(57)【要約】【課題】処理水の回収率を高く維持しながら、膜の目詰まりを抑制しつつ有価物を回収することができる有価物回収方法を提供する。【解決手段】本実施形態の有価物回収方法は、外圧式中空糸膜モジュール１２を用いて有価物を含む被処理水のろ過を行い、中空糸膜に前記有価物を堆積させるろ過処理工程後、コンプレッサ３０により外圧式中空糸膜モジュール１２の一次側に気体を導入して、前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる気体洗浄処理工程を行い、その後、前記ろ過処理工程に戻る、ろ過−気体洗浄サイクルと、次の前記ろ過処理工程後に、ポンプ２６により外圧式中空糸膜モジュール１２の二次側に逆洗水を導入して前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる逆洗処理工程と、前記気体洗浄処理工程で剥離された有価物や前記洗浄処理工程で剥離された有価物を含む懸濁液を回収槽１６にて回収する回収工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外圧式中空糸膜モジュールを用いて有価物を含む被処理水のろ過を行い、中空糸膜に前記有価物を堆積させるろ過処理工程後、前記外圧式中空糸膜モジュールの一次側に気体を導入して、前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる気体洗浄処理工程を行い、その後、前記ろ過処理工程に戻る、ろ過−気体洗浄サイクルと、
前記ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次の前記ろ過処理工程後に、前記外圧式中空糸膜モジュールの二次側に逆洗水を導入して前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる逆洗処理工程と、
前記気体洗浄処理工程で剥離された有価物及び前記逆洗処理工程で剥離された有価物のうち少なくともいずれか一方の有価物を、当該有価物を含む懸濁液として回収する回収工程と、を備えることを特徴とする有価物回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の有価物回収方法であって、
前記気体洗浄処理工程を行うタイミングを、被処理水について予め求めた前記ろ過処理工程における膜間差圧上昇速度と、許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定することを特徴とする有価物回収方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有価物回収方法であって、
前記逆洗処理工程を行うタイミングを、ろ過流量、有価物の濃縮倍率、前記気体洗浄工程について予め設定した排水量及び前記逆洗工程について予め設定した排水量に基づいて決定することを特徴とする有価物回収方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の有価物回収方法であって、
前記逆洗処理工程を行うタイミングを、前記中空糸膜の許容ＳＳ量、ろ過流量及び被処理水のＳＳ濃度に基づいて決定することを特徴とする有価物回収方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の有価物回収方法であって、
前記回収工程で得られた有価物を含む懸濁液に対して膜ろ過を行い、有価物を含む濃縮液を回収することを特徴とする有価物回収方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の有価物回収方法であって、
前記有価物は、炭素系有価物、シリコン系有価物、金属、又はこれらの混合物であることを特徴とする有価物回収方法。
【請求項７】
外圧式中空糸膜モジュールを用いて有価物を含む被処理水のろ過を行い、中空糸膜に前記有価物を堆積させるろ過処理後、前記外圧式中空糸膜モジュールの一次側に気体を導入して、前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる気体洗浄処理を行い、その後、前記ろ過処理に戻る、ろ過−気体洗浄サイクルを行うろ過−気体洗浄手段と、
前記ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次の前記ろ過処理後に、前記外圧式中空糸膜モジュールの二次側に逆洗水を導入して前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる逆洗処理を行う逆洗手段と、
前記気体洗浄処理で剥離された有価物及び前記逆洗処理で剥離された有価物のうち少なくともいずれか一方の有価物を、当該有価物を含む懸濁液として回収する回収手段と、を備えることを特徴とする有価物回収装置。
【請求項８】
請求項７に記載の有価物回収装置であって、
前記気体洗浄処理を行うタイミングは、被処理水について予め求めた前記ろ過処理における膜間差圧上昇速度と、許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定されることを特徴とする有価物回収装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の有価物回収装置であって、
前記逆洗処理を行うタイミングは、ろ過流量、有価物の濃縮倍率、前記気体洗浄処理について予め設定した排水量及び前記逆洗処理について予め設定した排水量に基づいて決定されることを特徴とする有価物回収装置。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の有価物回収装置であって、
前記逆洗処理を行うタイミングは、前記中空糸膜における許容ＳＳ量、ろ過流量及び被処理水のＳＳ濃度に基づいて決定されることを特徴とする有価物回収装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の有価物回収装置であって、
前記回収手段で得られた有価物を含む懸濁液に対して膜ろ過を行い、有価物を含む濃縮液を回収する濃縮液回収手段を備えることを特徴とする有価物回収装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の有価物回収装置であって、
前記有価物は、炭素系有価物、シリコン系有価物、金属、又はこれらの混合物であることを特徴とする有価物回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外圧式中空糸膜モジュールを用いた有価物回収方法及び有価物回収装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有価物の回収方法としては、浸漬型の中空糸膜を利用した吸引ろ過による方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、フッ素の回収方法として、フッ化カルシウム及び炭酸カルシウムをケーキろ過し、膜上に堆積したケーキを洗浄水によって剥離して回収する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７８９５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８８６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、浸漬型の中空糸膜は設置面積（所謂フットプリント）が大きくなるという問題があるため、設置面積を抑える点で、外圧式中空糸膜モジュールを用いたろ過方式が望ましい。外圧式とは中空糸膜の外表面から内側へろ過する方式を言う。
【０００５】
また、膜による有価物回収においては、処理水の回収率（被処理水供給量に対して得られる処理水量の比）を高くするにしたがって、膜上に形成される有価物等のケーキにより、膜の目詰まりが起こり、安定的な運転が困難となる。これは、外圧式中空糸膜モジュールを用いた有価物回収においても同様である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、外圧式中空糸膜モジュールを用いたろ過方式において、処理水の回収率を高く維持しながら、膜の目詰まりを抑制しつつ有価物を回収することができる有価物回収方法及び有価物回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、外圧式中空糸膜モジュールを用いて有価物を含む被処理水のろ過を行い、中空糸膜に前記有価物を堆積させるろ過処理工程後、前記外圧式中空糸膜モジュールの一次側に気体を導入して、前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる気体洗浄処理工程を行い、その後、前記ろ過処理工程に戻る、ろ過−気体洗浄サイクルと、前記ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次の前記ろ過処理工程後に、前記外圧式中空糸膜モジュールの二次側に逆洗水を導入して前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる逆洗処理工程と、前記気体洗浄処理工程で剥離された有価物及び前記洗浄処理工程で剥離された有価物のうち少なくともいずれか一方の有価物を、当該有価物を含む懸濁液として回収する回収工程と、を備える有価物回収方法である。
【０００８】
前記有価物回収方法において、前記気体洗浄処理工程を行うタイミングを、被処理水について予め求めた前記ろ過処理工程における膜間差圧上昇速度と、許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定することが好ましい。
【０００９】
前記有価物回収方法において、前記逆洗処理工程を行うタイミングを、ろ過流量、有価物の濃縮倍率、前記気体洗浄工程について予め設定した排水量及び前記逆洗工程について予め設定した排水量に基づいて決定することが好ましい。
【００１０】
前記有価物回収方法において、前記逆洗処理工程を行うタイミングを、前記中空糸膜の許容ＳＳ量、ろ過流量及び被処理水のＳＳ濃度に基づいて決定することが好ましい。
【００１１】
前記有価物回収方法において、前記回収工程で得られた有価物を含む懸濁液に対して膜ろ過を行い、有価物を含む濃縮液を回収することが好ましい。
【００１２】
前記有価物が炭素系有価物、シリコン系有価物、金属、又はこれらの混合物である場合に、前記有価物回収方法が好適に適用される。
【００１３】
本発明は、外圧式中空糸膜モジュールを用いて有価物を含む被処理水のろ過を行い、中空糸膜に前記有価物を堆積させるろ過処理後、前記外圧式中空糸膜モジュールの一次側に気体を導入して、前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる気体洗浄処理を行い、その後、前記ろ過処理に戻る、ろ過−気体洗浄サイクルを行うろ過−気体洗浄手段と、前記ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次の前記ろ過処理後に、前記外圧式中空糸膜モジュールの二次側に逆洗水を導入して前記中空糸膜を洗浄し、当該膜から前記有価物を剥離させる逆洗処理を行う逆洗手段と、前記気体洗浄処理で剥離された有価物及び前記逆洗処理で剥離された有価物のうち少なくともいずれか一方の有価物を、当該有価物を含む懸濁液として回収する回収手段と、を備える有価物回収装置である。
【００１４】
前記有価物回収装置において、前記気体洗浄処理を行うタイミングは、被処理水について予め求めた前記ろ過処理における膜間差圧上昇速度と、許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定されることが好ましい。
【００１５】
前記有価物回収装置において、前記逆洗処理を行うタイミングは、ろ過流量、有価物の濃縮倍率、前記気体洗浄処理について予め設定した排水量及び前記逆洗処理について予め設定した排水量に基づいて決定されることが好ましい。
【００１６】
前記有価物回収装置において、前記逆洗処理を行うタイミングは、前記中空糸膜における許容ＳＳ量、ろ過流量及び被処理水のＳＳ濃度に基づいて決定されることが好ましい。
【００１７】
前記有価物回収装置において、前記回収手段で得られた有価物を含む懸濁液に対して膜ろ過を行い、有価物を含む濃縮液を回収する濃縮液回収手段を備えることが好ましい。
【００１８】
前記有価物が炭素系有価物、シリコン系有価物、金属、又はこれらの混合物である場合に、前記有価物回収装置が好適に適用される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外圧式中空糸膜モジュールを用いたろ過方式において、処理水の回収率を高く維持しながら、膜の目詰まりを抑制しつつ有価物を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る有価物回収装置の構成の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る有価物回収装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る有価物回収装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。
【図４】実施例１及び比較例の通水結果を示す図である。
【図５】実施例２の通水結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る有価物回収装置の構成の一例を示す概略構成図である。図１に示す有価物回収装置１は、原水槽１０と、ろ過−気体洗浄手段の一例としてのろ過−気体洗浄装置（膜モジュール１２、コンプレッサ３０及び気体供給配管３２等から構成）と、逆洗手段の一例として逆洗装置（処理水槽１４、ポンプ２６及び逆洗水配管２８等から構成）と、回収手段の一例としての回収装置（回収槽１６及び上部排水管３４等から構成）を備える。
【００２３】
図１の有価物回収装置１において、原水槽１０の入口には、原水配管１８が接続されている。原水槽１０の出口と膜モジュール１２の一次側被処理水入口とは、ポンプ２０を介して原水配管２２により接続されている。膜モジュール１２の二次側出口と処理水槽１４の入口とは、ろ過処理水配管２４により接続されている。処理水槽１４の逆洗水出口とろ過処理水配管２４とは、ポンプ２６を介して逆洗水配管２８により接続されている。膜モジュール１２の一次側気体入口には、コンプレッサ３０が気体供給配管３２により接続されている。膜モジュール１２の一次側上部排水口と回収槽１６の入口とは上部排水管３４により接続されている。
【００２４】
本実施形態に係る有価物回収装置１の動作の一例について説明する。
【００２５】
有価物を含む原水（被処理水）は、原水配管１８を通して必要に応じて原水槽１０に貯留される。被処理水は、ポンプ２０によって原水配管２２を通して外圧式中空糸膜を備える膜モジュール１２の一次側（原水（被処理水）側）に送液される。膜モジュール１２において中空糸膜によりろ過処理が行われ、被処理水は中空糸膜の外表面から内側へろ過され、有価物が中空糸膜上に堆積する（ろ過処理工程）。
【００２６】
ろ過処理された処理水は、ろ過処理水配管２４を通して処理水槽１４へ送液され、貯留される。処理水の少なくとも一部は、逆洗水として後述する逆洗処理に用いられてもよい。
【００２７】
中空糸膜上に有価物のケーキが形成され、膜モジュール１２における膜間差圧が上昇して、膜の洗浄が必要になった場合、例えば、後述するように、被処理水について予め求めた膜間差圧上昇速度と、ろ過処理工程における許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定したタイミングで、気体洗浄が行われる。具体的には、ポンプ２０による膜モジュール１２への被処理水の送液が停止された後、コンプレッサ３０が稼働され、空気等の気体が気体供給配管３２を通して膜モジュール１２の一次側気体入口から供給され、気体により中空糸膜を振動させることによって、中空糸膜から有価物のケーキが剥離され、中空糸膜が洗浄される（気体洗浄処理工程）。
【００２８】
気体洗浄処理後、原水がポンプ２０によって原水配管２２を通して膜モジュール１２の一次側に送液され、上部排水管３４を通して排出される。気体洗浄処理により剥離された有価物は、原水と共に上部排水管３４を通して排出され、有価物を含む懸濁液として回収槽１６にて回収される（回収工程Ａ）。回収工程Ａは、コンプレッサ３０を稼働させ、膜モジュール１２の一次側に気体を供給しながら行ってもよい。なお、原水の代わりに、処理水を用いてもよい。
【００２９】
回収工程Ａ後、ろ過処理及び気体洗浄処理のろ過−気体洗浄サイクルに戻る。このようにして、ろ過−気体洗浄サイクル及び回収工程を複数回繰り返した後、次のサイクルにおけるろ過処理後に、逆洗処理を行う。具体的には、ポンプ２０により膜モジュール１２への被処理水の送液が停止された後、ポンプ２６が稼働され、処理水が逆洗水配管２８を通して膜モジュール１２の二次側から供給され、膜モジュール１２の上部排水管３４から排水される（逆洗処理工程）。また、本実施形態では、逆洗処理工程により、中空糸膜から剥離された有価物のケーキは、処理水と共に上部排水管３４を通して排出され、有価物を含む懸濁液として回収槽１６にて回収される（回収工程Ｂ）。
【００３０】
本実施形態では、ろ過−気体洗浄サイクル及び回収工程Ａを複数回繰り返した後、逆洗処理と共に回収工程Ｂを行っているがこれに制限されるものではなく、例えば、回収工程Ａ及び回収工程Ｂは少なくともいずれか一方でよく、また、逆洗処理工程は、ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行った後、次のサイクルにおけるろ過処理工程後に行われればよい。具体的には、ろ過−気体洗浄サイクル及び回収工程Ａを少なくとも１回行った後、次のろ過工程後、逆洗処理工程と共に回収工程Ｂを行ってもよい。また、ろ過−気体洗浄サイクル及び回収工程Ａを少なくとも１回行った後、次のろ過工程後に、逆洗処理工程は行うが回収工程Ｂは行わず（例えば、有価物を含む懸濁液を回収槽１６に供給することなく、系外へ排出）、ろ過−気体洗浄サイクルに戻っても良い。また、ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、回収工程Ａを行わず（例えば、有価物を含む懸濁液を回収槽１６に供給しない、又は原水を膜モジュール１２に供給しない）、次のろ過工程後、逆洗処理工程と共に回収工程Ｂを行っても良い。
【００３１】
本実施形態では、ろ過−気体洗浄サイクル及び逆洗処理を行うことで、処理水の回収率を高く維持しても（例えば、回収率９０％以上）、有価物を含むケーキは膜面から効果的に剥離されるため、膜の目詰まり（膜間差圧の上昇）を抑えることが可能となる。さらに、回収工程Ａや回収工程Ｂにより、膜面から剥離された有価物が回収される。したがって、処理水の回収率を高く維持しながら、膜の目詰まりを抑えつつ、有価物を回収することが可能となる。
【００３２】
本実施形態に係る有価物回収装置１は、例えば、炭素繊維、活性炭等の炭素系有価物を含む被処理水、シリカ等のシリコン系有価物を含む被処理水、タングステン、金、銅等の金属を含む被処理水、またはこれらの化合物及び混合物を含む被処理水に対する処理に好適に適用される。なお、処理対象となる有価物を含む被処理水は、上記に制限されるものではなく、例えば、フッ化カルシウム等のフッ素系有価物を含む被処理水の有価物を含む被処理水等が挙げられる。
【００３３】
膜モジュール１２において用いられる中空糸膜は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製等のＵＦ膜である。中空糸膜の孔径は、例えば、０．００１μｍ〜０．００３μｍの範囲、分画分子量では数千〜数十万Ｄａの範囲であり、膜面積は、例えば、２０ｍ２〜８０ｍ２の範囲である。
【００３４】
気体洗浄処理工程で用いられる気体は、特に制限はないが、空気等が挙げられ、コスト等の点から、通常は、空気である。
【００３５】
気体洗浄処理工程で用いられる気体供給手段としては、特に制限はないが、例えば、コンプレッサ、ブロワ等が挙げられる。
【００３６】
［ろ過時間の決め方］
ここで、本実施形態において、ろ過処理工程におけるろ過時間、すなわち、気体洗浄処理を行うタイミングは、例えば、被処理水について予め求めた、ろ過処理工程における膜間差圧が上昇する速度を示す膜間差圧上昇速度と、予め決めた、どこまでの膜間差圧の上昇を許容するかを示す許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定することができる。有価物（ＳＳ成分）等を含む原水のろ過処理において、処理水の回収率を高く維持しようとすると、膜の細孔内部のファウリングと比較して膜面のケーキ形成が支配的となる。膜面に形成されたケーキのろ過抵抗は、下記式（＊１）で示したとおり、比抵抗α、被処理水の粘度、膜面の単位面積あたりのケーキ量およびろ過流束の積で表すことができる。
ケーキのろ過抵抗［Ｐａ］＝比抵抗α［ｍ／ｇ］×被処理水の粘度［Ｐａ・ｓ］×単位面積あたりのケーキ量［ｇ／ｍ２］×ろ過流束［ｍ／ｓ］・・・（＊１）
【００３７】
ここで、比抵抗αは、被処理水が膜面に形成されたケーキを通過する際の、単位ケーキ量あたりの抵抗である。また、単位面積あたりのケーキ量は、下記式（＊２）で示したとおり、被処理水のＳＳ濃度と流量と時間の積を膜面積で除することで算出することができる。
単位面積あたりのケーキ量［ｇ／ｍ２］＝被処理水のＳＳ濃度［ｇ／ｍ３］×流量［ｍ３／ｓ］×時間［ｓ］／膜面積［ｍ２］・・・（＊２）
【００３８】
上記式（＊１）と上記式（＊２）とから、下記式（＊３）を得ることができる。
膜間差圧上昇速度[Ｐａ／ｓ]＝ケーキのろ過抵抗［Ｐａ］／時間［ｓ］＝比抵抗α［ｍ／ｇ］×被処理水の粘度［Ｐａ・ｓ］×被処理水のＳＳ濃度［ｇ／ｍ３］×（被処理水のろ過流束）２［ｍ２／ｓ２］・・・（＊３）
【００３９】
すなわち、比抵抗αがわかれば、膜間差圧上昇速度を求めることができ、上述のとおり、予め設定した許容膜間差圧上昇値と膜間差圧上昇速度とによりろ過時間を算出することができる。
【００４０】
［実機での運転について］
（ａ）実機では原水濁度を測定することが多いが、有価物等の濁度成分の性状によっては濁度／ＳＳ比は異なる。そこで、原水をサンプリングして濁度とＳＳを測定する。
（濁度／ＳＳ比）［度／（ｍｇ／Ｌ）］＝原水濁度［度］／原水ＳＳ濃度［ｍｇ／Ｌ］
→  原水濁度［度］＝原水ＳＳ濃度［ｍｇ／Ｌ］×（濁度／ＳＳ比）［度／（ｍｇ／Ｌ）］
【００４１】
よって、濁度／ＳＳ比を求めることで、原水濁度を測定して、原水ＳＳ濃度を求めることができる。
【００４２】
（ｂ）ケーキのろ過抵抗α［ｍ／ｍｇ］は実機に通水して、測定することもできるが、ラボ試験で簡易的に測定することができる。例えば、定圧ろ過試験を行い、ろ過速度の経時変化を測定する。単位膜面積あたりのろ過速度［ｍ３／ｍ２／ｓ］の逆数［ｓ／ｍ］を単位膜面積あたりのろ液量［ｍ３／ｍ２］に対してプロットする。ルース（Ｒｕｔｈ）のろ過式より、プロットした傾きからケーキのろ過比抵抗α［ｍ／ｍｇ］を算出することができる。すなわち、比抵抗α［ｍ／ｍｇ］は式（＊４）で算出することができる。なお、Ｋ［ｓ／ｍ２］は、ろ過定数である。
比抵抗α［ｍ／ｇ］＝Ｋ［ｓ／ｍ２］×ろ過抵抗［Ｐａ］／（被処理水の粘度［Ｐａ・ｓ］×ＳＳ濃度［ｇ／ｍ３］）・・・（＊４）
【００４３】
（ｃ）式（＊３）より、原水濁度に応じて膜間差圧上昇速度を算出することができる。これにより、ろ過工程１サイクルあたりの許容膜間差圧上昇値［ｋＰａ］を定めれば、原水ＳＳ濃度に対して許容膜間差圧上昇に至る時間を算出できる。この時間をろ過工程のろ過時間とし、このろ過時間の経過後に気体洗浄を行えばよい。
【００４４】
ろ過処理工程１サイクルあたりの許容膜間差圧上昇値［ｋＰａ］は、膜モジュールや配管等の許容圧力等に基づいて決めてもよいし、膜ろ過用のポンプの仕様等に基づいて決めてもよく、特に制限はない。許容膜間差圧上昇値は、例えば、２５ｋＰａ以下に設定すればよい。許容膜間差圧上昇値が２５ｋＰａよりも高いと、膜面に堆積した有価物等が圧密されて気体洗浄での剥離効果が低減する場合がある。許容膜間差圧上昇値は、２０ｋＰａ以下に設定することがより好ましく、１０ｋＰａ以下に設定することがさらに好ましい。原水に含まれる有価物等の濁度成分が、圧縮性が高い成分の場合は、許容膜間差圧上昇値を低めの値、例えば１０ｋＰａ〜２５ｋＰａの範囲に設定し、圧縮性が低い成分の場合は、高めの値、例えば２５ｋＰａ〜５０ｋＰａの範囲に設定してもよい。圧縮性が低い成分においても、例えば、１０ｋＰａ〜２５ｋＰａの範囲に設定してもよいが、気体洗浄の回数が多くなり、非効率となる場合がある。
【００４５】
このように、気体洗浄処理を行うタイミング、すなわちろ過処理工程のろ過時間を、被処理水について予め求めた膜間差圧上昇速度と、予め決めた、ろ過処理工程における許容膜間差圧上昇値とに基づいて決定することができる。
【００４６】
ろ過工程のろ過時間、すなわち気体洗浄処理を行うタイミングを、さらに、原水濁度、色度、ＳＳのいずれかまたは組み合わせに基づいて決定してもよい。
【００４７】
原水濁度が５０度未満の原水（以下、「通常原水」と呼ぶ場合がある）に対して、ろ過時間を短くすると気体洗浄が頻繁に行われるため、気体使用量が増加する。これにより、コンプレッサやブロワ等のランニングコストの増加を招く。一方で、ろ過時間を長くすると、膜表面に堆積した有価物が気体洗浄によって除去されにくくなる。
【００４８】
高濁度原水の場合は、濁度が上昇するにしたがって安定運転するためのろ過時間は短くなっていく。そのため、ろ過時間は一定ではなく原水水質に応じて制御されることが好ましい。
【００４９】
原水水質は、原水濁度、色度、ＳＳのいずれかまたは組み合わせが挙げられるが、オンライン監視が容易である原水濁度によって決定することが好ましい。
【００５０】
気体洗浄処理工程は、膜モジュール１２の一次側の水が排出された状態で行っても、一次側に水（原水又は処理水）が満たされた状態で行っても良い。
【００５１】
ろ過−気体洗浄サイクルを複数回行い、次のろ過処理工程の後で、逆洗工程を行うことが好ましい（（ろ過工程→気体洗浄工程）×ｎ回（ｎは２以上）→ろ過工程→逆洗工程）。これにより、気体洗浄では除去が困難な有価物を含むケーキを膜から剥離することが可能となる。
【００５２】
逆洗処理工程において、逆洗と、例えば、気体洗浄、気体同時逆洗、ドレン、フラッシング、気体同時フラッシング等を組み合わせてもよい。例えば、現状の実験結果で最適な逆洗工程とされているのは、ろ過工程→気体洗浄→気体同時逆洗→逆洗→気体同時フラッシング→フラッシングの順序での組み合わせである。
【００５３】
気体同時逆洗は、コンプレッサ３０からの空気等の気体を膜モジュール１２の一次側気体入口から供給するとともに、逆洗を行う工程である。例えば、ポンプ２６によって逆洗水配管２８、ろ過処理水配管２４を通して処理水を膜モジュール１２の二次側から一次側に導入するとともに、コンプレッサ３０により気体供給配管３２を通して膜モジュール１２の一次側気体入口から気体を供給し、上部排水管３４から排出すればよい。気体同時フラッシングは、コンプレッサ３０からの空気等の気体を膜モジュール１２の一次側気体入口から供給するとともに、フラッシングを行う工程である。例えば、ポンプ２０により原水配管２２を通して原水等を膜モジュール１２の一次側に導入するとともに、コンプレッサ３０により気体供給配管３２を通して膜モジュール１２の一次側気体入口から気体を供給し、上部排水管３４から排出すればよい。
【００５４】
逆洗処理工程を行う判断、すなわち、逆洗を行うタイミングは、例えば、以下のようにして決定される。逆洗タイミング（ｈ）とは、逆洗工程終了後から次の逆洗工程までの時間である。この時間には、ろ過工程と気体洗浄工程を繰り返し行う。なお、気体洗浄タイミング（ｈ）とは、気体洗浄工程終了後から次の気体洗浄工程までの時間である。以下、気体洗浄をＡＳと称する場合がある。
【００５５】
逆洗タイミングは、膜ろ過の一般的な３０分や１時間のように設定してもよいし、気体洗浄工程により差圧が十分に回復すれば、６時間や１２時間と設定してもよい。十分な回復とは、例えば、気体洗浄工程後のろ過工程開始直後の膜間差圧が前記気体洗浄工程前のろ過工程開始直後の膜間差圧と同等であるか否かで判断できる。
【００５６】
有価物の回収において、所定の濃縮倍率となるよう膜ろ過装置の運転をするケースがある。濃縮倍率は、以下の式（＊６）から求められる。
濃縮倍率＝１÷（１−水回収率）・・・（＊６）
【００５７】
以下の式（＊７）を用いて、所定の濃縮倍率となるように逆洗タイミングを設定してもよい。
ろ過量×（１−水回収率）＝ＡＳ排水量＋逆洗排水量・・・（＊７）
【００５８】
ＡＳ排水量（Ｌ）は、逆洗工程から次の逆洗工程までのろ過工程−気体洗浄工程の繰り返しの中で気体洗浄工程中に膜ろ過装置から排出された水量の合計である。各気体洗浄工程の排水量は、膜モジュールや配管の保有水量、フラッシング水量等から予め設定される。逆洗排水量は、逆洗工程中に膜ろ過装置から排出される水量であり、膜モジュールや配管の保有水量、フラッシング水量等から予め設定される。
【００５９】
ろ過量は、逆洗工程から次の逆洗工程までのろ過工程で膜に供給した量であり、以下の式（＊８）から求められる。
ろ過量（Ｌ）＝ろ過流量（Ｌ／ｈ）×逆洗タイミング（ｈ）・・・（＊８）
【００６０】
したがって、（＊７）は（＊８）より、以下の式（＊９）に書き換えられる。
逆洗タイミング（ｈ）＝（ＡＳ排水量（Ｌ）＋逆洗排水量（Ｌ））÷（ろ過流量（Ｌ／ｈ）×（１−水回収率））・・・（＊９）
【００６１】
（＊９）に（＊６）を代入すれば、以下の式（＊１０）が得られる。すなわち、逆洗タイミングは所定の濃縮倍率を設定すれば、ろ過流量に応じて決定できる。
逆洗タイミング（ｈ）＝（ＡＳ排水量（Ｌ）＋逆洗排水量（Ｌ））÷ろ過流量（Ｌ／ｈ）×濃縮倍率・・・（＊１０）
【００６２】
逆洗処理工程を行う判断、すなわち、逆洗を行うタイミングを、膜面積あたりの中空糸膜の許容ＳＳ量（ｇ／ｍ２）、ろ過流束（Ｌ／ｍ２・ｈ）及び原水ＳＳ濃度（ｇ／Ｌ）に基づいて決定してもよい。これらの関係式は、下式（＊１１）で表される。
ろ過流束×原水ＳＳ濃度×ＢＷタイミング＝中空糸膜の許容ＳＳ量・・・（＊１１）
【００６３】
中空糸膜の許容ＳＳ量とは、逆洗を行う際、膜上に堆積するケーキ量（ＳＳ量）をどこまで許容するかを示すものである。中空糸膜の許容ＳＳ量は、例えば、膜面積、ろ過性能、膜間差圧上昇速度、逆洗水量等から予め設定され、例えば、５〜６００ｇ／ｍ２の範囲で設定される。
【００６４】
原水ＳＳ濃度は、原水をサンプリングして測定した値である。
【００６５】
逆洗処理工程を行う判断、すわなち、逆洗を行うタイミングを、処理水の回収率に基づいて決定してもよい。この場合、処理水の回収率が所定値未満とならない頻度で、逆洗工程を行えばよい。例えば、処理水の回収率を９８％以上とする場合、ろ過水量、逆洗水量等にもよるが、逆洗工程は６時間毎に行うように設定される。
【００６６】
また、逆洗処理工程を行う判断、すなわち、逆洗を行うタイミングを、ろ過工程におけるろ過時間の合計に基づいて決定してもよい。この場合、ろ過時間の合計が予め定めた時間を超えた場合に、逆洗工程を行えばよい。ろ過時間の合計に基づく決定の場合は、一定の周期ごとに逆洗処理工程を行うため、原水水質によらず回収率を一定に保つことができる。
【００６７】
また、逆洗処理工程を行う判断、すわなち、逆洗を行うタイミングを、ろ過工程における膜間差圧に基づいて決定してもよい。膜間差圧は、絶対値（気体洗浄後の膜間差圧）を使用してもよいし、ろ過工程中に上昇した値（上昇値）を使用してもよい。いずれにしろ、膜間差圧が設定値を超えた場合に、逆洗処理工程を行えばよいが、膜間差圧の絶対値は逆洗によっても除去されない膜の閉塞物質により上昇していくため、ろ過工程中の上昇値を使用することが好ましいが、ここで、ろ過工程中の上昇値とは、気体洗浄工程または逆洗工程の後にろ過が再開された際の膜間差圧と現在値との差である。
【００６８】
判断に用いる上昇値の設定値は、例えば、逆洗工程において、逆洗の前に気体洗浄を行う場合、気体洗浄後の膜間差圧が、所定の許容膜間差圧（例えば、２５ｋＰａ）以上とすることができる。
【００６９】
逆洗工程を行う判断は、上記ろ過時間の合計と、ろ過工程における膜間差圧とを組み合わせて行ってもよい。
【００７０】
図２は、本実施形態に係る有価物回収装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。図２に示す有価物回収装置２において、図１に示す有価物回収装置と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す有価物回収装置２において、膜モジュール１２の一次側上部排水口には上部排水管３４が接続され、膜モジュール１２の一次側下部排水口と回収槽１６の入口とは下部排水管３６により接続されている。また、気体供給配管３２から分岐した気体供給配管３８が上部排水管３４に接続されている。
【００７１】
本実施形態に係る有価物回収装置２の動作の一例について説明する。
【００７２】
前述したろ過−気体洗浄サイクル後、膜モジュール１２の一次側において、膜から剥離された有価物を含む懸濁液が、下部排水口から下部排水管３６を通して排出され、回収槽１６に貯留される（回収工程Ａ）。なお、回収工程Ａを行わない場合には、例えば、気体洗浄後、原水を膜モジュール１２の一次側に供給して、有価物を含む懸濁液を上部排水管３４から系外へ排出すればよい。
【００７３】
回収工程Ａを行う際には、コンプレッサ３０を稼働させ、気体を、気体供給配管３２，３８、上部排水管３４を通して、膜モジュール１２の一次側上部排水口から供給して、下部排水口から排出させてもよい。このように、膜モジュール１２の上部からの気体押し出しにより、有価物を含む懸濁液の回収をよりスムーズに行うことが可能となる。
【００７４】
回収工程Ａ後、膜モジュール１２の一次側の気体を押し出すブロー工程を行うことが望ましい。具体的には、コンプレッサ３０が停止され、原水がポンプ２０によって原水配管２２を通して膜モジュール１２の一次側に送液され、一次側が満水にされる。なお、ブロー工程中において膜モジュール１２から溢れだす余剰の原水は、上部排水管３４から排出されればよい。なお、上部排水管３４から排出される原水には、有価物が含まれるため、上部排水管３４から原水槽１０に返送することが望ましい。
【００７５】
ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次のろ過処理後に、逆洗処理工程を行う場合には、ポンプ２０により膜モジュール１２への被処理水の送液が停止された後、ポンプ２６が稼働され、処理水が逆洗水配管２８を通して膜モジュール１２の二次側から供給され、膜モジュールの下部排水管３６から排出される（逆洗処理工程）。逆洗により、膜から剥離された有価物を含む処理水（懸濁液）は、下部排水管３６を通り、回収槽１６にて、回収される（回収工程Ｂ）。なお、回収工程Ｂを行わない場合には、例えば、膜モジュール１２の二次側から供給された処理水を膜モジュール１２の一次側の上部排水管３４から系外へ排出させればよい。
【００７６】
図２に示す有価物回収装置２による回収工程Ａは、原水や処理水等を供給することなく有価物を含む懸濁液を回収しているので、回収工程Ａのみ、或いは回収工程Ａ及びＢを行う場合においては、図１に示す有価物回収装置１と比較して、より濃度の高い有価物を含む懸濁液を得ることが可能となる。
【００７７】
図３は、本実施形態に係る有価物回収装置の構成の他の一例を示す概略構成図である。図３に示す有価物回収装置３において、図１及び２に示す有価物回収装置１，２と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す有価物回収装置３は、回収槽１６に貯留された有価物を含む懸濁液に対して膜ろ過を行い、有価物を含む濃縮液を回収する、回収手段の一例としての回収装置を備えている。回収装置は、膜モジュール４０、回収槽４２、逆洗水配管２８から分岐した逆洗水配管４４、ろ過処理水配管４６、上部排水管４８等から構成されている。
【００７８】
図３に示す有価物回収装置３において、回収槽１６の出口と膜モジュール４０の一次側処理水入口とは、ポンプ５０を介して処理水配管５２により接続されている。また、膜モジュール４０の二次側出口と処理水槽１４の入口とは、ろ過処理水配管４６により接続されている。膜モジュール４０の一次側上部排水口と回収槽４２の入口とは上部排水管４８により接続されている。また、逆洗水配管２８から分岐した逆洗水配管４４がろ過処理水配管４６に接続されている。
【００７９】
膜モジュール４０は、前段の膜モジュール１２と同様の構成、すなわち、外圧式中空糸膜モジュールを用いることが好ましい。
【００８０】
本実施形態に係る有価物回収装置３の動作の一例について説明する。
【００８１】
前述したように、膜モジュール１２においてろ過−気体洗浄サイクルを行った後、膜モジュール１２における回収工程Ａを行う場合には、例えば、図１の有価物回収装置１と同様に、原水がポンプ２０によって原水配管２２を通して膜モジュール１２の一次側に送液され、原水と共に有価物が上部排水管３４を通して排出され、回収槽１６にて回収される。或いは、図２の有価物回収装置２と同様に、膜モジュール１２の一次側において、膜から剥離された有価物を含む懸濁液が、下部排水口から下部排水管３６を通して排出され、回収槽１６にて回収される。
【００８２】
ろ過−気体洗浄サイクルを少なくとも１回行い、次のろ過処理後に、膜モジュール１２に対して逆洗処理工程を行う場合には、例えば、図１の有価物回収装置１と同様に、ポンプ２６が稼働され、処理水が逆洗水配管２８を通して膜モジュール１２の二次側から供給され、膜モジュール１２の一次側の上部排水管３４から排出される、或いは、図２の有価物回収装置２と同様に、下部排水管３６から排出される。そして、逆洗により、膜から剥離された有価物を含む処理水（懸濁液）は、上部排水管３４又は下部排水管３６を通り、回収槽１６にて回収される（回収工程Ｂ）。
【００８３】
このようにして、回収槽１６にて回収された有価物を含む懸濁液は、ポンプ５０によって処理水配管５２を通して膜モジュール４０の一次側に送液され、膜モジュール４０によりろ過処理が行われる。ろ過処理されたろ過処理水は、ろ過処理水配管４６を通して処理水槽１４へ送液され、貯留される。そして、膜モジュール４０のろ過膜上に形成された有価物のケーキは、逆洗処理により剥離され、有価物を含む処理水（濃縮液）として回収される。具体的には、ポンプ５０により膜モジュール４０への被処理水の送液が停止された後、ポンプ２６が稼働され、処理水が逆洗水配管２８，４４を通して、膜モジュール４０の二次側から供給され、膜モジュール４０の上部排水管４８から排出される。逆洗処理により得られた有価物を含む処理水（濃縮液）は、上部排水管４８を通して、回収槽４２にて回収される。ここでは、逆洗処理により得られた有価物を含む処理水（濃縮液）を回収しているが、これまで説明した通り、膜モジュール４０の一次側に気体を供給する気体洗浄処理を行って、有価物を含む懸濁液（濃縮液）を回収槽４２にて回収してもよいし、又は両方を行ってもよい。なお、逆洗処理のタイミングや、気体洗浄処理のタイミングは、前段の膜モジュール１２と同様にして決定されることが望ましい。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８５】
＜実施例１＞
図１に示す有価物回収装置を用いて試験を行った。膜モジュールに使用した中空糸膜としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製の外圧式加圧型ＵＦ膜を用いた。中空糸膜の孔径は、０．０１μｍ、膜面積は、４ｍ２のものを用いた。
【００８６】
当該試験で処理される原水として、炭素繊維製造工程から排出された排水を用いた。当該原水は、有価物としての炭素繊維を含み、有価物濃度（ＳＳ濃度）は７１ｍｇ／Ｌであった。実施例１では、ろ過フラックス２．０ｍ／ｄでろ過処理を行い、処理水の回収率を９９％に設定して、１時間毎に気体洗浄処理、６時間毎に逆洗水処理を行った。そして、気体洗浄処理及び逆洗水処理後の回収工程により、有価物を含む懸濁液を回収した。
【００８７】
＜比較例＞
比較例では、気体洗浄処理を行わず、６時間毎に逆洗水処理を行い、逆洗水処理後の回収工程により、有価物を含む懸濁液を回収したこと以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。
【００８８】
図４に実施例１及び比較例の通水結果を示す。また、表１に、原水の水質、実施例１で得られた処理水及び懸濁液の水質結果を示す。
【００８９】
【表１】
2018020290.tif 000003
【００９０】
図４に示すように、逆洗処理のみを行った比較例は、膜面に形成された有価物のケーキにより膜間差圧が上昇し、また、逆洗処理を行っても、膜間差圧は回復しなかった。一方、気体洗浄及び逆洗処理を行った実施例１は、試験中において膜間差圧はほとんど上昇することはなかった。すなわち、処理水の高い回収率を維持しながら、膜の目詰まりを抑えることが可能であると言える。また、表１に示す通り、有価物濃度（ＳＳ濃度）が７１ｍｇ／Ｌである原水に対して、実施例１では、有価物濃度（ＳＳ濃度）が６９５０ｍｇ／Ｌまで濃縮された懸濁液が回収された。これらのことから、実施例１は、比較例１と比較して、高い処理水の回収率を維持しながら、膜の目詰まりを抑えつつ、有価物を回収することができると言える。
【００９１】
＜実施例２＞
図２に示す有価物回収装置を用いて試験を行った。当該試験で処理される原水は、有価物としてフッ化カルシウムを含み、有価物濃度（ＳＳ濃度）は１４００ｍｇ／Ｌであった。実施例２では、ろ過フラックス２．０ｍ／でろ過処理を行い、処理水の回収率を９５％に設定して、５分毎に気体洗浄処理、１時間毎に逆洗水処理を行った。そして、気体洗浄処理及び逆洗水処理後の回収工程により、有価物を含む懸濁液を回収した。
【００９２】
図５に実施例２の通水結果を示す。表２に原水の水質、実施例２で得られた処理水及び懸濁液の水質結果を示す。
【００９３】
【表２】
2018020290.tif 000004
【００９４】
図５に示すように、５分毎の気体洗浄処理、１時間毎の逆洗水処理を行った実施例２では、１４００ｍｇ／Ｌという高濃度の有価物を含む原水に対して、高い処理水の回収率を維持しながら、膜間差圧の上昇を抑えることができた。また、表２に示す通り、有価物濃度（ＳＳ濃度）が１４００ｍｇ／Ｌの原水に対して、実施例２では、有価物濃度（ＳＳ濃度）が１２５００ｍｇ／Ｌまで濃縮された懸濁液が回収された。これらのことから、実施例２は、処理水の高い回収率を維持しながら、膜の目詰まりを抑えつつ、有価物を回収することができたと言える。また、原水濃度が高い排水処理においては、実施例２の方が、実施例１より、有価物を高濃度に濃縮した懸濁液が安定して得られる。
【符号の説明】
【００９５】
１〜３  有価物回収装置、１０  原水槽、１２，４０  膜モジュール、１４  処理水槽、１６，４２  回収槽、１８，２２  原水配管、２０，２６，５０  ポンプ、２４，４６  ろ過処理水配管、２８，４４  逆洗水配管、３０  コンプレッサ、３２，３８  気体供給配管、３４，４８  上部排水管、３６  下部排水管、５２  処理水配管。
【図１】
2018020290.tif 000005
【図２】
2018020290.tif 000006
【図３】
2018020290.tif 000007
【図４】
2018020290.tif 000008
【図５】
2018020290.tif 000009