(57)【要約】【課題】逆洗水量を低減するとともに十分な濾過継続時間を確保し、回収率と運転稼動率の向上を図ることができる膜濾過装置の運転方法を提供する。【解決手段】運転サイクルとして本洗浄運転サイクルＳ１と簡略洗浄運転サイクルＳ０を設定し、本洗浄運転サイクルＳ１で所定濾過運転時間の濾過操作ａと本逆洗時間の洗浄操作ｂとを行い、本逆洗時間として分離固形物を完全に排出する洗浄に必要な時間を設定し、簡略洗浄運転サイクルＳ０として所定濾過運転時間の濾過操作ａと本逆洗時間より短い簡略逆洗時間の洗浄操作ｂとを行い、簡略逆洗時間として濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄に必要な時間を経験則により設定し、簡略洗浄運転サイクルＳ０を所定回数繰り返す毎に本洗浄運転サイクルＳ１を行う。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側から供給する被処理水を濾過膜により一次側に残留する分離固形物と二次側へ透過する処理水とに膜分離する膜濾過装置において、単位の運転サイクルとして一次側から二次側へ向けて被処理水を供給する濾過操作と、濾過操作後に二次側から一次側へ逆洗水を供給する洗浄操作とを行うものであって、
運転サイクルとして本洗浄運転サイクルと簡略洗浄運転サイクルを設定し、本洗浄運転サイクルで所定濾過運転時間の濾過操作と本逆洗時間の洗浄操作とを行い、本逆洗時間として分離固形物を完全に排出する洗浄に必要な時間を設定し、簡略洗浄運転サイクルとして所定濾過運転時間の濾過操作と本逆洗時間より短い簡略逆洗時間の洗浄操作とを行い、簡略逆洗時間として濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄に必要な時間を設定し、
簡略洗浄運転サイクルを所定回数繰り返す毎に本洗浄運転サイクルを行うことを特徴とする膜濾過装置の運転方法。
【請求項２】
本逆洗時間および簡略逆洗時間を、洗浄操作において洗浄排水とともに排出する分離固形物量の単位時間当たりの排出量を指標として設定することを特徴とする請求項１に記載の膜濾過装置の運転方法。
【請求項３】
本逆洗時間および簡略逆洗時間を、洗浄操作後の膜間差圧を指標として設定することを特徴とする請求項１に記載の膜濾過装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜濾過装置の運転方法に関し、上水（浄水）処理、下水・廃水処理等に用いられる膜濾過装置の洗浄技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の膜濾過装置をなす膜モジュールとしては、図４に示すものがある。膜モジュール１はケーシング２の内部に一対の膜エレメント３を備えている。ケーシング２は両端に膜エレメント３を出し入れするための膜エレメント装入口４を有し、両膜エレメント装入口４の外周縁にケーシング側フランジ５を設けている。
【０００３】
膜エレメント３は複数本の膜チューブ６と各膜チューブ６の基端部を集束固定して膜チューブ６を片持状に支持する円板形状の集束プレート７とで構成されており、膜チューブ６は多孔質のセラミック製のもので先端を閉塞した細い直管状をなしている。各膜チューブ６の基端側は集束プレート７に形成した複数の貫通孔に挿通し、各膜チューブ６の基端部の間に充填した接着材層で集束プレート７に水密に集束固定している。
【０００４】
ケーシング２の両端に着脱自在に取付けるキャップ１０は開口外周縁に設けたキャップ側フランジ１１をケーシング側フランジ５に複数のボルト１２とナット１３で締結しており、キャップ側フランジ１１とケーシング側フランジ５の間に集束プレート７の外周部を挟み込んでいる。集束プレート７とケーシング側フランジ５との間はパッキン１４によって水密にシールしており、集束プレート７とキャップ側フランジ１１との間はパッキン１５によって水密にシールしている。
【０００５】
ケーシング２には、両膜エレメント３の間に形成した空間１６に対応する位置に被処理水を供給する原水供給口１７と濃縮水排出口１８とを設けている。両キャップ１０には、外周上部に膜エレメント３で濾過された処理水（濾過処理流体の一例）を排出する処理水排出口１９を設け、外周下部にドレン排出口２０を設けている。
【０００６】
上記した構成では、濾過運転時に実線矢印で示すように原水供給口１７からケーシング２の空間１６へ被処理水を供給する。被処理水は各膜チューブ６の外側から内側へ透過する際に膜チューブ６で濾過された後に、処理水として膜チューブ６の内部流路を通り基端開口６ａからキャップ１０の内部に流出し、両処理水排出口１９から外部へ流れ出る。逆洗時には点線矢印で示すように逆洗水を両処理水排出口１９から供給する。逆洗水は各膜チューブ６の内側から外側へ透過し、各膜チューブ６を逆洗する。
【０００７】
図５に示すように、被処理水を膜チューブ６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３０もある。この場合には、原水供給口１７を両キャップ１０の外周下部に設け、処理水排出口１９をケーシング２の外周上部に設け、ドレン排出口２０をケーシング２の外周下部に設け、エア抜き口３１を両キャップ１０の外周上部に設けている。
【０００８】
上記した構成では、濾過運転時に両原水供給口１７からキャップ１０内に被処理水（実線矢印で示す）を供給する。被処理水は各膜チューブ６の基端開口６ａから内部流路へ流れ込み、各膜チューブ６の内側から外側へ透過する際に膜チューブ６で濾過された後、処理水として濾過処理水排出口１９から外部へ排出される。逆洗時には点線矢印で示したように逆洗水を処理水排出口１９から供給し、逆洗水が各膜チューブ６の外側から内側へ透過することで、各膜チューブ６を逆洗する。
【０００９】
本発明に係る先行技術としては、特許文献１〜２に開示するものがある。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３４３８４１号
【００１１】
【特許文献２】特開平７−３１３８５０号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成において、膜濾過装置は膜間差圧を一定にして濾過運転を行うと運転の継続に伴って膜面に付着する分離固形物に由来してフラックスが低下する。このため、膜間差圧を高めて所定のフラックスを維持する制御を行うが、調整可能な膜間差圧には限界がある。
【００１３】
このため、上述したように、膜濾過装置は膜面の汚染防止のために適当時間ごとに洗浄操作を行っており、例えば図２の（ａ）に示すように、所定濾過運転時間（例えば６０分）の濾過操作と所定逆洗時間（例えば７０秒）の洗浄操作を合わせて１つの運転サイクルＳを行い、洗浄操作によってフラックスの回復、所定フラックスを得るのに必要な膜間差圧の低減を図っている。また、適当回数の運転サイクルＳを繰り返す毎に薬液による逆洗を行っていた。
【００１４】
この膜濾過装置において運転サイクルＳを繰り返して膜間差圧が上限膜間差圧に達する時まで、もしくは洗浄操作によって低下する膜間差圧が回復限界膜間差圧に達する時までを濾過継続時間Ｌとすると、濾過継続時間Ｌが長いほどに濾過運転を停止して行うメンテナンスの頻度が少なくなり、所定期間における処理量が増加する。
【００１５】
ところで、膜濾過装置による処理水の回収率（％）を処理水量／被処理水量×１００で定義する場合に、実際に利用可能な処理水量は膜を透過した処理水量から逆洗に要した逆洗水量を減算した値となるので、逆洗時間を短くして逆洗水量を抑制することができれば回収率を増加させることができる。
【００１６】
しかし、運転サイクルＳにおける逆洗時間を本来必要とする所要時間より短くして、例えば図２（ｂ）に示すように、所定濾過運転時間（例えば６０分）の濾過操作と短縮した逆洗時間（例えば３５秒）の洗浄操作を合わせて１つの運転サイクルＳとする場合には、洗浄操作において逆洗時間の短縮に由来して完全な逆洗効果を得ることができないので、逆洗で払拭しきれずに膜面に残留する分離固形物の層の成長が早くなり、濾過継続時間Ｌが短くなってメンテナンス頻度が多くなる。このため、回収効率が高まる一方で運転稼動率が低下することにより所定期間における処理量が低下する問題があった。
【００１７】
本発明は上記した課題を解決するものであり、逆洗水量を低減するとともに十分な濾過継続時間を確保し、回収率と運転稼動率の向上を図ることができる膜濾過装置の運転方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の膜濾過装置の運転方法は、一次側から供給する被処理水を濾過膜により一次側に残留する分離固形物と二次側へ透過する処理水とに膜分離する膜濾過装置において、単位の運転サイクルとして一次側から二次側へ向けて被処理水を供給する濾過操作と、濾過操作後に二次側から一次側へ逆洗水を供給する洗浄操作とを行うものであって、
運転サイクルとして本洗浄運転サイクルと簡略洗浄運転サイクルを設定し、本洗浄運転サイクルで所定濾過運転時間の濾過操作と本逆洗時間の洗浄操作とを行い、本逆洗時間として分離固形物を完全に排出する洗浄に必要な時間を設定し、簡略洗浄運転サイクルとして所定濾過運転時間の濾過操作と本逆洗時間より短い簡略逆洗時間の洗浄操作とを行い、簡略逆洗時間として濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄に必要な時間を設定し、
簡略洗浄運転サイクルを所定回数繰り返す毎に本洗浄運転サイクルを行うものである。
【００１９】
請求項２に係る本発明の膜濾過装置の運転方法は、本逆洗時間および簡略逆洗時間を、洗浄操作において洗浄排水とともに排出する分離固形物量の単位時間当たりの排出量を指標として設定するものである。
【００２０】
請求項３に係る本発明の膜濾過装置の運転方法は、本逆洗時間および簡略逆洗時間を、洗浄操作後の膜間差圧を指標として設定するものである。
【００２１】
【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に基づいて説明する。本実施の形態における膜濾過装置は先に図５において説明した膜モジュールを使用するが、図４において説明した膜モジュールを使用することも可能である。
【００２２】
図１において、膜モジュール３０の原水供給口１７には原水バルブ４１を介して原水供給管路４２が連通しており、原水供給管路４２は原水ポンプ４３を介して原水槽４４に連通している。原水供給管路４２には原水供給口１７と原水バルブ４１との間において逆洗排水管路４５が排水バルブ４６を介して連通している。
【００２３】
処理水排出口１９には処理水バルブ４７を介して処理水管路４８が連通しており、処理水管路４８は処理水槽４９に連通している。処理水管路４８には処理水排出口１９と処理水バルブ４７との間において逆洗水管路５０が連通しており、逆洗水管路５０は逆洗バルブ５１および逆洗ポンプ５２を介して処理水槽４９に連通している。
【００２４】
ドレン排出口２０にはドレンバルブ５３を介してドレン管路５４が連通し、エア抜き口３１には空気バルブ５５を介して排気管路５６が連通している。
以下、上記した構成における作用を説明する。濾過操作時には、排水バルブ４６、逆洗バルブ５１、ドレンバルブ５３、空気バルブ５５を閉栓した状態で、原水バルブ４１、処理水バルブ４７を開栓し、原水ポンプ４３を駆動して原水槽４４の原水を被処理水として原水供給管路４２から原水供給口１７へ圧入し、原水供給口１７から一次側をなすキャップ１０の内部へ被処理水を供給する。被処理水に連行されてキャップ１０の内部に滞留する空気は空気バルブ５５の開栓によって排気管路５６を通して適宜に排気する。
【００２５】
原水は各膜チューブ６の内側から外側へ透過する際に膜チューブ６で濾過された後に、二次側をなすケーシング２の空間１６へ流出し、処理水排出口１９から外部へ流れ出て、処理水管路４８を通して処理水槽４９へ流入する。
【００２６】
洗浄操作時には、空気バルブ５５、ドレンバルブ５３、原水バルブ４１、処理水バルブ４７を閉栓した状態で、排水バルブ４６、逆洗バルブ５１を開栓し、逆洗ポンプ５２を駆動して処理水槽４９の処理水を逆洗水として逆洗水管路４５から処理水排出口１９へ圧入し、処理水排出口１９からケーシング２の内部へ逆洗水を供給する。
【００２７】
逆洗水は各膜チューブ６の外側から内側へ透過して各膜チューブ６を逆洗して後にキャップ１０の内部へ流入し、原水供給口１７から逆洗排水管路４５を通して外部へ流れ出る。
【００２８】
ところで、図３に示すように、洗浄操作において逆洗水とともに排出される単位時間当たりのＳＳ量（濾過操作時に膜面に付着した分離固形物）は逆洗開始時において最も多く、洗浄が進行するのに伴って低下する。逆洗に使用する逆洗水量は洗浄が進行するのに伴って増加する。
【００２９】
本発明者らは洗浄操作において必要十分な洗浄効果を得るためには所定時間（例えば７０秒）が必要であるが、この所定時間より短い時間（たとえば３５秒）の洗浄操作によっても濾過運転を再開するための必要最低限の洗浄効果を得ることができることに着目した。
【００３０】
このため、図２の（Ｃ）に示すように、膜モジュール３０の運転は単位の運転サイクルとして本洗浄運転サイクルＳ１と簡略洗浄運転サイクルＳ０を設定して行い、本洗浄運転サイクルＳ１と簡略洗浄運転サイクルＳ０において濾過操作ａと洗浄操作ｂとを行う。
【００３１】
本洗浄運転サイクルＳ１では所定濾過運転時間（例えば８０分）の濾過操作ａと本逆洗時間（例えば７０秒）の洗浄操作ｂとを行う。この本逆洗時間は分離固形物を完全に排出する洗浄に必要な時間であり、この本逆洗時間による洗浄操作によって濾過操作ａを再開するために必要十分な洗浄効果を得る。洗浄効果の判定は洗浄操作ｂにおいて洗浄排水とともに排出するＳＳ量の単位時間当たりの排出量を指標として経験則により行う。図３において７０秒の経過点として示すように、ＳＳ量が十分に低くなる状態を濾過操作を再開するための必要十分な洗浄効果と判断し、この洗浄効果を得るに必要な時間を本逆洗時間として設定する。
【００３２】
また、洗浄効果の判定は洗浄操作後の膜間差圧を指標として経験則により行うこともでき、洗浄操作後の膜間差圧が濾過運転の初期膜間差圧に近い値まで低下する状態を濾過操作を再開するための必要十分な洗浄効果と判断し、この洗浄効果を得るに必要な時間を本逆洗時間として設定する。
【００３３】
簡略洗浄運転サイクルＳ０では所定濾過運転時間（例えば８０分）の濾過操作ａと簡略逆洗時間（例えば３５秒）の洗浄操作ｂとを行う。簡略逆洗時間は濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄に必要な時間であり、この簡略逆洗時間による洗浄操作ｂによって濾過操作ａを再開するための必要最低限の洗浄効果を得る。
【００３４】
洗浄効果の判定は洗浄操作ｂにおいて洗浄排水とともに排出するＳＳ量の単位時間当たりの排出量を指標として経験則により行い、図３において３５秒の経過点として示すように、洗浄操作によって排出するＳＳの総量の少なくとも二分の一以上を排出した状態を濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄効果と判断し、この洗浄効果を得るに必要な時間を簡略逆洗時間として設定する。
【００３５】
また、洗浄効果の判定は洗浄操作後の膜間差圧を指標として経験則により行うこともでき、洗浄操作後の膜間差圧が少なくとも回復限界膜間差圧以下となる状態を濾過操作を再開するための必要最低限の洗浄効果と判断し、この洗浄効果を得るに必要な時間を簡略逆洗時間として設定する。回復限界膜間差圧は任意に設定可能であるが、ここでは簡略洗浄運転サイクルを繰り返した場合に、濾過操作の膜間差圧が上限膜間差圧に達した後に洗浄操作によって回復する膜間差圧とする。
【００３６】
上述した所定濾過運転時間は、濾過膜に付着する分離固形物量が本逆洗時間の洗浄操作によって完全に排出することが可能な最大量に達するまでの最長時間である。所定濾過運転時間と本逆洗時間との間には相関があり、本逆洗時間を短くすると所定濾過運転時間も短くなる。例えば本逆洗時間を３割短縮すると所定濾過運転時間は半分に短縮する必要があり、本逆洗時間、所定濾過運転時間は可能な限り長い時間に設定することが望ましい。しかし、逆洗に使用する逆洗水量は洗浄時間が長いほどに増加するので、装置全体の回収率が低くなる。
【００３７】
このため、濾過運転は簡略洗浄運転サイクルＳ０を所定回数繰り返す毎に本洗浄運転サイクルＳ１を行うものであり、目標回収率を達成し、かつ本逆洗時間において分離固形物を完全に排出可能な状態を、所定濾過運転時間、本逆洗時間、簡略逆洗時間、簡易逆洗回数の調整により決定する。
【００３８】
図２の（Ｃ）では便宜的に簡略洗浄運転サイクルＳ０の回数を省略して開示しており、本実施の形態では簡略洗浄運転サイクルＳ０を９回繰り返した後に１回の本洗浄運転サイクルＳ１を行う。
【００３９】
この濾過運転によって、洗浄操作において使用する洗浄水量を低減することで濾過運転における回収率を高めることができる。また、図２の（Ｃ）に示すように、濾過継続時間Ｌ、つまり簡略洗浄運転サイクルＳ０と本洗浄運転サイクルＳ１を繰り返し行って膜間差圧が上限膜間差圧に達する時まで、もしくは洗浄操作によって低下する膜間差圧が回復限界膜間差圧に達する時までの時間が長くなり、濾過運転を停止して行うメンテナンスの頻度が少なくなり、所定期間における処理量が増加する。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡略洗浄時間の洗浄操作を行う簡略洗浄運転サイクルを所定回数繰り返す毎に本洗浄時間の洗浄操作を行う本洗浄運転サイクルを行うことで、逆洗水量を低減するとともに十分な濾過継続時間を確保し、回収率と運転稼動率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における膜濾過装置の模式図である。
【図２】運転サイクルを示す説明図である。
【図３】洗浄操作において排出するＳＳ量と逆洗水量の変移を示すグラフ図である。
【図４】外圧式の膜濾過装置を示す断面図である。
【図５】内圧式の膜濾過装置を示す断面図である。
【符号の説明】
３０    膜モジュール
２    ケーシング
３    膜エレメント
４    膜エレメント装入口
５    ケーシング側フランジ
６    膜チューブ
７    集束プレート
１０    キャップ
１１    キャップ側フランジ
１２    ボルト
１３    ナット
１４    パッキン
１５    パッキン
１６    空間
１７    原水供給口
１８    濃縮水排出口
１９    処理水排出口
２０    ドレン排出口
３１    エア抜き口
４１    原水バルブ
４２    原水供給管路
４３    原水ポンプ
４４    原水槽
４５    逆洗排水管路
４６    排水バルブ
４７    処理水バルブ
４８    処理水管路
４９    処理水槽
５０    逆洗水管路
５１    逆洗バルブ
５２    逆洗ポンプ
５３    ドレンバルブ
５４    ドレン管路
５５    空気バルブ
５６    排気管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004298703.tif 000007