JP5377553B2 - 膜ろ過システムとその運転方法 - Google Patents
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Description
図2(a)において、インターバルの膜ろ過において差圧がA(KPa)上昇したのち、逆洗工程に入ったとすると、最も差圧の回復した逆洗においてB(KPa)回復したと示す。この時の洗浄流量をQmaxとして図2(b)に示す。ここでは、これ以上洗浄流量を増やしても差圧は回復しない。これは逆洗では除去できない汚れが付着しているからである。図2では差圧回復率90%が差圧回復率の限界である。
δB<δC<δD ・・・ (1)
差圧上昇率δが大きいほど膜の目詰まりの度合いが大きいことになる。
図6(a)から、FluxをF2のままで、逆洗工程における洗浄水量を少なくすると差圧回復率が小さくなり、これにより差圧上昇率が増加する。洗浄水量を少なくしていくと、図6(b)に示すように、差圧上昇率(δB)と重なる上昇率になる差圧回復率が存在する。
以下、本発明の膜ろ過システムの実施形態について図面を参照して説明する。
図10は、実施形態に係わる膜ろ過システムの一例を示す図である。
膜ろ過システムは、図示しない導水ポンプによって導かれた原水を一時的に貯水する原水槽1と、原水をろ過する,例えば中空糸型の膜モジュール2と、原水槽1の原水を膜モジュールに供給する原水ポンプ3と、膜モジュール2でろ過された処理水を貯水する処理水槽4と、膜モジュール2内に加圧空気を供給するコンプレッサ5と、処理水を洗浄水として膜モジュール2に供給する逆洗水ポンプ6と、処理水槽4内に貯水された処理水の一部を洗浄水として導入して貯水する洗浄水槽9とを備えている。ここで、洗浄水槽9は、ヒータ10を備えている。
同膜ろ過システムにおいて、原水は図示しない導水ポンプによって原水槽1へ導かれている。そして、原水ポンプ3の加圧によって膜モジュール2に原水が導入され、膜モジュール2を透過した処理水は処理水槽4に貯留される。通常の洗浄は、下記の手順の(1)の逆圧水工程と(2)の原水すすぎ工程により実施する。
バルブ8b,8d,8g,8i,8nを閉め、バルブ8c,8j,8kが開いた状態で処理水槽4内の処理水を逆洗水ポンプ6により膜モジュール2の処理水側から逆流させ、膜モジュール2の下部の原水側の配管73か、あるいは膜モジュール2上部の原水側の配管74から排出する。このとき、コンプレッサ5によって膜モジュール2の配管76の原水側から加圧空気を流して膜モジュール2を揺動させる。このときの逆圧水洗浄と加圧空気の注入は同時に行っても良いし、順番に行っても良い。
バルブ8a,8b及び膜モジュール2の上部のバルブ8fを開け、原水ポンプ3を起動し、膜モジュール2のすすぎを行う。このとき、すすぎ水は原水槽1へ循環しても構わない。このときコンプレッサ5から加圧空気を流したままの方がより効果的にすすぎを行うことができるが、電力費を削減するために加圧空気を停止しても構わない。
バルブ8b,8d,8g,8i,8jを閉め、バルブ8c,8k,8nが開いた状態でヒータ10により温度調整した洗浄水槽9内の処理水を、逆水洗ポンプ6で膜モジュール2の処理水側から供給する。このとき、逆圧水工程と同様に、コンプレッサ5によって膜モジュール2の配管76の原水側から加圧空気を流して膜モジュール2を揺動させる。このときの逆圧水洗浄と加圧空気の注入は同時に行っても良いし、順番に行っても良い。
バルブ8a,8b及び膜モジュール2の上部のバルブ8fを開け、原水ポンプ3を起動し、膜モジュール2のすすぎを行う。このとき、すすぎ水は原水槽1へ循環しても構わない。このときコンプレッサ5から加圧空気を流したままの方がより効果的にすすぎを行うことができるが、電力費を削減するために加圧空気を停止しても構わない。
図13は、第2の実施形態に係わる特性曲線を示す図である。図13において、洗浄時間と差圧回復率および洗浄流量との関係が示される。
第1の実施形態において述べたように、膜ろ過工程の回収率が設定されると、1回の逆洗工程あたりの使用洗浄水量(Q(L))が決められる。逆洗工程においては、使用する洗浄水量が与えられたとき、洗浄水量は、洗浄流量と洗浄時間の積で表わされる。ここでは、長時間で比較的遅い流量で洗浄する場合と、短時間に速い流量で洗浄する場合と、それらの中間の場合とが存在する。図13の洗浄時間と洗浄流量のグラフは両者の関係を示すものである。
図14は、第2の実施形態の変形例に係わり、最適な洗浄条件がシフトすることを示す概念図である。第2の実施形態で述べた最も差圧の回復率が大きくなる洗浄条件は、膜の透過流速や原水の水質変動をうけて変化する。第2の実施形態の変形例では、この変化を考慮して洗浄条件を調整する。
図15、図16、図17は、第3の実施形態に係わる特性曲線を示す図である。第3の実施形態においては、差圧上昇率、透過流速(Flux)、および回収率の関係を示す特性曲線を用いて、膜ろ過運転における差圧上昇率を制御する(増減させる)ために、透過流速を調整したり、回収率を調整したり、その両者を併せて調整したりするようにする。
第3の実施形態においては、差圧上昇率、透過流速(Flux)、および回収率の関係を示す特性曲線を用いて、膜ろ過運転における差圧上昇率を増減させることを目的として、透過流速を調整したり、回収率を調整したり、その両者を併せて調整したりするようにしている。これにより、さらに効率的な運転方法を実現することができる。このような手法は、透過流速を増減させることを目的とする場合においても、回収率を増減させることを目的とする場合においても利用可能である。
図18は、第4の実施形態係わる、追加的な洗浄プロセスによる差圧回復の度合いを示す概念図である。第4の実施形態においては、通常の逆洗方法に付加する形で、洗浄効果を上げるための方法を追加的に用いた場合において、膜ろ過透過流速と回収率の特性曲線に新たに作成された、追加洗浄方法の効果を示す特性曲線を用いて、膜ろ過透過流速を増加させたり、回収率を上げたりする調整を行うようにする。
このように定期的に洗浄効果を高める方法を組み込むことによって、長期間の膜ろ過における差圧の上昇率を下げることができる。図18においては、膜の透過流速が大きいにもかかわらず、差圧上昇率はδBと同程度の差圧上昇率を示していることがわかる。
通常の逆洗工程のみの差圧上昇率に対して、洗浄効果を高める方法を追加して組み込んだ膜ろ過においては、差圧上昇率は同じのままで、膜の透過流速(Flux)を大きくすることが可能である。つまり、洗浄効果を高める方法を追加することによって、回収率と差圧上昇率を変化させることなく膜の透過流速を上げることが可能となる。例えば図19における点Yで膜ろ過を行っていた状況において、透過流速(Flux)をF1からFhに増加させることができる。
Claims (18)
- 原水を一時的に貯水する原水槽と、
前記原水をろ過する膜モジュールと、
前記原水槽の前記原水を前記膜モジュールに供給する原水ポンプと、
前記膜モジュールでろ過された処理水を貯水する処理水槽と、
前記処理水を洗浄水として前記膜モジュールに供給して前記膜モジュールを逆洗浄する逆洗水ポンプと、
前記原水の回収率の設定値に基づいて、膜ろ過運転の差圧上昇率別の、膜ろ過透過流速と回収率の特性曲線を用いて、差圧上昇率および膜ろ過透過流速を選択して前記膜モジュールを逆洗浄する手段とを具備する、膜ろ過システム。 - 前記膜モジュールを逆洗浄する手段は、前記原水の回収率の設定値に基づいて、前記逆洗浄の際の使用水量と膜ろ過透過流速から、洗浄時間と洗浄流量を選択して前記膜モジュールを逆洗浄する、請求項1に記載の膜ろ過システム。
- 前記膜ろ過透過流速に応じて、前記洗浄時間と洗浄流量を調整する、請求項2に記載の膜ろ過システム。
- 前記原水の水質変動に応じて、前記洗浄時間と洗浄流量を調整する、請求項2および3のいずれか1項に記載の膜ろ過システム。
- 前記原水の水質を、当該原水の濁度、水温、pH、アルカリ度、全有機炭素濃度、紫外線吸光度、蛍光強度、シルト濃度指数(SDI)、および、修正ファウリング指数(Modified Fouling Index:MFI)のうち、少なくともいずれか1つに基づいて把握する、請求項4に記載の膜ろ過システム。
- 前記膜モジュールを逆洗浄する手段は、前記膜ろ過透過流速を調整して、前記逆洗浄の際の差圧上昇率を制御する、請求項1に記載の膜ろ過システム。
- 前記膜モジュールを逆洗浄する手段は、前記回収率を調整して、前記逆洗浄の際の差圧上昇率を制御する、請求項1に記載の膜ろ過システム。
- 前記膜モジュールを逆洗浄する手段は、前記膜ろ過透過流速と前記回収率とを併せて調整して、前記逆洗浄の際の差圧上昇率を制御する、請求項1に記載の膜ろ過システム。
- 前記逆洗浄に対し追加的に実施される追加的洗浄を実施する手段をさらに具備し、
前記逆洗浄の際に、前記追加的洗浄の効果を示す特性曲線を用いて前記膜ろ過透過流速および前記回収率を調整する、請求項1に記載の膜ろ過システム。 - 原水を一時的に貯水する原水槽と、前記原水をろ過する膜モジュールと、前記原水槽の前記原水を前記膜モジュールに供給する原水ポンプと、前記膜モジュールでろ過された処理水を貯水する処理水槽と、前記膜モジュールの逆洗工程において、前記処理水を洗浄水として前記膜モジュールに供給する逆洗水ポンプとを具備する膜ろ過システムの運転方法であって、
前記逆洗工程において、前記原水の回収率の設定値に基づいて、膜ろ過運転の差圧上昇率別の、膜ろ過透過流速と回収率の特性曲線を用いて、当該逆洗工程の差圧上昇率および膜ろ過透過流速を選択する、運転方法。 - 前記逆洗工程において、前記原水の回収率の設定値に基づいて、当該逆洗工程における使用水量と膜ろ過透過流速から、この逆洗工程における洗浄時間と洗浄流量を選択する、請求項10に記載の運転方法。
- 前記膜ろ過透過流速に応じて、前記洗浄時間と洗浄流量を調整する、請求項11に記載の運転方法。
- 前記原水の水質変動に応じて、前記洗浄時間と洗浄流量を調整する、請求項11および12のいずれか1項に記載の運転方法。
- 前記原水の水質を、当該原水の濁度、水温、pH、アルカリ度、全有機炭素濃度、紫外線吸光度、蛍光強度、シルト濃度指数(SDI)、および、修正ファウリング指数(Modified Fouling Index:MFI)のうち、少なくともいずれか1つに基づいて把握する、請求項13に記載の運転方法。
- 前記膜ろ過透過流速を調整して前記逆洗工程の差圧上昇率を制御する、請求項10に記載の運転方法。
- 前記回収率を調整して前記逆洗工程の差圧上昇率を制御する、請求項10に記載の運転方法。
- 前記膜ろ過透過流速と前記回収率とを併せて調整して前記逆洗工程の差圧上昇率を制御する、請求項10に記載の運転方法。
- 前記膜ろ過システムは、前記逆洗工程に対し追加的に実施される追加的洗浄工程を実施する手段をさらに具備し、
前記逆洗工程において、前記追加的洗浄工程の効果を示す特性曲線を用いて前記膜ろ過透過流速および前記回収率を調整する、請求項10に記載の運転方法。
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