(57)【要約】【課題】浸漬型膜分離装置において濾過と逆洗を繰り返しながら運転を継続していくに際し、とくに逆洗水量や逆洗流束、濾過水量と逆洗水量との関係などの条件を最適化し、長期間にわたる安定運転を可能とする運転方法を提供する。【解決手段】被処理水を分離膜が浸漬された浸漬槽内に受け、分離膜による濾過を行うとともに、分離膜に対して前記濾過と逆洗とを繰り返して運転を継続するに際し、一回の逆洗に使用する逆洗水の水量を、分離膜を備えた膜モジュールの外形寸法より算出される膜モジュールの見掛けの体積の１〜６倍の範囲内とすることを特徴とする浸漬型膜分離装置の運転方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を分離膜が浸漬された浸漬槽内に受け、分離膜による濾過を行うとともに、分離膜に対して前記濾過と逆洗とを繰り返す浸漬型膜分離装置の運転方法において、一回の逆洗に使用する逆洗水の水量を、前記分離膜を備えた膜モジュールの外形寸法より算出される膜モジュールの見掛けの体積の１〜６倍の範囲内とすることを特徴とする浸漬型膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
逆洗時における分離膜での逆洗流束を、濾過時における濾過流束の０．５〜５倍の範囲内とする、請求項１の浸漬型膜分離装置の運転方法。
【請求項３】
逆洗に使用する逆洗水の総量を、濾過水総量の０．０１〜０．２倍の範囲内とする、請求項１または２の浸漬型膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸漬槽内に浸漬された分離膜による濾過水を処理水として得るようにした浸漬型膜分離装置の運転方法に関し、とくに、濾過と逆洗を繰り返して運転を継続していく際に、長期間安定して所定の性能を維持できるようにした装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密濾過膜や限外濾過膜などの膜エレメントを有する分離膜ユニットを槽水中に浸漬し、濾過水を得るようにした浸漬型膜分離装置に関しては多数の提案がなされている。この浸漬型膜分離装置においては、通常、濾過と逆洗を繰り返しながら、運転を継続するようにしているが、この逆洗方法についても多数の提案がなされている。
【０００３】
例えば特許文献１においては、逆洗方法について、多孔性濾過部材の内面から外面へ水および／または気体を強制透過させて洗浄する方法が提案されている。また、特許文献２においては、処理水タンクの内圧を利用して、浸漬型濾過膜に逆圧で送水して洗浄する方法が提案されている。また、特許文献３には、逆洗用に逆洗水管、逆洗ポンプおよび逆洗弁を備える旨記載されている。さらに、特許文献４には洗浄薬液をパルス状に通液する逆洗方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２２５８０５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１０−１５６３５８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平１１−２０７３３２号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開２００１−３８１６３号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような浸漬型膜分離装置の逆洗方法に関する各文献には、逆洗の流路や使用機器、洗浄に薬液を使用する旨等は記載されている。しかしながら、浸漬型膜分離装置を実際に運転するにあたり、安定運転に寄与する最も重要な要素は、逆洗方法の中でも逆洗水量、逆洗流束、濾過水量と逆洗水量との関係などであって、流路や使用機器の特殊性で膜分離装置の運転の改善がなされることは少ない。
【０００６】
そこで本発明の課題は、このような観点から、浸漬型膜分離装置において濾過と逆洗を繰り返しながら運転を継続していくに際し、とくに逆洗水量や逆洗流束、濾過水量と逆洗水量との関係などの条件を最適化し、長期間にわたる安定運転を可能ならしめる浸漬型膜分離装置の運転方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る浸漬型膜分離装置の運転方法は、被処理水を分離膜が浸漬された浸漬槽内に受け、分離膜による濾過を行うとともに、分離膜に対して前記濾過と逆洗とを繰り返す浸漬型膜分離装置の運転方法において、一回の逆洗に使用する逆洗水の水量を、前記分離膜を備えた膜モジュールの外形寸法より算出される膜モジュールの見掛けの体積の１〜６倍の範囲内とすることを特徴とする方法からなる。
【０００８】
ここで、分離膜を備えた膜モジュールの外形寸法より算出される膜モジュールの見掛けの体積とは、分離膜エレメントや分離膜モジュール全体の外形寸法より算出される体積のことであり、例えば、中空糸を束ねて円筒状とした膜モジュール（あるいはエレメント）であれば、中空糸束の円筒状の外形が外形寸法となり、算出される体積は中空糸束の円筒容積である。
【０００９】
上記本発明に係る運転方法においては、逆洗時における分離膜での逆洗流束を、濾過時における濾過流束の０．５〜５倍の範囲内とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る運転方法においては、逆洗に使用する逆洗水の総量を、濾過水総量の０．０１〜０．２倍の範囲内とすることが好ましい。
【００１１】
このような本発明に係る浸漬型膜分離装置の運転方法は、次のような考え方に基づいて完成された発明である。すなわち、分離膜の逆洗に濾過水を利用する際、その逆洗水量は逆洗が有効な範囲内において最も少量であることが、水回収率を考える上で有利となる。本発明者らは、分離膜の逆洗に有効である逆洗水量の限界値を求めるべく検討を繰り返し、一回の逆洗に使用する逆洗水の水量が分離膜を備えた膜モジュールの外形寸法より算出される体積の１〜６倍の範囲内であれば、有効に分離膜の逆洗を実施できるとともに、膜分離装置の安定運転を維持することができることを知見した。したがって、この範囲内に一回の逆洗に使用する逆洗水の水量を制御あるいは管理することにより、濾過と逆洗を繰り返す運転を、長期間にわたって安定に継続させることが可能となる。
【００１２】
また、分離膜の逆洗をする際には、分離膜表面に堆積付着した汚染物質をできるだけ多く分離膜面から剥離させる必要がある。本発明者らは、分離膜の濾過時の流束と逆洗時の流束に注目して検討を加えた結果、逆洗時における分離膜での逆洗流束が濾過時における濾過流束の０．５〜５倍の範囲内であれば、最も効率よく分離膜上の汚染物が分離膜面より剥離されることを知見した。したがって、この範囲内に制御あるいは管理することにより、さらに長期間にわたる安定運転が可能となる。
【００１３】
さらに、逆洗に使用する逆洗水の総量は、水回収率の観点からできるだけ少量とすることが望ましく、本発明者らは上述の知見に併せて膜分離装置の水回収率を向上するための検討を重ねた結果、逆洗に使用する総逆洗水量が、総膜濾過水量の０．０１〜０．２倍の範囲であれば、逆洗を伴う膜分離装置の安定運転維持に影響を与えないことを知見した。したがって、この範囲内に制御あるいは管理することにより、所望の処理水としての濾過水を得つつ、一層長期間にわたる安定運転が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る運転方法の実施に用いる浸漬型膜分離装置を示している。被処理水１は、浸漬槽２内に連続的に、または断続的に導入され、浸漬槽２内には、分離膜のモジュールが組み込まれた分離膜ユニット３が浸漬されており、この分離膜ユニット３により被処理水が濾過処理されるようになっている。また、浸漬槽２内の分離膜ユニット３の下方には、散気装置４が配置されており、ブロワ５から供給された気体（空気）が気泡状に散気されるようになっている。分離膜ユニット３からは、濾過水流量計６を介して、濾過水を吸引する吸引ポンプ７が接続されており、吸引ポンプ７によって汲み上げられた処理水としての濾過水は、処理水槽８に貯留される。分離膜ユニット３の膜モジュールの逆洗に使用する逆洗水には、本実施態様では、処理水槽８に貯留された処理水９の一部が使用され、逆洗ポンプ１０、逆洗水流量計１１を介して、浸漬槽２内の分離膜ユニット３に供給されるようになっている。逆洗に使用された水は、一旦、浸漬槽２内に放出され、その後、浸漬槽２の底部から、排水バルブ１２を介して排出できるようになっている。
【００１５】
このように構成された浸漬型膜分離装置を用いて、本発明に係る運転方法は、例えば次のように実施される。
濾過は任意に設定された濾過時間Ｔ１  で実施され、濾過時には被処理水１が浸漬槽２へ連続的に、または断続的に導入され、分離膜ユニット３を介して吸引ポンプ７で吸引され、濾過水流量計６で測定される一定流量ｖ１  で膜濾過水を得る。膜濾過水は処理水として処理水槽８に貯留される。
【００１６】
濾過時間Ｔ１  経過後には任意の設定時間Ｔ２  だけ逆洗を実施する。逆洗時には被処理水１の流入を停止したのち、逆洗ポンプ１０によって、処理水が濾過時とは逆方向に分離膜ユニット３へ導入される。逆洗排水は浸漬槽２内へ放出される。このときの逆洗水流量はｖ２  として設定され、逆洗水流量計１１で測定される。
【００１７】
濾過運転中には排水バルブ１２が任意に設定された時間間隔、または連続で開となり、浸漬槽２の底部から浸漬槽内水を任意量で排出する。
【００１８】
上記のような運転工程において、濾過と逆洗がそれぞれ所定時間ずつ繰り返されながら、所定の濾過処理が可能な期間にわたって運転が継続される。膜モジュールの外形寸法より算出される見掛けの体積をＶ、膜モジュールの一次側有効膜面積をＡとすれば、本発明に係る運転方法では、
Ｖ≦（ｖ２  ×Ｔ２  ）≦６Ｖ  （１）
となるように、ｖ２  とＴ２  とを設定する。これによって、逆洗後の安定濾過処理に必要な逆洗効果が得られ、濾過と逆洗を繰り返して運転を継続していくに際し、十分に長期間にわたって安定運転を行うことが可能となる。
【００１９】
また、本発明においては、上記式（１）を満たし、且つ、
０．５≦（（ｖ２  ÷Ａ）÷（ｖ１  ÷Ａ））≦５  （２）
となるように、ｖ２  とｖ１  とを設定することができる。ここでｖ２  ÷Ａは逆洗流束であり、ｖ１  ÷Ａは濾過流束である。これによって、濾過と逆洗を繰り返して運転を継続していくに際し、さらに十分に長期間にわたって安定運転を行うことが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明においては、上記式（１）、（２）を満たし、且つ、
０．０１≦（（Ｔ２  ×ｖ２  ）÷（Ｔ１  ×ｖ１  ））≦０．２  （３）
となるように、Ｔ２  、ｖ２  、Ｔ１  、ｖ１  を設定することができる。ここでＴ２  ×ｖ２  は逆洗水の総量であり、Ｔ１  ×ｖ１  は濾過水総量である。これによって、濾過と逆洗を繰り返して運転を継続していくに際し、必要最小限に近い逆洗水量にて目標とする逆洗を行うことができ、十分な量の濾過処理水を送り出すことができる。したがって、濾過処理水量の面からみて、さらに一層長期間にわたって安定運転を行うことが可能となる。
【００２１】
なお、上記図１に示した装置構成は本発明方法で使用する装置の実施形態の一例を示すものであって、本発明においては、その要旨を越えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２２】
また、膜モジュールの形状には、中空糸膜、管状膜、平膜などがあり、いずれの形状のものでも本発明に用いることができる。
【００２３】
濾過処理用分離膜の素材には、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸セルロース、セラミック、各種金属など、分離膜に用いられているあらゆる素材が使用可能である。
【００２４】
分離膜の分離孔径はその処理用途によって、様々なものが使用可能であるが、通常は分画分子量数万程度から分離孔径数μｍの分離膜が適用される。
【００２５】
本発明における被処理水としては、特に限定されるものではなく、河川水、湖沼水、地下水、工業用水、上水、生物処理水、各種排水に対して本発明を適用可能である。
【００２６】
膜分離装置の運転には、定流量濾過および定圧濾過があり、いずれの運転も採用可能であるが、定流量濾過運転が一般的である。
【００２７】
図１では膜モジュール単一の表示としたが、膜モジュール（あるいはエレメント）を複数連結する装置や、複数系列で用いる装置にも本発明の適用は可能である。
【００２８】
図１では膜モジュールからの濾過水をポンプ吸引にて行うよう図示したが、サイフォンやエゼクターなどを利用して吸引濾過する方法など、本発明の要旨を超えない限り、あらゆるものが適用可能である。
【００２９】
浸漬槽の底部形状は、図１では特別な形状を示していないが、効率的に排水、排泥可能な形状であれば、何ら限定されるものではない。
【００３０】
本発明における膜分離装置では凝集剤を使用することも可能であり、凝集薬品には、ポリ塩化アルミニウム、硫酸ばんど、塩化鉄、硫酸鉄などの無機凝集剤のほかに、アクリルアミド系などの有機高分子凝集剤も適用可能であり、さらには各種凝集補助剤や酸、アルカリなどのｐＨ調整薬品も添加薬品として使用可能である。
【００３１】
また、ブロアやコンプレッサ、散気板や散気管を用いて浸漬槽内に散気設備を設けることに加え、浸漬槽内に傾斜板、傾斜管などの傾斜装置を設けることも可能である。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施の形態で述べた、図１の装置と同一の装置を用いて、河川表流水より上水を得る目的で運転を実施した。
【００３３】
実施例１
膜モジュールには、ポリフッ化ビニリデン製中空糸ＭＦ（精密濾過）膜、公称孔径０．１μｍ、有効膜面積７ｍ２  （Ａ）を用いた。膜モジュールの外形寸法は、直径９５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ（円筒形）で、この外形寸法より算出される体積は、７Ｌ（Ｖ）である。なお、使用した浸漬槽は直径１００ｍｍ、高さ１５００ｍｍの円筒状のものである。
【００３４】
濾過は１４ｍ３  ／日（ｖ１  ）の定流量運転で行った。逆洗は濾過時間３０分（Ｔ１  ）に対して一回の間隔で流量７００Ｌ／ｈ（ｖ２  ）で６０秒間（Ｔ２  ）行った。
【００３５】
本実施例では、以下のように本発明の方法を満たしている。
〔Ｖ＝７Ｌ〕≦〔（ｖ２  ×Ｔ２  ）＝１１．７Ｌ〕≦〔６Ｖ＝４２Ｌ〕・・・前述の式（１）
０．５≦〔（（ｖ２  ÷Ａ）÷（ｖ１  ÷Ａ））＝１．２〕≦５・・・前述の式（２）
０．０１≦〔（（Ｔ２  ×ｖ２  ）÷（Ｔ１  ×ｖ１  ））＝０．０４〕≦０．２・・・前述の式（３）
これら各条件をまとめて表１に示した。
【００３６】
実施例２
表１に示すように、実施例１に比べ、１回の逆洗水量ｖ２  を２３０Ｌ／ｈとし、逆洗時間Ｔ２  を１８０秒とした。その他は実施例１と同じ条件とした。その結果、前述の式（１）と（３）は満たすが、式（２）のみ外れることとなった。
【００３７】
比較例
表１に示すように、実施例１に比べ、濾過時間Ｔ１  を１５分とし、逆洗時間Ｔ２  を３０秒とした。その他は実施例１と同じ条件とした。その結果、前述の式（２）と（３）は満たすが、式（１）のみ、本発明で規定した範囲から外れることとなった。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
図２に上記実施例１、２および比較例における分離膜の濾過吸引圧力（膜差圧）の経時変化を示す。
図２より、本発明の浸漬型膜分離装置の運転方法によれば、とくに実施例１では、約２００日の運転期間でも膜差圧の上昇は見られず、膜分離装置の安定運転が確保できることを確認できた。実施例２においても、実施例１よりは膜差圧の上昇は大きかったものの、比較例に比べればはるかに小さく、前述の式（１）を満たすことの効果を確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る浸漬型膜分離装置の運転方法によれば、分離膜と逆洗水量の関係として、分離膜の一回の逆洗に使用する逆洗水量が分離膜モジュールの外形寸法より算出される体積の１〜６倍の範囲になるように規定すれば、有効に分離膜の逆洗を実施できて、長期間にわたって膜分離装置の安定運転を維持することが可能となる。
【００４１】
また、濾過流束と逆洗流束の関係として、逆洗時における分離膜での逆洗流束が濾過時における濾過流束の０．５〜５倍の範囲であれば、より効率よく分離膜上の汚染物が分離膜面より剥離され、さらに長期間にわたって膜分離装置の安定運転を維持することが可能となる。
【００４２】
さらに、濾過水量と逆洗水量の関係として、逆洗に使用する総逆洗水量が、総膜濾過水量の０．０１〜０．２倍の範囲であれば、逆洗水量を十分に小さく抑えつつ、濾過、逆洗を繰り返す膜分離装置の安定運転維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る運転方法の実施に用いる浸漬型膜分離装置の概略機器系統図である。
【図２】実施例、比較例における運転結果を示す、運転日数と吸引圧力との関係図である。
【符号の説明】
１  被処理水
２  浸漬槽
３  分離膜ユニット
４  散気装置
５  ブロワ
６  濾過水流量計
７  吸引ポンプ
８  処理水槽
９  処理水
１０  逆洗ポンプ
１１  逆洗水流量計
１２  排水バルブ
【図１】
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【図２】
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