JPH02214528A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は膜分離装置に係り、特に、膜面の洗浄を容易か
つ効率的に行なうことができる膜分離装置に関する。

【従来の技術］ 逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の分離膜モジュー
ルを備えた膜分離装置は、従来より、食品工業、化学工
業或いは排水処理等の様々な分野で使用されている。

この膜分離装置は、よく知られているように、分離膜の
一方の側に高い圧力状態に保持された被処理液（原水）
を流し、分離膜を透過した液を該分離膜の他方の側から
取り出すように構成されているものである。

第６図は従来の膜分離装置を示す系統図である。第６図
に示す膜分離装置において、配管１１より原水タンク（
又は循環タンク）１に供給された原水は、原水ポンプＰ
により配管１２を経て分離膜２．Ａを備える膜モジュー
ル２に供給される。

分離膜２Ａを透過した処理水は配管１３より系外へ排出
され、濃縮水は配管１４を経て原水タンク１に循環され
る。濃縮水の一部は必要に応じてバルブＶｌの開閉によ
り、配管１５より糸外へ排出される。

ところで、膜分離装置により原水の膜分離処理を行なう
と、原水中の溶質ないし懸濁物が経時的に膜面に付着、
堆積してくる。このような膜面の堆積物はゲル層又はケ
ーキ層と呼ばれるものであるが、原水供給圧等の操作圧
により常に圧縮された状態にあり、分離膜の濾過抵抗を
増大させ、水運過速度を低下させる。従って、このよう
な膜面のゲル層ないしケーキ層を洗浄により除去するこ
とが必要とされる。

従来、膜モジュールの洗浄方法としては、次の■〜■の
方法が行なわれている。

■　原水ポンプを停止して、透過水側から透過水を逆流
させて背圧洗浄する。洗浄後、ポンプ運転を再開する。

■　原水ポンプを運転したまま、上記■の如く、背圧洗
浄する。

■　原水の流れ方向を定期的に変更する。即ち、膜モジ
ユール人口から流入させている原水を、定期的に濃縮水
排出口から流入させるようにする。

［発明が解決しようとする課題］ 上記■、■のような背圧洗浄は、中空糸膜モジュールな
どにおいて広く採用されている方法であるが、この方法
を用いて高い洗浄効果を得るには、供給ポンプの運転の
有無に関わらず、背圧は極めて高い背圧（０，５ｋｇ／
ｃｒｎ’以上）をかける必要があフた。中空糸膜モジュ
ールの場合には、このような高い背圧にも耐え得るもの
が多いが、シート状の平膜を素材とするスパイラル膜モ
ジュールや平膜モジュールでこのような高い背圧を付加
すると膜が破損する。このため、スパイラル膜モジュー
ルや平膜モジュールでは膜洗浄時にかける背圧が低くな
り、十分な洗浄が行なえなかった。

■の方法でも膜面を十分に洗浄することはできなかった
。また、流路変更のための配管、弁、ポンプ等が必要で
あり、装置設備が複雑かつコスト高となるという問題も
あった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、膜モジュールの効
果的な逆流洗浄を行なうことができる膜分離装置であっ
て、その装置構成が簡単な膜分離装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の膜分離装置は、原水タンクからの原水を膜分離
処理する膜モジュールと、原水を膜モジュールに供給す
る配管と、該配管に設けられた原水を供給するための原
水ポンプと、原水ポンプを迂回するように前記配管に設
けられたバイパス配管と、膜モジュールからの濃縮水取
出用配管とを備える。この濃縮水取出用配管は、一端が
膜モジュールに接続され、他端が原水タンクの水面位よ
りも高所にて開放しているか、又は開放可能としである
。

［作用］ 本発明の膜分離装置においては、原水ポンプを停止する
と、膜モジュールの原水側の圧力が開放されるが、この
際、膜モジュールの濃縮水取出用配管の端部が原水タン
クの水面位より高いレベルにあって大気に開放している
か、又は大気に開放可能としである。また、原水供給配
管には原水ポンプをバイパスするバイパス配管が設けら
れている。このため、原水供給ポンプの停止と同時に、
濃縮水取出用配管及び膜モジユール内の水は、瞬時に逆
流して膜モジュールの濃縮水取出口から原水流入口へ向
って流れる。

ところで、ゲル層やケーキ層と呼ばれているような膜面
の堆積物は、操作圧によって常に圧縮されている。ポン
プが停止されて圧力が開放されると、この圧縮されてい
た堆積物は膨張し、所謂ゆるんだものとなる０本発明で
は、前述の通り、ポンプ停止時に堆積物が膨張しようと
すると共に瞬時に原水室内における水の流れが逆転し、
水が濃縮水取出口から原水流入口へ向って流れる。この
水の逆流と堆積物の膨張とが相俟って起こることにより
、膜面から堆積物が効率良く剥ぎ取られる。

なお、本発明にあっては、原水ポンプを停止して膜モジ
ュールの圧力を開放すると、原水の流れが瞬間的に濾過
時の方向と逆になり、これにより、膜面から堆積物が効
率良く剥離される。この場合、原水の流れが瞬間的に逆
になることが極めて重要であり、前記従来の■の方法の
如く、隼に原水の流れ方向を変えるだけでは、堆積物に
濾過圧力が加えられ、堆積物を十分に剥離することはで
きない。

このような、本発明の膜分離装置における膜洗浄操作を
行なう場合、これらの操作と同時に膜面の裏側から微小
圧の背圧をかけることにより、堆積物がさらに膨張し効
率良く剥離されるようになる。この微小圧は０．１〜０
．５ｋｇ／ｃｒｎ’が望ましい。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図〜第５図は、各々、本発明の膜分離装置の一実施
例を示す系統図である。

第１図に示す膜分離装置は、原水タンク（循環タンク）
１、分離膜２Ａを備える膜モジュール２、原水タンク１
に原水を供給する配管１１、原水タンク１内の原水を膜
モジュール２に供給するための原水ポンプＰ及びバルブ
Ｖ　２　、Ｖ　３を備える配管１２、原水ポンプＰを迂
回するように設けられたバイパス配管１６、該バイパス
配管１６に設けられたバルブｖ４、膜モジュール２の透
過水を処理水として系外に排出するための配管１３、膜
モジュール２の濃縮水を原水タンク１に循環するための
濃縮水取出用配管１４、該配管１４に設けられたバルブ
Ｖ５％濃縮水取出用配管１４から分岐して設けられた濃
縮水の一部を系外へ排出するための配管１５、該配管１
５に設けられたバルブｖ１等を備えている。濃縮水取出
用配管１４は、その一端が膜モジュール２に接続され、
他端は原水タンク１の水面位より高いレベルにおいて大
気に開放している。

このような膜分離装置により膜分離処理を行なうには、
まず、バルブｖ２、■３、ｖａを開とし、バルブｖ４を
閉とすると共に、原水ポンプＰを作動させて、原水タン
ク１内の原水を配管１２を経て膜モジュール２に供給し
、膜分離処理する。なお、この場合、バルブｖ４は開い
たままであっても良い。膜モジュール２の透過水は配管
１３より処理水として系外に排出する。一方、濃縮水は
、配管１４より原水タンク１に循環する。

この際、バルブＶ＋　　（場合により更にバルブＶ５）
を開閉することにより、必要に応じて濃縮水の一部を配
管１５より系外に排出する。

このような膜分ｌｌＩｍ処理を継続して行なうことによ
り、膜面にゲル層ないしケーキ層が堆積し、水運過速度
が低下してきた場合には、次のようにして分離膜２Ａの
洗浄を行なう。

即ち、バルブｖ２を閉、バルブ■４を開とすると共に、
ポンプＰを停止する。なお、この場合、バルブｖ２は開
いたままであっても良いが、ポンプＰ内の逆流を防止す
るためにバルブｖ２を閉とする方が良い。

ポンプＰを停止することにより、膜モジエール２内の水
が瞬時にバイパス配管１６を経て原水タンク１側に逆流
する。即ち、第１図の場合、濃縮水取出用配管１４の開
放端が原水タンクｌの水面位より高い位置にあることか
ら、ヘッド差により瞬時に逆流が発生する。

また、膜モジュール２の分離膜２Ａに圧縮されて堆積し
ているゲル層又はケーキ層は、原水ポンプＰを停止する
ことにより、圧力開放状態となり、その圧縮度がゆるん
だ状態となる。そして、この圧縮度がゆるんだゲル層な
いしケーキ層の表面に沿って瞬間的に高速の逆流が流れ
ることにより、ゲル層ないしケーキ層は効率的に取り除
かれる。

このようにして、ゲル層ないしケーキ層を除去した後は
、再びバルブｖ４を閉、バルブｖ２を開とすると共に、
ポンプＰを作動させて通常の膜分ｌ！処理を再開する。

このような本発明の膜分離装置において、上記逆流洗浄
に際して、分離膜の裏側から微小圧の背圧をかけること
により、より高い洗浄効率を得ることができる。

なお、本実施例（及び下記の実施例）では配管１４の端
部が大気に開放されて６ｘるが、本発明においてはこの
端部は原水タンクｉ内の水面下に没していても良い、こ
の場合には、例えば第１図中の破線で示す如く、配管１
４のうち原水タンク１の水面位よりも高所にて配管１４
から分岐する配管１４゛を設け、この配管１４°に逆止
弁を設ければ良い、この逆止弁１４”は、配管１４から
分岐配管１４°へ向う流れを阻止し、分岐配管１４゜か
ら配管１４へ向う流れを許容する。そして、ポンプＰを
停止したと籾には、大気が配管１４°から配管１４へ向
って流れ、上記した膜モジユール２内での瞬間的な逆流
が発生される。

第２図〜第５図は、分離膜に背圧を加える手段を備える
膜分離装置を示すものである。なお、第２図〜第５図に
示す膜分離装置において、背圧加圧手段を備えること以
外は、第１図に示す膜分離装置と同様の構成であるので
、同一機能を備える部材に同一符号を付し、その説明を
省略する。

第２図に示す膜分離装置は、ヘッダ３を処理水の排出用
配管１３に設けたものである。このように、ヘッダ３を
設け、処理水排出系の水位を膜モジエール２よりも高く
設定することにより、膜モジエール２の分離膜２Ａに背
圧をかけることができる。このヘッダ３の立上げ高さは
、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｒｎ”程度の背圧を加えるた
めに、１〜５ｍ程度とするのが好ましい。

第３図に示す膜分離装置は、第２図に示す膜分離装置に
おいて、配管１３に処理水バイパス管１７を分岐させる
と共に、配管１３．１７にバルブＶ　６　ｓ　Ｖ　７を
設けたものである。この第３図の装置においては、通常
運転時にはバルブ■６を閉、バルブｖ７を開として処理
水を配管１７から排出するが、この通常運転途中又は開
始時にバルブｖ６を開、バルブｖフを閉とし、ヘッダ３
に処理水を貯えておく、そして、次の膜面洗浄時にバル
ブｖ６を開、バルブｖ７を閉として分離膜２Ａに背圧を
かける。

第４図に示す膜分離装置は、第３図の装置においてヘッ
ダ３に加圧ガス供給管１８を接続したものである。第４
図の装置にあっては、分離膜２Ａに背圧をかけるときに
バルブ■６及びＶＳを開放してヘッダ３内の水を加圧し
て膜モジュール２へ供給する。なお、ヘッダ３に処理水
を導入するときにはバルブｖ６とエア抜きバルブＶＳを
開とし、バルブＶフを閉とする。

第５図に示す膜分離装置は、配管１３からの処理水を処
理水タンク５に貯留しておき、このタンク５内の処理水
を、処理水加圧ポンプＰ＋により配管１９を経て膜モジ
エール２内にポンプ圧で圧送して分離膜２Ａに背圧をか
ける構成とされている０図中、Ｖ　ＩＩ　ｓ　Ｖ　＋２
はバルブである。

なお、分離膜にかける背圧が大き過ぎると分離膜を破損
するおそれがある。従って、背圧の程度は０．１〜０．
５ｋｇ／ｃｍ’程度の微小圧とするのが良い０本発明の
膜分離装置においては、ポンプ停止により圧力が開放さ
れると共に瞬時に逆流が生じるため、このような微小圧
の背圧によっても、十分な背圧洗浄効果を得ることがで
きる。また、背圧をかける時間は数秒から数分で良い。

本発明において、膜モジュールとしては特に制限はない
が、例えば、波板状スペーサを挿入した、スパイラル型
膜モジュール又は平膜そジェール等を用いることができ
る。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の膜分離装置によれば、分離
膜に付着、堆積する堆積物を極めて効率的に剥離除去す
ることができる。従って、高い透過水量を維持し、効率
的な膜分離処理を行なうことが可能とされる。

しかも、本発明の膜分離装置はその構成が非常に簡易な
ものであることから、設備コストの高騰を招くこともな
く、メンテナンスも軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図及び第５図は、各々、
本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図、第６図は
従来の膜分離装置を示す系統図である。 １・・・原水タンク、　　２・・・膜モジュール、２Ａ
・・・分離膜、　　　Ｐ・・・原水ポン゛ブ、１４・・
・濃縮水取出用配管、 １６・・・バイパス配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原水タンクからの原水を膜分離処理する膜モジュ
   ールと、 原水を膜モジュールに供給する配管と、 該配管に設けられた原水を供給するための原水ポンプと
   、 原水ポンプを迂回するように前記配管に設けられたバイ
   パス配管と、 一端が前記膜モジュールに接続され、他端側が原水タン
   クの水面位よりも高所にて開放されたもしくは開放可能
   な濃縮水取出用配管と、 を備えたことを特徴とする膜分離装置。