膜分离装置的运转方法

专利名称：膜分离装置的运转方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用水位差式、吸引式的箱式膜分离 装置或槽式膜分离装置对河川水、湖沼水、地下水、海水、生 活排水、工厂排水、污水二次处理水等被处理水进行膜分离、 除污、除菌的膜分离装置的运转方法。
背景技术：
以往，在净水处理、污水处理、工业排水处理等水处理工 序中，利用凝集沉淀槽、重力沉淀槽等对被处理水进行固液分 离。但是，随着膜技术的发展，膜分离法由于过滤精度优良、 设置空间较少、运转管理容易等理由而被用于各种过滤装置中。 近年来，使用将膜组件配置于被供给到上述各种槽本身中的被 处理水中而对被处理水进行固液分离的方法。即，在被供给到 槽内的含有悬浊物质的被处理水中配置膜组件，在该膜组件中 利用吸引或压力差进行过滤，将被膜组件过滤后的过滤水引出 到槽的外部。采用该方法，槽内的液相中的悬浊物质以固态成 分残留在膜组件的供给侧，在膜组件的透过侧得到除污、除菌 后的洁净的过滤水。
在该膜分离装置中，由于被处理水中的悬浊物质随着过滤 的继续而附着在膜表面上阻塞孔，因此，过滤性能逐渐下降， 最后导致不能过滤。因此，为了稳定地进行过滤，需要通过气 体清洗(以后称为"空洗")、反压水清洗(以后称为"反洗") 等物理清洗将堆积在膜表面上的悬浊物质剥离，且将剥离下来 的悬浊物质排出到系统外。上述气体清洗是将空气等气体作为
气泡导入到分离膜的被处理水侧；上述反压水清洗是通过自滤液侧向与过滤方向相反的方向喷出过滤水或清澈水等反洗介质 而将堆积在分离膜表面上的悬浊物质除去。此时，若槽内的被
处理水量(保持量hold-up)较多，则为了将通过物理清洗剥
离下来的悬浊物质全部排出到系统外，会有大量的被处理水随 悬浊物质一起排出到系统外，从而导致得到的过滤水量与所用 的被处理水之比降低、即回收率降低。
鉴于上述问题，提出了 一种通过始终向配置有膜组件的槽 内供给规定量的被处理水、且同时将被处理水的一部分排出到
系统外来控制回收率的活塞式流动(plug flow)方式的运转方
法(例如，参照专利文献l)。但是，在上述的以往例中，在专
利文献l中公开的膜分离装置的运转方法中，为了达到例如99% 以上的高回收率，只能将槽内的被处理水的1%以下排出系统 外，导致不能将通过物理清洗等剥离下来的悬浊物质全部排出 系统外，因此，槽内的悬浊物质浓度会逐渐上升。因此，为了 稳定地进行超滤，需要以较低的超滤通量进行运转或使含有悬 浊物质的被处理水向系统外的排出量增加(使回收率降低)。
另外，为了提高空洗的清洗效果，公知有自膜组件的下方 喷出气泡且使过滤膜的被处理水侧液面降低的方法(例如，参 照专利文献2以及3 )、将臭氧化空气作为气泡注入到过滤膜的 :陂处理水侧(例如，参照专利文献4)的方法。专利文献4以及 5所示的空洗方法是利用由气液界面处的气泡消失效果、气泡 的破裂引起的较大的液面晃动的方法，该方法在提高清洗效果 方面是有效的，但存在由随着气泡的上升而产生的交叉流 (cross flow)获得的清洗效果减半、由随着气泡体积量的排 除效果而产生的过滤膜振动获得的清洗效果减半的问题。并且， 由于液面降低而使过滤膜周围的水消失，因此，过滤膜彼此间 因气泡的摇动而直接接触，过滤膜可能因互相摩擦而产生损伤、断裂。并且，由于通过空洗而暂时自膜表面剥离了的悬浊物质在液面下降时再次附着在膜表面上，因此，存在不能将被浓缩的悬浊物质全部排出系统外、清洗效果减半这样的问题。
并且，膜组件的处理水进水口附近的过滤膜到进水口的距离较短，过滤膜处理水侧的流体(处理水)的压力损失较小，因此，过滤膜的被处理水侧与处理水侧的压力差、即膜压力差变大，因此，上述部位的过滤膜比其它部位的过滤膜过滤的被处理水数量多，从而膜污染急速恶化，过滤性能下降。鉴于该问题，提出了 一种使过滤膜的一部分不浸渍在被处理水中地进行过滤的方法(参照专利文献5)。但是，在上述的以往例中，
在专利文献5中公开的膜分离装置的运转方法中，由于过滤膜
的一部分总是暴露在大气中，因此，存在过滤膜干燥的问题，还存在由于未使用全部过滤膜而使有效膜面积变小的问题。
专利文献l:国际公开第00/30742号小册子专利文献2:日本特公平6—71540号公报专利文献3:日本特许3351037号公报专利文献4:日本特开昭63 — 42703号公才艮专利文献5:日本特开平11一147028号公报

发明内容
本发明提供一种既能够减小过滤膜的负荷、通过高效率地进行清洗来确保高回收率、又能够进行稳定的超滤运转的运转方法。
本发明人进行了潜心研究，结果发现了这样的运转方法在反复进行2次以上过滤工序和物理清洗工序之后，将槽内排水排出系统外，并且组合以浸渍过滤膜整体的状态进行过滤的过滤工序和以浸渍过滤膜的 一 部分的状态进行过滤的过滤工序，从而减少过滤膜长度方向上的污染不均，因此，获得较佳的物理清洗效果，且减少槽内的被处理水量、即保持量，从而将通过物理清洗剥离下来的悬浊物质与残留在槽内的少量的被处理水一同排出系统外，从而能够确保高回收率，且能够进行稳定的超滤运转，完成了本发明。即，本发明如下所述。
(1) 一种膜分离装置的运转方法，该膜分离装置将由多根露出来的中空纤维膜构成的膜组件设置在被处理水槽内，其特征在于，该膜分离装置的运转方法在反复进行2次以上过滤工序和物理清洗工序之后，进行将槽内排水排出系统外的排水
工序；上述过滤工序通过对上述中空纤维膜的一次侧(被处理水侧)与二次侧(处理水侧)之间施加压力差来进4亍被处理水的过滤；上述物理清洗工序进行向上述膜组件的一次侧喷出气体清洗介质的气体清洗、以及自中空纤维膜的二次侧供给反洗介质使其透过到中空纤维膜的被处理水侧的反压水清洗。
(2) 根据上述(1)所述的膜分离装置的运转方法，其特征在于，该过滤工序包括由下述工序构成的过滤工序(以后称为过滤工序A),上述工序是向槽内供给被处理水、且在构成上述膜组件的中空纤维膜的 一部分露出来的状态下开始过滤被处理水的工序，以及接下来在构成上述膜组件的中空纤维膜整体浸渍了的状态下过滤被处理水的工序。
(3) 根据上述(1)或(2)所述的膜分离装置的运转方法，其特征在于，该过滤工序包括由下述工序构成的过滤工序
(以后称为过滤工序B),上述工序是在物理清洗工序结束之后不向槽内供给被处理水的情况下过滤被处理水到成为构成上述膜组件的中空纤维膜的 一部分露出来的状态为止的工序，以及接下来向槽内供给被处理水，在构成上述膜组件的中空纤维膜整体浸渍了的状态下过滤被处理水的工序。
(4) 根据上述(1)~(3)中任一项所述的膜分离装置的运转方法，其特征在于，物理清洗工序通过组合物理清洗工
序A和物理清洗工序B进行，上述物理清洗工序A是在构成上迷
膜组件的中空纤维膜整体浸渍了的状态下实施的工序，上述物
理清洗工序B是在构成上述膜组件的中空纤维膜的一部分露出来的状态下实施的工序。
(5) 根据上述(1 ) ~ (4)中任一项所述的膜分离装置的运转方法，其特征在于，上述膜组件是一种由两端部被粘接固定住的多根露出来的中空纤维膜构成的、上端部的中空纤维膜开口、且下端部的中空纤维膜封口的膜组件。
(6) 根据上述(1) ~ (5)中任一项所述的膜分离装置的运转方法，其特征在于，进行过滤工序A和物理清洗工序，并且在反复进行1次以上过滤工序B和上述物理清洗工序之后，将槽内的排水排出系统外。
采用本发明，减小过滤膜的负荷且还能有效地进行物理清洗，并且能够减少槽内的被处理水量、即保持量，因此，能够以少量的被处理水将通过物理清洗剥离下来的悬浊物质排出系统外，从而既能够确保高回收率，又能够进行稳定的超滤运转。


图1A是表示通常的过滤工序的概略的示意图。
图1B是表示过滤膜的 一 部分露出来的状态的过滤工序的才既略的示意图。
图2是表示采用了本发明的膜的清洗方法的处理流程的一个例子的流程图。
附图标记说明1、原水；3、原水供给泵；5、水滤过容器；6、反洗泵；7、氧化剂容器；8、氧化剂输送泵；9、压缩机；10、电磁阀；11、浸渍槽；12、吸引泵；101、过滤膜；102、膜组件；103、槽；Fl、通常的过滤工序中的超滤流速；F2、过滤膜的一部分露出来的状态下的超滤流速；L、过滤膜的有效长度；L，、过滤膜的 一 部份露出来的状态下的不与被处理水接触的过滤膜的长度。
具体实施例方式
下面，特别以优选的实施方式为中心详细说明本发明。作为本发明的对象的被处理水是河川水、湖沼水、地下水、蓄水、污水二次处理水、工厂排水或污水等。以往，在利用膜过滤上述各种原水时，含在该原水中的悬浊物质、所用膜的孔径以上大小的物质被膜阻挡，在形成所谓的浓度极化(concentration polarization),滤饼层的同时堵塞膜或吸附在膜内部的网状组织上。结果，与过滤清澈水时的膜的过滤流速相比，过滤原水时的膜的过滤流速自几分之l下降到几十分之l，且过滤流速随着过滤的继续而逐渐下降。
在该种膜分离装置中，为了稳定地进行过滤，需要通过使过滤水、空气自过滤膜的二次侧反流到一次侧的物理清洗将堆积在膜表面上的悬浊物质剥离，且将剥离下来的悬浊物质排出系统外。此时，若槽内的被处理水量(保持量)较多，则为了将通过物理清洗剥落下来的悬浊物质全部排出系统外，会有大量的被处理水随悬浊物质一同排出系统外，从而导致得到的过滤水量与所用的被处理水之比降低，即回收率下降。另外，由于膜组件的处理水进水口附近的过滤膜到进水口的距离较短，过滤膜处理水侧的流体(处理水)的压力损失较小，因此过滤膜的被处理水侧与处理水侧的压力差、即膜压力差变大，因此， 上述部位的过滤膜比其它部位的过滤膜过滤的被处理水数量 多，从而导致膜污染急速恶化，过滤性能下降。
本发明的膜分离装置的运转方法，与在设置于槽内的膜组 件的上部端面的上方控制槽内的被处理水的液面、用所有过滤 膜进行过滤的通常的过滤工序不同，进行如下这样的过滤工序
A以及过滤工序B;上述过滤工序A包括这样的过滤工序向槽 内供给被处理水，且在构成上述膜組件的过滤膜的 一 部分露出 来的状态下开始过滤被处理水，从而使悬浊物质附着在构成膜 组件的过滤膜的下方；上述过滤工序B包括这样的过滤工序 在物理清洗工序结束之后，不向槽内供给被处理水，而是过滤 被处理水到成为构成上述膜组件的过滤膜的 一部分露出来为止 的状态，从而使悬浊物质附着在构成膜组件的过滤膜的下方； 并且，在反复进行了 2次以上上述过滤工序和物理清洗工序之 后，将被浓缩的悬浊物质排出系统外。
在此，在使用有效长度为2 m的中空纤维膜作为过滤膜的情 况下，根据中空纤维膜的压力损失的理论计算，用自膜组件的 处理水进水口起的十分之二左右长度的过滤膜过滤需要过滤处 理水量的十分之五左右，从而与其它部位的过滤膜相比，过滤 的被处理水数量较多，从而膜污染急速恶化，过滤性能下降。 通过引用本发明的过滤工序A、 B，能够有效使用因压力损失的 影响而无法有助于过滤的过滤膜，并能够减少过滤膜的长度方 向的污染不均。另外，通过反复进行2次以上过滤工序和物理 清洗工序，能够减少膜分离装置的保持量，从而在将通过物理 清洗剥离下来的悬浊物质全部排出系统外时，只少量的被处理 水会随悬浊物质一同排出，能够以高回收率进行稳定的超滤运 转。在此，构成上述膜组件的过滤膜的 一部分露出来的状态下 的超滤流量以与通常的过滤工序中的超滤流量相同的流量、较 低的流量、较高的流量中的任一种流量进行控制都可以，但优 选以与通常的过滤工序中的超滤流量相同的流量以下的流量进 行控制。
并且，优选在将构成膜组件的过滤膜的垂直方向的长度设 为L、将在过滤膜的一部分露出来的状态下的、在槽内的被处 理水的液面之上的、未与被处理水接触的过滤膜的垂直方向的
长度设为L，时，相对于通常的过滤工序中的超滤流量F1，用 使过滤膜的 一 部分露出来的状态下的超滤流量F 2满足
F2当Flx ( L/ ) / ( L > ;L， 、 "0、 L > L， 的超滤流量来进行过滤膜的 一部分露出来的状态下的过滤。
并且，在采用使过滤水或清澈水等反洗介质自滤液侧沿与 过滤方向相反的方向透过到被处理水侧来除去堆积在过滤膜表 面上的附着物的反洗作为物理清洗方法的情况下，能够使在物 理清洗工序中使用过的过滤水或清澈水等全部或一部分贮存在 槽内而作为被处理水的一部分再次使用。因而，在实施将通过 物理清洗剥离下来的悬浊物质全部排出系统外的排水工序之 前，通过反复进行2次以上过滤运转和物理清洗工序，能够以 更高的回收率运转。
另外，为了提高物理清洗工序的清洗效果，优选在反洗所 使用的上述反洗介质中添加次氯酸钠、臭氧等氧化剂，并且对 使空气等气体作为气泡导入到过滤膜的被处理水侧的空洗来 说，含有臭氧等氧化剂是有效的。但是，如上所述，空洗条件 受到过滤膜的耐久性方面的制约而并不一定能够获得充分的清 洗效果。
本发明的过滤膜的清洗方法通过组合在构成上述膜组件的中空纤维膜整体浸渍的状态下实施的工序(以后称为物理清洗 工序A)以及在构成上述膜组件的中空纤维膜的一部分露出来 的状态下实施的工序(以后称为物理清洗工序B )进行清洗， 能够对过滤膜整体赋予(a)由随着气泡的上升而产生的交叉
流获得的清洗效果、(b)由随着气泡体积量的液体排除效果而 产生的过滤膜的振动获得的清洗效果、(c)由气液界面处的气
泡的消失效果、气泡的破裂引起的液面较大的晃动获得的清洗 效果，且由于(d)通过气体清洗而暂时自膜表面剥离下来的 悬浊物质不会再次附着在膜表面上，因此能够将自过滤膜剥离
下来的悬浊物质全部排出系统外，并且，由于(e)能够充分确 保膜组件的处理水进水口附近的过滤膜与气泡接触的时间，因 此与以往的空洗方法相比，能够高效率地使悬浊物质自过滤膜 表面剥离。
在物理清洗工序B中，在过滤、排出膜组件内的被处理水 而暂时使液面降低时的被处理水液面的水位可以是过滤膜的垂 直方向上的任意水位，但为了对过滤膜整体赋予上述5个清洗 效果，优选使水位降低到过滤膜的垂直方向的最下端部。另外， 在气体清洗工程B中，作为使过滤膜周围的被处理水液面自下 方上升到上方的方法，有进行反洗同时提升过滤膜周围的被处 理水液面的方法、供给被处理水同时提升过滤膜周围的被处理 水液面的方法，但是优选利用反洗来提升过滤膜周围的被处理 水液面的方法。另外，反洗(1)在总是与空洗同时进行时， 清洗效果较好，但也可以(2)在进行反洗之前只进行空洗。 或也可以(3)在进行了反洗之后只进行空洗。并且也可以(4) 一边导入被处理水一边进行反洗的同时进行空洗，并且也可以 交替组合(1 ) ~ ( 4)。
在此，在过滤膜的清洗工序中，清洗工序时间中的物理清洗工序A和物理清洗工序B的各个工序时间的比率为任意，但是
优选在l: 10~10: l的比率范围内进行。
并且，在一边使液面上升一边进行空洗的情况下，过滤膜 周围没有水的状态为短时间，从而能够防止因过滤膜彼此直接 接触、相互摩擦而导致的过滤膜损伤、断裂、膜的干燥。而且， 与以往的空洗方法相比，由于能够获得有效的清洗效果，因此 也能够减少所使用的气体清洗介质的量，在过滤膜、膜组件的 耐久性或能源效率方面也是有效的。
另外，在一边使本发明的过滤膜的被处理水侧液面自下方 向上方上升一边以气泡状向过滤膜的被处理水侧喷气体清洗介 质来进行空洗时，若使用至少含有氯、二氧化氯、过氧化氢、 臭氧气体等氧化剂中的l种以上的气体作为气体清洗介质或并 用至少含有上述氧化剂中的1种以上的反洗，则能够获得进一 步的清洗效果。空洗时间考虑过滤压力的回复性和过滤设备的 利用率适当决定即可。
本发明所使用的过滤膜没有特别限定，例如，可列举出聚 乙烯、聚丙蹄、聚丁烯等聚烯烃；四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚 共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯 -六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(EPE)、四氟乙烯-乙烯 共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、氯三氟乙烯-乙烯 共聚物(ECTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等氟类树脂；聚砜、 聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚等特种工程塑料；醋酸 纤维素、乙基纤维素等纤维素类；聚丙烯腈；聚乙烯醇的单一 成分和它们的混合物。在进一步组合使用臭氧等强效的氧化剂 的情况下，可以适用陶瓷等无机膜、聚偏氟乙烯(PVDF)膜、 聚四氟乙烯(PTFE)膜、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜、 四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)膜等氟类树脂膜等有机膜。这些过滤膜当中，优选使用其孔径范围为纳米过滤 (NF)膜到精密过滤(MF)膜的过滤膜。尤其优选截留分子
量为100左右的NF到平均孔径为10pm以下的MF。过滤膜的形 状能采用中空纤维状、带网络的中空纤维状、平膜状、折叠 (pleats)状、螺旋状、管状等任意形状，但是更优选使每单 位体积的膜面积较大的中空纤维状。
本发明所使用的膜组件是由多根过滤膜构成的膜束的上下 端部^^粘4妄固定住、端部的任意一方或两方^皮开口的膜组件， 被粘接固定的端部的截面形状除了圓形之外，还可以是三角形、 四边形、六边形、椭圆形等，特别优选膜的上端部具有开口、 下端部具有气体导入用的裙形结构部和用于将该气体导入到过 滤膜外表面的气体导入孔的膜组件。并且，膜组件的设置方法 可以是相对于地面成垂直方向、水平方向的任意一种，但是特 别优选设置成垂直方向。并且，在将多根膜组件配置在同一槽 内的情况下，膜组件的配置位置并没有特别限定，但是优选配 置在保持量为最小的最密充填的位置上。作为过滤方式，既可 以是全量过滤方式也可以是交 叉流过滤方式。作为过滤压力的 施加方法，可以是吸引过滤方式或压力差方式。另外，在使用 中空纤维状膜的情况下，可以是内压过滤、外压过滤中的任一种。
由于本发明采用了如上所述的结构，因此既能够维持高回 收率，又能够充分确保含有悬浊物质的被处理水向系统外排出 的排出量，能够进行稳定的超滤运转。
关于本发明，参照下述附图详细说明膜分离装置的运转方 法的实施方式的一个例子。
图1A是表示使用由沿垂直方向设在槽103内的多根过滤膜 101构成的膜束的两端部被粘接固定住、在膜的上端部具有开口部、下端部具有气体导入用的裙形结构部和用于将该气体导 入到分离膜外表面的气体导入孔的膜组件102 (以后称为"膜
组件")，在设置于槽103内的膜组件102的上部端面的上方控制 槽103内的被处理水的液面、用所有过滤膜101进行过滤的通常 的过滤工序的运转状态的示意图，图1B是表示在构成上述膜组 件102的过滤膜101的 一部分露出来的状态下进行被处理水的 过滤时的运转状态的示意图。
如图1A所示，在通常的过滤工序中，由于在膜组件102的 上部端面的上方控制槽103内的被处理水的液面，因此，利用 膜组件102的所有过滤膜101进行过滤。在此，作为通常的过滤 工序中的液面控制方法，使用液位计控制向槽103内供给的被 处理水的供给量的方法、或总是向槽内供给规定量的被处理水 且同时将被处理水的一部分排出系统外的活塞式流动方式控制 方法都可以。
另 一方面，在过滤膜101的一部分露出来的状态下过滤^皮 处理水的过滤工序中，由于在图1B的停止向槽103内供给被处
行过滤，因此，槽103内的^皮处理水的液面自膜组件102的上部 端面逐渐降低或逐渐上升，利用膜组件10 2的 一 部分过滤膜101 进行过滤。
在此，优选上述过滤工序中的超滤流量如下所述地决定。 在使过滤膜101的长度L-2m、使在过滤膜101的一部分露出来 的状态下进行的过滤工序结束时或开始时的槽103内的被处理 水液面之上的、未与被处理水接触的过滤膜101的长度L， =0.5m、使通常的过滤工序中的超滤流量Fl-5.0n^/hr (用l根 膜组件每小时获得5.0m3的过滤水的流量)时，在过滤膜101的 一部分露出来的状态下进行的过滤工序中的超滤流量F 2为<formula>formula see original document page 16</formula>
(用l根膜组件每小时获得3.75m3的过滤水的流量)。即，在该 情况下意味着，在过滤膜IOI的 一部分露出来的状态下进行的 过滤工序中，将超滤流量控制在3.75ms/hr以下。另外，优选 在过滤膜101的一部分露出来的状态下进行的过滤工序中，为 了防止堆积在未与被处理水接触的过滤膜101上的悬浊物质的 固结化、过滤膜101的千燥，优选使液面迅速到达规定的液面， 结束在过滤膜101的 一 部分露出来的状态下进行的过滤工序。
图2表示使用了应用本发明运转方法的上述膜组件的流程 例子。被处理水l被原水供给泵3输送到设有上述膜组件的浸渍 槽ll中，由吸引泵12获得的过滤水贮存在兼用作反洗容器的过 滤水容器5中。在进行反洗时，过滤水容器5中的过滤水被反洗 泵6输送到上述膜组件中，进行反洗，在此，能够利用氧化剂 输送泵8在从反洗泵6到上述膜组件的管道的中途向反洗水中 添加氧化剂容器7中的氧化剂。另外，向上述膜组件中导入空 气的空洗是通过将被压缩机9压缩了的空气供给到上述膜组件 的被处理水侧来进行的。在此，空洗所用的压缩空气的供给源 除了使用上述的压缩机之外还可以使用鼓风机。
膜分离装置的运转方法通常通过组合获得过滤水的过滤工 序、用于除去堆积在膜表面上的悬浊物质的物理清洗工序以及 将积蓄在槽内的悬浊物质排出系统外的排水工序进行运转。在 此，在本发明中，优选进行过滤工序A和物理清洗工序(包括 物理清洗工序A以及B)，并且在反复进行了 1次以上过滤工序B 和上述物理清洗工序之后，将槽内的排水全部排出系统外。
另外，在反复进行多次上述过滤工序和上述物理清洗工序而使槽内的浓缩倍率达到规定值(提高回收率)时，为了以较 高频率将被浓缩的槽内排水全部排出系统外，优选以尽量少的
反复进行上述过滤工序和上述物理清洗工序的次数达到规定的 浓缩倍率。即，在膜分离装置中，作为设置膜组件的槽，优选
使用膜组件设置部的保持量、即每单位膜面积的被处理水量(二
从膜组件设置部的容量中减去构成膜组件的中空纤维膜的体积
后的水量)尽量少的槽。
4妄下来，以实施例详细说明本发明。
实施例 实施例l
使用3根将直径6英寸、膜长度2m、聚偏氟乙烯制的公称孔 径0.1)Lim的中空纤维型精密过滤膜捆扎成膜面积50ms而成的 膜组件。将上述膜组件的上下端部粘接固定住、上部端面的中 空纤维膜开口、下部端面的中空纤维膜封口 。作为将上述膜组 件竖直设置的槽，膜组件设置部的槽的设置占地面积为 0.109m2、有效水深为2.3m,为了在上述槽的上部贮存物理清 洗所用的反洗排水，使用设有底面积为0.25m2、有效水深为 0.6m的緩冲槽的槽。
该膜分离装置的膜组件设置部的保持量、即每单位膜面积 的被处理水量(-从膜组件设置部的容量中减去构成膜组件的中 空纤维膜的体积后的水量)为1.36L/m2。
使用上述膜分离装置对作为被处理水的混浊度为1 ~ 3度 的河川水实施了连续运转。运转工序为组合了被处理水供给工 序、本发明的过滤工序以及物理清洗工序、还有排水工序而成 的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的被处理水供给水量为12m3/hr。在过滤工序中，(步骤l)从被处理水到达了膜长度的一半的时刻开始进行过 滤运转，接下来(步骤2)以膜整体浸渍了的状态进行大约26
分钟的过滤运转，然后(步骤3)在马上实施物理清洗工序之
前，实施过滤运转，直到被处理水达到膜长度的一半。另外， 过滤运转通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。各
过滤工序中的超滤流量是，(步骤l)以及(步骤3)中为6ms/hr (每一根膜组件为2m3/hr)、(步骤2)中为12m3/hr (每一根膜 组件为4ms/hr)。从(步骤l)到(步骤3)的全部过滤工序用 时大约28分钟。另外，(步骤2)中的被处理水供给水量与超滤 流量相同。
在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。使反洗流 量为12m3/hr (每一根膜组件为4m3/hr ),使气体清洗所用的空 气流量为].2Nm3/hr (每一根膜组件为4Nm3/hr )。
在反复进行5次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使 槽内的浓缩倍率为100倍(回收率99.0%)之后，实施用于排出 槽内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来 的悬浊物质排出的排出工序中，通过将设置于槽最下部的JIS 80A的配管全部打开来排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最 下部的压力式液面传感器检测出槽内水深为Om之后将阀全部 打开15秒钟来将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约7个月后，膜间的压力差为 70kPa以下，能稳定运转。
实施例2
使用l根将直径3英寸、膜长度lm、聚偏氟乙烯制的公称孔 径0.1 p m的中空纤维型精密过滤膜捆扎成膜面积6.8 m2而成的 膜组件。上述膜组件使用将上下端部粘接固定住、上部端面的中空纤维膜开口、下部端面的中空纤维膜封口的膜束。作为将 上述膜组件竖直设置的槽，膜组件设置部的槽的设置占地面积
为0.0134m2、有效水深为1.18m,为了在上述槽的上部贮存物 理清洗所用的反洗排水，使用设有底面积0.049m2、有效水深 0.35m的緩冲槽的槽。
该膜分离装置的膜组件设置部的保持量、即每单位膜面积 的被处理水量(=从膜组件设置部的容量中减去构成膜组件的中 空纤维膜的体积后的水量)为2.00L/m2。
使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为10 度、最大混浊度为200 300度的工业用水实施了连续运转。运 转工序为组合了被处理水供给工序、本发明的过滤工序以及物 理清洗工序、还有排水工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的被处理水供给水量为2m3/1^。在过滤工序中，(步 骤l )从被处理水到达了膜长度的一半的时刻开始进行过滤运 转，接下来(步骤2)以膜整体浸渍了的状态进行大约20分钟 的过滤运转，然后(步骤3)在马上实施物理清洗工序之前， 实施过滤运转，直到被处理水到达膜长度的一半。另外，过滤 运转通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。各过滤 工序中的超滤流量是，(步骤l)以及(步骤3)中为0.1m3/1^、 (步骤2)中为0.17m3/hr。从(步骤l)到(步骤3)的全部过 滤工序用时大约22.0分钟。
在 上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量 为0.28m3/hr，气体清洗所用的空气流量为1.2Nm3/hr。
在反复进行6次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使 槽内的浓缩倍率为20倍(回收率95.0%)之后，实施用于排出槽内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来 的悬浊物质排出的排出工序中，通过将设置于槽最下部的JIS 50A的配管全部打开来排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最
下部的压力式液面传感器检测出槽内水深为Om之后使阀全部 打开5秒钟而将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约3个月后，膜间的压力差为 30kPa以下，能够稳定运转。
比專交例1
比较例l中所用的膜组件以及膜分离装置与实施例2相同。 使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为10 度、最大混浊度为200- 300度的工业用水实施连续运转。运转
工序为组合了被处理水供给工序、过滤工序以及物理清洗工序、 还有排水工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的^皮处理水供给水量为2ms/hr。在过滤工序中，由 于浓缩倍率与实施例2相同，因此，在膜整体浸渍了的状态下 实施大约120分钟的过滤运转。另外，过滤运转通过使膜的二 次侧为负压而施加膜压力差来进行。过滤工序中的超滤流量为 0.17m3/hr。
在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量 为0.28m3/hr,气体清洗所用的空气流量为1.2Nm3/hr 。
在各实施1次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使槽 内的浓缩倍率为20倍(回收率95.0%)之后，实施用于排出槽 内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来的 悬浊物质排出的排出工序中，通过使设置于槽最下部的50A的 配管全部打开来排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最下部的压力式液面传感器检测出槽内水深为0 m之后使阀全部打开5秒 钟而将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约2周后，膜间的压力差达到 80kPa以上，不能进一步施加负压，导致不能稳定运转。 实施例3
在实施例3中，使用l根与实施例l相同规格的膜组件。作 为将上述膜组件竖直设置的槽，膜组件设置部的槽的设置占地 面积为0.0283m2、有效水深为2.72m,为了在上述槽的上部贮 存物理清洗所用的反洗排水，使用设有底面积0.126m2、有效 水深0.46m的緩冲槽的槽。
该膜分离装置的膜组件设置部的保持量、即每单位膜面积 的被处理水量(=从膜组件设置部的容量中减去构成膜组件的中 空纤维膜的体积后的水量)为1.2lL/m2。
使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为5 度、最大混浊度为300 500度的水库水实施了连续运转。运转 工序为组合了 #皮处理水供给工序、本发明的过滤工序以及物理 清洗工序、还有排水工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的被处理水供给水量为2ms/hr。在过滤工序中，(步 骤1 )从被处理水到达了膜长度的 一 半的时刻开始进行过滤运 转，接下来(步骤2)以膜整体浸溃了的状态进行大约15分钟 的过滤运转，然后(步骤3 )在马上实施物理清洗之前，实施 过滤运转，直到被处理水到达膜长度的一半。另外，过滤运转 通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。各过滤工序 中的超滤流量是，(步骤l)以及(步骤3)中为0.9m"hr、(步 骤2)中为1.83m3/hr。从(步骤l)到(步骤3)的全部过滤工 序用时大约17分钟。在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量
为2n^/hr，气体清洗所用的空气流量为4NmVhr。
在反复进行6次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使 槽内的浓缩倍率为20倍(回收率95.0%)之后，实施用于排出 槽内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来 的悬浊物质排出的排出工序中，通过将设置于槽最下部的50A 的配管全部打开而排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最下部 的压力式液面传感器检测出槽内水深为Om之后使阀全部打开 15秒钟而将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约8个月后，膜间的压力差为 30kPa以下，能稳定运转。 比4交例2
使用l根将直径6英寸、膜长度2m、聚偏氟乙烯制的公称孔 径O.lnm的中空纤维型精密过滤膜捆扎成膜面积50ms而成的 膜组件。上述膜组件使用将上下端部粘接固定住、上部端面的 中空纤维膜开口、下部端面的中空纤维膜封口的膜束。作为将 上述膜组件竖直设置的槽，使用设置占地面积为0.173m2、有 效水深为3.0m的槽。
该膜分离装置的膜组件设置部的保持量、即每单位膜面积 的被处理水量(=从膜组件设置部的容量中减去构成膜组件的中 空纤维膜的体积后的水量)为10.0L/m2。
使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为5 度、最大混浊度为300 500度的水库水实施连续运转。运转工 序为组合了过滤工序以及物理清洗工序、还有始终排出 一部分 被处理水的活塞式流动工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使向槽内供给的被处理水供给水量为2ms/hr。在过滤工序中，在 膜整体浸渍了的状态下进行大约15分钟的过滤运转。另外，过 滤运转通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。过滤 工序中的超滤流量为1.83m3/hr。
在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量 为2ms/hr，气体清洗所用的空气流量为4Nm3/hr。
使槽内的浓缩倍率为5.9倍(回收率83%)地始终排出一部 分^皮处理水。
以上述的运转条件运转了大约4个月后，膜间的压力差为 40kPa以下，能够稳定运转。 实施例4
实施例4中所用的膜组件以及膜分离装置与实施例l相同。 使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为 5 ~ IO度、最大混浊度为200 ~ 300度的河川水实施连续运转。 在被处理水中添加次氯酸钠以使被处理水中的残留氯的浓度为 0.5mg/L左右。运转工序为组合了被处理水供给工序、本发明 的过滤工序以及物理清洗工序、还有排水工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的被处理水供给水量为13.5ms/hr。在过滤工序中，
(步骤l)从被处理水到达了膜长度的一半的时刻开始进行过 滤运转，接下来(步骤2)以膜整体浸渍了的状态进行大约26 分钟的过滤运转，然后(步骤3 )在马上实施物理清洗工序之 前，实施过滤运转，直到被处理水到达膜长度的一半。另外， 过滤运转通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。各 过滤工序中的超滤流量是，(步骤l)以及(步骤3)中为7.5m"hr
(每一根膜组件为2.5m3/hr)、(步骤2)中为13.5m3/hr (每一根膜组件为4.5ms/hr )。从(步骤l)到(步骤3)的全部过滤 工序用时大约28分钟。
在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量 为20.25m3/hr (每一根膜组件为6.75m3/hr ),气体清洗所用的 空气流量为12Nm3/hr (每一根膜组件为4Nm3/hr )。
在反复进行2次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使 槽内的浓缩倍率为20倍(回收率95.0%)之后，实施用于排出 槽内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来 的悬浊物质排出的排出工序中，通过使设置于槽最下部的50A 的配管全部打开而排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最下部 的压力式液面传感器检测出槽内水深为Om之后使阀全部打开 15秒钟而将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约1个月后，膜间的压力差为 50kPa以下，能够稳定运转。
比專交例3
比较例3中所用的膜组件以及膜分离装置与实施例l相同。 使用上述膜分离装置对作为被处理水的、平均浑浊度为 5~ IO度、最大混浊度为200 300度的河川水实 施连续运转。 在被处理水中添加次氯酸钠以使被处理水中的残留氯浓度为 0.5mg/L左右。运转工序为组合了被处理水供给工序、过滤工 序以及物理清洗工序、还有排水工序而成的工序。
作为各运转工序的设定条件，在被处理水供给工序中，使 向槽内供给的被处理水供给水量为13.5m3/hr。在过滤工序中， 在膜整体浸渍了的状态下进行大约40分钟的过滤运转。另外， 过滤运转通过使膜的二次侧为负压而施加膜压力差来进行。过 滤工序中的超滤流量为13.5m3/hr(每一根膜组件为4.5m3/lir )。在上述过滤工序结束之后，实施物理清洗工序。在物理清 洗工序中，同时实施了反洗和使用空气的气体清洗。反洗流量
为20.25m3/hr (每一根膜组件为6.75m3/hr )，气体清洗所用的 空气流量为12Nm3/hr (每一根膜组件为4Nm3/hr )。
在各实施l次上述过滤工序以及上述物理清洗工序而使槽 内的浓缩倍率为20倍(回收率95.0%)之后，实施用于排出槽 内的浓缩排水的排出工序。在将通过物理清洗工序剥离下来的 悬浊物质排出的排出工序中，通过使设置于槽最下部的50A的 配管全部打开而排出悬浊物质，且通过在用设置于槽最下部的 压力式液面传感器检测出槽内水深为0m之后使阀全部打开15 秒钟而将浓缩排水自槽内全部排出。
以上述的运转条件运转了大约l周后，膜间的压力差达到 80kPa以上，不能进一步施加负压，导致不能进稳定运转。
工业上的可利用性
本发明优选利用在使用将河川水、湖沼水、地下水、蓄水、 污水二次处理水、工厂排水、污水等作为原水的过滤膜的领域 中，或者使用用于分离或浓缩宝贵资源(valuable resource ) 的过滤膜的领域中。
权利要求
1. 一种膜分离装置的运转方法，该膜分离装置将由多根露出来的中空纤维膜构成的膜组件设置在被处理水槽内，其特征在于，在反复进行了2次以上过滤工序和物理清洗工序之后，进行将槽内排水排出系统外的排水工序；上述过滤工序通过对上述中空纤维膜的一次侧即被处理水侧与二次侧即处理水侧之间施加压力差来进行被处理水的过滤；上述物理清洗工序进行向上述膜组件的一次侧喷出气体清洗介质的气体清洗、以及自中空纤维膜的二次侧供给反洗介质使其透过到中空纤维膜的被处理水侧的反压水清洗。
2. 根据权利要求l所述的膜分离装置的运转方法，其特征 在于，上述过滤工序包括由下述工序构成的过滤工序即过滤工序 A,上述构成该过滤工序A的工序是，向槽内供给被处理水、且 在构成上述膜组件的中空纤维膜的 一部分露出来的状态下开始 过滤被处理水的工序，以及接下来在构成上述膜组件的中空纤 维膜整体浸渍了的状态下过滤被处理水的工序。
3. 根据权利要求1及2所述的膜分离装置的运转方法，其特 征在于，上述过滤工序包括由下述工序构成的过滤工序即过滤工序 B，上述构成该过滤工序B的工序是，在上述物理清洗工序结束 之后不向槽内供给被处理水的情况下过滤被处理水到成为构成 上述膜组件的中空纤维膜的一部分露出来的状态为止的工序， 以及接下来向槽内供给被处理水在构成上述膜组件的中空纤维 膜整体浸渍了的状态下过滤被处理水的工序。
4. 根据权利要求l ~ 3中任一项所述的膜分离装置的运转 方法，其特征在于，上述物理清洗工序通过组合物理清洗工序A和物理清洗工序B进行，上述物理清洗工序A是在构成上述膜组件的中空纤维 膜整体浸渍了的状态下实施的工序，上述物理清洗工序B是在 构成上述膜组件的中空纤维膜的 一部分露出来的状态下实施的 工序。
5. 根据权利要求l ~ 4中任一项所述的膜分离装置的运转 方法，该膜分离装置将由多根露出来的中空纤维膜构成的膜组 件设置在被处理水槽内，其特征在于，上述膜组件是一种由两端部被粘接固定住的多根露出来的 中空纤维膜构成的、上端部的中空纤维膜开口、且下端部的中 空纤维膜封口的膜组件。
6. 根据权利要求l ~ 5中任一项所述的膜分离装置的运转 方法，该膜分离装置将由多根露出来的中空纤維膜构成的膜组 件设置在被处理水槽内，其特征在于，进行过滤工序A和物理清洗工序，并且在反复进行l次以上 过滤工序B和物理清洗工序之后，将槽内的排水排出系统外。
全文摘要
本发明提供一种膜分离装置的运转方法，该膜分离装置将由多根露出来的中空纤维膜构成的膜组件设置在被处理水槽内，其特征在于，既能够减小过滤膜的负荷、通过有效地进行清洗来确保高回收率，又能够进行稳定的超滤运转，因此，在该膜分离装置的运转方法中，在反复进行2次以上过滤工序和物理清洗工序之后，进行将槽内排水排出系统外的排水工序；上述过滤工序通过对上述中空纤维膜的一次侧(被处理水侧)与二次侧(处理水侧)之间施加压力差来进行被处理水的过滤；上述物理清洗工序进行向上述膜组件的一次侧喷出气体清洗介质的气体清洗、以及自中空纤维膜的二次侧供给反洗介质使其透过到中空纤维膜的被处理水侧的反压水清洗。
文档编号B01D65/02GK101472670SQ20068005510
公开日2009年7月1日 申请日期2006年10月3日 优先权日2006年10月3日
发明者塚原隆史, 森吉彦 申请人:旭化成化学株式会社