WO2013121921A1

WO2013121921A1 - 分離膜モジュールの洗浄方法

Info

Publication number: WO2013121921A1
Application number: PCT/JP2013/052545
Authority: WO
Inventors: 池田　啓一; 新谷　昌之
Original assignee: 東レ株式会社
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-08-22
Also published as: TW201338851A; JP2015085206A

Abstract

　粉末活性炭と凝集剤が結合した凝集フロックが膜表面から剥離されやすく、分離膜モジュール系外に排出することが可能な洗浄方法を提供する。粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過した後の分離膜モジュールの洗浄方法において、ろ過開始時に粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過し、続いて粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過して、ろ過工程を終了した後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出し、次いで、逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出し、次いで分離膜モジュール内の膜一次側を水で満たして空気洗浄を行う工程（ａ）または分離膜モジュール内の膜一次側に水を給水しながら空気洗浄を行う工程（ｂ）を実施し、その後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出する。

Description

分離膜モジュールの洗浄方法

　本発明は、原水を膜ろ過した、精密ろ過膜（ＭＦ膜）モジュールまたは限外ろ過膜（ＵＦ膜）モジュールの洗浄方法に関するものである。

　膜分離法は、省エネルギー・省スペース、およびろ過水質向上等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜の、河川水や地下水や下水処理水から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理への適用があげられる。

　さらに、それらの膜処理の過程において、原水に色度成分や臭気物質等の溶解性物質あるいは油分が多量に含有している場合、溶解性物質あるいは油分の除去を目的として原水に粉末活性炭を添加してから膜ろ過することもある（例えば特許文献１参照）。加えて、硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を添加、混合することでさらに良好な水質の膜ろ過水を得ることができる（例えば特許文献２参照）。

　ろ過を継続することで、膜表面に凝集フロックの付着量が増大していき、ろ過流量の低下あるいは膜ろ過差圧の上昇が起こる。このため、膜一次側（原水側）に気泡を導入し、膜を揺動させ、膜同士を触れ合わせることにより膜表面の付着物質を掻き落とす空気洗浄や、膜二次側（ろ過水側）から膜一次側へ膜のろ過方向とは逆方向に膜ろ過水あるいは清澄水を圧力で押し込み、膜表面や膜細孔内に付着していた汚染物質を排除する逆圧洗浄等の物理洗浄が実用化されている（例えば特許文献３、４、５参照）。しかし、粉末活性炭は分離膜との吸着力がカオリンやベントナイトなどの無機粒子と比べて高く、分離膜モジュール内を水で満たした状態での逆圧洗浄では除去されにくい。このため、粉末活性炭が分離膜モジュール内に残留し、引き続いて空気洗浄を行った場合には、粉末活性炭は分離膜から剥離するものの、剥離した粉末活性炭によって膜擦過が起きるという問題点があった。

　この問題を解決するために、特許文献６には、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出した後に、逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出し、次いで、分離膜モジュール内の膜一次側を水で満たして空気洗浄を行う物理洗浄方法が提案されている。

　この物理洗浄方法は一旦、膜一次側の水を系外に排出して（好ましくは分離膜モジュール内の膜一次側の水位が分離膜の下端よりも下となるように膜一次側の水を系外に排出して）、膜一次側周囲が気体となった状態で逆圧洗浄を実施する。そのため、逆圧洗浄において、膜一次側に水圧がかかる膜一次側周囲が液体の状態よりも粉末活性炭が膜表面から剥離されやすく、また、剥離した粉末活性炭がそのまま系外に排出されやすい。そして、その後に従来よりも短時間の空気洗浄を実施することによって、膜表面から剥離しきれなかった残りの粉末活性炭がほぼ完全に排出される。そのため、空気洗浄による粉末活性炭由来の膜擦過を大幅に低減することが可能である。また、引き続きろ過工程に供される際には、膜表面の粉末活性炭由来のケークろ過抵抗を抑制し、長期間にわたる低い膜ろ過差圧での安定運転が可能である。

　ところが、粉末活性炭に加えて凝集剤を添加、混合した原水をろ過した場合、前記洗浄方法の逆圧洗浄を実施しても粉末活性炭と凝集剤が結合した凝集フロックが粘着質であるため、膜表面から剥離されにくかった。さらに、その後に実施する空気洗浄においても凝集フロックが分離膜モジュールの系外に排出されにくかったことから、膜表面の凝集フロック由来のケークろ過抵抗が増大していき、安定運転が困難であった。これらの問題が原水に粉末活性炭および凝集剤を添加、混合しての膜処理を採用する際の障害となっていた。

日本国特開平１０－３０９５６７号公報日本国特開２００２－３３６６１６号公報日本国特開平１１－３４２３２０号公報日本国特開２０００－１４０５８５号公報日本国特開２００７－２８９９４０号公報国際公開第２０１１／１２２２８９号

　本発明は、粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過した後の分離膜モジュールの洗浄方法において、粉末活性炭と凝集剤が結合した凝集フロックが膜表面から剥離されやすく、分離膜モジュール系外に排出することが可能な洗浄方法を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明の分離膜モジュールの洗浄方法は、次の特徴を有するものである。

（１）粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過した後の分離膜モジュールの洗浄方法において、ろ過開始時に粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過する粉末活性炭濃縮層形成工程を行い、続いて粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過するろ過工程を行った後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出し、次いで、逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出し、次いで、以下（ａ）（ｂ）のいずれかの工程を実施し、その後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出する、分離膜モジュールの洗浄方法。
（ａ）分離膜モジュール内の膜一次側を水で満たして空気洗浄を行う工程
（ｂ）分離膜モジュール内の膜一次側に水を給水しながら空気洗浄を行う工程

（２）前記粉末活性炭濃縮層形成工程において、原水の粉末活性炭添加濃度をＡ（ｇ／ｍ³）、粉末活性炭を添加、混合した原水の膜ろ過流束をＢ（ｍ³／（ｍ²・ｄ））、粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過する時間をＣ（ｍｉｎ）とした場合、単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量Ａ×Ｂ×Ｃ／１４４０（ｇ／ｍ²）が０．１（ｇ／ｍ²）以上１０（ｇ／ｍ²）以下である、（１）に記載の膜ろ過方法。

（３）前記（ａ）の工程では、逆圧洗浄水および／または原水で膜一次側を満たして空気洗浄を行う、（１）または（２）に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

（４）前記（ｂ）の工程では、逆圧洗浄水および／または原水を膜一次側に給水しながら空気洗浄を行う、（１）または（２）に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

（５）ろ過終了後、分離膜モジュール内の膜一次側の水位が少なくとも分離膜長さの１／３以下になるまで分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出する、（１）～（４）のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

（６）ろ過終了後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を全量系外に排出する、（１）～（４）のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

（７）逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出しているときに、分離膜モジュール内の膜一次側の水位が少なくとも分離膜長さの１／３以下を維持するように、逆圧洗浄流量を制御する、（１）～（６）のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

（８）前記（ａ）または（ｂ）の工程で使用する水に酸化剤を添加する、（１）～（７）のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。

　本発明の分離膜モジュールの洗浄方法においては、ろ過開始時に粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過して、膜表面に粉末活性炭で形成された粉末活性炭濃縮層を形成し、続いて粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過して、粉末活性炭濃縮層の外側に粉末活性炭および凝集剤で形成された凝集フロック濃縮層を形成するように、ろ過工程を実施する。ろ過工程を終了した後、膜一次側周囲が気体となった状態で逆圧洗浄を実施する。

　従来のように、ろ過開始時から粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過した後に逆圧洗浄した場合、膜表面に直接粘着質の凝集フロック濃縮層を形成しているため、凝集フロック濃縮層が膜表面から剥離されにくかった。これに対し本発明では、膜表面と凝集フロック濃縮層の間に剥離、分散されやすい粉末活性炭濃縮層を介在させるようにしたため、凝集フロック濃縮層が剥離されやすくなり、分離膜モジュール系外に排出されやすい。そして、その後に従来よりも短時間の空気洗浄を実施することによって、膜表面から剥離しきれなかった残りの凝集フロック濃縮層がほぼ完全に排出される。そのため、引き続きろ過工程に供される際には、凝集フロック濃縮層由来のケークろ過抵抗を抑制し、長期間にわたる低い膜ろ過差圧での安定運転が可能である。

　これより、原水に色度成分や臭気物質等の溶解性物質あるいは油分等の汚染物質が多量に含有している原水であっても、粉末活性炭および凝集剤を添加、混合しての膜ろ過が容易となり、良好な水質の膜ろ過水を得ることができる。

図１は、本発明が適用される造水装置の一例を示す装置概略フロー図である。

　以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本明細書において、分離膜モジュールの好適な例として精密ろ過膜（ＭＦ膜）モジュールまたは限外ろ過膜（ＵＦ膜）モジュールを選び、その洗浄方法を説明する。本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。

　本発明で対象となる造水装置は、例えば、図１に示すように、粉末活性炭スラリーを貯留する活性炭スラリー貯留槽１と、原水に粉末活性炭を供給するスラリー供給ポンプ２と、原水と粉末活性炭を混合撹拌する攪拌機３と、原水を貯留する原水貯留槽４と、原水を供給する原水供給ポンプ５と、凝集剤を貯留する凝集剤貯留槽６と、原水に凝集剤を供給する凝集剤供給ポンプ７と、原水と凝集剤を混合撹拌するスタティックミキサー８と、原水供給時に開となる原水弁９と、原水をろ過するＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０と、膜ろ過時に開となるろ過水弁１１と、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０によって得られた膜ろ過水を貯留するろ過水貯留槽１２と、膜ろ過水をＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０に供給して逆圧洗浄する逆圧洗浄ポンプ１３と、逆圧洗浄する時に開となる逆圧洗浄弁１４と、空気洗浄時に膜一次側を満たすことになる水（すなわち原水、あるいは逆圧洗浄水として使用される膜ろ過水）に酸化剤を供給する酸化剤供給ポンプ１５と、酸化剤を貯留する酸化剤貯留槽１６と、逆圧洗浄や空気洗浄する場合などに開となるエア抜き弁１７と、空気をＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の下方に供給し空気洗浄する場合に開となる空気洗浄弁１８と、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の空気洗浄の空気供給源であるエアブロワー１９と、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の膜一次側の水を排出する場合に開となる排水弁２０が設けられている。

　上述の膜ろ過造水装置において、ろ過開始時に粉末活性炭濃縮層形成工程を行う。粉末活性炭濃縮層形成工程では、活性炭スラリー貯留槽１に貯留している粉末活性炭スラリーをスラリー供給ポンプ２で原水貯留槽４に供給する。攪拌機３で粉末活性炭と混合撹拌した原水は、原水供給ポンプ５を稼動し原水弁９を開にすることで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側に供給される。さらにろ過水弁１１を開にすることでＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の加圧ろ過を開始する。膜ろ過水は膜二次側からろ過水弁１１を経てろ過水貯留槽１２へと移送される。全量ろ過の場合、エア抜き弁１７、逆圧洗浄弁１４、空気洗浄弁１８、排水弁２０はいずれも閉である。

　粉末活性炭濃縮層形成工程において、ろ過開始から粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過していくと、次第に膜表面に汚染物質を吸着した粉末活性炭からなる粉末活性炭濃縮層が形成される。粉末活性炭濃縮層を形成した後、続いて凝集剤供給ポンプ７を稼働して、凝集剤貯留槽６に貯留している凝集剤を粉末活性炭と混合撹拌した原水に供給し、スタティックミキサー８で混合攪拌後、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０でろ過する。このろ過によって、膜表面に粉末活性炭で形成された粉末活性炭濃縮層のさらに外側に粉末活性炭、凝集剤および汚染物質で形成された凝集フロック濃縮層を形成しながら、原水から膜ろ過水を得るろ過工程を実施する。

　上記ろ過開始時の粉末活性炭濃縮層形成工程において、膜表面に粉末活性炭からなる粉末活性炭濃縮層を形成する条件としては、原水の粉末活性炭添加濃度をＡ（ｇ／ｍ³）、粉末活性炭を添加、混合した原水の膜ろ過流束をＢ（ｍ³／（ｍ²・ｄ））、粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過する時間をＣ（ｍｉｎ）とした場合、粉末活性炭濃縮層に相当する単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量Ａ×Ｂ×Ｃ／１４４０（ｇ／ｍ²）が０．１（ｇ／ｍ²）以上１０（ｇ／ｍ²）以下であることが好ましく、より好ましくは０．１（ｇ／ｍ²）以上２（ｇ／ｍ²）以下であるとよい。単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量がこの範囲内になれば、凝集剤供給ポンプ７を稼働して、粉末活性炭および凝集剤で形成された凝集フロック濃縮層を形成し始めればよい。単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量を０．１（ｇ／ｍ²）以上にすることにより、膜を洗浄するとき凝集フロック濃縮層を剥離させる作用を十分に得ることができる。また単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量を１０（ｇ／ｍ²）以下にすることにより、ろ過工程における粉末活性炭濃縮層由来のケークろ過抵抗の上昇を抑制することができる。

　ろ過工程終了後、膜の洗浄を例えば次のように実施する。

　まず、原水弁９とろ過水弁１１を閉にして、スラリー供給ポンプ２、原水供給ポンプ５、凝集剤供給ポンプ７を停止してＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０のろ過工程を停止する。その後、膜表面に形成された粉末活性炭濃縮層および粉末活性炭濃縮層の外側に形成された凝集フロック濃縮層を系外に排出するため、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の洗浄を行う。このとき、まず、エア抜き弁１７と排水弁２０を開く。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側の水がＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０下方の排水弁２０から膜モジュール系外に排出されると、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の水位が下がっていき、膜一次側周囲が気体となった状態となる。ここで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内における膜一次側とはろ過対象となる原水を供給する側のことであり、膜二次側とは原水を膜でろ過することで得られた膜ろ過水が存在する側のことをいう。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側の水は残っていてもかまわないが、少なくとも膜の半分が水面より上となり、気体に触れるようにする。好ましくは、水位が分離膜の上下方向の長さの１／３以下になるまで、より好ましくは膜全体が水面よりも上となり、膜全体が気体に触れるように、水を排出する。

　その後、エア抜き弁１７と排水弁２０を開にしたまま逆圧洗浄弁１４を開にして、逆圧洗浄ポンプ１３を稼動させることで、ろ過水貯留槽１２内の膜ろ過水を用いた逆圧洗浄を行う。これにより、膜二次側から膜一次側へ、膜のろ過方向とは逆方向に、膜ろ過水が圧力で押し込まれ、粉末活性炭濃縮層および凝集フロック濃縮層を膜一次側の膜表面から排除する物理洗浄を行う。このとき、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側へ押し出された逆圧洗浄排水はＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０下方の排水弁２０から排出される。

　従来はろ過工程開始時から粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過していたため、粘着質である粉末活性炭と凝集剤が結合した凝集フロック濃縮層が膜表面に直接付着してしまうため、膜一次側に水圧がかからない状態で逆圧洗浄を実施したとしても、凝集フロックが膜表面から剥離しにくかった。

　これに対し、本発明では、ろ過開始時に粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過し、続いて粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過して、膜表面に粉末活性炭で形成された粉末活性炭濃縮層とこの粉末活性炭濃縮層の外側に粉末活性炭および凝集剤で形成された凝集フロック濃縮層を形成してろ過工程を終了することから、膜表面と凝集フロック濃縮層の間に剥離、分散されやすい粉末活性炭濃縮層があるため、粉末活性炭濃縮層が膜表面から剥離するに伴って、凝集フロック濃縮層も剥離し、膜表面をしたたり落ちながら、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の下方から排水弁２０を経由してそのまま系外に排出される。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の逆圧洗浄排水を排出しながら逆圧洗浄を実施するとき、逆圧洗浄中に継続して膜一次側に水圧がかからないほうが、粉末活性炭濃縮層およびその外側に位置する凝集フロック濃縮層の剥離効果が上がることから、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側の水位が少なくとも分離膜長さの１／３以下を維持するように、逆圧洗浄流量を制御することが好ましい。逆圧洗浄流量を高くするほど、粉末活性炭濃縮層およびその外側に位置する凝集フロック濃縮層の剥離効果が上がるものの、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の下方から自重で排出される排水流量はＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の排水口の大きさによって限界があり、膜一次側の水位が上昇して膜一次側に水圧がかかってしまうことがある。よってＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の構造に応じて逆圧洗浄流量を適宜制御することが好ましい。

　その後、排水弁２０を閉にして、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側に水を満たし、空気洗浄弁１８を開、エアブロワー１９を稼動することで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の下方から気体を供給し、空気洗浄を行う。

　空気洗浄を行うとき、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側に水を満たす方法としては、原水弁９を開にして原水供給ポンプ５を稼動して原水を供給してもよいし、逆圧洗浄弁１４を開にして逆圧洗浄ポンプ１３を稼動して膜ろ過水を逆圧洗浄水として供給してもよい。この時供給する原水あるいは膜ろ過水（すなわち、空気洗浄時にＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側を満たすことになる水）には酸化剤供給ポンプ１５を稼動して酸化剤を添加したほうが、膜表面や膜細孔内に蓄積していた有機物を分解除去する効果があるので好ましい。従来の物理洗浄では、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の凝集フロック濃縮層が膜表面から充分に剥離できなかったため、原水や膜ろ過水に添加された酸化剤は膜表面や膜細孔内に蓄積していた有機物を分解除去する前に粉末活性炭にほとんど消費されてしまったのに対し、本発明では酸化剤を最大限活用することが可能である。

　空気洗浄は、（ａ）予めＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側が水で満たされた状態で開始しても、（ｂ）ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側に水を供給しながら（すなわち空気洗浄中にＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内に原水を供給したり、逆圧洗浄を行ったりしながら）行ってもよい。ただし、水を供給しながら空気洗浄を行うほうが、洗浄効果が高まるので好ましい。

　その後、空気洗浄弁１８を閉にするとともにエアブロワー１９を停止して空気洗浄を終了する。なお、空気洗浄中にＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内に原水を供給したり、逆圧洗浄を継続している場合には、原水弁９、逆圧洗浄弁１４も閉にし、原水供給ポンプ５、逆圧洗浄ポンプ１３、酸化剤供給ポンプ１５も停止して、原水供給や逆圧洗浄も終了したほうが好ましい。

　次いで、排水弁２０を開にすることで、膜面や膜細孔内から剥離してＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内で浮遊している懸濁物質を系外に排出する。

　排水終了後には、排水弁２０を閉、原水弁９を開とし、原水供給ポンプ５を稼動して給水を行い、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の膜一次側を満水にする。その後、エア抜き弁１７を閉、ろ過水弁１１を開とすれば、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０はろ過工程に戻り、上記工程を粉末活性炭濃縮層形成工程から繰り返すことで造水を継続することができる。

　本発明の洗浄方法は、ろ過開始前に粉末活性炭濃縮層形成工程を毎回行っても構わないし、別の洗浄方法と組み合わせて時々行ってもかまわない。逆圧洗浄を実施する前にＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０下方の排水弁２０から排出された膜一次側の水や、逆圧洗浄を実施したときのＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０下方の排水弁２０から排出された逆圧洗浄排水や、空気洗浄の実施中あるいは実施後にＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の上部のエア抜き弁１７やＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０下方の排水弁２０から排出された空気洗浄排水を沈殿分離して、その上澄水を原水として再使用するほうが、水回収率が高くなるので好ましい。沈殿分離の他に、凝集沈殿分離、加圧浮上分離、遠心分離、砂ろ過分離、精密ろ過膜／限外ろ過膜のろ過分離、ろ布のろ過分離、繊維状フィルターのろ過分離、カートリッジフィルターのろ過分離、ディスクフィルター分離、フィルタープレス、ベルトプレス、真空脱水、多重円板脱水などの手段が選択できるが、排水に含まれる懸濁物質は凝集フロックが主体であり、沈降性が高いことから沈殿分離が適している。また、設備コスト、処理コストなどの観点からも沈殿分離が好ましい。

　本発明における粉末活性炭の粒子径は、粉末活性炭の場合、ＪＩＳ　Ｋ　１４７４：２００７に記載されている通り、１５０μｍ未満のものを粉末形状と定義する。その他の規格に基づく粉末活性炭についても同様に１５０μｍ未満のものを粉末形状と定義する。また、粒子径は小さければ小さいほど比表面積が大きくなり、吸着能が高くなるので好ましい。但し、膜ろ過水に混入しないようＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の分離膜の孔径より大きくする必要がある。

　粉末活性炭の原料としては、ヤシ殻やおが屑などの木質系や泥炭、亜炭、瀝青炭などの石炭系のいずれでも構わない。

　本発明における凝集剤とは膜ろ過中の高分子有機物濃度を低減する効果がある。有機系凝集剤としては、ジメチルアミン系やポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤、などを使用することができる。一方、無機系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、硫酸第二鉄、ポリシリカ鉄等を使用できる。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０としては、外圧式でも内圧式であっても差し支えはないが、前処理の簡便さの観点から外圧式が好ましい。また膜ろ過方式としては全量ろ過型モジュールでもクロスフローろ過型モジュールであっても差し支えはないが、エネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過型モジュールが好ましい。さらに加圧型モジュールであっても浸漬型モジュールであっても差し支えはないが、高流束が可能であるという点から加圧型モジュールが好ましい。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０で使用される分離膜としては、多孔質であれば特に限定しないが、所望の処理水の水質や水量によって、ＭＦ膜（精密ろ過膜）を用いたり、ＵＦ膜（限外ろ過膜）を用いたり、あるいは両者を併用したりする。例えば、濁質成分、大腸菌、クリプトスポリジウム等を除去したい場合はＭＦ膜でもＵＦ膜のどちらを用いても構わないが、ウィルスや高分子有機物等も除去したい場合は、ＵＦ膜を用いるのが好ましい。

　分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜等があるが、いずれでも構わない。

　分離膜の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、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、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、およびクロロトリフルオロエチレン－エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエーテルスルホン等からなる群から選ばれる少なくとも１種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がより好ましく、親水性が高く耐汚れ性が強いという点からはポリアクリロニトリルがより好ましい。なお、上述した有機高分子樹脂製の分離膜は、粉末活性炭よりも硬度が低いため、本発明の分離膜モジュールの洗浄方法において、好ましく使用することができる。

　ろ過運転の制御方法としては、定流量ろ過であっても定圧ろ過であってもよいが、一定の処理水量が得られ、また、全体の制御が容易であるという点から定流量ろ過が好ましい。

　空気洗浄時に膜一次側を満たす水に供給する酸化剤としては、膜が劣化しない程度の濃度を適宜設定した上で、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、クロラミン、過酸化水素、オゾンなどから選ばれる少なくとも１つを含有した方が好ましい。

　以上の本発明によれば、凝集フロック濃縮層由来のケークろ過抵抗を抑制し、長期間にわたる低い膜ろ過差圧での安定運転が可能である。ただし、凝集フロック濃縮層や粉末活性炭で吸着しきれず、膜表面に付着した原水由来の有機物を完全に除去することは難しく、酸化剤によって酸化された鉄やマンガン等が膜面に徐々に析出したりすることがある。そのため、膜ろ過差圧がＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の耐圧限界近くまで到達した場合には、高濃度の薬品洗浄を実施することが好ましい。

　該洗浄に用いる薬品としては、膜が劣化しない程度の濃度および保持時間を適宜設定した上で選択することができるが、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン等を少なくとも１つ含有した方が、有機物に対して洗浄効果が高くなるので好ましい。また、塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸等を少なくとも１つ含有した方が、アルミニウム、鉄、マンガン等に対して洗浄効果が高くなるので好ましい。

　　　（実施例１）
　図１に示す装置にて、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０には東レ（株）製の外圧式ＰＶＤＦ限外中空糸膜モジュールＨＦＵ－２０２０（膜面積７２ｍ²）を１本使用した。まず、原水弁９とろ過水弁１１を開にして、スラリー供給ポンプ２と原水供給ポンプ５を稼動して、原水貯留槽４内で粉末活性炭の添加濃度を３０ｇ／ｍ³に調整した河川水を用いて膜ろ過流束１．５ｍ³／（ｍ²・ｄ）の定流量ろ過を開始した。定流量ろ過開始から５ｍｉｎ後には凝集剤供給ポンプ７を稼働して、ポリ塩化アルミニウムの添加濃度を１ｇ－Ａｌ／ｍ³と粉末活性炭の添加濃度を３０ｇ／ｍ³に調整した河川水を膜ろ過流束１．５ｍ³／（ｍ²・ｄ）で２５ｍｉｎ定流量ろ過し、トータル３０ｍｉｎの定流量ろ過を実施した。そのときの粉末活性炭濃縮層に相当する単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量は３０×１．５×５／１４４０＝０．１５６ｇ／ｍ²であった。定流量ろ過開始から３０ｍｉｎ後に原水弁９とろ過水弁１１を閉にして、スラリー供給ポンプ２、原水供給ポンプ５、凝集剤供給ポンプ７を停止してＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０のろ過工程を停止した後、エア抜き弁１７と排水弁２０を開にして、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側の水を全量排出した。その後、エア抜き弁１７と排水弁２０を開にしたまま、逆圧洗浄弁１４を開、逆圧洗浄ポンプ１３を稼動し、流束２ｍ³／（ｍ²・ｄ）の逆圧洗浄を１ｍｉｎ実施した。その後、逆圧洗浄弁１４と排水弁２０を閉にして、逆圧洗浄ポンプ１３を停止すると同時に原水弁９と空気洗浄弁１８を開にして、原水供給ポンプ５とエアブロワー１９を稼動して、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の膜一次側に７５Ｌ／ｍｉｎの原水を供給しながらエア流量１００Ｌ／ｍｉｎの空気を供給する空気洗浄を１ｍｉｎ実施した。その後、原水弁９と空気洗浄弁１８を閉じ、原水供給ポンプ５とエアブロワー１９を停止すると同時に、排水弁２０を開け、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側の水を全量排出した。その後、排水弁２０を閉じると同時に、原水弁９を開き、スラリー供給ポンプ２と原水供給ポンプ５を稼動して、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０内の膜一次側を、粉末活性炭を含有した原水で満たした後、ろ過水弁１１を開にして、エア抜き弁１７を閉にして、ろ過工程に戻り、上記工程を繰り返していった。

　その結果、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の膜ろ過差圧は運転開始直後１８ｋＰａに対し、４ヶ月後も４３ｋＰａと安定運転を行うことができた。

　　　（比較例１）
　図１に示す装置にて、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０には東レ（株）製の外圧式ＰＶＤＦ限外中空糸膜モジュールＨＦＵ－２０２０（膜面積７２ｍ²）を１本使用し、原水弁９とろ過水弁１１を開いて、スラリー供給ポンプ２と原水供給ポンプ５と凝集剤供給ポンプ７を稼動して、ポリ塩化アルミニウムの添加濃度を１ｇ－Ａｌ／ｍ³と粉末活性炭の添加濃度を３０ｇ／ｍ³に調整した河川水を膜ろ過流束１．５ｍ³／（ｍ²・ｄ）で３０ｍｉｎ定流量ろ過し、粉末活性炭濃縮層を形成せず凝集フロック濃縮層のみを形成した以外は実施例１と全く同じにした。

　その結果、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール１０の膜ろ過差圧は運転開始直後１８ｋＰａに対し、８３日後には１２０ｋＰａに急上昇した。

　１　　活性炭スラリー貯留槽
　２　　スラリー供給ポンプ
　３　　攪拌機
　４　　原水貯留槽
　５　　原水供給ポンプ
　６　　凝集剤貯留槽
　７　　凝集剤供給ポンプ
　８　　スタティックミキサー
　９　　原水弁
１０　　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール
１１　　ろ過水弁
１２　　ろ過水貯留槽
１３　　逆圧洗浄ポンプ
１４　　逆圧洗浄弁
１５　　酸化剤供給ポンプ
１６　　酸化剤貯留槽
１７　　エア抜き弁
１８　　空気洗浄弁
１９　　エアブロワー
２０　　排水弁

Claims

　粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過した後の分離膜モジュールの洗浄方法において、ろ過開始時に粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過する粉末活性炭濃縮層形成工程を行い、続いて粉末活性炭および凝集剤を添加、混合した原水をろ過して、ろ過工程を終了した後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出し、次いで、逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出し、次いで、以下（ａ）（ｂ）のいずれかの工程を実施し、その後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出する、分離膜モジュールの洗浄方法。
（ａ）分離膜モジュール内の膜一次側を水で満たして空気洗浄を行う工程
（ｂ）分離膜モジュール内の膜一次側に水を給水しながら空気洗浄を行う工程
　前記粉末活性炭濃縮層形成工程において、原水の粉末活性炭添加濃度をＡ（ｇ／ｍ³）、粉末活性炭を添加、混合した原水の膜ろ過流束をＢ（ｍ³／（ｍ²・ｄ））、粉末活性炭を添加、混合した原水をろ過する時間をＣ（ｍｉｎ）とした場合、単位膜面積あたりの粉末活性炭付着量Ａ×Ｂ×Ｃ／１４４０（ｇ／ｍ²）が０．１（ｇ／ｍ²）以上１０（ｇ／ｍ²）以下である、請求項１に記載の膜ろ過方法。
　前記（ａ）の工程では、逆圧洗浄水および／または原水で膜一次側を満たして空気洗浄を行う、請求項１または２に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。
　前記（ｂ）の工程では、逆圧洗浄水および／または原水を膜一次側に給水しながら空気洗浄を行う、請求項１または２に記載の分離膜モジュールの洗浄方法。
　ろ過終了後、分離膜モジュール内の膜一次側の水位が少なくとも分離膜長さの１／３以下になるまで分離膜モジュール内の膜一次側の水を系外に排出する、請求項１～４のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。
　ろ過終了後、分離膜モジュール内の膜一次側の水を全量系外に排出する、請求項１～４のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。
　逆圧洗浄を実施しながら分離膜モジュール内の逆圧洗浄排水を排出しているときに、分離膜モジュール内の膜一次側の水位が少なくとも分離膜長さの１／３以下を維持するように、逆圧洗浄流量を制御する、請求項１～６のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。
　前記（ａ）または（ｂ）の工程で使用する水に酸化剤を添加する、請求項１～７のいずれかに記載の分離膜モジュールの洗浄方法。