JP4498854B2 - 水浄化システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュールを用いた水浄化システムの運転方法に関する。

膜分離技術を適用する水浄化システムとして、中空糸膜モジュールを用いたクロスフロー濾過が行われている。クロスフロー濾過とは、中空糸膜の膜面（原水供給側の分離膜面）の一方に原水を供給し、中空糸膜を透過した透過水を分離膜の他方の膜面（透過水側の分離膜面）から回収する際、原水供給側の分離膜面に平行に原水を流して濾過を行うことにより、中空糸膜表面に付着した原水に含まれていた濁質物質をその膜表面から剥ぎ取る効果を有する濾過方法をいう。

このような水浄化システムでは、河川水に含まれる濁質物質の結合が比較的弱く、逆圧洗浄による透水速度の回復が大きいことから、分離膜として酢酸セルロース膜等が多用されている。

しかし、原水として用いられる河川水等には一般細菌と共に酢酸セルロース等を分解する細菌が混在しており、これが中空糸膜の原水供給分離膜面に付着して処理水質を害したり、中空糸膜自体が微生物分解を受けて劣化を生じる場合がある。

従って、付着した細菌を除去し、原水中の濁質物質によって生ずる目詰まりを防止するために、一般的には逆圧洗浄（以下「逆洗」と称す）が行われている。逆洗とは、透過水生成時とは逆方向に濾過膜モジュールに透過水を供給し、分離膜表面の濁質物質を剥離し、濁質物質を系外へ排出する膜の洗浄方法である。
特開２０００−１１７０６９号公報 特開平１１−１７９１６３号公報

膜面における細菌の付着繁殖を防止するには薬剤を用いた逆洗を行う方法があるが、薬剤濃度を高くすると膜自体が劣化して、膜寿命を短くするおそれもあり、一方、薬剤濃度を低くして逆洗回数を多くすると、濾過運転効率（単位時間当たりの透過水量）が低下することになる。従来は、薬液を用いた逆洗頻度を高くして対処していたため、連続運転時間が短くなり、濾過運転効率が低下するという課題があった。

また、特許文献２には、クロスフロー濾過における循環配管に殺菌剤を注入するシステムが記載されているが、この方法ではシステムが複雑となるだけでなく、中空糸膜内の懸濁物質を効率よく除去できない。

本発明は、河川水等のように酢酸セルロース等を分解する細菌が混在している原水を浄化する場合であっても、膜の劣化を防止して、長期間、安定した濾過運転をすることができる水浄化システムの運転方法を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、クロスフロー濾過により濾過運転を行い、濾過運転中に所定間隔で逆圧洗浄を行う、中空糸膜モジュールを含む水浄化システムの運転方法であり、
逆圧洗浄を行うとき、低濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる高頻度逆洗と高濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる低頻度逆洗とを組み合わせて行う水浄化システムの運転方法を提供する。

本発明の運転方法によれば、低濃度かつ高頻度逆洗と高濃度かつ低頻度逆洗を併用することにより、濾過膜モジュールの目詰まりを防止でき、長期にわたって安定した連続運転ができる。

本発明の運転方法で用いる水浄化システムは、中空糸膜モジュールを用いるものであればよく、例えば、中空糸膜モジュールと共に、原水タンク、沈殿槽、凝集槽、凝集剤タンク、活性炭処理塔、逆洗タンク、薬剤タンク、透過水タンク等から選ばれるものを適宜組み合わせ、各構成部をパイプ等で連結したものを用いることができる。このような水浄化システムとしては、例えば、特開２００２−３０１３３９号公報の図１、特開２００３−９４０５８号公報の図１、特開２００３−２５１１５５号公報の図１等に記載された公知の水処理システムを挙げることができる。

水浄化システムに含まれる中空糸膜モジュールは、１又は２以上の液出入口を有するハウジング（ケース）内に所望本数の中空糸膜（中空糸膜束）が充填された公知のものを用いることができる。

中空糸膜は、中空糸型限外濾過膜又は精密濾過膜が用いられるが、膜材質、分画分子量、膜孔径等は特に限定されるものではない。膜材質としては、セルロース系、ポリアクリロニトリル系、ポリスルホン系、ポリオレフィン系等を用いることができるが、膜の目詰まりが起りにくいと言われる、親水性の材質であるセルロース系の材質が好ましく、更に好ましくは酢酸セルロースである。分画分子量又は膜孔径は、透過流束が高く維持できることから、分画分子量３万〜５０万ダルトン、膜孔径０．０１〜０．５μｍが好ましい。

本発明の運転方法では、濾過運転時にクロスフロー濾過を適用する。クロスフロー濾過としては、原水を中空糸膜の内側に流す内圧式クロスフロー濾過、及び外側に流す外圧式クロスフロー濾過のいずれも適用できるが、本発明では逆洗効果の高い内圧式クロスフロー濾過が好ましい。

本発明の運転方法における濾過運転条件（透過水量や透過流束等で示されるもの）は、原水の種類、中空糸膜モジュール膜の形態、要求される濾過性能等に応じて適宜選択されるものである。

本発明の運転方法では、濾過運転の間に所定間隔で逆圧洗浄を行うとき、低濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる高頻度逆洗（低濃度高頻度逆洗）と高濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる低頻度逆洗（高濃度低頻度逆洗）とを組み合わせて行う。

低濃度高頻度逆洗は、１０〜９０分間、好ましくは２０〜８０分間、より好ましくは３０〜７０分間に１回の割合で行う。

低濃度高頻度逆洗は、０．５〜８．０ｍｇ／リットル、好ましくは１．０〜５．０ｍｇ／リットル、より好ましくは２．０〜５．０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウムを用い、０．５〜３分間、好ましくは１〜３分間、より好ましくは１〜２分間行う。

高濃度低頻度逆洗は、１日〜１ヶ月、好ましくは３日〜２０日、より好ましくは５日〜１４日に１回の割合で行う。

高濃度低頻度逆洗は、１５〜１００ｍｇ／リットル、好ましくは２０〜８０ｍｇ／リットル、より好ましくは２０〜６０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウムを用い、１〜１５分間、好ましくは２〜１２分間、より好ましくは３〜１０分間行う。

逆洗水として用いる水は、膜透過水、水道水、イオン交換水及び超純水等が挙げられるが、膜透過水を用いると、設備が簡単であり、低コストとなるので好ましい。

低濃度高頻度逆洗では、逆洗水の流束は透過流束よりも高くすることが好ましく、高濃度低頻度逆洗では、逆洗水の流束は透過流束よりも低くすることが好ましい。

また、次亜塩素酸ナトリウム以外の薬剤を併用することもできるが、薬剤中の次亜塩素酸ナトリウム濃度が５質量％以上になるようにする。他の薬剤としては、過酢酸、過酸化水素等の酸化剤、酢酸等の酸、ピロリン酸ナトリウム、燐酸、クエン酸、シュウ酸等の安定剤を挙げることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
中空糸膜モジュールを含む水浄化システムを用いて、河川水のクロスフロー濾過による透過水生成と、中空糸膜モジュールの目詰まりを防ぐための低濃度高頻度逆洗及び高濃度低頻度逆洗を実施した。

中空糸膜モジュールとして有効膜面積５０m^２の酢酸セルロース膜（ＭＯＬＳＥＰ Ｆ５０，ダイセル化学工業（株）製）を使用した。濾過運転は、透過水量６m^３／hrで行った。逆洗は、６０分毎に１回、３．０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウムによる逆洗を６０秒間行い（低濃度高頻度逆洗）、２週間に１回、５０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウムによる逆洗を５分間行った（高濃度低頻度逆洗）。

このような条件で５ヶ月濾過運転した後、中空糸膜を取り出して膜面を観察したところ、膜面には変化が見られず（未使用の膜と比べても差がない）、５ヶ月後の透過水量は運転初期の透過水量と同程度であった。

比較例１
高濃度低頻度逆洗を行わなかった以外は、実施例１と同様の運転条件で水浄化システムの運転を実施した。この条件で運転したところ、約３ヶ月で中空糸膜の目詰まりが発生し、透過水量は低下した。

Claims (4)

1. クロスフロー濾過により濾過運転を行い、濾過運転中に所定間隔で逆圧洗浄を行う、中空糸膜モジュールを含む水浄化システムの運転方法であり、
   逆圧洗浄を行うとき、低濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる高頻度逆圧洗浄と高濃度の次亜塩素酸ナトリウムによる低頻度逆圧洗浄とを組み合わせて行う運転方法であり、
   高頻度逆圧洗浄が、１０〜９０分間に１回の割合で、０．５〜８．０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で０．５〜３分間行う洗浄であり、
   低頻度逆圧洗浄が、１日〜１ヶ月に１回の割合で、１５〜１００ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で１〜１５分間行う洗浄である、水浄化システムの運転方法。
2. 高頻度逆圧洗浄が、２０〜８０分間に１回の割合で、１．０〜５．０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で１〜３分間行う洗浄であり、
   低頻度逆圧洗浄が、３日〜２０日に１回の割合で、２０〜８０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で２〜１２分間行う洗浄である、請求項１記載の水浄化システムの運転方法。
3. 高頻度逆圧洗浄が、３０〜７０分間に１回の割合で、２．０〜５．０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で１〜２分間行う洗浄であり、
   低頻度逆圧洗浄が、５〜１４日に１回の割合で、２０〜６０ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム水溶液で３〜１０分間行う洗浄である、請求項１記載の水浄化システムの運転方法。
4. 中空糸膜モジュールで用いる膜材質が酢酸セルロースである請求項１〜３のいずれか１項に記載の水浄化システムの運転方法。