JP5796419B2 - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理水を膜モジュールにて膜濾過処理して処理する水処理方法及び水処理装置に関する。

膜モジュールを用いた水処理装置では、被処理水中の懸濁物質や有機物質等が、長時間の運転によって膜の表面に徐々に堆積していき、膜が目詰まりする。膜が目詰まりすると、膜圧力の上昇や、ろ過流束の低下等が引き起こり、浄水効率が落ち、水処理装置の全体的な運転効率が低下する。そのため水処理装置の運転サイクルでは、所定時間の膜濾過処理工程後に、膜モジュールを洗浄している。

膜モジュールの洗浄時期の判断は、特許文献１に記載されるように、膜モジュールの下流に差圧計を設けて膜間差圧を定常的に測定し、膜間差圧に基づいて洗浄時期を決定する方法が一般的に行われている。

特許第４０１８９９０号公報

しかしながら、差圧計はコストの高い計器であるため、差圧計を設けることにより水処理装置のイニシャルコストが増加する問題があった。また、差圧計は、導圧管の詰まりの除去など、定期的なメンテナンスが必要であるため、メンテナンスに手間やコストを要する問題があった。

よって、本発明の目的は、水処理装置のイニシャルコストやメンテナンスコストを抑えつつ、膜モジュールの目詰まり状態を検知できる水処理方法及び水処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の水処理方法は、被処理水を、送液ポンプにより膜モジュールを通過させて膜濾過処理し、前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量に応じた値が所定値を超えたら、前記膜モジュールの洗浄手段を施すことを特徴とする。

膜モジュールが目詰まりすると、送液ポンプにかかる負荷が大きくなって、送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量が大きくなる。このように、送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量は、膜モジュールの目詰まり状態と高い関連性を有している。このため、本発明の水処理方法によれば、送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量に応じた値が所定値を超えたら、膜モジュールが目詰まりしていると検知して、膜モジュールを洗浄するので、膜モジュールの目詰まりを解消して、長期にわたって安定して被処理水を膜濾過処理できる。また、膜モジュールの目詰まり状態を検知するにあたり、従来のように差圧計を設ける必要がなく、送液ポンプの消費電力と、濾過処理水の流量のみを計測すればよい。これらは、安価で、故障が生じ難い計器であるので、水処理装置のイニシャルコストやメンテナンスコストを抑えることができる。

本発明の水処理方法は、前記被処理水の温度を測定し、前記消費電力量を前記被処理水の温度係数で補正した値を、前記消費電力量に応じた値とするか、あるいは、前記消費電力量を前記消費電力量に応じた値とし、前記被処理水の温度を測定し、基準となる閾値を前記被処理水の温度係数で補正した値を前記所定値とすることが好ましい。この理由であるが、図４に示すように液体の粘性が温度に依存して変化するためであり、一般に温度が高いほど、液体の粘性が低下する。粘性の低下は、ポンプの消費電力低下につながる。そこで予め図５に示すようなポンプの特性図を作成し、温度係数を算出しておく。この態様によれば、温度により流動性が大きく変動する被処理水であっても、精度よく膜間ジュールの目詰まり状態を検知することができる。このため、被処理水の性状によらず、精度よく膜間ジュールの目詰まり状態を検知して、最適なタイミングで膜モジュールを洗浄できる。

本発明の水処理方法は、前記被処理水が、活性汚泥処理後の活性汚泥混合水であることが好ましい。この態様によれば、被処理水が有機物を含む場合であっても、活性汚泥処理によって有機物が分解除去されるので、有機物や爽雑物のない、極めて清浄な濾過処理水を得ることができる。

本発明の水処理方法は、前記洗浄手段が、バブリング、逆洗、薬品添加逆洗、ブラシ洗浄、放水洗浄から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

また、本発明の水処理装置は、被処理水を膜濾過処理する膜モジュールと、前記被処理水を前記膜モジュールに通過させる送液ポンプと、前記送液ポンプの消費電力を測定する電力計と、前記膜モジュールを通過した濾過処理水の流量を計測する流量計と、前記電力計及び前記流量計の測定値に基づいて、前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量を求め、該消費電力量に応じた値が所定値を超えたら、洗浄時期であると判断する洗浄時期検知手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の水処理装置によれば、流量計の測定値と、電力計の測定値に基づいて、送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量を求め、該消費電力量に応じた値が所定値を超えたら、洗浄時期であると判断する洗浄時期検知手段を備えるので、従来のように差圧計を設けなくとも、膜の目詰まり状態を検知して膜モジュールの洗浄時期を判断でき、水処理装置のイニシャルコストやメンテナンスコストを抑えつつ、長期にわたって安定して被処理水を膜濾過処理できる。

本発明の水処理装置は、更に、前記膜モジュールを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄時期検知手段が洗浄時期であると判断したとき、前記洗浄装置を所定時間作動させる制御装置とを備えていることが好ましい。

本発明の水処理装置は、前記被処理水の温度を測定する温度計を更に備え、前記洗浄時期検知手段は、前記温度計で測定された被処理水の温度に基づいて、前記消費電力量を前記被処理水の温度係数で補正した値を、前記消費電力量に応じた値とするか、あるいは、前記消費電力量を前記消費電力量に応じた値とし、前記温度計で測定された被処理水の温度に基づいて、基準となる閾値を前記被処理水の温度係数で補正した値を前記所定値とするようにされていることが好ましい。

本発明の水処理装置は、活性汚泥処理槽を更に備え、該活性汚泥処理槽の下流、又は該発生汚泥処理槽内に、前記膜モジュールが配設されていることが好ましい。

本発明の水処理装置は、前記洗浄装置が、バブリング、逆洗、薬品添加逆洗、ブラシ洗浄、放水洗浄から選ばれた少なくとも一種を施す装置であることが好ましい。

本発明によれば、送液ポンプの単位流量あたりの消費電力量に応じた値が所定値を超えたら、膜モジュールが目詰まりしていると検知して、膜モジュールの洗浄手段を施す時期を決定するので、膜モジュールの膜の目詰まりを解消して長期にわたって安定して被処理水を膜濾過処理できる。また、膜の目詰まり状態を検知するにあたり、従来のように差圧計を設ける必要がなく、水処理装置のイニシャルコストやメンテナンスコストを抑えることができる。

本発明の水処理装置の概略構成図である。 同水処理装置の洗浄時期検知器の第１の実施形態のシーケンス図である。 同水処理装置の洗浄時期検知器の第２の実施形態のシーケンス図である。 １ａｔｍにおける水の粘性率の温度依存性を表したグラフである。 市販ポンプの消費電力の温度依存性の例を示したグラフである。

図１を用いて、本発明の水処理装置の一実施形態を説明する。

被処理水原から伸びた配管Ｌ１が、活性汚泥処理槽１に接続している。

活性汚泥処理槽１は、槽内に微生物を含む活性汚泥が滞留し、微生物の作用によって有機物を分解して活性汚泥処理できる処理槽であれば特に限定はない。例えば、アンモニア酸化菌や亜硝酸酸化菌などの好気性微生物を含む曝気槽、亜硝酸酸化菌などの好気性微生物と脱窒菌などの嫌気性微生物を含む間欠曝気槽などを用いることができる。

活性汚泥処理槽１には、槽内の処理液の温度を計測する温度計２１が配置されている。温度計２１の測定値は、洗浄時期検知器３０に入力される。活性汚泥処理槽１の下部からは、汚泥引き抜き用の配管Ｌ２が伸びている。

この実施形態では、膜モジュール２は、活性汚泥処理槽１内であって、槽内の処理液に浸漬されて配置されている。なお、膜モジュール２は、活性汚泥処理槽１の槽外に配置してもよい。

膜モジュール２の二次側（濾過された処理水が流通する側）からは、ポンプＰ１、流量計２３が配置された配管Ｌ３が伸びており、ポンプＰ１を作動することで、槽内の処理水が膜モジュール２で膜濾過処理される。ポンプＰ１には、ポンプＰ１の消費電力を測定する電力計２２が配置されている。電力計２２及び流量計２３の測定値は、洗浄時期検知器３０に入力される。また、ポンプＰ１は、制御装置４０によって、作動が制御されている。

膜モジュール２に用いる濾過膜としては、一般的な濾過膜であれば全て使用できる。例えば、逆浸透（ＲＯ）膜、限外ろ過（ＵＦ）膜、精密ろ過（ＭＦ）膜、中空糸（ＨＦ）膜等が挙げられる。また、濾過膜の材質としては、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。また、膜モジュール５の形態としては、特に限定は無く、中空糸膜モジュール、平膜型モジュール、スパイラル型モジュール、管型モジュール等が挙げられる。

膜モジュール２の下方には、曝気（バブリング）装置３が配置され、曝気して膜モジュール１の目詰まりを防止するようにしている。曝気装置３は、制御装置４０によって、作動が制御されている。この実施形態では、曝気装置３が、本発明における「洗浄装置」に相当する。

なお、この実施形態では、洗浄装置として、曝気装置を用いたが、曝気装置に限定されず、従来公知の洗浄装置を用いることができる。例えば、濾過処理水の一部を膜モジュール２の二次側から一次側へと逆流させて逆洗する洗浄装置や、該濾過処理水に次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、クエン酸、シュウ酸、塩酸、あるいは市販の膜洗浄剤等の薬品を添加したものを、膜モジュール２の二次側から一次側へと逆流させて薬品添加逆洗する洗浄装置や、膜モジュール２の一次側をブラシ洗浄する装置や、膜モジュール２の一次側を放水洗浄する装置などが好ましい一例として挙げられ、これらを用いてもよい。また、複数種類の洗浄装置を併用してもよい。

制御装置４０は、洗浄時期検知器３０から洗浄開始信号が入力されると、ポンプＰ１に停止信号を入力し、曝気装置３に作動信号を入力して、膜モジュール２を所定時間洗浄するように設定されている。なお、ポンプＰ１を停止せず、運転を続けながら曝気装置３により洗浄してもよい。

次に、図１に示す水処理装置を用いて、本発明の水処理方法の一実施形態について説明する。なお、本発明の水処理方法の処理対象となる被処理水としては、特に限定は無い。例えば、下水や、化学工場や食品工場から排出される工場廃水等が挙げられる。

まず、被処理水を活性汚泥処理槽１に供給して活性汚泥処理する。そして、活性汚泥処理後の処理水を、膜モジュール２にて膜濾過処理し、濾過水を排水系に送り、塩素などを添加して系外に排水する。また、活性汚泥処理槽１の底部に体積した汚泥は、定期的に配管Ｌ２から引き抜いて図示しない汚泥処理系に送り、乾燥処理や脱水処理を行って処理する。

このようにして被処理水を膜モジュール２で膜濾過処理して水処理を行うが、膜濾過処理を継続していると、被処理水中の有機物や爽雑物が膜モジュール２の膜表面や膜内部に付着して、膜濾過効率が低下する。

そこで、本発明では、以下のようにして膜モジュール２の洗浄時期を判断し、洗浄時期に達していたら、膜モジュール２の洗浄を行う。

以下、図２を用いて、洗浄時期検知器３０での洗浄時期の判断方法の第１の実施形態を説明する。

温度計２１の測定値と、電力計２２の測定値と、流量計２３の測定値が、第１演算部３１に入力されて、下式（１）に基づき、温度補正されたポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が演算される。

温度補正されたポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力
＝{（電力計２２の測定値）／（流量計２３の測定値）}×ｔ／Ｔ ・・・（１）
（式（１）において、ｔは温度係数であり、Ｔは温度計２１の測定値である）

次に、第１演算部３１にて演算された、温度補正されたポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力の値と、基準閾値とが判定部３２に入力される。

なお、基準閾値は、膜モジュール２を洗浄する必要が生じる時の、ポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力の値をあらかじめ測定しておき、該値を基準閾値として設定する。

判定部３２において、温度補正されたポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が、基準閾値以上である場合は、膜モジュール２が目詰まりして、洗浄時期に達していると判定し、洗浄開始信号を制御装置４０に入力する。制御装置４０に洗浄開始信号が入力されると、ポンプＰ１の作動を停止し、曝気装置３を作動させ、膜モジュール２の洗浄が所定時間行われる。

一方、温度補正されたポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が、基準閾値未満である場合は、膜モジュール２は目詰まりしておらず、洗浄時期に達していないと判定し、膜濾過処理を継続すべく信号を制御装置４０に入力して、膜濾過処理を継続する。

また、洗浄時期検知器３０での洗浄時期の判断は、図３に示すシーケンス図のようにして行ってもよい。すなわち、図２では、電力計２２の測定値と、流量計２３の測定値とから求められる、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力を温度補正した値と、基準閾値と比較して、洗浄時期を判断したが、基準閾値を温度補正した値と、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力と比較して洗浄時期を判断してもよい。

以下、洗浄時期検知器３０での洗浄時期の判断方法の第２の態様について、図３を用いて説明する。

温度計２１の測定値と、電力計２２の測定値とが第２演算部３３に入力されて、下式（２）に基づき、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が演算される。

実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力
＝{（電力計２２の測定値）／（流量計２３の測定値）} ・・・（２）

また、基準値と、温度計２１の測定値とが、第３演算部３４に入力されて、下式（３）に基づき、温度補正された基準閾値が演算される。

温度補正された基準閾値＝基準閾値×ｔ／Ｔ ・・・（３）
（式（３）において、ｔは温度係数であり、Ｔは温度計２１の測定値である）

次に、第２演算部３３にて演算された、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力の値と、第３演算部３４にて演算された、温度補正された基準閾値とが判定部３５に入力される。

実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が、温度補正された基準閾値以上の場合、膜モジュール２が目詰まりして、洗浄時期に達していると判定し、洗浄開始信号を制御装置４０に入力する。

一方、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力が、温度補正された基準閾値未満の場合は、膜モジュール２は目詰まりしておらず、洗浄時期に達していないと判定し、膜濾過処理を継続すべく信号を制御装置４０に入力して、膜濾過処理を継続する。

なお、被処理水の粘性が低く、温度によってその流動性が殆ど変動しない場合においては、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力や、基準閾値は、温度補正しなくてもよい。すなわち、洗浄時期検知器３０は、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力と、基準閾値とを直接比較して、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力の方が大きい場合は、洗浄時期に達していると判定して洗浄開始信号を制御装置４０に入力し、実測値としてのポンプＰ１の単位流量あたりの消費電力の方が小さい場合は、膜濾過処理を継続すべく信号を制御装置４０に入力するように構成されていてもよい。

このように、本発明によれば、単位流量あたりのポンプＰ１の消費電力量に応じた値に基づいて、膜モジュール２の洗浄時期を決定するので、最適なタイミングで膜モジュール２を洗浄して目詰まりを解消でき、長期にわたって安定して被処理水を膜濾過処理できる。また、膜モジュールの目詰まり状態を検知するにあたり、従来のように差圧計を設ける必要がないので、水処理装置のイニシャルコストやメンテナンスコストを抑えることができる。

なお、爽雑物の除去のみを目的として水処理を行う場合においては、活性汚泥処理槽１を用いる必要はない。この場合、被処理水の貯留槽に膜モジュールの洗浄を浸漬させて同様の処理を行ってもよく、被処理水を直接膜モジュールに供給して膜濾過処理を行ってもよい。

一方、有機物を含む被処理水の場合であって、爽雑物の除去のみならず、有機物の除去も行いたい場合は、図１に示すように、膜モジュール２の上流に活性汚泥処理槽１を設けて、被処理水を活性汚泥処理槽１に導入して活性汚泥処理して有機物等を除去し、次いで、膜モジュール２を通過させて、浮遊微生物やその他の浮遊物質（ＳＳと略称される）や爽雑物を膜濾過処理して固液分離することで、有機物や爽雑物等が除去された清浄な処理水を得ることができる。

１：活性汚泥処理槽
２：膜モジュール
３：曝気装置
２１：温度計
２２：電力計
２３：流量計
３０：洗浄時期検知器
４０：制御装置
Ｌ１〜Ｌ３：配管
Ｐ１：ポンプ

Claims (9)

1. 被処理水を、送液ポンプにより膜モジュールを通過させて膜濾過処理し、
   前記被処理水の温度を測定し、予め作成した前記送液ポンプの特性図より算出される温度係数を用いて温度補正された前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力が、所定値を超えたら、前記膜モジュールを洗浄することを特徴とする水処理方法。
2. 被処理水を、送液ポンプにより膜モジュールを通過させて膜濾過処理し、
   前記被処理水の温度を測定し、前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力が、予め作成した前記送液ポンプの特性図より算出される温度係数を用いて温度補正された前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力の基準となる所定値を超えたら、前記膜モジュールを洗浄することを特徴とする水処理方法。
3. 前記被処理水が、活性汚泥処理後の活性汚泥混合水である、請求項１又は２記載の水処理方法。
4. 前記洗浄が、バブリング、逆洗、薬品添加逆洗、ブラシ洗浄、放水洗浄から選ばれた少なくとも一種である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の水処理方法。
5. 被処理水を膜濾過処理する膜モジュールと、
   前記被処理水を前記膜モジュールに通過させる送液ポンプと、
   前記送液ポンプの消費電力を測定する電力計と、
   前記膜モジュールを通過した濾過処理水の流量を計測する流量計と、
   前記被処理水の温度を測定する温度計と、
   前記電力計、前記流量計、及び前記温度計の測定値に基づいて、洗浄時期を検知する洗浄時期検知手段とを備え、
   前記洗浄時期検知手段は、前記被処理水の温度を測定し、予め作成した前記送液ポンプの特性図より算出される温度係数を用いて温度補正された前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力が、所定値を超えたら、前記膜モジュールの洗浄時期と判断するように構成されていることを特徴とする水処理装置。
6. 被処理水を膜濾過処理する膜モジュールと、
   前記被処理水を前記膜モジュールに通過させる送液ポンプと、
   前記送液ポンプの消費電力を測定する電力計と、
   前記膜モジュールを通過した濾過処理水の流量を計測する流量計と、
   前記被処理水の温度を測定する温度計と、
   前記電力計、前記流量計、及び前記温度計の測定値に基づいて、洗浄時期を検知する洗浄時期検知手段とを備え、
   前記洗浄時期検知手段は、前記被処理水の温度を測定し、前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力が、予め作成した前記送液ポンプの特性図より算出される温度係数を用いて温度補正された前記送液ポンプの単位流量あたりの消費電力の基準となる所定値を超えたら、前記膜モジュールの洗浄時期と判断するように構成されていることを特徴とする水処理装置。
7. 更に、前記膜モジュールを洗浄する洗浄装置と、
   前記洗浄時期検知手段が洗浄時期であると判断したとき、前記洗浄装置を所定時間作動させる制御装置とを備えている請求項５又は６に記載の水処理装置。
8. 前記洗浄装置が、バブリング、逆洗、薬品添加逆洗、ブラシ洗浄、放水洗浄から選ばれた少なくとも一種である、請求項７記載の水処理装置。
9. 活性汚泥処理槽を更に備え、該活性汚泥処理槽の下流、又は該活性汚泥処理槽内に、前記膜モジュールが配設されている、請求項５〜８のいずれか１つに記載の水処理装置。