JP2010158607A

JP2010158607A - 膜分離装置

Info

Publication number: JP2010158607A
Application number: JP2009000914A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Ishii; 保彦石井; Nobutoki Arai; 伸説新井; Hiroo Ishikawa; 浩朗石川; Toru Sakakura; 徹坂倉
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-06
Also published as: JP5251522B2

Abstract

【課題】横置型の膜分離装置であっても、膜エレメントを気体又は気液混相流体によって均一に洗浄することができる膜分離装置を提供する。
【解決手段】耐圧容器２の前端面に原水等の流入口６が設けられ、後端面に濃縮水の流出口１０と気体又は気液混相流体の導入口２１〜２４が設けられている。濃縮水の流出口１０は、耐圧容器２の後端面の上部に配置されている。４個の導入口２１〜２４のうち、導入口２１は後端面の下部に配置されている。弁１２，１５を閉、弁３１ａ〜３４ａ、３６、４１、４５を開とし、コンプレッサ３７及びポンプ４３を作動させ、気体及び逆洗水の双方を膜モジュール１に供給し、膜エレメント３を気液混相流体で洗浄する。
【選択図】図２

Description

本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に係り、特に膜エレメントの洗浄時に気体又は気液混相流体を耐圧容器内に供給するように構成された膜分離装置に関する。

耐圧容器内に膜エレメント例えばスパイラル型膜エレメントを装填した膜モジュールを横置型に配置した膜分離装置の従来例について第３図を参照して説明する。略水平に設置された筒状の耐圧容器６０内にスパイラル型膜エレメント６１が同軸的に配置されている。各スパイラル型膜エレメント６１は集水管６２の外周に分離膜をスパイラル状に巻回したものである。なお、この従来例では耐圧容器６０内に膜エレメント６１が複数個配置され、各膜エレメント６１の集水管６２同士は継手６３により接続されているが、膜エレメント６１は１個だけ設けられてもよい。原水は耐圧容器６０の一方のエンドプレートの流入口６４から耐圧容器内に入り、各膜エレメントの原水流路を耐圧容器の軸心線と平行に略水平方向に流れ、耐圧容器６０の他方のエンドプレートの流出口６５から流出する。透過水は集水管６２内に流入し、耐圧容器６０の後端側の取出口６６から取り出される。６７はブラインシール、７１はエンドキャップを示す。

このような横置型の膜分離装置は、例えば特開平６−１５１４５の図２に示されている。

スパイラル型膜エレメントとしては、特開２００１−２４６２３３等に記載されているように、集水管の外周に複数の袋状の分離膜がメッシュスペーサを介して巻回されたものが多く用いられている。

集水管には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜は袋状のものであり、その内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）の内部が透過水流路となっている。この袋状膜の内部が該スリット状開口を介して集水管内に連通している。

原水は、袋状膜の巻回体の前端面から袋状膜同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体の長手方向に流れ、巻回体の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜を透過してその内部に入り、集水管内に流入し、該集水管の後端側からエレメント外に取り出される。

このような膜分離装置を運転していると、膜面の汚染、目詰まりによりフラックス（透過水量）が低下してくる。そのため、必要に応じて膜面を洗浄する。

洗浄方法の一つに気体又は気液混相流体洗浄があり、空気、不活性ガス等の気体又は気液混相流体を膜面に供給し、物理的に膜面の汚濁物を剥離除去する。この洗浄方法としては、気液混相流体を膜エレメントの１次側に膜エレメント分離処理時の流速よりも大きな流速で流すフラッシング操作が効果的である（例えば特開平５−５７１５９、特開平１１−１０４６３６（特許３６１５９１８）、特開２００１−２５９３８１、特開２００７−２４５１２１、特開２００８−８０２６６）。気体洗浄としてはエアスクラビング、エア逆洗が通常行われる。エアスクラビングは、膜の被処理水（濃縮水）側に気体を供給し、汚れやすい被処理水側を洗浄する。エア逆洗は、透過水側に気体を供給し、膜の透過水側から濃縮水側に気体を通して膜内に侵入した汚染物を押し出し、あるいは膜面に付着した汚染物を膜面から剥離する。

気体又は気液混相流体洗浄は、フラックス低下、膜間差圧を目安に実施したり、定期的に実施したりする。また、短時間毎に、例えば数分〜数十分毎にエアスクラビングをして膜面の汚染防止を図ることもある。

このような気体又は気液混相流体洗浄を行うため、膜エレメントの濃縮水側または透過水側に、または両者に洗浄用気体又は気液混相流体を供給できるようになっている。通常は、原水配管、濃縮水配管又は透過水配管に気体供給配管が接続され、この気体供給配管にコンプレッサから空気が供給される。

なお、複数の膜モジュールを並列に配置する場合、配管を減らす目的で高圧ユニフォールド配管をハウジング内部に取り込んだ４ポートのサイドポートタイプの膜モジュールが用いられてきているが、このタイプのものでは、被処理水配管を介して下部からエアを供給すると各モジュールを接続している配管をエアが浮上する。また、濃縮水配管を介して上部から供給すると下方モジュールまでエアを供給するのは困難である。濃縮水配管に延長部を設けるなどして下方よりエアを供給しても各モジュールを接続する配管（濃縮水配管）をエアが浮上し各モジュールを均一にエア供給することが困難である。

特開平６−１５１４５特開平５−５７１５９特開平１１−１０４６３６特開２００１−２４６２３３特開２００１−２５９３８１特開２００７−２４５１２１特開２００８−８０２６６

横置き型の膜分離装置について気体又は気液混相流体による洗浄を行うと、膜分離装置内で気体が浮上して偏在化するため、膜エレメントが均一に洗浄されなくなることがある。

本発明は、このような横置型の膜分離装置であっても、膜エレメントを気体又は気液混相流体供給手段によって均一に洗浄することができる膜分離装置を提供することを目的とする。

請求項１の膜分離装置は、原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口を有した耐圧容器と、この耐圧容器内に装填された膜エレメントと、該膜エレメントの濃縮水側又は透過水側に該膜エレメントの洗浄用気体又は気液混相流体を供給する気体又は気液混相流体供給手段とを備えてなり、被処理水が該膜エレメント内を略水平方向に流通される膜分離装置において、該気体又は気液混相流体を耐圧容器内に導入するための導入口が、該耐圧容器の端面に、該原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口とは別個に設けられていることを特徴とするものである。

請求項２の膜分離装置は、請求項１において、前記耐圧容器は筒軸心線方向が略水平となるように配置された筒状のものであり、前記供給手段は、該膜エレメントの濃縮水側に気体又は気液混相流体を供給するように設けられていることを特徴とするものである。

請求項３の膜分離装置は、請求項１又は２において、前記気体又は気液混相流体の導入口は、前記端面に複数個設けられていることを特徴とするものである。

請求項４の膜分離装置は、請求項３において、少なくとも１つの気体又は気液混相流体の導入口が該端面の下部に設けられていることを特徴とするものである。

請求項５の膜分離装置は、請求項３又は４において、前記気体又は気液混相流体の導入口は、少なくとも前記端面の下部、上部及び左右の側部に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の膜分離装置では、膜分離装置内に膜エレメント洗浄用の気体又は気液混相流体を導入するための導入口が原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口とは別個に設けられているので、該導入口から気体又は気液混相流体を十分に導入し、膜エレメントを均一に洗浄することができる。また、気体又は気液混相流体の導入口が端面に設けられているため、端面近傍の膜モジュール内スペースを気体が上昇することなく膜エレメント内に供給することができる。

本発明によれば、従来法と比べて
（１）分離膜モジュール外に簡単な設備を設けるだけで、膜表面に付着して汚濁物質に物理的な力を与えて、短時間で剥離することができ、洗浄効果が上がる；
（２）薬剤浸漬とリンスのために設備を長時間停止する必要が無くなり、洗浄頻度を上げる、または薬剤使用量を減らすことができる；
（３）分離膜モジュール全体を均一に洗浄することが可能となる
等の効果が得られる。

本発明は請求項２の通り、横置き型の筒状耐圧容器を有した膜分離装置に適用するのに好適である。この場合、膜エレメントの濃縮水に気体又は気液混相流体を供給することにより、膜エレメントを効率良く洗浄することができる。

請求項３の膜分離装置によると、複数の導入口を設けることにより気体又は気液混相流体を膜分離装置内に均等に導入することができる。

請求項４の通り、この導入口の少なくとも１つを端面の下部に設けることにより、膜エレメントをより均一に洗浄することができるようになる。

請求項５の膜分離装置によると気体又は気液混相流体が膜分離装置内により均等に導入されるようになり、膜エレメントが均一に洗浄される。

本発明の実施の形態に係る横置型の膜分離装置の断面図である。膜分離装置の濃縮水及び透過水取出側の斜視図と配管系統図である。従来のスパイラル型膜モジュールの断面図である。

以下図面を参照して発明の実施の形態について説明する。

第１図は本発明の実施の形態に係る横置型の膜分離装置の断面図、第２図は膜分離装置の濃縮水及び透過水取出側の斜視図と配管系統図である。

第１図の通り、この実施の形態に用いられている膜モジュール１は、スパイラル型膜モジュールであり、円筒形の耐圧容器（ベッセル）２内にスパイラル型膜エレメント３が該耐圧容器２と同軸的に配置されている。この膜モジュール１は、筒軸心方向を水平とした横置型である。

この膜エレメント３は、集水管４の外周に袋状分離膜が網目状スペーサ（図示略）を介して巻回されたものである。

集水管４には管内外を連通する開口が多数穿設されている。分離膜は袋状のものであり、その中央部が集水管４に接着されるか、又は集水管４をくるんでいる。この袋状分離膜の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材（図示略）が挿入されており、この袋状分離膜の内部が透過水流路となっている。

膜エレメント３の外周面と耐圧容器２の内周面との間にはリング状のトップ側シール材（図示略）が配置されている。

集水管４の前端部（図の左端）にはエンドキャップ５が装着され、後方側端部（図の右端）は、耐圧容器２に設けられた透過水取出口７に嵌合されている。この実施の形態では、集水管４の後端（図の右端）から透過水が取り出されるよう構成されているが、集水管４の前端部を耐圧容器２から突出させて前端から流出させるようにしてもよく、両端から流出するよう構成されてもよい。

膜モジュール１内には、膜エレメント３の前端面に臨んで原水流入スペース８が形成され、後端面に臨んで濃縮水流出スペース９が形成されている。

耐圧容器２の前端面に原水等の流入口６が設けられ、後端面に濃縮水の流出口１０と気体又は気液混相流体の導入口２１〜２４が設けられている。

濃縮水の流出口１０は、耐圧容器２の後端面の上部近傍に配置されている。４個の導入口２１〜２４のうち、導入口２１は後端面の下部に配置され、導入口２２，２３は後端面の上下方向の中間付近の左右の側部に配置され、導入口２４は後端面の上部に配置されている。導入口２４は濃縮水流出口１０よりも上位に配置されている。透過水の取出口７は、円形の後端面の中心部に位置している。

流入口６には、原水が原水ポンプ１１、弁１２、配管１３を介して導入される。この配管１３のうち弁１２よりも流入口６側から後述の洗浄排水排出用配管５０が分岐している。

濃縮水流出口１０には、濃縮水等の流出用配管１４が接続され、この配管１４に弁１５が設けられている。

導入口２１〜２４には、それぞれ膜エレメント洗浄用の気体又は気液混相流体を導入するための配管３１〜３４がそれぞれ接続されている。

各配管３１〜３４は、各々に設けられた弁３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａを介して集合配管３５に接続され、さらに弁３６を介してコンプレッサ３７に接続されており、該コンプレッサ３７から空気が各導入口２１〜２４に導入されるよう構成されている。

また、各配管３１〜３４は、弁３１ａ〜３４ａを介して集合配管４０に接続され、さらに弁４１、配管４２を介して逆洗水用ポンプ４３に接続されており、逆洗水が各導入口２１〜２４に導入されるよう構成されている。

この配管４２は、配管４４及び弁４５を介して配管１４に接続されており、逆洗水が濃縮水流出口１０にも導入可能とされている。

このように構成された膜分離装置の作動を次に説明する。

［原水の膜分離処理運転］
原水を膜分離処理するときには、コンプレッサ３７及びポンプ４３は停止状態とされ、弁３１ａ〜３４ａ，４５，５１は閉とされる。

弁１２，１５を開とし、原水ポンプ１１を作動させると、原水が流入口６から流入スペース８に流入し、次いで膜エレメント３の前端面から分離膜同士の間の原水流路に流入し、そのまま膜エレメント３の長手方向に略水平方向に流れ、膜エレメント３の後端面から流出する。この原水流路を流れる間に水が分離膜を透過してその内部に入り、集水管４内に流入し、該集水管４の後端側から透過水取出口７を経て膜モジュール１外に取り出される。

膜エレメント３の後端面を通り抜けた濃縮水は、流出スペース９から、流出口１０及び配管１４、弁１５を介してハウジング２外へ取り出される。

［膜モジュール１の気体又は気液混相流体による洗浄］
膜モジュール１の１次側を気体を用いて洗浄するときには、弁１２を閉とし、弁３１ａ〜３４ａ、３６、５１を開とし、弁１５、４１、４５を閉とし、コンプレッサ３７を作動させる。これにより、気体（空気）が導入口２１〜２４から膜モジュール１内に導入され、配管５０を介して流出する。

気体及び逆洗水の双方を膜モジュール１に供給し、膜エレメント３を気液混相流体で洗浄するには、弁１２，１５を閉、弁３１ａ〜３４ａ、３６、４１、４５、５１を開とし、コンプレッサ３７及びポンプ４３を作動させる。これにより、気体（空気）及び逆洗水が各導入口２１〜２４を介して膜モジュール１内に導入されると共に逆洗水が濃縮水流出口１０を介して膜モジュール１内に導入され、気液混相状態の逆洗排水が配管５０を介して流出する。

膜モジュールを逆洗するには、この気液混相流体による逆洗を行うのが好ましいが、気体逆洗、気液混相流体による逆洗及び水のみによる逆洗のうちのいずれか複数の逆洗を順次に行ってもよい。

気体又は気液混相流体による逆洗を行う場合、上記のように、導入口２１〜２４から気体又は気液混相流体を導入して膜の表面に付着した付着物質を気泡で物理的に剥離させる。この場合、濃縮水流出口１０から逆洗水を膜モジュール１内に導入すると、剥離した汚濁物質を配管５０へスムーズに流出させることができる。ただし、濃縮水流出口１０からの逆洗水流入は行わなくてもよい。

気体又は気液混相流体を膜モジュール１内に導入する場合、下部の導入口２１からの導入量を他の導入口２２，２３又は２４からの導入量よりも多くするのが好ましい。これは、膜モジュール１内に導入された流体が膜モジュール１内を原水流入口６側に向って流れている間に、気体が膜モジュール１内で上昇し、膜モジュール１内の上部に溜り易くなるからである。具体的には、単位時間当りに膜モジュール１内に導入される気体又は気液混相流体の導入量の３０〜７０体積％特に４０〜６０体積％を下部の導入口２１から膜モジュール１内に導入するのが好適である。

なお、導入口２１〜２４を介して膜モジュール１内に導入される気液混相流体中の気体の標準状態での体積比（Ｎｍ^３−空気／Ｎｍ^３−気液混相流体）は３０〜８５％特に５０〜７０％程度が好適である。また、導入口２１〜２４を介して導入される気液混相流体と濃縮水流入口１０から導入される逆洗水との合量における濃縮水流入口１０からの逆洗水量の割合は、標準状態での体積比で３０〜８５％特に５０〜７０％程度が好ましい。

一般的な、横置き型の直径８インチのスパイラル型逆浸透膜モジュールの導入口２１〜２４に気液混相流体を供給し、濃縮水流入口１０に逆洗水を供給して逆洗を行う場合、各導入口２１〜２４からの気液混相流体の空気対水混合比を気体の標準状態での体積比として６：１〜６：５特に約３：２とし、導入口２４（上側）からの供給量を２〜４ｍ^３／ｈｒ特に約３ｍ^３／ｈｒとし、導入口２２，２３（中側）からの供給量を各々２〜４ｍ^３／ｈｒ特に約３ｍ^３／ｈｒとし、導入口２１（下側）からの供給量を５〜７ｍ^３／ｈｒ特に約６ｍ^３／ｈｒとし、濃縮水流入口１０からの供給量（水のみ）を０．５〜２ｍ^３／ｈｒ特に約１ｍ^３／ｈｒとし、下側の導入口からの流量を多くすると、分離膜モジュール全体を均一に洗浄することができる。この方法であれば洗浄時間は４０秒程度で十分である。

逆洗後は、弁５１、３１ａ〜３４ａ、４５を閉とし、弁１２，１５を開とし、ポンプ１１を作動させ、膜モジュール１内に残っている逆洗水を濃縮水配管１４を介して流出させ、その後、定常運転に復帰するのが好ましい。

膜モジュール内の残留逆洗水を配管１４へ流出させる場合、通常の膜分離工程より速い流速にて原水を流入スペース８側から流出スペース９側に向って通液し、剥離された汚濁物質を濃縮側に押し出すのが好ましい。上記のスパイラル型逆浸透膜モジュールに於いては、通常流量の１．２倍以上例えば２倍程度にすると効果的である。押し出し時間は３０秒程度で十分である。これにより洗浄工程が完了する。

かかる気体又は気液混相流体による逆洗を１日２〜５回程度特に３回程度行うことで、膜モジュールの薬品洗浄頻度を大幅に減らすことができる。例えば、開放式冷却塔のブロー水を原水として、従来法では平均２週間毎におよそ３０分間の薬液浸漬が必要であったものが、上記の条件で逆洗を行うと４ヵ月以上薬品洗浄を行わなくても、所期の膜透過水量を維持することができる。

上記実施の形態では１個の膜モジュールのみが用いられているが、複数の膜モジュールを並列に設置した膜分離装置にも本発明を適用することができる。また、上記実施の形態では原水等の流入口６や濃縮水の流出口１０は耐圧容器２の端面に設けられているが、これらを側面に設けても良く、高圧ユニフォールド配管をハウジング内部に取り込んだ４ポートのサイドポートタイプの膜モジュールにも通用することができる。さらに、スパイラル膜エレメントのみならず、中空糸膜エレメントやその他の膜エレメントを用いることができる。本発明では、キャビテーションポンプを用いて気液混相流体を膜モジュールに供給し、逆洗を行うようにしてもよい。

１膜モジュール
２耐圧容器
３膜エレメント
４集水管
６原水流入口
７透過水取出口
１０濃縮水流出口
２１〜２４導入口

Claims

原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口を有した耐圧容器と、
この耐圧容器内に装填された膜エレメントと、
該膜エレメントの濃縮水側又は透過水側に該膜エレメントの洗浄用気体又は気液混相流体を供給する気体又は気液混相流体供給手段と
を備えてなり、被処理水が該膜エレメント内を略水平方向に流通される膜分離装置において、
該気体又は気液混相流体を耐圧容器内に導入するための導入口が、該耐圧容器の端面に、該原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口とは別個に設けられていることを特徴とする膜分離装置。
請求項１において、前記耐圧容器は筒軸心線方向が略水平となるように配置された筒状のものであり、
前記供給手段は、該膜エレメントの濃縮水側に気体又は気液混相流体を供給するように設けられていることを特徴とする膜分離装置。
請求項１又は２において、前記気体又は気液混相流体の導入口は、前記端面に複数個設けられていることを特徴とする膜分離装置。
請求項３において、少なくとも１つの気体又は気液混相流体の導入口が該端面の下部に設けられていることを特徴とする膜分離装置。
請求項３又は４において、前記気体又は気液混相流体の導入口は、少なくとも前記端面の下部、上部及び左右の側部に設けられていることを特徴とする膜分離装置。