JP2009112908A - 膜濾過装置の逆洗方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆洗を効率的に行い、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置の逆洗方法を提供すること。
【解決手段】濾過槽１内を原水室１０１と処理水室１０２とに区画し、該原水室内に、処理水室１０２側に開口４０２を有する濾過筒４を設置し、原水が該原水室１０１内を上向流しながら濾過され処理水として処理水室１０２内に集水される構造を有し、且つ前記原水室１０１には原水供給管１０５と洗浄排水排出管１１０が接続され、処理水室１０２には処理水排出管１０５が接続され、各々開閉弁を備え、前記洗浄水供給管１０７と前記処理水室１０２に満たされている該洗浄水を加圧する加圧手段とを備える膜濾過装置の逆洗方法において、前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａを開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う際に、前記膜の原水に対する透過流束の３倍以上で逆洗することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、膜濾過装置の逆洗方法に関し、詳しくは、逆洗を効率的に行い、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置の逆洗方法に関する。

原油等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾の海水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。

ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国に運ばれることになる。従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。

このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用される。

また、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約（以下、条約という）のＤ−２規則に規定する排出基準（Ｇ８）は、大きさ１０〜５０μｍのプランクトンは１０個／ｍｌ；大きさ５０μｍ以上のプランクトンは１０個／ｍ^３；大きさ０．５〜３μｍの大腸菌は２５０ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍのコレラ菌は１ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍの腸球菌は１００ｃｆｕ／１００ｍｌとなる。

更に、２００５年７月２２日に採択された活性物質を利用するバラスト水管理システム承認手順（Ｇ９）では、その目的について、船舶の安全、人の健康及び水環境に関して、活性物質及び一つ以上の活性物質を含む製剤の承認可能性及びバラスト水管理システムでの適用を決定するものとしている。そして、このＧ９では、活性物質とは有害水生生物及び病原体に対し、一般的又は特定の作用をもつウイルス又は菌類を含む物質又は生物をいう、と定義し、検証として毒性試験を義務付けようとしている。

以上のような背景から、Ｇ８やＧ９の要請を満足するには、非常に厳しい殺菌あるいは除菌が必要となっている。

従来、バラスト水の殺菌・除菌技術としては、オゾンを用いた化学的手法として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１は、バラスト水に蒸気の注入と併用してオゾンを注入し、しかもオゾンを微細気泡化しヒドロキシラジカルの生成を促進してオゾンの使用量を削減しつつ殺菌する技術を提案している。

しかし、オゾンの使用量の削減にも限界があり、このため膜処理を採用する研究が急速に進んでいる。

バラスト水（海水）には、生物に由来するゲル状物質が多く存在し、また膜を目つまりさせやすい物質が存在しているので、膜モジュールを用いてバラスト水を膜処理する場合、長期運転を実現するために膜洗浄が重要となる。

一方、バラスト水の膜処理は船舶上で行われるので、逆洗浄水の水量は限られている。このため少ない水量で逆洗することも望まれる。

特許文献２には、膜洗浄において酵素を用いる技術や酵素と酸化剤の併用技術が開示されている。特許文献３には、膜洗浄においてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水和物を用いる技術が開示されている。また、膜処理を行わない方法として、特許文献４にはヨウ素で処理する方法、特許文献５では次亜塩素酸ナトリウムで処理する方法が開示されている。

特許文献２〜特許文献５に記載の技術では、何等かの化学薬品を用いるため、海水供給元の港湾域に放流する場合には、Ｇ８やＧ９対策上、生態系への影響を考慮しなければならず、また船内で処理する場には中和等に多量の薬剤を使用せざるを得ない課題がある。
特開２００４−１６０４３７号公報 特開平３−１３３９４７号公報 特開平１１−３１９５１８号公報 特表２００２−５０４８５１号公報 特開平４−３２２７８８号公報

そこで、本発明の課題は、従来の問題点を解決すると共に、逆洗を効率的に行い、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置の逆洗方法を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理水室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と前記洗浄排水排出管と前記処理水排出管には各々開閉弁を備え、前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備える膜濾過装置の逆洗方法において、
前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う際に、
前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で逆洗することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。

（請求項２）
前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）が、５〜３０ｍ^３／ｍ^２・日の範囲である精密濾過膜であることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置の逆洗方法。

（請求項３）
前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜濾過装置の逆洗方法。

（請求項４）
前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）の４倍以上で逆洗することを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜濾過装置の逆洗方法。

本発明によると、逆洗を効率的に行い、バラスト水の処理に好適な膜濾過装置の逆洗方法を提供することができ、特にＧ８やＧ９対策を格別考慮する必要性をなくする効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明の方法を実施可能な膜濾過装置の一例を示す概略断面図である。

図中、１は濾過槽であり、円筒竪型に形成されることが好ましく、該濾過槽１は仕切板２により、原水が導入される原水室１０１と濾過された後の処理水が集水される処理水室１０２とに区画されている。

原水室１０１の側部には原水供給口１０３が設けられ、処理水室１０２の上部には処理水排出口１０４が設けられている。

原水供給口１０３には原水供給管１０５が接続されている。１０５Ａは原水供給管１０５に設けられた開閉弁である。

原水は、例えばバラスト水（海水や淡水）などが挙げられる。バラスト水として海水を原水とする場合、濾過対象となる物質としては、動物性プランクトン、植物性プランクトン、微生物、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅなどの元素又はその酸化物や塩化物などの無機物、その他、懸濁物質（ＳＳ）、ゲル状物質などがある。

処理水排出口１０４には処理水排出管１０６が接続され、該処理水排出管１０６には開閉弁１０６Ａが設けられている。

また、処理水排出口１０４には濾過膜の逆洗浄を行うための洗浄水を供給するための洗浄水供給管１０７が接続され、該洗浄水供給管１０７には開閉弁１０７Ａが設けられている。

更に、処理水排出口１０４には、逆洗浄時に処理水室１０２内に洗浄水が満たされている状態で空気を供給して該処理水室１０２内を加圧するための空気供給管１０８の一端が接続され、該空気供給管１０８には開閉弁１０８Ａが設けられている。空気供給管１０８の他端は加圧空気を供給するための空気供給源３に接続されている。空気供給源３には例えばコンプレッサーを用いることができる。

処理水室１０１の底部には洗浄排水排出口１０９が設けられている。洗浄排水排出口１０９には洗浄排水排出管１１０が接続され、該洗浄排水排出管１１０には開閉弁１１０Ａが設けられている。

４は、仕切板２に例えば吊り下げられた濾過筒であり、該濾過筒４は多孔製の円筒形の支持体４００と該支持体４００の外周に被覆され袋状に形成された濾過膜４０１によって構成され、濾過筒４の上部は処理水室１０２に処理水を送液可能なように、該処理水室１０２側に向けて開口する上部開口４０２を有している。

支持体４００は上部開口４０２を有する樹脂製円筒形であり、例えばポリエチレン製のものを用いることができる。

支持体４００の表面は網目状に形成されてもよいし、あるいは多孔状に形成されてもよい。支持体４００表面の開口率は４０％〜７０％の範囲が好ましく、４５％〜６５％の範囲がより好ましく、５０％〜６５％の範囲が更に好ましい。

濾過膜４０１は、精密濾過膜や限外濾過膜などを用いることができるが、好ましいのは精密濾過膜である。本発明に好ましく用いることができる精密濾過膜は、膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）が、５〜３０ｍ^３／ｍ^２・日の範囲のものである。本発明に用いる精密濾過膜は市販品として入手でき、例えば、株式会社ユアサメンブレンシステム製「ＭＦ膜」などを使用できる。

本態様では、原水室１０１内に、複数本の濾過筒４、４、…が吊り下げ状に配設されているが、その本数は必ずしも限定されない。

かかる膜濾過装置において、原水の処理時、原水は、原水供給管１０５から原水供給口１０３を経由して原水室１０１に導入され、原水室１０１内を上向流して、濾過膜４０１を通過することによって濾過される。濾過膜４０１によって濾過された処理水は、濾過筒４内を更に上方に向かって進み、処理水室１０２に集水され、処理水排出口１０４から処理水排出管１０６を経由して排出される。

このようにして濾過膜４０１による原水の処理を継続すると、次第に濾過膜４０１の目詰まりが生じるので、濾過膜４０１の逆洗浄が必要になる。

本発明において、濾過膜４０１の逆洗浄は、加圧手段で処理室１０２内の洗浄水を加圧している状態で洗浄排水排出管１１０Ａの開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う際に、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で行うことを特徴とする。

すなわち、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）が、例えば１０ｍ^３／ｍ^２・日（この単位は、単位面積当たりの水量であるので、ｍ／日と表現することもできる）である場合、逆洗浄は３０ｍ／日以上で行う。これにより、少ない水量で、濾過膜４０１の目詰まり回復を確実に行うことができ、逆洗効果を向上させることができる。

３倍未満では濾過膜４０１の目詰まり回復効果が不十分である。より好ましくは３．５倍以上で行うことであり、更に好ましくは４倍以上で行うことである。なお、上限は、設備コストなどの観点から７倍以下であることが望ましい。

図１に示す膜濾過装置において、濾過膜４０１の逆洗浄を、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で行う方法について説明する。

まず、開閉弁１０７Ａを開けて洗浄水を処理水室１０２に供給し、該処理水室１０２内を洗浄水で満たす。その際、原水供給管１０５の開閉弁１０５Ａ及び処理水排出管１０６の開閉弁１０６Ａは閉じている。また、洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａも閉じている。

処理水室１０２内が洗浄水で満たされたら、開閉弁１０８Ａを開けて空気供給源３からの空気を、空気供給管１０８から処理水室１０２内に供給し、処理水室１０２内の洗浄水を加圧する。

洗浄水を加圧するのは、洗浄水を洗浄排水排出口１０９から排出する際に、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上とするためである。従って、加圧力は、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）に応じて適宜決定される。

処理水室１０２内の洗浄水が所定の圧力に達したら、空気供給管１０８の開閉弁１０８Ａを閉じて空気供給源３からの空気の供給を停止させた後、洗浄排水排出管１１０の開閉弁１１０Ａを開放する。この開放によって加圧状態にあった処理水室１０２内の洗浄水が、濾過筒４及び濾過膜４０１を通過して一気に濾過槽１外へ排出される。

すなわち、洗浄水は処理水室１０２から濾過筒４の上部開口４０２に入り、該濾過筒４内を下向流し、濾過膜４０１の内側から外側に向けて、原水の濾過膜４０１に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で通過する。その過程で、濾過膜４０１に付着した目詰まり物質（ゲル状物質なども含む）は確実に除去され、洗浄水と共に濾過槽１外へ排出される。

かかる膜濾過装置は、濾過槽１を１基だけ使用して原水の処理を行うこともできるが、大量の原水を処理する場合には複数基の濾過槽１、１、・・・・・を用いて処理することもできる。

図２は、４基の濾過槽１Ａ〜１Ｄを用いて原水の処理を行う膜濾過システムを示しているが、濾過槽の数は複数であれば特に限定されない。

原水供給管１０５は、各濾過槽１Ａ〜１Ｄの原水室内にそれぞれ原水を供給可能に接続され、処理水排出管１０６は、各濾過槽１Ａ〜１Ｄの処理水室からそれぞれ処理水を排出可能に接続されている。

また、洗浄水供給管１０７は、各濾過槽１Ａ〜１Ｄの処理水室にそれぞれ洗浄水を供給可能に接続され、洗浄排水排出管１１０は、各濾過槽１Ａ〜１Ｄの原水室からそれぞれ洗浄排水を排出可能に接続されている。

更に、一つの空気供給源３からの空気は、空気供給管１０８によって各濾過槽１Ａ〜１Ｄの処理水室にそれぞれ供給可能に接続されている。

この場合、４基の濾過槽１Ａ〜１Ｄのうちの３基（例えば濾過槽１Ａ〜１Ｃ）の原水室内に原水を供給して処理し、その間、残りの１基（濾過槽１Ｄ）については、処理を停止させて、上述したように、処理水室内に洗浄水及び空気供給源３からの加圧空気を供給することによって逆洗浄を行うように動作させることが好ましい。

逆洗浄が終了したら直ちに原水の処理を再開させると共に、それまで原水の処理を行っていた３基の濾過槽のうちのいずれか１基の処理を停止させて逆洗浄を行う動作を順次繰り返していくことにより、目詰まりがない良好な膜状態での原水の連続的な処理が可能である。

しかも、逆洗浄は、原水の膜に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で行うため、逆洗浄を迅速に完了させることができるので、大量の原水を、目詰まりがない良好な膜状態で、短時間のうちに処理することができる。

このような複数基の濾過槽を用いた膜濾過システムは、原水が船舶のバラストタンク内に貯留するためのバラスト水である場合に特に好ましい。複数基の濾過槽１Ａ、１Ｂ、…によって短時間のうちに大量のバラスト処理水を取り出すことができるので、船舶のバラストタンクにバラスト処理水を短時間のうちに満たすことができるからである。バラストタンクを短時間のうちに満水にできれば、停泊中の港から早期に出航することができ、停泊にかかるコストを低減させることができる。

なお、上記各態様では、洗浄水供給管１０７から処理水室１０２内への洗浄水の供給及び空気供給管１０８を介した空気供給源３からの空気の供給を、処理水排出口１０４から行うようにしたが、処理水排出口１０４とは別に処理水室１０２内に供給可能に接続するようにしてもよい。

また、上記各態様では、逆洗浄時に、処理水室１０２内に空気供給源３から空気を供給することによって洗浄水を加圧する態様について説明したが、空気に代えてオゾン（廃オゾン）を用いることも好ましい。

以下、本発明の効果を実施例によって例証する。

実施例１、実施例２、実施例３、比較例１
以下の仕様の膜濾過装置（図１参照）を用い、装置数を図２に示すように４基とし、その内３基は連続膜処理試験を行い、他の１基で逆洗試験を行った。

膜濾過装置に用いた膜は、ユアサメンブレンシステム社製の塩素系ポリ塩化ビニール膜を用い、濾過筒の本数は６本（１本の膜面積は１．５ｍ^２）とした。膜の透過流束（対原水）は１０ｍ^３／ｍ^２・日としてろ過運転を行った。

膜間差圧（ΔＰ）が、２００ｋＰａに達したときに逆洗を表１に示す条件下で行った。その後直ちにろ過運転に入ったときの初期差圧を求めた。その結果を表１に示す。

表１より、膜の原水に対する透過流束の３倍（実施例１）で逆洗すると、初期差圧が低く、４倍（実施例３）にすると更に初期差圧が低下し、好ましいことがわかった。一方、３倍未満の２．５倍（比較例１）の場合には初期差圧が７０ｋＰａと高く、逆洗効果が現れないことがわかった。

本発明の方法を実施可能な膜濾過装置の一例を示す概略断面図 本発明の方法を実施する膜濾過システムの一例を示す概略構成図

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｄ：濾過槽
１０１：原水室
１０２：処理水室
１０３：原水供給口
１０４：処理水排出口
１０５：原水供給管
１０５Ａ：開閉弁
１０６：処理水排出管
１０６Ａ：開閉弁
１０７：洗浄水供給管
１０７Ａ：開閉弁
１０８：空気供給管
１０８Ａ：開閉弁
１０９：洗浄排水排出口
１１０：洗浄排水排出管
１１０Ａ：開閉弁
２：仕切板
３：空気供給源
４：濾過筒
４００：支持体
４０１：濾過膜
４０２：上部開口

Claims (4)

1. 濾過槽内を仕切板により原水室と処理水室とに区画し、該原水室内に、処理水室側に開口を有する多孔製の筒状支持体と該支持体の外周を被覆する袋状の膜とからなる多数の濾過筒を設置し、前記原水室に入った原水が該原水室内を上向流しながら、前記膜により濾過され処理水として濾過筒内を上昇して処理水室内に集水される構造を有し、且つ前記原水室には原水供給管と洗浄排水排出管が接続され、処理水室には処理水排出管が接続され、前記原水供給管と前記洗浄排水排出管と前記処理水排出管には各々開閉弁を備え、前記処理水室に接続された洗浄水供給管と、前記処理水室に洗浄水が満たされている状態で該洗浄水を加圧する加圧手段とを備える膜濾過装置の逆洗方法において、
   前記加圧手段で洗浄水を加圧している状態で前記洗浄排水排出管の開閉弁を開いて洗浄水を膜透過させて膜の逆洗浄を行う際に、
   前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）の３倍以上で逆洗することを特徴とする膜濾過装置の逆洗方法。
2. 前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）が、５〜３０ｍ^３／ｍ^２・日の範囲である精密濾過膜であることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置の逆洗方法。
3. 前記原水が、バラスト水であり、前記処理水がバラスト処理水であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜濾過装置の逆洗方法。
4. 前記膜の原水に対する透過流束（膜面のフラックス）の４倍以上で逆洗することを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜濾過装置の逆洗方法。

Images