(57)【要約】【課題】薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できる膜モジュールの差圧低減方法の提供。【解決手段】精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方を備える膜モジュールの差圧低減方法であって、膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを膜モジュールの上流側に連結する循環流路を設けた状態で、薬剤を含む循環水を循環流路および膜モジュールに通過させて膜モジュールを順洗浄する、膜モジュールの差圧低減方法；水処理方法；水処理装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールの差圧低減方法であって、
前記膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを前記膜モジュールの上流側に連結する循環流路を設けた状態で、
薬剤を含む循環水を前記ろ過膜の上流側から下流側に向けて前記ろ過膜および前記循環流路に通過させて前記膜モジュールを洗浄する、膜モジュールの差圧低減方法。
【請求項２】
前記薬剤が酸、アルカリまたは洗浄剤である、請求項１に記載の膜モジュールの差圧低減方法。
【請求項３】
前記膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含み、
前記膜モジュールの下流側の流路を、前記循環流路以外の流路から前記循環流路に切り換える段階を有する、請求項１または２に記載の膜モジュールの差圧低減方法。
【請求項４】
被処理水を精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールに通過させて処理水を得て、前記膜モジュールを定期的に逆洗浄および／または薬剤洗浄する通常運転と；
請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜モジュールの差圧低減方法を含む、水処理方法。
【請求項５】
前記膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含み、
前記通常運転では前記膜モジュールの下流側の流路が前記循環流路以外の流路であり、
前記通常運転の後から前記膜モジュールの差圧低減方法までに、前記膜モジュールの下流側の流路を、前記循環流路以外の流路から前記循環流路に切り換える段階を有する、請求項４に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記循環水を前記膜モジュールに通過させる際のフラックスを、前記被処理水を前記膜モジュールに通過させる際のフラックスの１．２倍から１０．０倍にする、請求項４または５に記載の水処理方法。
【請求項７】
前記循環水として前記通常運転で得られた前記処理水を用いる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の水処理方法。
【請求項８】
被処理水を通過させて処理水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方を備える膜モジュールと、
被処理水を前記膜モジュールに送る被処理水用ポンプと、
前記膜モジュールの下流側の流路に位置する分岐部を含み、
前記分岐部の出口の少なくとも一つが前記処理水を排出でき、
前記分岐部の出口の少なくとも一つが前記膜モジュールの上流への循環流路に連結して循環水を循環でき、
前記循環水への薬剤添加手段を備える、水処理装置。
【請求項９】
前記分岐部の上流に前記処理水を送水する処理水用ポンプを備える、請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記被処理水を貯留できる被処理水槽を備える、請求項８または９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記処理水を貯留できる処理水槽を備える、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記分岐部が三方弁である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記循環流路へ連結する側の前記分岐部の出口が循環水用ポンプを備える、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜モジュールの差圧低減方法、水処理方法および水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、上水処理システム、下水処理システム、工業用水処理システム、排水処理システム、海水淡水化システムなどの各種類の水処理システムにおいて被処理水中の汚濁物質を分離除去する方法として、膜モジュールによるろ過を用いた水処理方法が知られている。
膜ろ過を用いた水処理方法では、ろ過の継続に伴い、被処理水中の汚濁物質等がろ過膜に付着してろ過膜の目詰まり（ファウリング）が生じ、ろ過膜の差圧が上昇（ろ過性能が低下）する。そのため、定期的にろ過膜を逆洗浄（ろ過膜のろ過時の下流から上流に通水しながら洗浄すること）したり、薬剤洗浄したりして目詰まりを解消する必要がある。
膜モジュールの洗浄方法として、さまざまな逆洗浄、薬剤洗浄、順洗浄（ろ過膜のろ過時の上流から下流に通水しながら洗浄すること）の方法が知られている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１には、ろ過膜により一次側と二次側とに仕切られ、一次側に供給された被処理水をろ過膜でろ過してろ過水を二次側へ透過させる膜ろ過ユニットと、膜ろ過ユニットの一次側に逆洗水排出弁を介して接続された逆洗水排出ラインと、逆洗ポンプを介して膜ろ過ユニットの二次側および逆洗水槽を接続する逆洗水供給ラインと、を備える膜ろ過装置を逆洗する方法であって、逆洗水排出弁を閉じ、逆洗ポンプを作動させて、ろ過膜にかかる圧力を所定圧力に高める逆洗準備工程と、逆洗準備工程でろ過膜にかかる圧力が所定圧力となった後に、逆洗水排出弁を開いて、膜ろ過ユニットの二次側から一次側に逆洗水を流す逆洗工程と、を含む膜ろ過装置の逆洗方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、スケール成分を含有する原水を処理した槽外型膜モジュールを洗浄する方法において、逆洗を行うことなく洗浄薬液を膜の２次側の面に沿って流すことにより膜の２次側のみを洗浄する第１の洗浄工程と、該第１の洗浄工程後に膜を逆洗する第２の洗浄工程とを有する膜モジュールの洗浄方法が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、運転によって汚染および劣化し、阻止性能が低下した分離膜を、酸またはアルカリまたは両方で洗浄後、ポリフェノールを含む有機物質を含む水を加圧通水し、分離膜の阻止性能を回復させる、分離膜の性能回復方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８３３２０号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２９１４６号公報
【特許文献３】特開２００６−２２４０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２は、薬剤を添加した水を用いてろ過膜を逆洗浄する方法であった。
特許文献３は薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄する方法であった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できる膜モジュールの差圧低減方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを膜モジュールの上流側に連結する循環流路を設けた状態で、薬剤を含む循環水を循環流路および膜モジュールに通過させて膜モジュールを洗浄することにより、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
具体的には、本発明および本発明の好ましい態様の構成は以下のとおりである。
［１］  精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールの差圧低減方法であって、
膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを膜モジュールの上流側に連結する循環流路を設けた状態で、
薬剤を含む循環水をろ過膜の上流側から下流側に向けてろ過膜および循環流路に通過させて膜モジュールを洗浄する、膜モジュールの差圧低減方法。
［２］  薬剤が酸およびアルカリのうち少なくとも一方である［１］に記載の膜モジュールの差圧低減方法。
［３］  膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含み、
膜モジュールの下流側の流路を、循環流路以外の流路から循環流路に切り換える段階を有する［１］または［２］に記載の膜モジュールの差圧低減方法。
［４］  被処理水を精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールに通過させて処理水を得て、膜モジュールを定期的に逆洗浄および／または薬剤洗浄する通常運転と；
［１］〜［３］のいずれか一つに記載の膜モジュールの差圧低減方法を含む、水処理方法。
［５］  膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含み、
通常運転では膜モジュールの下流側の流路が循環流路以外の流路であり、
通常運転の後から膜モジュールの差圧低減方法までに、膜モジュールの下流側の流路を、循環流路以外の流路から循環流路に切り換える段階を有する［４］に記載の水処理方法。
［６］  循環水を膜モジュールに通過させる際のフラックスを、被処理水を膜モジュールに通過させる際のフラックスの１．２倍から１０．０倍にする［４］または［５］に記載の水処理方法。
［７］  循環水として通常運転で得られた処理水を用いる［４］〜［６］のいずれか一つに記載の水処理方法。
［８］  被処理水を通過させて処理水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールと、
被処理水を膜モジュールに送る被処理水用ポンプと、
膜モジュールの下流側の流路に位置する分岐部を含み、
分岐部の出口の少なくとも一つが処理水を排出でき、
分岐部の出口の少なくとも一つが膜モジュールの上流への循環流路に連結して循環水を循環でき、
循環水への薬剤添加手段を備える、水処理装置。
［９］  分岐部の上流に処理水を送水する処理水用ポンプを備える［８］に記載の水処理装置。
［１０］  被処理水を貯留できる被処理水槽を備える［８］または［９］に記載の水処理装置。
［１１］  処理水を貯留できる処理水槽を備える［８］〜［１０］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［１２］  分岐部が三方弁である［８］〜［１１］のいずれか一つに記載の水処理装置。
［１３］  循環流路へ連結する側の分岐部の出口が循環水用ポンプを備える［８］〜［１１］のいずれか一つに記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できる膜モジュールの差圧低減方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の水処理装置の一例を表す断面概略図である。
【図２】図２は、本発明の水処理装置の他の一例を表す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１４】
［膜モジュールの差圧低減方法］
本発明の膜モジュールの差圧低減方法は、精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールの差圧低減方法であって、膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを膜モジュールの上流側に連結する循環流路を設けた状態で、薬剤を含む循環水をろ過膜の上流側から下流側に向けてろ過膜および循環流路に通過させて膜モジュールを洗浄する。
この構成により、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できる。特に、従来の通常運転時に行われていた薬剤を用いる物理洗浄では低減できなかった差圧を下げることができ、膜モジュール（ハウジング）内で効果的な物理洗浄ができる。いかなる理論に拘泥するものでもないが、細孔が連なったろ過膜の表面に付着した汚れは従来の通常運転時に行われていた薬剤を用いる物理洗浄で取り除くことができる。一方、ろ過膜の細孔の内部に詰まった汚れは、従来の通常運転時に行われていた薬剤を用いる物理洗浄で取り除くことができず、差圧が十分に低減できない。これに対し、本発明の膜モジュールの差圧低減方法によれば、ろ過膜の細孔の内部に詰まった汚れも取り除くことができ、差圧を十分に低減できる。
本発明の好ましい態様では、洗浄頻度を少なくでき、薬剤の使用量を抑制できる。
本発明では、逆洗浄をしてもしなくてもよいが、逆洗浄をしない場合は逆洗ポンプが不要となり、設備費用を抑制できる。
本発明の好ましい態様では、循環流路（循環洗浄ライン）を設けて循環水を膜モジュールの上流に返送することにより、ドレン排水量を抑制できる。
本発明の好ましい態様では、膜モジュールの差圧を低減できた結果、フラックスを効率よく回復できることが好ましい。
以下、本発明の好ましい態様を説明する。
【００１５】
＜ろ過膜＞
ろ過膜は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）または限外ろ過膜（ＵＦ膜）である。
ろ過膜の形態は中空糸や平膜を挙げることができ、中空糸であることが好ましい。
中空糸としては外圧型（外側から内側に被処理水が入り、内側の処理水が末端から排出される方式；デッドエンド方式）や内圧型（クロスフロー方式）を挙げることができ、省エネの観点から外圧型であることが好ましい。
限外ろ過膜または精密ろ過膜を採用することで、後述する通常運転において大腸菌などの細菌類を被処理水から完全に除去し、無菌水である処理水を得ることが出来る。処理水はナノろ過膜（ＮＦ膜）もしくは逆浸透膜（ＲＯ膜）でそのまま処理することが可能であり、容易に脱塩水が得られる。
ろ過膜は、限外ろ過膜であることが好ましい。限外ろ過膜としては特に制限は無く、公知の限外ろ過膜などを用いることができる。限外ろ過膜としては市販のものを用いてもよい。例えば、王子エンジニアリング株式会社製、ＯＪＩ−ＭＥＭＢＲＡＮＥ（登録商標）などを好ましく用いることができる。
限外ろ過膜は、孔径の下限値が０．００１μｍ以上であることが好ましく、０．０５μｍ以上であることがより好ましく、０．０１μｍ以上であることが特に好ましい。孔径の上限値が０．０５μｍ以下であることが好ましく、０．０４μｍ以下であることがより好ましく、０．０３μｍ以下であることが特に好ましい。
ろ過膜の材質は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や酢酸セルロース（ＣＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などの有機高分子系や、セラミックなどの無機系の素材を使用することが出来る。
【００１６】
＜循環水＞
循環水は、薬剤を含む循環水である。
循環水は、ろ過膜を通過させる際に、通常運転時の被処理水（原水）よりも高いフラックスが得られる液体であることが好ましい。
本発明では、循環水として後述の通常運転で得られた処理水（膜ろ過水）を用いることが好ましい。循環流路に通常運転で得られた処理水を循環することによって、排水量を削減することができる。
【００１７】
（薬剤）
薬剤としては、特に制限はない。
本発明では、薬剤が酸、アルカリ、または洗浄剤であることが好ましい。
ろ過膜への汚れ（付着物）、すなわち被処理水が含む成分が鉱物である場合は酸であることが好ましい。酸としては、塩酸や硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、EDTAなどを挙げることができ、硫酸が好ましい。通常運転において前処理として被処理水に対して硫酸バンド（硫酸アルミニウム）などの無機凝集剤を用いて凝集フロックを形成させる場合は、酸を用いて鉱物成分（マイナス帯電の汚物の表面にプラス帯電して覆っている）の付着汚れを溶解することにより、有効に差圧を低減できる。
ろ過膜への汚れ（付着物）、すなわち被処理水が含む成分が有機物である場合はアルカリであることが好ましい。また、薬剤は、限外ろ過膜への耐性を有する洗浄剤であることが好ましい。アルカリや限外ろ過膜への耐性を有する洗浄剤としては、次亜塩素酸またはその塩、水酸化ナトリウム、過酸化水素水などを挙げることができ、次亜塩素酸ナトリウムであることが好ましい。次亜塩素酸またはその塩を用いることにより、通常運転時の被処理水では流量（流速）またはフラックス（流束）が上がらないぐらい差圧が高くなった場合であっても、循環水の表面張力を低下させてろ過膜の細孔に剪断力がかかり、有効に差圧を低減できる。
【００１８】
＜循環流路＞
循環流路は、膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つを膜モジュールの上流側に連結する。
循環流路の具体的な構造については、水処理装置の説明で後述する。
【００１９】
（分岐部）
本発明では、膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含むことが好ましい。
本発明では、膜モジュールの下流側の流路を、循環流路以外の流路から循環流路に切り換える段階を有することが好ましい。
分岐部の具体的な構造については、水処理装置の説明で後述する。
【００２０】
＜洗浄＞
本発明では、薬剤を含む循環水をろ過膜の上流側から下流側に向けてろ過膜および循環流路に通過させて膜モジュールを洗浄する。
洗浄時間としては特に制限はないが、１〜６０分間であることが好ましく、３〜４０分間であることがより好ましく、３〜３０分間であることが特に好ましい。
【００２１】
［水処理方法］
本発明の水処理方法は、被処理水を精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールに通過させて処理水を得て、膜モジュールを定期的に逆洗浄および／または薬剤洗浄する通常運転と本発明の膜モジュールの差圧低減方法を含む。
【００２２】
＜通常運転＞
通常運転では、被処理水を精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールに通過させて処理水を得て、膜モジュールを定期的に逆洗浄および／または薬剤洗浄する。
【００２３】
（ろ過）
通常運転では、被処理水を精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールに通過させて処理水を得る。この段階をろ過と言うことがある。
【００２４】
−被処理水−
被処理水としては特に制限は無く、河川水や井水、湖沼水、高濁度の水などを用いることができる。上水処理、下水処理、飲料水製造、工業用水製造、排水高次処理、排水回収処理、海水淡水化など幅広いシステムにおいて本発明を適用できる。
被処理水の有機物濃度は特に制限はない。
被処理水の化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ；ＣＯＤ）は、過マンガン酸カリウムＣＯＤ測定法（ＣＯＤＭｎ）として、５００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、１００ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、２０ｍｇ／Ｌ以下であることが特に好ましい。ＣＯＤＭｎの下限値は特に制限はない。
【００２５】
−凝集剤−
被処理水には、凝集剤などを添加する前処理を行うことが好ましい。
凝集剤としては、無機凝集剤や有機凝集剤（例えば、高分子凝集剤）を挙げることができ、無機凝集剤が好ましい。
無機凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）および硫酸アルミニウム（硫酸バンド）などのアルミ系凝集剤、あるいは、ポリ鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄およびポリシリカ鉄の鉄系凝集剤であることが好ましく、アルミ系凝集剤であることがより好ましく、硫酸バンドであることが特に好ましい。無機凝集剤の添加量は特に制限はなく、適宜調整することができる。
【００２６】
−被処理水のフラックス−
本発明の水処理方法の通常運転のろ過において、被処理水を膜モジュールに通過させるフラックスは特に制限は無く、下限値が０．５ｍ／ｄａｙ以上であることが好ましく、１．０ｍ／ｄａｙ以上であることがより好ましく、１．５ｍ／ｄａｙ以上であることが特に好ましい。通常運転のろ過において、被処理水を膜モジュールに通過させるフラックスの上限値は、特に制限はなく、例えば８ｍ／ｄａｙ以下とすることが好ましく、１．８ｍ／ｄａｙ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
−被処理水の流量−
本発明の膜モジュールの差圧低減方法において、被処理水を膜モジュールに通過させる流量（流速）は特に制限は無く、下限値が０．５ｍ３／ｈ以上であることが好ましく、１．５ｍ３／ｈ以上であることがより好ましく、２．５ｍ３／ｈ以上であることが特に好ましい。通常運転のろ過において、被処理水を膜モジュールに通過させる流量の上限値は、特に制限はなく、例えば１３ｍ３／ｈ以下とすることが好ましく、３ｍ３／ｈ以下とすることがより好ましい。
【００２８】
（逆洗浄、薬剤洗浄）
通常運転では、膜モジュールを定期的に逆洗浄および／または薬剤洗浄する。逆洗浄または薬剤洗浄の一方でもよいが、逆洗浄および薬剤洗浄の両方を行うことが好ましい。逆洗浄装置としては特に制限は無く、公知の逆洗浄装置を用いることができる。
ろ過膜による水処理では、ろ過膜表面に懸濁物質のフロックや微生物の繁殖などによるファウリングの問題を潜在的に有する。
通常運転は、ろ過膜の逆洗浄を差圧が３〜７ｋＰａ上昇する度に１回行うことが好ましく、差圧が４〜６ｋＰａ上昇する度に１回行うことがより好ましく、差圧が５ｋＰａ上昇する度に１回行うことが特に好ましい。
通常運転は、ろ過膜の薬剤洗浄を、例えば次亜塩素酸ナトリウムを用いて、１時間から４８時間に１回実施することが望ましく、６時間から３６時間に１回実施することがさらに望ましく、１２時間から２４時間に１回実施することが最も望ましい。
【００２９】
＜循環流路に切り換える段階＞
本発明では、膜モジュールの下流側の流路が分岐部を含み、
通常運転では膜モジュールの下流側の流路が循環流路以外の流路であり、
通常運転の後から膜モジュールの差圧低減方法までに、膜モジュールの下流側の流路を、循環流路以外の流路から循環流路に切り換える段階を有することが好ましい。
通常運転の後から膜モジュールの差圧低減方法までの時間は、短いほど好ましい。本発明の好ましい態様において、循環水として通常運転で得られた処理水を用いる場合、通常運転の後から膜モジュールの差圧低減方法までの時間を短くすることができる。
循環流路以外の流路から循環流路に切り換える方法としては特に制限はなく、分岐部の形状に応じて切り換えることができる。
分岐部が三方弁などの弁を含む場合は、弁を適宜開閉して、循環流路に切り換えることができる。
分岐部が循環水用ポンプを備える場合は、循環水用ポンプを適宜運転開始して、循環流路に切り換えることができる。
【００３０】
＜循環水のフラックス＞
本発明では、循環水を膜モジュールに通過させる際のフラックスを、被処理水を膜モジュールに通過させる際のフラックスの１．０倍以上にすることが好ましく、１．２倍から１０．０倍にすることがより好ましく、１．５〜５倍にすることが特に好ましく、１．５〜３倍にすることがより特に好ましい。通常運転のろ過時よりも、膜モジュールの差圧低減方法において高いフラックスでろ過膜に通水することにより、ろ過膜の表面の付着物をより洗浄することができ、より差圧を低減できる。
本発明では、薬剤を含む循環水を循環させて順洗浄することにより、ろ過膜の細孔の内部に詰まった汚れを分解したり、剪断応力で閉塞物を除いたりすることができ、結果として通常運転時のフラックスよりも循環水を膜モジュールに通過させる際のフラックスを高められる。
また、膜モジュールの差圧低減方法において循環水の温度を一時的に高めて粘性を下げて、通常運転時のフラックスよりも循環水を膜モジュールに通過させる際のフラックスを高めてもよい。
その他、薬剤として界面活性剤を単独使用または他の薬剤と併用して、循環水の粘性を下げて、通常運転時のフラックスよりも循環水を膜モジュールに通過させる際のフラックスを高めてもよい。
膜モジュールの差圧低減方法において、循環水を膜モジュールに通過させるフラックスは特に制限は無く、下限値が１．８ｍ／ｄａｙ以上であることが好ましく、２．５ｍ／ｄａｙ以上であることがより好ましく、３．５ｍ／ｄａｙ以上であることが特に好ましい。循環水を膜モジュールに通過させるフラックスの上限値は、特に制限はなく、例えば１８ｍ／ｄａｙ以下とすることができ、９ｍ／ｄａｙ以下であることが好ましく、５．４ｍ／ｄａｙ以下であることがより好ましい。
【００３１】
＜循環水の流量＞
循環水のフラックスを制御する代わりに、循環水の流量を制御してもよい。循環水を膜モジュールに通過させる際の流量を、被処理水を膜モジュールに通過させる際の流量の１．０倍以上にすることが好ましく、１．２倍から１０．０倍にすることがより好ましく、１．５〜５倍にすることが特に好ましく、１．５〜３倍にすることがより特に好ましい。
膜モジュールの差圧低減方法において、循環水を膜モジュールに通過させる流量（流速）は特に制限は無く、下限値が３ｍ３／ｈ以上であることが好ましく、３．６ｍ３／ｈ以上であることがより好ましく、６ｍ３／ｈ以上であることが特に好ましい。循環水を膜モジュールに通過させる流量の上限値は、特に制限はなく、例えば３０ｍ３／ｈ以下とすることができ、１５ｍ３／ｈ以下であることが好ましく、９ｍ３／ｈ以下であることがより好ましい。
【００３２】
［水処理装置］
本発明の水処理装置は、被処理水を通過させて処理水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える膜モジュールと、
被処理水を膜モジュールに送る被処理水用ポンプと、
膜モジュールの下流側の流路に位置する分岐部を含み、
分岐部の出口の少なくとも一つが処理水を排出でき、
分岐部の出口の少なくとも一つが膜モジュールの上流への循環流路に連結して循環水を循環でき、
循環水への薬剤添加手段を備える。
【００３３】
＜水処理装置の構成＞
まず、図面を用いて水処理装置の構成を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の水処理装置の一例を表す断面概略図である。図１に示した水処理装置は、分岐部として設備を新設する場合の一例となる。
図１に示した水処理装置では、通常運転において、排出弁３１および被処理水弁３３を開とし、循環弁３２を閉とし、被処理水１を被処理水槽１１に導入する。被処理水１は、被処理水用ポンプ２１によって膜モジュール１２に送液され、膜ろ過されて処理水２として処理水槽１３に送液される。処理水２は、処理水用ポンプ２２によって排出弁３１から排出水５として水処理装置の外部に排出される。
図１に示した水処理装置では、膜モジュールの差圧低減方法において、排出弁３１および被処理水弁３３を閉とし、循環弁３２を開とし、処理水２を循環流路４１から被処理水槽１１に返送し、薬剤添加手段１４によって返送された処理水２に薬剤４を添加して循環水３とする。循環水３は、被処理水用ポンプ２１によって膜モジュール１２に送液され、ろ過膜を順洗浄し、処理水槽１３に送液され、再び循環流路４１から被処理水槽１１に返送されることを繰り返し、水処理装置内を循環する。
【００３５】
図２は、本発明の水処理装置の他の一例を表す断面概略図である。図２に示した水処理装置は、分岐部として既設の設備に循環水用ポンプを追加する場合の一例となる。
図２に示した水処理装置では、通常運転において、排出弁３１および被処理水弁３３を開とし、循環水用ポンプ２３の運転を休止し、被処理水１を被処理水槽１１に導入する。被処理水１は、被処理水用ポンプ２１によって膜モジュール１２に送液され、膜ろ過されて処理水２として処理水槽１３に送液される。処理水２は、処理水用ポンプ２２によって排出弁３１から排出水５として水処理装置の外部に排出される。
図２に示した水処理装置では、膜モジュールの差圧低減方法において、排出弁３１および被処理水弁３３を閉とし、循環水用ポンプ２３の運転を開始し、処理水２を循環流路４１から被処理水槽１１に返送する。被処理水槽１１内において、薬剤添加手段１４によって返送された処理水２に薬剤４を添加して循環水３とする。循環水３は、被処理水用ポンプ２１によって膜モジュール１２に送液され、ろ過膜を順洗浄し、処理水槽１３に送液され、再び循環流路４１から被処理水槽１１に返送されることを繰り返し、水処理装置内を循環する。
以下、本発明の水処理装置を構成の詳細について、好ましい態様を説明する。
【００３６】
＜被処理水槽＞
本発明の水処理装置は、被処理水を貯留できる被処理水槽を備えることが好ましい。
水処理装置は、被処理水槽内または被処理水槽よりも上流に、凝集剤などを添加する手段を備えることが好ましい。
【００３７】
＜被処理水用ポンプ＞
本発明の水処理装置は、被処理水を膜モジュールに送る被処理水用ポンプを備える。
被処理水用ポンプとしては特に制限はなく、公知のポンプを使用することができる。被処理水用ポンプは、流速（流量）をインバータ等により調整できることが好ましい。
【００３８】
＜膜モジュール＞
膜モジュールは、被処理水を通過させて処理水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜のうち少なくとも一方のろ過膜を備える。
膜モジュールの好ましい態様は、前述の膜モジュールの差圧低減方法に記載したとおりである。
【００３９】
＜処理水用ポンプ＞
本発明の水処理装置は、分岐部の上流に処理水を送水する処理水用ポンプを備えることが好ましい。処理水用ポンプとしては特に制限はなく、公知のポンプを使用することができる。
【００４０】
＜処理水槽＞
本発明の水処理装置は、処理水を貯留できる処理水槽を備えることが好ましい。
【００４１】
＜循環流路＞
循環流路は、分岐部の出口の少なくとも一つが膜モジュールの上流への循環流路に連結する。特に、膜モジュールの下流側の流路の少なくとも一つが膜モジュールの上流側に連結することが好ましい。
循環流路の配管としては、循環水を送液できるものであれば、特に制限はない。
循環流路が連結する膜モジュールの上流側としては特に制限はないが、被処理水槽であることが好ましい。
【００４２】
（分岐部）
本発明の水処理装置は、膜モジュールの下流側の流路に位置する分岐部を含む。
本発明の水処理装置は、分岐部の出口の少なくとも一つが処理水を排出でき、分岐部の出口の少なくとも一つが膜モジュールの上流への循環流路に連結して循環水を循環できる。
分岐部の出口の少なくとも一つが膜モジュールの上流への循環流路に連結して、処理水の少なくとも一部を循環水として返送できることが好ましい。
分岐部としては特に制限はなく、分岐させた配管、排出弁および循環弁の組合せや、排出弁および循環弁が一体化された三方弁であってもよく、循環水用ポンプであってもよい。
【００４３】
−三方弁−
本発明の水処理装置の第１の態様では、分岐部が三方弁であることが好ましい。三方弁としては特に制限はなく、公知の三方弁を使用することができる。三方弁は、排出弁および循環弁が一体化された弁であることが好ましい。排出弁および循環弁が一体化された三方弁は、排出弁および循環弁をそれぞれ独立に開閉できてもよく、連動して開閉できてもよい。
【００４４】
−循環水用ポンプ−
本発明の水処理装置の第２の態様では、循環流路へ連結する側の分岐部の出口が循環水用ポンプを備えることが好ましい。
循環水用ポンプを設置する場所としては特に制限は無く、例えば膜モジュールと処理水槽の間の配管中に設置してもよく、処理水槽内に設置してもよく、処理水槽の下流の配管中に設置してもよい。循環水用ポンプを処理水槽内に設置することが、設置面積省略の観点から好ましい。
循環水用ポンプとしては特に制限はなく、公知のポンプを使用することができる。循環水用ポンプを処理水槽内に設置する場合、循環水用ポンプは水中ポンプであることが設置面積削減の観点から好ましい。
【００４５】
＜循環水への薬剤添加手段＞
本発明の水処理装置は、循環水への薬剤添加手段を備える。
循環水への薬剤添加手段としては特に制限はなく、公知のものを用いることができる。
薬剤添加手段は、薬剤添加部の他に、撹拌部を有していてもよい。
循環水への薬剤添加手段の位置としては特に制限はなく、被処理水槽、処理水槽および循環流路ならびにそれらを連結する配管のいずれの位置でもよく、被処理水槽であることが好ましい。
【００４６】
＜その他の装置＞
水処理装置は、公知のその他の装置を備えていてもよい。
例えば、任意の場所にｐＨ調節装置を備えていてもよい。
例えば、任意の場所に温度調節装置を備えていてもよい。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４８】
［比較例１］
図１に示す構成の水処理装置を作製した。水処理装置では、排出弁３１および循環弁３２が一体化された三方弁を用いた。
【００４９】
被処理水として、有機物濃度はＣＯＤＭｎが２０ｍｇ／Ｌの池水を用いた。
被処理水槽の中で、被処理水に対して、凝集剤として硫酸バンドおよび次亜塩素酸を所定の量ずつ添加して、凝集反応を行った。
【００５０】
＜通常運転＞
凝集反応を行った後の被処理水を、孔径０．０２μｍの限外ろ過膜を備える膜モジュールに導入し、被処理水用ポンプを調節して３．０ｍ３／ｈの流量（流速）で連続的に膜処理した。膜処理後に得られた処理水を処理水槽に導入した。循環弁３２を閉じて排出弁３１を開いた状態として、処理水を処理水用ポンプで連続的に送液し、排出水として水処理装置の外部に排出した。差圧上昇幅が５ｋＰａを超える段階ごとに逆洗浄を行った。さらに、１日あたり１回の次亜塩素酸ナトリウム溶液洗浄を行った。
通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表１に記載した。
比較例１の通常運転では、限外ろ過膜の差圧の最大値が４１ｋＰａ程度に上昇した。
【００５１】
［実施例１］
＜通常運転＞
比較例１と同様にして、限外ろ過膜の差圧の最大値が４１ｋＰａ程度になるまで、３．０ｍ３／ｈの流量（流速）で通常運転を行った。
【００５２】
＜膜モジュールの差圧低減方法＞
限外ろ過膜の差圧の最大値が４１ｋＰａ程度に上昇したところで、被処理水弁３３を閉じて被処理水の流入を止めて、排出弁３１を閉じて循環弁３２を開いた状態として処理水を循環水３として循環させ、薬剤添加手段１４から薬剤４として次亜塩素酸ナトリウム溶液を所定の濃度となるように循環水３に添加し、被処理水用ポンプを調節して３．０ｍ３／ｈの流量（流速）で連続的に３０分間ろ過および循環をさせて、順洗浄を行った。
なお、流量は、下流側に設置した電磁流量計によって測定した。
また、フラックスを一日当たりの流量を膜面積で除することで計算し、下記表１に記載した。
【００５３】
＜膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転＞
その後、被処理水弁３３を開いて被処理水の流入を再開し、循環弁３２を閉じて排出弁３１を開いた状態として３．０ｍ３／ｈの流量（流速）の通常運転に戻し、差圧上昇幅が５ｋＰａを超える段階ごとに逆洗浄を行った。さらに、１日あたり１回の次亜塩素酸ナトリウム溶液洗浄を行った。
膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表１に記載した。
【００５４】
［実施例２］
実施例１において、膜モジュールの差圧低減方法における循環水の流量（流速）を３．０ｍ３／ｈから６．０ｍ３／ｈへと２倍にした以外は実施例１と同様にして、膜モジュールの差圧低減方法を行った。
その後、実施例１と同様にして通常運転に戻し、膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表１に記載した。
【００５５】
【表１】
2019147137.tif 000003
【００５６】
上記表１より、本発明の膜モジュールの差圧低減方法によれば、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できることがわかった。
実施例１では通常運転に続く３０分程度の膜モジュールの差圧低減方法によって、通常運転のみにおける差圧の最大値を４１ｋＰａから３８ｋＰａまで下げられ、差圧の最小値を３７ｋＰａから３４ｋＰａまで下げられることがわかった。
実施例２では通常運転に続く３０分程度の膜モジュールの差圧低減方法によって、通常運転のみにおける差圧の最大値を４１ｋＰａから３７ｋＰａまで下げられ、差圧の最小値を３７ｋＰａから３３ｋＰａまで下げられることがわかった。
実施例１および２を比べると、膜モジュールの流量（流速）の変化に起因する差圧の回復量の変化はあまり大きくなかった。次亜塩素酸ナトリウムは有機物分解に寄与するが、実施例１および２で用いた被処理水の有機物濃度ＣＯＤＭｎが２０ｍｇ／Ｌと低めだったためである。
さらに、処理水に薬剤を添加して循環させることにより、通常運転から膜モジュールの差圧低減方法へ移行する時間が非常に短く、処理水を無駄にせず、排水量を抑制でき、薬剤を無駄にせず再利用して３０分間もの薬剤による順洗浄ができることがわかった。
なお、比較例１、実施例１および２において、差圧の最大値が５０ｋＰａになるまで通常運転を行った後に、膜モジュールの差圧低減方法を始めた場合も、比較例１、実施例１および２の結果の傾向と変わらなかった。
また、比較例１、実施例１および２において、図１に記載の水処理装置の代わりに図２に記載の水処理装置を用いた場合も、比較例１、実施例１および２の結果の傾向と変わらなかった。
なお、比較例１において、薬剤添加手段から薬剤を循環水に添加しない以外は実施例１と同様にして膜モジュールの差圧低減方法を行う場合、差圧減少の効果がなく、ろ過膜の目詰まりが起こる問題が生じる。
【００５７】
［比較例１０１］
比較例１において、差圧の最大値が５２ｋＰａ程度となるまで通常運転（差圧上昇幅が５ｋＰａを超える段階ごとの逆洗浄と、１日あたり１回の次亜塩素酸ナトリウム溶液洗浄を含む）を続けた以外は比較例１と同様にして、通常運転を行った。
通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表２に記載した。
【００５８】
［実施例１０１］
＜通常運転＞
比較例１０１と同様にして、限外ろ過膜の差圧の最大値が５２ｋＰａ程度になるまで、３．０ｍ３／ｈの流量（流速）で通常運転を行った。
【００５９】
＜膜モジュールの差圧低減方法＞
限外ろ過膜の差圧の最大値が５２ｋＰａ程度に上昇したところで、被処理水弁３３を閉じて被処理水の流入を止めて、排出弁３１を閉じて循環弁３２を開いた状態として処理水を循環水３として循環させ、薬剤添加手段１４から薬剤４として硫酸溶液を所定の濃度となるように循環水３に添加し、被処理水用ポンプを調節して３．０ｍ３／ｈの流量（流速）で連続的に３０分間ろ過および循環をさせて、順洗浄を行った。
【００６０】
＜膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転＞
その後、被処理水弁３３を開いて被処理水の流入を再開し、循環弁３２を閉じて排出弁３１を開いた状態として３．０ｍ３／ｈの流量（流速）の通常運転に戻し、差圧上昇幅が５ｋＰａを超える段階ごとに逆洗浄を行った。さらに、１日あたり１回の次亜塩素酸ナトリウム溶液洗浄を行った。
膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表２に記載した。
【００６１】
［実施例１０２］
実施例１０１において、膜モジュールの差圧低減方法における循環水の流量（流速）を３．０ｍ３／ｈから６．０ｍ３／ｈへと２倍にした以外は実施例１０１と同様にして、膜モジュールの差圧低減方法を行った。
その後、実施例１０１と同様にして通常運転に戻し、膜モジュールの差圧低減方法後の通常運転において、連続的に限外ろ過膜の差圧を測定し、限外ろ過膜の差圧の最大値および差圧の最小値を測定した。得られた結果を下記表２に記載した。
【００６２】
【表２】
2019147137.tif 000004
【００６３】
上記表２より、本発明の膜モジュールの差圧低減方法によれば、薬剤を循環させてろ過膜を順洗浄でき、かつ、通常運転時の定期的な逆洗浄および薬剤洗浄よりも膜モジュールの差圧を回復できることがわかった。
実施例１０１では通常運転に続く３０分程度の膜モジュールの差圧低減方法によって、通常運転のみにおける差圧の最大値を５２ｋＰａから３８ｋＰａまで下げられ、差圧の最小値を４３ｋＰａから３４ｋＰａまで下げられることがわかった。
実施例１０２では通常運転に続く３０分程度の膜モジュールの差圧低減方法によって、通常運転のみにおける差圧の最大値を５２ｋＰａから３３ｋＰａまで下げられ、差圧の最小値を４３ｋＰａから３１ｋＰａまで下げられることがわかった。
実施例１０１および１０２を比べると、膜モジュールの流量（流速）を２倍に上げたことに起因して、限外ろ過膜の差圧をさらに５ｋＰａほど下げられたことがわかった。通常運転では前処理として被処理水に対して硫酸バンド（硫酸アルミニウム）を用いて凝集フロックを形成させており、実施例１０１および１０２では膜モジュールの差圧低減方法で硫酸を用いてアルミニウム成分（マイナス帯電の汚物の表面にプラス帯電して覆っている）の付着汚れを溶解している。膜モジュールの差圧低減方法で硫酸を用いた実施例１０１および１０２を比較した場合の方が、汚物が膜モジュール表面から落ちやすいため、実施例１および２を比較した場合よりも膜モジュールの流量（流速）を２倍に上げた効果が顕著となる。
さらに、処理水に薬剤を添加して循環させることにより、通常運転から膜モジュールの差圧低減方法へ移行する時間が非常に短く、処理水を無駄にせず、排水量を抑制でき、薬剤を無駄にせず再利用して３０分間もの薬剤による順洗浄ができることがわかった。
【符号の説明】
【００６４】
１    被処理水
２    処理水
３    循環水
４    薬剤
５    排出水
１１  被処理水槽
１２  膜モジュール
１３  処理水槽
１４  薬剤添加手段
２１  被処理水用ポンプ
２２  処理水用ポンプ
２３  循環水用ポンプ
３１  排出弁
３２  循環弁
３３  被処理水弁
４１  循環流路
４２  分岐部
【図１】
2019147137.tif 000005
【図２】
2019147137.tif 000006