JP2003326258A

JP2003326258A - 水処理方法

Info

Publication number: JP2003326258A
Application number: JP2002136475A
Authority: JP
Inventors: Nobudai Yamato; 大和　　信大; Yasuhiro Kato; 康弘加藤; Komei Kadokawa; 角川　　功明
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】膜の洗浄効率を向上し、長期間にわたってろ
過性能が低下することなく安定した水処理が可能な、膜
ろ過を利用した水処理方法を提供する。【解決手段】被処理水を膜モジュール３の一次側から
二次側へ通過させて所定時間の膜ろ過処理を行った後、
膜モジュール３の逆洗を行うというサイクルを繰り返す
水処理方法であって、逆洗時に、過酸化水素タンク７か
ら薬注ポンプ８によって過酸化水素を供給し、逆洗水を
過酸化水素含有水として膜モジュール３の二次側から一
次側へ通過させて逆洗を行ないつつ、オゾンガス発生装
置１０からのオゾンガスを膜モジュール３の一次側から
導入し、オゾンと過酸化水素とを膜内で接触させるよう
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、上水道、下水道、
工業用水、各種廃水等の被処理水から膜処理によって汚
濁物質を分離除去する際に、所定時間毎に膜の洗浄を行
うようにした水処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理水中の汚濁物質を除去する方法と
して、膜ろ過を利用した水処理方法が知られている。こ
の膜ろ過を用いた水処理においては、水処理運転の継続
に伴い、膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰ま
り、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こ
り、ろ過性能が低下して安定した処理水量が得られない
という問題がある。

【０００３】上記の問題を解決するため、膜の洗浄を定
期的に行うことが行われている。この膜の洗浄方法に
は、物理洗浄と薬品洗浄がある。物理洗浄には、膜ろ過
水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流
によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアー
スクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物
質を取り除いている。

【０００４】これに対して、薬品洗浄は物理洗浄では除
去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて
除去する洗浄方法で、膜のろ過能力をほぼ初期状態まで
回復することができる。しかし、薬品洗浄はコストがか
かることおよびその排水処理の観点から、できるだけ回
数を少なくすることが望ましい。

【０００５】これらの問題を解決する方法の一つとして
オゾンあるいはオゾン含有水を使用し、膜の洗浄を行う
方法が提案されている。これはオゾンを酸化剤とし、こ
れによりろ過膜に付着した物質を酸化分解、剥離、除去
するもので膜性能を効率的に回復させる方法である。

【０００６】例えば、特開２０００−１０７７７７号公
報には、オゾン供給量削減を図る水処理方法として、膜
ろ過水中の溶存オゾン濃度を連続的に測定し、その測定
値に基づいて、膜ろ過処理水中の溶存オゾン濃度が所定
範囲内となるようにオゾン供給量を制御する方法が記載
されており、これによって、膜の目詰まりを抑制できる
ことが開示されている。

【０００７】また、特開２０００−３５０９８８号公報
には、し尿系汚水の処理方法として、生物学的処理の後
に固液分離処理を行ない、この透過液に対して凝集剤を
添加した後に沈降分離を行い、膜ろ過装置によって固液
分離処理を行う方法において、沈降分離槽と膜ろ過装置
への循環槽または膜供給槽との中間において、促進酸化
処理を行うことが記載されており、促進酸化処理として
オゾンと過酸化水素を併用することが開示されている。

【０００８】更に、特開平６−２３８１３６号公報に
は、河川水や湖沼水等の表流水に代表される水を限外又
は精密ろ過膜モジュールを用いてクロスフローろ過によ
り浄化しながら、ろ過膜モジュールを洗浄する方法にお
いて、膜の逆洗における清浄水に、殺菌剤として過酸化
水素、オゾン等から選ばれる酸化性殺菌剤を用いること
が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開２０００−１０７７７７号公報に記載された方法に
おいては、オゾンあるいはオゾン含有水のみによる洗浄
であるので、洗浄効果に限度があり、またランニングコ
ストの面からも、洗浄効果を維持するためには多量のオ
ゾンが必要となるという問題があった。また、物理洗浄
の時間を長くすることも考えられるが、その場合には、
膜ろ過の時間が減少してしまうので、ろ過水の回収率が
低下してしまう。

【００１０】また、特開２０００−３５０９８８号公報
に記載された方法においては、オゾンと過酸化水素を併
用する促進酸化処理は、ろ過前の原水に対して行なわ
れ、これによってろ過膜に対する負荷を低下させるため
のものであり、膜自身の洗浄水としてオゾン処理と過酸
化水素を併用して用いているものではない。

【００１１】更に、特開平６−２３８１３６号公報に記
載された方法においては、逆洗に用いる洗浄水として過
酸化水素とオゾンを単独で使用する場合には高い洗浄効
果が期待できず、また、過酸化水素とオゾンを組み合わ
せた場合にも、あらかじめオゾンと過酸化水素を混合す
る必要がある。このため、混合液が膜内に到達する頃に
はオゾンと過酸化水素の反応が既に終了してしまうた
め、やはりオゾンと過酸化水素の相乗効果が得られない
という問題があった。

【００１２】本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みて
なされたもので、膜の洗浄工程において、ろ過膜に付着
したファウリング物質を、より効率的に分解、剥離、除
去して膜性能を回復させることによって、長期間にわた
ってろ過性能が低下することなく安定した水処理が可能
な、膜ろ過を利用した水処理方法を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の水処
理方法は、被処理水を膜の一次側から二次側へ通過させ
る膜ろ過処理によって汚濁物質を除去する際に、前記膜
ろ過処理を所定時間行った後、膜の洗浄を行うというサ
イクルを繰り返す水処理方法であって、前記膜の洗浄に
おいて、前記膜の一方の側からオゾンガス又は該オゾン
ガスを溶解させて形成したオゾン含有水を導入し、前記
膜の他方の側から過酸化水素ガス又は過酸化水素含有水
を導入し、前記オゾンと過酸化水素とを前記膜内で接触
させるようにしたことを特徴とする。

【００１４】本発明の水処理方法によれば、膜の洗浄に
おいてオゾンと過酸化水素を組み合わせ、両者を膜内で
接触させるようにしたので、オゾンよりも強力な酸化力
を持つヒドロキシラジカル等のラジカルが生成する。そ
して、このラジカルによって酸化が促進されるので、効
率的に、ファウリング物質を分解、剥離、除去すること
ができ、膜の洗浄効果を高めることができる。

【００１５】また、一般に上記の生成ラジカルの寿命は
非常に短いので、オゾンと過酸化水素をあらかじめ混合
させても膜表面に到達する前にラジカルが消滅してしま
うが、本発明ではオゾンと過酸化水素をそれぞれ膜の両
側から個別に導入したので上記ラジカルを膜内で効率的
に生成させることができる。

【００１６】本発明においては、前記膜の洗浄時に、前
記膜の二次側から一次側へ前記過酸化水素含有水を通過
させつつ、前記膜の一次側から前記オゾンガスを導入す
ることが好ましい。

【００１７】これによれば、過酸化水素は常温常圧で液
体であるので、膜の逆洗時の逆洗水に過酸化水素を混合
して、膜の二次側から一次側へ通過させることができる
ので、通常の逆洗システムに過酸化水素をそのまま利用
することができる。

【００１８】また、反対側の膜の一次側からオゾンをガ
スとして導入することによって、オゾン含有水として導
入した場合に比べて、膜モジュール全体へ均一にオゾン
を分布させることができ、膜表面での過酸化水素との接
触を起こり易くすることができる。更に、洗浄時に使用
する水量が増えないので、膜ろ過水の回収率が低下する
こともない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水処理方法に係る
一実施形態について、図１を参照しながら説明する。図
１には、本発明の水処理方法の一実施形態を示す概略構
成図が示されている。

【００２０】図１に示すように、この水処理装置は、被
処理水である原水を膜ろ過処理するための膜モジュール
３を備える膜ろ過手段と、この膜ろ過処理された処理水
に過酸化水素タンク７からの過酸化水素を混合して過酸
化水素含有水を生成し、これを逆洗ポンプ５で送液して
膜モジュール３を逆洗するための逆洗手段と、膜モジュ
ール３にオゾンガス発生装置１０からのオゾンガスを供
給するオゾンガス供給手段とから主に構成されている。

【００２１】膜ろ過手段は、被処理水である原水を貯留
するための原水タンク１からの配管が、運転ポンプ２、
弁１９を介して膜モジュール３の一次側入口に連結され
るように構成されている。原水タンク１への流入水量は
水槽内に設置した水位センサー等により制御することが
好ましい。

【００２２】また、膜モジュール３の二次側出口からの
配管は、弁１５を介して膜ろ過水タンク４へ連結されて
おり、膜ろ過水タンク４からの配管は、膜ろ過水として
次工程へと通水されるように連結されている。なお、膜
モジュール３の下部には、洗浄開始前に膜モジュール内
の水を排出するための排水ドレン１４が設けられてい
る。

【００２３】膜モジュール３の一次側出口からの配管
は、弁１８を介して循環ポンプ１３に連結されており、
ここから、弁１９と膜モジュール３の一次側入口との間
に合流するように連結されている。これによって、循環
ポンプ１３から膜モジュール３を通り、弁１８を介して
循環ポンプ１３へと原水が循環でき、クロスフローが行
えるように構成されている。なお、弁１８と循環ポンプ
１３との間には、配管内の逆洗水を排出するためのドレ
ン９が設けられている。

【００２４】膜モジュール３としては特に限定されず、
中空糸状、スパイラル状、チューブラ状、平膜状の多孔
膜等を用いることができる。また、多孔膜の孔径につい
ても適宜選択可能であり特に限定されない。なお、膜の
材質及び膜の接着層は、オゾンや過酸化水素と接触する
ために、耐オゾン性、耐過酸化水素性の材料を使うこと
が望ましい。このような膜の材質としては、例えば、フ
ッ化ビニリデン重合体樹脂等の耐オゾン性の有機樹脂、
又はセラミック等の無機材料を用いることができる。

【００２５】また、膜モジュール３のろ過方式として
は、全量ろ過方式であってもよく、クロスフローろ過方
式であってもよい。クロスフローろ過方式を用いる場合
には、循環ポンプ１３によって膜モジュール３の一次側
で原水を循環させることによりクロスフローとすること
ができる。また、膜モジュール３への通水方式は、外圧
型であってもよく、内圧型であってもよい。

【００２６】次に、逆洗手段について説明すると、膜ろ
過水タンク４から、逆洗ポンプ５、弁１７を介して、膜
モジュール３の二次側出口と弁１５との間に合流するよ
うに逆洗配管６が連結されており、膜ろ過水の一部が逆
洗に使用できるように構成されている。

【００２７】そして、過酸化水素タンク７からの配管
が、薬注ポンプ８、弁１６を介して逆洗配管６に合流す
るように連結されている。この薬注ポンプ８、弁１６は
図示しない制御装置によて流量制御可能となっており、
これによって、所定濃度の過酸化水素含有水が逆洗水と
して使用できるようになっている。

【００２８】次に、オゾンガス供給手段について説明す
ると、膜モジュール３の一次側入口にオゾンガスを供給
するための配管が、オゾン発生装置１０から弁２０を介
して接続されている。オゾン発生装置１０としては、従
来公知のものが適宜使用できる。

【００２９】また、膜モジュール３の一次側出口からの
配管は、弁１８、弁１１を介して排オゾン処理装置１２
に接続されている。この排オゾン処理装置１２は、膜モ
ジュール３内でオゾン含有水が形成された際に、余剰と
なったオゾンガスを系外に排出するための装置である。
排オゾン処理装置１２の形式は、活性炭式、熱分解式、
触媒式等のいずれの形式でもよい。

【００３０】次に、この水処理装置を用いた水処理方法
について説明する。まず、弁１９を開き、図示しない流
量センサー等からの信号により、運転ポンプ２を制御し
て被処理水である原水を原水タンク１から膜モジュール
３の一次側入口に供給し、定流量ろ過を開始する。膜ろ
過水は、膜モジュール３の二次側出口から、弁１５を介
して膜ろ過水タンク４に貯留され、必要に応じて次工程
に通水される。

【００３１】なお、本発明においては、原水に含有され
るマンガン、鉄に代表される無機物が、膜モジュール３
へ導入される前に除去されていることが好ましい。マン
ガン・鉄を除去処理した後のそれぞれの金属の濃度とし
ては、０．００５ｍｇ／Ｌ未満となるように処理するこ
とが好ましい。このような、マンガンや鉄を除去する方
法としては、イオン交換処理法、空気曝気や次亜塩素酸
ナトリウム等の酸化剤添加により酸化処理を行う方法、
鉄バクテリア等を利用する生物処理方法、マンガン砂等
のマンガン接触ろ剤を用いる接触ろ過法等が例示でき
る。

【００３２】次に、所定のろ過時間経過後、運転ポンプ
２を停止して、弁１５を閉じた後に逆洗工程を開始す
る。まず、排水ドレン１４を開き、膜モジュール３内の
水を排出する。次に、排水ドレン１４を閉めた後、逆洗
ポンプ５を運転して弁１７を開き、膜ろ過水タンク４内
の膜ろ過水の一部を膜モジュール３の二次側から一次側
へ通過させ、弁１８を経て、最終的にドレン９より系外
へ逆洗水を排出する。

【００３３】そして、本発明においては、このとき同時
に薬注ポンプ８を運転して弁１６を開き、過酸化水素を
過酸化水素タンク７から供給して逆洗水に混合し、所定
濃度となるように調整して、逆洗水を過酸化水素含有水
として使用する。

【００３４】更に、このとき、この逆洗と同時に、オゾ
ン発生装置１０より発生させたオゾンガスを弁２０を介
して膜の一次側から導入する。

【００３５】これにより、オゾンと過酸化水素の相乗効
果によって、膜モジュール３の内部、特に膜の表面付近
でＯＨラジカルが形成され、膜表面での促進酸化処理が
行なわれ、洗浄効果を高めることができる。また、膜の
一次側出口を通過後、余剰となったオゾン含有気体はエ
ア抜き弁１１より排オゾン処理装置１２を経由して排出
される。

【００３６】ここで、上記の逆洗工程における過酸化水
素の濃度は０．０１〜１００００ｍｇ／Ｌとなるように
供給することが好ましい。過酸化水素の濃度が０．０１
ｍｇ／Ｌ未満であると、反応により生成するラジカル量
が少なく、洗浄効果が期待できないので好ましくなく、
１００００ｍｇ／Ｌを超えると、経済性が悪くなるので
好ましくない。また、洗浄時間は０．５〜５分であるこ
とが好ましい。

【００３７】一方、オゾンガスの供給は、オゾンガス濃
度で０．１〜５０ｇ・Ｏ₃／ｍ³となるように供給するこ
とが好ましい。オゾンガス濃度が０．１ｇ・Ｏ₃／ｍ³未
満であると、反応により生成するラジカル量が少なく、
洗浄効果が期待できないので好ましくなく、５０ｇ・Ｏ
₃／ｍ³を超えると、経済性が悪くなるので好ましくな
い。

【００３８】また、オゾンを供給するタイミングは適宜
設定できるが、洗浄時間を短縮する観点から、逆洗工程
の開始と同時にオゾンを供給することが好ましく、少な
くとも逆洗工程が終了するまではオゾンが供給されてい
ることが好ましい。

【００３９】なお、本発明においては、膜の一方の側か
らオゾンガス又は該オゾンガスを溶解させて形成したオ
ゾン含有水を導入し、膜の他方の側から過酸化水素ガス
又は過酸化水素含有水を導入すればよいが、過酸化水素
は常温常圧では液体であるので、逆洗水として膜の二次
側から供給することが好ましく、したがって、オゾンを
膜の一次側から供給することが好ましい。

【００４０】また、この場合、一次側から供給するオゾ
ンは必ずしもオゾンガスに限定されず、オゾン含有水と
して供給することも可能であるが、オゾン含有水では、
膜全体へ均一にオゾンが分布し難く、膜表面での過酸化
水素との接触が不十分になりやすい点、及び、洗浄時に
使用する水量が増えて膜ろ過水の回収率が低下する点か
ら、オゾンガスとして供給することが好ましい。

【００４１】なお、本発明においては、洗浄効果をより
高めるために、図示しないコンブレッサーにより生成さ
れた圧縮空気を膜モジュール３の一次側下部から供給す
るエアースクライビング工程、及び原水を膜モジュール
３に通水するフラッシング工程等の物理洗浄を併用して
行ってもよい。

【００４２】上記の膜ろ過処理の運転時間、洗浄時間、
両者を合わせた１サイクルの運転時間は原水の水質や装
置の処理能力等によって適宜設定可能であるが、１サイ
クルの運転時間は通常１５分〜６時間であることが好ま
しい。

【００４３】以上の膜ろ過処理と膜洗浄によって、ろ過
膜に付着したファウリング物質を、より効率的に分解、
剥離、除去して膜性能を回復させることができる。これ
によって、長期間にわたってろ過性能が低下することな
く安定した水処理を行なうことができる。

【００４４】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明の水処理方法に
ついて更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施
例に限定されるものではない。

【００４５】＜実施例＞図１に示した構成の水処理装置
を用い、河川水を原水とした水処理を行った。

【００４６】膜モジュール５としては、公称孔径０．
１μｍ、材質ポリフッ化ビニリデン製の中空糸膜を用
い、膜ろ過流束４ｍ³／（ｍ²・日）の定流量ろ過を行な
い、膜ろ過水の回収率が９５％の条件で運転した。な
お、運転開始初期の膜間差圧は、３２ｋＰａであった。

【００４７】逆洗時の逆洗水は温度２５℃、過酸化水素
濃度２０ｍｇ／Ｌとなるように薬注ポンプ８、弁１６を
調整した。また、オゾン発生量は１５ｇ・Ｏ₃／ｍ³とな
るようにオゾン発生装置１０からのオゾン発生量を調整
した。

【００４８】水処理装置の運転サイクルとしては、定流
量ろ過６０分間、逆洗時間３分間の計６３分間を１サイ
クルとし、このサイクルを繰り返した。

【００４９】＜比較例＞逆洗水を、過酸化水素の代わり
に次亜塩素酸ナトリウムを用いて、逆洗排水中の残留塩
素濃度が１ｐｐｍとなるように添加し、オゾン発生装置
１０の代わりにエアーコンプレッサーを用いて、オゾン
ガス供給工程の代わりにエアースクライビング工程とし
た以外は、実施例と同じ条件で水処理を行った。

【００５０】＜試験例＞上記の条件にて、実施例及び比
較例の水処理装置を連続運転し、膜モジュール３の一次
側と二次側の圧力差である膜間差圧を測定した。その結
果を図２に示す。

【００５１】図２に示すように、実施例においては、比
較例に比べて膜間差圧の上昇が抑えられていることがわ
かる。５日間連続運転した後（１２０時間後）の膜間差
圧の増加量は、実施例が８ｋＰａで大きな膜圧上昇は認
められなかったのに対して、比較例においては、５日間
連続運転した後の膜間差圧の増加量は７８ｋＰａであ
り、実施例に比べて増加量が大きかった。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜の洗浄工程において、過酸化水素とオゾンを膜内で接
触させるようにして併用することにより、ろ過膜に付着
したファウリング物質を、より効率的に分解、剥離、除
去して膜性能を回復させることができる。これによっ
て、長期間にわたってろ過性能が低下することなく安定
した水処理が可能な、膜ろ過を利用した水処理方法を提
供でき、設備コスト及び処理コストの低減も図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理方法の一実施形態を示す概略
構成図である。

【図２】本発明の実施例における運転時間と膜間差圧
の関係を示す図表である。

【符号の説明】

１：原水タンク２：運転ポンプ３：膜モジュール４：膜ろ過水タンク５：逆洗ポンプ６：逆洗配管７：過酸化水素タンク８：薬注ポンプ９：ドレン１０：オゾン発生装置１１：エア抜き弁１２：排オゾン処理装置１３：循環ポンプ１４：排水ドレン１５、１６、１７、１８、１９、２０：弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角川功明神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA01 HA21 HA41 HA61 JA53Z JA56Z KA61 KC03 KC13 KC14 KC16 KD21 KD22 KE11Q KE22Q KE23Q KE24Q KE28Q MA01 MC29X PA01 PB02 PB06 PB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水を膜の一次側から二次側へ通過
させる膜ろ過処理によって汚濁物質を除去する際に、前
記膜ろ過処理を所定時間行った後、膜の洗浄を行うとい
うサイクルを繰り返す水処理方法であって、前記膜の洗浄において、前記膜の一方の側からオゾンガ
ス又は該オゾンガスを溶解させて形成したオゾン含有水
を導入し、前記膜の他方の側から過酸化水素ガス又は過
酸化水素含有水を導入し、前記オゾンと過酸化水素とを
前記膜内で接触させるようにしたことを特徴とする水処
理方法。
【請求項２】前記膜の洗浄時に、前記膜の二次側から
一次側へ前記過酸化水素含有水を通過させつつ、前記膜
の一次側から前記オゾンガスを導入する請求項１記載の
水処理方法。