JP2003053160A

JP2003053160A - 分離膜の洗浄方法及び膜濾過装置

Info

Publication number: JP2003053160A
Application number: JP2001246201A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takeda; 哲竹田; Kenji Watari; 謙治亘; Shinya Sueyoshi; 信也末吉
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】分離膜を効果的に洗浄することのできる方
法、及び効率的に洗浄することのできる膜濾過装置を提
供する。【解決手段】分離膜一次側の原水を排水した後に、２
次側に配した蓄圧タンク内に貯留した逆洗用水により逆
洗すると、効果的に分離膜を洗浄することができる。ま
た蓄圧タンクに加圧気体を供給し、圧力を上昇させた後
に逆洗を行うとより効果的である。また、逆洗用水に分
離膜の濾過水を用い、逆洗に使用する逆洗用水の量を、
分離膜の膜面積１ｍ^２あたり０．１〜１０Ｌとすると、
経済的かつ効率的な洗浄を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、固液分離を行う分
離膜の洗浄方法及び膜濾過装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】膜濾過装置を用いた水の濾過は、分離性
能に優れ、コンパクトな装置構成で大量かつ連続的な処
理ができることから、様々な用途で行われている。分離
膜には、精密濾過膜や限外濾過膜、逆浸透膜などがあ
り、分離対象物質にあわせて適宜選定され使用されてい
る。例えば、精密濾過膜は、１０μｍ以下、特に１μｍ
以下の微粒子や微生物を効率よく除去することができ
る。精密濾過膜は、膜面積を大きくし且つ取り扱いを容
易にするため、中空糸膜を円筒状やスクリーン状に形成
した中空糸膜モジュールや、平膜をプリーツ状に折り円
筒状に形成したプリーツ型膜モジュールや、平膜をスク
リーン状に形成した平型膜モジュール等として用いられ
ている。

【0003】これらの分離膜を用いて濾過を行うと、膜の微
細孔で水中の懸濁物質や細菌類等が分離除去され、清澄
な濾過水が得られる。しかしながら、長時間連続して濾
過を行うと、微細孔が閉塞し、濾過水量の低下や濾過圧
力の上昇が起こる問題があった。

【0004】そこで、水中の膜面閉塞物質による分離膜の早
期目詰まりを防止するために、分離膜の二次側から一次
側に濾過水を逆通水させる逆洗や、同じく気体を通過さ
せる逆通気や、逆に分離膜の膜表面に気体を供給し、膜
を遥動させるスクラビング洗浄や、それらを組み合わせ
た洗浄等を定期的に実施し、膜の一次側に付着した膜面
閉塞物質を剥離させることにより濾過性能を回復させる
操作が行われている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では分離膜の一次側に原水が存在する状態で逆通水が
行われるため、分離膜の一次側に存在する原水が逆通水
時の負荷となり、透過流束が低下したり、剥離した膜面
閉塞物質が分離膜近傍から除去されにくい場合があり、
結果として濾過性能が十分に回復しない場合があった。

【0006】これらを解決する方法として、特開平５−１８
４８８５号公報には、限外ろ過メゾ多孔質管状膜の逆流
洗浄を行う際、膜モジュールの一次側の濃縮液コンパー
トメントを空にし、次いで、膜モジュールの二次側の透
過液コンパートメントの液を一次側に送る方法が開示さ
れている。この方法は、膜の一次側の原水を排水した後
に逆洗するものであり、原水が存在する場合と比べ洗浄
効果を高めることができる。

【0007】しかしながら、特開平５−１８４８８５号公報
においては、逆洗の手段として逆洗ポンプが使用されて
おり、ポンプによる逆洗では逆洗時のみ使用するポンプ
を別途設ける必要があり、動力費も問題になる。さら
に、逆洗を効果的に行うには、膜に対し逆洗直後に高圧
や高流量を加える必要があるが、ポンプには得られる圧
力や流量が起動後徐々に上昇していく特性があるため、
起動初期は十分な逆洗効果が得られない場合があった。

【0008】これらの問題を解決する方法として、特開平９
−１８７６２７号公報には、濾過水通路に分岐して設け
た圧力タンクに濾過水を貯留し、逆洗を行う濾過装置と
洗浄方法が開示されている。この濾過装置では、バルブ
操作により圧力タンク内に濾過水を送り込み、タンク内
気体の圧縮により濾過水の貯留と同時に昇圧させ、貯留
終了時に膜一次側の排出バルブを開け、圧力タンク内の
濾過水を膜モジュールに逆通水するものである。この濾
過装置は、圧力タンク内に貯留された濾過水の圧力が逆
通水の駆動力となり、逆洗ポンプを使用しない。また、
圧力タンクによる逆洗では、圧力タンク内の圧力を逆洗
開始直後から瞬時に膜モジュールに加えることができ
る。

【0009】しかしながら、前述の発明は、圧力タンクへの
濾過水の貯留終了と同時に膜一次側の排出バルブを開
け、圧力タンク内の濾過水を膜モジュールに逆通水する
ものであり、逆洗の際に膜の一次側の原水を排水しない
まま洗浄を行うため、結局十分な洗浄効果が得られない
問題があった。本発明は前記課題を解決するためになさ
れたもので、分離膜を効果的に洗浄することのできる方
法、及び効率的に洗浄することのできる膜濾過装置を提
供するものである。

【0010】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第一の要
旨は、分離膜の逆洗を行う方法であって、分離膜一次側
の原水を排水した後に、分離膜の二次側に配した蓄圧タ
ンク内に貯留した逆洗用水により逆洗することを特徴と
する分離膜の洗浄方法、である。また、逆洗用水を前記
蓄圧タンクに貯留し、前記蓄圧タンクに加圧気体を供給
し、圧力を上昇させた後に逆洗を行うと、洗浄効果が高
く好ましい。逆洗用水が分離膜の濾過水であると、水源
を別途必要としないため好ましい。逆洗に使用する逆洗
用水の量が、分離膜の膜面積１ｍ^２あたり０．１〜１０
Ｌであると、効果的に洗浄できるため好ましい。

【0011】また、本発明の第二の要旨は、分離膜を有する
濾過装置であって、分離膜と、該分離膜に原水を供給す
る原水供給手段と、該分離膜の一次側に連通する、給水
弁装置を備えた原水導管、排水弁装置を備えた排水管、
通気弁装置と、該分離膜の二次側に連通する排出弁装置
を備えた濾過水導管と、該濾過水導管に分岐させて設け
た、逆洗弁装置を備えた蓄圧タンクとからなることを特
徴とする濾過装置、である。また、前記蓄圧タンクに、
給気弁装置及び排気弁装置を設けると、逆洗圧力を高く
することができ好ましい。前記分離膜が精密濾過膜であ
ると、洗浄効果が高く好ましい。

【0012】

【発明の実施の形態】以下、本発明の分離膜の洗浄方法
の実施の形態を図面により詳細に説明する。図１は、本
発明の分離膜の洗浄方法及び濾過装置のフローを示す概
念図である。濾過装置は、膜モジュール１０、原水供給
手段１、給水弁装置２、原水導管３、排水弁装置４、排
水管５、排出弁装置６、濾過水導管７、逆洗弁装置８、
蓄圧タンク９とから概略構成される。膜モジュール１０
は、ハウジング１１内にＵ字状に折り返された中空糸膜
１２が、ポッティング部１３の端面で開口した状態で固
定されている。また、ハウジング１１には、通気弁装置
１４が備えられている。

【0013】原水は、原水供給手段１により原水導管３、給
水弁装置２を経て膜モジュール１０の膜一次側に供給さ
れ、膜一次側の気体は、通気弁装置１４から膜モジュー
ル１０の外部へ排出される。原水は中空糸膜１２の外表
面側から内表面側に透過し、濾過水は濾過水導管７、排
出弁装置６を経て装置外部に取り出される。例えば、定
流量濾過により一定時間濾過を行い、膜面閉塞により濾
過差圧が上昇してきた場合には逆洗が行われる。ここ
で、逆洗とは、膜モジュール１０に対し、分離膜の二次
側から一次側に向けて水を逆通水することを意味する。

【0014】逆洗を行う場合、まず排出弁装置６を閉じると
供に逆洗弁装置８を開き、濾過水を蓄圧タンク９内に貯
留させ、それと共にタンク内部の圧力を上昇させる。蓄
圧タンク９内の濾過水量は、液面センサーでモニター
し、一定量の貯留が終了すると、逆洗弁装置８を閉じる
と供に、原水供給手段１を停止させ、給水弁装置２を閉
じる。次いで、排水弁装置４を開くと、膜モジュール１
０の外部の気体が通気弁装置１４を経て膜一次側へ導入
される。それにより、膜モジュール１０の一次側の原水
が排水管５、排出弁装置４を経て排水される。

【0015】排水の終了後、逆洗弁装置８を開くと、蓄圧タ
ンク９内に貯留された濾過水は濾過水導管７を経て膜モ
ジュール１０内に流入し、中空糸膜１２の内表面側から
外表面側に透過する。これにより、中空糸膜外表面に堆
積していた膜面閉塞物質が剥離され、排水管５、排水弁
装置４を経て膜モジュール１０の外部に排出される。逆
洗の進行とともに蓄圧タンク９内の濾過水量は減少し、
液面の低下を水位センサーが検知し、逆洗弁装置８が閉
じ逆洗が終了する。逆洗終了後、濾過操作が再開され
る。なお、この例においては、蓄圧タンク内９内の貯留
量を水位センサーで検知しているが、貯留量の制御方法
はフロートスイッチ等他の方法であってもよい。

【0016】分離膜膜一次側の原水を排水する方法として
は、原水の排水が可能であればその方法に特に制限はな
く、例えば、膜モジュール１０を排水管５及び排水弁装
置４よりも高くなるように配置することにより、通気弁
装置１４を開くことにより自重落下により原水を排水す
ることができる。通気弁装置１４としては、逆洗時には
気体を導入し濾過開始時には気体を排出させる機能を有
していれば特に制限なく使用することができ、エアーベ
ントが好適に用いられる。エアーベントのみでは、気体
の導入や排出に時間がかかる場合は、別途、電磁弁、エ
アーバルブ等を設け、エアーベントを補助的に用いるこ
ともできる。

【0017】逆洗前に行う膜モジュール一次側の排水の所要
時間としては、１秒から５分、より好ましくは５秒から
３分で行うとよい。１秒から５分とすることにより、装
置の稼動時間を著しく低下させることなく排水を行うこ
とができる。また、排水時間を短縮する方法として、通
気弁装置１４を加圧気体源（図示しない）に接続し、強
制的に排水することも可能である。

【0018】本発明の蓄圧タンク９は、気密性があり耐圧性
を有するものであれば特に制限なく使用することができ
る。高圧での逆洗を可能にするため、蓄圧タンク９の耐
圧性はより高い方が好ましいが、高い耐圧性を達成する
ためにはタンクの厚さを厚くしたり、補強材を設けたり
する必要が生じ、大型化し、重量も重くなることから、
好ましい値として６００ｋＰａ、より好ましくは５００
ｋＰａを挙げることができる。

【0019】耐圧タンク９の容量は、逆洗に必要な水量にあ
わせ適宜選定するこができる。逆通水の駆動力は蓄圧タ
ンク９内に貯留された逆洗用水の圧力であり、圧力が低
いと逆洗の効果が小さく、高い方が効果は大きいが高す
ぎると膜モジュールの耐圧性から問題を生じる場合があ
る。蓄圧タンク９内の圧力は、１０〜６００ｋＰａが好
ましく、より好ましい範囲として１００〜５００ｋＰａ
を挙げることができる。

【0020】逆洗に使用する逆洗用水の量は、分離膜の膜面
積１ｍ^２あたり０．１〜１０Ｌであることが好ましい。
逆洗用水の量が０．１Ｌ未満である場合には逆洗の効果
が低く、１０Ｌを超える場合には濾過水の回収率が低く
なる。

【0021】逆洗の頻度については、原水水質に応じ適宜選
定すればよく、数分〜数時間に１回を例示することがで
きる。

【0022】逆洗用水としては、膜モジュールの二次側を汚
染しないものであれば特に制限無く使用することができ
るが、膜モジュール１０の濾過水が好適に用いられる。
膜モジュール１０の濾過水を蓄圧タンク９に貯留するこ
とにより、逆洗用水を別途準備する必要がない。

【0023】本発明の原水供給手段１とは、膜モジュール１
０に原水を必要量供給でき、また、蓄圧タンク９内に濾
過水を必要量貯留できれば特に制限無く使用することが
でき、例えば各種ポンプを例示することができる。

【0024】給水弁装置２、排水弁装置４、排出弁装置６、
逆洗弁装置８等の弁装置は、液体を阻止及び通過させる
ため切り替える機能を有していれば特に制限なく使用す
ることができ、例えば電磁弁、エアーバルブ等を例示す
ることができる。原水導管３、排水管５、濾過水導管７
等は、設定する逆洗圧力に見合う耐圧性を有していれば
特に制限はなく、例えば一般に用いられる金属配管等を
使用することができる。

【0025】図２は、本発明の膜モジュールの洗浄方法及び
濾過装置の別のフローを示す概念図である。濾過装置に
は、蓄圧タンク９に給気弁装置１５及び排気弁装置１６
が設けられている。

【0026】逆洗を行うには、図１の場合と同様に蓄圧タン
ク９内に逆洗用水が貯留され、貯留が終了すると逆洗弁
装置８が閉じ、次いで、排水弁装置４が開くと、膜モジ
ュール１０の外部の気体が通気弁装置１４を経て膜一次
側へ導入される。それにより、膜モジュール１０の一次
側の原水が排水される。その際に、給気弁装置１５を開
き蓄圧タンク９内に加圧気体を一定時間供給することに
より、蓄圧タンク９内の圧力を所望の圧力まで上昇させ
ることができる。なお、圧力上昇後は給気弁装置８を閉
じ、加圧気体の供給を終了する。蓄圧タンク９内の圧力
を上昇させることにより、逆洗効果を向上させることが
できる。

【0027】逆洗の進行とともに蓄圧タンク９内の濾過水量
は減少し、液面の低下を水位センサーが検知し、逆洗弁
装置８が閉じ逆洗が終了する。なお、その時点では蓄圧
タンク９内には残圧が存在するため、排気弁装置１５を
開くことにより残圧が開放される。

【0028】逆洗に加圧空気を使用する場合、加圧気体源が
別途必要になるが、例えばバルブ制御用の加圧気体の一
部を利用することもできる。また、前述の例において
は、逆洗弁装置８が開き逆通液を開始する前にのみ蓄圧
タンク９内に加圧気体を供給する例を示したが、さらに
洗浄効果を高めるために、逆洗弁装置８が開き逆洗を実
施している間中、加圧気体を供給してもよい。その場
合、逆洗が進行し蓄圧タンク９内の逆洗用水の量が減少
しても圧力が低下しないので、洗浄効果が向上する。

【0029】図３は、本発明の膜モジュールの洗浄方法及び
濾過装置の別のフローを示す概念図である。この例にお
いては、膜モジュール１０の下部に散気装置１７が設け
られている。逆洗を行う場合、図１と同様に蓄圧タンク
９内に逆洗用水が貯留され、貯留が終了すると逆洗弁装
置８が閉じる。次いで、ブロアからのエアーが散気装置
１７から膜モジュール１０内に導入され、中空糸膜１２
のスクラビング洗浄が行われる。スクラビングエアー
は、通気弁装置１４より膜モジュール１０の外部へと排
気される。スクラビング洗浄の終了後は、図１の例と同
様にして逆洗が行われる。

【0030】本発明の濾過装置は、加圧全量濾過を行う場合
に好適に用いられる。加圧全量濾過を行う場合には、分
離膜の分画孔径が小さくなると膜面閉塞を起こしやすく
なるため、分離膜としては精密濾過膜が好ましく用いら
れる。

【0031】膜モジュールとしては、膜が精密濾過膜であれ
ばその構造に特に制限はなく、例えば、中空糸膜を円筒
状やスクリーン状に形成した中空糸膜モジュールや、平
膜をプリーツ状に折り円筒状に形成したプリーツ型膜モ
ジュールや、平膜をスクリーン状に形成した平型膜モジ
ュール等に適用することができる。また、前述の例で
は、膜モジュールとして、中空糸膜の一方の端部をポッ
ティングした構造を図示したが、両端をポッティングし
た構造でも良い。

【0032】精密濾過膜の孔径は、０．０１〜１０μｍ程度
の細孔径を有するものであれば、その形態、構造、寸
法、材質等特に制限はなく、公知の精密濾過膜に適用す
ることができる。例えば、中空糸膜の材質としては、ポ
リオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコー
ル、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、
ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化
ビニリデン等を例示することができる。また、水の濾過
に疎水性の中空糸膜を用いる場合には、親水化処理して
用いることもできる。

【0033】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【0034】＜実施例1＞１．濾過装置濾過装置として、図２に示す構造の濾過装置を作製し
た。蓄圧タンク容量は２０Ｌ（耐圧５００ｋＰａ）と
し、蓄圧タンク入口には逆洗弁装置となるエアー駆動式
バルブを装着し、蓄圧タンク内への貯水終了後にバルブ
を閉じ、分離膜一次側の原水を排水できるようにした。
さらに、給気弁装置を設け、加圧可能とした。また、膜
モジュールには、親水化ポリエチレン多孔質中空糸膜：
ＥＸ４１０ＴＳ（三菱レイヨン（株）製、平均孔径０．
１μｍ、内径２７０μｍ、外径４１０μｍ）を用いて作
製した円筒状精密濾過モジュール（膜面積８ｍ^２）を使
用した。

【0035】２．濾過試験作製した濾過装置を使用し濾過試験を実施した。濾過試
験の原水には井戸水を使用し、濾過流束３ｍ／ｄで濾過
を６０分間行った後に、３００ｋＰａに加圧した蓄圧タ
ンクを用いて逆洗を行う操作を１ヶ月間繰り返し行い、
試験終了時の濾過差圧を測定した。なお、逆洗に使用し
た逆洗用水の水量は、膜モジュールの膜面積１ｍ^２あた
り１Ｌとした。試験条件及び結果を表１に示した。

【0036】＜実施例２＞実施例１で作製した濾過装置を使
用し、蓄圧タンクへの加圧気体の供給を行わない以外は
実施例１と同様にして濾過試験を実施した。試験条件及
び結果を表１に示した。

【0037】＜比較例１＞逆洗弁装置を備えていない以外は
実施例１と同様の構造の濾過装置を使用し、逆洗前に膜
モジュール一次側の原水の排水を行わない以外は実施例
１と同様にして濾過試験を実施した。試験条件及び結果
を表１に示した。なお、操作は、蓄圧タンクへの貯水終
了後、原水供給手段を停止するとともに排水弁装置を開
け逆洗を行った。ここでは、逆洗開始時の蓄圧タンク内
の圧力を実施例１と同一にするために、蓄圧タンクへの
貯水途中に加圧空気の供給を行って３００ｋＰａとし
た。

【0038】

【表1】

【0039】表１に示した結果より、実施例１及び２は、比
較例１と比較して濾過差圧の上昇が少なく、逆洗が効果
的に行われていることがわかる。

【0040】

【発明の効果】本発明の膜モジュールの洗浄方法及び膜
濾過によれば、膜モジュール一次側の原水を排水した後
に、蓄圧タンク内に貯留した逆洗用水により逆洗するこ
とにより、逆通水時の負荷となる膜の一次側に存在する
原水が除去された状態で、蓄圧タンク内の圧力が逆洗開
始直後から瞬時にして膜モジュールに加わることによ
り、逆洗性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜モジュールの洗浄方法及び濾過装置
のフローを示す概念図である。

【図２】本発明の膜モジュールの洗浄方法及び濾過装置
の別のフローを示す概念図である。

【図３】本発明の膜モジュールの洗浄方法及び濾過装置
の別のフローを示す概念図である。

【符号の説明】

１原水供給手段２給水弁装置３原水導管４排水弁装置５排水管６排出弁装置７濾過水導管８逆洗弁装置９蓄圧タンク１０膜モジュール１１ハウジング１２中空糸膜１３ポッティング部１４通気弁装置１５給気弁装置１６排気弁装置１７散気装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA07 HA03 HA19 HA41 HA71 JA20A JA53A JA55A JA63A JA67A JA70A KA12 KC02 KC03 KC13 KC14 KE01R KE06R KE21P MA01 MA03 MC11 MC22 MC29 MC30 MC33 MC39 MC54 MC58 MC62 PA01 PB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分離膜の逆洗を行う方法であって、分離
膜一次側の原水を排水した後に、分離膜の二次側に配し
た蓄圧タンク内に貯留した逆洗用水により逆洗すること
を特徴とする分離膜の洗浄方法。
【請求項２】逆洗用水を前記蓄圧タンクに貯留し、前
記蓄圧タンクに加圧気体を供給し、圧力を上昇させた後
に逆洗を行うことを特徴とする請求項１記載の分離膜の
洗浄方法。
【請求項３】逆洗用水が分離膜の濾過水であることを
特徴とする請求項１又は２記載の分離膜の洗浄方法。
【請求項４】逆洗に使用する逆洗用水の量が、分離膜
の膜面積１ｍ^２あたり０．１〜１０Ｌであることを特徴
とする請求項１〜３記載の分離膜の洗浄方法。
【請求項５】分離膜を有する濾過装置であって、分離
膜と、該分離膜に原水を供給する原水供給手段と、該分
離膜の一次側に連通する、給水弁装置を備えた原水導
管、排水弁装置を備えた排水管、通気弁装置と、該分離
膜の二次側に連通する排出弁装置を備えた濾過水導管
と、該濾過水導管に分岐させて設けた、逆洗弁装置を備
えた蓄圧タンクとからなることを特徴とする濾過装置。
【請求項６】前記蓄圧タンクに、給気弁装置及び排気
弁装置を設けたことを特徴とする請求項5記載の濾過装
置。
【請求項７】前記分離膜が精密濾過膜であることを特
徴とする請求項５又は６記載の濾過装置。