(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、有機物等を多量に含む海水などの原水をろ過する膜ろ過モジュールを洗浄する方法であって、閉塞物質を効率的に除去し、短時間で実施可能であり、設備の稼働率への影響が少なく、建設費が安く、洗浄に用いるろ過水の量や薬品の使用量が少ない洗浄方法を提供することである。【解決手段】膜ろ過モジュール１の中空糸膜１１の外側に原水を導入し、その内側からろ過水を得る通水工程の終了後に、該モジュールのケーシング１２内にある原水を排出して中空糸膜１１の外側を空にする原水排出工程と、該原水排出工程に続き、中空糸膜の内側から外側に５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度の塩素を含むろ過水４を低流速で流す低流速洗浄工程と、該低流速洗浄工程に続き、中空糸膜１１の内側から外側にろ過水を高流速で流す高流速洗浄工程を有する膜ろ過モジュールの洗浄方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜を用いた膜ろ過モジュールの該中空糸膜の外側に原水を導入し、その内側からろ過水を得る通水工程の終了後に、該モジュールのケーシング内にある原水を排出して該中空糸膜の外側を空にする原水排出工程と、
該原水排出工程に続き、該中空糸膜の内側から外側に５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度の塩素を含むろ過水を低流速で流す低流速洗浄工程と、
該低流速洗浄工程に続き、該中空糸膜の内側から外側にろ過水を高流速で流す高流速洗浄工程を有する膜ろ過モジュールの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜ろ過モジュール、特に、中空糸膜を用いた膜ろ過モジュールの洗浄に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川水、かん水、海水および廃水などの原水の除濁や除菌の方法として、中空糸型の精密ろ過膜（ＭＦ）、限界ろ過膜（ＵＦ）、ナノろ過膜（ＮＦ）などの中空糸膜をろ過膜として用いる方法が知られている。これら中空糸膜は粒子の除去性能が高く、原水中の懸濁物質をほぼ完全に除去することができるとともに、その運転操作が簡単であるため、工業的に広く利用されている。
【０００３】
工業的に使用する際には、通水する原水の量や懸濁物質の量や質に応じて、数多くの本数の中空糸膜を一つの束にまとめケーシングに納めて膜ろ過モジュールを構成し、そのモジュールを必要に応じて並列に繋げて多数系列として、原水処理装置として使用する。一般に、加圧された原水は中空糸膜の外側に導入され、中空糸膜でろ過されたろ過水が中空糸膜の内側から取り出される外圧型が採用される。
【０００４】
この膜ろ過モジュールを用いた原水処理装置に原水を通水し続けると、原水に含まれる懸濁物質等が中空糸の膜面や、中空糸の束の中の中空糸と中空糸の間にできる空間（以下「ろ過層」という。）に付着・堆積し、次第にろ過膜を閉塞させてろ過抵抗を増大させ、ひいてはろ過の継続が不可能になる。
【０００５】
そこで、付着・堆積した懸濁物質等の閉塞物質を除去し、ろ過抵抗を下げ、再びろ過を継続できるようするため、膜ろ過モジュールの洗浄が定期的に行なわれてきた。洗浄の方法についても、以下のように各種の発明が開示さている。
【特許文献１】特開平７−２７５６７１号公報
【特許文献２】特開２００４-５７８８３号公報
【０００６】
従来の膜ろ過モジュールの洗浄は、ろ過水による逆洗や空気による攪拌洗浄などを１５分から２時間に１回行なうことを主体としており、その洗浄は完全にろ過膜の閉塞物質等を除去できず、特許文献１に示すように、ファウリングとして徐々に進行して、一定期間後に化学薬液による洗浄、一般に化学洗浄と呼ばれる洗浄が必要となる。
【０００７】
この化学洗浄には通常４時間から２４時間の長時間の長時間を要する。このため、原水処理装置に、その期間にもろ過水の製造を続けさせることのできるだけの容量がある予備系統をあれかじめ設けておくか、あるいは、この長時間に渡る装置の運転停止、すなわち、その装置からのろ過水の供給停止を余儀なくされる。
【０００８】
一方、原水が河川水の場合には、ろ過膜に付着・堆積する閉塞物質は、多くがフミン酸などの高分子物質であるのに対し、原水が海水の場合には、フミン酸以外にたんぱく質や多糖類等の有機物が多い場合がある。このような場合には特に閉塞が急激に進行する。そして、この閉塞に対しては、従来のろ過水による逆洗や空気による攪拌洗浄では十分な洗浄が行えず、しばしば化学洗浄が必要になった。
なお、従来から、ろ過水による逆洗の際に１ｐｐｍから１０ｐｐｍ程度の塩素を添加して行なうことがあったが、このように有機物が多い場合には効果がないことが確認されている。
【０００９】
また、最近の大型原水処理装置では、多数系列の膜ろ過モジュールの中の一つのモジュールを順番に切り離して、毎日塩素濃度１００ｐｐｍ前後の高濃度塩素液に１０分から３０分の間、そのろ過膜を浸せきして洗浄するミニ化学洗浄法を採用するものがあるが、薬液の排出を含めて１時間前後の停止が必要で、大型プラント以外では不利である。さらに、油が混入した場合には膜面に油膜が付着し、本格的な化学洗浄を必要とすることが多く、このミニ化学洗浄法も十分とは言えない。
【００１０】
以上のように、従来の方法では、洗浄が不完全なため、定期的な化学洗浄が頻繁に必要となる。海水を原水として用いる場合の化学洗浄のインターバルは、場所や季節などの条件により異なるが、２週間以下の場合もあり、設備の稼働率に大きな影響を与え、予備系統の設置等による建設費の上昇と薬品使用量の増加を招いている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、有機物等を多量に含む海水などの原水をろ過する膜ろ過モジュール、特に、中空糸膜モジュールを用いた膜ろ過モジュールを洗浄する方法であって、有機物等からなる閉塞物質を効率的に除去し、従来のろ過水による逆洗などと同程度の数分以内の短時間で実施可能であり、設備の稼働率への影響が少なく、建設費が安く、洗浄に用いるろ過水の量や薬品の使用量が少ない洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、中空糸膜を用いた膜ろ過モジュールの該中空糸膜の外側に原水を導入し、その内側からろ過水を得る通水工程の終了後に、該モジュールのケーシング内にある原水を排出して該中空糸膜の外側を空にする原水排出工程と、
該原水排出工程に続き、該中空糸膜の内側から外側に５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度の塩素を含むろ過水を低流速で流す低流速洗浄工程と、
該低流速洗浄工程に続き、該中空糸膜の内側から外側にろ過水を高流速で流す高流速洗浄工程を有する膜ろ過モジュールの洗浄方法である。
【００１３】
すなわち、通水工程を終了後、まず、膜ろ過モジュールのケーシング内にある原水を排出し、中空糸膜の外側を空にする原水排出工程を行なう。この原水の排出は、以下に述べる低流速洗浄工程で、中空糸膜の全膜面で残存する原水により薬液の希釈が起こらないように中空糸膜の最下端部までその外側を空にするため、また、原水とともにモジュール内部に存在する懸濁物質を効率よく排出するために、モジュールの下部から行なうのが望ましい。
【００１４】
中空糸膜の外側を空にしたあと、５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度の塩素を含むろ過水を中空糸膜の内側から外側に、すなわち、通水工程とは逆向きに、低流速で流して洗浄する低流速洗浄工程を行なう。一般に通水工程で作られたろ過水の一部が、この工程で使用されよう。
【００１５】
ここで、「低流速」とは塩素を含むろ過水が、中空糸膜の外側を薄膜を作って流れ落ちる程度の量を言う。膜ろ過モジュールの形状やサイズ等により異なるが、通水工程で生産されるろ過水の量の１０％から２０％程度の量で十分である。
低流速洗浄工程では、中空糸膜の内側から外側に流れ出た塩素を含むろ過水は、中空糸膜の外側が空になっているために残存した原水により希釈されることはない。
【００１６】
海水などを原水とする場合、閉塞の原因はほとんど有機物であり、希釈されずに５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの高い塩素濃度を保つ洗浄用のろ過水と接触することにより、数分の間に容易に分解され、剥離される。
原水に油分を含む場合には、中空糸膜の膜面やろ過層にべったりと付着した油分は、中空糸膜の内側から押し出されてくるろ過水の力により膜面より浮き上がる形となり、薄膜となって流れ落ちるろ過水に乗った形で下方へ滑り落ちる。
【００１７】
これらのろ過水と分解された有機物や油分の混合物をケーシングから排出すれば、容易に膜ろ過モジュールを洗浄することができる。
低流速であることから、使用するろ過水の量は少なくてすみ、ろ過水の回収率が向上する。また、使用される薬品は希釈されずに有効に有機物の分解に利用されるので、その使用量が少なくてすむ。また、排出されるろ過水と分解された有機物や油分の混合物の量も少ないために、その廃液処理も容易である。
【００１８】
低流速洗浄工程が終了した後、中空糸膜の内側から外側にろ過水を高流速で流す高流速洗浄工程を行なう。  膜ろ過モジュールの中や、複数の膜ろ過モジュールを並列に繋げて多数系列として使用する場合の逆洗水の分散管寄部や排水の集合管寄部などには、薬液が停滞する形状の部分も多いので、停滞した薬液を多量の水で確実に除去しておかないと腐食等の原因になるからである。
【００１９】
高流速洗浄工程で用いるろ過水の量は、薬液の停滞が予想される部分の形状や数によって変化するが、従来の逆洗で用いられていた量、例えば、通水工程で生産されるろ過水の量の２００％程度の量である。この工程でも、一般に通水工程で作られたろ過水の一部が用いられることになろう。
【００２０】
この高流速洗浄工程も、従来の逆洗同様に数分間で終了することができ、本洗浄方法は全体として極めて短時間で終了する。したがって、設備の稼働率への影響が少なく、洗浄期間のろ過水の生産量を維持するための予備系統等を必要としない。
【発明の効果】
【００２１】
以上に説明した通り、本発明の洗浄方法を用いれば、有機物等を多く含む海水などの原水をろ過する膜ろ過モジュールにおいて、有機物等からなる閉塞物質や油分を効率的に除去し、かつ、従来のろ過水による逆洗などと同様に数分間程度の短時間で実施可能であり、設備の稼働率への影響が少なく、設備の建設費が安く、さらに、洗浄に用いるろ過水や薬品の使用量が少ないという効果を生ずる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明はかかる形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて良いことは言うまでもない。
【００２３】
図１は本発明の洗浄方法における通水工程から低流速洗浄工程を示す説明図、図２はその低流速洗浄工程におけるろ塩素を含むろ過水と閉塞物質の動きの説明図、図３は本発明の洗浄方法を適用した原水処理装置の説明図である。
【００２４】
図１には、本発明の洗浄方法の通水工程から低流速洗浄工程を説明するために、中空糸膜を用いた膜ろ過モジュールを模式的に表している。膜ろ過モジュール１は、数多くの本数の中空糸膜１１を一つの束にまとめケーシング１２に納めたモジュールである。
【００２５】
図１（ａ）に示す通水工程では、原水管２１から送り込まれた原水２は分配室１３から中空糸膜１１の外側に配分され、原水２に与えられた圧力により中空糸膜１１の膜面をその外側から内側に通過しながら有機物等の閉塞物質をろ過する。閉塞物質は中空糸膜の膜面やろ過層に付着する。
ろ過された水、すなわち、ろ過水３は、集合室１４に集められ、ろ過水管３１を通ってろ過水タンク（本図には表示されていない。）に送られる。
【００２６】
この通水工程が終了したあと、モジュール１のケーシング１２内にある原水を排出する原水排出工程にはいる。原水排出工程では、原水管２１の原水弁２２を閉じ、排水管２４の排水弁２５と、空気抜き管２７の空気抜き弁２８をと開けて、中空糸膜１１の外側を空にする。排水管２４はケーシング１２の一番低い部分である分配室１３から水を抜ける配置になっているから、中空糸膜１１の外側全体を空にすることができる。
【００２７】
なお、本図では、原水管２１の途中から排水管２４を分岐した形で示しているが、中空糸膜１１の外側をその最下端部１１ａまで空にできればよいのであるから、ケーシング１２の下部であって、中空糸膜の最下端部１１ａより低いところであればどこに配置しても良く、もちろん、原水管２１とは別に単独で設けても良い。ただし、自重だけで排水が完全に行なえるように、排水管２４の全体が下向き流れになるように構成されることが望ましい。
【００２８】
原水排出工程を完了後、図１（ｂ）に示す低流速洗浄工程にはいる。ろ過水３をろ過水タンクに送るろ過水管３１の第１ろ過水弁３２を閉じ、第１逆洗管３５の第１逆洗弁３６を開けて、ろ過水タンクから逆洗用ポンプ（本図には表示されていない。）により、低流速洗浄用の５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度の塩素を含むろ過水４を第１逆洗管３５を通してモジュール１の中空糸膜１１の内側に送り込む。
【００２９】
送り込む低流速洗浄用のろ過水４の量は、図２に示すように中空糸膜１１の外側を薄膜５となって流れ落ちる程度の量である。逆洗用ポンプにより加圧されたろ過水４は中空糸膜１１を通り、外側に出て膜面やろ過層に付着・堆積した閉塞物質、主として有機物に、その高い塩素濃度を希釈されることなく接触してそれを分解し、剥離させる。
膜面にべったりと付着した油分６ａも浮き上がらせた形６ｂとし、薄膜５となって流れ落ちるろ過水に乗った形６ｃで下方へ滑り落ちる。
【００３０】
剥離し、浮き上がった閉塞物質や油分は、薄膜５になって流れ落ちるろ過水に乗り、かつ、自重により下向きの力を受けるから、それが流れ落ちていく速度７は、ろ過水が薄膜５となって流れ落ちる速度８より速く、その流れは極めてスムースである。流れ落ちたろ過水と分解され、剥離した閉塞物質や、浮き上がった油分の混合物は集合室１３に集められ、排水管２４，排水弁２５を通って確実に排出される。
【００３１】
低流速洗浄工程で用いるろ過水４の量を、中空糸膜１１の外側を薄膜５となって流れ落ちる程度に押さえることにより、ろ過水の回収率が上がり、排出されるろ過水と閉塞物質や油分の混合物の量も少なくなり、その廃液処理も容易である。
【００３２】
低流速洗浄工程の終了後に、多量のろ過水を中空糸膜１１の内側から外側へ流す高流速洗浄工程を行なう。膜ろ過モジュール１の中や、複数の膜ろ過モジュールを並列に繋げて多数系列にして使用する場合の逆洗水の分散管寄部や排水の集合管寄部などには、薬液が停滞する形状の部分も多いので、停滞した薬液を多量の水で確実に除去しておかないと腐食等の原因になるからである。
【００３３】
図３には、本発明の洗浄方法を用いた原水処理装置を示す。海水等の原水２は原水タンク２０に蓄えられている。通水工程では、原水ポンプ２３を起動し原水弁２２を開けて原水管２１より原水を膜ろ過モジュール１に送る。図１（ａ）で説明したように中空糸膜で懸濁物質等はろ過され、ろ過水３はろ過水管３１、第１ろ過水弁３２等を通ってろ過水タンク３０に送られる。
【００３４】
原水排出工程では、原水ポンプ２３を停止し、原水弁２２を閉めたあと、排水弁２５と空気抜き弁２７を開けて、中空糸膜の外側を空にする。原水排水工程が終了した後、低流速洗浄工程にはいる。逆洗用ポンプ３４を起動し、第１逆洗弁３６を開けて第１逆洗管３５からろ過水をモジュール１に送る。このとき第１ろ過水弁３２および第２逆洗管３８の第２逆先弁３９は閉じている。
【００３５】
低流速洗浄工程に用いるろ過水には、塩素濃度が５０ｐｐｍから１００ｐｐｍになるように薬液注入ポンプ３７を用いて薬品を添加する。図１（ｂ）および図２において説明したように中空糸膜の膜面やろ過層に付着した閉塞物質は逆洗用ろ過水とともに排水管２４を通って排出される。
【００３６】
低流速洗浄工程終了後、それに引き続いて高流速洗浄工程にはいる。まず、薬液注入ポンプ３７を停止し、ろ過水のみを流して第１逆洗管３５の中を洗浄する。そのあと、大口径の第２逆洗管３８の第２逆洗弁３９を開いて、多量のろ過水をモジュール１に送り残存する薬液を含んだ液を排水管２４を通して完全に排除する。
【００３７】
第１逆洗管３５と第２逆洗管３８を同一の配管とすることも考えられるが、低流速洗浄工程と高流速洗浄工程では、使用するろ過水の量が大きく異なること、薬液に触れる配管の範囲を少しでも限定するのが望ましいこと、等から図のように別々に設けることが望ましい。この場合に、高流速洗浄工程においては第１ろ過水弁３２を開け、第２ろ過水弁３３を閉じてろ過水をモジュールに送り込む。
【００３８】
この構成の原水処理装置を用いることにより、本発明の洗浄方法を容易に、かつ、確実に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の洗浄方法を適用することにより、有機物を多く含む海水等を原水とする膜ろ過モジュールを用いた原水処理装置において、頻繁に長時間のかかる化学洗浄を行なうことなく、閉塞物質の洗浄ができ、設備の稼働率を上げることができる。
また、従来から用いられてきた膜ろ過モジュールの原水処理装置の原水の中に油分等が混入した場合の処置方法としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の洗浄方法における通水工程と低流速洗浄工程を示す説明図である。
【図２】その低流速洗浄工程におけるろ過水と閉塞物質の動きの説明図である。
【図３】本発明の洗浄方法を適用した原水処理装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      膜ろ過モジュール
２      原水
３      ろ過水
４      低流速洗浄用ろ過水
５      ろ過水の薄膜
６ａ、６ｂ、６ｃ    剥離した閉塞物質や油分
７      その速度
８      ろ過水の薄膜の速度
１１      中空糸膜
１２      ケーシング
１３      分配室
１４      集合室
２０      原水タンク
２１      原水管
２２      原水弁
２４      排水管
２５      排水弁
２７      空気抜き管
２８      空気抜き弁
３０      ろ過水タンク
３１      ろ過水管
３２      第１ろ過水弁
３３      第２ろ過水弁
３４      逆洗用ポンプ
３５      第１逆洗管
３６      第１逆洗弁
３７      薬液注入ポンプ
３８      第２逆洗管
３９      第２逆洗弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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