JP2023040506A - 正浸透処理方法および正浸透処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり等を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる、正浸透処理方法および正浸透処理装置を提供すること。【解決手段】半透膜と半透膜で仕切られた第１室および第２室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透処理工程と、半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法。正浸透処理工程において、フィード溶液を第１室に供給し、フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を第２室に供給し、フィード溶液とドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、フィード溶液中に含まれる水をドロー溶液中に移動させ、濃縮されたフィード溶液である濃縮液を第１室から排出する。濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留する。洗浄工程において、タンクに貯留された濃縮液を、第１室に正浸透工程におけるフィード溶液の流れとは逆方向に流し、ドロー溶液を第２室に供給することにより、半透膜を洗浄する。【選択図】図１

Description

本発明は、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。

正浸透処理では、フィード溶液（Feed Solution：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（Draw Solution：以下、「ＤＳ」と略す場合がある）が用いられる。正浸透モジュール内において、半透膜を介してＦＳとＤＳ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。この現象は、正浸透（Forward Osmosis：以下、「ＦＯ」と略す場合がある）現象と呼ばれる。そして、正浸透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。

正浸透処理に用いられる半透膜の透過性能を低下させる現象として、バイオファウリング、有機ファウリング、スケーリング等の汚染物による目詰まりが挙げられる。

バイオファウリングは、微生物によるバイオフィルムの形成によって生じるファウリング（汚れ）である。有機ファウリングは、海水等の中に含まれる微生物が生成する細胞外代謝産物などによって生じるファウリング（汚れ）である。スケーリングは、海水中に溶存している無機成分が膜面に析出し、半透膜を目詰まりさせる現象である。

このような半透膜の汚染物により目詰まりを低減するために、正浸透処理装置（正浸透モジュール）を洗浄するための種々の方法が知られている。

例えば、特許文献１（特開２０１９－１６６４２０号公報）には、塩素系殺菌剤を利用して正浸透モジュールを洗浄する方法が記載されている。また、例えば、特許文献２（特開２０１５－１８８７８７号公報）には、ＦＳまたはＤＳ中に塩素系殺菌剤を添加して正浸透モジュールを洗浄する方法が記載されている。特許文献３（特開２０２０－１３１０９５号公報）には、ＦＳの流路およびＤＳの流路の両方に洗浄液を流す正浸透モジュールの洗浄方法が記載されている。

特開２０１９－１６６４２０号公報 特開２０１５－１８８７８７号公報 特開２０２０－１３１０９５号公報

しかしながら、特許文献１の洗浄方法は、塩素系殺菌剤により正浸透膜の酸化反応が進行し、正浸透膜の性能が低下する、という問題がある。特許文献２に記載の洗浄方法では、ＤＳの流路の構成部材も塩素系殺菌剤による化学的な酸化作用を受けるという問題がある。また、特許文献３に記載の洗浄方法では、ＤＳの供給運転を一時停止するため、被洗浄部からのＤＳの排出操作による稼働率の低下や、再起動後のＤＳ側の運転状態の安定化に時間を要するという問題がある。

したがって、本発明は、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり等を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる、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］ 半透膜と前記半透膜で仕切られた第１室および第２室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透工程と、前記半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法であって、
前記正浸透工程において、フィード溶液を前記第１室に供給し、前記フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を前記第２室に供給し、前記フィード溶液と前記ドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を前記ドロー溶液中に移動させ、濃縮された前記フィード溶液である濃縮液を前記第１室から排出し、前記濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留し、
前記洗浄工程において、前記タンクに貯留された前記濃縮液を、前記第１室に前記正浸透工程における前記フィード溶液の流れとは逆方向に流し、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することにより、前記半透膜を洗浄する、正浸透処理方法。

［２］ 前記洗浄工程において、前記第２室への前記ドロー溶液の供給は前記洗浄工程を実施する前の前記正浸透工程と同様に実施される、［１］に記載の正浸透処理方法。

［３］ 前記第１室に供給される前記フィード溶液中に間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加される、［１］または［２］に記載の正浸透処理方法。

［４］ 前記洗浄工程の実施頻度または効果に応じて、前記塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかを調整する、［３］に記載の正浸透処理方法。

［５］ 前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整する、［１］～［４］のいずれかに記載の正浸透処理方法。

［６］ 前記タンクに貯留された前記濃縮液は、ろ過され、前記濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、前記第１室に供給される、［１］～［５］のいずれかに記載の正浸透処理方法。

［７］ 前記タンクに貯留された前記濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、前記第１室に供給される、［１］～［６］のいずれかに記載の正浸透処理方法。

［８］ ［１］～［７］のいずれか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、
前記半透膜、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室とは前記半透膜で仕切られている、正浸透モジュールと、
前記濃縮液を貯留するためのタンクと、を備える、正浸透処理装置。

［９］ 前記タンクに貯留された前記濃縮液を前記第１室に流すためのポンプをさらに備える、［８］に記載の正浸透処理装置。

［１０］ 前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備える、［８］または［９］に記載の正浸透処理装置。

［１１］ 前記タンクと前記第１室とを接続する流路に、前記タンクに貯留された前記濃縮液をろ過するためのろ過装置をさらに備える、［８］～［１０］のいずれかに記載の正浸透処理装置。

本発明によれば、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり等を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる、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。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置の変形例を説明するための模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置の別の変形例を説明するための模式図である。 実施形態の正浸透処理方法の工程を示すフロー図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の一例を示す断面模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の他の一例を示す断面模式図である。 実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置に用いられる正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）の他の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明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。

＜正浸透処理方法＞
本実施形態の正浸透処理方法は、
正浸透モジュール１を用いる正浸透工程（Ｓ１）と、
半透膜１０を洗浄する洗浄工程（Ｓ２）と、を含む（図４参照）。

〔正浸透工程：Ｓ１〕
図１を参照して、正浸透工程（Ｓ１）は、上述のような正浸透モジュール１を用いて実施される。正浸透モジュール１は、半透膜１０と、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有する。

正浸透工程（Ｓ１）では、フィード溶液（ＦＳ）を正浸透モジュール１の第１室１１に供給し、フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液（ＤＳ）を正浸透モジュール１の第２室１２に供給し、ＦＳとＤＳとを半透膜を介して接触させる。これにより、正浸透現象によって、ＦＳ中に含まれる水をＤＳ中に移動させ、濃縮されたＦＳである濃縮液を正浸透モジュール１の第１室１１から排出する。また、希釈されたＤＳを正浸透モジュール１の第２室１２から排出する。

本実施形態において、正浸透モジュール１の第１室１１から排出される濃縮液（濃縮されたＦＳ）の少なくとも一部は、（濃縮液をタンク２に導入するための導入流路を介して、）例えばオーバーフローさせながら、タンク２に貯留される。

（半透膜）
半透膜としては、例えば、逆浸透（ＲＯ）膜、正浸透（ＦＯ）膜またはナノろ過（ＮＦ）膜と呼ばれる半透膜が挙げられる。

通常、ＲＯ膜およびＦＯ膜の孔径は約２ｎｍ以下であり、ＵＦ膜の孔径は約２～１００ｎｍである。ＮＦ膜は、ＲＯ膜のうちイオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、ＮＦ膜の孔径は約１～２ｎｍである。半透膜としてＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜を用いる場合、ＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜の塩除去率は好ましくは９０％以上である。

半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。

セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。

ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。

半透膜１０の形状としては、特に限定されないが、例えば、中空糸膜または平膜が挙げられる。なお、図１では、半透膜１０として平膜を簡略化して描いているが、特にこのような形状に限定されるものではない。なお、中空糸膜（中空糸型半透膜）は、平膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、容積当りの膜分離効率を高めることができる点で有利である。

また、正浸透モジュール１の形態としては、特に限定されないが、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置したモジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。

具体的な中空糸膜の一例としては、全体がセルロース系樹脂から構成されている単層構造の膜が挙げられる。ただし、ここでいう単層構造とは、層全体が均一な膜である必要はなく、例えば、単一素材でありながら外周表面近傍に緻密層を有し、この緻密層が実質的に中空糸膜の孔径を規定する分離活性層となっているものでもよい。

具体的な中空糸膜の別の例としては、支持層（例えば、ポリフェニレンオキサイドからなる層）の外周表面にポリフェニレン系樹脂（例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン）からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。また、他の例として、支持層（例えば、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンからなる層）の外周表面にポリアミド系樹脂からなる緻密層を有する２層構造の膜が挙げられる。

（フィード溶液、ドロー溶液）
フィード溶液は、水を含む溶液であれば特に限定されない。フィード溶液としては、例えば、海水、河川水、汽水、排水などが挙げられる。排水としては、例えば、工業排水、生活排水、油田またはガス田の排水などが挙げられる。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。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）、もしくは、有機物、磁性体微粒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。

正浸透モジュールに導入される前のドロー溶液（ＤＳ）とフィード溶液（ＦＳ）との間の浸透圧差（Δπ）（［ＤＳの浸透圧］－［ＦＳの浸透圧］）は、好ましくは０．１ＭＰａ以上３８ＭＰａ以下であり、より好ましくは１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下である。なお、ＤＳは、後述の洗浄工程で濃縮液（濃縮されたＦＳ）をさらに濃縮するために必要な高い浸透圧を有することが好ましい。

なお、正浸透工程において、通常は、ＦＳとＤＳの静水圧（浸透圧を含まない）は略同じであるが、透過水量（ＦＳから半透膜を透過してＤＳに移行する水の量）を増加させるために、ＦＳの静水圧（浸透圧を含まない）がＤＳよりも高くなるように、ＦＳを加圧してもよい。

〔洗浄工程（Ｓ２）〕
図１を参照して、洗浄工程（Ｓ２）では、タンク２に貯留された濃縮液（正浸透工程で濃縮されたフィード溶液）を、第１室に正浸透工程におけるフィード溶液の流れとは逆方向（すなわち、正浸透工程における濃縮液（濃縮されたＦＳ）の排出側からＦＳの供給側へ向かう方向）に流す（図１の点線の矢印参照）。これにより、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することで、濃縮液中の水をドロー溶液へ移動させ、高濃縮液（更に濃縮された上記濃縮液）を半透膜に接触させることで、前記半透膜が洗浄される。

なお、正浸透工程における第１室へのフィード溶液の供給は、洗浄工程を実施する前に停止される。

濃縮液のタンク２から正浸透モジュール１の第１室１１の排出側への供給は、図１に示されるように、正浸透モジュール１の第１室１１からタンク２に導入するための導入流路とは別の流路を介して実施されてもよく、導入流路の少なくとも一部を含む流路を介して実施されてもよい。

一方、第２室には、ドロー溶液が供給される。このドロー溶液の供給は、洗浄工程を実施する前の正浸透工程と同様に実施されることが好ましい。

第２室から排出される希釈されたＤＳは、例えば、逆浸透モジュールによって水を回収するための処理が施されたり、水が回収された後のＤＳを再利用するため処理を施されたりする。このようにして、ＤＳは、正浸透モジュール１の第２室１２と複雑な処理経路とを循環することが多いため、このＤＳの循環流れを一旦停止すると、再度、ＤＳを循環させて定常的な状態に戻すためには、余計な時間とコストを要する。したがって、ＤＳの循環流れはできる限り停止させないことが好ましい。

本実施形態の正浸透処理方法および正浸透処理装置は、第２室へのドロー溶液の供給を洗浄工程を実施する前の正浸透工程と同様に実施したままで、ＤＳの循環流れを停止させずに洗浄工程を実施できるという利点を有する。なお、前記洗浄工程時のＤＳの供給流量は通常、正浸透工程と同等の流量で運転する。ただし、高濃縮液からＤＳへの水の移動量は、正浸透工程時と比較すると少なくなるので、洗浄時の動力削減の観点からＤＳの流量を減らしても良い。また、洗浄時の濃縮液の供給流量を正浸透工程時のＦＳの供給流量と比較して増大させるなど、濃縮液からの水の回収を一定程度維持させるためにＤＳの流量を増大させても良い。

洗浄工程においては、第１室１１内で濃縮液がさらに濃縮され、さらに高濃度（高浸透圧）の液体になることで、この液体の浸透圧と、正浸透工程におけるＦＳの浸透圧と、の浸透圧差による浸透圧ショックによって、半透膜１０（主に半透膜１０の第１室１１側）に付着した微生物等に対して殺菌効果を生じて、半透膜１０が洗浄される。

なお、第１室１１において、ＦＳの排出側（濃縮液の流入側）よりもＦＳの流入側（濃縮液の排出側）の方が、浸透工程でのＦＳと洗浄工程で更に濃縮された濃縮液との間の浸透圧差が大きくなる。このため、第１室１１において、ＦＳの流入側（濃縮液の排出側）ほど、浸透圧ショックによる除菌効果などの浸透圧差による洗浄効果が高いと考えられる。第１室１１のＦＳの流入側は、正浸透工程ではＦＳとＤＳの浸透圧差が大きく、透過水量が多いため目詰まりが生じ易く、上記の洗浄工程によれば、この目詰まりが生じ易い部分の半透膜を効率的に洗浄することが可能である。

なお、洗浄工程において、第２室に供給されるＤＳは、正浸透工程で濃縮されたフィード溶液である濃縮液を更に濃縮するための高い浸透圧（濃縮液より高い浸透圧）を有するＤＳであることが好ましい。

洗浄工程は、例えば、正浸透工程の間に間欠的に実施される。例えば、図４を参照して、正浸透工程（Ｓ１）を所定の時間継続的に実施した後、洗浄工程（Ｓ２）が実施される。洗浄工程（Ｓ２）の後、次の正浸透工程（Ｓ１）が所定の時間継続的に実施される。このように、通常は、正浸透工程（Ｓ１）と洗浄工程（Ｓ２）が交互に繰り返して実施される。

タンク２からＦＯモジュール１の第１室１１へ供給される濃縮液の流量は、ポンプ４等によって調整されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められるように、濃縮液の流量を最適化することができる。

タンク２に貯留された濃縮液は、濃縮液中の懸濁物を除去できるフィルターを有するろ過装置３などによってろ過され、濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、第１室１１に供給されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められる。

タンク２に貯留された濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、第１室１１に供給されることが好ましい。この場合、洗浄工程による洗浄効果が高められるように、濃縮液の特性を最適化することができる。例えば、濃縮液のｐＨを調整することで、酸ショック等の効果により、条件によってはスケール様物質の溶解（洗浄）が可能になると考えられる。

〔塩素系殺菌剤の添加〕
本実施形態において、第１室に供給されるフィード溶液中に、間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加されてもよい。また、塩素系殺菌剤は、濃縮液中に添加されてもよい。塩素系殺菌剤の微生物に対する殺菌効果により、半透膜のバイオファウリング、有機ファウリング等がさらに低減される。

ただし、塩素系殺菌剤による半透膜の酸化反応の促進により、半透膜の性能が低下するという問題があるため、塩素系殺菌剤がフィード溶液中に添加される場合は、洗浄工程の実施頻度に応じて、塩素系殺菌剤による半透膜の酸化反応の促進が最小限となるように、塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかが調整されることが好ましい。

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。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。

なお、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。

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。

なお、以上の説明では、図１を参照して１つの正浸透モジュールを用いる正浸透処理方法（正浸透処理装置）について説明したが、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）においては、複数の正浸透モジュール（多段の正浸透モジュール）が用いられてもよい（図２、図３参照）。この場合、多段の上流側の正浸透モジュールほど、正浸透工程でのＦＳと洗浄工程で更に濃縮された濃縮液との間の浸透圧差が大きくなる。このため、多段の上流側の正浸透モジュールにおいて、浸透圧ショックによる除菌効果などの浸透圧差による洗浄効果が高いと考えられる。

〔正浸透処理後の処理〕
正浸透モジュール１の第２室１２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（第２室１２から排出される希釈されたＤＳ）から水を分離および回収する方法としては、例えば、逆浸透処理、蒸留、加熱・冷却操作（熱分離操作）などが挙げられる。

逆浸透（ＲＯ）処理では、ＦＯモジュール１から排出された希釈ＤＳは、昇圧ポンプによって、希釈ＤＳが有する浸透圧より高い圧力（静水圧）に昇圧されて、ＲＯモジュールに供給される。ＲＯモジュールに供給された希釈ＤＳ中の水がＲＯ膜を透過することで、希釈ＤＳから淡水を得ることができる。なお、ＲＯ膜を透過しなかった残りの希釈ＤＳは濃縮され、濃縮された希釈ＤＳは、ＤＳとして再利用することができる。

また、ＤＳ中に含まれるドロー物質が無機塩や低融点物質等の場合は、晶析処理によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が水に対する溶解度が高い気体の場合は、ガス放散によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が温度応答性等の刺激応答性物質の場合は、相変化を利用する分離により、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。例えば、温度応答性のポリマーを使用する場合は、曇点を変化点とする温度変化をさせて、ＤＳ中の水を分離する。ドロー物質が磁性体微粒子の場合は、磁気分離によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。ドロー物質が糖溶液の場合は、ナノろ過（ＮＦ）によって、ＤＳ中の水を分離および回収してもよい。

このように、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）を用いて、フィード溶液（ＦＳ）から半透膜を用いた正浸透処理により水を分離および回収することができる。すなわち、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）は、例えば、海水等から淡水を得る海水淡水化方法（海水淡水化装置）に用いることができる。

＜正浸透処理装置＞
本実施形態の正浸透処理方法に好適に用いることのできる正浸透処理装置の一例について説明する。

図１を参照して、本実施形態の正浸透処理装置は、少なくとも正浸透モジュール１と、濃縮液（濃縮されたフィード溶液）を貯留するためのタンク２とを備える。正浸透モジュール１は、半透膜１０と、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有する。

正浸透処理装置は、タンク２に貯留された濃縮液を第１室１１に流すためのポンプ４をさらに備えることが好ましい。正浸透処理装置は、タンク２から第１室へ供給される濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備えていてもよい。

正浸透処理装置は、フィード溶液（ＦＳ）を正浸透モジュール１の第１室１１へ移送するためのポンプ（図示せず）と、ドロー溶液（ＤＳ）を中空糸膜１０の内部（第２室）１２へ移送するためのポンプ（図示せず）を備えていてもよい。

正浸透処理装置は、タンク２と第１室１１とを接続する流路に、タンク２に貯留された濃縮液をろ過するためのろ過装置３をさらに備えることが好ましい。

本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）によれば、正浸透工程のフィード溶液と洗浄工程の濃縮液の浸透圧差による浸透圧ショックで微生物が死滅するため、バイオファウリングおよび有機ファウリングを低減することができる。

したがって、本実施形態の正浸透処理方法（正浸透処理装置）によれば、追加の複雑な装置等を必要とせずに、半透膜の汚染物による目詰まり（バイオファウリング、有機ファウリング等）を効果的に抑制し、半透膜の性能低下を抑制することができる。

＜中空糸膜モジュール＞
以下、図５、図６を参照して、半透膜として中空糸膜を用いた正浸透（ＦＯ）モジュール（中空糸膜モジュール）の１例について説明する。

正浸透モジュール１が中空糸膜モジュールである場合、例えば、中空糸膜モジュール（正浸透モジュール）１の中空糸膜１０の外部（第２室）１２にドロー溶液（ＤＳ）を供給し、正浸透モジュール１の中空糸膜１０の内部（第１室）１１内にフィード溶液（ＦＳ）を供給する。これにより、ＦＳとＤＳとを中空糸膜（半透膜）１０を介して接触する。この状態で、正浸透現象により、ＦＳ中に含まれる水が、中空糸膜１０を透過してＤＳ中に移動する。

なお、図５、図６において、ＦＯモジュール（中空糸膜モジュール）１は、１つの圧力容器１００に、１つの中空糸膜エレメントが装填されたシングルエレメント型中空糸膜モジュールである。

正浸透モジュール１は、半透膜（中空糸膜）１０、ならびに、ＤＳが供給される中空糸膜の外部（第２室）１２、および、ＦＳが供給される中空糸膜の内部（中空部：第１室）１１を有する。第１室１１と第２室１２とは中空糸膜１０で仕切られている。

中空糸膜エレメントは、中心に配置された複数の孔１３ａを有する多孔分配管１３と、その周囲に配置された複数の中空糸膜１０と、多孔分配管１３および複数の中空糸膜１０をそれらの両端で固定する樹脂壁（端部１４）とを備える。複数の中空糸膜１０の各々はその両端に開口部１０ａ，１０ｂを有している。

なお、ＦＯモジュール１の形態は、特に限定されず、複数の中空糸膜をストレート配置したモジュールであってもよく、複数の中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどであってもよい。

中空糸膜エレメントは、複数の中空糸膜１０の内部１１および中空糸膜モジュールの外部に連通するＤＳ供給口１１１ａおよびＤＳ排出口１１１ｂを有し、中空糸膜１０の流入側開口部１０ａはＦＳ供給口１１０ａに接続され、流出側開口部１０ｂはＦＳ排出口１１０ｂに連通している。

多孔分配管１３は、複数の孔１３ａを有する管状体であれば特に限定されない。多孔分配管１３により、例えば、ＤＳ供給口１１１ａから中空糸膜モジュール内に供給されたＤＳを中空糸膜の外部１２へ分配することができる。孔１３ａは、多孔分配管の中心軸を基点として放射状に各方向に設けられていることが好ましい。また、多孔分配管１３は、中空糸膜エレメントの略中心部に位置させることが好ましい。

ＦＳは、ＦＳ供給口１１０ａを介して、流入側開口部１０ａから中空糸膜１０の内部１１に流入し、流出側開口部１０ｂから流出し、ＦＳ排出口１１０ｂを介して外部に流出する。

ＤＳは、ＤＳ供給口１１１ａを介して多孔分配管１３の内部に流入し、孔１３ａから流出して、中空糸膜１０の外部１２に供給される。中空糸膜１０の外部１２を通過したＤＳは、ＤＳ排出口１１１ｂを介して外部に流出する。

なお、特に有機系のＤＳ（有機物を含むＤＳ）を用いる場合には、ＤＳがＦＳ側に漏洩することを防止するために、図６および図７に示されるような構成の中空糸膜モジュール１を用いることもできる。中空糸膜エレメントの端部１４は中空糸膜１０を封止固定する樹脂壁の外周部に図示しない外周リングが嵌め込まれる構造となっている。図６の中空糸膜モジュールは、中空糸膜エレメントの両端において、樹脂壁の外周部の外周リングの外周面にＯリングの溝が設けられている点で、図５の中空糸膜モジュールとは相違する。また、図６の中空糸膜モジュールと図５の中空糸膜モジュールとでは、圧力容器１００の側面に設けられたＤＳ排出口１１１ｂの取付位置が相違する。中空糸膜エレメントの端部１４（外周リング）の外周面にＯリング用の溝を設け、前記溝にＯリングを設置することにより、前記中空糸膜エレメントが前記圧力容器の内周面に液密に固定され、ＦＳとＤＳの直接の接触を防止することができる。中空糸膜エレメントの端部は中空糸膜１０を封止固定する樹脂壁および外周リングで構成される端部１４の外周部に図示しない外周リングが嵌め込まれる構造となっている。一方、図７の中空糸膜モジュールは、Ｏリングの溝が圧力容器１００の内周面に設けられている点で図６の中空糸膜モジュールとは相違する。

図５、図６、および図７に示される中空糸膜モジュールにおいて、上述の洗浄工程（Ｓ２）では、タンク２に貯留された濃縮液は、ＦＳ排出口１１０ｂに供給され、中空糸膜の内部（第１室）１１をＦＳ排出口１１０ｂからＦＳ供給口１１０ａの方向（矢印と逆方向）に流される。

なお、ここでは、ＤＳが中空糸膜の外側に供給され、ＦＳが中空糸膜の内部に供給される形態について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ＦＳが中空糸膜の外側に供給され、ＤＳが中空糸膜の内部に供給されてもよい。

１ 正浸透モジュール（中空糸膜モジュール）、１０ 半透膜（中空糸膜）、１０ａ 流入側開口部、１０ｂ 流出側開口部、１１ 第１室（中空糸膜の内部）、１２ 第２室（中空糸膜の外部）、１００ 圧力容器、１１０ａ ＦＳ供給口、１１０ｂ ＦＳ排出口、１１１ａ ＤＳ供給口、１１１ｂ ＤＳ排出口、１３ 多孔分配管、１３ａ 孔、１４ 端部、２ タンク、３ ろ過装置、４ ポンプ。

Claims (11)

1. 半透膜と前記半透膜で仕切られた第１室および第２室とを有する正浸透モジュールを用いる正浸透工程と、前記半透膜を洗浄する洗浄工程と、を含む、正浸透処理方法であって、
   前記正浸透工程において、フィード溶液を前記第１室に供給し、前記フィード溶液よりも浸透圧が高いドロー溶液を前記第２室に供給し、前記フィード溶液と前記ドロー溶液とを半透膜を介して接触させることで、前記フィード溶液中に含まれる水を前記ドロー溶液中に移動させ、濃縮された前記フィード溶液である濃縮液を前記第１室から排出し、前記濃縮液の少なくとも一部をタンクに貯留し、
   前記洗浄工程において、前記タンクに貯留された前記濃縮液を、前記第１室に前記正浸透工程における前記フィード溶液の流れとは逆方向に流し、前記ドロー溶液を前記第２室に供給することにより、前記半透膜を洗浄する、正浸透処理方法。
2. 前記洗浄工程において、前記第２室への前記ドロー溶液の供給は前記洗浄工程を実施する前の前記正浸透工程と同様に実施される、請求項１に記載の正浸透処理方法。
3. 前記第１室に供給される前記フィード溶液中に間欠的または連続的に塩素系殺菌剤が添加される、請求項１または２に記載の正浸透処理方法。
4. 前記洗浄工程の実施頻度または効果に応じて、前記塩素系殺菌剤の添加量および添加頻度の少なくともいずれかを調整する、請求項３に記載の正浸透処理方法。
5. 前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整する、請求項１～４のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
6. 前記タンクに貯留された前記濃縮液は、ろ過され、前記濃縮液中に含まれる懸濁物が除去された後に、前記第１室に供給される、請求項１～５のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
7. 前記タンクに貯留された前記濃縮液は、そのｐＨ、温度および酸化還元電位の少なくとも１つが調整された後に、前記第１室に供給される、請求項１～６のいずれか１項に記載の正浸透処理方法。
8. 請求項１～７のいずれか１項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、
   半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を備える正浸透モジュールと、
   前記濃縮液を貯留するためのタンクと、を備える、正浸透処理装置。
9. 前記タンクに貯留された前記濃縮液を前記第１室に流すためのポンプをさらに備える、請求項８に記載の正浸透処理装置。
10. 前記タンクから前記第１室へ供給される前記濃縮液の流量を調整するための流量調整弁をさらに備える、請求項８または９に記載の正浸透処理装置。
11. 前記タンクと前記第１室とを接続する流路に、前記タンクに貯留された前記濃縮液をろ過するためのろ過装置をさらに備える、請求項８～１０のいずれか１項に記載の正浸透処理装置。

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