JP7325694B1

JP7325694B1 - 濾過膜洗浄装置

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Publication number: JP7325694B1
Application number: JP2023528246A
Authority: JP
Inventors: 祐樹佐藤; 佳史林; 英二今村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2023-01-20
Filing date: 2023-01-20
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2043-01-20

Abstract

濾過膜の透過液流路側の表面に付着した汚濁物質と濾過膜の孔中に付着した汚濁物質との両方を効率よく除去する濾過膜洗浄装置。濾過膜を透過した膜濾過水（１９）を取り出す第一集水口（３６）および第二集水口（３７）を備えた濾過膜モジュール（３）の濾過膜を洗浄する濾過膜洗浄装置であって、第一洗浄水（２１）を洗浄水として、第一洗浄水槽（２０）を洗浄水槽として、洗浄水槽からの洗浄水を第一集水口（３６）および第二集水口（３７）の両方に供給するデッドエンド濾過洗浄と第二集水口（３７）から取り出した洗浄水を循環配管（３０）および洗浄水配管（４）によって構成された循環流路を通して循環させて第一集水口（３６）に供給するクロスフロー濾過洗浄とから選択されたいずれかの洗浄を行うように、第一洗浄水ポンプ（２２）、第一切替弁（１２）、循環切替弁（１１）および循環ポンプ（３２）を制御する制御器を備える。

Description

本願は、濾過膜洗浄装置に関するものである。

被処理水の懸濁物質を分離する方法として、濾過膜を利用した膜濾過処理が用いられている。例えば、下水あるいは工場廃水の処理において、活性汚泥法によって被処理水を処理した後、濾過膜を用いて懸濁物質を分離除去している。濾過膜としては、一般的に、円筒状またはシート状の精密濾過膜あるいは限外濾過膜が用いられている。濾過方式として、円筒状またはシート状の濾過膜の外側に被処理水を流して内側に濾過水を流す外圧濾過方式と、円筒状濾過膜の内側に被処理水を流して外側に濾過水を流す内圧濾過方式とがある。また、濾過水の集水方式として、濾過膜の一箇所の集水口から集水する片端集水と、濾過膜の二箇所の集水口から集水する両端集水とがある。

このような濾過膜を用いた膜濾過処理では、濾過膜の継続的な使用に伴って濾過性能が低下するという問題がある。具体的には、濾過膜の継続的な使用に伴い、被処理水と接する濾過膜の表面（外圧濾過方式では濾過膜の外側の表面、内圧濾過方式では濾過膜の内側の表面）、濾過水と接する濾過膜の表面（外圧濾過方式では濾過膜の内側の表面、内圧濾過方式では濾過膜の外側の表面）、あるいは、濾過膜の孔中に、汚濁物質が付着して目詰まりが生じ、濾過性能が徐々に低下する。特に、濾過膜に目詰まりが生じると、濾過時に必要な圧力が増加するため、膜濾過流束（単位時間における単位膜面積当たりの膜濾過水量）も低下してしまう。そのため、濾過膜の性能を維持するためには、濾過膜を定期的に洗浄する必要がある。

濾過性能を維持する方法として、濾過膜の一次側とは逆方向の二次側から膜濾過水あるいは清澄水などの洗浄水を濾過膜に通水させることにより、被処理水と接する濾過膜の表面に付着した汚濁物質を物理的に除去する逆流洗浄が行われている。また、濾過膜の洗浄効果をより高めるために、次亜塩素酸ナトリウム（「次亜塩素酸ソーダ」とも呼ばれる）あるいはオゾンなどの酸化剤を含有する洗浄水を用いて濾過膜の逆流洗浄を行うことにより、膜濾過水と接する濾過膜の表面あるいは濾過膜の孔中に分子間力などで化学的に付着した汚濁物質を酸化分解して洗浄する方法が提案されている。また、濾過膜の一次側とは逆方向の二次側から膜濾過水あるいは清澄水などの洗浄水を濾過膜に通水させる場合、上述した濾過水の集水方式によって洗浄水の通水方式は異なる。片端集水の濾過膜に対しては、濾過膜の一箇所の集水口から洗浄水を供給するデッドエンド濾過（全量濾過）による洗浄が行われる。両端集水の濾過膜に対しては、濾過膜の二箇所の集水口から洗浄水を供給するデッドエンド濾過による洗浄、あるいは、濾過膜の一方の集水口から洗浄水を供給して他方の集水口から供給した洗浄水を排出するクロスフロー濾過（平行濾過）による洗浄が行われる。例えば、クロスフロー濾過による洗浄において、供給する洗浄水量を増減させて濾過膜の膨張と収縮とを繰り返すことによって、濾過膜の表面に付着した汚濁物質を剥離させる洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５４７３８９７号公報

特許文献１に示された濾過膜洗浄装置においては、洗浄水のクロスフロー濾過による洗浄を行っており、濾過膜の透過液流路中に洗浄水が流れ続ける状態が継続されるために、洗浄水を濾過膜の全体に均一に行き渡らせることで濾過膜の透過液流路側の表面に付着した汚濁物質の除去を効果的に行うことができる。しかしながら、洗浄水の一部のみが濾過膜の一次側へ透水するため、洗浄水の全量が濾過膜の一次側へ透水するデッドエンド濾過による洗浄と比較すると、濾過膜の孔中に付着した汚濁物質の除去の効率が低いという課題があった。

本願は、上述の課題を解決するためになされたものであり、濾過膜の透過液流路側の表面に付着した汚濁物質と濾過膜の孔中に付着した汚濁物質との両方を効率よく除去する濾過膜洗浄装置を提供することを目的とする。

本願に開示される濾過膜洗浄装置は、濾過膜を透過した膜濾過水を取り出す２つの集水口である第一集水口および第二集水口を備えた濾過膜モジュールの濾過膜を洗浄する濾過膜洗浄装置において、濾過膜を洗浄するデッドエンド濾過洗浄とクロスフロー濾過洗浄との選択に基づいて制御する制御器を備え、制御器は、デッドエンド濾過洗浄が選択された場合は、洗浄水を第一集水口および第二集水口の両方に供給する制御を行い、クロスフロー濾過洗浄が選択された場合は、洗浄水を第一集水口に供給して第二集水口から排出させる制御を行う。

本願に開示される濾過膜洗浄装置は、濾過膜を透過した膜濾過水を取り出す２つの集水口である第一集水口および第二集水口を備えた濾過膜モジュールの濾過膜を洗浄する濾過膜洗浄装置において、濾過膜を洗浄するデッドエンド濾過洗浄とクロスフロー濾過洗浄との選択に基づいて制御する制御器を備え、制御器は、デッドエンド濾過洗浄が選択された場合は、洗浄水を第一集水口および第二集水口の両方に供給する制御を行い、クロスフロー濾過洗浄が選択された場合は、洗浄水を第一集水口に供給して第二集水口から排出させる制御を行うので、濾過膜の透過液流路側の表面に付着した汚濁物質と濾過膜の孔中に付着した汚濁物質との両方を効率よく除去することができる。

実施の形態１による濾過膜洗浄装置を備える水処理システムの構成を示す図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係る濾過膜洗浄装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による濾過膜洗浄装置を備える水処理システム１００の構成を示す図である。水処理システム１００は、被処理水１を収容する被処理水槽２と、被処理水１を膜濾過処理する濾過膜モジュール３と、膜濾過水１９を収容する膜濾過水槽１８と、濾過膜洗浄装置とを備えている。

被処理水槽２には被処理水１を供給する被処理水配管５が設けられており、被処理水槽２では濾過膜モジュール３によって被処理水１の膜濾過処理が行われる。被処理水１は、例えば、上水道、下水道、下水二次処理水、工業廃水、海水、屎尿などである。被処理水槽２には汚泥引抜配管１０および空気配管７が接続されており、被処理水槽２の底には散気装置８が配置されている。散気装置８には空気配管７を介してブロワー６が接続されており、濾過膜モジュール３の濾過膜の膜面の空気洗浄に使用される。汚泥引抜配管１０は、汚泥を引き抜くための汚泥引抜ポンプ９を備えている。

濾過膜モジュール３は、濾過膜と、濾過膜の内部の流路の両端から濾過膜を透過した膜濾過水を取り出す２つの集水口である第一集水口３６および第二集水口３７を備えている。濾過膜モジュール３の濾過膜の材質は、酸化剤によって劣化しないものであればよい。濾過膜モジュール３の濾過膜の材質は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン－エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂化合物、酢酸セルロース、エチルセルロースなどのセルロース類、セラミックなどを用いるとよい。また、濾過膜モジュール３の濾過膜の材質は、上記の各物質を２種類以上組み合わせたものであってもよい。濾過膜モジュール３の濾過膜の材質は、オゾンなどの強い酸化剤に対する耐性に優れたフッ素系樹脂化合物であることが好ましい。

濾過膜モジュール３の濾過膜の種類は、特に限定されず、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜などの公知の濾過膜を用いればよい。濾過膜モジュール３の濾過膜の平均孔径は、特に限定されるものではなく、好ましくは０．００１μｍ以上１μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である。この範囲の平均孔径を有する濾過膜であれば、水処理システム１００の濾過膜洗浄装置によって、被処理水１と接する濾過膜の表面に付着した汚濁物質だけでなく、膜濾過水１９と接する濾過膜の表面、および、濾過膜の孔中に化学的に付着した汚濁物質を効率的に除去することができる。濾過膜モジュール３の濾過膜の形状は、特に限定されるものではなく、円筒状あるいは平膜状など公知の形状でよい。濾過膜モジュール３の濾過膜は、浸漬型、ケーシング型あるいはモノリス型でもよい。濾過膜モジュール３の濾過方式は、デッドエンド濾過方式またはクロスフロー濾過方式のどちらでもよい。濾過膜モジュール３の濾過膜の通水方式は、特に限定されるものではなく、濾過膜の外側に被処理水１を流して濾過膜の内側に膜濾過水１９を流す外圧濾過方式と、濾過膜の内側に被処理水１を流して濾過膜の外側に膜濾過水１９を流す内圧濾過方式のいずれであってもよい。なお、濾過膜モジュール３の集水方式は、第一集水口３６および第二集水口３７の２つの集水口から集水する両端集水である。

洗浄水配管４は、一端が循環切替弁１１によって膜濾過水配管１４に接続され、他端が第一集水口３６に接続されている。循環配管３０は、一端が循環切替弁１１によって膜濾過水配管１４および洗浄水配管４に接続され、他端が第二集水口３７に接続され、洗浄水を循環させる循環ポンプ３２と、循環される洗浄水の流量を測定する循環流量測定器３１と、空気抜切替弁３３とを備えている。空気抜切替弁３３は、空気抜配管３４に接続されている。膜濾過水配管１４は、一端が循環切替弁１１によって洗浄水配管４および循環配管３０に接続されており、他端が膜濾過水１９を収容する膜濾過水槽１８に接続されており、膜濾過ポンプ１５と膜濾過水流量測定器１６と膜濾過水圧力計１７とを備えている。

第一洗浄水配管２４は、一端が第一切替弁１２によって膜濾過水配管１４に接続され、他端が第一洗浄水槽２０に接続されている。第一洗浄水配管２４は、第一洗浄水槽２０に収容された第一洗浄水２１を濾過膜モジュール３の濾過膜へ供給するための第一洗浄水ポンプ２２と、第一洗浄水２１の流量を測定する第一洗浄水流量測定器２３とを備えている。また、第二洗浄水配管２９は、一端が第二切替弁１３によって膜濾過水配管１４に接続され、他端が第二洗浄水槽２５に接続されている。第二洗浄水配管２９は、第二洗浄水槽２５に収容された第二洗浄水２６を濾過膜モジュール３の濾過膜へ供給するための第二洗浄水ポンプ２７と、第二洗浄水２６の流量を測定する第二洗浄水流量測定器２８とを備えている。

第一洗浄水２１および第二洗浄水２６に含まれる薬液の種類は、有機物あるいは無機物を分解する薬液であれば特に限定されず、公知の薬液を用いることができる。有機物を分解する薬液としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、水酸化ナトリウム、オゾンなどがある。これらは、単独で用いられてもよく、２種類以上を組み合わせて用いられてもよい。有機物を分解する薬液を２種類以上組み合わせて用いる場合は、第１の薬液は水素電極を用いて測定された標準酸化還元電位（２５℃）が好ましくは２．０Ｖ未満であり、第２の薬液は水素電極を用いて測定された標準酸化還元電位（２５℃）が好ましくは２．０Ｖ以上である。具体的には、第１の薬液として次亜塩素酸ナトリウム、第２の薬液としてオゾンを用いることが好ましい。また、無機物を分解する薬液としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸、あるいは、シュウ酸、クエン酸などの有機酸を用いることができる。これらも、単独で用いられてもよく、２種類以上を組み合わせて用いられてもよい。また、有機物を分解する薬液と無機物を分解する薬液とを２種類以上組み合わせて用いてもよい。有機物を分解する薬液と無機物を分解する薬液とを２種類以上組み合わせて用いる場合、どちらを第１の薬液又は第２の薬液として用いるかは特に限定されず、有機物を分解する薬液を第１の薬液として用いた場合は無機物を分解する薬液を第２の薬液として、無機物を分解する薬液を第１の薬液として用いた場合は有機物を分解する薬液を第２の薬液として用いればよい。

第一洗浄水２１および第二洗浄水２６における薬液の濃度は、特に限定されないが、有機物を分解する薬液を用いる場合は、次亜塩素酸ナトリウム（有効塩素濃度）では１．０ｇ／Ｌ以上５．０ｇ／Ｌ以下、水酸化ナトリウムでは１．０ｇ／Ｌ以上４．０ｇ／Ｌ以下が好ましい。オゾンでは１０ｍｇ／Ｌ以上４０ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、より好ましくは２０ｍｇ／Ｌ以上３０ｍｇ／Ｌ以下である。無機物を分解する薬液を用いる場合、塩酸、硫酸、硝酸では１．０ｇ／Ｌ以上１０．０ｇ／Ｌ以下、シュウ酸では１．０ｇ／Ｌ以上２．０ｇ／Ｌ以下、クエン酸では１ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下が好ましい。薬液濃度が上記範囲よりも低いと、濾過膜に付着した汚濁物質の分解に時間を要したり、洗浄水の必要量の増大に伴い洗浄水槽の容量も増大したりする。一方、薬液濃度が上記範囲よりも高いと、薬液の消費量が多くなるため、薬液に要するコストが増大する。

図示していないが、汚泥引抜ポンプ９、循環ポンプ３２、膜濾過ポンプ１５、第一洗浄水ポンプ２２および第二洗浄水ポンプ２７の全てのポンプと、循環切替弁１１、空気抜切替弁３３、第一切替弁１２および第二切替弁１３の全ての切替弁と、循環流量測定器３１、膜濾過水流量測定器１６、第一洗浄水流量測定器２３および第二洗浄水流量測定器２８の全ての流量測定器とは、制御器３５に接続されており、制御器３５は、全てのポンプと全ての切替弁とを制御する。

この水処理システム１００によって被処理水１の膜濾過処理を行う場合、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を閉じ、第一切替弁１２の循環切替弁１１の側と膜濾過水槽１８の側とを開き、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を閉じ、第二切替弁１３の循環切替弁１１の側と膜濾過水槽１８の側とを開き、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と循環配管３０の側と膜濾過水配管１４の側とのすべてを開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とを開き、膜濾過ポンプ１５を起動させることにより、被処理水１が濾過膜モジュール３の濾過膜によって濾過される。濾過膜モジュール３の濾過膜によって濾過された膜濾過水は、膜濾過水配管１４を通って膜濾過水槽１８に排出される。被処理水１の膜濾過処理を行っている間は、ブロワー６が常に稼働している。汚泥引抜ポンプ９は、被処理水槽２の中の汚泥濃度に応じて稼働され、被処理水槽２の内部の汚泥の引抜が行われる。濾過膜モジュール３の濾過膜において被処理水１の膜濾過処理を継続的に行うと、濾過膜モジュール３の濾過膜が汚濁物質によって目詰まりするため、濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄を行う必要がある。

この水処理システム１００の濾過膜洗浄装置は、濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄処理においてデッドエンド濾過洗浄とクロスフロー濾過洗浄との両方を行うことができる。濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄としてデッドエンド濾過洗浄が選択された場合は、まず、膜濾過ポンプ１５を停止し、第一切替弁１２の膜濾過水槽１８の側を閉じ、第二切替弁１３の膜濾過水槽１８の側を閉じる。次に、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を開き、第一切替弁１２の循環切替弁１１の側を開き、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と循環配管３０の側と膜濾過水配管１４の側とのすべてを開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とを開き、第一洗浄水ポンプ２２を起動させることにより、第一洗浄水槽２０から第一洗浄水２１が第一集水口３６と第二集水口３７との両方から濾過膜モジュール３の濾過膜に供給されてデッドエンド濾過洗浄が行われる。第一洗浄水２１によるデッドエンド濾過洗浄が完了した後に、第一洗浄水ポンプ２２を停止し、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を閉じる。

続けて第二洗浄水２６によるデッドエンド濾過洗浄を行う場合は、第一切替弁１２の膜濾過水槽１８の側を開き、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を開き、第二切替弁１３の循環切替弁１１の側を開き、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と循環配管３０の側と膜濾過水配管１４の側とのすべてが開いた状態で、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側が閉じられた状態で、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とが開かれた状態で、第二洗浄水ポンプ２７を起動させることにより、第二洗浄水槽２５からの第二洗浄水２６が第一集水口３６と第二集水口３７との両方から濾過膜モジュール３の濾過膜に供給されてデッドエンド濾過洗浄が行われる。第二洗浄水２６による濾過膜の洗浄が完了した後に、第二洗浄水ポンプ２７を停止し、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を閉じる。

デッドエンド濾過洗浄による濾過膜の洗浄が完了したら、第二切替弁１３の膜濾過水槽１８の側を開き、第二切替弁１３の循環切替弁１１の側が開いた状態で、第一切替弁１２の循環切替弁１１の側と膜濾過水槽１８の側とが開いた状態で、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と循環配管３０の側と膜濾過水配管１４の側とのすべてが開いた状態で、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側が閉じられた状態で、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とが開かれた状態で、膜濾過ポンプ１５を起動させることにより、被処理水１の膜濾過処理が再開される。これにより、被処理水１の膜濾過処理を連続的かつ効率的に行うことができる。

濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄としてクロスフロー濾過洗浄が選択された場合は、まず、膜濾過ポンプ１５を停止し、第一切替弁１２の膜濾過水槽１８の側を閉じ、第二切替弁１３の膜濾過水槽１８の側を閉じ、循環切替弁１１の循環配管３０の側を閉じる。次に、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を開き、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と膜濾過水配管１４の側とを開き、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側と空気抜配管３４の側とのすべてを開き、第一洗浄水ポンプ２２を起動させることにより、第一洗浄水２１が第一集水口３６から濾過膜モジュール３の濾過膜に供給される。第二集水口３７から排出された第一洗浄水２１は、循環流量測定器３１と空気抜切替弁３３とを通って、空気抜配管３４から排出される。そして、循環流量測定器３１によって測定される循環配管３０を流れる洗浄水の流量があらかじめ定められた第一膜面透過流束を超えたときに、第一洗浄水ポンプ２２を停止し、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を閉じる。次に、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を閉じ、循環切替弁１１の循環配管３０の側を開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、循環ポンプ３２を起動させることにより、第二集水口３７から取り出された第一洗浄水２１が循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環されて第一集水口３６に供給され、クロスフロー濾過洗浄が行われる。濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄に使用されて第二集水口３７から取り出された第一洗浄水２１は、第一洗浄水槽２０に戻されることなく、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環されて第一集水口３６に供給されるので、汚濁物質が含まれた第一洗浄水２１が第一洗浄水槽２０に入ることが無い。そのため、濾過膜の洗浄の後に第一洗浄水槽２０を洗浄する必要が無く、使用した分の第一洗浄水２１を第一洗浄水槽２０に補充するだけでよい。

第一洗浄水２１を用いたクロスフロー濾過洗浄によって、第一洗浄水２１が濾過膜モジュール３の濾過膜から被処理水槽２へ透水するため、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を循環する第一洗浄水２１の循環流量が低下し、循環流量測定器３１の出力値が低下する。そのため、制御器３５は、循環流量測定器３１から取得した循環流量の値があらかじめ定められた循環流量閾値より少なくなったときに、循環ポンプ３２を停止し、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を開き、循環切替弁１１の循環配管３０の側を閉じ、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を開き、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を開き、第一洗浄水ポンプ２２を起動させることにより、再び第一洗浄水２１を第一洗浄水槽２０から循環流路に供給する。そして、循環流量測定器３１から取得した循環流量の値が循環流量閾値以上になったときに、第一洗浄水ポンプ２２を停止し、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側を閉じ、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を閉じ、循環切替弁１１の循環配管３０の側を開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、循環ポンプ３２を再び起動させることにより、第一洗浄水２１の第一洗浄水槽２０から循環流路への供給を停止して、第一洗浄水２１が循環流路を再び循環する。以上の処理により、クロスフロー濾過洗浄において循環流路を循環する洗浄水の流量を維持することができ、濾過膜から被処理水槽２への洗浄水の透水による洗浄効率の低下を防ぐことができる。

第一洗浄水２１によるクロスフロー濾過洗浄の完了後に第二洗浄水２６によるクロスフロー濾過洗浄を行う場合は、まず、循環ポンプ３２を停止し、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を開き、循環切替弁１１の循環配管３０の側を閉じ、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を開く。次に、第一切替弁１２の膜濾過水槽１８の側を開き、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を開き、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側が開いた状態で、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とが開かれた状態で、第一切替弁１２の第一洗浄水配管２４の側が閉じられた状態で、第二切替弁１３の循環切替弁１１の側が開かれた状態で、第二切替弁１３の膜濾過水槽１８の側が閉じられた状態で、第二洗浄水ポンプ２７を起動させることにより、第二洗浄水２６が第一集水口３６から濾過膜モジュール３の濾過膜に供給される。濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄に使用されて第二集水口３７から取り出された第一洗浄水２１が第二洗浄水槽２５に戻されることが無いので、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路に残留している第一洗浄水２１が第二洗浄水槽２５に混入することはない。そして、循環流量測定器３１によって測定される循環配管３０を流れる洗浄水の流量があらかじめ定められた第二膜面透過流束を超えたときに、第二洗浄水ポンプ２７を停止し、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を閉じる。これにより、循環流路および濾過膜モジュール３に残留した第一洗浄水２１が排除されて、循環流路および濾過膜モジュール３は第二洗浄水２６によって満たされた状態になり、第一洗浄水２１と第二洗浄水２６とが混ざった洗浄水によって濾過膜が洗浄されることが無い。例えば、第一洗浄水２１がアルカリ性であり、第二洗浄水２６が酸性であった場合であっても、２つの洗浄水が混合して反応し、第二洗浄水２６による洗浄において洗浄水の濃度が低下することが無い。次に、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を閉じ、循環切替弁１１の循環配管３０の側を開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、循環ポンプ３２を起動させることにより、第二集水口３７から取り出された第二洗浄水２６が循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環されて第一集水口３６に供給され、クロスフロー濾過洗浄が行われる。濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄に使用されて第二集水口３７から取り出された第二洗浄水２６は、第二洗浄水槽２５に戻されることなく、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環されて第一集水口３６に供給されるので、汚濁物質が含まれた第二洗浄水２６が第二洗浄水槽２５に入ることが無い。そのため、濾過膜の洗浄の後に第二洗浄水槽２５を洗浄する必要が無く、使用した分の第二洗浄水２６を第二洗浄水槽２５に補充するだけでよい。

第二洗浄水２６を用いたクロスフロー濾過洗浄によって、第二洗浄水２６が濾過膜モジュール３の濾過膜から被処理水槽２へ透水するため、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を循環する第二洗浄水２６の循環流量が低下し、循環流量測定器３１の出力値が低下する。そのため、制御器３５は、循環流量測定器３１から取得した循環流量の値があらかじめ定められた循環流量閾値より少なくなったときに、循環ポンプ３２を停止し、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を開き、循環切替弁１１の循環配管３０の側を閉じ、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を開き、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を開き、第二洗浄水ポンプ２７を起動させることにより、再び第二洗浄水２６を第二洗浄水槽２５から循環流路に供給する。そして、循環流量測定器３１から取得した循環流量の値が循環流量閾値以上になったときに、第二洗浄水ポンプ２７を停止し、第二切替弁１３の第二洗浄水配管２９の側を閉じ、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を閉じ、循環切替弁１１の循環配管３０の側を開き、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側を閉じ、循環ポンプ３２を再び起動させることにより、第二洗浄水２６の第二洗浄水槽２５から循環流路への供給を停止して、第二洗浄水２６が循環流路を再び循環する。以上の処理により、クロスフロー濾過洗浄において循環流路を循環する洗浄水の流量を維持することができ、濾過膜から被処理水槽２への洗浄水の透水による洗浄効率の低下を防ぐことができる。

クロスフロー濾過洗浄による濾過膜の洗浄が完了したら、循環ポンプ３２を停止し、循環切替弁１１の膜濾過水配管１４の側を開き、第二切替弁１３の膜濾過水槽１８の側を開き、第二切替弁１３の循環切替弁１１の側が開いた状態で、第一切替弁１２の循環切替弁１１の側と膜濾過水槽１８の側とが開いた状態で、循環切替弁１１の洗浄水配管４の側と循環配管３０の側と膜濾過水配管１４の側とのすべてが開いた状態で、空気抜切替弁３３の空気抜配管３４の側が閉じられた状態で、空気抜切替弁３３の第二集水口３７の側と循環切替弁１１の側とが開かれた状態で、膜濾過ポンプ１５を起動させることにより、被処理水１の膜濾過処理が再開される。これにより、被処理水１の膜濾過処理を連続的かつ効率的に行うことができる。

上記の説明では、第一洗浄水２１によるデッドエンド濾過洗浄の完了後に第二洗浄水２６によるデッドエンド濾過洗浄を行う、あるいは、第一洗浄水２１によるクロスフロー濾過洗浄の完了後に第二洗浄水２６によるクロスフロー濾過洗浄を行う例を説明したが、制御器３５は、第一洗浄水２１を洗浄水としたデッドエンド濾過洗浄、第一洗浄水２１を洗浄水としたクロスフロー濾過洗浄、第二洗浄水２６を洗浄水としたデッドエンド濾過洗浄および第二洗浄水２６を洗浄水としたクロスフロー濾過洗浄から選択されたいずれかの洗浄を行うように全てのポンプと全ての切替弁とを制御するものであり、洗浄の処理の順序はどのようなものでもよい。さらに、実施の形態１による濾過膜洗浄装置を備える水処理システム１００では、２種類の洗浄水を用いた例を示したが、３種類以上の洗浄水を用いて同様の方法によって濾過膜を洗浄してもよく、第一洗浄水２１のみを用いて濾過膜の洗浄を行ってもよい。

薬液を含有する洗浄水を用いた濾過膜の洗浄時間は、特に限定されず、濾過膜に付着した汚濁物質の量あるいは濾過膜の集水方式などに応じて適宜設定すればよい。一般的には、次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合は９０分以下、オゾン水を用いる場合は６０分以下、シュウ酸あるいはクエン酸を用いる場合は５分から７分が好ましい。洗浄時間は短い方が好ましく、洗浄時間が長くなると、被処理水の膜濾過処理を中断する時間も長くなるため、膜濾過水量が低下する。

濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄をデッドエンド濾過洗浄によって行う場合は、薬液を含有する洗浄水の膜面透過流束（膜面積当たりの供給水量）は、特に限定されない。一般的には、洗浄水を濾過膜の末端まで充填することができる流束を確保できればよい。具体的には、次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合は、６ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／ｈ）以下、オゾン水を用いる場合は３０ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／ｈ）以下が好ましい。膜面透過流束が高すぎると、洗浄水の必要量の増大に伴い薬液に要するコストが増大したり、洗浄水槽の容量が増大したり、濾過膜が破断したりする。膜面透過流束が低すぎると、洗浄水が濾過膜の中心まで充填されず、濾過膜に付着した汚濁物質を分解できなくなったり、オゾン水を用いる場合は搬送中に濃度が低下したりする。

また、濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄をクロスフロー濾過洗浄によって行う場合は、薬液を含有する洗浄水の循環流量は特に限定されず、洗浄水の膜面透過流束と同じでも良い。循環ポンプ３２の制御方法は、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を循環する洗浄水の循環流量が膜面透過流束による流量と同一になるように、循環流量が膜面透過流束による流量よりも少ない場合に循環ポンプの出力を上げてもよく、循環流量が膜面透過流束による流量よりも多い場合に循環ポンプの出力を下げてもよい。

実施の形態１による濾過膜洗浄装置を備える水処理システム１００では、洗浄水を濾過膜内に通水した後、洗浄水をそのまま膜内で保持する洗浄方式、あるいは、濾過膜を洗浄液に浸漬して保持する洗浄方式などを用いてもよい。

図１には示していないが、洗浄水配管４、第一洗浄水配管２４、第二洗浄水配管２９あるいは循環配管３０には、第一洗浄水２１あるいは第二洗浄水２６を均一に混合する手段（例えば、スタティックミキサー）が備えられていてもよい。また、膜濾過処理の終了後であって濾過膜の洗浄処理を行う前において、濾過膜の予備処理を行ってもよい。例えば、膜濾過処理の終了後であって濾過膜の洗浄処理を行う前において、濾過膜をあらかじめ定められた時間にわたって空気に曝すことにより、被処理水１と接する濾過膜の表面に付着した汚濁物質を除去しやすくすることができる。

以上のように、実施の形態１による濾過膜洗浄装置は、濾過膜を透過した膜濾過水１９を取り出す２つの集水口である第一集水口３６および第二集水口３７を備えた濾過膜モジュール３の濾過膜を洗浄する濾過膜洗浄装置であって、第一洗浄水槽２０からの第一洗浄水２１を供給する第一洗浄水ポンプ２２を備えた第一洗浄水配管２４と、第一切替弁１２によって第一洗浄水配管２４に接続された膜濾過水配管１４と、一端が循環切替弁１１によって膜濾過水配管１４に接続され、他端が第一集水口３６に接続された洗浄水配管４と、一端が循環切替弁１１によって膜濾過水配管１４および洗浄水配管４に接続され、他端が第二集水口３７に接続され、洗浄水を循環させる循環ポンプ３２を備えた循環配管３０と、第一洗浄水ポンプ２２、第一切替弁１２、循環切替弁１１および循環ポンプ３２を制御する制御器３５とを備え、制御器３５は、第一洗浄水２１を洗浄水として、第一洗浄水槽２０を洗浄水槽として、洗浄水槽からの洗浄水を第一集水口３６および第二集水口３７の両方に供給するデッドエンド濾過洗浄と第二集水口３７から取り出した洗浄水を循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環させて第一集水口３６に供給するクロスフロー濾過洗浄とから選択されたいずれかの洗浄を行うように、第一洗浄水ポンプ２２、第一切替弁１２、循環切替弁１１および循環ポンプ３２を制御するので、濾過膜の透過液流路側の表面に付着した汚濁物質と濾過膜の孔中に付着した汚濁物質との両方を効率よく除去することができる。また、濾過膜の洗浄方法をデッドエンド濾過洗浄とクロスフロー濾過洗浄とから選択できるので、濾過膜の状態に応じた適切な洗浄方法による洗浄ができ、高い洗浄効率を得ることができる。さらに、クロスフロー濾過洗浄において、濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄に使用されて第二集水口３７から取り出された第一洗浄水２１は、第一洗浄水槽２０に戻されることなく、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路を通して循環されて第一集水口３６に供給されるので、汚濁物質が含まれた第一洗浄水２１が第一洗浄水槽２０に入ることが無い。そのため、濾過膜の洗浄の後に第一洗浄水槽２０を洗浄する必要が無く、使用した分の第一洗浄水２１を第一洗浄水槽２０に補充するだけでよい。

さらに、実施の形態１による濾過膜洗浄装置は、第二洗浄水槽２５からの第二洗浄水２６を供給する第二洗浄水ポンプ２７を備えた第二洗浄水配管２９を備え、膜濾過水配管１４は、第二切替弁１３によって第二洗浄水配管２９に接続され、制御器３５は、第一洗浄水２１を洗浄水として、第一洗浄水槽２０を洗浄水槽として、デッドエンド濾過洗浄およびクロスフロー濾過洗浄から選択されたいずれかの洗浄を行った後に、第二洗浄水２６を洗浄水として、第二洗浄水槽２５を洗浄水槽として、デッドエンド濾過洗浄およびクロスフロー濾過洗浄から選択されたいずれかの洗浄を行うように、第一洗浄水ポンプ２２、第一切替弁１２、第二洗浄水ポンプ２７、第二切替弁１３、循環切替弁１１および循環ポンプ３２を制御するので、濾過膜モジュール３の濾過膜の洗浄に使用されて第二集水口３７から取り出された第一洗浄水２１が第二洗浄水槽２５に戻されることが無く、循環配管３０および洗浄水配管４によって構成された循環流路に残留している第一洗浄水２１が第二洗浄水槽２５に混入することが無く、第二洗浄水２６の濃度が低下して洗浄効果が低下するということが無い。

さらに、実施の形態１による濾過膜洗浄装置は、循環配管３０は、循環配管３０を流れる洗浄水の流量である循環流量を測定する循環流量測定器３１を備え、制御器３５は、クロスフロー濾過洗浄において、循環流量があらかじめ定められた循環流量閾値よりも少ないときに洗浄水を洗浄水槽から循環流路に供給するように制御し、循環流量が循環流量閾値以上であったときに洗浄水の洗浄水槽から循環流路への供給を停止するように制御するので、クロスフロー濾過洗浄において循環流路を循環する洗浄水の流量を維持することができ、濾過膜から被処理水槽２への洗浄水の透水による洗浄効率の低下を防ぐことができる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１被処理水、２被処理水槽、３濾過膜モジュール、４洗浄水配管、５被処理水配管、６ブロワー、７空気配管、８散気装置、９汚泥引抜ポンプ、１０汚泥引抜配管、１１循環切替弁、１２第一切替弁、１３第二切替弁、１４膜濾過水配管、１５膜濾過ポンプ、１６膜濾過水流量測定器、１７膜濾過水圧力計、１８膜濾過水槽、１９膜濾過水、２０第一洗浄水槽、２１第一洗浄水、２２第一洗浄水ポンプ、２３第一洗浄水流量測定器、２４第一洗浄水配管、２５第二洗浄水槽、２６第二洗浄水、２７第二洗浄水ポンプ、２８第二洗浄水流量測定器、２９第二洗浄水配管、３０循環配管、３１循環流量測定器、３２循環ポンプ、３３空気抜切替弁、３４空気抜配管、３５制御器、３６第一集水口、３７第二集水口、１００水処理システム。

Claims

濾過膜を透過した膜濾過水を取り出す２つの集水口である第一集水口および第二集水口を備えた濾過膜モジュールの前記濾過膜を洗浄する濾過膜洗浄装置において、
前記濾過膜を洗浄するデッドエンド濾過洗浄とクロスフロー濾過洗浄との選択に基づいて制御する制御器を備え、
前記制御器は、
前記デッドエンド濾過洗浄が選択された場合は、洗浄水を前記第一集水口および前記第二集水口の両方に供給する制御を行い、
前記クロスフロー濾過洗浄が選択された場合は、前記洗浄水を前記第一集水口に供給して前記第二集水口から排出させる制御を行うことを特徴とする濾過膜洗浄装置。
第一洗浄水槽からの第一洗浄水を供給する第一洗浄水ポンプを備えた第一洗浄水配管と、
第一切替弁によって前記第一洗浄水配管に接続された膜濾過水配管と、
一端が循環切替弁によって前記膜濾過水配管に接続され、他端が前記第一集水口に接続された洗浄水配管と、
一端が前記循環切替弁によって前記膜濾過水配管および前記洗浄水配管に接続され、他端が前記第二集水口に接続され、前記洗浄水を循環させる循環ポンプを備えた循環配管とを備え、
前記制御器は、
前記第一洗浄水を前記洗浄水として、前記第一洗浄水槽を洗浄水槽として、
前記デッドエンド濾過洗浄が選択された場合は、前記洗浄水槽からの前記洗浄水を前記第一集水口および前記第二集水口の両方に供給するように前記第一洗浄水ポンプ、前記第一切替弁、前記循環切替弁および前記循環ポンプを制御し、
前記クロスフロー濾過洗浄が選択された場合は、前記第二集水口から取り出した前記洗浄水を前記循環配管および前記洗浄水配管によって構成された循環流路を通して循環させて前記第一集水口に供給するように前記第一洗浄水ポンプ、前記第一切替弁、前記循環切替弁および前記循環ポンプを制御することを特徴とする請求項１に記載の濾過膜洗浄装置。
第二洗浄水槽からの第二洗浄水を供給する第二洗浄水ポンプを備えた第二洗浄水配管を備え、
前記膜濾過水配管は、第二切替弁によって前記第二洗浄水配管に接続され、
前記制御器は、前記第一洗浄水を前記洗浄水として、前記第一洗浄水槽を前記洗浄水槽として、前記デッドエンド濾過洗浄および前記クロスフロー濾過洗浄から選択されたいずれかの洗浄を行った後に、前記第二洗浄水を前記洗浄水として、前記第二洗浄水槽を前記洗浄水槽として、前記デッドエンド濾過洗浄および前記クロスフロー濾過洗浄から選択されたいずれかの洗浄を行うように、前記第一洗浄水ポンプ、前記第一切替弁、前記第二洗浄水ポンプ、前記第二切替弁、前記循環切替弁および前記循環ポンプを制御することを特徴とする請求項２に記載の濾過膜洗浄装置。
前記循環配管は、前記循環配管を流れる前記洗浄水の流量である循環流量を測定する循環流量測定器を備え、
前記制御器は、前記クロスフロー濾過洗浄において、前記循環流量があらかじめ定められた循環流量閾値よりも少ないときに前記洗浄水を前記洗浄水槽から前記循環流路に供給するように制御し、前記循環流量が前記循環流量閾値以上であったときに前記洗浄水の前記洗浄水槽から前記循環流路への供給を停止するように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の濾過膜洗浄装置。