(57)【要約】【課題】懸濁物質を含有する被処理液を膜ろ過法で処理するに当たり、少ないエネルギー消費量で効率的に膜ファウリングを抑制することにより、省エネルギーなろ過装置の運転方法を提供する。【解決手段】槽内に収容された懸濁物質を含有する被処理液を槽内に設置された浸漬型膜モジュールを用いてろ過処理するろ過装置の運転方法であって、被処理液に粒状体を添加し、その粒状体を含有する被処理液を撹拌し、さらに、浸漬型膜モジュールを振動させながらろ過処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内に収容された、懸濁物質を含有する被処理液を前記槽内に設置された浸漬型膜モジュールを用いてろ過処理するろ過装置の運転方法であって、前記被処理液に粒状体を添加し、前記粒状体を含有する前記被処理液を撹拌し、さらに、前記浸漬型膜モジュールを振動させながらろ過処理することを特徴とするろ過装置の運転方法。
【請求項２】
前記浸漬型膜モジュールを機械的手段により振動させながらろ過することを特徴とする請求項１記載のろ過装置の運転方法。
【請求項３】
前記浸漬型膜モジュールとして中空糸膜モジュールを用い、
該中空糸膜モジュールを前記機械的手段によって長手方向に振動させることを特徴とする請求項２記載のろ過装置の運転方法。
【請求項４】
前記中空糸膜モジュールの一端部に設けられた前記機械的手段によって前記中空糸膜モジュールを長手方向に振動させることを特徴とする請求項３記載のろ過装置の運転方法。
【請求項５】
前記浸漬型膜モジュールを間欠的に振動させながらろ過することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のろ過装置の運転方法。
【請求項６】
前記粒状体を含有する被処理液を機械的手段により撹拌することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のろ過装置の運転方法。
【請求項７】
前記被処理液に含まれる全浮遊性物質が、１０ｍｇ／Ｌ〜１２００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のろ過装置の運転方法。
【請求項８】
懸濁物質を含有する被処理液が収容される槽と、
前記槽内に設置された浸漬型膜モジュールと、
前記槽内に設置され、前記槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、
前記浸漬型膜モジュールを振動させる振動手段とを備えたことを特徴とするろ過装置。
【請求項９】
前記振動手段が、前記浸漬型膜モジュールを機械的機構により振動させるものであることを特徴とする請求項８記載のろ過装置。
【請求項１０】
前記浸漬型膜モジュールが中空糸膜モジュールであり、
前記振動手段が、前記中空糸膜モジュールを長手方向に振動させるものであることを特徴とする請求項９記載のろ過装置。
【請求項１１】
前記振動手段が、前記中空糸膜モジュールの一端部に設けられた前記機械的機構によって前記中空糸膜モジュールを長手方向に振動させるものであることを特徴とする請求項９または１０記載のろ過装置。
【請求項１２】
前記振動手段が、前記浸漬型膜モジュールを間欠的に振動させるものであることを特徴とする請求項８から１１いずれか１項記載のろ過装置。
【請求項１３】
前記攪拌手段が、前記被処理液を機械的機構によって撹拌するものであることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項記載のろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水、湖沼水、地下水、下排水、下水二次処理水および海水等の懸濁物質を含有する被処理液へ膜ろ過法を適用するに当たり、膜ファウリングを抑制することが可能なろ過装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
限外ろ過膜や精密ろ過膜などを用いた膜ろ過法は、膜の孔径以上の成分を確実に分離できること、および相転移を伴わず省エネルギーな分離手段であるなどの特徴を有する。このため、膜ろ過法は、河川水、湖沼水、地下水、下排水、下水二次処理水および海水等を原水とする水処理分野や、タンパク質などの有価物の分離、精製および濃縮を目的とした医薬、発酵および食品分野など、幅広い分野において適用されている。
【０００３】
膜ろ過法を用いて、各種の被処理液をろ過する場合、該被処理液に含まれる無機物および／または有機物の一部は、膜細孔内もしくは膜表面に吸着、閉塞または堆積し、その結果、いわゆる膜ファウリング現象が生じ、ろ過性能は、純水をろ過した場合の透過流束に比べて、数分の１から数十分の１まで低下する。この様な膜ファウリング現象によりろ過性能が低下すると、より多くの膜面積が必要となり、膜ろ過設備が大きくなるため、設備のイニシャルコストの増大を引き起こすことになる。また、膜ファウリングを低減するため、定期的に逆流洗浄や空気洗浄等の物理洗浄を行うため、エネルギーコストが増大する。さらに、物理洗浄でも除去できないファウリング物質はアルカリ、酸または酸化剤等の化学薬品を用いた洗浄を行う必要があるため、薬品コストの増大やろ過膜の寿命を短くするため、大きな問題となっている。この様に、膜ファウリングは、種々の分野に膜ろ過システムを適用する場合の経済的な障害となっている。
【０００４】
この様な膜ファウリング現象を抑制する方法として、特許文献１および２には、浸漬槽内に設置された浸漬型膜モジュールにて被処理液をろ過するに際し、該浸漬型膜モジュールの下方から空気を供給し、該浸漬型膜モジュールを振動させ、膜面上に、あるいは、膜間に堆積した懸濁物質等を剥離除去する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、生物処理槽内に膜モジュールを浸漬し、該生物処理槽内の洗浄担体を散気空気で流動化させ、膜表面を擦洗することで粘着物の膜面への付着防止や剥離除去を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１５５４８号公報
【特許文献２】特開２００６−３０５４４３号公報
【特許文献３】特開平９−１５０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および２で開示された空気により膜を搖動させ、膜面上、あるいは、膜間の堆積物を除去する膜ファウリングの抑制方法は、膜ファウリングは抑制できるものの、多量の空気を必要とするためエネルギー消費量が大きいことが課題であった。
【０００８】
また、特許文献３で開示されている槽内の洗浄担体を散気空気で流動化させ、洗浄担体と膜面との接触により膜ファウリングを抑制する方法は、散気のエネルギー消費が大きいことに加え、洗浄担体による膜モジュールの閉塞により、洗浄に有効に使われる洗浄担体の量が減り、長期間安定してろ過を継続することができない課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みて、懸濁物質を含有する被処理液を膜ろ過法で処理するに当たり、少ないエネルギー消費量で効率的に膜ファウリングを抑制することにより、省エネルギーなろ過装置の運転方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、懸濁物質を含有する被処理液を槽内に設置された浸漬型膜モジュールで処理するに当たり、被処理液に粒状体を添加し、その粒状体を含有する被処理液を撹拌し、さらに、浸漬型膜モジュールを振動させながらろ過することで、少ないエネルギー消費量で効率的に膜ファウリングを抑制することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明のろ過装置の運転方法は、槽内に収容された、懸濁物質を含有する被処理液をその槽内に設置された浸漬型膜モジュールを用いてろ過処理するろ過装置の運転方法であって、被処理液に粒状体を添加し、粒状体を含有する被処理液を撹拌し、さらに、浸漬型膜モジュールを振動させながらろ過処理することを特徴とする。
【００１２】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、浸漬型膜モジュールを機械的手段により振動させながらろ過することができる。
【００１３】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、浸漬型膜モジュールとして中空糸膜モジュールを用い、その中空糸膜モジュールを機械的手段によって長手方向に振動させることができる。
【００１４】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、中空糸膜モジュールの一端部に設けられた機械的手段によって中空糸膜モジュールを長手方向に振動させることができる。
【００１５】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、浸漬型膜モジュールを間欠的に振動させながらろ過することができる。
【００１６】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、粒状体を含有する被処理液を機械的手段により撹拌することができる。
【００１７】
また、上記本発明のろ過装置の運転方法において、被処理液の全浮遊物質は、１０ｍｇ／Ｌ〜１２００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【００１８】
本発明のろ過装置は、懸濁物質を含有する被処理液が収容される槽と、槽内に設置された浸漬型膜モジュールと、槽内に設置され、槽内の被処理液を攪拌する攪拌手段と、浸漬型膜モジュールを振動させる振動手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記本発明のろ過装置において、振動手段は、浸漬型膜モジュールを機械的機構により振動させることができる。
【００２０】
また、上記本発明のろ過装置において、浸漬型膜モジュールを中空糸膜モジュールとし、振動手段は、中空糸膜モジュールを長手方向に振動させることができる。
【００２１】
また、上記本発明のろ過装置において、振動手段は、中空糸膜モジュールの一端部に設けられた機械的機構によって中空糸膜モジュールを長手方向に振動させることができる。
【００２２】
また、上記本発明のろ過装置において、振動手段は、浸漬型膜モジュールを間欠的に振動させることができる。
【００２３】
また、上記本発明のろ過装置において、攪拌手段は、被処理液を機械的機構によって撹拌することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るろ過装置の運転方法によれば、河川水、湖沼水、地下水、下排水、下水二次処理水および海水等の懸濁物質を含有する被処理液を膜ろ過法により処理するに当たり、少ないエネルギー消費量で効率的に膜ファウリングを抑制することにより、省エネルギーなろ過装置の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のろ過装置の一実施形態の概略を示す図である。
【図２】浸漬型膜モジュールの一例を示す模式図
【図３】図１に示すろ過装置における浸漬槽中の浸漬型膜モジュールのろ過性能を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、本実施の形態という。）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して用いることができる。
【００２７】
本実施の形態のろ過装置の運転方法は、懸濁物質を含有する被処理液（以下、単に「被処理液」と記載する場合がある。）を、限外ろ過膜や精密ろ過膜等のろ過膜を用いて、固液分離する際に適用される運転方法である。
【００２８】
本実施の形態の処理対象である、懸濁物質を含有した被処理液は、膜ろ過法が適用できる液体であれば特に限定されず、例えば、河川水、湖沼水、地下水、ダム水、海水、下水、下水二次処理水、各種工場排水、プール水、浴槽水、発酵液および培養液などが挙げられる。
【００２９】
被処理液は、その用途に応じて、種々の大きさ、形状および濃度の有機物または無機物からなる懸濁物質を含有する。ここで、懸濁物質とは、水中に懸濁している不溶解性物質のことであり、１μｍのガラスファイバーでろ過した後、ろ過材上に残留する物質である。河川水には、粘度鉱物に由来する微粒子や、動植物プランクトンおよびその死骸、下水、工場排水等に由来する有機物、並びに金属の沈殿物等が含まれる。
【００３０】
本実施の形態において、被処理液中の懸濁物質の濃度は、全浮遊物質として１０ｍｇ／Ｌ〜１２００ｍｇ／Ｌが好ましい。全浮遊物質がこの範囲であれば、本実施の形態のろ過装置の運転方法にて、膜ファウリングを抑制し、効率的にろ過を行うことができる。
【００３１】
本実施の形態のろ過装置の運転方法にて被処理液を処理する際は、中空糸膜の場合、通常、数百本から数千本の中空糸膜を束ね、エポキシ樹脂やウレタン樹脂により一端部または両端部を接着した浸漬型膜モジュールが使用される。浸漬型膜モジュールの型式としては、中空糸膜の膜束の一端部のみまたは両端部をケースなどに接着し、膜束全体をケースで覆ったケーシングタイプ、および中空糸膜の束の一端部のみまたは両端部のみをケース等に収め、それ以外の中空糸膜束の範囲を露出させたケーシングレスタイプの膜モジュールなどが挙げられる。
【００３２】
本実施の形態では、特に、上述した膜モジュールのうちケーシングレスタイプの浸漬型膜モジュールを用いる。膜モジュールの型としては、特に限定されず、例えば、円筒型や矩形型などが挙げられる。また、平膜状のろ過膜の場合は、樹脂製あるいは、金属製の支持体に平膜を固定した形状の膜モジュールとして使用される。これらの膜モジュールは、１つずつろ過装置に取り付けても良いし、あるいは、複数の膜モジュールを１つのラックに固定したものをサブユニットとし、このサブユニットを複数個並べて使用することも可能である。
【００３３】
本実施の形態で用いられるろ過膜としては、逆浸透膜、ナノろ過、限外ろ過膜および精密ろ過膜を用いることができる。中でも、高い透水性能を達成できるため、細孔径が比較的大きな限外ろ過膜や精密ろ過膜が好適である。
【００３４】
本実施の形態で用いられるろ過膜の細孔径は、好ましくは１ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは２ｎｍ〜１μｍである。細孔径が１ｎｍ以上であれば、膜のろ過抵抗が低く、十分な透水性能が得られ、また、１０μｍ以下であれば、分離性能にも優れた膜が得られる。本実施の形態において、細孔径は、粒子径が既知の指標物質をろ過し、阻止率が９０％以上である指標物質の大きさを細孔径とすることにより測定することができる。具体的には、指標物質として、単分散ポリスチレン粒子を用いることにより、２０ｎｍ〜３０ｎｍ以上の細孔径を有する膜の測定を行うことができ、また、指標物質として、合成高分子やタンパク質を用いることにより、２０ｎｍ〜３０ｎｍ以下の細孔径を有する膜の測定を行うことができる。
【００３５】
本実施の形態で用いられるろ過膜の形状は、通常、その分野で使用されている形状のろ過膜であれば、特に限定されず、平膜、中空糸、チューブラーおよびモノリスなどを例示することができる。中でも、単位体積あたりの膜面積を大きくとることができ、ろ過装置をコンパクトにできるため、中空糸膜が好適である。中空糸膜の内径は５０μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。内径が５０μｍ以上であれば、被処理液やろ過水が中空部を流れる時に発生する圧力損失を低く抑えることが可能であり、また、２ｍｍ以下であれば、単位体積当たりの膜充填密度を高くすることができ、コンパクト化が可能である。
【００３６】
中空糸膜の膜厚は５０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。膜厚が５０μｍ以上であれば、ろ過膜の外から、あるいは内からかかる圧力に耐える十分な圧縮あるいは破裂強度を得ることができ、また、１ｍｍ以下であれば、単位体積当たりの膜充填密度を高くすることができ、コンパクト化が可能である。本実施の形態で用いられる中空糸膜は、内径が５０μｍ〜２ｍｍであり、かつ膜厚が５０μｍ〜１ｍｍであることが好ましく、内径が１００μｍ〜１．５ｍｍであり、膜厚は１００μｍ〜５００μｍであることがより好ましい。本実施の形態において、中空糸膜の内径および膜厚は、以下の実施例に記載の方法により測定することができる。
【００３７】
本実施の形態において、ろ過膜の膜厚の断面の構造は特に限定されず、膜の両表面に緻密なスキン層を有する構造、膜の片方の端面から他方の端面に細孔径が徐々に変化する傾斜構造、細孔径が異なる少なくとも２つ以上の層からなる複合構造、およびろ過膜の断面がどこも均一な細孔径を有する均一構造などを例示することができる。どの構造のろ過膜を選択するかは、ろ過膜を適用する各用途の特性を考慮し、決定すれば良い。
【００３８】
本実施の形態において、ろ過膜の空隙率は、２０％〜９０％であることが好ましい。空隙率が２０％以上であれば、優れた透水性能を有し、また、９０％以下であれば、実用的な強度特性を有する膜を得ることが可能である。本実施の形態において、空隙率は、中空部を除いた細孔内に水を含浸した中空糸膜の湿潤状態の質量と絶乾状態の質量との差分を、中空部を除く膜体積で除することで測定することができる。
【００３９】
本実施の形態において、ろ過膜の素材は、高分子膜および無機膜のいずれの膜でもよいが、製膜の自由度が高く、かつ安価に製膜できることから高分子膜が好ましい。高分子ろ過膜は、二重環式の紡糸口金より高分子を吐出し、ついで、相分離法、延伸開孔法、およびトラックエッチング法などにより多孔膜とすることにより製造することができる。
【００４０】
例えば、相分離法としては、高分子を溶解できる溶媒に、高分子を溶かし、その後、二重環式の紡糸口金より中空剤として水や溶媒と共に吐出し、非溶剤と接触させ、相分離を誘起する非溶剤誘起相分離法や、高分子を常温では溶解しないが高温で溶解する潜在溶媒に溶解し、二重環式紡糸口金より中空剤として空気や溶媒と共に吐出し、空気や水と接触させることにより冷却し、相分離を誘起する熱誘起相分離法などが挙げられる。
【００４１】
延伸開孔法、およびトラックエッチング法としては、高分子を高温で融解し、高分子液を、二重環式の紡糸口金より中空剤として吐出し、その後、延伸、またはエッチングすることにより開孔させる方法などが挙げられる。
【００４２】
高分子膜の素材としては、特に限定されないが、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、およびポリメチルメタクリレートなどが挙げられ、これらを単独で使用することもできるし、２種類以上を混合して使用することもできる。
【００４３】
本実施の形態において、懸濁物質を含有する被処理液は、上記の膜モジュールが設置された槽内でろ過される。この際、ろ過膜により被処理液をろ過する方法は、例えば、中空糸状ろ過膜の場合、ろ過膜の外表面側から内表面側へろ過する外圧ろ過方式を採用することができる。この際、内表面側から被処理液を吸引する吸引ろ過方式、あるいは、一次側（被処理液側）と二次側（ろ過水側）の液面のヘッド差を利用してろ過する方法が挙げられる。
【００４４】
従来のろ過装置の運転方法によって、上記被処理液をろ過すると、被処理液中の懸濁物質や溶解性物質がろ過膜の細孔内および／または表面に堆積し、ろ過膜のろ過性能が低下する、いわゆる膜ファウリングが発生する。このような膜ファウリングが発生すると、一定のろ過流量を得る定流量ろ過方式の場合は、ろ過圧力が次第に上昇し、あるいは、一定の圧力でろ過を行う定圧ろ過方式の場合は、得られるろ過水量が次第に減少する。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、膜ファウリングを抑制する方法として、槽内の被処理液に粒状体を添加し、これを撹拌し、さらに、該槽内の浸漬型膜モジュールを振動させながらろ過処理する。これにより少ないエネルギー消費量で膜ファウリングを効率的に抑制できる。
【００４６】
本実施の形態において、槽内の被処理液に粒状体を添加し、撹拌することで粒状体とろ過膜を接触させて洗浄する方法は、従来の空気によりろ過膜を振動させ、膜同士の擦れで洗浄する空気洗浄方法に比べて、膜面の懸濁物質を効率的に除去することが可能となる。さらに、槽内の浸漬型膜モジュールを振動させることにより、槽内の粒状体の膜モジュール内部への堆積を抑制することができ、この結果、槽内の粒状物の濃度を一定に保つことが可能となり、長期間安定してろ過を継続することが可能となる。
【００４７】
本実施の形態において、使用可能な粒状体の素材としては、特に限定されず、無機物、有機物のどちらも適用することができる。有機物の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、およびポリビニルアルコール等の合成高分子物質やセルロース等の天然高分子物質が挙げられる。また、無機物の例としては、セラミックやゼオライト等が挙げられる。浸漬膜モジュールとして有機膜を用いる場合は、ろ過膜の粒状体との接触による擦過を考慮すると有機の粒状体を用いることが好ましい。また、粒状体の形状としては、球状、円筒状、および立方体等を適宜用いることができる。さらに、粒状体はスポンジ状等の多孔体でも良いし、非多孔体でも良い。この様な粒状体の比重は、０．７ｇ／ｃｍ３〜１．２ｇ／ｃｍ３、また、その大きさは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましい。この範囲内の粒状体は浸漬槽内の上部や下部の特定部位に局在化すること無く、撹拌により槽内に均一に分散するため、浸漬膜モジュールを効率的に洗浄することが可能である。
【００４８】
さらに、本実施の形態で使用される粒状体の槽内への添加量は、被処理液中の懸濁物質の濃度等により適宜選定することができ、槽の有効体積に対して、０．１％以上２０％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以上１０％以下である。粒状体を０．１％以上添加することにより、効率的に膜面を洗浄することが可能となり、一方、１０％以下の添加量とすることで、槽内の液粘度を低く保つことができ、少ないエネルギーで槽内の撹拌が可能となる。
【００４９】
本実施の形態において、槽内の被処理液に添加された粒状体は、槽内を撹拌することにより旋回し、これにより槽内に設置された浸漬型膜モジュールの膜面に供給されて接触し、膜面に堆積した懸濁物質等を除去することができる。この際、槽内を撹拌する方法としては、槽内の底部に設置された散気管から空気を導入し、槽内を撹拌する方法および撹拌羽根等の機械的手段を用いて槽内を撹拌する方法などが挙げられる。投入エネルギーと得られる撹拌効果の観点から、撹拌羽根のような機械的手段を用いて槽内を撹拌する方法が好ましい。撹拌羽根の形状は適宜選定することが可能である。また、撹拌は連続的に行っても良いし、間欠的に行っても良い。さらに、撹拌の回転数は一定の回転数でも良いし、経時的に変化させることも可能である。
【００５０】
また、本実施の形態においては、槽内の浸漬型膜モジュールを振動させることにより、槽内に添加された粒状体の膜モジュール内への堆積を抑制することができ、槽内の粒状体の濃度を長期間一定に保つことが可能となる。この結果、本実施の形態において、長期間、膜ファウリングを抑制することが可能となる。
【００５１】
本実施の形態において、槽内の浸漬型膜モジュールを振動させる方法としては、槽内の底部に設置された散気管から空気を導入し、槽内の被処理液を撹拌し、膜モジュールを振動させる方法および膜モジュールを機械的手段により直接振動させる方法などが挙げられる。より少ない投入エネルギーで効率的に膜モジュールを振動させることが可能な機械的手段により膜モジュールを直接振動させることが好ましい。
【００５２】
本実施の形態において、槽内の浸漬型膜モジュールを振動させる際は、膜モジュールの振動の方向、振動数、および振幅等の振動条件は、特に限定されず、被処理液の液性等を考慮し、適宜選定することが可能である。ただし、浸漬型膜モジュールとして中空糸膜モジュールを使用する場合には、中空糸膜モジュールの長手方向に振動させることが好ましい。中空糸膜モジュールを長手方向に振動させることによって、槽内の旋回流の方向と中空糸膜モジュールの振動方向とを同じ方向とした場合には、中空糸膜モジュール内からの粒状体の除去をより効率的に行うことができると考えられる。
【００５３】
また、本実施の形態において、槽内の浸漬型膜モジュールを振動させる際は、振動は連続的に実施しても良いし、間欠的に行っても良い。さらに、振動条件を経時的に変化することも可能である。消費エネルギー量をさらに低減するためには、間欠的に浸漬型膜モジュールを振動させることが好ましい。振動させる時間に対する休止時間の比率は、０．１から１０が好ましい。より好ましくは、０．２から５の範囲である。この範囲であれば、浸漬型膜モジュールから粒状体を効率的に除去でき、かつ、エネルギー消費量も少なくなるので好ましい。また、振動条件を経時的に変化させる方法としては、たとえば時間の経過に応じて振動数を下げるようにしたり、振動の振幅を小さくしたりすればよい。これによりエネルギー消費量を少なくすることができる。
【００５４】
本実施の形態において、空気洗浄や逆流洗浄などの物理的洗浄方法や酸、アルカリ、酸化剤などの化学薬品を用いた化学的洗浄方法などの既往の膜ファウリング抑制方法をさらに適用することも可能である。この際、物理的洗浄方法と化学的洗浄方法の組み合わせ方法は被処理液の水質に応じて適宜選定することが可能である。
【００５５】
本実施の形態において、逆流洗浄する方法は、特に限定されず、例えば、ろ過水等の清澄な液をポンプ、ヘッド差等によりろ過膜のろ過面（一次側）とは別の表面（二次側）からろ過面へ加圧ろ過し、得られた洗浄排水をろ過システムの系外へ排出する方法が挙げられる。
【００５６】
逆流洗浄に使用する液体は、ろ過膜を汚染することがない液体であれば、特に限定されないが、通常、膜ろ過水を用い、また、必要に応じて次亜塩素酸ナトリウムなどの膜ファウリングを防止する効果がある化学薬品を添加することも可能である。逆流洗浄の頻度、圧力、および水量は、被処理液の水質に応じて適宜選択することができる。
【００５７】
本実施の形態において、空気洗浄の方法は、通常用いられる方法であれば特に限定されないが、例えば、浸漬型膜モジュールの場合、膜モジュールを浸漬槽に浸漬し、膜モジュールの下部あるいは、浸漬槽底部に設置した配管から空気を供給する方法により、空気洗浄を行うことができる。
【００５８】
空気洗浄の頻度、圧力、および空気量は、使用する用途により適宜選択することができる。さらに、空気以外にオゾンガスなどのファウリングを防止する効果があるガスを用いることも可能である。
【００５９】
本実施の形態の化学的洗浄方法において使用できる化学薬品は、硫酸、硝酸、および塩酸などの無機酸、クエン酸およびシュウ酸などの有機酸、苛性ソーダなどのアルカリ、次亜塩素酸ソーダ、塩素、過酸化水素、およびオゾン等の酸化剤、カチオン系、ノニオン系並びに両性界面活性剤等を用いることができる。
【００６０】
これらの化学薬品は、被処理液に直接混合してから膜ろ過することもできるし、あるいは、被処理液を一定期間ろ過後、ろ過水等の清澄水と混合してろ過膜を洗浄することもできる。
【００６１】
ろ過水等の清澄液と混合して使用する場合、ろ過膜の被処理液と接触する一次側に化学薬品を添加して浸漬洗浄する方法、ろ過膜の一次側からろ過水側（二次側）へろ過して洗浄する方法、上記浸漬洗浄とろ過を組み合わせて洗浄する方法、さらに、二次側から一次側へ逆流洗浄して洗浄する方法が挙げられる。
【００６２】
また、被処理液中に含まれる無機物や有機物の複数の成分が膜ファウリングに影響する場合、これらを除去するために、アルカリ洗浄と酸洗浄の組み合わせ、アルカリ洗浄と酸化剤洗浄の組み合わせ、酸と酸化剤洗浄の組み合わせ、アルカリ洗浄と酸洗浄と酸化剤洗浄の組み合わせなど、適宜、化学薬品洗浄は組み合わせや順序を変えて行うことができる。
【００６３】
化学洗浄に使用する化学薬品の濃度と量、化学洗浄の頻度、および時間などは、対象とする被処理液により、適宜決めることができる。
【００６４】
本実施の形態のろ過装置の運転方法において、膜ファウリングを抑制する別の方法として、一定時間被処理液をろ過した後、ろ過を停止する間欠運転を行うことも可能である。ろ過中に膜面に堆積した懸濁物質等の一部は、ろ過停止期間中に膜面から剥離し、ろ過性能を回復することが可能となる。ろ過を停止する頻度および時間は被処理液の水質に応じて適宜選択することができる。また、間欠運転と物理的洗浄方法や化学的洗浄方法を組み合わせることも可能である。
【実施例１】
【００６５】
以下、本実施の形態を実施例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本実施の形態は、これらの実施例のみに限定されるものではない。なお、本実施の形態に用いられる測定方法は以下のとおりである。以下の測定は全て２５℃で行った。
（１）内径、外径および膜厚（μｍ）の測定
中空糸膜を長手方向に垂直な向きにカミソリ等で薄く切り、顕微鏡を用いて断面の内径、外径と膜厚を測定した。
（２）全浮遊性物質の測定（ｍｇ／Ｌ）の測定
被処理液を孔径１μｍのガラスファイバーフィルターでろ過後、１０５℃のオーブンで２４時間加熱し、その後、質量を測定して全浮遊性物質を測定した。
［実施例１］
被処理液として都市下水の初沈流入水を用いた。図１は、被処理液中の懸濁物質を浸漬型膜モジュールを用いて濃縮するろ過装置の構成を示す図である。
【００６６】
本実施例のろ過装置は、図１に示すように、懸濁物質を含有する被処理液が収容される浸漬槽６と、浸漬槽６内に設置された浸漬型膜モジュール９と、浸漬槽６内に設置された撹拌装置７（本発明の攪拌手段に相当するものである）と、浸漬槽６内に設置された邪魔板８と、浸漬型膜モジュール全体を振動させる振動付与装置（振動手段に相当するものである）１２とを備えている。
【００６７】
浸漬型膜モジュール９は、公称孔径０．１μｍのポリフッ化ビニリデン製の中空糸状ＭＦ膜（旭化成ケミカルズ製）を用いた。また、この膜の外径は１．３ｍｍ、内径は０．７ｍｍ、膜厚は３００μｍであった。浸漬型膜モジュール９の有効長は２８０ｍｍであり、膜面積は０．１１５ｍ２であった。図２は、浸漬型膜モジュール９の模式的に示した図である。浸漬型膜モジュール９は、図２に示すように、各中空糸膜９ａの一端が束ねられてケース９ｂに収容され、その一端部が接着部９ｃによってケース９ｂに接着固定されている。また、各中空糸膜９ａの他端側については、各中空糸膜９ａの中空部は接着剤９ｄによって封止されているが、中空糸膜９ａ同士は接着されておらず、自由に動くことが可能である。
【００６８】
浸漬槽６に流入した初沈流入水１の全浮遊物質は２９４ｍｇ／Ｌ〜６４２ｍｇ／Ｌ（平均値：５００ｍｇ／Ｌ）であった。初沈流入水１は浸漬槽６に設置された浸漬型膜モジュール９により２倍に濃縮された。そして、ポンプ１３により配管２２を介して濃縮水３を得た。
【００６９】
浸漬槽６には、ポリエチレングリコール製の粒状体を、浸漬槽６の有効体積の３％投入した。粒状体の形状は円柱形であり、直径４±０．５ｍｍ、長さ４±０．５ｍｍ、比重１．０１−１．１５のものを用いた。
【００７０】
また、浸漬槽６には、撹拌装置７が設置され、槽内を３００ｍｉｎ−１にて撹拌した。また、浸漬型膜モジュール９と攪拌装置７との間には、邪魔板８を設置した。
【００７１】
本実施例の攪拌装置７は、図１に示すように、浸漬型膜モジュール９の長手方向に延びる回転軸７ａとその回転軸７ａに固定された２つの攪拌羽根７ｂとを備えたものである。本実施例では、上述したとおり回転軸７ａを３００ｍｉｎ−１で回転させた。邪魔板８は、浸漬槽６内の被処理液に旋回流を与えるためのものであり、特にその形状などは限定されないが、本実施例では、矩形状の平板を使用するようにした。
【００７２】
浸漬型膜モジュール９は、ろ過ポンプ１０により吸引ろ過方式でろ過を行った。ろ過条件は、０．３１ｍ／日の一定フラックスで、１２分間ろ過し、その後、３分間休止することを繰り返し、それぞれ、ろ過水２を得た。
【００７３】
さらに、浸漬型膜モジュール９は、それぞれ、振動付与装置１２により、機械的に振動させた。浸漬型膜モジュール９は、ともに、モジュールの軸方向（長手方向）に振幅２０ｍｍ、振動数３０Ｈｚで1分間振動、１分間休止するサイクルで繰り返し振動を加えられた。本実施例の振動付与装置１２，２０は、スライダクランク機構を備えたものであり、このスライダクランク機構によって浸漬型膜モジュール９のケース９ｂを長手方向に移動させることによって浸漬型膜モジュール９を振動させた。
【００７４】
図３は、浸漬槽６における浸漬型膜モジュール９のろ過時の膜間差圧の変化を示す図である。図３では、実施例１の膜間差圧の変化を四角印で示し、後述する比較例１〜比較例３の膜間差圧の変化をそれぞれ三角印、バツ印、丸印で示している。なお、膜間差圧は、浸漬型膜モジュール９のろ過水が送出される配管２４に接続された圧力計１１で計測した値である。
【００７５】
本実施例においては、浸漬型膜モジュール９ともに、約１００時間の間、膜間差圧は低く維持され、安定してろ過することができた。
［比較例１］
粒状体の添加が無いこと、及び浸漬膜モジュール９を振動させなかったこと以外は実施例１に従ってろ過を行った。図３のろ過結果から、浸漬槽６中の浸漬型膜モジュール９の膜間差圧は短時間で急速に上昇し、ろ過を継続することが出来ないことが分かった。
［比較例２］
浸漬型膜モジュール９を振動させなかったこと以外は実施例１に従ってろ過を行った。図３のろ過結果から、浸漬槽６中の浸漬型膜モジュール９の膜間差圧は短時間で急速に上昇し、ろ過を継続することが出来ないことが分かった。
［比較例３］
粒状体の添加が無いこと以外は実施例１に従ってろ過を行った。図３のろ過結果から、浸漬槽６中の浸漬膜モジュール９の膜間差圧は徐々に上昇し、長期間にわたりろ過を継続することが出来ないことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、河川水、湖沼水、地下水、下排水、下水二次処理水、および海水等の懸濁物質を含有する被処理液を膜ろ過法により処理するに当たり、少ないエネルギー消費量で効率的に膜ファウリングを抑制することにより、省エネルギーなろ過膜の運転方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  初沈流入水
２  ろ過水
３  １段目濃縮水
４  ろ過水
５  ２段目濃縮水
６  １段目浸漬槽
７  撹拌装置
８  邪魔板
９  浸漬型膜モジュール
１０  ろ過ポンプ
１１  圧力計
１２  振動付与装置
１３  移送ポンプ
【図１】
2017056371.tif 000003
【図２】
2017056371.tif 000004
【図３】
2017056371.tif 000005