JP3664835B2 - Pretreatment system and method using spiral membrane element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル型膜エレメントを用いて逆浸透膜分離システムのための前処理を行う前処理システムおよび前処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
海水淡水化処理や超純水等の製造に逆浸透膜(RO膜)分離システムが用いられている。この逆浸透膜分離システムの前処理としては、主として凝集、沈殿および砂濾過が行われている。また、近年、逆浸透膜分離システムの前処理として膜分離技術が適用されつつある。このような前処理には、主として中空糸膜エレメントが用いられる。
【0003】
図7は従来の水処理システムの一例を示す図である。図7の水処理システムは、中空糸膜エレメント80を用いた前処理システム200および逆浸透膜エレメント201を用いた逆浸透膜分離システム210からなる。
【0004】
配管205を通して与えられる河川水等の原水は、ポンプ202により中空糸膜エレメント80に供給される。中空糸膜エレメント80は、原水を透過水および濃縮水に分離する。中空糸膜エレメント80により得られた透過水は、前処理水として配管206を通して貯槽203に供給される。一方、中空糸膜エレメント80により得られた濃縮水は配管211を通してポンプ202の上流側に戻される。
【0005】
貯槽203の前処理水は、配管207を通してポンプ204に与えられ、ポンプ204により逆浸透膜エレメント201に供給される。逆浸透膜エレメント201は、前処理水を透過水および濃縮水に分離する。逆浸透膜エレメント201により得られた透過水は、処理水として配管209を通して系外に供給される。逆浸透膜エレメント201により得られた濃縮水は、配管208を通してポンプ204の上流側に戻される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の前処理システム200に用いられる中空糸膜エレメント80は、単位体積当たりの膜面積(体積効率)を多く取れるという利点を有している。しかしながら、中空糸膜エレメント80は、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【0007】
前処理システム200の中空糸膜エレメント80に膜折れが生じると、逆浸透膜分離システム210に供給する前処理水の水質が悪化するという問題が起こる。
【0008】
また、中空糸膜エレメント80は高い回収率で運転することができないので、原水を供給するポンプ202に大きいものが必要となり、システムコストが非常に大きくなる。
【0009】
本発明の目的は、低コストでかつ高い信頼性で逆浸透膜分離システムのための前処理を行うことが可能な前処理システムおよび前処理方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理システムは、逆浸透膜分離システムのための前処理システムであって、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側および両端部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0011】
本発明に係る前処理システムにおいては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0012】
特に、本発明の前処理システムで用いられるスパイラル型膜エレメントにおいては、外周面および両端面が外装材で被覆されずに開放状態にされているため、原液を膜エレメントの外周部側および両端部側から供給し、全量濾過を行うことができる。したがって、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理システムのコストが低減される。
【0013】
また、原液が膜エレメントの外周部側および両端部側から供給されるので、汚染物質が膜エレメントの外周部および両端部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側および両端部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部および両端部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。その結果、長期間にわたって前処理水の水質を維持することができる。
【0014】
さらに、上記のスパイラル型膜エレメントの構造によれば、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、膜エレメントと圧力容器との間の空隙部において流体の滞留が生じない。したがって、有機物を含有する流体の前処理を行った場合でも、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0015】
さらに、膜エレメントの外周部側および両端部から原液が供給され、膜エレメントに全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、スパイラル型膜エレメントの部品コストおよび製造コストが低減される。それにより、前処理システムのコストも低減される。
【0016】
第2の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理システムは、逆浸透膜分離システムのための前処理システムであって、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回され、かつ一端部が封止されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側および他端部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0017】
本発明に係る前処理システムにおいては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0018】
特に、本発明の前処理システムで用いられるスパイラル型膜エレメントにおいては、外周面および一端面が外装材で被覆されずに開放状態にされているため、原液を膜エレメントの外周部側および一端部側から供給し、全量濾過を行うことができる。したがって、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理システムのコストが低減される。
【0019】
また、原液が膜エレメントの外周部側および一端部側から供給されるので、汚染物質が膜エレメントの外周部および一端部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側および一端部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部および一端部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。その結果、長期間にわたって前処理水の水質を維持することができる。
【0020】
特に、上記のスパイラル型膜エレメントでは、封止された端部側に原液を供給するスペースが不要となるので、膜エレメントを収納する圧力容器を小型化することができる。また、圧力容器の原液入口の側に膜エレメントの封止された端部を配置することにより、原液導入時に原液の動圧により膜エレメントの端面に汚れが付着することを防止することができる。
【0021】
さらに、上記のスパイラル型膜エレメントの構造においても、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0022】
また、膜エレメントの全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、スパイラル型膜エレメントの部品コストおよび製造コストが低減され、前処理システムのコストも低減される。
【0023】
第3の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理システムは、逆浸透膜分離システムのための前処理システムであって、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回され、かつ両端部の全面が封止されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0024】
本発明に係る前処理システムにおいては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0025】
特に、本発明の前処理システムで用いられるスパイラル型膜エレメントにおいては、外周面が外装材で被覆されずに開放状態にされているため、原液を膜エレメントの外周部側から供給し、全量濾過を行うことができる。したがって、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理システムのコストが低減される。
【0026】
また、原液が膜エレメントの外周部側から供給されるので、汚染物質が膜エレメントの外周部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。その結果、長期間にわたって前処理水の水質を維持することができる。
【0027】
特に、上記のスパイラル型膜エレメントでは、封止された両端部側に原液を供給するスペースが不要となるので、膜エレメントを収納する圧力容器を小型化することができる。また、圧力容器の原液入口の側に膜エレメントの封止された両端部の一方を配置することにより、原液導入時に原液の動圧により膜エレメントの端面に汚れが付着することを防止することができる。
【0028】
さらに、上記のスパイラル型膜エレメントの構造においても、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0029】
さらに、膜エレメントの全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、スパイラル型膜エレメントの部品コストおよび製造コストが低減され、前処理システムのコストも低減される。
【0030】
第4の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理方法は、逆浸透膜分離システムのための前処理方法において、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側および両端部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0031】
本発明に係る前処理方法においては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0032】
また、原液が膜エレメントの外周部側および両端部側から供給され、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理のコストが低減される。
【0033】
さらに、汚染物質が膜エレメントの外周部および両端部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側および両端部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部および両端部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。それにより、長時間にわたって前処理水の水質の低下を防止することができる。
【0034】
また、上述のような濾過形態のために膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0035】
また、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、膜エレメントの変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、スパイラル型膜エレメントのコストが低減され、前処理のコストも低減される。
【0036】
第5の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理方法は、逆浸透膜分離システムのための前処理方法であって、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回され、かつ一端部が封止されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側および他端部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0037】
本発明に係る前処理方法においては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0038】
また、原液が膜エレメントの外周部側および一端部側から供給され、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理のコストが低減される。
【0039】
さらに、汚染物質が膜エレメントの外周部および一端部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側および一端部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部および一端部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。それにより、長期間にわたって前処理水の水質を維持することができる。
【0040】
特に、上記のスパイラル型膜エレメントでは、封止された端部側に原液を供給するスペースが不要となるので、小型の圧力容器を使用することができる。また、膜エレメントの封止された端部を圧力容器の原液入口側に配置することにより、原液導入時に原液の動圧により膜エレメントの端面に汚れが付着することを防止することができる。
【0041】
また、全量濾過により膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0042】
さらに、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、膜エレメントの変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、スパイラル型膜エレメントのコストが低減され、前処理のコストも低減される。
【0043】
第6の発明に係るスパイラル型膜エレメントによる前処理方法は、逆浸透膜分離システムのための前処理方法であって、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回され、かつ両端部の全面が封止されてなるスパイラル型膜エレメントの外周部側から原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、取り出された透過液を逆浸透膜分離システムに供給するものである。
【0044】
本発明に係る前処理方法においては、平膜からなるスパイラル型膜エレメントを用いて前処理が行われるので、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。したがって、後段の逆浸透膜分離システムに常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0045】
また、原液が膜エレメントの外周部側から供給され、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、前処理のコストが低減される。
【0046】
さらに、汚染物質が膜エレメントの外周部で捕捉される。一定時間濾過を行った後、透過側から透過液による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、有孔中空管から逆濾過された透過液が原液流路材に沿って外周部側に向かって流れる。それにより、膜エレメントの外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。したがって、逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。それにより、長期間にわたって前処理水の水質を維持することができる。
【0047】
特に、上記のスパイラル型膜エレメントでは、封止された両端部側に原液を供給するためのスペースが不要となるので、小型の圧力容器を使用することができる。また、膜エレメントの封止された両端部の一方を圧力容器の原液入口の側に配置することにより、原液導入時に原液の動圧により膜エレメントの端面に汚れが付着することを防止することができる。
【0048】
また、全量濾過により膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【0049】
さらに、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、膜エレメントの変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、スパイラル型膜エレメントのコストが低減され、前処理のコストも低減される。
【0050】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施例における水処理システムを示す図である。
【0051】
図1の水処理システムは、スパイラル型膜エレメント1を用いた前処理システム100および逆浸透膜エレメント101を用いた逆浸透膜分離システム110からなる。
【0052】
配管105を通して与えられる河川水等の原水が、ポンプ102によりスパイラル型膜エレメント1に供給される。スパイラル型膜エレメント1は、全量濾過により透過水を導出する。スパイラル型膜エレメント1により得られた透過水は、前処理水として配管106を通して貯槽103に供給される。
【0053】
貯槽103の前処理水は、配管107を通してポンプ104に与えられ、ポンプ104により逆浸透膜エレメント101に供給される。逆浸透膜エレメント101は、前処理水を透過水および濃縮水に分離する。逆浸透膜エレメント101により得られた透過水は、配管109を通して処理水として系外に供給される。逆浸透膜エレメント101により得られた濃縮水は、配管108を介してポンプ104の上流側へ戻される。
【0054】
図2は図1の前処理システムに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図3は図2のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図4は図2のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【0055】
図2に示すスパイラル型膜エレメント1は、有孔中空管からなる集水管2の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜3または連続した複数の封筒状膜3を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素1aを含む。封筒状膜3の間には、封筒状膜3どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ(原液流路材)4が挿入されている。また、スパイラル状膜要素1aの外周面は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等のプラスチック、金属、ゴムまたは繊維等により形成されるネットからなる外周部流路材5で覆われている。
【0056】
図3および図4に示すように、封筒状膜3は、透過水スペーサ(透過液流路材)6の両面に2枚の分離膜7を重ね合わせて3辺を接着することにより形成され、その封筒状膜3の開口部が集水管2の外周面に取り付けられている。分離膜7としては、10kgf/cm2 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【0057】
図3の例では、複数の封筒状膜3がそれぞれ独立した分離膜7により形成される。図4の例では、複数の封筒状膜3が連続した分離膜7を折り畳むことにより形成される。
【0058】
原水スペーサ4の厚みが0.5mmよりも大きいと、原水中の汚染物質を膜エレメント1の少なくとも外周部で捕捉しにくくなる。一方、原水スペーサ4の厚みが0.1mmよりも小さいと、封筒状膜3どうしが接触しやすくなり、膜面積が小さくなる。したがって、原水スペーサ4の厚みは0.1mm以上0.5mm以下であることが好ましい。
【0059】
また、外周部流路材5の厚みが30mmよりも大きいと、膜エレメント1を収納する圧力容器に対する膜エレメント1の容積効率が小さくなる。一方、外周部流路材5の厚みが0.6mmよりも小さいと、透過水の逆流洗浄時に膜エレメント1の少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための原水の流速が小さくなる。したがって、外周部流路材5の厚みは0.6mm以上30mm以下であることが好ましい。
【0060】
図5は図2のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図5に示すように、圧力容器(耐圧容器)10は、筒形ケース11および1対の端板12a,12bにより構成される。一方の端板12aには原水入口13が形成され、他方の端板12bには原水出口15が形成されている。また、他方の端板12bの中央部には透過水出口14が設けられている。
【0061】
スパイラル型膜エレメント1が筒型ケース11内に収納され、筒状ケース11の両方の開口端がそれぞれ端板12a,12bで封止される。集水管2の一方の端部は端板12bの透過水出口14に嵌合され、他方の端部にはエンドキャップ16が装着される。端板12bの原水出口15には、配管17およびバルブ18が接続される。
【0062】
スパイラル型膜エレメント1の運転時には、原水51を圧力容器10の原水入口13から圧力容器10の内部に導入する。原水51は、スパイラル型膜エレメント1の少なくとも外周部側から原水スペーサ4に沿って封筒状膜3間に浸入する。図5の例では、原水51がスパイラル型膜エレメント1の外周部側および両端部側から封筒状膜3間に浸入する。分離膜7を透過した透過水が透過水スペーサ6に沿って集水管2の内部に流れ込む。それにより、圧力容器10の透過水出口14から透過水52が取り出される。このようにして、全量濾過が行われる。
【0063】
この場合、濁質物質等の汚染物質は膜エレメント1の少なくとも外周部(図5の例では外周部および両端部)で捕捉されるほど原水スペーサ4の厚さが薄いため、膜エレメント1の少なくとも外周部に汚染物質によるケーク層が形成される。膜エレメント1の少なくとも外周部ではケーク層によるケーク濾過が行われ、膜エレメント1の内部では分離膜7による膜濾過が行われる。
【0064】
なお、バルブ18を開いて原水出口15から一部原水を取り出してもよい。この場合、膜エレメント1の外周部で原水の流れを形成することができる。それにより、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を圧力容器10の外部に排出することができる。
【0065】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、集水管2から逆濾過された透過水が原水スペーサ4に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。それにより、膜エレメント1の少なくとも外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。このとき、原水入口13から原水を供給しつつバルブ18を開放すると、剥離した汚染物質が系外に排出される。その結果、透過流束が逆流洗浄前と比較して格段に回復する。
【0066】
図1の前処理システム100で用いられるスパイラル型膜エレメント1においては、膜折れが生じにくいので、逆浸透膜分離システム110に常に安定した水質の前処理水を供給することができる。
【0067】
また、上記のスパイラル型膜エレメント1では、全量濾過により高回収率で運転が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、前処理システム100のコストが低減される。
【0068】
さらに、上記のスパイラル型膜エレメント1においては、前述のような濾過形態により膜エレメント1と圧力容器10との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。これにより、逆浸透膜分システム110に供給する前処理水の水質を長期間にわたって維持することが可能となる。
【0069】
また、膜エレメント1に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント1の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、スパイラル型膜エレメント1の部品コストおよび製造コストが低減され、前処理システム100のコストも低減される。
【0070】
図6は図1の前処理システム100に用いられるスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。図6では、外周部流路材の図示が省略されている。
【0071】
図6(a)のスパイラル型膜エレメント1においては、スパイラル状膜要素1aの両端部が樹脂層19で封止されている。図6(b)のスパイラル型膜エレメント1においては、スパイラル状膜要素1aの一端部が樹脂層19で封止されている。
【0072】
図6(a),(b)のスパイラル型膜エレメント1では、製造時の作業工程が増加するが、膜エレメント1の両端部または一端部に原水を供給するスペースが不要となる。したがって、圧力容器を小型化することができ、圧力容器内に膜エレメント1を収納してなるスパイラル型膜モジュールを小型化することができる。
【0073】
また、膜エレメント1の樹脂層19で封止された端部を圧力容器の原水入口の側に配置することにより、原水導入時に原水の動圧により膜エレメント1の端面に汚れが付着することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における水処理システムを示す図である。
【図2】図1の前処理システムに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図3】図2のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図4】図2のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図5】図2のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【図6】図1の前処理システムに用いられるスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。
【図7】従来の水処理システムの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 スパイラル型膜エレメント
1a スパイラル状膜要素
2 集水管
3 封筒状膜
4 原水スペーサ
5 外周部流路材
6 透過水スペーサ
7 分離膜
10 圧力容器
13 原水入口
14 透過水出口
51 原水
52 透過水
100 前処理システム
101 逆浸透膜エレメント
110 逆浸透膜分離システム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pretreatment system and a pretreatment method for performing a pretreatment for a reverse osmosis membrane separation system using a spiral membrane element.
[0002]
[Prior art]
A reverse osmosis membrane (RO membrane) separation system is used for the production of seawater desalination and ultrapure water. As a pretreatment of this reverse osmosis membrane separation system, aggregation, precipitation and sand filtration are mainly performed. In recent years, membrane separation technology is being applied as pretreatment for reverse osmosis membrane separation systems. For such pretreatment, a hollow fiber membrane element is mainly used.
[0003]
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional water treatment system. The water treatment system of FIG. 7 includes a
[0004]
Raw water such as river water supplied through the
[0005]
The pretreated water in the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The hollow
[0007]
When membrane breakage occurs in the hollow
[0008]
Further, since the hollow
[0009]
An object of the present invention is to provide a pretreatment system and a pretreatment method capable of performing pretreatment for a reverse osmosis membrane separation system at low cost and with high reliability.
[0010]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A pretreatment system using a spiral membrane element according to a first invention is a pretreatment system for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of independent or continuous envelope membranes are provided on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. The stock solution was supplied from the outer peripheral side and both ends of the spiral membrane element wound through the stock channel material, and the permeate was taken out from at least one open end of the perforated hollow tube. The permeate is supplied to the reverse osmosis membrane separation system.
[0011]
In the pretreatment system according to the present invention, since the pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0012]
In particular, in the spiral membrane element used in the pretreatment system of the present invention, the outer peripheral surface and both end surfaces are not covered with the exterior material and are opened, so that the stock solution is removed from the outer peripheral side and both end portions of the membrane element. The entire amount can be filtered by supplying from the side. Therefore, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of the pretreatment system is reduced.
[0013]
Further, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side and both end sides of the membrane element, contaminants are captured at the outer peripheral portion and both end portions of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backwashing, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side and both end sides along the raw liquid flow path material. Thereby, contaminants trapped at the outer peripheral portion and both end portions of the membrane element are easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. As a result, the quality of pretreated water can be maintained over a long period of time.
[0014]
Furthermore, according to the structure of the spiral membrane element described above, no dead space is formed in the gap between the membrane element and the pressure vessel due to the total amount filtration, so that the fluid in the gap between the membrane element and the pressure vessel is not formed. No stagnation occurs. Therefore, even when pretreatment of a fluid containing an organic substance is performed, problems such as propagation of germs such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of the organic substance, and decomposition of the separation membrane do not occur, and high reliability is obtained.
[0015]
Furthermore, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side and both ends of the membrane element, pressure is applied to the membrane element from all directions and no pressure is applied to cause displacement in the axial direction. The envelope-shaped film thus formed does not deform into a bamboo shoot. This eliminates the need for a packing holder and an exterior material, thereby reducing the component cost and manufacturing cost of the spiral membrane element. Thereby, the cost of the pretreatment system is also reduced.
[0016]
A pretreatment system using a spiral membrane element according to a second invention is a pretreatment system for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of independent or continuous envelope-like membranes are provided on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. At least one open end of the perforated hollow tube is supplied with the stock solution from the outer peripheral side and the other end side of the spiral membrane element wound through the stock solution channel member and sealed at one end. The permeate is taken out from the water, and the taken out permeate is supplied to the reverse osmosis membrane separation system.
[0017]
In the pretreatment system according to the present invention, since the pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0018]
In particular, in the spiral membrane element used in the pretreatment system of the present invention, the outer peripheral surface and one end surface are not covered with the exterior material and are opened, so that the stock solution can be removed from the outer peripheral side and one end portion of the membrane element. The entire amount can be filtered by supplying from the side. Therefore, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of the pretreatment system is reduced.
[0019]
In addition, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side and one end part of the membrane element, the contaminant is captured at the outer peripheral part and one end part of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backwashing, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side and the one end side along the raw liquid flow path material. As a result, the contaminant trapped on the outer peripheral portion and one end portion of the membrane element is easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. As a result, the quality of pretreated water can be maintained over a long period of time.
[0020]
In particular, the spiral membrane element described above eliminates the need for a space for supplying the stock solution to the sealed end side, so that the pressure vessel that houses the membrane element can be reduced in size. Further, by disposing the sealed end of the membrane element on the side of the pressure vessel of the stock solution, it is possible to prevent dirt from adhering to the end face of the membrane element due to the dynamic pressure of the stock solution when the stock solution is introduced.
[0021]
Furthermore, even in the structure of the spiral membrane element, dead space is not formed in the gap between the membrane element and the pressure vessel by total filtration, so that germs such as microorganisms propagate, generation of malodor due to decomposition of organic matter, High reliability is obtained without problems such as decomposition of the separation membrane.
[0022]
In addition, since pressure is applied from all directions of the membrane element and pressure that causes displacement in the axial direction is not applied, the envelope-like membrane wound around the perforated hollow tube is not deformed into a bamboo child shape. This eliminates the need for a packing holder and eliminates the need for an exterior material, thereby reducing the component cost and manufacturing cost of the spiral membrane element, and the cost of the pretreatment system.
[0023]
A pretreatment system using a spiral membrane element according to a third aspect of the present invention is a pretreatment system for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of independent or continuous envelope-like membranes are provided on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. Wound through the stock solution channel material and both ends The whole surface The stock solution is supplied from the outer peripheral side of the spiral membrane element in which is sealed, the permeate is taken out from at least one open end of the perforated hollow tube, and the taken out permeate is supplied to the reverse osmosis membrane separation system To do.
[0024]
In the pretreatment system according to the present invention, since the pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0025]
In particular, in the spiral membrane element used in the pretreatment system of the present invention, since the outer peripheral surface is not covered with the exterior material and is in an open state, the stock solution is supplied from the outer peripheral side of the membrane element, and the entire amount is filtered. It can be performed. Therefore, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of the pretreatment system is reduced.
[0026]
Further, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side of the membrane element, the contaminant is captured at the outer peripheral portion of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backflow cleaning, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side along the raw liquid flow path material. Thereby, the contaminant trapped on the outer periphery of the membrane element is easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. As a result, the quality of pretreated water can be maintained over a long period of time.
[0027]
In particular, in the spiral membrane element described above, a space for supplying the stock solution to the sealed both end portions is not required, so that the pressure vessel that houses the membrane element can be reduced in size. Also, by placing one of the sealed end portions of the membrane element on the side of the pressure vessel stock solution inlet, it is possible to prevent dirt from adhering to the end face of the membrane element due to the dynamic pressure of the stock solution when the stock solution is introduced. it can.
[0028]
Furthermore, even in the structure of the spiral membrane element, dead space is not formed in the gap between the membrane element and the pressure vessel by total filtration, so that germs such as microorganisms propagate, generation of malodor due to decomposition of organic matter, High reliability is obtained without problems such as decomposition of the separation membrane.
[0029]
Furthermore, since pressure is applied from all directions of the membrane element and pressure that causes displacement in the axial direction is not applied, the envelope-like membrane wound around the perforated hollow tube is not deformed into a bamboo child shape. This eliminates the need for a packing holder and eliminates the need for an exterior material, thereby reducing the component cost and manufacturing cost of the spiral membrane element, and the cost of the pretreatment system.
[0030]
A pretreatment method using a spiral membrane element according to a fourth aspect of the present invention is a pretreatment method for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of envelope-like membranes that are independent or continuous on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube are flown into the stock solution. A stock solution is supplied from the outer peripheral side and both end sides of a spiral membrane element wound through a road material, and the permeate is taken out from at least one open end of the perforated hollow tube. Is supplied to the reverse osmosis membrane separation system.
[0031]
In the pretreatment method according to the present invention, since pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0032]
In addition, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side and both end sides of the membrane element and the whole amount is filtered, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of pre-processing is reduced.
[0033]
Furthermore, contaminants are trapped at the outer periphery and both ends of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backwashing, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side and both end sides along the raw liquid flow path material. Thereby, contaminants trapped at the outer peripheral portion and both end portions of the membrane element are easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. Thereby, deterioration of the quality of pretreatment water can be prevented for a long time.
[0034]
In addition, because the dead space is not formed in the outer periphery of the membrane element due to the filtration form as described above, problems such as the propagation of various microorganisms such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of organic matter, decomposition of the separation membrane do not occur, High reliability is obtained.
[0035]
Further, since pressure is applied to the membrane element from all directions, the problem of deformation of the membrane element does not occur, and the packing holder and the exterior material become unnecessary. Thereby, the cost of the spiral membrane element is reduced, and the cost of pretreatment is also reduced.
[0036]
A pretreatment method using a spiral membrane element according to a fifth aspect of the present invention is a pretreatment method for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of independent or continuous envelope-like membranes are provided on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. At least one open end of the perforated hollow tube is supplied with the stock solution from the outer peripheral side and the other end side of the spiral membrane element wound through the stock solution channel member and sealed at one end. The permeate is taken out from the water, and the taken out permeate is supplied to the reverse osmosis membrane separation system.
[0037]
In the pretreatment method according to the present invention, since pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0038]
In addition, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side and one end side of the membrane element, and the entire amount is filtered, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of pre-processing is reduced.
[0039]
Furthermore, contaminants are trapped at the outer periphery and one end of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backwashing, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side and the one end side along the raw liquid flow path material. As a result, the contaminant trapped on the outer peripheral portion and one end portion of the membrane element is easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. Thereby, the quality of the pretreatment water can be maintained over a long period of time.
[0040]
In particular, in the above spiral membrane element, a space for supplying the stock solution to the sealed end side is not necessary, and a small pressure vessel can be used. Further, by disposing the sealed end of the membrane element on the stock solution inlet side of the pressure vessel, it is possible to prevent dirt from adhering to the end face of the membrane element due to the dynamic pressure of the stock solution when the stock solution is introduced.
[0041]
Moreover, since dead space is not formed in the outer peripheral part of the membrane element by filtration of the entire amount, problems such as propagation of germs such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of organic matter, decomposition of the separation membrane do not occur, and high reliability is obtained. .
[0042]
Furthermore, since pressure is applied to the membrane element from all directions, there is no problem of deformation of the membrane element, and a packing holder and an exterior material become unnecessary. Thereby, the cost of the spiral membrane element is reduced, and the cost of pretreatment is also reduced.
[0043]
A pretreatment method using a spiral membrane element according to a sixth aspect of the present invention is a pretreatment method for a reverse osmosis membrane separation system, wherein a plurality of independent or continuous envelope-like membranes are provided on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. Wound through the stock solution channel material and both ends The whole surface The stock solution is supplied from the outer peripheral side of the spiral membrane element in which is sealed, the permeate is taken out from at least one open end of the perforated hollow tube, and the taken out permeate is supplied to the reverse osmosis membrane separation system To do.
[0044]
In the pretreatment method according to the present invention, since pretreatment is performed using a spiral membrane element made of a flat membrane, there is an advantage that separation performance can be maintained and reliability is high. Therefore, it is possible to always supply the pretreated water having a stable water quality to the reverse osmosis membrane separation system in the subsequent stage.
[0045]
In addition, since the stock solution is supplied from the outer peripheral side of the membrane element and the entire amount is filtered, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the cost of pre-processing is reduced.
[0046]
Furthermore, contaminants are trapped at the outer periphery of the membrane element. After filtration for a certain time, back-flow washing with a permeate is performed from the permeate side. At the time of backflow cleaning, the permeated liquid back-filtered from the perforated hollow tube flows toward the outer peripheral side along the raw liquid flow path material. Thereby, the contaminant trapped on the outer periphery of the membrane element is easily peeled off. Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backflow cleaning. Thereby, the quality of the pretreatment water can be maintained over a long period of time.
[0047]
In particular, in the above-described spiral membrane element, a space for supplying the stock solution to both sealed end portions is not necessary, and a small pressure vessel can be used. Further, by disposing one of the sealed end portions of the membrane element on the side of the pressure vessel stock solution inlet, it is possible to prevent dirt from adhering to the end face of the membrane element due to the dynamic pressure of the stock solution when the stock solution is introduced. it can.
[0048]
Moreover, since dead space is not formed in the outer peripheral part of the membrane element by filtration of the entire amount, problems such as propagation of germs such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of organic matter, decomposition of the separation membrane do not occur, and high reliability is obtained. .
[0049]
Furthermore, since pressure is applied to the membrane element from all directions, there is no problem of deformation of the membrane element, and a packing holder and an exterior material become unnecessary. Thereby, the cost of the spiral membrane element is reduced, and the cost of pretreatment is also reduced.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a water treatment system in one embodiment of the present invention.
[0051]
The water treatment system of FIG. 1 includes a
[0052]
Raw water such as river water supplied through the
[0053]
The pretreated water in the
[0054]
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a spiral membrane element used in the pretreatment system of FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG. is there.
[0055]
The spiral membrane element 1 shown in FIG. 2 is configured by winding a plurality of independent envelope-
[0056]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the envelope-
[0057]
In the example of FIG. 3, a plurality of envelope-
[0058]
When the thickness of the
[0059]
Moreover, when the thickness of the outer peripheral flow path material 5 is larger than 30 mm, the volumetric efficiency of the membrane element 1 with respect to the pressure vessel in which the membrane element 1 is accommodated is reduced. On the other hand, if the thickness of the outer peripheral channel material 5 is smaller than 0.6 mm, the flow rate of raw water for discharging contaminants attached to at least the outer peripheral portion of the membrane element 1 during backflow cleaning of the permeated water is small. Become. Therefore, it is preferable that the thickness of the outer peripheral channel material 5 is 0.6 mm or more and 30 mm or less.
[0060]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a method for operating the spiral membrane element of FIG. As shown in FIG. 5, the pressure vessel (pressure vessel) 10 includes a
[0061]
The spiral membrane element 1 is accommodated in a
[0062]
During operation of the spiral membrane element 1,
[0063]
In this case, since the
[0064]
Note that the raw water may be partially removed from the
[0065]
After filtration for a certain period of time, reverse flow washing with permeate is performed from the permeate side. At the time of backwashing, the permeated water that has been back-filtered from the
[0066]
In the spiral membrane element 1 used in the
[0067]
In addition, since the spiral membrane element 1 is operated at a high recovery rate by total filtration, it is not necessary to use a large pump for supplying raw water. Thereby, the cost of the
[0068]
Furthermore, in the spiral membrane element 1 described above, no dead space is formed in the gap between the membrane element 1 and the
[0069]
In addition, since pressure is applied to the membrane element 1 from all directions, the problem of deformation of the membrane element 1 does not occur, and a packing holder and an exterior material are not necessary. Thereby, the component cost and manufacturing cost of the spiral membrane element 1 are reduced, and the cost of the
[0070]
FIG. 6 is a front view showing another example of the spiral membrane element used in the
[0071]
In the spiral membrane element 1 of FIG. 6A, both end portions of the spiral membrane element 1 a are sealed with a
[0072]
In the spiral membrane element 1 of FIGS. 6A and 6B, the number of work steps during manufacturing increases, but a space for supplying raw water to both ends or one end of the membrane element 1 becomes unnecessary. Therefore, the pressure vessel can be reduced in size, and the spiral membrane module in which the membrane element 1 is accommodated in the pressure vessel can be reduced in size.
[0073]
In addition, by arranging the end sealed with the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a water treatment system according to an embodiment of the present invention.
2 is a partially cutaway perspective view of a spiral membrane element used in the pretreatment system of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view showing an example of an envelope membrane of the spiral membrane element of FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing another example of an envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG. 2. FIG.
5 is a cross-sectional view showing an example of a method for operating the spiral membrane element of FIG. 2. FIG.
6 is a front view showing another example of a spiral membrane element used in the pretreatment system of FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional water treatment system.
[Explanation of symbols]
1 Spiral membrane element
1a Spiral membrane element
2 Water collecting pipe
3 Envelope-like membrane
4 Raw water spacer
5 Outer channel material
6 Permeated water spacer
7 Separation membrane
10 Pressure vessel
13 Raw water entrance
14 Permeate outlet
51 Raw water
52 Permeated water
100 Pretreatment system
101 Reverse osmosis membrane element
110 Reverse osmosis membrane separation system
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