JP2001327967A - 膜濾過プラントの運転方法および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】膜のファウリングメカニズムに基づいて分離膜
の濾過流束、物理洗浄間隔、薬液洗浄時期、前処理等の
最適化を行うことができる膜濾過プラントの運転方法お
よび製造方法を提供する。 【解決手段】被処理水の濁質量および溶解性有機炭素量
から、濾過差圧の推移を予測し、その予測した濾過差圧
の推移に基づいて分離膜の前処理および運転条件を定め
る膜濾過プラントの製造方法および運転方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水処理用途、工
業用水製造用途などで好適に用いられる膜濾過プラント
およびその製造、運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密濾過膜や限外濾過膜などの分離膜
は、食品工業や医療分野、用水製造、排水処理分野等を
はじめとして様々な方面で利用されている。特に近年で
は、飲料水製造分野すなわち浄水処理過程においても分
離膜が使われるようになってきている。

【０００３】膜濾過法は、原水水質の変動によらず良好
水質を比較的安定して確保できること、自動運転が可能
で、プラントの維持管理が比較的容易であること、装置
がコンパクトであり、また浸漬膜の場合は既存の沈殿池
などを利用できることから従来法に比べ省スペースであ
ること、装置のユニット化が可能で工期が短くなること
など、様々な特長を有している。

【０００４】しかしながら、その一方で、総濾過水量の
増加に伴う分離膜における汚れの蓄積、すなわち膜ファ
ウリングによる性能低下が起こるため、膜性能を十分発
揮させるための適切な前処理の選択や、物理洗浄、薬液
洗浄による膜性能の回復方法の確立など、特に大・中規
模の膜濾過プラントを普及していくためには今後解決し
なければならない技術的課題も少なくない。

【０００５】河川水や湖沼水など自然水の水源水質は様
々であり、種々の不純物を含有する。そのため、膜ファ
ウリングの進行、すなわち膜の性能推移もこの水源水質
により変わってくる。したがって、膜濾過プロセスの設
計では膜供給水質とコストに応じた膜濾過流束や洗浄条
件の設定、前処理の選択が重要であるが、被処理水中に
含有している成分が様々でため膜のファウリング成分が
特定できないので、その設定、選択は難しく、従来は経
験的に膜濾過流束や洗浄条件の設定や前処理の選択を行
っている。そのため、安全率を過大に見込んで膜濾過流
束を設定したり、過剰な前処理プロセスを付与している
ためコスト的に不利であったり、前処理プロセスの維持
管理が煩雑であったり、また、物理洗浄頻度や薬液洗浄
時期が不適切なため安定運転が出来なかったりしてお
り、膜濾過システムとして必ずしも最適なプラントが設
計・製作され、運転されているとはいえない。すなわ
ち、膜濾過流束や洗浄条件の合理的設定は、単なる実験
や実績の蓄積だけでは解決できない課題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、膜のファウ
リングメカニズムに基づいて、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行うことができ
る膜濾過プラントの運転方法および製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、分離膜を用い
て被処理水を処理する膜濾過プラントの運転方法であっ
て、下記＜１＞〜＜３＞に基づいて濾過差圧の推移を予
測し、予測値に基づいて運転条件を決定する膜濾過プラ
ントの運転方法を特徴とするものである。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
（４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
求める。

【０００８】

【数７】

【０００９】

【数８】

【００１０】＜３＞濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水
の粘度μを（４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。

【００１１】このとき、推移の予測値に基づいて、砂濾
過、凝集および凝集沈殿から選ばれる少なくとも１つの
前処理の要否を決定すること、推移の予測値に基づい
て、分離膜の濾過流束、物理洗浄間隔および薬液洗浄時
期の少なくとも一つを決定することが好ましい。さら
に、濁質量ｘの指標としてＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定
される濁度を、溶解性有機炭素量ｙの指標としてＪＩＳ
Ｋ ０１１５に規定される波長２６０ｎｍの紫外部吸
光度を用いること、細孔径が１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内
にある分離膜を使用すること、推移の予測値に基づいて
最大許容濾過差圧に至るまでの運転時間を算出し、算出
結果に基づいて分離膜を薬液洗浄することが好ましい。

【００１２】また、本発明は、分離膜を用いて被処理水
を処理するための膜濾過プラントの製造方法であって、
下記＜１＞〜＜３＞に基づいて濾過差圧の推移を予測
し、予測値に基づいた運転条件の膜濾過プラントを構成
する膜濾過プラントの製造方法を特徴とするものであ
る。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞）定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
（４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
求める。

【００１３】

【数９】

【００１４】

【数１０】

【００１５】＜３＞濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水
の粘度μを（４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。

【００１６】さらに、本発明は、分離膜を用いて被処理
水を処理するための膜濾過プラントの製造方法であっ
て、下記＜１＞〜＜３＞に基づいて濾過差圧の推移を予
測し、予測値に基づいて、砂濾過、凝集および凝集沈殿
から選ばれる少なくとも１つの前処理の要否を決定して
膜濾過プラントを構成する膜濾過プラントの製造方法を
特徴とするものである。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
（４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
求める。

【００１７】

【数１１】

【００１８】

【数１２】

【００１９】＜３＞濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水
の粘度μを（４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。

【００２０】上記いずれかの製造方法においては、推移
の予測値に基づいて、分離膜の濾過流束、物理洗浄間隔
および薬液洗浄時期の少なくとも一つを決定し、膜濾過
プラントを構成することや、濁質量ｘの指標としてＪＩ
Ｓ Ｋ ０１０１に規定される濁度を、溶解性有機炭素
量ｙの指標としてＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定される波
長２６０ｎｍの紫外部吸光度を用いることが好ましい。
また、細孔径が１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内にある分離膜
を使用して膜濾過プラントを構成すること、推移の予測
値に基づいて最大許容濾過差圧に至るまでの運転時間を
算出し、算出結果に基づいて分離膜を薬液洗浄する薬液
洗浄手段を設けることが好ましい。

【００２１】また、上記いずれかの運転方法における膜
濾過プラントとしては、ＪＩＳ Ｋ０１０１に規定され
る濁度が１０度以下で、かつ、ＪＩＳ Ｋ ０１１５に
規定される波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ
^-1以下の被処理水を処理する分離膜を設けたことを特徴
とするものや、上記いずれかの運転方法における膜濾過
プラントや、ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度が
１０度を超え、かつ、ＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定され
る波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1を超え
る被処理水を前処理する、凝集沈殿手段を含む前処理手
段と、その前処理手段から得られた被処理水を処理する
分離膜とを設けたことを特徴とするもの、ＪＩＳ Ｋ
０１０１に規定される濁度が１０度を超え、かつ、ＪＩ
Ｓ Ｋ０１１５に規定される波長２６０ｎｍの紫外部吸
光度が０．１ｃｍ^-1以下の被処理水を前処理する、砂濾
過手段を含む前処理手段と、その前処理手段から得られ
た被処理水を処理する分離膜とを設けたことを特徴とす
るもの、ＪＩＳ Ｋ０１０１に規定される濁度が１０度
以下で、かつ、ＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定される波長
２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1を超える被処
理水を前処理する、凝集手段を含む前処理手段と、その
前処理手段から得られた被処理水を処理する分離膜とを
設けたことを特徴とするものが好ましい。

【００２２】そして、上記いずれかの運転方法、また
は、上記いずれかの製造方法で得られた膜濾過プラント
を用いる造水方法も好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の膜濾過プラントの運転方
法は、分離膜を用いて被処理水を処理する際に、濾過差
圧の推移を予測し、予測値に基づいて運転条件を決定
し、かつ、濾過差圧の推移を次の＜１＞〜＜３＞に基づ
いて予測するものである。また、本発明の膜濾過プラン
トの製造方法は、分離膜を用いて被処理水を処理するた
めの膜濾過プラントを製造するにあたり、濾過差圧の推
移を予測し、予測値に基づいた運転条件の膜濾過プラン
トを構成し、かつ、濾過差圧の推移を次の＜１＞〜＜３
＞に基づいて予測するものである。

【００２４】すなわち、＜１＞（１）式における定数ａ
₁を被処理水中の溶解性有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ
（ｙ）から求め、定数ａ₂を被処理水中の濁質量ｘ、溶
解性有機炭素量ｙおよび膜濾過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ
（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
（４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
求める。

【００２５】

【数１３】

【００２６】

【数１４】

【００２７】＜３＞濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水
の粘度μを（４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。

【００２８】発明者らは、多くの膜濾過運転データを詳
細に解析、検討した結果、膜のファウリングメカニズム
が次のように考えられることを見出した。すなわち、水
中不純物の大きさと分離膜細孔径の関係から膜に蓄積す
る汚れは、主に細孔径よりもかなり大きい、いわゆる濁
質と、細孔径の１０倍程度の高分子量フミン質と、細孔
より小さい低分子量フミン質の３つで、このうち濁質は
数時間毎に実施する物理洗浄で除去できるため、物理洗
浄が適切に行われ膜表面の濁質が除去されるとした場
合、長期的には高分子量フミン質および低分子量フミン
質の一部が膜に蓄積することを見出した。そして高分子
量フミン質による完全閉塞的な複数の細孔の閉塞と低分
子量フミン質による標準閉塞的な汚れの蓄積が同時に起
こるようなファウリング進行のメカニズムが考えられ
た。ここで、完全閉塞とは、化学工学の清澄濾過理論に
おいて、毛細管で仮定した細孔が、粒子で完全に閉塞
し、細孔の数が減るような濾過機構であり、標準閉塞と
は、細孔内に吸着した汚れが、細孔の内径を小さくし
て、抵抗を増加させる濾過機構である。

【００２９】この完全閉塞的な複数の細孔の閉塞と標準
閉塞的な汚れの蓄積が同時に起こるファウリングメカニ
ズムを、以下のように２つの定数ａ₁、ａ₂を導入し、式
で表現した。なお、定数ａ₁は細孔内部への汚れの蓄積
のし易さ、すなわち細孔径の減少のし易さの程度を表す
定数で、この値が大きいと細孔径が減少し易く、小さい
と細孔径が減少しにくいことを意味する。また定数ａ₂
は膜表面における細孔の閉塞し易さ、すなわち細孔数の
減り易さを表し、この値が大きいほど細孔数が減り易
く、小さいほど細孔数が減りにくいことを意味する。

【００３０】まず、分離膜の細孔径分布を、平均細孔径
ｄ_a、標準偏差σの正規分布関数Ｎ（ｄ）で近似すると
ともに、細孔径d、細孔数Ｎ（ｄ）が総濾過水量Ｖに比
例して減少すると仮定し、（１）式を得た。また、
（２）式に示されるPoiseuille式を基礎式に、毛細管で
仮定した細孔毎の透過流束の和から膜濾過流束Ｆを
（３）式のように求め、濾過差圧ΔｐとＦから濾過抵抗
Ｒを（４）式のように求めた。

【００３１】

【数１５】

【００３２】

【数１６】

【００３３】

【数１７】

【００３４】

【数１８】

【００３５】なお、ｕ（ｄ）は直径ｄ、長さＬの毛細管
内の平均流速、μは水の粘度で温度ｔの関数として
（５）式から求められる（日本化学会編、化学便覧基礎
編II改訂４版、II-37、丸善(1993)）。

【００３６】

【数１９】

【００３７】 なお、Ａ＝ ０．１２５７１８７×１０^-1 Ｂ＝−０．５８０６４３６×１０^-2 Ｃ＝ ０．１１３０９１１×１０^-1 Ｄ＝−０．５７２３９５２×１０^-5。

【００３８】そして、実験結果から求めた総濾過水量Ｖ
と濾過抵抗Ｒの関係と上記（１）式、（４）式を連立し
て得られるモデル式との差の２乗和が最小になるように
定数ａ₁、ａ₂を決定し、この定数ａ₁、ａ₂と被処理水の
水質、運転条件との関係を鋭意検討した結果、定数ａ₁
は被処理水の溶解性有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ
（ｙ）、定数ａ₂は被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機
炭素量ｙおよび膜濾過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｗ，ｙ，
Ｆ）であることを見出した。

【００３９】したがって、本発明においては、濾過差圧
推移の予測を、被処理水の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量
ｙおよび膜濾過流束Ｆから関数ａ₁＝ｆ（ｙ）および関
数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）を用いて定数ａ₁、ａ₂を求
め、（１）式に定数ａ₁、ａ₂を代入するとともに（４）
式と連立し、総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒとの関係式を算
出する。そして、濾過差圧Δｐを、濾過抵抗Ｒと（４）
式から求め、濾過差圧Δｐの推移を予測する。なお、濾
過差圧Δｐの経時的変化をみる場合には、運転経過時間
Ｔを総濾過水量Ｖを濾過流量で割って求めるか（定流量
濾過の場合）、積分により求める（定圧濾過の場合）。
そして、被処理水の濁質量ｘと溶解性有機炭素量ｙは、
被処理水の平均的な値が好ましく、数回以上の水質測定
値の平均値等を採用するのが好ましい。

【００４０】このように本発明によれば、濾過差圧のΔ
ｐの推移、すなわち、分離膜の汚れ方の変化を、被処理
水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾過流束
Ｆの関数から予測し、膜のファウリングメカニズムに基
づいた分離膜の濾過流束、物理洗浄間隔、薬液洗浄時期
等の運転条件や前処理手段の最適化を行うことができ
る。

【００４１】本発明において、被処理水中の濁質量ｘと
しては、濁度、比濁度、微粒子数等で表すことができる
が、ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度を用いるこ
とが好ましい。この指標は、カオリン１ｍｇ／ｌの溶液
の濁りを１度と定義するもので、測定原理の違いから透
過光濁度、散乱光濁度、積分光濁度があるが、測定方法
は適宜選択すればよい。

【００４２】被処理水中の溶解性有機炭素量ｙとして
は、溶解性有機炭素の主成分がフミン質であることか
ら、ＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定されるＪＩＳ Ｋ ０
１１５の紫外線吸光度Ｅ２６０や、ＤＯＣ（Ｄｉｓｏｌ
ｖｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｂｏｎ）で表すことがで
きる。ＤＯＣとは、０．４５μｍのフィルターを透過し
た水のＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｂｏ
ｎ、ＪＩＳ Ｋ ０１０１）である。

【００４３】そして、濁質量ｘを濁度、溶解性有機炭素
量ｙを紫外線吸光度で表す場合、関数ａ₁＝ｆ（ｙ）、
関数ａ₂＝ｇ（ｘ，ｙ，Ｆ）としては、たとえば（６）
式、（７）式のようになる。

【００４４】

【数２０】

【００４５】

【数２１】

【００４６】ここで、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎは分
離膜固有の定数であり、実験結果からのカーブフィッテ
ィングにより決められるが、例えばｈは１０^-13以上１
０^-9以下、ｉは２以上５以下、ｊは２以上５以下、ｋは
１０^-6以上１０^-2以下、ｌは０．１以上１．０以下、ｍ
は０．４以上１．０以下、ｎは０．４以上１．０以下程
度である。またＴ_Mは、物理洗浄直前までに濾過した濁
質量のことで（８）式により求められる。

【００４７】

【数２２】

【００４８】ここで、Ｓは膜面積、ｔ_f は物理洗浄から
物理洗浄までの濾過時間、すなわち物理洗浄間隔、Ｔ_b
は被処理水濁度、Ｖ_Mはモジュール体積である。物理洗
浄とは、膜透過水による逆流洗浄やエアースクラビング
洗浄など物理的な作用による洗浄であり、膜への汚れの
蓄積を低減する目的で、通常数時間毎に実施する洗浄で
ある。

【００４９】この場合、定数ａ₁は、溶解性有機炭素量
ＤＯＣおよびＤＯＣ／Ｅ２６０と正の相関があり、細孔
の内部に入るフミン質の量、すなわちＤＯＣが大きいほ
ど、定数ａ₁が大きくなる。また、ＤＯＣ／Ｅ２６０が
大きいとフミン質の分子量が小さいことを表すが、分子
量が小さいフミン質の方が吸着による細孔径の減少が起
こり易い。

【００５０】そして、定数ａ₂は、被処理水のＥ２６
０、膜濾過流束Ｆ、物理洗浄直前までに濾過した濁質量
Ｔ_Mと正の相関がある。Ｅ２６０はフミン質が多く、そ
の分子量が大きいほど大きくなるが、Ｅ２６０が大きい
ほど膜表面に高分子量のフミン質が蓄積し、細孔を閉塞
し易いことが考えられ、さらに膜濾過流束Ｆが高いほ
ど、また物理洗浄直前までに濾過した濁質量が多いほど
濾過差圧が高くなるので、Ｆおよび物理洗浄直前までに
濾過した濁質量Ｔ_Mが大きいほど、膜表面に堆積したフ
ミン質が膜に押しつけられ物理洗浄で除去されにくい状
態になり定数ａ₂が大きくなる。

【００５１】また、本発明においては、予測した濾過差
圧の推移に基づいて、分離膜の濾過流束、物理洗浄間
隔、薬液洗浄時期等運転条件を決定する。たとえば、分
離膜は、通常ある濾過差圧になった時点（最大許容濾過
差圧）、たとえば４０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下のあ
る値、好ましくは６０ｋｐａ以上１００ｋＰａ以下のあ
る値で薬液洗浄を実施するが、薬液洗浄を行なう時点の
運転開始時からの経過時間は、分離膜の材質、細孔径な
どによりそれぞれの場合で異なる。この運転開始時から
の時間が長い方が薬液洗浄頻度が減り好ましいが、おお
よそ１ヶ月以上３年以下、好ましくは３ヶ月以上２年以
下、さらに好ましくは６ヶ月以上１年以下程度である。
そこで、予測した濾過差圧推移に基づいて最大許容濾過
差圧に至るまでの運転時間を算出すし、その算出結果に
基づいて薬液洗浄を行うようにすることが好ましい。差
出結果に基づいて薬液洗浄を行うとは、算出された運転
時間が経過した時点に加えて、算出結果の前後１ヶ月以
内、好ましくは、算出結果の前後２週間以内の範囲内で
あればよい。

【００５２】また、予め設定した薬液洗浄を実施する濾
過差圧に達すまでの運転経過時間を、ランニングコスト
に影響する薬液洗浄頻度とイニシャルコストに影響する
膜面積がコスト的に有利になるように上述の濾過差圧推
移予測手法から求め、膜濾過流束を決定することが好ま
しい。そして、膜濾過プラントの運転開始後のデータを
用いて、予測した濾過差圧推移を修正しつつ、薬液洗浄
時期が予め設定した時期になるように膜濾過流束を変化
させることも好ましい。

【００５３】なお、洗浄のための薬液としては、特に限
定されるものではなく、分離膜の材質と汚れの種類によ
って決めればよい。たとえば、鉄やマンガンのような無
機物の場合は、塩酸やクエン酸や蓚酸等の酸を、蛋白質
や微生物、菌等の有機物の場合は、水酸化ナトリウムや
次亜塩素酸ナトリウム等のアルカリを用いるのが一般的
である。

【００５４】そして、本発明においては、被処理水中の
濁質量や溶解性有機炭素量が多く、膜濾過流束を低く設
定しても、薬液洗浄頻度を十分に低減できない場合に
は、前処理を適宜付与する。前処理については、前処理
の要否を決定するとともに、前処理をする場合には、砂
濾過、凝集、凝集沈殿、凝集および砂濾過、凝集沈殿お
よび砂濾過のいずれかを、予測した推移に基づいて選択
的することが好ましい。

【００５５】薬液洗浄頻度と膜面積の条件を共にコスト
的に有利にするためには、被処理水中の濁度が１０度以
下かつ波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1以
下の場合には前処理を行わず、被処理水中の濁度が１０
度より大きくかつ波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．
１ｃｍ^-1より大きい場合には、前処理として凝集沈殿プ
ロセスを設けた膜濾過プラントとすることが好ましい。
また、被処理水中の濁度が１０度より大きくかつ波長２
６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1より小さい場合
は、前処理として砂濾過プロセスを設け、被処理水中の
濁度が１０度以下かつ波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が
０．１ｃｍ^-1より大きい場合には、前処理として凝集プ
ロセスを設けた膜濾過プラントとすることが好ましい。

【００５６】本発明に用いられる分離膜としては、特に
限定されるものではないが、飲料水製造分野すなわち浄
水処理過程、用水製造や排水処理などの水処理用途に
は、細孔径が１ｎｍ以上１０μｍ以下のいわゆる精密濾
過膜または限外濾過膜に分類される分離膜であることが
好ましい。また、本発明において見出した膜のファウリ
ングメカニズムにおいて、水中不純物の大きさと分離膜
細孔径の関係が重要な要因となってくることからも、細
孔を毛細管と仮定して（１）式、（４）式から濾過差圧
を予測するのに好適な細孔径１ｎｍ以上１０μｍ以下の
分離膜が好ましい。なお、分離膜の細孔径ｄは、分離膜
の透水性Ｌ_pと純水の膜透過速度Ｊ_vから、（９）式、
（１０）式の関係を使って計算して求める。

【００５７】

【数２３】

【００５８】

【数２４】

【００５９】ここで、Ｈは膜含水率、Ｌ_eは膜厚、μは
水の粘度である。

【００６０】また、分離膜の形状には、中空糸膜、管状
膜、平膜などがあり、いずれの形状のものでも本発明に
用いることができるが、一般的な飲料水製造分野すなわ
ち浄水処理過程、用水製造や排水処理などの水処理用途
には、装置単位体積あたりの有効膜面積を大きくできる
中空糸膜を、被処理水中の濁度が極めて高く、濁質が堆
積し易く運転が困難な場合などは平膜を、平膜を形成し
難い無機膜等は管状膜を、それぞれ用いるのが好まし
い。ここで、中空糸膜とは外径２ｍｍ未満の円管状の分
離膜、管状膜とは外径２ｍｍ以上の円管状の分離膜であ
る。

【００６１】さらに、分離膜の素材としては、本発明の
主旨から言って特に限定されず、ポリアクリロニトリ
ル、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、酢酸セル
ロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、セラミック等
の無機素材等を挙げることができるが、細孔径が比較的
小さく目詰まりが起こりやすい限外濾過膜は、親水性の
素材であるポリアクリロニトリル、酢酸セルロースが汚
れにくく、洗浄回復性も良いため好ましい。また、細孔
径が比較的大きい精密濾過膜を採用する場合は、ポリス
ルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、セラミック等の無機素材等の素材が膜強度
の観点から好ましい。

【００６２】また、本発明においては、膜分離プラント
の運転は、定流量濾過、定圧濾過、いずれの方式でも構
わないが、定流量濾過運転が一定の処理量を得ることが
でき一般的で好ましい。

【００６３】さらに、被処理水の分離膜への供給の仕方
で、被処理水の全量を濾過する全量濾過運転と分離膜モ
ジュールに供給した被処理水の一部を被処理水に返送す
るクロスフロー濾過運転がある。これについても、本発
明の主旨からはいずれの濾過運転方式でも構わないが、
全量濾過運転の方が操作が単純で運転し易く、低動力で
運転できるので、エネルギーコストの低減につながり有
利である。

【００６４】以上、本発明によれば、分離膜の汚れ方の
変化を膜透過係数の逆数である濾過抵抗Ｒの変化で表わ
すことができる。したがって、膜濾過プラント製造時も
しくは運転条件設定時に、被処理水の濁質量および溶解
性有機炭素量から分離膜の汚れ方すなわち濾過抵抗Rの
推移を予測でき、技術的根拠に基づいて最適な膜濾過プ
ラントを設計したり、最適な条件での運転が可能であ
る。その結果、分離膜の寿命が長くなり、処理コストの
面からも有利な膜濾過プラントとすることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の被処理水を分離膜で処理する膜
濾過プラントの運転方法および製造方法によれば、濾過
差圧のΔｐの推移、すなわち、分離膜の汚れ方の変化
を、被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび
膜濾過流束Ｆの関数から予測するので、膜のファウリン
グメカニズムに基づいた膜濾過流束、物理洗浄間隔、薬
液洗浄時期等の運転条件や前処理手段の最適化を行うこ
とができる。したがって、膜濾過プラント製造時点もし
くは運転開始前の条件設定時点において、被処理水の濁
質量および溶解性有機炭素量から分離膜の汚れ方すなわ
ち濾過抵抗Ｒの推移に見合ったプラント設計や運転条件
設定が可能になり、分離膜の長寿命化、設備コスト、ラ
ンニングコスト等も抑えることができる。

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Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分離膜を用いて被処理水を処理する膜濾過
   プラントの運転方法であって、下記＜１＞〜＜３＞に基
   づいて濾過差圧の推移を予測し、予測値に基づいて運転
   条件を決定することを特徴とする膜濾過プラントの運転
   方法。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
   有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
   被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
   過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
   （４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
   求める。 【数１】 【数２】 ＜３＞濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水の粘度μを
   （４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。
2. 【請求項２】推移の予測値に基づいて、砂濾過、凝集お
   よび凝集沈殿から選ばれる少なくとも１つの前処理の要
   否を決定する、請求項１に記載の膜濾過プラントの運転
   方法。
3. 【請求項３】推移の予測値に基づいて、分離膜の濾過流
   束、物理洗浄間隔および薬液洗浄時期の少なくとも一つ
   を決定する、請求項１または２に記載の膜濾過プラント
   の運転方法。
4. 【請求項４】濁質量ｘの指標としてＪＩＳ Ｋ ０１０
   １に規定される濁度を、溶解性有機炭素量ｙの指標とし
   てＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定される波長２６０ｎｍの
   紫外部吸光度を用いる、請求項１〜３のいずれかに記載
   の膜濾過プラントの運転方法。
5. 【請求項５】細孔径が１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内にある
   分離膜を使用する、請求項１〜４のいずれかに記載の膜
   濾過プラントの運転方法。
6. 【請求項６】推移の予測値に基づいて最大許容濾過差圧
   に至るまでの運転時間を算出し、算出結果に基づいて分
   離膜を薬液洗浄する、請求項１〜５のいずれかに記載の
   膜濾過プラントの運転方法。
7. 【請求項７】分離膜を用いて被処理水を処理するための
   膜濾過プラントの製造方法であって、下記＜１＞〜＜３
   ＞に基づいて濾過差圧の推移を予測し、予測値に基づい
   た運転条件の膜濾過プラントを構成することを特徴とす
   る膜濾過プラントの製造方法。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
   有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
   被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
   過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
   （４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
   求める。 【数３】 【数４】 （３）濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水の粘度μを
   （４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。
8. 【請求項８】分離膜を用いて被処理水を処理するための
   膜濾過プラントの製造方法であって、下記＜１＞〜＜３
   ＞に基づいて濾過差圧の推移を予測し、予測値に基づい
   て、砂濾過、凝集および凝集沈殿から選ばれる少なくと
   も１つの前処理の要否を決定して膜濾過プラントを構成
   することを特徴とする膜濾過プラントの製造方法。 ＜１＞（１）式における定数ａ₁を被処理水中の溶解性
   有機炭素量ｙの関数ａ₁＝ｆ（ｙ）から求め、定数ａ₂を
   被処理水中の濁質量ｘ、溶解性有機炭素量ｙおよび膜濾
   過流束Ｆの関数ａ₂＝ｇ（ｘ、ｙ、Ｆ）から求める。 ＜２＞定数ａ₁、ａ₂を（１）式に代入し、（１）式、
   （４）式を連立して総濾過水量Ｖと濾過抵抗Ｒの関係を
   求める。 【数５】 【数６】 （３）濾過抵抗Ｒ、膜濾過流束Ｆおよび水の粘度μを
   （４）式に代入して濾過差圧Δｐを求める。
9. 【請求項９】推移の予測値に基づいて、分離膜の濾過流
   束、物理洗浄間隔および薬液洗浄時期の少なくとも一つ
   を決定し、膜濾過プラントを構成する、請求項７または
   ８に記載の膜濾過プラントの製造方法。
10. 【請求項１０】濁質量ｘの指標としてＪＩＳ Ｋ ０１
    ０１に規定される濁度を、溶解性有機炭素量ｙの指標と
    してＪＩＳ Ｋ ０１１５に規定される波長２６０ｎｍ
    の紫外部吸光度を用いる、請求項７〜９のいずれかに記
    載の膜濾過プラントの製造方法。
11. 【請求項１１】細孔径が１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内にあ
    る分離膜を使用して膜濾過プラントを構成する、請求項
    ７〜１０のいずれかに記載の膜濾過プラントの製造方
    法。
12. 【請求項１２】推移の予測値に基づいて最大許容濾過差
    圧に至るまでの運転時間を算出し、算出結果に基づいて
    分離膜を薬液洗浄する薬液洗浄手段を設ける、請求項７
    〜１１のいずれかに記載の膜濾過プラントの製造方法。
13. 【請求項１３】ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度
    が１０度以下で、かつ、ＪＩＳ Ｋ０１１５に規定され
    る波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1以下の
    被処理水を処理する分離膜を設けたことを特徴とする、
    請求項１〜６のいずれかの方法における膜濾過プラン
    ト。
14. 【請求項１４】ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度
    が１０度を超え、かつ、ＪＩＳ Ｋ０１１５に規定され
    る波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1を超え
    る被処理水を前処理する、凝集沈殿手段を含む前処理手
    段と、その前処理手段から得られた被処理水を処理する
    分離膜とを設けたことを特徴とする、請求項１〜６のい
    ずれかの方法における膜濾過プラント。
15. 【請求項１５】ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度
    が１０度を超え、かつ、ＪＩＳ Ｋ０１１５に規定され
    る波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1以下の
    被処理水を前処理する、砂濾過手段を含む前処理手段
    と、その前処理手段から得られた被処理水を処理する分
    離膜とを設けたことを特徴とする、請求項１〜６のいず
    れかの方法における膜濾過プラント。
16. 【請求項１６】ＪＩＳ Ｋ ０１０１に規定される濁度
    が１０度以下で、かつ、ＪＩＳ Ｋ０１１５に規定され
    る波長２６０ｎｍの紫外部吸光度が０．１ｃｍ^-1を超え
    る被処理水を前処理する、凝集手段を含む前処理手段
    と、その前処理手段から得られた被処理水を処理する分
    離膜とを設けたことを特徴とする、請求項１〜６のいず
    れかの方法における膜濾過プラント。
17. 【請求項１７】請求項１〜６のいずれかに記載の運転方
    法、または、請求項７〜１２のいずれかに記載の製造方
    法で得られた膜濾過プラントを用いることを特徴とする
    造水方法。