JP4923427B2 - Membrane separation method and membrane separation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール、および逆浸透膜モジュールを用いた膜分離方法および膜分離装置に関する。さらに詳しくは、膜分離装置を構成する2段目の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部を、精密ろ過膜または限外ろ過膜の洗浄水とする膜分離方法、およびそのような手段を有する膜分離装置に関する。   The present invention relates to a microfiltration membrane module or an ultrafiltration membrane module, and a membrane separation method and membrane separation apparatus using a reverse osmosis membrane module. More specifically, a membrane separation method in which at least a portion of the concentrated water obtained by the second-stage reverse osmosis membrane module constituting the membrane separation apparatus is used as washing water for a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane, and such The present invention relates to a membrane separation apparatus having various means.

海水・かん水からの淡水の生成や、河川・湖沼水からの上水の生成等には、たとえば逆浸透膜モジュールを備えた膜ろ過装置が用いられる。この種の膜ろ過装置は、基本的には図1に示すように、殺菌や濁質成分除去等の前処理を施した原水(海水等)を高圧ポンプ2によって所定の圧力(例えば6.0MPa程度)に高めて逆浸透膜モジュール3に供給し、逆浸透作用により透過した透過水と濃縮水とを得るように構成される。得られる透過水は、WHO水質ガイドライン値をほぼ満たす水質を有しているが、唯一ホウ素については、問題が残されている。   For example, a membrane filtration device equipped with a reverse osmosis membrane module is used for the production of fresh water from seawater and brine, and the production of clean water from rivers and lakes. As shown in FIG. 1, this type of membrane filtration device basically uses raw water (seawater, etc.) subjected to pretreatment such as sterilization and removal of turbid components to a predetermined pressure (for example, 6.0 MPa) by a high-pressure pump 2. The reverse osmosis membrane module 3 is supplied to the reverse osmosis membrane module 3 to obtain permeated water and concentrated water permeated by reverse osmosis. The obtained permeate has a water quality that almost satisfies the WHO water quality guideline value, but the problem remains only for boron.

ホウ素は海水中ではホウ酸として存在し、およそ4〜5mg/L含まれている。ホウ酸は解離定数pKaが9であり、海水中ではほとんど非解離状態である。しかしながら、逆浸透膜として代表的な架橋全芳香族ポリアミドを分離機能層に持つ複合逆浸透膜は、分離機能層に未反応のカルボキシル基およびアミノ基を末端基として有するので、中性物質よりもイオン性物質をよく排除するという特性を有しており、海水淡水化用逆浸透膜モジュールでは海水淡水化条件によってはホウ酸の排除率を十分満足できない場合がある。そのためWHO水質ガイドラインで定められているホウ素濃度の暫定値(0.5mg/L)以下にすることが困難な場合がある。   Boron exists as boric acid in seawater and is contained at about 4 to 5 mg / L. Boric acid has a dissociation constant pKa of 9, and is almost non-dissociated in seawater. However, a composite reverse osmosis membrane having a cross-linked wholly aromatic polyamide, which is a typical reverse osmosis membrane, in the separation functional layer has unreacted carboxyl groups and amino groups as terminal groups in the separation functional layer. The reverse osmosis membrane module for seawater desalination has a characteristic of well eliminating ionic substances, and the boric acid rejection rate may not be sufficiently satisfied depending on seawater desalination conditions. For this reason, it may be difficult to make the boron concentration below the provisional value (0.5 mg / L) defined in the WHO Water Quality Guidelines.

そこで、特許文献1には、逆浸透膜モジュールで得られた透過水中に残留したホウ素を除去することを目的として、逆浸透膜モジュールの後段に透過水中のホウ素を除去するための第2の逆浸透膜モジュールを設ける水処理方法が開示されている。   Therefore, Patent Document 1 discloses a second reverse method for removing boron in the permeated water at the subsequent stage of the reverse osmosis membrane module for the purpose of removing boron remaining in the permeated water obtained by the reverse osmosis membrane module. A water treatment method for providing an osmotic membrane module is disclosed.

一方で、このような逆浸透膜分離装置の供給水を処理する方法としては、特許文献1に、例えば、砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過などが挙げられており、特に膜ろ過が好ましく用いられることが開示されている。しかし、膜ろ過は、継続して運転していると膜面に有機系汚濁物質などが付着し、膜モジュール7による圧力損失が高くなり、また得られるろ過水量が低下する。そこで、処理水に次亜塩素酸ナトリウムといった酸化剤を添加して膜モジュール7に逆流させ、物理的作用に加えて酸化剤による化学的洗浄作用で膜面を洗浄(逆洗)するのが一般的である。化学的洗浄に使用する酸化剤は、膜の劣化を起こさない範囲において濃度が高いほど洗浄効果が良いが、海水処理の場合は、高い濃度の次亜塩素酸ナトリウムで逆洗すると部分的にpHが高くなるため海水中のスケール成分が析出する可能性がある。このような逆洗水で逆洗すると膜の内面にスケールが付着し目詰まりを起こす可能性があるため、次亜塩素酸ナトリウムの濃度を高くすることができないといった問題があった。
特開平11−253761号公報([0020],[0022],[0056]段落など)
On the other hand, as a method for treating the feed water of such a reverse osmosis membrane separation device, for example, sand filtration, activated carbon filtration, membrane filtration and the like are mentioned in Patent Document 1, and membrane filtration is particularly preferably used. It is disclosed. However, when the membrane filtration is continuously operated, organic pollutants and the like adhere to the membrane surface, the pressure loss due to the membrane module 7 increases, and the amount of filtered water obtained decreases. Therefore, it is common to add an oxidizing agent such as sodium hypochlorite to the treated water and back flow into the membrane module 7 to clean the membrane surface (back washing) by a chemical cleaning action by the oxidizing agent in addition to the physical action. Is. The higher the concentration of the oxidizing agent used for chemical cleaning, the better the cleaning effect, but in the case of seawater treatment, the pH is partially reduced by backwashing with high concentration sodium hypochlorite. The scale component in seawater may be precipitated because When backwashing with such backwashing water, scales may adhere to the inner surface of the membrane and clogging may occur, and there is a problem that the concentration of sodium hypochlorite cannot be increased.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-253761 (paragraphs [0020], [0022], [0056], etc.)

本発明は、上記従来の問題点を解決し、高濃度の酸化剤を注入してもスケールを発生させることなく、膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を、効率的に洗浄除去する膜分離装置および膜分離装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and efficiently cleans and removes organic pollutants adhered and deposited on the film surface without generating scale even when a high concentration oxidizing agent is injected. An object is to provide a separation device and a membrane separation device.

上記課題を解決するための本発明は、次の(1)〜(4)の構成を特徴とするものである。
The present invention for solving the above-described problems is characterized by the following configurations (1) to (4) .

(1)原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、第1の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理し、さらに前記第1の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理された透過水を第2の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有することを特徴とする膜分離方法。
(1) Treated water obtained by treating raw water with a microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane module is subjected to reverse osmosis treatment with a first reverse osmosis membrane module, and further reversely treated with the first reverse osmosis membrane module. in membrane separation process for reverse osmosis treatment penetration treated permeate in the second reverse osmosis membrane module, at least a portion only of the concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane module, wherein the microfiltration membrane module A membrane separation method comprising a washing step of washing water for the microfiltration membrane used in the ultrafiltration membrane or the ultrafiltration membrane used in the ultrafiltration membrane module.

(2)前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜または前記限外ろ過膜の洗浄水として用いるに際し、洗浄水に酸化剤を添加することを特徴とする(1)に記載の膜分離方法。
(2) When using at least a part of the concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane module as washing water for the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, an oxidizing agent is added to the washing water. (2) The membrane separation method according to (1).

(3)原水を処理する精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する第1の逆浸透膜モジュールを有し、さらに前記第1の逆浸透膜モジュールで得られた透過水を逆浸透膜処理する第2の逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有することを特徴とする膜分離装置。
(3) A first reverse osmosis membrane module comprising a microfiltration membrane module or an ultrafiltration membrane module for treating raw water, and performing reverse osmosis treatment on treated water obtained by the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module And having a second reverse osmosis membrane module for treating the permeated water obtained by the first reverse osmosis membrane module with a reverse osmosis membrane, obtained by the second reverse osmosis membrane module film only at least part of the concentrated water, characterized in that it comprises means for returning a cleaning water ultrafiltration membrane used in the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane module used in the microfiltration membrane module Separation device.

(4)さらに酸化剤貯留用の酸化剤タンクを備え、かつ、前記濃縮水の少なくとも一部のみを洗浄水として返送する手段の途中に、前記酸化剤タンクからの酸化剤添加口が設けられていることを特徴とする(3)に記載の膜分離装置。(4) An oxidant tank for oxidant storage is further provided, and an oxidant addition port from the oxidant tank is provided in the middle of the means for returning at least a part of the concentrated water as washing water. (3) The membrane separator according to (3).

本発明によれば、原水を膜分離する処理を継続しつつ、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜に高濃度の酸化剤を注入してもスケールを発生させることなく、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜の膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を効率的に洗浄除去することが可能となる。そのため、逆浸透膜を用いた膜分離装置の長期安定運転が可能となる。   According to the present invention, the microfiltration membrane or ultrafiltration is not generated even if a high-concentration oxidizing agent is injected into the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane while continuing the process of separating the raw water into the membrane, without generating scale. It is possible to efficiently wash and remove the organic pollutant adhered and deposited on the film surface of the film. Therefore, long-term stable operation of a membrane separation apparatus using a reverse osmosis membrane is possible.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2は、本発明の一実施形態を示す膜分離装置の概略フロー図である。図2において、1は前処理済みの処理水タンク、2は6〜10MPaまで昇圧可能な高圧ポンプ、3は第1の逆浸透膜モジュール、4は第1の逆浸透膜モジュール3で得られた透過水を昇圧して第2の逆浸透膜モジュール5に送水する0.5MPaまで昇圧可能な低圧ポンプ、5は第2の逆浸透膜モジュール、6は原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに送水するための供給ポンプ、7は精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール、9は酸化剤タンク、10は酸化剤を注入するための薬注ポンプ、11は第2の逆浸透膜モジュール5の濃縮水を貯める濃縮水タンク、12は濃縮水を逆洗水として精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールに送水するための逆洗ポンプ、V、V、Vはバルブである。また、図2においては、説明の便宜上、ろ過時の配管を実線で示し、逆洗時の配管を破線で示してある。 FIG. 2 is a schematic flow diagram of a membrane separation apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 2, 1 is a pre-treated treated water tank, 2 is a high-pressure pump capable of increasing the pressure to 6 to 10 MPa, 3 is a first reverse osmosis membrane module, and 4 is a first reverse osmosis membrane module 3. A low-pressure pump capable of boosting the permeated water and feeding it to the second reverse osmosis membrane module 5 up to 0.5 MPa, 5 is a second reverse osmosis membrane module, and 6 is a microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane for raw water Supply pump for sending water to the module, 7 is a microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane module, 9 is an oxidant tank, 10 is a chemical injection pump for injecting oxidant, and 11 is a second reverse osmosis membrane module 5 concentrated water tank to accumulate a concentrated water of 12 backwash pump for water in microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane module concentrate as backwash water, V 1, V 2, V 4 valve der . Moreover, in FIG. 2, the piping at the time of filtration is shown with the continuous line for convenience of explanation, and the piping at the time of backwashing is shown with the broken line.

前処理としては、原水中に含まれる懸濁物質が除去できればよく、例えば、砂ろ過、活性炭ろ過、膜ろ過が採用できるが、コンパクトかつ効率的に分離できる点から、本発明では精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを用いた膜ろ過を行うことを必須とする。かかるろ過膜の形態には、中空糸膜、平膜があり、平膜を用いる膜モジュールとしてはスパイラル型が、中空糸膜を用いる膜モジュールとしては円筒型が好ましく用いられる。本発明においては、原水を直接、ろ過膜モジュールでろ過するため、高濃度の濁質を含む液の分離にも適する中空糸膜を用いる円筒型の膜モジュールが好ましく用いられる。   As the pretreatment, it is only necessary to remove suspended substances contained in the raw water. For example, sand filtration, activated carbon filtration, and membrane filtration can be adopted. However, in the present invention, the microfiltration membrane module is used because it can be separated compactly and efficiently. Or it is essential to perform membrane filtration using an ultrafiltration membrane module. Such filtration membranes include hollow fiber membranes and flat membranes, and spiral membranes are preferably used as membrane modules using flat membranes, and cylindrical types are preferably used as membrane modules using hollow fiber membranes. In the present invention, since the raw water is directly filtered by the filtration membrane module, a cylindrical membrane module using a hollow fiber membrane suitable for separation of a liquid containing a high concentration of turbidity is preferably used.

本発明において、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールは、たとえば複数本の中空糸膜が筒状ケースに収納されてなるが、その中空糸膜としては多孔質であれば特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテル−エーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィドスルホン(PPSS)、ポリフェニレンスルホン(PPSO)、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物、セラミック、金属などの無機物その他の材質を選定することができる。特に、耐薬品性に優れているポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜が好ましい。   In the present invention, the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module has, for example, a plurality of hollow fiber membranes accommodated in a cylindrical case, and the hollow fiber membrane is particularly limited as long as it is porous. Instead of polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone, polyethersulfone (PES), polyether-etherketone (PEEK), polyphenylene sulfide sulfone (PPSS), polyphenylenesulfone ( PPSO), polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyacrylonitrile, polyamide, organic materials such as polyimide, inorganic materials such as ceramic and metal, and other materials can be selected. In particular, a polyvinylidene fluoride (PVDF) film having excellent chemical resistance is preferable.

このような膜のうち、その平均孔径が0.001〜10μmの膜が好ましく、平均孔径0.05〜1μmの膜がさらに好ましい。平均孔径が0.001μm未満では、目詰まりが早くなり、10μmを超えると汚濁物質を除去しにくくなる。   Among such membranes, a membrane having an average pore size of 0.001 to 10 μm is preferable, and a membrane having an average pore size of 0.05 to 1 μm is more preferable. When the average pore diameter is less than 0.001 μm, clogging is accelerated, and when it exceeds 10 μm, it becomes difficult to remove the pollutant.

本発明において、逆浸透膜モジュール3、5に用いられる逆浸透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、実質的に逆浸透分離が可能な半透性の膜であって、その素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜がある。膜形態には中空糸、平膜がある。本発明は、これら膜素材、膜構造や膜形態によらず実施することができいずれも効果があるが、代表的な膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などがあり、造水量、耐久性、塩排除率の観点から、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜を用いることが好ましい。   In the present invention, the reverse osmosis membrane used for the reverse osmosis membrane modules 3 and 5 is substantially reverse osmosis separation in which a part of components in the separated liquid mixture, for example, a solvent is permeated and other components are not permeated. It is a possible semi-permeable membrane, and a high molecular material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer is often used as the material. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, an asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, and another layer on the dense layer of the asymmetric membrane. There are composite membranes having a very thin separation functional layer formed of a material. The membrane form includes hollow fiber and flat membrane. The present invention can be carried out regardless of the film material, film structure and film form, and any of them is effective, but as typical films, for example, cellulose acetate-based or polyamide-based asymmetric membranes and polyamide-based, There are composite membranes having a urea-based separation functional layer, and it is preferable to use a cellulose acetate-based asymmetric membrane and a polyamide-based composite membrane from the viewpoint of water production, durability, and salt rejection.

本発明において、第1の逆浸透膜モジュール3に用いられる逆浸透膜は、25℃、pH6.5、濃度35,700mg/Lの食塩水を5.5MPaで供給したときの塩排除率が90%以上の性能を有することが好ましい。塩排除率が高いほど透過水中の塩素イオンの濃度が低くなるので好ましいので、より好ましくは該塩排除率が95%以上、さらに好ましくは同塩排除率が99%以上の性能を有するものである。該塩排除率が90%よりも小さいと透過液中の塩素イオンの量が多くなり透過液をそのまま飲料水や工業用水として使用することが難しい。   In the present invention, the reverse osmosis membrane used for the first reverse osmosis membrane module 3 has a salt rejection rate of 90 when a saline solution at 25 ° C., pH 6.5, concentration 35,700 mg / L is supplied at 5.5 MPa. % Or more is preferable. The higher the salt rejection, the lower the chloride ion concentration in the permeated water, which is preferable. Therefore, the salt rejection is preferably 95% or more, and more preferably the salt rejection is 99% or more. . If the salt rejection is less than 90%, the amount of chlorine ions in the permeate increases, making it difficult to use the permeate as it is as drinking water or industrial water.

また、本発明において、第2の逆浸透膜モジュール5に用いられる逆浸透膜は、25℃、pH6.5、濃度1500mg/Lの食塩水を1.5MPaで供給したときの透過流束が0.8m/m・日以上の性能を有することが好ましい。また、単位エレメントあたりの流量をより多く確保するため、該透過流束が1.0m/m・日以上がより好ましい。さらに、25℃、pH6.5、濃度1,500mg/Lの食塩水を1.5MPa供給したときの塩排除率が90%以上、さらには98%以上で、かつ、25℃、pH6.5、濃度1500mg/Lの硫酸マグネシウム水溶液を1.5MPaで供給したときの塩排除率が90%以上、さらには98%以上の性能を有することであることが好ましい。 In the present invention, the reverse osmosis membrane used for the second reverse osmosis membrane module 5 has a permeation flux of 0 when a saline solution of 25 ° C., pH 6.5, and a concentration of 1500 mg / L is supplied at 1.5 MPa. It preferably has a performance of 8 m 3 / m 2 · day or more. In order to secure a larger flow rate per unit element, the permeation flux is more preferably 1.0 m 3 / m 2 · day or more. Further, the salt rejection when supplying 1.5 MPa of a saline solution at 25 ° C., pH 6.5 and 1,500 mg / L is 90% or more, further 98% or more, and 25 ° C., pH 6.5, It is preferable that the salt rejection rate is 90% or more, more preferably 98% or more when a magnesium sulfate aqueous solution having a concentration of 1500 mg / L is supplied at 1.5 MPa.

このような性能を有する逆浸透膜は、実際に使用するためにスパイラル、チューブラー、プレート・アンド・フレーム等のエレメントに組み込まれ、また中空糸は束ねた上でエレメントに組み込まれて使用されるが、本発明はこれらの逆浸透膜エレメントの形態に左右されるものではない。   A reverse osmosis membrane having such performance is incorporated into an element such as spiral, tubular, plate and frame for practical use, and hollow fibers are bundled and incorporated into the element. However, the present invention does not depend on the form of these reverse osmosis membrane elements.

また、本発明において、逆浸透膜モジュール3、5は、前記逆浸透膜エレメントを1〜数本圧力容器の中に収めたモジュールはもちろんであるが、このモジュールを複数本並列に配置したものをも含むものである。組合せ、本数、配列は目的に応じて任意に行うことができる。   In the present invention, the reverse osmosis membrane modules 3 and 5 are not only modules in which the reverse osmosis membrane element is contained in one to several pressure vessels, but a plurality of these modules arranged in parallel. Is also included. Combination, number, and arrangement can be arbitrarily performed according to the purpose.

次に、本発明にかかる膜ろ過装置における水の流れを説明する。   Next, the flow of water in the membrane filtration device according to the present invention will be described.

本発明の膜分離装置において、処理水を得るための原水の膜ろ過は、たとえば図2に示すように、バルブV、Vを開、Vを閉として、供給ポンプ6を作動させ、原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール7に導入して行う。精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを透過した処理水は、前処理済みの処理水タンク1に貯められる。 In the membrane separation apparatus of the present invention, membrane filtration of raw water to obtain treated water, for example, as shown in FIG. 2, opens valves V 1 and V 2 and closes V 4 to operate supply pump 6, The raw water is introduced into the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module 7. The treated water that has passed through the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module is stored in the pretreated treated water tank 1.

膜ろ過方式としては、全量膜ろ過方式でもクロスフロー膜ろ過方式でもよい。また、加圧膜ろ過方式でも陰圧膜ろ過方式でもよいが、加圧膜ろ過方式がより高い膜ろ過流束が得られるため好ましい。また、内圧膜ろ過、外圧膜ろ過のどちらでもよいが、外圧膜ろ過のほうが、エアスクラビングの効果が大きいので好ましい。   The membrane filtration method may be a total amount membrane filtration method or a cross flow membrane filtration method. Moreover, although a pressurized membrane filtration system or a negative pressure membrane filtration system may be used, the pressurized membrane filtration system is preferable because a higher membrane filtration flux can be obtained. Moreover, although either an internal pressure membrane filtration or an external pressure membrane filtration may be sufficient, the external pressure membrane filtration is preferable because the effect of air scrubbing is large.

膜ろ過流束は、特に制限するものではないが、0.1〜5m/m・dとするのが好ましい。この膜ろ過流束が0.1m/m・d未満では、生産水の回収率が低下し、5m/m・dを超えると膜モジュールの差圧上昇が高くなるおそれがある。 The membrane filtration flux is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5 m 3 / m 2 · d. If the membrane filtration flux is less than 0.1 m 3 / m 2 · d, the recovery rate of the product water is lowered, and if it exceeds 5 m 3 / m 2 · d, the increase in the differential pressure of the membrane module may be increased.

また、膜ろ過時間は、特に制限するものではないが、5〜60分とし、その後、後述の逆洗を行うことが好ましい。この膜ろ過時間が5分未満では、生産水の回収率が低下し、60分を超えると膜モジュールの差圧上昇が高くなる。   The membrane filtration time is not particularly limited, but it is preferably 5 to 60 minutes and then backwashing described later is performed. When the membrane filtration time is less than 5 minutes, the recovery rate of the production water is reduced, and when it exceeds 60 minutes, the increase in the differential pressure of the membrane module is increased.

原水を膜ろ過処理した処理水は、次に、高圧ポンプ2によって昇圧され第1の逆浸透膜モジュール3に供給される。供給された処理水は、塩分などの溶質が除去された第1の透過水と、塩分などの溶質が濃縮された第1の濃縮水とに分離され、第1の濃縮水は排出口から排出される。そして、第1の逆浸透膜モジュール3で得られた第1の透過水は、さらに低圧ポンプ4で昇圧されたのち第2の逆浸透膜モジュール5に供給される。供給された第1の透過水は、微量の塩分などの溶質がさらに除去された第2の透過水と、微量の塩分などの溶質が濃縮され低濃度の塩分を含んだ第2の濃縮水とに分離され、第2の濃縮水は濃縮水タンク11に貯留される。第2の濃縮水が精密ろ過膜または限外ろ過膜の逆洗に必要な量より多い場合には、第2の濃縮水は前処理済みの処理水タンク1に導入することも好ましい。   The treated water obtained by subjecting the raw water to membrane filtration is then pressurized by the high-pressure pump 2 and supplied to the first reverse osmosis membrane module 3. The supplied treated water is separated into a first permeated water from which solutes such as salt have been removed and a first concentrated water from which solutes such as salt have been concentrated, and the first concentrated water is discharged from the outlet. Is done. Then, the first permeate obtained by the first reverse osmosis membrane module 3 is further pressurized by the low pressure pump 4 and then supplied to the second reverse osmosis membrane module 5. The supplied first permeated water includes a second permeated water from which a solute such as a trace amount of salt is further removed, and a second concentrated water containing a low concentration of a salt by concentrating a solute such as a trace amount of salt. The second concentrated water is stored in the concentrated water tank 11. When the amount of the second concentrated water is larger than the amount necessary for backwashing the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, the second concentrated water is preferably introduced into the pretreated treated water tank 1.

次に、この膜ろ過装置における精密ろ過膜または限外ろ過膜の逆洗方法を説明する。   Next, the back washing method of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane in this membrane filtration apparatus is demonstrated.

精密ろ過膜または限外ろ過膜の逆洗においては、図2に示すように、供給ポンプ6を停止してからバルブV、Vを閉、バルブVを開として、逆洗ポンプ12を作動させ濃縮水タンク11から第2の濃縮水を精密ろ過膜または限外ろ過膜7の処理水側から導入させる。このとき、酸化剤タンク9に貯留された酸化剤を薬注ポンプ10を作動させることにより逆洗水に添加する。逆洗水に添加される酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウムに限らず、二酸化塩素、過酸化水素なども好ましい。なお、精密ろ過膜または限外ろ過膜の逆洗時においても逆浸透膜は連続して運転していることが望ましい。 In the backwashing of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, as shown in FIG. 2, the supply pump 6 is stopped, the valves V 1 and V 2 are closed, the valve V 4 is opened, and the backwash pump 12 is turned on. The second concentrated water is operated from the concentrated water tank 11 and introduced from the treated water side of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane 7. At this time, the oxidizing agent stored in the oxidizing agent tank 9 is added to the backwash water by operating the chemical injection pump 10. The oxidizing agent added to the backwash water is not limited to sodium hypochlorite, and chlorine dioxide, hydrogen peroxide, and the like are also preferable. In addition, it is desirable that the reverse osmosis membrane is continuously operated even when the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane is backwashed.

逆洗の時間は、特に制限するものではないが、1〜120秒の範囲内とするのが好ましい。1回の逆洗時間が1秒未満では、十分な洗浄効果が得られず、120秒を超えると精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの稼働効率が低くなる。   The time for backwashing is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 120 seconds. If the time of one backwash is less than 1 second, sufficient cleaning effect cannot be obtained, and if it exceeds 120 seconds, the operation efficiency of the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module is lowered.

逆洗流束は、特に制限するものではないが、0.1〜10m/m・dの範囲内であることが好ましい。逆洗流束が0.1m/m・d未満では、膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を十分に除去することが難しくなり、10m/m・dを超えると、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールの機械的劣化をまねき易くなる。 The backwash flux is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 10 m 3 / m 2 · d. If the backwashing flux is less than 0.1 m 3 / m 2 · d, it is difficult to sufficiently remove the organic pollutant adhered and deposited on the film surface, and if it exceeds 10 m 3 / m 2 · d, It becomes easy to cause mechanical deterioration of the filtration membrane module or the ultrafiltration membrane module.

さらにまた、逆洗の際に、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール7の原水側に気体を送り込み、精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面を振動させることにより膜の洗浄を行うことも好ましい。精密ろ過膜または限外ろ過膜の膜面に吸着した有機物が逆洗水に含まれる酸化剤により分解されて非吸着性物質となるため、精密ろ過膜または限外ろ過膜の孔を閉塞する非吸着性物質が、気体の導入により有効にふるい落とされ、洗浄効果が高くなる。   Furthermore, when backwashing, the membrane is washed by sending gas to the raw water side of the microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane module 7 and vibrating the membrane surface of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane. Is also preferable. Organic matter adsorbed on the membrane surface of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane is decomposed by the oxidizing agent contained in the backwash water to become a non-adsorbing substance, so that the pores of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane are blocked. The adsorptive substance is effectively screened out by introducing the gas, and the cleaning effect is enhanced.

この第2の逆浸透膜モジュール5で得られた第2の濃縮水による洗浄により、以下の効果が得られる。すなわち、精密ろ過膜または限外ろ過膜の処理水で逆洗する従来の技術では、次亜塩素酸などの酸化剤を高濃度で注入するとpHが高くなりスケールが発生するため、高濃度で注入できなかったのに対し、第2の逆浸透膜モジュール5で得られた第2の濃縮水を洗浄水として使用することにより、塩濃度が1/10以下にすることができ、スケールが発生することがなくなり、次亜塩素酸などの酸化剤を高濃度で注入することができるようになった。また、第2の逆浸透膜モジュール5で得られた第2の濃縮水は、高圧ポンプ2や低圧ポンプ4で昇圧されているため、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール7の処理水に比べて水温が2〜3℃ほど上昇している。次亜塩素酸などの酸化剤は水温が高くなるほど反応速度が速くなるため、精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュール7の処理水を洗浄水として使用する場合に比べて洗浄効率が高くなる利点も兼ね備えている。   The following effects are obtained by washing with the second concentrated water obtained in the second reverse osmosis membrane module 5. In other words, in the conventional technology that backwashes with the treated water of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane, injection with a high concentration of oxidant such as hypochlorous acid causes a high pH and a scale is generated. Whereas it was not possible to use the second concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane module 5 as washing water, the salt concentration can be reduced to 1/10 or less, and scale is generated. As a result, oxidants such as hypochlorous acid can be injected at a high concentration. Moreover, since the 2nd concentrated water obtained with the 2nd reverse osmosis membrane module 5 is pressure | voltage-risen by the high pressure pump 2 or the low pressure pump 4, it is used for the treated water of the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module 7 In comparison, the water temperature has increased by 2 to 3 ° C. Since the reaction rate of oxidizing agents such as hypochlorous acid increases as the water temperature increases, the cleaning efficiency is higher than when the treated water of the microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane module 7 is used as cleaning water. Also has.

このように、本発明によれば、原水を逆浸透膜分離する処理を継続しつつ、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜に高濃度の酸化剤を注入してもスケールの発生を起こさせることなく、精密ろ過膜もしくは限外ろ過膜の膜面に付着、堆積した有機系汚濁物質を効率的に洗浄除去することが可能となる。そのため、逆浸透膜を用いた膜分離装置の長期安定運転が可能となる。   As described above, according to the present invention, while continuing the process of separating the raw water by reverse osmosis membrane, even if a high concentration oxidizing agent is injected into the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane, it does not cause scale generation. It becomes possible to efficiently wash and remove the organic pollutant adhered and deposited on the surface of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane. Therefore, long-term stable operation of a membrane separation apparatus using a reverse osmosis membrane is possible.

本発明は、例えば、海水淡水化やかん水淡水化など塩分を含む原水を逆浸透膜分離する装置の前処理用途として用いられる精密ろ過膜または限外ろ過膜の洗浄に好適に利用される。   The present invention is suitably used for washing a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane used as a pretreatment application for an apparatus for separating raw water containing salt, such as seawater desalination or brine desalination, by reverse osmosis membrane separation.

従来技術を示す膜分離装置のろ過・逆洗工程を示す概略フロー図である。It is a schematic flowchart which shows the filtration and backwashing process of the membrane separator which shows a prior art. 本発明の一実施形態を示す膜分離装置のろ過・逆洗工程を示す概略フロー図である。It is a schematic flowchart which shows the filtration and backwashing process of the membrane separator which shows one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:前処理済みの処理水タンク
2:高圧ポンプ
3:第1の逆浸透膜モジュール
4:低圧ポンプ
5:第2の逆浸透膜モジュール
6:供給ポンプ
7:精密ろ過膜モジュールまたは限外濾過膜モジュール
8:逆洗ポンプ(1)
9:酸化剤タンク
10:薬注ポンプ
11:濃縮水タンク
12:逆洗ポンプ(2)
1: Pretreated treated water tank 2: High pressure pump 3: First reverse osmosis membrane module 4: Low pressure pump 5: Second reverse osmosis membrane module 6: Supply pump 7: Microfiltration membrane module or ultrafiltration membrane Module 8: Backwash pump (1)
9: Oxidant tank 10: Chemical injection pump 11: Concentrated water tank 12: Backwash pump (2)

Claims (4)

原水を精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールで処理して得られた処理水を、第1の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理し、さらに前記第1の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理された透過水を第2の逆浸透膜モジュールで逆浸透処理する膜分離方法において、前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水とする洗浄工程を有することを特徴とする膜分離方法。 The treated water obtained by treating raw water with a microfiltration membrane module or an ultrafiltration membrane module is subjected to reverse osmosis treatment with the first reverse osmosis membrane module and further subjected to reverse osmosis treatment with the first reverse osmosis membrane module. in membrane separation process for reverse osmosis treatment in the second reverse osmosis membrane module permeate was, only at least part of the concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane module, used for the microfiltration membrane module A membrane separation method comprising a washing step of washing water for an ultrafiltration membrane used in a microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane module. 前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜または前記限外ろ過膜の洗浄水として用いるに際し、洗浄水に酸化剤を添加することを特徴とする請求項1に記載の膜分離方法。 And wherein only at least part of the concentrated water obtained in the second reverse osmosis membrane module, upon use as washing water of the microfiltration membrane or the ultrafiltration membrane, adding an oxidizing agent to the wash water The membrane separation method according to claim 1. 原水を処理する精密ろ過膜モジュールまたは限外ろ過膜モジュールを備え、前記精密ろ過膜モジュールまたは前記限外ろ過膜モジュールで得られた処理水を逆浸透処理する第1の逆浸透膜モジュールを有し、さらに前記第1の逆浸透膜モジュールで得られた透過水を逆浸透膜処理する第2の逆浸透膜モジュールを有する膜分離装置において、前記第2の逆浸透膜モジュールで得られた濃縮水の少なくとも一部のみを、前記精密ろ過膜モジュールに用いられる精密ろ過膜または前記限外ろ過膜モジュールに用いられる限外ろ過膜の洗浄水として返送する手段を有することを特徴とする膜分離装置。 A first reverse osmosis membrane module that includes a microfiltration membrane module or an ultrafiltration membrane module for treating raw water, and that performs reverse osmosis treatment of treated water obtained by the microfiltration membrane module or the ultrafiltration membrane module; Further, in the membrane separation apparatus having a second reverse osmosis membrane module for treating the permeate obtained by the first reverse osmosis membrane module with a reverse osmosis membrane, the concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane module A membrane separation apparatus comprising means for returning only at least a part of the microfiltration membrane used in the microfiltration membrane module or washing water for the ultrafiltration membrane used in the ultrafiltration membrane module. さらに酸化剤貯留用の酸化剤タンクを備え、かつ、前記濃縮水の少なくとも一部のみを洗浄水として返送する手段の途中に、前記酸化剤タンクからの酸化剤添加口が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の膜分離装置。 Further comprising an oxidizing agent tank for oxidizing agent reservoir, and, in the middle of the means for returning at least only a portion of the concentrated water as wash water, that the addition of the oxidizing agent outlet from the oxidizer tank is provided The membrane separator according to claim 3, wherein
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