JPH0698276B2 - Membrane separation method - Google Patents

Membrane separation method

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JPH0698276B2
JPH0698276B2 JP1086526A JP8652689A JPH0698276B2 JP H0698276 B2 JPH0698276 B2 JP H0698276B2 JP 1086526 A JP1086526 A JP 1086526A JP 8652689 A JP8652689 A JP 8652689A JP H0698276 B2 JPH0698276 B2 JP H0698276B2
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membrane separation
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繁樹 沢田
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Kurita Water Industries Ltd
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は膜分離方法に係り、特に凝集剤を添加した原水
を膜分離処理するにあたり、高い水透過速度を維持して
効率的な膜分離処理を行なうことを可能とする膜分離方
法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a membrane separation method, and in particular, in the membrane separation treatment of raw water to which a coagulant is added, a high water permeation rate is maintained to achieve efficient membrane separation. The present invention relates to a membrane separation method that enables treatment.

[従来の技術] 超純水は半導体製造工程において必要不可欠なものであ
り、半導体の洗浄水として多量に用いられている。しか
して、このような超純水の製造等の造水プロセスとし
て、従来より、半透膜を用いて水中の溶存物質を除去す
る膜分離法が広く採用されている。
[Prior Art] Ultrapure water is indispensable in the semiconductor manufacturing process and is used in large amounts as semiconductor cleaning water. Therefore, as a water-making process for producing such ultrapure water, a membrane separation method has been widely adopted, which uses a semipermeable membrane to remove dissolved substances in water.

超純水の製造に用いられる膜分離装置の性能としては、
原水中の溶存物質の除去性能だけではなく、その水透過
速度が高いことが要求される。即ち、所定量の純水を製
造するにあたり、膜分離装置の水透過速度が小さけれ
ば、多大な膜面積を必要とすることとなり、結果的に造
水コストが高騰する。
The performance of the membrane separator used to produce ultrapure water is
Not only the ability to remove dissolved substances in raw water but also its high water permeation rate is required. That is, in producing a predetermined amount of pure water, if the water permeation rate of the membrane separation device is small, a large membrane area will be required, resulting in an increase in water production cost.

ところで、一般に造水に適用する膜分離装置において
は、原水中に共存している懸濁性物質やコロイド性物質
のみならず、溶存性有機物等が分離膜面上に蓄積し、水
透過速度が低下するようになる。
By the way, in a membrane separation apparatus generally applied to fresh water, not only suspended substances and colloidal substances that coexist in raw water but also dissolved organic substances and the like accumulate on the separation membrane surface, and the water permeation rate is Will start to decline.

従来の膜分離法における最大の問題は、このように膜面
上にゲル状物質が蓄積し、膜面上に濾過比抵抗の大きな
ゲル状物質が次第に強固に蓄積して、水透過速度が低下
することである。この現象は超純水の製造のように比較
的汚染の少ない原水を用いる場合にも、程度の差はあ
れ、避けることのできない問題であった。
The biggest problem in the conventional membrane separation method is that the gel-like substance accumulates on the membrane surface in this way, and the gel-like substance with a large filtration resistivity gradually accumulates strongly on the membrane surface, which lowers the water permeation rate. It is to be. This phenomenon has been an unavoidable problem to some extent even when raw water with relatively little pollution is used as in the production of ultrapure water.

一般に、半透膜のうちUF膜などのように比較的大きい孔
があいているとされる膜でさえも、その表面開孔率は数
パーセント以下であるといわれている。この膜面上に濾
過比抵抗の大きい層が上乗せされれば、この層の表面か
ら、この層を通って半透膜の孔に達するまでの距離が増
加するために水透過速度は著しく低下する。
It is generally said that even a semipermeable membrane such as a UF membrane having relatively large pores has a surface porosity of several percent or less. If a layer with a high filtration resistivity is added on this membrane surface, the distance from the surface of this layer to the pores of the semipermeable membrane through this layer will increase and the water permeation rate will decrease significantly. .

このため、従来においては、原水中より懸濁物質等を除
去する前処理が行なわれており、多くの場合、凝集沈殿
砂濾過、精密濾過等の処理単位操作を組み合わせた前処
理が施されている。しかしながら、これらの前処理法
は、煩雑な操作を要する上に、多大な敷地面積を必要と
する。しかも、このような前処理を施した場合において
も、膜面への汚染物の蓄積を完全に防止することはでき
ず、定期的に膜面を薬品洗浄するなどの処理が必要とさ
れていた。
For this reason, in the past, a pretreatment for removing suspended substances and the like from the raw water has been performed, and in many cases, a pretreatment combining treatment unit operations such as coagulation sedimentation sand filtration and microfiltration is performed. There is. However, these pretreatment methods require a lot of site area in addition to requiring complicated operations. Moreover, even when such pretreatment is performed, it is not possible to completely prevent the accumulation of contaminants on the film surface, and it is necessary to periodically perform a chemical cleaning of the film surface. .

このような問題を解決するものとして、晶析媒体等を原
水に添加する方法が知られているが、このような方法に
よっても、長期間通水を行なった場合には、晶析物や凝
集物が膜面に付着して膜面を汚染し、結果的に水透過速
度が低下するという問題が残されていた。
As a method for solving such a problem, a method of adding a crystallization medium or the like to raw water is known. Even with such a method, when water is passed for a long period of time, a crystallization product or an agglomeration is generated. There remains a problem that substances adhere to the membrane surface and contaminate the membrane surface, resulting in a decrease in water permeation rate.

なお、コロイド成分を除去するために、Al塩、Fe塩、Mg
塩等の無機凝集剤を添加して凝集処理した原水を直接膜
分離装置に通水して膜分離する方法が知られている。
In addition, in order to remove colloidal components, Al salt, Fe salt, Mg
A method is known in which raw water obtained by adding an inorganic coagulant such as a salt and performing coagulation is directly passed through a membrane separation device to perform membrane separation.

また、膜分離装置を定期的に背圧洗浄して分離膜に蓄積
したゲル層を除去することにより、水透過速度を回復さ
せることも知られている。
It is also known that the water permeation rate is recovered by periodically washing the membrane separation device with back pressure to remove the gel layer accumulated in the separation membrane.

[発明が解決しようとする課題] 凝集処理した原水を膜分離装置に通水した場合において
もコロイド粒子の影響を完全に除外することはできな
い。また、凝集により生じたフロックが膜面に付着して
圧密化されることにより、水透過速度が経時的に低下す
るという問題もあった。
[Problems to be Solved by the Invention] The influence of colloidal particles cannot be completely excluded even when the raw water that has been subjected to the coagulation treatment is passed through a membrane separation device. There is also a problem that the water permeation rate decreases with time because the flocs generated by the aggregation adhere to the membrane surface and are consolidated.

即ち、水処理の分野で広く用いられている無機系凝集剤
であるAl,Fe,Mg塩などが水中で形成する水酸化アルミニ
ウムや水酸化鉄等の凝集ブロックの濾過比抵抗は1〜10
×1012m/kgの範囲であり、有機性粘質物と比較すると、
その濾過比抵抗は小さい。しかしながら、これらの凝集
フロックは圧縮性があり、高圧条件下におかれると緻密
化されて濾過比抵抗が急増するという特性をもってい
る。従って、凝集剤によりコロイド性物質がフロック化
されて濾過比抵抗が減少するのにかかわらず、これらの
フロックが膜面に圧密化することによって濾過比抵抗が
増大するため、凝集剤の水透過速度を上昇させる効果は
相殺され、結果的に凝集剤を用いない場合と同様に水透
過速度が経時的に低下するようになる。
That is, Al, Fe, Mg salt, which is an inorganic flocculant widely used in the field of water treatment, has a filtration specific resistance of 1 to 10 in the flocculation block such as aluminum hydroxide or iron hydroxide formed in water.
It is in the range of × 10 12 m / kg, and when compared with organic mucilages,
Its filtration resistivity is small. However, these agglomerated flocs have a property of being compressible and being densified under a high pressure condition to rapidly increase the filtration resistivity. Therefore, although the flocculant flocculates the colloidal substance to reduce the filtration resistivity, the flocculation of these flocs on the membrane surface increases the filtration resistivity, which increases the water permeation rate of the flocculant. The effect of increasing the water content is offset, and as a result, the water permeation rate decreases with time as in the case where no coagulant is used.

分離膜の背圧洗浄を行なうことによりゲル層を剥離除去
する方法は、水透過速度の回復に有効な方法ではある
が、凝集処理を施していない原水を膜分離する場合に
は、原水中のコロイド粒子が膜面にゲル層を形成するた
め、頻繁に、例えば15分に1回の割合(即ち、14分通
水、1分洗浄)で背圧洗浄する必要がある。このため、
従来の背圧洗浄方法は、洗浄頻度が高く、処理効率が悪
い上に、分離膜が早期に損耗するという欠点があった。
The method of peeling and removing the gel layer by performing back pressure washing of the separation membrane is an effective method for recovering the water permeation rate, but when membrane separation of raw water that has not been subjected to coagulation treatment is performed, Since the colloidal particles form a gel layer on the membrane surface, it is necessary to perform back pressure washing frequently, for example, once every 15 minutes (that is, water passing for 14 minutes, washing for 1 minute). For this reason,
The conventional back pressure washing method has a drawback that the washing frequency is high, the treatment efficiency is poor, and the separation membrane is worn early.

本発明は上記従来の問題点を解決し、半透膜を用い、圧
力を駆動力として、有機性物質や無機性物質を含む原水
を膜分離する方法において、高い水透過速度を長期間安
定に維持して、効率的に膜分離処理することができる膜
分離方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, uses a semipermeable membrane, and uses pressure as a driving force to perform membrane separation of raw water containing an organic substance or an inorganic substance. An object of the present invention is to provide a membrane separation method capable of maintaining and efficiently performing a membrane separation treatment.

[課題を解決するための手段] 本発明の膜分離方法は、凝集剤を添加した原水を直接に
(即ち、前処理を施すことなく、そのまま)膜分離装置
に通水して膜分離処理する方法において、30分〜120分
に1回の割合で分離膜を背圧逆洗することを特徴とす
る。
[Means for Solving the Problem] In the membrane separation method of the present invention, raw water added with a flocculant is directly (that is, as it is, without pretreatment) being passed through a membrane separation apparatus for membrane separation treatment. The method is characterized in that the separation membrane is backwashed once every 30 minutes to 120 minutes.

なお、本発明の方法において、30〜120分に1回の割合
で分離膜を背圧逆洗するとは、1回の膜分離処理(原水
の通水)と背圧逆洗を30〜120分のサイクルで行なうこ
とを表わし、この30〜120分のサイクルは、背圧逆洗時
間を含むものである。
In the method of the present invention, backwashing the separation membrane once every 30 to 120 minutes means that the membrane separation treatment (raw water flow) and backpressure backwashing are performed once for 30 to 120 minutes. The cycle of 30 to 120 minutes includes the back-pressure backwash time.

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の膜分離方法の実施に好適な膜分離装置
の系統図である。
FIG. 1 is a system diagram of a membrane separation apparatus suitable for carrying out the membrane separation method of the present invention.

図示の膜分離装置は、原水に凝集剤を添加して凝集処理
する攪拌機1aを備える凝集反応槽1、凝集処理した原水
の循環水槽2、分離膜3aを備える膜モジュール3、原水
を膜モジュール3に供給するための加圧循環ポンプP、
膜モジュール3の背圧加圧手段4及び凝集剤の供給手段
5より主として構成されている。符号11〜20は液流通用
の配管を示す。21はポンプPを迂回するように設けられ
た配管であり、V1,V2はバルブである。
The membrane separation device shown in the figure comprises a flocculation reaction tank 1 equipped with a stirrer 1a for coagulating the raw water by adding a coagulant, a circulating water tank 2 for the coagulated raw water, a membrane module 3 equipped with a separation membrane 3a, and a raw water membrane module 3 Pressure circulation pump P for supplying
The membrane module 3 mainly comprises a back pressure pressurizing means 4 and a coagulant supplying means 5. Reference numerals 11 to 20 denote liquid distribution pipes. Reference numeral 21 is a pipe provided so as to bypass the pump P, and V 1 and V 2 are valves.

なお、第1図の装置では、背圧加圧手段4は、分離膜3a
に対し静水頭をかけ得るように上下方向に延設されたヘ
ッダにて構成されている。
In the apparatus shown in FIG. 1, the back pressure pressurizing means 4 includes the separation membrane 3a.
On the other hand, it is composed of a header extending vertically so that a hydrostatic head can be applied.

図示の方法においては、まず原水を配管11より凝集反応
槽1に供給し、配管12より供給される凝集剤と攪拌機1a
にて攪拌して凝集反応させ、コロイド成分を凝集させ
る。
In the illustrated method, first, raw water is supplied to a coagulation reaction tank 1 through a pipe 11, and a coagulant and a stirrer 1a supplied through a pipe 12.
Agitation reaction is carried out by stirring at to colloid the colloid components.

凝集処理された原水は、配管13、循環水槽2、配管14,1
5を経て、加圧循環ポンプPの動力により膜モジュール
3に供給され膜分離処理される。この場合、バルブV1
開、閉のいずれでも良い。
The raw water that has been subjected to coagulation treatment is pipe 13, circulating water tank 2, pipes 14,1
After passing through 5, it is supplied to the membrane module 3 by the power of the pressurizing circulation pump P and subjected to membrane separation treatment. In this case, the valve V 1 may be open or closed.

膜モジュール3の透過水は配管16、背圧加圧手段4、配
管17を経て処理水として系外に排出される。一方、濃縮
水は、配管18,20より循環水槽2に循環される。この
際、バルブV2を開閉することにより、必要に応じて濃縮
水の一部を配管19より系外に排出する。
The permeated water of the membrane module 3 is discharged out of the system as treated water through the pipe 16, the back pressure pressurizing means 4, and the pipe 17. On the other hand, the concentrated water is circulated to the circulating water tank 2 through the pipes 18 and 20. At this time, by opening / closing the valve V 2 , a part of the concentrated water is discharged to the outside of the system through the pipe 19 as needed.

このようにして原水の膜分離処理を継続して行なった後
は、次のようにして分離膜3aの背圧洗浄を定期的に行な
う。
After continuously performing the membrane separation process of the raw water in this way, back pressure washing of the separation membrane 3a is regularly performed as follows.

即ち、バルブV1を開とすると共に、ポンプPを停止す
る。ポンプPを停止することにより、膜モジュール3内
の水が瞬時に配管21を経て循環水槽2側に逆流する。即
ち、第1図の場合、濃縮水取出用配管20の開放端が循環
水槽2の水面位より高い位置にあることから、ヘッド差
により瞬時に逆流が発生する。
That is, the valve V 1 is opened and the pump P is stopped. By stopping the pump P, the water in the membrane module 3 instantaneously flows back to the circulating water tank 2 side through the pipe 21. That is, in the case of FIG. 1, since the open end of the concentrated water withdrawing pipe 20 is located at a position higher than the water surface level of the circulating water tank 2, a backflow is instantaneously generated due to the head difference.

また、ポンプPを停止すると、背圧加圧手段4としての
ヘッダにより、膜モジュール3の分離膜3aに背圧をかけ
ることができる。このヘッダの立上げ高さは、特に制限
はないが、例えば、0.1〜0.5kg/cm2程度の背圧を加える
ことができるようにするのが好ましい。
Also, when the pump P is stopped, the back pressure can be applied to the separation membrane 3a of the membrane module 3 by the header as the back pressure pressurizing means 4. The starting height of this header is not particularly limited, but it is preferable that a back pressure of about 0.1 to 0.5 kg / cm 2 can be applied, for example.

このようにして背圧をかけた状態で逆洗を行なうと、分
離膜3aの膜面(原水側)に圧縮されて堆積しているゲル
層(凝集フロック層)は、原水ポンプPを停止すること
により、圧力開放状態となり、その圧縮度がゆるんだ状
態となると共に、この圧縮度がゆるんだゲル層の表面に
沿って瞬間的に高速の逆流が流れ、更に、分離膜3aに背
圧が加えられることにより、ゲル層は効率的に取り除か
れる。
When backwashing is performed under back pressure in this way, the gel layer (aggregated floc layer) compressed and deposited on the membrane surface (raw water side) of the separation membrane 3a stops the raw water pump P. As a result, the pressure is released, the compression degree becomes loose, and a high-speed backflow momentarily flows along the surface of the gel layer having the loose compression degree, and the back pressure is applied to the separation membrane 3a. By being added, the gel layer is effectively removed.

このようにして、ゲル層を除去した後は、ポンプPを作
動させて原水の膜分離処理を再開する。
After removing the gel layer in this way, the pump P is operated to restart the membrane separation process of the raw water.

本発明の方法においては、このように凝集剤を添加した
原水を直接に膜分離装置に通水した後、背圧逆洗するた
め、背圧逆洗の頻度を従来より大幅に少なくできる。即
ち、原水の水質によっても異なるが、30〜120分に1回
という非常に低い割合にすることができる。
In the method of the present invention, the raw water to which the coagulant is added is directly passed through the membrane separation device and then backwashed, so that the backwashing frequency can be significantly reduced as compared with the conventional case. That is, although it depends on the quality of the raw water, it can be set to a very low rate of once every 30 to 120 minutes.

なお、上記説明は本発明の一例であって、本発明はその
要旨を越えない限り、上記説明に限定されるものではな
い。
The above description is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above description unless it exceeds the gist of the present invention.

例えば、凝集剤の添加は、凝集反応槽を設けることな
く、循環水槽に直接添加するようにしても良く、更には
原水供給配管又は循環水配管に凝集剤を添加するように
することもできる。
For example, the coagulant may be added directly to the circulating water tank without providing the coagulation reaction tank, or the coagulant may be added to the raw water supply pipe or the circulating water pipe.

また、背圧加圧手段も図示のものの他、加圧ガス供給管
や加圧ポンプ等を設けた構成とすることができる。
Further, the back pressure pressurizing means may be provided with a pressurizing gas supply pipe, a pressurizing pump, etc. other than the one shown in the drawing.

背圧逆洗を行なう時には、通水は停止しても継続してい
てもどちらでも良いが、第1図に示すように、原水の加
圧循環ポンプを迂回するバイパス配管21を設け、かつ、
循環水槽の水面位より高所に開放可能な濃縮水取出用配
管を設け、通水を停止して、原水の逆流を瞬時に生じさ
せることにより、極めて高い洗浄効果を得ることができ
る。
When the back pressure backwash is performed, the water flow may be stopped or continued, but as shown in FIG. 1, a bypass pipe 21 bypassing the raw water pressure circulation pump is provided, and
An extremely high cleaning effect can be obtained by providing a concentrated water extraction pipe that can be opened above the water level in the circulating water tank, stopping the water flow, and instantly causing a reverse flow of the raw water.

本発明の方法において、凝集剤としては、特に制限はな
く、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、
含鉄、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等を
用いることができ、これらの凝集剤に更に各種高分子ポ
リマーを凝集助剤として併用することもできる。
In the method of the present invention, the aggregating agent is not particularly limited, for example, polyaluminum chloride, aluminum sulfate,
Iron-containing, aluminum chloride, ferric chloride, poly-iron sulfate, etc. can be used, and various aggregating agents can also be used in combination with various polymer polymers as an aggregating aid.

このような凝集剤の添加量はジャーテスト等により、濾
過抵抗が最少となる範囲で適宜決定すれば良く、必ずし
も従来の凝集沈殿濾過法で一般に採用されている添加量
ほどの多量にする必要はない。本発明においては、通常
の場合、凝集剤の添加量は原水に対して10〜200ppm程度
とするのが好ましい。ただし、原水水質に応じて添加す
ることはいうまでもない。
The addition amount of such a coagulant may be appropriately determined by a jar test or the like within a range where the filtration resistance is minimized, and it is not always necessary to make the addition amount as large as the amount generally adopted in the conventional coagulating sedimentation filtration method. Absent. In the present invention, it is usually preferable that the amount of the coagulant added is about 10 to 200 ppm with respect to the raw water. However, it goes without saying that it is added depending on the raw water quality.

本発明の方法において用いる分離膜の種類には特に制限
はないが、特にUF膜、RO膜に有効である。
The type of separation membrane used in the method of the present invention is not particularly limited, but is particularly effective for UF membranes and RO membranes.

[作用] 例えばUF膜又はRO膜を用いて膜分離を行なう場合の水透
過速度JVと原水溶質濃度Cの関係は、次式で表わせる。
[Function] For example, the relationship between the water permeation rate J V and the raw water-soluble concentration C in the case of performing membrane separation using a UF membrane or RO membrane can be expressed by the following equation.

JV=KlnCW/Cb …… ここでk:物質移動係数、Cw:膜面の溶質濃度、Cb:溶液
の溶質濃度、であり、溶質とは、溶存性物質ないしコロ
イド状物質を示す。
J V = KlnC W / C b …… where k: mass transfer coefficient, C w : solute concentration on the film surface, C b : solute concentration in solution, and solute is a dissolved or colloidal substance. Show.

式から、kを大きく、Cbを小さくすれば、JVが大きく
なることは明らかである。このうち、kを大きくするに
は、溶液の温度を高めたり、流れの乱流を促進させたり
することで達成されるが、これらの方法はいずれも、多
大なエネルギーを必要とし、必ずしも有利な方法とは言
えない。
From the equation, it is clear that if k is increased and C b is decreased, J V is increased. Among these, increasing k can be achieved by raising the temperature of the solution or promoting turbulent flow, but all of these methods require a large amount of energy and are not always advantageous. Not a method.

一方、Cbを小さくする方法として、凝集剤を用いる方法
が知られておりコロイド状物質を含むものに対して効果
が認められる。即ち、凝集反応によりコロイド状物質を
フロック化し、見かけ上のCbを小さくさせるのである。
このために、Jvは、多くの場合著しく増加することが報
告されている。
On the other hand, as a method for reducing C b , a method using a coagulant is known, and an effect is recognized for a material containing a colloidal substance. That is, the flocculation of the colloidal substance by the agglutination reaction reduces the apparent C b .
Because of this, J v is often reported to increase significantly.

しかしながら、Jvが著しく増加すると、膜面近傍で膜へ
向かう速度が高まるために、Jvが小さい条件では溶液中
に浮遊していたフロック状成分が急速に膜面上にひきつ
けられるようになる。このために、膜面上には、コロイ
ド状成分ではなく、フロック状成分が蓄積する。従って
長期にわたって高いJvを維持できなくなるという問題が
あった。このときの、Jvの低下はフロック状成分蓄積層
の圧密化によるものである。
However, when J v increases remarkably, the velocity toward the membrane near the membrane surface increases, so that the floc-like components suspended in the solution are rapidly attracted to the membrane surface when J v is small. . Therefore, not the colloidal component but the floc component is accumulated on the film surface. Therefore, there was a problem that high J v could not be maintained for a long time. The decrease in J v at this time is due to the consolidation of the floc-like component accumulation layer.

ところで、フロック状成分蓄積層の圧密化によるJvの低
下を小さくする方法として、定期的に膜面の透過水側か
ら、透過水を逆流させる逆洗がある。この方法は、精密
濾過膜(MF)において、多くの実績があり、粗大粒子の
蓄積層、即ち、ケーキ層を膜面から剥離させる方法とし
て有効なものである。しかしながら、微小粒子であるコ
ロイド状成分を主体とするものは、濃度の高い蓄積層
で、コロイド粒子間の会合が促進し、粒子相互間の結合
力の大きい、強固なゲル層となる。このため、コロイド
状成分を主体とするものに対しての逆洗の効果は期待で
きない場合が多い。このために、従来は長期間の使用の
後は、薬品洗浄を行なって膜面上のゲル層を除去する手
段が必要であった。
By the way, as a method for reducing the decrease in J v due to the consolidation of the floc-like component storage layer, there is backwashing in which the permeated water is periodically backflowed from the permeated water side of the membrane surface. This method has many achievements in microfiltration membranes (MF), and is effective as a method for peeling an accumulation layer of coarse particles, that is, a cake layer from the membrane surface. However, those mainly composed of colloidal components, which are fine particles, are accumulation layers having a high concentration, which promotes association between the colloidal particles and forms a strong gel layer having a large binding force between the particles. For this reason, it is often the case that the effect of backwashing cannot be expected with respect to those containing mainly colloidal components. For this reason, conventionally, after long-term use, a means for performing chemical cleaning to remove the gel layer on the film surface has been required.

現在、一般に市販されているUFないしRO膜は、電荷を持
たないポリスルホン膜であっても水中においては負に帯
電する。多くの水中の粒子は負に帯電しているので、Jv
が小さい場合には、同じ電荷同志のクローン反発力によ
って膜面上の、粒子の蓄積を減少させることができる。
しかしながらこのようなJvは極めて小さい値であって、
実用に供せない。これに対して、Jvを高めるために、圧
力などの駆動力を高めると、クーロン反発力によって、
膜面近傍から遠ざけようとする速度よりも、速い速度で
コロイド粒子が近接して、結果的に強固なゲル層を形成
してしまうのである。一方、一般に用いられている凝集
剤は、水中のコロイド粒子の電荷と反対の電荷を持って
いる。即ち、AlやFe塩などの無機系凝集剤は、水中で金
属水酸化物を生じ、この金属水酸化物の周囲は正に帯電
するので、水中の負電荷に帯電したコロイド粒子を吸着
させて、凝集フロックをつくることができる。
Currently, commercially available UF or RO membranes are negatively charged in water even if they are polysulfone membranes having no electric charge. Many particles in water are negatively charged, so J v
When is small, the clonal repulsive force of the same charge can reduce the accumulation of particles on the membrane surface.
However, such J v is extremely small,
It cannot be put to practical use. On the other hand, when driving force such as pressure is increased to increase J v , Coulomb repulsive force causes
The colloidal particles come closer to each other at a speed higher than the speed of trying to move away from the vicinity of the film surface, and as a result, a strong gel layer is formed. On the other hand, commonly used flocculants have an electric charge opposite to that of colloidal particles in water. That is, since an inorganic flocculant such as Al or Fe salt produces a metal hydroxide in water and the periphery of this metal hydroxide is positively charged, it is possible to adsorb negatively charged colloidal particles in water. , Can make floc.

水中で負に帯電している分離膜を用いて、正に帯電した
凝集フロックを含む水を分離する場合には、Jvが大きい
ことに加えて、クーロン引力により膜面上に強固な凝集
フロックの層が形成される。一般に、凝集剤を用いて凝
集した原水を直接に膜分離する方法においては、初期に
得られる高Jvのために、ある程度の長期にわたって継続
した運転を実施することができる。しかしながら、より
長期の通水を行なうと、凝集層が圧密濃縮することによ
ってフロック同志の会合が起こり、強固なゲル状の層を
形成することになる。結果的にこの層の抵抗のために、
Jvは低下し、薬品洗浄などにより、この層を除去する必
要があった。
When separating water containing positively charged agglomerated flocs using a separation membrane that is negatively charged in water, J v is large and strong agglomerated flocs on the membrane surface due to Coulomb attraction. Layers are formed. Generally, in the method of directly performing membrane separation of raw water that has been flocculated using a flocculant, it is possible to carry out continuous operation for a certain period of time because of the high J v initially obtained. However, if water is passed for a longer period of time, the flocculation layer is compacted and concentrated, so that flocs associate with each other to form a strong gel layer. As a result, due to the resistance of this layer,
J v decreased, and it was necessary to remove this layer by chemical cleaning or the like.

本発明者は、これらのことを鑑みて、凝集剤を用いるこ
とによって得られるJvを継続させる方法を検討した。
In view of these things, the present inventor examined the method of continuing Jv obtained by using an aggregating agent.

多くの市販分離膜は水中で負に帯電しているので、Alや
Fe塩で凝集したフロックは、膜面に付着することは避け
られない。膜面にクーロン引力に付着したこのフロック
の第一層は、逆洗などの手段によって取り除くことはで
きない。
Since many commercially available separation membranes are negatively charged in water, Al and
It is unavoidable that flocs aggregated with Fe salt adhere to the film surface. The first layer of this floc adhered to the membrane surface by Coulomb attraction cannot be removed by means such as backwashing.

膜面上に沈積成長する凝集フロックの層は、経時的に会
合し、フロックの粗大化が起こり、ついには膜面上の全
域にわたって会合していく、MF膜などのように、濾過速
度よりも大きい速度で逆洗を行なう場合には、凝集フロ
ック同志が会合したゲル層も除去できる。しかしなが
ら、UF膜やRO膜などの場合には、濾過速度よりも大きい
速度で背圧をかけると、膜が破壊してしまい通液が不可
能となる。このためUF膜やRO膜などの緻密な膜におい
て、逆洗を行なう場合、その速度は濾過速度と比べて小
さい値に設定する必要がある。このように弱い力でしか
逆洗できない、UF膜やRO膜では、会合の進んだゲル層を
除去することができない。
Layers of aggregated flocs that deposit and grow on the membrane surface associate with time, coarsening of the flocs occurs, and eventually aggregates over the entire area of the membrane surface. When backwashing is performed at a high speed, the gel layer associated with the floc particles can be removed. However, in the case of a UF membrane or RO membrane, if back pressure is applied at a rate higher than the filtration rate, the membrane will break and liquid cannot be passed. For this reason, when performing backwashing on dense membranes such as UF membranes and RO membranes, the rate must be set to a value smaller than the filtration rate. In such a UF membrane or RO membrane, which can be backwashed only with a weak force, the gel layer with advanced association cannot be removed.

一方、膜面で進行する凝集フロックの会合時において、
未凝集のコロイド状粒子を取り込む作用も生じる。即
ち、会合が進んで強いゲル状の層を形成する過程で、未
凝集のコロイド状粒子を吸着させるのである。従って、
ある程度の会合が進行しないうちに、逆洗によって、凝
集フロックを膜面より遠ざける操作を行なうと、未凝集
のコロイド状粒子を膜面上に取り残すことになって、遂
には、コロイド状微粒子の蓄積層を形成することにな
る。
On the other hand, at the time of the aggregation of the flocs that proceed on the membrane surface,
The action of incorporating unaggregated colloidal particles also occurs. That is, unaggregated colloidal particles are adsorbed in the process of progressing association to form a strong gel-like layer. Therefore,
If the flocculation flocs are moved away from the membrane surface by backwashing before the association progresses to some extent, the unaggregated colloidal particles are left on the membrane surface, and finally the accumulation of colloidal fine particles. Will form a layer.

このようなことから、凝集剤を用いることによりCbを小
さくし、かつ、定期的な逆洗によりCwを小さくして、Jv
を高い値に維持するのは、逆洗の間隔が重要な因子とな
る。
Therefore, by using a flocculant, C b can be reduced, and by regular backwashing, C w can be reduced to reduce J v.
The backwash interval is an important factor in maintaining a high value of.

本発明者らは、凝集剤を用いた場合の多くの事例につい
て検討した結果、逆洗の間隔は、30分から2時間までの
ところで、Jvを高い値に維持できることを見出した。
As a result of examining many cases of using a flocculant, the present inventors have found that the backwashing interval can maintain a high value for J v from 30 minutes to 2 hours.

このような間隔で定期的に逆洗をすることにより、膜面
に付着している強固な付着層は除いて、ある程度会合が
進み未凝集のコロイド状物質を取り込んだ粗大化した凝
集フロックを膜面から遠ざけることができる。このこと
により、Cbを小さく、Cwを小さくして、多大エネルギー
を消費することなく、Jvを高く維持することができるの
である。
By regularly backwashing at such intervals, the coarse flocculated flocs containing unaggregated colloidal substances that have progressed to a certain degree of association are removed, except for the strong adhesion layer adhering to the membrane surface. Can be moved away from the plane. As a result, C b can be made small and C w can be made small, and J v can be kept high without consuming a large amount of energy.

[実施例] 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。[Examples] The present invention will be described more specifically with reference to Examples.

実施例1 原水(相模湖湖水)中にポリ塩化アルミニウム(PAC)1
00mg/lを添加し、凝集フロックを発生させた懸濁液を、
下記条件にて通水、背圧逆洗した。フラックスの経時変
化を第2図に示す。
Example 1 Polyaluminum chloride (PAC) 1 in raw water (Lake Sagami)
00 mg / l was added, and the suspension in which agglomerated flocs were generated was
Water was passed and back pressure was backwashed under the following conditions. FIG. 2 shows the change with time of the flux.

処理条件 分 離 膜 :UF膜(ポリスルホンUF膜:分画分子量2 万) 膜モジュール:波状スペーサ(3mm高さ)を挿入したス パイラルモジュール。Processing conditions Separation membrane: UF membrane (Polysulfone UF membrane: molecular weight cut off 20,000) Membrane module: Spiral module with wavy spacer (3mm height) inserted.

膜面循環平均流速:0.93m/sec 平 均 圧 力 :1.26kg/cm2 背圧逆洗圧 :0.17kg/cm2 運転サイクル:27分通水/3分背圧逆洗の間欠運転 比較例1 背圧逆洗を行なわず連続運転としたこと以外は実施例1
と同様の処理を行ない、フラックスの経時変化を第2図
に示した。
Membrane circulation average flow velocity: 0.93 m / sec Normal pressure force: 1.26 kg / cm 2 Back pressure backwash pressure: 0.17 kg / cm 2 Operating cycle: 27 minutes water flow / 3 minutes intermittent backwash backwash intermittent operation Comparative example 1 Example 1 except that back pressure backwash was not performed and continuous operation was performed
The same treatment as described in (1) and (2) was performed and the change in flux with time is shown in FIG.

比較例2 PACを添加しなかったこと以外は実施例1と同様の処理
を行ない、フラックスの経時変化を第2図に示した。
Comparative Example 2 The same treatment as in Example 1 was carried out except that PAC was not added, and the change in flux with time is shown in FIG.

第2図より明らかなように、本発明の方法によれば、従
来の方法に比べて約3倍の高フラックスを得ることがで
きる。
As is clear from FIG. 2, according to the method of the present invention, it is possible to obtain a flux which is about three times as high as that of the conventional method.

実施例2 原水(厚木市水)にカオリン5mg/l及びPAC30mg/lを添加
し、凝集フロックを発生させた懸濁液を、下記条件にて
通水、背圧逆洗した。フラックスの経時変化を第3図に
示す。
Example 2 Kaolin (5 mg / l) and PAC (30 mg / l) were added to raw water (Atsugi city water), and the suspension in which agglomerated flocs were generated was subjected to water flow and back pressure backwash under the following conditions. FIG. 3 shows the change with time of the flux.

処理条件 分 離 膜 :低圧RO膜(ポリスルホンポバール系複合 膜) 膜モジュール:実施例1で用いたものと同様。Treatment conditions Separation membrane: Low pressure RO membrane (polysulfone-Poval composite membrane) Membrane module: The same as that used in Example 1.

膜面循環平均流速:0.93m/sec 平 均 圧 力 :10kg/cm2 背圧逆洗圧 :0.17kg/cm2 運転サイクル:27分通水/3分背圧逆洗の間欠運転 比較例3 PACを添加せず、また、背圧逆洗を行なわなかったこと
以外は実施例2と同様の処理を行ない、フラックスの経
時変化を第3図に示した。
Membrane circulation average flow velocity: 0.93 m / sec Normal pressure force: 10 kg / cm 2 Back pressure backwash pressure: 0.17 kg / cm 2 Operating cycle: 27 minutes water flow / 3 minutes intermittent backwash backwash intermittent operation Comparative Example 3 The same treatment as in Example 2 was carried out except that PAC was not added and that backwashing was not carried out, and changes in flux with time are shown in FIG.

第3図より明らかなように、本発明の方法によれば、従
来の方法に比べて約2倍のフラックスを得ることができ
る。
As is apparent from FIG. 3, according to the method of the present invention, it is possible to obtain about twice the flux as compared with the conventional method.

実施例3 原水(相模川河川水)中にポリ塩化アルミニウム(PA
C)100mg/lを添加し、凝集フロックを発生させた懸濁液
を、下記条件にて通水、背圧逆洗した。逆洗サイクルと
平均フラックスとの関係を調べ、結果を第4図に示し
た。
Example 3 Polyaluminum chloride (PA) was added to raw water (river water of the Sagami River).
C) 100 mg / l was added, and the suspension in which coagulated flocs were generated was subjected to water flow and back pressure backwash under the following conditions. The relationship between the backwash cycle and the average flux was investigated, and the results are shown in FIG.

処理条件 分 離 膜 :UF膜(ポリスルホンUF膜:分画分子量2 万) 膜モジュール:実施例1で用いたものと同様。Treatment conditions Separation membrane: UF membrane (polysulfone UF membrane: molecular weight cut off of 20,000) Membrane module: Same as that used in Example 1.

膜面循環平均流速:0.93m/sec 平 均 圧 力 :1.28kg/cm2 背圧逆洗圧 :0.17kg/cm2 運転サイクル: 比較例4 PACを添加しなかったこと以外は実施例3と同様に処理
を行ない、逆洗サイクルと平均フラックスとの関係を調
べ、結果を第4図に示した。また、逆洗を行なわなかっ
たもの(逆洗サイクル=0分)についても平均フラック
スを調べ、結果を第4図に示した。
Membrane circulation average flow velocity: 0.93 m / sec Average pressure: 1.28 kg / cm 2 Back pressure Backwash pressure: 0.17 kg / cm 2 Operating cycle: Comparative Example 4 A treatment was performed in the same manner as in Example 3 except that PAC was not added, and the relationship between the backwash cycle and the average flux was examined, and the results are shown in FIG. Further, the average flux was also examined for those not backwashed (backwash cycle = 0 min), and the results are shown in FIG.

第4図より、30〜120分の逆洗サイクルにて、良好なフ
ラックスが得られることが明らかである。
From FIG. 4, it is clear that a good flux can be obtained in the backwash cycle of 30 to 120 minutes.

[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の膜分離方法によれば、凝集
処理を施した原水を直接に膜分離装置に通水して膜分離
処理するにあたり、凝集フロックの膜面への圧密化を防
止して、従来の凝集処理のみの場合或いは背圧逆洗処理
のみの場合に比べて飛躍的に高い水透過速度を維持する
ことができる。しかも逆洗頻度を低くおさえることがで
きることから、処理作業数も軽減され、処理操作が簡便
ものとされるため処理コストが低廉化されると共に、分
離膜の損耗を防止してその寿命を延長させることが可能
とされる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the membrane separation method of the present invention, when the raw water that has been subjected to the coagulation treatment is directly passed through the membrane separation device to perform the membrane separation treatment, the membrane surface of the flocculation floc is Can be prevented from consolidating and a dramatically higher water permeation rate can be maintained as compared with the case of the conventional coagulation treatment only or the back pressure backwash treatment only. Moreover, since the backwashing frequency can be kept low, the number of processing operations is reduced, and the processing operation is simplified, so that the processing cost is reduced and the life of the separation membrane is extended by preventing the wear of the separation membrane. Is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の膜分離方法の実施に好適な膜分離装置
の系統図、第2図は実施例1、比較例1及び比較例2の
結果を示すグラフ、第3図は実施例2及び比較例3の結
果を示すグラフ、第4図は実施例3及び比較例4の結果
を示すグラフである。 1……凝集反応層、2……循環水槽、 3……膜モジュール、3a……分離膜、 4……背圧加圧手段。
FIG. 1 is a system diagram of a membrane separation apparatus suitable for carrying out the membrane separation method of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the results of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and FIG. 3 is Example 2 And a graph showing the results of Comparative Example 3, and FIG. 4 is a graph showing the results of Example 3 and Comparative Example 4. 1 ... Aggregation reaction layer, 2 ... Circulating water tank, 3 ... Membrane module, 3a ... Separation membrane, 4 ... Back pressure applying means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】凝集剤を添加した原水を直接に膜分離装置
に通水して膜分離処理する方法において、30分〜120分
に1回の割合で分離膜を背圧逆洗することを特徴とする
膜分離方法。
1. A method for membrane separation treatment in which raw water containing a coagulant is directly passed through a membrane separator to perform back separation backwashing of the separation membrane once every 30 minutes to 120 minutes. Characteristic membrane separation method.
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