JP2015136654A - 多段分離膜装置とその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイアフィルトレーションを利用した多段分離膜装置により希釈水量を減少させること。【解決手段】第１タンク1内の原液を原液ライン11からＵＦ膜モジュール10に送って分離して、濾過液を第２タンク2に送り、濃縮液を第１タンク1に戻す。第２タンク2内の液をＲＯ膜モジュール20に送って分離して、濾過液を第３タンク3に送り、濃縮液を第２タンク2に戻し、水頭差を利用して第３タンク3内の濾過液を第１タンク1に送水する。【選択図】図１
Description
本発明は、ダイアフィルトレーションを使用した多段分離膜装置とその運転方法に関する。
原液（被処理液）から回収対象物を回収する方法としてダイアフィルトレーションが汎用されている（特許文献１〜３）。
ダイアフィルトレーションは、被処理液を希釈水（水道水や地下水など）で希釈しながら濾過運転する方法であることから、希釈水の使用量が増大し、それに伴い排水量が増大するという問題がある。
ダイアフィルトレーションは、被処理液を希釈水（水道水や地下水など）で希釈しながら濾過運転する方法であることから、希釈水の使用量が増大し、それに伴い排水量が増大するという問題がある。
本発明は、ダイアフィルトレーションを適用するが、希釈水を不要にするか、あるいは希釈水の使用量を減少させることができる多段分離膜装置と、前記装置の運転方法を提供することを課題とする。
本発明は、課題の解決手段として、
異なる孔径の分離膜を備えた複数の分離膜モジュールと複数のタンクを組み合わせた多段分離膜装置であって（以下においてｎは２〜７の正の整数であり、１つの多段分離膜装置においてｎは同じ数を示すものである）、
前記分離膜モジュールが、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでの合計でｎ台の分離膜モジュールの組み合わせからなるものであり、
前記第１分離膜モジュールが分離膜の孔径が最大の分離膜を備え、前記第ｎ分離膜モジュールが分離膜の孔径が最小の分離膜を備えたもので、第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまで順に分離膜の孔径が小さくなるように調整されたものであり、
前記タンクが、
原液が入った第１タンクと、
第１分離膜モジュールの濾過液を貯水する第２タンクから、第ｎ分離膜モジュールの最終過液を貯水する第ｎ＋１タンクまでの合計でｎ＋１槽のタンクの組み合わせからなるものであり、
第１タンクから第ｎ＋１タンクまでのタンクが、一つのタンク内がｎ枚の仕切り壁で仕切られて形成されているものであり、
第ｎ＋１タンクの最終濾過液の液面高さが、第１タンクの原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されているものであり、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでと、第１タンクから第ｎ＋１タンクまでの組み合わせが、下記の第１段から第ｎ段までのように順に組み合わせられている、多段分離膜装置を提供する。
（第１段）
原液が入った第１タンクと第１分離膜モジュールが原液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第２タンクが第１濾過液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第１タンクが第１濃縮液ラインで接続されている。
（第２段から第ｎ−１段まで）
前段の濾過液が入ったタンクと分離膜モジュールがタンク液ラインで接続され、
分離膜モジュールと後段のタンクが濾過液ラインで接続され、
分離膜モジュールとタンクが濃縮液ラインで接続されている。
（第ｎ段）
第ｎ−１分離膜モジュールの濾過液が入った第ｎタンクと第ｎ分離膜モジュールが第ｎタンク液ラインで接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎ＋１タンクが第ｎ濾過液ライン（最終濾過液ライン）で接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎタンクが第ｎ濃縮液ラインで接続されており、
さらに第１タンクと第ｎ＋１タンクが最終濾過液の送水ラインで接続されている。
上記発明において、ｎ＝２のときは、上記した（第２段から第ｎ−１段まで）は存在しないことになる。
異なる孔径の分離膜を備えた複数の分離膜モジュールと複数のタンクを組み合わせた多段分離膜装置であって（以下においてｎは２〜７の正の整数であり、１つの多段分離膜装置においてｎは同じ数を示すものである）、
前記分離膜モジュールが、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでの合計でｎ台の分離膜モジュールの組み合わせからなるものであり、
前記第１分離膜モジュールが分離膜の孔径が最大の分離膜を備え、前記第ｎ分離膜モジュールが分離膜の孔径が最小の分離膜を備えたもので、第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまで順に分離膜の孔径が小さくなるように調整されたものであり、
前記タンクが、
原液が入った第１タンクと、
第１分離膜モジュールの濾過液を貯水する第２タンクから、第ｎ分離膜モジュールの最終過液を貯水する第ｎ＋１タンクまでの合計でｎ＋１槽のタンクの組み合わせからなるものであり、
第１タンクから第ｎ＋１タンクまでのタンクが、一つのタンク内がｎ枚の仕切り壁で仕切られて形成されているものであり、
第ｎ＋１タンクの最終濾過液の液面高さが、第１タンクの原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されているものであり、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでと、第１タンクから第ｎ＋１タンクまでの組み合わせが、下記の第１段から第ｎ段までのように順に組み合わせられている、多段分離膜装置を提供する。
（第１段）
原液が入った第１タンクと第１分離膜モジュールが原液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第２タンクが第１濾過液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第１タンクが第１濃縮液ラインで接続されている。
（第２段から第ｎ−１段まで）
前段の濾過液が入ったタンクと分離膜モジュールがタンク液ラインで接続され、
分離膜モジュールと後段のタンクが濾過液ラインで接続され、
分離膜モジュールとタンクが濃縮液ラインで接続されている。
（第ｎ段）
第ｎ−１分離膜モジュールの濾過液が入った第ｎタンクと第ｎ分離膜モジュールが第ｎタンク液ラインで接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎ＋１タンクが第ｎ濾過液ライン（最終濾過液ライン）で接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎタンクが第ｎ濃縮液ラインで接続されており、
さらに第１タンクと第ｎ＋１タンクが最終濾過液の送水ラインで接続されている。
上記発明において、ｎ＝２のときは、上記した（第２段から第ｎ−１段まで）は存在しないことになる。
さらに本発明は、他の課題の解決手段として、上記した多段分離膜装置の運転方法を提供する。
本発明の多段分離膜装置は、１台からｎ台までの分離膜モジュールと、１槽からｎ＋１槽までのタンクを組み合わせたものである。
ｎは２〜７の正の整数であり、１つの多段分離膜装置においてｎは同じ数を示すものである。
よって、ｎが５のときの多段分離膜装置は、合計で５台の分離膜モジュールと、合計で６槽のタンクを備えているものであり、ｎが７のときの多段分離膜装置は、合計で７台の分離膜モジュールと、合計で８槽のタンクを備えているものである。
ｎは２〜７の正の整数であり、１つの多段分離膜装置においてｎは同じ数を示すものである。
よって、ｎが５のときの多段分離膜装置は、合計で５台の分離膜モジュールと、合計で６槽のタンクを備えているものであり、ｎが７のときの多段分離膜装置は、合計で７台の分離膜モジュールと、合計で８槽のタンクを備えているものである。
合計でｎ台の分離膜モジュールは、１台目の第１分離膜モジュールが分離膜の孔径が最大の分離膜を備え、ｎ台目の第ｎ分離膜モジュールが分離膜の孔径が最小の分離膜を備えたもので、第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまで順に分離膜の孔径が小さくなるように調整されたものである。
このような組み合わせにすることで、被処理液となる原液中に含まれている粒子径（または分子量）の異なる回収対象物を分離回収することができるようになる。
孔径の大きさが異なる分離膜は、同種の分離膜および異なる種類の分離膜から選ばれる２以上の組み合わせにすることができる。
さらに孔径の大きさが異なる分離膜は、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜から選ばれるものの組み合わせにすることができる。
このような組み合わせにすることで、被処理液となる原液中に含まれている粒子径（または分子量）の異なる回収対象物を分離回収することができるようになる。
孔径の大きさが異なる分離膜は、同種の分離膜および異なる種類の分離膜から選ばれる２以上の組み合わせにすることができる。
さらに孔径の大きさが異なる分離膜は、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜から選ばれるものの組み合わせにすることができる。
合計でｎ＋１槽のタンクは、一つのタンク内がｎ枚の仕切り壁で仕切られて形成されているものであり、特許文献１〜３に記載されているような、別々に設置した複数のタンクの組み合わせは含まれない。
最終濾過液（第ｎ分離膜モジュールの濾過液）を貯水した第ｎ＋１タンクと第１タンクは、第ｎ＋１タンクの最終濾過液の液面高さが、第１タンクの原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されている。
最終濾過液（第ｎ分離膜モジュールの濾過液）を貯水した第ｎ＋１タンクと第１タンクは、第ｎ＋１タンクの最終濾過液の液面高さが、第１タンクの原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されている。
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでと、第１タンクから第ｎ＋１タンクまでは、例えばｎ＝５のときは、次のように組み合わせされている。
（第１段）
原液が入った第１タンクと第１分離膜モジュールが原液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第２タンクが第１濾過液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第１タンクが第１濃縮液ラインで接続されている。
（第１段）
原液が入った第１タンクと第１分離膜モジュールが原液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第２タンクが第１濾過液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第１タンクが第１濃縮液ラインで接続されている。
（第２段）
第１濾過液が入った第２タンクと第２分離膜モジュールが第２タンク液ラインで接続され、
第２分離膜モジュールと第３タンクが第２濾過液ラインで接続され、
第２分離膜モジュールと第２タンクが第２濃縮液ラインで接続されている。
第１濾過液が入った第２タンクと第２分離膜モジュールが第２タンク液ラインで接続され、
第２分離膜モジュールと第３タンクが第２濾過液ラインで接続され、
第２分離膜モジュールと第２タンクが第２濃縮液ラインで接続されている。
（第３段）
第２濾過液が入った第３タンクと第３分離膜モジュールが第３タンク液ラインで接続され、
第３分離膜モジュールと第４タンクが第３濾過液ラインで接続され、
第３分離膜モジュールと第３タンクが第３濃縮液ラインで接続されている。
第２濾過液が入った第３タンクと第３分離膜モジュールが第３タンク液ラインで接続され、
第３分離膜モジュールと第４タンクが第３濾過液ラインで接続され、
第３分離膜モジュールと第３タンクが第３濃縮液ラインで接続されている。
（第４段）
第３濾過液が入った第４タンクと第４分離膜モジュールが第４タンク液ラインで接続され、
第４分離膜モジュールと第５タンクが第４濾過液ラインで接続され、
第４分離膜モジュールと第４タンクが第４濃縮液ラインで接続されている。
第３濾過液が入った第４タンクと第４分離膜モジュールが第４タンク液ラインで接続され、
第４分離膜モジュールと第５タンクが第４濾過液ラインで接続され、
第４分離膜モジュールと第４タンクが第４濃縮液ラインで接続されている。
（第５段）
第４濾過液が入った第５タンクと第５分離膜モジュールが第５タンク液ラインで接続され、
第５分離膜モジュールと第６タンクが最終濾過液ラインで接続され、
第５分離膜モジュールと第５タンクが第５濃縮液ラインで接続されており、
さらに第１タンクと第６タンクが最終濾過液の送水ラインで接続されている。
第４濾過液が入った第５タンクと第５分離膜モジュールが第５タンク液ラインで接続され、
第５分離膜モジュールと第６タンクが最終濾過液ラインで接続され、
第５分離膜モジュールと第５タンクが第５濃縮液ラインで接続されており、
さらに第１タンクと第６タンクが最終濾過液の送水ラインで接続されている。
本発明の多段分離膜装置を運転してダイアフィルトレーションを実施したとき、希釈水が不要にできるか、または希釈水の使用量を大きく減少させることができるため、排水量も大きく減少させることができる。
（１）図１の装置および運転方法
＜多段分離膜装置＞
図１により多段分離膜装置を説明する。
原液が入った第１タンク１と限外濾過膜モジュール（ＵＦ膜モジュール）１０は、原液ライン１１で接続されている。原液ライン１１には、ＵＦポンプ４１が設置されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濾過液出口と第２タンク２は、第１濾過液ライン１２で接続されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濃縮液出口と第１タンク１は、第１濃縮液ライン１３で接続されている。
＜多段分離膜装置＞
図１により多段分離膜装置を説明する。
原液が入った第１タンク１と限外濾過膜モジュール（ＵＦ膜モジュール）１０は、原液ライン１１で接続されている。原液ライン１１には、ＵＦポンプ４１が設置されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濾過液出口と第２タンク２は、第１濾過液ライン１２で接続されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濃縮液出口と第１タンク１は、第１濃縮液ライン１３で接続されている。
第１濾過液が入った第２タンク２と逆浸透膜モジュール（ＲＯ膜モジュール）２０は、第２タンク液ライン２１で接続されている。第２タンク液ライン２１には、ＲＯポンプ４２が設置されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濾過液出口と第３タンク３は、第２濾過液（最終濾過液）ライン２２で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濃縮液出口と第２タンク２は、第２濃縮液ライン２３で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濾過液出口と第３タンク３は、第２濾過液（最終濾過液）ライン２２で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濃縮液出口と第２タンク２は、第２濃縮液ライン２３で接続されている。
第１タンク１〜第３タンク３は、一つの大きなタンク内が２枚の仕切板５、６で仕切られて形成されたものである。
第１タンク１と第２タンク２の間を仕切る仕切板５と、第２タンク２と第３タンク３の間を仕切る仕切板６は、仕切板６の高さ（Ｈ６）が仕切板５の高さ（Ｈ５）よりも高くなるように調整されている。
Ｈ６／Ｈ５は、１．０１〜１．３０が好ましく、１．０５〜１．２０がより好ましい。
仕切板５、６の高さ比（Ｈ６／Ｈ５）を調整することで、本装置の運転時に後段側のタンクが満杯になっても、前段側にのみオーバーフローできるようになる。
第１タンク１と第２タンク２の間を仕切る仕切板５と、第２タンク２と第３タンク３の間を仕切る仕切板６は、仕切板６の高さ（Ｈ６）が仕切板５の高さ（Ｈ５）よりも高くなるように調整されている。
Ｈ６／Ｈ５は、１．０１〜１．３０が好ましく、１．０５〜１．２０がより好ましい。
仕切板５、６の高さ比（Ｈ６／Ｈ５）を調整することで、本装置の運転時に後段側のタンクが満杯になっても、前段側にのみオーバーフローできるようになる。
第１タンク１と第３タンク３は、第３タンク３内の最終濾過液の液面高さが、第１タンク１の原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されている。
タンク容量を調整するためには、それぞれのタンクの底面積を調整することが好ましい。
第１タンク１の底面積（Ｓ１）と第３タンク３の底面積（Ｓ３）は、Ｓ３／Ｓ１が好ましくは０．１〜０．６の範囲、より好ましくは０．１５〜０．５の範囲になるように調整されている。
このような底面積比（Ｓ３／Ｓ１）にすることで、第１タンク１と第３タンク３の液面高さを調整することができる。
タンク容量を調整するためには、それぞれのタンクの底面積を調整することが好ましい。
第１タンク１の底面積（Ｓ１）と第３タンク３の底面積（Ｓ３）は、Ｓ３／Ｓ１が好ましくは０．１〜０．６の範囲、より好ましくは０．１５〜０．５の範囲になるように調整されている。
このような底面積比（Ｓ３／Ｓ１）にすることで、第１タンク１と第３タンク３の液面高さを調整することができる。
最終濾過液が入った第３タンク３と第１タンク１は、最終濾過液の送水ライン２４で接続されている。
送水ライン２４は、第１タンク１と第３タンク３の液面高さの高低差（水頭差）を利用して、第３タンク３内の最終濾過液を第１タンク１内に送水するためのものである。
運転開始直後に、第１タンク１と第３タンク３の液面高さの高低差（水頭差）を利用できるように、第３タンク３に予め希釈水を張り込むこともできる。
なお、必要に応じて、送水ライン２４に送水ポンプを設置して、水頭差による送水とポンプによる送水を併用することもできる。
さらに必要に応じて、第１タンク１に希釈水ラインを接続して、第３タンク３からの最終濾過液の送水の一部を希釈水ラインからの希釈水で代替することもできる。
送水ライン２４は、第１タンク１と第３タンク３の液面高さの高低差（水頭差）を利用して、第３タンク３内の最終濾過液を第１タンク１内に送水するためのものである。
運転開始直後に、第１タンク１と第３タンク３の液面高さの高低差（水頭差）を利用できるように、第３タンク３に予め希釈水を張り込むこともできる。
なお、必要に応じて、送水ライン２４に送水ポンプを設置して、水頭差による送水とポンプによる送水を併用することもできる。
さらに必要に応じて、第１タンク１に希釈水ラインを接続して、第３タンク３からの最終濾過液の送水の一部を希釈水ラインからの希釈水で代替することもできる。
＜多段分離膜装置の運転方法＞
図１により多段分離膜装置の運転方法を説明する。
図１により多段分離膜装置の運転方法は、第１工程と第２工程を有している。
なお、以下において、大粒子物質および小粒子物質と記載しているのは、粒子の相対的な大小関係を示すことで発明の理解を容易にするためであり、特定物を示すものではない。
図１により多段分離膜装置の運転方法を説明する。
図１により多段分離膜装置の運転方法は、第１工程と第２工程を有している。
なお、以下において、大粒子物質および小粒子物質と記載しているのは、粒子の相対的な大小関係を示すことで発明の理解を容易にするためであり、特定物を示すものではない。
（第１工程）
第１ａ工程において、ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送って分離する。
第１ｂ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濾過液（大粒子物質が除かれた液）を第１濾過液ライン１２で第２タンク２に送る。
第１ｃ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濃縮液（大粒子物質を含む液）を第１濃縮液ライン１３で第１タンク１に戻す。
第１ａ工程において、ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送って分離する。
第１ｂ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濾過液（大粒子物質が除かれた液）を第１濾過液ライン１２で第２タンク２に送る。
第１ｃ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濃縮液（大粒子物質を含む液）を第１濃縮液ライン１３で第１タンク１に戻す。
（第２工程）
第２ａ工程において、ＲＯポンプ４２を作動させ、第２タンク２内の液を第２タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送って分離する。
第２ｂ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濾過液（大粒子物質と小粒子物質が除かれた液）を第２濾過液（最終濾過液）ライン２２で第３タンク３に送る。
第２ｃ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濃縮液（大粒子物質は除かれているが、小粒子物質を含む液）を第２濃縮液ライン２３で第２タンク２に送る。
第２ａ工程において、ＲＯポンプ４２を作動させ、第２タンク２内の液を第２タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送って分離する。
第２ｂ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濾過液（大粒子物質と小粒子物質が除かれた液）を第２濾過液（最終濾過液）ライン２２で第３タンク３に送る。
第２ｃ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濃縮液（大粒子物質は除かれているが、小粒子物質を含む液）を第２濃縮液ライン２３で第２タンク２に送る。
さらに第２ｄ工程において、第１タンク１の液面と第３タンク３の液面の水頭差を利用して、第３タンク３内の最終濾過液を送水ライン２４で第１タンク１に送水する。この第１タンク１に送水された最終濾過液がダイアフィルトレーションの希釈液となる。
第１タンク１と第３タンク３の容量を調整することで、第１タンクの液面と第３タンクの液面に高低差を生じさせていることと、さらには仕切板５と仕切板６の高さを調整することで、上記したとおり、水頭差を利用して送水ライン２４から送水することができる。
なお、第１タンク１の液面と第３タンク３の液面の高低差の調整には、ＵＦ膜モジュール１０の濾過量とＲＯ膜モジュール２０の濾過量を調整する方法も含めることができる。
第３タンク３内の最終濾過液の送水だけでは十分ではないときには、別に設けた希釈水ライン（図示せず）から、第１タンク１に清水（水道水や地下水）を補給することもできる。
第１タンク１と第３タンク３の容量を調整することで、第１タンクの液面と第３タンクの液面に高低差を生じさせていることと、さらには仕切板５と仕切板６の高さを調整することで、上記したとおり、水頭差を利用して送水ライン２４から送水することができる。
なお、第１タンク１の液面と第３タンク３の液面の高低差の調整には、ＵＦ膜モジュール１０の濾過量とＲＯ膜モジュール２０の濾過量を調整する方法も含めることができる。
第３タンク３内の最終濾過液の送水だけでは十分ではないときには、別に設けた希釈水ライン（図示せず）から、第１タンク１に清水（水道水や地下水）を補給することもできる。
以下、同様にして第１工程（第１ａ工程〜第１ｃ工程）と第２工程（第２ａ工程〜第２ｄ工程）を繰り返すことで、第１タンク１内の液には高濃度で大粒子物質が含まれ、第２タンク２内の液には高濃度で小粒子物質が含まれ、第３タンク内３の液には水（電気伝導度が低下した水）が含まれることになる。
よって、運転終了時において、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３のそれぞれから、回収対象物を含む液および水を回収することができる。
なお、上記運転は、バッチ方式で運転することができるほか、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３のそれぞれに設けた回収ライン（図示せず）から回収対象物を含む液および水を回収しながら連続式で運転することもできる。
よって、運転終了時において、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３のそれぞれから、回収対象物を含む液および水を回収することができる。
なお、上記運転は、バッチ方式で運転することができるほか、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３のそれぞれに設けた回収ライン（図示せず）から回収対象物を含む液および水を回収しながら連続式で運転することもできる。
（２）図２の装置および運転方法
＜多段分離膜装置＞
図２により多段分離膜装置を説明する。
原液が入った第１タンク１と限外濾過膜モジュール（ＵＦ膜モジュール）１０は、原液ライン１１で接続されている。原液ライン１１には、ＵＦポンプ４１が設置されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濾過液出口と第２タンク２は、第１濾過液ライン１２で接続されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濃縮液出口と第１タンク１は、第１濃縮液ライン１３で接続されている。
＜多段分離膜装置＞
図２により多段分離膜装置を説明する。
原液が入った第１タンク１と限外濾過膜モジュール（ＵＦ膜モジュール）１０は、原液ライン１１で接続されている。原液ライン１１には、ＵＦポンプ４１が設置されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濾過液出口と第２タンク２は、第１濾過液ライン１２で接続されている。
ＵＦ膜モジュール１０の濃縮液出口と第１タンク１は、第１濃縮液ライン１３で接続されている。
第１濾過液が入った第２タンク２とＮＦ膜モジュール３０は、第２タンク液ライン３１で接続されている。第２タンク液ライン３１には、ＮＦポンプ４３が設置されている。
ＮＦ膜モジュール３０の濾過液出口と第３タンク３は、第２濾過液ライン３２で接続されている。
ＮＦ膜モジュール３０の濃縮液出口と第２タンク２は、第２濃縮液ライン３３で接続されている。
ＮＦ膜モジュール３０の濾過液出口と第３タンク３は、第２濾過液ライン３２で接続されている。
ＮＦ膜モジュール３０の濃縮液出口と第２タンク２は、第２濃縮液ライン３３で接続されている。
第２濾過液が入った第３タンク３とＲＯ膜モジュール２０は、第３タンク液ライン２１で接続されている。第３タンク液ライン２１には、ＲＯポンプ４２が設置されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濾過液出口と第４タンク４は、第３濾過液（最終濾過液）ライン２２で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濃縮液出口と第３タンク３は、第３濃縮液ライン２３で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濾過液出口と第４タンク４は、第３濾過液（最終濾過液）ライン２２で接続されている。
ＲＯ膜モジュール２０の濃縮液出口と第３タンク３は、第３濃縮液ライン２３で接続されている。
第１タンク１〜第４タンク４は、一つの大きなタンク内が３枚の仕切板５、６、７で仕切られて形成されたものである。
第１タンク１と第２タンク２の間を仕切る仕切板５と第２タンク２と第３タンク３の間を仕切る仕切板６と、第３タンク３と第４タンク４の間を仕切る仕切板７は、仕切板７の高さが最も高くなっており、次に仕切板６が高く、仕切板５の高さが一番低い。
仕切板５、６、７の高さ比（Ｈ７／Ｈ６及びＨ６／Ｈ５）を調整することで、本装置の運転時に後段側のタンクが満杯になっても、前段側にのみオーバーフローできるようになる。
第１タンク１と第２タンク２の間を仕切る仕切板５と第２タンク２と第３タンク３の間を仕切る仕切板６と、第３タンク３と第４タンク４の間を仕切る仕切板７は、仕切板７の高さが最も高くなっており、次に仕切板６が高く、仕切板５の高さが一番低い。
仕切板５、６、７の高さ比（Ｈ７／Ｈ６及びＨ６／Ｈ５）を調整することで、本装置の運転時に後段側のタンクが満杯になっても、前段側にのみオーバーフローできるようになる。
第１タンク１と第４タンク４は、第４タンク４の最終濾過液の液面高さが、第１タンク１の原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されている。
タンク容量を調整するためには、それぞれのタンクの底面積を調整することが好ましい。
第１タンク１の底面積（Ｓ１）と第４タンク４の底面積（Ｓ４）比Ｓ４／Ｓ１が好ましくは０．１〜０．６の範囲、より好ましくは０．１５〜０．５の範囲になるように調整されている。
このような底面積比（Ｓ４／Ｓ１）にすることで、第１タンク１と第４タンク４の液面高さを調整することができる。
タンク容量を調整するためには、それぞれのタンクの底面積を調整することが好ましい。
第１タンク１の底面積（Ｓ１）と第４タンク４の底面積（Ｓ４）比Ｓ４／Ｓ１が好ましくは０．１〜０．６の範囲、より好ましくは０．１５〜０．５の範囲になるように調整されている。
このような底面積比（Ｓ４／Ｓ１）にすることで、第１タンク１と第４タンク４の液面高さを調整することができる。
最終濾過液が入った第４タンク４と第１タンク１は、最終濾過液の送水ライン２４で接続されている。
送水ライン２４は、第１タンク１と第４タンク４の液面高さの高低差（水頭差）を利用して、第４タンク４内の最終濾過液を第１タンク１内に送水するためのものである。
運転開始直後に、第１タンク１と第４タンク４の液面高さの高低差（水頭差）を利用できるように、第４タンク４に予め希釈水を張り込むこともできる。
なお、必要に応じて、送水ライン２４に送水ポンプを設置して、水頭差による送水とポンプによる送水を併用することもできる。
さらに必要に応じて、第１タンク１に希釈水ラインを接続して、第４タンク４からの最終濾過液の送水の一部を希釈水ラインからの希釈水で代替することもできる。
送水ライン２４は、第１タンク１と第４タンク４の液面高さの高低差（水頭差）を利用して、第４タンク４内の最終濾過液を第１タンク１内に送水するためのものである。
運転開始直後に、第１タンク１と第４タンク４の液面高さの高低差（水頭差）を利用できるように、第４タンク４に予め希釈水を張り込むこともできる。
なお、必要に応じて、送水ライン２４に送水ポンプを設置して、水頭差による送水とポンプによる送水を併用することもできる。
さらに必要に応じて、第１タンク１に希釈水ラインを接続して、第４タンク４からの最終濾過液の送水の一部を希釈水ラインからの希釈水で代替することもできる。
次に、図２により多段分離膜装置の運転方法を説明する。
図２により多段分離膜装置の運転方法は、第１工程、第２工程、第３工程を有している。
なお、以下において、大粒子物質、中粒子物質および小粒子物質と記載しているのは、粒子の大小関係を示すことで発明の理解を容易にするためであり、特定物を示すものではない。
図２により多段分離膜装置の運転方法は、第１工程、第２工程、第３工程を有している。
なお、以下において、大粒子物質、中粒子物質および小粒子物質と記載しているのは、粒子の大小関係を示すことで発明の理解を容易にするためであり、特定物を示すものではない。
（第１工程）
第１ａ工程において、ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送って分離する。
第１ｂ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濾過液（大粒子物質が除かれているが、中粒子物質と小粒子物質を含む液）を第１濾過液ライン１２で第２タンク２に送る。
第１ｃ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濃縮液（大粒子物質を含む液）を第１濃縮液ライン１３で第１タンク１に送る。
第１ａ工程において、ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送って分離する。
第１ｂ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濾過液（大粒子物質が除かれているが、中粒子物質と小粒子物質を含む液）を第１濾過液ライン１２で第２タンク２に送る。
第１ｃ工程において、ＵＦ膜モジュール１０で分離した濃縮液（大粒子物質を含む液）を第１濃縮液ライン１３で第１タンク１に送る。
（第２工程）
第２ａ工程において、第２タンク２内の液を第２タンク液ライン３１からＮＦ膜モジュール３０に送って分離する。
第２ｂ工程において、ＮＦ膜モジュール３０で分離した濾過液（大粒子物質と中粒子物質が除かれた液）を第２濾過液ライン３２で第３タンク３に送る。
第２ｃ工程において、ＮＦ膜モジュール３０で分離した濃縮液（中粒子物質を含む液）を第２濃縮液ライン３３で第２タンク２に戻す。
第２ａ工程において、第２タンク２内の液を第２タンク液ライン３１からＮＦ膜モジュール３０に送って分離する。
第２ｂ工程において、ＮＦ膜モジュール３０で分離した濾過液（大粒子物質と中粒子物質が除かれた液）を第２濾過液ライン３２で第３タンク３に送る。
第２ｃ工程において、ＮＦ膜モジュール３０で分離した濃縮液（中粒子物質を含む液）を第２濃縮液ライン３３で第２タンク２に戻す。
（第３工程）
第３ａ工程において、第３タンク３内の液を第３タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送って分離する。
第３ｂ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濾過液（大粒子物質〜小粒子物質が除かれた液）を第３濾過液（最終濾過液）ライン２２で第４タンク４に送る。
第３ｃ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濃縮液（小粒子物質を含む液）を第３濃縮液ライン２３で第３タンク３に戻す。
第３ａ工程において、第３タンク３内の液を第３タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送って分離する。
第３ｂ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濾過液（大粒子物質〜小粒子物質が除かれた液）を第３濾過液（最終濾過液）ライン２２で第４タンク４に送る。
第３ｃ工程において、ＲＯ膜モジュール２０で分離した濃縮液（小粒子物質を含む液）を第３濃縮液ライン２３で第３タンク３に戻す。
さらに第３ｄ工程において、第１タンク１の液面と第４タンク４の液面の水頭差を利用して、第４タンク４内の最終濾過液を送水ライン２４で第１タンク１に送水する。この第１タンク１に送水された最終濾過液がダイアフィルトレーションの希釈液となる。
第１タンク１と第４タンク４の容量を調整することで、第１タンク１の液面と第４タンク４の液面に高低差を生じさせていることで、上記したとおり、水頭差を利用して送水ライン２４から送水することができる。
なお、第１タンク１の液面と第４タンク４の液面の高低差の調整には、ＵＦ膜モジュール１０およびＮＦ膜モジュール３０の濾過量とＲＯ膜モジュール２０の濾過量を調整する方法も含めることができる。
第４タンク４内の最終濾過液の送水だけでは十分ではないときには、別に設けた希釈水ライン（図示せず）から、第１タンク１に清水（水道水や地下水）を補給することもできる。
第１タンク１と第４タンク４の容量を調整することで、第１タンク１の液面と第４タンク４の液面に高低差を生じさせていることで、上記したとおり、水頭差を利用して送水ライン２４から送水することができる。
なお、第１タンク１の液面と第４タンク４の液面の高低差の調整には、ＵＦ膜モジュール１０およびＮＦ膜モジュール３０の濾過量とＲＯ膜モジュール２０の濾過量を調整する方法も含めることができる。
第４タンク４内の最終濾過液の送水だけでは十分ではないときには、別に設けた希釈水ライン（図示せず）から、第１タンク１に清水（水道水や地下水）を補給することもできる。
以下、同様にして第１工程（第１ａ工程〜第１ｃ工程）、第２工程（第２ａ工程〜第２ｃ工程）、第３工程（第３ａ工程〜第３ｄ工程）を繰り返すことで、第１タンク１内には高濃度の大粒子物質を含む液が貯水され、第２タンク２内には高濃度の中粒子物質を含む液が貯水され、第３タンク３内には高濃度の小粒子物質を含む液が貯水され、第４タンク４内には水（電気伝導度が低下した水）が貯水されることになる。
よって、運転終了時において、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３、第４タンク４のそれぞれから、回収対象物を含む液および水を回収することができる。
なお、上記運転は、バッチ方式で運転することができるほか、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３、第４タンク４のそれぞれに設けた回収ライン（図示せず）から回収対象物を含む液および水を回収しながら連続式で運転することもできる。
よって、運転終了時において、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３、第４タンク４のそれぞれから、回収対象物を含む液および水を回収することができる。
なお、上記運転は、バッチ方式で運転することができるほか、第１タンク１、第２タンク２、第３タンク３、第４タンク４のそれぞれに設けた回収ライン（図示せず）から回収対象物を含む液および水を回収しながら連続式で運転することもできる。
本発明の多段分離膜装置は、被処理液となる原液に含まれている粒子径または分子量の異なる回収対象物の数に応じて、分離膜モジュールとタンクの数を調整することで、目的とする回収対象物を回収できるようになる。
実施例１（図１の運転フローの実施）
第１タンク１の容量（Ｖ１）と第３タンク３の容量（Ｖ３）は、Ｖ３／Ｖ１＝０．２５とした。Ｈ６／Ｈ５＝１．２とした。
第１タンク１の容量（Ｖ１）と第３タンク３の容量（Ｖ３）は、Ｖ３／Ｖ１＝０．２５とした。Ｈ６／Ｈ５＝１．２とした。
原液タンク（第１タンク１）に原液を約30L入れた。
原液として、水道水に平均粒子径0.1μmのシリカ粒子（扶桑化学工業社製)が200ppmと、青色染料であるブリリアントブルー（相対的に小粒子となる）を50ppm加えたものを使用した。
ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送ってクロスフロー濾過した。
ＵＦ膜モジュール１０は、分画分子量15万（孔径約0.01μm)のUF膜モジュール（中空糸材質：ポリエーテルサルホン，膜面積1.4m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（２Ｌ／min）は、第１濾過液ライン１２により第２タンク２に送り、濃縮液（１２Ｌ／min）は、第１濃縮液ライン１３により第１タンク１に戻した。
原液として、水道水に平均粒子径0.1μmのシリカ粒子（扶桑化学工業社製)が200ppmと、青色染料であるブリリアントブルー（相対的に小粒子となる）を50ppm加えたものを使用した。
ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送ってクロスフロー濾過した。
ＵＦ膜モジュール１０は、分画分子量15万（孔径約0.01μm)のUF膜モジュール（中空糸材質：ポリエーテルサルホン，膜面積1.4m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（２Ｌ／min）は、第１濾過液ライン１２により第２タンク２に送り、濃縮液（１２Ｌ／min）は、第１濃縮液ライン１３により第１タンク１に戻した。
ＲＯポンプ４２を作動させ、第２タンク２内の液を第２タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送ってクロスフロー濾過した。
ＲＯ膜モジュール１０は、塩化ナトリウム除去率99%のスパイラルＲＯ膜モジュール（ポリアミド系材質，膜面積2.1m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（最終濾過液）（１．５Ｌ／min）は、ライン２２により第３タンク３に送り、濃縮液（第２濃縮液）（８Ｌ／min）は、第２濃縮液ライン２３により第２タンク２に戻した。
第３タンク３内の最終濾過液は、第１タンク１と第３タンク３の水頭差を利用して、送水ライン２４から第１タンク１内に送った（１．５Ｌ／min）。
バッチ式で上記運転を約６０分間継続した。なお、第１タンク１へは希釈水（水道水）は供給せず、第３タンク３からは排水しなかった。
ＲＯ膜モジュール１０は、塩化ナトリウム除去率99%のスパイラルＲＯ膜モジュール（ポリアミド系材質，膜面積2.1m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（最終濾過液）（１．５Ｌ／min）は、ライン２２により第３タンク３に送り、濃縮液（第２濃縮液）（８Ｌ／min）は、第２濃縮液ライン２３により第２タンク２に戻した。
第３タンク３内の最終濾過液は、第１タンク１と第３タンク３の水頭差を利用して、送水ライン２４から第１タンク１内に送った（１．５Ｌ／min）。
バッチ式で上記運転を約６０分間継続した。なお、第１タンク１へは希釈水（水道水）は供給せず、第３タンク３からは排水しなかった。
その結果、第１タンク１内の液は、ブルーの色がほとんどなくなり、白く濁ったシリカ粒子（大粒子）のみになり、第２タンク２は、鮮やかな青色の青色染料（小粒子）のみになり、第３タンク３は、無色透明な水となった。
比較例１
図３に示すフローに沿って運転した。図１と同じ番号は、図１と同じものであることを示す。１０１は水道水の供給ライン、１０２は第３タンク３内の液の排水ラインであり、図１のライン２４は備えていない。１１１〜１１３は液面レベルを調整するための液面センサーである。
図３に示すフローに沿って実施例１と同様にして濾過運転した。その結果、実施例１と同様に濾過精製することはできたが、ライン１０１からの水道水供給量は６０Ｌであり、ライン１０２からの最終濾過水の排水量も６０Ｌであった。
また、運転途中で液面センサー１１１〜１１３による液面制御を実施しないと、各タンクの液量バランスがくずれ運転不能になった。
図３に示すフローに沿って運転した。図１と同じ番号は、図１と同じものであることを示す。１０１は水道水の供給ライン、１０２は第３タンク３内の液の排水ラインであり、図１のライン２４は備えていない。１１１〜１１３は液面レベルを調整するための液面センサーである。
図３に示すフローに沿って実施例１と同様にして濾過運転した。その結果、実施例１と同様に濾過精製することはできたが、ライン１０１からの水道水供給量は６０Ｌであり、ライン１０２からの最終濾過水の排水量も６０Ｌであった。
また、運転途中で液面センサー１１１〜１１３による液面制御を実施しないと、各タンクの液量バランスがくずれ運転不能になった。
実施例２
第１タンク１の容量（Ｖ１）と第４タンク４の容量（Ｖ４）は、Ｖ４／Ｖ１＝０．２とした。Ｈ７／Ｈ６＝１．１５、Ｈ６／Ｈ５＝１．１５とした。
実施例１のＵＦ膜モジュール１０、ＲＯ膜モジュール２０に加えて、ＮＦ膜モジュール３０を使用した。
ＮＦ膜モジュール３０は、塩化ナトリウム除去率10%のNF膜モジュール（スパイラル型，ポリエーテルサルホン材質，膜面積1.8m2，マイクロダイン・ナディア（株）製）を用いた。
第１タンク１の容量（Ｖ１）と第４タンク４の容量（Ｖ４）は、Ｖ４／Ｖ１＝０．２とした。Ｈ７／Ｈ６＝１．１５、Ｈ６／Ｈ５＝１．１５とした。
実施例１のＵＦ膜モジュール１０、ＲＯ膜モジュール２０に加えて、ＮＦ膜モジュール３０を使用した。
ＮＦ膜モジュール３０は、塩化ナトリウム除去率10%のNF膜モジュール（スパイラル型，ポリエーテルサルホン材質，膜面積1.8m2，マイクロダイン・ナディア（株）製）を用いた。
原液タンク（第１タンク１）に原液（電気伝導度620μS/cm）を約40L入れた。
原液として、水道水に平均粒子径0.1μmのシリカ粒子（扶桑化学工業社製)が200ppmと青色染料であるブリリアントブルー（シリカ粒子より相対的に小粒子となる）を50ppm及び硫酸ナトリウム（ブリリアントブルーより相対的に小粒子となる）を500ppm加えたものを使用した。
ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送ってクロスフロー濾過した。
ＵＦ膜モジュール１０は、分画分子量15万（孔径約0.01μm)のUF膜モジュール（中空糸材質：ポリエーテルサルホン，膜面積1.4m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（２Ｌ／min）は、第１濾過液ライン１２により第２タンク２に送り、濃縮液（１２Ｌ／min）は、第１濃縮液ライン１３により第１タンク１に戻した。
原液として、水道水に平均粒子径0.1μmのシリカ粒子（扶桑化学工業社製)が200ppmと青色染料であるブリリアントブルー（シリカ粒子より相対的に小粒子となる）を50ppm及び硫酸ナトリウム（ブリリアントブルーより相対的に小粒子となる）を500ppm加えたものを使用した。
ＵＦポンプ４１を作動させ、第１タンク１内の原液を原液ライン１１からＵＦ膜モジュール１０に送ってクロスフロー濾過した。
ＵＦ膜モジュール１０は、分画分子量15万（孔径約0.01μm)のUF膜モジュール（中空糸材質：ポリエーテルサルホン，膜面積1.4m2，ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）を用いた。
濾過液（２Ｌ／min）は、第１濾過液ライン１２により第２タンク２に送り、濃縮液（１２Ｌ／min）は、第１濃縮液ライン１３により第１タンク１に戻した。
ＮＦポンプ４３を作動させ、第２タンク１内の液を第２タンク液ライン３１からＮＦ膜モジュール３０に送ってクロスフロー濾過した。
濾過液（１．８Ｌ／min）は、第２濾過液ライン３２により第３タンク３に送り、濃縮液（８Ｌ／min）は、第２濃縮液ライン３３により第２タンク２に戻した。
濾過液（１．８Ｌ／min）は、第２濾過液ライン３２により第３タンク３に送り、濃縮液（８Ｌ／min）は、第２濃縮液ライン３３により第２タンク２に戻した。
ＲＯポンプ４２を作動させ、第３タンク３内の液を第３タンク液ライン２１からＲＯ膜モジュール２０に送ってクロスフロー濾過した。
濾過液（最終濾過液）（１．５Ｌ／min）は、最終濾過液ライン２２により第４タンク４に送り、濃縮液（８Ｌ／min）は、第３濃縮液ライン２３により第３タンク３に戻した。
第４タンク４内の最終濾過液は、第１タンク１と第４タンク４の水頭差を利用して、送水ライン２４から第１タンク１内に送った。
バッチ式で上記運転を約６０分間継続した。
濾過液（最終濾過液）（１．５Ｌ／min）は、最終濾過液ライン２２により第４タンク４に送り、濃縮液（８Ｌ／min）は、第３濃縮液ライン２３により第３タンク３に戻した。
第４タンク４内の最終濾過液は、第１タンク１と第４タンク４の水頭差を利用して、送水ライン２４から第１タンク１内に送った。
バッチ式で上記運転を約６０分間継続した。
その結果、
第１タンク１内の液は、白色で電気伝導度が30μS/cmであり、
第２タンク２内の液は、鮮やかな青色で電気伝導度が28μS/cmであり、
第３タンク３内の液は、ほぼ無色透明で電気伝導度が1730μS/cmであり、
第４タンク４内の液は、完全な無色透明で電気伝導度は21μS/cmであった。
第１タンク１内の液は、白色で電気伝導度が30μS/cmであり、
第２タンク２内の液は、鮮やかな青色で電気伝導度が28μS/cmであり、
第３タンク３内の液は、ほぼ無色透明で電気伝導度が1730μS/cmであり、
第４タンク４内の液は、完全な無色透明で電気伝導度は21μS/cmであった。
１ 第１タンク
２ 第２タンク
３ 第３タンク
４ 第４タンク
１０ ＵＦ膜モジュール
２０ ＲＯ膜モジュール
３０ ＮＦ膜モジュール
２ 第２タンク
３ 第３タンク
４ 第４タンク
１０ ＵＦ膜モジュール
２０ ＲＯ膜モジュール
３０ ＮＦ膜モジュール
Claims (11)
- 異なる孔径の分離膜を備えた複数の分離膜モジュールと複数のタンクを組み合わせた多段分離膜装置であって（以下においてｎは２〜７の正の整数であり、１つの多段分離膜装置においてｎは同じ数を示すものである）、
前記分離膜モジュールが、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでの合計でｎ台の分離膜モジュールの組み合わせからなるものであり、
前記第１分離膜モジュールが分離膜の孔径が最大の分離膜を備え、前記第ｎ分離膜モジュールが分離膜の孔径が最小の分離膜を備えたもので、第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまで順に分離膜の孔径が小さくなるように調整されたものであり、
前記タンクが、
原液が入った第１タンクと、
第１分離膜モジュールの濾過液を貯水する第２タンクから、第ｎ分離膜モジュールの最終過液を貯水する第ｎ＋１タンクまでの合計でｎ＋１槽のタンクの組み合わせからなるものであり、
第１タンクから第ｎ＋１タンクまでのタンクが、一つのタンク内がｎ枚の仕切り壁で仕切られて形成されているものであり、
第ｎ＋１タンクの最終濾過液の液面高さが、第１タンクの原液の液面高さよりも常時高くなるようにタンク容量が調整されているものであり、
第１分離膜モジュールから第ｎ分離膜モジュールまでと、第１タンクから第ｎ＋１タンクまでの組み合わせが、下記の第１段から第ｎ段までのように順に組み合わせられている、多段分離膜装置。
（第１段）
原液が入った第１タンクと第１分離膜モジュールが原液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第２タンクが第１濾過液ラインで接続され、
第１分離膜モジュールと第１タンクが第１濃縮液ラインで接続されている。
（第２段から第ｎ−１段まで）
前段の濾過液が入ったタンクと分離膜モジュールがタンク液ラインで接続され、
分離膜モジュールと後段のタンクが濾過液ラインで接続され、
分離膜モジュールとタンクが濃縮液ラインで接続されている。
（第ｎ段）
第ｎ−１分離膜モジュールの濾過液が入った第ｎタンクと第ｎ分離膜モジュールが第ｎタンク液ラインで接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎ＋１タンクが第ｎ濾過液ライン（最終濾過液ライン）で接続され、
第ｎ分離膜モジュールと第ｎタンクが第ｎ濃縮液ラインで接続されており、
さらに第１タンクと第ｎ＋１タンクが最終濾過液の送水ラインで接続されている。 - 請求項１の多段分離膜装置においてｎ＝２であり、２つの分離膜モジュールと３つのタンクを備えた多段分離膜装置であって、
前記分離膜モジュールが、
第１分離膜モジュール(10)と、第１分離膜モジュール(10)よりも分離膜の孔径が小さな分離膜を備えた第２分離膜モジュール(20)の組み合わせであり、
前記タンクが、
原液が入った第１タンク(1)と、
第１分離膜モジュール(10)の濾過液を貯水する第２タンク(2)と、
第２分離膜モジュール(20)の濾過液を貯水する第３タンク(3)からなり、
第１分離膜モジュール(10)と第２分離膜モジュール(20)と、第１タンク(1)から第３タンク(3)までの組み合わせが、下記の第１段と第２段の順に組み合わせられている、多段分離膜装置。
（第１段）
原液が入った第１タンク(1)と第１分離膜モジュール(10)が原液ライン(11)で接続され、
第１分離膜モジュール(1)と第２タンク(2)が第１濾過液ライン(12)で接続され、
第１分離膜モジュール(1)と第１タンク(1)が第１濃縮液ライン(13)で接続されている。
（第２段）
第１分離膜モジュール(10)の濾過液が入った第２タンク(2)と第２分離膜モジュール(20)が第２タンク液ライン(21)で接続され、
第２分離膜モジュール(20)と第３タンク(3)が最終濾過液ライン(22)で接続され、
第２分離膜モジュール(20)と第２タンク(2)が第２濃縮液ライン(23)で接続されており、
さらに第３タンク(3)と第１タンク(1)とが最終濾過液の送水ライン(24)で接続されている。 - 請求項１の多段分離膜装置においてｎ＝３である、３つの分離膜モジュールと４つのタンクを備えた多段分離膜装置であって、
前記分離膜モジュールが、
孔径が最大の分離膜を備えた第１分離膜モジュール(10)と、
孔径が最小の分離膜を備えた第３分離膜モジュール(20)と、
孔径が中間の分離膜を備えた第２分離膜モジュール(30)とを有しており、
前記タンクが、
原液が入った第１タンク(1)と、
第１分離膜モジュール(10)の濾過液を貯水する第２タンク(2)と、
第２分離膜モジュール(30)の濾過液を貯水する第３タンク(3)と、
第３分離膜モジュール(20)の濾過液を貯水する第４タンク(4)を有しており、
第１分離膜モジュール(10)から第３分離膜モジュール(20)までと、第１タンク(1)から第４タンク(4)までの組み合わせが、下記の第１段〜第３段の順に組み合わせられている、多段分離膜装置。
（第１段）
原液が入った第１タンク(1)と第１分離膜モジュール(10)が原液ライン(11)で接続され、
第１分離膜モジュール(1)と第２タンク(2)が第１濾過液ライン(12)で接続され、
第１分離膜モジュール(1)と第１タンク(1)が第１濃縮液ライン(13)で接続されている。
（第２段）
第１分離膜モジュール(10)の濾過液が入った第２タンク(2)と第２分離膜モジュール(30)が第２タンク液ライン(31)で接続され、
第２分離膜モジュール(30)と第３タンク(3)が第２濾過液ライン(32)で接続され、
第２分離膜モジュール(30)と第２タンク(2)が第２濃縮液ライン(33)で接続されている。
（第３段）
第２分離膜モジュール(30)の濾過液が入った第３タンク(3)と第３分離膜モジュール(20)が第３タンク液ライン(21)で接続され、
第３分離膜モジュール(20)と第４タンク(4)が最終濾過液ライン(22)で接続され、
第３分離膜モジュール(20)と第３タンク(3)が第３濃縮液ライン(23)で接続されており、
さらに第４タンク(4)と第１タンク(1)とが最終濾過液の送水ライン(24)で接続されている。 - 孔径の大きさが異なる分離膜が、同種の分離膜および異なる種類の分離膜から選ばれる２以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段分離膜装置。
- 孔径の大きさが異なる分離膜が、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜から選ばれるものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段分離膜装置。
- 前記ｎの数が、原液から回収しようとする粒子径または分子量の異なる回収対象物の数に応じて決定されるものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多段分離膜装置。
- 請求項１記載の多段分離膜装置の運転方法であって、
第１工程から第ｎ工程までの合計ｎの工程を有しており、
最初の第１工程が、
第１タンク内の第１原液を原液ラインから第１分離膜モジュールに送って分離する第１ａ工程と、
第１分離膜モジュールで分離した濾過液を第１濾過液ラインで第２タンクに送る第１ｂ工程と、
第１分離膜モジュールで分離した濃縮液を第１濃縮液ラインで第１タンクに戻す第１ｃ工程からなり、
第２工程から第ｎ−１工程までが、
前工程の濾過液が入ったタンク内の液をタンク液ラインから分離膜モジュール送って分離するａ工程と、
分離膜モジュールで分離した濾過液を濾過液ラインで後工程のタンクに送るｂ工程と、
分離膜モジュールで分離した濃縮液を濃縮液ラインで前工程のタンクに戻すｃ工程からなり、
最終の第ｎ工程が、
第ｎタンク内の液を第ｎタンク液ラインから第ｎ分離膜モジュールに送って分離する第ｎａ工程と、
第ｎ分離膜モジュールで分離した最終濾過液を最終濾過液ラインで第ｎ＋１タンクに送る第ｎｂ工程と、
第ｎ分離膜モジュールで分離した濃縮液を第ｎ濃縮液ラインで第ｎタンクに戻す第ｎｃ工程からなり、
さらに最終の第ｎ工程において、水頭差を利用して第ｎ＋１タンク内の最終濾過液を第１タンクに送水する第ｎｄ工程を含む、多段分離膜装置の運転方法。 - 請求項２記載の多段分離膜装置の運転方法であって、
第１工程と第２工程を有しており、
第１工程が、
第１タンク(1)内の原液を原液ライン(11)から第１分離膜モジュール(10)に送って分離する第１ａ工程と、
第１分離膜モジュール(10)で分離した濾過液を第１濾過液ライン(12)で第２タンク(2)に送る第１ｂ工程と、
第１分離膜モジュール(10)で分離した濃縮液を第１濃縮液ライン(13)で第１タンク(1)に戻す第１ｃ工程からなり、
第２工程が、
第２タンク(2)内の液を第２タンク液ライン(21)から第２分離膜モジュール(20)に送って分離する第２ａ工程と、
第２分離膜モジュール(20)で分離した濾過液を最終濾過液ライン(22)で第３タンク(3)に送る第２ｂ工程と、
第２分離膜モジュール(20)で分離した濃縮液を第２濃縮液ライン(23)で第２タンク(2)に戻す第２ｃ工程からなり、
さらに第２工程において、水頭差を利用して第３タンク(3)内の最終濾過液を送水ライン(24)で第１タンク(1)に送水する第２ｄ工程を含む、多段分離膜装置の運転方法。 - 第１分離膜モジュール(10)が限外濾過膜モジュールであり、第２分離膜モジュール(20)が逆浸透膜モジュールである、請求項８記載の多段分離膜装置の運転方法。
- 請求項３記載の多段分離膜装置の運転方法であって、
第１工程から第３工程までを有しており、
第１工程が、
第１タンク(1)内の原液を原液ライン(11)から第１分離膜モジュール(10)に送って分離する第１ａ工程と、
第１分離膜モジュール(10)で分離した濾過液を第１濾過液ライン(12)で第２タンク(2)に送る第１ｂ工程と、
第１分離膜モジュール(10)で分離した濃縮液を第１濃縮液ライン(13)で第１タンク(1)に戻す第１ｃ工程からなり、
第２工程が、
第２タンク(2)内の液を第２タンク液ライン(31)から第２分離膜モジュール(30)に送って分離する第２ａ工程と、
第２分離膜モジュール(30)で分離した濾過液を第２濾過液ライン(32)で第３タンク(3)に送る第２ｂ工程と、
第２分離膜モジュール(30)で分離した濃縮液を第２濃縮液ライン(33)で第２タンク(2)に戻す第２ｃ工程からなり、
第３工程が、
第３タンク(3)内の液を第３タンク液ライン(21)から第３分離膜モジュール(20)に送って分離する第３ａ工程と、
第３分離膜モジュール(20)で分離した濾過液を最終濾過液ライン(22)で第４タンク(4)に送る第３ｂ工程と、
第３分離膜モジュール(20)で分離した濃縮液を第３濃縮液ライン(23)で第３タンク(3)に戻す第３ｃ工程からなり、
さらに第３工程において、水頭差を利用して第４タンク(4)内の最終濾過液を送水ライン(24)で第１タンク(1)に送水する工程を含む、多段分離膜装置の運転方法。 - 第１分離膜モジュール(10)が限外濾過膜モジュールであり、第２分離膜モジュール(30)がナノ濾過膜モジュールであり、第３分離膜モジュール(20)が逆浸透膜モジュールである、請求項１０記載の多段分離膜装置の運転方法。
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