ろ過膜の洗浄方法及びろ過装置
【課題】被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、薬液を用いずに、短時間の洗浄により、ろ過流量を充分に回復することができ、長時間の安定的なろ過を可能にする樹脂製ろ過膜の洗浄方法、及びろ過装置を提供する。
【解決手段】被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法、及びこの洗浄方法を実施する手段を有するろ過装置。
【解決手段】被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法、及びこの洗浄方法を実施する手段を有するろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理やバラスト水処理等における膜ろ過後に、低下したろ過効率を回復するために行われるろ過膜の洗浄方法、及びこの洗浄方法を行う手段を有するろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷物を積載していない船を安定させるために船に積み込まれるバラスト水には、径が０．１〜１００μｍ程度の微細な砂粒子、プランクトン、海藻類の胞子、海中生物の卵等の懸濁物質が含まれ、その移動、排水により生態系撹乱等の種々の環境問題を引き起こしている。そこで、排水されるバラスト水中から、前記のような懸濁物質の除去が望まれており、樹脂製の分離膜（ろ過膜）を使用した膜ろ過によるバラスト水処理が行われている。
【０００３】
樹脂製の分離膜（ろ過膜）を使用した膜ろ過は、工場排水や生活排水等、微細粒子である汚濁物質を分散している排水の処理等にも適用されている。これらの膜ろ過は、例えば、特許文献１の図１や図２で表わされるような中空糸膜モジュール、すなわち中空糸である樹脂製のろ過膜を有するモジュールに排水を通液して行うことができる。
【０００４】
樹脂製のろ過膜は微細な貫通孔を有し、この貫通孔で微細な懸濁物質と液体が分離され懸濁物質が液体中から除去される。中空糸であるろ過膜の代わりに、平膜のろ過膜を用いたモジュールに排水を通液して排水処理を行う方法も知られている。
【０００５】
しかし、膜ろ過の過程では、液中に分散する懸濁物質が、ろ過膜表面に付着し又はろ過膜の孔内に侵入してろ過膜を目詰まりさせ、ろ過流量が経時的に低下する。一方、ろ過流量を維持するためにはろ過圧の増大が必要となる。そこで、ろ過を長時間、安定的に継続するためには、ろ過膜を洗浄し、ろ過膜を目詰まりさせている懸濁物質を除去して、ろ過流量やろ過圧の回復をする必要がある。
【０００６】
ろ過膜の洗浄方法として、これまでに種々の方法が開発され提案されている。例えば、特許文献１では、気体が導入される気体導入口が設けられた中空糸膜モジュールが開示（請求項１）されており、中空糸膜モジュールの原液側に気体を導入して中空糸膜を洗浄する中空糸膜モジュールの洗浄方法が開示（請求項２）されている。すなわち、ろ過時の液体の流れとは逆方向に気体をろ過膜に通して洗浄する方法（以下「エアー逆洗」と言う。）である。
【０００７】
又、特許文献２には、ろ過工程の終了後、ろ過水側から原水側に通水する逆洗により、ろ過膜を洗浄する方法（以下「通液逆洗」と言う。）が開示されており（段落０００２、０００３）、４０秒〜２分間程度の短時間の逆洗により、ろ過膜内面に付着している懸濁物質が除去される旨が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、薬液を循環させるろ過膜モジュールの洗浄方法が開示されており、又、特許文献４や特許文献５には、透過側（ろ過水側）から薬液を加圧注入するろ過膜モジュールの洗浄方法（以下、これらを「薬液洗浄」と言う。）が開示されている。
【０００９】
さらに又、特許文献６には、中空糸膜束を用いた固液分離装置において、中空糸膜表面に付着した固形物を効率的に除去するため中空糸膜洗浄用超音波振動子が配されている固液分離装置が記載されており、超音波の印加によりろ過膜を洗浄する方法（以下「超音波洗浄」と言う。）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１９４８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１９４９０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１１１０８号公報
【特許文献４】特開平３−７７６２９号公報
【特許文献５】特開平４−１６１２３２号公報
【特許文献６】特開平８−２５７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記の方法である通液逆洗やエアー逆洗によるろ過膜の洗浄では、ろ過膜の目詰まりを充分に除去することができず、ろ過流量を充分に回復することができなかった。又、超音波洗浄や薬液洗浄による場合、さらに特許文献６に記載されたエアー逆洗と超音波洗浄の組合せによっても、同様にろ過膜の目詰まりを充分に除去することができなかった。さらに、超音波洗浄の場合は、超音波により逆に目詰まりを引き起こす場合もあった。
【００１２】
さらに、薬液洗浄には、洗浄に要する時間が長い、廃液処理を要する、薬液コストを要する等の問題があり、薬液の種類によっては安全上の問題もある。そこで、これらの理由からも、薬液を使用しない洗浄方法が望まれていた。
【００１３】
これに加えて、本発明者らは、このような樹脂製のろ過膜を使用した膜ろ過では、当該ろ過膜の孔径よりも小さい径の粒子も除去されることがあることにも着目した。すなわち前述のような問題は、ろ過膜の孔径より小さい径の固体粒子を含む液体から当該固体粒子を除去する処理を行った場合には特に顕著であり、ろ過流量の回復が特に困難であることに着目して本発明に至った。
【００１４】
本発明は、固体粒子を分散する液体から前記固体粒子を分離するろ過に用いた樹脂製ろ過膜の洗浄方法であって、薬液を用いずに、短時間の洗浄により、ろ過流量を充分に回復することができ、長時間の安定的なろ過を可能にする樹脂製ろ過膜の洗浄方法を提供することを課題とする。本発明は、又、前記樹脂製ろ過膜の洗浄方法を行う手段を有し、ろ過を長時間安定的に行うことができるろ過装置を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、鋭意検討の結果、ろ過工程によりろ過流量が低下したろ過膜に、通液逆洗及び超音波洗浄を、同時に施すことにより、ろ過膜の目詰まりを充分に除去することができ、ろ過流量をろ過工程開始時と同程度まで回復できることを見出した。すなわち、前記の課題は、以下に示す構成からなる発明により達成される。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法である。
【００１７】
この洗浄方法は、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことを特徴とする。この特徴により、ろ過膜の洗浄効果が飛躍的に向上する。すなわち、通液逆洗、薬液洗浄、エアー逆洗、超音波洗浄をそれぞれ単独で行う場合等、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できない場合でも、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことにより、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できる。
【００１８】
この洗浄方法では、通液逆洗と超音波洗浄が同時に行われる。すなわち、超音波をろ過膜に印加しながら、ろ過膜を浸漬する液体に、ろ過の流れとは逆方向の差圧を加える。通液逆洗と超音波洗浄の組合せであっても、通液逆洗後超音波洗浄を行う、又は超音波洗浄後通液逆洗を行う方法では、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できない場合が多い。しかし、このような場合でも、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことにより、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できる。
【００１９】
なお、「ろ過の流れ」とは、原液（原水）側からろ過液（ろ過水）側への流れを言うので、「ろ過の流れとは逆方向の差圧」とは、ろ過液側から原液側へ液体が流れる方向の差圧を言う。「差圧」は、加圧及び吸引のいずれをも含む。従って、ろ過液側から加圧する場合、及び、原液側から吸引する場合のいずれをも含む。
【００２０】
この洗浄方法では、薬液を使用しなくても、ろ過膜の洗浄効果が飛躍的に向上する。薬液を使用しないことにより、廃液処理や薬液コストが不要となり、薬液による安全性の問題も生じない。又、薬液洗浄では、十分な洗浄効果を得るためには、３０分程度又はそれ以上の洗浄時間を要する場合が多いが、このような場合であっても、本発明の洗浄方法によれば、数十秒程度、長くても数分程度の洗浄で、十分な洗浄効果を得ることができる。すなわちろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復させることができる。
【００２１】
又、本発明の洗浄方法は繰り返し実行することが可能である。すなわち、ろ過工程と本発明の方法によるろ過膜の洗浄を多数回繰り返しても、本発明の洗浄方法により、ろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復させることができる。繰り返し可能な回数の限度は、未だ把握されていないが、後述の実施例の結果が示すように、一般に広く行われている条件でのろ過においては、１０回程度繰り返しても、洗浄効率が低下しないことが確認されている。従って、本発明の洗浄方法を行うことにより、排水処理、バラスト水処理等に使用される膜ろ過を、長時間、安定的に行うことができる。
【００２２】
本発明の洗浄方法で使用するろ過膜とは、樹脂製のろ過膜である。樹脂製のろ過膜の形状は特に限定されないが、中空糸膜、平膜が広く用いられている。中空糸膜は、中空の糸状である樹脂製のろ過膜であり、特許文献１の図１や図２で表わされるような中空糸膜モジュールに配置され、このような中空糸膜モジュールに排水等を通液して処理が行われる。
【００２３】
本発明の洗浄方法では、ろ過膜のろ過液側を液体（洗浄液、洗浄水）と接触させ、当該液体にろ過時の流れとは逆方向に差圧を加え、当該液体をろ過液側から原液側に通液する。すなわち、通液逆洗が行われる。差圧は、ろ過液側から加圧して加えてもよいし、原液側から吸引して加えてもよい。ここで使用される液体（洗浄液、洗浄水）は、ろ過膜でトラップされるような懸濁物質を実質的に含まないものである。通常、膜ろ過される被処理液から懸濁物質を除いた液体と同じものが用いられるが、これに限定されない。
【００２４】
この通液逆洗における差圧が大きい程、洗浄の処理効率が高くなり、洗浄の時間短縮が可能になる。しかし、本発明の洗浄方法では、通液逆洗と同時に超音波の印加があり、超音波の印加により、洗浄の時間短縮に必要な差圧を小さくできる。又、ろ過膜やモジュールの強度等を考慮すると差圧の大きさには限度がある。そこで、通液逆洗における差圧の最適値は、望まれる洗浄処理効率（洗浄時間）や、ろ過膜やモジュールの強度、印加される超音波条件等により変動し特に限定されないが、一般的なバラスト水処理に本発明の洗浄方法を適用する場合は、２０〜３００ｋＰａが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｋＰａの範囲である。
【００２５】
本発明の洗浄方法では、前記の通液逆洗と同時にろ過膜に超音波が印加され超音波洗浄がされる。通液逆洗と超音波の印加が同時に行われない場合は、本発明の課題は達成されない。本発明の洗浄方法が行われるとき、ろ過膜は、液体（洗浄液、洗浄水）に浸漬されている。そして、超音波はこの液体に印加され、ろ過膜への印加は、この液体を媒体として行われる。
【００２６】
印加される超音波の出力や好ましい周波数は、処理される排水の種類やろ過膜の孔径等により変動し特に限定されないが、生活排水、工場排水、バラスト水等から１〜１００μｍ程度の固体粒子の除去に適用される場合は、２０〜２００ＫＨｚ程度の周波数で洗浄効率（ろ過流量の回復率）が特に高くなるので好ましい。より好ましくは３０〜８０ＫＨｚの範囲である。ただし、より小さい径の固体粒子の除去に適用する場合は、より高い周波数が好ましくなる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、前記液体に分散する固体粒子が、前記ろ過膜の孔径よりも、その最大径が小さい粒子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法である。
【００２８】
ここで、ろ過膜の孔径とは、バブルポイント法（エアーフロー法）で求めた孔径を意味する。具体的には、この孔径は、イソプロピルアルコールを用いＡＳＴＭ Ｆ３１６に基づき測定されたＩＰＡバブルポイント値（圧力）をＰ（Ｐａ）、液体の表面張力（ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）をγ、Ｂを毛細管定数としたとき、次の式で表わされる径ｄ（μｍ）を意味する。
ｄ＝４Ｂγ／Ｐ
【００２９】
排水中に分散する固体粒子は、種々の形状の粒子を含んでおり、球状以外の場合、粒子の径（直径）はその測定方向により異なる。請求項２における最大径とは、測定方向により異なる径の中で最大のものを意味する。具体的には、レーザー回折法や粒子の画像処理により求めた径を意味する。
【００３０】
前記のように、樹脂膜による膜ろ過では、ろ過膜の孔径より小さい最大径を有する粒子も除去される場合が多く、この場合、ろ過膜の洗浄が最も困難であり、従来技術での洗浄方法ではろ過流量の回復率は特に小さい。しかし、本発明の洗浄方法により、ろ過膜の孔径より小さい最大径を有する粒子を膜ろ過により除去した場合でも、ろ過開始時と同等程度までろ過流量を回復できる。すなわち、本発明の効果が特に奏される場合である。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、前記樹脂製ろ過膜を構成する樹脂がフッ素樹脂であり、前記樹脂製ろ過膜の孔径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のろ過膜の洗浄方法である。
【００３２】
膜ろ過に使用されるろ過膜としては、機械的強度に優れるものが好ましい。又、処理液が腐食性を有する場合や高温環境下で使用される場合等も考えられるので、耐薬品性、化学的安定性、耐熱性等に優れるろ過膜が好ましい。そこで、ろ過膜としては、機械的強度や耐熱性に優れ、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等に比較して耐薬品性に優れたフッ素樹脂からなる膜が好ましく使用される。
【００３３】
フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ素化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキル・ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の熱可塑性のフッ素樹脂を挙げることができる。中でも、ＰＴＦＥは、ほとんどの酸、アルカリ、溶剤に対して安定であり、耐熱性が２６０℃以上であり、柔軟性に優れ加工が容易であり、強い引張強度を有しているので、特に好ましく使用される。
【００３４】
ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ等の熱可塑性のフッ素樹脂は溶融粘度が高いので、溶融押出等によって薄膜であるろ過膜を製造することは不可能である。そこで、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ等の固体粒子を、３００℃あるいはそれ以上の温度で熱融着させて製膜し、このようにして得られた無孔質のフッ素樹脂膜を延伸して孔を形成して多孔質膜を得る方法が、ろ過膜の製造方法として採用されている。この方法によれば、均一な孔を得やすく又孔径の制御が容易である。
【００３５】
フッ素樹脂製ろ過膜としては、孔径が５μｍ以下のものが、その製造や入手の容易さから好ましく使用される。特に、中空糸膜の場合は、孔径が０．１〜２μｍの範囲のものが、又平膜の場合は、孔径が０．１〜５μｍの範囲のものが入手容易である。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、固体粒子を分散する被処理液から前記固体粒子を分離するろ過装置であって、樹脂製のろ過膜を含むろ過エレメント、並びに、ろ過時の流れとは逆方向の流れが前記ろ過膜を浸漬する液体に生じるように差圧を前記液体に加える逆洗手段、及び、前記ろ過膜に超音波を印加する超音波発振器を有することを特徴とするろ過装置である。
【００３７】
請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄方法は、この装置を使用して行うことができる。この装置は、通液逆洗を行う逆洗手段と超音波を印加する手段である超音波発振器を共に有し、通液逆洗と超音波の印加を同時に行うことができる。
【００３８】
排水処理やバラスト水処理にこの装置を適用する場合、膜ろ過を実施し、ろ過流量（透過流量、透過流束）が所定の程度まで低下した後、請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄方法が行われ、ろ過流量の回復が行われる。そしてこの膜ろ過とろ過膜の洗浄が繰り返される。請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄により、ろ過流量はろ過の開始時程度まで回復する。しかも膜ろ過とろ過膜の洗浄を多数回繰り返しても、十分な洗浄効率が得られるので、本発明のろ過装置により、排水処理やバラスト水処理を、長時間、安定的に行うことが可能である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のろ過膜の洗浄方法によれば、薬液を用いずに、短時間の洗浄により、ろ過工程で低下したろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復することができる。このろ過膜の洗浄方法を実施する手段を有する本発明のろ過装置によれば、膜ろ過を長時間、安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のろ過装置を示す模式断面図である。
【図２】本発明のろ過装置を示す模式断面図である。
【図３】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図４】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図５】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図６】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
次に、本発明を実施するための形態について、図を参照しながら説明するが本発明の範囲はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。
【００４２】
図１及び図２は、本発明のろ過装置を示す模式断面図である。図中、１は中空糸膜モジュールであり、２は、中空糸膜モジュール１の筺体であり、３及び４は、それぞれ、中空糸膜モジュール１の内にある原水側及び透過水取出し部であり、５は、中空糸膜である。（図中では、中空糸膜５は、３本のみ表わされているが通常はるかに多数の中空糸膜が、中空糸膜モジュールに設けられている。）
【００４３】
図１及び図２における、１１、１２、１３、１４、１５及び１６は、配管である。Ｐ１及びＰ２はポンプであり、Ｂ１及びＢ２はバルブである。さらに、中空糸膜モジュール１内には、超音波印加手段である超音波振動子２１及び２２が設けられており、これらは、中空糸膜モジュール１の外にある超音波発振器２３と接続している。前記のように、超音波は、ろ過膜を浸漬する液体に印加されこの液体を媒体としてろ過膜に印加される。そこで、この液体により満たされる中空糸膜モジュール１内に、超音波振動子２１及び２２が設けられている。なお、図１及び図２の例においては、その設置の方向が異なる２つの超音波振動子２１及び２２が設けられているが、一方のみが設置されていてもよい。
【００４４】
図１は、本発明のろ過装置を使用してろ過工程（膜ろ過）を行う場合の、被処理水の流れを示している。図中の太字矢印が水の流れを表す。
【００４５】
先ず原水（被処理水：生活排水、工場排水、バラスト水等）が、ポンプＰ１により加圧されて配管１１、バルブＢ１、配管１３を通り、中空糸膜モジュール１の原水側３に送られる。このとき、超音波振動子２１及び２２は作動していない。
【００４６】
原水側３に送られた原水は、ポンプＰ１により加圧されているので、差圧により、図１中の太字矢印が示すように、中空糸膜５を透過する（ろ過の処理効率の向上のために、差圧を加えたろ過が行われる場合が多い。）。原水が中空糸膜５を透過する際に原水中の懸濁物質が中空糸膜５（ろ過膜）でトラップされて除去され、懸濁物質を含まない透過水が得られる。
【００４７】
中空糸膜５を透過した透過水は、中空糸膜５内の中空部、透過水取出し部４、配管１４、バルブＢ２、配管１６を通り、懸濁物質が除去された処理水として得られる。一方、中空糸膜５（ろ過膜）でトラップされた懸濁物質は、中空糸膜５の孔を目詰まりさせ、その結果ろ過流量が低下する。
【００４８】
図２は、本発明のろ過装置において、ろ過膜を洗浄する工程における洗浄水の流れを示している。図１と同様に、図中の太字矢印が水の流れを表す。
【００４９】
ろ過工程終了後、バルブＢ１、Ｂ２の向きを変え、又ポンプＰ１の代わりにポンプＰ２を作動させる。すると、洗浄水が、ポンプＰ２により加圧されて配管１５、バルブＢ２、配管１４、中空糸膜モジュール１の透過水取出し部４を通り、中空糸膜５内の中空部に送られるようになる。このとき、洗浄水は、ポンプＰ２によりろ過時の流れとは逆の方向に加圧されているので、中空糸膜５を、図２中の太字矢印が示すように透過し、この際に、中空糸膜５の孔を目詰まりさせている懸濁物質を太字矢印の方向に洗い出す。
【００５０】
さらに、この洗い出しと同時に、超音波発振器２３、超音波振動子２１及び２２を作動させて、中空糸膜５に超音波を印加する。その結果、中空糸膜５の孔を目詰まりさせている懸濁物質をより充分に洗い出すことが可能になり、短時間の洗浄で、中空糸膜５の孔内をろ過開始時と同様な（目詰まりのほとんどない）状態にすることができる。
【００５１】
中空糸膜５を透過した洗浄水（孔を目詰まりさせていた懸濁物質も含む）は、中空糸膜モジュール１の原水側３、配管１３を通り、さらにバルブＢ２の向きが変えられているので、バルブＢ２から配管１２を通り、逆洗水として排出される。
【実施例】
【００５２】
下記の中空糸膜１本を備えるモジュールに、懸濁物質を含んだ被処理水を通液してろ過し、透過流束（透過流量に比例する）が低下した段階でろ過膜（中空糸膜）を洗浄した。透過流束を測定しながらこの工程を繰り返す実験を、下記に示すように種々の条件を変えながら、６種類行った。それぞれろ過１〜ろ過６とする。ろ過１〜ろ過６の測定の結果得られた、ろ過工程時間（被処理液の通液時間の合計）と透過流束の関係を、図３〜図６に示した。
【００５３】
［使用した中空糸膜］
２０ｃｍ長のＰＴＦＥの中空糸からなるろ過膜
住友電工ファインポリマー社製ポアフロン
外径：２．３ｍｍφ、内径：１．１ｍｍφ
孔径：２μｍ
【００５４】
（ろ過１〜３）
被処理水として、純水にカオリンクレー（竹原化学工業社のユニオンクレーＲＣ−１：平均粒径０．４７μｍ、最大径が２μｍ未満の粒子を約７０％含む。）を５０ｐｐｍ分散したカオリン分散水を用いた。この被処理水に５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過の継続とともに透過流束は低下するが、ろ過工程時間１５分毎に、計４回ろ過膜の洗浄を行い、透過流束の回復を試みた。それぞれの洗浄を、順に、洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）としてその条件を以下に示す。
【００５５】
洗浄（１）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（２）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（３）：５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で１０分間印加後、純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（４）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った後、アルカリ（ＮａＯＨ１％＋ＮａＣlＯ２００ｐｐｍ）により６０分洗浄を行った。
【００５６】
同様な操作を計３回行い、それぞれろ過１〜３とした。その結果を図３に示す。図３中の（１）、（２）、（３）、（４）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）に対応する。なお、洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）は本発明例ではなく、比較例に相当する。
【００５７】
図３より明らかなように、ろ過１〜３のいずれにおいても、通液逆洗のみ（洗浄（１）、洗浄（２））、超音波洗浄後に通液逆洗を行う方法（洗浄（３））では、透過流束の回復は不十分であった。又、薬液洗浄を行った場合（洗浄（４））では、透過流束はろ過開始時程度まで回復したものの、この方法は危険なアルカリを使用し、又洗浄に要する時間も長く、処理効率の低いものであった。
【００５８】
（ろ過４）
ろ過１〜３と同じ被処理水について、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過工程時間１５分毎に計５回ろ過膜の洗浄を行った。それぞれの洗浄を洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）、洗浄（５）としてその条件を以下に示す。
【００５９】
洗浄（１）：７０ｋＰａに加圧したエアーによりエアー逆洗を１分間行った。
洗浄（２）：７０ｋＰａに加圧したエアーによりエアー逆洗を行うと同時に５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を、１０分間行った。
洗浄（３）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行い、同じ条件の洗浄をさらに１回繰り返した。
洗浄（４）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
洗浄（５）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００６０】
この結果を図４に示す。図４中の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）、洗浄（５）に対応する。
【００６１】
図４より明らかなように、エアー逆洗のみ（洗浄（１））、エアー逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２））（以上は、本発明例ではなく、比較例に相当する）では、透過流束の回復は不十分であり、又、通液逆洗のみ（洗浄（４）、洗浄（５））では透過流束の回復はほとんど見られなかったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（３））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復した。
【００６２】
（ろ過５）
ろ過１〜３と同じ被処理水について、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過工程時間１５分毎に、計１１回ろ過膜の洗浄を行った。
【００６３】
第１回目の洗浄（洗浄（１）とする）では、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００６４】
第２回〜４回目の洗浄（洗浄（２）とする）では、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を、６０秒間行った。
【００６５】
第５回目以後の洗浄（洗浄（３）とする）は、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行った。
【００６６】
この結果を図５に示す。図５中の（１）、（２）、（３）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）に対応する。洗浄（１）は比較例であり、洗浄（２）、洗浄（３）は本発明の洗浄方法（実施例）である。
【００６７】
図５より明らかなように、通液逆洗のみ（洗浄（１））では、透過流束の回復は不十分であったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２）、洗浄（３））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復した。さらに、この本発明の方法による洗浄を計１０回繰り返しても（洗浄（２）、洗浄（３））、洗浄効率は低下せず、十分な洗浄が達成されることが、図５の結果より明らかである。
【００６８】
（ろ過６）
被処理水として、純水にファインサンド（北日本産業社のＦＳ−１：平均粒径１２．４μｍ：シリカ約９１％、アルミナ約５％が主成分：最大径が２μｍ未満の粒子を約１０％含む。）を５０ｐｐｍ分散したファインサンド分散水を用いた。この被処理水に、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。 ろ過工程時間１５分毎に、計５回ろ過膜の洗浄を行った。
【００６９】
第１回目の洗浄（洗浄（１）とする。比較例に該当する。）では、純水による通液逆洗を１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００７０】
第２回目以後の洗浄（洗浄（２）とする。本発明例である。）では、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行った。
【００７１】
この結果を図６に示す。図６中の（１）、（２）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）に対応する。
【００７２】
図６により、懸濁物質がファインサンドの場合でも、通液逆洗のみ（洗浄（１））では、透過流束の回復は不十分であったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復することが示されている。さらに、この洗浄を計４回繰り返しても（洗浄（２））、洗浄効率は低下せず、十分な洗浄が達成されることが明らかになった。
【符号の説明】
【００７３】
１ 中空糸膜モジュール
２ 筺体
３ 原水側
４ 透過水取出し部
５ 中空糸膜
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 配管
２１、２２ 超音波振動子
２３ 超音波発振器
Ｐ１、Ｐ２ ポンプ
Ｂ１ Ｂ２ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理やバラスト水処理等における膜ろ過後に、低下したろ過効率を回復するために行われるろ過膜の洗浄方法、及びこの洗浄方法を行う手段を有するろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷物を積載していない船を安定させるために船に積み込まれるバラスト水には、径が０．１〜１００μｍ程度の微細な砂粒子、プランクトン、海藻類の胞子、海中生物の卵等の懸濁物質が含まれ、その移動、排水により生態系撹乱等の種々の環境問題を引き起こしている。そこで、排水されるバラスト水中から、前記のような懸濁物質の除去が望まれており、樹脂製の分離膜（ろ過膜）を使用した膜ろ過によるバラスト水処理が行われている。
【０００３】
樹脂製の分離膜（ろ過膜）を使用した膜ろ過は、工場排水や生活排水等、微細粒子である汚濁物質を分散している排水の処理等にも適用されている。これらの膜ろ過は、例えば、特許文献１の図１や図２で表わされるような中空糸膜モジュール、すなわち中空糸である樹脂製のろ過膜を有するモジュールに排水を通液して行うことができる。
【０００４】
樹脂製のろ過膜は微細な貫通孔を有し、この貫通孔で微細な懸濁物質と液体が分離され懸濁物質が液体中から除去される。中空糸であるろ過膜の代わりに、平膜のろ過膜を用いたモジュールに排水を通液して排水処理を行う方法も知られている。
【０００５】
しかし、膜ろ過の過程では、液中に分散する懸濁物質が、ろ過膜表面に付着し又はろ過膜の孔内に侵入してろ過膜を目詰まりさせ、ろ過流量が経時的に低下する。一方、ろ過流量を維持するためにはろ過圧の増大が必要となる。そこで、ろ過を長時間、安定的に継続するためには、ろ過膜を洗浄し、ろ過膜を目詰まりさせている懸濁物質を除去して、ろ過流量やろ過圧の回復をする必要がある。
【０００６】
ろ過膜の洗浄方法として、これまでに種々の方法が開発され提案されている。例えば、特許文献１では、気体が導入される気体導入口が設けられた中空糸膜モジュールが開示（請求項１）されており、中空糸膜モジュールの原液側に気体を導入して中空糸膜を洗浄する中空糸膜モジュールの洗浄方法が開示（請求項２）されている。すなわち、ろ過時の液体の流れとは逆方向に気体をろ過膜に通して洗浄する方法（以下「エアー逆洗」と言う。）である。
【０００７】
又、特許文献２には、ろ過工程の終了後、ろ過水側から原水側に通水する逆洗により、ろ過膜を洗浄する方法（以下「通液逆洗」と言う。）が開示されており（段落０００２、０００３）、４０秒〜２分間程度の短時間の逆洗により、ろ過膜内面に付着している懸濁物質が除去される旨が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、薬液を循環させるろ過膜モジュールの洗浄方法が開示されており、又、特許文献４や特許文献５には、透過側（ろ過水側）から薬液を加圧注入するろ過膜モジュールの洗浄方法（以下、これらを「薬液洗浄」と言う。）が開示されている。
【０００９】
さらに又、特許文献６には、中空糸膜束を用いた固液分離装置において、中空糸膜表面に付着した固形物を効率的に除去するため中空糸膜洗浄用超音波振動子が配されている固液分離装置が記載されており、超音波の印加によりろ過膜を洗浄する方法（以下「超音波洗浄」と言う。）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１９４８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１９４９０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１１１０８号公報
【特許文献４】特開平３−７７６２９号公報
【特許文献５】特開平４−１６１２３２号公報
【特許文献６】特開平８−２５７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記の方法である通液逆洗やエアー逆洗によるろ過膜の洗浄では、ろ過膜の目詰まりを充分に除去することができず、ろ過流量を充分に回復することができなかった。又、超音波洗浄や薬液洗浄による場合、さらに特許文献６に記載されたエアー逆洗と超音波洗浄の組合せによっても、同様にろ過膜の目詰まりを充分に除去することができなかった。さらに、超音波洗浄の場合は、超音波により逆に目詰まりを引き起こす場合もあった。
【００１２】
さらに、薬液洗浄には、洗浄に要する時間が長い、廃液処理を要する、薬液コストを要する等の問題があり、薬液の種類によっては安全上の問題もある。そこで、これらの理由からも、薬液を使用しない洗浄方法が望まれていた。
【００１３】
これに加えて、本発明者らは、このような樹脂製のろ過膜を使用した膜ろ過では、当該ろ過膜の孔径よりも小さい径の粒子も除去されることがあることにも着目した。すなわち前述のような問題は、ろ過膜の孔径より小さい径の固体粒子を含む液体から当該固体粒子を除去する処理を行った場合には特に顕著であり、ろ過流量の回復が特に困難であることに着目して本発明に至った。
【００１４】
本発明は、固体粒子を分散する液体から前記固体粒子を分離するろ過に用いた樹脂製ろ過膜の洗浄方法であって、薬液を用いずに、短時間の洗浄により、ろ過流量を充分に回復することができ、長時間の安定的なろ過を可能にする樹脂製ろ過膜の洗浄方法を提供することを課題とする。本発明は、又、前記樹脂製ろ過膜の洗浄方法を行う手段を有し、ろ過を長時間安定的に行うことができるろ過装置を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、鋭意検討の結果、ろ過工程によりろ過流量が低下したろ過膜に、通液逆洗及び超音波洗浄を、同時に施すことにより、ろ過膜の目詰まりを充分に除去することができ、ろ過流量をろ過工程開始時と同程度まで回復できることを見出した。すなわち、前記の課題は、以下に示す構成からなる発明により達成される。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法である。
【００１７】
この洗浄方法は、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことを特徴とする。この特徴により、ろ過膜の洗浄効果が飛躍的に向上する。すなわち、通液逆洗、薬液洗浄、エアー逆洗、超音波洗浄をそれぞれ単独で行う場合等、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できない場合でも、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことにより、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できる。
【００１８】
この洗浄方法では、通液逆洗と超音波洗浄が同時に行われる。すなわち、超音波をろ過膜に印加しながら、ろ過膜を浸漬する液体に、ろ過の流れとは逆方向の差圧を加える。通液逆洗と超音波洗浄の組合せであっても、通液逆洗後超音波洗浄を行う、又は超音波洗浄後通液逆洗を行う方法では、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できない場合が多い。しかし、このような場合でも、通液逆洗と超音波洗浄を同時に行うことにより、ろ過開始時と同等な程度までろ過流量を回復できる。
【００１９】
なお、「ろ過の流れ」とは、原液（原水）側からろ過液（ろ過水）側への流れを言うので、「ろ過の流れとは逆方向の差圧」とは、ろ過液側から原液側へ液体が流れる方向の差圧を言う。「差圧」は、加圧及び吸引のいずれをも含む。従って、ろ過液側から加圧する場合、及び、原液側から吸引する場合のいずれをも含む。
【００２０】
この洗浄方法では、薬液を使用しなくても、ろ過膜の洗浄効果が飛躍的に向上する。薬液を使用しないことにより、廃液処理や薬液コストが不要となり、薬液による安全性の問題も生じない。又、薬液洗浄では、十分な洗浄効果を得るためには、３０分程度又はそれ以上の洗浄時間を要する場合が多いが、このような場合であっても、本発明の洗浄方法によれば、数十秒程度、長くても数分程度の洗浄で、十分な洗浄効果を得ることができる。すなわちろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復させることができる。
【００２１】
又、本発明の洗浄方法は繰り返し実行することが可能である。すなわち、ろ過工程と本発明の方法によるろ過膜の洗浄を多数回繰り返しても、本発明の洗浄方法により、ろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復させることができる。繰り返し可能な回数の限度は、未だ把握されていないが、後述の実施例の結果が示すように、一般に広く行われている条件でのろ過においては、１０回程度繰り返しても、洗浄効率が低下しないことが確認されている。従って、本発明の洗浄方法を行うことにより、排水処理、バラスト水処理等に使用される膜ろ過を、長時間、安定的に行うことができる。
【００２２】
本発明の洗浄方法で使用するろ過膜とは、樹脂製のろ過膜である。樹脂製のろ過膜の形状は特に限定されないが、中空糸膜、平膜が広く用いられている。中空糸膜は、中空の糸状である樹脂製のろ過膜であり、特許文献１の図１や図２で表わされるような中空糸膜モジュールに配置され、このような中空糸膜モジュールに排水等を通液して処理が行われる。
【００２３】
本発明の洗浄方法では、ろ過膜のろ過液側を液体（洗浄液、洗浄水）と接触させ、当該液体にろ過時の流れとは逆方向に差圧を加え、当該液体をろ過液側から原液側に通液する。すなわち、通液逆洗が行われる。差圧は、ろ過液側から加圧して加えてもよいし、原液側から吸引して加えてもよい。ここで使用される液体（洗浄液、洗浄水）は、ろ過膜でトラップされるような懸濁物質を実質的に含まないものである。通常、膜ろ過される被処理液から懸濁物質を除いた液体と同じものが用いられるが、これに限定されない。
【００２４】
この通液逆洗における差圧が大きい程、洗浄の処理効率が高くなり、洗浄の時間短縮が可能になる。しかし、本発明の洗浄方法では、通液逆洗と同時に超音波の印加があり、超音波の印加により、洗浄の時間短縮に必要な差圧を小さくできる。又、ろ過膜やモジュールの強度等を考慮すると差圧の大きさには限度がある。そこで、通液逆洗における差圧の最適値は、望まれる洗浄処理効率（洗浄時間）や、ろ過膜やモジュールの強度、印加される超音波条件等により変動し特に限定されないが、一般的なバラスト水処理に本発明の洗浄方法を適用する場合は、２０〜３００ｋＰａが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｋＰａの範囲である。
【００２５】
本発明の洗浄方法では、前記の通液逆洗と同時にろ過膜に超音波が印加され超音波洗浄がされる。通液逆洗と超音波の印加が同時に行われない場合は、本発明の課題は達成されない。本発明の洗浄方法が行われるとき、ろ過膜は、液体（洗浄液、洗浄水）に浸漬されている。そして、超音波はこの液体に印加され、ろ過膜への印加は、この液体を媒体として行われる。
【００２６】
印加される超音波の出力や好ましい周波数は、処理される排水の種類やろ過膜の孔径等により変動し特に限定されないが、生活排水、工場排水、バラスト水等から１〜１００μｍ程度の固体粒子の除去に適用される場合は、２０〜２００ＫＨｚ程度の周波数で洗浄効率（ろ過流量の回復率）が特に高くなるので好ましい。より好ましくは３０〜８０ＫＨｚの範囲である。ただし、より小さい径の固体粒子の除去に適用する場合は、より高い周波数が好ましくなる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、前記液体に分散する固体粒子が、前記ろ過膜の孔径よりも、その最大径が小さい粒子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法である。
【００２８】
ここで、ろ過膜の孔径とは、バブルポイント法（エアーフロー法）で求めた孔径を意味する。具体的には、この孔径は、イソプロピルアルコールを用いＡＳＴＭ Ｆ３１６に基づき測定されたＩＰＡバブルポイント値（圧力）をＰ（Ｐａ）、液体の表面張力（ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）をγ、Ｂを毛細管定数としたとき、次の式で表わされる径ｄ（μｍ）を意味する。
ｄ＝４Ｂγ／Ｐ
【００２９】
排水中に分散する固体粒子は、種々の形状の粒子を含んでおり、球状以外の場合、粒子の径（直径）はその測定方向により異なる。請求項２における最大径とは、測定方向により異なる径の中で最大のものを意味する。具体的には、レーザー回折法や粒子の画像処理により求めた径を意味する。
【００３０】
前記のように、樹脂膜による膜ろ過では、ろ過膜の孔径より小さい最大径を有する粒子も除去される場合が多く、この場合、ろ過膜の洗浄が最も困難であり、従来技術での洗浄方法ではろ過流量の回復率は特に小さい。しかし、本発明の洗浄方法により、ろ過膜の孔径より小さい最大径を有する粒子を膜ろ過により除去した場合でも、ろ過開始時と同等程度までろ過流量を回復できる。すなわち、本発明の効果が特に奏される場合である。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、前記樹脂製ろ過膜を構成する樹脂がフッ素樹脂であり、前記樹脂製ろ過膜の孔径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のろ過膜の洗浄方法である。
【００３２】
膜ろ過に使用されるろ過膜としては、機械的強度に優れるものが好ましい。又、処理液が腐食性を有する場合や高温環境下で使用される場合等も考えられるので、耐薬品性、化学的安定性、耐熱性等に優れるろ過膜が好ましい。そこで、ろ過膜としては、機械的強度や耐熱性に優れ、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等に比較して耐薬品性に優れたフッ素樹脂からなる膜が好ましく使用される。
【００３３】
フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ素化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキル・ビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の熱可塑性のフッ素樹脂を挙げることができる。中でも、ＰＴＦＥは、ほとんどの酸、アルカリ、溶剤に対して安定であり、耐熱性が２６０℃以上であり、柔軟性に優れ加工が容易であり、強い引張強度を有しているので、特に好ましく使用される。
【００３４】
ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ等の熱可塑性のフッ素樹脂は溶融粘度が高いので、溶融押出等によって薄膜であるろ過膜を製造することは不可能である。そこで、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ等の固体粒子を、３００℃あるいはそれ以上の温度で熱融着させて製膜し、このようにして得られた無孔質のフッ素樹脂膜を延伸して孔を形成して多孔質膜を得る方法が、ろ過膜の製造方法として採用されている。この方法によれば、均一な孔を得やすく又孔径の制御が容易である。
【００３５】
フッ素樹脂製ろ過膜としては、孔径が５μｍ以下のものが、その製造や入手の容易さから好ましく使用される。特に、中空糸膜の場合は、孔径が０．１〜２μｍの範囲のものが、又平膜の場合は、孔径が０．１〜５μｍの範囲のものが入手容易である。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、固体粒子を分散する被処理液から前記固体粒子を分離するろ過装置であって、樹脂製のろ過膜を含むろ過エレメント、並びに、ろ過時の流れとは逆方向の流れが前記ろ過膜を浸漬する液体に生じるように差圧を前記液体に加える逆洗手段、及び、前記ろ過膜に超音波を印加する超音波発振器を有することを特徴とするろ過装置である。
【００３７】
請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄方法は、この装置を使用して行うことができる。この装置は、通液逆洗を行う逆洗手段と超音波を印加する手段である超音波発振器を共に有し、通液逆洗と超音波の印加を同時に行うことができる。
【００３８】
排水処理やバラスト水処理にこの装置を適用する場合、膜ろ過を実施し、ろ過流量（透過流量、透過流束）が所定の程度まで低下した後、請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄方法が行われ、ろ過流量の回復が行われる。そしてこの膜ろ過とろ過膜の洗浄が繰り返される。請求項１〜請求項３に記載のろ過膜の洗浄により、ろ過流量はろ過の開始時程度まで回復する。しかも膜ろ過とろ過膜の洗浄を多数回繰り返しても、十分な洗浄効率が得られるので、本発明のろ過装置により、排水処理やバラスト水処理を、長時間、安定的に行うことが可能である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のろ過膜の洗浄方法によれば、薬液を用いずに、短時間の洗浄により、ろ過工程で低下したろ過流量をろ過開始時と同等程度まで回復することができる。このろ過膜の洗浄方法を実施する手段を有する本発明のろ過装置によれば、膜ろ過を長時間、安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のろ過装置を示す模式断面図である。
【図２】本発明のろ過装置を示す模式断面図である。
【図３】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図４】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図５】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【図６】実施例及び比較例における通液時間と透過流束の関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
次に、本発明を実施するための形態について、図を参照しながら説明するが本発明の範囲はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。
【００４２】
図１及び図２は、本発明のろ過装置を示す模式断面図である。図中、１は中空糸膜モジュールであり、２は、中空糸膜モジュール１の筺体であり、３及び４は、それぞれ、中空糸膜モジュール１の内にある原水側及び透過水取出し部であり、５は、中空糸膜である。（図中では、中空糸膜５は、３本のみ表わされているが通常はるかに多数の中空糸膜が、中空糸膜モジュールに設けられている。）
【００４３】
図１及び図２における、１１、１２、１３、１４、１５及び１６は、配管である。Ｐ１及びＰ２はポンプであり、Ｂ１及びＢ２はバルブである。さらに、中空糸膜モジュール１内には、超音波印加手段である超音波振動子２１及び２２が設けられており、これらは、中空糸膜モジュール１の外にある超音波発振器２３と接続している。前記のように、超音波は、ろ過膜を浸漬する液体に印加されこの液体を媒体としてろ過膜に印加される。そこで、この液体により満たされる中空糸膜モジュール１内に、超音波振動子２１及び２２が設けられている。なお、図１及び図２の例においては、その設置の方向が異なる２つの超音波振動子２１及び２２が設けられているが、一方のみが設置されていてもよい。
【００４４】
図１は、本発明のろ過装置を使用してろ過工程（膜ろ過）を行う場合の、被処理水の流れを示している。図中の太字矢印が水の流れを表す。
【００４５】
先ず原水（被処理水：生活排水、工場排水、バラスト水等）が、ポンプＰ１により加圧されて配管１１、バルブＢ１、配管１３を通り、中空糸膜モジュール１の原水側３に送られる。このとき、超音波振動子２１及び２２は作動していない。
【００４６】
原水側３に送られた原水は、ポンプＰ１により加圧されているので、差圧により、図１中の太字矢印が示すように、中空糸膜５を透過する（ろ過の処理効率の向上のために、差圧を加えたろ過が行われる場合が多い。）。原水が中空糸膜５を透過する際に原水中の懸濁物質が中空糸膜５（ろ過膜）でトラップされて除去され、懸濁物質を含まない透過水が得られる。
【００４７】
中空糸膜５を透過した透過水は、中空糸膜５内の中空部、透過水取出し部４、配管１４、バルブＢ２、配管１６を通り、懸濁物質が除去された処理水として得られる。一方、中空糸膜５（ろ過膜）でトラップされた懸濁物質は、中空糸膜５の孔を目詰まりさせ、その結果ろ過流量が低下する。
【００４８】
図２は、本発明のろ過装置において、ろ過膜を洗浄する工程における洗浄水の流れを示している。図１と同様に、図中の太字矢印が水の流れを表す。
【００４９】
ろ過工程終了後、バルブＢ１、Ｂ２の向きを変え、又ポンプＰ１の代わりにポンプＰ２を作動させる。すると、洗浄水が、ポンプＰ２により加圧されて配管１５、バルブＢ２、配管１４、中空糸膜モジュール１の透過水取出し部４を通り、中空糸膜５内の中空部に送られるようになる。このとき、洗浄水は、ポンプＰ２によりろ過時の流れとは逆の方向に加圧されているので、中空糸膜５を、図２中の太字矢印が示すように透過し、この際に、中空糸膜５の孔を目詰まりさせている懸濁物質を太字矢印の方向に洗い出す。
【００５０】
さらに、この洗い出しと同時に、超音波発振器２３、超音波振動子２１及び２２を作動させて、中空糸膜５に超音波を印加する。その結果、中空糸膜５の孔を目詰まりさせている懸濁物質をより充分に洗い出すことが可能になり、短時間の洗浄で、中空糸膜５の孔内をろ過開始時と同様な（目詰まりのほとんどない）状態にすることができる。
【００５１】
中空糸膜５を透過した洗浄水（孔を目詰まりさせていた懸濁物質も含む）は、中空糸膜モジュール１の原水側３、配管１３を通り、さらにバルブＢ２の向きが変えられているので、バルブＢ２から配管１２を通り、逆洗水として排出される。
【実施例】
【００５２】
下記の中空糸膜１本を備えるモジュールに、懸濁物質を含んだ被処理水を通液してろ過し、透過流束（透過流量に比例する）が低下した段階でろ過膜（中空糸膜）を洗浄した。透過流束を測定しながらこの工程を繰り返す実験を、下記に示すように種々の条件を変えながら、６種類行った。それぞれろ過１〜ろ過６とする。ろ過１〜ろ過６の測定の結果得られた、ろ過工程時間（被処理液の通液時間の合計）と透過流束の関係を、図３〜図６に示した。
【００５３】
［使用した中空糸膜］
２０ｃｍ長のＰＴＦＥの中空糸からなるろ過膜
住友電工ファインポリマー社製ポアフロン
外径：２．３ｍｍφ、内径：１．１ｍｍφ
孔径：２μｍ
【００５４】
（ろ過１〜３）
被処理水として、純水にカオリンクレー（竹原化学工業社のユニオンクレーＲＣ−１：平均粒径０．４７μｍ、最大径が２μｍ未満の粒子を約７０％含む。）を５０ｐｐｍ分散したカオリン分散水を用いた。この被処理水に５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過の継続とともに透過流束は低下するが、ろ過工程時間１５分毎に、計４回ろ過膜の洗浄を行い、透過流束の回復を試みた。それぞれの洗浄を、順に、洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）としてその条件を以下に示す。
【００５５】
洗浄（１）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（２）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（３）：５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で１０分間印加後、純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った。
洗浄（４）：純水による通液逆洗を、９０ｋＰａの差圧を吸引により加えながら１分行った後、アルカリ（ＮａＯＨ１％＋ＮａＣlＯ２００ｐｐｍ）により６０分洗浄を行った。
【００５６】
同様な操作を計３回行い、それぞれろ過１〜３とした。その結果を図３に示す。図３中の（１）、（２）、（３）、（４）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）に対応する。なお、洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）は本発明例ではなく、比較例に相当する。
【００５７】
図３より明らかなように、ろ過１〜３のいずれにおいても、通液逆洗のみ（洗浄（１）、洗浄（２））、超音波洗浄後に通液逆洗を行う方法（洗浄（３））では、透過流束の回復は不十分であった。又、薬液洗浄を行った場合（洗浄（４））では、透過流束はろ過開始時程度まで回復したものの、この方法は危険なアルカリを使用し、又洗浄に要する時間も長く、処理効率の低いものであった。
【００５８】
（ろ過４）
ろ過１〜３と同じ被処理水について、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過工程時間１５分毎に計５回ろ過膜の洗浄を行った。それぞれの洗浄を洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）、洗浄（５）としてその条件を以下に示す。
【００５９】
洗浄（１）：７０ｋＰａに加圧したエアーによりエアー逆洗を１分間行った。
洗浄（２）：７０ｋＰａに加圧したエアーによりエアー逆洗を行うと同時に５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を、１０分間行った。
洗浄（３）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行い、同じ条件の洗浄をさらに１回繰り返した。
洗浄（４）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
洗浄（５）：純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００６０】
この結果を図４に示す。図４中の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）、洗浄（４）、洗浄（５）に対応する。
【００６１】
図４より明らかなように、エアー逆洗のみ（洗浄（１））、エアー逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２））（以上は、本発明例ではなく、比較例に相当する）では、透過流束の回復は不十分であり、又、通液逆洗のみ（洗浄（４）、洗浄（５））では透過流束の回復はほとんど見られなかったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（３））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復した。
【００６２】
（ろ過５）
ろ過１〜３と同じ被処理水について、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。ろ過工程時間１５分毎に、計１１回ろ過膜の洗浄を行った。
【００６３】
第１回目の洗浄（洗浄（１）とする）では、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００６４】
第２回〜４回目の洗浄（洗浄（２）とする）では、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を、６０秒間行った。
【００６５】
第５回目以後の洗浄（洗浄（３）とする）は、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行った。
【００６６】
この結果を図５に示す。図５中の（１）、（２）、（３）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）、洗浄（３）に対応する。洗浄（１）は比較例であり、洗浄（２）、洗浄（３）は本発明の洗浄方法（実施例）である。
【００６７】
図５より明らかなように、通液逆洗のみ（洗浄（１））では、透過流束の回復は不十分であったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２）、洗浄（３））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復した。さらに、この本発明の方法による洗浄を計１０回繰り返しても（洗浄（２）、洗浄（３））、洗浄効率は低下せず、十分な洗浄が達成されることが、図５の結果より明らかである。
【００６８】
（ろ過６）
被処理水として、純水にファインサンド（北日本産業社のＦＳ−１：平均粒径１２．４μｍ：シリカ約９１％、アルミナ約５％が主成分：最大径が２μｍ未満の粒子を約１０％含む。）を５０ｐｐｍ分散したファインサンド分散水を用いた。この被処理水に、５０ｋＰａの差圧を加えてろ過を開始した。 ろ過工程時間１５分毎に、計５回ろ過膜の洗浄を行った。
【００６９】
第１回目の洗浄（洗浄（１）とする。比較例に該当する。）では、純水による通液逆洗を１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら１分間行った。
【００７０】
第２回目以後の洗浄（洗浄（２）とする。本発明例である。）では、各回毎に、純水による通液逆洗を、１７０ｋＰａの差圧を純水に加えながら行うと同時に、５０ｋＨｚの超音波を１００ワットの出力で印加する洗浄を３０秒間行った。
【００７１】
この結果を図６に示す。図６中の（１）、（２）はそれぞれ洗浄（１）、洗浄（２）に対応する。
【００７２】
図６により、懸濁物質がファインサンドの場合でも、通液逆洗のみ（洗浄（１））では、透過流束の回復は不十分であったが、通液逆洗と同時に超音波洗浄を行う方法（洗浄（２））、すなわち本発明の方法によれば、短時間の洗浄で、ろ過開始時と同等まで透過流束が回復することが示されている。さらに、この洗浄を計４回繰り返しても（洗浄（２））、洗浄効率は低下せず、十分な洗浄が達成されることが明らかになった。
【符号の説明】
【００７３】
１ 中空糸膜モジュール
２ 筺体
３ 原水側
４ 透過水取出し部
５ 中空糸膜
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 配管
２１、２２ 超音波振動子
２３ 超音波発振器
Ｐ１、Ｐ２ ポンプ
Ｂ１ Ｂ２ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法。
【請求項２】
前記被処理液に分散する固体粒子が、前記ろ過膜の孔径よりもその最大径が小さい粒子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法。
【請求項３】
前記樹脂製ろ過膜を構成する樹脂がフッ素樹脂であり、前記樹脂製ろ過膜の孔径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のろ過膜の洗浄方法。
【請求項４】
固体粒子を分散する被処理液から前記固体粒子を分離するろ過装置であって、樹脂製のろ過膜を含むろ過エレメント、並びに、ろ過時の流れとは逆方向の流れが前記ろ過膜を浸漬する液体に生じるように差圧を前記液体に加える逆洗手段、及び、前記ろ過膜に超音波を印加する超音波発振器を有することを特徴とするろ過装置。
【請求項１】
被処理液中に分散された固体粒子を前記被処理液から除去するための樹脂製のろ過膜の洗浄方法であって、前記ろ過膜を液体と接触させ、ろ過時の流れとは逆方向の流れが生じるように差圧を前記液体に加えると同時に、前記ろ過膜に超音波を印加することを特徴とするろ過膜の洗浄方法。
【請求項２】
前記被処理液に分散する固体粒子が、前記ろ過膜の孔径よりもその最大径が小さい粒子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のろ過膜の洗浄方法。
【請求項３】
前記樹脂製ろ過膜を構成する樹脂がフッ素樹脂であり、前記樹脂製ろ過膜の孔径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のろ過膜の洗浄方法。
【請求項４】
固体粒子を分散する被処理液から前記固体粒子を分離するろ過装置であって、樹脂製のろ過膜を含むろ過エレメント、並びに、ろ過時の流れとは逆方向の流れが前記ろ過膜を浸漬する液体に生じるように差圧を前記液体に加える逆洗手段、及び、前記ろ過膜に超音波を印加する超音波発振器を有することを特徴とするろ過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６０４４（Ｐ２０１１−１６０４４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０９０７（Ｐ２００９−１６０９０７）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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