JP2015188787A

JP2015188787A - 正浸透処理方法および正浸透処理装置

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Publication number: JP2015188787A
Application number: JP2014066248A
Authority: JP
Inventors: 櫻井　秀彦; Hidehiko Sakurai; 秀彦櫻井; 熊野　淳夫; Atsuo Kumano; 淳夫熊野; 昌平合田; Shohei Aida
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP6252297B2

Abstract

【課題】バイオファウリングによる正浸透膜の性能低下を抑制できる正浸透水処理方法および正浸透水処理装置を提供すること。【解決手段】第１面と第２面とを有する正浸透膜において、前記第１面をフィード溶液に接触させると共に、前記第２面を前記フィード溶液より高い浸透圧を有するドロー溶液に接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を、前記正浸透膜を通して前記第１面側から前記第２面側に移動させる浸透工程と、前記浸透工程の前に、前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも一方に塩素系殺菌剤を添加する殺菌剤添加工程とを含むことを特徴とする、正浸透処理方法。【選択図】図１

Description

本発明は、正浸透膜を用いた正浸透処理方法および正浸透処理装置に関する。

海水、河川水または排水などの処理対象液（フィード溶液）から、正浸透現象を利用して真水を回収するための正浸透処理方法が知られている。正浸透現象とは、低濃度の溶液中の水がより高濃度（高浸透圧）の溶液に向かって膜を浸透して移動する現象のことである。

正浸透水処理では、フィード溶液（ＦｅｅｄＳｏｌｕｔｉｏｎ：以下、「ＦＳ」と略す場合がある）より高い浸透圧を有するドロー溶液（ＤｒａｗＳｏｌｕｔｉｏｎ：以下、「ＤＳ」と略す場合がある）を用いる。正浸透膜モジュール内において、浸透膜を介してＤＳとＦＳとを接触させると、浸透圧の低いＦＳから浸透圧の高いＤＳへ水が移動する。そして、正浸透膜モジュールを通過した後のＤＳ（すなわち、ＦＳ中から水を回収したＤＳ）から、種々の手法を用いて真水を回収することができる。

一方、逆浸透水処理方法の手順としては、取水した被処理水にファウリング防止のために塩素ガス、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素系殺菌剤を添加した後、濾過処理等を行った被処理水を正浸透膜モジュールへと供給する方法が一般的である（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開平７−１７１５６５号公報特開２０００−４２５４４号公報特開平７−１２４５５９号公報特開平９−２９０７５号公報

しかし、特許文献１〜４は逆浸透膜を用いた水処理に関するものであり、正浸透膜を用いた水処理について、バイオファウリングを抑制するための方法については、これまで十分に検討されていなかった。

そこで、本発明は、バイオファウリングによる正浸透膜の性能低下を抑制できる正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供することを目的とする。

［１］第１面と第２面とを有する正浸透膜において、前記第１面をフィード溶液に接触させると共に、前記第２面を前記フィード溶液より高い浸透圧を有するドロー溶液に接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を、前記正浸透膜を通して前記第１面側から前記第２面側に移動させる浸透工程と、
前記浸透工程の前に、前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも一方に塩素系殺菌剤を添加する殺菌剤添加工程と
を含むことを特徴とする、正浸透処理方法。

［２］前記殺菌剤添加工程の後、前記浸透工程の前に、前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも一方に還元剤を添加する還元剤添加工程を含む、［１］に記載の正浸透処理方法。

［３］前記殺菌剤添加工程において、前記塩素系殺菌剤を間欠的に添加する、［１］または［２］に記載の正浸透処理方法。

［４］前記殺菌剤添加工程において前記塩素系殺菌剤を連続的に添加し、前記還元工程において前記還元剤を間欠的に添加する、［２］に記載の正浸透処理方法。

［５］前記塩素系殺菌剤はクロラミンである、［１］〜［４］のいずれかに記載の正浸透処理方法。

［６］［１］に記載の正浸透処理方法に用いられる正浸透処理装置であって、
前記正浸透膜、ならびに、前記フィード溶液が供給される第１室、および、前記ドロー溶液が供給される第２室を有し、前記第１室と前記第２室とは前記正浸透膜で仕切られている、正浸透膜モジュールと、
前記第１室に供給される前記フィード溶液、および、前記第２室に供給される前記ドロー溶液の少なくとも一方に塩素系殺菌剤を添加するための殺菌剤添加装置と
を備える、正浸透処理装置。

本発明によれば、バイオファウリングによる正浸透膜の性能低下を抑制できる正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供することができる。

実施形態１の正浸透処理方法および正浸透処理装置を説明するための模式図である。実施形態２の正浸透処理方法および正浸透処理装置を説明するための模式図である。

以下、本発明の正浸透処理システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

（実施形態１）
以下、図１を参照して、本実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置について説明する。

本実施形態で用いられる正浸透処理装置は、正浸透膜モジュール１を備える。正浸透膜モジュール１は、正浸透膜１０、ならびに、ＦＳが供給される第１室２１、および、ＤＳが供給される第２室２２を有し、第１室２１と第２室２２とは正浸透膜１０で仕切られている。

正浸透膜としては、特に限定されず、正浸透に用いることのできる種々公知の半透膜を使用できるが、セルロース系の材料からなる半透膜、または、耐塩素性ポリアミド系の材料からなる半透膜を好適に用いることができる。セルロース系の材料としては、例えば、酢酸セルロースが挙げられ、好ましくは三酢酸セルロース（ＣＴＡ）が挙げられる。耐塩素性ポリアミド系の材料としては、例えば、特開昭６２−２４４４０４号公報に開示されているような耐酸化性の高いポリアミド高分子重合体が挙げられる。正浸透膜の材料として、このような材料を用いた場合、ＦＳおよびＤＳへの塩素系殺菌剤の添加による膜性能の劣化が生じにくいという利点がある。

正浸透膜の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図１では、正浸透膜として簡略化した平膜を描いているが、これに限定されない。

そして、本実施形態で用いられる正浸透処理装置は、第１室２１に供給されるＦＳに塩素系殺菌剤を添加するための殺菌剤添加装置５１、および、第２室２２に供給されるＤＳに塩素系殺菌剤を添加するための殺菌剤添加装置５２を備えている。

本実施形態の正浸透処理方法は、フィード溶液（処理対象水）から半透膜を用いた正浸透により水を分離・回収する方法である。

本実施形態において、フィード溶液はバイオファウリングの原因となる微生物を含んでいる。微生物を含むフィード溶液としては、例えば、海水、河川水、汽水、生活排水、または、油田もしくはガス田の排水が挙げられる。なお、フィード溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。

ドロー溶液は、フィード溶液より高い浸透圧を有する液体であれば特に限定されないが、ドロー溶液としては、例えば、無機塩溶液、糖溶液、または、水に対する溶解度が高い気体（アンモニアや二酸化炭素など）、有機物、磁性体微粒子もしくは有機高分子などを含む液体が挙げられる。なお、ドロー溶液中には、溶解していない成分が含まれていてもよい。

具体的には、本発明の正浸透処理方法は、以下の殺菌剤添加工程と、浸透工程と、分離工程と、ＤＳ循環工程とを含んでいる。

（殺菌剤添加工程）
本工程では、正浸透膜モジュール１の第１室２１に供給されるＦＳに、殺菌剤添加装置５１から塩素系殺菌剤を添加する。また正浸透膜モジュール１の第２室２２に供給されるＦＳに、殺菌剤添加装置５２から塩素系殺菌剤を添加する。

塩素系殺菌剤としては、特に限定されないが、例えば、塩素ガス、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムなどの遊離塩素、モノクロラミンなどの結合塩素、または、二酸化塩素が挙げられる。塩素系殺菌剤として、モノクロラミンまたは二酸化塩素を用いることにより、トリハロメタン等のハロゲン化有機物の生成を抑制することができる（特許文献３：特開平７−１２４５５９号公報、特許文献４：特開平９−２９０７５号公報参照）。ここで、ＤＳとして炭酸水素アンモニウムなどのアンモニア生成物質を含有する溶液を使用する場合には、塩素系殺菌剤の殺菌力の低下やＤＳの変質（再生困難な変質）を防止するために、塩素系殺菌剤としてクロラミンなどの結合塩素を用いることが好ましい。

また、塩素系殺菌剤として、例えば、ＦＳが海水の場合、海水電解装置により発生させた塩素ガスまたは次亜塩素酸ナトリウムを用いることもできる。この場合、海水電解装置が殺菌剤添加装置となる。

塩素系殺菌剤は、連続的に添加してもよく、間欠的に添加してもよい。ただし、塩素系殺菌剤を連続注入するとトリハロメタン等の副生成物を発生し易くなるため、塩素系殺菌剤を間欠的に添加することにより、トリハロメタンの生成を抑制することができる（特許文献２：特開２０００−４２５４４号公報参照）。

（浸透工程）
本工程では、正浸透膜モジュール１の第１室２１の内にＦＳを流入させて、ＦＳを正浸透膜１０の第１面１１に接触させると共に、正浸透膜モジュール１の第２室２２内にＤＳを流入させて、ＤＳを正浸透膜１０の第２面１２に接触させる。この状態で、正浸透現象により、ＦＳ中に含まれる水が、正浸透膜１０を第１面１１側から第２面１２側に通過し、ＤＳ中に移動する。

（水分離工程）
本工程では、正浸透膜モジュール１の第２室２２を通過することにより、正浸透現象によってＦＳ中の水を回収したＤＳを、水分離装置３に送液する。水分離装置３において、ＤＳ中の水を分離および回収する。ＤＳ中に浸透圧を高めるために添加されているドロー物質と、ＤＳ中に含まれる水とを分離する方法としては、ドロー物質の種類によって適合するものが選択される。例えば、ドロー物質が無機塩や低融点物質等の場合は晶析処理、水に対する溶解度が高い気体の場合はガス放散、磁性体微粒子の場合は磁気分離、糖溶液の場合はイオン交換を選択することができる。また、共通の分離方法として、例えば、蒸留、逆浸透膜処理が挙げられる。分離された水はタンク等に送られ、次の精製工程等に送られる。

（ＤＳ循環工程）
本工程では、水と分離されたドロー溶質を高濃度で含むＤＳ濃縮液を、水分離装置３からＤＳ調整装置４に流入させる。そして、ＤＳ濃縮液の濃度、温度等を調整することにより、正浸透膜モジュール１に供給するためのＤＳを調製する。このＤＳを正浸透膜モジュール１の第２室２２に供給することで、ＤＳの循環が行われる。このＤＳには、上記の塩素系殺菌剤添加工程によって、塩素系殺菌剤が添加される。

（実施形態２）
本実施形態は、ＤＳにも塩素を添加する点で実施形態１とは異なるが、その他の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。

図２を参照して、本実施形態に用いられる正浸透処理装置は、ＦＳに殺菌剤を添加する殺菌剤添加装置５１の下流側（殺菌剤添加装置５１と第１室２１との間）に、ＦＳに還元剤を添加する還元剤添加装置６１を備えており、また、ＤＳに殺菌剤を添加する殺菌剤添加装置５２の下流側（殺菌剤添加装置５２と第２室２２との間）に、ＤＳに還元剤を添加する還元剤添加装置６２を備えている。

本実施形態の正浸透処理方法は、実施形態１と同様の殺菌剤添加工程と、浸透工程と、分離工程と、ＤＳ循環工程とを含み、さらに、殺菌剤添加工程と浸透工程との間に以下の還元剤添加工程を含んでいる。

（還元剤添加工程）
上記殺菌剤添加工程の後、上記浸透工程の前に、ＦＳおよびＤＳに還元剤を添加する。具体的には、ＦＳに殺菌剤添加装置５１から塩素系殺菌剤が添加された後、ＦＳが正浸透膜モジュール１の第１室２１に流入する前に、還元剤添加装置６１によって還元剤をＦＳに添加する。また、ＤＳに殺菌剤添加装置５２から塩素系殺菌剤が添加された後、ＤＳが正浸透膜モジュール１の第２室２２に流入する前に、還元剤添加装置６２によって還元剤をＤＳに添加する。

還元剤としては、特に限定されないが、例えば、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄アンモニウム、チオ硫酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウムなどが挙げられるが、塩素系殺菌剤との反応性や薬品コスト等から判断して、亜硫酸水素ナトリウムが好ましい。還元剤の添加濃度は、塩素系殺菌剤の濃度にもよるが、一般的な条件下では０．１〜１０ｍｇ／Ｌである。

本実施形態のように、殺菌剤添加工程の後、浸透工程の前に、ＦＳおよびＤＳに還元剤を添加することで、バイオファウリングを抑制しつつ、正浸透膜の酸化劣化を抑制することができる。

還元剤は、連続的に添加してもよく、間欠的に添加してもよい。なお、塩素系殺菌剤を連続的に添加し、還元剤を間欠的に添加することにより、間欠的に殺菌剤を注入することになり、バイオファウリングの抑制効果と、正浸透膜の酸化劣化の抑制効果とを両立させ易くなる（特許文献１：特開平７−１７１５６５号公報参照）。

なお、塩素系殺菌剤の添加によって、正浸透膜が遊離塩素等に曝される場合があるが、正浸透膜として、耐塩素性を有していないポリアミド系の材料等からなる半透膜を使用する場合には、実施形態２のように還元剤の添加により正浸透膜に接触するＦＳおよびＤＳ中の遊離塩素を除去し、塩素による膜性能の低下を防ぐ必要がある。一方、正浸透膜の材料として、セルロース系材料および耐塩素性ポリアミド系材料などの耐塩素性材料を用いる場合は、塩素による膜性能の低下を引き起こしにくいため、必ずしも還元剤添加工程は必要ではない。

なお、実施形態１および２では、ＦＳおよびＤＳの両方に塩素系殺菌剤を添加する場合について説明したが、別の実施形態として、例えば、ＤＳが微生物を含有せず、ＦＳのみが微生物を含有する場合は、ＤＳには塩素を添加せず、ＦＳのみに塩素系殺菌剤を添加してもよい。また、例えば、ＦＳが微生物を含有せず、ＤＳのみが微生物を含有する場合は、ＦＳには塩素系殺菌剤を添加せず、ＤＳのみに塩素系殺菌剤を添加してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１正浸透膜モジュール、１０正浸透膜、１１第１面、１２第２面、２１第１室、２２第２室、３水分離装置、４ＤＳ調整装置、５１，５２塩素系殺菌剤添加装置、６１，６２還元剤添加装置。

Claims

第１面と第２面とを有する正浸透膜において、前記第１面をフィード溶液に接触させると共に、前記第２面を前記フィード溶液より高い浸透圧を有するドロー溶液に接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を、前記正浸透膜を通して前記第１面側から前記第２面側に移動させる浸透工程と、
前記浸透工程の前に、前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも一方に塩素系殺菌剤を添加する殺菌剤添加工程と
を含むことを特徴とする、正浸透処理方法。
前記殺菌剤添加工程の後、前記浸透工程の前に、前記フィード溶液および前記ドロー溶液の少なくとも一方に還元剤を添加する還元剤添加工程を含む、請求項１に記載の正浸透処理方法。
前記殺菌剤添加工程において、前記塩素系殺菌剤を間欠的に添加する、請求項１または２に記載の正浸透処理方法。
前記殺菌剤添加工程において前記塩素系殺菌剤を連続的に添加し、前記還元工程において前記還元剤を間欠的に添加する、請求項２に記載の正浸透処理方法。
前記塩素系殺菌剤はクロラミンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
請求項１に記載の正浸透処理方法に用いられる正浸透処理装置であって、
前記正浸透膜、ならびに、前記フィード溶液が供給される第１室、および、前記ドロー溶液が供給される第２室を有し、前記第１室と前記第２室とは前記正浸透膜で仕切られている、正浸透膜モジュールと、
前記第１室に供給される前記フィード溶液、および、前記第２室に供給される前記ドロー溶液の少なくとも一方に塩素系殺菌剤を添加するための殺菌剤添加装置と
を備える、正浸透処理装置。