JP4678757B2

JP4678757B2 - 水処理装置およびその運転方法

Info

Publication number: JP4678757B2
Application number: JP2004275456A
Authority: JP
Inventors: 治雄横田; 博幸小出
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2006088017A

Description

本発明は、精密ろ過膜、限外ろ過膜等のろ過膜を使用し、被処理水を浄化処理する水処理装置およびその運転方法に関する。

水処理装置は、操作の簡便性や処理水の安定性等の利点から、各種産業用水処理や排水処理、浄水処理等に多数導入されている。このような水処理装置は、限外ろ過膜や精密ろ過膜等のろ過膜モジュールにより、被処理水をろ過処理し、膜を透過した透過水を処理水（ろ過処理水）として得るものである。しかし、水処理装置を継続して運転すると、被処理水中の不溶解性物質や溶解性物質が膜の表面に堆積し、膜の目詰まりが進行しろ過性能が低下するおそれがある。このため定期的に物理洗浄が行われる。

物理洗浄方法としては、膜ろ過水などの清澄水を用いた逆流洗浄が一般的である。逆流洗浄は清澄水をろ過通水方向とは逆方向に膜モジュールへ導入し、膜表面に堆積した堆積物を除去し系外へ排出する方法である。

しかし、上記逆流洗浄のみでは、膜面上の堆積物を完全に除去することは不可能であり、徐々に目詰まりが進行する。したがって、ろ過抵抗が所定値以上に達した時点で薬品洗浄が必要になるが、薬品洗浄を頻繁に行うと装置の稼動効率が著しく低下し、また運転コストが増加するおそれがある。

薬品洗浄の間隔を延長するための方策としては、加圧ガスを膜面に接触させる洗浄方法が多く提案されている（たとえば、特許文献１）。これは加圧ガスの剪断力を利用して物理洗浄効果の向上をねらったものであり、一定の洗浄効果を期待できる。
特開２００２−２４８３２４号公報

しかしながら、上記加圧ガスを利用する洗浄方法においては、加圧ガスの圧力により、膜面に付着した堆積物が、より強く付着したり、膜の細孔に侵入したりするおそれがある。このため、洗浄効果には一定の限界がある。

そこで、本発明の課題は、膜の膜面に付着した堆積物の除去を効率よく行うことにより、装置の薬品洗浄の間隔を延長し、装置の稼動効率の向上、運転コストの低減が可能な水処理装置およびその運転方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る水処理装置の運転方法は、内圧式中空糸膜または内圧式管状膜によって原水室と透過水室とに区画された膜モジュールを用いて被処理水を浄化処理する水処理装置の運転方法において、前記原水室の一端側からの吸引操作により、原水室の他端側から原水室内にガス導入を行い、前記膜の膜面の堆積物を原水室の前記一端側から系外に排出することを特徴とする方法からなる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る水処理装置は、内圧式中空糸膜または内圧式管状膜によって原水室と透過水室とに区画された膜モジュールを用いて被処理水を浄化処理する水処理装置において、前記原水室の一端側からの吸引操作により、原水室の他端側から原水室内にガス導入を行い、前記膜の膜面の堆積物を原水室の前記一端側から系外に排出する手段を有することを特徴とするものからなる。

上記のような水処理装置およびその運転方法においては、原水室側からの吸引操作により原水室内にガス導入がおこなわれる。したがって、加圧ガスを利用する場合のように堆積物が膜面により強く付着したり膜の細孔に侵入するような不具合が防止され、ガスによる剪断効果のみが発現されるので、堆積物の効果的な除去が可能になる。

また、上記原水室内へのガスの導入は、該原水室内から原水を排出した後に行われることが好ましい。ガスとしては、とくに限定されるものではなく、窒素ガス、炭酸ガス、空気等が挙げられるが、操作、取り扱いの容易性の観点からは空気が好ましい。

上記膜モジュールとしては、中空糸膜型、管状膜型等、原水室両端が開口されている分離膜を備えたものであれば、いずれの型を用いることもできる。

上記ろ過膜の素材は、とくに限定されるものではなく、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸セルロース、セラミック、金属等分離膜に用いられるあらゆる素材が使用可能である。

上記ろ過膜の分離孔径は、被処理水の種類、用途等により様々なものが使用可能であるが、通常は分画分子量数万程度から分離孔径数μｍの分離膜が適用できる。好ましくは、分画分子量１３０００から分離孔径３μｍの範囲の分離膜が適用可能である。

本発明における処理水は、とくに限定されるものではなく、河川水、湖沼水、地下水、工業用水、上水、各種排水等を挙げることができる。

本発明によれば、加圧ガスを利用する場合のように堆積物が膜面により強く付着したり、膜の細孔に侵入するような不具合が防止され、ガスによる剪断効果のみが発現され洗浄効果が向上されるので、堆積物の効果的な除去が可能になり、装置の稼動効率を向上できる。

以下に、本発明の水処理装置およびその運転方法の望ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る水処理装置を示している。なお、図１は、本発明の一実施態様を示したものであり、図１の形態に限定されるものでないことは当然である。図１において、１００は水処理装置を示している。水処理装置１００は、河川水、地下水、排水等の被処理水が貯留される原水槽１を有している。原水槽１には、加圧ポンプ２の吸込み側が接続され、加圧ポンプ２の吐出側は、バルブ３を介して膜モジュール４に接続されている。

膜モジュール４は、いわゆる内圧式中空糸膜モジュールから構成されており、内部の中空糸状ろ過膜４１によって、原水室４２と透過水室４３とに区画されている。図１においては、便宜上、中空糸状ろ過膜４１を１本だけ示しているが、実際の膜モジュール４においては、中空糸状ろ過膜４１が多数本設けられている。なお、本実施態様においては、中空糸膜型の膜モジュール４が用いられているが、管状膜型の膜モジュールを用いることも可能である。また、中空糸状ろ過膜４１の素材は、とくに限定されるものではなく、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸セルロース、セラミック、金属等分離膜に用いられるあらゆる素材が使用可能である。

中空糸状ろ過膜４１の分離孔径は、被処理水の種類、用途等により様々なものが使用可能であるが、通常は分画分子量数万程度から分離孔径数μｍの分離膜が適用できる。好ましくは、分画分子量１３０００から分離孔径３μｍの範囲の分離膜が適用可能である。なお、図１においては、中空糸状ろ過膜４１を一つの単体として示しているが、たとえば中空糸状ろ過膜４１を複数本並べて一組の分離膜ユニットとすることも可能である。

膜モジュール４の透過水室４３には、バルブ５を介してろ過水槽６が接続されている。ろ過水槽６には、逆洗ポンプ７の吸込み側が接続されており、逆洗ポンプ７の吐出側は、バルブ８を介して膜モジュール４の透過水室４３からバルブ５へと至る配管１５に接続されている。

また、膜モジュール４の原水室４２の下端部からバルブ３に至る配管１６には、配管１８の一端が接続されている。配管１８には一端側から順に、逆洗排水排出および原水室４２内からの水抜き用のバルブ９、バルブ１２、排泥貯層１３が設けられている。排泥貯層１３には、吸引ポンプ１４が接続されている。

一方、膜モジュール４の原水室４２の上端部には、逆洗排水排出用のバルブ１０が接続されている。また、原水室４２の上端部からバルブ１０へと至る配管１７の途中には大気開放の配管およびバルブ１１が接続されている。なお、図１においては、膜モジュール４の通水方式は、デッドエンドろ過として示しているが、クロスフローろ過方式であってもよい。

なお、図示は省略しているが水処理装置１００は、バルブ３、５、９、１０、１１、１２、加圧ポンプ２、逆洗ポンプ７、吸引ポンプ１４を制御する制御手段を有しており、該制御手段からの信号に基づき各バルブの開閉、ポンプの駆動が制御され、ろ過工程、逆洗工程、吸引工程への切り替えがなされるようになっている。切替えは具体的には、次のようになされる。

ろ過工程時においては、加圧ポンプ２を運転しその他のポンプは停止する。また、バルブ３、５を開としその他のバルブは閉とする。したがって、原水槽１中の被処理水は、加圧ポンプ２の運転によりバルブ３を介して膜モジュール４の原水室４２へ供給される。原水室４２へ供給された被処理水は中空糸状ろ過膜４１を透過し、透過水室４３からバルブ５を介してろ過水槽６へ贈られる。このろ過工程を一定時間実施した後、逆洗工程に移行する。

逆洗工程は、逆洗排水を原水室４２の下端部から排出する下抜き逆洗工程と、逆洗排水を原水室４２の上端部から排出する上抜き逆洗工程とに分けられる。本実施態様においては、下抜き逆洗工程と上抜き逆洗工程とを連続して一定時間ずつ実施する。

下抜き逆洗工程は、逆洗ポンプ７を運転しその他のポンプは停止する。また、バルブ８、９を開としその他のバルブは閉とする。この状態では逆洗ポンプ７の運転により、透過水槽６内から透過水がバルブ８、配管１５を介して膜モジュール４内の透過水室４３内へ逆流される。透過水室４３内へ流入した透過水は、中空糸状ろ過膜４１を透過し原水室４２内へ流入し、この際に中空糸状ろ過膜４１の逆洗が行われる。この逆洗排水は、膜モジュール４の下端から配管１６、バルブ９を介して系外に排出される。

上抜き工程への移行は、逆洗ポンプ７の運転を続行し、バルブ８を開のままでバルブ９を閉とし、バルブ１０を開とする。この状態では逆洗ポンプ７の起動により、透過水槽６内から透過水がバルブ８、配管１５を介して膜モジュール４内の透過水室４３内へ逆流される。透過水室４３内へ流入した透過水は、中空糸状ろ過膜４１を透過し原水室４２内へ流入し、この際に中空糸状ろ過膜４１の逆洗が行われる。そして、逆洗排水は、膜モジュール４の上端から配管１７、バルブ１０を介して系外に排出される。

通常は、上記ろ過工程と逆洗工程を繰り返すが、一定サイクル毎に吸引工程を実施することが好ましい。ただし、ろ過工程〜逆洗工程が終了する毎に吸引工程を実施してもよい。

吸引工程は、吸引ポンプ１４を運転し、バルブ１１、バルブ１２を開とする。この状態では吸引ポンプ１４の運転により、ガス（本実施態様においては、空気）がバルブ１１を介して原水室４２内へ導入される。この際のガスの剪断力により、中空糸状ろ過膜の表面に付着した汚染物質が剥離、除去され、配管１８、バルブ１２を介して排泥貯槽１３内に排出される。

排泥貯槽１３内に溜まった汚泥等は、排泥貯槽１３の上部に設置された大気開放の配管およびバルブ（図示略）を開け、排泥貯槽１３の下部に設置された大気開放の配管およびバルブ（図示略）を開けることにより排出される。

上記吸引工程を定期的に実施することで、従来の加圧ガスをろ過膜面に接触させる物理的洗浄方法よりも洗浄効果の向上が図られ薬品洗浄間隔を延長できるので、装置の稼動効率を向上できる。

また、上記吸引工程実施の前に原水室４２内から原水を排出する水抜き工程を実施するとさらなる洗浄効果の向上が期待できる。水抜き工程はバルブ９とバルブ１１のみを開とし、原水室４２内に溜まっている原水を系外へ排出する。

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、これは単に例示であり、本発明を限定するものではない。以下の実施例および比較例は、河川表流水より上水を得るものであり、実施例装置（図１）と従来の加圧ガスをろ過膜面に接触させる装置（図２）を同時並列運転し、膜間差圧の経時変化を測定した。

実施例１
（使用膜）：膜モジュールのろ過膜（限外ろ過膜）として、酢酸セルロース製の内圧型中空糸膜を利用した。この膜の分画分子量は１５万、膜面積は５ｍ²であった。
（運転条件）：運転条件は表１の通りとした。なお、運転工程は、ろ過と逆洗を繰り返しながら行い、逆洗１２回に１回の割合で吸引ガス洗浄を実施した。

比較例１
図２に示す装置を用い、使用膜、運転条件は実施例１と同様の条件で運転した。図２は、従来の加圧ガスを用いる洗浄方式のろ過装置である。なお、図１と同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。また、該装置のろ過、逆洗時のモータの起動、バルブの開閉は図１の装置と同様である。該装置においては、コンプレッサ１９からの圧縮空気（加圧ガス）により、中空糸状ろ過膜４１の堆積物が除去され、バルブ１１を介して系外に排出されるようになっている。

比較例２
運転条件、つまりガス洗浄の実施頻度を変更した以外は、比較例１と同様の条件で運転した。

図３に結果を示す。実施例１と比較例１を比較すると、実施例１においては、運転当初から膜モジュールの膜間差圧上昇が認められ、約３ヶ月の運転期間で、連続運転不能となるまで、中空糸状ろ過膜の閉塞が進行した。一方、実施例１においては、約６ヶ月以上経過しても膜間差圧の顕著な上昇は認められない。この結果から、実施例１によれば、中空糸状ろ過膜の洗浄効果を向上でき、装置の連続運転期間が大幅に延長されることが確認された。

実施例１と比較例２とを比較すると、約６ヶ月以上の運転期間においても両者とも膜間差圧の顕著な上昇は認められず、安定した運転が維持できた。しかし、比較例２に比べ実施例１の方が運転時間に占めるろ過時間の割合が高いとともにエネルギー消費が少なく、運転コストの低減に効果があることが確認された。

すなわち、本発明によれば、従来の加圧ガスろ過面に接触させる洗浄方法に比較して、洗浄効果を向上でき、薬品洗浄間隔の延長、ガス洗浄頻度の低減が可能となる。したがって、装置の運転コストの低減、メンテナンス頻度の低減が可能となり、装置の稼動効率を向上できる。

本発明に係る水処理装置およびその運転方法は、精密ろ過膜モジュール、限外ろ過膜モジュール等のろ過膜モジュールを用いて被処理水を浄化処理理するあらゆる水処理装置に適用可能である。

本発明の一実施態様に係る水処理装置の概略機器系統図である。従来の水処理装置の概略機器系統図である。実施例１および比較例１、２における膜間差圧の経時変化を示す特性図である。

符号の説明

１原水槽
２加圧ポンプ
３、５、８、９、１０、１１、１２バルブ
４膜モジュール
６ろ過水槽
７逆洗ポンプ
１３排泥貯槽
１４吸引ポンプ
１５、１６、１７、１８配管
１９コンプレッサ
４１中空糸状ろ過膜
４２原水室
４３透過水室
１００水処理装置

Claims

内圧式中空糸膜または内圧式管状膜によって原水室と透過水室とに区画された膜モジュールを用いて被処理水を浄化処理する水処理装置の運転方法において、前記原水室の一端側からの吸引操作により、原水室の他端側から原水室内にガス導入を行い、前記膜の膜面の堆積物を原水室の前記一端側から系外に排出することを特徴とする水処理装置の運転方法。
前記原水室内へのガスの導入が、該原水室内から原水を排出した後に行われる、請求項１の水処理装置の運転方法。
内圧式中空糸膜または内圧式管状膜によって原水室と透過水室とに区画された膜モジュールを用いて被処理水を浄化処理する水処理装置において、前記原水室の一端側からの吸引操作により、原水室の他端側から原水室内にガス導入を行い、前記膜の膜面の堆積物を原水室の前記一端側から系外に排出する手段を有することを特徴とする水処理装置。
前記原水室内へのガスの導入が、該原水室内から原水を排出した後に行われる、請求項３の水処理装置。