JP6540154B2 - 逆浸透膜の洗浄方法 - Google Patents

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本発明は逆浸透膜などの水処理装置の透過膜を薬剤で洗浄する方法と、そのための洗浄剤とに関する。
TOC1ppm程度あるいはそれ以下の低有機物質濃度の海水を淡水化する用途に逆浸透膜が使用されている。海水淡水化用逆浸透膜装置の透過流束低下の主要因はスケールであることが多い。従って、酸洗浄でスケールを除去した後に、アルカリ洗浄で有機汚染物質を除去することにより、逆浸透膜の透過流束を回復させることができる。
逆浸透膜は、TOC1ppm以上の工業排水などを処理して、排水回収を行う用途にも用いられている。排水回収系の場合、逆浸透膜の被処理水は、生物処理水や、Fe系凝集剤を用いた凝集処理水であることが多く、生物処理水では、微生物の代謝物である多糖類やタンパク質などの有機系の汚染物質を含んでおり、TOC値は1mg/L以上、通常は5〜50mg/Lであることが多い。
また、排水回収系では、被処理水をFe系凝集剤で処理した後、逆浸透膜で処理することがあるが、この場合、逆浸透膜給水には、凝集不良によるFe系凝集剤や濁質が含まれることがある。
有機汚染物質を含んだ被処理水を処理して汚染した膜を洗浄する方法として、特許文献1,2には、膜を酸洗浄した後、アルカリ洗浄する方法が記載されているが、最初の酸洗浄により、透過膜に付着していた有機物が難溶性ないしは難分解性となり、後段のアルカリ洗浄によって除去されにくくなることがある。
特許文献3には、膜をアルカリ洗浄した後、酸洗浄し、その後アルカリ洗浄する方法が記載されている。この方法では、汚染された透過膜をまずアルカリ水溶液と接触させ、有機汚染物質をある程度除去または分解させる。次いで、酸水溶液と接触させることにより、酸による有機汚染物質の不溶化ならびに汚染の強固化を防止しながらスケールを除去すると共に、スケールに覆われた有機汚染物質を表出させる。この酸洗浄の後、再び透過膜をアルカリ洗浄すると、この表出した有機汚染物質をアルカリにより除去することができる。このようにして、アルカリ洗浄、酸洗浄、アルカリ洗浄という順の3段階の洗浄を行うことにより、膜性能を回復させることが可能となる。しかしながら、膜が有機汚染物質、Fe化合物及び濁質で汚染されている場合には、特許文献3の方法でも膜性能は十分には回復しない。
特開平5−247868号公報 特開平10−66972号公報 特開2005−224671号公報
本発明は、水処理によって汚染された透過膜、特に有機汚染物質、Fe化合物及び濁質で汚染された透過膜を十分に例えば新膜と同程度の透過流束となるまで回復させることができる透過膜の洗浄方法及びそのための洗浄剤を提供することを目的とするものである。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、界面活性剤含有アルカリ水溶液によるアルカリ洗浄後、シュウ酸水溶液により酸洗浄することにより、上記課題を解決することができることを見出した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
[1] 水処理膜装置の透過膜を洗浄する方法において、該透過膜を、界面活性剤含有アルカリ水溶液と接触させる第1工程と、その後、該透過膜をシュウ酸水溶液と接触させる第2工程とを有することを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[2] [1]において、該透過膜が逆浸透膜であることを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[3] [1]又は[2]において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液のpHが10以上であり、前記シュウ酸水溶液のpHが4以下であり、前記第1工程における界面活性剤含有アルカリ水溶液と透過膜との接触時間が1〜48時間であり、前記第2工程における透過膜とシュウ酸水溶液との接触時間が1〜48時間であることを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[4] [1]ないし[3]のいずれかにおいて、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、アニオン界面活性剤を0.001〜0.2重量%含むことを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[5] [1]ないし[4]のいずれかにおいて、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に、リン酸及び/又はリン酸塩を0.01〜5重量%含むことを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[6] [1]ないし[5]のいずれかにおいて、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に還元剤を0.001〜0.2重量%含むことを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[7] [1]ないし[6]のいずれかにおいて、前記透過膜は、TOC1mg/L以上、濁度5NTU.以上、Fe濃度0.1mg/L以上の被処理水を、該透過膜の単位膜面積(m)当たり0.5m以上処理することにより汚染されたものであることを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[8] [7]において、前記被処理水の少なくとも一部は染色排水の生物処理水であることを特徴とする透過膜の洗浄方法。
[9] 界面活性剤含有アルカリ水溶液と、シュウ酸水溶液との2剤からなる透過膜用洗浄剤。
[10] [9]において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に、リン酸及び/又はリン酸塩を含むことを特徴とする透過膜用洗浄剤。
[11] [9]又は[10]において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に還元剤を含むことを特徴とする透過膜用洗浄剤。
本発明の透過膜の洗浄方法及び洗浄剤によると、水処理によって汚染された透過膜を十分に例えば新膜と同程度の透過流束となるまで回復させることができる。なお、第1工程の洗浄液にさらにリン酸塩を配合することにより、より効果的に透過膜を洗浄することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明では、汚染された透過膜を界面活性剤含有アルカリ水溶液で洗浄する第1工程と、その後シュウ酸水溶液で洗浄する第2工程との少なくとも2工程によって洗浄する。
本発明方法によって洗浄される透過膜は特に限定されず、本発明は精密濾過膜や限外濾過膜にも適用されるが、好ましくは逆浸透膜に適用される。逆浸透膜の材質としては、例えば、ポリアミド、ポリスルホン、ポリイミド、セルロース系高分子などの有機膜、あるいはアルミナ、ジルコニア、ゼオライトなどの無機膜などが挙げられる。透過膜モジュールの形式に特に制限はなく、例えば、管状膜モジュール、平面膜モジュール、スパイラル膜モジュール、中空糸膜モジュールなどを挙げることができる。
本発明方法は、有機物質、濁質、及びFe化合物を含有した排水を膜濾過した透過膜の洗浄に適用するのに好適であり、特に、染色排水の生物処理水のように、濁質とFe化合物が混合する生物処理水を含む被処理水を膜濾過した透過膜の洗浄に適用するのに極めて好適である。詳しくは、本発明は、有機物質をTOCとして1mg/L以上例えば1〜100mg/L特に5〜50mg/L程度、濁質を濁度として1〜100NTU.、特に5NTU.以上、Fe化合物をFeとして0.05〜100mg/L、特に0.1mg/L以上含有する被処理水を、透過膜の単位膜面積(m)当り0.5m以上例えば5〜50m程度膜分離処理することにより汚染された透過膜を洗浄する場合に好適である。
被処理水に含まれるFe化合物としては、鉄系凝集剤由来の水酸化鉄や配管の鉄サビ、製造工程で添加される剤に由来するものなどが挙げられる。
第1工程に用いる洗浄液中の界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤やノニオン性界面活性剤を用いることができる。アニオン性界面活性剤としては、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウムなどの1種又は2種以上が好適である。ノニオン性界面活性剤としては、多価アルコール脂肪酸エステルなど、低分子のものが挙げられ、例えば、グリセロールモノステアレートなどのグリセロール脂肪酸エステルが好適である。洗浄液中の界面活性剤濃度は0.001〜0.2重量%特に0.01〜0.1重量%程度が好ましい。
界面活性剤濃度が上記下限よりも少ないと十分な洗浄効果(有機汚染物質の分解ないし除去)が得られず、上記上限よりも多いと泡が発生し、ハンドリング性が悪くなる。
洗浄液のpHは10以上特に10〜12程度が好ましい。pHは10以上で、高いほど効果は上がるが、逆浸透膜に適用する場合には、劣化の恐れがあるため、10〜12程度とすることが好ましい。
pHが上記下限よりも低いと十分な洗浄効果(有機汚染物質の分解ないし除去)が得られず、上記上限よりも高いと濁質分の除去効果は上がるが、膜によっては劣化が生じてしまうので、洗浄液のpHが上記範囲となるようにアルカリを添加する。
第1工程に用いる洗浄液中のアルカリとしては、どのようなものでも使用できるが、NaOH、KOH等が好適に使用できる。なお、Caを含むアルカリを用いる場合には、第2工程で使用するシュウ酸によりスケールの要因となる可能性があるため、濃度を調整するか、使用を避けることがより好適である。
スケール分散効果を高めるために、第1工程で用いる界面活性剤含有アルカリ水溶液に、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸及びその塩、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸及びその塩、ニトリロトリメチレンホスホン酸及びその塩、ホスホノブタントリカルボン酸及びその塩などのホスホン酸及びホスホン酸塩、ヘキサメタリン酸及びその塩、トリポリリン酸及びその塩などの無機重合リン酸及び無機重合リン酸塩の少なくとも1種のリン酸及び/又はリン酸塩(リン酸塩としては、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。)を0.01〜5重量%特に0.01〜1.0重量%程度添加してもよい。
また、スライム(微生物)の付着により汚染した膜を洗浄する場合、第1工程で用いる界面活性剤含有アルカリ水溶液に対し、還元剤を配合してもよい。還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、エリソルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム(これらの塩はナトリウム塩以外のアルカリ金属塩であってもよい。)、システイン、ヒドラジンなどの1種又は2種以上が挙げられる。還元剤の配合量は0.2重量%以下、例えば0.001〜0.2重量%が好ましく、0.01〜0.1重量%程度とすることがより好ましい。
また、膜汚染物質の剥離効果を高めるために、第1工程で用いる界面活性剤含有アルカリ水溶液に、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、EGTA(エチレングリコールビス(アミノエチルエーテル)四酢酸)、IDA(イミノ二酢酸)等のキレート剤の1種又は2種以上を0.001〜1重量%程度添加してもよい。
第2工程で用いるシュウ酸はFeとの錯安定度係数が高いため、キレート効果が高く、Fe化合物の剥離効果が高い。第2工程で用いるシュウ酸水溶液中のシュウ酸濃度は0.01〜2重量%、特に0.05〜1重量%程度が好ましく、pHは4以下、特に2以下が好ましい。シュウ酸濃度が下限より低いと、十分な洗浄効果(Fe化合物の剥離効果)が得られない。シュウ酸濃度の上限は、シュウ酸溶解量の上限により決定する。
透過膜を界面活性剤含有アルカリ水溶液又はシュウ酸水溶液で洗浄するには、この透過膜を備えた膜分離装置に界面活性剤含有アルカリ水溶液やシュウ酸水溶液を通水してもよく、透過膜を水処理装置から取り出して洗浄してもよい。
界面活性剤含有アルカリ水溶液又はシュウ酸水溶液は、透過膜の1次側にのみ流通されてもよく、1次側から2次側に透過するように通水されてもよく、逆に2次側から1次側に透過するように通水されてもよい。また、透過膜が界面活性剤含有アルカリ水溶液又はシュウ酸水溶液中に浸漬されるようにしてもよい。界面活性剤含有アルカリ水溶液又はシュウ酸水溶液は、透過膜と接触すればよく、この接触の形態はこれら以外の形態であってもよい。
第1工程の洗浄時間は1〜48時間特に10〜20時間程度が好ましく、第2工程の洗浄時間は1〜48時間特に10〜20時間程度が好ましい。
第1工程及び第2工程の洗浄時の温度は常温でよく、例えば15〜30℃程度の温度でよい。
なお、最初の界面活性剤含有アルカリ水溶液による洗浄に先立って、水逆洗など、透過膜を水で洗浄することにより、付着物を剥離させるようにしてもよい。
本発明によれば、界面活性剤含有アルカリ水溶液を用いたアルカリ洗浄とシュウ酸水溶液を用いた酸洗浄との2工程で、十分な洗浄効果を得ることができる。
[実施例1]
透過膜として日東電工製逆浸透膜「ES−20−D8」(新膜の純水透過流束は操作圧力0.75MPaで1.0m/m/d、モジュール間差圧は1ベッセル6エレメント、ブライン水量3.6m/hで0.12MPa/ベッセル)を洗浄した。この逆浸透膜は、総合下水処理場で生活排水と染色工場排水生物処理水との混合排水(TOC10mg/L、濁度8NTU.、Fe濃度0.2mg/L)を原水とした純水製造工程の膜濾過工程で1年間使用され、原水を単位膜面積(m)当り0.8m処理することにより、純水透過流束が0.12m/d程度まで低下し、モジュール間差圧が0.42MPa程度まで上昇したものである。
この汚染された逆浸透膜を界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)により洗浄した後、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)で洗浄した。界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液は、界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムを0.05重量%、リン酸塩としてヘキサメタリン酸ナトリウムを0.1重量%、還元剤として亜硫酸ナトリウムを0.01重量%含んでいる。
洗浄は、各洗浄工程とも、逆浸透膜を洗浄液に20時間浸漬することにより行った。界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液による洗浄のアルカリ洗浄工程、シュウ酸水溶液による洗浄の酸洗浄工程後、純水の透過流束およびモジュール間差圧をそれぞれ測定し、回復の度合いを確認した。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表1に示す。
[実施例2]
実施例1において、酸洗浄に0.05重量%のシュウ酸水溶液を用いたこと以外は同一条件にて洗浄を行った。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧の測定結果を表2に示す。
[実施例3]
実施例1において、アルカリ洗浄に、リン酸塩と還元剤を含まない界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)を用いたこと以外は同一条件にて洗浄を行った。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧の測定結果を表3に示す。
[実施例4]
実施例1において、アルカリ洗浄に用いる界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)の界面活性剤として、ラウリル硫酸ナトリウムの代りにグリセロールモノステアレートを0.05重量%含有させた界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)を用いたこと以外は同一条件にて洗浄を行った。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧の測定結果を表4に示す。
[比較例1]
実施例1において、洗浄順番を逆転し、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)、界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)の順で洗浄した。酸、アルカリ洗浄液の含有成分は実施例1と同じである。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表5に示す。
[比較例2]
実施例1において、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)による洗浄の代りに1重量%硝酸水溶液を用いた洗浄としたこと以外は同一条件にて透過膜を洗浄した。アルカリ洗浄液の含有成分は実施例1と同じである。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表6に示す。
[比較例3]
実施例1において、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)による洗浄の代りに0.1重量%クエン酸水溶液を用いた洗浄としたこと以外は同一条件にて透過膜を洗浄した。アルカリ洗浄液の含有成分は実施例1と同じである。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表7に示す。
[比較例4]
実施例1において、界面活性剤含有水酸化ナトリウム水溶液(pH12)の代りに、界面活性剤、リン酸塩及び還元剤を含まない水酸化ナトリウム水溶液(pH12)を用いたこと以外は同一条件にて透過膜を洗浄した。酸洗浄液の含有成分は実施例1と同じである。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表8に示す。
[比較例5]
比較例4において、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)による洗浄の代りに1重量%硝酸水溶液を用いた洗浄としたこと以外は同一条件にて透過膜を洗浄した。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表9に示す。
[比較例6]
比較例4において、0.1重量%シュウ酸水溶液(pH2)による洗浄の代りに0.1重量%クエン酸水溶液を用いた洗浄としたこと以外は同一条件にて透過膜を洗浄した。各洗浄後の給水圧力0.75MPaにおける純水透過流束及びモジュール間差圧を表10に示す。
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表1〜10より明らかな通り、本発明によると、透過流束、モジュール差圧を新膜の85%以上にまで回復させることができる。

Claims (7)

  1. 水処理膜装置の透過膜を洗浄する方法において、該透過膜を、界面活性剤含有アルカリ水溶液と接触させる第1工程と、その後、該透過膜をシュウ酸水溶液と接触させる第2工程とを有するし、
    該透過膜が逆浸透膜であり、
    該界面活性剤含有アルカリ水溶液中のアルカリがNaOH、KOHから選ばれるアルカリであり、該界面活性剤含有アルカリ水溶液の界面活性剤濃度が0.001〜0.2重量%であることを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  2. 請求項1において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液のpHが10以上であり、前記シュウ酸水溶液のpHが4以下であり、前記第1工程における界面活性剤含有アルカリ水溶液と透過膜との接触時間が1〜48時間であり、前記第2工程における透過膜とシュウ酸水溶液との接触時間が1〜48時間であることを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  3. 請求項1又は2において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、アニオン界面活性剤を0.001〜0.2重量%含むことを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に、リン酸及び/又はリン酸塩を0.01〜5重量%含むことを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記界面活性剤含有アルカリ水溶液は、更に還元剤を0.001〜0.2重量%含むことを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項において、前記透過膜は、TOC1mg/L以上、濁度5NTU.以上、Fe濃度0.1mg/L以上の被処理水を、該透過膜の単位膜面積(m)当たり0.5m以上処理することにより汚染されたものであることを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
  7. 請求項6において、前記被処理水の少なくとも一部は染色排水の生物処理水であることを特徴とする逆浸透膜の洗浄方法。
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