(57)【要約】【課題】分離膜モジュールを用いた小型分離膜ユニットをなるべく小さなエネルギーで、ファウリングを効果的に防止しながら、効率的な膜分離処理を実現する膜分離装置を提供する。【解決手段】被処理水を濃縮水と処理水に分離するための１つもしくは複数の分離膜モジュールから構成される分離膜ユニットと、被処理水を昇圧して分離膜ユニットに送るための昇圧ポンプと、昇圧ポンプにより昇圧された被処理水を分離膜ユニットに送る被処理水供給ラインと、濃縮水の一部または全部を系外に排出する濃縮水排出ラインと、濃縮水の一部または全部を分離膜ユニットに循環させる、濃縮水排出ラインから分岐し、被処理水供給ラインに接続する濃縮水循環ラインと、濃縮水循環ラインに設けられ、濃縮水の一部または全部を昇圧して循環させるための循環ポンプとを含む膜分離装置とする。【選択図】図１
2015033673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を濃縮水と処理水に分離するための１つもしくは複数の分離膜モジュールから構成される分離膜ユニットと、
前記被処理水を昇圧して前記分離膜ユニットに送るための昇圧ポンプと、
前記昇圧ポンプにより昇圧された前記被処理水を前記分離膜ユニットに送る被処理水供給ラインと、
前記濃縮水の一部または全部を系外に排出する濃縮水排出ラインと、
前記濃縮水の一部または全部を前記分離膜ユニットに循環させる、前記濃縮水排出ラインから分岐し、前記被処理水供給ラインに直接接続する濃縮水循環ラインと、
前記濃縮水循環ラインに設けられ、前記濃縮水の一部または全部を昇圧して循環させるための循環ポンプと
を含むことを特徴する膜分離装置。
【請求項２】
前記被処理水供給ラインと濃縮水排出ラインが入れ替え可能になっていることを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記被処理水供給ラインが、前記濃縮水循環ラインとの接続部分より下流において、第１流路と第２流路に分岐し、前記第１流路と第２流路それぞれに第１バルブと第２バルブが備えられ、
前記第１流路が、前記第１バルブの下流において、第３流路と第４流路に分岐し、前記第４流路に第３バルブが備えられ、
前記第２流路が、前記第２バルブの下流において、第５流路と第６流路に分岐し、前記第５流路に第４バルブが備えられ、
前記第３流路と前記第６流路はそれぞれ前記分離膜ユニットに接続され、
前記第４流路と前記第５流路は互いに接続するとともに、その接続部が前記濃縮水排出ラインに接続され、
前記第１バルブと前記第４バルブが開状態であり、前記第２バルブと前記第３バルブが閉状態であるとき、前記第１流路と前記第３流路が前記被処理水供給ラインの一部を形成するとともに、前記第５流路と前記第６流路が前記濃縮水排出ラインの一部を形成し、
前記第１バルブと前記第４バルブが閉状態であり、前記第２バルブと前記第３バルブが開状態であるとき、前記第２流路と前記第６流路が前記被処理水供給ラインの一部を形成するとともに、前記第３流路と前記第４流路が前記濃縮水排出ラインの一部を形成する
ことを特徴とする請求項２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記分離膜ユニットが筒状圧力容器内に装填された少なくとも１つの分離膜エレメントから構成され、
前記分離膜エレメントが、分離膜を流路部材とともに巻回した膜巻体の外周を外装体で覆い、前記膜巻体及び外装体の少なくとも片端にテレスコープ防止板を設け、少なくとも１つの前記テレスコープ防止板の外周と前記筒状圧力容器の内周面の間に被処理水シール部材を設け、かつ前記分離膜エレメントを前記筒状圧力容器内で両方向に移動可能になっている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法であって、
前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の排出量を、濃縮水濃度に応じて調節することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項６】
前記濃縮水の濃度が予め設定した濃縮水濃度を下回るときは、前記濃縮水を全量循環し、前記濃縮水の濃度が予め設定した濃縮水濃度を超えるときは、前記濃縮水を全量排出することを特徴とする請求項５に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項７】
前記濃縮水を循環昇圧する圧力が、０．１ｂａｒ以上、５ｂａｒ以下であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項８】
前記分離膜ユニットに供給される前記被処理水の圧力が４０ｂａｒ以上、７０ｂａｒ以下であるとともに、前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の流量が前記濃縮水全体の流量の５％以上、２０％以下であることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項９】
前記分離膜ユニットに供給される前記被処理水の圧力が２ｂａｒ以上、２０ｂａｒ以下であるとともに、前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の流量が前記濃縮水全体の流量の１％以上、４％以下であることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の膜分離装置の運転方法であって、
前記第１バルブと前記第４バルブを開状態、且つ前記第２バルブと前記第３バルブを閉状態で運転する第１モードと、前記第１バルブと前記第４バルブを閉状態、且つ前記第２バルブと前記第３バルブを開状態で運転する第２モードを切り替えることによって、前記分離膜ユニットへの前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインを入れ替え、前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインの入れ替えを以下の順序１）〜４）で実施することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
１）前記第１モードにおいては前記第２バルブを、前記第２モードにおいては前記第１バルブを開く。
２）前記第１モードにおいては前記第１バルブを、前記第２モードにおいては前記第２バルブを閉じる。
３）前記第１モードにおいては前記第３バルブを、前記第２モードにおいては前記第４バルブを開く。
４）前記第１モードにおいては前記第４バルブを、前記第２モードにおいては前記第３バルブを閉じる。
【請求項１１】
前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインを入れ替えるに際して、前記濃縮水排出ラインから排出する前記濃縮水の流量を増加させることを特徴とする請求項１０に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項１２】
前記分離膜ユニットの供給水圧力の変動が毎秒１．０ｂａｒ以下に維持されるように前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブおよび前記第４バルブの開閉動作を行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の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、被処理水中に存在している成分を分離除去するための分離膜モジュールを有する分離膜ユニットを備えた膜分離装置とその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、気体分離膜、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等、様々な分離膜を用いた流体分離技術は、高精度で省エネルギーの処理プロセスとして注目され、各種流体処理への適用が進められている。たとえば、逆浸透膜を用いた逆浸透分離法では、塩分等の溶質を含んだ溶液を該溶液の浸透圧以上の圧力で逆浸透膜を透過させることで、塩分等の溶質の濃度が低減された液体を得ることが可能であり、例えば海水やかん水の淡水化、超純水の製造、有価物の濃縮回収など幅広く用いられている。とくに、中東を初めとする水不足地域は、近年徐々にその範囲が拡大しており、逆浸透膜を利用した海水やかん水の淡水化は、日常の飲料水を得る手段として、中東はもちろん、アフリカ、オーストラリア、アジアなど、世界中で展開されている。さらに、自然環境の変化は水不足のみならず、水質の悪化も進行させている。そのため、井戸水や湧水のような、従来そのまま飲用に用いられていた水が飲用に不適になったり、家庭用の水道においても、地域によっては飲用に適していると言い難い状況が生じている。
【０００３】
このような環境下で、水道水源のトラブルや、地震などの災害時に安全な水が得られない等の問題が生じた場合、河川や地下水など、本来飲用に不向きな水を飲用水に変えるために、また、パーソナルユースもしくは、自治地区レベルで飲料水を製造するために、小型の水処理装置が販売されている（例えば、非特許文献１参照）。このような小型の水処理装置は、基本的には、大型の水処理装置と同じ構成からなる。すなわち、装置内に取水ポンプ、前処理フィルター、昇圧ポンプ、分離膜ユニット、および流量調節用のバルブを備えている。
【０００４】
代表的な造水装置として、海水淡水化装置を図１１に例示する。図１１の装置の場合、原水タンク１に溜められた海水（被処理水）は、原水供給ポンプ２により前処理ユニット３に供給され、前処理ユニット３で固形分を除去する。次いで、固形分除去水は昇圧ポンプ４により分離膜ユニット６に供給され、分離膜ユニット６で、清澄水を分離し、濃縮水は濃縮水排出ライン７から排出される。大型装置の場合、濃縮排水の保有する圧力エネルギーが少なからず存在するため、その圧力エネルギーを回収するために、通常、エネルギー回収ユニット５が装備されている。とくに、運転圧力が高く、濃縮水量が多い海水淡水化の場合は、高効率のエネルギー回収ユニットが装備されることが多い。
【０００５】
一方、小型装置の場合は、エネルギー回収ユニットの回収効率を高く維持するのが困難なことに加え、エネルギー回収ユニットの運転は、容易でない場合が多く、プライベートユースの装置にエネルギー回収ユニットを装備することは非常に困難である。また、大型装置のように前処理として十分な能力を有さない簡易的なものが多いことに加え、被処理水質の変動に応じて、前処理条件を変更するような細やかな制御も難しい。そのため、分離膜ユニットの汚染（ファウリング）による性能低下を引き起こしやすいという問題を有している。
【０００６】
そこで、エネルギー回収ユニットを備えることなく、圧力エネルギーを有効活用する手段として、特許文献１に示すように、濃縮水を循環させて原水と混合し、再度分離膜ユニットに供給、濃縮しながら、処理水を取り出す装置が考案されている。この装置の概略を図１２に示す。この装置では、バルブ８を閉じた状態で原水を昇圧ポンプ４で分離膜ユニット６に供給し、濃縮水を濃縮水出口に備えられた循環ポンプ１０で原水供給ラインに戻す。濃縮が進み、処理水が得られにくくなってきた場合は、バルブ８を開放することによって、循環している水を系外に排出し、再度濃度の比較的低い原水を供給するものである。この方法では、濃度が上昇した濃縮水を定期的に原水に置換すると、分離膜の運転条件が急激に変動する。特に海水淡水化のように、浸透圧が大きく、分離の駆動力となる有効圧力が浸透圧の影響を大きく受ける場合は、原水濃度の急激な変動は、分離膜への負荷変動が生じ、膜にダメージを与えてしまうという問題を有している。
【０００７】
一方、濃縮水の置換を効率的にした装置として、特許文献２に示すような高圧貯水タンクを装備した方法も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７６９５６１４号明細書
【特許文献２】米国特許第７６２８９２１号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】水道機工株式会社、災害対策用非常用造水機トレスキュー  リーフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に示す装置は、バルブが多いと共に操作が複雑になるという問題点を抱えている。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、分離膜モジュールを用いた小型分離膜ユニットをなるべく小さなエネルギーで、ファウリングを効果的に防止しながら、効率的な膜分離処理を実現することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は次の（１）〜（１２）の構成からなる。
（１）被処理水を濃縮水と処理水に分離するための１つもしくは複数の分離膜モジュールから構成される分離膜ユニットと、
前記被処理水を昇圧して前記分離膜ユニットに送るための昇圧ポンプと、
前記昇圧ポンプにより昇圧された前記被処理水を前記分離膜ユニットに送る被処理水供給ラインと、
前記濃縮水の一部または全部を系外に排出する濃縮水排出ラインと、
前記濃縮水の一部または全部を前記分離膜ユニットに循環させる、前記濃縮水排出ラインから分岐し、前記被処理水供給ラインに接続する濃縮水循環ラインと、
前記濃縮水循環ラインに設けられ、前記濃縮水の一部または全部を昇圧して循環させるための循環ポンプと
を含むことを特徴する膜分離装置。
（２）前記被処理水供給ラインと濃縮水排出ラインが入れ替え可能になっていることを特徴とする前記（１）に記載の膜分離装置。
（３）前記被処理水供給ラインが、前記濃縮水循環ラインとの接続部分より下流において、第１流路と第２流路に分岐し、前記第１流路と第２流路それぞれに第１バルブと第２バルブが備えられ、
前記第１流路が、前記第１バルブの下流において、第３流路と第４流路に分岐し、前記第４流路に第３バルブが備えられ、
前記第２流路が、前記第２バルブの下流において、第５流路と第６流路に分岐し、前記第５流路に第４バルブが備えられ、
前記第３流路と前記第６流路はそれぞれ前記分離膜ユニットに接続され、
前記第４流路と前記第５流路は互いに接続するとともに、その接続部が前記濃縮水排出ラインに接続され、
前記第１バルブと前記第４バルブが開状態であり、前記第２バルブと前記第３バルブが閉状態であるとき、前記第１流路と前記第３流路が前記被処理水供給ラインの一部を形成するとともに、前記第５流路と前記第６流路が前記濃縮水排出ラインの一部を形成し、
前記第１バルブと前記第４バルブが閉状態であり、前記第２バルブと前記第３バルブが開状態であるとき、前記第２流路と前記第６流路が前記被処理水供給ラインの一部を形成するとともに、前記第３流路と前記第４流路が前記濃縮水排出ラインの一部を形成する
ことを特徴とする前記（２）に記載の膜分離装置。
（４）前記分離膜ユニットが筒状圧力容器内に装填された少なくとも１つの分離膜エレメントから構成され、
前記分離膜エレメントが、分離膜を流路部材とともに巻回した膜巻体の外周を外装体で覆い、前記膜巻体及び外装体の少なくとも片端にテレスコープ防止板を設け、少なくとも１つの前記テレスコープ防止板の外周と前記筒状圧力容器の内周面の間に被処理水シール部材を設け、かつ前記分離膜エレメントを前記筒状圧力容器内で両方向に移動可能になっている
ことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の膜分離装置。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法であって、
前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の排出量を、濃縮水濃度に応じて調節することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
（６）前記濃縮水の濃度が予め設定した濃縮水濃度を下回るときは、前記濃縮水を全量循環し、前記濃縮水の濃度が予め設定した濃縮水濃度を超えるときは、前記濃縮水を全量排出することを特徴とする前記（５）に記載の膜分離装置の運転方法。
（７）前記濃縮水を循環昇圧する圧力が、０．１ｂａｒ以上、５ｂａｒ以下であることを特徴とする前記（５）または（６）に記載の膜分離装置の運転方法。
（８）前記分離膜ユニットに供給される前記被処理水の圧力が４０ｂａｒ以上、７０ｂａｒ以下であるとともに、前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の流量が前記濃縮水全体の流量の５％以上、２０％以下であることを特徴とする前記（５）〜（７）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法。
（９）前記分離膜ユニットに供給される前記被処理水の圧力が２ｂａｒ以上、２０ｂａｒ以下であるとともに、前記濃縮水排出ラインから排出する濃縮水の流量が前記濃縮水全体の流量の１％以上、４％以下であることを特徴とする前記（５）〜（８）のいずれか一つに記載の膜分離装置の運転方法。
（１０）前記（３）に記載の膜分離装置の運転方法であって、
前記第１バルブと前記第４バルブを開状態、且つ前記第２バルブと前記第３バルブを閉状態で運転する第１モードと、前記第１バルブと前記第４バルブを閉状態、且つ前記第２バルブと前記第３バルブを開状態で運転する第２モードを切り替えることによって、前記分離膜ユニットへの前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインを入れ替え、前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインの入れ替えを以下の順序１）〜４）で実施することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
１）前記第１モードにおいては前記第２バルブを、前記第２モードにおいては前記第１バルブを開く。
２）前記第１モードにおいては前記第１バルブを、前記第２モードにおいては前記第２バルブを閉じる。
３）前記第１モードにおいては前記第３バルブを、前記第２モードにおいては前記第４バルブを開く。
４）前記第１モードにおいては前記第４バルブを、前記第２モードにおいては前記第３バルブを閉じる。
（１１）前記被処理水供給ラインと前記濃縮水排出ラインを入れ替えるに際して、前記濃縮水排出ラインから排出する前記濃縮水の流量を増加させることを特徴とする前記（１０）に記載の膜分離装置の運転方法。
（１２）前記分離膜ユニットの供給水圧力の変動が毎秒１．０ｂａｒ以下に維持されるように前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブおよび前記第４バルブの開閉動作を行うことを特徴とする前記（１０）または（１１）に記載の膜分離装置の運転方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、被処理水を昇圧して分離膜ユニットで濃縮水と処理水に分離し、濃縮水の一部を系外に排出すると共に、残りを昇圧して循環、昇圧した後、昇圧ポンプと分離膜ユニットの間の管路に直結還流させるようにしたので、エネルギー回収ユニットなしでも、エネルギー消費を抑えながら、効率的に膜分離装置を運転することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係る膜分離装置の第１実施形態の一例を示すフロー図である。
【図２】図２は、本発明に係る膜分離装置の第１実施形態の他の一例を示すフロー図である。
【図３】図３は、本発明に係る膜分離装置の第２実施形態の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、多段式の分離膜ユニットを用いる場合の流路を説明する図である。
【図５】本発明を構成するスパイラル型分離膜エレメントの実施形態の一例を示す部分破断斜視図である。
【図６】本発明に係る複数のスパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器に装填した分離膜モジュールの一例を示す断面図である。
【図７】テレスコープ防止板にＵ−カップシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態において、Ｕ−カップシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図８】テレスコープ防止板にＯ−リングシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態において、Ｏ−リングシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図９】（ａ）は、スプリットリング状のシール部材の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂでの断面矢視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はスプリットリング状のシール部材のスプリット部の形状を示す例である。
【図１１】図１１は、エネルギー回収ユニットを備える一般的な海水淡水化装置の一例を示すフロー図である。
【図１２】図１２は、特許文献１に示される濃縮水循環する膜分離装置の簡略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明を適用した水処理用の膜分離装置の第１実施形態の一例を示すフロー図である。
本発明の膜分離装置は、被処理水が貯留される原水タンク１、原水タンク１から被処理水を汲み上げる原水供給ポンプ２、前処理ユニット３、前処理ユニット３で処理された前処理水を昇圧し、分離膜ユニット６に送るための昇圧ポンプ４、昇圧ポンプ４により昇圧された被処理水を分離膜ユニット６に送る被処理水供給ライン１２、分離膜ユニット６、分離膜ユニット６で処理された処理水を貯留する生産水タンク９、分離膜ユニット６で得られた濃縮水の一部または全部を系外に排出する濃縮水排出ライン７、濃縮水排出ライン７に設けられるバルブ８、濃縮水排出ライン７から分岐し、被処理水供給ライン１２に直接接続する濃縮水循環ライン１３、濃縮水循環ライン１３に設けられる循環ポンプ１０を備えている。なお、前処理ユニット３は必ずしも必須のものではなく、必要に応じて設ければよい。
【００１７】
濃縮水は、本発明の主旨としては、エネルギー回収ユニットを通さず、系外に排出されるが、エネルギー回収させることを否定するものではない。濃縮水排出ライン７と濃縮水循環ライン１３の分岐点は、分離膜ユニット６の濃縮水出口にできるだけ近い方が好ましい。これによって、濃縮水分岐前の配管を流れる流量を必要最小限に抑え、圧力損失を低減することができ、循環させる濃縮水圧力を高く維持することができる。本発明において、循環ポンプ１０は、濃縮水循環ライン１３に備えられる。濃縮水排出ライン７と濃縮水循環ライン１３の分岐点と分離膜ユニット６の間に循環ポンプを備えることも可能であるが、その場合、全ての濃縮水が循環ポンプ１０を流れるため、循環ポンプ１０の昇圧流量が増え、せっかく昇圧した濃縮水を系外に排出することになるため、好ましくない。
【００１８】
分離膜ユニット６は、被処理水を濃縮水と処理水に分離するための１つ若しくは複数の分離膜モジュールから構成される。分離膜ユニット６としては、特に制限はなく、膜の種類としても、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜を挙げることができる。本発明の目的であるエネルギー効率改善の点からは、被処理水として海水を処理する場合は、逆浸透膜を用いることが好ましい。海水を処理する逆浸透膜としては、例えば、原水圧力５ＭＰａ、温度２５℃、原水中のＮａＣｌ濃度３５，０００ｍｇ／ｌの条件での透水量が少なくとも０．５ｍ３／ｍ２・日、ＮａＣｌ排除率が少なくとも９９％の逆浸透膜を使用できる。このような逆浸透膜は、特に、非常時造水用の分離膜として好適なものである。分離膜モジュールの構造として、例えばコンパクトな構成が可能なスパイラル型モジュールを備えているものが好ましい。
【００１９】
昇圧ポンプ４は、分離膜ユニット６において、被処理水から処理水を分離することができるだけの圧力を付加できるものであれば特に限定されず、市販のポンプを用いることができる。例えば、プランジャー式、渦巻き式、マグネット式など必要とする出力、特性に応じ適宜選択し、用いることができる。
【００２０】
濃縮水排出ライン７には、該濃縮水排出ライン７から分岐する濃縮水循環ライン１３よりも下流に、バルブ８が設けられている。バルブ８は、濃縮水排出ライン７から排出される濃縮水の流量を調整するためのものであり、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ等を用いることができるが、流量制御の精度や自動化のしやすさを考慮すると、バタフライバルブやボールバルブが適している。
【００２１】
濃縮水循環ライン１３は、分離膜ユニット６で得られた濃縮水の一部または全部を分離膜ユニット６に循環させる。濃縮水循環ライン１３を通って濃縮水を被処理水供給ライン１２に直接戻すことで、濃縮水の圧力エネルギーを維持しながら、再度被処理水として、利用することができる。
濃縮水循環ライン１３には、濃縮水の一部または全部を昇圧して循環させるための循環ポンプ１０が備えられている。循環ポンプ１０は、分離膜ユニット６を通った結果低下した圧力分を補い、濃縮水循環ライン１３を流れる濃縮水の圧力を被処理水１２の圧力に合わせるために設けられる。循環ポンプ１０としては、循環させる濃縮水の圧力を高めることができれば特に限定されず、市販のポンプを用いることができる。例えば、渦巻き式ポンプが適している。
【００２２】
本発明の膜分離装置を運転するに当たっては、まず、被処理水を原水供給ポンプ２で供給し、昇圧ポンプ４で昇圧する。ここで供給する被処理水の量については、膜メーカーのガイドラインとして、分離膜モジュールに必要な流量が決められている場合は、その範囲の流量を分離膜ユニット６に供給をすることが必要である。例えば、スパイラル型逆浸透膜のガイドラインとして、例えば、プロジェクションプログラムＴｏｒａｙ−ＤＳに例示されるように、例えば、表層海水（Open Sea）の場合、８インチ逆浸透膜エレメントへの供給流量が最大３１０ｍ３／日、濃縮水の最小流量が最小８６ｍ３／日というように規定されている。すなわち、本来、原水供給ポンプ２や昇圧ポンプ４の能力として、この範囲に入るように選定する必要があるが、本発明の主旨である定常状態での濃縮水の一部の還流を考慮した上で、決定することが好ましい。運転開始直後の循環流量がないもしくは少ない場合に併せて、原水供給ポンプ２や昇圧ポンプ４の能力を決定すると、循環流量が発生した定常運転においては、ポンプ能力の一部しか発現しないことになる。さらに、流量調節をする必要があることになり、インバーターなどの高価な装備が必要になる。そのため、定常運転状態を前提にポンプの仕様を決定し、運転開始直後から、循環流量が増えて安定するまでは非定常的な条件で運転させることが好ましい。
【００２３】
具体的な方法としては、被処理水の分離膜ユニット６への供給量、すなわち、被処理水供給量（Ｆ）と循環させる濃縮水の水量（以下、「循環濃縮水量」という）（Ｂ２）の和（Ｆ＋Ｂ２）に対する分離膜ユニット６で処理された処理水の量、すなわち、処理水流量（Ｐ）を抑えること、また、排出される濃縮水の水量（以下、「濃縮水排出量」という）（Ｂ１）を抑え、なるべく早く循環流量を定常値に持っていくことが好ましい。
この調整の仕方として、前者の場合は、Ｐ／（Ｆ＋Ｂ２）を予め設定した値になるように維持する、後者については、図２に例示するように、循環濃縮水量を０（すなわち、バルブ８を全閉）でスタートし、濃度センサー１１によって得られる濃縮水の濃度が予め設定した濃縮水濃度ＣＢ１に到達したら、濃縮水濃度が増えるのに応じて、濃縮水排出量（Ｂ１）を増やし、予め設定した濃縮水濃度ＣＢ２を超えるときは、濃縮水を全量排出し、定常状態に持っていくのが好ましい。これによって、分離膜への過度な負荷を防止することができる。濃度センサー１１としては、とくに制限はないが、運転圧力に影響が大きい塩濃度を監視するために電気伝導度計によって塩分濃度を測定するのが一般的である。対象が有機物を含有する場合は、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）計やＵＶ吸収によって監視することもできる。
【００２４】
なお、被処理水の濃度や温度などが、時間によって大きく変動するような場合は、同様の方法で、濃縮水排出量（Ｂ１）や処理水流量（Ｐ）を制御することも好ましい。具体的な例としては被処理水に海水を用いた場合、濃度が上がると浸透圧が上がり、処理水流量（Ｐ）を減らす、また、濃縮水排出量（Ｂ１）を増やす（ただし、Ｆ＋Ｂ１が、分離膜のガイドライン範囲内になるようにする）ことで分離膜への供給濃度や濃縮水濃度の変動を抑え、分離膜への供給圧力をできるだけ一定に維持し、安定運転に寄与することができる。
【００２５】
次に、循環させる濃縮水を被処理水に直結混合させるに際しては、分離膜ユニット６での圧力損失を考慮し、循環ポンプ１０で昇圧する必要がある。具体的には、循環昇圧する圧力として、０．１ｂａｒ以上、５ｂａｒ以下の昇圧を実施する。この範囲を超える昇圧が必要になるような配管やバルブ構成にすると、本発明の目的とする省エネルギー運転が困難になる場合がある。このとき、配管が直結しているため、昇圧ポンプ４と循環ポンプ１０の吐出バランスを制御する必要がある。
【００２６】
本発明を適用する用途は、特に限定されるものではなく、河川水や地下水の除濁、脱塩、また、海水やかん水の淡水化など、いろんな目的に適用可能であるが、エネルギー消費が特に大きな問題となり、さらに、エネルギー回収のために高価なエネルギー回収ユニットが必要となる海水淡水化に適している。具体的には、総塩濃度が３質量％以上の海水淡水化の場合、分離膜ユニットに供給される被処理水の圧力が４０ｂａｒ以上、すなわち、濃縮水の圧力も３５ｂａｒ以上あることが好ましい。ただし、運転圧力が７０ｂａｒを超えると、分離膜や耐圧容器などに特殊な仕様が必要となるため、７０ｂａｒ以下に設計することが好ましい。また、排出する濃縮水の流量としては、濃縮水の全体流量の５％以上、かつ、２０％以下であることが好ましい。５％未満にすると濃縮が過度に進み、２０％を超えると、系外に排出する圧力エネルギーが大きくなる。いずれにしても、エネルギー的なデメリットが大きくなるため好ましくない。一方、被処理水濃度が１質量％未満のかん水の淡水化の場合も同様の理由で、分離膜ユニットに供給される被処理水の圧力が２ｂａｒ以上、２０ｂａｒ以下、排出する濃縮水の流量が濃縮水の全体流量の１％以上、４％以下とすることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の膜分離装置の第２実施態様について説明する。
濃縮水を循環する場合、被処理水に濁質、有機物など、分離膜の表面に蓄積して性能を低下させるような物質が入っている場合は、濃縮によってその蓄積を加速させる場合がある。これを防止するため、分離膜ユニットにおける被処理水供給ラインと濃縮水排出ラインが入れ替え可能な構造になっており、定期的に流れる方向を逆にすることができる。
【００２８】
第２実施態様の膜分離装置を図３に示す。
分離膜ユニット６に連結する配管ラインとしては、被処理水供給ライン１２が、濃縮水循環ライン１３との接続部分より下流において、第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２に分岐し、第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２それぞれに第１バルブＶ１と第２バルブＶ２が備えられ、第１流路Ｆ１が、第１バルブＶ１の下流において、第３流路Ｆ３と第４流路Ｆ４に分岐し、第４流路Ｆ４に第３バルブＶ３が備えられ、第２流路Ｆ２が、第２バルブＶ２の下流において、第５流路Ｆ５と第６流路Ｆ６に分岐し、第５流路Ｆ５に第４バルブＶ４が備えられ、第３流路Ｆ３と第６流路Ｆ６はそれぞれ分離膜ユニット６に接続され、第４流路Ｆ４と第５流路Ｆ５は互いに接続するとともに、その接続部が濃縮水排出ライン７に接続されている。
【００２９】
第２実施態様の膜分離装置において、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４が開状態であり、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３が閉状態であるとき、第１流路Ｆ１と第３流路Ｆ３が被処理水供給ライン１２の一部を形成するとともに、第５流路Ｆ５と第６流路Ｆ６が濃縮水排出ライン７の一部を形成し、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４が閉状態であり、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３が開状態であるとき、第２流路Ｆ２と第６流路Ｆ６が被処理水供給ライン１２の一部を形成するとともに、第３流路Ｆ３と第４流路Ｆ４が濃縮水排出ライン７の一部を形成する。
【００３０】
次に、第２実施態様の膜分離装置を用いた運転方法について説明する。
まず、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２のうちの一方を開状態、他方を閉状態とし、昇圧ポンプ４によって加圧された被処理水を第１流路Ｆ１もしくは第２流路Ｆ２に流す。第１バルブＶ１を開状態にした場合は、第３バルブＶ３は閉じた状態とする。これによって被処理水は第１流路Ｆ１→第３流路Ｆ３を流れて分離膜ユニット６に供給される。分離膜ユニット６で得られた濃縮水は、第４バルブＶ４を開くと、第２流路Ｆ２は流通不可であるので、第６流路Ｆ６→第５流路Ｆ５を通って、一部が濃縮水排出ライン７から排出され、残りが循環ポンプ１０により昇圧されて濃縮水循環ライン１３を通して還流される。
【００３１】
このとき、前者、すなわち、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４を開状態、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３を閉状態で運転する場合を第１モードＭ１とし、後者、すなわち、第１バルブＶ１と第４バルブＶ４を閉状態、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３を開状態で運転する場合を第２モードＭ２としたとき、被処理水供給ラインと濃縮水排出ラインの入れ替えは、下記の順序１）〜４）で実施することが好ましい。
１）第１モードＭ１においては第２バルブＶ２を、第２モードＭ２においては第１バルブＶ１を開く。
２）第１モードＭ１においては第１バルブＶ１を、第２モードＭ２においては第２バルブＶ２を閉じる。
３）第１モードＭ１においては第３バルブＶ３を、第２モードＭ２においては第４バルブＶ４を開く。
４）第１モードＭ１においては第４バルブＶ４を、第２モードＭ２においては第３バルブＶ３を閉じる。
なお、各バルブは、急激な圧力変化を避けるべく、一度に開閉させるよりも徐々に開閉させるほうが好ましい。
【００３２】
バルブ操作にあたっては、分離膜ユニットの供給水圧力の変動が毎秒１．０ｂａｒ以下、より好ましくは、０．７ｂａｒ以下に維持されるように開閉動作を実施することが好ましい。これによって、分離膜ユニットへのウォーターハンマーなど過度な負荷を防止し、分離膜ユニットを保護することができる。
【００３３】
さらに、被処理水の流れる方向を切り替えるタイミングで、バルブ８の開度を開き、濃縮水排出ライン７を通して、循環水を全量もしくは、通常より多くの割合排出し、被処理水の濃度を低減させることも好ましい運転方法である。より具体的には、例えば、上記１）および２）の間にバルブ８を徐々に開くとともに、循環ポンプ１０の循環を減じ、３）および４）の間にバルブ８を徐々にもとに戻すとともに、循環ポンプ１０の循環を元に戻すという方法を採ることができる。
【００３４】
このような被処理水と濃縮水の逆流に関して、分離膜ユニットが多段になる場合は、図３に示す分離膜ユニット６を図４に例示するような構造とすることができる。第３流路Ｆ３から被処理水を供給する場合は、バルブｖ１１、ｖ１３を開状態とし、バルブｖ１２、ｖ１４を閉状態とする。分離膜ユニット６ａ又は分離膜ユニット６ｂを一段目とし、分離膜ユニット６ｃを二段目として分離を行い、第６流路Ｆ６から濃縮水を流すとともに、ラインＦＡから透過水を得る。また、第６流路Ｆ６から被処理水を供給する場合は、バルブｖ１１〜ｖ１４の開閉を逆にすることで逆流させることが可能である。分離膜ユニットを多段で使用する場合は、バルブ制御が複雑になるため、装置の規模や目的によって適宜選択すればよい。
【００３５】
被処理水の供給方向の制御については、特に制約はないが、分離膜ユニットコンポーネントの汚染を抑制する目的を鑑みるに、定期的、もしくは、汚染状態を監視しつつ、被処理水の供給方向を第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２とで交互に切り替えて処理することが好ましい。とくに、被処理水の供給方向を定期的に切り替える場合は、例えば、深夜電力のみで運転するような場合など装置の停機に併せて切り替えると無駄がなく効率的である。また、定期的な洗浄を、被処理水の供給方向を逆方向にすることで行うことも好適である。一方、汚染状態を監視する場合は、被処理水（供給水）と濃縮水の間の圧力損失、供給水側と透過水側の圧力差、濃縮水の汚染物質（例えば、微生物）の濃度を監視し、値が設定値を超えた場合に切り替える方式を採ることができる。もちろん、これらの値は被処理水の状態（濃度、温度、ｐＨ等）によっても変動するため、圧力損失などの測定値を適宜補正することが好ましい。とりわけ、１つの分離膜ユニットコンポーネントにおける供給流体の圧力と濃縮流体の圧力の差から計算される圧力損失、または複数の分離膜ユニットコンポーネントが直列に配置されたサブユニットにおける最初に供給する被処理水の圧力と最後尾のサブユニットからの濃縮流体の圧力との差から計算される圧力損失、もしくは、複数のサブユニットの一部の圧力差から計算される圧力損失を測定し、その変化に基づいて前記被処理水の供給方向を変えることが好ましい。とくに、先頭と最後尾のサブユニットにおいて、ファウリングによる圧力損失が生じやすいため、それらの圧力損失を単独もしくは、含めて測定することが特に好ましい。
【００３６】
このように被処理水の供給方向を変更可能な分離膜ユニット６としては、特に制限されるものではないが、分離膜ユニット６に適用する分離膜モジュール内の膜面を流れる流量が均一であるスパイラル型分離膜エレメントを耐圧容器に装填したものが好適である。図５は、本発明を構成するスパイラル型分離膜エレメントの実施形態の一例を示す部分破断斜視図である。
【００３７】
図５において、分離膜エレメント２０は、供給水と透過水の混合が生じないように端部が封止された構造の分離膜２１、供給側流路部材２３及び透過側流路部材２２の積層体の単数または複数が、有孔の中心管２４の周囲にスパイラル状に巻回され、その分離膜巻回体の外周が外層体で覆われ、この膜巻体及び外装体の少なくとも片端にテレスコープ防止板２５が設置されている。テレスコープ防止板２５の外周には、少なくとも１つの周回溝２５１が設けられ、図示しない被処理水シール部材が配置される。
【００３８】
この分離膜エレメント２０は、被処理水２６が一端面より供給され、供給側流路部材２３に沿って流動しながら成分の一部（例えば、海水淡水化の場合は水）が分離膜２１を透過することにより、透過流体と濃縮流体とに分離される。その後、分離膜を透過した成分（透過水）は、透過側流路部材２２に沿って流動して、中心管２４内へとその側面の孔から流入し、中心管２４内を流動し、処理水（透過流体）２７として取り出される。一方、非透過成分（海水淡水化の場合は塩分）を高濃度に含有する処理水は、分離膜エレメント２０の他端面より濃縮流体２８（濃縮水）として排出される。
【００３９】
本発明を適用可能なスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜２１は平膜状の分離膜であって、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路部材２３には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路部材２２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。いずれも、分離膜と独立したネットやシートでも構わないし、接着や融着するなどして一体化したものでも差し支えない。
【００４０】
テレスコープ防止板２５は、分離膜巻回体が通過する流体の圧力により筒状に変形すること（テレスコープ現象）を防止するために設置された、空隙を有する板状物であり、外周側にはシール材を装填するための周回溝２５１を有していることが好ましい。テレスコープ防止板２５は変形防止の機能を有すれば、その材質は特に制約はない。ただし、用途に応じて、耐薬品性や耐熱性など必要になる場合は、要求仕様に応じて適宜選択することが可能である。一般には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂などの樹脂材が好適である。また、このテレスコープ防止板２５は、原水の流れをなるべく妨げずに強度を維持する目的から、外周環状部と内周環状部と放射状スポーク部とを有するスポーク型構造であることが好ましい。
【００４１】
中心管２４は、管の側面に複数の孔を有するものであり、中心管２４の材質は、樹脂、金属など何れでもよいが、コスト、耐久性を鑑みて、ノリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックが通常使用されることが一般的である。
【００４２】
分離膜２１の端部を封止するための手段としては、接着法が好適に用いられる。接着剤としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、公知の何れの接着剤も使用することができる。
【００４３】
また、スパイラル型分離膜エレメントは、分離膜巻回体の外周部が外装材により拘束されて拡径しない構造になっていることも好ましい。外装材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどからなるシートや、硬化性樹脂を塗ったガラス繊維などからなるもので、分離膜巻回体の外周表面に、かかるシートや繊維を巻回して分離膜エレメントが拡径しないように拘束する。
【００４４】
本発明では、図５に例示したスパイラル型膜エレメントを、図６に示すように、筒状圧力容器４６に一つもしくは複数装填して、分離膜モジュール４７を構成する。複数の分離膜エレメント３９（３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ，３９ｆ）を、筒状圧力容器４６内に装填することにより、分離膜モジュール４７を構成する。分離膜エレメント３９を構成する少なくとも片端に設けられたテレスコープ防止板の少なくとも１つの外周と筒状圧力容器４６の内周面の間に、被処理水シール部材４５（４５ａ１，４５ａ２，４５ｂ１〜４５ｅ２，４５ｆ１，４５ｆ２）が配置される。被処理水シール部材４５は、分離膜エレメント３９が筒状圧力容器４６内で実質的に両方向に移動可能であるように設けられている。
【００４５】
この被処理水シール部材４５を設けることにより、図５に例示するようなスパイラル型分離膜エレメント２０であって、被処理水を図５に示すように原水２６の方向に流すこともできれば、図５に示す濃縮水２８の方向から被処理水を供給することも可能な構造になっている。
【００４６】
図６では、符号３９ａ〜３９ｆがそれぞれ図５に示す分離膜エレメント２０を示している。被処理水は、被処理水供給口３８（被処理水の流れ方向を逆向きにするときは４０）から供給され、第１の分離膜エレメント３９ａの端部に供給される。第1の分離膜エレメントで処理された濃縮水（濃縮流体）は、第２の分離膜エレメント３９ｂに供給されその後、順次３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ，３９ｆに供給、処理された後、最終的に濃縮水排出口４０（被処理水の流れ方向を逆向きにするときは３８）から排出される。それぞれの分離膜エレメント３９ａ〜３９ｆの中心パイプは、それぞれコネクター４１で連接されるとともに、端板４２ａ，４２ｂに設けられた透過流体（透過水）取出口４３ａ，４３ｂに接続されており、それぞれの分離膜エレメントで得られた透過流体（透過水）が集められ、系外に取り出される。
【００４７】
なお、図５では、被処理水供給口３８（流れ方向を逆向きにするときは４０）と濃縮水排出口４０（流れ方向を逆向きにするときは３８）が、端板に備えられているが、耐圧容器胴部４４の端板近傍（すなわち、被処理水供給口３８が端板４２ａと第１の分離膜エレメント３９ａの間、濃縮水排出口４０が端板４２ｂと最終分離膜エレメント３９ｆの間）に備えられていても差し支えない。圧力容器４６と分離膜エレメント３９の間には、被処理水が通って性能低下を生じないように、シールすることが必要である。具体的には、それぞれの分離膜エレメント３９ａ〜３９ｆのテレスコープ防止板２５の外周部には周回溝２５１を有しており、被処理水シール部材（以下、単に「シール部材」ということがある。）４５ａ１〜４５ｆ２を装填できることが好ましい。テレスコープ防止板２５部分にシール部材４５ａ１，４５ａ２〜４５ｆ１，４５ｆ２が備えられ、それぞれの分離膜エレメントの被処理水と濃縮水が隔離されている。
【００４８】
なお、図６では、それぞれの分離膜エレメント３９ａ〜３９ｆの両側にシール部材４５が備えられているが、片側のみ（すなわち、４５ａ１，４５ｂ１，４５ｃ１〜４５ｆ１もしくは４５ａ２，４５ｂ２，４５ｃ２〜４５ｆ２）とすることも可能である。両方備えた方がシール性は向上するが、装填、取り出し時に困難度が増すこと、また、隣接するシール部材間（例えば、４５ａ１と４５ａ２の間）にデッドスペースを生じやすくなるため、例えば、ジュースの濃縮など濃縮水が汚染されると問題となる場合は、好ましくない。
【００４９】
本発明において、被処理水シール部材（シール部材）としては、分離膜モジュール４７の被処理水供給口が、図６に示すように符号３８と４０で入れ替わるため、被処理水の流れ方向を逆向きにさせるのに差し支えない構造になっていることが求められる。一般には、被処理水の供給が一方向であるため、シール部材としてＵ−カップリングシールもしくはＶ−カップリングシールが考案され広く使用されている。このＵ−カップリングシールは、弾性樹脂を用い、Ｕ字状の開いた部分が被処理水を供給する側（原水側）に向くように分離膜エレメントのテレスコープ防止板にセットされている。このＵ−カップシールは、原水側から水が供給された時に、その水圧でＵ字が開き、Ｕ−カップシールと圧力容器との隙間を埋める構造になっている。Ｖ−カップリングシールも同様である。
【００５０】
図７は、分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態において、Ｕ−カップシール３３がテレスコープ防止板の外周部３０の周回溝２５１に嵌着され、テレスコープ防止板の外周と圧力容器の内周面との間でシールする状態を示すものであって、Ｕ−カップシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す拡大断面図である。
【００５１】
図７において、Ｕ−カップシール３３は、圧力容器の内壁２９との接触面積は比較的小さいが、前述したとおり、被処理水（原水）上流から下流（図７の矢印Ｆで示すように左から右への方向）に流れる水に対してはシール機能が発揮される。また、圧力容器内で分離膜エレメントを移動させる場合は、図７の左から右に摺動させれば、比較的小さな抵抗で移動させることが可能である。しかしながら、分離膜エレメントを右から左に移動させるのは難しい。本発明では被処理水を両側から供給できるようにしなければならないため、Ｕ−カップシールやＶ−カップシールは適していない。
【００５２】
一方、従来技術として、Ｏ−リングシールを使用する場合もあり、テレスコープ防止板の外周側の周回溝に嵌着されたＯ−リングシールが、圧力容器の内壁と接触し、Ｏ−リングシールがつぶれて変形することで、分離膜エレメントと圧力容器内との隙間を埋めているため、両側からの被処理水の供給に対して、良好なシール性を発揮することができる。図８は、分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態において、Ｏ−リングシール３２がテレスコープ防止板２５の外周部３０の周回溝２５１に嵌着された、テレスコープ防止板の外周と圧力容器の内周面との間でシールする状態を示すものであって、Ｏ−リングシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【００５３】
図８において、Ｏ−リングシール３２は、圧力容器の内壁２９と圧接している部分において変形し、圧力容器の内壁２９との接触面積が大きくなっている。さらに、Ｏ−リングシール３２は弾性樹脂で構成されているので圧力容器の内壁２９との摺動摩擦が大きいため、圧力容器内の分離膜エレメントの移動が容易でないという欠点を有している。
【００５４】
Ｏ−リングシールとＵ−カップシールの欠点を解決する方法として、例えば、図９（ａ）および（ｂ）に示すようなスプリットリング状のシール部材（以下、「スプリットリングシール」という）を用いることが好ましい。
スプリットリングシール３４は、国際公開第２０１１／０４６９４４号に記載されている。スプリットリングシール３４は、環状シールが１箇所以上で切断・分割された如き形状を有するものである。例えば、図９（ａ）のスプリットリングシールの平面図に示すようにスプリット部３５が１箇所存在するものが好ましいが、環状シールが２箇所で切断・分割された如き半円弧状スプリットリングシールを２つ用いてもよい。スプリットリングシールの横断面形状は、特に限定されるものでは無いが、テレスコープ防止板の外周部３０の周回溝２５１に収まり、移動しない構造であればよく、例えば、図９（ｂ）の断面図に示すように略四角形でもよいし、略多角形でもよい。また、スプリットリングシールの外周部の長さ（外周長）は、そのスプリットリングシール３４のスプリット部３５を繋げて環状にした時の外周直径３７が、圧力容器の内壁の直径サイズよりも少し大きくなるように設計し、実際に分離膜エレメントのテレスコープ防止板に装着して圧力容器内に装填された時には、そのスプリット部の隙間が縮まり、スプリットリングシールが圧力容器の内壁と密接する構造となるようにする。また、スプリットリングシールの内周部長さ（内周長）は、そのスプリットリングシール３４のスプリット部３５を繋げて環状にした時の内周直径３６が、テレスコープ防止板の外周部３０の周回溝２５１内に、隙間無く収まる大きさであれば良い。スプリットリングシール３４の大きさは、エレメントの外径や材質等により最適化すればよいが、例えば、シールの径方向幅（即ち、外周直径３７と内周直径３６との差の半分）が５〜１０ｍｍ程度、シールの厚み３〜１０ｍｍ程度を採用することができる。
【００５５】
このようなスプリットリングシール３４は、図９（ｂ）に示すように断面形状が矩形であるため、摺動面とシール部材が並行もしくは両方向対称に接触することができ、これによって、分離膜モジュール４７の両側（被処理水供給口３８，濃縮水取出口４０）から被処理水を供給することが可能となり、しかも、スパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器内に装填する時も、また、分離膜エレメントを圧力容器から抜き取る時も、容易に分離膜エレメントを圧力容器内で移動させることができるようになるため、両側からの装填や抜き取りができる構造は非常に好ましいものである。
【００５６】
本発明に適用可能なシール部材の特性としては、分離膜エレメントのどちらから被処理水を供給しても十分なシール性を発現することができる。このような特性を有するシール部材の形状としては、前述のスプリットリング状、もしくはシール接触面がとがった、すなわち、断面がたとえば三角形になっているデルタリング状や断面がＯではなく凸レンズ状、また、接触面が凹凸を保った波板状が適用可能である。さらに、摺動性の問題はあるもののＯ−リング状も適用することは可能ではある。Ｏ−リングやデルタリングなどの場合、弾性材製シール部材を用いるとシール製が高くなるため好ましいが、摺動性が損なわれやすいため、注意が必要である。摺動性を重視するため、弾性材製シール材で一般に考慮する潰し代（弾性材を用いたＯ−リングなどで密着性を上げるため、使用時に圧縮変形させる割合）を小さくすることが重要である。具体的には、通常８〜３０％とされている潰し代を、１０％以下、より好ましくは５％以下にすることによって、圧力容器内での良好な摺動性を保つことが可能となるが、高い精度が必要となるため、適用に当たっては、注意が必要である。
【００５７】
スプリットリングシールにおけるスプリット部の形状は、特に限定されるものではないが、一例として、図１０に示すように、シール長手方向に直角に切断し、垂直にカットされたスプリット部４８とする場合（図１０（ａ））、シール長手方向に対し斜めに切断し、斜めにカットされたスプリット部５２とする場合（図１０（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断し、階段的にカットされたスプリット部５５とする場合（図１０（ｃ））が挙げられる。
【００５８】
特に、シール長手方向に対し斜めに切断した場合（図１０（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断した場合（図１０（ｃ））のスプリットリングシールを用いた時には、実際に被処理水が圧力容器内を流れる際の圧力でもってスプリットリング端部同士が押し付けられ、スプリットリング端部の隙間がほとんど無い状態となる。この結果、スプリット端部同士の接合部分でもシール効果はほぼ保たれ、被処理水が分離膜エレメントの外側をバイパスする量はかなり少なく、効率的な水処理を行うことができる。
【００５９】
スプリットリングシールを、分離膜エレメントのテレスコープ防止板の外周部に装着した後、そのスプリット部どうしは単に接触するように配置することでもよいし、スプリット部どうしを接合しても良い。その際の接合の方法としては、熱融着接合や接着剤を用いる強固な接合でも良いし、スプリットリングシールのスプリット部の一片と他方とが凹凸嵌合により組み合わさった接合でもよい。スプリット端部同士を凹凸嵌合させて接合することで、取り扱い時の衝撃でスプリットリングシールの脱落を阻止することができる。
【００６０】
スプリットリングシールを、テレスコープ防止板の外周に装着するにあたって、１もしくは複数のシール部材を装着してもよい。複数個のシール部材を装着する場合は、スプリット部の位置を相互に異なる位置にすることが好ましく、これにより原水が分離膜エレメントの外側を通り抜ける量をより少なくすることができる。
【００６１】
スプリットリングを構成する素材は、非弾性体、弾性体のいずれでもよく、非弾性材を用いることが好ましい。有機材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレンを始めとする、様々な硬質プラスチック、無機材料としても、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、チタンやそれらの合金を使うこともできれば、セラミック、黒鉛、石綿も用いることができるし、また、ＦＲＰなどのように有機無機複合体や以上の素材の複層品を用いることも可能である。
【００６２】
弾性材としては、特に制約はなく、ニトリルゴム、スチロールゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴムなど、一般に多用されるシール材を用いることができる。
【００６３】
なお、これらの素材は、分離膜モジュール４７の対象となる被処理水に耐久性があることが好ましい。たとえば、海水を対象にする場合は、鉄合金を用いると腐食しやすく、また、有機溶媒を含む場合は、耐久性が不十分な樹脂を使うと劣化しやすいので注意を要する。
【００６４】
従って、本発明の適用にあたっては、被処理水シール部材（図６の４５ａ１〜４５ｆ１、４５ａ２〜４５ｆ２）については、すべて、図７〜図９に示すシール部材、とくに、スプリットリング状のシール部材を使用することによって本発明の目的を達成することができる。また、逆流させた場合にシール性がＵ−カップシールリングやＶ−カップシールリングを併用することによって、分離膜エレメントの移動は一方向になるが、より確実なシール性を実現することができるため好ましい実施態様である。
【００６５】
本発明を適用可能な被処理水は特に、制限されるものではなく、河川水、海水、下水処理水、雨水、工業用水、工業廃水など、いろいろな流体を挙げることができるが、特に、様々な有機物や無機物が含まれている流体に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、分離膜ユニットの濃縮水流路を供給水流路に直結循環させるとともに、一部を系外に排出することで、エネルギー回収ユニットなしでも、エネルギー消費を抑えた効率に優れた水処理装置を提供することができる。また、被処理水の流れ方向を切り替えても膜分離性能を発揮できる構造にすることによって、分離膜をバランスよく使用できるとともに高い稼働率を維持しつつ、ファウリングを効果的に防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１：原水タンク
２：原水供給ポンプ
３：前処理ユニット
４：昇圧ポンプ
５：エネルギー回収ユニット
６：分離膜ユニット
７：濃縮水排出ライン
８：バルブ
９：生産水タンク
１０：循環ポンプ
１１：濃度センサー
１２：被処理水供給ライン
１３：濃縮水循環ライン
２０：分離膜エレメント
２１：分離膜
２２：透過側流路材
２３：供給側流路材
２４：中心管
２５：テレスコープ防止板
２５１：周回溝
２６，２６ａ：被処理水
２７，２７ａ：処理水（透過水）
２８：濃縮水
２９：内壁
３０：テレスコープ防止板の外周部
３１：テレスコープ防止板の外周面
３２：Ｏ−リングシール
３３：Ｕ−カップシール
３４：スプリットリング状のシール部材（スプリットリングシール）
３５：スプリット部
３６：内径
３７：外径
３８：被処理水供給口
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ，３９ｆ：分離膜エレメント
４０：濃縮水排出口
４１：コネクター
４２ａ，４２ｂ：端板
４３ａ，４３ｂ：処理水（透過水）取出口
４４：耐圧容器胴部
４５ａ１，４５ｂ１，４５ｃ１，４５ｄ１，４５ｅ１，４５ｆ１：シール部材
４５ａ２，４５ｂ２，４５ｃ２，４５ｄ２，４５ｅ２，４５ｆ２：シール部材
４６：筒状圧力容器
４７：分離膜モジュール
４８：垂直にカットされたスプリット部
４９，５０：垂直にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
５１：テレスコープ防止板の円周溝の両側部分
５２：斜めにカットされたスプリット部
５３，５４：斜めにカットされたスプリット部の近傍のシール部材
５５：階段状にカットされたスプリット部
５６，５７：階段状にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
【図１】
2015033673.tif 000003
【図２】
2015033673.tif 000004
【図３】
2015033673.tif 000005
【図４】
2015033673.tif 000006
【図５】
2015033673.tif 000007
【図６】
2015033673.tif 000008
【図７】
2015033673.tif 000009
【図８】
2015033673.tif 000010
【図９】
2015033673.tif 000011
【図１０】
2015033673.tif 000012
【図１１】
2015033673.tif 000013
【図１２】
2015033673.tif 000014