JP3838689B2 - 水処理システム - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜式濾過装置と逆浸透装置とが被処理水の流路に沿って順に配置された水処理システムに係り、特に、逆浸透装置から排出される濃縮水を逆浸透装置の前段に配置された膜式濾過装置の濾過膜の洗浄に使用するようにした水処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、海水の淡水化や市水、井水あるいは洗浄廃水からの飲料水、1次純水あるいは超純水等の製造は、凝集ろ過装置、逆浸透装置、イオン交換装置、限外濾過装置等を組み合わせた水処理システムに被処理水を導入して処理することにより行われている。
【0003】
こうした水処理システムを構成している逆浸透装置では、主に、被処理水中に溶解あるいは分散している塩類、有機物、微粒子および生菌が除去される。逆浸透装置に用いられる逆浸透膜は、酢酸セルロースや架橋全芳香族ポリアミド系膜である。そして、これらの高分子素材を中空繊維あるいは平膜の逆浸透膜としてモジュ−ル化したものなどが使用されている。
【0004】
上述した高分子から構成される複合逆浸透膜では、従来の酢酸セルロース膜と比較して溶質の高阻止率を実現している。また、透過流束については2倍以上となっており、そのため高透過水量および低圧力運転を可能としている。
【0005】
しかしながら、このような高性能の複合逆浸透膜は汚染に敏感で、所定の性能を発揮させるためには、前段で被処理水から濁質成分、特に微粒子や分子量の大きな有機物を除去しておく必要が生じている。
【0006】
被処理水から濁質成分を除去する方法として、凝集濾過方法、凝集沈殿方法、浮上分離方法等といった方法があげられるが、近年においては、微細な粒子も除去可能で設置スペースも僅かである膜式濾過方法が主流となりつつある。
【0007】
膜式濾過方法としては、通常、限外濾過装置あるいは精密濾過装置が用いられるが、前述したように限外濾過装置あるいは精密濾過装置が分離の対象とする溶質は粒径が非常に小さいため拡散係数が小さく、そのため膜面での濃度分極の影響が極めて大きくなる。したがって、限外濾過装置あるいは精密濾過装置においては、濾過膜細孔の目詰まり、溶質の濾過膜への吸着、ゲル層等の形成等により膜透過流束が低下するという問題が発生する。
【0008】
このため、限外濾過装置あるいは精密濾過装置の濾過膜は定期的に洗浄し、膜透過流束の低下を防止する必要がある。限外濾過装置あるいは精密濾過装置の濾過膜の洗浄は、被処理水や限外濾過装置あるいは精密濾過装置によって濾過された濾水を用いて間欠的に濾過膜の1次側をフラッシングしたり、濾過膜の2次側から1次側に向かって逆洗浄することにより行われている。
【0009】
しかしながら、このような従来の膜洗浄においては、膜洗浄のために用いられる洗浄水が別途要求されるため水処理システム全体の使用水量が多くなり、運転コストを上昇させるという問題があった。
【0010】
また、限外濾過装置あるいは精密濾過装置によって濾過された濾水を用いて膜洗浄を行った場合には、限外濾過装置あるいは精密濾過装置での濾過水量を多くしなければならないために濾過膜に負荷がかかり、濾過膜の交換サイクルが短くなり、さらに運転コストを上昇させるという問題があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解消すべくなされたもので、水処理システム全体の使用水量を抑制し、また、限外濾過装置あるいは精密濾過装置等の濾過膜の交換サイクルを延ばすことにより、運転コストが低減された水処理システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明による水処理システムは、膜式濾過装置と逆浸透装置とが被処理水の流路に沿って順に配置された水処理システムにおいて、前記逆浸透装置から排出される濃縮水を前記膜式濾過装置に供給して前記膜式濾過装置の濾過膜を洗浄することを特微としている。
【0013】
したがって、本発明においては、被処理水は膜式濾過装置に導入されて、被処理水中に存在する微粒子等の濁質成分が除去される。次いで、濁質成分が除去された被処理水は逆浸透装置に導入され、被処理水中の塩類、有機物、微粒子および生菌が除去される。そして、塩類、有機物、微粒子および生菌を除去された被処理水は後段に送られる。一方、逆浸透装置において塩類、有機物、微粒子および生菌が濃縮された濃縮水は、所定のタイミングで膜式濾過装置に導入され、濾過膜は逆洗浄あるいはフラッシングにより洗浄される。
【0014】
こうして、一例として、従来、膜式濾過装置での被処理水の回収率が約90〜95%、逆浸透装置での被処理水の回収率が約75〜80%であることから、膜式濾過装置と逆浸透装置の双方を介した場合の被処理水の回収率が約65〜75%であったものが、本発明により、被処理水の回収率が約75〜80%へと向上した。
【0015】
本発明の膜式濾過装置としては、濾過膜の膜細孔による分子ふるい効果により微粒子等を除去する方式のものであれば特に限定はされないが、通常は限外濾過装置あるいは精密濾過装置が使用される。
【0016】
限外濾過装置に使用される濾過膜としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の各種有機高分子膜あるいはセラミック膜等が使用できるが、所定の分子ふるい効果を有するものであるならば特に限定はされない。濾過膜の分画分子量は数千以上である。したがって、逆浸透装置から排出される濃縮水のように、難溶性物質が析出する上限まで溶質濃度が上昇していても、限外濾過装置においてはイオン等の濃縮はおこらず、濾過膜の洗浄水として逆浸透装置から排出される濃縮水が使用できる。また、膜モジュールの形式としては、中空糸型モジュール、管状型モジュール、スパイラル型モジュールあるいは平膜型モジュールが適用でき、特にこれらに限定はされないが、単位容積あたりの膜面積が大きくとれ、かつシンプルなモジュールが得られることから中空糸型モジュールがより好ましい。さらに、限外濾過装置の濾過方式としては特に限定はされないが、例えば、全濾過方式が適用でき、膜面での濃度分極あるいはゲル分極を生じにくい観点から、クロスフロー濾過方式の適用がより好ましい。
【0017】
また、精密濾過装置に使用される濾過膜としては、限外濾過装置に使用される濾過膜と同様にポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の各種有機高分子膜あるいはセラミック膜等が使用できるが、所定の分子ふるい効果を有するものであるならば、特に限定はされない。濾過膜の分画分子量は数千以上である。したがって、逆浸透装置から排出される濃縮水であっても、限外濾過装置と同様に、精密濾過装置においてイオン等の濃縮はおこらず、濾過膜の洗浄水として逆浸透装置から排出される濃縮水が使用できる。また、膜モジュールの形式としては、上述した限外濾過装置に使用される膜モジュールと同じく、中空糸型モジュール、管状型モジュール、スパイラル型モジュールあるいは平膜型モジュールが適用でき、特にこれらに限定はされないが、単位容積あたりの膜面積が大きくとれ、かつシンプルなモジュールが得られることから中空糸型モジュールがより好ましい。さらに、精密濾過装置の濾過方式としては、特に限定はされないが、例えば全濾過方式が適用でき、膜面での濃度分極あるいはゲル分極を生じにくい観点から、やはりクロスフロー濾過方式の適用がより好ましい。
【0018】
逆浸透装置に使用される逆浸透膜としては、例えば酢酸セルロース、脂肪族ポリアミド系あるいは芳香族ポリアミド系またはこれらの複合系からなる各種有機高分子膜あるいはセラミック膜等が使用でき、低圧または中圧逆浸透膜のいずれも適用可能であることから、特に限定はされない。また、膜モジュールの形式としては、中空糸型モジュール、管状型モジュール、スパイラル型モジュールあるいは平膜型モジュールが適用でき、特にこれらに限定はされないが、単位容積あたりの膜面積が大きくとれ、かつシンプルなモジュールが得られることから中空糸型モジュールがより好ましい。
【0019】
逆浸透装置における被処理水の濃縮度は、被処理水中に含まれる、例えばシリカ、炭酸カルシウム等の難溶性物質が濃縮により析出しないように、被処理水中に含まれる難溶性物質の濃度、被処理水の温度およびpHとから難溶性物質の飽和溶解度に基づいて適宜決定される。
【0020】
さらに、限外濾過装置あるいは精密濾過装置等の濾過膜を逆浸透装置の濃縮水で洗浄する間隔は、処理対象である被処理水により異なり、また、使用環境により適宜決定されるものである。また、濾過膜の1次側をフラッシングにより洗浄してもよく、逆洗浄とフラッシングとを組み合わせてもよい。
【0021】
本発明においては、限外濾過装置あるいは精密濾過装置等の膜式濾過装置の濾過膜の洗浄水として逆浸透装置からの濃縮水を利用しているが、使用環境に応じて限外濾過装置あるいは精密濾過装置等により処理された濾過水を一部循環し使用してもよい。
【0022】
また、限外濾過装置あるいは精密濾過装置等の濾過膜を洗浄するにあたり、洗浄水である逆浸透装置からの濃縮水あるいは限外濾過装置あるいは精密濾過装置等により処理された濾過水に、例えば次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌剤を添加して洗浄することも可能である。
【0023】
さらに、限外濾過装置あるいは精密濾過装置等の濾過膜の洗浄時に、エアーバブリングを併用してもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明は、その要旨を逸脱しないならば、本実施例に限定されるものではない。
図1は、本発明の水処理システムの一実施例を示した図である。
【0025】
図1において、符号1は被処理水を貯水する貯水タンク、2はポリアクリロニトリル製で分画分子量数千の濾過膜からなる膜モジュール(旭化成(株)、LGV−3010、処理水流量120l/時間・m2 )とから構成されるクロスフロー濾過方式の限外濾過装置、3は限外濾過装置2により処理された被処理水を貯水する処理水タンク、4は膜モジュール(東レ(株)、SU−710、処理水流量250l/時間・本)とから構成される逆浸透装置、5は逆浸透装置4から排出される濃縮水を貯水する濃縮水タンクである。
【0026】
符号6は、被処理水を貯水タンク1に供給するライン、7は貯水タンク1から限外濾過装置2へ被処理水を供給するライン、8は限外濾過装置2により処理された被処理水を処理水タンク3に供給するライン、9は処理水タンク3に貯水された被処理水を逆浸透装置4に供給するライン、10は逆浸透装置4で処理された被処理水を不図示の後段へ供給するラインである。11は逆浸透装置4から排出される濃縮水を濃縮水タンク5へ供給するラインであり、ライン11の間には逆浸透装置4から排出される濃縮水を濃縮水タンク5へ供給する際に、濃縮水を濾過するための第2の限外濾過装置26が設置されている。限外濾過装置26においては、限外濾過装置2と同一の膜モジュール(旭化成(株)、LGV−3010、処理水流量120l/時間・m2 )が用いられている。また、12は濃縮水タンク5に貯水された濃縮水を限外濾過装置2の限外濾過膜の2次側へ供給するライン、13は濃縮水タンク5に貯水された濃縮水を限外濾過装置2の限外濾過膜の1次側へ供給するライン、14は限外濾過装置2から洗浄廃水を排出するライン、15は限外濾過装置2の限外濾過膜を洗浄した後、再び貯水タンク1から被処理水を限外濾過装置2に供給する際に、限外濾過装置2内部に滞留している空気を外部に排出するラインである。経路Aは、限外濾過装置2の限外濾過膜の洗浄において、従来の限外濾過装置2で処理された処理水を使用する場合と、本発明による逆浸透装置4から排出される濃縮水を使用する場合との洗浄効率を比較するために設けられたラインである。
【0027】
そして、被処理水は所定の位置に設けられたポンプ16、17、18および19の駆動力により各ラインを通るように構成されている。
【0028】
また、各ラインには自動弁20、21、22、23、24および25が設けられており、これらの自動弁により各装置への被処理水の供給は調節されている。次に、図1を用いて、本発明の水処理システムの一実施例における動作工程を説明する。
【0029】
はじめに、通常の被処理水の処理を行う場合について説明する。
【0030】
まず、被処理水がライン6により貯水タンク1に供給される。貯水タンク1に貯水された被処理水は、ポンプ16の駆動力によりライン7を通って限外濾過装置2に供給される。このとき、自動弁20は開かれており、自動弁21、22、23および24は閉じられている。次に、限外濾過装置2で濾過された被処理水は、ライン8を通って処理水タンク3に供給される。このとき、自動弁25は開かれている。処理水タンク3に貯水された被処理水は、ポンプ17の駆動力によりライン9を通って逆浸透装置4に供給され、逆浸透装置4で処理された被処理水はライン10を通って不図示の後段へ送られる。一方、逆浸透装置4から排出された濃縮水は、ライン11を通る過程で限外濾過装置26により濾過されて、濃縮水タンク5に供給される。こうして、被処理水の処理は行われ、続いて所定の間隔で限外濾過装置2の限外濾過膜の洗浄が行われる。
【0031】
次に、限外濾過装置2の限外濾過膜の洗浄を行う場合について説明する。
【0032】
まず、自動弁20および25が閉じられ、同時に自動弁21および23が開かれる。次に、濃縮水タンク5に貯水された濃縮水が、ポンプ18の駆動力によりライン12を通じて限外濾過装置2の限外濾過膜の膜の2次側に供給され、逆洗浄が行われる。そして、洗浄廃水は、ライン14から限外濾過装置2の外部へ排出される。
【0033】
逆洗浄が終了すると、続いて限外濾過装置2の限外濾過膜の膜の1次側のフラッシングが行われる。このときは、自動弁23が閉じられ、同時に自動弁22が開かれて、濃縮水がライン13を通じて限外濾過装置2の限外濾過膜の膜の1次側に供給される。洗浄廃水は、ライン14から限外濾過装置2の外部へ排出される。
【0034】
フラッシングが終了すると、通常の被処理水の処理が再び開始される。このとき、自動弁21および22が閉じられ、自動弁20および24が開かれて、貯水タンク1に貯水された被処理水は、ポンプ16の駆動力により、ライン7を通って限外濾過装置2に供給される。同時に、ライン15により限外濾過装置2に滞留している空気が排出され、ライン15より限外濾過装置2で処理された被処理水が排出されるようになると、自動弁24は閉じられ、自動弁25が開かれて、再び限外濾過装置2で濾過された被処理水は、ライン8を通って処理水タンク3に供給される。
【0035】
そして、これらの工程を繰り返すことにより、本発明による水処理システムは動作する。
【0036】
次に、このように構成された水処理システムを用いて実施された実施例および比較例について説明する。
【0037】
(実施例1および比較例1)
被処理水として、濁度3〜4度の厚木市井水を使用し、被処理水を20分処理する度に、逆洗浄を20秒行い、なおかつ一日一回、2分間のフラッシングを行うことにより、限外濾過装置2の限外濾過膜を洗浄して水処理システムを10000時間連続運転した。
【0038】
本実施例および比較例では、限外濾過装置2の運転圧力は約1kg/cm2 となるように調整されており、また逆浸透装置4での運転圧力は約15kgf/cm2 である。また、水処理システムの平均流量は一定となるように調整されており、逆浸透装置4での回収率は75%と設定されている。さらに、限外濾過装置26は、モジュールをとりはずすことにより、濾過能力を持たないものとなっている。そして、限外濾過装置2での運転圧力は、不図示の圧力計により連続的に監視されている。なお、運転圧力とは、限外濾過膜あるいは逆浸透膜の一次側
(供給側)の入口圧力をP1 、一次側(供給側)の出口圧力をP2 、二次側(濾過側)での圧力をP3 としたとき、((P1 +P3 )/2)−P2 として定義される圧力である。
【0039】
図2は、こうした条件のもとで、逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置2に供給して限外濾過装置2の濾過膜を洗浄した場合(実施例1)と限外濾過装置2で処理された被処理水を経路Aにより限外濾過装置2に供給して限外濾過装置2の濾過膜を洗浄した場合(比較例1)とにおける洗浄効率を示したものである。なお、図2においては、限外濾過装置2の運転圧力を限外濾過装置2の洗浄効率の指標として採用している。また、実施例1は実線で、比較例1は破線で示されている。また、図3は、実施例1および比較例1における逆浸透装置4の運転圧力を示したものである。
【0040】
図2および図3から明らかなように、実施例1および比較例1においては顕著な差異は認められなかった。
【0041】
したがって、限外濾過装置2の濾過膜の洗浄水として、従来の限外濾過装置2で処理された被処理水を用いても、また、逆浸透装置4から排出された濃縮水を用いても洗浄効率には何ら変化がないことから、逆浸透装置4から排出された濃縮水は、限外濾過装置2の濾過膜の洗浄水として十分に機能することが確認された。
【0042】
(実施例2および比較例2)
限外濾過装置2の膜モジュールに、ポリビニルアルコール製で膜細孔径が0.1μmの濾過膜(クラレ(株)、SF−401)からなるモジュール(クラレ
(株)、M−3100、処理水流量180l/時間・m2 )を使用し、実施例2においてはモジュールを組み込んだ限外濾過装置26に通水した他は、実施例1および比較例1と同一の条件の下で水処理システムを10000時間連続運転した。
【0043】
図4は、こうした条件のもとで、逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置26で濾過した場合(実施例2)と逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置26で濾過しなかった場合(比較例2)とにおける洗浄効率を示したものである。なお、図4においても、限外濾過装置2の運転圧力を洗浄効率の指標として採用している。また、実施例2は実線で、比較例2は破線で示されている。
【0044】
図4から明らかなように、実施例2において、限外濾過装置2の運転圧力がほぼ一定であることから、限外濾過装置2の限外濾過膜の洗浄は効果的に行われていると考えられる。一方、比較例2においては、限外濾過装置2の運転圧力が運転するにしたがって徐々に上昇してゆき、約9000時間の運転では1.5kg/cm2 をはるかに越していることから、限外濾過装置2の限外濾過膜は運転するにしたがって目詰まり等をおこしており、限外濾過膜の洗浄はほとんど行われていないと考えられる。また、比較例2においては、逆浸透装置4で微量の濁質が濃縮され目詰まりが発生した。
【0045】
すなわち、限外濾過装置2の限外濾過膜の膜細孔径が0.1μmであると、被処理水中の微粒子が大量に逆浸透装置4に流れ込み、逆浸透装置4から排出される濃縮水に大量の微粒子が濃縮される結果、限外濾過膜の洗浄効率が低下すると考えられる。さらに、被処理水中の微粒子が大量に逆浸透装置4に流れ込むために、逆浸透装置4の逆浸透膜に高負荷がかかり目詰まりがおこると考えられる。したがって、被処理水に限外濾過装置2で除去できない微粒子が通常の濃度以上に含まれている場合には、逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置26で濾過した後に限外濾過装置2に供給することにより、効果的な濾過膜の洗浄を行うことができること、また、限外濾過装置2のみを用いた場合に微量の濁質による逆浸透装置4の目詰まりを防止するためには、限外濾過装置2の限外濾過膜の膜細孔径が0.1μmでは大きすぎ、これより小さい膜細孔径を有する限外濾過膜の使用が必要であることが確認された。
【0046】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の水処理装置によれば、膜式濾過装置の後段に配置された逆浸透装置から排出される濃縮水により膜式濾過装置の濾過膜を洗浄するので、水処理システム全体の使用水量が抑制され、また、膜式濾過装置の濾過膜の交換サイクルが延長されるので、運転コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水処理システムの一構成を示した図。
【図2】逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置2に供給して限外濾過装置2の濾過膜を洗浄した場合と限外濾過装置2で処理された被処理水を経路Aにより限外濾過装置2に供給して限外濾過装置2の濾過膜を洗浄した場合とにおける濾過膜の洗浄効率を示した図。
【図3】実施例1および比較例1における逆浸透装置4の運転圧力を示した図。
【図4】逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置26で濾過した場合と逆浸透装置4から排出される濃縮水を限外濾過装置26で濾過しなかった場合とにおける濾過膜の洗浄効率を示した図。
【符号の説明】
1………貯水タンク
2………限外濾過装置
3………処理水タンク
4………逆浸透装置
5………濃縮水タンク

Claims (2)

  1. 膜式濾過装置と逆浸透装置とが被処理水の流路に沿って順に配置された水処理システムにおいて、前記逆浸透装置から排出される濃縮水を他の膜式濾過装置を経由して前記膜式濾過装置に供給して前記膜式濾過装置の濾過膜を洗浄することを特微とする水処理システム。
  2. 前記他の膜式濾過装置の濾過膜は、前記膜式濾過装置の濾過膜の膜細孔径と同一あるいは小さな膜細孔径を有することを特微とする請求項1に記載の水処理システム。
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