JP4710107B2 - Operation method of membrane separator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密濾過(MF)膜分離装置、限外濾過(UF)膜分離装置、逆浸透(RO)膜分離装置などの膜分離装置の運転方法に関する。詳しくは洗浄工程を改良した膜分離装置の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
膜分離装置に用いられる膜モジュールとして、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
【0003】
図9は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【0004】
集水管1の外周に複数の袋状の分離膜2がメッシュスペーサ3を介して巻回されている。
【0005】
集水管1には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜2は袋状のものであり、その中央部が集水管1をくるんでいる。この袋状分離膜2の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材4が挿入されており、この袋状分離膜(袋状膜)2の内部が透過水流路となっている。
【0006】
袋状膜2の巻回体5の両端にトップリング6とエンドリング7とが設けられ、その外周にブラインシール8が周設されている。
【0007】
原水は、巻回体5の前端面から袋状膜2同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体5の長手方向に流れ、巻回体5の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜2を透過してその内部に入り、集水管1内に流入し、該集水管1の後端側からモジュール外に取り出される。
【0008】
上記従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
▲1▼ 集水管1内の透過水流量を多くするためには該集水管1を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲2▼ 袋状膜2内に透過してきた透過水は、該袋状膜2内をスパイラル状に回りながら集水管1まで流れるため、袋状膜2内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜2内から集水管1に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲3▼ 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。(原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。)このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【0009】
本発明者は、上記従来の問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールとして、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイラル型膜モジュールを特開平10−272342号等にて提案している。
【0010】
図5〜8は同号公報に記載のスパイラル型膜モジュールを示すものであり、図5(a)はスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図、図5(b),(c)はそれぞれ図5(a)のB−B線、C−C線に沿う断面図である。図6はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図7は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図8はスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【0011】
この袋状膜10は、正方形又は長方形状のものであり、第1の辺部11、第2の辺部12、第3の辺部13及び第4の辺部14を有している。この袋状膜10は、長い一枚の分離膜フィルムを第2の辺部12の部分で二つに折り返し、第1の辺部11及び第3の辺部13において折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着し、第4の辺部14の一部については接着を行うことなく開放部とした袋状のものである。
【0012】
第4の辺部14の途中から第3の辺部13にかけて袋状膜10の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部30となっている。また、この第4の辺部14の該途中から第1の辺部11にかけては、袋状膜10の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部31となっている。
【0013】
この袋状の膜10内に透過水流路材(例えばメッシュスペーサ等よりなる。)15が挿入配置されている。なお、袋状膜10としては、長い一枚のフィルムを第2の辺部12部分で二つに折り返したものに限らず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、第1の辺部11、第2の辺部12、第3の辺部13及び第4の辺部14の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【0014】
この袋状膜10の一方の面には、接着剤16が付着されると共に他方の面には接着剤17,18が付着され、この袋状膜10がシャフト20の周りに巻き付けられる。接着剤16は第1の辺部11に沿って付着され、接着剤17は第3の辺部13に沿って付着されている。接着剤18は第4の辺部14の長手方向の前記途中箇所から第3の辺部13にかけて、透過水流出用の開放部30に沿って付着されている。
【0015】
複数枚の袋状膜10をシャフト20の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜10同士は接着剤17,18の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜10,10同士の間には原水(及び濃縮水)が流れる原水流路が構成される。接着剤18が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水(濃縮水)の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【0016】
第4の辺部14のうち透過水流出用の開放部30と透過水流出阻止用の閉鎖部31との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン19が延設されている。このフィン19は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜10に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【0017】
袋状膜10をシャフト20の周りに図6の如く原水流路材(メッシュスペーサ)29を介して巻き付けることにより、図7に示すように巻回体24が形成される。この巻回体24の後端面からは、フィン19が延出する。各袋状膜10の第4の辺部14において同一箇所にフィン19を設けておくことにより、フィン19は巻回体24の軸心から等半径位上に位置し、フィン19が重なり合うことによりフィン19がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット25の後端を挿入し、該ソケット25とフィン19を接着剤等により接合する。なお、ソケット25をフィン19に外嵌めしても良い。また、フィン19に沿って巻回体24の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット25の端部を埋め込むようにしても良い。
【0018】
このようにソケット25とフィン19とを接合することにより、巻回体24の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット25の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【0019】
なお、袋状膜10をシャフト20の周りに巻き付けるに際しては、図6に示すように、袋状膜10同士の間に原水流路材(メッシュスペーサ)29を介在させておく。これらのメッシュスペーサ29を介在させることにより、原水流路が構成される。
【0020】
図8に示すように、巻回体24の前縁及び後縁にそれぞれトップリング26及びエンドリング27を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング26の外周にブラインシール28を周設する。
【0021】
このように構成されたスパイラル型膜モジュールにおいては、図8に示すように、巻回体24の前端面から原水が袋状膜10同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体24の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体24の後端のソケット25の内側の端面から取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜10内に透過し、透過水は巻回体24の後端面のうちソケット25の外周側から流出する。
【0022】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、透過水が袋状膜10内を巻回体24の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【0023】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜10の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【0024】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、原水流路の出口部分をソケット25の内側だけに設けており、原水流路の出口(最下流部)を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水(濃縮水)の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット25の内側の面積と外側の面積(接着剤18の辺部14方向の長さ)は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【0025】
また、このスパイラル型膜モジュールにあっては、ソケット25をフィン19を用いて巻回体24に接続しており、ソケット25と巻回体24との接続強度が高い。そして、このソケット25によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【0026】
膜分離装置の膜モジュールは、通水運転により膜面に付着したSS成分の除去を短い間隔(例えば数分〜数十分に1回)にて実施する逆洗と長い間隔(例えば数日ないし数週間に1回)にて実施する薬品洗浄で実施されている。
【0027】
この薬品洗浄を行っている間には当該膜モジュールからは膜濾過水が得られないので、膜濾過水の生産が中断しないようにするために、複数の膜モジュールを並列に配置し、1個又は1グループの膜モジュールを洗浄している間に他の膜モジュールで濾過水の生産を行うようにした所謂メリーゴーランド方式の膜モジュールの運転方法が行われることがある(特開平7−24265号、同11−24265号、同11−70325号)。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
従来のメリーゴーランド方式の運転スケジュールは、図4に示すように、1個又は1グループの膜モジュールの洗浄が終ると次の1個又は1グループの膜モジュールを洗浄するようにしているため、洗浄の頻度が多い。膜モジュールの薬品洗浄は、薬剤コストがかかると共に、排出される薬液は、廃液処理が必要となる。
【0029】
本発明は、薬品洗浄の頻度をなるべく少なくし、効率良く膜濾過水を生産することができる膜分離装置の運転方法を提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置の運転方法は、複数の膜モジュールを備えてなる膜分離装置の運転方法であって、一部の膜モジュールの薬品洗浄を行っているときに他の膜モジュールで原水を濾過する定常濾過運転を行う膜分離装置の運転方法において、該薬品洗浄は、該膜モジュールの原水・濃縮水側と透過水側のうち、原水・濃縮水側に薬液を流通させて該原水・濃縮水側を薬液洗浄するものであり、この薬品洗浄の前及び/又は後に該一部の膜モジュールを休止状態とする膜分離装置の運転方法であって、該膜モジュールはベッセル内に収容されており、該ベッセル内は該膜モジュールによって原水・濃縮水側と透過水側とに区画されており、該ベッセルの該原水・濃縮水側に原水ポート及び濃縮水ポートが設けられ、該ベッセルの該透過水側に透過水ポートが設けられており、前記定常濾過運転は、原水を該原水ポートから該ベッセル内に流入し、透過水を該透過水ポートから取り出し、濃縮水を該濃縮水ポートから取り出すものであり、前記薬品洗浄は、薬液を該原水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該濃縮水ポートから取り出す第1動作と、薬液を該濃縮水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該原水ポートから取り出す第2動作とを繰り返し行うものであることを特徴とするものである。
【0031】
かかる膜分離装置の運転方法によると、一部の膜モジュールの洗浄を行っている間に他の膜モジュールで膜濾過水を生産する運転方式のものにおいて、膜モジュールの洗浄頻度が少なくなり、洗浄コストを大幅に低下させることができる。
【0032】
本発明では、膜モジュールの透過差圧が許容差圧限界の範囲内においてなるべく長く濾過運転を継続させるのが好ましい。
【0033】
本発明では、洗浄工程の後期に原水で膜モジュールのリンスを行い、洗浄終了後は原水を膜モジュール内に残留させて上記の休止状態とすることが好ましい。
【0034】
このようにリンス用水に原水を用いることにより、濾過水をリンス用水に用いる場合に比べ、用水コストを低減でき、生産水の取得率も向上する。また、原水を膜モジュール内に残留させておくことにより、運転再開時の立ち上りを急速に行うことができる。
【0035】
本発明の膜分離装置の運転方法は、上記の特開平10−272342号公報のスパイラル型膜モジュール、即ち、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、該袋状膜は第1、第2、第3及び第4の辺部を有した略方形であり、該第1、第2及び第3の辺部は封じられ、該第4の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第4の辺部と直交する第1の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第4の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第4の辺部に対向する第2の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第3の辺部の全体が封じられると共に、第4の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているものに特に好適に適用できる。
【0036】
このタイプのスパイラル型膜モジュールは、繰り返し逆洗が施されても破損しにくく、また逆洗が容易であり且つ逆洗により透過水量が回復し易い。
【0037】
本発明で用いる膜モジュールは、膜孔径が1μm以上例えば1〜100μm、特に2〜10μmとりわけ2〜5μm程度のMF膜モジュールが好ましい。孔径が1μm未満の膜は、透過水量が少ない。
【0038】
本発明では、原水としては井水、表流水、工場排水などが例示されるが、これに限定されるものではない。
【0039】
原水中に色度成分、フミン質、フミン状物質などの除去すべき有機物質が含まれているときには、無機凝集剤を添加してもよいが、通常は無機凝集剤の添加は不要である。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図1は本発明方法が適用される膜分離装置の系統図である。
【0041】
前記図5〜8の構造のスパイラル型膜モジュール40A,40B,40C,40Dが円筒状の耐圧ベッセル50A,50B,50C,50D内に収容されている。ベッセル50A〜50Dの前端面の原水ポート51A,51B,51C,51Dには、弁61A,61B,61C,61Dを有した原水ライン60A,60B,60C,60Dを介して集合原水ライン60が接続されている。各弁61A〜61Dと原水ポート51A〜51Dとの間の原水ライン60A〜60Dは、逆洗水取出用の弁63A,63B,63C,63Dを介して逆洗排水取出ライン62に接続されている。
【0042】
ベッセル50A〜50Dの後端面の中央の濃縮水ポート52A,52B,52C,52Dには前記ソケット25が内嵌している。この濃縮水ポート52A〜52Dは、弁71A,71B,71C,71Dを介して濃縮水ライン70に接続されている。
【0043】
ベッセル50A〜50Dの後端面の周辺側に位置する透過水ポート53A,53B,53C,53Dは、透過水ライン80A,80B,80C,80D、タンク81A,81B,81C,81D及び弁82A,82B,82C,82Dを介して集合透過水ライン83に接続されている。また、タンク81A〜81Dと、弁82A〜82Dとの間の透過水ライン80A〜80Dには、気体ライン84及び弁85A,85B,85C,85Dを介してコンプレッサ等の加圧空気源から空気が供給可能とされている。
【0044】
この膜モジュール40A〜40Dを洗浄薬液で洗浄するために、2個の薬液タンク91,92が各ベッセル50A〜50Dに接続されている。
【0045】
薬液タンク91にはポンプ101を有した配管93が接続されており、この配管93は弁93A,93B,93C,93Dを介して各ベッセル50A〜50Dの濃縮水ポート52A〜52Dに接続されている。
【0046】
薬液タンク92にはポンプ102を有した配管98が接続されており、この配管98は弁98A,98B,98C,98Dを介して各ベッセル50A〜50Dの原水ポート51A〜51Dに接続されている。
【0047】
膜モジュール40A〜40Dを薬液で洗浄した後にリンス(すすぎ)を行うが、このリンス排水を排出するために各ベッセル50A〜50Dの濃縮水ポート52A〜52Dは弁94A,94B,94C,94Dを介してリンス排水排出ライン94に接続されている。
【0048】
なお、ポンプ101,102を迂回するように配管93,98から分岐した配管95,105がタンク91,92の上部に引き回され、この配管95,105に弁96,106が設けられている。これらの弁96,106は膜モジュールの薬品洗浄のときに必要に応じ開とされる。ポンプ101,102も膜モジュールの薬品洗浄のときに必要に応じ作動される。
【0049】
このように構成された膜分離装置にあっては、いずれか1個の膜モジュールを薬品洗浄又は休止状態とし、残りの3個の膜モジュールで定常濾過運転を行う。
【0050】
例えば、膜モジュール40Aがこの定常濾過運転状態にある場合、弁61A,71A,82Aは開、弁63A,98A,93A,94A,85Aは閉とされる。原水は、ライン60,60Aからベッセル50A内に流入し、膜モジュール40Aによって膜分離処理される。透過水はポート53Aからライン80A,83を介して取り出され、濃縮水はポート52Aからライン70を介して取り出される。他の膜モジュールが定常濾過運転状態とされる場合も、同様に原水、透過水及び濃縮水が流れる。
【0051】
なお、この定常濾過運転中に短いインターバルにて膜モジュールの逆洗が行なわれる。膜モジュール40Aを逆洗する場合、弁61A,98A,71A,82A,93A,94Aは閉、弁63A,85Aは開とされる。これにより、加圧空気源からの空気圧がタンク81Aに印加され、タンク81A内の透過水がポート53Aを介してベッセル50A内に逆流し、膜モジュール40Aの透過水側(2次側)から原水又は濃縮水側(1次側)に透過水が逆流し、膜モジュール40Aが逆洗される。なお、タンク81A内の透過水がすべて流出した後は空気が膜モジュール40Aの2次側から1次側に流れ、空気逆洗が行なわれる。
【0052】
この逆洗排水は、ライン62を介して排出される。この透過水或いはさらに空気による逆洗は、短いインターバル(例えば、数分ないし数十分に1回)の割合で行なわれる。この逆洗は、定常濾過運転の一部として行なわれるものであり、当然ながら後述の薬品洗浄とは異なる。
【0053】
なお、この実施の形態では透過水をタンク81A〜81Dに貯留させておき、透過水によって膜モジュールを逆洗しているが、タンク81A〜81Dを省略し、実質的に空気のみで逆洗するようにしてもよい。
【0054】
逆洗排水ライン62から流出した逆洗排水の一部又は全量を原水として利用しても良い。
【0055】
この定常濾過運転を継続していると、逆洗を所定インターバルで実施していても、膜モジュールの膜透過差圧が次第に増大してくる。この膜透過差圧が許容値に達する寸前となるタイミングにて膜モジュールを薬品洗浄工程におき、それまで薬品洗浄状態又は休止状態にあった膜モジュールを定常濾過運転工程に復帰させる。例えば、膜モジュール40Aを定常濾過運転から薬品洗浄又は休止状態とし、入れ替わりに膜モジュール40Dを定常濾過運転に復帰させる。
【0056】
図2のように、薬品洗浄(W)又は休止状態(S:スタンバイ)させる膜モジュールを順次に交替させる。Fは定常濾過運転を示す。
【0057】
なお、図2では膜モジュールを薬品洗浄(W)した休止状態(S)としている(W→S)が、まず、休止状態とした後、薬品洗浄する(S→W)ようにしてもよく、順次に休止状態、薬品洗浄及び休止状態とする(S→W→S)ようにしてもよい。
【0058】
この薬品洗浄工程の操作手順について、膜モジュール40Aを薬品洗浄する場合を例にとって次に説明する。
【0059】
弁61A,63A,94A,71A,85A,82Aは閉とされる。また、弁96も閉とされ、弁106が開とされる。弁93A,98Aは開とされる。
【0060】
この状態でポンプ101が作動され、タンク91内の薬液が配管93からポート52Aを介して膜モジュール40Aの1次側に供給される。膜モジュール40Aの1次側を通り抜けた薬液は、ポート51Aから配管105を介してタンク92に導入される。
【0061】
所定時間タンク91側からタンク92側へ膜モジュール40Aに薬液を流通した後、薬液の流れを逆にしてタンク92内の薬液をタンク91側へ向って膜モジュール40Aに流通させる。即ち、ポンプ101を停止し、弁96を開とし、弁106を閉とし、ポンプ102を作動させる。これにより、タンク92側からタンク91側へ膜モジュール40Aの1次側流路内を薬液が流通する。
【0062】
このように薬液をタンク91からタンク92に流し再度タンク92からタンク91へ戻す往復動作を必要に応じ複数回繰り返し、膜モジュール40Aの1次側を薬液洗浄する。
【0063】
必要な回数だけ薬液が往復し、タンク92側からタンク91へ戻った後、膜モジュール40Aをリンス(すすぎ)する。この実施の形態では、リンス用水として原水を用いる。即ち、このリンスを行うには、弁98A,93Aを閉、弁61A,94Aを開とする。弁63A,71A,82Aは閉のままである。これにより、原水がライン60,60A及びポート51Aを介して膜モジュール40Aの1次側に流通し、この1次側及びベッセル50A内に残っていた洗浄用薬液がライン94を介して排出される。リンスに必要にして十分な量の原水を流した後、弁94Aを閉とする。これにより、膜モジュール40Aの薬液洗浄とリンスとが終了する。
【0064】
この実施の形態では、このリンス終了後、膜モジュール40Aを休止状態(S)としている。即ち、弁94Aを閉としたままベッセル50A内(及び膜モジュール40Aの1次側)に原水を保有させておき、次回の定常濾過運転復帰を待つ。定常濾過運転復帰に際しては、弁82Aを開とするだけでよく、ベッセル内及び膜モジュール1次側が原水で満たされているので直ちに定常濾過運転が開始する。
【0065】
図2から明らかな通り、薬液洗浄と休止状態とを組み合せておくことにより、定常濾過運転の継続時間が長くなり、運転コストが安価となる。即ち、図4の従来例にあっては薬液洗浄後、直ちに定常濾過運転に復帰するので、薬液洗浄頻度が高く、薬品コスト、廃薬液処理コストが高い。これに対し、図2では薬液洗浄頻度が少なくなり、薬品コスト及び廃薬液処理コストが格段に安くなる。
【0066】
なお、図3は図2の本発明例の場合と図4の従来例の場合とにおける膜透過差圧の経時変化の模式図である(なお、頻繁に行われる透過水逆洗又は空気逆洗による膜透過差圧の回復と、この逆洗同士の間の膜透過差圧の経時的上昇については図示を省略している。)。
【0067】
図3の通り、従来例では、頻繁に薬品洗浄するので、膜透過差圧は低レベルを維持するが、上記の通り、コスト高である。本発明例では、膜透過差圧が許容上限近くに達するまで薬品洗浄を行わないので、相当のコスト削減が可能である。
【0068】
なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジュール40A〜40Dをシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置きするのが好ましい。
【0069】
上記実施の形態においては、ソケット25の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット25の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット25の内側を透過水流出部とし、ソケット25の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【0070】
なお、本発明は図5〜8の膜モジュール以外の膜モジュールを備えた膜分離装置の洗浄にも適用できる。また、膜モジュールを2基、3基又は5基以上並列に設けてもよい。
【0071】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると膜分離装置の薬品洗浄の頻度を著しく少なくし、洗浄コストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る膜モジュールの運転方法を示す通水系統図である。
【図2】本発明例の運転スケジュール図である。
【図3】膜透過差圧の経時変化図である。
【図4】従来例の運転スケジュール図である。
【図5】(a)図はスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、(b)図は(a)図のB−B線に沿う断面図、(c)図は(a)図のC−C線に沿う断面図である。
【図6】図5のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図7】図5の膜モジュールの巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図8】図5のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図9】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【符号の説明】
10 袋状膜
11 第1の辺部
12 第2の辺部
13 第3の辺部
14 第4の辺部
15 流路材
16,17,18 接着剤
19 フィン
20 シャフト
24 巻回体
25 ソケット
29 メッシュスペーサ
30 透過水流出用の開放部
31 透過水流出阻止用の閉鎖部
40A,40B,40C,40D スパイラル型膜モジュール
50A,50B,50C,50D ベッセル
60,60A,60B,60C,60D 原水ライン
62 逆洗排水取出ライン
70 濃縮水ライン
80A,80B,80C,80D 透過水ライン
81A,81B,81C,81D 透過水タンク
84 気体ライン
91,92 薬液タンク
94 リンス排水排出ライン
101,102 ポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for operating a membrane separation device such as a microfiltration (MF) membrane separation device, an ultrafiltration (UF) membrane separation device, and a reverse osmosis (RO) membrane separation device. More specifically, the present invention relates to a method for operating a membrane separation apparatus with an improved cleaning process.
[0002]
[Prior art]
As a membrane module used in a membrane separator, there is a spiral membrane module in which a separation membrane is wound around the outer periphery of a water collecting pipe.
[0003]
FIG. 9 is a partially exploded perspective view showing the structure of a conventional spiral membrane module.
[0004]
A plurality of bag-
[0005]
The water collecting
[0006]
A top ring 6 and an
[0007]
The raw water flows into the raw water flow path between the bag-
[0008]
The conventional spiral membrane module has the following problems to be solved.
(1) In order to increase the flow rate of the permeated water in the
{Circle around (2)} Since the permeated water that has permeated into the bag-
(3) The flow rate of raw water flowing through the raw water flow path decreases toward the downstream side. (The raw water flow rate is reduced by the amount of the concentrated raw water.) For this reason, the raw water flow velocity is reduced in the downstream area of the raw water flow path, and dirt is likely to adhere.
[0009]
The present inventor has solved the above-described conventional problems, does not require a water collection pipe, and forms a wound body by winding a bag-shaped membrane around a shaft as a spiral membrane module having low permeate flow resistance. Japanese Patent Laid-Open No. 10-272342 proposes a spiral membrane module in which raw water is supplied from one end face of the body and permeate is taken out from the other end face of the wound body.
[0010]
5 to 8 show a spiral membrane module described in the publication, and FIG. 5A is a perspective view of a bag-like membrane of the spiral membrane membrane and a shaft around which the bag-like membrane is wound, FIG. (B), (c) is sectional drawing which follows the BB line and CC line of Fig.5 (a), respectively. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for winding a bag-like membrane around a shaft, FIG. 7 is a perspective view showing an engagement relationship between a wound body and a socket, and FIG. 8 is a side view of a spiral membrane module.
[0011]
The bag-
[0012]
From the middle of the
[0013]
A permeate channel material (for example, made of mesh spacers) 15 is inserted and disposed in the bag-
[0014]
An adhesive 16 is attached to one surface of the bag-
[0015]
By winding a plurality of bag-
[0016]
A
[0017]
A
[0018]
By joining the
[0019]
When the bag-
[0020]
As shown in FIG. 8, a top ring 26 and an end ring 27 are formed on the front edge and the rear edge of the
[0021]
In the spiral membrane module configured as described above, as shown in FIG. 8, raw water flows from the front end face of the
[0022]
In this spiral membrane module, the permeated water flows in the bag-
[0023]
Note that the water collecting pipe is omitted, and the length of the bag-
[0024]
In this spiral membrane module, the outlet portion of the raw water channel is provided only inside the
[0025]
Further, in this spiral membrane module, the
[0026]
The membrane module of the membrane separation apparatus performs backwashing and a long interval (for example, several days to several days to several minutes to several tens of minutes) to remove the SS component adhering to the membrane surface by water operation. It is carried out by chemical cleaning performed once a few weeks).
[0027]
Since membrane filtration water cannot be obtained from the membrane module during this chemical cleaning, a plurality of membrane modules are arranged in parallel to prevent production of membrane filtration water from being interrupted. Alternatively, there is a case where a so-called merry-go-round type membrane module operating method in which filtered water is produced in another membrane module while washing one group of membrane modules (Japanese Patent Laid-Open No. 7-24265, 11-24265, 11-70325).
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional merry-go-round operation schedule, as shown in FIG. 4, when one or one group of membrane modules is cleaned, the next one or group of membrane modules is cleaned. Frequent. The chemical cleaning of the membrane module requires a chemical cost, and the discharged chemical solution needs to be treated as a waste solution.
[0029]
An object of the present invention is to provide a method for operating a membrane separation apparatus that can efficiently produce membrane filtrate by reducing the frequency of chemical cleaning as much as possible.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The operation method of the membrane separation apparatus of the present invention is an operation method of a membrane separation apparatus comprising a plurality of membrane modules, and when the membrane cleaning of some of the membrane modules is performed, the raw water is supplied to other membrane modules. In the operation method of the membrane separation apparatus performing the steady filtration operation for filtering, the chemical cleaning is performed by circulating a chemical solution to the raw water / concentrated water side of the raw water / concentrated water side and the permeated water side of the membrane module. The concentrated water side is subjected to chemical cleaning, and some of the membrane modules are put into a resting state before and / or after the chemical cleaning. An operation method of a membrane separation device, wherein the membrane module is accommodated in a vessel, and the vessel is partitioned into a raw water / concentrated water side and a permeate side by the membrane module, and the vessel A raw water port and a concentrated water port are provided on the raw water / concentrated water side, and a permeated water port is provided on the permeated water side of the vessel. In the steady filtration operation, raw water flows into the vessel from the raw water port. The permeated water is taken out from the permeated water port, and the concentrated water is taken out from the concentrated water port. The chemical cleaning supplies the chemical solution from the raw water port into the vessel and removes it from the concentrated water port. 1 operation | movement and the 2nd operation | movement which takes out from a raw | natural water port while supplying a chemical | medical solution into this vessel from this concentrated water port are performed repeatedly. It is characterized by this.
[0031]
According to the operation method of the membrane separation apparatus, in the operation method of producing membrane filtrate with other membrane modules while washing some membrane modules, the frequency of washing the membrane modules is reduced and washing is performed. Cost can be greatly reduced.
[0032]
In the present invention, it is preferable to continue the filtration operation as long as possible within the range of the permissible differential pressure limit of the membrane module.
[0033]
In the present invention, it is preferable that the membrane module is rinsed with raw water at the later stage of the cleaning process, and after the cleaning is finished, the raw water is left in the membrane module to make the above-mentioned resting state.
[0034]
Thus, by using raw | natural water for rinse water, compared with the case where filtered water is used for rinse water, water cost can be reduced and the acquisition rate of production water is also improved. In addition, by leaving the raw water in the membrane module, it is possible to quickly start up when the operation is resumed.
[0035]
The operation method of the membrane separation apparatus of the present invention is the spiral membrane module disclosed in the above-mentioned JP-A-10-272342, that is, a permeate flow path material is arranged inside the bag-like membrane, and between the bag-like membranes. A spiral membrane module in which a raw water channel material is disposed, wherein the bag-like membrane is a substantially rectangular shape having first, second, third and fourth sides, and the first and second And the third side is sealed, the fourth side is partially open and the rest is closed, and the first side perpendicular to the fourth side is applied to the shaft. The bag-like film is wound to form a wound body, the fourth side portion faces the rear end surface of the wound body, and the second side portion facing the fourth side portion is the wound body. The raw water flow path between the bag-like membranes is sealed with the entire third side portion, and the fourth side portion has an opening portion of the bag-like membrane. Portion comprising has a closed section, and portions overlapping with the closure of the bag-shaped film can be particularly suitably applied to what is an open unit.
[0036]
This type of spiral membrane module is not easily damaged even if it is repeatedly backwashed, is easily backwashed, and the amount of permeate is easily recovered by backwashing.
[0037]
The membrane module used in the present invention is preferably an MF membrane module having a membrane pore diameter of 1 μm or more, for example 1 to 100 μm, particularly 2 to 10 μm, especially 2 to 5 μm. A membrane having a pore diameter of less than 1 μm has a small amount of permeated water.
[0038]
In the present invention, examples of raw water include well water, surface water, and factory effluent, but are not limited thereto.
[0039]
When the raw water contains organic substances to be removed such as chromaticity components, humic substances, and humic substances, an inorganic flocculant may be added, but it is usually unnecessary to add an inorganic flocculant.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a membrane separation apparatus to which the method of the present invention is applied.
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
In order to clean the
[0045]
A
[0046]
A
[0047]
The
[0048]
[0049]
In the membrane separation apparatus configured as described above, any one of the membrane modules is placed in a chemical cleaning state or a resting state, and a steady filtration operation is performed with the remaining three membrane modules.
[0050]
For example, when the
[0051]
Note that the membrane module is backwashed at short intervals during this steady filtration operation. When the
[0052]
This backwash waste water is discharged through a
[0053]
In this embodiment, the permeated water is stored in the
[0054]
A part or the whole amount of the backwash drainage flowing out from the
[0055]
If this steady filtration operation is continued, the membrane permeation differential pressure of the membrane module gradually increases even if backwashing is performed at predetermined intervals. The membrane module is placed in the chemical cleaning step at the timing when the membrane permeation differential pressure reaches an allowable value, and the membrane module that has been in the chemical cleaning state or in the resting state is returned to the steady filtration operation step. For example, the
[0056]
As shown in FIG. 2, the membrane modules to be cleaned (W) or in a resting state (S: standby) are sequentially replaced. F indicates a steady filtration operation.
[0057]
In FIG. 2, the membrane module is in a resting state (S) in which chemical cleaning (W) is performed (W → S), but may be first in a resting state and then cleaned in chemicals (S → W). You may make it be set as a rest state, a chemical | medical agent washing | cleaning, and a rest state sequentially (S->W-> S).
[0058]
The operation procedure of this chemical cleaning process will be described below by taking as an example the case of chemical cleaning the
[0059]
The
[0060]
In this state, the
[0061]
After the chemical liquid is circulated from the
[0062]
In this way, the reciprocating operation of flowing the chemical solution from the
[0063]
After the chemical solution reciprocates as many times as necessary and returns from the
[0064]
In this embodiment, after the end of the rinsing, the
[0065]
As is clear from FIG. 2, by combining the chemical solution cleaning and the resting state, the duration time of the steady filtration operation becomes longer and the operation cost becomes lower. That is, in the conventional example of FIG. 4, since the normal filtration operation is immediately resumed after the chemical cleaning, the chemical cleaning frequency is high, and the chemical cost and the waste chemical processing cost are high. On the other hand, in FIG. 2, the chemical cleaning frequency is reduced, and the chemical cost and the waste chemical processing cost are significantly reduced.
[0066]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the change over time of the membrane permeation differential pressure in the case of the present invention example of FIG. 2 and the case of the conventional example of FIG. The illustration of the recovery of the membrane permeation differential pressure due to the above and the time-dependent increase in the membrane permeation differential pressure between the backwashes is omitted).
[0067]
As shown in FIG. 3, in the conventional example, chemical cleaning is frequently performed, so that the transmembrane pressure difference is maintained at a low level. However, as described above, the cost is high. In the example of the present invention, chemical cleaning is not performed until the membrane permeation differential pressure reaches the allowable upper limit, so that considerable cost reduction is possible.
[0068]
In addition, in order to improve backwashing efficiency, it is preferable to place the
[0069]
In the above embodiment, the permeate outflow part is arranged on the outer peripheral side of the
[0070]
In addition, this invention is applicable also to washing | cleaning of the membrane separator provided with membrane modules other than the membrane module of FIGS. Further, two, three, five or more membrane modules may be provided in parallel.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the frequency of chemical cleaning of the membrane separation apparatus can be remarkably reduced, and the cleaning cost can be significantly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a water flow diagram showing a method for operating a membrane module according to an embodiment.
FIG. 2 is an operation schedule diagram of an example of the present invention.
FIG. 3 is a time-dependent change diagram of transmembrane pressure difference.
FIG. 4 is an operation schedule diagram of a conventional example.
5A is a perspective view of a bag-like membrane of a spiral membrane module, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5A, and FIG. 5C is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which follows CC line.
6 is a cross-sectional view showing a method for winding a bag-like membrane of the spiral membrane module of FIG. 5;
7 is a perspective view showing an engagement relationship between a wound body of the membrane module of FIG. 5 and a socket. FIG.
8 is a side view of the spiral membrane module of FIG.
FIG. 9 is a partially exploded perspective view showing the structure of a conventional spiral membrane module.
[Explanation of symbols]
10 Bag-like membrane
11 First side
12 Second side
13 Third side
14 Fourth side
15 Channel material
16, 17, 18 Adhesive
19 Fin
20 shaft
24 rolls
25 socket
29 Mesh spacer
30 Opening for permeate outflow
31 Closure for permeate outflow prevention
40A, 40B, 40C, 40D Spiral membrane module
50A, 50B, 50C, 50D Vessel
60, 60A, 60B, 60C, 60D Raw water line
62 Backwash drainage line
70 Concentrated water line
80A, 80B, 80C, 80D Permeate line
81A, 81B, 81C, 81D Permeate tank
84 Gas line
91,92 Chemical tank
94 Rinse drainage discharge line
101,102 pump
Claims (5)
一部の膜モジュールの薬品洗浄を行っているときに他の膜モジュールで原水を濾過する定常濾過運転を行う膜分離装置の運転方法において、
該薬品洗浄は、該膜モジュールの原水・濃縮水側と透過水側のうち、原水・濃縮水側に薬液を流通させて該原水・濃縮水側を薬液洗浄するものであり、
この薬品洗浄の前及び/又は後に該一部の膜モジュールを休止状態とする膜分離装置の運転方法であって、
該膜モジュールはベッセル内に収容されており、該ベッセル内は該膜モジュールによって原水・濃縮水側と透過水側とに区画されており、
該ベッセルの該原水・濃縮水側に原水ポート及び濃縮水ポートが設けられ、該ベッセルの該透過水側に透過水ポートが設けられており、
前記定常濾過運転は、原水を該原水ポートから該ベッセル内に流入し、透過水を該透過水ポートから取り出し、濃縮水を該濃縮水ポートから取り出すものであり、
前記薬品洗浄は、薬液を該原水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該濃縮水ポートから取り出す第1動作と、薬液を該濃縮水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該原水ポートから取り出す第2動作とを繰り返し行うものであることを特徴とする膜分離装置の運転方法。A method for operating a membrane separation device comprising a plurality of membrane modules,
In the operation method of the membrane separation device that performs steady filtration operation of filtering raw water with other membrane modules when chemical cleaning of some membrane modules is performed,
The chemical cleaning is a chemical cleaning of the raw water / concentrated water side by circulating a chemical solution to the raw water / concentrated water side among the raw water / concentrated water side and the permeated water side of the membrane module,
A method of operating a membrane separation apparatus that puts some of the membrane modules into a dormant state before and / or after this chemical cleaning ,
The membrane module is accommodated in a vessel, and the vessel is partitioned into a raw water / concentrated water side and a permeate side by the membrane module,
A raw water port and a concentrated water port are provided on the raw water / concentrated water side of the vessel, and a permeated water port is provided on the permeate side of the vessel,
In the steady filtration operation, raw water flows into the vessel from the raw water port, permeate is taken out from the permeate water port, and concentrated water is taken out from the concentrate water port.
The chemical cleaning includes a first operation of supplying a chemical solution from the raw water port into the vessel and taking out the concentrated water port, and supplying a chemical solution from the concentrated water port into the vessel and taking out the second solution from the raw water port. A method for operating a membrane separation device, wherein the operation is repeated .
該袋状膜は第1、第2、第3及び第4の辺部を有した略方形であり、該第1、第2及び第3の辺部は封じられ、該第4の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、
前記第4の辺部と直交する第1の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第4の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第4の辺部に対向する第2の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、
該袋状膜同士の間の原水流路は、該第3の辺部の全体が封じられると共に、第4の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイラル型膜モジュールであることを特徴とする膜分離装置の運転方法。4. The spiral module according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane module has a permeated water channel material disposed inside a bag-shaped membrane, and a raw water channel material disposed between the bag-shaped membranes. A membrane module,
The bag-like membrane has a substantially rectangular shape having first, second, third and fourth sides, the first, second and third sides are sealed, and the fourth side is Some are open and the rest are closed.
The first side part orthogonal to the fourth side part is applied to the shaft to wind the bag-like film to form a wound body, and the fourth side part faces the rear end surface of the wound body, The second side facing the fourth side faces the front end face of the wound body,
In the raw water flow path between the bag-like membranes, the whole of the third side portion is sealed, and in the fourth side portion, a portion overlapping the open portion of the bag-like membrane is a closed portion. And a method of operating the membrane separation device, characterized in that the membrane separator is a spiral membrane module in which a portion overlapping the closed portion of the bag-like membrane is an open portion.
前記ベッセルの前記原水ポートに原水弁を介して接続された原水ラインと、
該ベッセルの前記濃縮水ポートに濃縮水弁を介して接続された濃縮水ラインと、
該ベッセルの前記透過水ポートに透過水弁を介して接続された透過水ラインと、
該原水ポートに原水側薬液弁を介して接続された原水側薬液タンクと、
該濃縮水ポートに濃縮水側薬液弁を介して接続された濃縮水側薬液タンクと、
該原水側薬液タンクから該原水ポートに薬液を供給する原水側薬液ポンプと、
該濃縮水側薬液タンクから該濃縮水ポートに薬液を供給する濃縮水側薬液ポンプと
を備えており、
前記定常濾過運転においては、該原水弁、濃縮水弁及び透過水弁を開とし、該濃縮水側薬液弁及び原水側薬液弁を閉とし、該原水ラインを介して原水を該原水ポートから該ベッセル内に流入させ、該濃縮水ラインを介して濃縮水を該濃縮水ポートから取り出すと共に、該透過水ラインを介して透過水を該透過水ポートから取り出し、
前記薬品洗浄においては、該原水弁、濃縮水弁及び透過水弁を閉とし、該濃縮水側薬液弁及び原水側薬液弁を開とし、
前記第1動作時には、該原水側薬液ポンプを作動させ、該原水側薬液タンク内の薬液を該原水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該濃縮水ポートから取り出して該濃縮水側薬液タンクに導入し、
前記第2動作時には、該濃縮水側薬液ポンプを作動させ、該濃縮水側薬液タンク内の薬液を該濃縮水ポートから該ベッセル内に供給すると共に該原水ポートから取り出して該原水側薬液タンクに導入することを特徴とする膜分離装置の運転方法。The membrane separation apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
A raw water line connected to the raw water port of the vessel via a raw water valve;
A concentrated water line connected to the concentrated water port of the vessel via a concentrated water valve;
A permeate line connected to the permeate port of the vessel via a permeate valve;
A raw water side chemical liquid tank connected to the raw water port via a raw water side chemical liquid valve;
A concentrated water side chemical liquid tank connected to the concentrated water port via a concentrated water side chemical liquid valve;
A raw water side chemical liquid pump for supplying a chemical liquid from the raw water side chemical liquid tank to the raw water port;
A concentrated water side chemical liquid pump for supplying a chemical liquid from the concentrated water side chemical liquid tank to the concentrated water port;
With
In the steady filtration operation, the raw water valve, the concentrated water valve and the permeated water valve are opened, the concentrated water side chemical liquid valve and the raw water side chemical liquid valve are closed, and the raw water is supplied from the raw water port through the raw water line. Flowing into the vessel and removing concentrated water from the concentrated water port via the concentrated water line, and removing permeated water from the permeated water port via the permeated water line;
In the chemical cleaning, the raw water valve, the concentrated water valve and the permeated water valve are closed, the concentrated water side chemical liquid valve and the raw water side chemical liquid valve are opened,
At the time of the first operation, the raw water side chemical liquid pump is operated to supply the chemical liquid in the raw water side chemical liquid tank from the raw water port into the vessel and take out from the concentrated water port and introduce it into the concentrated water side chemical liquid tank And
During the second operation, the concentrated water side chemical solution pump is operated to supply the chemical solution in the concentrated water side chemical solution tank from the concentrated water port into the vessel and take out from the raw water port to the raw water side chemical solution tank. A method for operating a membrane separation apparatus, characterized by being introduced .
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