JP5230075B2 - ろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法 - Google Patents

Description

この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理水など、原水中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過による水処理装置に関わり、特に、薬品添加逆洗方式のろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法に関する。

被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、運転の継続に伴い、ろ過膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。

そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄または薬品洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過後の処理水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は、物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する方法で、例えば次亜塩素酸ナトリウム、硫酸、塩酸などの薬品を添加した逆洗を用いた水処理方法が提案されている（特許文献１参照）。

図６は、本発明の対象とする従来の薬品添加逆洗（CEB:Chemical Enhanced Back Wash）方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図を示し、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗を行なう洗浄方法の一例を示す。

図６において、１は原水、２は原水タンク、３は主ポンプ、４は原水供給弁、５は膜入口圧力計、６は水温計、７は膜モジュール（又は膜ろ過ユニット）、８は膜出口圧力計、９は流量センサー、１０はろ過水出口弁、１１はろ過水タンク入口弁、１２はろ過水タンク、１３は処理水、１４は逆洗ポンプ、１５は逆洗水供給弁、１６は排水弁、１７は次亜塩素酸ナトリウムタンク、１８は次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ、１９は次亜塩素酸ナトリウム添加バルブである。なお、図６においては、次亜塩素酸ナトリウム添加量制御装置の図示を省略している。

次に、図６に示すろ過膜の水処理方法および洗浄方法等について説明する。原水タンク２に流入した原水１は、主ポンプ３により原水供給弁４を介して、膜モジュール７へ供給され、ろ過される（ろ過工程）。ここで、ろ過流量は、流量センサー９の値が一定となるように主ポンプ３をインバータ制御することにより行われる。ろ過された水は流量センサー９、ろ過水出口弁１０、ろ過水タンク入口弁１１を介して、ろ過水タンク１２へ流入される。ろ過水タンク１２で容量を越えたろ過水が処理水１３として次工程へと通水される。所定時間のろ過が行われたところで、逆洗が実施される（逆洗工程）。逆洗工程は、ろ過水タンク１２の水（もしくはろ過水タンクとは別に設けた図示しない逆洗水槽の水）を、逆洗ポンプ１４により逆洗水供給弁１５を介して、膜モジュール７の二次側から一次側へ流すことによりなされ、逆洗後の水は、排水弁１６を介して排水される。

ろ過工程および逆洗工程の所定回数が終了した後に、薬品を添加して逆洗を実施する（薬品添加逆洗工程）。図６の場合、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗として、前記ろ過水による逆洗に続けて、次亜塩素酸ナトリウムタンク１７に貯留された次亜塩素酸ナトリウムを、次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ１８を用いて次亜塩素酸ナトリウム添加バルブ１９を介して逆洗水に添加し、所定濃度の残留塩素濃度とした水を膜モジュールに注入する。

次に、膜モジュール７内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１４を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール７を残留塩素水に浸漬する（薬液浸漬工程）。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプを起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される（リンス工程）。

上記のように、逆洗工程、薬品添加逆洗工程、薬液浸漬工程およびリンス工程を含むろ過膜の洗浄方式を、薬品添加逆洗方式と称する。なお、膜面へのファウリング物質の洗浄薬品としては、上記の次亜塩素酸ナトリウム以外に、硫酸、塩酸、その他の薬品が使われる場合もある。さらに、前記特許文献１に開示されたように複数の薬品が使われる場合もある。

ところで、図６における前記膜モジュール（又は膜ろ過ユニット）７は、通常、複数個のろ過膜エレメントからなる。図５は、上記のように複数個のろ過膜エレメント２１ａを備えた膜ろ過ユニット２１におけるろ過工程および逆洗工程の一例に係る模式的説明図であり、（ａ）はろ過工程の各バルブの状態を示し、（ｂ）は逆洗工程の各バルブの状態を示す。

図５に示す従来のろ過工程および逆洗工程においては、まず（ａ）図に示すように、膜エレメントを例えば４個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの水平軸端部の両側に接続した原水供給弁（７−１および７−２）と、前記両側のろ過水出口弁（１０−１および１０−２）とを開として、原水を膜モジュールの一次側から二次側に通流させることにより、ろ過工程を行なった後、（ｂ）図に示す逆洗工程においては、前記ろ過水出口弁（１０−１および１０−２）は同時に開として、膜モジュールの両端からろ過水を均等に給水し、また、逆洗排水弁（１７−１および１７−２）も同時に開として、逆洗後の水を均等に排出している。

なお、上記図５は、横型の膜モジュールの例について説明したが、ろ過膜による水処理装置としては、縦型の膜モジュールが使用される場合もある。また、ろ過膜への通水方式としては内圧式と外圧式とがあり、さらに、ろ過処理の運転方式としては全ろ過方式とクロスフロー方式とがあり、ニーズに応じて適宜選定される。
特開２００４−４１９３５号公報

ところで、上記のような従来の薬品添加逆洗（CEB）方式のろ過膜の洗浄方法および装置の自動運転は、ろ過水に薬液が混入する危険性があった。そのため、日本の浄水場の場合には、安全上の観点から、その採用が敬遠される傾向があった。

しかしながら、薬品添加逆洗（CEB）方式は、ろ過膜による水処理装置の運転上、洗浄効果が高く極めて有効な方式であるので、CEBをより安全かつ確実な方法で、場合によっては監視機能付で完全自動運転されるシステムの実現が望まれていた。

この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、ろ過水に薬液が混入する危険性を抑制し、安全かつ確実に薬品添加逆洗が実施可能な薬品添加逆洗方式によるろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法を提供することにある。

前述の課題を解決するため、この発明は、原水を浄化処理してろ過水を得る膜ろ過ユニットと、開閉弁（ろ過水通流弁）を介して前記ろ過水を送出するろ過水送出ラインと、前記ろ過水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用い前記膜ろ過ユニットに開閉弁（逆洗水入口弁）を介して通流してろ過膜の逆洗（通常逆洗）を行う逆洗水通流ラインと、この逆洗水通流ラインに薬品を添加して逆洗（薬品添加逆洗）を行う薬液注入ラインと、開閉弁（逆洗水排出弁）を介して前記通常逆洗水および薬品添加逆洗水を排出する逆洗水排水ラインとを備え、前記ろ過水送出ラインは、ろ過水の膜ろ過ユニット出口部に設けた前記ろ過水通流弁と膜ろ過ユニットとの間のろ過水導出部に、開閉弁（ろ過水導出部排水弁）を介して前記ろ過水導出部内の水を排出するろ過水導出部排水ラインを備えたろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法であって、通常逆洗工程と、薬品添加逆洗工程と、前記ろ過膜を薬液中に浸漬処理する薬液浸漬工程と、前記薬液を逆洗水によりろ過膜から洗い流すリンスを行うリンス工程とを含む薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄方法において、前記通常逆洗工程終了後、前記薬品添加逆洗工程以降の工程を行う際には、前記ろ過水通流弁は閉じた状態で前記ろ過水導出部排水弁を開として行うことを特徴とする（請求項１）。

さらに、前記請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法において、前記薬品添加逆洗工程と薬液浸漬工程との間に、薬液を、前記逆洗水通流ラインの逆洗水入口弁より前記膜ろ過ユニット側に逆洗水で押し込んだ後に、前記逆洗水入口弁を閉鎖する薬液押込み工程を含むことを特徴とする（請求項２）。

上記本発明の作用効果の詳細は後述するが、要点を述べると以下のとおりである。即ち、前記請求項１の発明によれば、薬品添加逆洗工程行う際に、ろ過水通流弁を閉じた状態でろ過水導出部排水弁を開として行うことにより、ろ過水側の系統を薬品添加逆洗水の系統とを弁操作により分断することが可能となり、ろ過水への薬液の混合の危険性を抑止することができる。

この発明によれば、ろ過水に薬液が混入する危険性を抑制し、安全かつ確実に薬品添加逆洗が実施可能な薬品添加逆洗方式によるろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法が提供できる。

本発明の実施例について、図１および図２に基づき、以下に述べる。なお、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。図１は、本発明のろ過膜による水処理装置に係るシステム系統図，図２は本発明のろ過膜の洗浄方法の実施例に係る模式的説明図である。

図１に示すろ過膜の洗浄装置は、原水を浄化処理してろ過水を得る膜ろ過ユニット２１と、開閉弁（ろ過水通流弁）６１を介して前記ろ過水を送出するろ過水送出ライン３１と、ろ過水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用い膜ろ過ユニット２１に開閉弁（逆洗水入口弁）６３を介して通流してろ過膜の逆洗（通常逆洗）を行う逆洗水通流ライン４０と、この逆洗水通流ライン４０に薬品を添加して逆洗（薬品添加逆洗）を行う薬液注入ライン２８と、開閉弁（逆洗水排出弁）６４を介して通常逆洗水および薬品添加逆洗水を排出する逆洗水排水ライン４１とを備え、前記ろ過水送出ライン３１は、ろ過水の膜ろ過ユニット出口部に設けた前記ろ過水通流弁６１と膜ろ過ユニット２１との間のろ過水導出部３１ａに、開閉弁（ろ過水導出部排水弁）６５を介してろ過水導出部３１ａ内の水を排出するろ過水導出部排水ライン５０を備える。上記構成により薬品添加逆洗工程行う際に、ろ過水通流弁６１を閉じた状態でろ過水導出部排水弁６５を開として行うことにより、水処理されたろ過水の系統と薬品添加逆洗水の系統とを分断可能とし、ろ過水への薬液の混合の危険性を抑止することができる。

また、図１の装置は、薬品添加逆洗水を逆洗水排水ライン４１から開閉弁（薬品添加逆洗水排出弁）６６を介して分岐して排出する薬品添加逆洗水排水ライン５１と、中和・還元槽２５とを備え、前記薬品添加逆洗水排水ライン５１およびろ過水導出部排水ライン５０を中和・還元槽２５に接続して、中和・還元槽２５を介して外部に排水する構成を備え、薬液を中和・還元して放流するようにしている。さらに、ろ過水の貯留槽を、浄水池２４と逆洗水槽２３とに分割して、ろ過水の利用に供される浄水池２４の水質安全を確保するようにしている。

図１において、２２は原水槽、２６は原水ポンプ、２７は逆洗ポンプ、２８は薬液注入ライン、３０は原水流入ライン、３２はろ過水集水ライン、３３は逆洗水集水ライン、３５は膜ろ過水、４５は通常逆洗排水、５５は放流水、６２は逆洗水集水弁、６７は原水流入弁、６８は逆洗水流出弁、６９はろ過水流出弁、８１，８２はｐＨおよび／または導電率の監視装置、８３はｐＨ，ＯＲＰおよび／または導電率の監視装置である。なお、前記６７、６８および６９を含む膜ろ過ユニット部における各種の開閉弁構成の詳細については後述する。

図１において、前記中和・還元槽２５に接続されるろ過水導出部排水ライン５０並びに逆洗水通流ライン４１および薬品添加逆洗水排水ライン５１の各排水ラインの配管は、下がり勾配の配管とすることにより、配管内部に薬液を含む水が滞留しないようにして、安全性を向上する。配管としては、１５Ａ以上の口径のものが好ましい。

また、ろ過水導出部排水弁６５は、薬品添加逆洗における安全用途以外には使用しないことと、ろ過水系統と接する弁であるので密閉性が必要である。そこで、フェールセーフの観点も考慮して、電源がオフの際に閉の状態となる逆作動形のダイヤフラム弁が好適である。

さらに、より信頼性を高めるためには、配管中の薬液が確実にリンスされて存在しないことを監視することが好ましい。そこで、少なくともろ過水送出ライン３１は、ライン内の水のｐＨおよび／または導電率の監視装置８１と、この監視装置の計測結果に基づいて水質異常を判別する図示しない判別装置とを備えることが好ましい。場合によっては、図１に示すように、逆洗水排水ライン４１にも、ｐＨおよび／または導電率の監視装置８２を設けてもよい。この監視装置８２は、リンス工程から通常逆洗浄に移行する上でのインターロックに用いることができる。なお、薬液注入ライン２８における図示しない開閉弁が故障した場合には、上記監視装置８１，８２によるｐＨおよび導電率の監視は重要となる。

図１の場合、さらに、中和・還元槽２５はｐＨ，ＯＲＰおよび／または導電率の監視装置８３を備える。この監視装置８３によれば、薬品添加逆洗排水の時以外において、ろ過水導出部排水弁６５を介して薬液の漏洩が無いか否かを常時監視できる。

次に、図２に基づいて、特に前記請求項２の発明の実施例に関して説明する。図２は、図５に示した膜ろ過ユニット２１を対象として、主に薬品添加逆洗工程以降の工程を簡略化して示す模式的説明図であり、図１に示す逆洗水入口弁６３ならびに逆洗水流出弁６８は、図２の実施例の場合には、図５と同様に、それぞれ６３ａ，６３ｂならびに６８ａ，６８ｂの２個存在し、膜ろ過ユニット２１の両端の集水部から逆洗水を均等に給水し、逆洗後の水も図の上部の両端から均等に排出するように配管されている。

図２に示す各工程は、左上から順に、CEB逆洗工程→薬液注入工程→押込み工程→浸漬工程→リンス工程→次の工程（次の薬品のCEB又は別工程）である。CEB逆洗工程は、通常逆洗の約１／２流量での定流量逆洗を示す。次の薬液注入工程においては、所定の薬品を逆洗水通流ライン４０に薬液注入ライン２８から注入し、ろ過膜を薬液で浸す。図２において、薬液で浸されたラインは破線（Ｙ）で示す。

次の押込み工程においては、薬液を、逆洗水入口弁６３ａ，６３ｂより膜ろ過ユニット２１側に逆洗水で押し込んだ後に、前記逆洗水入口弁６３ａ，６３ｂならびに逆洗水流出弁６８ａ，６８ｂを閉鎖する。閉鎖状態は、次の浸漬工程において逆洗水入口弁６３ａ，６３ｂならびに逆洗水流出弁６８ａ，６８ｂを塗潰して示す。なお、押込み所要時間を予め実験的に定め、所定時間、逆洗水を押し込む。押込み工程において、破線で示す薬液で浸されたライン（Ｙで示す領域）は、Ｗで示す逆洗水によって、膜ろ過ユニット２１側に押し込まれることにより、逆洗水通流ライン４０における逆洗水入口弁６３ａ，６３ｂより前段のラインが、薬液から遮断され安全性が向上する。押込み工程を行わない場合には、薬液の比重は水より大きいので、浸漬中に逆洗ポンプ２７や逆洗水槽２３の側に薬液が逆流する可能性があり、この場合、配管の腐食や故障のリスクが高まる。

次の浸漬工程においては、薬液を所定時間（例えば、２０〜３０分）保持した状態とする。次のリンス工程は薬液を除去するために行う逆洗である。

次に、図３および図４に基づいて、図１の膜ろ過ユニット部における各種の開閉弁構成の詳細を述べる。なお、図３および図４において、図１と同一部材には、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。図３は横型の膜モジュールの場合の詳細であって、前記図２における薬液浸漬工程の状態に相応する詳細を示す。図３においては、図１に示す逆洗水入口弁６３、原水流入弁６７、逆洗水流出弁６８およびろ過水流出弁６９は、それぞれ２個存在する。即ち、逆洗水入口弁６３ａ，６３ｂ、原水流入弁６７ａ，６７ｂ、逆洗水流出弁６８ａ，６８ｂおよびろ過水流出弁６９ａ，６９ｂである。

図３の構成において、原水流入弁６７ａ，６７ｂは、逆洗による逆流や、薬液の逆流防止のために設けられる。ろ過水流出弁６９ａ，６９ｂは薬液のろ過水導出部３１ａへの浸入防止のために設けられるが、万一、このろ過水流出弁６９ａ，６９ｂが故障した場合においても、薬液はろ過水導出部排水弁６５を介して、中和・還元槽２５に排出できる。即ち、オフラインの構成となる。

なお、洗浄に関わる各工程と開閉弁の動作の詳細は、図２の説明と同様であるので、重複説明を省略するが、図３において、逆洗水排水ライン４１を、前述のように下り勾配とすることにより、ライン上の薬液が中和・還元槽２５にドレンされる。従って、膜ろ過モジュールのユニットが複数存在する装置の場合に、１つのユニットが薬液浸漬中でも、他のユニットを通常逆洗することが可能となる。

次に、図４について述べる。図４は、縦型の膜モジュールの場合の詳細であって、薬液浸漬工程の状態を示す。この場合には、図１と実質的に同一であるので、重複説明は省略する。

本発明のろ過膜による水処理装置の実施例に係るシステム系統図。 請求項２の発明のろ過膜の洗浄方法の実施例に係る模式的説明図。 図１の膜ろ過ユニット部における各種の開閉弁構成の詳細（横型モジュールで薬液浸漬工程の状態）を示す図。 図１の膜ろ過ユニット部における各種の開閉弁構成の詳細（縦型モジュールで薬液浸漬工程の状態）を示す図。 複数個のろ過膜エレメントを備えた膜ろ過ユニットにおける従来のろ過工程および逆洗工程の一例に係る模式的説明図。 従来の薬品添加逆洗方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図。

２１：膜ろ過ユニット、２２：原水槽、２３：逆洗水槽、２４：浄水池、２５：中和・還元槽、２６：原水ポンプ、２７：逆洗ポンプ、２８：薬液注入ライン、３０：原水流入ライン、３１：ろ過水送出ライン、３１ａ：ろ過水導出部、３２：ろ過水集水ライン、３３：逆洗水集水ライン、３５：膜ろ過水、４０：逆洗水通流ライン、４１：逆洗水排水ライン、４５：通常逆洗排水、５０：ろ過水導出部排水ライン、５１：薬品添加逆洗水排水ライン、５５：放流水、６１：ろ過水通流弁、６２：逆洗水集水弁、６３：逆洗水入口弁、６４：逆洗水排出弁、６５：ろ過水導出部排水弁、６６：薬品添加逆洗水排出弁、６７，６７ａ，６７ｂ：原水流入弁、６８，６８ａ，６８ｂ：逆洗水流出弁、６９，６９ａ，６９ｂ：ろ過水流出弁、８１，８２：ｐＨおよび導電率の監視装置、８３：ｐＨ，ＯＲＰおよび導電率の監視装置。

Claims (2)

1. 原水を浄化処理してろ過水を得る膜ろ過ユニットと、開閉弁（ろ過水通流弁）を介して前記ろ過水を送出するろ過水送出ラインと、前記ろ過水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用い前記膜ろ過ユニットに開閉弁（逆洗水入口弁）を介して通流してろ過膜の逆洗（通常逆洗）を行う逆洗水通流ラインと、この逆洗水通流ラインに薬品を添加して逆洗（薬品添加逆洗）を行う薬液注入ラインと、開閉弁（逆洗水排出弁）を介して前記通常逆洗水および薬品添加逆洗水を排出する逆洗水排水ラインとを備え、前記ろ過水送出ラインは、ろ過水の膜ろ過ユニット出口部に設けた前記ろ過水通流弁と膜ろ過ユニットとの間のろ過水導出部に、開閉弁（ろ過水導出部排水弁）を介して前記ろ過水導出部内の水を排出するろ過水導出部排水ラインを備えたろ過膜による水処理装置におけるろ過膜の洗浄方法であって、通常逆洗工程と、薬品添加逆洗工程と、前記ろ過膜を薬液中に浸漬処理する薬液浸漬工程と、前記薬液を逆洗水によりろ過膜から洗い流すリンスを行うリンス工程とを含む薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄方法において、
   前記通常逆洗工程終了後、前記薬品添加逆洗工程以降の工程を行う際には、前記ろ過水通流弁は閉じた状態で前記ろ過水導出部排水弁を開として行うことを特徴とするろ過膜の洗浄方法。
2. 請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法において、前記薬品添加逆洗工程と薬液浸漬工程との間に、薬液を、前記逆洗水通流ラインの逆洗水入口弁より前記膜ろ過ユニット側に逆洗水で押し込んだ後に、前記逆洗水入口弁を閉鎖する薬液押込み工程を含むことを特徴とするろ過膜の洗浄方法。

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