JP6052866B2 - 水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理方法に関する。より詳細には、内圧式の管状膜を用いた膜分離による水処理方法において、原水と処理水との固液分離を行う膜の目詰まりを軽減する方法に関する。

近年、水処理において膜分離法が非常に着目されている。膜分離法とは、従来の水処理の固液分離を膜で行うものである。膜で固液分離することによって、処理水が清澄になり、沈殿池が不要になるため装置全体がコンパクトになる等のメリットが得られる。

しかしながら、膜分離法において、運転時間が経過すると膜の目詰まりが進行してろ過水量が低下するという問題がある。そこで、気液二相流による膜面洗浄が広く行われている。

気液二相流による膜の洗浄方法として、例えば、汚泥含有水をろ過水と濃縮汚泥とに分離するための限外ろ過器のろ過膜の洗浄において、限外ろ過器への汚泥含有水の供給を続けながら、その汚泥含有水中に洗浄用気体を間欠的に供給する限外ろ過膜の洗浄方法が報告されている（特許文献１を参照）。

特開平１−１５５９０６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、気体による洗浄力が十分に発揮されず、投入している動力に対して見合った洗浄効果が得られない場合があった。そのため、膜面に汚泥などの物質が付着して閉塞が生じ、ろ過能力の低下が起こる場合があった。そこで本発明は、内圧式の管状膜を用いた膜分離法において、膜面に対する洗浄力を強化し、膜の目詰まりを軽減し、長時間安定したろ過能力を得る方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、原水及び気体を内圧式の管状膜に供給し、管状膜の膜表面を洗浄すると同時に原水と処理水とを固液分離する工程を含む、水処理方法であって、管状膜に供給される原水及び気体の気体比率が０．４以上である、水処理方法を提供する。

上記本発明の膜分離法によれば、内圧式の管状膜の膜面に、より効率よくせん断力が与えられ、膜面に対する洗浄力が強化されるため、膜の目詰まりを軽減し、長時間安定したろ過能力を得ることができる。

上記の気体比率は、０．４〜０．８であることが好ましい。気体比率がこの範囲であると、膜の目詰まりを軽減する効果が高い。

本発明により、内圧式の管状膜を用いた膜分離法において、膜面に対する洗浄力を強化し、膜の目詰まりを軽減し、長時間安定したろ過能力を得る方法が提供される。

管状膜試験装置の概略図である。 気体比率と限界フラックスとの関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｆ）は、気体比率と泡の形状との関係を示す図である。

実施形態に係る水処理方法は、原水及び気体を内圧式の管状膜に供給し、管状膜の膜表面を洗浄すると同時に原水と処理水とを固液分離する工程を含み、管状膜に供給される原水及び気体の気体比率が０．４以上である。原水としては、特に限定されないが、河川水、飲用に供する原水、排水等が挙げられる。

本明細書では、原水と処理水とを膜で固液分離する工程を含む水処理方法を膜分離法という。「内圧式の管状膜」とは、管状膜の内部に原水を供給し、管状膜の外部から処理水を回収する方式の膜分離法において使用する管状膜を意味する。また、「気体比率」とは、内圧式の管状膜に単位時間あたりに供給する、原水及び気体の体積の合計を基準とした気体の体積を意味する。例えば、管状膜に供給する原水の流量が１２０ｍｌ／分であり、管状膜に供給する気体の流量が８０ｍｌ／分である場合、気体比率は、８０／（１２０＋８０）＝０．４である。

（膜）
本実施形態の水処理方法が対象とする膜は、通常の膜分離法に使用されるものでよく、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリ四弗化エチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、セラミック等から形成された多孔質膜等が挙げられる。

膜の形態には、平膜、中空糸膜、管状膜（チューブラー膜）等が存在する。平膜とは、平面状又はシート状に成形した膜である。中空糸膜とは、内部が内径３ｍｍ程度以下の空洞である糸状の膜である。管状膜とは、内部が内径３〜５ｍｍ以上の空洞である管状の膜である。本実施形態では管状膜を対象とする。平膜や中空糸膜は原水槽に浸漬して使用される場合が多く、チューブラー膜は原水槽の槽外に設置して使用されることが多い。

膜分離法には、槽外型及び浸漬型が存在する。槽外型膜分離法とは、原水と処理水とを分離する膜を、原水槽の外に設置し、原水と処理水とを分離する方式である。一方、浸漬型膜分離法とは、原水槽に膜を浸漬して、原水と処理水とを分離する方式である。実施形態に係る水処理方法は、管状膜を対象とすることから、主に槽外型膜分離法に適用する。

以下、本発明の実施例を示して、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

管状膜試験装置を用いて、気体比率と限界フラックス（限界透過水量）との関係を検討した。

（管状膜試験装置）
図１は管状膜試験装置１００の概略図である。原水及び圧縮空気を所定の気体比率となるように混合したものを、管状膜４０の下部から導入し、評価した。より詳細には、容量ポンプ２０を用い、ラインＬ１０を通して水槽１０内の原水を供給した。また、ラインＬ２０を通して圧縮空気をマスフローコントローラ３０に供給することで一定の風量を確保した。マスフローコントローラ３０から供給した空気とラインＬ１０を通して供給した原水とを混合し、ラインＬ３０を通して膜分離槽５０内の管状膜４０の下部に導入した。ろ過水は、ラインＬ５０を通して回収した。また、管状膜４０と容量ポンプ７０との間に連成圧用の圧力計６０を設置して静圧を測定した。水槽１０中の原水濃度及び水量を一定にするために、ろ過水は、ラインＬ６０を通して全て水槽１０に返送した。また、原水はラインＬ４０を通して水槽１０に返送した。また、流量測定の際には、ラインをＬ７０に切り替えてメスシリンダーを用いて流量を測定した。

（限界フラックス測定）
上記の管状膜試験装置を使用して、気体比率と限界フラックスとの関係を検討した。原水の流量１２０及び３００ｍｌ／分において、気体比率を変化させながら限界フラックスを測定した。例えば、原水の流量が１２０ｍｌ／分の場合、気体比率０．４となる空気の流量は８０ｍｌ／分である。同様に、原水の流量が３００ｍｌ／分の場合、気体比率０．４となる空気の流量は２００ｍｌ／分である。

限界フラックスの測定は次のようにして行った。上記の管状膜試験装置を用い、各原水の流速・各気体比率において、１５分間隔で容量ポンプの回転数を上げることにより、段階的にフラックスを上げていく運転を行った。これと同時に、膜間差圧を測定し、膜間差圧が上昇し始めた時のフラックスの値を限界フラックスとした。ここで、限界フラックスが低いことは、膜が目詰まりしやすいことを意味する。

図２は、気体比率と限界フラックスとの関係を示すグラフである。この結果から、気体比率が０．４〜０．８の領域では、高い限界フラックスの値が得られることが明らかとなった。また、特に、気体比率が０．４〜０．６の範囲では、原水の流速にかかわらず、限界フラックスを高く維持することができることが明らかとなった。つまり、気体比率が０．４〜０．８の範囲では、膜の目詰まりを軽減し、長時間安定したろ過能力を得ることができる。

（気泡の形状の観察）
水及び空気を、気体比率が０．１〜０．９となるように混合したものを、内径１０ｍｍの管に導入し、気泡の形状を観察した。なお、この内径の値は、内圧式の管状膜で一般的に用いられる範囲内である。

図３（ａ）〜（ｆ）は、内径１０ｍｍの管を用いた場合の各気体比率における気泡の形状を示す図である。図に記載された数値は気体比率を示す。

その結果、気体比率が０．１〜０．２程度では、縦横の長さが同程度である形状の気泡が生成された。また、気体比率が０．４〜０．８程度では、縦長の形状の気泡が生成された。

上述した限界フラックスの測定結果によれば、気体比率が０．１〜０．２程度の領域では、限界フラックスの値にまだ上昇する余地があった（図２）。一方、気体比率が０．４〜０．８の領域では、高い限界フラックスの値が得られた（図２）。以上の結果は、気体比率が０．４〜０．８の領域では、膜面に強いせん断力が発生することによると推測される。より具体的には、気体比率が０．４〜０．８の領域では、縦長の形状の気泡が生成されることによって、管状膜の全面に接触した気泡が管内を移動することになる。これにより、気泡と管状膜の膜面との間のわずかな隙間を、原水が気泡と逆向き（下向き）に速い流速で移動することになるため、膜面に強いせん断力が発生するものと推測される。これにより、膜面に対する洗浄力を強化し、膜の目詰まりを軽減し、長時間安定したろ過能力を得ることができる。

１０…水槽、２０，７０…容量ポンプ、３０…マスフローコントローラ、４０…管状膜、５０…膜分離槽、６０…圧力計、Ｌ１０，Ｌ２０，Ｌ３０，Ｌ４０，Ｌ５０，Ｌ６０，Ｌ７０…ライン、１００…管状膜試験装置。

Claims (1)

1. 原水及び気体を内圧式の管状膜に供給し、前記管状膜の膜表面を洗浄すると同時に前記原水と処理水とを固液分離する工程を含む、水処理方法であって、
   前記管状膜に供給される前記原水及び前記気体の気体比率が０．４〜０．８である、水処理方法。

Images