上水用大容量UF膜の実証実験
Test

Demonstration

ModuleUFof Large‑SCale
Water
br Drinking

巾りMembrane､Jl.}ノ
技術本部技術部第2技術室

長谷Jrl

雅

Masahiro宏

Hasegawa

町

中

民

美

環境本部計画部第2計画墓
西
尾
弘

仲

MamiNakamachi

HironobllNishio

現在,国内ではUF膜ろ過装置は小･中規模浄水場へ適用されているが,中･大規模浄水場への導入を検討するため大容量UF膜モジュールをもちいて実証実験をおこなった｡このモジュールは
原水濁度に応じて全量ろ過とクロスフローろ過を自動的に切替え,消費電力を低減できる特長を有す｡琵琶湖の表流水をもちい,従来の約2.5倍の膜面積を有するこの膜モジュールにて,流束を1.3から3.0皿3/皿2/dまで上昇させ,7カ月運転した｡高濁度実験では原水中の鉄,マンガン,アルミニ
ウムは100%除去でき,一般細嵐

大腸菌は検出されなかった｡また,流束の上昇とともに増加した膜差圧は次亜塩素酸ナトリウムとクエン酸を使った薬品洗浄により回復できた｡

This皿Oduleis

filtratiollat

CrOSS一口OW
tosmalla皿d

pla□tS,aOf

efBcie山illreducillgLakeellergy

au土Omatic

Biwa

was

WaS

BlteredatCO□ducted

with

皿OduleBltratio□弧dofdead‑elld

Bltratiollis

membra皿e

applicatiolltO皿ediu皿a□dlarge

preSe血For

UF皿e皿bra□e

withlarge‑SCalethecapability

depelldil唱011turbidity.UF

chal唱eOVer

mediu皿puriBca土iollpla山S

de皿0□StratiollteSt

COllSumptio□,Withits

havil唱afilterarea

appliedpuriBcatioll

mOdules.The

surface2.5

aslarge

about

times

wa土er
as

co□Ve□tio□alo□eS,出口皿丘0皿1.3to3.Om3/皿Z/dforseve□皿011也s.ThehighturbiditytestprovedlOO%removalofiro□,mal唱弧eSedumi□umi□raW

a皿ddetected.Tra□S皿e皿bra皿e

preSSureillCreaSedWith

al山citric

sodiu皿hypochlorite

Water.Ge□erala血colifor皿bacteria

withi□CreaSillg

nuX

WaS

by

reCOVeredwere□Ot
che皿1Calclea山口g

acid.

申)′仲brdゞ:
大容量UF膜モジュール

Large‑SCale

中･大規模膜ろ過施設

Mediu皿弧dlarge‑SCale

全

Dead‑elld

量

ろ

過

UF

me皿bra□e

mOd山e
pla山S

Bltratioll

でに数多く稼動している｡1)本実証実験と同じ大容

まえがき
膜ろ過施設は,水道原水中の病原性原虫(クリプ

量UF膜ろ過施設は海外で,建設中のものをふくめ

トスポリジウム)や濁質を完全に除去できること,て,5カ所で採用されている｡｢膜利用型新浄水シ

加えて設置面積が少なく,維持管理が容易であるこステム開発研究+(MAC21)などで膜ろ過技術が高とから現在日本国内では,10皿3/d程度から10000

められたこと,浄水場に導入された膜ろ過施設の実

皿3/d程度の小･中規模の浄水場へ導入が進んでいる｡海外においては,中･大規模膜ろ過施設で,す績より,膜ろ過施設の安全性･安定性が確認された2〝ことから,最近,中･大規模浄水場への導入が期待

神鋼パンテツク技報

W.47∧b.J(2仇I且/劫③

されるようになった｡しかし,中･大規模浄水場に

本UF膜ろ過装置は,地下水のように清澄で濁現在使用されている膜モジュールを適用すると,膜度変動の少ない原水に対しては,消費電力の低いモジュールの数が多大となり,コストが高く,設置

全量ろ過方式を標準とする｡なお,濁度変動の大面積が大きく,取扱が煩雑となるため,膜ろ過法のきい原水の場合は,濁度に応じて自動的に全量ろ本来の長所が生かされない｡そこで,中･大規模浄過方式とクロスフローろ過方式を切替えることが可能である｡

水場に適した膜ろ過施設を考える必要がある｡その④ひとつとして膜ろ過施設の設置面積あたりの膜ろ過

膜破断の検知方法は,膜ろ過水の濁度を常時監

水量を増加させることが重要であり,このためには視することに加え,一定期間ごとに,自動で膜モ

膜モジュールの高流束化,大容量化,高充填率化がジュール内に圧縮空気を送り一定圧とし,所定時要求される｡高流束化は,従来の膜モジュールの透間の圧力変化を監視する膜破断検知テスト機能を

水性を高め,より高い流束でろ過することで,1本有している｡

あたりの膜モジュールからの膜ろ過水量を増加させ

2.実証実験

ることができる｡大容量化は,膜モジュールを大型2.1実験装置
実験フローを園1に,実験装置の什様および実験

化し,膜モジュール内の膜面積を大きくすることで,1本あたりの膜モジュールの膜ろ過水量を増加させ条件を表1に示す｡また,実験装置の外観を写真1ることができる｡高充填率化は,槽内にモジュールに,膜モジュールの模式図3)を園2に示す｡

を高密度に集積させた浸漬型やモジュールを高さ方

本実験装置は原水槽,膜モジュール,自動洗浄式

向に積重ねることにより,一定の敷地面積からの膜

ストレーナ,膜ろ過ポンプ,逆洗ポンプ,循環ボン

ろ過水量を増加させることができる｡2)本報では,膜モジュールの大容量化に着目し,中空糸型の大容
量UF膜をもちいた実証実験をおこない,中･大規
模膜ろ過施設に向けての運転性能や処理性能などの知見をえたので報告する｡

Ch血Cl叫
B血血丁血

1.大容量口F膜装置の特長

口血盟

大容量UF膜ろ過装置は,次のような特長を有す

PIF∝一九mp
アユC血d皿PtImp

る｡①

p3恥h血加皿p

R瓜■W8加Tl止聖

p4D88Ⅱ喝n=甲膜モジュール1本あたりの有効膜面積が125皿2

吐=』と従来型の2.5倍であり,省スペース化が図れる｡(塾 UF膜の材質は,セルロース系高分子化合物で幽些̲

あり,親水性を有するため,膜ファウリングが起図1実験フロー囲Fig.1Schematic

こりにくく安定した運転が可能である｡

flow

diagram

表1実験装置の什様および運転条件
TablelSpecification

andTypeofMembrane

operatingUF

conditionoftestunit

Membrane

MolecularWeightCutoff

100000Da(0.01〃m)

Material

HydrophilicPolymer

TypeofModule

InternalPressureTypeHollowFiberUltrafiltrationMembrane
Size:Length1320mm,Diameter450mm
Ef托ctiveMembraneSurfaceArea:125m2/module

ModuleModuleNumber:2

TotalEf托ctユVeMembraneSurfaceArea:250m2
TypeofFiltration

Dead

Fll+Ⅹ

1.3‑3.Om3/m2/d

BackwashFrequency

Once/45‑64min.

Recovery

84‑93%

tわ上47∧b.J(2仇I且/助EndFiltratユOn and

Cross一口owFiltlation

神鋼パンテツク技報

2J

訂｢琴

肝

degreedegree∃一川叩.･+一LLi.LF

■‥首一
Value

+

mg/L

TotalManganese

mg/L
N/mL

卜+
表

股ろ過水水質分析結果

3

Table3

Analysis

実験装置の外観view

mg/L

TotalIron

Water

0.9(0.4〜1.5)
7.5(6.9〜8.3)
2.1(1.8〜2.5)
0.02(<0.01〜0.05)<0.005(<0.005〜0.006)
85(2〜480)
Positive(＋)

ColifomlBacteria

転‑ブ市+.
Outsidequality
Raw

Turbidity

GeneralBacteria

l

water

ofraw

Color

pH
Permanganate

巨
PI10tO

原水水質分析結果
AnalysisParameter

ヽ

写真1

2

表

.包｢∵ Table2

ぷTl

Ofpilot

offilteredwater

qualityParameter
plant

Color

degree<1

Turbidity

degree<0.1

pHPermanganate

Permeate叫FilteredValue

7.5(6.9〜8.4)
1.7(1.5〜1.9)

mg/L

TotalIron

mg/L

<0.01

TotalManganese

mg/L
N/mL

<0.005GeneralBacteria

Water

0

ColifomlBacteria

Negative(‑)

8E0110WFibe巧
BⅦ1dles

地ICollecbr

たため,全実験期間の227日中,数時間を除き全量ろ過方式による運転であった｡
Conc印血8k叫d▲/3.実証実験結果
3.1原水性状
原水の水質分析結果を表2,4に示す｡原水濁度

2

図
Fig.2

股モジュールの模式図
Schematic

diagramofmembrane

は0.4から1.5度を示し,一般細菌が最大で480個/mL
moduleであり,大腸菌群が検出されたものの,鉄,マンガ
ン,過マンガン酸カリウム消費量は水質基準を満足
プ,逆洗用次亜塩素酸ナトリウム注入設備,洗浄水した｡

また,実験期間内に3回実施した水質基準46項目

槽,排水槽,空気圧精機で構成されている｡
膜モジュールはケーシング収納方式であり,中空試験においては,大腸菌群が検出され,臭気は藻臭

糸はケーシング内で8分割されて配置され,モジューを呈したが,そのほかの項目については水質基準を

ルの中央部に集水装置を有する構造である｡

満足した｡

2.2

3.2

実験方法

運転状況

実験にもちいた原水は,琵琶湖表流水である｡原

流束の終日変化を園3に示す｡2002年1ノロ12日に水を原水槽に受け,膜ろ過ポンプにより原水中の爽

流束1.3m3/皿2/dで開始し,最大3.Om3/皿Z/dまで流束

雑物を自動洗浄式ストレーナ(目開200〃皿)で除を上昇させたが,約7カ月間薬品洗浄をすることな去した後,膜モジュールに供給し,膜ろ過する｡物

く運転が可能であった｡本実験期間中の原水の水温

理洗浄は45から64分の一定時間ごとに逆圧水洗浄をは最小5.8℃,最大27.7℃,平均11.9℃であった｡

実施する｡逆圧水洗浄は,膜ろ過水に洗浄排水中の補正膜差圧の終日変化を園4に示す｡補正膜差圧

残留塩素濃度が2から5mg/Lとなるように次亜塩

は当初の30kPaから流束の上昇とともに上昇した｡

素酸ナトリウムを注入しておこなった｡

約7カ月後の流束3.Om3/皿2/dにおいて,補正膜差圧

本実験では原水濁度10度で全量ろ過方式からクロは90から110kPa程度を示した｡流束3.0皿3/m2/dに

スフローろ過方式へ自動切替となるが,実験期間中

おいても補正膜差圧の急激な上昇は認められず安定

では原水濁度は平均0.6度と濁質が低い原水であっした運転が可能であった｡

2Z

神鋼パンテツク技報

W.47∧b.J(2仇I且/劫4

表Table4

水質基i準46項目の水質分析結果
Analysis

ofwaterqualityParameter

2002/5/9

Water(〕ualityStandardsof
WaterworksLaw

RawWater

Filtered

Water

1

GeneralBacteria

2

ColiformBacteria

3

Cadmium

0.01mg/LorLess<0.001<0.001

4

Mercury

0.0005mg/LorLess<0.00005<0.00005

5

Selenium0.01mg/LorLess<0.001<0.001

6

Lead

0.05mg/LorLess<0.001<0.0010.01mg/LorLess<0.001<0.001

7

Arsenic

8

Hexavalent

9

1000rLess(countノmL)

Chromium

Not

Detectable

480

Positive(＋)

Negative(‑)

0.05mg/LorLess<0.005<0.005

Cyanide0.01mg/LorLess<0.001<0.001

10

NitrateN肘ogenandNitriteNitrogen

10mg/LorLess

0.17

0.16

11

Fluorine

0.8mg/LorLess

0.08

0.08

12

Carbon0.002mg/LorLess<0.0002<0.000213

1,2‑dichloroethane

0.004mg/LorLess<0.0004<0.000414

1,1‑dichloroethylene

0.02mg/LorLess<0.001<0.001

Tetrachloride

15

Dichloromethane

0.02mg/LorLess<0.001<0.001

16

Cis‑1,2‑dichloroethylene

0.04mg/LorLess<0.001<0.001<0.0005<0.0005

17

Tetrachloroethylene

0.01mg/LorLess

18

1,1,2‑trichloroethane

0.006mg/LorLess<0.0006<0.000619

Trichloroethylene

0.03mg/LorLess<0.001<0.001<0.001<0.00120

Benzene0.01mg/LorLess

21

Chloroform

0.06mg/LorLess<0.001<0.00122

Dibromochloromethane

0.1mg/LorLess<0.001<0.001

23

Bromodichloromethane

0.03mg/LorLess<0.001<0.001

24

Bromoform

0.09mg/LorLess<0.001<0.001<0.001<0.00125

TotalTrihalomethane

0.1mg/LorLess

26

1,3‑dichloropropene

0.002mg/LorLess<0.0002<0.0002

27

Simazine

0.003mg/LorLess<0.0003<0.0003

28

Thiuram

0.006mg/LorLess<0.0006<0.000629

Tiobencarb

0.02mg/LorLess<0.001<0.00130

Zinc

1.Omg/LorLess<0.005<0.00531

Iron

0.3mg/LorLess

0.01

<0.01

32

Copper

1.Omg/LorLess

33

Sodium34

Manganese

35

ChlorideIon

200mg/LorLess

9.6

9.6

36

Calcium,MagnesiumHardness

300mg/LorLess

38.9

38.8

37

EvaporatedResidue

500mg/LorLess

38

AnionicSurfaceActiveAgent

0.2mg/LorLess

39

1,1,1‑trichloroethane

0.3mg/LorLess40

PhenolicCompounds

41

PermanganateValue

200mg/LorLess
0.05mg/LorLess

<0.01

<0.01

7.8

7.8

<0.005<0.005

64

62

<0.02

<0.02

<0.0005<0.0005

AsPhenolO.005mg几orLess<0.005<0.00510mg/LorLess

2.2

1.6

5.80rMore42

pHValue

43

Taste

44

Odor

NotAbnormal

45

Color

5degreeorLess

1

<1

46

Turbidity

2degreeorLess

1.3

<0.1

tわ上47∧b.J(2仇I且/助8.60rLess

7.7

NotAbnormal

神鋼パンテツク技報

7/7
NotAbnormal

Algous

None

23

監

つ鼻○】戸詔○占○召日印∃声(‖こ賀召岳鼻‑○召芦(空札月｢M白)肖一‑hノノノノノノ//ノ〟〟

1/12

2/11

3/13

4/12

5/1ヱ

6/11

さ/15̀:00

8/159:(泊さ/1512:00

2(X)2

3

図
Fig.3

5

流束の終日変化図

ChangeFig.5

offll皿股差圧の経時変化
ChangeE萱竺∃(空札月M白)臼一E(pON召J皇巴戸盟巴h

l

4/12

pressure(○巴臥首)音声

1/12
】/1:1

oftransmembrane

圏O白巴貞一B喜巴戸一再ち○呈U

2/11

8/1515:(泊

2∝氾

ユ/11

3/13

4/12

5/12

6/11

7/11

8/10

9/9

5/12

2(拍2
20【辺

4

図
Fig.4

ofcorrected6

図

補正股差圧の終日変化
Changetransmembrane

濁度の終日変化

Fig.6

Changepressure

ofturbidity

ろ過開始から逆圧水洗浄までの期間ごとの膜差圧の経時変化を園5に示す｡膜差圧はろ過の継続にと00(一旦巴口盟p占○ヨト宍召R爪岩岳司巴戸もない上昇し100kPa程度を示したが,逆圧水洗浄〆′叶メイ♂J〆

00

により80kPa程度に回復した｡本実験では次亜塩素の酸ナトリウムを注入して逆圧水洗浄をおこなってい仰るが,木原水は琵琶湖表流水であり,藻類などの生祁物に由来する濁質が多いため,ろ過性の回復には次亜塩素酸ナトリウムが有効であることが考えられる｡
3.3

耳/1911:ユ0

2002

処理性能
7

図

膜ろ過水の水質分析結果を表3,4に示す｡原水

股差圧の経時変化

Fig.7の濁度はおおむね1度程度を示し,膜ろ過水の濁度

Changeoftransmembranepressure

は0.1度以下と100%の除去がえられた｡膜ろ過水の銑

マンガンはそれぞれ0.01皿g/L以下,0.005mg/L

3.4

以下であり,常に100%の除去がえられた｡
原水に検出された一般細嵐において良好な処理性能が継続してえられた｡

大腸菌群は膜ろ過に

高濁度実験
実験期間中の原水濁度は1度程度と低い値を示し

より完全に除去された｡また,水質基準46項目試験たため,降雨などにより原水の濁度が急激に上昇しにおいてもすべての項目で水質基準以下と良好な処た際の運転性能,処理性能の調査･確認をおこなう

理状況を示した｡

高濁度実験を実施した｡浄水場内の土を原水に所定

原水および膜ろ過水の濁度をオンラインで監視した結果を園6に示す｡これより原水の濁度は通常はて実験をおこなった｡

運転は流束1.5m3/皿2他

1度程度であり,10度を超えたのは2回であった｡
膜ろ過水の濁度は0.001度以下を示し,全実験期間
朗

量添加し,100度程度の高濁度水を人工的に調草しクロスフローろ過方式にて4時間程度おこなった｡膜差圧の経時変化を園7

神鋼パンテツク技報

W.47∧b.J(2仇I且/劫5

表

原水および股ろ過水の分析結果

Table5

Analysis

ofwaterquality

2002/8/19

Parameter

RawWater
Turbidity

degreeColor

degree2002/8/19

RawWater

FilteredWater

120

7(130)

RawWater<0.1

DissoIvedManganese

mg/L<0.005<1

DissoIvedIron

mg/L

0.07

pH

7.1

7.0

PermanganateValuemg/L

TotalManganese

mg/L

0.25

<0.005GeneralBacteria

N/mL

TotalIron

mg/L

7.2

<0.01

Coliform

mg/L

6.1

<0.01

Color:(ApparentColor)

Aluminum

6

表Table6Bacteria

24
45000

Fil【eredWater

1.9
0

Positive(＋) Negative(‑)

股差ノ工の回復状況
Recoveryoftransmembranepressure

TransmembranePressure(kPa,at25℃)
Fll+Ⅹ
StartofOperation

RecoveryRate

BeforeChemical

AfterChemical

Cleanlng

Cleanlng(%)

1.5m3/m2/d

29.4

36.4

29.4

100

3.Om3/m2/d

63.5

84.0

63.8

100

に示したように,急激な膜差圧の上昇は認められなルカリ洗浄としては次亜塩素酸ナトリウム,酸洗浄

かった｡ろ過開始時の膜差圧は80kPaを示し,ろ過としてはクエン酸をもちいて薬品洗浄を実施する｡
薬品洗浄後の膜差圧の回復状況を表6に示す｡流

の継続とともに上昇し,逆圧水洗浄の直前では100kPa程度を示したが,逆圧水洗浄によりろ過開始時

束1.3皿3/皿Z/dおよび3.0皿3/皿Z/dにおいても膜差圧のの80kPaまで回復した｡

回復率は100%と良好で,運転初期とほぼ同等の回原水および膜ろ過水の水質分析結果を表5に示す｡
原水の濁度は120度であったが,膜ろ過水は0.1度以復がえられた｡
実証実験まとめ

3.6

下であり100%の除去率がえられた｡原水の色度は

大容量UF膜をもちいた膜ろ過装置において,流7度(見かけ色度130度)であったが,膜ろ過水は

束1.3皿3/皿Z/dから3.0皿3/m2/dで約7カ月間薬品洗浄

1度以下であり100%の除去率がえられた｡原水のすることなく安定した運転が可能で,膜ろ過水は常過マンガン酸カリウム消費量は24mg/Lであったが,に水質基準を満足した｡また,原水の濁度が100度

膜ろ過水は1.9mg/Lであり92%の除去率がえられを超えるような一時的で急激な濁度上昇に対してもた｡原水のマンガンは0.25皿g/Lであったが,膜ろクロスフローろ過方式により安定した運転を継続し,過水は0.005mg/L以下であり100%の除去率がえら

膜ろ過水は水質基準を満足した｡

れた｡原水の鉄は7.2皿g/Lであったが,膜ろ過水は薬品洗浄では,アルカリ洗浄で次亜塩素酸ナトリ

0.01mg/L以下であり100%の除去率がえられた｡

ウム,酸洗浄でクエン酸をもちいることで,運転初原水のアルミニウムは6.1mg/Lであったが,膜ろ過期と同程度の回復がえられた｡

水は0.01皿g/L以下であり100%の除去がえられた｡

4.海外での導入実績

大腸菌群は原水で検出されたが,膜ろ過

一般細嵐
水では検出されず,完全に除去された｡

海外で稼動している実施設の導入実績を表7に示す｡その一例としてルーアン浄水場の実施設写真を

このように高濁度時においても本UF膜ろ過装置

写真2に,膜ろ過施設ユニット図を園8に示す｡本

の運転性能および処理性能とも安定しており,良好

浄水場はフランス首都パリの北西部セーヌ川のはとな結果がえられた｡

りに位置し,2000年より運転を開始した計画浄水量

3.524000m3/dの膜ろ過施設である｡原水は地下水で薬品洗浄

長期間運転すると,濁質成分などの膜への蓄積により,膜差圧が上昇し,逆圧水洗浄でも回復しなくなる｡この場合薬品による洗浄をおこない,膜ろ過性能を回復させる｡薬品洗浄に使用する薬品は,アtわ上47∧b.J(2仇I且/助あり,膜ろ過後,塩素消毒により浄水としている｡

む

す

び

当社では,1991年より始まった水道分野の官･苧･民の共同プロジェクトMAC21,ACT21に参画し,

神鋼パンテツク技報

2∫

7

表

海外における大容量UF股モジュールを採用している浄水場例

Table7

Purification

CountryplantsprovidedStartofOperation

USA

FRANCE

membrane

Capacity(m3/d)

Raw

30000

Surface

2002

USA

UF

withlarge‑SCale

2002

15000

2003

30000

2002

120000modules

Water

Combined

Water

Treatments

Clarification

Pre‑treatment

Groundwater
Surface

Water

Pre‑03,Set山一g,SandF山廿ation,Cristal(※〉Remineralization,Pre‑03,PowderedActivated

FRANCE

2001

20400

Surface

FRANCE

2000

24000

Groundwater

FinalChlorination

bymembrane

and(※)Cristal:Combined

reactorsintegraOng

aseparation

=･･.I

Water

Carbon,FinalChlorination

a山1eatmentOfan+

adsorpOoninliquid

亡･■■l

ど･ヽ

‑･････:̲....￣..コ←+
戸■■で一lL一‑丁.1■Th⊥
1i

写真

2

Pboto

2

8

ルーアン浄水場

図

Rouen

Fig.8

purification

plant

.̲し

股ろ過装置ユニット囲Membranepurification

膜ろ過技術の開発,研究を進めてきた｡その知見に[参考文献]

基づき本実験を実施し,大容量UF膜の実用化を可

1)永井康敏:水道技術ジャーナル
結果報告),No.23,(2002),p.4‑9unit能とした｡さらに,大容量膜ろ過技術や浄水処理トー(股ろ過装置の調査

タルシステムの開発を進めるべく,2002年から始まっ

2)西尾弘仙:神鋼パンテツク技報,Vol.46,No.2,(2003),p.32‑40

た｢環境影響低減化浄水技術開発研究+(e‑Water)3)Frederic

Colasほか:Huge

Scale

Plant

に参画しており,今後も浄水膜ろ過の研究開発に積Unit,第52回全国水道研究発表会講演集,(2001),

極的に取組んでいく所存である｡

p･690‑691

Ultrafiltration

連絡先
長谷川

雅

宏

TE
FAX

技術本部
技術部
買‡2技術室L

O78‑232‑8119

O78‑232‑8058

E‑mailm.hasegawa@pantec.coJp

2β

神鋼パンテツク技報

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