JPWO2008041320A1

JPWO2008041320A1 - 膜分離装置の運転方法

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Publication number: JPWO2008041320A1
Application number: JP2008537377A
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Inventors: 塚原　隆史; 隆史塚原; 森　吉彦; 吉彦森
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2010-02-04
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Abstract

多数本の露出した中空糸膜で構成された膜モジュールを被処理水槽内に設置した膜分離装置において、濾過膜の負荷を小さくし、効果的に洗浄を行う事により高い回収率を確保しつつ、安定した膜濾過運転が可能とするため、当該膜分離装置の運転方法では、中空糸膜の一次側（被処理水側）と二次側（処理水側）の間に差圧を付与することにより被処理水の濾過を行う濾過工程と前記膜モジュールの一次側に気体洗浄媒体を噴出させる気体洗浄、および逆洗媒体を中空糸膜の二次側から供給し、中空糸膜の被処理水側に透過させる逆圧水洗浄を行う物理洗浄工程を２回以上繰り返した後、槽内排水を系外へ排出するドレーン工程を行うことを特徴とする。

Description

本発明は、水頭差式、吸引式のタンク型膜分離装置、あるいは槽型膜分離装置を用いて、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工場排水、下水二次処理水等の被処理水を膜分離し、除濁、除菌するための膜分離装置の運転方法に関するものである。

従来、浄水処理、下水処理、産業排水処理等の水処理工程において被処理水は、凝集沈殿槽、重力沈殿槽等で固液分離されていた。しかしながら、膜技術の発達により、膜分離法は、濾過精度に優れること、設置スペースが少なくて済むこと、運転管理が容易であることなどの理由から、各種の濾過装置に用いられている。近年では、上述した各種の槽そのものに供給された被処理水中に膜モジュールを配置させて、被処理水を固液分離する方法が採用されるに至っている。即ち、槽内に供給された懸濁物質を含む被処理水中に膜モジュールを配置させ、この膜モジュールにおいて吸引もしくは水頭差により濾過を行い、膜モジュールによって濾過された濾過水が槽の外部に引き出される。このような方法によれば、槽内の液相中の懸濁物質は、膜モジュールの供給側に固形分として残り、膜モジュールの透過側において、除濁、除菌された清浄な濾過水が得られる。

このような膜分離装置においては、濾過の継続に伴い被処理水中の懸濁物質が膜表面に付着し、孔を閉塞するため徐々に濾過性能が低下し、ついには濾過できなくなってしまう。そこで、濾過を安定させるため、空気等の気体を分離膜の被処理水側に気泡として導入する気体洗浄（以後、空洗と呼ぶ）や濾過方向とは逆方向に濾液側から濾水あるいは清澄水等の逆洗媒体を噴出させて分離膜表面に堆積した付着物を除去する逆圧水洗浄（以後、逆洗と呼ぶ）などの物理洗浄により膜面に堆積した懸濁物質を剥離させ、かつ、剥離した懸濁物質を系外へ排出する必要がある。この際、槽内の被処理水量（ホールドアップ量）が多いと、物理洗浄により剥離した懸濁物質を系外へ全量排出するためには多量の被処理水とともに排出することになり、使用した被処理水に対する得られた濾過水量の比、すなわち回収率が低下してしまう。

このような問題に鑑み、膜モジュールが配置された槽内へ常時一定量の被処理水を供給し、かつ、同時に被処理水の一部を系外へ排出することにより回収率を制御するプラグフロー方式による運転方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、前述の従来例において、特許文献１に開示されている膜分離装置の運転方法では、例えば９９％以上の高い回収率を達成するには、槽内の被処理水の１％以下しか系外へ排出できず、物理洗浄等により剥離した全ての懸濁物質を系外へ排出できないため、槽内の懸濁物質濃度が徐々に上昇する。そのため、膜濾過を安定して行うには、低い膜濾過流束により運転する、もしくは、懸濁物質を含んだ被処理水の系外への排出量を増加させる（回収率を低下させる）必要があった。

また、空洗の洗浄効果を高めるため、膜モジュールの下方より気泡を噴出させつつ、濾過膜の被処理水側液面を低下させる方法（例えば、特許文献２および３参照）やオゾン化空気を濾過膜の被処理水側に気泡として注入する方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。特許文献４および５に示した空洗方法は、気液界面における気泡の消失効果や気泡の破裂による液面の大きな揺れを利用する方法は洗浄効果を高める上で有効であるが、気泡の上昇に伴うクロスフロー流による洗浄効果や気泡体積分の排除効果に伴う濾過膜の振動による洗浄効果が半減してしまう問題がある。さらに、液面を低下させることにより濾過膜周囲の水が無くなるため、気泡の揺れにより濾過膜同士が直に接触し、擦れ合うことにより濾過膜が損傷、破断する恐れがある。さらに、空洗により一旦膜表面より剥離した懸濁物質は液面が下がる際に再度膜表面に付着してしまうため、濃縮された懸濁物質を完全に系外へ排出することができず洗浄効果が半減するといった問題がある。

さらに、膜モジュールの処理水取水口近傍の濾過膜は、取水口までの距離が短く、濾過膜処理水側の流体（処理水）の圧力損失が小さいため、濾過膜の被処理水側と処理水側の圧力差、すなわち、膜差圧が大きくなるため、前述の部位の濾過膜は他の部位の濾過膜に比べて多量の被処理水を濾過することになり、膜汚染が急速に進行し濾過性能が低下する。このような問題に鑑み、濾過膜の一部を被処理水中に浸漬せずに濾過を行う方法が提案されている（特許文献５参照）。しかしがら、前述の従来例において、特許文献５に開示されている膜分離装置の運転方法では、濾過膜の一部が常に大気に暴露しているため、濾過膜が乾燥してしまう、また、濾過膜全体を使用していないため有効膜面積が小さくなる、といった問題がある。
国際公開第００／３０７４２号パンフレット特公平６−７１５４０号公報特許３３５１０３７号公報特開昭６３−４２７０３号公報特開平１１−１４７０２８公報

本発明は、濾過膜の負荷を小さくし、効果的に洗浄を行う事により高い回収率を確保しつつ、安定した膜濾過運転が可能となる運転方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、濾過工程と物理洗浄工程を２回以上繰り返した後、槽内排水を系外へ排出し、また、濾過膜全体を浸漬させた状態で濾過を行う濾過工程と濾過膜の一部を浸漬させた状態で濾過を行う濾過工程を組み合わせることにより、濾過膜の長手方向の汚染斑を低減させ、もって、物理洗浄の効果が高く得られ、かつ、槽内の被処理水量、すなわちホールドアップ量を減少させることによって、物理洗浄により剥離した懸濁物質を槽内に残っている少量の被処理水と共に系外へ排出することによって、高い回収率を確保しつつ、安定した膜濾過運転が可能となる運転方法を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記の通りである。
（１）多数本の露出した中空糸膜で構成された膜モジュールを被処理水槽内に設置した膜分離装置の運転方法において、前記中空糸膜の一次側（被処理水側）と二次側（処理水側）の間に差圧を付与することにより被処理水の濾過を行う濾過工程と前記膜モジュールの一次側に気体洗浄媒体を噴出させる気体洗浄、および逆洗媒体を中空糸膜の二次側から供給し、中空糸膜の被処理水側に透過させる逆圧水洗浄を行う物理洗浄工程を２回以上繰り返した後、槽内排水を系外へ排出するドレーン工程を行うことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の膜分離装置の運転方法において、その濾過工程が、槽内に被処理水を供給し、かつ、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態で被処理水の濾過を開始する工程、および引き続き前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で被処理水を濾過する工程からなる濾過工程（以降、濾過工程Ａと呼ぶ）を含むことを特徴とする。

（３）上記（１）または（２）記載の膜分離装置の運転方法において、その濾過工程が、物理洗浄工程終了後、槽内に被処理水を供給せずに前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態になるまで被処理水を濾過する工程、および引き続き槽内に被処理水を供給し、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で被処理水を濾過する工程からなる濾過工程（以降、濾過工程Ｂと呼ぶ）を含むことを特徴とする。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法において、物理洗浄工程が、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で実施する工程（以降、物理洗浄工程Ａと呼ぶ）および前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態で実施する工程（以降、物理洗浄工程Ｂと呼ぶ）を組み合わせて行うことを特徴とする。

（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法において、前記膜モジュールの両端部が接着固定された多数本の露出した中空糸膜で構成され、上端部の中空糸膜が開口し、かつ、下端部の中空糸膜が閉口した膜モジュールであることを特徴とする。

（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法において、濾過工程Ａと物理洗浄工程を行い、かつ、濾過工程Ｂと前記物理洗浄工程を１回以上繰り返した後、槽内の排水を系外へ排出することを特徴とする。

本発明によれば、濾過膜の負荷を小さくしつつ効果的に物理洗浄を行う事ができ、また、槽内の被処理水量、すなわちホールドアップ量を削減でき、もって、物理洗浄により剥離した懸濁物質を少量の被処理水で系外へ排出することによって、高い回収率を確保しつつ、安定した膜濾過運転が可能となる。

以下、本発明について、特にその好ましい形態を中心に、詳細に述べる。

本発明の対象となる被処理水は、河川水、湖沼水、地下水、貯水、下水二次処理水、工場排水、あるいは下水などである。従来、上記の様な原水を膜で濾過すると、該原水中に含まれる懸濁物質や使用する膜の孔径以上の大きさの物質は膜で阻止され、いわゆる濃度分極やケーク層を形成すると同時に、膜を目詰まりさせる、あるいは膜内部の網状組織に吸着される。その結果、原水を濾過した際の膜の濾過流速は、清澄水を濾過した際のそれに比べて数分の１から数十分の１にまで低下してしまい、また濾過の継続に従って濾過流速は徐々に低下していく。

このような膜分離装置においては、濾過を安定させるため、濾過膜の二次側から一次側へ透過水やエアを逆流させる物理洗浄により膜面に堆積した懸濁物質を剥離させ、かつ、剥離した懸濁物質を系外へ全量排出する必要がある。この際、槽内の被処理水量（ホールドアップ量）が多いと、物理洗浄により剥離した懸濁物質を系外へ全量排出するためには多量の被処理水と共に排出することになり、使用した被処理水に対する得られた濾過水量の比、すなわち回収率が低下してしまう。また、膜モジュールの処理水取水口近傍の濾過膜は、取水口までの距離が短く、濾過膜処理水側の流体（処理水）の圧力損失が小さいため、濾過膜の被処理水側と処理水側の圧力差、すなわち、膜差圧が大きくなるため、前述の部位の濾過膜は他の部位の濾過膜に比べて多量の被処理水を濾過することになり、膜汚染が急速に進行し濾過性能が低下する。

本発明の膜分離装置の運転方法は、槽内に設置された膜モジュールの上部端面よりも上方で槽内の被処理水の液面を制御し、全ての濾過膜により濾過する通常の濾過工程とは別に、槽内に被処理水を供給し、かつ、前記膜モジュールを構成する濾過膜の一部が露出した状態で被処理水の濾過を開始することにより膜モジュールを構成する濾過膜の下方へ懸濁物質を付着させる濾過工程を含む濾過工程Ａ、および、物理洗浄工程終了後、槽内に被処理水を供給せずに前記膜モジュールを構成する濾過膜の一部が露出した状態になるまで被処理水を濾過することにより膜モジュールを構成する濾過膜の下方へ懸濁物質を付着させる濾過工程を含む濾過工程Ｂを行い、さらに、前記濾過工程と物理洗浄工程を２回以上繰り返した後、濃縮された懸濁物質を系外へ排出する方法である。

ここで、濾過膜として有効長さ２ｍの中空糸膜を用いた場合に、中空糸膜の圧力損失の理論計算より、膜モジュールの処理水取水口から２割程度の長さの濾過膜で必要濾過処理水量の５割程度も濾過をすることになり、他の部位の濾過膜に比べて多量の被処理水を濾過することになり、膜汚染が急速に進行し濾過性能が低下する。本発明の濾過工程Ａ、Ｂを導入することにより、圧力損失の影響により濾過に寄与できなかった濾過膜を有効に使用することが可能となり、濾過膜の長手方向の汚染斑を低減させることが可能となる。また、濾過工程と物理洗浄工程を２回以上繰り返すことで、膜分離装置のホールドアップ量を削減することにより、物理洗浄により剥離した懸濁物質を系外へ全量排出する際、少量の被処理水と共に排出することになり、高い回収率で安定した膜濾過運転が可能となる。

ここで、前記膜モジュールを構成する濾過膜の一部が露出した状態における膜濾過流量は、通常の濾過工程における膜濾過流量と同じ流量、あるいは低い流量、あるいは高い流量のいずれの流量で制御しても構わないが、通常の濾過工程における膜濾過流量と同じ流量以下で制御することが好ましい。

さらには、膜モジュールを構成する濾過膜の鉛直方向の長さをＬ、濾過膜の一部が露出した状態における槽内の被処理水の液面において被処理水と接触していない濾過膜の鉛直方向の長さをＬ’としたとき、通常の濾過工程における膜濾過流量Ｆ１に対して、濾過膜の一部が露出した状態での膜濾過流量Ｆ２を
Ｆ２≦Ｆ１×（Ｌ−Ｌ’）／Ｌ（Ｌ＞Ｌ’、Ｌ＞０、Ｌ＞Ｌ’≧０）
を満たす膜濾過流量により濾過膜の一部が露出した状態での濾過を行うことが好ましい。

さらには、物理洗浄方法として、濾過方向とは逆方向に濾液側から濾水あるいは清澄水等の逆洗媒体を被処理水側へ透過させ、濾過膜表面に堆積した付着物を除去する逆洗を用いる場合には、物理洗浄工程で使用した濾水もしくは清澄水等を槽内に全量もしくは一部貯留させ被処理水の一部として再度使用することができる。したがって、物理洗浄により剥離した懸濁物質を系外へ全量排出するドレーン工程を実施する前に、濾過運転と物理洗浄工程を２回以上繰り返すことで、より高い回収率で運転できる。

なお、物理洗浄工程の洗浄効果を高めるには、逆洗に使用される前記逆洗媒体中に、次亜塩素酸ソーダやオゾンなどの酸化剤を添加することが好ましく、さらには、空気等の気体を濾過膜の被処理水側に気泡として導入する空洗に、オゾン等の酸化剤を含有させることが有効である。しかし、前述したように空洗条件は濾過膜の耐久性の面からの制約で必ずしも十分な洗浄効果が得られていなかった。

本発明の濾過膜の洗浄方法は、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で実施する工程（以降、物理洗浄工程Ａと呼ぶ）および前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態で実施する工程（以降、物理洗浄工程Ｂと呼ぶ）を組み合わせて洗浄することにより、濾過膜全体に対して（ａ）気泡の上昇に伴うクロスフロー流による洗浄効果、（ｂ）気泡体積分の液体排除効果に伴う濾過膜の振動による洗浄効果、（ｃ）気液界面における気泡の消失効果や気泡の破裂による液面の大きな揺れによる洗浄効果を付与でき、かつ、（ｄ）気体洗浄により一旦膜表面より剥離した懸濁物質が再度膜表面に付着しないため、濾過膜より剥離した懸濁物質を完全に系外へ排出することが可能となり、さらには、（ｅ）膜モジュールの処理水取水口近傍の濾過膜が気泡と接触する時間を十分に確保できるため、従来の空洗方法に比べ効率よく懸濁物質を濾過膜表面より剥離させることができる。

物理洗浄工程Ｂにおいて、膜モジュール内の被処理水を濾過や排出により一旦液面を低下させた時の被処理水液面の水位は濾過膜の鉛直方向のいずれの水位でも良いが、前述に示した５つの洗浄効果を濾過膜全体に付与するために、濾過膜の鉛直方向の最下端部まで低下させることが好ましい。また、気体洗浄工程Ｂにおいて、濾過膜周囲の被処理水液面を下方から上方へ上昇させる方法として、逆洗を行いつつ濾過膜周囲の被処理水液面を上げる方法や被処理水を供給しつつ濾過膜周囲の被処理水液面を上げる方法があるが、逆洗により濾過膜周囲の被処理水液面を上げる方法が好ましい。なお、逆洗は（１）常に空洗と同時に行うと洗浄効果が高いが、（２）逆洗の導入に先立ち空洗のみを行っても良い。あるいは（３）逆洗の導入を行った後、空洗のみを行っても良い。さらに、（４）被処理水を導入しながら逆洗を導入し同時に空洗を行っても良いし、さらには、（１）〜（４）を交互に組み合わせても良い。

ここで、濾過膜の洗浄工程において、洗浄工程時間中における物理洗浄工程Ａと物理洗浄工程Ｂの各々の工程時間の比率は任意であるが、１：１０〜１０：１の比率の範囲で行うのが好ましい。
さらに、液面を上昇させつつ空洗を行う場合は、濾過膜周囲に水が無い状態は短時間となり、濾過膜同士が直に接触し、擦れ合うことによる濾過膜の損傷、破断や膜の乾燥を防止できる。しかも、従来の空洗方法に比べて効果的な洗浄効果が得られるため、使用する気体洗浄媒体の量を低減することも可能であり、もって、濾過膜、膜モジュールの耐久性、またはエネルギー効率の面でも有効である。

また、本発明の濾過膜の被処理水側液面を下方から上方へ上昇させつつ濾過膜の被処理水側に気体洗浄媒体を気泡状に噴出させて空洗を行う際に、気体洗浄媒体として塩素、二酸化塩素、過酸化水素、オゾンガスなどの酸化剤を少なくとも１つ以上を含む気体を用いる、あるいは、前述の酸化剤を少なくとも１つ以上含む逆洗を併用すると一層の洗浄効果を得ることができる。空洗時間は、濾過圧力の回復性と濾過設備の時間稼働率を勘案して適宜決めればよい。

本発明で用いる濾過膜は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン；テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂；ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド等のスーパーエンジニアリングプラスチック；酢酸セルロース、エチルセルロース等のセルロース類；ポリアクリロニトリル；ポリビニルアルコールの単独及びこれらの混合物が挙げられる。さらにオゾン等の強力な酸化剤を併用する場合は、セラミック等の無機膜、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）膜、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）膜、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）膜、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）膜等のフッ素系樹脂膜等の有機膜を適用することが出来る。このような濾過膜のうち、その孔径領域がナノ濾過（ＮＦ）膜から精密濾過（ＭＦ）膜であるものが好ましく使用し得る。特に分画分子量が１００程度のＮＦから平均孔径が１０μｍ以下のＭＦが好ましい。濾過膜の形状としては、中空糸状、ウェーブをつけた中空糸状、平膜状、プリーツ状、スパイラル状、チューブラー状など任意の形状を用いることができるが、単位体積当たりの膜面積が大きくとれる中空糸状がより好ましい。

本発明に用いる膜モジュールとしては、多数本の濾過膜からなる膜束の上下端部が接着固定され、どちらか一方、もしくは両方の端部が開口されたものであり、接着固定される端部の断面形状としては、円形の他、三角形、四角形、六角形、楕円形等であってもよいが、特に、上端部に膜の開口部を有し、下端部に気体導入用のスカート構造部と該気体を濾過膜外表面に導入する気体導入孔を有する膜モジュールが好ましい。さらに、膜モジュールの設置方法は、地面に対して垂直方向、水平方向のいずれでもよいが、特に垂直方向の設置が好ましい。さらには、複数本の膜モジュールを同一槽内に配置する場合、膜モジュールの配置場所は特に限定されないが、ホールドアップ量が最小となる最密充填の位置に配置することが好ましい。濾過方式としては、全量濾過方式でもクロスフロー濾過方式でもよい。濾過圧力の付与方法としては、吸引濾過方式あるいは水頭差方式でもよい。また中空糸状膜の場合、内圧濾過、外圧濾過のどちらでもよい。

本発明は、上述のごとく構成したので、高い回収率を維持しつつ、懸濁物質を含む被処理水の系外への排出量を十分に確保することが可能となり、安定した膜濾過運転が可能となる。

本発明に関して、以下添付の図を参照して膜分離装置の運転方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１Ａは、槽１０３内に垂直方向に設置された多数本の濾過膜１０１からなる膜束の、両端部が接着固定され、上端部に膜の開口部を有し、下端部に気体導入用のスカート構造部と該気体を分離膜外表面に導入する気体導入孔を有する膜モジュール（以降、「膜モジュール」と称す）１０２を用いて、槽１０３内に設置された膜モジュール１０２の上部端面よりも上方で槽１０３内の被処理水の液面を制御し、全ての濾過膜１０１により濾過する通常の濾過工程の運転状態を示した模式図であり、図１Ｂは前記膜モジュール１０２を構成する濾過膜１０１の一部が露出した状態で被処理水の濾過を行った時の運転状態を示した模式図である。

通常の濾過工程では、図１Ａに示すように、槽１０３内の被処理水の液面は膜モジュール１０２の上部端面よりも上方で制御されているため、膜モジュール１０２の全ての濾過膜１０１により濾過が行われている。ここで、通常の濾過工程における液面制御方法としては、液面計を用いて槽１０３内への被処理水の供給量を制御する、もしくは槽内へ常時一定量の被処理水を供給し、かつ、同時に被処理水の一部を系外へ排出するプラグフローにより制御する方法のいずれでも良い。

一方、濾過膜１０１の一部が露出した状態で被処理水の濾過を行う濾過工程では、図１Ｂの槽１０３内への被処理水の供給を停止した状態で濾過を行ったり、また、槽１０３内へ被処理水を供給している途中で濾過を行うため、槽１０３内の被処理水の液面は膜モジュール１０２の上部端面より徐々に低下したり、徐々に上昇しながら膜モジュール１０２の一部の濾過膜１０１により濾過が行われる。

ここで、前記濾過工程における膜濾過流量は次のように決定することが好ましい。濾過膜１０１の長さＬ＝２ｍ、濾過膜１０１の一部が露出した状態での濾過工程の終了時もしくは開始時における槽１０３内の被処理水液面において被処理水と接していない濾過膜１０１の長さＬ’＝０．５ｍ、通常の濾過工程における膜濾過流量Ｆ１＝５．０ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本で１時間あたり５．０ｍ^３の濾過水が得られる流量）とした時、濾過膜１０１の一部が露出した状態での濾過工程における膜濾過流量Ｆ２は、
Ｆ２ ≦ Ｆ１×（Ｌ−Ｌ’）／Ｌ
≦ ５．０×（（２．０−０．５）／２．０）
≦ ３．７５ｍ^３／ｈｒ
（膜モジュール１本で１時間あたり３．７５ｍ^３の濾過水が得られる流量）となる。つまり、このケースでは、濾過膜１０１の一部が露出した状態での濾過工程において、膜濾過流量を３．７５ｍ^３／ｈｒ以下で制御することを意味する。また、濾過膜１０１の一部が露出した状態での濾過工程においては、被処理水と接触していない濾過膜１０１に堆積した懸濁物質の圧密化や濾過膜１０１の乾燥を防止するため、すみやかに所定の液面まで到達させ、濾過膜１０１の一部が露出した状態での濾過工程を終了させることが好ましい。

図２に本発明の運転方法を適用する前記膜モジュールを用いたフロー例を示す。被処理水１は原水供給ポンプ３により前記膜モジュールが設置された浸漬槽１１へ送水され、吸引ポンプ１２により得られた濾水は逆洗タンクを兼用する濾水タンク５に貯められる。逆洗時に、濾水タンク５中の濾水は逆洗ポンプ６により前記膜モジュールへ送られ逆洗が行われるが、ここで逆洗ポンプ６から前記膜モジュールへ至る配管の途中に酸化剤タンク７の酸化剤を、酸化剤送液ポンプ８により逆洗水に添加することができる。また、前記膜モジュールに空気を導入する空洗は、コンプレッサー９で圧縮した空気を、前記膜モジュールの被処理水側へ供給して行われる。ここで、空洗に用いる圧縮空気の供給源は前述のコンプレッサー以外にブロアーであっても良い。

膜分離装置の運転方法は、通常、濾過水を得る濾過工程、膜面に堆積した懸濁物質を除去する物理洗浄工程および槽内に蓄積した懸濁物質を系外へ排出するドレーン工程の組み合わせにより運転されている。ここで、本発明においては、濾過工程Ａと物理洗浄工程（物理洗浄工程ＡおよびＢを含む）を行い、かつ、濾過工程Ｂと前記物理洗浄工程を１回以上繰り返した後、槽内の排水を系外へ全量排出することが好ましい。

また、前記濾過工程と前記物理洗浄工程を複数回繰り返すことにより、槽内の濃縮倍率を所定の値まで達成する（回収率を高くする）際においては、濃縮された槽内排水を高い頻度で系外へ全量排出するために、前記濾過工程と前記物理洗浄工程の繰り返し回数を出来る限り少ない回数で所定の濃縮倍率まで達成することが好ましい。すなわち、膜分離装置において、膜モジュールを設置する槽として、膜モジュール設置部におけるホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量（＝膜モジュール設置部の容量から膜モジュールを構成する中空糸膜の体積を差し引いた水量）が出来る限り少なくなるような槽を使用することが好ましい。

次に、本発明について、実施例を示して詳細に説明する。

［実施例１］
膜モジュールは、直径６インチ、膜長さ２ｍであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径０．１μｍの中空糸型精密濾過膜を膜面積５０ｍ^２に束ねたものを３本用いた。前記膜モジュールは上下端部を接着固定し、上部端面の中空糸膜が開口し、下部端面の中空糸膜が閉口したものを用いた。前記膜モジュールを縦置きに設置する槽として、膜モジュール設置部の槽の設置床面積は０．１０９ｍ^２、有効水深は２．３ｍであり、前記槽の上部には物理洗浄に用いた逆洗排水を貯留するため、底面積０．２５ｍ^２、有効水深０．６ｍのバッファー槽を設けた槽を用いた。

この膜分離装置の膜モジュール設置部におけるホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量（＝膜モジュール設置部の容量から膜モジュールを構成する中空糸膜の体積を差し引いた水量）は、１．３６Ｌ／ｍ^２であった。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、濁度１〜３度の河川水の連続運転を実施した。運転工程として、被処理水供給工程、本発明の濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。

各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を１２ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、（Ｓｔｅｐ１）被処理水が膜長さの半分に達した時点より濾過運転を開始し、引き続き（Ｓｔｅｐ２）膜全体が浸漬した状態で約２６分間濾過運転を行い、さらに、（Ｓｔｅｐ３）物理洗浄工程を実施する直前に、被処理水が膜長さの半分に達するまで濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。各濾過工程における膜濾過流量は、（Ｓｔｅｐ１）および（Ｓｔｅｐ３）においては６ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり２ｍ^３／ｈｒ）、（Ｓｔｅｐ２）においては１２ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４ｍ^３／ｈｒ）とした。（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ３）までのトータルの濾過工程は約２８分であった。なお、（Ｓｔｅｐ２）における被処理水供給水量は膜濾過流量と同量とした。

前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を１２ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４ｍ^３／ｈｒ）、気体洗浄に用いた空気流量は１２Ｎｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４Ｎｍ^３／ｈｒ）とした。

前記濾過工程および前記物理洗浄工程を５回繰り返すことにより槽内の濃縮倍率を１００倍（回収率９９．０％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置したＪＩＳによる８０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから１５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約７ヶ月間運転したところ、膜間差圧は７０ｋＰａ以下で安定運転が可能であった。

［実施例２］
膜モジュールは、直径３インチ、膜長さ１ｍであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径０．１μｍの中空糸型精密濾過膜を膜面積６．８ｍ^２に束ねたものを１本用いた。前記膜モジュールは上下端部を接着固定し、上部端面の中空糸膜が開口し、下部端面の中空糸膜が閉口したものを用いた。前記膜モジュールを縦置きに設置する槽として、膜モジュール設置部の槽の設置床面積は０．０１３４ｍ^２、有効水深は１．１８ｍであり、前記槽の上部には物理洗浄に用いた逆洗排水を貯留するため、底面積０．０４９ｍ^２、有効水深０．３５ｍのバッファー槽を設けた槽を用いた。

この膜分離装置の膜モジュール設置部におけるホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量（＝膜モジュール設置部の容量から膜モジュールを構成する中空糸膜の体積を差し引いた水量）は、２．００Ｌ／ｍ^２であった。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度１０度、最大濁度２００〜３００度の工業用水の連続運転を実施した。運転工程として、被処理水供給工程、本発明の濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。

各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を２ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、（Ｓｔｅｐ１）被処理水が膜長さの半分に達した時点より濾過運転を開始し、引き続き（Ｓｔｅｐ２）膜全体が浸漬した状態で約２０分間濾過運転を行い、さらに（Ｓｔｅｐ３）物理洗浄工程を実施する直前に、被処理水が膜長さの半分に達するまで濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。各濾過工程における膜濾過流量は、（Ｓｔｅｐ１）および（Ｓｔｅｐ３）においては０．１ｍ^３／ｈｒ、（Ｓｔｅｐ２）においては０．１７ｍ^３／ｈｒとした。（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ３）までのトータルの濾過工程は約２２．０分であった。

前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を０．２８ｍ^３／ｈｒ、気体洗浄に用いた空気流量は１．２Ｎｍ^３／ｈｒとした。
前記濾過工程および前記物理洗浄工程を６回繰り返すことにより槽内の濃縮倍率を２０倍（回収率９５．０％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置したＪＩＳによる５０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約３ヶ月間運転したところ、膜間差圧は３０ｋＰａ以下で安定運転が可能であった。

［比較例１］
比較例１で用いた膜モジュールおよび膜分離装置は実施例２と同様である。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度１０度、最大濁度２００〜３００度の工業用水の連続運転を実施した。運転工程として、被処理水供給工程、濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。

各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を２ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、実施例２と同じ濃縮倍率とするため、膜全体が浸漬した状態で約１２０分間濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。濾過工程における膜濾過流量は、０．１７ｍ^３／ｈｒとした。
前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を０．２８ｍ^３／ｈｒ、気体洗浄に用いた空気流量は１．２Ｎｍ^３／ｈｒとした。

前記濾過工程および前記物理洗浄工程を各々１回実施することにより槽内の濃縮倍率を２０倍（回収率９５．０％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置した５０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約２週間運転したところ、膜間差圧は８０ｋＰａ以上に到達し、負圧をこれ以上付与できなくなってしまい安定運転が不可能であった。

［実施例３］
実施例３では膜モジュールは実施例１と同仕様のものを１本用いた。前記膜モジュールを縦置きに設置する槽として、膜モジュール設置部の槽の設置床面積は０．０２８３ｍ^２、有効水深は２．７２ｍであり、前記槽の上部には物理洗浄に用いた逆洗排水を貯留するため、底面積０．１２６ｍ^２、有効水深０．４６ｍのバッファー槽を設けた槽を用いた。
この膜分離装置の膜モジュール設置部におけるホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量（＝膜モジュール設置部の容量から膜モジュールを構成する中空糸膜の体積を差し引いた水量）は、１．２１Ｌ／ｍ^２であった。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度５度、最大濁度３００〜５００度のダム水の連続運転を実施した。運転工程として、被処理水供給工程、本発明の濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。

各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を２ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、（Ｓｔｅｐ１）被処理水が膜長さの半分に達した時点より濾過運転を開始し、引き続き（Ｓｔｅｐ２）膜全体が浸漬した状態で約１５分間濾過運転を行い、さらに、（Ｓｔｅｐ３）物理洗浄工程を実施する直前に、被処理水が膜長さの半分に達するまで濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。各濾過工程における膜濾過流量は、（Ｓｔｅｐ１）および（Ｓｔｅｐ３）においては０．９ｍ^３／ｈｒ、（Ｓｔｅｐ２）においては１．８３ｍ^３／ｈｒとした。（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ３）までのトータルの濾過工程は約１７分であった。
前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を２ｍ^３／ｈｒ、気体洗浄に用いた空気流量は４Ｎｍ^３／ｈｒとした。

前記濾過工程および前記物理洗浄工程を６回繰り返すことにより槽内の濃縮倍率を２０倍（回収率９５％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置した５０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから１５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約８ヶ月間運転したところ、膜間差圧は３０ｋＰａ以下で安定運転が可能であった。

［比較例２］
膜モジュールは、直径６インチ、膜長さ２ｍであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径０．１μｍの中空糸型精密濾過膜を膜面積５０ｍ^２に束ねたものを１本用いた。前記膜モジュールは上下端部を接着固定し、上部端面の中空糸膜が開口し、下部端面の中空糸膜が閉口したものを用いた。前記膜モジュールを縦置きに設置する槽として、設置床面積は０．１７３ｍ^２、有効水深は３．０ｍの槽を用いた。
この膜分離装置の膜モジュール設置部におけるホールドアップ量、すなわち、膜面積あたりの被処理水量（＝膜モジュール設置部の容量から膜モジュールを構成する中空糸膜の体積を差し引いた水量）は、１０．０Ｌ／ｍ^２であった。

前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度５度、最大濁度３００〜５００度のダム水の連続運転を実施した。運転工程として、濾過工程および物理洗浄工程、さらに、被処理水の一部を常時排出するプラグフロー工程を組み合わせた工程とした。
各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を２ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、膜全体が浸漬した状態で約１５分間濾過運転を行った。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。濾過工程における膜濾過流量は、１．８３ｍ^３／ｈｒとした。
前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を２ｍ^３／ｈｒ、気体洗浄に用いた空気流量は４Ｎｍ^３／ｈｒとした。
槽内の濃縮倍率を約５．９倍（回収率８３％）となるように、被処理水の一部を常時排出した。
前述の運転条件において、約４ヶ月間運転したところ、膜間差圧は４０ｋＰａ以下で安定運転が可能であった。

［実施例４］
実施例４で用いた膜モジュールおよび膜分離装置は実施例１と同様である。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度５〜１０度、最大濁度２００〜３００度の河川水の連続運転を実施した。被処理水中に残留塩素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ程度となるように、次亜塩素酸ナトリウムを被処理水に添加した。運転工程として、被処理水供給工程、本発明の濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。

各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を１３．５ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、（Ｓｔｅｐ１）被処理水が膜長さの半分に達した時点より濾過運転を開始し、引き続き（Ｓｔｅｐ２）膜全体が浸漬した状態で約２６分間濾過運転を行い、さらに、（Ｓｔｅｐ３）物理洗浄工程を実施する直前に、被処理水が膜長さの半分に達するまで濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。各濾過工程における膜濾過流量は、（Ｓｔｅｐ１）および（Ｓｔｅｐ３）においては７．５ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり２．５ｍ^３／ｈｒ）、（Ｓｔｅｐ２）においては１３．５ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４．５ｍ^３／ｈｒ）とした。（Ｓｔｅｐ１）から（Ｓｔｅｐ３）までのトータルの濾過工程は約２８分であった。
前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を２０．２５ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり６．７５ｍ^３／ｈｒ）、気体洗浄に用いた空気流量は１２Ｎｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４Ｎｍ^３／ｈｒ）とした。

前記濾過工程および前記物理洗浄工程を２回繰り返すことにより槽内の濃縮倍率を２０倍（回収率９５．０％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置した５０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから１５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約１ヶ月間運転したところ、膜間差圧は５０ｋＰａ以下で安定運転が可能であった。

［比較例３］
比較例３で用いた膜モジュールおよび膜分離装置は実施例１と同様である。
前記膜分離装置を用いて、被処理水として、平均濁度５〜１０度、最大濁度２００〜３００度の河川水の連続運転を実施した。被処理水中に残留塩素濃度が０．５ｍｇ／Ｌ程度となるように、次亜塩素酸ナトリウムを被処理水に添加した。運転工程として、被処理水供給工程、濾過工程および物理洗浄工程、さらに、排水工程を組み合わせた工程とした。
各運転工程の設定条件としては、被処理水供給工程においては、槽内への被処理水供給水量を１３．５ｍ^３／ｈｒとした。濾過工程においては、膜全体が浸漬した状態で約４０分間濾過運転を実施した。なお、濾過運転は膜の二次側を負圧とし膜差圧を付与して行った。濾過工程における膜濾過流量は、１３．５ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４．５ｍ^３／ｈｒ）とした。

前記濾過工程終了後、物理洗浄工程を実施した。物理洗浄工程においては逆洗と空気を使用した気体洗浄を同時に実施した。逆洗流量を２０．２５ｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり６．７５ｍ^３／ｈｒ）、気体洗浄に用いた空気流量は１２Ｎｍ^３／ｈｒ（膜モジュール１本あたり４Ｎｍ^３／ｈｒ）とした。
前記濾過工程および前記物理洗浄工程を各々１回実施することにより槽内の濃縮倍率を２０倍（回収率９５．０％）とした後、槽内の濃縮排水を排出する排出工程を実施した。物理洗浄工程により剥離した懸濁物質を排出する排出工程において、槽最下部に設置した５０Ａ配管を全開することにより排出し、また、槽最下部に設置した圧力式液面センサーにより槽内水深が０ｍとなったことを検知してから１５秒間バルブを全開することにより槽内より完全に濃縮排水を排出した。
前述の運転条件において、約１週間運転したところ、膜間差圧は８０ｋＰａ以上に到達し、負圧をこれ以上付与できなくなってしまい安定運転が不可能であった。

河川水、湖沼水、地下水、貯水、下水二次処理水、工場排水、下水等を原水として濾過膜を適用する、または有価物の分離、或いは濃縮のために濾過膜を適用する分野で好適に利用できる。

通常の濾過工程の概略を示す模式図。濾過膜の一部が露出した状態の濾過工程の概略を示す模式図。本発明の膜の洗浄方法を組み込んだ処理フローの一例を示したフロー図。

符号の説明

１原水
３原水供給ポンプ
５濾水タンク
６逆洗ポンプ
７酸化剤タンク
８酸化剤送液ポンプ
９コンプレッサ
１０電磁弁
１１浸漬槽
１２吸引ポンプ
１０１濾過膜
１０２膜モジュール
１０３槽
Ｆ１通常の濾過工程における膜濾過流速
Ｆ２濾過膜の一部が露出した状態における膜濾過流速
Ｌ濾過膜の有効長
Ｌ’ 濾過膜の一部が露出した状態において、被処理水と接していない濾過膜の長さ

Claims

多数本の露出した中空糸膜で構成された膜モジュールを被処理水槽内に設置した膜分離装置の運転方法において、前記中空糸膜の一次側（被処理水側）と二次側（処理水側）の間に差圧を付与することにより被処理水の濾過を行う濾過工程と前記膜モジュールの一次側に気体洗浄媒体を噴出させる気体洗浄、および逆洗媒体を中空糸膜の二次側から供給し、中空糸膜の被処理水側に透過させる逆圧水洗浄を行う物理洗浄工程を２回以上繰り返した後、槽内排水を系外へ排出するドレーン工程を行うことを特徴とする膜分離装置の運転方法。
前記濾過工程が、槽内に被処理水を供給し、かつ、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態で被処理水の濾過を開始する工程、および引き続き前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で被処理水を濾過する工程からなる濾過工程（濾過工程Ａ）を含むことを特徴とする請求項１記載の膜分離装置の運転方法。
前記濾過工程が、前記物理洗浄工程終了後、槽内に被処理水を供給せずに前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態になるまで被処理水を濾過する工程、および引き続き槽内に被処理水を供給し、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で被処理水を濾過する工程からなる濾過工程（濾過工程Ｂ）を含むことを特徴とする請求項１および２記載の膜分離装置の運転方法。
前記物理洗浄工程が、前記膜モジュールを構成する中空糸膜の全体が浸漬した状態で実施する工程（物理洗浄工程Ａ）および前記膜モジュールを構成する中空糸膜の一部が露出した状態で実施する工程（物理洗浄工程Ｂ）を組み合わせて行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法。
多数本の露出した中空糸膜で構成された膜モジュールを被処理水槽内に設置した膜分離装置の運転方法において、前記膜モジュールの両端部が接着固定された多数本の露出した中空糸膜で構成され、上端部の中空糸膜が開口し、かつ、下端部の中空糸膜が閉口した膜モジュールであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法。
多数本の露出した中空糸膜で構成された膜モジュールを被処理水槽内に設置した膜分離装置の運転方法において、濾過工程Ａと物理洗浄工程を行い、かつ、濾過工程Ｂと物理洗浄工程を１回以上繰り返した後、槽内の排水を系外へ排出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法。