JP2001079367A - 膜分離方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜表面でのマンガン酸化物の固着、成長を最
小限に抑えることによって、膜の閉塞を防ぐ。 【解決手段】 マンガンイオンを含む原水を膜モジュー
ル１８に供給して膜濾過するに際して、管路１６内を流
れる原水に酸化剤槽３４からの次亜塩素酸ナトリウム溶
液を所定時間添加した後、前記原水に薬液槽４４からの
亜硫酸水素ナトリウム溶液を所定時間添加する。この操
作を間欠的に繰り返すことによって、濾過膜２２の表面
での微生物の繁殖と、二酸化マンガンの固着、成長を防
止して膜の閉塞を防ぎ、低い濾過抵抗での長時間の濾過
運転を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜分離方法及びその
装置に係り、特にマンガンイオンを含む原水を濾過膜に
よって濾過する膜分離方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原水を濾過膜によって濾過する膜分離方
法においては、濾過によって膜表面に原水中の懸濁物質
が付着したり、微生物が繁殖することによって、膜の濾
過抵抗を上昇させ、ひいては膜を閉塞させる。このた
め、膜の表面を定期的に洗浄することが行われている。

【０００３】しかしながら、物理的な洗浄のみでは膜表
面に繁殖した微生物を除去することが困難であるため、
濾過操作の過程で前記原水に間欠的又は連続的に次亜塩
素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加し、前記微生物を酸
化分解することによって膜の閉塞を防止する方法が知ら
れている。この方法によれば膜を透過した処理水中の未
反応の酸化剤が消毒剤として作用し、飲料用として好適
であるという利点もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原水に
次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤を添加する上記の方
法は膜表面での微生物の繁殖を防止する点では有効であ
るが、本発明者の知見によれば新たな問題点が生じるこ
とが判った。すなわち、原水中には通常微量の鉄イオン
やマンガンイオンが含まれており、これらの金属イオン
が前記酸化剤によって酸化することによって、金属酸化
物として析出し、これらが膜表面に固着して、膜を閉塞
させることが判明した。特に、マンガンの酸化物である
二酸化マンガンの結晶は一度膜表面に付着すると、その
自触媒作用によってマンガンの酸化を促進させ結晶の粗
大化を招き、上記膜の閉塞を早める。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、マンガンイオンを含む原水を膜濾過する場合に
おいても、膜表面でのマンガン酸化物の固着、成長を最
小限に抑えることによって、膜の閉塞を防ぎ、低い濾過
抵抗で長時間の濾過運転を行うことができる膜分離方法
とその装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る膜分離方法
は、マンガンイオンを含む原水を濾過膜によって濾過す
る膜分離方法において、前記原水に亜硫酸水素ナトリウ
ムを間欠的に添加して濾過することを特徴とする。

【０００７】また、本発明に係る膜分離方法は、マンガ
ンイオンを含む原水を濾過膜によって濾過する膜分離方
法において、前記原水に酸化剤と亜硫酸水素ナトリウム
とを交互に添加して濾過することを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る膜分離装置は、膜モジ
ュールと、この膜モジュールにマンガンイオンを含む原
水を供給する原水供給手段と、前記原水に酸化剤を添加
する酸化剤添加手段と、前記原水に亜硫酸水素ナトリウ
ム溶液を添加する亜硫酸水素ナトリウム添加手段と、前
記膜モジュールを透過した処理水を貯留する処理水槽
と、この処理水槽に配設された攪拌手段とを具備したこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
装置系統図である。原水は管路１０から原水槽１２に導
入される。原水槽１２にはポンプ１４を備えた管路１６
が接続され、この管路１６の一端は膜モジュール１８の
原水側２０に接続されている。膜モジュール１８は濾過
膜２２によって原水側２０と透過水側２４とに区画さ
れ、透過水側２４は管路２６を介して処理水槽２８に接
続している。処理水槽２８には攪拌機３０が配設される
とともに、処理水の出口管路３２が接続されている。

【００１０】前記膜モジュール１８に用いられる濾過膜
２２の種類は特に限定されず、精密濾過膜、限外濾過
膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜のいずれであってもよい。ま
た、膜の型式も特に限定されず、中空糸膜、平膜、チュ
ーブラー型膜のいずれであってもよい。

【００１１】前記管路１６には、酸化剤添加手段及び亜
硫酸水素ナトリウム添加手段が接続されている。すなわ
ち、酸化剤添加手段は次亜塩素酸ナトリウム溶液を貯留
する酸化剤槽３４と、この酸化剤槽３４と前記管路１６
とを開閉弁３６を介して接続するとともにその途中にポ
ンプ３８を備えた管路４０とからなる。また、亜硫酸水
素ナトリウム添加手段は亜硫酸水素ナトリウム溶液を貯
留する薬液槽４２と、この薬液槽４２と前記管路１６と
を開閉弁４８を介して接続するとともにその途中にポン
プ５０を備えた管路５２とからなる。また、符号５４は
制御器であり、内臓したタイマーによって、前記開閉弁
３６、４６の開閉、並びに前記ポンプ３８、４８のＯ
Ｎ，ＯＦＦを制御する。

【００１２】上記の構成において、原水は原水槽１２か
らポンプ１４によって膜モジュール１８に供給され、濾
過膜２２で濾過される。濾過により得られた処理水は管
路２６から処理水槽２８へ送られ、ここで一旦貯留され
た後、管路３２から目的の場所に送水される。

【００１３】この濾過工程において、前記制御器５４で
は図２に示すサイクルで前記酸化剤添加手段及び亜硫酸
水素ナトリウム添加手段を１サイクルの時間Ｔが下記の
式１で実行されるように制御する。

【００１４】

【式１】Ｔ＝ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃＋ｔ₄

【００１５】上記式１において、ｔ₁、ｔ₃は原水のみを
通水する時間帯、ｔ₂は原水に次亜塩素酸ナトリウム溶
液を添加する時間帯、ｔ₄は原水に亜硫酸水素ナトリウ
ム溶液を添加する時間帯であり、１サイクルの時間Ｔは
通常２０分間〜２４時間とする。

【００１６】まず、原水のみを通水する時間ｔ₁の運転
後、前記制御器５４によって開閉弁３６を開とし、ポン
プ３８を稼動させることによって、時間ｔ₂の間、管路
１６内を流れる原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加
する。その添加量は原水に対する次亜塩素酸ナトリウム
の濃度が１〜２０ｐｐｍとなるようにし、時間ｔ₂は１
〜３０分間程度とする。この次亜塩素酸ナトリウム溶液
が添加された原水が前記膜モジュール１８の濾過膜２２
の膜表面に到達すると、膜面に付着して繁殖しようとし
ている微生物が次亜塩素酸ナトリウムの作用によって酸
化分解され死滅する。このため、膜面での微生物の繁殖
による膜の閉塞を防止することができる。

【００１７】しかしながら、原水中にマンガンイオンが
含まれている場合には、前記したようにマンガンイオン
が次亜塩素酸ナトリウムの作用によって酸化して、二酸
化マンガンを析出する。この二酸化マンガンが膜表面に
固着して、膜を閉塞させるという弊害が生じる。このた
め、次亜塩素酸ナトリウム溶液の添加操作を停止後、時
間ｔ₃の間は原水のみを通水し、次いで前記制御器５４
によって開閉弁４６を開とし、ポンプ４８を稼動させる
ことによって、時間ｔ₄の間、管路１６内を流れる原水
に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する。なお、上記の
時間ｔ₃の原水のみを通水する運転は、前段で添加した
次亜塩素酸ナトリウムと後段で添加する亜硫酸水素ナト
リウムとが前記濾過膜２２の手前で接触して中和される
ことを防止するためであり、この目的のために時間ｔ₃
として数分間原水のみを通水し、管路１６内及び膜モジ
ュール１８の原水側２０内を次亜塩素酸ナトリウムを含
まない原水に置換する。

【００１８】前記亜硫酸水素ナトリウムの添加量は原水
に対して３〜１０ｐｐｍとし、時間ｔ₄は１〜１０分間
程度とする。亜硫酸水素ナトリウム溶液が添加された原
水が前記膜モジュール１８の濾過膜２２の膜表面に到達
すると、膜表面に固着していた二酸化マンガン（厳密に
は二酸化マンガンの水和物）が亜硫酸水素ナトリウムの
作用によって、下記の式２のように還元し溶解する。こ
のため、膜面での二酸化マンガンの固着、成長による膜
の閉塞を防止することができる。

【００１９】

【式２】ＭｎＯ₂・ｎＨ₂Ｏ＋２ＮａＨＳＯ₃→ＭｎＳＯ₄
＋Ｎａ₂ＳＯ₃＋(ｎ＋１)Ｈ₂Ｏ

【００２０】上記式２の反応生成物及び反応に寄与しな
かった余剰の亜硫酸水素ナトリウムは水溶性であるた
め、濾過膜２２を透過し、処理水に溶解して処理水槽２
８に至る。処理水槽２８中の処理水には前記次亜塩素酸
ナトリウムを添加した際の余剰の次亜塩素酸ナトリウム
が溶解している。したがって、上記余剰の亜硫酸水素ナ
トリウムは下記の式３に示される反応によって中和され
る。

【００２１】

【式３】 ＮａＨＳＯ₃＋ＮａＣｌＯ→ＮａＨＳＯ₄＋ＮａＣｌ

【００２２】このため、次亜塩素酸ナトリウムがやや過
剰となるように、前記次亜塩素酸ナトリウム溶液と亜硫
酸水素ナトリウム溶液の添加量を調整すれば、処理水中
に亜硫酸水素ナトリウムが残存することを回避すること
ができる。

【００２３】上記式３の反応が速やかに達成するよう
に、処理水槽２８に配設した攪拌機３０を稼動させるこ
とが好ましい。なお、前記図２に示した１サイクルの各
時間帯毎に処理水の性状が微妙に変化するので、攪拌機
３０は上記式３の反応促進の目的以外にも、処理水の性
状を均一化することを目的として、随時稼動させること
が好ましい。処理水槽２８内の処理水の攪拌手段として
は、攪拌機３０に替えて、例えば循環ポンプを用いても
よい。

【００２４】図３、図４に濾過工程における１サイクル
の時間Ｔの変形例を示す。図３に示す例は、１サイクル
の時間Ｔとして、原水のみを通水する時間帯ｔ₁と原水
に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する時間帯ｔ₂とを
３回繰り返した後、図２の場合と同様に原水のみを通水
する時間帯ｔ₃、原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添
加する時間帯ｔ₄によって構成したものである。この変
形例は、原水中の微生物が比較的多く、マンガンイオン
が少ないときに適している。

【００２５】図４に示す例は、１サイクルの時間Ｔを、
原水のみを通水する時間帯ｔ₁と原水に亜硫酸水素ナト
リウム溶液を添加する時間帯ｔ₄によって構成したもの
であり、図１においては酸化剤添加手段が除外された装
置構成となる。。この変形例は、濾過膜が多少の微生物
の繁殖に影響されない種類である場合や、原水中に微生
物が少なく、マンガンイオンが比較的多いときに適して
いる。亜硫酸水素ナトリウムは次亜塩素酸ナトリウムの
ような微生物を酸化分解して死滅させるような作用はな
いが、微生物、特に好気性の微生物の繁殖を抑止する作
用がある。但し、この変形例では、必要以上の亜硫酸水
素ナトリウムを添加すると、処理水中に余剰の亜硫酸水
素ナトリウムが残存することになる。したがって、この
余剰の亜硫酸水素ナトリウムを中和するためには、例え
ば図１において処理槽２８に酸化剤５２を直接に添加す
ればよい。

【００２６】前記実施例の説明では、濾過工程における
１サイクルの内容について主に説明した。しかし、長時
間の運転によって、濾過抵抗が一定の値以上になった場
合は、上述の濾過工程とは別に、洗浄工程を必要に応じ
て実施し透過流束の回復を図る。洗浄は薬液洗浄、空気
洗浄、逆圧洗浄など公知の方法が膜モジュールの使用状
況に合わせて適宜選択される。

【００２７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、マンガン
イオンを含む原水を膜濾過する場合において、膜表面で
のマンガン酸化物の固着、成長を最小限に抑えることに
よって、膜の閉塞を防ぎ、低い濾過抵抗で長時間の濾過
運転を行うことができるという格別の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す装置系統図である。

【図２】本発明の濾過工程における１サイクルの内容を
示すタイムチャートである。

【図３】本発明の濾過工程における１サイクルの変形例
を示すタイムチャートである。

【図４】本発明の濾過工程における１サイクルの変形例
を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１２……原水槽 １８……膜モジュール ２２……濾過膜 ２８……処理水槽 ３０……攪拌機 ３４……酸化剤槽 ４４……薬液槽 ５４……制御器 ｔ₁……原水のみを通水する時間帯 ｔ₂……原水に次亜塩素酸ナトリウム溶液を添加する時
間帯 ｔ₃……原水のみを通水する時間帯 ｔ₄……原水に亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する時
間帯

フロントページの続き (72)発明者 北沢 照啓 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 (72)発明者 奥野 裕 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 日 立プラント建設株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA05 GA06 GA07 HA01 HA21 HA41 KA33 KD24 KD30 KE11R KE28R PA01 PB02 PB24 PB27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マンガンイオンを含む原水を濾過膜によっ
   て濾過する膜分離方法において、前記原水に亜硫酸水素
   ナトリウムを間欠的に添加して濾過することを特徴とす
   る膜分離方法。
2. 【請求項２】マンガンイオンを含む原水を濾過膜によっ
   て濾過する膜分離方法において、前記原水に酸化剤と亜
   硫酸水素ナトリウムとを交互に添加して濾過することを
   特徴とする膜分離方法。
3. 【請求項３】膜モジュールと、この膜モジュールにマン
   ガンイオンを含む原水を供給する原水供給手段と、前記
   原水に酸化剤を添加する酸化剤添加手段と、前記原水に
   亜硫酸水素ナトリウム溶液を添加する亜硫酸水素ナトリ
   ウム添加手段と、前記膜モジュールを透過した処理水を
   貯留する処理水槽と、この処理水槽に配設された攪拌手
   段とを具備したことを特徴とする膜分離装置。