(57)【要約】  本発明は、流入水を膜濾過処理する膜濾過部と、前記膜濾過部で処理された処理水を貯留する膜濾過処理水貯留部と、前記膜濾過部から膜濾過処理後に廃棄される濃縮水を処理する濃縮水処理部と、前記膜濾過部を逆洗浄する洗浄モード時に逆洗浄後に廃棄される逆洗浄濃縮水を上向流により分離及び濃縮するサイクロン処理部と、洗浄モード時に微細気泡を発生させて前記膜濾過部をフラッシングする微細気泡発生部３２１とを含む、膜濾過装置を提供する。よって、１つの膜濾過部を採用しながらも９８％以上の高回収率が得られる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過モード（filtration mode）時に流入水を膜濾過処理することにより処理水と膜濾過濃縮水とに分離する膜濾過部３０２と、
前記膜濾過部３０２で処理された処理水を貯留する膜濾過処理水貯留部３０３と、
前記膜濾過部３０２を逆洗浄する洗浄モード（cleaning mode）時に、逆洗浄濃縮水を膜濾過濃縮水と共に上向流（up-flow）に分離及び濃縮するサイクロン処理部３３０と、
前記サイクロン処理部３３０で処理された膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を処理する濃縮水処理部５００と、
洗浄モード時に微細気泡を発生させて前記膜濾過部３０２の膜表面をフラッシング（flushing）し、上向流を生成する微細気泡発生部３２１とを含む、
膜濾過装置。
【請求項２】
前記流入水は、前処理部１００で前処理されて前処理処理水貯留部３０１に貯留された前処理水であり、
前記前処理処理水貯留部３０１には濾過モード時に前処理水を前記膜濾過部３０２に供給する膜流入ポンプ３０１Ｂが備えられ、
洗浄モード時に前記微細気泡発生部３２１は前記膜流入ポンプ３０１Ｂの作動により前記膜濾過部３０２に微細気泡を供給する、
請求項１に記載の膜濾過装置。
【請求項３】
洗浄モード時に前記膜濾過部３０２から発生する逆洗浄濃縮水は、前記膜流入ポンプ３０１Ｂの作動による微細気泡の上向流により膜濾過濃縮水と共に浮上して前記サイクロン処理部３３０に流入する、
請求項２に記載の膜濾過装置。
【請求項４】
洗浄モード時に前記膜流入ポンプ３０１Ｂのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、前記微細気泡発生部３２１から発生する微細気泡の大きさは直径１〜５０μｍである、
請求項３に記載の膜濾過装置。
【請求項５】
前記サイクロン処理部３３０に流入した前記膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水は、前記サイクロン処理部３３０により分離及び濃縮されてサイクロン分離水３３０Ｂとさらに濃縮された濃縮水に区分され、
前記サイクロン分離水３３０Ｂは前記前処理処理水貯留部３０１に返送され、
前記さらに濃縮された濃縮水は前記濃縮水処理部５００に移送される、
請求項３に記載の膜濾過装置。
【請求項６】
前記膜濾過部３０２は１つのみであり、
前記膜濾過装置の回収率は９８％以上１００％未満である、
請求項５に記載の膜濾過装置。
【請求項７】
前記膜濾過装置は、前記膜濾過処理水貯留部３０３と前記膜濾過部３０２間の流路に備えられる膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａをさらに含み、
洗浄モード時に前記膜濾過処理水貯留部３０３に貯留された膜濾過処理水が前記膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａの作動により逆洗浄水として前記膜濾過部３０２に供給される、
請求項１に記載の膜濾過装置。
【請求項８】
洗浄モード時に前記膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、前記膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａの逆洗浄流量は１Ｑ〜２Ｑであり、ここで、Ｑは前記膜濾過部３０２の設計フラックス（design flux）の濾過流量である、
請求項７に記載の膜濾過装置。
【請求項９】
前記膜濾過装置は薬品注入部３５０をさらに含み、
洗浄モード時に前記薬品注入部３５０は前記膜濾過部３０２の前段に凝集剤及び微生物防止剤を注入し、
前記微細気泡発生部３２１から発生した微細気泡が酸化剤として機能する、
請求項１に記載の膜濾過装置。
【請求項１０】
洗浄モード時に前記薬品注入部３５０は前記膜濾過部３０２の前段に酸化剤をさらに注入し、
前記注入される酸化剤は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）であり、０．５〜１，０００ｍｇ／Ｌである、
請求項９に記載の膜濾過装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかによる膜濾過装置の洗浄方法であり、
（ａ）濾過モードから洗浄モードに転換し、その後前記膜濾過部３０２の濾過モードで発生した膜濾過濃縮水を下向流で排水せずに内側に維持する工程と、
（ｂ）前記膜濾過部３０２に逆洗浄水を供給して逆洗浄することにより、濾過膜表面の汚染物質を含む逆洗浄濃縮水を生成する工程と、
（ｃ）前記微細気泡発生部３２１から発生した微細気泡を前記膜濾過部３０２に供給し、前記（ａ）工程の膜濾過濃縮水と（ｂ）工程の逆洗浄濃縮水を共に上向流に分離する工程と、
（ｄ）前記上向流に分離した膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を前記サイクロン処理部３３０に移送して固液分離する工程とを含む、
膜濾過装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの膜濾過部を採用しながらも高回収率が得られる膜濾過装置及びその洗浄方法に関する。より具体的には、サイクロン処理部及び微細気泡発生部を同時に適用し、膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水の流れを上向流に誘導することにより、１つの膜濾過モジュールのみを用いて高回収率が得られる膜濾過装置及びその洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．膜濾過工程の回収率と洗浄モード
水処理工程には様々な種類があるが、近年は、浄水、下水、廃水、再利用、海水淡水化、超純水などの処理において濾過膜（membrane）を用いた膜濾過装置の使用が増大している。濾過膜は、粒径の大きさ、すなわち公称孔径（pore size）によって精密濾過膜（MF, microfiltration membrane）、限外濾過膜（UF, ultrafiltration membrane）、ナノ濾過膜（NF, nanofiltration membrane）、逆浸透膜（RO, reverse osmosis membrane）に分けられる。
【０００３】
膜濾過装置をはじめとする水処理装置における回収率とは、流入した原水である被処理水に対する最終処理水の量を意味する。大量の被処理水が投入されたにもかかわらず処理水の量が少ないと、同じ処理水量を確保するためにより多くの工程を要し、非経済的であるので、回収率を向上させる研究が盛んに行われている。
【０００４】
一方、膜濾過工程においては、膜汚染（membrane fouling）を制御するために、濾過モード（filtration mode）と洗浄モード（cleaning mode）、特に逆洗浄（backwashing）を所定周期で連続して行う。
【０００５】
しかし、一般に１つの膜濾過部のみ用いる場合、その回収率は約８５〜９５％にすぎない。よって、高回収率を達成するためには、少なくとも２つの膜濾過部を共に用いるのが一般的である。特に、その効率のために、約８５〜９５％の高い回収率を有する１段の膜濾過部と、約８０〜９０％の回収率を有して逆洗浄濃縮水を処理する２段の膜濾過部とを共に用いるのが一般的である。この場合、総回収率は９８〜９９％であることが知られている。
【０００６】
図１及び図３を参照して、このような従来技術による膜濾過工程及びその洗浄モードについて説明する。
【０００７】
前処理部１００で処理された前処理水は、主処理部２００の前処理処理水貯留部２０１に貯留され、第１膜濾過部２０２で濾過された処理水は膜濾過処理水貯留部２０３に貯留されて後処理部４００に移送され、第１膜濾過部２０２で濾過されずに処理されていない膜濾過濃縮水は第１逆洗浄濃縮水貯留部２１１に移送され、第２膜濾過部２１２で再処理された処理水は膜濾過処理水貯留部２０３に集められて貯蔵され、処理されずに排除された第２濃縮水は濃縮水処理部５００に移送される。
【０００８】
薬品注入部２５０により、凝集剤、酸化剤、微生物防止剤などの薬品が第１膜濾過部２０２と第２膜濾過部２１２の前段に注入され、膜汚染を制御するために、逆洗浄モードにおいて、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）などの酸化剤が第１膜濾過逆洗浄ポンプ部２０４と第２膜濾過逆洗浄ポンプ部２１４の前段に注入される。
【０００９】
濾過工程後の膜汚染制御のための洗浄工程において、第１膜濾過部２０２は第１膜濾過逆洗浄ポンプ部２０４と第１膜濾過スクラブ洗浄部２０５により物理洗浄され、第２膜濾過部２１２は第２膜濾過逆洗浄ポンプ部２１４と第２膜濾過スクラブ洗浄部２１５により物理洗浄される。
【００１０】
また、一般に、膜濾過工程において長時間の運用により膜汚染が発生し、濾過膜本来の性能が低下するので、所定時間の濾過工程後に、逆洗浄（backwashing of water or air）、空気洗浄（air scrubbing）、フラッシング（flushing）などの「物理洗浄（physical cleaning）」の洗浄工程を行い、物理洗浄で回復しない場合は化学薬品を用いて「化学洗浄（CIP, chemical in place）」を行う。
【００１１】
図５ａ及び図５ｂを参照してより詳細に説明する。
【００１２】
まず、濾過モード（filtration mode）について説明する。
【００１３】
前処理処理水貯留槽２０１Ａの前処理水は、第１膜流入ポンプ２０１Ｂを経て第１膜濾過モジュール２０２Ａで濾過されて膜濾過処理水貯留槽２０３Ａに貯蔵される。また、２段膜濾過工程の濾過モードにおいて、第１逆洗浄濃縮水貯留槽２１１Ａに貯留された１段膜濾過工程で処理されていない濃縮水が第２膜流入ポンプ２１２Ｃにより第２膜濾過浸漬槽２１２Ｂ内の第２膜濾過モジュール２１２Ａで濾過されて膜濾過処理水貯留槽２０３Ａに貯蔵され、濾過されていないさらに濃縮されたスラッジは濃縮水処理部５００に移送される。
【００１４】
次に、洗浄モード（cleaning mode）について説明する。
【００１５】
第１膜濾過部２０２の第１膜濾過モジュール２０２Ａ内で濃縮された濾過モード直後に発生した膜濾過濃縮水は、下向流で第１逆洗浄濃縮水貯留槽２１１Ａに排水され、洗浄モード時に第１膜濾過スクラブ供給器２０５Ａによる第１膜濾過スクラブ洗浄部２０５の空気洗浄（air scrubbing）直後に空気洗浄濃縮水が第１逆洗浄濃縮水貯留槽２１１Ａに下向流で排出及び移送され、膜濾過処理水貯留槽２０３Ａの濾過モードで生産された処理水を第１膜濾過逆洗浄ポンプ２０４Ａにより逆洗浄し、その直後に逆洗浄濃縮水は第１逆洗浄濃縮水貯留槽２１１Ａに下向流で排出及び移送される。
【００１６】
また、第２膜濾過部２１２の洗浄モード時に、第２膜濾過スクラブ供給器２１５Ａによる第２膜濾過スクラブ洗浄部２１５の空気洗浄直後に発生する第２膜濾過浸漬槽２１２Ｂの下部のスラッジが濃縮水処理部５００に下向流で排出及び移送され、膜濾過処理水貯留槽２０３Ａの濾過モードで生産された処理水を第２膜濾過逆洗浄ポンプ２１４Ａにより逆洗浄し、直後に発生した第２膜濾過浸漬槽２１２Ｂの下部のスラッジは濃縮水処理部５００に下向流で排出及び移送される。
（参照：特許文献１（韓国出願特許第１０-２０１０-０１０５６９３号公報），特許文献２（韓国出願特許第１０-２００７-００４７７２２号公報））
【００１７】
２．膜濾過工程における微細気泡の適用
一方、従来技術の水処理分野における「固液分離」方法としては凝集沈殿分離、浮上分離、濾材濾過方法があるが、膜濾過工程の原理も物理的に分離及び排除（濃縮）するという点で同様であり、水中にある浮遊物質、溶存性物質を粒子やフロック（floc）の形成により濾過膜でフィルタリング（filtering）して除去する。
【００１８】
浮上分離は、対象原水の液体から固体粒子を分離するのに用いられる単位操作の一つであり、微細空気を液体中に入れることにより粒子を浮上させて分離する加圧浮上分離法と、液体が入っている容器を真空にして液体中に溶存していた空気を気泡化することにより浮上分離を行う減圧浮上分離法とがある。浮上分離法においては、生成された微細気泡（微細泡，マイクロバブル，ナノバブル）が粒子性物質に付着すると多量の気泡による浮力で粒子を水上に浮上させる。よって、浮上分離によれば、沈殿分離より遅く沈殿する小さく軽い粒子を短時間で完全に除去することができる。
【００１９】
また、微細気泡は、水に溶解している気体の溶解度は圧力の増加に伴って増加するというヘンリー（Henry）の法則を用いて、１０〜３０秒間約３〜７ｋｇ／ｃｍ２の高い圧力を加え、大気圧状態への突然の圧力減少により発生させることができ、消滅過程において４０ＫＨｚの超音波、１４０ｄｂの高い音圧、及び瞬間的な４，０００〜６，０００度の高熱が発生し、レナード効果により負イオンが発生する。
【００２０】
さらに、微細気泡の大きさは直径が５０μｍ未満であり、内部収縮作用により１０μｍ以下のナノバブルに縮小された後、高温、高圧、超音波及びフリーラジカル（free radical）を発生して圧壊消滅する特徴があり、水処理の浮上分離法に用いられる微細気泡の上昇速度は約３ｍｍ／分と非常に低速で徐々に上昇する。よって、粒子と有機物の除去対象物質の吸着浮上による分離能力があり、酸化力が強いフリーラジカルを生成するので酸化による病原性微生物などの殺菌及び悪臭除去能力があり、高分子化した難分解性汚染物質を低分子化して酸化、分解、除去することができる。
【００２１】
従来技術においては、膜濾過工程で膜汚染を制御する方法として、濾過モード時にナノバブル、オゾン水と結合したナノバブルなどの微細気泡を膜モジュールの原水側に流入させて膜モジュールの濾過膜表面に微細気泡による浮上作用と酸化作用を適用することにより、粒子物質及び溶存性物質などの膜汚染物質を吸着、浮上、酸化させて膜汚染を制御する物理洗浄方法が提案されているが、約１〜５０μｍの微細気泡が濾過膜表面の約０．４μｍ以下の孔径（pore）を塞いだり、流れを妨害する層を形成してフラックス（permeate flux）透過性能を悪化させることがあり、浮上分離した濃縮されたスラッジを除去するためのスクレーパー（scraper, スカム除去装置）施設を必ず追加しなければならない。
【００２２】
また、洗浄モード時に逆洗浄する方法として、極微細気泡のナノバブルを用いて逆洗水に微細気泡を含ませて逆洗浄する方法も提案されており、酸化効果による膜汚染の制御面では効果があるが、上記問題と同様に、逆（reverse）方向においても孔径を塞いだり、流れを妨害する層を形成し、洗浄モード後の濾過モードの開始時にフラックス透過性能を悪化させることがある。
【００２３】
さらに、洗浄モード時に逆洗浄する方法として微細気泡を用いる場合、一般的な膜濾過工程の物理洗浄の空気洗浄濃縮水と逆洗浄時に汚染された逆洗浄濃縮水の流れ方向は「下向流（down-flow）」である重力方向に排水（drain）されて除去及び濃縮され、微細気泡の浮上分離機構である「上向流（up-flow）」とは逆になり、完全に背馳するという問題がある。
（参照：特許文献３（韓国出願特許第１０-２０１２-００７８６７４号公報），特許文献４（韓国出願特許第１０-２０１０-０００７６１８号公報），特許文献５（韓国出願特許第１０-２０１０-０００７６１５号公報），特許文献６（韓国出願特許第１０-２０１２-００５９７０５号公報））
【００２４】
３．膜濾過工程におけるサイクロン方法の適用
従来技術の固液分離方法であるサイクロン方法は、流体の回転力により比重が大きい物質は下部排出口から排出され、比重が小さい物質は上部排出口から分離される原理であり、流体に含まれる固体粒子は流体の比重との差が明確でなければ分離できず、粒子の大きさ、形態、密度、濃度などにより流体に含まれる固体粒子の運動特性が変わるので、大きさと密度が小さく、濃度が低く、形態が不安定な粒子とフロックの分離においては処理効率が低い。
【００２５】
一般的なサイクロンは、円筒部（cylindrical section）と円錐部（conical section）が結合された筒状のシリンダ形態で構成される。流体中にある浮遊粒子は、シリンダの上段に位置する流入口から接線方向に流入する。接線方向の流入により内部で強い回転力が開始すると、内部で強力な渦巻きが発生し、外側壁に向かう粒子の移動を加速させる遠心力が発生するので、粒子は円筒部と円錐部により螺旋状に下方移動する。内部の強力な渦運動（vortex motion）の中にある粒子は、重力（gravity）、遠心力（centrifugal force）、抗力（drag force）の影響を受けるが、重力の影響は他の２つの力に比べて小さい。微細な粒子（fine fraction）を含む流体は、抗力の影響を受けてサイクロンの中心部に移動し、そこから発生する強い上昇流を形成して中央上部の排出管から排出される。大きい粒子（coarse fraction）は、円周方向に作用する遠心力の影響を受けて粒子の内側への流れが妨害されるので、内壁に移動した粒子は内壁に衝突して慣性力（inertia force）を失い、円錐部の壁に沿って流れてスラリー（slurry）又は粥の状態で下部排出口から分離排出される。
【００２６】
また、従来技術の固液分離方法であるサイクロン方法と浮上分離方法を組み合わせ、除去する対象原水内の主に粒子及びフロックの除去のために、比重が大きい場合はサイクロン方法により下向流で除去し、比重が小さい場合は浮上分離方法により上向流で除去する方法が提案されている。しかし、実際に用いると、その効率が非常に低いという問題がある。
【００２７】
一方、前述したように、従来技術である膜濾過工程の物理洗浄方法として浮上分離方法を用いると、廃棄される空気洗浄濃縮水と逆洗浄濃縮水の流れ方向が下向流であり、浮上分離方法は上向流であるので困難であり、サイクロン方法は膜濾過工程と同じ下向流であり同じ流れ方向であるが、空気洗浄直前に濾過工程で濃縮された膜モジュール内の濃縮水のうち排水される濃縮水と、空気洗浄直後に膜モジュール内の濾過膜表面に付着した濃縮水はサイクロンに流入及び適用するには推進駆動力が低いため適さず、逆洗浄濃縮水は粒子及びフロックの濃度が低いのでサイクロンの固液分離除去効率が低いため用いることが困難である。
（参照：特許文献７（韓国出願特許第１０-２０１３-００２３０４２号公報），特許文献８（韓国出願特許第１０-２０１２-００３８０２４号公報），特許文献９（韓国出願特許第１０-２０１２-００７８６７４号公報））
【００２８】
４．その他の技術
特許文献１０を従来技術として説明する。後述する本発明と同様に、微細気泡及びサイクロン原理が適用される。
【００２９】
ただし、これらの従来技術は、油水分離機、すなわち水と油を分離する概念の装置であるので、濾過工程及び濾過工程における逆洗浄工程を対象とする本発明とは異なる概念といえる。
【００３０】
特に、このような異なる概念により実際に様々な問題が生じるが、これらの従来技術においては下向流の流れを用いるので、微細気泡を用いることにより得られる効果が半減し、上向流の流れを用いることにより得られる利点が得られず、これらの従来技術は、油水分離によるクロスフロー（cross-flow, 返送回収）運転を用いるため回収率の概念がないので、本発明のような高回収率を得ることができず、さらに油水分離に、単に微細気泡のみを用いて逆洗することができるが、同じ概念を本発明において適用する膜濾過工程に適用すると、微細気泡がバブル（bubble）を形成して透過性能を低下させるので、適用することができない。
【００３１】
すなわち、本従来技術には多くの欠点があるだけでなく、油水分離の概念でない膜濾過工程には適用が難しく、たとえ適用したとしても洗浄効果が減少し、回収率が低くなるという問題がある。
（参照：特許文献１０）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】韓国公開特許第１０-２０１２-００４４４２７号公報
【特許文献２】韓国登録特許第１０-０８４３６５６号公報
【特許文献３】韓国公開特許第１０-２０１２-００２１７３８号公報
【特許文献４】韓国公開特許第１０-２０１１-００８７９４５号公報
【特許文献５】韓国公開特許第１０-２０１１-００８７９４２号公報
【特許文献６】韓国公開特許第１０-２０１３-０１３６１２２号公報
【特許文献７】韓国公開特許第１０-２０１３-０１２１７０８号公報
【特許文献８】韓国登録特許第１０-１１５３１８７号公報
【特許文献９】韓国公開特許第１０-２０１２-００２１７３８号公報
【特許文献１０】特開２０１３-８６０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
【００３４】
本発明は、従来技術においては廃棄されていたり、再利用されたとしても回収率が低かった膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を上向流に誘導し、サイクロン処理部及び微細気泡発生部を同時に適用することにより、１つの膜濾過モジュールだけでも高回収率が得られる膜濾過装置を提供することを目的とする。
【００３５】
特に、微細気泡とサイクロン方法を同時に適用することにより、逆洗浄後に膜濾過モジュールに残留する物質を浮上させて固液分離し、従来技術より回収率を向上させることを目的とする。また、微細気泡発生部は、膜濾過残留物の浮上分離と同時にエアスクラビングの効果もあるので、膜汚染を制御することもできる。
【００３６】
微細気泡又はサイクロン方法をそれぞれ用いた事例がなかったわけではないが、それらの適用例を実際の膜濾過装置に適用すると前述したような様々な問題が生じることが確認されており、それらを適用しても回収率が上昇しないため、それらを効果的に組み合わせて適用する方法を講じる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態は、濾過モード（filtration mode）時に流入水を膜濾過処理することにより処理水と膜濾過濃縮水とに分離する膜濾過部３０２と、前記膜濾過部３０２で処理された処理水を貯留する膜濾過処理水貯留部３０３と、前記膜濾過部３０２を逆洗浄する洗浄モード（cleaning mode）時に逆洗浄濃縮水を膜濾過濃縮水と共に上向流（up-flow）により分離及び濃縮するサイクロン処理部３３０と、前記サイクロン処理部３３０で処理された膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を処理する濃縮水処理部５００と、洗浄モード時に微細気泡を発生させて膜濾過部３０２の膜表面をフラッシング（flushing）して上向流を生成する微細気泡発生部３２１とを含む、膜濾過装置を提供する。
【００３８】
また、前記流入水は、前処理部１００で前処理されて前処理処理水貯留部３０１に貯留された前処理水であり、前記前処理処理水貯留部３０１には濾過モード時に前処理水を前記膜濾過部３０２に供給する膜流入ポンプ３０１Ｂが備えられ、洗浄モード時に前記微細気泡発生部３２１は前記膜流入ポンプ３０１Ｂの作動により前記膜濾過部３０２に微細気泡を供給することが好ましい。
【００３９】
さらに、洗浄モード時に前記膜濾過部３０２から発生する逆洗浄濃縮水は、前記膜流入ポンプ３０１Ｂの作動による微細気泡の上向流により膜濾過濃縮水と共に浮上して前記サイクロン処理部３３０に流入することが好ましい。
【００４０】
さらに、洗浄モード時の前記膜流入ポンプ３０１Ｂのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、微細気泡発生部３２１から発生する前記微細気泡の大きさは直径１〜５０μｍであることが好ましい。
【００４１】
さらに、前記サイクロン処理部３３０に流入した前記膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水は、前記サイクロン処理部３３０により分離及び濃縮されてサイクロン分離水３３０Ｂとさらに濃縮された濃縮水に区分され、前記サイクロン分離水３３０Ｂは前記前処理処理水貯留部３０１に返送され、前記さらに前記濃縮された濃縮水は濃縮水処理部５００に移送されることが好ましい。
【００４２】
さらに、膜濾過部３０２は１つのみであり、前記膜濾過装置の回収率は９８％以上１００％未満であることが好ましい。
【００４３】
さらに、前記膜濾過装置は、前記膜濾過処理水貯留部３０３と前記膜濾過部３０２間の流路に備えられる膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａをさらに含み、洗浄モード時に前記膜濾過処理水貯留部３０３に貯留された膜濾過処理水が前記膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａの作動により逆洗浄水として前記膜濾過部３０２に供給されることが好ましい。
【００４４】
さらに、洗浄モード時に膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａの逆洗浄流量は１Ｑ〜２Ｑであり、ここで、Ｑは膜濾過部３０２の設計フラックス（design flux）の濾過流量であることが好ましい。
【００４５】
さらに、前記膜濾過装置は薬品注入部３５０をさらに含み、前記洗浄モード時に薬品注入部３５０は膜濾過部３０２の前段に凝集剤及び微生物防止剤を注入し、微細気泡発生部３２１から発生した微細気泡が酸化剤として機能することが好ましい。
【００４６】
さらに、洗浄モード時に前記薬品注入部３５０は前記膜濾過部３０２の前段に酸化剤をさらに注入し、前記注入される酸化剤は次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）であり、０．５〜１，０００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【００４７】
上記課題を解決するために、本発明の他の実施例は、（ａ）濾過モードから洗浄モードに転換し、その後前記膜濾過部３０２の濾過モードで発生した膜濾過濃縮水を下向流で排水せずに内側に維持する工程と、（ｂ）前記膜濾過部３０２に逆洗浄水を供給して逆洗浄することにより、濾過膜表面の汚染物質を含む逆洗浄濃縮水を生成する工程と、（ｃ）前記微細気泡発生部３２１から発生した微細気泡を前記膜濾過部３０２に供給し、前記（ａ）工程の膜濾過濃縮水と（ｂ）工程の逆洗浄濃縮水を共に上向流により分離する工程と、（ｄ）前記上向流により分離した膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を前記サイクロン処理部３３０に移送して固液分離する工程とを含む、膜濾過装置の洗浄方法を提供する。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、１つの膜濾過工程のみを用いても、２つの膜濾過工程を共に用いる場合にのみ達成できることが知られている９８％以上１００％未満の高回収率を達成することができる。これにより、設備コスト及び運営コストを大幅に削減することができ、電力費、膜交換費、薬品費、大修繕費などを全て削減することができ、環境にやさしい。
【００４９】
このような効果は、微細気泡とサイクロンを同時に適用し、特に上向流方式で微細気泡を適用することにより可能であったが、これは従来技術においては明らかにされていない新規性及び進歩性を有する方式である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来技術による膜濾過装置の濾過モードを示す図である。
【図２】本発明による膜濾過装置の濾過モードを示す図である。
【図３】従来技術による膜濾過装置の洗浄モードを示す図である。
【図４】本発明による膜濾過装置の洗浄モードを示す図である。
【図５ａ】従来技術による１段の膜濾過装置の洗浄モードをより詳細に示す図である。
【図５ｂ】従来技術による２段の膜濾過装置の洗浄モードをより詳細に示す図である。
【図６】本発明による膜濾過装置の洗浄モードをより詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。各図面の符号は本発明による膜濾過装置を具体的に説明するために用いられるが、従来技術の説明において前述した符号と同様の符号を付した。
【００５２】
図２に示すように、本発明による膜濾過装置も従来技術と同様に、前処理部１００と、主処理部３００と、後処理部４００と、濃縮水処理部５００とを含む。前処理部１００、後処理部４００及び濃縮水処理部５００は、従来から広く用いられているいかなる技術を採用しても特に問題がなく、詳細な説明も省略する。
【００５３】
ただし、主処理部３００の詳細構成が従来技術とは異なる。
【００５４】
主処理部３００は、前処理部１００で前処理された前処理水を貯留する前処理処理水貯留部３０１と、前記前処理処理水貯留部３０１から前処理水が移送されて膜濾過する膜濾過部３０２と、前記膜濾過部３０２で濾過処理された処理水を貯留する膜濾過処理水貯留部３０３と、逆洗浄時に膜濾過濃縮水及び逆洗浄濃縮水が流入するサイクロン処理部３３０とを含む。
【００５５】
ここで、膜濾過部３０２が１つしかないことに注目する。前述したように、一般的な膜濾過工程で１つの膜濾過部のみ用いた場合、その回収率は約８５〜９５％にすぎないので、９９％以上の回収率を達成するためには少なくとも２つの膜濾過部を用いなければならない。しかし、発明は、後述するような新規性及び進歩性を有する洗浄モードにより、１つの膜濾過部のみを用いて９９％以上の高回収率を達成することができる。
【００５６】
本発明による膜濾過装置の濾過モードにおいて、前処理処理水貯留部３０１に貯留された前処理水が膜濾過部３０２に流入し、膜濾過部３０２は膜濾過工程を行って処理水と膜濾過濃縮水とに分離し、処理水は膜濾過処理水貯留部３０３に貯留されてから後処理部４００に移送され、膜濾過濃縮水は濃縮水処理部５００に移送される。
【００５７】
図４を参照して、膜濾過部３０２の濾過膜を逆洗浄する洗浄モードについて説明する。
【００５８】
洗浄モードにおいて、サイクロン処理部３３０と微細気泡発生部３２１が作動する。場合によっては、薬品注入部３５０がさらに作動することもある。
【００５９】
洗浄モードにおいて、細い破線で示すように、膜濾過処理水貯留部３０３に貯留された処理水が膜濾過逆洗浄ポンプ部３０４の作動により膜濾過部３０２に逆洗浄水として供給される。逆洗浄により濾過膜表面から汚染物質が分離する。すなわち、分離した汚染物質を含む逆洗浄濃縮水が生成される。
【００６０】
膜濾過部３０２における逆洗浄時に、点線で示すように、微細気泡発生部３２１から発生した微細気泡が膜濾過部３０２に上向流で供給される。微細気泡は、後述するように、膜流入ポンプ３０１Ｂにより高速で供給されるため、これにより従来技術の説明において言及したスクラブ洗浄部による空気洗浄を行わなくても、膜表面をフラッシングすることにより残留物質を浮上させて上向流の流れを生成できるので、優れた効果が得られる。
【００６１】
上向流で供給される微細気泡により濾過膜表面から分離した汚染物質を含む逆洗浄濃縮水は、膜濾過部３０２内で浮上する。浮上した膜濾過濃縮水は、二重線で示すように、サイクロン処理部３３０に流入する。
【００６２】
サイクロン処理部３３０においては、後述するように、膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水が共に流入するが、流入した膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水を分離及び濃縮（排除）してサイクロン分離水とさらに濃縮された濃縮水に固液分離する。
【００６３】
サイクロン分離水は、太い破線で示すように、前処理処理水貯留部３０１に返送されることが重要である。そうすることにより高回収率を維持できるからである。さらに濃縮された濃縮水は濃縮水処理部５００に移送される。
【００６４】
一方、他の実施形態において、薬品注入部３５０は、化学洗浄のための薬品を膜濾過部３０２の前段に注入することができる。凝集剤及び微生物防止剤を注入することができ、その他の別の化学薬品を注入することもできる。
【００６５】
しかし、膜濾過部３０２に供給される微細気泡発生部３２１からの微細気泡が酸化剤として機能するので、酸化剤を注入しなくても酸化効果を奏するという利点がある。
【００６６】
当然ながら、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）などの酸化剤をさらに注入することで、さらなる酸化効果を奏することもできる。ただし、従来技術と比較して、同じ効果を得るための酸化剤注入量は、より少ないであろうし、同じ量を注入するならば、さらに優れた効果が得られる。注入される酸化剤の量は０．５〜１，０００ｍｇ／Ｌであってもよい。
【００６７】
図６を参照して、本発明による膜濾過装置の濾過モード及び洗浄モードをより詳細に説明する。
【００６８】
濾過モードにおいて、前処理処理水貯留部３０１の前処理処理水貯留槽３０１Ａに貯留された前処理水は、前処理処理水貯留部３０１に備えられる膜流入ポンプ３０１Ｂの作動により膜濾過部３０２に移送される。膜濾過部３０２の膜濾過モジュール３０２Ａの濾過作用により、処理水は上昇して膜濾過濃縮水は下降するが、処理水は膜濾過処理水貯留槽３０３Ａに貯留されてから後処理部４００（図４参照）に移送され、膜濾過濃縮水は排水ラインを介して濃縮水処理部５００（図４参照）に移送される。これらの過程は１つの膜濾過部のみを備えた膜濾過工程と同様である。
【００６９】
濾過モードから洗浄モードに転換されると、洗浄作業が開始される。
【００７０】
このとき、すなわち洗浄モードに転換された直後に、濾過モードで発生した膜濾過濃縮水が依然として膜濾過部３０２の内側に残っている。従来技術によれば、スクラブ洗浄部による空気洗浄が先に行われて逆洗浄による逆洗浄濃縮水と共に下向流で排水されるので、洗浄モードに転換された直後に膜濾過部の内側に残っている膜濾過濃縮水が下向流で排水されなければならない。しかし、本発明による膜濾過装置においては、空気洗浄を行わず、微細気泡を上向流で流入させるので、膜濾過濃縮水を別途に下向流で排水させない。これは、回収率の面で利点となる。
【００７１】
すなわち、洗浄モードに転換された直後に、膜濾過部３０２の濾過モードで発生した膜濾過濃縮水は下向流で排水されず、内側にそのまま維持された状態である。
【００７２】
この状況で、膜濾過処理水貯留部３０３の膜濾過処理水貯留槽３０３Ａ内の処理水が膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａにより逆洗浄水として膜濾過モジュール３０２Ａに供給される。ここで、膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、膜濾過逆洗浄ポンプ３０４Ａの逆洗浄流量は１Ｑ〜２Ｑであることが好ましい。ここで、Ｑは膜濾過部３０２の設計フラックス（design flux）の濾過流量である。
【００７３】
この過程において、微細気泡発生部３２１の微細気泡発生器３２１Ａから発生した微細気泡が上向流で膜濾過モジュール３０２Ａに供給される。特に、膜流入ポンプ３０１Ｂの作動により高速で供給されるので、より効果的な洗浄を行うことができる。ここで、別途のポンプを備えるのではなく、一般に備えられる膜流入ポンプ３０１Ｂをそのまま活用できるので、設備コストを減少させることができるという利点がある。また、膜流入ポンプ３０１Ｂのポンプ推進動力の圧力は０．５〜５ｂａｒであり、微細気泡発生部３２１から発生する微細気泡の大きさは直径１〜５０μｍであることが好ましい。
【００７４】
膜濾過モジュール３０２Ａに逆洗浄水が供給され、それと同時に微細気泡が上向流で供給されることにより、逆洗浄が効果的に行われると共に、濾過膜表面から汚染物質が分離し、それを含む逆洗浄濃縮水が生成される。分離した汚染物質は、前述した濾過モードにおける膜濾過濃縮水と合わせられる。
【００７５】
微細気泡などの作動により膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水は集められて膜濾過モジュール３０２Ａで浮上する。浮上した膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水は、排水ラインに沿って濃縮水処理部５００に移送されるのではなく、サイクロン処理部３３０に移送されることが重要である。
【００７６】
サイクロン処理部３３０のサイクロン分離器３３０Ａは、膜濾過濃縮水と逆洗浄濃縮水をサイクロン分離水３３０Ｂとさらに濃縮された濃縮水とに分離することができる。さらに濃縮された濃縮水は濃縮水処理部５００に移送されるが、サイクロン分離水３３０Ｂは再び前処理処理水貯留槽３０１Ａに返送される。
【００７７】
すなわち、従来技術と比較すると、洗浄モードに転換された直後に、膜濾過部３０２の濾過モードで発生した膜濾過濃縮水が濃縮水処理部５００に排水されず、逆洗浄後に分離した逆洗浄濃縮水も濃縮水処理部５００に排水されず、これらが集められてサイクロン処理部３３０に移送され、そこで再び処理されて前処理処理水貯留槽３０１Ａに返送されるので、１つの膜濾過部３０２を採用しながらも高回収率が得られる。
【００７８】
さらに、単に上記工程のみ行われると、回収率は向上するものの、エネルギー効率などが低下し得るが、サイクロン分離部３３０と共に微細気泡発生部３２１を同時に適用したシナジー効果、及び微細気泡発生部３２１による上向流によって、それらの問題が生じなくなる。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、当業界における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲で本発明を様々に修正及び変更させ得ることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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