(57)【要約】  本発明は、半透膜を備えた膜エレメントを用いた水処理装置において、過度な背圧発生による半透膜の破損を回避できる水処理装置を提供することを目的とする。本発明は、半透膜を備えた膜エレメント（１）に被処理水（２１）を供給し、透過水（２２）と濃縮水（２３）とに分離する水処理装置であって、透過水圧力と濃縮水圧力の圧力差を計測する圧力差計測部（１２）と圧力差と連動して透過水圧力を開放する圧力開放部（１３）を有する水処理装置とする。
2013027804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透膜を備えた膜エレメントに被処理水を供給し、透過水と濃縮水とに分離する水処理装置であって、
前記透過水を送液する透過水配管内の透過水圧力と前記濃縮水を送液する濃縮水配管内の濃縮水圧力との圧力差を計測する圧力差計測部と、
前記透過水圧力が前記濃縮水圧力よりも高くなった場合に、前記透過水圧力を開放する圧力開放部
を備える水処理装置。
【請求項２】
半透膜を備えた膜エレメントに被処理水を供給し、透過水と濃縮水とに分離する水処理装置であって、
前記透過水を送液する透過水配管と前記濃縮水を送液する濃縮水配管とを連結する接続配管を有し、
前記透過水配管内の透過水圧力が前記濃縮水配管内の濃縮水圧力よりも高くなった場合に、前記透過水圧力を開放する圧力開放部を、前記接続配管に備える水処理装置。
【請求項３】
前記濃縮水側から前記透過水側への流入を防止する流入防止部を有する請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記流入防止部が適正に動作しているかどうかを判別可能な流入判別部を有する請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記透過水圧力が前記濃縮水圧力よりも０．５ｂａｒ以上高くなった場合に、前記透過水圧力が開放される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半透膜エレメントを用いた水処理装置に関し、詳しくは透過水側の過剰背圧に起因する半透膜の破損を回避できる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透膜は、荷電物質や非荷電物質を効率的に除去出来るため、海水およびかん水の脱塩、医療用・工業用の純水または超純水の製造、廃水処理、食品工業など幅広い分野に利用されている。この半透膜による分離処理では、半透膜を用いたスパイラル型膜エレメントが広く使用されている。【０００３】
スパイラル型膜エレメントは、例えば、流路材を内包した袋状の半透膜をメッシュスペーサーを介して中心パイプの周囲にスパイラル状に巻回した構造となっている。実際にはスパイラル型膜エレメントの一端にブラインシールを設け、複数のスパイラル型膜エレメントを直列に接続して円筒状の圧力容器に収納して運転する。そして被処理水はポンプにより加圧された状態で、圧力容器内に供給され、透過水と濃縮水とに分離される。透過水は袋状の半透膜内を通り、中心パイプを介して取り出される。濃縮水は原水流路材（メッシュスペーサー）を通り、圧力容器外に排出される。【０００４】
通常運転時には透過水配管内の圧力（透過水圧力）は被処理水配管内の圧力（被処理水圧力）よりも低いため問題は生じないが、このスパイラル型膜エレメントの背圧強度は低く、通常のスパイラル型膜エレメントの場合、透過水圧力が被処理水圧力よりも０．５ｂａｒ程度以上高くなると袋状の半透膜が破損する恐れがある。【０００５】
図１はスパイラル型膜エレメントを用いた従来の水処理装置の一実施様態を示す模式図である。半透膜エレメント１は、圧力容器２内に直列に装填され、被処理水（原水）２１はポンプ３によって加圧された状態で、圧力容器２に供給され、濃縮水２３と透過水２２とに分離される。原水流路材（メッシュスペーサー）を通る中で流路抵抗が生じるため、被処理水圧力は、圧力容器２に供給される圧力から下流側にいくほど低下し、最終的に濃縮水配管内の圧力（濃縮水圧力）と同一となる。一方で透過水圧力は、最上流の半透膜エレメント１から最下流の半透膜エレメント１まで中心パイプ４で接続され、圧力容器２外へ取り出されることから、最上流側も最下流側も同一の圧力となる。【０００６】
一般的に、通常の運転においては、透過水２２を送液する透過水配管１０は大気開放されているため、透過水圧力の方が被処理水圧力よりも高い状況はほとんど起こりえない。しかしながら、例えば透過水配管１０の管径が細すぎたり、透過水配管１０の途中のバルブが半開の状態であったり、または作業者が運転中に透過水配管１０の途中のバルブを誤って閉めてしまった場合などには、濃縮水側の圧力よりも透過水圧力が高くなり、特に下流側の半透膜エレメント１において、半透膜の破損が生じるケースがある。【０００７】
過剰背圧による半透膜の破損を防ぐため、特許文献１においては、背圧強度をより高めたスパイラル型膜エレメントが提案されている。しかしこの方法でも透過水側の圧力が３ｂａｒを超えると半透膜が破損する恐れがあり、根本的な解決とはなっていない。
また特許文献２においては、透過水圧力を監視し、透過水圧力に応じて、被処理水の供給流量を調整する水処理装置が提案されている。しかしこの方法においても、圧力容器内の下流側の半透膜エレメントにおいては、被処理水圧力よりも透過水圧力の方が高くなるケースが生じ、半透膜の破損が生じる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２００２−０２８４５３号公報
【特許文献２】日本国特開２００１−２９３４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は半透膜エレメントを用いた水処理設備において、過度な背圧発生による半透膜の破損を回避できる水処理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】
【００１０】
かかる課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。
（１）半透膜を備えた膜エレメントに被処理水を供給し、透過水と濃縮水とに分離する水処理装置であって、前記透過水を送液する透過水配管内の透過水圧力と前記濃縮水を送液する濃縮水配管内の濃縮水圧力との圧力差を計測する圧力差計測部と、前記透過水圧力が前記濃縮水圧力よりも高くなった場合に、前記透過水圧力を開放する圧力開放部を備える水処理装置。
（２）半透膜を備えた膜エレメントに被処理水を供給し、透過水と濃縮水とに分離する水処理装置であって、前記透過水を送液する透過水配管と前記濃縮水を送液する濃縮水配管とを連結する接続配管を有し、
前記透過水配管内の透過水圧力が前記濃縮水配管内の濃縮水圧力よりも高くなった場合に、前記透過水圧力を開放する圧力開放部を、前記接続配管に備える水処理装置。
（３）前記濃縮水側から前記透過水側への流入を防止する流入防止部を有する上記（２）に記載の水処理装置。
（４）前記流入防止部が適正に動作しているかどうかを判別可能な流入判別部を有する上記（３）に記載の水処理装置。
（５）前記透過水圧力が前記濃縮水圧力よりも０．５ｂａｒ以上高くなった場合に、前記透過水圧力が開放される上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半透膜エレメントを使用した水処理設備において、過度な背圧発生による半透膜の破損を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、スパイラル型膜エレメントを用いた従来の水処理装置の一実施様態を示す模式図である。
【図２】図２は、スパイラル型膜エレメントの概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の水処理装置の一実施様態を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の水処理装置の別の一実施様態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の水処理装置は、逆浸透膜またはナノろ過膜（以下、半透膜という。）を備えた膜エレメントに被処理水を供給し、透過水と濃縮水とに分離する水処理装置であって、前記透過水を送液する透過水配管内の透過水圧力と前記濃縮水を送液する濃縮水配管内の濃縮水圧力との圧力差を計測する圧力差計測部と、前記透過水圧力が前記濃縮水圧力よりも高くなった場合に、前記透過水圧力を開放する圧力開放部を備えることを特徴とする。本発明において、透過水圧力とは、透過水配管１０内の圧力をいい、詳しくは圧力容器２から取り出された直後の透過水配管１０内の圧力を指す。また濃縮水圧力とは、濃縮水配管９内の圧力をいい、詳しくは圧力容器２から排出された直後の濃縮水配管９内の圧力を指す。
【００１４】
逆浸透膜（ＲＯ膜）は、分子量が数十程度の物質を濾別可能な分離膜である。またナノろ過膜（ＮＦ膜）は、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子の透過を阻止することができる分離膜であり、ろ過機能の点において、限外ろ過膜（ＵＦ膜：膜孔径０．０１μｍ〜０．００１μｍ）と逆浸透膜の中間に位置する機能を有する分離膜である。
【００１５】
本発明の半透膜の素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができる。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合半透膜のどちらでもよい。しかしながら、中でも高耐圧性と高透水性、高溶質除去性能を兼ね備え、優れた性能を有する、ポリアミドを分離機能層とした複合半透膜が好ましい。
【００１６】
本発明の膜エレメントの形状は特に限定されないが、好ましくは図２に示すような構造を有するスパイラル型膜エレメントを採用することが好ましい。図２に示す半透膜エレメント１は、透過水流路材５を内包した袋状の半透膜６を原水流路材（メッシュスペーサー）７と共に、中心パイプ４の周囲にスパイラル状に巻回し、外表面をガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などで固化し、両端に端板８を設けて構成されている。加圧されて供給される被処理水（原水）２１は、半透膜６にて濃縮水２３と透過水２２に分離される。
【００１７】
図３は、本発明の水処理装置の一実施形態を示す模式図である。被処理水（原水）２１はポンプ３にて加圧され、圧力容器２内に供給される。圧力容器２には上記した半透膜エレメント１が収納されており、加圧された被処理水２１は、半透膜エレメント１内の半透膜６にて透過水２２と濃縮水２３とに分離される。濃縮水２３は半透膜エレメント１の原水流路材７（図２参照）を通って圧力容器２外に取り出され、濃縮水配管９を通って排水される。一方透過水２２は、半透膜エレメント１の中心パイプ４（図２参照）を通って圧力容器２から取り出され、透過水配管１０を通って、透過水タンク１１へと送水される。
【００１８】
本発明では、透過水圧力と濃縮水圧力との圧力差を計測する圧力差計測部１２と、その値と連動して透過水圧力を開放する圧力開放部１３を有することを特徴とする。圧力開放部１３は、透過水圧力が濃縮水圧力よりも高くなった場合に、透過水圧力を開放する。
透過水圧力と濃縮水圧力との圧力差を計測する圧力差計測部１２としては、例えば、差圧計や、透過水配管と濃縮水配管に設けた圧力計１６，１７により透過水圧力と濃縮水圧力をそれぞれ計測し、圧力差を計算する機器などが挙げられる。また圧力開放部１３としては、例えば、自動弁や圧力リリーフ弁、ラプチャーディスクなどが挙げられる。なお、図３において、圧力差計測部１２と圧力計１６，１７及び圧力開放部１３を結ぶ点線は信号線を表わす。
【００１９】
本発明において、図４に示すとおり、透過水配管１０と濃縮水配管９とを連結する接続配管１４を供え、当該接続配管１４に圧力開放部１５を設けてもよい。圧力開放部１５としては、例えば、逆止弁などが挙げられる。接続配管１４に圧力開放部１５を設け、透過水側から濃縮水側方向にしか水が流れないようにすると、透過水圧力が濃縮水圧力よりも高くなった場合、透過水圧力を開放することができる。
【００２０】
透過水配管１０と濃縮水配管９を繋ぐ接続配管１４は、透過水配管１０のうち、圧力容器２から取り出された直後の透過水配管１０内の圧力を測定する箇所から分岐し、濃縮水配管９のうち、圧力容器２から排出された直後の濃縮水配管９内の圧力を測定する箇所と接続する。
【００２１】
ただし濃縮水配管９と透過水配管１０を接続した場合には、通常運転時において、濃縮水の透過水への流入に注意しなければならない。よって接続配管１４には、濃縮水側から透過水側への流入を防止する流入防止部を備えることが好ましい。流入防止部としては逆止弁等があげられる。また接続配管１４に設置する圧力開放部が、通常運転時には、流入防止部として機能する方がより好ましい。また万が一、濃縮水から透過水への流入が発生した場合を想定して、流入防止部が適正に動作しているかどうかを判別可能な流入判別部を有することが好ましい。流入判別部は特に限定されないが、例えば、自動水質計器やサンプリングバルブなどが挙げられ、自動水質計器を用いて接続配管１４における透過水側の水質と圧力容器２から取り出した直後の透過水の水質をそれぞれ測定したり、サンプリングバルブを用いて手動で確認したりすることができる。
【００２２】
本発明では、透過水圧力と濃縮水圧力との圧力差に連動して透過水圧力が開放されるが、透過水圧力の開放先は特に限定されず、例えば大気開放や濃縮水配管への開放、原水配管への開放などが挙げられる。ただし透過水配管と濃縮配管とを連結する接続配管を有する場合には、設計の点からも作業の点からも該接続配管に透過水圧力が開放される方が好ましい。
【００２３】
本発明において、透過水圧力が開放される条件は、透過水圧力が濃縮水圧力よりも高くなった場合であるが、半透膜エレメント自体もある程度の背圧強度を持つことから、透過水圧力が濃縮水圧力よりも０．５ｂａｒ以上高くなった場合に透過水圧力が開放されることが好ましい。また透過水圧力と濃縮水圧力を測定する地点の配管高さが異なる場合には、それぞれの水頭圧の差を考慮して、圧力開放条件を設定すればよい。
【００２４】
本発明を詳細にまた特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２０１１年８月２３日出願の日本特許出願（特願２０１１−１８１３１９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の水処理装置は、半透膜を使用する各種水処理設備に適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１    半透膜エレメント
２    圧力容器
３    ポンプ
４    中心パイプ
５    透過水流路材
６    半透膜
７    原水流路材
８    端板
９    濃縮水配管
１０  透過水配管
１１  透過水タンク
１２  圧力差計測部
１３  圧力開放部
１４  接続配管
１５  圧力開放部（逆止弁）
１６，１７  圧力計
２１  被処理水（原水）
２２  透過水
２３  濃縮水
【図１】
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【図２】
2013027804.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2013027804.tif 000008
2013027804.tif 000009
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