JP7238234B2 - 半透膜モジュールの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、半透膜モジュールの洗浄方法に関する。

正浸透処理などの膜分離処理に用いられる半透膜は、使用により経時的に膜の汚染が進行する。膜の汚染が進行すると、透過水量の低下、透過水質の悪化、モジュール内圧力損失の上昇などの問題が生じる。

特許文献１（特許第５４３３６３３号公報）には、正浸透膜（半透膜）の洗浄方法が開示されている。特許文献１に記載の洗浄方法では、半透膜の両側のうち、海水より低い浸透圧を有する溶液（フィード溶液）が流される側のみに洗浄薬品（薬液）が流され、海水（ドロー溶液）側には薬液が流されていない。

特許第５４３３６３３号公報

しかしながら、種々の正浸透（ＦＯ）処理では、ドロー溶液（ＤＳ）が半透膜の汚染を生じる場合もあり、半透膜のフィード溶液（ＦＳ）側だけでなくドロー溶液側も汚染される可能性がある。また、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）に用いられる半透膜では、半透膜の両側に同じ液を流す場合などにおいて、半透膜の両側が汚染される可能性がある。このため、特許文献１に記載されるような洗浄方法では、半透膜を十分に洗浄することができなかった。

したがって、本発明は、正浸透およびブラインコンセントレーションに用いられる半透膜モジュールの半透膜を十分に洗浄することのできる、半透膜モジュールの洗浄方法を提供することを目的とする。

（１） 半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有する半透膜モジュールの洗浄方法であって、
前記第１室および前記第２室の両方に薬液を流すことを特徴とする、洗浄方法。

（２） 前記半透膜モジュールは正浸透用またはブラインコンセントレーション用である、（１）に記載の洗浄方法。

（３） 前記正浸透または前記ブラインコンセントレーションを実施するために前記半透膜モジュールに液を流すためのポンプが、前記薬液を流すためのポンプを兼ねる、（２）に記載の洗浄方法。

本発明によれば、正浸透およびブラインコンセントレーションに用いられる半透膜モジュールの半透膜を十分に洗浄することのできる、半透膜モジュールの洗浄方法を提供することができる。

実施形態１の洗浄方法を説明するための模式図である。 実施形態２の洗浄方法を説明するための模式図である。 実施形態３の洗浄方法を説明するための模式図である。 実施形態４の洗浄方法を説明するための模式図である。 実施形態５の洗浄方法を説明するための模式図である。 実施形態６の洗浄方法を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の洗浄方法を説明するための模式図である。

図１を参照して、本実施形態の洗浄方法は、
半透膜１０と、半透膜１０で仕切られた第１室１１および第２室１２と、を有する半透膜モジュール１の洗浄方法であって、
第１室１１および第２室１２の両方に薬液を流すことを特徴とする。

第１室１１および第２室１２の両方に薬液を流すことで、半透膜１０の両面を薬液で洗浄することができ、半透膜１０の両面の汚れを十分に洗浄することができる。

本実施形態の洗浄方法は、正浸透用の半透膜モジュールの洗浄方法である。
すなわち、本実施形態では、半透膜モジュールが膜分離処理に使用される際に、
第１対象液（フィード溶液：ＦＳ）が第１室１１に流され、第１対象液より高い浸透圧を有する第２対象液（ドロー溶液：ＤＳ）が第２室１２に流されることで、第１室１１内の第１対象液（ＦＳ）に含まれる水が半透膜１０を介して第２室１２内の第２対象液（ＤＳ）に移行する。

（薬液洗浄）
薬液による洗浄は、例えば、上記の膜分離処理（正浸透処理）を中断した状態で実施される。すなわち、ポンプ３１，３２を停止させた状態で、ポンプ３３を駆動することにより、薬液が半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２の両方に流される。これにより、半透膜１０の両側が薬液で洗浄される。なお、三方バルブ７１は薬液を排出するために切り替えられる。

本発明の半透膜モジュールの洗浄方法に用いられる薬液は、半透膜の汚れを洗浄可能なものであれば特に限定されない。薬液に用いられる薬剤としては、例えば、半透膜に付着するスケール（硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸塩など）の除去や、生物によって生成されバイオファウリングの原因となる有機物の除去が可能な薬剤が用いられる。このような薬剤としては、例えば、界面活性剤、酸剤（塩酸等の無機酸、カルボン酸等の有機酸など）、アルカリ剤などが挙げられる。具体的な薬剤としては、例えば、クエン酸、次亜塩素酸ソーダなどが好適に用いられる。クエン酸は、無機物に起因する汚れに対して好適に用いられる。次亜塩素酸ソーダは、有機物に起因する汚れに対して好適に用いられる。

薬液にクエン酸が用いられる場合の洗浄条件の一例としては、以下の条件が挙げられる。
クエン酸溶液の濃度： ２％
クエン酸溶液のｐＨ： ４
洗浄条件
供給圧力： ０.２～０.５ＭＰａ
供給液温度： ２０～３０℃
供給液流量： 通常運転時と同流量
なお、汚れが激しい場合は下記条件で洗浄を行う。
循環時間： ３時間
浸漬時間： ２４時間

薬液に次亜塩素酸ソーダが用いられる場合の洗浄条件の一例としては、以下の条件が挙げられる。
次亜塩素酸ソーダ溶液の濃度： ５～１０ｍｇ／Ｌ
次亜塩素酸ソーダ溶液のｐＨ： ５～６
循環時間： １５分
浸漬時間： １５分
なお、次亜塩素酸ソーダによる洗浄は、クエン酸洗浄を実施した後に実施することが好ましい。

（逆洗）
本実施形態の洗浄方法においては、薬液洗浄以外にさらに「逆洗」と呼ばれる洗浄を実施してもよい。

逆洗とは、膜分離処理の実施時に半透膜の両側に流れる液を逆に入れ替えることで、半透膜を透過する水の移動方向を膜分離処理の実施時とは逆方向にすることで、物理的に半透膜に付着した汚れを除去する洗浄方法である。

図１を参照して、例えば、膜分離処理が実施されている状態（実線の経路に液が流れている状態）から、三方バルブ７２，７３を切り替えることにより、ＤＳ分離装置４１で濃縮されたＤＳをＤＳタンク４２から半透膜モジュール１の第１室１１（正浸透処理においてＦＳが流される側の室）に導入する（図中の一点鎖線の経路を参照）。一方、三方バルブ７４を切り替えることにより、水回収タンク６より水を半透膜モジュール１の第２室１２（正浸透処理においてＤＳが流される側の室）に導入する。これにより、半透膜を透過する水の移動方向が正浸透処理の実施時とは逆方向になり、物理的に半透膜に付着した汚れを浮き上がらせて除去することができる。

（フラッシング）
本実施形態の洗浄方法においては、薬液洗浄以外にさらに「フラッシング」と呼ばれる洗浄を実施してもよい。なお、上記の逆洗と併用してもよい。

フラッシングとは、半透膜の表面に付着した汚れを低圧で高流量の洗浄液で洗い流す洗浄方法である。洗浄液は特に限定されないが、図中の水回収タンク６内の水や、ＲＯ透過水などでよい。フラッシングは、比較的軽く付着した汚れの除去に有効な方法である。このため、例えば、半透膜の汚染が進行する前からフラッシングを定期的に実施することで、膜汚染を予防する効果を得ることができる。

（半透膜モジュール）
半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。

セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。

ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。

半透膜（および後述する逆浸透膜）の形状としては、特に限定されないが、例えば、平膜、スパイラル膜または中空糸膜が挙げられる。なお、図１では、半透膜１０として平膜を簡略化して描いているが、特にこのような形状に限定されるものではない。なお、中空糸膜（中空糸型半透膜）は、スパイラル型半透膜などに比べて、モジュール当たりの膜面積を大きくすることができ、浸透効率を高めることができる点で有利である。

また、半透膜モジュール（および後述する逆浸透モジュール）の形態としては、特に限定されないが、中空糸膜を用いる場合は、中空糸膜をストレート配置したモジュールや、中空糸膜を芯管に巻きつけたクロスワインド型モジュールなどが挙げられる。平膜を用いる場合は、平膜を積み重ねた積層型モジュールや、平膜を封筒状として芯管に巻きつけたスパイラル型モジュールなどが挙げられる。

〔実施形態２〕
図２は、実施形態２の洗浄方法を説明するための模式図である。
図２を参照して、本実施形態の洗浄方法では、膜分離処理（正浸透）を実施するために半透膜モジュール１に液を流すためのポンプ３１，３２が、薬液を流すためのポンプを兼ねる。それ以外の点は、実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。

具体的には、薬液タンク５に接続された三方バルブ７５，７６を切り替えることにより、薬液タンク５内の薬液が半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２に導入される。これにより、膜分離処理に用いられるポンプ３１、３２により別途ポンプを設置することなく、半透膜１０の両側を薬液で洗浄することができる。これにより、ポンプの兼用により実施形態１よりも設備スペースをコンパクト化することが可能となる。

〔実施形態３〕
図３は、実施形態３の洗浄方法を説明するための模式図である。
図３を参照して、本実施形態の洗浄方法では、洗浄に用いられた薬液を半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２から薬液タンク５に回収するための経路９を有している。具体的には、三方バルブ７１，７１ａを切り替えることにより経路９によって薬液タンク５に回収される。それ以外の点は、実施形態２と同様であるため、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、薬液の再利用により、薬液の廃液を減らすことができ、薬液に必要なコストを削減することができる。

〔実施形態４〕
図４は、実施形態１の洗浄方法を説明するための模式図である。
図４を参照して、本実施形態の洗浄方法では、薬液を１つの経路により半透膜１０の両側（半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２）に流す。それ以外の点は、実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。

具体的には、ポンプ３２を停止させ、三方バルブ７５，７７を切り替えることで、薬液タンク５内の薬液を半透膜モジュール１の第２室１２に導入し、次に第１室１１を通過するようにする（図中の点線で示す経路）。これにより、１つのポンプ３１を稼働させるだけで、半透膜１０の両側を薬液で洗浄することができる。

なお、図４では、薬液を先に第２室１２（正浸透処理においてＤＳが流される側の室）に流し、次に第１室１１（正浸透処理においてＦＳが流される側の室）に流している。ただし、この順に限られず、薬液を先に第１室１１に流し、次に第２室１２に流すようにしてもよい。

〔実施形態５〕
図５は、実施形態５の洗浄方法を説明するための模式図である。

本実施形態の洗浄方法は、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）用の半透膜モジュールの洗浄方法である。なお、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）とは、ＲＯ法を用いた淡水化処理に必要なエネルギーを低下させること等を目的として用いられる膜分離処理であり、例えば、特開２０１８－１１１１号公報などに開示されている。

すなわち、図５を参照して、本実施形態では、半透膜モジュールが膜分離処理に使用される際に、
半透膜モジュールにおいて、
第１対象液が所定の圧力で第１室１１に流され、第２対象液が所定の圧力よりも低い圧力で第２室１２に流されることで、第１室１１内の第１対象液に含まれる水が半透膜を介して第２室１２内の第２対象液に移行する。
なお、図５では、第１対象液と第２対象液は同じ対象液であるが、異なる対象液であってもよい。

なお、図５では、第１室１１へ流れる液と第２室１２に流れる液の圧力差を生じさせるための圧力低下装置として、所定の圧力に昇圧された対象液を半透膜モジュール１の第１室１１と第２室１２とに分けて流すことのできる分流弁８が用いられている。すなわち、分流弁８（圧力低下装置）は、第２室１２に流される対象液を所定の圧力より低い圧力に減圧する機能を有している。

本実施形態において、薬液による洗浄は、例えば、上記の膜分離処理（ＢＣ）を中断した状態で実施される。すなわち、ポンプ３３（ブースターポンプ）および高圧ポンプ３４，３５を停止させた状態で、ポンプ３３を駆動することにより、薬液が半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２の両方に流される。これにより、半透膜１０の両側が薬液で洗浄される。なお、三方バルブ７８は薬液を排出するために切り替えられる。

本実施形態の洗浄方法においても、実施形態１と同様に、薬液洗浄以外にさらに逆洗、フラッシング等の洗浄を実施してもよい。

図５では、半透膜モジュール１の第２室１２で希釈された対象液は、高圧ポンプ３５により逆浸透モジュール２の第１室２１に送られ、半透膜２０を介して第２室２２へ水が透過し、水回収タンク６に回収される。この水回収タンク６内の水をポンプ３６により半透膜モジュール１の第２室１２に導入することで、第２室側の浸透圧が低くなり、膜分離処理（ＢＣ）とは逆方向に水を第１室１１から第２室１２側へ透過させることができる（図中に示す一点鎖線の経路）。このようにして、逆洗を行うことができ、物理的に半透膜に付着した汚れを浮き上がらせて除去することができる。

〔実施形態６〕
図６は、実施形態６の洗浄方法を説明するための模式図である。
図６を参照して、本実施形態の洗浄方法では、膜分離処理（ＢＣ）を実施するために半透膜モジュール１に液を流すためのポンプ３３（ブースターポンプ）が、薬液を流すためのポンプを兼ねる。それ以外の点は、実施形態５と同様であるため、重複する説明は省略する。

具体的には、高圧ポンプ３４を停止し、三方バルブ７９ａ，７９ｂを切り替えることにより、薬液タンク５内の薬液が半透膜モジュール１の第１室１１および第２室１２に導入される（図中の点線で示す経路）。これにより、膜分離処理に用いられるポンプ３３により別途ポンプを設置することなく、半透膜１０の両側を薬液で洗浄することができる。これにより、ポンプの兼用により実施形態５よりも設備スペースをコンパクト化することが可能となる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 半透膜モジュール、１０ 半透膜、１１ 第１室、１２ 第２室、２ 逆浸透（ＲＯ）モジュール、２０ 逆浸透（ＲＯ）膜、２１ 第１室、２２ 第２室、３１，３２，３３，３６ ポンプ、３４，３５ 高圧ポンプ、４１ ＤＳ分離装置、４２ ＤＳタンク、５ 薬液タンク、６ 水回収タンク、７１，７１ａ，７２～７８，７９ａ，７９ｂ 三方バルブ、８ 分流弁、９ 経路。

Claims (2)

1. 半透膜と、前記半透膜で仕切られた第１室および第２室と、を有する半透膜モジュールの洗浄方法であって、
   前記半透膜モジュールは正浸透またはブラインコンセントレーションに用いられ、
   前記ブラインコンセントレーションは、前記半透膜モジュールにおいて、第１対象液を所定の圧力で前記第１室に流し、第２対象液を所定の圧力よりも低い圧力で前記第２室に流すことで、前記第１室内の前記第１対象液に含まれる水を前記半透膜を介して前記第２室内の前記第２対象液に移行させる膜分離処理であり、
   前記第１室および前記第２室の両方に薬液を流すことで前記半透膜の両面を洗浄することを特徴とする、洗浄方法。
2. 前記正浸透または前記ブラインコンセントレーションを実施するために前記半透膜モジュールに液を流すためのポンプが、前記薬液を流すためのポンプを兼ねる、請求項１に記載の洗浄方法。

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