(57)【要約】【課題】直径が２０ｃｍ以上の大径の膜エレメントを有する大型の膜分離装置から良好な水質の透過水を得ることができる膜分離装置の運転方法及び運転システムを提供する。【解決手段】直径２０ｃｍ以上の膜エレメント２が円筒状のベッセル１内に設置されている膜分離装置を運転する方法であって、該膜分離装置の透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメント２のミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）及び膜エレメントの本数をｎ（ｎは１以上）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水することを特徴とする膜分離装置の運転方法及びシステム。【選択図】図３
2015013233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径２０ｃｍ以上の膜エレメントが円筒状のベッセル内にｎ個（ｎは１以上）設置されている膜分離装置を運転する方法であって、
該膜分離装置の透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、膜エレメントの直径が２０〜５０．８ｃｍであ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又は２において、膜エレメントが逆浸透膜エレメントであることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記膜エレメントは軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続されていることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項５】
円筒状のベッセル内に膜エレメントがｎ個（ｎは１以上）設置された膜分離装置と、
該膜分離装置に供給される原水の流量調節手段と、
該膜分離装置から流出するブラインの流量調節手段と、
該膜分離装置から取り出される透過水の流量検出手段と、
該流量検出手段によって検出される透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように該原水流量調節手段及びブライン流量調節手段を制御する制御手段と
を備えてなる膜分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜分離装置、精密濾過装置などの膜分離装置の運転方法及び膜分離システムに関するものであり、特にスパイラル型膜分離装置の運転方法及び膜分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、例えば逆浸透膜（以下、ＲＯ膜と略称することもある。）やナノフィルトレーション膜（以下、ＮＦ膜と略称することもある。）を分離膜とするスパイラル型膜エレメントを用い、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。スパイラル型膜エレメントは、例えば、透過水スペーサーの両面に逆浸透膜を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜を形成し、該袋状膜の開口部側を透過水集水管に取り付け、網状の原水スペーサーと共に、透過水集水管の外周面周りにスパイラル状に巻回することにより構成されている。そして、原水はスパイラル型膜エレメントの一方の端面側から供給され、原水スペーサーに沿って流れ、スパイラル型膜エレメントの他方の端面側から濃縮水として排出される。また、原水は、原水スペーサーに沿って流れる過程で、逆浸透膜を透過して透過水となり、この透過水は透過水スペーサーに沿って、中央に位置する透過水集水管の内部に流れ込み、透過水集水管の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜間に配設される原水スペーサーにより原水経路が形成される（特許文献１〜３）。
【０００３】
逆浸透膜分離においては、膜表面における濃度分極によるスケールの発生や脱塩率の低下を抑制するために、濃縮液（ブライン）の流量が所定値以上となるように運転することが推奨されている（特許文献４の００３３段落、特許文献５の００１１段落、特許文献６の０００３〜０００４段落）。この所定値はミニマムブライン水量（最小濃縮水量）と称される。ミニマムブライン水量は、膜分離装置のメーカーによって型番に応じて示されている。
【０００４】
スパイラル型膜分離装置の膜エレメントの直径（外径）は、従来は８インチ（約２０．３２ｃｍ）が主流であったが、近年では１６インチ（約４０．６４ｃｍ）の大型のものも使用されるようになってきている（特許文献２の０００７段落）。外径８インチのスパイラル型膜エレメントを有する逆浸透膜分離装置（以下、８インチＲＯ装置ということがある。）のミニマムブライン水量は大概３．６ｍ３／ｈである。外径１６インチのスパイラル型膜エレメントを有する逆浸透膜分離装置（以下、１６インチＲＯ装置ということがある。）は、膜面積が８インチＲＯ装置の４倍であるため、ミニマムブライン水量は通常１４．４ｍ３／ｈとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６７６６７
【特許文献２】特開２００９−２２０１０４
【特許文献３】特開２００６−２１８３４１
【特許文献４】特開２００７−３１３４４５
【特許文献５】特開平８−１０８０４８
【特許文献６】特開２０１１−１３６２８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１６インチＲＯ装置においてミニマムブライン水量を１４．４ｍ３／ｈで運転すると、同膜種・同運転条件における８インチＲＯ装置に比べ脱塩率が低くなることがあった。これは、１６インチＲＯ装置は８インチＲＯ装置に比べてエレメント直径が約２倍と大きいために、８インチＲＯ装置のミニマムブライン水量の４倍量のミニマムブライン水量にて運転したときにはエレメント内部における流速分布が大きくなり、濃度分極が生じて脱塩率が低下するためであると考えられる。
【０００７】
本発明は、直径が２０ｃｍ以上の大径の膜エレメントを有する大型の膜分離装置から良好な水質の透過水を得ることができる膜分離装置の運転方法及び運転システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の膜分離装置の運転方法は、直径２０ｃｍ以上の膜エレメントが円筒状のベッセル内にｎ個（ｎは１以上）設置されている膜分離装置を運転する方法であって、該膜分離装置の透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の膜分離システムは、円筒状のベッセル内に膜エレメントがｎ個（ｎは１以上）設置された膜分離装置と、該膜分離装置に供給される原水の流量調節手段と、該膜分離装置から流出するブラインの流量調節手段と、該膜分離装置から取り出される透過水の流量検出手段と、該流量検出手段によって検出される透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように該原水流量調節手段及びブライン流量調節手段を制御する制御手段と
を備えてなるものである。
【００１０】
本発明において、膜エレメントの直径は２０〜５０．８ｃｍであることが好ましい。
【００１１】
膜エレメントとしては逆浸透膜エレメントが好ましい。
【００１２】
膜エレメントは、軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、膜エレメント１個当りの透過水量（ａ／ｎ）とミニマムブライン水量ｂとの比（ａ／ｎ）／ｂを０．１〜０．２とするように膜分離装置に通水することにより、膜エレメントの除去率が高くなる。一般に、膜エレメントの膜に沿って被処理水が流れる場合、この膜面に沿う流速が小さくなると、濃度分極が生じ、透過水の水質が悪化する。膜面に沿う流速を大きくすると、濃度分極は解消されるが、採水率（透過水量／原水量）が低くなる。従って、濃度分極が生じない範囲で膜面流速を小さくすれば、良好な水質の透過水を多く採水することができる。
【００１４】
８インチＲＯ装置の場合、ブライン水量がミニマムブライン水量（通常は３．６ｍ３／ｈ程度）以上でかつミニマムブライン水量近傍の水量となるように通水することにより、良好な水質の透過水を高回収率（採水率）にて得ることができる。
【００１５】
１６インチＲＯ装置の場合、ブライン水量を８インチＲＯ装置のミニマムブライン水量の約４倍量３．６×４＝１４．４ｍ３／ｈ又はそれよりも若干多い量で通水しても、濃度分極が生じて透過水水質が悪化し易い。これは、膜エレメントの直径が大きくなるために、膜面に沿う流速に分布が生じるためである。また、膜表面における濃度分極は、膜面に沿う流速だけでなく、膜透過流束にも影響されるので、ミニマムブライン水量だけに基づいて運転すると、濃度分極が生じて透過水水質が悪化するおそれもある。
【００１６】
本発明では、透過水量とミニマムブライン水量との双方を勘案して通水することにより、良好な水質の透過水を高回収率にて採水することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】膜分離装置の斜視図である。
【図２】図１の一部の透視図である。
【図３】実施の形態に係る膜分離システムのフロー図である。
【図４】実施例における膜分離システムのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜３を参照して実施の形態について説明する。
【００１９】
円筒形ベッセル１内に複数個（この実施の形態では３個）の膜エレメント２が同軸状に設置されている。膜エレメント２は、軸心部に孔あき管よりなる集水管３を有し、この集水管３の外周に袋状分離膜が原水流路スペーサを介して巻回したスパイラル型膜エレメントである。この実施の形態では各膜エレメント２の外径は２０ｃｍ以上、好ましくは２０〜５０．８ｃｍである。各膜エレメント２の膜巻回部の軸方向長さは外径の１５〜５０倍であることが好ましい。膜エレメント２の膜は逆浸透膜、精密濾過膜などのいずれでもよいが、逆浸透膜が好適である。
【００２０】
隣接する膜エレメント２の集水管３同士は継手４によって接続されている。膜エレメントの数ｎは３〜６特に４〜６程度が好ましい。
【００２１】
原水はポンプ５、流量調節弁６を介して配管８からベッセル１の一端側に導入され、各膜エレメント２の膜面に沿って流れる。この途中で水が膜を透過し、集水管３に流入し、流量計９を有した配管１０を介して透過水として取り出される。膜を透過しなかった濃縮水（ブライン）は、ベッセル１の他端側に接続された配管１１を介して流出する。この配管１１には流量計１２と流量調節弁１３とが設けられている。
【００２２】
なお、この実施の形態では、図２の通り、ベッセル１の前記一端側の内周面に沿ってガイド１５が延設されており、配管８から流入する原水が該ガイド１５によりベッセル１内に周方向に周回しながら流入するように構成されている。これは原水を膜エレメント２の上流側の端面に万遍なく供給するためである。
【００２３】
流量計９，１２の検出信号が制御器１７に入力され、制御器１７からの制御信号がポンプ５、流量調節弁６，１３に与えられる。
【００２４】
制御器１７は、流量計９で検出される透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）及び膜エレメントの本数をｎ（ｎは１以上）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように流量調節弁６，１３を制御する。（ａ／ｎ）／ｂが０．１未満となるように運転するには膜本数を多くする必要があり実用的ではない。また（ａ／ｎ）／ｂが０．２を超過すると透過水の電気伝導率などの水質が悪化するので好ましくない。
【実施例】
【００２５】
外径が１６インチ（約４０．６４ｃｍ）で膜巻回部の軸方向長さが１００ｃｍの逆浸透膜エレメント２を３個（ｎ＝３）ベッセル１内に設置して図１に示す逆浸透膜分離装置を構成した。この逆浸透膜分離装置に対し図４の通り、原水タンク２０を用いて通水した。図４のフローでは、原水として工業用水の膜濾過水を原水タンク２０に導入し、該原水タンク２０内の原水を図３と同様にポンプ５、流量調節弁６及び配管８を介して逆浸透膜分離装置に供給する。配管１１から流出したブラインの一部を配管２２、流量調節弁２３を介して原水タンク２０に戻す。配管１１から流出したブラインの残部を配管２１、流量調節弁１３を介して系外に取り出す。図４のその他の構成は図３と同様であり、同一符号は同一部分を示している。
【００２６】
この逆浸透膜分離装置に対し原水タンク２０から工業用水膜濾過水を１２．２５ｍ３／ｈにて供給すると共に、ブライン流量が表１の各値となるように流量調節弁１３の開度を調節した。なお、制御器１７による自動制御は行わず、流量調節弁１３の開度制御を手動にて行った。
【００２７】
このときの透過水の水質と水回収率を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2015013233.tif 000003
【００２９】
表１の通り、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水した場合、透過水の水質が良好となる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ベッセル
２  膜エレメント
３  集水管
４  継手
６，１３  流量調節弁
９，１２  流量計
【図１】
2015013233.tif 000004
【図２】
2015013233.tif 000005
【図３】
2015013233.tif 000006
【図４】
2015013233.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月4日(2014.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径２０ｃｍ以上の膜エレメントが円筒状のベッセル内にｎ個（ｎは１以上）設置されている膜分離装置を運転する方法であって、
前記膜エレメントは逆浸透膜エレメントかつ軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続され、
前記ベッセルの一端側から原水を供給する第１配管に設けられた第１流量調節弁と該ベッセルの他端側からブラインを流出させる第２配管に設けられた第２流量調節弁とを制御して、該膜分離装置の透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水することを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、膜エレメントの直径が２０〜５０．８ｃｍであることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項３】
円筒状のベッセル内に膜エレメントがｎ個（ｎは１以上）設置された膜分離装置と、
該膜分離装置に供給される原水の流量調節手段と、
該膜分離装置から流出するブラインの流量調節手段と、
該膜分離装置から取り出される透過水の流量検出手段と、
該流量検出手段によって検出される透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように該原水流量調節手段及びブライン流量調節手段を制御する制御手段と
を備え、
前記膜エレメントは逆浸透膜エレメントかつ軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続されてなる膜分離システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の膜分離装置の運転方法は、直径２０ｃｍ以上の膜エレメントが円筒状のベッセル内にｎ個（ｎは１以上）設置されている膜分離装置を運転する方法であって、前記膜エレメントは逆浸透膜エレメントかつ軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続され、前記ベッセルの一端側から原水を供給する第１配管に設けられた第１流量調節弁と該ベッセルの他端側からブラインを流出させる第２配管に設けられた第２流量調節弁とを制御して、該膜分離装置の透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように通水することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の膜分離システムは、円筒状のベッセル内に膜エレメントがｎ個（ｎは１以上）設置された膜分離装置と、該膜分離装置に供給される原水の流量調節手段と、該膜分離装置から流出するブラインの流量調節手段と、該膜分離装置から取り出される透過水の流量検出手段と、該流量検出手段によって検出される透過水量をａ（ｍ３／ｈ）、膜エレメントのミニマムブライン水量をｂ（ｍ３／ｈ）とした場合、（ａ／ｎ）／ｂが０．１〜０．２となるように該原水流量調節手段及びブライン流量調節手段を制御する制御手段とを備え、前記膜エレメントは逆浸透膜エレメントかつ軸心部に集水管を有したスパイラル型膜エレメントであり、複数の膜エレメントが前記ベッセル内に同軸状に配置され、隣接する膜エレメントの集水管が継手で接続されてなるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】