JP3267468B2 - 逆浸透膜装置の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工水、市水、生物処理
水を含む回収水、又はこれらの混合水等を原水として用
いて脱塩水等を製造する逆浸透膜装置の運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、脱塩水等の製造に有用な装置とし
て逆浸透膜装置がある。逆浸透膜装置は、逆浸透膜で塩
類を分離して、被処理水を塩類濃度の高い濃縮水と脱塩
されて塩類濃度の低くなった透過水とに分離する。この
逆浸透膜装置においては、回収率（被処理水に対する透
過水の割合）を高めた状態で逆浸透膜装置を運転する
と、濃縮水中の塩類濃度も高くなり、塩類濃度が溶解度
を超える塩類がある場合には、その塩類が析出して逆浸
透膜を詰まらせて透過水の流束を低減させる。このた
め、回収率の設定に際しては、析出し易いカルシウム等
の硬度成分や、特にシリカの濃度に注目し、これらの濃
度が溶解度を超えないように設定する必要がある。

【０００３】従来、シリカの析出防止を考慮した逆浸透
膜装置の運転方法には、以下の方法がある。 （ａ）濃縮水中のシリカ濃度がその溶解度を超えないよ
うに、逆浸透膜装置の回収率を充分低減した状態で逆浸
透膜装置を運転する。 （ｂ）シリカの析出を防止する薬剤（分散剤）を被処理
水に添加して逆浸透膜装置を運転する。 （ｃ）予め被処理水を軟化処理した後、被処理水のｐＨ
を８以上に調整してシリカの溶解度を高めた状態で、耐
アルカリ性逆浸透膜を装着した逆浸透膜装置を運転す
る。なお、この場合には、運転中に逆浸透膜の透過流束
がその使用開始時の例えば８０％程度に低下する前に運
転を停止し、脱塩時のｐＨより高いｐＨの洗浄水で逆浸
透膜を洗浄してシリカ析出物を除去する回生方法が採用
されている。 しかし、上記（ａ）の方法は運転性能、及び脱塩性能は
比較的安定しているが、低回収率であるという問題があ
る。（ｂ）の方法は回収率を高めることができるという
長所はあるが、濃縮水中のシリカ、又は硬度成分の存在
量に応じて分散剤を添加する必要があり、分散剤に要す
る費用が相当なものになること、分散剤を添加すること
により水質が悪化したりする等の問題がある。又、
（ｃ）の方法も回収率を高めることができるが、アルカ
リ性で析出する硬度成分を逆浸透膜装置の前段で予め除
去する軟化工程を設けることが不可欠であるという問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、少なく
とも硬度成分及びシリカを含有する被処理水を逆浸透膜
処理する際に、濃縮水のｐＨを６以下とする逆浸透膜処
理方法を、本発明に先立って提案した（特願平５ー３１
５７０８号）。この方法によれば、一例として濃縮水中
のシリカ濃度がその溶解度のほぼ４〜５倍に相当する４
００〜５００ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＳｉＯ₂）（シリカの溶
解度は水温２５℃の場合で約１００ｍｇａｓ ＳｉＯ₂
／Ｌである）となる高回収率運転を少なくとも２月間行
なうことができ、この場合逆浸透膜の透過水の透過流束
がその使用開始時の透過流束の８５％以上を保って安定
に運転できていることを確認した。

【０００５】その後、本発明者らは上記２月間の逆浸透
膜装置の運転に使用した逆浸透膜を薬品洗浄に供したと
ころ、以下のような知見を得た。即ち、（１）酸洗浄よ
りもアルカリ洗浄の方が、逆浸透膜の透過水の透過流束
を回復させるのに圧倒的に有効である。（２）濃縮水の
ｐＨが６以下の逆浸透膜装置の運転条件で逆浸透膜の透
過水の透過流束を時間経過と共に緩慢に低下させていた
膜汚染成分は、シリカが大部分で、硬度成分は非常に少
ない。（３）酸洗浄による逆浸透膜の透過流束の回復の
程度は、洗浄時間の長短に関係なくほぼ一定であるのに
対して、アルカリ洗浄による場合は逆浸透膜の透過流束
の低下の程度に応じて長時間を必要とする。

【０００６】以上の知見から、本発明者らは先に提案し
た濃縮水のｐＨを６以下にする逆浸透膜処理方法におい
ては、特にアルカリ洗浄が効果的に逆浸透膜の透過流束
を回復させ、逆浸透膜を回生できることを知得し、本発
明を完成するに至ったものである。

【０００７】従って、本発明の目的は、極めて簡単に逆
浸透膜の透過流束を回復することができ、更に逆浸透膜
の寿命を改善できる結果、高度の運転安定性を長期間に
亘り確保することのできる逆浸透膜装置の運転方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、少なくとも硬度成分とシリカとを含有する
被処理水を逆浸透膜装置に供給し、透過水と濃縮水とに
分離する工程と、該透過水を系外へ取り出す工程と、該
濃縮水を系外へ排出する工程と、該排出する濃縮水のp
Ｈを測定して、該濃縮水のpＨが６以下になるように前
記被処理水に酸を添加する工程と、を有する逆浸透膜装
置の運転方法において、被処理水の供給を止め、pＨ９
以上の洗浄水で逆浸透膜装置を洗浄する洗浄工程を有す
ることを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法を提案する
もので、濃縮水中のシリカ濃度がシリカの溶解度以上で
あることを含む。

【０００９】また本発明は少なくとも硬度成分とシリカ
とを含有する被処理水を前段逆浸透膜装置で透過水と濃
縮水とに分離し、得られた前段逆浸透膜装置の濃縮水を
後段逆浸透膜装置で透過水と濃縮水とに分離することを
繰り返すと共に最後段逆浸透膜装置の濃縮水のｐＨを６
以下に保って複数連設してなる逆浸透膜装置の通水運転
を行なう逆浸透膜装置の運転方法において、当該通水運
転の途中に前記最後段の逆浸透膜装置に装着された逆浸
透膜をｐＨ９以上の洗浄水で洗浄する洗浄操作を介在さ
せることを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法であり、
最後段の逆浸透膜装置の濃縮水中のシリカ濃度がシリカ
の溶解度以上であることを含む。

【００１０】

【作用】本発明の逆浸透膜装置の運転方法においては、
酸性の被処理水を逆浸透膜に通水する通水運転の途中に
アルカリ洗浄を介在させることによって通水運転時に膜
面に付着した汚染物を除去するものであるが、比較的軽
度の膜汚染時に逆浸透膜のアルカリ洗浄を行なうように
することが望ましく、このようにすれば逆浸透膜面上に
沈着して透過流束低下の主要因となるシリカの沈着量が
比較的少ない時期にこのシリカを比較的簡単に除去でき
る。このため、（１）極めて簡単な方法で逆浸透膜の透
過流束を回復でき、従って逆浸透膜装置の構成が簡単に
なる。（２）比較的短時間内に逆浸透膜の洗浄を行なう
ことができるので、洗浄による逆浸透膜の劣化を軽減で
き、このため逆浸透膜の寿命を延ばすことができる。
（３）簡単に洗浄できるので、透過水の透過流束の低下
が極めて小さい時期に洗浄して流束を初期の状態に回復
することができる。このため、高度の運転安定性を確保
できる。

【００１１】これらの長所を有する本発明方法と前記の
従来の方法（ａ）〜（ｃ）とを比較すると、以下のよう
になる。

【００１２】従来法（ａ）は回収率が低い。この問題を
解決するために従来法（ｂ）、（ｃ）が発明された。し
かし、従来法（ｂ）では、高回収率化に伴う硬度成分、
シリカの濃縮、更には析出が起こる。従って、これらの
析出を避けるために、例えば５０〜１００ｐｐｍという
高濃度の分散剤を添加する必要があり、このため得られ
る透過水の水質が悪化したり、排水（濃縮水）の処理が
複雑なものになったりする。これに比べて、本発明方法
においては高回収率化に対する上記問題を無機酸を添加
する簡単な方法で解決しており、上記分散剤が全く不要
になるか、或いはたとえ添加するとしても従来法に比べ
て小量でよい。従って、後段の処理工程の追加や、排水
水質等の問題、更には薬品コストへの影響なども小さ
い。

【００１３】従来法（ｃ）は、本発明方法と同様に添加
する薬品は極めて単純なものとなり、逆浸透膜の回生方
法も極めて単純であるが、この方法の実施には逆浸透膜
装置の前段における軟化処理工程が不可欠である。これ
に対して、本発明方法は軟化処理工程を必要とせず、単
純な薬品を添加するだけで高回収率化を実現すると共
に、単純な方法で逆浸透膜を回生できるものである。

【００１４】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００１５】図１は本発明の逆浸透膜装置の実施の一形
態を示すフロー図である。図１中、２は前段逆浸透膜装
置、４は後段逆浸透膜装置である。被処理水１は、被処
理水供給管６を通って前段逆浸透膜装置２に供給され、
ここで逆浸透膜処理をされて塩濃度を高められた前段濃
縮水と、塩濃度を低められた前段透過水とに分離され
る。

【００１６】被処理水としては、工水、市水、回収水
（生物処理水を含む）、井水、河川水等を用いることが
でき、これらを必要に応じて膜除濁、凝集濾過、活性炭
濾過、脱炭酸、膜脱気等の前処理した後に供給する。

【００１７】前記前段濃縮水は前段濃縮水管８を通って
後段逆浸透膜装置４に供給され、ここで逆浸透膜処理を
されて更に塩濃度を高められた後段濃縮水と、塩濃度を
低められた後段透過水とに分離される。後段濃縮水はｐ
Ｈセンサー１０を介装した後段濃縮水管１２を通って系
外に放出される。

【００１８】前記前段透過水は前段透過水管１４を通っ
て、一方前記後段透過水は後段透過水管１６を通って取
り出され、透過水取り出し管１８に合流された後、所望
の用途に供せられるか、あるいは水質の良好な前段透過
水のみが所望の用途に供され、比較的水質の良くない後
段透過水は前段逆浸透膜装置２の上流側に戻されて当該
逆浸透膜装置２の供給水として再利用される。なお、２
０、２２、２４は前段透過水管１４、後段透過水管１
６、取り出し管１８にそれぞれ介装された前段透過水流
量センサー、後段透過水流量センサー、透過水取り出し
管流量センサーである。

【００１９】本発明においては、後段濃縮水のｐＨを６
以下に制御して逆浸透膜処理をするものであるが、本形
態においてはｐＨセンサー１０によって後段濃縮水のｐ
Ｈを検出し、この検出信号を酸供給手段２６にフィード
バックするものである。

【００２０】前記酸供給手段２６から供給される塩酸等
の酸は、前段酸供給管２８及び／又は後段酸供給管３０
を通って被処理水及び／又は前段濃縮水に供給され、こ
れにより後段濃縮水のｐＨが６以下の状態で逆浸透膜処
理がされるものである。

【００２１】本実施の形態において、被処理水は前段逆
浸透膜装置２の濃縮水を更に後段逆浸透膜装置４に供給
して逆浸透膜処理をすることにより被処理水の回収率を
高めると共に、前段及び後段の逆浸透膜処理によって順
次高められるシリカ、及び硬度成分濃度がそれらの溶解
度を超える濃度の状態になっても長期間、安定に逆浸透
膜の流束を低下させる事無く連続運転できるものであ
る。

【００２２】硬度成分としては、Ｃａ，Ｍｇ等が例示で
きる。又、後段濃縮水のｐＨは６以下、特に４．０〜
５．５となるようにすることが好ましい。

【００２３】上記逆浸透膜装置の通水運転中における逆
浸透膜の透過水の流量は流量センサー２０、２２、２４
で監視されている。そして、流量が各逆浸透膜毎に、或
いは逆浸透膜全体として監視され、この測定された透過
水流量（例えばｍ³／Ｈ）から、単位膜面当たりの透過
流束（例えばｍ³／ｍ²・Ｈ・ｋｇｆ／ｃｍ²）を求め、
その値が使用開始時に比べて所定比率以下に低下した
ら、透過水の流束の低下した逆浸透膜装置の通水を停止
して、前記流束の低下した逆浸透膜の洗浄操作を行なう
ものである。

【００２４】前記所定比率の具体的な値は被処理水の水
質、逆浸透膜の種類、その他によって異なるが、一般に
７０％以上、特に８０〜９０％が好ましい。

【００２５】洗浄操作は以下のようにして行なう。 即
ち、上記被処理水の逆浸透膜処理を停止した後、まず洗
浄水ライン３２を通って洗浄水が前段逆浸透膜装置２の
被処理水供給管６、及び／または前段濃縮水管８に供給
され、逆浸透膜装置２及び逆浸透膜装置４の両方の濃縮
水側、又は逆浸透膜装置４の濃縮水側のみを洗浄する。
この場合に供給する洗浄水は、逆浸透膜装置内の濃縮水
側に残留している濃縮水を系外に排出することを目的と
するもので、その水質はシリカ、硬度成分の析出が起き
ない程度の水質、即ち上記逆浸透膜装置の透過水程度の
水質のものが好ましい。

【００２６】次いで、アルカリ供給手段３４により洗浄
水ライン３２に、例えば水酸化ナトリウム水溶液のよう
なアルカリが供給されてラインミキサー３６で混合さ
れ、逆浸透膜装置の入口側でｐＨが９以上になるように
して、逆浸透膜装置に供給される。なお、３８は洗浄水
ラインに設けられたｐＨセンサーである。

【００２７】逆浸透膜は供給された前記アルカリ洗浄水
と接触することにより、逆浸透膜の濃縮水側膜面に析出
したシリカを主体とする沈着物の溶解、除去が行なわ
れ、逆浸透膜の回生がなされる。アルカリ洗浄水のｐＨ
は９以上、特に９．５〜１２．０が好ましい。アルカリ
洗浄水との接触時間は逆浸透膜の流束の低下状態によっ
ても異なるが、２〜１０時間が好ましい。

【００２８】洗浄操作はアルカリ洗浄水を逆浸透膜装置
内に封入、浸漬して放置する方法によっても良いが、ｐ
Ｈを所望の値に調節しながら循環させることが好まし
い。

【００２９】なお、循環洗浄を行なう場合は、（イ）ア
ルカリ洗浄水を逆浸透膜の濃縮水側だけに流通させて循
環する方法、又は（ロ）アルカリ洗浄水を逆浸透膜に透
過させながら洗浄し、得られる透過水と濃縮水とを混合
して循環する方法のいずれでも良い。

【００３０】又、高濃度のシリカや硬度成分を含有する
濃縮水を逆浸透膜処理する後段の逆浸透膜は汚染され易
いので、前段と後段とを分離して別々に洗浄できる様に
し、後段逆浸透膜装置の洗浄中に前段逆浸透膜装置を運
転するための前段濃縮水の排水経路等を余分に備えるよ
うにしても良い。

【００３１】なお、上記の説明では逆浸透膜装置を二段
連設した場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、逆浸透膜装置は一段であってもよ
く、また三段以上を任意に連設したものであっても良
い。又、上記説明では、通水運転中において、逆浸透膜
の透過流束が所定の比率以下に低下した時にアルカリ洗
浄を行なうように説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、透過流束の低下とは関係なしにアルカ
リ洗浄を定期的に実施するようにしても良い。

【００３２】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。

【００３３】

【実施例】

実施例１ 図２に示すフローの逆浸透膜装置を用いて、被処理水を
逆浸透膜処理した。工水５２を膜除濁装置５４で前処理
し、これを被処理水５６として前段逆浸透膜装置５８に
５３００Ｌ／ｈｒの流量で供給し、逆浸透膜処理をし
た。なお、この時の被処理水中のシリカ濃度は１０〜１
５ｍｇ ａｓＳｉＯ₂／Ｌの範囲にあった。前段逆浸透
膜装置の逆浸透膜には日東電工（株）社製 ＮＴＲ−７
５９ＨＲを用いた。前段透過水流量は４０００Ｌ／ｈ
ｒ、前段濃縮水の流量は１３００Ｌ／ｈｒで、前記前段
濃縮水１３００Ｌ／ｈｒの内、２００Ｌ／ｈｒを貯槽６
０、ポンプ６２を介して後段逆浸透膜装置６４に供給し
た。

【００３４】後段逆浸透膜装置６４に装着した逆浸透膜
は東レ（株）社製 ＳＵ−７０６Ｍを６本直列にして用
いた。後段逆浸透膜処理において、１６０Ｌ／ｈｒの後
段透過水と４０Ｌ／ｈｒの後段濃縮水を得た。

【００３５】前記後段濃縮水はｐＨセンサー６６によっ
てそのｐＨを監視されており、センサー６６の信号に基
ずいて塩酸６８を貯槽６０に送って後段濃縮水のｐＨを
常にｐＨ５．５〜６．０の範囲内にあるようにフィード
バック制御を行なった。

【００３６】この場合、系全体における水回収率は９５
％で、後段濃縮水中のシリカ濃度は２００〜３００ｍｇ
／Ｌの範囲にあった。３月間の連続運転後、後段逆浸透
膜の透過流束が初期値の８０％に低下したので、後段逆
浸透膜のアルカリ洗浄を行なった。アルカリ洗浄は、ｐ
Ｈ１０の水酸化ナトリウム水溶液を１晩封入、浸漬後、
アルカリ洗浄水を逆浸透膜の濃縮側だけに通流させる循
環運転を１時間行なった。

【００３７】得られた結果を表１に示した。 比較例１ 貯槽６０に塩酸６８を供給することによる後段濃縮水の
ｐＨ調整を行なわない以外は、実施例１と同じ装置を用
いて同じ操作で運転を行なった。なお、本比較例におい
ては透過流束の低下が激しかったので、連続運転期間は
３日間とした。得られた結果を表１に併せて示した。

【００３８】

【表１】 （試験例）上記実施例１及び比較例１と同一の条件で逆
浸透膜処理を行ない、得られたそれぞれの逆浸透膜を用
いて、塩酸および水酸化ナトリウム水溶液による洗浄効
果の確認、及び沈着した成分の分析を行なった。結果を
表２に示した。なお、洗浄は最初に塩酸による酸洗浄を
行ない、その後アルカリ洗浄を行なった。

【００３９】

【表２】 なお、アルカリ洗浄は実施例１に記載した方法と同じ方
法とした。酸洗浄は、ｐＨ２の塩酸を逆浸透膜の濃縮側
だけに通流させる方法で３時間循環させた。

【００４０】表１、及び表２から明らかなように、実施
例１ではアルカリ洗浄効果が顕著であり、酸洗浄はほと
んど効果がない。また、本発明のごとくｐＨ５．５〜
６．０に後段濃縮水を制御することにより、カルシウム
その他の硬度成分の析出はほとんど認められず、後段逆
浸透膜の透過流束の低下もわずかなものであり、シリカ
は極めて緩慢に透過流束の低下をもたらしているに過ぎ
ないことがわかる。

【００４１】これに対して、後段濃縮水のｐＨを調整し
ていない比較例１においては、僅か３日間で透過流束が
５５％と、大きく低下した。又、薬品洗浄によっても完
全には回生しなかった。

【００４２】以上の結果から、濃縮水のｐＨを６以下に
制御して逆浸透膜処理を行なった場合に析出するシリカ
（実施例１）は、比較例１において析出したシリカとは
その形態が微妙に異なり、実施例１におけるシリカはア
ルカリ洗浄によって容易に溶解するものであるのに対し
て比較例１におけるシリカは極めて溶解しにくい形態の
ものであると考えられる。なお、本発明は上述のごとく
アルカリ洗浄を必須とするものであるが、表２からわか
るように逆浸透膜の膜面にはシリカのみでなくカルシウ
ム等の硬度成分も多少析出、付着しているので、この硬
度成分を除去するためにアルカリ洗浄に加えて酸洗浄を
実施することは好ましいことである。

【００４３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、逆
浸透膜装置の透過水の透過流束の低下が少なく、しかも
簡単に透過流束を回復できると共に、逆浸透膜の膜汚染
を確実に防止することができるので、高度の逆浸透膜装
置の運転安定性を確保できる。又、逆浸透膜に対して損
傷を与えることの少ない洗浄方法を採用できるので逆浸
透膜の寿命を従来よりも延長できる。更に、本発明の方
法は装置的にも簡単なもので良く、使用薬品も安価なも
のであるので、コスト的にも有利なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するためのフロー図
である。

【図２】本発明の一実施例を示すフロー図である。

【符号の説明】

１ 被処理水 ２ 前段逆浸透膜装置 ４ 後段逆浸透膜装置 ６ 被処理水供給管 ８ 前段濃縮水管 １０ ｐＨセンサー １２ 後段濃縮水管 １４ 前段透過水管 １６ 後段透過水管 ２６ 酸供給手段 ３２ 洗浄水ライン ３６ アルカリ供給手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/44 B01D 61/00 - 65/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも硬度成分とシリカとを含有す
   る被処理水を逆浸透膜装置に供給し、透過水と濃縮水と
   に分離する工程と、該透過水を系外へ取り出す工程と、
   該濃縮水を系外へ排出する工程と、該排出する濃縮水の
   pＨを測定して、該濃縮水のpＨが６以下になるように前
   記被処理水に酸を添加する工程と、 を有する逆浸透膜装置の運転方法において、 被処理水の供給を止め、pＨ９以上の洗浄水で逆浸透膜
   装置を洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする逆浸
   透膜装置の運転方法。
2. 【請求項２】 濃縮水中のシリカ濃度がシリカの溶解度
   以上である請求項１に記載の逆浸透膜装置の運転方法。
3. 【請求項３】 少なくとも硬度成分とシリカとを含有す
   る被処理水を前段逆浸透膜装置で透過水と濃縮水とに分
   離し、得られた前段逆浸透膜装置の濃縮水を後段逆浸透
   膜装置で透過水と濃縮水とに分離することを繰り返すと
   共に最後段逆浸透膜装置の濃縮水のｐＨを６以下に保っ
   て複数連設してなる逆浸透膜装置の通水運転を行なう逆
   浸透膜装置の運転方法において、当該通水運転の途中に
   前記最後段の逆浸透膜装置に装着された逆浸透膜をｐＨ
   ９以上の洗浄水で洗浄する洗浄操作を介在させることを
   特徴とする逆浸透膜装置の運転方法。
4. 【請求項４】 最後段の逆浸透膜装置の濃縮水中のシリ
   カ濃度がシリカの溶解度以上である請求項３に記載の逆
   浸透膜装置の運転方法。