JP4225471B2 - 多段式分離膜モジュールの運転方法 - 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た原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去する多段式分離膜モジュールの運転方法及び多段式分離膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、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、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、低分子成分ないし高分子成分の内、高分子成分のみを分離したりする限外濾過法や、微粒子を分離したりする精密濾過法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６に例示されるように、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は、透過水スペーサー６２の両面に逆浸透膜６１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜６３を形成し、該袋状膜６３の開口部を透過水集水管６４に取り付け、網状の原水スペーサー６５と共に、透過水集水管６４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６６はスパイラル型膜エレメント６０の一方の端面側６９ａから供給され、原水スペーサー６５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント６０の他方の端面側６９ｂから濃縮水６８として排出される。原水６６は原水スペーサー６５に沿って流れる過程で、逆浸透膜６１を透過して透過水６７となり、この透過水６７は透過水スペーサー６２に沿って透過水集水管６４の内部に流れ込み、透過水集水管６４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜６３間に配設される原水スペーサー６５により原水経路が形成されることになる。
【０００３】
また、従来より、前記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を１段当たり１基又は２基以上並列に配置した分離膜装置群を、２段以上連ねた多段式分離膜装置が、水の回収率及び水の処理量の向上を目的に使用されている。例えば図７の多段式分離膜装置７０において、ポンプ７１より供給された原水は、原水供給主配管７２、原水供給分岐配管７３ａ及び７３ｂを通り、並列に配置された１段目の分離膜モジュール７４ａ及び７４ｂで処理され、透過水流出配管７６ａ及び７６ｂより透過水を、濃縮水流出配管７５ａ及び７５ｂより濃縮水を得る。分離膜モジュール７４ａ及び７４ｂから流出する当該濃縮水は濃縮水集水配管７７ａ及び７７ｂで集水され、中間濃縮水供給主配管（後段の原水供給主配管）７８から２段目の分離膜モジュール７９に通水される。そして、透過水流出配管８１から透過水を、濃縮水流出配管８０から濃縮水を得る。このように、前段で得た中間濃縮水を後段の分離膜モジュールの供給水として処理することにより、水の回収率を向上させ、また１段当たり複数の分離膜モジュールを並列に配置することにより水の処理量を増やすことが行われている。
【０００４】
前記逆浸透膜スパイラル型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、逆浸透膜スパイラル型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逆浸透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、従って、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、濾過処理又は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。しかし、この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。
【０００７】
従って、本発明の目的は、多段式分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントに巻回された原水スペーサーに蓄積した濁質を、効率よく除去することができる多段式分離膜モジュールの運転方法及び多段式分離膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、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を装着する分離膜モジュールにおいて、原水中の濁質が蓄積するのは原水スペーサーの線材が交差する交点部分であること、分離膜モジュールの運転時に、原水の流れ方向を定期又は不定期に反対方向へ変更しながら運転することにより、原水スペーサーに蓄積した濁質の除去が容易に行なえること、原水の流れ方向変更時に、フラッシングを複数回行なうことで、濁質の除去効果が更に増大すること、分離膜モジュールの運転方法において、フラッシングを適宜行なうと共に、毎回行なうフラッシングの、最初に行なうフラッシングは、その直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なうことで、濁質の除去が更に一層増大すること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、１基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する前段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群の中間濃縮水が、１基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する後段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群に順次供給される２段以上の多段式分離膜モジュールの運転方法であって、該分離膜モジュールの被処理水の流れ方向を、定期又は不定期に反対方向へ変更し、前記被処理水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回フラッシングを行う多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質は容易に剥がされ除去される。また、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を確実に除去できる。
【００１１】
また、本発明は、毎回のフラッシングの最初に行なうフラッシングは、直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を最初のフラッシングで効率よく剥がすことができ、除去が容易になる。
【００１３】
また、本発明は、前記フラッシング時に、透過水側の弁を全閉とする前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。透過水側の弁が開いていると、高圧用分離膜モジュールの場合、フラッシング圧力程度ではフラッシング液である原水が透過することはないが、低圧又は超低圧用分離膜モジュールでは、透過してしまい、フラッシング流量が低減し、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、透過水側の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。
【００１４】
また、本発明は、前記フラッシングを行なう前に、原水供給側の圧力を抜く前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜けるため、膜が若干緩み、膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記フラッシングを各段の分離膜モジュール毎又は分離膜モジュール群毎に分けて行う前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前段のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が後段のスパイラル型膜エレメントに流れ込み、汚染するのを防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。なお、明細書中、第１の実施の形態及び第３の実施の形態は本発明の参考例となるものである。図１は本例の運転方法を実施する多段式分離膜装置のフロー図である。多段式分離膜装置８は、前段の分離膜装置群９ａの各分離膜モジュール１０ａ、１０ｂから得られる中間濃縮水が、後段の分離膜装置群９ｂの分離膜モジュール２８に供給される２段の多段式分離膜装置である。すなわち、分離膜モジュール１０ａを備える分離膜装置１１ａ及び分離膜モジュール１０ｂを備える分離膜装置１１ｂを並列に配置して前段の分離膜装置群９ａを構成し、分離膜装置群９ｂをその後段に配置して２段の分離膜装置を構成する。
【００１８】
図１中、分離膜装置１１ａは、弁ａ１に接続する原水供給第１配管１２ａと、弁ａ１と分離膜モジュール１０ａを接続する原水供給第２配管１３ａと、分離膜モジュール１０ａと、分離膜モジュール１０ａの透過水側に接続される弁ｅ１を有する透過水流出配管１４ａと、原水供給第１配管１２ａと分離膜モジュール１０ａの濃縮水流出側を接続し弁ｂ１を有する流れ方向転換配管１５ａと、流れ方向転換配管１５ａと接続し弁ｃ１が付設された濃縮水流出第１配管１６ａと、原水供給第２配管１３ａ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弁ｄ１を有する濃縮水流出第２配管１７ａと、を備える。また、分離膜装置１１ｂ、１１ｃは分離膜装置１１ａと同様な構成を採る。そして、分離膜装置群９ａは、原水流出第１配管弁ｆが途中に付設された原水流出第１配管１９が接続する原水供給主配管１８と、原水供給主配管１８から分岐し分離膜装置１１ａ、１１ｂの原水供給第１配管１２ａ、１２ｂに接続する原水供給分岐配管２０ａ、２０ｂと、分離膜装置１１ａ及び１１ｂとを備える。また、後段の分離膜装置群９ｂは、原水流出第２配管弁（後段の原水流出配管弁）ｍが途中に付設された原水流出第２配管（原水流出配管）２７が接続する後段の第１濃縮水供給主配管（原水供給主配管）２１と、分離膜装置１１ｃとを備える。そして、多段式分離膜装置８は、前段の分離膜装置群９ａ、９ｂの前段に更にポンプ３０と、分離膜装置群９ｂの第１濃縮水供給主配管（原水供給主配管）２１から分岐し分離膜装置群９ａの濃縮水流出第１配管１６ａ、１６ｂ、濃縮水流出第２配管１７ａ、１７ｂと接続する濃縮水集水配管３１を備える。
【００１９】
多段式分離膜装置８において、先ず、弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｆ、ｈ、ｊ及びｍは閉とし、弁ｃ１、ｃ２及びｉはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ａ１、ａ２、ｅ１、ｅ２、ｇ及びｋは開とする。原水は原水供給ポンプ３０により分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂに供給される。原水は分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂで処理され、第１濃縮水を第１濃縮水流出第１配管１６ａ及び１６ｂから得ると共に透過水流出配管１４ａ及び１４ｂから透過水を得る。分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから得られた当該第１濃縮水（中間濃縮水、以下同様）は、濃縮水集水配管３１で集められ、後段の分離膜モジュール２８に供給される。そして、第２濃縮水を濃縮水流出第１配管２５から得ると共に透過水流出配管２３から透過水を得る。この場合、原水の濁度にもよるが、運転時間の経過と共に、エレメントに巻回された原水スペーサーに原水中の濁質等の浮遊物質が蓄積していく。
【００２０】
原水スペーサーに原水中の濁質が蓄積すると、通水差圧が上昇する。このような場合、原水の流れ方向を逆方向に変更する。すなわち、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｇ、及びｉは閉とし、弁ｄ１、ｄ２及びｊはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ｂ１、ｂ２及びｈを開とする。これにより、原水は分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂの濃縮水流出側より流入し、分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂで処理され、第１濃縮水を濃縮水流出第２配管１７ａ及び１７ｂから得ると共に透過水流出配管１４ａ及び１４ｂから透過水を得る。各分離膜モジュールから得られた当該第１濃縮水は、濃縮水集水配管３１で集められ、後段の分離膜モジュール２８の濃縮水流出側より流入し処理される。そして、第２濃縮水を濃縮水流出第２配管２６から得ると共に透過水流出配管２３から透過水を得る。このような原水の流れ方向を逆方向に変更することにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質が容易に剥がされ、除去される。そして、運転時間の経過と共に、再びエレメントに装着された原水スペーサーに原水中の濁質等の浮遊物質が蓄積していくため、更に原水の流れ方向を逆方向に変更する。以後、この操作を繰り返す。原水の流れ方向の変更時期は、定期又は不定期であり、原水の流れ方向を変更する間隔としては、１時間〜２４時間、好ましくは１時間〜１２時間が好ましい。１時間未満であると切替弁の切替回数が多くなり、切替弁の寿命を低下させる。また、２４時間を越えると、蓄積した濁質が除去し難くなる。また、原水の流れ方向の変更時期は、上記の他、所定の通水差圧となった時点で変更してもよく、この場合、変更操作を頻繁に行なうことなく、蓄積した濁質の除去もできる点で好ましい。また、所定時間経過後に流れ方向を変更する方法、所定の通水差圧となった時点で変更する方法の両者を組合わせてもよい。
【００２１】
本例の多段式分離膜装置８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度程度のスパイラル型膜エレメントにとって高い濁度であっても定期又は不定期に原水の流れを逆方向とするため、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℃を越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℃の原水の加温は、連続的加温でも、断続的加温でもよい。断続的加温としては、１時間以上１週間以内の間隔で３０〜１２０分程度断続的に加温することが、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。加温間隔が１時間未満では十分な加温効果が得られず不要な加温を行なうことになりエネルギーが無駄になる。一方、１週間を越えると間隔が長すぎることによりスライムの発生が起こり易くなり、効果が低減してしまう。また、原水はｐＨを２．０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蓄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。分散剤の添加により、原水スペーサーや膜面への濁質の蓄積を一層抑制することができる。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。
【００２２】
本例の多段式分離膜装置８によれば、原水の流れを逆方向にして濁質の蓄積を抑制するため、従来、原水中の濁質を除去する目的で用いられていた凝集沈殿処理、濾過処理又は膜処理などの前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で画期的な効果を奏する。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態における分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。第２の実施の形態例は、第１の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法において、前記原水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回のフラッシングを行うものであり、これにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を確実に除去できる。分離膜モジュールの両方向から交互にフラッシングを行なう方法としては、最初のフラッシングが直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう方法（以下、逆方向フラッシングとも言う。）及び直前まで流れていた原水の流れ方向と同方向に行なう方法が挙げられ、このうち、逆方向フラッシングが、最初のフラッシングで原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を効果的に剥がすことができる点で好ましい。最初のフラッシングを直前まで流れていた方向と同じ方向にすると、一部の濁質は除去できるものの、原水スペーサーの滞留部分に蓄積した濁質を余計に押し付けることになり、経時的に濁質が蓄積してしまう。逆方向フラッシングを行なうには、先ず、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｆ、ｇ、ｉ及びｍを閉、弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｈ及びｊを開とする。そして、透過処理における原水供給流量の約３倍流量の原水を急速に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂ内に濃縮水流出側より供給し、原水流入側の原水供給第２配管１３ａ及び１３ｂ、濃縮水流出第２配管１７ａ及び１７ｂより排出する。分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから排出された原水は、濃縮水集水配管３１を通り更に後段の分離膜モジュール２８内に濃縮水流出側から供給され、原水流入側の原水供給第２配管２２、濃縮水流出第２配管２６から排出される。逆方向フラッシング終了後、今度は逆方向フラッシング時におけるフラッシング方向とは逆方向にフラッシングを行なう。すなわち弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｆ、ｈ、ｊ及びｍを閉、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｇ及びｉを開とする。そして、逆方向フラッシングと同様の流量の原水を急速に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂ内に原水流入側より供給し、濃縮水流出側の濃縮水流出第１配管１６ａ及び１６ｂより排出する。更に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから排出された原水は濃縮水集水配管３１を通り、分離膜モジュール２８内に原水流入側から供給され、濃縮水流出側の濃縮水流出第１配管２５より排出される。次いでこのフラッシング時におけるフラッシング方向とは逆方向にフラッシングを行ない、以後、同様の操作が繰り返され、両方向から交互に複数回のフラッシングが行なわれる。
【００２４】
前記フラッシングにおいて、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行う運転方法が好ましい。例えば、前記逆方向のフラッシングにおいて、閉としていた弁ｍを開とし、開としていた弁ｈ及びｊを閉とし、先ず、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂのフラッシングを行い、原水を原水流出第２配管２７から流出させ、一定時間が経過した後、弁ｄ１、ｄ２及びｍを閉じ、弁ｃ１、ｃ２、ｈ及びｊを開き、後段の分離膜モジュール２８の逆方向フラッシングを行う。当該方法によれば、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂの原水スペーサーから剥離した濁質が、後段の分離膜モジュール２８に流入せず、後段の分離膜モジュール２８が汚染されないので、フラッシングが速やかに行える。また、更に当該逆方向のフラッシングとは逆方向にフラッシングを行う場合は、例えば、弁ａ１、ａ２及びｍを開とし、弁ｂ１、ｂ２、ｈ及びｊを閉とし、先ず、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂのフラッシングを行い、原水を原水流出第２配管２７から流出させ、一定時間が経過した後、弁ｃ１、ｃ２及びｍを閉じ、弁ｄ１、ｄ２、ｇ及びｉを開き、後段の分離膜モジュール２８のフラッシングを行うというように、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行うことが好ましい。３段以上の分離膜モジュール群からなる多段式分離膜装置の場合も、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行うことが好ましい。
【００２５】
最初のフラッシングが直前まで流れていた原水の流れ方向と同方向の場合は、前述した逆方向フラッシングの場合の２番目の操作を先に行なうことになる。このように、両方向から交互に複数回のフラッシングにより、原水スペーサーに蓄積した濁質は剥がれエレメント外へ確実に排出される。このようなフラッシングを行なう場合、図１においては、濃縮水流出側の圧力調整用の弁ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２、ｉ及びｊにより圧の開放を行っているが、圧力の開放方法としては、これに限定されず、圧力開放用の弁を別途に設けてもよい。その場合には、濃縮水流出配管は排水量を多く採るために、圧力調整用の弁のある配管よりも大径とするのが好ましい。また、濃縮水流出第１配管１６ａ、１６ｂ、２５及び濃縮水流出第２配管１７ａ、１７ｂ、２６のいずれか１箇所又は複数箇所にエアーチャンバー（不図示）を設置し、運転によって溜まった水を用いてフラッシングを行なってもよい。ここで言うエアーチャンバーとは、濃縮水の圧力によって加圧された空気により、チャンバー中に溜まった水を流出させる装置を指す。
【００２６】
前記原水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回のフラッシングを行う場合、フラッシングを行なう前に、原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜け、膜が若干緩むことになるので、原水供給側の圧力を抜くことは膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる点で好ましい。原水供給側の圧力を抜く方法としては、原水供給ポンプ３０の吐出側の原水供給主配管１８に接続する原水流出第１配管１９に付設した原水流出第１配管弁ｆを開ける方法、あるいは第１弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１、ｅ２、ｇ、ｉ及びｋを開としている運転において、弁ｄ１、ｄ２及びｍ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。瞬間的に圧抜きをする方が、膜を緩ませ易く、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ｅ１、ｅ２及びｋを開とすることが好ましい。弁ｅ１、ｅ２及びｋが閉では膜間差圧がなくなり、膜を押さえ付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たとしても、膜が緩むことがないからである。
【００２７】
また、フラッシング時には、透過水流出管１４ａ、１４ｂ及び２３に付設されている弁ｅ１、ｅ２及びｋを全閉にすることが好ましい。透過水流出管１４ａ、１４ｂ及び２３に付設されている弁ｅ１、ｅ２及びｋが開いていると、高圧用逆浸透膜モジュールの場合、フラッシング圧力程度ではフラッシング液である原水が透過することはないが、低圧又は超低圧用逆浸透膜モジュールでは透過してしまい、フラッシング流量が低減し、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、透過水流出管に付設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の圧密を緩和させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。
【００２８】
前記フラッシングは、両方向から交互に２回以上、５回以下のフラッシングを行なうことが好ましい。フラッシング回数が１回では一方向のみのフラッシングとなり洗浄効果が十分ではなく、経時的に濁質が蓄積してしまう。一方、５回を越えると排水する水が多くなり、回収率の低減につながる。また、フラッシングの１回当たりの時間は、特に制限されないが、３０秒〜１２０秒が好ましい。３０秒未満では洗浄効果が不十分であり、１２０秒を越えるとブロー時間が長く、回収率の大幅な低下となる。また、フラッシングの際、圧縮空気を原水中に供給してもよい。圧縮空気を原水に混入させることにより、洗浄効率が一層高まる。圧縮空気の供給量は、特に制限されないが、原水と空気との体積割合が２：１〜１：２とするのが好ましい。
【００２９】
フラッシングを所定時間行なった後は、再度原水の処理を行なう。この場合、原水の流れ方向は、最初のフラッシングの直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向である。すなわち、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｆ、ｇ、ｉ及びｍは閉、弁ｄ１、ｄ２及びｊはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ｂ１、ｂ２、ｅ１、ｅ２及びｋは開とし、原水は分離膜モジュール１０ａ、１０ｂ及び２８で処理される。このように、原水処理→フラッシング→原水処理→フラッシングを順次繰り返す。原水処理時間としては、１時間〜２４時間、好ましくは１時間〜１２時間である。原水処理時間が１時間未満であると切替弁の切替回数が多くなり、切替弁の寿命を低下させると共に、回収率の低下につながる。また、２４時間を越えると、蓄積した濁質の除去効果が低減してしまう。原水処理からフラッシングに切り替える形態としては、毎回同じ時間経過後に流れ方向を変更する方法、所定の通水差圧に達した時点で変更する方法及びこの両者を組合わせて変更する方法が挙げられる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。本例の多段式分離膜モジュールの運転方法は、スパイラル型膜エレメントを装着する多段式分離膜モジュールの運転方法であって、該運転方法は途中にフラッシングを含み、該フラッシングの最初に行なうフラッシングは、直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう方法である。すなわち、第３の実施の形態は、フラッシング後、原水の流れ方向は直前の原水の流れ方向と同方向であっても、逆方向であってもよいのであり、この点を除いて第２の実施の形態例と同じである。従って、原水処理時の原水の好ましい形態、フラッシング時における弁類の操作形態、フラッシング方法の好ましい形態等は全て第２の実施の形態例と同じである。第３の実施の形態例においては、フラッシング時に逆方向に流すことで濁質は十分に除去されるため、第２の実施の形態例と同様の効果を奏する。
【００３１】
本発明で用いる分離膜モジュールに装着される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固設されてなるもの、（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、二つ折り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して固定したもの、（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、１０,０００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穏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蓄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。
【００３２】
本発明の分離膜モジュールの運転方法において、前記（ｉ）、（ii）、（iii）及び（iv）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、前記第１の実施の形態例〜第３の実施の形態例のいずれも適用できる。前記（ｖ）、（vi）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、原水スペーサーの交点数密度が原水の流れ方向で限定されるため、原水の流れ方向を反対方向へ変更する前記第１の実施の形態例及び第２の実施の形態例は適用できない。前記（ｖ）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、第３の実施の形態例の逆方向フラッシングを用いることが、原水スペーサーの入口近傍に敢えて濁質を蓄積させる構造を採る点で必須である。また、前記（vi）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、第３の実施の形態例を適用することができる。
【００３３】
上記（ii）〜（vi）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、四角形およ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言うが、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、若しくはそれよりも若干薄いものであり、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。
【００３４】
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、限外濾過膜及び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性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。
【００３５】
本例で用いる逆浸透膜モジュールは、前記スパイラル型膜エレメントを備えるものであれば特に制限されず、例えば図２に示す構造を有する逆浸透膜モジュールが挙げられる。図２に示したように、透過水集水管３１１の外周面に袋状の逆浸透膜３１２を原水スペーサーと共にスパイラル状に巻きつけ、その上部を外装体３２で被覆する。そしてスパイラル状に巻きつけた逆浸透膜３１２がせり出すのを防止するために、数本の放射状のリブ３３を有するテレスコープ止め３４が両端に取り付けられている。これらの透過水集水管３１１、逆浸透膜３１２、外装体３２、テレスコープ止め３４でひとつのスパイラル型膜エレメント３５を形成し、夫々の透過水集水管３１１をコネクタ（図示せず）で連通して、ハウジング３６内にスパイラル型膜エレメント３５を複数個装填する。なお、スパイラル型膜エレメント３５の外周とハンジング３６の内周の間に隙間３７が形成されるが、この隙間３７をブラインシール３８で閉塞してある。なおハウジング３６の一端には原水をハウジング内部に流入するための原水流入管（図示せず）、また他端には透過水集水管３１１に連通する処理水管（図示せず）および非透過水管（図示せず）が付設され、ハウジング３６、その内部部品および配管（ノズル）等で逆浸透膜モジュール３９が構成される。
【００３６】
このような構造の逆浸透膜モジュール３９で原水を処理する場合は、ハウジング３６の一端からポンプを用いて原水を圧入するが、図２において矢線で示したように原水はテレスコープ止め３４の各放射状のリブ３３の間を通って最初のスパイラル型膜エレメント３５内に侵入し、一部の原水はスパイラル型膜エレメント３５の膜間の原水スペーサーで区画される原水流路を通り抜けて次のスパイラル型膜エレメント３５に達し、他部の原水は逆浸透膜３１２を透過して透過水となり当該透過水は透過水集水管３１１に集水される。このようにしてスパイラル型膜エレメント３５に次々に原水が通り抜けて、逆浸透膜を透過しなかった原水は濁質及びイオン性不純物を高濃度で含む濃縮水としてハウジング３６の他端から取り出され、また逆浸透膜を透過した透過水は透過水として透過水集水管３１を介してハウジング３６外に取り出される。なお、本発明で用いる逆浸透膜モジュールは図２のように複数のスパイラル型膜エレメントを装着するものの他、例えばスパイラル型膜エレメント１個装着するものであってもよい。
【００３７】
本発明の多段式分離膜装置は、前段の分離膜装置又は分離膜装置群の分離膜モジュールから得られる中間濃縮水が、後段の分離膜装置又は分離膜装置群の分離膜モジュールに順次供給される２段以上の分離膜装置であり、例えば４基の分離膜モジュール４１ａ〜４１ｄを並列配置した前段の分離膜装置群４２ａ、２基の分離膜モジュール４１ｅ、４１ｆを並列配置した中段の分離膜装置群４２ｂ及び１基の分離膜モジュール４１ｇを配置した後段の分離膜装置４２ｃからなる４→２→１型の３段式分離膜装置（図３）、３基の分離膜モジュール４４ａ〜４４ｃを並列配置した前段の分離膜装置群４３ａ、２基の分離膜モジュール４４ｄ、４４ｅを並列配置した後段の分離膜装置群４３ｂからなる３→２型の２段式分離膜装置（図４（Ａ））、２基の分離膜モジュール４６ａ、４６ｂを並列配置した前段の分離膜装置群４５ａ、１基の分離膜モジュール４６ｃを配置した後段の分離膜装置４５ｂからなる２→１型の２段式分離膜装置（図４（Ｂ））及び１基の分離膜モジュール４８ａを配置した前段の分離膜装置４７ａ、１基の分離膜モジュール４８ｂを配置した後段の分離膜装置４７ｂからなる１→１型の２段式分離膜装置（図４（Ｃ））が挙げられる。なお、図４（Ｂ）は、図１と同じ配置形態である。また、図３及び図４は模式図であり、分離膜モジュールからの２つの流出ラインは、濃縮水流出第１配管及び濃縮水第２配管を示したものであるが、実際の配置位置とは異なっている。これらの多段式分離膜装置は、要求される水の回収率及び水の処理量により、適宜の形態とすることができる。本発明に係る多段式分離膜装置は、本発明に係る多段式分離膜モジュールの運転方法を簡易な装置で確実に実施できる。
【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２０mS/mの工業用水を図５に示すフローの多段式分離膜装置で処理し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。多段式分離膜装置には、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）１個を装着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１段目の分離膜モジュールの運転初期及び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。また、２０００時間後、１段目の分離膜モジュールを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。また、１段目の分離膜モジュールにおける各測定値の結果を表６に、１段目の分離膜モジュールにおける原水流路（分離膜エレメント内の原水スペーサーが存在する部分）の目視観察結果を表７に示す。なお、表６及び表７における実施例２〜６及び比較例１〜３の結果も同様である。
【００３９】
（運転条件）
表１に示す工程表に従って各弁の開閉を行い、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６までを１サイクルとして、これを繰り返し行なう。透過処理条件（採水Ａ及びＢ）は操作圧力０．７５MPa、濃縮水流量（最終段）２.７ｍ３/時間、水温２５℃、原水ｐＨ７．０である。また、フラッシング条件（ブラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２）はフラッシング水流量８.０ｍ３/時間、水温２５℃である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
実施例２
実施例１の毎回のフラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２時に、原水と空気の体積比が１：１となるように空気を混入させた以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４２】
実施例３
原水処理における温度２５℃の原水の連続的供給に代えて、２５℃の原水の供給を２３時間行った後に、５０℃の原水を１時間供給することを繰り返して、断続的供給した以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。５０℃の原水は２５℃の原水を加熱器で加熱することで得た。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４３】
実施例４
原水処理におけるｐＨ７．０の原水に代えて、ｐＨ４．０の原水を使用した以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。ｐＨ４.０の原水は、ｐＨ７．０の原水に塩酸を添加することで調製した。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４４】
実施例５
濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水に分散剤「hypersperse MSI300」（ARGO SCIENTIFIC社製）を５０mg/l添加した以外は、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４５】
比較例１
前処理を目的とした公知の限外ろ過膜装置を前段に配置し、表２の採水工程のみを行う以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理し、その処理水を従来の市販の分離膜モジュールを２段連ねた多段式膜分離装置で更に通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
比較例２
下記の運転条件に変更した以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の分離膜モジュールを２段連ねた多段式分離膜装置で通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。なお、この比較例２では８００時間頃までに、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、この時点で運転を停止した。
【００４８】
（運転条件）
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で行なった。また、表３の工程に従って各弁の開閉を行い、Ｎｏ．１及び２を１サイクルとして、これを繰り返した。
【００４９】
【表３】
【００５０】
実施例６
濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を図１に示すフローの多段式分離膜装置で処理し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価は１段目の分離膜モジュール１１ａの運転初期及び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。また、２０００時間後、１段目の分離膜モジュール１１ａを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。測定値の結果を表６に、原水流路の目視観察結果を表７に示す。
【００５１】
（運転条件）
表４に示す工程表に従って各弁の開閉を行い、表４の工程Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６までを１サイクルとして、これを繰り返し行なう。透過処理条件（採水Ａ及びＢ）は操作圧力０．７５MPa、濃縮水流量（最終段）４．４ｍ３/時間、水温２５℃、原水ｐＨ７．０であり、フラッシング条件（ブラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２）はフラッシング水流量が８.０ｍ３/時間、水温が２５℃である。
【００５２】
【表４】
【００５３】
比較例３
下記の運転条件に変更した以外、実施例６と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の分離膜モジュールを前段に２個、後段に１個連ねた多段式分離膜装置で通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。なお、この比較例２では８００時間頃までに、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、この時点で運転を停止した。
【００５４】
（運転条件）
操作圧力が０．７５MPa、濃縮水流量が４．４ｍ３/時間、水温が２５℃、原水ｐＨ７．０で行なった。また、表５の工程に従って各弁の開閉を行い、工程Ｎｏ．１及び２を１サイクルとして、これを繰り返した。
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
【表７】
【００５８】
実施例１〜６において、２０００時間後、通水差圧の上昇はほとんどなく、透過水量の低下もなく、透過水の水質も高いものであった。比較例１は２０００時間後の性能評価において、実施例と遜色ない結果を示しているが、これは前処理装置を設置しており、設置場所や設置コストなどが余分に必要となる。従って、実施例１〜５の比較対象は比較例２であるが、比較例２は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであった。実施例６の比較対象は比較例３であるが、比較例３は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の多段式分離膜モジュールの運転方法によれば、多段式分離膜装置で用いる分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントに巻回された原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去することができる。また、低圧又は超低圧用逆浸透膜モジュールで起こり得るフラッシング流量が低減するという問題もないと共に、透過水側の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の圧密を緩和させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。また、原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜けるため、膜が若干緩むことになり、膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる。また、本発明の多段式分離膜装置によれば、簡易な装置で前記運転方法を確実に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本例の運転方法を実施する多段式分離膜装置の一例のフローを示す図である。
【図２】本実施の形態例における分離膜モジュールの構造の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態例の多段式分離膜装置のフローを示す図である。
【図４】本実施の形態例の多段式分離膜装置の他のフローを示す図である。
【図５】実施例１〜５を実施するための多段式分離膜装置のフローを示す図である
【図６】従来の逆浸透膜モジュールの概略図である。
【図７】従来の多段式の分離膜装置の一例のフロー図である。
【符号の説明】
８、５０、５０ａ〜５０ｃ 多段式分離膜装置
９ａ、９ｂ、４２ａ〜４２ｃ、４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂ 分離膜装置群
１０ａ、１０ｂ、２８ 分離膜モジュール
１１ａ〜１１ｃ、４１ａ〜４１ｇ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｃ、４８ａ、４８ｂ 分離膜装置
１２ａ、１２ｂ 原水供給第１配管
１３ａ、１３ｂ 原水供給第２配管
１４ａ、１４ｂ、２３ 透過水流出配管
１５ａ、１５ｂ、２４ 流れ方向転換配管
１６ａ、１６ｂ、２５ 濃縮水流出第１配管
１７ａ、１７ｂ、２６ 濃縮水流出第２配管
１８ 原水供給主配管
１９ 原水流出第１配管
２０ａ、２０ｂ 原水供給分岐配管
２１ 第１濃縮水供給主配管（後段の原水供給主配管）
２２ 第１濃縮水供給第２配管（後段の原水供給第２配管）
２７ 原水流出第２配管（後段の原水流出配管）
３０ ポンプ
３１ 濃縮水集水配管
ａ１、ａ２、ｇ 第１弁
ｂ１、ｂ２、ｈ 第２弁
ｃ１、ｃ２、ｉ 第３弁
ｄ１、ｄ２、ｊ 第４弁
ｅ１、ｅ２、ｋ 透過水流出配管弁
ｆ、ｍ 原水流出配管弁
３１１ 透過水集水管
３１２ 逆浸透膜
３２ 外装体
３３ リブ
３４ テレスコープ止め
３５ スパイラル型膜エレメント
３６ ハウジング
３７ 隙間
３８ ブラインシール
３９ 逆浸透膜モジュール
【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た原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去する多段式分離膜モジュールの運転方法及び多段式分離膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、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、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、低分子成分ないし高分子成分の内、高分子成分のみを分離したりする限外濾過法や、微粒子を分離したりする精密濾過法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６に例示されるように、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は、透過水スペーサー６２の両面に逆浸透膜６１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜６３を形成し、該袋状膜６３の開口部を透過水集水管６４に取り付け、網状の原水スペーサー６５と共に、透過水集水管６４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６６はスパイラル型膜エレメント６０の一方の端面側６９ａから供給され、原水スペーサー６５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント６０の他方の端面側６９ｂから濃縮水６８として排出される。原水６６は原水スペーサー６５に沿って流れる過程で、逆浸透膜６１を透過して透過水６７となり、この透過水６７は透過水スペーサー６２に沿って透過水集水管６４の内部に流れ込み、透過水集水管６４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜６３間に配設される原水スペーサー６５により原水経路が形成されることになる。
【０００３】
また、従来より、前記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を１段当たり１基又は２基以上並列に配置した分離膜装置群を、２段以上連ねた多段式分離膜装置が、水の回収率及び水の処理量の向上を目的に使用されている。例えば図７の多段式分離膜装置７０において、ポンプ７１より供給された原水は、原水供給主配管７２、原水供給分岐配管７３ａ及び７３ｂを通り、並列に配置された１段目の分離膜モジュール７４ａ及び７４ｂで処理され、透過水流出配管７６ａ及び７６ｂより透過水を、濃縮水流出配管７５ａ及び７５ｂより濃縮水を得る。分離膜モジュール７４ａ及び７４ｂから流出する当該濃縮水は濃縮水集水配管７７ａ及び７７ｂで集水され、中間濃縮水供給主配管（後段の原水供給主配管）７８から２段目の分離膜モジュール７９に通水される。そして、透過水流出配管８１から透過水を、濃縮水流出配管８０から濃縮水を得る。このように、前段で得た中間濃縮水を後段の分離膜モジュールの供給水として処理することにより、水の回収率を向上させ、また１段当たり複数の分離膜モジュールを並列に配置することにより水の処理量を増やすことが行われている。
【０００４】
前記逆浸透膜スパイラル型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、逆浸透膜スパイラル型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逆浸透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、従って、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、濾過処理又は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。しかし、この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。
【０００７】
従って、本発明の目的は、多段式分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントに巻回された原水スペーサーに蓄積した濁質を、効率よく除去することができる多段式分離膜モジュールの運転方法及び多段式分離膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、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を装着する分離膜モジュールにおいて、原水中の濁質が蓄積するのは原水スペーサーの線材が交差する交点部分であること、分離膜モジュールの運転時に、原水の流れ方向を定期又は不定期に反対方向へ変更しながら運転することにより、原水スペーサーに蓄積した濁質の除去が容易に行なえること、原水の流れ方向変更時に、フラッシングを複数回行なうことで、濁質の除去効果が更に増大すること、分離膜モジュールの運転方法において、フラッシングを適宜行なうと共に、毎回行なうフラッシングの、最初に行なうフラッシングは、その直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なうことで、濁質の除去が更に一層増大すること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、１基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する前段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群の中間濃縮水が、１基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する後段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群に順次供給される２段以上の多段式分離膜モジュールの運転方法であって、該分離膜モジュールの被処理水の流れ方向を、定期又は不定期に反対方向へ変更し、前記被処理水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回フラッシングを行う多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質は容易に剥がされ除去される。また、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を確実に除去できる。
【００１１】
また、本発明は、毎回のフラッシングの最初に行なうフラッシングは、直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を最初のフラッシングで効率よく剥がすことができ、除去が容易になる。
【００１３】
また、本発明は、前記フラッシング時に、透過水側の弁を全閉とする前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。透過水側の弁が開いていると、高圧用分離膜モジュールの場合、フラッシング圧力程度ではフラッシング液である原水が透過することはないが、低圧又は超低圧用分離膜モジュールでは、透過してしまい、フラッシング流量が低減し、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、透過水側の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。
【００１４】
また、本発明は、前記フラッシングを行なう前に、原水供給側の圧力を抜く前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜けるため、膜が若干緩み、膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記フラッシングを各段の分離膜モジュール毎又は分離膜モジュール群毎に分けて行う前記多段式分離膜モジュールの運転方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前段のスパイラル型膜エレメントから剥離した濁質が後段のスパイラル型膜エレメントに流れ込み、汚染するのを防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。なお、明細書中、第１の実施の形態及び第３の実施の形態は本発明の参考例となるものである。図１は本例の運転方法を実施する多段式分離膜装置のフロー図である。多段式分離膜装置８は、前段の分離膜装置群９ａの各分離膜モジュール１０ａ、１０ｂから得られる中間濃縮水が、後段の分離膜装置群９ｂの分離膜モジュール２８に供給される２段の多段式分離膜装置である。すなわち、分離膜モジュール１０ａを備える分離膜装置１１ａ及び分離膜モジュール１０ｂを備える分離膜装置１１ｂを並列に配置して前段の分離膜装置群９ａを構成し、分離膜装置群９ｂをその後段に配置して２段の分離膜装置を構成する。
【００１８】
図１中、分離膜装置１１ａは、弁ａ１に接続する原水供給第１配管１２ａと、弁ａ１と分離膜モジュール１０ａを接続する原水供給第２配管１３ａと、分離膜モジュール１０ａと、分離膜モジュール１０ａの透過水側に接続される弁ｅ１を有する透過水流出配管１４ａと、原水供給第１配管１２ａと分離膜モジュール１０ａの濃縮水流出側を接続し弁ｂ１を有する流れ方向転換配管１５ａと、流れ方向転換配管１５ａと接続し弁ｃ１が付設された濃縮水流出第１配管１６ａと、原水供給第２配管１３ａ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弁ｄ１を有する濃縮水流出第２配管１７ａと、を備える。また、分離膜装置１１ｂ、１１ｃは分離膜装置１１ａと同様な構成を採る。そして、分離膜装置群９ａは、原水流出第１配管弁ｆが途中に付設された原水流出第１配管１９が接続する原水供給主配管１８と、原水供給主配管１８から分岐し分離膜装置１１ａ、１１ｂの原水供給第１配管１２ａ、１２ｂに接続する原水供給分岐配管２０ａ、２０ｂと、分離膜装置１１ａ及び１１ｂとを備える。また、後段の分離膜装置群９ｂは、原水流出第２配管弁（後段の原水流出配管弁）ｍが途中に付設された原水流出第２配管（原水流出配管）２７が接続する後段の第１濃縮水供給主配管（原水供給主配管）２１と、分離膜装置１１ｃとを備える。そして、多段式分離膜装置８は、前段の分離膜装置群９ａ、９ｂの前段に更にポンプ３０と、分離膜装置群９ｂの第１濃縮水供給主配管（原水供給主配管）２１から分岐し分離膜装置群９ａの濃縮水流出第１配管１６ａ、１６ｂ、濃縮水流出第２配管１７ａ、１７ｂと接続する濃縮水集水配管３１を備える。
【００１９】
多段式分離膜装置８において、先ず、弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｆ、ｈ、ｊ及びｍは閉とし、弁ｃ１、ｃ２及びｉはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ａ１、ａ２、ｅ１、ｅ２、ｇ及びｋは開とする。原水は原水供給ポンプ３０により分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂに供給される。原水は分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂで処理され、第１濃縮水を第１濃縮水流出第１配管１６ａ及び１６ｂから得ると共に透過水流出配管１４ａ及び１４ｂから透過水を得る。分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから得られた当該第１濃縮水（中間濃縮水、以下同様）は、濃縮水集水配管３１で集められ、後段の分離膜モジュール２８に供給される。そして、第２濃縮水を濃縮水流出第１配管２５から得ると共に透過水流出配管２３から透過水を得る。この場合、原水の濁度にもよるが、運転時間の経過と共に、エレメントに巻回された原水スペーサーに原水中の濁質等の浮遊物質が蓄積していく。
【００２０】
原水スペーサーに原水中の濁質が蓄積すると、通水差圧が上昇する。このような場合、原水の流れ方向を逆方向に変更する。すなわち、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｇ、及びｉは閉とし、弁ｄ１、ｄ２及びｊはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ｂ１、ｂ２及びｈを開とする。これにより、原水は分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂの濃縮水流出側より流入し、分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂで処理され、第１濃縮水を濃縮水流出第２配管１７ａ及び１７ｂから得ると共に透過水流出配管１４ａ及び１４ｂから透過水を得る。各分離膜モジュールから得られた当該第１濃縮水は、濃縮水集水配管３１で集められ、後段の分離膜モジュール２８の濃縮水流出側より流入し処理される。そして、第２濃縮水を濃縮水流出第２配管２６から得ると共に透過水流出配管２３から透過水を得る。このような原水の流れ方向を逆方向に変更することにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質が容易に剥がされ、除去される。そして、運転時間の経過と共に、再びエレメントに装着された原水スペーサーに原水中の濁質等の浮遊物質が蓄積していくため、更に原水の流れ方向を逆方向に変更する。以後、この操作を繰り返す。原水の流れ方向の変更時期は、定期又は不定期であり、原水の流れ方向を変更する間隔としては、１時間〜２４時間、好ましくは１時間〜１２時間が好ましい。１時間未満であると切替弁の切替回数が多くなり、切替弁の寿命を低下させる。また、２４時間を越えると、蓄積した濁質が除去し難くなる。また、原水の流れ方向の変更時期は、上記の他、所定の通水差圧となった時点で変更してもよく、この場合、変更操作を頻繁に行なうことなく、蓄積した濁質の除去もできる点で好ましい。また、所定時間経過後に流れ方向を変更する方法、所定の通水差圧となった時点で変更する方法の両者を組合わせてもよい。
【００２１】
本例の多段式分離膜装置８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度程度のスパイラル型膜エレメントにとって高い濁度であっても定期又は不定期に原水の流れを逆方向とするため、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℃を越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℃の原水の加温は、連続的加温でも、断続的加温でもよい。断続的加温としては、１時間以上１週間以内の間隔で３０〜１２０分程度断続的に加温することが、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。加温間隔が１時間未満では十分な加温効果が得られず不要な加温を行なうことになりエネルギーが無駄になる。一方、１週間を越えると間隔が長すぎることによりスライムの発生が起こり易くなり、効果が低減してしまう。また、原水はｐＨを２．０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蓄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。分散剤の添加により、原水スペーサーや膜面への濁質の蓄積を一層抑制することができる。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。
【００２２】
本例の多段式分離膜装置８によれば、原水の流れを逆方向にして濁質の蓄積を抑制するため、従来、原水中の濁質を除去する目的で用いられていた凝集沈殿処理、濾過処理又は膜処理などの前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で画期的な効果を奏する。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態における分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。第２の実施の形態例は、第１の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法において、前記原水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回のフラッシングを行うものであり、これにより、原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を確実に除去できる。分離膜モジュールの両方向から交互にフラッシングを行なう方法としては、最初のフラッシングが直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう方法（以下、逆方向フラッシングとも言う。）及び直前まで流れていた原水の流れ方向と同方向に行なう方法が挙げられ、このうち、逆方向フラッシングが、最初のフラッシングで原水スペーサーの交点部分に蓄積した濁質を効果的に剥がすことができる点で好ましい。最初のフラッシングを直前まで流れていた方向と同じ方向にすると、一部の濁質は除去できるものの、原水スペーサーの滞留部分に蓄積した濁質を余計に押し付けることになり、経時的に濁質が蓄積してしまう。逆方向フラッシングを行なうには、先ず、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｆ、ｇ、ｉ及びｍを閉、弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｈ及びｊを開とする。そして、透過処理における原水供給流量の約３倍流量の原水を急速に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂ内に濃縮水流出側より供給し、原水流入側の原水供給第２配管１３ａ及び１３ｂ、濃縮水流出第２配管１７ａ及び１７ｂより排出する。分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから排出された原水は、濃縮水集水配管３１を通り更に後段の分離膜モジュール２８内に濃縮水流出側から供給され、原水流入側の原水供給第２配管２２、濃縮水流出第２配管２６から排出される。逆方向フラッシング終了後、今度は逆方向フラッシング時におけるフラッシング方向とは逆方向にフラッシングを行なう。すなわち弁ｂ１、ｂ２、ｄ１、ｄ２、ｆ、ｈ、ｊ及びｍを閉、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｇ及びｉを開とする。そして、逆方向フラッシングと同様の流量の原水を急速に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂ内に原水流入側より供給し、濃縮水流出側の濃縮水流出第１配管１６ａ及び１６ｂより排出する。更に分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂから排出された原水は濃縮水集水配管３１を通り、分離膜モジュール２８内に原水流入側から供給され、濃縮水流出側の濃縮水流出第１配管２５より排出される。次いでこのフラッシング時におけるフラッシング方向とは逆方向にフラッシングを行ない、以後、同様の操作が繰り返され、両方向から交互に複数回のフラッシングが行なわれる。
【００２４】
前記フラッシングにおいて、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行う運転方法が好ましい。例えば、前記逆方向のフラッシングにおいて、閉としていた弁ｍを開とし、開としていた弁ｈ及びｊを閉とし、先ず、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂのフラッシングを行い、原水を原水流出第２配管２７から流出させ、一定時間が経過した後、弁ｄ１、ｄ２及びｍを閉じ、弁ｃ１、ｃ２、ｈ及びｊを開き、後段の分離膜モジュール２８の逆方向フラッシングを行う。当該方法によれば、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂの原水スペーサーから剥離した濁質が、後段の分離膜モジュール２８に流入せず、後段の分離膜モジュール２８が汚染されないので、フラッシングが速やかに行える。また、更に当該逆方向のフラッシングとは逆方向にフラッシングを行う場合は、例えば、弁ａ１、ａ２及びｍを開とし、弁ｂ１、ｂ２、ｈ及びｊを閉とし、先ず、前段の分離膜モジュール１０ａ及び１０ｂのフラッシングを行い、原水を原水流出第２配管２７から流出させ、一定時間が経過した後、弁ｃ１、ｃ２及びｍを閉じ、弁ｄ１、ｄ２、ｇ及びｉを開き、後段の分離膜モジュール２８のフラッシングを行うというように、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行うことが好ましい。３段以上の分離膜モジュール群からなる多段式分離膜装置の場合も、各段の分離膜モジュール群毎に分けてフラッシングを行うことが好ましい。
【００２５】
最初のフラッシングが直前まで流れていた原水の流れ方向と同方向の場合は、前述した逆方向フラッシングの場合の２番目の操作を先に行なうことになる。このように、両方向から交互に複数回のフラッシングにより、原水スペーサーに蓄積した濁質は剥がれエレメント外へ確実に排出される。このようなフラッシングを行なう場合、図１においては、濃縮水流出側の圧力調整用の弁ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２、ｉ及びｊにより圧の開放を行っているが、圧力の開放方法としては、これに限定されず、圧力開放用の弁を別途に設けてもよい。その場合には、濃縮水流出配管は排水量を多く採るために、圧力調整用の弁のある配管よりも大径とするのが好ましい。また、濃縮水流出第１配管１６ａ、１６ｂ、２５及び濃縮水流出第２配管１７ａ、１７ｂ、２６のいずれか１箇所又は複数箇所にエアーチャンバー（不図示）を設置し、運転によって溜まった水を用いてフラッシングを行なってもよい。ここで言うエアーチャンバーとは、濃縮水の圧力によって加圧された空気により、チャンバー中に溜まった水を流出させる装置を指す。
【００２６】
前記原水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回のフラッシングを行う場合、フラッシングを行なう前に、原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜け、膜が若干緩むことになるので、原水供給側の圧力を抜くことは膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる点で好ましい。原水供給側の圧力を抜く方法としては、原水供給ポンプ３０の吐出側の原水供給主配管１８に接続する原水流出第１配管１９に付設した原水流出第１配管弁ｆを開ける方法、あるいは第１弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１、ｅ２、ｇ、ｉ及びｋを開としている運転において、弁ｄ１、ｄ２及びｍ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。瞬間的に圧抜きをする方が、膜を緩ませ易く、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ｅ１、ｅ２及びｋを開とすることが好ましい。弁ｅ１、ｅ２及びｋが閉では膜間差圧がなくなり、膜を押さえ付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たとしても、膜が緩むことがないからである。
【００２７】
また、フラッシング時には、透過水流出管１４ａ、１４ｂ及び２３に付設されている弁ｅ１、ｅ２及びｋを全閉にすることが好ましい。透過水流出管１４ａ、１４ｂ及び２３に付設されている弁ｅ１、ｅ２及びｋが開いていると、高圧用逆浸透膜モジュールの場合、フラッシング圧力程度ではフラッシング液である原水が透過することはないが、低圧又は超低圧用逆浸透膜モジュールでは透過してしまい、フラッシング流量が低減し、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、透過水流出管に付設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の圧密を緩和させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。
【００２８】
前記フラッシングは、両方向から交互に２回以上、５回以下のフラッシングを行なうことが好ましい。フラッシング回数が１回では一方向のみのフラッシングとなり洗浄効果が十分ではなく、経時的に濁質が蓄積してしまう。一方、５回を越えると排水する水が多くなり、回収率の低減につながる。また、フラッシングの１回当たりの時間は、特に制限されないが、３０秒〜１２０秒が好ましい。３０秒未満では洗浄効果が不十分であり、１２０秒を越えるとブロー時間が長く、回収率の大幅な低下となる。また、フラッシングの際、圧縮空気を原水中に供給してもよい。圧縮空気を原水に混入させることにより、洗浄効率が一層高まる。圧縮空気の供給量は、特に制限されないが、原水と空気との体積割合が２：１〜１：２とするのが好ましい。
【００２９】
フラッシングを所定時間行なった後は、再度原水の処理を行なう。この場合、原水の流れ方向は、最初のフラッシングの直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向である。すなわち、弁ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｆ、ｇ、ｉ及びｍは閉、弁ｄ１、ｄ２及びｊはモジュール内を所定の圧力となるように調整開口され、弁ｂ１、ｂ２、ｅ１、ｅ２及びｋは開とし、原水は分離膜モジュール１０ａ、１０ｂ及び２８で処理される。このように、原水処理→フラッシング→原水処理→フラッシングを順次繰り返す。原水処理時間としては、１時間〜２４時間、好ましくは１時間〜１２時間である。原水処理時間が１時間未満であると切替弁の切替回数が多くなり、切替弁の寿命を低下させると共に、回収率の低下につながる。また、２４時間を越えると、蓄積した濁質の除去効果が低減してしまう。原水処理からフラッシングに切り替える形態としては、毎回同じ時間経過後に流れ方向を変更する方法、所定の通水差圧に達した時点で変更する方法及びこの両者を組合わせて変更する方法が挙げられる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施の形態における多段式分離膜モジュールの運転方法を図１を参照して説明する。本例の多段式分離膜モジュールの運転方法は、スパイラル型膜エレメントを装着する多段式分離膜モジュールの運転方法であって、該運転方法は途中にフラッシングを含み、該フラッシングの最初に行なうフラッシングは、直前まで流れていた原水の流れ方向と逆方向に行なう方法である。すなわち、第３の実施の形態は、フラッシング後、原水の流れ方向は直前の原水の流れ方向と同方向であっても、逆方向であってもよいのであり、この点を除いて第２の実施の形態例と同じである。従って、原水処理時の原水の好ましい形態、フラッシング時における弁類の操作形態、フラッシング方法の好ましい形態等は全て第２の実施の形態例と同じである。第３の実施の形態例においては、フラッシング時に逆方向に流すことで濁質は十分に除去されるため、第２の実施の形態例と同様の効果を奏する。
【００３１】
本発明で用いる分離膜モジュールに装着される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固設されてなるもの、（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、二つ折り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して固定したもの、（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、１０,０００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穏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蓄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。
【００３２】
本発明の分離膜モジュールの運転方法において、前記（ｉ）、（ii）、（iii）及び（iv）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、前記第１の実施の形態例〜第３の実施の形態例のいずれも適用できる。前記（ｖ）、（vi）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、原水スペーサーの交点数密度が原水の流れ方向で限定されるため、原水の流れ方向を反対方向へ変更する前記第１の実施の形態例及び第２の実施の形態例は適用できない。前記（ｖ）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、第３の実施の形態例の逆方向フラッシングを用いることが、原水スペーサーの入口近傍に敢えて濁質を蓄積させる構造を採る点で必須である。また、前記（vi）の原水スペーサーを備えるスパイラル型膜エレメントを装着した分離膜モジュールは、第３の実施の形態例を適用することができる。
【００３３】
上記（ii）〜（vi）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、四角形およ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言うが、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、若しくはそれよりも若干薄いものであり、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。
【００３４】
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、限外濾過膜及び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性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。
【００３５】
本例で用いる逆浸透膜モジュールは、前記スパイラル型膜エレメントを備えるものであれば特に制限されず、例えば図２に示す構造を有する逆浸透膜モジュールが挙げられる。図２に示したように、透過水集水管３１１の外周面に袋状の逆浸透膜３１２を原水スペーサーと共にスパイラル状に巻きつけ、その上部を外装体３２で被覆する。そしてスパイラル状に巻きつけた逆浸透膜３１２がせり出すのを防止するために、数本の放射状のリブ３３を有するテレスコープ止め３４が両端に取り付けられている。これらの透過水集水管３１１、逆浸透膜３１２、外装体３２、テレスコープ止め３４でひとつのスパイラル型膜エレメント３５を形成し、夫々の透過水集水管３１１をコネクタ（図示せず）で連通して、ハウジング３６内にスパイラル型膜エレメント３５を複数個装填する。なお、スパイラル型膜エレメント３５の外周とハンジング３６の内周の間に隙間３７が形成されるが、この隙間３７をブラインシール３８で閉塞してある。なおハウジング３６の一端には原水をハウジング内部に流入するための原水流入管（図示せず）、また他端には透過水集水管３１１に連通する処理水管（図示せず）および非透過水管（図示せず）が付設され、ハウジング３６、その内部部品および配管（ノズル）等で逆浸透膜モジュール３９が構成される。
【００３６】
このような構造の逆浸透膜モジュール３９で原水を処理する場合は、ハウジング３６の一端からポンプを用いて原水を圧入するが、図２において矢線で示したように原水はテレスコープ止め３４の各放射状のリブ３３の間を通って最初のスパイラル型膜エレメント３５内に侵入し、一部の原水はスパイラル型膜エレメント３５の膜間の原水スペーサーで区画される原水流路を通り抜けて次のスパイラル型膜エレメント３５に達し、他部の原水は逆浸透膜３１２を透過して透過水となり当該透過水は透過水集水管３１１に集水される。このようにしてスパイラル型膜エレメント３５に次々に原水が通り抜けて、逆浸透膜を透過しなかった原水は濁質及びイオン性不純物を高濃度で含む濃縮水としてハウジング３６の他端から取り出され、また逆浸透膜を透過した透過水は透過水として透過水集水管３１を介してハウジング３６外に取り出される。なお、本発明で用いる逆浸透膜モジュールは図２のように複数のスパイラル型膜エレメントを装着するものの他、例えばスパイラル型膜エレメント１個装着するものであってもよい。
【００３７】
本発明の多段式分離膜装置は、前段の分離膜装置又は分離膜装置群の分離膜モジュールから得られる中間濃縮水が、後段の分離膜装置又は分離膜装置群の分離膜モジュールに順次供給される２段以上の分離膜装置であり、例えば４基の分離膜モジュール４１ａ〜４１ｄを並列配置した前段の分離膜装置群４２ａ、２基の分離膜モジュール４１ｅ、４１ｆを並列配置した中段の分離膜装置群４２ｂ及び１基の分離膜モジュール４１ｇを配置した後段の分離膜装置４２ｃからなる４→２→１型の３段式分離膜装置（図３）、３基の分離膜モジュール４４ａ〜４４ｃを並列配置した前段の分離膜装置群４３ａ、２基の分離膜モジュール４４ｄ、４４ｅを並列配置した後段の分離膜装置群４３ｂからなる３→２型の２段式分離膜装置（図４（Ａ））、２基の分離膜モジュール４６ａ、４６ｂを並列配置した前段の分離膜装置群４５ａ、１基の分離膜モジュール４６ｃを配置した後段の分離膜装置４５ｂからなる２→１型の２段式分離膜装置（図４（Ｂ））及び１基の分離膜モジュール４８ａを配置した前段の分離膜装置４７ａ、１基の分離膜モジュール４８ｂを配置した後段の分離膜装置４７ｂからなる１→１型の２段式分離膜装置（図４（Ｃ））が挙げられる。なお、図４（Ｂ）は、図１と同じ配置形態である。また、図３及び図４は模式図であり、分離膜モジュールからの２つの流出ラインは、濃縮水流出第１配管及び濃縮水第２配管を示したものであるが、実際の配置位置とは異なっている。これらの多段式分離膜装置は、要求される水の回収率及び水の処理量により、適宜の形態とすることができる。本発明に係る多段式分離膜装置は、本発明に係る多段式分離膜モジュールの運転方法を簡易な装置で確実に実施できる。
【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２０mS/mの工業用水を図５に示すフローの多段式分離膜装置で処理し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。多段式分離膜装置には、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）１個を装着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１段目の分離膜モジュールの運転初期及び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。また、２０００時間後、１段目の分離膜モジュールを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。また、１段目の分離膜モジュールにおける各測定値の結果を表６に、１段目の分離膜モジュールにおける原水流路（分離膜エレメント内の原水スペーサーが存在する部分）の目視観察結果を表７に示す。なお、表６及び表７における実施例２〜６及び比較例１〜３の結果も同様である。
【００３９】
（運転条件）
表１に示す工程表に従って各弁の開閉を行い、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６までを１サイクルとして、これを繰り返し行なう。透過処理条件（採水Ａ及びＢ）は操作圧力０．７５MPa、濃縮水流量（最終段）２.７ｍ３/時間、水温２５℃、原水ｐＨ７．０である。また、フラッシング条件（ブラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２）はフラッシング水流量８.０ｍ３/時間、水温２５℃である。
【００４０】
【表１】
実施例２
実施例１の毎回のフラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２時に、原水と空気の体積比が１：１となるように空気を混入させた以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４２】
実施例３
原水処理における温度２５℃の原水の連続的供給に代えて、２５℃の原水の供給を２３時間行った後に、５０℃の原水を１時間供給することを繰り返して、断続的供給した以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。５０℃の原水は２５℃の原水を加熱器で加熱することで得た。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４３】
実施例４
原水処理におけるｐＨ７．０の原水に代えて、ｐＨ４．０の原水を使用した以外、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。ｐＨ４.０の原水は、ｐＨ７．０の原水に塩酸を添加することで調製した。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４４】
実施例５
濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水に分散剤「hypersperse MSI300」（ARGO SCIENTIFIC社製）を５０mg/l添加した以外は、実施例１と同様の運転方法で２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価結果を表６及び表７に示す。
【００４５】
比較例１
前処理を目的とした公知の限外ろ過膜装置を前段に配置し、表２の採水工程のみを行う以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理し、その処理水を従来の市販の分離膜モジュールを２段連ねた多段式膜分離装置で更に通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。
【００４６】
【表２】
比較例２
下記の運転条件に変更した以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の分離膜モジュールを２段連ねた多段式分離膜装置で通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。なお、この比較例２では８００時間頃までに、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、この時点で運転を停止した。
【００４８】
（運転条件）
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で行なった。また、表３の工程に従って各弁の開閉を行い、Ｎｏ．１及び２を１サイクルとして、これを繰り返した。
【００４９】
【表３】
実施例６
濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を図１に示すフローの多段式分離膜装置で処理し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。分離膜モジュールの性能評価は１段目の分離膜モジュール１１ａの運転初期及び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。また、２０００時間後、１段目の分離膜モジュール１１ａを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。測定値の結果を表６に、原水流路の目視観察結果を表７に示す。
【００５１】
（運転条件）
表４に示す工程表に従って各弁の開閉を行い、表４の工程Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６までを１サイクルとして、これを繰り返し行なう。透過処理条件（採水Ａ及びＢ）は操作圧力０．７５MPa、濃縮水流量（最終段）４．４ｍ３/時間、水温２５℃、原水ｐＨ７．０であり、フラッシング条件（ブラッシングＡ１、Ａ２、Ｂ１及びＢ２）はフラッシング水流量が８.０ｍ３/時間、水温が２５℃である。
【００５２】
【表４】
比較例３
下記の運転条件に変更した以外、実施例６と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０mS/mの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の分離膜モジュールを前段に２個、後段に１個連ねた多段式分離膜装置で通常の処理を行なった。その結果を表６及び表７に示す。なお、この比較例２では８００時間頃までに、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、この時点で運転を停止した。
【００５４】
（運転条件）
操作圧力が０．７５MPa、濃縮水流量が４．４ｍ３/時間、水温が２５℃、原水ｐＨ７．０で行なった。また、表５の工程に従って各弁の開閉を行い、工程Ｎｏ．１及び２を１サイクルとして、これを繰り返した。
【００５５】
【表５】
【表６】
【表７】
実施例１〜６において、２０００時間後、通水差圧の上昇はほとんどなく、透過水量の低下もなく、透過水の水質も高いものであった。比較例１は２０００時間後の性能評価において、実施例と遜色ない結果を示しているが、これは前処理装置を設置しており、設置場所や設置コストなどが余分に必要となる。従って、実施例１〜５の比較対象は比較例２であるが、比較例２は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであった。実施例６の比較対象は比較例３であるが、比較例３は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の多段式分離膜モジュールの運転方法によれば、多段式分離膜装置で用いる分離膜モジュールのスパイラル型膜エレメントに巻回された原水スペーサーに蓄積した濁質を効率よく除去することができる。また、低圧又は超低圧用逆浸透膜モジュールで起こり得るフラッシング流量が低減するという問題もないと共に、透過水側の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の圧密を緩和させる効果もあり、フラッシングの効果を一層高めることができる。また、原水供給側の圧力を抜くことで、それまで膜面を押さえ付けていた圧力が抜けるため、膜が若干緩むことになり、膜面及び原水スペーサーに蓄積する濁質の圧密を緩和させることができる。また、本発明の多段式分離膜装置によれば、簡易な装置で前記運転方法を確実に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本例の運転方法を実施する多段式分離膜装置の一例のフローを示す図である。
【図２】本実施の形態例における分離膜モジュールの構造の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態例の多段式分離膜装置のフローを示す図である。
【図４】本実施の形態例の多段式分離膜装置の他のフローを示す図である。
【図５】実施例１〜５を実施するための多段式分離膜装置のフローを示す図である
【図６】従来の逆浸透膜モジュールの概略図である。
【図７】従来の多段式の分離膜装置の一例のフロー図である。
【符号の説明】
８、５０、５０ａ〜５０ｃ 多段式分離膜装置
９ａ、９ｂ、４２ａ〜４２ｃ、４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂ 分離膜装置群
１０ａ、１０ｂ、２８ 分離膜モジュール
１１ａ〜１１ｃ、４１ａ〜４１ｇ、４４ａ〜４４ｅ、４６ａ〜４６ｃ、４８ａ、４８ｂ 分離膜装置
１２ａ、１２ｂ 原水供給第１配管
１３ａ、１３ｂ 原水供給第２配管
１４ａ、１４ｂ、２３ 透過水流出配管
１５ａ、１５ｂ、２４ 流れ方向転換配管
１６ａ、１６ｂ、２５ 濃縮水流出第１配管
１７ａ、１７ｂ、２６ 濃縮水流出第２配管
１８ 原水供給主配管
１９ 原水流出第１配管
２０ａ、２０ｂ 原水供給分岐配管
２１ 第１濃縮水供給主配管（後段の原水供給主配管）
２２ 第１濃縮水供給第２配管（後段の原水供給第２配管）
２７ 原水流出第２配管（後段の原水流出配管）
３０ ポンプ
３１ 濃縮水集水配管
ａ１、ａ２、ｇ 第１弁
ｂ１、ｂ２、ｈ 第２弁
ｃ１、ｃ２、ｉ 第３弁
ｄ１、ｄ２、ｊ 第４弁
ｅ１、ｅ２、ｋ 透過水流出配管弁
ｆ、ｍ 原水流出配管弁
３１１ 透過水集水管
３１２ 逆浸透膜
３２ 外装体
３３ リブ
３４ テレスコープ止め
３５ スパイラル型膜エレメント
３６ ハウジング
３７ 隙間
３８ ブラインシール
３９ 逆浸透膜モジュール
Claims (5)
- １基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する前段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群の中間濃縮水が、１基又は２基以上並列配置されたスパイラル型膜エレメントを装着する後段の分離膜モジュール又は分離膜モジュール群に順次供給される２段以上の多段式分離膜モジュールの運転方法であって、該分離膜モジュールの被処理水の流れ方向を、定期又は不定期に反対方向へ変更し、前記被処理水の流れ方向変更時に、両方向から交互に複数回フラッシングを行うことを特徴とする多段式分離膜モジュールの運転方法。
- 毎回のフラッシングの最初に行うフラッシングは、直前まで流れていた被処理水の流れ方向と逆方向に行うことを特徴とする請求項１記載の多段式分離膜モジュールの運転方法。
- 前記フラッシング時に、透過水側の弁を全閉とすることを特徴とする請求項１又は２記載の多段式分離膜モジュールの運転方法。
- 前記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１〜３のいずれか１項記載の多段式分離膜モジュールの運転方法。
- 前記フラッシングを各段の分離膜モジュール毎又は分離膜モジュール群毎に分けて行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の多段式分離膜モジュールの運転方法。
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