過する場合のように、膜間圧力を小さく抑えて運転するときには、特に圧力損失が大きくなり、長さ方向の膜間圧力に大きな差が生じやすくなる。
【０００４】
このような圧力損失が大きくなることに伴う問題は、原液の供給圧力を高めることである程度解消できるものの、その場合には、高圧による膜の耐久性の低下や、高圧にすることによるエネルギー損失の問題が生じる。
【０００５】
更に、最近ではポンプを用いずに水頭差で、中空糸膜モジュールの濃縮液排出口側を閉じて、液を循環させることなしに、中空糸膜モジュールに入った被処理液を全て濾過する全量濾過（デッドエンド濾過）を行う方法が試みられているが、この方法では原液の供給圧力が非常に小さくなるため、特に圧力損失の影響を受けやすい。
【０００６】
本発明は、中空糸膜モジュールを用いて濾過運転する際、圧力損失を低減させ、中空糸膜の長さ方向への膜間圧力の差を小さくできる中空糸膜モジュールの運転方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題の解決手段として、原液の出入り口を両端に有する中空糸膜モジュールを用い、原液を両端の出入り口から同時に供給して濾過運転する中空糸膜モジュールの運転方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の水処理方法を説明するための処理フローを示す概念図である。本発明は図１に示す処理フローに限定されるものではなく、必要に応じて当業者において通常なされる他の処理工程を付加することができる。
【０００９】
原水供給ライン１０から貯留タンク１に送液貯留された原液（被処理液）は、原液供給ライン１１（途中から１１ａ、１１ｂに分岐しており、それぞれ開閉弁１７、２４が設けられている）を経て、縦置きに設置された内圧式中空糸膜モジュール２の上端側出入り口３ａと下端側出入り口３ｂに同時に供給される。原液は、原液中の懸濁質（ＳＳ）濃度やＳＳの大きさ等に応じ、必要により凝集剤による凝集処理をすることができる。
【００１０】
中空糸膜モジュール２は、ハウジング３内に中空糸膜束５が収容されたものであり、上端側出入り口３ａ、下端側出入り口３ｂを有しており、透過液取出口４は胴部に少なくとも１つ備えていればよく、濃縮液排出口は必要に応じて設けることができる。中空糸膜束５は、所要数の中空糸膜の両端側が接着剤等で一体化されると共に、中空糸膜の両端部が開口されたもので、ハウジング３の内壁面に固定されている。
【００１１】
内圧式中空糸膜モジュール２の上端側出入り口３ａと下端側出入り口３ｂに同時に送液するときの原液の供給圧力は、９８ｋＰａ以下が好ましく、４９ｋＰａ以下がより好ましく、３３ｋＰａ以下が更に好ましい。貯留タンク１から中空糸膜モジュール２への送液は、送液ポンプ１６を用いることができ、低圧かつ定圧で濾過運転を行うためには、水頭差を利用することもできる。１７は開閉弁（流量調整弁）である。
【００１２】
内圧式中空糸膜モジュール２において、所定条件下で全量濾過された透過液は、透過液ライン１２から開閉弁１９を経て、透過液タンク６に送られて貯水される。全量濾過は、濃縮液を排出せずに、透過液ライン１２への透過液の一方的な排出を行う方法である。
【００１３】
濾過運転時における膜間圧力は、貯留タンク１の液面と中空糸膜モジュール２からの透過液ライン１２の排出口との高低差（Δｈ）及び中空糸膜モジュール２の内部液圧力損失によって決定されるものである。膜間圧力は、好ましくは４９ｋＰａ以下、より好ましくは１〜２０ｋＰａ、更に好ましくは１〜１５ｋＰａである。膜間圧力が４９ｋＰａ以下であると、実用上要求される透水速度を維持すると共に、膜の目詰まりを防止でき、長期間、安定した透水速度を得ることができる。中空糸膜の長さ方向における膜間圧力が一定でない場合には、濾過性能が不安定となり、透水速度がばらつくために濾過運転の管理が難しく、透過液の濁度やＣＯＤ等がばらつくために透過液の再利用が難しくなる。
【００１４】
濾過運転時には、濾過能力を維持するため、定期的に水又は空気による逆圧洗浄を行うことが望ましい。
【００１５】
逆圧洗浄媒体として水を用いた場合は、逆圧ポンプ２０を作動させることにより、透過液タンク６内の透過液を逆圧洗浄ライン２３及び透過液ライン１２を経て中空糸膜モジュール２の透過液取出口４から圧入して、中空糸膜を逆圧洗浄する。逆圧洗浄後の排水は、上端側出入り口３ａと下端側出入り口３ｂの両方から同時に排出するか、又は開閉弁１７、２４を操作して、先に一方から排出し、後で他方から排出することが望ましい。濃縮液は、開閉弁１８を操作することにより、濃縮液を濃縮液排出ライン１３から系外に排出するか、又は濃縮液返送ライン１３から貯留タンク１に返送する。
【００１６】
逆圧洗浄時には、洗浄力を高めるため、ポンプ２１を作動させ、薬液タンク２２内の薬液を透過液に混入させることが望ましい。薬液としては次亜塩素酸ナトリウム水溶液を挙げることができ、薬液の添加量は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた場合は、逆圧洗浄後における中空糸膜内の残留塩素濃度が５〜１００ｍｇ／Ｌになるように調整する。
【００１７】
本発明の運転方法で用いる中空糸膜束５の中空糸膜としては、酢酸セルロース系中空糸膜、ポリスルホン系中空糸膜、ポリアクリロニトリル系中空糸膜等を挙げることができるが、これらの中でも、低い膜間圧力で運転することができ、膜のファウリングも抑制し易いため、酢酸セルロース系中空糸膜が好ましく、外表面側の細孔より内表面側の細孔の方が小さい孔径のものが内圧式として好適である。
【００１８】
本発明の運転方法で凝集剤を用いる場合は、無機系凝集剤、有機系凝集剤又はこれらを組み合わせて用いることができる。無機系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、ポリ塩化鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム、ベントナイト等を挙げることができる。有機系凝集剤としては、ポリアクリルアミド、カチオン性ポリアクリルアミド系、カチオン性ポリ（メタ）アクリル酸エステル系、ポリアミン系、ポリジシアンジアミド系、低分子有機アミン、ポリアクリル酸ナトリウム、アニオン性ポリ（メタ）アクリル酸エステル系、アニオン性ポリアクリルアミド系等のノニオン性、カチオン性、アニオン性高分子又は低分子凝集剤等を挙げることができる。
【００１９】
本発明の運転方法は、原液を中空糸膜モジュール２の上端側出入り口３ａと下端側出入り口３ｂに同時に供給するものであるため、片側（３ａ又は３ｂ）から供給した場合の圧力損失に比べて、中空糸膜の長さ方向における圧力損失を４０〜２５％程度も低減させることができるので、中空糸膜の長さ方向における膜間圧力を一定にすることができ、膜の目詰まり等を防止することができる。
【００２０】
本発明の運転方法は、中空糸膜の長さ方向における膜間圧力を一定にすることができるので、中空糸膜の長さが長くなるほど有効であり、例えば、長さが１４０ｃｍ以上の中空糸膜を用いた場合でも、濾過時の目詰まり無く、安定した濾過運転をすることができる。
【００２１】
本発明の運転方法は、上記したとおり、中空糸膜の長さ方向への圧力損失を低減できるので、河川水、地下水、海水等の濾過運転をする場合のように、水頭差等を利用して、膜間圧力を小さく抑えて運転する場合に特に有効である。
【００２２】
本発明の水処理方法は、汚水処理場等における活性汚泥等を含む排水、各種施設の排水及び家庭排水の処理、その他懸濁質を含む排水、更には河川、湖沼等の浄化処理、海水の淡水化等に適用することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２４】
実施例１
図１に示すフローにより、濾過運転を行った。原液（大阪府の工業用水）は、送液ポンプ１６を作動させ、原液供給ライン１１ａ、１１ｂから中空糸膜モジュール２の上端側出入り口３ａと下端側出入り口３ｂの両方に同時に送液した。中空糸膜モジュール２は、膜面積５ｍ²の酢酸セルロース製中空糸膜モジュール（ＦＥ１０−ＦＣ−ＦＵＣ１５８２，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製；中空糸膜の長さ１５０ｃｍ）を用いた。
【００２５】
運転開始時の中空糸膜モジュール２への原液供給圧力は４０ｋＰａ、膜間圧力は３５ｋＰａで、透過流束４ｍ／日を維持するようにして、中空糸膜の内から外へ全量濾過した。透過液は透過液ライン１２を経て、透過液タンク６に貯水した。
【００２６】
濾過運転６０分ごとに送液ポンプ１６を停止し、逆圧洗浄ポンプ２１を作動させて１分間の逆圧洗浄を行った。逆圧洗浄水は、透過液タンク６の透過液（次亜塩素酸ナトリウム濃度５ｍｇ／Ｌ）を用い、最初の３０秒間の洗浄排水は上端側出入り口３ａから排出し、後の３０秒間の洗浄排水は下端側出入り口３ｂから排出した。
【００２７】
このようにして、６０分間の濾過運転、１分間の逆圧洗浄のサイクルで１ヶ月間濾過運転を継続した。運転初期の膜間圧力３５ｋＰａに対して、１ヶ月後の膜間圧力は３６ｋＰａであり、１ヶ月後においても原液供給圧力４１ｋＰａで、透過流束４ｍ／日を維持することができた。この結果から、１ヶ月の濾過運転後においても、中空糸膜の目詰まりが生じていないことが確認された。
【００２８】
比較例１
原液供給ライン１１ａ、上端側出入り口３ａを閉鎖して、原液供給ライン１１ｂのみを用い、中空糸膜モジュールの下端側出入り口３ｂのみから原液を供給したほかは、実施例１と同条件（但し、運転開始時の原液供給圧力は５０ｋＰａ、膜間圧力は３９ｋＰａ）で、透過流束４ｍ／日を維持するようにして１ヶ月の濾過運転を行った。
【００２９】
その結果、運転初期の膜間圧力３９ｋＰａに対して、１ヶ月後の膜間圧力は４９ｋＰａと上昇しており、４ｍ／日の透過流束を維持するに必要な原液の供給圧力は６０ｋＰａであった。この結果から、比較例１では、濾過運転時における圧力損失が大きく、中空糸膜内部における膜間圧力の差が大きくなったため、膜に目詰まりが生じたことが確認できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールの運転方法を適用することにより、中空糸膜内部における圧力損失の減少、膜間圧力の均一化ができるので、膜の目詰まりを防止することができ、長期間、安定した濾過運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための運転フローの概念図。
【符号の説明】
１原液タンク
２中空糸膜モジュール
３ハウジング
３ａ上端側出入り口
３ｂ下端側出入り口
４透過液取出口
５中空糸膜束
６透過液タンク
11ａ原液供給ライン
11ｂ原液供給ライン

Claims

原液の出入り口を両端に有する中空糸膜モジュールを用い、原液を両端の出入り口から同時に供給して濾過運転する中空糸膜モジュールの運転方法。
中空糸膜モジュールが、所要数の中空糸膜束がハウジング内に収容固定されたものであり、前記中空糸膜束の両端が一体化され、中空糸膜の両端部が開口しているものである請求項１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
原液を中空糸膜の中空部に通し、透過液を中空糸膜の外側に排出する請求項１又は２記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
原液の供給圧力が９８ｋＰａ以下である請求項１〜３のいずれか１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
膜間圧力が４９ｋＰａ以下である請求項１〜４のいずれか１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
濾過方法が全量濾過であり、濾過運転の間に定期的に逆圧洗浄する請求項１〜５のいずれか１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
中空糸膜がセルロース系樹脂からなるものである請求項１〜６のいずれか１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。