JPH1176769A

JPH1176769A - 濾過膜モジュールの洗浄方法

Info

Publication number: JPH1176769A
Application number: JP25129097A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Nakatsuka; 修志中塚
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】濾過膜の薬液洗浄工程において、濾過膜への
吸着物質の十分な除去ができ、洗浄効果を向上でき、か
つ薬液の使用量を減らすとともに、短時間で薬液洗浄が
行え、さらに、洗浄コストを下げることのできる濾過膜
モジュールの洗浄方法を得ることを目的とする。【解決手段】水の膜浄化システムの透水性能が低下し
た濾過膜モジュールを、薬液によって洗浄して透水性能
を回復させる濾過膜モジュールの洗浄方法において、
薬液を濾過膜モジュールに供給する前あるいは後のいず
れか一方またはその両方の時点で、気体を濾過膜モジュ
ールの濾過膜の透過側から圧力２０ｋＰａ以上バブルポ
イント未満で加圧する気体加圧工程を０．１〜５分間設
けることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濾過膜モジュール
の洗浄方法に関し、特に、濾過膜モジュールを薬液によ
り洗浄して透水性能を回復させる場合、短時間の洗浄で
透水性能を回復させ、洗浄後も長期にわたり安定運転を
可能とする濾過膜モジュールの洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
透水性能が低下した濾過膜モジュールを薬液で洗浄する
方法として、例えば、透過液室の圧力と原液室の圧力を
等しくした状態で薬液を循環させる濾過膜モジュールの
洗浄方法が特開昭６１−１１１０８号公報に開示されて
いる。また、特開平３−７７６２９号公報や特開平４−
１６１２３２号公報には、透過側から薬液を加圧注入す
る濾過膜モジュールの洗浄方法が開示されている。しか
しながら、薬液のみの単独の洗浄方法では十分な洗浄効
果が得られないという問題点がある。洗浄効果が不十分
な場合、従来の方法では薬液の使用量を増したり、薬洗
時間を延ばして洗浄効果を上げる方法がとられている。

【０００３】また、透過側から気体を圧入する濾過膜モ
ジュールの洗浄方法としては、例えば、専門誌 ”膜”
Vol.20 No.5, p328(1995)に開示されている。これは、
透過側から圧入された気体が濾過膜を瞬時に通過して目
詰まり物質を取り除き、濾過流束を維持する逆洗方法で
ある。しかしながら、この気体の圧入が薬液洗浄工程に
おける洗浄方法ではないため、酸化鉄や酸化マンガンな
どの濾過膜への吸着物質は除去することができないとい
う問題点がある。

【０００４】そこで、本発明は、濾過膜の薬液洗浄工程
において、濾過膜への吸着物質の十分な除去ができ、洗
浄効果を向上でき、かつ薬液の使用量を減らすととも
に、短時間で薬液洗浄が行え、さらに、洗浄コストを下
げることのできる濾過膜モジュールの洗浄方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、濾過膜モ
ジュールの薬液洗浄工程の洗浄方法において、薬液の濾
過膜モジュールへの供給と気体の濾過膜への加圧のタイ
ミング等につき種々検討の結果、その加圧のタイミング
及び気体の加圧による洗浄効果に大きな差異を見いだ
し、且つ、濾過膜の種類、薬液の組み合わせ、薬液洗浄
の順序回数等につき種々検討の結果、短時間に優れた洗
浄効果が得られることを見いだし、本発明を完成するに
至った。

【０００６】すなわち、本発明の濾過膜モジュールの洗
浄方法は、水の膜浄化システムの透水性能が低下した濾
過膜モジュールを薬液によって洗浄して透水性能を回復
させる濾過膜モジュールの洗浄方法において、薬液を
濾過膜モジュールに供給する前あるいは後のいずれか一
方またはその両方の時点で、気体を濾過膜モジュールの
濾過膜の透過側から圧力２０ｋＰａ以上バブルポイント
未満で加圧する気体加圧工程を０．１〜５分間設けるこ
とを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法は、水が、表流水であることを特徴とするものであ
る。

【０００８】また、本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法は、濾過膜が、限外濾過膜であることを特徴とするも
のである。

【０００９】また、本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法は、濾過膜モジュールが、中空糸膜からなる中空糸膜
モジュールであることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法は、濾過膜の膜材質が、酢酸セルロースであることを
特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法は、薬液による洗浄（薬液洗浄とも略す）が、クエン
酸、界面活性剤及び次亜塩素酸ナトリウムのうちから選
択される一種もしくは二種の組み合わせまたは１段もし
くは多段に組み合わて行うことを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、気体の加圧は薬
液を濾過膜モジュールに供給する前あるいは後のいずれ
か一方またはその両方の時点で行ってよいが、薬液を供
給する前あるいは両方が好ましい。濾過膜面に付着した
目詰まり物質を予め物理的に除去し、その後の薬液によ
る洗浄効果を上げる理由から、薬液を濾過膜モジュール
に供給する前が最も好ましい。本発明の濾過膜モジュー
ルの洗浄方法において、気体を濾過膜モジュールの濾過
膜の透過側から導入する圧力は、２０ｋＰａ以上バブル
ポイント未満であり、好ましくは４０ｋＰａ以上１５０
ｋＰａ以下である。ここに、気体の圧力を２０ｋＰａ以
上バブルポイント未満としたのは、圧力が２０ｋＰａよ
り低いと洗浄効果が不十分であり、目的とする洗浄回復
性が得られず、また、圧力がバブルポイント以上では濾
過膜モジュールに物理的ダメージを与えてしまうからで
ある。ここに、バブルポイントは濾過膜の材質、濾過膜
の分画分子量または膜孔径にもよるが、例えば膜孔径
０．１μｍの酢酸セルロース膜では約３００ｋＰａであ
る。

【００１３】また、気体加圧工程では、気体を膜の透過
側に導入する際、気体は濾過膜を透過し原水側に押し出
される必要はなく、気体が濾過膜の透過側から膜厚内部
に圧入されていればよい。このような気体による圧入を
行うと、気体が濾過膜モジュール内の濾過膜全体の膜厚
内部に侵入し、汚染した濾過膜の目詰まり物質を押し出
すため、濾過膜モジュール内部が均一に洗浄できるとい
う特長があるからである。通常の逆洗のように液体（薬
液）を濾過膜モジュールの透過側から加圧すると、液体
が膜面の比較的に目詰まりのない部分を透過してしま
い、目詰まり部分を透過しにくいため、目詰まり部分を
洗浄することができず、濾過膜の不均一な洗浄となる。

【００１４】また、気体の加圧時間（気体加圧工程）
は、気体が濾過膜モジュール内の濾過膜の全ての透過側
に実質的に加圧されている時間であり、０．１〜５分間
が望ましいが、洗浄効果と効率を考慮すると、好ましく
は０．５〜２分間である。ここに気体の加圧時間を０．
５〜５分間としたのは、０．５分未満では気体が目詰ま
り部分に十分に行きわたらず、目詰まり部分の洗浄の効
果が十分ではない、また、５分を超えると洗浄の効果の
向上は少なく、洗浄効率が低下するからである。

【００１５】本発明の濾過膜モジュールの濾過膜は、特
に限定されないが、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過
膜及び逆浸透膜などがある。精密濾過膜では、気体を透
過側から加圧すると、気体が濾過膜を通過してしまう場
合があるため、均一な洗浄が困難となる。また、ナノ濾
過膜や逆浸透膜では、濾過膜の膜孔径が小さすぎて気体
が濾過膜の孔内部に侵入できない場合があり、十分な洗
浄効果が得られなくなる。従って、本発明の濾過膜とし
ては、限外濾過膜が好ましい。ここで限外濾過膜とは、
分画分子量が１０³〜１０⁶であり、膜孔径が１〜１００
ｎｍの濾過膜をいう。

【００１６】本発明の濾過膜モジュールの膜材質として
は、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル共重
合体及び酢酸セルロースなどの高分子があるが、酢酸セ
ルロースが特に好ましい。

【００１７】本発明の濾過膜モジュールの膜形態として
は、プレート・アンド・フレーム型、プリーツ型、スパ
イラル型、チューブラー（管状）型及び中空糸型がある
が、中空糸型が好ましい。また、中空糸膜モジュールを
用いる場合には、中空糸膜の内側に原水を流入させる内
圧方式が好ましい。

【００１８】本発明において、薬液洗浄を一種もしくは
二種以上の組み合わせて行う例として、クエン酸と界面
活性剤を組み合わせた「組み合わせ薬液」を用いること
を挙げることができる。また１段または多段に組み合わ
せるとは、１段の場合は上記の薬液による洗浄を一度だ
け行うことを意味し、多段の場合は薬液による洗浄を数
回行うことを意味する。クエン酸と界面活性剤を用いて
濾過膜モジュールを多段で洗浄する場合の形態として
は、クエン酸で洗浄し、つぎに界面活性剤で洗浄する
例、両者の組み合わせ薬液で数回洗浄する例、など種
々の組み合わせがある。これらの洗浄の間または前後に
気体加圧工程を適宜入れてもよいのは勿論である。薬液
洗浄時の薬液は、濾過膜の原水側を循環させてもよい
し、原水側から透過側に循環させてもよい。さらに、濾
過膜の透過側から原水側に流すようにしてもよい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
るが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではな
い。図１は本発明の濾過膜モジュールの洗浄方法を実施
するための濾過膜モジュール１１Ａ〜Ｅを用いた膜浄化
システムである濾過運転装置１０の概略図であり、流量
計や圧力計などの付属設備は省略している。図１におい
て、１１は濾過膜モジュールであり、５本の組み合わせ
で、それぞれ濾過膜モジュール１１Ａ、１１Ｂ、１１
Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ（代表として１１で示す）とする。
濾過膜モジュール１１は、濾過膜１１Ｒの膜材質が酢酸
セルロースで、中空糸膜からなる中空糸膜モジュールを
表したものであり、各中空糸膜モジュールは内径０．８
ｍｍ、外径１．３ｍｍの中空糸からなり、一つのモジュ
ールの膜面積は０．５ｍ²である。１２はプレフィルタ
ーであり、プレフィルター１２は濾過膜モジュール１１
に供給する水である表流水中の異物を除去する。１３は
透過水タンクであり、透過水タンク１３は濾過膜モジュ
ール１１からの透過水を一時貯蔵する。１４、１５はポ
ンプである。６、７、８は、開閉弁である。

【００２０】濾過運転時には、開閉弁７は閉じ、開閉弁
６、８は開いている。表流水である河川原水１は、取水
パイプ１６から供給され、プレフィルター１２で異物が
除去され、ポンプ１４で５本の濾過膜モジュール１１Ａ
〜１１Ｅのそれぞれに供給される。濾過膜モジュール１
１では、河川原水は中空糸濾過膜１１Ｒの内側に供給さ
れ、内圧クロスフロー濾過された透過水は開閉弁６を通
って集水され、透過水タンク１３に一時貯蔵され、浄化
水としてパイプ１７から送り出される。濾過されなかっ
た原水は循環パイプ１８を介して開閉弁８を通り、循環
するようになされている。濾過膜モジュール１１の濾過
は、クロスフロー線速０．２ｍ／ｓで、設定濾過流束
１．５ｍ／日の定流量濾過である。また、運転は、４５
分おきに１回の割合で、透過水を濾過膜モジュールの透
過側から１分間流す逆洗工程を設け、水回収率を９０％
とされている。逆洗運転時には、開閉弁７は開き、開閉
弁６、８は閉じ、ポンプ１４は停止している。そして透
過水の一部をポンプ１５を介して通常運転とは逆向きに
濾過膜モジュール１１の透過側に供給する逆洗を定期的
に実施できる様になっている。

【００２１】（実施例１）図２は本発明の実施例１を示
す図であり、２０は本発明の濾過膜モジュールの洗浄方
法を実施するための濾過膜モジュールの薬液洗浄装置で
ある。まず、図２に示す薬液洗浄装置２０の構成につき
説明する。２１は濾過膜モジュール、２２は濾過膜モジ
ュールを薬液洗浄するための薬液２２Ａを貯蔵した薬液
槽、２３は純水を貯蔵した純水槽、２４はポンプ、２５
は気体である圧縮空気２５Ａを貯蔵した空気圧ボンベ、
２６は圧力ゲージ、２７は圧力調節弁、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３８、３９
および４０は開閉弁、３７はフィルターである。薬液洗
浄装置２０において、開閉弁３２および３９を閉じた状
態で、空気圧ボンベ２５のバルブを開き、圧力調節弁２
７を調節することにより、空気２５Ａを濾過膜モジュー
ル２１の透過側に所定の圧力で圧入できるようになされ
ている。また、開閉弁２９、３０、３３、３４、３５お
よび４０を開、開閉弁２８、３１、３２、３６、３８お
よび３９を閉として、ポンプ２４を駆動させることによ
り、薬液槽２２内の薬液２２Ａを循環させて、濾過膜モ
ジュール２１を薬液洗浄することが可能である。循環洗
浄後、さらに開閉弁２８を開として、薬液２２Ａを排出
した後、開閉弁３１、２９、３３、３４、３６、３２お
よび４０を開に、開閉弁３０、２８、３５、３８および
３９を閉にしてポンプ２４を稼働させて、回復率を求め
るための純水透過流束を測定できるようになされてい
る。

【００２２】本実施例では、まず、図１における濾過運
転装置１０において、濾過膜モジュール１１に、純水透
過流束が８．４ｍ／日の純水透水能力を有する濾過膜モ
ジュール１１Ａ〜Ｅの５本を取り付けた。そして、河川
下流の河川原水（表流水）１を濾過運転装置の取水パイ
プ１６から取水し、濾過運転を開始した。濾過運転は、
中空糸膜の内側に原水を供給する内圧クロスフロー濾過
（クロスフロー線速０．２ｍ／ｓ）であり、設定濾過流
束１．５ｍ／日の定流量濾過で実施した。また、運転
は、４５分おきに１回、透過水を濾過膜モジュールの透
過側から１分間流す逆洗工程を設け、水回収率を９０％
とした。この定流量濾過運転では、濾過膜が原水中の異
物により汚れ、目詰まりするとともに、濾過圧力が徐々
に増加し、運転開始から約８ヶ月後に５本の濾過膜モジ
ュールがともに濾過圧力が１００ｋＰａに達して運転の
継続が行えなくなった。これらの５本の濾過膜モジュー
ル１１Ａ〜１１Ｅを濾過運転装置１０から取り外し、図
２に示す薬液洗浄装置２０の濾過膜モジュール２１に代
えて順に取り付け、濾過膜モジュール１１に純水を１０
０ｋＰａ加圧で透過し、純水透過流束を測定したとこ
ろ、いずれも１．３〜１．８ｍ／日であり、運転前の純
水透過流束８．４ｍ／日から著しく透水性能が低下し
た。

【００２３】次いで、上記運転後の濾過膜モジュール１
１の洗浄を行った。先ず、運転後の濾過膜モジュール１
１Ａ（純水透過流束１．５ｍ／日）を、図２に示す薬液
洗浄装置２０の濾過膜モジュール２１の代わりに取り付
け、開閉弁３２および３９を閉の状態で空気圧ボンベ２
５から圧力調節弁２７によって空気圧５０ｋＰａに調節
した空気２５Ａを濾過膜モジュール２１の透過側に１分
間圧入した。すなわち、気体加圧工程を設けた。次い
で、薬液洗浄のため、開閉弁２９、３０、３３、３４、
３５および４０を開、開閉弁２８、３１、３２、３６、
３８および３９を閉として、ポンプ２４を駆動させて、
薬液タンク２４中のクエン酸水溶液（１ｗｔ％）を膜面
での平均線速が０．５ｍ／ｓとなるように３０分間循環
させて、濾過膜モジュールを薬液洗浄した後、開閉弁２
８を開とし、薬液を排出した。その後、前記と同様にし
て、濾過膜モジュール１１Ａの純水透過流束を測定した
ところ、８．３ｍ／日であり、ほぼ運転前の透過流束に
まで回復するという優れた洗浄効果を得ることができ
た。

【００２４】（実施例２）実施例２においては、実施例
１における濾過運転装置１０を用い、定流量濾過運転に
より透水性能が低下した濾過膜モジュール１１Ｂ（純水
透過流束１．８ｍ／日）を、図２に示す薬液洗浄装置２
０の濾過膜モジュール２１の代わりに取り付けた。そし
て濾過膜モジュール１１Ｂの透過側に空気を圧入する前
に、クエン酸水溶液（１ｗｔ％）を１０分間循環させて
洗浄した後、透過側に１００ｋＰａの空気２５Ａを圧入
して、濾過膜モジュール１１Ｂの透過側を１分間空気２
５Ａに接触させる（すなわち、気体加圧工程）と同時に
薬液２２Ａを排出した。そして、再びクエン酸水溶液
（１ｗｔ％）を１０分間循環させて濾過膜モジュール１
１Ｂを洗浄し、再び薬液を排出した。すなわち、一種類
の薬液を気体加圧工程の前後に２段に組み合わせて洗浄
した。その後濾過膜モジュール１１Ｂの純水透過流束を
測定したところ、８．０ｍ／日であり、薬洗時間が約２
０分間と比較的短い時間で運転前の透過流束の９５％ま
で回復するという優れた洗浄効果を得ることができた。

【００２５】（実施例３）実施例３においては、実施例
１における濾過運転装置１０を用い、定流量濾過運転に
より透水性能が低下した濾過膜モジュール１１Ｃ（純水
透過流束１．６ｍ／日）を、図２に示す薬液洗浄装置２
０の濾過膜モジュール２１の代わりに取り付けた。そし
て開閉弁３２および３９を閉の状態で濾過膜モジュール
１１Ｃの透過側から空気圧５０ｋＰａの空気２５Ａを圧
入して濾過膜１１Ｒの透過側に１分間空気で接触させた
（すなわち、気体加圧工程）後、開閉弁２８、２９、３
０、３３、３４、３８および３９を開、開閉弁２７、３
１、３２、３５、３６および４０を閉として、ポンプ２
４を駆動させ、薬液槽２２中の界面活性剤（ウルトラジ
ル＃５３、ヘンケル白水社製）の１ｗｔ％水溶液を濾過
膜モジュール１１Ｃの透過側から圧力１００ｋＰａで１
分間圧入透過した。そして、薬液を排出した。その後、
濾過膜モジュール１１Ｃの純水透過流束を測定したとこ
ろ、７．６ｍ／日であり、運転前の透過流束の約９０％
まで回復するという優れた洗浄効果を得ることができ
た。

【００２６】（比較例１）比較例１においては、実施例
１における濾過運転装置１０を用い、定流量濾過運転に
より透水性能が低下した濾過膜モジュール１１Ｄ（純水
透過流束１．３ｍ／日）を、図２に示す薬液洗浄装置２
０の濾過膜モジュール２１の代わりに取り付けた。そし
て濾過膜モジュール１１Ｄの透過側に空気を圧入せず
に、薬液としてクエン酸水溶液（１ｗｔ％）を実施例１
と同様に３０分間循環させて濾過膜モジュール１１Ｄの
洗浄を行った後、薬液を排出した。その後、濾過膜モジ
ュール１１Ｄの純水透過流束を測定したところ、５．６
ｍ／日であり、薬洗時間を約３０分間要したが、運転前
の透過流束の６５％と洗浄回復性は著しく低かった。

【００２７】（比較例２）運転により透水性能が低下し
た濾過膜モジュール１１Ｅ（純水透過流束１．６ｍ／
日）を、図２に示す薬液洗浄装置２０の濾過膜モジュー
ル２１の代わりに取り付けた。そして、濾過膜モジュー
ル１１Ｅの透過側に空気を圧入せずに、実施例３と同様
に、薬液槽２２中の界面活性剤（ウルトラジル＃５３、
ヘンケル白水社製）の１ｗｔ％水溶液を濾過膜モジュー
ル１１Ｅの透過側から圧力１００ｋＰａで１分間圧入透
過して洗浄を行った。そして薬液を排出した。その後、
純水透過流束を測定したところ、４．３ｍ／日であり、
運転前の透過流束の５１％と洗浄回復性は著しく低かっ
た。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、濾過膜モジュールの薬液洗浄工程に気体加圧工程を
適宜に設けることにより、濾過膜モジュールの洗浄効果
を著しく向上することができ、薬液の使用量を減らせる
とともに、短時間で薬液洗浄が行えることによって、洗
浄コストを大幅に下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過膜モジュールの洗浄方法を実施す
るための濾過膜モジュールを用いた濾過運転装置の概略
図

【図２】本発明の濾過膜モジュールの洗浄方法を実施す
るための濾過膜モジュールの薬液洗浄装置の概略図

【符号の説明】

１河川原水、表流水（水）１０濾過運転装置（膜浄化システム）１１濾過膜モジュール（中空糸膜モジュール）１１Ｒ濾過膜（中空糸膜）２２Ａ薬液２５Ａ空気（気体）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０１Ｄ 71/16 Ｂ０１Ｄ 71/16 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水の膜浄化システムの透水性能が低下した
濾過膜モジュールを薬液によって洗浄して透水性能を回
復させる濾過膜モジュールの洗浄方法において、薬液
を濾過膜モジュールに供給する前あるいは後のいずれか
一方またはその両方の時点で、気体を濾過膜モジュール
の濾過膜の透過側から圧力２０ｋＰａ以上バブルポイン
ト未満で加圧する気体加圧工程を０．１〜５分間設ける
ことを特徴とする濾過膜モジュールの洗浄方法。
【請求項２】水が、表流水であることを特徴とする請求
項１に記載の濾過膜モジュールの洗浄方法。
【請求項３】濾過膜が、限外濾過膜であることを特徴と
する請求項１または２に記載の濾過膜モジュールの洗浄
方法。
【請求項４】濾過膜モジュールが、中空糸膜からなる中
空糸膜モジュールであることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載の濾過膜モジュールの洗浄方法。
【請求項５】濾過膜の膜材質が、酢酸セルロースである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
濾過膜モジュールの洗浄方法。
【請求項６】薬液による洗浄が、クエン酸、界面活性剤
及び次亜塩素酸ナトリウムのうちから選択される一種も
しくは二種以上の組み合わせまたは１段もしくは多段に
組み合わて行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の濾過膜モジュールの洗浄方法。