膜分離のための効果的な物理洗浄法と前処理法の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450210
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渡辺 義公 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00040999)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 克輝 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10292054)
• Keywords: 膜ろ過 / 膜ファフリング / 回転平膜 / エアスクラビング / 逆流洗浄 / スポンジ / 凝集 / 沈殿

Research Abstract

(1)中空糸膜の物理洗浄法の最適化
定流量全量UF膜ろ過における、物理洗浄条件の違いによる膜ファウリングの抑制効果についての実験を行い、以下のような知見を得た。
(a)物理洗浄の種類の膜洗浄効果への影響:水逆洗のみの物理洗浄では、高分子フミン質、けん濁成分、金属成分等のファウリング物質を十分に剥離できないため、膜ろ過抵抗の上昇は非常に速い。水逆洗とエアスクラビングを併用すると、ファウリング物質が良好に剥離され、膜ろ過抵抗の上昇は著しく緩やかになる。
(b)物理洗浄時間の膜洗浄効果への影響:エアスクラビング時間が長くなるほど、膜ろ過抵抗の上昇は抑えられる。これは、洗浄時間は不可逆ケーキ層の蓄積量を支配することによることを、薬液洗浄排水の分析から明らかにした。しかし、ある洗浄時間以上では顕著な差がなく最適洗浄時間が存在する。
(c)物理洗浄強度の違いによる影響:洗浄強度(空気流量)の増加に伴い、ケーキ層が圧密される段階での洗浄効果が特に高まる。これは洗浄強度が一回のろ過サイクルにおけるE260発現成分とけん濁成分の剥離量に影響するからである。
(2)回転平膜モジュールのスポンジ洗浄
回転平膜モジュールの薬品洗浄間隔を長くする目的で、膜面のケーキ層形成が進行した時点で、回転平膜モジュール内にスポンジ片を投入し、スポンジの膜面への衝突によってケーキ層の構造をルーズにして膜面の剪断力で剥離させる洗浄法を考案し、スポンジの最適投入条件(大きさ、個数)について検討した。膜の洗浄効果は次式で定義される衝突頻度により評価した。
衝突頻度(回/m)=1/L=πnd^2
L=スポンジ片の平均自由行程(m)、d=スポンジ片の一片の長さ(m)、n=スポンジ片の個数密度(個/m^3)。平均自由行程の逆数は、単位長さ当たりのスポンジ片の衝突回数であり、膜面へのスポンジの衝突頻度に比例すると考えられる。
水道水を原水として塩化第二鉄のフロックを含む凝集水を回転平膜モジュールでろ過した後に、dが7.5,10,15cm、nが200から6000個/m^3、とした実験によって洗浄効果を検討した。
その結果、衝突頻度が2において最大の洗浄効果を得た。最適衝突頻度が存在したのは、過度の衝突ではケーキによるプラギングが生ずるためと考えられる。

Research Products

• [Publications] 張洛傭,渡辺義公: "定流量全量UF膜ろ過における物理洗浄法に関する研究"水道協会雑誌. (登載可).
• [Publications] 照井茂樹,木村克輝,渡辺義公: "回転平膜モジュールのスポンジ洗浄に関する基礎検討"第37回環境工学研究フォーラム講演集. 22-24 (2000)
• [Publications] 羽田康史,木村克輝,渡辺義公: "高度浄水処理における低水温時リン添加の影響"平成13年度土木学会年次学術講演会概要集(IIV). 印刷中.
• [Publications] Y.Watanake, K.Kimura and N.Ohkama: "Membrane application to water purification process in Japan - development of hyprid membrane system"Water Science and Technology. 41・10/11. 9-16 (2000)