JP2003135936A

JP2003135936A - 水処理方法および水処理装置

Info

Publication number: JP2003135936A
Application number: JP2002228673A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Kitade; 有北出; Takayuki Nakanishi; 貴之中西; Masahiro Kihara; 正浩木原
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2003-05-13

Abstract

(57)【要約】【課題】膜ろ過において透過水側が汚染物質によって目
詰まりすることのない水処理方法および水処理装置を提
供する。【解決手段】原水をろ過膜モジュールに供給して膜ろ過
する水処理方法において、逆洗配管途中にフィルターを
設置し、逆洗水を該フィルターでろ過した後、ろ過膜モ
ジュールに供給することを特徴とする水処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は浄水プロセス用ろ過
膜モジュールを用いた水処理方法および水処理装置に関
するものである。さらに詳しくは、工業用水や水道水の
浄水処理や、海水淡水化逆浸透膜の前処理に使用するろ
過膜モジュールを用いた水処理方法および水処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】膜分離法は、省エネルギー、省スペー
ス、省力化および製品の品質向上等の特徴を有するた
め、適用分野を拡大しながら普及している技術である。
膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過、ガス分
離、血液浄化、およびパーベーパレーション等の方法が
ある。また、分離膜の形態には、中空糸膜、平膜、およ
び管状膜等があり、上記の各分離対象物の性質や特徴に
応じて使い分けられている。

【０００３】従来、精密ろ過の分野では、小型のディス
クフィルターや平膜プリーツ型カートリッジフィルター
として比較的小容量の処理の、かつ比較的清澄な水溶液
を分離・ろ過する目的のものが使用されてきている。ま
た、限外ろ過の分野では、超純水の製造や食品製造およ
び清涼飲料の製造等に平膜ろ過装置やチューブラー型な
いし中空糸型膜モジュールが使用されてきた。

【０００４】近年、このような精密ろ過や限外ろ過の中
空糸膜を、河川水や地下水から工業用水や水道水を製造
する浄水処理プロセスに適用しようとする研究が進めら
れ、比較的濁質分の多い原水に対しても長期間使用する
このような分野に精密ろ過や限外ろ過の技術が適用され
はじめている。

【０００５】多孔質膜、特に中空糸膜を使用した膜モジ
ュールは、単位体積当りのろ過面積を非常に大きくとれ
ること、膜処理すべき原液と膜透過液とを隔てるシール
機構が単純であること、水質が優れていること、運転管
理が容易であることなどの種々の利点を有している。

【０００６】しかし、流体をろ過するうちに、多孔質膜
は流体中の不純物や流体成分によって目詰まりまたは閉
塞を生じる。このため一定量の処理液を得ようとする
と、結果的に膜にかかる圧力が大きくなり、差圧上昇が
起こる。規定差圧を越えると使用不可能となるため、数
十分から数時間程度の間隔で定期的に空気や水等により
物理的に洗浄を行ったり、透過側から原水側へ水や空気
を逆流させる逆洗が行われている。この逆洗水として
は、膜分離装置の透過水を用いることが多い。

【０００７】この逆洗水は従来膜の透過水を使うため不
純物を含まず、膜を透過水側から汚染させることはない
と考えられていた。しかし実際は逆洗水をためる逆洗タ
ンク内や配管中の汚れが混入したり、殺菌のために入れ
られた次亜塩素酸ナトリウムが水中の溶解鉄等と反応を
起こし、逆洗水中で固体となって析出することがあり、
逆洗水を汚染するため、膜を透過水側から不純物で目詰
まりさせることがある。逆洗は一般的にろ過よりも速い
流束で行われるため、この透過水側の目詰まりはろ過に
よって除去されにくい。この目詰まり物質はろ過水質を
悪化させたり、差圧上昇を引き起こしたり、また膜の化
学的な劣化を引き起こしたりするという問題点があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
した従来の問題点を解決し、逆洗を行っても膜の透過水
側が不純物によって汚染されることのない水処理方法お
よび水処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、以下に述べる構成からなる。すなわち、
本発明の水処理方法は、原水をろ過膜モジュールに供給
して膜ろ過する水処理方法において、逆洗配管途中にフ
ィルターを設置し、逆洗水を該フィルターでろ過した
後、ろ過膜モジュールに供給することを特徴とするもの
である。

【００１０】さらに本発明は、上記水処理方法におい
て、次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合や逆洗水中に
次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合においてより好ま
しい。

【００１１】また、本発明の水処理装置は、原水をろ過
膜モジュールに供給して膜ろ過する水処理装置におい
て、前記ろ過膜モジュールの逆洗配管途中にフィルター
を設置したことを特徴とするものである。

【００１２】さらに本発明は、上記水処理装置におい
て、膜ろ過モジュールの素材が有機高分子膜である場合
においてより好ましい。

【００１３】さらに本発明は、膜モジュールが精密ろ過
膜または限外ろ過膜である場合においてより好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の水処理方法および
水処理装置の一実施態様を示すフロー図である。膜ろ過
原水は原水ポンプ１によってろ過膜モジュール２に供給
され、膜ろ過水はろ過水配管３を通って逆洗タンク４に
供給される。定期的にろ過の途中で逆洗が行われ、逆洗
水は逆洗ポンプ５により逆洗タンク４から逆洗配管６を
通り、フィルター７を透過してろ過膜モジュール２に送
られ、ろ過水側から原水側へ透過される。逆洗は配管中
の自動弁の開閉により定期的に行われる。

【００１５】膜や配管の殺菌のため原水中やろ過水中や
逆洗水中に次亜塩素酸ナトリウムを入れることはよく行
われるが、水中の溶解鉄や溶解マンガンが存在すると次
亜塩素酸ナトリウムの酸化力により、固体となって析出
する。これらは逆洗タンクや配管中に蓄積されるため、
逆洗水が汚染される。またこの鉄やマンガンの析出物は
次亜塩素酸ナトリウムによる酸化反応の触媒となって働
き、有機高分子膜の劣化を促進する働きがある。次亜塩
素酸ナトリウムによる酸化反応で劣化する恐れのある有
機高分子膜モジュールを使用する場合、特にこれらの汚
染が問題となる。反対に次亜塩素酸ナトリウムを使用し
ない場合、逆洗タンクや水の流れの少ないデッドスペー
スにて菌が発生することがあり、やはりこれらが逆洗水
を汚染することとなる。透過水側が汚染された膜は逆洗
直後のろ過工程時に、ろ過水質が悪化したり、目詰まり
により差圧上昇が起こるといった問題が発生する。

【００１６】本発明は次亜塩素酸ナトリウムを使用しな
い場合であっても、逆洗タンクや配管中に菌が繁殖する
条件、すなわち原水の全有機炭素量（ＴＯＣ）が０．５
ｍｇ／Ｌ以上の高濃度であるほど、さらに水温が１０℃
〜４０℃の場合に効果が高い。

【００１７】これらにより膜のろ過水側が汚染されるの
を防ぐために、本発明においては逆洗タンクとろ過水配
管の間の逆洗配管途中にフィルターを設置するものであ
る。膜モジュール直後のろ過水配管中にフィルターを設
置すると、ろ過水も該フィルターを透過するため、フィ
ルターで補足された不純物がろ過水中に混入したり、膜
ろ過モジュールとフィルターの間の配管中に不純物が蓄
積する恐れがあるため好ましくない。

【００１８】上記フィルターの材料としては、無機多孔
質材料、有機高分子多孔質材料、あるいは有機無機複合
化多孔質材料などを用いることができる。フィルターの
材料としては、所定のろ過精度と透過速度および耐久性
を持つものであれば、いずれの素材のろ過材料でも使用
することができる。しかし次亜塩素酸ナトリウムを使用
する場合、次亜塩素酸ナトリウムに耐性のある素材であ
る方が好ましい。またフィルターの孔径は逆洗ポンプの
負荷があまり大きくなりすぎない程度の抵抗のものであ
る方が良く、０．０１μｍから１００μｍであれば良
い。

【００１９】特に逆洗水中に次亜塩素酸ナトリウムを入
れる場合、鉄等の析出が激しいため、本発明の効果が大
きい。逆洗水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度は０．１ｍ
ｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌであれば良く、より好ましくは
１ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌであれば良い。原水中の鉄濃
度は微量であっても本発明の効果得られるが、０．１ｍ
ｇ／Ｌ以上ある場合がより好ましく、本発明の効果が大
きい。

【００２０】ろ過膜モジュールとしては、外圧全ろ過型
膜モジュールでも、膜エレメントをタンク型容器に装填
した膜モジュールでも、あるいは外圧循環（クロスフロ
ー）型膜モジュールでも、さらには、内圧循環（クロス
フロー）型膜モジュールでも、本発明を適用するに当た
って何ら制約されることがないことは本発明の構成から
明らかである。また、ろ過膜モジュールが限外ろ過膜で
も精密ろ過膜でも、問題無く適用できる。

【００２１】ろ過膜モジュールの素材として有機高分子
材料を使用する場合、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
リスルホンおよびポリエーテルスルホン等が使用でき
る。

【００２２】フィルターの位置は逆洗タンクとろ過水配
管の間の逆洗配管途中であればどこでもかまわず、逆洗
ポンプの前後どちらでもかまわない。

【００２３】逆洗方法は逆洗タンクの水をポンプで押し
出す方法と、逆洗タンクに圧力空気を送り込み逆洗水を
加圧することにより、逆洗を行う方法があるが、そのど
ちらでもかまわない。

【００２４】

【実施例】さらに実施例を示し、本発明の構成および効
果を詳細に説明する。

【００２５】（実施例１）外径６８０μｍ、内径４００
μｍ、平均細孔径０．０１μｍのポリアクリロニトリル
多孔質中空糸膜７４００本からなる膜面積１２ｍ²のろ
過膜エレメント７本をステンレス製タンクに装填したろ
過膜モジュールと、公称孔径０．３μｍのろ過面積１０
ｍ²のポリスルホン多孔質中空糸膜フィルターを装填し
たフィルター装置とを図１に示すフローになるように膜
ろ過システムを構成した。ろ過運転は透過流量１ｍ³／
（ｍ²／ｄ）でろ過１時間おきに１度、次亜塩素酸ナト
リウム５ｍｇ／Ｌを含む透過水で逆洗を行った。この運
転条件で琵琶湖湖水を原水とし、２０００時間ろ過運転
を行ったが、運転中は透過水濁度は０．０００１程度で
安定しており、差圧上昇もなく安定して運転できた。

【００２６】（実施例２）外径１３００μｍ、内径８０
０μｍ、平均細孔径０．１μｍのポリフッ化ビニリデン
多孔質中空糸膜１１０００本からなる膜面積８０ｍ²の
ろ過膜モジュールと、公称孔径０．１μｍ、ろ過面積７
ｍ²のポリフッ化ビニリデン多孔質中空糸膜フィルター
を装填したフィルター装置とを図１に示すフローになる
ように膜ろ過システムを構成した。ろ過運転は透過流量
３ｍ³／（ｍ²／ｄ）でろ過１時間おきに１度、次亜塩
素酸ナトリウム３ｍｇ／Ｌを含む透過水で逆洗を行っ
た。この運転条件で、次亜塩素酸ナトリウム０．５ｍｇ
／Ｌと溶解鉄０．３ｍｇ／Ｌが含まれる井戸水を原水と
し、ろ過運転を実施した。２０００時間ろ過運転を行っ
たが、運転中透過水濁度は０．００１以下で安定してお
り、差圧も５０ｋＰａ程度で安定して運転できた。運転
終了後フィルター装置を調べると、フィルターに酸化鉄
が多量に付着していた。

【００２７】（比較例１）実施例１の装置を使ってフィ
ルター装置にフィルター材料を装填しないで琵琶湖湖水
を原水とし、ろ過運転を行った。ろ過開始後しばらくし
て、逆洗後ろ過を始めて５分間程度ろ過水濁度が０．１
まで上昇した。これはろ過開始からの日数が経過するほ
どこの傾向が見られた。ろ過運転２０００時間経過した
ところで、ろ過膜モジュールの透過水側を分解したとこ
ろ、モジュール透過水側に赤い鉄錆が付着しているのが
観察された。これは逆洗水中の溶解鉄と次亜塩素酸ナト
リウムが反応して発生したものと考えられる。また膜の
酸化劣化状況を調べたところ、劣化を示す中空糸膜の強
度と伸度が低下していた。

【００２８】（比較例２）実施例１の装置を使ってフィ
ルター装置にフィルター材料を装填しないで、さらに次
亜塩素酸ナトリウムを逆洗に使用しないで琵琶湖湖水を
原水とし、ろ過運転を行った。原水のＴＯＣ濃度は運転
期間中平均２．５ｍｇ／Ｌ、水温は１５℃〜２７℃で推
移した。ろ過開始から２００時間が経過したあたりか
ら、逆洗後のろ過時にろ過水濁度が０．０５度程度に上
昇する現象が見られた。ろ過水濁度の上昇は運転時間が
経過するに従ってさらに大きくなった。運転２０００時
間後逆洗タンク内部を調べたところタンク内部にぬるぬ
るとした汚れが見られ、逆洗タンク内に菌が多量に検出
された。

【００２９】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、膜ろ過
において逆洗配管途中にフィルターを設置することによ
り膜の透過水側が微粒子によって汚染されることを防ぐ
ことができ、透過水の水質を良好に保ち、さらに膜の安
定運転を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明水処理方法の一態様を示す工程フロー図
である。

【符号の説明】

１：原水供給ポンプ２：ろ過膜モジュール３：ろ過水配管４：逆洗タンク５：逆洗ポンプ６：逆洗配管７：フィルター

フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA01 KC01 KC03 KC13 KC16 KC20 KD24 MA01 MC22 MC23 MC26 MC28 MC30 MC39 MC45 MC62 PB03 PB04 PB06 4D066 AA05 AB04 AC05 BB01 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水をろ過膜モジュールに供給して膜ろ過
する水処理方法において、逆洗配管途中にフィルターを
設置し、逆洗水を該フィルターでろ過した後、ろ過膜モ
ジュールに供給することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】次亜塩素酸ナトリウムを含んだ水でろ過膜
モジュールを殺菌することを特徴とする請求項１に記載
の水処理方法。
【請求項３】次亜塩素酸ナトリウムを含んだ水でろ過膜
モジュールを逆洗することを特徴とする請求項１に記載
の水処理方法。
【請求項４】原水をろ過膜モジュールに供給して膜ろ過
する水処理装置において、前記ろ過膜モジュールの逆洗
配管途中にフィルターを設置したことを特徴とする水処
理装置。
【請求項５】前記ろ過膜モジュールの素材が有機高分子
膜であることを特徴とする請求項４に記載の水処理装
置。
【請求項６】前記ろ過膜モジュールが精密ろ過膜または
限外ろ過膜であることを特徴とする請求項４または５に
記載の水処理装置。