特許 7598736 水処理装置及び水処理装置の洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-04

(45)【発行日】2024-12-12

(54)【発明の名称】水処理装置及び水処理装置の洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 65/02 20060101AFI20241205BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B01D65/02

C02F1/44 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020187781

(22)【出願日】2020-11-11

(65)【公開番号】P2022077113

(43)【公開日】2022-05-23

【審査請求日】2023-10-17

(73)【特許権者】

【識別番号】390014074

【氏名又は名称】前澤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001656

【氏名又は名称】弁理士法人谷川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】円谷 輝美

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 敦

(72)【発明者】

【氏名】グェン タン フォン

(72)【発明者】

【氏名】田村 尚也

【審査官】宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９２９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０５７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１７７７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１１８４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２２９３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１ー２０７３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１１８４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固形物を含む被処理水を処理する水処理装置において、
前記被処理水から前記固形物を分離除去する分離除去手段と、
前記分離除去手段の一端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第１の集水手段と、
前記分離除去手段の他端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第２の集水手段と、
前記分離除去手段を洗浄する際に用いられる洗浄手段と、
前記洗浄手段を貯留する貯留手段と、
前記貯留手段及び前記第１の集水手段の間に介在する第１のポンプと、
前記貯留手段及び前記第２の集水手段の間に介在する第２のポンプと、を備え、
前記洗浄手段は、前記貯留手段、前記第２のポンプ、前記第２の集水手段、前記分離除去手段、前記第１の集水手段及び前記第１のポンプを順次循環する循環流を形成し、
前記第２のポンプの送水流量は前記第１のポンプの送水流量の９５体積％以上１０５体積％以下であることを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記第２のポンプの送水流量は前記第１のポンプの送水流量の１００体積％以上１０５体積％以下であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。

【請求項3】

前記分離除去手段は長尺状であり、その長手方向に関する長さは３ｍ以上５ｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の水処理装置。

【請求項4】

固形物を含む被処理水を処理する水処理装置において、前記被処理水から前記固形物を分離除去する分離除去手段と、前記分離除去手段の一端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第１の集水手段と、前記分離除去手段の他端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第２の集水手段と、前記分離除去手段を洗浄する際に用いられる洗浄手段と、前記洗浄手段を貯留する貯留手段と、前記貯留手段及び前記第１の集水手段の間に介在する第１のポンプと、前記貯留手段及び前記第２の集水手段の間に介在する第２のポンプと、を備える水処理装置の洗浄方法において、
前記洗浄手段が前記貯留手段から前記第２のポンプを経由して前記第２の集水手段に浸入する第１の浸入ステップと、
前記洗浄手段が前記第２の集水手段から前記分離除去手段を通過して前記第１の集水手段に浸入する第２の浸入ステップと、
前記洗浄手段が前記第１の集水手段から前記第１のポンプを経由して前記貯留手段に回帰する回帰ステップと、
前記第２のポンプの送水流量を前記第１のポンプの送水流量の９５体積％以上１０５体積％以下となるように制御するステップと、を有することを特徴とする水処理装置の洗浄方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水処理装置及び水処理装置の洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、固形物を含む汚水等の被処理水を貯留する貯留槽、貯留槽に浸漬され且つ被処理水から固形物を分離除去する膜分離装置及び被処理水に接触する空気を供給する曝気装置を備える汚水処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の膜分離装置は、微細孔が形成されている繊維に囲まれた中空部を有する長尺状の中空糸膜、中空糸膜の一端に接続されている第１の集水部及び中空糸膜の他端に接続されている第２の集水部を備え、被処理水に含まれる固形物は中空糸膜によって分離除去され、固形物が分離除去された被処理水（以下、「膜透過水」という。）は、中空糸膜の微細孔及び中空部を順次通過し、第１の集水部又は第２の集水部に集水される。第１の集水部及び第２の集水部に集水された膜透過水は貯留槽の外部に排出される。

【0003】

膜分離装置が被処理水から固形物を分離除去しているとき、曝気装置は空気を被処理水に供給し、当該空気は膜分離装置に曝露される。これにより、固形物は中空糸膜の表面に付着しないので、被処理水から固形物を分離除去する中空糸膜の濾過機能は直ちに低下しない。一方、膜分離装置が継続して使用されると、微小な固形物等のファウリング物質が中空糸膜の繊維に蓄積し、中空糸膜の濾過機能は徐々に低下する。ファウリング物質によって低下した中空糸膜の濾過機能を回復するために、膜分離装置の薬液洗浄が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の膜分離装置の薬液洗浄は薬液が第１の集水部、中空部及び中空糸膜の微細孔を順次通過し、中空糸膜の外側に透過することによって実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－２０５９８７号公報

【文献】特開２０１９－１８８２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、中空糸膜の微細孔は中空糸膜を構成する繊維の全面に多数形成されているため、薬液が第１の集水部又は第２の集水部から中空部に導入されても薬液の大半は第１の集水部又は第２の集水部の周辺の微細孔から中空糸膜の外部に排出される。したがって、例えば、中空糸膜における第１の集水部及び第２の集水部の中間付近には薬液が届きにくく、中空糸膜の薬液による洗浄斑が生じる場合があり、中空糸膜の薬液による洗浄斑は中空糸膜の長手方向に関する長さが、例えば、３ｍ以上の場合に顕著に生じた。

【0006】

すなわち、膜分離装置の薬液による均一な洗浄処理を実行することができないという問題があった。

【0007】

本発明は、膜分離装置の薬液による均一な洗浄処理を実行することができる水処理装置及び水処理装置の洗浄方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の水処理装置は、固形物を含む被処理水を処理する水処理装置において、前記被処理水から前記固形物を分離除去する分離除去手段と、前記分離除去手段の一端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第１の集水手段と、前記分離除去手段の他端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第２の集水手段と、前記分離除去手段を洗浄する際に用いられる洗浄手段と、前記洗浄手段を貯留する貯留手段と、前記貯留手段及び前記第１の集水手段の間に介在する第１のポンプと、前記貯留手段及び前記第２の集水手段の間に介在する第２のポンプと、を備え、前記洗浄手段は、前記貯留手段、前記第２のポンプ、前記第２の集水手段、前記分離除去手段、前記第１の集水手段及び前記第１のポンプを順次循環する循環流を形成し、前記第２のポンプの送水流量は前記第１のポンプの送水流量の９５体積％以上１０５体積％以下であることを特徴とする。

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の水処理装置の洗浄方法は、固形物を含む被処理水を処理する水処理装置において、前記被処理水から前記固形物を分離除去する分離除去手段と、前記分離除去手段の一端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第１の集水手段と、前記分離除去手段の他端が有し、前記分離除去手段を透過した透過水を集水する第２の集水手段と、前記分離除去手段を洗浄する際に用いられる洗浄手段と、前記洗浄手段を貯留する貯留手段と、前記貯留手段及び前記第１の集水手段の間に介在する第１のポンプと、前記貯留手段及び前記第２の集水手段の間に介在する第２のポンプと、を備える水処理装置の洗浄方法において、前記洗浄手段が前記貯留手段から前記第２のポンプを経由して前記第２の集水手段に浸入する第１の浸入ステップと、前記洗浄手段が前記第２の集水手段から前記分離除去手段を通過して前記第１の集水手段に浸入する第２の浸入ステップと、前記洗浄手段が前記第１の集水手段から前記第１のポンプを経由して前記貯留手段に回帰する回帰ステップと、前記第２のポンプの送水流量を前記第１のポンプの送水流量の９５体積％以上１０５体積％以下となるように制御するステップと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、膜分離装置の薬液による均一な洗浄処理を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係る汚水処理装置を概略的に示す図である。

【図2】図１における洗浄用薬液槽に貯留されている薬液によって実行される中空糸膜の洗浄処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

【0013】

図１は、本発明の実施の形態に係る汚水処理装置１を概略的に示す図である。

【0014】

図１の汚水処理装置１（水処理装置）は、固形物を含む汚水等の被処理水を貯留する貯留槽２、貯留槽２に接続されるとともに貯留槽２に被処理水を送水するためのポンプＰ１、貯留槽２に浸漬され且つ被処理水から固形物を分離除去する膜分離装置３、被処理水に接触する空気を供給する曝気装置４及び気泡を曝気装置４に供給する不図示のブロワを備え、膜分離装置３は、微細孔が形成されている繊維に囲まれた中空部を有する長尺状の中空糸膜３ａ（分離除去手段）、中空糸膜３ａの一端に接続されている集水部３ｂ（第１の集水手段）及び中空糸膜３ａの他端に接続されている集水部３ｃ（第２の集水手段）を有する。集水部３ｂ，３ｃは、複数の中空糸膜３ａの一端と他端にそれぞれ直接接続し、いずれも三方コックＣ１，Ｃ２を介してポンプＰ２に接続されている。

【0015】

中空糸膜３ａの繊維は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂であり、耐薬品性や耐久性に優れるポリテトラフルオロエチレン樹脂が用いられるのがよい。本実施の形態において、中空糸膜３ａの長手方向に関する長さは、例えば、従来より中空糸膜３ａの薬液５（洗浄手段）による洗浄斑が生じやすいとされている３ｍ以上５ｍ以下である。

【0016】

ポンプＰ１が駆動すると、被処理水が貯留槽２に送水され、貯留槽２は被処理水によって充水される。不図示のブロワは気泡を曝気装置４に供給し、曝気装置４は被処理水に接触する空気を供給する。その結果、当該空気は膜分離装置３に曝露される。ポンプＰ２が駆動すると、被処理水に含まれる固形物は中空糸膜３ａによって分離除去され、固形物が分離除去された被処理水（以下、「膜透過水」という。）は、中空糸膜３ａの微細孔及び中空部を順次通過し、集水部３ｂ，３ｃに集水され、続いて、貯留槽２の外部に排出される。このとき、三方コックＣ１，Ｃ２は弁を調節することにより、ポンプＰ３，ポンプＰ４に接続する配管を遮断し、ポンプＰ２と集水部３ｂ，集水部３ｃを接続する配管のみを膜透過水が通過するよう設定することができる。

【0017】

また、汚水処理装置１は、膜分離装置３を洗浄するための薬液５を貯留する洗浄用薬液槽６（貯留手段）を備え、洗浄用薬液槽６はポンプＰ３（第１の送水手段）及び三方コックＣ１を介して集水部３ｂに接続されるとともに、ポンプＰ４（第２の送水手段）及び三方コックＣ２を介して集水部３ｃに接続されている。洗浄用薬液槽６は薬液５、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、亜硫酸水素ナトリウム等の無機酸、クエン酸、シュウ酸等の有機酸、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、又は界面活性剤等の少なくとも１つを貯留し、膜分離装置３の素材や被処理水の性質に応じて薬液５の種類や薬液５の濃度を調整する。

【0018】

ポンプＰ３，Ｐ４はポンプＰ２が停止しているときに駆動可能であり、ポンプＰ３，Ｐ４が駆動するとき、三方コックＣ１，Ｃ２は弁を調節することにより、ポンプＰ２に接続する配管を遮断し、ポンプＰ３と集水部３ｂを接続する配管と、ポンプＰ４と集水部３ｃを接続する配管のみを薬液５が通過するよう設定することができる。ポンプＰ３，Ｐ４が駆動したとき、洗浄用薬液槽６の薬液５はポンプＰ４及び三方コックＣ２を順次経由し、集水部３ｃに浸入して中空糸膜３ａの中空部に浸入する。このとき、ポンプＰ３はポンプＰ４とともに駆動しているので、中空糸膜３ａの中空部において集水部３ｂ側は集水部３ｃ側と比較して負圧である。したがって、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５は集水部３ｂに浸入し、三方コックＣ１及びポンプＰ３を順次経由して洗浄用薬液槽６に戻る。すなわち、薬液５は洗浄用薬液槽６から集水部３ｃ、中空糸膜３ａの中空部及び集水部３ｂを順次経由して洗浄用薬液槽６に戻る循環流を形成する。

【0019】

ところで、ポンプＰ３が介在することなく集水部３ｂが洗浄用薬液槽６に接続されている場合、ポンプＰ４が駆動し、洗浄用薬液槽６の薬液５はポンプＰ４を経由して集水部３ｃに浸入して中空糸膜３ａの中空部に浸入する。しかしながら、中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５を集水部３ｂに誘導する仕組みを形成するためのポンプＰ３は存在しない。したがって、ポンプＰ４が駆動し、洗浄用薬液槽６の薬液５は集水部３ｃから押し出されて中空糸膜３ａの中空部に浸入する。これにより、中空糸膜３ａの集水部３ｃの周辺の負荷が増大するので、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５は集水部３ｃの周辺の微細孔から中空糸膜３ａの外部に排出される。それゆえに、ポンプＰ３，Ｐ４のいずれもが駆動することにより、薬液５は循環流を形成する。

【0020】

また、薬液５が循環流を形成するために、単にポンプＰ３，Ｐ４のいずれもが駆動するだけでなく、ポンプＰ３，Ｐ４のそれぞれのポンプ流量（送水流量）を調整する必要がある。ポンプＰ３のポンプ流量がポンプＰ４のポンプ流量よりも過少であるとき、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５を集水部３ｂに誘導する力が小さく、ポンプＰ３が介在しないときと同様に、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５は集水部３ｃの周辺の微細孔から中空糸膜３ａの外部に排出され、循環流を形成しない。

【0021】

一方、ポンプＰ３のポンプ流量がポンプＰ４のポンプ流量よりも過多であるとき、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５は集水部３ｂに浸入するので、循環流は形成されるが、膜透過水も、また、中空糸膜３ａの微細孔から中空部に浸入し、循環流に合流する。これにより、循環流を形成する薬液５の濃度は低下するので、膜分離装置３が十分に洗浄されない。また、薬液５が洗浄用薬液槽６から集水部３ｃ、中空糸膜３ａの中空部及び集水部３ｂを順次経由して洗浄用薬液槽６に戻るまでに薬液５の濃度や薬液５の量が変化するため、薬液５を管理することができない。

【0022】

したがって、ポンプＰ３のポンプ流量はポンプＰ４のポンプ流量と同等であるのがよく、例えば、ポンプＰ４のポンプ流量はポンプＰ３のポンプ流量の９５体積％以上１０５体積％以下であるのがよく、また、膜透過水が循環流に合流するのを確実に防止するために、ポンプＰ４のポンプ流量はポンプＰ３のポンプ流量の１００体積％以上１０５体積％以下であるのがよい。これにより、洗浄用薬液槽６からポンプＰ４に向けて流れる液量と、ポンプＰ３から洗浄用薬液槽６に戻る液量とが同程度の量の循環流が形成され、中空糸膜３ａの中空部を一定の濃度の薬液５が連続的に通過するので、膜分離装置３の洗浄に用いられる薬液５を容易に管理することができるとともに、中空糸膜３ａの中空部を一定の濃度の薬液５が連続的に通過し、中空糸膜３ａの薬液５による洗浄斑が生じるのを防止することができる。

【0023】

図２は、図１における洗浄用薬液槽６に貯留されている薬液５によって実行される中空糸膜３ａの洗浄処理の手順を示すフローチャートである。

【0024】

図２の洗浄処理（水処理装置の洗浄方法）において、まず、ポンプＰ１，Ｐ２が停止し、ポンプＰ３，Ｐ４が駆動する（Ｓ１）。ここで、ポンプＰ４のポンプ流量はポンプＰ３のポンプ流量の９５体積％以上１０５体積％以下である。次いで、洗浄用薬液槽６の薬液５はポンプＰ４を経由して集水部３ｃに浸入して中空糸膜３ａの中空部に浸入する（Ｓ２，第１の浸入ステップ）。ポンプＰ３は中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５を集水部３ｂに誘導し、集水部３ｃから中空糸膜３ａの中空部に浸入した薬液５は集水部３ｂに浸入し（Ｓ３，第２の浸入ステップ）、洗浄用薬液槽６に戻る（Ｓ４，回帰ステップ）。これにより、薬液５は、洗浄用薬液槽６、集水部３ｃ、中空糸膜３ａの中空部、集水部３ｂ及び洗浄用薬液槽６を順次経由する循環流を形成する。ポンプＰ３，Ｐ４が駆動して膜分離装置３の洗浄に必要な一定の時間、例えば、３０分が経過すると、ポンプＰ３，Ｐ４は停止し（Ｓ５）、本処理は終了する。

【0025】

図２の中空糸膜３ａの洗浄処理によれば、洗浄用薬液槽６、集水部３ｃ、中空糸膜３ａの中空部、集水部３ｂ及び洗浄用薬液槽６を順次経由する循環流が形成される（Ｓ２～Ｓ４）。ここで、ポンプＰ４のポンプ流量はポンプＰ３のポンプ流量の９５体積％以上１０５体積％以下であるので、循環流において、洗浄用薬液槽６からポンプＰ４に向けて流れる液量と、ポンプＰ３から洗浄用薬液槽６に戻る液量とは同程度の量であり、中空糸膜３ａの中空部を大凡一定の濃度の薬液５が連続的に通過するとともに、中空糸膜３ａの中空部を通過する薬液５はほとんど中空糸膜３ａの外部に排出されず、また、膜透過水はほとんど循環流に合流しない。これにより、膜分離装置３の洗浄に用いられる薬液５を容易に管理することができるとともに、中空糸膜３ａの薬液５による洗浄斑が生じるのを防止することができる。本発明において、中空糸膜３ａの中空部を通過する薬液５はほとんど中空糸膜３ａの外部に排出されないが、中空糸膜の繊維に蓄積した微小なファウリング物質は薬液５が中空糸膜３ａの中空部を通過する過程で十分に除去される。

【0026】

実際に、ポンプＰ４のポンプ流量が中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり２ＬとしポンプＰ３のポンプ流量が中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり２Ｌとして３ｍの中空糸膜３ａの薬液５による洗浄を３０分間実施した。また、ポンプＰ４のポンプ流量が中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり２ＬとしポンプＰ３のポンプ流量が中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり２.１Ｌとして３ｍの中空糸膜３ａの薬液５による洗浄を３０分間実施した。さらに、ポンプＰ４のポンプ流量が中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり２ＬとしポンプＰ３のポンプ流量が３ｍの中空糸膜３ａの膜面積１ｍ^２あたり１．９Ｌとして中空糸膜３ａの薬液５による洗浄を３０分間実施した。いずれも、洗浄用薬液槽６の薬液５の量、薬液５の濃度は変化せず、洗浄終了後に中空糸膜３ａの洗浄斑は確認されなかった。これにより、薬液５の管理が簡単になったことを実感するとともに、中空糸膜３ａの薬液５による洗浄が確実に実行されていることがわかった。

【0027】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。

【符号の説明】

【0028】

Ｐ３，Ｐ４ ポンプ
１ 汚水処理装置
３ 膜分離装置
３ａ 中空糸膜
３ｂ，３ｃ 集水部
５ 薬液
６ 洗浄用薬液槽

【図1】

【図2】