JP6494346B2 - 膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄システム - Google Patents

Description

本発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄システムに関する。

従来、図３に示すように、活性汚泥処理槽８０内に膜分離装置８１が浸漬配置され、膜分離装置８１の各膜カートリッジ８２にチューブ８３を介してヘッダー管８４が連通している。各膜カートリッジ８２の分離膜（濾過膜）を洗浄する場合、膜分離装置８１の濾過運転を停止し、第一洗浄薬液としてシュウ酸８６をヘッダー管８４に注入し、ヘッダー管８４内のシュウ酸８６の液位と活性汚泥処理槽８０内の被処理液８７（例えば、し尿等の原水と活性汚泥との混合液等）の液位との差による自然水頭８８によって、シュウ酸８６を各膜カートリッジ８２の内部に注入する。これにより、シュウ酸８６が分離膜（図示省略）を透過液側（二次側）から被処理液側（一次側）に微少流束で透過し、分離膜に付着したケーキ層中の主に無機分が分解される。

その後、膜カートリッジ８２の内部に残留したシュウ酸８６を排出し、第二洗浄薬液として次亜塩素酸ナトリウム溶液８９を、シュウ酸８６の注入と同様の手順によって、膜カートリッジ８２の内部に注入する。これにより、次亜塩素酸ナトリウム溶液８９が分離膜を透過液側から被処理液側に微少流束で透過し、分離膜に付着したケーキ層中の主に有機分が分解される。

上記のように、先ず、シュウ酸８６を用いて分離膜を洗浄し、その後、次亜塩素酸ナトリウム溶液８９を用いて分離膜を洗浄することによって、分離膜に付着したケーキ層中の無機分と有機分とを分解する洗浄方法については、例えば下記特許文献１に記載されている。

特許第３２９０５５５号

上記の従来形式では、市販品の次亜塩素酸ナトリウム原液（一般に有効塩素濃度１２ｗｔ％のもの）を水で希釈し、この希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液を第二洗浄薬液として分離膜の洗浄に用いている。市販品の次亜塩素酸ナトリウム原液のｐＨはほぼ１２〜１３であるため、酸化分解力が弱く、分離膜の洗浄が不足するといった問題があった。

本発明は、分離膜を十分に洗浄することができる膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄方法であって、
分離膜の二次側から第一薬液としての酸を供給して分離膜を洗浄し、分離膜を洗浄した後の第一薬液の廃液を膜分離装置から排出して回収する第一洗浄工程と、
第一洗浄工程で回収された第一薬液の廃液を次亜塩素酸ナトリウム溶液と混合して第二薬液とし、第二薬液を分離膜の二次側から供給して分離膜を洗浄する第二洗浄工程と、
を備えるものである。

これによると、先ず、第一洗浄工程において、第一薬液を用いて分離膜を洗浄することにより、分離膜に付着したケーキ層中の主に無機分が分解され、第一薬液の廃液を回収した後、第二洗浄工程において、第二薬液を用いて分離膜を洗浄することにより、分離膜に付着したケーキ層中の主に有機分が分解される。

ここで、第一薬液には酸が用いられ、第二薬液は第一洗浄工程で回収された酸の廃液を次亜塩素酸ナトリウム溶液と混合した薬液であるため、次亜塩素酸ナトリウム溶液のｐＨが低下し、第二薬液の酸化分解力が上がって洗浄力が向上する。これにより、第二薬液を用いて、分離膜に付着したケーキ層中の有機分を十分に分解することができ、分離膜を十分に洗浄することができる。

本第２発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、第二薬液はｐＨが７以上かつ９以下の範囲となるように調整されるものである。
これによると、第二薬液のｐＨを９以下に調整することにより、第二薬液の酸化分解力が上がって洗浄力が向上する。また、第二薬液のｐＨを７以上に調整することにより、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。

また、第一洗浄工程において、分離膜に付着したケーキ層中の無機分を分解するために使用した第一薬液の廃液を、第二洗浄工程において、第二薬液のｐＨを調整する調整剤として再利用している。このため、第一薬液を有効利用することができる。

本第３発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、第二薬液の有効塩素濃度が０．０１ｗｔ％以上かつ０．１ｗｔ％以下の範囲である。
本第４発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、第一薬液の廃液の酸度を測定し、
測定された第一薬液の廃液の酸度と、次亜塩素酸ナトリウム溶液のアルカリ度と、次亜塩素酸ナトリウム溶液の混合量との関係式に基づいて、第一薬液の廃液の混合量を決めるものである。

これによると、容易かつ正確に第一薬液の廃液の混合量を決めて、第二薬液を洗浄に適した所定のｐＨに調整することができる。
本第５発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄システムであって、
第一薬液としての酸を分離膜の二次側から供給する第一供給手段と、
次亜塩素酸ナトリウム溶液を分離膜の二次側から供給する第二供給手段と、
第一供給手段によって分離膜の二次側から供給された第一薬液を回収して貯留する廃液貯留部と、
廃液貯留部に貯留される第一薬液の廃液を分離膜の二次側から供給する第三供給手段とが備えられているものである。

以上のように本発明によると、第二薬液は第一洗浄工程で回収された酸の廃液と次亜塩素酸ナトリウム溶液を混合した薬液であるため、次亜塩素酸ナトリウム溶液のｐＨが低下し、第二薬液の酸化分解力が上がって洗浄力が向上し、これにより、第二薬液を用いて、分離膜に付着したケーキ層中の有機分を十分に分解することができ、分離膜を十分に洗浄することができる。

また、第二薬液のｐＨを９以下に調整することにより、第二薬液の酸化分解力が上がって洗浄力が向上し、第二薬液のｐＨを７以上に調整することにより、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。

また、第一洗浄工程において、分離膜に付着したケーキ層中の無機分を分解するために使用した第一薬液の廃液を、第二洗浄工程において、第二薬液のｐＨを調整する調整剤として再利用しているため、第一薬液を有効利用することができる。

本発明の実施の形態における活性汚泥処理槽の構成を示す図である。 第二薬液のｐＨとＯＲＰとの関係を示すグラフである。 従来の活性汚泥処理槽の構成を示す図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、１は活性汚泥処理槽であり、槽本体２の上部には、有機性排水（例えば、下水、し尿、工場排水等）を供給するための供給系４が連通し、槽本体２の下部には、余剰汚泥を排出するための排出系５が連通している。槽本体２の内部には、被処理液３（有機性排水と活性汚泥との混合液）が貯留され、浸漬型の膜分離装置６が浸漬配置されている。

膜分離装置６は、上下が開口した箱状のケーシング７と、ケーシング７内に配列された複数の平板状の浸漬型膜カートリッジ８とを有している。各膜カートリッジ８は、上下方向に沿って平行に配置されており、膜支持板と、膜支持板の表面を覆って備えられた分離膜９（濾過膜）と、分離膜９の背面側（二次側）において膜支持板の表面又は内部に形成された透過液流路とを有している。

各膜カートリッジ８はチューブ１０を介して吸引管１２に接続されており、吸引管１２には吸引ポンプ１３が設けられている。また、膜カートリッジ８の配列群の下方には散気装置１４が設置されており、散気装置１４には給気管１５を介してブロワ１６が設けられている。

吸引管１２の排出側（下流側）には、分離膜９を透過して膜カートリッジ８の内部から吸引管１２を通過した透過液１８を貯留する透過液貯留槽１９が設置されている。尚、吸引管１２には、吸引ポンプ１３の吸込側に配置された吸込側弁２０と、吐出側に配置された吐出側弁２１とが設けられている。

また、活性汚泥処理槽１には、各膜カートリッジ８の分離膜９を洗浄するための分離膜洗浄システム３０（分離膜洗浄装置）が備えられている。分離膜洗浄システム３０は、塩酸３１（酸の一例であり、第一薬液に相当）を貯留する第一貯留タンク３２（第一貯留部の一例）と、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３を貯留する第二貯留タンク３４（第二貯留部の一例）と、希釈水３５を貯留する希釈水貯留タンク３６（希釈水貯留部の一例）と、分離膜９の洗浄に使用した後の塩酸３１の廃液３１ａを回収して貯留する酸廃液貯留槽３８（廃液貯留部の一例）と、吸引管１２の途中から分岐して酸廃液貯留槽３８に連通する酸廃液回収経路３９と、薬液を膜分離装置６の各膜カートリッジ８へ供給するための薬液供給経路４１と、酸廃液貯留槽３８内の塩酸３１の廃液３１ａを薬液供給経路４１に供給する酸廃液供給経路４２と、第一貯留タンク３２内の塩酸３１を薬液供給経路４１に供給する第一供給手段４４と、第二貯留タンク３４内の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３を薬液供給経路４１に供給する第二供給手段４５と、希釈水３５を薬液供給経路４１に供給する希釈水供給手段４６と、酸廃液供給経路４２に設けられた酸廃液供給ポンプ４８および酸廃液供給弁４９と、吸引管１２の途中から分岐した洗浄廃液排出経路５０と、薬液供給経路４１に配置されるスタティックミキサー５１とを備えている。

薬液供給経路４１は、配管からなり、上流側が希釈水貯留タンク３６に接続され、下流側が吸引管１２の途中に接続されている。また、スタティックミキサー５１は第一および第二供給手段４４，４５と希釈水供給手段４６と酸廃液供給弁４９よりも薬液供給経路４１の下流側にあり、スタティックミキサー５１と吸引管１２との間における薬液供給経路４１には薬液供給弁５２が設けられている。尚、第一および第二の薬液供給手段４４，４５と希釈水供給手段４６とはそれぞれバルブおよび供給用ポンプ等によって構成されている。

また、酸廃液貯留槽３８に貯留される塩酸３１の廃液３１ａを分離膜９の二次側から供給する第三供給手段４７が、酸廃液供給経路４２と酸廃液供給ポンプ４８と酸廃液供給弁４９とによって構成されている。また、スタティックミキサー５１は、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３と塩酸３１の廃液３１ａとを分離膜９に供給する薬液供給経路４１の途中で混合して第二薬液５７を生成する混合手段の一例である。

酸廃液回収経路３９は吸引ポンプ１３と吐出側弁２１との間において吸引管１２から分岐しており、酸廃液回収経路３９には回収弁５３が設けられている。また、洗浄廃液排出経路５０には排出弁５４が設けられている。

尚、第一貯留タンク３２内の塩酸３１は濃度が４ｗｔ％である。また、第二貯留タンク３４内の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３は、市販品を使用しており、ｐＨがほぼ１２〜１３であり、有効塩素濃度が１２ｗｔ％である。

以下、上記構成における作用を説明する。
濾過運転時においては、吸引ポンプ１３とブロワ１６とを駆動し、酸廃液供給ポンプ４８を停止し、吸込側弁２０と吐出側弁２１とを開き、薬液供給弁５２と回収弁５３と排出弁５４とを閉じる。

これにより、各膜カートリッジ８の内部に吸引負圧が作用し、この吸引負圧によって被処理液３が濾過される。被処理液３は、各膜カートリッジ８の分離膜９を透過することにより濾過され、透過液１８として二次側の透過液流路に流入し、膜カートリッジ８内から吸引管１２を通って透過液貯留槽１９に排出され貯留される。また、散気装置１４から散気が行われる。

上記のような濾過運転を行うことにより、各膜カートリッジ８の分離膜９の膜面にケーキ層が付着して濾過機能が低下した場合、以下のようにして分離膜９を洗浄する。
先ず、吸引ポンプ１３とブロワ１６とを停止して濾過運転を停止する。その後、以下のような第一洗浄工程を行う。

吸込側弁２０を閉じ、薬液供給弁５２を開いた後、第一薬液としての塩酸３１を、第一供給手段４４によって、第一貯留タンク３２内から薬液供給経路４１に供給する。薬液供給経路４１に供給された塩酸３１は、薬液供給経路４１から吸引管１２を通り、各膜カートリッジ８内に流入して、二次側から分離膜９に供給される。

これにより、塩酸３１を用いて分離膜９が洗浄され、分離膜９に付着したケーキ層中の主に無機分が塩酸３１によって分解される。
上記のように塩酸３１を二次側から分離膜９に供給した状態で所定時間が経過した後、薬液供給弁５２を閉じて、分離膜９への塩酸３１の供給を停止し、吸込側弁２０と回収弁５３とを開き、吐出側弁２１と排出弁５４とを閉じ、吸引ポンプ１３を駆動する。

これにより、各膜カートリッジ８内に残留している塩酸３１の廃液３１ａが、各分離膜９の二次側から吸引管１２に排出され、吸引管１２を通って酸廃液回収経路３９に流入し、酸廃液回収経路３９から酸廃液貯留槽３８内に排出され回収される。これにより、第一洗浄工程を完了し、次に、以下のような第二洗浄工程を行う。

吸引ポンプ１３を停止し、酸廃液供給ポンプ４８を駆動し、吸込側弁２０を閉じ、酸廃液供給弁４９と薬液供給弁５２とを開き、希釈水貯留タンク３６内の希釈水３５を希釈水供給手段４６によって薬液供給経路４１に供給するとともに、第二貯留タンク３４内の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３を第二供給手段４５によって薬液供給経路４１に供給し、酸廃液貯留槽３８内の塩酸３１の廃液３１ａを薬液供給経路４１に供給する。

これにより、塩酸３１の廃液３１ａと次亜塩素酸ナトリウム溶液３３と希釈水３５とが
スタティックミキサー５１で混合され、塩酸３１の廃液３１ａと次亜塩素酸ナトリウム溶液３３とを含み希釈水３５で希釈された第二薬液５７が生成され、この第二薬液５７が薬液供給経路４１から吸引管１２を通って各膜カートリッジ８内に流入し、二次側から分離膜９に供給される。

これにより、第二薬液５７を用いて分離膜９が洗浄され、分離膜９に付着したケーキ層中の主に有機分が第二薬液５７によって分解される。
上記のように第二薬液５７を二次側から分離膜９に供給した状態で所定時間が経過した後、酸廃液供給ポンプ４８を停止し、薬液供給弁５２を閉じ、吸込側弁２０と排出弁５４とを開き、吐出側弁２１と回収弁５３とを閉じて、吸引ポンプ１３を駆動する。これにより、各膜カートリッジ８内に残留している第二薬液５７の廃液５７ａが、各分離膜９の二次側から吸引管１２に排出され、吸引管１２を通って洗浄廃液排出経路５０から系外へ排出される。

上記のような分離膜９の洗浄方法において、市販品の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３に塩酸３１の廃液３１ａと希釈水３５とを混合して、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３のｐＨを低下させることで、第二薬液５７は、ｐＨが７以上かつ９以下の範囲内に調整されているとともに、有効塩素濃度が０．０１ｗｔ％以上かつ０．１ｗｔ％以下の範囲内に調整されている。

上記のように、第二薬液５７のｐＨを９以下にすることにより、第二薬液５７の酸化分解力が上がって洗浄力が向上する。また、第二薬液５７のｐＨを７以上にすることにより、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。尚、ｐＨが７以上かつ９以下の範囲内において、好ましくはｐＨを８にすることにより、洗浄力の向上と塩素ガスの発生の抑制とがバランス良く実現できる。

下記表１は、市販品の有効塩素濃度１２ｗｔ％の次亜塩素酸ナトリウム原液を水で希釈したときのｐＨとＯＲＰ（酸化還元電位）の測定値、および、水で希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨをほぼ８に調整したときのＯＲＰの測定値を示す。尚、ＯＲＰの値は白金電極値を水素電極換算値に換算したものである。

これによると、例えば最下欄に記載したように、有効塩素濃度１２ｗｔ％の次亜塩素酸ナトリウム原液を水で５倍希釈した場合、次亜塩素酸ナトリウム溶液の有効塩素濃度が２．４ｗｔ％となり、その時のｐＨが１２．１、ＯＲＰが７４０ｍＶとなる。この希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨを８．０に調整したときのＯＲＰが１０８９ｍＶである。このように塩酸を混合してｐＨを１２．１から８．０に下げることによって、ＯＲＰが７４０ｍＶから１０８９ｍＶに上昇しているため、酸化分解力が向上していることがわかる。また、１０〜８０倍希釈においても同様に、ｐＨを８．０又は８．１に下げることによって、ＯＲＰが上昇するため、酸化分解力が向上する。

また、図２には、次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨを徐々に下げていった場合の混合液のｐＨとＯＲＰとの関係を示すグラフが記載されている。これによると、ｐＨを１２から下げていくことにより、ＯＲＰが上昇するため、酸化分解力が向上することが分かる。

このようなことから、市販品の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３を希釈水３５で希釈するとともに塩酸３１の廃液３１ａを混合して第二薬液５７のｐＨを７以上かつ９以下の範囲内に調整することにより、第二薬液５７の酸化分解力が上がって洗浄力が向上するため、分離膜９を短時間で十分に洗浄することができる。

尚、ｐＨを８付近から７付近まで下げるためには、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３に多量の塩酸３１の廃液３１ａを混合する必要があるため、第二薬液５７のｐＨを８以上かつ９以下の範囲内に調整することがより好ましい。

また、上記第二洗浄工程において、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３の混合量（添加量）をＸ、塩酸３１の廃液３１ａの混合量をＹ、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３のアルカリ度をＡ、塩酸３１の廃液３１ａの酸度をＢとすると、混合量Ｘの次亜塩素酸ナトリウム溶液３３をｐＨ８に中和するのに必要な塩酸３１の廃液３１ａの混合量Ｙは以下の関係式（１）に基づいて算出できる。
混合量Ｘ×アルカリ度Ａ＝混合量Ｙ×酸度Ｂ ・・・関係式（１）
ここで、上記市販品の次亜塩素酸ナトリウム溶液３３は、ｐＨが約１２．５であり、１Ｎのアルカリ度が５００００ｍｇ／リットルである。また、市販品の塩酸３１は、ｐＨがほぼ０であり、例えば１２Ｎで販売されている。

また、１０００ミリリットルの次亜塩素酸ナトリウム溶液３３が５０ミリリットルの塩酸３１でｐＨ８に中和されるとすると、中和に必要な次亜塩素酸ナトリウム溶液３３の当量Ｃは以下の式で求められる。
当量Ｃ＝１２［Ｎ］×５０［ミリリットル］／１０００［ミリリットル］
＝０．６［Ｎ］
ここで、塩酸３１の廃液３１ａの混合量Ｙを１リットルとし、酸廃液貯留槽３８に回収されている塩酸３１の廃液３１ａの酸度Ｂを測定し、この酸度Ｂの測定値を１０００ｍｇ／リットルとした場合、上記関係式（１）より、
混合量Ｘ×５００００［ｍｇ／リットル］×０．６＝１［リットル］×１０００［ｍｇ/リットル］
という関係が成り立つ。これにより、
混合量Ｘ＝１×１０００／（５００００×０．６）
＝１／３０［リットル］
となる。

上記の計算により、１／３０リットルの次亜塩素酸ナトリウム溶液３３に１リットルの塩酸３１の廃液３１ａを混合することによって、ｐＨ８に調整された第二薬液５７が生成される。すなわち、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３と塩酸３１の廃液３１ａとを、容積比率が１対３０の割合で混合することにより、ｐＨ８に調整された第二薬液５７を生成することができる。例えば、１リットルの次亜塩素酸ナトリウム溶液３３に３０リットルの塩酸３１の廃液３１ａを混合することにより、ｐＨ８に調整された３１リットルの第二薬液５７が生成される。

上記のように関係式（１）に基づいて、第二薬液５７をｐＨ８に調整するのに必要な塩酸３１の廃液３１ａの混合量Ｙ（添加量）を求めることができる。
尚、上記実施の形態では、酸の一例として塩酸３１を用いたが、塩酸３１以外の鉱酸を用いてもよい。

また、上記実施の形態の分離膜洗浄システム３０に制御手段を設け、第二薬液５７のｐＨを測定し、制御手段が、このｐＨの測定値に応じて、次亜塩素酸ナトリウム溶液３３の混合量に対する塩酸３１の廃液３１ａの混合量を自動的に調節するようにしてもよい。

また、酸廃液貯留槽３８に貯留されている塩酸３１の廃液３１ａの酸度Ｂを測定し、制御手段が、この酸度Ｂの測定値に応じて、上記関係式（１）から次亜塩素酸ナトリウム溶液３３の混合量に対する塩酸３１の廃液３１ａの混合量を自動的に算出し、算出した値に基づいて塩酸３１の廃液３１ａの混合量を自動的に調節するようにしてもよい。

６ 膜分離装置
９ 分離膜
３０ 分離膜洗浄システム
３１ 塩酸（酸：第一薬液）
３１ａ 塩酸の廃液（第一薬液の廃液）
３３ 次亜塩素酸ナトリウム溶液
３８ 酸廃液貯留槽（廃液貯留部）
４４ 第一供給手段
４５ 第二供給手段
４７ 第三供給手段
５１ スタティックミキサー（混合手段）
５７ 第二薬液

Claims (5)

1. 膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄方法であって、
   分離膜の二次側から第一薬液としての酸を供給して分離膜を洗浄し、分離膜を洗浄した後の第一薬液の廃液を膜分離装置から排出して回収する第一洗浄工程と、
   第一洗浄工程で回収された第一薬液の廃液を次亜塩素酸ナトリウム溶液と混合して第二薬液とし、第二薬液を分離膜の二次側から供給して分離膜を洗浄する第二洗浄工程と、
   を備えることを特徴とする膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
2. 第二薬液はｐＨが７以上かつ９以下の範囲となるように調整されることを特徴とする請求項１記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
3. 第二薬液の有効塩素濃度が０．０１ｗｔ％以上かつ０．１ｗｔ％以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
4. 第一薬液の廃液の酸度を測定し、
   測定された第一薬液の廃液の酸度と、次亜塩素酸ナトリウム溶液のアルカリ度と、次亜塩素酸ナトリウム溶液の混合量との関係式に基づいて、第一薬液の廃液の混合量を決めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
5. 膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄システムであって、
   第一薬液としての酸を分離膜の二次側から供給する第一供給手段と、
   次亜塩素酸ナトリウム溶液を分離膜の二次側から供給する第二供給手段と、
   第一供給手段によって分離膜の二次側から供給された第一薬液を回収して貯留する廃液貯留部と、
   廃液貯留部に貯留される第一薬液の廃液を分離膜の二次側から供給する第三供給手段とが備えられていることを特徴とする膜分離装置の分離膜の洗浄システム。

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