(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の逆洗方法において、
該スパイラル型膜モジュールは、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるものであり、
該他端面には、内周側に濃縮水流出部が形成され、外周側に透過水流出部が形成されており、
前記袋状膜は第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おり、
逆洗に際しては、巻回体内部に透過水が存在する状態で透過水側に逆洗用気体を供給し、残存する透過水を逆流させ、その後、残存透過水が減少し気液混合状態を経て気体のみが流れるようになるまで気体供給を継続することを特徴とするスパイラル型膜モジュールの逆洗方法。
【請求項２】
請求項１において、前記袋状膜の第４の辺部の開放部と閉鎖部との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィンが延設されていることを特徴とするスパイラル型膜モジュールの逆洗方法。
【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に用いられるスパイラル型膜モジュールを逆洗する方法に関する。
【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６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には、次のような解決すべき課題があった。
【０００９】
▲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。
【００１０】
本発明者は、上記従来の問題点を解決し、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として、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイラル型膜モジュールを特願平９−８２７８０号にて提案している。本発明はこのような集水管のないスパイラル型膜モジュールを効率良く逆洗する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパイラル型膜モジュールの逆洗方法は、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の逆洗方法において、該スパイラル型膜モジュールは、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるものであり、該他端面には、内周側に濃縮水流出部が形成され、外周側に透過水流出部が形成されており、前記袋状膜は第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おり、逆洗に際しては、巻回体内部に透過水が存在する状態で透過水側に逆洗用気体を供給し、残存する透過水を逆流させ、その後、残存透過水が減少し気液混合状態を経て気体のみが流れるようになるまで気体供給を継続することを特徴とするものである。
【００１２】
かかる逆洗方法にあっては、袋状膜内の残存透過水が気体圧で逆流して水逆洗が行われ、その後、残存透過水量が減少して気液混合状態にて逆洗が行われる。そして、残存透過水が無くなると気体のみが逆流して気体逆洗が行われる。このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を継続して行うことにより、逆洗が十分に行われ、透過水量が十分に回復するようになる。
【００１３】
本発明の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において、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、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。
【００１９】
【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。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る逆洗方法が適用されるスパイラル型膜モジュール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。図５はこのスパイラル型膜モジュールの逆洗方法を示す系統図である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
この袋状の膜１０内に透過水流路材（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。
【００２３】
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１１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
袋状膜１０，１０……をシャフト２０の周りに図２の如く原水流路材（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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同士の間に原水流路材（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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（接着剤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。
【００３４】
また、このスパイラル型膜モジュールにあっては、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。
【００３５】
次に、図５を参照してこのスパイラル型膜モジュールの逆洗方法について説明する。このスパイラル型膜モジュール４０は円筒状の耐圧ベッセル５０内に収容されている。ベッセル５０の前端面の原水ポート５１には弁６１を有した原水ライン６０が接続されている。この弁６１と原水ポート５１との間の原水ライン６０からは逆洗排水取出ライン６２が分岐し、該排水取出ライン６２に弁６３が設けられている。
【００３６】
ベッセル５０の後端面の中央の濃縮水ポート５２には前記ソケット２５が内嵌している。この濃縮水ポート５２には弁７１を有した濃縮水ライン７０が接続されている。この濃縮水ライン７０からは気体抜きライン７２が分岐しており、該気体抜きライン７２には弁７３が設けられている。
【００３７】
ベッセル５０の後端面の周辺側に位置する透過水ポート５３には弁８１を有した透過水ライン８０が接続されている。この透過水ライン８０の弁８１と透過水ポート５３との間からは弁８３を有した気体抜きライン８２が分岐している。また、弁８１と透過水ポート５３との間の透過水ライン８０には逆洗用の気体ライン８４が接続されており、この気体ライン８４に弁８５が設けられている。
【００３８】
（ａ）図のように通水運転（膜分離処理運転）時には、弁６１，７１，８１が開とされ、その他の弁６３，７３，８３，８５は閉とされている。そして、原水が原水ポート５１からベッセル５０内に供給され、濃縮水はソケット２５，ポート５２及び濃縮水ライン７０を介して流出し、透過水はベッセル５０内の後部側の透過水室５４から透過水ポート５３及び透過水ライン８０を介して取り出される。
【００３９】
（ｂ）図のように逆洗を行うときには、弁６１，７１，８１，７３，８３を閉とし、弁６３，８５を開とする。そして、気体ライン８４に気体を供給する。これにより、逆流水圧が透過水ポート５３，ベッセル５０内の透過水室５４を介してスパイラル型膜モジュール４０の袋状膜１０内の透過水流路に伝播し、透過水室５４及び袋状膜１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流れ込み、原水ポート５１及び逆洗排水取出ライン６２を介して流出する。気体ライン８４への気体供給を継続する（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存透過水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気体が逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実質的に無くなると、気体のみが逆流し、逆洗排水取出ライン６２から気体のみが排出される。
【００４０】
なお、逆洗を行う具体例としては、気体として空気、窒素など任意の気体を使用して、図５（ｂ）の状態において、まず弁８５を１０秒開とした後、１０秒閉とする。以後、この１０秒開と１０秒閉とのサイクルを複数回繰り返す方法が挙げられる。もちろん、この１０秒は一例である。また、弁８５の開と閉の保持時間は異なっていても良い。
【００４１】
この水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行った後、（ｃ）図のようにベッセル５０内に水張りし、気体抜きを行う。この場合、弁６３，７１，８１，８５を閉、弁６１，７３，８３を開とし、原水を原水ポート５１からベッセル５０内に供給し、残存する気体、初期濃縮水、初期透過水を気体抜きライン７２，８２を介して排出する。気体がすべて排出されると、濃縮水及び透過水が気体抜きライン７２，８２から流出し始めるので、弁７３，８３を閉とし、（ａ）図の通水運転に復帰する。
【００４２】
このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を行うことにより、スパイラル型膜モジュールを十分に逆洗することができ、透過水量を十分に回復させることができる。
【００４３】
なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジュール４０をシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置きするのが好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のスパイラル型膜モジュールの逆洗方法によると、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が小さく、また膜面積を大きくとることができるスパイラル型膜モジュールを効率良く逆洗することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係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】実施の形態に係る逆洗方法が適用される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】図１の膜モジュールの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】実施の形態に係るスパイラル型膜モジュールの逆洗方法を示す通水系統図である。
【図６】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。
【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
４０  スパイラル型膜モジュール
５０  ベッセル
６０  原水ライン
６２  逆洗排水取出ライン
７０  濃縮水ライン
８０  透過水ライン
７２，８２  気体抜きライン
８４  気体ライン
【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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