JP3194679B2

JP3194679B2 - 濾過膜モジュールの洗浄方法

Info

Publication number: JP3194679B2
Application number: JP31130494A
Authority: JP
Inventors: 史野安積; 修志中塚
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH08141375A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水浄化システムの濾過
膜モジュールの洗浄方法に関し、更に詳しくは特定の薬
剤へ濾過膜を接触させ、その後フラッシングあるいは逆
洗操作を行うことにより濾過膜に付着した水不溶性未透
過物質を除去し、濾過膜モジュールの機能を回復させる
濾過膜モジュールの洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、膜分離技術を適用する水浄化シス
テムは、従来の凝集−沈殿−砂濾過−塩素殺菌工程を経
る方法に代わる新たな方法として注目されている。分離
膜を用いた水浄化システムとしてはクロスフロー濾過が
あり、全量濾過と比較して原水濁度の変動に強いことか
ら各種の試行がなされている。ここにクロスフロー濾過
とは、分離膜の一方の膜面（原水供給側分離膜面）に原
水を供給し、分離膜を透過した透過水を分離膜の他方の
膜面（透過水側分離膜面）から回収する際、原水供給側
分離膜面に平行に原水を流して濾過を行うことにより、
分離膜表面に付着した原水に含まれていた濁質物質をそ
の膜表面からはぎ取る効果を有する濾過方法をいう。し
かし、このクロスフロー濾過によっても、濾過時間の経
過によって原水に含まれている濁質物質が分離膜表面に
積層して、分離膜の目詰まりを生じる。

【０００３】この目詰まりは水浄化システムの運転中断
の原因となるため、この目詰まりを解消あるいは予防す
るために、一般的に逆流洗浄（以下、逆洗と称する。）
が行われている。しかし、低濃度の次亜塩素酸ナトリウ
ム（ＮａＣｌＯ）溶液による逆洗とクロスフロー濾過を
交互に実施しても、長時間の連続運転を行う中で次第に
剥離できない非透過物質が膜面および膜内部に蓄積し、
水処理能力が低下する。そこで、数か月に一度程度、濾
過膜モジュールを薬品で処理して濾過膜モジュールの表
面などに付着した非透過物質を除去し、濾過膜モジュー
ルの水処理能力を回復させる方法が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この薬品洗浄操作にお
いては、薬品が有毒でその後の濾過処理操作に悪影響を
及ぼすことがなく、また、濾過膜性能の劣化を起こさな
いことが重要であり、少量の薬品で非透過物質を迅速か
つ完全に濾過膜から除去し、濾過膜の透水性能を回復さ
せることが望まれる。

【０００５】濾過膜モジュールの洗浄に使用される薬品
としては界面活性剤、酸、アルカリ酵素などがある。し
かし、表流水を浄化するため使用される濾過膜モジュー
ルの洗浄の場合、例えば、界面活性剤、酵素入り洗剤な
どを使用すると、洗浄後の濾過膜モジュールを透過水等
で丹念にすすぐことによりモジュール内の薬剤を完全に
除かなければ、最終生成物である上水が人体に悪影響を
及ぼすことになる。このような使用薬剤を濾過膜モジュ
ールから除去する多大な困難に加え、多量の洗浄水量が
生成する結果となり、洗浄排水の処理によりコストが必
要となる。一方、酸あるいはアルカリなどを使用した場
合には、これらの高濃度の薬品の使用が要求されるが、
これは濾過膜モジュール自体の損傷を招き、洗浄条件の
設定も難しい。さらに、使用済み排水の中和処理などの
後処理も必要となり、界面活性剤などを使用した場合と
同様に排水処理コストの増加にもつながる。そこで表流
水を浄化する濾過膜モジュールの洗浄においては、薬品
が無害であることはもちろんのこと、濾過膜モジュール
自体に対する劣化の影響がなく、安定で効果的な洗浄力
を有し、かつ簡便な洗浄方法の開発が強く望まれてい
る。

【０００６】このような洗浄方法として、特開平５−１
０３９５８号公報には、クエン酸とＮａＣｌＯを用いて
有機性廃水の凝集分離に用いた膜モジュールの洗浄を開
示している。まず、膜をｐＨ３．５〜４．５にしたクエ
ン酸水溶液を用いて循環洗浄する。次に同じ水溶液に膜
を浸漬し、さらに膜内に残存するクエン酸水溶液を水に
より押し出し洗浄したのち、有効塩素２００ｍｇ／リッ
トル含むＮａＣｌＯ水溶液で膜を循環洗浄する。次に同
じ液に膜を浸漬するといった洗浄方法である。しかし、
洗浄剤としてＮａＣｌＯ溶液を用いた場合、原水のフミ
ン質などの有機物質がＮａＣｌＯと反応し、発癌性物質
であるトリハロメタンが浄化システムの循環系内などに
残存してしまう可能性がある。

【０００７】また、特願平５−３０８５８９号には、濾
過膜モジュールの洗浄方法において、濃度５〜９５ｍｇ
／リットルのＮａＣｌＯ溶液に濾過膜モジュールを浸漬
し、ＮａＣｌＯ溶液の濃度と浸漬時間との積が１×１０
³〜７×１０⁴（ｍｇ／リットル）・ｈの範囲であること
を特徴とする洗浄方法が示されている。しかし、このよ
うなＮａＣｌＯ溶液を用いた浸漬による洗浄操作では、
薬品浸漬後の洗浄操作が不適切な場合、濾過膜の洗浄が
不十分となり濾過膜の透水性能は回復しない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは以上のよう
な問題点を克服するため鋭意検討した結果、濾過膜モジ
ュールの洗浄方法に特定濃度のＮａＣｌＯ溶液を使用
し、洗浄した後の操作を工夫したところ、濾過膜モジュ
ールの材質を損なわず機能を回復させ、排水の後処理も
不要でしかも管理が簡便であることを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は表流水の水浄化システ
ムにおける濾過膜モジュールの洗浄方法において、有効
塩素濃度１０〜１０００ｍｇ／リットルのＮａＣｌＯ溶
液に接触させる際、該ＮａＣｌＯ溶液の有効塩素濃度と
接触時間との積が１０００〜５０００（ｍｇ／リット
ル）・ｈの範囲になるように接触させた後、で原水側の
膜表面を膜間差圧が０．３ｋｇ／ｃｍ²以下フラッシン
グするか、あるいは、逆洗を行うことを特徴とする濾過
膜モジュールの洗浄方法を提供するものである。以下に
本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明による洗浄方法が適用できる濾過膜
モジュールとしては、表流水の水浄化システムに用いら
れる濾過膜モジュールであり、膜形態には中空糸型、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）型等が挙げられるが、濾過膜
と薬品との接触後に行う膜表面のフラッシングあるいは
逆洗が最も効果的な中空糸濾過膜モジュールが好まし
い。また濾過膜の材質は特に限定されるものではなく、
高分子材料やセラミック材料等が使用できる。高分子材
料としては、酢酸セルロース、その他のセルロース誘導
体、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル共重合
体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド系樹
脂、ポリイミド系樹脂、ポリビニリデンフロライドなど
に適用できる。特に、酢酸セルロースは高濃度の酸およ
び、アルカリ薬剤による耐薬品性に劣るため、本発明に
よる洗浄方法が要求されている。酢酸セルロース膜を本
発明の洗浄方法の対象濾過膜モジュールとして用いる場
合は、化学的耐久性の優れているものとして酢化度が４
０〜６２％の範囲にあるもの、好ましくは５５〜６２％
の範囲のものが適用させる。また、平均重合度は１００
〜５００の範囲にあるもの、好ましくは１５０〜３５０
のものが用いられる。この範囲外の酢酸セルロースを用
いた場合、膜がＮａＣｌＯ水溶液により化学的に劣化す
る可能性があり、また、本発明の洗浄方法を適用するた
めには、洗浄の際のＮａＣｌＯ溶液の接触時間とその濃
度範囲をかなり狭めなければならないため、洗浄の効果
を期待できない結果となる。

【００１１】本発明において使用する薬剤としてはＮａ
ＣｌＯ溶液を使用するが、ＮａＣｌＯは、本来上水道の
殺菌消毒として使用されている薬剤であり、表流水の水
浄化システムにおける濾過膜モジュールの洗浄剤として
は、人体に与えないという無害性が実証されている。ま
た、ＮａＣｌＯ溶液は強い酸化作用を有するため、表流
水の水浄化において濾過膜モジュールを目詰まりさせる
物質のうち、特に有機物質を酸化分解することによって
目詰まり物質を濾過膜モジュールから除去することがで
き、従って、濾過膜モジュールの透水速度が回復できる
と考えられる。本発明で用いるＮａＣｌＯ溶液の有効塩
素濃度は１０〜１０００ｍｇ／リットルが好ましく、よ
り好ましくは５０〜５００ｍｇ／リットルである。ま
た、本発明では、ＮａＣｌＯ溶液を濾過膜に接触させて
目詰まり物質を酸化分解するが、このＮａＣｌＯ溶液の
有効塩素濃度と濾過膜への接触時間との積が１０００〜
５０００（ｍｇ／リットル）・ｈの範囲であることを特
徴としている。すなわち、この積の値が１０００（ｍｇ
／リットル）・ｈ以下の場合、濾過膜は洗浄剤によって
充分に洗浄できず、濾過膜モジュールの水処理能力を回
復できない。また、積の値が５０００（ｍｇ／リット
ル）・ｈより大きい場合には、ＮａＣｌＯ溶液による濾
過膜モジュールの劣化を生じてしまう場合がある。従っ
て、この範囲で洗浄することにより充分な洗浄効果が期
待でき、しかも長期にわたり洗浄した場合にも濾過膜モ
ジュール自体の変質なども起こらない。

【００１２】本発明においては、濾過膜モジュールをＮ
ａＣｌＯ溶液に接触させる方法として、流動を与えない
ＮａＣｌＯ溶液に濾過膜を静置浸漬して膜目詰まり物質
を酸化分解する方法と、ＮａＣｌＯ溶液に流動を与えて
酸化分解に加えて目詰まり物質をはぎ取る方法等が考え
られるが、洗浄方法の簡便性の点から前者（浸漬法）の
方が望ましい。また、浸漬法の場合、濾過膜の透過側に
ＮａＣｌＯ溶液を注入して濾過膜を浸し、浸漬後のＮａ
ＣｌＯ溶液を回収するという操作を採ると、回収が容易
であるのみならず、原水側のフミン質とＮａＣｌＯ溶液
が反応して発癌性のトリハロメタンが生成するとう危険
性も少なく、より得策である。

【００１３】本発明においては、ＮａＣｌＯ溶液との接
触後の操作が重要である。即ち、本発明は濾過膜モジュ
ールをＮａＣｌＯ溶液に接触させた後、膜間差圧が０．
３ｋｇ／ｃｍ²以下で原水の膜表面をフラッシング、あ
るいは、逆洗を行うことを特徴とする。ここでいう膜間
差圧とは、フラッシング時の原水側（１次側）の圧力と
透過側（２次側）の圧力との差を意味する。また、フラ
ッシングとは、流体を原水側膜面方向に流動させ、膜表
面に付着した目詰まり物質を掃流する操作のことであ
る。さらに、逆洗とは流体を透過側から原水側に膜を介
して流通させる操作である。本発明では、フラッシング
時の膜間差圧０．３ｋｇ／ｃｍ²以下、好ましくは０．
１ｋｇ／ｃｍ²以下に操作することによって効果的な洗
浄が可能となる。膜間差圧が０．３ｋｇ／ｃｍ²以上で
フラッシングを行い、流体が原水側から膜を介して大き
く透過する場合、濾過膜モジュールに付着した目詰まり
物質が一旦ＮａＣｌＯ溶液の接触によって酸化分解を受
けても、このフラッシングによって分解した目詰まり物
質が再び濾過膜を目詰まりさせるために、結局、濾過膜
モジュールの性能回復ができない。また、フラッシング
に用いる流体は、原水、浄化水、空気およびこれらの混
合流体等がある。フラッシングの時間は特に限定され
ず、濾過の透水速度がある一定レベルに回復するまで行
えばよいが、通常１〜１００分程度である。一方、逆洗
を行う場合、流体として膜透過水などの浄化水や空気な
どを用いることができ、逆洗圧力は０．１〜２．０ｋｇ
／ｃｍ²が望ましい。

【００１４】本発明による洗浄方法においては、濾過膜
モジュールを水浄化システムから取り外して洗浄するこ
とも、濾過膜モジュールを水浄化システムに装着したま
ま洗浄することも可能である。濾過膜モジュールをシス
テムから取り外す場合には、予め用意したＮａＣｌＯ溶
液に濾過膜を接触させることが好ましい。一方、水浄化
システムに濾過膜モジュールの洗浄用の回路の切り替え
が用意されている場合には、濾過膜モジュールをシステ
ムに装着したまま洗浄することも可能である。なお、洗
浄用の回路とは、通常使用における透過水生成用回路と
は別の、供給原水の代わりにＮａＣｌＯ溶液ならびにす
すぎ用水を供給され、かつ、洗浄による処理廃液を排出
することのできる回路である。また、濾過膜モジュール
４本用の水浄化システムにおいて、予め５本の濾過膜モ
ジュールを設置しておけば、４本の濾過膜モジュールを
運転しながら残り１本の濾過膜モジュールを洗浄するこ
とができ、水浄化システムの運転を休止する必要がなく
なる。

【００１５】本発明におけるＮａＣｌＯは強力な酸化作
用ならびに分解作用を有し、酸素を放出しながらＮａＣ
ｌとなる。よって、洗浄による排出処理液としては特別
の処理施設を必要としない。よって、洗浄のための特別
の処理施設なども必要がないため、水浄化システムの現
場において簡便に操作できる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１７】（実施例１）濾過膜モジュールとして酢酸
セルロース性中空糸膜モジュール（膜面積５ｍ²，有効
膜長さ１ｍ）を用い、図１に示す水浄化システムにおい
て平均濁度７度の河川水で、約１００日間濾過運転し
た。このシステムでは原水を中空糸膜の内側に流して濾
過し、３０分ごとに１分間、透過水を中空糸膜の外側に
加圧して逆洗を行った。運転後、濾過膜モジュール３中
の任意の位置の中空糸膜（約１ｍ）を取り出し、本発明
による洗浄回復性を試験する試料とした。この試料中空
糸膜の長さ５０ｃｍを膜中に気泡が入らないように注意
して有効塩素濃度５００ｍｇ／リットルのＮａＣｌＯ水
溶液中に３時間静置浸漬した。この際のＮａＣｌＯ水溶
液の有効塩素濃度と溶液中の膜の接触時間の積は１５０
０（ｍｇ／リットル）・ｈである。

【００１８】浸漬後の中空糸膜の膜内部の一端からイオ
ン交換水を膜間差圧０．０５ｋｇ／ｃｍ²で１００ミリ
リットル流し、内表面に付着していた目詰まり物質を掃
流した。この時、中空糸膜のもう一端は開放してある状
態である。以上のようにして洗浄した中空糸膜の洗浄回
復性能を、純水透過速度（ＰＷＰ）を測定して求めた。
ここでＰＷＰとは、有効長５０ｃｍの中空糸膜の内側に
２５℃の純水で１ｋｇ／ｃｍ²の水圧をかけ、単位膜面
積・単位時間当たりの透過した純水の量をいう。洗浄後
の中空糸膜のＰＷＰは４１０リットル／ｍ²・ｈ（ｋｇ
／ｃｍ²）であり、これは濾過に使用する前の中空糸膜
の４５０リットル／ｍ²・ｈ（ｋｇ／ｃｍ²）の９０％の
洗浄回復率（下式（１））を示した。表−１にＮａＣｌ
Ｏ溶液との接触後の洗浄操作（「接触後の操作」と記
す）洗浄方法と洗浄回復率を示した。なお洗浄前の中空
糸膜のＰＷＰは１００リットル／ｍ²・ｈ（ｋｇ／ｃ
ｍ²）であり、濾過運転後の中空糸膜のフラックス低下
率（下式（２））は２２％であった。また、本洗浄操作
によって膜付着物の著しい流出が観察された。

【００１９】

【数１】洗浄回復率（％）＝（洗浄後ＰＷＰ／使用前ＰＷＰ）×１００（１）洗浄前ＰＷＰ低下率（％）＝（使用後ＰＷＰ／使用前ＰＷＰ）×１００（２）

【００２０】（実例例２）実例例１と同様に水浄化シス
テムによって河川水を約１００日間濾過した後の酢酸セ
ルロース中空糸膜モジュールを水浄化システムから取り
出し、この濾過膜モジュール３の入口および出口の両原
水ポート部分を閉じた。次いで中空糸膜モジュール３の
透過側ケーシング内の透過水を取り除き、有効塩素濃度
１００ｍｇ／リットルのＮａＣｌＯ水溶液が中空糸膜の
外表面に接触するようにケーシング内部に充填した。接
触時間が１８時間後にケーシング内のＮａＣｌＯ水溶液
を除き、中空糸膜モジュールを再び水浄化システムに装
着した。その後、膜透過水を逆洗圧力０．５ｋｇ／ｃｍ
²で中空糸膜の外表面から透過して１分間逆洗を行い、
中空糸膜内表面の付着物を流し出した。次いで、濾過運
転を再開し、濾過初期の透水流速を測定し、次式（３）
によって洗浄回復率を求め、表−１に示した。洗浄回復率（％）＝（初期透水流速／使用前ＰＷＰ）×１００（３）

【００２１】（実例例３）実例例２と同様にして濾過し
た後の酢酸セルロース中空糸膜モジュールを実施例２と
同様に中空糸膜の外表面に有効塩素濃度１００ｍｇ／リ
ットルのＮａＣｌＯ水溶液を１８時間接触させ、水浄化
システムに濾過膜モジュールを装着した。その後、透過
側のポートを閉じて膜間差圧がゼロの状態でモジュール
の入口圧が１．０ｋｇ／ｃｍ²で中空糸膜表面を１分間
掃流した。実施例２と同様に洗浄回復率を求め、表−１
に示した。

【００２２】（比較例１）実施例１と同様の水浄化シス
テムで使用した中空糸膜を有効塩素濃度５００ｍｇ／リ
ットルのＮａＣｌＯ水溶液に静置浸漬した。浸漬３時間
後に中空糸膜を取り出し、膜間差圧１．０ｋｇ／ｃｍ²
でイオン交換水を１００ミリリットル流し、中空糸膜内
表面を掃流した。その後、ＰＷＰを測定し洗浄回復率を
求めた。その結果を表−１に示す。

【００２３】（比較例２）実施例１と同様の水浄化シス
テムにおいて使用した中空糸膜を有効塩素濃度５００ｍ
ｇ／リットルのＮａＣｌＯ水溶液に５０時間静置浸漬し
た。その後、実施例１と同様に膜間差圧０．０５ｋｇ／
ｃｍ²でイオン交換水を１００ミリリットル流し、中空
糸膜内表面を掃流した。その後、ＰＷＰを測定し洗浄回
復率を求めた。その結果を表−１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明の洗浄方法によれば、濾過膜モジ
ュールの特別な管理を要することなく水処理能の回復を
行うことができる。しかも水処理システムを休止するこ
となく連続運転しながら洗浄することも可能となる。さ
らに、ＮａＣｌＯは強アルカリ、強酸あるいは界面活性
剤などと異なり中和やその他の後処理が不要であり、水
浄化処理場において簡便に使用できる。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の評価で用いた水浄化システム

【符号の説明】

１逆止弁２ポンプ３中空糸膜モジュール４透過水自動弁５洗浄水排出自動弁６洗浄水排出経路７循環経路８透過水タンク９ポンプ１０逆洗自動弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−220709（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−71607（ＪＰ，Ａ) 特開平６−238135（ＪＰ，Ａ) 特開平６−238136（ＪＰ，Ａ) 特開平８−52330（ＪＰ，Ａ) 特開平７−136474（ＪＰ，Ａ) 実開平１−92202（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 65/06 B01D 65/02 B01D 71/16 C02F 1/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表流水の水浄化システムにおける濾過膜
モジュールの洗浄方法において、有効塩素濃度１０〜１
０００ｍｇ／リットルの次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣ
ｌＯ）溶液に濾過膜モジュールを接触させる際、該Ｎａ
ＣｌＯ溶液の有効塩素濃度と接触時間との積が１０００
〜５０００（ｍｇ／リットル）・ｈの範囲になるよう接
触させた後、原水側の膜表面を膜間差圧が０．３ｋｇ／
ｃｍ²以下でフラッシングするか、あるいは、逆洗を行
う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】請求項１記載の濾過膜モジュールの膜材
質が酢酸セルロースであ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３】２本以上の濾過膜モジュールからなる水
処理システムにおいて、少なくとも１本の濾過膜モジュ
ールを使用しながら他の濾過膜モジュールを水処理シス
テムに装着したまま洗浄することを特徴とする請求項１
記載の濾過膜モジュールの洗浄方法。