(57)【要約】【課題】弁の誤操作によって分離膜半透膜や透過液流路などを構成する配管等を破損することがない膜分離装置を提供する。【解決手段】  供給液原液を透過液と濃縮液とに分離する、逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた分離膜半透膜ユニットと、該分離膜半透膜ユニットに供給液を供給する供給液流路と、該供給液流路に設けられた供給液原液昇圧ポンプと、前記分離膜半透膜ユニットで分離された濃縮液を取り出す濃縮液流路と、前記分離膜半透膜ユニットで分離された透過液を取り出す透過液流路と、該濃縮液水流路および透過液流路それぞれから分岐して前記供給液流路に連通する環流液流路と、該環流液流路に設けられた洗浄液タンクとを備え、前記透過液流路から前記環流液流路が分岐している分岐点に、開閉操作によって前記環流液流路を閉鎖もしくは前記透過液流路の前記分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁を備えている膜分離装置とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給液を透過液と濃縮液とに分離する、逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた半透膜ユニットと、該半透膜ユニットに供給液を供給する供給液流路と、該供給液流路に設けられた供給液昇圧ポンプと、前記半透膜ユニットで分離された濃縮液を取り出す濃縮液流路と、前記半透膜ユニットで分離された透過液を取り出す透過液流路と、該濃縮液流路および透過液流路それぞれから分岐して前記供給液流路に連通する環流液流路と、該環流液流路に設けられた洗浄液タンクとを備え、前記透過液流路から前記環流液流路が分岐している分岐点に、開閉操作によって前記環流液流路を閉鎖もしくは前記透過液流路の前記分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁を備えている膜分離装置。
【請求項２】
前記半透膜ユニットは、逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた複数の膜モジュールが、一方の膜モジュールの濃縮液を他方の膜モジュールに供給するように接続されるとともに、それぞれの膜モジュールから得られた透過液を集液して前記透過液流路に流すように構成されてなり、かつ、該一方の膜モジュールの濃縮液を昇圧して前記他方の膜モジュールに供給する濃縮液昇圧ポンプを有している、請求項１に記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜および／またはナノろ過膜（以下、半透膜とする）が透過液側から濃縮液（供給液）側に掛かる逆圧により損傷することを防ぐことができる膜分離装置に関するものであり、かん水・海水の淡水化、排水の再利用、有価物の回収など様々な膜分離半透膜に用いることができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない半透性の膜である。その素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い活性層を有する複合膜がある。この複合膜では上記逆圧により活性層が緻密層から、剥離損傷する問題がある。
【０００３】
ところで、逆浸透膜やナノ濾過膜などの半透膜を用いた装置はその性能を維持するために定期的に装置を停機し、洗浄等のメンテナンスを行う必要がある。洗浄時には操作手順に従って適宜、半透膜廻りの配管の弁を開／閉及び洗浄液供給ポンプの起動／停止作業を行なっている。一般的に半透膜を用いた膜分離装置は供給液流路、濃縮液流路及び透過水流路を有するが、それぞれの流路はさらに、通常運転流路と洗浄液タンクにつながる洗浄流路に分かれており、各々に切り換え弁を備えている。すなわち膜分離装置が有する切り換え弁の数は、少なくとも、供給液流路に計２個（通常運転流路１個及び洗浄流路１個）、濃縮液流路、透過液流路それぞれに２個ずつ（それぞれ通常運転流路１個ずつ及び洗浄流路１個ずつ）の合計６個となる。そして膜分離装置が複数段の膜モジュール構成となる場合は、これらの切り換え弁の数量はさらに増える。
【０００４】
しかしながら、洗浄時の弁開閉作業は煩雑であり、誤操作の危険がある。誤操作をした場合には半透膜の透過液側から濃縮液（供給液）側への逆圧が発生し、半透膜を剥離させる恐れがある。
【０００５】
図１に具体例として、２段の膜モジュール２、３で構成された膜分離装置の洗浄において、透過液の通常運転時の流路に設けられた二方弁（Ｖ３）を「閉」とすると共に、洗浄運転時の流路の弁（Ｖ４）を誤って「閉」とした場合を示す。このとき洗浄液供給ポンプ５から１段目膜モジュール２に供給された洗浄液は、透過液側に抜けることなく、全量が濃縮液側を流れて、２段目膜モジュール３に供給され、やはりその全量が濃縮液流路を流れて洗浄液タンク４に戻り、循環する。洗浄液が循環する際、膜モジュール２，３においては通常０．１〜０．２ＭＰａの圧力損失が発生するため、供給液流路から濃縮液流路を流れる洗浄液の圧力の関係は１段目モジュール２の入圧力（Ｐ１）、同モジュール２の出圧力（Ｐ２）、２段目モジュール３の入圧力（Ｐ２）、同モジュール３の出圧力（Ｐ３）とするとＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。但し、１段目モジュール出から２段目モジュール入間の圧力損失は、比較的小さいため無視できるものとする。ここで透過液流路は全閉状態のため、その圧力は１段目モジュール２の出圧力と同じＰ２となってしまう。一方、２段目モジュール３の出圧力はＰ３であり、前述の関係式から２段目モジュール３の下流（出に近いところ）では透過液側の圧力が濃縮液側の圧力より高くなり、半透膜表面の活性層剥離の問題が発生する。
【０００６】
また、図２に示すように、透過液流路の全ての弁（Ｖ３およびＶ４）を閉止した状態で、半透膜装置の運転を再開してしまうと、海水淡水化用途など、供給液昇圧ポンプの吐出圧力が７ＭＰａ程度と高圧の場合、透過液流路を構成する配管等を破損する恐れもある。
【０００７】
このような透過液流路の全閉状態で発生する問題の対策として、半透膜自体の逆耐圧を向上し、逆圧による膜剥離を防ぐ方法が開示されている（例えば特許文献１）。しかし、逆耐圧性を高めた半透膜は、塩濃度２，０００ｐｐｍ程度の供給液に対応したものであり、海水用途での適用は難しい。また、透過液流路に逆止弁を備えて、逆圧が半透膜に掛かることを防ぐことも行われているが、逆止弁の異物噛み込みの問題や、シール面におけるパッキンの経年劣化等による逆止不良といった問題があり、半透膜に逆圧が掛かることを恒久的に防止することは期待できない。
【特許文献１】特開平６−３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、このような弁の誤操作による半透膜あるいは透過液流路を構成する配管等の破損をより確実に防止することが可能な膜分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、次の（１）、（２）のいずれかを特徴とするものである。
（１）供給液を透過液と濃縮液とに分離する、逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた半透膜ユニットと、該半透膜ユニットに供給液を供給する供給液流路と、該供給液流路に設けられた供給液昇圧ポンプと、前記半透膜ユニットで分離された濃縮液を取り出す濃縮液流路と、前記半透膜ユニットで分離された透過液を取り出す透過液流路と、該濃縮液流路および透過液流路それぞれから分岐して前記供給液流路に連通する環流液流路と、該環流液流路に設けられた洗浄液タンクとを備え、前記透過液流路から前記環流液流路が分岐している分岐点に、開閉操作によって前記環流液流路を閉鎖もしくは前記透過液流路の前記分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁を備えている膜分離装置。
（２）前記半透膜ユニットは、逆浸透膜および／またはナノろ過膜を備えた複数の膜モジュールが、一方の膜モジュールの濃縮液を他方の膜モジュールに供給するように接続されるとともに、それぞれの膜モジュールから得られた透過液を集液して前記透過液流路に流すように構成されてなり、かつ、該一方の膜モジュールの濃縮液を昇圧して前記他方の膜モジュールに供給する濃縮液昇圧ポンプを有している、前記（１）に記載の膜分離装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、透過液流路から環流液流路が分岐している分岐点に、開閉操作によって環流液流路を閉鎖もしくは透過液流路の前記分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁、すなわち、透過液流路の分岐点よりも下流側もしくは環流液流路のいずれかを必ず開く三方弁を設けるので、透過液流路が全閉状態となることを防ぎ、常に大気開放状態を作ることができる。したがって、半透膜に透過液側からの逆圧が掛かる恐れがなくなり半透膜の破損を防ぐことができ、また配管の破損も防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の膜分離装置には、例えば図３に示すように、逆浸透膜やナノ濾過膜（以下、半透膜という）の少なくとも一方を備えた半透膜ユニット９と、該半透膜ユニット９に供給液を供給する供給液流路１０と、該供給液流路１０に設けられた供給液昇圧ポンプ１と、半透膜９で分離された濃縮液を取り出す濃縮液流路１１と、半透膜ユニット９で分離された透過液を取り出す透過液流路１２とが設けられている。濃縮液流路１１および透過液流路１２には、それぞれから分岐して前記供給液流路１０に連通する環流液流路１３が接続されており、該環流液流路１３には洗浄液タンク４および洗浄液供給ポンプ５が設けられている。そして、透過液流路１２から環流液流路１３が分岐している分岐点には、開閉操作によって環流液流路１３を閉鎖もしくは透過液流路１２の該分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁Ｖ７が設けられている。
【００１２】
さらに、図３に示す装置においては、半透膜ユニット９が２段の膜モジュールを有しており、一方の膜モジュールの濃縮液を他方の膜モジュールに供給するように接続されている。また、それぞれの膜モジュールから得られた透過液は、集液されて透過液流路１２に流すように構成されている。
【００１３】
このような図３に示す膜分離装置を用いて海水淡水化など通常の運転を行う際には、二方弁Ｖ１、Ｖ５を「開」にするとともに、環流液流路１３を閉鎖するように、二方弁Ｖ２、Ｖ６を「閉」、三方弁Ｖ７のｃ側を「閉」（ａ−ｂ間を「開」）にする。一方、装置を洗浄する際などには、二方弁Ｖ１、Ｖ５を「閉」にするとともに、環流液流路１３を開放するように、二方弁Ｖ２、Ｖ６を「開」、三方弁Ｖ７のｂ側を「閉」（ａ−ｃ間を「開」）にする。
【００１４】
ここで、従来は、透過液流路および該透過液流路から分岐している環流液流路それぞれに二方弁を設けていたため、順番を間違えばそれら２つの二方弁が共に「閉」となる時間が生じる危険性があったが、本発明においては、透過液流路１２から環流液流路１３が分岐している分岐点に三方弁Ｖ７を設けているので、分岐点よりも下流側の２つの流路が共に「閉」となる時間が生じる危険性がない。すなわち、三方弁Ｖ７のａ−ｂ間又はａ−ｃ間は必ず「開」となるので、透過液流路が全閉状態となる時間はなく、常に大気開放状態を作ることができる。したがって、半透膜に対して透過液側から逆圧が掛かる恐れがなくなる。
【００１５】
なお、本発明においては、上述の図３に示した態様を例えば図４〜図６に示すように変更して実施してもよい。
【００１６】
図４に示す膜分離装置は、複数の膜モジュールの透過液流路が合流する地点よりも上流側に、環流液流路１３の分岐点を設けた態様であり、三方弁Ｖ７が個々の膜モジュールに対応した数だけ設けられている。その他は図３の態様と同じである。
【００１７】
図５に示す膜分離装置は、１段目の膜モジュール２の濃縮液を昇圧して２段目の膜モジュール３に供給する濃縮液昇圧ポンプ６を備えている。この態様では洗浄液供給ポンプ５を出た洗浄液は１段目膜モジュール２から濃縮液昇圧ポンプ６を経由して２段目膜モジュール３に入るが、たとえば０．５ＭＰａ程度の吐出圧力である洗浄液供給ポンプによる循環流では、濃縮液昇圧ポンプが昇圧ポンプとして働くことはなく流路内の抵抗となってしまい０．１〜０．２ＭＰａの圧力損失が発生する。従って、仮に三方弁Ｖ７がなく図１、２に示すような二方弁が設けられているとすれば、該濃縮液昇圧ポンプ６の入圧力（Ｐ２）と同ポンプ５の出圧力（Ｐ３）の差０．１〜０．２ＭＰａがさらに図１及び図２の態様で発生する逆圧０．１〜０．２ＭＰａに加算されることとなり、１段目モジュール出圧力（Ｐ２）と２段目モジュール出圧力（Ｐ４）の差、すなわち従来の二方弁方式で誤操作をした場合に発生する逆圧は０．２〜０．４ＭＰａとなる。これは図１及び図２の態様で発生する逆圧の約２倍であり、膜の剥離の度合いが大きくなる危険性が高い。しかしながら、図５に具体的に示す本発明にかかる膜分離装置では、透過液流路１２から環流液流路１３が分岐している分岐点に、開閉操作によって環流液流路１３を閉鎖もしくは透過液流路１２の該分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁Ｖ７、すなわち、透過液流路の分岐点よりも下流側もしくは環流液流路のいずれかを必ず開く三方弁を設けているので、逆圧が半透膜に透過液側から掛かる恐れがない。なお、図５に示す態様は、上記した点以外は図３の態様と同じである。
【００１８】
さらに、半透膜ユニット９を構成する膜モジュールの段数は、２段に限定されるものではなく、３段以上であってもよいし、また、図６に示すように１段であってもよい。
【００１９】
膜モジュールの段数が１段の場合は、仮に洗浄液循環中に透過液流路を全閉にしても、１段目の膜モジュールと２段目の膜モジュールの圧力損失の差又は濃縮液昇圧ポンプでの圧力損失により発生する逆圧の懸念がない。しかし、たとえば洗浄終了時に透過液流路を全閉にし残圧が残った状態で洗浄液供給ポンプを停機すると、供給液及び濃縮液流路側が放圧され瞬間的に逆圧が発生し、膜を剥離させる恐れがある。そのため、図６に示すように、透過液流路１２から環流液流路１３が分岐している分岐点に、開閉操作によって環流液流路１３を閉鎖もしくは透過液流路１２の該分岐点よりも下流側を閉鎖する三方弁Ｖ７、すなわち、透過液流路の分岐点よりも下流側もしくは環流液流路のいずれかを必ず開く三方弁を設けることが好ましい。このように、半透膜ユニット９を構成する膜モジュールの数が１であっても、透過液流路１２から環流液流路１３が分岐している分岐点に三方弁を設けることで、逆圧が半透膜に透過液側から掛かる恐れがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の膜分離装置を示す模式図である。
【図２】従来の膜分離装置を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる膜分離装置の一実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる膜分離装置の一実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる膜分離装置の一実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明にかかる膜分離装置の一実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１：供給液昇圧ポンプ
２：膜モジュール（１段目）
３：膜モジュール（２段目）
４：洗浄液タンク
５：洗浄液供給ポンプ
６：濃縮液昇圧ポンプ
９：半透膜ユニット
１０：供給液流路
１１：濃縮液流路
１２：透過液流路
１３：環流液流路
Ｖ１：二方弁
Ｖ２：二方弁
Ｖ３：二方弁
Ｖ４：二方弁
Ｖ５：二方弁
Ｖ６：二方弁
Ｖ７：三方弁
【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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