JP6638205B2

JP6638205B2 - 逆浸透膜装置の薬品洗浄方法及び薬品洗浄装置

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Publication number: JP6638205B2
Application number: JP2015067022A
Authority: JP
Inventors: 宏之池田; 邦洋早川
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP2016185520A

Description

本発明は、逆浸透膜装置を効果的に薬品洗浄することができる方法と装置に関する。

逆浸透（ＲＯ）膜装置は、処理を継続すると、原水に含まれる懸濁物質やコロイド状物質、または水中に溶け込んでいる有機物などにより、膜の汚染が進行する。また、逆浸透操作による濃縮状態によっては、水中に溶け込んでいる物質が過濃縮となり、膜表面でスケール化する場合がある。

そのため、通常はＲＯ膜装置の前段に、ＳＤＩ値３以下の水質に処理できるような処理装置を設けるなどしてＲＯ膜の洗浄頻度を低減させることが行われている。しかし、このような前処理装置を設けても、膜汚染やスケール付着を完全に防止することはできず、３〜４ヶ月に１回の頻度で薬品洗浄を実施しているのが実情である。

その際実施している洗浄方法は、予め薬品洗浄用の洗浄タンクと、洗浄ポンプを仮設もしくは常設して、洗浄タンクに予め目標となる濃度・ｐＨに整えた薬品を仮設ホースや洗浄用専用配管などで循環後、系内が薬品に置き換わった後に所定の浸漬時間ＲＯ膜を浸漬後リンスする方法が一般的である。

しかし、この方法では、膜洗浄を行う毎に仮設の洗浄用機材を持ち込む必要があり、また、薬品洗浄設備を常設する場合には、予めＲＯ膜装置に薬品洗浄用の装置を付加しておくなど、作業面やコスト面で不利であった。しかも、薬品洗浄を行っても、所期の膜性能の回復効果が得られないこともあった。

特許文献１には、海水淡水化装置の前処理膜の逆洗に際して、洗浄効果を高めるために、太陽熱やガスタービン排熱等により洗浄液を加温することが記載されている。この特許文献１では水温を上げることで前処理膜の洗浄効果を上げているが、ＲＯ膜の洗浄効果を高めるものではなく、また、洗浄効果を高めるための加温熱源にポンプの発熱を利用するものでもない。

特許文献２には、ＲＯ膜濃縮水の全量を系外へ排出するＲＯ膜装置において、所定濃度の洗浄薬品の水溶液である洗浄液を循環させる循環ラインに透過水を注入した後、薬液を連続注入することが記載されているが、この循環ラインは、薬品洗浄のための循環ラインであって、濃縮水を循環させるための循環ラインではない。

なお、ポンプの発熱を利用して水温を高めることは知られており、例えば、特許文献３には、送水ポンプに通水循環することにより、殺菌用の過酸化水素溶液を加熱する殺菌方法が記載されている。また、特許文献４には、逆洗水を循環ポンプの発熱で加熱する濾過膜の逆洗方法が記載されている。

特開２０１３−１９３０１３号公報特許第４９２９２０２号公報特許第３２３７２２２号公報特許第４２２９３８３号公報

本発明は、薬品洗浄のための仮設のタンクやポンプの設置を必要とすることなく、ＲＯ膜装置を効率的に洗浄して、膜性能を効果的に回復させることができるＲＯ膜装置の薬品洗浄方法を提供することを課題とする。

本発明の逆浸透膜装置の薬品洗浄方法は、原水を給水ポンプによって逆浸透膜装置に供給し、その濃縮水の一部を返送ラインによって該給水ポンプの吸込側に返送するよう構成された逆浸透膜装置を洗浄する洗浄方法において、逆浸透膜装置の一次側に洗浄液を供給し、逆浸透膜装置の該一次側から流出した洗浄液を該返送ラインを介して該給水ポンプの吸込側に戻す洗浄工程を有し、該逆浸透膜装置の一次側に供給される洗浄液中の洗浄剤濃度を徐々に規定濃度まで上昇させることを特徴とするものである。

本発明の逆浸透膜装置の薬品洗浄装置は、原水を給水ポンプによって逆浸透膜装置に供給し、その濃縮水の一部を返送ラインによって該給水ポンプの吸込側に返送するよう構成された逆浸透膜装置を洗浄する洗浄装置であって、該逆浸透膜装置の一次側に洗浄液を供給し、該一次側から流出する洗浄液を該返送ラインを介して該給水ポンプの吸込側に戻す手段を有する逆浸透膜装置の洗浄装置において、該洗浄液に対して洗浄剤を連続的に添加することにより洗浄液中の洗浄剤濃度を徐々に規定濃度まで上昇させる洗浄剤添加手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明の一態様では、前記洗浄剤は強アルカリ又は強酸である。強アルカリの場合、ｐＨが１１〜１３まで上昇するように徐々に添加されるのが好ましい。強酸の場合、ｐＨが１〜４まで低下するように徐々に添加されるのが好ましい。

洗浄剤の添加開始から添加終了までの時間は２５分以上とするのが好ましい。なお、強アルカリ又は強酸を添加する場合、添加開始から添加終了までの平均ｐＨ変化率を０．０５〜０．２／ｍｉｎとするようにしてもよい。

本発明では給水ポンプの熱によって洗浄液の温度を３０〜４０℃とすることが好ましい。本発明では、洗浄液による前記洗浄工程の開始前に、前記逆浸透膜装置の一次側を原水に置換することが好ましい。

本発明では、濃縮水循環ラインを介して循環する洗浄液に対し洗浄剤を少しずつ連続的に継続して添加し、循環洗浄液中の洗浄剤濃度を徐々に上昇させることにより、洗浄効果が向上する。

この理由は次のように推察される。膜面付着物質の種類はさまざまであり、それぞれ溶解する最適ｐＨや濃度が異なる。そのため、アルカリを用いた場合には、洗浄初期には、ｐＨが比較的高くない領域で除去され易い成分が速やかに除去され、次第にｐＨが上昇していき、最終的には強アルカリ領域で溶解しやすい成分が除去されるように、段階的に除去が進行する。また、酸を用いた場合には、アルカリとは逆に、洗浄初期には、ｐＨが比較的低くない領域で除去され易い成分が速やかに除去され、次第にｐＨが低下していき、最終的には強酸領域で溶解しやすい成分が除去されるように、段階的に除去が進行する。

本発明では、洗浄中に給水ポンプの熱を利用して循環洗浄水の温度を高くすることにより、ＲＯ膜の洗浄効果が高くなる。

本発明では、薬液洗浄開始に先立って、逆浸透膜装置の一次側を原水に置換することにより、薬剤が洗浄に効果的に利用される。

また、本発明では、濃縮水循環ラインを利用して洗浄液を循環させるので、洗浄液循環専用の設備や仮設設備が不要であり、洗浄設備コストも低いものとなる。

実施の形態を示すフロー図である。比較例を示すフロー図である。

以下、図１を参照して実施の形態について説明する。

原水は、弁１、チャッキ弁（逆止弁）２、配管３、給水ポンプ（高圧ポンプ）４、弁５及び配管６を介してＲＯ膜装置７に供給され、ＲＯ膜７ｍを透過した透過水は弁８及び配管９を介して取り出される。ＲＯ膜装置７の濃縮水の多くは、配管１０、弁１１、配管１２、チャッキ弁１３を介してポンプ３の吸込側配管３へ返送される。濃縮水の一部は、配管１０から分岐した配管１４及び弁１５を介して排出される。

この実施の形態では、配管１２に対し薬液タンク１６内の洗浄薬液（洗浄剤溶液又は分散液）が配管１７及び薬注ポンプ１８を介して注入可能とされている。

＜通常運転＞
通常運転時には、弁１，５，８，１１，１５が開とされ、給水ポンプ４が作動される。薬注ポンプ１８は停止している。これにより、上記の通り、原水は配管３，６を介してＲＯ膜装置７に供給され、透過水が配管９から取り出される。濃縮水は配管１２を介して循環され、一部の濃縮水は配管１４から排出される。

＜ＲＯ膜装置の洗浄＞
ＲＯ膜装置７を薬液洗浄するに際しては、好ましくは、まず弁８，１１を閉、弁１，５，１５を開とし、給水ポンプ４を作動させる。薬注ポンプ１８は停止のままとする。これにより、原水がＲＯ膜装置７の一次側（原水室）７ａを流れて配管１０，１４、弁１５を介して流出し、ＲＯ膜装置７の一次側７ａの水が原水に置換される。

次に、弁１，８，１５を閉、弁５，１１を開とし、給水ポンプ４，薬注ポンプ１８を作動させる。これにより、ＲＯ膜装置７の一次側７ａの水は、配管１０，１２，３，６を介して循環する。（弁８を閉としているため、循環水が濃縮することはない。）そして、この循環途中で薬液タンク１６内の洗浄薬液が配管１７及び薬注ポンプ１８を介して添加され、循環水中の洗浄剤濃度が徐々に上昇する。

この循環運転に際しては、弁５の開度を絞り、給水ポンプ４の負荷を高くする（例えば、給水ポンプ４のミニマムフロー付近まで減少させる）ことにより給水ポンプ４の発熱量を多くし、この熱によって循環水の水温を所定温度まで上昇させる。

この循環水のｐＨが規定ｐＨにまで達したならば、給水ポンプ４，薬注ポンプ１８を停止し、ＲＯ膜７ｍを薬液浸漬状態とし、ＲＯ膜７ｍの浸漬洗浄を行う。

所定時間が経過した後、弁１，５，１５を開とし、給水ポンプ４を作動させてリンスを行い、残留薬液を配管１４から排出する。リンス工程の末期では、弁１１を開として配管１２に残留した洗浄薬液も排出することが好ましい。

リンス終了後は、前記通常運転に復帰する。

この洗浄方法では、洗浄中に給水ポンプ４の熱を利用して循環洗浄水の温度を高くするので、ＲＯ膜の洗浄効果が高くなる。

また、循環水に対し薬液タンク１６内の洗浄薬液を薬注ポンプ１８を連続的に作動して少しずつ連続的に継続して添加し、循環水中の洗浄剤濃度を徐々に上昇させるようにしている。本発明者の実験の結果、水中の洗浄剤濃度を短時間のうちに所定濃度とするのではなく、経時的に徐々に上昇させることにより、洗浄効果が向上することが認められた。この理由については、アルカリを用いた場合には、洗浄初期には、ｐＨが比較的高くない領域で除去され易い成分が速やかに除去され、次第にｐＨが上昇していき、最終的には強アルカリ領域で溶解しやすい成分が除去されるように、段階的に除去が進行するためであると推察される。また、酸を用いた場合には、アルカリとは逆に、洗浄初期には、ｐＨが比較的低くない領域で除去され易い成分が速やかに除去され、次第にｐＨが低下していき、最終的には強酸領域で溶解しやすい成分が除去されるように、段階的に除去が進行するためであると推察される。なお、洗浄剤を連続的に添加するとは、連続して切目なく添加するだけでなく、間欠的に繰り返し添加することも含む。

さらに、この実施の形態では、薬液洗浄開始に先立って、ＲＯ膜装置７の一次側７ａを原水に置換しているので、薬剤が洗浄に効果的に利用されている。即ち、ＲＯ膜装置７の一次側７ａに濃縮水が残留している状態で薬剤が供給されると、薬剤成分と濃縮水中の成分とが反応してスケール成分が生成することがある。例えば、薬剤成分がアルカリであると、濃縮水中のカルシウム等の硬度成分と反応して炭酸カルシウム等のスケール成分が生成する。これにより、薬剤成分が無駄に消費されると共に、スケール成分がＲＯ膜等に付着するおそれもある。ＲＯ膜装置７の一次側７ａを原水に置換しておくことにより、このようなことが防止ないし抑制される。

また、この実施の形態では、洗浄設備としては、薬液タンク１６及び薬注薬注ポンプ１８のみを設置すれば足り、洗浄設備コストも低いものとなる。

＜好適な洗浄条件＞
洗浄薬剤としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の強アルカリ、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４等の強酸のほか、安定化（結合）塩素、安定化臭素などを用いることができる。

強アルカリの場合、循環水のｐＨが１１〜１３特に１１〜１２まで上昇するように徐々に添加されるのが好ましい。強酸の場合、ｐＨが１〜４まで低下するように徐々に添加されるのが好ましい。なお、洗浄剤の添加開始から添加終了までの時間を２５分以上例えば２５〜１２０分、好ましくは２５〜６０分とするのが好ましい。強アルカリ又は強酸を添加する場合、添加開始から添加終了までの平均ｐＨ変化率が０．０５〜０．２／ｍｉｎ特に０．１〜０．２／ｍｉｎとなるようにしてもよい。なお、洗浄薬剤としてアルカリや酸を用いる場合、洗浄剤添加前のｐＨは６〜８程度であることが好ましい。

循環水の水温は、３０〜４５℃特に３０〜４０℃程度が好ましい。このように循環水の水温を高くするには、上記の通り給水ポンプ４の熱を利用するのが好ましい。給水ポンプ４の吐出側の弁５の開度を小さくして、ポンプの発熱量を増加させるために、給水ポンプ４として０．６５ＭＰａ以上の揚程を有するものを用いることが好ましい。これにより、流量を絞っても、ＲＯ膜７ｍ全体に洗浄液を行き渡らせることができる。

［実施例１］
図１に示す設備においてＲＯ膜装置７を以下の条件で通常運転し、その後、洗浄を行った。

通常運転時には、弁１，５，８，１１，１５を開とし、給水ポンプ４を作動させ、原水をＲＯ膜装置７で処理し、透過水を配管９から取り出し、濃縮水の大部分を配管１２を介して循環させ、濃縮水の一部を配管１４から流出させた。

洗浄時には、弁１，５，１５を開とし、弁８，１１を閉とし、給水ポンプ４を作動させることにより、ＲＯ膜装置７の一次側７ａを原水に置換した後、弁１，８，１５を閉とし、弁５，１１を開とし、給水ポンプ４，薬注ポンプ１８を作動させ、ＲＯ膜装置７の一次側７ａの液を循環させると共に、薬液タンク１７内の洗浄薬液を徐々に循環水に添加した。次いで、浸漬工程及びリンス工程を行った。

具体的な条件及び手順は次の通りである。
＜原水条件＞
被処理水：栃木県野木町水
水温：１８〜２０℃
原水ｐＨ：７．６
＜逆浸透膜装置＞
使用浸漬膜：栗田工業製８インチポリアミドスパイラル膜
ＫＲＯＡ−２０３Ｖ―ＦＸ×１本
処理流量：１．０ｍ^３／ｈ
＜原水供給ポンプ＞
グルンドフォス製ＣＲＮ−５−２４５ｍ^３／ｈ×１３０ｍ×４．０ｋＷ
＜運転方法＞
（１）野木町水を上記高圧給水ポンプを用い生産水量１ｍ^３／ｈ、濃縮水循環量３ｍ^３／ｈ、濃縮水排出量１ｍ^３／ｈの回収率５０％で運転し、ＲＯ差圧が０．３ＭＰａとなるまで連続通水した。ここまで１２５日を要した。
（２）ＲＯ膜装置の一次側に原水を３ｍｉｎ通水し、一次側を原水に置換した。
（３）循環水量３ｍ^３／ｈにて一次側の水を循環させながら、薬液タンク１６の薬液（苛性ソーダ２５ｗｔ％水溶液）を、定量ポンプにより、洗浄剤添加開始から洗浄剤添加終了までの平均ｐＨ変化率が約０．２／ｍｉｎとなるように添加し、２５ｍｉｎかけてｐＨ１２まで上昇させた。このときの水温は約２３℃であった。
（４）次いで、弁５の開度を流量１．０ｍ^３／ｈまで絞り、ｐＨ１２の液を２５ｍｉｎ間循環させた。これにより、水温は３０℃まで上昇した。
（５）次いで、給水ポンプ４を止め、すべてのバルブを閉め、２時間浸漬洗浄を行った。
（６）２時間浸漬後ｐＨが８以下になるまで原水でリンスした。リンス後のＲＯ差圧は０．０６ＭＰａであった。その後１ｍ^３／ｈの採水量にて通常運転を行った。

［比較例１］
図２に示す設備について、通常運転及び洗浄を行った。

図２に示す設備では、薬液タンク１６、配管１７及び薬注ポンプ１８が省略されている。その代りに、配管１４から弁１５を介して流出する洗浄液を配管２０を介して仮設洗浄タンク２１に導入可能としている。また、透過水の一部を配管２２を介して仮設洗浄タンク２１に導入可能としている。

また、仮設洗浄タンク２１で調製した洗浄液（ｐＨ１２の苛性ソーダ水溶液２００ｍＬ）を配管６に供給するためのポンプ（グルンドフォス製ＣＲＮ−５−５５ｍ^３／ｈ×３０ｍ×０．７５ｋＷ）２３及び配管２４が設けられている。その他の構成は図１（実施例１）と同一である。

この比較例１では、実施例１と同一条件で同一原水を通常運転処理することにより、実施例１と同じく差圧が０．３ＭＰａまで上昇したＲＯ膜装置７を以下の手順で洗浄した。
（１）弁１，５，８，１１を閉、弁１５を開とし、ポンプ２３を作動させ、仮設洗浄タンク２１内の洗浄液を配管２４，６，１０，１４，２０を介して３．０ｍ^３／ｈにて一次側７ａに３０ｍｉｎ間循環通水し、その後、２時間浸漬した。その後、原水でリンスした。なお、３０ｍｉｎの循環通水前の仮設洗浄タンク２１内の水温は１９℃であり、３０ｍｉｎ循環後の水温は約２１℃であった。

リンス後の膜差圧は０．１ＭＰａであった。

［考察］
実施例１の通り、洗浄液のｐＨを５ｍｉｎに１以下程度の上昇速度で徐々に上昇させること、揚程０．６５ＭＰａ以上のポンプの流量を絞って運転することで、循環洗浄液の温度を１時間以内に１０℃高くすることができ、洗浄効果も比較例１に比べて高いことが認められた。

７ＲＯ膜装置
１６洗浄薬液タンク
２１仮設洗浄タンク

Claims

原水を給水ポンプによって逆浸透膜装置に供給し、その濃縮水の一部を返送ラインによって該給水ポンプの吸込側に返送するよう構成された逆浸透膜装置を洗浄する洗浄方法において、
逆浸透膜装置への原水供給を停止すると共に逆浸透膜装置からの透過水取り出しを停止した状態で逆浸透膜装置の一次側に洗浄液を供給し、逆浸透膜装置の該一次側から流出した洗浄液を該返送ラインを介して該給水ポンプの吸込側に戻す洗浄工程を有し、
該濃縮水返送ラインを介して循環する洗浄液に対し、洗浄剤を連続的に添加することにより、該循環洗浄液中の洗浄剤濃度を徐々に規定濃度まで上昇させることを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
請求項１において、前記洗浄剤は強アルカリであり、洗浄液のｐＨが１１〜１３となるまで該洗浄剤を洗浄液に添加することを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
請求項１において、前記洗浄剤は強酸であり、洗浄液のｐＨが１〜４となるまで該洗浄剤を洗浄液に添加することを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
請求項２又は３において、洗浄剤添加開始から洗浄剤添加終了までの添加時間を２５〜１２０ｍｉｎとするか、又は洗浄剤添加開始から洗浄剤添加終了までの平均のｐＨ変化率を０．０５〜０．２／ｍｉｎとすることを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記ポンプから前記逆浸透膜装置への送水配管に弁が設けられており、
該弁の開度を絞り、前記ポンプの熱によって前記洗浄液の温度を３０〜４０℃とすることを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
請求項１ないし５のいずれか１項において、洗浄液による前記洗浄工程の開始前に、前記逆浸透膜装置の一次側を原水に置換することを特徴とする逆浸透膜装置の薬品洗浄方法。
原水を給水ポンプによって逆浸透膜装置に供給し、その濃縮水の一部を返送ラインによって該給水ポンプの吸込側に返送するよう構成された逆浸透膜装置を洗浄する洗浄装置において、
逆浸透膜装置への原水供給を停止すると共に逆浸透膜装置からの透過水取り出しを停止した状態で該逆浸透膜装置の一次側に洗浄液を供給し、該一次側から流出する洗浄液を該返送ラインを介して該給水ポンプの吸込側に戻す手段を有する逆浸透膜装置の洗浄装置であって、
該濃縮水返送ラインを介して循環する洗浄液に対して洗浄剤を連続的に添加することにより該循環洗浄液中の洗浄剤濃度を徐々に規定濃度まで上昇させる洗浄剤添加手段を備えたことを特徴とする逆浸透膜装置の洗浄装置。
請求項７において、前記洗浄剤は強アルカリ又は強酸であり、前記洗浄剤添加手段は、洗浄剤添加開始から洗浄剤添加終了までの添加時間を２５〜１２０ｍｉｎとするか、又は洗浄剤添加開始から洗浄剤添加終了までの平均のｐＨ変化率を０．０５〜０．２／ｍｉｎとすることを特徴とする逆浸透膜装置の洗浄装置。