JP2007330916A - 中空糸膜の水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期的な膜差圧の上昇の防止でき、膜破断が発生しにくい中空糸膜の水処理方法を提供すること。
【解決手段】中空糸膜モジュール洗浄処理工程において、ろ過水の流出側である二次側３０ｂから被処理水の流入側である一次側３０ａに水を流す逆洗工程（Ａ）と、一次側３０ａ及び二次側３０ｂを所定の空気圧で加圧しつつ、前記中空糸膜モジュール３０中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側３０ａから排水する滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、前記中空糸膜モジュール３０に水を供給して前記中空糸膜モジュール３０に滞留する空気を除去するエアー抜き工程（Ｃ）とを含む物理洗浄を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空糸膜モジュールを用いた水処理方法及び水処理装置に関する。

膜を用いた水処理装置では、被処理水中の懸濁物質や有機物質等が、長時間の運転によって膜の表面に徐々に堆積していき、膜ファウリングが発生する。膜ファウリングが発生すると、膜圧力の上昇や、ろ過流束の低下等が引き起こり、浄水効率が落ち、水処理装置の全体的な運転効率が低下する。そのため水処理装置の運転サイクルでは、所定時間のろ過工程後に、膜を物理洗浄している。

中空糸膜モジュールの物理洗浄方法としては、膜の二次側から一次側に膜ろ過水等を通す逆洗、膜の一次側に原水等を通水し洗浄するフラッシング、膜の一次側に原水と空気の混合水を通水し洗浄するエアーフラッシング、中空糸の一次側にエアーを注入して中空糸膜中の滞留水を洗浄する方法、逆洗時に中空糸膜の一次側にスポンジボール等を添加するスポンジボール法、膜の一次側の洗浄水に微細気泡を含有させるエアーバブリング法、圧力容器等に超音波振動子を取り付けその振動を利用して洗浄する超音波法等が知られている。

また、下記特許文献１には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から０．３ＭＰａ以下の気体を注入する操作を行うことを特徴とした、膜モジュールの洗浄方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、内圧式中空糸モジュールの透過水出口側から逆洗水を加圧または無加圧で注入し、更に前記内圧式中空糸モジュールの一方の口から空気を吹き込んで、前記内壁より固形物を剥離させ、その剥離した固形物を他方の口から排出させることを特徴とした中空糸膜モジュールの洗浄方法が開示されている。
特開２００２−７９０６１号公報 特開平７−２３６８１８号公報

エアーを用いた膜の洗浄方法は比較的効果が高いものの、膜の損傷を引き起こすなどの課題を有していた。

また、上記特許文献１、２に開示されている洗浄方法であっても、膜面の付着物を完全に除去することができず、長期的な膜差圧の上昇の防止は困難であった。

したがって、本発明の目的は、長期的な膜差圧の上昇の防止でき、膜破断が発生しにくい中空糸膜の水処理方法及び水処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の水処理方法は、被処理水を中空糸膜モジュールに通して該被処理水中の汚濁物質を除去する膜ろ過処理工程と、前記中空糸膜モジュールの洗浄処理工程とを繰り返して行う水処理方法において、前記洗浄処理工程として、前記中空糸膜モジュールのろ過水の流出側である二次側から被処理水の流入側である一次側に水を流す逆洗工程（Ａ）と、前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を所定の空気圧で加圧しつつ、前記中空糸膜モジュール中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側から排水する滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、前記中空糸膜モジュールに水を供給して前記中空糸膜モジュールに滞留する空気を除去するエアー抜き工程（Ｃ）とを含む物理洗浄を行うことを特徴とする。

上記本発明の水処理方法によれば、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を所定の空気圧で加圧しつつ、中空糸膜モジュール中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側から排水する滞留水引き抜き工程を行うので、滞留水が高速で引き抜かれることとなり、その時の剪断力で膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効率よく剥離することができる。また、膜の一次側と二次側とを同時に加圧するので、膜にかかる負荷がそれぞれ相殺されて小さくなり、膜変形や膜破断が生じにくい。

また、本発明の水処理方法は、前記逆洗工程（Ａ）を行った後、前記中空糸膜モジュールの一次側に、気泡を含有した水を供給した後、前記滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行うことが好ましい。この態様によれば、滞留水引き抜き工程（Ｂ）の際、水と空気の接触する境界面が大きくなり、水と空気の表面張力の差による大きな剪断力が得られるので、膜の洗浄効果が向上する。

また、本発明の水処理方法は、前記エアー抜き工程（Ｃ）を行った後、前記滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、前記エアー抜き工程（Ｃ）とを、交互に更に１回以上繰り返して行うことが好ましい。この態様によれば、前記滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、前記エアー抜き工程（Ｃ）とを、交互に更に１回以上繰り返して行うことで、膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効果的に剥離除去できる。

また、本発明の水処理方法は、前記逆洗工程（Ａ）と、滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、エアー抜き工程（Ｃ）とからなる物理洗浄を終えた後、前記中空糸膜モジュールの二次側から一次側に薬品洗浄液を注入する薬品洗浄液注入工程（Ｄ）と、この薬品洗浄液を前記中空糸膜モジュールに滞留させる薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）と、前記中空糸膜モジュールの二次側から一次側に水を注入して中空糸膜モジュールを水洗いするリンス工程（Ｆ）とを含む薬品洗浄を行うことが好ましい。この態様によれば、中空糸膜モジュールの二次側から一次側へ薬品洗浄液を注入する薬品洗浄液注入工程（Ｄ）を行うことで、膜の内部あるいは表面に蓄積した汚染物質と薬液が化学反応を生じ、物理的な逆洗作用のみでは剥離が困難な汚染物質についても剥離除去できるので、膜の目詰まりを効果的に抑制できる。

また、本発明の水処理方法は、前記薬品洗浄液注入工程（Ｄ）は、前記中空糸膜モジュールの一次側の薬品洗浄液の濃度が、供給した薬品洗浄液の濃度の８０％以上に達するまで行うことが好ましい。

また、本発明の水処理方法は、前記薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）は、前記中空糸膜モジュールへの前記薬品洗浄液の注入を停止した後、前記中空糸膜モジュール中に前記薬品洗浄液を１０〜１２０分間滞留させることが好ましい。

上記各態様によれば、膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効果的に剥離除去でき、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。

また、本発明の水処理方法は、前記リンス工程（Ｆ）は、洗浄水を中空糸膜モジュールの二次側より供給した後、前記中空糸膜モジュールの二次側を０．０１〜０．０５ＭＰａの空気圧で加圧してこの水を前記中空糸膜モジュールの一次側に排出させ、次いで、前記中空糸膜モジュールの一次側を０．０１〜０．０５ＭＰａの空気圧で加圧して水を前記中空糸膜モジュールの一次側から引き抜くことが好ましい。この態様によれば、膜を損傷することなく、中空糸膜モジュール中に滞留している薬品洗浄液を系外に排出することができる。

一方、本発明水処理装置は、被処理水中の汚濁物質を除去してろ過水を得るための中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールへ供給するための被処理水を貯留する被処理水供給槽と、前記中空糸膜モジュールの被処理水の流入側である一次側の配管に設けられた、前記被処理水供給槽から前記中空糸膜モジュールへ被処理水を供給する被処理水供給ポンプと、前記中空糸膜モジュールのろ過水の流出側である二次側の配管に設けられた、該中空糸膜モジュールの二次側から一次側へ水を供給する逆洗水供給ポンプと、前記中空糸膜モジュールの一次側の配管及び二次側の配管に圧縮空気を供給するためのコンプレッサーと、それぞれの連結配管に設けられた弁体とを有することを特徴とする。

上記本発明の水処理装置によれば、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を所定の空気圧で加圧しつつ、中空糸膜モジュール中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側から排水して滞留水を引き抜くことができるので、その際に生じる剪断力により、膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効率よく剥離することができる。また、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を同時に加圧していることから、膜面にかかる圧力をほぼ相殺でき、膜変形や膜破断が生じにくい。

また、本発明の水処理装置は、前記中空糸膜モジュールの二次側の配管の一部が、前記逆洗水供給ポンプを介して、前記中空糸膜モジュールの二次側から得られるろ過水を貯留するろ過水貯留槽と連結し、ろ過水の一部を中空糸膜モジュールの二次側から一次側へ供給できるように構成されていることが好ましい。この態様によれば、専用の逆洗水供給系を備える必要がなく、装置を単純に構成できる。

また、本発明の水処理装置は、前記被処理水供給ポンプと前記中空糸膜モジュール側とを連結する配管が途中から分岐して、前記被処理水供給槽と弁体を介して連結していることが好ましい。この態様によれば、原水の供給、停止を速やかに実施する共に、原水供給ポンプ運転立ち上げ時の圧力変動を防止することができる。

また、本発明の水処理装置は、前記中空糸膜モジュールの二次側から薬品洗浄液を供給するための薬品洗浄液注入手段を有することが好ましい。この態様によれば、膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を、薬品によって溶解・分解できるので、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。

本発明によれば、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を所定の空気圧で加圧しつつ、中空糸膜モジュール中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側から排水して滞留水を引き抜くので、滞留水が高速で引き抜かれることとなり、その際に生じる剪断力により、膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効率よく剥離することができる。また、中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を同時に加圧していることから、膜面にかかる圧力をほぼ相殺でき、膜破断が生じにくい。

本発明での被処理水としては、不溶解性有機物を含む水であればどのような水でも使用でき、具体的には河川水、湖沼水、下水、工場廃水等が好ましい。

以下、本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。図１には、本発明の水処理方法に用いる水処理装置の第１実施形態の概略構成図が示されている。

まず、図１の水処理装置について説明すると、この水処理装置は、水処理の対象となる被処理水（以下、原水とする）を貯留する原水供給槽１０と、原水中の汚濁物質を捕捉してろ過水を得る中空糸膜モジュール３０と、ろ過水を貯留するろ過水貯留槽１３とで主に構成されている。

原水供給槽１０は、原水供給ポンプ１１と、第１の原水供給バルブＶ１とが配置された配管１を介して、中空糸膜モジュール３０の原水の流入側である一次側３０ａに連結している。また、第１の原水供給バルブＶ１と中空糸膜モジュール３０とを連結する配管１の途中が二手に分岐しており、一方は、第１の排出バルブＶ５ａの配置された配管５ａに接続しており、他方は、第１のコンプレッサー入口バルブＶ６と第１の逆止弁４０とが配置された配管７ａを介してコンプレッサー１４に接続している。

中空糸膜モジュール３０に用いる膜は、一般的なろ過膜であれば全て使用でき、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）等が挙げられる。また、中空糸膜モジュール３０の形態としては、内圧式中空糸膜、外圧式中空糸膜、縦型中空糸膜モジュール、横型中空糸膜モジュールなどが挙げられ、特に限定されない。

原水供給ポンプ１１と第１の原水供給バルブＶ１とを連結する配管１の一部は分岐しており、第２の原水供給バルブＶ２が設けられた配管２を介して、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに連結している。また、第２の原水供給バルブＶ２と中空糸膜モジュール３０とを連結する配管２の途中が二手に分岐しており、一方は、第２の排出バルブＶ５ｂが配置された配管５ｂに接続しており、他方は、第２の逆止弁４１が配置された配管７ｂを介して配管７ｃに接続している。配管７ｃは、第２のコンプレッサー入口バルブＶ７を介して配管７ａに接続している。

中空糸膜モジュール３０のろ過水の流出側である二次側３０ｂには、膜出口バルブＶ３と、ろ過水貯留槽入口バルブＶ４とが配置された配管６を介して、ろ過水貯留槽１３に連結している。また、中空糸膜モジュール３０と膜出口バルブＶ３とを連結する配管３の途中が二手に分岐しており、一方は、エアー抜きバルブＶ８の配置された配管６に接続し、他方は、第３の逆止弁４２が配置された配管７ｃを介して、第１のコンプレッサー入口バルブＶ６と第１の逆止弁４０とを連結する配管７ａに接続している。

ろ過水貯留槽１３の下部からは、逆洗水供給ポンプ１２が設けられた配管４が延出しており、膜出口バルブＶ３と、ろ過水貯留槽入口バルブＶ４とを連結する配管６に接続している。

次に、上記水処理装置を用いた本発明の水処理方法について、図２〜図７を用いて説明する。なお、図中において、開バルブ及び稼働中のポンプ、コンプレッサーは白抜きで示し、閉バルブ及び停止中のポンプ、コンプレッサーは黒塗りで示している。また、図中の破線部は、原水、ろ過水及び空気の流通を意味し、実線部は、原水、ろ過水及び空気の停止を意味する。

まず、原水供給槽１０に流入した原水に、必要に応じて凝集剤及び／又はｐＨ調整剤を攪拌投入して、原水中の固形分の凝集、ｐＨ調整等の処理を行う。その後、図２に示すように第１の原水供給バルブＶ１と、第２の原水供給バルブＶ２と、膜出口バルブＶ３と、ろ過水貯留槽入口バルブＶ４とを開とし、それ以外のバルブは閉として、原水供給ポンプ１１を稼動して中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａへと通水してろ過を行い、ろ過水を得る、膜ろ過処理工程を行う。ろ過水は、膜出口バルブＶ３及びろ過水貯留槽入口バルブＶ４を通過して、ろ過水貯留槽１３へと供せられる。中空糸膜モジュール３０で膜ろ過処理されたろ過水は、ろ過水貯留槽１３へと貯留された後、大部分は配管５０から引き抜かれて次工程へと通水し、貯留されたろ過水の一部は、中空糸膜モジュール３０の洗浄を行うための逆洗水として使用する。

上記膜ろ過処理工程を所定時間行った後、図３に示すように原水供給ポンプ１１の稼動を停止し、膜出口バルブＶ３及び第１の排出バルブＶ５ａを開とし、それ以外のバルブは閉とし、逆洗水供給ポンプ１２を稼動して、ろ過水貯留槽１３に貯留されたろ過水を中空糸膜モジュール３０の二次側３０ｂから一次側３０ａへ通水し、一次側３０ａへと通水された逆洗排水を、配管５ａから系外に排水する逆洗工程（Ａ‐１）を行う。

上記逆洗工程（Ａ‐１）を所定時間行った後、図４に示すように、第２の排出バルブＶ５ｂを開とし、第１の排水バルブＶ５ａを閉とし、膜出口バルブＶ３を開として、逆洗水供給ポンプ１２により、ろ過水貯留槽１３に貯留されたろ過水を中空糸膜モジュール３０の二次側３０ｂから一次側３０ａへと通水し、一次側３０ａへと通水された逆洗排水を、配管５ｂから系外に排水する逆洗工程（Ａ‐２）を行う。

上記逆洗工程（Ａ）に要する時間は、原水濁度等の原水の水質によって適宜設定でき、製造したろ過水の節約の観点から、低流束、（低圧力）で短時間が良い。逆洗流束は２〜８ｍ／ｄ、合計して１０〜６０秒が好ましい。上記逆洗工程（Ａ−１）及び逆洗工程（Ａ−２）は、どちらか一方のみの実施であってもよいが、逆洗工程（Ａ−１）と逆洗工程（Ａ−２）とを併用することで、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに堆積する大きな固形物を除去できるので、後述する滞留水引き抜き工程（Ｂ）にて、中空糸膜の損傷を防止できる（以下、逆洗工程（Ａ−１）と逆洗工程（Ａ−２）とを併せて逆洗工程（Ａ）とする）。

そして、本発明においては、上記逆洗工程（Ａ）を行った後、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂを所定の空気圧で加圧しつつ、中空糸膜モジュール３０中の滞留水を中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａから排水する滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行う。

すなわち、図５に示すように第１の排出バルブＶ５ａ及び第２のコンプレッサー入口バルブＶ７を開とし、その他のバルブを閉とし、コンプレッサー１４を稼動させ、上記逆洗工程（Ａ）によって中空糸膜モジュール３０中の滞留水、すなわち逆洗水及び／又は逆洗排水を系外へ排水する滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行う。

コンプレッサー１４の稼動によって、圧縮された空気が配管７ｂから中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａへと流入するので、中空糸膜モジュール３０中の滞留水が、配管５ａから系外へと排水される。また、この時、一次側３０ａに圧縮空気が流入すると同時に、二次側３０ｂへも配管７ｃから圧縮空気が流入するので、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂが同時に加圧され、一次側３０ａから二次側３０ｂへの洗浄水の流出、および中空糸膜への高圧負荷を防止しつつ、中空糸膜モジュール３０中の滞留水を引き抜くことができる。

中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂを加圧する空気圧は、膜への負荷抑制の観点から、ほぼ同じ圧力となるようにすることが好ましい。また、空気圧は、０．０５〜３ＭＰａが好ましく、０．１〜１ＭＰａがより好ましい。０．０５ＭＰａ未満であると十分な洗浄効果が得られず、３ＭＰａを超えると、膜破断が生じるおそれがある。

例えば、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂをそれぞれ０．２ＭＰａで加圧することで、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａから滞留水を、線速度２〜３ｍ／ｓｅｃで引き抜くことができる。

滞留水引き抜き工程（Ｂ）に要する時間、すなわち、第２のコンプレッサー入口バルブＶ７の開放時間は、中空糸膜の長さによって適宜調整すればよく、特に限定されない。例えば、中空糸膜の長さが約１ｍの場合、０．５〜３秒が好ましい。０．５秒未満であると滞留水が完全に排出されないことがあり、３秒を超えても洗浄効果が上がらず、エアー消費量のみが多くなる。

なお、本発明においては、上記滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行う前、すなわち、逆洗工程（Ａ）の終了直後、図６に示すように第１の原水供給バルブＶ１と、第２の排出バルブＶ５ｂと、第１のコンプレッサー入口バルブＶ６とを開とし、原水供給ポンプ１１とコンプレッサー１４とを稼動させて、空気を含有した水を中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに供給して、一次側３０ａの膜面を空気含有水で洗浄するエアーフラッシング工程を行ってもよい。

この時、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに供給する水としては、ろ過水又は原水などが挙げられる。また、原水を用いる場合は、原水供給槽１０に１００メッシュ前後のフィルタを設置し、大きな固形分を除去することが好ましい。また、コンプレッサー１４からのエアーの供給量は、水の供給量の１.２倍〜２倍とすることが好ましい。また、水の供給速度は、０．３〜１．０ｍ／ｓｅｃが好ましい。

このように、滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行う前に、上記エアーフラッシング工程を行うことで、中空糸膜モジュール３０内の滞留水中に空気を残留させることができる。このため、滞留水引き抜き工程（Ｂ）の際、水と空気の接触する境界面が大きくなり、水と空気の表面張力の差による大きな剪断力が得られるので、膜の洗浄効果が向上する。

なお、上記エアーフラッシング工程は、滞留水引き抜き工程（Ｂ）を終えた後、すなわちエアー抜き工程（Ｃ）の直前に行ってもよい。

そして、上記滞留水引き抜き工程（Ｂ）を終えた後、図７に示すように第１の原水供給バルブＶ１及び第２の排出バルブＶ５ｂを開とし、その他の自動バルブを閉とし、原水供給ポンプ１１を稼動させて、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに水を通水し、配管５ｂより排水するいわゆるエアー抜き工程（Ｃ）を行う。

エアー抜き工程（Ｃ）を実施する時間は、１０秒〜６０秒が好ましく、１０〜３０秒がより好ましい。また、エアー抜き工程（Ｃ）において、中空糸膜モジュール３０に供給する水としては、ろ過水又は原水などが挙げられる。また、原水を用いる場合は、原水供給槽１０に１００メッシュ前後のフィルタを設置し、大きな固形分を除去することが好ましい。なお、膜の汚染状態が激しく、洗浄が不十分である場合においては、上記エアー抜き工程（Ｃ）を終えた後、再度上記洗浄サイクルを繰り返し行うことが好ましい。この時、逆洗工程（Ａ）は繰り返して行ったとしてもさほど著しい洗浄効果が得られない場合があるので、逆洗工程（Ａ）を行わず、滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、エアー抜き工程（Ｃ）とを、交互に１回以上繰り返して行うことが好ましい。

また、滞留水引き抜き工程（Ｂ）を終えた後、すなわちエアー抜き工程（Ｃ）の直前に上記エアーフラッシング工程を更に行ってもよい。エアーフラッシング工程を更に行うことで、膜に付着した汚染物をより効果的に除去できる。

本発明の水処理方法によれば、逆洗工程（Ａ）を終えた後、中空糸膜モジュール３０内の滞留水を、一次側３０ａと二次側３０ｂに同時に加圧しながら引き抜くので、滞留水が高速で引き抜かれることとなり、その時の剪断力で膜表面あるいは内部に蓄積した汚染物質を効率よく剥離することができる。また、一次側３０ａと二次側３０ｂとを同時に加圧するので、一次側３０ａから二次側３０ｂへの洗浄水の流出を防止すると共に、膜にかかる負荷がそれぞれ相殺されて小さくなり、膜変形や膜破断が生じにくい。

図８には、本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の第２の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。

前記図１に示した第１の実施形態との主な変更点は、＜１＞原水供給ポンプ１１と第１の原水供給バルブＶ１とを連結する配管１の途中が二手に分岐し、原水入口バルブＶ９を配置した配管９を介して原水供給槽１０に接続している点である。

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。なお、基本的な工程は前記実施形態と同様であり、異なる点について詳述する。

なお、この実施形態において、逆洗工程（Ａ）、滞留水引き抜き工程（Ｂ）エアー抜き工程（Ｃ）は上記第１の実施形態と同じであることから、詳細な説明は省略する。

上記逆洗工程（Ａ）を終えた後、原水入口バルブＶ９を開とし、原水供給ポンプ１１を稼動させて、滞留水引き抜き工程（Ｂ）の実施中、原水は配管９を介して循環させる。

滞留水引き抜き工程（Ｂ）を終えた後、第１の原水供給バルブＶ１及び第２の排出バルブＶ５ｂを開とし、その他の自動バルブを閉として、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａに水を通水し、配管５ｂより排水するいわゆるエアー抜き工程（Ｃ）を行う。

このように、この実施形態によれば、逆洗工程（Ａ）と滞留水引き抜き工程（Ｂ）との切り替えの際に、原水供給ポンプ１１の運転を停止する必要がないので、原水供給ポンプ１１の運転立ち上げ時の作業、初期起動力を軽減することができる。そして、第１の原水供給バルブＶ１及び第２の原水供給バルブＶ２の開閉によって、原水の供給・停止を速やかに行うことが可能となり、膜の洗浄工程に要する時間を短くすることができ、水処理を効率よく実施できる。

図９には、本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の第３の実施形態が示されている。なお、前記実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。

前記一実施形態による処理装置との変更点は、
＜１＞中空糸膜モジュール３０の二次側３０ｂと膜出口バルブＶ３とを連結する配管３の途中が二手に分岐し、薬品槽入口バルブＶ１０及び薬液注入ポンプ１５を配置した配管５１を介して薬液槽１６に接続している点、
＜２＞中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａと第１の原水供給バルブＶ１とを連結する配管１の途中が二手に分岐し、還元中和槽入口バルブＶ１１を配置された配管５２が還元中和槽１７に接続している点、
＜３＞第２の逆止弁４１と配管７ｃとを連結する配管７ｂの途中に薬液排水バルブＶ１２を配置している点である。

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。なお、基本的な工程は前記実施形態と同様であり、異なる点について詳述する。

なお、この実施形態において、逆洗工程（Ａ）、滞留水引き抜き工程（Ｂ）エアー抜き工程（Ｃ）は上記第１の実施形態と同じであることから、説明は省略する。ただし、上記各工程において、薬液排水バルブＶ１２は常に開とし、薬品槽入口バルブＶ１０及び還元中和槽入口バルブＶ１１は常に閉とする。

エアー抜き工程（Ｃ）を終えた後、薬品槽入口バルブＶ１０及び還元中和槽入口バルブＶ１１を開とし、他のバルブを閉とし、薬液注入ポンプ１５を稼動させて、中空糸膜モジュール３０の二次側３０ｂに薬品を供給する薬品洗浄液注入工程（Ｄ）を行う。

中空糸膜モジュール３０に注入する薬品としては、次亜塩素酸、硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸、クエン酸、シュウ酸等の有機酸、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤、過酸化水素のような還元剤、水酸化ナトリウムのようなアルカリ剤を単独または併用して用いることができる。なかでも、浄水場において一般的に使用されているという理由から硫酸および次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。また、２種以上の薬品を併用する場合においては、例えば、１日に１回の頻度で次亜塩素酸ナトリウムを用い、７日に１回の頻度で硫酸を用いる組み合わせなどが挙げられる。

また、注入する薬品濃度は、次亜塩素酸ナトリウムでは１〜５００ｍｇ／ｌが好ましく、１０〜１００ｍｇ／ｌがより好ましい。１ｍｇ／ｌ未満であると洗浄効果が悪くなり、５００ｍｇ／ｌを超えると膜の劣化が起こる。

薬品洗浄液注入工程（Ｄ）は、一次側３０ａに流入した薬品洗浄液の濃度が、設定した薬品洗浄液の濃度の８０％以上に達するまで、行うことが好ましい。

一次側３０ａに流入する薬品濃度が所定の濃度を越えた後、薬液注入ポンプ１５を停止し、全てのバルブを閉として、薬品による膜目詰まり物質や閉塞固形分を溶解、または分解を促進させる薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）を行う。

薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）における薬品洗浄液の滞留時間は、１０〜１２０分が好ましく１０〜２０分がより好ましい。薬品洗浄液の滞留時間が１０分未満であると、膜目詰まり物質や閉塞固形分などを除去しきれない場合がある。また、１２０分以上であっても、さほど効果が向上しないため、水処理効率が低下する傾向にある。

上記薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）の終了後、リンス工程（Ｆ）を行う。このリンス工程（Ｆ）は、中空糸膜モジュール３０内に滞留する薬品濃度を低減する薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）と、薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）とからなることが好ましい。これによれば、リンス工程（Ｆ）で要する水の使用量が削減でき、従来と比較して約１／２〜１／３に低減できる。

まず、膜出口バルブＶ３と、還元中和槽入口バルブＶ１１を開とし、他のバルブを閉とし、逆洗水供給ポンプ１２を稼動して、中空糸膜モジュール３０内に滞留している薬品洗浄液を希釈する薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）を行う。一次側３０ａから排出された薬品洗浄液は、還元中和槽１７に送られて、ここで中和処理される。

そして、上記薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）を終えた後、第２のコンプレッサー入口バルブＶ７及び還元中和槽入口バルブＶ１１を開とし、他のバルブを閉とし、コンプレッサー１４を稼動させて、０．０１〜０．０５ＭＰａの圧縮空気圧を膜の二次側３０ｂに供給して、二次側３０ｂに滞留する薬品洗浄液を一次側３０ａに排水する。その後、第２のコンプレッサー入口バルブＶ７と、還元中和槽入口バルブＶ１１と、薬液排水バルブＶ１２とを開とし、他のバルブを閉とし、コンプレッサー１４を稼動させて、０．０１〜０．０５ＭＰａの圧縮空気圧を一次側３０ａに供給して、一次側３０ａに滞留する薬品洗浄液を還元中和槽１７へと移送する。

一次側３０ａと二次側３０ｂに別々に圧縮空気を供給する理由は、低圧の空気は、中空糸膜をほとんど通過しないため、二次側３０ｂのみの圧縮空気の加圧では一次側の中空糸膜中の希釈された薬品洗浄液はほとんど排出されないためである。なお、一次側３０ａ及び二次側３０ｂに供給する圧縮空気の空気圧が０．０５ＭＰａを超えると、膜破断が生じるおそれがある。

このように、この実施形態によれば、薬品洗浄工程を行うことで、逆洗工程（Ａ）だけでは剥離できなかった固形分も剥離除去するので、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。

以下、本発明を実施例によっ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。

［試験例１］
（実施例１）
図１に示す水処理装置を用いて水処理を行った。中空糸膜モジュール３０は、中空糸孔径０．０３μｍ、中空糸径０．８ｍｍ、長さ約１．４ｍ、中空糸本数１００００本、中空糸膜面積３５ｍ^２を用いた。原水は、人口原水（ＴＯＣ０．６ｍｇ／Ｌ、濁度1度レベル、溶解鉄０．０５ｍｇ／Ｌ）を用いた。

運転条件は、ろ過流束４ｍ／ｄでろ過工程時間を３０分間行った。ろ過工程終了後、まず、線速度で約０．４８ｍ／ｓｅｃ（流束６ｍ／ｄ）で逆洗工程（Ａ−１）を７秒、逆洗工程（Ａ−２）を１３秒間実施した。次いで、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂを０．２Ｍｐａで１．５秒間加圧して、滞留水を引き抜き工程（Ｂ）を実施した。次いで、流束６ｍ／ｄの速度で２０秒間、中空糸膜モジュール３０へ原水を供給し、エアー抜き工程（Ｃ）行った後、上記条件で滞留水引き抜き工程（Ｂ）とエアー抜き工程（Ｃ）とを再度行った後、ろ過工程を再開し、水処理を行った。

（実施例２）
実施例１において、エアー抜き工程（Ｃ）の直前に、原水の供給速度を線速度で約０．４ｍ／ｓｅｃ（流束として５ｍ／ｄ）とし、空気の流量を原水の流量の１．５倍として、エアーフラッシング工程を１５秒間行った以外は実施例１と同様にして水処理を行った。

（実施例３）
図１に示す水処理装置を用いて水処理を行った。中空糸膜モジュール３０は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）を用いて、中空糸孔径０．０２μｍ、ＭＦ膜中空糸径０．８ｍｍ、長さ約１．４ｍ、中空糸本数１００００本、中空糸膜面積３５ｍ^２を用いた。原水は、実施例１と同様のものを用いた。

運転条件は、ろ過流束４ｍ／ｄでろ過工程時間を３０分間行った。ろ過工程終了後、まず、線速度で約０．４８ｍ／ｓｅｃ（流束６ｍ／ｄ）で逆洗工程（Ａ−１）を７秒、逆洗工程（Ａ−２）を１３秒間実施した。次いで、流束５ｍ／ｄで原水を、流束７．５ｍ／ｄで空気を７秒間供給し、滞留水を引き抜き工程（Ｂ）を実施した。次いで、流束５ｍ／ｄでエアーフラッシング工程を7秒間行った。次いで、中空糸の滞留水中に空気層を含ませ、膜の一次側及び二次側に０．２Ｍｐａの圧縮空気を１．５秒間供給し、２回目の滞留水の引き抜き工程（Ｂ）を実施した。次に、流束５ｍ／ｄで原水を供給し、エアー抜き工程（Ｃ）を実施した。その後、３回目の滞留水引き抜き工程（Ｂ）、２回目のエアー抜き工程（Ｃ）、原水の配管途中の空気除去を行い、ろ過工程を再開し、水処理を行った。

（実施例４）
図８に示す水処理装置を用いて水処理を行った。中空糸膜モジュール３０及び原水としては、実施例１と同様のものを用いた。

運転条件は、ろ過流束６ｍ／ｄでろ過工程時間を２０分間行った。ろ過工程終了後、まず、線速度で約０．４ｍ／ｓｅｃ（流束５ｍ／ｄ）で逆洗工程（Ａ−１）を７秒、逆洗工程（Ａ−２）を１３秒間実施した。

次に、０．２Ｍｐａの圧縮空気を中空糸膜の一次側と二次側に１．５秒間供給し、上記滞留水引き抜き工程（Ｂ）を実施した。次いで、上記エアー抜き工程（Ｃ）を１０秒間実施した。

エアー抜き工程（Ｃ）を終了後、滞留水引き抜き工程（Ｂ）とエアー抜き工程（Ｃ）を交互に繰り返し、滞留水引き抜き工程（Ｂ）とエアー抜き工程（Ｃ）を合計３回実施した。

そして最後に配管内の途中の空気除去を行ったのち、ろ過工程を再開した。

（比較例１）
図１に示す水処理装置を用いて水処理を行った。中空糸膜モジュール３０及び原水は、実施例１と同様のものを用いた。

運転条件はろ過流束４ｍ／ｄでろ過工程を３０分間行った後、逆洗流束６ｍ／ｄで逆洗工程（Ａ−１）を２０秒間行った。

（比較例２）
比較例１において、逆洗工程（Ａ−１）を２０秒間行った後、原水流量５ｍ／ｄ及び空気流量７ｍ/ｄの条件でエアーフラッシング工程を１０秒間行った以外は、比較例１と同様にして水処理を行った。

（比較例３）
比較例１において、逆洗工程（Ａ−１）を２０秒間行った後、原水流量４ｍ／ｄ及び空気流量６ｍ/ｄの条件でエアーフラッシング工程を１０秒間行った以外は、比較例１と同様にして水処理を行った。

（比較例４）
ろ過流束４ｍ／ｄでろ過工程を３０分間行った後、逆洗流束６ｍ／ｄで逆洗工程（Ａ−１）を２０秒間行った。そして、１日１回の割合で、０.３Ｍｐａの空気圧で中空糸膜モジュールの一次側に加圧した。

前記各実施例１〜４及び比較例１〜４の運転条件で水処理を7日間連続して行い、逆洗水使用量、エアー使用量、洗浄用原水使用量、膜差圧上昇速度、稼働率を求めた。なお、稼働率は稼働時間全体に対する、ろ過工程時間の割合を意味する。

上記結果より、実施例１〜４は、比較例１〜４に比べ1日あたりの膜差圧上昇が少なく、かつ逆洗水使用量の使用量が少なくろ過水の回収率が高いことがわかる。

これは、中空糸膜の一次側に付着した固形分が逆洗により一部が剥れると同時に、残った固形分も付着力が低下したことが考えられる。もう一つの理由として、同一圧縮空気供給源で圧縮空気を送り、中空糸膜の一次側と二次側を同時に加圧し、高速で中空糸膜中の滞留水を引き抜くことにより、その剪断力により中空糸膜の一次側の固形分が完全に剥がれたと考えられる。なお、比較例３のように、十分な剪断力を加えた場合であっても、膜の一次側と二次側に大きな膜差圧が生じる場合には、一部の固形分が膜への再付着しやすいので、固形分の除去効果は高いが、膜差圧の上昇防止効果は小さかった。

また、実施例２が実施例１に比べ膜差圧上昇効果が高い理由は、エアーフラッシング工程の効果であると推定される。また、実施例１及び２に比べ、実施例３、４が膜差圧上昇が小さい理由としては、滞留水中に空気が混入しているため、水と空気の接触する境界面が大きくなり、剪断力が向上したためであると推定される。

［試験例２］
（実施例５）
図１に示す水処理装置を用いて水処理を行った。中空糸膜モジュール３０は、中空糸孔径０．０３μｍ、中空糸径０．８ｍｍ、長さ約１．４ｍ、中空糸本数１００００本、中空糸膜面積３５ｍ^２、縦型の中空糸膜モジュールで容積約４４Ｌを用いた。原水は、人口原水（ＴＯＣ０．６ｍｇ／Ｌ、濁度1度レベル、溶解鉄０．０５ｍｇ／Ｌ）を用いた。

運転条件は、ろ過流束３ｍ／ｄでろ過工程時間を30分間行った。ろ過工程終了後、まず、線速度で約０．５ｍ／ｓｅｃ（流束６ｍ／ｄ）で逆洗工程（Ａ−１）を７秒、逆洗工程（Ａ−２）を１３秒間実施した。次いで、水流束６ｍ／ｄ、空気流束９ｍ／ｄ、時間１５秒間でエアーフラシング工程を実施した。次いで、中空糸膜モジュール３０の一次側３０ａ及び二次側３０ｂを０．２Ｍｐａで１．５秒間加圧して、滞留水を引き抜き工程（Ｂ）実施し、流束６ｍ／ｄの速度で１５秒間のエアー抜き工程（Ｃ）を実施した。エアー抜き工程（Ｃ）を終了後、滞留水引き抜き工程（Ｂ）とエアー抜き工程（Ｃ）を交互に繰り返し、滞留水引き抜き工程（Ｂ）とエアー抜き工程（Ｃ）を合計２回実施した。

次に、中空糸膜モジュール内の次亜塩素酸ナトリウムの次亜塩素酸濃度が５０ｍｇ／Ｌになるように、膜ろ過水の配管途中に１２％濃度の次亜塩素酸ナトリウム注入する薬品洗浄液注入工程（Ｄ）を実施した。次に薬品洗浄液を前記中空糸膜モジュールに２０〜３０分間滞留させる薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）を実施した。次に、前記薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）を実施した後、リンス工程（Ｆ）として、前記薬品濃度の低減のための薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）を流束６ｍ／ｄで２０秒間実施し、４８Ｌのろ過水を注入した。次にリンス工程（Ｆ）として、０．０５ＭＰａの圧縮空気圧を１０秒間供給し、膜の二次側の希釈薬品洗浄液を膜の一次側より排水する薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）を実施した。前記薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）後、膜の一次側に０．０５ＭＰａの圧縮空気を３秒間供給し、膜の一次側の希釈薬品洗浄液を排水し、排水を還元中和槽に移送した。

前記薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）が終了後、薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）と薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）を交互に繰り返し、薬品洗浄液希釈工程（Ｆ−１）と薬品洗浄液排出工程（Ｆ−２）を合計２回実施した。

これら上記滞留水引き抜き工程（Ｂ）及びエアー抜き工程（Ｃ）、薬品洗浄液注入工程（Ｄ）、薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）、リンス工程（Ｆ）を約２３時間毎に行った。

（比較例５）
実施例５において、中空糸膜の一次側の滞留水引き抜き工程（Ｂ）を省略したこと以外は、実施条件及び工程は、実施例５と同様に実施した。

（比較例６）
比較例５において、薬品洗浄液注入工程（Ｄ）時に、中空糸膜モジュール内の次亜塩素酸ナトリウムの濃度が１５０ｍｇ／Ｌになるように、１２％濃度の次亜塩素酸ナトリウム注入した以外は、比較例５と同様にして水処理を行った。

実施例５、比較例５、６の水処理を１５日間行い、膜差圧上昇速度、すすぎ水使用量、最終すすぎ水中の次亜塩素濃度を求めた。なお、中空糸膜モジュールのすすぎ排水出口における最終すすぎ水中の次亜塩素濃度は、比色法により測定した。

上記の結果より、滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行った実施例５の水処理方法は、滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行なわなかった比較例５に比べ１日あたりの膜差圧上昇が顕著に少なくなった。

また、実施例５は、比較例６に較べ、すすぎ水の使用量も１／２と少なく、薬品の使用量及びすすぎに要する時間、すすぎ水水量を低減できる。

本発明の水処理方法に用いる水処理装置の第１実施形態の概略構成図である。 本発明のろ過工程を説明するための概略構成図である。 本発明の逆洗工程（Ａ-１）を説明するための概略構成図である。 本発明の逆洗工程（Ａ-２）を説明するための概略構成図である。 本発明の滞留水引き抜き工程（Ｂ）を説明するための概略構成図である。 エアーフラッシング工程を説明するための概略構成図である。 本発明のエアー抜き工程（Ｃ）を説明するための概略構成図である。 本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の他の実施形態の概略構成図である。 本発明の水処理方法に用いることができる水処理装置の他の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１〜９、５０〜５２：配管
１０ 原水供給槽
１１ 原水供給ポンプ
１２ 逆洗水供給ポンプ
１３ ろ過水貯留槽
１４ コンプレッサー
１５ 薬液注入ポンプ
１６ 薬液槽
１７ 還元中和槽
３０ 中空糸膜モジュール
Ｖ１ 第１の原水供給バルブ
Ｖ２ 第２の原水供給バルブ
Ｖ３ 膜出口バルブ
Ｖ４ ろ過水貯留槽入口バルブ
Ｖ５ａ 第１の排出バルブ
Ｖ５ｂ 第２の排出バルブ
Ｖ６ 第１のコンプレッサー入口バルブ
Ｖ７ 第２のコンプレッサー入口バルブ
Ｖ８ エアー抜きバルブ
Ｖ９ 原水入口バルブ
Ｖ１０ 薬品槽入口バルブ
Ｖ１１ 還元中和槽入口バルブ
Ｖ１２ 薬液排水バルブ

Claims (11)

1. 被処理水を中空糸膜モジュールに通して該被処理水中の汚濁物質を除去する膜ろ過処理工程と、前記中空糸膜モジュールの洗浄処理工程とを繰り返して行う水処理方法において、
   前記洗浄処理工程として、前記中空糸膜モジュールのろ過水の流出側である二次側から被処理水の流入側である一次側に水を流す逆洗工程（Ａ）と、
   前記中空糸膜モジュールの一次側及び二次側を所定の空気圧で加圧しつつ、前記中空糸膜モジュール中の滞留水を前記中空糸膜モジュールの一次側から排水する滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、
   前記中空糸膜モジュールに水を供給して前記中空糸膜モジュールに滞留する空気を除去するエアー抜き工程（Ｃ）とを含む物理洗浄を行うことを特徴とする水処理方法。
2. 前記逆洗工程（Ａ）を行った後、前記中空糸膜モジュールの一次側に、気泡を含有した水を供給した後、前記滞留水引き抜き工程（Ｂ）を行う、請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記エアー抜き工程（Ｃ）を行った後、前記滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、前記エアー抜き工程（Ｃ）とを、交互に更に１回以上繰り返して行う、請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 前記逆洗工程（Ａ）と、滞留水引き抜き工程（Ｂ）と、エアー抜き工程（Ｃ）とからなる物理洗浄を終えた後、前記中空糸膜モジュールの二次側から一次側に薬品洗浄液を注入する薬品洗浄液注入工程（Ｄ）と、この薬品洗浄液を前記中空糸膜モジュールに滞留させる薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）と、前記中空糸膜モジュールの二次側から一次側に水を注入して中空糸膜モジュールを水洗いするリンス工程（Ｆ）とを含む薬品洗浄を行う、請求項１〜３のいずれか一つに記載の水処理方法。
5. 前記薬品洗浄液注入工程（Ｄ）は、前記中空糸膜モジュールの一次側の薬品洗浄液の濃度が、供給した薬品洗浄液の濃度の８０％以上に達するまで行う、請求項４に記載の水処理方法。
6. 前記薬品洗浄液滞留工程（Ｅ）は、前記中空糸膜モジュールへの前記薬品洗浄液の注入を停止した後、前記中空糸膜モジュール中に前記薬品洗浄液を１０〜１２０分間滞留させる、請求項４又は５に記載の水処理方法。
7. 前記リンス工程（Ｆ）は、洗浄水を中空糸膜モジュールの二次側より供給した後、前記中空糸膜モジュールの二次側を０．０１〜０．０５ＭＰａの空気圧で加圧してこの水を前記中空糸膜モジュールの一次側に排出させ、次いで、前記中空糸膜モジュールの一次側を０．０１〜０．０５ＭＰａの空気圧で加圧して水を前記中空糸膜モジュールの一次側から引き抜く、請求項４〜６のいずれか一つに記載の水処理方法。
8. 被処理水中の汚濁物質を除去してろ過水を得るための中空糸膜モジュールと、
   前記中空糸膜モジュールへ供給するための被処理水を貯留する被処理水供給槽と、
   前記中空糸膜モジュールの被処理水の流入側である一次側の配管に設けられた、前記被処理水供給槽から前記中空糸膜モジュールへ被処理水を供給する被処理水供給ポンプと、
   前記中空糸膜モジュールのろ過水の流出側である二次側の配管に設けられた、該中空糸膜モジュールの二次側から一次側へ水を供給する逆洗水供給ポンプと、
   前記中空糸膜モジュールの一次側の配管及び二次側の配管に圧縮空気を供給するためのコンプレッサーと、
   それぞれの連結配管に設けられた弁体とを有する水処理装置。
9. 前記中空糸膜モジュールの二次側の配管の一部が、前記逆洗水供給ポンプを介して、前記中空糸膜モジュールの二次側から得られるろ過水を貯留するろ過水貯留槽と連結し、ろ過水の一部を中空糸膜モジュールの二次側から一次側へ供給できるように構成されている、請求項８に記載の水処理装置。
10. 前記被処理水供給ポンプと前記中空糸膜モジュール側とを連結する配管が途中から分岐して、前記被処理水供給槽と弁体を介して連結している、請求項８又は９に記載の水処理装置。
11. 前記中空糸膜モジュールの二次側から薬品洗浄液を供給するための薬品洗浄液注入手段を有する、請求項８〜１０のいずれか一つに記載の水処理装置。
    

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