化学洗浄
超濾過（UF）システムは、供給水に含まれる懸濁固形物、コロイド、有機物質、微生物、水和金属酸化物など、さまざまな不純物によって汚染されることがあります。汚染とは、膜表面を覆い、膜の孔に吸着する各種沈殿物を指し、水中のスケーリング物質も含まれます。
前処理の目的は、膜汚染を引き起こす不純物を最小限に抑えることです。この目標は、適切な前処理設備（例えば、予備フィルター、凝集・澄清またはろ過装置）を設置し、適切な運転条件を選定することで達成できます。
UF膜の汚染は一般的に以下の一つ以上のタイプの組み合わせとみなされます：
▬無機汚染／スケーリング
▬粒子状／コロイド状汚染
▬微生物／バイオ汚染
▬有機汚染
▬上記の汚染問題の原因として考えられるのは：
▬不十分な前処理システム
▬前処理システムの異常運転
▬供給水の組成やその他の条件の変化
▬不適切な運転および制御
▬膜表面への長期間の堆積物蓄積
▬季節的な藻類発生による汚染
▬薬品投与システムの故障
▬不適切な逆洗および化学強化逆洗（CEB）
▬不適切なシステム停止手順および保存措置
▬システムに不適切な材料選定（例えば、ポンプや配管）
膜汚染は、水の生産量や流量の低下、膜間圧力差（TMP）の上昇、さらには化学薬品やエネルギー消費の増加といったシステム性能の悪化を引き起こします。
化学洗浄は、膜汚染問題を解決する最も効果的な方法です。特定の汚染タイプに応じた適切な洗浄方法を採用してこそ、最適な結果が得られます。誤った洗浄薬品や手法の選択は、場合によっては状況をさらに悪化させる可能性があります。そのため、洗浄前に膜表面の汚染物質の種類を特定することが必要です。以下のような分析手法が通常これに用いられます：
▬システムの性能データを分析する；前号の詳細なトラブルシューティング手順を参照してください。
▬供給水の組成を分析する；原水品質レポートを確認することで、汚染物質の可能性を明確に特定できることが多いです。
▬過去の洗浄記録とその効果を確認する。
▬供給水のSDI（泥密度指数）測定に使用した濾紙に残留する物質を分析する。
▬UFエアスクラビングおよび逆洗プロセスで排出される排水中の汚染物質を検査する。
▬膜モジュールの供給側の汚染物質を調べる：赤褐色の色は鉄による汚染の可能性を示し、泥状またはコロイド状の堆積物は通常微生物または有機汚染を示します。
化学洗浄の条件
UFシステムの正常運転中、UF膜繊維の表面は懸濁粒子、コロイド粒子、微生物、あるいは不溶性有機物質によって汚染されることがあります。このような汚染が継続的に蓄積し、通常の逆洗や化学強化逆洗では元に戻せなくなると、正規化された水の生産量が低下し、正規化された膜間圧力差が上昇します。以下のいずれかの条件が発生した場合、膜モジュールを洗浄してシステム性能を回復する必要があります：
▬正規化された水の生産量が25%減少する。
▬正規化された膜間圧力差が1.0 bar上昇する。
▬運転中の膜間圧力差が最大値の2.1 barまで上昇する。
▬運転データを正規化していない場合は、上記の値を参考にして化学洗浄が必要かどうか判断してください。
日常運転中、UFシステムの運転性能を厳密に監視することが不可欠です。運転圧力差や水の生産流量を含め、膜汚染が進行すると圧力差が上昇し、水の生産流量が低下します。なお、供給水温度の低下によりUF膜の水の生産流量が低下するのは正常な現象であり、膜汚染を示すものではありません。つまり、このような状況下では膜を洗浄する必要がない場合もあります。
化学洗浄スキームの選定
酸性およびアルカリ性洗浄剤は広く使われる洗浄薬品です。適切な洗浄スキームは汚染物質の種類に基づいて選定する必要があります。
3.1 酸性洗浄スキーム
酸性溶液は、供給水にFeやMnの含有量が設計基準を超える場合、またはUF膜モジュールの供給水に懸濁固形物の含有量が極めて高い場合に、膜の供給側で無機汚染を引き起こすため、UFシステムの洗浄に用います。
3.2 アルカリ性洗浄スキーム
アルカリ性酸化剤溶液は、供給水に有機物質の含有量が高い場合に、膜の有機汚染を引き起こすため、UFシステムの洗浄に採用されます。また、微生物の繁殖に好都合な条件下では、一部の細菌や藻類がUF膜モジュール内で増殖し、バイオ汚染を引き起こします。
注意事項：
a）すべての洗浄薬品は供給側からUF膜モジュールへ注入する必要があります。そうすることで、洗浄薬品に含まれる不純物が緻密なろ過皮膜層の裏側から膜繊維壁の内部に入り込むのを防ぐことができます。
b）UFシステムの化学洗浄を行う前に、繰り返しのエアスクラビングと徹底的な逆洗をまず行う必要があります。
c）UFシステムの全化学洗浄プロセスは約2～4時間かかります。重度の汚染の場合、浸漬時間を12時間以上に延長する必要があります。
d）洗浄後、UFシステムを3日以上停止する場合は、長期停止時の要件に従って保守管理する必要があります。
e）洗浄液はUF透過水またはより高品質な水を用いて調製する必要があります。
f）洗浄液を膜モジュールに循環させる前に、洗浄薬品に含まれる可能性のある不純物を除去する必要があります。
g）洗浄液の温度は一般に10℃～40℃の範囲で調整可能です。洗浄液の温度を上げることで洗浄効率を向上させることができます。
h）必要に応じて複数種類の洗浄薬品を使用できますが、洗浄薬品および消毒剤が膜やモジュール材料に損傷を与えないようにしなければなりません。各洗浄プロセスの後にはすべての洗浄薬品を排出し、別の洗浄薬品を使用する前にUFまたは逆浸透（RO）透過水でシステムを徹底的にすすぎ洗いする必要があります。
化学洗浄手順
4.1 酸性洗浄
0.2%のHCl溶液または1～2%のクエン酸溶液は、鉄汚染および炭酸塩スケーリングに適しています。
UF膜モジュールの酸性洗浄の基本手順は以下の通りです：a）洗浄システムの準備；b）酸性洗浄液のUF膜モジュール内での循環；c）UF膜モジュールのすすぎ洗いおよび正常な生産運転への復帰。
1）準備作業
- a）停止手順に従ってシステムを停止する。b）システムのすべてのバルブを閉じる。c）洗浄液タンクに1～2%のクエン酸溶液または0.2%のHCl溶液を準備し、よく攪拌して均一に混ざるようにする。
2）洗浄プロセス
- a）高頻度かつ短時間のエアスクラビング（一般的に3～8回、1回あたり10～15秒）を行い、その後水による逆洗を行う。このプロセスを何度か繰り返し、エアスクラビングからの排水がほぼ透明になるまで行う。膜モジュール内のすべての水を排出する（注：排水後すぐに洗浄液をモジュールに送り込み、膜の脱水による不可逆的な損傷を防ぐこと）。
- b）洗浄用水ポンプを起動し、洗浄ポンプの出口バルブおよびUFシステムの洗浄液入口／出口バルブをゆっくり開く。各膜モジュールの洗浄流量を必要に応じて制御し、洗浄液が膜モジュールに流れ込み、再び洗浄液タンクへ戻るようする。循環洗浄時間は30分です。
- c) 清掃用ポンプを停止し、膜モジュールを静置状態で60分間浸漬させます。重度の汚染の場合には、浸漬時間を適宜延長してください。
- d) 浸漬後、同じ流量でさらに30分間循環を再開します。
- e) 清掃液タンクおよび清掃フィルターを排水し、きれいな水で十分にすすぎ洗いしてください。
3) UFシステムのすすぎ
4.2 アルカリ洗浄
有機物や微生物によって汚染されたUF膜モジュールの洗浄には、0.2% NaClOと0.1% NaOHを混合した溶液を使用します。
UF膜モジュールのアルカリ洗浄の作業手順は以下のとおりです。a) 洗浄システムの準備；b) アルカリ酸化剤溶液による膜モジュールの洗浄；c) 膜モジュールのすすぎおよび通常の運転状態への復帰。
a) 停止手順に従ってUFシステムを停止します。b) システムのすべてのバルブを閉じます。c) 洗浄タンクに0.2% NaClOと0.1% NaOHを混合した溶液を準備し、均一に混ざるようよく攪拌します。
1）準備作業
- 2) 洗浄工程および3) すすぎ工程
酸性洗浄の手順と同様です。
Same as the steps for acidic cleaning.