(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回された袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールを耐圧容器内に設置してなる膜分離装置の運転方法において、
該スパイラル型膜モジュールは、前記袋状膜の巻回体の一端面から原水が供給され他端面から透過水が取り出されるものであって、
その袋状膜が第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、
前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、
該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているものであり、
かつ、前記膜モジュールは、前記袋状膜の開放部が前記巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、前記原水流路は前記巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、該袋状膜の開放部から流出する透過水と該原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続されているものであり、
この膜モジュールへの原水供給量の８０〜９９％の量の透過水を取り出す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、前記膜モジュールから流出する濃縮水を原水側へ戻すことを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置の運転方法に係り、特に膜モジュールがスパイラル型膜モジュールである膜分離装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離装置に用いられる膜モジュールとして、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
【０００３】
図５は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【０００４】
集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回されている。
【０００５】
集水管１には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透過水流路となっている。
【０００６】
袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブラインシール８が周設されている。
【０００７】
原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過してその内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後端側からモジュール外に取り出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスパイラル型膜モジュールを備えた膜分離装置にあっては、原水供給量の約５０％程度の量の透過水を取り出す低回収率運転が行われている。
【０００９】
このように低回収率で膜分離装置の運転を行うには、原水の供給量を増大させ、原水導入側付近での原水の膜面流速を大きくしている。
【００１０】
ところが、このように低回収率で高膜面流速にて運転を行うと、原水の流通抵抗（膜モジュールの原水の流入圧と流出圧との差）が大きくなり、原水流入口付近で膜面にきわめて大きな水圧がかかり、該原水流入口付近で膜が閉塞し易くなる。従って、低回収率の下で高膜面流速運転を行うと、初期には高透過水量を得ることができるが、比較的短時間のうちに原水流入口付近で膜面が目詰りし、透過水量は急激に減少してくる。
【００１１】
なお、スパイラル型膜モジュールにおいて原水を全量濾過運転（濃縮水量ゼロのデッドエンド運転）を行うと、原水中のＳＳが膜面に付着し付着物（ケーキ）が圧密化するようになり、透過水量が短時間のうちに低下する。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決し、透過水量を著しく高くすることができ、しかも膜面の目詰りを防止することができる膜分離装置の運転方法を提供することを第１の目的とする。
【００１３】
また、図５に示す従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
【００１４】
▲１▼  集水管１内の透過水流量を多くするためには該集水管１を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲２▼  袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内から集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲３▼  原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【００１５】
本発明は、このような問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールを有した膜分離装置の運転方法を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置の運転方法は、巻回された袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールを耐圧容器内に設置してなる膜分離装置の運転方法において、該スパイラル型膜モジュールは、前記袋状膜の巻回体の一端面から原水が供給され他端面から透過水が取り出されるものであって、その袋状膜が第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているものであり、かつ、前記膜モジュールは、前記袋状膜の開放部が前記巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、前記原水流路は前記巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、該袋状膜の開放部から流出する透過水と該原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続されているものであり、この膜モジュールへの原水供給量の８０〜９９％の量の透過水を取り出すことを特徴とするものである。
【００１７】
かかる膜分離装置の運転方法においては、濃縮水の取出量が少ないため、膜面の流速を大きく保つことができ、ケーキの圧密化が防止される。また、原水の流出側近傍でも原水と透過水との差圧を大きくとることができ、膜面の全体において単位面積当りの透過水量が高く、膜面全体でも透過水量が多いものとなる。  なお、このように一回の通水に対して高回収率で運転した場合、ＳＳは膜面に捕捉され易いが、本発明では濃縮水を少量ながら取り出すようにしているため、膜面におけるＳＳの圧密化も防止される。
【００１８】
また、本発明では、原水中のＳＳが膜面に捕捉され易いところから、濃縮水はＳＳ濃度が低いものとなっている。このため、濃縮水を原水側へリサイクルしても膜に対するＳＳ負荷はあまり増大しない。このように濃縮水をリサイクルすることにより、原水供給量全体に対する回収率がさらに高いものとなる。
【００１９】
本発明では、スパイラル型膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっている。
【００２０】
かかるスパイラル型膜モジュールにおいては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水として流出する。
【００２１】
袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開放部から流出する。
【００２２】
このように、透過水が袋状膜内を巻回体の軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そして、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。
【００２３】
なお、集水管を無くしているため、その分だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００２４】
この膜モジュールでは、巻回体の後端面の一部においてのみ原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めることができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止できる。
【００２５】
この膜モジュールでは、袋状膜の開放部は巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、原水流路は巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、袋状膜の開放部から流出する透過水と原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続されている。この環状部材によって原水の流出側と濃縮水の流出側とが区画される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の膜分離装置の運転方法の実施の形態を示すものである。
【００２８】
図６（ａ）においては、原水が膜分離装置６０に供給され、該膜分離装置６０内のスパイラル型膜モジュールによって膜分離処理され、膜分離装置６０から透過水と濃縮水とが取り出される。この透過水の取出量は原水の供給量の８０〜９９％好ましくは８５〜９２％とされる。
【００２９】
このように高回収率にて膜分離装置を運転することにより、透過水量を多くすることができ、また濃縮水を若干ながら取り出すことにより膜面のＳＳ付着層の圧密化を防ぐことができる。なお、膜を定期的に逆流することにより、ＳＳ付着層は容易に別離して除去される。
【００３０】
図６（ｂ）では、この濃縮水を原水側へリサイクルしている。この濃縮水は、膜分離装置６０を通過する間にＳＳが相当程度膜面に付着して除去されることにより低ＳＳ濃度のものとなっており、原水にリサイクルされても膜分離装置６０のＳＳ負荷は殆ど増大しない。
【００３１】
次に、本発明において用いるのに好適なスパイラル型膜モジュールについて図１〜４を参照して説明する。
【００３２】
図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュールに用いられる一枚の袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【００３３】
この袋状膜１０は、正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。この袋状膜１０は、長い一枚の分離膜フィルムを第２の辺部１２の部分で二つに折り返し、第１の辺部１１及び第３の辺部１３において折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着し、第４の辺部１４の一部については接着を行うことなく開放部とした袋状のものである。
【００３４】
この袋状膜１０においては、第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となっている。
【００３５】
この袋状の膜１０内に流路材（例えばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返したものに限らず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【００３６】
この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き付けられる。接着剤１６は第１の辺部１６に沿って付着され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されている。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開放部３０に沿って付着されている。
【００３７】
複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士は接着剤１６，１７，１８の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜１０，１０……同士の間には原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【００３８】
この実施の形態にあっては、第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されている。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【００３９】
袋状膜１０，１０……をシャフト２０の周りに図２の如くメッシュスペーサ２９を介して巻き付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。
【００４０】
このようにソケット２５とフィン１９とを接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【００４１】
なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０同士の間にメッシュスペーサ２９を介在させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、原水流路が構成される。
【００４２】
図４に示すように、巻回体２４の前縁及び後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６の外周にブラインシール２８を周設する。
【００４３】
このように構成されたスパイラル型膜モジュールにおいては、図４に示すように、巻回体２４の前端面から原水が袋状膜１０，１０……同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端面から取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流出する。
【００４４】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【００４５】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００４６】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側の面積と外側の面積（接着材１８の辺部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【００４７】
また、この実施の形態にあっては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【００４８】
なお、上記実施の形態においては、ソケット２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【００４９】
【実施例】
実施例１、比較例１
図１〜４に示すスパイラル型膜モジュールを用いた膜分離装置において回収率９０％（実施例１）又は５０％（比較例１）にて運転を行った。
【００５０】
なお、このスパイラル型膜モジュールの分離膜の材質はＰＴＦＥ，膜面積は０．９２ｍ2 である。原水としては市水を用い、１００ｍ3 ／ｍ2 ／Ｄａｙにて運転した。なお、原水供給速度は０．１１ｍ／ｓｅｃ（実施例１）、０．１８ｍ／ｓｅｃ（比較例１）とした。また、逆洗は７．５分に１回の割合とした。
【００５１】
このときの原水供給圧と透過水圧との差（膜透過差圧）の経時変化を図７（ａ），（ｂ）に示す。
【００５２】
図７から明らかな通り、本発明方法においては、比較例に比べ膜透過差圧がきわめて低いことが明らかである。
【００５３】
実施例２、比較例２
実施例１、比較例１においてそれぞれ濃縮水を原水へリサイクルしたほかは同様にして膜分離装置を運転した。このときの膜透過差圧の経時変化図７とほぼ同様であり、本発明では濃縮水をリサイクルする場合でも膜透過差圧はきわめて低いものとなることが認められた。
【００５４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると高回収率にて膜分離装置を運転でき、しかも膜面の閉塞も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は本発明で好適に採用されるスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図３】巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【図６】本発明の膜分離装置の運転方法を示す系統図である。
【図７】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  袋状膜
１１  第１の辺部
１２  第２の辺部
１３  第３の辺部
１４  第４の辺部
１５  流路材
１６，１７，１８  接着剤
１９  フィン
２０  シャフト
２４  巻回体
２５  ソケット
２９  メッシュスペーサ
３０  透過水流出用の開放部
３１  透過水流出阻止用の閉鎖部
６０  膜分離装置
【図１】
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【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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