JPH11138164A

JPH11138164A - 懸濁水の浄化方法

Info

Publication number: JPH11138164A
Application number: JP30815397A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kubota; 昇久保田; Nobuhiko Suga; 伸彦菅; Teruhiko Oishi; 輝彦大石
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】河川水や湖沼水等の濁質成分を含む原水か
ら、飲料水や工業用水等に利用可能な清澄水を、長期に
渡って安定して得る懸濁水の浄化方法を提供する。【解決手段】懸濁成分を含む原水を中空糸状濾過膜モ
ジュールを用いて濾過する工程と、膜の洗浄操作として
空気を混合させた原水を定期的あるいは不定期的に中空
糸状濾過膜の外表面に接触させる工程を含む懸濁水の浄
化方法において、該中空糸状濾過膜モジュールとして、
引張強度が４．０ＭＰａ以上の中空糸状濾過膜からなる
モジュールを用いることを特徴とする懸濁水の浄化方
法。【効果】エアバブリング洗浄の膜性能変化への影響を
小さく抑え、河川水や湖沼水等の濁質成分を含む原水か
ら、飲料水や工業用水等に利用可能な清澄水を、長期に
渡って安定して得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、河川水や湖沼水等の濁
質成分を含む原水から、飲料水や工業用水等に利用可能
な清澄水を、長期に渡って安定して得るための懸濁水の
浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、河川水、湖沼水や井戸水等の濁質
成分を含む原水から懸濁物質等を除去して水道用水や工
業用水を得るための水の浄化方法としては、凝集沈澱法
や凝集濾過法が用いられてきた。しかしながらこれらの
方法は、１）原水水質の変動に伴う凝集剤添加操作が煩
雑である、２）凝集剤由来の汚泥が発生する、３）フロ
ック形成池、沈澱池、砂濾過設備など、設備の設置スペ
ースが大きい、といった問題を抱えている。これらの課
題を解決する方法として原水を限外濾過膜や精密濾過膜
で濾過して除濁し浄化する方法が提案され、一部で実用
化されている（例えば水道公論、１９９６年４月号、頁
８６−８９）。濾過膜としては中空糸状濾過膜が多く用
いられている。中空糸状濾過膜は実際の使用時には、中
空糸状濾過膜を多数本束ねて円筒形ケースに挿入し、ケ
ースの両端部で膜とケースを固定した、モジュールと呼
ばれる形態で使用される（吉川ら、膜技術第２版、アイ
ピーシー、１９９７年、頁３９６−４０３）。中空糸状
濾過膜モジュールを用いた濾過方式としては、膜の内表
面側から外表面側へ向けて濾過する内圧式と、外表面側
から内表面側へ向けて濾過する外圧式の２方式がある。
河川水等の濁質成分を含む原水を濾過する場合は、原水
と接触する側の膜面積が大きく取れ、単位膜表面積当た
りの濁質成分の負荷量を小さくできる外圧式が有利であ
る（松尾育朗、ニューメンブレンテクノロジーシンポジ
ウム’９７ＳＥＳＳＩＯＮ１講演要旨集、日本膜
学会、頁１−２−１から１−２−８）。外圧式で濾過し
た場合、濁質成分が膜外表面で濾別されて膜外表面に蓄
積し、膜の透水性能が除々に低下するため、適時洗浄操
作が必要になる。膜外表面に蓄積した濁質成分等の除去
洗浄は、膜外表面側に空気を混合させた原水を供給し、
エアバブリングの力を利用する方法が有効であり、実際
に膜洗浄方法として用いられている（松尾育朗、ニュー
メンブレンテクノロジーシンポジウム’９７ＳＥＳＳ
ＩＯＮ１講演要旨集、日本膜学会、頁１−２−１か
ら１−２−８）。このように現在、外圧式中空糸状濾過
膜モジュールを用い、かつ膜洗浄方法としてエアバブリ
ング洗浄法を用いることにより、濁質成分を含む原水を
浄化することが可能になっている。しかしながら、エア
バブリング法を用いることにより、エアバブリング時に
膜外表面が濁質成分により擦傷を受け、長期間モジュー
ルの運転を続ける場合には膜外表面の擦傷に基づく膜の
阻止性能あるいは透水性能の低下が生じることが懸念さ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、河川水や湖
沼水等の濁質成分を含む原水から、飲料水や工業用水等
に利用可能な清澄水を、長期に渡って安定して得るため
の懸濁水の浄化方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、河川水や
湖沼水等の濁質成分を含む原水から、飲料水や工業用水
等に利用可能な清澄水を、長期に渡って安定して得るた
めの懸濁水の浄化方法を提供することを課題として鋭意
検討を行なった結果、「中空糸状濾過膜の引張強度をあ
る特定の値以上に高めることにより、洗浄方法として有
効であるエアバブリング洗浄時に膜が受ける劣化を低く
抑えることが可能である」ことを新たに見いだし、「引
張強度が４．０ＭＰａ以上の中空糸状濾過膜を用いた中
空糸状濾過膜モジュールでエアバブリング洗浄を行ない
つつ濾過を行なう」ことで、上記課題を解決できること
を見いだした。

【０００５】すなわち本発明は、（１）懸濁成分を含む
原水を中空糸状濾過膜モジュールを用いて外圧式濾過す
る工程と、膜の洗浄操作として空気を混合させた原水を
定期的あるいは不定期的に中空糸状濾過膜の外表面に接
触させる工程とを含む懸濁水の浄化方法において、該中
空糸状濾過膜モジュールとして、引張強度が４．０ＭＰ
ａ以上の中空糸状濾過膜からなるモジュールを用いるこ
とを特徴とする懸濁水の浄化方法、（２）中空糸状濾過
膜の引張強度が、４．８ＭＰａ以上であることを特徴と
する上記（１）記載の懸濁水の浄化方法、（３）中空糸
状濾過膜が、ポリアクリロニトリル系中空糸状濾過膜で
あることを特徴とする上記（１）記載の懸濁水の浄化方
法、に関する。

【０００６】以下、本発明の詳細について記述する。こ
の発明では、中空糸状濾過膜モジュールとして、膜の外
表面側から内表面側に向けて濾過（外圧式濾過）できる
構造を有した外圧式中空糸状濾過膜モジュールが用いら
れる。例えば、「松尾育朗、ニューメンブレンテクノロ
ジーシンポジウム’９７ＳＥＳＳＩＯＮ１講演要
旨集、日本膜学会、頁１−２−１から１−２−８」の図
２や図７に記載のモジュールを用いることができる。本
発明では、このような中空糸状濾過膜モジュールを用
い、原水を外圧式濾過する。

【０００７】この発明に適用される原水は、濁度が０．
０１度以上の濁質成分を含む水であり、河川水、湖沼
水、井戸水、海水等の天然水、および工業排水、家庭排
水、さらにはこれら天然水や排水を凝集沈澱法、凝集濾
過法、加圧浮上法等の方法で浄化処理した水、などが例
示できる。膜の洗浄操作として、空気を混合させた原水
を定期的あるいは不定期的に中空糸状濾過膜の外表面に
接触させる。その方法は特開昭６０−１９００２号公
報、特開昭６１−１５３１０４号公報、特開平２−１６
４４２３号公報、特開平４−１１００２３号公報、特開
平６−２３２４６号公報、特開平７−２７５６７１号公
報、松尾育朗ニューメンブレンテクノロジーシンポジ
ウム’９７ＳＥＳＳＩＯＮ１講演要旨集日本膜
学会頁１−２−１から１−２−８、などに記載されて
いる。それらの概略を以下に示す。

【０００８】空気は、多孔体を通して泡状にするか、あ
るいは空気の配管を直接原水配管に接続して、モジュー
ルに供給する。空気の供給は、原水と共に供給する、
原水の供給を停止し、空気のみを供給する、原水と
共に供給後、空気のみを供給する、空気のみを供給
後、原水と共に供給する、などの方法をとることができ
る。

【０００９】空気量と供給時間は、例えば、内径８３ｍ
ｍ、有効長１ｍのモジュールケースに外径１．４ｍｍの
中空糸状濾過膜を１８００本充填したモジュールなら
ば、空気量０．５−１０Ｎｍ³／時間で０．５−３分程
度供給するのが標準的である。モジュールの径、長さお
よび膜面への濁質成分の蓄積状態によって適値が変わる
が、上記の内径８３ｍｍ、有効長１ｍのモジュールに相
当する対比で標準値を決めることができる。このような
空気洗浄（エアバブリング洗浄）により、膜外表面に蓄
積した濁質成分等は膜面からはがされ、原水とともにモ
ジュール外へと排出される。エアバブリング洗浄の頻度
は、原水の水質にもよるが、濁度１０度以下の通常の河
川表流水等が原水であれば、１−７日に１度程度でよ
い。濁度１０度を超える高濁度原水になると１日１度以
上のエアバブリング洗浄が必要になる場合がある。

【００１０】中空糸状膜モジュールに充填される中空糸
状濾過膜の引張強度は、４．０ＭＰａ以上、好ましくは
４．８ＭＰａ以上あることが、長期に渡って安定した濾
過を行なう上で必要である。引張強度の高い中空糸状濾
過膜を用いることにより、エアバブリング洗浄の回数が
多くなっても中空糸状濾過膜の濾過性能の変化を小さく
抑えることができる。本発明に言う引張強度とは、湿潤
状態の中空糸状濾過膜を有効サンプル長（実際に引っ張
られる部分の長さ）５０ｍｍ、２５℃にて引張速度１０
ｍｍ／分で引っ張ったときの破断強度（破断時の膜への
負荷荷重を、膜の膜厚部の断面積で割った値）を指す。
その中空糸状濾過膜モジュールが、どのような引張強度
の中空糸状濾過膜からなっているかは、その中空糸状濾
過膜モジュールからランダムにサンプリングした中空糸
状濾過膜１０点以上の引張強度の平均値で表すことがで
きる。

【００１１】中空糸状濾過膜の素材は、ポリアクリロニ
トリル系高分子化合物、ポリスルホン系高分子化合物、
セルロースあるいはセルロース誘導体系高分子化合物、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオ
ライド等のポリオレフィン系高分子化合物など、特に限
定はされないが、ポリアクリロニトリル系高分子化合物
からなることが好ましい。ポリアクリロニトリル系高分
子化合物は比較的親水性の高い素材であるため、膜形成
素材として用いると、原水中に含まれる有機物による膜
面汚染の程度を小さくでき、かつ耐薬品性に優れるた
め、次亜塩素酸ナトリウム等による薬品洗浄が行えるの
で、長期に渡って安定した濾過を実施することができ、
好ましい。

【００１２】アクリロニトリル系高分子化合物とは、少
なくとも７０重量％以上、好ましくは８５−１００重量
％のアクリロニトリルと、アクリロニトリルに対して共
重合性を有するビニル化合物の１種または２種以上が３
０重量％以下、好ましくは０−１５重量％以下の、アク
リロニトリル単独重合体もしくはアクリロニトリル系共
重合体である。上記アクリロニトリルに対して共重合性
を有するビニル化合物としては、アクリロニトリルに対
して共重合性を有する公知の化合物であれば良く、特に
限定はされないが、好ましい共重合成分として、アクリ
ル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、イタコン
酸、酢酸ビニル、アクリルスルホン酸ソーダ、メタリル
スルホン酸ソーダ、パラ−スチレンスルホン酸ソーダ、
ヒドロキシエチルメタクリレート、メタアクリル酸エチ
ルトリエチルアンモニウムクロライド、メタアクリル酸
エチルトリメチルアンモニウムクロライド、ビニルピロ
リドン、アクリルアミド、等を例示できる。

【００１３】本発明に合致する中空糸状濾過膜（すなわ
ち、引張強度が４．０ＭＰａ以上の中空糸状濾過膜）
は、例えば膜素材として上記のポリアクリロニトリル系
高分子化合物を用いる場合、プロピレンカーボネートと
ジメチルスルホキシドの混合液を溶剤に用い、ポリアク
リロニトリル系高分子化合物が１５−２５重量％程度溶
解した製膜原液（添加剤としてエチレングリコールある
いはポリエチレングリコール系化合物、またはポリビニ
ルピロリドン等を含んでいても良い）を、２重環状ノズ
ルから、内部凝固液とともに水中へ押し出し、ポリアク
リロニトリル系高分子化合物を凝固させることにより得
ることが可能である。

【００１４】中空糸状濾過膜の孔径は、特には限定され
ないが、濁質成分の除去という目的から、限外濾過膜あ
るいは精密濾過膜の領域（孔径１−１０００ｎｍ）が適
当である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を示すが、
本発明はこれに限定されるものではない。引張強度の測
定は、（株）島津製作所製の「オートグラフＡＧＳ−５
Ｄ」を用いて行なった。デキストランＴ−２０００（フ
ァルマシアバイオテク社製）の阻止率は、０．１重量％
溶液を外圧式、外表面での線速１ｍ／秒、平均濾過圧
０．０５ＭＰａ、２５℃にて行なった。

【００１６】

【実施例１】アクリロニトリル系高分子化合物（アクリ
ロニトリル９１．５重量％、アクリル酸メチル８．０重
量％、メタリルスルホン酸ナトリウム０．５重量％の共
重合体）１８重量％、プロピレンカーボネート９重量
％、ジメチルスルホキシド５０重量％、ポリエチレング
リコール（平均分子量６００）２３重量％からなる製膜
原液を７０℃に保ち、テトラエチレングリコール７０重
量％水溶液からなる内部凝固液とともに、紡口（２重環
状ノズル：０．５−０．７−１．３ｍｍ寸法）から６０
℃の水からなる凝固液中へ吐出し、内径０．８ｍｍ、外
径１．４ｍｍの中空糸状濾過膜を得た。得られた中空糸
状濾過膜の引張強度は５．０ＭＰａ、純水透水率は４０
０Ｌ／ｍ²（外表面）／ｈ／２５℃、デキストランＴ−
２０００の阻止率は８０％であった。この中空糸状濾過
膜を用い、実公昭６３−３８８８４号公報の構造をした
内径８３ｍｍ、有効長１ｍのモジュール（充填膜本数１
８００本）を作製した。

【００１７】このモジュールに対し、エアバブリングに
よる膜面擦傷の影響を加速的に調べるために以下の加速
試験を行なった。原水として、ベントナイト（粘土の１
種）を加えて濁度を約１０００度に調整した河川表流水
を用い、外圧式にて平均濾過圧０．０５ＭＰａ、循環流
量０．５ｍ³／時間にて濾過した。循環水は原水タンク
に戻し、濾過水は逆洗タンクに入るようにした。原水タ
ンクには河川表流水を少量ずつ加えてオーバーフローさ
せた。濁度が約１０００度を保つよう、適時ベントナイ
トを原水タンクに添加した。濾過５分毎にエアバブリン
グ洗浄を２分間行ない、さらにエアバブリング洗浄後に
次亜塩素酸ナトリウム水溶液（濾過水に有効塩素濃度３
ｐｐｍになるよう次亜塩素酸ナトリウムを添加した液）
による逆洗（内圧式濾過）を行なった。エアバブリング
洗浄は、空気量：２Ｎｍ³、水量：１．５ｍ³／時間に
て２分間行なった。逆洗は、濾過圧０．１ＭＰａにて２
０秒間行なった。この、濾過−エアバブリング洗浄−逆
洗のサイクルを、７００回繰り返した。エアバブリング
洗浄を含む７００サイクルの運転は、エアバブリング洗
浄を１日１回行なう場合では、約２年間の運転に相当す
るエアバブリング洗浄の負荷である。７００サイクル終
了後、次亜塩素酸ナトリウム０．１重量％と水酸化ナト
リウム０．４重量％を含む水を平均濾過圧０．０３ＭＰ
ａ、循環流量０．５ｍ³／時間にて１時間濾過して薬洗
し、次いで水洗した。

【００１８】濾過開始直後（１０サイクル目）および濾
過最終時（７００サイクル目）の濾過水の濁度はともに
０．１度以下であり、７００サイクル経過後も膜の濁質
除去性能は充分に保持されていた。また、下記式で定義
される純水透水量保持率は９０％であり、透水性能も保
持されていた。薬洗により、膜に吸着した有機物等の膜
面汚染物は除去されるので、この純水透水量保持率は、
エアバブリング洗浄が膜の純水透水性能へ及ぼす影響を
表していると考えることができる。なお、モジュール透
水量は、平均濾過圧０．０５ＭＰａ、２５℃にて測定し
た。純水透水量保持率＝１００×（薬洗後のモジュール透水
量）／（濾過開始前のモジュール透水量）

【００１９】

【比較例１】実施例１と同じポリアクリロニトリル系高
分子化合物１８重量％、γ−ブチロラクトン３４重量
％、ジメチルスルホキシド３４重量％、ポリエチレング
リコール（平均分子量６００）１４重量％からなる製膜
原液を７０℃に保ち、Ｎ−メチル−２−ピロリドン８５
重量％水溶液からなる内部凝固液とともに、紡口（２重
環状ノズル：０．５−０．７−１．３ｍｍ寸法）から５
０℃の水からなる凝固液中へ吐出し、内径０．８ｍｍ、
外径１．４ｍｍ、引張強度３．５ＭＰａ、純水透水率４
００Ｌ／ｍ²（外表面）／ｈ／２５℃、デキストランＴ
−２０００の阻止率８２％の中空糸状濾過膜を得た。

【００２０】この膜を用いた以外は実施例１と同様な方
法で加速試験を行った。濾過開始直後（１０サイクル
目）および濾過最終時（７００サイクル目）の濾過水の
濁度はともに０．１度以下であり、７００サイクル経過
後も膜の濁質除去性能は充分に保持されていた。しかし
ながら、純水透水量保持率は６０％であった。

【００２１】

【比較例２】実施例１と同じポリアクリロニトリル系高
分子化合物１６重量％、γ−ブチロラクトン１７重量
％、ジメチルスルホキシド５１重量％、テトラエチレン
グリコール１６重量％からなる製膜原液を６０℃に保
ち、ジメチルスルホキシド８５重量％水溶液からなる内
部凝固液とともに、紡口（２重環状ノズル：０．５−
０．７−１．３ｍｍ寸法）から５０℃の水からなる凝固
液中へ吐出し、内径０．８ｍｍ、外径１．４ｍｍ、引張
強度３．４ＭＰａ、純水透水率３５０Ｌ／ｍ²（外表
面）／ｈ／２５℃、デキストランＴ−２０００の阻止率
９０％の中空糸状濾過膜を得た。

【００２２】この膜を用いた以外は実施例１と同様な方
法で加速試験を行った。濾過開始直後（１０サイクル
目）の濾過水の濁度は０．１度以下であったが、濾過最
終時（７００サイクル目）の濾過水の濁度は２．５度を
示し、濁質除去性能が低下していた。一方、純水透水量
保持率は１５０％を示した。

【００２３】

【発明の効果】本発明のよれば、河川水や湖沼水等の濁
質成分を含む原水から、飲料水や工業用水等に利用可能
な清澄水を、長期に渡って安定して得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】懸濁成分を含む原水を中空糸状濾過膜モ
ジュールを用いて外圧式濾過する工程と、膜の洗浄操作
として空気を混合させた原水を定期的あるいは不定期的
に中空糸状濾過膜の外表面に接触させる工程とを含む懸
濁水の浄化方法において、該中空糸状濾過膜モジュール
として、引張強度が４．０ＭＰａ以上の中空糸状濾過膜
からなるモジュールを用いることを特徴とする懸濁水の
浄化方法。