JP6032121B2

JP6032121B2 - 水処理方法

Info

Publication number: JP6032121B2
Application number: JP2013103049A
Authority: JP
Inventors: 江梨渡辺; 藤原　茂樹; 茂樹藤原
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP2014223570A

Description

本発明は、淡水の製造などの際に使用される膜分離方法を改善するものである。

淡水の製造方法として、海水や河川水などを、逆浸透膜などを用いて浄化する方法が知られているが、その際に、膜分離を続けるに従って膜ファウリングが起り、膜分離効率が低下する。

この膜ファウリングは、可逆的ファウリングと不可逆的ファウリングに大別される。可逆的ファウリングは、バイオフィルムや汚水の膜表面への堆積によるものであり、物理洗浄によって剥離させて解消できる。一方、不可逆的ファウリングは、溶解性微生物細胞外多糖（ＳＭＰ）やフミン質などの溶解性物質の膜細孔内への付着によるもので、物理洗浄では解消できないが、薬剤を用いた化学洗浄で解消できる。

この膜分離により原水を処理する方法として、スパイラル型の逆浸透膜を用い、原水に活性炭を添加してから膜モジュールに通水して膜分離処理する方法が知られている（特許文献１）。原水に活性炭を添加することにより、不可逆的ファウリングに起因する上記溶解性物質を吸着除去できる外、活性炭が膜表面を擦ることにより膜表面の付着物質も除去でき、可逆的ファウリングも解消される。

特開平１１−１９７４６５号公報

本発明者らが、被処理水に活性炭を添加して膜分離処理を行ったところ、膜の前段では膜ファウリングを充分に防止できるが、後段で膜ファウリングが起こりやすいことを見出した。

本発明の目的は、膜の前段ばかりでなく後段でも充分に膜ファウリングを防止できる手段を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、次のように考えた。

被処理水に添加する活性炭は粒径が小さいほど活性炭表面と被処理水との接触効率が上がるため、吸着効果が高まる。ところで、剥離効果の要因である活性炭粒子の剪断力は、粒子流速に比例し、粒子質量とは無関係である（http://chemeng.in.coocan.jp/fl/fl08a.html）。そこで、一定濃度の活性炭を、一定流量で流れる被処理水に添加するとき、活性炭の粒径が小さいほど、流速の速い粒子が多量に膜モジュール中を通過するので、剥離効果が高い。

一方で、活性炭の粒径が小さいものほど早く吸着が飽和に達する。それ故、粒径の小さい活性炭を被処理水に添加して膜分離処理を行うと、膜の前段で活性炭の吸着能力の多くが消費されてしまって後段では吸着能力が低下し、充分なファウリング抑制効果が発揮できない。

そこで、膜の後段においてもファウリング抑制効果を持続させるには粒径の大小異なる活性炭を組み合わせて被処理水に添加すれば、膜の前段において粒径の小さな活性炭が先にファウリング抑制効果を発揮し、粒径の大きな活性炭はファウリング抑制効果が長く残るので膜の後段でも発揮させることができるので膜全体でファウリングを抑制することができる。

本発明はこのような知見に基いてなされたものであり、被処理原水に活性炭を添加した後、該原水を膜モジュールに導入して膜分離処理する水処理方法において、該活性炭として平均粒径の異なる少なくとも２種類の活性炭を用いるとともに、前記膜モジュールが２乃至３基の膜エレメントを直列に接続していることを特徴とする水処理方法を提供するものである。

本発明により、被処理水を膜分離処理する際に膜全体のファウリングを抑制し、効率よく膜分離を行わせることができる。

本発明の方法を説明する模式図である。

本発明の方法で処理される被処理水の種類は問わないが、淡水の製造に利用される海水や河川水、湖沼水とか、浄化が行われる下水や工場廃水などである。

本発明では、この被処理水に、必要により前処理が行われてから活性炭が添加されるが、この活性炭に平均粒径の異なる少なくとも２種類を組み合わせて用いるところに特徴がある。尚、ここでいう１種類の活性炭とは、粒度分布において１つのピークを有するものである。

その内、平均粒径の小さい方の活性炭は、溶解性物質の高い吸着作用を示す平均粒径が０．６５μｍ以下、好ましくは０．３３〜０．６５μｍ程度のものがよく、平均粒径の大きい方の活性炭は、多糖類に高い除去性能がみられかつスパイラル膜スペーサー間を容易に通過する平均粒径が３７μｍ以下、好ましくは０．６５〜３７μｍ程度のものがよい。平均粒径の小さなものと大きなものとの平均粒径の比では１／１程度が適当である。

組み合わされる活性炭の数は問わないが、２〜１０種類程度、通常は２〜３種類程度でよい。３種類の活性炭を組み合わせる場合には、中間の粒径の活性炭の平均粒径は小粒径のものと大粒径のものの中間程度でよい。

被処理水への活性炭の添加量は、活性炭全体として５０〜５０００ｍｇ／ｌ程度、通常１００〜３０００ｍｇ／ｌ程度が適当である。小粒径のものと大粒径のものとの添加割合は、小粒径活性炭／大粒径活性炭の重量比で１／１程度が適当である。

各活性炭の添加方法は、要は、被処理水を膜に接触させて膜分離を行う際に、各活性炭が被処理水中にほぼ均等に分散していればよく、その添加順序および添加時期は問わない。

膜モジュールには、各被処理水の処理に用いられているものをそのまま利用できる。しかしながら、本発明の方法は、単一の活性炭を用いた場合に膜モジュールの後段でファウリングを生じてしまうような場合に有効であり、これは膜面を被処理水が流れる流路長が長い場合、例えば、２つあるいは３つなどの膜エレメントを直列に接続して使用する場合などに特に有効である。

膜モジュールの形状は問わないが、通常はケースが円筒形あるいは箱形であって密閉構造をしており、被処理水の入口と膜を通過した液とそれによって濃縮された濃縮被処理水のそれぞれの出口が設けられている。膜は原水を膜の表面に対して平行に流すクロスフロー型の膜であれば適用でき、スパイラル型に限らず、中空糸膜などにも適用できる。

膜の種類は逆浸透膜、正浸透膜、精密ろ過膜、限外ろ過膜など、膜細孔が活性炭粒径よりも小さいフィルターに適用できる。

本発明の方法を模式的に図１に示す。

ここでは、袋状の膜をスペーサーを介してスパイラル状に巻回したスパイラル型膜エレメント３基を直列に接続してケースに収容した膜モジュールを用いている。

被処理水である原水は、大粒径、中粒径、小粒径の３種類の活性炭の混合物が投入されて、第一の膜エレメントに入り、順次第二、第三の膜エレメントを通って、膜を透過しなかった濃縮水および活性炭と、膜を透過した処理水がそれぞれ膜モジュールから取り出される。

この方法では、図１に示すように、汚濁物質は、まず小粒径の活性炭に優先的に吸着され、小粒径の活性炭の吸着量が飽和すると中粒径の活性炭に吸着され、中粒径の活性炭も吸着量が飽和すると大粒径の活性炭が吸着に働く。その結果、汚濁物質を膜モジュール全体から偏りなく吸着除去が可能となる。

一方、１種類の活性炭のみを使用した場合には、図１の下に示すように、後段での汚濁物質の吸着ができなくなってしまう。

本発明の方法は、被処理水の膜処理において膜の後段のファウリングを効率よく防止できるので膜を用いた海水や河川水などからの淡水の製造や、下水や工場廃水の浄化処理などに広く利用できる。

Claims

被処理原水に活性炭を添加した後、該原水を膜モジュールに導入して膜分離処理する水処理方法において、該活性炭として平均粒径の異なる少なくとも２種類の活性炭を用いるとともに、前記膜モジュールが２乃至３基の膜エレメントを直列に接続していることを特徴とする水処理方法。