JP5230076B2 - ろ過膜の洗浄装置 - Google Patents

Description

この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理水など、原水中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過による水処理装置に関わり、特に、薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置に関する。

被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、運転の継続に伴い、ろ過膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。

そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄または薬品洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過後の処理水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は、物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する方法で、例えば次亜塩素酸ナトリウム、硫酸、塩酸などの薬品を添加した逆洗を用いた水処理方法が提案されている（特許文献１参照）。

図３は、本発明の対象とする従来の薬品添加逆洗（CEB:Chemical Enhanced Back Wash）方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図を示し、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗を行なう洗浄方法の一例を示す。

図３において、１は原水、２は原水タンク、３は主ポンプ、４は原水供給弁、５は膜入口圧力計、６は水温計、７は膜モジュール（又は膜ろ過ユニット）、８は膜出口圧力計、９は流量センサー、１０はろ過水出口弁、１１はろ過水タンク入口弁、１２はろ過水タンク、１３は処理水、１４は逆洗ポンプ、１５は逆洗水供給弁、１６は排水弁、１７は次亜塩素酸ナトリウムタンク、１８は次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ、１９は次亜塩素酸ナトリウム添加バルブである。なお、図３においては、次亜塩素酸ナトリウム添加量制御装置の図示を省略している。

次に、図３に示すろ過膜の水処理方法および洗浄方法等について説明する。原水タンク２に流入した原水１は、主ポンプ３により原水供給弁４を介して、膜モジュール７へ供給され、ろ過される（ろ過工程）。ここで、ろ過流量は、流量センサー９の値が一定となるように主ポンプ３をインバータ制御することにより行われる。ろ過された水は流量センサー９、ろ過水出口弁１０、ろ過水タンク入口弁１１を介して、ろ過水タンク１２へ流入される。ろ過水タンク１２で容量を越えたろ過水が処理水１３として次工程へと通水される。所定時間のろ過が行われたところで、逆洗が実施される（逆洗工程）。逆洗工程は、ろ過水タンク１２の水（もしくはろ過水タンクとは別に設けた図示しない逆洗水槽の水）を、逆洗ポンプ１４により逆洗水供給弁１５を介して、膜モジュール７の二次側から一次側へ流すことによりなされ、逆洗後の水は、排水弁１６を介して排水される。

ろ過工程および逆洗工程の所定回数が終了した後に、薬品を添加して逆洗を実施する（薬品添加逆洗工程）。図３の場合、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗として、前記ろ過水による逆洗に続けて、次亜塩素酸ナトリウムタンク１７に貯留された次亜塩素酸ナトリウムを、次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ１８を用いて次亜塩素酸ナトリウム添加バルブ１９を介して逆洗水に添加し、所定濃度の残留塩素濃度とした水を膜モジュールに注入する。膜モジュール７内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１４を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール７を残留塩素水に浸漬する（薬液浸漬工程）。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプを起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される（リンス工程）。

上記のように、逆洗工程、薬品添加逆洗工程、薬液浸漬工程およびリンス工程を含むろ過膜の洗浄方式を、薬品添加逆洗方式と称する。なお、膜面へのファウリング物質の洗浄薬品としては、上記の次亜塩素酸ナトリウム以外に、硫酸、塩酸、その他の薬品が使われる場合もある。さらに、前記特許文献１に開示されたように複数の薬品が使われる場合もある。

ところで、前記通常の逆洗工程や薬品添加逆洗工程における逆洗水の流量制御方法としては、従来、インバータを用いたＰＩＤ制御により定流量制御が行われている。上記従来の制御方法及び装置について図２に基づいて述べる。図２は、ろ過水タンクとは別に設けた逆洗水槽２２の水を、逆洗ポンプ２２を有する逆洗ライン３０を介して膜ろ過ユニット２１に通流し、逆洗ライン３０の途中に、薬液注入ライン２４を設けた例を示す。図２において、２５は流量計（伝送器）、２６は流量制御器（ＰＩＤ調節計）、２７はインバータ、２８は制御コントローラ（ＰＬＣ）、２９はプログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）である。

図２により、以下に述べるような流量制御を行うとともに流量監視を行う。流量計２５の出力は、流量制御器（ＰＩＤ調節計）２６→インバータ２７→逆洗ポンプ２３用モータのフィードバックループでポンプモータの制御を行う。また、流量計２５の伝送出力を分岐して制御コントローラ２８に直接入力し、指令流量に対して異常な偏差が生じていないか監視を行なう。さらに、制御コントローラ（通常ＰＬＣ：プログラマブルコントローラ） ２８から流量制御器２６へ流量指令値や設定パラメータを伝送し、流量制御器２６はこの指令値に従って制御を行う。

また、流量制御器２６から制御コントローラ２８へ現状運転値、異常情報を伝送する。流量制御器２６で、設定流量に対する上下偏差を監視させ、偏差を超えた場合には制御コントローラ２８に警報を伝え、制御コントローラ２８は偏差異常通知を行う。さらに、各設定流量において想定される周波数範囲を設定し、その周波数範囲より外れる場合には、制御コントローラ２８は警報を伝える機能（周波数監視機能）を備える。
特開２００４−４１９３５号公報

ところで、上記図２のように、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する方法および装置は、比較的、装置規模が大きい場合には有効かつ必要性が高いが、比較的小規模な装置の場合には、装置構成上も制御方法上も、比較的シンプルなものが望まれる。

薬品添加逆洗（CEB）工程においては、薬品による効率的かつ安全性を重視した洗浄の観点から、通常の逆洗工程に比較して逆洗流量が低く（例えば、約１／２程度が望ましい）、定流量の制御が要求される。一方、通常逆洗は、複数回の通常逆洗が行なわれた毎に薬品添加逆洗（CEB）を決められた周期で行っていれば、長期運用でのろ過膜の差圧上昇が小さいため、厳密な流量制御または調整の必要性は、薬品添加逆洗（CEB）工程の時よりも低くて良い。従って、特に、薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置においては、上記を考慮した上で、ＰＩＤ制御を行わない方法で制御が簡単な構成が望まれる。

この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御を行うことなく、単純な構成で所望の流量制御が実施可能な薬品添加逆洗方式によるろ過膜の洗浄装置を提供することにある。

前述の課題を解決するため、この発明は、原水を浄化処理して処理水を得るろ過膜と、前記処理水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗ラインと、この逆洗ラインに薬品を添加して逆洗を行う薬品注入ラインとを備えた薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置において、前記逆洗ラインは、その一部に前記逆洗水のバイパスラインを備え、かつ前記逆洗ライン及びバイパスラインの内、一方に開閉弁を他方に定流量弁を備え、薬品を添加しない通常の逆洗の際には、前記逆洗ラインとバイパスラインとに並列に逆洗水を通流し、薬品を添加する薬品添加逆洗の際には、前記開閉弁を閉とし、前記定流量弁を備えたライン（逆洗ライン又はバイパスライン）のみに通流するようにしたことを特徴とする（請求項１）。

また、上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし４の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記開閉弁を備えた逆洗ライン又はバイパスラインは、開閉弁と直列に絞り部材を備えたものとする（請求項２）。さらに、前記請求項２に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記絞り部材はオリフィスあるいは流量調節機能付弁とする（請求項３）。

なお、前記絞り部材は、流量が増大した際に、流速の自乗に比例して流体抵抗を増大させ、流量を絞って流量が過大になるのを抑制する目的で設けるものであるが、前記逆洗ライン又はバイパスラインの配管自体が流体抵抗が大きく、実質的に絞り部材を設けた場合と同等の機能を有する場合には、オリフィスなどの絞り部材を特別に設ける必要はない。

また、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記開閉弁と共に流量制御弁を設けたものとする（請求項４）。通常の逆洗工程において、インバータによるＰＩＤ制御を行うまでもないものの、ある程度の自動の流量制御が必要な場合には、前記流量制御弁によりろ過膜の差圧の程度に応じて流量制御することができる。

この発明によれば、薬品添加逆洗方式によるろ過膜の洗浄装置において、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御を行うことなく、単純な構成で所望の流量制御が実施可能となる。

本発明の実施例について、図１に基づき、以下に述べる。なお、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。

図１は、本発明のろ過膜の洗浄装置の実施例に係る要部系統図である。図１において、図２に示した部材と機能が同一の部材には同一番号を付して示す。図１と図２との相違点は、図１における逆洗ライン３０は、その一部に逆洗水のバイパスライン３１を備え、かつ逆洗ライン３０に定流量弁３２を設け、バイパスライン３１に開閉弁３３を設けることにより、薬品添加逆洗（CEB）工程においては、開閉弁３３を閉としてバイパスライン３１への通流を止め、逆洗ライン３０のみに逆洗水を通流し、CEBに必要な定流量を通流できるようした点である。

さらに、図１においては、より好ましい実施態様として、前記バイパスライン３１に、開閉弁３３と直列に絞り部材としてのオリフィス３４を設けてある。

なお、図１において、定流量弁３２をバイパスライン３１側に設け、開閉弁３３とオリフィス３４とを逆洗ライン３０側に設けてもよい。また、開閉弁３３と共に必要に応じて図示しない流量制御弁を設けることもできる。さらに、別途、流量調節手動弁３５を設けて流量調節を手動で行うようにすることもできる。

上記図１の構成における逆洗流量の制御について以下に述べる。通常の逆洗においては、開閉弁３３を開として、逆洗ライン３０およびバイパスライン３１の両管路に並列に逆洗水を通流し、ろ過膜処理システム毎に予測される好適な逆洗流量（CEB時の約２倍の流量）を通流する。好適流量に変動が予測される場合には、必要に応じて流量調節手動弁３５により調節し、あるいは流量制御弁を設けて自動調節する。薬品添加逆洗（CEB）工程においては、開閉弁３３を閉としてバイパスライン３１への通流を止め、逆洗ライン３０のみに逆洗水を通流し、定流量弁３２を介してCEBに必要な定流量を通流する。

上記によれば、単純な構成で所望の流量制御が実施可能となる。

本発明のろ過膜の洗浄装置の実施例に係る要部系統図。 逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する従来の制御方法及び装置の系統図。 従来の薬品添加逆洗方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図。

符号の説明

２１：膜ろ過ユニット、２２：逆洗水槽、２３：逆洗ポンプ、２４：薬液注入ライン、３０：逆洗ライン、３１：バイパスライン、３２：定流量弁、３３：開閉弁、３４：オリフィス、３５：流量調節手動弁。

Claims (4)

1. 原水を浄化処理して処理水を得るろ過膜と、前記処理水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗ラインと、この逆洗ラインに薬品を添加して逆洗を行う薬品注入ラインとを備えた薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置において、
   前記逆洗ラインは、その一部に前記逆洗水のバイパスラインを備え、かつ前記逆洗ライン及びバイパスラインの内、一方に開閉弁を他方に定流量弁を備え、
   薬品を添加しない通常の逆洗の際には、前記逆洗ラインとバイパスラインとに並列に逆洗水を通流し、薬品を添加する薬品添加逆洗の際には、前記開閉弁を閉とし、前記定流量弁を備えたライン（逆洗ライン又はバイパスライン）のみに通流するようにしたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
2. 請求項１に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記開閉弁を備えた逆洗ライン又はバイパスラインは、開閉弁と直列に絞り部材を備えたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
3. 請求項２に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記絞り部材はオリフィスあるいは流量調節機能付弁としたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記開閉弁と共に流量制御弁を設けたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。

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