(57)【要約】【課題】中空糸膜の結合部付近の膜外表面に付着しているファウリング物質および膜表面に形成されている微孔に侵入しているファウリング物質を除去することができるとともに除去のために剥離したファウリング物質の再付着を防止することができる洗浄方法を提供する。【解決手段】一端側の開口部３と他端側の封止部４からなり表面に多数の微孔５が形成されている中空糸膜２を開口部３側で複数本結合して結合部８とし、結合部８により濾過水室７側と原水室６側とに区画するとともに開口部３側を下方に封止部４側を上方に位置するように立設した外圧型中空糸膜モジュール１において、濾過水室７側より原水室６側に向かって開口部３から中空糸膜２内を液体と気体とを同時に導入させることにより中空糸膜２を洗浄することとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側の開口部と他端側の封止部からなり表面に多数の微孔が形成されている中空糸膜を開口部側で複数本結合して結合部とし、前記結合部により濾過水室側と原水室側とに区画した外圧型中空糸膜モジュールにおいて、前記濾過水室側より前記原水室側に向かって開口部より前記中空糸膜内を液体と気体とを同時に導入させることにより前記中空糸膜を洗浄することを特徴とする中空糸膜の洗浄方法。
【請求項２】
前記開口部側を下方に前記封止部側を上方に位置するように立設した外圧式中空糸膜モジュールにおける請求項１の中空糸膜の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜処理装置に使用されている外圧式中空糸膜の洗浄方法に関する。更に詳しくは、中空糸膜外表面等に付着した懸濁物質等のファウリング物質を液体及び気体を使用して洗浄する中空糸膜の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜による水処理の過程では、濾過時間の経過と共に原水中に含まれている懸濁物質等のファウリング物質が中空糸膜外表面に付着し、若しくは中空糸膜表面に形成されている微孔に侵入し、次第に中空糸膜の濾過流束が低下するという問題点が生じていた。
【０００３】
この濾過流束を回復するための方式として、濾過水室側の開口部から中空糸膜内に液体を逆流させて洗浄する液体逆流洗浄方式、または上記方式における液体の代替えとして気体を用いる気体逆流洗浄方式の物理洗浄方法が採用されていた。
【０００４】
しかし、液体逆流洗浄方式だと、中空糸膜外表面に形成されている微孔に侵入したファウリング物質は除去することができるが、中空糸膜外表面に付着したファウリング物質の除去及び中空糸膜間に蓄積したファウリング物質の排出がしにくいという問題点があった。しかも、使用する液体として濾過水を使用するため、大量の濾過水の使用により回収率が低下するとの問題点もあった。また、気体逆流洗浄方式は、液体逆流洗浄方式と同様に微孔に侵入したファウリング物質を除去できるほか、中空糸膜を揺動させ中空糸膜外表面に付着したファウリング物質を剥離して除去することもできる。更に、濾過水を使用しないので回収率の低下を防止することができるが、中空糸膜間に蓄積したファウリング物質の排出がしにくいという問題点があった。
【０００５】
また、濾過水室側から液体を逆流させる逆流洗浄方式と原水室側から気体を導入して中空糸膜を揺動するとともに原水室内の液体を流動させて洗浄するスクラビング洗浄方式を併用する方式が、特開昭６０−１９００２号によって提案されている。この併用方式は、スクラビング方式との併用により液体逆流洗浄方式の短所である中空糸膜間に蓄積したファウリング物質の排出ができるようになるが、中空糸膜の揺動が不十分であるため中空糸膜外表面に付着したファウリング物質の除去が充分ではなく、特に結合部付近での除去については未解決であった。また、剥離したファウリング物質が中空糸膜の表面の再付着する問題点についても検討されていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決したものであって、中空糸膜の結合部付近の膜外表面に付着しているファウリング物質および膜表面に形成されている微孔に侵入しているファウリング物質を除去することができるとともに除去のために剥離したファウリング物質の再付着を防止することができる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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１は、一端側の開口部と他端側の封止部からなり表面に多数の微孔が形成されている中空糸膜を開口部側で複数本結合して結合部とし、前記結合部により濾過水室側と原水室側とに区画した外圧式中空糸膜モジュールであって、前記濾過水室側より前記原水室側に向かって開口部より前記中空糸膜内を液体と気体とを同時に導入させることにより前記中空糸膜を洗浄することを特徴とする中空糸膜の洗浄方法に係るものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２は、前記開口部側を下方に前記封止部側を上方に位置するように立設した外圧式中空糸膜モジュールにおける請求項１の中空糸膜の洗浄方法に係るものである。
【００１０】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００１１】
すなわち、上記構成を備えた本発明の中空糸膜の洗浄方法は、濾過水室側から原水室側に向かって開口部から中空糸膜内を液体と気体を同時に導入するので、中空糸膜表面に形成された微孔に侵入したファウリング物質を除去することができる。また、気体を導入したことで中空糸膜を内部から揺動することができ、膜外表面に付着しているファウリング物質を剥離することができる。特に結合部付近での剥離の効果が大きいとともに、中空糸膜間に蓄積したファウリング物質の排出の効果も大きい。したがって、濾過流束の低下を防止することができる。
【００１２】
また、液体と気体を同時に導入するので、液体単独の場合と比較して濾過水の使用量を減少することができ濾過水の回収率を上げることができる。
【００１３】
更に、中空糸膜は開口部側である結合部が下方に封止部側が上方に位置するように立設されているので、開口部から逆流した液体と気体が気体の浮力で均一に分散されて中空糸膜内を通過して中空糸膜外表面に形成された微孔全体から排出されるので、中空糸膜全体を均一に洗浄することができる。しかも、微孔から排出された液体と気体は中空糸膜の表面近くを沿って浮上するので、膜表面に付着しているファウリング物質の剥離効果が大きく、しかも剥離したファウリング物質が気体と同時に排出された液体と一緒に上方に運ばれるので、再付着を防止することができ、濾過流束の低下をより一層防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示して説明する。ただし、この発明の範囲は、特に限定的記載がないかぎりは、この実施の形態に記載されている内容に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法を示す概略構成図であり、以下のように構成されている。
【００１６】
この中空糸膜モジュール１は、原水弁６１を備えた原水管６２から流入された原水を中空糸膜２により濾過して流出管１２から濾過水を流出するものであり、一端側の開口部３と他端側の封止部４からなり表面に多数の微孔５が形成されている中空糸膜２を開口部３側で複数本結合して結合部８とし、封止部４側を自由端とし、結合部８を下側に封止部４を上側に位置するように立設し、結合部８により区分けされた下側が濾過水室７、上側が原水室６となるように構成されている。なお、図１では中空糸膜モジュール１内のエレメントは１個であるが、複数配設されることもある。
【００１７】
原水室６側には、原水を流入するための原水弁６１を有した原水管６２と、洗浄排水を排出するための一次ドレン弁５１を有した一次ドレン管５２と、中空糸膜２の封止部４の上方の空間から後述する逆流洗浄したときの液体及び気体を排出するための排気弁７１を有した排気管７２と、が設けられている。また、濾過水室７側には、中空糸膜２により濾過された濾過水を流出させるための流出管１２が設けられている。流出管１２の中間には、液体逆流洗浄を実施するために逆洗ポンプ３２を介して逆洗水槽３１と連結した水逆洗弁３５を有する送水管３３と、気体逆流洗浄を実施するためにコンプレッサー２２と連結した空気逆洗弁２１を有した送気管２３と、濾過水室を放圧するための二次ドレン弁４１を有した二次ドレン管４２と、が接続されている。
【００１８】
前述の中空糸膜モジュール１を用いた装置における原水の濾過工程では、初めに二次ドレン弁４１と排気弁７１を開放して放圧した後に、二次ドレン弁４１を閉じて原水弁６１を開放して原水室６に原水を充満させた後、排気弁７１を閉じるとともに濾過弁１１を開放して濾過を開始する。濾過は、原水が中空糸膜２外表面に形成されている微孔５を通過することにより行われ、濾過水は中空糸膜の内側を通って濾過水室７に流出する。そして、濾過時間の経過に伴い中空糸膜２外表面や微孔５に原水中のファウリング物質が付着して濾過流束が低下する。このときに、濾過流束を回復させるために次に示す液体と気体を同時に導入する同時逆流洗浄工程を実施する。
【００１９】
液体と気体を同時に導入する同時逆流洗浄工程は、初めに、原水の流入を停止するために原水弁６１を閉じて濾過工程を停止する。次に、コンプレッサーを予め稼動させておいた状態にて、全てのバルブを閉じ排気弁７１を開ける。その後、水逆洗弁３５を開け逆洗ポンプ３２を稼動させ、同時に空気逆洗弁２１を開けると濾過水と空気が開口部３から流入して中空糸膜２の内側を逆流して微孔５から原水室６側に流出する。中空糸膜２の原水室６側に流出した気体および液体は排気弁７１から排出される。このときの濾過水と空気を逆送するための圧力と流量については、それぞれの流量が大きくなれば洗浄効果は高くなるが、中空糸膜の耐久性やコストを考慮して処理対象水の水質及び濾過水量に応じて適宜決定する。また、逆洗時間は膜の閉塞状況によって適宜決定する。洗浄時間が長くなるほど洗浄効果は大きくなるが、エネルギーコストが増大し水の回収率が低下するので、通常は10秒から１８０秒の間で実施する。なお、空気逆洗と水逆洗の洗浄時間を変化させて、どちらか一方の洗浄のみを行う時間を設けても良い。また、洗浄効果を高めるために洗浄用薬品として次亜塩素酸ナトリウムや酸を濾過水に添加しても良い。
【００２０】
同時逆洗工程終了後、濾過工程に戻るためには、逆洗ポンプ３２を停止するとともに水逆洗弁３５を閉じ、一次ドレン弁５１を開放し排気弁７１を閉じる。これで中空糸膜モジュール１内の洗浄排水が排出される。次で、一次ドレン弁５１と空気逆洗弁２１を閉じた後、二次ドレン弁４１と排気弁７１を開放して放圧する。その後、二次ドレン弁４１を閉じて原水弁６１を開放して原水室６に原水を充満させた後、排気弁７１を閉じるとともに濾過弁１１を開放して濾過を再開する。
【００２１】
本発明の液体と気体の同時逆流洗浄は、中空糸膜２内を液体と気体が同時に逆流して中空糸膜２外表面に形成された微孔５より原水室６側に流出するので、微孔５に侵入したファウリング物質を除去することが出来るとともに、中空糸膜２を揺動させることにより中空糸膜２外表面に付着したファウリング物質を剥離することができる。特に結合部８付近の表面に付着したファウリング物質も中空糸膜２内を気体が通過することによる揺動で容易に剥離することができる。また、微孔５から排出した気体が原水室６内の液体を激しく流動させるので中空糸膜２外表面に付着したファウリング物質を剥離するとともに、中空糸膜２間に蓄積したファウリング物質も排出することができる。
【００２２】
更に、開口部３側の結合部８が下方に封止部４が上方に位置するように立設されているので、気体の浮力により中空糸膜２内を逆流した液体及び気体が上方に向かって細かく分散されて均一に微孔５より流出し、中空糸膜２外表面に付着したファウリング物質の洗浄が均一に行なわれる。しかも、微孔５から中空糸膜２外に流出した液体が気体とともに中空糸膜２の表面近くを沿って浮上することによっても中空糸膜２外表面に付着しているファウリング物質の剥離が行われるとともに、剥離されたファウリング物質が上方に押し流されるのでファウリング物質の再付着が防止される。
【００２３】
また、液体と気体は、結合部８から中空糸膜２内を逆流するときに気体の浮力で上方に向かって流れるので、結合部８付近に形成された微孔５からだけでなく封止部４付近に形成された微孔５からも均一に排出される。
【００２４】
以下、本発明について具体的実施例により説明する。
【００２５】
実施例１は、ポリスルホン製で分画粒子径２．０μｍの中空糸膜（バブルポイント０．０５Ｍｐａ）を使用し、膜モジュールの膜面積は２ｍ2とした。原水は、水道水に黒土を添加して濁度を１５度程度としたものを使用し、原水を膜濾過流束３ｍ／日で３０分間濾過した後に洗浄を実施した。
【００２６】
実施例１の洗浄方法は、水と空気を同時に導入する同時逆流洗浄であって、同時逆流洗浄を１５秒間行った後に空気による気体逆流洗浄を１０秒間行いながら原水室側の液体をドレンした。流入圧力は、同時逆流洗浄についても液体逆流洗浄単独の場合及び気体逆流洗浄単独の場合と同じで約０．１５Ｍｐａとした。また、逆流洗浄時の洗浄速度は、気体については膜面積１ｍ2あたり約２Ｎｍ3／ｈに、液体については膜面積１ｍ2あたり約０．３ｍ3／ｈとした。なお、気体逆流洗浄開始時の逆流洗浄速度は上述の設定にも拘らず一時的に膜面積１ｍ2あたり３乃至６Ｎｍ3／ｈに達した。その結果、本発明の洗浄効率は、図２に示す通り８０％であった。
【００２７】
なお、上記結果を算出するにあたっては次の計算式を用いた。
膜捕捉濁質量（ｍｇ）：（原水の濁質濃度）×（濾過水量）
洗浄排水濁質量（ｍｇ）：（洗浄排水の濁質濃度）×（洗浄排水量）
洗浄効率（％）：（洗浄排水濁質量）／（膜捕捉濁質量）×１００
【００２８】
また、本発明でいう分画粒子径とは、中空糸膜による阻止率が９０％である粒子の粒子径（Ｓ）のことをいい、異なる粒子径を有する少なくとも２種類の粒子の阻止率を測定し、その測定値を元にして次の近似式（１）において、Ｒ（％）が９０となるＳの値を求め、これを分画粒子径としたものである。
Ｒ＝１００／（１−ｍ×ｅｘｐ（−ａ×ｌｏｇ（ｓ）））      …（１）
なお、上記の式中、ａおよびｍは中空糸膜の透水性能、構造などによって定まる定数であって、２種類以上の阻止率の測定値をもとに算出される。
【００２９】
比較例１は、水による液体逆流洗浄を１５秒間行った後に空気による気体逆流洗浄を１５秒間行い、その後に空気による気体逆流洗浄を１０秒間行いながら原水室側の水をドレンした。その他の設定条件については実施例１と同じである。その結果、洗浄効率は７４％であった。
【００３０】
比較例２は、空気による気体逆流洗浄を３０秒間行った後に空気による気体逆流洗浄を１０秒間行いながら原水室側の水をドレンした。その他の設定条件については実施例１と同じである。その結果、洗浄効率は６６％であった。
【００３１】
比較例３は、水による液体逆流洗浄を３０秒間行った後に空気による気体逆流洗浄を１０秒間行いながら原水室側の水をドレンした。その他の設定条件については実施例１と同じである。その結果、洗浄効率は６７％であった。
【００３２】
実施例２は、原水として河川水をポリ塩化アルミニウムで凝集沈澱処理した濁度０．５から１．０度の処理水を使用し、装置は、実施例１の装置と同じものを用いた。中空糸膜濾過流束５ｍ／日、洗浄間隔３０分間の条件で濾過を行い、経時変化による膜間差圧を調査した。その結果、本発明は図３に示す通り上昇率が緩やかであり、１０日経過後であっても膜間差圧は約１０ｋＰａであった。尚、膜間差圧は２５℃での水温補正に換算した値を用いた。
【００３３】
比較例４は、洗浄方法として気体逆流洗浄を実施した以外、実験条件は実施例２と同様である。その結果、膜間差圧は３日経過頃後から上昇勾配が急となり１０日経過時点では約６０ｋＰａであった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の膜の洗浄方法は、処理対象水中の濁質を膜によって処理する水処理分野において利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に関わる中空糸膜モジュールの洗浄方法を示す概略構成図である。
【図２】実施例１及び比較例１乃至３の試験結果を示す図である。
【図３】実施例２及び比較例４の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  中空糸膜モジュール
２  中空糸膜
３  開口部
４  封止部
５  微孔
６  原水室
７  濾過水室
８  結合部
１１  濾過弁 
１２  流水管
２１  空気逆洗弁
２２  エアコンプレッサ
２３  送気管
３１  逆洗水槽
３２  逆洗ポンプ
３３  送水管
３４  水逆洗流量調節弁
３５  水逆洗弁
４１  二次ドレン弁
５１  一次ドレン弁
６１  原水弁
７１  排気弁
Ａ  原水
Ｂ  一次ドレン
Ｃ  二次ドレン
Ｄ  濾過水
Ｅ  排気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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