JP2010104920A - 逆浸透膜分離装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱塩及び／又は有機物除去を行うＲＯ装置の膜面透過流束の低下を抑制し、長期安定運転を可能とする。
【解決手段】脱塩及び／又は有機物除去を行う逆浸透膜分離手段を多段に設けた逆浸透膜分離装置の運転方法において、弁Ｖ_Ａを開とすることにより１段目の逆浸透膜分離手段（ベッセル２１〜２４）のみをフラッシングする。フラッシング排水を配管４１〜４４，４５，４９を介して装置外に排出する。フラッシング時に弁Ｖ_Ａを閉としてもよく、弁Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｃを開としてもよい。差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）に基づいてフラッシング頻度を制御してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）の運転方法に係り、特に、脱塩及び／又は有機物除去を行うＲＯ装置の運転圧力の上昇及び／又は膜面透過流束の低下を抑制し、長期安定運転を可能とするＲＯ装置の運転方法に関する。

ＲＯ装置は用水の造水プロセス、食品・医薬用水の製造プロセス、排水回収プロセスなど幅広い分野で使用されている。中でも近年、用排水のコスト低減、環境負荷低減の目的から、排水回収プロセスにおいて、ＲＯ装置を使用するケースが増加している。

通常、ＲＯ装置は、供給水に対する水回収率を高める目的から、例えば、第４図に示すようなクリスマスツリーと呼ばれる配置をとる。即ち、第４図において、ＲＯエレメントを内蔵したＲＯベッセル（ＲＯ手段本体）１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが４機並列配置されてなる第１ＲＯベッセル群（ＲＯベッセル群は「バンク」とも言う。）１と、ＲＯベッセル２Ａ，２Ｂが２機並列配置されてなる第２ＲＯバンク２とでクリスマスツリー型の多段ＲＯ装置が構成されている。

被処理水、即ち、ＲＯ装置の供給水（ＲＯ給水）はまず第１バンク１に流入し、透過水と濃縮水とに分離される。続いて第１バンク１の濃縮水は第２バンク２に流入し、ここでも透過水と濃縮水とに分離される。第１バンク１の透過水と第２バンク２の透過水は合流し、後段処理工程に移送される。一方、第２バンク２の濃縮水は系外に放流されるか排水処理設備等に移送される。通常、ＲＯ装置におけるクリスマスツリー構造は、要求される水回収率にもよるが、２又は３バンクで構成されることが多い。

このようなＲＯ装置を、用水系造水プロセス、特に被処理水中の濁質除去の不十分な用水系造水プロセスや排水処理プロセス、特に被処理水中の有機物成分濃度が比較的高い排水回収プロセスに利用した場合、濁質や微生物有機ゲルなどのＲＯ装置への流入による膜面閉塞で、ＲＯ装置、特に第１バンクでの操作圧力の上昇や透過水量の低下が進み、そのために頻繁に膜洗浄を実施しなければならないという問題があり、この問題は近年特に顕著になる傾向にある。

特開２００７−１２５５２６には、２段に直列に配置された逆浸透膜分離手段を有する逆浸透膜分離装置を運転する方法において、アルカリを添加してｐＨを９．５〜１３にした被処理水をフラッシング水として用い、まずフラッシング水を前段逆浸透膜分離手段のみに供給してフラッシングし、続いて、フラッシング水を前段逆浸透膜分離手段と後段逆浸透膜分離手段とに直列的に供給して後段逆浸透膜分離手段もフラッシングする方法が記載されている。

しかしながら、この方法は、すべての逆浸透膜分離手段をフラッシングするものであるため、流路切替に手間がかかると共に、流路切替手段の構成も複雑となる。更に、フラッシングによって第１バンクの閉塞物を第２，第３バンクに送り込んでしまう可能性もある。
特開２００７−１２５５２６号

本発明は、上記従来の問題点を解消し、簡易なフラッシングによって、膜面透過流束の低下を抑制し、長期安定運転を可能とするＲＯ装置の運転方法を提供することを目的とする。

請求項１の逆浸透膜分離装置の運転方法は、直列に多段に設置された逆浸透膜分離手段を有する逆浸透膜分離装置の運転方法であって、該逆浸透膜分離手段を一時的にフラッシングするフラッシング工程を有する逆浸透膜分離装置の運転方法において、フラッシング工程においては、１段目の逆浸透膜分離手段のみをフラッシングし、フラッシング排水を該逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とするものである。

請求項２の逆浸透膜分離装置の運転方法は、請求項１において、１段目の逆浸透膜分離手段の濃縮水取出口と２段目の逆浸透膜分離手段の被処理水流入口とをつなぐ流路からフラッシング排水流路が分岐しており、透過水の採水工程にあっては１段目の逆浸透膜分離手段からの濃縮水の全量を２段目の逆浸透膜分離手段に供給し、フラッシング工程にあっては、被処理水の１段目の逆浸透膜分離手段への導入を継続したまま、１段目の逆浸透膜分離手段からの濃縮水の全量又はほぼ全量を該フラッシング排水流路から該逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とするものである。

請求項３の逆浸透膜分離装置の運転方法は、請求項２において、フラッシング工程にあっては、１段目の逆浸透膜分離手段からのフラッシング排水の全量を逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とするものである。

請求項４の逆浸透膜分離装置の運転方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、フラッシング工程を１〜３０回／ｄａｙの頻度で、１回のフラッシング時間５〜５００秒にて行うことを特徴とするものである。

請求項５の逆浸透膜分離装置の運転方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、１段目の被処理水流入口と濃縮水取出口との差圧を検出手段で検出し、この差圧が高くなるほどフラッシング工程の頻度を増大させるように制御手段によって制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、ＲＯ装置の運転中に一時的に１段目の逆浸透膜分離手段のみをフラッシングとするという簡易なフラッシングにより、膜面透過流束の低下を抑制し、長期に亘り安定運転を行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明のＲＯ装置の運転方法の実施の形態を詳細に説明する。

第１図は本発明のＲＯ装置の運転方法の実施の形態を示す系統図である。

第１図に示すＲＯ装置は、４個のＲＯベッセル２１〜２４が並列配置されて１段目の第１バンク（ベッセル群）が構成され、３個のＲＯベッセル５１〜５３で２段目の第２バンクが構成され、２個のＲＯベッセル８１，８２で３段目の第３バンクが構成されている、３段のクリスマスツリー型ＲＯ装置である。

各ＲＯベッセル２１〜２４，５１〜５３，８１，８２には、各々、ＲＯエレメントが１本又は複数本内蔵されている。

なお、ＲＯ膜としては、通常のＲＯ膜のほか、表面を表面処理剤で修飾した膜を用いてもよい。表面処理剤としては、分子量２０００〜１００００のポリアルキレングリコールあるいはその誘導体を挙げることができる。誘導体としては、イオン性基やエーテルあるいはエステル結合したアルキル基を有するポリアルキレングリコールを挙げることができる。イオン性基としては、スルホ基、カルボキシル基、アミノ基を挙げることができ、アルキル基の炭素数は好ましくは１〜２０である。また、分子量１０万以上のカチオン性、アニオン性高分子も挙げることができる。

表面処理剤の種類を変えて、複数回処理することも有効である。処理の順番としては、例えば、カチオン性高分子による処理を行った後、アニオン性高分子による処理を行うことで、吸着層が安定化し、表面のアニオン性基がアニオンの反発を強め、アニオン性物質の吸着を抑制することができる。

ＲＯ膜としては、表面を酸化剤で処理したものを用いてもよい。例えば、特許第３８０７３９５に示される、過酸化水素処理ＲＯ膜が挙げられる。

第１図において、被処理水（原水）は、圧力計Ｐ_１を有した原水配管１０から分岐原水配管１１，１２，１３，１４に流入する。これらのベッセル２１〜２４からの透過水は透過水配管３１，３２，３３，３４から集合透過水配管３０を介して系外（装置外）に取り出される。

各ベッセル２１〜２４からの濃縮水は、濃縮水配管４１，４２，４３，４４から集合濃縮水配管４５に集められ、次いで弁Ｖ_Ａを通り、分岐配管４６，４７，４８を介して第２バンクのベッセル５１，５２，５３に供給される。

なお、濃縮水配管４５の弁Ｖ_Ａよりも上流側からフラッシング排水配管４９が分岐している。この配管４９には圧力計Ｐ_２が設けられると共に、それよりも下流側にフラッシング排水の排出及び排水停止を行うための弁Ｖ_Ｂが設けられている。

これらのベッセル５１〜５４からの透過水は透過水配管６１，６２，６３から集合透過水配管６４，３０を介して系外に取り出される。

各ベッセル５１〜５３からの濃縮水は、濃縮水配管７１，７２，７３から集合濃縮水配管７４に集められ、次いで分岐配管７５，７６を介して第３バンクのベッセル８１，８２に供給される。
なお、濃縮水配管７４には圧力計Ｐ_３が設けられている。

これらのベッセル８１，８２からの透過水は透過水配管９１，９２から集合透過水配管９３，３０を介して系外に取り出される。

各ベッセル８１，８２からの濃縮水は、濃縮水配管１０１，１０２から集合濃縮水配管１０３及び弁Ｖ_Ｃを通り、系外に排出される。なお、濃縮水配管１０３の弁Ｖ_Ｃよりも上流側には圧力計Ｐ_４が設けられている。

この第１図のＲＯ装置において、通常運転（採水運転）の際には、弁Ｖ_Ｂを閉、Ｖ_Ａを開、弁Ｖ_Ｃは所定の水回収率となる開度とし、給水ポンプ（図示略）を作動させて、被処理水を配管１０から、配管１１〜１４を経て第１バンクのＲＯベッセル２１〜２４に加圧供給し、透過水を配管３１〜３４，３０を経て系外へ排出する。一方、濃縮水は配管４１〜４８を経て第２バンクのＲＯベッセル５１〜５３に導入し、透過水を配管６１〜６４を経て系外へ排出する。第２バンクのＲＯベッセル５１〜５３からの濃縮水は配管７１〜７６を経て第３バンクのＲＯベッセル８１，８２に導入され、透過水を配管９１〜９３を経て系外へ排出する。第３バンクから濃縮水は配管１０３より系外へ排出される。
なお、濃縮水は放流又は後段の排水処理装置に送給される。透過水は更に後段の処理装置に送給される。
このような通常運転を所定時間行った後は次のようにしてフラッシングを行う。

まず、通常運転時と同様に給水ポンプを作動させたまま、弁Ｖ_Ｂを開く。このとき、弁Ｖ_Ａは閉としてもよく、開のままとしてもよい。弁Ｖ_Ｂを開とすることにより、第１バンクのＲＯベッセル２１〜２４に流入した水の全量（弁Ｖ_Ａ閉の場合）又は大部分（弁Ｖ_Ａを開のままとした場合）は、ＲＯ膜を透過することなく、配管４１〜４４，４９を経て系外へ排出される。

この操作で、第１バンクのＲＯベッセル２１〜２４の膜面に沿って水が多量にかつ高流速で流れることにより、各膜面が洗浄される。

上述の如く、第１バンクのみのフラッシングを行った後は、弁Ｖ_Ａが閉のときは開に戻し、弁Ｖ_Ｂを閉とし、通常運転を再開する。

本発明において、フラッシングの頻度としては特に制限はなく、被処理水の水質やＲＯ処理条件等に応じて適宜決定されるが、通常１〜３０日に一度の割合で１回当り５〜５００秒程度実施することが好ましい。

なお、第１図においては、第１バンクに４個のＲＯベッセルが並列配置され、第２バンクに３個のＲＯベッセルが設けられ、第３バンクに２個のＲＯベッセルが設けられたクリスマスツリー型ＲＯ装置を示したが、本発明が適用されるＲＯ装置は、何ら第２図の構成のものに限らず、各バンクのベッセル数は任意であり、バンク数も２以上であれば任意である。クリスマスツリー型ＲＯ装置に限らず、各段１個のＲＯベッセルが多段に連結されたものであっても良い。

クリスマスツリー型ＲＯ装置の場合、そのバンク数やベッセル数には特に制限はないが、バンクの段数は通常２段又は３段である。ただし、４段以上の多段構成であっても良いことは言うまでもない。また、各段のバンクのＲＯベッセル数は、処理水量とＲＯベッセルの処理能力に応じて適宜設定されるが、一般的には上流側ほど多く、下流側ほど少なくなる。通常、２段の場合は第１バンクのベッセル数：第２バンクのベッセル数＝２：１の割合でベッセル数が設定され、３段の場合は、第１バンクのベッセル数：第２バンクのベッセル数：第３バンクのベッセル数＝４：２：１の割合でベッセル数が設定されることが多い。最終段のベッセル数は１個である場合もある。

いずれの場合も、前述の如く、各ＲＯベッセルには、ＲＯエレメントが内蔵されており、１ベッセルにＲＯエレメントが１本又は複数本内蔵されている。また、少なくとも、最終段のバンクからの濃縮水配管には絞り弁又は開度調節可能な弁Ｖ_Ｃが設けられ、全てのバンクのＲＯベッセルにかかる運転圧を調整できるようになっている。

開閉弁、絞り弁は自動弁が好ましいが、手動弁でもよい。第２図は、弁Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂを自動弁とし、その開閉を圧力計Ｐ_１，Ｐ_２の差圧に基づいて制御装置１１０で自動制御することにより、フラッシング工程を自動的に通常運転中に行うようにしたものである。

この場合、膜透過差圧が大きくなるほどフラッシングの頻度を多くするのが好ましいが、１回のフラッシング時間を長くするようにしてもよい。第２図のその他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

クリスマスツリー型ＲＯ装置のような多段ＲＯ装置の場合、特に、超低圧ＲＯ膜を用いた場合や濁質除去が不十分であったり、微生物抑制剤が使用されていない被処理水を処理する場合、１段目のバンク（ないしベッセル）のＲＯ膜の汚染が顕著になることから、前述の如く、１段目のバンク（ベッセル群）のみのフラッシングを行うだけで透過水量を長期にわたって高く保つことができる。

本発明では、第１バンクのフラッシング時に弁Ｖ_Ａを開のままとしてもよいので、弁Ｖ_Ａを省略してもよい。

本発明では、ＲＯ膜として、表面を高分子（例えばポリエチレングリコール）で修飾したり、酸化剤で処理したものを用いてもよい。

本発明のＲＯ装置の運転方法は、例えば濁質除去が不十分なＳＤＩが３以上の被処理水や排水回収プロセスなどＴＯＣ濃度が０．５ｍｇ／Ｌ以上、例えば、０．５〜２０ｍｇ／Ｌ程度であるような被処理水や生菌数が５０００ＣＦＵ／ｍＬ以上である被処理水をＲＯ給水とする場合に有効である。なお、ＴＯＣは溶存成分であるが、生物代謝物などの高分子が含まれている場合、膜面で濃縮されたり、カチオンと結合してゲル化する場合があり、ＲＯ膜供給水の流路に付着して、流路を閉塞させる場合があることがわかった。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
以下の実施例及び比較例では表１に示す水質の原水を用いた。

実施例１，２、比較例１，２
採水時には、弁Ｖ_Ａを開、弁Ｖ_Ｂを閉、弁Ｖ_Ｃを半開とし、原水を第１図に示すＲＯ装置（膜は栗田工業（株）製Ｋ−ＲＯ−Ａ２０３２。ベッセル１個当り４本に３０ｍ^３／ｈにて供給し、濃縮水流量を１０ｍ^３／ｈ、回収率７５％とした。

実施例１，２では、１回／ｄａｙの頻度で１回当り６０秒間Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｃの開閉を表２の通りとしてフラッシングを行った。比較例１ではフラッシングを行わなかった。比較例２では、１回／ｄａｙの頻度で１回当り６０秒間、弁Ｖ_Ｃを全開とした。

実施例３
第２図に示すように、圧力計Ｐ_１，Ｐ_２の検出値を制御装置１１０に入力し、差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）に応じて、バルブＶ_Ｂを６０秒だけ開とし且つバルブＶ_Ａを６０秒だけ閉とするフラッシングを、次の頻度にて行った。

Ｐ_１−Ｐ_２が０．１５未満のとき １回／ｄａｙ
Ｐ_１−Ｐ_２が０．１５〜０．２０のとき ２回／ｄａｙ
Ｐ_１−Ｐ_２が０．２０〜０．２５のとき ３回／ｄａｙ
Ｐ_１−Ｐ_２が０．２５超のとき ４回／ｄａｙ
なお、膜の材質及び各ベッセルの膜面積は実施例１，２及び比較例１，２と同一である。

実施例１〜３及び比較例１，２の運転開始直後及び１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１〜Ｐ_４の検出値を表３，表４に示す。表３，４及び後述の表５，７において、電導度の単位はｍＳ／ｍである。

フラッシングを行わない比較例１では圧力計１の圧力が上昇し、圧力計４の圧力が低下している。Ｖ_Ｃを開放する比較例２ではこの傾向は小さくなるものの、やはり圧力計１の圧力上昇や他の圧力計の圧力低下が顕著である。Ｖ_Ｂを開放する本発明（実施例１，２及び３）では、圧力計１の圧力上昇と他の圧力計での圧力低下は抑えられた。圧力に応じて、バルブの開閉を制御する実施例３で、最もこの効果は大きい。

実施例４、比較例３
膜として、上記Ｋ−ＲＯ−Ａ２０３２に、２ｐｐｍポリエチレングリコール水溶液（平均分子量３０００）を３０分間、０．７５ＭＰａで通水処理して、ポリエチレングリコールによる修飾処理を行ったものを用いたほかは、それぞれ実施例３、比較例１と同一条件にて通水した。運転開始直後及び１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１〜Ｐ_４の検出値を表５に示す。

表５の通り、修飾処理によって膜の抵抗が増加した分、運転開始直後の初期圧力は高い。しかしながら、実施例４及び比較例３ともに、実施例３、比較例１に比べて１ヵ月後の圧力上昇は抑えられており、実施例４では圧力上昇が著しく抑えられている。

実施例５
表６に示す原水を第３図に示すＲＯ装置に２８ｍ^３／ｈにて供給し、濃縮水流量を１２ｍ^３／ｈとし、回収率を７０％とした。

第３図のＲＯ装置は、第１バンクと第２バンクとの２バンクよりなり、第１バンクは８個のＲＯベッセル２１〜２４、２４ａ〜２４ｄを並列に設け、配管１１〜１４、１４ａ〜１４ｄによってそれぞれ原水を供給し、透過水を配管３１〜３４、３４ａ〜３４ｄによって取り出し、濃縮水を配管４１〜４４、４４ａ〜４４ｄを介して配管４５に送り出すようにしている。

第２バンクは４個のＲＯベッセル５２〜５３、５３Ａを並列に設け、分岐配管４６〜４８、４ａによって配管４５からの濃縮水を各ベッセル５１〜５３Ａに供給し、透過水を配管６１〜６３、６３ａによって取り出し、濃縮水を配管７１〜７３、７３ａによって配管７４に送り出し、系外に取り出すようにしている。

その他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

膜としては、日東電工（株）製ＮＴＲ−７５９ＨＲを、１％過酸化水素水に２４時間浸漬処理したものを用いた。

フラッシングは弁Ｖ_Ｂのみを１回／ｈｒの頻度で１回当り６０秒だけ開とすることにより行った。運転開始直後及び１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１〜Ｐ_４の検出値を表７に示す。

比較例４
実施例５において、膜として過酸化水素水しなかったものを用い、フラッシングを行わなかったこと以外は実施例５と同一とした。運転開始直後及び１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１〜Ｐ_４の検出値を表７に示す。

比較例５
実施例５において、フラッシングを行わなかったこと以外は、実施例５と同一とした。運転開始直後及び１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１〜Ｐ_４の検出値を表７に示す。

表７の通り、実施例５では比較例４，５に比べて１ヶ月経過後の圧力計Ｐ_１の圧力上昇が顕著に抑制され、Ｐ_２及びＰ_３も低い値に維持されている。

本発明のＲＯ装置の運転方法の実施の形態を示す系統図である。 本発明のＲＯ装置の運転方法の実施の形態を示す系統図である。 本発明のＲＯ装置の運転方法の実施の形態を示す系統図である。 一般的なクリスマスツリー型ＲＯ装置の構成を示す系統図である。

符号の説明

１ 第１バンク（第１ＲＯベッセル群）
２ 第２バンク（第２ＲＯベッセル群）
２１〜２４，５１〜５３，８１，８２ ＲＯベッセル

Claims (5)

1. 直列に多段に設置された逆浸透膜分離手段を有する逆浸透膜分離装置の運転方法であって、
   該逆浸透膜分離手段を一時的にフラッシングするフラッシング工程を有する逆浸透膜分離装置の運転方法において、
   フラッシング工程においては、１段目の逆浸透膜分離手段のみをフラッシングし、フラッシング排水を該逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とする逆浸透膜分離装置の運転方法。
2. 請求項１において、
   １段目の逆浸透膜分離手段の濃縮水取出口と２段目の逆浸透膜分離手段の被処理水流入口とをつなぐ流路からフラッシング排水流路が分岐しており、
   透過水の採水工程にあっては１段目の逆浸透膜分離手段からの濃縮水の全量を２段目の逆浸透膜分離手段に供給し、
   フラッシング工程にあっては、被処理水の１段目の逆浸透膜分離手段への導入を継続したまま、１段目の逆浸透膜分離手段からの濃縮水の全量又はほぼ全量を該フラッシング排水流路から該逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とする逆浸透膜分離装置の運転方法。
3. 請求項２において、フラッシング工程にあっては、１段目の逆浸透膜分離手段からのフラッシング排水の全量を逆浸透膜分離装置外に排出することを特徴とする逆浸透膜分離装置の運転方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、フラッシング工程を１〜３０回／ｄａｙの頻度で、１回のフラッシング時間５〜５００秒にて行うことを特徴とする逆浸透膜分離装置の運転方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、１段目の被処理水流入口と濃縮水取出口との差圧を検出手段で検出し、この差圧が高くなるほどフラッシング工程の頻度を増大させるように制御手段によって制御することを特徴とする逆浸透膜分離装置の運転方法。

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