JP4966953B2 - 多段型膜ろ過システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の系列を有する膜ろ過設備が２段以上配設され、２段目以降膜ろ過設備は、それより前に配設されている前段膜ろ過設備の洗浄排水を膜ろ過する多段型膜ろ過システムの運転方法に関する。

膜ろ過設備を構成するろ過膜には、細孔と呼ばれる小さな無数の孔があり、この孔より大きい物質がろ過膜によって膜ろ過されることで処理水が得られるが、取り除かれた汚れ物質はろ過膜に蓄積し、ろ過効率の低下を引き起こす。そこで、蓄積した汚れ物質を除去するため通常数十分から数時間毎に処理水による逆流洗浄を繰り返し、安定したろ過運転を継続して行うことが出来るようにしている。この逆洗洗浄によりろ過膜から剥離した汚れ物質は、洗浄排水として膜ろ過設備外に排出される。このように逆洗洗浄により膜ろ過設備の運転は継続して行われるのだが、逆洗洗浄に処理水を使用するため処理水の回収率が低下するといった問題があった。

このような問題点を解決するため、下記特許文献１においては、膜ろ過設備を２段以上配設し、２段目以降膜ろ過設備は、それより前に配設されている前段膜ろ過設備の洗浄排水を膜ろ過し、その処理水を前段膜ろ過設備の原水若しくは処理水に返送することでシステム外に排出される洗浄排水量を低減し、システム全体の処理水の回収率を向上することが開示されている。

このシステムにおいては、２段目以降膜ろ過設備のろ過膜に蓄積した汚れ物質を除去するため薬品洗浄等を行う場合でも、システム全体は連続して稼働させる必要があるので、２段目以降膜ろ過設備で前段膜ろ過設備の洗浄排水の膜ろ過は継続しなければならなかった。そのため、一般的には２段目以降膜ろ過設備を複数系列化し、その内の１以上の系列を薬品洗浄等により一時的に停止させた際は、残りの他の系列で停止する１以上の系列の処理水量を負担して膜ろ過していた。即ち、停止する１系列が膜ろ過する処理水量を残りの他の系列に均等に負担させ他の系列が膜ろ過する処理水量を増加させることで、システム全体を停止させることなく運用していた。

図３に、通常の２段目膜ろ過設備が１系列も停止していない通常時の運転フローの説明図を示す。２段目膜ろ過設備がＮ系列を有している場合、前段膜ろ過設備の洗浄排水量を１００とすると、１系列あたりの洗浄排水を膜ろ過する処理水量は（１００／Ｎ）となることを示している。図４に、２段目膜ろ過設備の内のｎ系列停止時の運転フローの説明図を示す。この場合、稼働している他の系列数は（Ｎ−ｎ）となるので、１系列あたりの洗浄排水を膜ろ過する処理水量は（１００／（Ｎ−ｎ））となり、通常時の１系列も停止していない場合より１系列あたりの処理水量が（（１００／Ｎ）−（１００／（Ｎ−ｎ）））分だけ増加することになる。

このように２段目以降膜ろ過設備の1以上の系列が薬品洗浄等により停止し、１系列あたりの処理水量が一時的にでも増加すると、薬品洗浄等が終了し１系列あたりの処理水量が通常時に戻った場合でも、薬品洗浄前の通常時の処理水量のときの２段目以降膜ろ過設備の膜差圧に戻ることはない。即ち、一時的にでも１系列あたりの処理水量が増加すると短期間で２段目以降膜ろ過設備の膜差圧が上昇してエネルギーコストが増加し、薬品洗浄周期が短縮するとの問題点があった。これを避けるために、１系列あたりに使用する膜本数を多く設計すると、設備コストが増加する問題点があった。また、１系列あたりの処理水量を増加させるためには、増加した処理水量に合わせて２段目以降膜ろ過設備の系列毎に配設されている送水ポンプの容量を大きく設計する必要があり、設備コストが増加するとの問題点があった。

特開２００４−２６７８８７号公報

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、システム全体を稼働させながら２段目以降膜ろ過設備のろ過膜に蓄積した汚れ物質を薬品洗浄等するため１以上の系列を停止させた場合であっても、２段目以降膜ろ過設備の短期間での膜差圧の上昇を防止しエネルギーコストや薬品洗浄等の頻度を低減することができると共に、２段目以降膜ろ過設備の設備コストの増加を防止することが出来る多段型膜ろ過システムの運転方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る多段型膜ろ過システムの運転方法は、複数の系列を有する膜ろ過設備が２段以上配設され、２段目以降膜ろ過設備は、それより前に配設されている前段膜ろ過設備の洗浄排水を膜ろ過する多段型膜ろ過システムの運転方法において、前記２段目以降膜ろ過設備の内の１以上の系列を薬品洗浄等のため運転停止するとき、システム全体を稼動させながら前記前段膜ろ過設備の洗浄方法を変更し、運転停止した前記１以上の系列が洗浄排水を膜ろ過する処理水量相当分だけ前記前段膜ろ過設備の洗浄排水量を減少させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係る多段型膜ろ過システムの運転方法は、請求項１に記載の多段型膜ろ過システムの運転方法において、前記前段膜ろ過設備の洗浄方法の変更は、前記前段膜ろ過設備の洗浄１回あたりの洗浄水量を減少させ、又は／及び洗浄頻度を減少させることを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明の多段型膜ろ過システムの運転方法は、前記２段目以降膜ろ過設備の内の１以上の系列を薬品洗浄等のため運転停止するとき、前段膜ろ過設備の洗浄方法を変更して、運転停止した１以上の系列が洗浄排水を膜ろ過する処理水量相当分だけ前段膜ろ過設備の洗浄排水量を減少させたときは、他の系列が膜ろ過する処理水量は１以上の系列が停止していない場合と同量以下とすることができる。即ち、２段目以降膜ろ過設備の各系列が膜ろ過する処理水量は、薬品洗浄等で１以上の系列が運転停止する場合であっても通常運転で全ての系列が停止していない場合と同等以下で増加させないことができる。
従って、一時的に２段目以降膜ろ過設備の各系列が膜ろ過する処理水量は増加しないので、短期的に膜差圧が増加するのを抑制することができ、エネルギーコストや薬品洗浄頻度を低減することができる。更に、各系列が膜ろ過する処理水量は増加しないので、通常運転時の処理水量に合わせて２段目以降膜ろ過設備の系列毎に配設されている送水するポンプの容量を設計すればよく、また１系列あたりの使用する膜本数を通常運転時の処理水量に合わせて設計すれば良いので、設備コストを最小化することができる。

尚、前段膜ろ過設備の洗浄方法を変更して前段膜ろ過設備の洗浄排水量を減少させる方法としては、前段膜ろ過設備の洗浄１回あたりの洗浄水量を減少させ、または／及び前段の膜ろ過設備の洗浄頻度を減少させることで対応できるので、前段膜ろ過設備の稼働状態により適宜組み合わせて行うことができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示して説明する。ただし、この発明の範囲は、特に限定的記載がない限り、この実施の形態に記載されている内容に限定する趣旨のものではない。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る多段型膜ろ過システムの設備フローの説明図であり、図２は、本発明の実施形態に係る２段目の膜ろ過設備の内の１系列が停止した場合における運転フローの説明図である。

図１において、本発明に係る多段型膜ろ過システム１は、２段の膜ろ過設備を備えている。前段膜ろ過設備１０は、主系膜ろ過設備とも称され、原水を膜ろ過する設備であり、２２本の前段膜モジュール１１を備えた前段系列１２が図示されていないが６系列設置されている。前段膜ろ過設備１０からは、膜ろ過された処理水を流出させる主配管１３と、前段洗浄排水を後述する回収系原水槽４０に流出させる配管１４とが接続されている。後段に配設されている２段目膜ろ過設備２０は、回収系膜ろ過設備とも称され、前段膜ろ過設備１０からの前段洗浄排水を膜ろ過する設備であり、５本の後段膜モジュール２１を備えた後段系列２２が図示されていないが２系列設置されている。２段目膜ろ過設備２０からは、膜ろ過された処理水を主配管１３に流出させる配管２３と、後段洗浄排水を後述する膜ろ過棟排水槽５０に流出させる配管２４とが接続されている。

３０は、主として河川等から取水した原水を貯水する原水槽であり、前段膜ろ過設備１０とを接続する配管３１には原水を送水するための送水ポンプ３２が配設されている。尚、原水槽３０には、原水中の夾雑物を除去するためにポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の無機系凝集剤が添加される。４０は、前段膜ろ過設備１０を逆洗洗浄等の物理洗浄した前段洗浄排水を回収するための回収系原水槽であり、２段目膜ろ過設備２０と接続する配管４１には前段洗浄排水を送水するための送水ポンプ４２が配設されている。５０は、２段目膜ろ過設備２０を物理洗浄した後段洗浄排水を回収するための膜ろ過棟排水槽であり、膜ろ過棟排水槽５０から排水を流出させる配管５１には排水ポンプ５２が配設されている。６０は、前段ろ過設備１０及び２段目膜ろ過設備２０で膜ろ過された処理水の一部が貯水される洗浄水槽であり、洗浄水槽６０には、消毒用として次亜塩素酸ナトリウムが添加される。洗浄水槽６０から洗浄水を送水するため前段膜ろ過設備１０に接続された配管６１には送水ポンプ６２が、２段目膜ろ過設備２０に接続された配管６３には送水ポンプ６４が配設されている。

次に、多段型膜ろ過システム１のフローについて説明する。原水槽３０でＰＡＣが付加された原水は、配管３１を通り送水ポンプ３２で前段膜ろ過設備１０に送水され、そこで膜ろ過された処理水は主配管１３を通って集められる。前段膜ろ過設備１０を洗浄する場合、前段系列１２を６系列有するので１系列ごとに順次洗浄を行う。洗浄水は次亜塩素酸ナトリウムが付加された洗浄水槽６０の水が用いられ、配管６１を通り送水ポンプ６２で前段膜ろ過設備１０に送水される。洗浄後の前段洗浄排水は、回収系原水槽４０に送水され、ここで一旦貯水される。次いで、配管４１を通り送水ポンプ４２で２段目膜ろ過設備２０に送水され、そこで膜ろ過された処理水は、前段膜ろ過装置１０で膜ろ過された処理水が通る主配管１３に混入されるが、図示はしていないが原水槽３０に戻される場合もある。

２段目膜ろ過設備２０を洗浄する場合、後段系列２２を２系列有するので１系列ごとに順次洗浄を行う。洗浄水は次亜塩素酸ナトリウムが付加された洗浄水槽６０の水が用いられ、配管６３を通り送水ポンプ６４で２段目膜ろ過設備２０に送水される。洗浄後の後段洗浄排水は、膜ろ過棟排水槽５０で貯水される。

この２段目膜ろ過設備２０が洗浄される場合において、２系列の内の１系列の後段系列２２が停止するので、その１系列の後段系列２２が膜ろ過する処理水量相当分である１／２の前段洗浄排水量だけ、前段膜ろ過設備１０から回収系原水槽４０への流入量が減少するように制御されている。即ち、前段膜ろ過設備１０を洗浄するために配管６１を通って送水ポンプ６２で前段膜ろ過設備１０に洗浄水槽６０から送水される洗浄水量が半減するように、又は洗浄水槽６０から前段膜ろ過設備１０に洗浄水を送水される頻度が半減するように制御されている。

従って、２段目膜ろ過設備２０の１系列の後段系列２２が停止した場合であっても、停止していない他の１系列の後段系列２２の処理水量は増加しないで以前と同量となる。

尚、図２には、２段目膜ろ過設備２０が後段系列２２をＮ列有する場合において、その内の１系列の後段系列２２が停止した場合を示す。この場合においては、前段膜ろ過設備１０から回収系原水槽４０に流入する前段洗浄排水量を停止していない状態の１００から（１／Ｎ）だけ減じた（１００（Ｎ−１）／Ｎ）とすることで、２段目膜ろ過設備２０の各後段系列２２が膜ろ過する処理水量が増加しないことを示している。

従って、薬品洗浄等により２段目膜ろ過設備２０を洗浄するときであっても後段系列２２が膜ろ過する処理水量は増加しないので、短期的に２段目膜ろ過設備２０の膜差圧が増加するのを抑制することができ、エネルギーコストや薬品洗浄頻度を低減することができる。また、後段系列２２に送水する送水ポンプ４２の容量は通常運転時の処理水量に適合させて設計すればよく、また、後段系列２２の使用する膜本数を通常運転時の処理水量に適合させて設計すればよいので、設備コストを最小化することができる。

尚、本実施形態においては、２段目膜ろ過設備２０が後段系列２２をＮ列有する場合において、その内の１系列の後段系列２２が停止した場合について説明したが、ｎ系列の後段系列２２が停止する場合にあっても良い。また、前段膜ろ過設備１０から回収系原水槽４０へ流入する前段洗浄排水量は、停止するｎ系列の後段系列２２が膜ろ過する処理水量相当分より多い量であっても良い。

本実施形態においては、前段膜ろ過設備１０からの前段洗浄排水量を減少させる方法として、洗浄水槽６０から送水される洗浄水量は減少させるか、若しくは洗浄水槽６０から送水される洗浄頻度を変更するかどちらかの方法で行うことを説明したが、その両方の方法を組み合わせて行っても良いことは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る多段型膜ろ過システムの設備フローの説明図である。 本発明の実施形態に係る２段目の膜ろ過設備の内の１系列停止時の運転フローの説明図である。 通常時の運転フローの説明図である。 従来例の２段目の膜ろ過設備の内のｎ系列停止時の運転フローの説明図である。

符号の説明

１ 多段型膜ろ過システム
１０，２０ 膜ろ過設備
１１，２１ 膜モジュール
１２，２２ 系列
１３，１４，２３，２４，３１，４１，５１，６１，６３ 配管
３２，４２，５２，６２，６４ ポンプ
３０ 原水槽
４０ 回収系原水槽
５０ 膜ろ過棟排水槽
６０ 洗浄水槽

Claims (2)

1. 複数の系列を有する膜ろ過設備が２段以上配設され、２段目以降膜ろ過設備は、それより前に配設されている前段膜ろ過設備の洗浄排水を膜ろ過する多段型膜ろ過システムの運転方法において、
   前記２段目以降膜ろ過設備の内の１以上の系列を薬品洗浄等のため運転停止するとき、システム全体を稼動させながら前記前段膜ろ過設備の洗浄方法を変更し、運転停止した前記１以上の系列が洗浄排水を膜ろ過する処理水量相当分だけ前記前段膜ろ過設備の洗浄排水量を減少させることを特徴とする多段型膜ろ過システムの運転方法。
2. 請求項１に記載の多段型膜ろ過システムの運転方法において、
   前記前段膜ろ過設備の洗浄方法の変更は、前記前段膜ろ過設備の洗浄１回あたりの洗浄水量を減少させ、又は／及び洗浄頻度を減少させることを特徴とする多段型膜ろ過システムの運転方法。

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