JP2008237972A

JP2008237972A - 膜濾過システム

Info

Publication number: JP2008237972A
Application number: JP2007078528A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】処理水水質をある程度維持しつつ、節水を図ることができる膜濾過システムを実現する。
【解決手段】機器への給水ライン２に濾過膜モジュール３を設け、この濾過膜モジュール３からの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜モジュール３の上流側へ還流させるように構成した膜濾過システム１であって、前記濾過膜モジュール３からの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュール３からの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように前記濾過膜モジュール３からの濃縮水排水流量を調節する節水優先運転を行うように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設けた膜濾過システムに関する。

従来、半導体洗浄装置等の水使用機器や、蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器等の熱機器などの機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設けた膜濾過システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この膜濾過システムにおいて、前記濾過膜モジュールからの濃縮水の一部が排水されるとともに、残部が前記濾過膜モジュールの上流側へ還流されるクロスフロー濾過型の膜濾過システムがある。

ところで、本願出願人は特許文献２において、前記濾過膜モジュールからの処理水の水質維持を図るために、前記濾過膜モジュールへの給水，前記濾過膜モジュールからの処理水および前記濾過膜モジュールからの濃縮水のうちのいずれかの水温，もしくは前記濾過膜モジュールへの給水の水質に基づいて、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する膜濾過システムの運転方法を提案している。また、本願出願人は、特許文献３において、前記濾過膜モジュールからの処理水の水質維持を図るために、前記濾過膜モジュールへの給水，前記濾過膜モジュールからの処理水および前記濾過膜モジュールからの濃縮水のいずれかの硬度に基づいて、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する膜濾過システムの運転方法を提案している。
特開平５−２２０４８０号公報特開２００６−３０５４９９号公報特開２００６−３０５５００号公報

しかし、前記のように濃縮水排水流量を調節するようになっている前記膜濾過システムにおいて、ユーザーによっては、処理水水質を維持することよりもコスト低減を重視して、処理水水質が多少悪化しても濃縮水排水流量をできるだけ少なくすることにより節水を優先したい場合もある。

この発明が解決しようとする第一の課題は、処理水水質をある程度維持しつつ、節水を図ることができる膜濾過システムを実現することである。

また、この発明が解決しようとする第二の課題は、水質を優先するユーザーと節水を優先するユーザーの両方のニーズに応えることができる膜濾過システムを実現することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設け、この濾過膜モジュールからの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜モジュールの上流側へ還流させるように構成した膜濾過システムであって、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する節水優先運転を行うように構成したことを特徴とする。

さらに、請求項２に記載の発明は、機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設け、この濾過膜モジュールからの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜モジュールの上流側へ還流させるように構成した膜濾過システムであって、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する水質優先運転と、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する節水優先運転とを切り替えられるように構成したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を、予め設定された上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように調節するので、処理水水質をある程度維持しつつ、節水を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、水質優先運転を行うときは、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節することにより、目標の処理水水質を得ることができる。一方、節水優先運転を行うときは、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を、予め設定された上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように調節するので、処理水水質をある程度維持しつつ、節水を図ることができる。そして、前記のような水質優先運転と節水優先運転とを切り替えられるようになっているので、水質を優先するユーザーと節水を優先するユーザーの両方のニーズに応えることができる

つぎに、この発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
図１は、この発明に係る膜濾過システムの実施形態の構成を示す概略的な説明図、図２は、図１に示す膜濾過システムにおいて節水優先運転を行う場合における処理水水質と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルを示す図である。

図１に示す膜濾過システム１にあっては、半導体洗浄装置等の水使用機器や蒸気ボイラ等の熱機器などの機器（図示省略）への給水ライン２に濾過膜モジュール３が設けられている。また、この濾過膜モジュール３の下流側の前記給水ライン２には、電気伝導度センサ４が接続されている。

前記濾過膜モジュール３にあっては、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）などの濾過膜により給水を濾過処理し、給水に含まれる不純物を除去するように構成されている。前記逆浸透膜および前記ナノ濾過膜は、ポリアミド系，ポリエーテル系などの合成高分子膜である。そして、前記逆浸透膜は、分子量が数十程度の物質の透過を阻止できる液体分離膜である。一方、前記ナノ濾過膜は、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止できる液体分離膜である。前記濾過膜モジュール３において、前記逆浸透膜および前記ナノ濾過膜は、前記機器の種類に応じて適宜選択される。

前記濾過膜モジュール３にあっては、一側から供給された給水が、他側から処理水と濃縮水として流出するようになっている。そして、処理水は前記給水ライン２を流れて前記機器へ供給される。一方、濃縮水は前記濾過膜モジュール３と接続された濃縮水ライン５へ流出する。この濃縮水ライン５は、排水ライン６と還流ライン７とに分岐しており、前記還流ライン７は前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２と接続されている。したがって、前記濾過膜モジュール３から前記濃縮水ライン５へ流出した濃縮水は、一部が前記排水ライン６を介して系外へ排水されるとともに、残部が前記還流ライン７を介して前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２へ還流するようになっている。

前記排水ライン６は、第一排水ライン８，第二排水ライン９および第三排水ライン１０に分岐しており、これら各排水ライン８，９，１０には、第一排水バルブ１１，第二排水バルブ１２および第三排水バルブ１３がそれぞれ設けられている。前記各排水バルブ１１，１２，１３は、制御部１４と接続されている。そして、前記各排水バルブ１１，１２，１３は、前記制御部１４からの開閉信号を受けて開閉状態が設定されるようになっており、前記各排水バルブ１１，１２，１３の開閉状態を変えることにより、前記排水ライン６からの濃縮水排水流量が段階的に調節されるようになっている。

前記制御部１４は、前記電気伝導度センサ４と接続され、この電気伝導度センサ４の検出値に基づいて濃縮水排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力するようになっている。

ここで、前記制御部１４は、この第一実施形態では前記膜濾過システム１において節水優先運転が行われるように、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて濃縮水排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力する。節水優先運転とは、前記濾過膜モジュール３からの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュール３からの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように、濃縮水排水流量を調節する運転である。前記制御部１４には図２に示すテーブルが記憶されており、前記制御部１４は、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて、このテーブルに従って濃縮水排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力するようになっている。ちなみに、目標水質は、前記機器において使用される給水として望ましい水質の処理水が得られるように設定されるものである。

図２に示すテーブルについて説明すると、このテーブルにおいては、処理水水質，すなわち電気伝導度に応じて濃縮水排水流量が段階的に設定されている。ただし、図２に示すテーブルでは、濃縮水排水流量の上限値が１５％に設定されており、この１５％以下の範囲において、電気伝導度が高くなるほど、濃縮水排水流量が段階的に増えるようになっている。具体的には、このテーブルでは、電気伝導度が０を超えＡ以下のとき、濃縮水排水流量は１０％に設定され、電気伝導度がＡを超えるとき、濃縮水排水流量は１５％に設定されている。ちなみに、この第一実施形態では、目標水質は電気伝導度Ａ以下である。ここで、前記テーブルにおいて、濃縮水排水流量は、前記濾過膜モジュール３からの処理水流量と濃縮水排水流量との和に対する濃縮水排水流量の割合で示されている。そして、電気伝導度が０を超えＡ以下のときの濃縮水排水流量は、前記濾過膜の表面付近において、不純物の濃縮が抑制されてこれらの下流側へのリーク量が抑制され、処理水水質が目標水質である電気伝導度Ａ以下になるような流量である。また、電気伝導度がＡを超えＢ以下であるとき、濃縮水排水流量を１５％とした場合に処理水水質が電気伝導度Ａ以下になるとすると、前記テーブルにおいて電気伝導度がＡを超えるときの濃縮水排水流量は、電気伝導度がＡを超えＢ以下のときにあっては、処理水水質が電気伝導度Ａ以下になるような流量であり、また電気伝導度がＢを超えるときにあっては、処理水水質が電気伝導度Ａに近づくような流量である。

さて、前記膜濾過システム１の運転においては、節水優先運転を行う。具体的には、前記制御部１４は、図２に示すテーブルに従い、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて濃縮水の排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力する。これにより、処理水水質が電気伝導度Ａ以下になるように、または電気伝導度Ａに近づくように、１５％以下の範囲において濃縮水排水流量が調節される。この節水優先運転では、電気伝導度が０を超えＡ以下のとき、および電気伝導度がＡを超えＢ以下のとき、処理水水質は目標水質（電気伝導度Ａ以下）になる。また、電気伝導度がＢを超えるとき、処理水水質は目標水質にはならないが、目標水質に近づく。

以上説明した前記膜濾過システム１によれば、濃縮水排水流量を、予め設定された上限値以下の範囲，すなわち１５％以下の範囲において、処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように調節するので、処理水水質をある程度維持しつつ節水を図ることができる。

ここで、第一実施形態の変形例について説明する。具体的な図示は省略するが、まず第一変形例について説明すると、前記膜濾過システム１において、前記濾過膜モジュール３への給水の水質に基づいて、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。この場合、前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２に前記電気伝導度センサ４を接続し、この電気伝導度センサ４の検出値に基づいて、濃縮水排水流量を設定する。そして、前記制御部４には、前記と同様に電気伝導度と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルが記憶される。このテーブルでは、電気伝導度が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるようにまたは処理水水質が目標水質に近づくように、所定の上限値以下の範囲で濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。

つぎに、第二変形例について説明する。具体的な図示は省略するが、前記膜濾過システム１において、前記濾過膜モジュール３への給水，前記濾過膜モジュール３からの処理水および前記濾過膜モジュール３からの濃縮水のいずれかの水温に基づいて、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。この場合、前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２，前記濾過膜モジュール３の下流側の前記給水ライン２および前記濃縮水ライン５のいずれかに水温センサを接続し、この水温センサの検出値に基づいて、濃縮水排水流量を調節する。そして、前記制御部４には、水温と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルが記憶される。ここで、水温が高くなるほど、前記濾過膜モジュール３における不純物の除去率が低下する。したがって、前記テーブルでは、水温が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるようにまたは処理水水質が目標水質に近づくように、所定の上限値以下の範囲で濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。

（第二実施形態）
つぎに、この発明に係る膜濾過システムの第二実施形態について説明する。図３は、第二実施形態の膜濾過システムにおいて水質優先運転を行う場合における処理水水質と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルを示す図である。

この第二実施形態の膜濾過システムは、図１に示す第一実施形態の膜濾過システム１と基本構成を同じくしており、図１を援用して以下説明する。

第二実施形態の膜濾過システム１では、ユーザーのニーズに応じて、水質優先運転および節水優先運転の２つの運転状態を切り替えられるようになっている。これら２つの運転状態は、濃縮水排水流量の設定の仕方が異なっており、前記制御部１４によって運転状態が切り替えられるようになっている。

節水優先運転は、第一実施形態で説明したものと同様であり、前記制御部１４には、図２に示すテーブルが記憶されている。ここでは、節水優先運転の説明については省略する。一方、水質優先運転は、前記濾過膜モジュール３からの処理水水質が目標水質になるように、前記濾過膜モジュール３からの濃縮水排水流量を調節する運転である。前記制御部１４には図３に示すテーブルが記憶されており、水質優先運転においては、前記制御部１４は、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて、このテーブルに従って濃縮水排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力するようになっている。ちなみに、目標水質は、前記機器において使用される給水として望ましい水質の処理水が得られるように設定されるものである。

図３に示すテーブルについて説明する。このテーブルにおいては、処理水水質，すなわち電気伝導度に応じて濃縮水排水流量が段階的に設定されている。具体的には、電気伝導度が高くなるほど、濃縮水排水流量が段階的に増えるようになっており、たとえば電気伝導度が０を超えＡ以下のとき、濃縮水排水流量は１０％に設定され、電気伝導度がＡを超えＢ以下のとき、濃縮水排水流量は１５％に設定され、電気伝導度がＢを超えＣ以下のとき、濃縮水排水流量は２０％に設定されている。ちなみに、この第二実施形態においても、目標水質は電気伝導度Ａ以下に設定される。ここで、前記テーブルにおいても、濃縮水排水流量は、前記濾過膜モジュール３からの処理水流量と濃縮水排水流量との和に対する濃縮水排水流量の割合で示されている。そして、この濃縮水排水流量は、前記濾過膜の表面付近において、不純物の濃縮が抑制されてこれらの下流側へのリーク量が抑制され、処理水水質が目標水質である電気伝導度Ａになるような流量に設定されている。

さて、第二実施形態の膜濾過システム１においては、水質優先運転と節水優先運転のいずれかの運転を行う。水質優先運転を行う場合、前記制御部１４は、図３に示すテーブルに従い、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて濃縮水の排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力する。これにより、処理水水質が目標水質（電気伝導度Ａ）になるように濃縮水排水流量が調節される。

一方、節水優先運転を行う場合、前記制御部１４は、図２に示すテーブルに従い、前記電気伝導度センサ４の検出値に基づいて濃縮水の排水流量を設定し、この設定流量になるように前記各排水バルブ１１，１２，１３へ開閉信号を出力する。これにより、処理水水質が電気伝導度Ａになるように、または電気伝導度Ａに近づくように、１５％以下の範囲において濃縮水排水流量が調節される。この節水優先運転では、電気伝導度が０を超えＡ以下のとき、および電気伝導度がＡを超えＢ以下のとき、処理水水質は目標水質（電気伝導度Ａ）になる。また、電気伝導度がＢを超えるとき、処理水水質は目標水質にはならないが、目標水質に近づく。

以上説明した前記膜濾過システム１によれば、水質優先運転を行う場合、処理水水質を目標水質にすることができる。一方、節水優先運転を行う場合、濃縮水排水流量を、予め設定された上限値以下の範囲，すなわち１５％以下の範囲において、処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように調節するので、処理水水質をある程度維持しつつ、節水を図ることができる。そして、前記のような水質優先運転と節水優先運転とを切り替えられるようになっているので、水質を優先するユーザーと節水を優先するユーザーの両方のニーズに応えることができる。

ここで、第二実施形態の変形例について説明する。具体的な図示は省略するが、まず第一変形例について説明すると、前記膜濾過システム１において、第一実施形態の第一変形例と同様に、前記濾過膜モジュール３への給水の水質に基づいて、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。この場合、前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２に前記電気伝導度センサ４を接続し、この電気伝導度センサ４の検出値に基づいて、濃縮水排水流量を設定する。そして、前記制御部４には、前記と同様に、水質優先運転と節水優先運転のそれぞれについて、電気伝導度と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルが記憶される。水質優先運転のテーブルでは、電気伝導度が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるように濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。また、節水優先運転のテーブルでは、電気伝導度が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるようにまたは処理水水質が目標水質に近づくように、所定の上限値以下の範囲で濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。

つぎに、第二変形例について説明する。具体的な図示は省略するが、前記膜濾過システム１において、第一実施形態の第二変形例と同様に、前記濾過膜モジュール３への給水，前記濾過膜モジュール３からの処理水および前記濾過膜モジュール３からの濃縮水のいずれかの水温に基づいて、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。この場合、前記前記濾過膜モジュール３の上流側の前記給水ライン２，前記濾過膜モジュール３の下流側の前記給水ライン２および前記濃縮水ライン５のいずれかに水温センサを接続し、この水温センサの検出値に基づいて、濃縮水排水流量を調節する。そして、前記制御部４には、水質優先運転と節水優先運転のそれぞれについて、水温と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルが記憶される。ここで、水温が高くなるほど、前記濾過膜モジュール３における不純物の除去率が低下する。したがって、水質優先運転のテーブルでは、水温が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるように濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。また、節水優先運転のテーブルでは、水温が高くなるほど、処理水水質が目標水質になるようにまたは処理水水質が目標水質に近づくように、所定の上限値以下の範囲で濃縮水排水流量が段階的に増えるように設定される。

以上、この発明を実施形態により説明したが、この発明は、その主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。たとえば、図示しないが、前記排水ライン６を前記各排水ライン８，９，１０に分岐させずに、前記排水ライン６に比例制御弁を設け、この比例制御弁の開度を調節することにより、濃縮水排水流量を調節するようになっていてもよい。

この発明に係る膜濾過システムの実施形態の構成を示す概略的な説明図である。図１に示す膜濾過システムにおいて節水優先運転を行う場合における処理水水質と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルを示す図である。第二実施形態の膜濾過システムにおいて水質優先運転を行う場合における処理水水質と濃縮水排水流量との関係を定めたテーブルを示す図である。

符号の説明

１膜濾過システム
２給水ライン
３濾過膜モジュール

Claims

機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設け、この濾過膜モジュールからの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜モジュールの上流側へ還流させるように構成した膜濾過システムであって、
前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する節水優先運転を行うように構成したことを特徴とする膜濾過システム。
機器への給水ラインに濾過膜モジュールを設け、この濾過膜モジュールからの濃縮水の一部を排水するとともに、残部を前記濾過膜モジュールの上流側へ還流させるように構成した膜濾過システムであって、
前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する水質優先運転と、前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量の上限値を設定し、この上限値以下の範囲において、前記濾過膜モジュールからの処理水水質が目標水質になるように、または目標水質に近づくように前記濾過膜モジュールからの濃縮水排水流量を調節する節水優先運転とを切り替えられるように構成したことを特徴とする膜濾過システム。