(57)【要約】【課題】有機物含有水を濾過した分離膜を膜洗浄することにより濾過性能が確実かつ十分に回復する膜分離装置及び膜分離方法を提供する。【解決手段】膜モジュール３を逆洗するときには、ポンプ２を停止し、バルブ２ａ，４を閉、バルブ７，１１を開とし、ポンプ９を作動させる。これにより、濾過水槽５内の濾過水が配管８，３を介して膜モジュール３の２次側３ｂに供給され、膜を逆方向に浸透し、配管１０から逆洗排水として排出される。原水槽１内に有機物濃度センサ１３が設置されており、その検出値が制御器１４に入力されている。上記逆洗に際しては、所定の濾過水供給速度となるようにポンプ９の回転速度が制御される。膜洗浄時の洗浄流体の供給速度を被処理水中の有機物濃度に応じて制御する。有機物濃度と洗浄流体供給速度とを直線的に比例させてもよく、有機物濃度が高くなるのに従って洗浄流体供給速度を段階的に増加させてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を一次側から供給し、分離膜を透過した濾過水を二次側から排出する膜分離手段と、
該膜分離手段に洗浄流体を供給して該分離膜を洗浄する洗浄手段とを有する膜分離装置において、
被処理水中の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、
該有機物濃度測定手段の測定値に基づき該膜分離手段に供給する洗浄流体の供給速度を制御する制御手段と
を有することを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
請求項１において、
該洗浄手段は、二次側から洗浄流体を供給するとともに分離膜を透過した洗浄流体を一次側から排出することを特徴とする膜分離装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
該有機物濃度測定手段は、波長２００〜４００ｎｍの範囲内の紫外線吸光度と波長４００〜８００ｎｍの範囲内の可視光線吸光度との差から有機物濃度を測定するものであることを特徴とする膜分離装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記制御手段は被処理水中の有機物濃度が高い程洗浄流体の供給速度を増大させるものであることを特徴とする膜分離装置。
【請求項５】
被処理水を膜分離手段に供給して膜濾過水を得る工程と、膜分離手段に洗浄流体を供給する分離膜洗浄工程とを有する膜分離方法において、
被処理水中の有機物濃度を測定し、該有機物濃度の計測値に基づいて膜分離手段に供給する洗浄流体の供給速度を変化させることを特徴とする膜分離方法。
【請求項６】
請求項５において、被処理水中の有機物濃度が高い程洗浄流体の供給速度を増大させることを特徴とする膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水を精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）などの分離膜によって膜濾過する膜分離装置及び膜分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の膜分離装置によって被処理水を濾過処理する場合、分離膜に汚れが付着してくるので、間欠的に洗浄流体（水及び／又は気体）を供給して膜洗浄を行う。この膜洗浄としては、膜濾過水などの洗浄流体を膜分離装置の２次側から１次側へ流す逆洗を行うことが多いが、分離膜の１次側に洗浄流体を流通させるフラッシングが行われることもある。
【０００３】
この逆洗の制御方式について、特許２８７６９７８号には、被処理水中の有機物濃度と濁度とを検出し、この有機物濃度の大小、あるいは有機物濃度と濁度との比の大小に応じて膜の洗浄時間又は濾過時間を制御することが記載されている。
【特許文献１】特許２８７６９７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者が種々研究を重ねたところ、被処理水の有機物濃度が高くなるのに応じて膜洗浄時間を長くしても、分離膜の濾過性能が十分に回復しないことがあることが認められた。
【０００５】
本発明は、有機物含有水を濾過した分離膜を洗浄することにより濾過性能が確実かつ十分に回復する膜分離装置及び膜分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の膜分離装置は、被処理水を一次側から供給し、分離膜を透過した濾過水を二次側から排出する膜分離手段と、該膜分離手段に洗浄流体を供給して該分離膜を洗浄する洗浄手段とを有する膜分離装置において、被処理水中の有機物濃度を測定する有機物濃度測定手段と、該有機物濃度測定手段の測定値に基づき該膜分離手段に供給する洗浄流体の供給速度を制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の膜分離装置は、請求項１において、該洗浄手段は、二次側から洗浄流体を供給するとともに分離膜を透過した洗浄流体を一次側から排出することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の膜分離装置は、請求項１又は２において、該有機物濃度測定手段は、波長２００〜４００ｎｍの範囲内の紫外線吸光度と波長４００〜８００ｎｍの範囲内の可視光線吸光度との差から有機物濃度を測定するものであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の膜分離装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記制御手段は被処理水中の有機物濃度が高い程洗浄流体の供給速度を増大させるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５の膜分離方法は、被処理水を膜分離手段に供給して膜濾過水を得る工程と、膜分離手段に洗浄流体を供給する分離膜洗浄工程とを有する膜分離方法において、被処理水中の有機物濃度を測定し、該有機物濃度の計測値に基づいて膜分離手段に供給する洗浄流体の供給速度を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の膜分離方法は、請求項５において、被処理水中の有機物濃度が高い程洗浄流体の供給速度を増大させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
被処理水中の有機物濃度が高い場合でも、分離膜の洗浄時に洗浄流体の供給速度を大きくすることにより、分離膜の濾過性能が十分に回復することが見出された。本発明はかかる知見に基づくものである。本発明によれば、膜濾過性能を十分に回復させることができる。また、洗浄流体を徒に長時間供給して生産水を膜洗浄に無駄に消費したり、膜を劣化させたりすることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は実施の形態に係る膜分離装置の系統図である。原水は原水槽１から原水ポンプと、バルブ２ａを介して膜モジュール３の１次側へ送られる。この実施の形態では、膜モジュール３は全量濾過方式であるが、クロスフロー方式でもよい。膜を透過して２次側に入った膜透過水（濾過水）は、バルブ４ａを有した配管４を介して濾過水槽５に導入され、配管６より膜濾過水として取り出される。前記膜モジュール３ａの１次側にはバルブ１１を有した逆洗排水取出用の配管１０が接続されている。
【００１５】
膜モジュール３を逆洗するために、濾過水槽５内の水がバルブ７、配管８、ポンプ９を介して、前記バルブ４ａよりも上流側の配管４へ供給可能とされている。
【００１６】
膜モジュール３を逆洗するときには、ポンプ２を停止し、バルブ２ａ，４ａを閉、バルブ７，１１を開とし、ポンプ９を作動させる。これにより、濾過水槽５内の濾過水が配管８，４を介して膜モジュール３の２次側３ｂに供給され、膜を逆方向に浸透し、配管１０から逆洗排水として排出される。
【００１７】
原水槽１内に有機物濃度センサ１３が設置されており、その検出値が制御器１４に入力されている。上記逆洗に際しては、所定の濾過水供給速度となるようにポンプ９の回転速度が該制御器１４によって制御される。
【００１８】
なお、原水をまず凝集処理してから原水槽１に供給してもよく、この場合、原水槽１の上流側に凝集剤の添加手段と、凝集フロックを分離するための固液分離手段が設けられるが、固液分離手段はなくてもよい。
【００１９】
本発明の膜分離装置及び膜分離方法が処理対象とする被処理水は、有機物を含むものであり、河川水、地下水などの天然水のほか、各種工場排水や農業排水、下水などが例示される。この被処理水に含まれる有機物は、特に限定されるものではない。なお、天然水中にはフミン酸が含まれることが多いが、当然ながらこのフミン酸も本発明の有機物の一種に当る。
【００２０】
分離膜としては、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜などが例示される。
【００２１】
膜分離装置は、前記の通り、クロスフロー方式のものであっても全量濾過方式のものであってもよい。
【００２２】
本発明では、膜分離装置の膜洗浄は図示のように逆洗であってもよく、膜の１次側をフラッシングするものであってもよい。
【００２３】
本発明では、膜洗浄時に洗浄流体を流通させるが、この洗浄流体は水であってもよく、気体であってもよく、気泡含有水であってもよい。また、水供給と気体供給とを交互に１回又は複数回行ってもよい。
【００２４】
本発明では、膜洗浄時の洗浄流体の供給速度を被処理水中の有機物濃度に応じて制御する。この洗浄流体の供給速度とは単位時間当りの流体供給量のことであり、逆洗の場合は例えば透過流束（以後、逆透過流束と称する場合がある。）で表わすことができ、フラッシングの場合は例えば空塔速度で表わすことができる。
【００２５】
被処理水中の有機物濃度はＴＯＣ計やＣＯＤ計によって測定してもよいが、紫外光及び可視光の吸光度の差から求めるのが簡便、迅速であり好適である。紫外光としては波長２００〜４００ｎｍが好適であり、この吸光度は有機物の吸光度と主として無機粘土鉱物よりなる濁度成分の吸光度との合計値である。可視光としては波長６００〜８００ｎｍが好適であり、これは主として無機粘土鉱物よりなる濁度成分による吸光度である。従って、両吸光度の差から被処理水の有機物濃度を検知することができる。
【００２６】
本発明において、被処理水中の有機物濃度が高くなるほど洗浄流体の供給速度を増大させる場合、有機物濃度と洗浄流体供給速度とを直線的に比例させてもよく、有機物濃度が高くなるのに従って洗浄流体供給速度を段階的に増加させてもよい。例えば、被処理水中の有機物濃度と、濾過性能を十分に回復させる必要最小限の洗浄流体供給速度との関係を予め実験により求めておき、この関係を数式化したり、そのままコンピュータのメモリに格納しておき、これに基づいて洗浄流体供給速度を決定してもよい。
【００２７】
なお、図２は本発明者が被処理水中のフミン酸濃度と膜濾過速度との関係について研究して得た結果を模式的に示すグラフである。
【００２８】
図２の限外膜濾過流束Ｊｃは、原水の有機物濃度が同じ濃度の場合に、それ以上の膜濾過流束に設定した時に、膜差圧ΔＰの増加速度が急激に増大し、膜濾過の運転が不可能になる限界値を示す。
【００２９】
図２においてｕ１，ｕ２，ｕ３は洗浄水の供給速度であり、ｕ１＜ｕ２＜ｕ３である。濾過流束がＡ［ｍ／ｄ］にまで回復してこの濾過流束にて濾過運転を行うように膜洗浄を制御する場合、フミン酸濃度が０．８ａ以下では洗浄水の供給速度をｕ１とし、０．８ａ〜０．８ｂでは洗浄水の供給速度をｕ２とし、０．８ｂ〜０．８ｃでは洗浄水の供給速度をｕ３とする。０．８を安全係数として掛けるのは、フミン酸濃度Ｃ０がａであるときに洗浄水の供給速度をｕ１とすると、逆方向の濾過流束が限界膜濾過流束となり、急激に差圧が上昇するおそれがあるからである。
【００３０】
このように被処理水中の有機物濃度が高くなるほど洗浄流体供給速度を増加させることにより、有機物濃度が高い場合でも分離膜の膜濾過性能を確実かつ十分に回復させることができる。また、被処理水中の有機物濃度が低い場合には、それに応じて洗浄流体供給速度を低下させるため、洗浄流体の消費量が少なく、洗浄流体を節約することができると共に、膜の劣化を防止できる。なお、洗浄流体として膜濾過水を用いるときには、洗浄流体の節約により水回収率を多くすることができる。
【００３１】
本発明において、洗浄流体として膜濾過水を用いる場合、膜濾過水をそのまま用いてもよいが、膜濾過水の水質が不十分であったり、高流束で膜洗浄するときにはこの膜濾過水に次亜塩素酸ナトリウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ系薬品や酸などの薬品などを添加してもよい。この酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、アスコルビン酸、重亜硫酸ナトリウムの１種又は２種以上が例示されるが、これに限定されない。
【実施例】
【００３２】
実施例１（実験No.１〜３）
図１に示す膜分離装置において、膜モジュール３として、クラレ製の内圧中空糸限外濾過膜（親水化ポリスルフォン、分画分子量１５０，０００）の小型ラボモジュール（膜面積：０．１４ｍ２）を用いた。有機物濃度センサ１３として波長２６０ｎｍ及び６６０ｎｍのＵＶ濁度２波長測定センサを用いた。原水としては水道水にフミン酸を４．５ｍｇ／Ｌ溶解させたものを用いた。この原水の波長２６０ｎｍの吸光度と６６０ｎｍの吸光度との差は光路５０ｍｍで０．５ａｂｓであった。なお、この水道水のフミン酸を添加する前の該吸光度差及び波長２６０ｎｍの吸光度はいずれも０．０３５ａｂｓであった。
【００３３】
濾過流束をそれぞれ３ｍ／ｄと一定にして膜濾過を行い、通水２９分、逆洗１分のサイクルで濾過工程と逆洗工程を繰り返した。逆洗時の膜モジュール３への濾過水槽５からの濾過水の供給速度（逆透過流束）は、No.１では１５ｍ／ｄ、No.２では１０ｍ／ｄ、No.３では５ｍ／ｄとした。この２９分間の濾過工程における膜差圧の上昇速度（ｋＰａ／ｄ）の測定結果を表１に示す。
【００３４】
実施例２（実験No.４〜６）
原水としてフミン酸添加量２．０ｍｇ／Ｌの水道水を用いた他は、実験例１〜３と同様にして濾過工程・逆洗工程を繰り返し、濾過工程における膜差圧の上昇速度を測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
比較例１（実験No.７〜９）
原水としてフミン酸を添加せずに上記水道水をそのまま用いた他は、実験例１〜３と同様にして濾過工程・逆洗工程を繰り返し、濾過工程における膜差圧の上昇速度を測定した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2006272255.tif 000003
【００３７】
表１より、フミン酸濃度が高くなるほど逆洗速度を大きくすることにより、No.１，４，５のように膜差圧上昇が抑制されることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態に係る膜分離装置の系統図である。
【図２】フミン酸濃度と膜濾過速度との関係を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
３  膜モジュール
５  濾過水槽
１３  有機物濃度センサ
１４  制御器
【図１】
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【図２】
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