(57)【要約】【課題】簡易な前処理のみで、逆浸透膜装置を運転するに際し、逆浸透膜の性能低下をおこりにくくする逆浸透膜モジュールの洗浄方法を提供する。【解決手段】被処理水１を前処理により処理した後、高圧ポンプ４で加圧して逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュール５に供給して透過水７を得る逆浸透膜処理システムにおいて、逆浸透膜モジュール５を洗浄する方法であって、高圧ポンプ４の停止後に被処理水の圧力を開放する圧力開放工程と、ポンプによる水流で逆浸透膜の被処理水側の表面を洗浄する水流洗浄工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を前処理により処理した後、高圧ポンプで加圧して逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールに供給して透過水を得る逆浸透膜処理システムにおいて、前記逆浸透膜モジュールを洗浄する方法であって、前記高圧ポンプの停止後に前記被処理水の圧力を開放する圧力開放工程と、ポンプによる水流で前記逆浸透膜の被処理水側の表面を洗浄する水流洗浄工程とを含むことを特徴とする逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項２】
前記圧力開放工程と前記水流洗浄工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項３】
前記水流洗浄工程において、前記水流の線速度を１ｍ／秒以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項４】
前記圧力開放工程において、前記逆浸透膜の被処理水側と透過水側の浸透圧差が０．１ＭＰａ以上となるように、前記被処理水の浸透圧を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項５】
前記被処理水の浸透圧を調整するために前記被処理水に塩を添加することを特徴とする請求項４に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項６】
前記圧力開放工程において、前記高圧ポンプの停止後に、前記被処理水に酸またはアルカリを添加することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項７】
前記圧力開放工程において、圧力開放時間を２時間以上１２時間以下とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項８】
前記水流洗浄工程において、水流の強さを経時的に変える、または水流を断続的に流すことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【請求項９】
前記前処理が、カートリッジフィルターによる簡易ろ過であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、かん水、廃水等を処理するための逆浸透膜モジュールの洗浄方法に関する。より具体的には、簡易な前処理のみで、逆浸透膜装置を運転するに際し、逆浸透膜の性能低下をおこりにくくする逆浸透膜モジュールの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆浸透（ＲＯ）膜法は、海水、かん水あるいは廃水などの塩分を含んだ被処理水に浸透圧以上の圧力をかけて逆浸透膜モジュールを透過させることで、脱塩水を製造することができる。このため、逆浸透膜法は海水又は低濃度の塩水を脱塩して工業用、農業用又は家庭用の水を造水することに利用されている。また、設備の規模としては、数十万ｍ3／日の大型のものから数ｍ3／日の小型のものまで、用途に応じて様々なものが利用されている。
【０００３】
逆浸透膜法では、長期間にわたって運転を続けると、原水中に含まれる様々な成分が膜を詰まらせ、微生物が膜面に堆積することにより、それらの成分が膜のファウリングを引き起こすこととなる。
【０００４】
ファウリングによって性能の低下した膜を洗浄する方法として、一般的には酸やアルカリからなる特定の洗浄剤を膜の供給側（被処理水側）から流すことにより、汚染物質を溶かしだして膜から除去する化学的方法が知られている。
【０００５】
この他にも、低コストで効率的に膜を洗浄する方法として、逆浸透膜に溶液を浸透圧以上の加圧下で供給することにより、溶液中の溶質と溶媒を分離する方法において、加圧停止時に透過液に洗浄剤を加え、正浸透現象を利用して逆浸透膜を洗浄する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながらこの方法では、洗浄剤の添加が必須であり、かつ、正浸透の作用により膜面から浮き上がった成分を効率的に洗い流すことができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６９６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡易な前処理のみで、逆浸透膜装置を運転するに際し、逆浸透膜の性能低下をおこりにくくする逆浸透膜モジュールの洗浄方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明は、以下の特徴を有するものである。
（１）被処理水を前処理した後、高圧ポンプで加圧して逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールに供給して透過水を得る逆浸透膜処理システムにおいて、前記逆浸透膜モジュールを洗浄する方法であって、前記高圧ポンプの停止後に前記被処理水の圧力を開放する圧力開放工程と、ポンプによる水流で前記逆浸透膜の被処理水側の表面を洗浄する水流洗浄工程とを含むことを特徴とする逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（２）前記圧力開放工程と前記水流洗浄工程とを同時に行うことを特徴とする（１）に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（３）前記水流洗浄工程において、前記水流の線速度を１ｍ／秒以上とすることを特徴とする（１）または（２）に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（４）前記圧力開放工程において、前記逆浸透膜の被処理水側と透過水側の浸透圧差が０．１ＭＰａ以上となるように、前記被処理水の浸透圧を調整することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（５）前記被処理水の浸透圧を調整するために前記被処理水に塩を添加することを特徴とする（４）に記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（６）前記圧力開放工程において、前記高圧ポンプの停止後に、前記被処理水に酸またはアルカリを添加することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（７）前記圧力開放工程において、圧力開放時間を２時間以上１２時間以下とすることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（８）前記水流洗浄工程において、前記水流の強さを経時的に変える、または前記水流を断続的に流すことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
（９）前記前処理が、カートリッジフィルターによる簡易ろ過であることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の逆浸透膜モジュールの洗浄方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、海水、かん水、廃水等を処理する逆浸透膜処理装置を運転するとき、簡易な前処理のみで、逆浸透膜の性能低下をおこりにくくすることができる。上記構成の洗浄方法により、逆浸透膜の目詰まりを低減して運転の安定性を確保することができ、電気代、膜の交換費、洗浄薬品費の低減等ができ、運転費の削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の洗浄方法を適用する逆浸透膜処理システムの実施形態の一例を示すフロー図である。
【図２】本明細書の実施例１、比較例１，２の結果を示すグラフである。
【図３】本明細書の実施例２〜４の結果の結果を示すグラフである。
【図４】本明細書の実施例１および５の結果の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の洗浄方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の洗浄方法を適用する逆浸透膜処理システムの実施の一形態を示すフロー図である。図１において、海水、かん水、廃水等からなる被処理水１は、被処理水タンク２に導入される。そして、プレフィルター３で濁質成分除去後、高圧ポンプ４で加圧された被処理水は、逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール５の被処理水側（膜の一次側）に供給される。逆浸透膜では被処理水（原水）の浸透圧以上の圧力をかけられることによってろ過され、透過水７が得られる。その透過水７は、透過水タンク８に貯水される。透過水タンク越流水９は、飲用用途、工場等で利用に供せられる。一方、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水６は、塩分濃度が高くなったもので、環境中への放流や再び処理等がなされる。その他、逆浸透膜の加圧ラインに分岐した圧力開放バルブ１０が取り付けられている。また運転時における濃縮水の流量を調整するための濃縮水バルブ１１が設けられている。
【００１４】
被処理水１について、逆浸透膜で処理できるものであれば、特に限定されるものではない。代表的な被処理水１としては海水、かん水、廃水等が例示される。
【００１５】
被処理水タンク２は、水を洩れなく貯水できるものであれば特に限定されるものではないが、樹脂製ならばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等が例示され、その他ステンレス製、大型設備ならばコンクリート製のものなども使用可能である。
【００１６】
次に簡易な前処理を行うプレフィルター３としては、糸巻きタイプ、不職布タイプのカートリッジフィルター等が市販されているが被処理水の水質等に応じて材質等適切なものを選択するのがよい。またプレフィルターの孔径としては、できる限り孔径が小さいものを選択するほうが、後段の逆浸透膜にとっては好ましい。しかしながら、あまりに孔径が小さすぎると、プレフィルターの交換頻度が増加してしまうため、これらのバランスを考慮すると孔径が１μｍ〜１０μｍ程度のものが適当である。
【００１７】
使用する高圧ポンプ４としては、被処理水を高圧で送液できるポンプであればよく、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどが用いられる。
【００１８】
逆浸透膜としては、代表的な素材としてはポリアミド膜や酢酸セルロース膜があげられ、被処理水の水質や透過水の要求水質などからかんがみて、適当なものを選択するのがよい。
【００１９】
また、透過水タンク８としては、透過水を貯えられるものであり、樹脂製ならばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等が例示され、その他ステンレス製、大型設備ならばコンクリート製のものも使用可能である。
【００２０】
圧力開放バルブ１０は、一旦加圧ラインの圧力を開放するためのものであり、自動バルブや設備によっては手動のものが使用される。バルブの種類や材質については、特に限定されるものではない。
【００２１】
濃縮水バルブ１１は濃縮水の流量を調整することができれば特に問題なく、バルブの種類や材質については、特に限定されるものではない。
【００２２】
通常の逆浸透膜処理を行う運転においては、被処理水１はプレフィルター３でろ過後、高圧ポンプ４で加圧され逆浸透膜モジュール５の被処理水側（膜の一次側）に加圧供給される。膜の二次側には透過水７が流れ、膜の一次側に残った被処理水は濃縮水６となる。
【００２３】
逆浸透膜処理を行った後、膜モジュールを洗浄する時には、高圧ポンプ４が停止される。高圧ポンプ停止後、圧力開放バルブ１０を開け、逆浸透膜の一次側の圧力を開放する圧力開放工程を行う。急に膜の一次側の圧力を開放すると、膜面に急な衝撃が加わり破損等のおそれがあるため、５秒から３分程度の時間をかけて圧力開放するのがよい。圧力開放後は、膜の一次側には濃度の高い溶液（被処理水）が膜の二次側には濃度の低い透過水が存在する。膜の一次側と二次側ともに圧力が開放された状態においては、浸透圧の低い膜の二次側から浸透圧の高い膜の一次側に液（透過水）が移動する（正浸透作用）。この正浸透作用により、逆浸透膜の裏面（膜の二次側の表面）から表面（膜の一次側の表面）への水の流れがおき、その流れにより膜の一次側の表面に付着したファウリング物質等を除去することが可能となる。すなわち、逆浸透膜の被処理水側（一次側）の被処理水の浸透圧が、透過水側（二次側）の透過水の浸透圧よりも、好ましくは０．１ＭＰａ以上、より好ましくは０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａ高くするとよい。膜の一次側と二次側の浸透圧の差を０．１ＭＰａ以上とすることにより、逆浸透膜の二次側から一次側に確実に水の移動がおきることから、より好ましい。
【００２４】
膜の一次側と二次側の浸透圧差を大きくするために、膜の一次側に塩を添加することも可能である。なお、塩としては塩化ナトリウムが安価でかつ無害であり好ましいが、装置の設置場所の状況により最適なものを選択するのがよい。ただし、無機物質によっては膜のファウリング物質となってしまう可能性もあるので、事前に検討の上、採択することが望ましい。
【００２５】
また、膜のファウリングがひどい場合や、より効率的に洗浄を行うために、膜の一次側の被処理水に酸またはアルカリを添加することも可能である。酸としては、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硫酸など、アルカリについては水酸化ナトリウムなどが用いられ、膜の素材に応じて、適当なものを選択、濃度調整するのがよい。
【００２６】
被処理水の圧力を開放させた圧力開放工程において、正浸透を作用させる時間については、あまりに短すぎると効果が小さく、長すぎても効果は限定的である。このため、１時間以上２４時間以下、より好ましくは２時間以上１２時間以下程度であることが望ましい。被処理水の水質、膜の種類、膜の汚れ、操作圧力などの運転状況が異なれば、正浸透を作用させる最適な時間も変わってくるため、これらを総合的に判断して決めればよい。
【００２７】
正浸透作用により膜表面から除去されたファウリング物質は、ポンプによる物理的な水流の洗浄により逆浸透膜の表面から剥離、除去される。実際の工程としては圧力開放バルブ１０が閉じられ、濃縮水バルブ１１の開放条件下で行われる。水流を起こさせるためのポンプは、逆浸透膜モジュール５のろ過に使用する高圧ポンプ４を使用してもよいし、水流洗浄用に別に用意したポンプを用いてもよい。ここで、膜の一次側から二次側へ圧力がかかることにより、正浸透作用により剥離しかかったファウリング物質が、再度膜面に付着する可能性があることから、水流洗浄の運転条件については十分に留意する必要がある。洗浄時間は、汚れを剥離し洗浄する時間が必要で、特に限定的なものではないが、一般的には、１分から３０分程度である。
【００２８】
また、水流の強さまたは線速度については、ファウリング物質を剥離し、除去するために必要十分であることが要求され、線速度として１ｍ／秒以上であることが好ましい。さらに水流の強さを経時的に変えたり、水流を断続的に流すことにより、効果的な洗浄が可能となる。より具体的には、線速度１ｍ／秒の水流を３０秒間流した後、線速度０．２ｍ／秒の水流を１０秒間流すという水流洗浄のサイクルを繰り返したり、或いは、線速度１ｍ／秒の水流を３０秒間流した後、水流を１０秒間停止するという水流洗浄のサイクルを繰り返す方法が考えられる。このように、正浸透作用およびポンプによる水流洗浄の組合せにより、逆浸透膜のファウリング物質の効率的な除去が可能となる。
【００２９】
ここで、本発明の洗浄方法は、逆浸透膜を使った処理方法において、特に前処理としてカートリッジフィルターのような簡単な処理のみで行う場合に有効である。なぜなら、カートリッジフィルターのような前処理のみで逆浸透膜処理を行う場合、被処理水中に含まれる濁質成分が前処理により十分に除去されていないため、逆浸透膜の一次側に濁質成分が蓄積しやすいと考えられるからである。本発明の洗浄方法では、これら膜に蓄積した濁質成分を、正浸透作用と物理的な洗浄を両方活用することにより、逆浸透膜系モジュールの系外に、簡単に排出することができる。
【００３０】
その他、逆浸透膜装置に、本洗浄方法を連続的に稼働している装置に活用することも可能であるが、例えば日中のみ稼働するような間欠的に運転する装置の場合、運転停止時や運転開始時に上記洗浄方法をとることが可能となり、より本洗浄方法が好適に利用できる。
【実施例】
【００３１】
実施例１、比較例１，２
ここでは、本発明の洗浄方法の効果を調べるため、湖水を原水として以下の条件について洗浄効果を比較した。各洗浄方法を適用した逆浸透膜装置のフローは図１に示したものと同様で、前処理を行うプレフィルターとして５．０μｍのポリプロピレンワインドカートリッジフィルターを使用した。逆浸透膜モジュールは、直径：４インチ、長さ：１ｍ、１本（東レ（株）社製ＳＵＬ−１０）で、洗浄方法を異ならせた比較条件については表１に示すとおりである。また表１に記載した洗浄条件以外の共通する条件については表２に示すとおりである。実施例１、比較例１，２は、下記のとおり各洗浄工程の有無を比較した検討である。
（比較例１）洗浄工程（圧力開放工程および水流洗浄工程）なし
（比較例２）表１に記載した圧力開放工程だけを実施（正浸透のみ）した。
（実施例１）圧力開放工程（正浸透）および水流洗浄工程を、表１に記載した条件で実施した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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【００３４】
実施例１、比較例１，２の結果を図２に示す。それぞれの洗浄方法を１回／日の頻度で行い、合計９１日間の逆浸透膜処理の運転を行った。グラフの縦軸には初期透水性比を示す。初期透水性比は、透過水量／初期透過水量の百分率（％）により定義される。各透過水量は、単位時間当たりに膜を透過した水量として測定される。
【００３５】
９１日間の運転により比較例１では初期透水性比が６５％になったのに対し、比較例２では７２％、実施例１では９３％となった。このように、圧力開放工程（正浸透）のみ（比較例２）だけでは洗浄効果が十分ではなかった。これに対し実施例１では、圧力開放工程（正浸透作用）と水流洗浄工程の併用により、透水性比の低下が抑制されることが示された。
【００３６】
実施例２〜４
実施例２〜４では、圧力開放工程（正浸透）の条件は上記実施例１と同様にし、水流洗浄条件における線速度を０．５ｍ／秒、１．０ｍ／秒、２．０ｍ／秒に異ならせた洗浄方法について比較した。
（実施例２）圧力開放工程（正浸透）および水流洗浄工程（０．５ｍ／秒）を、表１に記載した条件で実施した。
（実施例３）圧力開放工程（正浸透）および水流洗浄工程工程（１．０ｍ／秒）を、表１に記載した条件で実施した。
（実施例４）圧力開放工程（正浸透）および水流洗浄工程工程（２．０ｍ／秒）を、表１に記載した条件で実施した。
【００３７】
実施例２〜４の結果を図３に示す。９１日間の運転を行った結果、実施例２では初期透水性比８５％、実施例３では９３％、実施例４では９４％であった。このように、水流洗浄工程における水流の線速度０．５ｍ／秒（実施例２）、１．０ｍ／秒（実施例３）でその効果に差異はみられたものの、水流洗浄の線速度１．０ｍ／秒（実施例３）と２．０ｍ／秒（実施例４）では大きく変化せず、線速度１．０ｍ／秒程度で流すことができれば、圧力開放工程（正浸透）で剥離した成分を十分除去が可能であることが示された。
【００３８】
実施例５
上述した実施例１では、水流洗浄工程において、水流洗浄を１０分間連続的におこなったが、ここでは実施例５として、水流洗浄を３０秒間行った後、１０秒間停止するサイクル（間欠）を１０分間繰り返し行い、その洗浄効果について、実施例１との比較を行った。他の運転条件は実施例１と同様である。９１日間の運転結果を図４に示す。運転の結果、今回の運転条件においては、連続（実施例１）と間欠（実施例５）の条件で、逆浸透膜の洗浄効果（初期透水性比の変化）に大きな違いは見られなかった。ただし、使用した水量の合計が実施例５では実施例１の７５％であり、洗浄水量削減の観点から有効であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、海水、かん水、廃水等を処理するための逆浸透膜処理装置を構成する膜モジュールの洗浄方法として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１．被処理水
２．被処理水タンク
３．プレフィルター
４．高圧ポンプ
５．逆浸透膜モジュール
６．濃縮水
７．透過水
８．透過水タンク
９．透過水タンク越流水
１０．圧力開放バルブ
１１．濃縮水バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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