WO2012147715A1

WO2012147715A1 - 膜モジュールの洗浄方法

Info

Publication number: WO2012147715A1
Application number: PCT/JP2012/060909
Authority: WO
Inventors: 智宏前田; 谷口　雅英
Original assignee: 東レ株式会社
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-11-01
Also published as: JP6003646B2; EP2703066A4; CN103492054B; JPWO2012147715A1; CL2013003081A1; AU2012248472A1; EP2703066A1; CN103492054A; US20140048483A1; KR20140031874A; MX2013012404A

Abstract

　原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る、精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールの洗浄方法において、水回収率の低下や薬品コストを抑制しつつ、洗浄工程後に薬液が膜モジュールの２次側へ漏洩・滞留するのを防止し、効果的に膜モジュールを洗浄するために、薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給し、薬液を前記膜モジュールの１次側から２次側へ拡散させる薬液拡散工程を行った後、前記膜モジュールの２次側から１次側へ膜ろ過水を逆圧洗浄させる逆洗工程を行い、かつ、前記薬液拡散工程時には、前記膜モジュールの２次側へ拡散した薬液の濃度に基づき、該薬液拡散工程の実施時間を制御する。

Description

膜モジュールの洗浄方法

　本発明は、精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールで原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る造水装置に対して行う、膜モジュールの洗浄方法に関するものである。

　近年、上下水道や廃水処理等の水処理用途において、膜によって原水中の不純物を分離除去して清澄な水に変換する膜ろ過法の普及が進んでいる。膜の除去対象物質は、膜の種類によって異なるが、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）（以下、これらを合わせてＭＦ／ＵＦ膜という。）の場合は、一般的に縣濁物質、細菌、原虫、コロイド物質等が挙げられる。また、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノろ過膜（ＮＦ膜）（以下、これらを合わせて半透膜という。）の場合は、溶解性有機物、ウィルス、イオン物質等が挙げられる。

　ＭＦ／ＵＦ膜のろ過運転を行う場合、ろ過継続に伴い、膜表面や膜細孔径内にフミン質やタンパク質等の付着量が増大し、ろ過差圧が上昇することが問題となってくる。

　そこで、膜の１次側に気泡を導入し、膜を振動させ、膜同士を触れ合わせることにより、膜表面の付着物質を掻き落とす空気洗浄や、ろ過とは逆方向に膜ろ過水あるいは清澄水を圧力で押し込み、膜表面や膜細孔径内に付着していた付着物質を除去する逆圧洗浄等の物理洗浄が実用化されている。さらに洗浄効果を高めるため、例えば特許文献１には、膜表面や膜細孔内に付着したフミン酸や微生物由来のタンパク質等の有機物を分解・除去を目的として、膜ろ過水に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を添加して逆圧洗浄を行うことが、特許文献２には、塩素水を２次側から１次側へ逆流させた後、塩素水と膜を一定時間接触させ、その後に塩素水を排出する洗浄方法が記載されている。また特許文献３には、薬液を膜モジュールの１次側に供給し、圧力を掛けて１次側から２次側に薬液を移送する洗浄方法が記載されている。しかし、これら洗浄方法では、洗浄工程後に膜モジュールの２次側配管に未反応の酸化剤が滞留し、膜ろ過水で十分に洗い流したり、チオ硫酸ナトリウムや亜硫酸水素ナトリウム等の還元剤で還元中和したりする必要があり、水回収率低下や薬品コストが高くなるといった問題があった。

特開２００１－７９３６６号公報特開平１０－１５３６５号公報特表２００８－５３９０５４号公報

　本発明の目的は、原水を膜モジュールで膜ろ過する膜分離装置において、水回収率の低下や薬品コストを抑制しつつ、洗浄工程後に薬液が膜モジュールの２次側へ漏洩・滞留するのを防止し、効果的に膜モジュールを洗浄する方法を提供することにある。

　前記目的を達成するために、本発明は次のいずれかの構成をとる。
（１）原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る、精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールの洗浄方法であって、薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給し、薬液を前記膜モジュールの１次側から２次側へ拡散させる薬液拡散工程を行った後、前記膜モジュールの２次側から１次側へ膜ろ過水を逆圧洗浄させる逆洗工程を行い、かつ、前記薬液拡散工程時には、前記膜モジュールの２次側へ拡散した薬液の濃度に基づき、該薬液拡散工程の実施時間を制御する膜モジュールの洗浄方法。
（２）前記薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給する際の少なくとも一部、前記薬液拡散工程の際の少なくとも一部、または、前記薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給する際および前記薬液拡散工程の際それぞれの少なくとも一部において、空気洗浄を実施する、前記（１）に記載の膜モジュールの洗浄方法。
（３）前記薬液拡散工程を行う前に、前記膜モジュールの１次側の原水を排出する、前記（１）または（２）に記載の膜モジュールの洗浄方法。
（４）前記逆洗工程を行う前に、前記膜モジュールの１次側の薬液含有水を排出する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
（５）前記膜モジュールの１次側から排出された薬液含有水を回収し、再利用する、前記（１）～（４）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
（６）前記膜モジュールの１次側の容量よりも多い薬液含有水を前記膜モジュールに導入してオーバーフローさせ、オーバーフローした薬液含有水を再び前記膜モジュールの１次側に導入する、前記（１）～（５）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
（７）前記薬液含有水を加温する、前記（１）～（６）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
（８）前記膜モジュールが、該膜モジュールによる膜ろ過水の少なくとも一部を次いで半透膜ユニットで膜ろ過して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置における膜モジュールである、前記（１）～（７）のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
（９）前記薬液が、酸化剤または還元剤を含む、前記（１）～（８）のいずれかに記載の膜モジュール洗浄方法。
（１０）前記薬液拡散工程時に、前記膜モジュールの２次側の水の酸化還元電位値を基に該薬液拡散工程の実施時間を制御する、前記（１）～（９）に記載の膜モジュールの洗浄方法。
（１１）原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールと、前記膜ろ過水を前記膜モジュールの２次側から１次側に供給する逆圧洗浄ユニットと、前記膜モジュールの１次側に供給される水に薬液を供給する薬液供給ユニットと、膜ろ過を行う際に開となり逆圧洗浄を行う際に閉となる、前記膜モジュールの２次側配管に設けられたろ過水弁およびろ過水配管と、膜ろ過を行う際に閉となり、逆圧洗浄を行う際に開となる、前記膜モジュールの２次側に設けられた逆洗弁および逆洗水配管と、前記ろ過水弁および前記逆洗弁よりも前記膜モジュールに近い２次側配管に設置された、前記膜モジュールの２次側における薬液濃度を測定する薬液濃度測定ユニットと、前記薬液濃度の測定結果に基づいて薬液拡散工程の実施時間を制御する薬液拡散工程実施時間制御ユニットと、を含む造水装置。
（１２）前記膜モジュールの１次側に気体を供給する空気供給ユニットを含む、前記（１１）に記載の造水装置。
（１３）前記薬液供給ユニットによって薬液が供給されて前記膜モジュールの１次側に供給される水を加温する薬液含有水加温ユニットを含む、前記（１１）または（１２）に記載の造水装置。
（１４）前記膜モジュールの１次側に薬液含有水循環ラインを含む、前記（１１）～（１３）のいずれかに記載の造水装置。
（１５）前記膜モジュールにより得られた膜ろ過水の少なくとも一部を処理する半透膜ユニットを含む、前記（１１）～（１４）のいずれかに記載の造水装置。

　本発明によって、水回収率の低下や薬品コストを抑制しつつ、洗浄工程後に薬液が膜モジュールの２次側へ漏洩・滞留することを防止し、効果的に膜モジュールを洗浄することができる。

薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜モジュールの２次側の水の薬液濃度を測定する薬液濃度計を設けた、本発明に係る造水装置の一態様を示す概略フロー図である。薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜モジュールの２次側の水の薬液濃度を測定する薬液濃度計を設けると共に、薬液含有水を循環するラインを設けた、本発明に係る造水装置の一態様を示す概略フロー図である。薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜モジュールの２次側の水の薬液濃度を測定する薬液濃度計を設けると共に、ＭＦ／ＵＦ膜モジュールの膜ろ過水を透過水と濃縮水とに分離する半透膜ユニットを設けた、本発明に係る造水装置の一態様を示す概略フロー図である。

　以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。

　本発明に係る造水装置は、例えば図１に示すように、原水を貯留する原水貯留槽１と、原水貯留槽１から原水を供給する原水供給ポンプ２と、原水貯留槽１の原水を原水供給ポンプ２に供給する原水供給ライン３と、原水供給時に開となる原水供給弁４と、原水をろ過するＭＦ／ＵＦ膜モジュール５と、逆圧洗浄や空気洗浄する場合に開となるエア抜き弁６と、ろ過時に開となるろ過水弁７と、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を貯留するろ過水貯留槽８と、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を供給してＭＦ／ＵＦ膜モジュール５を逆圧洗浄する逆洗ポンプ９と、逆圧洗浄する時に開となる逆洗弁１０と、ろ過水貯留槽８からＭＦ／ＵＦ膜モジュール５にＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を供給する逆洗配管１１と、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の原水を排出する場合に開となる排水弁１２と、圧縮空気をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の下部に供給し空気洗浄する場合に開となる空気弁１３と、圧縮空気の供給源であるコンプレッサー１４と、薬液を貯留する薬液貯留槽１５と、原水に薬液を供給する薬液供給ポンプ１６と、薬液拡散工程中にＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水（ＭＦ／ＵＦ膜モジュールの２次側に存在する水）の薬液濃度を測定する薬液濃度計１７と、薬液含有水を加温するために設置される加温装置１８が設けられている。

　本造水装置において、通常のろ過工程では、エア抜き弁６と原水供給弁４が開の状態で原水貯留槽１に貯留されている原水が原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給され、ろ過水弁７を開、エア抜き弁６を閉とすることでＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の加圧ろ過が行われる。ろ過時間は原水水質やろ過流束に応じて適宜設定するのが好ましいが、所定のろ過差圧に達するまでろ過継続させても良い。

　所定時間のろ過運転後に定期的にＭＦ／ＵＦ膜モジュール５にろ過方向とは逆方向から膜ろ過水を逆流させる逆圧洗浄を行う。この逆圧洗浄は、原水供給ポンプ２を停止し、原水供給弁４と、ろ過水弁７を閉じ、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過工程を停止（中断）してから、エア抜き弁６と逆洗弁１０が開となり、逆洗ポンプ９が稼働することで行われる。逆洗工程終了後、排水弁１２が開となることで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の排水が排出される。その後、排水弁１２を閉、エア抜き弁６と原水供給弁４が開の状態で原水が原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給され、ろ過水弁７を開、エア抜き弁６を閉とすることで、通常ろ過工程に戻る。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の逆圧洗浄は、膜ろ過を続ける途中で定期的に行われ、その頻度は通常１５分～１２０分に１回程度である。また、逆圧洗浄の時間は、特に制限するものではないが、５秒以上１２０秒以下の範囲内とするのが好ましい。１回の逆圧洗浄時間が５秒未満では、十分な洗浄効果が得られず、１２０秒を超えるとＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の稼働効率が低くなる。逆圧洗浄の流束は、特に制限するものではないが、ろ過流束の０．５倍以上であることが好ましい。逆圧洗浄の流束がろ過流束の０．５倍未満では、膜面および細孔内に付着堆積した汚れを十分に除去することが難しい。逆圧洗浄の流束は高い方が膜の洗浄効果が高くなるので好ましいが、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の容器破損や膜破断等の損傷が起こらない範囲内で適宜設定する。

　ここで、本発明のＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の洗浄方法では、上述した逆圧洗浄の前に、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５に以下のような処理を施す。すなわち、所定時間のろ過運転後にエア抜き弁６を開き、ろ過水弁７を閉じ、原水に薬液貯留槽１５の薬液を薬液供給ポンプ１６で供給しながら、該水を原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給する。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に薬液含有水が供給された後、原水供給ポンプ２と薬液供給ポンプ１６を停止し、原水供給弁４を閉じ、薬液をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側へ拡散させる薬液拡散工程を行う。薬液拡散工程の実施中に、薬液が膜の１次側から２次側に拡散し、薬液濃度計１７で測定される薬液濃度が設定値となると、薬液拡散工程を終了する。

　なお、薬液拡散工程時には膜に水頭圧以外の圧力を負荷しないことが好ましい。

　また、拡散とはイオン、粒子、熱などが勾配によって自発的に散らばり広がる物理現象であって、上記処理により、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給された薬液イオンは膜の細孔を通過し、２次側へ移送される。

　薬液拡散工程終了後、逆洗弁１０を開とし、逆洗ポンプ９を稼働させ、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を用いた逆圧洗浄を行う逆洗工程を実施する。逆洗工程終了後、排水弁１２が開となることで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の排水が排出される。その後、排水弁１２を閉、エア抜き弁６と原水供給弁４が開の状態で原水が原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給され、ろ過水弁７を開、エア抜き弁６を閉とすることで、通常ろ過工程に戻り、先述した工程を繰り返す。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給される薬液含有水は、膜の２次側が水で満たされていれば、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側へ薬液が拡散するので少量であっても良い。しかし、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の汚れ成分を分解するという観点からは、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側を薬液含有水で満たすことが好ましい。

　薬液拡散工程の実施時間は、洗浄回復性向上及び稼働率向上の観点から、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の汚れ度合いに応じて調整することが好ましい。本発明の膜モジュールの洗浄方法では、例えばＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の２次側に設置された薬液濃度計１７で測定されるＭＦ／ＵＦ膜ろ過水の薬液濃度に基づいて、薬液拡散工程の実施時間を制御する。具体的には、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給された薬液含有水が、汚れ成分を分解しながらＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に拡散する。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の汚れ度合いが高い場合は、汚れ成分の分解に時間が掛かり、薬液がＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に速やかに拡散しない。そのため、ＭＦ／ＵＦ膜の２次側の水の薬液濃度が設定値となるまでに時間が掛かり、薬液拡散工程の実施時間が長くなる。一方、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の汚れ度合いが低い場合は、汚れ成分の分解が速やかに行われ、薬液がＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に速やかに拡散される。そのため、ＭＦ／ＵＦ膜の２次側の水の薬液濃度が速やかに設定値となり、薬液拡散工程の実施時間が短くなる。

　薬液濃度計１７は薬液拡散工程中にＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に拡散する薬液濃度を測定するため、図１のように、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の２次側配管のろ過水弁７と逆洗弁１０よりもＭＦ／ＵＦ膜モジュール５に近い位置に設置する。

　薬液拡散工程に使用される薬液としては、酸やアルカリ、酸化剤や還元剤、キレート剤、界面活性剤等のいずれでもあっても構わないが、廃水処理の観点から有機系薬液よりも無機系薬液であることが好ましい。

　薬液濃度計１７は、使用する薬液に応じて適宜選択する。例えば、次亜塩素酸ナトリウム、クロラミン等の塩素系薬液を用いる場合は、薬液濃度計１７として、ＤＰＤ法、電流法、吸光光度法等を用いて測定される遊離塩素濃度計やクロラミン濃度計を使用することが好ましい。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の洗浄において、様々な薬液が使用されているが、一般的に酸やアルカリ、酸化剤や還元剤が多いことから、ｐＨや酸化還元電位（ＯＲＰ）値を薬液濃度の指標としても良い。また、有機系薬液を用いる場合は、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度を薬液濃度の指標としても良い。

　薬液として酸を用いる場合において、ｐＨ計を用いて膜ろ過水（ＭＦ／ＵＦ膜の２次側の水）のｐＨを測定し、ｐＨで薬液拡散工程の実施時間を制御することができる。薬液として酸を用いる場合、薬液含有水のｐＨから薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水のｐＨを差し引いた値が１～３になるまで、該薬液拡散工程を実施することが好ましく、１～２になるまで実施することがより好ましい。薬液含有水のｐＨから薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水のｐＨを差し引いた値が３より大きい場合、薬液が、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に拡散するに至っておらず、薬液拡散工程を継続することが好ましい。薬液含有水のｐＨから薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水のｐＨを差し引いた値が１より小さい場合、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水のｐＨ異常が懸念される。一方、薬液としてアルカリを用いる場合においても、酸を用いた場合と同様の理由で、薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水のｐＨから薬液含有水のｐＨを差し引いた値が１～３になるまで、薬液拡散工程を実施することが好ましく、１～２になるまで実施することがより好ましい。

　酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等が使用できる。また、アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が使用できる。薬液含有水中の酸およびアルカリの濃度としては数十ｍｇ／Ｌ～数千ｍｇ／Ｌの範囲が好ましい。

　薬液として
酸化剤や還元剤を用いる場合は、酸化還元電位（ＯＲＰ）計を用いて膜ろ過水中の酸化還元電位（ＯＲＰ）値を測定し、得られた酸化還元電位（ＯＲＰ）値で薬液拡散工程の実施時間を制御する。薬液として酸化剤を用いる場合、薬液拡散工程中のＭＦ／ＵＦ膜ろ過水（ＭＦ／ＵＦ膜の２次側の水）の酸化還元電位（ＯＲＰ）値が３００ｍＶ～６００ｍＶになるまで、薬液拡散工程を実施することが好ましく、３００ｍＶ～４００ｍＶになるまで実施することがより好ましい。ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水の酸化還元電位（ＯＲＰ）値が小さすぎると、酸化剤が膜表面及び内部の汚れ成分を酸化分解するのが不十分であり、酸化剤がＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に拡散するに至っておらず、薬液拡散工程を継続することが好ましい。ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水の酸化還元電位（ＯＲＰ）値が大きすぎると、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水に残留酸化剤が多く含まれることとなり、特に後段に半透膜ユニットがある場合、膜ろ過水中の残留酸化剤によって、半透膜が酸化劣化してしまうおそれがある。

　酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素、クロラミン等が使用できるが、使用し易さ、コストおよび洗浄効果の観点から次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。薬液含有水中の酸化剤濃度は、５０ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。酸化剤濃度が低すぎるとＭＦ／ＵＦ膜モジュール内に保持している間に酸化剤が全て消費されてしまい洗浄効果が十分に得られず、酸化剤濃度が高すぎると排水を処理するコストが高くなるためである。

　還元剤としては、重亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム等が使用できる。薬液含有水中の還元剤濃度は、５０ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。還元剤濃度が低すぎるとＭＦ／ＵＦ膜モジュール内に保持している間に還元剤が全て消費されてしまい洗浄効果が十分に得られず、還元剤濃度が高すぎると排水を処理するコストが高くなるためである。

　有機系薬液を用いる場合は、全有機炭素（ＴＯＣ）計を用いて膜ろ過水中の全有機炭素（ＴＯＣ）値を測定し、全有機炭素（ＴＯＣ）値で薬液拡散工程の実施時間を制御しても構わない。

　本発明の洗浄方法では、図１に示すように、加温装置１８を用いて、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５に供給される薬液含有水を加温することが好ましい。この際、薬液含有水の液温を２０℃以上４０℃以下に調整することが好ましく、３０℃以上４０℃以下に調整することがより好ましい。液温が低すぎると、汚れ成分の分解およびＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側への拡散が速やかに進行しない。一方、液温が高すぎると、膜の収縮変形が起こったり酸化剤が気化したりするおそれがある。また、外気温等の影響で薬液拡散工程中に液温が変化する可能性がある場合には、薬液拡散工程中にＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の薬液を温度調整することが好ましい。

　また、薬液接触により膜表面から浮き上がった汚れ成分を掻き取るといった観点から、薬液含有水をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給する際や、薬液拡散工程中の少なくとも一部に空気洗浄を実施することが好ましい。もちろん、薬液含有水をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給する際と薬液拡散工程中それぞれにおける少なくとも一部で、空気洗浄を実施してもよい。

　空気洗浄は、膜表面に汚れ成分が付着蓄積している場合に特に好適であるが、具体的には、空気弁１３を開にしてＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側にコンプレッサー１４の圧縮空気を送り込み、膜を振動させて行う。圧縮空気の圧力は、高い方が膜の洗浄効果が高くなるので好ましいが、膜が損傷しない範囲内で適宜設定する必要がある。

　なお、空気洗浄は、逆圧洗浄の最中や逆圧洗浄後にも実施してもよい。

　また、図２に示すように、造水装置には、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５からオーバーフローした薬液含有水を循環させる薬液含有水循環ライン１９を設け、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５に該膜モジュールの１次側の容量よりも多い薬液含有水を導入し、オーバーフローした薬液含有水を、薬液含有水循環ライン１９経由で、再びＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に導入し循環させることも好ましい。

　薬液含有水による循環洗浄は、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の原水を排出せずに実施しても構わないが、薬液含有水が希釈されないようにＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の原水を排出してから実施することが好ましい。また、空気洗浄と併用しても構わない。

　薬液含有水を循環させることで、加温装置１８を用いて薬液含有水の水温を一定温度に調整するのが容易になり、また、消費された薬液を補充して一定濃度にすることが容易になり、好適である。例えば、次亜塩素酸ナトリウムを使用した場合、薬液含有水循環ライン１９に設置された遊離塩素計２１で循環する薬液含有水の遊離塩素濃度を測定し、設定した遊離塩素濃度となるように薬液貯留槽１５の薬液を薬液供給ポンプ１６で適宜供給することができる。

　本発明の洗浄方法においては、薬液拡散工程を行う前に、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の原水を排出することが、薬液含有水が希釈されないという観点から好適である。

　また、薬液拡散工程後、逆洗工程を行う前に、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の薬液含有水を排出することが、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内に薬液が残留しにくいといった観点から好適である。ここで、排水されたＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側の薬液含有水を回収して再利用することも好適である。回収した薬液含有水は、一旦タンクに溜めておき、再びＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の洗浄に再利用することも可能であり、ＭＦ／ＵＦ膜モジュールが複数系列ある場合は、回収した薬液含有水を移送して他系列のＭＦ／ＵＦ膜モジュールの洗浄に再利用することも可能である。

　本発明におけるＭＦ／ＵＦ膜モジュール５としては、図１のような加圧型膜モジュール以外にも、原水の入った膜浸漬槽に浸漬させてポンプやサイフォン等で吸引ろ過する浸漬型膜モジュールでも構わない。また加圧型膜モジュールの場合、外圧式でも内圧式であっても良いが、前処理の簡便さの観点から外圧式である方が好ましい。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５は横置きでも縦置きであっても良いが、空気洗浄の実施し易さの観点から縦置きである方が好ましい。

　ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５を構成するＭＦ／ＵＦ膜の材質としては、多孔質のＭＦ／ＵＦ膜であれば特に限定しないが、セラミック等の無機素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、クロロトリフルオロエチレン－エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリエーテルスルホンおよびポリ塩化ビニルからなる群から選ばれる少なくとも１種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がより好ましく、親水性が高く耐汚れ性が強いという点からはポリアクリロニトリルがより好ましい。ＭＦ／ＵＦ膜表面の細孔径については特に限定されず、ＭＦ膜であってもＵＦ膜であっても構わず、０．００１μｍ～１０μｍの範囲内で適宜選択することができる。

　ＭＦ／ＵＦ膜の形状としては、特に限定しない。中空糸膜、平膜、管状膜、モノリス膜等があるが、いずれでも構わない。

　ろ過方式は、全量ろ過方式、クロスフローろ過方式のどちらでも良いが、エネルギー消費が少ないという観点から全量ろ過である方が好ましい。

　ここで造水装置のろ過流量制御方法としては、定流量ろ過であっても定圧ろ過であっても差し支えはないが、ろ過水の生産水量の制御のし易さの点から定流量ろ過である方が好ましい。

　本発明の洗浄方法は、図３に示すような、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の下流側に半透膜ユニット２２を有し、ＭＦ／ＵＦ膜のろ過水を半透膜ユニット２２に供給して透過水と濃縮水とに分離する造水装置においても、好適に実施できる。なお、図３では中間タンク（ろ過水貯留槽８）を介して、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水が昇圧ポンプ２３に供給されているが、中間タンクを介さず、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を昇圧ポンプ２３に供給し、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を半透膜ユニット２２に供給して透過水と濃縮水とに分離しても構わない。

　半透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、半透性を有する膜であり、ナノろ過膜（ＮＦ膜）や逆浸透膜（ＲＯ膜）を包含する。その素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用される。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜などを適宜使用できる。膜形態には中空糸膜、平膜がある。本発明は、これら膜素材、膜構造や膜形態によらず実施することができいずれも効果があるが、代表的な膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などがあり、造水量、耐久性、塩排除率の観点から、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜を用いることが好ましい。

　半透膜ユニット２２においては、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過水が濃縮されるため、濃縮によるスケール析出を防止することが好ましく、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過水に対してスケール防止剤を添加し、半透膜ユニット２２に供給することが有効である。なお、ホウ素除去等のためなどに、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の下流側かつ半透膜ユニット２２の上流側でｐＨ調整を行う場合、スケール防止剤の添加は、その添加効果を発揮できるように、ｐＨ調整よりも上流側で実施することが好ましい。また、薬品（スケール防止剤）を添加した直後にはインラインミキサーを設けたり、薬品の添加口を供給水の流れに直接接触したりするなどして、添加口近傍での急激な濃度やｐＨ変化を防止することも好ましい。

　半透膜ユニット２２の運転圧力は通常０．１ＭＰａ～１５ＭＰａであり、供給水の種類、運転方法などで適宜使い分けられる。かん水や超純水など浸透圧の低い水を供給水とする場合には比較的低圧で、海水淡水化や廃水処理、有用物の回収などの場合には比較的高圧で使用される。

　また、本発明において、ナノろ過膜または逆浸透膜を備えた半透膜ユニット２２としては、特に制約はないが、取り扱いを容易にするため中空糸膜状や平膜状の半透膜を筐体に納めて流体分離素子（エレメント）としたものを耐圧容器に充填したものを用いることが好ましい。流体分離素子は、平膜で形成する場合、例えば、多数の孔を穿設した筒状の中心パイプの周りに、半透膜を流路材（ネット）とともに円筒状に巻回したものが一般的である。市販品としては、東レ（株）製逆浸透膜エレメントＴＭ７００シリーズやＴＭ８００シリーズを挙げることができる。これら流体分離素子を１本でも、また複数本を直列あるいは並列に接続して半透膜ユニットを構成することも好ましい。

　以下に具体的実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

　＜実施例１＞
ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５には、東レ（株）製の分画分子量１５万Ｄａのポリフッ化ビニリデン製中空糸ＵＦ膜で、膜面積７２ｍ^２の加圧型モジュール（ＨＦＵ－２０２０）１本を用いて、図１に示す造水装置を用意した。この装置において、原水供給弁４とろ過水弁７を開き、原水供給ポンプ２を稼働させ、濁度が５度、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ：全有機炭素）濃度が２～１０ｍｇ／Ｌの原水を、ろ過流束３．０ｍ／ｄで全量ろ過した。

　この間、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５については、３０分のろ過工程の後、原水供給弁４とろ過水弁７を閉じ、原水供給ポンプ２を停止すると共に、逆洗弁１０と空気弁１３とエア抜き弁６を開き、逆洗ポンプ９を稼働させ、逆圧洗浄と空気洗浄とを同時に１分間行った。なお、逆圧洗浄においては、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を用い、逆洗流束を３．３ｍ／ｄとし、また空気洗浄においては、膜モジュール下方から１００Ｌ／ｍｉｎで空気を供給した。その後、逆洗弁１０と空気弁１３を閉じ、逆洗ポンプ９を停止すると同時に、排水弁１２を開き、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の水を系外に全量排出した。その後、原水供給弁４を開き、原水供給ポンプ２を稼働し、原水をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内に供給後、ろ過水弁７を開き、エア抜き弁６を閉じ、ろ過工程に戻った。そして、３０分のろ過工程の度に、先述した洗浄工程を繰り返した。

　また１日１回、先述の洗浄工程の代わりに、薬液貯留槽１５内の次亜塩素酸ナトリウム溶液を原水に添加した薬液含有水をＭＦ／ＵＦ膜モジュールの１次側に供給して薬液を拡散させてから逆圧洗浄を行う洗浄を実施した。

　具体的には、一旦、原水供給ポンプ２を停止し、ろ過水弁７と原水供給弁４を閉じ、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過工程を中断した後、エア抜き弁６と排水弁１２を開とすることで、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の水を排出した。その後、排水弁１２を閉じ、エア抜き弁６と原水供給弁４が開の状態で、原水に薬液貯留槽１５内の次亜塩素酸ナトリウム溶液を薬液供給ポンプ１６で供給しながら、該水を、原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給した。なお、薬液含有水中の遊離塩素濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるように薬液供給ポンプ１６の添加量を適宜調整した。ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側が薬液含有水で満たされた後、原水供給ポンプ２と薬液供給ポンプ１６を停止し、原水供給弁４を閉じ、薬液をＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側から２次側に拡散させる薬液拡散工程を実施した。薬液拡散工程を実施し、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の２次側配管に設けた遊離塩素濃度計１７で測定される遊離塩素濃度が５ｍｇ／Ｌとなった時点で、薬液拡散工程を終了した。薬液拡散工程終了後、エア抜き弁６と排水弁１２を開とし、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の薬液を排出した。その後、排水弁１２を閉じ、逆洗弁１０を開とし、逆洗ポンプ９を稼働させ、ＭＦ／ＵＦ膜ろ過水を用いた逆圧洗浄を行う逆圧洗浄を実施した。逆洗工程終了後、排水弁１２を開にし、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５内の水を系外に排出した。その後、排水弁１２を閉、エア抜き弁６と原水供給弁４が開の状態で原水を原水供給ポンプ２によってＭＦ／ＵＦ膜モジュール５の１次側に供給し、ろ過水弁７を開、エア抜き弁６を閉とすることで、通常ろ過工程に戻した。

　以上のような工程を３ヶ月間繰り返した結果、原水のＴＯＣ濃度は２～１０ｍｇ／Ｌと大きく変動し、ＴＯＣ濃度変動に応じて薬液拡散工程の実施時間が５～６０分間と変動したが、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過差圧は、運転開始直後が７０ｋＰａであったのに対し、期間中９０～１００ｋＰａの間を推移し、安定運転できた。

　＜比較例１＞
　薬液浸漬時間（実施例１の薬液拡散工程の時間に相当）を１０分に固定して運転したこと以外は、実施例１と全く同じとするよう試みた。

　その結果、ＭＦ／ＵＦ膜モジュール５のろ過差圧は運転開始直後が７０ｋＰａであった。また、原水のＴＯＣ濃度が２～５ｍｇ／Ｌの期間は、実施例１と同様に、９０～１００ｋＰａを推移し、安定運転できた。しかし、原水のＴＯＣ濃度が５～１０ｍｇ／Ｌの期間は、１０日間と短い期間で１８０ｋＰａまでろ過差圧が上昇し、運転を停止せざるを得なかった。

１：原水貯留槽
２：原水供給ポンプ
３：原水供給ライン
４：原水供給弁
５：ＭＦ／ＵＦ膜モジュール
６：エア抜き弁
７：ろ過水弁
８：ろ過水貯留槽
９：逆洗ポンプ
１０：逆洗弁
１１：逆洗配管
１２：排水弁
１３：空気弁
１４：コンプレッサー
１５：薬液貯留槽
１６：薬液供給ポンプ
１７：薬液濃度計
１８：加温装置
１９：薬液含有水循環ライン
２０：薬液含有水循環ライン切替弁
２１：遊離塩素計
２２：半透膜ユニット
２３：昇圧ポンプ

Claims

原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る、精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールの洗浄方法であって、薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給し、薬液を前記膜モジュールの１次側から２次側へ拡散させる薬液拡散工程を行った後、前記膜モジュールの２次側から１次側へ膜ろ過水を逆圧洗浄させる逆洗工程を行い、かつ、前記薬液拡散工程時には、前記膜モジュールの２次側へ拡散した薬液の濃度に基づき、該薬液拡散工程の実施時間を制御する膜モジュールの洗浄方法。
前記薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給する際の少なくとも一部、前記薬液拡散工程の際の少なくとも一部、または、前記薬液含有水を前記膜モジュールの１次側に供給する際および前記薬液拡散工程の際それぞれの少なくとも一部において、空気洗浄を実施する、請求項１に記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記薬液拡散工程を行う前に、前記膜モジュールの１次側の原水を排出する、請求項１または２に記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記逆洗工程を行う前に、前記膜モジュールの１次側の薬液含有水を排出する、請求項１～３のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記膜モジュールの１次側から排出された薬液含有水を回収し、再利用する、請求項１～４のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記膜モジュールの１次側の容量よりも多い薬液含有水を前記膜モジュールに導入してオーバーフローさせ、オーバーフローした薬液含有水を再び前記膜モジュールの１次側に導入する、請求項１～５のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記薬液含有水を加温する、請求項１～６のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記膜モジュールが、該膜モジュールによる膜ろ過水の少なくとも一部を次いで半透膜ユニットで膜ろ過して透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置における膜モジュールである、請求項１～７のいずれかに記載の膜モジュールの洗浄方法。
前記薬液が、酸化剤または還元剤を含む、請求項１～８のいずれかに記載の膜モジュール洗浄方法。
前記薬液拡散工程時に、前記膜モジュールの２次側の水の酸化還元電位値を基に該薬液拡散工程の実施時間を制御する、請求項１～９に記載の膜モジュールの洗浄方法。
原水を膜ろ過して膜ろ過水を得る精密ろ過膜および限外ろ過膜の少なくとも一方を備えた膜モジュールと、前記膜ろ過水を前記膜モジュールの２次側から１次側に供給する逆圧洗浄ユニットと、前記膜モジュールの１次側に供給される水に薬液を供給する薬液供給ユニットと、膜ろ過を行う際に開となり逆圧洗浄を行う際に閉となる、前記膜モジュールの２次側配管に設けられたろ過水弁およびろ過水配管と、膜ろ過を行う際に閉となり、逆圧洗浄を行う際に開となる、前記膜モジュールの２次側に設けられた逆洗弁および逆洗水配管と、前記ろ過水弁および前記逆洗弁よりも前記膜モジュールに近い２次側配管に設置された、前記膜モジュールの２次側における薬液濃度を測定する薬液濃度測定ユニットと、前記薬液濃度の測定結果に基づいて薬液拡散工程の実施時間を制御する薬液拡散工程実施時間制御ユニットと、を含む造水装置。
前記膜モジュールの１次側に気体を供給する空気供給ユニットを含む、請求項１１に記載の造水装置。
前記薬液供給ユニットによって薬液が供給されて前記膜モジュールの１次側に供給される水を加温する薬液含有水加温ユニットを含む、請求項１１または１２に記載の造水装置。
前記膜モジュールの１次側に薬液含有水循環ラインを含む、請求項１１～１３のいずれかに記載の造水装置。
前記膜モジュールにより得られた膜ろ過水の少なくとも一部を処理する半透膜ユニットを含む、請求項１１～１４のいずれかに記載の造水装置。