説明

有機物含有水の膜濾過方法

【課題】有機物含有水を膜濾過するに当たり、薬品洗浄頻度、使用薬品量を抑え、膜の劣化を防止した上で、膜差圧の上昇を防止し、膜の濾過流束を長期に亘り安定に維持する。
【解決手段】有機物を含有する被処理水を膜濾過装置に通水して処理する通水工程と、該膜濾過装置の膜を薬品洗浄する薬品洗浄工程とを有する有機物含有水の膜濾過方法において、該薬品洗浄工程として、所定期間aの通水工程後に洗浄を行う第1の薬品洗浄工程と、該第1の薬品洗浄工程の薬品とは成分及び/又は濃度の異なる薬品を用いて洗浄を行う第2の薬品洗浄工程とを備え、該第2の薬品洗浄工程を、前回の第2の薬品洗浄から前記所定期間aよりも長い期間bが経過したとき、又は膜差圧が所定値以上に上昇したときに行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は有機物含有水の膜濾過方法に係り、特に、河川水や湖沼水などの表流水や、これらに凝集沈殿処理等の浄水処理を施して得られる工業用水や上水等の有機物含有水を膜濾過するに当たり、薬品洗浄を効果的に行って、膜の濾過流束を長期に亘り安定に維持する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
河川水や湖沼水などの表流水や、これらに凝集沈殿処理等の浄水処理を施して得られる工業用水や上水中の懸濁物や溶存物を分離して、高度な浄水を得る分野において、或いは、工場や家庭、下水処理場から排出される排水中の懸濁物や溶存物を分離して再利用を図る浄化設備等の分野において、膜濾過処理は広く用いられている。
【0003】
これらの有機物含有水を膜濾過装置に通水して膜濾過処理すると、経時により膜面に有機系汚染物が付着することにより、膜差圧が上昇し、膜の濾過流束が低下してくる。そこで、有機物含有水の膜濾過処理においては、定期的に被処理水の通水を停止して、膜を薬品洗浄することが行われている。従来、この膜洗浄のための薬品としては、酸、アルカリ、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤等が用いられており、特開平8−243361号公報には、酸とアルカリとを交互に用いて薬品洗浄することが提案されている。
【0004】
特開平8−243361号公報に記載の方法であれば、被処理水の水質に応じて酸洗浄とアルカリ洗浄とを交互に行うことにより、良好な洗浄効果を得ることができる。即ち、被処理水が、ポリ塩化アルミニウムや塩化第二鉄などの金属塩よりなる凝集剤で処理されている場合には、まず、酸を注入して酸洗浄を行い、次に、アルカリを注入してアルカリ洗浄を行うことにより、膜性能を効果的に回復させることができる。例えば、ポリ塩化アルミニウムを凝集剤として添加した被処理水においては、膜濾過処理を継続すると膜面に水酸化アルミニウムのコロイドが沈着すると共に、水酸化アルミニウムに凝集捕捉されたコロイド状シリカやフミン酸などが水酸化アルミニウムをバインダーとして膜面に付着する。このような付着物が膜面に一定量形成された時点で、まず、酸を注入して水酸化アルミニウムを溶解させ、次いで、アルカリの注入によって、コロイド状シリカやフミン酸を溶解させる。このようにして、付着物を膜面から効率的に溶解除去し、清浄な膜面を露出させることができる。
【0005】
また、下水の二次処理水等の溶存有機物成分を含む原水を処理する被処理水であれば、アルカリ注入を先行して行い、その後、酸注入を行うことにより、膜性能を効果的に回復させることができる。即ち、被処理水が、下水の二次処理水等のフミン酸態の溶存有機物を多く含む場合には、膜面にフミン酸、多くの場合は、鉄イオン等の錯体を形成したフミン酸が沈着、付着する。この場合には、まず、アルカリを注入することにより、フミン酸成分を溶解し、次に酸を注入してフミン酸と結合していた金属成分を更に溶解させ、これにより膜面から付着物を効率的に除去して清浄な膜を露出させることができる。
【0006】
このように、膜濾過装置の被処理水の水質に応じて、酸洗浄後アルカリ洗浄、或いは、アルカリ洗浄後酸洗浄を適宜選択すると共に、各々の薬品濃度を調整して洗浄を行うことにより、効果的な洗浄を行うことができ、従って、希薄濃度の薬品で高い洗浄効果を得、膜性能を効果的に回復させることができる。
【0007】
また、洗浄に当り、酸とアルカリとを当量使用することにより、洗浄廃液の廃水処理が不要となり、別途廃水処理設備を設けることなく、酸洗浄廃液とアルカリ洗浄廃液とを混合中和して放流することが可能となる。
【特許文献1】特開平8−243361号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特開平8−243361号公報に記載される酸とアルカリを用いる膜洗浄方法は、低濃度薬品による効果的な膜洗浄が可能で、洗浄廃液処理の面でも有利であるが、このような膜の薬品洗浄を定期的に行っていても、有機物を含有する被処理水の膜濾過処理を長期間行うことにより、膜差圧は徐々に上昇し、薬品洗浄後の膜差圧の回復度合は低下してくる。薬品洗浄を行っても膜差圧を十分に回復させることができない場合には、膜を新膜と交換することとなり、工業的に不利である。
【0009】
薬品洗浄頻度を上げることにより、この膜差圧の上昇をある程度抑えることもできるが、この場合には、薬品洗浄のための膜濾過停止期間が長くなり、処理効率が低下する;使用薬品量や洗浄廃液量が多くなる;といった問題があり、しかも、薬品洗浄頻度を上げても、低濃度薬品による洗浄では膜差圧上昇の抑制効果にも限度がある。また、使用薬品濃度を上げることにより、膜差圧の上昇を抑えることも可能であるが、高濃度薬品による定期的な薬品洗浄は、使用薬品量の増大、洗浄廃液処理の問題に加え、膜の劣化を引き起こし、好ましいことではない。
【0010】
従って、本発明は上記従来の問題点を解決し、有機物含有水を膜濾過するに当たり、薬品洗浄頻度、使用薬品量を抑え、膜の劣化を防止した上で、膜差圧の上昇を防止し、膜の濾過流束を長期に亘り安定に維持する有機物含有水の膜濾過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明(請求項1)の有機物含有水の膜濾過方法は、有機物を含有する被処理水を膜濾過装置に通水して処理する通水工程と、該膜濾過装置の膜を薬品洗浄する薬品洗浄工程とを有する有機物含有水の膜濾過方法において、該薬品洗浄工程として、所定期間aの通水工程後に洗浄を行う第1の薬品洗浄工程と、該第1の薬品洗浄工程の薬品とは成分及び/又は濃度の異なる薬品を用いて洗浄を行う第2の薬品洗浄工程とを備え、該第2の薬品洗浄工程を、前回の第2の薬品洗浄から前記所定期間aよりも長い期間bが経過したとき、又は膜差圧が所定値以上に上昇したときに行うことを特徴とする。
【0012】
請求項2の有機物含有水の膜濾過方法は、請求項1において、前記第1の薬品洗浄工程の前記所定期間aは12〜800時間であり、該第1の薬品洗浄工程において、酸とアルカリとを交互に用いて洗浄を行うことを特徴とする。
【0013】
請求項3の有機物含有水の膜濾過方法は、請求項2において、前記第2の薬品洗浄工程において、第1の薬品洗浄工程で用いたアルカリよりも濃度の高い高濃度アルカリ、又は塩素剤を含む高濃度アルカリを用いて洗浄を行うことを特徴とする。
【0014】
請求項4の有機物含有水の膜濾過方法は、請求項3において、前記第2の薬品洗浄工程において、高濃度アルカリ、又は塩素剤を含む高濃度アルカリを用いる洗浄に先立ち、前記第1の薬品洗浄工程で用いた酸よりも高濃度の酸を用いて洗浄を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明の有機物含有水の膜濾過方法によれば、有機物含有水を膜濾過するに当たり、薬品洗浄頻度、使用薬品量を抑え、膜の劣化を防止した上で、膜差圧の上昇を防止し、膜の濾過流束を長期に亘り安定に維持することができる。
【0016】
即ち、従来において、比較的低濃度の薬品を用いて定期的な膜洗浄を行っても膜差圧が経時により上昇するのは、この低濃度薬品による洗浄では除去し得ない膜汚染物が膜面に蓄積してくることによる。本発明では、低濃度薬品を用いる第1の薬品洗浄工程とは別に、高濃度薬品又は別の成分を含む洗浄の強い薬品を用いる第2の薬品洗浄を行って、第1の薬品洗浄では除去し得ない膜汚染物を除去する。
【0017】
第1の薬品洗浄は、比較的短い所定期間aの通水工程後に行うものであるが、この第1の薬品洗浄を低濃度薬品を用いて行うことにより、洗浄頻度が高くても、薬品使用量や洗浄廃液量を抑え、また膜劣化を防止することができる。
【0018】
この第1の薬品洗浄では除去し得ない膜汚染物を除去するための第2の薬品洗浄では、洗浄力の強い薬品を用いて行うが、この第2の薬品洗浄は、第1の薬品洗浄を行う所定期間aよりも長い期間b毎に行うか、膜差圧が所定値以上に上昇したときに行う、洗浄頻度の低いものであるため、洗浄力の強い薬品を用いることによる膜劣化の問題は殆どなく、また、薬品使用量や洗浄廃液等も抑えることができる。
【0019】
本発明において、第1の薬品洗浄工程は、酸とアルカリとを交互に用いて、12〜200時間の通水工程後に行うことが好ましく、これにより、膜汚染物を効果的に除去することができる。
【0020】
また、第2の薬品洗浄は、高濃度アルカリ又は塩素剤を含む高濃度アルカリを用いて行うことが好ましく、特にこのアルカリによる膜洗浄に先立ち高濃度酸による膜洗浄を行うことが好ましく、これにより、第1の薬品洗浄では除去し得ない膜汚染物を効果的に除去して膜差圧を十分に回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下に本発明の有機物含有水の膜濾過方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0022】
本発明においては、有機物を含有する被処理水を膜濾過装置に通水して処理する通水工程と、該膜濾過装置の膜を薬品洗浄する薬品洗浄工程とを行う。
【0023】
本発明に係る通水工程は、常法に従って行うことができる。本発明が適用される膜濾過装置の膜の種類にも特に制限はなく、膜はUF膜(限外濾過膜)、MF膜(精密濾過膜)、RO膜(逆浸透膜)のいずれであっても良く、膜の型式や膜濾過条件等についても特に制限はないが、酸及びアルカリを用いて薬品洗浄を行う場合には、膜の材質としては耐酸性、耐アルカリ性に優れたものが好ましく、具体的にはポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ四フッ化ビニリデンよりなるものが好適である。
【0024】
本発明においては、薬品洗浄工程として、次の第1の薬品洗浄工程と、第2の薬品洗浄工程とを行う。
【0025】
[第1の薬品洗浄工程]
第1の薬品洗浄工程は、所定期間aの通水工程後に膜の薬品洗浄を行う工程である。この第1の薬品洗浄工程は、酸とアルカリとを交互に用いて行うことが好ましい。
【0026】
本発明において、酸洗浄に用いる酸としては、塩酸、硫酸などの無機酸が好ましく、これらの酸に更に過酸化水素を混合したものであっても良い。酸洗浄は、10〜10000mg/L程度の濃度の酸水溶液(pH1〜5)を用いて行うのが好ましい。
【0027】
アルカリ洗浄に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウムが一般的であり、水酸化ナトリウムに更に次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤を混合したものであっても良い。アルカリ洗浄は、10〜10000mg/L程度の濃度のアルカリ水溶液(pH9〜13)を用いて行うのが好ましい。また、このアルカリ洗浄液に塩素剤を含む場合、その濃度は0.1〜10000mg/L as Cl程度であることが好ましい。
【0028】
第1の薬品洗浄において、酸洗浄後にアルカリ洗浄を行っても良く、アルカリ洗浄後に酸洗浄を行っても良い。洗浄の順序は、当該膜濾過装置の膜面付着物の性状、即ち、膜濾過装置に通水される被処理水の水質に応じて適宜決定される。また、このアルカリ洗浄後酸洗浄、又は、酸洗浄後アルカリ洗浄は、膜性能の回復度合に応じて1回でもよいし、複数回繰り返すこともできる。
【0029】
酸洗浄時間、アルカリ洗浄時間は、短過ぎると十分な洗浄効果を得ることができず、長過ぎてもそれ以上の膜汚染物の除去効果は得られず、通水工程が短くなって不利であることから、各々、通常1〜120分程度行うことが好ましい。
【0030】
このような第1の薬品洗浄は、所定期間aの通水工程後に実施されるが、この所定期間aは、12〜800時間であることが好ましい。この所定期間aは短過ぎると第1の薬品洗浄頻度が高くなり好ましくなく、長過ぎると膜の汚染が進行して第1の薬品洗浄による膜差圧回復効果が低下する。
【0031】
なお、第1の薬品洗浄は、酸及びアルカリによる洗浄に限らず、塩素剤による洗浄であっても良い。また、酸及びアルカリによる洗浄と塩素剤による洗浄との組み合わせでも良く、この場合、酸及びアルカリによる洗浄と塩素剤による洗浄とによる合計の洗浄頻度が上記所定期間aによる洗浄頻度となるように行えば良い。ここで用いる塩素剤としては次亜塩素酸ナトリウム等が挙げられ、その濃度は0.1〜10000mg/L as Cl程度であることが好ましい。
【0032】
[第2の薬品洗浄工程]
第2の薬品洗浄工程においては、第1の薬品洗浄工程で用いた薬品とは成分及び/又は濃度の異なる薬品、好ましくは洗浄力の高い薬品を用いて膜洗浄を行う。
【0033】
従って、この第2の薬品洗浄工程において用いる薬品としては、例えば、前述の第1の薬品洗浄工程の洗浄薬品として例示した酸、アルカリ、塩素剤等を用いることができ、その濃度が第1の薬品洗浄工程で用いたものよりも2〜1000倍程度の高濃度であるものが用いられる。
【0034】
より好ましくは、この第2の薬品洗浄工程は、第1の薬品洗浄工程で用いたアルカリよりも高濃度のアルカリ、或いは、この高濃度のアルカリに更に塩素剤を添加したものを用いるアルカリ洗浄を行うことが好ましく、更に、このアルカリ洗浄に先立ち、第1の薬品洗浄工程で用いた酸よりも高濃度の酸、好ましくは高濃度硫酸を用いて酸洗浄を行うことが好ましい。
【0035】
この第2の薬品洗浄工程における、酸洗浄及びアルカリ洗浄時間は、用いる薬品の種類や濃度、膜の汚染の程度によっても異なるが、第1の薬品洗浄工程におけると同様の理由から、適度な薬品洗浄時間を設定することが好ましく、通常の場合0.5〜12時間程度であることが好ましい。
【0036】
このような第2の薬品洗浄は、前回の第2の薬品洗浄から、第1の薬品洗浄を行う所定期間aよりも長い期間bが経過したとき、又は、膜差圧が所定値以上に上昇したときに実施される。
【0037】
この第2の薬品洗浄を、前回の第2の薬品洗浄から、第1の薬品洗浄を行う所定期間aよりも長い期間bが経過したときに行う場合、この洗浄間隔bは、用いる薬品の種類や濃度、膜汚染の頻度によって異なるが、通常の場合、第1の薬品洗浄を行う所定期間aの10〜100倍程度、例えば30日〜24ヶ月とすることが好ましい。
【0038】
また、この第2の薬品洗浄を膜差圧が所定値以上に上昇したときに実施する場合、例えば、膜差圧が許容差圧の20%〜80%程度に上昇したときに実施することが好ましい。
【0039】
このような第1の薬品洗浄工程と第2の薬品洗浄工程を行う本発明の有機物含有水の膜濾過方法では、各々の薬品洗浄工程を実施するための条件を予め制御装置に入力し、タイマーによる制御或いはタイマー制御と膜差圧計による測定値に基く制御と組み合わせて行うことにより、人手を要することなく、自動化を図ることもできる。
【実施例】
【0040】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【0041】
[河川表流水の凝集処理水の膜濾過]
河川表流水(平均濁度約5度)をポリ塩化アルミニウムで凝集処理した水を、下記条件の膜濾過装置で膜濾過する際の薬品洗浄と膜差圧との関係を調べた。なお、このときの通水初期の膜差圧は30kPaであった。
膜濾過装置:内圧型中空糸UF膜(ポリスルホン製)、定流量濾過、
膜濾過流束1.5m/d、クロスフロー濾過(膜面流速0.2m/s)
【0042】
比較例1
薬品洗浄を行わずに、膜濾過を継続したところ、1ヶ月の通水処理で膜差圧は200kPaに上昇した。
【0043】
比較例2
低濃度酸(HSO:500mg/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:500mg/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を1日に1回行って膜濾過を継続したところ、6ヶ月の通水処理で膜差圧は100kPaに上昇した。
【0044】
実施例1
比較例2と同様に運転を行い、6ヶ月の通水処理で膜差圧が100kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:10g/L)による膜洗浄を2時間、その後、塩素剤含有高濃度アルカリ(NaOH:8g/L+NaClO:1000mg/L as Cl)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄を実施したところ、膜差圧は初期差圧30kPaに回復した。その後、再び、低濃度酸(HSO:500mg/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:500mg/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を1日に1回行う第1の薬品洗浄と、6ヶ月の通水処理で膜差圧が100kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:10g/L)による膜洗浄を2時間、その後、塩素剤含有高濃度アルカリ(NaOH:8g/L+NaClO:1000mg/L as Cl)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄とを行ったところ、第2の薬品洗浄後に、膜差圧は初期差圧30kPaに回復した。
【0045】
[河川伏流水の膜濾過]
河川伏流水(平均濁度0.1度以下)を前処理することなく、下記条件の膜濾過装置で膜濾過する際の薬品洗浄と膜差圧との関係を調べた。なお、このときの通水初期の膜差圧は40kPaであった。
膜濾過装置:内圧型中空糸UF膜(ポリスルホン製)、定流量濾過、
膜濾過流束5m/d、デットエンド濾過
【0046】
比較例3
薬品洗浄を行わずに、膜濾過を継続したところ、1ヶ月の通水処理で膜差圧は150kPaに上昇した。
【0047】
比較例4
低濃度酸(HSO:1g/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:0.8mg/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を200時間に1回行って膜濾過を継続したところ、3ヶ月の通水処理で膜差圧は70kPaに上昇した。
【0048】
実施例2
比較例4と同様に運転を行い、3ヶ月の通水処理で膜差圧が70kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:50g/L)による膜洗浄を2時間、その後、高濃度アルカリ(NaOH:40g/L)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄を実施したところ、膜差圧は初期差圧40kPaに回復した。その後、再び、低濃度酸(HSO:1g/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:0.8mg/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を200時間に1回行う第1の薬品洗浄と、3ヶ月の通水処理で膜差圧が70kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:50g/L)による膜洗浄を2時間、その後、高濃度アルカリ(NaOH:40g/L)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄とを行ったところ、第2の薬品洗浄後に、膜差圧は初期差圧40kPaに回復した。
【0049】
比較例5
塩素剤(NaClO:10mg/L as Cl)による膜洗浄を30分行う薬品洗浄を1日に1回と、低濃度酸(HSO:1g/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:0.8g/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を200時間に1回行って膜濾過を継続したところ、6ヶ月の通水処理で膜差圧は60kPaに上昇した。
【0050】
実施例3
比較例5と同様に運転を行い、6ヶ月の通水処理で膜差圧が60kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:50g/L)による膜洗浄を2時間、その後、高濃度アルカリ(NaOH:40g/L)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄を実施したところ、膜差圧は初期差圧40kPaに回復した。その後、再び、塩素剤(NaClO:10mg/L as Cl)による膜洗浄を30分行う薬品洗浄を1日に1回と、低濃度酸(HSO:1g/L)による膜洗浄を10分、その後低濃度アルカリ(NaOH:0.8g/L)による膜洗浄を10分行う薬品洗浄を200時間に1回行う第1の薬品洗浄と、6ヶ月の通水処理で膜差圧が60kPaに上昇した時点で、高濃度酸(HSO:50g/L)による膜洗浄を2時間、その後、高濃度アルカリ(NaOH:40g/L)による膜洗浄を2時間行う第2の薬品洗浄とを行ったところ、第2の薬品洗浄後に、膜差圧は初期差圧40kPaに回復した。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明の有機物含有水の膜濾過方法は、河川水や湖沼水などの表流水や、これらに凝集沈殿処理等の浄水処理を施して得られる工業用水や上水中の懸濁物や溶存物を分離して高度な浄水を得る分野において、或いは、工場や家庭、下水処理場から排出される排水中の懸濁物や溶存物を分離して再利用を図る浄化設備等の分野において、優れた効果を奏する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機物を含有する被処理水を膜濾過装置に通水して処理する通水工程と、該膜濾過装置の膜を薬品洗浄する薬品洗浄工程とを有する有機物含有水の膜濾過方法において、
該薬品洗浄工程として、
所定期間aの通水工程後に洗浄を行う第1の薬品洗浄工程と、
該第1の薬品洗浄工程の薬品とは成分及び/又は濃度の異なる薬品を用いて洗浄を行う第2の薬品洗浄工程とを備え、
該第2の薬品洗浄工程を、前回の第2の薬品洗浄から前記所定期間aよりも長い期間bが経過したとき、又は膜差圧が所定値以上に上昇したときに行うことを特徴とする有機物含有水の膜濾過方法。
【請求項2】
請求項1において、前記第1の薬品洗浄工程の前記所定期間aは12〜800時間であり、該第1の薬品洗浄工程において、酸とアルカリとを交互に用いて洗浄を行うことを特徴とする有機物含有水の膜濾過方法。
【請求項3】
請求項2において、前記第2の薬品洗浄工程において、第1の薬品洗浄工程で用いたアルカリよりも濃度の高い高濃度アルカリ、又は塩素剤を含む高濃度アルカリを用いて洗浄を行うことを特徴とする有機物含有水の膜濾過方法。
【請求項4】
請求項3において、前記第2の薬品洗浄工程において、高濃度アルカリ、又は塩素剤を含む高濃度アルカリを用いる洗浄に先立ち、前記第1の薬品洗浄工程で用いた酸よりも高濃度の酸を用いて洗浄を行うことを特徴とする有機物含有水の膜濾過方法。

【公開番号】特開2006−167582(P2006−167582A)
【公開日】平成18年6月29日(2006.6.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−363110(P2004−363110)
【出願日】平成16年12月15日(2004.12.15)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】