JPH1170325A - 膜ろ過装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】洗浄処理の頻度を増加させずに膜差圧の変動を
最小に制御する。 【解決手段】１以上の膜モジュールまたは膜エレメント
から形成される膜ユニットを複数並設した膜ろ過装置に
おいて、原水供給ラインとろ過水排出ラインおよび洗浄
用ラインと機器を共有する、２以上の前記膜ユニットか
らなる系列に区分し、この系列に含まれる膜ユニットご
とに順次タイミングをずらせて洗浄処理を繰り返し行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固液分離を目的と
する膜ろ過装置の運転方法の改良に関するものであっ
て、特に、逆圧洗浄などの洗浄処理を行うにあたり膜閉
塞の抑制と逆洗に必要な機器を最小限にすることができ
る運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水道水の浄水方法、排水処理、用水処理
として、従来から用いられてきた緩速ろ過、または急速
ろ過に加えて、近年は膜ろ過が用いられるようになって
きた。この膜ろ過装置では、膜エレメントまたは膜モジ
ュールの複数個を並列に配置したものをろ過装置の１単
位膜ユニットとして構成し、さらに複数の膜ユニットに
よって系列が構成される。そして、これらのろ過能力は
数ｍ³ 〜１００ｍ³ ／日または数千ｍ³ 〜数万ｍ³ ／日
の水量規模であり、ろ過性能維持のために逆圧洗浄など
の物理洗浄を比較的頻繁に行う他、この物理洗浄では処
理できない場合には、化学薬剤の溶液をを用いた化学洗
浄を１年間に数回程度行うのであるが、その際には、こ
の１膜ユニットまたは系列単位毎に洗浄が行われてい
た。

【０００３】ここでいう物理洗浄には、（ａ）ろ過水を
逆流させる膜ろ過水による逆圧洗浄、（ｂ）高圧空気を
ろ過水側から加える圧縮空気による逆圧洗浄、および
（ｃ）外圧方式の膜素材の原水側に気泡を流動させる空
気揺動式の膜面洗浄、などの各洗浄方法を含むものであ
る。また、化学洗浄とは、洗浄水に酸、アルカリ、界面
活性剤などを適宜に組み合わせて溶解した洗浄水を使用
する洗浄方法の総称であり、物理洗浄だけでは除去しに
くかった膜閉塞物質を洗浄、除去し、膜性能の回復をは
かる方法であって、薬品洗浄とも言われる。

【０００４】ここで、図２に、ろ過膜の一次ラインと二
次ラインに差圧を生じさせる方法の違いによる、膜ろ過
装置の代表的なフローを示す。これらには、（Ａ）膜モ
ジュール１の一次ライン１１に制御された流量の水をポ
ンプで供給する供給ポンプ加圧方式、（Ｂ）膜モジュー
ル１の二次ライン１２から制御された流量のろ過水をポ
ンプで吸引するろ過水ポンプ吸引方式、（Ｃ）膜モジュ
ール１の一次ライン１１と二次ライン１２をそれぞれの
水槽に連通させ、各槽に水位差を与える水位差方式、の
それぞれがある。そして、これらのいずれの方式でも、
ケーシング収納型あるいは水槽浸漬型の膜モジュールま
たは膜エレメントを利用することができ、膜ユニットの
構成単位にはモジュール数、エレメント数を２以上に設
定するのが通常である。例えば、図２の事例の膜ろ過装
置は、３個の膜モジュールを並列した一つの膜ユニット
から構成されていることを示している。

【０００５】このような膜ろ過装置において、膜ユニッ
トの規模が小さいうちは問題が少ないが、膜ユニットに
搭載する膜モジュールまたは膜エレメント数が多くなっ
たり、複数の膜ユニットからなる装置構成となると、、
洗浄処理毎に使用する洗浄水の量が大量になること、特
に、複数の膜ユニットによる膜ろ過装置の構成では、そ
れに応じた水槽、ポンプ、ブロワーまたはコンプレッサ
などに大容量のものを設置しなければならなくなるとい
う問題が生じた。

【０００６】また、前記の洗浄処理の結果、その一次側
と２次側の圧力差、すなわち膜差圧が所定の低値に回復
するのであるが、特に原水が高濁の場合には、洗浄処理
のサイクルに伴って膜差圧の値が大きく上下することに
なる。そして、ろ過運転に伴うろ過膜の閉塞現象の進行
は、膜差圧の変動が大きくなれば、膜面上の閉塞物の圧
密が進行しやすくなるなどにより、閉塞が助長されるこ
とになるので、この膜差圧を抑制することができれば、
薬品洗浄などによる維持管理が軽減できることになる。

【０００７】この膜差圧を抑制するために、例えば物理
洗浄の場合には、その物理洗浄の周期を短縮すれば、各
回の差圧上昇を抑えることができるが、一方、物理洗浄
の頻度が増加するために洗浄水量が増加する、ろ過装置
のろ過効率が低下する、ポンプ、ブロアまたはコンプレ
ッサなどの発停頻度が多くなるので故障発生の確率が増
加するという不具合があった。また、膜の物理洗浄、特
にろ過側から逆洗などを行う場合には、それによりろ過
側から膜閉塞が進行するという不具合も生じた。なお、
化学洗浄の場合にも同様な事情があるうえ、大量に発生
する洗浄用薬剤を含む洗浄水の専用の浄化装置が必要と
なるなどの新たな問題が生じてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、大容量の膜ろ
過装置においても、洗浄処理の頻度を増加させることな
く、膜差圧の変動を最小に制御することを可能とする膜
ろ過装置の運転方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、１以上の
膜モジュールまたは膜エレメントから形成される膜ユニ
ットを複数並設した膜ろ過装置において、少なくとも原
水供給ライン、ろ過水排出ラインを共有する、２以上の
前記膜ユニットからなる系列に区分し、この系列に含ま
れる膜ユニットごとに順次タイミングをずらせてろ過性
能維持のため洗浄処理を繰り返し行うことを特徴とする
膜ろ過装置の運転方法、により解決することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の膜ろ過装置の運転
方法のうち、先ず、洗浄処理として物理洗浄を行う実施
形態について、説明する。本発明では、膜ろ過装置は、
少なくとも原水供給ライン（１次ライン）とろ過水排出
ライン（２次ライン）を共有する膜ユニット毎に区分さ
れるのであるが、この実施形態の場合には、１系列が３
個の膜ユニット（ＮＯ１、２、３）から形成され、各膜
ユニットは複数の膜モジュールまたは膜エレメントから
形成されるものである。なお、機器および操作の諸元と
しては、モジュール膜面積の合計を３．３６ｍ ² ×３
（膜ユニット）、原水供給量は、８．４リットル／分の
一定量供給方式とし、物理洗浄は、洗浄操作周期６時間
（洗浄時間３０秒を含む）としたろ過水による逆圧洗浄
法とした。また、この膜ユニットは、物理洗浄用ライン
およびその機器を共有するものとして設定してある。

【００１１】そして、図１に示す、実施例の場合は、そ
の物理洗浄を膜ユニット毎に、すなわちＮＯ１、ＮＯ
２、ＮＯ３の膜ユニットの順に、タイミングをずらせて
繰り返し行った場合であり、具体的には、個々の膜ユニ
ットの洗浄操作周期は６時間であるが、ＮＯ１とＮＯ２
との間隔、ＮＯ２とＮＯ３の間隔、あるいはＮＯ３とＮ
Ｏ１の間隔は６／３＝２時間となっている。これに対し
て、比較例の場合は、従来のように系列毎に一斉に物理
洗浄を行う場合であり、ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３の膜ユ
ニットが同時に６時間毎に物理洗浄を行った事例であ
る。

【００１２】このような実施例と比較例による、膜ろ過
装置の運転方法の相違について、図１を参照して説明す
ると、ろ過流量の欄は、運転経過に伴う各膜ユニット毎
のろ過流量の変化を示すグラフで、またろ過圧力の欄
は、同じく各膜ユニット毎のろ過圧力の変化を示すグラ
フである。

【００１３】先ず、ろ過流量のグラフによれば、比較例
のろ過流量は、逆圧洗浄が一斉に行われる（図中○印で
逆洗が行われた位置を示す）ので、前提条件通りの１膜
ユニットあたり８．４／３＝２．８リットル／分の一定
値を示し、直線ｈで示されるように、時間による変動は
ない。

【００１４】一方、実施例のろ過流量の場合は、ＮＯ
１、ＮＯ２、ＮＯ３の膜ユニット合計では８．４リット
ル／分の一定値となるが、個々の膜ユニットでは、自己
の逆圧洗浄、および他の膜ユニットの逆圧洗浄の影響が
あってろ過抵抗の変化が相互にずれているので、一定値
を示さない。例えば、ＮＯ１の膜ユニットの場合を例示
すると、逆洗時点で膜閉塞のため低値であったろ過流量
が一気にａ点まで回復し、次いでｂ点までゆるく下降気
味に推移するが、ＮＯ２の逆洗が行われた時点でＮＯ２
の流量が回復するので、ＮＯ１はｂ点からｃ点に下降す
る。次いでｃ点からｄ点まで水平に移行するが、ＮＯ３
の逆洗が行われた時点でＮＯ３の流量が回復するので、
ＮＯ１は、ｄ点から最低値ｅ点まで低下する。その後は
ＮＯ２、３の流量は若干下がるので、ＮＯ１は、ｆ点ま
でゆるく上昇して、逆洗のタイミングを迎えることにな
るのである。

【００１５】このような、ろ過流量の変化がろ過圧力
（先に述べた膜差圧と同じ意味）に及ぼす影響をみる
と、図１下段のろ過圧力の欄に示されるように、比較例
の場合には、逆圧洗浄を行う都度、６時間毎に、最低１
９．６ｋＰａから最高２２．６ｋＰａまでの約３ｋＰａ
に及ぶ大幅な変動が認められたのに対して、実施例の場
合には、２時間毎に最低２０．６ｋＰａから最高２１．
６ｋＰａまでの約１ｋＰａ程度の小幅な変動に止まるう
え、最高圧も比較例の２２．６ｋＰａから約１ｋＰａ程
度低下することが認められた。

【００１６】以上説明したように、本発明では、小系列
の膜ユニットごとに順次タイミングをずらせて物理洗浄
を繰り返し行うので、次の利点が得られるのである。 （１）膜差圧の最大上昇値を顕著に抑制できるから、膜
表面の堆積層の密圧化を緩和し、膜閉塞を抑制できる。
これにより物理洗浄の効率が向上するうえ、膜閉塞も抑
制できるから、薬品洗浄あるいは膜交換の頻度を軽減す
る効果が得られる。 （２）各膜ユニットの物理洗浄の周期を無為に短縮する
ことなく、最適の周期に設定できるので、回収率を低下
させることがない。

【００１７】（３）物理洗浄回数を増やす必要がなくな
るため、ろ過側からの膜閉塞が抑制できる。 （４）物理洗浄用ラインを共用させた膜ユニットの場合
には、物理洗浄に用いる機器類は、１膜ユニットを洗浄
できる容量のものでよいため小型化できる。 なお、このような利点は、ろ過方式が供給ポンプ加圧方
式、ろ過水吸引ポンプ方式、水位差方式のいずれにおい
ても認められるものである。

【００１８】次に、本発明における洗浄処理として化学
洗浄を行う実施形態について、説明する。この場合の洗
浄操作自体は、洗浄水として所定の薬剤を含ませた薬液
を使用することと、その実施タイミングが一般に物理洗
浄が数時間間隔であるのに対して、化学洗浄は数カ月間
隔であること、および洗浄処理時間が物理洗浄が分単位
であるのに対して化学洗浄は、時間が長くなり時間単位
になる点を除けば、既に説明した物理洗浄の場合とほぼ
同一である。

【００１９】この実施形態でも、１系列が３個の膜ユニ
ット（ＮＯ１、２、３）から形成され、各膜ユニットは
複数の膜モジュールまたは膜エレメントから形成される
ものであり、機器および操作の諸元も同様であるが、洗
浄操作周期６か月とし、洗浄は、薬液を膜ユニットに供
給し、１次側，２次側から薬液を還流させて循環する方
法を採用した。そして、図１に示す実施例、比較例のグ
ラフは、この化学洗浄の場合にも適用されるのである。
ただし、横軸の時間単位は、時間を月に、また縦軸のろ
過流量（ｌ／ｍｉｎ）は、物理洗浄１サイクル当たりの
平均ろ過流量に読み替えるものとする。なお、この場合
の図１の数値は単なる参考数値である。また、洗浄に要
する時間は、通常、薬液処理に数時間以内、リンス処理
に数１０分程度を要するのであるが、グラフ上では単に
小○印で表示してある。

【００２０】そこで図１の実施例の場合は、その化学洗
浄を膜ユニット毎に、すなわちＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３
の膜ユニットの順に、タイミングをずらせて繰り返すも
ので、ＮＯ１とＮＯ２、ＮＯ２とＮＯ３、ＮＯ３とＮＯ
１の間隔は６／３＝２か月となっている。これに対し
て、比較例の場合は、従来のように系列毎に６か月毎に
一斉に化学洗浄を行う場合である。

【００２１】このような実施例と比較例による、膜ろ過
装置の運転方法の相違も、図１に示される先の物理洗浄
の場合と同様であって、先ず、比較例のろ過流量は、前
提条件通りの１膜ユニットあたり一定値を示し、期間に
よる変動はない。一方、実施例のろ過流量の場合は、個
々の膜ユニットでは、自己の閉塞状態、および他の膜ユ
ニットの閉塞状態の影響があってろ過抵抗の変化が相互
にずれているので、一定値を示さない。

【００２２】例えば、ＮＯ１の膜ユニットの場合を例示
すると、化学洗浄時点でそれまでの物理洗浄で除去され
なかった閉塞物の累積のため低値であったろ過流量が一
気にａ点まで回復し、次いで時間経過とともにｂ点まで
ゆるく下降気味に推移するが、ＮＯ２の洗浄が行われた
時点でＮＯ２の流量が回復するので、ＮＯ１はｂ点から
ｃ点に下降する。次いでｃ点からｄ点まで水平に移行す
るが、ＮＯ３の洗浄が行われた時点でＮＯ３の流量が回
復するので、ＮＯ１は、ｄ点から最低値ｅ点まで低下す
る。その後はＮＯ２、３の流量は若干下がるので、ＮＯ
１は、ｆ点までゆるく上昇して、次の化学洗浄のタイミ
ングを迎えることになるのである。

【００２３】このような、ろ過流量の変化がろ過圧力に
及ぼす影響は、同様に、比較例の場合には、洗浄を行う
都度、６か月毎に大幅な変動が生じるのに対して、実施
例の場合には、２か月毎に比較例に約１／３ていど小幅
な変動に止まるうえ、最高圧も大幅に低下することにな
るのである。

【００２４】次に、この化学洗浄を行う場合の薬液供給
の仕組みを図３を参照して説明すると、図３において、
鎖線で表示されているラインは、原水のろ過ラインであ
り、原水タンク１０から一次ライン１１により３セット
の膜ユニット１ｕに原水が供給され、ろ過処理水は二次
ライン１２から排出され、一方余剰原水は循環ライン１
３によって原水タンク１０へ返送される。

【００２５】実線の表示は、膜ユニット１ｕを順方向に
洗浄する方式の化学洗浄ラインであって、薬液タンク２
０から薬液一次ライン２１により３セットの膜ユニット
１ｕに洗浄用薬液が供給され、ろ過膜を通過した薬液は
薬液二次ライン２２を経て薬液タンク２０へ返送される
とともに、一方余剰薬液は薬液循環ライン２３によって
同様に薬液タンク２０へ返送される。かくして、膜ユニ
ットを通過した処理済薬液を含めて使用薬液は、使用薬
剤が有効であるうちは薬液タンクに返送して、繰り返し
循環して使用されるのである。

【００２６】そして、特定のユニットについて洗浄処理
を行う場合には、前記原水のろ過ラインおよび化学洗浄
ラインに予め設けられているバルブ（図示せず）を適宜
に開閉して、ろ過運転するユニットと洗浄処理するユニ
ットを選択、切り換えるようにすればよい。

【００２７】この実施形態による膜ろ過装置の運転方法
にあっては、タンクから供給する薬液必要量が、従来の
３ユニット分から１ユニット分で済むようになるので、
約１／３に削減できるから、洗浄関連機器をコンパクト
にすることが可能となる。また、一時に大量の洗浄用薬
液の廃液が発生することも防げるので、その廃液の浄化
処理も比較的容易になるという利点が得られる。

【００２８】以上説明したように、化学洗浄を行う本発
明でも、小系列の膜ユニットごとに順次タイミングをず
らせて洗浄を繰り返し行うので、先の場合と同様な
（１）膜差圧の最大上昇値を抑制できるから、膜表面の
堆積層の密圧化を緩和し、膜閉塞を抑制できる。（２）
各膜ユニットの物理洗浄の周期を最適の周期に設定で
き、回収率を低下させることがないなどのほか、薬液の
廃液処理がし易くなるなどの利点が得られるのである。

【００２９】

【発明の効果】本発明の膜ろ過装置の運転方法は、以上
に説明したように構成されているので、最適の周期に物
理洗浄、化学洗浄などの洗浄処理を設定でき、膜差圧の
最大値を低く抑え、かつ膜差圧の変動を最小に制御する
ことが可能となり、膜閉塞を抑制するとともに、洗浄水
を節減できるなど、膜ろ過装置の運転管理を容易にする
とともに、洗浄処理に必要な機器を最小とすることがで
きる、また化学洗浄では洗浄水の浄化施設の増設が回避
できるなどの優れた効果がある。よって本発明は従来の
問題点を解消した膜ろ過装置の運転方法として、その工
業的価値は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の作用を説明するためのグラ
フ。

【図２】膜ろ過装置の代表例を示すフロー図。

【図３】本願発明に適用される膜ろ過装置を示すフロー
図。

【符号の説明】

１ 膜モジュール、１ｕ 膜ユニット、１０ 原水タン
ク、１１ 一次ライン、１２ 二次ライン、１３ 循環
ライン、２１ 薬液タンク、２１ 薬液一次ライン、２
２ 薬液二次ライン、２３ 薬液循環ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 吉一 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １以上の膜モジュールまたは膜エレメン
   トから形成される膜ユニットを複数並設した膜ろ過装置
   において、少なくとも原水供給ラインとろ過水排出ライ
   ンを共有する、２以上の前記膜ユニットからなる系列に
   区分し、この系列に含まれる各膜ユニットごとに順次タ
   イミングをずらせてろ過性能維持のため洗浄処理を繰り
   返し行うことを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
2. 【請求項２】 前記洗浄処理が物理洗浄である請求項１
   に記載の膜ろ過装置の運転方法。
3. 【請求項３】 前記洗浄処理が化学洗浄である請求項１
   に記載の膜ろ過装置の運転方法。
4. 【請求項４】 前記化学洗浄において、膜ユニットを通
   過した処理済薬液を洗浄用薬液タンクに返送して、洗浄
   処理済薬液を循環させて使用する請求項３に記載の膜ろ
   過装置の運転方法。