(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸型の濾過膜モジュールを用いて原水を濾過する濾過過程と、濾過膜モジュールを逆圧洗浄する逆洗過程を有し、前記逆洗過程において、濾過膜を薬液としての次亜塩素酸ナトリウム水溶液に浸漬する（但し、浸漬過程における薬液の注入量を、濾過膜モジュールの透過液出口における透過水中の薬剤濃度が３〜60mg／Ｌになるように制御する）浸漬洗浄を行う天然水の水浄化システムの連続運転方法であって、
濾過膜モジュールの膜材質が酢酸セルロースであり、
式（１）及び式（２）から求められる浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2が、0.7＜ｋ1＜4.0及び1.5＜ｋ2＜5.0になるように運転する水浄化システムの運転方法。
N=ｋ1ｔ（ｋ1=N／ｔ）    （１）
N=ｋ2／ｔ（ｋ2=Nｔ）    （２）
〔式中、Nは浸漬サイクル（回／日）、ｔは１回の浸漬時間（hr）、ｋ1、ｋ2は浸漬サイクル係数を示す。〕
【請求項２】
浸漬サイクル係数ｋ1が０．８＜ｋ1＜３．５であり、浸漬サイクル係数ｋ2が１．５＜ｋ2＜４．５である、請求項１記載の水浄化システムの連続運転方法。
【請求項３】
浸漬サイクル係数ｋ1が１＜ｋ1＜２．５であり、浸漬サイクル係数ｋ2が１．５＜ｋ2＜４である、請求項１記載の水浄化システムの連続運転方法。
【請求項４】
逆洗過程において、濾過膜の逆圧洗浄、薬液浸漬洗浄及び逆圧洗浄を１サイクルとして、１サイクル以上の処理をする、請求項１〜３のいずれか１項記載の水浄化システムの連続運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水浄化システムの連続運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離技術を適用する水浄化システムは、従来の凝集−沈澱−砂濾過−塩素滅菌工程を経る方法に代わる新たな技術として注目されており、例えば、分離膜を用いた水浄化システムとしてクロスフロー濾過が広く試行されている。クロスフロー濾過とは、分離膜の一方の膜面（原水供給側分離膜面）に原水を供給し、分離膜を透過した透過水を分離膜の他方の膜面（透過水側分離膜面）から回収する際、原水供給側分離膜面に平行に原水を流して濾過を行うことにより、分離膜表面に付着した原水に含まれていた濁質物質をその膜表面からはぎ取る効果を有する濾過方法をいう。しかし、クロスフロー濾過によっても、濾過時間の経過によって原水に含まれる濁質物質が分離膜表面に積層して、分離膜の目詰まりを生ずる。
【０００３】
この目詰まりは水浄化システムの運転中断の原因となるため、この目詰まりを解消あるいは予防するために、一般に逆圧洗浄（以下、「逆洗」と称す。）が行われており、分離膜の長期使用を可能とするため、原水濁度、透過水量、透過水圧等の各種変化量等に基づいて逆洗頻度、逆洗時間等を変化させる方法等が提案されている。
【０００４】
例えばクロスフロー濾過における逆洗としては、原水濁度に依存した定期的な逆洗が水道協会雑誌（Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．１１，１９−２６，１９９２）に記載され、特開平４−２４７２２６号公報には、水質と濾過量の変動により濾過量低下傾向時に膜の逆洗条件を変更させる方法が開示され、特開平５−３１７６６０号公報には、原水濁度の変動に応じて逆洗の頻度を調節し、分離膜を閉鎖させる危険を排除し、かつ用水の回収率を高めることができる方法が開示されている。
【０００５】
これらの方法は、原水側分離膜面に濁質物質が付着した場合には、その目詰まりによって原水供給側の原水圧が上昇するため、その上昇した圧力の数倍の圧力を逆洗圧として用い、濁質物質の剥離を実施しようとするものである。従って、分離膜には常に高圧が負荷されることとなり、分離膜の耐用年数が短縮される恐れがある。しかも、高圧負荷は分離膜のみならず、使用されるポンプにも及ぶ。
【０００６】
このため、逆洗効率の向上、ならびに高価な分離膜モジュールの使用条件を緩和し、かつ、各種水浄化システムに容易に対応できる逆洗方法の開発が求められている。特許文献１には、逆洗の直前又は直後に濾過過程の休止過程を設けること、殺菌剤を含む逆洗水を用いることが開示され、特許文献２には、逆洗処理工程、次亜塩素酸塩注入浸漬工程、硫酸注入浸漬工程を有し、浸漬洗浄時間が１０〜６０分である濾過膜の洗浄方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１９７０５３号公報
【特許文献２】特開２００５−８７８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の発明は、逆洗直後の休止工程が１〜１０時間であることが記載されているが、休止工程の回数については、実施例２において３０時間に１回であることが記載されているのみである。
【０００８】
特許文献２の発明は、次亜塩素酸塩濃度が１００〜５００ｍｇ／Ｌと高く、ｐＨ２〜４となるように硫酸を使用する方法であるため、高濃度の次亜塩素酸塩及び硫酸を含む廃水処理の問題がある。
【０００９】
本発明は、逆洗過程において、薬液に濾過膜を浸漬する浸漬洗浄を導入するとき、浸漬洗浄における処理条件を狭い範囲で特定することにより、濾過膜の損傷を抑制でき、濾過能力を飛躍的に回復できる水浄化システムの連続運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、課題の解決手段として、
中空糸型の濾過膜モジュールを用いて原水を濾過する濾過過程と、濾過膜モジュールを逆圧洗浄する逆洗過程を有し、前記逆洗過程において、濾過膜を薬液に浸漬する浸漬洗浄を行う水浄化システムの連続運転方法であって、
式（１）及び式（２）から求められる浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2が、0.7＜ｋ1＜4.0及び1.5＜ｋ2＜5.0になるように運転する水浄化システムの運転方法を提供する。
【００１１】
N=ｋ1ｔ（ｋ1=N／ｔ）    （１）
N=ｋ2／ｔ（ｋ2=Nｔ）    （２）
〔式中、Nは浸漬サイクル（回／日）、ｔは浸漬時間（hr）、ｋ1、ｋ2は浸漬サイクル係数を示す。〕
【発明の効果】
【００１２】
本発明の運転方法によれば、逆洗による洗浄効果が高いため、濾過膜モジュールの高い透水性能を長期にわたり維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２により、本発明の水浄化システムの運転方法を説明する。図１は、水浄化システムのフロー図、図２は、浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2の説明図である。
【００１４】
濾過運転時には、弁１０を開放し、透過水自動弁１３を開、洗浄水排出自動弁１４、逆洗自動弁１９は閉の状態で、原水を原水供給ポンプ１１により中空糸型の濾過膜モジュール１２に供給して濾過を行い、生成した透過水を透過水タンク１７に貯留する。なお、濾過膜モジュール１２を透過しない原水は、循環経路１６、原水供給ポンプ１１を経て、再び濾過膜モジュール１２に送られる。
【００１５】
原水は、例えば、地下水、雨水、河川水および湖沼水等の天然水を用いることができる。中空糸型の濾過膜モジュール１２の濾過膜の膜材質としては、親水性高分子材料である酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル重合体、ポリビニルアルコール等を用いることができ、特に本発明の逆洗効果が顕著に現れるため酢酸セルロースが好ましい。
【００１６】
濾過処理を継続して行くと、濾過膜が目詰まりして濾過能力が低下して行くため、逆洗過程を設けるが、本発明では、逆洗過程において濾過膜を薬液に浸漬する薬液浸漬洗浄を行う。このような逆洗過程は、濾過膜の逆洗（前段逆洗）、薬液浸漬洗浄及び逆洗（後段逆洗）を１サイクルとして、１サイクル又は２サイクル以上の処理をすることが好ましい。
【００１７】
前段逆洗では、原水供給ポンプ１１を停止し、逆洗自動弁１９、薬剤自動弁２５を開とし、逆洗水供給ポンプ１８及び薬剤供給ポンプ２２を作動させ、薬剤タンク２１内の殺菌剤（次亜塩素酸ナトリウム等）を透過水タンク１７の透過水に添加した逆洗水（必要に応じて水道水を併用してもよい）により、好ましくは流束３〜１６ｍ／日、より好ましくは流束６〜１２ｍ／日で、好ましくは６０〜１８０秒間、より好ましくは６０〜１２０秒間逆洗する。
【００１８】
その後の薬液浸漬洗浄では、原水供給ポンプ１１は停止したまま、逆洗水供給ポンプ１８及び薬剤供給ポンプ２２を停止し、逆洗自動弁１９、薬剤自動弁２５を閉とし、透過水生成及び逆洗を共に停止する。
【００１９】
次に、後段逆洗では、逆洗自動弁１９を開とし、逆洗水供給ポンプ１８により逆洗操作を行う。逆洗条件は、好ましくは流束３〜１６ｍ／日、より好ましくは流束６〜１２ｍ／日で、好ましくは６０〜１８０秒間、より好ましくは６０〜１２０秒間である。なお、後段逆洗においても、薬剤自動弁２５を開とし薬剤供給ポンプ２２により殺菌剤を逆洗水に含めてもよい。
【００２０】
薬液浸漬洗浄は、式（１）及び式（２）から求められる浸漬サイクル係数ｋ1が0.7＜ｋ1＜4.0、浸漬サイクル係数ｋ2が1.5＜ｋ2＜5.0の範囲内になるように行う。
【００２１】
N=ｋ1ｔ（ｋ1=N／ｔ）    （１）
N=ｋ2／ｔ（ｋ2=Nｔ）    （２）
〔式中、Nは浸漬サイクル（回／日）、ｔは浸漬時間（hr）、ｋ1、ｋ2は浸漬サイクル係数を示す〕。
【００２２】
式（１）から求められる浸漬サイクル係数ｋ1は、図２中の２本の直線により示され、式（２）から求められる浸漬サイクル係数ｋ２は、図２中の２本の曲線により示されるものである。よって、２本の直線と２本の曲線で囲まれた範囲が浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2で示される範囲となる。
【００２３】
浸漬サイクル係数ｋ1は、好ましくは０．８＜ｋ1＜３．５、より好ましくは１＜ｋ1＜２．５であり、浸漬サイクル係数ｋ2は、好ましくは１．５＜ｋ２＜４．５、より好ましくは１．５＜ｋ２＜４である。
【００２４】
このように、浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2が所定範囲になるように薬液浸漬洗浄をすることにより、逆洗時の圧力を緩和し、逆洗時間を短縮できるので、濾過膜に対する負荷が軽減され、膜寿命を延長することができる。
【００２５】
浸漬過程における薬液の注入量は、濾過膜モジュール１２の透過液出口における透過水中の薬剤濃度が３〜100mg／Ｌ、好ましくは５〜６０mg／Ｌになるように制御することが好ましい。浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2が所定範囲になるように薬液浸漬洗浄することにより、特許文献２の発明と比べると薬剤濃度を低くすることができるほか、硫酸等の強酸を使用する必要もない。
【実施例】
【００２６】
実施例１
図１に示す中空糸膜モジュールを含む水浄化システムを用いて、河川水のクロスフロー濾過による濾過運転を実施した。中空糸膜モジュールとして酢酸セルロース膜（有効膜面積１００m２、膜内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍ、分画分子量１５万）を用い、図１に示す膜濾過装置により揖保川河川水の内圧式濾過運転を行った。
【００２７】
まず、原水を原水供給ポンプ１１で濾過膜モジュール１２にモジュールの上下両端から送液し、全量濾過を行った。濾過運転は定流量濾過であり、流量は１５ｍ３／hr、濾過時間は５８分であった。濾過過程の終了後、逆洗過程に移行した。
【００２８】
逆洗過程は、前段逆洗、薬液浸漬洗浄、後段逆洗を１サイクルとして、１日に２サイクル設けた（ｔ=１、Ｎ=２）。なお、前段逆洗時には有効塩素濃度１０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウムを含む逆洗水を用いた。
【００２９】
前段逆洗では、洗浄水排出自動弁１４、逆洗自動弁１９を開として逆洗水供給ポンプ１８を作動させ、透過水タンク１７から透過水を逆洗水として濾過膜モジュール１２に１分間、４５ｍ３／hrの流量で供給した。この際、逆洗水には次亜塩素酸ナトリウムを有効塩素濃度が５ｍｇ／Ｌになるように注入したものを用いた。その後、薬液浸漬洗浄は表１に示す条件にて行い、後段逆洗は前段逆洗と同条件で行った。
【００３０】
上記の一連の操作は、自動弁を用いて周期的に行い、膜間差圧の経日変化を測定した結果、１００日間、膜間差圧は上昇することなく安定な運転が継続した。
【００３１】
実施例２
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においても、１００日間、安定運転を継続することができた。
【００３２】
実施例３
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においても、１００日間、安定運転を継続することができた。
【００３３】
比較例１
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においては、４０日経過後、膜間差圧が上昇した。
【００３４】
比較例２
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においては、４８日経過後、膜間差圧が上昇した。
【００３５】
比較例３
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においては、４０日経過後、膜間差圧が上昇した。
【００３６】
比較例４
実施例１と同じ中空糸膜モジュールを用い、表１に示す条件にて薬液浸漬洗浄を行った以外は、実施例１と同様の操作条件で洗浄を行った。この運転条件においては、４０日経過後、膜間差圧が上昇した。
【００３７】
【表１】
0004804097.tif 000002
表１及び図３における実施例１〜３と比較例１〜４の膜間差圧が上昇するまでの日数の対比から明らかなとおり、本発明の運転方法を適用することにより、濾過運転の継続による濾過膜の目詰まりが解消された結果、ファウリングが防止され、長期間、膜間差圧の上昇がなかった（即ち、高い透水性能を長期にわたり維持することができた）。このような結果は、薬液浸漬洗浄の条件を特定することにより、その後の逆洗（後段逆洗）によって効果的に汚染物質が剥離され、洗浄効果が上がったものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】水浄化システムのフロー図。
【図２】浸漬サイクル係数ｋ1及びｋ2の説明図。
【図３】実施例及び比較例における洗浄後の濾過運転状態の説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１０、２３ 逆止弁
１１、１８ ポンプ
１２ 中空糸膜モジュール
１３ 透過水自動弁
１４ 濃縮水排出自動弁
１７ 透過水タンク
１９ 逆洗自動弁
２１ 薬剤タンク
２２ 薬注ポンプ
２４ 薬剤注入経路
２５ 薬注自動弁
【図１】
0004804097.tif 000003
【図２】
0004804097.tif 000004
【図３】
0004804097.tif 000005