(57)【要約】【課題】最適時に最適な薬液洗浄によって、ろ過効率を、経済的にかつ最大限に向上させることができる水処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】外径が３．６ｍｍ〜１０ｍｍ及び外径と肉厚の比であるＳＤＲ値が５．８〜３４である自立構造を有する単一主要構成素材による中空糸膜を用いた膜モジュールを用いて原水を膜に透過させてろ過水を得るろ過工程と、前記ろ過水の一部を供給して膜の洗浄を行う逆洗工程とを交互に繰り返し行う水処理方法であって、前記ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際に、あるいは前記逆洗工程における逆洗圧力が所定逆洗圧力よりも上昇した際又は逆洗流量が所定逆洗流量よりも下降した際に、薬液での洗浄を行うことを特徴とする水処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径が３．６ｍｍ〜１０ｍｍ、外径と肉厚の比であるＳＤＲ値が５．８〜３４、内径が３．２ｍｍ以上である自立構造を有し、両面において分離機能を有する中空糸膜を用いた膜モジュールを用いて原水を膜に透過させてろ過水を得るろ過工程と、
前記ろ過水の一部を供給して膜の洗浄を行う逆洗工程とを交互に繰り返し行う水処理方法であって、
前記ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際に、あるいは
前記逆洗工程における逆洗圧力が所定逆洗圧力よりも上昇した際又は逆洗流量が所定逆洗流量よりも下降した際に、薬液での洗浄を行うことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記中空糸膜が、塩化ビニル系樹脂の単一主要構成素材により形成されてなる請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
逆洗工程において、活性炭、限外ろ過膜又は逆浸透膜で処理をした処理水、ろ過水、水道水及び工業用水からなる群から選択される水を定流量で供給する請求項１又は２に記載の水処理方法。
【請求項４】
ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際、ろ過水の一部を定流量で供給して膜の洗浄を行う逆洗工程を行った後に、薬液での洗浄を行う請求項１〜３のいずれか１つに記載の水処理方法。
【請求項５】
薬液洗浄は、活性炭、限外ろ過膜又は逆浸透膜で処理をした処理水、ろ過水、水道水及び工業用水からなる群から選択される水を用いて行う請求項１〜４のいずれか１つに記載の水処理方法。
【請求項６】
薬液洗浄は、有機又は無機の酸又はアルカリ水溶液、酸化剤、洗剤、界面活性剤等、有機溶媒又はこれらの組み合わせを用いて行う請求項１〜５のいずれか１つに記載の水処理方法。
【請求項７】
逆洗工程又は薬液洗浄は、加温水を用いて行う請求項１〜６のいずれか１つに記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理方法に関し、より詳細には、メンテナンスのタイミングが制御された水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水処理、海水淡水化の前処理等の水の精製のために、中空糸膜が利用されている。そして、安全な水を定常的に大量に供給することが求められている状況下においては、より効率的かつより経済的に、被処理水に含有される種々の成分を膜によって分離して大量の水を供給することが必要である。
このために、例えば、中空糸膜による膜モジュールを、ろ過工程の間にろ過水を逆流させる逆洗工程を行うことによる洗浄及び／又は所定間隔ごとに薬液による洗浄に付している（例えば、特許文献１及び２）。
【０００３】
しかし、適切なろ過工程と逆洗工程との繰り返しを行っていても、膜面や膜内部への吸着により、剥離しきれない汚れが蓄積する。よって、長時間の濾過での汚れの蓄積によってろ過性能が低下することとなる。
このような場合には、薬液による化学洗浄を行うことになるが、中空糸膜の汚染の進行の程度は、被処理水の種類又は状態、温度等によって異なることから、中空糸膜面の薬液による洗浄は、時間による制御では適切なタイミングで洗浄が行われない場合がある。その結果、ろ過効率を十分に確保できない、薬液による洗浄前に、膜モジュールの使用範囲圧力を超えて膜を破断させることがある等の問題がある。
【０００４】
さらに、膜モジュールの薬液による洗浄には、膜モジュールを薬液に浸漬させる方法及び薬液を高速で膜モジュール内に循環させる方法などがあるが、いずれの方法によっても、比較的長時間を要するとともに大量の薬液が必要となり、あるいは、薬液洗浄の間の水処理運転の停止を余儀なくされる。従って、薬液による洗浄を効率的に行うために、水処理におけるろ過効率を最大限に発揮させることができる最適な薬液洗浄のタイミングを管理し、薬液洗浄に用いる薬品のコスト、排薬品の処理コスト、運転コストの低減を図ることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０２６３４号
【特許文献２】特開平１０−１９２６６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、最適時に最適な薬液洗浄を行うことによって、ろ過効率を、経済的にかつ最大限に向上させることができる水処理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】
【０００７】
本発明の水処理方法は、
外径が３．６ｍｍ〜１０ｍｍ及び外径と肉厚の比であるＳＤＲ値が５．８〜３４である自立構造を有する単一主要構成素材による中空糸膜を用いた膜モジュール又は外径が３．６ｍｍ〜１０ｍｍ、外径と肉厚の比であるＳＤＲ値が５．８〜３４、内径が３．２ｍｍ以上である自立構造を有し、両面において分離機能を有する中空糸膜を用いた膜モジュールを用いて原水を膜に透過させてろ過水を得るろ過工程と、
前記ろ過水の一部を供給して膜の洗浄を行う逆洗工程とを交互に繰り返し行う水処理方法であって、
前記ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際に、あるいは
前記逆洗工程における逆洗圧力が所定逆洗圧力よりも上昇した際又は逆洗流量が所定逆洗流量よりも下降した際に、薬液での洗浄を行うことを特徴とする。
このような水処理方法では、以下の１以上をさらに備えることが好ましい。
前記中空糸膜が、塩化ビニル系樹脂の単一主要構成素材により形成されてなる。
逆洗工程において、活性炭、限外ろ過膜又は逆浸透膜で処理をした処理水、ろ過水、水道水及び工業用水からなる群から選択される水を定流量で供給する。
ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際、ろ過水の一部を定流量で供給して膜の洗浄を行う逆洗工程を行った後に、薬液での洗浄を行う。
薬液洗浄は、活性炭、限外ろ過膜又は逆浸透膜で処理をした処理水、ろ過水、水道水及び工業用水からなる群から選択される水を用いて行う。
薬液洗浄は、有機又は無機の酸又はアルカリ水溶液、酸化剤、洗剤、界面活性剤、有機溶媒等又はこれらの組み合わせを用いて行う。
逆洗工程又は薬液洗浄は、加温水を用いて行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、最適時に最適な薬液洗浄を行うことができ、ろ過効率を、経済的にかつ最大限に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の水処理システムの概念図である。
【図２】本発明で水処理方法で使用される膜モジュールの概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の水処理方法は、通常、ろ過工程と逆洗工程とを交互に行うことができるシステムを用いて行われる。
【００１１】
（水処理システム）
本発明の水処理方法で使用される水処理システムは、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示す水処理システムを利用することができる。このような水処理システムは、原水槽１、膜モジュール２、透過水タンク３、薬液注入ユニット４等を備えて構成されている。
【００１２】
ここで、膜モジュール２としては、水処理において一般に用いられ、膜によってろ過が可能なものであればどのようなものを用いてもよい。このような膜モジュール自体は従来から公知であり、例えば、特開昭６２−１４０６０７号公報、特開平６−３１９９６１号公報、特開２００９−１８３８２２号公報、国際公開２０１１／００４７８６Ａ１及び２０１１／１０８５７９Ａ１等に記載された種々のものを利用することができる。
【００１３】
具体的には、図２に示すように、少なくとも、ケース１０と、その中に収容される複数本の中空糸膜１２とを備えるものが挙げられる。
ケース１０としては、例えば、筒状のものが挙げられ、金属、プラスチック類等の種々の材料のものを使用することができるが、一般的にケース成型が容易で、機械的強度を確保することができるプラスチックが用いられる。
中空糸膜１２は、中空糸膜外径、長さ、数等について、得ようとする膜モジュールの特性等に応じて、適宜調整することができる。中空糸膜１２は、所定本数束ねて中空糸膜束とし、その中空糸膜束を筒状ケース１０に合わせて所定の長さに切断してケース内に、ストレート状に挿入されることが好ましい。
【００１４】
この複数本の中空糸膜１２は、ケース１０内において、その両端面１０ａ、１０ｂ側がシール材１１によってシールされている。このシール材１１間のケース表面（例えば、端面（片端面又は両端面）１０ａ、１０ｂ側）には、上述した複数本の中空糸膜１２の内側（中空内）空間と連通する原水供給／排出配管（図示せず）が接続される原水供給口２ａ及び排水口２ｂを備えている。なお、原水供給口２ａ及び排水口２ｂのうち排水口２ｂは、デッドエンドろ過を行なう場合には閉じており、いわゆるフラッシング、ドレン等を行なう場合に利用される。シール１１間のケースの別の部位（例えば、側面）には、中空糸膜２の外側空間と連通する透過側配管（図示せず）が接続されるろ過水取出口２ｃが配置されている。このろ過水取出口２ｃは２以上配置されていてもよい。
【００１５】
特に、本発明においては、膜モジュール２に使用される中空糸膜１２は、外径が３．６ｍｍ〜１０ｍｍ及び外径と肉厚の比であるＳＤＲ値が５．８〜３４である自立構造を有する膜が挙げられる。また、内径は、３．２ｍｍ以上が好ましい。さらに、ポリマーからなり、両面において分離機能を有するものがより好ましい。ここでの分離機能とは、精密ろ過以上の分離機能を意味する。
【００１６】
中空糸膜は、その両面において分離機能を有している限り、当該分野で公知の方法、例えば、コーティング法、多層又は単層押し出し法、ラミネート法、熱誘起相分離法（ＴＩＰＳ）、非溶媒誘起相分離法（ＮＩＰＳ）、延伸法などを利用して製造することができる。具体的な方法は、国際公開２０１１／１０８５７９に記載されたものを利用することができる。なかでも、熱又は溶媒で溶かした１種以上のポリマーから成形する、ＮＩＰＳ法、ＴＩＰＳ法によって製造することが好ましい。
【００１７】
なお、本発明で用いる中空糸膜は、異なる組成のポリマーを共押出又はラミネートすることにより得られる一体的な積層膜も含まれる。特に、単一主要構成素材、例えば、塩化ビニル系樹脂による中空糸膜であることが好ましい。
ここで、単一主要構成素材による中空糸膜とは、主要構成素材が単一の素材であり、中空糸膜として機能する部位に、他の材料による支持部材等を用いることなく、自立構造をとり得るものを意味する。つまり、支持体フリーの膜であり、自立構造を有する支持体上に塗布することにより得られる膜とは異なる。
具体的には、国際公開２０１１／００４７８６Ａ１及び２０１１／１０８５７９Ａ１等に記載されたものを用いることが好ましい。特に、外径が、４ｍｍ程度以上、４．２ｍｍ程度以上、４．５ｍｍ程度以上、５ｍｍ程度以上のものがより好ましく、ＳＤＲ値が６．０程度以上、６．２程度以上、６．５程度以上のものがより好ましい。ただし、これらの場合、内径は、３．２ｍｍ以上が好ましい。
【００１８】
塩化ビニル系樹脂としては、中空糸膜を構成する全モノマーに対して、塩化ビニル（塩素化塩化ビニルを含む）が５０質量％以上のものが挙げられる。また、塩化ビニル系樹脂が、中空糸膜を構成する全樹脂に対して５０質量％以上、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上含有されているものが挙げられる。塩化ビニル系樹脂以外に、ポリスルホン（ＰＳ）系、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）系、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系、酢酸セルロース（ＣＡ）系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ポリエーテルスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリイミド（ＰＩ）系等の種々の高分子材料を用いてもよい。
【００１９】
このような中空糸膜は、膜間差圧１００ｋＰａにおける純水の透過水量が１００Ｌ／（ｍ2・ｈ）程度以上、２００Ｌ／（ｍ2・ｈ）程度以上であることが適しており、６００Ｌ／（ｍ2・ｈ）程度以上であることが好ましく、８００Ｌ／（ｍ2・ｈ）程度以上であることがより好ましく、１０００Ｌ／（ｍ2・ｈ）程度以上であることがさらに好ましい。
【００２０】
水処理システムにおいては、原水槽１と膜モジュール２の原水供給口２ａとの間、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃと薬液ユニット４との間、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃと透過水タンク３との間が、それぞれ配管によって連結されている。これらの配管には、それぞれ原水ポンプ５、薬液注入ポンプ６及び逆洗ポンプ７が配設されている。なお、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃと透過水タンク３との間には、逆洗ポンプ７が配設されていない通路を構成する配管も連結されている。また、膜モジュール２の排水口２ｂは、原水槽１と配管によって連結されている。
【００２１】
膜モジュール２の排水口２ｂと原水槽１との間、膜モジュール２と透過水タンク３との間には、それぞれ、自動弁８、９が配設されている。
また、原水槽１と膜モジュール２の原水供給口２ａとの間；膜モジュール２の排水口２ｂと原水槽１との間であって、自動弁８の膜モジュール２側；膜モジュール２のろ過水取出口２ｃと透過水タンク３及び薬液注入ユニット４との間であって、自動弁９の膜モジュール２側；の配管には、圧力計ＰＩ−１、ＰＩ−２及びＰＩ−３がそれぞれ配設されていることが好ましい。
さらに、膜モジュール２の排水口２ｂと原水槽１との間であって、自動弁８の原水槽１側；膜モジュール２のろ過水取出口２ｃと透過水タンク３の間であって、自動弁９の透過水タンク３側；透過水タンク３と膜モジュール２との間であって、逆洗ポンプ７と圧力計ＰＩ−３との間；にそれぞれ流量計ＦＩ−１、ＦＩ−２及びＦＩ−３が配設されていることが好ましい。
【００２２】
原水ポンプ５は、原水を膜モジュールに送液することができるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなど、種々のポンプを用いることができる。なお、原水ポンプは、図１に示した位置にかかわらず、膜モジュール２の下流又は上流のいずれかにおいて、原水又は透過水を、吸水、揚水、圧出等するためのポンプとして利用することができる。
【００２３】
膜モジュール２は、１つのみを用いてもよいし、２つ以上を直列で、並列で又は直列及び並列を組み合わせて連結して用いてもよい。
逆洗ポンプ７は、逆洗の際に透過水を膜モジュールに供給するために使用するポンプであり、上述した原水供給ポンプ５で例示したものと同様のものを利用することができる。
薬液注入ポンプ６も、上述した原水供給ポンプ５で例示したものと同様のものを利用することができる。薬液を膜モジュール２に供給する場合には、薬液注入ポンプ６を稼動させると同時に、逆洗ポンプ７も稼動させて、透過水に所定の濃度で薬液が注入されるようにして用いることが好ましい。
【００２４】
上述したシステムでは、逆洗時又は薬液洗浄の際に、気体供給装置を利用することができる。この気体供給装置は、気体（好ましくは圧縮空気）を膜モジュール２に供給するための装置であり、一般にはブロア、コンプレッサ、マイクロバブル発生ブロア等が挙げられる。通常、気体としては空気、オゾン、窒素ガス、不活性ガスが供給される。気体は膜モジュール内に気泡として供給され、この気泡により、膜モジュール内の中空糸膜を効果的に洗浄することができる。気泡の大きさは、中空糸膜を洗浄するために有用なものであれば特に限定されるものではなく、ステンレス、セラミック、プラスチック、ゴムなどに１ｍｍ〜数十ｍｍ程度の空気吐出孔を開けた散気管等を利用して、適宜調整することが好ましい。また、いわゆるマイクロバブル（例えば、数十μｍ〜数百μｍ程度）を発生させる手段等を利用してもよい。気体供給装置は、膜モジュールの上流側（被水処理槽側）及び／又は下流側（透過水槽側）のいずれに連結されていてもよいが、上流側に連結されていることが好ましく、少なくとも上述した原水供給ポンプ５と膜モジュール２との間に連結されていることがより好ましい。
【００２５】
（水処理方法）
このような水処理システムを利用する場合の水処理方法は、通常、以下のとおりである。
まず、原水槽１内の原水は、原水供給ポンプ５により膜モジュール２の原水供給口２ａに供給され、膜モジュール２の中空部内部を流れて、排水口２ｂから流出し、再び原水槽１に戻る原水循環路を循環する。
一方、膜モジュール２の原水供給口２ａに供給された原水は、膜モジュール２によってろ過される。このろ過水は、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃから取り出され、膜モジュール２と透過水タンク３とを結ぶ配管に設けられた自動弁９の開弁により、ろ過水タンク３に送水される。
なお、原水は、上述したようにクロスフローろ過に付されてもよいし、排水口２ｂを閉塞し、原水循環路を省略又は閉塞した水処理システムを用いたデッドエンドろ過に付されてもよい。
【００２６】
透過水タンク３に送水された透過水の一部は、膜モジュール２を構成する膜の逆洗用水として供給するために、逆洗ポンプ７によって、膜モジュール２に逆送することができる。
また、透過水タンク３に送水された透過水の一部が膜モジュール２に逆送する際に、その逆洗用水に、薬液注入ユニット４から薬液注入ポンプ６によって、薬液が注入され、薬液洗浄用水が、膜モジュール２に逆送される。
ただし、逆洗及び薬液洗浄に用いられる水は、ろ過水のみならず、水道水、工業用水、処理水（例えば、活性炭、ＵＦ膜、ＲＯ膜などで処理をした水）などの清浄水であればよい。
【００２７】
薬液洗浄でろ過水を用いる場合、例えば、ろ過水タンクに次亜塩酸ナトリウムなどの殺菌剤を一定濃度になるように添加し続け、ろ過水を清浄に保ち続けることが好ましい。
また、活性炭をろ過水タンクに入れるか、あるいは逆洗配管中に活性炭を配置させることも有効である。
【００２８】
膜モジュール２に逆送された透過水及び薬液洗浄用水は、膜モジュール２の膜を逆洗した後、膜モジュール２の排水口２ｂから配管を経て、システム外に排出される。
【００２９】
本発明の水処理方法では、ろ過水を得るろ過工程を、当該分野で公知の方法及び条件等で行うことができる。ろ過方法は、上述したように、デッドエンドろ過、クロスフローろ過のいずれでもよい。また、定圧ろ過、定流量ろ過、これらの組み合わせなどのいずれであってもよい。なかでも、定圧ろ過又は定流量ろ過のいずれかが好ましい。圧力の程度及び流量の程度は、用いる水処理システムの規模及び設備の種類／特性（例えば、膜モジュールの物理的強度など）、処理水の量等によって適宜調整することができる。例えば、膜モジュールにおける加圧方式は、内圧式又は外圧式のいずれの方式でもよいが、特に、内圧式、つまり、中空糸膜の内側に被処理水を供給し、中空糸膜の外側に透過水を取り出す方式が好ましい。この場合の内外の膜間差圧は、例えば、透過圧力で１０〜３００ｋＰａ程度が挙げられ、好ましくは、２００ｋＰａ程度以下である。膜間差圧をこの範囲とすることにより、実用上要求される透水性能 を維持することができるとともに、長期間、安定した透水速度を得ることができる。特に、膜モジュールに使用される中空糸膜が大口径（例えば、４ｍｍ程度以上）である場合には、濁度の高い水を、膜孔が閉塞されることなく、処理することができる。
【００３０】
本発明の水処理方法において、逆洗工程は、逆洗圧力を一定圧力で供給する定圧逆洗であってもよいが、ろ過水の一部を定流量で供給して行うことが好ましい。逆洗の継続時間及び間隔は、特に限定されるものではなく、被処理水の種類、濁度等によって適宜調整することができる。
【００３１】
従って、本発明の水処理方法では、通常、ろ過及び逆洗の一連工程は、
（ａ）定量ろ過−定量逆洗の繰り返し、
（ｂ）定量ろ過−定圧逆洗の繰り返し、
（ｃ）定圧ろ過−定量逆洗の繰り返し、又は
（ｄ）定圧ろ過−定圧逆洗の繰り返しが挙げられる。ただし、これらの２種以上を任意に組み合わせてもよい。
【００３２】
一般に、膜モジュールにおける膜の透水性能の低下の原因は、主に（i）ケーキ層の発生、（ii）ゲル層の発生、（iii）ケーキ層及び／又はゲル層の吸着などである。（i）および(ii)による汚れは逆洗、後述するフラッシング又はエアスクラビングなどの物理洗浄で除去することができる可逆的な汚れである。一方、発生したケーキ層が成長して膜面を閉塞すると、単純な物理洗浄等では汚れを除去できなくなる。また、（iii）は、物理洗浄だけでは除去することができない不可逆な汚れと相関する。よって、これらの汚れ及び／又は汚れの成長は、膜の維持管理にとって致命的となり得る。
つまり、水処理においては、上述したように、ろ過及び逆洗を繰り返し行っていても、逆洗工程を行っても、剥離／除去しきれない汚れが蓄積していく。
【００３３】
本発明の水処理方法では、このような汚れの成長を確実に防止／低減するために、その蓄積の程度を、ろ過又は逆洗時の流量の下降又は圧力の上昇によって判断し、ろ過又は逆洗の流量又は圧力が、所定の流量又は所定の圧力に達したタイミングで薬液洗浄を行うことによって、常に所定のろ過効果及び常に一定の逆洗効果を得ることができる。また、逆洗流量が低下することによる急激な洗浄効果の低減及び加速度的な膜面の閉塞の進行を阻止することが可能となる。さらに、薬液洗浄の早計なタイミングによる実行を回避して、より薬品コスト、運転コストの低減を図ることが可能となる。
【００３４】
ろ過及び逆洗工程において一定の流量とする方法としては、当該分野で公知の方法を利用することができる。例えば、インバータを用いたポンプのＰＩＤ制御などが挙げられる。
具体的には、定流量ろ過は、自動弁８を閉の状態にするとともに、自動弁９を開の状態として、原水供給ポンプ５を作動させることにより行われる。これによって、原水を原水タンク１から膜モジュール２内に供給し、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃから配管を経て、ろ過水タンク３に一定量でろ過水を排出させることができる。
同様に、定流量逆洗は、自動弁９を閉の状態にするとともに、自動弁８を開の状態として、逆洗ポンプ７を作動させることにより行われる。これによって、逆洗水（一部のろ過水）をろ過水タンク３から膜モジュール２の内側に一定量で噴出させ、膜モジュール２の排水口２ｂから配管を経て、システム外に排出させることができる。
【００３５】
ここで、定流量とは、所定の流量値を示すことを意味するが、若干の変動は許容される。ここでの一定の流量は、用いる水処理システムの規模及び設備の種類／特性、処理水の量等によって適宜調整することができる。
【００３６】
逆洗工程間に行う１回の連続的に行われる定流量ろ過の際には、ろ過初期から時間を経ることで、ろ過圧力が略一定に維持されるか、ろ過初期から時間を経るにつれて、ろ過による膜モジュールの目詰まり又は表面閉塞等により、ろ過圧力（｛〔（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）〕／２）｝−（ＰＩ−３）で表される値）が徐々に上昇することが想定される。ろ過圧力の上昇は、連続したろ過中だけでなく、逆洗を挟んで繰り替えされる一連工程においても不可逆な汚れの進行によって発生する。
また、ろ過工程間に行う１回の連続的に行われる定流量逆洗の際には、逆洗流量を一定に保つことによって、逆洗初期から時間を経るにつれて、逆洗の効果が発揮されることによって逆洗圧力（（ＰＩ−３）−｛［（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）］／２｝で表される値）が徐々に低下することが想定される。ただし、長期的には不可逆な汚れの進行によって逆洗圧力は上昇する。
【００３７】
従って、これらろ過又は逆洗の際の膜間差圧（つまり、ろ過圧力又は逆洗圧力）をモニタリングしていると、このろ過圧力又は逆洗圧力が突然又は徐々に上昇し続けることがある。このろ過圧力又は逆洗圧力の上昇が、膜の汚れの進行程度を表す指標となる。よって、このろ過圧力又は逆洗圧力が予め設定された所定圧力に達した（所定圧力以上となった）タイミングを、薬液洗浄を行うタイミングと設定することができる。
ここで、ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力に達したことは、例えば、膜モジュールの透過水取出口２ｃ側において、圧力変動を伴わない連結管に装備された圧力、例えば、図１においては、ろ過圧力（｛〔（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）〕／２）｝−（ＰＩ−３）で表される値）により判断することができる。また、逆洗工程においては、逆洗圧力が所定逆洗圧力に達したことは、（ＰＩ−３）−｛［（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）］／２｝で表される圧力によって判断することができる。所定圧力又は所定逆洗圧力は、用いる水処理システムの種類、排水性状等、種々の要因を考慮して、最適な値を設定することができ、好ましくは０．３ＭＰａ以下、より好ましくは０．２ＭＰａ以下、さらに好ましくは０．１ＭＰａ以下である。
【００３８】
ろ過及び逆洗工程において一定の圧力とする方法としては、当該分野で公知の方法を利用することができる。例えば、インバータを用いたポンプのＰＩＤ制御などが挙げられる。
具体的には、定圧ろ過は、自動弁８を閉の状態にするとともに、自動弁９を開の状態として、ろ過圧力（｛〔（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）〕／２）｝−（ＰＩ−３）で表される値）をモニターしながら、原水供給ポンプ５を作動させることにより行われる。これによって、原水を原水タンク１から膜モジュール２内に供給し、膜モジュール２のろ過水取出口２ｃから配管を経て、ろ過水タンク３に一定圧でろ過水を排出させることができる。
同様に、定圧逆洗は、自動弁９を閉の状態にするとともに、自動弁８を開の状態として、（ＰＩ−３）−｛［（ＰＩ−１）＋（ＰＩ−２）］／２｝で表される圧力をモニターしながら、逆洗ポンプ７を作動させることにより行われる。これによって、逆洗水（一部のろ過水）をろ過水タンク３から、一定圧で、膜モジュール２の内側に噴出させることができ、逆洗水は、膜モジュール２の排水口２ｂから配管を経て、システム外に排出させることができる。
【００３９】
ここで、定圧とは、所定の圧力値を示すことを意味するが、若干の変動は許容される。ここでの一定の圧力は、用いる水処理システムの規模及び設備の種類／特性、処理水の量等によって適宜調整することができる。
【００４０】
逆洗工程間に行う１回の連続的に行われる定圧ろ過の際には、ろ過圧力を一定に保つことによって、ろ過初期から時間を経てもろ過による膜モジュールの目詰まり又は表面閉塞等が生じない場合には、ろ過流量が略一定に維持されるか、ろ過初期から時間を経るにつれて、若干のろ過による膜モジュールの目詰まり又は表面閉塞等により、ろ過流量が徐々に低下することが想定される。
一方、ろ過工程間に行う１回の連続的に行われる定圧逆洗の際には、逆洗圧力を一定に保つことによって、逆洗初期から時間を経るにつれて、逆洗の効果が発揮されることによって逆洗流量が徐々に上昇することが想定される。ただし、長期的には不可逆な汚れの進行によって逆洗流量は低下する。
【００４１】
従って、これらろ過又は逆洗の際のろ過流量又は逆洗流量をモニタリングしていると、このろ過流量又は逆洗流量が突然又は徐々に減少し続けることがある。このろ過流量又は逆洗流量の減少が、膜の汚れの進行程度を表す指標となり、この減少によって、予め設定された所定流量に達した（所定流量以下となった）タイミングで、薬液洗浄を行うタイミングと設定することができる。
ここで、ろ過工程においてろ過流量が所定圧流量に達したことは、例えば、膜モジュールの透過水取出口２ｃ側において、連結管に装備された流量計、例えば、図１においては流量計ＦＩ−２により判断することができる。また、逆洗工程においては、逆洗流量が所定逆洗圧流量に達したことは、ろ過工程に準じて判断することができる。所定流量又は所定逆洗流量は、用いる水処理システムの種類、規模、個々の設備、特に膜モジュールの構成、大きさ、性能等、種々の要因を考慮して、最適な値を設定することができる。
【００４２】
なお、本発明では、上述したように、ろ過工程においてろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際に、薬液による洗浄を行うが、このようなろ過工程を中断して、あるいはろ過圧力上昇又はろ過流量が下降したろ過工程のサイクルが終了した後、薬液による洗浄を行ってもよいし、このようなろ過工程を中断して、あるいはろ過圧力上昇又はろ過流量が下降したろ過工程のサイクルが終了した後、通常の逆洗工程を行った後に薬液による洗浄を行ってもよい。
ただし、逆洗工程において逆洗圧力が所定圧力よりも上昇した際又は逆洗流量が所定流量よりも下降した際には、このような逆洗工程を中断して、あるいは逆洗圧力上昇又は逆洗流量が下降した逆洗工程のサイクルが終了した後、ろ過工程を行うことなく、薬液による洗浄を行うことが好ましい。
【００４３】
なかでも、ろ過工程（定圧又は定流量のいずれか）の後、定流量で逆洗を行う工程において、ろ過工程でのろ過圧力が所定圧力よりも上昇した際又はろ過流量が所定流量よりも下降した際又は逆洗工程において逆洗流量を一定にして逆洗圧力をモニターし、この逆洗圧力の所定圧力の上昇をモニターして、薬液での洗浄でのタイミングを図ることが適している。この方法によれば、より一層、不可逆な汚れに対する最適なタイミングを判断することが可能となる。
【００４４】
薬液での洗浄における薬液としては、当該分野で通常用いられているものを利用することができ、例えば、有機又は無機の酸又はアルカリ水溶液、酸化剤、洗剤、界面活性剤、有機溶媒等又はこれらの組み合わせが挙げられる。具体的には、膜面に付着した汚れが有機物の場合には、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を用いることができ、マンガン又は金属塩のような無機物の場合には、塩酸、硫酸、シュウ酸、クエン酸等を使用することができる。また、限外ろ過膜などの目の細かい膜は、酸化剤等で分解しにくい低分子有機物等が汚染物質として捕捉されるため、エタノール等の有機溶媒も有効である。
【００４５】
逆洗及び薬液洗浄の効果は、濃度と温度、時間に比例する傾向が強い。従って、逆洗及び薬液洗浄を、加温水（例えば、２０〜８０℃）で行うことが好ましい。そのために、逆洗配管をヒータで巻く、逆洗配管に熱交換器を通すなどの手段を利用することができる。加温することにより、液体の粘度を下げることができるために、逆洗流束を高めるのにも有効である。
薬液での洗浄における薬液の濃度は、処理水の種類、量、汚れの程度等によって適宜選択／調整することができる。また、薬液での洗浄は、薬液の定流量又は定圧力の逆洗等のオンライン方式でもよいし、系外の薬液中で所定時間の浸漬又は静置するオフライン方式でもよい。ここでの浸漬時間は、処理水の種類、量、汚れの程度等によって適宜調整することができる。
【００４６】
本発明の水処理では、特にろ過方式がクロスフローろ過の場合には、膜モジュールにおける入口（つまり、原水供給口２ａ）−出口（つまり、ろ過水取出口２ｃ）間の圧損が所定値よりも上昇した際においても、薬液での洗浄のタイミングの指標とすることができる。
【００４７】
本発明の水処理方法では、従来の海水淡水化等で必要としていた砂ろ過、糸巻きフィルター、ストレーナ等の除濁装置は必ずしも必要とせず、除濁装置及びこれに類する装置は設けられていないことが好ましい。これは、従来の口径の比較的小さな中空糸膜を用いて海水処理を行なうと、すぐに中空糸膜の閉塞が起こるため、前処理としての除濁が必要であったが、本発明において、比較的大口径の中空糸膜を使用する場合には、このような閉塞が起こりにくいからである。
【００４８】
本発明の水処理方法の対象となる水の種類は特に限定されず、汚水処理場等における活性汚泥等を含む排水、家庭排水等の都市下水、工場廃水等の各種施設の排水、農業廃水、生物処理水、懸濁質を含む排水、海水、井戸水さらには河川、湖沼など水等の膜分離で処理される被処理水のいずれであってもよい。また別の観点から、例えば、ＳＳ（浮遊物質）が５００００程度以下、２００００程度以下、１０〜１５０００程度の液体が挙げられる。
【００４９】
このように、本発明の水処理方法では、ろ過による水処理と、逆洗とを交互に行ない、特に、比較的大口径（大内径）を有しながら、特に、単一素材によって、高強度の単層構造の中空糸膜を利用する場合に、汚れの蓄積による膜の破断等を招くことなく、適時の適切な薬液洗浄の実施により、高濁度排水であっても、低エネルギーで、設備、特に膜モジュールを取り替えることなく、長期間にわたって処理することが可能となり、水処理におけるろ過効率を最大限に発揮させることができる。また、薬液洗浄に用いる薬品のコスト、排薬品の処理コスト、運転コストの低減を図ることができる。
【００５０】
なお、本発明の水処理方法で行なわれる交互の水処理（ろ過）及び逆洗は、必ずしも連続的に行わなくてもよく、例えば、水処理又は逆洗の後あるいはこれらの間に、フラッシング、ドレン、休憩工程を行なってもよい。
フラッシングは、主に槽、配管内部及び／又は膜モジュールなどの浮遊／付着物、残留異物等を除去するために行なう工程であり、加圧せずに、例えば、膜面流速０．１ｍ／ｓ以上で行なうことが好ましい。フラッシングする際の水は、通常被処理水が用いられる。膜モジュールを通した水は、フラッシング水として、再度原水槽１に戻される。
中空糸膜の内径よりも大きな粒子や繊維の塊、棒状の物質が膜モジュール端面でひっかかり、管路を塞ぐことがあるが、このモジュール端面での閉塞を、原水の供給向きと逆向きにフラッシングをすることで防止してもよい。
【００５１】
ドレンは、主に、膜モジュールにおいて全ろ過により水処理を行なった際に中空糸膜の被処理水側に残留する浮遊、付着、残留物、濃縮液等を系外に除去／排出する工程であり、例えば、すべてのポンプを停止した状態で膜モジュールの下部又は同時に上部を開放することにより、濃縮液等を自然に落下させて回収する方法が挙げられる。あるいは、膜モジュールの下部又は同時に上部を開放した状態で逆洗を実施し、逆洗排水をモジュール下部又は上部で回収する方法であってもよい。この回収された濃縮水又は逆洗排水は、別途設けたドレン水タンクに貯めてもよいし、処理フローでより上流側に返送してもよい。
休憩工程は、水処理を一次停止することを意味する。
【００５２】
さらに、上述した水処理、逆洗、フラッシングにおいては、超音波発生装置を利用して、当該分野で公知の方法を利用して、超音波を付与してもよい。この場合の超音波は、例えば、十数ｋＨｚ〜数ＧＨｚ程度の周波数のものであればよい。超音波は、膜モジュールにのみ付与することが好ましく、上述したバブリングと同様に、水処理、逆洗、フラッシング等を行なっている間又はそれら処理と処理との間に付与してもよく、常時行なってもよいし、間欠的に付与してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、河川水及び地下水の除濁、工業用水の清澄、排水及び汚水処理、海水淡水化の前処理等の水の精製等のために使用される水処理装置として、広範に利用することができ、経済的かつ効率的な水処理を行なうことができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  原水槽
２  膜モジュール
２ａ  原水供給口
２ｂ  排水口
２ｃ  ろ過水取出口
３  透過水タンク
４  薬液注入ユニット
５  原水供給ポンプ
６  薬液ポンプ
７  逆洗ポンプ
８、９  自動弁
１０  ケース
１０ａ、１０ｂ  端面
１１  シール材
１２  中空糸
【図１】
2013212497.tif 000002
【図２】
2013212497.tif 000003