JPH11347372A

JPH11347372A - 膜分離装置及び膜分離方法

Info

Publication number: JPH11347372A
Application number: JP10162042A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ando; 雅明安藤; Masahiko Hirose; 雅彦廣瀬
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な装置構成にて各段で適切な透過液流量
を設定できるため、適正な運転が簡易に行える膜分離装
置及び膜分離方法を提供する。【解決手段】逆浸透膜エレメント又は逆浸透膜モジュ
ールＭ１１〜Ｍ２１を複数段に接続した膜分離装置にお
いて、前記逆浸透膜エレメント又は前記逆浸透膜モジュ
ールＭ１１，Ｍ１２の透過液流路に、流路絞り部Ｖ１を
設けてその上流側の昇圧を可能にしたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透膜エレメン
ト又は逆浸透膜モジュールを複数段に接続した膜分離装
置及び膜分離方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透膜を用いた膜分離法は、供給液の
浸透圧以上の圧力を昇圧機等で付与することにより、分
離が達成され、逆浸透膜を透過した透過液と濃縮された
膜縮液とに分離される。この方法により、海水、かん水
の脱塩、工業用超純水の製造、排水処理、食品プロセス
溶液の濃縮等の有価物の回収が実現されている。

【０００３】逆浸透膜モジュールを用いた膜分離法にお
いて、供給液量に対して、得られる透過液量の割合（回
収率）が高いほど効率がよい膜分離ができたことにな
る。一般に、高回収率を達成するには、図２に示すよう
な逆浸透膜モジュールＭ１１〜Ｍ３２を多段に接続した
「クリスマスツリー」配置をとる。この配置は上流の段
（グループ）より第１バンク、第２バンク、第３バンク
と呼び、回収率を高くする場合、このバンク数を多くし
ていく。そして、回収率を上げていくと、下流側のバン
クの濃縮液の濃度が上がり、それに対応する浸透圧以上
の圧力を昇圧機１により付与しなければ、膜分離が達成
されなくなる。なお、一般的に各逆浸透膜モジュールは
１本あるいは複数の逆浸透膜エレメントから構成されて
いる。

【０００４】上記の場合、希望する回収率を設定した時
点で最終の濃縮液の濃度が計算されるため、供給液の圧
力をこの最終濃縮液の浸透圧以上の圧力にすべく、第１
バンクの手前の昇圧機で１度に昇圧してやれば、各バン
クより透過液が得られることになる。しかし、最終濃縮
液の浸透圧以上の圧力を一度にかけた場合、各バンク毎
の膜分離に用いられている有効圧力は濃縮度が低い上流
側のバンクほど高く、従って、上流側のバンクの逆浸透
膜モジュール（例えばＭ１１〜Ｍ１５）ほど多くの透過
液が得られることとなる。これを各バンク内のエレメン
ト毎にみていくと、各バンク内の上流側のエレメントほ
ど多くの透過液を透過させていることとなる。

【０００５】一方、逆浸透膜モジュールを長期間安定し
て運転させるためには、ファウリング（膜面汚染）の防
止と濃度分極の防止が挙げられる。前者では、単位膜面
積当たりの透過水量が使用されている逆浸透膜の許容値
を超えないことが必要である。後者では、モジュール内
部での膜面流速の低下（上流側エレメントから下流側エ
レメントヘ行くほど供給水流量が低下）がないよう、膜
面流量を十分確保することが必要である。濃度分極が生
じると膜性能の低下が生じ、ファウリングが加速され、
膜寿命の低下を招く。

【０００６】従って、最終濃縮液の浸透圧以上の圧力を
第１バンクの手前より一度にかけた場合、各バンク毎の
膜分離に用いられている有効圧力は濃縮度が低い上流側
のバンクほど高く、各バンク内の上流側のエレメントほ
ど多くの透過液を透過させていることとなり、単位膜面
積当たりの透過水量の許容値を超え、ファウリングを生
じる可能性が高くなる。また、上流側のバンクほど多く
の透過液が得られることから、最終バンクでの供給液流
量が低くなり、濃度分極を引き起こす可能性が高くな
る。

【０００７】上述のような問題を解消するため、特開平
８−１０８０４８号公報には、各バンクの間に昇圧機１
を設け（図３参照）、各バンクの浸透圧の上昇分を昇圧
し、各バンク毎に適切な圧力設定を行い、許容値内の単
位膜面積当たりの透過水量の確保、および濃度分極を防
止するための供給流量の確保を行う膜分離装置が提案さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、各バンク毎に昇圧機を設ける方法は昇圧機が複
数個になる事によるシステム制御の複雑さ、メンテナン
スの煩雑さを招くこととなる。また、昇圧機の数が多け
れば、初期投資が増加してしまうなどの欠点がある。

【０００９】従って、本発明の目的は、上記の問題を解
消すべく、簡易な装置構成にて各段で適切な透過液流量
を設定できるため、適正な運転が簡易に行える膜分離装
置及び膜分離方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の膜分離装置は、逆浸透膜エレメント又は逆浸
透膜モジュールを複数段に接続した膜分離装置におい
て、前記逆浸透膜エレメント又は前記逆浸透膜モジュー
ルの透過液流路に、流路絞り部を設けてその上流側の昇
圧を可能にしたことを特徴とするものである。ここで逆
浸透膜とは、溶液の浸透圧以上の圧力により分離を行う
膜を意味するものであり、狭義の逆浸透膜の他、ルーズ
逆浸透膜やナノ濾過膜等を含むものである。

【００１１】上記において、前記流路絞り部は、開度調
整できない固定式のものでもよいが、前記流路絞り部を
開度調整可能な絞り弁で構成してあることが好ましい。

【００１２】また、前記流路絞り部は、逆浸透膜エレメ
ント毎又は逆浸透膜モジュール毎に設けてもよいが、複
数の逆浸透膜エレメント又は複数の逆浸透膜モジュール
を並列接続した段を有すると共に、その複数の逆浸透膜
エレメント又は複数の逆浸透膜モジュールの透過液流路
に、共通の前記流路絞り部を設けてあることが好まし
い。

【００１３】一方、本発明の膜分離装置は、上記の膜分
離装置を用い、前記絞り弁の開度を調整することで、前
記逆浸透膜エレメント又は前記逆浸透膜モジュールの透
過液流量を設定範囲内に維持することを特徴とするもの
である。

【００１４】〔作用効果〕そして、本発明の膜分離装置
によると、前記逆浸透膜エレメント又は前記逆浸透膜モ
ジュールの透過液流路に、流路絞り部を設けてその上流
側の昇圧を可能にしてあるため、その逆浸透膜エレメン
ト又は逆浸透膜モジュールにおける逆浸透膜分離に必要
な有効圧力を下げることができ、これにより下流側バン
クの濃縮液浸透圧にあわせて装置全体の圧力を調整して
も、上流側バンクの単位膜面積当たりの透過液流量が許
容値以上のとなるのを回避できる。このため、ファウリ
ングの問題を軽減しながら、下流側バンクの供給流量を
確保することで、濃度分極を抑制することができる。そ
の結果、簡易な装置構成にて各段で適切な透過液流量を
設定できるため、適正な運転が簡易に行える膜分離装置
を提供することができた。なお、本発明により、従来の
ように複数の昇圧機を設ける場合でもその数を少なくす
ることができる。

【００１５】前記流路絞り部を開度調整可能な絞り弁で
構成してある場合、膜分離の各種条件の設定に応じて、
絞り弁を開度調整することで、適切な有効圧力を設定す
ることができ、より確実に装置の適正な運転を行うこと
ができる。また、膜分離の状態が経時的に変化するよう
な場合でも、絞り弁の開度で有効圧力を調整することに
より、膜分離の状態をより安定に維持することができ
る。

【００１６】また、複数の逆浸透膜エレメント又は複数
の逆浸透膜モジュールを並列接続した段を有すると共
に、その複数の逆浸透膜エレメント又は複数の逆浸透膜
モジュールの透過液流路に、共通の前記流路絞り部を設
けてある場合、その流路絞り部の開度の設定又は調整に
より、複数の逆浸透膜エレメント又は複数の逆浸透膜モ
ジュールの透過液流量を、同時に設定又は調整すること
ができ、装置制御の煩雑さを回避しつつ装置構成をより
簡易なものにすることができる。

【００１７】一方、本発明の膜分離方法によると、上記
の膜分離装置を用いているため、上記作用効果により、
簡易な装置構成にて各段で適切な透過液流量を設定でき
るため適正な運転が簡易に行える。また、前記絞り弁の
開度を調整することで、前記逆浸透膜エレメント又は前
記逆浸透膜モジュールの透過液流量を適切な範囲に維持
できるため、より長期間にわたり安定した運転が可能と
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本実施形態では、逆浸透膜モジュ
ールを２段に接続し、第１バンクとして逆浸透膜モジュ
ールを２基並列接続した膜分離装置を例示する。図１は
かかる膜分離装置の概略構成図を示すものである。

【００１９】第１バンクの各モジュールＭ１１，Ｍ１２
からの透過液は、それらが合流するように配管されてお
り、その配管には共通の絞り弁Ｖ１が設けてある。原液
は昇圧機１を用いて各モジュールＭ１１，Ｍ１２に供給
され、分離後の濃縮液が第２バンクのモジュールＭ２１
に供給されるように配管されている。その際、昇圧機１
による昇圧は、モジュールＭ２１での濃縮液浸透圧以上
の圧力になるように設定される。その時、第１バンクの
各モジュールＭ１１，Ｍ１２で許容値以上の単位膜面積
当たりの透過水量がでるような圧力がかからないよう
に、絞り弁Ｖ１を絞ることで第１バンクでの逆浸透膜分
離に必要な有効圧力を調節する事ができる。なお、モジ
ュールＭ２１の濃縮液の流路配管には、モジュールＭ２
１、モジュールＭ１１、及びモジュールＭ１２に有効圧
力を生じさせるための圧力調整機構が設けられている
（図示せず）。

【００２０】逆浸透膜モジュールには、スパイラル型、
中空糸型、チューブラー型、プレート＆フレーム型等の
逆浸透膜が使用でき、必要に応じて複数のエレメントで
構成される。また、逆浸透膜モジュールの膜材質として
は、アセチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリ
アミド等を使用でき、特にトリハロメタンやトリブロモ
メタン等の有機物の阻止性能が高いポリアミドを使用す
ることが望ましい。スパイラル型、中空糸型、チューブ
ラー型、プレート＆フレーム型等に使用する膜には、逆
浸透膜のスキン層と多孔質支持体とからなる複合膜が好
適に使用される。

【００２１】本実施形態の膜分離方法は、上記装置を用
いて、絞り弁Ｖ１の開度を調整することで、逆浸透膜モ
ジュールＭ１１，Ｍ１２の透過液流量を設定範囲内に維
持するものである。具体的には、上流側の逆浸透膜モジ
ュールＭ１１，Ｍ１２に許容値以上の単位膜面積当たり
の透過水量がでるような圧力がかかるような場合、絞り
弁Ｖ１を閉じていき、透過側に圧力をかけ、逆浸透膜分
離に必要な有効圧力を下げて、透過液流量を設定範囲内
とする。また、長期運転により逆浸透膜の経時的な透過
流束の低下、また、膜のファウリングによる透過流束の
低下が生じたときは、絞り弁Ｖ１を開いていき、逆浸透
膜分離に必要な有効圧力を上げて、透過液流量を設定範
囲内とする。このように絞り弁Ｖ１を開閉することで逆
浸透膜分離に必要な有効圧を自由に変化させることがで
き、常時適切な単位膜面積当たりの透過水量が確保でき
る。

【００２２】上記の絞り弁Ｖ１の開閉は自動制御で行う
こともでき、その場合、透過液流路に流量検出器を設け
て、その出力に応じて絞り弁Ｖ１を上記と同様に開度制
御すればよい。

【００２３】上記以外の膜分離の各種条件、例えば各段
の有効圧力、原液供給量などは、使用する逆浸透膜モジ
ュールやエレメントの分離性能に応じて適宜設定すれば
よく、例えば特願平８−１０８０４８号公報に記載され
た条件等を採用することができる。

【００２４】なお、上記は逆浸透膜モジュールＭ１１，
Ｍ１２の透過液流路に共通の絞り弁Ｖ１を設けた例であ
るが、個々に設けることも可能であり、逆浸透膜モジュ
ールの分離性能が異なる場合などに有効となる。

【００２５】〔別実施形態〕以下、本発明の別実施形態
について説明する。

【００２６】（１）前述の実施形態は、２段のバンクか
ら構成される膜分離装置の例であるが、本発明では更に
段数を増やすことも可能である。その場合、各バンクの
透過液流路配管中に共通又は個別に絞り弁を設け、この
絞り弁を開度調整することで、各バンクに適した有効圧
力を各々調節する事ができる。これにより、各段で適切
な透過液流量により適正な分離条件を維持しながら、装
置全体の回収率を更に向上させることができる。

【００２７】（２）前述の実施形態は、各バンクの逆浸
透膜モジュールに対して絞り弁を設けた例であるが、本
発明では逆浸透膜モジュールの各エレメントに対して絞
り弁を設けてもよい。かかる構成によると、逆浸透膜エ
レメントの透過液流路に、流路絞り部を設けてその上流
側の昇圧を可能にしてあるため、各逆浸透膜エレメント
の有効圧力を下げることができ、これにより上流側エレ
メントの単位膜面積当たりの透過液流量が許容値以上の
となるのを回避できる。このため、ファウリングの問題
を軽減しながら、下流側エレメントの供給流量を確保す
ることで、濃度分極を抑制することができる。なお、こ
のような逆浸透膜モジュールを、前述の実施形態に利用
してもよく、その場合、よりきめ細かな有効圧力の設定
が可能となる。

【００２８】（３）前述の実施形態は、開度調整可能な
絞り弁を設けたものの例であるが、本発明における流路
絞り部としては、開度調整できない固定式のものも使用
可能である。その場合、各エレメントや各モジュールの
分離性能や分離条件に応じて適切な開度を予め設定すれ
ばよい。

【００２９】絞り弁以外の固定式の流路絞り部として
は、細管部、多孔板、間隙流路、制限オリフィスなどが
採用でき、各エレメントや各モジュールに予め組み込む
ことも可能である。また、流路絞り部を設ける場所は、
透過液流路の配管に限られない。

【００３０】（４）前述の実施形態は、単一の昇圧機を
使用するものの例であるが、本発明を複数の昇圧機と併
用することも可能である。その場合、昇圧機の数を従来
より減少させることができ、システム制御の複雑さを少
なくし、装置にかかる初期費用、および維持管理費用が
従来に比べ、安価とすることができる。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の具体的な構成と効果を示す実
施例等について説明する。

【００３２】［実施例１］図１のような装置を用い、Ｔ
ＤＳ（ＴｏｔａｌＤｉｓｓｏｌｖｅｄＳｏｌｉｄ
ｓ）２０００ｐｐｍの原液を７５％回収して、２３０ｍ
³ ／日の透過液を得た。逆浸透膜エレメントには日東電
工株式会社製ＥＳ１０‐Ｄ８を１モジュールあたり５エ
レメントを用いた。運転圧力は、０．９Ｍｐａで第１バ
ンクの透過液流路の絞り弁を閉じて、第１バンクの圧力
を０．３Ｍｐａとした。この際得られた透過液水質はＴ
ＤＳ４０ｐｐｍ、第１バンクの単位膜面積当たりの透
過液量は０．５ｍ³ ／ｍ² ／日であり、第２バンクの
単位膜面積当たりの透過液量は０．５ｍ³ ／ｍ² ／日で
あった。このように透過液流路の絞り弁で逆浸透膜分離
に必要な有効圧を調整してやることで、各バンク毎の透
過液量を適切に設定でき、安定した運転が可能となっ
た。

【００３３】［比較例１］図４のように実施例１の透過
液配管中の絞り弁がない装置を用い、実施例１と同様に
ＴＤＳ２０００ｐｐｍの原液を７５％回収して、２３
０ｍ³ ／日の透過液を得た。逆浸透膜エレメントには日
東電工株式会社製ＥＳ１０−Ｄ８を１モジュールあたり
５エレメントを用いた。運転圧力は、０．９Ｍｐａで、
この際得られた透過液水質はＴＤＳ６０ｐｐｍ、第１
バンクの単位膜面積当たりの透過液量は０．７ｍ³ ／ｍ
² ／日であり、第２バンクの単位膜面積当たりの透過液
量は０．２ｍ³ ／ｍ² ／日であった。このように透過液
配管中に絞り弁が設けていない場合、第１バンクから全
透過液の大半を得ることとなり、第１バンクの膜負荷が
過大となってしまう。また、本条件では、第１バンク出
口の濃縮液流量が規定値以下の流量となり、濃度分極が
生じてしまう運転となってしまった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一例を示す概略構成図

【図２】従来の膜分離装置の一例（クリスマスツリー配
列）を示す概略構成図

【図３】従来の膜分離装置の一例（複数昇圧機タイプ）
を示す概略構成図

【図４】従来の膜分離装置の一例（比較例）を示す概略
構成図

【符号の説明】１昇圧機Ｖ１絞り弁（流路絞り部）Ｍ１１〜Ｍ３２逆浸透膜モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】逆浸透膜エレメント又は逆浸透膜モジュ
ールを複数段に接続した膜分離装置において、前記逆浸透膜エレメント又は前記逆浸透膜モジュールの
透過液流路に、流路絞り部を設けてその上流側の昇圧を
可能にしたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】前記流路絞り部を開度調整可能な絞り弁
で構成してある請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】複数の逆浸透膜エレメント又は複数の逆
浸透膜モジュールを並列接続した段を有すると共に、その複数の逆浸透膜エレメント又は複数の逆浸透膜モジ
ュールの透過液流路に、共通の前記流路絞り部を設けて
ある請求項１又は２記載の膜分離装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の膜分離装置を用
い、前記絞り弁の開度を調整することで、前記逆浸透膜エレ
メント又は前記逆浸透膜モジュールの透過液流量を設定
範囲内に維持することを特徴とする膜分離方法。