JP4943662B2 - 膜分離装置の運転方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1に開示されている膜分離装置の運転方法では、例えば99%以上の高い回収率を達成するには、槽内の被処理水の1%以下しか系外へ排出できず、物理洗浄等により剥離した全ての懸濁物質を系外へ排出できないため、槽内の懸濁物質濃度が徐々に上昇する。そのため、膜濾過を安定して行うには、低い膜濾過流束により運転する、もしくは、懸濁物質を含んだ被処理水の系外への排出量を増加させる(回収率を低下させる)必要があった。
(1)槽内に設置された膜モジュールの膜間差圧により被処理水の濾過を行う膜分離装置の濾過工程において、槽内の被処理水の液面を膜モジュールを構成する分離膜の上部端面よりも上方で制御し、全ての分離膜により濾過する濾過工程Aとは別に、槽内への被処理水の供給を停止し、かつ、濾過を継続することにより槽内の被処理水の液面を膜モジュールを構成する分離膜の上部端面よりも下方まで低下させる濾過工程Bを行い、濾過工程Bにおける膜濾過流量を濾過工程Aにおける膜濾過流量以下で制御し、分離膜の長さをLとし、濾過工程Bの終了時における槽内の被処理水液面において被処理水と接していない分離膜の長さをL´としたとき、濾過工程Aにおける膜濾過流量F1に対して、濾過工程Bにおける膜濾過流量F2が下記式(1)を満たすように制御する膜分離装置の運転方法。
式(1):F2≦F1×(L−L´)/L
(2)濾過工程Aが終了した後に、濾過工程Bを行うことを特徴とする(1)記載の膜分離装置の運転方法。
(3)膜面に堆積した懸濁物質を剥離させる物理洗浄工程の直前に、濾過工程Bを行うことを特徴とする(1)または(2)記載の膜分離装置の運転方法。
(4)物理洗浄工程が、濾過方向とは逆方向に濾液側から逆洗媒体を被処理水側へ透過させ、分離膜表面に堆積した付着物を除去する逆圧水洗浄であることを特徴とする(3)記載の膜分離装置の運転方法。
(6)槽内の被処理水を系外へ排出するドレーン工程の直前に、濾過工程Bを行うことを特徴とする(1)または(2)記載の膜分離装置の運転方法。
(7)濾過工程Aと濾過工程Bを含む濾過工程と物理洗浄工程を2回以上繰り返した後にドレーン工程を行うことを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の膜分離装置の運転方法。
本発明の対象となる被処理水は、河川水、湖沼水、地下水、貯水、下水二次処理水、工場排水、あるいは下水などである。従来、上記の様な被処理水を膜で濾過すると、該被処理水中に含まれる懸濁物質や使用する膜の孔径以上の大きさの物質は膜で阻止され、いわゆる濃度分極やケーク層を形成すると同時に、膜を目詰まりさせたり、あるいは膜内部の網状組織に吸着される。その結果、被処理水を濾過した際の膜の濾過流速は、清澄水を濾過した際のそれに比べて数分の1から数十分の1にまで低下してしまい、また濾過の継続に従って濾過流速は徐々に低下していく。このような膜分離装置においては、濾過を安定させるため、分離膜の二次側から一次側へ透過水やエアを逆流させる物理洗浄により膜面に堆積した懸濁物質を剥離させ、かつ、剥離した懸濁物質を系外へ全量排出する必要がある。この際、槽内の被処理水量(ホールドアップ量)が多いと、物理洗浄により剥離した懸濁物質を系外へ全量排出するためには多量の被処理水と共に排出することになり、使用した被処理水に対する得られた濾過水量の比、すなわち回収率が低下してしまう。
F2≦F1×(L−L’)/L (L>L’、L>0、L>L’≧0)
を満たす膜濾過流量により濾過工程Bを行うことが好ましい。
本発明は、上述のごとく構成したので、高い回収率を維持しつつ、懸濁物質を含む被処理水の系外への排出量を十分に確保することが可能となり、安定した膜濾過運転が可能となる。
本発明に関して、以下図により槽内への被処理水の供給を停止し、かつ、濾過を継続することで槽内の被処理水の液面を前記膜モジュールを構成する分離膜の上部端面よりも下方まで低下させる運転方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
F2≦F1×(L−L’)/L
≦5.0×((2.0−0.5)/2.0)
≦3.75m3/hr
(膜モジュール1本で1時間あたり3.75m3の濾過水が得られる流量)
となる。つまり、このケースでは、濾過工程Bにおいて、膜濾過流量を3.75m3/hr以下で制御することを意味する。また、濾過工程Bにおいては、被処理水と接触していない分離膜に堆積した懸濁物質の圧密化や分離膜の乾燥を防止するため、被処理水の供給を停止し、すみやかに所定の液面まで低下させ濾過工程Bを終了させることが好ましい。
次に、本発明について、実施例を示して詳細に説明する。
膜モジュールは、直径6インチ、分離膜長さL=2mであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径0.1μmの中空糸型精密分離膜を膜面積50m2に束ねたものを3本用いた。槽の設置床面積は0.109m2、槽高さは3.2mである。前記膜分離装置を用いて、運転方法として、濾過工程Aおよび濾過工程Bを併用した濾過工程と逆圧水洗浄と気体洗浄を併用した物理洗浄工程と物理洗浄により剥離した懸濁物質を全量排出するドレーン工程を行った。被処理水として、濁度3〜5度の河川水を用いた。ここで、濾過工程Bは濾過工程Aの終了後に行う運転とし、被処理水と接触していない分離膜に堆積した懸濁物質の圧密化や分離膜の乾燥を防止するため、被処理水の供給を停止し、被処理水と接していない分離膜の長さL’が0.5mとなった時点で濾過工程Bを終了した。濾過工程Aの時間は27分、濾過工程Bの時間は2分、物理洗浄工程の時間は60秒、ドレーン工程の時間は60秒とした。
膜モジュールおよび槽は実施例1と同じものを使用した。前記膜分離装置を用いて、運転方法および各工程の時間、被処理水は実施例1と同じとした。ここで、濾過工程と物理洗浄工程を各6回実施した後、ドレーン工程を行った。この膜分離装置のホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量は、1.01L/m2であった。回収率は99.0%となり、濾過工程Aにおける膜濾過流量を3.8m3/hr、濾過工程Bにおける膜濾過流量を2.85m3/hrで約6ヶ月間運転したところ、膜間差圧は50kPa以下で安定運転が可能であった。これは、実施例1の効果に加えて、濾過工程と物理洗浄工程を繰り返すことにより、物理洗浄工程で使用した逆圧水洗浄水を槽内に貯留させることにより被処理水として再度使用することが出来、実施例1よりもさらに高い回収率を達成しつつ、懸濁物質を含む被処理水を系外へ十分に排出できたためである。
膜モジュールおよび槽は実施例1と同じものを使用した。前記膜分離装置を用いて、運転方法として、濾過工程Aによる濾過工程と逆圧水洗浄と気体洗浄を併用した物理洗浄工程と物理洗浄により剥離した懸濁物質を全量排出するドレーン工程を行った。被処理水は実施例1と同じとした。濾過工程Aの時間は29分とし、それ以外の各工程の時間は実施例1と同じとした。また、濾過工程と物理洗浄工程を各1回実施した後、ドレーン工程を行った。この運転には、濾過工程Bが組み込まれていない。そのため、この膜分離装置のホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量は、1.95L/m2であり、これは、上記実施例1のホールドアップ量と比較して、約90%も多い。濾過工程Aにおけるを膜濾過流量を4.2m3/hrとし、かつ、実施例1と同じ逆圧水洗浄と気体洗浄および物理洗浄により剥離した懸濁物質を全量排出するドレーンを行ったところ、回収率は92.1%となった。これは、濾過工程Bを導入していないため、槽内の被処理水量、すなわちホールドアップ量が多くなったためである。
膜モジュールおよび槽は実施例1と同じものを使用した。前記膜分離装置を用いて、運転方法として、濾過工程Aによる濾過工程と逆圧水洗浄と気体洗浄を併用した物理洗浄工程と物理洗浄により剥離した懸濁物質を全量排出するドレーン工程を行った。被処理水は実施例1と同じとした。濾過工程Aの時間は29分とし、それ以外の各工程の時間は実施例1と同じとした。また、濾過工程と物理洗浄工程を各1回実施した後、ドレーン工程を行った。この運転には、濾過工程Bが組み込まれていない。そのため、この膜分離装置のホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量は、1.95L/m2であり、これは、上記実施例1のホールドアップ量と比較して、約90%も多い。ここで、濾過工程Aにおける膜濾過流量を4.2m3/hrとし、かつ、逆圧水洗浄に使用する水量を約60%減らし、実施例1と同じ回収率としたところ、約2ヶ月で膜が懸濁物質により閉塞し、濾過不可能となった。これは、濾過工程Bを導入していないため、槽内の被処理水量、すなわちホールドアップ量が増加してしまい、回収率を実施例1と同じとするには逆圧水洗浄に使用する水量を減らす必要があり、十分な物理洗浄が出来なかったためである。
膜モジュールおよび槽は実施例2と同じものを使用した。前記膜分離装置を用いて、運転方法として、濾過工程Aによる濾過工程と逆圧水洗浄と気体洗浄を併用した物理洗浄工程と物理洗浄により剥離した懸濁物質を全量排出するドレーン工程を行った。被処理水は実施例1と同じとした。濾過工程Aの時間は29分とし、それ以外の各工程の時間は実施例2と同じとした。ここで、実施例2と同じ回収率を達成するために、濾過工程と物理洗浄工程を各9回実施した後、ドレーン工程を行った。これは、この運転には濾過工程Bが組み込まれておらず、この膜分離装置のホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量は、1.95L/m2であり、これは、上記実施例2のホールドアップ量と比較して、約90%も多いためである。回収率は99.0%となり、濾過工程Aにおける膜濾過流量を3.8m3/hrとして運転したところ、約2ヶ月で膜が懸濁物質により閉塞し、濾過不可能となった。これは、実施例2に比べて、懸濁物質を含む被処理水を系外へ排出する回数が少なかったためである。
2 膜モジュール
3 槽
F1 濾過工程Aにおける膜濾過流束
F2 濾過工程Bにおける膜濾過流束
L 分離膜の有効長
L’ 濾過工程Bにおいて、被処理水と接していない分離膜の長さ
Claims (7)
- 槽内に設置された膜モジュールの膜間差圧により被処理水の濾過を行う膜分離装置の濾過工程において、槽内の被処理水の液面を前記膜モジュールを構成する分離膜の上部端面よりも上方で制御し、全ての分離膜により濾過する濾過工程Aとは別に、槽内への被処理水の供給を停止し、かつ、濾過を継続することにより槽内の被処理水の液面を前記膜モジュールを構成する分離膜の上部端面よりも下方まで低下させる濾過工程Bを行い、前記濾過工程Bにおける膜濾過流量を前記濾過工程Aにおける膜濾過流量以下で制御し、
前記分離膜の長さをLとし、前記濾過工程Bの終了時における槽内の被処理水液面において被処理水と接していない前記分離膜の長さをL´としたとき、前記濾過工程Aにおける膜濾過流量F1に対して、前記濾過工程Bにおける膜濾過流量F2が下記式(1)を満たすように制御する膜分離装置の運転方法。
式(1):F2≦F1×(L−L´)/L - 濾過工程Aが終了した後に、濾過工程Bを行うことを特徴とする請求項1記載の膜分離装置の運転方法。
- 膜面に堆積した懸濁物質を剥離させる物理洗浄工程の直前に、濾過工程Bを行うことを特徴とする請求項1または2記載の膜分離装置の運転方法。
- 物理洗浄工程が、濾過方向とは逆方向に濾液側から逆洗媒体を被処理水側へ透過させ、分離膜表面に堆積した付着物を除去する逆圧水洗浄であることを特徴とする請求項3記載の膜分離装置の運転方法。
- 物理洗浄工程が、濾過方向とは逆方向に濾液側から逆洗媒体を被処理水側へ透過させ、分離膜表面に堆積した付着物を除去する逆圧水洗浄と気体を分離膜の被処理水側に気泡として導入する気体洗浄を併用することを特徴とする請求項3記載の膜分離装置の運転方法。
- 槽内の被処理水を系外へ排出するドレーン工程の直前に、濾過工程Bを行うことを特徴とする請求項1または2記載の膜分離装置の運転方法。
- 前記濾過工程Aと前記濾過工程Bを含む濾過工程と物理洗浄工程を2回以上繰り返した後、槽内の被処理水を系外へ排出するドレーン工程を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の膜分離装置の運転方法。
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