(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に設置された複数の分離膜ユニットを備えてなる膜分離装置の運転方法において、
すべての分離膜ユニットが運転を行っている通常運転時は、各分離膜ユニットの膜の標準圧力とほぼ等しい圧力で各分離膜ユニットに原水を供給し、
一部の分離膜ユニットが運転を休止している非通常運転時は、運転中の分離膜ユニットに当該分離膜ユニットの膜の標準圧力よりも高い圧力で原水を供給することにより通常運転時と非通常運転時とでほぼ同等の総処理水量を得ることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、該分離膜ユニットが、運転圧力が高いほど、透過水量も除去性能も高い逆浸透膜ユニットであることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、各分離膜ユニット毎に原水供給ポンプを設けて原水を供給することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の分離膜ユニットを並列に配置した膜分離装置の運転方法に係り、特に、このような膜分離装置において、一部の分離膜ユニットの運転を休止している間においても、所期の処理水量を確保することができ、しかも、膜分離性能の低下がなく、また、分離膜ユニットの有効利用率が高く経済性に優れた膜分離装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
逆浸透（ＲＯ）膜分離装置等の膜分離装置は、半導体製造や液晶製造等の電子産業分野或いは医薬品、食料分野等で使用される超純水の製造装置等において、主要機器として用いられているが、膜分離装置では運転時間の経過と共に、膜の目詰りで透過水量が低下してくるため、低下した透過水量を回復するために、定期的に膜の薬品洗浄を行う必要がある。また、薬品洗浄を行っても透過水量が回復しない分離膜ユニットについては、膜を交換する必要がある。
【０００３】
この膜の洗浄や交換は、年に２回程度の膜分離装置の定期検査期間に、装置の運転を停止して行われていたが、近年、定期検査に要する人手の削減を図るために、複数の分離膜ユニットを並列に接続し、装置の運転を継続した平常運転時において、一部の分離膜ユニットのみについて運転を休止して膜の洗浄や交換が行われている。
【０００４】
なお、分離膜ユニットに使用されている膜は、通常、膜メーカーにより、所定の透過水量、脱塩率を得るための標準的な給水圧力（原水側と透過水側との圧力差）が表示されている。本発明においては、この表示された圧力を以下、「標準圧力」という。
【０００５】
ところで、膜分離装置の使用分野、特に、半導体製造や液晶製造等の電子産業分野或いは医薬品、食料分野等では、常に所定の処理水量を確保することが要求されることから、一般的には、上述の如く複数の分離膜ユニットを並列に接続し、一部の分離膜ユニットにおいて膜の洗浄又は交換のために運転を休止している間には、当該運転休止中の分離膜ユニット以外の分離膜ユニットにより処理水量を補い、ＲＯ膜分離装置全体としては、常にほぼ一定の処理水量を確保することができるように運転が行われている。
【０００６】
この場合、従来においては、このように複数の分離膜ユニットを並列に配置したＲＯ膜分離装置において、すべての分離膜ユニットが運転を行っている通常運転時には、ＲＯ膜面有効圧を当該ＲＯ膜の標準圧力よりも低い圧力に設定し、一部の分離膜ユニットが膜の洗浄又は交換のために運転を休止している非通常運転時にはＲＯ膜面有効圧を当該ＲＯ膜の標準圧力に設定して運転が行われている。即ち、例えば、分離膜ユニットを４系列並列に設置しているＲＯ膜分離装置において、ＲＯ膜の標準圧力が７．５ｋｇ／ｃｍ２（７３．５×１０４Ｐａ）の場合、通常運転時にはＲＯ膜面有効圧を約６ｋｇ／ｃｍ２（５８．８×１０４Ｐａ）とし、１系列の分離膜ユニットが運転を休止し残る３系列のみが運転を行っている場合には、インバータにより原水の供給ポンプの回転数を上げることでＲＯ膜面有効圧を標準圧力の約７．５ｋｇ／ｃｍ２とし、非通常運転時も、ＲＯ膜分離装置としての総処理水量が通常運転時と同等となるように運転が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
膜分離装置において、一部の分離膜ユニットの運転を休止して膜の洗浄や交換を行う非通常運転の期間は、すべての分離膜ユニットの運転を行っている通常運転の期間に比べて非常に短い時間であるにもかかわらず、通常運転時はＲＯ膜面有効圧を標準圧力よりも低い圧力とし、非通常運転時においてのみＲＯ膜面有効圧を標準圧力として運転を行う従来の膜分離装置の運転方法では、次のような問題がある。
【０００８】
▲１▼  通常運転時に標準圧力よりも低いＲＯ膜面有効圧で運転するため、ＲＯ膜の塩除去性能が当該ＲＯ膜の膜性能よりも低くなり、処理水の水質が低下する。即ち、例えば、ＲＯ膜（東レ株式会社製「ＳＵＬ−Ｇ２０」，標準圧力＝７．７ｋｇ／ｃｍ２）の圧力特性は図４に示す通りであり、運転圧力が高いほど、透過水量も除去性能も高い。しかし、膜分離装置の総運転時間のうちの大部分を占める通常運転時において、標準圧力よりも低いＲＯ膜面有効圧で運転を行う従来の運転方法では、この通常運転期間中の塩除去性能が当該ＲＯ膜本来の性能よりも低く、処理水の水質が劣るものとなる。
【０００９】
▲２▼  膜分離装置の総運転時間のうちの大部分を占める通常運転期間中において、標準圧力よりも低いＲＯ膜面有効圧で運転を行うことから、所定の処理水量を得るための膜エレメントの必要数が標準圧力で運転を行う場合よりも多くなるため、不経済である。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、複数の分離膜ユニットを並列に配置した膜分離装置において、一部の分離膜ユニットの運転を休止している非通常運転時においても、通常運転時と同等の所期の処理水量を確保することができ、しかも、膜分離性能の低下の問題がなく、また、分離膜ユニットの有効利用率が高く経済性に優れた膜分離装置の運転方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置の運転方法は、並列に設置された複数の分離膜ユニットを備えてなる膜分離装置の運転方法において、すべての分離膜ユニットが運転を行っている通常運転時は、各分離膜ユニットの膜の標準圧力とほぼ等しい圧力で各分離膜ユニットに原水を供給し、一部の分離膜ユニットが運転を休止している非通常運転時は、運転中の分離膜ユニットに当該分離膜ユニットの膜の標準圧力よりも高い圧力で原水を供給することにより通常運転時と非通常運転時とでほぼ同等の総処理水量を得ることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、膜分離装置の総運転時間の大部分を示す通常運転時において有効圧力を膜の標準圧力とほぼ等しい圧力として運転を行い、非通常運転時において有効圧力を膜の標準圧力よりも高い圧力として運転を行うことにより、通常運転時と非通常運転時とでほぼ同等の総処理水量を確保する。
【００１３】
このため、通常運転時において、標準圧力の運転で従来法に比べて高い除去性能を得ることができ、非通常運転時においては標準圧力よりも高い圧力の運転で更に高い除去性能を得ることができる。即ち、例えば、標準圧力７．７ｋｇ／ｃｍ２のＲＯ膜であれば、図４に示す如く、通常運転時に有効圧力７．５ｋｇ／ｃｍ２の運転で除去率９９．５％で処理を行うことができ、非通常運転時において有効圧力を１０ｋｇ／ｃｍ２として運転を行った場合には、除去率約９９．６％で更に高い除去性能を得ることができる。
【００１４】
しかも、標準圧力で運転するため、所定の処理水量を得るための膜エレメントの必要数を本来の膜性能に対応した個数とすることができることから、従来法に比べて膜エレメント個数を低減することができ経済的に優れる。
【００１５】
なお、非通常運転時には膜の標準圧力よりも高い有効圧力で運転を行うことになるが、非通常運転は一次的なものであるため、このように標準圧力よりも高い有効圧力で運転を行うことによる膜破損等の問題の恐れは極めて少ない。
【００１６】
このような有効圧力の調整は、原水供給ポンプのインバータ制御により容易に行うことができる。
【００１８】
なお、「標準圧力とほぼ等しい」とは標準圧力の９０〜１１０％である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１，図２及び図３は本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を説明する膜分離装置の系統図であり、それぞれ、図１はすべての分離膜ユニットが運転を行っている通常運転時、図２は分離膜ユニットＡが膜交換のために運転を休止している非通常運転時、図３は分離膜ユニットＢが膜洗浄のために運転を休止している非通常運転時を示す。
【００２１】
図１〜３において、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは分離膜ユニットを示し、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄは原水入口弁、Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ２Ｃ，Ｖ２Ｄは透過水出口弁、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄは濃縮水出口弁、Ｖ４Ａ，Ｖ４Ｂ，Ｖ４Ｃ，Ｖ４Ｄは透過水側洗浄排水出口弁、Ｖ５Ａ，Ｖ５Ｂ，Ｖ５Ｃ，Ｖ５Ｄは濃縮水側洗浄排水出口弁、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤは原水供給ポンプを示す。Ｖ６ａ，Ｖ６ｂ，Ｖ６ｃは原水供給ポンプＰＡ〜ＰＤのヘッダ配管の開閉弁を示す。
【００２２】
なお、図１〜３において、太実線は水の流れている配管を示し、細実線は水の流れていない配管を示す。また、黒塗りの弁は開弁状態であることを示し、白抜きの弁は閉弁状態であることを示す。
【００２３】
図１に示す通常運転時は、４系列の分離膜ユニットＡ〜Ｄのすべてにおいて運転を行う。即ち、原水入口弁Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ、透過水出口弁Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ２Ｃ，Ｖ２Ｄ、及び濃縮水出口弁Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄを開、その他の弁を閉とし、原水供給ポンプＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを作動させて各分離膜ユニットＡ〜Ｄに原水を供給し、透過水（処理水）を採水すると共に、濃縮水を排出する。
【００２４】
この通常運転時においては、各分離膜ユニットＡ〜ＤのＲＯ膜面有効圧がほぼ標準圧力、例えば、約７．５ｋｇ／ｃｍ２となるようにインバータにより供給ポンプＰＡ〜ＰＤの吐出圧力を調整する。
【００２５】
この通常運転時において、図４より明らかなように、有効圧力約７．５ｋｇ／ｃｍ２のときの透過水量は約３０ｍ３／日であるため、４系列合計の透過水量は約１２０ｍ３／日となる。
【００２６】
図２に示す非透過水量時は、４系列の分離膜ユニットＡ〜Ｄのうちの１系列の分離膜ユニット（図２においては分離膜ユニットＡ）において膜の交換を行い、その他の分離膜ユニットＢ〜Ｄにおいて運転を行う。即ち、原水入口弁Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ、透過水出口弁Ｖ２Ｂ，Ｖ２Ｃ，Ｖ２Ｄ、及び濃縮水出口弁Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄを開、その他の弁を閉とし、原水供給ポンプＰＢ，ＰＣ，ＰＤを作動させて分離膜ユニットＡ以外の各分離膜ユニットＢ〜Ｄに原水を供給し、透過水（処理水）を採水すると共に、濃縮水を排出する。
【００２７】
この非通常運転時においては、各分離膜ユニットＢ〜ＤのＲＯ膜面有効圧が上記のほぼ標準圧力よりも高い圧力、例えば、約１０ｋｇ／ｃｍ２（９．８×１０３Ｐａ）となるようにインバータにより供給ポンプＰＢ〜ＰＤの吐出圧力を調整する。
【００２８】
この場合、運転を実施している分離膜ユニットは３系列であるが、図４より明らかなように、有効圧力約１０ｋｇ／ｃｍ２のときの透過水量は約４０ｍ３／日であるため、３系列合計の透過水量は約１２０ｍ３／日となり、通常運転時の合計の透過水量とほぼ同等となる。
【００２９】
分離膜ユニットＡにおける膜交換終了後は、分離膜ユニットＡの原水入口弁Ｖ１Ａ、透過水出口弁Ｖ２Ａ及び濃縮水出口弁Ｖ３Ａを開とし、原水供給ポンプＰＡを作動させて分離膜ユニットＡの運転を再開すると共に、全分離膜ユニットＡ〜Ｄの有効圧力を標準圧力に調整して通常運転を再開する。
【００３０】
図３に示す非通常運転時は、４系列の分離膜ユニットＡ〜Ｄのうちの１系列の分離膜ユニット（図３においては分離膜ユニットＣ）において膜の洗浄を行い、その他の分離膜ユニットＡ，Ｂ，Ｄにおいて運転を行う。即ち、原水入口弁Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ、透過水出口弁Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ２Ｄ及び濃縮水出口弁Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｄと、分離膜ユニットＣの透過水側洗浄排水出口弁Ｖ４Ｃ及び濃縮水側洗浄排水出口弁Ｖ５Ｃを開、その他の弁を閉とし、原水供給ポンプＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを作動させて分離膜ユニットＣ以外の各分離膜ユニットＡ，Ｂ，Ｄに原水を供給し、透過水（処理水）を採水すると共に、濃縮水を排出し、分離膜ユニットＣについては、原水を通水して洗浄を行い、洗浄排水を排出する。
【００３１】
この非通常運転時においては、各分離膜ユニットＡ，Ｂ，ＤのＲＯ膜面有効圧が標準圧力よりも高い圧力、例えば約１０ｋｇ／ｃｍ２となるようにインバータにより供給ポンプＰＡ，ＰＢの吐出圧力を調整する。
【００３２】
この場合においても、運転を実施している分離膜ユニットは３系列であるが、図４より明らかなように、有効圧力約１０ｋｇ／ｃｍ２のときの透過水量は約４０ｍ３／日であるため、３系列合計の透過水量は約１２０ｍ３／日となり、通常運転時の合計の透過水量とほぼ同等となる。
【００３３】
なお、洗浄対象の分離膜ユニットＣでは、透過水側洗浄排水の出口側において水質のモニタリングを行い、排水の水質（導電率、ＴＯＣ等）が回復したことを確認したら、透過水出口弁Ｖ２Ｃ及び濃縮水出口弁Ｖ３Ｃを開とし、その後洗浄排水出口弁Ｖ４Ｃ，Ｖ５Ｃを閉とし、全分離膜ユニットＡ〜ＤのＲＯ膜面有効圧をほぼ標準圧力となるように調整して通常運転を再開する。
【００３４】
このように、通常運転時のＲＯ膜面有効圧をほぼ標準圧力とし、非通常運転時のＲＯ膜面有効圧をこのほぼ標準圧力よりも高い圧力とすることで、非通常運転時も通常運転時と同等の処理水量を確保することができる。しかも、膜分離装置の総運転時間の大部分を占める通常運転時にほぼ標準圧力で運転を行うことにより、高い除去性能で高水質処理水を得ることを可能とすると共に、標準圧力よりも低い圧力で運転する場合に比べて、所定の処理水量を得るための膜エレメント数を低減してコストダウンを図ることができる。
【００３５】
なお、図１〜３に示す膜分離装置は、本発明が適用される膜分離装置の実施の形態の一例を示すものであって、本発明が適用される膜分離装置の構成は何ら図示のものに限定されるものではない。例えば、原水供給ポンプは必ずしも各分離膜ユニット毎に設ける必要はなく、全分離膜ユニットに１台の供給ポンプであっても良い。ただし、各分離膜ユニット毎に供給ポンプを設ける方が、各分離膜ユニットの圧力をほぼ均等に調整することができ、好ましい。また、供給ポンプＰＡ〜ＰＤのヘッダ配管と開閉弁Ｖ６ａ〜Ｖ６ｃは必ずしも必要とされず、省略しても良いが、これらを設けることにより、供給ポンプのうちの一部が破損したときに、他のポンプで補うことができる。
【００３６】
また、分離膜ユニットの膜種や膜形式、その設置個数や接続形態等についても何ら図示のものに限定されるものではない。なお、分離膜ユニットの有効圧力を調節するために、供給ポンプの吐出圧力を調整する手段としては、インバータ制御が好ましいが、各分離膜ユニットの入口配管に流量可変弁を設け、この弁の開度調整で制御しても良い。ただし、任意の圧力に容易に調整できる点から、インバータ制御が有利である。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
実施例１
図１に示す膜分離装置において、本発明方法に従って、下記の運転条件で運転を行った。なお、用いた供給ポンプ、分離膜ユニットは、次の通りである。
【００３９】
0003598912.tif 000002
上記運転条件であれば、通常運転時において１台の分離膜ユニットから１０ｍ３／ｈｒの透過水量を得ることができ、４台の分離膜ユニットから合計で４０ｍ３／ｈｒの処理水を得ることができる。また、非通常運転時においては、１台の分離膜ユニットから１３．４ｍ３／ｈｒの透過水量を得ることができ、３台の分離膜ユニットから合計で４０ｍ３／ｈｒの処理水を得ることができる。
【００４０】
運転期間中の原水及び処理水の水質と脱塩率は表１に示す通りであり、高水質の処理水を得ることができることがわかる。また、同様の装置構成で通常運転時の有効圧力を約６ｋｇ／ｃｍ２とし、非通常運転時の有効圧力を７．５ｋｇ／ｃｍ２として同等の処理水量を得る従来法に比べて、必要とするＲＯ膜エレメント数を低減することができ、約２０％のコストダウンが可能となった。
【００４１】
【表１】
0003598912.tif 000003
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜分離装置の運転方法は、膜分離装置の総運転時間の大部分を占める通常運転時において有効圧力を膜のほぼ標準圧力として運転を行い、非通常運転時において有効圧力を膜の標準圧力よりも高い圧力として運転を行うことで、通常運転時と非通常運転時とでほぼ同等の総処理水量を確保するものであるため、
▲１▼  従来法に比べて高い除去性能を得ることができるため、処理水の水質が向上する。
▲２▼  従来法に比べて所定の処理水量を得るために必要な膜エレメント数を低減することができるため、装置コストを削減することができる。
等の効果が奏され、本発明によれば、工業的、経済的に有利に膜分離処理を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を示す膜分離装置の通常運転時の系統図である。
【図２】本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を示す膜分離装置の非通常運転（膜交換）時の系統図である。
【図３】本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を示す膜分離装置の非通常運転（膜洗浄）時の系統図である。
【図４】ＲＯ膜の圧力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  分離膜ユニット
Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ  原水入口弁
Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ２Ｃ，Ｖ２Ｄ  透過水出口弁
Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄ  濃縮水出口弁
Ｖ４Ａ，Ｖ４Ｂ，Ｖ４Ｃ，Ｖ４Ｄ  透過水側洗浄排水出口弁
Ｖ５Ａ，Ｖ５Ｂ，Ｖ５Ｃ，Ｖ５Ｄ  濃縮水側洗浄排水出口弁
ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ  原水供給ポンプ
【図１】
0003598912.tif 000004
【図２】
0003598912.tif 000005
【図３】
0003598912.tif 000006
【図４】
0003598912.tif 000007