JP7351704B2 - ろ過モジュールの運転方法およびろ過装置 - Google Patents

Description

本発明は、ろ過モジュールの運転方法およびろ過装置に関する。

半透膜を備えるろ過モジュールを用いて流体中の物質を選り分ける膜分離（ろ過）技術が、省エネルギー、省資源、および環境保全等の観点から注目を集めている。半透膜としては、例えばナノフィルトレーション（Ｎａｎｏ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ：ＮＦ）膜、逆浸透（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ：ＲＯ）膜、および正浸透（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ：ＦＯ）膜が用いられる。このうち、正浸透膜は、自然の浸透圧差を駆動力として用いることから、海水淡水化のようなろ過技術に使用した場合にエネルギー消費量の低減が期待されるとともに、ろ過技術だけでなく浸透圧発電技術、濃縮技術等の分野でも幅広い応用が期待され、注目を集めている。

正浸透膜を用いたろ過技術は、被処理水（Ｆｅｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ：ＦＳ）と、ＦＳよりも高い浸透圧を有するドローソリューション（Ｄｒａｗ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ：ＤＳ）とを正浸透膜を介して接触させ、被処理水とドローソリューションとの間に正浸透作用を生じさせることにより、被処理水に含まれる塩、および浮遊汚濁物質、たんぱく質、細菌、微生物、有機物、金属成分、土壌成分等の膜ファウラントを移動させず、被処理水に含まれる水をドローソリューションに移動させる技術である。

正浸透膜をろ過運転に用いた場合、被処理水に含まれる膜ファウラントが正浸透膜に蓄積する、いわゆる膜ファウリングが発生するという問題がある。膜ファウリングが発生すると、正浸透膜を介した被処理水からドローソリューションへの水の移動速度が低下し、ろ過効率が低下するとともにエネルギーコストが上昇するだけでなく、正浸透膜を介した水の移動、すなわち正浸透作用そのものが困難になるおそれがある。そのため、正浸透作用を効率よく生じさせるには、膜ファウリングの発生を予防保全的に抑制すること、または発生した膜ファウリングを洗浄することにより、正浸透膜を清浄に保つことが重要である。

正浸透膜における膜ファウリングの発生を抑制する方法としては、例えば特許文献１では、浸透工程の前に塩素系殺菌剤をフィード溶液（上記「被処理水」に相当する。）およびドロー溶液（上記「ドローソリューション」に相当する。）の両方に添加する殺菌剤添加工程を設ける方法が提案されている。この方法では、フィード溶液およびドロー溶液を塩素の酸化力で殺菌することによってファウリングの抑制を図っている。

また、特許文献２では、正浸透工程の前に被処理水を不活性ガスで曝気する曝気工程を設ける方法が提案されている。この方法では、不活性ガスで被処理水の溶存酸素濃度を低下させて微生物の繁殖の抑制を図っている。

特許文献１および特許文献２で提案された方法は、いずれもバイオファウリングと呼ばれる、微生物に起因する膜ファウリングの発生を予防保全的に抑制するための方法である。

一方で、既に発生した膜ファウリングを洗浄する方法については、逆浸透膜に関してはこれまでに検討が行われているものの、正浸透膜に関しては十分な検討はまだ行われていない。

逆浸透膜について発生した膜ファウリングを洗浄する方法としては、例えば特許文献３では、被処理水を高圧ポンプで加圧して逆浸透膜モジュールに供給して透過水を得る逆浸透膜モジュールにおいて、高圧ポンプの停止後に圧力開放バルブを開けて正浸透作用で、膜に付着したファウリング物質を除去する方法が提案されている。さらに、同文献では、高圧ポンプの停止後に被処理水に酸またはアルカリを添加して正浸透作用による洗浄の効率を向上させる方法が提案されている。

ところで、正浸透膜や逆浸透膜といった脱塩用途の膜ではなく、精密ろ過膜、限外ろ過膜等の被処理水中の懸濁物質を除去する分野に用いられる膜は、一般に、正浸透膜および逆浸透膜に比べて物理的強度が高いため、逆洗およびバブリングのような物理的洗浄方法が適用されている。

精密ろ過膜、限外ろ過膜等を使用する場合、ろ過運転を停止し、その後、逆洗またはバブリングによる洗浄を行うというように、ろ過工程と洗浄工程とを独立して操業する方法が一般的である。例えば、特許文献４では、当該分野に用いられる中空糸膜モジュールについて、ろ過運転を停止してからバブリングにより洗浄を行う方法が提案されている。しかし、正浸透膜および逆浸透膜については、これまで逆洗およびバブリングのような物理的洗浄方法は積極的には検討されていない。

特許第６２５２２９７号公報 特許第６２１００３４号公報 特開２０１５－０１６４０４号公報 特開２０１６－２１５０８９号公報

以上のように、正浸透膜に関し、既に発生した膜ファウリングを洗浄する方法についてはこれまでに十分な検討が行われていない。

ここで、例えば逆浸透膜について特許文献３で提案されている、被処理水に酸またはアルカリ等の薬液を注入する方法を、正浸透膜の膜ファウリングの洗浄に適用することも考えられる。しかし、この方法では、薬液を定期的に使用する必要があり、薬液そのものの費用および使用後の薬液の廃棄処理費用等のランニングコストがかかることや、薬液使用時にろ過モジュールの運転を停止する必要がありろ過モジュールの運転の効率が低下すること等、改善の余地がある。

また、正浸透膜の膜ファウリングの発生を予防的に抑制する方法に関し、上述の特許文献１および特許文献２で提案されているように殺菌剤を溶液に添加する方法または不活性ガスで被処理水を曝気する方法の適用が考えられる。しかし、これらの方法では、正浸透運転の前に添加作業または曝気作業、すなわち準備作業を行わなくてはならない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、正浸透運転前の準備作業を行うことなく膜ファウリングの発生を予防的に抑制すること、および薬液の使用もろ過モジュールの運転の停止も必要とせず、正浸透膜に発生した膜ファウリングを洗浄することが可能であり、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能なろ過モジュールの運転方法を提供することを目的とする。また、このろ過モジュールの運転方法を適用可能なろ過装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、種々検討した結果、上記目的は、以下の発明により達成されることを見出した。

本発明の一局面に係るろ過モジュールの運転方法は、被処理水が流入する第１の空間と、前記被処理水よりも高い浸透圧を有するドローソリューションが流入する第２の空間と、前記第１の空間と前記第２の空間とを区画する正浸透膜と、を有するろ過モジュールの運転方法であって、前記正浸透膜を介して前記被処理水から前記ドローソリューションに前記被処理水に含まれる水を移動させる正浸透作用中に、前記被処理水および前記ドローソリューションの両方に気体を供給する。

上記のろ過モジュールの運転方法によれば、被処理水中に気体を供給することにより、正浸透運転前の準備作業を行うことなく膜ファウリングの発生を予防的に抑制することができるとともに、正浸透膜に膜ファウリングが発生したとしても、薬液の使用もろ過モジュールの運転の停止も必要とせず洗浄することができる。すなわち正浸透作用中に被処理水中に気体を供給するため、殺菌処理や曝気処理等の準備作業を行わなくても正浸透膜による正浸透作用の低下を抑制することができ、一方、正浸透作用が低下したとしても、薬液を使用せず、ろ過モジュールの運転を停止させることなく正浸透作用を回復させることができる。そのため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

上記の洗浄効果は、気体の供給により発生した気泡の移動により正浸透膜に付着した膜ファウラントを除去することにより得られると考えられる。また、上記の抑制効果は、上記気泡が被処理水に含まれる膜ファウラントと正浸透膜との間に介在し、正浸透膜への膜ファウラントの初期の付着を抑制することによって、その後の膜ファウラントの堆積が抑制されることにより得られると考えられる。

本発明において、「正浸透作用」とは、正浸透膜を介して被処理水とドローソリューションとが接触し、被処理水とドローソリューションの浸透圧差に起因して被処理水に含まれる水がドローソリューションへ移動する作用をいう。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記正浸透作用中に、前記気体の供給を間欠的に行ってもよい。

この態様では、正浸透膜に一定の膜ファウリングが発生するまでの間、気体の供給が停止され、その後、正浸透作用中に気体を供給し膜ファウリングを洗浄する。これにより、ろ過モジュールの運転中における気体の供給量を低減することができる。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記正浸透作用中に、前記気体の供給を連続して行ってもよい。

この態様では、膜ファウリングの発生を予防的に抑制できるとともに、膜ファウリングが発生しても速やかに除去されるため、これにより正浸透作用の経時的な低下を抑制することができるため、より効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記気体が供給される側の前記正浸透膜の表面は、水接触角が９０°未満であってもよい。

正浸透作用中に、気体に接触して正浸透膜が乾燥すると、正浸透膜の透水性が低下し、正浸透作用の効率が低下する。しかし、この態様では、気体と正浸透膜との界面における正浸透膜の乾燥を抑制することができるため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記正浸透膜は、管状であってもよい。

この態様では、ろ過モジュールの被処理水およびドローソリューションの収容量に対する正浸透膜の表面積を、平膜等と比べて大きくすることができるため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記正浸透膜は、半透膜層と、前記半透膜層を支持する多孔質の支持層と、を有する複合半透膜であってもよい。

この態様では、比較的高い物理的強度を有する正浸透膜を使用するため、長期間に亘りろ過モジュールを使用することが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記支持層は、ポリフッ化ビニリデン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンおよびセルローストリアセテートの少なくとも１種からなるものであってもよい。

この態様では、優れた耐圧性能を有する正浸透膜を使用するため、長期間に亘りろ過モジュールを使用することが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記半透膜層は、多官能アミン化合物と多官能酸ハライド化合物とを重合させてなる架橋ポリアミドを含むものであってもよい。

この態様では、優れた水透過性能と脱塩性能とを両立した正浸透膜が得られる。水透過性能とは、被処理水からドローソリューションへより多くの水を透過させる性能をいい、脱塩性能とは、被処理水からドローソリューションに塩を水とともに移動させず、被処理水に塩を保持する性能をいう。

上記のろ過モジュールの運転方法において、前記正浸透膜は、セルローストリアセテートからなる半透膜層のみからなるものであってもよい。

この態様では、正浸透膜を半透膜層のみとしても、セルローストリアセテートからなるため十分な強度を確保することができ、ろ過モジュールをより簡単な構成とすることができる。

本発明の他の一局面に係るろ過装置は、被処理水を収容する第１の空間と、前記被処理水よりも高い浸透圧を有するドローソリューションを収容する第２の空間と、前記第１の空間と前記第２の空間とを区画する正浸透膜と、を有するろ過モジュールと、前記第１の空間に前記被処理水を供給する被処理水供給手段と、前記第２の空間に前記ドローソリューションを供給するドローソリューション供給手段と、前記被処理水中および前記ドローソリューション中に気体を供給する気体供給手段と、前記被処理水供給手段、前記ドローソリューション供給手段および前記気体供給手段を制御する制御部と、を備える。

上記のろ過装置によれば、上記のろ過モジュールの運転方法を適用可能であり、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

本発明によれば、正浸透膜運転を停止することなく、正浸透膜に発生した膜ファウリングを洗浄すること、および被処理水中に既に存在する膜ファウラントに起因する膜ファウリングの発生を予防的に抑制することにより、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能なろ過モジュールの運転方法を提供することができる。また、このろ過モジュールの運転方法を適用可能なろ過装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るろ過装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るろ過モジュールの構成を示す模式図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るろ過装置の全体構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施形態の変形例に係るろ過モジュールの構成を示す模式図である。 図５は、実施例１の場合の正浸透運転開始からの経過時間と水の透過速度との関係を示すグラフである。 図６は、実施例２の場合の正浸透運転開始からの経過時間と水の透過速度との関係を示すグラフである。 図７は、比較例１の場合の正浸透運転開始からの経過時間と水の透過速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
〈ろ過装置およびろ過モジュール〉
図１は本発明の第１の実施形態に係るろ過装置の全体構成を示す模式図であり、図２は本実施形態に係るろ過モジュールの構成を示す模式図である。まず、本実施形態に係るろ過モジュール１０およびこれを備えたろ過装置１の構成について、図１および図２を参照して説明する。

（ろ過装置）
ろ過装置１は、ろ過モジュール１０を用いて正浸透運転を行い、浮遊汚濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：ＳＳ）等の不純物（以下「膜ファウラント」という。）および塩を含有する被処理水（Ｆｅｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ：ＦＳ）から、被処理水に含まれる水を、被処理水より高い浸透圧を有するドローソリューション（Ｄｒａｗ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ：ＤＳ）に移動させる装置である。

図１に示すように、ろ過装置１は、ろ過モジュール１０と、被処理水供給手段３０と、被処理水排出手段３３と、ドローソリューション供給手段４０と、ドローソリューション排出手段４３と、気体供給手段５０と、制御部７０と、を備えている。制御部７０は、操作部および演算部を含むコンピュータを備え、被処理水供給手段３０、ドローソリューション供給手段４０および気体供給手段５０を制御する。

（ろ過モジュール）
図２に示すように、ろ過モジュール１０では、第１のポート１１ａからケース１１内にドローソリューションが導入され、第３のポート１１ｃからケース１１内に被処理水が導入される。ケース１１内では、正浸透作用により、正浸透膜１３を介して被処理水からドローソリューションに、被処理水に含まれる水の一部が移動する。被処理水からドローソリューションに水の一部が移動した後、ドローソリューションは第２のポート１１ｂからケース１１外に排出され、被処理水は第４のポート１１ｄからケース外に排出される。

ろ過モジュール１０は、複数の正浸透膜１３と、内部に正浸透膜１３を収容する筒状のケース１１と、正浸透膜１３をケース１１に対して固定する固定部材１２と、を備えている。

（ケースおよび固定部材）
ケース１１は、一方向に延びる円筒状の側壁１１ｅと、側壁１１ｅの両端に設けられた一対の第１の端板１１ｆおよび第２の端板１１ｇと、を有している。ケース１１の形状、素材は特に限定されず、例えば塩化ビニルやポリスルホン、ＡＢＳ樹脂等の樹脂製のものを使用することができる。

固定部材１２は、ケース１１内の２か所に設けられている。２つの固定部材１２は、ケース１１内において前記一方向において互いに離れた位置に配置されている。各固定部材１２は、それぞれの位置において、側壁１１ｅの内周面の全周に亘って側壁１１ｅに接着されている。これにより、ケース１１内の空間は、２つの固定部材１２の間の中央空間Ｓ１と、第１の端板１１ｆと固定部材１２との間の第１の端部空間Ｓ２と、第２の端板１１ｇと固定部材１２との間の第２の端部空間Ｓ３と、に仕切られている。また、２つの固定部材１２によって、中央空間Ｓ１と第１の端部空間Ｓ２との間、および中央空間Ｓ１と第２の端部空間Ｓ３との間は液密に封止される。固定部材１２を構成する樹脂として、接着性を有する樹脂、具体的にはウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。

ケース１１には、中央空間Ｓ１に開口するように第１のポート１１ａおよび第２のポート１１ｂが設けられている。これにより、中央空間Ｓ１は、第１のポート１１ａおよび第２のポート１１ｂを通して外部に連通している。第１のポート１１ａおよび第２のポート１１ｂは、前記一方向において互いに離れた位置に設けられている。また、ケース１１には、第１の端部空間Ｓ２に開口するように第３のポート１１ｃが設けられ、第２の端部空間Ｓ３に開口するように第４のポート１１ｄが設けられている。これにより、第１の端部空間Ｓ２は第３のポート１１ｃを通して、また、第２の端部空間Ｓ３は第４のポート１１ｄを通してそれぞれ外部に連通している。

（正浸透膜）
正浸透膜１３は、２つの固定部材１２の間に架け渡されるように配置されている。すなわち、本実施形態に係るろ過モジュール１０は、いわゆる中空糸膜型の両端支持タイプである。正浸透膜１３の一端部は一方の固定部材１２を貫通し、他端部は他方の固定部材１２を貫通している。正浸透膜１３は中空であるため、第１の端部空間Ｓ２と第２の端部空間Ｓ３とは正浸透膜１３の内部空間によって連通している。すなわち、第１の端部空間Ｓ２と第２の端部空間Ｓ３と正浸透膜１３の内部空間とは連通した一つの空間である第１の空間Ｔ１を構成する。また、中央空間Ｓ１のうち、正浸透膜１３の内部空間を除いた空間は、一つの空間である第２の空間Ｔ２を構成する。

第１の空間Ｔ１は被処理水が流入する空間であり、第２の空間Ｔ２はドローソリューションが流入する空間である。第１の空間Ｔ１と第２の空間Ｔ２とは、正浸透膜１３および２つの固定部材１２によって区画されている。第１の空間Ｔ１に収容された被処理水と第２の空間Ｔ２に収容されたドローソリューションとは、正浸透膜１３を介して接触する。

正浸透膜１３は、多孔質の中空糸状の支持層１３ａと、支持層１３ａの外周面に形成された半透膜層１３ｂと、を有する複合半透膜である。支持層１３ａは半透膜層１３ｂを支持する。正浸透膜１３は、管状であり、両端部において固定部材１２に接着されている。

（支持層）
支持層１３ａは、多孔質を形成することができる素材からなるものであれば、特に限定されない。支持層１３ａを構成する成分としては、例えば、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリクロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリケトン、結晶性セルロース、ポリサルホン、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、およびアクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂、三酢酸セルロース（セルローストリアセテート）等が挙げられる。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリサルホン、およびポリエーテルサルホン、セルローストリアセテートが、耐圧性能に優れる観点から好ましい。また、支持層１３ａを構成する成分としては、上記例示の樹脂を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（半透膜層）
半透膜層１３ｂは、多官能アミン化合物と多官能酸ハライド化合物とからなる架橋ポリアミド、すなわち、多官能アミン化合物と多官能酸ハライド化合物とを重合させてなる架橋ポリアミドを含んで、半透膜の機能を奏する層であれば、特に限定されない。

半透膜層１３ｂに用いられる多官能アミン化合物は、アミノ基を分子内に２つ以上有する化合物であれば、特に限定されない。多官能アミン化合物としては、例えば、芳香族多官能アミン化合物、脂肪族多官能アミン化合物、および脂環族多官能アミン化合物等が挙げられる。

芳香族多官能アミン化合物としては、例えば、ｍ－フェニレンジアミン、ｐ－フェニレンジアミン、およびｏ－フェニレンジアミン等のフェニレンジアミン、１，３，５－トリアミノベンゼンおよび１，３，４－トリアミノベンゼン等のトリアミノベンゼン、２，４－ジアミノトルエンおよび２，６－ジアミノトルエン等のジアミノトルエン、３，５－ジアミノ安息香酸、キシリレンジアミン、および２，４－ジアミノフェノール二塩酸塩（アミドール）等が挙げられる。

脂肪族多官能アミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、プロプレンジアミン、およびトリス（２－アミノエチル）アミン等が挙げられる。

脂環族多官能アミン化合物としては、例えば、１，３－ジアミノシクロヘキサン、１，２－ジアミノシクロヘキサン、１，４－ジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、２，５－ジメチルピペラジン、および４－アミノメチルピペラジン等が挙げられる。

多官能アミン化合物としては、これらの中でも、芳香族多官能アミン化合物が好ましく、フェニレンジアミンがより好ましい。また、多官能アミン化合物として、上記例示の化合物を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

半透膜層１３ｂに用いられる多官能酸ハライド化合物（多官能酸ハロゲン化物）は、カルボン酸等の酸を分子内に２つ以上有する多官能有機酸化合物に含まれる酸からヒドロキシル基を２つ以上除去し、ヒドロキシル基が除去された酸にハロゲンが結びついた化合物であれば、特に限定されない。

多官能酸ハライド化合物は、２価以上であればよく、３価以上であることが好ましい。多官能酸ハライド化合物としては、例えば、多官能酸フッ化物、多官能酸塩化物、多官能酸臭化物、および多官能酸ヨウ化物等が挙げられる。これらの中でも、多官能酸塩化物（多官能酸クロライド化合物）が、最も容易に得られ、反応性も高いので好ましく用いられるが、これに限定されない。以下、多官能酸塩化物を例示するが、多官能酸塩化物以外の多官能酸ハロゲン化物としては、下記例示の塩化物を、他のハロゲン化物に変えたもの等が挙げられる。

多官能酸クロライド化合物としては、例えば、芳香族多官能酸クロライド化合物、脂肪族多官能酸クロライド化合物、および脂環族多官能クロライド化合物等が挙げられる。

芳香族多官能酸クロライド化合物としては、例えば、トリメシン酸トリクロライド、テレフタル酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライド、ビフェニルジカルボン酸ジクロライド、ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、ベンゼントリスルホン酸トリクロライド、およびベンゼンジスルホン酸ジクロライド等が挙げられる。

前記脂肪族多官能酸クロライド化合物としては、例えば、プロパンジカルボン酸ジクロライド、ブタンジカルボン酸ジクロライド、ペンタンジカルボン酸ジクロライド、プロパントリカルボン酸トリクロライド、ブタントリカルボン酸トリクロライド、ペンタントリカルボン酸トリクロライド、グルタリルクロライド、およびアジポイルクロライド等が挙げられる。

脂環族多官能クロライド化合物としては、例えば、シクロプロパントリカルボン酸トリクロライド、シクロブタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタントリカルボン酸トリクロライド、シクロペンタンテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロヘキサントリカルボン酸トリクロライド、テトラハイドロフランテトラカルボン酸テトラクロライド、シクロペンタンジカルボン酸ジクロライド、シクロブタンジカルボン酸ジクロライド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロライド、およびテトラハイドロフランジカルボン酸ジクロライド等が挙げられる。

多官能酸ハライド化合物としては、これらの中でも、芳香族多官能酸クロライド化合物が好ましく、トリメシン酸トリクロライドがより好ましい。また、多官能酸ハライド化合物としては、上記例示の化合物を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（被処理水供給手段および被処理水排出手段）
図１に示すように、被処理水供給手段３０は、被処理水をろ過モジュール１０に供給するものである。被処理水供給手段３０は、被処理水ポンプ３１と、被処理水配管３２と、を有している。

被処理水配管３２は、一端がろ過モジュール１０の第３のポート１１ｃに接続されており、他端から被処理水を導入可能である。被処理水ポンプ３１は、被処理水配管３２の両端部の中間に設けられている。使用者が制御部７０の操作部を操作することによって、制御部７０の演算部は、被処理水ポンプ３１による被処理水の供給の開始および停止の動作を制御するとともに、被処理水配管３２に設けられた不図示のバルブの開度を調整する。これにより、被処理水の供給量が調整される。

被処理水排出手段３３は、一端がろ過モジュール１０の第４のポート１１ｄに接続された配管を有し、被処理水ポンプ３１の動作に応じてろ過モジュール１０から被処理水を外部に排出する。被処理水排出手段３３を構成する配管の他端は、被処理水配管３２の他端に接続して被処理水を循環させてもよい。

（ドローソリューション供給手段およびドローソリューション排出手段）
ドローソリューション供給手段４０は、ドローソリューションをろ過モジュール１０に供給するものである。図１に示すように、ドローソリューション供給手段４０は、ドローソリューションポンプ４１と、ドローソリューション配管４２と、を有している。

ドローソリューション配管４２は、一端がろ過モジュール１０の第１のポート１１ａに接続されている。ドローソリューションポンプ４１は、ドローソリューション配管４２の両端部の中間に設けられている。使用者が制御部７０の操作部を操作することによって、制御部７０の演算部は、ドローソリューションポンプ４１によるドローソリューションの供給の開始および停止の動作を制御するとともに、ドローソリューション配管４２に設けられた不図示のバルブの開度を調整する。これにより、ドローソリューションの供給量が調整される。

ドローソリューション排出手段４３は、一端がろ過モジュール１０の第２のポート１１ｂに接続された配管を有し、ドローソリューションポンプ４１の動作に応じてろ過モジュール１０からドローソリューションが排出される。ドローソリューション排出手段４３を構成する配管の他端は、ドローソリューション配管４２の他端に接続してドローソリューションを循環させてもよい。

（気体供給手段）
気体供給手段５０は、正浸透膜１３における膜ファウリングの抑制または洗浄に用いられるものであり、被処理水に気体を供給する。図１に示すように、気体供給手段５０は、圧縮機５１と、気体配管５２とを有している。

気体配管５２は、一端が被処理水配管３２のろ過モジュール１０側の端部と被処理水ポンプ３１が設けられた部分との間に接続されており、他端に圧縮機５１が接続されている。圧縮機５１は気体を圧縮し、気体配管５２は圧縮された気体を被処理水配管３２内の被処理水に供給する。使用者が制御部７０の操作部を操作することによって、制御部７０の演算部は、圧縮機５１による被処理水への気体の供給の開始および停止の動作を制御するとともに、気体配管５２に設けられた不図示のバルブの開度を調整する。これにより、被処理水への気体の供給量が調整される。なお、気体配管５２の一端は、被処理水配管３２に接続するのではなく、ケース１１の第１の端部空間Ｓ２に開口するように設けられた専用のポート（不図示）に接続してもよい。この場合、第１の端部空間Ｓ２内の被処理水に気体を供給する。

気体供給手段５０によって被処理水に供給される気体は、エア（空気）に限られず、窒素などの不活性ガスでもよい。コストの観点からは、エアが好ましい。圧縮機５１は、被処理水へのオイルの混入を防止する観点から、オイルフリーの圧縮機を用いることが好ましい。また、圧縮機５１と気体配管５２との間にオイルミストセパレータ等の気体浄化手段を設け、被処理水に導入する前に気体からオイルを除去し、気体供給による被処理水へのオイルの混入を抑制することがより好ましい。

気体供給手段５０によって被処理水に供給される気体の圧力は、被処理水がろ過モジュール１０を通過するときの圧力損失以上の圧力とする。被処理水に供給される気体の圧力が当該圧力損失未満であると気体の供給が困難となるが、当該圧力損失以上とすることにより被処理水に気体を供給することができる。

（被処理水およびドローソリューション）
被処理水（ＦＳ）は、水、または水と塩とを含む液体であり、膜ファウラントを含んでいてもよい。また、ドローソリューション（ＤＳ）は、水と塩とを含む液体であり、被処理水よりも高い浸透圧を有し、必要に応じて水と塩以外の物質を含んでもよい。ドローソリューションおよび被処理水は、ドローソリューションの浸透圧が被処理水の浸透圧よりも高い限りにおいてどのようなものでもよく、特に限定されない。

被処理水は、具体的には、水、水に塩化ナトリウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸カルシウム等の塩類を溶解させた溶液、水にスクロースまたはデキストロース等の糖類を溶解させた溶液、および水にポリプロピレングリコールまたはポリエチレングリコール等の高分子化合物を溶解させた溶液等が挙げられる。より実用的な観点では、例えば、海水、産業排水、下水道水、および食品としての液体等も挙げられる。

ドローソリューションは、具体的には、水に塩化ナトリウム、炭酸アンモニウムまたは炭酸カルシウム等の塩類を溶解させた溶液、水にスクロースまたはデキストロース等の糖類を溶解させた溶液、水にポリプロピレングリコールまたはポリエチレングリコール等の高分子化合物を溶解させた溶液、磁性を有する分散液体、およびイオン液体等が挙げられる。より実用的な観点では、例えば、海水、産業排水、下水道水、および食品としての液体等も挙げられる。これらをドローソリューションとして使用することで、本来、廃棄物となる液体を実用物として利用することが可能となる。

〈ろ過モジュールの運転方法〉
次に、ろ過装置１を用いたろ過モジュール１０の運転方法について図１および図２を参照して説明する。

ろ過装置１の被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１が停止した状態において、使用者が制御部７０を操作することによって、被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１が作動する。これにより、被処理水供給手段３０によって被処理水が第３のポート１１ｃから供給され、ろ過モジュール１０の第１の空間Ｔ１に流入する。また、ドローソリューション供給手段４０によってドローソリューションが第１のポート１１ａから供給され、ろ過モジュール１０の第２の空間Ｔ２に流入する。

その後、被処理水が供給されつつ、第１の空間Ｔ１が被処理水により満たされると、被処理水は第３のポート１１ｃから第４のポート１１ｄに向かって正浸透膜１３内を流動し、第４のポート１１ｄから排出される状態となる。また、ドローソリューションが供給されつつ、第２の空間Ｔ２（正浸透膜１３の内部空間を除いた中央空間Ｓ１）がドローソリューションにより満たされると、ドローソリューションは第１のポート１１ａから第２のポート１１ｂに向かって流動し、第２のポート１１ｂから排出される状態となる。このとき、被処理水ポンプ３１によって被処理水に加えられる圧力がドローソリューションポンプ４１によってドローソリューションに加えられる圧力から被処理水とドローソリューションの浸透圧差を引いた値よりも高い圧力となっている。このため、正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションとが接触し、被処理水とドローソリューションの浸透圧差に起因して被処理水に含まれる水がドローソリューションへ移動する状態、すなわち正浸透作用が生じる状態となる。このとき、被処理水は、正浸透膜１３の外表面に対して平行に、ドローソリューションは正浸透膜１３の内表面に対して平行に、それぞれ同じ方向に流動するため、このろ過モジュール１０の運転方式はクロスフローろ過方式に該当する。なお、被処理水とドローソリューションは、それぞれ逆方向に流動させてもよい。この場合もクロスフローろ過方式に該当する。

正浸透作用が生じる状態において、正浸透膜１３を介して被処理水に含まれる水がドローソリューションに移動する。これにより、被処理水は、水が減少して塩および膜ファウラントの濃度が上昇する。被処理水が水である場合は、単に被処理水の量が減少する。一方、ドローソリューションは、水が増加して塩等の濃度が低下する。水が減少して塩等の濃度が上昇し、または量が減少した被処理水は第４のポート１１ｄから被処理水排出手段３３を構成する配管を介して外部に排出される。水が増加して塩等の濃度が低下したドローソリューションは第２のポート１１ｂからドローソリューション排出手段４３を構成する配管を介して外部に排出される。

本実施形態では、正浸透運転中に気体供給手段５０を用いて被処理水配管３２中の被処理水に気体を供給する。被処理水に気体を供給すると被処理水中に気泡が発生する。この気泡は、ろ過モジュール１０内において、膜ファウリングの原因となる被処理水中の膜ファウラントと正浸透膜１３との間に介在し、正浸透膜１３への膜ファウラントの付着そのものを抑制し、膜ファウリングの発生を抑制することができると考えられる。膜ファウリングが発生した状態では、気泡の移動により正浸透膜１３から膜ファウリングを除去することができると考えられる。

気体の供給は、正浸透運転中に、間欠的に行ってもよいし、連続して行ってもよい。気体の供給を「間欠的に行う」とは、例えば正浸透運転の開始から所定時間が経過した後気体の供給を開始し、所定の時間供給を行った後、所定の時間気体の供給を停止し、再度気体の供給を開始することをいう。すなわち、正浸透運転の開始から終了までの間に、気体の供給の開始を２回以上、気体の供給の停止を１回以上行うことをいう。１回目の気体の供給の開始は、正浸透運転の開始から所定時間が経過した後に限られず、正浸透運転の開始と同時に行ってもよい。気体の供給を間欠的に行う具体例として、正浸透運転の開始から３０分毎に気体の供給を３０秒間行うことが挙げられる。

気体の供給を「連続して行う」とは、例えば正浸透運転の開始から終了まで停止することなく気体の供給を行うこと、正浸透運転の開始から所定の時間が経過した後気体の供給を開始し、正浸透運転の終了まで気体の供給を行うこと、および、正浸透運転の開始から所定の時間が経過した後気体の供給を開始し、所定の時間気体の供給を行った後、正浸透運転の終了まで気体の供給を停止することをいう。すなわち、正浸透運転の開始から終了までの間に気体の供給の開始を１回、気体の供給の停止を１回以下行うことをいう。

本実施形態では、ろ過装置１において被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１の両方が作動し、かつ正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションとが接触した状態となった時点を、ろ過モジュール１０を用いた「正浸透運転の開始」といい、被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１の少なくとも一方が停止した時点または正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションとが接触しなくなった時点を「正浸透運転の終了」という。

正浸透運転中のろ過モジュール１０では、正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションとが接触している状態となっている。そして、正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションとが接触していれば、ドローソリューションの浸透圧と被処理水ポンプ３１から被処理水に加えられる圧力との合計が、被処理水の浸透圧とドローソリューションポンプ４１からドローソリューションに加えられる圧力との合計よりも大きい限り、正浸透作用が生じて被処理水からドローソリューションへ水が移動する。また、第１の空間Ｔ１において被処理水が流動し、第２の空間Ｔ２内でドローソリューションが流動している場合だけでなく、正浸透運転を行っていない場合のように被処理水およびドローソリューションの少なくとも一方が停止している場合であっても、正浸透膜１３を介して被処理水とドローソリューションが接触しており、上記の浸透圧とポンプから加えられる圧力との関係を満たす限り、被処理水からドローソリューションへ水が移動する正浸透作用が生じる。「正浸透作用中」とは、このように正浸透作用が生じている状態を指す。

〈作用効果〉
次に、本実施形態に係るろ過膜モジュールの運転方法の特徴および作用効果について説明する。

本実施形態に係るろ過モジュール１０の運転方法では、被処理水中に気体を供給するため、正浸透運転前に殺菌処理や曝気処理等の準備作業を行わなくても膜ファウリングの発生を予防的に抑制することができるとともに、正浸透膜に膜ファウリングが発生したとしても、薬液の使用もろ過モジュールの運転の停止も必要とせず洗浄することができる。すなわち正浸透作用中に被処理水中に気体を供給するため、正浸透膜１３を介した被処理水からドローソリューションへの水の移動速度の低下を抑制することができる。また、膜ファウリングにより低下した、正浸透膜１３を介した被処理水からドローソリューションへの水の移動速度を回復させることができる。そのため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

この膜ファウリングの洗浄は、正浸透作用中に行うことが可能である。これは、正浸透膜１３を備えるろ過モジュール１０では、正浸透運転時を含めた正浸透作用中に、逆浸透膜のように被処理水に大きな圧力を加えないためである。なお、逆浸透膜では、逆浸透膜運転中に被処理水に大きな圧力を加えるため、逆浸透膜運転中に被処理水中に気体を供給することはできない。

このように、本実施形態に係るろ過モジュール１０の運転方法によれば、準備作業を行うことなく正浸透膜１３による正浸透作用の低下を抑制することができ、一方、正浸透作用が低下したとしても、ろ過モジュール１０の正浸透運転を停止させることなく正浸透膜１３の正浸透作用を回復させることができる。そのため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

上記の洗浄効果は、気体の供給により発生した気泡の移動により正浸透膜１３に付着した膜ファウリングを除去することにより得られると考えられる。また、上記の抑制効果は、上記気泡が被処理水に含まれる膜ファウラントに付着して移動することによって、膜ファウリングの発生が抑制されることにより得られると考えられる。

また、本実施形態に係るろ過モジュール１０の運転方法では、圧縮機５１で圧縮した気体を使用するため、薬液による洗浄方法等と比較して低コストで膜ファウリングの洗浄または抑制を行うことができる。

本実施形態に係るろ過モジュール１０の運転方法において、気体の供給を間欠的に行う場合には、正浸透膜１３に一定の膜ファウリングが発生するまでの間、気体の供給が停止され、その後、正浸透作用中に気体を供給し、膜ファウリングを洗浄する。これにより、正浸透運転中における気体の供給量を低減することができる。

一方、気体の供給を連続して行う場合には、膜ファウリングの発生を予防的に抑制できるとともに、膜ファウリングが発生しても速やかに除去されるため、より効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

ろ過モジュール１０において、正浸透膜１３は、半透膜層１３ｂと、半透膜層１３ｂを支持する多孔質の支持層１３ａと、を有する複合半透膜である。そのため、正浸透膜１３は、比較的高い物理的強度を有し、耐久性に優れる。これにより、長期間に亘りろ過モジュール１０を用いることが可能である。

また、正浸透膜１３は、管状である。そのため、ろ過モジュール１０の被処理水およびドローソリューションの収容量に対する正浸透膜１３の表面積を、平膜等と比べて大きくすることができる。これにより、より多くの被処理水をろ過することができるため、効率よく正浸透作用を生じさせることが可能である。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るろ過モジュールの運転方法について説明する。本実施形態に係るろ過モジュールの運転方法は、基本的に上述の第１の実施形態と同様に実施されるが、ドローソリューションにも気体が供給される点で異なっている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図３に示すように、第２の実施形態で用いられるろ過装置１の気体供給手段５０は、副気体配管５３をさらに備えている。副気体配管５３は、一端がドローソリューション配管４２のろ過モジュール１０側の端部とドローソリューションポンプ４１が設けられた部分との間に接続されており、他端が気体配管５２に接続されている。

制御部７０は、圧縮機５１による被処理水への気体の供給の開始および停止の動作を制御するとともに、気体配管５２に設けられた不図示のバルブの開度を調整するだけでなく、圧縮機５１によるドローソリューションへの気体の供給の開始および停止の動作を制御するとともに、副気体配管５３に設けられた不図示のバルブの開度を調整し、ドローソリューションへの気体の供給量を制御することも可能である。また、制御部７０は、被処理水への気体の供給とドローソリューションへの気体の供給とを独立して制御することが可能である。また、ドローソリューションに気体を供給しても、ドローソリューションと被処理水との間で正浸透作用が生じる圧力差が確保されるように、ドローソリューションおよび被処理水への気体の供給量、被処理水ポンプ３１から被処理水に加えられる圧力、ならびにドローソリューションポンプ４１からドローソリューションに加えられる圧力が設定されている。

第２の実施形態では、正透過運転中において、ドローソリューションにも気体が供給される。ドローソリューションは、膜ファウラントを含んでいてもよく、ドローソリューションへの気体の供給は、被処理水への気体の供給と同様に、連続して行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。また、ドローソリューションへの気体の供給のタイミングおよび気体の供給量は、被処理水およびドローソリューションに含まれる膜ファウラントの量に応じて、独立して調整してもよい。被処理水およびドローソリューションに含まれる膜ファウラントが多く、膜ファウリングが発生しやすい場合には、気体の供給頻度および供給量を増やすことが好ましい。

正浸透運転が可能であるろ過モジュール１０は、排水の濃縮や食品の濃縮等の用途において、膜ファウラントの濃度が高い液体または粘度が高い液体を、被処理水またはドローソリューションとして使用することが想定される。ドローソリューションにも気体を供給することにより、このような用途において正浸透膜のドローソリューション側でも膜ファウリングの洗浄効果または抑制効果を得ることができ、効率よく正浸透運転を行うことが可能であると考えられる。

［変形例］
（ろ過モジュールの変形例）
図４は、上記の実施形態の変形例に係る平膜型のろ過モジュールの模式図である。上記実施形態に係るろ過モジュールの運転方法において、平膜型のろ過モジュール１０を使用してもよい。

平膜型のろ過モジュール１０は、ケース１１と、ケース１１の内部に配置された平膜型の正浸透膜１３と、を有する。ケース１１は、互いに向かい合う一対の第１の側板１１ｈおよび第２の側板１１ｉと、第１の側板１１ｈおよび第２の側板１１ｉの周縁同士を接続する筒部１１ｊと、を有する。ケース１１の内部には、互いに向かい合う一対の第１の側板１１ｈおよび第２の側板１１ｉを除き、筒部１１ｊの内周面の全体に亘って固定部材１２が設けられている。正浸透膜１３は、第１の側板１１ｈおよび第２の側板１１ｉに平行に、固定部材１２に正浸透膜１３の外周全体が支持されるように配置されている。すなわち、ケース１１内の空間は、固定部材１２と正浸透膜１３によって、正浸透膜１３に対して一方側に位置する第１の空間Ｔ１と正浸透膜１３に対して他方側に位置する第２の空間Ｔ２と、に仕切られている。正浸透膜１３の支持層１３ａは第１の空間Ｔ１側、半透膜層１３ｂは第２の空間Ｔ２側に配置されている。

また、ケース１１には、第１の空間Ｔ１に開口するように第３のポート１１ｃおよび第４のポート１１ｄが設けられており、第２の空間Ｔ２に開口するように第１のポート１１ａおよび第２のポート１１ｂが設けられている。平膜型のろ過モジュール１０を用いても、上記実施形態に係るろ過モジュール１０の運転方法を実施することができる。

（正浸透膜の変形例）
正浸透膜１３は、管状、平膜状のいずれの形状とも、乾燥すると透水性が低下し、ろ過性能が低下する。正浸透膜１３の水との接触角が９０°以上であると、被処理水またはドローソリューションに導入された気体と接触した部分において正浸透膜１３が乾燥するおそれがある。このような乾燥に起因する正浸透膜１３の透水性の低下を抑制するため、正浸透膜１３の表面は、水との接触角が９０°未満であることが好ましく、８５°以下がより好ましく、８０°以下が最も好ましい。被処理水にのみ気体を供給する場合には、正浸透膜１３の被処理水に接触する側の面のみ水との接触角が上記角度を満たせばよい。また、上記角度は、正浸透膜１３が正浸透作用を生じる前の時点で満たしていればよく、正浸透作用中にも満たしていることが好ましい。

正浸透膜１３の水との接触角は、支持層１３ａ、半透膜層１３ｂのいずれも親水性樹脂を用いて親水化された材料を用いることにより上記角度を満たすものとすることができる。正浸透膜１３の水との接触角は、後述する実施例に記載するように所定の測定装置を用いて測定することができる。

支持層１３ａは、ポリフッ化ビニリデン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンおよびセルローストリアセテートの少なくとも１種からなるものが好ましい。この場合、正浸透膜１３は、優れた耐圧性能を有するため、長期間に亘りろ過モジュール１０を使用することが可能である。

上記のろ過モジュールの運転方法において、半透膜層１３ｂは、多官能アミン化合物と多官能酸ハライド化合物とを重合させてなる架橋ポリアミドを含むものが好ましい。この場合、優れた水透過性能と脱塩性能とを両立した正浸透膜１３を得ることができる。

また、半透膜層１３ｂが単独で、十分な強度を有している場合には、支持層１３ａと組み合わせず、半透膜層１３ｂ単独で正浸透膜１３として使用してもよい。例えば、三酢酸セルロースを用いる場合には、三酢酸セルロースは、支持層１３ａを使用しなくても十分な強度を有しているため、単独の使用が可能である。

（その他の変形例）
以上の説明では、ろ過モジュール１０内の正浸透膜１３の支持層１３ａ側の空間を第１の空間Ｔ１として被処理水を流入させ、半透膜層１３ｂ側の空間を第２の空間Ｔ２としてドローソリューションを流入させる例について説明した。しかし、正浸透膜１３の支持層１３ａ側の空間を第２の空間Ｔ２としてドローソリューションを流入させ、半透膜層１３ｂ側の空間を第１の空間Ｔ１として被処理水を流入させてもよい。この場合も、同様に正浸透運転を行うことが可能である。

また、上記の実施形態では、被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１の両方が作動している状態で、気体供給手段５０を用いた被処理水またはドローソリューションへの気体の供給を行ったが、これに限られない。例えば、正浸透作用が生じている状態であれば、被処理水ポンプ３１およびドローソリューションポンプ４１の少なくとも一方が停止した状態において気体の供給を行ってもよい。

また、以上の説明では、ろ過装置１において、制御部７０を用いて被処理水供給手段３０、ドローソリューション供給手段４０、および気体供給手段５０を制御する例について説明した。しかし、ろ過装置１から制御部７０を省略し、使用者が被処理水供給手段３０、ドローソリューション供給手段４０、および気体供給手段５０をそれぞれ手動で制御してもよい。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例により制限されるものではなく、前後記の趣旨に適合する範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術範囲に包含される。

本発明者らは、本発明のろ過モジュールの運転方法の試験として、ろ過モジュールを使用して膜ファウリングの洗浄試験および抑制試験を行った。

ろ過モジュールは、中空糸膜型の両端支持タイプとした。ろ過モジュールのケースは内径１０ｍｍのナイロン製チューブを用い、ケース内部をエポキシ樹脂からなる固定部材で封止し、固定部材は正浸透膜の端部が開放されるように設けた。

正浸透膜として、多孔質の中空糸状の支持層と、支持層の外周面に形成された半透膜層と、を有する複合半透膜を用いた。正浸透膜の外径は１０００μｍ、内径は６００μｍであった。ろ過モジュールは、正浸透膜を５本有し、ろ過モジュールにおける各正浸透膜の有効長（ろ過に有効な部分）は１０ｃｍであり、膜面積（外周面の有効長部分の面積）の合計は０．００１５７ｍ^２であった。

正浸透膜の水との接触角は次の方法で測定した。半透膜層については、試験を行う前の正浸透膜の状態で測定し、支持層については半透膜層が形成される前の中空糸状の状態で測定した。正浸透膜または中空糸状の半透膜層の外周面に水滴を滴下し、その瞬間の画像を撮影した。そして、水滴表面が当該外周面に接する場所における、水滴表面と外周面とのなす角を測定した。この角を、正浸透膜と水との接触角とした。測定装置としては、協和界面科学株式会社製のＤｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ７００を用いた。

被処理水は、浸透圧が１０ｂａｒの下水道水とした。ドローソリューションは、浸透圧５０ｂａｒ、濃度２．０Ｍ（２．０ｍｏｌ／Ｌ）のＮａＣｌ水溶液を用いた。

これらの液体を、それぞれポンプを用いて循環させ、これらの液体の浸透圧差を駆動力として正浸透運転を行った。正浸透膜の外側（半透膜層側）における液体の流速は２９ｃｍ／ｓの膜面線速、正浸透膜の内側（支持層側）における液体の流速は１２ｃｍ／ｓの膜面線速とした。液体の流動方向は、正浸透膜の内側と外側とで一致させた。

正浸透膜を介した被処理水からドローソリューションへの水の透過速度（以下単に「水の透過速度」ともいう。）は、次の方法で測定した。ドローソリューションの重量の時間変化を測定し、この測定結果を被処理水からドローソリューションに移動した水の重量の時間変化とみなし、水の透過速度を算出した。具体的には、ドローソリューションの重量を３分毎に計測し、水の比重を１として、使用した正浸透膜の膜面積１ｍ^２当たり、１時間当たりの被処理水からドローソリューションへの水の移動量を算出し、水の透過速度ＪｗＦＯ［ＬＭＨ］とした。ＪｗＦＯの単位「ＬＭＨ」は、「Ｌ／ｍ^２／ｈ」すなわち「Ｌ／（ｍ^２・ｈ）」を意味する。

（実施例１）
実施例１では、正浸透膜として、支持層がポリフッ化ビニリデン、半透膜層がポリアミドからなるものを用いた。支持層および半透膜層のいずれも親水化を行っていないものを用いた。支持層の水との接触角は９０°であり、半透膜層の水との接触角は７０°であった。

正浸透膜の外側（半透膜層側）に被処理水、正浸透膜の内側（支持層側）にドローソリューションを流した。液体に供給する気体はエア（空気）とし、正浸透膜の外側の被処理水にエアを供給した。すなわち、正浸透膜の外側を、被処理水を収容する第１の空間、正浸透膜の内側を、ドローソリューションを収容する第２の空間とし、第１の空間の被処理水にエアを供給した。実施例１の第１の空間と第２の空間の配置は、図２に示す上述の第１の実施形態とは逆である。

エアの供給は、正浸透運転開始から３０分毎に３０秒間行った。正浸透運転は１２０分行い、エアの供給は、ポンプによる液体の流動を止めることなく４回行った。

その結果、エアを供給すると、正浸透膜の外側表面に蓄積した、被処理水に含まれる膜ファウラントが剥離する様子が目視で確認できた。また、図５に示すように、膜ファウラントの蓄積により低下した水の透過速度（ＪｗＦＯ）が回復することも確認できた。４回のエア供給のそれぞれにおいて水の透過速度は初期状態の約９０％レベルまで同等に回復した。

なお、このように、膜ファウリングの洗浄効果または抑制効果を得ることが可能な圧力でエアを供給した場合であっても、正浸透膜を損傷させないことが確認された。以下の実施例でも同様である。

（実施例２）
実施例２では、正浸透運転開始から終了まで停止することなく被処理水へのエアの供給を行った。それ以外の条件は実施例１と同様とした。

その結果、図６に示すように、水の透過速度（ＪｗＦＯ）の低下が抑制され、安定した水の透過速度が得られた。これは、正浸透膜への膜ファウラントの蓄積すなわち膜ファウリングが抑制されたためと考えられる。

（比較例１）
比較例１では、被処理水およびドローソリューションへのエアの供給を全く行わなかった。それ以外の条件は、実施例１と同様とした。

その結果、図７に示すように、時間の経過とともに水の透過速度（ＪｗＦＯ）が低下し、１２０分後には初期状態の約１５％レベルまで大幅に低下することが確認できた。比較例１との対比により、実施例１および実施例２のろ過モジュールの運転方法が膜ファウリングの洗浄または抑制に有効であることが確認できた。

（比較例２）
比較例２では、エアの供給を正浸透膜の外側（半透膜層側）の被処理水へは行わず、正浸透膜の内側（支持層側）のドローソリューションに行った。それ以外の条件は実施例１と同様とした。

その結果、正浸透運転の開始から一定時間が経過した後、急激な透過速度の低下が生じた。これは、エアを供給した正浸透膜の内側（支持層）の水との接触角が９０°であり、エアの供給によって正浸透膜が時間経過とともに部分的に乾燥し、ドローソリューションが正浸透膜の内側表面（支持層）に接触しない部分が生じたこと、および被処理水へのエアの供給を行わなかったため、正浸透膜の外側表面（半透膜層）に膜ファウリングが発生したことによるものと考えられる。

（実施例３）
実施例３では、正浸透膜として、支持層が親水性樹脂を用いて親水化されているポリフッ化ビニリデン、半透膜層が親水化されていないポリアミドからなるものを用いた。支持層の水との接触角は４０°であり、半透膜層の水との接触角は７０°であった。

また、エアの供給は、正浸透膜の外側（半透膜層側）の被処理水および正浸透膜の内側（支持層側）のドローソリューションに行った。それ以外の条件は実施例１と同様とした。

その結果、エアを供給すると、正浸透膜の外側表面に蓄積した被処理水の膜ファウラントが剥離する様子が目視で確認できた。また、膜ファウラントの蓄積により低下した水の透過速度が回復することも不図示のデータにより確認できた。

ドローソリューションのみにエアを供給した比較例２では、水の透過速度についてのデータが得られなかったのに対して、被処理水とドローソリューションの両方にエアを供給した実施例３で水の透過速度についてのデータが得られたのは、支持層が親水化され、水との接触角が４０°であり、エアを供給しても支持層に乾燥する部分が生じず、正浸透膜の内側表面（支持層）全体にドローソリューションが接触したためと考えられる。

（実施例４）
実施例４では、正浸透膜として、実施例３と同じものを使用した。また、正浸透膜の外側（半透膜層側）にドローソリューション、正浸透膜の内側（支持層側）に被処理水を流した。エアの供給は、正浸透膜の内側の被処理水に行った。すなわち、正浸透膜の内側を、被処理水を収容する第１の空間、正浸透膜の外側を、ドローソリューションを収容する第２の空間とし、第１の空間の被処理水にエアを供給した。実施例４の第１の空間と第２の空間の配置は、図２に示す上述の第１の実施形態と同様である。それ以外の条件は実施例１と同様とした。

その結果、エアを供給すると、正浸透膜の内側表面（親水化された支持層の内周面）に蓄積した被処理水の膜ファウラントが剥離する様子が目視で確認できた。また、膜ファウラントの蓄積により低下した水の透過速度が回復することも確認できた。この結果から、複合半透膜の支持層側に被処理水、半透膜層側にドローソリューションを流した場合でも、膜ファウリングの洗浄効果が得られることがわかった。

１０ ：ろ過モジュール
１３ ：正浸透膜
１３ａ：支持層
１３ｂ：半透膜層
Ｔ１ ：第１の空間
Ｔ２ ：第２の空間

Claims (10)

1. 被処理水が流入する第１の空間と、前記被処理水よりも高い浸透圧を有するドローソリューションが流入する第２の空間と、前記第１の空間と前記第２の空間とを区画する正浸透膜と、を有するろ過モジュールの運転方法であって、
   前記正浸透膜を介して前記被処理水から前記ドローソリューションに前記被処理水に含まれる水を移動させる正浸透作用中に、前記被処理水および前記ドローソリューションの両方に気体を供給することを特徴とする、ろ過モジュールの運転方法。
2. 前記正浸透作用中に、前記気体の供給を間欠的に行うことを特徴とする、請求項１に記載のろ過モジュールの運転方法。
3. 前記正浸透作用中に、前記気体の供給を連続して行うことを特徴とする、請求項１に記載のろ過モジュールの運転方法。
4. 前記気体が供給される側の前記正浸透膜の表面は、水接触角が９０°未満であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のろ過モジュールの運転方法。
5. 前記正浸透膜は、管状であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のろ過モジュールの運転方法。
6. 前記正浸透膜は、半透膜層と、前記半透膜層を支持する多孔質の支持層と、を有する複合半透膜であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のろ過モジュールの運転方法。
7. 前記支持層は、ポリフッ化ビニリデン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンおよびセルローストリアセテートの少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項６に記載のろ過モジュールの運転方法。
8. 前記半透膜層は、多官能アミン化合物と多官能酸ハライド化合物とを重合させてなる架橋ポリアミドを含むことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のろ過モジュールの運転方法。
9. 前記正浸透膜は、セルローストリアセテートからなる半透膜層のみからなることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のろ過モジュールの運転方法。
10. 被処理水を収容する第１の空間と、前記被処理水よりも高い浸透圧を有するドローソリューションを収容する第２の空間と、前記第１の空間と前記第２の空間とを区画する正浸透膜と、を有するろ過モジュールと、
    前記第１の空間に前記被処理水を供給する被処理水供給手段と、
    前記第２の空間に前記ドローソリューションを供給するドローソリューション供給手段と、
    前記被処理水中および前記ドローソリューション中に気体を供給する気体供給手段と、
    前記被処理水供給手段、前記ドローソリューション供給手段および前記気体供給手段を制御する制御部と、を備えることを特徴とする、ろ過装置。
    

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