JPH11244673A - 膜の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、膜を被処理水に長期間浸漬したまま
でも、膜の汚染、目詰りを完全に防止でき、膜の濾過性
能を安定して維持可能な膜の清浄方法を提供することを
目的としている。 【解決手段】汚水や排水を生物学的に浄化する活性汚泥
混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合液を被処理水とし
て濾過分離を行う膜に、濾過時の水の流れと逆方向に洗
浄液を透過させて該膜の表面に付着した汚染物質を逆洗
する膜の洗浄方法において、前記洗浄液を薬液及び水と
し、該薬液にアルカリ水溶液、酸水溶液、次亜塩素酸ナ
トリウム水溶液から選ばれた２以上の水溶液を用いると
共に、逆洗時の膜透過流束を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ・日
とし、逆洗と次回の逆洗との間における膜の吸引絶対圧
の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ² を超えないように、濾過
開始当初から数え３０日に１回〜１日に１０回の頻度で
逆洗する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜の洗浄方法に係
わり、詳しくは、下水等の生活排水、工場排水、廃棄物
の浸出水の活性汚泥処理に、固液分離手段として使用さ
れる膜の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】汚水、排水等の処理プロセス、特に活性
汚泥処理プロセスの一つに、活性汚泥混合液を収容した
水槽内に固液分離手段として膜を浸漬配置し、該膜の内
側をポンプ等で吸引することで外側に存在する活性汚泥
混合液の水分のみを透過させ、浄化水として取り出す方
法がある。なお、前記水槽は、収容した活性汚泥混合液
に空気等を吹込み、曝気するようにしているので、通
常、曝気槽と言われている。かかる浸漬型の膜分離方法
では、従来より、固液分離を長時間継続して行うと、膜
が汚染物質（活性汚泥そのもの又は活性汚泥が分泌する
タンパク質等の生体高分子、つまり有機物を主とすると
推定されている）で目詰りを起こし、該膜の濾過性能が
低下するという大きな欠点があった。

【０００３】そこで、特開平４−１３１１８２号公報
は、膜を前記水槽（曝気槽ともいう）内の被処理水中に
浸漬したままの状態で、ポンプ吸引を一時停止して濾過
を止め、逆に洗浄液を膜の内側から外側へ通液する所謂
逆洗機能を具備した有機性汚水の生物処理装置を提案し
た。それは、中空糸からなる膜を水槽に浸漬したまま弁
を閉じ、吸引ポンプを停止し、別の弁を開け、貯槽内の
膜洗浄液を別の圧送ポンプによって中空糸膜モジュール
（中空糸を多数束ねたもの）の濾液集水部（管状部材）
に圧入するものである。従って、膜洗浄液は、該濾液集
水部を経由して１本１本の中空糸の内部に流入し、中空
糸膜の内側から外表面に向け透過して行く。その際、中
空糸膜の外表面に吸着している汚染物質が前記洗浄液と
接触、化学反応を起こし、該汚染物質を膜表面から剥離
させたり、除去し易くする。膜洗浄液の圧入、つまり逆
洗の所要時間は、１０〜３０分程度であり、膜洗浄液と
しては、ＮａＯＨ，ＨＣｌ，ＮａＣｌＯ等が利用され
る。また、空気散気ノズルより空気を被処理水中に吹込
み乱流を生じさせると、前記剥離した汚染物質の除去が
促進し、膜の汚染、目詰りが減り、膜透過流束が回復す
るとの期待があった。本発明者がかかる逆洗による膜の
洗浄技術を試験的に実施したところ、確かにある程度の
効果があった（下水、排水の連続処理が従来より円滑に
行える期間がいくぶん長くなった）。

【０００４】しかしながら、前記公報には、具体的な実
施条件についての記載が見あたらず、適当な実施条件を
定めたためか、膜の汚染、目詰りを完全に防止するまで
には至らなかった。つまり、適切な実施条件の選択で、
さらに良い効果があると考えられた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、膜を被処理水に長期間浸漬したままでも、膜の
汚染、目詰りを完全に防止でき、膜の濾過性能を安定し
て維持可能な膜の清浄方法を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、膜の逆洗について鋭意実験、研究を重ね、
適切な逆洗条件（例えば、逆洗のタイミング、頻度、及
び使用洗浄液の種類、濃度、液量等）を見いだし、本発
明として具現化した。すなわち、本発明は、汚水や排水
を生物学的に浄化する活性汚泥混合液内に浸漬され、該
活性汚泥混合液を被処理水として濾過分離を行う膜に、
濾過時の水の流れと逆方向に洗浄液を透過させて該膜の
表面に付着した汚染物質を逆洗する膜の洗浄方法におい
て、前記洗浄液を薬液及び水とし、該薬液にアルカリ水
溶液、酸水溶液、次亜塩素酸ナトリウム水溶液から選ば
れた２以上の水溶液を用いると共に、逆洗時の膜透過流
束を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ・日とし、逆洗と次回の逆洗
との間における膜の吸引絶対圧の増加量が０．１ｋｇ／
ｃｍ² を超えないように、濾過開始当初から数え３０日
に１回〜１日に１０回の頻度で逆洗することを特徴とす
る膜の洗浄方法である。

【０００７】また、本発明は、汚水や排水を生物学的に
浄化する活性汚泥混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合
液を被処理水として濾過分離を行う膜に、濾過時の水の
流れと逆方向に洗浄液を透過させて該膜の表面に付着し
た汚染物質を逆洗する膜の洗浄方法において、前記洗浄
液を薬液及び水とし、１回当たりの逆洗で使用する洗浄
液を、水、アルカリ水溶液、水、酸水溶液、水の順序で
切り替えると共に、逆洗時の膜透過流束を０．１〜２ｍ
³ ／ｍ² ／日とし、逆洗と次回の逆洗との間における膜
の吸引絶対圧の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ² を超えない
ように、濾過開始当初から数え３０日に１回〜１日に１
０回の頻度で逆洗したり、あるいは、前記洗浄液を薬液
及び水とし、１回当たりの逆洗で使用する洗浄液を、
水、アルカリ水溶液、水、次亜塩素酸ナトリウム水溶
液、水、酸水溶液、水の順序で切り替えると共に、逆洗
時の膜透過流束を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ／日とし、逆洗
と次回の逆洗との間における膜の吸引絶対圧の増加量が
０．１ｋｇ／ｃｍ² を超えないように、濾過開始当初か
ら数え３０日に１回〜１日に１０回の頻度で逆洗した
り、あるいは前記洗浄液を薬液及び水とし、１回当たり
の逆洗で使用する洗浄液を、水、アルカリと次亜塩素酸
ナトリウムとの混合水溶液、水、酸水溶液、水の順序で
切り替えると共に、逆洗時の膜透過流束を０．１〜２ｍ
³ ／ｍ² ／日とし、逆洗と次回の逆洗との間における膜
の吸引絶対圧の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ²を超えない
ように、濾過開始当初から数え３０日に１回〜１日に１
０回の頻度で逆洗することを特徴とする膜の洗浄方法で
ある。

【０００８】さらに、本発明は、前記薬液及び水での逆
洗に加え、洗浄液を水のみとし、７日に１回〜１日に１
０回の頻度で該水のみによる逆洗を行ったり、前記薬液
及び水での逆洗における水の使用量が、膜面積（ｍ² ）
当り０．２〜１０リットルであったり、あるいは前記水
のみの逆洗における水の使用量が、膜面積（ｍ² ）当り
０．２〜１０リットルであることを特徴とする膜の洗浄
方法である。

【０００９】加えて、本発明は、前記アルカリを、水酸
化ナトリウムとし、その濃度を０．０４〜０．４重量％
としたり、前記酸を、硫酸とし、その濃度を０．０５〜
０．５重量％としたり、あるいは前記次亜塩素酸ナトリ
ウム水溶液の有効塩素濃度を０．０５〜１重量％とする
ことを特徴とする膜の洗浄方法である。さらに加えて、
本発明は、前記膜に、中空糸膜を使用したり、あるいは
該中空糸膜を、その長手方向を鉛直とし、且つ上下端を
それぞれ吸引手段に接続することを特徴とする膜の洗浄
方法でもある。

【００１０】かかる本発明によれば、逆洗のタイミン
グ、頻度、及び使用洗浄液の種類、濃度、液量等の設定
が適切になるので、膜を被処理水槽内に長期間浸漬した
ままでも、膜の汚染、目詰りを完全に防止でき、膜の濾
過性能を維持が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯に
沿い、本発明の実施形態を説明する。まず、使用した被
処理水、装置及び洗浄溶液等であるが、本発明者は、図
１に模式的に示すような下水、排水の処理装置を試作
し、活性汚泥処理の実験を行った。使用した原水は、生
活排水であり、これを活性汚泥混合液１の滞留する曝気
槽２に連続供給する。該曝気槽２では、被処理水である
活性汚泥混合液１中に膜３が浸漬され、吸引手段（例え
ば、ポンプ）４で該膜３内部を負圧にすることによって
膜３を介し被処理水を濾過する。

【００１２】使用した膜３は、図２に示すような外径４
１０、内径２７０μｍのポリエチレン製の中空糸膜６を
多数本束ね、該中空糸膜６の解放された両端を管状部材
７内に係止したもの（膜モジュール８という）である。
この膜モジュール８を実際に曝気槽２に浸漬するには、
上記膜モジュール８の複数枚を、並列に配置したもの
（膜ユニットという）を使用する。なお、膜としては、
かかる中空糸膜６の他、管状膜、平膜、パラレル膜のモ
ジュール等も使用でき、また、精密濾過膜、限外濾過膜
等でも良い。逆洗は、ポンプ４を一時停止して濾過を止
め、洗浄液１０を膜３の内側から外側へ通すことで行
う。さらに、洗浄液１０は、水、アルカリ水溶液、酸水
溶液、次亜塩素酸ソーダ水溶液等を適宜選択して使用し
た。水としては、上水、工業用水、あるいは上記膜で濾
過した処理水１１を使用する。

【００１３】次に、実験結果であるが、図３に、被処理
水を上記装置で濾過している時の吸引圧（絶対値）及び
吸引フラックス（前記、膜透過流束）の経日変化を示
す。濾過開始当初から９０日間は、曝気槽２内での曝気
に伴う液流のみで膜を洗浄していることになるが、それ
だけでは、９０日間で吸引圧（絶対値）が開始時の０．
２ｋｇ／ｃｍ² に対して約０．５５ｋｇ／ｃｍ² までに
も上昇し、膜が当初に有していた濾過性能を長期間維持
できないことが明らかである。

【００１４】そこで、本発明者は、９０日経過後に下記
条件で、複数回の逆洗を行った。 ・逆洗頻度：１週間に１回 ・逆洗時フラックス：０．６ｍ／日（吸引時フラックス
の２倍） ・１回の逆洗で使用する洗浄液の種類、量、および順番
（１回の逆洗において、洗浄液の種類を、下記のように
順次変更する） （１番目）水、 １．５リットル／ｍ² （２番目）０．４重量％ＮａＯＨと０．５重量％ＮａＣ
１０溶液の混合液０．２リットル／ｍ² （３番目）水、 １．５リットル／ｍ² （４番目）０．５重量％Ｈ₂ ＳＯ₄ 溶液、０．２リット
ル／ｍ² （５番目）水、 １．５リットル／ｍ² その結果が、図３の９０日以降のデータ（実施日を矢印
で示す）である。最初、数回の逆洗を行うことで、一旦
は膜の濾過時における吸引圧（絶対値）が低下し、膜３
の濾過性能の回復がみられた。しかし、その後の１５０
日以降では、逆洗を繰り返しても、すぐに吸引圧（絶対
値）が上昇するようになり、膜３の濾過性能は低下して
しまう。特に、吸引圧（絶対値）が０．８ｋｇ／ｃｍ²
を超えた状態では、逆洗を行っても、膜３の濾過性能は
殆ど回復しなかった。つまり、１４２日の逆洗から１７
５日の逆洗までの間に３０日間以上の期間をあけたり、
あるいはその間で吸引圧力の絶対値が０．１ｋｇ／ｃｍ
² 以上増加した状態で逆洗を行っても、濾過性能は回復
しなかった。発明者は、この実験の結果を鋭意検討し、
以下のような知見を得た。

【００１５】１．濾過開始当初から長い間、つまり吸引
圧がかなり高くなるまで膜の洗浄をしないと、その後の
洗浄効果が小さい、 ２．洗浄の頻度をもっと増加する必要があるが、薬液を
使用するので、それによる膜の損傷を抑制、及び活性汚
泥への影響を考慮する必要がある（単なる物理的剥離除
去の追加、つまり水のみによる逆洗）、 ３．１回の洗浄で汚染物質を効率良く洗浄するには、１
種類だけの薬液では不十分である。

【００１６】そして、かかる知見を洗浄条件の選定に反
映させ、以下のような条件で洗浄を試みた。 （１）水のみによる逆洗（物理的剥離除去）の実施 ・頻度：１日に１回 ・１回当たりの逆洗水量： ４リットル／膜面積（ｍ
² ） ・逆洗時フラックス：０．６ｍ／日（吸引時フラックス
の２倍） （２）薬液及び水による逆洗の実施 ・頻度：１週間に１回 ・逆洗時フラックス：０．６ｍ／日（吸引時フラックス
の２倍） ・１回の逆洗で使用する洗浄液の種類、量、および順番
（１回の逆洗において、洗浄液の種類を、下記のように
順次変更する） （１番目）水、 １．５リットル／ｍ² （２番目）０．４重量％ＮａＯＨと０．５重量％ＮａＣ
１０溶液の混合液０．２リットル／ｍ² （３番目）水、 １．５リットル／ｍ² （４番目）０．５重量％Ｈ₂ ＳＯ₄ 溶液、０．２リット
ル／ｍ² （５番目）水、 １．５リットル／ｍ² なお、薬液としてのアルカリ（ＮａＯＨ）水溶液は、汚
染物質のうちの有機物（前記タンパク質物質）を分解除
去、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）は、汚染物質の殺
菌、酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）は汚染物質中の金属分の溶解除去
を目的としている。

【００１７】この逆洗を行った結果を、図４に一括して
示す。図４より、約１８０日間にわたる濾過を行って
も、吸引圧（絶対値）が濾過開始当初とほとんど変わる
ことなく、維持できることが明らかである。従って、発
明者は、この考え方を整理し、前記した多くの本発明を
完成させたのである。

【００１８】次に、前記多くの本発明に含まれる各数値
の限定理由を説明する。逆洗時の膜透過流束を０．１〜
２ｍ³ ／ｍ² ・日としたのは、０．１未満では液量が少
なく逆洗効果が小さ過ぎ、２を超えると、逆洗時の圧力
が上昇し過ぎて、膜の損傷が激しく、膜の寿命を縮める
からである。洗浄液を薬液とし、濾過開始当初から数
え、３０日に１回〜１日に１回の頻度範囲で逆洗するよ
うにしたのは、３０日に１回未満だと十分な洗浄ができ
ないからである。また、１日に１回を超えると、薬液に
よる膜の損傷が激しく、逆洗によって膜の寿命を縮め、
さらに活性汚泥に悪影響を及ぼし、生物学的な汚水、排
水の浄化に支障をきたすからである。

【００１９】薬液の量を、膜面積（ｍ² ）当り０．２〜
１０リットルとしたのは、０．２リットル未満では、洗
浄効果が小さ過ぎ、１０リットルを超えると、活性汚泥
に悪影響を及ぼし、生物学的な汚水、排水の浄化に支障
をきたすばかりでなく、膜の損耗にも影響が大きいから
である。また、水の量を、膜面積（ｍ² ）当り０．２〜
１０リットルとしたのは、０．２リットル未満では、物
理的な汚染物質の除去ができず、１０リットルを超えて
も、汚染物質の除去効果が１０リットル以下とほとんど
変わらないからである。

【００２０】加えて、本発明では、前記アルカリを、水
酸化ナトリウムとし、その濃度を０．０４〜０．４重量
％としたが、その理由は、０．０４未満だと、汚染物質
（タンパク質物質）の除去効果が低く、０．４重量％を
超えると、膜の損傷に影響を与えたり、活性汚泥に悪影
響を与えるからである。そして、前記酸を、硫酸とし、
その濃度を０．０５〜０．５重量％としたり、あるいは
前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有効塩素濃度を０．
０５〜１．０重量％としたのも、アルカリの場合と同様
な理由である。

【００２１】最後に、本発明の最良の形態を示すが、そ
れは、膜に中空糸膜を使用すると共に、その長手方向を
鉛直とし、且つその上下端をそれぞれ吸引手段に直接接
続するようにした場合である。前記と同じ水及び薬液の
条件にして逆洗を行った結果を、図５に示す。図５から
明らかなように、中空糸膜を長手方向に鉛直方向とした
ことで、中空糸膜上に汚染物質が堆積することによる膜
表面の汚染がなくなるため、逆洗の効果が一段と大きく
なった。つまり、この膜は、約９ケ月にわたる濾過に使
用されたが、吸引圧（絶対値）が濾過開始当初と殆ど変
わることなく維持でき、長期間にわたり膜の濾過性能が
低下しなかった。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、逆洗
のタイミング、頻度、及び使用洗浄液の種類、濃度、液
量等の設定が適切になっるので、膜を被処理水槽内に長
期間浸漬したままでも、膜の汚染、目詰りを完全に防止
でき、膜の濾過性能を維持が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膜の洗浄方法を実施する汚水処理
装置の全体を説明する図である。

【図２】本発明に係る膜の洗浄方法の実施に使用した膜
の説明図であり、（ａ）は中空糸膜を、（ｂ）はそれら
を束ねた膜モジュールである。

【図３】従来の膜洗浄方法を行って得た結果である。

【図４】本発明に係る膜の洗浄方法の実施で得た吸引圧
及び膜透過流速の経日変化を示す図である。

【図５】最良の本発明に係る膜の洗浄方法の実施で得た
吸引圧及び膜透過流速の経日変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 活性汚泥混合液 ２ 水槽（曝気槽） ３ 膜 ４ 吸引手段（ポンプ） ５ 散気装置 ６ 中空糸膜 ７ 管状部材 ８ 膜モデュール ９ 空気 １０ 洗浄液 １１ 処理水 １２ 貯液槽

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚水や排水を生物学的に浄化する活性汚
   泥混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合液を被処理水と
   して濾過分離を行う膜に、濾過時の水の流れと逆方向に
   洗浄液を透過させて該膜の表面に付着した汚染物質を逆
   洗する膜の洗浄方法において、 前記洗浄液を薬液及び水とし、該薬液にアルカリ水溶
   液、酸水溶液、次亜塩素酸ナトリウム水溶液から選ばれ
   た２以上の水溶液を用いると共に、逆洗時の膜透過流束
   を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ・日とし、逆洗と次回の逆洗と
   の間における膜の吸引絶対圧の増加量が０．１ｋｇ／ｃ
   ｍ² を超えないように、濾過開始当初から数え３０日に
   １回〜１日に１０回の頻度で逆洗することを特徴とする
   膜の洗浄方法。
2. 【請求項２】 汚水や排水を生物学的に浄化する活性汚
   泥混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合液を被処理水と
   して濾過分離を行う膜に、濾過時の水の流れと逆方向に
   洗浄液を透過させて該膜の表面に付着した汚染物質を逆
   洗する膜の洗浄方法において、 前記洗浄液を薬液及び水とし、１回当たりの逆洗で使用
   する洗浄液を、水、アルカリ水溶液、水、酸水溶液、水
   の順序で切り替えると共に、逆洗時の膜透過流束を０．
   １〜２ｍ³ ／ｍ² ／日とし、逆洗と次回の逆洗との間に
   おける膜の吸引絶対圧の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ² を
   超えないように、濾過開始当初から数え３０日に１回〜
   １日に１０回の頻度で逆洗することを特徴とする膜の洗
   浄方法。
3. 【請求項３】 汚水や排水を生物学的に浄化する活性汚
   泥混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合液を被処理水と
   して濾過分離を行う膜に、濾過時の水の流れと逆方向に
   洗浄液を透過させて該膜の表面に付着した汚染物質を逆
   洗する膜の洗浄方法において、 前記洗浄液を薬液及び水とし、１回当たりの逆洗で使用
   する洗浄液を、水、アルカリ水溶液、水、次亜塩素酸ナ
   トリウム水溶液、水、酸水溶液、水の順序で切り替える
   と共に、逆洗時の膜透過流束を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ／
   日とし、逆洗と次回の逆洗との間における膜の吸引絶対
   圧の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ² を超えないように、濾
   過開始当初から数え３０日に１回〜１日に１０回の頻度
   で逆洗することを特徴とする膜の洗浄方法。
4. 【請求項４】 汚水や排水を生物学的に浄化する活性汚
   泥混合液内に浸漬され、該活性汚泥混合液を被処理水と
   して濾過分離を行う膜に、濾過時の水の流れと逆方向に
   洗浄液を透過させて該膜の表面に付着した汚染物質を逆
   洗する膜の洗浄方法において、 前記洗浄液を薬液及び水とし、１回当たりの逆洗で使用
   する洗浄液を、水、アルカリと次亜塩素酸ナトリウムと
   の混合水溶液、水、酸水溶液、水の順序で切り替えると
   共に、逆洗時の膜透過流束を０．１〜２ｍ³ ／ｍ² ／日
   とし、逆洗と次回の逆洗との間における膜の吸引絶対圧
   の増加量が０．１ｋｇ／ｃｍ² を超えないように、濾過
   開始当初から数え３０日に１回〜１日に１０回の頻度で
   逆洗することを特徴とする膜の洗浄方法。
5. 【請求項５】 前記薬液及び水での逆洗に加え、洗浄液
   を水のみとし、７日に１回〜１日に１０回の頻度で該水
   のみによる逆洗を行うことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の膜の洗浄方法。
6. 【請求項６】 前記薬液及び水での逆洗における水の使
   用量が、膜面積（ｍ ² ）当り０．２〜１０リットルであ
   ることを特徴とする請求項の１〜５いずれかに記載の膜
   の洗浄方法。
7. 【請求項７】 前記水のみの逆洗における水の使用量
   が、膜面積（ｍ² ）当り０．２〜１０リットルであるこ
   とを特徴とする請求項５又は６記載の膜の洗浄方法。
8. 【請求項８】 前記アルカリを、水酸化ナトリウムと
   し、その濃度を０．０４〜０．４重量％とすることを特
   徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の膜の洗浄方
   法。
9. 【請求項９】 前記酸を、硫酸とし、その濃度を０．０
   ５〜０．５重量％とすることを特徴とする請求項１〜８
   のいずれかに記載の膜の洗浄方法。
10. 【請求項１０】 前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有
    効塩素濃度を０．０５〜１重量％とすることを特徴とす
    る請求項３又は４記載の膜の洗浄方法。
11. 【請求項１１】 前記膜に、中空糸膜を使用することを
    特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の膜の洗浄
    方法。
12. 【請求項１２】 前記中空糸膜を、その長手方向を鉛直
    とし、且つ上下端をそれぞれ吸引手段に接続することを
    特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の膜の洗浄
    方法。