JP3601015B2 - 膜を用いた濾過方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、水処理設備、特に浄水処理設備における膜を用いた濾過方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膜を用いた濾過方法、特に、中空糸膜を用い、原水から濁質物またはマンガンを除去する濾過技術が、近時注目され、広く採用されつつあるが、中でも、吐出ポンプを作動させて、膜表面の接線方向に原水を流し、膜を通過させる通液法により処理水を得、処理水槽に貯留する、いわゆるクロスフロー（十字流）濾過（Ｃｒｏｓｓ Ｆｌｏｗ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ：ＣＦＦ）が有効であるとされている。これは、膜分離で膜面に形成されるゲル層（ケーキ層）を、膜面に平行に流れる液の速度を大きくすることにより剥ぎ取り、濾過抵抗を低く保ち得るためである。
【０００３】
しかし、膜表面の液流速を大きくしても、運転時間の経過とともに膜表面で濁質物が濃縮されて高濃度となり、徐々に膜が閉塞し、ゲル層が生成して、やはり、濾過抵抗を増大させる。これは、中空糸膜の内側に膜に平行に原水を流し、膜の外側に透過させ、固液分離を行う内圧式のクロスフロー濾過の場合に、顕著である。そこで、この中空糸膜の膜面に付着した濁質物を除去するために、所定時間濾過を行った後、逆洗ポンプを作動させて短時間の逆洗浄を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したクロスフロー濾過の場合、膜の閉塞は、膜モジュールの流入水側の圧力（または、流入水側の圧力と濾過水出口側の圧力との差より求められる有効圧力）で検知し、その圧力が設定値を超えた場合に、吐出ポンプを停止し、膜モジュールの薬品洗浄を行う時期の到来の基準としている。しかし、この従来の濾過方法では、降雨その他に起因する急激な原水濁度の上昇といった原水水質の変化によって、一時的に膜が閉塞し、膜モジュールの流入水側の圧力が急激に上昇した場合にも、装置が停止することとなり、処理水を生産することができなくなるという問題点があった。そして、前記した膜の閉塞による膜モジュールの薬品洗浄を行う時期が到来していないにもかかわらず、薬品洗浄を行ってしまう事態が生じ、状況判断を誤らせる原因となっていた。
【０００５】
この発明は、このような従来技術の問題点を解決し、原水水質の変化による膜モジュールの流入水側の圧力の上昇に対して、装置を停止することなく、濾過運転を継続できるようにした膜を用いた濾過方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、この発明は、吐出ポンプにより膜モジュールに原水を供給し、膜を透過させて固液分離を行い処理水を得る膜を用いた濾過方法であって、常時は膜モジュールの濾過水出口側の流量を一定として、所定時間濾過を行った後、逆洗ポンプを作動させて短時間の定流量逆洗浄を行う濾過運転を繰り返す定流量濾過を行い、膜モジュールの流入水側の圧力が所定の圧力よりも上昇したときにのみ、定流量濾過から、吐出ポンプの一定の吐出圧力で濾過を行う定圧濾過に切り換え、前記膜モジュールの膜層の内側に濁質物が付着しゲル層となることで、膜の目詰まりによる閉塞を生じて薬品洗浄の時期が到来している場合と、急激な原水濁度の上昇に伴い原水水質の変化により一時的に膜が閉塞している場合とを、前記定流量逆洗浄における逆洗水を圧送したときの逆洗圧力の変動幅の大きさにより判断するように構成したことを特徴とする膜を用いた濾過方法を構成した。
【０００７】
この場合、濾過方法が、中空糸膜の内側に膜に平行に原水を流し、膜の外側に透過させ、固液分離を行う内圧式のクロスフロー濾過方法であると有効であり、また、定流量濾過と定圧濾過の切換えを膜モジュールの流入水側の圧力によりインバータ制御すると、より有効である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施の形態では、内圧式のクロスフロー濾過装置を用いた濾過方法について示す。図１は、クロスフロー濾過により処理水を得るフロー図である。
【０００９】
図１において、膜モジュール１は、例えばセルロースアセテートを良溶媒に溶解したあとこれに金属塩と添加溶媒を加えたポリマー溶液を紡糸した多孔膜中空糸であって、膜層と中空部とから構成される。原水槽５内の原水２は、膜モジュール１の膜層の内側である中空部に、膜層に平行に流され、膜層を透過させるクロスフロー濾過により、膜層の外側に処理水３が濾液として取り出され、処理水槽４に貯留されるものである。
【００１０】
原水槽５内の原水２は、吐出ポンプ６により膜モジュール１に供給され、循環系１０を循環する。膜モジュール１への流入水の入口と出口には、それぞれ流入水入口圧力計ＰＴ_１ と流入水出口圧力計ＰＴ_２ を設けている。膜モジュール１により濾過された濾過水は、膜モジュール１の濾過水上部取出口１ａと濾過水下部取出口１ｂから取り出され、共に処理水３として処理水槽４に送給される。濾過水上部取出口１ａおよび濾過水下部取出口１ｂには、それぞれ電磁弁Ｂ_１ ，Ｂ_２ と、これに対応する濾過水出口圧力計ＰＴ_３ ，ＰＴ_４ とが設けられる。また、処理水３の取出径路７には、電磁弁Ｂ_３ と流量計ＦＴとを設けている。さらに、処理水３が貯留されている処理水槽４からは処理水３の取出径路７に向けて逆洗水圧送路８を設け、逆洗ポンプ９と定流量弁Ｂ_４ が設置される。
【００１１】
さて、この濾過方法の基本的形態は、膜モジュール１の濾過水出口側に設けている流量計ＦＴの流量を一定として、処理水槽４に常時一定の処理水３が得られる定流量濾過を行うことである。この濾過運転を続けると、膜モジュール１の膜層の内側に濁質物が付着し徐々にゲル層となって堆積する。そこで、所定時間（例えば３０分間）濾過運転を行った時点で、短時間（例えば１分間）逆洗ポンプ９を作動させ、逆洗水圧送路８から逆洗水を定流量で圧送して、濁質物を強制的に剥離除去する作業を行う。このように、所定時間の定流量濾過の後、短時間の逆洗浄を交互に繰り返す濾過運転は、膜モジュール１の流入水側の圧力、つまり流入水入口圧力計ＰＴ_１ の圧力が設定値を超える事態が発生するまで継続される。
【００１２】
ところで、本発明者らは、この発明の実施に際し、１９日間に亘り、河川より原水を導入し、濾過実験を行った。図２〜図６は実験結果を示すグラフである。横軸は、それぞれ実験初日からの経過日数を示している。縦軸については、図２に原水濁度、図３に有効圧力、図４に実流束、図５に濾過運転時の各圧力計の数値、図６に逆洗圧力を示す。なお、
有効圧力（ｋＰａ） ＝〔（流入水入口圧力＋流入水出口圧力）÷２−（濾過水上部取出口圧力＋濾過水下部取出口圧力）÷２〕×９８．０６６５
実流束（ｍ／日） ＝濾過流量（ｍ^３／日） ÷膜面積（ｍ）
を表す。
【００１３】
濾過運転の条件を表１に示す。なお、膜モジュールの圧力の設定値を ２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２ とした。
【表１】

【００１４】
図２において、実験１０日目（６／１３）に降雨による急激な濁度の上昇があり、これに伴って図３に示すように、有効圧力も実験１１〜１２日目（６／１４〜６／１５）に ５３ｋＰａから１３５ｋＰａまで急激に上昇している。また、図４に示すように同期間における実流束も低下している。このとき、もし定流量濾過を継続すると、図５の▲１▼で示す流入水入口圧力（ＰＴ_１ の数値）は上昇を続け、図中の二点鎖線で示すように膜モジュールの耐圧である ２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２ にまで達すべきところ、この発明では、所定の圧力である １．７ｋｇｆ／ｃｍ^２ よりも上昇したときに、定流量濾過から、吐出ポンプの一定の吐出圧力で濾過を行う定圧濾過に切り換わることが特徴である。
【００１５】
図５の▲１▼で示す流入水入口圧力は、実験１１〜１２日目（６／１４〜６／１５）にのみ定圧濾過となり定圧状態である １．７ｋｇｆ／ｃｍ^２ に押さえられた状態で推移しているが、この定圧濾過の間も所定時間毎の短時間の逆洗浄が行われることと、原水水質が安定するに従って、図３の有効圧力も低下しはじめ、図４の実流束も１．５ｍ／日に戻り、流入水入口圧力が設定値（ １．７ｋｇｆ／ｃｍ^２ ）以下となると、再び定流量濾過に切り換わる。
【００１６】
このように膜モジュールの流入水側の圧力が所定の圧力よりも上昇した期間中は、定流量濾過から、吐出ポンプの吐出圧力で維持される定圧濾過となり、生産処理水の量は減少するが、従来の装置のように吐出ポンプを停止する必要がなく運転を継続できる。なお、図１の吐出ポンプ６は、膜モジュールの耐圧以下の圧力で必要な処理水の量が確保できる高出力のポンプが使用される。また、定流量濾過と定圧濾過の切換えは、膜モジュール１の流入水側の圧力を制御盤２０によりインバータ制御して行われる。
【００１７】
図６は、逆洗圧力のグラフである。すなわち、図１の逆洗ポンプ９を作動させ定流量で逆洗水圧送路８から逆洗水を圧送し、膜モジュール１の濾過水出口圧力計ＰＴ_３ ，ＰＴ_４ の圧力（平均値）を測定したものである。前述の流入水入口圧力が上昇した実験１１〜１２日目（６／１４〜６／１５）の期間における逆洗圧力は、１４０ｋＰａから１６０ｋＰａまで僅かに上昇（約 １．１倍）しただけである。急激な原水濁度の上昇といった原水水質の変化によって、一時的に膜が閉塞した場合には、このように逆洗圧力は大きく変動しないが、膜モジュール１の膜層の内側に濁質物が付着しゲル層となって、いわゆる膜の目詰まりによる完全な閉塞を起こしている場合には、逆洗圧力の変動幅は大きく顕著に現れる。したがって、この発明では、膜の閉塞による膜モジュールの薬品洗浄を行う時期の到来を膜モジュールに逆洗水を圧送したときの逆洗圧力により判断することができる。
【００１８】
なお、上記の実施形態では、濾過方法として中空糸膜を用い原水を膜モジュール１に供給して循環系を循環させるクロスフロー濾過による方法を用いる場合について説明したが、もちろん全量濾過による膜濾過方法に適用してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
上記の構成からなるこの発明の膜を用いた濾過方法によれば、常時は膜モジュールの濾過水出口側の流量を一定として、所定時間濾過を行った後、逆洗ポンプを作動させて短時間の逆洗浄を行う濾過運転を繰り返す定流量濾過を行い、膜モジュールの流入水側の圧力が所定の圧力よりも上昇したときにのみ、定流量濾過から、吐出ポンプの一定の吐出圧力で濾過を行う定圧濾過に切り換える方法を採用したので、降雨その他に起因する急激な原水濁度の上昇といった原水水質の変化による一時的な膜の閉塞に対して、装置を停止することなく、膜モジュールの耐圧以下の圧力で運転を継続することができる。したがって、従来の装置のように処理水の生産が中断されることがない。そして、装置を停止する必要がないので、膜モジュールに接触する原水の腐敗を防ぐことができ、膜に与えるダメージが少ない。
【００２０】
また、原水水質の変化による一時的な膜の閉塞と、薬品洗浄を必要とする膜モジュールの膜の目詰まりによる完全な閉塞とは、膜モジュールに逆洗水を圧送したときの逆洗圧力が大きく異なることから、これにより膜モジュールの薬品洗浄を行う時期を明確に判断することができ、従来のように、薬品洗浄を行う時期が到来していないにもかかわらず、薬品洗浄を行ってしまうといった判断の誤りを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る膜を用いた濾過方法を説明するための濾過装置の一例を示すフロー図である。
【図２】この発明に係る膜を用いた濾過方法を実施した実験結果を示す原水濁度のグラフである。
【図３】この発明に係る膜を用いた濾過方法を実施した実験結果を示す有効圧力のグラフである。
【図４】この発明に係る膜を用いた濾過方法を実施した実験結果を示す実流束のグラフである。
【図５】この発明に係る膜を用いた濾過方法を実施した実験結果を示す濾過運転時の各圧力計の数値のグラフである。
【図６】この発明に係る膜を用いた濾過方法を実施した実験結果を示す逆洗圧力のグラフである。
【符号の説明】
１ …膜モジュール
２ …原水
３ …処理水
４ …処理水槽
５ …原水槽
６ …吐出ポンプ
８ …逆洗水圧送路
９ …逆洗ポンプ
１０ …循環系
２０ …インバータ
Ｂ_１ ，Ｂ_２ ，Ｂ_３ …電磁弁
Ｂ_４ …定流量弁
ＰＴ_１ …流入水入口圧力計
ＰＴ_２ …流入水出口圧力計
ＰＴ_３ ，ＰＴ_４ …濾過水出口圧力計
ＦＴ …流量計

Claims (3)

1. 吐出ポンプにより膜モジュールに原水を供給し、膜を透過させて固液分離を行い処理水を得る膜を用いた濾過方法であって、常時は膜モジュールの濾過水出口側の流量を一定として、所定時間濾過を行った後、逆洗ポンプを作動させて短時間の定流量逆洗浄を行う濾過運転を繰り返す定流量濾過を行い、膜モジュールの流入水側の圧力が所定の圧力よりも上昇したときにのみ、定流量濾過から、吐出ポンプの一定の吐出圧力で濾過を行う定圧濾過に切り換え、
   前記膜モジュールの膜層の内側に濁質物が付着しゲル層となることで、膜の目詰まりによる閉塞を生じて薬品洗浄の時期が到来している場合と、急激な原水濁度の上昇に伴い原水水質の変化により一時的に膜が閉塞している場合とを、前記定流量逆洗浄における逆洗水を圧送したときの逆洗圧力の変動幅の大きさにより判断するように構成したことを特徴とする膜を用いた濾過方法。
2. 濾過方法が、中空糸膜の内側に膜に平行に原水を流し、膜の外側に透過させ、固液分離を行う内圧式のクロスフロー濾過方法である請求項１に記載の膜を用いた濾過方法。
3. 定流量濾過と定圧濾過の切換えを膜モジュールの流入水側の圧力によりインバータ制御する請求項１または請求項２に記載の膜を用いた濾過方法。

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