(57)【要約】  【課題】  膜の洗浄を容易なものとすると共に、膜の汚染度に応じて、通常のろ過運転から洗浄運転に切り替えることができる膜洗浄システムを提供する。  【解決手段】  膜モジュール１０の上流側に、該膜モジュールの洗浄運転時に起動される微細気泡発生装置であるインジェクター１１を設け、膜モジュール１０には、その汚染度を検出する検出装置３０と、その検出値に基づいて前記インジェクター１１を起動する制御装置３２を設け、前記汚染度検出装置３０により検出された膜の汚染度が予め設定した基準値以上になった場合に、前記制御装置３２により洗浄運転に切り替えて、前記インジェクター１１から膜モジュール１０に微細気泡を流すように構成する。【選択図】図１
2006263501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ構造体からなる支持層の上にスキン層を形成してなる逆浸透膜の洗浄システムであって、
前記逆浸透膜の上流側には、該逆浸透膜の洗浄運転時に起動される微細気泡発生装置が設けられ、
前記逆浸透膜には、その汚染度を検出する汚染度検出装置と、その検出値に基づいて前記微細気泡発生装置を起動する制御装置が設けられ、
前記汚染度検出装置により検出された逆浸透膜の汚染度が予め設定した基準値以上になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えて、前記微細気泡発生装置から前記逆浸透膜に微細気泡を流すように構成されていることを特徴とする膜洗浄システム。
【請求項２】
前記逆浸透膜が、カセット状のモジュールに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の膜洗浄システム。
【請求項３】
前記汚染度検出装置が、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールの入口側と出口側の差圧を測定するものであり、
この差圧が予め設定された基準値以上になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の膜洗浄システム。
【請求項４】
前記汚染度検出装置が、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールにおける流速を測定するものであり、
この流速が予め設定された基準値以下になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の膜洗浄システム。
【請求項５】
前記微細気泡発生装置は、高圧水と圧縮空気とを混合して微細気泡を生成するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の膜洗浄システム。
【請求項６】
フィルタ構造体からなる支持層の上にスキン層を形成してなる逆浸透膜の洗浄方法であって、
前記逆浸透膜の汚染度が所定の基準値以上になった場合に、前記逆浸透膜に微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とする膜の洗浄方法。
【請求項７】
前記逆浸透膜が、カセット状のモジュールに組み込まれていることを特徴とする請求項６に記載の膜の洗浄方法。
【請求項８】
前記逆浸透膜を組み込んだモジュールの入口側と出口側の差圧を測定し、
この差圧が予め設定された基準値以上になった場合に洗浄が必要と判断して、前記モジュールに対して微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とする請求項７に記載の膜の洗浄方法。
【請求項９】
前記逆浸透膜を組み込んだモジュールにおける流速を測定し、
この流速が予め設定された基準値以下になった場合に洗浄が必要と判断して、前記モジュールに対して微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とする請求項７に記載の膜の洗浄方法。
【請求項１０】
前記微細気泡は、高圧水と圧縮空気とを混合して生成することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか一に記載の膜の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の造水設備等に用いられる逆浸透膜等の膜の洗浄システム及び洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、脱塩用逆浸透膜を利用した造水設備は増加傾向にあり、海水淡水化設備、超純水製造設備、電力用の用水設備など様々な分野で普及している。中でも、海水淡水化設備は無尽蔵の海水を淡水化して飲料水を造る設備であり、季節的な水不足や緊急時の飲料水確保に対応する観点からも、飲料水供給の安定化を図るプラントとして注目を集めている。また、地球規模で環境保全が問題となっている今日、河川水・地下水の処理や、下水・廃水の再利用に対する意識は高まっており、水処理の分野では活発な研究、開発が行われている。
【０００３】
この逆浸透膜はフィルタ構造体からなる支持層の上にスキン層を形成してなり、このような逆浸透膜を使用したろ過システムとしては、特許文献１に示されたようなものが知られている。しかしながら、このような逆浸透膜を長期間使用した場合、膜詰まりを起こすことは避けられず、膜の洗浄が必要となる。
【０００４】
例えば、スパイラル型膜モジュール、中空糸型膜モジュール等で、筒状のベッセルに組み込んで使用するタイプの膜モジュールにおける従来の洗浄方法としては、膜一次側において表面流速を上げて汚れを落とすフラッシング、膜の二次側より透過水を逆流させて汚れを落とす逆洗、あるいは次亜塩素酸ソーダ溶液などの薬剤で汚れを溶かす薬品洗浄などがあった。
【特許文献１】特開２００５−３４７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の薬品洗浄は通常の運転中には行うことができず、フラッシングや逆洗は効果が不十分であった。そのため、従来は、フラッシングや逆洗を、膜ろ過の洗浄工程として自動化して組み込み、膜の汚れの蓄積を防止するようにし、それでも汚れが蓄積してきたときに薬品洗浄を行う方法が一般的であった。
【０００６】
特に、逆浸透膜のスパイラル型膜や中空糸膜は逆洗ができないものがほとんどであり、通常工程に組み込む洗浄方法としてはフラッシングが主であるため、薬品洗浄の間隔をのばすことが困難であった。そのため、逆浸透膜のスパイラル型膜や中空糸膜は清澄な水のろ過にしか使用できないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、従来、困難とされていた逆浸透膜等の膜の洗浄を容易なものとすると共に、膜の汚染度に応じて、通常のろ過運転から洗浄運転に切り替えることができる膜洗浄システム及び膜洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、フィルタ構造体からなる支持層の上にスキン層を形成してなる逆浸透膜の洗浄システムであって、前記逆浸透膜の上流側には、該逆浸透膜の洗浄運転時に起動される微細気泡発生装置が設けられ、前記逆浸透膜には、その汚染度を検出する汚染度検出装置と、その検出値に基づいて前記微細気泡発生装置を起動する制御装置が設けられ、前記汚染度検出装置により検出された逆浸透膜の汚染度が予め設定した基準値以上になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えて、前記微細気泡発生装置から前記逆浸透膜に微細気泡を流すように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明を方法の観点から捉えたものであって、フィルタ構造体からなる支持層の上にスキン層を形成してなる逆浸透膜の洗浄方法であって、前記逆浸透膜の汚染度が所定の基準値以上になった場合に、前記逆浸透膜に微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のような構成を有する請求項１又は請求項６に記載の発明によれば、通常のろ過運転の場合と同方向から微細気泡を流すので、膜に与える物理的ストレスが少ない。また、従来から用いられている逆洗と比較して装置が簡略化でき、膜の汚染度に応じて、通常のろ過運転から適時洗浄運転に移ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の膜洗浄システムにおいて、前記逆浸透膜が、カセット状のモジュールに組み込まれていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項６に記載の膜の洗浄方法において、前記逆浸透膜が、カセット状のモジュールに組み込まれていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記のような構成を有する請求項２又は請求項７に記載の発明によれば、逆浸透膜がカセット状のモジュールに組み込まれた場合においても、通常のろ過運転の場合と同方向から微細気泡を流すので、膜に与える物理的ストレスが少ない。また、従来から用いられている逆洗と比較して装置が簡略化でき、膜の汚染度に応じて、通常のろ過運転から適時洗浄運転に移ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の膜洗浄システムにおいて、前記汚染度検出装置が、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールの入口側と出口側の差圧を測定するものであり、この差圧が予め設定された基準値以上になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項７に記載の膜の洗浄方法において、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールの入口側と出口側の差圧を測定し、この差圧が予め設定された基準値以上になった場合に洗浄が必要と判断して、前記モジュールに対して微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とするものである。
【００１６】
上記のような構成を有する請求項３又は請求項８に記載の発明によれば、膜の汚染度を、逆浸透膜を組み込んだモジュールの入口側と出口側の差圧により検出することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の膜洗浄システムにおいて、前記汚染度検出装置が、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールにおける流速を測定するものであり、この流速が予め設定された基準値以下になった場合に、前記制御装置により洗浄運転に切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項４に記載の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項７に記載の膜の洗浄方法において、前記逆浸透膜を組み込んだモジュールにおける流速を測定し、この流速が予め設定された基準値以下になった場合に洗浄が必要と判断して、前記モジュールに対して微細気泡を流して洗浄するように制御することを特徴とするものである。
【００１９】
上記のような構成を有する請求項４又は請求項９に記載の発明によれば、膜の汚染度を、逆浸透膜を組み込んだモジュールにおける流速により検出することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の膜洗浄システムにおいて、前記微細気泡発生装置は、高圧水と圧縮空気とを混合して微細気泡を生成するものであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項５に記載の発明を方法の観点から捉えたものであって、請求項６乃至請求項９のいずれか一に記載の膜の洗浄方法において、前記微細気泡は、高圧水と圧縮空気とを混合して生成することを特徴とする。
【００２２】
上記のような構成を有する請求項５又は請求項１０に記載の発明によれば、気泡径が１０〜４０μｍ程度のごく微細な気泡を生成することができ、この微細気泡により優れた洗浄効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来、困難とされていた逆浸透膜等の膜の洗浄を容易なものとすると共に、膜の汚染度に応じて、通常のろ過運転から洗浄運転に切り替えることができる膜洗浄システム及び膜洗浄方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る膜洗浄システムの実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
（１）構成
本発明に係る膜洗浄システムは、図１に示したように構成されている。すなわち、原水貯留タンク１には、そのタンク内に原水を導入する原水管路２が接続され、前記原水貯留タンク１から、第１の配管３を介して、高圧ろ過ポンプ４に原水を供給するように構成されている。
【００２６】
また、前記高圧ろ過ポンプ４の下流側には第２の配管５が接続され、この第２の配管５の先端部には三方切替弁６が取り付けられ、第３の配管７及び第４の配管８に連結されている。この第３の配管７には給水調整仕切弁９が設けられ、その下流側には、スパイラル型膜モジュールや中空糸型膜モジュール等の膜モジュール１０が接続されている。また、前記三方切替弁６に接続された第４の配管８には、後述するインジェクター１１及び第５の配管１２が接続され、これらにより前記第３の配管７のバイパス路が形成されている。
【００２７】
なお、前記給水調整仕切弁９は、膜モジュール１０への原水の供給圧力を調整するために設けられている。通常は、膜モジュール１０にはある一定の圧力で原水を供給するが、高圧ろ過ポンプ４の圧力が過大な場合や、運転初期において、膜モジュール１０内に配設された膜がきれいな場合には、低圧でも所要の透過水量が確保できるため、この給水調整仕切弁９を用いて膜モジュール１０への供給圧力を下げてソフトに運転することができるように構成されている。一方、膜の汚れなどにより、所要の透過水量を得るために高い圧力が必要になった場合には、膜モジュール１０への供給圧力を上げて運転することができるように構成されている。
【００２８】
また、前記膜モジュール１０の下流側には、膜モジュール１０によって精製された処理水（透過水）が流れる第６の配管１３と、濃縮排水が流れる第７の配管１４が接続されている。そして、第６の配管１３には、精製処理水貯留タンク１５が接続され、前記膜モジュール１０によって精製された処理水が、第６の配管１３を介して精製処理水貯留タンク１５に導入され、さらに第８の配管１６を介して、需要先に供給されるように構成されている。一方、前記膜モジュール１０の下流側に接続された第７の配管１４によって、膜モジュール１０の洗浄に用いられた後の排水を外部に排出できるように構成されている。
【００２９】
なお、この第７の配管１４には、圧力調整弁１７が設けられると共に、この圧力調整弁１７をバイパスするバイパス回路１８が設けられ、このバイパス回路１８にはフラッシング用自動弁１９が設けられている。そして、圧力調整弁１７を絞ることにより、膜モジュール全体にかかる圧力を上昇させることができ、この圧力調整弁１７を適宜調整することによって、透過水量を調整することができるように構成されている。なお、前記膜モジュール１０としては、スパイラル膜や中空糸膜を筒状のベッセルに組み込んで使用するタイプの膜モジュールが用いられている。
【００３０】
また、前記インジェクター１１には、高圧空気弁２０を備えた第９の配管２１を介して、高圧空気の供給源となるコンプレッサー２２が接続されている。そして、前記インジェクター１１において、前記三方切替弁６を介して高圧ろ過ポンプ４によって供給された原水と、コンプレッサー２２によって圧縮された空気とが混合されて、マイクロバブルを生成するように構成されている。ここで、マイクロバブルとは、気泡径が１０〜４０μｍ程度のごく微細な気泡をいう。
【００３１】
このインジェクター１１において、原水（圧力水）と混合された空気は一部溶解し、一部はそのまま原水中に粉砕分散した状態で膜モジュールに流入する。すると、膜モジュール中で、溶解した空気が微気泡として発生することや、膜モジュール中で気泡がさらに溶解してつぶれることにより超音波が発生する。このようにして発生した超音波は、膜表面から汚れを落とすドライビングフォースとなり、また、微気泡は、汚れを包み込んで膜表面から剥がれやすくすると同時に、包み込んだ汚れを膜モジュールの外まで運び去るのを容易とする。また、分散した気泡は、原水が膜モジュール中を流れる際に、膜表面に対しての剪断力を増加させることにより洗浄効果を増加させる。
【００３２】
また、膜モジュール１０には、膜モジュール１０内の汚染度を検出する検出装置３０が設けられ、この検出装置３０には、その検出値が予め設定された所定の閾値を超えたか否か、言い換えれば、洗浄運転に切り替えるべきか否かを判定する判定装置３１が接続されている。さらに、この判定装置３１には、その判定結果に基づいて、三方切替弁６を切り替えると共に、フラッシング用自動弁１９及び高圧空気弁２０を開閉する制御装置３２が接続されている。
【００３３】
なお、前記膜モジュール１０内の汚染度を検出する検出装置３０としては、例えば、膜モジュール１０の入口と出口の差圧を測定する膜詰感知圧力感知器や、同一の操作圧力における透過流速の変化を測定する流速計を用いることができる。すなわち、前記膜詰感知圧力感知器を用いた場合においては、膜モジュール１０の入口と出口の差圧の増大は膜モジュール内の汚染度の増大を意味し、流速計を用いた場合においては、透過流速の減少は膜モジュール内の汚染度の増大を意味している。
【００３４】
そして、判定装置３１において、膜モジュール１０の入口と出口の差圧がある一定の値を超えたと判断した場合、あるいは、ある操作圧力における透過流速が運転初期の透過流速に比べてある割合以下に下がったと判断した場合には、洗浄運転に切り替えるべきであると判定して、制御装置３２による切り替え操作及び開度調節操作が行われる。
【００３５】
（２）作用
上記のような構成を有する本実施形態の膜洗浄システムは、以下のように作用する。
【００３６】
（２−１）ろ過運転時
通常のろ過運転時には、図２の太線で示したように、第１の三方切替弁６によって第２の配管５と第３の配管７が連結され、原水管路２によって供給された原水が、高圧ろ過ポンプ４を介して膜モジュール１０に導入されるように構成されている。なお、ろ過運転中は、フラッシング用自動弁１９及び高圧空気弁２０は閉じられている。
【００３７】
そして、膜モジュール１０によって精製された処理水は、第６の配管１３を介して精製処理水貯留タンク１５に導入され、さらに第８の配管１６を介して、需要先に供給される。一方、膜モジュール１０から排出された濃縮排水は、第７の配管１４を介して外部に排出される。
【００３８】
（２−２）洗浄運転時
上記のようにして通常のろ過運転が実施されている間に、膜モジュール１０内の膜の汚染度が高くなり、判定装置３１によって、検出装置３０による検出値が所定の閾値を超えたと判断された場合には、洗浄運転に切り替えられる。すなわち、図３の太線で示したように、制御装置３２によって第１の三方切替弁６が切り替えられて第２の配管５と第４の配管８が連結され、フラッシング用自動弁１９及び高圧空気弁２０が開かれる。
【００３９】
その結果、原水管路２によって供給された原水が、高圧ろ過ポンプ４を介してインジェクター１１に導入されると共に、コンプレッサー２２よって圧縮された空気がインジェクター１１に導入され、両者が混合されてマイクロバブルが生成される。このマイクロバブルを膜モジュール１０に導入することにより、膜を洗浄することができる。また、その際、バイパス回路１８に設けられたフラッシング用自動弁１９を開けることにより、大流量の水を一次側に通して、汚れを外部に流出させる。
【００４０】
このようにしてマイクロバブルによる洗浄が実施された後、判定装置３１によって、検出装置３０による検出値が所定の閾値以下になったと判断された場合には、制御装置３２によって第１の三方切替弁６を切り替えると共に、フラッシング用自動弁１９及び高圧空気弁２０を閉じて、通常運転に戻る。
【００４１】
（３）効果
以上述べたように、本実施形態の膜洗浄システムによれば、従来は効果が少ないフラッシングでしか対応できなかった逆浸透膜のスパイラル膜や中空糸膜の物理洗浄の効果を大幅に向上することができる。また、フラッシングより少ない水量で高精度の洗浄が可能となる。
【００４２】
また、従来から用いられている逆洗は、通常のろ過運転の場合とは逆方向から水を押し出さなくてはならず、構造的に圧力に弱い側から圧力をかけるため、膜に損傷を与えやすいという欠点があった。これに対して、本実施形態の膜洗浄システムは、通常のろ過運転の場合と同方向からマイクロバブルを流すので、膜に与える物理的ストレスが少ないという利点がある。さらに、逆洗と比較して、装置が簡略化でき、通常のろ過運転からすぐに洗浄運転に移ることができるので無駄にする時間が少ない。
【００４３】
また、本実施形態の膜洗浄システムを用いた洗浄方法においては、薬品を使用しなくても充分な洗浄効果が得られ、単なる物理洗浄では落ちないような汚れにも効果があるが、薬品を使用することにより、より優れた洗浄効果を発揮する。さらに、本実施形態の膜洗浄システムは、既設の膜ろ過装置の洗浄システムとして、追加して組み込むことも容易にできる。
【００４４】
このように、本実施形態の膜洗浄システムによれば、インジェクターによって原水と空気の混合溶解を行い、その混合水を膜モジュール中に導入することにより、微気泡がさらにつぶれる際の超音波の洗浄力、微気泡が発生することによる汚濁成分の引き剥がしと持ち出し効果の向上、粗気泡による膜表面の洗浄効果の増加により、従来のフラッシングに比べて非常に大きな洗浄効果を得ることができる。
【００４５】
（４）他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、微細気泡の発生装置としては、公知のマイクロバブル発生装置を用いることもできる。また、上記三方切替弁やバイパス配管を用いずに、インジェクター等の微細気泡発生装置を、膜モジュールの上流側であって、ろ過処理用のラインとは別に設けた洗浄処理用のライン上に設置し、検出された膜の汚染度により、ろ過処理用のラインから洗浄処理用ラインに切り替えるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る膜洗浄システムの構成を示すシステムフロー図
【図２】本発明に係る膜洗浄システムの通常運転時の状態を示すシステムフロー図
【図３】本発明に係る膜洗浄システムの洗浄運転時の状態を示すシステムフロー図
【符号の説明】
【００４７】
１…原水貯留タンク
２…原水管路
３…第１の配管
４…高圧ろ過ポンプ
５…第２の配管
６…三方切替弁
７…第３の配管
８…第４の配管
９…給水調整仕切弁
１０…膜モジュール
１１…インジェクター
１２…第５の配管
１３…第６の配管
１４…第７の配管
１５…精製処理水貯留タンク
１６…第８の配管
１７…圧力調整弁
１８…バイパス回路
１９…フラッシング用自動弁
２０…高圧空気弁
２１…第９の配管
２２…コンプレッサー
３０…検出装置
３１…判定装置
３２…制御装置
【図１】
2006263501.tif 000003
【図２】
2006263501.tif 000004
【図３】
2006263501.tif 000005