(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜モジュール及び運転条件が特定された膜濾過プラントの安定運転時の最大流束を推定する方法であって、
前記膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値Ａを得る工程と、
前記膜モジュール及び運転条件と同一の膜モジュール及び運転条件である複数の既設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束値を得る工程と、
前記複数の既設膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記複数の既設膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値Ｂを得る工程と、
前記既設膜濾過プラントの最大流束値と測定値Ｂとを、当該測定値Ｂを対数側とする片対数グラフにプロットし、そのプロットに対する近似直線を得て、当該直線に前記測定値Ａを外挿または内挿して前記膜濾過プラントの最大流束を推定する工程と、を含む推定方法であって、
前記運転条件には、被処理液の性状は含まれず、
前記初期膜濾過特性は、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、及び洗浄付き定量濾過抵抗からなる群から選ばれる、方法。
【請求項２】
前記運転条件が、少なくとも濾過時間または膜洗浄パターンの条件を含むことを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜濾過初期の試験データから、新設の膜濾過プラントの設計に必要な安定膜濾過流束の値を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
限外濾過膜、精密濾過膜等の濾過膜を用いた膜濾過プラントでは、膜モジュール内に分離対象となる被処理液を流し、膜モジュール外部からこの被処理液体に圧力をかける。そして、主に膜の細孔の大きさに基づいて、ある程度の流束が得られる条件内で目的とする濾過を行う。【０００３】
膜濾過プラントの被処理液の性状は膜濾過プラントごとに区々であり、被処理液に含まれる各種の物質が、膜の目詰まりなどのいわゆるファウリングを生ぜしめて急激に又徐々に流束の低下をもたらすことが多い。そのため、膜濾過プラントでは、比較的短期に繰り返しエアバブリング等の物理洗浄やフラッシング等を行い、膜性能をある程度回復させて使用する。そして、膜性能を十分に回復させる薬品洗浄を例えば半年に１回と想定した範囲内でかつ可能な運転条件の範囲内で、薬品洗浄までの半年間のあいだ安定的に運転できる状態を特定し、そのような条件の中で最も効率の良い条件を採用して運転するのが通常である。【０００４】
膜濾過プラントにおいて定流量条件下での安定運転時における運転圧力の典型的な挙動を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）では、横軸が運転日数で縦軸が運転圧力である。図１０（ａ）中の円で囲った部分の拡大図を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）は、定期洗浄に伴う短期の圧力変動を示している。図１０（ａ）からわかるように、運転圧力は、運転の初期には急に立ち上がる。しかし、初期の状態が過ぎると安定期に入り、運転圧力は運転日数に伴って一定の傾きで徐々に増加していく。安定期をすぎると終期となって、急激に運転圧力が上昇して送液ポンプの運転限界に近づき、濾過膜を薬品洗浄する必要が生じる。【０００５】
膜濾過プラントの運転条件としては、この初期から終期までの運転期間と短期の洗浄条件とをあらかじめ想定した場合に、この期間に渡って一定流量で安定して運転できる最大の流束で運転するのがもっとも効率が良いことになる。そのため、膜濾過プラントの設計にあたっては、一定の短期の洗浄条件と薬品洗浄までの運転期間とを前提として、安定状態における流束の最大値がどのくらいの値になるかを推定し、それによって膜濾過プラントの設計規模を決定することになる。【０００６】
ところが、この実運転時の安定状態の流束は、前処理を含めた被処理液に含まれる物質の種類、粒子の性状、濃度等に影響されるし、さらに、濾過膜の特性、被処理液に含まれる物質と濾過膜との相互作用、濾過膜の洗浄条件、運転条件等の各種の条件が複雑に影響して決まると考えられている。従来、これらの複雑な相互作用のために、安定状態の流束値をあらかじめ推定することは、まったく不可能と考えられてきた。【０００７】
これを推定しようとする試みとしては、例えば、一定の濾過フィルターを用いて一定時間一定圧力で被処理液を濾過し、濾過開始時点と濾過終了時点における流量の測定値から安定状態の流束値を求めようとするＳＤＩ（Silt Density Index）測定方法と呼ばれる方法が提唱された。しかし、この方法を適用できるのはきわめて狭い水質範囲に限定されており、実用的とは言い難い。また、特開2001-327967号公報（特許文献１）では濁質量と溶解性有機物炭素量の測定値および膜濾過流束の関数から、膜濾過流束、物理洗浄間隔、薬液洗浄時期、前処理等の最適化を図る方法が記載されている。しかしながら、この発明ではDOC、E260、濁度を分析する必要があり煩雑である。また、有機物汚染の原因をフミン質に特定し、汚染度合いをDOCとE260の比率から単に計算で算出しているため、フミン質以外の有機物が膜汚染に関与する場合には、その影響を正しく評価できないこともある。【０００８】
そのため、従来、新設の膜濾過プラントの設計にあたっては、１種類または２種類以上の候補膜の膜モジュールを使用し、各種の前処理と膜モジュールとの組み合わせを経験的または試行錯誤的に用いながら、実際の被処理液を膜モジュールに流して最短１カ月程度から最長で季節変動も含めた１年程度の長期運転をあらかじめ行い、安定的に得られる流束の最大値がどの程度の値になるかの試験を試行錯誤的に行うのが通常であった。例えば、非特許文献１には、岐阜県山之内浄水場において、限外濾過膜（ＵＦ）を用いて各種の前処理を試験しながら膜浄水処理システムの長期安定性を検討した試験結果報告を含め、各種の同様な試験結果が報告されている。【０００９】
または、試験にそのような長期間が掛けられない場合は、被処理液組成が比較的近似すると考えられる過去の膜濾過プラントの経験値を参考にして、新規膜濾過プラントにおける安定状態の流束値を経験的に想定し、これに安全係数を通常より大きめに掛けて設計値とするようなことも行われていた。
【特許文献１】特開２００１−３２７９６７号公報
【非特許文献１】高効率浄水技術開発研究（ＡＣＴ２１）  水道用膜濾過技術の新しい展開、（財）水道技術研究センター発行、２００２年１２月発行、２００頁〜２０４頁、２２７頁〜２３０頁、２５７頁〜２７１頁、２７２頁〜２７４頁、２７７頁〜２７９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、膜濾過初期の膜濾過特性の測定データから、膜濾過プラントの短期洗浄も含めた長期安定運転時における流束の最大値を推定する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、膜モジュール及び運転条件が特定された膜濾過プラントの安定運転時の最大流束を推定する方法であって、前記膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値Ａを得る工程と、前記膜モジュール及び運転条件と同一または近似の膜モジュール及び運転条件である複数の既設膜濾過プラントの安定運転時の最大流束値を得る工程と、前記複数の既設膜濾過プラントの被処理液と膜モジュールの膜とを用いて、前記複数の既設膜濾過プラントの初期膜濾過特性の測定値Bを得る工程と、前記既設膜濾過プラントの最大流束値と測定値Bとの関係に基づいて、前記測定値Ａから前記膜濾過プラントの最大流束を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする推定方法である。【００１２】
ここで、上記推定工程は、前記初期膜濾過特性の測定値Ｂの対数値と前記最大流束との関係を式またはグラフで示し、該式またはグラフに前記測定値Ａを外挿または内挿して前記膜濾過プラントの最大流束を推定する工程であることが好ましい。【００１３】
また、前記運転条件が、少なくとも濾過時間または膜洗浄パターンの条件とを含むことは好ましい。また、前記の初期膜濾過特性が、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗のいずれかから選ばれたものであることは好ましい。また、前記の初期膜濾過特性の測定値と、前記の安定運転時の最大流束の経験値とが、測定値を対数とした片対数グラフにより結びつけられていることは好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
膜濾過初期の短時間の通液データから、膜濾過プラントの洗浄条件も含めた長期安定運転時における流束の最大値をきわめて簡単に推定することが可能となる。この結果、新設の膜濾過プラントの設計において、長期の試験運転を行う必要が無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態例を図面を参照しながら説明する。本発明では、まず、新設予定の膜濾過プラントの膜モジュールと運転条件を特定する。そして、この膜モジュールに用いられている膜と新設膜濾過プラントで処理する予定の被処理液とを用いて、膜の濾過抵抗などの初期膜濾過特性を測定する（この値を測定値Ａとする）。この測定は１０分〜1時間程度の短時間で終了する。【００１６】
次に、新設予定の膜濾過プラントと同じか近似する膜モジュールと運転条件の既設の膜濾過プラントを２以上選択し、これらにおいて、予定される薬品洗浄までの運転時間の範囲内で安定的に運転できる流束の最大値の経験的なデータを収集する。このような経験値は、各プラントで運転圧力などの運転条件を変えて試行錯誤的に収集されたものである。また、既設膜濾過プラントで使用されている膜モジュールの膜と、既設膜濾過プラントの被処理液とを用いて、上記と同じ初期膜濾過特性を測定する（この値を測定値Ｂとする）。【００１７】
次に、複数の既設膜濾過プラントの上記の流束の最大値の経験値と、それらの測定値Ｂとを、測定値Ｂを対数側とした片対数グラフにプロットする。そして、これら複数の点を直線で結び、この直線上の上記の測定値Ａに対応する点を特定する。その点の流束値を読み取ると、求める新設予定の膜濾過プラントにおいて安定的に運転できる流束の最大値が得られる。【００１８】
つまり、驚いたことに被処理液が何であるかに関わりなく、膜モジュールと運転条件が同じか近似する複数の既設膜濾過プラントの流束の最大値のデータが有れば、既設膜濾過プラントの膜の初期膜濾過特性と、新設予定の膜濾過プラントの膜の初期膜濾過特性とを測定することで、直ちに新設予定の膜濾過プラントで得られる安定流束の最大値が推定できるのである。【００１９】
なお、以上、説明の便宜のため、測定値Ａ、測定値Ｂ、最大流束値の順で本発明に係る推定方法の各工程を説明したが、本発明に係る推定方法は、必ずしもこの順序に限定されるものではない。例えば、測定値Ａ、最大流束値、測定値Ｂの順で求めてもよいし、最大流束値、測定値Ｂ、測定値Ａの順序であってもかまわない。【００２０】
本発明は、様々な被処理液に対して建設された数多くの膜濾過プラントの経験値を基に、各種のデータ解析を試行錯誤的に行っていくなかで、上記の片対数グラフをプロットすると、まったく驚いたことに被処理液の性状がどのようなものであるかに関わりなく、様々な既設膜濾過プラントのデータが、膜モジュールと運転条件とを特定したほぼ一本の直線上に乗ることを見出してなされたものである。【００２１】
これにより、従来、短くとも一月から通常は一年程度の長期間の試験運転を必要とした新設膜濾過プラントの設計条件の推定が、極めて容易かつ短時間で、しかも確度高く行えるようになった。以下、これについてさらに詳しく説明する。【００２２】
まず、ここにいう新設膜濾過プラントとは、計画段階で未だ建設されていない膜濾過プラントのことを言うが、既設の膜濾過プラントであっても、あらかじめ長期の試験を行わずに、被処理液の性状が近似する他の既設膜濾過プラントのデータを基に設計値が想定されて建設されたごとき膜濾過プラントや、または、最大流束を経験的に見出す作業をしていないプラントであってもよい。これらのようなプラントでは、必ずしも最適化された設計がなされていない可能性があるため、流束の最大値を推定することに意味がある。【００２３】
次に、新設膜濾過プラントで用いる膜モジュールと運転条件とを特定する。これらが、上記の片対数グラフが作成された場合に、異なる直線を特定するパラメータになるからである。ここで、膜モジュールの分類は、原則的には、膜の材質、膜が中空糸であるか平膜であるか等の膜の形状、孔の径、孔の数、中空糸である場合の糸の径、糸の長さ、糸のモジュールへの充填率、平膜である場合の膜の寸法、膜間距離、スパイラル型なのかフィルタープレス型なのか等のモジュール形式等により判断する。これらが異なる場合は、膜モジュールの性能も異なるから原則異なる膜モジュールとして特定する。【００２４】
実際的には、膜モジュールの製品分類に従って判断するのが簡便で好ましい。つまり、同じグレードの製品であれば同じ膜モジュールと判断し、異なるグレードの製品であれば異なる膜モジュールと判断するのが簡便である。これは、異なるグレード番号がつけられている以上、異なる仕様と性能を有していると考えられることによる。同じ製品に２つ以上の異なるグレードがつけられている場合は、上記の原則に戻って判断すればよい。また、膜モジュールが近似するとは、ある特定の膜モジュールに対して上記の各種の仕様や特性が近く、その膜モジュールの代替品として使用できることを意味する。なお、特性が近いとは、特性の数値が異なっていても、数値が±３０％の範囲内にあることを意味する。この範囲内であれば特性が近いか実質的に同じ運転条件と判断する。より好ましくは数値が±２０％の範囲内であり、さらに好ましくは数値が±１０％の範囲内である。【００２５】
また、運転条件とは、（ア）実運転において被処理液を処理する濾過工程の時間と（イ）膜を洗浄する洗浄工程の時間と（ウ）必要により濁度分を押し出すフラッシング工程の時間との和からなる濾過時間（実運転の繰り返し単位プロセスの実行に要する時間）や、膜洗浄の方式、膜洗浄でエアスクラビングを用いた場合のエア流量、逆洗時間等の膜洗浄パターン等を言う。これらが同じ場合に運転条件が同じと判断する。なお、これらの数値が異なっていても、数値が±３０％の範囲内であれば運転条件が近似するか、実質的に同じ運転条件の範囲内と判断する。より好ましくは数値が±２０％の範囲内であり、さらに好ましくは数値が±１０％の範囲内である。なお、前処理条件は運転条件に含める必要はない。前処理は被処理液の性状を変化させるが、本発明は被処理液の性状にかかわらず適用できることによる。【００２６】
次に、新設膜濾過プラントで用いられる膜モジュールの膜と、新設膜濾過プラントで処理される被処理液とを用い、膜の初期膜濾過特性の測定値Ａを測定する。ここで初期膜濾過特性とは、未使用の新しい濾過膜で被処理液の処理を開始してから、図１に示したような安定状態に移行するまでの期間における膜特性を言うが、実際には、処理開始から１０分間程度から、長くとも２回または３回の洗浄工程が入る程度の時間間隔における膜特性を測定すれば十分である。このような初期膜濾過特性として測定すべき項目としては、定圧単純濾過抵抗、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗等が挙げられるが、以下では、初期膜濾過特性として定圧単純濾過抵抗を用いる場合について説明する。その他の初期膜濾過特性については後述する。【００２７】
図１は、初期膜濾過特性を測定する装置の模式図である。装置の中心となる膜モジュールは、長さ２０ｃｍ程度の中空糸２を１本だけをハウジングに収納したミニモジュール１である。この中空糸２は、新設膜濾過プラントで用いられる予定の膜モジュールで用いられる中空糸と同じ未使用の中空糸を用いるが、中空糸の長さはハウジングに合わせたものでよい。中空糸２の一方の端部は閉止具５で閉じられており、一方の端部は膜を透過した液が流出できるように開放端６となっている。被処理液はミニモジュール側部の入り口３からハウジング内に入り、膜を透過した液だけが開放端６から流出する。ミニモジュール側部の出口４は、ライン６２を介して閉止端６３となっている。【００２８】
容器１１内の新設膜濾過プラントの被処理液７０は、スターラ１０で攪拌されながら、ポンプ２０の押し出しローラ２１により、ライン６０を介して容器１１から吸引され、さらにライン６１を介してミニモジュール側部の入り口３に送られる。このポンプ２０の回転により、濾過圧がミニモジュール１に印加される。ライン６１とライン６２の途中には、それぞれ圧力計５０、５１が設けられており、測定が正常に行われている限り、２つの圧力計が示す圧力はほぼ同じ値となる。【００２９】
ミニモジュール１の開放端６の下部には、開放端６から流出した膜透過液７１を受ける容器３１が置かれている。この容器３１は、さらに容器３１ごと膜透過液７１の重量を逐次的に測定できる電子秤３０の上に置かれている。電子秤３０で測定された重量の増加データは、コンピュータ４０に送られてデータ処理され、定圧単純濾過抵抗：Ｋが演算される。【００３０】
ここで、定圧単純濾過抵抗：Ｋについて説明しておく。Ｋは、Ｒｕｔｈの定圧濾過係数とも呼ばれ、定圧濾過条件下のケーク濾過の研究から得られた係数である。Ｋは、濾過開始からの濾過時間をθ、濾液量をＶとした場合に、θ／Ｖを縦軸にＶを横軸に取って方眼グラフにプロットして、得られる直線の傾きθ／Ｖ２で定義される。このθ／Ｖを縦軸にＶを横軸にとったグラフが図１のコンピュータ４０の部分に記載されている。コンピュータ４０には、このＫの演算を行うプログラムが格納されている。なお、Ｋを求めるにあたっては、圧力計５０、５１が一定圧力となるように、ローラ２１の回転数を一定の条件として測定すればよい。この定圧単純濾過抵抗の測定は、１０分程度で簡単に終了する。これで、新設膜濾過プラントの膜モジュールで用いられる膜と被処理液とを用いた定圧単純濾過抵抗：Ｋの測定値Ａが得られる。【００３１】
なお、このような初期膜濾過特性を測定するための装置は、各種の変型が可能であって、図１のようなものには限定されない。例えば、ミニモジュールに収納する中空糸は１本に限るものではないし、平膜のミニモジュールを用いることもできる。また、測定は、流量を一定として圧力変動を測定するようにしてもよい。【００３２】
次に、既設膜濾過プラントの中から、新設膜濾過プラントの膜モジュールと運転条件とが同一かまたは近似したものを複数選択する（実際には、既設膜濾過プラントの膜モジュールと運転条件を参考にして、新設膜濾過プラントの膜モジュールと運転条件が選択される。）。既設膜濾過プラントの選択にあたっては、被処理液の性状が新設膜濾過プラントの被処理液と近似している必要はない。【００３３】
次に、これら複数の既設膜濾過プラントで試行錯誤的に測定された安定状態における流束の最大値のデータを収集する。通常、既設の膜濾過プラントでは、運転開始からしばらくの間は、運転条件の最適化のために濾過圧力を適宜変動させることで流束を変え、一定期間その状態で運転して濾過圧力の経時的挙動を調べるということが行われる。これが行われている状態の例を図２〜図４に示す。【００３４】
図２は、ある既設膜濾過プラント（Ａ）において、流束を段階的に増加して、どこまでの流束であれば濾過圧力が安定状態を維持できるか、つまり安定状態の流束の最大値を求めることを目的として行われた実験の結果である。なお、流束は単位膜面積あたり一日あたりに得られた膜透過液の体積であるから、その単位として、ｍ３／ｍ２／ｄ＝ｍ／ｄが用いられている。実験初期では、４ｍ／ｄと小さい流束からスタートし、これで安定状態が得られることが判明した。そこで、次に６ｍ／ｄに流束を上げたところ、圧力上昇の傾きが大きすぎて、安定的に運転できないことが判明した。これから、６ｍ／ｄでは安定状態が得られる流束の最大値を超えていることがわかる。実際、その後の試験で、流束の最大値はおよそ４．７ｍ／ｄであることが判明した。【００３５】
図３は、別の既設膜濾過プラント（Ｂ）における安定流束の最大値を求めるための実験の結果を示したものである。運転当初は２．９ｍ／ｄで運転したところ、圧力上昇の傾きが大きすぎ、予定された薬品洗浄までの運転期間に至るまでにプラントの運転圧力の上限である２００ｋＰａを超えることが判明した。つまり、安定状態が得られなかった。そこで、膜を薬品洗浄して新品と同様な状態に戻し、流束を２．４ｍ／ｄに下げて再び運転を行った。すると、圧力上昇の傾きが小さい安定状態が得られることが判明した。次に、再度、膜を薬品洗浄して新品と同様な状態に戻し、流束を２．６ｍ／ｄに上昇して運転した。すると、この流束でも安定状態が得られることが判明した。さらに、２．６ｍ／ｄと２．９ｍ／ｄとの間でより流束を細かく調整して行われた図示されない実験の結果から、この既設膜濾過プラント（Ｂ）の流束の最大値は、およそ２．７ｍ／ｄであることが確認された。【００３６】
図４は、さらに別の既設膜濾過プラント（Ｃ）における安定状態の流束の最大値を求める実験の結果を図示したものである。まず、運転当初は流束が１．５ｍ／ｄの条件で運転し、これで安定状態が得られることが判明した。そこで、次に流束を３ｍ／ｄに増加せしめたところ、急激に濾過圧力が増加し、プラント運転の上限圧力である２００ｋＰａを部分的に突破するような状態となった。つまり、安定状態が得られなかった。その後のより細かく段階を分けた図示されない実験から、この膜濾過プラントで安定状態が得られる流束の最大値は、２．８ｍ／ｄであることが確認された。【００３７】
つまり、安定流束の最大値は、まず安全サイドと推測される流束値で、ある程度の期間の濾過運転を行って圧力上昇の程度を調べ、望ましい範囲の圧力上昇の傾きが得られるか否かを判断し、望ましい傾きが得られる場合を安定状態として、さらに、流束を変えて安定状態が得られるか否かを判断するという、段階的な試行錯誤により経験的に求められたものである。このようにして、既設膜濾過プラントで個別に測定された安定状態における流束の最大値のデータを収集する（実際には、このようなデータがそろっている既設膜濾過プラントの中から、新設膜濾過プラントの条件設定の参考になる既設膜濾過プラントを複数選択する。）。【００３８】
次に、既設膜濾過プラントで用いられている膜モジュールの膜と、その既設膜濾過プラントで処理されている被処理液とを用いて、上記の図１に関連して説明した定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定する。用いる膜は、既設膜濾過プラントで用いられている膜モジュールに収納されている膜と同じ仕様特性（または同じグレード）の膜であって、未使用の膜である。なお、膜の長さや本数が同じである必要はない。複数選択されたうちの残りの既設膜濾過プラントに関しても同様に、そのプラントの被処理液と、そのプラントの膜モジュールに収納されている膜と同じ仕様特性の未使用の膜とを用いて、定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定する。得られた複数の測定値を測定値Ｂとする。この測定も、上記の新設膜濾過プラントの場合と同様に、それぞれの膜について、たかだか１０分程度で終了する。なお、初期膜濾過特性の測定値は、プラントごとに固有のものであるから、既に測定値Ｂが得られている場合は、その測定値を用いればよい。【００３９】
次に、上記で得られたデータから、新設膜濾過プラントの安定状態における流束の最大値を推定する。まず、上記で得られた既設膜濾過プラントのＫの複数の測定値Ｂと、安定状態における流束の最大値とを、Ｋ値を対数側として片対数グラフにプロットする。次にプロットされた点を通る直線を引く。既に説明したように、被処理液の性状にかかわらず、膜モジュールと運転条件とを特定すると、異なる膜濾過プラントで測定された点であっても同じ直線上に乗ってくることを見出した。つまり、新設の膜濾過プラントでもこの直線上に点が存在すると推定されることになる。【００４０】
そこで、上記で得た新設膜濾過プラントのＫの測定値Ａをこの直線上にプロットし、縦軸の膜濾過流束の値を読み取ると、その値が、対象の新設膜濾過プラントにおいて安定状態が得られる流束の最大値になると推定することができる。つまり、既設の膜濾過プラントのデータから外挿または内挿することで、新設の膜濾過プランの安定状態が推定可能となる。【００４１】
このように、既設膜濾過プラントの経験値と、簡単に測定できる初期膜特性とをキーにして、被処理液の性状の違いに係わらず、目的とする流束の最大値を確度高く得ることができる。そのため、これまで新設膜濾過プラントで必要とされた長期の試験運転や、プラント建設後の流束の最大値を求める試行錯誤的な試験運転が必要なくなる。【００４２】
逆に、新設膜濾過プラントの被処理液で各種の膜モジュールで用いられている膜の初期膜濾過特性を測定すれば、どの既設膜濾過プラントと同様の膜モジュールや運転条件を用いれば、新設膜濾過プラントで最も高い流束が得られるか、つまり最適条件をあらかじめ特定することが可能となる。【００４３】
つまり、各種の条件の既設膜濾過プラントの最大流束値及び初期膜濾過特性のデータとを蓄積したデータベースを構築すると、新設膜濾過プラントの被処理液を用いて各種の膜の初期膜濾過特性を測定するだけで、新設膜濾過プラントに最適な膜モジュールと運転条件とを直ちに決定することが可能となる。【００４４】
次に、初期膜濾過特性として用いることができるものとしては、上記の単純濾過抵抗：Ｋ以外に、定量単純濾過抵抗、洗浄付き定圧濾過抵抗、洗浄付き定量濾過抵抗等が挙げられる。しかし、初期膜濾過特性は、これらに限定されるものではなく、膜の初期特性を特定できるパラメータであればよい。【００４５】
例えば、定量単純濾過抵抗とは、一定流量条件下で図１と同様な装置を用いて測定された膜透過量と運転圧力の経時的な変動値とから、方眼グラフの横軸に膜透過体積の積算値Ｖ（時間に相当）、縦軸に運転圧力Ｐをとった場合に得られる直線の傾きで定義される。これを図５に示す。この定量単純濾過抵抗は、実際の膜濾過プラントが定量運転条件で運転されているから、この観点からは実際的である。しかし、一方で初期膜濾過特性の測定のための装置は、圧力計からの信号によりポンプの動作を制御する必要が生じるためより複雑になる。【００４６】
また、初期膜濾過特性として、測定がさらに複雑になるものの、２回から３回程度の洗浄工程までを含めたものを用いることもできる。定圧条件下でのＫに洗浄条件を付加したものを洗浄付き定圧濾過抵抗という。これを図示すると図６のようになる。実線が実際の測定データであり、破線で示された直線の傾きを初期膜濾過特性として用いることができる。【００４７】
同様に、定量単純濾過抵抗を測定するにあたり、２回から３回程度の洗浄工程までを加えたものを用いることもできる。定量条件下で洗浄条件を付加したものを洗浄付き定量濾過抵抗という。これを図示すると図７のようになる。実線が実際の洗浄を含めた測定データであり、破線で示された直線の傾きを初期膜濾過特性として用いることができる。【００４８】
なお、運転時の温度に関しては、既設膜濾過プラントの運転温度から標準的な基準温度を定めておき、これからのズレは、被処理液の粘度の温度変化を換算することにより対応すればよい。以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４９】
ある河川水の砂濾過設備において、その逆洗時の排水を濾過するための新設膜濾過プラントの建設に先立って安定流束の最大値を推定した。排水の濁度は、１００度と比較的高い値であった。必要な処理量等から適切と考えられる膜モジュールとして旭化成ケミカルズ社製の中空糸型精密濾過膜モジュール（型番号ＵＮＡ?６２０Ａ、膜面積５０ｍ２）を選択することとし、薬品洗浄までの安定運転期間は６ヶ月と設定した。また、標準的な運転条件である、濾過運転２８．５分、逆洗同時エアスクラビング１分、フラッシング３０秒の合計３０分を単位工程とし、これを繰り返すことで運転を行うことにした。なお、逆洗同時エアスクラビングの際には、逆洗に用いる濾過水に１〜５ｍｇ／ｌの濃度になるように次亜塩素酸ナトリウムを添加する。この膜モジュールに用いられている膜の未使用品と、図１に記載の装置と、砂濾過の逆洗時の排水とを用いて、膜の定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定した。測定された値は、０．３５と比較的大きい値であった。これを測定値Ａとする。【００５０】
次に、上記で選択した膜モジュールと型番が同じ膜モジュールを使用し、かつ運転条件が同じである３つのプラントを選択した。一つめは、図２に実験結果の一部を示した膜濾過プラント（Ａ）であって、濁度０．０３度の河川水を濾過するプラントである。この膜濾過プラント（Ａ）の膜モジュールで使用されている膜と同じ未使用の膜と、膜濾過プラント（Ａ）で処理している河川水とを用いて、図１の装置で、温度２０℃で定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定したところ、０．０００３３であった。これを測定値Ｂの一つめとする。【００５１】
二つめは、図３に実験結果の一部を示した膜濾過プラント（Ｂ）で、濁度が１度の工業用水を濾過するプラントである。この膜濾過プラント（Ｂ）で使用されている膜モジュール製品と運転条件は、膜濾過プラント（Ａ）と同じであった。この膜濾過プラント（Ｂ）の工業用水と膜とを用いて、図１の装置で同様に定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定したところ、０．０２２であった。これを測定値Ｂの二つめとする。【００５２】
三つめは、図４に実験結果の一部を示した膜濾過プラント（Ｃ）で、原水に凝集沈澱と砂濾過の前処理を加えて濁度が０．１４度となった河川水を濾過するプラントである。この膜濾過プラント（Ｃ）で使用されている膜モジュール製品と運転条件は、膜濾過プラント（Ａ）と同じであった。この膜濾過プラント（Ｃ）の前処理済みの水と膜とを用いて、図１の装置で同様に定圧単純濾過抵抗：Ｋを測定したところ、０．０１８７であった。これを測定値Ｂの三つめとする。【００５３】
次に、これら（Ａ）から（Ｃ）の膜濾過プラントの、先に特定した安定流束の最大値と定圧単純濾過抵抗：Ｋとを表１に示す。
【表１】
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これらの値を、定圧単純濾過抵抗を対数側とした片対数グラフに白丸（○）でプロットしたグラフを図８に示す。すると、これらの３点が、図８のように１本の直線に乗ることがわかる。この直線上で上記の測定値Ａの点（Ｋ値＝０．３５００）を黒四角（■）でプロットして、その点の流束値を読み取ると、１．４ｍ／ｄであった。これが安定流束の最大値の推定値となる。【００５４】
次に、選択された膜モジュールや運転条件に基づいて新設膜濾過プラントが建設されたあと、前処理を加えて濁度１００度にした河川水の濾過運転を行いながら、段階的に流束を変えて安定流束の最大値を測定した。測定している際の濾過圧の挙動の例を図９に示す。１．３９ｍ／ｄまでは安定状態が得られたが、１．７４ｍ／ｄでは、圧力上昇が急激すぎて安定状態は得られなかったことがわかる。より詳細な実験から安定流束の最大値の測定値も１．４ｍ／ｄとなり、測定誤差の範囲内で推定値とよく一致する結果を得ることができた。
【比較例１】
【００５５】
ＳＤＩ（Silt Density Index）測定方法により、安定状態の流束の最大値の推定を試みた。フィルターとして、孔径が０．４５μｍの精密濾過フィルタ（Millipore社製、商品名  ＨＡＷＰ  ４７ｍｍφ）を用いて、実施例１の膜濾過プラント（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の被処理液をそれぞれ濾過した。濾過条件は、濾過圧力を２１０ｋＰａ一定とし、濾過流量の測定時間間隔は１５分間とした。まず、濾過の開始時において被処理液５００ｍｌを濾過するのに要した時間を測定した。これをｔ０とする。引き続き濾過を継続し、濾過開始から測定時間間隔の１５分間が経過してから再度、被処理液５００ｍｌを濾過するのに要した時間を測定した。これをｔ１５とする。これらの測定値と以下の数式からＳＤＩを求めた。
【００５６】
【数１】
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【００５７】
膜濾過プラント（Ａ）の被処理液を用いた場合のＳＤＩは、０であった。また、膜濾過プラント（Ｂ）の被処理液を用いた場合のＳＤＩは、３．８であった。さらに、膜濾過プラント（Ｃ）の被処理液を用いた場合のＳＤＩは、６．５であった。膜濾過プラント（Ｂ）と膜濾過プラント（Ｃ）の安定流束の最大値は、互いに近い値であるにもかかわらず、ＳＤＩは大きく異なる結果となってしまった。また、実施例１の新設の膜濾過プラントの被処理液を用いて、同様にしてＳＤＩの測定を試みたところ、濁度が大きいためか膜透過液が得られなかった。つまり濾過流量がゼロで測定不能であった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、新設の膜濾過プラントの設計において、長期の試験運転を行わずに、
短時間で求められる膜濾過初期の膜濾過特性の測定データから、膜濾過プラントの短期洗浄も含めた長期安定運転時における流束の最大値を簡単に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】初期膜濾過特性を測定する装置構成例の概略を示した模式図である。
【図２】既設膜濾過プラント（Ａ）において、安定状態の流束の最大値を求める実験結果例を示した図である。
【図３】既設膜濾過プラント（Ｂ）において、安定状態の流束の最大値を求める実験結果例を示した図である。
【図４】既設膜濾過プラント（Ｃ）において、安定状態の流束の最大値を求める実験結果例を示した図である。
【図５】定量単純濾過抵抗を求めるためのグラフの例を示した図である。
【図６】洗浄付き定圧濾過抵抗の概念を示した図である。
【図７】洗浄付き定量濾過抵抗の概念を示した図である。
【図８】Ｋ値と安定状態における流束の最大値との関係の例を示した図である。
【図９】新設膜濾過プラントにおいて、安定状態の流束の最大値を求める実験結果例を示した図である。
【図１０】膜濾過プラントの典型的な運転圧力の挙動例を示した図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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