JP4321927B2 - スパイラル型膜エレメントを備えた処理システムおよびその運転方法 - 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を備えた処理システムおよびその運転方法に関する。
【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）分離装置が用いられている。この逆浸透膜分離装置の前処理としては、主として凝集・沈殿・砂濾過が行われている。凝集・沈殿・砂濾過では、原水の水質によって処理水の水質が変化するため、逆浸透膜分離装置に安定した水質の処理水を供給することができない。それにより、逆浸透膜分離装置の能力が制限される。一方、近年では逆浸透膜分離装置の前処理に膜分離技術の適用が広がり、従来は処理が困難であった水質への膜分離技術の応用がなされている。
【０００３】
このような膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸型膜エレメントが多く使用されている。
【０００４】
図１０は逆浸透膜分離装置を用いた従来の処理システムの一例を示す図である。
【０００５】
図１０において、河川水等の原水は貯槽２０１に貯溜される。貯槽２０１の原水は配管２０７を通して供給ポンプ２０２に与えられ、供給ポンプ２０２により中空糸型膜エレメント２０３に供給される。中空糸型膜エレメント２０３は、原水を透過水および濃縮水に分離する。中空糸型膜エレメント２０３により得られた透過水は、前処理水として配管２０８を通して貯槽２０４に供給される。一方、中空糸型膜エレメント２０３により得られた濃縮水は、配管２０９を通して貯槽２０１に戻される。
【０００６】
貯槽２０４に貯溜された前処理水は、配管２１０を通して供給ポンプ２０５に与えられ、供給ポンプ２０５により逆浸透膜分離装置２０６に供給される。逆浸透膜分離装置２０６は、前処理水を透過水および濃縮水に分離する。逆浸透膜分離装置２０６により得られた透過水は、配管２１１を通して系外に供給される。逆浸透膜分離装置２０６により得られた濃縮水は、配管２１２を通して全量が系外に排出される。
【０００７】
ここで、中空糸型膜エレメント２０３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。中空糸型膜エレメント２０３に膜折れが生じると、逆浸透膜分離装置２０６に供給する前処理水の水質が低下するという問題が生じる。
【０００８】
そこで、中空糸型膜エレメント２０３に代えて、スパイラル型膜エレメントを適用することが提案されている。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸型膜エレメント２０３と同様に単位体積当たりの膜面積を大きくとれ、しかも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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記の処理システムに供給される原水は、多くの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質を含む。このため、膜エレメントを用いてこのような原水を膜分離して前処理を行うと、これらの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質として膜エレメントの膜面に堆積し、膜エレメントにおいて水の透過速度の低下を引き起こす。
【００１０】
膜エレメントの膜面への汚染物質の堆積を防止するためには、クロスフロー濾過が行われる。このクロスフロー濾過は、原水を膜面に対して平行に流すことにより、膜面と流体との界面で生じる剪断力を利用して膜面への汚染物質の堆積を防止するものである。また、膜エレメントを逆流洗浄することにより、膜エレメントの膜面に堆積した汚染物質を取り除き、水の透過速度を回復させることができる。このような逆流洗浄は、中空糸型膜エレメント２０３では一般的に行われている。
【００１１】
一方、スパイラル型膜エレメントへの逆流洗浄の適用は、例えば特公平６−９８２７６号公報に提案されている。しかし、従来のスパイラル型膜エレメントの分離膜は、背圧強度が低いため、逆流洗浄において分離膜に背圧が加わると、分離膜が破損するおそれがある。そのため、上記の公報によると、スパイラル型膜エレメントに０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 （０．０１〜０．０５ＭＰａ）という低い背圧で逆流洗浄を行うことが好ましいとされている。
【００１２】
しかし、本発明者の実験によると、このような背圧で逆流洗浄を行った場合、スパイラル型膜エレメントにおいて長時間にわたって高い透過流束を維持することができず安定した運転を行うことができなかった。
【００１３】
このように、前処理を行うスパイラル型膜エレメントにおいて安定した運転を行うことができないと、処理システムにおいて、逆浸透膜分離装置の運転に必要な供給水量が確保できず、逆浸透膜分離装置の運転が困難となる。したがって、処理システムの運転が困難となる。
【００１４】
この点に関して、本発明者は、特開平１０−２２５６２６号公報に背圧強度が２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の分離膜の構造および製造方法を提案している。しかしながら、このような背圧強度を有する分離膜を用いてスパイラル型膜エレメントを作製した場合に、実際にどのような背圧で逆流洗浄を行うことが可能となるか、また、どのような範囲の背圧で逆流洗浄を行った場合に長期間にわたって高い透過流束を維持できるかについては十分に検証されていなかった。また、このようなスパイラル型膜エレメントを備えた処理システムの構成および運転方法については、検証されていなかった。
【００１５】
このような背圧強度の高い分離膜を有するスパイラル型膜エレメントを備えた処理システムであっても、スパイラル型膜エレメントの最適な洗浄条件および洗浄方法を適用しかつ最適な処理システムの構成および運転方法を適用しなければ、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定した濾過運転を続けることができず、処理システムの安定した運転が困難となる。
【００１６】
本発明の目的は、長期間にわたって安定した運転を行うことができる処理システムおよびその運転方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る処理システムは、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなりかつ０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントと、スパイラル型膜エレメントの下流側に設けられた１または複数の逆浸透膜分離装置と、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給する第１の原液供給系と、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を逆浸透膜分離装置に供給する透過液供給系と、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入する洗浄液導入系と、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された洗浄液を排出する洗浄液排出系と、洗浄時または洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの他端部から原液を供給する第２の原液供給系と、洗浄時または洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された原液を排出する原液排出系とが設けられたものである。
【００１８】
本発明に係る処理システムにおいては、濾過時に、第１の原液供給系を介して原液がスパイラル型膜エレメントの一端部からスパイラル型膜エレメントに供給される。それにより、原液中の汚染物質が除去され、汚染物質が除去された透過液と汚染物質が濃縮された濃縮液とに分離される。このスパイラル型膜エレメントの透過液は、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出される。導出された透過液は、前処理液として透過液供給系を介して逆浸透膜分離装置に供給されて処理される。
【００１９】
上記の処理システムの運転時においては、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積する。そこで、上記の処理システムの洗浄時においては、洗浄液導入系を介してスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入される。導入された洗浄液は、スパイラル型膜エレメントにおいて、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いられた洗浄液は、洗浄液排出系を介して外部に排出される。
【００２０】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することができるので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、スパイラル型膜エレメントにおいて、安定した透過液質および高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことができる。
洗浄時または洗浄後に、第２の原液供給系を介してスパイラル型膜エレメントの他端部からスパイラル型膜エレメントに原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された原液が原液排出系を介して排出される。
【００２１】
以上のように、本発明に係る処理システムにおいては、スパイラル型膜エレメントにおいて安定した濾過運転を行うことができるため、逆浸透膜分離装置に安定した液質および液量の前処理液が供給される。したがって、逆浸透膜分離装置において安定した濾過運転を行うことが可能となる。それにより、長期間にわたって安定した濾過運転を行うことが可能な処理システムが実現される。
【００２２】
スパイラル型膜エレメントの分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなってもよい。それにより、スパイラル型膜エレメントにおいて、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜の破損を生じることなく十分に逆流洗浄することが可能となる。
【００２６】
また、透過液供給系は、透過液を貯溜する貯槽と、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を貯槽に導く第１の管路と、貯槽に貯溜された透過液を逆浸透膜分離装置に導く第２の管路とを含み、洗浄液導入系は、貯槽に貯溜された透過液を有孔中空管の少なくとも一方の開口端に導く第３の管路を含んでもよい。
【００２７】
この場合、処理システムの濾過時にスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液が、この第１の管路を通して一旦貯槽に貯溜される。この貯溜された透過液は、さらに第２の管路を通して逆浸透膜分離装置に供給される。一方、処理システムの洗浄時には、貯槽に貯溜されたスパイラル型膜エレメントの透過液が第３の管路を通してスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入され、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄が行われる。
【００２８】
濾過時にスパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第１の濃縮液帰還系がさらに設けられてもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第２の濃縮液帰還系がさらに設けられてもよい。
【００２９】
このようにスパイラル型膜エレメントの濃縮液または逆浸透膜分離装置の濃縮液の一部または全てを循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００３０】
なお、濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出する第１の濃縮液排出系がさらに設けられてもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出する第２の濃縮液排出系がさらに設けられてもよい。
【００３１】
本発明に係る処理システムの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの下流側に１または複数の逆浸透膜分離装置が設けられた処理システムの運転方法であって、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給するとともにスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を逆浸透膜分離装置に供給し、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの一端部から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの他端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの一端部から導出するものである。
【００３２】
本発明に係る処理システムの運転方法においては、濾過時に、スパイラル型膜エレメントにより原液を前処理し、汚染物質が除去された透過液と汚染物質が濃縮された濃縮液とに分離する。さらに、このスパイラル型膜エレメントの透過液を前処理液として逆浸透膜分離装置に供給し、処理を行う。
【００３３】
上記の処理システムの濾過運転により、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積する。そこで、上記の処理システムの運転方法においては、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入する。導入された洗浄液は、スパイラル型膜エレメントにおいて、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離する。
【００３４】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することにより、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、スパイラル型膜エレメントにおいて、長期間にわたって高い透過流束および安定した透過液質を維持しつつ安定した濾過運転を行うことができる。
逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの他端部から原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過時と逆方向に流れ、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出される。
【００３５】
以上のように、本発明に係る処理システムの運転方法においては、スパイラル型膜エレメントにおいて安定した運転を行うことができるため、逆浸透膜分離装置に安定した液質および液量の前処理液を供給することができる。したがって、逆浸透膜分離装置において、安定した濾過運転を行うことができる。それにより、処理システムにおいて、長期間にわたって安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００３６】
洗浄液が濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出された透過液であってもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液としてスパイラル型膜エレメントの透過液を導入し、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄を行う。
【００３７】
また、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いた透過液の一部または全てを濾過時にスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。このように逆流洗浄に用いた透過液を循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いた透過液の一部または全てを系外に排出してもよい。
【００３９】
濾過時にスパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。このようにスパイラル型膜エレメントの濃縮液または逆浸透膜分離装置の濃縮液の一部または全てを循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００４０】
なお、濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出してもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出してもよい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る処理システムの一例を示す模式的構成図である。
【００４２】
図１の処理システムの濾過運転時には、配管１０７のバルブ１１７および配管１０８のバルブ１１６を開くとともに、配管１１３のバルブ１１５を閉じる。また、供給ポンプ１１４を停止させ、供給ポンプ１０２，１０５を駆動させる。
【００４３】
貯槽１０１に貯溜された河川水等の原水７は、配管１０７を通して供給ポンプ１０２に与えられ、供給ポンプ１０２により昇圧されてスパイラル型膜エレメント１００に供給される。スパイラル型膜エレメント１００は、後述の方法により原水７を透過水８および濃縮水９に分離する。スパイラル型膜エレメント１００により得られた透過水８は、前処理水として配管１０８を通して貯槽１０４に供給される。一方、スパイラル型膜エレメント１００により得られた濃縮水９は、配管１０９を通して全量が貯槽１０１に戻される。
【００４４】
なお、配管１０９ａを通して濃縮水９の一部または全てが系外に排出されてもよい。
【００４５】
貯槽１０４に貯溜されたスパイラル型膜エレメント１００の透過水（前処理水）８は、配管１１０を通して供給ポンプ１０５に与えられ、供給ポンプ１０５により昇圧されて逆浸透膜分離装置１０６に供給される。逆浸透膜分離装置１０６は、前処理水８を透過水８１および濃縮水８２に分離する。逆浸透膜分離装置１０６により得られた透過水８１は、配管１１１を通して系外に供給される。逆浸透膜分離装置１０６により得られた濃縮水８２は、配管１１２および配管１１２ａを通して系外に排出される。
【００４６】
なお、逆浸透膜分離装置１０６により得られた濃縮水８２のうち一部または全ての濃縮水８２ａが配管１１２ｂを通して貯槽１０１に戻されてもよい。
【００４７】
このように、上記の処理システムにおいては、貯槽１０１、配管１０７、供給ポンプおよびバルブ１１７が第１の原液供給系に相当し、配管１０８、バルブ１１６、貯槽１０４、配管１１０および供給ポンプ１０５が透過液供給系に相当し、配管１０９が第１の濃縮液帰還系に相当し、配管１１２ｂが第２の濃縮液帰還系に相当する。また、透過液供給系のうち、配管１０８が第１の管路に相当し、配管１１０が第２の管路に相当する。さらに、配管１０９ａが第１の濃縮液排出系に相当し、配管１１２ａが第２の濃縮液排出系に相当する。
【００４８】
図２（ａ）は、図１の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例を示す模式的断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のスパイラル型膜エレメントの一部切り欠き斜視図である。
【００４９】
図２（ａ）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には濃縮水出口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。原水入口１３には配管１０７（図１）が接続され、透過水出口１４には配管１０８（図１）が接続され、濃縮水出口１５には配管１０９（図１）が接続されている。なお、圧力容器の構造は、図２（ａ）の構造に限定されず、筒形ケースに原水入口および濃縮水出口が設けられたサイドエントリ形状の圧力容器を用いてもよい。
【００５０】
外周面の一端部近傍にパッキン１７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１００を筒形ケース１１内に装填し、筒形ケース１１の両方の開口端をそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止する。スパイラル型膜エレメント１００の集水管５の一方の開口端は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ１６が装着される。圧力容器１０の内部空間は、パッキン１７により第１の液室１８と第２の液室１９とに分離される。このようにして、圧力容器１０内にスパイラル型膜エレメント１００が収納される。
【００５１】
図２（ｂ）に示すように、スパイラル型膜エレメント１００は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５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る。スパイラル型膜エレメント１００の外周面は外装材で被覆される。
【００５２】
このスパイラル型膜エレメント１００においては、後述する構造を有する分離膜２を用いることにより、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うことが可能となる。
【００５３】
前述の図１の処理システムの濾過運転時には、図２（ａ）に示すように、配管１０７（図１）を通して供給された原水７が原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入される。さらに、原水７はスパイラル型膜エレメント１００の一端部からスパイラル型膜エレメント１００の内部に供給される。この原水７は図２（ｂ）の原水スペーサ６に沿って集水管５と平行な方向に直線状に流れ、スパイラル型膜エレメント１００の他方の端面側から第２の液室１９に濃縮水９として排出される。さらに、濃縮水９は濃縮水出口１５から配管１０９（図１）を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。また、図２（ｂ）に示すように、原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で、原水側と透過水側の圧力差によって原水７の一部が分離膜２を透過し、透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の開口端から透過水８が排出される。さらに、透過水８は、図２（ａ）の透過水出口１４から配管１０８（図１）を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。
【００５４】
このようなスパイラル型膜エレメント１００による前処理により、原水７中に含まれる汚染物質が除去される。それにより、逆浸透膜分離装置１０６には、汚染物質が除去された前処理水８が供給される。
【００５５】
処理システムの濾過運転時においては、上記のスパイラル型膜エレメント１００における濾過過程で、原水７中に含まれる懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質としてスパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積する。この場合、汚染物質を含む原水７が直接供給されるスパイラル型膜エレメント１００の方が汚染物質が除去された前処理水８が供給される逆浸透膜分離装置１０６に比べて膜面への負荷が大きく、膜面への汚染物質の堆積がより顕著である。そこで、図１の処理システムにおいては、一定時間上記の濾過運転を行った後、スパイラル型膜エレメント１００の透過側から透過水による逆流洗浄を行う。
【００５６】
図１の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時には、配管１０８のバルブ１１６および配管１０７のバルブ１１７を閉じるとともに配管１１３のバルブ１１５を開く。また、供給ポンプ１０２を停止させるとともに供給ポンプ１１４を駆動させる。それにより、貯槽１０４に貯溜された前処理水８すなわちスパイラル型膜エレメント１００の透過水８が、洗浄水８ａとして配管１１３を通して供給ポンプ１１４に与えられて昇圧され、さらに配管１０８を介してスパイラル型膜エレメント１００に供給される。
【００５７】
このように、上記の処理システムにおいては、配管１１３、バルブ１１５、供給ポンプ１１４および配管１０８が洗浄液導入系に相当し、配管１０９および配管１０９ａが洗浄液排出系に相当する。この場合、洗浄液導入系において、配管１１３が第３の管路に相当する。
【００５８】
図３はスパイラル型膜エレメント１００における逆流洗浄動作を示す模式的断面図である。図３に示すように、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時には、配管１１３および配管１０８を通して供給された洗浄水８ａが透過水出口１４から集水管５の内部に導入される。洗浄水８ａは、集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。スパイラル型膜エレメント１００の外周面は外装材で被覆されているので、分離膜２を透過した洗浄水８ａは原水スペーサ３に沿ってスパイラル型膜エレメント１００の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に排出される。この洗浄水８ａは、図１に示すように、濃縮水出口１５から配管１０９を通して全てまたは一部が貯槽１０１に戻される。
【００５９】
なお、この場合においては、スパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に洗浄水８ａが排出されるように、濃縮水出口１５側および透過水出口１４側の圧力を設定する。
【００６０】
さらに、この場合、分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４側の圧力および濃縮水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水８ａを流すことができ、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなく安定して濾過を行うことができる。
【００６１】
なお、図１の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては連続して濾過運転が行われる。
【００６２】
この場合、逆浸透膜分離装置１０６の運転は貯槽１０４の水位により制御される。通常、貯槽１０４としては、上記のスパイラル型膜エレメント１００の１回の逆流洗浄に用いる洗浄水量以上の容量を有するものを設置するため、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄による貯槽１０４の渇水により逆浸透膜分離装置１０６の濾過運転が停止することはない。
【００６３】
以上のように、図１の処理システムでは、スパイラル型膜エレメント１００の濾過運転により、安定した水量および水質の前処理水（透過水）８が得られる。このため、逆浸透膜分離装置１０６に十分量の前処理水８を供給することができ、逆浸透膜分離装置１０６において長期間にわたって安定した運転を行うことが可能となる。したがって、安定した運転が実施可能な処理システムが実現できる。
【００６４】
なお、上記においては、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄に用いた洗浄水８ａの全てまたは一部を配管１０９を通して貯槽１０１に戻しているが、スパイラル型膜エレメント１００から排出された洗浄水８ａの一部または全てを配管１０９ａを通して系外に排出してもよい。
【００６５】
さらに、図３のスパイラル型膜エレメント１００において、逆流洗浄と同時に原水を配管１０７（図１）を通して原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入し、スパイラル型膜エレメント１００の一端部から原水を内部に供給してもよい。あるいは、逆流洗浄後に配管１０７（図１）を通して原水を原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入し、スパイラル型膜エレメント１００の一端部から原水を内部に供給してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時または逆流洗浄後に、図１の処理システムの配管１０７のバルブ１１７を開くとともに供給ポンプ１０２を駆動させる。それにより、原水はスパイラル型膜エレメント１００の内部を他端部へ向かって軸方向に流れる。この場合、分離膜２から剥離した汚染物質が原水によりスパイラル型膜エレメント１００の一端部から他端部へ押し流され、洗浄水８ａとともにスパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に排出され、濃縮水出口１５を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。濃縮水出口１５から外部へ取り出された原水の全てまたは一部は、配管１０９を通して貯槽１０１に戻されてもよい。
【００６６】
このように、スパイラル型膜エレメント１００において、逆流洗浄時または逆流洗浄後に濾過時の原水７の供給方向と同方向に原水を流すことにより、スパイラル型膜エレメント１００内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することが防止される。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において、長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなくさらに安定した濾過運転を行うことができる。
【００６７】
なお、上記においては、スパイラル型膜エレメント１００の濃縮水出口１５から洗浄水８ａを取り出す場合について説明したが、原水入口１３側に洗浄水排出系を設けることにより、原水入口１３から洗浄水８ａを取り出してもよい。また、この場合、原水入口１３から取り出した洗浄水８ａの全量を排水として系外へ排出してもよく、あるいは原水入口１３から取り出した洗浄水８ａの一部または全てを貯槽１０１に戻してもよい。
【００６８】
さらに、濃縮水出口１５側に原水供給系を設けるとともに原水入口１３側に原水排出系を設けることにより、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時または逆流洗浄後において、濃縮水出口１５から原水を供給するとともに原水入口１３から原水を取り出し、濾過時の原水７の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。また、この場合、原水入口１３から取り出した原水の一部または全てを貯槽１０１に戻してもよい。
【００６９】
図４は本発明に係る処理システムの他の例を示す模式的構成図である。
図４に示す処理システムは、以下の点を除いて、図１の処理システムと同様の構成を有する。
【００７０】
本例における処理システムは、配管１１１により直列に連結された２台の逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂを備える。前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水出口（図示せず）には配管１１１が接続されている。この配管１１１を介して、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水出口が後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの原水入口（図示せず）に接続される。また、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの濃縮水出口（図示せず）には配管１１２が接続され、配管１１２にさらに配管１１２ａおよび配管１１２ｂが接続される。後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの透過水出口（図示せず）には配管１２１が接続され、一方、濃縮水出口（図示せず）は配管１２２ｂを介して供給ポンプ１０５上流側の配管１１０に接続される。
【００７１】
上記の処理システムの濾過運転時には、図１の処理システムの運転方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１００および逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいて濾過が行われる。なお、この場合においては、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水８１が配管１１１を通して後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂに供給される。この透過水８１は、さらに濃縮水８４と透過水８３とに分離される。後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの濃縮水８４は配管１２２ｂを通して配管１１０に戻される。一方、透過水８３は配管１２１を通して系外に取り出される。
【００７２】
また、本例の処理システムにおいても、図１の処理システムの運転方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄が行われる。この場合、図１の処理システムの場合と同様、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるようにスパイラル型膜エレメント１００の透過水出口１４側の圧力および濃縮水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水８ａを流すことができ、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなく安定して濾過を行うことができる。
【００７３】
なお、図４の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいては連続して濾過運転が行われる。この場合においても、図１の逆浸透膜分離装置１０６と同様、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂの運転は貯槽１０４の水位により制御される。
【００７４】
以上のように、本例における処理システムでは、スパイラル型膜エレメント１００の濾過運転により、安定した水量および水質の前処理水（透過水）８が得られる。このため、逆浸透膜分離装置１０６ａに十分量の前処理水８を供給することができるとともに、逆浸透膜分離装置１０６ｂに十分量の透過水８１を供給することができる。それにより、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいて長期間にわたって安定した運転を行うことが可能となる。したがって、安定した運転が実施可能な処理システムが実現できる。
【００７５】
図５は、図１および図３の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分離膜の断面図である。
【００７６】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２は、多孔性補強シート（多孔性シート材）２ａの表面に実質的な分離機能を有する透過性膜体２ｂが密着一体化されて形成されている。
【００７７】
透過性膜体２ｂは、１種類のポリスルホン系樹脂、あるいは２種類以上のポリスルホン系樹脂の混合物、さらにはポリスルホン系樹脂とポリイミド、フッ素含有ポリイミド樹脂等のポリマーとの共重合体、もしくは混合物から形成される。
【００７８】
多孔性補強シート２ａは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等を素材とする織布、不織布、メッシュ状ネット、発泡焼結シート等から形成されており、製膜性およびコストの面から不織布が好ましい。
【００７９】
多孔性補強シート２ａおよび透過性膜体２ｂは、透過性膜体２ｂを構成する樹脂成分の一部が多孔性補強シート２ａの孔の内部に充填された投錨状態で接合されている。
【００８０】
多孔性補強シート２ａに裏打ちされた分離膜２の背圧強度は、０．２ＭＰａを超え、０．４〜０．５ＭＰａ程度に向上した。なお、背圧強度の規定方法については後述する。
【００８１】
多孔性補強シート２ａとして不織布を用いて背圧強度を０．２ＭＰａ以上得るためには、不織布の厚みが０．０８〜０．１５ｍｍであり、かつ密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。厚みが０．０８ｍｍより薄い場合または密度が０．５ｇ／ｃｍ3 より小さい場合には、補強シートとしての強度が得られず、分離膜２の背圧強度を０．２ＭＰａ以上確保することが困難である。一方、厚みが０．１５ｍｍより厚くあるいは密度が０．８ｇ／ｃｍ3 より大きい場合には、多孔性補強シート２ａの濾過抵抗が大きくなったり、不織布（多孔性補強シート２ａ）への投錨効果が小さくなって透過性膜体２ｂと不織布との界面で剥離が起こりやすくなる。
【００８２】
次に、上記の分離膜２の製造方法について説明する。まず、ポリスルホンに溶媒、非溶媒および膨潤剤を加えて加熱溶解し、均一な製膜溶液を調製する。ここで、ポリスルホン系樹脂は、下記の構造式（化１）に示すように、分子構造内に少なくとも１つの（−ＳＯ2 −）部位を有するものであれば特に限定されない。
【００８３】
【化１】
【００８４】
ただし、Ｒは２価の芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの炭化水素基が２価の有機結合基で結合された２価の有機基を示す。
【００８５】
好ましくは、下記の構造式（化２）〜（化４）で示されるポリスルホンが用いられる。
【００８６】
【化２】
【００８７】
【化３】
【００８８】
【化４】
【００８９】
また、ポリスルホンの溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることが好ましい。さらに、非溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等の低級脂肪族ケトンなどを用いることが好ましい。
【００９０】
溶媒と非溶媒の混合溶媒中の非溶媒の含有量は、得られる混合溶媒が均一である限り特に制限されないが、通常５〜５０重量％、好ましくは２０〜４５重量％である。
【００９１】
多孔質構造の形成を促進し、または制御するために用いられる膨潤剤としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、硝酸リチウム等の金属塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその金属塩、ホルムアミド等が用いられる。混合溶媒中の膨潤剤の含有量は、製膜溶液が均一である限り特に制限されないが、通常１〜５０重量％である。
【００９２】
製膜溶液中のポリスルホンの濃度は、通常１０〜３０重量％が好ましい。３０重量％を超えるときは、得られる多孔質分離膜の透水性が実用性に乏しくなり、１０重量％より少ないときは、得られる多孔質分離膜の機械的強度が乏しくなり、充分な背圧強度を得ることができない。
【００９３】
次に、上記の製膜溶液を不織布支持体上に製膜する。すなわち、連続製膜装置を使用し、不織布等の支持体シートを順次送り出し、その表面に製膜溶液を塗布する。塗布方法としてはナイフコータやロールコータ等のギャップコータを用いて製膜溶液を不織布支持体上に塗布する。例えば、ロールコータを使用する場合は、２本のロールの間に製膜溶液を溜め、不織布支持体上に製膜溶液を塗布すると同時に不織布の内部に充分含浸させ、その後低湿度雰囲気を通過させ、雰囲気中の微量水分を不織布上に塗布した液膜表面に吸収させ、液膜の表面層にミクロ相分離を起こさせる。その後、凝固水槽に浸漬し、液膜全体を相分離および凝固させ、さらに水洗槽で溶媒を洗浄除去する。これにより、分離膜２が形成される。
【００９４】
このように、上記の分離膜２は背圧強度が高いため、図１および図３の処理システムのスパイラル型膜エレメント１００にこの分離膜２を用いた場合、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧でスパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄を行っても分離膜２の破損が生じることが防止される。
【００９５】
【実施例】
実施例においては、分離膜２として背圧強度が０．３ＭＰａの限外濾過膜を用いてスパイラル型限外濾過膜エレメント１００を作製し、このスパイラル型膜エレメント１００を備えた図１の処理システムに、原水として工業用水を供給して連続通水濾過試験を行った。なお、実施例の処理システムにおいては、逆浸透膜分離装置１０６の膜エレメントとして、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４スパイラル型逆浸透膜エレメントを用いた。
【００９６】
実施例の処理システムの連続通水濾過試験では、濾過速度を１ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定してスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の定量運転を行い、２０分に１回の割合で３０秒間ずつ背圧０．２ＭＰａでスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄を行った。また、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水（前処理水）８を逆浸透膜分離装置１０６に供給し、濾過速度を０．６ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定して逆浸透膜分離装置１０６の定量運転を行った。なお、上記のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては、連続して濾過運転を行った。
【００９７】
比較のために、分離膜２として背圧強度が０．０５ＭＰａの限外濾過膜を用いてスパイラル型限外濾過膜エレメント１００を作製し、このスパイラル型膜エレメント１００を備えた図１の処理システムに、原水として工業用水を供給して連続通水濾過試験を行った。なお、比較例の処理システムにおいては、逆浸透膜分離装置１０６の膜エレメントとして、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４をスパイラル型逆浸透膜エレメントを用いた。
【００９８】
比較例の処理システムの連続通水濾過試験では、濾過速度を１ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定してスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の定量運転を行い、２０分に１回の割合で３０秒間ずつ背圧０．０５ＭＰａでスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄を行った。また、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水（前処理水）８を逆浸透膜分離装置１０６に供給し、濾過速度を０．６ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定して逆浸透膜分離装置１０６の定量運転を行った。なお、上記のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては、連続して濾過運転を行った。
【００９９】
実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は以下のようにして作製した。なお、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００には、従来の限外濾過膜（日東電工株式会社製ＮＴＵ−３１５０）を用いた。
【０１００】
まず、ポリスルホン（アモコ社製、Ｐ−３５００）を１６．５重量部、Ｎ−メチル−２ピロリドンを５８重量部、ジエチレングリコールを２４．５重量部、およびホルムアミドを１重量部で加熱溶解し、均一な製膜溶液を得た。そして、コータギャップを０．１３ｍｍに調整したロールコータを用いて厚み０．１ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 のポリエステル製不織布の表面に製膜溶液を含浸塗布した。
【０１０１】
その後、相対湿度が２５％、温度が３０℃の雰囲気（低湿度雰囲気）中を所定の速度で通過させ、ミクロ相分離を生じさせた後、３５℃の凝固水槽中に浸漬して脱溶媒および凝固させ、しかる後、水洗槽で残存溶媒を洗浄除去することにより分離膜２を得た。ここで、実施例の分離膜２はミクロ相分離時間（低湿度雰囲気を通過する時間）が４．５秒である。
【０１０２】
実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜および比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜について走査型電子顕微鏡により観察される膜表面の平均孔径、透水量、平均分子量１００万のポリエチレンオキサイドの阻止率および背圧強度を測定した。その結果を表１に示す。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
ここで、ポリエチレンオキサイドの阻止率は、濃度５００ｐｐｍのポリエチレンオキサイド溶液を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2 にて透過させ、原液および透過液の濃度から下式により求めた。
【０１０５】
阻止率（％）＝［１−（透過液濃度／原液濃度）］×１００
また、背圧強度は、直径４７ｍｍの膜を背圧強度ホルダ（有効直径２３ｍｍ）にセットし、多孔性補強シート２ａ側より水圧を徐々に加え、透過性膜体２ｂが多孔性補強シート２ａから剥離するか、または透過性膜体２ｂと多孔性補強シート２ａとが同時に破裂するときの圧力で規定される。
【０１０６】
表１に示すように、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は、表面の平均孔径が０．０２μｍであり、ポリエチレンオキサイドの阻止率が９０％以上と優れた分離性能を示した。さらに、背圧強度も０．２ＭＰａ以上であり優れた機械的強度を有していた。
【０１０７】
また、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により膜の断面を観察したところ、実施例の分離膜は表面から膜厚方向に向かって連続的に孔径が拡大する非対称構造を有していた。しかも、不織布の空隙に製膜溶液が含浸し、その一部は不織布の裏面まで到達し、膜（透過性膜体）が不織布と一体となった投錨状態で接合されていた。
【０１０８】
一方、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は、表面に不連続な緻密層が形成され、膜内部には指状空洞が存在する典型的な限外濾過膜の構造を有しており、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた分離膜２とは異なる構造のものであった。
【０１０９】
さらに、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２は、最小孔径層が透過性膜体と不織布の界面付近に存在し、しかも界面には空洞が形成されていた。この空洞は、ミクロ相分離が不織布の界面付近まで起こったために凝固時に収縮により生じたものと考えられ、このために背圧強度が低くなったものと推定される。
【０１１０】
さらに、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２を背圧強度測定用のホルダにセットし、０．２ＭＰａの背圧を付加した状態と無付加の状態を６秒サイクルで繰り返す背圧疲労テストを行った。その結果、１０万回のテスト後においても実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２には剥離が全く生じなかった。
【０１１１】
図６は実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の濾過速度の経時変化を示す図である。図７は実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水８の濁度の経時変化を示す図である。また、図８は実施例の処理システムの連続通水濾過試験における逆浸透膜分離装置１０６の濾過速度の経時変化を示す図である。図６および図８の横軸は運転日数であり、縦軸は濾過速度（透過流束）である。図７の横軸は運転日数であり、縦軸は濁度である。
【０１１２】
実施例の処理システムにおいては、図６に示すように、運転開始から１００日経過後もスパイラル型限外濾過膜エレメント１００において運転開始時と同等の濾過速度が得られた。このため、長期間にわたって安定した量の透過水８を逆浸透膜分離装置１０６に供給することができた。また、図７に示すように、運転開始から１００日経過後もスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水８の水質は０．０００１〜０．０００２ＮＴＵを維持しており、逆浸透膜分離装置１０６に供給される透過水８のＦＩ（Fouling Index ）値は常に４以下を維持していた。なお、ＦＩ値は供給水質の指標であり、値が小さいほど水質が良好であることを示す。
【０１１３】
このように実施例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００において安定した濾過速度および濾過水量を得ることができたのは、０．２ＭＰａの背圧での逆流洗浄により十分な洗浄水８ａの流量を確保することができ、濾過時間内にスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の膜面に堆積した汚染物質を系外へ十分に排出できたためであると考えられる。
【０１１４】
以上のことから、実施例の処理システムにおいては、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の安定した濾過運転によりＦＩ値が４以下でかつ十分量の透過水８が常に逆浸透膜分離装置１０６に供給されたため、図８に示すように、運転開始から１００日経過後も逆浸透膜分離装置１０６において運転開始と同様の濾過速度が得られ、安定した運転ができた。
【０１１５】
図９は比較例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の濾過速度の経時変化を示す図である。図９の横軸は濾過時間であり、縦軸は濾過速度である。
【０１１６】
図９に示すように、比較例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００においては、経時的に濾過速度の低下が生じた。運転開始から２０時間経過後には、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００において、運転開始時の５０％まで濾過速度の低下が生じ、安定な濾過運転が困難であった。このことは、比較例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００では０．０５ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行っているため、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の膜面に堆積した汚染物質を系外へ排出するだけの洗浄水８ａの流量が確保できないためであると考えられる。
【０１１７】
このように、比較例の処理システムにおいては、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００において安定した濾過運転ができないため、逆浸透膜分離装置１０６の濾過運転に必要な透過水８の供給量が確保できず、逆浸透膜分離装置１０６において長期間にわたる運転ができなかった。
【０１１８】
以上のように、実施例のような本発明に係る処理システムおよびその運転方法によれば、長期間にわたって安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理システムの一例を示す模式的構成図である。
【図２】図１の処理システムに用いられるスパイラル型膜エレメントを示す図である。
【図３】図２のスパイラル型膜エレメントの逆流洗浄時の動作を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係る処理システムの他の例を示す模式的構成図である。
【図５】図２のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。
【図６】実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの濾過速度の経時変化を示す図である。
【図７】実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの透過水の濁度の経時変化を示す図である。
【図８】実施例の処理システムの連続通水濾過試験における逆浸透膜分離装置の濾過速度の経時変化を示す図である。
【図９】比較例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの濾過速度の経時変化を示す図である。
【図１０】従来の処理システムの例を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
２ 分離膜
３ 透過水スペーサ
４ 封筒状膜
５ 集水管
６ 原水スペーサ
７ 原水
８ 透過水
８ａ 洗浄水
９ 濃縮水
１０ 圧力容器
１３ 原水入口
１４ 透過水出口
１５ 濃縮水出口
１００ スパイラル型膜エレメント
１０１，１０４，２０１，２０４ 貯槽
１０２，１１４，２０２，２０５ 供給ポンプ
１０６，１０６ａ，１０６ｂ 逆浸透膜分離装置
【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備えた処理システムおよびその運転方法に関する。
【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）分離装置が用いられている。この逆浸透膜分離装置の前処理としては、主として凝集・沈殿・砂濾過が行われている。凝集・沈殿・砂濾過では、原水の水質によって処理水の水質が変化するため、逆浸透膜分離装置に安定した水質の処理水を供給することができない。それにより、逆浸透膜分離装置の能力が制限される。一方、近年では逆浸透膜分離装置の前処理に膜分離技術の適用が広がり、従来は処理が困難であった水質への膜分離技術の応用がなされている。
【０００３】
このような膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸型膜エレメントが多く使用されている。
【０００４】
図１０は逆浸透膜分離装置を用いた従来の処理システムの一例を示す図である。
【０００５】
図１０において、河川水等の原水は貯槽２０１に貯溜される。貯槽２０１の原水は配管２０７を通して供給ポンプ２０２に与えられ、供給ポンプ２０２により中空糸型膜エレメント２０３に供給される。中空糸型膜エレメント２０３は、原水を透過水および濃縮水に分離する。中空糸型膜エレメント２０３により得られた透過水は、前処理水として配管２０８を通して貯槽２０４に供給される。一方、中空糸型膜エレメント２０３により得られた濃縮水は、配管２０９を通して貯槽２０１に戻される。
【０００６】
貯槽２０４に貯溜された前処理水は、配管２１０を通して供給ポンプ２０５に与えられ、供給ポンプ２０５により逆浸透膜分離装置２０６に供給される。逆浸透膜分離装置２０６は、前処理水を透過水および濃縮水に分離する。逆浸透膜分離装置２０６により得られた透過水は、配管２１１を通して系外に供給される。逆浸透膜分離装置２０６により得られた濃縮水は、配管２１２を通して全量が系外に排出される。
【０００７】
ここで、中空糸型膜エレメント２０３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。中空糸型膜エレメント２０３に膜折れが生じると、逆浸透膜分離装置２０６に供給する前処理水の水質が低下するという問題が生じる。
【０００８】
そこで、中空糸型膜エレメント２０３に代えて、スパイラル型膜エレメントを適用することが提案されている。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸型膜エレメント２０３と同様に単位体積当たりの膜面積を大きくとれ、しかも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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記の処理システムに供給される原水は、多くの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質を含む。このため、膜エレメントを用いてこのような原水を膜分離して前処理を行うと、これらの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質として膜エレメントの膜面に堆積し、膜エレメントにおいて水の透過速度の低下を引き起こす。
【００１０】
膜エレメントの膜面への汚染物質の堆積を防止するためには、クロスフロー濾過が行われる。このクロスフロー濾過は、原水を膜面に対して平行に流すことにより、膜面と流体との界面で生じる剪断力を利用して膜面への汚染物質の堆積を防止するものである。また、膜エレメントを逆流洗浄することにより、膜エレメントの膜面に堆積した汚染物質を取り除き、水の透過速度を回復させることができる。このような逆流洗浄は、中空糸型膜エレメント２０３では一般的に行われている。
【００１１】
一方、スパイラル型膜エレメントへの逆流洗浄の適用は、例えば特公平６−９８２７６号公報に提案されている。しかし、従来のスパイラル型膜エレメントの分離膜は、背圧強度が低いため、逆流洗浄において分離膜に背圧が加わると、分離膜が破損するおそれがある。そのため、上記の公報によると、スパイラル型膜エレメントに０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 （０．０１〜０．０５ＭＰａ）という低い背圧で逆流洗浄を行うことが好ましいとされている。
【００１２】
しかし、本発明者の実験によると、このような背圧で逆流洗浄を行った場合、スパイラル型膜エレメントにおいて長時間にわたって高い透過流束を維持することができず安定した運転を行うことができなかった。
【００１３】
このように、前処理を行うスパイラル型膜エレメントにおいて安定した運転を行うことができないと、処理システムにおいて、逆浸透膜分離装置の運転に必要な供給水量が確保できず、逆浸透膜分離装置の運転が困難となる。したがって、処理システムの運転が困難となる。
【００１４】
この点に関して、本発明者は、特開平１０−２２５６２６号公報に背圧強度が２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の分離膜の構造および製造方法を提案している。しかしながら、このような背圧強度を有する分離膜を用いてスパイラル型膜エレメントを作製した場合に、実際にどのような背圧で逆流洗浄を行うことが可能となるか、また、どのような範囲の背圧で逆流洗浄を行った場合に長期間にわたって高い透過流束を維持できるかについては十分に検証されていなかった。また、このようなスパイラル型膜エレメントを備えた処理システムの構成および運転方法については、検証されていなかった。
【００１５】
このような背圧強度の高い分離膜を有するスパイラル型膜エレメントを備えた処理システムであっても、スパイラル型膜エレメントの最適な洗浄条件および洗浄方法を適用しかつ最適な処理システムの構成および運転方法を適用しなければ、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定した濾過運転を続けることができず、処理システムの安定した運転が困難となる。
【００１６】
本発明の目的は、長期間にわたって安定した運転を行うことができる処理システムおよびその運転方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る処理システムは、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなりかつ０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントと、スパイラル型膜エレメントの下流側に設けられた１または複数の逆浸透膜分離装置と、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給する第１の原液供給系と、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を逆浸透膜分離装置に供給する透過液供給系と、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入する洗浄液導入系と、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された洗浄液を排出する洗浄液排出系と、洗浄時または洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの他端部から原液を供給する第２の原液供給系と、洗浄時または洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された原液を排出する原液排出系とが設けられたものである。
【００１８】
本発明に係る処理システムにおいては、濾過時に、第１の原液供給系を介して原液がスパイラル型膜エレメントの一端部からスパイラル型膜エレメントに供給される。それにより、原液中の汚染物質が除去され、汚染物質が除去された透過液と汚染物質が濃縮された濃縮液とに分離される。このスパイラル型膜エレメントの透過液は、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出される。導出された透過液は、前処理液として透過液供給系を介して逆浸透膜分離装置に供給されて処理される。
【００１９】
上記の処理システムの運転時においては、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積する。そこで、上記の処理システムの洗浄時においては、洗浄液導入系を介してスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入される。導入された洗浄液は、スパイラル型膜エレメントにおいて、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いられた洗浄液は、洗浄液排出系を介して外部に排出される。
【００２０】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することができるので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、スパイラル型膜エレメントにおいて、安定した透過液質および高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことができる。
洗浄時または洗浄後に、第２の原液供給系を介してスパイラル型膜エレメントの他端部からスパイラル型膜エレメントに原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出された原液が原液排出系を介して排出される。
【００２１】
以上のように、本発明に係る処理システムにおいては、スパイラル型膜エレメントにおいて安定した濾過運転を行うことができるため、逆浸透膜分離装置に安定した液質および液量の前処理液が供給される。したがって、逆浸透膜分離装置において安定した濾過運転を行うことが可能となる。それにより、長期間にわたって安定した濾過運転を行うことが可能な処理システムが実現される。
【００２２】
スパイラル型膜エレメントの分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなってもよい。それにより、スパイラル型膜エレメントにおいて、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜の破損を生じることなく十分に逆流洗浄することが可能となる。
【００２６】
また、透過液供給系は、透過液を貯溜する貯槽と、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を貯槽に導く第１の管路と、貯槽に貯溜された透過液を逆浸透膜分離装置に導く第２の管路とを含み、洗浄液導入系は、貯槽に貯溜された透過液を有孔中空管の少なくとも一方の開口端に導く第３の管路を含んでもよい。
【００２７】
この場合、処理システムの濾過時にスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液が、この第１の管路を通して一旦貯槽に貯溜される。この貯溜された透過液は、さらに第２の管路を通して逆浸透膜分離装置に供給される。一方、処理システムの洗浄時には、貯槽に貯溜されたスパイラル型膜エレメントの透過液が第３の管路を通してスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入され、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄が行われる。
【００２８】
濾過時にスパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第１の濃縮液帰還系がさらに設けられてもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第２の濃縮液帰還系がさらに設けられてもよい。
【００２９】
このようにスパイラル型膜エレメントの濃縮液または逆浸透膜分離装置の濃縮液の一部または全てを循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００３０】
なお、濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出する第１の濃縮液排出系がさらに設けられてもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出する第２の濃縮液排出系がさらに設けられてもよい。
【００３１】
本発明に係る処理システムの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの下流側に１または複数の逆浸透膜分離装置が設けられた処理システムの運転方法であって、濾過時に、スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給するとともにスパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を逆浸透膜分離装置に供給し、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの一端部から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの他端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの一端部から導出するものである。
【００３２】
本発明に係る処理システムの運転方法においては、濾過時に、スパイラル型膜エレメントにより原液を前処理し、汚染物質が除去された透過液と汚染物質が濃縮された濃縮液とに分離する。さらに、このスパイラル型膜エレメントの透過液を前処理液として逆浸透膜分離装置に供給し、処理を行う。
【００３３】
上記の処理システムの濾過運転により、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積する。そこで、上記の処理システムの運転方法においては、洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入する。導入された洗浄液は、スパイラル型膜エレメントにおいて、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離する。
【００３４】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することにより、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、スパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、スパイラル型膜エレメントにおいて、長期間にわたって高い透過流束および安定した透過液質を維持しつつ安定した濾過運転を行うことができる。
逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの他端部から原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過時と逆方向に流れ、スパイラル型膜エレメントの一端部から導出される。
【００３５】
以上のように、本発明に係る処理システムの運転方法においては、スパイラル型膜エレメントにおいて安定した運転を行うことができるため、逆浸透膜分離装置に安定した液質および液量の前処理液を供給することができる。したがって、逆浸透膜分離装置において、安定した濾過運転を行うことができる。それにより、処理システムにおいて、長期間にわたって安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００３６】
洗浄液が濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出された透過液であってもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液としてスパイラル型膜エレメントの透過液を導入し、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄を行う。
【００３７】
また、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いた透過液の一部または全てを濾過時にスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。このように逆流洗浄に用いた透過液を循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いた透過液の一部または全てを系外に排出してもよい。
【００３９】
濾過時にスパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てをスパイラル型膜エレメントに供給してもよい。このようにスパイラル型膜エレメントの濃縮液または逆浸透膜分離装置の濃縮液の一部または全てを循環させることにより、処理システムにおいて、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００４０】
なお、濾過時にスパイラル型膜エレメントから導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出してもよい。また、濾過時に逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを系外に排出してもよい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る処理システムの一例を示す模式的構成図である。
【００４２】
図１の処理システムの濾過運転時には、配管１０７のバルブ１１７および配管１０８のバルブ１１６を開くとともに、配管１１３のバルブ１１５を閉じる。また、供給ポンプ１１４を停止させ、供給ポンプ１０２，１０５を駆動させる。
【００４３】
貯槽１０１に貯溜された河川水等の原水７は、配管１０７を通して供給ポンプ１０２に与えられ、供給ポンプ１０２により昇圧されてスパイラル型膜エレメント１００に供給される。スパイラル型膜エレメント１００は、後述の方法により原水７を透過水８および濃縮水９に分離する。スパイラル型膜エレメント１００により得られた透過水８は、前処理水として配管１０８を通して貯槽１０４に供給される。一方、スパイラル型膜エレメント１００により得られた濃縮水９は、配管１０９を通して全量が貯槽１０１に戻される。
【００４４】
なお、配管１０９ａを通して濃縮水９の一部または全てが系外に排出されてもよい。
【００４５】
貯槽１０４に貯溜されたスパイラル型膜エレメント１００の透過水（前処理水）８は、配管１１０を通して供給ポンプ１０５に与えられ、供給ポンプ１０５により昇圧されて逆浸透膜分離装置１０６に供給される。逆浸透膜分離装置１０６は、前処理水８を透過水８１および濃縮水８２に分離する。逆浸透膜分離装置１０６により得られた透過水８１は、配管１１１を通して系外に供給される。逆浸透膜分離装置１０６により得られた濃縮水８２は、配管１１２および配管１１２ａを通して系外に排出される。
【００４６】
なお、逆浸透膜分離装置１０６により得られた濃縮水８２のうち一部または全ての濃縮水８２ａが配管１１２ｂを通して貯槽１０１に戻されてもよい。
【００４７】
このように、上記の処理システムにおいては、貯槽１０１、配管１０７、供給ポンプおよびバルブ１１７が第１の原液供給系に相当し、配管１０８、バルブ１１６、貯槽１０４、配管１１０および供給ポンプ１０５が透過液供給系に相当し、配管１０９が第１の濃縮液帰還系に相当し、配管１１２ｂが第２の濃縮液帰還系に相当する。また、透過液供給系のうち、配管１０８が第１の管路に相当し、配管１１０が第２の管路に相当する。さらに、配管１０９ａが第１の濃縮液排出系に相当し、配管１１２ａが第２の濃縮液排出系に相当する。
【００４８】
図２（ａ）は、図１の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例を示す模式的断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のスパイラル型膜エレメントの一部切り欠き斜視図である。
【００４９】
図２（ａ）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には濃縮水出口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。原水入口１３には配管１０７（図１）が接続され、透過水出口１４には配管１０８（図１）が接続され、濃縮水出口１５には配管１０９（図１）が接続されている。なお、圧力容器の構造は、図２（ａ）の構造に限定されず、筒形ケースに原水入口および濃縮水出口が設けられたサイドエントリ形状の圧力容器を用いてもよい。
【００５０】
外周面の一端部近傍にパッキン１７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１００を筒形ケース１１内に装填し、筒形ケース１１の両方の開口端をそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止する。スパイラル型膜エレメント１００の集水管５の一方の開口端は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ１６が装着される。圧力容器１０の内部空間は、パッキン１７により第１の液室１８と第２の液室１９とに分離される。このようにして、圧力容器１０内にスパイラル型膜エレメント１００が収納される。
【００５１】
図２（ｂ）に示すように、スパイラル型膜エレメント１００は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５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る。スパイラル型膜エレメント１００の外周面は外装材で被覆される。
【００５２】
このスパイラル型膜エレメント１００においては、後述する構造を有する分離膜２を用いることにより、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うことが可能となる。
【００５３】
前述の図１の処理システムの濾過運転時には、図２（ａ）に示すように、配管１０７（図１）を通して供給された原水７が原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入される。さらに、原水７はスパイラル型膜エレメント１００の一端部からスパイラル型膜エレメント１００の内部に供給される。この原水７は図２（ｂ）の原水スペーサ６に沿って集水管５と平行な方向に直線状に流れ、スパイラル型膜エレメント１００の他方の端面側から第２の液室１９に濃縮水９として排出される。さらに、濃縮水９は濃縮水出口１５から配管１０９（図１）を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。また、図２（ｂ）に示すように、原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で、原水側と透過水側の圧力差によって原水７の一部が分離膜２を透過し、透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の開口端から透過水８が排出される。さらに、透過水８は、図２（ａ）の透過水出口１４から配管１０８（図１）を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。
【００５４】
このようなスパイラル型膜エレメント１００による前処理により、原水７中に含まれる汚染物質が除去される。それにより、逆浸透膜分離装置１０６には、汚染物質が除去された前処理水８が供給される。
【００５５】
処理システムの濾過運転時においては、上記のスパイラル型膜エレメント１００における濾過過程で、原水７中に含まれる懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質としてスパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積する。この場合、汚染物質を含む原水７が直接供給されるスパイラル型膜エレメント１００の方が汚染物質が除去された前処理水８が供給される逆浸透膜分離装置１０６に比べて膜面への負荷が大きく、膜面への汚染物質の堆積がより顕著である。そこで、図１の処理システムにおいては、一定時間上記の濾過運転を行った後、スパイラル型膜エレメント１００の透過側から透過水による逆流洗浄を行う。
【００５６】
図１の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時には、配管１０８のバルブ１１６および配管１０７のバルブ１１７を閉じるとともに配管１１３のバルブ１１５を開く。また、供給ポンプ１０２を停止させるとともに供給ポンプ１１４を駆動させる。それにより、貯槽１０４に貯溜された前処理水８すなわちスパイラル型膜エレメント１００の透過水８が、洗浄水８ａとして配管１１３を通して供給ポンプ１１４に与えられて昇圧され、さらに配管１０８を介してスパイラル型膜エレメント１００に供給される。
【００５７】
このように、上記の処理システムにおいては、配管１１３、バルブ１１５、供給ポンプ１１４および配管１０８が洗浄液導入系に相当し、配管１０９および配管１０９ａが洗浄液排出系に相当する。この場合、洗浄液導入系において、配管１１３が第３の管路に相当する。
【００５８】
図３はスパイラル型膜エレメント１００における逆流洗浄動作を示す模式的断面図である。図３に示すように、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時には、配管１１３および配管１０８を通して供給された洗浄水８ａが透過水出口１４から集水管５の内部に導入される。洗浄水８ａは、集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。スパイラル型膜エレメント１００の外周面は外装材で被覆されているので、分離膜２を透過した洗浄水８ａは原水スペーサ３に沿ってスパイラル型膜エレメント１００の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に排出される。この洗浄水８ａは、図１に示すように、濃縮水出口１５から配管１０９を通して全てまたは一部が貯槽１０１に戻される。
【００５９】
なお、この場合においては、スパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に洗浄水８ａが排出されるように、濃縮水出口１５側および透過水出口１４側の圧力を設定する。
【００６０】
さらに、この場合、分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４側の圧力および濃縮水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水８ａを流すことができ、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなく安定して濾過を行うことができる。
【００６１】
なお、図１の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては連続して濾過運転が行われる。
【００６２】
この場合、逆浸透膜分離装置１０６の運転は貯槽１０４の水位により制御される。通常、貯槽１０４としては、上記のスパイラル型膜エレメント１００の１回の逆流洗浄に用いる洗浄水量以上の容量を有するものを設置するため、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄による貯槽１０４の渇水により逆浸透膜分離装置１０６の濾過運転が停止することはない。
【００６３】
以上のように、図１の処理システムでは、スパイラル型膜エレメント１００の濾過運転により、安定した水量および水質の前処理水（透過水）８が得られる。このため、逆浸透膜分離装置１０６に十分量の前処理水８を供給することができ、逆浸透膜分離装置１０６において長期間にわたって安定した運転を行うことが可能となる。したがって、安定した運転が実施可能な処理システムが実現できる。
【００６４】
なお、上記においては、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄に用いた洗浄水８ａの全てまたは一部を配管１０９を通して貯槽１０１に戻しているが、スパイラル型膜エレメント１００から排出された洗浄水８ａの一部または全てを配管１０９ａを通して系外に排出してもよい。
【００６５】
さらに、図３のスパイラル型膜エレメント１００において、逆流洗浄と同時に原水を配管１０７（図１）を通して原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入し、スパイラル型膜エレメント１００の一端部から原水を内部に供給してもよい。あるいは、逆流洗浄後に配管１０７（図１）を通して原水を原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入し、スパイラル型膜エレメント１００の一端部から原水を内部に供給してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時または逆流洗浄後に、図１の処理システムの配管１０７のバルブ１１７を開くとともに供給ポンプ１０２を駆動させる。それにより、原水はスパイラル型膜エレメント１００の内部を他端部へ向かって軸方向に流れる。この場合、分離膜２から剥離した汚染物質が原水によりスパイラル型膜エレメント１００の一端部から他端部へ押し流され、洗浄水８ａとともにスパイラル型膜エレメント１００の他端部から第２の液室１９に排出され、濃縮水出口１５を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。濃縮水出口１５から外部へ取り出された原水の全てまたは一部は、配管１０９を通して貯槽１０１に戻されてもよい。
【００６６】
このように、スパイラル型膜エレメント１００において、逆流洗浄時または逆流洗浄後に濾過時の原水７の供給方向と同方向に原水を流すことにより、スパイラル型膜エレメント１００内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することが防止される。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において、長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなくさらに安定した濾過運転を行うことができる。
【００６７】
なお、上記においては、スパイラル型膜エレメント１００の濃縮水出口１５から洗浄水８ａを取り出す場合について説明したが、原水入口１３側に洗浄水排出系を設けることにより、原水入口１３から洗浄水８ａを取り出してもよい。また、この場合、原水入口１３から取り出した洗浄水８ａの全量を排水として系外へ排出してもよく、あるいは原水入口１３から取り出した洗浄水８ａの一部または全てを貯槽１０１に戻してもよい。
【００６８】
さらに、濃縮水出口１５側に原水供給系を設けるとともに原水入口１３側に原水排出系を設けることにより、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時または逆流洗浄後において、濃縮水出口１５から原水を供給するとともに原水入口１３から原水を取り出し、濾過時の原水７の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。また、この場合、原水入口１３から取り出した原水の一部または全てを貯槽１０１に戻してもよい。
【００６９】
図４は本発明に係る処理システムの他の例を示す模式的構成図である。
図４に示す処理システムは、以下の点を除いて、図１の処理システムと同様の構成を有する。
【００７０】
本例における処理システムは、配管１１１により直列に連結された２台の逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂを備える。前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水出口（図示せず）には配管１１１が接続されている。この配管１１１を介して、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水出口が後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの原水入口（図示せず）に接続される。また、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの濃縮水出口（図示せず）には配管１１２が接続され、配管１１２にさらに配管１１２ａおよび配管１１２ｂが接続される。後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの透過水出口（図示せず）には配管１２１が接続され、一方、濃縮水出口（図示せず）は配管１２２ｂを介して供給ポンプ１０５上流側の配管１１０に接続される。
【００７１】
上記の処理システムの濾過運転時には、図１の処理システムの運転方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１００および逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいて濾過が行われる。なお、この場合においては、前段の逆浸透膜分離装置１０６ａの透過水８１が配管１１１を通して後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂに供給される。この透過水８１は、さらに濃縮水８４と透過水８３とに分離される。後段の逆浸透膜分離装置１０６ｂの濃縮水８４は配管１２２ｂを通して配管１１０に戻される。一方、透過水８３は配管１２１を通して系外に取り出される。
【００７２】
また、本例の処理システムにおいても、図１の処理システムの運転方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄が行われる。この場合、図１の処理システムの場合と同様、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるようにスパイラル型膜エレメント１００の透過水出口１４側の圧力および濃縮水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水８ａを流すことができ、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。したがって、スパイラル型膜エレメント１００において長期間にわたって透過流束の低下および透過水質の劣化を生じることなく安定して濾過を行うことができる。
【００７３】
なお、図４の処理システムにおいて、スパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいては連続して濾過運転が行われる。この場合においても、図１の逆浸透膜分離装置１０６と同様、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂの運転は貯槽１０４の水位により制御される。
【００７４】
以上のように、本例における処理システムでは、スパイラル型膜エレメント１００の濾過運転により、安定した水量および水質の前処理水（透過水）８が得られる。このため、逆浸透膜分離装置１０６ａに十分量の前処理水８を供給することができるとともに、逆浸透膜分離装置１０６ｂに十分量の透過水８１を供給することができる。それにより、逆浸透膜分離装置１０６ａ，１０６ｂにおいて長期間にわたって安定した運転を行うことが可能となる。したがって、安定した運転が実施可能な処理システムが実現できる。
【００７５】
図５は、図１および図３の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分離膜の断面図である。
【００７６】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１００の分離膜２は、多孔性補強シート（多孔性シート材）２ａの表面に実質的な分離機能を有する透過性膜体２ｂが密着一体化されて形成されている。
【００７７】
透過性膜体２ｂは、１種類のポリスルホン系樹脂、あるいは２種類以上のポリスルホン系樹脂の混合物、さらにはポリスルホン系樹脂とポリイミド、フッ素含有ポリイミド樹脂等のポリマーとの共重合体、もしくは混合物から形成される。
【００７８】
多孔性補強シート２ａは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等を素材とする織布、不織布、メッシュ状ネット、発泡焼結シート等から形成されており、製膜性およびコストの面から不織布が好ましい。
【００７９】
多孔性補強シート２ａおよび透過性膜体２ｂは、透過性膜体２ｂを構成する樹脂成分の一部が多孔性補強シート２ａの孔の内部に充填された投錨状態で接合されている。
【００８０】
多孔性補強シート２ａに裏打ちされた分離膜２の背圧強度は、０．２ＭＰａを超え、０．４〜０．５ＭＰａ程度に向上した。なお、背圧強度の規定方法については後述する。
【００８１】
多孔性補強シート２ａとして不織布を用いて背圧強度を０．２ＭＰａ以上得るためには、不織布の厚みが０．０８〜０．１５ｍｍであり、かつ密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。厚みが０．０８ｍｍより薄い場合または密度が０．５ｇ／ｃｍ3 より小さい場合には、補強シートとしての強度が得られず、分離膜２の背圧強度を０．２ＭＰａ以上確保することが困難である。一方、厚みが０．１５ｍｍより厚くあるいは密度が０．８ｇ／ｃｍ3 より大きい場合には、多孔性補強シート２ａの濾過抵抗が大きくなったり、不織布（多孔性補強シート２ａ）への投錨効果が小さくなって透過性膜体２ｂと不織布との界面で剥離が起こりやすくなる。
【００８２】
次に、上記の分離膜２の製造方法について説明する。まず、ポリスルホンに溶媒、非溶媒および膨潤剤を加えて加熱溶解し、均一な製膜溶液を調製する。ここで、ポリスルホン系樹脂は、下記の構造式（化１）に示すように、分子構造内に少なくとも１つの（−ＳＯ2 −）部位を有するものであれば特に限定されない。
【００８３】
【化１】
ただし、Ｒは２価の芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの炭化水素基が２価の有機結合基で結合された２価の有機基を示す。
【００８５】
好ましくは、下記の構造式（化２）〜（化４）で示されるポリスルホンが用いられる。
【００８６】
【化２】
【化３】
【化４】
また、ポリスルホンの溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることが好ましい。さらに、非溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等の低級脂肪族ケトンなどを用いることが好ましい。
【００９０】
溶媒と非溶媒の混合溶媒中の非溶媒の含有量は、得られる混合溶媒が均一である限り特に制限されないが、通常５〜５０重量％、好ましくは２０〜４５重量％である。
【００９１】
多孔質構造の形成を促進し、または制御するために用いられる膨潤剤としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、硝酸リチウム等の金属塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその金属塩、ホルムアミド等が用いられる。混合溶媒中の膨潤剤の含有量は、製膜溶液が均一である限り特に制限されないが、通常１〜５０重量％である。
【００９２】
製膜溶液中のポリスルホンの濃度は、通常１０〜３０重量％が好ましい。３０重量％を超えるときは、得られる多孔質分離膜の透水性が実用性に乏しくなり、１０重量％より少ないときは、得られる多孔質分離膜の機械的強度が乏しくなり、充分な背圧強度を得ることができない。
【００９３】
次に、上記の製膜溶液を不織布支持体上に製膜する。すなわち、連続製膜装置を使用し、不織布等の支持体シートを順次送り出し、その表面に製膜溶液を塗布する。塗布方法としてはナイフコータやロールコータ等のギャップコータを用いて製膜溶液を不織布支持体上に塗布する。例えば、ロールコータを使用する場合は、２本のロールの間に製膜溶液を溜め、不織布支持体上に製膜溶液を塗布すると同時に不織布の内部に充分含浸させ、その後低湿度雰囲気を通過させ、雰囲気中の微量水分を不織布上に塗布した液膜表面に吸収させ、液膜の表面層にミクロ相分離を起こさせる。その後、凝固水槽に浸漬し、液膜全体を相分離および凝固させ、さらに水洗槽で溶媒を洗浄除去する。これにより、分離膜２が形成される。
【００９４】
このように、上記の分離膜２は背圧強度が高いため、図１および図３の処理システムのスパイラル型膜エレメント１００にこの分離膜２を用いた場合、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧でスパイラル型膜エレメント１００の逆流洗浄を行っても分離膜２の破損が生じることが防止される。
【００９５】
【実施例】
実施例においては、分離膜２として背圧強度が０．３ＭＰａの限外濾過膜を用いてスパイラル型限外濾過膜エレメント１００を作製し、このスパイラル型膜エレメント１００を備えた図１の処理システムに、原水として工業用水を供給して連続通水濾過試験を行った。なお、実施例の処理システムにおいては、逆浸透膜分離装置１０６の膜エレメントとして、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４スパイラル型逆浸透膜エレメントを用いた。
【００９６】
実施例の処理システムの連続通水濾過試験では、濾過速度を１ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定してスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の定量運転を行い、２０分に１回の割合で３０秒間ずつ背圧０．２ＭＰａでスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄を行った。また、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水（前処理水）８を逆浸透膜分離装置１０６に供給し、濾過速度を０．６ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定して逆浸透膜分離装置１０６の定量運転を行った。なお、上記のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては、連続して濾過運転を行った。
【００９７】
比較のために、分離膜２として背圧強度が０．０５ＭＰａの限外濾過膜を用いてスパイラル型限外濾過膜エレメント１００を作製し、このスパイラル型膜エレメント１００を備えた図１の処理システムに、原水として工業用水を供給して連続通水濾過試験を行った。なお、比較例の処理システムにおいては、逆浸透膜分離装置１０６の膜エレメントとして、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４をスパイラル型逆浸透膜エレメントを用いた。
【００９８】
比較例の処理システムの連続通水濾過試験では、濾過速度を１ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定してスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の定量運転を行い、２０分に１回の割合で３０秒間ずつ背圧０．０５ＭＰａでスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄を行った。また、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水（前処理水）８を逆浸透膜分離装置１０６に供給し、濾過速度を０．６ｍ3 ／ｍ2 ／日に設定して逆浸透膜分離装置１０６の定量運転を行った。なお、上記のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の逆流洗浄時、逆浸透膜分離装置１０６においては、連続して濾過運転を行った。
【００９９】
実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は以下のようにして作製した。なお、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００には、従来の限外濾過膜（日東電工株式会社製ＮＴＵ−３１５０）を用いた。
【０１００】
まず、ポリスルホン（アモコ社製、Ｐ−３５００）を１６．５重量部、Ｎ−メチル−２ピロリドンを５８重量部、ジエチレングリコールを２４．５重量部、およびホルムアミドを１重量部で加熱溶解し、均一な製膜溶液を得た。そして、コータギャップを０．１３ｍｍに調整したロールコータを用いて厚み０．１ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 のポリエステル製不織布の表面に製膜溶液を含浸塗布した。
【０１０１】
その後、相対湿度が２５％、温度が３０℃の雰囲気（低湿度雰囲気）中を所定の速度で通過させ、ミクロ相分離を生じさせた後、３５℃の凝固水槽中に浸漬して脱溶媒および凝固させ、しかる後、水洗槽で残存溶媒を洗浄除去することにより分離膜２を得た。ここで、実施例の分離膜２はミクロ相分離時間（低湿度雰囲気を通過する時間）が４．５秒である。
【０１０２】
実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜および比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜について走査型電子顕微鏡により観察される膜表面の平均孔径、透水量、平均分子量１００万のポリエチレンオキサイドの阻止率および背圧強度を測定した。その結果を表１に示す。
【０１０３】
【表１】
ここで、ポリエチレンオキサイドの阻止率は、濃度５００ｐｐｍのポリエチレンオキサイド溶液を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2 にて透過させ、原液および透過液の濃度から下式により求めた。
【０１０５】
阻止率（％）＝［１−（透過液濃度／原液濃度）］×１００
また、背圧強度は、直径４７ｍｍの膜を背圧強度ホルダ（有効直径２３ｍｍ）にセットし、多孔性補強シート２ａ側より水圧を徐々に加え、透過性膜体２ｂが多孔性補強シート２ａから剥離するか、または透過性膜体２ｂと多孔性補強シート２ａとが同時に破裂するときの圧力で規定される。
【０１０６】
表１に示すように、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は、表面の平均孔径が０．０２μｍであり、ポリエチレンオキサイドの阻止率が９０％以上と優れた分離性能を示した。さらに、背圧強度も０．２ＭＰａ以上であり優れた機械的強度を有していた。
【０１０７】
また、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により膜の断面を観察したところ、実施例の分離膜は表面から膜厚方向に向かって連続的に孔径が拡大する非対称構造を有していた。しかも、不織布の空隙に製膜溶液が含浸し、その一部は不織布の裏面まで到達し、膜（透過性膜体）が不織布と一体となった投錨状態で接合されていた。
【０１０８】
一方、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた限外濾過膜は、表面に不連続な緻密層が形成され、膜内部には指状空洞が存在する典型的な限外濾過膜の構造を有しており、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００に用いた分離膜２とは異なる構造のものであった。
【０１０９】
さらに、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２は、最小孔径層が透過性膜体と不織布の界面付近に存在し、しかも界面には空洞が形成されていた。この空洞は、ミクロ相分離が不織布の界面付近まで起こったために凝固時に収縮により生じたものと考えられ、このために背圧強度が低くなったものと推定される。
【０１１０】
さらに、実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２を背圧強度測定用のホルダにセットし、０．２ＭＰａの背圧を付加した状態と無付加の状態を６秒サイクルで繰り返す背圧疲労テストを行った。その結果、１０万回のテスト後においても実施例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１００における分離膜２には剥離が全く生じなかった。
【０１１１】
図６は実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の濾過速度の経時変化を示す図である。図７は実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水８の濁度の経時変化を示す図である。また、図８は実施例の処理システムの連続通水濾過試験における逆浸透膜分離装置１０６の濾過速度の経時変化を示す図である。図６および図８の横軸は運転日数であり、縦軸は濾過速度（透過流束）である。図７の横軸は運転日数であり、縦軸は濁度である。
【０１１２】
実施例の処理システムにおいては、図６に示すように、運転開始から１００日経過後もスパイラル型限外濾過膜エレメント１００において運転開始時と同等の濾過速度が得られた。このため、長期間にわたって安定した量の透過水８を逆浸透膜分離装置１０６に供給することができた。また、図７に示すように、運転開始から１００日経過後もスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の透過水８の水質は０．０００１〜０．０００２ＮＴＵを維持しており、逆浸透膜分離装置１０６に供給される透過水８のＦＩ（Fouling Index ）値は常に４以下を維持していた。なお、ＦＩ値は供給水質の指標であり、値が小さいほど水質が良好であることを示す。
【０１１３】
このように実施例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００において安定した濾過速度および濾過水量を得ることができたのは、０．２ＭＰａの背圧での逆流洗浄により十分な洗浄水８ａの流量を確保することができ、濾過時間内にスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の膜面に堆積した汚染物質を系外へ十分に排出できたためであると考えられる。
【０１１４】
以上のことから、実施例の処理システムにおいては、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の安定した濾過運転によりＦＩ値が４以下でかつ十分量の透過水８が常に逆浸透膜分離装置１０６に供給されたため、図８に示すように、運転開始から１００日経過後も逆浸透膜分離装置１０６において運転開始と同様の濾過速度が得られ、安定した運転ができた。
【０１１５】
図９は比較例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１００の濾過速度の経時変化を示す図である。図９の横軸は濾過時間であり、縦軸は濾過速度である。
【０１１６】
図９に示すように、比較例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００においては、経時的に濾過速度の低下が生じた。運転開始から２０時間経過後には、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００において、運転開始時の５０％まで濾過速度の低下が生じ、安定な濾過運転が困難であった。このことは、比較例の処理システムのスパイラル型限外濾過膜エレメント１００では０．０５ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行っているため、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００の膜面に堆積した汚染物質を系外へ排出するだけの洗浄水８ａの流量が確保できないためであると考えられる。
【０１１７】
このように、比較例の処理システムにおいては、スパイラル型限外濾過膜エレメント１００において安定した濾過運転ができないため、逆浸透膜分離装置１０６の濾過運転に必要な透過水８の供給量が確保できず、逆浸透膜分離装置１０６において長期間にわたる運転ができなかった。
【０１１８】
以上のように、実施例のような本発明に係る処理システムおよびその運転方法によれば、長期間にわたって安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理システムの一例を示す模式的構成図である。
【図２】図１の処理システムに用いられるスパイラル型膜エレメントを示す図である。
【図３】図２のスパイラル型膜エレメントの逆流洗浄時の動作を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係る処理システムの他の例を示す模式的構成図である。
【図５】図２のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。
【図６】実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの濾過速度の経時変化を示す図である。
【図７】実施例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの透過水の濁度の経時変化を示す図である。
【図８】実施例の処理システムの連続通水濾過試験における逆浸透膜分離装置の濾過速度の経時変化を示す図である。
【図９】比較例の処理システムの連続通水濾過試験におけるスパイラル型限外濾過膜エレメントの濾過速度の経時変化を示す図である。
【図１０】従来の処理システムの例を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
２ 分離膜
３ 透過水スペーサ
４ 封筒状膜
５ 集水管
６ 原水スペーサ
７ 原水
８ 透過水
８ａ 洗浄水
９ 濃縮水
１０ 圧力容器
１３ 原水入口
１４ 透過水出口
１５ 濃縮水出口
１００ スパイラル型膜エレメント
１０１，１０４，２０１，２０４ 貯槽
１０２，１１４，２０２，２０５ 供給ポンプ
１０６，１０６ａ，１０６ｂ 逆浸透膜分離装置
Claims (10)
- 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなりかつ０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントと、
前記スパイラル型膜エレメントの下流側に設けられた１または複数の逆浸透膜分離装置と、
濾過時に、前記スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給する第１の原液供給系と、
前記濾過時に、前記スパイラル型膜エレメントの前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を前記逆浸透膜分離装置に供給する透過液供給系と、
洗浄時に、前記スパイラル型膜エレメントの前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入する洗浄液導入系と、
前記洗浄時に、前記スパイラル型膜エレメントの前記一端部から導出された洗浄液を排出する洗浄液排出系と、
前記洗浄時または洗浄後に、前記スパイラル型膜エレメントの他端部から原液を供給する第２の原液供給系と、
前記洗浄時または洗浄後に、前記スパイラル型膜エレメントの前記一端部から導出された原液を排出する原液排出系とが設けられたことを特徴とする処理システム。 - 前記スパイラル型膜エレメントの前記分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなることを特徴とする請求項１記載の処理システム。
- 前記透過液供給系は、透過液を貯溜する貯槽と、前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を前記貯槽に導く第１の管路と、前記貯槽に貯溜された透過液を前記逆浸透膜分離装置に導く第２の管路とを含み、前記洗浄液導入系は、前記貯槽に貯溜された透過液を前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端に導く第３の管路を含むことを特徴とする請求項１または２記載の処理システム。
- 前記濾過時に前記スパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てを前記スパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第１の濃縮液帰還系がさらに設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の処理システム。
- 前記濾過時に前記逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを前記スパイラル型膜エレメントの供給側に戻す第２の濃縮液帰還系がさらに設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の処理システム。
- 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの下流側に１または複数の逆浸透膜分離装置が設けられた処理システムの運転方法であって、濾過時に、前記スパイラル型膜エレメントの一端部から原液を供給するとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導出された透過液を前記逆浸透膜分離装置に供給し、洗浄時に、前記スパイラル型膜エレメントの前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記一端部から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記スパイラル型膜エレメントの前記他端部から原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を前記濾過時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記一端部から導出することを特徴とする処理システムの運転方法。
- 前記洗浄液が濾過時に前記スパイラル型膜エレメントから導出された透過液であることを特徴とする請求項６記載の処理システムの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントの逆流洗浄に用いた前記透過液の一部または全てを前記濾過時に前記スパイラル型膜エレメントに供給することを特徴とする請求項７記載の処理システムの運転方法。
- 前記濾過時に前記スパイラル型膜エレメントの他端部から導出される濃縮液の一部または全てを前記スパイラル型膜エレメントに供給することを特徴とする請求項７または８記載の処理システムの運転方法。
- 前記濾過時に前記逆浸透膜分離装置から導出される濃縮液の一部または全てを前記スパイラル型膜エレメントに供給することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の処理システムの運転方法。
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