(57)【要約】【課題】常に安定した薬品洗浄が可能であり、膜面への堆積物を確実に除去して膜差圧の回復を図ることができる分離膜の洗浄方法及び装置を提供する。【解決手段】薬液タンク6に貯留された高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を膜処理水で希釈して分離膜3を薬液洗浄するに当たり、監視装置9により膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度を指標として制御装置8が薬液注入ポンプ7を制御し、希釈倍率を調整する。これにより膜処理水の水質変動があった場合にも逆洗水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を一定に保ち、薬品洗浄効果の変動を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次亜塩素酸ナトリウム溶液を膜処理水で希釈した洗浄水を用いて分離膜を洗浄する方法であって、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度を指標として次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率を調整することを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項２】
請求項１記載の分離膜の洗浄方法において、膜処理水中のアンモニア性窒素の濃度が高い場合には、希釈倍率を低くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を高め、逆に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が低い場合には、希釈倍率を高くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を低下させることを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項３】
請求項1記載の分離膜の洗浄方法において、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度とともに有機物濃度を測定し、アンモニア性窒素濃度に有機物濃度を加味して次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率を調整することを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項４】
請求項１記載の分離膜の洗浄方法において、次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率の調整を、薬液注入ポンプによる次亜塩素酸ナトリウムの注入量制御により行うことを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項５】
請求項１記載の分離膜の洗浄方法において、希釈倍率の調整により、逆洗水中の遊離塩素濃度を一定に保つことを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項６】
請求項１記載の分離膜の洗浄方法において、希釈された次亜塩素酸ナトリウム濃度を20〜1000mg−Cl/Lの範囲とすることを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法により分離膜の洗浄を行った後、薬液注入ポンプを停止して膜処理水による通常の逆洗を行うことを特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項８】
分離膜と、その膜処理水を分離膜の二次側に打ち込む逆洗ポンプと、次亜塩素酸ナトリウム溶液を貯留する薬液タンクと、その薬液タンク内の次亜塩素酸ナトリウム溶液を逆洗水中に注入して希釈する薬液注入ポンプと、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度の監視装置と、その監視装置により測定されたアンモニア性窒素濃度を指標として薬液注入ポンプを制御し、希釈倍率を調整する制御装置とを備えたことを特徴とする分離膜の洗浄装置。
【請求項９】
請求項８記載の分離膜の洗浄装置において、制御装置はアンモニア性窒素濃度が高い場合には希釈倍率を低くし、逆に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が低い場合には、希釈倍率を高くするように希釈倍率を調整する機能を備えたものであることを特徴とする分離膜の洗浄装置。
【請求項１０】
請求項８記載の分離膜の洗浄装置において、分離膜は生物反応槽または凝集攪拌槽の後段に配置されたものであることを特徴とする分離膜の洗浄装置。
【請求項１１】
請求項８記載の分離膜の洗浄装置において、分離膜がセラミック製モノリス型の、MF膜またはUF膜であることを特徴とする分離膜の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水、下水等の水処理に用いられる分離膜を洗浄する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分離膜を用いた水処理においては、膜面への堆積物を除去して膜差圧の上昇を抑制するために、膜処理水を用いた逆洗が行われる。しかし単なる逆洗によっては除去することができない堆積物を分解して除去するために、定期的に次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いた薬品洗浄が行われる。分離対象が上水の場合には原水が清澄であるために薬品洗浄のインターバルは比較的長いが、分離対象が下水の場合には原水中の汚濁物が多いため、例えば２時間に１回程度の頻度で薬品洗浄が行われている。
【０００３】
この薬品洗浄は、特許文献１に示されるように、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を所定の次亜塩素酸ナトリウム濃度となるように膜処理水で所定希釈倍率に希釈した洗浄水を用いて行われるのが普通である。この希釈倍率は、通常用いる高濃度次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を変えない限り、固定した値を用いている。ところが、所定の希釈倍率の希釈水を用いて分離膜を洗浄しているにもかかわらず、十分な薬品洗浄効果が得られない場合があった。そのような場合には薬品洗浄を行っているにもかかわらず分離膜の膜差圧の回復が不十分となり、安定した運転ができなくなる。
【特許文献１】日本特許公開２００７−３１３９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決して、常に安定した薬品洗浄が可能であり、膜面への堆積物を確実に除去して膜差圧の回復を図ることができる分離膜の洗浄方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は上記の課題を解決するために、所定の希釈倍率の希釈水を用いて分離膜を洗浄しているにもかかわらず、薬液洗浄効果が変動する原因を追究した。その結果、膜処理水の水質はその前段に設置された生物反応槽や凝集攪拌槽などの運転条件により変動しており必ずしも一定でないこと、そして膜処理水中にアンモニア性窒素や有機窒素化合物が含まれていると、それらが下式に示すように遊離塩素と反応してＮＨ２Ｃｌ、ＮＨＣｌ、ＮＣｌ３等のクロラミン類を生成してしまい、次亜塩素酸ナトリウムの膜洗浄効果を低下させてしまうことを究明した。クロラミン類は反応速度が遅く、遊離塩素に比べて膜洗浄効果に乏しい物質であるため、遊離塩素がクロラミン類の生成に消費されると膜閉塞物質の除去効果が低下する。すなわち、膜処理水中にアンモニア性窒素や有機窒素化合物が含まれている場合には、薬液洗浄時に用いる洗浄液の濃度が、所定の濃度よりも低くなり、薬液洗浄効果が悪化することがあった。
NH3＋HCｌO  →  NH2Cｌ＋H2O
NH2Cｌ＋HCｌO  →  NHCｌ２＋H2O
NHCｌ２＋HCｌO  →  NCｌ３＋H2O
【０００６】
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものであって、次亜塩素酸ナトリウム溶液を膜処理水で希釈した洗浄水を用いて分離膜を洗浄する方法であって、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度を指標として次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率を調整することを特徴とするものである。本発明においては、膜処理水中のアンモニア性窒素の濃度が高い場合には、希釈倍率を低くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を高め、逆に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が低い場合には、希釈倍率を高くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を低下させるものとする。
【０００７】
このような希釈倍率の調整により、逆洗水中の遊離塩素濃度をほぼ一定に保ち、安定した薬品洗浄を可能とする。希釈された次亜塩素酸ナトリウム濃度は20〜1000mg−Cl/Lの範囲とすることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率の調整は、薬液注入ポンプによる次亜塩素酸ナトリウムの注入量制御により行うことが好ましい。またこのように分離膜の薬液洗浄を行った後、薬液注入ポンプを停止して膜処理水による通常の逆洗を行うことが好ましい。薬液の残留をなくするためである。
【０００８】
また本発明の分離膜の洗浄装置は、分離膜と、その膜処理水を分離膜の二次側に打ち込む逆洗ポンプと、次亜塩素酸ナトリウム溶液を貯留する薬液タンクと、その薬液タンク内の次亜塩素酸ナトリウム溶液を逆洗水中に注入して希釈する薬液注入ポンプと、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度の監視装置と、その監視装置により測定されたアンモニア性窒素濃度を指標として薬液注入ポンプを制御し、希釈倍率を調整する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。制御装置はアンモニア性窒素濃度が高い場合には希釈倍率を低くし、逆に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が低い場合には、希釈倍率を高くするように希釈倍率を調整する機能を備えたものである。好ましい実施形態においては、分離膜はセラミック製モノリス型の、MF膜またはUF膜であり、分離膜は生物反応槽または凝集攪拌槽の後段に配置されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度を指標として次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈倍率を調整するので、膜処理水中のアンモニア性窒素や有機窒素化合物の濃度が高い場合には、希釈倍率を低くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を高め、逆に膜処理水中のアンモニアや有機窒素化合物の濃度が低い場合には、希釈倍率を高くして洗浄水中の次亜塩素酸ナトリウム濃度を低下させることができる。このため膜処理水の水質変動に伴い次亜塩素酸ナトリウム中の遊離塩素がクロラミン類を生成するために消費される量が変動しても、逆洗水中の遊離塩素濃度をほぼ一定に維持することが可能となり、安定した薬液洗浄効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１は下水処理用の生物処理槽であり、その槽内水は循環ポンプ２により分離膜３に供給され、クロスフロー方式あるいはデッドエンド方式による膜分離が行われる。分離膜３としてはMF膜またはUF膜が用いられ、その材質は高分子であってもセラミックであってもよい。またその形状もモノリス膜のほか、チューブラー膜、平膜、中空糸膜など任意であり、外圧式であっても内圧式であってもよい。この実施形態においては、セラミック製のモノリス膜が用いられている。分離膜３の膜処理水は処理水槽４に貯留される。５は逆洗ポンプであり、通常の逆洗時には処理水槽４内の膜処理水を分離膜３の二次側に打ち込み、逆洗を行う。なお、逆洗ポンプを使用せずに加圧水槽を用いて逆洗水を加圧水槽に貯め逆洗を行っても良い。
【００１１】
このように通常の逆洗の場合には薬液を含まない逆洗水による逆洗が行われるが、定期的な薬品洗浄の際には、薬液タンク６内の高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を薬液注入ポンプ７により逆洗水中に注入する。薬液タンク６内の次亜塩素酸ナトリウム濃度は通常は約１３万mg−Cl/Lであるが、膜処理水により希釈し、20〜1000mg−Cl/L程度の濃度になるように洗浄液を作成する。次に、この洗浄液をポンプや圧縮空気などにより分離膜３の二次側から供給し、膜の一次側を含め膜全体に洗浄液を行き渡らせる。その後、一定時間分離膜３を洗浄液に浸漬させることにより、分離膜３を薬品洗浄する。このときの希釈濃度は薬液注入ポンプ７の注入量により決定されている。
【００１２】
なお、分離膜３を洗浄液に浸漬させる方法は、膜の一次側から二次側へ洗浄液を流すことによって行っても良い。この場合、高濃度次亜塩素酸ナトリウム溶液の希釈に原水を用いる。手順はまず、原水供給ラインに高濃度次亜塩素酸ナトリウム溶液を投入し、原水ポンプにより希釈洗浄水を膜に行き渡らせる。膜に洗浄水が行き渡った後、原水ポンプを停止し、膜を洗浄水に一定時間浸漬させる。一定期間経過後、洗浄水を系外に排出する。
【００１３】
従来はこの希釈倍率は例えば1000倍程度に設定されていたのであるが、本発明では薬液注入ポンプ７を制御し、希釈倍率を調整する制御装置８が設けられている。またこれとは別に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度の監視装置９が設けられており、その監視装置９により測定されたアンモニア性窒素濃度を指標として制御装置８は希釈倍率を変更する。
【００１４】
現在のところ、逆洗に用いられるレベルの次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を直接自動測定できる装置は開発されていないが、水中のアンモニア性窒素濃度の自動測定装置は例えば株式会社堀場製作所から自動アンモニウムイオン測定装置（AMNA-101/102形）の商品名で市販されている。そこで膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度が高いときには、次亜塩素酸ナトリウム中の遊離塩素がアンモニア性窒素と反応してクロラミン類を生成しやすいため、図２に示すように制御装置８が希釈倍率を下げて逆洗水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を高める。逆に膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が低い場合には、希釈倍率を上げることにより逆洗水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を低下させ、次亜塩素酸ナトリウムの無駄な消費を抑制し、ランニングコストの低減を図る。
【００１５】
この結果、膜処理水の水質変動に伴い次亜塩素酸ナトリウム中の遊離塩素がクロラミン類を生成するために消費される量が変動しても、逆洗水中の遊離塩素濃度をほぼ一定に維持することが可能となり、常に一定の薬品洗浄効果を得ることができる。これにより膜差圧の上昇を防止し、分離膜３の安定運転が可能となる。なお、一般的に薬品洗浄に使用される逆洗水量は分離膜を収納したケーシング体積の１〜２倍程度であり、薬品洗浄後は薬液注入ポンプ７を停止して通常の逆洗を行い、分離膜３内への薬液の残留を防止する。
【００１６】
本発明は前記した下水、上水のほか、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、屎尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水、海水などを対象とした膜分離システムに広く適用することができる。具体的な適用システムとしては、下水三次処理（終沈越流水の処理）、膜分離活性汚泥処理、海水淡水化用ＲＯ膜のための前処理などを上げることができる。
【００１７】
また膜処理水中のアンモニア性窒素濃度のほか、自動測定が可能なＣＯＤ（化学的酸素要求量）やＴＯＣ（全有機炭素濃度）の測定値を加味して希釈倍率の制御を行えば、更に好ましい。ＣＯＤやＴＯＣも遊離塩素を消費するためである。この場合には、ＣＯＤやＴＯＣの値が高い場合には希釈倍率を更に低下させ、ＣＯＤやＴＯＣの値が低い場合には希釈倍率を更に高めるように制御装置８を動作させればよい。図３にＴＯＣが5mg/Lから40mg/Lにまで変化した場合の希釈倍率のグラフを示す。図示のようにＴＯＣが低い場合にはアンモニア性窒素濃度による希釈倍率の変化は大きいが、ＴＯＣが増加するに連れてその影響が支配的となるため、アンモニア性窒素濃度による希釈倍率の変化は小さくなる。なお、ＣＯＤは、過マンガン酸カリウムを酸化剤として用いる指標（ＣＯＤＭｎ）と、重クロム酸カリウムを酸化剤として用いる指標（ＣＯＤＣｒ）使用する指標があるが、いずれを用いても構わない。
【実施例】
【００１８】
下水の活性汚泥処理を行う生物処理槽の槽内水を、槽外に設置されたセラミック製モノリス膜に循環させ、クロスフローろ過を行った。その膜分離水を処理水槽に貯留し、４０分ごとに逆洗ポンプによる逆洗を行い、１２０分ごとに薬品洗浄を行った。薬品洗浄は、薬液タンクに貯留されている濃度１３万mg−Cl/Lの次亜塩素酸ナトリウム溶液を薬液注入ポンプにより逆洗水中に注入して希釈した洗浄液を用いて行われた。この薬品洗浄の際、洗浄液は分離膜の二次側から一次側に流した。また、分離膜が洗浄液に浸漬された段階でその状態を２分間保持した。
【００１９】
従来は希釈倍率を1000倍に固定していたため、薬品洗浄効果のばらつきが大きく、例えば膜差圧上昇速度が、アンモニア性窒素濃度が0mg−N/Lの時の２倍まで増加することがあった。これに対して本発明により膜処理水中のアンモニア性窒素濃度を監視し、その濃度が2mg−N/Lに高まったときには希釈倍率を860倍とし、その濃度が0mg−N/Lに低下したときには希釈倍率を1000倍とするように制御したところ薬品洗浄効果が安定し、膜処理水中のアンモニア性窒素濃度が0mg−N/Lと2mg−N/Lとの間で変動したにもかかわらず、アンモニア態窒素濃度が常に0mg−N/Lの時と比べ膜差圧上昇速度が同等となった。なお、膜差圧とは、膜の原水側と処理水側の圧力の差であり、膜差圧上昇速度とは膜差圧が増加する速さである。従って、膜差圧上昇速度が低い方が、長期間安定した膜ろ過が行える事を意味する。
【００２０】
また、有機物についても用いた原水は変動が大きいため、従来は希釈倍率を1000倍に固定しておくと、薬品洗浄効果のばらつきが大きく、例えばTOC濃度が6mg/Lの場合と8mg/Lの場合では膜差圧上昇速度が大きく異なることがあった。これに対して本発明により膜処理水中のアンモニア性窒素濃度及びTOC濃度を監視し、アンモニア性窒素濃度の変動に対しては上述の通り希釈倍率を変動させるとともに、TOC濃度が8mg/Lに高まったときには希釈倍率を830倍とし、その濃度が6mg/Lに低下したときには希釈倍率を1000倍とするように制御したところ薬品洗浄効果が安定した。なお、上記希釈倍率はアンモニア性窒素濃度が0mg-N/Lで一定であった際に用いた希釈倍率の一例である。この結果、TOC濃度が6mg/L と8mg/Lとの間で変動したにもかかわらず、TOC濃度が常に6mg/Lの時と比べ膜差圧上昇速度が同等となった。
【００２１】
このように本発明によれば、分離膜の前段に設置された生物反応槽や凝集攪拌槽などの運転条件が変動した場合にも安定した膜ろ過運転が可能となり、しかも次亜塩素酸ナトリウムの使用量を適正化してランニングコストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】膜処理水中のアンモニア性窒素濃度と希釈倍率との関係を示すグラフである。
【図３】膜処理水中のＴＯＣ濃度とアンモニア性窒素濃度と希釈倍率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  生物処理槽
２  循環ポンプ
３  分離膜
４  処理水槽
５  逆洗ポンプ
６  薬液タンク
７  薬液注入ポンプ
８  制御装置
９  アンモニア性窒素濃度の監視装置
【図１】
2007275870.tif 000003
【図２】
2007275870.tif 000004
【図３】
2007275870.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月27日(2007.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
この薬品洗浄は、特許文献１に示されるように、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を所定の次亜塩素酸ナトリウム濃度となるように膜処理水で所定希釈倍率に希釈した洗浄水を用いて行われるのが普通である。この希釈倍率は、通常用いる高濃度次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を変えない限り、固定した値を用いている。ところが、所定の希釈倍率の希釈水を用いて分離膜を洗浄しているにもかかわらず、十分な薬品洗浄効果が得られない場合があった。そのような場合には薬品洗浄を行っているにもかかわらず分離膜の膜差圧の回復が不十分となり、安定した運転ができなくなる。
【特許文献１】特開平９−３１３９０２号公報