JP6700858B2 - 中空糸膜モジュールを備えた水処理装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュールを備えた水処理装置およびその運転方法に関するものである。

水を精製する方法の１つに、中空糸膜を用いた濾過がある（特許文献１参照）。中空糸膜は、中空の糸状に成形した膜である。中空糸膜の壁面には細孔があり、この細孔により濾過が行われる。

中空糸膜は、一般に複数の中空糸膜を一束にまとめて支持する支持体等と一体化された中空糸膜エレメントの形態で使用される。プラントにおいて中空糸膜エレメントは、被処理水が供給される一次側と、中空糸膜を透過した水が排出される二次側が分離されるようにしてハウジング内に収容されている（中空糸膜モジュール）。

中空糸膜モジュールでは、一次側に被処理水を供給する。被処理水は中空糸膜の細孔を透過することで濾過されて処理水となり二次側に排出される。

特開２００４−５８０２２号公報（請求項１〜４）

中空糸膜を用いて水を濾過する過程において、細孔を透過できない成分が中空糸膜の壁面に付着し、それにより濾過抵抗を上昇させる。濾過抵抗が規定値を超えると、濾過不能となる。中空糸膜は高価であるため、定期的に洗浄を行って再利用する。特許文献１には洗浄方法として、濾液による逆洗、およびアルカリ洗浄液を用いた薬液洗浄が記載されている。

濾液により逆洗すると、中空糸膜に付着した成分（付着物）が剥離する。剥離された付着物は、排泥として廃棄される。排泥中の付着物濃度は、濃い方がその後の処理が容易である。しかしながら、該排泥には濾液および二次側にあった処理水が含まれており、希釈された状態となっている。処理水は、中空糸膜を透過した後の精製された水であり、それを再度一次側に戻して廃棄するのは効率的ではない。

アルカリ洗浄液は、様々な物質を溶かす性質を有するため、頻繁に使用すると中空糸膜モジュールを劣化させる恐れがある。特許文献１では、ｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で頻繁に洗浄を行うことで、ｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液を用いた洗浄頻度を低減し、中空糸膜モジュールが破損してしまうのを回避している。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、ｐＨを下げたとはいえアルカリ溶液を使用していることに変わりはなく、アルカリに耐性のない材質の膜モジュールに対する洗浄には使用できないという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アルカリに耐性のない材質の中空糸膜モジュールにも適用可能であり、かつ、中空糸膜モジュールの寿命を従来よりも延ばすことのできる水処理装置の運転方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、逆洗により生じた排泥をより濃い状態で回収できる水処理装置およびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の水処理装置およびその運転方法は以下の手段を採用する。
本発明は、中空糸膜モジュールの一次側から二次側に向けて被処理水を通水し、前記処理水を濾過する濾過工程と、前記濾過工程の後、前記中空糸膜モジュールの前記二次側にガスを供給して逆洗する逆洗工程と、前記中空糸膜モジュールの前記一次側に１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の硫酸を１５分以上循環させる酸洗浄工程と、を備え、前記逆洗工程を複数回実施する毎に、前記酸洗浄工程を実施する水処理装置の運転方法を提供する。

濾過工程において一次側に供給された被処理水は、中空糸膜により濾過されて処理水となり二次側に出る。逆洗工程において、二次側に供給されたガスは中空糸膜を透過して一次側に出る。これにより、濾過工程で中空糸膜を透過できずに一次側で中空糸膜に付着していた成分を中空糸膜から剥離させることができる。

逆洗工程ではガスを用いて物理的に中空糸膜を洗浄するが、酸洗浄工程では硫酸を用いて中空糸膜を化学的に洗浄する。本発明によれば、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の硫酸を中空糸膜モジュールの一次側に１５分間以上循環させることで物理的洗浄では剥離しきれていなかった付着物を剥離できる。酸洗浄工程は、逆洗工程を複数回実施する毎に行われることで頻度が低減されている。上記濃度の硫酸は中空糸膜モジュールの材質をほとんど劣化させない。これにより洗浄液による中空糸膜モジュールへの劣化を抑制しつつ、透水性能の再生を行うことができるため、中空糸膜モジュールの寿命を延ばすことが可能となる。

特許文献１のように逆洗に濾液を用いた場合、排泥が希釈される。本発明によれば、逆洗工程においてガスを用いることで、濾液により排泥が希釈されることはない。

上記発明の一態様において、前記酸洗浄工程が、第１酸洗浄工程および前記第１酸洗浄工程よりも循環時間が長い第２酸洗浄工程を含み、前記第１酸洗浄工程を複数回実施する毎に、前記第２酸洗浄工程を実施する。前記第１酸洗浄工程の循環時間は１５分以上６０分以下とし、前記第２酸洗浄工程の循環時間は２時間以上４時間以下とする。

第１酸洗浄工程の合間に第２酸洗浄工程を実施することで、通水時の差圧上昇を抑制し、より長期にわたり中空糸膜の透水性能を維持できる。

上記発明の一態様において、前記被処理水がメッキ排水である。

上記発明の一態様において、前記濾過工程の後であって、かつ、前記逆洗工程において前記ガスが供給される前までの期間に、前記二次側の排出口を開放して前記二次側にある処理水を前記中空糸膜モジュールの外へバイパスさせるバイパスタイムを設けるとよい。

中空糸膜モジュールの二次側に処理水が溜まっている状態で逆洗すると、処理水が１次側に戻されるため、排泥が希釈される。処理水は、中空糸膜を透過した後の精製された水であり、それを再度一次側に戻して廃棄するのは効率的ではない。上記発明の一態様によれば、二次側の排出口を開放しておくことで、処理水が一次側をバイパスし、中空糸膜モジュールの外へ押し出される。それにより一旦中空糸膜を透過して精製された水（処理水）を排泥とともに廃棄しなくてすむ。二次側の処理水を抜いた後に中空糸膜モジュールを逆洗することで、排泥の希釈を回避できる。

参考発明は、中空糸膜モジュールの一次側から二次側に向けて被処理水を通水し、前記被処理水を濾過する濾過工程と、前記濾過工程の後、前記中空糸膜モジュールの前記二次側にガスを供給して逆洗する逆洗工程と、を備え、前記逆洗工程の初期段階で、前記ガスを供給する前に、前記二次側の排出口を開放して前記二次側にある処理水を前記中空糸膜モジュールの外へバイパスさせるバイパスタイムを設け、バイパスさせた前記処理水を、前記濾過工程で濾過されて得られた処理水が収容された処理水槽へと送られる水処理装置の運転方法を提供する。

上記発明によれば、濾過工程において一次側に供給された被処理水が、中空糸膜により濾過されて処理水となり二次側に出る。逆洗工程において、二次側に供給されたガスは中空糸膜を透過して一次側に出る。これにより、濾過工程で中空糸膜を透過できずに一次側で中空糸膜に付着していた成分（付着物）を中空糸膜から剥離させることができる。

中空糸膜モジュールの二次側に処理水が溜まっている状態で逆洗すると、処理水が１次側に戻されるため、排泥濃度が希釈される。処理水は、中空糸膜を透過した後の精製された水であり、それを再度一次側に戻して廃棄するのは効率的ではない。上記発明によれば、二次側の排出口を開放しておくことで、処理水が一次側をバイパスし、中空糸膜モジュールの外へ押し出される。それにより一旦中空糸膜を透過して精製された水（処理水）を排泥とともに廃棄しなくてすむ。二次側の処理水を抜いた後に中空糸膜モジュールを逆洗することで、排泥の希釈を回避できる。

参考発明は、中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールの二次側にガスを供給して逆洗する逆洗部と、配管を介して前記中空糸膜モジュールの前記二次側に接続された処理水槽と、一端が前記ガスの供給によって前記二次側にある処理水が前記中空糸膜モジュールの外へと押し出される位置で前記中空糸膜モジュールに接続され、他端が前記処理水槽に接続されたバイパス経路と、前記バイパス経路を開閉する開閉手段と、を備えている水処理装置を提供する。

本発明によれば、ガスによる逆洗と、硫酸による酸洗浄を併用することで、中空糸膜モジュールを劣化させずに、再生することができる。それにより、中空糸膜モジュールとして持つべき本来の寿命である５年以上を実現できる。

本発明によれば、二次側の処理水を抜いた後に逆洗を行うことで、排泥の希釈を回避できる。処理水は別途回収できるため、水処理効率が改善される。

第１実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。 試験２における硫酸洗浄による透水性回復の推移を示したグラフである。 試験３における硫酸洗浄による透水性回復の推移を示したグラフである。 試験４における中空糸膜の採取場所を示した中空糸膜エレメントの正面図である。 連続運転時の一期間における差圧上昇を示したグラフである。 中空糸膜モジュールの寿命予測を示したグラフである。

以下に、本発明に係る中空糸膜モジュールを備えた水処理装置およびその運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。水処理装置１は、薬液を添加することで被処理水のｐＨを調整できるｐＨ調整槽２と、ｐＨ調整された被処理水を受けて膜濾過する中空糸膜モジュール３と、中空糸膜モジュール３で膜濾過されて後の処理水を受ける処理水槽４とを備えている。さらに、水処理装置１は、中空糸膜モジュール３に接続される逆洗部５および酸洗部６を備えている。

ｐＨ調整槽２、中空糸膜モジュール３、および処理水槽４は順次配管１１，１２で接続されている。ｐＨ調整槽２と中空糸膜モジュール３を接続する配管１１の途中には、ｐＨ調整された被処理水を中空糸膜モジュール３へと送水する膜濾過送水ポンプ１３および流路の開閉手段としての開閉弁Ｖ_１が設けられている。中空糸膜モジュール３と処理水槽４とを接続する配管１２には開閉弁Ｖ_２が設けられている。開閉弁Ｖ_１，Ｖ_２は、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。

中空糸膜モジュール３は、中空糸膜エレメント１４と、中空糸膜エレメント１４を一次側（Ｆ）と二次側（Ｓ）に仕切る仕切り部材１５と、中空糸膜エレメント１４および仕切り部材１５を収容するハウジング１６とを備えている。

一次側は、中空糸膜エレメント１４を透過する前の被処理水が供給される側である。二次側は、中空糸膜を透過した被処理水（処理水）が排出される側である。中空糸膜エレメント１４は、ハウジング１６内に複数設けられている。複数の中空糸膜エレメント１４は、長手方向が略平行になるよう並べられている。

中空糸膜エレメント１４は、中空糸膜と、中空糸膜の一端（図１では上端）を束ねて支持する支持体とが一体化された構成である。中空糸膜は、中空の糸状に成形した膜である。中空糸膜の壁面には細孔がある。

中空糸膜は、ガスによる逆洗が可能なものである。図１に示すように、中空糸膜は、仕切り部材１５に対して上端が固定された状態で吊り下げられているため、中空糸膜の大部分は一次側に配置されている。中空糸膜の材質は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）コートフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等である。細孔の孔径は、分離する対象物により適宜設定される。

支持体は、接着剤を介して中空糸膜の一端側を束ねて支持する。支持体の材質は、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン等である。接着剤は、ウレタン系、エポキシ系等である。

支持体の外面には、仕切り部材１５に形成された挿入穴との間で液密に封止する封止部材が設けられている。封止部材は、Ｏリングなどである。Ｏリングの材質は、シリコンゴム等である。

仕切り部材１５は、ハウジング１６内の空間を一次側と二次側に分離するよう配置されている。仕切り部材１５の材質は、ＳＵＳ３０４シームレス、ＳＵＳ３１６Ｌ等である。

中空糸膜エレメント１４の一端側は仕切り部材１５の挿入穴を介して貫通している。挿入穴の内周には上述の封止部材が介挿されており、一次側と二次側とが液密に分離されている。中空糸膜エレメント１４の一端側（図１において上端側）は二次側に連通している。

ハウジング１６の材質は、ＳＳ４００＋ゴムライニング、ＳＵＳ３１６Ｌ等である。ハウジング１６には、一次側および二次側の圧力をそれぞれ計測できるよう圧力計ＰＩＣ_１，ＰＩＣ_２が接続されている。

逆洗部５は、中空糸膜モジュール３の二次側にガスを供給するガス供給部１７と、中空糸膜モジュール３の一次側から出た排泥を受ける排泥受槽１８とを備えている。ガス供給部１７は、中空糸膜モジュール３の二次側にガスを供給できるように中空糸膜モジュール３の上部に接続されている。ガス供給部１７は、例えば、空気を供給する空気圧縮機（コンプレッサー）等である。中空糸膜モジュール３とガス供給部１７とを接続するガス供給用の配管（ガス供給配管）１９、および中空糸膜モジュールと排泥受槽とを接続する配管２０には、各配管を開閉する開閉弁Ｖ_３，Ｖ_４が設けられている。開閉弁Ｖ_３，Ｖ_４は、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。

ガス供給配管１９からはバブリング用配管１９ａが分岐している。バブリング用配管１９ａには、開閉弁Ｖ_３ａが設けられている。開閉弁Ｖ_３ａは、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。バブリング用配管１９ａは、ハウジング１６の底部に接続されており、中空糸膜の破損チェックを行えるようになっている。また、バブリング用配管１９ａは、中空糸膜モジュール３のバブリング洗浄にも使用できる。

酸洗部６は、中空糸膜モジュール洗浄用の硫酸を収容するタンク２１と、中空糸膜モジュール３の一次側とタンク２１とを接続する注入配管２２と、硫酸を中空糸膜モジュール３の一次側に注入する注入ポンプ２３と、中空糸膜モジュール３の一次側とタンク２１とを接続して硫酸をタンクへと戻す返送配管２４と、を備えている。注入配管２２および返送配管２４には、各配管を開閉する開閉弁Ｖ_５，Ｖ_６が設けられている。開閉弁Ｖ_５，Ｖ_６は、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。

タンク２１は、１〜５ｗｔ％の硫酸を収容している。タンク２１は、１〜５ｗｔ％の硫酸の収容に耐え得る材質からなる。タンク２１は、内部に収容された硫酸を撹拌する撹拌手段２５を備えていることが好ましい。撹拌手段２５は、モータで駆動する撹拌子などである。

注入配管２２は、ハウジング１６の下部側面または外周側底面に接続されている。返送配管２４は、注入配管２２の接続部分と対向する側面部の上部に接続されている。本実施形態において上下は、重力方向を基準とする。

返送配管２４の途中位置には、分岐配管２６が設けられている。分岐配管２６は、開閉弁Ｖ_７を介して排泥受槽１８へと接続されている。開閉弁Ｖ_７は、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。分岐配管２６は、逆洗時に供給されるガスを外部に排出するガスブロー管として用いられる。

開閉弁Ｖ_１〜Ｖ_７は、上述のように図示しない制御部により開閉を制御される。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、水処理装置１の運転方法について説明する。本実施形態における処理対象の排水（被処理水）は、メッキ排水である。本実施形態に係る水処理装置の運転方法は、濾過工程、逆洗工程、および酸洗浄工程を備えている。

まず、原水槽から被処理水をくみ上げ、ｐＨ調整槽２に収容する。ｐＨ調整槽２にｐＨ調整用の薬液を添加・撹拌して、被処理水のｐＨを９．５〜１０．５に調整する。ｐＨ調整用の薬液は、被処理水の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、ｐＨ調整用の薬液は、水酸化ナトリウム水溶液等である。被処理水のｐＨを調整することで、被処理水に含まれる金属分が水酸化物となり、沈殿物が析出する。

（中空糸膜の破損チェック工程）
濾過工程に入る前、一次側、二次側両方とも空の状態で、開閉弁Ｖ_３ａを開放してガス供給部から一次側にエア圧をかける。この時二次側の上部の開閉弁（自動）を開放して大気圧として、一次側の圧力変動を一定時間(例えば１分)観察する。圧力低下が許容を超えなければ正常と判断して濾過工程に進む。圧力低下が許容を超えれば膜破損と判断し処理を停止する。これにより日常の膜破損による重金属成分の漏洩を予防できる。

（濾過工程）
濾過工程では、開閉弁Ｖ_１，Ｖ_２を開放し、開閉弁Ｖ_３〜Ｖ_７，Ｖ_３ａを閉じる。
ｐＨ調整後の被処理水を中空糸膜モジュール３の一次側底部に送水し、中空糸膜モジュール３内（一次側および二次側）を被処理水で満たす（充水）。充水は急激に行うよりも、ある程度時間をかけて行う方が好ましい。例えば１７０秒程度かけて充水することで、中空糸膜間の空気を抜くことができる。

被処理水の供給を継続し、中空糸膜モジュール３の一次側から二次側に向けてｐＨ調整後の被処理水を通水させる（通水）。被処理水は、中空糸膜の細孔を透過することで濾過される。濾過された被処理水（処理水）は、二次側へと送られる。二次側に溜まった処理水が許容量を超えると、処理水が二次側からあふれ出て処理水槽４へと送られる。

処理水槽４に送られた処理水に、ｐＨ調整用の薬液を添加して中和する。ここで用いられる薬液は、硫酸等である。

（逆洗工程）
所定時間通水させた後、被処理水の送給を停止する。逆洗工程では、開閉弁Ｖ_１，Ｖ_２を閉じ、開閉弁Ｖ_３を開放する。また、逆洗時に供給したガスを放出するため開閉弁Ｖ_７を開放する。このとき開閉弁Ｖ_６は閉とされる。

中空糸膜モジュール３の二次側に所定時間ガスを供給して逆洗する。ガスは、空気である。ガスの供給は、連続で行うことが好ましい。中空糸膜モジュール３の二次側に供給されたガスは、二次側に溜まった処理水を徐々に一次側に押し戻しながら一次側へと移動する。その際、中空糸膜に付着した成分（付着物）をバブリングにより物理的に中空糸膜から剥離させる。濾液ではなくガスを用いて逆洗することで、処理水により排泥を希釈することはない。

また、上述の逆洗と同時に又は別の時間帯に、開閉弁Ｖ_３ａを開放してハウジング１６の下方から気泡を噴射してバブリング洗浄を行っても良い。

ガスの供給を停止した後、適宜静置時間を設ける（静置）。静置している間、剥離した付着物等の固形分が中空糸膜モジュール３の底部に沈殿する。静置時間は、１５秒から６０秒程度とするとよい。それにより沈殿した固形分を排泥として分離できるため、排泥の濃度を濃くすることが可能となる。

次に、開閉弁Ｖ_４を開放して排泥（含付着物および被処理水等）を排泥受槽１８へと送る（抜水）。これにより、中空糸膜モジュール３の一次側を空にする。

本実施形態では、濾過工程および逆洗工程のセットを水処理サイクルとする。４５分から６０分の通水に対し、約１分の逆洗を組み合わせるとよい。濾過工程の度に逆洗工程を実施すると、付着物が比較的少ないため逆洗による負荷も小さい状態で中空糸膜を再生することができる。逆洗工程は、通水時の差圧が８０ｋＰａを暫定基準として実施することが好ましい。これにより、予定の通水時間が終了する前に差圧が暫定基準に達すると強制的に洗浄工程に入ることができる。

（酸洗浄工程）
逆洗工程の後、酸洗浄工程を行う。酸洗浄工程では、開閉弁Ｖ_４を閉じ、開閉弁Ｖ_５および開閉弁Ｖ_６を開放する。注入ポンプ２３により１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の硫酸を中空糸膜モジュール３の一次側に注入するとともに、硫酸をタンク２１へと戻す。この状態で注入ポンプ２３の稼働を継続し、中空糸膜モジュール３とタンク２１との間で硫酸を循環させる。循環時間は１５分以上とする。開閉弁Ｖ_５と同時に開閉弁Ｖ_６を開放することで、硫酸が二次側へ流出するのを防ぐことができる。

なお、硫酸の循環は、間欠的であってもよい。また、硫酸を循環させながら、二次側にガスを供給して逆洗を実施してもよい。

酸洗浄工程は、逆洗工程を複数回実施する毎に実施する。例えば、酸洗浄工程は、水処理装置を７日〜１０日稼働する毎に一回実施する。水処理サイクルを繰り返し実施すると、逆洗直後の一次側と二次側との差圧が徐々に上昇する。水処理サイクル（逆洗工程）を複数回実施した後に、酸洗浄工程を実施することで、逆洗では剥離しきれなかった付着物を中空糸膜表面から取り除くことができる。それにより、上昇してしまった一次側と二次側の差圧を、元のレベルまで下げることができる。

本実施形態の運転方法によれば、洗浄を逆洗および硫酸を用いた酸洗浄の２段階構成とすることで、中空糸膜モジュールを劣化させずに、再生させることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、酸洗浄工程が第１酸洗浄工程と第２酸洗浄工程とを備えている以外は、第１実施形態と同様である。

酸洗浄工程は、第１酸洗浄工程と第２酸洗浄工程を備えていることが好ましい。第２酸洗浄工程は、第１酸洗浄工程よりも循環時間が長い。第１酸洗浄工程の循環時間を１５分以上６０分以下とし、第２酸洗浄工程の循環時間を２時間以上４時間以下とするとよい。使用する硫酸の濃度は同じであってよい。第２酸洗浄工程は、第１酸洗浄工程を複数回実施する毎に実施する。例えば、第２酸洗浄工程は、３０日〜４０日稼働する毎に一回実施する。

酸洗浄工程は、硫酸を１５分以上循環させることで、水処理サイクルを繰り返すことにより上昇した一次側と二次側の差圧を下げる効果がある。よって、酸洗浄工程は、効果が期待できる最短時間で実施することが好ましい。一方、酸洗浄を短い時間で実施した場合、洗浄直後の一次側と二次側との差圧が徐々に上昇することもある。

数回に１回の割合で酸洗浄の時間を長くすることで、洗浄直後の一次側と二次側との差圧を洗浄前よりも下げることができる。これにより、通水時の差圧上昇を抑制し、より長期にわたり中空糸膜の透水性能を維持できる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、水処理装置が、中空糸膜モジュールの二次側にバイパス経路を備え、逆洗工程においてバイパスタイムを設ける以外は、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と共通の構成に関しては説明を省略する。

図２は、本実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。水処理装置３１は、中空糸膜モジュール３の二次側にバイパス経路３２を備えている。

バイパス経路３２は、中空糸膜モジュール３の二次側にある処理水を、一次側を経由させずに中空糸膜モジュール３の外へとバイパスさせる経路である。バイパス経路３２は、ガスの供給によって二次側にある処理水が中空糸膜モジュール３の外へと押し出される位置で中空糸膜モジュール３に接続される。処理水が中空糸膜モジュール３の外へと押し出される位置は、例えば、二次側の下部側面である。

バイパス経路３２は、処理水の流路を開閉する開閉弁Ｖ_８を備えている。開閉弁Ｖ_８は、図示しない制御部によって制御される自動弁等である。

本実施形態に係る水処理装置３１の運転方法では、逆洗工程の初期段階で、開閉弁Ｖ_８を開くことで二次側の排出口を開放して二次側にある処理水を中空糸膜モジュール３の外へバイパスさせるバイパスタイムを設ける。

逆洗工程では、被処理水の送給を停止した後、開閉弁Ｖ_１，Ｖ_２を閉じ、開閉弁Ｖ_３，Ｖ_８を開放する。そして、中空糸膜モジュール３の二次側に所定時間ガスを供給して逆洗する。

開閉弁Ｖ_８を開放した状態で二次側にガスを供給することで、二次側に溜まっていた処理水が中空糸膜モジュール３の外へと押し出される。押し出された処理水はバイパス経路３２を経由して処理水槽４へと送られる。

二次側の処理水を略押し出した後、開閉弁Ｖ_８を閉じる。二次側へのガス供給は継続する。二次側に供給されたガスは、中空糸膜エレメント１４の一端部（図２において上端部）側から一次側へと移動する。その際、中空糸膜に付着した成分（付着物）をバブリングにより物理的に中空糸膜から剥離させる。

バイパスタイムを設け、二次側から処理水を抜いた後に逆洗することで、一旦中空糸膜を透過して精製された水（処理水）を排泥とともに廃棄しなくてすみ、かつ、排泥の希釈を回避できる。

複数の中空糸エレメントがハウジング内に収容されている中空糸膜モジュールで３は、それぞれの中空糸膜エレメントの二次側の空間を１つにまとめて形成することになるので二次側の空間容積が大きくなり、そこに溜まる処理水の量も多くなる。本実施形態によれば、二次側に溜まる処理水量が多い中空糸膜モジュール３であっても、希釈を抑制できるため、その後の排泥処理が容易となる。

なお、第３実施形態に第２実施形態を組み合わせてもよい。

以下に、上記実施形態の設計根拠を示す。
〈試験１〉
被処理水を通水した中空糸膜エレメントを用いて洗浄試験を実施した。

被処理水には、銅メッキ排水（ｐＨ２〜３、ＳＳ４０ｍｇ／Ｌ、Ｃｕ４０ｍｇ／Ｌ）を用いた。中空糸膜エレメントにはＣＥ−３３０ＦＳ（株式会社クラレ製、膜銘柄：Ｌ２０−１２５）を用いた。

通水後の中空糸膜エレメントから中空糸膜（洗浄前膜）を採取して、透水性を測定した。

採取部位は、シース部Ａ，シース部Ｂ、シース部Ｃ、フリー部Ａ、フリー部Ｂおよびフリー部Ｃの６か所とした。シース部は、エレメントの付け根部分である。フリー部は、エレメントの先端部分である。Ａはエレメントの外表面領域である。Ｃは、エレメントの中心領域である。Ｂは、外表面領域と中心領域との間にある中間領域である。

透水性の値は、各部位より切り出した中空糸膜を３ｃｍ×２０本のラボモジュールとして清水通水量を測定することで得た。対照として被処理水を通水する前の中空糸膜（新膜）の透水性も同様に測定した。新膜の透水性は１０６９７１Ｌ／ｈｒ・ｍ^２・０．１ＭＰａであった。

シース部Ａ、シース部Ｃ、フリー部Ａおよびフリー部Ｃの洗浄前膜を用いて、洗浄処理を実施した。洗浄処理では、いずれも洗浄前膜を洗浄液に室温で２時間浸漬した。洗浄処理した中空糸膜（洗浄後膜）の透水性を測定し、保持率および回復率を算出した。

保持率は、以下の式（１）により算出した。
保持率＝洗浄後の透水性／新膜の透水性・・・（１）

回復率は、以下の式（２）により算出した。
回復率＝（洗浄後の洗浄膜の透水性−洗浄前膜の浸透性）／新膜の透水性・・・（２）

表１に測定結果を示す。

表１の結果から、１ｗｔ％硫酸は他の塩酸と同程度の洗浄力を備えていることが確認された。

被処理水に含まれているカルシウムやマグネシウムなどの成分は、硫酸と反応して固形分を析出しやすい。特に、硫酸とカルシウムの反応により生成される石膏が中空糸膜に付着すると、剥離するのが困難である。そのため、中空糸膜の洗浄に硫酸を用いることは避けられている。しかしながら、表１の結果から、硫酸を用いて中空糸膜を洗浄できるという知見が得られた。

〈試験２〉
被処理水を通水した中空糸膜エレメントを解体し、評価用のラボモジュールを作製して洗浄処理を実施した。

被処理水を通水した中空糸膜エレメントは試験１と同様のものである。ラボモジュールにおいて、中空糸膜は２０本、長さ有効３ｃｍとした。洗浄液は、１ｗｔ％硫酸とした。

ラボモジュール（新膜、Ｎｏ．１〜３）を室温で洗浄液に浸漬し、１５分毎に透水性を測定した。洗浄条件および測定結果を表２に示す。

図３に、試験２における硫酸洗浄による透水性回復の推移を示す。同図において、横軸が浸漬時間（ｍｉｎ）、縦軸が透水性保持率（％）である。

表２および図３によれば、１ｗｔ％硫酸に１５分間浸漬させることで、透水性が新膜と同程度以上まで回復した。浸漬時間を１５分以上長くすることで、回復率は上昇傾向を示し、上昇幅は最大４．８％程度であった。

上記結果から、１ｗｔ％の硫酸であれば浸漬時間を１５分以上とすることで、洗浄効果が得られることが確認された。

〈試験３〉
被処理水を通水した中空糸膜エレメントを解体し、評価用のラボモジュールを作製して洗浄処理を実施した。

被処理水を通水した中空糸膜エレメントは試験１と同様のものである。ラボモジュールにおいて、中空糸膜は２０本、長さ有効３ｃｍとした。洗浄液は、１ｗｔ％硫酸とした。

ラボモジュール（新膜、Ｎｏ．１〜３）を室温で洗浄液に浸漬し、所定時間後に透水性を測定した。ラボモジュール（Ｎｏ．４）は、室温で洗浄液に浸漬し、３０分毎に１分撹拌した。ラボモジュール（Ｎｏ．５）は、室温で洗浄液に浸漬し、３０分毎にエアー透過逆洗を１０秒実施した。エアー透過逆洗条件は、エアー圧力０．２ＭＰａ、透過流量５００〜２０００ＮＬ／ｈｒ（目詰まりの状態による透過流量の変化を含む範囲）とした。

洗浄条件および測定結果を表３に示す。

図４に、試験３における硫酸洗浄による透水性回復の推移を示す。同図において、横軸が新膜に対する透水性保持率である。

表３および図４によれば、浸漬時間を長くすることで、洗浄後の透水性保持率は上昇傾向を示した。一方、浸漬時間が同じ場合には、途中で撹拌またはエアー透過逆洗を行うことで、洗浄後の透水性保持率が上昇した。

〈試験４〉
上記実施形態に従い、濾過工程および逆洗工程を繰り返し、図１の水処理装置を１日９ｈｒ連続運転した。更に、１０日毎に、第１酸洗浄工程を実施した。連続運転中、中空糸膜モジュールの一次側と二次側との差圧を計測した。

また試験中に、中空糸膜エレメントから中空糸膜を適宜採取し、強力、伸度およびヤング率を測定した。強力は中空糸膜１本当たりの破断点強力（引張強度）である。伸度は中空糸破断点における伸び率である。ヤング率は、縦弾性係数（弾性範囲での応力と伸び率の比）であり、硬さの指標の１つである。

中空糸膜の採取は、中空糸膜エレメント１４の付け根部（Ｘ）、先端部（Ｙ）、および付け根部と先端部の間の中央部（Ｚ）から行った（ｎ＝９）。中空糸膜３３の採取場所を図５に示す。測定条件は、中空糸長さ５０ｍｍ、温度２５℃（水中）、初期荷重０．１Ｎ，試験速度１００ｍｍ／ｍｉｎとした。

被処理水には、銅メッキ排水（ｐＨ２〜３、ＳＳ４０ｍｇ／Ｌ、Ｃｕ４０ｍｇ／Ｌ）を用いた。中空糸モジュールは、中空糸膜エレメントＣＥ−３３０ＦＳ（株式会社クラレ製、膜銘柄：Ｌ２０−１２５）が１８７２本収容されたものを使用した。被処理水量は、常用７．８ｍ^３／ｈ（５８．５ｍ^３／日）とした。試験期間は、２０１４年１０月１４日から２０１５年６月５日までとした。

運転条件を表４に示す。

図６に、連続運転時の一期間における差圧上昇値を示す。同図において、横軸が稼働日数、縦軸が中空糸膜モジュールの一次側と二次側との差圧、黒プロットが第１酸洗浄工程後の差圧である。縦軸の差圧は、中空糸膜モジュールの限界差圧を１００とした場合の規格値とした。

図６には示していないが、一次側と二次側との差圧は通水開始時より通水終了時の方が高く、逆洗終了後に通水終了時より低下した。通水を繰り返し実施することで、逆洗終了後の差圧は徐々に上昇したが、使用した中空糸膜モジュールの限界差圧以下に抑えられていた。

図６によれば、第１酸洗浄を実施することで、上昇した差圧を連続運転の開始時レベルまで低下させることができた。

表５に強力、伸度およびヤング率の測定結果を示す。

強力、伸度およびヤングは、いずれも中空糸の強度物性を表す指標である。表５では新膜の値に対する比率（保持率％）として表す。

表５によれば、約６か月以上の連続運転において、使用した中空糸膜の強力（各日平均）は、新膜に対して９７％以上を維持できていた。使用した中空糸膜の伸度（各日平均）は、新膜に対して８５％以上を維持できていた。さらに、使用した中空糸膜のヤング率（各日平均）は、新膜に対して１０２％以上を維持できていた。

図７に、中空糸膜モジュールの寿命予想ラインを示す。同図において、横軸が耐久年数（年）、縦軸が強力保持率（％）、▲プロットは表５の強力保持率（各日平均値）である。強力保持率判定ラインは、表５の強力保持率（各日平均値）に基づいて導き出した。寿命予想ラインは、強力保持率７０％、伸度保持率およびヤング率保持率５０％となる期間を推定したものである。図７によれば、５年後でも強力保持率が７０％以上あることが確認された。

上記試験１〜４の結果から、本発明に係る水処理方法によれば、中空糸膜モジュールを劣化させずに、膜を閉塞させる物質を除去でき、寿命５年以上を実現できる。

なお、従来の中空糸膜モジュールの洗浄（通水１６分 洗浄３分（うち逆洗５５秒、抜水（排泥）、充水１３５秒））で連続運転した場合には、５日目に所定の差圧（４０ｋＰａ）を超え、所定の流量を確保できなくなった。

１，３１ 水処理装置
２ ｐＨ調整槽
３ 中空糸膜モジュール
４ 処理水槽
５ 逆洗部
６ 酸洗部
１１，１２，１９，２０ 配管
１３ 膜濾過送水ポンプ
１４ 中空糸膜エレメント
１５ 仕切り部材
１６ ハウジング
１７ ガス供給部
１８ 排泥受槽
２１ タンク
２２ 注入配管
２３ 注入ポンプ
２４ 返送配管
２５ 撹拌手段
２６ 分岐配管
３２ バイパス経路
３３ 中空糸膜

Claims (3)

1. 中空糸膜モジュールの一次側から二次側に向けて被処理水を通水し、前記被処理水を濾過する濾過工程と、
   前記濾過工程の後、前記中空糸膜モジュールの前記二次側にガスを供給して逆洗する逆洗工程と、
   前記中空糸膜モジュールの前記一次側に１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の硫酸を１５分以上循環させる酸洗浄工程と、
   を備え、
   前記逆洗工程を複数回実施する毎に、前記酸洗浄工程を実施し、
   前記酸洗浄工程が、第１酸洗浄工程および前記第１酸洗浄工程よりも循環時間が長い第２酸洗浄工程を含み、
   前記第１酸洗浄工程を複数回実施する毎に、前記第２酸洗浄工程を実施し、
   前記第１酸洗浄工程の循環時間を１５分以上６０分以下とし、
   前記第２酸洗浄工程の循環時間を２時間以上４時間以下とする水処理装置の運転方法。
2. 前記被処理水がメッキ排水である請求項１に記載の水処理装置の運転方法。
3. 前記濾過工程の後であって、かつ、前記逆洗工程において前記ガスが供給される前までの期間に、前記二次側の排出口を開放して前記二次側にある処理水を前記中空糸膜モジュールの外へバイパスさせるバイパスタイムを設ける請求項１または請求項２に記載の水処理装置の運転方法。

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