(57)【要約】【課題】セラミック膜に支障を生じさせるおそれのある薬液を要することなくセラミック膜のファウリングを抑制すること。【解決手段】固形物を固液分離する膜分離装置１において、ｐＨ調整装置７の制御部７１は、膜モジュール５の逆洗工程において、膜モジュール５のセラミック膜に供給される逆洗水のｐＨが当該固形物の表面電荷と当該セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するｐＨとなるように当該逆洗水に対するｐＨ調整薬液の注入を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相に含まれる固形物の分離に供されるセラミック膜の逆洗方法において、
前記セラミック膜に供給される逆洗水のｐＨを前記固形物の表面電荷と当該セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するように調整することを特徴とするセラミック膜の逆洗方法。
【請求項２】
前記逆洗水のｐＨは、前記固形物の等電点と前記セラミック膜の等電点の双方の値よりも低いｐＨ値あるいは高いｐＨ値のいずれかに調節することを特徴とする請求項１に記載のセラミック膜の逆洗方法。
【請求項３】
前記固形物は、不溶性の微細結晶または微細金属であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック膜の逆洗方法。
【請求項４】
液相に含まれる固形物の分離に供されるセラミック膜を備えた膜モジュールと、
この膜モジュールの逆洗工程において、前記セラミック膜に供給される逆洗水のｐＨが前記固形物の表面電荷と当該セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するｐＨとなるように当該逆洗水に対するｐＨ調整薬液の注入を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック膜のファウリングを解消する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック膜は、堅牢で物理的・化学的な耐久性および親水性の高いことから、各種の排水の固液分離に利用されている。そして、セラミック膜のファウリング（目詰まり）による濾過性能低下を抑制する工夫が従来から行われている。ファウリング対策には、主に、ファウリングの抑制を図る方式や、ファウリングからの回復を図る方式がある。
【０００３】
ファウリングの抑制を図る方式としては、固形物若しくは分離膜の表面電荷の調整方式が挙げられる。例えば、特許文献１〜３などの方式は、被処理水中の固液分離粒子の有する表面電荷とセラミック濾過膜の表面電荷とを同極性（電位符号が同符号）に調整することにより、ファウリングを抑制して、膜洗浄に関わる電力の低減や濾過運転の効率化を図る。特に、特許文献３の方式は、液相に含まれる固形物の分離にあたり、前記固形物の表面電荷が当該固形物を固液分離する無機膜の表面電荷と電気的に同極性に帯電するように当該液相のｐＨを調節して、固形物による無機膜のファウリングを抑制する。
【０００４】
ファウリングから回復する方式としては、セラミック膜の逆洗ラインに薬液を注入するインライン洗浄方式や当該膜を薬液に浸漬する浸漬洗浄方式が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３６９６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２７８３６号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１３／１８７３７８号公報
【特許文献４】特開２００１−３３４２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ファウリングの抑制を図る方式は、スクラビングエアと逆洗とを組み合わせた方法があるが、汚濁物質の付着や堆積の長期的な抑制効果には限界がある。そのため、濾過性能低下を抑制し安定的な膜分離特性を維持するためファウリングからの回復を効果的に行う方式が必要となる。
【０００７】
セラミック膜の特徴を利用して水中の分散粒子からなる不溶性の微細結晶や微細金属を分離対象物とする場合がある。前記微細結晶や微細金属が、酸，アルカリに対して難溶性のものであると、通常の薬液によるインライン洗浄方式や浸漬洗浄方式などでは、セラミック膜表面内部の細孔で捕捉されたファウリング物質を除去できない。そのため、このような不溶性の微細粒子がセラミック膜を詰まらせた場合、薬液洗浄の薬剤として熱濃硫酸やフッ酸を要さなければ除去できないことがある。このような状況は分離対象物が例えばフッ素含有排水に含まれるフッ素化合物などや、タングステンなどの微細金属を含有する工場排水などの場合に顕著なものとなる。
【０００８】
したがって、分離対象物が前記微細結晶や微細金属であり、酸，アルカリに対して難溶性のものであると、前記ファウリング物質を除去するためには上述のように薬液洗浄に熱濃硫酸やフッ酸（フッ化水素酸）が必要となる。
【０００９】
しかし、これら薬剤のセラミック膜への適用は次の理由により困難となる。
【００１０】
すなわち、これらの薬剤はセラミック膜の強度や分離性能を低下させるおそれがある。さらに、熱濃硫酸やフッ酸は、医薬用外劇物や医薬用外毒物に指定された薬剤であるため、作業上の取扱が難しい。
【００１１】
本発明は、上記の事情を鑑み、セラミック膜に支障を生じさせるおそれのある薬液を要することなくセラミック膜のファウリングを抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、液相に含まれる固形物の分離に供されるセラミック膜の逆洗方法において、前記セラミック膜に供給される逆洗水のｐＨを前記固形物の表面電荷と前記セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するように調整する。
【００１３】
本発明の一態様は、前記セラミック膜の逆洗方法において、前記逆洗水のｐＨは、前記固形物の等電点と前記セラミック膜の等電点の双方の値よりも低いｐＨ値あるいは高いｐＨ値のいずれかに調節する。
【００１４】
本発明の一態様は、前記セラミック膜の逆洗方法において、前記固形物は、不溶性の微細結晶または微細金属である。
【００１５】
本発明の一態様は、膜分離装置であって、液相に含まれる固形物の分離に供されるセラミック膜を備えた膜モジュールと、この膜モジュールの逆洗工程において前記セラミック膜に供給される逆洗水のｐＨが前記固形物の表面電荷と前記セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するｐＨとなるように当該逆洗水に対するｐＨ調整薬液の注入を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セラミック膜に支障を生じさせるおそれのある薬液を要することなくセラミック膜のファウリングを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される膜分離装置の一態様の概略構成図。
【図２】各種の無機化合物の等電点並びにゼータ電位を示した特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
［本発明の概要］
本発明は、セラミック膜のゼータ電位がｐＨで変化するという特性を活かして、被濾過物と同じ極性のゼータ電位（反発力が働く）とするように、セラミック膜の逆洗工程に供される逆洗水のｐＨを調整する。ゼータ電位の反発力を使って、ファウリング物質を溶かすのではなく、反発力が働く状態にして剥がす、というアプローチによってファウリングを解消する。
【００２０】
すなわち、本発明は、液相に含まれる固形物の分離に供されるセラミック膜の逆洗方法において、前記セラミック膜に供給される逆洗水のｐＨを前記固形物の表面電荷と当該セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するよう調整する。例えば、前記逆洗水のｐＨは、前記固形物の等電点と前記セラミック膜の等電点の双方の値よりも低いｐＨ値あるいは高いｐＨ値のいずれかに調節する。
【００２１】
以下のセラミック膜の分離対象物となる水中の分散粒子は、不溶性の微細結晶や微細金属である。この微細結晶として例示されるものはフッ化カルシウムなどであり、微細結晶や微細金属などに本発明を適用することで、ファウリングを解消する。
【００２２】
セラミック膜及び分離対象物の材質は、例えば、特許文献３に記載の酸化アルミニウムの他、水酸化アルミニウム、酸化チタン、水酸化チタン、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化ケイ素、水酸化ケイ素から少なくとも一つの化合物を含む。
【００２３】
尚、前記逆洗方法において、前記ｐＨ調整した逆洗水をセラミック膜に供するにあたり、高圧逆洗方式、高頻度逆洗方式、長時間逆洗方式のいずれかが任意に適用される。
【００２４】
［本発明が適用された膜分離装置１の態様例］
図１に例示された膜分離装置１は、原水槽２、膜分離槽３、ろ過水槽４、膜モジュール５、散気管６及びｐＨ調整装置７を備える。
【００２５】
原水槽２は、系外から除去対象物である固形物を含んだ液相を一時的に貯留した後に原水供給ポンプＰ１により膜分離槽３に供給する。
【００２６】
膜分離槽３は、原水槽２から供された液相を膜モジュール５によりろ過処理を行う。膜分離槽３内には、膜モジュール５と散気管６が具備されている。
【００２７】
膜モジュール５は、例えば、外圧式固液分離方式の平膜状のセラミック膜を有する。膜モジュール５は、膜分離槽３内の液相に浸漬された状態で膜面が鉛直となるように配置される。そして、圧力計ＰＩによる膜間差圧及び流量計ＦＩによるろ過水の流量の監視下で、膜モジュール５の排水側を吸引ポンプＰにより負圧にすることにより、ろ過水が膜モジュール５からろ過水槽４に移送される。尚、吸引ポンプＰの一次側（膜モジュール５の排水側）の配管ラインには、膜モジュール５のろ過工程においてろ過水の流路を確保される一方で膜モジュールの逆洗工程において当該流路を遮断するバルブＶ１が具備される。
【００２８】
散気管６は、空気をブロアＢから導入して膜モジュール５の膜面の曝気洗浄を行う。
【００２９】
ろ過水槽４は、膜モジュール５から排出されたろ過水を貯留する。このろ過水は系外の高度処理に供される。また、ろ過水の一部は膜モジュール５の逆洗水として膜モジュール５の逆洗工程に供される。
【００３０】
逆洗工程の配管ラインには、ろ過水槽４のろ過水を膜モジュール５に供給して定期的に膜モジュール５の逆圧洗浄を行う逆洗ポンプＰ２が具備される。さらに、逆洗ポンプＰ２の逆洗水の供給側の配管ラインには、逆洗工程の膜モジュール５に供給されるろ過水の流路を確保するバルブＶ２が具備される。
【００３１】
ｐＨ調整装置７は、膜モジュール５の逆洗水として供されるろ過水槽４のろ過水のｐＨが前記固形物の表面電荷と膜モジュール５のセラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するｐＨとなるように当該ろ過水にｐＨ調整薬液を供給する。
【００３２】
ｐＨ調整装置７は、ｐＨ調整薬液タンク７０からｐＨ調整薬液を前記逆洗水に供給する薬液ポンプＰ３と、この薬液ポンプＰ３の動作を制御する制御部７１とを備える。
【００３３】
前記ｐＨ調整薬液としては、水処理分野においてｐＨ調整用に用いられている周知の酸性またはアルカリ性の薬液が適用される。
【００３４】
制御部７１は、前記逆洗水のｐＨが前記固形物の表面電荷と前記セラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するｐＨとなるように、薬液ポンプＰ３の動作を制御する。
【００３５】
例えば、制御部７１において、図２に示された膜モジュール５のセラミック膜と前記逆洗水の表面電荷との基づき両者の表面電荷が同極となるような当該逆洗水に対するｐＨ調整薬液の注入率が予め設定される。そして、膜分離装置１において、膜モジュール５の逆洗工程に移行すると、薬液ポンプＰ３は前記注入率に基づく制御部７１からの制御信号によりｐＨ調整薬液を逆洗水に供給する。
【００３６】
［膜分離装置１の動作例］
膜分離装置１のろ過工程においては、原水槽２から固形物を含んだ液相が原水供給ポンプＰ１により膜分離槽３に供給される。膜分離槽３内の液相は吸引ポンプＰの吸引力により膜モジュール５に供給されてろ過処理される。また、膜モジュール５の膜面には曝気洗浄用に空気が散気管６から適宜に供給される。膜モジュール５から排出されたろ過水はろ過水槽４に移送される。ろ過水槽４に貯留されたろ過水は高度処理などのためにさらに系外に移送される。
【００３７】
膜分離装置１は、逆洗工程の時刻になると、バルブＶ１がろ過水槽４に対するろ過水の供給路を遮断する一方で、バルブＶ２が膜モジュール５に対するろ過水の供給路を確保させた状態で、逆洗ポンプＰ２を動作させる。そして、ｐＨ調整装置７の薬液ポンプＰ３は、制御部７１からの制御信号を受けてｐＨ調整薬液タンク７０からｐＨ調整薬液を吸引して膜モジュール５に供されるろ過水に注入する。
【００３８】
前記ｐＨ調整薬液が注入されたろ過水は膜モジュール５の逆洗水として膜モジュール５の排水側から膜モジュール５のセラミック膜に供される。前記逆洗水のｐＨは、前記固形物の等電点と膜モジュール５のセラミック膜の等電点の双方の値よりも低いｐＨ値あるいは高いｐＨ値のいずれかに調節された状態となっている。
【００３９】
尚、逆洗工程は、高圧逆洗、高頻度逆洗及び長時間逆洗の運伝モードから任意に選択された運転モードに基づき実行される。高圧洗浄のモードは、例えば、少なくともろ過工程よりも高い圧力値の下で逆洗水を供給するモードである。高頻度逆洗モードは、例えば、任意に設定された一定の周期の下で逆洗工程が実行されるモードである。長時間逆洗モードは、例えば、任意に設定された比較的長時間の逆洗時間の下で逆洗工程が実行されるモードである。これらのモードの圧力値、周期、逆洗時間は、固形物及びセラミック膜の特性から得られた経験則に基づき設定される。
【００４０】
［膜分離装置１の実施例］
膜分離装置１の具体的な実施例を以下に示す。
【００４１】
（実施例１）セラミック膜によるフッ化カルシウムの分離
図１の膜分離装置１において、原水槽２には、固形物としてフッ化カルシウムを含有する排水（ｐＨ７に調整、濃度１０００ｍｇ／Ｌ、平均粒径０．５μｍであり、粒径分布を有する）を供した。また、膜モジュール５は、膜材質がアルミナ（酸化アルミニウム）である平膜状のセラミック膜（孔径０．７μｍ）を使用した。
【００４２】
試験は、実施例としてｐＨを６．０と９．０に調整した逆洗水、比較例としてｐＨを７．０に調整した逆洗水を使用した。
【００４３】
各試験とも未使用の平膜状のセラミック膜が適用された膜モジュール５において、前記固形物を含まない排水を通水して馴染ませた後、同一条件（ろ過速度、通水時間など）でフッ化カルシウム含有排水のろ過を行った。膜間差圧の回復については、膜間差圧比（逆洗直前値／逆洗実施直後値）で評価した。洗浄効果が高いほど、逆洗実施直後値は小さくなるため、膜間差圧比は大きくなる。尚、膜間差圧とは、ろ過により透過水を得るために必要な圧力をいい、ろ過差圧、TMP（Trans Membrane Pressure）ともいい、膜ファウリングの評価指標となる。
【００４４】
以下の表１に実施例１における逆洗水ｐＨと膜間差圧比を示した。
【００４５】
【表１】
2020082036.tif 000003
【００４６】
さらに、逆洗水ｐＨについて詳細調査した結果は以下の通りである。
【００４７】
セラミック膜の膜材質がアルミナ（酸化アルミニウム）であり、除去対象の固形物である分散粒子をフッ化カルシウムである場合に、逆洗水のｐＨをｐＨ６．３以下またはｐＨ９．０以上としたｐＨ調整水をセラミック膜に供給すれば、ｐＨ調整を行なわない逆洗水（ｐＨ無調整水）に比べて膜間差圧の回復は優れた結果となった。
【００４８】
以上のように、アルミナの等電点以上であるｐＨ９．０の逆洗水が前記セラミック膜に供されることにより、当該セラミック膜に支障を生じさせるおそれのある薬液を要することなく当該セラミック膜のファウリングの抑制を図ることができることが示された。
【００４９】
（実施例２）セラミック膜による分散粒子（酸化系や水酸化系のセラミック）の分離
除去対象の固形物である分散粒子を酸化チタンとして（実施例１）と同様に行った結果を以下に示す。実施例２の原水槽２には、酸化チタン粒子を含有する排水（ｐＨ７．０に調整、濃度１０００ｍｇ／Ｌ、平均粒径０．５μｍであり、粒径分布を有する）を原水として供した。
【００５０】
以下の表２に実施例２における逆洗水ｐＨと膜間差圧比を示した。
【００５１】
【表２】
2020082036.tif 000004
【００５２】
セラミック膜の膜材質がアルミナ（酸化アルミニウム）であり、除去対象の固形物である分散粒子はチタニア（酸化チタン）である場合に、逆洗水のｐＨをチタニアの等電点であるｐＨ６．３以下、またはアルミナの等電点であるｐＨ９．０以上としたｐＨ調整水をセラミック膜に供給すれば、ｐＨ調整を行なわない逆洗水（ｐＨ無調整水）に比べて、膜間差圧の回復は優れた結果となった。
【００５３】
以上の実施例から明らかなように、セラミック膜の逆洗工程において、セラミック膜の逆洗水のｐＨが分離対象物の表面電荷とセラミック膜の表面電荷とが電気的に同極性に帯電するよう調整されることにより、セラミック膜のファウリングが抑制される。
【００５４】
特に、水中の分散粒子からなる不溶性の微細結晶や微細金属を分離対象物が酸，アルカリに難溶な物質である場合に当該物質に因るファウリングが抑制される。
【符号の説明】
【００５５】
１…膜分離装置
２…原水槽
３…膜分離槽、５…膜モジュール、６…散気管
４…ろ過水槽
７…ｐＨ調整装置、Ｐ３…ポンプ、７０…ｐＨ調整薬液タンク、７１…制御部
【図１】
2020082036.tif 000005
【図２】
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