JP3577927B2 - 膜分離装置及びその洗浄装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置と、この膜分離装置に薬液を流通させて膜モジュールを薬液で洗浄するための洗浄装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離装置に原水を通水して膜分離処理運転を継続すると、膜等に汚れが付着してくるので、所定の時期になると膜モジュールを清浄水（例えば透過水）で逆洗する。また、この逆洗を行っても透過水量が十分には回復しないほど汚れが膜等に固着してきたときには、膜モジュールを薬液で洗浄する。
【０００３】
従来、この膜モジュールを薬液洗浄するには、膜モジュールを膜分離装置の耐圧ベッセル内から取り出して洗浄する場合と、膜分離装置内に薬液を流通させて洗浄する場合とがあるが、前者の場合、膜モジュールの出し入れにかなり手間がかかる。また、後者の場合、膜分離装置に対し薬液流通用の薬液タンク、ポンプなどを付設しておく必要があり、使用頻度の少ない薬液洗浄設備を常時付帯しておかねばならないという短所がある。
【０００４】
ところで、本発明の膜分離装置は、膜モジュールが改良されたスパイラル型膜モジュールの場合に好適であるので、次に従来のスパイラル型膜モジュールについて図面を参照して説明する。
【０００５】
図５は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【０００６】
集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回されている。
【０００７】
集水管１には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透過水流路となっている。
【０００８】
袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブラインシール８が周設されている。
【０００９】
原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過してその内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後端側からモジュール外に取り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、膜モジュールを膜分離装置から取り出すことなく洗浄することができ、しかも膜分離装置に対しては常設することが不要な膜分離装置用洗浄装置を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、この洗浄装置によって膜モジュールが洗浄される膜分離装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
ところで、上記図５の従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
【００１３】
▲１▼ 集水管１内の透過水流量を多くするためには該集水管１を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲２▼ 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内から集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲３▼ 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールとして、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイラル型膜モジュールを備えた膜分離装置を提供することを第３の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の洗浄装置は、膜を洗浄する薬液を貯留するための薬液タンクと、該薬液タンク内を上室と下室とに区切る仕切りと、該上室と該下室とを弁を介して連通する中継管と、該下室内に気体を供給し、該下室内の薬液を圧送するための気体供給手段と、洗浄される膜分離装置に対し着脱可能に接続され該下室から該膜分離装置へ薬液を往送する薬液往送手段と、該膜分離装置に対し着脱可能に接続され、該膜分離装置から該上室へ薬液を返送する薬液返送手段と、を備えてなるものである。
【００１６】
また、本発明の膜分離装置は、膜モジュールを有する膜分離装置において、請求項１の洗浄装置の前記薬液往送手段の接続部と前記薬液返送手段の接続部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
かかる洗浄装置及び膜分離装置にあっては、洗浄装置の往送手段と返送手段を膜分離装置の接続部に接続し、洗浄装置の薬液タンク内の下室から膜分離装置内に薬液を供給し、該膜分離装置から薬液タンク内の上室へ薬液を返送することにより膜モジュールを洗浄することができる。この洗浄装置は、膜分離装置を薬液で洗浄するときだけ該膜分離装置に接続すればよく、１台の洗浄装置を複数の膜分離装置で共用することができる。
【００１８】
本発明の膜分離装置で用いる膜モジュールは、膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるスパイラル型膜モジュールであることが好ましい。
【００１９】
このスパイラル型膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールにおいて、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっていることが特に好ましい。
【００２０】
かかるスパイラル型膜モジュールにおいては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水として流出する。
【００２１】
袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開放部から流出する。
【００２２】
このように、透過水が袋状膜内を巻回体の軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そして、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。
【００２３】
なお、集水管を無くしているため、その分だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００２４】
また、巻回体の後端面の一部においてのみ原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めることができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）はこの膜分離装置に用いられるスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜モジュールの側面図である。図６，７は実施の形態に係る洗浄装置及び膜分離装置の断面図である。
【００２６】
図７に示す膜分離装置５０は、耐圧ベッセル５２内に図１〜４に示す構成の膜モジュール４０を挿入配置したものであり、耐圧ベッセル５２の一端側に原水供給用の配管５４が設けられ、他端側に濃縮水取出用の配管５６と透過水取出用の配管５８とが設けられている。
【００２７】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、原水は図７の左端面からモジュール４０に流入し、図の右端面の外周側から透過水が流出する。濃縮水は該右端面のソケット２５から流出する。
【００２８】
濃縮水取出用配管５６は、耐圧ベッセル５２内にまで延在し、膜モジュール４０のソケット２５に差し込まれ、該ソケット２５に対し水密的に接合されている。原水供給用配管５４及び濃縮水取出用配管５６にはそれぞれ分岐管６０，６２が設けられ、この分岐管６０，６２に弁６４，６６とホース接続用のアダプタ６８，６９が設けられている。なお、配管５４，５６，５８には弁５４ａ，５６ａ，５８ａが設けられている。
【００２９】
図６に示す洗浄装置７０は、キャスタ７２によって可動式とされた薬液タンク７４を有する。この薬液タンク７４内は仕切り７６によって上室７８と下室８０とに区画されており、両室７８，８０は弁８２を有する中継管８４によって連通可能とされている。
【００３０】
薬液タンク７４の上部にコンプレッサ８６が設置されており、配管８８を介して加圧空気が下室８０内の上部に供給可能とされている。下室８０の下部には弁９０を介してフィードホース９２が接続されている。上室７８の上部には弁９４を介してリターンホース９６が接続されている。
【００３１】
これらのホース９２，９６はそれぞれ耐圧ホースよりなり、それぞれホースフック９２ａ，９６ａに掛止可能とされている。それらの先端部にはそれぞれ前記アダプタ６８，６９にワンタッチ式に差し込まれて水密的に接続されるカプラ９９，９８が設けられている。
【００３２】
薬液タンク７４の上部には空気抜き弁１００が設けられると共に、弁１０４を介して薬液供給口１０６が設けられている。薬液タンク７４の底部にはドレン弁１０８が設けられている。
【００３３】
この洗浄装置７０は、下室８０内に薬液が貯留される。この洗浄装置７０は、薬液洗浄しようとする膜分離装置５０の近傍に移動され、フィードホース９２のカプラ９９がアダプタ６９に接続され、リターンホース９６のカプラ９８がアダプタ６８に接続される。
【００３４】
この膜分離装置５０の洗浄を開始するには、洗浄装置７０の弁９０，１００を開、弁８２，１０４を閉とする。また、膜分離装置５０においては、原水供給用の弁５４ａ、濃縮水取出用の弁５６ａ及び透過水取出用の弁５８ａを閉とし、分岐管６０，６２の弁６４，６６を開とする。
【００３５】
この状態でコンプレッサ８６によって洗浄装置７０の下室８０に加圧空気を導入すると、該下室８０内の薬液がホース９２、配管６２，５６及びソケット２５を介して膜モジュール４０の原水流路に流入し、該原水流路が薬液で洗浄される。洗浄排出液は、配管５４，６０、リターンホース９６を介して薬液タンク７４の上室７８内に流入し、該上室７８内に貯留される。上室７８内の空気は弁１００を通って大気に放出される。
【００３６】
薬液洗浄終了後は、コンプレッサ８６を停止し、弁９０を閉とし、中継管８４の弁８２を開とする。そうすると、上室７８内の薬液が下室８０内に戻る。
【００３７】
薬液洗浄終了後の膜分離装置５０にあっては、弁６４，６６を閉とした後、アダプタ６８，６９からカプラ９８，９９を取り外す。次いで、弁５４ａ，５６ａ，５８ａを開とし、原水通水を再開する。通水当初に残留薬液成分が流出するので、この薬液成分流出後、通常の採水運転に復帰する。
【００３８】
このように、この洗浄装置７０は膜分離装置５０に対し自在に接続及び接続解除できるものであり、複数台の膜分離装置５０に対し１台の洗浄装置７０を共用することができる。従って、薬液洗浄設備の削減を図ることができ、設備コストの低減と省スペース化を実現できる。
【００３９】
なお、この実施の形態ではコンプレッサ８６を用いているが、他の圧気源があればコンプレッサ８６を省略できる。
【００４０】
次に、このスパイラル型膜モジュール４０の構成について図１〜４を参照して説明する。
【００４１】
図１に示すように、この膜モジュール４０で用いられている分離膜１０は、袋状の正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺部１３において分離膜フィルム同士が接着剤等によって接着され、第４の辺部１４については一部だけを接着している。
【００４２】
第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となっている。
【００４３】
この袋状膜１０内に透過水流路材（例えばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺部１１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【００４４】
この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されている。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開放部３０に沿って付着されている。
【００４５】
複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【００４６】
第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されている。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【００４７】
袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。
【００４８】
このようにソケット２５とフィン１９とを接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【００４９】
なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、原水流路が構成される。
【００５０】
図４に示すように、巻回体２４の前縁及び後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６の外周にブラインシール２８を周設する。
【００５１】
このように構成されたスパイラル型膜モジュール４０においては、図４に示すように、巻回体２４の前端面から原水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端面から濃縮水として取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流出する。
【００５２】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【００５３】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００５４】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【００５５】
また、このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【００５６】
このスパイラル型膜モジュールの逆洗を行うときには、例えばカプラ６９に圧気源を接続し、スパイラル型膜モジュールの袋状膜１０内の透過水流路に気体圧をかける。そうすると、袋状膜１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流れ込み、まず水逆洗が行われる。気体供給を継続する（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存透過水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気体が逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実質的に無くなると、気体のみが逆流し、気体逆洗が行われる。
【００５７】
なお、逆洗を行う具体例としては、気体として空気、窒素など任意の気体を用いて、気体の供給と停止とを１０秒ずつ複数回繰り返す方法が挙げられる。もちろん、この１０秒は一例である。また、気体の供給と停止時間は異なっていても良い。
【００５８】
この水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行った後、膜モジュール内に水張りし、気体抜きを行う。気体がすべて排出されると、濃縮水及び透過水が膜モジュールから流出し始めるので、通水運転に復帰する。
【００５９】
このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行うことにより、スパイラル型膜モジュールを十分に逆洗することができ、透過水量を十分に回復させることができる。
【００６０】
なお、逆洗を行っても透過水量が十分には回復しないようになった場合に前記の薬液洗浄を行う。
【００６１】
上記実施の形態においては、ソケット２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の洗浄装置及び膜分離装置によると、膜モジュールを膜分離装置から取り出すことなく薬液洗浄することができる。また、この洗浄装置は複数の膜分離装置で共用することができるので、設備コストの削減及び省スペース化を図ることができる。
【００６３】
本発明で好適に採用されるスパイラル型膜モジュールは、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が小さく、また膜面積を大きくとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は本発明で採用するのに好適なスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【図６】実施の形態に係る洗浄装置の断面図である。
【図７】実施の形態に係る膜分離装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 袋状膜
１１ 第１の辺部
１２ 第２の辺部
１３ 第３の辺部
１４ 第４の辺部
１５ 流路材
１６，１７，１８ 接着剤
１９ フィン
２０ シャフト
２４ 巻回体
２５ ソケット
２９ メッシュスペーサ
３０ 透過水流出用の開放部
３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部
４０ スパイラル型膜モジュール
５０ 膜分離装置
５２ ベッセル
６８，６９ アダプタ
７０ 洗浄装置
７４ 薬液タンク
８６ コンプレッサ
９２ フィードホース
９６ リターンホース
９８，９９ カプラ
１００ 空気抜き弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置と、この膜分離装置に薬液を流通させて膜モジュールを薬液で洗浄するための洗浄装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離装置に原水を通水して膜分離処理運転を継続すると、膜等に汚れが付着してくるので、所定の時期になると膜モジュールを清浄水（例えば透過水）で逆洗する。また、この逆洗を行っても透過水量が十分には回復しないほど汚れが膜等に固着してきたときには、膜モジュールを薬液で洗浄する。
【０００３】
従来、この膜モジュールを薬液洗浄するには、膜モジュールを膜分離装置の耐圧ベッセル内から取り出して洗浄する場合と、膜分離装置内に薬液を流通させて洗浄する場合とがあるが、前者の場合、膜モジュールの出し入れにかなり手間がかかる。また、後者の場合、膜分離装置に対し薬液流通用の薬液タンク、ポンプなどを付設しておく必要があり、使用頻度の少ない薬液洗浄設備を常時付帯しておかねばならないという短所がある。
【０００４】
ところで、本発明の膜分離装置は、膜モジュールが改良されたスパイラル型膜モジュールの場合に好適であるので、次に従来のスパイラル型膜モジュールについて図面を参照して説明する。
【０００５】
図５は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【０００６】
集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回されている。
【０００７】
集水管１には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透過水流路となっている。
【０００８】
袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブラインシール８が周設されている。
【０００９】
原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過してその内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後端側からモジュール外に取り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、膜モジュールを膜分離装置から取り出すことなく洗浄することができ、しかも膜分離装置に対しては常設することが不要な膜分離装置用洗浄装置を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
また、本発明は、この洗浄装置によって膜モジュールが洗浄される膜分離装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
ところで、上記図５の従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
【００１３】
▲１▼ 集水管１内の透過水流量を多くするためには該集水管１を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲２▼ 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内から集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲３▼ 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールとして、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイラル型膜モジュールを備えた膜分離装置を提供することを第３の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の洗浄装置は、膜を洗浄する薬液を貯留するための薬液タンクと、該薬液タンク内を上室と下室とに区切る仕切りと、該上室と該下室とを弁を介して連通する中継管と、該下室内に気体を供給し、該下室内の薬液を圧送するための気体供給手段と、洗浄される膜分離装置に対し着脱可能に接続され該下室から該膜分離装置へ薬液を往送する薬液往送手段と、該膜分離装置に対し着脱可能に接続され、該膜分離装置から該上室へ薬液を返送する薬液返送手段と、を備えてなるものである。
【００１６】
また、本発明の膜分離装置は、膜モジュールを有する膜分離装置において、請求項１の洗浄装置の前記薬液往送手段の接続部と前記薬液返送手段の接続部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
かかる洗浄装置及び膜分離装置にあっては、洗浄装置の往送手段と返送手段を膜分離装置の接続部に接続し、洗浄装置の薬液タンク内の下室から膜分離装置内に薬液を供給し、該膜分離装置から薬液タンク内の上室へ薬液を返送することにより膜モジュールを洗浄することができる。この洗浄装置は、膜分離装置を薬液で洗浄するときだけ該膜分離装置に接続すればよく、１台の洗浄装置を複数の膜分離装置で共用することができる。
【００１８】
本発明の膜分離装置で用いる膜モジュールは、膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるスパイラル型膜モジュールであることが好ましい。
【００１９】
このスパイラル型膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールにおいて、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっていることが特に好ましい。
【００２０】
かかるスパイラル型膜モジュールにおいては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水として流出する。
【００２１】
袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開放部から流出する。
【００２２】
このように、透過水が袋状膜内を巻回体の軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そして、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。
【００２３】
なお、集水管を無くしているため、その分だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００２４】
また、巻回体の後端面の一部においてのみ原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めることができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）はこの膜分離装置に用いられるスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜モジュールの側面図である。図６，７は実施の形態に係る洗浄装置及び膜分離装置の断面図である。
【００２６】
図７に示す膜分離装置５０は、耐圧ベッセル５２内に図１〜４に示す構成の膜モジュール４０を挿入配置したものであり、耐圧ベッセル５２の一端側に原水供給用の配管５４が設けられ、他端側に濃縮水取出用の配管５６と透過水取出用の配管５８とが設けられている。
【００２７】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、原水は図７の左端面からモジュール４０に流入し、図の右端面の外周側から透過水が流出する。濃縮水は該右端面のソケット２５から流出する。
【００２８】
濃縮水取出用配管５６は、耐圧ベッセル５２内にまで延在し、膜モジュール４０のソケット２５に差し込まれ、該ソケット２５に対し水密的に接合されている。原水供給用配管５４及び濃縮水取出用配管５６にはそれぞれ分岐管６０，６２が設けられ、この分岐管６０，６２に弁６４，６６とホース接続用のアダプタ６８，６９が設けられている。なお、配管５４，５６，５８には弁５４ａ，５６ａ，５８ａが設けられている。
【００２９】
図６に示す洗浄装置７０は、キャスタ７２によって可動式とされた薬液タンク７４を有する。この薬液タンク７４内は仕切り７６によって上室７８と下室８０とに区画されており、両室７８，８０は弁８２を有する中継管８４によって連通可能とされている。
【００３０】
薬液タンク７４の上部にコンプレッサ８６が設置されており、配管８８を介して加圧空気が下室８０内の上部に供給可能とされている。下室８０の下部には弁９０を介してフィードホース９２が接続されている。上室７８の上部には弁９４を介してリターンホース９６が接続されている。
【００３１】
これらのホース９２，９６はそれぞれ耐圧ホースよりなり、それぞれホースフック９２ａ，９６ａに掛止可能とされている。それらの先端部にはそれぞれ前記アダプタ６８，６９にワンタッチ式に差し込まれて水密的に接続されるカプラ９９，９８が設けられている。
【００３２】
薬液タンク７４の上部には空気抜き弁１００が設けられると共に、弁１０４を介して薬液供給口１０６が設けられている。薬液タンク７４の底部にはドレン弁１０８が設けられている。
【００３３】
この洗浄装置７０は、下室８０内に薬液が貯留される。この洗浄装置７０は、薬液洗浄しようとする膜分離装置５０の近傍に移動され、フィードホース９２のカプラ９９がアダプタ６９に接続され、リターンホース９６のカプラ９８がアダプタ６８に接続される。
【００３４】
この膜分離装置５０の洗浄を開始するには、洗浄装置７０の弁９０，１００を開、弁８２，１０４を閉とする。また、膜分離装置５０においては、原水供給用の弁５４ａ、濃縮水取出用の弁５６ａ及び透過水取出用の弁５８ａを閉とし、分岐管６０，６２の弁６４，６６を開とする。
【００３５】
この状態でコンプレッサ８６によって洗浄装置７０の下室８０に加圧空気を導入すると、該下室８０内の薬液がホース９２、配管６２，５６及びソケット２５を介して膜モジュール４０の原水流路に流入し、該原水流路が薬液で洗浄される。洗浄排出液は、配管５４，６０、リターンホース９６を介して薬液タンク７４の上室７８内に流入し、該上室７８内に貯留される。上室７８内の空気は弁１００を通って大気に放出される。
【００３６】
薬液洗浄終了後は、コンプレッサ８６を停止し、弁９０を閉とし、中継管８４の弁８２を開とする。そうすると、上室７８内の薬液が下室８０内に戻る。
【００３７】
薬液洗浄終了後の膜分離装置５０にあっては、弁６４，６６を閉とした後、アダプタ６８，６９からカプラ９８，９９を取り外す。次いで、弁５４ａ，５６ａ，５８ａを開とし、原水通水を再開する。通水当初に残留薬液成分が流出するので、この薬液成分流出後、通常の採水運転に復帰する。
【００３８】
このように、この洗浄装置７０は膜分離装置５０に対し自在に接続及び接続解除できるものであり、複数台の膜分離装置５０に対し１台の洗浄装置７０を共用することができる。従って、薬液洗浄設備の削減を図ることができ、設備コストの低減と省スペース化を実現できる。
【００３９】
なお、この実施の形態ではコンプレッサ８６を用いているが、他の圧気源があればコンプレッサ８６を省略できる。
【００４０】
次に、このスパイラル型膜モジュール４０の構成について図１〜４を参照して説明する。
【００４１】
図１に示すように、この膜モジュール４０で用いられている分離膜１０は、袋状の正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺部１３において分離膜フィルム同士が接着剤等によって接着され、第４の辺部１４については一部だけを接着している。
【００４２】
第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となっている。
【００４３】
この袋状膜１０内に透過水流路材（例えばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺部１１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【００４４】
この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されている。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開放部３０に沿って付着されている。
【００４５】
複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【００４６】
第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されている。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【００４７】
袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。
【００４８】
このようにソケット２５とフィン１９とを接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【００４９】
なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、原水流路が構成される。
【００５０】
図４に示すように、巻回体２４の前縁及び後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６の外周にブラインシール２８を周設する。
【００５１】
このように構成されたスパイラル型膜モジュール４０においては、図４に示すように、巻回体２４の前端面から原水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端面から濃縮水として取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流出する。
【００５２】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【００５３】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００５４】
このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【００５５】
また、このスパイラル型膜モジュール４０にあっては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【００５６】
このスパイラル型膜モジュールの逆洗を行うときには、例えばカプラ６９に圧気源を接続し、スパイラル型膜モジュールの袋状膜１０内の透過水流路に気体圧をかける。そうすると、袋状膜１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流れ込み、まず水逆洗が行われる。気体供給を継続する（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存透過水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気体が逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実質的に無くなると、気体のみが逆流し、気体逆洗が行われる。
【００５７】
なお、逆洗を行う具体例としては、気体として空気、窒素など任意の気体を用いて、気体の供給と停止とを１０秒ずつ複数回繰り返す方法が挙げられる。もちろん、この１０秒は一例である。また、気体の供給と停止時間は異なっていても良い。
【００５８】
この水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行った後、膜モジュール内に水張りし、気体抜きを行う。気体がすべて排出されると、濃縮水及び透過水が膜モジュールから流出し始めるので、通水運転に復帰する。
【００５９】
このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行うことにより、スパイラル型膜モジュールを十分に逆洗することができ、透過水量を十分に回復させることができる。
【００６０】
なお、逆洗を行っても透過水量が十分には回復しないようになった場合に前記の薬液洗浄を行う。
【００６１】
上記実施の形態においては、ソケット２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の洗浄装置及び膜分離装置によると、膜モジュールを膜分離装置から取り出すことなく薬液洗浄することができる。また、この洗浄装置は複数の膜分離装置で共用することができるので、設備コストの削減及び省スペース化を図ることができる。
【００６３】
本発明で好適に採用されるスパイラル型膜モジュールは、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が小さく、また膜面積を大きくとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は本発明で採用するのに好適なスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【図６】実施の形態に係る洗浄装置の断面図である。
【図７】実施の形態に係る膜分離装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 袋状膜
１１ 第１の辺部
１２ 第２の辺部
１３ 第３の辺部
１４ 第４の辺部
１５ 流路材
１６，１７，１８ 接着剤
１９ フィン
２０ シャフト
２４ 巻回体
２５ ソケット
２９ メッシュスペーサ
３０ 透過水流出用の開放部
３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部
４０ スパイラル型膜モジュール
５０ 膜分離装置
５２ ベッセル
６８，６９ アダプタ
７０ 洗浄装置
７４ 薬液タンク
８６ コンプレッサ
９２ フィードホース
９６ リターンホース
９８，９９ カプラ
１００ 空気抜き弁
Claims (4)
- 膜を洗浄する薬液を貯留するための薬液タンクと、
該薬液タンク内を上室と下室とに区切る仕切りと、
該上室と該下室とを弁を介して連通する中継管と、
該下室内に気体を供給し、該下室内の薬液を圧送するための気体供給手段と、
洗浄される膜分離装置に対し着脱可能に接続され該下室から該膜分離装置へ薬液を往送する薬液往送手段と、
該膜分離装置に対し着脱可能に接続され、該膜分離装置から該上室へ薬液を返送する薬液返送手段と、を備えてなる膜分離装置用洗浄装置。 - 膜モジュールを有する膜分離装置において、請求項１の洗浄装置の前記薬液往送手段の接続部と前記薬液返送手段の接続部とを備えたことを特徴とする膜分離装置。
- 請求項２において、前記膜モジュールは、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるスパイラル型膜モジュールであることを特徴とする膜分離装置。
- 請求項３において、前記膜モジュールは、膜が第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形の袋状膜であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、
前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、
該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイラル型膜モジュールであることを特徴とする膜分離装置。
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