(57)【要約】      （修正有）【課題】少量かつ高濃度の界面活性剤水溶液で膜モジュールを洗浄することにより、高いろ過性能を維持できる水処理方法を提供する。【解決手段】ろ過処理システムは、原水タンク１、プレフィルター２、膜モジュール３、ろ過水タンク４を備えており、第２送りライン11b、第３送りライン11c、膜モジュール3、第１戻りライン13a、第２戻りライン13bからなる閉鎖系の循環ラインを形成する。注入口40から少量の界面活性剤水溶液を注入し、循環ライン内を循環させることで膜モジュール3内の分離膜を循環洗浄する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過処理システムを用いた水処理方法であって、
前記ろ過処理システムが、少なくとも原水タンク、膜モジュール及びろ過水タンクを備えており、原水タンクと膜モジュールの原水入口が送りラインで接続され、膜モジュールのろ過水出口とろ過水タンクがろ過水ラインで接続され、膜モジュールの濃縮水出口と送りラインが戻りラインで接続されたものであり、
前記水処理方法がろ過工程と洗浄工程とを有しており、
前記洗浄工程が、界面活性剤を水に溶解させて界面活性剤水溶液を得る工程と、前記界面活性剤水溶液と膜モジュール内の濾過膜を接触させて洗浄する工程であり、
界面活性剤水溶液と膜モジュール内の濾過膜との接触洗浄工程が、送りラインの一部と戻りラインで、膜モジュールを含み、原水タンクとろ過水タンクを含まない閉鎖系の循環ラインを形成した後、前記循環ラインに洗剤水溶液を直接注入して循環洗浄する工程である、水処理方法。
【請求項２】
洗浄する界面活性剤水溶液のホールド量（膜モジュール原水側のホールド量と原水側循環ラインのホールド量の合計）が、膜モジュール内の膜の有効膜面積１ｍ2に対して０．３〜２．０Ｌである、請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記洗浄工程において、循環洗浄後にろ過水を用いた逆圧洗浄をする、請求項１又は２記載の水処理方法。
【請求項４】
前記水処理方法が、野菜及び／又は果物を含む植物の洗浄排水を処理し、得られた処理水を前記野菜及び／又は果物を含む植物の洗浄水として再利用するためのものである、請求項１〜３のいずれか１項記載の水処理方法。
【請求項５】
前記水処理方法が、天然水をろ過するためのものである、請求項１〜３のいずれか１項記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野菜等の洗浄排水や河川水等のろ過処理に適用できる水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水等を膜モジュールでろ過処理する場合、ろ過の継続により低下したろ過性能を回復するため、次亜塩素酸ソーダ等の薬液を用いた膜の洗浄が行われている。しかし、次亜塩素酸ソーダでは洗浄しきれない場合が多々ある。例えば油脂類で膜が汚染された場合は、次亜塩素酸ソーダのみでは性能回復しない。
【０００３】
そこで、このような場合は、界面活性剤による洗浄が望まれる。しかし、界面活性剤は有機物でCODやBOD負荷があり、洗浄排水が多量にあると、排水処理に困難なケースが多い。
【０００４】
また、薬液洗浄後、残留する薬液を除去するため、膜モジュールを水で洗浄している。界面活性剤は、膜に付着しやすく、薬液を完全に除去することが難しいため、大量のリンス水を要するため時間や大量の排水が生じることになる。このため、界面活性剤を用いることができる効率的な膜を洗浄する方法が望まれている。
【０００５】
特許文献１の発明には、界面活性剤水溶液を膜モジュール内に満たす浸漬洗浄をした後、原水で逆圧洗浄する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２の発明には、ポリリジンを含む洗浄水で分離膜を逆圧洗浄する方法が記載され、特許文献３の発明には、ヒノキ科植物抽出成分を含む洗浄水で分離膜を逆圧洗浄する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８１７７３号公報
【特許文献２】特開平８−３０９１６４号公報
【特許文献３】特開平９−５２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
膜モジュールのろ過性能を回復するために薬液洗浄するとき、ろ過水や水道水に薬剤を投入した洗浄水で洗浄するため、大量の水が必要となり、洗浄排水の処理も大きな負担となる。
【０００９】
本発明は、少量かつ高濃度の界面活性剤水溶液で膜モジュールを洗浄することにより、高いろ過性能を維持できる水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、課題の解決手段として、
ろ過処理システムを用いた水処理方法であって、
前記ろ過処理システムが、少なくとも原水タンク、膜モジュール及びろ過水タンクを備えており、原水タンクと膜モジュールの原水入口が送りラインで接続され、膜モジュールのろ過水出口とろ過水タンクがろ過水ラインで接続され、膜モジュールの濃縮水出口と送りラインが戻りラインで接続されたものであり、
前記水処理方法がろ過工程と洗浄工程とを有しており、
前記洗浄工程が、界面活性剤を水に溶解させて界面活性剤水溶液を得る工程と、前記界面活性剤水溶液と膜モジュール内の濾過膜を接触させて洗浄する工程であり、
界面活性剤水溶液と膜モジュール内の濾過膜との接触洗浄工程が、送りラインの一部と戻りラインで、膜モジュールを含み、原水タンクとろ過水タンクを含まない閉鎖系の循環ラインを形成した後、前記循環ラインに洗剤水溶液を直接注入して循環洗浄する工程である、水処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水処理方法は、少量の界面活性剤水溶液による循環洗浄を適用することにより、高いろ過性能を長い間維持することができる。また、少量の界面活性剤水溶液で洗浄するため、洗浄排水の処理負担も軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の水処理方法で用いるろ過処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜ろ過処理システム＞
本発明の水処理方法で用いるろ過処理システムについて説明する。図１に示すろ過処理システムは、原水タンク１、プレフィルター２、膜モジュール３、ろ過水タンク４を備えている。なお、原水の汚れが小さいような場合には、プレフィルター２は設置しなくてもよい。
【００１４】
原水タンク１とプレフィルター２の間は、第１送りライン１１ａで接続されており、開閉バルブ２１と原水ポンプ５が設置されている。
【００１５】
プレフィルター２と膜モジュール３の原水入口３ａの間は、第２送りライン１１ｂ（プレフィルター２から開閉バルブ２３までのライン）と第３送りライン１１ｃ（開閉バルブ２３から原水入口３ａまでのライン）で接続されている。
【００１６】
第２送りライン１１ｂには、プレフィルター２側から順に、開閉バルブ２２、循環ポンプ６、開閉バルブ２３が設置されている。
【００１７】
第３送りライン１１ｃには、開閉バルブ２４が設置された逆圧洗浄排水の排水ライン１７が接続されている。
【００１８】
膜モジュール３のろ過水出口３ｂと貯水タンク４の間は、ろ過水ライン１２で接続されている。ろ過水ライン１２には、開閉バルブ２５、２６が設置されている。
【００１９】
貯水タンク４の底部とろ過水ライン１２の開閉バルブ２５、２６の間は、逆圧洗浄ライン１４で接続されている。逆圧洗浄ライン１４には、貯水タンク４に近い方から順に、開閉バルブ３０、逆圧洗浄ポンプ７、開閉バルブ３１が設置されている。
【００２０】
膜モジュール３の濃縮水出口３ｃと第２送りライン１１ｂの開閉バルブ２２と循環ポンプ６の間は、第１戻りライン１３ａ（濃縮水出口３ｃから開閉バルブ２７までのライン）と第２戻りライン１３ｂ（開閉バルブ２７から第２送りライン１１ｂまでのライン）で接続されている。
【００２１】
第２戻りライン１３ｂには、開閉バルブ３２が設置されており、さらに所望の位置には、界面活性剤水溶液の注入口４０が設けられている。なお、界面活性剤水溶液の注入口４０は、第１送りライン１１ｂ、第３送りライン１１ｃ、第１戻りライン１３ａに設置することもでき、２カ所以上に設置することもできる。
【００２２】
第１戻りライン１３ａには、開閉バルブ２８を備えた濃縮水排水ライン１５と、開閉バルブ２９を備えた循環洗浄水の排水ライン１６が接続されている。
【００２３】
膜モジュール３は公知のものであり、例えば、図示するように３つの液出入口３ａ、３ｂ、３ｃを有するモジュールケース内に、分離膜が収容されたものである。
【００２４】
分離膜は、疎水性材料及び親水性材料のいずれからなるものでもよいが、本発明の濾過性能回復方法を適用したときの濾過性能の回復効果は、特に疎水性材料からなる分離膜に適用したときに顕著となる。
【００２５】
疎水性材料としては、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等を挙げることができる。親水性材料としては、酢酸セルロース、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、再生セルロース、これらの混合物、等のセルロース系材料を挙げることができる。また、ポリビニルアルコールなども使用できる。
【００２６】
分離膜は、中空糸膜、チューブラー膜、スパイラル膜、精密濾過膜、平膜等のいずれでも良いが、処理水を野菜及び／又は果物を含む植物の洗浄水として循環使用する観点から、より浄化能力の高い中空糸膜が好ましい。
【００２７】
中空糸膜を用いるときは、例えば、内径０．３〜３．０ｍｍ（好ましくは０．５〜１．０ｍｍ）、外径０．４〜５．０ｍｍ（好ましくは０．７〜１．７ｍｍ）で、分画分子量3,000以上（好ましくは100,000以上）の限外濾過膜が好ましい。
【００２８】
中空糸膜は、原水の量や原水中の濁質成分の濃度に応じて、必要な本数を束ねた１束又は２束以上の中空糸膜束として用いることができる。
【００２９】
＜ろ過処理システムを用いた水処理方法＞
次に、ろ過処理システムを用いた水処理方法について説明する。水処理方法は、ろ過工程と洗浄工程とを有している。
【００３０】
〔ろ過工程〕
ろ過工程では、原水ポンプ５を作動させ、原水タンク１から、第１送りライン１１ａ、第２送りライン１１ｂ、第３送りライン１３ｃを通して、膜モジュール３に原水を送る。この過程においては、プレフィルター２により、大きめの異物が除去される。なお、ろ過工程では、以下のようにして各開閉バルブを開閉状態にしておく。
【００３１】
（開けておく開閉バルブ）
原水タンク１から膜モジュール３までの全ての開閉バルブ
ろ過水ライン１２の開閉バルブ２５、２６
（閉じておく開閉バルブ）
第１戻りライン１３ａの開閉バルブ２７
第２戻りライン１３ｂの開閉バルブ３２
逆圧洗浄排水の排水ライン１７の開閉バルブ２４
濃縮水排水ライン１５の開閉バルブ２８
循環洗浄水の排水ライン１６の開閉バルブ２９
逆圧洗浄ライン１４の開閉バルブ３０、３１
【００３２】
膜モジュール３でろ過されたろ過水は、ろ過水ライン１２を通ってろ過水タンク４に送られ、貯水される。なお、ろ過運転の実施状態に応じて、濃縮水排水ライン１５の開閉バルブ２８を開けて、膜モジュール３内の濃縮水を排水する。
【００３３】
膜モジュール３において分離膜として中空糸膜（限外濾過膜）を用いるときのろ過運転条件（透水速度等）は、原水の量や原水中の濁質成分の濃度に応じて適宜設定することができるが、例えば、透水速度0.5〜5.0ｍ／日で、10〜1500分間濾過運転する。
〔洗浄工程〕
【００３４】
ろ過運転の過程にて、ろ過性能（透水速度等で判断できる）が低下した場合、又は定期的に膜モジュール３内の分離膜を洗浄することで、分離膜のろ過性能を高いレベルで維持することができる。洗浄工程では、以下に説明する循環洗浄と逆圧洗浄を組み合わせた洗浄方法を適用することが好ましい。
【００３５】
まず、以下のようにして各開閉バルブを開閉状態にすることで、膜モジュール３を含み、原水タンク１、プレフィルター２、ろ過水タンク４を含まない閉鎖系の循環ラインを形成する。このとき、循環ライン中の膜モジュール３内、第２送りライン１１ｂ、第３送りライン１１ｃ内には、原水等が存在している。
【００３６】
（開けておく開閉バルブ）
第２送りライン１１ｂの開閉バルブ２３
第１戻りライン１３ａの開閉バルブ２７
第２戻りライン１３ｂの開閉バルブ３２
（閉じておく開閉バルブ）
第２送りライン１１ｂの開閉バルブ２２
逆圧洗浄水の排水ライン１７の開閉バルブ２４
ろ過水ライン１２の開閉バルブ２５
濃縮水排水ライン１５の開閉バルブ２８
循環洗浄水の排水ライン１６の開閉バルブ２９
【００３７】
このようにして開閉バルブの操作により、循環ラインを形成した後、界面活性剤水溶液の注入口４０から界面活性剤水溶液を注入する。
【００３８】
そして、循環ポンプ６を作動させて、循環ライン内に界面活性剤水溶液を循環させることで、膜モジュール３内の分離膜を洗浄する。循環洗浄後の排水は、開閉バルブ２９を開け、循環洗浄水の排水ライン１６から排水する。
【００３９】
界面活性剤としては、
脂肪酸塩、ロジン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、スルホコハク酸ジエステル塩、α−オレフィン硫酸エステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩等の陰イオン界面活性剤；
モノもしくはジアルキルアミン又はそのポリオキシエチレン付加物、モノ又はジ長鎖アルキル第４級アンモニウム塩等の陽イオン界面活性剤；
ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等のエステル型の非イオン界面活性剤（これらの中でも、好ましくは食品添加物として認められているショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル）、他のアルキルグルコシド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンプロピレンブロックコポリマー、アミンオキシド等の非イオン界面活性剤；
カルボベタイン、スルホベタイン、ヒドロキシスルホベタイン等の両性界面活性剤から選ばれる１種又は２種以上の組み合わせを挙げることができる。
【００４０】
本発明では、界面活性剤単独でも用いることができるが、界面活性剤を含む洗剤を用いることもできる。洗剤としては、インフィニティ（株）製のＳＣシリーズ（商品名SC−1000、SC−MAGIC PAN等）、アルタン（株）製の商品名アルタン野菜・果物洗い（界面活性剤としてショ糖脂肪酸エステルのみ含有）、エコラボ（株）製の商品名ウルトラジール５３（界面活性剤として陰イオン界面活性剤と非イオン界面活性剤を含有）等を挙げることができる。
【００４１】
膜装置内の洗浄剤の量は、洗剤を充填する膜モジュール原水側のホールド量（滞留量）と、原水側循環ラインのホールド量（滞留量）の合計となる。この量が多いと薬液洗浄後のリンスに時間を要することになる。本発明では、原水側の必要な部分のみに洗剤を入れるため、効率的にリンスが可能となった。
【００４２】
洗剤量、即ち、膜モジュール原水側のホールド量と、原水側循環ラインのホールド量の合計は、膜モジュール内の膜の有効膜面積１ｍ2に対して０．３〜２．０Ｌが好ましく、０．５〜１．５Ｌがより好ましく、０．５〜１．０Ｌがさらに好ましい。
【００４３】
循環洗浄の時間は０．５〜２４時間が好ましく、１〜４時間がより好ましく、１．５〜２．５時間がさらに好ましい。
【００４４】
循環洗浄時の圧力は、膜モジュール３の原水入口３ａの圧力が０．０１〜０．１MPaであることが好ましく、０．０１〜０．０６MPaであることがより好ましい。
【００４５】
循環洗浄後、逆圧洗浄して、循環ライン内に残留する界面活性剤を洗浄・除去する。逆圧洗浄を実施するときには、以下のようにして各開閉バルブを開閉状態にする。
【００４６】
（開けておく開閉バルブ）
ろ過水ライン１２の開閉バルブ２５
逆圧洗浄ライン１４の開閉バルブ３０、３１
逆圧洗浄水の排水ライン１７の開閉バルブ２４
（閉じておく開閉バルブ）
ろ過水ライン１２の開閉バルブ２６
第２送りライン１１ｂの開閉バルブ２３
【００４７】
逆圧洗浄は、逆圧洗浄ポンプ７を作動させ、ろ過水タンク４内のろ過水を膜モジュール３のろ過水出口３ｂ側から原水入口３ａ側に圧入して洗浄する。洗浄後の排水は、ライン１７から排水する。
【００４８】
その後、上記したように開閉バルブを開閉操作して、ろ過運転、循環洗浄、逆圧洗浄を繰り返す。
【００４９】
本発明の水処理方法は、野菜及び／又は果物を含む植物の洗浄排水を処理し、得られた処理水を前記野菜及び／又は果物を含む植物の洗浄水として再利用するための水処理方法として適している。
【００５０】
また本発明の水処理方法は、河川、湖沼等の天然水系から取水した天然水をろ過して飲料水や工業用水として利用するための水処理方法としても適している。
【００５１】
さらに本発明の水処理方法は、洗浄に用いる界面活性剤として、食品添加物として使用できるエステル型の非イオン界面活性剤を用いることにより、処理水を再利用するときには高い安全性を維持することができる。
【実施例】
【００５２】
実施例１
図１に示すろ過処理システムにより、下記のたまねぎの洗浄水をろ過処理した。
【００５３】
たまねぎ洗浄水：市販のたまねぎ約１５０−２５０ｇの両端を、包丁で直径約５ｃｍの断面になるように切断した後、表面の皮をむいたものを、２０個用意した。これを約４０Lの水道水中に沈めて、水を攪拌して５分間洗浄して洗浄水を得た。
【００５４】
プレフィルター２：ろ過精度20μmのストレーナー
【００５５】
膜モジュール３：酢酸セルロース製中空糸膜（FUC1582；ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）4０本を束ねたものを、外径２６mm、内径２０mmの透明な塩化ビニル樹脂ケース内に入れ、前記束の両端側を接着一体化したものを膜モジュール３（有効膜面積0.026m2）とした。
【００５６】
なお、各ラインは、チューブからなるものであり、内径は４ｍｍで、全てのラインで同じである。
【００５７】
〔ろ過工程〕
上記したとおりに開閉バルブを操作した状態にて、膜モジュール３の原水入口３ａの圧力０．１MPaで全量濾過運転した。運転開始から２時間経過後には、ろ過水出口３ｂの透水速度が約６０％まで低下した時点で濾過運転を停止した。
【００５８】
〔循環洗浄工程と逆圧洗浄工程〕
次に、上記したとおりに開閉バルブを操作して循環ラインを形成した状態にて、注入口４０から高濃度の薬液界面活性剤水溶液を注入し、２時間循環洗浄した。この時に、膜モジュール原水側のホールド量と、原水側循環ラインのホールド量の合計は、約２０ｍｌであった。即ち、膜面積1m2あたりの界面活性剤液量は、約０．８Lであった。界面活性剤水溶液は、インフィニティ社製SC-Magic panを用いた。
【００５９】
循環洗浄終了後、ろ過水を用いて、０．１MPaにて２分間逆圧洗浄した。その後、同様にして濾過運転を再開したところ、界面活性剤１は、透水速度がほぼ１００％に回復した。その後、水道水で1時間ろ過リンスしたところ、リンス水中のTOCは２mg/Lになった。
【符号の説明】
【００６０】
１  原水タンク
２  プレフィルター
３  膜モジュール
４  貯水タンク
５  原水ポンプ
６  循環ポンプ
７  逆圧洗浄ポンプ
２１−３２  開閉バルブ
【図１】
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