(57)【要約】【課題】低濁度の被処理水に対する膜濾過方法であって、濾過工程における凝集剤の添加量を減らすとともに、逆洗工程における逆洗効率の低下を防ぐ。【解決手段】膜モジュール２を逆洗した後、濾過開始時から所定時間だけ、被処理水に凝集剤を添加しながら被処理水を膜モジュール２で濾過し、所定時間経過後、被処理水に対する凝集剤の添加を停止し、この状態で引き続き被処理水を膜モジュール２で濾過し、濾過完了後、膜モジュール２の逆洗を行うことを繰り返す。上記のように被処理水を膜モジュール２で濾過する濾過工程において、被処理水に凝集剤を添加している時の供給用ポンプ３の回転速度を、凝集剤の添加を停止している時の供給用ポンプ３の回転速度よりも低下させる。【選択図】  図１
2004330034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を膜モジュールを用いて膜濾過する膜濾過方法であって、上記膜モジュールを逆洗した後、濾過開始時から所定時間だけ、被処理水に凝集剤を添加しながら被処理水を膜モジュールで濾過し、上記所定時間経過後、被処理水に対する凝集剤の添加を停止し、この状態で引き続き被処理水を膜モジュールで濾過し、上記濾過完了後、上記膜モジュールの逆洗を行うことを繰り返すことを特徴とする膜濾過方法。
【請求項２】
凝集剤は、被処理水を膜モジュールに供給する供給用ポンプの吸込側において被処理水に添加され、被処理水を膜モジュールで濾過する濾過工程において、被処理水に凝集剤を添加している時の上記供給用ポンプの回転速度を、被処理水に対して凝集剤の添加を停止している時の上記供給用ポンプの回転速度よりも低下させることを特徴とする請求項１記載の膜濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水（浄水）処理，下水・廃水処理，海水淡水化処理等において、比較的低濁度の被処理水を膜モジュールを用いて膜濾過する場合の膜濾過方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図９に示すように、膜濾過装置６５としては、例えば、被処理水をポンプ６６で膜モジュール６７へ供給し、膜モジュール６７で濾過するものがある。上記ポンプ６６の吸込側には、第１および第２反応槽６８，６９と循環槽７０とが上流から配置されている。尚、上記ポンプ６６としては、一般に、複数の羽根から成るインペラをモータで回転させる渦巻ポンプが用いられている。
【０００３】
これによると、被処理水は、第１および第２反応槽６８，６９においてそれぞれ凝集剤が添加されて凝集フロックが生成され、その後、循環槽７０からポンプ６６を経て膜モジュール６７へ供給され、膜モジュール６７で濾過される。上記のように凝集剤の作用で凝集フロックが生成されて、被処理水中の濁質の粒子径が増大し、膜モジュール６７のフラックスの低下が防止される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８０００８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来形式では、被処理水が伏流水や井水或いは清流水等の清澄で低濁度の原水であっても、濾過を行っている際、凝集剤を常時連続して添加するため、非常に不経済であるといった問題がある。これに対して、凝集剤を常時添加せずに濾過を行うと、凝集フロックが生成されないため、被処理水中の濁質の微小粒子が膜モジュール６７の濾過膜の膜面に目詰まりしてしまい、膜モジュール６７を逆洗しても、上記膜面が十分に洗浄されず、逆洗効率が低下するといった問題がある。
【０００６】
本発明は、凝集剤の添加量を減らすとともに、逆洗効率の低下を防ぐことが可能な膜濾過方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本第１発明は、被処理水を膜モジュールを用いて膜濾過する膜濾過方法であって、上記膜モジュールを逆洗した後、濾過開始時から所定時間だけ、被処理水に凝集剤を添加しながら被処理水を膜モジュールで濾過し、上記所定時間経過後、被処理水に対する凝集剤の添加を停止し、この状態で引き続き被処理水を膜モジュールで濾過し、上記濾過完了後、上記膜モジュールの逆洗を行うことを繰り返すものである。
【０００８】
これによると、濾過開始時から所定時間だけ、被処理水に凝集剤を添加しながら被処理水を膜モジュールで濾過することにより、被処理水中に生成された凝集フロックが膜モジュールの濾過膜の膜面に付着し、この膜面に凝集フロックの付着層が形成される。そして、上記所定時間経過後は被処理水に対する凝集剤の添加を停止した状態で濾過を継続することによって、被処理水中の濁質粒子が上記凝集フロックの付着層の表面に付着して捕捉される。これにより、被処理水中の濁質の微小粒子が上記膜面に目詰まりするのを防止することができる。したがって、凝集剤を常時連続して添加する場合に比べて、凝集剤の添加量が減り、経済的である。
【０００９】
上記のような濾過が完了した後、膜モジュールを逆洗する場合、上記濾過時において凝集フロックの付着層の形成により被処理水中の濁質の微小粒子が上記膜面に目詰まりするのを防止したため、逆洗時、上記凝集フロックの付着層が容易に上記膜面から剥離除去され、これにより、逆洗効率の低下を防ぐことができる。
【００１０】
また、本第２発明は、凝集剤は、被処理水を膜モジュールに供給する供給用ポンプの吸込側において被処理水に添加され、被処理水を膜モジュールで濾過する濾過工程において、被処理水に凝集剤を添加している時の上記供給用ポンプの回転速度を、被処理水に対して凝集剤の添加を停止している時の上記供給用ポンプの回転速度よりも低下させるものである。
【００１１】
これによると、濾過工程時、凝集剤の添加によって被処理水中に生成された凝集フロックが供給用ポンプを通過する際、供給用ポンプの回転速度が低下しているため、供給用ポンプの回転によって凝集フロックが破壊されるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、１は、被処理水を膜モジュール２を用いて膜濾過する膜濾過装置である。すなわち、被処理水を膜モジュール２に供給する供給用ポンプ３が設置され、この供給用ポンプ３の吸込側に混和槽４が設置されており、混和槽４内に注入された被処理水に凝集剤（ポリ塩化アルミニウム等）を添加する添加部５が設けられている。
【００１３】
上記供給用ポンプ３と混和槽４と膜モジュール２とは供給流路６によって接続されており、この供給流路６を開閉する供給用弁７が設けられている。また、上記膜モジュール２によって濾過された濾過処理水は下流側に設置された処理水槽８へ排出される。この処理水槽８と膜モジュール２とは排出流路９によって接続されており、この排出流路９を開閉する排出用弁１０が設けられている。
【００１４】
また、上記膜濾過装置１には、膜モジュール２を逆洗する逆洗装置１４が設けられている。この逆洗装置１４は、上記供給流路６から分岐して逆洗水を膜モジュール２の外部の排水槽１５に排出する逆洗用排出流路１６と、上記排出流路９に合流して逆洗水を膜モジュール２に供給する逆洗用供給流路１７と、上記処理水槽８内の濾過処理水を逆洗水として逆洗用供給流路１７から膜モジュール２に供給する逆洗用ポンプ１８とで構成されている。尚、上記逆洗用排出流路１６には逆洗排出用弁１９が設けられ、上記逆洗用供給流路１７には逆洗供給用弁２０が設けられている。
【００１５】
上記混和槽４には、被処理水と凝集剤とを攪拌混合させる混合機２２が設けられている。また、上記供給用ポンプ３としては、複数の羽根から成るインペラをモータ２３で回転させる渦巻ポンプが用いられている。尚、上記モータ２３はインバーター２４によって周波数制御され、これにより、モータ２３の回転速度（すなわち供給用ポンプ３のインペラの回転速度）が切換えられる。
【００１６】
図２，図３に示すように、上記膜モジュール２は、円筒状のケーシング３０の内部に複数（２個）の膜エレメント３１を備えたものである。上記膜エレメント３１は、先端を閉塞した直管状のセラミック製の複数本の膜チューブ３２（濾過膜）と、これら膜チューブ３２の基端部を集束固定して各膜チューブ３２を片持状に支持する集束プレート３３とで構成されている。
【００１７】
上記ケーシング３０の両端には、上記膜エレメント３１を出し入れする膜エレメント挿入口３４が形成され、さらに、膜エレメント３１の各膜チューブ３２の基端開口３２ａ側を覆うキャップ状の配水部材３５が着脱自在に取付けられている。上記両配水部材３５には、供給用ポンプ３から吐出され供給流路６を通って送られた被処理水をケーシング３０内に供給する原水供給口３６が設けられている。また、ケーシング３０には、濾過処理水を排出する濾過水排出口３７が設けられている。
【００１８】
以下、上記構成における作用を説明する。
被処理水は伏流水或いは井水や清流水等の極めて清澄な水道原水であり、このような低濁度の被処理水を膜濾過装置１で膜濾過して水道水とする。
【００１９】
すなわち、図１に示すように、濾過工程を行う場合は、供給用弁７と排出用弁１０とをそれぞれ開くとともに、逆洗排出用弁１９と逆洗供給用弁２０とをそれぞれ閉じ、逆洗用ポンプ１８を停止した状態で、供給用ポンプ３を駆動させる。これにより、被処理水は、混和槽４内から供給流路６を通り、図２の実線矢印で示すように、膜モジュール２の原水供給口３６から配水部材３５内に供給され、各膜チューブ３２の基端開口３２ａから内部流路３２ｂ（図３参照）へ流れ込み、各膜チューブ３２の内側から外側へ透過する際に濾過され、濾過処理水として濾過水排出口３７から排出流路９を流れて処理水槽８に排出される。
【００２０】
また、逆洗工程を行う場合は、供給用ポンプ３を停止し、供給用弁７と排出用弁１０とをそれぞれ閉じるとともに、逆洗排出用弁１９と逆洗供給用弁２０とをそれぞれ開き、逆洗用ポンプ１８を駆動させる。これにより、処理水槽８内の濾過処理水が、逆洗水として、図２の点線矢印で示すように、逆洗用供給流路１７から膜モジュール２の濾過水排出口３７を通ってケーシング３０内に供給され、各膜チューブ３２の外側から内側へ透過し、各膜チューブ３２の内部流路３２ｂを流れて基端開口３２ａから配水部材３５内へ流出し、原水供給口３６から逆洗用排出流路１６を通って排水槽１５に排出される。
【００２１】
次に、上記膜濾過装置１を用いた膜濾過方法を説明する。
上記のように逆洗工程を行って膜モジュール２を逆洗した後、上記濾過工程を行う。この際、図４に示すように、濾過開始時Ａから所定時間Ｂだけ、混和槽４内の被処理水に凝集剤を添加しながら被処理水を膜モジュール２で濾過することにより、図５に示すように、被処理水中に生成された凝集フロック３９が膜モジュール２の各膜チューブ３２の内周面に付着し、各膜チューブ３２の内周面に凝集フロック３９の付着層４０が形成される。
【００２２】
そして、図４に示すように、上記所定時間Ｂが経過した後、混和槽４内の被処理水への凝集剤の添加を停止し、この状態で引き続き被処理水を膜モジュール２で濾過することによって、被処理水中の濁質の粒子４１が上記凝集フロック３９の付着層４０の内周側に付着して捕捉される。これにより、被処理水中の濁質の微小粒子が膜チューブ３２の内周面に目詰まりするのを防止することができる。したがって、凝集剤を添加部５から常時連続して添加する場合に比べて、凝集剤の添加量が減り、経済的である。
【００２３】
上記濾過工程が完了した後、再び上記逆洗工程を行って膜モジュール２を逆洗する。この際、上記濾過工程において凝集フロック３９の付着層４０の形成により被処理水中の濁質の微小粒子が膜チューブ３２の内周面に目詰まりするのを防止し、逆洗時、上記凝集フロック３９の付着層４０が容易に膜チューブ３２の内周面から剥離除去され、これにより、逆洗効率の低下を防ぐことができる。尚、上記逆洗工程は、一定時間毎に若しくは膜モジュール２の膜間差圧が一定値まで上昇した時に行う。
【００２４】
また、上記のような濾過工程の際、インバーター２４によりモータ２３の回転速度を切換えることで、図４に示すように、濾過開始時Ａから所定時間Ｂ内における供給用ポンプ３の回転速度Ｒａを、上記所定時間Ｂが経過した後から濾過完了時Ｃまでにおける供給用ポンプ３の回転速度Ｒｂよりも低下させている。
【００２５】
これにより、被処理水に対して凝集剤を添加している時の供給用ポンプ３の回転速度Ｒａが被処理水に対して凝集剤の添加を停止している時の供給用ポンプ３の回転速度Ｒｂよりも低下する。したがって、凝集剤の添加によって被処理水中に生成された凝集フロック３９が供給用ポンプ３を通過する際、供給用ポンプ３の回転速度Ｒａが低下しているため、供給用ポンプ３の回転（すなわちインペラの回転）によって凝集フロック３９が破壊されるのを防止することができる。
【００２６】
上記第１の実施の形態では、供給用ポンプ３として渦巻ポンプを用いたが、他の形式のターボポンプ、例えば渦流ポンプ等を用いてもよい。
また、以下に説明する第２の実施の形態では、図６に示すように、供給用ポンプ３として、容積形ポンプの一種である一軸ねじポンプを用いている。すなわち、この供給ポンプ３は、ケーシング５１内でねじを有する１本のロータ５２を回転させ、被処理水を吸込口５３側から吐出口５４側へ押出すように構成されており、上記ロータ５２を回転させるモータ５５と、上記ロータ５２の回転速度を変える歯車式の変速機５６とを備えている。
【００２７】
これによると、濾過工程時、モータ５５を駆動させることによって、供給ポンプ３が回転駆動し、混和槽４内の被処理水が膜モジュール２へ供給されて濾過される。この際、供給ポンプ３として一軸ねじポンプを用いたため、被処理水は、回転する１本のロータ５２により、吸込口５３から吸い込まれ吐出口５４側へ押出され、吐出口５４から吐出される。このように、一軸ねじポンプを用いた場合、被処理水は主に押出作用によって移送されるため、渦巻ポンプや渦流ポンプを用いた場合に比べて、凝集フロック３９に作用するせん断力が小さくなる。したがって、ロータ５２の回転速度に関わらず、供給ポンプ３を通過する際に小さく破壊される凝集フロック３９の量を減らすことができる。これにより、濾過工程において、供給用ポンプ３の回転速度Ｒａの値を回転速度Ｒｂの値に近付けることができ、或いは、供給用ポンプ３を低い回転速度Ｒａに切換えることなく、濾過工程中、供給用ポンプ３を常に回転速度Ｒｂで作動させることも可能となる。
【００２８】
上記第１の実施の形態では、図２に示すように、濾過工程時、被処理水を膜チューブ３２の内側から外側へ透過させて濾過する内圧式の膜モジュール２を挙げたが、第３の実施の形態として、図７に示すように、被処理水を膜チューブ３２の外側から内側へ透過させて濾過する外圧式の膜モジュール６０を用いてもよい。
【００２９】
尚、上記外圧式の膜モジュール６０では、ケーシング３０の両端部に、配水部材３５と同一形状の集水部材６１が設けられ、各膜チューブ３２の基端開口３２ａが上記集水部材６１によって覆われている。また、原水供給口３６はケーシング３０に設けられ、濾過水排出口３７は両集水部材６１に設けられている。
【００３０】
これによると、図８に示すように、濾過工程時、被処理水は膜チューブ３２の外側から内側へ流れ、被処理水中に生成された凝集フロック３９が各膜チューブ３２の外周面に付着し、各膜チューブ３２の外周面に凝集フロック３９の付着層４０が形成される。また、逆洗工程時、逆洗水は膜チューブ３２の内側から外側へ流れる。
【００３１】
上記各実施の形態では、膜モジュール２に直管状の膜チューブ３２を備えているが、平膜状やモノリス状等の形状をした膜体を備えたものであってもよい。また、膜チューブ３２の材質はセラミック製に限定されるものではなく、酢酸セルロースやポリフッ化ビニリデン等の有機性材質などであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本第１発明では、被処理水中の濁質の微小粒子が膜モジュールの膜面に目詰まりするのを防止することができ、凝集剤を常時連続して添加する場合に比べて、凝集剤の添加量を減らすことができるため経済的である。また、逆洗時、凝集フロックの付着層が容易に膜モジュールの膜面から剥離除去されるため、逆洗効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、本第２発明では、濾過工程時、凝集剤の添加によって被処理水中に生成された凝集フロックが供給用ポンプを通過する際、供給用ポンプの回転速度が低下しているため、供給用ポンプの回転によって凝集フロックが破壊されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における膜濾過装置の構成を示す図である。
【図２】同、膜濾過装置の膜モジュールの断面図である。
【図３】同、膜濾過装置の膜モジュールの膜エレメントの断面図である。
【図４】同、膜濾過装置の運転時間と供給用ポンプの回転速度との関係を示すグラフである。
【図５】同、膜濾過装置の膜モジュールの膜チューブの拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における膜濾過装置の供給用ポンプの図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における膜濾過装置の膜モジュールの断面図である。
【図８】同、膜濾過装置の膜モジュールの膜チューブの拡大断面図である。
【図９】従来の膜濾過装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１    膜濾過装置
２，６０    膜モジュール
３    供給用ポンプ
Ａ    濾過開始時
Ｂ    所定時間
【図１】
2004330034.tif 000003
【図２】
2004330034.tif 000004
【図３】
2004330034.tif 000005
【図４】
2004330034.tif 000006
【図５】
2004330034.tif 000007
【図６】
2004330034.tif 000008
【図７】
2004330034.tif 000009
【図８】
2004330034.tif 000010
【図９】
2004330034.tif 000011