JPH11347380A - 製紙排水透過処理用膜分離装置の膜の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製紙排水を透過処理する膜分離装置の膜を効
果的に洗浄することができる方法を提供すること。 【解決手段】 フィルターパック９の処理対象液入口に
加圧状態の清水、アルカリ性溶液または酸性溶液を供給
し、フィルターパック９内に配置した透過性膜を振動さ
せつつ清水中の透過成分を透過性膜を透過させて管路１
３を経て外部に取り出し、透過性膜を透過しないものか
らなる濃縮側の液を管路１４を経て外部に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製紙排水（いわゆ
る、白水）を膜分離装置により透過処理を行うときに、
その膜の洗浄を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】製紙
工場では、古紙パルプ再生設備、板紙抄紙設備等の各種
設備において大量に使用する工業用水に所定の処理が施
されて循環使用されている。すなわち、製紙工場におけ
る現状の水の循環使用方法は、図１に示すように、加圧
浮上分離（１）後に凝集沈殿処理（２）をし、工場内設
備（３）で使用した後の排水を再び加圧浮上分離工程
（１）に戻す方法が採用されている。ところが、古紙に
はバインダーとしてＣａ成分が含まれているので、製紙
工場で使用する水をすべて循環使用すると、循環水中に
含まれる高濃度のＣａイオン（Ｃａ⁺⁺）がスケールとな
って配管に付着堆積して、やがてスムーズに水を循環使
用することができなくなる。そこで、そのＣａのスケー
リングを防止するために、スケール分散剤を循環水中に
注入する方法が採用されているが、精々２倍程度にしか
溶解度を高めることができず、スケーリングを効果的に
防止することはできない。また、循環水中のＣａ濃度を
低下させるために補給水を添加する方法は、充分にＣａ
濃度を下げるためには極めて大量の補給水が必要であ
り、現実的ではない。そのため、凝集沈殿処理後の一部
の水を循環系外にブロー水として放出し、このブロー水
を活性汚泥処理（４）した後に下水処理設備（５）にお
いて所定の処理が施されている。しかし、ブロー水の量
が多いので（約６０００〜７０００ｍ³／日）、 その水
処理コストは無視できない金額である。

【０００３】さらに、加圧浮上分離や凝集沈殿処理だけ
では、経時的に水質が変動する製紙排水を工業用水（原
水）並の水質レベルにすることはできない。

【０００４】そこで、節水並びに処理水質を改善するた
めに、振動型膜分離装置により製紙排水の処理を行う方
法が提案されている。

【０００５】例えば、特開平４−２４１５２４号公報に
は、図２に示すような振動型膜分離装置が開示されてい
る。図２の膜分離装置は、処理対象液を満たした原液タ
ンク２１、供給手段としてのポンプ２２および圧力容器
２３を備えている。圧力容器２３は透過性膜２４で仕切
られることにより、一方側と他方側とが形成されてい
る。原液タンク２１内に蓄えられた処理対象液が、ポン
プ２２を通じて圧力容器２３の一方側に加圧状態で供給
される。透過性膜の一方側と他方側では内圧差が生じて
おり、その内圧差は、通常２〜４ｋｇ／ｃｍ² 程度に設
定されている。この内圧差により、図３に示すように、
透過成分が透過性膜２４の微小孔２９を透過して圧力容
器２３内の他方側に移動し、処理対象液が濃縮される。
図２では、圧力容器２３内に模式的に一枚の透過性膜２
４のみが示されているが、実際は、多数枚（例えば数
枚）の透過性膜が多段に設けられている。即ち、図４に
示すように、上下の各透過性膜２４の間に２枚の不織布
のドレインクロス３０を介して金属板３１を積層したも
のが水平方向に配置され、且つ上下方向に所定間隔を設
けて多段に設置されている。図４中、上位の透過性膜２
４の上側が一方側であり、ドレインクロス３０が他方側
である。この一方側に処理対象液を供給すると、一方側
の内圧は他方側より高圧に設定されているため、処理対
象液中の透過成分が膜２４の微小孔を透過してドレイン
クロス３０側へ達する。当該透過性膜を透過成分が透過
した後の濃縮側の液は図４の次の段の透過性膜２４の一
方側に供給され、同じく透過処理が行われる。こうし
て、多数枚の透過性膜２４で順次透過処理が行われた
後、透過性膜を透過しない濃縮側の液は、最終的に容器
上部の濃縮液の出口から濃縮液取出経路２６（図２参
照）を通じて圧力容器２３から取り出される。透過性膜
を透過した透過液は容器下部の透過液の出口を経て透過
液取出経路２５（図２参照）を通じて圧力容器２３から
取り出される。

【０００６】圧力容器２３には加振手段が連結されてお
り、この加振手段により圧力容器２３に振動が加えら
れ、透過性膜２４が水平面内の円周方向に微小振幅の往
復運動を行う。このような透過性膜２４の振動により、
図３に示すように、非透過成分３２による膜の微小孔２
９の目詰まりが防止される。

【０００７】振動型膜分離装置は、透過性膜を振動させ
ることにより膜表面の目詰まりを防止しつつ濾過処理を
するものであるため、通常の濾過プロセスでは膜の目詰
まりを起こすことはなく、膜を洗浄する必要はほとんど
ない。しかし、一定期間濾過を行うと、膜モジュール
（透過性膜２４が多段に設置された圧力容器２３）内に
濃縮された微小な懸濁物質が残留し、その懸濁物質によ
って処理対象液の流路Ａ（図４に示す多段に設置された
透過性膜２４の空隙）が閉塞を起こすことがある。特
に、製紙排水には、大きな異物、例えば、紙屑、繊維の
固まりなどが含まれていることが多い。また、膜の微小
孔以下の大きさの極微小な物質は、通常、膜の微小孔を
通過するが、これらの極微小な物質が微小孔に吸着さ
れ、次々に極微小な物質が微小孔内に堆積して、やがて
膜の目詰まりを起こすことがある。以上のような流路の
閉塞や極微小な物質による膜の目詰まりは膜を振動させ
るだけでは防ぐことができない。

【０００８】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製紙
排水を透過処理する振動型膜分離装置の膜を効果的に洗
浄することができる方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の要旨は、圧力容器内に透過性膜を配置し、上
記圧力容器の処理対象液入口に加圧状態の製紙排水を供
給し、製紙排水中の透過成分を透過性膜を透過させてこ
の透過液を圧力容器の透過液の出口から外部に取り出
し、透過性膜を透過しない非透過液を圧力容器の濃縮液
の出口から外部に取り出す製紙排水透過処理用膜分離装
置の膜の洗浄方法であって、上記圧力容器の処理対象液
入口に加圧状態の清水を供給し、清水中の透過成分を透
過性膜を透過させて圧力容器の透過液の出口から外部に
取り出し、透過性膜を透過しないものからなる濃縮側の
液を圧力容器の濃縮液の出口から外部に取り出すことを
特徴とする清水を用いた製紙排水透過処理用膜分離装置
の膜の洗浄方法を第一の発明とし、上記第一の発明にお
いて、透過性膜を振動させることを特徴とする製紙排水
透過処理用膜分離装置の膜の洗浄方法を第二の発明と
し、上記第一または第二の発明において、清水による洗
浄の後に、アルカリ性溶液を用いて同じ洗浄処理を施す
ことを特徴とする製紙排水透過処理用膜分離装置の膜の
洗浄方法を第三の発明とし、上記第三の発明において、
アルカリ性溶液による洗浄の後に、酸性溶液を用いて同
じ洗浄処理を施すことを特徴とする製紙排水透過処理用
膜分離装置の膜の洗浄方法を第四の発明とする。

【００１０】以上のように構成される本発明によれば、
製紙排水を透過処理することによって膜の目詰まりが生
じた場合、加圧した清水を圧力容器内に供給して透過性
膜を洗浄することができる。このとき、透過性膜を振動
させれば、振動によって発生するせん断力により、膜の
目詰まりや流路の閉塞を起こしている物質が引き剥がさ
れ、再び高い透過流束を確保することができる。この清
水の圧力は、３ｋｇ／ｃｍ² 程度が好ましく、その洗浄
時間は、１〜２時間が好ましい。

【００１１】しかし、製紙排水中には有機物質が含まれ
ていることがあり、このような場合は、清水による洗浄
だけでは除去できないので、清水による洗浄の後にアル
カリ性溶液による洗浄を行うのが好ましい。例えば、ア
ルカリ性溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウムなどを用いることができ、そのｐＨは、９〜９．５
が好ましく、その洗浄時間は、１〜２時間が好ましい。

【００１２】さらに、製紙排水中に金属分が含まれてい
る場合は、以上の処理だけでは除去できないので、アル
カリ性溶液による洗浄の後に酸性溶液による洗浄を行う
のが好ましい。例えば、酸性溶液としては、塩酸、硫酸
などを用いることができ、そのｐＨは、１〜２が好まし
く、その洗浄時間は、１〜２時間が好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図５は、本発明の方法を適用
した製紙排水の循環使用方法の概略フロー図であり、図
１に示すフローの凝集沈殿処理（２）と工場内設備
（３）との間に膜分離装置（６）が介装されている。こ
の膜分離装置としては、例えば、図６に示すような構成
のものを使用することができる。図６において、７は被
処理水（凝集沈殿後の製紙排水）の供給タンク、８は被
処理水を圧送するポンプ、９は多数の平膜型の透過性膜
を積層したフィルターパック、１０はこのフィルターパ
ック９内の透過性膜に水平面内の円周方向に微小振幅の
往復運動を与えるトーションバー、１１は濃縮水の貯
槽、１２は透過水の貯槽である。フィルターパック９の
内部には、図４に示すように、上下の透過性膜２４の間
に２枚の不織布のドレインクロス３０を介して金属板３
１が積層されたものが水平方向に配置され、且つ鉛直方
向に所定間隔を設けて多段に設置されている。上位の透
過性膜２４の上側が一方側であり、ドレインクロス３０
側が他方側である。この一方側に被処理水（凝集沈殿後
の製紙排水）を供給すると、一方側の内圧は他方側より
高圧（約１〜４０ｋｇ／ｃｍ²） に設定されているの
で、被処理水中の透過成分、すなわち、図３に示すよう
に、透過性膜２４の微小孔２９より小さな粒子（透過成
分）が膜孔２９を透過し、他方側へ達する。透過成分が
透過した後の濃縮水は、図４の次の段の透過性膜２４の
一方側に供給され、透過成分が膜孔を透過する。この透
過処理の間、図６のフィルターパック９内の透過性膜は
トーションバー１０の作用により水平面内の円周方向に
微小振幅の往復運動を続けるため、透過性膜と被処理水
との間にはせん断力が働いて、膜が目詰まりを起こすこ
とはなく、また、ポンプ８で適正な圧力を被処理水に加
えることにより、高い透過流束を得ることができる。

【００１４】このようにして順次透過処理が行われ、得
られた透過水は管路１３を経て貯槽１２に送られ、管路
１４内にある濃縮水は貯槽１１に送られる。かくして、
タンク７内の被処理水を管路１５を経てフィルターパッ
ク９に供給し、上記した振動型膜分離装置によって効率
的に透過水と濃縮水に分離して回収することができる。
振動型膜分離装置の透過性膜としては、逆浸透膜、精密
濾過膜、ナノフィルター、限外濾過膜等を好適に用いる
ことができる。

【００１５】凝集沈殿後の製紙排水を被処理水として、
以上のような振動型膜分離装置による透過処理を行った
結果、膜に目詰まりが生じたり、流路が閉塞して、透過
流束が低下したので、以下に示すような処理を施すこと
により、再び高い透過流束を確保することができた。な
お、透過性膜としてはナノフィルター（ＮａＣｌ阻止率
８５％）を使用した。本明細書において、「振幅」と
は、透過性膜の外周の円周方向への移動距離をいい、本
実施形態においては、約２２ｍｍの振幅および約６０Ｈ
ｚの振動数で膜分離を行った。

【００１６】（１）清水によるフラッシング 製紙排水の透過処理を行うことにより透過流束が低下し
たので、約３ｋｇ／ｃｍ² の清水によるフラッシングを
行った（約１２０分間）。フラッシングによる透過流束
（Ｌ／ｍ²／hr） の変化およびその他の特性を比較した
ものを以下の表１に示す。透過流束は膜モジュールの平
均値であり、フラッシング前後ともに水道水での透過流
束（３０℃基準）を示す。なお、清水としては、水道水
を使用した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に明らかなように、清水を用いてフラ
ッシングを行うことにより透過流束が大幅に向上してお
り、フラッシングによる洗浄効果が大きいことが分か
る。

【００１９】（２）アルカリ性溶液による洗浄 清水によるフラッシングを行っても、やがて透過流束が
低下したので、５００リッターの水酸化ナトリウム水溶
液（ｐＨ＝９．５）による洗浄を１回について１２０分
間、合計５回行った。この洗浄前後の透過流束（Ｌ／ｍ
²／hr） の変化を以下の表２に示す。透過流束は膜モジ
ュールの平均値であり、フラッシング前後ともに水道水
での透過流束（３０℃基準）を示し、操作圧力はいずれ
も２５０ｐｓｉに設定した。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に明らかなように、水酸化ナトリウム
による洗浄を行うことにより、５回のいずれの場合にお
いても膜に付着した有機物等が除去されたため、透過流
束が大幅に向上しており、水酸化ナトリウムによる洗浄
効果が大きいことが分かる。図７は、そのときの透過流
束の変化を示し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはそれぞれ水酸化
ナトリウムによる洗浄を行ったことを示す。

【００２２】（３）酸性溶液による洗浄 水酸化ナトリウムによる洗浄によって透過流束は回復し
たが、やがて低下したので、水酸化ナトリウムによる洗
浄に引き続いて５００リッターの塩酸（ｐＨ＝２）によ
る洗浄を１回について１２０分間、合計５回行った。こ
の洗浄前後の透過流束（Ｌ／ｍ²／hr） の変化を以下の
表３に示す。透過流束は膜モジュールの平均値であり、
フラッシング前後ともに水道水での透過流束（３０℃基
準）を示し、操作圧力はいずれも２５０ｐｓｉに設定し
た。

【００２３】

【表３】

【００２４】表３に明らかなように、塩酸による洗浄を
行うことにより、５回のいずれの場合においても膜に付
着した無機物が除去されたため、透過流束が大幅に向上
しており、塩酸による洗浄効果が大きいことが分かる。
塩酸による洗浄水を分析すると、マグネシウム、アルミ
ニウム、珪素および硫黄等の元素が含まれているのが確
認できた。

【００２５】本発明に従って膜の洗浄を行うことにより
透過流束を大幅に向上させることは可能であるが、水酸
化ナトリウムおよび塩酸による洗浄を行っても充分に透
過流束が回復しない場合には、透過性膜を交換するのが
好ましい。

【００２６】上記実施形態の図５においては、膜分離装
置６は凝集沈殿処理と工場内設備との間に設置され、凝
集沈殿処理後の製紙排水が膜分離装置に供給されるが、
凝集沈殿処理がなく、加圧浮上分離後の製紙排水を膜分
離装置に供給することもできるし、さらに、図５の凝集
沈殿処理の後に活性汚泥処理を施し、活性汚泥処理後の
製紙排水を膜分離装置に供給することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、大きな異物や有機物質
や金属等を含む製紙排水を透過処理することによって透
過性膜の目詰まりや流路の閉塞が生じても、きわめて効
果的に膜を洗浄し、透過流束を回復することができるの
で、本発明の方法による洗浄を行った後には、引き続き
製紙排水を高い透過流束で透過処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の製紙排水の循環使用方法の一例を示す概
略フロー図である。

【図２】従来の振動型膜分離装置の経路図である。

【図３】振動型膜分離装置による透過処理の概念を示す
図である。

【図４】振動型膜分離装置に使用する圧力容器内に配置
する透過性膜の一部を拡大して示す断面図である。

【図５】本発明の方法を適用した製紙排水の循環使用方
法の一例を示す概略フロー図である。

【図６】本発明の方法を実施するに好適である振動型膜
分離装置の概略構成図である。

【図７】本発明の洗浄方法を適用した場合の透過流束の
推移を示す図である。

【符号の説明】

１…加圧浮上分離 ２…凝集沈殿処理 ３…工場内設備 ４…活性汚泥処理 ６…膜分離装置 ９…フィルターパック １１…濃縮水の貯槽 １２…透過水の貯槽 ２４…透過性膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内に透過性膜を配置し、上記圧
   力容器の処理対象液入口に加圧状態の製紙排水を供給
   し、製紙排水中の透過成分を透過性膜を透過させてこの
   透過液を圧力容器の透過液の出口から外部に取り出し、
   透過性膜を透過しない非透過液を圧力容器の濃縮液の出
   口から外部に取り出す製紙排水透過処理用膜分離装置の
   膜の洗浄方法であって、上記圧力容器の処理対象液入口
   に加圧状態の清水を供給し、清水中の透過成分を透過性
   膜を透過させて圧力容器の透過液の出口から外部に取り
   出し、透過性膜を透過しないものからなる濃縮側の液を
   圧力容器の濃縮液の出口から外部に取り出すことを特徴
   とする清水を用いた製紙排水透過処理用膜分離装置の膜
   の洗浄方法。
2. 【請求項２】 透過性膜を振動させることを特徴とする
   請求項１記載の製紙排水透過処理用膜分離装置の膜の洗
   浄方法。
3. 【請求項３】 清水による洗浄の後に、アルカリ性溶液
   を用いて同じ洗浄処理を施すことを特徴とする請求項１
   または２記載の製紙排水透過処理用膜分離装置の膜の洗
   浄方法。
4. 【請求項４】 アルカリ性溶液による洗浄の後に、酸性
   溶液を用いて同じ洗浄処理を施すことを特徴とする請求
   項３記載の製紙排水透過処理用膜分離装置の膜の洗浄方
   法。