膜ろ過装置および膜洗浄方法
【課題】アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる膜ろ過装置および膜洗浄方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、原水である海水をろ過する膜モジュール６を、膜モジュール６によってろ過されたろ過水を逆流させて洗浄する膜ろ過装置１において、膜モジュール６の膜の洗浄のために用いられるろ過水に、殺菌剤および洗浄剤として、アルカリ溶液ではなく、過酸化水素槽９内の過酸化水素を酸性下で安定化させた状態で注入するため、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【解決手段】本発明は、原水である海水をろ過する膜モジュール６を、膜モジュール６によってろ過されたろ過水を逆流させて洗浄する膜ろ過装置１において、膜モジュール６の膜の洗浄のために用いられるろ過水に、殺菌剤および洗浄剤として、アルカリ溶液ではなく、過酸化水素槽９内の過酸化水素を酸性下で安定化させた状態で注入するため、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜ろ過装置および膜洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な水不足の懸念から海水が有力な水資源と注目されており、この海水の淡水化技術が注目されている。この淡水化技術の中でも逆浸透膜を用いた膜処理技術はエネルギー消費が小さく世界各国での導入が見込まれている。この逆浸透膜を用いた海水淡水化方法においては、砂ろ過等の前処理を用いて、海水の清澄度（Silt Density Index：ＳＤＩ）を低下させることが行なわれているものの、逆浸透膜のファウリングが激しく、海水の清澄度を下げることが困難な場合がある。
【０００３】
この海水に対し、精密ろ過膜または限外ろ過膜による前処理技術の開発が行なわれている。また、魚介類の洗浄のために海水を用いる場合がある。この海水から、腸炎ビブリオ菌やノロウィルスを除去するための装置としても、精密ろ過膜または限外ろ過膜による膜ろ過装置が活用されている。しかしながら、海水には、河川水、湖水などよりもはるかに多量の微生物が棲息しており、膜のバイオファウリングも激しく進行し、さらに海水中の高塩濃度による促進効果のために、有機物によるファウリングも激増するという問題があった。
【０００４】
このため、海水の膜ろ過のために、殺菌および膜の洗浄を目的として、殺菌剤および洗浄剤として機能する次亜塩素酸ナトリウムを、原水である海水または逆洗洗浄に用いる膜透過海水に注入していた。
【０００５】
ここで、処理対象である海水は、ｐＨ９程度の弱アルカリ性を示すうえに、カルシウム、マグネシウム濃度が高い。このような特性を示す海水中に、次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ溶液を注入してアルカリ度を高めると、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどのスケールが発生してしまう。この結果、次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ溶液を注入する管内が、発生したスケールによって閉塞してしまい、装置停止に至ってしまう場合がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、アルカリ溶液注入配管にエアー封入配管をさらに設置してアルカリ溶液と海水との接触を低減する方法や（特許文献１参照）、アルカリ溶液注入管に酸を注入して炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムの発生を低減する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２５１３３５号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の方法および特許文献２記載の方法のいずれも、殺菌剤および洗浄剤として機能する次亜塩素酸アトリウムなどのアルカリ溶液を注入するための配管に加え、エア封入配管または酸注入配管が必要になるため、装置構成が複雑となるという問題があった。また、特許文献１記載の方法および特許文献２記載の方法のいずれも、ファウリングが激しい場合には、海水中に次亜塩素酸ナトリウムを高濃度で注入する必要があり、また、アルカリ溶液と海水との接触防止や酸注入量にも限界があることから、スケールを完全に予防することが難しかった。
【０００９】
本発明によれば、上記に鑑みてなされたものであって、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる膜ろ過装置および膜洗浄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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる膜ろ過装置は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持手段と、前記保持手段によって酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水を前記膜の二次側から前記膜の一次側に逆流させて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜の一次側を洗浄することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記保持手段は、無機酸を用いて、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記過酸化水素注入手段は、無機酸によって酸性下に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記保持手段は、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水をｐＨ３．０未満に保持することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記過酸化水素注入手段は、ｐＨ３．０未満に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる膜洗浄方法は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持工程と、前記保持工程において酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる膜洗浄方法は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を注入するとともに、この過酸化水素が安定する酸性下にろ過水または原水を保持するため、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００２２】
図１は、実施の形態にかかる膜ろ過装置の構成を示す模式図である。図１に示す膜ろ過装置１は、膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に注入する殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を選択するとともに、この過酸化水素が安定する酸性下にろ過水または原水を酸性下に保持している。
【００２３】
図１に示すように、実施の形態にかかる膜ろ過装置１は、海水またはカルシウムイオン含有水を原水として貯留する原水槽２、原水槽２内の原水をディスクフィルタ４に送水する膜供給ポンプ３、原水中の微細な貝殻や階層などを除去するディスクフィルタ４、流入された水を膜モジュール６に送水する循環ポンプ５、流入された原水をろ過する膜モジュール６、膜モジュール６に空気を導入するエアーバブリング用ブロア８、殺菌剤および洗浄剤として機能する過酸化水素を保持する過酸化水素槽９、過酸化水素槽９の過酸化水素を膜透過水槽１２および膜モジュール６の間の流路内に送水する過酸化水素注入ポンプ１０、膜モジュール６に対する逆流洗浄時に膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水する逆流洗浄ポンプ１１、膜モジュール６を透過した膜透過水（ろ過水）を貯留する膜透過水槽１２、膜モジュール６から返送される原水の循環ポンプ５への流入を調節するバルブ１５ａ、膜透過水槽１２から送水された膜透過水の膜モジュール６一次側への流入を調節するバルブ１５ｂ、膜透過水槽１２から送水された膜透過水の膜モジュール６二次側への流入を調節するバルブ１５ｃ、過酸化水素槽９内に注入される塩酸を収容する塩酸槽１６、制御部２０の制御のもと塩酸槽１６から過酸化水素槽９に塩酸を注入する塩酸注入ポンプ１７および過酸化水素槽９内のｐＨを計測して計測したｐＨ値を制御部２０に出力するｐＨ計１８を有する膜ろ過機構１ａを備える。膜モジュール６は、外圧式中空糸精密ろ過膜を備える。
【００２４】
さらに、膜ろ過装置１は、膜ろ過装置１の各構成部位を制御する制御部２０、膜ろ過装置１の処理動作に関する情報を制御部２０に入力する入力部２２、膜ろ過装置１の処理動作に関する情報を出力する出力部２３を備える。制御部２０は、ｐＨ計１８が計測したｐＨ値および過酸化水素槽９に収容された過酸化水素溶液量などをもとに、過酸化水素槽９内のｐＨ値が少なくとも３．０未満となるように、塩酸注入ポンプ１７による塩酸注入量および塩酸注入タイミングを制御する。
【００２５】
まず、図１および図２を参照して、膜ろ過装置１における各処理について説明する。なお、図２は、図１に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
図２に示すように、膜ろ過装置１においては、入力部２２などの指示情報をもとに原水をろ過するろ過処理が行なわれる（ステップＳ２）。このろ過処理において、原水槽２に貯留された原水は、図１の矢印Ｙ１１に示すように、膜供給ポンプ３によって、ディスクフィルタ４に送水され微細な貝殻、海草などを取り除かれた後に、矢印Ｙ１２に示すように、循環ポンプ５によって膜モジュール６に送水される。なお、膜モジュール６に送水された原水の一部は、制御部２０の制御によって、バルブ１５ａが開状態となることによって、図１の矢印Ｙ１３に示すように、循環ポンプ５の流入口に返送され、返送水として膜モジュール６に再度送水される。膜モジュール６を透過した膜透過水（ろ過水）は、矢印Ｙ１４に示すように、膜透過水槽１２に貯留される。
【００２７】
そして、制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達したか否かを判断する（ステップＳ４）。制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達していないと判断した場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ２に戻り、ろ過機構１ａの各構成部位にろ過処理を継続させる。
【００２８】
一方、制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達したと判断した場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、膜モジュール６の膜表面の堆積物除去などのための膜洗浄処理のために、ろ過処理を停止する。
【００２９】
ここで、実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を選択し、この過酸化水素を膜モジュール６の膜洗浄に用いられるろ過水に注入している。さらに、膜ろ過装置１においては、膜洗浄に用いるろ過水に注入する過酸化水素を、過酸化水素層９内において酸性下で保持することによって、過酸化水素を安定化して、過酸化水素が不安定化した際に問題となる気泡発生による過酸化水素注入配管中の詰まりを回避している。
【００３０】
したがって、制御部２０の制御のもと、逆流洗浄ポンプ１１は、膜モジュール６の膜洗浄のために図１の矢印Ｙ２０のように膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水するとともに、過酸化水素注入ポンプ１０は、矢印Ｙ２１のように、過酸化水素槽９内の酸性下に保持された過酸化水素を、膜洗浄に用いられるろ過水内に注入する過酸化水素注入処理を行なう（ステップＳ６）。
【００３１】
次いで、膜ろ過装置１は、逆流洗浄ポンプ１１によるろ過水の送水および過酸化水素注入ポンプ１０による過酸化水素の注入を継続させた状態のまま、バルブ１５ｂを開状態として、矢印Ｙ２２に示すように、過酸化水素が注入されたろ過水を膜モジュール６の一次側に送水して膜モジュール６の一次側をフラッシング洗浄し、このフラッシング終了後、バルブ１５ｂを閉状態としバルブ１５ｃを開状態として、矢印Ｙ２３に示すように、過酸化水素が注入されたろ過水を膜モジュール６の二次側から膜モジュール６の一次側に逆流させて逆流洗浄する膜洗浄処理を行う（ステップＳ８）。ろ過処理においては海水中の微生物は膜モジュール６の膜面に捕捉され（バイオファウリング）、有機物は膜面に吸着される（有機物ファウリング）ため、膜差圧が上昇する。この膜差圧が急激に増加した場合には、膜ろ過装置１はろ過処理不能となり停止してしまう。このバイオファウリングおよび有機物ファウリングを防止するために、過酸化水素が注入されたろ過水によって、フラッシング洗浄および逆流洗浄が行われる。なお、フラッシング排水および逆流洗浄排水は、矢印Ｙ２４に示すように、膜モジュール６上部より排出される。
【００３２】
膜ろ過装置１は、逆流洗浄ポンプ１１および過酸化水素注入ポンプ１０の総帥処理を停止して膜洗浄処理を終了した後、図１の矢印Ｙ２５に示すように、エアーバブリング用ブロア８より膜モジュール６下部より膜の二次側に空気を導入するエアーバブリング処理を行なう（ステップＳ１０）。なお、空洗排水は、フラッシング排水および逆流洗浄排水と同様に、矢印Ｙ２４に示すように、膜モジュール６上部より排出される。エアーバブリング処理終了後、矢印Ｙ２６のように、ドレン１４から膜モジュール６の一次側に残留する逆流洗浄水が排出される。
【００３３】
つぎに、制御部２０は、入力部２２によって入力された指示情報などをもとに、ろ過処理を続行するか否かを判断し（ステップＳ１２）、ろ過処理を続行すると判断した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に戻ってろ過処理を開始し、ろ過処理を続行しないと判断した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、そのままろ過処理などの各処理動作を終了する。
【００３４】
このように、実施の形態における膜ろ過装置１においては、膜の洗浄のために用いられるろ過水に、殺菌剤および洗浄剤として、アルカリ溶液ではなく過酸化水素を注入するため、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどのスケール自体が発生しない。したがって、膜ろ過装置１によれば、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００３５】
さらに、膜ろ過装置１においては、膜洗浄に用いるろ過水に注入する過酸化水素を、過酸化水素層９内において酸性下で保持することによって過酸化水素を安定化しているため、過酸化水素が不安定化した際に問題となる気泡発生による過酸化水素注入配管中の詰まりを回避している。
【００３６】
この過酸化水素を酸性下に保持する理由について説明する。たとえば過酸化水素濃度３５％の過酸化水素溶液は、ｐＨ４．５〜４．７程度の弱酸性を示し、この過酸化水素溶液を海水に注入しても海水のアルカリ度を高めることはないため、スケールの発生は起こらない。
【００３７】
しかしながら、微量の金属化合物が存在する中に、弱酸性の過酸化水素溶液を注入した場合には、過酸化水素は酸素を発生しながら激しく分解する。ここで、海水は塩濃度が高く、海水周囲の金属は容易に酸化腐食し、海水中に微量の金属および金属酸化物が混入する可能性は高い。また、過酸化水素溶液を貯留する過酸化水素槽中にも微量の金属および金属酸化物が混入する場合も考えられる。このように、金属および金属酸化物が混入した状態で弱酸性下の過酸化水素溶液を注入した場合や、金属および金属酸化物が弱酸性下の過酸化水素溶液に混入した場合には、酸素の発生をともなう過酸化水素の激しい分解によって、多量の気泡が発生する。この結果、各注入ポンプや過酸化水素注入配管中に気泡が詰まってしまい、過酸化水素を正しく制御しながらろ過水中に注入することができなくなってしまう。
【００３８】
これに対し、過酸化水素は、ｐＨ値が３．０未満の強酸性下において保持された場合には、非常に安定して存在することができ、この強酸性下において保持された過酸化水素に金属および金属酸化物が混入した場合などであっても、酸素を発生しながら激しく分解することはない。本実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、ｐＨ値が少なくとも３．０未満となる酸性下で過酸化水素を保持するため、各注入ポンプや過酸化水素注入配管の詰まり原因となる気泡自体が発生しない。したがって、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１によれば、各注入ポンプや過酸化水素注入配管中が詰まることがないため、殺菌剤および洗浄剤である過酸化水素を、膜洗浄のために用いられるろ過水中に高精度で注入でき、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００３９】
実際に、図１および図２のフローにもとづいて海水のクロスフローを実施した。具体的には、ＰＶＤＦ製孔径０．１μｍ、膜面積７ｍ２の外圧式中空糸精密ろ過膜（旭化成（株）製）を３本使用し海水の膜ろ過を実施している。この場合、８０メッシュ（２００μｍ）のディスクフィルタ４に海水を通した後、循環ポンプ５で膜モジュール６の返送水とともに膜供給流量２．５２ｍ３／ｈで膜モジュール６に供給した。そして、膜ろ過装置１は、ろ過処理として、クロスフロー方式でろ過流束１．０ｍ３／（ｍ２・ｄ）の定流量ろ過を行った。膜ろ過装置１は、ろ過処理２０分の後、ろ過処理を停止している。
【００４０】
その後、過酸化水素注入ポンプ１０は、逆流洗浄ポンプ１１により送水されるろ過水に対して、塩酸を添加してｐＨ＜２．０とした濃度３５％の過酸化水素を貯槽している塩酸酸性過酸化水素槽９から、過酸化水素の濃度２０ｍｇ／Ｌとなるように過酸化水素を注入する。そして、膜ろ過装置１は、フラッシング洗浄として、膜透過水槽１２のろ過水を逆流洗浄ポンプ１１により流量２．１６ｍ３／ｈで膜の一次側に送水し２５秒洗浄した。次いで、膜ろ過装置１は、バルブ１５ｂを閉状態としバルブ１５ｃを開状態とした後に、３０秒間、膜の二次側から一次側への逆流洗浄を行った後、逆流洗浄ポンプ１１を停止する。膜ろ過装置１は、逆流洗浄排水を排水し逆流洗浄を終了した後、エアーバブリング用ブロア８より６ｍ３／ｈのエアー流量で膜モジュール６の一次側にエアーを導入し１０秒間エアーバブリング処理を行う。膜ろ過装置１は、エアーバブリング処理終了後、膜モジュール６の一次側に残留する逆流洗浄排水を排出後、膜の一次側を原水で満たし、ろ過処理を開始する。
【００４１】
以上の処理工程を１ヶ月間繰り返して運転を行った結果を図３に示す。図３は、膜ろ過装置１においてろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。図３に示すように、上述した条件のろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合であっても、膜差圧は、安定運転が可能である７０ｋＰａ程度を維持していた。これは、強酸性下に保持された過酸化水素を殺菌剤および洗浄剤として海水に注入することによって、スケールおよび気泡による配管詰まりのいずれもが発生しなかったことに起因する。
【００４２】
これに対し、強酸性下で保持される過酸化水素の代わりに、次亜塩素酸ナトリウムを、逆流洗浄水に有効塩素濃度として５ｍｇ／Ｌとなるように注入し、同様の運転を行った場合には、図４に示すように、運転当初１５ｋＰａ程度であった膜差圧が、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１と異なって、たった６日程度の運転で１００ｋＰａ以上に急上昇し、１週間で運転が不能となってしまった。そして、次亜塩素酸ナトリウムの注入口を点検したところ、注入口の逆止弁に炭酸カルシウムの結晶が析出し配管が閉塞してしまっていた。
【００４３】
以上のように、次亜塩素酸ナトリウムを使用する従来の膜ろ過装置と比較し、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、実際にスケール発生を防止できるとともに、安定したろ過処理の継続が可能であることが分かる。
【００４４】
なお、過酸化水素槽中での過酸化水素の分解を防ぐために、過酸化水素に添加する酸は、過酸化水素との反応を避けるために無機酸であることが必要である。過酸化水素に添加する無機酸としては強酸であれば構わない。塩酸のほかには、硫酸または硝酸であってもよいものの、硫酸は、海水中のカルシウムと反応して不溶性の硫酸カルシウムを生じる場合があり、また、硝酸は、逆流洗浄排水中の窒素汚染が懸念されるため、使用する無機酸としては塩酸が最も望ましい。
【００４５】
また、過酸化水素に対する酸性化の条件としてはｐＨ値が３．０未満であればよいものの、ｐＨ値を２．０未満とすることによって過酸化水素はさらに安定化することが知られているため、ｐＨ値を２．０未満とすることがさらに望ましい。
【００４６】
また、膜洗浄のために用いられるろ過水への過酸化水素の注入量としては５ｍｇ／Ｌ〜５００ｍｇ／Ｌの濃度で、１０〜１００ｍｇ／Ｌの濃度となるように注入することが望ましい。この条件下で過酸化水素を注入した場合には、海水中の金属化合物による急激な分解を生ずることがないことが確認できたため、この条件で過酸化水素を注入することによって、過酸化水素による効果的な膜の殺菌、洗浄を行うことが出来る。
【００４７】
また、膜モジュール６として外圧式中空糸精密ろ過膜を使用しているが、外圧式でも内圧式でも構わない。また、膜の種類としては精密ろ過膜でも限外ろ過膜でも構わない。ただし、海水中のノロウィルスの除去に使用する場合は限外ろ過膜が望ましい。また、膜ろ過方式としては、全量ろ過でもクロスフローろ過でも構わない。また、膜モジュール６に使用する膜素材としては、多孔質の膜であれば特に限定せず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材の中から選ばれる。
【００４８】
また、実施の形態においては、酸性下に保持した過酸化水素を膜洗浄のために用いるろ過水に注入するほか、膜洗浄のために用いるろ過水を酸性に保持してから過酸化水素を注入してもよい。この場合、図５の膜ろ過装置２０１におけるろ過機構２０１ａのように、膜透過槽１２と過酸化水素注入位置との間の流路内のろ過水に塩酸槽１６内の塩酸を注入できるように、塩酸注入ポンプ１７と塩酸注入配管とを設ける。そして、塩酸が注入された後のろ過水のｐＨを計測できるように、塩酸注入位置と過酸化水素注入位置との間にｐＨ計１８を設置する。塩酸槽１６、塩酸注入ポンプ１７および塩酸注入配管は、特許請求の範囲に記載した、膜の洗浄のために用いられるろ過水を酸性下に保持する保持手段として機能する。
【００４９】
図５に示す膜ろ過装置２０１においては、図６に示すように、図２のステップＳ２およびステップＳ４と同様に、ろ過処理（ステップＳ２２）およびろ過時間到達判断処理（ステップＳ２４）を行なう。その後、制御部２２０の制御のもと、逆流洗浄ポンプ１１は、図５の矢印Ｙ２０のように膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水するとともに、塩酸注入ポンプ１７は、矢印Ｙ２２０のように、塩酸槽１６内の塩酸を、膜洗浄に用いられるろ過水内に注入する塩酸注入処理を行なう（ステップＳ２５）。塩酸注入処理が継続される間、ｐＨ計１８は、塩酸が注入された後のろ過水のｐＨを計測し、制御部２２０に計測したｐＨ値を出力する。制御部２２０は、ろ過水のｐＨが少なくとも３．０未満になったと判断した場合には、過酸化水素注入ポンプ１０に対し、矢印Ｙ２１のように、過酸化水素槽９内の過酸化水素を、酸性下に保持されたろ過水内に注入する過酸化水素注入処理を行なう（ステップＳ２６）。次いで、膜ろ過装置２０１は、図２に示すステップＳ８〜１２と同様に、膜洗浄処理（ステップＳ２８）、エアーバブリング処理（ステップＳ３０）およびろ過処理続行判断処理（ステップＳ３２）を行なう。
【００５０】
この膜ろ過装置２０１のように、膜の洗浄のために用いられるろ過水を酸性下に保持した後に、殺菌剤および洗浄剤として過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００５１】
また、膜モジュール６を透過したろ過水を用いて膜モジュール６の膜を洗浄した場合を例に説明したが、もちろんこれに限らず、原水を用いて膜モジュール６の膜の一次側を洗浄してもよい。この場合には、図７の膜ろ過装置３０１のろ過機構３０１ａに示すように、循環ポンプ５と膜モジュール６の一次側との間の流路内の原水に、酸性下に保持した過酸化水素を注入できるように、過酸化水素槽９、過酸化水素注入ポンプ１０、塩酸槽１６、塩酸注入ポンプ１７およびｐＨ計１８を設ける。過酸化水素注入ポンプ１０は、ろ過処理が終了した後の過酸化水素注入処理として、図７の矢印Ｙ３２０に示すように、制御部３２０の制御のもと、膜洗浄のために用いられる原水内に酸性下に保持された過酸化水素を注入する。その後、膜ろ過装置３０１は、膜モジュール６の膜の一次側を洗浄する膜洗浄処理、エアーバブリング処理を行なう。この膜ろ過装置３０１のように、膜の洗浄のために用いられる原水に酸性下に保持した過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００５２】
また、図８の膜ろ過装置４０１のろ過機構４０１ａに示すように、膜洗浄のために用いる原水を酸性に保持してから過酸化水素を注入してもよい。この場合、循環ポンプ５と過酸化水素注入位置との間の流路内の原水に塩酸槽１６内の塩酸を注入できるように、塩酸注入ポンプ１７と塩酸注入配管とを設ける。そして、塩酸が注入された後の原水のｐＨを計測できるように、塩酸注入位置と過酸化水素注入位置との間にｐＨ計１８を設置する。制御部４２０は、塩酸注入処理として、矢印Ｙ４２０のように、塩酸注入ポンプ１７に塩酸槽１６内の塩酸を原水内に注入させる。そして、制御部４２０は、原水のｐＨが少なくとも３．０未満になったと判断した場合には、過酸化注入処理として、過酸化水素注入ポンプ１０に対し、矢印Ｙ３２０のように、過酸化水素槽９内の過酸化水素を、酸性下に保持された原水内に注入させる過酸化水素注入処理を行なう。その後、膜ろ過装置４０１は、膜モジュール６の膜の一次側を洗浄する膜洗浄処理、エアーバブリング処理を行なう。この膜ろ過装置４０１のように、膜の洗浄のために用いられる原水を酸性下に保持してから過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態にかかる膜ろ過装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す膜ろ過装置においてろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。
【図４】従来技術にかかる膜ろ過装置においてろ過処理および膜洗浄処理を行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。
【図５】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【図６】図５に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，２０１，３０１，４０１ 膜ろ過装置
１ａ，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ ろ過機構
２ 原水槽
３ 膜供給ポンプ
４ ディスクフィルタ
５ 循環ポンプ
６ 膜モジュール
８ エアーバブリング用ブロア
９ 過酸化水素槽
１０ 過酸化水素注入ポンプ
１１ 逆流洗浄ポンプ
１２ 膜透過水槽
１４ ドレン
１５ａ〜１５ｃ バルブ
１６ 塩酸槽
１７ 塩酸注入ポンプ
１８ ｐＨ計
２０ 制御部
２２ 入力部
２３ 出力部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜ろ過装置および膜洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な水不足の懸念から海水が有力な水資源と注目されており、この海水の淡水化技術が注目されている。この淡水化技術の中でも逆浸透膜を用いた膜処理技術はエネルギー消費が小さく世界各国での導入が見込まれている。この逆浸透膜を用いた海水淡水化方法においては、砂ろ過等の前処理を用いて、海水の清澄度（Silt Density Index：ＳＤＩ）を低下させることが行なわれているものの、逆浸透膜のファウリングが激しく、海水の清澄度を下げることが困難な場合がある。
【０００３】
この海水に対し、精密ろ過膜または限外ろ過膜による前処理技術の開発が行なわれている。また、魚介類の洗浄のために海水を用いる場合がある。この海水から、腸炎ビブリオ菌やノロウィルスを除去するための装置としても、精密ろ過膜または限外ろ過膜による膜ろ過装置が活用されている。しかしながら、海水には、河川水、湖水などよりもはるかに多量の微生物が棲息しており、膜のバイオファウリングも激しく進行し、さらに海水中の高塩濃度による促進効果のために、有機物によるファウリングも激増するという問題があった。
【０００４】
このため、海水の膜ろ過のために、殺菌および膜の洗浄を目的として、殺菌剤および洗浄剤として機能する次亜塩素酸ナトリウムを、原水である海水または逆洗洗浄に用いる膜透過海水に注入していた。
【０００５】
ここで、処理対象である海水は、ｐＨ９程度の弱アルカリ性を示すうえに、カルシウム、マグネシウム濃度が高い。このような特性を示す海水中に、次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ溶液を注入してアルカリ度を高めると、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどのスケールが発生してしまう。この結果、次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ溶液を注入する管内が、発生したスケールによって閉塞してしまい、装置停止に至ってしまう場合がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、アルカリ溶液注入配管にエアー封入配管をさらに設置してアルカリ溶液と海水との接触を低減する方法や（特許文献１参照）、アルカリ溶液注入管に酸を注入して炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムの発生を低減する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２５１３３５号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の方法および特許文献２記載の方法のいずれも、殺菌剤および洗浄剤として機能する次亜塩素酸アトリウムなどのアルカリ溶液を注入するための配管に加え、エア封入配管または酸注入配管が必要になるため、装置構成が複雑となるという問題があった。また、特許文献１記載の方法および特許文献２記載の方法のいずれも、ファウリングが激しい場合には、海水中に次亜塩素酸ナトリウムを高濃度で注入する必要があり、また、アルカリ溶液と海水との接触防止や酸注入量にも限界があることから、スケールを完全に予防することが難しかった。
【０００９】
本発明によれば、上記に鑑みてなされたものであって、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる膜ろ過装置および膜洗浄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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる膜ろ過装置は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持手段と、前記保持手段によって酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水を前記膜の二次側から前記膜の一次側に逆流させて前記膜を洗浄することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜の一次側を洗浄することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記保持手段は、無機酸を用いて、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記過酸化水素注入手段は、無機酸によって酸性下に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記保持手段は、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水をｐＨ３．０未満に保持することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる膜ろ過装置は、前記過酸化水素注入手段は、ｐＨ３．０未満に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる膜洗浄方法は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持工程と、前記保持工程において酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる膜洗浄方法は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を注入するとともに、この過酸化水素が安定する酸性下にろ過水または原水を保持するため、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００２２】
図１は、実施の形態にかかる膜ろ過装置の構成を示す模式図である。図１に示す膜ろ過装置１は、膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に注入する殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を選択するとともに、この過酸化水素が安定する酸性下にろ過水または原水を酸性下に保持している。
【００２３】
図１に示すように、実施の形態にかかる膜ろ過装置１は、海水またはカルシウムイオン含有水を原水として貯留する原水槽２、原水槽２内の原水をディスクフィルタ４に送水する膜供給ポンプ３、原水中の微細な貝殻や階層などを除去するディスクフィルタ４、流入された水を膜モジュール６に送水する循環ポンプ５、流入された原水をろ過する膜モジュール６、膜モジュール６に空気を導入するエアーバブリング用ブロア８、殺菌剤および洗浄剤として機能する過酸化水素を保持する過酸化水素槽９、過酸化水素槽９の過酸化水素を膜透過水槽１２および膜モジュール６の間の流路内に送水する過酸化水素注入ポンプ１０、膜モジュール６に対する逆流洗浄時に膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水する逆流洗浄ポンプ１１、膜モジュール６を透過した膜透過水（ろ過水）を貯留する膜透過水槽１２、膜モジュール６から返送される原水の循環ポンプ５への流入を調節するバルブ１５ａ、膜透過水槽１２から送水された膜透過水の膜モジュール６一次側への流入を調節するバルブ１５ｂ、膜透過水槽１２から送水された膜透過水の膜モジュール６二次側への流入を調節するバルブ１５ｃ、過酸化水素槽９内に注入される塩酸を収容する塩酸槽１６、制御部２０の制御のもと塩酸槽１６から過酸化水素槽９に塩酸を注入する塩酸注入ポンプ１７および過酸化水素槽９内のｐＨを計測して計測したｐＨ値を制御部２０に出力するｐＨ計１８を有する膜ろ過機構１ａを備える。膜モジュール６は、外圧式中空糸精密ろ過膜を備える。
【００２４】
さらに、膜ろ過装置１は、膜ろ過装置１の各構成部位を制御する制御部２０、膜ろ過装置１の処理動作に関する情報を制御部２０に入力する入力部２２、膜ろ過装置１の処理動作に関する情報を出力する出力部２３を備える。制御部２０は、ｐＨ計１８が計測したｐＨ値および過酸化水素槽９に収容された過酸化水素溶液量などをもとに、過酸化水素槽９内のｐＨ値が少なくとも３．０未満となるように、塩酸注入ポンプ１７による塩酸注入量および塩酸注入タイミングを制御する。
【００２５】
まず、図１および図２を参照して、膜ろ過装置１における各処理について説明する。なお、図２は、図１に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
図２に示すように、膜ろ過装置１においては、入力部２２などの指示情報をもとに原水をろ過するろ過処理が行なわれる（ステップＳ２）。このろ過処理において、原水槽２に貯留された原水は、図１の矢印Ｙ１１に示すように、膜供給ポンプ３によって、ディスクフィルタ４に送水され微細な貝殻、海草などを取り除かれた後に、矢印Ｙ１２に示すように、循環ポンプ５によって膜モジュール６に送水される。なお、膜モジュール６に送水された原水の一部は、制御部２０の制御によって、バルブ１５ａが開状態となることによって、図１の矢印Ｙ１３に示すように、循環ポンプ５の流入口に返送され、返送水として膜モジュール６に再度送水される。膜モジュール６を透過した膜透過水（ろ過水）は、矢印Ｙ１４に示すように、膜透過水槽１２に貯留される。
【００２７】
そして、制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達したか否かを判断する（ステップＳ４）。制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達していないと判断した場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ２に戻り、ろ過機構１ａの各構成部位にろ過処理を継続させる。
【００２８】
一方、制御部２０は、ろ過処理を開始してから所定のろ過時間に到達したと判断した場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、膜モジュール６の膜表面の堆積物除去などのための膜洗浄処理のために、ろ過処理を停止する。
【００２９】
ここで、実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、殺菌剤および洗浄剤としてアルカリ溶液ではなく過酸化水素を選択し、この過酸化水素を膜モジュール６の膜洗浄に用いられるろ過水に注入している。さらに、膜ろ過装置１においては、膜洗浄に用いるろ過水に注入する過酸化水素を、過酸化水素層９内において酸性下で保持することによって、過酸化水素を安定化して、過酸化水素が不安定化した際に問題となる気泡発生による過酸化水素注入配管中の詰まりを回避している。
【００３０】
したがって、制御部２０の制御のもと、逆流洗浄ポンプ１１は、膜モジュール６の膜洗浄のために図１の矢印Ｙ２０のように膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水するとともに、過酸化水素注入ポンプ１０は、矢印Ｙ２１のように、過酸化水素槽９内の酸性下に保持された過酸化水素を、膜洗浄に用いられるろ過水内に注入する過酸化水素注入処理を行なう（ステップＳ６）。
【００３１】
次いで、膜ろ過装置１は、逆流洗浄ポンプ１１によるろ過水の送水および過酸化水素注入ポンプ１０による過酸化水素の注入を継続させた状態のまま、バルブ１５ｂを開状態として、矢印Ｙ２２に示すように、過酸化水素が注入されたろ過水を膜モジュール６の一次側に送水して膜モジュール６の一次側をフラッシング洗浄し、このフラッシング終了後、バルブ１５ｂを閉状態としバルブ１５ｃを開状態として、矢印Ｙ２３に示すように、過酸化水素が注入されたろ過水を膜モジュール６の二次側から膜モジュール６の一次側に逆流させて逆流洗浄する膜洗浄処理を行う（ステップＳ８）。ろ過処理においては海水中の微生物は膜モジュール６の膜面に捕捉され（バイオファウリング）、有機物は膜面に吸着される（有機物ファウリング）ため、膜差圧が上昇する。この膜差圧が急激に増加した場合には、膜ろ過装置１はろ過処理不能となり停止してしまう。このバイオファウリングおよび有機物ファウリングを防止するために、過酸化水素が注入されたろ過水によって、フラッシング洗浄および逆流洗浄が行われる。なお、フラッシング排水および逆流洗浄排水は、矢印Ｙ２４に示すように、膜モジュール６上部より排出される。
【００３２】
膜ろ過装置１は、逆流洗浄ポンプ１１および過酸化水素注入ポンプ１０の総帥処理を停止して膜洗浄処理を終了した後、図１の矢印Ｙ２５に示すように、エアーバブリング用ブロア８より膜モジュール６下部より膜の二次側に空気を導入するエアーバブリング処理を行なう（ステップＳ１０）。なお、空洗排水は、フラッシング排水および逆流洗浄排水と同様に、矢印Ｙ２４に示すように、膜モジュール６上部より排出される。エアーバブリング処理終了後、矢印Ｙ２６のように、ドレン１４から膜モジュール６の一次側に残留する逆流洗浄水が排出される。
【００３３】
つぎに、制御部２０は、入力部２２によって入力された指示情報などをもとに、ろ過処理を続行するか否かを判断し（ステップＳ１２）、ろ過処理を続行すると判断した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に戻ってろ過処理を開始し、ろ過処理を続行しないと判断した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、そのままろ過処理などの各処理動作を終了する。
【００３４】
このように、実施の形態における膜ろ過装置１においては、膜の洗浄のために用いられるろ過水に、殺菌剤および洗浄剤として、アルカリ溶液ではなく過酸化水素を注入するため、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどのスケール自体が発生しない。したがって、膜ろ過装置１によれば、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止しながら、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００３５】
さらに、膜ろ過装置１においては、膜洗浄に用いるろ過水に注入する過酸化水素を、過酸化水素層９内において酸性下で保持することによって過酸化水素を安定化しているため、過酸化水素が不安定化した際に問題となる気泡発生による過酸化水素注入配管中の詰まりを回避している。
【００３６】
この過酸化水素を酸性下に保持する理由について説明する。たとえば過酸化水素濃度３５％の過酸化水素溶液は、ｐＨ４．５〜４．７程度の弱酸性を示し、この過酸化水素溶液を海水に注入しても海水のアルカリ度を高めることはないため、スケールの発生は起こらない。
【００３７】
しかしながら、微量の金属化合物が存在する中に、弱酸性の過酸化水素溶液を注入した場合には、過酸化水素は酸素を発生しながら激しく分解する。ここで、海水は塩濃度が高く、海水周囲の金属は容易に酸化腐食し、海水中に微量の金属および金属酸化物が混入する可能性は高い。また、過酸化水素溶液を貯留する過酸化水素槽中にも微量の金属および金属酸化物が混入する場合も考えられる。このように、金属および金属酸化物が混入した状態で弱酸性下の過酸化水素溶液を注入した場合や、金属および金属酸化物が弱酸性下の過酸化水素溶液に混入した場合には、酸素の発生をともなう過酸化水素の激しい分解によって、多量の気泡が発生する。この結果、各注入ポンプや過酸化水素注入配管中に気泡が詰まってしまい、過酸化水素を正しく制御しながらろ過水中に注入することができなくなってしまう。
【００３８】
これに対し、過酸化水素は、ｐＨ値が３．０未満の強酸性下において保持された場合には、非常に安定して存在することができ、この強酸性下において保持された過酸化水素に金属および金属酸化物が混入した場合などであっても、酸素を発生しながら激しく分解することはない。本実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、ｐＨ値が少なくとも３．０未満となる酸性下で過酸化水素を保持するため、各注入ポンプや過酸化水素注入配管の詰まり原因となる気泡自体が発生しない。したがって、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１によれば、各注入ポンプや過酸化水素注入配管中が詰まることがないため、殺菌剤および洗浄剤である過酸化水素を、膜洗浄のために用いられるろ過水中に高精度で注入でき、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００３９】
実際に、図１および図２のフローにもとづいて海水のクロスフローを実施した。具体的には、ＰＶＤＦ製孔径０．１μｍ、膜面積７ｍ２の外圧式中空糸精密ろ過膜（旭化成（株）製）を３本使用し海水の膜ろ過を実施している。この場合、８０メッシュ（２００μｍ）のディスクフィルタ４に海水を通した後、循環ポンプ５で膜モジュール６の返送水とともに膜供給流量２．５２ｍ３／ｈで膜モジュール６に供給した。そして、膜ろ過装置１は、ろ過処理として、クロスフロー方式でろ過流束１．０ｍ３／（ｍ２・ｄ）の定流量ろ過を行った。膜ろ過装置１は、ろ過処理２０分の後、ろ過処理を停止している。
【００４０】
その後、過酸化水素注入ポンプ１０は、逆流洗浄ポンプ１１により送水されるろ過水に対して、塩酸を添加してｐＨ＜２．０とした濃度３５％の過酸化水素を貯槽している塩酸酸性過酸化水素槽９から、過酸化水素の濃度２０ｍｇ／Ｌとなるように過酸化水素を注入する。そして、膜ろ過装置１は、フラッシング洗浄として、膜透過水槽１２のろ過水を逆流洗浄ポンプ１１により流量２．１６ｍ３／ｈで膜の一次側に送水し２５秒洗浄した。次いで、膜ろ過装置１は、バルブ１５ｂを閉状態としバルブ１５ｃを開状態とした後に、３０秒間、膜の二次側から一次側への逆流洗浄を行った後、逆流洗浄ポンプ１１を停止する。膜ろ過装置１は、逆流洗浄排水を排水し逆流洗浄を終了した後、エアーバブリング用ブロア８より６ｍ３／ｈのエアー流量で膜モジュール６の一次側にエアーを導入し１０秒間エアーバブリング処理を行う。膜ろ過装置１は、エアーバブリング処理終了後、膜モジュール６の一次側に残留する逆流洗浄排水を排出後、膜の一次側を原水で満たし、ろ過処理を開始する。
【００４１】
以上の処理工程を１ヶ月間繰り返して運転を行った結果を図３に示す。図３は、膜ろ過装置１においてろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。図３に示すように、上述した条件のろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合であっても、膜差圧は、安定運転が可能である７０ｋＰａ程度を維持していた。これは、強酸性下に保持された過酸化水素を殺菌剤および洗浄剤として海水に注入することによって、スケールおよび気泡による配管詰まりのいずれもが発生しなかったことに起因する。
【００４２】
これに対し、強酸性下で保持される過酸化水素の代わりに、次亜塩素酸ナトリウムを、逆流洗浄水に有効塩素濃度として５ｍｇ／Ｌとなるように注入し、同様の運転を行った場合には、図４に示すように、運転当初１５ｋＰａ程度であった膜差圧が、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１と異なって、たった６日程度の運転で１００ｋＰａ以上に急上昇し、１週間で運転が不能となってしまった。そして、次亜塩素酸ナトリウムの注入口を点検したところ、注入口の逆止弁に炭酸カルシウムの結晶が析出し配管が閉塞してしまっていた。
【００４３】
以上のように、次亜塩素酸ナトリウムを使用する従来の膜ろ過装置と比較し、本実施の形態にかかる膜ろ過装置１においては、実際にスケール発生を防止できるとともに、安定したろ過処理の継続が可能であることが分かる。
【００４４】
なお、過酸化水素槽中での過酸化水素の分解を防ぐために、過酸化水素に添加する酸は、過酸化水素との反応を避けるために無機酸であることが必要である。過酸化水素に添加する無機酸としては強酸であれば構わない。塩酸のほかには、硫酸または硝酸であってもよいものの、硫酸は、海水中のカルシウムと反応して不溶性の硫酸カルシウムを生じる場合があり、また、硝酸は、逆流洗浄排水中の窒素汚染が懸念されるため、使用する無機酸としては塩酸が最も望ましい。
【００４５】
また、過酸化水素に対する酸性化の条件としてはｐＨ値が３．０未満であればよいものの、ｐＨ値を２．０未満とすることによって過酸化水素はさらに安定化することが知られているため、ｐＨ値を２．０未満とすることがさらに望ましい。
【００４６】
また、膜洗浄のために用いられるろ過水への過酸化水素の注入量としては５ｍｇ／Ｌ〜５００ｍｇ／Ｌの濃度で、１０〜１００ｍｇ／Ｌの濃度となるように注入することが望ましい。この条件下で過酸化水素を注入した場合には、海水中の金属化合物による急激な分解を生ずることがないことが確認できたため、この条件で過酸化水素を注入することによって、過酸化水素による効果的な膜の殺菌、洗浄を行うことが出来る。
【００４７】
また、膜モジュール６として外圧式中空糸精密ろ過膜を使用しているが、外圧式でも内圧式でも構わない。また、膜の種類としては精密ろ過膜でも限外ろ過膜でも構わない。ただし、海水中のノロウィルスの除去に使用する場合は限外ろ過膜が望ましい。また、膜ろ過方式としては、全量ろ過でもクロスフローろ過でも構わない。また、膜モジュール６に使用する膜素材としては、多孔質の膜であれば特に限定せず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材の中から選ばれる。
【００４８】
また、実施の形態においては、酸性下に保持した過酸化水素を膜洗浄のために用いるろ過水に注入するほか、膜洗浄のために用いるろ過水を酸性に保持してから過酸化水素を注入してもよい。この場合、図５の膜ろ過装置２０１におけるろ過機構２０１ａのように、膜透過槽１２と過酸化水素注入位置との間の流路内のろ過水に塩酸槽１６内の塩酸を注入できるように、塩酸注入ポンプ１７と塩酸注入配管とを設ける。そして、塩酸が注入された後のろ過水のｐＨを計測できるように、塩酸注入位置と過酸化水素注入位置との間にｐＨ計１８を設置する。塩酸槽１６、塩酸注入ポンプ１７および塩酸注入配管は、特許請求の範囲に記載した、膜の洗浄のために用いられるろ過水を酸性下に保持する保持手段として機能する。
【００４９】
図５に示す膜ろ過装置２０１においては、図６に示すように、図２のステップＳ２およびステップＳ４と同様に、ろ過処理（ステップＳ２２）およびろ過時間到達判断処理（ステップＳ２４）を行なう。その後、制御部２２０の制御のもと、逆流洗浄ポンプ１１は、図５の矢印Ｙ２０のように膜透過水槽１２内のろ過水を膜モジュール６に送水するとともに、塩酸注入ポンプ１７は、矢印Ｙ２２０のように、塩酸槽１６内の塩酸を、膜洗浄に用いられるろ過水内に注入する塩酸注入処理を行なう（ステップＳ２５）。塩酸注入処理が継続される間、ｐＨ計１８は、塩酸が注入された後のろ過水のｐＨを計測し、制御部２２０に計測したｐＨ値を出力する。制御部２２０は、ろ過水のｐＨが少なくとも３．０未満になったと判断した場合には、過酸化水素注入ポンプ１０に対し、矢印Ｙ２１のように、過酸化水素槽９内の過酸化水素を、酸性下に保持されたろ過水内に注入する過酸化水素注入処理を行なう（ステップＳ２６）。次いで、膜ろ過装置２０１は、図２に示すステップＳ８〜１２と同様に、膜洗浄処理（ステップＳ２８）、エアーバブリング処理（ステップＳ３０）およびろ過処理続行判断処理（ステップＳ３２）を行なう。
【００５０】
この膜ろ過装置２０１のように、膜の洗浄のために用いられるろ過水を酸性下に保持した後に、殺菌剤および洗浄剤として過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００５１】
また、膜モジュール６を透過したろ過水を用いて膜モジュール６の膜を洗浄した場合を例に説明したが、もちろんこれに限らず、原水を用いて膜モジュール６の膜の一次側を洗浄してもよい。この場合には、図７の膜ろ過装置３０１のろ過機構３０１ａに示すように、循環ポンプ５と膜モジュール６の一次側との間の流路内の原水に、酸性下に保持した過酸化水素を注入できるように、過酸化水素槽９、過酸化水素注入ポンプ１０、塩酸槽１６、塩酸注入ポンプ１７およびｐＨ計１８を設ける。過酸化水素注入ポンプ１０は、ろ過処理が終了した後の過酸化水素注入処理として、図７の矢印Ｙ３２０に示すように、制御部３２０の制御のもと、膜洗浄のために用いられる原水内に酸性下に保持された過酸化水素を注入する。その後、膜ろ過装置３０１は、膜モジュール６の膜の一次側を洗浄する膜洗浄処理、エアーバブリング処理を行なう。この膜ろ過装置３０１のように、膜の洗浄のために用いられる原水に酸性下に保持した過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【００５２】
また、図８の膜ろ過装置４０１のろ過機構４０１ａに示すように、膜洗浄のために用いる原水を酸性に保持してから過酸化水素を注入してもよい。この場合、循環ポンプ５と過酸化水素注入位置との間の流路内の原水に塩酸槽１６内の塩酸を注入できるように、塩酸注入ポンプ１７と塩酸注入配管とを設ける。そして、塩酸が注入された後の原水のｐＨを計測できるように、塩酸注入位置と過酸化水素注入位置との間にｐＨ計１８を設置する。制御部４２０は、塩酸注入処理として、矢印Ｙ４２０のように、塩酸注入ポンプ１７に塩酸槽１６内の塩酸を原水内に注入させる。そして、制御部４２０は、原水のｐＨが少なくとも３．０未満になったと判断した場合には、過酸化注入処理として、過酸化水素注入ポンプ１０に対し、矢印Ｙ３２０のように、過酸化水素槽９内の過酸化水素を、酸性下に保持された原水内に注入させる過酸化水素注入処理を行なう。その後、膜ろ過装置４０１は、膜モジュール６の膜の一次側を洗浄する膜洗浄処理、エアーバブリング処理を行なう。この膜ろ過装置４０１のように、膜の洗浄のために用いられる原水を酸性下に保持してから過酸化水素を注入した場合も、アルカリ溶液注入に起因するスケール発生を防止することができるため、殺菌および洗浄を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態にかかる膜ろ過装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す膜ろ過装置においてろ過処理および膜洗浄処理を１ヶ月間行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。
【図４】従来技術にかかる膜ろ過装置においてろ過処理および膜洗浄処理を行なった場合における膜差圧の時間依存を示す図である。
【図５】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【図６】図５に示す膜ろ過装置１が行なう各処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態にかかる膜ろ過装置の他の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，２０１，３０１，４０１ 膜ろ過装置
１ａ，２０１ａ，３０１ａ，４０１ａ ろ過機構
２ 原水槽
３ 膜供給ポンプ
４ ディスクフィルタ
５ 循環ポンプ
６ 膜モジュール
８ エアーバブリング用ブロア
９ 過酸化水素槽
１０ 過酸化水素注入ポンプ
１１ 逆流洗浄ポンプ
１２ 膜透過水槽
１４ ドレン
１５ａ〜１５ｃ バルブ
１６ 塩酸槽
１７ 塩酸注入ポンプ
１８ ｐＨ計
２０ 制御部
２２ 入力部
２３ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持手段と、
前記保持手段によって酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、
を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段を備え、
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項３】
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水を前記膜の二次側から前記膜の一次側に逆流させて前記膜を洗浄することを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜の一次側を洗浄することを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記保持手段は、無機酸を用いて、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持することを特徴とする請求項１、３または４に記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
前記過酸化水素注入手段は、無機酸によって酸性下に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
【請求項７】
前記保持手段は、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水をｐＨ３．０未満に保持することを特徴とする請求項１、３または４に記載の膜ろ過装置。
【請求項８】
前記過酸化水素注入手段は、ｐＨ３．０未満に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
【請求項９】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持工程と、
前記保持工程において酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、
前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、
を含むことを特徴とする膜洗浄方法。
【請求項１０】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、
前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、
を含むことを特徴とする膜洗浄方法。
【請求項１】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持手段と、
前記保持手段によって酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段と、
を備え、前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜と、前記膜によってろ過されたろ過水または前記原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄手段とを備えた膜ろ過装置において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入手段を備え、
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄することを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項３】
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水を前記膜の二次側から前記膜の一次側に逆流させて前記膜を洗浄することを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記洗浄手段は、前記過酸化水素注入手段によって過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜の一次側を洗浄することを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記保持手段は、無機酸を用いて、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持することを特徴とする請求項１、３または４に記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
前記過酸化水素注入手段は、無機酸によって酸性下に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
【請求項７】
前記保持手段は、前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水をｐＨ３．０未満に保持することを特徴とする請求項１、３または４に記載の膜ろ過装置。
【請求項８】
前記過酸化水素注入手段は、ｐＨ３．０未満に保持された前記過酸化水素を注入することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の膜ろ過装置。
【請求項９】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水を酸性下に保持する保持工程と、
前記保持工程において酸性下に保持されたろ過水または原水に過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、
前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、
を含むことを特徴とする膜洗浄方法。
【請求項１０】
原水である海水またはカルシウムイオン含有水をろ過する膜を洗浄する膜洗浄方法において、
前記膜の洗浄のために用いられるろ過水または原水に、酸性下に保持された過酸化水素を注入する過酸化水素注入工程と、
前記過酸化水素注入工程において過酸化水素を注入されたろ過水または原水を用いて前記膜を洗浄する洗浄工程と、
を含むことを特徴とする膜洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１４８６６７（Ｐ２００９−１４８６６７Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２７３１８（Ｐ２００７−３２７３１８）
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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