(57)【要約】      （修正有）【課題】洗浄対象となる分離機能膜を構成する素材を侵さず、また洗浄廃液の処理も必要のない、分離機能膜表面の効果的な洗浄方法を提供する。【解決手段】原水に気体成分を圧縮溶解させておき、後にそれを一気に低圧領域に開放することで、表面に高いマイナス荷電量を帯びた無数の独立した微細気泡を高密度に含む気泡水を作り、この微細気泡が持つマイナスイオンで分離機能膜の表面に蓄積した障害異物の荷電を中和して当該異物を剥離除去する、分離機能膜表面の物理的な洗浄方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する圧力機能ポンプと気体を圧縮し押し込む機能器とで両成分を連結する配管内に設置した衝撃剪断板を介して剪断接触効率を向上し、原水へ気体成分を連続または間欠的に供給し＝がら、粗大な分散気泡の水中への圧縮溶解を促進させるために圧力タンクに導き緩衝帯を設け気体成分の溶解量を増大し、過剰に供給された気体体積成分はタンク外へ、溶解成分はタンク端に連結する加圧配管系で特殊構造弁体と延長連結配管部材で結合し、加圧系を一挙に低圧領域に開放する組み合わせにより溶解気体成分の張飛爆裂散分散させることで、これらの発生気泡の表面には高いマイナス荷電量を帯びさせ無数の独立した微細気泡を高密度に含む気泡水で、微細気泡が持つ逆荷電（マイナスイオン）で分離機能膜の表面に蓄積した障害異物の荷電を中和させ、剥離排除させて本来の機能を回復させ、阻害異物を系外に排除させる分離機能膜表面の物理的な洗浄方法。
【請求項２】
吐出口の弁座と弁体とで構成する隙間の断面積がほぼ等しいような構造を有する吐出弁を用いることで、気泡発生のための気体成分の飽和水を距離を離してた剥離洗浄のたに必要とされる箇所に取り付けた加圧維持可能な弁体構造物を適応することで、発生直後の活性な微細気泡を用いて、目的の剥離洗浄効果を発揮させることを特徴とする洗浄方法
【請求項３】
請求項１にて記載される方式で作られる気泡の発生がし易くした気体溶解液を、表面洗浄を目的とする対象物が装填された圧力容器に補給する際に、圧力容器に繋がる分離操作の目的として供給される水流の方向に対して、前記の装填容器の逆の放出口に近い逆方向より、剥離洗浄を目的とする気泡水を供給し、膜面に付着汚濁物が少ない方向より、濃厚な方向に流れ（逆方向）に供給することで、従来の供給方向（順方向）の送液操作に対しては、より高い洗浄効果かが期待できる洗浄方法。
【請求項４】
分離操作を目的とする主操作の供給液の主配管設備に対して、枝分かれした副配管設備に、気体が溶解した微細気泡発生を可能とする加圧下水を特殊弁を介して接続し、その接続部には両者の混合の液量率は、気泡を含む副水流量１：０．１〜２０主配管送液水量比を変化させながら、両液が均一に混合されることを目的とした最適な混合促進機材を選択し、注入気泡が均一に配管内に分散した混合液を処理目標の分離膜の表面洗浄効果を向上させるために供給することで、気泡水のみの剥離分離効果と同様に得られる。
但し、この副水流と主水流との混合比は時間経過に伴い変更が可能であり、更に適合分離膜種によっては、副水流の注入操作を作動停止時間を間欠的に選択することで、主送液配管の操作圧力の変化とも組み合わせた管理操作を組み合わせ、適応分離膜面の振動作用などを加えることで、剥離機能が向上させることを特徴とするる洗浄方法。
【請求項５】
請求項１で記載された操作により準備された気泡水を、請求項３および４にて記載する洗浄操作に供給するに際し、供給水温を特に汚染物が微生物の増殖成長による汚染膜で覆われたと判断された場合には、摂氏３５度前後より６０度前後迄の、生物汚濁膜の変形収縮を開始する温度下に成る様に水温度制御を行った圧力水を吐出弁に供給させ、バクテリヤ成分の変質による付着力を弱めて、付着有機物の剥離洗浄効果を高めることすを特徴とする洗浄方法。
【請求項６】
請求項１で記載する圧力下で強制的に溶解させる気体成分の成分を変化させることで、加圧水が示す酸性度、気体の破裂速度、破裂強度を変化することで、飽和溶解した圧力水を、第一の圧力保持弁を介して、洗浄対象の分離膜を設置する圧力容器の正方向の入口端部または逆の最終放流口の端部に設けることで、この両者の出口に、流出水の調整バルブを設置し、装填対象膜の操作圧を大気圧に近い低圧を維持させるのに対し、本請求項においては、この端部に圧力調整可能弁を設置し、加圧破壊弁の出口と洗浄対象の機能膜を設置した容器の端部の放流先に設置したバルブの操作により、加圧系を維持させ、その加圧はゲ−ジ圧０．５〜４．５ｋｇ／ｃｍ２の範囲に加圧制御させることで、圧力容器の端部流出口の気泡口径の膨張度を制御することで、洗浄対象の分離機能膜の持つ狭い間隙径路より小さくなる様に制御した気泡径粒子物により更に狭い間隙を通過させるに発生する微細口径の膨張を抑制させることで通液抵抗を減少させ、付着異物の剥離効果を向上させることを特徴とする洗浄方法。
【請求項７】
請求項６に記載された洗浄対象の分離膜を装填した圧力容器郡の端部に設置した圧力調整機能弁を複数に分けて複数個を設置することで、一度の吹き込みで生成した気泡径とで最終の放出口までに設置した圧力弁を独立して調整することで、調整弁を経由するし膨張した気泡径を調整させることで、複数の連結された圧力容器内の、分離膜の表面を効率良く洗浄効果を発揮させることを特徴とする洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明はＲＯ膜、ＭＦ膜、ＵＦ膜、イオン交換膜およびイオン交換樹脂等への付着抑制や付着異物の剥離回復操作を必要とする広い分野に有効に適応可能である。
【背景技術】
【０００２】  水処理に適応する分離膜の洗浄方法には化学洗浄と物理洗浄がある。化学洗浄としては塩酸，硝酸、リン酸、次亜塩素酸ソ−ダ−などの無機酸と修酸、クエン酸などの有機酸が使用される。
物理洗浄としては加圧空気を膜面に吹き込むエスクラアビング法と膜の裏側から水を逆さに押し出す水逆洗法、高圧エア−（０．６ＭＰａ）で逆洗する空気逆洗法があり、これらは並行して実施される場合が多い。【０００３】  通常、物理洗浄は２０〜６０分毎に実施される。また、化学洗浄は１〜３ケ月に実施されるが、使用した薬品が廃液として多量に排出され、その処分が問題となる、化学洗浄、物理洗浄とも分離膜面表面に蓄積した汚染物質をとり除いて膜透過性能を回復維持する目的で実施する訳であるが、付着物が完全に回復しない場合がある。
【非特許文献１】  日東電工社  カタログ適応する洗浄操作法を掲載。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】    各々の分離機能を付与させた膜種にて、許容できる付着異物の蓄積度の影響は異なり、供給させる対象液の中に溶存する物質の溶解状態で、接触膜面に与える影響度が異なると同時に、膜の近辺の溶液は、接近する膜保持構造の荷電状況の影響を受けて、膜表面への付着、吸着強度は複雑に変化して、離れ難くなる可能性も十分にある。【０００５】  この様な付着物を剥離させるために必要とすうエネルギ−は、化学薬品を供給し、付着物を膨潤させるなどの濃度調整をするなどで、物理変化を起こさせことで、付着異物溶解促進させるなどの効果により、膜面および補助構造材質面よりの剥離操作を可能にするのが定法であるとされてきた。
【特許文献１】
【０００６】  しかし、問題点は剥離目的の付着異物の膨潤性を得られる薬物組成と、分離膜を構成する素材の変質、または表面機能構造の破壊などを配慮すると、効果的な薬剤を適応し難い、更には、分離膜の構成素材との親和性が強く、薬剤の流出洗浄性が悪いなどの配慮事項などが絡み、付着異物の洗浄剥離効果のみの配慮だけではなく、複雑に絡まった問題点も多く、特に、薬品洗浄後の分離膜の内部に浸透した薬剤の流出、置換操作と操作後の作業洗浄液の処分操作が問題に成っている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  そこで、これらの化学薬剤の添加効果の助けに依存する手法が持つ数々の難点を補う為に、より幅広い分離膜に共通に適応できる剥離操作を見つけ出そうとする動きで、分離膜面と付着異物とで形勢される異なる複雑な結合力、を考慮して幅広い分野に共通する引き離し効果を発揮させるためには、非常に狭い間隙に浸透して、より弱い結合で結びついた結合点を引き離すことで、除々小さい範囲の結合点を集中することで、徐徐に崩壊点を拡大し、周辺への影響を回避出来る手法を採用させる事が出来れば、理想的な解決方法と判断される。
【発明の効果】
【０００８】    本発明によると湿式系の分離機能膜の表面での本来の分離操作の続行により、異物の付着物の累積により、本来の分離膜機能が持つべき特性が汚染されて性能低下した場合、気体の溶解した溶液の爆裂分散操作により作り出される超微細気泡が発揮する吸着効により、膜面上に付着する汚染物に付着し剥離することで洗浄効果が得られ、その洗浄廃液には薬剤を含まず、廃液処理の必要も無いという利点がある。
そのためには、水に気体を超微細な独立した気泡として連続的に作成し、補給する手法が適応できるならば、この様な超微細な独立気泡の表面には、高密度の荷電子蓄積され、マイナスイオン荷電を帯びてくることが知られており、狭い間隙に浸透し易くなり、特に付着面（ぬれて居ない領域はプラスに荷電していると判断されている）に浸透し、供給する微細気泡の表面が持つ逆帯電（マイナス）量で中和しながら、完全に濡らすこと（マイナス荷電下に変化）での剥離効果を発揮することが期待されている。
具体的には、汚れた領域に微細気泡水を補給すると、初期には汚染領域の端部よりは、微細気泡水は流出せず、気泡が全く含まない液が流出するが、除々成長した、会合した大きく成長した気泡を含む液が流出し、さらに除々に粒子が小さくなり、本来の注入した微細気泡が流出することで、発生していた差圧の減少とが合致した状況が生み出されていることが確認されている。【０００９】  従って、供給微細気泡の含まれる濃度が高い程、汚染された領域の回復は速いが、その汚染度に応じては、薄い濃度の気泡水を、長時間供給することで、同様な効果があることも確認されていることより、付帯させる設備の増大化、運転に係わる消費電力の増大を避けるためにも、時間を掛けた中和作業でも同様な効果が認められている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  この様な超微細気泡粒子を多濃度に、連続的に発生させる方法には、数々（超音波振動同調法、高圧衝撃衝突法、爆裂分散法等）の手法が考察されるが、どの様な手法を用いても、その系に存在する気泡粒子径が、より小さな粒子径領域を占める率が高くなる程、微細な間隙にまで浸透する効果を向上するとが想定される。
更に、狭い空間に浸透した気泡の表面荷電の中和による気泡の会合、膨張破裂することで、固体面よりの剥離する力を生み出させる洗浄効果を生み出す。
他の剥離効果を生み出す手法に、外部よりの超音波の供給による気泡の破壊強度の調整などの可能性を組み合わせて剥離効果を補強させる手法などを付加す可能もある。【００１１】  更に、この作業を水温を上昇させた温水環境下でも、気泡粒子の維持を制御出来れば、付着物の表面粘度を低下させて吸着力を低下させるとか、剥離をおこさせ易い環境下で  の作業条件を選ぶことで操作効果を高めることも、重要な選択条件と言える。
【実施例】
【００１２】  次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
原水を供給する高圧ポンプ〜例えば多段タ−ビンポンプを採用し、最も好ましくは、１．２Ｍｐａち放出する能力を持ったポンプに連結した配管中に，金属板を交互に溶接させた衝撃剪断機能を保持した剪断器を設置し、この剪断器の前に溶解させるべき気体を圧入させて圧入水と気体とを同時に供給し、剪断器内で相互に接触させこの混合水を配管の端部に接合した圧力タンクに連結し、気泡混合液としてある時間を滞留し、経過後の完全なる飽和溶解水と過剰な気体成分とに分離させ、気体の過剰成分を連続的に付帯間の工作物を介して系外に排出させること考慮し、常に一定した加圧状態を維持して安定した発生気泡径の維持がなされる好ましい運転条件を維持させる配慮がなされる。【００１３】  一般に的に水に飽和させるための空気量は、液の温度、維持する加圧条件に伴い変化するが、体積比で判断すれば、大まかな水体積１：０．０７〜０．１１圧入気体体積比を目安に供給すれば、水温の変化があれども、ほぼ一定した過飽和度状態より生まれる微細な気泡成分重量濃度が１８０〜２２０ｐｐｍ前後の気泡水濃度を供給することとなる。
この様に圧入水の圧力は、好ましくは０．６Ｍｐａ以上を保ち、更に好ましくは１Ｍｐａ前後を保ち、最も好ましくは１．２Ｍｐａ以上を保ち、更にこれらの圧力水に押し込める気体圧は少なくとも約１Ｍｐａ以上の高い圧力を維持した圧力タンクよりの安定した気体が注入されることが期待されている。
この圧力タンクの端部に接合した排出排出管には、吐出口の断面積と弁座と弁体で構成される特殊構造弁を採用することで、吐出口より弁座より吐出された圧力水はほぼ同一面積の弁座より瞬間に内部の高圧部より、外部の低圧部に吐出されることで、溶解していた気体成分は、圧力差のに応じて、溶解気体成分の爆裂沸騰を起こし、微細な気泡に成長して分散する。
【産業上の利用可能性】
【００１４】  これらの操作で得られる気泡水中の気泡粒子径は、吐出操作時の押し込みポンプ圧力維持能力（タンク内圧と吐出爆裂弁の出口後の圧（外圧）との圧力差が大きい程、爆裂状況が噴出環境を決定する。
洗浄操作系の途中の工程では、洗浄対象の分離膜を経由することにより、入口での気泡径は膜面の狭い間隙を通過する過程にて、気泡同志の会合により成長させられるが次に設置された加圧調整の絞りバルブを経由することで、キャビテ−ション現象での気泡の破断により微細な粒子径に細分される可能性も生じる。【００１５】  更に、弁座と弁の接合面積が狭い程、接触時間が短い程、吐出水の速度が速く、飛散気泡が作る粒子径は小さな方向に移行すると想定されている。
しかし、最も重要な気泡径は、初段での分離気泡膜の間隙に進入する時の口径が小さい程、分離膜構造物の断面積方向に掛かる負荷圧が小さく、構造物の機械的な変形が少なく、通液抵抗の変化が少なく内部の狭い空間に滞留する気泡を追い出し親水化を促進する。【００１６】  従って、通液系で微細気泡を発生させるための手法は、爆裂法で生成される気泡だけでなく、圧力配管を経る毎に変形する気泡径が大きく変形しても、この気泡の働きはその強度に変化することで、処理対象の分離膜構造の内部に存在する価値は認められていると判断されている。
また、これらの吐出弁は出来るだけ目的とする剥離洗浄操作する対象分離膜が格納されている容器が持つ炒る口に最も近い場所に設置させることが重要ないみを持つ。
吐出気泡水を、細い配管にて遠方にまで、引き延ばす操作を行うと、配管内で気泡同志が会合し、大きな気泡に成長し易いくなり、表面のマイナスイオンの荷電密度が低下して、本来の期待する特殊な荷電中和効果機能を失うこととなる。【００１７】  この問題点を回避させるためには、圧力を維持してきた吐出弁の元口までの配管距離を延ばし、対象膜の洗浄操作に際しては、格納容器に出来るだけ近い所に装填し、対象膜の洗浄操作に際しては、格納容器に出来るだけ近い所に吐出気泡水が直ちに洗浄対象の分離膜に速く接触出来る事を配慮すべく装填できると言える。
川水の前後の塩分濃度の工業用水の適応にも十分に共通された操作状況が得られる。【００１９】  脱塩操作の前処理として構造物の細間隙への入異物の流入による障害を回避するための防衛策として、数々の手法を適応してきたが、砂濾過では粗大粒子の流入は避けられず，より阻止精度を向上させる目的でＭＦ膜などが適応され、粗大粒子は阻止さ避けられれたが微細なバクテリヤ成分（０．０５〜０．５ミクロン）は通過して、より細かい分離径を持つ膜面に蓄積し、繁殖増大して問題点を増大した事象が数々現れ、これら微物の付着エネルギ−は大きく、化学薬品による変質では余計に取れ難くなる傾向にある。
この様なバクテリヤ質のタンパク質の汚染物に剥離条件は、強いアルカリ性が要求されるが、効果のある濃度、温度条件では、対象の分離膜を構成する素材おも侵してしまい、洗浄操作で本来の分離機能も失うと言う弊害を伴うことも、覚悟せざるを得ない可能性があることが、確認されている。【００２０】  通常、逆浸透膜装置は長時間運転していると膜モジュ−ルの汚染により逆浸透膜装置の圧力損失が上昇する傾向があり、定期的に薬品洗浄を行って上昇した圧力損失の回復を図る必要があり、分離膜を用いた代表的なシステムを▲図１▼にしめす。
この薬品洗浄は膜モジュ−ルを汚染した付着物を化学薬品で溶解除去することを期待するものであるが、付着異物が各種の化学薬品で溶解しない場合がある。
▲図２▼に微細気泡によるＲＯ膜ユニット洗浄時の配管経路を示す。
▲図３▼にＲＯ膜装填した逆浸透操作時の機器配列図を示す。【００２１】  実施例１
河川水の一次砂濾過を用い、第二段目にカ−ト−リイジを保安濾過器として粗大粒子物を遮蔽、低圧操作逆浸膜透析操作による脱塩水の製造プロセスに適応させた。
この６ケ月経過後の操作時の操作差圧が、膜メ−カ−が提示する内部構造物の破損を誘発する危険変形圧力０．０８Ｍｐａ／１エレメントに到達し、４本入りベッセルでは、０．３４Ｍｐａ  に迄増大したので通液操作を停止して、微細気泡水を用いた分離膜面に蓄積した付着異物による障害物の剥離流出操作を開始した。【００２３】  適応した洗浄対象の逆浸透膜脱塩設備は低圧操作型８インチエレメント×４エレメン／ベッセルのユニットの運転で、操作圧は０．８Ｍｐａであり、透過生産水回収率は７５％前後であり、供給河川濾過水量は５，８００ｌ／ｈ，透過脱塩水量は４，０００ｌ／ｈｒ，ブライン水量は１，８００ｌ／ｈｒ（３０ｌ／ｍｉｎ）の割り振りで運転されていたが、エレメント内での差圧の増大に伴い透過水量が低下して３，４００ｌ／ｈｒ（１５％ｄｏｗｎ）、差圧が０．３４Ｍｐａに増大した。【００２４】  このことは、膜面に汚染異物の蓄積により、表面荷電による塩分蓄積量の除効果の低下による低圧膜特性が打ち消されたと言える。
従って、蓄積異物の付着は、機能膜の表面の荷電方向と荷電量により引きつけられてきた結果と判断すれば、微細気泡の表面に蓄えられた逆荷電量で中和剥離がなされるもと想定される。
微細気泡の発生装置は、多段タ−ビンポンプ１．５ＫＷ、到達圧力０．８５Ｍｐａ発生水量５８ｌ／ｍｉｎ前後であり、微細気泡の発生のための圧力空気は１．０Ｍｐａ×６．２Ｌ／ｍｉｎが供給されて、両者が衝撃混合して、吐出爆裂弁（３０Ａ）より噴出し、８インチエレメントの吐き出し弁の近くに設置した枝別れ配管より流入供給された。【００２５】  供給開始の爆裂弁より押し込み液量は５６ｌ／ｍｉｎであり、８インチエレメントの断面流速としては０．１７ｃｍ／ｍｉｎと低速な供給速度である（脱塩操作時０．１２〜０．１９ｃｍ／ｍｉｎ）あるが、十分なる通液条件に近い送液速度での供給で約６０ｍｉｎ後には、送液抵抗が、０．００３２Ｍｐａ／エレメントに迄で低下しており、４本全体では０．００４Ｍｐａまでに低下した。【００２６】  このことは、エレメントの洗浄操作が、薬品操作でなければ、付着物の剥離操作が出来ないのではなく、異物は荷電方向に異なる面に選択吸着されて、付着していると判断されるので、逆荷電の気泡水を供給することで、問題点の回避が可能となることが説明される。【００２７】  上記のエレメントの汚れは、有機物汚染でのバクテリヤ汚染が中心であり、化学洗浄はタンパク質の変質収縮が先行して、逆に付着力が強まるなど効果的ではないが、敢えて、化学薬品で洗浄操作を試みようとあすると、先ず酸の１規定の硫酸液を１Ｌを薄めて流動させたが差圧は低下せず、１規定の可成曹達を供給しても低下しない。
更にこれらの薬品の供給後に、清浄水を１００倍量を通液したが、洗浄水の示すｐＨは高く、膜面に付着したアルカリ成分の残留量が大きく、更に多大の洗浄水が必要なことを示していた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】逆浸透膜を用いた塩分離膜試験装置フロ−
【図２】微細気泡水を用いた逆浸透膜ユニット洗浄ライン
【符号の説明】
【００２６】１：原水  ２：移送ポンプ  ３：前段前濾過設備  ４，濾過水貯槽
５：高圧ポンプ  ６：脱塩膜分離ユニット  ７：脱塩水槽
８：微細気泡発生装置  ９：高圧移送ポンプ  １０：コンプレッ−
１１：加温／循環槽  １２：爆裂分離弁
【図１】
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【図２】
2006043670.tif 000004