WO2006059658A1 - 安定膜濾過流束の推定方法 - Google Patents

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Takashi Ogawa
Yoshihiko Mori
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Asahi Kasei Chemicals Corporation
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    • B01D2325/28—Degradation or stability over time

Definitions

  • the present invention relates to a method for estimating the value of a stable membrane filtration flux necessary for designing a new membrane filtration plant from test data at the initial stage of membrane filtration.
  • a liquid to be treated is allowed to flow into the membrane module, and pressure is applied to the liquid to be treated from the outside of the membrane module. Then, based on the size of the pores of the membrane, the target filtration is performed within the condition that a certain amount of flux can be obtained.
  • Figure 10 (a) shows typical behavior of operating pressure during stable operation under constant flow conditions in a membrane filtration plant.
  • the horizontal axis is the operating days and the vertical axis is the operating pressure.
  • Figure 10 (b) shows an enlarged view of the circled part in Fig. 10 (a).
  • Figure 10 (b) shows short-term pressure fluctuations associated with regular cleaning.
  • the operating pressure rises suddenly at the beginning of operation.
  • the system enters a stable period, and the operating pressure gradually increases [] with a certain slope with the number of operating days.
  • the stable period is passed, the end of the operation is reached, the operating pressure suddenly rises and approaches the operating limit of the liquid feed pump, and the filtration membrane needs to be cleaned with chemicals.
  • the operating conditions of the membrane filtration plant include the operation period from the initial stage to the final stage and a short-term washing. If the cleaning conditions are presumed, it is most efficient to operate at the maximum flux that can be stably operated at a constant flow rate over this period. Therefore, when designing a membrane filtration plant, the maximum value of the flux in a stable state is estimated based on a certain short-term cleaning condition and the operation period until chemical cleaning. The design scale of the membrane filtration plant will be determined.
  • the steady state flux during actual operation is affected by the types of substances contained in the liquid to be treated, including pretreatment, the properties of the particles, the concentration, and the like.
  • Various conditions such as characteristics, interaction between the substances contained in the liquid to be treated and the filtration membrane, washing conditions for the filtration membrane, and operating conditions are considered to be determined in a complex manner.
  • it has been considered impossible to estimate the steady state flux value in advance.
  • the liquid to be treated is filtered at a constant pressure for a certain period of time using a certain filtration filter, and the measured force of the flow rate at the start and end of filtration is also stable.
  • a method called the SDI (Silt Density Index) measurement method that seeks the flux value was proposed.
  • this method can only be applied to a very narrow water quality range and is not practical.
  • Patent Document 1 JP 2001-327967 A (Patent Document 1), the measured values of turbid mass and dissolved organic carbon content and the function of membrane filtration flux are used to determine the membrane filtration flux, physical washing interval, chemical washing time, Describes how to optimize processing.
  • Non-Patent Document 1 describes the Yamanouchi water purification plant in Gifu Various similar test results have been reported, including a report on the long-term stability of the membrane water treatment system while testing various pretreatments using ultrafiltration membranes (UF).
  • UF ultrafiltration membranes
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-327967
  • Non-patent document 1 Research and development of high-efficiency water purification technology (ACT21) New development of membrane filtration technology for water supply, issued by Japan Water Technology Research Center, issued in December 2002, pages 200-204, pages 227-230 Pages, 257-271, 272-274, 277-279
  • An object of the present invention is to provide a method for estimating the maximum value of a flux during long-term stable operation including short-term cleaning of a membrane filtration plant from measurement data of membrane filtration characteristics at the initial stage of membrane filtration. To do.
  • the present invention is a method for estimating the maximum flux at the time of stable operation of a membrane filtration plant in which a membrane module and operating conditions are specified, and includes a liquid to be treated and a membrane of the membrane module. And a step of obtaining a measured value A of the initial membrane filtration characteristics of the membrane filtration plant, and a stable operation of a plurality of existing membrane filtration plants having the same or approximate membrane module and operation conditions as the membrane module and operation conditions And obtaining a measured value B of the initial membrane filtration characteristics of the plurality of existing membrane filtration plants using the liquid to be treated of the plurality of existing membrane filtration plants and the membrane of the membrane module. And an estimation step of estimating the maximum flux of the membrane filtration plant from the measurement value A based on the relationship between the maximum flux value of the existing membrane filtration plant and the measurement value B. In the estimation method to That.
  • the relationship between the logarithmic value of the measured value B of the initial membrane filtration characteristic and the maximum flux is represented by an equation or graph, and the measured value A is externally indicated in the equation or graph.
  • It is preferably a step of interpolating and estimating the maximum flux of the membrane filtration plant.
  • the operating conditions include at least a filtration time or a membrane cleaning pattern condition.
  • the initial membrane filtration characteristics are selected from a constant pressure simple filtration resistance, a quantitative simple filtration resistance, a constant pressure filtration resistance with washing, and a quantitative filtration resistance with washing.
  • the measured value of the initial membrane filtration characteristic and the empirical value of the maximum flux at the stable operation are connected by a semi-logarithmic graph with the measured value as a logarithm.
  • the maximum value of the flux during long-term stable operation including the washing conditions of the membrane filtration plant can be estimated very easily from the short-time flow-through data at the initial stage of membrane filtration. This eliminates the need for long-term test operations in the design of a new membrane filtration plant.
  • a membrane module and operating conditions of a membrane filtration plant to be newly established are specified.
  • the initial membrane filtration characteristics such as membrane filtration resistance are measured using the membrane and the liquid to be treated in the newly installed membrane filtration plant. Value A). This measurement is completed in a short time of about 10 minutes to 1 hour.
  • the empirical value of the maximum value of the above-mentioned flux of a plurality of existing membrane filtration plants and the measured value B thereof are plotted on a semi-logarithmic graph with the measured value B on the logarithmic side. These multiple points are connected by a straight line, and the point corresponding to the measured value A on the straight line is specified. That point The maximum value of the flux that can be stably operated in the newly planned membrane filtration plant to be obtained is obtained.
  • the steps of the estimation method according to the present invention have been described in the order of the measurement value A, the measurement value B, and the maximum flux value.
  • the order is not necessarily limited to this.
  • the measurement value A, the maximum flux value, and the measurement value B may be obtained in this order, or the maximum flux value, the measurement value B, and the measurement value A may be obtained in this order.
  • the present invention is based on the experience values of many membrane filtration plants constructed for various liquids to be treated. Plotting the data, the data from various existing membrane filtration plants, which are surprisingly unrelated to the nature of the liquid to be treated, show almost one line that identifies the membrane module and operating conditions. It was made by finding to ride on a straight line.
  • the membrane module and operating conditions used in the new membrane filtration plant are specified. These are parameters that specify different straight lines when the above semi-logarithmic graph is created. Power is also.
  • the classification of the membrane module is, in principle, the material of the membrane, the shape of the membrane such as whether the membrane is a hollow fiber or a flat membrane, the diameter of the hole, the number of holes, and the case of being a hollow fiber. Judgment is based on the diameter of the yarn, the length of the yarn, the filling rate of the yarn into the module, the size of the membrane in the case of a flat membrane, the distance between the membranes, the module type such as a spiral type or a filter press type. If they are different, the performance of the membrane module is also different, so in principle it is specified as a different membrane module.
  • the membrane module In practice, it is convenient and preferable to make a judgment according to the product classification of the membrane module. In other words, it is easy to judge the same membrane module for products of the same grade and different membrane modules for products of different grades. This is because they have different specifications and performance as long as they have different grade numbers. If two or more different grades are given to the same product, you can go back to the above principle and make your decision.
  • the approximation of a membrane module means that it can be used as a substitute for the membrane module having the above-mentioned various specifications and characteristics close to a specific membrane module.
  • “characteristics are close” means that the numerical values are within ⁇ 30% even if the numerical values of the characteristics are different. If it is within this range, it is judged that the characteristics are close or substantially the same. More preferably, the numerical value is within a range of ⁇ 20%, and still more preferably the numerical value is within a range of ⁇ 10%.
  • the operating conditions are: (a) Actual operation! Time for the filtration step for treating the liquid to be treated, (b) Time for the washing step for washing the membrane, and (u) Turbidity as required Filtration time (time required to execute the unit process of actual operation), membrane cleaning method, air flow rate when air scrubbing is used for membrane cleaning, backwashing This refers to a film cleaning pattern such as time. If these are the same, it is determined that the operating conditions are the same. Even if these values are different, if the values are within ⁇ 30%, the operating conditions are approximated or judged to be substantially within the same operating conditions.
  • the numerical value is within a range of ⁇ 20%, and still more preferably the numerical value is within a range of ⁇ 10%.
  • the pretreatment conditions do not need to be included in the operating conditions. The pretreatment changes the properties of the liquid to be treated, but the present invention is applicable regardless of the properties of the liquid to be treated.
  • the membrane of the membrane module used in the new membrane filtration plant and the new membrane filtration plant The measured value A of the initial membrane filtration characteristics of the membrane is measured using the liquid to be treated.
  • the initial membrane filtration characteristics refer to the membrane characteristics during the period from the start of treatment of the liquid to be treated with a new unused filtration membrane until the transition to a stable state as shown in Fig. 1.
  • Items that should be measured as such initial membrane filtration characteristics include constant pressure simple filtration resistance, quantitative simple filtration resistance, constant pressure filtration resistance with washing, quantitative filtration resistance with washing, etc. The case where a constant pressure simple filtration resistance is used will be described. Other initial membrane filtration characteristics will be described later.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for measuring initial membrane filtration characteristics.
  • the membrane module at the center of the device is a mini module 1 in which only one hollow fiber 2 with a length of about 20 cm is housed in a housing.
  • This hollow fiber 2 is a force that uses the same unused hollow fiber as the hollow fiber used in the membrane module to be used in the newly installed membrane filtration plant.
  • the length of the hollow fiber may be adjusted to the housing.
  • One end of the hollow fiber 2 is closed by a closing tool 5, and the other end becomes an open end 6 so that the liquid that has permeated the membrane can flow out.
  • the liquid to be treated enters the housing from the inlet 3 on the side of the mini module, and only the liquid that has permeated the membrane flows out as much as the open end 6 force.
  • the outlet 4 on the side of the mini module is a closed end 63 via a line 62.
  • the liquid 70 to be treated in the newly installed membrane filtration plant in the container 11 is sucked from the container 11 through the line 60 by the push roller 21 of the pump 20 while being stirred by the stirrer 10, and further through the line 61. Sent to entrance 3 on the side of the mini module.
  • the filtration pressure is applied to the mini module 1 by the rotation of the pump 20.
  • pressure gauges 50 and 51 are installed, respectively, and as long as the measurement is performed normally, the pressures indicated by the two pressure gauges are almost the same.
  • a container 31 that receives the membrane permeate 71 flowing out from the open end 6 is placed below the open end 6 of the mini module 1.
  • the container 31 is further placed on an electronic balance 30 that can sequentially measure the weight of the membrane permeate 71 together with the container 31.
  • the weight increase data measured by the electronic balance 30 is sent to the computer 40 for data processing, and the constant pressure simple filtration resistance: Calculated.
  • K is also referred to as Ruth's constant pressure filtration coefficient, and is a coefficient obtained through research on cake filtration under constant pressure filtration conditions.
  • K is the slope of the straight line obtained by plotting ⁇ Zv on the vertical axis and V on the horizontal axis on the graph, where ⁇ is the filtration time from the start of filtration and V is the filtrate volume.
  • ⁇ Zv 2 Defined by A graph with ⁇ / V on the vertical axis and V on the horizontal axis is shown in the computer 40 portion of FIG. The computer 40 stores a program for performing this K calculation.
  • the rotational speed of the roller 21 may be measured under a certain condition so that the pressure gauges 50 and 51 have a constant pressure.
  • This constant pressure simple filtration resistance measurement is easily completed in about 10 minutes.
  • a measured value A of constant pressure simple filtration resistance K using the membrane used in the membrane module of the newly installed membrane filtration plant and the liquid to be treated is obtained.
  • the apparatus for measuring such initial membrane filtration characteristics can be variously modified and is not limited to that shown in FIG.
  • the number of hollow fibers stored in a mini module is not limited to one, and a flat membrane mini module can also be used. Also, measure the pressure fluctuation at a constant flow rate.
  • a plurality of membrane modules of the new membrane filtration plant and the operating conditions that are the same or similar are selected (actually, the membrane module of the existing membrane filtration plant
  • the membrane module and operating conditions of the new membrane filtration plant are selected with reference to the operating conditions.
  • Fig. 2 shows how a certain membrane filtration plant (A) can increase the flux stepwise!]
  • mmd m / d is used as the unit.
  • the flux was increased to 6mZd, it was found that the slope of the pressure rise was too large to operate stably. From this it can be seen that at 6 mZd, the maximum value of the flux at which a stable state is obtained is exceeded. In fact, in subsequent tests, the maximum flux was found to be approximately 4.7 mZd.
  • FIG. 3 shows the results of an experiment for obtaining the maximum value of the stable flux in another existing membrane filtration plant (B).
  • the membrane was washed again with chemicals and returned to the same state as a new one, and the flux was increased to 2.6 m / d and the operation was started. Then, it turned out that a stable state is obtained even with this flux. Furthermore, based on the results of experiments not shown in the figure, which were performed with fine adjustment of the flux between 2.6 mZd and 2.9 mZd, the maximum value of the flux of this existing membrane filtration plant (B) is It was confirmed to be approximately 2.7 m / d.
  • Fig. 4 shows the results of an experiment for obtaining the maximum value of the steady state flux in yet another existing membrane filtration plant (C).
  • a stable state could be obtained by operating at a flux of 1.5 mZd at the beginning of operation.
  • the flux was increased to 3mZd, the filtration pressure suddenly increased, and it reached a state where it partially exceeded the plant operation upper limit pressure of 200kPa. In other words, it was hard to get a stable state.
  • the subsequent experiment (not shown), which divided the more detailed steps, confirmed that the maximum value of the flux at which a stable state was obtained in this membrane filtration plant was 2.8 mZd.
  • the maximum value of the stable flux is the flux value that is presumed to be the safe side, and the degree of pressure increase is investigated by performing filtration operation for a certain period of time, and the slope of the pressure increase within the desired range is obtained.
  • step-by-step trial and error it is determined whether the stable slope is obtained when the desired slope is obtained, and whether the stable state is obtained by changing the flux. This is empirically required. In this way, data on the maximum value of the steady state flux measured individually at the existing membrane filtration plant is collected (in fact, the existing membrane filtration plant in which such data is available). ) Select multiple existing membrane filtration plants from which to set conditions for the new membrane filtration plant.
  • Constant pressure Simple filtration resistance Measure K.
  • the membrane used is a membrane that has the same specification characteristics (or the same grade) as the membrane housed in the membrane module used in the existing membrane filtration plant, and is an unused membrane. Note that the length and number of the films need not be the same.
  • Constant pressure simple filtration resistance Measure K. The measured values obtained are designated as measured value B. This measurement will be completed in about 10 minutes for each membrane, as in the case of the new membrane filtration plant. Since the measured value of the initial membrane filtration characteristics is unique to each plant, if the measured value B has already been obtained, that measured value can be used.
  • the maximum value of the flux in the stable state of the new membrane filtration plant is estimated from the data obtained above.
  • the membrane module and operating conditions are specified regardless of the properties of the liquid to be treated, it was found that even when measured at different membrane filtration plants, they are on the same straight line. . In other words, it is presumed that a point exists on this straight line even in a newly installed membrane filtration plant.
  • the value is calculated as the target new membrane filtration plant. It can be estimated that the maximum value of the flux at which a stable state is obtained is obtained. In other words, it is possible to estimate the stable state of the newly installed membrane filtration plan by extrapolating or interpolating the data capacity of the existing membrane filtration plant.
  • the maximum value of the target flux can be accurately determined regardless of the difference in the properties of the liquid to be treated, using the experience value of the existing membrane filtration plant and the initial membrane characteristics that can be easily measured as keys. You can get high. This eliminates the need for long-term test operations that have been required in new membrane filtration plants and trial and error test operations to find the maximum flux after plant construction.
  • what can be used as initial membrane filtration characteristics include, in addition to the above simple filtration resistance: K, quantitative simple filtration resistance, constant pressure filtration resistance with washing, quantitative filtration resistance with washing, etc. .
  • the initial membrane filtration characteristics are not limited to these parameters.
  • the quantitative simple filtration resistance is the horizontal axis of the grid graph from the membrane permeation amount measured using a device similar to that shown in Fig. 1 under a constant flow rate condition and the fluctuation value of the operating pressure over time. Is defined as the slope of the straight line obtained when the integrated value V (corresponding to time) of the membrane permeation volume and the operating pressure P on the vertical axis. This is shown in Figure 5.
  • This quantitative simple filtration resistance is practical because the actual membrane filtration plant is operated under quantitative operation conditions.
  • the device for measuring the initial membrane filtration characteristics is more complicated because it is necessary to control the operation of the pump by the pressure gauge signal.
  • the initial membrane filtration characteristics although the measurement is further complicated, it is also possible to use the one including the washing process of about twice the force twice.
  • the constant pressure filtration resistance with washing is obtained by adding K to washing conditions under constant pressure. This is illustrated in Figure 6.
  • the solid line is the actual measurement data, and the slope of the straight line shown by the broken line is used as the initial membrane filtration characteristics. It is possible to be.
  • the maximum value of the stable flux was estimated prior to the construction of a new membrane filtration plant for filtering wastewater during backwashing in a sand filtration facility for river water.
  • the turbidity of the wastewater was a relatively high value of 100 degrees.
  • Necessary processing capacity, etc.A hollow fiber microfiltration membrane module (model number UNA? 620A, membrane area 50 m2) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd. is selected as a suitable membrane module.
  • the standard operation conditions of 28.5 minutes for filtration, 1 minute for backwashing simultaneous air scrubbing, and 30 seconds for flushing were used as a unit process, and the operation was repeated.
  • the first is a membrane filtration plant (A), part of the experimental results shown in Fig. 2, for filtering river water with a turbidity of 0.03 degrees.
  • a membrane filtration plant (A) part of the experimental results shown in Fig. 2, for filtering river water with a turbidity of 0.03 degrees.
  • the temperature of 20 Constant pressure at ° C Simple filtration resistance: K was measured to be 0.00033. This is the first measured value ⁇ .
  • the second is a membrane filtration plant ( ⁇ ) that shows part of the experimental results in Fig. 3, which is a plant that filters industrial water with a turbidity of 1 degree.
  • Membrane module products and operating conditions used in this membrane filtration plant ( ⁇ ) were the same as the membrane filtration plant ( ⁇ ).
  • the constant pressure simple filtration resistance: ⁇ was measured in the same manner with the apparatus of Fig. 1 and found to be 0.022. This is the second measured value ⁇ .
  • the third is a membrane filtration plant (C), which shows part of the experimental results in Fig. 4, in a river whose turbidity is 0.14 degrees by adding pre-treatment of coagulation sedimentation and sand filtration to the raw water.
  • the membrane module products and operating conditions used in this membrane filtration plant (C) were the same as the membrane filtration plant ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • the constant pressure simple filtration resistance: ⁇ was measured in the same manner with the apparatus of FIG. This is the third measurement value ⁇ .
  • Table 1 shows the maximum value of the stable flux and the constant pressure simple filtration resistance: ⁇ specified above for the membrane filtration plants ( ⁇ ) to (C).
  • Figure 8 shows a plot of these values plotted with white circles ( ⁇ ) on a semilogarithmic graph with the constant pressure simple filtration resistance on the logarithmic side. Then, these three-point forces can be seen to ride on one straight line as shown in Fig. 8.
  • K value 0.3500
  • a new membrane filtration plant was constructed, and then the river water was filtered to a turbidity of 100 degrees with pretreatment.
  • the maximum value of the stable flux was measured by changing the flux step by step.
  • Fig. 9 shows an example of the behavior of filtration pressure during measurement. 1. Stable state was obtained up to 39 mZd, but at 1.74 mZd, it was found that the pressure rise was too rapid and stable state was not obtained. More detailed experimental force The measured value of the maximum value of the stable flux was 1.4 mZd, and the results were in good agreement with the estimated values within the measurement error range.
  • the maximum value of the steady state flux was estimated by the SDI (Silt Density Index) measurement method.
  • a microfiltration filter having a pore diameter of 0.45 / zm made by Millipore, product name: HAWP 47 mm ⁇
  • HAWP 47 mm ⁇ membrane filtration plant
  • Each treatment solution was filtered. Filtration conditions were such that the filtration pressure was 210 kPa-constant, and the filtration flow measurement time interval was 15 minutes. First, the time required to filter 500 ml of the liquid to be treated at the start of filtration was measured. Let this be to.
  • the SDI was 0 when the liquid to be treated of the membrane filtration plant (A) was used.
  • the SDI of the membrane treatment plant (B) treated liquid was 3.8.
  • the SDI when using the liquid to be treated of Sarakuko, Membrane Filtration Plant (C) was 6.5.
  • the maximum stable flux values for membrane filtration plant (B) and membrane filtration plant (C) are close to each other, SDI is large. The result was very different.
  • the turbidity was large, and no force membrane permeate was obtained. That is, the filtration flow rate was zero and measurement was impossible.
  • a new membrane filtration plant can be designed without using a long-term test operation.
  • the maximum flux value during long-term stable operation including short-term cleaning of the membrane filtration plant can be easily estimated from the measured data of membrane filtration characteristics at the initial stage of membrane filtration obtained in a short time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of an apparatus for measuring initial membrane filtration characteristics.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of experimental results for obtaining the maximum value of the steady state flux in the existing membrane filtration plant (A).
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of experimental results for obtaining the maximum value of the steady state flux in the existing membrane filtration plant (B).
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of experimental results for obtaining the maximum value of the steady state flux in the existing membrane filtration plant (C).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a graph for obtaining quantitative simple filtration resistance.
  • FIG. 6 is a diagram showing the concept of constant pressure filtration resistance with cleaning.
  • FIG. 7 is a diagram showing the concept of quantitative filtration resistance with cleaning.
  • FIG. 8 shows an example of the relationship between the K value and the maximum flux value in a stable state.
  • FIG. 9 A diagram showing an example of experimental results for obtaining the maximum value of the steady state flux in the newly installed membrane filtration plant.
  • FIG. 10 is a diagram showing a typical operation pressure behavior example of a membrane filtration plant.

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Abstract

　本発明が解決しようとする課題は、膜濾過初期の膜濾過特性の測定データから、膜濾過プラントの洗浄も含めた長期安定運転時における流束の最大値を推定する方法を提供することである。本発明では、膜モジュールと運転条件とが特定された新設膜濾過プラントの、被処理液と当該膜モジュールの膜とを用いて測定された初期膜濾過特性の測定値Ａと、膜モジュールと運転条件とが同じか又は近似する複数の既設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束の経験値と、既設膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて測定された初期膜濾過特性の測定値Ｂとから、新設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束を推定する方法が提供される。

Description

明 細 書
安定膜濾過流束の推定方法
技術分野
[0001] 本発明は、膜濾過初期の試験データから、新設の膜濾過プラントの設計に必要な 安定膜濾過流束の値を推定する方法に関する。
背景技術
[0002] 限外濾過膜、精密濾過膜等の濾過膜を用いた膜濾過プラントでは、膜モジュール 内に分離対象となる被処理液を流し、膜モジュール外部からこの被処理液体に圧力 をかける。そして、主に膜の細孔の大きさに基づいて、ある程度の流束が得られる条 件内で目的とする濾過を行う。
[0003] 膜濾過プラントの被処理液の性状は膜濾過プラントごとに区々であり、被処理液に 含まれる各種の物質が、膜の目詰まりなどのいわゆるファゥリングを生ぜしめて急激 に又徐々に流束の低下をもたらすことが多い。そのため、膜濾過プラントでは、比較 的短期に繰り返しエアパブリング等の物理洗浄ゃフラッシング等を行 、、膜性能をあ る程度回復させて使用する。そして、膜性能を十分に回復させる薬品洗浄を例えば 半年に 1回と想定した範囲内でかつ可能な運転条件の範囲内で、薬品洗浄までの 半年間のあいだ安定的に運転できる状態を特定し、そのような条件の中で最も効率 の良い条件を採用して運転するのが通常である。
[0004] 膜濾過プラントにおいて定流量条件下での安定運転時における運転圧力の典型 的な挙動を図 10 (a)に示す。図 10 (a)では、横軸が運転日数で縦軸が運転圧力で ある。図 10 (a)中の円で囲った部分の拡大図を図 10 (b)に示す。図 10 (b)は、定期 洗浄に伴う短期の圧力変動を示している。図 10 (a)からゎカゝるように、運転圧力は、 運転の初期には急に立ち上がる。しかし、初期の状態が過ぎると安定期に入り、運転 圧力は運転日数に伴って一定の傾きで徐々に増力 []していく。安定期をすぎると終期 となって、急激に運転圧力が上昇して送液ポンプの運転限界に近づき、濾過膜を薬 品洗浄する必要が生じる。
[0005] 膜濾過プラントの運転条件としては、この初期から終期までの運転期間と短期の洗 浄条件とをあら力じめ想定した場合に、この期間に渡って一定流量で安定して運転 できる最大の流束で運転するのがもっとも効率が良いことになる。そのため、膜濾過 プラントの設計にあたっては、一定の短期の洗浄条件と薬品洗浄までの運転期間と を前提として、安定状態における流束の最大値がどのくらいの値になるかを推定し、 それによつて膜濾過プラントの設計規模を決定することになる。
[0006] ところが、この実運転時の安定状態の流束は、前処理を含めた被処理液に含まれ る物質の種類、粒子の性状、濃度等に影響されるし、さらに、濾過膜の特性、被処理 液に含まれる物質と濾過膜との相互作用、濾過膜の洗浄条件、運転条件等の各種 の条件が複雑に影響して決まると考えられている。従来、これらの複雑な相互作用の ために、安定状態の流束値をあらかじめ推定することは、まったく不可能と考えられて きた。
[0007] これを推定しょうとする試みとしては、例えば、一定の濾過フィルターを用いて一定 時間一定圧力で被処理液を濾過し、濾過開始時点と濾過終了時点における流量の 測定値力も安定状態の流束値を求めようとする SDI (Silt Density Index)測定方法と 呼ばれる方法が提唱された。しかし、この方法を適用できるのはきわめて狭い水質範 囲に限定されており、実用的とは言い難い。また、特開 2001-327967号公報 (特許文 献 1)では濁質量と溶解性有機物炭素量の測定値および膜濾過流束の関数から、膜 濾過流束、物理洗浄間隔、薬液洗浄時期、前処理等の最適化を図る方法が記載さ れている。し力しながら、この発明では DOC、 E260、濁度を分析する必要があり煩雑 である。また、有機物汚染の原因をフミン質に特定し、汚染度合いを DOCと E260の比 率力 単に計算で算出しているため、フミン質以外の有機物が膜汚染に関与する場 合には、その影響を正しく評価できないこともある。
[0008] そのため、従来、新設の膜濾過プラントの設計にあたっては、 1種類または 2種類以 上の候補膜の膜モジュールを使用し、各種の前処理と膜モジュールとの組み合わせ を経験的または試行錯誤的に用いながら、実際の被処理液を膜モジュールに流して 最短 1力月程度力 最長で季節変動も含めた 1年程度の長期運転をあらかじめ行 、 、安定的に得られる流束の最大値がどの程度の値になるかの試験を試行錯誤的に 行うのが通常であった。例えば、非特許文献 1には、岐阜県山之内浄水場において 、限外濾過膜 (UF)を用いて各種の前処理を試験しながら膜浄水処理システムの長 期安定性を検討した試験結果報告を含め、各種の同様な試験結果が報告されてい る。
[0009] または、試験にそのような長期間が掛けられな 、場合は、被処理液組成が比較的 近似すると考えられる過去の膜濾過プラントの経験値を参考にして、新規膜濾過ブラ ントにおける安定状態の流束値を経験的に想定し、これに安全係数を通常より大き めに掛けて設計値とするようなことも行われて ヽた。
特許文献 1：特開 2001— 327967号公報
非特許文献 1：高効率浄水技術開発研究 (ACT21) 水道用膜濾過技術の新 ヽ展 開、（財)水道技術研究センター発行、 2002年 12月発行、 200頁〜 204頁、 227頁 〜230頁、 257頁〜 271頁、 272頁〜 274頁、 277頁〜 279頁
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 本発明は、膜濾過初期の膜濾過特性の測定データから、膜濾過プラントの短期洗 浄も含めた長期安定運転時における流束の最大値を推定する方法を提供することを 課題とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、膜モジュール及び運転条件が特定された膜濾過プラントの安定運転時 の最大流束を推定する方法であって、前記膜濾過プラントの被処理液と膜モジユー ルの膜とを用いて、前記膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値 Aを得る工程と、 前記膜モジュール及び運転条件と同一または近似の膜モジュール及び運転条件で ある複数の既設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束値を得る工程と、前記複数 の既設膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記複数の既設 膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値 Bを得る工程と、前記既設膜濾過プラント の最大流束値と測定値 Bとの関係に基づいて、前記測定値 Aから前記膜濾過プラン トの最大流束を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする推定方法である。
[0012] ここで、上記推定工程は、前記初期膜濾過特性の測定値 Bの対数値と前記最大流 束との関係を式またはグラフで示し、該式またはグラフに前記測定値 Aを外揷または 内挿して前記膜濾過プラントの最大流束を推定する工程であることが好ましい。
[0013] また、前記運転条件が、少なくとも濾過時間または膜洗浄パターンの条件とを含む ことは好ましい。また、前記の初期膜濾過特性が、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾 過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗のいずれかから選ばれた ものであることは好ましい。また、前記の初期膜濾過特性の測定値と、前記の安定運 転時の最大流束の経験値とが、測定値を対数とした片対数グラフにより結びつけら れていることは好ましい。
発明の効果
[0014] 膜濾過初期の短時間の通液データから、膜濾過プラントの洗浄条件も含めた長期 安定運転時における流束の最大値をきわめて簡単に推定することが可能となる。こ の結果、新設の膜濾過プラントの設計において、長期の試験運転を行う必要が無く なる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 本発明の実施の形態例を図面を参照しながら説明する。本発明では、まず、新設 予定の膜濾過プラントの膜モジュールと運転条件を特定する。そして、この膜モジュ ールに用いられて 、る膜と新設膜濾過プラントで処理する予定の被処理液とを用い て、膜の濾過抵抗などの初期膜濾過特性を測定する (この値を測定値 Aとする)。こ の測定は 10分〜 1時間程度の短時間で終了する。
[0016] 次に、新設予定の膜濾過プラントと同じか近似する膜モジュールと運転条件の既設 の膜濾過プラントを 2以上選択し、これらにおいて、予定される薬品洗浄までの運転 時間の範囲内で安定的に運転できる流束の最大値の経験的なデータを収集する。 このような経験値は、各プラントで運転圧力などの運転条件を変えて試行錯誤的に 収集されたものである。また、既設膜濾過プラントで使用されている膜モジュールの 膜と、既設膜濾過プラントの被処理液とを用いて、上記と同じ初期膜濾過特性を測定 する（この値を測定値 Bとする）。
[0017] 次に、複数の既設膜濾過プラントの上記の流束の最大値の経験値と、それらの測 定値 Bとを、測定値 Bを対数側とした片対数グラフにプロットする。そして、これら複数 の点を直線で結び、この直線上の上記の測定値 Aに対応する点を特定する。その点 の流束値を読み取ると、求める新設予定の膜濾過プラントにおいて安定的に運転で きる流束の最大値が得られる。
[0018] つまり、驚いたことに被処理液が何であるかに関わりなぐ膜モジュールと運転条件 が同じか近似する複数の既設膜濾過プラントの流束の最大値のデータが有れば、既 設膜濾過プラントの膜の初期膜濾過特性と、新設予定の膜濾過プラントの膜の初期 膜濾過特性とを測定することで、直ちに新設予定の膜濾過プラントで得られる安定流 束の最大値が推定できるのである。
[0019] なお、以上、説明の便宜のため、測定値 A、測定値 B、最大流束値の順で本発明 に係る推定方法の各工程を説明したが、本発明に係る推定方法は、必ずしもこの順 序に限定されるものではない。例えば、測定値 A、最大流束値、測定値 Bの順で求め てもよいし、最大流束値、測定値 B、測定値 Aの順序であってもかまわない。
[0020] 本発明は、様々な被処理液に対して建設された数多くの膜濾過プラントの経験値 を基に、各種のデータ解析を試行錯誤的に行っていくなかで、上記の片対数グラフ をプロットすると、まったく驚いたことに被処理液の性状がどのようなものであるかに関 わりなぐ様々な既設膜濾過プラントのデータが、膜モジュールと運転条件とを特定し たほぼ一本の直線上に乗ることを見出してなされたものである。
[0021] これにより、従来、短くとも一月力 通常は一年程度の長期間の試験運転を必要と した新設膜濾過プラントの設計条件の推定が、極めて容易かつ短時間で、しかも確 度高く行えるようになった。以下、これについてさらに詳しく説明する。
[0022] まず、ここに ヽぅ新設膜濾過プラントとは、計画段階で未だ建設されて!ヽな!ヽ膜濾 過プラントのことを言うが、既設の膜濾過プラントであっても、あら力じめ長期の試験を 行わずに、被処理液の性状が近似する他の既設膜濾過プラントのデータを基に設計 値が想定されて建設されたごとき膜濾過プラントや、または、最大流束を経験的に見 出す作業をしていないプラントであってもよい。これらのようなプラントでは、必ずしも 最適化された設計がなされていない可能性があるため、流束の最大値を推定するこ とに意味がある。
[0023] 次に、新設膜濾過プラントで用いる膜モジュールと運転条件とを特定する。これらが 、上記の片対数グラフが作成された場合に、異なる直線を特定するパラメータになる 力もである。ここで、膜モジュールの分類は、原則的には、膜の材質、膜が中空糸で あるか平膜であるか等の膜の形状、孔の径、孔の数、中空糸である場合の糸の径、 糸の長さ、糸のモジュールへの充填率、平膜である場合の膜の寸法、膜間距離、ス パイラル型なのかフィルタープレス型なのか等のモジュール形式等により判断する。 これらが異なる場合は、膜モジュールの性能も異なるから原則異なる膜モジュールと して特定する。
[0024] 実際的には、膜モジュールの製品分類に従って判断するのが簡便で好ましい。つ まり、同じグレードの製品であれば同じ膜モジュールと判断し、異なるグレードの製品 であれば異なる膜モジュールと判断するのが簡便である。これは、異なるグレード番 号がつけられている以上、異なる仕様と性能を有していると考えられることによる。同 じ製品に 2つ以上の異なるグレードがつけられている場合は、上記の原則に戻って判 断すればよい。また、膜モジュールが近似するとは、ある特定の膜モジュールに対し て上記の各種の仕様や特性が近ぐその膜モジュールの代替品として使用できること を意味する。なお、特性が近いとは、特性の数値が異なっていても、数値が ± 30% の範囲内にあることを意味する。この範囲内であれば特性が近 、か実質的に同じ運 転条件と判断する。より好ましくは数値が ± 20%の範囲内であり、さらに好ましくは数 値が ± 10%の範囲内である。
[0025] また、運転条件とは、（ァ）実運転にお!、て被処理液を処理する濾過工程の時間と（ ィ)膜を洗浄する洗浄工程の時間と (ゥ)必要により濁度分を押し出すフラッシングェ 程の時間との和力 なる濾過時間（実運転の繰り返し単位プロセスの実行に要する 時間）や、膜洗浄の方式、膜洗浄でエアスクラビングを用いた場合のエア流量、逆洗 時間等の膜洗浄パターン等を言う。これらが同じ場合に運転条件が同じと判断する。 なお、これらの数値が異なっていても、数値が ± 30%の範囲内であれば運転条件が 近似するか、実質的に同じ運転条件の範囲内と判断する。より好ましくは数値が ± 2 0%の範囲内であり、さらに好ましくは数値が ± 10%の範囲内である。なお、前処理 条件は運転条件に含める必要はな 、。前処理は被処理液の性状を変化させるが、 本発明は被処理液の性状にかかわらず適用できることによる。
[0026] 次に、新設膜濾過プラントで用いられる膜モジュールの膜と、新設膜濾過プラントで 処理される被処理液とを用い、膜の初期膜濾過特性の測定値 Aを測定する。ここで 初期膜濾過特性とは、未使用の新しい濾過膜で被処理液の処理を開始してから、図 1に示したような安定状態に移行するまでの期間における膜特性を言うが、実際には 、処理開始から 10分間程度から、長くとも 2回または 3回の洗浄工程が入る程度の時 間間隔における膜特性を測定すれば十分である。このような初期膜濾過特性として 測定すべき項目としては、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾 過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗等が挙げられるが、以下では、初期膜濾過特性とし て定圧単純濾過抵抗を用いる場合について説明する。その他の初期膜濾過特性に ついては後述する。
[0027] 図 1は、初期膜濾過特性を測定する装置の模式図である。装置の中心となる膜モ ジュールは、長さ 20cm程度の中空糸 2を 1本だけをハウジングに収納したミニモジュ ール 1である。この中空糸 2は、新設膜濾過プラントで用いられる予定の膜モジユー ルで用いられる中空糸と同じ未使用の中空糸を用いる力 中空糸の長さはハウジン グに合わせたものでよい。中空糸 2の一方の端部は閉止具 5で閉じられており、一方 の端部は膜を透過した液が流出できるように開放端 6となって ヽる。被処理液はミニ モジュール側部の入り口 3からハウジング内に入り、膜を透過した液だけが開放端 6 力も流出する。ミニモジュール側部の出口 4は、ライン 62を介して閉止端 63となって いる。
[0028] 容器 11内の新設膜濾過プラントの被処理液 70は、スターラ 10で攪拌されながら、 ポンプ 20の押し出しローラ 21により、ライン 60を介して容器 11から吸引され、さらに ライン 61を介してミニモジュール側部の入り口 3に送られる。このポンプ 20の回転に より、濾過圧がミニモジュール 1に印加される。ライン 61とライン 62の途中には、それ ぞれ圧力計 50、 51が設けられており、測定が正常に行われている限り、 2つの圧力 計が示す圧力はほぼ同じ値となる。
[0029] ミニモジュール 1の開放端 6の下部には、開放端 6から流出した膜透過液 71を受け る容器 31が置かれている。この容器 31は、さらに容器 31ごと膜透過液 71の重量を 逐次的に測定できる電子秤 30の上に置かれて ヽる。電子秤 30で測定された重量の 増加データは、コンピュータ 40に送られてデータ処理され、定圧単純濾過抵抗: が 演算される。
[0030] ここで、定圧単純濾過抵抗: Kについて説明しておく。 Kは、 Ruthの定圧濾過係数 とも呼ばれ、定圧濾過条件下のケーク濾過の研究力 得られた係数である。 Kは、濾 過開始からの濾過時間を θ、濾液量を Vとした場合に、 θ Zvを縦軸に Vを横軸に取 つて方眼グラフにプロットして、得られる直線の傾き θ Zv2で定義される。この θ /V を縦軸に Vを横軸にとったグラフが図 1のコンピュータ 40の部分に記載されている。コ ンピュータ 40には、この Kの演算を行うプログラムが格納されている。なお、 Kを求め るにあたっては、圧力計 50、 51がー定圧力となるように、ローラ 21の回転数を一定 の条件として測定すればよい。この定圧単純濾過抵抗の測定は、 10分程度で簡単 に終了する。これで、新設膜濾過プラントの膜モジュールで用いられる膜と被処理液 とを用いた定圧単純濾過抵抗: Kの測定値 Aが得られる。
[0031] なお、このような初期膜濾過特性を測定するための装置は、各種の変型が可能で あって、図 1のようなものには限定されない。例えば、ミニモジュールに収納する中空 糸は 1本に限るものではないし、平膜のミニモジュールを用いることもできる。また、測 定は、流量を一定として圧力変動を測定するようにしてもょ 、。
[0032] 次に、既設膜濾過プラントの中から、新設膜濾過プラントの膜モジュールと運転条 件とが同一カゝまたは近似したものを複数選択する (実際には、既設膜濾過プラントの 膜モジュールと運転条件を参考にして、新設膜濾過プラントの膜モジュールと運転条 件が選択される。；)。既設膜濾過プラントの選択にあたっては、被処理液の性状が新 設膜濾過プラントの被処理液と近似して 、る必要はな 、。
[0033] 次に、これら複数の既設膜濾過プラントで試行錯誤的に測定された安定状態にお ける流束の最大値のデータを収集する。通常、既設の膜濾過プラントでは、運転開 始からしばらくの間は、運転条件の最適化のために濾過圧力を適宜変動させること で流束を変え、一定期間その状態で運転して濾過圧力の経時的挙動を調べるという ことが行われる。これが行われている状態の例を図 2〜図 4に示す。
[0034] 図 2は、ある既設膜濾過プラント (A)において、流束を段階的に増力!]して、どこまで の流束であれば濾過圧力が安定状態を維持できるか、つまり安定状態の流束の最 大値を求めることを目的として行われた実験の結果である。なお、流束は単位膜面積 あたり一日あたりに得られた膜透過液の体積であるから、その単位として、 m m d=m/dが用いられている。実験初期では、 4mZdと小さい流束からスタートし、こ れで安定状態が得られることが判明した。そこで、次に 6mZdに流束を上げたところ 、圧力上昇の傾きが大きすぎて、安定的に運転できないことが判明した。これから、 6 mZdでは安定状態が得られる流束の最大値を超えていることがわかる。実際、その 後の試験で、流束の最大値はおよそ 4. 7mZdであることが判明した。
[0035] 図 3は、別の既設膜濾過プラント (B)における安定流束の最大値を求めるための実 験の結果を示したものである。運転当初は 2. 9mZdで運転したところ、圧力上昇の 傾きが大きすぎ、予定された薬品洗浄までの運転期間に至るまでにプラントの運転 圧力の上限である 200kPaを超えることが判明した。つまり、安定状態が得られなか つた。そこで、膜を薬品洗浄して新品と同様な状態に戻し、流束を 2. 4mZdに下げ て再び運転を行った。すると、圧力上昇の傾きが小さい安定状態が得られることが判 明した。次に、再度、膜を薬品洗浄して新品と同様な状態に戻し、流束を 2. 6m/d に上昇して運転した。すると、この流束でも安定状態が得られることが判明した。さら に、 2. 6mZdと 2. 9mZdとの間でより流束を細力べ調整して行われた図示されない 実験の結果から、この既設膜濾過プラント (B)の流束の最大値は、およそ 2. 7m/d であることが確認された。
[0036] 図 4は、さらに別の既設膜濾過プラント (C)における安定状態の流束の最大値を求 める実験の結果を図示したものである。まず、運転当初は流束が 1. 5mZdの条件で 運転し、これで安定状態が得られることが判明した。そこで、次に流束を 3mZdに増 加せしめたところ、急激に濾過圧力が増加し、プラント運転の上限圧力である 200kP aを部分的に突破するような状態となった。つまり、安定状態が得られな力つた。その 後のより細力べ段階を分けた図示されない実験から、この膜濾過プラントで安定状態 が得られる流束の最大値は、 2. 8mZdであることが確認された。
[0037] つまり、安定流束の最大値は、まず安全サイドと推測される流束値で、ある程度の 期間の濾過運転を行って圧力上昇の程度を調べ、望ましい範囲の圧力上昇の傾き が得られるカゝ否かを判断し、望ましい傾きが得られる場合を安定状態として、さらに、 流束を変えて安定状態が得られるカゝ否かを判断するという、段階的な試行錯誤により 経験的に求められたものである。このようにして、既設膜濾過プラントで個別に測定さ れた安定状態における流束の最大値のデータを収集する（実際には、このようなデ ータがそろつている既設膜濾過プラントの中から、新設膜濾過プラントの条件設定の 参考になる既設膜濾過プラントを複数選択する。 ) o
[0038] 次に、既設膜濾過プラントで用いられている膜モジュールの膜と、その既設膜濾過 プラントで処理されて 、る被処理液とを用いて、上記の図 1に関連して説明した定圧 単純濾過抵抗: Kを測定する。用いる膜は、既設膜濾過プラントで用いられている膜 モジュールに収納されている膜と同じ仕様特性 (または同じグレード)の膜であって、 未使用の膜である。なお、膜の長さや本数が同じである必要はない。複数選択され たうちの残りの既設膜濾過プラントに関しても同様に、そのプラントの被処理液と、そ のプラントの膜モジュールに収納されている膜と同じ仕様特性の未使用の膜とを用い て、定圧単純濾過抵抗: Kを測定する。得られた複数の測定値を測定値 Bとする。こ の測定も、上記の新設膜濾過プラントの場合と同様に、それぞれの膜について、たか だか 10分程度で終了する。なお、初期膜濾過特性の測定値は、プラントごとに固有 のものであるから、既に測定値 Bが得られている場合は、その測定値を用いればよい
[0039] 次に、上記で得られたデータから、新設膜濾過プラントの安定状態における流束の 最大値を推定する。まず、上記で得られた既設膜濾過プラントの Kの複数の測定値 B と、安定状態における流束の最大値とを、 K値を対数側として片対数グラフにプロット する。次にプロットされた点を通る直線を引く。既に説明したように、被処理液の性状 にかかわらず、膜モジュールと運転条件とを特定すると、異なる膜濾過プラントで測 定された点であっても同じ直線上に乗ってくることを見出した。つまり、新設の膜濾過 プラントでもこの直線上に点が存在すると推定されることになる。
[0040] そこで、上記で得た新設膜濾過プラントの Kの測定値 Aをこの直線上にプロットし、 縦軸の膜濾過流束の値を読み取ると、その値が、対象の新設膜濾過プラントにおい て安定状態が得られる流束の最大値になると推定することができる。つまり、既設の 膜濾過プラントのデータ力も外揷または内挿することで、新設の膜濾過プランの安定 状態が推定可能となる。 [0041] このように、既設膜濾過プラントの経験値と、簡単に測定できる初期膜特性とをキー にして、被処理液の性状の違いに係わらず、目的とする流束の最大値を確度高く得 ることができる。そのため、これまで新設膜濾過プラントで必要とされた長期の試験運 転や、プラント建設後の流束の最大値を求める試行錯誤的な試験運転が必要なくな る。
[0042] 逆に、新設膜濾過プラントの被処理液で各種の膜モジュールで用いられて 、る膜 の初期膜濾過特性を測定すれば、どの既設膜濾過プラントと同様の膜モジュールや 運転条件を用いれば、新設膜濾過プラントで最も高い流束が得られるか、つまり最適 条件をあらかじめ特定することが可能となる。
[0043] つまり、各種の条件の既設膜濾過プラントの最大流束値及び初期膜濾過特性のデ 一タとを蓄積したデータベースを構築すると、新設膜濾過プラントの被処理液を用い て各種の膜の初期膜濾過特性を測定するだけで、新設膜濾過プラントに最適な膜モ ジュールと運転条件とを直ちに決定することが可能となる。
[0044] 次に、初期膜濾過特性として用いることができるものとしては、上記の単純濾過抵 抗: K以外に、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗 等が挙げられる。しかし、初期膜濾過特性は、これらに限定されるものではなぐ膜の 初期特性を特定できるパラメータであればょ 、。
[0045] 例えば、定量単純濾過抵抗とは、一定流量条件下で図 1と同様な装置を用いて測 定された膜透過量と運転圧力の経時的な変動値とから、方眼グラフの横軸に膜透過 体積の積算値 V (時間に相当）、縦軸に運転圧力 Pをとつた場合に得られる直線の傾 きで定義される。これを図 5に示す。この定量単純濾過抵抗は、実際の膜濾過プラン トが定量運転条件で運転されているから、この観点力 は実際的である。しかし、一 方で初期膜濾過特性の測定のための装置は、圧力計力 の信号によりポンプの動 作を制御する必要が生じるためより複雑になる。
[0046] また、初期膜濾過特性として、測定がさらに複雑になるものの、 2回力も 3回程度の 洗浄工程までを含めたものを用いることもできる。定圧条件下での Kに洗浄条件を付 カロしたものを洗浄付き定圧濾過抵抗という。これを図示すると図 6のようになる。実線 が実際の測定データであり、破線で示された直線の傾きを初期膜濾過特性として用 いることがでさる。
[0047] 同様に、定量単純濾過抵抗を測定するにあたり、 2回から 3回程度の洗浄工程まで を加えたものを用いることもできる。定量条件下で洗浄条件を付加したものを洗浄付 き定量濾過抵抗という。これを図示すると図 7のようになる。実線が実際の洗浄を含め た測定データであり、破線で示された直線の傾きを初期膜濾過特性として用いること ができる。
[0048] なお、運転時の温度に関しては、既設膜濾過プラントの運転温度力 標準的な基 準温度を定めておき、これからのズレは、被処理液の粘度の温度変化を換算すること により対応すればよい。以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本 発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
実施例 1
[0049] ある河川水の砂濾過設備において、その逆洗時の排水を濾過するための新設膜 濾過プラントの建設に先立って安定流束の最大値を推定した。排水の濁度は、 100 度と比較的高 、値であった。必要な処理量等力 適切と考えられる膜モジュールとし て旭化成ケミカルズ社製の中空糸型精密濾過膜モジュール (型番号 UNA?620A、 膜面積 50m2)を選択することとし、薬品洗浄までの安定運転期間は 6ヶ月と設定した 。また、標準的な運転条件である、濾過運転 28. 5分、逆洗同時エアスクラビング 1分 、フラッシング 30秒の合計 30分を単位工程とし、これを繰り返すことで運転を行うこと にした。なお、逆洗同時エアスクラビングの際には、逆洗に用いる濾過水に l〜5mg Zlの濃度になるように次亜塩素酸ナトリウムを添加する。この膜モジュールに用いら れている膜の未使用品と、図 1に記載の装置と、砂濾過の逆洗時の排水とを用いて、 膜の定圧単純濾過抵抗: Kを測定した。測定された値は、 0. 35と比較的大きい値で あった。これを測定値 Aとする。
[0050] 次に、上記で選択した膜モジュールと型番が同じ膜モジュールを使用し、かつ運転 条件が同じである 3つのプラントを選択した。一つめは、図 2に実験結果の一部を示 した膜濾過プラント (A)であって、濁度 0. 03度の河川水を濾過するプラントである。 この膜濾過プラント (A)の膜モジュールで使用されている膜と同じ未使用の膜と、膜 濾過プラント (A)で処理している河川水とを用いて、図 1の装置で、温度 20°Cで定圧 単純濾過抵抗: Kを測定したところ、 0. 00033であった。これを測定値 Βの一つめと する。
[0051] 二つめは、図 3に実験結果の一部を示した膜濾過プラント (Β)で、濁度が 1度のェ 業用水を濾過するプラントである。この膜濾過プラント (Β)で使用されて ヽる膜モジュ ール製品と運転条件は、膜濾過プラント (Α)と同じであった。この膜濾過プラント (Β) の工業用水と膜とを用いて、図 1の装置で同様に定圧単純濾過抵抗: Κを測定したと ころ、 0. 022であった。これを測定値 Βの二つめとする。
[0052] 三つめは、図 4に実験結果の一部を示した膜濾過プラント (C)で、原水に凝集沈澱 と砂濾過の前処理を加えて濁度が 0. 14度となった河川水を濾過するプラントである 。この膜濾過プラント (C)で使用されている膜モジュール製品と運転条件は、膜濾過 プラント (Α)と同じであった。この膜濾過プラント（C)の前処理済みの水と膜とを用い て、図 1の装置で同様に定圧単純濾過抵抗: Κを測定したところ、 0. 0187であった。 これを測定値 Βの三つめとする。
[0053] 次に、これら (Α)から (C)の膜濾過プラントの、先に特定した安定流束の最大値と 定圧単純濾過抵抗： Κとを表 1に示す。
1]
Figure imgf000015_0001
これらの値を、定圧単純濾過抵抗を対数側とした片対数グラフに白丸（〇）でプロッ トしたグラフを図 8に示す。すると、これらの 3点力 図 8のように 1本の直線に乗ること がわかる。この直線上で上記の測定値 Aの点 (K値 =0. 3500)を黒四角（國）でプロ ットして、その点の流束値を読み取ると、 1. 4mZdであった。これが安定流束の最大 値の推定値となる。
[0054] 次に、選択された膜モジュールや運転条件に基づ!/、て新設膜濾過プラントが建設 されたあと、前処理をカ卩えて濁度 100度にした河川水の濾過運転を行いながら、段 階的に流束を変えて安定流束の最大値を測定した。測定して 、る際の濾過圧の挙 動の例を図 9に示す。 1. 39mZdまでは安定状態が得られたが、 1. 74mZdでは、 圧力上昇が急激すぎて安定状態は得られな力つたことがわかる。より詳細な実験力 安定流束の最大値の測定値も 1. 4mZdとなり、測定誤差の範囲内で推定値とよく一 致する結果を得ることができた。
比較例 1
[0055] SDI (Silt Density Index)測定方法により、安定状態の流束の最大値の推定を試み た。フィルタ一として、孔径が 0. 45 /z mの精密濾過フィルタ（Millipore社製、商品名 HAWP 47mm φ )を用いて、実施例 1の膜濾過プラント（A)、（Β)、 (C)の被処理 液をそれぞれ濾過した。濾過条件は、濾過圧力を 210kPa—定とし、濾過流量の測 定時間間隔は 15分間とした。まず、濾過の開始時において被処理液 500mlを濾過 するのに要した時間を測定した。これを toとする。引き続き濾過を継続し、濾過開始 力も測定時間間隔の 15分間が経過して力も再度、被処理液 500mlを濾過するのに 要した時間を測定した。これを tl5とする。これらの測定値と以下の数式力も SDIを求 めた。
[0056] [数 1]
( 1 - t 0/ t 1 5) X 1 0 0
S D I (1 5分） =
1 5
[0057] 膜濾過プラント (A)の被処理液を用いた場合の SDIは、 0であった。また、膜濾過プ ラント (B)の被処理液を用いた場合の SDIは、 3. 8であった。さら〖こ、膜濾過プラント (C)の被処理液を用いた場合の SDIは、 6. 5であった。膜濾過プラント（B)と膜濾過 プラント（C)の安定流束の最大値は、互いに近い値であるにもかかわらず、 SDIは大 きく異なる結果となってしまった。また、実施例 1の新設の膜濾過プラントの被処理液 を用いて、同様にして SDIの測定を試みたところ、濁度が大きいため力膜透過液が 得られな力つた。つまり濾過流量がゼロで測定不能であった。
産業上の利用可能性
[0058] 本発明によれば、新設の膜濾過プラントの設計にお!、て、長期の試験運転を行わ ずに、
短時間で求められる膜濾過初期の膜濾過特性の測定データから、膜濾過プラントの 短期洗浄も含めた長期安定運転時における流束の最大値を簡単に推定することが できる。
図面の簡単な説明
[0059] [図 1]初期膜濾過特性を測定する装置構成例の概略を示した模式図である。
[図 2]既設膜濾過プラント (A)において、安定状態の流束の最大値を求める実験結 果例を示した図である。
[図 3]既設膜濾過プラント (B)において、安定状態の流束の最大値を求める実験結 果例を示した図である。
[図 4]既設膜濾過プラント (C)において、安定状態の流束の最大値を求める実験結 果例を示した図である。
[図 5]定量単純濾過抵抗を求めるためのグラフの例を示した図である。
[図 6]洗浄付き定圧濾過抵抗の概念を示した図である。
[図 7]洗浄付き定量濾過抵抗の概念を示した図である。
[図 8]K値と安定状態における流束の最大値との関係の例を示した図である。
[図 9]新設膜濾過プラントにおいて、安定状態の流束の最大値を求める実験結果例 を示した図である。
[図 10]膜濾過プラントの典型的な運転圧力の挙動例を示した図である。

Claims

請求の範囲
[1] 膜モジュール及び運転条件が特定された膜濾過プラントの安定運転時の最大流束 を推定する方法であって、
前記膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記膜濾過プラン トの初期膜濾過特性の測定値 Aを得る工程と、
前記膜モジュール及び運転条件と同一または近似の膜モジュール及び運転条件 である複数の既設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束値を得る工程と、 前記複数の既設膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記 複数の既設膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値 Bを得る工程と、
前記既設膜濾過プラントの最大流束値と測定値 Bとの関係に基づいて、前記測定 値 Aから前記膜濾過プラントの最大流束を推定する推定工程と、を含む推定方法。
[2] 前記推定工程は、前記初期膜濾過特性の測定値 Bの対数値と前記最大流束との 関係を式またはグラフで示し、該式またはグラフに前記測定値 Aを外揷または内挿し て前記膜濾過プラントの最大流束を推定する工程であることを特徴とする、請求項 1 に記載の推定方法。
[3] 前記運転条件が、少なくとも濾過時間または膜洗浄パターンの条件を含むことを特 徴とする請求項 1または 2に記載の推定方法。
[4] 前記の初期膜濾過特性が、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定 圧濾過抵
抗、及び洗浄付き定量濾過抵抗力ゝらなる群カゝら選ばれたものであることを特徴とする 請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の推定方法。
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