(57)【要約】【課題】前処理によって安定した分離操作が可能で、コスト的にも有利な膜分離装置および膜分離方法を提供する。【解決手段】前処理を行うスパイラル型膜モジュール１０と、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２と、膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す経路Ｐ３と、膜モジュールＲＯ２の濃縮液を膜モジュールＲＯ１の供給側に戻す経路Ｐ４とを備える膜分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュール１０は、有孔中空管の外周に限外ろ過膜等がスパイラル状に巻回された膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備える。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を供給して前処理を行うスパイラル型膜モジュールと、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールと、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールと、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す経路と、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻す経路とを備える膜分離装置であって、
前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備える膜分離装置。
【請求項２】
前記第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の経路に、ｐＨを８以上にするｐＨ調整手段を設けると共に、脱炭酸手段又はスケール防止剤注入手段の少なくとも一方を更に備える請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】
スパイラル型膜モジュールに原液を供給して前処理を行った後、その前処理の透過液を第一段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行い、更にその透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行いながら、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻しつつ、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す膜分離工程を備える膜分離方法であって、
前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えると共に、
前記膜分離工程の合間又は最中に、断続的に前記スパイラル型膜モジュールの膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出させるフラッシング工程を少なくとも行う膜分離方法。
【請求項４】
前記スパイラル型膜モジュールは、０．０５ＭＰａより高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なものであり、前記フラッシング工程の前に逆流洗浄工程を更に行う請求項３記載の膜分離方法。
【請求項５】
前記第二段目逆浸透膜モジュールに供給される液のｐＨを８以上にすると共に、脱炭酸を行うか及び／又はスケール防止剤を注入する請求項３又は４に記載の膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数段の逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュールにより膜分離を行う膜分離装置および膜分離方法に関し、特に海水から飲料水を生産する技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数段の逆浸透膜モジュールを用いて、海水から飲料水を生産する方法として、図９（ａ）〜（ｄ）に示すフローを採用した膜分離方法が知られている（各々、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法（図９（ａ）に示すフロー）では、第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理するものである。しかし、この方法では、第二段目逆浸透膜モジュールへの供給水量が多く、そのため、必要膜モジュール数も多く必要であるため、コストが高くなってしまう。また、第２段目から得られる透過水は過度に脱塩されており、例えば飲料水目的の場合、再度ミネラル調整操作が必要となり、その分コストアップにつながってしまう。また、前処理については何ら言及されておらず、逆浸透膜モジュールの安定運転についての効果は得られていない。
【０００４】
また、特許文献２に記載の方法（図９（ｂ）に示すフロー）でも、上述と同様に第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理しており、上記と同様の問題が生じる。
【０００５】
一方、特許文献３に記載の方法（図９（ｃ）に示すフロー）は、第一段目逆浸透膜モジュールの透過水の一部を第二段目逆浸透膜モジュールの原水とし、第一段目逆浸透膜モジュールの透過水と第二段目逆浸透膜モジュールの透過水を混合する処理方法である。そして、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮水を第一段目逆浸透膜モジュールの供給水に戻す点も開示されている。しかし、特許文献３では、前処理については何ら言及されておらず、逆浸透膜モジュールの安定運転についての効果は得られていない。
【０００６】
また、特許文献４に記載の方法（図９（ｄ）に示すフロー）では、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮水を第一段目逆浸透膜モジュールの供給水に戻しているが、第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理している。このため、特許文献１〜２と同様の問題が生じる。
【０００７】
更に、前処理について分離膜による前処理が提案されているが、用いられている前処理用膜モジュールは、次の構造を有する膜エレメントを収容して成る。つまり、このスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてなるスパイラル状膜要素を含みかつスパイラル状膜要素の外周部が液体透過性材料で覆われるとともに、液体透過性材料の外周面側が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、圧力容器の原液入口を通して原液がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から供給され、透過液は有孔中空管の少なくとも一方の開ロ端から取り出される。
【０００８】
しかし、この構造の膜エレメントでは、原水が必ず外周部側から入る構造であるため、フラッシング操作を行えないという欠点を有している。このフラッシング操作とは、本来の分離操作を中断し、原水を膜エレメントの軸と平行に流して、膜面に補足された汚染物質を系外に除去する操作である。
【０００９】
ところで、逆浸透膜分離システムを安定的に運転する条件の一つとして、逆浸透膜モジュールの供給水水質を各膜メーカーが指定する水質にする必要がある。膜分離技術が応用される範囲は、水不足や原水質の悪化に伴い、多岐にわたっており、従来、逆浸透膜モジュールの前処理として多用されてきた砂ろ過では逆浸透膜モジュールの規定供給水質が必ずしも満足できなくなってきた。前処理の能力不足は、逆浸透膜モジュールの規定供給水質以下の供給水が逆浸透膜モジュールに流入することにより、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを引き起こすことになり、高度な分離が得られるシステムを安定して稼動させることが不可能になる。
【００１０】
また、近年は飲料水の製造用途に大型の逆浸透膜プラントが建設される傾向にあり、飲料水製造システム全体に飲料水の安全性が確保できる機能が求められている。従来、逆浸透膜モジュールの前処理として多用されてきた砂ろ過は分離精度が数ミクロンであり、原水質の変動により、分離精度にばらつきが生じ易い。また、原水の変動の影響を受けにくくするためには、凝集・沈殿・砂ろ過方式を採用しなければならないが、設備や敷地面積が多く必要であり、運転管理は容易ではない。たとえば、凝集・沈殿・砂ろ過方式を採用した場合でも、飲料水への混入を絶対に避けなければならないクリプトスポリジウムの除去率は、最大９９．９％とされている。更に、海水にはホウ素が含有されており、透過水のホウ素濃度を飲料水に適する程度の濃度にまで低減することが望まれている。
【特許文献１】特開平０８−２０６４６０号公報
【特許文献２】特開平０９−０１０７６６号公報
【特許文献３】特開平１１−０１０１４６号公報
【特許文献４】特開２０００−２７１４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の目的は、前処理によって安定した分離操作が可能で、コスト的にも有利であり、好ましくはホウ素を効果的に除去可能な膜分離装置および膜分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
【００１３】
即ち、本発明の膜分離装置は、原液を供給して前処理を行うスパイラル型膜モジュールと、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールと、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールと、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す経路と、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻す経路とを備える膜分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えることを特徴とする。膜モジュールは、容器内に単数の又は直列に接続した複数の膜エレメントを備えるものであるが、本発明において、「膜モジュール」とは、単一の膜モジュールに限らず、複数の膜モジュールが直列又は並列に接続されているものも含む意味で用いる。
【００１４】
本発明の膜分離装置によると、前処理に使用するスパイラル型膜モジュールが、スパイラル状に膜が巻回された膜エレメントを備え、その一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えるため、断続的にフラッシング操作を行えるようになる。このため、膜面に堆積する懸濁物質等を断続的に除去して、安定した前処理が行え、プロセス全体が安定した分離操作が可能となる。また、限外ろ過膜や精密ろ過膜は１ミクロン以下の分離が可能であり、原水の変動に対してもその分離の精度が変化することは少ない。したがって、逆浸透膜モジュールの前処理に限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いることで、常に濁質をほとんど含まない透過液を逆浸透膜モジュールに供給することができ、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを起こすことが回避される。
【００１５】
更に、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液の濃度は、概ね第一段目逆浸透膜モジュールの供給液濃度よりも低いため、これを系外に排出せずに、第一段目逆浸透膜モジュールの供給液に戻すことにより、その分のシステム取水量を減らすことが可能である。その結果、取水した量に対する逆浸透膜モジュールから得られる透過液量の割合は増加する事となり、経済性が高くなる。
【００１６】
上記において、前記第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の経路に、ｐＨを８以上にするｐＨ調整手段を設けると共に、脱炭酸手段又はスケール防止剤注入手段の少なくとも一方を更に備えることが好ましい。このようにｐＨを８以上にするｐＨ調整手段を設けることで、中性域ではイオン状にならないホウ素をイオン状にできるため、より効果的に第二段目逆浸透膜モジュールでホウ素を除去することができる。但し、ｐＨが８以上になると、膜面への炭酸カルシウム等のスケール生成が生じ易くなるため、第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の経路に脱炭酸手段又はスケール防止剤注入手段を設けるのが有効になる。このようにして、ホウ素が十分除去されると、飲料水として適するものとなるが、本発明では、ｐＨが７以上となる第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と、ｐＨが７以下となる第一段目逆浸透膜モジュールの透過液とを、製品として取り出すため、混合によって製品を中性に近づけることができ、その場合、飲料水としてより適したものとなる。
【００１７】
一方、本発明の膜分離方法は、スパイラル型膜モジュールに原液を供給して前処理を行った後、その前処理の透過液を第一段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行い、更にその透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行いながら、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻しつつ、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す膜分離工程を備える膜分離方法であって、前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えると共に、前記膜分離工程の合間又は最中に、断続的に前記スパイラル型膜モジュールの膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出させるフラッシング工程を少なくとも行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の膜分離方法によると、前処理に使用するスパイラル型膜モジュールが、スパイラル状に膜が巻回され、フラッシング操作が可能な膜エレメントを備え、前記膜分離工程の合間又は最中に、断続的にフラッシング工程を行うため、膜面に堆積する懸濁物質等を断続的に除去して、安定した前処理が行え、プロセス全体が安定した分離操作が可能となる。また、限外ろ過膜や精密ろ過膜は１ミクロン以下の分離が可能であり、原水の変動に対してもその分離の精度が変化することは少ない。したがって、常に濁質をほとんど含まない透過液を逆浸透膜モジュールに供給することができ、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを起こすことが回避される。更に、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液の濃度は、概ね第一段目逆浸透膜モジュールの供給液濃度よりも低いため、これを系外に排出せずに、第一段目逆浸透膜モジュールの供給液に戻すことにより、その分のシステム取水量を減らすことが可能である。その結果、取水した量に対する逆浸透膜モジュールから得られる透過液量の割合は増加する事となり、経済性が高くなる。
【００１９】
上記において、前記スパイラル型膜モジュールは、０．０５ＭＰａより高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なものであり、前記フラッシング工程の前に逆流洗浄工程を更に行うことが好ましい。これによると、逆流洗浄工程によって膜面に体積した懸濁物質等を浮き上がらせられるため、フラッシング工程において懸濁物質等を除去・排出する効果がより効果的に得られるようになる。
【００２０】
また、前記第二段目逆浸透膜モジュールに供給される液のｐＨを８以上にすると共に、脱炭酸を行うか及び／又はスケール防止剤を注入することが好ましい。このようにｐＨを８以上にすることで、中性域ではイオン状にならないホウ素をイオン状にできるため、より効果的に第二段目逆浸透膜モジュールでホウ素を除去することができる。但し、ｐＨが８以上になると、膜面への炭酸カルシウム等のスケール生成が生じ易くなるため、第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の脱炭酸を行うか及び／又はスケール防止剤を注入するのが有効になる。このようにして、ホウ素が十分除去されると、飲料水として適するものとなるが、本発明では、ｐＨが７以上となる第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と、ｐＨが７以下となる第一段目逆浸透膜モジュールの透過液とを、製品として取り出すため、混合によって製品を中性に近づけることができ、その場合、飲料水としてより適したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。図１は、本発明の膜分離装置の一例を概略的に示すフローであり、図２は、図１をより具体化した膜分離装置の一例を示すフローである。
【００２２】
本発明の膜分離装置は、図１に示すように、原液を供給して前処理を行うスパイラル型膜モジュール１０と、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２と、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す経路Ｐ３と、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側に戻す経路Ｐ４とを備えるものである。
【００２３】
前記スパイラル型膜モジュール１０は、図３に示すように、有孔中空管５の外周に限外ろ過膜２または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメント１を備える。また、スパイラル型膜モジュール１０は、図４（ｃ）に示すように、その膜エレメント１の一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備える。このようなスパイラル型膜モジュールの詳細は、特開２００１−１１３１４０号公報、特開２００１−１２０９６２号公報等に詳細に記載されており、それらの何れをも本発明で使用することができる。
【００２４】
限外濾過膜としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリエチレン等の高分子有機膜を用いることができる。
【００２５】
逆浸透膜モジュールを含む飲料水製造システムに前処理として、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いた場合、上記逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを回避できる効果以外に、精密ろ過膜であれば、クリプトスポリジウムの除去率は最低９９．９９％可能であり、限外ろ過膜を用いた場合、精密ろ過膜では除去不可能なウイルスまで最低９９．９９％の高い除去率を得ることができる。よって、分離膜を多重に配することにより、分離システム全体として、安全性を高度に確保することが出来る。
【００２６】
また、前処理として限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いることにより、逆浸透膜モジュールのトラブルを回避でき、システムを安定に稼動させることが可能である。また、飲料水用途の場合、上記逆浸透膜モジュールの安定運転の他にシステム全体として高い安全性を確保することが可能である。
【００２７】
膜エレメント１は、供給側流路と透過側流路とを確保するために、各々の流路材６，３を対向する膜２の間に介在させるのが好ましい。その際、対向する膜２の間に透過側流路の流路材３を介在させつつ、その三辺を封止した封筒状膜４とするのが好ましい。図示した例では、封筒状膜４の少数（１枚）がスパイラル状に巻回されたものであるが、更に多数の封筒状膜４を有孔中空管５の外周に巻回してもよい。
【００２８】
この膜エレメント１では、図３に示すように、原液７が濃縮液９側に向けて、有孔中空管５の軸方向に流動しながら、膜２を透過した透過液８が透過側流路の流路材３に沿って有孔中空管５に流れた後、透過液８として排出される。
【００２９】
スパイラル型膜モジュール１０は、図４に示すように、このような膜エレメント１の単数又は複数を、原液入口１３、透過液出口１４、及び濃縮液出口１５を備える円筒容器１１に収容して、パッキン１７、エンドキャップ１６などで、液室１８、１９などを仕切った構造を有する。
【００３０】
スパイラル型膜モジュール１０により前処理を全濾過で行う場合、図４（ａ）に示すように、濃縮液出口１５を封鎖した状態で、原液入口１３から原液７を供給し、透過液出口１４から透過液８を排出する。
【００３１】
スパイラル型膜モジュール１０により逆流洗浄を行う場合、図４（ｂ）に示すように、透過液出口１４から洗浄液２１を供給し、原液入口１３と濃縮液出口１５とから洗浄液２１を排出する。このとき、洗浄液２１としては、貯留しておいたスパイラル型膜モジュール１０の透過液８を使用するのが好ましい。なお、洗浄液２１の排出は、原液入口１３と濃縮液出口１５の一方のみから行うことも可能である。
【００３２】
スパイラル型膜モジュール１０によりフラッシングを行う場合、図４（ｃ）に示すように、原液入口１３から洗浄液２１を供給し、濃縮液出口１５から洗浄液２１を排出する。このとき、洗浄液２１としては、原液７や貯留しておいたスパイラル型膜モジュール１０の透過液８を使用することができる。なお、濃縮液出口１５から洗浄液２１を供給し、原液入口１３から洗浄液２１を排出することも可能であり、また、透過液出口１４からも洗浄液２１を供給して、同時に逆流洗浄の効果を得ることも可能である。
【００３３】
以下、スパイラル型膜モジュール１０により前処理を行う膜分離装置の実施の形態について、より具体的に説明する。
【００３４】
本実施形態では、原液のスパイラル型膜モジュール１０への供給は、ポンプ３１により行われ、これによって所定の圧力に昇圧される。限外ろ過膜を用いる場合、精密ろ過膜を用いる場合より必要とされる供給圧力が通常大きくなる。原液は、一般に図示しない貯槽に貯留され、経路Ｐ１１を経て膜分離装置内に供給される。スパイラル型膜モジュール１０の透過液は、経路Ｐ１２を経て貯槽３２に導入される。
【００３５】
貯槽３２内の前処理液は、ポンプ３３により所望の圧力まで昇圧されて、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１に供給される。第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１では、その供給液の逆浸透膜分離を行う。
【００３６】
第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１としては、逆浸透膜分離が可能なものが何れも使用でき、例えばスパイラル型膜エレメント、中空糸型膜エレメント、チューブラー型膜エレメントなどの単数又は複数を備えるものが使用できる。複数の膜エレメントは、通常直列に接続され、複数の逆浸透膜モジュールを直列または並列に接続してもよい。
【００３７】
逆浸透膜の材質としては、例えば酢酸セルロース、ポリエーテル系樹脂、芳香族ポリアミド、架橋芳香族ポリアミド、その他のポリアミド、シリコーン系樹脂等を用いることができる。
【００３８】
逆浸透膜モジュールＲＯ１の濃縮液は、経路Ｐ１４を経て系外に排出される。この経路Ｐ１４には、好ましくは圧力調整弁が設けられ、ポンプ３３の能力や設定との関係で、圧力を設定することができる。また、逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液は、その一部が第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２への供給液として経路Ｐ１７を経て貯槽３４に導入され、一方、透過液の残部は、経路Ｐ１５を経て経路Ｐ３から製品として取り出される。
【００３９】
本実施形態では、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の供給液の経路Ｐ１に、スケール防止剤注入手段３５を更に備える例を示す。本発明では、スケール防止剤注入手段３５に代えて又はこれと併用して、脱炭酸手段を備えていてもよい。
【００４０】
スケール防止剤注入手段３５は、スケール防止剤の貯槽３５ｂとこれを供給するためのポンプ３５ａからなる。スケール防止剤は、経路Ｐ１６を経て、経路Ｐ１７に供給される。スケール防止剤としては、公知のものがいずれも使用でき、例えば、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどのイオン封鎖剤、酸化剤、キレート剤、吸着剤などが挙げられる。
【００４１】
脱炭酸手段としては、公知のものがいずれも使用でき、例えば、イオン交換樹脂、活性炭などを備える吸着装置、凝集剤を備える凝集槽などが挙げられる。
【００４２】
本発明では、第二段目逆浸透膜モジュールに供給される液のｐＨを８以上にすることが好ましく、図２に示す装置の場合、ｐＨ調整手段として、スケール防止剤注入手段３５と同様の装置を用いて、ｐＨを上昇させるためのｐＨ調整剤を注入すればよい。
【００４３】
上記のｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ、塩基性塩類、などを用いることができる。このｐＨ調整剤は、スケール防止剤の供給位置より下流側に供給するのが好ましい。
【００４４】
貯槽３４内の前処理液は、ポンプ３６により所望の圧力まで昇圧されて、経路Ｐ１８を経て第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２に供給される。第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２では、その供給液の更なる逆浸透膜分離を行う。その際、透過液の塩濃度は、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１より更に低いものとなるが、ホウ素の除去を効果的に行うには、第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の塩阻止性能が、十分高いことが好ましい。あるいはホウ素を選択的に除去可能なものを使用するのも有効である。
【００４５】
このような膜エレメントは、各種市販されており、それらがいずれも使用できる。例えば、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４、ＥＳ２０−Ｄ８などのＥＳシリーズ、ＨＹＤＲＡＮＡＵＴＩＣＳ社製のＥＳＰＡ２などのＥＳＰＡシリーズ、Ｆｉｌｍｔｅｃｈ社製ＢＷ３０、ＢＷ３０ＬＥ、ＸＬＥ等、東レ社製ＳＵシリーズ、ＴＭ７００シリーズ、ＴＭＧシリーズなどである。これらは比較的低圧で操作が可能なため、必要電力を低減することが可能となる。但し、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と同様のものを使用することも可能である。
【００４６】
逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液は、経路Ｐ４を経て第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側である貯槽３２に戻される（経路Ｐ１３でもよい）。これにより、回収率を高めることができる。この経路Ｐ４には、好ましくは圧力調整弁が設けられ、ポンプ３６の能力や設定との関係で、圧力を設定することができる。また、逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液は、経路Ｐ２を経て経路Ｐ３から製品として取り出される。この製品には、別途ミネラル成分を添加することも可能である。
【００４７】
本発明の膜分離方法では、以上のような膜分離装置を用いて、スパイラル型膜モジュール１０に原液を供給して前処理を行った後、その前処理の透過液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１に供給して逆浸透膜分離を行い、更にその透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２に供給して逆浸透膜分離を行いながら、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側に戻しつつ、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す膜分離工程を行う。この膜分離工程の一例は、上記で説明した通りである。
【００４８】
本発明の膜分離方法では、前記スパイラル型膜モジュール１０が例えば前記の構造を備えると共に、膜分離工程の合間又は最中に、断続的に前記スパイラル型膜モジュール１０の膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出させるフラッシング工程を少なくとも行うものである。
【００４９】
フラッシング工程は、図２に示す装置の場合、ポンプ３１により経路Ｐ１１を経て原液がスパイラル型膜モジュール１０へ供給され、経路Ｐ２０から排出される。膜分離工程の最中にフラッシング工程を行う場合、経路Ｐ２０から排出される液量と、経路Ｐ１２を経て膜分離工程に供される液量とのバランスを調整すればよい。これは経路Ｐ２０に設けた流量調整弁などで行うことができる。
【００５０】
本発明では、前記スパイラル型膜モジュールとして、０．０５ＭＰａより高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なものを用いて、逆流洗浄工程を更に行うのが好ましい。特に、フラッシング工程の前に逆流洗浄工程を行うのが好ましい。
【００５１】
逆流洗浄工程は、図２に示す装置の場合、貯槽３２の前処理液をポンプ３７により経路Ｐ１１を経てスパイラル型膜モジュール１０に供給し、経路Ｐ２０からこれを排出すればよい。逆流洗浄の圧力は、ポンプ３７の流量調整等によって主に調整できる。
【００５２】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、スパイラル型膜モジュールとして限外濾過膜を使用する例を示したが、本発明では、精密濾過膜を使用してもよい。精密濾過膜も限外濾過膜と同様にして、スパイラルエレメントにすることができるが、低圧操作で透過液の流束を大きくすることが可能なため、膜リーフ（封筒状膜）の数を多くして透過液の流路長を短くすることが可能である。
【００５３】
精密濾過膜としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子有機膜を用いることができる。
【００５４】
（２）前述の実施形態では、スパイラル型膜モジュールで全濾過を行う例を示したが、本発明では、膜エレメントの一端から他端へ液体を流して濃縮液を排出しながら、濾過を行うクロスフロー濾過を行ってもよい。これによって、フラッシングと同様の効果により、懸濁物質等の膜面への堆積を抑制することができる。従って、フラッシング工程までの間隔を長くしたり、フラッシング工程の時間を短縮等することができる。
【００５５】
具体的には、図５に示すように、原液入口１３から原液７を供給し、濃縮液出口１５から濃縮液９を排出しながら膜分離を行い、透過液出口１４から透過液８を排出する。図２に示す装置の場合、経路Ｐ２０から濃縮液を取り出した後、これを経路Ｐ１１に戻して循環させる方法や、経路Ｐ２０から濃縮液を取り出した後に図示してない貯槽に一旦これを貯留して循環させる方法などが、実施できる。
【００５６】
（３）前述の実施形態では、図２に示すように、経路Ｐ４から排出した濃縮液を、貯槽３２に戻す例を示したが、本発明では、この濃縮液をスパイラル型膜モジュール１０の供給側に戻すことも可能である。また、貯槽３２とは別の貯槽を設けて、その貯槽に濃縮液の一部又は全部を貯留し、これを逆流洗浄工程に使用するようにしてもよい。
【００５７】
（４）前述の実施形態では、第一段目逆浸透膜モジュールからの透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールに供給し、残部を製品として取り出す際に、透過液の１つの流路を分岐する例を示したが、本発明では、透過液の組成が異なる部位から、第二段目逆浸透膜モジュールへの供給液と、製品とを別々に取り出してもよい。
【００５８】
例えば、複数の膜モジュールや膜エレメントを直列接続して第一段目逆浸透膜モジュールを構成し、最後段の透過液と中間の透過液とを、別々に取り出して、製品及び供給液とすることが可能である。その際、透過液の組成が異なることを利用して、第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と混合後の製品の塩濃度を調整することも可能である。
【００５９】
（５）前述の実施形態では、二段の逆浸透膜モジュールを用いて逆浸透膜分離を行う例を示したが、本発明では、更に多段の逆浸透膜モジュールを用いることも可能である。その場合、例えば、第一段目逆浸透膜モジュールとして、より塩阻止性能の低いものを使用し、第二段目逆浸透膜モジュールの透過液の一部を第三段目逆浸透膜モジュールに供給しながら、その濃縮液を第二段目逆浸透膜モジュールより上流側に戻しつつ、第三段目逆浸透膜モジュールの透過液を製品として取り出すなどすればよい。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００６１】
（実施例１）
図１に示す実験装置を用いて、表１に示す条件で、海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、日東電工（株）製スパイラル型ＵＦ膜エレメントＲＳ５０を用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。
【００６２】
また、膜分離工程を４０分間行った後、ＵＦ１の透過液によってＵＦ１の膜負荷が１．８ｍ3／ｍ2／ｄになるように圧力を調整し、ＵＦ１の逆流洗浄を１８秒間行った。その後、ＵＦ１の供給原水である海水を用いて、モジュール出口流量１００Ｌ／分のフラッシングを４５秒間行った。これを１サイクルとして、繰り返し連続して行った。なお、表１に実験で得られた水質および運転条件を示した。
【００６３】
【表１】
2005254192.tif 000003
また、連続サイクル運転における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を図６のグラフに示した。
【００６４】
（比較例１）
図７の実験装置を用いて海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、特開２０００−２７１４６０で用いられているスパイラル型ＵＦ膜エレメントを用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。本実験では、実施例１において、ＵＦ膜エレメントを変更した点とフラッシングを行わない点以外は、実施例１と同じ条件にて比較を行った。表２に実験で得られた水質および運転条件を示した。また、連続サイクル運転における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を図６のグラフに示した。
【００６５】
【表２】
2005254192.tif 000004
図６に示すように、本実験においてはＵＦ膜エレメントの膜間差圧（ろ過に必要な圧力）は時間と共に上昇し、４０日付近で急上昇した。本実験に使用したＵＦ膜エレメントは、原水が必ず膜エレメントの外周部側から入る構造になっており、そのため、膜面に堆積した懸濁物質をエレメント軸方向に原水を流し、膜面に生じる剪断力によって膜面堆積物を系外に排出させるフラッシング操作が出来ないという欠点を有している。そのため、膜面によって捕捉された懸濁物質は膜エレメント内部に蓄積され、膜間差圧の上昇を招くため、安定した連続運転を困難にした。従って、ＵＦ膜エレメントの安定運転には、実施例１で用いられた構造が優れていると言える。
【００６６】
（比較例２）
図８の実験装置を用いて海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、日東電工（株）製スパイラル型ＵＦ膜エレメントＲＳ５０を用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。膜分離のサイクルは、実施例１と同じであるが、本実験では、ＲＯ１で得られ透過水を全量ＲＯ２に供給した。表３に実験で得られた水質および運転条件を示した。
【００６７】
【表３】
2005254192.tif 000005
本実験においては、ＲＯ１で得られた透過水を全量ＲＯ２に供給するため、実施例１と同量の生産水量７７ｍ３／日を得るために、ＲＯ２での必要エレメント本数、および必要電力は実施例１に対して２倍以上必要であり、処理コストがかかる結果になる。また、最終生産水として得られる水質の塩濃度は４ｍｇ／Ｌと非常に低く、飲料水に適用する場合にはミネラル添加の後処理が必要になり、更に過剰なコストが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の膜分離装置の一例を概略的に示すフロー
【図２】図１をより具体化した膜分離装置の一例を示すフロー
【図３】本発明に使用する膜エレメントの一例を示す分解斜視図
【図４】本発明に使用する膜モジュールの使用状態の例を示す断面図
【図５】本発明に使用する膜モジュールの使用状態の他の例を示す断面図
【図６】実施例１および比較例１における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を示すグラフ
【図７】比較例１で使用した膜分離装置を概略的に示すフロー
【図８】比較例２で使用した膜分離装置を概略的に示すフロー
【図９】従来の膜分離装置を概略的に示すフロー
【符号の説明】
【００６９】
１            膜エレメント
１０          スパイラル型膜モジュール
３５          スケール防止剤注入手段
ＲＯ１        第一段目逆浸透膜モジュール
ＲＯ２        第二段目逆浸透膜モジュール
Ｐ１          透過液を供給する経路
Ｐ２          透過液の取り出し経路
Ｐ３          製品の取り出し経路
Ｐ４          濃縮液の戻り経路
Ｐ１１〜Ｐ２１  その他の経路
【図１】
2005254192.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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