(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガンイオンを含む原水を濾過膜によって濾過する膜分離方法において、前記原水に酸化剤と亜硫酸水素ナトリウムとを交互に添加して濾過することを特徴とする膜分離方法。
【請求項２】
膜モジュールと、この膜モジュールにマンガンイオンを含む原水を供給する原水供給手段と、前記原水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、前記原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する亜硫酸水素ナトリウム添加手段と、前記膜モジュールを透過した処理水を貯留する処理水槽と、この処理水槽に配設された攪拌手段とを具備したことを特徴とする膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜分離方法及びその装置に係り、特にマンガンイオンを含む原水を濾過膜によって濾過する膜分離方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水を濾過膜によって濾過する膜分離方法においては、濾過によって膜表面に原水中の懸濁物質が付着したり、微生物が繁殖することによって、膜の濾過抵抗を上昇させ、ひいては膜を閉塞させる。このため、膜の表面を定期的に洗浄することが行われている。
【０００３】
しかしながら、物理的な洗浄のみでは膜表面に繁殖した微生物を除去することが困難であるため、濾過操作の過程で前記原水に間欠的又は連続的に次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加し、前記微生物を酸化分解することによって膜の閉塞を防止する方法が知られている。この方法によれば膜を透過した処理水中の未反応の酸化剤が消毒剤として作用し、飲料用として好適であるという利点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、原水に次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加する上記の方法は膜表面での微生物の繁殖を防止する点では有効であるが、本発明者の知見によれば新たな問題点が生じることが判った。すなわち、原水中には通常微量の鉄イオンやマンガンイオンが含まれており、これらの金属イオンが前記酸化剤によって酸化することによって、金属酸化物として析出し、これらが膜表面に固着して、膜を閉塞させることが判明した。特に、マンガンの酸化物である二酸化マンガンの結晶は一度膜表面に付着すると、その自触媒作用によってマンガンの酸化を促進させ結晶の粗大化を招き、上記膜の閉塞を早める。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、マンガンイオンを含む原水を膜濾過する場合においても、膜表面でのマンガン酸化物の固着、成長を最小限に抑えることによって、膜の閉塞を防ぎ、低い濾過抵抗で長時間の濾過運転を行うことができる膜分離方法とその装置を提供することにある。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
本発明に係る膜分離方法は、マンガンイオンを含む原水を濾過膜によって濾過する膜分離方法において、前記原水に酸化剤と亜硫酸水素ナトリウムとを交互に添加して濾過することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る膜分離装置は、膜モジュールと、この膜モジュールにマンガンイオンを含む原水を供給する原水供給手段と、前記原水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、前記原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する亜硫酸水素ナトリウム添加手段と、前記膜モジュールを透過した処理水を貯留する処理水槽と、この処理水槽に配設された攪拌手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す装置系統図である。原水は管路１０から原水槽１２に導入される。原水槽１２にはポンプ１４を備えた管路１６が接続され、この管路１６の一端は膜モジュール１８の原水側２０に接続されている。膜モジュール１８は濾過膜２２によって原水側２０と透過水側２４とに区画され、透過水側２４は管路２６を介して処理水槽２８に接続している。処理水槽２８には攪拌機３０が配設されるとともに、処理水の出口管路３２が接続されている。
【００１０】
前記膜モジュール１８に用いられる濾過膜２２の種類は特に限定されず、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜のいずれであってもよい。また、膜の型式も特に限定されず、中空糸膜、平膜、チューブラー型膜のいずれであってもよい。
【００１１】
前記管路１６には、酸化剤添加手段及び亜硫酸水素ナトリウム添加手段が接続されている。すなわち、酸化剤添加手段は次亜塩素酸ナトリウム溶液を貯留する酸化剤槽３４と、この酸化剤槽３４と前記管路１６とを開閉弁３６を介して接続するとともにその途中にポンプ３８を備えた管路４０とからなる。また、亜硫酸水素ナトリウム添加手段は亜硫酸水素ナトリウム溶液を貯留する薬液槽４２と、この薬液槽４２と前記管路１６とを開閉弁４８を介して接続するとともにその途中にポンプ５０を備えた管路５２とからなる。
また、符号５４は制御器であり、内臓したタイマーによって、前記開閉弁３６、４６の開閉、並びに前記ポンプ３８、４８のＯＮ，ＯＦＦを制御する。
【００１２】
上記の構成において、原水は原水槽１２からポンプ１４によって膜モジュール１８に供給され、濾過膜２２で濾過される。濾過により得られた処理水は管路２６から処理水槽２８へ送られ、ここで一旦貯留された後、管路３２から目的の場所に送水される。
【００１３】
この濾過工程において、前記制御器５４では図２に示すサイクルで前記酸化剤添加手段及び亜硫酸水素ナトリウム添加手段を１サイクルの時間Ｔが下記の式１で実行されるように制御する。
【００１４】
【式１】
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４
【００１５】
上記式１において、ｔ１、ｔ３は原水のみを通水する時間帯、ｔ２は原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する時間帯、ｔ４は原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する時間帯であり、１サイクルの時間Ｔは通常２０分間〜２４時間とする。
【００１６】
まず、原水のみを通水する時間ｔ１の運転後、前記制御器５４によって開閉弁３６を開とし、ポンプ３８を稼動させることによって、時間ｔ２の間、管路１６内を流れる原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する。その添加量は原水に対する次亜塩素酸ナトリウムの濃度が１〜２０ｐｐｍとなるようにし、時間ｔ２は１〜３０分間程度とする。この次亜塩素酸ナトリウム溶液が添加された原水が前記膜モジュール１８の濾過膜２２の膜表面に到達すると、膜面に付着して繁殖しようとしている微生物が次亜塩素酸ナトリウムの作用によって酸化分解され死滅する。このため、膜面での微生物の繁殖による膜の閉塞を防止することができる。
【００１７】
しかしながら、原水中にマンガンイオンが含まれている場合には、前記したようにマンガンイオンが次亜塩素酸ナトリウムの作用によって酸化して、二酸化マンガンを析出する。この二酸化マンガンが膜表面に固着して、膜を閉塞させるという弊害が生じる。このため、次亜塩素酸ナトリウム溶液の添加操作を停止後、時間ｔ３の間は原水のみを通水し、次いで前記制御器５４によって開閉弁４６を開とし、ポンプ４８を稼動させることによって、時間ｔ４の間、管路１６内を流れる原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する。なお、上記の時間ｔ３の原水のみを通水する運転は、前段で添加した次亜塩素酸ナトリウムと後段で添加する亜硫酸水素ナトリウムとが前記濾過膜２２の手前で接触して中和されることを防止するためであり、この目的のために時間ｔ３として数分間原水のみを通水し、管路１６内及び膜モジュール１８の原水側２０内を次亜塩素酸ナトリウムを含まない原水に置換する。
【００１８】
前記亜硫酸水素ナトリウムの添加量は原水に対して３〜１０ｐｐｍとし、時間ｔ４は１〜１０分間程度とする。亜硫酸水素ナトリウム溶液が添加された原水が前記膜モジュール１８の濾過膜２２の膜表面に到達すると、膜表面に固着していた二酸化マンガン（厳密には二酸化マンガンの水和物）が亜硫酸水素ナトリウムの作用によって、下記の式２のように還元し溶解する。このため、膜面での二酸化マンガンの固着、成長による膜の閉塞を防止することができる。
【００１９】
【式２】
ＭｎＯ２・ｎＨ２Ｏ＋２ＮａＨＳＯ３→ＭｎＳＯ４＋Ｎａ２ＳＯ３＋（ｎ＋１）Ｈ２Ｏ
【００２０】
上記式２の反応生成物及び反応に寄与しなかった余剰の亜硫酸水素ナトリウムは水溶性であるため、濾過膜２２を透過し、処理水に溶解して処理水槽２８に至る。処理水槽２８中の処理水には前記次亜塩素酸ナトリウムを添加した際の余剰の次亜塩素酸ナトリウムが溶解している。したがって、上記余剰の亜硫酸水素ナトリウムは下記の式３に示される反応によって中和される。
【００２１】
【式３】
ＮａＨＳＯ３＋ＮａＣｌＯ→ＮａＨＳＯ４＋ＮａＣｌ
【００２２】
このため、次亜塩素酸ナトリウムがやや過剰となるように、前記次亜塩素酸ナトリウム溶液と亜硫酸水素ナトリウム溶液の添加量を調整すれば、処理水中に亜硫酸水素ナトリウムが残存することを回避することができる。
【００２３】
上記式３の反応が速やかに達成するように、処理水槽２８に配設した攪拌機３０を稼動させることが好ましい。なお、前記図２に示した１サイクルの各時間帯毎に処理水の性状が微妙に変化するので、攪拌機３０は上記式３の反応促進の目的以外にも、処理水の性状を均一化することを目的として、随時稼動させることが好ましい。処理水槽２８内の処理水の攪拌手段としては、攪拌機３０に替えて、例えば循環ポンプを用いてもよい。
【００２４】
図３、図４に濾過工程における１サイクルの時間Ｔの変形例を示す。
図３に示す例は、１サイクルの時間Ｔとして、原水のみを通水する時間帯ｔ１と原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する時間帯ｔ２とを３回繰り返した後、図２の場合と同様に原水のみを通水する時間帯ｔ３、原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する時間帯ｔ４によって構成したものである。
この変形例は、原水中の微生物が比較的多く、マンガンイオンが少ないときに適している。
【００２５】
図４に示す例は、１サイクルの時間Ｔを、原水のみを通水する時間帯ｔ１と原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する時間帯ｔ４によって構成したものであり、図１においては酸化剤添加手段が除外された装置構成となる。。
この変形例は、濾過膜が多少の微生物の繁殖に影響されない種類である場合や、原水中に微生物が少なく、マンガンイオンが比較的多いときに適している。亜硫酸水素ナトリウムは次亜塩素酸ナトリウムのような微生物を酸化分解して死滅させるような作用はないが、微生物、特に好気性の微生物の繁殖を抑止する作用がある。但し、この変形例では、必要以上の亜硫酸水素ナトリウムを添加すると、処理水中に余剰の亜硫酸水素ナトリウムが残存することになる。したがって、この余剰の亜硫酸水素ナトリウムを中和するためには、例えば図１において処理槽２８に酸化剤５２を直接に添加すればよい。
【００２６】
前記実施例の説明では、濾過工程における１サイクルの内容について主に説明した。しかし、長時間の運転によって、濾過抵抗が一定の値以上になった場合は、上述の濾過工程とは別に、洗浄工程を必要に応じて実施し透過流束の回復を図る。洗浄は薬液洗浄、空気洗浄、逆圧洗浄など公知の方法が膜モジュールの使用状況に合わせて適宜選択される。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、マンガンイオンを含む原水を膜濾過する場合において、膜表面でのマンガン酸化物の固着、成長を最小限に抑えることによって、膜の閉塞を防ぎ、低い濾過抵抗で長時間の濾過運転を行うことができるという格別の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す装置系統図である。
【図２】本発明の濾過工程における１サイクルの内容を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の濾過工程における１サイクルの変形例を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の濾過工程における１サイクルの変形例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１２……原水槽
１８……膜モジュール
２２……濾過膜
２８……処理水槽
３０……攪拌機
３４……酸化剤槽
４４……薬液槽
５４……制御器
ｔ１……原水のみを通水する時間帯
ｔ２……原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する時間帯
ｔ３……原水のみを通水する時間帯
ｔ４……原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する時間帯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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