(57)【要約】【課題】圧洗浄によっても除去しきれない膜表面の付着物質を効果的に除去することができ、長期に安定した運転を行うことのできる膜濾過装置の逆洗方法を提供すること。【解決手段】原水室１Ａと処理水室１Ｂとに区画され、処理水室１Ｂ側に開口する濾過筒７が設置され、原水が上向流しながら濾過される構造を有し、前記処理水室１Ｂには洗浄水供給管４、前記原水室１Ａには洗浄排水排出管６が接続された膜濾過装置の逆洗方法において、前記処理水室１Ｂに洗浄水を満たした状態で前記洗浄排水排出管６の開閉弁６１を閉じ、空気を注入して洗浄水を加圧した後、開閉弁６１を開き、洗浄水を一気に膜透過させて逆洗浄を行う第１の膜洗浄工程と、前記第１の膜洗浄工程の後、開閉弁６１を開いた状態で前記処理水室１Ｂに洗浄水を供給して前記第１の膜洗浄工程よりも小さい流速で洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う第２の膜洗浄工程とを有することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過槽内が仕切板により原水室と処理水室とに区画され、前記原水室内に、前記仕切板を貫通して前記処理水室側に開口する袋状の膜を備えた多数の濾過筒が設置され、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら前記膜により濾過され処理水として前記濾過筒内を上昇して前記処理水室内に集水される構造を有し、前記処理水室には開閉弁を介して洗浄水供給管が接続され、前記原水室には開閉弁を介して洗浄排水排出管が接続された膜濾過装置の逆洗方法において、
前記処理水室に洗浄水を満たした状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を閉じ、前記処理水室内に空気を注入して洗浄水を加圧した後、前記洗浄排水排出管の開閉弁を開くことにより、加圧された洗浄水を一気に膜透過させて前記膜の逆洗浄を行う第１の膜洗浄工程と、
前記第１の膜洗浄工程の後、前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いた状態で前記洗浄水供給管から前記処理水室に洗浄水を供給することにより、前記第１の膜洗浄工程よりも小さい流速で洗浄水を膜透過させて前記膜の逆洗浄を行う第２の膜洗浄工程とを有することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。
【請求項２】
前記第２の膜洗浄工程における前記洗浄水の流速は、１〜３ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【請求項３】
前記第２の膜洗浄工程における前記洗浄水の供給時間は、１０〜９０秒であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【請求項４】
前記膜は、プリーツ状の膜であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【請求項５】
前記第１の膜洗浄工程において、前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を導入することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【請求項６】
前記原水は船舶のバラストタンクに供給するためのバラスト水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜濾過装置の逆洗方法に関し、詳しくは、加圧洗浄によっても除去しきれない膜表面の付着物質を効果的に除去することができ、長期に安定した運転を行うことのできる膜濾過装置の逆洗方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、濾過槽内が仕切板により原水室と処理水室とに区画され、原水室内に、仕切板を貫通して処理水室側に開口する袋状の膜を備えた多数の濾過筒が設置され、原水室に入った原水を膜により濾過して処理水として処理水室内に集水する構造の膜濾過装置が知られている（特許文献１、２）。
【０００３】
このような膜濾過装置では、原水中に含まれる目詰まり物質によって膜表面が経時的に汚れて目詰まりを起こす。このため、洗浄水を濾過時とは逆方向に流すことにより膜表面から目詰まり物質を剥離させて洗浄する逆洗運転を濾過運転と交互に行い、定期的に膜の機能回復を図る必要がある。例えば、海水をくみ上げて船舶のバラストタンク内に移送する場合、くみ上げられた海水を膜濾過装置によって濾過すると、膜表面に粒子が徐々に堆積してやがて目を塞いでしまう。この粒子の多くはＳｉ、Ａｌ、Ｆｅ等の無機物であり、海底の泥に由来すると思われる。このため、定期的に逆洗運転を行うことにより、膜表面に堆積した粒子を剥離させる必要がある。
【０００４】
一方、海水を濾過してバラスト水とする膜濾過装置では、膜濾過処理は船舶上で行われることになるので、逆洗運転する際の洗浄水量には限りがある。このため少ない洗浄水量で効果的に逆洗することが望まれる。
【特許文献１】特開平５−２４５３１２号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、かかる膜濾過装置における膜の逆洗を少ない洗浄水量で効果的に行う方法として、濾過槽内を密閉した状態で、洗浄水を満たした処理水室内に空気を所定の圧力となるまで注入した後、原水室側を開放して洗浄水を一気に排出させることにより、洗浄水を濾過時とは逆方向に高速に透過させ、膜表面の付着物質を除去する加圧逆洗方法を試みている。この方法は付着物質による膜の目詰まりを少ない洗浄水量で除去するのに極めて効果的である。
【０００６】
しかし、この逆洗方法でも、付着物質を完全には除去しきれず、一部が膜表面に付着したままとなってしまう場合のあることが判明した。加圧逆洗は通常複数回繰り返し行う、この付着物質は加圧逆洗を複数回繰り返しても除去されずに残ってしまう。
【０００７】
図７に示すように、膜１００の表面は、表面積を大きくするために山部と谷部とが交互に配置されるように多数の折り部を形成したプリーツ状を呈しており、その谷部１０１（濾過方向に沿って見た場合に谷となる部分）に、原水中の泥や砂（シルト）２００が付着し、これが加圧逆洗によっても除去しきれず、徐々に蓄積していることが判明した。
【０００８】
これは、逆洗時に高圧の洗浄水を瞬間的に透過させる加圧洗浄では、プリーツの山部１０２（濾過方向に沿って見た場合に山となる部分）の先端付近に瞬間的な洗浄水の流れが集中してしまい、プリーツの谷部１０１内の膜表面はその洗浄水の流れとほぼ平行な面となるために、谷部１０１内の膜表面から孔を垂直な方向に通過する洗浄水の流れが十分に形成されず、この部位の付着物質を除去する力が不十分となり、シルト２００は完全には抜け出て行かないためであると考えられる。従って、このようなシルト２００が蓄積した状態で通常の濾過運転を行うと、膜が早急に目詰まりを起こしてしまうことにより膜間差圧が上昇してしまい、長期に安定した運転ができない問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、加圧洗浄によっても除去しきれない膜表面の付着物質を効果的に除去することができ、長期に安定した運転を行うことのできる膜濾過装置の逆洗方法を提供することを課題とする。
【００１０】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１２】
（請求項１）
濾過槽内が仕切板により原水室と処理水室とに区画され、前記原水室内に、前記仕切板を貫通して前記処理水室側に開口する袋状の膜を備えた多数の濾過筒が設置され、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら前記膜により濾過され処理水として前記濾過筒内を上昇して前記処理水室内に集水される構造を有し、前記処理水室には開閉弁を介して洗浄水供給管が接続され、前記原水室には開閉弁を介して洗浄排水排出管が接続された膜濾過装置の逆洗方法において、
前記処理水室に洗浄水を満たした状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を閉じ、前記処理水室内に空気を注入して洗浄水を加圧した後、前記洗浄排水排出管の開閉弁を開くことにより、加圧された洗浄水を一気に膜透過させて前記膜の逆洗浄を行う第１の膜洗浄工程と、
前記第１の膜洗浄工程の後、前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いた状態で前記洗浄水供給管から前記処理水室に洗浄水を供給することにより、前記第１の膜洗浄工程よりも小さい流速で洗浄水を膜透過させて前記膜の逆洗浄を行う第２の膜洗浄工程とを有することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。
【００１３】
（請求項２）
前記第２の膜洗浄工程における前記洗浄水の流速は、１〜３ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【００１４】
（請求項３）
前記第２の膜洗浄工程における前記洗浄水の供給時間は、１０〜９０秒であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【００１５】
（請求項４）
前記膜は、プリーツ状の膜であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【００１６】
（請求項５）
前記第１の膜洗浄工程において、前記処理水室内の洗浄水中に微細気泡を導入することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【００１７】
（請求項６）
前記原水は船舶のバラストタンクに供給するためのバラスト水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜濾過装置の逆洗方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の逆洗方法を実施するのに好適な膜濾過装置の一例を示す概略断面図である。
【００２０】
図中、１は濾過槽である。濾過槽１は円筒竪型に形成されることが好ましく、内部は仕切板１１により、原水が導入される原水室１Ａと濾過された後の処理水が集水される処理水室１Ｂとに区画されている。原水室１Ａの下方側部には原水供給口１２が設けられ、処理水室１Ｂの上部には処理水排出口１３が設けられている。
【００２１】
原水供給口１２には原水供給管２が接続され、開閉弁２１によって原水の供給経路が開閉可能とされている。本発明において、原水としては、船舶のバラストタンクに供給するためのバラスト水（海水や淡水）が好ましく用いられる。バラスト水として海水を原水とする場合、濾過対象となる物質としては、動物性プランクトン、植物性プランクトン、微生物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅなどの元素又はその酸化物や塩化物などの無機物、その他、懸濁物質（ＳＳ）、ゲル状物質などがある。
【００２２】
処理水排出口１３には処理水排出管３が接続され、開閉弁３１によって処理水の排出経路が開閉可能とされている。
【００２３】
また、処理水排出口１３には、濾過膜の逆洗用の洗浄水を供給するための洗浄水供給管４が接続され、開閉弁４１によって洗浄水の供給経路が開閉可能とされている。洗浄水供給管４には洗浄水供給ポンプ４２が介設されており、洗浄水タンク４３内の洗浄水を処理水排出口１３から濾過槽１内の処理水室１Ｂに供給する。
【００２４】
更に、処理水排出口１３には、逆洗時に処理水室１Ｂ内に洗浄水が満たされている状態で空気を供給して該処理水室１Ｂ内を加圧するための加圧用空気供給管５の一端が接続され、開閉弁５１によって加圧用空気の供給経路が開閉可能とされている。加圧用空気供給管５の他端は加圧空気を供給するための加圧用空気供給源５２に接続されている。加圧用空気供給源５２には例えばコンプレッサーを用いることができる。加圧用空気供給管５には処理水室１Ｂ内に送られる加圧空気の圧力を計測する圧力計５３が設けられている。
【００２５】
原水室１Ａの底部には洗浄排水排出口１４が設けられている。洗浄排水排出口１４には洗浄排水排出管６が接続され、開閉弁６１によって洗浄排水の排出経路が開閉可能とされている。
【００２６】
なお、洗浄水供給管４及び加圧用空気供給管５は、それぞれを処理水排出口１３とは別に処理水室１Ｂ内に供給可能に接続するようにしてもよい。
【００２７】
７は仕切板１１に吊り下げられた濾過筒であり、該濾過筒７は多孔製の円筒形の支持体７１と濾過膜７２によって構成されている。
【００２８】
支持体７１の材質には、例えばポリエチレンを用いることができる。支持体７１は、処理水室１Ｂに処理水を送液可能なように、該処理水室１Ｂ側に向けて開口する上部開口７３を有している。支持体７１の表面は網目状に形成されてもよいし、あるいは多数の孔が形成されたものでもよい。支持体７１表面の開口率は４０％〜７０％の範囲が好ましく、４５％〜６５％の範囲がより好ましく、５０％〜６５％の範囲が更に好ましい。
【００２９】
濾過膜７２は、精密濾過膜や限外濾過膜などを用いることができるが、好ましいのは精密濾過膜である。本発明に好ましく用いることができる精密濾過膜は市販品として入手でき、例えば、株式会社ユアサメンブレンシステム製「ユミクロンメンブレンフィルター」などを使用できる。
【００３０】
濾過膜７２は袋状に形成されており、図２に示すように、支持体７１の外周に被覆されている。この濾過膜７２は、同図に示すように、長さ方向にプリーツ加工されたプリーツ状の濾過膜であることが好ましい。
【００３１】
濾過筒７は、仕切板１１に多数吊り下げられ、原水室１Ａ内に配置される。その本数は濾過槽１の大きさ、原水の処理量に応じて適宜決められる。
【００３２】
８は微細気泡吐出部であり、濾過槽１の処理水室１Ｂ内に配置されている。この微細気泡吐出部８には多孔部材を用いることができる。微細気泡吐出部８は空気供給管８１を介して空気供給源８２と接続されており、この空気供給源８２を稼動させることにより、処理水室１Ｂ内に微細気泡を導入させる。空気供給源８２としてはコンプレッサーを用いることができる。
【００３３】
この微細気泡を導入するに際しては、加圧用空気供給源５２から加圧用空気供給管５を介して供給される加圧空気より高い圧力で空気供給源８２から微細気泡を吐出する必要がある。気泡の吐出圧力は、処理水室１Ｂの加圧状態の圧力より５０〜１００ｋＰａ高く設定することが気泡を良好に吐出する上で好ましい。微細気泡の直径は、濾過膜７２を透過させる観点から、濾過膜７２の孔径と同等程度が好ましい。この直径は多孔部材の孔径によって規定される。これら微細気泡を導入する構成は、本発明において好ましく設けられる。
【００３４】
かかる膜濾過装置において、原水の処理を行う濾過運転時、原水は、原水供給管２から原水供給口１２を経由して原水室１Ａに導入され、原水室１Ａ内を上向流して、濾過膜７２を通過することによって濾過される。濾過膜７２によって濾過された処理水は、濾過筒７１内を更に上方に向かって進み、上部開口７３から処理水室１Ｂに集水され、処理水排出口１３から処理水排出管３を経由して排出される。
【００３５】
このようにして濾過膜７２による原水の処理を継続すると、次第に濾過膜７２の目詰まりが生じるので、濾過膜７２の逆洗浄が必要になる。本発明において、逆洗運転は第１の膜洗浄工程と第２の膜洗浄工程との２段階で行うことを特徴としている。以下、各工程について説明する。
【００３６】
第１の膜洗浄工程は、加圧された洗浄水を処理水室１Ｂ側から原水室１Ａ側に向けて一気に膜透過させる工程である。この工程では、原水供給管２の開閉弁２１を閉じて原水の供給を停止させた後、処理水室１Ｂに洗浄水供給管４から逆洗用の洗浄水を供給する。洗浄水は、洗浄水タンク４３から洗浄水供給ポンプ４２の駆動によって供給される。このとき洗浄排水排出管６の開閉弁６１及び処理水排出管３の開閉弁３１は閉じた状態とし、処理水室１Ｂ内を洗浄水で満たす。この洗浄水が満たされた処理水室１Ｂに、加圧空気供給管５から加圧空気を注入することで、処理水室１Ｂ内の洗浄水を加圧する。
【００３７】
このとき、空気供給源８２を稼動させることにより微細気泡吐出部８から微細気泡を生成させることが好ましい。すなわち、洗浄水供給管４から処理水室１Ｂ内に洗浄水を供給して該処理水室１Ｂ内が洗浄水で満たされた状態で、空気供給源８２を稼動させることにより微細気泡吐出部８から微細気泡を生成させる。
【００３８】
処理水室１Ｂ内が洗浄水で満たされたら、開閉弁５１を開けて加圧用空気供給源５２を稼動させることにより、同じく処理水室１Ｂ内に加圧空気を供給し、処理水室１Ｂ内の洗浄水を加圧する。洗浄水を加圧するのは、洗浄排水排出管１６の開閉弁６１を開けて洗浄水を洗浄排水排出口１４から外部に排出する際に、処理水室１Ｂ内の洗浄水を濾過膜７２を通過させて一気に原水室１Ａ側に移動させ、濾過膜７２の付着物質を除去させるためである。
【００３９】
この加圧時の圧力は、濾過膜７２のバブルポイント以上の圧力とすることが好ましい。圧力は加圧用空気供給管５に設けられた圧力計５３によって計測することができる。処理水室１Ｂ内を濾過膜７２のバブルポイント以上の圧力で加圧することにより、処理水室１Ｂ内に導入された微細気泡Ｂは、図３に示すように、濾過膜７２の孔７２ａを通過する。このとき、濾過膜７２の表面の付着物質（ゲル状物質なども含む）Ｘの大部分は一緒に除去される。
【００４０】
また、濾過膜７２を通過して原水室１Ａ側に出た微細気泡Ｂは、図４に示すように、濾過膜７２の膜面を叩きながら上昇することにより、更に表面の付着物質の除去を助長させる。
【００４１】
濾過膜７２のバブルポイントは、濾過膜７２を気泡が通過する最低圧力であり、このバブルポイントは、膜の孔径、膜の表面張力などによって決まる。本発明における実験例では、孔径が０．４〜０．９μｍの範囲の精密濾過膜７２に対して、加圧力を１１０〜１６０ｋＰａとすることにより、気泡が膜を通過した。一般には、加圧空気による加圧力は、３００〜５００ｋＰａとすることが好ましい。
【００４２】
一方、第２の膜洗浄工程はかかる第１の膜洗浄工程の後に行われる。第２の膜洗浄工程は、第１の膜洗浄工程において、加圧されて一気に濾過膜７２を通過した洗浄水を洗浄排水排出管６から排出した後、その洗浄排水排出管６の開閉弁６１を開いた状態で、洗浄水供給管４から処理水室１Ｂに更に洗浄水を供給し、その洗浄水を濾過膜７２に透過させる。このときの洗浄水は、洗浄水供給ポンプ４２の作動によって供給されるだけであり、加圧用空気供給源５２による加圧は行わない。従って、第１の膜洗浄工程よりも小さい流速で洗浄水を処理水室１Ｂ側から原水室１Ａ側へ向けて緩慢に膜透過させて濾過膜７２の逆洗浄を行う。
【００４３】
このように洗浄水が濾過膜７２を透過する際の流速は、１〜３ｍ／ｓが好ましい。
【００４４】
また、この第２の膜洗浄工程において洗浄水を供給する時間は、１０〜９０秒が好ましい。
【００４５】
これにより、洗浄水は、瞬間的に濾過膜７２を通過する第１の膜洗浄工程とは異なり、濾過膜７２の孔をゆっくり、じわっと通過することになる。この洗浄水は、加圧洗浄時のようにプリーツの山部（濾過方向に沿って見た場合に山となる部分）に集中することなく、プリーツ状の濾過膜７２の表面のほぼ全面に対して垂直方向に通過しようとするため、プリーツの谷部（濾過方向に沿って見た場合に谷となる部分）内も洗浄水が通過して、第１の膜洗浄工程によっても除去しきれなかったプリーツの谷部に残留、蓄積したシルト等の付着物質が、緩慢に流れる洗浄水の流れによって徐々に膜表面から剥離し、洗浄水と共に原水室１Ａ内に流出する。
【００４６】
従って、逆洗運転においてかかる第１の膜洗浄工程の後に第２の膜洗浄工程を実施することにより、濾過膜７２をシルト等の付着がない新品の膜と同等の状態に回復させることができ、膜間差圧の上昇を抑えて、長期に安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００４７】
本発明において、第１の膜洗浄工程及び第２の膜洗浄工程は、１度の逆洗運転において複数回繰り返し行うことが好ましい。この場合、第１の膜洗浄工程と第２の膜洗浄工程とを交互に複数回繰り返す態様に限らず、第１の膜洗浄工程だけを複数回繰り返した後、第２の膜洗浄工程を実施する態様等としてもよい。
【００４８】
図５、図６は、同一の濾過膜を有する膜濾過装置によって海水を膜濾過した場合について、第１の膜洗浄工程のみを行った態様（図５）と、第１の膜洗浄工程の後に第２の膜洗浄工程を行った態様（図６）における膜間差圧の変化を調べたグラフである。ここでは、それぞれ膜濾過装置を２塔用意し、一方が濾過運転している間に他方を逆洗し、待機させる運転を行うようにしている。
【００４９】
図５の態様では、各逆洗運転時に、５００ｋＰａの加圧空気を洗浄水で満たした処理水室に送って一気に排出する第１の膜洗浄工程のみを実施した。その結果、逆洗運転実施直後は一時的に膜間差圧が低下するが、直ぐに上昇し、累積運転時間の増加に伴って徐々に上昇しており、全体的に傾きが大きくなっている。
【００５０】
一方、図６の態様では、各逆洗運転時に、５００ｋＰａの加圧空気を洗浄水で満たした処理水室に送って一気に排出する第１の膜洗浄工程と、流速１．５ｍ／ｓでの洗浄水の供給を行う第２の膜洗浄工程とを交互に繰り返した。その結果、膜間差圧は図５の態様に比べて著しく低下し、累積運転時間２４時間後の膜間差圧は６０％低下し、全体的に傾きは小さくなっており、図５の態様に比べて長期に亘って安定して濾過運転可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の逆洗方法を実施するのに好適な膜濾過装置の一例を示す概略断面図
【図２】濾過筒の断面図
【図３】濾過膜を微細気泡が通過する様子を説明する図
【図４】濾過膜を微細気泡が通過する様子を説明する図
【図５】第１の膜洗浄工程のみを行った場合の累積運転時間と膜間差圧との関係を示すグラフ
【図６】第１の膜洗浄工程と第２の膜洗浄工程とを行った場合の累積運転時間と膜間差圧との関係を示すグラフ
【図７】従来の逆洗後の膜表面の様子を説明する図
【符号の説明】
【００５２】
１：濾過槽
１Ａ：原水室
１Ｂ：処理水室
１１：仕切板
１２：原水供給口
１３：処理水排出口
１４：洗浄排水排出口
２：原水供給管
２１：開閉弁
３：処理水排出管
３１：開閉弁
４：洗浄水供給管
４１：開閉弁
４２：洗浄水供給ポンプ
４３：洗浄水タンク
５：加圧用空気供給管
５１：開閉弁
５２：加圧用空気供給源
５３：圧力計
６：洗浄排水排出管
６１：開閉弁
７：濾過筒
７１：支持体
７２：濾過膜
７２ａ：孔
７３：上部開口
８：微細気泡吐出部
８１：空気供給管
８２：空気供給源
【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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