JP3859151B2 - 分離膜モジュール、分離膜装置及び分離膜装置の運転方法 - 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に巻回されている原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去できる分離膜モジュール、分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、純水、超純水、各種製造プロセス用水を得るために、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）を透過膜とするスパイラル型膜エレメントを用いて、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。また低分子ないし高分子成分を分離したり、高分子成分のみを分離する限外濾過や、微粒子を分離する精密濾過においてもスパイラル型膜エレメントが用いられている。図３を用いて、従来から使用されているスパイラル型膜エレメントの一例を説明する。透過水スペーサー４２の両面に逆浸透膜４１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜４３を形成し、該袋状膜４３の開口部を透過水集水管４４に取り付け、網状の原水スペーサー４５と共に、透過水集水管４４の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成されている。そして、原水４６はスパイラル型膜エレメント４０の一方の端面側４ａから供給され、原水スペーサー４５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント４０の他方の端面側４ｂから濃縮水４８として排出される。原水４６は原水スペーサー４５に沿って流れる過程で、逆浸透膜４１を透過して透過水４７となり、この透過水４７は透過水スペーサー４２に沿って透過水集水管４４の内部に流れ込み、透過水集水管４４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜４３間に配設される原水スペーサー４５により原水流路が形成されることになる。
【０００３】
前記スパイラル型膜エレメント４０は、複数を直列に連結させ一本の筒状のベッセル内に配置することにより、透過水量を増加させることが可能であり、工業的には複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールが多く用いられている。複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールを設置した方が、原水の利用効率が高く、設置場所も少ないという点で、１つのスパイラル型膜エレメントを備えた分離膜モジュールを複数設置するよりも有利であるという理由からである。
【０００４】
このようなスパイラル型膜エレメントを用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、通常、原水の濁質などを除去する目的で前処理が行われている。この前処理を行うのは、スパイラル型膜エレメントの原水スペーサーの厚みは、原水流路を確保しつつできる限り原水と分離膜との接触面積を大きくとるため通常１mm以下と薄く、濁質が原水流路にある原水スペーサーに蓄積され、原水流路を閉塞し易い構造となっており、このため、予め原水中の濁質を除去して濁質蓄積による通水差圧の上昇や透過水量、透過水質の低下を回避し、長期間に亘り安定な運転を行うためである。このような除濁を除去する目的で用いられる前処理装置は、例えば、凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの各装置を含むものであり、これらの設置は、設置コストや運転コストを上昇させると共に、大きな設置面積を必要とするなどの問題を有していた。
【０００５】
ところで、スパイラル型膜エレメントを装着する分離膜モジュールに対する前処理装置が省略できれば、工業用水や水道水が前処理なしで逆浸透膜モジュールに供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高いものとなる。従って、濁質が蓄積し難い構造を有する原水スペーサーが開発されるか、あるいは原水スペーサーに濁質が蓄積したとしても、運転方法の変更やフラッシングなどで濁質が除去できれば、極めて有用な技術となる。特に運転方法の変更やフラッシング等で濁質を除去する方法は、従来のスパイラル型膜エレメントをそのまま使用可能な場合がある点で好ましいものである。
【０００６】
特許文献１の特開平１１−１０４６３６号公報には、加圧した気液二層流を通常の原水の流れに対して逆方向の流れで供給して逆浸透膜モジュールを逆洗フラッシングする方法が開示されている。また、特許文献２の特開平１０−１１３５４２号公報には、筒状の膜エレメントの両端の封止部材に配管が接続された流体分離装置が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１―１０４６３６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１０−１１３５４２号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１―１０４６３６号公報における逆洗フラッシングは、中空糸型逆浸透膜モジュールの該中空糸膜面に付着した濁質の除去であり、スパイラル型逆浸透膜モジュールの原水スペーサーに付着した濁質の除去ではない。また、特開平１０−１１３５４２号公報記載の流体分離装置は、膜エレメントの外側とそれを備える圧力容器との間の隙間をなくすことにより、該隙間でのスライムの発生を防止しようとするものであり、膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を除去するための装置ではない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を十分かつ速やかに除去することができる分離膜モジュール、分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、（１）複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールの場合、スパイラル型膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を除去するためフラッシングを行っても十分に濁質の除去が行えないか、あるいはフラッシングに長時間を要すること、（２）その理由は、該スパイラル型膜エレメントの連結部周りの空間に上流側のスパイラル型膜エレメントで剥離された濁質が滞留してしまうこと、及び該濁質が下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することによるものであること、（３）従って、濁質が滞留する空間部に位置する筒状ベッセルの周面部に濁質排出孔を設け、該濁質排出孔からフラッシング水を抜き出せば、該濁質の滞留及び該濁質による下流のスパイラル型膜エレメントの汚染を防止できるため、十分かつ速やかな濁質の除去が可能となること、等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される一箇所の連結部当たり２〜４個の濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される分岐配管と、該分岐配管に接続すると共に配管弁を有する集合配管とからなる濁質除去配管、を備える分離膜モジュールを提供するものである。原水処理工程においては濁質除去配管は配管弁を閉じた状態で運転し、フラッシング工程においては配管弁を開け濁質除去配管から連結部周辺に滞留している濁質を直ちに除去するため、下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することもなく、フラッシング時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、本発明は、原水ポンプと第１弁を接続する原水供給第１配管と、第１弁と前記分離膜モジュールを接続する原水供給第２配管と、該分離膜モジュールの透過水側に接続される透過水流出管と、第２弁を有し原水供給第１配管から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続される流れ方向転換配管と、第３弁を有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管と、第４弁を有し原水供給第２配管から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管と、を備える分離膜装置を提供するものである。また、本発明は、前記分離膜装置において、分離膜モジュールが、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される濁質除去配管を備える分離膜装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、順方向の原水処理、逆方向の原水処理、順方向のフラッシング及び逆方向のフラッシングを適宜組み合わせた最適な運転が簡易に行なうことができる。また、本発明は、前記分離膜装置の運転方法であって、フラッシング水の全部又は一部を前記濁質除去配管から排出するフラッシング工程を行う分離膜装置の運転方法を提供するものである。本発明によれば、前記分離膜装置を使用して前記分離膜モジュールの特徴を生かした運転を行うことができる。このため、前処理システムを省略しても、通水差圧を大きく上昇させることなく長期間に亘る連続運転が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における分離膜モジュールを図１を参照に説明する。図１は、本実施の形態例の分離膜モジュールを透視して見た模式図である。分離膜モジュール２０Ａは、透過水集水管２４の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなる３つのスパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃと、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部１１ａ、１１ｂと、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセル１８と、筒状ベッセル１８の周面部であって連結部１１ａ、１１ｂの周辺部に形成される濁質排出孔１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂと、濁質排出孔１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂに接続される濁質除去配管２６ａ、２６ｂを備えるものである。また、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの外周と筒状ベッセル１８の内周の間の隙間を閉塞するブラインシール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを有する。連結部１１ａの周辺には、スパイラル型膜モジュール２０１ａと２０１ｂによりデッドスペース１５ａが形成され、連結部１１ｂの周辺には、スパイラル型膜モジュール２０１ｂと２０１ｃによりデッドスペース１５ｂが形成されている。
【００１４】
また、濁質除去配管２６ａは、濁質排出孔１６ａ、１７ａに接続される分岐配管１２ａ、１３ａと、分岐配管１２ａ、１３ａに接続すると共に配管弁ｆ１を有する集合配管１４ａとからなり、濁質除去配管２６ｂは、濁質排出孔１６ｂ、１７ｂに接続される分岐配管１２ｂ、１３ｂと、分岐配管１２ｂ、１３ｂに接続すると共に配管弁ｆ２を有する集合配管１４ｂとからなる。また、筒状ベッセル１８の一端には原水を筒状ベッセル内部に流入するための原水流入管２３、また他端には透過水集水管２４に連結する透過水流出配管２８及び濃縮水又は濁質排水を系外に排出する非透過水管２９が付設されている。
【００１５】
本発明の分離膜モジュールにおいて、筒状ベッセルの周面部であって連結部の周辺部とは、例えば濁質排出孔１６ａ、１７ａの場合、一方のスパイラル型エレメント２０１ａの巻回された袋状の分離膜の後端部と、他方のスパイラル型エレメント２０１ｂの巻回された袋状の分離膜の前端部の間にある空間部に相当する筒状ベッセルの周面部を言う。また、濁質排出孔及び該濁質排出孔に接続する濁質除去配管の設置する位置は、全ての連結部の当該周辺部に当たる位置であっても、その一部である特定の連結部に係る当該周辺部に当たる位置であってもよい。例えば、４つのスパイラル型膜モジュールを配置する分離膜モジュールの場合、濁質排出孔及び該濁質排出孔に接続する濁質除去配管の設置は、３箇所の連結部の全てであってもよいし、両端の２箇所、あるいは一端の１箇所であってもよい。このうち、全ての箇所に設置することが、剥離した濁質による下流側のスパイラル型膜エレメントの汚染を防止できる点で特に好ましい。
【００１６】
本発明の分離膜モジュールは上記実施の形態例に限定されず、直列に連結するスパイラル型膜エレメントの個数は、２個又は４個以上であってもよい。また、前記濁質排出孔の数としては、特に制限されず、筒状ベッセルの内径、耐圧性、原水流量等から適宜決定されるが、一箇所の連結部当たり２〜４個とすることが、当該筒状ベッセルの適切な耐圧性を確保でき、且つ濁質の除去が速やかに行えるという点で好適である。また、濁質除去配管の内径は、特に制限されず、筒状ベッセルの内径、濁質排出孔の数、フラッシングを実施する際の差圧等の運転条件により適切な径とすることができる。
【００１７】
スパイラル型膜エレメントとしては、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるものであれば特に制限されず、当該原水スペーサーは、（ｉ）原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第１線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第２線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなるもの、( ii)分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部に原水スペーサーを固設してなるもの、（iii）前記（ii）において、分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部への原水スペーサーの固設方法が、二つ折された原水スペーサーを当該端部に対して両側から挟持するように固定したもの、（iv）原水スペーサーを構成する線材の平均交点数が、スペーサー１ｍ２当たり５００以上、１００００未満であるもの、（ｖ）原水スペーサーを構成する線材の交点数密度が、原水の流れ方向に沿って、漸次減少するか、または断続的に減少するもの、（vi）原水スペーサーを構成する線材の交点数密度が、原水の流れ方向に沿って、漸次増加するか、または断続的に増加するもの等が使用できる。上記（ｉ）においては、更に前記緩やかな曲線で蛇行する形状が、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）が０．０２〜２であり、且つ１本の線材１ｍ当たり１〜１００波長のものが、交点数が好適な範囲であると共に、原水は原水流路内を緩やかに蛇行しながらほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れ、原水流路内への濁質の堆積が一層防止される点で好ましい。上記（ii）及び（iii）において、該分離膜の原水流入側端部、又は濃縮水流出側端部の前記透過水集水管に対する長手方向における長さは、それぞれ該分離膜の原水流入側端、又は濃縮水流出側端から内側へ、該分離膜の透過水集水管に対する長手方向長さの１〜１０％であるものが好ましい。
【００１８】
上記（ii）〜（iv）の原水スペーサーは、例えば複数の第１線材および複数の第２線材から構成される網目状のスペーサーが挙げられる。この場合、網目の形状としては、特に制限されないが、ひし形、四角形及び波形などが挙げられ、その線材同士の交差形態としては、特に制限されず、線材同士を織らずに接合した形態、平織りによる交差形態およびあや織りによる交差形態などが挙げられる。また、交点とは、第１線材及び第２線材とが交わる点をいうが、例えば第１線材及び第２線材が波形の場合における交点のように、第１線材と第２線材が少し重なる部分を有するものであってもよい。また、第１線材及び第２線材の断面形状としては、特に制限されないが、例えば円形、三角形、四角形などが挙げられる。また、第１線材及び第２線材は同一寸法、同一断面形状のものが使用される。原水スペーサーの厚さは、第１線材の径と第２線材の径を合わせたもの、若しくはそれより若干薄いものであり、例えば０．４〜３．０ｍｍの範囲である。また、原水スペーサーの材質としては、特に制限されないが、ポリプロピレンやポリエチレンが、成形性やコスト面から好ましい。また、原水スペーサーの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を適用できるが、押出成形法が、コスト面及び精度面からも好ましい。
【００１９】
当該スパイラル型膜エレメントは、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を前記原水スペーサーと共に、１枚の袋状の分離膜を巻回したものであるか、又は複数の袋状の分離膜を巻回したものである。分離膜としては、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜などが挙げられる。このうち、逆浸透膜が、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する目的で使用され、従来から前処理が必須のものとなっているという点でその効果をより発揮する。逆浸透膜としては、食塩水中の塩化ナトリウムに対する９０％以上の高い除去率を有する通常の逆浸透膜、及び低脱塩率のナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜が挙げられる。ナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜は脱塩性能を有するものの、通常の逆浸透膜よりも脱塩性能が低いもので、特にＣａ、Ｍｇ等の硬度成分の分離機能を有するものである。なお、ナノ濾過膜とルーズ逆浸透膜はＮＦ膜と称されることがある。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態における分離膜装置を図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態例の分離膜装置のフロー図である。図２中、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、主に異なる点について説明する。図２中、分離膜装置２０は、原水ポンプ２１と第１弁ａを接続する原水供給第１配管２２と、第１弁ａと該分離膜モジュール２０Ａを接続する原水供給第２配管２３と、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃを備えた分離膜モジュール２０Ａと、該分離膜モジュール２０Ａの透過水側に接続され弁ｅを有する透過水流出管２４と、第２弁ｂを有し原水供給第１配管２２から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続する流れ方向転換配管２５と、第３弁ｃを有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管２５１と、第４弁ｄを有し原水供給第２配管２３から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管２３１とを備える。なお、図２中、流れ方向転換配管２５から濃縮水流出第１分岐配管２５１に至る濃縮水流出ラインは図１の非透過水管２９に相当する。本例の分離膜装置２０によれば、分離膜モジュール２０Ａの特徴を生かした運転を行うことがでできる。このため、前処理システムを省略しても、通水差圧を大きく上昇させることなく長期間に亘る連続運転が可能となる。
【００２１】
本発明の分離膜装置の運転方法は、フラッシング水の全部又は一部を濁質除去配管から排出するフラッシング工程を行うものである。例えばフラッシングを実施する際、濁質除去配管２６ａに付設された濁質除去配管弁ｆ１を開き、ポンプを用いて筒状ベッセル１８の一端である原水供給第２配管２３からフラッシング水を圧入する。フラッシング水がスパイラル型膜エレメント２０１ａの原水流路を通過する際に、原水流路に堆積した濁質を剥離し、剥離された該濁質はスパイラル型膜エレメント２０１ａからデッドスペース１５ａに押し出される。該濁質は、濁質除去配管２６ａを通って、フラッシング水と共に系外へ排出される。濁質除去配管２６ａを設置することによって、スパイラル型膜エレメント２０１ａから剥離した濁質が、デッドスペース１５ａに滞留することを防ぐことができ、且つ下流のスパイラル型膜エレメント２０１ｂを汚染することを防ぐことができるので、十分且つ速やかに濁質を除去することができる。濁質除去配管２６ａを設置しない場合は、フラッシング水により、スパイラル型膜エレメント２０１ａから剥離した濁質が、デッドスペース１５ａに滞留し分離膜モジュールから排出されず、あるいは下流のスパイラル型膜エレメント２０１ｂの原水流路に再び詰まり、該濁質がスライムの温床となるため、通水差圧の急激な上昇を招く。また、フラッシングを長時間実施することにより、ある程度濁質の除去ができる場合もあるが、水利用率の低下及び分離膜装置の実質稼動時間の低下を招くこととなり、実用的ではない。
【００２２】
本発明の分離膜装置の運転方法としては、順方向の原水処理及び逆方向の原水処理の２方向の原水処理と、順方向のフラッシング及び逆方向のフラッシングの２方向のフラッシングを適宜組み合わせて行うことができ、前記原水処理及びフラッシングの組み合わせの中、順方向の原水処理→逆方向のフラッシング→順方向のフラッシング→逆方向のフラッシング→逆方向の原水処理→順方向のフラッシング→逆方向のフラッシング→順方向のフラッシングを繰り返す方法が、濁質の除去効率が高く、速やかに濁質の除去が行える点で特に好ましい。
【００２３】
本例の運転方法において、順方向の原水処理とは、次のように操作することをいう。すなわち図２中、分離膜装置２０において、第１弁ａ及び弁ｅは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ１及びｆ２は閉とし、分離膜モジュール内を所定の圧力となるように第３弁ｃを開く。ポンプ２１から圧送される原水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａで処理され、濃縮水は流れ方向転換配管２５を経て、濃縮水流出第１分岐配管２５１から得ると共に、透過水は透過水流出配管２８から得る。
【００２４】
また、逆方向の原水処理とは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第２弁ｂ及び弁ｅは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１及びｆ２は閉とし、分離膜モジュール内を所定の圧力となるように第４弁ｄを開く。具体的にはポンプ２１から圧送される原水は、原水供給第１配管２２、流れ方向転換配管２５を経て、分離膜モジュール２０Ａで処理され、濃縮水は原水供給第２配管２３を経て、濃縮水流出第２分岐配管２３１から得ると共に、透過水は透過水流出配管２８から得る。
【００２５】
また、順方向のフラッシングとは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄは閉とし、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２及び第３弁ｃは運転方法により適宜開又は閉とするが、少なくとも１つの弁は開とする。すなわち濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２又は第３弁ｃを開くことにより圧力を開放し、原水を処理する際の原水の流量の約３倍程度の流量にする。この場合、弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。具体的にはポンプ２１から原水をフラッシング水として供給し、フラッシング水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ又は２０１ｃを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ａ、２６ｂ又は濃縮水流出第１分岐配管２５１から全量又は一部が排出される。
【００２６】
また、逆方向のフラッシングとは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃは閉とし、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２及び第４弁ｄは、運転方法により適宜開又は閉とするが、少なくとも１つの弁は開とする。すなわち濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２又は第３弁ｃを開くことにより圧力を開放し、原水を処理する際の原水の流量の約３倍程度の流量にする。この場合、弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。具体的にはポンプ２１から原水をフラッシング水として供給し、フラッシング水は、原水供給第１配管２２、流れ方向転換配管２５経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、スパイラル型膜エレメント２０１ｃ、２０１ｂ又は２０１ａを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ｂ、２６ａ又は濃縮水流出第２分岐配管２３１から全量又は一部が排出される。
【００２７】
前記フラッシング工程は、直前の原水処理工程が順方向の原水処理である場合には逆方向のフラッシングを最初に行い、直前の原水処理工程が逆方向の原水処理である場合には順方向のフラッシングを最初に行うことが、最初のフラッシングで原水流路に堆積した濁質を効果的に剥離することができる点で好ましい。
【００２８】
前記フラッシング工程は、原水処理工程を１〜２４時間、好ましくは１〜１２時間実施した後に行う。１時間未満であると原水の流れを切り替える回数が多くなり切替弁の寿命を極端に低下させるとともに、フラッシング時間が増えるので、水の回収率の低下につながり、２４時間を超えると堆積した濁質が除去しにくくなる。また、原水処理工程を実施している際に、所定の通水差圧となった時点で、フラッシング工程を実施することとしてもよい。特に、原水の組成が変化する場合は、通水差圧で判断することが好ましい。濁質の原水流路への堆積が一定せず、フラッシング工程が必要になる時間が一定しないためである。
【００２９】
前記フラッシング工程は、前記順方向のフラッシング又は前記逆方向のフラッシングをいずれか一方を１回、又は交互に複数回行う方法が好適である。順方向のフラッシングと逆方向のフラッシングの合計回数は、１〜５回程度が好ましく、２〜４回が特に好ましい。フラッシングを２〜４回行うと、必ずフラッシング水を異なる方向から流すこととなるので、濁質を効率的に剥離できる。また、５回を越えて行うと水の回収率の低下につながる。１回の順方向のフラッシング又は逆方向のフラッシングにおいて、１スパイラル型膜エレメント当たりのフラッシング水の通水時間は、例えば３０〜１２０秒であり、３０秒未満だと濁質の除去が十分に行えず、１２０秒を超えると水の回収率の低下につながる。
【００３０】
前記フラッシング工程において、濁質除去配管から排出される濁質を含んだフラッシング水は濁質除去配管弁の開閉度合いにより、その排出量を調整することができる。この場合、各濁質除去配管から排出するフラッシング水の量は、全量であっても一部であってもよく、また、フラッシング中に各濁質除去配管ごとに変化させてもよい。
【００３１】
また、本発明の分離膜装置の運転方法としては、前記分離膜装置に複数の濁質除去配管が付設される場合、フラッシング工程が、フラッシング水の全部又は一部の排出を、一の濁質除去配管毎に順次行なう個別フラッシングであることが、速やかに濁質の除去が行える点で好ましい。図２を参照に個別フラッシングの操作手順を説明する。先ず順方向のフラッシングを行う場合、分離膜装置２０において、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１は開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ２は閉とする。弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。ポンプ１１から原水をフラッシング水として供給し、該フラッシング水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、最も上流のスパイラル型膜エレメント２０１ａを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。スパイラル型膜エレメント２０１ａから出た濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ａから全量又は一部が排出される。一定時間、濁質除去配管２６ａからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ１を閉じ、濁質除去配管弁ｆ２を開き、フラッシング水を濁質除去配管２６ｂから排出する。スパイラル型膜エレメント２０１ｂに堆積した濁質は、フラッシング水が、スパイラル型膜エレメント２０１ｂを通過するときに、剥離し、濁質除去配管２６ｂから排出される。一定時間、濁質除去配管２６ｂからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ２を閉じる。その後、フラッシング水は、濃縮水流出第１分岐配管２５１から排出され、スパイラル型膜エレメント２０１ｃを通過するときに、スパイラル型膜エレメント２０１ｃに堆積した濁質を剥離する。その際、第３弁ｃを更に大きく開いてもよい。また、第３弁ｃは濁質除去配管２６ａや濁質除去配管２６ｂから濁質を除去する間、閉じた状態であってもよい。この場合、濁質除去配管２６ｂから濁質を除去し濁質除去配管弁ｆ２を閉じた後、第３弁ｃを開とする。
【００３２】
逆方向のフラッシングの際には、先ず、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ２は開、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１は閉とする。弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。一定時間後、濁質除去配管２６ｂからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、濁質除去配管ｆ１を開き、一定時間、濁質除去配管２６ａからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ１を閉じる。その後、フラッシング水は、濃縮水流出第１分岐配管２５１から排出される。その際、第４弁ｄを更に大きく開いてもよい。また、第４弁ｄは濁質除去配管２６ｂや濁質除去配管２６ａから濁質を除去する間、閉じた状態であってもよい。この場合、濁質除去配管２６ａから濁質を除去し濁質除去配管弁ｆ１を閉じた後、第４弁ｄを開とする。
【００３３】
濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２、第３弁ｃ及び第４弁ｄを開いてから閉じるまでの時間は、１０〜６０秒が好ましい。１０秒未満だと濁質の除去が不十分となり、６０秒を超えると水の回収率の低下を招く。また、各フラッシングにおいて、濁質除去配管から排出されるフラッシング水は初期のものほど、多くの濁質を含んでおり、後になるほど濁質は少なくなるので、初期のフラッシング水を排出した後の濁質の少ないフラッシング水を再利用することもできる。また、フラッシング水は濁質除去配管から供給して、個別フラッシングを行うこともできる。このようにフラッシング工程として、個別フラッシングを行えば、上流のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が、下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することを防ぐことができるので、濁質の除去効率が向上する。
【００３４】
本発明の分離膜運転方法において、フラッシング水は気体が混入されたフラッシング水を用いることが、気体の作用で濁質が剥離しやすくなり濁質の除去効率を向上させることができる点で好適である。気体の種類としては、分離膜を劣化させないものであれば特に制限されず、例えば空気、窒素などが挙げられる。該気体の混入箇所は、分離膜モジュールの上流であれば、特に制限されないが、分離膜装置にフラッシング水を圧送するポンプの手前で混合させることが、複数の混入箇所を設ける必要がない点で好ましい。
【００３５】
また、フラッシングを行う際、透過水流水管２４に設置されている弁ｅを全閉にすることが好ましい。透過水流出管２４に設置されている弁ｅが開いていると、高圧用の分離膜モジュールの場合では、フラッシング時の圧力程度ではフラッシング水が透過することはないが、低圧又は超低圧用の分離膜モジュールでは透過してしまい、フラッシング水の流量が低減し、且つ水質の低下した水が透過するという問題がある。また、透過水流出管に設置されている弁を閉じた直後に発生する背圧により膜面に堆積した汚染物質を浮遊させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。
【００３６】
また、フラッシングを行う直前に、フラッシング水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえつけていた圧力が抜け、膜が若干浮くことになるので、フラッシング水供給側の圧力を抜くことは原水流路に堆積している濁質を浮遊させることができる点で好ましい。原水ポンプ２１の吐出側の原水供給第１配管２２にブロー配管（図示せず）を設け、該フロー配管に弁（図示せず）を設け、この弁を開ける方法、あるいは、順方向の原水処理又は順方向のフラッシングを行っている場合には、第４弁ｄを開け、逆方向の原水処理又は逆方向のフラッシングを行っていある場合には、第３弁ｃを開ける方法が挙げられる。弁の開放速度としては、特に制限されないが、瞬間的に、好ましくは１秒以内に弁が全開になることが好ましい。瞬間的に圧抜きする方が、膜を浮かせやすく、また水撃作用による濁質排除効果も期待できる。また、この場合、透過水側の弁ｅを開とすることが好ましい。弁ｅが閉では膜間差圧がなくなり、膜を押さえつけている力がなくなるため、例え原水供給側の圧力を抜いても、膜が浮くことがないからである。
【００３７】
本例の分離膜装置２０に直接供給される原水としては、工業用水、水道水及び回収水が挙げられる。原水の濁度としては、特に制限されないが、濁度２度程度であっても、本発明の分離膜装置の運転方法を実施すれば、長期間運転においても通水差圧が上昇することはない。また、原水は４０〜６０℃に加温してから供給することが、膜面に発生するスライムを防止、除去することが可能となる点で好ましい。原水の温度が４０℃未満ではスライム除去効果がほとんどなく、６０℃を超えるとスライム除去効果はあるものの、水処理装置の耐熱温度を超えてしまう。また、４０〜６０℃に加温した原水は、連続的供給でも、断続的供給でもよい。断続的供給としては、１時間以上１週間以内の間隔で断続的に供給することが、膜面に発生するスライムを無駄なエネルギーを消費することなく効率的に除去できる点で好ましい。供給間隔が１時間未満では不要な加温を行うことになりエネルギーが無駄になる。一方、１週間を超えるとスライムの発生が起こりやすくなり、効果が低減してしまう。また、原水はｐＨ２．０以上７．０未満の酸性状態にして供給することが、酸性水には大きな殺菌効果があり、スライムの発生を抑制すると共に膜面への濁質の堆積を低減することができる点で好ましい。ｐＨが２．０未満ではシステムの耐薬品性の問題が生じてしまい、７．０以上であるとスライム発生を抑制する効果が期待できない。また、原水には原水中に砂粒などの粗大粒子を含む場合、予め目の粗いフィルターを通した処理水やスケールやファウリングを防止するための分散剤を添加したものも含まれる。分散剤としては、例えば市販品の「hypersperse MSI300」、「hypersperse MDC200」（共に、ARGO SCIENTIFIC社製）が挙げられる。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
濁度２度、導電率２０．０ｍＳ／ｍの工業用水を図２に示すフローの分離膜装置で、下記運転方法及び運転条件下において、２０００時間の運転を行った。分離膜装置は内径が２０ｃｍの筒状ベッセルに、網目状の原水スペーサーを巻回した８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）３個を装着し、１つの連結部当たり、濁質排出孔は４個、これに接続する内径２ｃｍの濁質除去分岐配管を４本及び濁質除去分岐配管と接続する濁質除去集合配管１本を設置した分離膜モジュールを用いた。分離膜モジュールの性能評価は運転初期及び２０００時間における通水差圧(MPa)、透過水量（l/分）及び透過水の導電率(mS/m)を測定することで行った。結果を表１に示す。
【００３９】
（運転方法）
（１）順方向の原水処理を８時間行う。
（２）順方向のフラッシングを、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１を全開、第３弁ｃ及び濁質除去配管弁ｆ２を閉にして２０秒保持し、その後濁質除去配管ｆ１を閉じ、濁質除去配管弁ｆ２を全開にして３０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、第３弁ｃを全開にして４０秒保持する。
（３）逆方向の原水処理を８時間行う。
（４）逆方向のフラッシングを、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ２を全開、第４弁ｄ及び濁質除去配管弁ｆ１を閉にして２０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、濁質除去配管弁ｆ１を全開にして３０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ１を閉じ、第４弁ｄを全開にして４０秒保持する。
上記操作（１）→（４）→（２）→（４）→（３）→（２）→（４）→（２）→を１サイクルとして繰り返し行う。
【００４０】
（運転条件）
透過処理条件；操作圧力が０．７５MPa、濃縮水流量が２．７ｍ３/時間、水温が２５℃、原水ｐＨ７．０。
フラッシング条件；フラッシング水流量が８．１ｍ３/時間、水温が２５℃。
【００４１】
比較例１
下記の運転方法とする以外は、実施例１と同様の条件で行った。通水開始後１２００時間経過した時点で、通水差圧が極端に上昇し、透過水が得られなくなったため、その時点で運転を停止した。
【００４２】
（運転方法）
（１）順方向の原水処理を８時間行う。
（２）順方向のフラッシングを、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２を閉、第３弁ｃを全開にして６０秒行う。
（３）逆方向の原水処理を８時間行う。
（４）逆方向のフラッシングを、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２を閉、第４弁ｄを全開にして６０秒行う。
上記操作（１）→（４）→（２）→（４）→（３）→（２）→（４）→（２）→を１サイクルとして繰り返し行う。
【００４３】
比較例２
比較例１の順方向のフラッシング６０秒を３００秒とすること、及び逆方向のフラッシング６０秒を３００秒とすること以外は、比較例１と同様の条件で実施した。結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
実施例１では、通水差圧が大きく上昇することなく２０００時間の運転をすることができた。このことは、濁質の除去が十分であったことを表している。それに対し、比較例１では、通水差圧が極端に上昇してしまい、２０００時間の運転を行うことができなかった。このことは、フラッシング水を濁質除去配管ｆ１及びｆ２から排出させない場合は、濁質の除去を十分に行うことができないということを表している。比較例２から、フラッシング水を濁質除去配管から排出させない場合は、２０００時間の運転を行うためには、フラッシングに長い時間が必要であることを表している。実施例１のフラッシング時間が１サイクル当たり５４０秒であるのに対し、比較例２のフラッシング時間は１８００秒であることから、濁質除去配管からフラッシング水を排出させない場合は、多量の水が必要である。これは水の回収率の低下を招く。また、比較例２は実施例１に比べ、２０００時間運転後の通水差圧の上昇が大きいことから、実施例１より濁質の除去効率が低いこともわかる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の分離膜モジュールによれば、濁質除去配管を設置することにより、濁質除去配管から濁質を含んだフラッシング水を排出して、連結部の周辺のデッドスペースに濁質が滞留すること及び上流のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することを防ぐことができるので、複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールの該スパイラル型膜エレメントの原水流路に堆積した濁質を十分かつ速やかに除去することができる。また、本発明の分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法によれば、当該分離膜モジュールの機能を十分に発揮させることができる。従って、本発明の分離膜モジュール、分離膜装置及び分離膜装置の運転方法によれば、前処理システムを省略することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の分離膜モジュールである。
【図２】本発明の実施の形態例の分離膜装置のフロー図である。
【図３】従来から使用されているスパイラル型膜エレメントの一例である。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ 連結部
１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂ 分岐管
１４ａ、１４ｂ 集合管
１５ａ、１５ｂ デッドスペース
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ 濁質排出孔
１８ 筒状ベッセル
１９ａ〜１９ｃ ブラインシール
２０ 分離膜装置
２０Ａ 分離膜モジュール
２１ 原水ポンプ
２２ 原水供給第１配管
２３ 原水供給第２配管
２４、４４ 透過水集水管
２５ 流れ方向転換配管
２６ａ、２６ｂ 濁質除去配管
２８ 透過水流出配管
ａ 第１弁
ｂ 第２弁
ｃ 第３弁
ｄ 第４弁
ｅ 透過水流出配管弁
ｆ１、ｆ２ 濁質除去配管弁
４０ スパイラル型膜エレメント
４１ 逆浸透膜
４２ 透過水スペーサー
４３ 袋状膜
４５ 原水スペーサー
４６ 原水
４７ 透過水
４８ 濃縮水
４ａ スパイラル型膜エレメントの一方の端面側
４ｂ スパイラル型膜エレメントの他方の端面側
２０１ａ〜２０１ｃ、４０ スパイラル型膜エレメント
２３１ 濃縮水流出第２分岐配管
２５１ 濃縮水流出第１分岐配管
【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に巻回されている原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去できる分離膜モジュール、分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、純水、超純水、各種製造プロセス用水を得るために、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）を透過膜とするスパイラル型膜エレメントを用いて、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。また低分子ないし高分子成分を分離したり、高分子成分のみを分離する限外濾過や、微粒子を分離する精密濾過においてもスパイラル型膜エレメントが用いられている。図３を用いて、従来から使用されているスパイラル型膜エレメントの一例を説明する。透過水スペーサー４２の両面に逆浸透膜４１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜４３を形成し、該袋状膜４３の開口部を透過水集水管４４に取り付け、網状の原水スペーサー４５と共に、透過水集水管４４の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成されている。そして、原水４６はスパイラル型膜エレメント４０の一方の端面側４ａから供給され、原水スペーサー４５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント４０の他方の端面側４ｂから濃縮水４８として排出される。原水４６は原水スペーサー４５に沿って流れる過程で、逆浸透膜４１を透過して透過水４７となり、この透過水４７は透過水スペーサー４２に沿って透過水集水管４４の内部に流れ込み、透過水集水管４４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜４３間に配設される原水スペーサー４５により原水流路が形成されることになる。
【０００３】
前記スパイラル型膜エレメント４０は、複数を直列に連結させ一本の筒状のベッセル内に配置することにより、透過水量を増加させることが可能であり、工業的には複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールが多く用いられている。複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールを設置した方が、原水の利用効率が高く、設置場所も少ないという点で、１つのスパイラル型膜エレメントを備えた分離膜モジュールを複数設置するよりも有利であるという理由からである。
【０００４】
このようなスパイラル型膜エレメントを用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、通常、原水の濁質などを除去する目的で前処理が行われている。この前処理を行うのは、スパイラル型膜エレメントの原水スペーサーの厚みは、原水流路を確保しつつできる限り原水と分離膜との接触面積を大きくとるため通常１mm以下と薄く、濁質が原水流路にある原水スペーサーに蓄積され、原水流路を閉塞し易い構造となっており、このため、予め原水中の濁質を除去して濁質蓄積による通水差圧の上昇や透過水量、透過水質の低下を回避し、長期間に亘り安定な運転を行うためである。このような除濁を除去する目的で用いられる前処理装置は、例えば、凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの各装置を含むものであり、これらの設置は、設置コストや運転コストを上昇させると共に、大きな設置面積を必要とするなどの問題を有していた。
【０００５】
ところで、スパイラル型膜エレメントを装着する分離膜モジュールに対する前処理装置が省略できれば、工業用水や水道水が前処理なしで逆浸透膜モジュールに供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高いものとなる。従って、濁質が蓄積し難い構造を有する原水スペーサーが開発されるか、あるいは原水スペーサーに濁質が蓄積したとしても、運転方法の変更やフラッシングなどで濁質が除去できれば、極めて有用な技術となる。特に運転方法の変更やフラッシング等で濁質を除去する方法は、従来のスパイラル型膜エレメントをそのまま使用可能な場合がある点で好ましいものである。
【０００６】
特許文献１の特開平１１−１０４６３６号公報には、加圧した気液二層流を通常の原水の流れに対して逆方向の流れで供給して逆浸透膜モジュールを逆洗フラッシングする方法が開示されている。また、特許文献２の特開平１０−１１３５４２号公報には、筒状の膜エレメントの両端の封止部材に配管が接続された流体分離装置が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１―１０４６３６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平１０−１１３５４２号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１―１０４６３６号公報における逆洗フラッシングは、中空糸型逆浸透膜モジュールの該中空糸膜面に付着した濁質の除去であり、スパイラル型逆浸透膜モジュールの原水スペーサーに付着した濁質の除去ではない。また、特開平１０−１１３５４２号公報記載の流体分離装置は、膜エレメントの外側とそれを備える圧力容器との間の隙間をなくすことにより、該隙間でのスライムの発生を防止しようとするものであり、膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を除去するための装置ではない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を十分かつ速やかに除去することができる分離膜モジュール、分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、（１）複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールの場合、スパイラル型膜エレメントの原水流路に詰まった濁質を除去するためフラッシングを行っても十分に濁質の除去が行えないか、あるいはフラッシングに長時間を要すること、（２）その理由は、該スパイラル型膜エレメントの連結部周りの空間に上流側のスパイラル型膜エレメントで剥離された濁質が滞留してしまうこと、及び該濁質が下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することによるものであること、（３）従って、濁質が滞留する空間部に位置する筒状ベッセルの周面部に濁質排出孔を設け、該濁質排出孔からフラッシング水を抜き出せば、該濁質の滞留及び該濁質による下流のスパイラル型膜エレメントの汚染を防止できるため、十分かつ速やかな濁質の除去が可能となること、等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される一箇所の連結部当たり２〜４個の濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される分岐配管と、該分岐配管に接続すると共に配管弁を有する集合配管とからなる濁質除去配管、を備える分離膜モジュールを提供するものである。原水処理工程においては濁質除去配管は配管弁を閉じた状態で運転し、フラッシング工程においては配管弁を開け濁質除去配管から連結部周辺に滞留している濁質を直ちに除去するため、下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することもなく、フラッシング時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、本発明は、原水ポンプと第１弁を接続する原水供給第１配管と、第１弁と前記分離膜モジュールを接続する原水供給第２配管と、該分離膜モジュールの透過水側に接続される透過水流出管と、第２弁を有し原水供給第１配管から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続される流れ方向転換配管と、第３弁を有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管と、第４弁を有し原水供給第２配管から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管と、を備える分離膜装置を提供するものである。また、本発明は、前記分離膜装置において、分離膜モジュールが、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される濁質除去配管を備える分離膜装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、順方向の原水処理、逆方向の原水処理、順方向のフラッシング及び逆方向のフラッシングを適宜組み合わせた最適な運転が簡易に行なうことができる。また、本発明は、前記分離膜装置の運転方法であって、フラッシング水の全部又は一部を前記濁質除去配管から排出するフラッシング工程を行う分離膜装置の運転方法を提供するものである。本発明によれば、前記分離膜装置を使用して前記分離膜モジュールの特徴を生かした運転を行うことができる。このため、前処理システムを省略しても、通水差圧を大きく上昇させることなく長期間に亘る連続運転が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における分離膜モジュールを図１を参照に説明する。図１は、本実施の形態例の分離膜モジュールを透視して見た模式図である。分離膜モジュール２０Ａは、透過水集水管２４の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなる３つのスパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃと、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部１１ａ、１１ｂと、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセル１８と、筒状ベッセル１８の周面部であって連結部１１ａ、１１ｂの周辺部に形成される濁質排出孔１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂと、濁質排出孔１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂに接続される濁質除去配管２６ａ、２６ｂを備えるものである。また、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの外周と筒状ベッセル１８の内周の間の隙間を閉塞するブラインシール１９ａ、１９ｂ、１９ｃを有する。連結部１１ａの周辺には、スパイラル型膜モジュール２０１ａと２０１ｂによりデッドスペース１５ａが形成され、連結部１１ｂの周辺には、スパイラル型膜モジュール２０１ｂと２０１ｃによりデッドスペース１５ｂが形成されている。
【００１４】
また、濁質除去配管２６ａは、濁質排出孔１６ａ、１７ａに接続される分岐配管１２ａ、１３ａと、分岐配管１２ａ、１３ａに接続すると共に配管弁ｆ１を有する集合配管１４ａとからなり、濁質除去配管２６ｂは、濁質排出孔１６ｂ、１７ｂに接続される分岐配管１２ｂ、１３ｂと、分岐配管１２ｂ、１３ｂに接続すると共に配管弁ｆ２を有する集合配管１４ｂとからなる。また、筒状ベッセル１８の一端には原水を筒状ベッセル内部に流入するための原水流入管２３、また他端には透過水集水管２４に連結する透過水流出配管２８及び濃縮水又は濁質排水を系外に排出する非透過水管２９が付設されている。
【００１５】
本発明の分離膜モジュールにおいて、筒状ベッセルの周面部であって連結部の周辺部とは、例えば濁質排出孔１６ａ、１７ａの場合、一方のスパイラル型エレメント２０１ａの巻回された袋状の分離膜の後端部と、他方のスパイラル型エレメント２０１ｂの巻回された袋状の分離膜の前端部の間にある空間部に相当する筒状ベッセルの周面部を言う。また、濁質排出孔及び該濁質排出孔に接続する濁質除去配管の設置する位置は、全ての連結部の当該周辺部に当たる位置であっても、その一部である特定の連結部に係る当該周辺部に当たる位置であってもよい。例えば、４つのスパイラル型膜モジュールを配置する分離膜モジュールの場合、濁質排出孔及び該濁質排出孔に接続する濁質除去配管の設置は、３箇所の連結部の全てであってもよいし、両端の２箇所、あるいは一端の１箇所であってもよい。このうち、全ての箇所に設置することが、剥離した濁質による下流側のスパイラル型膜エレメントの汚染を防止できる点で特に好ましい。
【００１６】
本発明の分離膜モジュールは上記実施の形態例に限定されず、直列に連結するスパイラル型膜エレメントの個数は、２個又は４個以上であってもよい。また、前記濁質排出孔の数としては、特に制限されず、筒状ベッセルの内径、耐圧性、原水流量等から適宜決定されるが、一箇所の連結部当たり２〜４個とすることが、当該筒状ベッセルの適切な耐圧性を確保でき、且つ濁質の除去が速やかに行えるという点で好適である。また、濁質除去配管の内径は、特に制限されず、筒状ベッセルの内径、濁質排出孔の数、フラッシングを実施する際の差圧等の運転条件により適切な径とすることができる。
【００１７】
スパイラル型膜エレメントとしては、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるものであれば特に制限されず、当該原水スペーサーは、（ｉ）原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第１線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第２線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなるもの、( ii)分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部に原水スペーサーを固設してなるもの、（iii）前記（ii）において、分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部への原水スペーサーの固設方法が、二つ折された原水スペーサーを当該端部に対して両側から挟持するように固定したもの、（iv）原水スペーサーを構成する線材の平均交点数が、スペーサー１ｍ２当たり５００以上、１００００未満であるもの、（ｖ）原水スペーサーを構成する線材の交点数密度が、原水の流れ方向に沿って、漸次減少するか、または断続的に減少するもの、（vi）原水スペーサーを構成する線材の交点数密度が、原水の流れ方向に沿って、漸次増加するか、または断続的に増加するもの等が使用できる。上記（ｉ）においては、更に前記緩やかな曲線で蛇行する形状が、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）が０．０２〜２であり、且つ１本の線材１ｍ当たり１〜１００波長のものが、交点数が好適な範囲であると共に、原水は原水流路内を緩やかに蛇行しながらほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れ、原水流路内への濁質の堆積が一層防止される点で好ましい。上記（ii）及び（iii）において、該分離膜の原水流入側端部、又は濃縮水流出側端部の前記透過水集水管に対する長手方向における長さは、それぞれ該分離膜の原水流入側端、又は濃縮水流出側端から内側へ、該分離膜の透過水集水管に対する長手方向長さの１〜１０％であるものが好ましい。
【００１８】
上記（ii）〜（iv）の原水スペーサーは、例えば複数の第１線材および複数の第２線材から構成される網目状のスペーサーが挙げられる。この場合、網目の形状としては、特に制限されないが、ひし形、四角形及び波形などが挙げられ、その線材同士の交差形態としては、特に制限されず、線材同士を織らずに接合した形態、平織りによる交差形態およびあや織りによる交差形態などが挙げられる。また、交点とは、第１線材及び第２線材とが交わる点をいうが、例えば第１線材及び第２線材が波形の場合における交点のように、第１線材と第２線材が少し重なる部分を有するものであってもよい。また、第１線材及び第２線材の断面形状としては、特に制限されないが、例えば円形、三角形、四角形などが挙げられる。また、第１線材及び第２線材は同一寸法、同一断面形状のものが使用される。原水スペーサーの厚さは、第１線材の径と第２線材の径を合わせたもの、若しくはそれより若干薄いものであり、例えば０．４〜３．０ｍｍの範囲である。また、原水スペーサーの材質としては、特に制限されないが、ポリプロピレンやポリエチレンが、成形性やコスト面から好ましい。また、原水スペーサーの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を適用できるが、押出成形法が、コスト面及び精度面からも好ましい。
【００１９】
当該スパイラル型膜エレメントは、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を前記原水スペーサーと共に、１枚の袋状の分離膜を巻回したものであるか、又は複数の袋状の分離膜を巻回したものである。分離膜としては、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜などが挙げられる。このうち、逆浸透膜が、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する目的で使用され、従来から前処理が必須のものとなっているという点でその効果をより発揮する。逆浸透膜としては、食塩水中の塩化ナトリウムに対する９０％以上の高い除去率を有する通常の逆浸透膜、及び低脱塩率のナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜が挙げられる。ナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜は脱塩性能を有するものの、通常の逆浸透膜よりも脱塩性能が低いもので、特にＣａ、Ｍｇ等の硬度成分の分離機能を有するものである。なお、ナノ濾過膜とルーズ逆浸透膜はＮＦ膜と称されることがある。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態における分離膜装置を図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態例の分離膜装置のフロー図である。図２中、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、主に異なる点について説明する。図２中、分離膜装置２０は、原水ポンプ２１と第１弁ａを接続する原水供給第１配管２２と、第１弁ａと該分離膜モジュール２０Ａを接続する原水供給第２配管２３と、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃを備えた分離膜モジュール２０Ａと、該分離膜モジュール２０Ａの透過水側に接続され弁ｅを有する透過水流出管２４と、第２弁ｂを有し原水供給第１配管２２から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続する流れ方向転換配管２５と、第３弁ｃを有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管２５１と、第４弁ｄを有し原水供給第２配管２３から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管２３１とを備える。なお、図２中、流れ方向転換配管２５から濃縮水流出第１分岐配管２５１に至る濃縮水流出ラインは図１の非透過水管２９に相当する。本例の分離膜装置２０によれば、分離膜モジュール２０Ａの特徴を生かした運転を行うことがでできる。このため、前処理システムを省略しても、通水差圧を大きく上昇させることなく長期間に亘る連続運転が可能となる。
【００２１】
本発明の分離膜装置の運転方法は、フラッシング水の全部又は一部を濁質除去配管から排出するフラッシング工程を行うものである。例えばフラッシングを実施する際、濁質除去配管２６ａに付設された濁質除去配管弁ｆ１を開き、ポンプを用いて筒状ベッセル１８の一端である原水供給第２配管２３からフラッシング水を圧入する。フラッシング水がスパイラル型膜エレメント２０１ａの原水流路を通過する際に、原水流路に堆積した濁質を剥離し、剥離された該濁質はスパイラル型膜エレメント２０１ａからデッドスペース１５ａに押し出される。該濁質は、濁質除去配管２６ａを通って、フラッシング水と共に系外へ排出される。濁質除去配管２６ａを設置することによって、スパイラル型膜エレメント２０１ａから剥離した濁質が、デッドスペース１５ａに滞留することを防ぐことができ、且つ下流のスパイラル型膜エレメント２０１ｂを汚染することを防ぐことができるので、十分且つ速やかに濁質を除去することができる。濁質除去配管２６ａを設置しない場合は、フラッシング水により、スパイラル型膜エレメント２０１ａから剥離した濁質が、デッドスペース１５ａに滞留し分離膜モジュールから排出されず、あるいは下流のスパイラル型膜エレメント２０１ｂの原水流路に再び詰まり、該濁質がスライムの温床となるため、通水差圧の急激な上昇を招く。また、フラッシングを長時間実施することにより、ある程度濁質の除去ができる場合もあるが、水利用率の低下及び分離膜装置の実質稼動時間の低下を招くこととなり、実用的ではない。
【００２２】
本発明の分離膜装置の運転方法としては、順方向の原水処理及び逆方向の原水処理の２方向の原水処理と、順方向のフラッシング及び逆方向のフラッシングの２方向のフラッシングを適宜組み合わせて行うことができ、前記原水処理及びフラッシングの組み合わせの中、順方向の原水処理→逆方向のフラッシング→順方向のフラッシング→逆方向のフラッシング→逆方向の原水処理→順方向のフラッシング→逆方向のフラッシング→順方向のフラッシングを繰り返す方法が、濁質の除去効率が高く、速やかに濁質の除去が行える点で特に好ましい。
【００２３】
本例の運転方法において、順方向の原水処理とは、次のように操作することをいう。すなわち図２中、分離膜装置２０において、第１弁ａ及び弁ｅは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ１及びｆ２は閉とし、分離膜モジュール内を所定の圧力となるように第３弁ｃを開く。ポンプ２１から圧送される原水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａで処理され、濃縮水は流れ方向転換配管２５を経て、濃縮水流出第１分岐配管２５１から得ると共に、透過水は透過水流出配管２８から得る。
【００２４】
また、逆方向の原水処理とは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第２弁ｂ及び弁ｅは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１及びｆ２は閉とし、分離膜モジュール内を所定の圧力となるように第４弁ｄを開く。具体的にはポンプ２１から圧送される原水は、原水供給第１配管２２、流れ方向転換配管２５を経て、分離膜モジュール２０Ａで処理され、濃縮水は原水供給第２配管２３を経て、濃縮水流出第２分岐配管２３１から得ると共に、透過水は透過水流出配管２８から得る。
【００２５】
また、順方向のフラッシングとは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄは閉とし、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２及び第３弁ｃは運転方法により適宜開又は閉とするが、少なくとも１つの弁は開とする。すなわち濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２又は第３弁ｃを開くことにより圧力を開放し、原水を処理する際の原水の流量の約３倍程度の流量にする。この場合、弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。具体的にはポンプ２１から原水をフラッシング水として供給し、フラッシング水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、スパイラル型膜エレメント２０１ａ、２０１ｂ又は２０１ｃを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ａ、２６ｂ又は濃縮水流出第１分岐配管２５１から全量又は一部が排出される。
【００２６】
また、逆方向のフラッシングとは、次のように操作することをいう。分離膜装置２０において、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃは閉とし、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２及び第４弁ｄは、運転方法により適宜開又は閉とするが、少なくとも１つの弁は開とする。すなわち濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２又は第３弁ｃを開くことにより圧力を開放し、原水を処理する際の原水の流量の約３倍程度の流量にする。この場合、弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。具体的にはポンプ２１から原水をフラッシング水として供給し、フラッシング水は、原水供給第１配管２２、流れ方向転換配管２５経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、スパイラル型膜エレメント２０１ｃ、２０１ｂ又は２０１ａを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ｂ、２６ａ又は濃縮水流出第２分岐配管２３１から全量又は一部が排出される。
【００２７】
前記フラッシング工程は、直前の原水処理工程が順方向の原水処理である場合には逆方向のフラッシングを最初に行い、直前の原水処理工程が逆方向の原水処理である場合には順方向のフラッシングを最初に行うことが、最初のフラッシングで原水流路に堆積した濁質を効果的に剥離することができる点で好ましい。
【００２８】
前記フラッシング工程は、原水処理工程を１〜２４時間、好ましくは１〜１２時間実施した後に行う。１時間未満であると原水の流れを切り替える回数が多くなり切替弁の寿命を極端に低下させるとともに、フラッシング時間が増えるので、水の回収率の低下につながり、２４時間を超えると堆積した濁質が除去しにくくなる。また、原水処理工程を実施している際に、所定の通水差圧となった時点で、フラッシング工程を実施することとしてもよい。特に、原水の組成が変化する場合は、通水差圧で判断することが好ましい。濁質の原水流路への堆積が一定せず、フラッシング工程が必要になる時間が一定しないためである。
【００２９】
前記フラッシング工程は、前記順方向のフラッシング又は前記逆方向のフラッシングをいずれか一方を１回、又は交互に複数回行う方法が好適である。順方向のフラッシングと逆方向のフラッシングの合計回数は、１〜５回程度が好ましく、２〜４回が特に好ましい。フラッシングを２〜４回行うと、必ずフラッシング水を異なる方向から流すこととなるので、濁質を効率的に剥離できる。また、５回を越えて行うと水の回収率の低下につながる。１回の順方向のフラッシング又は逆方向のフラッシングにおいて、１スパイラル型膜エレメント当たりのフラッシング水の通水時間は、例えば３０〜１２０秒であり、３０秒未満だと濁質の除去が十分に行えず、１２０秒を超えると水の回収率の低下につながる。
【００３０】
前記フラッシング工程において、濁質除去配管から排出される濁質を含んだフラッシング水は濁質除去配管弁の開閉度合いにより、その排出量を調整することができる。この場合、各濁質除去配管から排出するフラッシング水の量は、全量であっても一部であってもよく、また、フラッシング中に各濁質除去配管ごとに変化させてもよい。
【００３１】
また、本発明の分離膜装置の運転方法としては、前記分離膜装置に複数の濁質除去配管が付設される場合、フラッシング工程が、フラッシング水の全部又は一部の排出を、一の濁質除去配管毎に順次行なう個別フラッシングであることが、速やかに濁質の除去が行える点で好ましい。図２を参照に個別フラッシングの操作手順を説明する。先ず順方向のフラッシングを行う場合、分離膜装置２０において、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１は開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ２は閉とする。弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。ポンプ１１から原水をフラッシング水として供給し、該フラッシング水は、原水供給第１配管２２、原水供給第２配管２３を経て、分離膜モジュール２０Ａに入り、最も上流のスパイラル型膜エレメント２０１ａを通過する際に原水流路に堆積した濁質を剥離する。スパイラル型膜エレメント２０１ａから出た濁質を含んだフラッシング水は、濁質除去配管２６ａから全量又は一部が排出される。一定時間、濁質除去配管２６ａからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ１を閉じ、濁質除去配管弁ｆ２を開き、フラッシング水を濁質除去配管２６ｂから排出する。スパイラル型膜エレメント２０１ｂに堆積した濁質は、フラッシング水が、スパイラル型膜エレメント２０１ｂを通過するときに、剥離し、濁質除去配管２６ｂから排出される。一定時間、濁質除去配管２６ｂからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ２を閉じる。その後、フラッシング水は、濃縮水流出第１分岐配管２５１から排出され、スパイラル型膜エレメント２０１ｃを通過するときに、スパイラル型膜エレメント２０１ｃに堆積した濁質を剥離する。その際、第３弁ｃを更に大きく開いてもよい。また、第３弁ｃは濁質除去配管２６ａや濁質除去配管２６ｂから濁質を除去する間、閉じた状態であってもよい。この場合、濁質除去配管２６ｂから濁質を除去し濁質除去配管弁ｆ２を閉じた後、第３弁ｃを開とする。
【００３２】
逆方向のフラッシングの際には、先ず、第２弁ｂ、第４弁ｄ、濁質除去配管弁ｆ２は開、第１弁ａ、第３弁ｃ、濁質除去配管弁ｆ１は閉とする。弁ｅは開又は閉のいずれでもよい。一定時間後、濁質除去配管２６ｂからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、濁質除去配管ｆ１を開き、一定時間、濁質除去配管２６ａからフラッシング水の排出を行った後、濁質除去配管弁ｆ１を閉じる。その後、フラッシング水は、濃縮水流出第１分岐配管２５１から排出される。その際、第４弁ｄを更に大きく開いてもよい。また、第４弁ｄは濁質除去配管２６ｂや濁質除去配管２６ａから濁質を除去する間、閉じた状態であってもよい。この場合、濁質除去配管２６ａから濁質を除去し濁質除去配管弁ｆ１を閉じた後、第４弁ｄを開とする。
【００３３】
濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２、第３弁ｃ及び第４弁ｄを開いてから閉じるまでの時間は、１０〜６０秒が好ましい。１０秒未満だと濁質の除去が不十分となり、６０秒を超えると水の回収率の低下を招く。また、各フラッシングにおいて、濁質除去配管から排出されるフラッシング水は初期のものほど、多くの濁質を含んでおり、後になるほど濁質は少なくなるので、初期のフラッシング水を排出した後の濁質の少ないフラッシング水を再利用することもできる。また、フラッシング水は濁質除去配管から供給して、個別フラッシングを行うこともできる。このようにフラッシング工程として、個別フラッシングを行えば、上流のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が、下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することを防ぐことができるので、濁質の除去効率が向上する。
【００３４】
本発明の分離膜運転方法において、フラッシング水は気体が混入されたフラッシング水を用いることが、気体の作用で濁質が剥離しやすくなり濁質の除去効率を向上させることができる点で好適である。気体の種類としては、分離膜を劣化させないものであれば特に制限されず、例えば空気、窒素などが挙げられる。該気体の混入箇所は、分離膜モジュールの上流であれば、特に制限されないが、分離膜装置にフラッシング水を圧送するポンプの手前で混合させることが、複数の混入箇所を設ける必要がない点で好ましい。
【００３５】
また、フラッシングを行う際、透過水流水管２４に設置されている弁ｅを全閉にすることが好ましい。透過水流出管２４に設置されている弁ｅが開いていると、高圧用の分離膜モジュールの場合では、フラッシング時の圧力程度ではフラッシング水が透過することはないが、低圧又は超低圧用の分離膜モジュールでは透過してしまい、フラッシング水の流量が低減し、且つ水質の低下した水が透過するという問題がある。また、透過水流出管に設置されている弁を閉じた直後に発生する背圧により膜面に堆積した汚染物質を浮遊させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。
【００３６】
また、フラッシングを行う直前に、フラッシング水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえつけていた圧力が抜け、膜が若干浮くことになるので、フラッシング水供給側の圧力を抜くことは原水流路に堆積している濁質を浮遊させることができる点で好ましい。原水ポンプ２１の吐出側の原水供給第１配管２２にブロー配管（図示せず）を設け、該フロー配管に弁（図示せず）を設け、この弁を開ける方法、あるいは、順方向の原水処理又は順方向のフラッシングを行っている場合には、第４弁ｄを開け、逆方向の原水処理又は逆方向のフラッシングを行っていある場合には、第３弁ｃを開ける方法が挙げられる。弁の開放速度としては、特に制限されないが、瞬間的に、好ましくは１秒以内に弁が全開になることが好ましい。瞬間的に圧抜きする方が、膜を浮かせやすく、また水撃作用による濁質排除効果も期待できる。また、この場合、透過水側の弁ｅを開とすることが好ましい。弁ｅが閉では膜間差圧がなくなり、膜を押さえつけている力がなくなるため、例え原水供給側の圧力を抜いても、膜が浮くことがないからである。
【００３７】
本例の分離膜装置２０に直接供給される原水としては、工業用水、水道水及び回収水が挙げられる。原水の濁度としては、特に制限されないが、濁度２度程度であっても、本発明の分離膜装置の運転方法を実施すれば、長期間運転においても通水差圧が上昇することはない。また、原水は４０〜６０℃に加温してから供給することが、膜面に発生するスライムを防止、除去することが可能となる点で好ましい。原水の温度が４０℃未満ではスライム除去効果がほとんどなく、６０℃を超えるとスライム除去効果はあるものの、水処理装置の耐熱温度を超えてしまう。また、４０〜６０℃に加温した原水は、連続的供給でも、断続的供給でもよい。断続的供給としては、１時間以上１週間以内の間隔で断続的に供給することが、膜面に発生するスライムを無駄なエネルギーを消費することなく効率的に除去できる点で好ましい。供給間隔が１時間未満では不要な加温を行うことになりエネルギーが無駄になる。一方、１週間を超えるとスライムの発生が起こりやすくなり、効果が低減してしまう。また、原水はｐＨ２．０以上７．０未満の酸性状態にして供給することが、酸性水には大きな殺菌効果があり、スライムの発生を抑制すると共に膜面への濁質の堆積を低減することができる点で好ましい。ｐＨが２．０未満ではシステムの耐薬品性の問題が生じてしまい、７．０以上であるとスライム発生を抑制する効果が期待できない。また、原水には原水中に砂粒などの粗大粒子を含む場合、予め目の粗いフィルターを通した処理水やスケールやファウリングを防止するための分散剤を添加したものも含まれる。分散剤としては、例えば市販品の「hypersperse MSI300」、「hypersperse MDC200」（共に、ARGO SCIENTIFIC社製）が挙げられる。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
濁度２度、導電率２０．０ｍＳ／ｍの工業用水を図２に示すフローの分離膜装置で、下記運転方法及び運転条件下において、２０００時間の運転を行った。分離膜装置は内径が２０ｃｍの筒状ベッセルに、網目状の原水スペーサーを巻回した８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）３個を装着し、１つの連結部当たり、濁質排出孔は４個、これに接続する内径２ｃｍの濁質除去分岐配管を４本及び濁質除去分岐配管と接続する濁質除去集合配管１本を設置した分離膜モジュールを用いた。分離膜モジュールの性能評価は運転初期及び２０００時間における通水差圧(MPa)、透過水量（l/分）及び透過水の導電率(mS/m)を測定することで行った。結果を表１に示す。
【００３９】
（運転方法）
（１）順方向の原水処理を８時間行う。
（２）順方向のフラッシングを、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１を全開、第３弁ｃ及び濁質除去配管弁ｆ２を閉にして２０秒保持し、その後濁質除去配管ｆ１を閉じ、濁質除去配管弁ｆ２を全開にして３０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、第３弁ｃを全開にして４０秒保持する。
（３）逆方向の原水処理を８時間行う。
（４）逆方向のフラッシングを、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ２を全開、第４弁ｄ及び濁質除去配管弁ｆ１を閉にして２０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ２を閉じ、濁質除去配管弁ｆ１を全開にして３０秒保持し、その後濁質除去配管弁ｆ１を閉じ、第４弁ｄを全開にして４０秒保持する。
上記操作（１）→（４）→（２）→（４）→（３）→（２）→（４）→（２）→を１サイクルとして繰り返し行う。
【００４０】
（運転条件）
透過処理条件；操作圧力が０．７５MPa、濃縮水流量が２．７ｍ３/時間、水温が２５℃、原水ｐＨ７．０。
フラッシング条件；フラッシング水流量が８．１ｍ３/時間、水温が２５℃。
【００４１】
比較例１
下記の運転方法とする以外は、実施例１と同様の条件で行った。通水開始後１２００時間経過した時点で、通水差圧が極端に上昇し、透過水が得られなくなったため、その時点で運転を停止した。
【００４２】
（運転方法）
（１）順方向の原水処理を８時間行う。
（２）順方向のフラッシングを、第１弁ａは開、第２弁ｂ、第４弁ｄ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２を閉、第３弁ｃを全開にして６０秒行う。
（３）逆方向の原水処理を８時間行う。
（４）逆方向のフラッシングを、第２弁ｂは開、第１弁ａ、第３弁ｃ、弁ｅは閉として、濁質除去配管弁ｆ１、ｆ２を閉、第４弁ｄを全開にして６０秒行う。
上記操作（１）→（４）→（２）→（４）→（３）→（２）→（４）→（２）→を１サイクルとして繰り返し行う。
【００４３】
比較例２
比較例１の順方向のフラッシング６０秒を３００秒とすること、及び逆方向のフラッシング６０秒を３００秒とすること以外は、比較例１と同様の条件で実施した。結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
実施例１では、通水差圧が大きく上昇することなく２０００時間の運転をすることができた。このことは、濁質の除去が十分であったことを表している。それに対し、比較例１では、通水差圧が極端に上昇してしまい、２０００時間の運転を行うことができなかった。このことは、フラッシング水を濁質除去配管ｆ１及びｆ２から排出させない場合は、濁質の除去を十分に行うことができないということを表している。比較例２から、フラッシング水を濁質除去配管から排出させない場合は、２０００時間の運転を行うためには、フラッシングに長い時間が必要であることを表している。実施例１のフラッシング時間が１サイクル当たり５４０秒であるのに対し、比較例２のフラッシング時間は１８００秒であることから、濁質除去配管からフラッシング水を排出させない場合は、多量の水が必要である。これは水の回収率の低下を招く。また、比較例２は実施例１に比べ、２０００時間運転後の通水差圧の上昇が大きいことから、実施例１より濁質の除去効率が低いこともわかる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の分離膜モジュールによれば、濁質除去配管を設置することにより、濁質除去配管から濁質を含んだフラッシング水を排出して、連結部の周辺のデッドスペースに濁質が滞留すること及び上流のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が下流のスパイラル型膜エレメントを汚染することを防ぐことができるので、複数のスパイラル型膜エレメントを連結させた分離膜モジュールの該スパイラル型膜エレメントの原水流路に堆積した濁質を十分かつ速やかに除去することができる。また、本発明の分離膜装置及び該分離膜装置の運転方法によれば、当該分離膜モジュールの機能を十分に発揮させることができる。従って、本発明の分離膜モジュール、分離膜装置及び分離膜装置の運転方法によれば、前処理システムを省略することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の分離膜モジュールである。
【図２】本発明の実施の形態例の分離膜装置のフロー図である。
【図３】従来から使用されているスパイラル型膜エレメントの一例である。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ 連結部
１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂ 分岐管
１４ａ、１４ｂ 集合管
１５ａ、１５ｂ デッドスペース
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ 濁質排出孔
１８ 筒状ベッセル
１９ａ〜１９ｃ ブラインシール
２０ 分離膜装置
２０Ａ 分離膜モジュール
２１ 原水ポンプ
２２ 原水供給第１配管
２３ 原水供給第２配管
２４、４４ 透過水集水管
２５ 流れ方向転換配管
２６ａ、２６ｂ 濁質除去配管
２８ 透過水流出配管
ａ 第１弁
ｂ 第２弁
ｃ 第３弁
ｄ 第４弁
ｅ 透過水流出配管弁
ｆ１、ｆ２ 濁質除去配管弁
４０ スパイラル型膜エレメント
４１ 逆浸透膜
４２ 透過水スペーサー
４３ 袋状膜
４５ 原水スペーサー
４６ 原水
４７ 透過水
４８ 濃縮水
４ａ スパイラル型膜エレメントの一方の端面側
４ｂ スパイラル型膜エレメントの他方の端面側
２０１ａ〜２０１ｃ、４０ スパイラル型膜エレメント
２３１ 濃縮水流出第２分岐配管
２５１ 濃縮水流出第１分岐配管
Claims (9)
- 透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される一箇所の連結部当たり２〜４個の濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される分岐配管と、該分岐配管に接続すると共に配管弁を有する集合配管とからなる濁質除去配管、を備えることを特徴とする分離膜モジュール。
- 原水ポンプと第１弁を接続する原水供給第１配管と、第１弁と分離膜モジュールを接続する原水供給第２配管と、該分離膜モジュールの透過水側に接続される透過水流出配管と、第２弁を有し原水供給第１配管から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続される流れ方向転換配管と、第３弁を有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管と、第４弁を有し原水供給第２配管から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管と、を備える装置であって、該分離膜モジュールは、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントの複数個と、隣接するスパイラル型膜エレメントを直列に連結する連結部と、該複数のスパイラル型膜エレメントを装填する筒状ベッセルと、該筒状ベッセルの周面部であって該連結部の周辺部に形成される濁質排出孔と、該濁質排出孔に接続される濁質除去配管を備えることを特徴とする分離膜装置。
- 原水ポンプと第１弁を接続する原水供給第１配管と、第１弁と請求項１記載の分離膜モジュールを接続する原水供給第２配管と、該分離膜モジュールの透過水側に接続される透過水流出配管と、第２弁を有し原水供給第１配管から分岐し該分離膜モジュールの濃縮水流出側に接続される流れ方向転換配管と、第３弁を有し流れ方向転換配管から分岐し濃縮水が流出する濃縮水流出第１分岐配管と、第４弁を有し原水供給第２配管から分岐し原水の流れ方向を逆方向とした場合の濃縮水が流出する濃縮水流出第２分岐配管と、を備えることを特徴とする分離膜装置。
- 請求項２又は３記載の分離膜装置の運転方法であって、フラッシング水の全部又は一部を前記濁質除去配管から排出するフラッシング工程を行うことを特徴とする分離膜装置の運転方法。
- 前記分離膜装置に複数の濁質除去配管が付設される場合、前記フラッシング工程が、フラッシング水の全部又は一部の排出を、一の濁質除去配管毎に順次行なう個別フラッシングであることを特徴とする請求項４記載の分離膜装置の運転方法。
- 前記フラッシング工程は、直前の原水処理工程が順方向の原水処理である場合には逆方向のフラッシングを最初に行い、直前の原水処理工程が逆方向の原水処理である場合には順方向のフラッシングを最初に行うことを特徴とする請求項４又は５記載の分離膜装置の運転方法。
- 前記フラッシング水は、気体が混入されたフラッシング水であることを特徴とする請求項４〜６いずれか１項記載の分離膜装置の運転方法。
- フラッシングを行う際、透過水側の弁を全閉として行うことを特徴とする請求項４〜７いずれか１項記載の分離膜装置の運転方法。
- フラッシングを行う前に、原水供給側の圧抜きを行うことを特徴とする請求項４〜８いずれか１項記載の分離膜装置の運転方法。
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