JP6399896B2 - 逆浸透処理装置 - Google Patents
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Description
従来、逆浸透膜を有する逆浸透膜エレメントを圧力容器に収容する逆浸透膜モジュールを複数備える逆浸透処理装置が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
これらの逆浸透処理装置では、逆浸透膜モジュールが被処理水の流れの上流側から下流側に向かって複数の逆浸透膜モジュールが配置され、上流側の逆浸透膜モジュールの逆浸透膜の濃縮水が下流側の逆浸透膜モジュールに被処理水として供給されるようになっている。
このような逆浸透処理装置によれば、被処理水が複数段の逆浸透膜モジュールの逆浸透膜を透過するので、分離対象物の阻止率を向上させることができる。
しかしながら、阻止率を向上させるために前記のように逆浸透膜モジュールの段数を増加させると、配管の引き回しが複雑になるとともにこれらの配管によって逆浸透処理装置が大型化する問題があった。
また、従来の逆浸透処理装置では、複数の逆浸透膜モジュール同士を接続する配管における圧力損失や、並列に配置された逆浸透膜モジュールでの分流配管部、合流配管部等における流路抵抗が生じることとなる。これにより従来の逆浸透処理装置では、被処理水を逆浸透膜モジュールに送出するポンプが大型化することによっても逆浸透処理装置が大型化する問題があった。
この逆浸透処理装置では、従来の逆浸透処理装置とは異なって、配管を使用せずに複数の逆浸透膜モジュールが接続される。
本発明の逆浸透処理装置は、複数の逆浸透膜モジュールを備え、互いに隣接する逆浸透膜モジュールの圧力容器同士がそれらの導出入ポートを介して直に連結されていることを主な特徴とする。
以下では、まず逆浸透処理装置を使用したろ過処理システムについて説明した後に、逆浸透処理装置について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る逆浸透処理装置A1が設置されたろ過処理システムSのブロック図である。
図1に示すように、ろ過処理システムSは、被処理水が貯留されるタンクTと、高圧ポンプPと、後に詳しく説明する本実施形態に係る逆浸透処理装置A1とを備えて構成される。
なお、本実施形態でのろ過処理システムSは、高圧ポンプPによって被処理水を逆浸透処理装置A1に高圧で供給するとともに、逆浸透処理装置A1の濃縮水W2(以下、この濃縮水の符号は省略する)の出口側に設けた図示しないバルブの開度を調節することにより逆浸透処理装置A1内の圧力を設定している。
また、被処理水は、高圧ポンプPの上流側に配置した前処理装置(図示省略)にて前処理を施したものを用いることもできる。
ちなみに、前処理装置としては、例えば、濁質成分等を除去する凝集装置、限外ろ過装置、pH調節装置、温度調節装置等が挙げられる。
次に、本実施形態に係る逆浸透処理装置A1について説明する。
図2は、本実施形態に係る逆浸透処理装置A1の概略構成を示す断面図である。
なお、図2中、上下方向を示す矢印は、この逆浸透処理装置A1が設置された際の鉛直方向の上下を表している。
第1圧力容器11の長手方向の両端は封止され、両端面のそれぞれからは前記の透過水取出配管16,17が突出している。
なお、以下の各図に示される圧力容器においては、図の紙面左側を一端側として規定する。
なお、以下の各図に示される圧力容器においては、図の紙面右側を他端側として規定する。
ちなみに、本実施形態での2組は、導入ポート12側に分けられる2つの逆浸透膜エレメント30からなる組G1と、導出ポート13側に分けられる5つの逆浸透膜エレメント30からなる組G2とで形成されている。
つまり、本実施形態での7つの逆浸透膜エレメント30を例に説明すると、導入ポート12側に組分けされた2つの逆浸透膜エレメント30(組G1)には、透過水取出配管16が取り付けられる。そして、組G1の逆浸透膜エレメント30を構成する逆浸透膜33(図3参照)の透過水は透過水取出配管16に集められ、第1圧力容器11外に取り出される。
また、導出ポート13側に組分けされた5つの逆浸透膜エレメント30(組G2)には、透過水取出配管17が取り付けられる。そして、組G2の逆浸透膜エレメント30を構成する逆浸透膜33(図3参照)の透過水は透過水取出配管17に集められ、第1圧力容器11外に取り出される。
なお、図2中、符号42は、第1圧力容器11の他端側(図2の右側)において、第1圧力容器11の内外を連通させるように設けられたエア抜き配管である。このエア抜き配管42は、第1圧力容器11の周面上部に設けられているので、第1圧力容器11内のエアは効率よく第1圧力容器11外に排出される。
このようなエア抜き配管42には、開閉バルブ26が設けられており、この開閉バルブ26を開くことにより、第1圧力容器11内のエアがエア抜き配管42を通じて排出される。
第1圧力容器11内の逆浸透膜エレメント30の構成については、後に詳しく説明する。
第2逆浸透膜モジュール20は、第2圧力容器21と、この第2圧力容器21内に配置される逆浸透膜エレメント30と、この逆浸透膜エレメント30を構成する逆浸透膜33(図3参照)の透過水を第2圧力容器21外に取り出す透過水取出配管24とを有している。
つまり、本実施形態での第1圧力容器11は、特許請求の範囲にいう「一方の圧力容器」に相当し、本実施形態での第2圧力容器21は、特許請求の範囲にいう「他方の圧力容器」に相当する。また、第1圧力容器11の長さは、第2圧力容器21の長さよりも長くなるように設定されている。
そして、本実施形態では、第1圧力容器11の一端側(図2の紙面左側)と、第2圧力容器21の一端側(図2の紙面左側)とが略一致するように位置合わせされている。
また、第2圧力容器21の長手方向における他端(図2の紙面右側)寄りの周面下部には、前記の導出ポート23が形成されている。
つまり、第1圧力容器11と第2圧力容器21とは、分流用導出ポート14及び導入ポート22、並びに合流用導入ポート15及び導出ポート23を介して直に連結されている。
つまり、本実施形態での第2圧力容器21内に配置される逆浸透膜エレメント30の数は、第1圧力容器11内で2つの逆浸透膜エレメント30からなる組G1に合せて、2つに設定されている。
そして、組G2に属する逆浸透膜エレメント30の数は、4〜7つが望ましく、さらに望ましくは5〜6つである。
また、第1圧力容器11内の逆浸透膜エレメント30の合計数は、8つ以下とすることが望ましい。
ちなみに、第1圧力容器11の一端側(図2の紙面左側)に配置される透過水取出配管16と、第2圧力容器21の一端側(図2の紙面左側)に配置される透過水取出配管24とは、第1圧力容器11及び第2圧力容器21のそれぞれから同方向(図3の紙面左方向)に延出している。そして、図示しないが、透過水取出配管16と透過水取出配管24とは、合流するようになっている。
このエア抜き配管43には、開閉バルブ25が設けられており、この開閉バルブ25を開くことにより、第2圧力容器21内のエアはエア抜き配管43を通じて排出される。
図3は、本実施形態に係る逆浸透処理装置A1を構成する逆浸透膜エレメント30の斜視図である。図3中、逆浸透膜エレメント30には、その一部を切り開いて展開した部分を含んでいる。
集水管31には、集水管31の肉部を内外に連通する孔31aが集水管31の長手方向に沿って並ぶように複数形成されている。
そして、透過水が除かれる被処理水の残部、つまり濃縮水は、下流側に位置する逆浸透膜エレメント30の略円筒形状の他端面から逆浸透膜エレメント30外に排出される。
本実施形態に係る逆浸透処理装置A1においては、高圧ポンプP(図1参照)が駆動すると、被処理水が第1逆浸透膜モジュール10の第1圧力容器11に設けられた導入ポート12を介して第1圧力容器11内の一端側(図2の紙面左側)に導入される。
また、第1圧力容器11内に導入された被処理水は、第1圧力容器11の分流用導出ポート14にて分流されて、第2圧力容器21の導入ポート22を介して第2圧力容器21内の一端側(図2の紙面左側)に導入される。
以上のような逆浸透処理装置A1では、互いに隣接して配置される第1逆浸透膜モジュール10と第2逆浸透膜モジュール20とにおける第1圧力容器11及び第2圧力容器21同士が、これらの被処理水の導出入ポートとしての、分流用導出ポート14及び導入ポート22、並びに合流用導入ポート15及び導出ポート23を介して直に連結されている。
よって、この逆浸透処理装置A1によれば、ポンプの小型化を図ることができる。
つまり、逆浸透処理装置A1によれば、第2圧力容器21が、第1圧力容器11の上流側の前段部分と並列に接続され、かつ第1圧力容器11の下流側の後段部分と直列に接続されることとなる。
また、この逆浸透処理装置A1では、前記の第2圧力容器21の並列配置により、逆浸透膜の膜面積を増大させることができ、被処理水の処理能力が一段と向上する。
つまり、この濃縮水は、第1圧力容器11の一端側(図2の紙面左側)で組分けされた2つの逆浸透膜エレメント30から排出された濃縮水と合流する。そして、合流した濃縮水は、第1圧力容器11内の後段における5つの逆浸透膜エレメント30にてろ過処理(二次処理)されることとなる。
よって、この逆浸透処理装置A1によれば、被処理水中の分離対象物の阻止率を向上させることができる。
よって、この逆浸透処理装置A1によれば、透過水の取出効率が向上する。
つまり、逆浸透処理装置A1によれば、第1圧力容器11の後段(本実施形態における5つの逆浸透膜エレメント30)でのろ過処理で得られる透過水及び濃縮水の品位のばらつきを低減することができる。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第1変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図4は、逆浸透処理装置A1(図2参照)の第1変形例の概略構成を示す断面図である。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第2変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図5は、逆浸透処理装置A1(図2参照)の第2変形例の概略構成を示す断面図である。
また、第1圧力容器11には、2組に組分けされた逆浸透膜エレメント30の組G1,G2同士の間に連通するように、第1圧力容器11の下部周面には、洗浄液導入ポート19が形成されている。
この洗浄機構50は、第1圧力容器11(一方の圧力容器)内で2組に分割された組G1,G2同士の間に導入した後記する第1洗浄液を、導入ポート12に向けて通流させ、組G1,G2同士の間に導入した後記する第2洗浄液を導出ポート13に向けて通流させるように構成されている。
この逆浸透処理装置A3を使用して被処理水のろ過処理(逆浸透処理)を継続的に行うと、逆浸透膜エレメント30には付着物が徐々に形成されていく。
ちなみに、付着物27は、第1圧力容器11及び第2圧力容器21の上流端に近い逆浸透膜エレメント30部分に多く付着する。
また、付着物28は、第1圧力容器11の下流端に近い逆浸透膜エレメント30部分に多く付着する。
なお、表1中、「通常」とは、被処理水のろ過処理(逆浸透処理)を行う運転工程を表し、「前方膜洗浄」とは、組G1に属する逆浸透膜エレメント30を洗浄する運転工程を表し、「後方膜洗浄」とは、組G2に属する逆浸透膜エレメント30を洗浄する運転工程を表す。また、表1中、「開」とは、バルブの開放を意味し、「閉」とは、バルブの閉鎖を意味している。
そして、第1バルブV1及び第5バルブV5が開放されることによって、被処理水は、供給配管40(図5参照)を通流し、導入ポート12(図5参照)を介して第1逆浸透膜モジュール10(図5参照)及び第2逆浸透膜モジュール20(図5参照)に供給される。そして、透過水は、透過水取出配管16,17,24(図5参照)を介して取り出される。また、濃縮水は、導出ポート13(図5参照)及び取出配管41(図5参照)を介して取り出される。
そして、第2バルブV2、第3バルブV3、及び第7バルブV7が開放され、洗浄ポンプ53が駆動することによって、第1貯留槽51の第1洗浄液は、第2配管45、及び合流配管48を通流する。洗浄液導入ポート19を介して組G1,G2同士の間に導入された第1洗浄液は、組G1に属する逆浸透膜エレメント30を洗浄した後、導入ポート12を介して供給配管40及び第1配管44を通流し、第1貯留槽51に戻る。つまり、組G1に属する逆浸透膜エレメント30を洗浄する第1洗浄液の循環経路が形成される。
ちなみに、第1バルブV1が閉じられているので、被処理水の第1逆浸透膜モジュール10への流入は回避される。また、第1逆浸透膜モジュール10から戻される第1洗浄液が第1バルブV1を介して被処理水の上流側に流れ込むことが回避される。
また、第5バルブV5及び第6バルブV6が閉じられているので、第1洗浄液が、取出配管41に流れ込むことが回避される。
また、第5バルブV5が閉じられているので、第1逆浸透膜モジュール10から戻される第2洗浄液が第5バルブV5を介して取出配管41の下流側に流れ込むことが回避される。
図6は、第2変形例に係る逆浸透処理装置A3における圧力センサP1,P2,P3の位置の一例を示す概念図である。
図7は、図5の第2変形例に係る逆浸透処理装置A3における洗浄機構50の洗浄手順を説明するフローチャートである。
その後、再びステップS101に戻って前記の差圧(P1−P2)が所定値以下であるか否かが判断される。
その後、洗浄手順は、再びステップS101に戻る。
その後、洗浄手順は、再びステップS101に戻る。
そして、このような洗浄機構50の洗浄手順は、図示しないが、差圧(P1−P2)、差圧(P2−P3)、及び差圧(P1−P3)の全てが、所定値以下となっている場合に、ろ過処理の運転を再開するとともに、ステップS101、ステップS104、及びステップS107の条件の監視を続ける。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第3変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図8は、逆浸透処理装置A1(図2参照)の第3変形例の概略構成を示す断面図である。
そして、第3圧力容器21aの導入ポート22は、第1逆浸透膜モジュール10における第1圧力容器11の分流用導出ポート14に接続されている。
図9は、逆浸透処理装置A4において、被処理水が導入される導入ポート12の位置を変更したものの概略構成を示す断面図である。
図9に示すように、分流用導出ポート14と導入ポート22との間には、導入ポート12を有する配管49が配置されている。ちなみに、導出ポート23と合流用導入ポート15との間には、導入ポート12を有しない配管49が配置されている。
したがって、この逆浸透処理装置A4によれば、被処理水の処理能力を一段と向上させることができる。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第4変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図10は、逆浸透処理装置A1(図2参照)の第4変形例の概略構成を示す断面図である。
この第4逆浸透膜モジュール10aは、後記する導出ポート15aを有する以外は、前記実施形態での第1逆浸透膜モジュール10と同様に構成されている。つまり、第4逆浸透膜モジュール10aにおける第5圧力容器11aは、導出ポート15aに加えて、導入ポート12と、導出ポート13と、分流用導出ポート14と、合流用導入ポート15と、を有している。
また、2つの第3逆浸透膜モジュール20aの第3圧力容器21a同士は、分流用導出ポート22aと導入ポート22とが接続されるとともに、合流用導入ポート23aと導出ポート23とが接続されている。
したがって、この逆浸透処理装置A2によれば、被処理水の処理能力を一段と向上させることができる。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第5変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図11は、逆浸透処理装置A1(図2参照)の第5変形例の概略構成を示す断面図である。
この逆浸透処理装置A6では、第2圧力容器21の一端側(図11の紙面左側)に被処理水の導入ポート29を設けている。これにより被処理水は、逆浸透処理装置A1(図2参照)での導入ポート22に対応するポートを介して被処理水が第1圧力容器11に分流される。また、第2圧力容器21から排出される濃縮水は、逆浸透処理装置A1(図2参照)での導出ポート23に対応するポートを介して第1圧力容器11内に合流することとなる。
つまり、逆浸透処理装置A6によれば、逆浸透処理装置Aと比べて濃縮水を第1圧力容器11内に合流させるまでの圧力損失を低減させることができる。
次に、前記実施形態に係る逆浸透処理装置A1の第6変形例について説明する。この変形例において、前記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
逆浸透処理装置A1(図2参照)では、供給配管40から導入される被処理水を逆浸透膜エレメント30にてろ過処理(逆浸透処理)を行う際に、透過水取出配管17と比較して供給配管40に近い透過水取出配管16,24での透過水量は多くなる傾向にある。
これに対して、逆浸透処理装置A7では、透過水取出配管16,24を合流させた合流配管16aを設けるとともに、この合流配管16aの透過水の流量を調整する流量調整機構60を備えている。具体的には、圧力計61及び流量計62の出力する検出信号に基づいて流量調整バルブ63の開度を調節する制御部65によって、逆浸透処理装置A7は、合流配管16aの透過水の流量を調整するようになっている。
したがって、この逆浸透処理装置A7によれば、逆浸透処理装置A7から透過水を取り出す複数のルート(合流配管16a,17)での透過水の流量のそれぞれを略等しくすることができる。
このエネルギ回収装置64は、前記のように合流配管16aを通流する透過水のもつエネルギを回収するように構成されているが、前記の制御部60によりエネルギ回収装置64を通流する透過水の流量が制御されるようになっている。つまり、制御部65は、圧力計61及び流量計62の出力する検出信号に基づいてエネルギ回収装置64を通流する透過水の流量を制御するようになっている。
この第2応用例では、エネルギ回収装置64と流量調整バルブ63との両方で合流配管16aを通流する透過水の流量を調整することができる。
この第3応用例によっても、エネルギ回収装置64と流量調整バルブ63との両方で合流配管16aを通流する透過水の流量を調整することができる。なお、この第3応用例においては、流量計62は、合流配管16aに対するバイパス配管16bの合流部よりも下流側に設けることが望ましい。
10a 第4逆浸透膜モジュール
11 第1圧力容器
11a 第5圧力容器
12 導入ポート
13 導出ポート
13a 合流用導入ポート(導出入ポート)
14 分流用導出ポート(導出入ポート)
15 合流用導入ポート(導出入ポート)
15a 導出ポート(導出入ポート)
16 透過水取出配管
16a 合流配管
16b バイパス配管
17 透過水取出配管
19 洗浄液導入ポート
20 第2逆浸透膜モジュール
20a 第3逆浸透膜モジュール
21 第2圧力容器
21a 第3圧力容器
22 導入ポート(導出入ポート)
22a 分流用導出ポート(導出入ポート)
23 導出ポート(導出入ポート)
23a 合流用導入ポート(導出入ポート)
24 透過水取出配管
29 導入ポート(導出入ポート)
30 逆浸透膜エレメント
40 供給配管
41 取出配管
50 洗浄機構
60 流量調整機構
61 圧力計
62 流量計
63 流量調節バルブ
64 エネルギ回収装置
65 制御部
A1 逆浸透処理装置
A2 逆浸透処理装置
A3 逆浸透処理装置
A4 逆浸透処理装置
A5 逆浸透処理装置
A6 逆浸透処理装置
A7 逆浸透処理装置
S ろ過処理システム
W1 透過水
W2 濃縮水
Claims (7)
- 圧力容器と、
前記圧力容器内に収容される、逆浸透膜を含んで構成される逆浸透膜エレメントと、
を有する逆浸透膜モジュールを複数備え、
複数の前記逆浸透膜モジュールのうち、互いに隣接する前記逆浸透膜モジュールの前記圧力容器同士が当該圧力容器に設けられた被処理水の導出入ポートを介して直に連結され、
前記逆浸透膜エレメントには、前記圧力容器内に導入された前記被処理水を前記逆浸透膜がろ過して得られる透過水を前記圧力容器外に取り出す透過水取出配管が配設され、
前記圧力容器は、当該圧力容器内に前記被処理水を導き入れる導入ポートと、前記被処理水を前記逆浸透膜がろ過して得られる濃縮水を前記圧力容器外に送り出す導出ポートとを有し、
互いに隣接する前記逆浸透膜モジュールの前記圧力容器同士のうち、一方の前記圧力容器は、
他方の前記圧力容器の前記導入ポートと対応してこれに接続される分流用導出ポートと、
他方の前記圧力容器の前記導出ポートと対応してこれに接続される合流用導入ポートと、
をさらに有し、
前記圧力容器は、一方向に長く形成され、
互いに隣接する前記逆浸透膜モジュールの前記圧力容器同士のうち、一方の前記圧力容器の長さは、他方の前記圧力容器の長さよりも長くなるように設定され、
前記導出ポート及び前記導入ポートは、それぞれ前記圧力容器の長手方向の両端部に形成され、
前記合流用導入ポートは、他方の前記圧力容器の前記導出ポートの位置に対応させて前記圧力容器の長手方向の中間位置に形成されていることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項1に記載の逆浸透処理装置において、
一方の前記圧力容器内に収容される前記逆浸透膜エレメントは、当該圧力容器内の長手方向に沿って複数配置されるとともに、
前記合流用導入ポートの位置で、当該圧力容器内の長手方向に2組に分割され、2組に分割された前記逆浸透膜エレメントは、組ごとに前記透過水取出配管が配設されていることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項2に記載の逆浸透処理装置において、
2組に分割された前記逆浸透膜エレメントのうち、数の少ないほうの組に属する当該逆浸透膜エレメントの数は、他方の前記圧力容器内に収容される前記逆浸透膜エレメントの数と等しくなるように設定されていることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項2に記載の逆浸透処理装置において、
一方の前記圧力容器内で2組に分割された組同士の間に導入した第1洗浄液を前記導入ポートに向けて通流させ、前記組同士の間に導入した第2洗浄液を前記導出ポートに向けて通流させる洗浄機構を備えることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項4に記載の逆浸透処理装置において、
前記洗浄機構は、一方の前記圧力容器における前記被処理水の入口における圧力と、他方の前記圧力容器の前記濃縮水の出口における圧力との差が所定値を超えた際に、前記組同士の間に導入した前記第1洗浄液を前記導入ポートに向けて通流させ、他方の前記圧力容器の前記濃縮水の出口における圧力と、一方の前記圧力容器における前記濃縮水の出口の圧力との差が所定値を超えた際に、前記組同士の間に導入した前記第2洗浄液を前記導出ポートに向けて通流させるよう構成されていることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項1に記載の逆浸透処理装置において、
一方の前記圧力容器の前記導入ポートは、前記分流用導出ポートと他方の前記圧力容器の前記導入ポートとの接続部に形成されていることを特徴とする逆浸透処理装置。 - 請求項2に記載の逆浸透処理装置において、
2組に分割された前記逆浸透膜エレメントのうち、数の少ないほうの組に属する当該逆浸透膜エレメントから得られる前記透過水を一方の前記圧力容器外に取り出す前記透過水取出配管と、他方の前記圧力容器内に収容される前記逆浸透膜エレメントから得られる前記透過水を他方の前記圧力容器外に取り出す前記透過水取出配管と、が合流する合流配管をさらに備え、
前記合流配管には、当該合流配管を通流する前記透過水の流量を調整する流量調整機構が配置されていることを特徴とする逆浸透処理装置。
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