JPH0811226B2 - 膜分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は膜分離装置に係り、特
に、生物処理水を膜分離するための膜分離装置であっ
て、膜面の生物層（スライム）の付着、成長を抑制し
て、効率的な膜分離処理を行なうことを可能とする膜分
離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、膜分離技術の発達により、各種の
分野で膜濾過が使用されるようになった。例えば、従
来、比較的低濃度の原水を除濁、除菌する分野での膜濾
過は多用されていたが、最近のクロス・フロー型の膜モ
ジュールの発達により、膜濾過を適用し得る原水の濃度
範囲が広くなり、幅広い分野で膜濾過を適用できるよう
になった。即ち、クロス・フロー型の膜モジュールであ
れば、原水の濁度変動があっても、実用に耐えない程の
濾過速度まで低下させることなく、膜濾過を継続させる
ことが可能とされる。

【０００３】このため、河川水、工業用水、上水をＲＯ
膜（逆浸透膜）分離するための前処理に、凝集・沈殿・
濾過に代わって、ＵＦ膜（限外濾過膜）やＭＦ膜（精密
濾過膜）で膜濾過を行ない、前処理プロセスを簡素化す
ることが可能となった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな膜濾過の用途において、濾過水当たりの造水コスト
をいかに下げるかが、実用化の課題としてなお残されて
いる。

【０００５】即ち、クロス・フロー型の膜モジュールを
用いれば、濾過速度を低下させることなく、膜濾過を継
続させることができるが、膜面に一定の流速を与えるた
めに、濾過する量よりも多量の原水を循環させる必要が
ある。従って、濾過水当たりの造水コスト（運転動力）
が高くつくという問題がある。

【０００６】ここで、濾過速度を低下させることなく運
転動力を下げるためには、原水流路を細くし、原水の循
環流量を下げれば良いが、原水流路を細くすると原水中
のＳＳなどが原水流路を詰まらせることになり、実用に
供しない。

【０００７】一方、全量濾過（デッドエンド・フィルト
レーション）であれば、濾過する原水だけをポンプで送
水すれば良く、運転動力を小さくできるが、全量濾過で
は膜面にケーキ状生成物が蓄積するために経時的に濾過
速度が小さくなり、一定量の濾過水を得るのに多大の膜
面積を必要とするという欠点がある。

【０００８】全量濾過では膜面に蓄積するケーキ状生成
物を除去して濾過速度を回復させるために、定期的に逆
洗操作を行なうのであるが、逆洗操作のための装置（逆
洗ポンプ、自動弁など）が複雑となり、設備費を増大さ
せるという問題もある。

【０００９】更に、クロス・フロー或いは全量濾過のい
ずれを採用しても、膜分離装置と生物処理装置を直結し
たシステムでは、膜面に生物層（スライム）の付着成育
が進行し、濾過速度を低下させるという問題があった。

【００１０】上記問題に対して、本発明者らは、生物反
応装置の後段に、その生物菌体を分離するための膜分離
装置を設けたシステムにおいて、一定濃度の塩素を添加
することにより濾過速度を向上せしめることができるこ
とを見出したが、この方法では、膜濾過の原水側（一次
側）に滅菌剤である塩素を添加するので、一次側の生物
反応を停止させてしまうこととなる。このようなことか
ら、生物処理装置と膜分離装置とを直結したシステムに
おいて、一次側の生物反応を維持させる方法では、一次
側に塩素を添加することは、実現不可能である。

【００１１】従って、一次側に塩素を添加することな
く、一次側のスライム付着を抑制して濾過速度を高く維
持する方法の開発が求められている。

【００１２】なお、透過水側（二次側）に塩素を添加す
る方法は周知であり、この方法は、二次側を滅菌してこ
れを飲料に供する場合には好適である。しかし、後段に
ＲＯ膜装置を接続し、更に良質な水を得ようとする場合
には、ＲＯ膜の材質によっては塩素により劣化するもの
があることから、二次側への塩素添加は不適となる。

【００１３】膜面に粒状物を含む懸濁水や気液混合液を
流して膜面の付着層を削り取ることも提案されている
が、やはり、動力コストの面で好ましいものとは言えな
い。

【００１４】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、生物反応槽からの生物処理水を原水とす
る膜分離装置において、膜分離装置の膜面に高流速を与
えたり、粒状物を含む懸濁水や気液混合液を流して膜面
の付着層を削り取る操作を行なうことなく、膜面への生
物層（スライム）の付着、成長を抑制し、水透過流束
（フラックス）を高く維持する膜分離装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
生物処理水を膜分離処理するための膜分離装置本体と、
該膜分離装置本体からの透過水の取出ラインと、該透過
水の取出ラインに設けられた透過水を貯留するタンク
と、該タンク内の水を該取出ラインを介して前記膜分離
装置本体に逆流させる逆洗手段と、を備えた膜分離装置
において、前記タンクと膜分離装置本体との間の透過水
取出ラインに逆洗開始前の所定時間塩素を注入し、逆洗
時には塩素の注入を停止する塩素注入手段を備えてなる
ことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明の膜分離装置においては、塩素注入手段
により、透過水取出ラインに、逆洗開始前の所定時間塩
素を注入する。これにより、透過水取出ライン内に塩素
が比較的高い均一濃度で注入され、逆洗開始と共に、た
だちに、該取出ライン内の塩素を含有する透過水によ
り、膜分離装置本体の膜の逆洗が行なわれるようにな
る。

【００１７】このため、膜面に付着したスライムを、均
一濃度の塩素含有逆洗水により、効率的に滅菌、剥離除
去することができる。

【００１８】即ち、この均一濃度に塩素を含有する逆洗
水は、膜を透過し、更に膜面に形成されているスライム
層を通過して膜分離装置本体の原水側に到達する際に、
スライムと膜との境界で所定濃度に維持された有効塩素
により効果的な滅菌、剥離作用を発揮する。そして、こ
のスライムを通過する過程で、有効塩素の大部分が消費
され、この逆洗水が原水側の生物反応槽に返送される際
には、殆どの有効塩素が消失したものとなるため、生物
反応槽の反応阻害を最小限におさえることができる。

【００１９】特に、本発明においては、逆洗開始前の一
定流量の透過水が取り出されている透過水取出ラインに
塩素を注入するため、該取出ライン中に、塩素を定量注
入して取出ライン中の透過水の塩素濃度を一定濃度にす
ることができる。しかして、この一定塩素濃度の透過水
を逆洗水とするため、生物反応槽の反応阻害を最小限に
おさえてスライムを確実かつ効果的に剥離することが可
能とされる。しかも、塩素の注入は逆洗時には停止する
ため、塩素源を注入した透過水はすべて逆洗に使用さ
れ、処理水中に塩素が残留することが防止される。

【００２０】これに対して、逆洗工程に至ってから塩素
を透過水側に注入する方法では、逆洗圧力や膜面のスラ
イム付着状態により逆洗速度が変動することから、一定
量の塩素注入では逆洗水の塩素濃度も変動する。このた
め、塩素濃度が高い場合には、前段の生物反応槽に反応
阻害を引き起こし、逆に塩素濃度が低い場合には十分な
スライム剥離効果が得られない。

【００２１】また、常時透過水取出ラインに塩素を注入
する方法、或いは、透過水の貯留タンクに塩素を注入す
る方法では、逆洗に使用されずにタンク内に残留し、処
理水として排出される透過水中にも塩素が含有されるこ
ととなり、後段のＲＯ膜分離装置の膜劣化等の問題を引
き起こす。

【００２２】特に、透過水の貯留タンクに塩素を添加す
る方法では、逆洗初期においては、透過水取出ライン中
の塩素を含有しない透過水により逆洗が行なわれること
となり、逆洗効率が悪い。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の膜分離装置の一実施例を示
す系統図、図２は本発明の膜分離装置の他の実施例を示
す系統図である。

【００２５】図１において、１は生物反応槽、２は膜分
離装置本体（膜モジュール）、３は透過水の貯留タンク
（透過水タンク）、４は塩素源タンク、Ｐ₁ ，Ｐ₂ はポ
ンプ、Ｖは弁である。

【００２６】図示の装置において、原水は配管１１を経
て生物反応槽に導入されて生物処理される。生物反応槽
１の処理水はポンプＰ₁ ，弁Ｖを備える配管１２より膜
モジュール２に導入され、透過水は透過水取出配管１３
より透過水タンク３に貯留された後、処理水として配管
１４より系外へ排出される。一方、膜モジュール２の濃
縮水は循環配管１５により生物反応槽１に返送される。
この循環配管１５と透過水タンク３の透過水面との間に
は、水頭差Δｈが形成されており、弁Ｖを閉とすること
により、この水頭差Δｈを推進力として、透過水取出配
管１３及び透過水タンク３内の透過水により、膜モジュ
ール２の逆洗が行なわれるように構成されている。

【００２７】透過水取出配管１３には、塩素源タンク４
からの塩素源が注入されるべく、注入ポンプＰ₂ を備え
る注入配管１６が接続されている。

【００２８】本実施例の膜分離装置にあっては、膜モジ
ュール２による膜分離処理を一定時間行なった後、弁Ｖ
を閉として、逆洗を行なうが、その逆洗の開始に先立
ち、所定時間、配管１６より透過水取出配管１３に塩素
源を注入し、逆洗開始と同時に注入を停止する。即ち、
弁Ｖの開閉と注入ポンプＰ₂ の稼働（ＯＮ）、停止（Ｏ
ＦＦ）を下記の通りに行なう。

【００２９】

【表１】

【００３０】これにより、濾過IIの工程において、所定
量の塩素源が透過水取出配管内の透過水に所定濃度注入
され、逆洗開始と共にただちにこの塩素源含有透過水に
より、膜モジュール２の逆洗が行なわれ、膜面のスライ
ムは効率的に剥離除去される。また、塩素源の注入は逆
洗開始と共に停止するため、塩素源を注入した透過水は
すべて逆洗に使用することができ、処理水中に塩素源が
残留することはない。

【００３１】逆洗により、膜モジュール２の膜を通過し
て、原水側へ移行した水は、殆どすべての塩素源がスラ
イムの剥離に使用され、有効塩素を殆ど含まないため、
配管１５より生物反応槽１に返送されても、生物反応槽
１の反応阻害を引き起こすことはない。

【００３２】本実施例において、生物反応槽１は、好
気、嫌気のいずれか、或いは両者の組合わせのものであ
り、水中の有機物を生物分解するに好適なものから構成
される。従って、反応層の形式は固定層充填方式、流動
層方式、生物懸濁浮遊方式など原水の成分や濃度に応じ
て選択される。

【００３３】また、膜分離装置に用いる分離膜は、ＵＦ
膜或いはＭＦ膜に属するもので、透過水逆洗に耐える構
造のモジュール形式から選択する。分離膜の孔径（ある
いは分画分子量）は、被処理水の種類或いは生物処理の
程度によって定める。また、分離膜の逆洗速度は逆洗圧
力によって変化するものであるが、原水（一次）側から
の濾過速度の０．２〜２倍の範囲となるように逆洗圧力
を定めるのが好ましい。なお、逆洗手段は実施例のもの
に限ることなく加圧タンクを用いて逆洗するものでも良
い。

【００３４】また、塩素源としては、一般的には次亜塩
素酸ソーダを用いるが、滅菌効果を有する亜塩素酸や二
酸化塩素も採用できる。

【００３５】このような塩素源の注入速度、濃度、注入
時間等は、透過水取出配管の容量や、スライムの付着状
況、逆洗条件等に応じて適宜決定される。この塩素源の
注入は、塩素注入ポンプと膜分離装置の逆洗動作と連動
するように、シーケンス制御するのが好ましい。

【００３６】図２は、複数の膜ユニットを設けた例であ
り、図１に示すものと同一機能を奏する部材には同一符
号を付してある。

【００３７】図２に示す処理システムは、膜モジュール
２Ａ，２Ｂ，２Ｃよりなる膜ユニット１０ａ、膜モジュ
ール２Ｄ，２Ｅ，２Ｆよりなる膜ユニット１０ｂで膜分
離処理を行なうものであり、配管１２からの生物処理水
は、それぞれ弁Ｖ_a ，Ｖ_b を備える配管１２ａ，１２ｂ
のいずれか一方に送給され、更に、配管１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃ又は配管１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆを経て膜モ
ジュール２Ａ，２Ｂ，２Ｃ又は膜モジュール２Ｄ，２
Ｅ，２Ｆに導入される。各膜モジュールの透過水は、配
管１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ及び配管１３ａを経て、或い
は配管１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ及び配管１３ｂを経て、
更に配管１３より取り出され透過水タンク３に貯留され
る。一方、濃縮水は、各々循環配管１５Ａ，１５Ｂ，１
５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ及び配管１５を経て生物
反応槽１に送給される。

【００３８】本実施例において、膜ユニット１０ａの膜
モジュール２Ａ〜２Ｃと、膜ユニット１０ｂの膜モジュ
ール２Ｄ〜２Ｆとは、弁Ｖ_a ，Ｖ_b の開閉により、それ
ぞれ逆洗と膜濾過とを交互に行なうものであり、同じ動
作で逆洗及び膜濾過を行なう膜モジュール２Ａ〜２Ｃの
透過水取出配管と、膜モジュール２Ｄ〜２Ｆの透過水取
出配管とにそれぞれ独立して塩素源が注入されるよう
に、塩素源タンク４から、ポンプＰ_2aを備える注入配管
１６ａが透過水取出配管１３ａに接続され、また、ポン
プＰ_2bを備える注入配管１６ｂが透過水取出配管１３ｂ
に接続されている。

【００３９】本実施例の膜分離装置においては、例え
ば、次のようにして膜ユニット１０ａと１０ｂとで交互
に逆洗と膜濾過を行ない、各々、逆洗開始前の所定時
間、塩素源の注入を行ない、逆洗時には塩素の注入を停
止する。

【００４０】

【表２】

【００４１】以下に具体的な実施例を挙げて本発明をよ
り詳細に説明する。

【００４２】実施例１ 図１に示す如く、生物活性炭流動層とＵＦ膜分離装置と
を組合わせた系により、厚木市の水道水（残留塩素：
０．４〜０．８ｍｇ／ｌ）に重亜硫酸ソーダを添加して
残留塩素を還元させたものを原水として処理を行なっ
た。

【００４３】生物活性炭流動層は３０〜４０メッシュの
粒状活性炭を静止層高０．５ｍとなるように充填したも
のであり、循環ポンプによりＬＶ２５ｍ／ｈで槽下部よ
り上向流で流して活性炭を流動展開させた。原水は活性
炭充填量当たりの滞留時間が３０分となるように負荷し
た。

【００４４】原水の連続通水により、活性炭表面への生
物付着を待ったところ、一か月を経過して循環水の溶存
ＴＯＣの減少が認められ、また、活性炭の表面には電子
顕微鏡で生物のコロニーが付着しているのが観察され
た。

【００４５】この後、菌体を阻止するとともに活性炭流
動層内の生物保持量を高めるために、生物活性炭の循環
ラインにＵＦ膜分離装置を接続した。

【００４６】ＵＦ膜分離装置のＵＦ膜は、分画分子量５
万のポリスルホンよりなるものであり、生物活性炭流動
層の流出水を膜面流速０．５ｍ／ｓで循環させた。この
ＵＦ膜分離装置は、濾過時間３０分、逆洗時間３分のサ
イクルで運転し、濾過速度が２ｍ／ｄとなるように一次
側の圧力を調整した。

【００４７】注入塩素としては次亜塩素酸ソーダを用
い、逆洗工程に移行する３分前から逆洗開始直前までの
間だけ、透過水の取出ラインに注入し、透過水の残留塩
素が３〜５ｍｇ／ｌとなるように注入量を設定した。

【００４８】その結果、ＵＦ膜分離装置の運転を開始以
来、一次側と二次側の差圧ΔＰ及び濾過速度は図３のよ
うに推移した。図３より明らかなように、膜面の濾過抵
抗は著しく増加することはなく、濾過速度も安定してお
り、スライムの付着、成長が抑制されていることが確認
された。

【００４９】また、処理水の水質を調べたところ、ＴＯ
Ｃの除去効率も低下せず、生物反応阻害もないことが確
認できた。

【００５０】なお、上記実験に先立って、比較のため、
塩素注入を実施せずにＵＦ膜分離装置を運転したとこ
ろ、３日間で一次側と二次側の差圧は１．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ² に上昇した。また、膜面に薄いスライムが付着して
いるのが観察された。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の膜分離装置
によれば、生物処理水を膜分離処理する膜分離装置にお
いて、膜面へのスライムの付着、成長を効果的に抑制し
て、濾過抵抗の増大を防止し、高い濾過速度にて安定か
つ効率的に膜分離処理することができる。

【００５２】特に、本発明の膜分離装置によれば、前段
の生物反応槽に逆洗廃水を返送する場合において、生物
反応槽の反応阻害を引き起こすことがなく、また、後段
にＲＯ膜分離装置等を設けて更に処理を行なう場合にお
いて、塩素の流入による膜劣化等を引き起こすことがな
く、極めて有利である。

【００５３】このような本発明の膜分離装置は、生物反
応槽と膜分離装置とを組み合せて、原水の除濁と有機物
の除去を行なう水処理システムに極めて有用であり、安
定かつ効率的な処理を行なって、高水質の処理水を得る
ことが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図で
ある。

【図２】本発明の膜分離装置の別の実施例を示す系統図
である。

【図３】実施例１の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 生物反応槽 ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 膜モジュー
ル ３ 透過水のタンク ４ 塩素源タンク １０ａ，１０ｂ 膜ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生物処理水を膜分離処理するための膜分
   離装置本体と、 該膜分離装置本体からの透過水の取出ラインと、 該透過水の取出ラインに設けられた透過水を貯留するタ
   ンクと、 該タンク内の水を該取出ラインを介して前記膜分離装置
   本体に逆流させる逆洗手段と、 を備えた膜分離装置において、 前記タンクと膜分離装置本体との間の透過水取出ライン
   に逆洗開始前の所定時間塩素を注入し、逆洗時には塩素
   の注入を停止する塩素注入手段を備えてなることを特徴
   とする膜分離装置。