(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を有する膜モジュールと、
被処理水を該膜モジュールの１次室に供給し、該１次室からの濃縮水を該被処理水に混合するようにした被処理水の循環供給手段と、
該膜モジュールの２次室から透過水を取り出す透過水取出手段と、
を有する膜分離装置において、
前記循環供給手段にｐＨ検出手段を設けると共に、該透過水取出手段に弁を設け、該ｐＨ検出手段の検出値に基いて該弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜分離装置に係り、特に、フッ素及び／又は重金属含有排水の凝集処理水の固液分離手段として好適な膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フッ素及び／又は重金属含有排水の処理方法として、排水にＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）やＦｅＣｌ3 （塩化第二鉄）等の凝集剤を添加すると共にｐＨ調整して凝集処理し、得られた凝集処理液を膜分離装置で固液分離する方法が知られている。
【０００３】
図２は、このような排水処理に用いられる従来装置を示す。排水は、配管１１よりｐＨ計１Ａ及び撹拌機１Ｂを備える凝集反応槽１に導入され、配管１２からのｐＨ調整剤（ＮａＯＨ等のアルカリ又はＨＣｌ，Ｈ2 ＳＯ4 等の酸）でｐＨ調整されると共に、配管１３からの凝集剤（ＰＡＣ又はＦｅＣｌ3 等）で凝集処理される。凝集処理水は配管１４から循環槽２に導入され、循環ポンプＰ1 により配管１５，１６を経て膜モジュール３の１次室（原水室）３Ａに導入される。
【０００４】
膜モジュール３の膜を透過した透過水は、膜モジュール３の２次室（透過水室）３Ｂから配管１７、定流量弁Ｖ1 を備える配管１８を経て逆洗ポット４に流入し、更に、弁Ｖ3 を備える配管１９より系外へ排出される。
【０００５】
一方、膜濃縮水は、配管２０より循環槽２に返送され、循環処理される。なお、循環槽２内の液は、必要に応じて返送ポンプＰ2 により配管２１を経て凝集反応槽１に返送される。
【０００６】
この装置において、膜モジュール３の膜としては、ＭＦ（精密濾過）膜又はＵＦ（限外濾過）膜が用いられることが多い。
【０００７】
膜モジュール３の逆洗に際しては、循環ポンプＰ1 を停止して、膜モジュール３への給水を止め、逆洗ポット４内の処理水（透過水）を逆洗弁Ｖ2 を備える配管２２から配管１７を経て膜モジュール３に逆流させる。膜モジュール３の２次室３Ｂから１次室３Ａに流入した逆洗水は配管２０より循環槽２に送給される。
【０００８】
膜モジュール３では、このような逆洗操作と凝集処理水の膜分離処理とを交互に行うが、このように、逆洗を行っても、経時的に膜モジュール３の膜面に分離汚泥が固着し、逆洗では膜分離性能を回復し得なくなる。
【０００９】
そこで、この場合には、装置の運転を停止して膜モジュール３の薬品洗浄を行う。薬品洗浄は、通常の場合、ＨＣｌ、（ＣＯＯＨ）2 、Ｈ2 ＳＯ4 等の酸と、ＮａＯＨ等のアルカリとを用いて実施される。この薬品洗浄後の運転の再開に当っては、系内から洗浄薬品を排出させた後、工業用水や純水で系内の薬品を十分に洗い出す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
膜モジュール３の薬品洗浄後、工業用水や純水で押し出し洗浄を行っても系内に薬品が残留する場合がある。この場合、薬品洗浄後の運転再開時に、循環槽２から膜モジュール３に導入される膜原水のｐＨが洗浄薬品の酸又はアルカリにより、凝集反応槽１における設定ｐＨ範囲、即ち凝集に好適な適正ｐＨ範囲から外れることがある。
【００１１】
凝集反応槽１内のｐＨが適正範囲を外れると、凝集汚泥の微細化、固液分離性の悪化、又は再溶解などの凝集不良が起きる。例えば、凝集剤としてＰＡＣを用いた場合、ｐＨ８．５以上又はｐＨ５．５以下ではＡｌ3+が溶出し、ｐＨ５．５以下では更に排水中の金属も溶出してくる。また、ｐＨ８〜８．５では、凝集汚泥は固液分離性が悪いものとなる。
【００１２】
このような適正ｐＨ範囲外のｐＨ条件下で凝集処理された凝集処理水を膜モジュール３に導入すると分離性の低下した汚泥で膜面が著しく汚染され透過水量が早期に低下したり、透過水中に金属イオンが多量に溶出して処理水質を低下したりするようになる。かかる膜汚染を防止すると共に処理水質を維持するために、適正ｐＨ範囲を外れた凝集処理水の膜モジュールへの流入を防止する必要がある。
【００１３】
しかしながら、従来においては、図２に示す如く、凝集反応槽１ではｐＨ計１Ａが設けられてｐＨ制御が行われているが、循環槽２にはｐＨ計は設けられておらず、膜モジュール３に導入される凝集処理水のｐＨの監視は行われていない。
【００１４】
なお、耐酸性、耐アルカリ性が低いＲＯ（逆浸透）膜を用いた膜分離装置では、循環ラインにｐＨ計を設け、循環ラインの水が設定ｐＨ範囲を外れた場合には、膜モジュールへの給水ポンプ（循環ポンプ）を停止して原水の流入を阻止することがある。しかしながら、この方法を図２に示すような凝集処理水を膜分離処理する装置に適用した場合には、次のような不具合が生じる。
【００１５】
即ち、フッ素及び／又は重金属含有排水の凝集処理水を膜分離処理する図２の装置において、循環槽２、循環ポンプＰ1 を備える配管１５、配管１６、膜モジュール３の１次室３Ａ及び循環配管２０で構成される循環系内の水の汚泥濃度は２０００〜６００００ｍｇ／Ｌ程度とかなり高い濃度となっている。このため、循環ポンプＰ1 を停止すると、このような高汚泥濃度の水が膜モジュール３の１次室３Ａに滞留し、膜モジュール３内で汚泥が沈殿して膜面に付着する。このため、循環ポンプＰ1 停止後には、ただちに工業用水等の清浄な水を膜モジュール３の１次室３Ａに供給して沈殿した汚泥を押し出し洗浄しておく必要がある。例えば、洗浄水槽５内の水又は系外の用水を洗浄ポンプＰ3 で配管２４，１６より膜モジュール３の１次室３Ａに供給して１次室３Ａ内の汚泥を押し出す。このような洗浄には、洗浄用水が大量に必要になると共に、この洗浄排水（押出水）を処理する必要も生じる。
【００１６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、膜分離装置の原水が適正ｐＨ範囲を外れても膜汚染や処理水水質の低下を防止することができ、しかも、膜分離処理の再開に当っては、押し出し洗浄等を必要としない膜分離装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置は、分離膜を有する膜モジュールと、被処理水を該膜モジュールの１次室に供給し、該１次室からの濃縮水を該被処理水に混合するようにした被処理水の循環供給手段と、該膜モジュールの２次室から透過水を取り出す透過水取出手段と、を有する膜分離装置において、前記循環供給手段にｐＨ検出手段を設けると共に、該透過水取出手段に弁を設け、該ｐＨ検出手段の検出値に基いて該弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の膜分離装置では、循環供給手段に設けたｐＨ検出手段の検出ｐＨが所定範囲外の場合には、透過水取出手段の弁を閉じ、膜モジュールの１次室の水が２次室へ透過しないようにする。これにより、適正ｐＨ範囲を外れた凝集処理水などの被処理水が膜を透過することによる膜汚染や処理水水質の低下を防止することができる。
【００１９】
また、循環供給手段内の水を常時循環させておくことができるため、膜モジュールの１次室での汚泥の沈殿による閉塞はなく、膜分離処理の再開に当って、押し出し洗浄を行う必要がない。
【００２０】
なお、本発明の膜分離装置では、透過水取出手段の弁を閉とすると、透過水が排出されなくなり、膜モジュールの２次室側の圧力の上昇が起こる。このため、膜分離装置の耐圧性が要求されるように考えられるが、このように２次室の圧力が上昇しても、１次室側の圧力と同程度（通常の場合１．５ｋｇ／ｃｍ2 程度）までであり、通常の逆洗可能な膜分離装置が備える耐圧性で十分に対応可能である。従って、膜モジュールに特別な耐圧構造を具備させる必要はない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る膜分離装置を備えた凝集処理装置を示す系統図である。
【００２２】
図１の装置は、循環槽２にｐＨ計２Ａ及びｐＨ調整剤の供給配管２Ｂが設けられ、膜モジュール３の２次室３Ｂから透過水を取り出す配管１７にｐＨ計２Ａと連動する自動弁Ｖ4 が設けられている点が図２に示す従来の装置と異なり、その他は同様の構成とされている。従って、図１において、図２に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。ただし、図１において、洗浄水槽５及び洗浄ポンプＰ3 ，洗浄配管２４は図示を省略してある。
【００２３】
図１に示す装置においても、前述の図２に示す装置における処理方法と同様に、凝集処理及び膜分離処理が実施される。図１に示す装置においては、ｐＨ計２Ａにより循環槽２内の液ｐＨを計測し、この計測値が予め定めた設定ｐＨ範囲である場合には自動弁Ｖ4 を開として透過水を採水する。ｐＨ計２Ａの計測値がこの設定ｐＨ範囲を外れた場合には、自動弁Ｖ4 を閉として透過水の採水を停止する。
【００２４】
この採水停止期間において、配管２Ｂより酸又はアルカリのｐＨ調整剤を循環槽２に添加して循環系内のｐＨを設定ｐＨ範囲に調整し、透過水の採水を再開できるようにする。
【００２５】
この透過水の採水停止期間において、循環ポンプＰ1 は停止せず、配管２０、循環槽２、配管１５，１６及び膜モジュール３の１次室３Ａよりなる循環系内を水が循環するため、１次室３Ａで汚泥が沈殿することはなく、膜面の閉塞が防止される。従って、透過水の採水を再開するに当っては単に自動弁４を開くだけでよく、１次室３Ａを洗浄する必要はない。
【００２６】
なお、透過水の採水停止期間に循環槽２内のｐＨを調整するには、循環槽２にｐＨ調整剤を添加して直接調整しても良く、循環槽２内の液を返送ポンプＰ2 で配管２１より凝集反応槽１に返送すると共に、凝集反応槽１から配管１４より凝集処理液を受け入れることで調整しても良い。
【００２７】
図１に示す装置において、ｐＨ計２Ａによる自動弁Ｖ4 の開閉の基準となる設定ｐＨ範囲は、処理対象水系に応じて適宜決定される。例えば、スーツ混合脱硫排水等の排水にＰＡＣを添加して凝集処理し、凝集処理水を膜分離処理する場合にはｐＨ６〜８．５程度が好ましい。即ち、後述の参考例１〜３の結果からも明らかなように、ＰＡＣによる凝集処理は、特にｐＨ６．０〜６．５で安定し、ｐＨ９以上ではＡｌ3+の溶出や膜汚染によるフラックスの低下が起こり、ｐＨ５以下でもＡｌ3+の溶出が起こる。また、Ｆｅ2+が存在するときもｐＨによってＦｅ2+の溶出が起こる。
【００２８】
なお、本発明は図示のものに限定されるものではない。
【００２９】
例えば、ｐＨ計２Ａは循環槽２の他、循環配管２０や原水供給配管１５，１６に設けることもできる。また、図１の装置においては、循環供給手段は、循環配管２０、循環槽２及び原水供給配管１５，１６で構成されるが、循環槽２は必ずしも必要とされず、循環配管を直接原水供給配管に接続し、ｐＨ計を循環配管又は原水供給配管に設けたものであっても良い。なお、通常の場合、この循環供給手段の循環配管又は循環槽には、汚泥引抜き配管（図示せず）が設けられる。
【００３０】
また、本発明の膜分離装置は、図１に示すような凝集処理水の膜分離処理に限らず、その他活性汚泥等の膜分離処理にも適用することができる。
【００３１】
【実施例】
以下に参考例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３２】
なお、以下において、フラックスは２５℃、膜間差圧０．５ｋｇ／ｃｍ2 の場合に換算した値で示してある。
【００３３】
参考例１
次の水質を有するフッ素含有排水（火力発電所の定常排水）に凝集剤としてＰＡＣを２０００ｍｇ／Ｌ添加すると共に、酸として塩酸、アルカリとしてＮａＯＨを添加して凝集処理し、生じたｐＨ６〜６．５の凝集処理水（ＳＳ：２００００ｍｇ／Ｌ）を下記条件で膜分離処理した。
【００３４】
排水（火力発電所の定常排水）の水質
Ｆ：２９ｍｇ／Ｌ
Ａｌ：０．５ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：６．１
膜分離条件
使用した膜：膜面積２ｍ2 のＭＦ膜（孔径０．２μｍ）
膜モジュールの流入水量：０．４４ｍ3 ／Ｈｒ
初期の透過水量：１７ｍ3 ／ｍ2 ・ｄａｙ
その結果、運転期間（３０時間）中の処理水の平均水質は表１に示す通り良好であり、フラックスの低下も０．１８ｍ3 ／ｍ2・ｄａｙと比較的低い値であった。
【００３５】
参考例２
参考例１において、膜分離処理する凝集処理水のｐＨを９〜１０に制御したこと以外は同様に処理を行い、同様に処理水の平均水質及びフラックスの低下を調べ、結果を表１に示した。
【００３６】
参考例３
参考例１において、膜分離処理する凝集処理水のｐＨを５．０〜５．５に制御したこと以外は同様に処理を行い、同様に処理水の平均水質及びフラックスの低下を調べ、結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
0003900560.tif 000002
【００３８】
表１より、ＰＡＣによる凝集処理水は、ｐＨ６〜６．５の範囲であれば、Ａｌ3+の溶出やフラックスの低下もなく安定に膜分離処理できるが、ｐＨ９〜１０の高ｐＨ域では、Ａｌ3+が溶出し、また、膜の汚染でフラックスの低下が著しく、ｐＨ４．５〜５の低ｐＨ域でも、フラックスの低下が認められる。
【００３９】
実施例１
図１に示す装置により、参考例１で処理したものと同様の排水を、同様に凝集処理し、凝集処理水を下記条件で膜分離処理した。なお、自動弁Ｖ4 は、ｐＨ計２Ａの計測値がｐＨ５．７〜７．５の範囲では開，ｐＨ５．７未満、７．５超では閉となるように制御した。
【００４０】
膜分離条件
使用した膜：膜面積２ｍ2 のＭＦ膜（孔径０．２μｍ）
膜モジュールの流入水量：０．４４ｍ3 ／Ｈｒ
初期の透過水量：１７ｍ3 ／ｍ2 ・ｄａｙ
逆洗操作：１５分運転毎に１回の割合で透過水４Ｌを５〜１０秒逆流させて逆洗した。
【００４１】
なお、処理に当っては、薬品洗浄後の運転再開時の状況を想定して、運転の途中で循環槽２のｐＨを２日に１回の割合で２時間だけｐＨ９〜１０とした（その他の期間はｐＨ６〜６．５）。
【００４２】
その結果、実施例１において循環槽２のｐＨが９〜１０の期間は取出配管１７の自動弁Ｖ4 が閉じて透過水の採水は行われず、循環槽２のｐＨが６〜６．５の期間のみ透過水が採水された。
【００４３】
このため、運転期間（１０日）中の処理水の平均水質は表２に示す通り良好であり、フラックスの低下も表２に示す通り低く抑えられた。
【００４４】
実施例２
実施例１の定常排水に代えて火力発電所の非定常排水（Ｆ：５ｍｇ／Ｌ、Ａｌ：２０ｍｇ／Ｌ、Ｆｅ：８００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：２．８）を処理し、また、自動弁の開閉をｐＨ計２Ａの計測値がｐＨ８〜８．８では開、ｐＨ８未満、ｐＨ８．８超では閉となるように制御した。通常の処理の期間中は凝集処理水のｐＨを８〜８．５としているが、薬品洗浄後の運転再開時の状況を想定して運転の途中で循環槽２のｐＨを２日に１回の割合で２時間だけ４．５〜５とした。その他は実施例１と同様に図１に示す装置により処理を行った。
【００４５】
処理水の平均水質及びフラックスの低下を調べ、結果を表２に示した。
【００４６】
比較例１，２
実施例１，２において、ｐＨ計２Ａと自動弁Ｖ4 とによる透過水の採水停止を行わず、連続運転としたこと以外はそれぞれ同様にして処理を行い、処理水の平均水質及びフラックスの低下を調べ、結果を表２に示した。
【００４７】
【表２】
0003900560.tif 000003
【００４８】
表２より、本発明の膜分離装置によれば、膜汚染によるフラックスの低下を防止して良好な水質の処理水を安定して得ることができることがわかる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜分離装置によれば、適正ｐＨ範囲を外れた被処理水の膜透過を自動的に阻止することができるため、適正ｐＨ範囲外の原水を膜分離処理することによる膜汚染及びそれによるフラックスの低下や処理水水質の低下を防止することができる。しかも、透過水の採水再開に当って、膜モジュール内を押し出し洗浄する必要もないことから、洗浄用水の節水を図ると共に、洗浄排水処理量の増大も防止される。
【００５０】
このため、本発明の膜分離装置によれば、効率的な膜分離処理を行って、長期に亘り高水質処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置の実施の形態を示す排水処理装置の系統図である。
【図２】従来の排水処理装置の系統図である。
【符号の説明】
１  凝集反応槽
２  循環槽
２Ａ  ｐＨ計
３  膜モジュール
３Ａ  １次室
３Ｂ  ２次室
４  逆洗ポット
５  洗浄水槽
Ｖ4   自動弁
【図１】
0003900560.tif 000004
【図２】
0003900560.tif 000005