(57)【要約】【課題】第一の分離膜装置とその洗浄排水を処理する第二の分離膜装置を用いて、原水に合った適正な水回収率向上、適正な膜濾過流束設定、システム全体の長期安定運転を可能とする膜分離装置とその運転方法を提供する。【解決手段】原水から濾過水を得るとともに濾過後に逆洗により分離膜を洗浄する第一の分離膜装置と、第一の分離膜装置の洗浄排水を貯留する中間槽と、第一の分離膜装置の洗浄排水から濾過水を得るとともに濾過後に逆洗により分離膜を洗浄する第二の分離膜装置とを備えた膜分離装置において、第二の分離膜装置の洗浄排水の少なくとも一部を中間槽へ送るラインを設けたことを特徴とする膜分離装置、およびその運転方法。【選択図】図１
2006326471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を分離膜の一次側から二次側へ透過させることにより濾過水を得るとともに濾過後に二次側から一次側へ洗浄水を透過させて分離膜を洗浄する第一の分離膜装置と、第一の分離膜装置の洗浄排水を貯留する中間槽と、第一の分離膜装置の洗浄排水を分離膜の一次側から二次側へ透過させることにより濾過水を得るとともに濾過後に二次側から一次側へ洗浄水を透過させて分離膜を洗浄する第二の分離膜装置とを備えた膜分離装置において、第二の分離膜装置の洗浄排水の少なくとも一部を前記中間槽へ送るラインを設けたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜分離装置を運転するに際し、
0.0001≦（中間槽に送られずに排出される量〔ｍ3 ／日〕）÷
（第一の分離膜装置で使用した全原水量〔ｍ3 ／日〕）≦0.1
を満足するように運転す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に記載の膜分離装置を運転するに際し、第二の分離膜装置からの洗浄排水を全量中間槽へ送る処理と、全量排出する処理とを、それぞれ少なくとも１回づつ、交互に行うことを特徴とする、膜分離装置の運転方法。
【請求項４】
第二の分離膜装置の洗浄排水を一日に中間槽へ送る回数をn1、一日に全量排出する回数をn2としたとき（n1、n2は互いに独立に設定可能な自然数）、
0.0001≦（n2/(n1+n2)×（第二の分離膜装置の洗浄排水〔ｍ3 ／日〕）÷
（第一の分離膜装置で使用した全原水量〔ｍ3 ／日〕）≦0.1
を満足するように運転することを特徴とする、請求項３に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１に記載の膜分離装置を運転するに際し、第一の分離膜装置の有効膜面積をA1、膜濾過流量をF1、第二の分離膜装置の有効膜面積をA2、膜濾過流量をF2としたとき、
［（F1/A1）÷（F2/A2）］≧１
を満足するように運転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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密濾過膜や限外濾過膜、逆浸透膜などの分離膜を用いて、分離膜を透過した透過水や分離膜によって阻止された濃縮水を得る膜分離装置、およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密濾過膜や限外濾過膜などの膜モジュールを用いた膜分離装置は、海水の淡水化、純水製造、浄水処理、排水処理などの水処理分野や、ワイン、果汁濃縮などの食品分野など各種産業で広汎に採用されている。
【０００３】
一般にこれら膜分離装置では、所定の濾過時間濾過処理を行い、濾過後に分離膜の二次側から一次側へ、分離膜の透過水や清澄水を圧送して洗浄を行い、これら濾過と洗浄を交互に繰り返し行う方法が採用されている。膜分離装置の運転は、分離膜の閉塞をなるべく抑制するために、凝集沈殿濾過やイオン交換樹脂などを用いた水処理装置に比較して、低い回収率で運用されることが多い。
【０００４】
膜分離装置の回収率を高める目的で分離膜の洗浄排水を膜分離装置を用いて固液分離処理し、原水へ返送したり、処理水とする方法が考案されている。例えば特許文献１や特許文献２においては、第一の分離膜装置の洗浄排水を第二の分離膜装置で固液分離して、洗浄排水を浄水として得る装置、方法が提案されている。
【特許文献１】特許３２２３５６８号公報
【特許文献２】特開平７−２１３８７５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、上記特許文献１や特許文献２に示された装置、方法おいては、以下のような問題が挙げられる。まず、システム全体の水回収率は、第一の分離膜装置の回収率設定と第二の分離膜装置の回収率設定で決定されるが、両装置の回収率の設定範囲は各分離膜装置の設計段階で決まっているため、例えば、原水水質変動に応じた回収率向上が十分にできず、達成できる水回収率を装置上で実現できない可能性がある。同様の理由で原水水質変動に応じた回収率の設定ができず、特に第二の分離膜装置では第一の分離膜装置から排出される洗浄排水量で決定される運用を余儀なくされるため、第二の分離膜装置に多大な負荷を与え、安定運転ができない可能性がある。
【０００６】
また、膜分離装置では原水水質と同様に濾過流束も安定運転を継続するための大きな要素であり、特に第一の分離膜装置の洗浄排水量で自由度を制限されている第二の分離膜装置では、水質に合った適正な膜濾過流束での運転ができず、長期安定運転ができないシステムとなる可能性がある。
【０００７】
そこで本発明の課題は、第一の分離膜装置とその洗浄排水を処理する第二の分離膜装置を用いて、原水に合った適正な水回収率向上、適正な膜濾過流束設定、システム全体の長期安定運転を可能とする膜分離装置とその運転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に、本発明に係る膜分離装置は、原水を分離膜の一次側から二次側へ透過させることにより濾過水を得るとともに濾過後に二次側から一次側へ洗浄水を透過させて分離膜を洗浄する第一の分離膜装置と、第一の分離膜装置の洗浄排水を貯留する中間槽と、第一の分離膜装置の洗浄排水を分離膜の一次側から二次側へ透過させることにより濾過水を得るとともに濾過後に二次側から一次側へ洗浄水を透過させて分離膜を洗浄する第二の分離膜装置とを備えた膜分離装置において、第二の分離膜装置の洗浄排水の少なくとも一部を前記中間槽へ送るラインを設けたことを特徴とするものからなる。
【０００９】
本発明に係る膜分離装置の運転方法は、上記のような膜分離装置を運転するに際し、
0.0001≦（中間槽に送られずに排出される量〔ｍ3 ／日〕）÷
（第一の分離膜装置で使用した全原水量〔ｍ3 ／日〕）≦0.1・・・式（１）を満足するように運転することを特徴とする方法からなる。
【００１０】
また、本発明に係る膜分離装置の運転方法は、上記のような膜分離装置を運転するに際し、第二の分離膜装置からの洗浄排水を全量中間槽へ送る処理と、全量排出する処理とを、それぞれ少なくとも１回づつ、交互に行うことを特徴とする方法からなる。この運転方法においては、第二の分離膜装置の洗浄排水を一日に中間槽へ送る回数をn1、一日に全量排出する回数をn2としたとき（n1、n2は互いに独立に設定可能な自然数）、
0.0001≦（n2/(n1+n2)×（第二の分離膜装置の洗浄排水〔ｍ3 ／日〕）÷
（第一の分離膜装置で使用した全原水量〔ｍ3 ／日〕）≦0.1・・・式（２）を満足するように運転することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る膜分離装置の運転方法は、上記のような膜分離装置を運転するに際し、第一の分離膜装置の有効膜面積をA1、膜濾過流量をF1、第二の分離膜装置の有効膜面積をA2、膜濾過流量をF2としたとき、
［（F1/A1）÷（F2/A2）］≧１・・・式（３）
を満足するように運転することを特徴とする方法からなる。
【００１２】
本発明者らは、膜分離装置全体の回収率を向上し、かつ適正な膜濾過流束で安定運転を実現するために膜分離装置全体を第一の分離膜装置と第二の分離膜装置との組み合わせで構成し、中間槽を利用して第二の分離膜装置に洗浄排水の循環回収機能をもたせることとした。さらに、洗浄排水の回収を第二の分離膜装置のみで行うことで膜分離装置全体へ負荷が分散されることに着目し、種々の検討を試みた。その結果、第二の分離膜装置の洗浄排水を、中間槽を介して第二の分離膜装置の供給水側へ戻すことで、濾過に与えられる負荷を第二の分離膜装置側に集中させ、システム全体への影響を軽減でき、第一の分離膜装置の安定運転を確保できるに至った。
【００１３】
さらに、本発明者らは、第二の分離膜装置で中間槽を介して還流する洗浄排水の量を原水の変動に応じて任意に変更することで、原水水質変動や水利用量、必要回収量に応じて第二の分離膜装置を適正な膜濾過流束で運用できることを知見した。この洗浄排水の還流方法としては、洗浄排水全体から一部を還流する方法や、洗浄ごとに排出、還流（中間槽への送水）を設定する手法のいずれも採用できる。後者の方法では、例えば、排出、還流を１回づつ交互に繰り返す方法や、複数回の還流と１回の排出を交互に繰り返す方法、複数回の排出と１回の還流を交互に繰り返す方法、のいずれも採用可能である。
【００１４】
また、第二の分離膜装置の洗浄排水で還流されない量（つまり、中間槽に送られずに排出される量）は、第一の分離膜装置で使用した全原水量に比して、0.0001〜0.1の範囲であれば、最も効率よくシステムを設計でき、長期安定運転が可能であることを知見した。このことを表したのが前述の式（１）、（２）である。
【００１５】
また、本発明者らは、第二の分離膜装置は、第一の分離膜装置に比較して小規模の設備となるため、第二の分離膜装置の膜濾過流束を第一の分離膜装置のそれと同等以下としても、システム全体のバランスに与える影響は少なく、第二の分離膜装置の安定運転に貢献できることを知見した。このことを表したのが前述の式（３）である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
第一に、システムの全体回収率は第二の分離膜装置への負荷を主体に向上できるため、回収率を上げた場合でもシステム全体の安定運用へ与える影響を軽減できる。その際、第二の分離膜装置はシステム全体に比較して規模が小さいため、比較的低い膜濾過流束で運転可能であり、第二の分離膜装置の安定運転も確保できる。
【００１７】
第二に、本発明によれば、まず、第一の分離膜装置を原水に合った適正な運用方法で運用し、第二の分離膜装置においてもその洗浄排水の回収量を適正量に設定可能で、かつ第一の分離膜装置の運用に制限されることなく適正な膜濾過流束で運転可能となり、システム全体の長期安定運転が可能となる。
【００１８】
上記より、本発明の膜分離装置は、あらゆる原水に対し適正な最大回収率、最大膜濾過流束で長期安定運転の実現が可能となり、経済性にも優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る膜分離装置の概略機器系統を示しており、図１に示す膜分離装置は、第一の分離膜装置１と、中間槽４と、第二の分離膜装置２を備えている。第一の分離膜装置１は、原水３を貯留する原水槽11、膜モジュール12、濾過水槽13より構成され、第二の膜分離装置２は、膜モジュール21と濾過水槽22より構成されている。膜モジュール12、21では、分離膜の一次側から二次側へ通水されることにより濾過処理され、二次側から一次側へ通水されることにより逆流洗浄される。
【００２０】
原水３は原水槽11へ導入され、膜モジュール12へ供給される。膜モジュール12の分離膜を透過した透過水14は濾過水槽13に貯留され、最終的に処理水５となる。膜モジュール12に対しては、例えば定期的に、貯留された濾過水を用いて逆流洗浄を行う。膜モジュール12の洗浄により排出される洗浄排水15は、中間水槽４に貯留される。中間水槽４に貯留された第一の分離膜装置１の洗浄排水は、第二の分離膜装置２の膜モジュール21へ送られる。膜モジュール21の分離膜を透過した透過水23は濾過水槽22に貯留され、最終的に第一の分離膜装置１の濾過水と合流し、処理水５となる。膜モジュール21に対しては、例えば定期的に、貯留された濾過水を用いて逆流洗浄を行う。膜モジュール21の洗浄により排出される洗浄排水24は、その一部を洗浄排水の回収部分26として中間槽４へ還流し（送り）、残りの洗浄排水25をシステム系外へ排出する。
【００２１】
ただし、図１に示す装置は本発明の一実施形態の例を示すものであって、本発明はその要旨を越えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２２】
また、図１では、膜モジュール１本の装置を例示したが、例示以上の複数本数、複数ユニットを使用する装置にも本発明は適用可能である。
【００２３】
膜モジュールやエレメントの形状には、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラルなどがあり、いずれの形状のものでも本発明を適用可能であるが、特に中空糸型、管状型、モノリス型の膜モジュールへ好適に適用される。
【００２４】
膜モジュールの通水方式としては、内圧型、外圧型などあらゆる通水方式が適用可能であり、クロスフロー濾過やデッドエンド濾過などあらゆる濾過方法が適用可能である。
【００２５】
分離膜の素材には、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース、セラミック、各種金属など分離膜に用いられているあらゆる素材が適用可能である。
【００２６】
分離膜の種類としては、精密濾過膜や限外濾過膜、逆浸透膜など液体処理に用いられる、様々な膜種の適用が可能であるが、特に分画分子量数千程度から分離孔径数μｍの分離膜へ好適に適用される。
【００２７】
第一の分離膜装置と第二の分離膜装置で使用される膜モジュールやエレメントは同一としても、異なるものとしてもよく、また、通水方式、濾過方法も同一としても、異なるものとしてもよい。
【００２８】
本発明における被処理水は、特に限定されるものではなく、河川水、湖沼水、地下水、工業用水、上水、各種排水処理や果汁濃縮等有価物回収などに適用可能である。
【００２９】
膜分離装置の運転には、定流量濾過および定圧濾過があり、いずれの運転も採用可能であるが、定流量濾過運転が一般的である。
【００３０】
図１には、第二の分離膜装置の洗浄排水を導水管にて中間槽へ還流する構成としたが、第二の分離膜装置の洗浄排水を水槽などで貯留した後、一部を中間槽へ送水し、残りを排水するなど、あらゆる排水の分別、還流方法が適用可能である。
【００３１】
本発明の膜分離装置では凝集剤を使用することも可能であり、凝集薬品には、ポリ塩化アルミニウム、硫酸ばんど、塩化鉄、硫酸鉄などの無機凝集剤のほかに、アクリルアミド系などの有機高分子凝集剤も適用可能であり、さらには各種凝集補助剤や酸、アルカリなどのｐＨ調整薬品も添加薬品として使用可能である。
【００３２】
また、本発明における洗浄には、加圧空気を用いた空気揺動を組み合わせる洗浄方法や洗浄水に酸化剤を添加する方法やフラッシング洗浄方法や逆洗水をドレンする工程と水を充填する工程の組みあわせによる洗浄方法なども適用可能である。
【実施例】
【００３３】
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施の形態で述べた図１の装置と比較のため。図２、図３に示した装置を用いて、本発明のシステムの運転安定性を確認した。原水には、伏流水を使用し、膜モジュールには、第一の分離膜モジュールにXUNV-3203（旭化成ケミカルズ社製）、第二の分離膜モジュールにXUNP-1003L（旭化成ケミカルズ社製）を用いた。
【００３４】
図２、図３の装置の基本構成は図１の装置と同様であるが、図２の装置では第二の分離膜装置２の洗浄排水還流部26を第一の分離膜装置１の原水槽11へ還流する構造となっている。図３の装置では、第二の分離膜装置２の洗浄排水の全量を系外へ排出するシステムとなっている。
【００３５】
実施例１
表１に図１〜３の各装置の運転条件を示す。各装置とも第一、第二の分離膜装置の濾過流束と第二の分離膜装置の洗浄排水の内で系外へ排出する量を同一とした。
【００３６】
【表１】
2006326471.tif 000003
【００３７】
図４に上記実施例１で運転した各装置の膜間差圧変動の結果を示す。図４に示すように、第二の分離膜装置の洗浄排水の一部を第一の分離膜装置の原水槽へ還流する図２の装置では、原水の負荷がシステム全体にかかるため、第一、第二の分離膜装置（図４では、各図装置における第一膜分離、第二膜分離として表記してある）ともに３ヶ月程度で膜間差圧の上昇が見られた。
【００３８】
第二の分離膜装置の洗浄排水の全量を系外へ排出する図３の装置では、第二の分離膜装置の系外へ排出する洗浄排水量を図１、図２の装置に合わせるため、第二の分離膜装置へ大きな負荷がかかっており、運転開始当初から第二の分離膜装置の膜間差圧上昇が見られた。
【００３９】
これらに対し本発明の図１の装置では、第一、第二の分離膜装置ともに膜間差圧の上昇はほとんど見られず、安定運転を継続できた。したがって、本発明の装置では、長期にわたり膜分離装置の安定運転が可能であることを確認できた。
【００４０】
実施例２
本発明の実施の形態で述べた図１の装置と同一の装置を４系列用いて、第一の分離膜装置の膜濾過流束と第二の分離膜装置の膜濾過流束の関係を確認した。実施例１と同様に原水には、伏流水を使用し、膜モジュールには、XUNV-3203モジュール（旭化成ケミカルズ社製）を用いた。
【００４１】
表２に４系列各装置の運転条件を示す。第二の分離膜装置の濾過流束のみを2〜5m／日の範囲で変更し、その他の条件は統一した。
【００４２】
【表２】
2006326471.tif 000004
【００４３】
図５に実施例２で運転した各装置の第二の分離膜装置の膜間差圧変動の結果を示す。図５に示すように、第二の分離膜装置の膜濾過流束が第一の分離膜装置の濾過流束以上になると、第二の分離膜装置の膜間差圧上昇傾向が顕著であることが確認でき、本発明の膜分離装置の安定運転のためには、第二の分離膜装置の膜濾過流束は、第一の分離膜装置の膜濾過流束以下であることが望ましいことがわかった。
【００４４】
実施例３
本発明の実施の形態で述べた図１の装置と同一の装置を４系列用いて、第二の分離膜装置から排出する洗浄排水量の原水取水量に対する限界値を確認した。表３に４系列各装置の運転条件を示す。第二の分離膜装置から排出する洗浄排水量の原水取水量に対する値を0.01〜0.00005の範囲で変更した。
【００４５】
【表３】
2006326471.tif 000005
【００４６】
図６に、実施例３で運転した各装置の第二の分離膜装置の膜間差圧変動の結果を示す。図６に示すように、第二の分離膜装置から排出する洗浄排水量の原水取水量に対する比率の値が0.00005になると、第二の分離膜装置の膜間差圧上昇傾向が顕著であることが確認できた。したがって、本発明の膜分離装置の安定運転のためには、第二の分離膜装置から排出する洗浄排水量の原水取水量に対する値は、0.0001以上であることが望ましいことがわかった。
【００４７】
このように本発明によれば、あらゆる原水に対し適正な最大回収率、最大膜濾過流束で長期安定運転の実現が可能となり、経済性にも優れた膜分離装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施態様に係る膜分離装置の概略機器系統図である。
【図２】比較のために示した膜分離装置の概略機器系統図である。
【図３】比較のために示した別の膜分離装置の概略機器系統図である。
【図４】実施例１における結果を示す特性図である。
【図５】実施例２における結果を示す特性図である。
【図６】実施例３における結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  第一の分離膜装置
２  第二の分離膜装置
３  原水
４  中間槽
５  処理水
１１  原水槽
１２、２１  膜モジュール
１３、２２  濾過水槽
１４、２３  透過水
１５、２４  洗浄排水
２５  排出される洗浄排水
２６  回収される洗浄排水
【図１】
2006326471.tif 000006
【図２】
2006326471.tif 000007
【図３】
2006326471.tif 000008
【図４】
2006326471.tif 000009
【図５】
2006326471.tif 000010
【図６】
2006326471.tif 000011