(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過膜によって仕切られた原水室と処理水室を含み、ろ過膜を透過させることによって原水から懸濁物質を除去する膜ろ過モジュールと、膜ろ過モジュール上端よりも高い位置に設けられ、洗浄用水を貯留する洗浄用水貯留槽と、を有する膜ろ過装置の洗浄方法であって、
膜ろ過装置によって得られた処理水をポンプにより前記処理水室に圧送して、逆洗排水を原水室から排出する逆洗工程と、
この逆洗工程の後に、前記洗浄用水貯留槽内の洗浄用水を上記膜ろ過モジュールの原水室内に自然流下で流通させ、ポンプで洗浄水を圧送する場合に比べ前記原水室内の圧力を低くした状態でろ過膜を洗浄する洗浄工程と、
を有することを特徴とする膜ろ過装置の洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
ろ過時において膜ろ過モジュールの原水室内に一方向で原水を流通させ、洗浄時において上記洗浄手段により洗浄用水を原水室内にろ過時とは反対方向に流通させることを特徴とする膜ろ過装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろ過膜によって仕切られた原水室と処理水室を含み、ろ過膜を透過させることによって原水から懸濁物質を除去する膜ろ過モジュールを有する膜ろ過装置の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、河川水、湖沼水、ダム水、工業用水などを原水として工業用水、上水、純水や超純水の原料水を製造する場合、あるいは排水の浄化処理において、懸濁物質を微細な孔を有するろ過膜を利用してろ過処理を行う膜ろ過装置が利用されている。この膜ろ過装置には、使用する膜の孔径により、ＭＦ（精密ろ過）、ＵＦ（限外ろ過）、ＮＦ（ナノろ過）等がある。また、膜形状としては、中空糸膜、管状膜、スパイラル状膜、平膜などを使用したものがある。
【０００３】
このような膜ろ過装置は、圧力容器内にろ過膜を配置し、内部を原水室と処理水室に分離する。そして、原水室に圧入ポンプより原水を圧入して、処理水室にろ過膜を通過したろ過処理水を得る。
【０００４】
そして、ろ過処理によって、ろ過膜表面にろ過分離した懸濁物質からなる汚染物質が蓄積し、ろ過能力が低下してくる。そこで、定期的に逆洗を行い、ろ過能力を回復する。すなわち、ろ過処理水や水道水等の清浄な水を逆洗用水として処理水室に圧送し、洗浄用水を処理水室から原水室へとろ過膜を原水のろ過方向とは逆方向に通過させ、ろ過膜表面に蓄積した汚染物質を剥離除去する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
膜ろ過装置では、ろ過膜の能力を回復するために、この逆洗をかなり高い頻度で行わなければならないが、このような逆洗を行っても汚染物質を膜面から十分に剥離することはできず、結果として、膜の汚染が急速に進行し、そのため、早い段階で酸やアルカリ等の薬品を用いて膜の薬液洗浄を行わなければならなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ろ過膜の洗浄をより効果的に行える膜ろ過装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ろ過膜によって仕切られた原水室と処理水室を含み、ろ過膜を透過させることによって原水から懸濁物質を除去する膜ろ過モジュールと、膜ろ過モジュール上端よりも高い位置に設けられ、洗浄用水を貯留する洗浄用水貯留槽と、を有する膜ろ過装置の洗浄方法であって、膜ろ過装置によって得られた処理水をポンプにより前記処理水室に圧送して、逆洗排水を原水室から排出する逆洗工程と、この逆洗工程の後に、前記洗浄用水貯留槽内の洗浄用水を上記膜ろ過モジュールの原水室内に自然流下で流通させ、ポンプで洗浄水を圧送する場合に比べ前記原水室内の圧力を低くした状態でろ過膜を洗浄する洗浄工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
ろ過工程においてろ過膜の表面に付着した汚染物質は、逆洗を行うことによって大部分は膜面から剥離するが、一部は剥離しかかった状態で膜面に付着しているものも存在する。この剥離しかかっている汚染物質は、再びろ過工程に入った時に膜面に再付着してしまい、膜を汚染する。本発明では、通常の逆洗工程とろ過工程との間で、上記洗浄手段を用いて自然流下により洗浄用水を原水室に通水してろ過膜を洗浄する。従って、逆洗によってろ過膜表面から剥離しかかっている懸濁物質からなる汚染物質を洗浄用水の流通により押し流すようにして剥離除去することができる。これによって、ろ過膜の洗浄を効果的に行え、長期間にわたってろ過を継続することができる。
【０００９】
上記の洗浄工程においては汚染物質の膜面への再付着を避けるため、できる限り圧力をかけない方がよく、よって洗浄用水の流通を自然流下で行うのがよい。
【００１０】
また、本発明においては、ろ過時において上記膜ろ過モジュールの原水室内に一方向で原水を流通させ、洗浄時において上記洗浄手段により洗浄水を原水室内にろ過時とは反対方向に流通させることが好適である。
【００１１】
ろ過膜の表面に付着している汚染物質はろ過における原水の流れの方向に沿って、鱗状になりやすい。そこで、ろ過における原水の流れ方向とは逆方向に洗浄用水を流通させることで、剥離しかかった汚染物質を鱗をはがすようにして、ろ過膜面から除去することができ、非常に効果的な洗浄を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す図である。河川水などの原水は、原水貯槽１０に貯留される。この原水貯槽１０には、原水配管１２を介し膜ろ過モジュール１４が接続されている。また、この原水配管１２の途中には、原水ポンプ１６が設けられており、この原水ポンプ１６により原水貯槽１０内の原水が、膜ろ過モジュール１４に圧送される。
【００１４】
膜ろ過モジュール１４は垂直に設置されており、下部の原水流入室１８と、膜ろ過エレメント２２が配置される中間部の膜ろ過エレメント室と、上部の原水排出室２０とからなっている。この膜ろ過エレメント２２は、多数本の内圧型中空糸膜２２ａからなるものであり、図２に示すように、この中空糸膜によって中空糸内部の空間と外部空間が仕切られており、中空糸膜２２ａの内部が原水流入室１８と原水排出室２０を結ぶ原水室２６を構成し、中空糸膜２２ａの中空糸外部が処理水室２４を構成している。
【００１５】
膜ろ過モジュール１４の原水排出室２０は、循環配管２８を介し、原水ポンプ１６の吸い込み側に接続されている。従って、原水貯槽１０内の原水は、原水ポンプ１６により膜ろ過モジュール１４の原水流入室１８に供給され、ここから膜ろ過エレメント２２の中空糸内部の原水室２６を通り原水排出室２０を介し原水ポンプ１６に循環される。ここで、膜ろ過エレメント２２の中空糸内部からろ過膜を透過したろ過処理水は、処理水室２４に至る。
【００１６】
処理水室２４には、処理水配管３２が接続され、この処理水配管３２は、洗浄用水貯留槽３４を介し、処理水貯槽３６に接続されている。そこで、膜ろ過モジュール１４によって得られたろ過処理水は、洗浄用水貯留槽３４を介し処理水貯槽３６に導入される。処理水貯槽３６の処理水は系外に排出され、例えば後段の純水製造施設などに供給される。
【００１７】
また、処理水貯槽３６には、逆洗配管３８が接続されており、この逆洗配管３８は逆洗ポンプ４０を介し、処理水配管３２に接続されている。そこで、この逆洗ポンプ４０を駆動することで、処理水貯槽３６内の処理水が膜ろ過モジュールの処理水室２４に圧送され、膜ろ過エレメント２２の逆洗を行うことができる。また、原水流入室１８及び原水排出室２０には、洗浄水排水管４２、４４が接続されており、逆洗排水がここから排出される。
【００１８】
そして、本実施形態において、洗浄用水貯留槽３４は、膜ろ過モジュール１４の上端より高い位置に配置されており、洗浄用水貯留槽３４と膜ろ過モジュール１４の原水排出室２０は、洗浄用水配管４６で接続されている。そこで、洗浄用水貯留槽３４内のろ過処理水を自然流下で、原水排出室２０に供給でき、洗浄排水管４４から排水することができる。これによって、洗浄用水貯留槽３４内の処理水が、膜ろ過エレメント２２の原水室２６に自然流下で流れる。
【００１９】
なお、上述の説明では、バルブを省略したが、各配管には、バルブが適宜設けられ、このバルブの開閉で流路を適宜選択できるようになっている。
【００２０】
次に、処理の動作について、図１に基づいて説明する。ろ過工程では、原水ポンプ１６を駆動して、原水を膜ろ過モジュール１４の下部の原水流入室１８に圧送する。これによって、原水は、膜ろ過モジュール１４内を原水流入室１８、中空糸内部の原水室２６、原水排出室２０の順に通り、循環配管２８を通って、原水ポンプ１６の吸い込み側に循環する。従って、原水室２６内において、原水は上向流で流れる。そして、原水室２６内の原水の一部は、膜ろ過エレメント２２の中空糸膜２２ａを透過して、処理水室２４に至る。この際に、原水中の懸濁物質は、膜ろ過エレメント２２の中空糸膜２２ａによって分離され、その原水室２６側表面に蓄積される。従って、ろ過処理の継続によって、膜ろ過エレメント２２の原水室２６側表面には、懸濁物質からなる汚染物質が徐々に蓄積されていく。
【００２１】
これによって、膜ろ過モジュール１４のろ過能力が低下し、十分な処理水量が得られなくなる。そこで、定期的に逆洗工程を実施する。すなわち、原水ポンプ１６の駆動を停止し、逆洗ポンプ４０を駆動して、処理水室２４内に処理水貯槽３６内のろ過処理水を圧送する。これによって、ろ過処理水が、膜ろ過エレメント２２を処理水室２４側から原水室２６側に向けて流れ、逆洗が行われ、膜ろ過エレメント２２の原水室２６側表面に蓄積されていた汚染物質が剥離除去される。
【００２２】
そして、この逆洗工程の後、洗浄用水貯留槽３４内のろ過処理水を利用して押し出し洗浄工程を実施する。この押し出し洗浄工程では、逆洗ポンプ４０を停止し、洗浄用水貯留槽３４内のろ過処理水を自然流下で、膜ろ過モジュールの原水室２６内、すなわち中空糸膜２２ａの内部空間に流下させる。これによって、図３に示すように膜ろ過エレメント２２の中空糸内部の原水室２６側表面に残留していた汚染物質が剥離除去される。特に、この押し出し洗浄工程では、原水室２６内におけるろ過処理水の流れが、下降流であり、通水工程における原水の流れと逆方向である。そこで、膜ろ過エレメント２２の表面に付着していた汚染物質の剥離が促進される。
【００２３】
特に、膜ろ過エレメント２２の表面に付着している汚染物質は、図３に示すように、ろ過工程における原水の流れの方向に沿って、鱗状になりやすい。そこで、逆洗工程の後、すぐにろ過工程に入ると汚染物質が再度ろ過膜面に押しつけられ、汚染物質が付着してしまう。逆洗工程とろ過工程の間に通水方向が逆の押し出し洗浄工程を設けることで、剥離しかかった汚染物質を鱗をはがすようにして、ろ過膜面から除去することができ、十分な洗浄効果を得ることができる。
【００２４】
なお、この押し出し洗浄工程は、毎回の逆洗の後に実施する必要はなく、原水の性状に応じて、１日１回〜１週間に１回程度の頻度で、通常の逆洗の後に実施すればよい。
【００２５】
さらに、本実施形態では、押し出し洗浄工程において、逆洗用水貯留槽３４内のろ過処理水を自然流下で原水室２６内に流下させる。このような自然流下によれば、ポンプで圧送する場合に比べてそのときの原水室２６内の圧力をかなり低くできる。そこで、膜面に対する押圧力が低く、付着している汚染物質を効果的に剥離できる。
【００２６】
また、自然流下によるため、ポンプなどの回転機器が不要である。なお、膜ろ過モジュール１４の上端より高い位置に設置する洗浄用水貯留槽３４は、膜モジュール１４の原水側の室（原水流入室１８、原水室２６、及び原水排出室２０）の容積分で十分である。さらに、この洗浄用水貯留槽３４は、１つの膜ろ過系列に１槽設けてもよいが、押し出し洗浄処理のタイミングは異ならせることができるため、複数の膜ろ過系列に対し、１槽だけ設けてもよい。
【００２７】
ここで、押し出し洗浄工程において使用する洗浄用水は、ろ過処理水に限らず、活性炭処理水（後段に活性炭処理装置がある場合）や、水道水なども利用できる。さらに、この洗浄用水はなるべく清浄なものが好ましいが、原水を利用することもできる。また、膜ろ過モジュールは、内圧型中空糸に限らず、各種のタイプのものが利用できるが、特に、中空糸膜やチューブラー膜等の管状タイプの膜が好適である。更に、ろ過方式も上述のようなクロスフローろ過に限らず、全量ろ過でも良い。
【００２８】
【実施例】
図１に示したのと同じ構成の装置を用いて、押し出し洗浄工程を設けない通常の逆洗のみを行った従来例と、逆洗工程の後に押し出し洗浄工程を設けた本発明の装置について、処理実験を行った。使用した膜モジュールは、内圧型中空糸膜モジュールである。その際の条件を表１に示す。このように、本発明において、押し出し洗浄工程を１週に１回（逆洗２２０回に対し１回）通常の逆洗工程の後に行った以外は、同じ条件である。
【００２９】
【表１】
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この実験の結果における従来例と、本発明の場合の膜間差圧（一定のろ過処理水を得るための膜ろ過エレメント２２の原水室２６側と処理水室２４側の差圧）の変化を図４に示す。このように、従来法では、運転２ヶ月で、膜間差圧が増大し、薬品洗浄が必要になった。一方、本発明では、薬品洗浄が必要になったのは、運転７ヶ月であった。
【００３０】
これより、本発明の装置により、膜洗浄が効果的に行われ、安定運転期間を大きく延長できることが理解される。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、通常の逆洗を行った後に自然流下により洗浄用水を原水室に流通してろ過膜を押し出し洗浄する。このため、原水室内の圧力を低くして、原水室内に洗浄用水を流通することができ、これにより、逆洗によって剥離しかかっているろ過膜表面の汚染物質を効果的に剥離除去することができる。これによって、ろ過膜の洗浄を効果的に行え、長期間にわたってろ過を継続することができる。
【００３２】
また、ろ過の時と通水方向が逆の押し出し洗浄を行うことで、逆洗で剥離しかかった汚染物質を鱗をはがすようにして、ろ過膜面から除去することができ、十分な洗浄効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る膜ろ過装置の構成を示す図である。
【図２】  内圧型中空糸膜の構成を示す図である。
【図３】  各工程における汚染物質の状態を示す図である。
【図４】  運転継続による膜間差圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０  原水貯槽、１４  膜ろ過モジュール、１６  原水ポンプ、１８  原水流入室、２０  原水排出室、２２  膜ろ過エレメント、２４  処理水室、２６  原水室、３４  洗浄用水貯留槽、４０  逆洗ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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