JP4996518B2 - 膜ろ過装置の逆洗方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気加圧方式による膜ろ過装置の逆洗方法および装置に関するものである。

膜ろ過装置の膜面には、ろ過を継続するとろ過によって分離された物質が次第に蓄積して行き、ろ過抵抗が増大する。このために定期的に、あるいは必要なタイミングで、ろ過側（二次側）から原水側（一次側）に流体を高速で流して膜表面から蓄積物を剥離させ、膜ろ過装置の外部に排出する逆洗が必要となる。このような逆洗方法としては、ろ過水を貯留したタンクから逆洗専用のポンプを用いて膜モジュールにろ過水を透過させるポンプ方式の逆洗方法や、ろ過水の一部を加圧タンクに導入して圧縮空気等により加圧し、膜モジュールにろ過水を逆流させる空気加圧方式が使用されている。

空気加圧方式については、例えば本出願人の特許文献１では、ろ過水の一部を逆洗水槽に貯留しておき、その上部空間に高圧の圧縮空気を導入して逆洗水を加圧し、膜ろ過装置である膜モジュールの逆洗を行なっている。また特許文献２には膜ろ過装置が中空糸膜である場合に、逆洗水槽の上部空間に圧入された空気圧による空気加圧方式の逆洗方法が記載されている。

図１は特許文献１の逆洗方法を実設備に適用した例を示す図である。実設備においては、圧縮空気源としては空気圧縮機１と大型の加圧空気槽２との組み合わせが用いられている。そして逆洗時にはバルブ７を開き、加圧空気槽２内の高圧空気を減圧弁３によって逆洗に適した所定の圧力に減圧したうえで、逆洗水槽４に供給している。

具体例を挙げれば、加圧空気槽の内圧は８００ｋＰａであり、これを５００ｋＰａに減圧して逆洗水槽に供給している。逆洗水は膜モジュール５の二次側に供給され、逆洗バルブ６を開いて逆洗が行なわれる。なおバルブ７は逆洗水槽へ高圧空気の送気を制御するバルブである。

ところが図１のように減圧弁３を経由して逆洗水の空気加圧を行なう方式では、逆洗初期に十分な逆洗流速を得られないという問題があった。これは、逆洗開始時に瞬間的に大量の水が排出されるため、逆洗水槽４内の圧力が低下してしまうためである。また、減圧弁３は開弁初期の追従性が悪いため、逆洗水槽４の上部空間への空気供給が間に合わず、逆洗開始直後に逆洗水槽４の急激な圧力低下が生ずるためである。

この問題を避けるために大型の減圧弁を利用することも考えられるが、大型の減圧弁は応答性が悪いため、急激な圧力変動に対応できないという問題がある。また小型の減圧弁を並列に使用することも考えられるが、各減圧弁のバランスを取ることが困難であり、いずれも有効な解決策とはいえなかった。

そこで実際には逆洗水槽４の上部空間を十分に大きくし、逆洗開始直後の逆洗水圧の低下を抑制している。また特許文献２の方式においても、逆洗水槽の上部空間を十分に大きくしておかないと同様の問題が生ずることとなる。しかし逆洗水槽４の上部空間を拡大すると、次のような別の問題が生じる。

第１に、高価な圧力容器となる逆洗水槽４が逆洗水量に比べてかなり大型化し、設備コストが高くなる。
第２に、逆洗終了後に逆洗水槽４の水張りを行なう際には、逆洗水槽４の上部空間を大気開放して注水可能としなければならないため、逆洗水槽４内の圧縮空気を全て大気中に放出する必要がある。このため空気使用量が膨大になりランニングコストが嵩む。
第３に、１台の逆洗水槽４を用いて複数の膜モジュール５を連続的に逆洗するような場合、初期には上部空間の容積が小さいために逆洗強度（圧力）が弱く、後期には上部空間の容積が拡大するため逆洗強度が強くなる。このため複数の膜モジュール５を均一に逆洗することができない。
特許第２７６３２６２号公報 特開平１０−３２３５４４号公報

従って本発明の目的は上記した問題点を解決し、逆洗水槽を大型化する必要がなく、空気使用量を無駄にすることがなく、しかも従来よりも逆洗の初期と終期とにおける逆洗強度のばらつきの少ない膜ろ過装置の逆洗方法および装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の膜ろ過装置の逆洗方法は、逆洗水槽に加圧空気槽から減圧弁を介して圧縮空気を供給し、逆洗水槽内の逆洗水を加圧して膜ろ過装置の逆洗を行なう方法において、逆洗水槽と加圧空気槽との間に設置した加圧空気槽の１/３以下の容量の小型空気槽に加圧空気槽から減圧弁を介して圧縮空気を貯留し、その圧縮空気圧により膜ろ過装置の逆洗を行うことを特徴とするものである。

また本発明の膜ろ過装置の逆洗装置は、空気圧縮機により加圧された空気を貯留する加圧空気槽に、この加圧空気槽の１/３以下の容量の小型空気槽を減圧弁を介して接続し、この小型空気槽を逆洗水槽の放圧時に閉鎖されるバルブを介して膜ろ過装置の逆洗水を貯留する逆洗水槽の上部空間に接続したことを特徴とするものである。なお、請求項３のように膜ろ過装置が複数の膜モジュールからなり、同一の逆洗水槽により順次逆洗を行なうことができ、その場合には請求項４のように、１モジュールに対する逆洗水量の２〜４倍の容量を持つ小型空気槽を使用することが好ましい。

本発明によれば、高圧の加圧空気槽から加圧空気槽の１/３以下の容量の小型空気槽に減圧弁を介してあらかじめ所定圧力に減圧された圧縮空気を供給しておき、その圧縮空気圧により膜ろ過装置の逆洗を行う。小型空気槽と逆洗水槽との間に設けたバルブを開放して、小型空気槽を逆洗水槽の上部空間に接続しておけば、逆洗水槽の上部空間が拡大されたと同様の効果が得られる。しかもこの小型空気槽には加圧空気槽から減圧弁を介して圧縮空気が供給され続けるため、１台の逆洗水槽を用いて複数の膜モジュールを連続的に逆洗するような場合にも、逆洗の初期と終期とにおける逆洗強度のばらつきが少なくなる。

また逆洗終了後に逆洗水槽の水張りを行なう際には、小型空気槽と逆洗水槽との間に設けたバルブを閉じ、逆洗水槽の上部空間のみを大気開放すればよいので、空気の排気量を従来よりも減少させることができる。従って空気圧縮機の容量を小型化することができる。また逆洗は基本的に小型空気槽と逆洗水槽上部空間内の圧縮空気圧により行われるため、従来のように空気圧縮機と小型空気槽との配管径を太くしたり、複数の減圧弁を設ける必要もなく、設備コストおよびランニングコストを引き下げることができる。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態の説明図であり、図１に示した従来技術と同様に、１は空気圧縮機、２は高圧、例えば７００〜１５００ｋＰａの圧縮空気を貯留する大型の加圧空気槽、３は加圧空気槽２内の高圧空気を逆洗に適した所定の圧力、例えば３００〜６００ｋＰａに減圧する減圧弁、４はろ過水の一部が供給される逆洗水槽、５は膜モジュール、６は逆洗バルブである。膜モジュール５としては紙面と垂直方向に複数、例えば１０基の膜モジュール５が設けられており、単一の逆洗水槽４を用いてこれら複数の膜モジュール５の逆洗を行なうものとする。

本発明においては逆洗水槽４と加圧空気槽２との間に、加圧空気槽２よりも容量の小さい小型空気槽１０を設けてある。その容量は加圧空気槽２の１/３以下であって、１モジュールに対する逆洗水量の２〜４倍としておくことが好ましい。なお１モジュールに対する逆洗水量は膜モジュール５の大きさにより決定される。小型空気槽１０の容量が１モジュールに対する逆洗水量の２倍未満では逆洗強度の変動が大きくなり、逆に４倍を越えても効果の増加が認められない。

逆洗を行なう際にはろ過水バルブ８を閉じ、逆洗水槽４と逆洗すべき膜モジュール５との間のバルブ９と、膜モジュール５の一次側の逆洗バルブ６を開いて行なわれる。また小型空気槽１０の内部には加圧空気槽２から減圧弁３を介して、逆洗に適した所定の圧力の圧縮空気を常に供給しておく。減圧弁３は開閉されることはなく、常時開放されている。

逆洗は小型空気槽１０内の圧縮空気圧を逆洗水槽４の上部空間に導入して逆洗水を加圧し、加圧された逆洗水を膜モジュール５の二次側から一次側に向けて高速で流すことによって行なわれる。小型空気槽１０と逆洗水槽４との間に設けたバルブ７を開放しておけば、実質的に逆洗水槽４の上部空間が拡大された場合と同様となるので、逆洗開始直後の急激な圧力降下はなくなる。また逆洗の進行に伴い逆洗水槽４の水位が低下し、逆洗水槽４の上部空間が次第に拡大されるが、逆洗強度の低下は抑制される。

また小型空気槽１０には加圧空気槽２から減圧弁３を介して圧縮空気が供給され続けるので、小型空気槽１０の内圧の変動も少なく、単一の逆洗水槽４を用いてこれら複数の膜モジュール５の逆洗を順次行なう場合にも、後記する実施例のデータに示すように逆洗強度のばらつきは抑制され、ほぼ均一な逆洗が可能となる。

逆洗終了後にはバルブ７を閉じ、逆洗水槽４への水張りが行なわれる。これに先立って逆洗水槽４の内圧を大気開放する必要があるが、バルブ７を閉じると逆洗水槽４の上部空間と小型空気槽１０とは遮断されるため、逆洗水槽４の上部空間にある圧縮空気のみを放出すればよく、大量の空気が無駄に放出されることもない。以下に本発明の実施例を示す。

（実施例１）直径１８０ｍｍ，長さ１５００ｍｍのセラミック膜エレメントを１０本並列させたものを１モジュールとし、図２に示した逆洗装置を用いて逆洗実験を行なった。減圧弁から供給される圧縮空気圧を４５０ｋＰａ、逆洗水槽４の逆洗水量を５００Ｌとした。また（満水時における逆洗水槽４の上部空間容積）＋（小型空気槽１０の容積）として定義される空気溜容量を０．６６ｍ^３、１．９ｍ^３、３．１ｍ^３の３段階に変化させ、逆洗水槽上部圧の変化を測定した。なお（満水時における逆洗水槽４の上部空間容積）は０．６６ｍ^３であるから、空気溜容量＝０．６６ｍ^３は小型空気槽１０のない場合に相当する。

その結果は図３のグラフに示す通りであり、空気溜容量＝０．６６ｍ^３の場合には逆洗開始後の逆洗圧力の低下が大きかったが、小型空気槽１０を設けることにより逆洗圧力の低下を抑制することができた。しかし空気溜容量を１．９ｍ^３よりも大きくしても、その効果はあまり増加しない。

なお小型空気槽１０を設けず空気溜容量を逆洗水槽４の上部空間容積のみとした場合には、逆洗毎に８．７Ｎｍ^３（４５０ｋＰａ/９８ｋＰａ×１．９ｍ^３）の空気を廃棄する必要がある。これに対して、１.５ｍ^３程度の小型空気槽を設置すれば小型空気槽内の空気は廃棄する必要がないので、空気廃棄量を７９％削減することができ、空気使用量の大幅な節約が可能となる。

（実施例２）次に、実施例１と同じ装置を用いて２つのモジュールを連続的に逆洗する実験を行い、第１モジュールと第２モジュールとの逆洗中の逆洗水槽上部圧を測定した。小型空気槽１０を設けず空気溜容量を逆洗水槽４の上部空間容積である０．６６ｍ^３とした場合には、図４のグラフに示す通り上部空間容積の少ない第１モジュールは、上部空間容積が増加した第２モジュールよりも逆洗水槽上部圧が１０.４ｋＰａ低かった。これに対して１.２ｍ^３の小型空気槽を設置し、第１モジュール逆洗開始時の空気溜容量を１．９ｍ^３とした場合には第２モジュール逆洗開始時の空気溜容量は２.４ｍ^３となり、図５のグラフに示すとおり、第１モジュールと第２モジュールとの逆洗中の逆洗水槽上部圧の差は４.４ｋＰａにまで減少した。

特許文献１の逆洗方法を実設備に適用した例を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 実施例１における逆洗水槽上部圧を示すグラフである。 実施例２において、小型空気槽を設けなかった場合の第１モジュール及び第２モジュールの逆洗中の逆洗水槽上部圧を示すグラフである。 実施例２において、小型空気槽を設けた場合の第１モジュール及び第２モジュールの逆洗中の逆洗水槽上部圧を示すグラフである。

符号の説明

１ 空気圧縮機
２ 加圧空気槽
３ 減圧弁
４ 逆洗水槽
５ 膜モジュール
６ 逆洗バルブ
７ バルブ
８ ろ過水バルブ
９ バルブ
１０ 小型空気槽

Claims (4)

1. 逆洗水槽に加圧空気槽から減圧弁を介して圧縮空気を供給し、逆洗水槽内の逆洗水を加圧して膜ろ過装置の逆洗を行なう方法において、逆洗水槽と加圧空気槽との間に設置した加圧空気槽の１/３以下の容量の小型空気槽に加圧空気槽から減圧弁を介して圧縮空気を貯留し、その圧縮空気圧により膜ろ過装置の逆洗を行うことを特徴とする膜ろ過装置の逆洗方法。
2. 空気圧縮機により加圧された空気を貯留する加圧空気槽に、この加圧空気槽の１/３以下の容量の小型空気槽を減圧弁を介して接続し、この小型空気槽を逆洗水槽の放圧時に閉鎖されるバルブを介して膜ろ過装置の逆洗水を貯留する逆洗水槽の上部空間に接続したことを特徴とする膜ろ過装置の逆洗装置。
3. 膜ろ過装置が複数の膜モジュールからなることを特徴とする請求項２記載の膜ろ過装置の逆洗装置。
4. 小型空気槽の容量を、１モジュールに対する逆洗水量の２〜４倍としたことを特徴とする請求項３記載の膜ろ過装置の逆洗装置。

Images