(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の少なくとも溶解性有機物又は濁質分を含む汚染物を除去して膜ろ過透過水を得るろ過膜と、ろ過膜の原水側に位置づけられている原水入口と、ろ過膜の透過水側に位置づけられている膜ろ過透過水出口と、ろ過膜モジュールの底部に設けられている洗浄水導入口と、ろ過膜モジュールの上部に設けられている洗浄排水出口と、を具備するろ過膜モジュールと、
膜ろ過後の透過水を逆洗浄水として当該ろ過膜モジュールのろ過膜の透過水側に返送する逆洗浄水ラインと、
微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜に沿って流すように、当該ろ過膜モジュールの洗浄水導入口に送液する微細気泡混入洗浄水導入管と、
直径１μｍ以下のナノバブル及び直径１μｍ〜５０μｍのマイクロバブルを混入させて、当該微細気泡混入洗浄水を生成する微細気泡発生装置と、
当該ろ過膜モジュールのろ過膜の以下の２つの洗浄工程：
（１）当該ろ過膜の透過水側から原水側へ、当該ろ過膜透過水を逆洗浄水として通水する逆洗浄工程；及び
（２）当該洗浄水導入口より当該ろ過膜の原水側に微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜に沿って流し、当該洗浄排水出口から排出する微細気泡洗浄工程
を同時に行う制御部と、を具備し、
当該ろ過膜モジュール底部に、ろ過モジュール内の微細気泡混入洗浄水中に粗大気泡を発生させるためのエア入口が設けられていることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
前記ろ過膜モジュールからの膜ろ過透過水から塩類を除去する逆浸透膜装置をさらに具備し、
前記逆洗浄水ラインは、当該逆浸透膜装置からの透過水を当該ろ過膜モジュールの透過水側に返送することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
前記ろ過膜モジュールからの膜ろ過透過水から塩類を除去する逆浸透膜装置をさらに具備し、
当該逆浸透膜装置からの透過水の一部を前記微細気泡発生装置に送液する透過水送水管を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記ろ過膜モジュールからの洗浄排水を前記微細気泡発生装置に送液する洗浄排水送液管をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記ろ過膜モジュールは、円筒状のモジュールであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水から濁質及び有機物を除去する膜ろ過装置及び当該膜ろ過装置に組み込まれているろ過膜の洗浄方法に関し、特に海水又は汽水を脱塩して淡水化する膜ろ過装置及びろ過膜洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水或いは汽水を脱塩して、工業用水或いは飲用水を得る場合の脱塩方法として、逆浸透膜（ＲＯ：reverse osmosis membrane）法、電気透析法又は電気式脱塩法、蒸発法などがあり広く知られている。これらの技術を採用する場合には、予め海水或いは汽水に含まれている濁質を除去する前処理が必要であり、凝集法、砂ろ過法、加圧浮上法、ＭＦ（micro filtration membrane）／ＵＦ（ultra filtration membrane）膜法などが単独又は併用して使用されていた。
【０００３】
昨今、海水或いは汽水に流入する都市下水などの影響により、濁質のみならず、液中に溶解している有機物が、ＲＯ膜法、電気透析法、電気式脱塩法、蒸発法の運転において、メンテナンス及びコストに大きな影響を与えることが顕在化してきた。特に、前述したＭＦ膜、ＵＦ膜、ＲＯ膜などの膜を用いる脱塩法では、膜表面に溶解している有機物や濁質が蓄積してファウリング（目詰まり、閉塞など）を引き起こし、膜流速の低下、逆洗頻度の増加、膜寿命の減少などが発生する問題があった。
【０００４】
そこで、近年、逆浸透膜（ＲＯ）装置の前段に、原水中の濁質分をろ過する前処理膜を有する前処理装置を設ける淡水化装置が提案されている。例えば、前処理膜として、限外濾過膜（ＵＦ）又は精密ろ過膜（ＭＦ）等の分離膜を用いることが記載されている（特許文献１）。しかし、この淡水化装置及びその洗浄方法においては、逆洗や淡水加熱を適用することによりスケール除去するものであるが、十分な洗浄ができず、また長期的、効率的に、安定してろ過膜を洗浄することは困難であった。
【０００５】
また、中空糸膜モジュールの洗浄方法において、ろ過水を膜のろ過水側から原水側へ通過させてろ過水側を洗浄する逆洗浄と、粒径１００μｍ以下の微細気泡を含む液体を原水側に導入し、膜の原水側表面の洗浄を行う微細気泡洗浄と、モジュール下部より膜の原水側に粗大気泡を導入して膜を揺動させて膜の原水側表面の洗浄を行うエアバブリングとを、この洗浄順序で行う洗浄方法が提案されている（特許文献２）。この中空糸膜モジュールの洗浄方法は、透過水側からの逆洗浄、原水側からの微細気泡洗浄、及び原水側からのエアバブリングを順次行う必要があり、操作が煩雑で手間と時間がかかり、洗浄効果には限界があった。
【０００６】
更に、ＵＦ又はＭＦ膜モジュールを用いた水浄化システムにおいて、原水が、ＵＦ又はＭＦ膜モジュールに流入される前に、超微細気泡を原水中に混合させつつ、膜ろ過を行う過方法が提案されている（特許文献３）。このＵＦ又はＭＦ膜モジュールを用いた水浄化システムでは、原水が濾過膜モジュールに流入する前に超微細気泡を原水中に混合させて膜濾過する方法であるが、超微細気泡発生装置は、環状スリットを有する特殊な装置であり、汎用の微細気泡発生装置を用いることはできず、定められた洗浄手順で行わなければならない、という制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０３１１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２５１１５７号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、長期的、効率的に、安定してろ過膜を稼働させることができる膜ろ過装置及びろ過膜洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００９】
特に、簡易な操作で、短時間で、良好な洗浄効果を発揮することができる上記膜ろ過装置及びろ過膜洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、ろ過膜の透過水側から原水側へろ過膜透過水を逆洗浄水として通水する逆洗浄工程と、ろ過膜の原水側に微細気泡を含む洗浄水を導入して上向流として流す微細気泡洗浄工程と、を同時に行うことで、ろ過膜の洗浄効率を向上させることができることを見出して本発明を完成するに至った。本発明の具体的態様は以下のとおりである。
［１］原水中の少なくとも溶解性有機物又は濁質分を含む汚染物を除去して膜ろ過透過水を得るろ過膜と、ろ過膜の原水側に位置づけられている原水入口と、ろ過膜の透過水側に位置づけられている膜ろ過透過水出口と、ろ過膜モジュールの底部に設けられている洗浄水導入口と、ろ過膜モジュールの上部に設けられている洗浄排水出口と、を具備するろ過膜モジュールの洗浄方法であって、
以下の２工程：
（１）当該ろ過膜の透過水側から原水側へ、当該ろ過膜透過水を逆洗浄水として通水する逆洗浄工程；及び
（２）当該洗浄水導入口より当該ろ過膜の原水側に微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜に沿って流し、当該洗浄排水出口から排出する微細気泡洗浄工程
を同時に行うことを特徴とする洗浄方法。
［２］前記（２）微細気泡洗浄工程に用いる微細気泡混入洗浄水として、前記ろ過膜モジュールの洗浄排水出口から排出される洗浄排水の少なくとも一部を再利用し、微細気泡を混入させてなる微細気泡混入洗浄排水を用いることを特徴とする、［１］に記載の洗浄方法。
［３］前記ろ過膜モジュールの下流側にさらに逆浸透膜モジュールを具備し、
前記（１）逆洗浄工程に用いる逆洗浄水として、前記ろ過膜透過水をさらに逆浸透膜モジュールに通水して塩類を除去した後の逆浸透膜透過水を用いることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の洗浄方法。
［４］前記ろ過膜モジュールの下流側にさらに逆浸透膜モジュールを具備し、
前記（２）微細気泡洗浄工程に用いる微細気泡混入洗浄水として、前記ろ過膜透過水をさらに逆浸透膜モジュールに通水して塩類を除去した後の逆浸透膜透過水を再利用し、微細気泡を混入させてなる微細気泡混入逆浸透膜透過水を用いることを特徴とする、［１］〜［３］のいずれかに記載の洗浄方法。
［５］前記（１）逆洗浄工程において用いる逆洗浄水は、塩酸、硫酸、硝酸、シュウ酸、クエン酸、アスコルビン酸、過酸化水素、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、キレート剤、界面活性剤および酵素のうち少なくとも１種又は２種以上を含むことを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の洗浄方法。
［６］原水中の少なくとも溶解性有機物又は濁質分を含む汚染物を除去して膜ろ過透過水を得るろ過膜と、ろ過膜の原水側に位置づけられている原水入口と、ろ過膜の透過水側に位置づけられている膜ろ過透過水出口と、ろ過膜モジュールの底部に設けられている洗浄水導入口と、ろ過膜モジュールの上部に設けられている洗浄排水出口と、を具備するろ過膜モジュールと、
膜ろ過後の透過水を逆洗浄水として当該ろ過膜モジュールのろ過膜の透過水側に返送する逆洗浄水ラインと、
微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜モジュールの洗浄水導入口に送液する微細気泡混入洗浄水導入管と、
当該微細気泡混入洗浄水を生成する微細気泡発生装置と、
当該ろ過膜モジュールのろ過膜の以下の２つの洗浄工程：
（１）当該ろ過膜の透過水側から原水側へ、当該ろ過膜透過水を逆洗浄水として通水する逆洗浄工程；及び
（２）当該洗浄水導入口より当該ろ過膜の原水側に微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜に沿って流し、当該洗浄排水出口から排出する微細気泡洗浄工程
を同時に行う制御部と、を具備することを特徴とする膜ろ過装置。
［７］前記ろ過膜モジュールからの膜ろ過透過水から塩類を除去する逆浸透膜装置をさらに具備し、
前記逆洗浄水ラインは、当該逆浸透膜装置からの透過水を当該ろ過膜モジュールの透過水側に返送することを特徴とする［６］に記載の膜ろ過装置。
［８］前記ろ過膜モジュールからの膜ろ過透過水から塩類を除去する逆浸透膜装置をさらに具備し、
当該逆浸透膜装置からの透過水の一部を前記微細気泡発生装置に送液する透過水送水管を具備することを特徴とする［６］又は［７］に記載の膜ろ過装置。
［９］前記ろ過膜モジュールからの洗浄排水を前記微細気泡発生装置に送液する洗浄排水送液管をさらに具備することを特徴とする［６］〜［８］のいずれかに記載の膜ろ過装置。
［１０］前記ろ過膜モジュール底部に、ろ過モジュール内の微細気泡混入洗浄水中に粗大気泡を発生させるためのエア入口が設けられていることを特徴とする［６］〜［９］の何れかに記載の膜ろ過装置。
［１１］前記ろ過膜モジュールは、円筒状のモジュールであることを特徴とする［６］〜［１０］の何れかに記載の膜ろ過装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、長期的、効率的に、安定してろ過膜を稼働させることができるろ過膜装置及びろ過膜洗浄方法が提供される。
【００１２】
特に、簡易な操作で、短時間で、良好な洗浄効果を発揮することができる上記ろ過膜装置及びろ過膜洗浄方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の膜ろ過洗浄方法のフローを説明する本発明の膜ろ過洗浄装置の概略説明図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すろ過膜の洗浄作用を説明する模式図である。
【図２】逆浸透膜モジュールを含む本発明の実施形態を示す概略説明図である。
【図３】洗浄排水を再利用する本発明の実施形態を示す概略説明図である。
【図４】逆浸透膜モジュールを含み且つ洗浄排水を再利用する本発明の実施形態を示す概略説明図である。
【図５】実施例及び比較例における洗浄後の膜入口圧の経時変化を示すグラフである。
【好ましい実施形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
図１Ａはろ過膜モジュールを組み入れた膜ろ過装置の概略説明図であり、図１Ｂはろ過膜モジュールの拡大断面図である。
【００１６】
原水中の溶解性有機物及び濁質分を除去して膜ろ過透過水を得るろ過膜１０を内蔵するろ過膜モジュールの底部には、ろ過膜１０の原水側１０ａに原水入口１０ｃ及び洗浄水導入口１０ｅが設けられ、ろ過膜モジュールの上部には、ろ過膜１０の原水側に洗浄排水出口１０ｆ、ろ過膜１０の透過水側１０ｂに透過水出口１０ｄが設けられている。
【００１７】
原水入口１０ｃには原水供給管１３、透過水出口１０ｄには透過水配管１７、洗浄水導入口１０ｅには洗浄水導入管１６、洗浄排水出口１０ｆには洗浄排水管１１が、それぞれ接続されている。透過水配管１７には、後述する逆洗浄ライン２２が接続され、逆洗浄ライン２２の接続部位には弁Ｖ１が設けられており、ろ過膜モジュールからろ過水槽２０へ透過水を送液するか又は逆洗浄ライン２２からの逆洗浄水をろ過膜モジュールに流入させるかの切り替えを行う。
【００１８】
透過水配管１７は、透過水を貯留するろ過水槽２０に接続されている。ろ過水槽２０には、透過水を逆洗浄水としてろ過膜モジュールに返送する逆洗浄ライン２２が接続されている。逆洗浄ライン２２には、途中で洗浄薬剤を投入する薬剤投入ライン２７が接続されている。逆洗浄ライン２２は、透過水配管１７に接続され、弁Ｖ１の切り替えによりろ過膜モジュールに逆洗浄水を供給する。尚、ろ過水槽２０は省略することもできる。この場合には、逆洗浄ライン２２がろ過水槽を兼務する。
【００１９】
ろ過膜モジュールの洗浄水導入口１０ｅには、微細気泡発生装置１５からの微細気泡混入洗浄水を供給する微細気泡混入洗浄水導入管１６が接続されている。微細気泡発生装置１５には、洗浄水を導入する洗浄水導入管１８が接続されている。微細気泡発生装置１５に導入された洗浄水に微細気泡が混入され、微細気泡混入洗浄水が生成される。
【００２０】
図１Ｂに示すように、ろ過膜モジュールの中央部には、ろ過膜１０が位置づけられ、原水はろ過膜の周囲の原水側１０ａに供給される。ろ過膜１０で原水から溶解性有機物又は濁質分などの汚染物が除去される。これらの汚染物が除去された透過水は、ろ過膜１０の透過水側１０ｂに透過して、透過水出口１０ｄから排出される。
【００２１】
ろ過膜１０の洗浄時には、透過水出口１０ｄから逆洗浄水が導入され、ろ過膜１０の透過水側１０ｂから原水側１０ａに逆洗浄水が透過し、ろ過膜１０の膜面に付着している溶解性有機物又は濁質分などの汚染物を剥離させる。同時に、ろ過膜モジュール底部の洗浄水導入口１０ｅから微細気泡混入洗浄水が導入され、ろ過膜１０に沿って上向流としてろ過膜モジュール内を流通して、ろ過膜モジュール上部の洗浄排水出口１０ｆから排出される。微細気泡混入洗浄水は、直径１μｍ以下のナノバブル及び１μｍ〜５０μｍ程度のマイクロバブルを混入させた洗浄水である。微細気泡の表面はＯＨ−、Ｃｌ−、ＣＯＯ−が濃縮することでマイナスにチャージしており、帯電性を有しているため、溶解性有機物を構成するヒドロキシル基やカルボキシル基、タンパク質など水素結合によってろ過膜の膜面に付着している汚染物を、電気的中和あるいは反発、若しくはろ過膜表面でのイオン交換的な作用を利用して剥離することができる。微細気泡混入洗浄水は、微細気泡がろ過膜１０の膜面に付着している汚染物の内部及び膜面と汚染物との間に入り込み、微細気泡による電気的中和力、電気的反発力、イオン交換作用、微細気泡が崩壊する際の圧力や温度変化などの物理的な作用等によって、汚染物をろ過膜１０の膜面から剥離させ、汚染物を随伴しながら上昇する。
【００２２】
本発明において、ろ過膜１０の透過水側１０ｂから原水側１０ａへの逆洗浄水の通水により、ろ過膜１０の膜面に付着している汚染物を押し出す。同時に、ろ過膜１０の透過水側１０ｂから原水側１０ａに通水される逆洗浄水により押し出されて剥離したろ過膜１０の膜面に付着していた汚染物内部に、微細気泡混入洗浄水からの微細気泡が入り込み、汚染物はろ過膜の膜面から離脱しやすくなる。また、ろ過膜１０の表面に沿って上向流として流れる微細気泡混入洗浄水がろ過膜１０の膜面に付着している汚染物を離脱させることにより、ろ過膜１０の透過水側１０ｂから原水側１０ａへの逆洗浄水の押圧によってろ過膜１０の膜面に付着している汚染物が押し出されやすくなる。すなわち、微細気泡混入洗浄水をろ過膜１０の原水側１０ａ表面に沿って通水すると同時に、逆洗浄水をろ過膜１０の透過水側１０ｂから原水側１０ａへと通水することによって、ろ過膜１０の原水側１０ａ表面に沿った流水速度が増加し、ろ過膜１０の原水側１０表面における汚染物剥離効果と透過水側１０ｂからの押圧効果とが相互に効果を助長して相乗的に作用し、ろ過膜１０の膜面から汚染物を確実に除去することができる。
【００２３】
微細気泡混入洗浄水に含まれる微細気泡は、洗浄すべき汚染物や原水の性状によっても異なり、任意の設計条件とすることができるが、一般的に気液比で０．１〜１０：１であることが好ましい。
【００２４】
微細気泡混入洗浄水の流速は、任意の流速をとることができるが、０．１〜５ｍ／ｍｉｎが好ましい。
【００２５】
また、微細気泡に加えて、別のラインから粗大気泡を混入させて、ろ過膜面に物理的振動を与えてもよい。粗大気泡とは、微細気泡よりも大きな気泡であり、典型的には５０μｍ以上の気泡である。粗大気泡は、ろ過膜モジュール下部のエア入口１２から圧縮空気を導入することによって、微細気泡混入洗浄水中に発生させることができる。粗大気泡の混入割合は、任意の割合を取ることができ、通常の膜洗浄で使用している１〜５ｍ／ｍｉｎが好ましい。
【００２６】
逆洗浄工程と微細気泡洗浄工程とを同時に行う洗浄は、２０〜１２０分に１回の割合で周期的に繰り返し行う。また、逆洗浄工程と微細気泡洗浄工程は、１０〜１８０秒間、好ましくは２０〜６０秒間、行う。
【００２７】
図２は、ろ過膜モジュールの下流側に逆浸透膜モジュール３０を設けた膜ろ過装置の一態様を示す概略説明図である。図１と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を割愛する。
【００２８】
図２において、逆浸透膜モジュール３０は、ろ過水槽２０からの透過水を受け取り、塩類を除去して処理水とする。図２は、逆浸透膜モジュール３０にて膜分離された処理水を逆洗浄水及び微細気泡混入洗浄水として再利用する態様を示す。逆浸透膜モジュール３０からの処理水は、透過水送水管５０を介して逆洗浄水としてろ過膜モジュールに返送する逆洗浄水ライン２２及び微細気泡発生装置１５に送液する洗浄水導入管１８ａに送られる。
【００２９】
逆浸透膜モジュール３０としては、きわめて高い脱塩率が得られる半透性の膜であって、素材としては、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどが使用される。
【００３０】
図３は、ろ過膜モジュールからの洗浄排水を微細気泡混入洗浄水として再利用する態様を示す概略説明図である。図１及び図２と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を割愛する。
【００３１】
図３において、洗浄排水管１１に、洗浄排水返送管１８ｂが接続され、洗浄排水の一部が微細気泡発生装置１５に送られる。微細気泡混入洗浄水は、１μｍ以下のいわゆるナノバブルも含んでいる。マイクロバブルよりも小さなナノバブルは安定であり液中に長時間滞留できるため、使用済みの微細気泡混入洗浄排水には未使用のナノバブルが残留している。このようなナノバブルが残留している洗浄排水を再利用することによって、微細気泡混入洗浄水中のナノバブルを増やすことができ、更に洗浄効果を向上させることができると共に、洗浄水の使用量を削減することができる。
【００３２】
図４は、逆浸透モジュール３０を具備する膜ろ過装置において、逆浸透膜モジュール３０からの処理水を逆洗浄水及び微細気泡混入洗浄水として再利用し且つろ過膜モジュールからの洗浄排水を微細気泡混入洗浄水として再利用する態様を示す概略説明図である。図１〜３と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を割愛する。
【００３３】
図４において、微細気泡発生装置１５には、逆浸透膜モジュール３０からの処理水の一部を送液する洗浄水導入管１８ａ及び洗浄排水管１１から洗浄排水の一部を送液する洗浄水導入管１８ｂが接続されている。
【００３４】
図１〜４に示す膜ろ過装置において用いることができるろ過膜１０としては、精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜が好適である。ろ過膜１０の膜素材としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）などの有機性素材、セラミック、金属などの無機素材を挙げることができる。膜の孔径は、０．００１〜１μｍが好適である。ろ過膜の形態としては、中空糸、チューブラ、平膜などを採用することができるが、本発明では中空糸膜からなる内圧型円筒形モジュール、もしくは加圧型円筒形のモジュールが好適である。
【００３５】
微細気泡発生装置１５は、原水或いは膜ろ過装置の透過水、ならびにエアを導入して、２相旋回流を発生させて微細気泡を発生させる、いわゆるマイクロバブル発生器を示す。本発明において、微細気泡とは典型的には１〜５０μｍの直径をもつ気泡であるが、必ずしも全ての気泡がこの範囲に収まるものでなくてもよく、一部がこの範囲に含まれていればよい。また、マイクロバブルよりも気泡が小さいナノバブルを発生させることができる発生器を用いても良い。マイクロバブル発生器は種々のものが提案されており、例えば、旋回液流式、スタティックミキサー式、エゼクター式、ベンチュリ式、加圧溶解式、極微細孔式、超音波付加中空針状ノズル、蒸気凝縮式などが挙げられる。例えば、エゼクター式では、気液混合ノズル内で、狭い通路を高速で通過する液流によって生じる負圧を利用してガスを吸引し、下流における管路の拡大により生じたキャビテーションによって吸引ガスが微細に粉砕される。加圧溶解式は、ガスと液との混相をポンプで昇圧（０．５〜１ＭＰａ程度）し、ガス成分を液中に過飽和まで溶解させる。加圧タンク内で未溶解気泡を浮上分離させパージする。過飽和液のみを減圧弁を経て常圧液中にフラッシュさせると、過飽和ガス成分が水中からマイクロバブルになって析出する（化学工学ｖｏｌ．７１、Ｎｏ．３（２００７））。このとき、気液の混合ノズルを通すとより微細な気泡を発生させることができる。気液の混合ノズルは、種々のものが提案されており、ノズル内で、段階的に管路を変化させたもの、管路に球状の障害物を設置したもの、スリットを用いるもの、遠心力によって発生した気体柱を突起物によって破砕するものなど、を採用することができる。
【００３６】
さらに、本発明の膜ろ過装置は、ろ過膜モジュールのろ過膜の以下の２つの洗浄工程：
（１）当該ろ過膜の透過水側から原水側へ、当該ろ過膜透過水を逆洗浄水として通水する逆洗浄工程；及び
（２）当該洗浄水導入口より当該ろ過膜の原水側に微細気泡混入洗浄水を当該ろ過膜に沿って流し、当該洗浄排水出口から排出する微細気泡洗浄工程
を同時に行う制御部５０を具備する。制御部５０は、ろ過膜モジュールへの微細気泡混入洗浄水の供給と逆洗浄水の供給とを同時に行うため、透過水配管１７と逆洗浄水ライン２２の弁Ｖ１の切り替えと、微細気泡発生装置１５からの微細気泡混入洗浄水の供給と、を制御する。微細気泡混入洗浄水として、逆浸透膜モジュール３０からの透過水及び／又はろ過膜モジュールからの洗浄排水を再利用する態様においては、それぞれの返送管に設けられている弁（例えばＶ１、Ｖ２）の開閉を制御しても良い。
【００３７】
ここで、ろ過膜モジュールへの微細気泡混入洗浄水の供給と、逆洗浄水の供給とが同時とは、微細気泡混入洗浄水と逆洗浄水とが共に合流して膜表面に移動し、これにより、両洗浄水が同時に膜洗浄する時間があるという意味である。
【００３８】
前記制御部５０は、微細気泡混入洗浄水と逆洗浄水とがろ過膜の膜面で合流するように、同時にろ過膜モジュールに供給し、共通する膜洗浄時間となる様に制御すればよい。これによって、膜面での剥離と押圧との相乗的相互作用によって膜面の汚染物除去が効率的に行える。
【００３９】
具体的な制御部５０の動作は、図１Ａに示す様に、例えば制御部５０には、弁Ｖ１と、微細気泡発生装置１５とが電気的に接続され、該制御部５０が該弁Ｖ１の動作状態を監視し、その動作に合わせて、微細気泡発生装置１５の動作を制御して、逆洗浄水の供給と同時に微細気泡洗浄水を膜面に供給する様にしても良い。または、微細気泡洗浄水を供給する供給管１６に弁Ｖ２を設けて、前記制御部５０が、予め定められた時間（タイミング）で、弁Ｖ１、弁Ｖ２（微細気泡発生装置１５を含めて制御しても良い）を夫々、開閉制御する様にしても良い。なお、前記制御部５０は図１Ａに適用した場合だけでなく、図２〜図４のいずれかにも同様にして適用することが可能である。また、手動操作により弁の開閉を行う場合は、前記制御部５０を省略しても良い。
【００４０】
本発明の洗浄方法は、少なくとも溶解性有機物や濁質などの汚染物を含む下水の二次処理水や各種製造排水の排水処理、地下水や用水の浄化処理、海水や汽水などの淡水化処理など、原水を膜ろ過処理するろ過膜に適用することができる。
【００４１】
逆洗浄水としては、膜ろ過後の透過水及び当該透過水をさらに逆浸透膜処理した透過水を用いることが好ましく、微細気泡混入洗浄水としては、原水、洗浄排水、逆浸透膜処理後の透過水を用いることが好ましい。
【００４２】
逆洗浄水に添加する薬剤としては、通常、ろ過膜の逆洗浄に用いられている薬剤を制限なく用いることができる。例えば、塩酸、硫酸、硝酸、シュウ酸、クエン酸、アスコルビン酸、過酸化水素、水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、キレート剤、界面活性剤および酵素などを好適に用いることができる。
【００４３】
キレート剤としては、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸などの有機カルボン酸系キレート剤、ＤＥＧ（ジヒドロキシエチルグリシン）、ＴＥＡ（トリエタノールアミン）、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、ＮＴＡ（ニトリロ三酢酸）、ＨＥＤＴＡ（ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸）、ＥＤＤＳ（エチレンジアミンコハク酸）などのアミノカルボン酸系キレート剤などが挙げられる。
【００４４】
界面活性剤としては、硫酸アルキルナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム、Ｎ−アシルアミノ酸ナトリウム、Ｎ−（２−スルホ）エチル−Ｎ−メチルアルカンアミドナトリウム、２−スルホコハク酸ジアルキルアミド、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、カルボン酸系ポリマーなどのアニオン性界面活性剤、アルキルポリオキシエチレンエーテル、ｐ−アルキルフェニルポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールポリオキシエチレン、脂肪酸ポリオキシエチレンエステル、脂肪酸ショ糖エステルなどのノニオン性界面活性剤などが挙げられる。
【００４５】
酵素としては、プロテアーゼ、ペプチダーゼ、リゾチーム、アミラーゼ、リパーゼ、ヘミセルラーゼ、キシラナーゼ、ペクチナーゼ、マンナナーゼ、ラクターゼ、キチナーゼなどが挙げられる。
【００４６】
また、薬剤の添加量は、原水や汚染物の種類及びろ過膜の汚染程度、並びに逆洗浄水の水質によっても異なるが、たとえば次亜塩素酸ナトリウムの場合には１ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌの範囲が好ましい。逆洗浄水として、ろ過膜透過水や原水を使用するよりも、後述する逆浸透膜モジュールの処理水を利用することにより、同程度の添加量で次亜塩素酸ナトリウムを添加した場合の次亜塩素酸イオンの含有比率が高くなるので、洗浄効果も向上する。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４８】
［実施例１］
海水の淡水化処理設備におけるろ過膜モジュールの洗浄を実施した。淡水化処理設備の基本構成は図１に示す通りであるが、原水はろ過膜モジュールに導入される前に砂ろ過装置によって大径の夾雑物を除去し、ろ過膜モジュールからの透過水は逆浸透膜モジュール（ポリアミド製膜）に導入して塩類を除去して淡水化処理した。膜ろ過には、孔径０．０１μｍのＰＶＤＦ製限外ろ過膜（東レ  ＨＦＵ２００８）を中空糸製の加圧型円筒形モジュールに充填した中空糸型ろ過膜モジュールを用いた。気泡発生装置としては、空気せん断型ポンプ及び加圧溶解タンクを備える株式会社ニクニのマイクロバブルジェネレーター（MBG20ND07ZE-1BG003）を用いた。
【００４９】
原水の処理水量は１０ｍ３／ｄ、砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で逆洗浄を行った。
【００５０】
限外ろ過膜の洗浄は３０分に１回の割合で実施した。逆洗浄水としては、限外ろ過膜透過水を用いて、次亜塩素酸ナトリウムを１０ｍｇ／Ｌとなるように添加した。
【００５１】
洗浄方法は、（１）ろ過膜モジュールから原水を抜き出すドレン工程、（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程、（３）ろ過膜モジュールから逆洗浄水及び微細気泡混入洗浄水を抜き出すドレン工程、（４）ろ過膜モジュールに原水を導入する水張り工程、を１セットとした。（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程は同時に行った。
【００５２】
約３ヶ月間、上記洗浄方法を実施しながら淡水化処理設備を稼働させた。約３ヶ月後の限外ろ過膜の洗浄後の入口圧を測定したところ、概ね３０ｋＰａであり、運転開始時の２５ｋＰａと比較すると、良好に洗浄されていることが確認できた。
【００５３】
［実施例２］
上記（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程において、ろ過膜モジュールの原水側にコンプレッサを用いて粗大気泡を追加導入した点を除いて、実施例１と同様に洗浄しながら淡水化処理設備を稼働させた。
【００５４】
約３ヶ月後の限外ろ過膜の洗浄後の入口圧を測定したところ、概ね２８ｋＰａであり、運転開始時の２５ｋＰａと比較すると、良好に洗浄されていることが確認できた。
【００５５】
［実施例３］
海水の淡水化処理設備におけるろ過膜モジュールの洗浄を実施した。淡水化処理設備の基本構成は図２に示す通りであるが、原水はろ過膜モジュールに導入される前に砂ろ過装置によって大径の夾雑物を除去し、ろ過膜モジュールからの透過水は逆浸透膜モジュール（ポリアミド製膜）に導入して塩類を除去して淡水化処理した。膜ろ過には、孔径０．０３μｍのＰＥＳ製限外ろ過膜（Pentair製）を充填した内圧型円筒形モジュールをろ過膜モジュールとして用いた。気泡発生装置としては、空気せん断型ポンプ及び加圧溶解タンクを備える株式会社ニクニのマイクロバブルジェネレーター（MBG20ND07ZE-1BG003）を用いた。
【００５６】
原水の処理水量は１０ｍ３／ｄ、砂ろ過は１回／１日〜２日の割合で逆洗浄を行った。
【００５７】
限外ろ過膜の洗浄を２０分に１回の割合で実施した。逆洗浄水として、逆浸透膜モジュールからのＲＯ透過水を用い、次亜塩素酸ナトリウムを添加しなかった。微細気泡混入洗浄水として、気泡発生装置に導入して微細気泡を混入させた逆浸透膜モジュールからのＲＯ透過水を用いた。
【００５８】
洗浄方法は、（１）ろ過膜モジュールから原水を抜き出すドレン工程、（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程、（３）ろ過膜モジュールから逆洗浄水及び微細気泡混入洗浄水を抜き出すドレン工程、（４）ろ過膜モジュールに原水を導入する水張り工程、を１セットとした。（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程は同時に行った。
【００５９】
約３ヶ月間、上記洗浄方法を実施しながら淡水化処理設備を稼働させた。約３ヶ月後の限外ろ過膜の洗浄後の入口圧を測定したところ、概ね２８ｋＰａであり、運転開始時の２５ｋＰａと比較すると、良好に洗浄されていることが確認できた。
【００６０】
［比較例１］
上記（２）逆洗浄工程及び微細気泡洗浄工程を同時に行わず、まず、限外ろ過膜の透過水側に逆洗浄水を導入して逆洗浄した後、逆洗浄水の導入を止めて、次いで、限外ろ過膜の原水側に微細気泡発生装置から微細気泡混入洗浄水を導入して微細気泡洗浄工程を実施した以外は、実施例１と同様に、洗浄しながら淡水化処理設備を稼働させた。
【００６１】
約２ヶ月後の限外ろ過膜の洗浄後の入口圧を測定したところ、概ね４０ｋＰａとなり、運転開始時の２５ｋＰａと比較すると上昇しており、膜表面に汚染物が蓄積していることを確認した。
【００６２】
実施例１〜３及び比較例１の結果を表１及び図５にまとめて示す。図５から、従来の洗浄方法（比較例１）では膜入口圧が約３０ｋＰａに到達するまでに約４週間であったが、本発明の方法（実施例１〜３）によれば約１２週間でも約３０ｋＰａ以下と、洗浄効果が高く、長期的に安定したろ過膜の稼働が可能であることがわかる。
【００６３】
【表１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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