JP2006272136A - 膜分離方法および膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
塩分を含有する原水を逆浸透膜分離する処理を継続しつつ、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜の膜面に付着、堆積した有機系および無機系汚濁物質を、効率的に洗浄除去する膜分離装置の洗浄方法および膜分離装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、逆浸透膜モジュールで処理する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールの洗浄水とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール、および逆浸透膜モジュールを用いた膜分離方法および膜分離装置に関する。さらに詳しくは、膜分離装置を構成する逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、また透過水の少なくとも一部を、精密ろ過膜または限外ろ過膜の洗浄水とする膜分離方法、およびそのような手段を有する膜分離装置に関する。

海水・かん水からの淡水の生成や河川・湖沼水からの上水の生成等には、たとえば逆浸透膜モジュールを備えた膜分離装置が用いられる。この種の膜分離装置は、基本的には図１に示すように、濁質成分除去等の前処理を施した原水（海水等）を高圧ポンプ２によって所定の圧力（例えば６．０ＭＰａ程度）に高めて逆浸透膜モジュール３に供給し、逆浸透作用により透過した透過水と濃縮水とを得るように構成される。

前処理としては、例えば、砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過などが挙げられ、特に膜ろ過が好ましく用いられる。しかし、この種の膜分離装置は、膜分離を継続していると膜面に有機系あるいは無機系の汚濁物質などが付着し、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの圧力損失が高くなり、また得られる膜ろ過水量が低下する。そこで、前処理の膜ろ過については、膜ろ過された処理水に次亜塩素酸などを添加して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに逆洗させ、物理的作用に加えて化学的洗浄作用で精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面を洗浄する技術が一般的に用いられている。また、次亜塩素酸などで化学的劣化を起こすようなポリアミド系の逆浸透膜モジュールについては、供給水の塩濃度を低減させ、かつ、酸性とする洗浄技術が特許文献１に開示されている。この洗浄方法の特徴は、膜分離処理を継続しつつ、高い効率で殺菌できることにあるとされている。

しかしながら、前処理の膜ろ過において、処理水に次亜塩素酸などを添加して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを逆洗させた場合においても、それを継続して行っていると、塩素耐性菌が繁殖して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの目詰まりの原因になる可能性が考えられる。また、特許文献１には、逆浸透膜モジュールだけでなく、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールも同時に殺菌する方法として、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの前に供給水の塩濃度を低減させ、かつ、酸性とし、膜分離処理を継続する方法が開示されている。しかし、この方法を用いて洗浄した場合、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に付着していた金属成分が酸性の供給水により溶解し、精密ろ過膜または限外ろ過膜を通過し、逆浸透膜モジュールへ供給されることになる。その結果、供給水を酸性から中性に戻した場合に、逆浸透膜モジュール内で溶解していた金属成分が析出し、逆浸透膜の表面に析出することが考えられる。また、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に付着していた金属成分と共に付着していた有機系汚濁物質が分離し、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に再度付着し、目詰まりの原因になる可能性がある。また、特許文献１の洗浄技術は塩分を含有する原水を膜分離する処理を継続しつつ殺菌を行うため、この技術を持って供給水の塩濃度を大幅に低減することは困難である。
特開２００４−１２１８９６号公報（請求項１など）

本発明は、上記従来の問題点を解決し、塩分を含有する原水を膜分離する処理を継続しつつ、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に付着、堆積した有機系および無機系汚濁物質を、効率的に洗浄除去する膜分離方法および膜分離装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、次の（１）〜（１４）の構成を特徴とするものである。
（１）塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有する膜分離方法。
（２）塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有する膜分離方法。
（３）前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄したのち、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄する洗浄工程を有する（１）または（２）に記載の膜分離方法。

（４）前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄したのち、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄する洗浄工程を有する（１）または（２）に記載の膜分離方法。

（５）前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水および濃縮水のｐＨが５以下である（１）〜（４）のいずれかに記載の膜分離方法。

（６）前記逆浸透膜モジュールに用いられる逆浸透膜は、３５，７００ｍｇ／Ｌの食塩水を用いて、５．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定したときの塩排除率が９０％以上の性能を有する逆浸透膜である（１）〜（５）のいずれかに記載の膜分離方法。

（７）前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜が中空糸膜である（１）〜（６）のいずれかに記載の膜分離方法。

（８）塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する膜分離装置。

（９）塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する膜分離装置。

（１０）塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段、および前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する（８）または（９）に記載の膜分離装置。
（１１）前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段と、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を切り替える切替手段を有する（１０）に記載の膜分離装置。

（１２）前記逆浸透膜モジュールの供給水のｐＨを５以下にするための酸添加装置を有する、（８）〜（１１）のいずれかに記載の膜分離装置。

（１３）前記逆浸透膜モジュールに用いられる逆浸透膜は、３５，７００ｍｇ／Ｌの食塩水を用いて、５．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定したときの塩排除率が９０％以上の性能を有する逆浸透膜である（８）〜（１２）のいずれかに記載の膜分離装置。

（１４）前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜が中空糸膜である（８）〜（１３）のいずれかに記載の膜分離装置。

本発明によれば、塩分を含有する原水を膜分離する処理を継続しつつ、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に付着、堆積した微生物を効率的に死滅させ、また、有機系および無機系汚濁物質を効率的に洗浄除去することが可能となる。そのため、膜分離装置の長期安定運転が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態を示す膜分離装置の概略フロー図である。図２において、１は前処理済みの処理水タンク、２は６〜１０ＭＰａ程度の圧が得られる高圧ポンプ、３は逆浸透膜モジュール、４は原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外濾過膜モジュールに送水するための０．５ＭＰａ程度の圧が得られるポンプ、５は精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール、９は酸性溶液タンク、１０は酸性溶液を注入するための注入ポンプ、１１は逆浸透膜モジュール３の透過水の一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄水として返送する手段、１２は逆浸透膜モジュール３の濃縮水の一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄水として返送する手段、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４、Ｖ_５、Ｖ_６、Ｖ_７はバルブであり、Ｖ_４、Ｖ_５の開閉により透過水返送手段１１と濃縮水返送手段１２の切り替えを行うことができる。また、図２においては、説明の便宜上、ろ過時の配管を実線で示し、洗浄用の配管を破線で示してある。
本発明において、塩分を含有する原水とは、水などの溶媒が、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩などの全溶解性物質を含有しているものをいい、典型例として海水が挙げられる。その他、海水よりも塩濃度が高いかん水や、海水よりも塩濃度が低い汽水なども含まれる。
前処理としては、原水中に含まれる懸濁物質が除去できればよく、例えば、砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過が採用できるが、コンパクトかつ効率的に分離できる点から、本発明では精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを用いた膜ろ過を行うことを必須とする。かかるろ過膜の形態には、中空糸膜、平膜があり、平膜を用いる膜モジュールとしてはスパイラル型が、中空糸膜を用いる膜モジュールとしては円筒型が好ましく用いられる。本発明においては、原水を直接、ろ過膜モジュールでろ過するため、高濃度の濁質を含む液の分離にも適する中空糸膜を用いる円筒型の膜モジュールが好ましく用いられる。

本発明において、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールは、たとえば複数本の中空糸膜が筒状ケースに収納されてなるが、その中空糸膜としては多孔質であれば特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテル−エーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィドスルホン（ＰＰＳＳ）、ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＯ）、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物、セラミック、金属などの無機物その他の材質を選定することができる。特に、耐薬品性に優れているポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）膜が好ましい。

このような膜のうち、その平均孔径が０．００１〜１０μｍの膜が好ましく、平均孔径０．０５〜１μｍの膜がさらに好ましい。平均孔径が０．００１μｍ未満では、目詰まりが早くなり、１０μｍを超えると汚濁物質を除去しにくくなる。

本発明において、逆浸透膜モジュール３に用いられる逆浸透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、実質的に逆浸透分離が可能な半透性の膜であって、その素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜がある。膜形態には中空糸、平膜がある。本発明は、これら膜素材、膜構造や膜形態によらず実施することができいずれも効果があるが、代表的な膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などがあり、造水量、耐久性、塩排除率の観点から、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜を用いることが好ましい。

本発明において、逆浸透膜モジュール３に用いられる逆浸透膜は、２５℃、ｐＨ６．５、濃度３５，７００ｍｇ／Ｌの食塩水を５．５ＭＰａで供給したときの塩排除率が９０％以上の性能を有することが好ましい。塩排除率が高いほど透過水中の塩素イオンの濃度が低くなるので好ましいので、より好ましくは該塩排除率が９５％以上、さらに好ましくは同塩排除率が９９％以上の性能を有するものである。該塩排除率が９０％よりも小さいと透過液中の塩素イオンの量が多くなり透過液をそのまま飲料水や工業用水として使用することが難しい。

このような性能を有する逆浸透膜は、実際に使用するためにスパイラル、チューブラー、プレート・アンド・フレーム等のエレメントに組み込まれ、また中空糸は束ねた上でエレメントに組み込まれて使用されるが、本発明はこれらの逆浸透膜エレメントの形態に左右されるものではない。

また、本発明において、逆浸透膜モジュール３は、前記逆浸透膜エレメントを１〜数本圧力容器の中に収めたモジュールはもちろんであるが、このモジュールを複数本並列に配置したものをも含むものである。組合せ、本数、配列は目的に応じて任意に行うことができる。

次に、本発明にかかる膜ろ過装置における水の流れを説明する。

この膜分離装置において、処理水を得るための原水の膜ろ過は、たとえば図２に示すように、バルブＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_６を開、Ｖ_４、Ｖ_５、Ｖ_７を閉として、供給ポンプ４を作動させ、原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５に導入して行う。精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを透過した処理水は、前処理済みの処理水タンク１に貯められる。

膜ろ過方式としては、全量膜ろ過方式でもクロスフロー膜ろ過方式でもよい。また、加圧膜ろ過方式でも陰圧膜ろ過方式でもよいが、加圧膜ろ過方式がより高い膜ろ過流束が得られるため好ましい。また、内圧膜ろ過、外圧膜ろ過のどちらでもよいが、外圧膜ろ過のほうが、エアスクラビングの効果が大きいので好ましい。

膜ろ過流束は、特に制限するものではないが、０．１〜５ｍ^３／ｍ^２・ｄとするのが好ましい。この膜ろ過流束が０．１ｍ^３／ｍ^２・ｄ未満では、生産水の回収率が低下し、５ｍ^３／ｍ^２・ｄを超えると膜モジュールの差圧上昇が高くなるおそれがある。

また、膜ろ過時間は、特に制限するものではないが、５〜６０分とすることが好ましい。この膜ろ過時間が５分未満では、生産水の回収率が低下し、６０分を超えると膜モジュールの差圧上昇が高くなる。

原水を膜ろ過処理した処理水は、次に、高圧ポンプ２によって昇圧され逆浸透膜モジュール３に供給される。供給された処理水は、塩分などの溶質が除去された透過水と、塩分などの溶質が濃縮された濃縮水とに分離される。

逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の洗浄水とする洗浄方法について説明する。この洗浄方法は、逆浸透膜モジュールの運転を継続しつつ実施するものであるため、バルブＶ_３、Ｖ_６は開のままである。また、この洗浄の際の逆浸透膜モジュールの供給水は、前処理済みの処理水タンク１の処理水を使用するものとする。洗浄は、バルブＶ_５、Ｖ_７を閉とし、ポンプ４を停止してからバルブＶ_１、Ｖ_２を閉とした後、バルブＶ_４を開とし、逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を透過水返送手段１１を通して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールへ逆流させることで行う。Ｖ_３は一部がＶ_４側へ流れるように調整する。図面には記載しないが、透過水返送手段１１の途中で透過水を貯留させるタンクを設け、そこから０．５ＭＰａ程度の圧が得られるポンプで透過水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールへ逆流させることも好ましい。０．５ＭＰａ程度の圧が得られるポンプが好ましく用いられるのは、前記透過水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールへ逆流させるために０．１ＭＰａ程度の圧力が必要となる場合があるためである。

洗浄の時間は、特に制限するものではないが、１〜１２０秒の範囲内とするのが好ましい。１回の逆洗時間が１秒未満では、十分な洗浄効果が得られず、１２０秒を超えると精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの稼働効率が低くなる。洗浄流束は、特に制限するものではないが、０．１〜１０ｍ^３／ｍ^２・ｄの範囲内であることが好ましい。洗浄流束が０．１ｍ^３／ｍ^２・ｄ未満では、膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を十分に除去することが難しくなり、１０ｍ^３／ｍ^２・ｄを超えると、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの機械的劣化をまねき易くなる。

さらに、上述の逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を用いて精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを洗浄するに際し、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の原水側に気体を送り込み、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面を振動させることも好ましい。

逆浸透膜モジュールで得られた透過水で精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを洗浄する頻度は、特に制限するものではないが、１ヶ月に１回〜１日に１０回の範囲内で行うことが好ましい。１ヶ月に１回未満では、効果が薄れ、１日に１０回以上では逆浸透膜モジュールの透過水回収率が低下するため経済的ではない。また、１回の洗浄の時間は、特に制限するものではないが、１〜６０分が好ましい。１分未満では洗浄の効果が薄く、６０分以上では精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの稼働率が低下して経済的ではない。

この逆浸透膜モジュールで得られた透過水による洗浄により、以下の効果が得られる。すなわち、例えば塩濃度が３７，５００ｍｇ／Ｌの一般的な海水を膜ろ過処理する場合を考えると、逆浸透膜モジュールで得られた透過水の塩濃度は２００〜４００ｍｇ／Ｌ程度であることから、この洗浄により約１／１００まで急に塩濃度を低減させることができる。その結果、精密ろ過膜または限外ろ過膜に付着していた微生物に大きな環境の変化、すなわち浸透圧ショックを与えることができ、死滅に至らしめることができる。なお、この方法は、精密ろ過膜、限外ろ過膜または逆浸透膜において塩素系殺菌剤で化学的劣化を起こす膜材質を使用する場合にも好適に用いることができる。

次に、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄水とする洗浄方法について説明する。この洗浄方法も、逆浸透膜モジュールの運転を継続しつつ実施するものであるため、バルブＶ_３、Ｖ_６は開のままである。洗浄は、バルブＶ_４、Ｖ_７を閉とし、ポンプ４を停止してからバルブＶ_１、Ｖ_２を閉とした後、バルブＶ_５を開とし、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を透過水返送手段１２を通して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールへ逆流させることで行う。

Ｖ_６は濃縮水の一部がＶ_５側へ流れるように調整するためのものである。このときの洗浄時間や逆洗流束、気体の送り込みなどの条件は、特に限定されないが、前記の逆浸透膜モジュールで得られた透過水で精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを洗浄する方法と同じ条件としてもよい。また、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の一部は精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの原水供給側へ導入しているが、これは、逆浸透膜モジュールの濃縮水中には菌類や他の汚染物質が含まれている可能性があるからである。なお、かかる可能性がなければ、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールのろ過水側へ導入してもよい。また、殺菌剤などを添加した場合には、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールのろ過水側から導入することも可能である。

逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄水とする洗浄方法は、特に制限するものではないが、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水で精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを洗浄する方法と同様の洗浄範囲とすることが好ましい。

また、逆浸透膜モジュールで得られた透過水で精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを洗浄する方法と、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄水とする洗浄方法とを別々に行うことも、連続して行うことも好ましい。連続して行う場合には、前記透過水返送手段と濃縮水返送手段の切り替えを行う切替手段を設けることにより行うことができる。

この逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水による洗浄により、逆浸透膜モジュールで得られた透過水による洗浄に加えてさらに以下の効果が得られる。すなわち、例えば塩濃度が３５，７００ｍｇ／Ｌの一般的な海水を膜ろ過処理する場合を考えると、透過水回収率を６０％とした場合には、逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の塩濃度は約８８，０００ｍｇ／Ｌとなる。この濃縮水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに導入した場合、海水の塩濃度３５，７００ｍｇ／Ｌから約８８，０００ｍｇ／Ｌまで急激に上昇する。この浸透圧の差を発生させるだけでも十分な効果があると考えられるが、さらに、このあと、逆浸透膜モジュールで得られた透過水による洗浄を実施した場合、塩濃度が約８８，０００ｍｇ／Ｌから約２００〜４００ｍｇ／Ｌまで極端に低下することになる。このような極端な浸透圧ショックを微生物に与えることができることになる。

なお、逆浸透膜モジュールで得られた透過水と濃縮水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに導入する順番はどちらでも良い。濃縮水ののちに透過水を導入する場合には、透過水による逆洗があとになることから洗浄効果が高いものとなり好ましい。

次に、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで得られた処理水のｐＨを５以下にして逆浸透膜モジュールで処理し、その逆浸透膜モジュールで得られた透過水または濃縮水による精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄について説明する。各バルブ操作は上記の通りであるが、酸添加装置として酸性溶液タンク９から酸性溶液を注入するための注入ポンプ１０を用いて酸を添加する必要がある。この場合は、上記の逆浸透膜モジュールで得られた透過水または濃縮水による精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの洗浄による効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、酸性の透過水または濃縮水が精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに導入されるため、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に付着していた無機成分が酸によって溶解され、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面から剥がれ落ち、洗浄効果が高くなる。また、無機成分に付着していた有機成分も同時に剥がれ落ちることが考えられる。ｐＨは、５以下とすることが好ましいが、さらに好ましくは４以下、さらには３以下が好ましい。金属成分が溶解しやすくなるため、また微生物が死滅しやすくなるためである。

なお、図面には記載しないが、逆浸透膜モジュールで得られた透過水のｐＨを６〜８程度とするためにアルカリ添加装置を逆浸透膜モジュールの透過水側に設けることも好ましい。

また、上記の洗浄に加え、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の定期的な逆洗を行ってもよい。定期的な逆洗とは、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の処理水に次亜塩素酸ナトリウムといった酸化剤を添加して精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５に逆流させ、物理的作用に加えて酸化剤による化学的洗浄作用で膜面を洗浄（逆洗）のことである。逆洗は、図２に示すように、バルブＶ_３、Ｖ_６を開とし、Ｖ_４、Ｖ_５を閉とし、ポンプ４を停止してからバルブＶ_１、Ｖ_２を閉、バルブＶ_７を開として、逆洗ポンプ６を作動させ、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の処理水を、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール５の処理水側から導入させる。このとき、酸化剤タンク７に貯留された酸化剤を薬注ポンプ８を作動させることにより逆洗水に添加する。逆洗水に添加される酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素などを用いることができる。

このように、本発明によれば、塩分を含有する原水を逆浸透膜分離する処理を継続しつつ、精密膜ろ過もしくは限外膜ろ過の膜面に付着、堆積した微生物を効率的に死滅させ、また、有機系および無機系汚濁物質を効率的に洗浄除去することが可能となる。そのため、逆浸透膜を用いた膜分離装置の長期安定運転が可能となる。

本発明は、たとえば海水淡水化やかん水淡水化など塩分を含む原水を逆浸透膜分離する装置の前処理用途として用いられる精密ろ過膜または限外ろ過膜の洗浄に好適に利用される。

従来技術を示す膜分離装置のろ過・逆洗工程を示す概略フロー図である。 本発明の一実施形態を示す膜分離装置のろ過・逆洗工程を示す概略フロー図である。

符号の説明

１：前処理済みの処理水タンク
２：６〜１０ＭＰａ程度の圧が得られる高圧ポンプ
３：逆浸透膜モジュール
４：０．５ＭＰａ程度の圧が得られるポンプ
５：精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール
６：逆洗ポンプ
７：酸化剤タンク
８：薬注ポンプ
９：酸性溶液タンク
１０：酸性溶液を注入するための注入ポンプ
１１：透過水返送手段
１２：濃縮水返送手段

Claims (14)

1. 塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有する膜分離方法。
2. 塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有する膜分離方法。
3. 前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄したのち、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄する洗浄工程を有する請求項１または２に記載の膜分離方法。
4. 前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄したのち、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水で前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜を洗浄する洗浄工程を有する請求項１または２に記載の膜分離方法。
5. 前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水および／または濃縮水のｐＨが５以下である請求項１〜４のいずれかに記載の膜分離方法。
6. 前記逆浸透膜モジュールに用いられる逆浸透膜は、３５，７００ｍｇ／Ｌの食塩水を用いて、５．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定したときの塩排除率が９０％以上の性能を有する逆浸透膜である請求項１〜５のいずれかに記載の膜分離方法。
7. 前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜が中空糸膜である請求項１〜６のいずれかに記載の膜分離方法。
8. 塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する膜分離装置。
9. 塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する膜分離装置。
10. 塩分を含有する原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段、および前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有する請求項８または９に記載の膜分離装置。
11. 前記逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段と、前記逆浸透膜モジュールで得られた透過水の少なくとも一部を、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を切り替える切替手段を有する請求項１０に記載の膜分離装置。
12. 前記逆浸透膜モジュールの供給水のｐＨを５以下にするための酸添加装置を有する、請求項８〜１１のいずれかに記載の膜分離装置。
13. 前記逆浸透膜モジュールに用いられる逆浸透膜は、３５，７００ｍｇ／Ｌの食塩水を用いて、５．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定したときの塩排除率が９０％以上の性能を有する逆浸透膜である請求項８〜１２のいずれかに記載の膜分離装置。
14. 前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜が中空糸膜である請求項８〜１３のいずれかに記載の膜分離装置。

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