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膜分離のための効果的な物理洗浄と前処理法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 12450210
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 土木環境システム
研究機関北海道大学

研究代表者

渡辺 義公  北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00040999)

研究分担者 木村 克輝  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10292054)
研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
8,200千円 (直接経費: 8,200千円)
2001年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2000年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
キーワード膜分離 / ファウリング / 逆流洗浄 / エアスクラビング / 凝集沈殿処理 / オゾン酸化 / 不可逆ケーキ層 / ファウリンゲ / 生物膜 / 不可逆ケーキ属 / AOC / マンガン酸化 / アンモニア酸化 / スポンジ洗浄 / 膜ろ過 / 膜ファフリング / 回転平膜 / スポンジ / 凝集 / 沈殿
研究概要

千歳川表流水を原水として、凝集条件の異なるジャーテストとUF膜回分ろ過実験を行い、UF膜ろ過のろ過サイクルにおける膜ファウリングの発現および溶解性有機成分の除去性に及ぼす凝集沈殿処理の影響を検討した。噴流攪拌固液分離槽(JMS)による凝集沈殿を前処理としたUF膜連続ろ過実験を行い、長時間の運転において膜ファウリングの発現及び溶解性有機成分の除去性に及ぼす影響も評価した。その結果、凝集沈殿をUF膜ろ過の前処理として用いると、膜ファウリングが低減化され、溶解性有機成分の除去性が著しく向上することが確認された。また、UF膜ろ過の前処理としての凝集沈殿の効果は、pHや凝集剤注入率によって大きな差があることから、適切な凝集条件の選択が重要である。
長時間の定流量全量UF膜ろ過における、物理洗浄条件の違いが膜ファウリングの抑制に及ぼす影響について検討した。水逆洗とエアスクラビングを併用すると、水逆洗のみの場合に比べて、不可逆ケーキ層抵抗の上昇が極めて緩やかとなった。物理洗浄排水の分析より、膜で阻止された高分子フミン質、懸濁成分および金属成分が水逆洗とエアスクラビングの併用によって、良好に剥離できたためであることがわかった。洗浄時間及び洗浄強度の異なる物理洗浄の増加に伴い、不可逆ケーキ層抵抗の上昇は緩やかになったが、洗浄時間には最適値が存在した。
膜ファウリングの制御と処理水質の向上を目的に、MF膜ろ過の前処理としてオゾン酸化を行った。異なるオゾン注入率と膜ろ過前後の残留オゾンの、膜ろ過運転性と処理水質を検討した。前オゾン酸化によって、E260を指標とするフミン質の除去率はオゾン酸化無しの場合に比べて1.5〜2.0倍向上したが、TOC除去率は若干低くなった。前オゾン酸化後空気曝気してオゾンを残留させなかった場合は、全マンガン除去率は約90%であったが、膜面にオゾンを残留させた場合の全マンガン除去率は約50%であった。前オゾン酸化して膜ろ過すると、ろ過水のAOCは千歳川を直接膜ろ過した場合の2.5〜8.2倍となった。前オゾン酸化により膜ろ過運転性が向上した。特に、膜透過水にオゾンが残留していた場合に、より安定した膜ろ過運転が可能であった。前オゾン酸化による膜ろ過運転性の向上は、(1)オゾン酸化による有機成分の低分子化、(2)膜面に残留するオゾンによる膜で阻止された有機・無機成分に対する物理洗浄効果の向上、によると考えられる。回転平膜の表面に微小量の硝化細菌を主体とする生物膜を保持しながら膜ろ過を行う膜処理プロセスを開発した。本プロセスでは、膜ろ過と低濃度アンモニア性窒素、マンガンイオン、生物代謝性有機物(AOC)の酸化が同時に行われる。膜ろ過抵抗について検討した結果、本プロセスでは、全膜ろ過抵抗の70〜80%が膜面に付着・蓄積したケーキに起因した。本水処理装置では、膜の回転作用を利用したスポンジ片による膜洗浄法が有効であった。この洗浄法と本装置の処理性を確認するために、長期間に亘るパイロットプラント実験を行った。その結果、スポンジ洗浄のみで約1年間の運転が可能であった。処理水質についても、水温が15℃以上では、アンモニア性窒素濃度、全マンガン、AOCの濃度はそれぞれ0.01、0.005、0.001mg/l程度であった。

報告書

(3件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (20件)

  • [文献書誌] K.Kimura, Y.Watanabe: "Filtration resistance and efficient cleaning methods of the membrane with fixed nitrifiers"Water Research. 34(11). 2895-2904 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kimura, Y.Watanabe: "Kinetic analysis of nitrifying biofilm growing o the rotating membrane disk"Water Science & Technology. 1(4). 111-118 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 下如林, 渡辺義公: "河川水の連続UF膜ろ過におけるケーキ層の形成機構"水道協会雑誌. 70(1). 2-16 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 張洛庸, 渡辺義公: "凝集沈殿を前処理とした定流量全量UF膜ろ過プロセスの評価"水道協会雑誌. 70(2). 2-15 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 張洛庸, 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. 70(6). 42-53 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 張洛庸, 渡辺義公: "オゾン酸化を前処理とした河川水のMF膜ろ過に関する研究"水道協会雑誌. 71(2). 2-12 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Kimura, Y. Watanabe: "Filtration resistance and efficient cleaning methods of the membrane with fixed nitrifiers"Water Research. 34(11). 2895-2904 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Minegishi, N-Y. Jang, Y. Watanabe: "Fouling mechanism of hollow fiber ultrafiltration membrane with pretreatment by coaguktion/sedimentation process"Water Science & Technology. 1(4). 49-56 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Kimura, Y. Watanabe: "Kinetic analysis of nitrifying biofilm growing o the rotating membrane disk"Water Science & Technology. 1(4). 111-118 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R. Bian, Y. Watanabe: "Cake layer formation on ultrafiltration membrane surface water treatment, (in Japanese)"Journal of Japan Water Works Association. 70(1). 2-16 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N-Y, Jang, Y. Watanabe: "The evaluation of dead-end ultrafiltration membrane process combined with precoagulation/sedimentation, (in Japanese)"Journal of Japan Water Works Association. 70(2). 2-15 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N-Y, Jang, Y. Watanabe: "The study of physical cleaning indead- end ultrafiltration membrane process under a constant flux, (in Japanese)"Journal of Japan Water Works Association. 70(6). 42-53 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N-Y, Jang, Y. Watanabe: "The study on microfiltration membrane process combined with pre-ozonation, (in Japanese)"Journal of Japan Water Works Association. 71(2). 2-14 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 張洛〓, 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. 70(6). 42-53 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kimura, Y.Watanabe: "Kinetic analysis of vitrifying biofilm growing on the rotating membrane disk"Water Science and Technology. 1(4). 111-118 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 張洛〓, 渡辺義公: "オゾン酸化を前処理とした河川水のMF膜ろ過に関する研究"水道協会雑誌. 71(2). 2-12 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 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).

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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.

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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