JP2011056412A

JP2011056412A - 膜ろ過システム

Info

Publication number: JP2011056412A
Application number: JP2009209524A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsushiro; 武士松代; Nobuyuki Ashikaga; 伸行足利; Taku Menju; 卓毛受; Futoshi Kurokawa; 太黒川; Yoshie Akai; 芳恵赤井; Koichi Matsui; 公一松井; Eiken Yamagata; 英顕山形; Hideyuki Tsuji; 秀之辻; Shigenori Fukagawa; 臣則深川; Takahiro Soma; 孝浩相馬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-24
Also published as: US20110056878A1; CN102020367A; AU2010212340B2; AU2010212340A1

Abstract

【課題】逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減できる膜ろ過システムを提供する。
【解決手段】原水槽2と、原水から溶質の一部が除去された一次処理水を収容する第１の処理水槽5と、一次処理水から溶質がさらに除去された二次処理水を収容する第２の処理水槽8と、原水槽から第１の処理水槽までの間に配置され、溶質の除去率が１％〜３０％となるように溶質を除去するナノろ過膜モジュール4,41-4nと、原水槽からナノろ過膜モジュールに供給し、ナノろ過膜を透過した一次処理水を第１の処理水槽に送る第１の供給ポンプ3と、第１の処理水槽から第２の処理水槽までの間に配置され、一次処理水から溶質を除去する逆浸透膜モジュール7と、第１の処理水槽から一次処理水を逆浸透膜モジュールに供給し、逆浸透膜を透過した二次処理水を第２の処理水槽に送る第２の供給ポンプ6と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などの水処理に適した膜ろ過システムに関する。

従来、水処理分野において、イオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などをろ過して、生活用水、工業用水、農業用水を得る方法として逆浸透膜モジュールによるろ過が用いられている。

逆浸透膜は、通水してイオンや塩類など水以外の不純物を透過しない性質を持つ膜のことで、溶質の濃度に応じた浸透圧以上の圧力をかけることにより水と溶質を分離する。

こうした逆浸透膜を用いた膜ろ過システムは、例えば海水のように溶質濃度が高くなるとろ過に必要な圧力が高くなり、逆浸透膜モジュールに水を供給する高圧ポンプを動作させるための動力費が高いという課題がある。

こうした課題を解消するために、例えば特許文献１，２，３では、上記の逆浸透膜を用いた逆浸透膜モジュールの前段にナノろ過膜モジュールを設け、イオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などをまずナノろ過膜モジュールに供給して、透過水と濃縮水に膜分離し、この透過水を逆浸透膜モジュールに供給して、淡水または清水を得ることを提案している。

しかしながら、これらの従来の膜ろ過システムでは、イオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などをナノろ過膜モジュールに供給すると、ナノろ過膜が短期間で目詰まりしてしまい、ろ過処理を継続することができず、その目詰まりを解消するために膜洗浄を頻繁に行う必要があった。このため、ろ過処理の運転をしばしば停止しなければならず、処理効率が低下するとともに、ポンプを駆動させるための動力費が増加して、トータルのランニングコストが上昇するという問題がある。

特開２００２−２８２８５５号公報特開２００３−２００１６１号公報特開２００８−１００２１９号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ろ過膜の目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる膜ろ過システムを提供することを目的としている。

本発明の膜ろ過システムは、溶質を含む原水を収容する原水槽と、原水から溶質の一部が除去された一次処理水を収容する第１の処理水槽と、前記一次処理水から溶質がさらに除去された二次処理水を収容する第２の処理水槽と、前記原水槽から前記第１の処理水槽までの間に配置され、溶質の除去率が１％以上３０％以下となるように原水から溶質を除去するナノろ過膜を有するナノろ過膜モジュールと、前記原水槽から原水を前記ナノろ過膜モジュールに供給し、前記ナノろ過膜に透過させ、前記ナノろ過膜を透過した一次処理水を前記第１の処理水槽に送る第１の供給ポンプと、前記第１の処理水槽から前記第２の処理水槽までの間に配置され、前記一次処理水から溶質を除去する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、前記第１の処理水槽から一次処理水を前記逆浸透膜モジュールに供給し、前記逆浸透膜に透過させ、前記逆浸透膜を透過した二次処理水を前記第２の処理水槽に送る第２の供給ポンプと、を有することを特徴とする。

本発明では、ナノろ過膜モジュールにおいて溶質の除去率が１％以上３０％以下になるようにナノろ過膜で溶質を除去する。単一のナノろ過膜における溶質の除去率が３０％を超えると、ポンプの負荷が増大するとともに、ろ過膜が目詰まりしやすくなり、ろ過膜を短いサイクルで頻繁に洗浄しなければならず、処理の効率が大幅に低下するからである。ちなみに、ナノろ過膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールに通水するためには、膜モジュール入口の溶質濃度に応じた浸透圧以上の動作圧力をかける必要がある。この浸透圧（気圧）をナノろ過膜モジュールの動作圧力と整合するように、溶質の除去率と回収率を決定する。溶質の除去率を高くすることにより、処理水側の溶質濃度を下げると濃縮水側の溶質濃度が高くなるため、結果としてナノろ過膜モジュールの動作圧力が高くなる。これを回避するために、ナノろ過膜モジュールにおける溶質の除去率を３０％以下と低く抑え、ナノろ過膜モジュールの動作圧力を低減すると同時に、後段の逆浸透膜モジュールへ供給される溶質濃度も低減させることにより、溶質除去の負荷分散を図り、溶質の除去に必要なトータルの動力が低減される。

一方、ナノろ過膜モジュールにおける溶質の除去率が１％未満になると、ナノろ過膜モジュールにおける処理の実効的な効率が低くなりすぎて、後段の逆浸透膜モジュールの負荷を軽減するという目的を達成し難くなる。この場合に、逆浸透膜モジュールの負荷軽減を図るためにナノろ過膜モジュールの数を増やすと、コストが増大化する。

本発明においては、ナノろ過膜における溶質の除去率を１％以上１０％以下にするとさらに好ましい。溶質の除去率を１０％以下にすると、ポンプの負荷がさらに軽減され、動力が低減されるからである。一方、溶質の除去率が１０％を超えると、洗浄処理したとしても目詰まりしたナノろ過膜を元の状態まで戻し難くなり、膜質の劣化が進みやすくなることがある。

本発明では、複数段のナノろ過膜モジュールを逆浸透膜モジュールの前段に設置することが好ましい（図２〜図８）。複数段のナノろ過膜モジュールを用いて原水から段階的に溶質を除去して溶質濃度を徐々に低減させることにより、各段のナノろ過膜モジュールの負荷が軽減され、ろ過膜に目詰まりを生じ難くなるという利点がある。この場合においても、各段のナノろ過膜モジュールにおける溶質の除去率を１％以上３０％以下に、より好ましくは１％以上１０％以下に抑える。ちなみに、海水淡水化プラントなどにおいてイオンや塩類などの溶質を高濃度に含む原水（海水）を多量にろ過処理する場合は、許される範囲内でできるだけナノろ過膜モジュールをメンテナンスフリーの状態におくことが望ましい反面、可能な限りろ過膜に目詰まりを生じないことが要求されるため、数千基から数万基にもおよぶ膨大な数のナノろ過膜モジュールを設置して、並行処理やローテーション処理を組み合わせた運転を行なうことにより、個々のろ過膜の負荷を軽減することがなされる。

本発明において、逆浸透膜およびナノろ過膜を洗浄する際に所定の頻度で用いられ、常温よりも高い温度の温水を逆浸透膜およびナノろ過膜にそれぞれ供給して洗浄する洗浄手段を有することが好ましい（図４）。このような洗浄手段を用いて適当な頻度で逆浸透膜とナノろ過膜をそれぞれ温水洗浄することにより、ろ過処理効率の低下を防ぎ、ろ過膜の寿命延長を図り、ポンプ負荷を低減することができる。また、化学薬品を使用しない温水洗浄手段を採用することにより、環境負荷が大幅に低減される。

本発明において、ナノろ過膜モジュールの前段に、砂充填層を有する砂ろ過器をさらに設置することができる（図５）。また、ナノろ過膜モジュールの前段に、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールをさらに設置することができる（図６）。さらに、本発明において、ナノろ過膜モジュールの前段に、砂ろ過器と精密ろ過膜モジュールを設置するか、または砂ろ過器と限外ろ過膜モジュールを設置することができる（図７、図８）。

本発明において、逆浸透膜およびナノろ過膜、または砂ろ過層および精密ろ過膜、または砂ろ過層および限外ろ過膜をそれぞれ洗浄する際に所定の頻度で用いられ、常温よりも高い温度の温水を逆浸透膜およびナノろ過膜、または砂ろ過層および精密ろ過膜、または砂ろ過層および限外ろ過膜にそれぞれ供給して洗浄する洗浄手段をさらに有することが好ましい（図１、図２、図４〜図８）。これらの複数の異なるろ過手段を組み合わせて用いる場合であっても、それぞれを洗浄手段により温水洗浄することが処理効率の向上、ろ過膜の目詰まり防止、ポンプ負荷の低減を実現する上で効果的である。

以下に本願明細書中の用語をそれぞれ定義する。

「ナノろ過膜モジュールの除去率」とは、ナノろ過膜モジュールの入口側の溶質濃度Ｃ１（mg/l）に対する出口側の溶質濃度Ｃ２（mg/l）の減少の割合を百分率で表わした指数をいう。溶質とは例えば汽水、海水、地下水、埋立地浸出水または産業廃水などに溶解している物質をいう。ナノろ過膜モジュールの溶質の除去率Ｒ（％）は下式（１）で与えられる。

Ｒ＝｛１−（Ｃ２／Ｃ１）｝×１００ …（１）
「ナノろ過膜モジュールの回収率」とは、ナノろ過膜モジュールの入口側バルブを通過する流量Ｆ１に対して出口側バルブを通過する流量Ｆ２の割合を百分率で表わした指数をいう。ナノろ過膜モジュールの溶質の回収率Ｋ（％）は下式（２）で与えられる。

Ｋ＝（Ｆ２／Ｆ１）×１００ …（２）
「物理洗浄」とは、加圧水をろ過膜に供給し、加圧水の透過圧力（貫通力と衝突力）により膜の表面から付着物を物理的に離脱させる洗浄方法をいう。

「温水洗浄」とは、温度が４０℃以上の温水をろ過膜に通流させて、ろ過膜の表面から付着物を除去する洗浄方法をいう。温水洗浄は、化学薬品を使用しないため、洗浄後の排水処理が簡単であり、環境負荷が小さいという利点がある。なお、膜表面を温度応答性高分子で処理した機能性中空糸を用いると、温水が接触したときに高分子の鎖がらせん状に収縮して孔が拡径するので、温水洗浄の効果がさらに高まる。

「砂ろ過」とは、砂が充填された砂充填層に原水を通過させて原水中の固形分を除去するろ過方法をいう。本発明において、砂ろ過は、ナノろ過膜の前段において、ナノろ過膜の負荷を軽減するために、比較的サイズの大きい固形分を除去する前処理として利用される。

本発明によれば、イオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水、などをろ過する逆浸透膜モジュールの前段に、溶質の一部を除去するナノろ過膜で構成されるナノろ過膜モジュールを設置することにより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。本発明の第２の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。（ａ）は本発明の膜ろ過システムを模式的に示すブロック図、（ｂ）〜（ｄ）は本発明の膜ろ過システムの作用効果を説明するための表図。本発明の第３の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。本発明の第４の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。本発明の第５の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。本発明の第６の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。本発明の第７の実施形態に係る膜ろ過システムを示す構成ブロック図。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して本発明の第１の実施形態に係る膜ろ過システムを説明する。

本実施形態の膜ろ過システム１は、上流側から順に原水槽２、第１の供給ポンプ３、ナノろ過膜モジュール４、第１の処理水槽５、第２の供給ポンプ（高圧ポンプ）６、逆浸透膜モジュール７および第２の処理水槽８を備えている。これらの機器２〜８は、主プロセスラインである水配管ラインＬ１〜Ｌ４により直列に接続され、定常運転時において上流側の原水槽２から下流側の第２の処理水槽８に向けて被処理水が間欠的または連続的に送られるようになっている。これらのラインＬ１〜Ｌ４の適所には開閉操作可能なバルブＶ１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７がそれぞれ配置され、図示しない制御器により所定のプロセス条件に従って各バルブが所望のタイミングで開閉制御されるようになっている。

原水槽２は、図示しない原水供給源からイオンや塩類などの溶質を含む汽水、海水、地下水又は埋立地浸出水、産業廃水などが供給され、原水を所望の時間だけ一時的に滞留させ、固形分を沈殿させる貯留槽である。

ナノろ過膜モジュール４は、原水槽２と第１の処理水槽５との間に配置され、原水に含まれる溶質を除去するためのナノろ過膜を内蔵している。ナノろ過膜は平均孔径が逆浸透膜より大きい孔を有する機能性ろ過膜である。ナノろ過膜の使用形態として例えば中空糸膜を束ねた形態でろ過膜モジュール容器のなかに装入して用いられる。ナノろ過膜モジュール４は、原水に多量に含まれる溶質の一部を除去する機能を備えており、後段の逆浸透膜モジュール７の負荷を軽減する役割をもつものである。

第１の供給ポンプ３が原水槽２からナノろ過膜モジュール４までをつなぐ原水供給ラインＬ１に取り付けられている。この第１の供給ポンプ３は、所定のポンプ供給圧力で原水をナノろ過膜モジュール４に供給することにより、ナノろ過膜に対して所望の動作圧力をかけるものである。ポンプ３の供給圧力により原水がナノろ過膜を透過し、溶質の一部が除去された一次処理水が生成される。

第１の処理水槽５は、バルブＶ２２を有するラインＬ２によりナノろ過膜モジュール４の出口側に接続され、ナノろ過膜で溶質の一部が除去された一次処理水を収容するものである。

逆浸透膜モジュール７は、第１の処理水槽５と第２の処理水槽８との間に配置され、一次処理水に含まれる溶質を除去するための逆浸透膜を内蔵している。逆浸透膜は、水分子は通すが、水以外の不純物（溶質）は通さない平均孔径２ｎｍ未満の孔を有する機能性ろ過膜である。逆浸透膜は溶質の濃度に応じた浸透圧以上の圧力をかけることにより水と溶質とを分離する。逆浸透膜モジュール７は、一次処理水に含まれる溶質をほぼ完全に除去する機能を備えており、淡水を製造する役割をもつものである。

第２の処理水槽８は、バルブＶ７を有するラインＬ４により逆浸透膜モジュール７の出口側に接続され、逆浸透膜で溶質のほとんど全部が除去された二次処理水（淡水）を収容するものである。

第２の供給ポンプ６が第１の処理水槽５から逆浸透膜モジュール７までをつなぐ一次処理水供給ラインＬ３に取り付けられている。この第２の供給ポンプ６は、所定のポンプ供給圧力で一次処理水を逆浸透膜モジュール７に供給することにより、逆浸透膜に対して所望の動作圧力をかけるものである。第２の供給ポンプ６には例えば往復ポンプ、多段うず巻きポンプなどの高圧ポンプを用いることができる。ポンプ６の供給圧力により一次処理水が逆浸透膜を透過し、溶質がほぼ完全に除去された二次処理水が生成されるようになっている。

さらに、膜ろ過システム１は、ナノろ過膜モジュール４と第１の処理水槽５との間に洗浄ポンプ９を備えている。洗浄ポンプ９は、吸込口側がバルブＶ４を有するラインＬ５を介して第１の処理水槽５に接続され、吐出口側が３つの分岐ラインＬ６，Ｌ７，Ｌ８に接続されている。第１分岐ラインＬ６は、ナノろ過膜モジュール４の洗浄ラインであり、ナノろ過膜モジュール４の入口側に接続され、開閉バルブＶ９１を有する。第２分岐ラインＬ８は、ナノろ過膜モジュール４の逆洗浄ラインであり、ナノろ過膜モジュール４の出口側に接続され、開閉バルブＶ９２を有する。第３の分岐ラインＬ７は、逆浸透膜モジュール７の洗浄ラインであり、逆浸透膜モジュール７の入口側に接続され、開閉バルブＶ１０を有する。

次に本実施形態の作用を説明する。

ろ過時の操作として、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ８，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ３，Ｖ８，Ｖ９１，Ｖ９２，Ｖ１０を閉とする。原水は原水槽２からラインＬ１を通ってポンプ３の駆動によりナノろ過膜モジュール４に供給され、ナノろ過膜モジュール４により処理された処理水が第１の処理水槽５に一時的に貯留された後に、高圧ポンプ６により逆浸透膜モジュール７に供給される。ナノろ過膜モジュール４の回収率Ｋは、上式（２）に示したようにバルブＶ２１を通過する流量に対してバルブＶ２２を通過する流量で定義される。また、ナノろ過膜モジュール４の除去率Ｒは、上式（１）に示したように膜モジュール入口の溶質濃度Ｃ１に対する膜モジュール出口の溶質濃度Ｃ２により与えられる。

ナノろ過膜モジュール４の物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１とＶ２２を閉とした状態でバルブＶ９１を開とするか、またはバルブＶ２１とＶ２２を閉とした状態でバルブＶ９２を開として、さらにバルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ３を開けてナノろ過膜モジュール４から排出される。前者の洗浄処理において、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ６→Ｖ９１→モジュール４→Ｖ３の順に通流してろ過膜を洗浄する。後者の逆洗浄処理では、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ８→Ｖ９２→モジュール４→Ｖ３の順に通流してろ過膜を逆洗浄する。

逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉とし、バルブＶ１０を開とした状態で、洗浄ポンプ９を起動し、ラインＬ７を介して洗浄水を逆浸透膜モジュール７内に送る。洗浄済みの水はバルブＶ８を開けてモジュール底部のドレインラインから排出される。逆浸透膜の洗浄処理において、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ７→Ｖ１０→モジュール７→Ｖ８の順に通流して逆浸透膜を洗浄する。

本実施形態によれば、逆浸透膜モジュールの前段に、溶質の一部を除去するナノろ過膜で構成されるナノろ過膜モジュールを設置することより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、図２を参照して第２の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ａは、原水槽２と第１の処理水槽５との間に複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎを備えている。これら複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎは、ラインＬ１〜Ｌ２に沿って順次直列に接続されている。ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの各々の入口側および出口側にはバルブＶ２１，Ｖ２２，・・Ｖ２ｎがそれぞれ設置されている。すなわち、第１段目のモジュール４１の入口側はバルブＶ２１を介して第１の供給ポンプ３の吐出側に連通し、第２段目のモジュール４２の入口側はバルブＶ２２を介して第１段目のモジュール４１の出口側に連通し、第ｎ段目のモジュール４ｎの入口側はバルブＶ２ｎ-１を介して第ｎ-１段目のモジュール４ｎ-１の出口側に連通し、第ｎ段目のモジュール４ｎの出口側はバルブＶ２ｎを介して第１の処理水槽５に連通している。

さらに、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの入口側／出口側をつなぐラインには、洗浄ポンプ９を有する洗浄ラインＬ６から分岐する洗浄／逆洗浄ラインＬ８１〜Ｌ８ｎがそれぞれ接続されている。これらの洗浄／逆洗浄ラインＬ８１〜Ｌ８ｎにはバルブＶ９１，Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎがそれぞれ取り付けられている。また、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの各々の底部は、バルブＶ３１〜Ｖ３ｎを有するドレインラインにそれぞれ連通している。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０を閉とする。原水は供給ポンプ３によりナノろ過膜モジュール４１〜４ｎに供給され、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎによる処理水が高圧ポンプ（第２の供給ポンプ）６により逆浸透膜モジュール７に供給される。ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの回収率Ｋは、上式（２）に示すようにバルブＶ２１を通過する流量に対してバルブＶ２２を通過する流量で定義される。ナノろ過膜モジュールの除去率Ｒは、上式（１）に示すように膜モジュール入口の溶質濃度に対する膜モジュール出口の溶質濃度で定義される。ここで、ナノろ過膜モジュールにおける溶質の除去率は、ナノろ過膜の目詰まりを低減するため、１％以上３０％以下の範囲にすることが望ましい。溶質除去率が３０％を超えると、ナノろ過膜が短期間で目詰まりして連続的な運転に支障を生じるからである。

ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎおよび逆浸透膜モジュール７に通水するには、当該膜モジュールの入口側の溶質濃度に応じた浸透圧以上の動作圧力をかける必要がある。この浸透圧がナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの動作圧力と整合するように、除去率Ｒと回収率Ｋを決定する。溶質の除去率Ｒを高くすることにより、処理水側の溶質濃度を下げると濃縮水側の溶質濃度が高くなるため、結果としてナノろ過膜モジュールの動作圧力が高くなる。これを回避するために、本実施形態ではナノろ過膜モジュールの溶質の除去率を１〜３０％と低いレベルに抑え、いわば溶質の粗取りをすることにより、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの動作圧力を低減するとともに、後段の逆浸透膜モジュール７へ供給される溶質濃度も低減させることで、溶質除去の負荷分散を図り、溶質除去に必要なトータルの動力を低減するようにしている。

次に図３を参照して、上記の実施形態に即した仮想の形態として複数のナノろ過膜モジュールと逆浸透膜モジュールとの組合せモデルについて、３つの異なるプロセス条件下でそれぞれコンピュータ・シミュレーションした入力結果１〜３をそれぞれ説明する。

ナノろ過膜モジュールの溶質の除去率Ｒを１〜１０％の範囲に設定し、第１段目のナノろ過膜モジュール４１へのポンプ供給圧力を１５気圧程度を目標値として、２本のナノろ過膜モジュール４１，４２の後段に１本の逆浸透膜モジュール７を接続して組合せたモデルの例を図３の（ａ）に示す。測定位置（１）〜（７）はそれぞれ以下に対応している。

測定位置（１）→ 第１段目のナノろ過膜モジュール４１の入口側
測定位置（２）→ 第１段目のナノろ過膜モジュール４１の出口側
測定位置（３）→ 第１段目のナノろ過膜モジュール４１の濃縮水出口側
測定位置（４）→ 第２段目のナノろ過膜モジュール４２の出口側
測定位置（５）→ 第２段目のナノろ過膜モジュール４２の濃縮水出口側
測定位置（６）→ 第３段目の逆浸透膜モジュール７の出口側
測定位置（７）→ 第３段目の逆浸透膜モジュール７の濃縮水出口側
入力結果１において、図３の（ｂ）に示すように、測定位置（１）で原水の塩濃度3.00％、測定位置（２）で第１段目からの一次処理水の塩濃度2.97％、測定位置（４）で第２段目からの一次処理水の塩濃度2.94％、測定位置（６）で第３段目からの二次処理水の塩濃度0.01％であった。ちなみに、各ろ過膜の浸透圧に対応するポンプ供給圧力に関しては、測定位置（３）で12.1気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（５）で12.0気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（７）で47.2気圧のポンプ供給圧力がそれぞれ得られた。

入力結果２において、図３の（ｃ）に示すように、測定位置（１）で原水の塩濃度3.00％、測定位置（２）で第１段目からの一次処理水の塩濃度2.85％、測定位置（４）で第２段目からの一次処理水の塩濃度2.71％、測定位置（６）で第３段目からの二次処理水の塩濃度0.01％であった。ちなみに、各ろ過膜の浸透圧に対応するポンプ供給圧力に関しては、測定位置（３）で12.1気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（５）で11.5気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（７）で43.5気圧のポンプ供給圧力がそれぞれ得られた。

入力結果３において、図３の（ｄ）に示すように、測定位置（１）で原水の塩濃度3.50％、測定位置（２）で第１段目からの一次処理水の塩濃度3.15％、測定位置（４）で第２段目からの一次処理水の塩濃度2.84％、測定位置（６）で第３段目からの二次処理水の塩濃度0.01％であった。ちなみに、各ろ過膜の浸透圧に対応するポンプ供給圧力に関しては、測定位置（３）で14.1気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（５）で12.7気圧のポンプ供給圧力が得られ、測定位置（７）で45.5気圧のポンプ供給圧力がそれぞれ得られた。

ナノろ過膜モジュール４１，４２の物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９１〜Ｖ９２ｎ-１を開とするか、またはバルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２〜Ｖ９２ｎを開とし、バルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを通って各モジュールからそれぞれ排出される。逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ８を通ってモジュール７から排出される。すなわち、ナノろ過膜の洗浄処理において、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ６，Ｌ８１〜Ｌ８ｎ-1→Ｖ９１，Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎ-1→モジュール４〜４ｎ→Ｖ３１〜Ｖ３ｎの順に通流してろ過膜を洗浄する。また、ナノろ過膜の逆洗浄処理では、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ８１〜Ｌ８ｎ→Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎ→モジュール４〜４ｎ→Ｖ３１〜Ｖ３ｎの順に通流してろ過膜を逆洗浄する。さらに、逆浸透膜の洗浄処理において、洗浄水は、処理水槽５→Ｌ５→Ｖ４→ポンプ９→Ｌ７→Ｖ１０→モジュール７→Ｖ８の順に通流して逆浸透膜を洗浄する。

以下に本実施形態の効果を説明する。

図２に示すように、逆浸透膜モジュール７の前段に複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎを設置することにより、各段のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの負荷を軽減し、各ナノろ過膜の目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュール７へ原水を供給する高圧ポンプ６の動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

ポンプ動力費の算出方法の概要を説明する。

ポンプ動力費は、下式（３）から算出される軸動力および下式（４）から算出される電動機出力から電力量を算出する。式（３）中の予想効率ηはポンプの性能曲線から求める。

Ｐｓ（ｋＷ）＝（Ｑ×Ｈ）／（3600×η） …（３）
但し、Ｐｓ：軸動力、Ｑ：容量（m³/h）、Ｈ：全揚程（kPa）、η：予想効率（％）である。

Ｐｃ＝Ｐｓ×Ｃ …（４）
但し、Ｐｃ：ポンプ出力、Ｐｓ：計算上必要な軸動力、Ｃ：裕度（=5%）である。

上記の算出方法を用いてポンプ動力費を算出し、本発明の効果を検証した結果、従来に比べて本発明ではポンプ動力費が大幅にコスト削減できることがわかった。

（第３の実施形態）
次に、図４を参照して第３の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ｂは、温水を用いてろ過膜を洗浄するための温水洗浄手段１０，１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１５をさらに備えている。温水洗浄手段は、温水槽１０、ヒータ１１、配管ラインＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１５および開閉バルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１５を有している。

温水槽１０は、内部に収容した水を４０℃以上に加温するためのヒータ１１および温度センサ（図示せず）を有し、温水供給ラインＬ１５に接続されている。温水供給ラインＬ１５は、ナノろ過膜の洗浄／逆洗浄ラインＬ６，Ｌ８１〜Ｌ８ｎおよび逆浸透膜の洗浄ラインＬ７に複数のバルブＶ１５，Ｖ９１，Ｖ９２〜Ｖ９２ｎ，Ｖ１０を介してそれぞれ連通している。

また、温水槽１０には、第１処理水槽５からの一次処理水供給ラインＬ１２、第２処理水槽８からの二次処理水供給ラインＬ１３、およびナノろ過膜モジュール４１〜４ｎからの濃縮水ラインＬ１１がそれぞれ接続されている。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ２１〜Ｖ２ｎ，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を閉とする。原水は第１供給ポンプ３により複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎに順次供給され、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎによる一次処理水が高圧ポンプ６により逆浸透膜モジュール７に供給される。ナノろ過膜モジュールの回収率Ｋは、上式（２）に示すように、バルブＶ２１を通過する流量に対してバルブＶ２２を通過する流量で定義される。ナノろ過膜モジュールの除去率Ｒは、上式（１）に示すように、膜モジュール入口の溶質濃度に対する膜モジュール出口の溶質濃度で定義される。

ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開とするか、またはバルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開として、バルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを介してモジュール４１〜４ｎからそれぞれ排出される。逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ８を介してモジュール７から排出される。

上記の物理洗浄に加えて本実施形態では、バルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３のうちの少なくとも１つを開けて、第１処理水槽５の一次処理水またはナノろ過膜の濃縮水または第２処理水槽８の二次処理水の一部を、それぞれラインＬ１２，Ｌ１１，Ｌ１３を介して温水槽１０内へ導入し、ヒータ１１で加温し、バルブＶ１５を開けて、洗浄ポンプ９を駆動させ、さらにバルブＶ９１，Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎ，Ｖ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ１０，Ｖ８を開けて、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎおよび／または逆浸透膜モジュール７にそれぞれ温水を供給し、これらに設けられたろ過膜を温水洗浄する。このとき温水の温度は４０〜１００℃の範囲に調整する。

温水洗浄に関しても、通常の物理洗浄と同様に、ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９１，Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎを開とするか、またはバルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９１，Ｖ９２１〜Ｖ９２ｎを開として、バルブＶ１５を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを通り、さらにバルブＶ３５を通って排出される。逆浸透膜モジュール７の洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はバルブＶ８を介してモジュール７から排出される。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、逆浸透膜モジュールの前段に、溶質の一部を除去するナノろ過膜で構成されるナノろ過膜モジュールを複数設置するととともに、ナノろ過膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールに対して、通常の物理洗浄に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を通水する温水洗浄を組み合わせることより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

（第４の実施形態）
次に、図５を参照して第４の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ｃは、原水槽２から第１段目のナノろ過膜モジュール４１までの間に、前処理用供給ポンプ１２、砂ろ過器１３、第１の前処理水槽１４および第２の洗浄ポンプ１５を備えている。砂ろ過器１３は、前処理用供給ポンプ１２とバルブＶ１，Ｖ１１を有するラインＬ２１を介して原水槽２に接続され、後段の膜ろ過処理前において原水に含まれる固形分（SS等）をあらかじめ除去するための砂充填層を有する。砂ろ過器１３の出口はラインＬ２３を介して第１の前処理水槽１４に連通し、砂ろ過された前処理水が前処理水槽１４に収容されるようになっている。また、前処理水槽１４の出口はラインＬ１を介して第１段目のナノろ過膜モジュール４１に連通し、第１供給ポンプ３の駆動により複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎに前処理水が順次供給されるようになっている。

さらに、砂ろ過器１３と前処理水槽１４との間に逆洗浄ラインＬ２４が設けられ、第２の洗浄ポンプ１５の駆動により前処理水槽１４からの前処理水が砂ろ過器１３内に逆向きに送られて砂充填層が逆洗浄されるようになっている。逆洗浄ラインＬ２４にはバルブＶ１４，Ｖ２９が設けられている。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ２１〜Ｖ２ｎ，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０を閉とする。原水はまず、ポンプ１２の駆動により砂ろ過器１３に供給され、砂ろ過層により固形分および溶質の一部が除去される。前処理水は、砂ろ過器１３からラインＬ２３を通って前処理水槽１４に送られ、さらにポンプ３の駆動により前処理水槽１４からラインＬ１を通って第１段目のナノろ過膜モジュール４１に送られる。そして、前処理水は、多段のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎのろ過膜を順次透過することにより溶質が除去された一次処理水となる。一次処理水は、第１の処理水槽５に貯留され、高圧ポンプ６の駆動により逆浸透膜モジュール７に供給され、逆浸透膜を透過することにより溶質の大部分が除去された二次処理水となる。二次処理水は、第２の処理水槽８に貯留され、さらに図示しない後工程の装置に送られる。

ナノろ過膜モジュールの回収率Ｋは、上式（２）に示すようにバルブＶ２１を通過する流量に対してバルブＶ２２を通過する流量で定義される。ナノろ過膜モジュールの除去率Ｒは、上式（１）に示すように膜モジュール入口の溶質濃度に対する膜モジュール出口の溶質濃度で定義される。

上記のろ過膜の物理洗浄に加えて本実施形態では、さらに砂ろ過器１３の砂ろ過層を物理洗浄する。砂ろ過層を物理洗浄は、ポンプ１５の駆動により前処理槽１４から逆洗浄ラインＬ２４を介して砂ろ過器１３内へ前処理水を逆向きに供給することにより行われる。この逆洗浄操作として、バルブＶ１２とＶ１３を閉とし、バルブＶ１４とＶ１５とＶ２９を開とし、洗浄ポンプ１５を起動する。洗浄水はバルブＶ１５を介して砂ろ過器１３から排出される。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、さらに砂ろ過器をナノろ過膜モジュールの前段に設置することにより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

（第５の実施形態）
次に、図６を参照して第５の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ｄは、原水槽２から第１段目のナノろ過膜モジュール４１までの間に、前処理用供給ポンプ１６、前処理膜モジュールとしてのＭＦ膜モジュール１７、第２の前処理水槽１８、第３の洗浄ポンプ１９およびコンプレッサ２０を備えている。ＭＦ膜モジュール１７は、前処理用供給ポンプ１６とバルブＶ１６，Ｖ１７を有するラインＬ１１を介して原水槽２に接続され、後段の膜ろ過処理前において原水に含まれる固形分（SS等）と溶質の一部をあらかじめ除去するための精密ろ過膜を有している。なお、本実施形態においては、前処理膜モジュール１７内に精密ろ過膜を設置しているが、この代わりとして限外ろ過膜（ＵＦ膜）を設置するようにしてもよい。精密ろ過膜は、0.01μｍより大きい粒子や高分子を捕捉する機能性ろ過膜である。精密ろ過膜は、略してＭＦ膜（マイクロフィルター）と称し、一般的には平均孔径が限外ろ過膜より大きい孔を有する。また、限外ろ過膜は、分子量が数百から数千程度の粒子や高分子を捕捉する平均孔径が２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の孔を有する機能性ろ過膜である。限外ろ過膜は、略してＵＦ膜（ウルトラフィルター）と称し、一般的には平均孔径が逆浸透膜より大きく、精密ろ過膜より小さい孔を有する。前処理膜モジュール１７の出口はラインＬ１２を介して第２の前処理水槽１８に連通し、膜ろ過された前処理水が前処理水槽１８に収容されるようになっている。また、前処理水槽１８の出口はラインＬ２１を介して第１段目のナノろ過膜モジュール４１に連通し、第１供給ポンプ３の駆動により複数のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎに前処理水が順次供給されるようになっている。

前処理膜モジュール１７と前処理水槽１８との間にバルブＶ２０を有する逆洗浄ラインＬ１３が設けられ、洗浄ポンプ１９の駆動により前処理水槽１８からモジュール１７に前処理水を供給することによりＭＦ膜が逆洗浄されるようになっている。さらに、コンプレッサ２０がエアバルブＶ２１を有するラインを介して前処理膜モジュール１７に接続されている。コンプレッサ２０は、洗浄時において前処理膜モジュール１７内に加圧空気を吹き込み、ＭＦ膜を揺動させ、膜表面から付着物を離脱させるものである。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ２１〜Ｖ２ｎ，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０を閉とする。原水は、ポンプ１６の駆動により前処理膜モジュール１７に供給され、ＭＦ膜を透過するときに固形分と溶質の一部がろ過されて前処理水となり、前処理水槽１８に収容される。前処理水は、ポンプ３の駆動により前処理水槽１８から第１段目のナノろ過膜モジュール４１に送られる。そして、前処理水は、多段のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎのろ過膜を順次透過することにより溶質が除去された一次処理水となる。一次処理水は、第１の処理水槽５に貯留され、高圧ポンプ６の駆動により逆浸透膜モジュール７に供給され、逆浸透膜を透過することにより溶質の大部分が除去された二次処理水となる。二次処理水は、第２の処理水槽８に貯留され、さらに図示しない後工程の装置に送られる。

ナノろ過膜モジュール４１〜４ｎの物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９１，Ｖ９２〜Ｖ９２ｎ-1を開とするか、またはバルブＶ２１とＶ２ｎを閉として、バルブＶ９２〜Ｖ９２ｎを開として、バルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを介してモジュール４１〜４ｎから排出される。逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はバルブＶ８を介してモジュール７から排出される。

さらに、前処理膜モジュール１７の物理洗浄は、バルブＶ１７とＶ１８を閉とし、バルブＶ１９，Ｖ２０，Ｖ３０を開とし、ポンプ１９を起動する。同時にバルブＶ２１を開とし、コンプレッサ２０を起動して、前処理膜モジュール１７内に加圧空気を供給してＭＦ膜を揺動させる。これによりＭＦ膜に付着した固形分が効率良く膜表面から離脱し、膜の逆洗浄効果が促進される。洗浄水はバルブＶ１９を介してモジュール１７から排出される。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、多段のナノろ過膜モジュールの前段にＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュールを設置することより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより逆浸透膜モジュールの負荷を低減し、逆浸透膜モジュールへ水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

（第６の実施形態）
次に、図７を参照して第６の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ｅは、上記第４の実施形態のシステム１Ｃと第５の実施形態のシステム１Ｄとを組み合わせたものであり、原水槽２から第１段目のナノろ過膜モジュール４１までの間に、第１の前処理用供給ポンプ１２、砂ろ過器１３、第１の前処理水槽１４、第２の洗浄ポンプ１５、第２の前処理用供給ポンプ１６、前処理膜モジュールとしてのＭＦ膜モジュール１７、第２の前処理水槽１８、第３の洗浄ポンプ１９およびコンプレッサ２０を備えている。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８，Ｖ１３，Ｖ２１〜Ｖ２ｎ，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ１４，Ｖ１５，Ｖ２９，Ｖ１９，Ｖ２１，Ｖ３０，Ｖ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０を閉とする。原水は、ポンプ１２の駆動により砂ろ過器１３に供給され、砂ろ過器１３でろ過処理された第１前処理水が第１の前処理水槽１４に送られ、次いでポンプ１６の駆動により第１前処理水がＭＦ膜モジュール１７に供給され、ＭＦ膜を透過した第２前処理水が第２の前処理槽１８に送られる。次いで、ポンプ３の駆動により第２前処理水が第２の前処理槽１８から第１段目のナノろ過膜モジュール４１に送られる。そして、前処理水は、多段のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎのろ過膜を順次透過することにより溶質が除去された一次処理水となる。一次処理水は、第１の処理水槽５に貯留され、高圧ポンプ６の駆動により逆浸透膜モジュール７に供給され、逆浸透膜を透過することにより溶質の大部分が除去された二次処理水となる。二次処理水は、第２の処理水槽８に貯留され、さらに図示しない後工程の装置に送られる。

ナノろ過膜モジュールの物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開とするか、またはバルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開として、バルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを介してモジュール４１〜４ｎからそれぞれ排出される。逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ８を介してモジュール７から排出される。

上記のろ過膜の物理洗浄に加えて本実施形態では、さらに砂ろ過器１３の砂ろ過層を物理洗浄する。砂ろ過層を物理洗浄は、ポンプ１５の駆動により第１の前処理槽１４から逆洗浄ラインＬ２４を介して砂ろ過器１３内へ前処理水を逆向きに供給することにより行われる。この逆洗浄操作として、バルブＶ１２とＶ１３を閉とし、バルブＶ１４とＶ１５とＶ２９を開とし、洗浄ポンプ１５を起動する。洗浄水はバルブＶ１５を介して砂ろ過器１３から排出される。

また、本実施形態では、さらに前処理膜モジュール１７のろ過膜を物理洗浄する。その洗浄操作は、バルブＶ１７とＶ１８を閉とし、バルブＶ１９，Ｖ２０，Ｖ３０を開とし、ポンプ１９を起動する。同時にバルブＶ２１を開とし、コンプレッサ２０を起動して、前処理膜モジュール１７内に加圧空気を供給してＭＦ膜を揺動させる。これによりＭＦ膜に付着した固形分が効率良く膜表面から離脱し、膜の逆洗浄効果が促進される。洗浄水はバルブＶ１９を介してモジュール１７から排出される。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、多段のナノろ過膜モジュールの前段に砂ろ過器およびＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュールをさらに設置することより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

（第７の実施形態）
次に、図８を参照して第７の実施形態の膜ろ過システムを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。

本実施形態の膜ろ過システム１Ｆは、上記第３の実施形態のシステム１Ｂと第４の実施形態のシステム１Ｃと第５の実施形態のシステム１Ｄとを組み合わせたものであり、原水槽２から第１段目のナノろ過膜モジュール４１までの間に、第１の前処理用供給ポンプ１２、砂ろ過器１３、第１の前処理水槽１４、第２の洗浄ポンプ１５、第２の前処理用供給ポンプ１６、前処理膜モジュールとしてのＭＦ膜モジュール１７、第２の前処理水槽１８、第３の洗浄ポンプ１９およびコンプレッサ２０を有するとともに、温水洗浄手段１０，１１，２１，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２４，Ｖ２６，Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ３６をさらに備えている。

温水洗浄手段は、温水槽１０、ヒータ１１、ポンプ２１、配管ラインＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ４３およびバルブＶ２７，Ｖ２８等を有している。温水槽１０は、内部に収容した水を４０℃以上に加温するためのヒータ１１および温度センサ（図示せず）を備え、第１及び第２の温水供給ラインＬ３０，Ｌ３４に接続されている。第１の温水供給ラインＬ３０は、砂ろ過層の逆洗浄ラインＬ３１，Ｌ２４および前処理膜（ＭＦ膜またはＵＦ膜）の洗浄ラインＬ３２に複数のバルブを介してそれぞれ連通している。第２の温水供給ラインＬ３４は、ナノろ過膜の洗浄／逆洗浄ラインＬ６，Ｌ８１〜Ｌ８ｎおよび逆浸透膜の洗浄ラインＬ７に複数のバルブを介してそれぞれ連通している。

また、温水槽１０には、第１前処理水槽１４からのラインＬ４２、第２前処理水槽１８からのラインＬ４３、第１処理水槽５からの一次処理水供給ラインＬ１２、第２処理水槽８からの二次処理水供給ラインＬ１３、およびナノろ過膜モジュール４１〜４ｎからの洗浄排水ラインＬ１１がそれぞれ接続されている。

本実施形態の作用を説明する。

ろ過時はバルブＶ１，Ｖ３１〜３ｎ，Ｖ８，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８，Ｖ１３，Ｖ２１〜Ｖ２ｎ，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を開とし、バルブＶ１４，Ｖ１５，Ｖ２９，Ｖ１９，Ｖ２１，Ｖ３０，Ｖ３１〜Ｖ３ｎ，Ｖ８，Ｖ９１〜Ｖ９ｎ，Ｖ１０，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２４，Ｖ２６，Ｖ３６，Ｖ２７，Ｖ２８を閉とする。原水は、ポンプ１２の駆動により砂ろ過器１３に供給され、砂ろ過器１３でろ過処理された第１前処理水が第１の前処理水槽１４に送られ、次いでポンプ１６の駆動により第１前処理水がＭＦ膜モジュール１７に供給され、ＭＦ膜を透過した第２前処理水が第２の前処理槽１８に送られる。次いで、ポンプ３の駆動により第２前処理水が第２の前処理槽１８から第１段目のナノろ過膜モジュール４１に送られる。そして、前処理水は、多段のナノろ過膜モジュール４１〜４ｎのろ過膜を順次透過することにより溶質が除去された一次処理水となる。一次処理水は、第１の処理水槽５に貯留され、高圧ポンプ６の駆動により逆浸透膜モジュール７に供給され、逆浸透膜を透過することにより溶質の大部分が除去された二次処理水となる。二次処理水は、第２の処理水槽８に貯留され、さらに図示しない後工程の装置に送られる。

ナノろ過膜モジュールの物理洗浄は２通りあり、バルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開とするか、またはバルブＶ２１〜Ｖ２ｎを閉として、バルブＶ９２１〜Ｖ９２ｎを開として、バルブＶ４を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ３１〜Ｖ３ｎを介してモジュール４１〜４ｎからそれぞれ排出される。逆浸透膜モジュール７の物理洗浄は、バルブＶ６とＶ７を閉として、バルブＶ１０を開とし、洗浄ポンプ９を起動する。洗浄水はドレインバルブＶ８を介してモジュール７から排出される。さらに、本実施形態では、バルブＶ２８を開け、ポンプ９を起動させ、温水槽１０からライン３４を介してナノろ過膜の洗浄／逆洗浄ラインＬ６に温水を注入する。温水の温度は４０〜１００℃とする。

上記のろ過膜の物理洗浄に加えて本実施形態では、さらに砂ろ過器１３の砂ろ過層を物理洗浄する。砂ろ過層を物理洗浄は、ポンプ１５の駆動により第１の前処理槽１４から逆洗浄ラインＬ２４を介して砂ろ過器１３内へ前処理水を逆向きに供給することにより行われる。この逆洗浄操作として、バルブＶ１２とＶ１３を閉とし、バルブＶ１４とＶ１５とＶ２９を開とし、洗浄ポンプ１５を起動する。洗浄水はバルブＶ１５を介して砂ろ過器１３から排出される。さらに、本実施形態では、バルブＶ２７，Ｖ３１を開け、ポンプ２１を起動させ、温水槽１０からライン３０，Ｌ３１を介して砂ろ過層逆洗浄ラインＬ２４に温水を注入する。温水の温度は４０〜１００℃とする。

また、本実施形態では、さらに前処理膜モジュール１７のろ過膜を物理洗浄する。その洗浄操作は、バルブＶ１７とＶ１８を閉とし、バルブＶ１９，Ｖ２０，Ｖ３０を開とし、ポンプ１９を起動する。同時にバルブＶ２１を開とし、コンプレッサ２０を起動して、前処理膜モジュール１７内に加圧空気を供給してＭＦ膜を揺動させる。これによりＭＦ膜に付着した固形分が効率良く膜表面から離脱し、膜の逆洗浄効果が促進される。洗浄水はバルブＶ１９を介してモジュール１７から排出される。さらに、本実施形態では、バルブＶ２７，Ｖ３１を開け、ポンプ２１を起動させ、温水槽１０からライン３０，Ｌ３２を介して前処理膜モジュール１７の逆洗浄ラインＬ１３に温水を注入する。温水の温度は４０〜１００℃とする。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、逆浸透膜モジュールの前段に、溶質の一部を除去するナノろ過膜で構成されるナノろ過膜モジュールを複数設置し、さらに、ナノろ過膜モジュールの前段に砂ろ過器およびＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュールを設置するとともに、砂ろ過器、およびＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュール、およびナノろ過膜モジュール、および逆浸透膜モジュールに対して、通常の物理洗浄に定期的な頻度で通常の洗浄水よりも高い温度の水を通水する温水洗浄を組み合わせることより、ナノろ過膜モジュールの目詰まりを低減するとともに、イオンや塩類などの溶質の一部を除去することにより、逆浸透膜モジュールへ原水を供給する高圧ポンプの動力費を低減させ、トータルのランニングコストを低減することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…膜ろ過システム、
２…原水槽、
３…第１の供給ポンプ、
４，４１〜４ｎ…ナノろ過膜モジュール、
５…第１の処理水槽、
６…第２の供給ポンプ（高圧ポンプ）、
７…逆浸透膜モジュール、
８…第２の処理水槽、
９…洗浄ポンプ（第１の洗浄ポンプ）、
１０…温水槽、１１…ヒータ、
１２…前処理用供給ポンプ、
１３…砂ろ過器（砂ろ過層）、
１４…第１の前処理水槽、１５…第２の洗浄ポンプ、１６…前処理用供給ポンプ、
１７…前処理膜モジュール（ＭＦ膜モジュールまたはＵＦ膜モジュール）、
１８…第２の前処理水槽、１９…第３の洗浄ポンプ、２０…コンプレッサ、
２１…第４の洗浄ポンプ、
Ｖ１，Ｖ21〜Ｖ2n，Ｖ３，Ｖ31〜Ｖ3n，Ｖ４〜Ｖ８，Ｖ91〜Ｖ9n…バルブ、
Ｌ１〜Ｌ７，Ｌ８，Ｌ81〜Ｌ8n…ライン。

Claims

溶質を含む原水を収容する原水槽と、
原水から溶質の一部が除去された一次処理水を収容する第１の処理水槽と、
前記一次処理水から溶質がさらに除去された二次処理水を収容する第２の処理水槽と、
前記原水槽から前記第１の処理水槽までの間に配置され、溶質の除去率が１％以上３０％以下となるように原水から溶質を除去するナノろ過膜を有するナノろ過膜モジュールと、
前記原水槽から原水を前記ナノろ過膜モジュールに供給し、前記ナノろ過膜に透過させ、前記ナノろ過膜を透過した一次処理水を前記第１の処理水槽に送る第１の供給ポンプと、
前記第１の処理水槽から前記第２の処理水槽までの間に配置され、前記一次処理水から溶質を除去する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、
前記第１の処理水槽から一次処理水を前記逆浸透膜モジュールに供給し、前記逆浸透膜に透過させ、前記逆浸透膜を透過した二次処理水を前記第２の処理水槽に送る第２の供給ポンプと、
を有することを特徴とする膜ろ過システム。
前記ナノろ過膜モジュールにおける溶質の除去率を１％以上１０％以下とすることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
複数段の前記ナノろ過膜モジュールを前記逆浸透膜モジュールの前段に設置することを特徴とする請求項１記載の膜ろ過システム。
前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜を洗浄する際に所定の頻度で用いられ、常温よりも高い温度の温水を前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜にそれぞれ供給して洗浄する洗浄手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
前記ナノろ過膜モジュールの前段に、砂充填層を有する砂ろ過器をさらに設置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の膜ろ過システム。
前記ナノろ過膜モジュールの前段に、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールをさらに設置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の膜ろ過システム
前記ナノろ過膜モジュールの前段に、砂ろ過器と精密ろ過膜モジュールを設置するか、または砂ろ過器と限外ろ過膜モジュールを設置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の膜ろ過システム
前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜、または前記砂ろ過層および前記精密ろ過膜、または前記砂ろ過層および前記限外ろ過膜をそれぞれ洗浄する際に所定の頻度で用いられ、常温よりも高い温度の温水を前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜、または前記砂ろ過層および前記精密ろ過膜、または前記砂ろ過層および前記限外ろ過膜にそれぞれ供給して洗浄する洗浄手段をさらに有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の膜ろ過システム。