JP2716655B2

JP2716655B2 - 逆浸透膜装置の洗浄方法

Info

Publication number: JP2716655B2
Application number: JP5296898A
Authority: JP
Inventors: 義道光上; 功大朝; 浩二金澤
Original assignee: 神鋼パンテツク株式会社
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH07144120A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆浸透膜装置の逆浸透
膜に付着したCaCO₃、Fe₂O₃、CaSO₄、SiO₂等のスケー
ル、濁質、微生物スライムなどを洗浄除去するための、
逆浸透膜装置の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、逆浸透膜装置は、清水、かん水、海水の脱塩、およ
び清水、純水中のTOC (Total Organic Carbon(全有機炭
素))微粒子の除去等、もしくは物質の分離精製等に広範
に用いられている。

【０００３】ところで、逆浸透膜装置に組み込まれてい
る逆浸透膜は、装置の稼働時間の経過とともに、供給水
中に存在するCaCO₃、Fe₂O₃、CaSO₄、SiO₂等のスケー
ル、濁質、微生物スライムなどの不純物が逆浸透膜に付
着・蓄積することによって膜面が汚染され、その結果、
供給水の逆浸透膜装置の通水抵抗、すなわち差圧が増大
し（圧力損失が増加し）、生産水量、脱塩率などの低下
をきたすとともに、そのまま運転を継続すれば、やがて
逆浸透膜モジュールが破壊にいたり、回復不可能となる
ことがある。

【０００４】このようなスケール等による逆浸透膜面の
汚染を除去するために、従来より、シュウ酸、クエン
酸、リン酸などの酸系薬品、もしくは、苛性ソーダ、エ
チレンジアミン四酢酸ナトリウム等のアルカリ系薬品、
またはドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤が用いら
れている。すなわち、逆浸透膜装置に装架されている
逆浸透膜が汚染を受け、逆浸透膜装架部分の入口／出口
間の差圧の上昇、脱塩率の低下、透過水量の低下などの
現象が生じた場合に、このような薬剤を用いて、逆浸透
膜の洗浄工程を実施して、膜性能の回復を図っている。

【０００５】しかしながら、このような従来の洗浄方法
の場合、汚染物質に応じて、一般的にスケールに対して
は、酸系薬品またはアルカリ系薬品、また、有機物油分
に対しては界面活性剤、そして、微生物スライムに対し
ては塩素（次亜塩酸ソーダ）などが選択的に用いられて
いるために、複合汚染に対してその汚染物質を除去する
には、不適当であり、さらには、全ての汚染物質を除去
するために複数の洗浄工程を実施しなければならず、そ
の工程が煩雑となり、その結果、操業率の低下をきたす
こととなっていた。

【０００６】また、前記したような薬品類では、薬液が
残留することがあり、ろ過水の使用目的によっては、例
えば、半導体製造用の工業用水などにおいては、好まし
くないことがあった。

【０００７】さらに、前述したような従来の洗浄方法
は、酸・アルカリによる中和、もしくは溶解作用、キレ
ート剤による金属に対するキレート作用、またはリン酸
イオンの分散作用等を利用して汚染物質を除去している
が、洗浄作用がそれほど強くなく、そのため、装置使用
当初並みの差圧の回復が困難である。従って、特に、
差圧の回復率が低い場合には、逆浸透膜モジュールの物
理的な破損が生じて、継続的使用が不可能となり生産性
などの低下をきたしていた。

【０００８】本発明は、このような現状を考慮して、汚
染物質の種類にかかわらず、全てのスケールなどの膜汚
染物質を効率良く除去可能で、しかも、脱塩率、透過水
量の回復のみならず、特に、差圧の回復率、すなわち、
逆浸透膜内の圧力損失を効果的に低減できる逆浸透膜装
置の洗浄方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
ならびに目的を達成するために発明なされたものであっ
て、下記の構成をその要旨とするものである。

【００１０】逆浸透膜装置の洗浄方法であって、逆浸透
膜装置内に、ヒドラジン(N₂H₄)溶液を循環させて、逆浸
透膜を装架しているベッセル内にヒドラジン溶液を残留
せしめ、ヒドラジン溶液が残留している逆浸透膜装置内
に、過酸化水素(H₂O₂)溶液を循環させて、ヒドラジン(N
₂H₄)溶液と過酸化水素(H₂O₂)溶液との酸化還元反応によ
って、逆浸透膜に付着したスケール等を除去する、工程
を含む洗浄方法であり、逆浸透膜装置内でのヒドラジン
(N₂H₄)溶液の循環に先行して、逆浸透膜装置内に希薄
酸類を循環させて、逆浸透膜に付着した重金属類を溶解
させる工程、あるいは、逆浸透膜装置内に、EDTA、シ
ュウ酸、クエン酸のいずれかを循環させて、逆浸透膜に
付着した重金属類の触媒作用を抑制させる工程、をさら
に含む逆浸透膜装置の洗浄方法である。

【００１１】より詳細には、本発明の洗浄方法では、還
元剤であるヒドラジン(N₂H₄)溶液と、酸化剤である過酸
化水素(H₂O₂)溶液を用いるものであって、従来の薬剤洗
浄とは相違して、酸化・還元作用を利用するものであ
る。まず、ヒドラジンの還元作用によって膜付着汚染
物質が剥離しやすい状態になって、その後、過酸化水素
の酸化作用によって膜付着汚染物質がより剥離しやすい
状態となる。そのため、CaCO₃、Fe₂O₃、CaSO₄、SiO₂
等のスケール、濁質、微生物スライムの種類に関わら
ず、これらを除去する作用が強く、しかも、このヒドラ
ジン(N₂H₄)と過酸化水素(H₂O₂)が反応する際に、下記の
式のごとく生成する窒素ガス(N₂)の撹拌・分散力を利用
して、逆浸透膜面に付着したスケールなどの汚染物質を
効率良く、かつ使用当初なみに回復できるものである。

【００１２】N₂H₄ ＋ 2H₂O₂ → 4H₂O ＋ N₂↑ 具体的には、洗浄操作は、以下のように行う。

【００１３】先ず、ヒドラジン溶液を逆浸透膜装置内に
循環させた後、逆浸透膜を装架している容器（ベッセ
ル）内に残留させる。その後、過酸化水素溶液を逆浸
透膜装置内に循環させて、膜面蓄積物の酸化による剥離
作用とともに、酸化還元反応の結果発生する窒素ガスに
よる撹拌・分散力によって、膜蓄積物を膜面から完全に
剥離させるものである。

【００１４】なお、この場合、ヒドラジン溶液の濃度
は、膜の安全性を考慮すれば、２％程度が好ましく、そ
の循環時間は、周囲の温度にもよるが、60分前後とする
のが膜の安定性の観点から好ましい。さらに、過酸化
水素溶液の濃度としては、膜の酸化劣化の点を考慮すれ
ば、１wt/vol％以下の水溶液であるのが好ましい。

【００１５】また、反応時間としては、膜の耐熱性を考
慮すれば、30分以内またはベッセル内液温が35℃に達す
るまでとするのが好ましい。

【００１６】そして、重金属類の触媒作用によって、酸
化剤による酸化作用が過剰に促進され、逆浸透膜の性能
を劣化させてしまうので、下記のような前処理、すなわ
ち、希薄酸類、例えば、希塩酸の0.1％溶液などを逆浸
透膜装置内に循環せしめることによる、逆浸透膜に付着
した重金属類の溶解；あるいはEDTA、シュウ酸、クエン
酸のいずれかを逆浸透膜装置内に循環せしめることによ
る、逆浸透膜に付着した重金属類の遮蔽（マスキング）
によるその触媒作用の抑制、のいずれかの前処理を行
う。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の逆浸透膜装置の洗浄方法につ
いて、添付図面に基づいてより詳細に説明する。

【００１８】図１は、逆浸透膜装置を、例えば、半導体
製造用の工業用純水の製造システムに組み込んだ際のフ
ローチャートである。図１に示したように、先ず取水
された原水を、前処理装置にて凝集沈殿・ろ過または凝
集ろ過した後、前処理水槽を経て、熱交換器にて温度を
上昇、ミクロンフィルターで精密ろ過した後、逆浸透膜
装置により前処理水中の大部分の溶存塩類を除去し、さ
らに、イオン交換装置で５％程度残存する溶存塩類が除
去され、そして、二次純水装置に供給される。

【００１９】ところで、このように前処理装置を配して
も、逆浸透装置に装架された逆浸透モジュールが次第に
汚染され、逆浸透モジュールが装填されているFRP製の
容器（ベッセル）の入口と出口に設置されている圧力計
の指示値が上昇して、供給水の逆浸透膜装置の通水抵
抗、すなわち差圧が増大する（圧力損失が増加する）。

【００２０】この不都合を解消するために、図２に示し
たこの逆浸透膜装置の構成によれば、原水水質に応じた
前処理工程において前処理が行われた前処理水（供給
水）が、供給ライン10を介して、複数の並列的に配置さ
れた第１段の逆浸透膜ベッセル群20a、20b……に供給さ
れて、各逆浸透膜ベッセル群20a、20b……において、脱
塩が行われるようになっている。なお、逆浸透膜ベッ
セル群20a、20b……とは、逆浸透膜が装架された逆浸透
膜モジュールが装填されたFRP製のベッセル（容器）で
ある（以下同様）。

【００２１】そして、各ベッセル群20a、20b……に供給
された供給水の一部が、それぞれ、供給ライン14にて集
水され、その後、複数の並列的に配置された第２段の逆
浸透膜ベッセル群30a、30b……に供給されて、各逆浸透
膜ベッセル群30a、30b……において、脱塩が行われるよ
うになっている。

【００２２】さらに、同様にして、各ベッセル群30a、3
0b……に供給された供給水の一部が、供給ライン18にて
集水され、その後、複数の並列的に配置された第３段
（本実施例では最終段）の逆浸透膜ベッセル群40a、40b
……に供給されて、各逆浸透膜ベッセル群40a、40b……
において、脱塩が行われるようになっている。

【００２３】一方、各段のベッセル群にてろ過された透
過水は、それぞれ、集水経路22、32、42を介して、集水
経路50にて集水されて透過水として使用されることとな
る。

【００２４】ところで、この装置では、最終段の各逆浸
透膜ベッセル群40a、40b……に供給された供給水の一部
を回収する回収経路60を延設して、最終段のベッセル群
40a、40b……から、第１段のベッセル群20a、20b……に
至る洗浄経路70を設けている。この経路70には、撹拌装
置72を備えた洗浄槽74と、供給ポンプ76が設けられてい
る。

【００２５】なお、本実施例の場合、逆浸透膜ベッセル
群の数と、逆浸透膜ベッセル群の段数は適宜変更が可能
であり、また、２個の洗浄槽74を並列的に回収経路60に
設けて、それぞれ酸化剤および還元剤を調製して供給す
ることも可能であることは勿論である。また、図２
中、P1〜P4は圧力計を表している。

【００２６】このように構成される逆浸透膜装置の一般
的な運転方法は、以下の通りである。

【００２７】先ず、図２において、逆浸透膜装置１の供
給水を供給する供給ライン10に設けられた調整弁Ａ、お
よび回収経路60に設けられた調整弁Ｂを閉止して、通常
の運転ラインを閉鎖する。次に、洗浄経路70に設けら
れた調整弁Ｃ、Ｄを開けて、洗浄槽74にて予め調製され
た還元剤であるヒドラジン溶液を、供給ポンプ76を介し
て、逆浸透膜装置１内を所定時間循環させる。なお、
この場合、集水経路50は閉じておく。

【００２８】その後、洗浄経路70に設けられた調整弁
Ｃ、Ｄを閉じて、洗浄槽74のドレン弁Ｅ、ならびに、洗
浄経路70の予め低い位置に配設されたサンプル弁Ｐ、
Ｑ、Ｒを介して、循環したヒドラジンを可能な限り排出
する。

【００２９】次に、洗浄槽74において酸化剤である過酸
化水素溶液を調製して、上記ヒドラジンと同様に、これ
を逆浸透膜装置１内を循環させて、酸化、還元作用と、
生成する窒素ガスの撹拌、分散力にて、逆浸透膜に付着
したスケールなどが洗浄・除去される。

【００３０】実施例１下記の表１に示したような条件で、図２に示したような
逆浸透膜装置（８インチ逆浸透膜モジュール120本）の
稼働実験を行った。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１中、「運転当初」の欄のデータは、装
置を試運転後、連続運転に入り、数週間を経た時点の値
である。また、表１中、「洗浄前」の欄のデータは、
その後、約１年半を経た時点の運転データである。

【００３３】表の結果から、１〜３ BANK の差圧合計値
が、運転当初の2.6kg/cm²から7.8kg/cm²まで上昇してい
る。なお、ここで言う「差圧」とは、図２に示した圧
力計P1〜P4間のそれぞれの圧力差である。運転開始以
来、２％クエン酸溶液による薬液洗浄を数回実施してい
るが、洗浄効果は少なく、差圧が次第に上昇した。

【００３４】そこで、約１年半の時点で、酸洗浄（２％
クエン酸でpH２〜３とし、１時間循環）を実施した後
に、pH11〜12でのアルカリ洗浄（苛性ソーダで所定pH濃
度とし、４時間循環）を実施した。そのデータが、表
１中の「アルカリ系洗浄後」の欄のデータである。

【００３５】この「アルカリ系洗浄後」のデータによれ
ば、「アルカリ系洗浄後」の１〜３BANK差圧合計が、
「洗浄前」の１〜３ BANK 差圧合計に対して、約50％低
下しており、また、同様に計算した「酸液洗浄」の場合
の差圧低下率 17％に対しても相当大きい値であり、差
圧が回復しているが、「運転当初」の値に比較すれば、
1.5倍であり運転当初の差圧まで回復するにはほど遠い
ものである。このため、本発明の洗浄方法に従って、
８インチ逆浸透膜モジュール120本に対して、２wt％/vo
l％のヒドラジン溶液3,000ｌを調製して、逆浸透膜装置
内を液温21℃、２時間循環させて可能な限り排出した
後、１％の過酸化水素水3,000ｌを液温21℃、30分間循
環した。その後、高流量の供給水を流して汚れを洗い
流す、いわゆる「フラッシング」し、規定条件で運転を
行った。その結果が、表１の「酸化・還元洗浄後」の
データである。

【００３６】この結果から明らかなように、本発明の方
法で洗浄を行った場合、差圧合計が、ほぼ「運転当初」
のレベルまで回復している。また、脱塩率の低下もみ
られず、透過水量が、「アルカリ系洗浄後」の場合に比
較して、１m³/hr増加している。

【００３７】従って、本発明の洗浄方法が、従来の洗浄
方法に比較して格段とその洗浄効果が優れていることが
わかる。

【００３８】

【発明の作用・効果】本発明の洗浄方法では、還元剤で
あるヒドラジン(N₂H₄)溶液と、酸化剤である過酸化水素
(H₂O₂)溶液を用い、酸化・還元作用を利用して、ヒドラ
ジンの還元作用によって膜付着汚染物質が剥離しやすい
状態になり、その後、過酸化水素の酸化作用によってよ
り膜付着汚染物質が剥離しやすい状態となる。そし
て、ヒドラジン(N₂H₄)と過酸化水素(H₂O₂)が反応する際
に生成する窒素ガスの撹拌・分散力を利用して、逆浸透
膜面に付着したスケールなどの汚染物質を除去するもの
である。

【００３９】さらに、前述の酸化還元反応に先行して、
逆浸透膜装置内で希薄酸類を循環せしめて逆浸透膜に付
着した重金属類の溶解処理、あるいは、EDTA、シュウ
酸、クエン酸のいずれかを逆浸透膜装置内で循環せしめ
て逆浸透膜に付着した重金属類の遮蔽（マスキング）に
よるその触媒作用の抑制処理のいずれかの前処理を行う
ことで、重金属類の触媒作用による、酸化剤による酸化
作用の暴走が適度に制御でき、結果として、逆浸透膜の
性能劣化を防止できるのである。

【００４０】従って、本発明の方法によれば、CaCO₃、F
e₂O₃、CaSO₄、SiO₂等のスケール、濁質、微生物スライ
ムの種類にかかわらず、これらを除去する作用が強く、
逆浸透膜面に付着したスケールなどの汚染物質を効率良
く、かつ使用当初なみに回復できるものである。

【００４１】つまり、汚染物質の種類にかかわらず、全
てのスケールなどの膜汚染物質を効率良く除去でき、し
かも、脱塩率、透過水量の回復のみならず、特に、差圧
の回復率、すなわち、逆浸透膜内の圧力損失を効果的に
低減できる逆浸透膜装置の洗浄方法を提供できるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄方法が適用される逆浸透膜装置
を、純水製造システムに組み込んだ場合のフローチャー
トである。

【図２】本発明の洗浄方法が適用される逆浸透膜装置
の概略図である。

【符号の説明】

１…逆浸透膜装置 10…供給ライン 14…供給ライン 18…供給ライン 20a、20b・・…第１段の逆浸透膜ベッセル群 22、32、42…集水経路 30a、30b・・…第２段の逆浸透膜ベッセル群 40a、40b・・…第３段（最終段）の逆浸透膜ベッセル群 50…集水経路 60…回収経路 70…洗浄経路 72…撹拌装置 74…洗浄槽 76…供給ポンプ P1〜P4…圧力計Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…調整弁Ｅ…ドレン弁Ｐ、Ｑ、Ｒ…サンプル弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−60380（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−109288（ＪＰ，Ａ) 実開平５−80585（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】逆浸透膜装置の洗浄方法であって、以下
の工程、すなわち； (a)逆浸透膜装置内に、ヒドラジン(N₂H₄)溶液を循環さ
せ、 (b)逆浸透膜を装架している前記逆浸透膜装置のベッセ
ル内にヒドラジン溶液を残留せしめ、 (c)前記逆浸透膜装置内に、過酸化水素(H₂O₂)溶液を循
環させ、および (d)前記ヒドラジン(N₂H₄)溶液と前記過酸化水素(H₂O₂)
溶液との酸化還元反応によって、逆浸透膜に付着したス
ケール等を除去する、工程を含む逆浸透膜装置の洗浄方法であって、前記工程
(a)に先行して、前記逆浸透膜装置内に、希薄酸類を循環させて、逆
浸透膜に付着した重金属類を溶解する工程、あるいは前記逆浸透膜装置内に、EDTA、シュウ酸、クエン酸
のいずれかを循環させて、逆浸透膜に付着した重金属類
の触媒作用を抑制する工程、をさらに含む、ことを特徴とする逆浸透膜装置の洗浄方
法。