JPWO2017126348A1 - 濾過装置の運転方法及び濾過装置 - Google Patents

Abstract

本発明の一態様に係る濾過装置の運転方法は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置の運転方法であって、上記濾過モジュールによる濾過処理を行う濾過工程と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールの上記濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄工程とを備える。本発明の別の一態様に係る濾過装置は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置であって、上記濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄機構とを備える。

Description

本発明は、濾過装置の運転方法及び濾過装置に関する。
本願は、２０１６年１月２２日出願の日本出願第２０１６−０１１０２３号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

従来、汚水処理や医薬等の製造工程における固液分離処理装置として、複数の中空糸膜等の濾過膜を集束した濾過モジュールを有する濾過装置（特開２０１５−６６５３号公報参照）が用いられている。

上記濾過モジュールは、被処理液中に浸漬して用いられ、この被処理液に含まれる不純物の浸透を濾過膜表面によって防ぐと共に、かかる不純物以外を内部に透過させることで濾過処理を行う。

しかしながら、このような濾過装置は、被処理液に含まれる不純物の浸透を濾過膜表面で防止するものであるため、濾過処理を継続的に行うと濾過膜の表面に不純物の付着による汚染が発生し、膜ファウリングを引き起こす。そのため、このような濾過装置では、適宜洗浄を施し濾過処理運転を間欠的に行い膜ファウリングを防止している。この洗浄方法としては、インラインクリーニングによる逆洗が一般的に用いられる。インラインクリーニングでは、例えば洗浄水や、洗浄水と薬品とを混ぜたものを中空糸膜の内側から外側に注入、浸透させることで洗浄を行う。

特開２０１５−６６５３号公報

本発明の一態様に係る濾過装置の運転方法は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置の運転方法であって、上記濾過モジュールによる濾過処理を行う濾過工程と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールの上記濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄工程とを備える。

また、本発明の別の態様に係る濾過装置は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置であって、上記濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄機構とを備える。

本発明の一実施形態の濾過装置の構成を示す模式図である。 図１の濾過装置の運転方法を説明する模式図である。 図１とは異なる実施形態の濾過装置の構成を示す模式図である。

［本開示が解決しようとする課題］
一般に濾過装置は複数の濾過モジュールで同時に濾過処理を行うが、複数の濾過モジュールで洗浄度合い（汚れ具合）に差が生じると、汚れの少ない濾過モジュールの圧損が汚れの多い濾過モジュールの圧損よりも小さくなるため、汚れの少ない濾過モジュールから吸引される被処理液の量が多くなる。そのため、汚れの少ない濾過モジュールに想定外の負荷が加わり、寿命の低下等の不都合が発生する。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、複数の濾過モジュールを有する濾過装置において、濾過モジュール間の負荷の偏りを低減できる濾過装置の運転方法及び濾過装置の提供を課題とする。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る濾過装置の運転方法は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置の運転方法であって、上記濾過モジュールによる濾過処理を行う濾過工程と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールの上記濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄工程とを備える。

当該濾過装置の運転方法は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置において、全濾過モジュールのうちの一部の濾過モジュールを洗浄することで、洗浄を行わない濾過モジュールで濾過処理を継続する。そして、当該濾過装置の運転方法は、同時に複数の濾過モジュールを洗浄することで、これら複数の濾過モジュールの洗浄タイミングを揃え、汚れ具合を均等にすることができ、結果として濾過モジュールの負荷の偏りを低減し、濾過モジュールを長寿命化することができる。また、上記洗浄工程によると、濾過モジュールを１つずつ洗浄する場合に比べて全ての濾過モジュールを洗浄する時間を短縮でき、結果として複数の濾過モジュールの汚れ具合に差が生じた状態での濾過処理時間を短縮できる。

上記洗浄工程で、最後の洗浄からの経過時間が等しい又は近い複数の濾過モジュールを同時に洗浄するとよい。このように最後の洗浄からの経過時間が等しい又は近い複数の濾過モジュールを同時に洗浄することで、洗浄を行わずに濾過処理を継続する濾過モジュール間の汚れ具合のバラツキを抑えることができる。その結果、一部の濾過モジュールを洗浄しているときの残りの濾過モジュール間の負荷の偏りを低減できる。なお、「経過時間が近い」とは、経過時間の差が５％以内、好ましくは１％以内であることを意味する。

上記濾過装置が備える濾過モジュールの全台数が偶数であり、上記洗浄工程で濾過モジュールの全台数のうち半数を同時に洗浄するとよい。このように濾過モジュールの台数を偶数とし、半数を同時に洗浄することで、２回の洗浄工程で全ての濾過モジュールの洗浄を行えるため、洗浄時間をさらに短縮することができる。さらに、半数の濾過モジュールの洗浄中には残りの半数の濾過モジュールで濾過処理を行うことができるので、洗浄中の濾過モジュールがあっても洗浄工程を行っていないとき（平常運転時）の５０％以上の処理能力を維持することができる。

上記洗浄工程での洗浄時間としては、濾過処理時間の０．３％以上５％以下が好ましい。洗浄時間を上記範囲とすることで、最初に洗浄するモジュールと最後に洗浄するモジュールとの汚れ具合の差をさらに低減できる。

また、本発明の別の態様に係る濾過装置は、３以上の濾過モジュールを備える濾過装置であって、上記濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄機構とを備える。

当該濾過装置は、３以上の濾過モジュールを備え、全濾過モジュールのうちの一部の濾過モジュールを洗浄することで、洗浄を行わない濾過モジュールで濾過処理を継続する。
そして、当該濾過装置は、同時に複数の濾過モジュールを洗浄することで、これら複数の濾過モジュールの洗浄タイミングを揃え、汚れ具合を均等にすることができ、結果として濾過モジュールの負荷の偏りを低減し、濾過モジュールを長寿命化することができる。また、当該濾過装置は、複数の濾過モジュールを同時に洗浄できるので、濾過モジュールを１つずつ洗浄する場合に比べて全ての濾過モジュールを洗浄する時間を短縮でき、結果として複数の濾過モジュールの汚れ具合に差が生じた状態での濾過処理時間を短縮できる。

［本開示の効果］
本発明の一態様に係る濾過装置の運転方法及び濾過装置によれば、複数の濾過モジュール間の負荷の偏りを低減できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る濾過装置及び濾過装置の運転方法の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［濾過装置の第１実施形態］
図１の濾過装置１０は、３台の濾過モジュールと、この濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、上記濾過モジュールを洗浄する洗浄機構とを主に備える。

＜濾過モジュール＞
当該濾過装置１０は、３台の濾過モジュール（第１濾過モジュール１ａ、第２濾過モジュール１ｂ及び第３濾過モジュール１ｃ）を備える。各濾過モジュールは、水槽２内に貯留された被処理液中に浸漬され、後述する収集機構の収集配管３及び洗浄機構の洗浄配管４と接続されている。

各濾過モジュールは、濾過膜を有する。濾過膜としては被処理液の不純物を分離できるものであれば特に限定されない。具体的な濾過モジュールの構成としては、例えば上側保持部材及び下側保持部材の間に複数本の中空糸膜がカーテン状に列設されたものが挙げられる。なお、各濾過モジュールは、複数の濾過モジュールを集水管等の共通部分でまとめたブロックで構成されてもよい。

各濾過モジュールが有する濾過膜は、水を透過させる一方、被処理水に含まれる不純物の透過を阻止する多孔性の膜である。濾過膜の材料としては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン及びＰＴＦＥが好ましい。

＜収集機構＞
当該濾過装置１０の収集機構は、複数の濾過モジュールから処理済水を吸引する吸引系を構成する。上記収集機構は、各濾過モジュールに接続され、濾過モジュールから処理済水を収集する収集配管３と、この収集配管３に配設され、処理済水を吸引収集する吸引ポンプＰ１とを主に有する。

収集配管３は、第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂの２台の濾過モジュールから同時かつ並列に処理済水を収集する第１配管３ａと、第３濾過モジュール１ｃのみから処理済水を収集する第２配管３ｂと、これらの第１配管３ａ及び第２配管３ｂを吸引ポンプＰ１に接続する主配管３ｃとを含む。

また、第１配管３ａと主配管３ｃ、及び第２配管３ｂと主配管３ｃとの間にはそれぞれ後述する洗浄配管４の主配管４ａとの接続の切替機構（第１三方弁Ｖ１及び第２三方弁Ｖ２）が配設される。つまり、これらの切替機構（三方弁）の継手には、第１配管３ａ又は第２配管３ｂ、収集配管３の主配管３ｃ及び後述する洗浄配管４の主配管４ａがそれぞれ接続される。なお、上記切替機構は三方弁に限定されるものではなく、複数の仕切弁を組み合わせたものであってもよい。

＜洗浄機構＞
当該濾過装置１０の洗浄機構は、複数の濾過モジュールに洗浄水を供給する洗浄配管４と、この洗浄配管４に接続され、洗浄水を貯留する洗浄水タンク５と、洗浄配管４に配設され、洗浄水を濾過モジュールに圧送する供給ポンプＰ２とを主に有する。

洗浄配管４は、洗浄水タンク５と、上述の第１三方弁Ｖ１及び第２三方弁Ｖ２とを接続する主配管４ａを含む。また、洗浄配管４は、各濾過モジュールとの接続ラインとして、上述の第１配管３ａ及び第２配管３ｂを収集配管３と共有する。つまり、洗浄配管４は、第１配管３ａ及び第２配管３ｂを含み、これらの配管により洗浄水タンク５から各濾過モジュールへ洗浄水を供給するラインを形成する。そのため、第１配管３ａは、第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂの２台の濾過モジュールに同時かつ並列に洗浄水を供給し、第２配管３ｂは、第３濾過モジュール１ｃのみに洗浄水を供給する。

このような洗浄配管４の構成により、当該濾過装置１０の洗浄機構は、濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュール（第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂ）を同時に洗浄することができる。

洗浄水タンク５に貯留される洗浄水としては、例えば各濾過モジュールにより処理された処理済水や、洗浄用の薬品を混ぜた薬液を用いることができる。具体的には、洗浄水タンク５として、処理済水を貯留するタンクと薬品を貯留するタンクとを設け、これらのタンクにそれぞれ供給ポンプを接続し、これらのタンクから処理済水と薬品とを供給ポンプで濾過モジュールに混合しながら供給する構成が用いられる。このような構成により、濾過モジュールが有する濾過膜の洗浄が好適に行える。

［濾過装置の運転方法］
濾過装置１０を用いて行われる本発明の一実施形態に係る濾過装置の運転方法ついて説明する。

当該濾過装置の運転方法は、図２に示すように、上記濾過モジュールによる濾過処理を行う濾過工程Ｓ１と、上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールの上記濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する第１洗浄工程Ｓ２と、この第１洗浄工程Ｓ２で洗浄しない残りの濾過モジュールの濾過処理を休止し、濾過処理を休止した濾過モジュールを洗浄する第２洗浄工程Ｓ３とを主に備える。

＜濾過工程＞
濾過工程Ｓ１では、複数の濾過モジュール及び収集機構を用いて、被処理水を濾過処理することによって処理済水を得る。

この濾過工程Ｓ１では、全ての濾過モジュールで濾過処理を行う。具体的には、第１三方弁Ｖ１及び第２三方弁Ｖ２を共に濾過モジュールと収集配管３の主配管３ｃとを接続するように制御し、第１濾過モジュール１ａ、第２濾過モジュール１ｂ及び第３濾過モジュール１ｃから収集を行う。

＜第１洗浄工程＞
第１洗浄工程Ｓ２では、一部かつ複数の濾過モジュールの濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する。当該濾過装置１０では、第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂの濾過処理の休止及び洗浄がこの第１洗浄工程Ｓ２に該当する。この洗浄は、上述のように第１三方弁Ｖ１を第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂと洗浄配管４の主配管４ａとを接続するように制御し、これらの濾過モジュールに洗浄水を供給する。

なお、この第１洗浄工程Ｓ２を行っている間、洗浄をしない残りの濾過モジュールで濾過処理が継続される。第１洗浄工程Ｓ２で第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂを洗浄する場合、この工程では第３濾過モジュール１ｃのみで濾過処理が行われる。具体的には、上述の第１三方弁Ｖ１の制御に加え、第２三方弁Ｖ２を第３濾過モジュール１ｃと収集配管３の主配管３ｃとを接続するように制御する。

＜第２洗浄工程＞
第２洗浄工程Ｓ３では、第１洗浄工程Ｓ２で洗浄しない残りの濾過モジュールの濾過処理を休止し、この濾過モジュールを洗浄する。当該濾過装置１０では、第３濾過モジュール１ｃの濾過処理の休止及び洗浄がこの第２洗浄工程Ｓ３に該当する。この洗浄は、第２三方弁Ｖ２を第３濾過モジュール１ｃと洗浄配管４の主配管４ａとを接続するように制御し、第３濾過モジュール１ｃに洗浄水を供給する。なお、この第２洗浄工程Ｓ３を行っている間、第１洗浄工程Ｓ２が完了した残りの第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂで濾過処理が継続される。

なお、第１洗浄工程Ｓ２と第２洗浄工程Ｓ３との順番は特に限定されず、図２に示すように第１洗浄工程Ｓ２を先に行い、第２洗浄工程Ｓ３を後に行うのもよく、また、第２洗浄工程Ｓ３を先に行い、第１洗浄工程Ｓ２を後に行うのでもよい。ただし、全濾過モジュールの洗浄時間を短縮し、汚れ度合いの差を小さくするために、第１洗浄工程Ｓ２と第２洗浄工程Ｓ３とは連続して行うことが好ましい。

また、最初に行う洗浄工程（第１洗浄工程Ｓ２又は第２洗浄工程Ｓ３）では、最後の洗浄から最も時間の経過した（最も汚れている）濾過モジュールを洗浄することが好ましい。これにより、濾過処理効率を向上できる。

当該濾過装置の運転方法では、第１洗浄工程Ｓ２及び第２洗浄工程Ｓ３を経た後、再び濾過工程Ｓ１に移行し、一定時間経過後に再び洗浄（第１洗浄工程Ｓ２及び第２洗浄工程Ｓ３）を行い、この過程が繰り返される。

当該濾過装置の運転方法は、全濾過モジュールのうちの一部の濾過モジュール（第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂ）を洗浄することで、洗浄を行わない濾過モジュール（第３濾過モジュール１ｃ）で濾過処理を継続する。そして、当該濾過装置の運転方法は、同時に複数の濾過モジュールを洗浄することで、これら複数の濾過モジュールの洗浄タイミングを揃え、汚れ具合を均等にすることができ、結果として濾過モジュールの負荷の偏りを低減し、濾過モジュールを長寿命化することができる。また、当該濾過装置の運転方法は、複数の濾過モジュールを同時に洗浄する第１洗浄工程Ｓ１を含むので、濾過モジュールを１つずつ洗浄する場合に比べて全ての濾過モジュールを洗浄する時間を短縮でき、結果として複数の濾過モジュールの汚れ具合に差が生じた状態での濾過処理時間を短縮できる。

また、当該濾過装置１０では、洗浄用のポンプ（供給ポンプＰ２）を複数の濾過モジュールで共有できるため、設備コスト、設備スペース等を低減することができる。

当該濾過装置の運転方法では、第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂの組み合わせで常に第１洗浄工程Ｓ２を行う。つまり、当該濾過装置の運転方法では、最後の洗浄（第１洗浄工程Ｓ２）からの経過時間が等しい又は近い複数の濾過モジュールを同時に洗浄することが繰り返される。これにより、第３濾過モジュール１ｃの洗浄中（第２洗浄工程Ｓ３）において濾過処理を継続する第１濾過モジュール１ａ及び第２濾過モジュール１ｂ間の汚れ具合のバラツキを抑えることができる。その結果、これらの濾過モジュール間の負荷の偏りを低減できる。

第１洗浄工程Ｓ２及び第２洗浄工程Ｓ３における洗浄時間の下限としては、濾過処理時間の０．３％が好ましく、０．５％がより好ましい。一方、上記洗浄時間の上限としては、濾過処理時間の５％が好ましく、４％がより好ましい。上記洗浄時間が上記下限より小さいと、洗浄が不十分となるおそれがある。逆に、上記洗浄時間が上記上限を超えると、処理効率が低下するおそれがある。

［濾過装置の第２実施形態］
図３の濾過装置２０は、４台の濾過モジュール（第１濾過モジュール１ａ、第２濾過モジュール１ｂ、第３濾過モジュール１ｃ及び第４濾過モジュール１ｄ）と、この濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、上記濾過モジュールを洗浄する洗浄機構とを主に備える。図３の濾過装置は、図１の濾過装置１０に対し、濾過モジュールの台数を４台とした点以外は同一の構成であるので、重複する説明は省略する。

当該濾過装置２０では、第２配管３ｂに第３濾過モジュール１ｃ及び第４濾過モジュール１ｄが接続されている。つまり、当該濾過装置２０は、第３濾過モジュール１ｃと第４濾過モジュール１ｄとを同時に洗浄可能に構成されている。

このように当該濾過装置２０では、濾過モジュールの全台数が偶数であり、洗浄工程で全台数のうち半数（２台）を同時に洗浄すれば、２回の洗浄工程で全台数を洗浄することができる。そのため、濾過モジュール全体の洗浄時間を短縮することができる。さらに、２台の濾過モジュールの洗浄中には残りの２台の濾過モジュールで濾過処理を行うことができるので、洗浄中の濾過モジュールがあっても洗浄工程を行っていないとき（平常運転時）の５０％以上の処理能力を維持することができる。つまり、当該濾過装置２０では、図１の濾過装置１０のように、単数の濾過モジュールを洗浄する第２洗浄工程を行う必要がない。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

当該濾過装置は、５台以上の濾過モジュールを有してもよい。ただし、上述の理由から、濾過モジュールの台数は偶数が好ましい。なお、濾過モジュールが偶数の場合にも、必ずしも全台数のうち半数を同時に洗浄する必要はなく、全台数の半数未満の台数の濾過モジュールのグループに分け、複数の濾過モジュールを同時に洗浄する工程を３回以上行ってもよいし、図１の濾過装置１０の運転方法で説明した第２洗浄工程（１台のみを洗浄する工程）を一部の濾過モジュールに対し行ってもよい。

上記実施形態では、常に同じ組み合わせの濾過モジュールを同時に洗浄する構成としたが、配管の構成等を変えることにより、洗浄工程ごとに異なる濾過モジュールを同時に洗浄してもよい。ただし、洗浄を行なわずに濾過処理を継続する濾過モジュール間の汚れ具合のバラツキを抑える観点からは、常に同じ組み合わせの濾過モジュールを同時に洗浄することが好ましい。

また、当該濾過装置の洗浄方法は、上述のように洗浄水や、洗浄水と薬品とをまぜたものによるインラインクリーニングによる逆洗に限定されず、その他の方法又は手段で洗浄を行ってもよい。また、洗浄を行う際の構成は上記実施形態のものに限定されない。つまり、洗浄用の配管と、処理済水収集用の配管とを独立して設けてもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 濾過モジュール
２ 水槽
３ 収集配管
３ａ 第１配管
３ｂ 第２配管
３ｃ 主配管
４ 洗浄配管
４ａ 主配管
５ 洗浄水タンク
１０、２０ 濾過装置
Ｖ１ 第１三方弁
Ｖ２ 第２三方弁
Ｐ１ 吸引ポンプ
Ｐ２ 供給ポンプ

Claims (6)

1. ３以上の濾過モジュールを備える濾過装置の運転方法であって、
   上記濾過モジュールによる濾過処理を行う濾過工程と、
   上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールの上記濾過処理を休止し、濾過処理を休止した複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄工程と
   を備える濾過装置の運転方法。
2. 上記洗浄工程で、最後の洗浄からの経過時間が等しい又は近い複数の濾過モジュールを同時に洗浄する請求項１に記載の濾過装置の運転方法。
3. 上記経過時間の差が５％以内である請求項２に記載の濾過装置の運転方法。
4. 上記濾過装置が備える濾過モジュールの全台数が偶数であり、上記洗浄工程で濾過モジュールの全台数のうち半数を同時に洗浄する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の濾過装置の運転方法。
5. 上記洗浄工程での洗浄時間が、濾過処理時間の０．３％以上５％以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の濾過装置の運転方法。
6. ３以上の濾過モジュールを備える濾過装置であって、
   上記濾過モジュールから濾過液を収集する収集機構と、
   上記濾過モジュールのうち一部かつ複数の濾過モジュールを同時に洗浄する洗浄機構と を備える濾過装置。

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