JP2016172216A - 膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄用薬液ならびに分離膜洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】分離膜を短時間で十分に洗浄することができる分離膜の洗浄方法を提供する。【解決手段】膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置６の分離膜を、次亜塩素酸ナトリウム２０と酸２３を含む薬液３６を用いて洗浄し、薬液３６はｐＨが７以上かつ９以下の範囲となるように酸２３の混合量が調整されている。【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄用薬液ならびに分離膜洗浄システムに関する。

従来、図４に示すように、活性汚泥処理槽８０内に膜分離装置８１が浸漬配置され、膜分離装置８１の各膜カートリッジ８２にチューブ８３を介してヘッダー管８４が連通している。各膜カートリッジ８２の分離膜（濾過膜）を洗浄する場合、膜分離装置８１の濾過運転を停止し、次亜塩素酸ナトリウム溶液８６をヘッダー管８４に注入し、ヘッダー管８４内の次亜塩素酸ナトリウム溶液８６の液位と活性汚泥処理槽８０内の被処理液８７（例えば、し尿等の原水と活性汚泥との混合液等）の液位との差による自然水頭８８によって、次亜塩素酸ナトリウム溶液８６を各膜カートリッジ８２の内部に注入する。これにより、次亜塩素酸ナトリウム溶液８６が分離膜８５を透過液側から被処理液側に微小流束で透過し、分離膜（図示省略）が洗浄される。

尚、上記のように次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いて膜カートリッジの分離膜を洗浄することについては、例えば下記特許文献１に記載されている。

特許第３２９０５５５号

上記の従来形式では、市販品の次亜塩素酸ナトリウム原液（一般に有効塩素濃度１２ｗｔ％のもの）を水で希釈し、この希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液を分離膜の洗浄に用いている。市販品の次亜塩素酸ナトリウム原液のｐＨはほぼ１２〜１３であるため、酸化力が低く、分離膜の洗浄が不十分であったり、洗浄に長時間を要するといった問題があった。

本発明は、分離膜を短時間で十分に洗浄することができる膜分離装置の分離膜の洗浄方法および洗浄用薬液ならびに分離膜洗浄システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を、次亜塩素酸ナトリウムと酸を含む薬液を用いて洗浄するものである。

従来、一般に、次亜塩素酸ナトリウム溶液を酸と混合すると、塩素ガスが発生する虞があるため、次亜塩素酸ナトリウム溶液と酸を含む薬液を用いて分離膜を洗浄するといった発想は得られなかった。今回、本発明の発明者は、次亜塩素酸ナトリウム溶液に酸を加えた薬液を使用することにより、薬液のｐＨが低下し、薬液の酸化力が上がって洗浄力が向上することを見い出した。これにより、少量の薬液を用いて、分離膜を短時間で十分に洗浄することができる。

本第２発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、薬液はｐＨが７以上かつ９以下の範囲となるように酸の混合量が調整されるものである。
これによると、次亜塩素酸ナトリウム溶液と酸を混合して、薬液のｐＨを９以下に調整することにより、薬液の酸化力が上がって洗浄力が向上する。また、薬液のｐＨを７以上に調整することにより、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。

本第３発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、薬液は、次亜塩素酸ナトリウムを分離膜と接触させるために送液する途中で酸を添加することにより、ｐＨ調整されるものである。

これによると、薬液が分離膜と接触する直前に、次亜塩素酸ナトリウムのｐＨ調整が行われるため、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。
本第４発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、予め求めた次亜塩素酸ナトリウムに対する酸の混合量とｐＨとの関係から、酸の混合量を決めるものである。

これによると、容易かつ正確に薬液を所定のｐＨに調整することができる。
本第５発明における膜分離装置の分離膜の洗浄方法は、薬液の有効塩素濃度が０．０１〜０．２ｗｔ％であるものである。

本第６発明は、洗浄前の膜間差圧に応じて、洗浄回数と薬液の有効塩素濃度との少なくともいずれかを変更するものである。
これによると、洗浄前の膜間差圧を測定することにより、分離膜の汚れ具合を判断することができ、これに応じて洗浄回数や薬液の有効塩素濃度を変更することにより、分離膜の汚れ具合に応じた洗浄を行うことができる。例えば、膜間差圧が高い場合は、分離膜の汚れ具合が大きいと判断し、洗浄回数を増やしたり或いは薬液の有効塩素濃度を増加させる。また、膜間差圧が低い場合は、分離膜の汚れ具合が小さいと判断し、洗浄回数を減らしたり或いは薬液の有効塩素濃度を低下させる。これにより、無駄のない有効な洗浄が可能となる。

本第７発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を洗浄するための薬液であって、所定のｐＨとなるように次亜塩素酸ナトリウムと酸を混合したものである。

本第８発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を洗浄するための分離膜洗浄システムであって、
次亜塩素酸ナトリウムを貯留する第一の薬液貯留部と、
酸を貯留する第二の薬液貯留部と、
希釈水を貯留する希釈水貯留部と、
希釈水貯留部から膜分離装置へ希釈水を供給するための薬液供給経路と、
薬液供給経路に接続されて希釈水中に次亜塩素酸ナトリウムを供給する第一の薬液供給手段と、
薬液供給経路に接続されて希釈水中に酸を供給する第二の薬液供給手段と、
第一および第二の薬液供給手段よりも下流側における薬液供給経路に配置される薬液混合手段とを備えるものである。

これによると、希釈水を希釈水貯留部から薬液供給経路に供給するとともに、第一の薬液供給手段によって次亜塩素酸ナトリウムを第一の薬液貯留部から薬液供給経路の希釈水に供給し、第二の薬液供給手段によって酸を第二の薬液貯留部から薬液供給経路の希釈水に供給し、薬液混合手段によって希釈水と次亜塩素酸ナトリウムと酸とが混合することにより、薬液が生成され、この薬液が薬液供給経路を通って膜分離装置の分離膜に供給される。尚、希釈水には、上水やＭＢＲ処理水、河川水等が利用できる。

以上のように本発明によると、次亜塩素酸ナトリウム溶液に酸を加えた薬液を使用することにより、薬液のｐＨが低下し、薬液の酸化力が上がって洗浄力が向上するため、分離膜を少量の薬液で又は短時間で十分に洗浄することができる。また、薬液のｐＨを７以上かつ９以下の範囲に調整することにより、薬液の酸化力が上がって洗浄力が向上するとともに、塩素ガスの発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態における活性汚泥処理槽の構成を示す図である。 薬液のｐＨとＯＲＰとの関係を示すグラフである。 次亜塩素酸ナトリウムに塩酸を添加したときの中和曲線を示すグラフである。 従来の活性汚泥処理槽の構成を示す図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は活性汚泥処理槽であり、槽本体２の上部には、有機性排水（例えば、下水、し尿、工場排水等）を供給するための供給系４が連通し、槽本体２の下部には、余剰汚泥を排出するための排出系５が連通している。槽本体２の内部には、被処理液３（有機性排水と活性汚泥との混合液）が貯留され、浸漬型の膜分離装置６が浸漬配置されている。

膜分離装置６は、上下が開口した箱状のケーシング７と、ケーシング７内に配列された複数の平板状の浸漬型膜カートリッジ８とを有している。各膜カートリッジ８は、上下方向に沿って平行に配置されており、膜支持板と、膜支持板の表面を覆って備えられた分離膜９（濾過膜）と、分離膜９の背面側において膜支持板の表面又は内部に形成された透過液流路とを有している。

各膜カートリッジ８はチューブ１０を介して吸引管１２に接続されており、吸引管１２には吸引ポンプ１３が設けられている。また、膜カートリッジ８の配列群の下方には散気装置１４が設置されており、散気装置１４には給気管１５を介してブロワ１６が設けられている。

また、活性汚泥処理槽１には、各膜カートリッジ８の分離膜９を洗浄するための分離膜洗浄システム１９（分離膜洗浄装置）が備えられている。分離膜洗浄システム１９は、次亜塩素酸ナトリウム溶液２０を貯留する第一の薬液貯留タンク２１（第一の薬液貯留部の一例）と、塩酸２３（酸の一例）を貯留する第二の薬液貯留タンク２４（第二の薬液貯留部の一例）と、希釈水２６を貯留する希釈水貯留タンク２７（希釈水貯留部の一例）と、希釈水貯留タンク２７から膜分離装置６の各膜カートリッジ８へ希釈水２６を供給するための薬液供給経路２９と、薬液供給経路２９に接続されて希釈水２６中に次亜塩素酸ナトリウム溶液２０を供給する第一の薬液供給手段３０と、薬液供給経路２９に接続されて希釈水２６中に塩酸２３を供給する第二の薬液供給手段３１と、希釈水２６を薬液供給経路２９に供給する希釈水供給手段３２と、第一および第二の薬液供給手段３０，３１よりも下流側における薬液供給経路２９に配置されるスタティックミキサー３３（薬液混合手段の一例）とを備えている。

薬液供給経路２９は、配管からなり、上流側が希釈水貯留タンク２７に接続され、下流側が吸引管１２に接続されている。また、スタティックミキサー３３と吸引管１２との間における薬液供給経路２９には薬液供給用弁３５が設けられている。尚、第一および第二の薬液供給手段３０，３１と希釈水供給手段３２とはそれぞれバルブおよび供給用ポンプ等によって構成されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
濾過運転時においては、薬液供給用弁３５を閉じ、吸引ポンプ１３を駆動することにより、各膜カートリッジ８の内部に吸引負圧を作用させ、この吸引負圧によって被処理液３を濾過する。被処理液３は、各膜カートリッジ８の分離膜９を透過することにより濾過され、透過液として透過液流路に流入し、吸引管１２を通じて系外に取り出される。また、ブロワ１６を駆動して、散気装置１４から散気を行う。

また、上記のような濾過運転を所定期間実施した場合又は濾過運転の継続により各膜カートリッジ８の分離膜９の膜面にケーキ層が付着した場合、以下のようにして分離膜９を洗浄する。

先ず、吸引ポンプ１３とブロワ１６とを停止して濾過運転を停止する。
その後、薬液供給用弁３５を開き、希釈水貯留タンク２７内の希釈水２６を希釈水供給手段３２によって薬液供給経路２９に供給するとともに、第一の薬液貯留タンク２１内の次亜塩素酸ナトリウム溶液２０を第一の薬液供給手段３０によって薬液供給経路２９の希釈水２６に供給し、第二の薬液貯留タンク２４内の塩酸２３を第二の薬液供給手段３１によって薬液供給経路２９の希釈水２６に供給し、スタティックミキサー３３によって希釈水２６と次亜塩素酸ナトリウム溶液２０と塩酸２３とを混合する。これにより、次亜塩素酸ナトリウム溶液２０と塩酸２３とを含み希釈水２６で希釈された薬液３６が生成され、この薬液３６が薬液供給経路２９から吸引管１２を通って各膜カートリッジ８に供給されて分離膜９に接触し、分離膜９が薬液３６によって洗浄される。

次亜塩素酸ナトリウム溶液２０は市販品を使用しており、そのｐＨはほぼ１２〜１３である。これに対して、薬液３６は、市販品の次亜塩素酸ナトリウム溶液２０に塩酸２３と希釈水２６とを混合することで、ｐＨが７以上かつ９以下の範囲内に調整されているとともに、有効塩素濃度が０．０１ｗｔ％以上かつ０．２ｗｔ％以下の範囲内に調整されている。

上記のように、薬液３６のｐＨを９以下にすることにより、薬液３６の酸化力が上がって洗浄力が向上する。また、薬液３６のｐＨを７以上にすることにより、塩素ガスの発生を抑制（低減）することができる。尚、ｐＨが７以上かつ９以下の範囲内において、好ましくはｐＨを８以上かつ９以下の範囲内にすることにより、洗浄力の向上と塩素ガスの発生の抑制とがバランス良く実現でき、添加する塩酸２３の比率を低く抑えることができる。

尚、塩酸２３は例えば濃度が４ｗｔ％のものを使用している。
下記表１は、市販品の有効塩素濃度１２ｗｔ％の次亜塩素酸ナトリウム原液を水で希釈したときのｐＨとＯＲＰ（酸化還元電位）の測定値、および、水で希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨをほぼ８に調整したときのＯＲＰの測定値を示す。尚、ＯＲＰの値は白金電極値を水素電極換算値に換算したものである。

これによると、例えば最下欄に記載したように、有効塩素濃度１２ｗｔ％の次亜塩素酸ナトリウム原液を水で５倍希釈した場合、次亜塩素酸ナトリウム溶液の有効塩素濃度が２．４ｗｔ％となり、その時のｐＨが１２．１、ＯＲＰが７４０ｍＶとなる。この希釈した次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨを８．０に調整したときのＯＲＰが１０８９ｍＶである。このように塩酸を混合してｐＨを１２．１から８．０に下げることによって、ＯＲＰが７４０ｍＶから１０８９ｍＶに上昇しているため、酸化力が向上していることがわかる。また、１０〜８０倍希釈においても同様に、ｐＨを８．０又は８．１に下げることによって、ＯＲＰが上昇するため、酸化力が向上する。

また、下記表２は、有効塩素濃度０．６ｗｔ％の次亜塩素酸ナトリウム溶液１００ｍＬに濃度４ｗｔ％の塩酸を混合したときのｐＨとＯＲＰ（水素電極換算値）との測定値を示し、例えば次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を１５ｍＬ添加した場合、このときの塩酸の添加量は１６．４ミリ当量となり、混合液のｐＨが８．１４、ＯＲＰが１０６９ｍＶとなる。

図２に、上記表２のｐＨとＯＲＰの関係を示すグラフを記載している。これによると、次亜塩素酸ナトリウム溶液に塩酸を混合してｐＨを１２から下げていくことにより、ＯＲＰが上昇するため、酸化力が向上することが分かる。

このようなことから、市販品の次亜塩素酸ナトリウム溶液２０を希釈水２６で希釈するとともに塩酸２３を混合して薬液３６のｐＨを７以上かつ９以下の範囲内に調整することにより、薬液３６の酸化力が上がって洗浄力が向上するため、分離膜９を短時間で十分に洗浄することができる。

また、図３は上記表２の塩酸の添加量と混合液のｐＨの関係をグラフにした中和曲線を示し、塩酸の添加量（ｍｇ／リットル）が増加するほど、混合液のｐＨが低下していくが、ｐＨが８の近辺からは、塩酸の添加量の増加に対してｐＨは緩やかに低下する傾向にある。尚、ｐＨが７以上かつ９以下の範囲では、上記のように塩酸の添加量の増加に対してｐＨが緩やかに低下する。したがって、塩素ガスの発生を十分に抑制する観点及び塩酸２３の添加量を抑える観点に基づけば、ｐＨが８以上かつ９以下の範囲がより好ましい。

図３に示したような中和曲線を様々な有効塩素濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液について予め作成しておくことにより、様々な有効塩素濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液に対する塩酸の混合量とｐＨとの関係を前以て把握することができる。この関係に基づいて、分離膜洗浄システム１９の第一の薬液供給手段３０と第二の薬液供給手段３１と希釈水供給手段３２とを制御手段（図示省略）により制御し、希釈水２６と次亜塩素酸ナトリウム溶液２０と塩酸２３との混合量を調節することにより、容易かつ正確に薬液３６のｐＨを７以上かつ９以下の範囲内に調整することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、膜カートリッジ８の洗浄前の膜間差圧を測定し、この膜間差圧に応じて、洗浄回数と薬液３６の有効塩素濃度との少なくともいずれかを変更する。

例えば、膜カートリッジ８の膜間差圧に閾値Ａを設定しておき、洗浄前に測定した膜間差圧が閾値Ａ以上の場合、分離膜９の汚れ具合が大きいと判断し、洗浄回数を１回ではなく２回又はそれ以上の複数回に増やして洗浄する。また、洗浄前に測定した膜間差圧が閾値Ａ未満の場合、分離膜９の汚れ具合が小さいと判断し、洗浄回数を１回にして洗浄する。

これにより、分離膜９の汚れ具合に応じた洗浄を行うことができ、無駄のない有効な洗浄が可能となる。
上記第２の実施の形態では、洗浄前に測定した膜間差圧に応じて洗浄回数を変更しているが、薬液３６の有効塩素濃度を変更してもよい。例えば、洗浄前に測定した膜間差圧が閾値Ａ以上の場合、分離膜９の汚れ具合が大きいと判断し、有効塩素濃度の高い（例えば濃度０．２ｗｔ％）薬液３６を使用して洗浄する。また、洗浄前に測定した膜間差圧が閾値Ａ未満の場合、分離膜９の汚れ具合が小さいと判断し、有効塩素濃度の低い（例えば濃度０．０１ｗｔ％）薬液３６を使用して洗浄する。

また、洗浄前に測定した膜間差圧に応じて洗浄回数と薬液３６の有効塩素濃度との両者を変更してもよい。
また、上記第２の実施の形態において、各判断や各変更を、制御手段（図示省略）を用いて行ってもよい。

上記各実施の形態では、酸の一例として塩酸２３を用いたが、塩酸２３以外の鉱酸を用いてもよい。

６ 膜分離装置
９ 分離膜
１９ 分離膜洗浄システム
２０ 次亜塩素酸ナトリウム溶液
２１ 第一の薬液貯留タンク（第一の薬液貯留部）
２３ 塩酸（酸）
２４ 第二の薬液貯留タンク（第二の薬液貯留部）
２６ 希釈水
２７ 希釈水貯留タンク（希釈水貯留部）
２９ 薬液供給経路
３０ 第一の薬液供給手段
３１ 第二の薬液供給手段
３３ スタティックミキサー（薬液混合手段）
３６ 薬液

Claims (8)

1. 膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を、次亜塩素酸ナトリウムと酸を含む薬液を用いて洗浄することを特徴とする膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
2. 薬液はｐＨが７以上かつ９以下の範囲となるように酸の混合量が調整されることを特徴とする請求項１記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
3. 薬液は、次亜塩素酸ナトリウムを分離膜と接触させるために送液する途中で酸を添加することにより、ｐＨ調整されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
4. 予め求めた次亜塩素酸ナトリウムに対する酸の混合量とｐＨとの関係から、酸の混合量を決めることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
5. 薬液の有効塩素濃度が０．０１ｗｔ％以上かつ０．２ｗｔ％以下の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
6. 洗浄前の膜間差圧に応じて、洗浄回数と薬液の有効塩素濃度との少なくともいずれかを変更することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の膜分離装置の分離膜の洗浄方法。
7. 膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を洗浄するための薬液であって、所定のｐＨとなるように次亜塩素酸ナトリウムと酸を混合したことを特徴とする分離膜の洗浄用薬液。
8. 膜分離活性汚泥処理で使用される膜分離装置の分離膜を洗浄するための分離膜洗浄システムであって、
   次亜塩素酸ナトリウムを貯留する第一の薬液貯留部と、
   酸を貯留する第二の薬液貯留部と、
   希釈水を貯留する希釈水貯留部と、
   希釈水貯留部から膜分離装置へ希釈水を供給するための薬液供給経路と、
   薬液供給経路に接続されて希釈水中に次亜塩素酸ナトリウムを供給する第一の薬液供給手段と、
   薬液供給経路に接続されて希釈水中に酸を供給する第二の薬液供給手段と、
   第一および第二の薬液供給手段よりも下流側における薬液供給経路に配置される薬液混合手段と
   を備えることを特徴とする分離膜洗浄システム。

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