本山浄水場での MF 膜モジュールの新規薬品洗浄法の検討と膜の長寿命化実証
Study of Combined Chemical Cleaning and Verification of Life Time Extension
for Micro-Filtration Membrane Module of Motoyama Drinking Water Treatment
Plant

田中裕大＊
Yasuhiro Tanaka

隅 晃彦＊Akihiko Sumi

技術士（上下水道部門）

三浦雅彦＊
Masahiko Miura
農学博士

長谷川進＊＊
Susumu Hasegawa

工学博士・技術士（上下水道部門）

松山秀人＊＊
Hideto Matsuyama
工学博士

膜ろ過による浄水システムにおいて，新規薬品洗浄法による膜の長寿命化に関する検討を行った。従来クエン酸のみで洗浄していたところを，次亜塩素酸ナトリウムとクエン酸の組合わせによる新規薬品洗浄をした結果，従来法のクエン酸のみの場合と比して膜ろ過抵抗の低減効果が高まった。さらに，洗浄廃液を分析した結果，有機物と無機物の両方が膜に付着していることが分かり，その両方が新規薬品洗浄法では除去できていたことが分かった。これらのことから，新規薬品洗浄法が膜の長寿命化に有効であることが示された。
In this study, we have investigated the combined chemical cleaning method for the micro-filtration
membrane. The conventional cleaning method only used citric acid to remove inorganic matter but thiscombined cleaning method added sodium hypochlorite to remove organic matter. As a result, inorganic andorganic foulants that covered the membrane were removed from the membrane by the cleaning. Hence, it canbe shown that the combined chemical cleaning was more effective for life time extension of the membranethan the previous one.

Key Words：
浄水Water puriﬁcation

生 物 接 触 ろ 過

Biological contact ﬁlter

精Microﬁltration

密ろ過膜ファウリング

Membrane fouling【セールスポイント】
・薬品洗浄として次亜塩素酸ナトリウムを併用することで MF 膜における膜ファウリングが軽減されることが明らかとなり，MF 膜が長寿命化した。

まえがき

ろ過（Microﬁltration：以下，MF）膜をはじめとす

浄水方式としての膜ろ過法は，従来の急速ろ過法る多孔膜を用いるのが一般的である。に比べ，設置面積が小さい，処理水質が良好である

膜ろ過設備の運転における最大の課題は，運転にといった特長を有し，近年浄水場への採用件数が増伴い発生する膜ファウリング（目詰まり）であり２），加しており１），今後のさらになる普及にも期待が寄

これへの対応としては，逆圧洗浄（以下，逆洗）やせられている。浄水分野における膜ろ過では，精密エアバブリングに代表される物理洗浄を定期的に実

神鋼環境ソリューション技報

20＊

技術開発センター 水・汚泥技術開発部＊＊

神戸大学大学院，先端膜工学センター

Vol. 15 No. 2（2019 ／ 3）

施するのが一般的である。物理洗浄で解消すること薬品洗浄について，クエン酸は無機物の除去，次ができない膜ファウリングについては薬品洗浄で対亜塩素酸ナトリウムは有機物の除去を目的として用応しており，膜ファウリングを抑制し膜の交換頻度い，各薬液を13時間浸漬させて静置した後，薬液をを低下させることで膜交換費を下げるような技術開排出している。

発が求められている。本検討の対象とした本山浄水

本設備では，膜の逆圧洗浄時に配管の殺菌を目的場では，薬品洗浄として無機物の除去を目的としてとして逆洗水に次亜塩素酸ナトリウムを注入していクエン酸による酸洗浄が行われてきた。膜ファウリるが，結果的に膜も次亜塩素酸ナトリウムによってングを引起こす要因について，近年，バイオポリマ洗浄されることになるため，定期的な薬品洗浄としー *（以下，BP）と呼ばれる画分の溶解性高分子有て無機ファウラントの除去を目的としたクエン酸洗３，４）機物が注目を集めている。クエン酸のみで洗浄浄を実施していた。しかしクエン酸洗浄のみでは膜した実施設の使用済み膜モジュールに対して膜ファウリングに関する検討をした結果，有機物と無機物の両方が堆積しており，その両方が膜ファウリング
５）に影響を及ぼすことが分かっている 。
えて，有機物を除去するために次亜塩素酸ナトリウ
ムによる薬品洗浄を併用した新規薬品洗浄法を実施することとし，その膜ろ過抵抗の低減効果と，長寿命化について試算した結果を報告する。
1. 1

本山浄水場 MF 膜諸元と洗浄方法

目仕項

そこで，本検討ではクエン酸による薬品洗浄に加1.

表１様材
質形状
孔
径
ろ過形式

ポリフッ化ビニリデン（PVDF）
中空糸
0.1 μm
外圧式

物理洗浄

30分ごとに１回逆洗（次亜３ mg/L）＋エアバブリング

検証方法

頻度

対象設備と運転方法

２週間に１回①クエン酸0.3 ％×13時間浸漬

本検討で対象とした神戸市本山浄水場（処理量：薬品種

2 000 m3/d，水源：住吉川表流水）の処理フローを

簡易薬品
洗浄図１に示す。取水された原水は調整池を経由し，生物接触ろ過（BCF®; Bio Contact Filter），MF 膜ろ過が行われる。その諸元と洗浄方法を表１に示す。
BCF® は臭気やアンモニア性窒素の除去を目的とし②次亜塩素酸ナトリウム500 mg/L ×13時間浸漬

従来法①のみサイクル（①，①，①，①，①，①…）

新規法①と②を併用サイクル（①，①，②，①，①，②，…）て前処理として設置されている。

流流

微生物 水の流れ

処理水

上向流式

空気分解

圧力渠

分解

処理水

生物活性炭

分解

渠出流

下向流式

空気濁質

分解

流動境界面
充填材

ろ材

分解

渠出渠

流出渠

生物浄化機能●2-MIB 分解菌●硝化菌●その他有効菌

分解原水

出原水⎧臭気物質（溶解性）
原水⎨藻類（懸濁性）⎩アンモニア性窒素 など

次亜逆洗水

逆洗水
取水（住吉川）原水調整池

生物接触ろ過放流（逆洗排水）

膜ろ過原水槽

膜ろ過装置

浄水地

次亜送水

薬品洗浄設備

放流
（中和後）

図１
Vol. 15 No. 2（2019 ／ 3）

BCF® 概略図（上部）および本山浄水場の処理フロー（下部）神鋼環境ソリューション技報

21

5

膜ろ過抵抗［1012 m-1］

43

2

10
2013年12月

2014年12月

2015年12月

2016年12月

2017年12月

2018年12月

2019年12月

図２ （2）膜の膜ろ過抵抗の推移と次亜洗浄追加の効果

表２
系列
１系
２系

1. 3

本山浄水場使用膜の洗浄履歴
2013 2014

2015

2016

2017

膜ろ過抵抗のシミュレーション方法

クエン酸のみまたは次亜塩素酸ナトリウム併用洗2018（1-a）膜浄方法に対して薬品洗浄後の膜ろ過抵抗と膜ろ過抵（1-b）
膜抗の上昇速度を各運転年に応じて整理した上で，関（2）膜係式をそれぞれ線形近似，指数近似にて整理した。
各運転年毎の膜ろ過抵抗の計算値は下記のようにし：夏季、冬季にともにクエン酸洗浄のみ：夏季はクエン酸のみ、冬季はクエン酸 + 次亜洗浄て求めた。

（（2）膜は2018年度より夏季もクエン酸 + 次亜洗浄）

R=Rbase ＋ dr（2）

ここで，d : 薬品洗浄までの運転日数［day］でありd = 13である。さらに，季節変動による膜ろ過抵抗ろ過抵抗が徐々に上昇する傾向が認められたため，の変化を表現するために，各月ごとの関係式の係数

膜表面に付着するファウラントを分析したところ５），は，もっとも膜ろ過抵抗が大きくなる季節である２

有機ファウラントの蓄積が明らかとなり，逆洗の次月と小さくなる８月における係数を算出の上，線形亜塩素酸ナトリウムでは有機物の除去が不十分と推で補完した値を用いた。

察された。そこで，薬品洗浄に次亜塩素酸ナトリウ

2.

ムによる洗浄を追加した。詳細な各系列の洗浄履歴

新規薬品洗浄による洗浄効果の検証

図 ２ に2014年 ８ 月 か ら2018年12月 ま で の（2）膜を表２に示す。
1. 2

2. 1

実験結果および考察

膜ファウリング進行の評価方法（４年間運転）の各期間の膜ろ過抵抗を示す。薬品

水温による粘度の変動によって膜間差圧が受ける

洗浄について着色部の期間はクエン酸と次亜塩素酸影響を排除するために，膜間差圧ではなく膜ろ過抵抗 R を指標として検討した。膜ろ過抵抗値は以下

ナトリウムを併用した場合，その他はクエン酸のみを使用した場合を示している。
クエン酸のみで洗浄している場合，３年目の2016の式により算出した。

年12月に急激な膜ろ過抵抗の上昇が見られた。そこ∆P
R=μ･J（1）で，クエン酸のみでは BP などの有機物の除去が不十分であると考え，薬品洗浄３回につき１回を次亜

ここで，R：膜ろ過抵抗［m ］，∆P：膜間差圧［Pa］，J：ろ過流束［m/s］，μ：粘度［Pa･s］である。

塩素酸ナトリウムにて洗浄する新規薬品洗浄を実施

膜ファウリング物質の堆積度合いと膜ファウリンに４年目運転となる2017年度冬季においても同様にグの進行度合いは，それぞれ薬品洗浄後の膜ろ過抵
抗 Rbase［m-1］と日当たりの膜ろ過抵抗の上昇速度

新規薬品洗浄を継続したことで従来の本山浄水場の-1

r［m-1/day］によって評価した。
22したところ膜ろ過抵抗の低減効果が見られた。さら

実績の３年を超えて４年運転を達成し，現在５年目の運転を継続中である。

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 15 No. 2（2019 ／ 3）

さらに，図３でもっとも膜ろ過抵抗が高くなる２と次亜塩素酸ナトリウムを併用する新規法の膜ろ過月について，表２に記載の膜の運転年数と膜ろ過抵
抗 Rbase，上昇速度 r の関係を整理した。薬品洗浄後抵抗の予測を行った。その結果を図４に示す。
（1）式の薬品洗浄後膜ろ過抵抗 Rbase と上昇速度 r につの膜ろ過抵抗と膜ろ過抵抗の上昇速度は，次亜塩素いてはそれぞれ図３の関係を用いた。従来法の薬品酸ナトリウムを併用した場合，クエン酸のみの場合洗浄では，と比較して低く抑えられた。この理由としては，ク① （1-a）膜はクエン酸のみで３年間の運転実績

エン酸によって無機物は十分に洗浄されていたが，② （2）膜は３年目の冬期（2017年２月）に，膜ろ逆洗水に含まれる次亜塩素酸ナトリウムだけでは有過抵抗が膜交換の目安に達した（図４）

機物の除去が不十分であったため，次亜塩素酸ナトといったことから膜寿命は３年と推定された。

リウムによる簡易薬品洗浄を併用することで十分に有機物が除去できたためであると考えられる。

浄法では，膜ろ過抵抗のシミュレーションによる膜寿命2. 2

一方で，次亜塩素酸ナトリウムを併用する新規洗の予測③

実設備での４年間運転を達成した（図２）④５年目の冬期2019年２月に，膜ろ過抵抗の計算

新規洗浄法による膜寿命（膜交換頻度）の延長効値が膜交換の目安に達する（図４）

果について検討するために，クエン酸のみの従来法といったことから膜寿命は５年と推定された。

0.254(b)0.2

3２月の膜ろ過抵抗上昇速度［1012 m-1/d］

２月の薬品洗浄後膜ろ過抵抗［1012 m-1］

(a)

21
従来法

0.150.10.05

従来法

新規洗浄法
003
運転年数

4新規洗浄法5060123
運転年数

412

図３２月度における運転年数ごとの薬品洗浄後の膜ろ過抵抗と膜ろ過抵抗の上昇速度

56

膜ろ過抵抗［1012 m-1］

543（2）膜 実機膜ろ過抵抗
計算値（新規洗浄法）
計算値（従来法）
膜交換目安の膜ろ過抵抗値

210
2013年12月

2014年12月

2015年12月

2016年12月

2017年12月

2018年12月

2019年12月

運転日

図４Vol. 15 No. 2（2019 ／ 3）

実機の膜ろ過抵抗と各薬品洗浄ごとの膜ろ過抵抗の計算値との比較

神鋼環境ソリューション技報

23これらのことから，次亜塩素酸ナトリウムによる塩素酸ナトリウムだけでは有機物が除去しきれて洗浄を併用することで膜寿命を３年から５年に延ばいないことが明らかとなった。このことから，次す目処を得て，膜交換費用の低減が可能という結果亜塩素酸ナトリウムの薬品洗浄を併用することでとなった。

有機物の除去効果が高まることが示唆された。

さらに，冬季のみの次亜塩素酸ナトリウム併用洗３）膜寿命について推定したところ，クエン酸のみ浄法から推定した計算値よりも，2018年度冬季におの従来法では３年であるのに対し，冬季のみ次亜いて（2）膜実機膜ろ過抵抗が小さくなっているこ

塩素酸ナトリウムを併用する新規洗浄法では５年とが読み取れる（図４）。これは，2018年度は夏季と約1.7倍に増加する試算結果となり，膜交換頻にも次亜塩素酸ナトリウムを併用して洗浄したこと度低減に効果があることが分かった。

で，膜の洗浄効果が高まったためと考えられる。本

今後は，ファウラントの詳細，薬品洗浄の頻度な報より，冬季のみの次亜塩素酸洗浄の併用で膜寿命どを追究することで膜寿命のさらなる延長を目指は５年と推定されるが，夏季にも次亜塩素酸ナトリし，BCF® と膜処理を組合わせた浄水システムの安ウムを併用して洗浄することで，さらなる膜の延命定運転に資する知見を蓄積してゆく所存である。

が期待できる。

むす

最後に，本検討は，神戸市水道局よりご提供いたび

だいたサンプルと運転データを用いて実施いたしま

次亜塩素酸ナトリウムを併用する新規薬品洗浄法が膜寿命に与える影響を評価することを目的とし，実設備による洗浄効果の検証，膜寿命推定のための膜ろ過抵抗のシミュレーションを実施し，以下の結果が得られた。
１）３年目の膜ろ過抵抗の急上昇に対しても膜ろ過抵抗の低減効果が見られ，洗浄の継続により従来の実績を上回る４年間運転を達成した。
２）膜モジュールには有機物と無機物の両方が付着していると考えられるが，逆洗水に含まれる次亜24した。関係各位に深く感謝いたします。
［参考文献］
１）水道技術研究センター，
http://www.jwrc-net.or.jp/jigyou/gijyutsu-shien.html
２）中尾真一，日本海水学会，62（2008）p.234-237.
３）Huber ほか，Water Res., 45（2）（2011）p.879-885.
４）木村克輝ほか，Water Res., 49（2014）p.434-443.
５）小野田草介ほか，神鋼環境ソリューション技報，14（1）（2017）2-7.
＊）LC-OCD 分析で検出される分子量約10 kDa 以上の溶解性高分子有機物の総称。

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