TWI494277B - 水處理裝置及水處理方法 - Google Patents

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Ryusuke Nakai
Shuji Hahakura
Satoshi Yahagi
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Sumitomo Electric Industries
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Description

水處理裝置及水處理方法
本發明係關於一種使用逆滲透膜之水處理裝置及水處理方法。具體而言，係關於一種具有藉由逆滲透膜之水處理手段及做為其前處理之濁質除去手段之水處理裝置，及可使用該水處理裝置進行之水處理方法。
逆滲透膜(Reverse osmosis、RO)係為具有0.1~0.5 nm程度的直徑之超細微孔之半透膜。該逆滲透膜的一側接觸溶解鹽等不純物之原水，另一側接觸純水而產生滲透壓使純水滲透至原水側，但在原水側施加大於滲透壓之壓力而相反地使原水中的水分子選擇性的穿透逆滲透膜至純水側，可得到除去了鹽等不純物的純水。如是，使用以使用逆滲透膜做為從原水除去鹽等不純物之手段之水處理系統，於海水淡化之除鹽處理、或其他地下水、排水、水回收等廣泛地適用。
作為使用逆滲透膜之水處理系統之原水，係多含粗大粒子所構成之濁質者。如是，為了防止由濁質造成之逆滲透膜之污染，一般在以逆滲透膜為處理手段前設有從原水中除去濁質之前處理手段。此前處理手段例如砂過濾或以具有較逆滲透膜之孔為大之孔之膜過濾，例如微量過濾(microfiltration,MF)或者超濾(ultrafiltration,UF)，或此等之組合等行之。
此處之砂過濾，係為將原水導入設有砂(無煙煤(Anthracite)、矽砂等)與支撐砂礫層構成之過濾材料之過濾池，由原水通過過濾材料以除去濁質之方法。微量過濾，係就將原水通過具有100nm(0.1μm)程度以上且小於1000nm(1μm)之半徑之孔的微量過濾膜以除去濁質之方法而言。再者，超濾，係就將原水通過具有1~100nm程度之半徑之孔的超濾膜以除去濁質之方法而言。
就具備使用逆滲透膜之前處理手段之水處理系統而言，具體而言係將進行過1階或2階以上之砂過濾前處理之水，以逆滲透膜過濾(即以逆滲透膜過濾言之。)之系統、將以微量過濾或超濾前處理之水以逆滲透膜過濾之系統、進一步將前述之前處理方法組合之方法，例如可例舉進行砂過濾後，進行微量過濾或超濾，將如此前處理過之水以逆滲透膜過濾之系統(非專利文獻1)等。
先前技術文獻
非專利文獻
非專利文獻1：福岡地區自來水集團「淡水化之結構」，「online」，「平成21年7月17日檢索」，網路<URL：http：//www.f-suiki.or.jp/seawater/facilities/mechanism.php>
但前述砂過濾係因使用過濾池而需要大設置面積，再者有需要為了設置之大規模土木工事而伴隨而來的設置費用之問題。再者，以砂過濾可除去之濁質僅限於1μm程度以上之粒子，無法除去較小之粒子。如是，為了充分除去濁質而使凝集劑之添加成為必需，成為成本增加之要因。
另一方面，如藉由以微量過濾或超濾前處理則可除去小粒子，進行充分之濁質除去，但有每單位膜面積之流量(流束)為低之問題。因此為了得到大處理量而需要大之膜面積，其結果使進行微量過濾或超濾之裝置(模組)變大，或裝置之數量增加成為必需，而產生設置費用增加之問題。
再者，海水中以1~數ppm程度存在有稱為TEP(transparent exopolymer particles：透明細胞外高分子粒子)之浮游生物或微生物於細胞外分泌之黏性物質。主成分為糖類並為1~200μm程度之粒徑之變形粒子。因TEP等之有機性粒子之變形，就砂過濾而言無法充分移除。再者，將此以微量過濾膜或超濾膜直接過濾則廣闊地黏著在膜表面，有使微量過濾膜或超濾膜Falling(阻塞)之問題。
本發明之目的係解決此類先前技術之問題。亦即以提供使用逆滲透膜之水處理裝置及水處理方法不需大設置面積且每單位膜面積之處理流量(流束)為高，若以相反之觀點則同樣地可以較小之設備達成設置費用之減低，不需進一步添加凝集劑即可充分地除去濁質及TEP等有機性粒子之水處理裝置及水處理方法為課題。
本發明者為了解決前述課題而進行檢討之結果，發現在將以微量過濾(後以「MF」言之。)或超濾(後以「UF」言之。)前處理過之水以逆滲透膜過濾之水處理裝置(系統)中，進一步以其前段而言，藉由使用具有1μm以上平均孔徑之過濾膜(後以LF膜言之。)進行前處理，不需大設置面積且可以小設備得到大處理量，同時不需添加凝集劑而藉由前處理可充份除去濁質及TEP等有機性粒子，而完成了本發明。
亦即前述課題係以一種水處理裝置(申請專利範圍第1項)，其特徵為設有第一膜過濾手段，其係使用具有1μm以上平均孔徑之過濾膜；第二膜過濾手段，其係使用微量濾膜(後以MF膜言之。)或超濾膜(後以UF膜言之。)處理由第一膜過濾手段所得之過濾水；以及以逆滲透膜處理由第二過濾膜手段所得之過濾水之過濾手段而達成。
以此水處理裝置而言，原水(被處理液)係首先供給至第一膜過濾手段，通過LF膜，該被處理液通過使用MF膜或UF膜之第二膜過濾手段，進一步該被處理液供給至逆滲透膜過濾手段。經由第一膜過濾手段，從原水除去對應LF膜之平均孔徑大小以上之粗大粒子，同時藉由LF膜進行TEP等有機性粒子之捕捉，減低原水中之濁質與TEP等有機性粒子。進一步藉由通過MF膜或UF膜除去濁質中的微細粒子與TEP等有機性粒子，在供給至逆滲透膜過濾手段前，充分地進行濁質或TEP等有機性粒子之除去。
因LF膜係具有1μm以上平均孔徑，較MF膜或UF膜可有較大之每單位膜面積之流量(流束)，若以相反之觀點則可以較小之設備得到所欲之處理量。
進一步因藉由LF膜除去被處理液中之粗大濁質粒子，效率良好地捕捉TEP等有機性粒子，使後段之MF膜或UF膜之阻塞得到抑制。
以此處之LF膜等之過濾膜之平均孔徑而言，係意為以起泡點法(氣流法)求得之孔徑。具體而言，此孔徑係意為基於使用異丙醇之ASTM F316測定之IPA起泡點值(壓力)為P(Pa)、液體之表面張力(dynes/cm)為γ，B為毛細管常數時，以下式表示之直徑d(μm)。又於MF膜、MF膜等之平均孔徑皆為相同。
d=4Bγ/P
LF膜之平均孔徑為小之程度可除去較小之粒子，使在前處理之濁質或TEP等之有機性粒子之除去率上升。另一方面，LF膜之平均孔徑為小之程度可使每單位膜面積之流量(流束)變小。從而考慮濁質或TEP等有機性粒子之期望除去率及每單位膜面積之流量(流束)而選擇最適當之孔徑。
再者，使用LF膜之第一膜過濾手段係可不需大設置面積與砂過濾比較明顯地設置面積較小。尤其第一膜過濾手段中由使用LF膜構成之中空絲膜模組可使設置面積變得更小。再者，為了設置之設備費用與砂過濾相比可明顯地較小。
亦即，若由此方法可達成以下效果：
1)每單位膜面積之流量(流束)可為大。
2)不需大設置面積。
3)藉由經過MF膜或UF膜之處理，因進行了充分的濁質、甚至原水中之微細粒子之除去，故不須添加凝集劑。從而也聯結運作費用之降低。
4)與只以MF膜或UF膜進行逆滲透膜過濾之前處理的情況相比，為了達成同樣之處理量所需之過濾膜總面積可減少。其結果為可圖裝置整體可為小型、設備費減少、設置面積減少。
亦即，MF膜或UF膜有每單位膜面積流量(流束)低之問題，為得到相同之處理量需要大之膜面積，但若在MF或UF前由LF膜進行處理，可藉由LF膜除去濁質中較粗大之粒子，再者因TEP等有機性粒子含量之減低，減低了MF膜或UF膜之過濾負擔，可使為得到相同處理量所需要之MF膜或UF膜面積為小。因為了得到此效果所需之LF膜面積，通常明顯地較MF膜或UF膜之總面積為小，即使考慮LF膜為必須也可減低膜之總面積。其結果使裝置(模組)之大小與裝置數量之減少成為可能，而可圖設置費用之減低。
專利申請範圍第2項之發明係如專利申請範圍第1項之水處理裝置，其中該LF膜為未施以親水化加工之疏水性高分子膜。
LF膜為聚四氟乙烯(下以PTFE言之。)膜等疏水性材質所構成之高分子膜(疏水性高分子膜)之情況，與海水等被處理液之親和力為低，每單位膜面積之處理流量(流束)變低。MF膜或UF為PTFE膜等疏水性高分子膜之情況，此問題更為顯著。從而，為提升處理流量(流束)，較佳為聚苯醚碸(PES)或聚碸(PS)等親水性材質構成之高分子膜(親水性高分子膜)。但是，即使是使用機械強度或耐藥品性優良之PTFE膜等疏水性高分子膜之情況，LF膜、MF膜或UF膜以親水性液體處理之方法，或是構成或LF膜、MF膜或UF膜之材質藉由施以親水性加工，可提高處理流量(流束)。從而，使用疏水性高分子膜之情況係較佳為施以該等處理或加工。
以LF膜、MF膜或UF膜以親水性液體處理之方法而言，可例舉在被被處理液穿透前，使LF膜、MF膜或UF膜與親水性醇接觸，以親水性醇覆蓋膜之表面(含孔內)之方法。以親水性醇而言，可例舉乙醇、丙醇等，尤其以使用異丙醇為佳。以使親水性醇與LF膜、MF膜或UF膜接觸之方法而言，可例舉將親水性醇穿透LF膜、MF膜或UF膜之方法、將LF膜、MF膜或UF膜浸漬於親水性醇之方法等。再者，LF膜、MF膜或UF膜為PTFE膜之情況，以將構成膜之材質親水化之親水化加工的方法而言，例如可例舉將PTFE膜以乙烯醇等親水化合物表面交聯之方法。
如前所述，為了提高每單位膜面積之處理流量(流束)，較佳為使用親水性高分子膜或施以親水性加工之疏水性高分子膜作為LF膜、MF膜或UF膜，但另一方面，為了抑制處理流量(流束)之歷時降低，以使用未施以親水化加工之疏水性高分子膜作為LF膜為佳。申請專利範圍第2項相當於此較佳形態。
經過本發明者之檢討，發現使用未施以親水化加工之疏水性高分子膜作為LF膜可抑制處理流量(流束)之歷時降低。亦即使用未施以親水化加工之疏水性高分子膜作為LF膜之情況，相較於使用親水性高分子膜或施以親水化加工之疏水性高分子膜作為LF膜之情形，雖有開始過濾時之處理流量(流束)變小之情況，但在過濾運作時處理流量(流束)之歷時降低可為小。
藉由在MF膜或UF膜之前段設置LF膜，可抑制MF膜或UF膜之阻塞所造成處理流量(流束)之歷時降低，視被處理液的種類，即使設置LF膜也有無法充分防止處理流量(流束)之歷時降低的情形。此問題係見於被處理液中之TEP等有機性粒子含量為大之情形等。但是，使用未施以親水化加工之疏水性高分子膜作為LF膜則即使在如此情況仍有大之防止因MF膜或UF膜之阻塞所造成處理流量(流束)之歷時降低之效果，更提升歷時降低的防止效果。又，以疏水性高分子而言，可例舉PTFE膜以外，聚偏二氟乙烯(PVdF)膜或聚乙烯(PE)膜等。
申請專利範圍第3項之發明係如申請專利範圍第1項或第2項的水處理裝置，其中該MF膜或UF膜為親水性高分子膜或施以親水化加工之疏水性高分子膜。如前所述，為提升處理流量(流束)，以使用親水性材質構成之高分子膜(親水性高分子膜)作為MF膜或UF膜，或將構成MF膜或UF膜之材質施以親水化加工為佳。
申請專利範圍第4項之發明係如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的水處理裝置，其中該LF膜為PTFE膜。
申請專利範圍第5項之發明係如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的水處理裝置，其中該LF膜為聚偏二氟乙烯膜或聚乙烯膜。
LF膜之材質係若可形成具有1μm以上之平均孔徑之均一孔，機械強度可耐過濾時之加壓或通液回洗等則無特別限定。以較佳之使用材質而言，可例舉PTFE膜或聚偏二氟乙烯膜等氟樹脂或舉乙烯等。尤其PTFE係因不僅機械強度優良，可容易以高氣孔率形成具有2~5μm範圍內之平均孔徑之均一孔，更因耐藥品性亦優故使用更佳。
申請專利範圍第6項之發明係如申請專利範圍第1項至第5項中任一項的水處理裝置，其中LF膜為具有平均孔徑1μm以上，小於10μm之過濾膜。LF膜之平均孔徑上限係無特別限定，但因考慮平均孔徑超過10μm則濁質之除去或TEP等有機性粒子之減低效果成為不充分，小於10μm為佳。更甚者，容易製造之LF膜係平均孔徑5μm程度以下者。另一方面，為得到高之每單位膜面積處理流量(流束)，以具有2μm以上之平均孔徑者為佳。如是，作為LF膜者更佳係平均孔徑2μm以上、5μm以下。
申請專利範圍第7項之發明係一種水處理方法，其特徵為含有將原水以LF膜(具有1μm以上平均孔徑之過濾膜)過濾之粗過濾步驟、將粗過濾步驟之過濾水以MF膜或UF膜過濾之精過濾步驟、以及將精過濾步驟之過濾水以逆滲透膜處理之逆滲透膜處理步驟。為從申請專利範圍第1項之發明的方法之側面捕捉到之發明，關於經由LF膜過濾(粗過濾步驟)，經由MF膜或UF膜過濾(精過濾步驟)係如前述之說明。再者，關於此方法使用之LF膜、MF膜及UF膜亦如前述之說明。
申請專利範圍第8項之發明係如申請專利範圍第7項的水處理方法，其中LF膜為未施以親水化加工之疏水性高分子膜。為從申請專利範圍第2項之發明的方法之側面捕捉到之發明。如前所述，為抑制處理流量(流束)之歷時降低，較佳為使用未施以親水化加工之疏水性高分子膜。
若藉由本發明，可使每單位膜面積之處理流量(流束)為大因而可以小設備得到期望之處理量。再者，不需大設置面積，與砂過濾相比之設置面積可明顯地為小。更甚者，不須添加凝集劑，可圖使用本發明之水處理裝置或水處理方法之水處理系統之運作費用之降低。
下面關於為了實施本發明之型態，雖邊參照圖式來說明，但本發明之範圍不限定於此形態，在不損及本發明之趣旨的範圍可做各樣之變更。
第1圖係表示本發明之水處理裝置之一例之概略圖。
第1圖表示之裝置相當於申請專利範圍第1項記載之水處理裝置。
首先原水係如第1圖中實線箭頭所示，經由幫浦P1壓入使用LF膜之第一膜過濾手段，通過第一膜過濾手段中的LF膜，除去濁質中比較粗大之粒子，再者也進行TEP等有機性粒子之捕捉。此處所進行之步驟係相當於申請專利範圍第7項中之粗過濾步驟。第一膜過濾手段的操作壓力通常係採用100kPa以下。
第一膜過濾手段之構造無特別限定，例如為了提升膜之處理性或物理耐久性，平膜之LF膜可使用以框架挾著平膜構造之單元。但是，為了使在同樣裝置大小的過濾膜面積較大，較佳為使用使用中空絲膜之LF膜之單元。第2圖係表示使用中空絲膜之單元之例。
較佳之作為LF膜使用之膜，亦即PTFE構成具有2~5μm半徑之範圍的均一孔之膜，例如可由乳化聚合製造PTFE之粉末，將其與由懸浮聚合得到之PTFE之粉末部份混合，此粉末之混合物成形為膜狀，加熱使粉末間溶融後，藉由延伸所得之膜而製造。未混合由懸浮聚合得到之PTFE之粉末的情況，藉由延伸製造具有2~5μm範圍內之平均孔徑且機械強度優良之膜係為困難。由懸浮聚合得到之PTFE之粉末的混合比例係考慮期望之平均孔徑、機械強度而適當調整。
於LF膜係為了賦予機械強度，亦可使用組合具有1μm以上平均孔徑之前述多孔質膜與具有更大的孔之多孔質體的複合膜。再者，以此多孔質體的材質而言，可使用聚丁二烯、乙丙橡膠、氯丁橡膠等橡膠狀高分子。
又，LF膜等過濾膜係其使用中濁質侵入阻塞孔，產生過濾流量之降低或過濾壓之增大。如是，需要適時進行膜之洗淨，洗淨、除去阻塞孔的濁質。從而，於使用LF膜之第一膜過濾手段，較佳為具備由原水之通液阻塞孔之濁質的洗淨、除去手段。
以膜過濾之洗淨方法而言，已知與過濾時的液體流向反方向通入氣體洗淨之方法(氣流法)、藉由與過濾時的液體流向反方向通水逆洗洗淨之方法(下以「通液逆洗」言之。)、注入藥液洗淨膜之方法(藥液洗淨)、施加超音波於膜洗淨之方法(超音波洗淨)等。
於此處之藥液洗淨，係有洗淨所需時間長、需廢液處理、需藥液費用等問題，視藥液之種類也有安全上的問題，期望不使用藥液之洗淨方法。於通逆逆洗則無此種問題，也因洗淨效率優良而廣泛地被採用。因LF膜係具有1μm以上之平均孔徑，故有藉由通液逆洗容易洗淨、除去附著於膜表面或侵入膜之孔內阻塞孔之濁質之特徵。
此洗淨為容易之特徵係於通液逆洗與超音波洗淨組合之情況特別顯著。亦即，藉由通液逆洗及超音波洗淨同時施於LF膜，可充分除去孔的阻塞，可恢復過濾流量至與過濾步驟開始時同樣之程度。此洗淨具體而言係於供洗淨之液體(通常為不含濁質之水)與LF膜接觸，產生與過濾時的流向反方向的流向以施加壓力差於該液體，同時通過該與LF膜接觸之液體施加超音波於LF膜。
於第1圖之例中之第一膜過濾手段，設有藉由通液洗淨洗淨LF膜之手段。亦即，如第1圖中虛線箭頭所示，逆洗用水藉由幫浦P2壓入使用LF膜之第一膜過濾手段，以與第一膜過濾手段中之LF膜過濾時相反之方向通過，洗淨、除去阻塞LF膜之孔之濁質。以逆洗用水而言，較佳為使用不含濁質之水。
如前所述，將通液逆洗與超音波洗淨組合則容易洗淨且效果變得特別顯著，其結果可充分進行洗淨，可節省藥品洗淨，再者可減低藥品洗淨之負擔。如是，較佳為第一膜過濾手段內設有超音波震盪手段，與通液逆洗同時施加超音波。
逆洗後，通過LF膜之含濁質之水係如圖中虛線之箭頭所示，作為逆洗排水排出。
從第一膜過濾手段排出之水係如圖中實線之箭頭所示，藉由幫浦P3壓入使用MF膜或UF膜之第二膜過濾手段，通過第二膜過濾手段中之MF膜或UF膜，除去濁質中之微細粒子。此處進行之步驟相當於專利申請範圍第7項中之精過濾步驟。
第二膜過濾手段係通常由使用MF膜或UF膜之膜單元、耐壓容器等所構成。藉由設置第二膜過濾手段，不使用凝集劑也可由前處理充分除去濁質或TEP等有機性粒子。
關於操作壓力係多為MF膜在200kPa以下運作、UF膜在300kPa以下運作之情況。
以MF膜或UF膜而言，係無特別限定者，但例舉聚丙烯腈多孔質膜、聚醯亞胺多孔質膜、PES多孔質膜、聚苯硫碸多孔質膜、PTFE多孔質膜、PVdF多孔質膜、聚丙烯多孔質膜、聚乙烯多孔質膜等。其中PTFE多孔質膜係於機械強度、耐藥品性等優良故佳。與前述LF膜同樣亦可作為複合膜使用。
從第二膜過濾手段流出之水係如圖中實線之箭頭所示，藉由幫浦P5壓入逆滲透膜過濾手段，通過逆滲透膜，除去溶解之鹽分等。此處進行之步驟相當於專利申請範圍第7項中之逆滲透過濾步驟。
逆滲透膜過濾手段係通常係由逆滲透膜單元、耐壓容器等所構成。逆滲透膜過濾手段之操作壓力通常係0.1MPa~15MPa之範圍，視被處理液之種類等適當選擇，以但海水之淡水化或工業廢水等為原水之情況則較高之壓力被使用。以逆滲透膜之原材料而言，一般使用乙酸纖維素系聚合物、聚醯胺、聚酯、聚醯亞胺、乙烯聚合物等高分子原材料。再者，以其構造而言，膜之至少一側有緻密層，可例舉該緻密層從膜內部或是向著單面漸漸地具有大孔徑之微細孔之非對稱膜或其他之複合膜等。
從逆滲透膜過濾手段流出之水係如圖中實線之箭頭所示，作為不含濁質或鹽等不純物之被處理液流出，使用於各種用途。
第1圖之例係第二膜過濾手段及逆滲透膜過濾手段至少之一與第一膜滲透手段相同地具有洗淨膜之手段。亦即，如第1圖中虛線之箭頭所示，於第二膜過濾手段藉由幫浦P4，再於逆滲透膜過濾手段藉由幫浦P6將逆洗用水壓入以與過濾時反方向通過膜而洗淨(逆洗)膜。逆洗後係如圖中虛線之箭頭所示作為逆洗排水被排出。第二膜過濾手段及逆滲透膜過濾手段任一之中皆設有超音波震盪手段，與通液逆洗同時施加超音波，可較為充分地進行洗淨。其結果可節省藥品洗淨，再者係可減低藥品洗淨的負擔。
於第二膜過濾手段中MF膜或UF膜以及逆滲透膜過濾手段中逆滲透膜任一皆可與LF膜之情況相同地，以膜之形態而言，可舉出中空絲膜、平膜等。
第一膜過濾手段、第二膜過濾手段、逆滲透膜過濾手段任一之中皆為得到大處理流量，也有通常複數並列設有含膜單元之膜模組之情況。
第2圖係將第1圖之例中使用LF膜之第一膜過濾手段模式地表示之模式斷面圖。圖中1係使用LF膜之中空絲膜模組，2係中空絲膜模組1之框架，3及4係各自為中空絲膜模組1內之原水側及過濾水取出部份，5係由LF膜構成之中空絲膜。(於圖中中空絲膜5係僅以3條表示，但通常於中空絲膜模組設有明顯地多數之中空絲膜)
P1及P2係為幫浦(各自相當於第1圖中之P1與P2)，B1及B2係為閥。進一步，於中空絲膜模組1內設有為超音波施加手段之超音波振子21及22，此等係與於中空絲膜模組1之外之超音波發振器連接。超音波係施加於浸漬LF膜之液體，以此液體為媒介施加於LF膜。如是，於該以液體裝滿之中空絲膜模組1內設置有超音波振子21及22。又，於第2圖之例中，設有兩個超音波振子21及22，其設置方向不同，但僅設置一邊也可。第2圖中之粗體箭頭係表示藉由LF膜進行原水中之濁質除去或TEP等有機性粒子之捕捉的情況之水之水流。
首先原水係藉由幫浦P1加壓通過管線11、閥B1、管線13送至中空絲膜模組1之原水側3。此時超音波振子21及22不運作。
被送至原水側3之原水係因藉由幫浦P1被加壓，藉由壓力差如第2圖中之粗體箭頭所示，穿透中空絲膜5(LF膜)。原水穿透中空絲膜5時原水中較粗大之濁質被中空絲膜5抓捕除去，與之伴隨原水中之TEP等有機性粒子也藉由中空絲膜5被捕捉減低含量。穿透了中空絲膜5之過濾水係通過中空絲膜5內之中空部份、過濾水取出部份4、管線14、閥B2、管線16，作為除去了比較粗大之濁質、減低了TEP等有機性粒子之含量之被處理液流出。流出之被處理液係如第1圖所示藉由幫浦P3壓入第二膜過濾手段。
藉由通液逆洗等將LF膜洗淨之情況係閥B1、B2之方向改變，再者幫浦P2取代幫浦P1而運作，將逆洗用水藉由幫浦P2加壓，通過管線15、閥B2、管線14、中空絲膜模組1之過濾水取出部份4，送至中空絲膜5內之中空部。因此逆洗用水係被加壓，將中空絲膜5從過濾水取出部份4向原水測3穿透，此時洗出阻塞中空絲膜5之孔之濁質。
進一步，與此洗出同時，使超音波發振器23、超音波振子21及22運作，施加超音波於中空絲膜5。其結果可較充分洗出阻塞中空絲膜5之孔之濁質，以短時間之洗淨可使中空絲膜5之孔內成為與過濾開始時同樣的(幾乎沒有阻塞)狀態。
穿透中空絲膜5之洗淨水(也含有阻塞了孔之懸浮物質)係通過中空絲膜模組1之原水側3、管線13、進一步因變換閥B1之方向，從閥B1通過管線12，作為逆洗排水排出。
又，關於以上使用LF膜之第一膜過濾手段作了說明，但第二膜過濾手段及逆滲透膜過濾手段中被處理液或逆洗用水之水流亦為同樣。
實施例
實驗數據1
第3圖係表示將濁度0.1NTU之海水以膜面積36m2 、平均孔徑0.1μm(100nm)之UF膜(未施以親水化加工之PTFE膜，但是施以藉由異丙醇之處理而使用。以下將未施以親水化加工之PTFE膜以「疏水性PTFE膜」言之。)過濾時的過濾時間與過濾流束之間的關係(第3圖中以實線表示。)及過濾時間與壓力差之間的關係(第3圖中以虛線表示。)之圖表。運作壓力係為50kPa。第4圖係表示將海水首先以膜面積7m2 、平均孔徑2μm之LF膜(疏水性PTFE膜，施加藉由異丙醇之處理而使用)過濾，將其流出水以與前述相同之36m2 、平均孔徑0.1μm(100nm)之UF膜過濾時之過濾時間與過濾流束之間的關係(第4圖中以實線表示。)及過濾時間與壓力差之間的關係(第4圖中以虛線表示。)運作壓力係為50kPa。又，所謂單位NTU(nephelometric turbidity unit，散射測濁法濁度單位)係表示將甲醛水溶液作為標準液測定散射光之情況之測定單位之甲醛水濁度。於純水1公升溶入甲醛水溶液1mg者NTU係為1度。又，於進行海水過濾前，進行將異丙醇通液至過濾膜之處理。於以下表示實驗中亦同。
比較第3圖與第4圖，則任一之情況皆以過濾時間30分鐘程度來穩定過濾流束，但比較過濾流束已穩定之階段之過濾流束，則第4圖之情況係可得較第3圖為1.6倍程度之過濾流束。亦即，為了得到同樣之處理量，第4圖之情況係以第3圖之情況之約60%之膜面積為可。第4圖之情況係即使考慮需要LF膜之其膜面積，以第3圖之情況之約70%之膜面積為可。藉由此結果表示藉由LF膜前處理與UF膜之二段處理，較只使用UF膜進行前處理之情況可減少三成程度之膜面積，可圖設備之設置面積或設置費用之減低。
又，以砂過濾進行前處理之情況係需要廣大之過濾池(例如非專利文獻1記載之設備係具有將濁度0.1NTU之海水淡水化5萬噸/日之能力，但前處理之砂過濾需要之過濾池面積係超過10000m2 )。從而第4圖之情況之設備設置面積係明顯地較以砂過濾進行前處理之情況為小。
實驗數據2
第5圖係表示使用平均孔徑5μm之LF膜(LF-A)及平均孔徑3μm之LF膜(LF-B)(任一皆為膜厚50μm、疏水性PTFE膜、施以藉由異丙醇之處理而使用)，將添加有50ppm澱粉粒子之純水以50kPa之操作壓力過濾時之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。任一之過濾流束皆隨過濾時間走向降低，但過濾時間15分鐘程度仍可得超過10m/d之過濾流束。藉由此實驗結果表示平均孔徑3μm、5μm之LF膜亦與前述平均孔徑2μm相同，可得每單位膜面積之高處理流量(流束)，可使用於逆滲透膜過濾之前處理。
實驗數據3
第6圖係表示使用由平均孔徑2μm之LF膜(疏水性PTFE膜、施以藉由異丙醇之處理而使用)構成之外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm之LF膜，將添加有50ppm之平均粒徑12μm之矽石粒子之純水以50kPa之操作壓力過濾時之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。在過濾時間15分鐘及30分鐘以水進行通液逆洗，在過濾時間45分鐘進行藥液洗淨。通液逆洗及藥液洗淨之條件係如下。
通液逆洗：90kPa、一分鐘
藥液洗淨：NaOH(1%)+NaClO(200ppm)、一小時
實驗數據4
第7圖係表示以與實驗數據3相同之條件進行過濾，在過濾時間15分鐘以與實驗數據3相同之條件進行通液逆洗，進一步在過濾時間30分鐘、45分鐘、60分鐘、75分鐘(第7圖中以白色箭頭所示時間)以與實驗數據3相同之條件進行通液逆洗同時施加超音波之情況之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。超音波施加條件係為50kHz、100W、30秒。
藉由第6圖及第7圖，顯然地雖可藉由通液逆洗回復過濾流束，但與通液逆洗同時進行超音波之施加進行LF膜之洗淨的情況，可將過濾流束回復至與過濾開始時同等程度。
實驗數據5
將舞洲海水(在大阪府大阪港取水之海水：假想為將含浮游生物2ppm、TEP4ppm、有機濁質1ppm、無機濁質3ppm之海水平均之處理水。)以以下所示過濾系統1、2或3，以50kPa之操作壓力過濾。第8圖係表示此時之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。第9圖係表示過濾之累計流量與過濾流束之關係之圖表。
過濾系統1：僅以親水性MF膜過濾(無藉由LF膜之前處理。)
過濾系統2：以疏水性LF膜過濾後，以親水性MF膜過濾。
過濾系統3：以親水性LF膜過濾後，以親水性MF膜過濾。
又，於過濾系統1~3使用之LF膜、MF膜之形狀及構成、材質係如以下。
疏水性LF膜：(商品名Poreflon TB-2311200)
外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm，平均孔徑2.0μm之中空絲膜
材質：疏水性PTFE膜(未施以親水化加工)
親水性LF膜：(商品名Poreflon WTB-2311200)
外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm，平均孔徑2.0μm之中空絲膜
材質：親水性PTFE膜(將PTFE膜以乙烯醇表面交聯者)
親水性MF膜：(商品名Poreflon WTB-2311/005)
外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm，平均孔徑0.1μm之中空絲膜
材質：親水性PTFE膜(將PTFE膜以乙烯醇表面交聯者)藉由第8圖及第9圖明顯地有以下事實。
1)不藉由LF膜進行前處理，僅以親水性MF膜進行處理之情況係處理流量(流束)之歷時降低為大。想是因為MF膜被被處理液中之濁質或TEP等有機性粒子阻塞之故。
2)藉由疏水性LF膜進行前處理後，以親水性MF膜進行處理之情況係處理流量(流束)之歷時降低係與僅以親水性MF膜進行處理之情況或藉由親水性LF膜進行前處理後，以親水性MF膜進行處理之情況相比為非常之小，藉由此系統表示可於長時間流動繼續過濾。想是因為藉由疏水性LF膜效率良好地捕捉被處理液中之TEP等有機性粒子，減低由於由LF膜流出之TEP等有機性粒子造成MF膜之阻塞之故。
3)藉由親水性LF膜進行前處理後，以親水性MF膜進行處理之情況，處理流量(流束)之歷時降低係較僅以親水性MF膜進行處理之情況為小者，但與藉由疏水性LF膜進行前處理後，以親水性MF膜進行處理之情況相比為相當大。想是因為藉由親水性LF膜，被處理液中之TEP等有機性粒子之捕捉係較藉由疏水性LF膜之情況為小，由於TEP等有機性粒子造成MF膜之阻塞較大之故。
實驗數據6(參考例)
將舞洲海水(在大阪府大阪港取水之海水)以以下所示過濾系統4或5，以50kPa之操作壓力過濾。第10圖係表示此時之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
過濾系統4：以疏水性PVdF膜過濾後，以親水性MF膜過濾。
過濾系統5：以疏水性PTFE膜過濾後，以親水性MF膜過濾。
又，於過濾系統4、5使用之疏水性PVdF膜、疏水性PTFE膜、親水性MF膜係如以下。
疏水性PVdF膜：
標稱孔徑0.05μm之未施以親水化加工之PVdF膜(使用Toray公司製模組：Torayfil HFS-1010)
疏水性PTFE膜：
外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm，標稱孔徑0.1μm之中空絲膜
材質：未施以親水化加工之疏水性PTFE膜。
親水性MF膜：(商品名Poreflon WTB-2311/005)
外徑2.3mm/內徑1.1mm/長20cm，平均孔徑0.1μm之中空絲膜
材質：親水性PTFE膜(將PTFE膜以乙烯醇表面交聯者)
過濾系統4及過濾系統5係任一皆為二段之水處理，第二段為藉由親水性MF膜過濾之點為相同，但第一段使用之過濾膜係在過濾系統4係為疏水性PVdF膜，在過濾系統5為疏水性PTFE膜之點為不同。但是，如第10圖所示，於過濾系統4及過濾系統5可得差不多相等之過濾流速，在者過濾流速之歷時降低程度亦為同等。
於多段之水處理系統之第一段，使用(未施以親水化加工之)疏水性PTFE膜之情況之優良效果係表示於前述之實驗數據5等，但藉由第10圖之結果，表示使用疏水性PVdF膜等其他疏水性過濾膜代替疏水性PTFE膜之情況亦可得同樣之優良效果。
實驗數據7
將清水海水(在靜岡縣清水港取水之海水)以以下表示之過濾系統6或過濾系統7，以50kPa之操作壓力過濾。第11圖係表示此時之過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
過濾系統6：以疏水性LF膜過濾後，以疏水性PVdF膜過濾。
過濾系統7：以疏水性PVdF膜過濾。
又，於過濾系統6、7使用之疏水性LF膜係與實驗數據5使用之疏水性LF膜(商品名Poreflon TB-2311200)為相同之膜；疏水性PVdF膜係與實驗數據6使用之疏水性PVdF膜為相同之膜。
過濾系統6及過濾系統7係任一皆使用疏水性PVdF膜之點為相同，但於過濾系統6藉由疏水性LF膜(疏水性PFTE膜)作為其前段進行過濾，另一方面過濾系統7不進行前段之處理，為使用疏水性PVdF膜之一段之處理之點為不同。如第11圖所示，通液開始時係過濾系統6與過濾系統7可得差不多相同之過濾流速，但藉由疏水性PTFE膜進行了前段處理之過濾系統6係較不進行前段處理之過濾系統7之過濾流速之歷時降低為小。亦即，表示藉由以疏水性PTFE膜前段處理可抑制過濾流速之歷時降低。
藉由以疏水性PTFE膜前段處理可抑制過濾流速之歷時降低係亦表示於實驗數據5(過濾系統2與過濾系統1之比較)。但於實驗數據5之過濾系統2係第二段係以親水性膜進行過濾。另一方面，於本實驗係第二段係以疏水性膜進行過濾。亦即，藉由本實驗，表示即使關於伴隨第一段之第二段使用疏水性過濾膜之情況，亦可達成抑制過濾流速之歷時降低之效果。
1．．．中空絲膜模組
2．．．框架
3．．．原水側
4．．．過濾水取出部份
5．．．中空絲膜
11、12、13、14、15、16．．．管線
21、22．．．超音波振子
23．．．超音波發振器
P1、P2、P3、P4、P5、P6．．．幫浦
B1、B2．．．閥
第1圖：表示本發明之水處理裝置之一例之概略圖。
第2圖：表示使用用於本發明之水處理裝置、水處理方法之LF膜之第一膜過濾手段之一例之模式斷面圖。
第3圖：表示實驗數據1中過濾時間與過濾流束、壓力差之關係之圖表。
第4圖：表示實驗數據1中過濾時間與過濾流束、壓力差之關係之圖表。
第5圖：表示實驗數據2中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
第6圖：表示實驗數據3中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
第7圖：表示實驗數據4中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
第8圖：表示實驗數據5中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
第9圖：表示實驗數據5中累計流量與過濾流束之關係之圖表。
第10圖：表示實驗數據6中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
第11圖：表示實驗數據7中過濾時間與過濾流束之關係之圖表。
P1、P2、P3、P4、P5、P6．．．幫浦

Claims (6)

  1. 一種水處理裝置，其特徵為設有：第一膜過濾手段，其係使用具有1μm以上平均孔徑之過濾膜；第二膜過濾手段，其係使用微量濾膜或超濾膜處理由第一膜過濾手段所得之過濾水；以及處理由第二過濾膜手段所得之過濾水之逆滲透膜過濾手段；其中具有1μm以上平均孔徑之該過濾膜為未施以親水化加工之疏水性高分子膜。
  2. 如申請專利範圍第1項的水處理裝置，其中該微量濾膜或超濾膜為親水性高分子膜或施以親水化加工之疏水性高分子膜。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的水處理裝置，其中具有1μm以上平均孔徑之該過濾膜為聚四氟乙烯膜。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項的水處理裝置，其中具有1μm以上平均孔徑之該過濾膜為聚偏二氟乙烯膜或聚乙烯膜。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項的水處理裝置，其中具有1μm以上平均孔徑之該過濾膜為具有平均孔徑1μm以上、小於10μm之過濾膜。
  6. 一種水處理方法，其特徵為含有將原水以具有1μm以上平均孔徑之過濾膜過濾之粗過濾步驟、將粗過濾步驟之過濾水以微量濾膜或超濾膜過濾之精過濾步驟、以及將精過濾步驟之過濾水以逆滲透膜處理之逆滲透膜處理步驟；其中具有1μm以上平均孔徑之該過濾膜為未施以親水化加工之疏水性高分子膜。
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