(57)【要約】【課題】ろ過筒内に両端を接着部で固定された中空糸または管状のろ過膜を備える膜ろ過装置において、高濁度の原水を通水してもろ過筒内の下部に懸濁物質が堆積することを抑制し、安定運転が可能となる膜ろ過装置を提供する。【解決手段】ろ過筒５８と、接着部６０，６２により両端をろ過筒５８の内部の一端部および他端部に固定された中空糸または管状のろ過膜６４と、ろ過筒５８を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部６２の上面に流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズル６６と、を備える膜ろ過装置１２である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過筒と、
接着部により両端を前記ろ過筒の内部の一端部および他端部に固定された中空糸または管状のろ過膜と、
前記ろ過筒を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部の上面に流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズルと、
を備えることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜ろ過装置であって、
前記洗浄用ノズルの噴出孔における噴出流体流束が、０．８２ｍ／ｄより大きく３．７５ｍ／ｄ未満の範囲であることを特徴とする膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水、ダム水、湖沼水、地下水、海水、工業用水、下水、工場排水等の懸濁物質を含む原水から懸濁物質を除去するための膜ろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
懸濁物質の除去（除濁）を目的としたいわゆる外圧式精密ろ過（ＭＦ）膜装置や限外ろ過（ＵＦ）膜装置等において、通水によって捕捉された懸濁物質の排出は、通常、水逆洗、空気洗浄、フラッシング（原水をろ過せず排出）等を単独または組み合わせた方法で行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
原水中に含まれる懸濁物質の沈降速度が大きいと、水逆洗、空気洗浄、フラッシング、これらを組み合わせた物理洗浄を行っても、膜を収容した筒状等のモジュール内部の下部に懸濁物質が堆積する場合があった。そのため、沈降速度が大きい懸濁物質を含む原水を直接膜ろ過せず、沈澱池、凝集沈澱池、凝集加圧浮上槽といった前処理装置を膜ろ過の前段に設ける必要があった。
【０００４】
また、普段は沈降速度が大きい懸濁物質を含まない原水でも、台風時等の大雨によって、沈降速度が大きい懸濁物質が突然混入してくることがある。その場合、物理洗浄を行っても懸濁物質がモジュール内部の下部に堆積して、補正フラックスの低下または補正膜間差圧の上昇等が生じることがある。場合によっては、所定の供給水圧力で所定の透過水量を得られなくなってしまうことがある。
【０００５】
モジュール内部の下部に懸濁物質が堆積することへの対策として、モジュール内部の下部の膜の接着部に設けられた吹き出し口からの空気または水等による洗浄が行われている（非特許文献１参照）。しかし、この方法では、洗浄空気や水等は吹き出し口から略鉛直方向（モジュールの長軸方向）に上昇するため、吹き出し口の直近に堆積した懸濁物質しか排出できない。
【０００６】
長繊維束を用いたろ過装置においては、モジュール下端に水または空気を水平方向（モジュールの周方向）に吹き出す洗浄用ノズルを備えることが提案されている（特許文献４参照）。この方法は、懸濁物質の排出に有効と思われるが、目板をフランジで挟むことによって実現しており、これを密閉されたモジュール内の接着部に取り付けることは容易ではない。
【０００７】
また、中空糸膜を上端のみ接着して、下端を自由な状態とする方法もある（非特許文献２参照）が、中空糸膜が自重で引っ張られるため、膜の材質や太さに制約がある。
【０００８】
さらに、モジュールタイプ以外であれば、様々な方法が採用されている（例えば、特許文献５，６参照）が、密閉されたモジュールに転用することは容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３０９３５１号公報
【特許文献２】特開平９−１３８２９８号公報
【特許文献３】特開平７−０１６５６７号公報
【特許文献４】特許第３４８３７４５号公報
【特許文献５】特開平７−１４８４２２号公報
【特許文献６】特開平７−０００７７０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】水道技術研究センター、水道用膜ろ過技術の新しい展開、２００２年発行、ｐｐ．２４
【非特許文献２】水道技術研究センター、水道用膜ろ過技術の新しい展開、２００２年発行、ｐｐ．４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ろ過筒内の一端部および他端部に両端を接着部で固定された中空糸または管状のろ過膜を備える膜ろ過装置において、高濁度の原水を通水してもろ過筒内の下部に懸濁物質が堆積することを抑制し、安定運転が可能となる膜ろ過装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ろ過筒と、接着部により両端を前記ろ過筒の内部の一端部および他端部に固定された中空糸または管状のろ過膜と、前記ろ過筒を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部の上面に流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズルと、を備える膜ろ過装置である。
【００１３】
また、前記膜ろ過装置において、前記洗浄用ノズルの噴出孔における噴出流体流束が、０．８２ｍ／ｄより大きく３．７５ｍ／ｄ未満の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ろ過筒内の一端部および他端部に両端を接着部で固定された中空糸または管状のろ過膜を備える膜ろ過装置において、ろ過筒を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部の上面に流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズルを備えることにより、高濁度の原水を通水してもろ過筒内の下部に懸濁物質が堆積することを抑制し、安定運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る膜ろ過装置を含む膜ろ過システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る膜ろ過装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る膜ろ過装置における洗浄用ノズルの一例を示す概略構成図である。
【図４】実施例１において用いた膜ろ過装置を示す概略構成図である。
【図５】実施例１における膜間差圧と原水濁度の経時変化を示す図である。
【図６】比較例１において用いた膜ろ過装置を示す概略構成図である。
【図７】比較例１における膜間差圧と原水濁度の経時変化を示す図である。
【図８】実施例２におけるノズル噴出空気流束を変化させたときの膜間差圧の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の実施形態に係る膜ろ過システムの一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。膜ろ過システム１は、原水槽１０と、膜ろ過装置１２と、処理水槽１４とを備える。
【００１８】
図１の膜ろ過システム１において、原水槽１０の出口はポンプ１６、バルブ２６，２８を介して原水配管４４により膜ろ過装置１２の下端部の入口に接続されている。膜ろ過装置１２の上端部の出口はバルブ３０を介して処理水配管４６により処理水槽１４に接続されている。処理水槽１４の下部はポンプ１８、バルブ３２，３４を介して逆洗水配管４８により処理水配管４６のバルブ３０の上流側に接続されている。膜ろ過装置１２の下部側方にはバルブ３６を介して逆洗排水配管５０の一端が、上部側方にはバルブ３８を介して逆洗排水配管５２の一端が接続され、逆洗排水配管５０の他端は逆洗排水配管５２のバルブ３８の下流側に接続されている。原水配管４４のバルブ２８の上流側には、バルブ４０，４２を介して空気配管５４によりコンプレッサ５６の送気側が接続されている。原水配管４４のバルブ２６とバルブ２８との間、逆洗水配管４８のバルブ３２とバルブ３４との間、空気配管５４のバルブ４０とバルブ４２との間には、流量計２０，２２，２４がそれぞれ設置されている。
【００１９】
膜ろ過装置１２の一例の概略構成を図２に示す。また、膜ろ過装置１２のろ過筒５８の下端部の拡大図を図３に示す。図２に示すように、膜ろ過装置１２は、ろ過筒５８と、接着部６０，６２により両端をろ過筒５８の内部の一端部および他端部にそれぞれ固定された中空糸または管状のろ過膜６４と、ろ過筒５８を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部６２の上面に流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズル６６とを備える。ろ過膜６４の両端は、接着剤等によりろ過筒５８の内部の一端部および他端部にそれぞれ固定されている。
【００２０】
図３にも示すように膜ろ過装置１２のろ過筒５８内の下端部の接着部６２には、原水や洗浄空気等が通過する複数の開孔部６８が設けられている。接着部６２に設けられた複数の開孔部６８のうち少なくとも１つには、洗浄用ノズル６６が挿入されている。洗浄用ノズル６６は、接着部６２の上面（上端部）からろ過筒５８の内部方向に向けて所定の長さ分（例えば、１ｃｍ程度）突出し、突出した部分の側面には少なくとも１つの噴出孔７２を有する。
【００２１】
また、図２に示すように、膜ろ過装置１２のろ過筒５８内の上端部の接着部６０には、処理水や洗浄水等が通過する複数の開孔部７０が設けられている。
【００２２】
本実施形態に係る膜ろ過方法および膜ろ過システム１の動作について図１，２を参照して説明する。
【００２３】
（１）通水時
膜ろ過装置１２のろ過膜６４へ原水を通水することにより原水中の懸濁物質が除去される（ろ過工程）。具体的には、バルブ２６，２８，３０が開状態、バルブ３２，３４，３６，３８，４０，４２が閉状態とされ、原水槽１０に貯留された原水が、ポンプ１６を介して原水配管４４を通して膜ろ過装置１２の下部からろ過筒５８内に開孔部６８より導入され、中空糸または管状のろ過膜６４により、原水中の懸濁物質が除去され、ろ過筒５８の上端部７０より処理水配管４６を通して処理水が排出され、処理水槽１４に貯留される。
【００２４】
（２）洗浄時
原水の通水によりろ過膜６４に捕捉された懸濁物質を取り除くため、膜ろ過装置１２のろ過膜６４の洗浄が行われる（洗浄工程）。具体的には、バルブ２６，２８，３０，３８，４０，４２が閉状態、バルブ３２，３４，３６が開状態とされ、処理水槽１４内の処理水が洗浄水として逆洗水配管４８を通して膜ろ過装置１２のろ過筒５８の上端部の開孔部７０よりろ過筒５８内に導入され、ろ過膜６４の表面に付着した懸濁物質が除去され、逆洗排水配管５０を通して洗浄排水とともに排出される（水逆洗工程）。また、バルブ２６，２８，３０，３２，３４，３６が閉状態、バルブ３８，４０，４２が開状態とされ、コンプレッサ５６により洗浄空気が空気配管５４を通して膜ろ過装置１２の下部からろ過筒５８内に開孔部６８より導入され、ろ過膜６４の表面に付着した懸濁物質が除去され、逆洗排水配管５２を通して洗浄空気とともに排出される（流体洗浄工程）。水逆洗工程と流体洗浄工程とを同時に行ってもよい。
【００２５】
本実施形態では、両端を接着剤等で固められた中空糸または管状のろ過膜が密閉されたろ過筒５８内に接着部で固定されている膜ろ過装置１２において、ろ過筒５８を設置面に対して略垂直に設置した場合に下端となる側の接着部６２の上面に洗浄空気等の流体を略水平方向に吹き出す洗浄用ノズル６４を備えた。流体洗浄工程において、洗浄用ノズル６４の噴出孔７２から、洗浄空気等の流体が略水平方向に吹き出す。洗浄用ノズル６４から洗浄空気等の流体がろ過筒５８の下部で略水平方向に吹き出すことによって、ろ過筒５８内の下部に堆積した沈降速度の大きい懸濁物質を浮き上がらせる。これにより、高濁度の原水を通水してもろ過筒内の下部に懸濁物質が堆積することを抑制し、安定運転が可能となる。
【００２６】
膜ろ過装置１２において、洗浄用ノズル６４の噴出孔７２における噴出流体流束が、０．８２ｍ／ｄより大きく３．７５ｍ／ｄ未満の範囲であることが好ましく、０．９ｍ／ｄ以上１．９ｍ／ｄ以下の範囲であることがより好ましい。洗浄用ノズル６４の噴出孔７２における噴出流体流束が０．９０ｍ／ｄ未満であると堆積抑制が十分ではない場合があり、３．５ｍ／ｄを超えると、空気の合一が起こりやすくなり、十分な洗浄効果が得られなくなる場合がある。
【００２７】
ろ過筒５８の形状は、筒状であればよく、特に制限はないが、通常は円筒状である。
【００２８】
ろ過膜６４は、中空糸または管状の精密ろ過膜または限外ろ過膜等であり、両端を接着剤等で固められており、ろ過筒５８の内部の一端部および他端部にそれぞれ接着部で固定されている。
【００２９】
開孔部６８の形状は、原水や洗浄空気等が通過することができる形状であればよく、特に制限はないが、通常は円筒状である。
【００３０】
洗浄用ノズル６６の形状は、特に制限はないが、通常は円筒状である。
【００３１】
洗浄用ノズル６６の設置数は、特に制限はなく、少なくとも１つである。略鉛直方向に空気を吹き出す従来型の洗浄用ノズルと併用してもよい。
【００３２】
噴出孔７２の形状は、洗浄空気等の流体を略水平方向に吹き出すことができるものであればよく、特に制限はないが、通常は円状である。
【００３３】
噴出孔７２の数は、特に制限はないが、１つ以上であればよく、堆積抑制効果を高めるために、２つ以上が好ましく、４つ以上がより好ましい。噴出孔７２の数は、洗浄用ノズル６６の設置数にもよるが、噴出孔７２は少なくとも４方向に噴出するように４つ以上設けることが好ましい。洗浄用ノズル６６の周方向に複数の噴出孔７２を設けてもよいし、高さ方向に複数の噴出孔７２を設けてもよい。
【００３４】
噴出孔７２の配置位置は、洗浄空気等の流体を略水平方向に吹き出すことができればよく、特に制限はないが、堆積抑制効果を高めるために、高さ方向で接着部６２の上面から３ｍｍ〜５ｍｍ程度に配置し、周方向でろ過膜６４に洗浄空気等の流体が当たる方向に配置することが好ましい。懸濁物質の堆積程度等に応じて、噴出孔７２の高さ方向、周方向の配置位置が変わるように洗浄用ノズル６６の挿入を調整してもよい。
【００３５】
洗浄用ノズル６６は、膜ろ過装置の製造時に取り付けてもよいし、既存の膜ろ過装置の接着部を加工して取り付けてもよい。通常の膜ろ過装置の接着部には開孔部が設けられており、下端部の接着部の開孔部のうち少なくとも１つをそのまま利用して、洗浄用ノズルを取り付けてもよい。これにより、洗浄用ノズルの噴出孔の高さ方向、周方向の配置位置や、洗浄用ノズルの設置数等を容易に調整することができる。
【００３６】
また、洗浄用ノズル６６の設置面積がろ過筒５８の断面積に対して５％〜１５％程度となるように洗浄用ノズル６６を設置することによって、膜ろ過装置１２の設置面積当たりの膜ろ過面積を大きく損なうことなく、ろ過筒５８内下部に堆積した沈降速度の大きい懸濁物質を排出することができる。
【００３７】
洗浄用ノズル６４の噴出孔７２から吹き出させる流体としては特に制限はないが、通常は、水等の液体または空気等の気体であり、より洗浄効果が高い等の点から空気等の気体が好ましく、空気がより好ましい。水等の流体を吹き出してもよいし、空気等の流体を吹き出してもよいし、水等の流体と空気等の流体とを同時に吹き出してもよい。
【００３８】
処理対象となる原水は、懸濁物質を含む水であればよく特に制限はないが、例えば、懸濁物質を含む河川水、ダム水、湖沼水、地下水、海水、工業用水、下水、工場排水等の水である。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
図１に示す膜ろ過システムを用い、以下の条件でろ過処理を行った。用いた膜ろ過装置（モジュール）およびモジュール下部の構造模式を図４に示す。膜ろ過装置は、下端部の接着部に２１個の開孔部を有し、そのうちの５個に円筒状の洗浄用ノズルφ１０ｍｍ×５個を備えている。洗浄用ノズルの噴出孔は、φ２ｍｍの孔を円筒の周方向に等角度間隔で５個配置し、いずれも接着部上面から５ｍｍの位置に噴出孔がくるようにして、流体を略水平方向に吹き出すようにした。なお、本実施例においては空気を吹き出す空気洗浄用ノズルとした。膜間差圧と原水濁度の経時変化を図５に示す。
【００４１】
［実験条件］
・原水：河川水（台風時）濁度８０〜３２０度、水温２４±２℃
・通水時間：２４時間
・ろ過膜：限外ろ過膜  モジュール内径１００ｍｍ×高さ１，５００ｍｍ×１本、ろ過面積４．０ｍ２、膜材質ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
・濾過方式：デッドエンド、フラックス３．０ｍ／ｄ、透過水量１１．８ｍ３／ｄ
初期膜間差圧５０ｋＰａ、最大膜間差圧２００ｋＰａ
洗浄排水量０．４ｍ３／ｄ、処理水量１１．４ｍ３／ｄ
水回収率９６．６％
・物理洗浄：空気洗浄ＬＶ５４０ｍ／ｈ（モジュール断面積に対して）で２０秒
＋水逆洗流束６．０ｍ／ｄ（膜面積に対して）で４０秒
洗浄排水は空気洗浄時にはモジュール上部より排水、水逆洗時はモジュール下部より排水
通水５９分毎に１回実施
【００４２】
図５からわかるように、運転時間２４時間後でも、膜間差圧は８０ｋＰａ程度であった。
【００４３】
（比較例１）
膜ろ過装置以外は図１に示す膜ろ過システムと同様のシステムを用い、実施例１と同様の条件でろ過処理を行った。用いた膜ろ過装置（モジュール）の構造模式を図６に示す。比較例１の膜ろ過装置は、下端部の接着部に円筒状の洗浄用ノズルφ１０ｍｍ×５個を備えているが実施例１のような空気を略水平方向に吹き出す噴出孔は有しておらず、略鉛直方向に空気を吹き出す構成となっている。洗浄用ノズルの口径が実施例１の洗浄用ノズルと同じであることから、有効膜面積も実施例１と同じとなっている。膜間差圧と原水濁度の経時変化を図７に示す。
【００４４】
図７からわかるように、運転時間１９時間で、膜間差圧が２００ｋＰａに達して通水不能となった。
【００４５】
このように、実施例１の構成により、両端を接着剤で固められた中空糸または管状の限外ろ過膜が密閉されたろ過筒内に接着部で固定されている膜ろ過装置において、ろ過筒内に懸濁物質がほとんど堆積することがなく、安定運転が可能となった。
【００４６】
（実施例２）
実施例１と同じ条件で、ノズルの設置個数を変えて、ノズルから噴出する空気流束を変えてろ過処理を行った。ノズル噴出空気流束を０．８２，０．９４，１．２５，１．８８，３．７５ｍ／ｄと変化させたときの膜間差圧の経時変化を図８に示す。
【００４７】
図８からわかるように、洗浄用ノズルの噴出孔における噴出流体流束は、０．８２ｍ／ｄより大きく３．７５ｍ／ｄ未満の範囲が好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００４８】
１  膜ろ過システム、１０  原水槽、１２  膜ろ過装置、１４  処理水槽、１６，１８  ポンプ、２０，２２，２４  流量計、２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２  バルブ、４４  原水配管、４６  処理水配管、４８  逆洗水配管、５０，５２  逆洗排水配管、５４  空気配管、５６  コンプレッサ、５８  ろ過筒、６０，６２  接着部、６４  ろ過膜、６６  洗浄用ノズル、６８，７０  開孔部、７２  噴出孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図６】
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