(57)【要約】【課題】濾過膜部の下流側に設けられた開閉弁を閉状態にして濃縮水をブローするときに、濾過膜が破損することを防止することができる膜濾過システムを実現する。【解決手段】ボイラ２への給水ライン３と接続されて給水中の不純物を除去する濾過膜部４と、この濾過膜部４の下流側の前記給水ライン３に設けられた開閉弁９と、前記濾過膜部４と接続されてこの濾過膜部４で発生した濃縮水を排水するための排水ライン１８とを備える膜濾過システム１であって、前記濾過膜部４からの透過水を、前記濾過膜部４と前記開閉弁９の間の前記給水ライン３から前記濾過膜部４の上流側の前記給水ライン３へ還流するための透過水還流ライン１０を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器への給水ラインと接続されて給水中の不純物を除去する濾過膜部と、この濾過膜部の下流側の前記給水ラインに設けられた開閉弁と、前記濾過膜部と接続されてこの濾過膜部で発生した濃縮水を排水するための排水ラインとを備える膜濾過システムであって、
前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の前記給水ラインへ還流するための透過水還流ラインを備えることを特徴とする膜濾過システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機器への給水ライン上に給水中の不純物を除去する濾過膜部を設けた膜濾過システムであって、前記濾過膜部の下流側の給水ラインに設けた開閉弁を閉状態にして、前記濾過膜部で発生した濃縮水のブローを行う膜濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機器や水使用機器などの機器への給水の水処理システムとして、給水に含まれる不純物，たとえば溶存塩類を濾過する濾過膜部を前記機器への給水ラインと接続した膜濾過システムがある（たとえば、特許文献１）。この膜濾過システムでは、前記濾過膜部の一側から給水が流入し、この給水中に含まれる不純物が捕捉される。そして、前記濾過膜部の他側から流出した透過水が前記機器へ供給される。
【０００３】
ところで、前記濾過膜部では、時間の経過とともに濾過膜の表面付近で、給水中の不純物の濃度が高くなり、ファウリングやスケーリングといった現象による濾過膜の詰まりが発生する。ここで、ファウリングとは、水中の懸濁物質，コロイド，有機物などが膜面に沈着または吸着する現象を云い、スケーリングとは、水中に溶解している溶存塩類が、溶解度以上に濃縮されることによって、膜面に析出して沈着する現象を云う。
【０００４】
前記濾過膜の詰まりが発生すると、水の透過流束が低下するため、透過水量の低下を生じる。また、前記濾過膜の詰まりが発生すると、圧力損失の上昇によって前記濾過膜が破損しやすくなるため、不純物が透過水中へリークし、透過水の水質が悪化する。そこで、ファウリングやスケーリングといった現象による前記濾過膜の詰まりを防止または解消するため、前記濾過膜部で発生した濃縮水を所定間隔毎にブローする方法が提案されている（特許文献２）。このように、前記濾過膜部で発生した濃縮水を所定間隔毎にブローすることにより、濃縮水が系外へ排水される結果、前記濾過膜の表面付近の給水中の不純物の濃度が低くなって前記濾過膜の詰まりを防止することができ、また排水側へ流れる濃縮水の流速が速くなるので、前記濾過膜の付着物が剥離することになり、前記濾過膜の詰まりを防止または解消することができる。
【特許文献１】特開平５−２２０４８０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７９４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献２では、前記濾過膜部で発生した濃縮水をブローするときに、前記濾過膜部の下流側の給水ラインに設けられた開閉弁を閉状態にすることが提案されている。このように濃縮水のブロー時に、前記開閉弁を閉状態にすると、濃縮水が全て排水側へ流れるので、前記濾過膜の表面付近の不純物の濃度を短時間で低くすることができるとともに、排水側へ流れる濃縮水の流速が一層速くなり、前記濾過膜の付着物が短時間で一層効果的に剥離することになり、これによりブロー時間の短縮化と濃縮水の排水量の減量化を図ることができる。
【０００６】
しかし、前記開閉弁を閉状態にして濃縮水をブローすると、前記濾過膜に透過側から背圧がかかり、前記濾過膜が破損するおそれがある。とくに、前記給水ライン上に前記濾過膜部を複数直列に設けたときには、膜差圧によって後段の濾過膜ほど透過側からかかる背圧が高くなり、前記濾過膜が破損するおそれが高くなる。
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、濾過膜部の下流側に設けられた開閉弁を閉状態にして濃縮水をブローするときに、濾過膜が破損することを防止することができる膜濾過システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、機器への給水ラインと接続されて給水中の不純物を除去する濾過膜部と、この濾過膜部の下流側の前記給水ラインに設けられた開閉弁と、前記濾過膜部と接続されてこの濾過膜部で発生した濃縮水を排水するための排水ラインとを備える膜濾過システムであって、前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の前記給水ラインへ還流するための透過水還流ラインを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、前記開閉弁を閉状態にして前記濾過膜部で発生した濃縮水を前記排水ラインを通じてブローするときに、前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の前記給水ラインへ前記透過水還流ラインを通じて還流させることにより、透過側から濾過膜にかかる背圧が低減される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載された発明によれば、前記開閉弁を閉状態にして濃縮水をブローするときに、前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の前記給水ラインへ前記透過水還流ラインを通じて還流させることにより、前記濾過膜に透過側からかかる背圧を低減させることができるので、前記濾過膜の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態に係る膜濾過システムは、機器への給水ラインと接続された濾過膜部と、この濾過膜部の下流側の前記給水ラインに設けられた開閉弁と、前記濾過膜部と接続されてこの濾過膜部で発生した濃縮水を系外へ排水するための排水ラインとを備えている。さらに、前記膜濾過システムは、前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の給水ラインへ還流するための透過水還流ラインを備えている。
【００１２】
前記機器としては、蒸気ボイラ，温水ボイラ，クーリングタワー，給湯器などの熱機器を挙げることができる。また、前記機器としては、半導体製造における電子部品，医療器具等の各種洗浄装置などの水使用機器も挙げることができる。
【００１３】
前記濾過膜部は、濾過膜により、給水中に含まれる不純物を濾過するものである。前記濾過膜としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）を挙げることができる。前記逆浸透膜は、分子量が数十程度の物質を濾別可能な液体分離膜である。また、前記ナノ濾過膜は、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止することができる液体分離膜であり、濾過機能の点において、限外濾過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度の物質を濾別可能な膜）と前記逆浸透膜との中間に位置する機能を有する液体分離膜である。
【００１４】
さて、前記膜濾過システムでは、ファウリングやスケーリングといった現象による前記濾過膜の詰まりを防止するため、前記濾過膜に阻止された不純物が濃縮された濃縮水を、前記排水ラインを通じて所定間隔毎にブローする。このとき、ブロー時間の短縮化と濃縮水の排水量の減量化を図るために、前記開閉弁を閉状態にする。そして、このように前記開閉弁を閉状態にして濃縮水をブローするとき、前記濾過膜部からの透過水を、前記濾過膜部と前記開閉弁の間の前記給水ラインから前記濾過膜部の上流側の前記給水ラインへ前記透過水還流ラインを通じて還流させる。これにより、透過側から前記濾過膜にかかる背圧を低減させることができるので、前記濾過膜の破損を防止することができる。
【実施例】
【００１５】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る膜濾過システムの一実施例の構成を示す概略的な説明図である。
【００１６】
図１に示す膜濾過システム１は、水道水，工業用水，地下水などの水源から供給される原水を水処理して得られた給水をボイラ２へ供給するものである。この膜濾過システム１は、前記ボイラ２への給水ライン３を備え、さらにこの給水ライン３と接続された濾過膜部４および脱気膜部５を上流側からこの順で備えている。また、前記膜濾過システム１は、給水を貯留する給水タンク６と前記濾過膜部４の上流側に設けられ、給水を前記濾過膜部４へ供給するポンプ７と、このポンプ７の上流側の前記給水ライン３に設けられた弁８と、前記濾過膜部４と前記脱気膜部５の間の前記給水ライン３に設けられた開閉弁９とを備えている。さらに、前記膜濾過システム１は、前記濾過膜部４と前記開閉弁９の間の前記給水ライン３と前記ポンプ７と前記弁８の間の前記給水ライン３とを接続する透過水還流ライン１０を備えている。そして、この透過水還流ライン１０には、還流制御弁１１が設けられている。
【００１７】
前記濾過膜部４は、第一濾過膜モジュール１２，第二濾過膜モジュール１３，第三濾過膜モジュール１４が、モジュール接続ライン１５，１６を介して直列に接続されることによって構成されている。前記各濾過膜モジュール１２，１３，１４は、ナノ濾過膜（図示省略）を備えて構成されている。このナノ濾過膜は、ポリアミド系，ポリエーテル系などの合成高分子膜であり、２ｎｍよりも小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止することができる液体分離膜である。このようなナノ濾過膜を備えて構成される前記各濾過膜モジュール１２，１３，１４の形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，平膜モジュールなどがある。
【００１８】
前記ナノ濾過膜は、給水中の腐食促進成分を捕捉する。ここで、腐食促進成分について説明すると、この腐食促進成分とは、前記ボイラ２が貫流ボイラである場合、かかる貫流ボイラにおける非不動態化金属よりなる複数の伝熱管（図示省略）の腐食が発生しやすい部位，とくに内側に水分（ここでは、ボイラ水）が接触し，かつ外側から加熱される前記各伝熱管の内面に作用し、その腐食を促進するものを云い、通常、硫酸イオン，塩化物イオンおよびその他の成分を含んでいる。ちなみに、腐食促進成分として重要なものは、硫酸イオンおよび塩化物イオンの両者である。ところで、ＪＩＳ  Ｂ  ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、これらボイラのボイラ水の水質に関する各種の管理項目および推奨基準を規定し、その中で、塩化物イオン濃度の基準値を設けている。一方、ボイラ水の硫酸イオン濃度については言及されていないが、本願出願人において、ボイラ水の水質と腐食との関係を長年研究した結果、ボイラ水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分として前記各伝熱管などに作用していることを確認している。
【００１９】
また、前記ナノ濾過膜は、給水中の腐食抑制成分を透過する。腐食抑制成分とは、前記ボイラ２の前記各伝熱管の腐食が発生しやすい部位，とくに内側に水分（ここでは、ボイラ水）が接触し，かつ外側から加熱される前記各伝熱管の内面に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものを云い、通常、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素）を含んでいる。ところで、給水に含まれるシリカは、給水として用いる水道水，工業用水，地下水などにおいて、通常含有されている成分で、一般に、前記各伝熱管におけるスケール生成成分と認識されており、可能な限りその濃度を抑制することが好ましいと考えられている。しかし、本願出願人において、ボイラ水の水質と腐食との関係を長年研究した結果、ボイラ水に含まれるシリカが腐食抑制成分として前記各伝熱管などに作用していることを確認している。
【００２０】
前記濾過膜部４では、前記ポンプ７から送り出された給水が、まず前記第一濾過膜モジュール１２へ流入するようになっている。前記第一濾過膜モジュール１２では、流入した給水が、前記ナノ濾過膜によって濾過されて、腐食抑制成分を多く含む透過水と腐食促進成分を多く含む濃縮水とに分離されるようになっている。そして、透過水は、前記第一濾過膜モジュール１２から流出すると、前記給水ライン３を構成する透過水集合ライン１７を流れて前記脱気膜部５へ流入するようになっている。一方、濃縮水は、前記第一濾過膜モジュール１２から流出すると、前記モジュール接続ライン１５を流れて前記第二濾過膜モジュール１３へ流入するようになっている。前記第二濾過膜モジュール１３では、流入した濃縮水が、前記ナノ濾過膜によってさらに濾過され、透過水と濃縮水とに分離されるようになっている。そして、透過水は、前記第二濾過膜モジュール１３から流出すると、前記透過水集合ライン１７を流れて前記脱気膜部５へ流入し、一方で濃縮水は、前記第二濾過膜モジュール１３から流出すると、前記モジュール接続ライン１６から前記第三濾過膜モジュール１４へ流入するようになっている。前記第三濾過膜モジュール１４では、流入した濃縮水が、前記ナノ濾過膜によってさらに濾過されて透過水と濃縮水とに分離されるようになっている。そして、透過水は、前記第三濾過膜モジュール１４から流出すると、前記透過水集合ライン１７を流れて前記脱気膜部５へ流入し、一方で濃縮水は、前記第三濾過膜モジュール１４から流出すると、その一部が排水ライン１８から排水されるとともに、残部が前記排水ライン１８と前記ポンプ７の上流側とを接続する循環水ライン１９を流れて前記ポンプ７の上流側へ還流されるようになっている。
【００２１】
前記脱気膜部５は、気体透過膜を多数備えた気体透過膜モジュール（図示省略）と、給水中の溶存気体，具体的には溶存酸素を前記気体透過膜モジュールを通して真空吸引する水封式真空ポンプ（図示省略）とを備えている。
【００２２】
前記脱気膜部５を通過した給水は、前記給水タンク６内に貯留され、この給水タンク６から前記ボイラ２へ供給されるようになっている。
【００２３】
前記弁８は、この実施例では減圧弁であり、この弁８により、前記透過水還流ライン１０が接続された部分における前記給水ライン３の水圧が一定圧力以下に調節されるようになっている。
【００２４】
また、この実施例では、前記開閉弁９は電磁弁または電動弁であり、前記還流制御弁１１はレリーフ弁である。
【００２５】
さて、前記膜濾過システム１では、ファウリングやスケーリングといった現象による前記ナノ濾過膜の詰まりを防止するため、前記濾過膜部４で発生した濃縮水を、前記排水ライン１８を通じて所定間隔毎にブローする。このとき、ブロー時間の短縮化と濃縮水の排水量の減量化を図るために、前記開閉弁９を閉状態にする。
【００２６】
前記開閉弁９を閉状態にすると、前記透過水還流ライン１０の一端側が接続されている前記濾過膜部４と前記開閉弁９の間の前記給水ライン３の水圧よりも、前記透過水還流ライン１０の他端側が接続されている前記ポンプ７と前記弁８の間の前記給水ライン３の水圧の方が低い状態になっているために、差圧によって前記還流制御弁１１が開状態になり、前記濾過膜部４からの透過水が、前記透過水還流ライン１０を流れて前記ポンプ７と前記弁８の間の前記給水ライン３へ還流する。これにより、透過側から前記ナノ濾過膜にかかる背圧が低減されるので、前記ナノ濾過膜の破損を防止することができる。
【００２７】
レリーフ弁である前記還流制御弁１１の開弁圧および開度（流量）は、前記透過水還流ライン１０によって前記濾過膜部４からの透過水を前記濾過膜部４の上流側へ還流させて、透過側から前記ナノ濾過膜にかかる背圧を低減させることができるような開弁圧および開度に設定される。たとえば、水温が高くなるほど、前記ナノ濾過膜を水が透過しやすくなり、前記ナノ濾過膜にかかる背圧が高くなるため、水温が高くなるほど、透過水を還流させやすくするために前記還流制御弁１１の開弁圧を低くし、また流量が増えるように前記還流制御弁１１の開度を大きくする。このように、前記ナノ濾過膜にかかる背圧を低減させることができるよう、水温に応じて前記還流制御弁１１の開弁圧および開度を設定してもよい。また、必要に応じ、前記透過水還流ライン１０には、前記還流制御弁１１の下流側にオリフィス（図示省略）が設けられていてもよい。
【００２８】
前記ポンプ７と前記弁８の間の水圧は、前記弁８によって常に一定の水圧に減圧されているので、供給水圧が変動したとしても、前記透過水還流ライン１０からの透過水の還流量は、常に一定の流量になる。これにより、透過側から前記ナノ濾過膜にかかる背圧の低減化を安定して図ることができる。
【００２９】
ところで、前記開閉弁９を閉状態にして濃縮水をブローするときのほか、前記開閉弁９が、故障などによって閉状態のままになったときにも、前記ナノ濾過膜に透過側から背圧がかかり、前記ナノ濾過膜が破損するおそれがある。また、前記脱気膜部５と前記給水タンク６の間の前記給水ライン３には、前記給水タンク６への給水時に開状態になり、給水停止時に閉状態になる手動開閉弁が設けられているが（図示省略）、給水時に前記手動開閉弁を開け忘れるなどして、閉状態のままになったときにも、透過側からかかる背圧によって前記ナノ濾過膜が破損するおそれがある。このような場合であっても、前記膜濾過システム１によれば、前記濾過膜部４からの透過水を、前記透過水還流ライン１０を通じて還流させることによって透過側から前記ナノ濾過膜にかかる背圧を低減させることができるので、前記ナノ濾過膜の破損を防止することができる。
【００３０】
ここで、この実施例では、前記還流制御弁１１はレリーフ弁であるが、これに限られるものではなく、たとえば逆止弁，電磁弁，電動弁などであってもよい。前記還流制御弁１１が電磁弁，電動弁であるときの開閉制御について説明する。前記開閉弁９が開状態にあり、濃縮水のブローを行っていないときには、前記還流制御弁１１を閉状態にする。一方、前記開閉弁９を閉状態にして濃縮水のブローを行っているときには、前記還流制御弁１１を開状態にして、前記濾過膜部４からの透過水を前記透過水還流ライン１０を通じて前記ポンプ７の上流側へ還流させる。ここで、前記ナノ濾過膜にかかる背圧を検出するために、たとえば前記透過水集合ライン１７に圧力センサ（図示省略）を設け、一定以上の圧力になったことが検知されたときに、前記還流制御弁１１を開状態にするようになっていてもよい。これにより、前記ナノ濾過膜の破損をより確実に防止することができる。
【００３１】
その他、この発明は、その趣旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係る膜濾過システムの一実施例の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  膜濾過システム
２  ボイラ（機器）
３  給水ライン
４  濾過膜部
９  開閉弁
１０  透過水還流ライン
１８  排水ライン
【図１】
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