JP4765929B2 - 透過膜の阻止率向上方法、透過膜処理方法および透過膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、逆浸透膜、ナノ濾過膜等の透過膜の阻止率を向上させる方法、阻止率を向上させた透過膜を用いる透過膜処理方法、およびこれらに適した透過膜装置に関するものである。

水処理に用いられる透過膜、特にナノろ過膜、逆浸透膜などの選択性透過膜の無機電解質や水溶性有機物等の分離対象物に対する阻止率は、水中に存在する酸化性物質や還元性物質などの影響、その他の原因による素材高分子の劣化によって低下し、必要とされる処理水質が得られなくなる。この変化は、長期間使用しているうちに少しずつ起こることもあり、また事故によって突発的に起こることもある。このような阻止率が低下した透過膜の阻止率を向上させ、性能を回復するために、阻止率向上剤が用いられている。

一般に高純度の純水を製造するための超純水製造システムには、逆浸透膜処理装置と、この逆浸透膜処理装置の透過水を高度処理する電気再生式脱イオン装置または他のイオン交換装置とが組み込まれている。一方、近年の半導体回路形成技術の進歩により、線幅６５ｎｍ以下の回路を作成することが可能となってきている。それに伴い超純水に対する要求水質も高まっており、後段処理の負荷を軽減し、より高いレベルでの純水製造を実現する純水製造装置および純水製造方法の開発が望まれている。

このような超純水製造システムにおいても、逆浸透膜を阻止率向上剤で処理することが提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１は未公開であるが、重量平均分子量２０００〜６０００のポリアルキレングルコール、またはそれにアニオン性の官能基を導入したイオン性高分子を含有する阻止率向上剤が示されている。

特許文献２には、水軟化用膜の製造法において、ポリアミド膜の阻止率を向上させるための阻止率向上剤として、加水分解性タンニン酸、スチレン／マレアミド酸コポリマー、C₅乃至C₇ヒドロキシアルキルメタクリレートポリマー、コポリマーまたはターポリマー、複数個のスルホニウムもしくは第４級アンモニウム基を有する第１のポリマーと複数個のカルボキシレート基を有する第２のポリマーから製造したコアセルベート、任意の他の置換基をもつ枝分れしたポリアミドアミン類、酢酸ビニルコポリマー、ヒドロキシエチル・メタクリレートとメタクリル酸またはメタクリルアミド（任意に他の混和性モノマーを含む）とのコポリマー、スチレン／マレアミド酸コポリマーなどが示されている。

また特許文献３には、水処理に用いられる透過膜の阻止率を向上させるための阻止率向上剤として、重量平均分子量１０万以上のイオン性高分子を含有する阻止率向上剤が示されている。このようなイオン性高分子としては、ポリビニルアミジンまたはその誘導体、複素環を有するカチオン性高分子等のカチオン性高分子、ならびにポリアクリル酸またはその誘導体、ポリスチレンスルホン酸またはその誘導体等のアニオン性高分子が示されている。

従来の透過膜の阻止率向上による処理は、透過膜を取り付けた状態で、モジュールの１次側に上記の阻止率向上剤を供給することにより、モジュールから透過膜を取り外すことなく阻止率を向上させるか、あるいは供給水に阻止率向上剤を注入することにより、処理操作を継続しながら阻止率を向上させている。複数のモジュールが並列または段階的に配置されている場合でも、阻止率向上剤を、第１段の各モジュールの１次側に均等に供給することにより、全体のモジュールの阻止率を向上させている。

しかしながら複数のモジュールが並列または段階的に配置されている場合には、全てのモジュールに均等に阻止率向上剤を供給することは困難であり、阻止率向上が不十分なモジュールが生じ、システム全体として十分な処理効果が得られないことがある。また複数のモジュールを多段に、例えばツリー型に配列したシステムで阻止率向上処理を行う場合、特に２段目以降のモジュールの１次側操作圧力が低くなり、十分な処理効果が得られないことがある。さらに個別のモジュールの汚染状態または阻止率低下の度合いにより、阻止率向上の状態が異なり、全体のモジュールを均等に阻止率向上させることはできない。このようにして１個のモジュールでも阻止率向上が不十分のものが残ると、そのモジュールから除去対象物が透過して処理水が汚染され、高水質の処理水を得ることができない。

図３は従来の透過膜装置を示すフロー図であり、１ａ、１ｂ・・・１ｎは第１段１のモジュール、２ａ、２ｂ・・・２ｎは第２段２のモジュール、３ａ、３ｂ・・・３ｎは第３段３のモジュールであり、それぞれ透過膜４により１次側の濃縮液室５と、２次側の透過液室６に区画されている。これらのモジュールは第１段１から第３段３の複数段に段階的に配置され、各段では複数のモジュールが並列に配置されている。各モジュールには１次側の濃縮液室５に被処理液供給路７が分岐して連絡し、２次側の透過液室６から透過液取出路８が集合して系外に連絡し、第１段１および第２段２の濃縮液室５から連絡路９、１０が集合し、さらに分岐して第２段２および第３段３の濃縮液室５に連絡し、第３段３の濃縮液室５から濃縮液取出路１１が集合して系外に連絡している。被処理液供給路７には阻止率向上剤槽１２からポンプ１３を介して阻止率向上剤供給路１４が連絡している。

図３では第１段１のモジュール１ａ、１ｂ・・・１ｎの１次側の濃縮液室５へ被処理液供給路７から被処理液（原水）を供給し、第１段１および第２段２の濃縮液室５から連絡路９、１０を通して濃縮液を第２段２および第３段３の濃縮液室５に供給し、第３段３の濃縮液室５から濃縮液取出路１１を通して濃縮液を排出し、各モジュールの透過液は２次側の透過液室６から透過液取出路８を通して取出すことにより透過膜処理（水処理）を行う。

透過膜の阻止率向上処理を行う場合は、阻止率向上剤槽１２からポンプ１３により阻止率向上剤供給路１４を通して阻止率向上剤を被処理液供給路７へ供給し、第１段１および第２段２の濃縮液室５から連絡路９、１０を通して濃縮液を第２段２および第３段３の濃縮液室５に供給し、第３段３の濃縮液室５から濃縮液取出路１１を通して濃縮液を排出する。各モジュールの透過液は２次側の透過液室６から透過液取出路８を通して取出す。これにより各モジュールの透過膜４は阻止率向上処理を受け、阻止率が向上する。

このような従来法では、全体のモジュールに阻止率向上剤が均等に供給されないことがあり、また各段間で阻止率向上剤の供給圧が異なることがあり、さらには個別のモジュールの汚染状態または阻止率低下の度合いにより、阻止率向上の状態が異なることがあるため、全体のモジュールを均等に阻止率向上させることはできない場合がある。
特願２００６−２１８４７１号明細書 特許２７６２３５８号公報 特開２００６−１１０５２０号公報

本発明の課題は、複数のモジュールが並列かつ段階的に配置され、阻止率向上剤を均一な量、圧力で供給できない場合、あるいは個別のモジュールの汚染状態または阻止率低下の度合いにより、阻止率向上の状態が異なる場合でも、特定のモジュールの阻止率向上を行って、全体のモジュールの阻止率を均等に向上させることができる透過膜の阻止率向上方法、および阻止率を向上させた透過膜を用いる透過膜処理方法、ならびにこれらに適した透過膜装置を提供することである。

本発明は次の透過膜の阻止率向上方法、透過膜処理方法および透過膜装置である。
（１） 並列的かつ段階的に配置された透過膜モジュールの１次側に阻止率向上剤を通液し、２次側から透過液を取り出して阻止率を向上させる方法において、
複数のモジュールの１次側に被処理液供給路が分岐して連絡し、２次側から透過液取出路が集合して系外に連絡するように構成し、
集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出する検出装置を設け、
前記複数のモジュールに設けられた複数の弁の開閉を制御装置により制御して、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出し、
前記検出装置により透過液中の標識物質を検出して、阻止率の低い特定のモジュールを処理対象モジュールとして選択し、
前記制御装置により前記モジュールの弁の開閉を制御して、処理対象モジュールおよび／または処理対象モジュール以外のモジュールの透過流束を調整することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率を向上させることを特徴とする透過膜の阻止率向上方法。
（２） 阻止率向上剤がイオン性または非イオン性高分子である上記（１）記載の方法。
（３） 阻止率向上剤が標識物質を含む上記（１）または（２）記載の方法。
（４） 処理対象モジュール以外の少なくとも１以上のモジュールの透過流束を減少させることにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 処理対象モジュールの１次側から取り出す濃縮液量を減少させることにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの透過流束を調整し、処理対象モジュールの阻止率を向上させる上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
（６） 並列に配置されている複数のモジュールから、処理対象モジュールを選択する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の方法。
（７） 段階的に配置されている複数のモジュールから、後段に配置されているモジュールを処理対象モジュールとして選択し、前段のモジュールの透過流束を減少させ、後段のモジュールから取り出す濃縮液量を減少させて透過流束を調整し、処理対象モジュールの阻止率を向上させる上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の方法。
（８） 全体のモジュールに阻止率向上剤を通液して透過膜の阻止率を向上させる操作を行った後、
複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択し、
処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の方法。
（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の方法により阻止率を向上させた透過膜モジュールの１次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出す透過膜処理方法。
（１０） １次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出すように、並列的かつ段階的に配置された複数の透過膜モジュールと、
複数のモジュールの１次側に分岐して連絡する被処理液供給路、および２次側から集合して系外に連絡する透過液取出路と、
集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出することにより、複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択する検出装置と、
処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる通液装置と、
前記複数のモジュールに設けられた弁の開閉の制御により、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出して、前記検出装置により阻止率の低い特定のモジュールを検出させ、この検出装置の検出信号によって前記弁の開閉を制御することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液するように制御する制御装置と
を含む透過膜装置。

本発明において阻止率向上処理の対象となる透過膜は、並列的かつ段階的に配置された透過膜モジュールの１次側に被処理液を通液して透過させ、２次側から透過液を取り出し膜分離を行う透過膜であるが、特に逆浸透膜、ナノ濾過膜等の無機電解質や水溶性有機物等を水から分離する選択性透過膜が対象として適している。このような透過膜は支持材に取り付けてモジュールとして膜分離装置に装備され、膜分離に供されるが、本発明における阻止率向上処理はこのような膜分離装置に装備された状態のモジュールに対して行われる。このような阻止率向上処理の対象となる透過膜は、未使用の透過膜でも、使用により性能が低下した透過膜でもよく、いずれの場合も薬品洗浄を行ったものでもよい。

本発明における阻止率向上処理剤は、阻止率向上処理により透過膜の溶解性物質の阻止率が向上するものであれば特に制限されることなく使用可能である。このような阻止率向上剤としては、公知のものが使用でき、前記特許文献１〜３に記載のもの、ならびに他の阻止率向上能を有するものが使用できる。好ましい阻止率向上剤としては、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミンなどの水溶性高分子やタンニン酸などのポリフェノール、特許文献２に記載のイオン性高分子（ポリアミジン、ポリスチレンスルホン酸）、特許文献３に記載の重量平均分子量２０００〜６０００のポリエチレングリコール鎖を有する化合物などがあげられる。

これらの阻止率向上剤は、処理対象となる透過膜の材質、形態等に応じて適したものが選ばれ、純水または被処理水等の溶媒に溶解して使用される。阻止率向上剤の濃度はそれぞれの透過膜、モジュールの形式等により変わるが、一般的には０．０１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度、好ましくは０．１〜１００ｍｇ／Ｌの濃度に調製して阻止率向上処理に供される。阻止率向上剤は、複数のものを組合わせて用いることができ、この場合混合して通液してもよく、また別々に時間をずらせて通液することもできる。阻止率向上剤には、食塩等の電解質やイソプロパノール等の低分子有機物などの標識として検出可能な標識物質を含み、阻止率の程度を検出できるようにすることができる。標識物質の濃度は阻止率の程度を検出できる程度の濃度とすることができる。

本発明における阻止率向上処理は、複数のモジュールの１次側に被処理液供給路が分岐して連絡し、２次側から透過液取出路が集合して系外に連絡するように構成し、集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出する検出装置を設ける。そして前記複数のモジュールに設けられた複数の弁の開閉を制御装置により制御して、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出し、前記検出装置により透過液中の標識物質を検出して、阻止率の低いから特定のモジュールを選択して処理対象モジュールとし、前記制御装置により前記モジュールの弁の開閉を制御して、処理対象モジュールおよび／または処理対象モジュール以外のモジュールの透過流束を調整することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率を向上させる。この場合、透過膜を取り付けたモジュールの１次側に阻止率向上剤を供給し、２次側から透過液を取り出すことにより、阻止率向上剤を透過膜に付着させ、透過膜の阻止率を向上させる。このときモジュールから透過膜を取り外さずに阻止率向上処理を行い、あるいは供給水に阻止率向上剤を注入することにより、水処理操作を継続しながら阻止率向上処理を行うことができる。なお、処理対象とするモジュールは１つのモジュールに限らず、複数のモジュール、あるいは複数のモジュールにより構成される複数のモジュール群などを処理対象モジュールとすることができる。

複数のモジュールが並列かつ段階的に配置されている場合、全体のモジュールに阻止率向上剤を供給して阻止率向上処理を行うことができるが、阻止率向上の状態が異なり、全体のモジュールを均等に阻止率向上させることはできない場合があるので、全体のモジュールに阻止率向上処理を行う方法に加えて、あるいはこれに替えて特定のモジュールを選択して処理対象モジュールとして阻止率向上処理を行うことにより、全体のモジュールの阻止率を均等に向上させることができる。

複数のモジュールから選択する処理対象モジュールは、阻止率の低い特定のモジュールであり、このようなモジュールは、阻止率の低いモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択することにより、無駄なく阻止率向上処理を行うことができるが、任意の順序で全体のモジュールから処理対象モジュールを選択してもよい。これらの場合、並列に配置されている複数のモジュールから、処理対象モジュールを選択してもよく、また段階的に配置されている複数のモジュールから、後段に配置されているモジュールを処理対象モジュールとして選択してもよい。

複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出するには、阻止率向上剤に標識物質を混入させて処理を行い、透過液に含まれる標識物質を検出することにより、阻止率が低いかどうかを判定することができる。この場合、各モジュールに検出装置を設けて検出するのではなく、各モジュールから集合した透過液取出路に透過液を導いて検出装置で検出し、選択を行うのが好ましい。検出装置の検出信号を制御装置に入力して、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液するように制御する構成とすることができる。標識物質としては、もともと供給水に含まれている物質を標準物質として、同様の方法で阻止率の低い特定のモジュールを検出するようにしてもよい。

阻止率向上処理では、処理対象モジュールの透過流束を調整することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率を向上させることができる。この場合、処理対象モジュールの透過流束を高くすることにより、阻止率向上剤の透過膜への供給量が多くなり、阻止率が向上する。処理対象モジュールについていえば、１次側の阻止率向上剤供給側および２次側の透過液取り出し側の弁を開いて阻止率向上剤および透過液の量を多くすることにより、また１次側の濃縮液取り出し側の弁を閉じて濃縮液の取出量を少くすることにより、処理対象モジュールの透過流束を高くすることができる。

複数のモジュールの関係についていえば、並列関係にある場合、処理対象モジュール以外の少なくとも１以上のモジュールの１次側の阻止率向上剤供給側および／または２次側の透過液取り出し側の弁を閉じて透過流束を減少させることにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させることができる。このとき処理対象モジュールの１次側の濃縮液取り出し側の弁を閉じて濃縮液の取出量を少くすることにより、処理対象モジュールの透過流束を高くすることができる。

段階的に複数のモジュールが配置されている場合、前段のモジュールの透過流束を減少させ、後段の処理対象モジュールから取り出す濃縮液量を減少させて透過流束を調整し、処理対象モジュールの阻止率を向上させることができる。段階的に複数のモジュールが配置されている場合は、前段の濃縮液が後段の供給液となるため、前段の給液圧よりも後段の給液圧が低くなるので、後段のモジュールの阻止率向上効果が低くなる。このため後段のモジュールを処理対象モジュールとして、上記の操作を行うことにより、後段のモジュールを重点的に阻止率向上処理することができる。

処理対象モジュールに対して阻止率向上剤を通液するとき、阻止率向上剤は純水または被処理水に溶解して供給されるが、単一もしくは複数のモジュールの１次側入口の阻止率向上剤溶液供給時の操作圧力は0.3MPa以上、好ましくは０．５ＭＰａ以上、２次側出口の透過液量／阻止率向上剤溶液の供給量の比は０．２以上とすることができる。阻止率向上剤溶液に電解質や低分子有機物などの標識物質を含む場合は、透過液中の標識物質濃度の経時変化を観察し、その変化量が小さくなった時点あるいは、透過液中の標識物質濃度が所定の値に到達した時点で阻止率向上処理の完了を判断することができる。

本発明の透過膜処理方法は、上記の阻止率向上処理により阻止率を向上させた透過膜モジュールの１次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出す方法であり、全体のモジュールの阻止率を均等に向上させることにより、高水質の処理水を得ることができる。

本発明の透過膜装置は、１次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出すように、並列的かつ段階的に配置された複数の透過膜モジュールと、複数のモジュールの１次側に分岐して連絡する被処理液供給路、および２次側から集合して系外に連絡する透過液取出路と、集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出することにより、複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択する検出装置と、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる通液装置と、前記複数のモジュールに設けられた弁の開閉の制御により、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出して、前記検出装置により阻止率の低い特定のモジュールを検出させ、この検出装置の検出信号によって前記弁の開閉の制御することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液するように制御する制御装置とを含む透過膜装置であり、複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して重点的に阻止率向上剤を通液することができ、これにより全体のモジュールの阻止率を均等に向上させることにより、高水質の処理水を得ることができる。なお、処理対象とするモジュールは、１つのモジュールに限らず、複数のモジュール、あるいは複数のモジュールにより構成される複数のモジュール群を処理対象モジュールとすることができる。

本発明によれば、並列的かつ段階的に配置された透過膜モジュールの１次側に阻止率向上剤を通液し、２次側から透過液を取り出して阻止率を向上させる方法において、複数のモジュールの１次側に被処理液供給路が分岐して連絡し、２次側から透過液取出路が集合して系外に連絡するように構成し、集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出する検出装置を設け、前記複数のモジュールに設けられた複数の弁の開閉を制御装置により制御して、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出し、前記検出装置により透過液中の標識物質を検出して、阻止率の低い特定のモジュールを処理対象モジュールとして選択し、前記制御装置により前記モジュールの弁の開閉を制御して、処理対象モジュールおよび／または処理対象モジュール以外のモジュールの透過流束を調整することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率を向上させるようにしたので、複数のモジュールが並列かつ段階的に配置され、阻止率向上剤を均一な量、圧力で供給できない場合、あるいは個別のモジュールの汚染状態または阻止率低下の度合いにより、阻止率向上の状態が異なる場合でも、特定のモジュールの阻止率向上を行って、全体のモジュールの阻止率を均等に向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１および図２はそれぞれ本発明の別の実施の形態による透過膜装置を示すフロー図であり、図３と同一符号は同一または相当部分を示す。

図１の透過膜装置の基本的な構成は図３の透過膜装置と同様になっており、透過膜処理の操作も同様である。図１では図３の構成に加えて、第１段１のモジュール１ａ、１ｂ・・・１ｎの透過液室６の透過液取出路８側に弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ・・・Ｖ１ｎが設けられ、濃縮液室５の濃縮液取出路１１側に弁Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ・・・Ｖ２ｎが設けられている。第２段２のモジュール２ａ、２ｂ・・・２ｎの透過液室６の透過液取出路８側には、弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ・・・Ｖ３ｎが設けられ、濃縮液室５の濃縮液取出路１１側に弁Ｖ４ａ、Ｖ４ｂ・・・Ｖ４ｎが設けられている。第３段３のモジュール３ａ、３ｂ・・・３ｎの透過液室６の透過液取出路８側には、弁Ｖ５ａ、Ｖ５ｂ・・・Ｖ５ｎが設けられ、濃縮液室５の濃縮液取出路１１側に弁Ｖ６ａ、Ｖ６ｂ・・・Ｖ６ｎが設けられている。

また透過液取出路８には弁Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１２が設けられている。被処理液供給路７には標識物質槽１５からポンプ１６を介して標識物質供給路１７が連絡している。２０は制御装置であり、各モジュールに阻止率向上剤を通液させる通液装置としての各ポンプ１３、１６の発停、各弁Ｖ１ａ・・・開閉を制御し、特定のモジュールから透過液を検出装置２１へ送り、また選択された処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液する制御を行うように構成されている。

検出装置２１は制御装置２０により各弁Ｖ１ａ・・・開閉を制御して、特定のモジュールから送られる透過液を受けて、標識物質等を検出し、阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択し、あるいは阻止率向上処理開始後は標識物質を検出して処理完了点を検出し、その結果を制御装置２０に入力するように構成されている。検出装置２１としては、検出する物質の種類により伝導度計、ＴＯＣ計等の測定器を用いることができる。

図１の透過膜装置による透過膜処理（水処理）の操作は図３と同様である。図１の透過膜装置における透過膜の阻止率向上処理としては、図３における透過膜の阻止率向上処理、すなわち全体のモジュールに阻止率向上剤を通液して透過膜の阻止率向上させる操作を行った後、あるいはこの操作に替えて以下の操作を行う。

制御装置２０により、各モジュールに阻止率向上剤を通液させる通液装置としての各ポンプ１３、１６の発停、各弁Ｖ１ａ・・・開閉を制御し、特定のモジュールから透過液を検出装置２１へ送り、検出装置２１で標識物質等を検出し、阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択する。この操作は省略してもよく、この場合は任意のモジュールを処理対象モジュールとして選択することができる。この場合、被処理液供給路７に標識物質槽１５からポンプ１６により標識物質供給路１７を通して標識物質を供給する。標識物質の供給はスポット的でも、連続的でもよい。標識物質は被処理液供給路７に単独で供給してもよく、また阻止率向上剤とともに供給してもよい。

次に制御装置２０により各ポンプ１３、１６の発停、各弁Ｖ１ａ・・・開閉を制御し、選択された特定の処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率向上処理を行う。処理対象モジュールとしてモジュールを考える場合、２次側の透過液取り出し側の弁Ｖ１ａを開いての透過流束を高くすることにより、阻止率向上剤の透過膜への供給量が多くなり、阻止率が向上する。このとき１次側の濃縮液取り出し側の弁Ｖ２ａを閉じて濃縮液の取出量を少くすることにより、膜面の有効圧力を増大させ、阻止率向上剤の膜面への捕捉担持をより効率よく行うことができる。

並列関係にある複数のモジュールの関係については、処理対象モジュール１ａ以外の少なくとも１以上のモジュールの１次側の阻止率向上剤供給側および／または２次側の透過液取り出し側の弁を閉じて透過流束を減少させることにより、処理対象モジュール１ａに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させることができる。また段階的に配置されている複数のモジュールの関係については、前段配置されているモジュールの透過流束を減少させ、後段の処理対象モジュールから取り出す濃縮液量を減少させて透過流束を高くすることにより、処理対象モジュールの阻止率を向上させることができる。

阻止率向上剤溶液に標識物質を含む場合は、検出装置２１で透過液中の標識物質濃度の経時変化を観察し、その変化量が小さくなった時点または、透過液中の標識物質濃度が所定の値に到達した時点で、制御装置２０により阻止率向上処理の完了と判断し、阻止率向上処理を停止するように各ポンプ１３、１６の発停、各弁Ｖ１ａ・・・開閉を制御することができる。

図２の透過膜装置の基本的な構成は図１の透過膜装置と同様になっており、透過膜処理の操作も同様である。図２では図１において各モジュール１ａ、１ｂ・・、２ａ、２ｂ・・、３ａ、３ｂ・・に設けられた弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ・・、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ・・、Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ・・、Ｖ４ａ、Ｖ４ｂ・・、Ｖ５ａ、Ｖ５ｂ・・、Ｖ６ａ、Ｖ６ｂ・・は省略されている。その替わり、第１段１および第２段２の濃縮液室５から第２段２および第３段３の濃縮液室５に連絡する連絡路９、１０が集合し、さらに分岐する間に弁Ｖ９、Ｖ１０を有する連絡路１８、１９が設けられ、濃縮液取出路１１に弁Ｖ１１が設けられている。

制御装置２０は、第１段１、第２段２、第３段３の各段のモジュールを選択して通液させるように各ポンプ１３、１６の発停、各弁Ｖ７・・・の開閉を制御し、特定の段から透過液を検出装置２１へ送り、また選択された処理対象の特定の段のモジュールに重点的に阻止率向上剤を通液する制御を行うように構成されている。検出装置２１は制御装置２０により各弁Ｖ７・・・の開閉を制御して、特定の段のモジュールから送られる透過液を受けて、標識物質等を検出し、阻止率の低い特定段のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択し、あるいは阻止率向上処理開始後は標識物質を検出して処理完了点を検出し、その結果を制御装置２０に入力するように構成されている。

図２の透過膜装置による透過膜処理（水処理）の操作は図１および図３と同様である。図２の透過膜装置における透過膜の阻止率向上処理としては、図１における処理対象モジュールが個別的であるのに対し、第１段１、第２段２、第３段３の各段のモジュールを選択して通液させるように検出および制御が行われる以外は同様である。この場合、弁Ｖ７〜Ｖ１２の組合せ開閉により、各段のモジュールを選択することができる。上記実施の態様では、複数のモジュールからの透過液が合流する配管に１つの検出装置２１が設けられているが、各モジュールまたは各段毎に検出装置２１を配置してもよい。また検出装置を設けずに、手作業によって採水して他の場所にて分析することで対象モジュールを特定してもよいし、全モジュールを順番に特定モジュールとして阻止率向上処理を順次行っていってもよい。

段階的に複数のモジュールが配置されている場合は、前段の濃縮液が後段の供給液となるため、前段の給液圧よりも後段の給液圧が低くなるので、後段のモジュールの阻止率向上効果が低くなるが、図３のように後段のモジュールを処理対象モジュールとして、上記の検出および制御を行うことにより、後段のモジュールを重点的に阻止率向上処理することができる。

図１において、モジュールとして日東電工（株）製超低圧逆浸透膜モジュールＥＳ−２０を用いた。逆浸透膜モジュールを図示の通り備えた透過膜装置について、阻止率向上剤としてポリビニルアミジン１ｍｇ／Ｌ水溶液と、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム１ｍｇ／Ｌの水溶液を交互に、全体に通液して阻止率向上処理を行ったところ、装置全体のＮａＣｌの阻止率は９８．５％であった。そこで阻止率向上効果の低いモジュールに対し、阻止率向上剤を重点的に通液して阻止率向上処理を行ったところ、装置全体のＮａＣｌの阻止率は９９％となった。なお、阻止率向上処理を行う前の装置全体としてのＮａＣｌの阻止率は９８％であった。

図２において、モジュールとして日東電工（株）製低圧逆浸透膜モジュールＮＴＲ−７５９ＨＲを用いた。逆浸透膜モジュールを図示の通り備えた透過膜装置について、阻止率向上剤としてポリエチレングリコール（分子量４０００）の３ｍｇ／Ｌ水溶液を全体に通液して阻止率向上処理を行ったところ、装置全体としてのイソプロパノール（以下ＩＰＡと記す）の阻止率は８９％であった。そこで阻止率向上効果の低いモジュールに対し、阻止率向上剤を重点的にに通液して阻止率向上処理を行ったところ、装置全体としてのＩＰＡの阻止率は９３％となった。なお、阻止率向上処理を行う前のＩＰＡの阻止率は８５％であった。

図２において、モジュールとして東レ製（株）超低圧逆浸透膜モジュールＳＵＬ−Ｇ２０を用いた逆浸透膜モジュールを図示の通りに備えた透過膜装置について、阻止率向上剤としてタンニン酸１００ｍｇ／Ｌ水溶液を全体に通液して阻止率向上処理を行ったところ、装置全体としてのＮａＣｌの阻止率は９７％であった。そこで阻止率向上効果の低いモジュールに対し、阻止率向上剤を重点的に通液して阻止率向上処理を行ったところ、全体の阻止率は９８％となった。なお、阻止率向上処理を行う前の装置全体としてのＮａＣｌ阻止率は９６％であった。

本発明は、逆浸透膜、ナノ濾過膜等の透過膜の阻止率を向上させる方法、阻止率を向上させた透過膜を用いる透過膜処理方法、およびこれらに適した透過膜装置に利用可能である。

本発明の一実施形態による透過膜装置を示すフロー図である。 本発明の別の実施形態による透過膜装置を示すフロー図である。 従来の透過膜装置を示すフロー図である。

符号の説明

１ 第１段
１ａ、１ｂ・・、２ａ、２ｂ・・、３ａ、３ｂ・・モジュール
２ 第２段
３ 第３段
４ 透過膜
５ 濃縮液室
６ 透過液室
７ 被処理液供給路
８ 透過液取出路
９、１０、１８、１９ 連絡路
１１ 濃縮液取出路
１２ 阻止率向上剤槽
１３、１６ ポンプ
１４ 阻止率向上剤供給路
１５ 標識物質槽
１７ 標識物質供給路
２０ 制御装置
２１ 検出装置
Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ・・ 弁

Claims (10)

1. 並列的かつ段階的に配置された透過膜モジュールの１次側に阻止率向上剤を通液し、２次側から透過液を取り出して阻止率を向上させる方法において、
   複数のモジュールの１次側に被処理液供給路が分岐して連絡し、２次側から透過液取出路が集合して系外に連絡するように構成し、
   集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出する検出装置を設け、
   前記複数のモジュールに設けられた複数の弁の開閉を制御装置により制御して、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出し、
   前記検出装置により透過液中の標識物質を検出して、阻止率の低い特定のモジュールを処理対象モジュールとして選択し、
   前記制御装置により前記モジュールの弁の開閉を制御して、処理対象モジュールおよび／または処理対象モジュール以外のモジュールの透過流束を調整することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して阻止率を向上させることを特徴とする透過膜の阻止率向上方法。
2. 阻止率向上剤がイオン性または非イオン性高分子である請求項１記載の方法。
3. 阻止率向上剤が標識物質を含む請求項１または２記載の方法。
4. 処理対象モジュール以外の少なくとも１以上のモジュールの透過流束を減少させることにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 処理対象モジュールの１次側から取り出す濃縮液量を減少させることにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの透過流束を調整し、処理対象モジュールの阻止率を向上させる請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 並列に配置されている複数のモジュールから、処理対象モジュールを選択する請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 段階的に配置されている複数のモジュールから、後段に配置されているモジュールを処理対象モジュールとして選択し、前段のモジュールの透過流束を減少させ、後段のモジュールから取り出す濃縮液量を減少させて透過流束を調整し、処理対象モジュールの阻止率を向上させる請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 全体のモジュールに阻止率向上剤を通液して透過膜の阻止率を向上させる操作を行った後、
   複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択し、
   処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法により阻止率を向上させた透過膜モジュールの１次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出す透過膜処理方法。
10. １次側に被処理液を通液し、２次側から透過液を取り出すように、並列的かつ段階的に配置された複数の透過膜モジュールと、
    複数のモジュールの１次側に分岐して連絡する被処理液供給路、および２次側から集合して系外に連絡する透過液取出路と、
    集合した透過液取出路の透過液中の標識物質を検出することにより、複数のモジュールから阻止率の低い特定のモジュールを検出して処理対象モジュールとして選択する検出装置と、
    処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液して、処理対象モジュールの阻止率を向上させる通液装置と、
    前記複数のモジュールに設けられた弁の開閉の制御により、特定のモジュールの透過液を前記透過液取出路に取出して、前記検出装置により阻止率の低い特定のモジュールを検出させ、この検出装置の検出信号によって前記弁の開閉を制御することにより、処理対象モジュールに重点的に阻止率向上剤を通液するように制御する制御装置と
    を含む透過膜装置。

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