JP3659105B2 - Operation method of membrane separator - 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(MF)膜分離装置、限外濾過(UF)膜分離装置、逆浸透(RO)膜分離装置などの膜分離装置の運転方法に関する。詳しくは膜モジュールがスパイラル型膜モジュールである場合に好適な膜分離装置の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
膜分離装置に用いられる膜モジュールとして、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
【0003】
第11図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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
上記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。
(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。
【0009】
本発明者は、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特開平10−272342号等にて提案している。
【0010】
第7〜10図は同号公報に記載のスパイラル型膜モジュールを示すものであり、第7図(a)は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、第7図(b),(c)はそれぞれ第7図(a)のB−B線、C−C線に沿う断面図である。第8図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、第9図は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、第10図はスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【0011】
この袋状膜10は、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。この袋状膜10は、長い一枚の分離膜フィルムを第2の辺部12の部分で二つに折り返し、第1の辺部11及び第3の辺部13において折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着し、第4の辺部14の一部については接着を行うことなく開放部とした袋状のものである。
【0012】
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。
【0013】
この袋状の膜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たものに限らず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、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の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【0014】
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。
【0015】
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10,10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。
【0016】
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。
【0017】
袋状膜10をシャフト20の周りに図8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9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。
【0018】
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。
【0019】
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8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。
【0020】
第10図に示すように、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。
【0021】
このように構成されたスパイラル型膜モジュールにおいては、第10図に示すように、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。
【0022】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、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。
【0023】
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。
【0024】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、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。
【0025】
また、このスパイラル型膜モジュールにあっては、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。
【0026】
特開平11−169684号公報には、このスパイラル型膜モジュールの逆洗方法として、巻回体内部に透過水が存在する状態で透過水側に逆洗用気体を供給し、残存する透過水を逆流させ、その後、残存透過水が減少し気液混合状態を経て気体のみが流れるようになるまで気体供給を継続する方法が開示されている。
【0027】
特開平11−207335号公報には、この膜モジュールの逆洗方法として、原水を通水したまま、透過水の採水を停止し、透過水側に気体を供給して逆洗する第1の逆洗工程と、原水の通水を停止して気体を供給し逆洗する第2の逆洗工程とを行う方法が記載されている。
【0028】
また、特開平11−137977号公報には、この膜モジュールを薬品(洗浄薬品溶液)で洗浄する装置が記載されている。
【0029】
ところで、一般に、膜分離装置の膜モジュールは、通水運転により膜面に付着したSS成分の除去を短い間隔(例えば8分に1回)にて実施する空気逆洗と長い間隔(例えば1ヶ月に1回)にて実施する薬品洗浄で実施していた。
【0030】
この薬品洗浄は、薬剤コストがかかると共に、排出される使用済みの薬品は、廃液処理が必要となる。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水による逆洗だけで透過水量を十分に回復させることが可能な膜分離装置の運転方法を提供することを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】
請求項1の膜分離装置の運転方法は、透過水ラインを共通とした複数の膜モジュールを備えてなる膜分離装置の運転方法において、一部の膜モジュールにて該逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給する透過水供給工程と、次いでこの二次側に加圧気体を供給する加圧気体供給工程とを有し、前記透過水供給工程と加圧気体供給工程とを複数回繰り返し行うことを特徴とするものである。
請求項2の膜分離装置の運転方法は、透過水ラインを共通とした複数の膜モジュールを備えてなる膜分離装置の運転方法において、一部の膜モジュールにて逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給する 透過水供給工程と、次いでこの二次側に加圧気体を供給する加圧気体供給工程と、更に濃縮水流路に加圧気体を供給する通気工程とを有し、前記透過水供給工程と加圧気体供給工程と通気工程とを複数回繰り返し行うことを特徴とするものである。
【0033】
かかる膜分離装置の運転方法によると、逆洗により膜面の付着物をかなり高効率にて除去することができる。また、この逆洗の間、他の膜モジュールにて定常濾過運転を行うので、濾過水を安定して生産することができると共に、該他の膜モジュールからの透過水を該他の膜モジュールの排出水圧を利用して逆洗対象膜モジュールに供給するので逆洗用のポンプが不要である。
【0034】
この逆洗用の水を膜モジュールの二次側に導入するため、膜の汚染が防止される。
【0035】
この二次側に逆洗用の水を供給した後、該二次側に加圧気体を供給することにより、この水が膜モジュールから排出される。このように水を気体によって排出することにより、逆洗用の水量が少量で足りるようになる。また、気液混相流にて膜が逆洗されるようになり、洗浄効果が高まる。
【0036】
この逆洗動作(他モジュールの透過水の導入及びその後の加圧気体の導入)を繰り返し行うことにより、薬品による膜モジュールの洗浄と同程度の洗浄効果を得ることができる。これにより、薬品洗浄工程を不要とすることもできる。ただし、必要により、膜モジュールの逆洗のために膜モジュールに供給される他の膜モジュールからの透過水に対し少量の次亜塩素酸ソーダ、鉱酸、アルカリ等を添加しても良く、このようにすれば洗浄効果をさらに高めることができる。
【0037】
本発明の膜分離装置の運転方法は、上記の特開平10−272342号公報のスパイラル型膜モジュール、即ち、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であって、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ものに特に好適に適用できる。
【0038】
このタイプのスパイラル型膜モジュールは、繰り返し逆洗が施されても破損しにくく、また逆洗が容易であり且つ逆洗により透過水量が回復し易い。
【0039】
本発明では、原水としては井水、表流水、工場排水などが例示されるが、これに限定されるものではない。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第1図は本発明方法が適用される膜分離装置の系統図である。
【0041】
前記第7〜10図の構造のスパイラル型膜モジュール40A,40Bが円筒状の耐圧ベッセル50A,50B内に収容されている。ベッセル50A,50Bの前端面の原水ポート51A,51Bには、弁61A,61Bを有した原水ライン60A,60Bを介して集合原水ライン60が接続されている。この原水ライン60に原水ポンプ60Pが設けられている。
【0042】
この弁61Aと原水ポート51Aとの間の原水ライン60A及び、弁61Bと原水ポート51Bとの間の原水ライン60Bからは逆洗排水取出ライン62A,62Bがそれぞれ分岐し、該排水取出ライン62A,62Bに弁63A,63Bが設けられている。
【0043】
ベッセル50A,50Bの後端面の中央の濃縮水ポート52A,52Bには前記ソケット25が内嵌している。この濃縮水ポート52A,52Bには弁71A,71Bを有した濃縮水ライン70A,70Bが接続されている。
【0044】
ベッセル50A,50Bの後端面の周辺側に位置する透過水ポート53A,53Bには弁81A,81Bを有した透過水ライン80A,80Bが接続されている。この透過水ライン80A,80Bは集合透過水ライン83に合流しており、この集合透過水ライン83に弁83Vが設けられている。
【0045】
また、透過水ポート53A,53Bと弁81A,81Bとの間の透過水ライン80A,80Bには、逆洗用の気体ライン86A,86Bが接続されており、この気体ライン86A,86Bに弁87A,87Bが設けられている。気体ライン86A,86Bは集合気体ライン87を介してコンプレッサ87C等の加圧空気源に連結されている。
【0046】
前記濃縮水ライン70A,70Bのうち濃縮ポート52A,52Bと弁71A,71Bとの間に気体ライン84A,84Bが接続されている。この気体ライン84A,84Bは、集合気体ライン84及び前記集合気体ライン87を介してコンプレッサ87Cに連結されている。
【0047】
このように構成された膜分離装置の運転方法について、次に第2〜6図を参照して説明する。
【0048】
(1) 定常濾過運転(第2図)
双方の膜モジュール40A,40Bにおいて通水運転(膜分離処理運転)する定常濾過運転時には、弁61A,61B,71A,71B,81A,81B,83Vが開とされ、その他の弁63A,63B,85A,85B,87A,87Bは閉とされている。そして、原水が原水ポート51A,51Bからベッセル50A,50B内に供給され、濃縮水はソケット25,ポート52A,52B及び濃縮水ライン70A,70Bを介して流出し、透過水はベッセル50A,50B内の後部側の透過水室54A,54Bから透過水ポート53A,53B及び透過水ライン80A,80B,83を介して取り出される。
【0049】
(2) 逆洗時(第1段階:第3図)
一方の膜モジュール例えば膜モジュール40Aの逆洗を行うときには、まず膜モジュール40A内に空気を導入し、水を排出する。即ち、弁61A,71A,81Aを閉とし、弁63A,87Aを開とする。弁85Aは閉のままとする。
【0050】
このとき、膜モジュール40Bでは濾過運転を行うので、弁61B,71B,81Bは開のままとし、弁63B,85B,87Bは閉のままとする。
【0051】
そして、コンプレッサ87Cを作動させて気体ライン87に気体(空気、窒素など)を供給する。これにより、ベッセル50A及び膜モジュール40A内の残留水が逆洗排水取出ライン62Aを介して排出される。
【0052】
(3) 逆洗時(第2段階:第4図)
次いで、コンプレッサ87Cを停止し、弁63A,87Aを閉とし、代りに弁81Aを開とする。その他の弁は第3図と同一の状態としておく。これにより、膜モジュール40Bの透過水の一部がベッセル50A内に流入する。この際、弁61A,63Aが閉となっているので、ベッセル50A内の残留空気が圧縮されながら、透過水がベッセル50A内に流入する。
【0053】
なお、このとき必要に応じ弁83Vの開度を調節してもよい。また、この例では、弁83Vを開としているが、弁83Vを閉とし、膜モジュール40Bの透過水の全量をベッセル50Aに供給しても良い。
【0054】
(4) 逆洗時(第3段階:第5図)
次いで、弁81Aを閉とし、弁87A,63Aを開とする。その他の弁は第4図のままとする。そして、コンプレッサ87Cを作動させる。これにより、空気圧が透過水ポート53A,ベッセル50A内の透過水室54Aを介してスパイラル型膜モジュール40Aの袋状膜10内の透過水流路に伝播し、透過水室54A及び袋状膜10内の水が袋状膜10同士の間の原水流路に流れ込み、原水ポート51A及び逆洗排水取出ライン62Aを介して流出する。
【0055】
これにより、膜モジュール40Aが逆洗されるので、その後(1)の定常濾過運転に復帰する。なお、この第1段階〜第3段階の工程を実施した後、第2段階〜第3段階の工程を複数回(50〜1000回)実施することによって膜透過流束の回復を図ることができる。
【0056】
この逆洗を適用してもなお透過水量が十分には回復しないようになったとき、即ち、どうしても薬品洗浄でなければ除去できない付着物が膜面に溜まったときだけ薬品洗浄を行えば良い。これにより、薬品洗浄頻度が激減し、薬品コストが低減されるだけでなく、排液処理量も著しく少なくて済むようになる。
【0057】
上記の逆洗第3段階(4)においては、水を逆流させた後、気液混相流による逆洗及び気体による逆洗まで行っても良く、気液混相流による逆洗の段階で止めても良く、水のみによる逆洗の段階で止めても良い。
【0058】
ただし、水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行うことにより、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。
【0059】
また、上記の逆洗第3段階(4)の後、第6図に示す第4段階の通気(工程(5))を行っても良い。この第6図では、弁85Aを開、87Aを閉とし、その他の弁は第5図と同一状態としている。これにより、コンプレッサ87Cからの空気が濃縮水ポート52Aを介して膜モジュール40Aの濃縮水流路に供給される。この通気により、前記逆洗第3段階(4)において膜面に浮き上がったSS成分が除去される。ただし、この第6図の工程は省略されても良い。
【0060】
上記とは逆に膜モジュール40Bを逆洗し、膜モジュール40Aで濾過運転を行うときには、各弁の開閉を上記(2)〜(4)、あるいは(2)〜(5)の場合と全く逆にすればよい。
【0061】
定常濾過運転を継続する間に、定期的に又は適宜必要となったときに各膜モジュール40A,40Bを短時間だけ逆洗する。なお、一方の膜モジュールで短時間逆洗を行うときには、他方の膜モジュールでは濾過運転を行う。
【0062】
なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジュール40A,40Bをシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置きするのが好ましい。
【0063】
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。
【0064】
本発明は、第7〜10図の膜モジュール以外の膜モジュールを備えた膜分離装置の洗浄にも適用できる。また、膜モジュールを3基以上設けてもよい。
【0065】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0066】
実施例1
第1図の装置において、膜モジュール40A,40Bとして孔径0.2μmのPTFE製のMF膜モジュールを用いた。膜面積は10m2である。原水としてはSS約1mg/Lの井水を用いた。
【0067】
この濾過運転にあっては、8分毎に第2〜5図に示す手順に従って逆洗を行った。なお、第4図に示す他膜モジュールの透過水注入は20秒間行い、第5図に示す加圧空気(圧力0.5MPa)供給は10秒間行った。
【0068】
14日経過後の膜透過流束は2.8m/d/100kPa,25℃であった。
【0069】
比較例1
実施例1において、逆洗の第1段階及び第2段階を省略し、第3段階のみ行った他は実施例1と同様にして濾過運転を行った。(従って、逆洗は8分20秒毎に10秒間だけ行ったことになる。)14日経過後の膜透過流束は1.2m/d/100kPa.at25℃であった。
【0070】
実施例2
比較例1において膜透過流束が1.2m/d/100kPa,25℃に低下した膜を第4〜5図の工程を1回/分で繰り返し実施した。その結果、膜透過流束は次のように経時変化し、このことにより、第4〜5図の工程を50回程度、好ましくは100回以上実施することにより膜透過流束は十分回復することがわかった。なお、次の〔 〕内の数値は逆洗回数を示す。
0時間 〔−〕 1.2(m/d/100kPa,25℃にて)
0.5時間〔30回〕 1.7(m/d/100kPa,25℃にて)
1時間〔60回〕 2.2(m/d/100kPa,25℃にて)
2時間〔120回〕 3.1(m/d/100kPa,25℃にて)
3時間〔180回〕 3.5(m/d/100kPa,25℃にて)
【0071】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると膜分離装置の透過水量を水及び気体逆洗だけで十分に回復させることができる。このため、洗浄コストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図2】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図3】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図4】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図5】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図6】 実施の形態に係る膜モジュールの洗浄方法を示す通水系統図である。
【図7】 (a)図は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8】 図7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9】 図7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10】 図7のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図11】 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。
【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
40A,40B スパイラル型膜モジュール
50A,50B ベッセル
60,60A,60B 原水ライン
62A,62B 逆洗排水取出ライン
70A,70B 濃縮水ライン
80A,80B,83 透過水ライン
84,84A,84B,86A,86B,87 気体ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for operating a membrane separation device such as a microfiltration (MF) membrane separation device, an ultrafiltration (UF) membrane separation device, and a reverse osmosis (RO) membrane separation device. Specifically, the present invention relates to a method for operating a membrane separation apparatus suitable when the membrane module is a spiral membrane module.
[0002]
[Prior art]
As a membrane module used in a membrane separator, there is a spiral membrane module in which a separation membrane is wound around the outer periphery of a water collecting pipe.
[0003]
FIG. 11 is a partially exploded perspective view showing the structure of a conventional spiral membrane module.
[0004]
A plurality of bag-like separation membranes 2 are wound around the outer periphery of the water collecting pipe 1 via
[0005]
The water collecting pipe 1 is provided with a slit-like opening that communicates the inside and outside of the pipe. The separation membrane 2 has a bag shape, and the central portion surrounds the water collecting pipe 1. A channel material 4 made of mesh spacers or the like is inserted into the bag-shaped separation membrane 2, and the inside of the bag-shaped separation membrane (bag-shaped membrane) 2 is a permeate channel.
[0006]
A top ring 6 and an
[0007]
The raw water flows into the raw water flow path between the bag-like membranes 2 from the front end face of the
[0008]
The conventional spiral membrane module has the following problems to be solved.
(1) In order to increase the flow rate of the permeate in the water collecting pipe 1, it is necessary to increase the diameter of the water collecting pipe 1, but if this is done, the diameter of the spiral membrane module will also increase.
(2) Since the permeated water that has permeated into the bag-like membrane 2 flows to the water collecting pipe 1 while rotating in the bag-like membrane 2 spirally, the flow resistance in the bag-like membrane 2 is large. Moreover, the flow resistance in the vicinity of the collecting pipe slit portion flowing into the collecting pipe 1 from the bag-like membrane 2 is also large.
(3) The flow rate of raw water flowing through the raw water flow path decreases toward the downstream side. (The raw water flow rate is reduced by the amount of the concentrated raw water.) For this reason, the raw water flow velocity is reduced in the downstream area of the raw water flow path, and dirt is likely to adhere.
[0009]
The present inventor has solved the above-described conventional problems, does not require a water collection pipe, and forms a wound body by winding a bag-shaped membrane around a shaft as a spiral membrane module having low permeate flow resistance. Japanese Patent Laid-Open No. 10-272342 proposes a spiral membrane module in which raw water is supplied from one end face of the body and permeate is taken out from the other end face of the wound body.
[0010]
FIGS. 7 to 10 show a spiral membrane module described in the publication, and FIG. 7 (a) is a perspective view of a bag-like membrane of the spiral membrane membrane and a shaft around which the bag-like membrane is wound, FIGS. 7B and 7C are sectional views taken along lines BB and CC in FIG. 7A, respectively. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of winding a bag-like membrane around a shaft, FIG. 9 is a perspective view showing an engagement relationship between a wound body and a socket, and FIG. 10 is a side view of a spiral membrane module. is there.
[0011]
The bag-
[0012]
From the middle of the fourth side 14 to the third side 13, the separation membrane films of the bag-
[0013]
A permeate channel material (for example, made of mesh spacers) 15 is inserted and disposed in the bag-
[0014]
An adhesive 16 is attached to one surface of the bag-
[0015]
By winding a plurality of bag-
[0016]
A
[0017]
Raw water flow path member as shown in FIG. 8 Fukurojomaku 10 around the
[0018]
By joining the
[0019]
Note that when winding the
[0020]
As shown in FIG. 10, a top ring 26 and an end ring 27 are formed on the front edge and the rear edge of the wound body 24 by a synthetic resin mold, respectively, and a brine seal 28 is provided around the outer periphery of the top ring 26.
[0021]
In the spiral membrane module thus configured, as shown in FIG. 10, raw water flows from the front end face of the wound body 24 into the raw water flow path between the bag-
[0022]
In this spiral membrane module, the permeated water flows in the bag-
[0023]
Note that the water collecting pipe is omitted, and the length of the bag-
[0024]
In this spiral membrane module, the outlet portion of the raw water channel is provided only inside the
[0025]
Further, in this spiral membrane module, the
[0026]
In JP-A-11-169684, as a back washing method for this spiral membrane module, a back washing gas is supplied to the permeate side in a state where the permeate exists inside the wound body, and the remaining permeate is A method is disclosed in which the gas flow is continued until the remaining permeated water decreases and then only the gas flows through the gas-liquid mixed state.
[0027]
In JP-A-11-207335, as a back washing method of the membrane module, the first sampling is performed by stopping the sampling of the permeated water while supplying the raw water and supplying the gas to the permeated water side for back washing. A method is described in which a backwashing process and a second backwashing process in which gas is supplied and backwashing is stopped by stopping the flow of raw water.
[0028]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-137777 describes an apparatus for cleaning this membrane module with a chemical (cleaning chemical solution).
[0029]
By the way, in general, the membrane module of the membrane separation apparatus is equipped with an air backwash that removes the SS component adhering to the membrane surface at a short interval (for example, once every 8 minutes) and a long interval (for example, one month). In the chemical cleaning performed once).
[0030]
This chemical cleaning requires a chemical cost, and used chemicals to be discharged require a waste liquid treatment.
[0031]
[Problems to be solved by the invention]
An object of this invention is to provide the operating method of the membrane separator which can fully recover | restore the amount of permeated water only by the backwashing with water.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The operation method of the membrane separation apparatus according to claim 1 is the operation method of the membrane separation apparatus including a plurality of membrane modules having a common permeate line. It has between permeated water supplying step of the permeate is supplied to the secondary side of the backwash target membrane module by the discharge pressure of the membrane module, and then a pressurized gas supply step of supplying pressurized gas to the secondary side The permeated water supply step and the pressurized gas supply step are repeated a plurality of times .
The operation method of the membrane separation apparatus according to claim 2 is the operation method of the membrane separation apparatus including a plurality of membrane modules having a common permeate line, and when the backwashing is performed with some of the membrane modules, A permeated water supplying step of supplying permeated water of the membrane module to the secondary side of the membrane module to be backwashed by the discharge pressure , a pressurized gas supplying step of supplying pressurized gas to the secondary side, and a concentrated water flow And a ventilation step of supplying pressurized gas to the passage, and the permeated water supply step, the pressurized gas supply step, and the ventilation step are repeated a plurality of times.
[0033]
According to the operation method of the membrane separation apparatus, the deposits on the membrane surface can be removed with high efficiency by backwashing. In addition, during this backwash, a steady filtration operation is performed in another membrane module, so that filtered water can be stably produced and permeated water from the other membrane module can be supplied to the other membrane module. Since the drain water pressure is used to supply the backwash target membrane module, a backwash pump is not required.
[0034]
Since the water for backwashing is introduced into the secondary side of the membrane module, contamination of the membrane is prevented.
[0035]
After supplying water for backwashing to the secondary side, this water is discharged from the membrane module by supplying pressurized gas to the secondary side. Thus, by discharging water by gas, a small amount of water for backwashing is sufficient. Further, the membrane is backwashed by the gas-liquid mixed phase flow, and the cleaning effect is enhanced.
[0036]
By repeatedly performing this backwashing operation (introducing the permeated water of the other module and then introducing the pressurized gas), it is possible to obtain the same cleaning effect as that of the membrane module with chemicals. Thereby, a chemical cleaning process can be made unnecessary. However, if necessary, a small amount of sodium hypochlorite, mineral acid, alkali, etc. may be added to the permeated water from other membrane modules supplied to the membrane module for back washing of the membrane module. By doing so, the cleaning effect can be further enhanced.
[0037]
The operation method of the membrane separation apparatus of the present invention is the spiral membrane module disclosed in the above-mentioned JP-A-10-272342, that is, a permeate flow path material is arranged inside the bag-like membrane, and between the bag-like membranes. A spiral membrane module in which a raw water channel material is disposed, wherein the bag-like membrane is a substantially rectangular shape having first, second, third and fourth sides, and the first and second And the third side is sealed, the fourth side is partially open and the rest is closed, and the first side perpendicular to the fourth side is applied to the shaft. The bag-like film is wound to form a wound body, the fourth side portion faces the rear end surface of the wound body, and the second side portion facing the fourth side portion is the wound body. The raw water flow path between the bag-like membranes is sealed with the entire third side portion, and the fourth side portion has an opening portion of the bag-like membrane. Portion comprising has a closed section, and portions overlapping with the closure of the bag-shaped film can be particularly suitably applied to what is an open unit.
[0038]
This type of spiral membrane module is not easily damaged even if it is repeatedly backwashed, is easily backwashed, and the amount of permeate is easily recovered by backwashing.
[0039]
In the present invention, examples of raw water include well water, surface water, and factory effluent, but are not limited thereto.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a membrane separation apparatus to which the method of the present invention is applied.
[0041]
The
[0042]
Backwash
[0043]
The
[0044]
[0045]
Further,
[0046]
[0047]
Next, an operation method of the membrane separation apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0048]
(1) Steady filtration operation (Fig. 2)
At the time of steady filtration operation in which water passage operation (membrane separation operation) is performed in both
[0049]
(2) During backwash (1st stage: Fig. 3)
When one membrane module, for example, the membrane module 40A is backwashed, air is first introduced into the membrane module 40A and water is discharged. That is, the
[0050]
At this time, since the
[0051]
Then, the
[0052]
(3) During backwash (second stage: Fig. 4)
Next, the
[0053]
At this time, the opening degree of the
[0054]
(4) During backwash (3rd stage: Fig. 5)
Next, the
[0055]
As a result, the membrane module 40A is back-washed, and thereafter returns to the steady filtration operation of (1) . In addition, after implementing the process of the 1st stage-the 3rd stage, recovery of a membrane permeation flux can be aimed at by implementing the process of the 2nd stage-the 3rd stage several times (50-1000 times). .
[0056]
Chemical cleaning may be performed only when the amount of permeated water does not sufficiently recover even when this backwashing is applied, that is, when deposits that cannot be removed without chemical cleaning are collected on the film surface. As a result, the frequency of chemical cleaning is drastically reduced, and not only the cost of chemicals is reduced, but also the amount of drainage can be remarkably reduced.
[0057]
In the above third stage of backwashing (4) , after backflowing water, backwashing by gas-liquid mixed phase flow and backwashing by gas may be performed, and stopped at the stage of backwashing by gas-liquid mixed phase flow. It is also possible to stop at the stage of backwashing with only water.
[0058]
However, by performing water backwashing, gas-liquid mixing backwashing, and gas backwashing, the membrane module can be sufficiently backwashed, and the amount of permeated water can be sufficiently recovered.
[0059]
Further, after the third step (4) of backwashing, the fourth step of ventilation (step (5) ) shown in FIG. 6 may be performed. In FIG. 6, the
[0060]
Contrary to the above, when the
[0061]
While continuing the steady filtration operation, the
[0062]
In order to increase the backwashing efficiency, it is preferable to place the
[0063]
In the above embodiment, the permeate outflow part is arranged on the outer peripheral side of the
[0064]
The present invention can also be applied to cleaning of a membrane separation apparatus provided with a membrane module other than the membrane modules shown in FIGS. Three or more membrane modules may be provided.
[0065]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0066]
Example 1
In the apparatus shown in FIG. 1, MF membrane modules made of PTFE having a pore diameter of 0.2 μm were used as the
[0067]
In this filtration operation, backwashing was performed every 8 minutes according to the procedure shown in FIGS. The permeated water injection of the other membrane module shown in FIG. 4 was performed for 20 seconds, and the supply of pressurized air (pressure 0.5 MPa) shown in FIG. 5 was performed for 10 seconds.
[0068]
The membrane permeation flux after 14 days was 2.8 m / d / 100 kPa, 25 ° C.
[0069]
Comparative Example 1
In Example 1, the filtration operation was performed in the same manner as in Example 1 except that the first and second stages of backwashing were omitted and only the third stage was performed. (Thus, backwashing was performed for 10 seconds every 8 minutes and 20 seconds.) The membrane permeation flux after 14 days passed was 1.2 m / d / 100 kPa. at 25 ° C.
[0070]
Example 2
In Comparative Example 1, the membrane permeation flux was 1.2 m / d / 100 kPa and the membrane was lowered to 25 ° C., and the steps of FIGS. 4 to 5 were repeated once / minute. As a result, the membrane permeation flux changes with time as follows. By this, the membrane permeation flux is sufficiently recovered by carrying out the steps of FIGS. 4 to 5 about 50 times, preferably 100 times or more. I understood. In addition, the numerical value in the following [] shows the number of backwashing.
0 hours [-] 1.2 (m / d / 100 kPa at 25 ° C)
0.5 hours [30 times] 1.7 (m / d / 100 kPa at 25 ° C.)
1 hour [60 times] 2.2 (m / d / 100 kPa at 25 ° C.)
2 hours [120 times] 3.1 (m / d / 100 kPa at 25 ° C.)
3 hours [180 times] 3.5 (m / d / 100 kPa at 25 ° C.)
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amount of permeated water in the membrane separation apparatus can be sufficiently recovered only by water and gas backwashing. For this reason, the cleaning cost can be significantly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a water flow diagram showing a method for cleaning a membrane module according to an embodiment.
FIG. 2 is a water flow diagram showing a method for cleaning a membrane module according to the embodiment.
FIG. 3 is a water flow diagram showing a method for cleaning a membrane module according to the embodiment.
FIG. 4 is a water flow diagram illustrating a method for cleaning a membrane module according to the embodiment.
FIG. 5 is a water flow diagram showing a membrane module cleaning method according to the embodiment.
FIG. 6 is a water flow diagram showing a membrane module cleaning method according to the embodiment.
7A is a perspective view of a bag-like membrane of a spiral membrane module, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7A, and FIG. 7C is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which follows CC line.
8 is a cross-sectional view showing a method of winding a bag-like membrane of the spiral membrane module of FIG.
9 is a perspective view showing an engagement relationship between a wound body of the membrane module of FIG. 7 and a socket. FIG.
10 is a side view of the spiral membrane module of FIG.
FIG. 11 is a partially exploded perspective view showing the structure of a conventional spiral membrane module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
一部の膜モジュールにて該逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給する透過水供給工程と、次いでこの二次側に加圧気体を供給する加圧気体供給工程とを有し、
前記透過水供給工程と加圧気体供給工程とを複数回繰り返し行うことを特徴とする膜分離装置の運転方法。In the operation method of the membrane separation device comprising a plurality of membrane modules having a common permeate line,
And permeated water supplying step to supply to the secondary side of the backwash target membrane module permeated water of other membrane module by the discharge pressure when performing backwash in some membrane modules, then this secondary A pressurized gas supply step for supplying pressurized gas,
The method for operating a membrane separation device, wherein the permeated water supply step and the pressurized gas supply step are repeated a plurality of times .
一部の膜モジュールにて逆洗を行うときに他の膜モジュールの透過水をその吐出圧によって逆洗対象膜モジュールの二次側に供給する透過水供給工程と、次いでこの二次側に加圧気体を供給する加圧気体供給工程と、更に濃縮水流路に加圧気体を供給する通気工程とを有し、A permeated water supply step of supplying permeated water from other membrane modules to the secondary side of the membrane module to be backwashed by the discharge pressure when backwashing in some membrane modules, and then adding to the secondary side. A pressurized gas supply step for supplying pressurized gas, and a ventilation step for supplying pressurized gas to the concentrated water flow path,
前記透過水供給工程と加圧気体供給工程と通気工程とを複数回繰り返し行うことを特徴とする膜分離装置の運転方法。The method for operating a membrane separation device, wherein the permeated water supply step, the pressurized gas supply step, and the aeration step are repeated a plurality of times.
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の運転方法。4. The spiral module according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane module has a permeated water channel material disposed inside a bag-shaped membrane and a raw water channel material disposed between the bag-shaped membranes. A membrane module,
The bag-like membrane has a substantially square shape having first, second, third, and fourth sides, the first, second, and third sides are sealed, and the fourth side is Some are open and the rest are closed.
The first side portion orthogonal to the fourth side portion is applied to the shaft to wind the bag-like film to form a wound body, and the fourth side portion faces the rear end surface of the wound body, The second side facing the fourth side faces the front end face of the wound body,
In the raw water flow path between the bag-like membranes, the entire third side portion is sealed, and a portion overlapping with the open portion of the bag-like membrane is a closed portion in the fourth side portion. A method for operating a membrane separation apparatus, wherein the membrane separation device is a spiral membrane module in which a portion overlapping the closed portion of the bag-like membrane is an open portion.
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