(57)【要約】【課題】本発明は、河川水、湖沼水、地下水、貯水、下水二次処理水、工場排水、下水等を原水として濾過膜で濾過を続けていく際、または有価物の分離、或いは濃縮のために濾過膜で濾過を続けていく際に、効果的に洗浄を行い、高い濾過流束を維持することを目的とする。【解決手段】濾過膜の洗浄方法において、圧力発生装置により逆洗媒体に膜透過圧力を与えて濾過膜の濾液側に供給し、濾過膜の原水側に膜透過した逆洗媒体を噴出させて濾過膜の付着物を除去する逆洗において、逆洗媒体に与える膜透過圧力をパルス状に与えて逆洗を行うことを特徴とする膜洗浄方法。【選択図】　選択図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生装置により逆洗媒体に膜透過圧力を与えて濾過膜の濾液側に供給し、濾過膜の原水側に膜透過した逆洗媒体を噴出させて濾過膜の付着物を除去する濾過膜の逆洗方法において、逆洗媒体に与える膜透過圧力をパルス状に与えて逆洗を行うことを特徴とする膜洗浄方法。
【請求項２】
逆洗媒体が１種類以上の酸化剤を含む液体または気体であることを特徴とする請求項１記載の膜洗浄方法。
【請求項３】
濾過膜の原水側に気泡を導入して濾過膜を揺動させつつ行なうことを特徴とする請求項１記載の膜洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道や工業用水、その水源の河川水、湖沼水、地下水、貯水の濾過処理、下水二次処理水の濾過処理、下水、排水の濾過処理、あるいは有価物の分離または濃縮に用いられる濾過膜の洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の原水の濾過に用いられる濾過膜は、濾過精度に優れること、設置スペースが少なくて済むこと、運転管理が容易であることなどの理由から、各種の濾過装置に用いられている。しかし、濾過の継続に伴い原水中の除去対象物質が膜表面に付着し、孔を閉塞するため徐々に濾過性能が低下し、ついには濾過できなくなってしまう。そこで、濾過性能を維持するために、濾過方向とは逆方向に濾水側から濾水あるいは清澄水等の逆洗媒体を噴出させて膜の濾過面の付着物を除去する逆流洗浄（逆洗）が一般的に行われている。
【０００３】
また逆洗効果を高めるため、逆洗媒体に酸化作用のある次亜塩素酸ソーダを添加したり、特開平４−３１０２２０号公報に示されているように、オゾン水を用いて逆洗する方法や特開昭６０−５８２２２号公報に開示されているオゾン化加圧空気で逆洗する方法が知られている。さらには空気を濾過膜の原水側に気泡として導入する方法や、特開昭６３−４２７０３号公報に開示されているように、オゾン化空気を濾過膜の原水側に気泡として注入する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した次亜塩素酸ソーダを添加した逆洗水やオゾン水などの酸化剤を用いた逆洗方法、空気やオゾン化空気を濾過膜の原水側に気泡として導入する方法等は逆洗効果を高める上で有効であるが、原水の濁質等の条件によっては必ずしも十分安定な濾過流束が得られない。
膜表面の付着物を除去し高い濾過流束を維持するためには、逆洗時の圧力を高くしたり、逆洗時間を長くすることが有効である。しかし、これらは濾水あるいは清澄水を多く使用することになり、得られる濾水量の低下や高価な清澄水を使用することから、逆洗に要するコストを増加させることになる。また逆洗圧力を高くすると濾過膜やモジュール、配管に負荷を掛け、濾過寿命が短くなるだけでなくこれらの破裂、漏液をもたらす恐れがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、濾過膜の洗浄方法について鋭意検討した結果、以下の発明を完成するに至った。すなわち本発明は、
（１）圧力発生装置により逆洗媒体に膜透過圧力を与えて濾過膜の濾液側に供給し、濾過膜の原水側に膜透過した逆洗媒体を噴出させて濾過膜の付着物を除去する濾過膜の逆洗方法において、逆洗媒体に与える膜透過圧力をパルス状に与えて逆洗を行うことを特徴とする膜洗浄方法、（２）逆洗媒体が１種類以上の酸化剤を含む液体または気体であることを特徴とする（１）記載の膜洗浄方法、（３）濾過膜の原水側に気泡を導入して濾過膜を揺動させつつ行なうことを特徴とする（１）記載の膜洗浄方法である。
【０００６】
以下に本発明の詳細を述べる。
本発明の対象となる原水は、河川水、湖沼水、地下水、貯水、下水二次処理水、工場排水、あるいは下水などである。従来、上記の様な原水を膜で濾過すると、該原水中に含まれる懸濁物質や使用する膜の孔径以上の大きさの物質は膜で阻止され、いわゆる濃度分極やケーク層を形成すると同時に、膜を目詰まりさせたり、あるいは膜内部の網状組織に吸着される。その結果、原水を濾過した際の膜の濾過流束は、清澄水を濾過した際のそれに比べて数分の１から数十分の１にまで低下してしまい、また濾過の継続に従って濾過流束は徐々に低下していく。
これを防止し、膜濾過流束を維持するために、膜の濾過方向とは逆方向から濾水あるいは清澄水を噴出させて膜の濾過面の付着物を除去する逆洗が一般に用いられる。しかし、前述したように逆洗条件は濾過膜、モジュール、配管の耐久圧力、または濾水回収率の面からの制約で必ずしも十分な効果が得られていなかった。
【０００７】
本発明は濾過膜の洗浄方法として逆洗媒体に与える膜透過圧力をパルス状に与えて逆洗を行う方法である。膜透過圧力をパルス状に与えると濾過膜表面に堆積した付着物層に逆洗媒体を噴出させる事で歪み応力を繰り返し与えることができ、連続した一定の圧力を与える従来の場合に比べ効率よく付着物層を膜表面より剥離させることができる。しかも使用する逆洗媒体の量は連続的な一定の圧力を与える場合に比べ少なくて済むため濾液回収率の面でも有効である。
【０００８】
また本発明の逆洗媒体にパルス状に膜透過圧力を与えて逆洗を行う際に、逆洗媒体として次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン含有水、オゾンガスなどの酸化剤を少なくとも１つ以上を含む液体或いは気体を用いる方法、あるいは濾過膜の原水側から空気、オゾンガス等の気泡を導入して膜を揺動させる方法を併用すると一層の逆洗効果を得ることができる。酸化剤を添加した逆洗媒体による逆洗の効果が高い理由は酸化剤が逆洗中のパルス状の急激な圧力変化によって付着物の内部まで入れ換わり易くなり洗浄効果が高くなるものと考えられる。また本発明の逆洗中に原水側から空気、オゾンガス等の気泡を導入して膜を揺動させると逆洗効果が高い理由としては逆洗中のパルス状の急激な圧力変化のため濾過膜モジュールの２次側（濾過側）容積や気泡径が変化することにより大きな膜の振動を得ることができるためと考える。
【０００９】
以上のように、逆洗を行う際に逆洗媒体にパルス状にの圧力を与える方法、更には逆洗媒体として酸化剤を少なくとも１種類以上を含む液体または気体を用いる方法、あるいは同時に原水側から気泡を導入して膜を揺動させる、または両方を行う方法により効果的に膜付着物を効果的に除去することができる。これにより、濾過流束を高い状態に維持でき、ランニングコストを低減することができる。
【００１０】
本発明の逆洗媒体にパルス状に膜透過圧力を与えるとは図１または図２のごとく、逆洗工程中に逆洗媒体に、高い膜透過圧力をかけた状態（Ａ）と、これより低い膜透過圧力もしくは膜透過圧力をかけない状態（Ｂ）を複数回繰り返すことを意味する。（Ａ）の最高膜透過圧力は（Ｂ）の最低膜透過圧力の２倍以上が好ましく、さらに３倍以上がより好ましい。また、（Ａ）の最高膜透過圧力は濾過膜が著しい変形や破断に至らないように、膜破裂圧力より低いことが好ましい。
【００１１】
複数回繰り返す際の隣り合う（Ａ）と（Ａ）のずれ時間は０．１秒以上、３０秒以下、同じく隣り合う（Ｂ）と（Ｂ）のずれの時間は０．１秒以上、３０秒以下が好ましい。この時間内であれば（Ａ）、（Ｂ）各々の圧力は時間と共に変化してもよい。また複数回繰り返す（Ａ）、（Ｂ）ともに毎回同じ時間、同じ圧力である必要はない。
また、逆洗媒体に圧力を与える際には図１のごとく、瞬時に昇圧して与える方が洗浄効果が高いのでより望ましいが、図２のごとく与えても構わない。
【００１２】
逆洗工程の時間は、濾過流束の回復性と濾過水の回収率を勘案して適宜決めれよい。逆洗媒体は液体、気体いずれも用いることができるが、酸化剤を広範囲に添加できる点で液体の方が好ましい。
逆洗媒体に膜透過圧力を加えるための圧力発生装置としてはポンプ、コンプレッサーあるいは加圧気体容器等があり、パルス状の圧力を逆洗媒体に与える方法としては例えばポンプ、コンプレッサー等を断続的に動かす事が挙げられる。もしくは逆洗媒体を送液するポンプあるいは加圧気体を逆洗媒体に連続的に作用させておき、原水側もしくは濾水側の配管に設けた弁を断続的に開閉することで与えることができる。
【００１３】
本発明の濾過膜は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン；テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂；ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド等のスーパーエンジニアリングプラスチック；酢酸セルロース、エチルセルロース等のセルロース類；ポリアクリロニトリル；ポリビニルアルコールの単独及びこれらの混合物が挙げられる。
【００１４】
さらにオゾン等の強力な酸化剤を併用する場合は、セラミック等の無機膜、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）膜、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）膜、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）膜、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）膜等のフッ素系樹脂膜等の有機膜を適用することが出来る。特にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）膜を使用すれば好ましい。このような濾過膜のうち、その孔径領域がナノ濾過（ＮＦ）膜から精密濾過（ＭＦ）膜であるものが使用し得る。特に分画分子量が１００程度のＮＦ膜から平均孔径が１０μｍ以下のＭＦ膜が好ましい。
【００１５】
濾過膜の形状としては、中空糸状、ウェーブをつけた中空糸状、平膜状、プリーツ状、スパイラル状、チューブラー状など任意の形状を用いることができるが、単位体積当たりの膜面積が大きくとれる中空糸状がより好ましい。一般に、濾過は膜を収納したモジュールを用いて行われる。濾過方式としては、全量濾過方式でもクロスフロー濾過方式でもよい。加圧濾過方式あるいは陰圧濾過方式でもよい。また中空糸状膜の場合内圧濾過、外圧濾過のどちらでもよい。
【００１６】
逆洗媒体に含まれる酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素、オゾンが挙げられ、少なくともこれらを１種類以上逆洗媒体に含有させて逆洗を行う。逆洗媒体に含有させる酸化剤の濃度は次亜塩素酸ソーダ、二酸化塩素、過酸化水素は　０．０５ｍｇ／リットル以上５０重量％以下の濃度が好ましく、さらには０．１ｍｇ／リットル以上２０重量％以下が好ましく、さらには１０重量％以下が好ましい。　これ以下では、有機物の溶解が十分に進まないため、洗浄効果が十分に得られず、濃度が高すぎると洗浄効果は十分に得られるが、薬品代が高くなり経済的でない。逆洗媒体へのこれらの添加方法は、濾水タンクなどに直接投入しても良いし、あるいは水溶液として、濾水タンクから濾過膜に至る配管の途中でラインミキサーを用いて添加しても良い。
【００１７】
逆洗媒体が水の場合、逆洗水に含有させるオゾン濃度は０．０５ｍｇ／リットル以上、５０ｍｇ／リットル以下が好ましい。さらに好ましくは、０．１ｍｇ／リットル以上、１０ｍｇ／リットル以下が好ましい。オゾン濃度がこの範囲内であるとオゾンによる酸化が十分に進むため、洗浄効果が高い。また、オゾン濃度を過度に高くすることは、オゾン発生に関わる費用が上がり現実的ではない。逆洗水に添加するオゾンは、オゾン単体でもオゾン化空気でも良い。逆洗水へのオゾンの導入は、逆洗タンクの適宜位置に設けた散気管等を介して行えば良い。あるいは濾水タンクから濾過膜に到る配管の途中でエジェクター及びラインミキサーを用いて添加してもよいし、あるいはＵチューブ方式を用いることもできる。
【００１８】
オゾン発生方法として放電によるオゾン発生を行う場合、原料は空気でもよく、あるいは酸素でも良い。また、水の電気分解によってオゾンを発生する方法を用いてもよい。
濾過膜の原水側に気泡を導入する方法は（ａ）常に本発明の逆洗と同時に行うと洗浄効果が高いが、（ｂ）気泡の導入（同時に逆洗）に先立ち本発明の逆洗のみを行っても良い。あるいは（ｃ）気泡の導入（同時に逆洗）を行った後本発明の逆洗のみを行っても良い。さらに、（ｄ）原水を導入しながら気泡を導入し同時に本発明の逆洗を行っても良いし、さらには、（ａ）〜（ｄ）を交互に組み合わせても良い。
【００１９】
気泡の種類としては、空気またはオゾンガスが望ましい。気泡の導入量は、単位時間当たりの濾過流量の０．５〜２０倍の体積流量を供給するのが好ましく、１〜１０倍の体積流量であることがより好ましい。本発明は、上述のごとく構成したので、長期間にわたって高い膜濾過流束を維持することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を示す。
原水１として、濁度が５〜２０度、水温が１８〜２５℃の河川表流水を用いた。図３に示すように、原水１は循環タンク２を経て原水供給ポンプ３により膜モジュール４へ圧送され、得られた濾過水は逆洗タンクを兼用する濾水タンク５に貯められる。逆洗時に、濾水タンク５中の濾過水は逆洗ポンプ６により膜モジュール４へ送られ逆洗が行われるが、ここで逆洗ポンプ６から膜モジュール４へ至る配管の途中に酸化剤タンク７の酸化剤を、酸化剤送液ポンプ８により逆洗水に添加することができる。また、膜モジュール４に気泡を導入するエアーバブリングは、コンプレッサー１１で圧縮した空気を、膜モジュール４の原水側へ供給して行われる。パルス状の膜透過の圧力はタイマーより開閉する電磁弁１０を短時間に開閉を繰り返すことで逆洗媒体に与えることができる。
【００２１】
膜モジュール４は、特開平３−２１５５３５号公報に基づいて作製した内径が１．０ｍｍφ、外径が１．９ｍｍφ、平均孔径０．６μｍのＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製中空糸状精密濾過（ＭＦ）膜を１ｍ長、３インチ径のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）ケーシングに納めた外圧式モジュールである。当該モジュールの膜面積は４．７ｍ２　、モジュール濾過圧が５０ｋＰａの時の清澄水濾過流束は毎時５．０ｍ３である。
【００２２】
【実施例１】
濾過は膜モジュール４へ原水１を一定圧力で供給する定圧濾過とし、また、膜濾過水量と循環水量の比を５対１としたクロスフロー方式で行った。運転条件は、濾過を２０分間行った後、逆洗を３０秒間の繰り返しでを行った。この逆洗の際に電磁弁１０を１秒間開き、４秒間閉じる周期を６回繰り返してパルス状の膜透過圧力を逆洗水に与えた。電磁弁が開いた際の濾過膜側の最高膜透過圧力は１１０ＫＰａ、電磁弁が閉じた状態では０ＫＰａであった。この時の濾水回収率（得られた慮水量／濾過した原水量）は９８％であった。上記運転条件で３ヶ月間運転した後の膜濾過流量は、３．１ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２３】
【比較例１】
実施例１において、逆洗の際に電磁弁１０を常時開とし、一定の圧力で実施例１と同量の逆洗水を使って逆洗を行った以外は実施例１と同様に膜濾過運転を実施した。この時の濾水回収率は実施例１と同じく９８％であった。３ヶ月後の膜濾過流量は１．１ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２４】
【実施例２】
実施例１において、逆洗を３０秒間の繰り返しでを行う際に電磁弁１０を２．５秒間開き、１２．５秒間閉じる周期を２回繰り返してパルス状の膜透過圧力変化を逆洗水に与えた。電磁弁が開いた際の濾過膜側の最高膜透過圧力は１２０ＫＰａ、電磁弁が閉じた状態では０ＫＰａであった。この時の濾水回収率は実施例１と同じく９８％であった。上記運転条件で３ヶ月間運転した後の膜濾過流量は、３．０ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２５】
【実施例３】
実施例１において、逆洗を３０秒間の繰り返しで行う際に電磁弁１０を０．５秒間開き、２秒間閉じる周期を１２回繰り返してパルス状の膜透過圧力を逆洗水に与えた。電磁弁が開いた際の濾過膜側の最高膜透過圧力は１００ＫＰａ、電磁弁が閉じた状態では０ＫＰａであった。この時の濾水回収率は実施例１と同じく９８％であった。上記運転条件で３ヶ月間運転した後の膜濾過流量は、３．２ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２６】
【実施例４】
実施例１において、濾過を６０分間行った後、逆洗を１２０秒間の繰り返しを行った。この逆洗の際に電磁弁１０を２０秒間開き、２０秒間閉じる周期を３回繰り返してパルス状の膜透過圧力を逆洗水に与えた。電磁弁が開いた際の濾過膜側の最高膜透過圧力は９０ＫＰａ、電磁弁が閉じた状態では０ＫＰａであった。この時の濾水回収率（得られた慮水量／濾過した原水量）は９６％であった。上記運転条件で３ヶ月間運転した後の膜濾過流量は、２．８ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２７】
【比較例２】
実施例４において、逆洗の際に電磁弁１０を常時開とし、一定の圧力で実施例４と同量の逆洗水を使って逆洗を行った以外は実施例４と同様に膜濾過運転を実施した。この時の濾水回収率は実施例１と同じく９６％であった。３ヶ月後の膜濾過流量は０．９ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２８】
【実施例５】
実施例１において、逆洗水が５ｍｇ／リットル濃度の次亜塩素酸ソーダ水になるよう酸化剤送液ポンプ８より次亜塩素酸ソーダを注入した以外は実施例１と同様に膜濾過運転を実施した。この時の濾水回収率は実施例１と同じく９８％であった。３ヶ月後の膜濾過流量は３．６ｍ３／ｍ２／日であった。
【００２９】
【実施例６】
実施例１において、濾過を２０分間行った後、電磁弁１０を１秒間開き、４秒間閉じる周期を６回繰り返してパルス状の膜透過圧力を逆洗水に与える逆洗と同時にモジュール下部から毎時２Ｎｍ３の空気を濾過膜の原水側に導入してエアーバブリングを３０秒間行うという操作を繰り返した。３ヶ月後の膜濾過流量は３．５ｍ３／ｍ２／日であった。
【００３０】
【実施例７】
実施例１において、濾過を２０分間行った後、電磁弁１０を１秒間開き、４秒間閉じる周期を６回繰り返してパルス状の膜透過圧力を逆洗水に与える逆洗の際に逆洗水が５ｍｇ／リットル濃度の次亜塩素酸ソーダ水になるよう酸化剤送液ポンプ８より次亜塩素酸ソーダを注入し、さらにモジュール下部から毎時２Ｎｍ３の空気を濾過膜の原水側に導入してエアーバブリングを３０秒間行うという操作を繰り返した。３ヶ月後の膜濾過流量は４．５ｍ３／ｍ２／日であった。
【００３１】
【実施例８】
実施例６において、コンプレッサー９を空気源を用いたオゾン発生機につなぎ変えて実施例３の空気をオゾンガスに変えた以外は実施例３と同条件で膜濾過装置の運転を行った。この時のオゾンガス濃度は、２０ｇ／ｍ３であった。３ヶ月後の膜濾過流量は４．３ｍ３／ｍ２／日であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、効果的に洗浄を行う事ができ、この結果、長期間に亘って高い膜濾過流束を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明での逆洗媒体に与えるパルス状の膜透過圧力の一例を示す模式図。
【図２】本発明での逆洗媒体に与えるパルス状の膜透過圧力の別の例を示す模式図。
【図３】本発明の膜の洗浄方法を組み込んだ処理フローの一例を示したものである。
【図１】
2004073950.tif 000002
【図２】
2004073950.tif 000003
【図３】
2004073950.tif 000004