JP6049498B2 - 逆浸透膜装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、逆浸透膜の洗浄や交換に要する手間及び時間を短縮して安定的に連続運転を可能にした逆浸透膜装置及びその運転方法に関する。

海水からの淡水の生成や、河川、湖沼水からの上水の生成には、例えば、逆浸透膜モジュールを備えた逆浸透膜装置が用いられる。逆浸透膜装置は、通常、前処理として、原水となる海水、河川、湖沼水等を取水後、殺菌剤を投入し殺菌を行う処理や、砂ろ過器等により不純物の除去を行う処理等を行って生成された被処理水（清澄水）を用いる。この被処理水を高圧ポンプで例えば６．０ＭＰａ程度の高圧にして逆浸透膜モジュールに供給し、逆浸透膜モジュールにより逆浸透作用で逆浸透膜を透過させ、製造水となる透過水を得るようにしている。

逆浸透膜モジュールは、通常複数の逆浸透膜エレメントで構成されている。逆浸透膜エレメントには、特許文献１に開示されているように、透過水が集められるセンターパイプの周囲に、流路材を内包した袋状の逆浸透膜をメッシュスペーサを介してスパイラル状に巻回し、一端にブラインシールを設けた構造を有したスパイラル型がある。また、平坦なシート状の逆浸透膜を複数重ね合せた平膜型のものがある。

逆浸透膜モジュールは、１個の高圧容器の中に、通常複数の逆浸透膜エレメントが直列に配置され、被処理水（清澄水）を上流側の逆浸透膜エレメントから順々に透過水と塩分や不純物を含んだ濃縮水に膜分離し、各逆浸透膜エレメントで透過水を得ている。各逆浸透膜エレメントで透過水と分離された濃縮水は、下流側の逆浸透膜エレメントでさらに透過水と濃縮水に膜分離される。よって、下流側ほど濃縮水の塩分濃度や不純物濃度が大きくなる。特許文献２には、被処理水の導入路に対してスパイラル型逆浸透膜エレメントを内蔵した複数の高圧容器を並列に配置した構成が開示されている。

図６は、１個の高圧容器の内部に複数のスパイラル型逆浸透膜エレメントを直列に配置した従来の逆浸透膜装置の構成例を示している。図６において、この逆浸透膜装置１００は、１個の高圧容器１０２に、４〜６本の逆浸透膜エレメント１０４が直列に配置されている。被処理水ｔｗは、被処理水導入路１１４から高圧容器１０２の入口開口１０２ａに高圧で供給される。直列に配置された複数の逆浸透膜エレメントのうち被処理水ｔｗの上流側を前段とし、下流側を後段とした場合、被処理水ｔｗは最前段の逆浸透膜エレメント１０４の入口端から入り、逆浸透膜エレメント１０４ａの内部で逆浸透膜により透過水ｐｗと濃縮水ｃｓとに膜分離される。

透過水ｐｗはセンターパイプ１０６に流入し、濃縮水ｃｓは最前段の逆浸透膜エレメントの出口端から流出する。最前段の逆浸透膜エレメント１０４ａのセンターパイプ１０６の入口端はエンドキャップ１０８で閉塞されている。各逆浸透膜エレメント１０４のセンターパイプ１０６は、コネクタ１１０で接続されている。そのため、各逆浸透膜エレメントの透過水ｐｗは、センターパイプ１０６で合流し、高圧容器１０２の出口開口１０２ｂから透過水流出路１１６に排出される。

高圧容器１０２の内部は、各逆浸透膜エレメント１０４の外周面に設けられたブラインシール１１２で仕切られているので、前段の逆浸透膜エレメントから流出した濃縮水ｃｗは、後段の逆浸透膜エレメントを素通りすることなく、後段の逆浸透膜エレメントに被処理水として流入する。こうして濃縮水ｃｗは、各逆浸透膜エレメントで順々に透過される。最終段に配置された逆浸透膜エレメント１０４から排出された濃縮水ｃｗは、高圧容器１０２の出口端に形成された出口開口１０２ｃから濃縮水排出路１１８に排出される。

被処理水導入路１１４を流れる被処理水ｔｗの圧力と、濃縮水排出路１１８を流れる濃縮水ｃｗの圧力との差圧を検出する差圧計１２０を設けられている。
逆浸透膜エレメント１００の洗浄方法は、差圧計１２０の検出値が閾値を超えたら、逆浸透膜に堆積した、例えば難溶性成分や高分子の溶質、コロイド、微小固形物などのファウリング物質の堆積量が限界値を超えたと判断し、逆浸透膜装置１００の運転を止め、洗浄作業を行っていた。被処理水導入路１１４を流れる被処理水ｔｗと透過水排出路１１６を流れる透過水ｐｗとの間でも同様のことが言える。従って、被処理水導入路１１４を流れる被処理水ｔｗと透過水排出路１１６を流れる透過水ｐｗとの圧力差を検出するようにしてもよい。

特開２００１−３００２６４号公報 特開２００１−１９１０７１号公報

逆浸透膜へのファウリング物質の堆積は、直列に配置された逆浸透膜エレメントのうち、前段に配置された逆浸透膜エレメントに集中する。一方、被処理水が塩分を含んだ海水の場合、後段の逆浸透膜エレメントほど、濃縮海水中のＣａやＭｇなどの金属イオンの濃度が高まる。これらの金属イオンが海水中に溶融しているＣＯ_２などと反応し、スケールを生成するため、後段の逆浸透膜エレメントで、逆浸透膜に堆積するスケールの堆積量が増加する。なお、このスケールをクエン酸やＨＣｌ等の化学薬品を投入して除去する方法もあるが、化学薬品の使用量が増加し、高コストとなるという問題がある。

前述のように、従来の洗浄方法は、１個の高圧容器に直列に配置された複数の逆浸透膜エレメントを同時に洗浄するので、ファウリング（目詰まり）の少ない中間部位の逆浸透膜エレメントまで必要以上に洗浄することになり、洗浄時間と洗浄薬剤の無駄が多いという問題がある。また、洗浄により不可避的に発生する逆浸透膜へのダメージを必要以上に逆浸透膜に与えてしまう。さらに、差圧計による監視は、複数の逆浸透膜エレメントの累積した差圧を監視しているので、差圧を検出する感度が鈍く、そのため、洗浄タイミングを逸してしまう場合がある。

また、逆浸透膜に堆積したファウリング物質を完全に除去できない場合、逆浸透膜エレメントの交換が必要となるが、複数の逆浸透膜エレメントを内蔵した高圧容器を開放し、交換作業をするため、多くの手間と時間を要するという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、高圧容器の内部に複数の逆浸透膜エレメントが直列に配置され、原水を前処理して生成した被処理水（清澄水）を１段目の逆浸透膜エレメントから順々に濃縮水と透過水とに膜分離し、透過水を得るようにした逆浸透膜装置において、逆浸透膜装置の洗浄に要する手間と時間を短縮し、逆浸透膜装置の稼動率を高め、安定運転を可能にすることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の逆浸透膜装置は、被処理水の導入路に対して並列に配置され、直列に配置された複数の逆浸透膜エレメントのうち、ファウリングが激しい前段（被処理水に対して上流側）又は後段（被処理水に対して下流側）にある第１の逆浸透膜エレメントを夫々内蔵した複数の第１の高圧容器群と、複数の逆浸透膜エレメントのうち、第１の高圧容器群に対して直列に配置され、第１の逆浸透膜エレメント以外の第２の逆浸透膜エレメントが直列配置で内蔵された第２の高圧容器と、第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に堆積したファウリング物質の堆積量を検出する堆積量検出手段と、第１の逆浸透膜エレメントに堆積したファウリング物質が閾値を超えたとき、第１の逆浸透膜エレメントへの被処理水の導入を停止し、被処理水を第１の逆浸透膜エレメントと並列に配置された別な第１の逆浸透膜エレメントに流入させる流路切換手段とを備えている。

本発明では、直列に配置された複数の逆浸透膜エレメントのうち、ファウリングが激しい前段又は後段にある第１の逆浸透膜エレメントを他の逆浸透膜エレメントとは別の高圧容器に収容する。そして、第１の逆浸透膜エレメントのみのファウリング物質の堆積量を検出し、この堆積量が閾値を超えたら、第１の逆浸透膜エレメントのみ洗浄作業又は交換作業を行う。第２の逆浸透膜エレメントは、洗浄又は交換の頻度が少ないので、必要に応じ別途洗浄作業又は交換作業を行えばよい。

本発明によれば、ファウリングが激しい前段又は後段の逆浸透膜エレメントのみを夫々内蔵した第１の高圧容器群を並列に配置したことで、一つの逆浸透膜エレメントが洗浄又は交換等の保守点検で運転を停止しても、被処理水を他の第１の高圧容器に内蔵された逆浸透膜エレメントに供給することで、運転を継続できる。また、前段又は後段の逆浸透膜エレメントに対し、第２の逆浸透膜エレメントと独立して洗浄又は交換のタイミングを設定することで、洗浄薬剤投入の無駄を省き、低コスト化できる。さらに、ファウリングが激しい逆浸透膜エレメントの洗浄又は交換が必要であるとき、第１の逆浸透膜エレメントのみを内蔵した高圧容器を開放すればよいので、洗浄作業又は交換作業の手間を省くことができると共に、これらに要する時間を短縮できる。

本発明の一態様において、第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜を洗浄した後の洗浄液を排出する洗浄液排出路とをさらに備えることができる。これによって、洗浄液を逆浸透膜に供給し、洗浄液流が逆浸透膜に作用する剥離力で、逆浸透膜に付着したファウリング物質を剥離できる。そのため、酸やアルカリなど、強力な洗浄効果を有する化学薬品の洗浄能力に頼る必要がなくなり、環境負荷の小さい洗浄が可能となる。

この場合、逆浸透膜に沿い逆浸透膜に接触する洗浄液流を形成してもよく、又は洗浄液流によって逆浸透膜を透過する流れを形成してもよい。逆浸透膜に沿う洗浄液の流れは、被処理水導入路と濃縮水排出路との間を流れる洗浄液流によって形成でき、逆浸透膜を透過する洗浄液の流れは、例えば、透過水路から逆浸透膜に導入される洗浄液流によって形成できる。

堆積量検出手段の一態様として、第１の逆浸透膜エレメントの被処理水導入路を流れる被処理水の圧力と、濃縮水排出路を流れる濃縮水の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、差圧検出手段の検出値からファウリング物質の堆積量を算出する堆積量算出手段とを備えることができる。この構成によって、ファウリングが激しい第１の逆浸透膜エレメントのファウリング物質の堆積量を正確に検出できるので、第１の逆浸透膜エレメントの洗浄又は交換のタイミングを正確に検出できる。

本発明の一態様において、堆積量検出手段で検出されたファウリング物質の堆積量が閾値を超えた時、アラームを発信するアラーム発信機をさらに備えてもよい。これによって、第１の逆浸透膜エレメントの洗浄又は交換が必要なタイミングを遅滞なく知ることができる。

本発明の一態様として、第２の高圧容器を、第１の高圧容器群の出口に設けられた濃縮水流出路に対して複数個並列に配置することができる。これによって、透過水の製造能力を増大又は可変にできると共に、逆浸透膜装置の運転を停止させることなく、第２の高圧容器のひとつに内蔵された逆浸透膜エレメントの洗浄又は交換が可能になる。

本発明の逆浸透膜装置の運転方法は、アラーム発信機がアラームを発信したとき、ファウリング物質が閾値を超えた第１の逆浸透膜エレメントに対して被処理水の導入を停止させ、流路切換手段により、被処理水を他の第１の逆浸透膜エレメントに導入する流路切換工程と、洗浄水供給部から洗浄液を供給し、洗浄液の流れによって、第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に付着したファウリング物質を剥離させた後、洗浄液を洗浄水排出路から排出する洗浄工程とからなる。本発明方法によれば、本発明装置が得られる前記作用効果に加えて、アラーム信号により第１の逆浸透膜エレメントの洗浄が必要なタイミングを遅滞なく知ることができる。

本発明方法の一態様として、洗浄工程において、洗浄液として被処理水を、透過水路を介し第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に発生する浸透圧より低圧で第１の逆浸透膜エレメントに供給し、透過水と被処理水の塩濃度の差を利用して、被処理水の浸透圧と浸透圧をもたない透過水との間の圧力差によって透過水を透過水路側から逆浸透膜エレメントを通して被処理水側に逆流させることができる。これによって、低動力で、かつ洗浄液として強力な洗浄効果を有する化学薬品を使用することなく、洗浄が可能になり、省エネで環境負荷が小さい洗浄を実現できる。

本発明によれば、ファウリングが激しい第１の逆浸透膜エレメントのみを１個の高圧容器に内蔵させ、かつこの高圧容器を被処理水の導入路に対して複数並列に配置したことで、逆浸透膜装置の洗浄に要する手間と時間を短縮し、かつ逆浸透膜装置の稼動率を高め、安定運転を可能にする。

本発明の第１実施形態に係る逆浸透膜装置の系統図である。 前記第１実施形態に係る逆浸透膜装置の制御系を示すブロック線図である。 本発明の第２実施形態に係る逆浸透膜装置の系統図である。 本発明の第３実施形態に係る逆浸透膜装置の系統図である。 本発明の第４実施形態に係る逆浸透膜装置の系統図である。 従来の逆浸透膜装置の縦断面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態は、海水淡水化プラントに適用された逆浸透膜装置の例である。図１において、本実施形態では、被処理水として、導入した原海水を殺菌し、かつゴミ類や微生物等の比較的大きな夾雑物を除去する前処理を行う。前処理後の清澄海水ｓｗを被処理水として用いる。逆浸透膜装置１０Ａは、清澄海水ｓｗの導入路１８に対して、２個の高圧容器１２ａ及び１２ｂが導入分岐路１８ａ及び１８ｂを介して接続されている。高圧容器１２ａ及び１２ｂの内部には、夫々１個の逆浸透膜エレメント１４ａ及び１４ｂが内蔵されている。

清澄海水ｓｗは、導入分岐路１８ａ又は１８ｂを介して、高圧容器１２ａ又は１２ｂの入口開口２２に、清澄海水導入路１８に設けられたポンプ２０によって高圧で供給される。清澄海水ｓｗは、逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂの入口端から逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂの内部に入り、逆浸透膜により、透過水ｐｗと濃縮海水ｃｓとに分離される。また、高圧容器１２ａと１２bは同時に運転してもよく、高圧容器１２ａ又は１２ｂのいずれか片方のみを運転してもよい。

透過水ｐｗは、センターパイプ２８に流入し、濃縮海水ｃｓは逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂの出口端から流出する。逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂのセンターパイプ２８の入口は、エンドキャップ３０で閉塞されている。センターパイプ２８は、高圧容器１２ａ又は１２ｂの出口開口２４にコネクタ３２で接続されており、透過水ｐｗは、センターパイプ２８から出口開口２４を経て透過水流出路３４ａ又は３４ｂに流出する。透過水流出路３４ａ及び３４ｂは１本の透過水集合路３６に接続されている。高圧容器１２ａ又は１２ｂの内部は、逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂの外周面に設けられたブラインシール３１で仕切られている。

濃縮海水ｃｓは、逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂの出口端から流出する。高圧容器１２ａ又は１２ｂの出口端には、出口開口２６が形成され、出口開口２６は濃縮海水流出路３８ａ又は３８ｂに接続されている。濃縮海水流出路３８ａ及び３８ｂは１本の濃縮海水集合路４０に合流し、濃縮海水集合路４０は、高圧容器１６に形成された入口開口１６ａに接続されている。高圧容器１６及びその内部の構成は、基本的に図６に示す高圧容器１０２及びその内部の構成と同一である。

即ち、高圧容器１６の内部に、多数の逆浸透膜エレメント４２が直列に配置されている。各逆浸透膜エレメントの透過水ｐｗが流出するセンターパイプ４４は、互いにコネクタ４６で接続され、各逆浸透膜エレメントの透過水ｐｗは、センターパイプ４４で合流する。センターパイプ４４は、高圧容器１６の出口開口１６ｂとコネクタ４６で接続されている。各逆浸透膜エレメントの透過水ｐｗは、出口開口１６ｂから透過水流出路５２に流出する。透過水集合路３６は透過水流出路５２に接続されている。最前段の逆浸透膜エレメント４２のセンターパイプ４４の前端はエンドキャップ４８で閉塞され、高圧容器１６の内部は各逆浸透膜エレメントの外周面に設けられたブラインシール５０で仕切られている。

逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂで濃縮された濃縮海水ｃｓは、濃縮海水集合路４０から高圧容器１６の内部に流入する。高圧容器１６に流入した濃縮海水ｃｓは、まず、最前段の逆浸透膜エレメント４２で濃縮海水ｃｓと透過水ｐｗに膜分離される。この透過水ｐｗはセンターパイプ４６に流出し、濃縮海水ｃｓは最前段の逆浸透膜エレメント４２の出口端から流出し、その後、各逆浸透膜エレメントで順々に濃縮される。高圧容器１６の出口端に出口開口１６ｃが形成され、出口開口１６ｃに濃縮海水流出路５４が接続されている。最終段の逆浸透膜エレメント４２で膜分離された後の濃縮海水ｃｓは、出口開口１６ｃから濃縮海水流出路５４に流出する。

高圧容器１２ａには、導入分岐路１８ａを流れる清澄海水ｓｗと、濃縮海水流出路３４ａを流れる濃縮海水ｃｓとの圧力差を検出する差圧計５６ａが設けられ、高圧容器１２ｂには、導入分岐路１８ｂを流れる清澄海水ｓｗと、濃縮海水流出路３８ｂを流れる濃縮海水ｃｓとの圧力差を検出する差圧計５６ｂが設けられている。また、導入分岐路１８ａ、１８ｂ及び濃縮海水流出路３８ａ、３８ｂには、夫々流路を切り替えるための仕切弁５８ａ、５８ｂ、６０ａ及び６０ｂが設けられている。

濃縮海水流出路３８ａ、３８ｂには、夫々洗浄液注入路６２ａ及び６２ｂが接続され、導入分岐路１８ａ、１８ｂには、夫々洗浄液排出路６４ａ及び６４ｂが接続されている。また、高圧容器１６では、濃縮海水流出路４０を流れる濃縮海水ｃｓと、濃縮海水流出路５４を流れる濃縮海水ｃｓとの差圧を検出する差圧計６６が設けられている。

図２は、逆浸透膜１０Ａの制御系を示す。差圧計５６ａ、５６ｂ及び６６の検出値は、演算部６７に送られる。演算器６７では、入力した検出値からファウリング物質の堆積量を算出する。そして、算出した堆積量が閾値を超えていたら、アラーム発信機６８にアラーム発信信号を送る。アラーム発信機６８では、アラーム発信信号を受けて、アラームを発信する。

かかる構成において、逆浸透膜装置１０Ａの運転時において、仕切弁５８ａ、５８ｂ、６０ａ及び６０ｂを操作することで、清澄海水ｓｗは、高圧容器１２ａ又は１２ｂの一方又は両方に導入され、一方が保守点検を行うときは一方のみに清澄海水ｓｗを導入する。高圧容器１２ａ又は１２ｂに内蔵された逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂで膜分離された透過水ｐｗは、透過水流出路３４ａ又は３４ｂ、透過水集合路３６を介して透過水流出路５２に流出する。濃縮海水ｃｓは、濃縮海水流出路３８ａ又は３８ｂ及び濃縮海水流出路４０を介して、高圧容器１６に流入し、高圧容器１６に内蔵された逆浸透膜エレメント４２で上流側から順々に濃縮海水ｃｓと透過水ｐｗに膜分離される。

最終段に配置された逆浸透膜エレメント４２で膜分離された透過水ｐｗは、透過水流出路５２に流出し、濃縮海水ｃｓは濃縮海水流出路５４から流出する。運転中、差圧計５６ａ、５６ｂ及び６６を監視し、これら差圧計の検出値に基づいて演算器６７で算出したファウリング物質の堆積量が閾値を超えたら、仕切弁５８ａ、５８ｂ、６０ａ及び６０ｂを操作し、閾値を超えた逆浸透膜エレメントへの清澄海水ｓｗの通水を停止し、この逆浸透膜エレメントの洗浄工程を開始する。

例えば、逆浸透膜エレメント１４ａを洗浄する洗浄工程では、洗浄液注入路６２ａから洗浄液ａを注入し、逆浸透膜エレメント１４ａの逆浸透膜の表面に接する洗浄液流を形成する。該逆浸透膜を洗浄した後の洗浄液ａは洗浄水排出路６４ａから排出する。逆浸透膜エレメント１４ｂを洗浄する場合も同様の操作をする。高圧容器１６に内蔵された逆浸透膜エレメント４２の堆積量は少なく、洗浄を要する頻度は少ないが、堆積量が閾値を超えたら、同様に洗浄工程を行う。
なお、洗浄してもファウリング物質を完全に除去できないときは、逆浸透膜エレメントを交換してもよい。

本実施形態によれば、ファウリングが激しい前段の逆浸透膜エレメント１４ａと１４ｂのみを洗浄するので、洗浄薬剤投入の無駄を省き、低コスト化できる。また、洗浄頻度が高い逆浸透膜エレメント１４ａ及び１４ｂを夫々内蔵した高圧容器１２ａ及び１２ｂを清澄海水導入路１８に対して並列に配置したので、一方の洗浄工程を行う場合、他方の運転を継続できる。よって、逆浸透膜装置１０Ａの稼動率を高く維持でき、安定運転を可能にする。さらに、逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂのみを内蔵した高圧容器１２ａ又は１２ｂを開放すればよいので、洗浄作業の手間を省くことができると共に、洗浄に要する時間を短縮できる。

また、洗浄液の流れが逆浸透膜に作用することで、逆浸透膜に付着したファウリング物質を剥離することができるので、酸やアルカリなどの強力な洗浄力を有する化学薬品の洗浄能力に頼る必要がなく、環境負荷の小さい洗浄が可能となる。なお、本実施形態では、高圧容器１２ａ及び１２ｂは、夫々１個の逆浸透膜エレメントを内蔵しているが、本発明では、必ずしも１個の逆浸透膜エレメントに限定されず、複数の逆浸透膜エレメントを内蔵させてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。本実施形態の逆浸透膜装置１０Ｂは、前記第１実施形態と比べて、直列に配置された複数個の逆浸透膜エレメント４２を内蔵した高圧容器１６を濃縮海水流出路４０に対して複数個並列に配置したものである。個々の高圧容器１６及びその内部構造は、前記第１実施形態の高圧容器１６及びその内部構造と同一である。各高圧容器１６の出口開口１６ｂに接続された透過水流出路７０は１本の透過水集合路７１に合流している。高圧容器１６の出口開口１６ｃに接続された濃縮海水流出路７２は、濃縮海水集合路７３に合流している。

また、高圧容器１２ａ及び１２ｂから透過水ｐｗが流出する透過水流出路３４ａ及び３４ｂに、夫々仕切弁７４ａ及び７４ｂが設けられている。そして、仕切弁５８ａの上流で導入分岐路１８ａから分岐し、仕切弁７４ａの上流で透過水流出路３４ａに接続するバイパス路７６ａが設けられている。また、仕切弁５８ｂの上流で導入分岐路１８ｂから分岐し、仕切弁７４ｂの上流で透過水流出路３４ｂに接続するバイパス路７６ｂが設けられている。バイパス路７６ａ及び７６ｂには、夫々仕切弁７７ａ及び７７ｂが設けられている。また、透過水流出路３４ａ及び３４ｂには、洗浄工程時に、洗浄液として供給された清澄海水ｓｗを排出する清澄海水排出路７８ａ及び７８ｂが設けられている。その他の構成は、基本的に第１実施形態と同一である。

本実施形態では、高圧容器１２ａ及び１２ｂの濃縮海水流出路３８ａ及び３８ｂに対して、複数の高圧容器１６を並列に設けているので、透過水ｐｗの製造能力を増大できる。また、洗浄工程において、例えば、高圧容器１２ａに内蔵された逆浸透膜エレメント１４ａを洗浄する場合、仕切弁５８ａ、７４ａ及び６０ａを閉とし、仕切弁７７ａを開とする。その後、ポンプ２０で逆浸透膜エレメント１４ａの逆浸透膜で発生する浸透圧より低い圧力で、清澄海水ｓｗをバイパス路７６ａから透過水流出路３４ａに供給する。

これによって、透過水ｐｗと清澄海水ｓｗとが混じった混合流が逆浸透膜エレメント１４ａの逆浸透膜に到達し、この混合流のうち透過水ｐｗのみが逆浸透膜を通過する。このとき発生する清澄海水ｓｗの浸透圧と浸透圧をもたない透過水ｐｗとの間の圧力差によって、透過水ｐｗを透過水流出路３４ａから逆浸透膜を透過させる。透過水ｐｗの透過によって逆浸透膜に堆積しているファウリング物質を剥離除去する。
逆浸透膜を正浸透現象により通過した透過水ｐｗは、洗浄水排出路６４ａから排出され、逆浸透膜エレメント１４ａに供給にした清澄海水ｓｗは、清澄海水排出路７８ａから排出される。高圧容器１２ｂに内蔵された逆浸透膜エレメント１４ｂを洗浄する場合も同様の操作を行う。なお、逆浸透膜エレメントを洗浄しても、ファウリング物質を除去できないときは、逆浸透膜エレメントを交換してもよい。

本実施形態によれば、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、清澄海水ｓｗの浸透圧を利用して逆浸透膜エレメントの洗浄を行っているので、ポンプ２０を低動力で作動できる。また、洗浄液として強力な洗浄効果を有する化学薬品を使用することなく洗浄が可能になり、省エネで環境負荷が小さい洗浄を実現できる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図４により説明する。本実施形態の逆浸透膜装置１０Ｃは、図１又は図３に示す高圧容器１６及びその内部構造と同一の構成を有し、複数の逆浸透膜エレメント４２が直列に配置された高圧容器１６を有する。高圧容器１６の入口端に清澄海水導入路１８が接続され、高圧容器１６の出口開口１６ｃに接続された濃縮海水流出路５４は、分岐流出路８０ａ及び８０ｂに分岐し、分岐流出路８０ａは高圧容器８１ａの入口開口８２に接続され、分岐流出路８０ｂは高圧容器８１ｂの入口開口に接続されている。高圧容器８１ａ、８１ｂ及びその内部構造は、前記第１実施形態及び前記第２実施形態の高圧容器１２ａ、１２ｂの内部構造と同一である。

高圧容器８１ａには１個の逆浸透膜エレメント８５ａが内蔵され、高圧容器８１ｂには、１個の逆浸透膜エレメント８５ｂが内蔵されている。逆浸透膜エレメント８５ａ及び８５ｂで膜分離された透過水ｐｗは、夫々透過水流出路８６ａ及び８６ｂから透過水集合路８８に流出する。濃縮海水ｃｓは、出口開口８４から濃縮海水流出路９０ａ及び９０ｂに流出し、濃縮海水集合路９１に合流する。また、分岐流出路８０ａを流れる濃縮海水ｃｓと、濃縮海水流出路９０ａを流れる濃縮海水ｃｓとの差圧を検出する差圧計９２ａが設けられ、分岐流出路８０ｂを流れる濃縮海水ｃｓと、濃縮海水流出路９０ｂを流れる濃縮海水ｃｓとの差圧を検出する差圧計９２ｂが設けられている。

さらに、濃縮海水流出路９０ａ及び９０ｂには、夫々洗浄液注入路９４ａ及び９４ｂが接続されている。分岐流出路８０ａ及び８０ｂには、夫々仕切弁９８ａ及び９８ｂが設けられ、かつ夫々洗浄液排出路９６ａ及び９６ｂが接続されている。また、濃縮海水流出路９０ａ及び９０ｂには、夫々仕切弁９９ａ及び９９ｂが設けられている。

かかる構成において、高圧容器１６に内蔵された複数の逆浸透膜エレメント４２で順々に濃縮された濃縮海水ｃｓは、高圧容器８１ａ又は８１ｂの一方又は両方に導入され、一方が保守点検を行うときは他方のみに濃縮海水ｃｓが導入される。
前述のように、最終段の逆浸透膜エレメント８５ａ又は８５ｂに導入される濃縮海水ｃｓには、ＣａやＭｇなどの高濃度の金属イオンが含まれている。これらの金属イオンが海水中に溶融しているＣＯ_２などと反応し、スケールを生成するため、逆浸透膜エレメント８５ａ及び８５ｂの逆浸透膜に堆積するスケールの堆積量が急激に増加する。

逆浸透膜装置１０Ｃの運転中、差圧計６６、９２ａ又は９２ｂの検出値が閾値を超えたら、閾値を超えた差圧計に対応した高圧容器への濃縮海水ｃｓの導入を停止し、洗浄工程を行う。この洗浄工程は前記第１実施形態と同様の方法を行う。例えば、差圧計９２ａの検出値が閾値を超えたとき、仕切弁９８ａ、９８ｂ、９９ａ及び９９ｂを操作し、逆浸透膜エレメント８５ａへの清澄海水ｓｗの通水を停止し、洗浄工程に移行する。
洗浄工程では、まず、洗浄液注入路９４ａから洗浄液を注入し、逆浸透膜エレメント８５ａの表面に接するように洗浄液流を形成させた後、洗浄水排出路９６ａから洗浄液を排出する。高圧容器８１ｂに内蔵された逆浸透膜エレメント８５ｂを洗浄する場合も同様の操作をする。

本実施形態によれば、ファウリングが激しい最終段の逆浸透膜エレメント８５ａ、８５ｂを内蔵した高圧容器８１ａ及び８１ｂを濃縮海水流出路５４に対して並列に配置し、一方の洗浄作業を行う時でも、他方の運転を継続できるので、逆浸透膜装置１０Ｃの稼動率を高く維持でき、安定運転を可能にする。また、高圧容器１６に内蔵された逆浸透膜エレメント４２とは別に、洗浄頻度が頻繁な逆浸透膜エレメント８５ａ又は８５ｂのみを洗浄するので、洗浄薬剤投入の無駄を省き、低コスト化できる。
さらに、逆浸透膜エレメント８５ａ又は８５ｂのみを内蔵した高圧容器８１ａ又は８１ｂを開放すればよいので、洗浄作業の手間を省くことができると共に、洗浄に要する時間を短縮できる。

また、洗浄液の流れが逆浸透膜に作用することで、逆浸透膜に付着したファウリング物質を除去するようにしているので、酸やアルカリなどの強力な洗浄力を有する化学薬品の洗浄能力に頼る必要がなく、環境負荷の小さい洗浄が可能となる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態の逆浸透膜装置１０Ｄにおいて、ポンプ２０によって清澄海水導入路１８から供給された清澄海水ｓｗは、導入分岐路１８ａ及び１８ｂを介して高圧容器１２ａ又は１２ｂに流入する。高圧容器１２ａ又は１２ｂには夫々１段目の逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂが内蔵されている。清澄海水ｓｗは高圧容器１２ａ又は１２ｂで膜分離され、透過水流出路３４ａ又は３４ｂに流出した透過水ｐｗは、透過水集合路３６から透過水集合路８８に流出する。

高圧容器１２ａ又は１２ｂから濃縮海水流出分岐路３８ａ又は３８ｂに流出した濃縮海水ｃｓは、濃縮海水集合路４０に流出する。濃縮海水集合路４０に対して、複数の高圧容器１６が並列に配置され、高圧容器１６には、２段目から最終段の前段までの複数の逆浸透膜エレメント４２が直列に配置されている。濃縮海水流出路４０に流出した濃縮海水ｃｓは、いずれかの高圧容器１６に流入し膜分離される。高圧容器１６から透過水流出路７０に流出した透過水ｐｗは、透過水集合路７１を介して透過水集合路８８に合流する。

いずれかの高圧容器１６から濃縮海水流出路７２に流出した濃縮海水ｃｓは、濃縮海水集合路７３に合流する。濃縮海水集合路７３に対して、高圧容器８１ａ及び８１ｂが並列に配置されている。高圧容器８１ａ及び８１ｂには、夫々最終段の逆浸透膜エレメント８５ａ及び８５ｂが内蔵されている。濃縮海水ｃｓは、濃縮海水集合路７３から高圧容器８１ａ又は８１ｂに流入し膜分離される。高圧容器８１ａ及び８１ｂから透過水流出路８６ａ又は８６ｂに流出した透過水ｐｗは、透過水集合路８８に流出する。高圧容器８１ａ及び８１ｂから濃縮海水流出路９０ａ又は９０ｂに流出した濃縮海水ｃｓは、濃縮海水集合路９１に合流し排出される。

高圧容器１２ａ、１２ｂ、１６及びその内部構造は、第１実施形態及び第２実施形態で用いられる高圧容器１２ａ、１２ｂ、１６及びその内部構造と同一である。また、高圧容器８１ａ及び８１ｂ及びその内部構造は、前記第３実施形態で用いられる高圧容器８１ａ及び８１ｂ及びその内部構造と同一である。

高圧容器１２ａには、導入分岐路１８ａを流れる清澄海水ｓｗの圧力と、濃縮海水流出路３８ａを流れる濃縮海水ｃｓの圧力との差圧を検出する差圧計５６ａが設けられ、高圧容器１２ｂには、導入分岐路１８ｂを流れる清澄海水ｓｗの圧力と、濃縮海水流出路３８ｂを流れる濃縮海水ｃｓの圧力との差圧を検出する差圧計５６ｂが設けられている。
また、複数の高圧容器１６には夫々濃縮海水集合路４０を流れる濃縮海水ｃｓの圧力と、濃縮海水排出路７０を流れる濃縮海水ｃｓの圧力との差圧を検出する差圧計６６が設けられている。

さらに、高圧容器８１ａには、濃縮海水集合路７３を流れる濃縮海水ｃｓの圧力と、濃縮海水流出路９０ａを流れる濃縮海水ｃｓの圧力との差を検出する差圧計９２ａが設けられ、高圧容器８１ｂには、濃縮海水集合路７３を流れる濃縮海水ｃｓの圧力と、濃縮海水流出路９０ｂを流れる濃縮海水ｃｓの圧力との差を検出する差圧計９２ｂが設けられている。

また、高圧容器１２ａ及び１２ｂから透過水ｐｗが流出する透過水流出路３４ａ及び３４ｂに、夫々仕切弁７４ａ及び７４ｂが設けられている。そして、仕切弁５８ａの上流で導入分岐路１８ａから分岐し、仕切弁７４ａの上流で透過水流出路３４ａに接続するバイパス路７６ａが設けられている。また、仕切弁５８ｂの上流で導入分岐路１８ｂから分岐し、仕切弁７４ｂの上流で透過水流出路３４ｂに接続するバイパス路７６ｂが設けられている。バイパス路７６ａ及び７６ｂには、夫々仕切弁７７ａ及び７７ｂが設けられ、透過水流出路３４ａ及び３４ｂには、洗浄工程時に、洗浄液として供給される清澄海水ｓｗを排出する清澄海水排出路７８ａ及び７８ｂが設けられている。

濃縮海水流出路９０ａ及び９０ｂには、夫々洗浄液注入路９４ａ及び９４ｂが接続されると共に、夫々仕切弁９９ａ及び９９ｂが設けられている。分岐流出路８０ａ及び８０ｂには、夫々洗浄液排出路９６ａ及び９６ｂが分岐されると共に、夫々仕切弁９８ａ及び９８ｂが設けられている。

前記いずれかの差圧計の検出値が閾値を超えると、閾値を超えた高圧容器への被処理水の導入を止め、洗浄作業が開始される。高圧容器１２ａ又は１２ｂの洗浄作業は、例えば、高圧容器１２ａの場合、第２実施形態で説明したように、仕切弁５８ａ、７４ａ及び６０ａを閉とし、仕切弁７７ａを開とする。その後、ポンプ２０で逆浸透膜エレメント１４ａの逆浸透膜で発生する浸透圧より低い圧力で、清澄海水ｓｗをバイパス路７６ａから透過水流出路３４ａに供給する。

これによって、透過水ｐｗと清澄海水ｓｗとが混じった混合流が逆浸透膜エレメント１４ａの逆浸透膜に到達し、この混合流のうち透過水ｐｗのみが逆浸透膜を通過する。このとき発生する清澄海水ｓｗの浸透圧と浸透圧をもたない透過水ｐｗとの間の圧力差によって、透過水ｐｗを透過水流出路３４ａから逆浸透膜を透過させる。透過水ｐｗの透過によって逆浸透膜に堆積しているファウリング物質を剥離除去する。
逆浸透膜を正浸透現象により通過した透過水ｐｗは、洗浄液排出路６４ａから排出され、逆浸透膜エレメント１４ａに供給にした清澄海水ｓｗは、清澄海水排出路７８ａから排出される。高圧容器１２ｂに内蔵された逆浸透膜エレメント１４ｂを洗浄する場合も同様の操作を行う。

高圧容器８１ａ又は８１ｂの洗浄作業は、例えば、高圧容器８１ａの場合、第３実施形態で説明したように、仕切弁９８ａ、９８ｂ、９９ａ及び９９ｂを操作し、逆浸透膜エレメント８１ａへの清澄海水ｓｗの通水を停止し、洗浄工程に移行する。
洗浄工程では、まず、洗浄液注入路９４ａから洗浄液ａを注入し、逆浸透膜エレメント８５ａの表面に接するように洗浄液流を形成させた後、洗浄水排出路９６ａから洗浄液を排出する。高圧容器８１ｂに内蔵された逆浸透膜エレメント８５ｂを洗浄する場合も同様の操作をする。洗浄の頻度が少なくて済む高圧容器１６の場合も、高圧容器１２ａ、１２ｂ又は高圧容器８１ａ、８１ｂに準じて洗浄作業を行う。

本実施形態によれば、ファウリングが激しい１段目の逆浸透膜エレメント１４ａ、１４ｂを内蔵した高圧容器１２ａ、１２ｂを清澄海水導入路１８に対して並列に配置すると共に、最終段の逆浸透膜エレメント８５ａ、８５ｂを内蔵した高圧容器８１ａ、８１ｂを濃縮海水集合路７３に対して並列に配置したので、一方の洗浄作業を行う時でも、他方の運転を継続できる。そのため、逆浸透膜装置１０Ｄの稼動率を高く維持でき、安定運転を可能にする。また、高圧容器１６に内蔵された逆浸透膜エレメント４２とは別に、洗浄頻度が頻繁な逆浸透膜エレメント１４ａ、１４ｂ又は逆浸透膜エレメント８５ａ、８５ｂのみを洗浄するので、洗浄薬剤投入の無駄を省き、低コスト化できる。

さらに、高圧容器１２ａ、１２ｂ及び８１ａ、８１ｂの洗浄作業時、逆浸透膜エレメント１４ａ又は１４ｂのみを内蔵した高圧容器１２ａ又は１２ｂ、あるいは逆浸透膜エレメント８５ａ又は８５ｂのみを内蔵した高圧容器８１ａ又は８１ｂを開放すればよいので、洗浄作業の手間を省くことができると共に、洗浄に要する時間を短縮できる。

また、高圧容器１２ａ又は１２ｂでは、清澄海水ｓｗの浸透圧を利用して逆浸透膜エレメントの洗浄を行っているので、ポンプ２０を低動力で作動できる。また、洗浄液として強力な洗浄効果を有する化学薬品を使用することなく洗浄が可能になり、省エネで環境負荷が小さい洗浄を実現できる。
また、高圧容器８１ａ又は８１ｂでは、洗浄液の流れが逆浸透膜に作用することで、逆浸透膜に付着したファウリング物質を除去するようにしているので、酸やアルカリなどの強力な洗浄力を有する化学薬品の洗浄能力に頼る必要がなく、環境負荷の小さい洗浄が可能となる。

なお、前記実施形態はいずれもスパイラル型逆浸透膜エレメントを用いているが、本発明では、代わりに、平膜型逆浸透膜エレメントを用いてもよい。

本発明によれば、海水淡水化プラントなどに適応される逆浸透膜装置の洗浄に要する手間と時間を短縮し、逆浸透膜装置の稼動率を高め、安定運転を可能にする。

１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１００ 逆浸透膜装置
１２ａ、１２ｂ、８１ａ、８１ｂ 高圧容器（第１の高圧容器）
２２、８２ 入口開口
２４、２６，８３，８４ 出口開口
１４ａ、１４ｂ、８５ａ、８５ｂ 逆浸透膜エレメント（第１の逆浸透膜エレメント）
４２ 逆浸透膜エレメント（第２の逆浸透膜エレメント）
１６ 高圧容器（第２の高圧容器）
１６ａ 入口開口
１６ｂ、１６ｃ 出口開口
１８ 清澄海水導入路
１８ａ、１８ｂ 導入分岐路
２０ ポンプ
２８、４４ センターパイプ
３０、４８ エンドキャップ
３１、５０ ブラインシール
３２、４６ コネクタ
３４ａ、３４ｂ、５２、７０、８６ａ、８６ｂ 透過水流出路
３６、７１、８８ 透過水集合路
３８ａ、３８ｂ、５４、７２，９０ａ、９０ｂ 濃縮海水流出路
４０、７３、９１ 濃縮海水集合路
５６ａ、５６ｂ、６６、９２ａ、９２ｂ 差圧計
５８ａ、５８ｂ、６０ａ、６０ｂ、７４ａ、７４ｂ、７７ａ、７７ｂ、９８ａ、９８ｂ、９９ａ、９９ｂ 仕切弁
６２ａ、６２ｂ、９４ａ、９４ｂ 洗浄液注入路
６４ａ、６４ｂ、９６ａ、９６ｂ 洗浄液排出路
６７ 演算器
６８ アラーム発信機
７６ａ、７６ｂ バイパス路
７８ａ、７８ｂ 清澄海水排出路
８０ａ、８０ｂ 分岐流出路
ａ 洗浄液
ｃｓ 濃縮海水
ｃｗ 濃縮水
ｐｗ 透過水
ｓｗ 清澄海水
ｔｗ 被処理水

Claims (10)

1. 複数の逆浸透膜エレメントが直列又は並列に配置され、原水を前処理して生成した被処理水を１段目の逆浸透膜エレメントから順々に濃縮水と透過水へ膜分離し、前記透過水を得るようにした逆浸透膜装置において、
   前記被処理水の導入路に対して並列に配置され、前記複数の逆浸透膜エレメントのうち、前記被処理水の上流側である前段又は前記被処理水の下流側である後段にある第１の逆浸透膜エレメントを夫々内蔵した複数の第１の高圧容器群と、
   前記複数の逆浸透膜エレメントのうち、前記第１の高圧容器群に対して直列に配置され、前記第１の逆浸透膜エレメント以外の第２の逆浸透膜エレメントが直列配置で内蔵された第２の高圧容器と、
   前記複数の逆浸透膜エレメントのうち各々の前記第１の逆浸透膜エレメントについて選択的に、該第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に堆積したファウリング物質の堆積量を検出する堆積量検出手段と、
   前記第１の逆浸透膜エレメントに堆積したファウリング物質が閾値を超えたとき、前記第１の逆浸透膜エレメントを内蔵した前記第１の高圧容器への被処理水の導入を停止し、被処理水を前記第１の逆浸透膜エレメントと並列に配置された他の第１の逆浸透膜エレメントに流入させる流路切換手段とを備え、
   前記流路切換手段は、
   前記閾値を超えた前記第１の逆浸透膜エレメントのみに洗浄液を供給し、
   前記他の第１の逆浸透膜エレメントおよび前記第２の逆浸透膜エレメントによる運転を継続する
   ように構成されたことを特徴とする逆浸透膜装置。
2. 前記第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
   前記第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜を洗浄した後の洗浄液を排出する洗浄液排出路とをさらに備え、
   前記洗浄液が前記逆浸透膜に作用する剥離力によって、前記逆浸透膜に付着したファウリング物質を剥離するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜装置。
3. 前記堆積量検出手段が、
   前記第１の逆浸透膜エレメントの入口側の被処理水導入路を流れる被処理水の圧力と、前記第１の逆浸透膜エレメントの濃縮水流出路を流れる濃縮水の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記差圧検出手段の検出値からファウリング物質の堆積量を算出する堆積量算出手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜装置。
4. 前記堆積量検出手段で検出されたファウリング物質の堆積量が閾値を超えた時、アラームを発信するアラーム発信機をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の逆浸透膜装置。
5. 前記第２の高圧容器が、前記第１の高圧容器に設けられた濃縮水流出路に対して複数個並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜装置。
6. 前記堆積量検出手段は、前記第１の高圧容器群の各々の高圧容器の入口側と濃縮水出口側との圧力差を検出するための差圧計を含み、該差圧計の検出結果に基づいて前記第１の逆浸透膜エレメントについて前記堆積量を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の逆浸透膜装置。
7. 前記第１の高圧容器群の各々の高圧容器には、１個の前記第１の逆浸透膜エレメントが内蔵されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の逆浸透膜装置。
8. 複数の逆浸透膜エレメントが直列又は並列に配置され、原水を前処理して生成した被処理水を１段目の逆浸透膜エレメントから順々に濃縮水と透過水へ膜分離し、前記透過水を得るようにした逆浸透膜装置において、
   前記被処理水の導入路に対して並列に配置され、前記複数の逆浸透膜エレメントのうち、前記被処理水の下流側である後段にある第１の逆浸透膜エレメントを夫々内蔵した複数の第１の高圧容器群と、
   前記複数の逆浸透膜エレメントのうち、前記第１の高圧容器群に対して直列に配置され、前記第１の逆浸透膜エレメント以外の第２の逆浸透膜エレメントが直列配置で内蔵された第２の高圧容器と、
   前記第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に堆積したファウリング物質の堆積量を検出する堆積量検出手段と、
   前記第１の逆浸透膜エレメントに堆積したファウリング物質が閾値を超えたとき、前記第１の逆浸透膜エレメントを内蔵した前記第１の高圧容器への被処理水の導入を停止し、被処理水を前記第１の逆浸透膜エレメントと並列に配置された他の第１の逆浸透膜エレメントに流入させる流路切換手段とを備え、
   前記第１の高圧容器群の各々の高圧容器には、１個の前記第１の逆浸透膜エレメントが内蔵されたことを特徴とする逆浸透膜装置。
9. 請求項４に記載された逆浸透膜装置の運転方法において、
   前記アラーム発信機がアラームを発信したとき、ファウリング物質が閾値を超えた前記第１の逆浸透膜エレメントに対して被処理水の導入を停止させ、前記流路切換手段により、被処理水（ｓｗ）を他の第１の逆浸透膜エレメントに導入する流路切換工程と、
   前記洗浄液の流れによって、前記第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に付着したファウリング物質を剥離させた後、該洗浄液を排出する洗浄工程とからなることを特徴とする逆浸透膜装置の運転方法。
10. 前記洗浄工程において、
    前記洗浄液として被処理水を、透過水路を介し前記第１の逆浸透膜エレメントの逆浸透膜に発生する浸透圧より低圧で前記第１の逆浸透膜エレメントに供給し、
    前記被処理水の浸透圧と浸透圧をもたない透過水との間の圧力差によって、前記透過水を前記透過水路側から前記逆浸透膜を透過させることを特徴とする請求項９に記載の逆浸透膜装置の運転方法。

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