(57)【要約】【課題】  膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの洗浄方法において、逆洗浄に際して、各膜エレメントに対して均等かつ十分な洗浄を行うことができ、十分な膜差圧の回復を可能とし、膜差圧上昇の抑制を図る。【解決手段】  原水供給弁と、ろ過水出口弁と、逆洗排水弁とを、膜モジュールの両側にそれぞれ接続した膜モジュールの洗浄方法において、原水を膜モジュールの一次側から二次側に通流させてろ過工程を行なった後、少なくとも、（１）両側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより逆洗を行なう工程と、（２）逆洗工程後、両側のろ過水出口弁は開のままで、一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより逆洗を行なう工程とを行う。【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エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールであって、原水供給弁と、ろ過水出口弁と、逆洗排水弁とを、前記膜モジュールの水平軸端部の両側にそれぞれ接続した膜モジュールの洗浄方法において、前記両側の原水供給弁と、前記両側のろ過水出口弁とを開として、原水を膜モジュールの一次側から二次側に通流させることにより、ろ過工程を行なった後、少なくとも、下記（１）および（２）の逆洗工程を含むことを特徴とする膜モジュールの洗浄方法。
（１）前記両側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
（２）上記逆洗工程後、前記両側のろ過水出口弁は開のままで、前記一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
【請求項２】
請求項１に記載の膜モジュールの洗浄方法において、前記（１）および（２）の逆洗工程に代えて、少なくとも、下記（１）および（２）の逆洗工程を含むことを特徴とする膜モジュールの洗浄方法。
（１）一側のろ過水出口弁を開、他側のろ過水出口弁を閉とし、かつ一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
（２）上記逆洗工程後、一側のろ過水出口弁を閉、他側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水中に含まれる汚濁物質を分離除去するためのろ過用の膜モジュールを用いた水処理方法に関わり、特に中空糸膜を用いた膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、運転の継続に伴い、膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。そのため、安定した処理水量が得られないか、もしくは安定した処理水量を得るために定期的に膜の洗浄を実施している。
【０００３】
通常は、ろ過を30分〜60分行い、その後ろ過水を使って、逆洗を実施している。その方法は、ろ過水のノズルから逆洗水を供給し、逆洗排水のノズルから排水する方法をとっている。逆洗時の流量は、ろ過時の流量の2〜5倍程度の流量で行っている。さらに、ろ過水を使った逆洗だけでは、完全に膜内面の付着物質はとりきれないので、次亜塩素酸ナトリウム、硫酸、塩酸などの薬品を添加した逆洗を用いた水処理方法が実施されている。この方法を併用すれば、膜および膜への付着物質を薬品により除去することが可能となり、膜性能の低下を防止することができる。
【０００４】
図５は、従来から実施されているろ過と逆洗を行う膜ろ過システムのフロー図を示す。なお、図５は、後述する本発明の実施形態に係るフロー図でもあり、ここで使用される膜モジュール８は、中空糸膜を用いた膜エレメント９を複数個（図５では４個）、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールである。
【０００５】
前記膜モジュール８の構造はよく知られているが、その概略構造の一例を図７に示す。なお、図７は、膜モジュール端部に配設された１個の膜エレメント９のみを示し、他の膜エレメントは省略して示す部分断面図である。図７に示す膜モジュールは、中空糸膜９ａ、中間ヘッダ９ｂ、集水管９ｃ等を備える。
【０００６】
ところで、膜エレメント９は、中空糸膜９ａを多数本束ねて両端を固定したものである。中空糸膜９ａは、内圧式と外圧式とがあるが、例えば内圧式の場合には、不純物を含んだ原水が、ストロー状の中空糸膜の内側（一次側）から外側（二次側）へ通過する間に膜の表面の細孔でろ過され、ろ過水と濃縮水とに分離する機能を有する。また、一定時間ろ過した後に、ろ過とは逆方向にろ過水を流し、即ち、ろ過水を二次側から一次側へ通流することにより、膜が目詰まりしないように逆洗浄して、中空糸膜の内面に付着した汚れを洗い流すようにしている。
【０００７】
次に、図５に戻って、膜ろ過システムの構成と動作等について、以下に述べる。図５において、原水タンク２に流入した原水１は、原水供給ポンプ３により、ディスクフィルタ４および原水供給弁（７−１および７−２）を介して、膜モジュール８の一次側に供給され、膜エレメント９でろ過される。ここで、ろ過流量は、流量計６の値が一定となるように原水供給ポンプ３をインバータ制御することにより行われる。ろ過された水は、ろ過水出口弁（１０−１および１０−２）、ろ過水タンク入口弁１２を通り、ろ過水タンク１３へと流入される。さらに、ろ過水は、ろ過水タンク１３から処理水１４として次工程へと通水される。所定時間のろ過が行われたところで、逆洗が実施される。逆洗は、ろ過水タンク１３内部の水を、逆洗ポンプ１５により逆洗水供給弁１６を介して、膜モジュール８の二次側から一次側へと流すことにより行なわれ、逆洗排水弁（１７−１および１７−２）、排水弁１８を介して、逆洗排水１９として排水される。
【０００８】
次に、ろ過工程および逆洗工程について詳述する。図６は、図５における従来のろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図であり、（ａ）はろ過工程の各バルブの状態を示し、（ｂ）は逆洗工程の各バルブの状態を示す。なお、図６において、図５に示す各弁と同一の弁には、同一番号を付して示す。図６に示す従来のろ過工程および逆洗工程においては、まず（ａ）図に示すように、膜エレメントを例えば４個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの水平軸端部の両側に接続した原水供給弁（７−１および７−２）と、前記両側のろ過水出口弁（１０−１および１０−２）とを開として、原水を膜モジュールの一次側から二次側に通流させることにより、ろ過工程を行なった後、（ｂ）図に示す逆洗工程においては、前記ろ過水出口弁（１０−１および１０−２）は同時に開として、膜モジュールの両端からろ過水を均等に給水し、また、逆洗排水弁（１７−１および１７−２）も同時に開として、逆洗後の水を均等に排出している。
【０００９】
次に、図５における薬品洗浄について述べる。所定のろ過回数が終了したところで、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗として、逆洗水に次亜塩素酸ナトリウムタンク２０に貯留された次亜塩素酸ナトリウムを次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ２１を運転し、次亜塩素酸ナトリウム添加バルブ２２を介して添加し、所定濃度の残留塩素濃度とした水が膜モジュールに供給される。膜モジュール８内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１５を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール８を残留塩素水に浸漬する。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプ１５を起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される。この操作によって、逆洗では洗浄しきれなかった膜面へのファウリング物質を分解して、膜表面をきれいに保持する。
【００１０】
また、膜面へのファウリング物質によっては、次亜塩素酸ナトリウムではなく、硫酸、塩酸など、その他の薬品および複数の薬品が使われる場合もある。この場合には、例えば、図５に示す硫酸タンク２３、硫酸添加ポンプ２４、硫酸添加バルブ２５を用いて、前記次亜塩素酸ナトリウムの場合と同様の薬品洗浄が行われる。
【００１１】
ところで、上述のような逆洗を実施する膜ろ過システムにおいては、膜モジュールの中に、中空糸膜を束ねた膜エレメントが複数個（例えば４個）充填されているので、膜モジュールの二次側に同じように逆洗水を供給しても、膜内面（内圧式の場合）または膜外面（外圧式の場合）が十分に洗浄が行われない問題があった。この問題の詳細について後述するが、このように膜内面の洗浄が不十分な場合には、膜差圧が上昇して、所定のろ過水を供給するためのポンプの動力が増加して、エネルギー消費が多くなる状態や、薬品を添加して膜差圧を回復させる薬品添加逆洗を行なっても膜差圧が回復しないで、膜差圧が上昇して行き、ろ過が困難になるなどの状態となる。
【００１２】
次に、膜内面（内圧式の場合）または膜外面（外圧式の場合）が十分に洗浄が行われない前記の問題について述べる。前記横型の水ろ過用の膜モジュールにおいて、中空糸膜の内側に原水を供給してろ過する方式の場合、中空糸膜の各部のろ過流束は、図７に示す膜エレメントの構造上、膜エレメントの両端部のろ過流量が大きい。また、外圧式中空糸膜のろ過においても、膜両端部に近いほどろ過流束が大きいことが知られている（非特許文献１参照）。
【００１３】
中空糸膜の長さ方向とろ過流流束の関係については、中空糸膜の細孔を含む各部の流量抵抗に基づくシミュレーションが可能であり、膜エレメントの両端部のろ過流量が大きいことが定量的に立証できる。このように、両端部のろ過流量が大きいために、ろ過時には、中空糸膜の両端部に、縣濁物質が多く付着することになる。そして、内圧式の場合、逆洗時には、膜の外面から均一の圧力によって逆洗が行われるので、膜内面の表面に縣濁物質が多く付着するところは透過流束が小さく、比較的付着物が少ない部位の透過流束は大きいため、逆洗が均一に行われず、十分な洗浄効果が得られない問題が生ずる。
【００１４】
ところで、特許文献１には、逆洗時、逆洗水の膜モジュール内の水の流し方を膜モジュールに連結されたバルブを操作することにより、流れる方向を変えて、膜表面に堆積した懸濁物質を膜表面に残すことなく排出するように操作することによって、膜差圧の上昇を抑制する方法が開示されている。即ち、前記特許文献１の［0018］〜［0022］および図２、図４には、「逆洗工程として、縦置きした膜の長さ方向に対して、下部から逆洗排水を排出して膜の下部を効果的に洗浄する第１逆洗工程（下部逆洗工程）と、上部から逆洗排水を排出して膜の上部を効果的に洗浄する第２逆洗工程（上部逆洗工程）とを交互に実施する逆洗方法」が開示されている。
【００１５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された逆洗方法を、前記図５に示すような、膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールに適用する場合には、前記ろ過流量の不均一を考慮すると、下記のように、各膜エレメントに対して洗浄効果のばらつきが生ずる問題がある。
【００１６】
即ち、例えば特許文献１に記載される逆洗水の供給を、膜モジュールの二次側の片方側（ここでは、説明の便宜上、図５の膜モジュールの右側とする）からのみ行う場合であって、右側の逆洗排水弁を介して排水する場合、圧力損失および水の流れより右側の膜エレメントほど洗浄が効果的となり、左側の膜エレメント程、洗浄が不十分となると考えられる。また続けて左側の逆洗排水弁を介して排水する場合においても、圧力損失および水の流れから左側の膜エレメントの右側部分の洗浄が不十分になると考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２６６０７２号公報
【非特許文献１】藤田賢二他、「外圧式中空糸膜における目詰まり過程のシミュレーションと操作方法の評価」水道協会雑誌、第64巻第3号、平成7年3月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの洗浄方法において、逆洗浄に際して、各膜エレメントに対して均等かつ十分な洗浄を行うことができ、逆洗での十分なる膜差圧の回復を可能とし、膜差圧の上昇の抑制を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述の課題を解決するため、この発明は、中空糸膜を用いた膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールであって、原水供給弁と、ろ過水出口弁と、逆洗排水弁とを、前記膜モジュールの水平軸端部の両側にそれぞれ接続した膜モジュールの洗浄方法において、前記両側の原水供給弁と、前記両側のろ過水出口弁とを開として、原水を膜モジュールの一次側から二次側に通流させることにより、ろ過工程を行なった後、少なくとも、下記（１）および（２）の逆洗工程を含むことを特徴とする（請求項１の発明）。
（１）前記両側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
（２）上記逆洗工程後、前記両側のろ過水出口弁は開のままで、前記一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
【００１９】
また、前記課題は、下記の発明によっても達成できる。即ち、前記請求項１に記載の膜モジュールの洗浄方法において、前記（１）および（２）の逆洗工程に代えて、少なくとも、下記（１）および（２）の逆洗工程を含むことを特徴とする（請求項２の発明）。
（１）一側のろ過水出口弁を開、他側のろ過水出口弁を閉とし、かつ一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
（２）上記逆洗工程後、一側のろ過水出口弁を閉、他側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程。
【００２０】
上記によれば、逆洗水の供給・排出を、供給口となる弁と反対側の排出口の弁を介して排出することを交互に実施する（請求項２）か、両側のバルブより供給して片側の弁を介して交互に排出する（請求項１）ようにした。即ち、逆洗排水弁を同時に開とするのではなく、片側ずつ開として、少なくとも、右側逆洗（前記（１）の工程）と左側逆洗（前記（２）の工程）とを交互に行い、膜を透過した逆洗水ができるだけ片側の開放部から流出するように弁操作することにより、個々の膜エレメントの膜表面に付着した、特に膜両端部に付着した懸濁物質を重点的に交互に洗い流すことができる。これにより、逆洗浄に際して、各膜エレメントに対して均等かつ十分な洗浄を行うことができる。
【００２１】
なお、ろ過工程を行なった後、右側逆洗と左側逆洗のみを交互に繰り返してもよいが、装置の仕様や目的に応じて、右側逆洗または左側逆洗の前後に、通常の両側逆洗を行なったり、ろ過工程を実施してもよく、種々の実施パターンが採用できる。詳細は後述する。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、膜エレメントを複数個、水平方向に直列接続した横型の水ろ過用の膜モジュールの洗浄方法において、逆洗浄に際して、各膜エレメントに対して均等かつ十分な洗浄を行うことができ、逆洗での十分なる膜差圧の回復を可能とし、膜差圧の上昇の抑制を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図４に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。
【００２４】
図１は、第１の実施形態（請求項１の発明）に関わるろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図であり、（ａ）はろ過工程の各バルブの状態を示し、（ｂ）は逆洗工程１の各バルブの状態を示し、（ｃ）は逆洗工程２の各バルブの状態を示す。
【００２５】
図１（ａ）のろ過工程は、従来の方法に係る図６（ａ）のろ過工程と同様である。図１（ｂ）の逆洗工程１は、両側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程であり、図１（ｃ）の逆洗工程２は、上記逆洗工程後、前記両側のろ過水出口弁は開のままで、前記一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程である。なお、上記の逆洗工程１および逆洗工程２の合計逆洗時間は、５〜９０秒が好ましく、各工程における前記所定時間は、その半分の時間である。実際には、水質、季節などによって、逆洗時間を調整することが望ましい。
【００２６】
上記方法によれば、逆洗水は、逆洗排水弁を介して膜モジュールの左右の軸方向端部から交互に排出されることになり、膜両端部に付着した懸濁物質を重点的に交互に洗い流すことができる。これにより、逆洗浄に際して、各膜エレメントに対して均等かつ十分な洗浄を行うことができる。図１において、Ｐは、図１（ｂ）および（ｃ）の逆洗工程において、特に洗浄効果がある部位を概念的に示す。
【００２７】
次に、図２について述べる。図２は、第２の実施形態（請求項２の発明）に関わるろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図であり、（ａ）はろ過工程の各バルブの状態を示し、（ｂ）は逆洗工程１の各バルブの状態を示し、（ｃ）は逆洗工程２の各バルブの状態を示す。図２の場合、（ｂ）の逆洗工程１と（ｃ）の逆洗工程２が、図１の場合と異なる。図２の場合、（ｂ）の逆洗工程１は、一側のろ過水出口弁を開、他側のろ過水出口弁を閉とし、かつ一側の逆洗排水弁を閉、他側の逆洗排水弁を開として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程であり、（ｃ）の逆洗工程２は、上記逆洗工程後、一側のろ過水出口弁を閉、他側のろ過水出口弁を開とし、かつ一側の逆洗排水弁を開、他側の逆洗排水弁を閉として、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側に通流することにより、所定時間、逆洗を行なう工程である。
【００２８】
即ち、図２の実施の形態においては、逆洗水の供給をろ過水出口の片側から供給し、逆洗排水の排出は供給したバルブとは逆のバルブを開として逆洗を行うようにし、逆洗水は、図１の場合と同様に、逆洗排水弁を介して膜モジュールの左右の軸方向端部から交互に排出するようにしている。なお、図２の場合の逆洗工程１および逆洗工程２の合計逆洗時間は、３０〜９０秒が好ましい。図２の実施の形態によっても、図１の場合と同等の効果が得られる。
【００２９】
次に、図３について述べる。前述のように、ろ過工程を行なった後、右側逆洗と左側逆洗のみを交互に繰り返してもよいが、装置の仕様や目的に応じて、種々の実施パターンが採用できる。図３は、上記に関わり、右側逆洗と左側逆洗のみを交互に繰り返す以外の、各種のろ過工程および逆洗工程の実施パターンを説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）のパターンを示す。
【００３０】
図３の実施フローについて、図３（ａ）の場合を例に説明すると、以下のとおりである。即ち、図３（ａ）は、ろ過および通常（両側）逆洗を、ｎ＝（１５）で示すように、１５回繰り返し行なった後、右側逆洗を行い、その後、再度、ろ過および通常（両側）逆洗を１５回繰り返し行なった後、左側逆洗を行い、次のろ過工程に戻る実施パターンを示す。その他の（ｂ）〜（ｆ）のパターンについては、上記と同様に説明できるので、詳細説明を省略するが、装置の仕様や目的に応じて、パターンを代える具体例を以下に説明する。
【００３１】
例えば、（ｂ）と（ｃ）とを比較した場合、（ｂ）の場合には、（ｃ）における右側逆洗とその後の通常（両側）逆洗との間に、ろ過工程がある。前記図５におけるろ過水タンク１３の容量が小の場合には、（ｂ）のパターンが好ましい。なお、図３において、ろ過および通常（両側）逆洗の回数ｎも、水質や目的等に応じて適宜、変更することが望ましい。
【実施例】
【００３２】
図４に、前記図３の（ｄ）の実施パターンを変形した実施例における膜差圧の変化状況を示す。図４の横軸は運転時間（h）、縦軸は補正膜差圧（kPa at25℃）を示す。原水は、人工原水であり、ろ過流束は2.0m/dである。図４は、ろ過と従来からの通常逆洗方法を３０回繰り返した後、前記第１の実施形態に係る逆洗工程を実施し、さらに、ろ過と従来からの通常逆洗方法を１５回繰り返した後、第１の実施形態に係る逆洗工程を実施した場合の膜差圧の変化状況を示す。なお、第１の実施形態に係る逆洗時間は７秒である。
【００３３】
図４によれば、ろ過と従来からの通常逆洗方法を３０回繰り返した後、本発明による逆洗を行った場合の膜差圧回復は2.4kPaとなり、逆洗の通水方式の変更による回復効果が出ていることがわかる。さらに、その後、１５回の従来からの通常逆洗方法を実施した後、本発明による逆洗を実施した場合には2.8kPaの膜差圧の回復が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図。
【図３】本発明の実施の形態に係る各種のろ過工程および逆洗工程の実施パターンを説明する図。
【図４】本発明の実施例に係る膜差圧の変化状況を示す図。
【図５】本発明の対象とするろ過と逆洗を行う膜ろ過システムのフロー図。
【図６】従来のろ過工程および逆洗工程を説明する模式的概略図。
【図７】本発明の対象とする膜モジュールの概略構造の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１    原水
２    原水タンク
３    原水供給ポンプ
７−１，７−２    原水供給弁
８    膜モジュール
９    膜エレメント
９ａ    中空糸膜
１０−１，１０−２    ろ過水出口弁
１３    ろ過水タンク
１５    逆洗ポンプ
１７−１，１７−２    逆洗排水弁
１８    排水弁
１９    逆洗排水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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