JP5550205B2 - 平膜ろ過装置及び平膜ろ過方法 - Google Patents

Description

本発明は平膜ろ過装置及び平膜ろ過方法に関し、詳しくは、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いて膜処理の操作圧力を上昇できる平膜ろ過装置及び平膜ろ過方法に関する。

海洋や河川等の汚染の原因となる有機物、窒素、リン等を含有する廃水を生物処理する際の固液分離手段としては、最近では設置スペースの減少、メンテナンスの容易性等から膜分離技術が用いられるようになってきた。

従来、一般的な膜処理に用いられる膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）が知られている。分離対象となる固形分の径に応じてそれぞれの膜が選択されている。

しかるに生物処理する際の固液分離手段として用いられる膜としては、限外ろ過膜や精密ろ過膜が使用されている。逆浸透膜ではろ過圧力として１０ｋｇ／ｃｍ^２以上の高圧が必要であり、エネルギーコストがかかりすぎて選択使用されている例はない。

限外ろ過膜や精密ろ過膜には、平膜、管型膜、スパイラル膜、中空糸膜などがあり、これらの膜を汚泥中に浸漬して使用する液中膜も知られている。

本発明は、平膜タイプの限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いた膜処理技術に関するものであり、平膜特有の技術的課題を解決するものである。

本発明で対象とする平膜のモジュール構造は、特許文献１、２、３等に記載のように、膜プレートの両側に平膜を張り、膜とプレートとの間に空隙（溝部）を設け、当該膜付プレートのモジュール単位を同軸上に並設して、平膜間に原液を通液する構造と成したものである。

平膜処理の従来技術としては、基本的な技術として、特許文献４に記載の膜装置が知られており、その文献では、平膜処理での閉塞を、（１）膜内部での閉塞、（２）膜表面ゲル層での閉塞及び（３）膜間流路の閉塞の３つに分類し、いわゆる閉塞と言っても、全く異なったタイプの閉塞があり、各々異なった対策が必要であることを述べている。

特許文献４では、上記の３つのタイプの閉塞に対して解決手段を開示しており、（１）の膜内部での閉塞は膜自体の構造によって解決できると記載し、（２）の膜表面ゲル層での閉塞は膜取付用支持体の形を波形（特許文献５参照）にする等により解決されると記載し、（３）の膜間流路の閉塞に関しては、開枠洗浄によって対応していたが、開枠洗浄の回数を減らすために、隣接する膜の間隔を広げることで解決する技術を開示している。

ここで開枠洗浄というのは、膜モジュール内のパッキンや枠体（フレーム）等を分解し、膜表面を露出させ、スポンジ等で洗浄することをいう。

膜表面に発生するゲル（層）は、膜原水に溶解している高分子物質が、膜表面にて濃縮され、析出することにより発生する。ゲル（層）は、原水に溶解している物質の分子量が、膜の分画分子量（限外ろ過膜の場合）より大きければ必ず発生する。従って、ゲル（層）による閉塞は、膜表面上での膜孔の目詰まりを意味している。一方、膜間流路の閉塞は、膜原水に含まれている微粒子（不溶解物質）やスラリー等が、膜間流路を閉塞させ、膜表面に原水が接触しない事を意味している。つまり、膜表面ゲル層での閉塞は、膜表面での膜孔に対する目詰まりであり、膜間流路の閉塞は膜と膜との間（隙間）を微粒子やスラリー等により機械的に閉塞させる状態であり、根本的に異なっている。

しかしながら、膜表面ゲル層での閉塞と膜間流路の閉塞は相互作用があることから、これらの両者の閉塞を解決する技術としては、従来、特許文献６には、膜間流路の下端部に微細気泡の吐出部を有する膜装置が開示されている。吐出部から放出された微細気泡によって原液の流れが生じるのみならず、微細気泡が単独でまたは原液と共に膜表面に当接又は擦接するため、膜表面のゲル層の成長を防止でき、高い透過ろ過量を維持しつつ膜間流路の閉塞を防止するものである。

本出願人は、平膜を実用的な装置として確立させるために、鋭意検討を重ね、特許文献７、特許文献８において、改良された平膜ろ過装置を提案している。特許文献７は、循環ラインに循環タンクと循環ポンプを設け、ろ液を取り出す動力として循環ポンプによらず、吸引ポンプによる技術であり、特許文献８は循環ラインに循環タンクと循環ポンプを設け、ろ液を取り出す動力としてヘッドタンクのヘッド圧を利用する技術であり、特許文献７と８はいずれも膜間流路内の原液の流速が０．５〜１．９ｍ／ｓｅｃと低流速に規定している。これらの技術は、開枠洗浄回数を削減でき分解洗浄のわずらわしさを解消でき、運転動力費を低減できる効果がある。

更に本出願人は、特許文献９において、循環洗浄タンクからのオーバーフロー液量を絞り込むためのバルブによって循環洗浄タンクのヘッド圧に加えて、前記ろ液の取り出しエネルギーに加算しようとした技術を提案している。
特公昭５２−１０１１３号 特公昭５３−３７５６号 特公昭５７−７５２４号 特許第２５３８７８９号 特開昭５５−８６５１０号 特許第３１６０６０９号 特開平１１−３００１６８号 特開２０００−５５７４号 特開２００１−１７９０５６号

特許文献９に記載の技術の特徴は、循環洗浄タンクを循環ポンプによる循環ラインの中に配置し、循環洗浄タンク内に循環液のオーバーフロー面の上部に空気相がある構成である。このような構成にしたのは、それ自体意味があることで、オーバーフロー面の上部を空気相（以下、単に「気相」ともいう）にして、一旦動的な圧力を開放して静圧にすることにより、循環洗浄タンクの液柱のヘッド圧を膜洗浄に利用する必要があったからであり、また所定の膜間流速を確保する必要があったからである。

しかし、オーバーフロー液の排出管の排出量を絞り込んで、上記のヘッド圧に加えて、圧力上昇させても、膜洗浄圧力は上昇しないという課題があった。

この原因を究明すべく鋭意検討の結果、以下のことが判明した。

第１に、気相が存在すると、絞込みバルブで絞り込んだ圧縮力が空気圧縮のためにほとんど費やされ、膜洗浄に必要な圧力の上昇には寄与せず、十分な膜間流速が得られないことが判明した。また原液ポンプによる圧力もこの気相圧縮に費やされてしまい、動力コストがかかる欠点があることが判明した。

第２に、気相が存在すると、絞込みバルブで絞り込むと、循環液中に微細気泡が多量に発生し、その気泡が循環ポンプのキャビテーションを引き起こす問題があることが判明した。

そこで、本発明の第１の課題は、透過水量の増加を図ると共にランニングコストを低下でき、開枠洗浄頻度を低下できる平膜ろ過装置及び平膜ろ過方法を提供することにある。

また本発明の第２の課題は、上記特許文献９の問題点を解決することを課題とし、絞込みバルブで絞り込む必要がなく、循環ラインに原液を供給する原液ポンプの圧力をそのまま効率的に膜洗浄の圧力として利用できる平膜ろ過装置及び平膜ろ過方法を提供することにある。

更に本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
膜支持部材の両側面に平膜状の限外ろ過膜又は精密ろ過膜からなるろ過膜を固定した膜付き板を縦方向に並設してなり、且つ開枠洗浄可能な平膜装置と、
該平膜装置の原液入口と原液出口を結ぶ液封された循環配管と、
該循環配管の途中に設けられる循環ポンプと、
前記循環配管とは別に設けられ、前記ろ過膜を洗浄するための洗浄液を貯留する洗浄タンクと、
前記洗浄タンクから前記洗浄液を前記循環配管に供給して、前記ろ過膜の洗浄を可能にする洗浄配管と、
前記循環配管に原液を供給する原液ポンプとを有し、前記平膜装置の原液出口である膜出口に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて該平膜装置の操作圧力を増加する構成を有することを特徴とする平膜ろ過装置。

（請求項２）
請求項１記載の平膜ろ過装置を用いてろ過する平膜ろ過方法であって、平膜装置の出口圧力を増加させる際に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて増加させることを特徴とする平膜ろ過方法。

（請求項３）
請求項１記載の平膜ろ過装置を用いてろ過する平膜ろ過方法であって、平膜装置の出口圧力を増加させる際に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて増加させると共に、水洗浄を一定時間毎に行うことを特徴とする平膜ろ過方法。

（請求項４）
請求項１記載の平膜ろ過装置を用いてろ過する平膜ろ過方法であって、平膜装置の出口圧力を増加させると共に、水洗浄を一定時間毎に行うことを特徴とする請求項２又は３記載の平膜ろ過方法。

本発明によると、透過水量の増加を図ることができる。単位面積当たりの透過水量は、従来の加圧式（後述する）に比べて約１５％程度、循環式（後述する加圧循環式も含む）に比べて約３０〜４０％増加する。単位面積当たりの透過水量が増加することにより、必要膜面積が減少するので、大容量の透過水量必要時にも、膜モジュール数の低減も可能となる。即ち、設置面積の減少に繋がる。

また本発明によると、ランニングコストを低下できる。単位透過水量当たりのランニングコストが、従来の加圧式に比べて約５０％、循環式に比べて約２０〜３０％低下できる。

更に本発明によると、循環配管（ライン）が全て液封された（気相部を無くす）ことにより、開枠洗浄頻度が循環式と比べ１回／１．５ヶ月から１回／３．５ヶ月と低下する。

更に水洗浄を一定時間毎に行なう回分式水洗浄システム導入と循環ラインが全て液封されたことにより更にこの効果は向上する。又、膜循環ラインに、従来別置きであった薬液タンクをモジュール内に組み込む事により、薬液タンクから膜モジュールに移送するポンプの削減、過剰な洗浄薬液の調合（薬液タンクが大きいため、過剰な洗浄薬品を調合していた）削減になる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

本発明に用いられる平膜装置の好ましい態様を図１に基づいて説明する。

平膜装置１は、所定間隔をおいて立設されたフレーム板１０１、１０２により開枠可能な側枠を構成し、このフレーム板１０１、１０２の間に複数の仕切り板１０３を並列的に設け、該フレーム板１０１、１０２の間を複数（図示例は７つ）のブロックＳ１、…Ｓ７に区画している。

この仕切り板１０３には上部又は下部に液の流通口１０４が形成され、この流通口１０４によって隣接するブロック同士が連絡されている。この仕切り板１０３は、隣接する仕切り板１０３で流通口１０４が上下交互に配置されるようにして、隣接するブロック内の液の流れが上向きと下向きとに交互に形成されるようにすることが好ましい。この仕切り板１０３によって区画される平膜装置１の各ブロックＳ内には、それぞれ膜付き板１０５が複数並設されている。

上記膜付き板１０５は、上下端部近傍に開口１０６、１０７を形成した膜支持部材１０８と、その両側面に固定された平膜（ろ過膜）１０９とからなっており、該平膜１０９は上下の開口１０６、１０７にそれぞれ嵌着されたシールリング１１０、１１１によって膜支持部材１０８に固定されている。

上記膜支持部材１０８は板材によって形成され、その表面は断面波形の凹凸状に形成されている。平膜１０９は、この膜支持部材１０８の両側面において該膜支持部材１０８との間に若干の間隙を確保して平膜１０９を透過したろ液の排出部１１２を形成している。

１１３は膜支持部材１０８の下端に設けられたろ液の排出溝であり、それぞれヘッダー管６（図２参照）と連結し、ヘッダー管を介して外部に取り出し可能に構成されている。

複数並設された膜付き板１０５同士の間、膜付き板１０５とフレーム板１０１，１０２の間及び膜付き板１０５と仕切り板１０３との間には、膜付き板１０５の外縁に沿ってパッキン１１４が設けられ、液の外部漏れを防止している。従って、平膜装置１は、側枠を構成するフレーム板１０１，１０２とパッキン１１４とによって水密状に形成されている。また同時に、パッキン１１４は隣接する膜付き板１０５同士、膜付き板１０５とフレーム板１０１，１０２との間及び膜付き板１０５と仕切り板１０３との間にそれぞれ原液或いは濃縮液が流れる膜間流路１１５を形成している。従って、この膜間流路１１５の間隔はパッキン１１４によって規制され、このパッキン１１４の厚みを調整することによって膜間流路１１５の間隔を調整することができる。この膜間流路１１５の間隔は、該流路の閉塞を防止する観点から１．５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは３．０ｍｍ以上である。上限は平膜装置１の体積効率のために８．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは６．０ｍｍ以下である。更に、パッキン１１４は膜付き板１０５において膜支持部材１０８の両側面に平膜１０９の外縁を固定する機能も果たしている。

なお、平膜装置１におけるブロックＳの区画数（仕切り板１０３の枚数＋１）及び各ブロックＳ内に設けられる膜付き板１０５の枚数は、フラックスや処理量、後述する循環ポンプ３の容量等の諸条件を勘案して適宜決められる。

かかる平膜装置１には、一方のフレーム板１０２に原液を導入するための原液入口１１７が形成され、他方のフレーム板１０１に原液（濃縮液）を流出するための原液出口１１６が形成されている。

図１に示す平膜装置１は開枠洗浄が可能な構造を有している点に特徴があり、膜モジュール内のパッキンや枠体（フレーム）等を分解し、平膜１０９の表面を露出させ、スポンジ等で洗浄（開枠洗浄）することが可能である。

次に、図２に基づいて、本発明の平膜ろ過装置について説明する。

図２において、２は循環配管であり、その一端は原液入口１１７に連結され、他端は原液出口１１６に連結されている。

循環配管２は平膜装置１の内部から原液出口１１６を経由して外部に排出された原液（循環液）を、平膜装置１の外部を経由して原液入口１１７に送液して再度平膜装置１の内部に戻すように構成されている。

循環配管２は、液封されており、内部に空気相は存在しない構成である。ここで液封というのは、特許文献９に示すような空気相が存在せず、循環配管２に掛かった圧力は配管内部のいずれの部位でも同じ圧力が掛かる（いわゆるパスカルの原理が作用する）ような構成を意味している。

循環配管２の途中には循環ポンプ３が設けられている。この循環ポンプ３は膜モジュールに必要な流量と楊程のみを確保すればよいので、低動力、低コスト化に寄与することができる。ポンプの形式は任意であるが、ラインポンプを用いることにより省スペース化が図れる。かかる循環ポンプ３は、循環配管２の途中に特許文献９のような空気相がなく、液封されているので、キャビテーションを起こすことはない。

４は前記循環配管２とは別に設けた洗浄タンクである。本発明では、特許文献９のように循環配管に洗浄タンクを設ける構成とは明らかに相違する。循環配管２とは別に設けた洗浄タンク４には、洗浄配管４０が接続され、該洗浄配管４０にはバルブ４１が設けられている。洗浄液は、コスト低減の観点からは、処理水を用いることが好ましいが、水道水や工業用水などを用いてもよいし、また界面活性剤や洗剤などを含む洗浄液であってもよい。

洗浄タンク４を循環配管２とは別に設けることにより、循環配管２の液封を完全に実現できる効果がある。

５は前記循環配管２に原液を供給する原液ポンプであり、膜間の洗浄に必要な圧力を原液ポンプ５の圧力により容易に補充できる。特許文献９のような空気相を有する循環洗浄タンク方式では、原液ポンプで加圧しようとしても空気の圧縮に供給圧力が取られてしまい、平膜装置を含む循環配管内を低動力で加圧することは不可能であった。これに対して本発明は、液封された循環配管２でクローズ化を実現しているので、循環配管２に限らず循環系のどこであっても原液ポンプ５の吐出部を接続して加圧することができる。このため原液ポンプ５の設置位置が自由になり、装置設計も容易になる効果がある。従来の加圧式の膜処理方式では循環ポンプを用いず、原液ポンプのみを用い、その原液ポンプの圧力を高くして処理圧力を高くしているが、この方式ではあくまでも膜装置の入口圧力を高くする以外になく、出口圧力を増加させて処理することは不可能である。ポンプの流量と圧力はポンプ自身の性能曲線上のワンポイントでの操作条件のため、ポンプを交換する以外に膜吐出圧力を変更することは不可能だからである。

更に、本発明ではパスカルの原理が適用できるクローズ化を実現しているので、循環系の一部を加圧するだけで、装置全体の操作圧力を上昇できる効果がある。

なお、図２において、６は処理液を取り出すヘッダー管、６０は処理液配管である。

本発明に用いられる平膜は、限外ろ過膜、精密ろ過膜等のいずれでもよい。

本発明において、原液としては、例えば生物処理の反応槽内の汚泥、反応槽から移送されてきた汚泥又はそれらの濃縮汚泥、生物処理前のし尿廃水、凝集剤添加による凝集反応液又はその反応液を沈殿槽で分離した濃縮汚泥及びその上澄み液等が挙げられる。また、本発明は、廃水の再利用、有価物の回収、雨水の利用、各種分離濃縮、各種分離濃縮精製等にも適用できる。従って、かかる目的を達成する範囲で、本発明の原液には各種原液が含まれる。

上記実施の形態では、膜支持部材１０８として表面に凹凸を有する板材を用いた場合について説明したが、これに限定されず、膜支持部材がポーラス構造の板材であってもよいし、膜支持部材が合成繊維製の板材であってもよい。

次に、本発明に係るクローズ式の平膜ろ過装置の特徴を更に説明する。

平膜式の膜ろ過装置においては、（１）単位面積当たりの透過水量の増加、（２）ランニングコスト低減、（３）回分式水洗浄システム導入による開枠洗浄頻度の減少が重要な課題である。

先ず、単位面積当たりの透過水量の増加について見ると、出願人の実験及び運転データより、平膜ろ過装置の操作影響因子は、ａ．操作圧力、ｂ．膜間隔、ｃ．処理液の密度、粘度、温度、ｄ．膜表面流速であることが判明している。以上のことを、透過水量と上記因子及び次元解析のπ定理から解析を行うと以下の関係が得られる。下記式は、化学装置（１９８７年８月号）に記載されている「膜型バイオリアクタの水処理への応用」（金山喜彦著）を引用した。

F/u = K ×(d×u×ρ/μ)^(ｘ)×(P/(u²×ρ))^(ｙ) ----------KANAYAMAの式

ここで、Ｆ：透過流束、Ｋ：定数、ｕ：膜表面流速、ｄ：管径（又は相当管径）、ρ：流体密度、μ：流体粘度、Ｐ：平均操作圧力である。

上式の内、定数Ｋ、右辺の乗数ｘとｙが、平膜ろ過装置及び運転条件により決定される数値である。定数Ｋは、流体の物性が一定であれば、平膜ろ過装置固有の数値であり、乗数ｘとｙは、操作条件と流体の物性により算出されるもので、本出願人は、運転・実験データよりK値、ｘ値、ｙ値は、Ｋ値：１×１０⁻⁸〜１×１０⁻⁶、ｘ値：０．２〜０．８（中間値：０．５）、ｙ値：０．１〜０．７（中間値：０．４）である場合に好ましいことを見出している。従って、上記値は制御因子として使用可能である。

次に、透過流束確保の操作因子について見ると、上記KANAYAMAの式から、本発明に係る平膜ろ過装置における透過流束は、流速に対して（１＋ｘ−２ｙ）の乗数に比例し、圧力はｙの乗数に比例する。

即ち、流速の乗数範囲は、−０．２〜１．６であり、圧力の乗数範囲は、０．１〜０．７の範囲となる。

従来、透過流束水確保のために、膜表面に発生するゲル物質の除去や発生抑制及び膜の目詰まり防止を第一としたため、膜表面流速に留意してきている。しかし、上式と乗数範囲からわかるように、流速の乗数がマイナスになることもあるため、流速を増加させることは、必ずしも透過流束を増加させることにはならない。透過流束を増加させるために、もう一つの制御因子である操作圧力を増加させることに着目することが重要であることを見出した。

次に、透過流束と操作圧力について図３に基づいて説明する。図３は、横軸に圧力、縦軸に透過流束の関係をグラフ化したものである。

透過流束は、上記で述べたように、圧力の０．１〜０．７乗に比例する。膜装置としての透過水量は、図３のグラフにおける曲線の下部面積の合計（積算）となる。

図３のグラフでは、圧力損失が一定のΔＰを有する斜線部Ａと、斜線部Ｂが示され、透過水量を増加させるには、斜線部Ａ側で操作する、つまり高圧側で操作する方が、透過水量の増加になる。言い替えれば、膜面積が同じであれば、操作圧力が大きいほど透過水量は増加する。

従来の図４（Ａ）に示す加圧式では、この操作圧力の増加は不可能である。この加圧式システムは原液タンク１０から原液ポンプ１１で原液を平膜装置１に送り、ろ過し、ろ液は外部に取り出し、ろ過されない原液は濃縮液として再度原液タンク１０に戻される。

この加圧式のろ過システムでは、本発明の平膜装置１（膜面積は約３８ｍ²）を用いた場合、原液ポンプ１１の動力は３７ｋｗのものが使用され、ろ液として６０Ｌ／ｍ^２・ｈｒが得られる。

このシステムでは平膜装置１の出口は開放されているので、操作圧力の増加はできない。原液ポンプ１１の能力（圧力と流量）を増加させようとしても、流量しか増加しないからである。

したがって、操作圧力を上げるには、平膜装置出口側の圧力を増加せることが考えられ、従来、平膜装置出口圧力を上昇させる方法としては、膜出口に絞り込み機構を有した機器（例：弁）を設置する加圧循環式（特許文献９、図４（Ｂ））が本出願人によって提案されている。

図４（Ｂ）のように、原液タンク１０から原液ポンプ１２で原液を循環タンク１３に送る。原液は循環タンク１３から平膜装置１に送られろ過される。ろ過されない原液は濃縮液として再度循環タンク１３に戻される。循環タンク１３は大気開放になっており、オーバーフロー液は原液タンク１０に戻される。１４は絞り弁である。

この循環式のろ過システムでは、本発明の平膜装置１（膜面積は約３８ｍ²）を用いた場合、原液ポンプ１２の動力は３．７ｋｗ、循環ポンプの動力は１５ｋｗであり、ろ液として５５Ｌ／ｍ²・ｈｒが得られる。

しかし、このシステムでは前述のように、空気相１５の存在により操作圧力の調整が難しい欠点がある。

これに対して、図４（Ｃ）に示すような本発明では、パスカルの原理が適用可能なクローズ化を実現して膜出口を加圧することが容易になった。

膜出口圧力を増加させるために、本発明では、原液ポンプ５の圧力（吐出圧）を加圧装置として利用することにより、平膜ろ過装置の操作圧力増加を図ることができる。即ち、原液ポンプ５の圧力（吐出圧）を絶えず、膜出口に加えることにより、平膜ろ過装置操作圧力の増加を図る。

次に、ランニングコスト低減について言及する。運転費用の中で、大きなウエイトを占める電気代は、膜廻りのポンプの動力代である。従来、膜装置廻りポンプの役割は、原液タンクから膜装置への供給、膜表面に発生するゲル物質の除去や発生抑制及び膜の目詰まり防止を行うための循環用の２つがある。それぞれの役割毎にポンプを設置することにより動力の低減を行うことができる。

即ち、原液ポンプは必要透過水量の数倍の液量を移送し、循環用ポンプは必要透過水量の数十倍の液量を循環している。

膜出口圧力を増加させるために、増加分の圧力を循環ポンプに依存する場合と、原液ポンプに依存する場合の動力を比較すると、本発明のように原液ポンプに依存する場合の方が約１０倍程度動力費が低減する。増加分の動力ｋｗは流量Ｑと圧力Ｐの積から算出される（ｋｗ∝Ｑ×Ｐ）。従って、原液ポンプと循環ポンプの加算圧力は同じなので、動力の差はその流量の差によって決定されることになる。上述のように、循環ポンプの流量を１０とすれば、原液ポンプの流量は１程度であるので、増加する動力の差は約１０倍程となる。

即ち、循環ポンプに、必要膜出口圧力分を加算した圧力を加える場合と、原液ポンプにて必要膜出口圧力分を加算した圧力を加える場合は、その動力費は移送液量分の差が生じることになる（約１０倍の差）ので、本発明の方法は大幅な動力低減を可能にしている。

原液ポンプの圧力を効率よく膜出口に伝達するために、循環配管２に気相部（空気ゾーン）を無くすことが重要である。気相部が存在すれば、気相（空気）が緩衝材と同じ役割を果たすため、原液ポンプの圧力が全て伝達することが困難となることは前述した。

次に、回分式水洗浄システム導入による開枠洗浄頻度の減少について言及する。従来、膜装置の洗浄は、水洗浄、薬液洗浄、開枠洗浄の３方法で対応してきた。膜装置の洗浄は、膜表面のゲル物質、濃縮物、膜間の固形物除去を行うために、まず水洗浄で対応し、それでも満足しなければ、薬液洗浄、開枠洗浄の順で行っている。水洗浄と薬液洗浄については、別途洗浄装置（又は薬液洗浄装置）を設置して対応してきた。洗浄を行う目安は、膜装置の圧力損失や透過水量の減少を確認して行ってきたが、その時には、既に、膜表面に濃縮物や膜間の固形物が堆積し、水洗浄や薬品洗浄では対応困難であった。従って、その都度、開枠洗浄を行う必要があった。

本発明では、循環配管（ライン）の液封を行っているので、膜循環ラインが全て液封された（気相部を無くす）ことにより、水洗浄時の空気混入による水洗浄の不徹底の改善（空気混入により、見かけの洗浄水量の減少）が図られた。

また本発明では、開枠洗浄頻度を少なくするために、水洗浄を一定時間毎に行う回分式水洗浄が好ましい。膜目詰まり初期である、濃縮によるゲル物質発生を抑制することができるので、膜表面での濃縮物や膜間の固形物が堆積するのに費やす時間が長くなり、この事により、膜装置の圧力損失の増加や透過水量の減少する時間が長くなる。従って、開枠洗浄頻度が循環式と比べ１回／１．５ヶ月から１回／３．５ヶ月と低下する。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１
図２に示す平膜ろ過装置（図４（Ｃ）のクローズ式）を用い、生物処理（高負荷脱窒処理）汚泥を用いて平膜処理試験を行った。

また比較のために以下の各タイプの試験も行なった。

比較１：図４（Ａ）に示す加圧式
比較２：特許文献６（特許第３１６０６０９号）に記載の散気式
比較３：図４（Ｂ）において、絞り弁１５を設けない循環式
比較４：図４（Ｂ）に示す加圧循環式

各膜ろ過装置の膜装置仕様（膜面積、膜枚数、膜構成）、ポンプ動力（原液ポンプ、循環ポンプ、吸引ポンプ）、散気用ブロアの動力、設備動力合計、運転動力、透過水量、フラックス、処理量当りの動力、最短開枠洗浄頻度、積算透過水量、設計フラックス×開枠洗浄期間、運転データフラックス×開枠洗浄期間、フラックスの比較、処理量当りの動力比較を各々表１に示す。

表１より、本発明のクローズ式平膜ろ過装置は、単位面積当たりの透過水量は、従来の加圧式（比較１）に比べて約１５％程度増加し、循環式（後述する加圧循環式も含む、比較３，４）に比べて約３０〜４０％増加していることがわかる。

また本発明のクローズ式平膜ろ過装置は、処理量（単位透過水量）当たりの動力（ランニングコスト）が、従来の加圧式に比べて約５０％、循環式に比べて約２０〜３０％低下していることがわかる。

更に本発明によると、循環配管（ライン）が全て液封された（気相部を無くす）ことにより、運転データフラックス×開枠洗浄期間が352800と非常に高く、比較１〜４と比べ、開枠洗浄を長い間せずに高いフラックスを維持できていることがわかる。

実施例２
実施例１において、本発明のクローズ式平膜ろ過装置が開枠洗浄回数を減少できることを実証するために、各方式において、運転日数と運転フラックスの関係を調べた。開枠洗浄は所定の運転フラックスを維持できない時点を行った。その結果を図５に示す。なお、図５において、開枠洗浄時期は○印で示した。

図５に示す結果から明らかなように、本発明によると、開枠洗浄頻度が循環式と比べ１回／１．５ヶ月から１回／３．５ヶ月と低下することがわかる。

平膜装置を示す基本構成図 本発明の平膜ろ過装置を示す説明図 透過流束と操作圧力の関係を示すグラフ 従来装置と本発明装置を対比説明する図 運転日数と運転フラックスの関係を示すグラフ

符号の説明

１：平膜装置
１０１、１０２：フレーム板
１０３：仕切り板
１０４：流通口
１０５：膜付き板
１０６，１０７：開口
１０８：膜支持部材
１０９：平膜（ろ過膜）
１１０、１１１：シールリング
１１２：ろ液の排出部
１１３：ろ液の排出溝
１１４：パッキン
１１５：膜間流路
１１６：原液出口
１１７：原液入口
２：循環配管
３：循環ポンプ
４：洗浄タンク
４０：配管
４１：バルブ
５：原液ポンプ
６：ヘッダー管
６０：処理液配管

Claims (3)

1. 膜支持部材の両側面に平膜状の限外ろ過膜又は精密ろ過膜からなるろ過膜を固定した膜付き板を縦方向に並設してなり、且つ開枠洗浄可能な平膜装置と、
   該平膜装置の原液入口と原液出口を結ぶ液封された循環配管と、
   該循環配管の途中に設けられる循環ポンプと、
   前記循環配管とは別に設けられ、前記ろ過膜を洗浄するための洗浄液を貯留する洗浄タンクと、
   前記洗浄タンクから前記洗浄液を前記循環配管に供給して、前記ろ過膜の洗浄を可能にする洗浄配管と、
   前記循環配管に原液を供給する原液ポンプとを有し、前記平膜装置の原液出口である膜出口に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて該平膜装置の操作圧力を増加する構成を有することを特徴とする平膜ろ過装置。
2. 請求項１記載の平膜ろ過装置を用いてろ過する平膜ろ過方法であって、平膜装置の出口圧力を増加させる際に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて増加させることを特徴とする平膜ろ過方法。
3. 請求項１記載の平膜ろ過装置を用いてろ過する平膜ろ過方法であって、平膜装置の出口圧力を増加させる際に、前記循環ポンプの圧力に依存せずに、前記原液ポンプの圧力を加えて増加させると共に、水洗浄を一定時間毎に行うことを特徴とする平膜ろ過方法。

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