WO2017149758A1 - 膜ろ過装置、ろ過膜洗浄方法、およびろ過膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

　ろ過膜の一次側から二次側へ被処理水を通過させて該被処理水をろ過するろ過モードと、ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させてろ過膜を洗浄するろ過膜洗浄モードとを備えた膜ろ過装置であって、ろ過膜の一次側の液体圧力と二次側の液体圧力の差である膜間差圧ΔＰを制御する膜間差圧制御器を備え、膜間差圧制御器は、ろ過膜洗浄モードにおいて、膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させるように制御するようにした。

Description

膜ろ過装置、ろ過膜洗浄方法、およびろ過膜の製造方法

　本発明は不純物を含む被処理水を、ろ過膜を用いてろ過する膜分離技術、およびろ過膜の製造方法に関するものである。

　上水処理、下水処理等の水処理において、被処理水に含まれる汚濁物質を被処理水中から分離し、清澄な処理水として得る固液分離が広く行われている。例えば固液分離技術としては、凝集剤を被処理水に添加し、被処理水中に含まれる汚濁物質を凝集させ、重力沈降させて分離する凝集沈殿技術や、凝集物を含んだ被処理水にマイクロバブルを注入し、マイクロバブルに凝集物を吸着させ浮上させて分離を行う加圧浮上技術などがある。しかしながら、これらの技術は被処理水や凝集物の性状、水温、水流などの影響を強く受け処理が不安定であるとともに、広大な沈殿槽や浮上分離槽が必要になるなどの課題があった。

　これに対し、近年これらの代替技術としてろ過膜による膜ろ過技術が盛んに導入されている。当該技術は表面に無数の微細な孔を有した「膜」により、被処理水のろ過を行い、固液分離を行うものである。膜にはセラミックなどの無機材から成る、「無機膜」と高分子有機ポリマーから成る「有機膜」とに大別される。

　当該技術は膜の孔径以上の大きさのものであれば、被処理水中の汚濁物質を確実に分離除去でき、非常に清澄な処理水を安定して得ることができる。しかしながら、ろ過に伴って、膜面には汚濁物質が蓄積するため、これらが孔を閉塞させ、ろ過が困難な状態に陥るという問題もあった。特に疎水性有機膜は被処理水中に含まれる疎水性汚濁物質との親和性が高いため閉塞しやすく、長時間の安定したろ過が困難であった。

　このようにして、膜が閉塞した場合には酸化剤などの薬品を用いた洗浄を行い、ろ過能力を回復させる必要がある。薬品洗浄の方法には膜の二次側から一次側に向けて、すなわち被処理水をろ過処理する時とは反対方向に薬液を押し流す「インライン洗浄」が知られている。例えば特許文献１には、インライン洗浄時に薬液の注入濃度、薬液の注入速度、薬液の注入圧力のうち少なくともひとつを変動させる洗浄方法について記載されている。

　また特許文献２にはインライン洗浄時に膜内外の圧力差、すなわち「膜間差圧」を、ろ過処理時の膜間差圧に従って、所定の範囲とすることで強固な汚れも洗い落とし、膜を満遍なく洗浄する方法が示されている。また疎水性有機膜をろ過に用いる場合には、膜の親水化を行うことによりろ過性能を高める、または閉塞しにくくすることが可能である。特許文献３には疎水性有機膜のオゾンを用いた親水化の方法について開示されている。特許文献３に記載されている方法は、オゾン水に疎水性有機膜を浸漬する、あるいはモジュール化した膜にオゾン水を注入してオゾンと膜とを接触させ、疎水性有機性膜の親水化を行うものである。

特開２００７－６１６９７号公報 国際公開ＷＯ２０１１－０４８６８１号 特許平５－３１７６６３号公報

　前記の膜を洗浄する、または親水化を行うにあたり、重要なことは膜と薬液を満遍なく接触させることである。特許文献１、および特許文献２はともにインライン洗浄時の洗浄ムラを無くし洗浄効果を高めることを目的とした発明である。しかしながら、例えば特許文献１に記載の方法では洗浄初期の圧力が不十分であった場合には膜の末端部分（薬液注入点から最も直線距離が離れた箇所）およびその周辺まで薬液が行き届かず、膜と薬液との接触が不十分であった。また一方で過剰に圧力がかかることがあり、膜の破損が生じることがあった。また特許文献２に記載の方法であっても、使用する膜の長さや種類によっては、やはり同様に行き届かず膜と薬液との接触が不十分であった。

　この発明は、上記課題を解決し、膜と膜洗浄用、あるいは親水化用薬液とが効率的に接触できる膜ろ過装置、およびろ過膜の洗浄方法の提供を目的とする。

　本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜の一次側から二次側へ被処理水を通過させて該被処理水をろ過するろ過モードと、ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させてろ過膜を洗浄するろ過膜洗浄モードとを備えた膜ろ過装置であって、ろ過膜の一次側の液体圧力と二次側の液体圧力の差である膜間差圧ΔＰを制御する膜間差圧制御器を備え、膜間差圧制御器は、ろ過膜洗浄モードにおいて、膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させるように制御するものである。

　また、本発明のろ過膜洗浄方法は、ろ過膜の一次側から二次側へ被処理水を通過させて該被処理水をろ過するろ過処理工程の後、ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させてろ過膜を洗浄するろ過膜洗浄工程を有するろ過膜洗浄方法であって、ろ過膜洗浄工程において、ろ過膜の一次側の液体圧力と二次側の液体圧力の差である膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させるようにしたものである。

　また、本発明のろ過膜の製造方法は、一次側から二次側に液体を通過させて該液体をろ過するためのろ過膜の製造方法であって、ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させてろ過膜を親水化するろ過膜親水化工程を有し、このろ過膜親水化工程において、ろ過膜の一次側の圧力と二次側の圧力の差である膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させてオゾン水を通過させるものである。

　この発明によれば、どのような膜を用いても膜の長さや、汚れの状態など膜の性状をすべて考慮に入れた最適な薬液注入が可能になり、膜を損傷させることなく、膜と薬液とが満遍なく接触可能になる。またこれにより高い洗浄効果、親水化効果を得ることが可能になる。

本発明の実施の形態１による膜ろ過装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置のオゾン水生成器の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置のオゾン水生成器の構成の別の例を示す図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置のろ過膜の詳細の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置のろ過膜の詳細の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置の動作を説明する線図である。 本発明の実施の形態１による膜ろ過装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるろ過膜製造方法を実施するための装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２によるろ過膜製造方法のろ過膜親水化工程を示すフローチャートである。 本発明の実施例１による結果を示すグラフ図である。 本発明の実施例２による結果を示すグラフ図である。 本発明の実施例３による結果を示すグラフ図である。 実施例４～６、および比較例１～４の膜間差圧の推移を示す線図である。

　本発明の実施の形態を以下に説明する。以下の実施の形態は本発明の一例であって、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による膜ろ過装置の構成を示す模式図である。図１に示す膜ろ過装置１は、本発明を浸漬型膜分離活性汚泥法に適用した場合の一例である。本実施の形態１において、被処理水は、如何なる由来の水であっても良く、例えば、食品加工工場や都市下水のように有機性汚濁物質を多量に含有する排水であってもよいし、半導体関連産業をはじめとする電子産業排水、用水処理等が対象となる河川水等でもよい。すなわち本発明は、被処理水の性状が如何様であっても、その効果は変わらず得られる。

　図１に示す膜ろ過装置１は、被処理水導入配管３、水槽４、ブロア６、散気装置７、空気導入配管８、ろ過処理部１０、圧力測定部１１、オゾン水注入処理装置１２、膜間差圧制御器１３、バルブ２２、２３とを備える。なお、ろ過処理部１０はろ過膜９、処理水移送配管２０、ろ過ポンプ１５を備え、圧力測定部１１は差圧計１４を備え、オゾン水注入処理装置１２はオゾン発生器１６、オゾン濃縮器１７、オゾン水生成器１８、オゾン水注入ポンプ１９、オゾン水注入配管２１などを備えている。本膜ろ過装置１はその動作として、被処理水２をろ過膜９によりろ過するろ過モードと、ろ過膜９にろ過モードとは逆方向にオゾン水を通過させてろ過膜９を洗浄するろ過膜洗浄モードを有している。

　ろ過モードにおいて、被処理水２は、被処理水導入配管３を介して、水槽４に導入される。水槽４には活性汚泥５が貯留されており、被処理水２に含まれる有機性汚濁物質を分解除去する。所定の滞留時間を経て浄化された被処理水２は、ろ過ポンプ１５により吸引することにより、ろ過膜９によりろ過され、得られた処理水は処理水移送配管２０を通じて後段へと排出される。このろ過モードの過程において、ろ過膜９の一次側すなわち未透過水側、および二次側すなわち透過水側の圧力差、つまり膜間差圧は圧力測定部１１、すなわち差圧計１４によって測定される。圧力測定部１１は、差圧計１４のように単体で膜間差圧が測定可能な計器のみで構成されても良いし、処理水移送配管２０内の圧力のみを測定する計器と、別途設けられた演算機器との組み合わせによって膜間差圧を算出する構成でも良い。すなわち膜間差圧が測定可能な機器、構成であれば良く、図１に記載の構成に限定されるものではない。

　測定された膜間差圧は膜間差圧制御器１３に伝達される。測定された膜間差圧が、ろ過膜の洗浄が必要と判断される所定の値に到達すると、ろ過モードを停止し、オゾン水注入処理装置１２によりろ過膜９の二次側から一次側に向けてオゾン水注入処理を行うろ過膜洗浄モードに切り替える。なおろ過モードにおいてはバルブ２２は開いており、バルブ２３は閉じているが、ろ過膜洗浄モードにおいては、バルブ２２は閉じており、バルブ２３が開く。オゾン水注入処理装置１２においては、オゾン発生器１６によって発生したオゾンガスがオゾン濃縮器１７によって濃縮され高濃度のオゾンガスとして排出され、オゾン水生成器１８に導入されてオゾン水が生成され、オゾン水注入ポンプ１９により、生成されたオゾン水がろ過膜９に注入処理される。

　ここでオゾン発生器１６はオゾンガスが発生可能なものであればどのようなものであっても良く、たとえばガラス電極を用いた無声放電方式のオゾン発生器が挙げられる。また、オゾン濃縮器１７を導入することでより高濃度のオゾンガスを得ることができる。オゾン濃縮器１７としてはシリカゲルを吸着剤とした濃縮器が例としてあげられるが、オゾンガスを濃縮可能で、濃縮したガスを自在に取り出せる構成であれば如何様なものであっても良い。オゾン濃縮器１７を設けることにより、より高濃度のオゾンガスを用いることが可能となり、オゾン水生成器１８において生成されるオゾン水中のオゾン濃度を高め、より短時間でオゾン水注入処理を完了させることが出来るが、オゾン濃縮器１７は本発明において必ずしも必要ではない。

　オゾン水生成器１８の構成は、たとえば図２あるいは図３に示すものが例として挙げられる。図２においてオゾン水生成器１８はオゾン水槽２４、オゾンガス導入配管２５、オゾンガス散気装置２６、排オゾンガス排出配管２８から構成される。オゾン発生器１６、またはオゾン濃縮器１７より排出されたオゾンガスはオゾンガス導入配管２５、およびオゾンガス散気装置２６を介してオゾン水槽２４に放散される。オゾン水槽２４には溶媒水２７が貯留されており、これがオゾンガスと接触することでオゾン水が生成する。生成したオゾン水はオゾン水配管３３からオゾン水注入ポンプ１９によりオゾン水注入配管２１を通じてろ過膜９に注入される。溶解しきれなかったオゾンガスは排オゾンガス排出配管２８を介して排出される。

　一方、図３においてオゾン水生成器１８はオゾン水槽２４、オゾンガス導入配管２５、排オゾンガス排出配管２８、オゾン水循環配管２９、オゾン水循環ポンプ３０、エジェクタ３１により構成される。オゾン水槽２４に貯留された溶媒水２７は、オゾン水循環ポンプ３０により、オゾン水循環配管２９を介して引き抜かれ循環する。一方で、オゾン水循環配管２９上に設置されたエジェクタ３１にはオゾン発生器１６、またはオゾン濃縮器１７より排出されたオゾンガスがオゾンガス導入配管２５を介して導入される。すなわち溶媒水２７はオゾン水循環配管２９を流れる過程においてエジェクタ３１を介してオゾンガスと接触し、オゾン水となる。生成したオゾン水はオゾン水配管３３からオゾン水注入ポンプ１９によりオゾン水注入配管２１を通じてろ過膜９に注入される。溶解しきれなかったオゾンガスは排オゾンガス排出配管２８を介して排出される。図２および図３はオゾン水生成器１８の一例であり、オゾン水生成器１８はこの限りでなく、オゾン水生成可能な構成であれば良い。またオゾン水生成可能な構成に加え、溶媒水２７のＰＨや水温調整機構を備えた構成とすることでより効率的なオゾン水生成が可能になる。また溶媒水２７はろ過処理部１０より得られた処理水（透過水）を導入して用いても良いし、イオン交換水、純水、超純水などでも良い。

　ところで前述したように、オゾン水などの薬液をろ過膜の二次側から一次側に向けて注入する際に問題となるのは薬液とろ過膜との接触にムラが生じる点である。特に発明者らは、既存のいかなる発明、あるいはこれらの組み合わせをもってしても、薬液注入時の圧力に過不足が生じ、ろ過膜の末端部分、およびその近傍に薬液が行き届かず洗浄や親水化が十分にできないか、あるいはろ過膜が破損してしまうという課題を見出した。この課題解決に鋭意取り組み、結果、発明者らはオゾン水注入処理において、膜の性状を考慮に入れ、適切な圧力で薬液の注入を開始し、かつ所定の注入圧力にまで低下させていくことにより効率よく膜の末端部分およびその近傍まで薬液を浸透させることが可能であることを見出した。

　すなわち膜間差圧制御器１３では式（１）に従ってオゾン水注入処理を行う際のろ過膜に与えるべき膜間差圧が設定され、この設定値をもとにオゾン水注入処理装置１２によりオゾン水注入が行われる。
　　ΔＰ＝ｆ×α×Ｌ　　　（１）
ここで、ΔＰ：オゾン水注入膜間差圧(ｋＰa)、ｆ：係数(ｍ^－１)、α：不透水性ポテンシャル(ｋＰa)、Ｌ：ろ過膜の長さ(ｍ)　である。

　ΔＰはオゾン水注入膜間差圧であり、オゾン水注入処理時にろ過膜に与えるべき膜間差圧を示す。ｆは係数である。αは不透水性ポテンシャルであり、ろ過膜の透水性の程度を示す値である。すなわち、αは、ろ過膜洗浄モードに切替わる前、ろ過モードを終了するときの膜ろ過時の圧力測定部１１が検出した膜間差圧であり、膜ろ過時の最大膜間差圧である。Ｌはろ過膜の長さである。図１に示すろ過膜９は、通常、図４および図５に示すように、支持部９２にろ過膜９がエレメントとして支持されたろ過膜モジュール９０として設置される。上記のろ過膜の長さＬとは、図４および図５に示すように、ろ過膜９のエレメントのうち、ろ過に有効な部分においてオゾン水注入点を起点（Ａ点）として、当該点から直線距離で最も遠い点（Ｂ点）までの長さを示す。図４で示す中空糸膜モジュール、図５で示す平膜モジュールとも、一般に支持部９２の大きさはろ過膜９のエレメントの大きさよりも十分に小さいため、通常は図４および図５に示した通り、各ろ過膜９のエレメントの有効部分のみを考慮してＬを決定すれば良い。

　従来の発明では、ろ過膜の長さを考慮に入れることなく注入圧力を決定していた。発明者らの検討によれば、ろ過膜の長さは注入圧力を決定する上で重要な要素であり、ろ過膜の長さに見合った注入圧力で薬液を注入することで確実にろ過膜全体に薬液を接触させることが可能になる。ろ過膜により発生する圧力損失は、ろ過膜の長さに比例し、また目詰まりなど不透水性ポテンシャルにも比例すると考えられる。よって、式（１）のように、オゾン水の注入時に発生させるべき膜間差圧ΔＰの設定パラメータとして、ろ過膜の長さＬおよび係数ｆを導入し、係数ｆの値として適切な値を設定してオゾン水注入処理時の膜間差圧を決定することにより、効果的なろ過膜の洗浄を行うことができるようになったのである。なお中空糸膜材質、平膜としてはオゾン耐性を有するものが好ましく、フッ素系有機膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられるが、オゾン耐性が得られ、膜ろ過に耐えうる十分な物理的強度が得られるものであればこの限りではない。

　さらに発明者らが鋭意検討を行った結果、上記式（１）で求められるΔＰの値を予め定めた初期差圧（ΔＰ_１）から、オゾン水注入処理を終了するときの終期差圧（ΔＰ_２）（ΔＰ_２＜ΔＰ_１）に徐々に下げながらオゾン水を注入することで効率よく、すなわち少ないオゾン水量で膜の末端部分までまんべんなくオゾン水を接触させることが可能であることを見出した。すなわちΔＰ_１を決定する際の係数ｆ（ｆ_１と称す、ΔＰ_１＝ｆ_１×α×Ｌ）の範囲を０．１５≦ｆ_１≦１．７、好ましくは０．２≦ｆ_１≦１．７とし、ΔＰ_２を決定する際の係数ｆ（ｆ_２と称す、ΔＰ_２＝ｆ_２×α×Ｌ）の範囲を０≦ｆ_２≦０．１５とするのが良いことが判明した。しかし、ΔＰ_２があまり小さいと、注入圧力が不足し注入が不安定になる。またΔＰ_２が大きいとΔＰ_１との差が小さく、本発明の効果は変わらず得られるものの、大きな流量でもって大きな圧力をかけ続けなければならなくなり、不経済である。よって好ましくは０．０１≦ｆ_２≦０．１４、さらに好ましくは０．０５≦ｆ_２≦０．１として、ｆ_１、ｆ_２をそれぞれ設定し、この間で徐々に低下させるのがよい。

　なお、オゾン水注入時間ｔ（分）は、オゾン水中のオゾン濃度にもよるが、１分以上、好ましくは５≦ｔ≦８０である。オゾン水注入時間ｔを長くしすぎることで本発明の効果が損なわれることは無いが、不必要な注入は不経済である。またΔＰ_１からΔＰ_２への低下は注入時間ｔの間で直線的に低下させても良いし、指数関数（ｅ^－ａｔ、ａ＞０）的に低下させても良い。指数関数的に低下させる方法は、最初にろ過膜内を粗く洗浄し、膜間差圧回復率が良かった。さらに膜の洗浄を目的として本発明を実施する場合には、図６の実線に示すように、膜間差圧ΔＰが、初期差圧ΔＰ_１と終期差圧ΔＰ_２との間で、ΔＰ_１を超えない範囲でΔＰの増減を繰り返して、段階的に低下させるように操作することで、ろ過膜表面に高いせん断力を発生させることができ、短時間でΔＰがΔＰ_２まで低下し、より効果的である。

　以上、本実施の形態１による膜ろ過装置の動作のフローチャートを図７に示す。まず、膜ろ過装置はろ過モードで動作する。すなわちろ過処理工程（ステップＳＴ１）を、膜間差圧αが予め決めた、洗浄が必要な値に達するまで（ステップＳＴ２　ＮＯ）実施する。膜間差圧αが洗浄が必要な値に達した（ステップＳＴ２　ＹＥＳ）ら、ろ過膜洗浄モードに切替わり、オゾン水注入処理により、膜間差圧をΔＰ_１に設定してろ過膜洗浄工程を開始する（ステップＳＴ３）。その後、膜間差圧ΔＰをΔＰ_１からΔＰ_２に向けて漸次低下させ（ステップＳＴ４）、ΔＰ_２に達した時点でろ過膜洗浄工程を終了（ステップＳＴ５）し、再び被処理水のろ過処理工程（ステップＳＴ１）を実施、すなわち膜ろ過装置がろ過モードで動作する。なお、例えば膜間差圧を一定の割合で減少させる制御を行うときなどは、ΔＰ_２に達する終了時点を経過時間で判断しても良いのは言うまでもない。

　以上のようにして膜間差圧制御器１３、およびオゾン水注入処理装置１２の連動により所定の膜間差圧に従ってオゾン水の注入を行うことで、少ないオゾン水量でろ過膜にまんべんなくオゾン水を接触させることが可能になり、効率的にろ過膜９の洗浄を完了できる。なお膜間差圧制御器１３は、例えばＰＬＣやＣ言語コントローラなど圧力測定部１１からの信号を受け取り、ΔＰ_１、ΔＰ_２の演算が可能であり、かつ算出結果を踏まえ、オゾン水注入処理装置１２に信号を発信し、前述のロジックのもとオゾン水注入処理を実行させる機能を有するものとすれば自動で運転が可能であるが、必ずしも自動運転を必要としない場合には運転管理者が膜間差圧制御器１３の役割を果たし、手動で前述のロジックのとおりオゾン水注入処理を行っても本発明の効果は得られる。

実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２によるろ過膜の製造方法を実施するための装置図である。すなわち、本実施の形態２は、本発明を疎水性有機高分子膜の親水化を目的としてろ過膜の製造方法に適用する実施の形態である。この場合には、図８に示すように、水槽４に活性汚泥５を貯留する必要はなく、またブロアによる送風も必要ない。水槽４にはただ清水５０を貯留すれば良い。

　本実施の形態２においては、実施の形態１で説明したろ過膜洗浄工程と同様の工程を、ろ過膜の製造方法におけるろ過膜親水化工程として実施する。ろ過膜親水化工程では、清水５０が貯留された水槽４中に、製造するろ過膜９、すなわち親水化対象のろ過膜９をセットし、オゾン水注入処理装置１２により、ろ過膜９の二次側から一次側ににオゾン水を通過させる。図９にろ過膜親水化工程のフローチャートを示す。まずオゾン水注入処理により、膜間差圧をΔＰ_１に設定してろ過膜親水化工程を開始する（ステップＳＴ１１）。その後、膜間差圧ΔＰをΔＰ_１からΔＰ_２に向けて漸次低下させ（ステップＳＴ１２）、ΔＰ_２に達した時点（ステップＳＴ４　ＹＥＳ）でろ過膜親水化工程を終了（ステップＳＴ５）する。

　膜間差圧ΔＰをΔＰ_１からΔＰ_２に向けて漸次低下させるさせ方は、実施の形態１で説明したように、直線的に低下させても、指数関数的に低下させても良い。また、図６に示したように、減少、増加を繰り返し、段階的に低下させても良い。

　このとき、実施の形態１において説明したように、ろ過膜親水化工程開始時の、ろ過膜の不透水性ポテンシャルがα、ろ過膜の長さがＬの場合、係数ｆを導入することにより、膜間差圧ΔＰをα×Ｌ×ｆにより決定すればよい。

　さらに、初期差圧ΔＰ_１を決定するための係数ｆをｆ_１とし、終期差圧を決定するための係数ｆをｆ_２としたとき、ｆ_１を０．１５以上１．７以下とし、ｆ_２を０より大きく０．１５以下とすればよい。

　なお、この場合、必ずしもすべてのろ過膜に対して不透水性ポテンシャルαの測定を行う必要はない。すなわち、製造の段階において品質が安定している場合には各ロットにつき少なくとも１本のろ過膜のモジュールについて不透水性ポテンシャルαを測定すれば十分であり、ロットを構成するその他のろ過膜のモジュールについては同一のαの値を用いてろ過膜親水化工程を行えば良い。

　このように、本実施の形態２では、本発明をろ過膜の製造方法中のろ過膜親水化工程に適用したので、効率よく、すなわち少ないオゾン水量で膜の末端部分までまんべんなくオゾン水を接触させることが可能であり、効率の良いろ過膜の製造方法を提供することができる。

実施例．
　以下、実施の形態１で説明した膜ろ過装置において、被処理水をろ過処理した後、本発明に基づくオゾン水注入処理によりろ過膜の洗浄を行った実施例、および本発明によらないオゾン水注入処理によりろ過膜の洗浄を行った比較例について説明する。
実施例１．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて図１と同様の構成の膜分離活性汚泥法にて膜ろ過処理を実施した。膜間差圧αが３０ｋＰａに到達したところでろ過を停止し、濃度５０ｍｇＯ_３／Ｌのオゾン水を作成し、オゾン水注入処理装置１２により膜モジュールの二次側から一次側に向けてオゾン水を注入した。注入時の膜間差圧は式（１）にて求められるが、このときのｆ_１の値を０．１３～１．８の範囲で変化させ、洗浄効果を比較した。洗浄効果は膜間差圧の回復率で評価し、回復率は以下の式にて算出した。すなわち、ろ過開始直後の膜間差圧（Ｐａ）と、洗浄を終了後のろ過を再開した直後の膜間差圧（Ｐｂ）から、膜間差圧回復率を以下の式（２）にて算出した。
　差圧回復率（％）＝[１－　{(Ｐａ　－Ｐｂ)／３０}　]×１００（２）

　洗浄時間は３０分間、ｆ_２の値は０．１４で固定した。さらにΔＰ_１からΔＰ_２まで膜間差圧制御器にて自動で３０分間をかけて直線的に低下するように洗浄した。αは３０ｋＰａである。得られた結果を図１０に示す。これよりｆ_１が０．１４ではオゾン水の押し込み圧力小さく、膜の末端までオゾン水が行き届かずに洗浄が不十分であった。一方ｆ_１が１．８ではオゾン水の押し込み圧が強かったため、膜が破断した。従って、ｆ_１は０．１５≦ｆ_１≦１．７、好ましくは０．２≦ｆ_１≦１．７が良いと言える。

実施例２．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて図１と同様の構成の膜分離活性汚泥法にて膜ろ過処理を実施した。膜間差圧αが３０ｋＰａに到達したところでろ過を停止し、濃度５０ｍｇＯ_３／Ｌのオゾン水を作成し、オゾン水注入処理装置１２より膜モジュールの二次側から一次側に向けてオゾン水を注入した。注入時の膜間差圧は式（１）にて求められるが、このときのｆ_２の値を０．００５～０．１５の範囲で変化させ、洗浄効果を比較した。ろ過開始直後の膜間差圧（Ｐａ）と、洗浄を終了後のろ過を再開した直後の膜間差圧（Ｐｂ）を、膜間差圧回復率を式（２）にて算出し、洗浄効果を膜間差圧の回復率で評価した。ｆ_１の値は０．１５とした。洗浄時間は３０分である。

　得られた結果を図１１に示す。ｆ_２が０．００５で洗浄が進むにつれ膜間差圧を下げすぎたため、膜間差圧が十分でなくなり、オゾン注入が不安定となり膜間差圧回復率が低下した。一方、ｆ_２が０．１５のとき、すなわちｆ_１と同じ値にしたとき、すなわちΔＰ_１とΔＰ_２を等しく保ち、オゾン水注入中の膜間差圧を一定にしたとき、膜の洗浄効果は高く得られたが、オゾン水注入流量を高くせねば圧力を高く保つことができず、不経済であった。従って、ΔＰ_２はΔＰ_１よりも小さく設定し、ｆ_２は０．０１≦ｆ_２≦０．１５、好ましくは０．０２≦ｆ_２≦０．１が良い。

実施例３．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて図１と同様の構成の膜分離活性汚泥法にて膜ろ過処理を実施した。膜間差圧αが３０ｋＰａに到達したところでろ過を停止し、濃度５０ｍｇＯ_３／Ｌのオゾン水を作成し、オゾン水注入処理装置１２より膜モジュールの二次側から一次側に向けてオゾン水を注入した。ｆ_１の値は０．３、ｆ_２の値は０．０５として、洗浄時間を０．５分から１００分まで変えて膜間差圧回復率を評価した。

　得られた結果を図１２に示す。洗浄時間ｔが０．５分では膜間差圧回復率は７５％と低かった。さらに、洗浄時間ｔは１分以上で高い洗浄効果得られた。一方、洗浄時間ｔが８０分以上では洗浄効果に変化は無く、洗浄時間として１～８０分で十分であることが示された。

実施例４．　
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて図１と同様の構成の膜分離活性汚泥法にて膜ろ過処理を実施した。膜間差圧αが３０ｋＰａに到達したところでろ過を停止し、濃度５０ｍｇＯ_３／Ｌのオゾン水を作成し、オゾン水供給処理部より膜モジュールの二次側から一次側に向けてオゾン水を注入した。ｆ_１の値は０．３、ｆ_２の値は０．０５、洗浄時間３０分として、ΔＰ_１からΔＰ_２へと３０分間をかけて直線的に洗浄時の膜間差圧低下させた。

実施例５．
　実施例４と同条件で、ΔＰ_１からΔＰ_２へと３０分間をかけて指数関数的に洗浄時の膜間差圧を低下させた。

実施例６．
　実施例４と同条件で、ΔＰ_１からΔＰ_２へと、ΔＰ_１を超えない範囲で４分おきに極大と極小を迎えるようΔＰの増減を繰り返して段階的にΔＰを低下させた。

比較例１．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて、膜間差圧αを３０ｋＰａ、洗浄時の上限膜間差圧５ｋＰａ、洗浄時の下限膜間差圧３．６ｋＰａ、洗浄時間３０分、オゾン水濃度５０ｍｇ／Ｌとして、４分おきに洗浄時の上限圧力と下限圧力を交互に取ってオゾン水で洗浄した。

比較例２．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて、膜間差圧αを３０ｋＰａ、オゾン水濃度５０ｍｇ／Ｌとして、差圧９５ｋＰａに維持しながらオゾン水で洗浄した。

比較例３．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて、膜間差圧αを３０ｋＰａ、オゾン水濃度５０ｍｇ／Ｌとして、差圧１９ｋＰａに維持しながらオゾン水で洗浄した。

比較例４．
　モジュール長さＬが１．２ｍの膜を用いて、膜間差圧αを３０ｋＰａ、洗浄時の上限圧力１９ｋＰａ、洗浄時の下限圧力７．２ｋＰａ、洗浄時間３０分、オゾン水濃度５０ｍｇ／Ｌとして、４分おきに洗浄時の上限圧力と下限圧力を交互に取ってオゾン水で洗浄した。

　以上の実施例４～６、および比較例１～４のオゾン水洗浄時の膜間差圧の推移を図１３に示す。

　実施例４～６、および比較例１～４の結果を表１にまとめた。本発明を適用した実施例４～６では、いずれも高い膜間差圧回復率が得られた。特に実施例６の洗浄方法が最も膜間差圧回復率が高くなった。これに対し、比較例１～４では、破断したり、膜間差圧回復率が低かったり、オゾン注入量が多く非効率であったりした。

　膜の長さを考慮に入れ、かつｆ_１、ｆ_２を適切な範囲にたもちながら適切な圧力を加えてオゾン水をろ過膜に二次側から一次側に通水することで効率よく、高い洗浄効果を得ることが可能である。以上より、本発明が従来の発明と比較して優位であることは明確である。

　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１　膜ろ過装置、２　被処理水、９　ろ過膜、１２　オゾン水注入処理装置、１３　膜間差圧制御器、１７　オゾン濃縮器

Claims (12)

1. 　ろ過膜の一次側から二次側へ被処理水を通過させて該被処理水をろ過するろ過モードと、前記ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させて前記ろ過膜を洗浄するろ過膜洗浄モードとを備えた膜ろ過装置であって、
   前記ろ過膜の一次側の液体圧力と二次側の液体圧力の差である膜間差圧ΔＰを制御する膜間差圧制御器を備え、前記膜間差圧制御器は、前記ろ過膜洗浄モードにおいて、前記膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させるように制御することを特徴とする膜ろ過装置。
2. 　前記膜間差圧制御器は、前記初期差圧ΔＰ_１から前記終期差圧ΔＰ_２に向けて、膜間差圧減少、膜間差圧増加を繰り返し、段階的に膜間差圧を低下させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
3. 　前記ろ過膜洗浄モード開始時の前記ろ過膜の不透水性ポテンシャルがα、前記ろ過膜の長さがＬであり、係数ｆを導入することにより、前記膜間差圧制御器が、前記膜間差圧ΔＰをｆ×α×Ｌにより決定することを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
4. 　前記初期差圧ΔＰ_１を決定するための前記係数ｆをｆ_１とし、前記終期差圧を決定するための前記係数ｆをｆ_２としたとき、ｆ_１を０．１５以上１．７以下の値とし、ｆ_２を０より大きく０．１５以下の値とすることを特徴とする請求項３に記載の膜ろ過装置。
5. 　ろ過膜の一次側から二次側へ被処理水を通過させて該被処理水をろ過するろ過処理工程の後、前記ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させて前記ろ過膜を洗浄するろ過膜洗浄工程を有するろ過膜洗浄方法であって、
   前記ろ過膜洗浄工程において、前記ろ過膜の一次側の液体圧力と二次側の液体圧力の差である膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させることを特徴とするろ過膜洗浄方法。
6. 　前記初期差圧ΔＰ_１から前記終期差圧ΔＰ_２に向けて、膜間差圧減少、膜間差圧増加を繰り返し、段階的に膜間差圧を低下させることを特徴とする請求項５に記載のろ過膜洗浄方法。
7. 　前記ろ過膜洗浄工程開始時の、前記ろ過膜の不透水性ポテンシャルがα、前記ろ過膜の長さがＬであり、係数ｆを導入することにより、前記膜間差圧ΔＰをｆ×α×Ｌにより決定することを特徴とする請求項５または６に記載のろ過膜洗浄方法。
8. 　前記初期差圧ΔＰ_１を決定するための前記係数ｆをｆ_１とし、前記終期差圧を決定するための前記係数ｆをｆ_２としたとき、ｆ_１を０．１５以上１．７以下の値とし、ｆ_２を０より大きく０．１５以下の値とすることを特徴とする請求項７に記載のろ過膜洗浄方法。
9. 　一次側から二次側に液体を通過させて該液体をろ過するためのろ過膜の製造方法であって、
   前記ろ過膜の二次側から一次側にオゾン水を通過させて前記ろ過膜を親水化するろ過膜親水化工程を有し、
   このろ過膜親水化工程において、前記ろ過膜の一次側の圧力と二次側の圧力の差である膜間差圧ΔＰを予め設定した初期差圧ΔＰ_１から、このΔＰ_１よりも小さい値である終期差圧ΔＰ_２に向けて漸次低下させてオゾン水を通過させることを特徴とするろ過膜の製造方法。
10. 　前記初期差圧ΔＰ_１から前記終期差圧ΔＰ_２に向けて、膜間差圧減少、膜間差圧増加を繰り返し、段階的に膜間差圧を低下させることを特徴とする請求項９に記載のろ過膜製造方法。
11. 　前記ろ過膜親水化工程開始時の、前記ろ過膜の不透水性ポテンシャルがα、前記ろ過膜の長さがＬであり、係数ｆを導入することにより、前記膜間差圧ΔＰをｆ×α×Ｌにより決定することを特徴とする請求項９または１０に記載のろ過膜の製造方法。
12. 　前記初期差圧ΔＰ_１を決定するための前記係数ｆをｆ_１とし、前記終期差圧を決定するための前記係数ｆをｆ_２としたとき、ｆ_１を０．１５以上１．７以下の値とし、ｆ_２を０より大きく０．１５以下の値とすることを特徴とする請求項１１に記載のろ過膜の製造方法。

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