(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側に原水が流通され、２次側から透過水が取り出される、精密濾過膜モジュール又は限外濾過膜モジュールと、
該膜モジュールからの透過水の流量を検出する透過水量検出手段と、
該膜モジュールの１次側と２次側との差圧を検出する差圧検出手段と、
原水又は透過水の温度を検出する温度検出手段と、
前記透過水量検出手段で検出された透過水量を基準差圧及び基準温度における透過水量に換算して基準条件下透過水量を求めると共に、求められた基準条件下透過水量に基づき薬品洗浄時期を設定する演算手段と、
を備えてなる水処理用膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理用膜分離装置に係り、特に、膜モジュールの透過水量（フラックス）に基づいて膜の目詰りの程度を正確に検出できるようにした水処理用膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＦ（精密濾過）膜分離装置又はＵＦ（限外濾過）膜分離装置を固液分離手段として用いる場合、膜の目詰りにより低減した透過水量を回復させるために、一般に、数分〜数時間の原水通水工程と、数秒〜数分の処理水又は別の洗浄用水による膜の逆流洗浄工程とを交互に繰り返し行うことにより運転が行われている。
しかしながら、膜分離装置の運転時間の経過と共に、逆洗を行っても透過水量が十分には回復しないようになる。そこで、例えば数十日〜数百日毎に膜を薬品で洗浄し、透過水量を新膜と同等程度まで回復させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この薬品洗浄のコスト削減のためには、膜の目詰りの程度をモニタリングし、目詰りが所定の限度になったときに薬品洗浄を行うのが、当然ながら好ましい。
【０００４】
この膜の目詰りの程度をモニタリングする手段として、透過水量をモニタリングすることが考えられる。しかしながら、透過水量は単に膜の目詰りの程度だけでなく、膜差圧や水温（即ち、水の粘度）によって影響を受け、実際の透過水量をモニタリングするだけでは実際の膜の目詰りの程度を正確に判別することはできない。
【０００５】
そのため、従来にあっては、上記の通り定期的に薬品洗浄を行うようにしているのであるが、適切な頻度よりも多く薬品洗浄することにより薬品コストが徒に高くなったり、膜分離装置の稼動効率が低下するなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解消し、膜の目詰りの程度を正確に検知できる水処理用膜分離装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の水処理用膜分離装置は、１次側に原水が流通され、２次側から透過水が取り出される、精密濾過膜モジュール又は限外濾過膜モジュールと、該膜モジュールからの透過水の流量を検出する透過水量検出手段と、該膜モジュールの１次側と２次側との差圧を検出する差圧検出手段と、原水又は透過水の温度を検出する温度検出手段と、前記透過水量検出手段で検出された透過水量を基準差圧及び基準温度における透過水量に換算して基準条件下透過水量を求めると共に、求められた基準条件下透過水量に基づき薬品洗浄時期を設定する演算手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
膜モジュールの実際の透過水量を基準条件（基準差圧及び基準温度）における透過水量に換算することにより、透過水量に対する膜差圧の影響及び水温による水の粘度の影響を折り込んだ透過水量が算出される。この基準条件下での水量に換算された透過水量は、その時点での膜の目詰りの程度に極めて正確に対応したものであるから、この換算された透過水量から膜の薬品洗浄の必要性を的確に判定することが可能となる。
【０００９】
以下に、検出した透過水量を基準差圧及び基準温度条件下での透過水量に換算する計算方法の一例を示す。
【００１０】
一次側に原水が流通され、濃縮水は循環水として循環され、透過水が二次側から取り出される膜モジュールにおいて、原水流入側圧力Ｐ１  ，濃縮水（循環水）流出側圧力Ｐ２  及び透過水流出側圧力Ｐ３  を測定し、原水流入側圧力Ｐ１  と濃縮水流出側圧力Ｐ２  との平均値（（Ｐ１  ＋Ｐ２  ）／２）を求める。この平均値から下記（Ｉ）式の如く、透過水流出側圧力Ｐ３  を差し引いて、差圧Ｖｔ  を求める。
【００１１】
【数１】
0003570020.tif 000002
【００１２】
この差圧Ｖｔ  から、任意の基準差圧、例えば０．５ｋｇ／ｃｍ２  における透過水量Ｆ０．５  を求める。即ち、透過水量は差圧にほぼ比例することから、下記（ＩＩ）式により、その時点での透過水量の測定値Ｆｔ  から、透過水量Ｆ０．５  を算出する。
【００１３】
【数２】
0003570020.tif 000003
【００１４】
一方、透過水量は、水温により影響を受けるため、これを水温に基いて標準化するために、温度補正を行う。この場合、温度変化による生成フロック（ケーキ）の特性変化は小さく、主として温度変化に伴う液粘性の増減による濾過抵抗の増減が透過水量に影響する。そこで、任意の基準温度（この場合、２５℃）における透過水の粘度ρ２５に対する検出時の温度における透過水の粘度ρｔ  の比によって透過水量を補正する。具体的には、前記（ＩＩ）式で求めた差圧０．５ｋｇ／ｃｍ２  のときの透過水量Ｆ０．５  に対し、下記（ＩＩＩ）  式のようにこの比（ρ２５／ρｔ  ）を乗算することにより、温度２５℃，差圧０．５ｋｇ／ｃｍ２  の基準条件下での透過水量Ｆｓｔａｎｄ  を算出する。
【００１５】
【数３】
0003570020.tif 000004
【００１６】
式（ＩＩ）を式（ＩＩＩ）  に代入することにより、基準条件下での透過水量Ｆｓｔａｎｄ  は下記（ＩＶ）式の通りとなる。
【００１７】
【数４】
0003570020.tif 000005
【００１８】
このようにして算出した基準条件下に換算された透過水量（以下、「基準条件下透過水量」ということがある。）を運転経過時間に対しプロットすることにより、基準条件下透過水量の勾配を求め、この勾配から、今後の透過水量を予測することができる。また、予め設定した透過水量にまで低下する時期を予測することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の水処理用膜分離装置の実施例を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の水処理用膜分離装置の一実施例を示す系統図である。
【００２１】
本実施例の水処理用膜分離装置は、排煙脱硫排水の凝集処理液を固液分離するクロスフロー型膜モジュールを備えるものであり、図中、１は凝集槽、２は循環槽、３は循環ポンプ、４は膜モジュール、５は逆流水ポット、６はコンプレッサー、７は演算部、８は記録部であり、Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３は圧力計、Ｔ−１は温度計、Ｆ−１は流量計を示す。１１〜１８の各符号は配管を示す。
【００２２】
原水は配管１１より凝集槽１に導入され、配管１２よりポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤及び水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２  ）等のｐＨ調整剤が添加されて凝集処理される。凝集処理液は、配管１３、循環槽２、及び、循環ポンプ３を備える配管１４を経て膜モジュール４に導入される。
【００２３】
膜モジュール４の透過水は、配管１５、逆洗水ポット５、配管１８を経て処理水として系外に排出され、更に必要に応じて高度処理されるか、回収再利用される。
【００２４】
膜モジュール４の循環水は配管１６より抜き出され、配管１６Ａより循環槽２に循環される。この循環水の一部は配管１６Ｂより凝集槽１に返送しても良い。循環槽２からは、配管１７より汚泥が引き抜かれ、汚泥処理工程へ送られる。
【００２５】
このような原水の通水処理を数分〜数時間行う毎に、膜モジュール４の逆洗を行う。膜モジュール４の逆洗に当っては、逆洗水ポット５内の透過水をコンプレッサー６等で昇圧して膜モジュール４に逆洗させて、膜の洗浄を行う。この逆洗は、別途逆洗ポンプを用いて行っても良い。
【００２６】
本実施例の水処理用膜分離装置においては、膜モジュール４の原水流入配管１４、循環水の流出配管１６及び透過水の取出配管１５に、各々、圧力計Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３が設けられている。また、処理水の流出配管１８には温度計Ｔ−１，流量計Ｆ−１が設けられている。この流量計Ｆ−１としては、透過水側の圧力の変動に耐え得る定流量弁内蔵型のものが好ましい。なお、透過水側の圧力計Ｐ−１，温度計Ｔ−１，流量計Ｆ−１の設置順位には特に制限はなく、圧力、温度及び流量は同一箇所で検出するようにしても良い。
【００２７】
これら圧力計Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３，温度計Ｔ−１及び流量計Ｆ−１の検出値は、演算部７に入力され、演算部７の演算結果は記録部８で表示される。
【００２８】
本実施例の水処理用膜分離装置により、基準条件下透過水量を算出するには、まず、流量計Ｆ−１の検出値と、膜モジュール４の膜面積（既知）とから、透過水量Ｆｔ  を算出する。
【００２９】
そして、圧力計Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３の各検出値Ｐ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  と、温度計Ｔ−１で検出された温度から求めた粘度から、前記（ＩＶ）式により、差圧０．５ｋｇ／ｃｍ２  ，温度２５℃に換算した基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  を求める。
【００３０】
この基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  の推移から、将来の基準条件下透過水量を予測することができる。
【００３１】
従って、予め薬品洗浄が必要な基準条件下透過水量を設定しておき、基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  がこの設定値にまで低下するときに薬品洗浄を行うようにすることにより、膜の状況に応じた適切な薬品洗浄を行える。また、基準条件下透過水量の低下を容易に予測できることから、この薬品洗浄時期の予測も容易に行うことができ、膜分離装置の運転管理が容易となる。
【００３２】
なお、図示の水処理用膜分離装置は、本発明の水処理用膜分離装置の一実施例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。例えば、透過水の温度の代りに原水の温度を測定して温度補正を行うことも可能である。また、基準条件下透過水量に換算する際の基準差圧や基準温度は０．５ｋｇ／ｃｍ２  ，２５℃に限定されない。
【００３３】
本発明の水処理用膜分離装置は、固液分離のためのＵＦ膜モジュール又はＭＦ膜モジュールを備える水処理用膜分離装置、特にクロスフロー型膜モジュールを備える水処理用膜分離装置に好適である。
【００３４】
【実施例】
以下に具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００３５】
実施例１
石炭火力発電所のスーツ分離型排煙脱硫排水（ｐＨ：１．５，ＳＳ：２００ｍｇ／ｌ，ＳＯ４  ：４２００ｍｇ／ｌ，Ｆ：２５０ｍｇ／ｌ）を原水とする凝集、膜分離処理に当り、図１に示す水処理用膜分離装置を用いて基準条件下透過水量の算出を行った。
【００３６】
凝集槽への原水流入量は２００リットル／日とし、凝集槽においてはＣａ（ＯＨ）２  を添加してｐＨ６．７に調整すると共に、ポリ塩化アルミニウムを５００ｍｇ／Ｌ添加して凝集処理した。凝集処理液は、循環槽（容量２０リットル）を経て、循環ポンプにより膜モジュール（膜面積０．０３６ｍ２  ，内径５．５ｍｍ×長さ７００ｍｍのＭＦ膜３本装填）に通水した。この膜モジュールへの通水流速は２ｍ／秒とし、濃縮液は、一部（４００リットル／日）を凝集槽へ返送し、残部を循環槽へ戻した。循環槽からは、汚泥を２０リットル／日で引き抜いた。透過水は定流量弁で制御して５ｍ３  ／ｍ２  ・日の一定流量で取り出した。そして、このような原水の通水を１５分行う毎に、処理水（透過水）による逆洗を２ｋｇ／ｃｍ２  ，５秒間行って運転を継続した。
【００３７】
原水流入側圧力Ｐ１  ，濃縮水流出側圧力Ｐ２  及び透過水流出側圧力Ｐ３  、透過水温度並びに透過水流量を測定し、透過水流量の測定値と膜モジュールの膜面積とから計算により各時点の透過水量Ｆｔ  を求め、この値と、圧力Ｐ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  の測定値、及び、各温度における粘度とから、前記（ＩＶ）式より各時点での基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  を算出し、結果を表１に示した。
【００３８】
なお、２５℃における透過水の粘度Ｐ２５は０．８９０３ｃＰであり、各検出温度における透過水の粘度は表１に示す通りである。
【００３９】
【表１】
0003570020.tif 000006
【００４０】
表１より次のことが明らかである。
【００４１】
即ち、透過水流量の測定値と膜面積とから求めた透過水量Ｆｔ  は４．８〜５．２ｍ３  ／ｍ２  ・日に安定しており、膜性能は十分に高く維持され、薬品洗浄の必要性は認められない。
【００４２】
しかし、この透過水量Ｆｔ  を、基準差圧０．５ｋｇ／ｃｍ２  ，基準温度２５℃に換算して求めた基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  は、経時的に低下しており、膜性能が低下する傾向にあることが把握できる。
【００４３】
従って、この基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  より、真の膜性能（膜の目詰りの程度）を確認することができる。また、予め、薬品洗浄を行う基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  を設定すると共に、この基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  と通水日数との関係をグラフ化して外挿することにより、薬品洗浄を行うべき時期を予測することができる。
【００４４】
このような処理において、基準条件下透過水量Ｆｓｔａｎｄ  が５．０ｍ３  ／ｍ２  ・日に低下したときに、薬品洗浄を行うように設定して運転を継続したところ、２５〜３５日毎に薬品洗浄を行って、安定な運転を継続することができた。
【００４５】
なお、従来においては、この処理系列では、安全をみて定期的に１５日毎に薬品洗浄を行っており、本発明により、薬品洗浄頻度は著しく低減したことが明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の水処理用膜分離装置によれば、次のような優れた効果が奏される。
【００４７】
▲１▼  薬品洗浄すべき時期を正確に検知できるため、装置の運転管理が容易になる。
▲２▼  膜の透過水量が薬品洗浄を必要とする程度に十分に低下したときにのみ薬品洗浄を行うことができる。このため、薬品洗浄頻度を低減することができ、
膜分離装置の稼働効率の向上、薬品コストの低減を図ることができる。
▲３▼  予め設定した一定の基準条件下透過水量に低下したときに薬品洗浄を行うようにすることができる。これにより、洗浄時間の過不足等を防止して、経済
的かつ効率的な洗浄を行い、膜性能を確実に回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理用膜分離装置の一実施例を示す系統図である。
【符号の説明】
１  凝集槽
２  循環槽
３  循環ポンプ
４  膜モジュール
５  逆洗水ポット
６  コンプレッサー
７  演算部
８  記録部
Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３  圧力計
Ｔ−１  温度計
Ｆ−１  流量計
【図１】
0003570020.tif 000007