JP4965828B2 - 膜濾過システム - Google Patents

Description

本発明は、上水処理、下水処理、産業廃水処理などで利用される膜濾過システムに係わり、特に処理対象となる原水の水質などに応じて、濾過処理水量、濾過膜の洗浄周期を適正化する膜濾過システムに関する。

浄水場における一般的な上水の製造プロセスは、地下水や河川、湖沼などの表流水などを取水して着水井に導入した後、凝集剤を添加してフロックを形成し、沈殿処理を実施する。その後、沈殿上澄み水を砂濾過に通して懸濁物を除去し、最後に消毒用の塩素処理を施し、需要家に供給している。

凝集沈殿処理工程、砂濾過工程では、原水中の濁質成分を除去することが目的であるが、運転管理が難しく、処理水質を一定に確保するのに多大な労力をかけている。また、近年、膜濾過技術に関する研究開発が進み、濁質成分を除去する目的で膜濾過処理を導入する自治体が増加してきた。膜濾過処理には、確実に濁質成分を除去できるため、良質な処理水質を安定的に得られるという利点があるが、膜の目詰まりが生じて膜間差圧が上昇し、一定水量を得ようとした場合に膜に過大な負荷をかけてしまう恐れがある。

そこで、このような濾過膜を使用した膜濾過システムでは、予め設定された周期で濾過水などの清澄な液を透過側から流す逆洗を行い、濾過膜に過大な負荷がかからないようにしている。

そして、濾過膜の内部などにこのような逆洗で除去できない付着物が蓄積され、膜間差圧が予め設定されている上限値を越えた時点で、膜の薬品洗浄を行い、逆洗で除去できなかった付着物を除去している。

また、特開２００３−１２６８５５号で開示された「膜濾過システム」では、原水水質の内、有機物濃度を蛍光センサを利用して監視し、膜処理水量や膜の逆洗、薬品洗浄に反映することにより、薬品洗浄の回数、濾過膜の交換回数を極力減少させるようにしている。
特開２００３−１２６８５５号

ところで、膜間差圧が予め設定されている上限値を越えた時点で、膜の薬品洗浄を行い、逆洗で除去できなかった付着物を除去するように構成した従来の膜濾過システムでは、次に述べるような問題があった。

まず、このような膜濾過システムでは、物理洗浄を繰り返しながら、膜間差圧がある程度高くなったとき、薬品洗浄を実施するという洗浄サイクルを繰り返し、同じ濾過膜をできるだけ長く使用するようにしている。

そして、薬品洗浄を行っても、濾過膜内部などの付着物が取り除けなくなり、膜間差圧が予め設定されている上限値を越えたままになったとき、濾過膜が劣化したと判断して、濾過膜の交換作業を行っている。この際、薬品洗浄、濾過膜の交換などを行う毎に、膜濾過処理を停止しなければならないことから、このような薬品洗浄の回数、濾過膜の交換回数をなるべく少なくして、膜濾過システムの運転コストを低減し、膜濾過システムの稼働率を高くすることが強く望まれていた。

また、特許文献１に開示された「膜濾過システム」では、水源から豊富な原水を取り込めるときには、薬品洗浄の回数、濾過膜の交換回数を低減することができるものの、夏季の渇水時などのように、原水中に底泥質が混じっているときには、蛍光センサを使用した薬品洗浄開始指示などが出る前に、膜間差圧が高くなってしまう。このため、オペレータがその都度、膜の状態を判断して、薬品洗浄開始指示、濾過膜の交換指示などを出さなければならず、手間が大変であるとともに、指示の出し遅れなどに起因して、濾過効率が低下してしまうなどの問題が指摘されていた。

本発明は上記の事情に鑑み、夏季の渇水時などのように、原水中に底泥質が混じっているときにも、薬品洗浄時期、濾過膜の交換時期などを正確に判定でき、システムの運転コストを低く抑えることができるとともに、膜処理水量を多くすることができ、システム稼働率を高めることができる膜濾過システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果と前記膜モジュールのマンガン負荷設定値とに基づいて膜処理水量目標値を演算し、この膜処理水量目標値に基づいて、前記膜モジュールで膜濾過処理される前記原水の流量を制御する膜処理水量目標値演算装置と、を備えたことを特徴としている。

また、膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果に基づいて前記膜モジュールのマンガン負荷を演算し、このマンガン負荷の積算値に基づいて、前記膜モジュールに対する逆洗開始時期を制御する逆先運転制御装置と、を備えたことを特徴としている。
また、膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果に基づいて前記膜モジュールのマンガン負荷を演算し、このマンガン負荷の積算値とマンガン負荷設定値とに基づいて、前記膜モジュールに対する薬品洗浄開始時期を判断する薬品洗浄時期判断装置と、を備えたことを特徴としている。

本発明による膜濾過システムでは、夏季の渇水時などのように、原水中に底泥質が混じっているときにも、薬品洗浄時期、濾過膜の交換時期などを正確に判定でき、システムの運転コストを低く抑えることができるとともに、膜処理水量を多くすることができ、システム稼働率を高めることができる。

《第１の実施形態》
図１は本発明による膜濾過システムの第１の実施形態を示すブロック図である。

この図に示す膜濾過システム１３ａでは、膜供給ポンプ１によって、原水を取り込み、膜モジュール２に供給する。膜モジュール２では、供給された原水に含まれている濁質成分を除去し、清澄な処理水を透過液として排出する。膜処理流量計３では、膜モジュール２から排出された清澄な透過液の流量を測定する。

また、膜モジュール２の前段に設置したサンプリングポンプ５によって、膜モジュール２に供給される原水の一部を取り込み、マンガン濃度分析計６で、原水のマンガン濃度を測定する。マンガン濃度分析計６で測定した結果を、膜処理水量目標値演算装置７に送り、ここでマンガン濃度に対応する膜処理水量を求め、膜処理水量の設定値として、膜処理水量一定制御装置５に供給する。

この際、膜処理水量目標値演算装置７では、次式に示すように、実験などによって得られる膜モジュール２のマンガン負荷設定値“Ｌｍｎ”（原水のマンガン濃度と膜モジュール２の処理水量との積に対応する設定値）と、マンガン濃度分析計６から供給されるマンガン濃度“Ｃｍｎ”とを用いて、マンガン濃度“Ｃｍｎ”の上下変動に対応する膜処理水量目標値“Ｑ”を算出し、膜処理水量一定制御装置４に供給する。

Ｑ＝Ｌｍｎ／Ｃｍｎ …（１）
但し、Ｌｍｎ：マンガン負荷設定値
Ｑ：膜処理水量目標値
Ｃｍｎ：マンガン濃度
膜処理水量一定制御装置４では、膜処理流量計３で測定した流量と、膜処理水量目標値演算装置７から出力される膜処理水量目標値“Ｑ”とを比較し、その過不足を判断して膜供給ポンプ１の送水量を膜処理水量目標値“Ｑ”となるように制御する。

これにより、膜モジュール２に供給される原水中のマンガン濃度が高くなったとき、膜供給ポンプ１から膜モジュール２に供給される原水の水量を低減させて、マンガン酸化物による膜モジュール２の膜閉塞を防止する。

このように、第１の実施形態によれば、原水の水質が季節によって変動しても、水質に応じて膜モジュール２に供給する原水の流量を適正に制御するため、膜間差圧の上昇を抑えつつ、膜モジュール２の逆洗頻度、および薬品洗浄頻度を低減させて、システムの運転コストを低く抑えることができるとともに、システムの稼働率を向上させることができる。

なお、第１の実施形態では、マンガン濃度分析計６を膜供給ポンプ１の前に設置するようにしているが、膜モジュール２とその前段の処理プロセスの間にあれば、他の設置位置、例えば膜供給ポンプ１の後段に設置するようにしても良い。

《第２の実施形態》
図２は本発明による膜濾過システムの第２の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図１の各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す膜濾過システム１３ｂは、マンガン濃度分析計６に代えて、連続型イオンクロマトグラフィ９を設置し、原水のマンガン濃度を連続的に分析させている。他は図１に示す第１の実施形態と同一である。

連続型イオンクロマトグラフィ９は、分析計として使用されるイオンクロマトグラフィをオンラインで連続に測定可能にするものであり、マンガン濃度を連続的に非常に高い精度で分析し、その分析結果を膜処理水量目標値演算装置７に供給する。

このように、第２の実施形態では、サンプリングポンプ５によって取り込まれた原水原水を連続型イオンクロマトグラフィ９に供給して、オンラインで、原水のマンガン濃度を高精度分析し、分析結果を膜処理水量目標値演算装置７に供給するようにしていた。このため、原水のマンガン濃度に対応して、遅滞なく、膜処理水量を適正化させることができる。このため、夏季の渇水時などのように、原水中に底泥質が混じっているときにも、膜間差圧上昇を抑えて、濾過膜の逆洗頻度、薬品洗浄頻度を低減でき、メンテナンスの軽減、システムの運転コストを低く抑えるとともに、システムの稼働率を向上させることができる。

《第３の実施形態》
図３は本発明による膜濾過システムの第３の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図１の各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す膜濾過システム１３ｃは、膜モジュール２による膜処理の前段に、原水の濁度を計測する濁度計１０を設置し、膜処理の原水の濁度を測定する。濁度計１０で測定した結果を、膜処理水量目標値演算装置７に送り、ここで濁度およびマンガン濃度に対応する膜処理水量を求めて、膜処理水量の設定値として膜処理一定制御装置５に供給する。

このように、第３の実施形態では、サンプリングポンプ５によって取り込まれた原水原水をマンガン濃度計６と、濁度計１０とに供給して、原水のマンガン濃度と、濁度と分析し、分析結果を膜処理水量目標値演算装置７に供給するようにしていた。このため、原水のマンガン濃度と原水の濁度の測定結果とに対応して、膜処理水量を適正化させることができる。このため、夏季の渇水時などのように、原水中に底泥質が混じっているときにも、膜間差圧上昇を抑えて、濾過膜の逆洗頻度、薬品洗浄頻度を低減でき、メンテナンスの軽減、システムの運転コストを低く抑えるとともに、システムの稼働率を向上させることができる。

《第４の実施形態》
図４は本発明による膜濾過システムの第４の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図３の各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す膜濾過システム１３ｄは、膜モジュール２の前段に設置したマンガン濃度分析計６の測定した結果と、濁度計１０の測定した結果とを膜処理水量目標値演算装置７に供給させて、処理水量の目標値を演算するとともに、逆洗運転制御装置１１に供給させて、濁度およびマンガン濃度に対応する逆洗時期を判断する。

逆洗運転制御装置１１では、例えば次式に示すのように膜モジュール２のマンガン負荷“ＱＰ×Ｃｍｎ”を計算し、マンガン負荷“ＱＰ×Ｃｍｎ”の積算値に合わせて、逆洗開始の膜差圧設定値“Ｐｍ”を膜差圧設定値初期値“Ｐｍ_０”から低下する。

Ｐｍ＝Ｐｍ_０一Σ（ＱＰ×Ｃｍｎ）×Ｋ …（２）
但し、Ｐｍ：膜差圧設定値
Ｐｍ_０：膜差圧設定値初期値
ＱＰ：膜処理水量
Ｃｍｎ：マンガン濃度
Ｋ：マンガン負荷比例係数
そして、膜モジュール２の膜差圧が膜差圧設定値“Ｐｍ”に到達した時点で逆洗が必要と判断し、膜処理水量一定制御装置４に膜処理停止指示を出して、膜モジュール２の膜濾過処理を停止させた後、逆洗ポンプ８の運転など、予め設定してある洗浄プロセスを実施して、膜モジュール２を洗浄する。

また、この際、濁度計１０の測定結果を利用する場合は、逆洗運転制御装置１１によって、濁度負荷を加味させ、マンガン濃度だけを使用したときよりも、さらに膜差圧設定値“Ｐｍ”を低下する。

このように、第４の実施形態では、原水の水質の変動に合わせて、膜モジュール２の洗浄などを自動的に開始するようにした。このため、膜モジュール２に膜間差圧検出用のセンサが設置されていない場合にも、膜モジュール２の膜間差圧が上昇する前に、逆洗浄を開始させて、膜閉塞などの進行を抑え、これによって膜モジュール２の薬品洗浄頻度を低減させて、システムの運転コストを低く抑えることができるとともに、システムの稼働率を向上させることができる。

《第５の実施形態》
図５は本発明による膜濾過システムの第５の実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図４の各部と同じ部分には、同じ符号が付してある。

この図に示す膜濾過システム１３ｅは、膜モジュール２の前段に設置したマンガン濃度分析計６の測定した結果と、濁度計１０の測定した結果とを膜処理水量目標値演算装置７に供給させて、処理水量目標値を演算するとともに、薬品洗浄時期判断装置１２に供給させ、原水のマンガン濃度と濁度の測定結果から、各膜モジュール２の薬品洗浄の時期を判断する。

薬品洗浄時期判断装置１２では、次式に示すようにマンガン負荷“Ｑｐ×Ｃｍｎ”を積算し、マンガン負荷積算値“Ｓｍｎ”が予め設定したマンガン負荷設定値“Ｓｍｎ_０”に到達した時点を薬品洗浄時期と判断する。

Ｓｍｎ＝Σ（Ｑｐ×Ｃｍｎ） …（３）
但し、Ｓｍｎ：マンガン負荷積算値
Ｑｐ：膜処理水量
Ｃｍｎ：マンガン濃度
そして、薬品洗浄時期判断装置１２で得られた薬品洗浄の時期などを運転管理者に知らせて、膜モジュール２の適正な薬品洗浄スケジュールを組ませ、逆洗浄などを行っても膜モジュール２の膜間差圧を低下することができなくなる前に、薬品洗浄を開始させて、膜モジュール２の処理水量を最適化させ、必要な処理水量を確保する。

このように、第５の実施形態では、薬品洗浄時期判断装置１２によって、薬品洗浄時期を判断させて、運転管理者に知らせるようにしていた。このため、原水の水質の変動による、膜モジュール２の最適な薬品洗浄時期を予測することができ、膜間差圧の上昇による判断に基づいて行われる薬品洗浄に比べて、膜閉塞などの進行を抑えることができ、膜モジュール２の交換頻度の低減や、膜寿命の延長により、システムの運転コストを低く抑えることができるとともに、膜モジュール２を複数台、設置しているとき、膜モジュール２の薬品洗浄の重複による処理水量確保の困難などの状態を回避することができる。

本発明による膜濾過システムの第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明による膜濾過システムの第２の実施形態を示すブロック図である。 本発明による膜濾過システムの第３の実施形態を示すブロック図である。 本発明による膜濾過システムの第４の実施形態を示すブロック図である。 本発明による膜濾過システムの第５の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１：膜供給ポンプ
２：膜モジュール
３：膜処理流量計
４：膜処理水量一定制御装置
５：サンプリングポンプ
６：マンガン濃度分析計
７：膜処理水量目標値演算装置
８：逆洗ポンプ
９：連続型イオンクロマトグラフィ
１０：濁度計
１１：逆洗運転制御装置
１２：薬品洗浄時期判断装置
１３ａ〜１３ｅ：膜濾過システム

Claims (7)

1. 膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、
   前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果と前記膜モジュールのマンガン負荷設定値とに基づいて膜処理水量目標値を演算し、この膜処理水量目標値に基づいて、前記膜モジュールで膜濾過処理される前記原水の流量を制御する膜処理水量目標値演算装置と、
   を備えたことを特徴とする膜濾過システム。
2. 請求項１に記載の膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水の濁度をオンラインで測定する濁度計を備え、
   前記膜処理水量目標値演算装置は、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果と前記濁度計のオンライン測定結果とに基づいて、前記膜モジュールで膜濾過される前記原水の流量を制御する、
   ことを特徴とする膜濾過システム。
3. 膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、
   前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果に基づいて前記膜モジュールのマンガン負荷を演算し、このマンガン負荷の積算値に基づいて、前記膜モジュールに対する逆洗開始時期を制御する逆先運転制御装置と、
   を備えたことを特徴とする膜濾過システム。
4. 請求項３に記載の膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水の濁度をオンラインで測定する濁度計を備え、
   前記逆先運転制御装置は、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果と前記濁度計のオンライン測定結果とに基づいて、前記膜モジュールに対する逆洗開始時期を制御する、
   ことを特徴とする膜濾過システム。
5. 膜モジュールを使用して原水の水質を改善する膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水のマンガン濃度をオンラインで測定するマンガン濃度分析計と、
   前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果に基づいて前記膜モジュールのマンガン負荷を演算し、このマンガン負荷の積算値とマンガン負荷設定値とに基づいて、前記膜モジュールに対する薬品洗浄開始時期を判断する薬品洗浄時期判断装置と、
   を備えたことを特徴とする膜濾過システム。
6. 請求項５に記載の膜濾過システムにおいて、
   前記膜モジュールに供給される前記原水の濁度をオンラインで測定する濁度計を備え、
   前記薬品洗浄時期判断装置は、前記マンガン濃度分析計のオンライン測定結果と前記濁度計のオンライン測定結果とに基づいて、前記膜モジュールに対する薬品洗浄開始時期を判断する、
   ことを特徴とする膜濾過システム。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の膜濾過システムにおいて、
   前記マンガン濃度分析計は、マンガン濃度をオンラインで連続的に分析する連続型イオンクロマトグラフィである、
   ことを特徴とする膜濾過システム。

Images