JP4583558B2 - スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜分離装置、限外濾過膜分離装置、精密濾過膜分離装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水処理および排水処理への膜分離技術の適用が広がり、従来困難であった液質への膜分離技術の応用がなされている。特に、膜分離技術を用いた産業排水の回収および再利用が強く求められている。
【０００３】
このような膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸型膜エレメントが多く使用されている。しかし、中空糸型膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
そこで、中空糸型膜エレメントに代えて、スパイラル型膜エレメントを適用することが提案されている。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸型膜エレメントと同様に単位体積当たりの膜面積を大きくとれ、しかも分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排水は多くの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質を含むため、このような排水に膜分離を行うと、これらの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質として膜面に堆積し、水の透過速度の低下を引き起こす。特に、全量濾過を行う場合においては汚染物質が膜面に堆積しやすく、水の透過速度の低下が顕著であり、安定した濾過運転を続けることが困難である。
【０００６】
膜面への汚染物質の堆積を防止するためには、クロスフロー濾過が行われる。
このクロスフロー濾過は、原水を膜面に対して平行に流すことにより、膜面と流体との界面で生じる剪断力を利用して膜面への汚染物質の堆積を防止するものである。このようなクロスフロー濾過においては、汚染物質の膜面への堆積を防ぐために充分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには充分な流量の原水を膜面に対して平行に流す必要がある。しかしながら、膜面に平行に流す原水の流量を大きくすると、スパイラル型膜エレメント当たりの回収率が低くなるうえ、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【０００７】
一方、膜面に堆積した汚染物質を逆流洗浄により取り除くことも行われる。逆流洗浄は、中空糸型膜エレメントでは一般的に行われている。
【０００８】
スパイラル型膜エレメントへの逆流洗浄の適用は、例えば特公平６−９８２７６号公報に提案されている。しかし、従来のスパイラル型膜エレメントの分離膜は、背圧強度が低いため、逆流洗浄において分離膜に背圧が加わると、分離膜が破損するおそれがある。そのため、上記の公報によると、スパイラル型膜エレメントに０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 （０．０１〜０．０５ＭＰａ）という低い背圧で逆流洗浄を行うことが好ましいとされている。
【０００９】
しかし、本発明者の実験によると、スパイラル型膜エレメントにおいてこのような背圧で逆流洗浄を行った場合、汚染物質の除去を充分に行うことが困難であり、長時間にわたって高い透過流束を維持することはできなかった。
【００１０】
一方、本発明者は、特開平１０−２２５６２６号公報に背圧強度が２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の分離膜の構造および製造方法を提案している。しかしながら、このような背圧強度を有する分離膜を用いてスパイラル型膜エレメントを作製した場合に、実際にどのような背圧で逆流洗浄を行うことが可能となるか、また、どのような範囲の背圧で逆流洗浄を行った場合に長期間にわたって高い透過流束を維持できるかについては十分に検証されていなかった。さらに、上記のような背圧強度の高い分離膜を有するスパイラル型膜エレメントの運転方法およびこのようなスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転方法については検証されていなかった。
【００１１】
このような背圧強度の高い分離膜を用いた場合でも、最適な洗浄条件および洗浄方法を適用しかつ最適な運転方法により濾過運転を行わなければ、スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールにおいて長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定した濾過運転を続けることができない。
【００１２】
本発明の目的は、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ低コストで安定した濾過運転を行うことができるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過運転時にスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持するものである。
【００１４】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法においては、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、スパイラル型膜エレメントの膜機能を回復させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような操作は、特に設備を必要とせず容易に行うことができるとともに、洗浄用薬品を用いることなく汚染物質を剥離させることができるため、低コストでの実施が可能である。
【００１５】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法の第１の態様として、濾過運転を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持してもよい。
【００１６】
この場合、原液がスパイラル型膜エレメントの第１の端部から供給されるとともに、濾過が行われ、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの膜面で捕捉される。
【００１７】
さらに、濾過運転を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、濾過運転に伴いスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることが可能となる。
【００１８】
なお、上記のスパイラル型膜エレメントの運転方法において、常時または定期的に一部の原液をスパイラル型膜エレメントの軸方向に流してもよい。それにより、膜面上に働く剪断力により原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの膜面に付着することを抑制でき、より安定した運転を行うことが可能となる。
【００１９】
スパイラル型膜エレメント内を軸方向に流した原液の少なくとも一部を再びスパイラル型膜エレメントの供給側に戻すことが好ましい。このように原液を循環させることにより、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００２０】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法の第２の態様として、逆流洗浄を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持してもよい。
【００２１】
逆流洗浄時には、洗浄液が有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入される。その洗浄液は、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。
【００２２】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄するので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、膜面に汚染物質が堆積しやすい全量濾過においても、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２３】
このように、濾過を安定して行うことができるため、効率よく透過液を得ることが可能となる。また、原液を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００２４】
さらに、逆流洗浄を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、濾過に伴いスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００２５】
上記の第１の態様において、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、濾過運転を再開してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることができるため、再開した濾過運転において、高い信頼性および安定性が得られる。
【００２６】
あるいは、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、逆流洗浄してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬した後に逆流洗浄を行うため、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を容易にかつ確実に剥離させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２７】
また、上記の第２の態様において、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、逆流洗浄を再開してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬した後に逆流洗浄を行うため、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を容易にかつ確実に剥離させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２８】
あるいは、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、濾過運転を行ってもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることができるため、浸漬後の濾過運転において、高い信頼性および安定性が得られる。
【００２９】
また、上記の第１および第２の態様において、逆流洗浄と並行してまたは逆流洗浄後に圧力容器の原液入口および原液出口を通してスパイラル型膜エレメントの第１の端部および第２の端部から濾過運転時の原液の供給方向と同方向および逆方向に順に原液を供給してスパイラル型膜エレメント内で原液を軸方向に流すとともに軸方向に流した原液を圧力容器の外部に取り出してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントの全体に分布した汚染物質を均一に除去して外部へ排出することが可能となる。
【００３０】
さらに、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬する際に、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含む液をスパイラル型膜エレメントに供給し、薬品を含む液中にスパイラル型膜エレメントを浸漬してもよい。これにより、スパイラル型膜エレメントの膜面において繁殖した雑菌を殺菌することが可能になるか、またはスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的かつ確実に剥離させることが可能となる。
【００３１】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法は、１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの運転方法であって、スパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能であり、濾過運転時にスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止して圧力容器内に液を封入した状態で所定時間保持するものである。
【００３２】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法においては、圧力容器内に液を封入してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、スパイラル型膜エレメントの膜機能を回復させることが可能となる。それにより、スパイラル型膜モジュールにおいて、信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような操作は、特に設備を必要とせず容易に行うことができ、低コストでの実施が可能である。
【００３３】
液は、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含んでもよい。これにより、スパイラル型膜エレメントの膜面において繁殖した雑菌を殺菌することが可能になるか、またはスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的かつ確実に剥離させることが可能となる。
【００３４】
分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなり、透過性膜体は多孔性シート材の一面に投錨状態で接合されてなってもよい。このような分離膜においては、多孔性シート材と透過性膜体との接合が強化され、分離膜の背圧強度が向上する。それにより、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜の破損を生じることなく十分に逆流洗浄することが可能となる。
【００３５】
特に、分離膜の背圧強度は０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、高い背圧での逆流洗浄が可能となり、膜洗浄を十分に行うことによって長期間安定した膜分離処理を行うことができる。
【００３６】
特に、多孔性シート材は合成樹脂からなる織布、不織布、メッシュ状ネットまたは発泡焼結シートからなることが好ましい。
【００３７】
さらに、多孔性シート材は、厚みが０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下でかつ密度が０．５ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 以下の不織布からなることが好ましい。
【００３８】
これにより、０．２ＭＰａ以上の背圧強度を得るとともに、補強シートとしての強度を確保しつつ、透過抵抗の増大および透過性膜体の剥離を防止することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの例を示す模式的な断面図である。
【００４０】
図１に示すように、スパイラル型膜モジュール１００は、圧力容器（耐圧容器）１０内にスパイラル型膜エレメント１が収納されてなる。圧力容器１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。なお、圧力容器の構造は図１の構造に限定されず、後述するような筒形ケースに原水入口および原水出口が設けられたサイドエントリ形状の圧力容器を用いてもよい。
【００４１】
外周面の一端部近傍にパッキン１７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１を筒形ケース１１内に装填し、筒形ケース１１の両方の開口端をそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止する。集水管５の一方の開口端は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ１６が装着される。圧力容器１０の内部空間は、パッキン１７により第１の液室１８と第２の液室１９とに分離される。
【００４２】
スパイラル型膜モジュール１００の原水入口１３は、配管２５を通して原水タンク５００に接続されている。配管２５にはバルブ３０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側に、バルブ３０ｂが介挿された配管２６が接続されている。一方、原水出口１５には、バルブ３０ｃが介挿された配管２７が接続されており、さらにバルブ３０ｄが介挿された配管２７ａが配管２７のバルブ３０ｃ上流側に接続されている。この配管２７ａを介して原水出口１５は原水タンク５００に接続される。透過水出口１４には、バルブ３０ｅが介挿された配管２８が接続されており、このバルブ３０ｅの上流側に、バルブ３０ｆが介挿された配管２９が接続されている。
【００４３】
図５は、図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【００４４】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆される。
【００４５】
このスパイラル型膜エレメント１においては、後述する構造を有する分離膜２を用いることにより、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うことが可能となる。
【００４６】
図２および図３は、本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。本例の運転方法においては図１のスパイラル型膜モジュールを用いており、図２は濾過時の運転方法を示し、図３は洗浄時の運転方法を示す。
【００４７】
図２に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａおよび配管２８のバルブ３０ｅを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃ、配管２７ａのバルブ３０ｄおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【００４８】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール内において、供給された原水７は原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入され、さらに、スパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【００４９】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一方の端面側から供給された原水７は、原水スペーサ６に沿って集水管５と平行な方向（軸方向）に他方の端面側に向かって直線状に流れる。原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で、原水側と透過水側の圧力差によって原水７の一部が分離膜２を透過する。この透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【００５０】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図２に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出される。この場合、原水出口１５に接続された配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じているため、スパイラル型膜エレメント１における分離膜２の透過が促進されて全量濾過が行われる。
【００５１】
上記のような濾過過程で、原水中に含まれる懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質としてスパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、全量濾過においては分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。
このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【００５２】
上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時において、一旦配管２５のバルブ３０ａを閉じて原水７の供給を停止するとともに、透過水出口１４からの透過水８の取り出しを停止する。このように濾過運転を一時停止し、圧力容器１０内に原水７，７ａおよび透過水８を封入した状態で所定時間保持する（液封入停止）。このようにして、所定時間液封入停止を行った後、再び配管２５のバルブ３０ａを開いて原水７をスパイラル型膜エレメント１に供給するとともに、透過水出口１４から透過水８を取り出し、濾過運転を再開する。なお、配管２７のバルブ３０ｃを開いて一部の原水７ａを取り出しつつ濾過運転を行う場合においては、配管２５のバルブ３０ａにあわせて配管２７のバルブ３０ｃを開閉する。
【００５３】
以上のように、スパイラル型膜モジュールの運転期間においては、上記の濾過運転および液封入停止を繰り返して行う。
【００５４】
濾過運転時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、スパイラル型膜エレメント１の分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜モジュールの連続濾過運転に伴ってスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができる。それにより、汚染物質の付着により低下したスパイラル型膜エレメント１の膜機能が回復する。
【００５５】
なお、上記のような濾過運転時における液封入停止は定期的に行ってもよく、あるいは不定期的に行ってもよい。不定期的に行う例として、例えば、スパイラル型膜モジュールにおいて透過水流量に低下が見られた際に、液封入停止を行う。
【００５６】
次に、図３に示すように、洗浄時には、まず配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じるとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２９のバルブ３０ｆおよび配管２７のバルブ３０ｃを開き、逆流洗浄を行う。
【００５７】
逆流洗浄時には、配管２９および配管２８を通して洗浄水２１が透過水出口１４から集水管５の開口端に供給され、洗浄水２１が集水管５の内部に導入される。なお、洗浄水２１としては、例えば透過水を用いる。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆されているので、分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント１の両端部から第１の液室１８および第２の液室１９に排出される。さらに洗浄水２１は、原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【００５８】
この場合、分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４側の圧力、原水入口１３側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質がスパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【００５９】
なお、本例においては原水入口１３から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２６のバルブ３０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【００６０】
また、本例においては原水出口１５から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００６１】
また、図３の例では、逆流洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の両端部から洗浄水２１が排出され、それぞれ原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の一端部から第１の液室１８に排出され、原水入口１３から配管２６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水入口１３側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２７のバルブ３０ｃを閉じ、原水出口１５を閉じておく。あるいは、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出され、原水出口１５から配管２７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２６のバルブ３０ｂを閉じ、原水入口１３を閉じておく。
【００６２】
上記の逆流洗浄時に液封入停止を行ってもよい。この場合、配管２６のバルブ３０ｂを閉じて洗浄水２１の排出を停止するとともに、集水管５への洗浄水２１の導入を停止し、圧力容器１０内に洗浄水２１を封入した状態で所定時間保持する。このようにして、所定時間液封入停止を行った後、配管２６のバルブ３０ｂを開いて洗浄水２１を排出するとともに、集水管５に洗浄水２１を導入し、逆流洗浄を再開する。
【００６３】
逆流洗浄時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、スパイラル型膜エレメント１の分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００６４】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管２６のバルブ３０ｂおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じるとともに配管２５のバルブ３０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０内に供給され、第１の液室１８に導入される。原水３１は、スパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に供給され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後、他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１とともにスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出される。さらに、汚染物質は原水３１とともに原水出口１５から配管２７を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。
【００６５】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すフラッシングを行うことにより、スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【００６６】
上記のような洗浄時の運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となるため、膜面に汚染物質が堆積しやすい全量濾過においても、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【００６７】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行っているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどがフラッシングにより除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【００６８】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。例えば上記において、洗浄時に配管２５，２６，２７，２９のバルブ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｆを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００６９】
また、本例においては原水３１を原水入口１３から供給して原水出口１５から取り出しているが、原水を原水出口１５から供給して原水入口１３から取り出し、スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００７０】
なお、濾過時の原水の供給方向と同方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第２の液室１９に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。これに対し、濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第１の液室１８に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。
【００７１】
また、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【００７２】
また、本例においては原水出口１５から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水として再利用してもよい。例えば上記において、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、原水３１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００７３】
以上のように、図２および図３に示す本例の運転方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に堆積した汚染物質を充分に除去することができるため、図１のスパイラル型膜モジュール１００において高い透過流束を維持しつつ安定して全量濾過を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００７４】
上記のように、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュール１００の液封入停止を行うことにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような液封入停止は、配管２５，２６のバルブ３０ａ，３０ｂの開閉操作等により行うことができるため、特に設備を必要とせず、操作が容易である。また、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。
【００７５】
ここで、上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時または逆流洗浄時において液封入停止を行う時間は１分以上２４時間以下とすることが好ましい。液封入停止が１分未満の場合、封入する時間が短いため、スパイラル型膜エレメント１の膜面から汚染物質を充分に剥離させることができない。また、液封入停止が２４時間を超える場合、汚染物質の剥離効果がある程度を超えると向上しなくなるとともに、本来の目的の濾過運転時間が圧縮されるので適切でない。さらに、液の滞溜により雑菌等が繁殖するので好ましくない。
【００７６】
また、上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時および逆流洗浄時における液封入停止において、圧力容器１０内に封入する液は原水または透過水に限定されるものではない。原水または透過水以外の液、例えば、純水を封入してもよい。この場合、濾過運転時および逆流洗浄時において圧力容器１０内に純水を供給し、この純水を圧力容器１０内に封入する。このように純水を封入した場合においても、原水または透過水を封入した場合と同様、汚染物質をスパイラル型膜エレメント１の膜面から剥離させることができる。
【００７７】
上記のスパイラル型膜モジュール１００では、濾過運転中に液封入停止を行い、または逆流洗浄中に液封入停止を行っているが、液封入停止を行う時期は特に限定されるものではなく、運転期間中の上記以外の時期に行ってもよい。
【００７８】
例えば、濾過運転後に液封入停止を行い、その直後に逆流洗浄を行ってもよい。あるいは、濾過運転後に液封入停止を行い、液封入停止後に原水によるフラッシングを行い、その後に濾過運転を再開してもよい。なお、フラッシングについては、逆流洗浄時において前述した方法と同様の方法により行う。また、逆流洗浄後に液封入停止を行い、その直後に濾過運転を再開してもよい。
【００７９】
あるいは、濾過運転時または逆流洗浄時において液封入停止を行った後、さらに薬品を含む原水または透過水をスパイラル型膜モジュール１００に供給し、スパイラル型膜エレメント１を薬品を含む液に浸漬（薬液浸漬）してもよい。この場合、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品、例えば濃度１０〜１００００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム、濃度０．１〜１０ｐｐｍのクロラミン、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酸化水素，ｐＨ１〜３の硫酸、ｐＨ１〜３の塩酸、ｐＨ１０〜１３の水酸化ナトリウム、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酢酸、濃度０．１〜５０％のイソプロピルアルコール、濃度０．２〜２％のクエン酸または濃度０．２〜２％のシュウ酸を用いる。このようなスパイラル型膜エレメント１の薬液浸漬により、スパイラル型膜モジュール１００内、特にスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能になるとともに、雑菌の繁殖をより効果的に抑制することが可能となる。このような薬液浸漬を行った後、濾過運転または逆流洗浄を行う。
【００８０】
図４は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。図４は濾過時の運転方法を示しており、本例においても図１のスパイラル型膜モジュール１００を用いる。なお、本例における洗浄時の運転方法は、前述の図３の運転方法と同様である。
【００８１】
図４に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【００８２】
この場合、図２の例と同様、原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入される。さらに、原水７はスパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【００８３】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【００８４】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図４に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出された後、原水出口１５から配管２７ａを通して外部へ取り出され、原水タンク５００に戻される。このように、本例においては、一部の原水７ａを原水出口１５から外部に取り出しつつスパイラル型膜モジュールにおいて濾過を行う。
それにより、スパイラル型膜エレメント１の外周面と圧力容器１０の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ、汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となる。
【００８５】
なお、上記においては常時バルブ３０ｄを開いて原水７ａを外部に取り出しているが、間欠的にバルブ３０ｄを開いて原水７ａを取り出してもよい。この場合においても、常時原水７ａを取り出す場合と同様、分離膜２に汚染物質が付着するのを抑制することが可能となる。
【００８６】
また、上記においては圧力容器の外部に取り出した原水７ａの全量を原水タンク５００に戻しているが、取り出した原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
例えば、バルブ３０ｄを開くとともにバルブ３０ｃを開き、配管２７を通して原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
【００８７】
本例においても、洗浄時には、図３に示す洗浄時の運転方法により高い背圧で逆流洗浄を行うとともに原水３１の導入を行う。それにより、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【００８８】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【００８９】
特に、本例においては、図４に示すように濾過時に一部の原水７ａを圧力容器１０の外部に取り出すことにより、原水中の汚染物質の膜面への沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となるため、より安定した濾過運転を行うことが可能となる。この場合、原水出口１５から外部へ取り出した原水７ａを配管２７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００９０】
また、この場合においても、図２において前述したように、スパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時に液封入停止を行う。それにより、スパイラル型膜モジュール１００の連続濾過運転に伴ってスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができ、汚染物質の付着により低下したスパイラル型膜エレメント１の膜機能を回復させることができる。
【００９１】
運転期間中に一定時間濾過運転を行った後、図３において前述した洗浄方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１の逆流洗浄を行う。
【００９２】
上記の逆流洗浄時においても、図３において前述したように、洗浄水２１を用いて液封入停止を行ってもよい。それにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００９３】
上記のように、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュールの液封入停止を行うことにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような液封入停止は、配管２５，２６のバルブ３０ａ，３０ｂ（図４）の開閉操作等により行うことができるため、特に設備を必要とせず、操作が容易である。また、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。なお、濾過運転時または逆流洗浄時における液封入停止の時間、液封入停止を行うタイミングおよび封入する液に関しては、図２および図３において前述した通りである。
【００９４】
なお、上記においては、１本のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転を行う場合について説明したが、本発明に係る運転方法は、複数のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールにおいても適用可能である。
【００９５】
図６は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００９６】
図６に示すように、本例のスパイラル型膜モジュール１００は、圧力容器１１０内に複数のスパイラル型膜エレメント１が収容されてなる。圧力容器１１０は、筒形ケース１１１および１対の端板１２０ａ，１２０ｂにより構成される。筒形ケース１１１の底部には原水入口１３０が形成され、上部には原水出口１３１が形成されている。このように、圧力容器１１０はサイドエントリ形状を有する。原水出口１３１はエアー抜きにも用いられる。また、端板１２０ａ，１２０ｂの中央部には透過水出口１４０が設けられている。
【００９７】
インターコネクタ１１６により集水管５が直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１が筒形ケース１１１内に収容され、筒形ケース１１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂで封止される。なお、ここでは図５のスパイラル型膜エレメント１を用いている。両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管５の一端部が、アダプタ１１５を介してそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合される。各スパイラル型膜エレメント１の外周面の一端部近傍にはパッキン１７０が取り付けられており、このパッキン１７０により、圧力容器１１０の内部空間が複数の液室に分離される。
【００９８】
スパイラル型膜モジュール１００の原水入口１３０は、配管５５を通して原水タンク５００に接続されている。配管５５にはバルブ６０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側にバルブ６０ｂが介挿された配管５６が接続されている。一方、原水出口１３１には、バルブ６０ｃが介挿された配管５７が接続されており、さらに、バルブ６０ｄが介挿された配管５７ａが配管５７のバルブ６０ｃ上流側に接続されている。この配管５７ａを介して原水出口１３１は原水タンク５００に接続されている。端板１２０ａ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｅが介挿された配管５８ａが接続されており、このバルブ６０ｅの上流側に、バルブ６０ｇが介挿された配管５９ａが接続されている。一方、端板１２０ｂ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｆが介挿された配管５８ｂが接続されており、このバルブ６０ｆの上流側に、バルブ６０ｈが介挿された配管５９ｂが接続されている。
【００９９】
スパイラル型膜モジュール１００の濾過時には、配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅおよび配管５８ｂのバルブ６０ｆを開くとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇ、配管５９ｂのバルブ６０ｈ、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じる。
【０１００】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１１０の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール１００内において、原水入口１３０から供給された原水７は、端板１２０ａ側の端部に位置するスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からスパイラル型膜エレメント１の内部に導入される。このスパイラル型膜エレメント１においては、図５に示すように、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、他方の端面側から排出される。この排出された原水７ａは、後段のスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からこのスパイラル型膜エレメント１の内部に導入され、前述と同様にして透過水８および原水７ａに分離される。このように、直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１の各々において膜分離が行われる。この場合、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じているため、図２の例と同様、各スパイラル型膜エレメント１において分離膜２の透過が促進されてスパイラル型膜モジュールにおいて全量濾過が行われる。
【０１０１】
上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時において、一旦原水７の供給を停止するとともに、透過水出口１４０からの透過水８の取り出しを停止する。このように濾過運転を一時停止し、圧力容器１１０内に原水７および透過水８を封入した状態で所定時間保持する。このようにして所定時間液封入停止を行った後、再び原水７を供給するとともに、透過水出口１４０から透過水８を取り出し、濾過運転を再開する。
【０１０２】
以上のように、図６のスパイラル型膜モジュール１００の運転期間においては、図２および図３に示すスパイラル型膜モジュール１００の運転方法と同様、濾過運転および液封入停止を繰り返して行う。
【０１０３】
濾過運転時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、各スパイラル型膜エレメント１において、分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とが大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜モジュール１００の連続濾過運転に伴って各スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができる。それにより、汚染物質の付着により低下した各スパイラル型膜エレメント１の膜機能が回復する。
【０１０４】
上記の濾過過程で、原水中に含まれる汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、上記のように複数のスパイラル型膜エレメント１を備えたスパイラル型膜モジュール１００において全量濾過を行うと、分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【０１０５】
洗浄時には、まず配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅ、配管５８ｂのバルブ６０ｆおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じるとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５７のバルブ６０ｃ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを開き、逆流洗浄を行う。
【０１０６】
逆流洗浄時、端板１２０ａ側においては、配管５９ａおよび配管５８ａを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の一端部に供給される。また、端板１２０ｂ側においては、配管５９ｂおよび配管５８ｂを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の他端部に供給される。このようにして、洗浄水２１が集水管５の両端部から集水管５の内部に導入される。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、各スパイラル型膜エレメント１において集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、各スパイラル型膜エレメント１の両端部から排出される。この排出された洗浄水２１は、原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【０１０７】
この場合、各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４０側の圧力、原水入口１３０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１０８】
なお、本例においては原水入口１３０から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５６のバルブ６０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【０１０９】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１１０】
また、図６の例では、逆流洗浄時に、洗浄水２１が原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１が原水入口１３０から配管５６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水入口１３０側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５７のバルブ６０ｃを閉じ、原水出口１３１を閉じておく。あるいは、洗浄水２１が原水出口１３１から配管５７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５６のバルブ６０ｂを閉じ、原水入口１３０を閉じておく。
【０１１１】
上記の逆流洗浄時に液封入停止を行ってもよい。この場合、集水管５への洗浄水２１の導入を停止するとともに、洗浄水２１の外部への排出を停止し、圧力容器１１０内に洗浄水２１を封入した状態で所定時間保持する。このようにして所定時間液封入停止を行った後、再び集水管５に洗浄水２１を導入するとともに、洗浄水２１を外部へ排出させ、逆流洗浄を再開する。
【０１１２】
逆流洗浄時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００の各スパイラル型膜エレメント１においては、分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【０１１３】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを閉じるとともに、配管５５のバルブ６０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１１０内に供給される。各スパイラル型膜エレメント１において、原水３１はスパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に導入され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後に他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１によりスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から排出される。さらに、汚染物質および洗浄水２１は原水３１とともに原水出口１３１から配管５７を通して圧力容器１１０の外部へ取り出される。
【０１１４】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すフラッシングを行うことにより、各スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【０１１５】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行っているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどがフラッシングにより除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【０１１６】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流してもよい。例えば上記において、洗浄時に配管５５，５６，５７，５９ａ，５９ｂのバルブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｇ，６０ｈを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１１７】
また、本例においては原水３１を原水入口１３０から供給して原水出口１３１から取り出しているが、原水を原水出口１３１から供給して原水入口１３０から取り出し、各スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。あるいは、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【０１１８】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、この原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば上記において、配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、原水３１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１１９】
上記のような洗浄時における運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１２０】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、汚染物質が膜面に堆積しやすい全量濾過においても高い透過流束を維持しつつ安定して運転を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１２１】
なお、上記においては、図６のスパイラル型膜モジュール１００を用いて図２の例のように全量濾過を行う場合について説明したが、図６のスパイラル型膜モジュール１００を用いて図４の例のように一部の原水７ａを圧力容器１１０の外部に取り出しつつ濾過を行ってもよい。
【０１２２】
例えば、図６のスパイラル型膜モジュールの濾過時において、常時または間欠的に配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、圧力容器１１０内に供給された原水７のうちスパイラル型膜エレメント１の分離膜２を透過しなかった一部の原水７ａを原水出口１３１から配管５７ａを通して圧力容器１１０の外部に取り出し、原水タンク５００に戻してもよい。それにより、各スパイラル型膜エレメント１の外周部と圧力容器１１０の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、各スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器の外部に排出することが可能となる。
【０１２３】
このような原水の一部を取り出しつつ濾過を行う運転方法によれば、長時間にわたって透過流束の低下を生じることなく、より安定して運転を行うことが可能となる。この場合、外部へ取り出した原水７ａを配管５７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１２４】
また、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュール１００の液封入停止を行うことにより、各スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。なお、この場合の濾過運転時または洗浄時における液封入停止のタイミング、液封入停止を行う時間および封入する液に関しては、図２および図３において前述した通りである。このような液封入停止は、特に設備を必要とせず、また、操作が容易である。さらに、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。
【０１２５】
図７は、図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。分離膜２は、多孔性補強シート（多孔性シート材）２ａの表面に実質的な分離機能を有する透過性膜体２ｂが密着一体化されて形成されている。
【０１２６】
透過性膜体２ｂは、１種類のポリスルホン系樹脂、あるいは２種類以上のポリスルホン系樹脂の混合物、さらにはポリスルホン系樹脂とポリイミド、フッ素含有ポリイミド樹脂等のポリマーとの共重合体、もしくは混合物から形成される。
【０１２７】
多孔性補強シート２ａは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等を素材とする織布、不織布、メッシュ状ネット、発泡焼結シート等から形成されており、製膜性およびコストの面から不織布が好ましい。
【０１２８】
多孔性補強シート２ａおよび透過性膜体２ｂは、透過性膜体２ｂを構成する樹脂成分の一部が多孔性補強シート２ａの孔の内部に充填された投錨状態で接合されている。
【０１２９】
多孔性補強シート２ａに裏打ちされた分離膜２の背圧強度は、０．２ＭＰａを超え、０．４〜０．５ＭＰａ程度に向上した。なお、背圧強度の規定方法については後述する。
【０１３０】
多孔性補強シート２ａとして不織布を用いて背圧強度を０．２ＭＰａ以上得るためには、不織布の厚みが０．０８〜０．１５ｍｍであり、かつ密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。厚みが０．０８ｍｍより薄い場合または密度が０．５ｇ／ｃｍ3 より小さい場合には、補強シートとしての強度が得られず、分離膜２の背圧強度を０．２ＭＰａ以上確保することが困難である。一方、厚みが０．１５ｍｍより厚くあるいは密度が０．８ｇ／ｃｍ3 より大きい場合には、多孔性補強シート２ａの濾過抵抗が大きくなったり、不織布（多孔性補強シート２ａ）への投錨効果が小さくなって透過性膜体２ｂと不織布との界面で剥離が起こりやすくなる。
【０１３１】
次に、上記の分離膜２の製造方法について説明する。まず、ポリスルホンに溶媒、非溶媒および膨潤剤を加えて加熱溶解し、均一な製膜溶液を調製する。ここで、ポリスルホン系樹脂は、下記の構造式（化１）に示すように、分子構造内に少なくとも１つの（−ＳＯ2 −）部位を有するものであれば特に限定されない。
【０１３２】
【化１】
【０１３３】
ただし、Ｒは２価の芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの炭化水素基が２価の有機結合基で結合された２価の有機基を示す。
【０１３４】
好ましくは、下記の構造式（化２）〜（化４）で示されるポリスルホンが用いられる。
【０１３５】
【化２】
【０１３６】
【化３】
【０１３７】
【化４】
【０１３８】
また、ポリスルホンの溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることが好ましい。さらに、非溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等の低級脂肪族ケトンなどを用いることが好ましい。
【０１３９】
溶媒と非溶媒の混合溶媒中の非溶媒の含有量は、得られる混合溶媒が均一である限り特に制限されないが、通常５〜５０重量％、好ましくは２０〜４５重量％である。
【０１４０】
多孔質構造の形成を促進し、または制御するために用いられる膨潤剤としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、硝酸リチウム等の金属塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその金属塩、ホルムアミド等が用いられる。混合溶媒中の膨潤剤の含有量は、製膜溶液が均一である限り特に制限されないが、通常１〜５０重量％である。
【０１４１】
製膜溶液中のポリスルホンの濃度は、通常１０〜３０重量％が好ましい。３０重量％を超えるときは、得られる多孔質分離膜の透水性が実用性に乏しくなり、１０重量％より少ないときは、得られる多孔質分離膜の機械的強度が乏しくなり、充分な背圧強度を得ることができない。
【０１４２】
次に、上記の製膜溶液を不織布支持体上に製膜する。すなわち、連続製膜装置を使用し、不織布等の支持体シートを順次送り出し、その表面に製膜溶液を塗布する。塗布方法としてはナイフコータやロールコータ等のギャップコータを用いて製膜溶液を不織布支持体上に塗布する。例えば、ロールコータを使用する場合は、２本のロールの間に製膜溶液を溜め、不織布支持体上に製膜溶液を塗布すると同時に不織布の内部に充分含浸させ、その後低湿度雰囲気を通過させ、雰囲気中の微量水分を不織布上に塗布した液膜表面に吸収させ、液膜の表面層にミクロ相分離を起こさせる。その後、凝固水槽に浸漬し、液膜全体を相分離および凝固させ、さらに水洗槽で溶媒を洗浄除去する。これにより、分離膜２が形成される。
【０１４３】
このように、上記の分離膜２は背圧強度が高いため、図１および図６のスパイラル型膜エレメント１に用いた場合に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行っても分離膜２の破損が生じることが防止される。
【０１４４】
【実施例】
以下の実施例１、実施例２および比較例においては、図７に示す構造を有する限外濾過膜を分離膜２として含むスパイラル型限外濾過膜エレメントを作製し、このスパイラル型限外濾過膜エレメントを備えた図１のスパイラル型膜モジュールを用いて連続通水濾過試験を行った。
【０１４５】
ここで、実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメントに用いた限外濾過膜は、以下のようにして作製した。
【０１４６】
まずポリスルホン（アモコ社製、Ｐ−３５００）を１６．５重量部、Ｎ−メチル−２ピロリドンを５０重量部、ジエチレングリコールを２４．５重量部およびホルムアミドを１重量部で加熱溶解し、均一な製膜溶液を得た。そして、コータギャップを０．１３ｍｍに調整したロールコータを用いて厚み０．１ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 のポリエステル製不織布の表面に製膜溶液を含浸塗布した。
【０１４７】
その後、相対湿度が２５％、温度が３０℃の雰囲気（低湿度雰囲気）中を所定の速度で通過させ、ミクロ相分離を生じさせた後、３５℃の凝固水槽中に浸漬して脱溶媒および凝固させ、しかる後、水洗槽で残存溶媒を洗浄除去することにより分離膜２を得た。ここで、実施例１および実施例２の分離膜２は、ミクロ相分離時間（低湿度雰囲気を通過する時間）が４．５秒である。
【０１４８】
上記のようにして作製した限外濾過膜の透水量は１７００Ｌ／ｍ2 ・ｈｒであり、背圧強度は０．３ＭＰａであり、平均分子量１００万のポリエチレンオキサイドの阻止率は９９％であった。
【０１４９】
なお、背圧強度は直径４７ｍｍの膜を背圧強度ホルダ（有孔直径２３ｍｍ）にセットし、多孔性補強シート２ａ側より水圧を徐々に加え、透過性膜体２ｂが多孔性補強シート２ａから剥離するか、または透過性膜体２ｂと多孔性補強シート２ａとが同時に破裂するときの圧力で規定される。
【０１５０】
また、ポリエチレンオキサイドの阻止率は、濃度５００ｐｐｍのポリエチレンオキサイド溶液を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2 にて透過させ、原液および透過液の濃度から下式により求めた。
【０１５１】
阻止率（％）［１−（透過液濃度／原液濃度）］×１００
このようにして作製した限外濾過膜を備えたスパイラル型膜モジュールの連続通水濾過試験について、以下で説明する。
【０１５２】
実施例１、実施例２および比較例で用いたスパイラル型限外濾過膜エレメントの仕様を表１に示す。
【０１５３】
【表１】
【０１５４】
［実施例１］
実施例１では、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。３日に１回濾過を停止し、逆流洗浄後に逆流洗浄に用いた洗浄液中に１時間浸漬した。逆流洗浄では、洗浄液として透過水を用い、０．２ＭＰａの背圧で６０Ｌ／分の洗浄液を供給した。運転条件を表２に示す。
【０１５５】
【表２】
【０１５６】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と同様に、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。１０日に１回濾過を停止し、逆流洗浄後に洗浄液中に１時間浸漬した。逆流洗浄では、洗浄液として次亜塩素酸ナトリウムを含む透過水を用い、０．２ＭＰａの背圧で６０Ｌ／分の洗浄液を供給した。封入液は、次亜塩素酸ナトリウムを含む透過水である。運転条件を表３に示す。
【０１５７】
【表３】
【０１５８】
［比較例］
比較例では、実施例１，２と同様に、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。ただし、比較例では、逆流洗浄後に濾過を停止しての液中での浸漬は行わなかった。運転条件を表４に示す。
【０１５９】
【表４】
【０１６０】
図８は実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。実施例１では、３日に１回逆流洗浄後に逆流洗浄液中に１時間浸漬状態にする運転を行った結果、膜間差圧の上昇が抑えられ、膜間差圧０．１ＭＰａ以下での連続運転が可能であった。
【０１６１】
実施例２では、１０日に１回、１００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを含む逆流洗浄液中に１時間浸漬状態にする運転を行った結果、膜間差圧の上昇がさらに抑えられ、膜間差圧０．０６ＭＰａ以下での連続運転が可能であった。実施例２において、実施例１よりも低い膜間差圧で運転することができたのは、殺菌作用のある次亜塩素酸ナトリウムで洗浄した効果により膜面上での微生物の繁殖が抑えられたためであると考えられる。
【０１６２】
これに対して、比較例では、濾過を停止して液中での浸漬は行わなかったので、急激な膜間差圧の上昇が生じ、連続運転の継続が不可能であった。
【０１６３】
以上の実施例１，２および比較例において示すように、スパイラル型膜モジュールにおいて液封入停止を行うことにより、スパイラル型限外濾過膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、膜間差圧の上昇を抑制することが可能となる。それにより、信頼性の高い安定した運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。
【図５】図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図６】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【図７】図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。
【図８】実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型膜エレメント
２ 分離膜
３ 透過水スペーサ
４ 封筒状膜
５ 集水管
６ 原水スペーサ
７，３１ 原水
８ 透過水
１００ スパイラル型膜モジュール
１０，１１０ 圧力容器
１３，１３０ 原水入口
１４，１４０ 透過水出口
１５，１３１ 原水出口
２１ 洗浄水
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜分離装置、限外濾過膜分離装置、精密濾過膜分離装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水処理および排水処理への膜分離技術の適用が広がり、従来困難であった液質への膜分離技術の応用がなされている。特に、膜分離技術を用いた産業排水の回収および再利用が強く求められている。
【０００３】
このような膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸型膜エレメントが多く使用されている。しかし、中空糸型膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
そこで、中空糸型膜エレメントに代えて、スパイラル型膜エレメントを適用することが提案されている。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸型膜エレメントと同様に単位体積当たりの膜面積を大きくとれ、しかも分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排水は多くの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質を含むため、このような排水に膜分離を行うと、これらの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質として膜面に堆積し、水の透過速度の低下を引き起こす。特に、全量濾過を行う場合においては汚染物質が膜面に堆積しやすく、水の透過速度の低下が顕著であり、安定した濾過運転を続けることが困難である。
【０００６】
膜面への汚染物質の堆積を防止するためには、クロスフロー濾過が行われる。
このクロスフロー濾過は、原水を膜面に対して平行に流すことにより、膜面と流体との界面で生じる剪断力を利用して膜面への汚染物質の堆積を防止するものである。このようなクロスフロー濾過においては、汚染物質の膜面への堆積を防ぐために充分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには充分な流量の原水を膜面に対して平行に流す必要がある。しかしながら、膜面に平行に流す原水の流量を大きくすると、スパイラル型膜エレメント当たりの回収率が低くなるうえ、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【０００７】
一方、膜面に堆積した汚染物質を逆流洗浄により取り除くことも行われる。逆流洗浄は、中空糸型膜エレメントでは一般的に行われている。
【０００８】
スパイラル型膜エレメントへの逆流洗浄の適用は、例えば特公平６−９８２７６号公報に提案されている。しかし、従来のスパイラル型膜エレメントの分離膜は、背圧強度が低いため、逆流洗浄において分離膜に背圧が加わると、分離膜が破損するおそれがある。そのため、上記の公報によると、スパイラル型膜エレメントに０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 （０．０１〜０．０５ＭＰａ）という低い背圧で逆流洗浄を行うことが好ましいとされている。
【０００９】
しかし、本発明者の実験によると、スパイラル型膜エレメントにおいてこのような背圧で逆流洗浄を行った場合、汚染物質の除去を充分に行うことが困難であり、長時間にわたって高い透過流束を維持することはできなかった。
【００１０】
一方、本発明者は、特開平１０−２２５６２６号公報に背圧強度が２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の分離膜の構造および製造方法を提案している。しかしながら、このような背圧強度を有する分離膜を用いてスパイラル型膜エレメントを作製した場合に、実際にどのような背圧で逆流洗浄を行うことが可能となるか、また、どのような範囲の背圧で逆流洗浄を行った場合に長期間にわたって高い透過流束を維持できるかについては十分に検証されていなかった。さらに、上記のような背圧強度の高い分離膜を有するスパイラル型膜エレメントの運転方法およびこのようなスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転方法については検証されていなかった。
【００１１】
このような背圧強度の高い分離膜を用いた場合でも、最適な洗浄条件および洗浄方法を適用しかつ最適な運転方法により濾過運転を行わなければ、スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールにおいて長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定した濾過運転を続けることができない。
【００１２】
本発明の目的は、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ低コストで安定した濾過運転を行うことができるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過運転時にスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持するものである。
【００１４】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法においては、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、スパイラル型膜エレメントの膜機能を回復させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような操作は、特に設備を必要とせず容易に行うことができるとともに、洗浄用薬品を用いることなく汚染物質を剥離させることができるため、低コストでの実施が可能である。
【００１５】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法の第１の態様として、濾過運転を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持してもよい。
【００１６】
この場合、原液がスパイラル型膜エレメントの第１の端部から供給されるとともに、濾過が行われ、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの膜面で捕捉される。
【００１７】
さらに、濾過運転を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、濾過運転に伴いスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることが可能となる。
【００１８】
なお、上記のスパイラル型膜エレメントの運転方法において、常時または定期的に一部の原液をスパイラル型膜エレメントの軸方向に流してもよい。それにより、膜面上に働く剪断力により原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの膜面に付着することを抑制でき、より安定した運転を行うことが可能となる。
【００１９】
スパイラル型膜エレメント内を軸方向に流した原液の少なくとも一部を再びスパイラル型膜エレメントの供給側に戻すことが好ましい。このように原液を循環させることにより、高い回収率で透過液を得ることが可能となる。
【００２０】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法の第２の態様として、逆流洗浄を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持してもよい。
【００２１】
逆流洗浄時には、洗浄液が有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入される。その洗浄液は、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過時と逆方向に透過する。それにより、分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。
【００２２】
この場合、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄するので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、膜面に汚染物質が堆積しやすい全量濾過においても、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２３】
このように、濾過を安定して行うことができるため、効率よく透過液を得ることが可能となる。また、原液を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００２４】
さらに、逆流洗浄を停止してスパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、濾過に伴いスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００２５】
上記の第１の態様において、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、濾過運転を再開してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることができるため、再開した濾過運転において、高い信頼性および安定性が得られる。
【００２６】
あるいは、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、逆流洗浄してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬した後に逆流洗浄を行うため、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を容易にかつ確実に剥離させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２７】
また、上記の第２の態様において、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、逆流洗浄を再開してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬した後に逆流洗浄を行うため、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を容易にかつ確実に剥離させることが可能となる。それにより、信頼性が高く安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００２８】
あるいは、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、濾過運転を行ってもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントを液中に所定時間浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させることができるため、浸漬後の濾過運転において、高い信頼性および安定性が得られる。
【００２９】
また、上記の第１および第２の態様において、逆流洗浄と並行してまたは逆流洗浄後に圧力容器の原液入口および原液出口を通してスパイラル型膜エレメントの第１の端部および第２の端部から濾過運転時の原液の供給方向と同方向および逆方向に順に原液を供給してスパイラル型膜エレメント内で原液を軸方向に流すとともに軸方向に流した原液を圧力容器の外部に取り出してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメントの全体に分布した汚染物質を均一に除去して外部へ排出することが可能となる。
【００３０】
さらに、スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬する際に、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含む液をスパイラル型膜エレメントに供給し、薬品を含む液中にスパイラル型膜エレメントを浸漬してもよい。これにより、スパイラル型膜エレメントの膜面において繁殖した雑菌を殺菌することが可能になるか、またはスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的かつ確実に剥離させることが可能となる。
【００３１】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法は、１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの運転方法であって、スパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能であり、濾過運転時にスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止して圧力容器内に液を封入した状態で所定時間保持するものである。
【００３２】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法においては、圧力容器内に液を封入してスパイラル型膜エレメントを液中に浸漬することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、スパイラル型膜エレメントの膜機能を回復させることが可能となる。それにより、スパイラル型膜モジュールにおいて、信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような操作は、特に設備を必要とせず容易に行うことができ、低コストでの実施が可能である。
【００３３】
液は、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含んでもよい。これにより、スパイラル型膜エレメントの膜面において繁殖した雑菌を殺菌することが可能になるか、またはスパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質をより効果的かつ確実に剥離させることが可能となる。
【００３４】
分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなり、透過性膜体は多孔性シート材の一面に投錨状態で接合されてなってもよい。このような分離膜においては、多孔性シート材と透過性膜体との接合が強化され、分離膜の背圧強度が向上する。それにより、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜の破損を生じることなく十分に逆流洗浄することが可能となる。
【００３５】
特に、分離膜の背圧強度は０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、高い背圧での逆流洗浄が可能となり、膜洗浄を十分に行うことによって長期間安定した膜分離処理を行うことができる。
【００３６】
特に、多孔性シート材は合成樹脂からなる織布、不織布、メッシュ状ネットまたは発泡焼結シートからなることが好ましい。
【００３７】
さらに、多孔性シート材は、厚みが０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下でかつ密度が０．５ｇ／ｃｍ3 以上０．８ｇ／ｃｍ3 以下の不織布からなることが好ましい。
【００３８】
これにより、０．２ＭＰａ以上の背圧強度を得るとともに、補強シートとしての強度を確保しつつ、透過抵抗の増大および透過性膜体の剥離を防止することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの例を示す模式的な断面図である。
【００４０】
図１に示すように、スパイラル型膜モジュール１００は、圧力容器（耐圧容器）１０内にスパイラル型膜エレメント１が収納されてなる。圧力容器１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。なお、圧力容器の構造は図１の構造に限定されず、後述するような筒形ケースに原水入口および原水出口が設けられたサイドエントリ形状の圧力容器を用いてもよい。
【００４１】
外周面の一端部近傍にパッキン１７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１を筒形ケース１１内に装填し、筒形ケース１１の両方の開口端をそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止する。集水管５の一方の開口端は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ１６が装着される。圧力容器１０の内部空間は、パッキン１７により第１の液室１８と第２の液室１９とに分離される。
【００４２】
スパイラル型膜モジュール１００の原水入口１３は、配管２５を通して原水タンク５００に接続されている。配管２５にはバルブ３０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側に、バルブ３０ｂが介挿された配管２６が接続されている。一方、原水出口１５には、バルブ３０ｃが介挿された配管２７が接続されており、さらにバルブ３０ｄが介挿された配管２７ａが配管２７のバルブ３０ｃ上流側に接続されている。この配管２７ａを介して原水出口１５は原水タンク５００に接続される。透過水出口１４には、バルブ３０ｅが介挿された配管２８が接続されており、このバルブ３０ｅの上流側に、バルブ３０ｆが介挿された配管２９が接続されている。
【００４３】
図５は、図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【００４４】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆される。
【００４５】
このスパイラル型膜エレメント１においては、後述する構造を有する分離膜２を用いることにより、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うことが可能となる。
【００４６】
図２および図３は、本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。本例の運転方法においては図１のスパイラル型膜モジュールを用いており、図２は濾過時の運転方法を示し、図３は洗浄時の運転方法を示す。
【００４７】
図２に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａおよび配管２８のバルブ３０ｅを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃ、配管２７ａのバルブ３０ｄおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【００４８】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール内において、供給された原水７は原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入され、さらに、スパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【００４９】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一方の端面側から供給された原水７は、原水スペーサ６に沿って集水管５と平行な方向（軸方向）に他方の端面側に向かって直線状に流れる。原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で、原水側と透過水側の圧力差によって原水７の一部が分離膜２を透過する。この透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【００５０】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図２に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出される。この場合、原水出口１５に接続された配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じているため、スパイラル型膜エレメント１における分離膜２の透過が促進されて全量濾過が行われる。
【００５１】
上記のような濾過過程で、原水中に含まれる懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質としてスパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、全量濾過においては分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。
このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【００５２】
上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時において、一旦配管２５のバルブ３０ａを閉じて原水７の供給を停止するとともに、透過水出口１４からの透過水８の取り出しを停止する。このように濾過運転を一時停止し、圧力容器１０内に原水７，７ａおよび透過水８を封入した状態で所定時間保持する（液封入停止）。このようにして、所定時間液封入停止を行った後、再び配管２５のバルブ３０ａを開いて原水７をスパイラル型膜エレメント１に供給するとともに、透過水出口１４から透過水８を取り出し、濾過運転を再開する。なお、配管２７のバルブ３０ｃを開いて一部の原水７ａを取り出しつつ濾過運転を行う場合においては、配管２５のバルブ３０ａにあわせて配管２７のバルブ３０ｃを開閉する。
【００５３】
以上のように、スパイラル型膜モジュールの運転期間においては、上記の濾過運転および液封入停止を繰り返して行う。
【００５４】
濾過運転時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、スパイラル型膜エレメント１の分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜モジュールの連続濾過運転に伴ってスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができる。それにより、汚染物質の付着により低下したスパイラル型膜エレメント１の膜機能が回復する。
【００５５】
なお、上記のような濾過運転時における液封入停止は定期的に行ってもよく、あるいは不定期的に行ってもよい。不定期的に行う例として、例えば、スパイラル型膜モジュールにおいて透過水流量に低下が見られた際に、液封入停止を行う。
【００５６】
次に、図３に示すように、洗浄時には、まず配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じるとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２９のバルブ３０ｆおよび配管２７のバルブ３０ｃを開き、逆流洗浄を行う。
【００５７】
逆流洗浄時には、配管２９および配管２８を通して洗浄水２１が透過水出口１４から集水管５の開口端に供給され、洗浄水２１が集水管５の内部に導入される。なお、洗浄水２１としては、例えば透過水を用いる。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆されているので、分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント１の両端部から第１の液室１８および第２の液室１９に排出される。さらに洗浄水２１は、原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【００５８】
この場合、分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４側の圧力、原水入口１３側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質がスパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【００５９】
なお、本例においては原水入口１３から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２６のバルブ３０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【００６０】
また、本例においては原水出口１５から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００６１】
また、図３の例では、逆流洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の両端部から洗浄水２１が排出され、それぞれ原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の一端部から第１の液室１８に排出され、原水入口１３から配管２６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水入口１３側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２７のバルブ３０ｃを閉じ、原水出口１５を閉じておく。あるいは、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出され、原水出口１５から配管２７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２６のバルブ３０ｂを閉じ、原水入口１３を閉じておく。
【００６２】
上記の逆流洗浄時に液封入停止を行ってもよい。この場合、配管２６のバルブ３０ｂを閉じて洗浄水２１の排出を停止するとともに、集水管５への洗浄水２１の導入を停止し、圧力容器１０内に洗浄水２１を封入した状態で所定時間保持する。このようにして、所定時間液封入停止を行った後、配管２６のバルブ３０ｂを開いて洗浄水２１を排出するとともに、集水管５に洗浄水２１を導入し、逆流洗浄を再開する。
【００６３】
逆流洗浄時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、スパイラル型膜エレメント１の分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００６４】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管２６のバルブ３０ｂおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じるとともに配管２５のバルブ３０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０内に供給され、第１の液室１８に導入される。原水３１は、スパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に供給され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後、他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１とともにスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出される。さらに、汚染物質は原水３１とともに原水出口１５から配管２７を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。
【００６５】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すフラッシングを行うことにより、スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【００６６】
上記のような洗浄時の運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となるため、膜面に汚染物質が堆積しやすい全量濾過においても、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【００６７】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行っているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどがフラッシングにより除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【００６８】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。例えば上記において、洗浄時に配管２５，２６，２７，２９のバルブ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｆを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００６９】
また、本例においては原水３１を原水入口１３から供給して原水出口１５から取り出しているが、原水を原水出口１５から供給して原水入口１３から取り出し、スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００７０】
なお、濾過時の原水の供給方向と同方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第２の液室１９に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。これに対し、濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第１の液室１８に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。
【００７１】
また、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【００７２】
また、本例においては原水出口１５から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水として再利用してもよい。例えば上記において、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、原水３１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００７３】
以上のように、図２および図３に示す本例の運転方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に堆積した汚染物質を充分に除去することができるため、図１のスパイラル型膜モジュール１００において高い透過流束を維持しつつ安定して全量濾過を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００７４】
上記のように、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュール１００の液封入停止を行うことにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような液封入停止は、配管２５，２６のバルブ３０ａ，３０ｂの開閉操作等により行うことができるため、特に設備を必要とせず、操作が容易である。また、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。
【００７５】
ここで、上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時または逆流洗浄時において液封入停止を行う時間は１分以上２４時間以下とすることが好ましい。液封入停止が１分未満の場合、封入する時間が短いため、スパイラル型膜エレメント１の膜面から汚染物質を充分に剥離させることができない。また、液封入停止が２４時間を超える場合、汚染物質の剥離効果がある程度を超えると向上しなくなるとともに、本来の目的の濾過運転時間が圧縮されるので適切でない。さらに、液の滞溜により雑菌等が繁殖するので好ましくない。
【００７６】
また、上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時および逆流洗浄時における液封入停止において、圧力容器１０内に封入する液は原水または透過水に限定されるものではない。原水または透過水以外の液、例えば、純水を封入してもよい。この場合、濾過運転時および逆流洗浄時において圧力容器１０内に純水を供給し、この純水を圧力容器１０内に封入する。このように純水を封入した場合においても、原水または透過水を封入した場合と同様、汚染物質をスパイラル型膜エレメント１の膜面から剥離させることができる。
【００７７】
上記のスパイラル型膜モジュール１００では、濾過運転中に液封入停止を行い、または逆流洗浄中に液封入停止を行っているが、液封入停止を行う時期は特に限定されるものではなく、運転期間中の上記以外の時期に行ってもよい。
【００７８】
例えば、濾過運転後に液封入停止を行い、その直後に逆流洗浄を行ってもよい。あるいは、濾過運転後に液封入停止を行い、液封入停止後に原水によるフラッシングを行い、その後に濾過運転を再開してもよい。なお、フラッシングについては、逆流洗浄時において前述した方法と同様の方法により行う。また、逆流洗浄後に液封入停止を行い、その直後に濾過運転を再開してもよい。
【００７９】
あるいは、濾過運転時または逆流洗浄時において液封入停止を行った後、さらに薬品を含む原水または透過水をスパイラル型膜モジュール１００に供給し、スパイラル型膜エレメント１を薬品を含む液に浸漬（薬液浸漬）してもよい。この場合、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品、例えば濃度１０〜１００００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム、濃度０．１〜１０ｐｐｍのクロラミン、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酸化水素，ｐＨ１〜３の硫酸、ｐＨ１〜３の塩酸、ｐＨ１０〜１３の水酸化ナトリウム、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酢酸、濃度０．１〜５０％のイソプロピルアルコール、濃度０．２〜２％のクエン酸または濃度０．２〜２％のシュウ酸を用いる。このようなスパイラル型膜エレメント１の薬液浸漬により、スパイラル型膜モジュール１００内、特にスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能になるとともに、雑菌の繁殖をより効果的に抑制することが可能となる。このような薬液浸漬を行った後、濾過運転または逆流洗浄を行う。
【００８０】
図４は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。図４は濾過時の運転方法を示しており、本例においても図１のスパイラル型膜モジュール１００を用いる。なお、本例における洗浄時の運転方法は、前述の図３の運転方法と同様である。
【００８１】
図４に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【００８２】
この場合、図２の例と同様、原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入される。さらに、原水７はスパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【００８３】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【００８４】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図４に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出された後、原水出口１５から配管２７ａを通して外部へ取り出され、原水タンク５００に戻される。このように、本例においては、一部の原水７ａを原水出口１５から外部に取り出しつつスパイラル型膜モジュールにおいて濾過を行う。
それにより、スパイラル型膜エレメント１の外周面と圧力容器１０の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ、汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となる。
【００８５】
なお、上記においては常時バルブ３０ｄを開いて原水７ａを外部に取り出しているが、間欠的にバルブ３０ｄを開いて原水７ａを取り出してもよい。この場合においても、常時原水７ａを取り出す場合と同様、分離膜２に汚染物質が付着するのを抑制することが可能となる。
【００８６】
また、上記においては圧力容器の外部に取り出した原水７ａの全量を原水タンク５００に戻しているが、取り出した原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
例えば、バルブ３０ｄを開くとともにバルブ３０ｃを開き、配管２７を通して原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
【００８７】
本例においても、洗浄時には、図３に示す洗浄時の運転方法により高い背圧で逆流洗浄を行うとともに原水３１の導入を行う。それにより、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【００８８】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【００８９】
特に、本例においては、図４に示すように濾過時に一部の原水７ａを圧力容器１０の外部に取り出すことにより、原水中の汚染物質の膜面への沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となるため、より安定した濾過運転を行うことが可能となる。この場合、原水出口１５から外部へ取り出した原水７ａを配管２７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００９０】
また、この場合においても、図２において前述したように、スパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時に液封入停止を行う。それにより、スパイラル型膜モジュール１００の連続濾過運転に伴ってスパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができ、汚染物質の付着により低下したスパイラル型膜エレメント１の膜機能を回復させることができる。
【００９１】
運転期間中に一定時間濾過運転を行った後、図３において前述した洗浄方法と同様の方法により、スパイラル型膜エレメント１の逆流洗浄を行う。
【００９２】
上記の逆流洗浄時においても、図３において前述したように、洗浄水２１を用いて液封入停止を行ってもよい。それにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【００９３】
上記のように、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュールの液封入停止を行うことにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。このような液封入停止は、配管２５，２６のバルブ３０ａ，３０ｂ（図４）の開閉操作等により行うことができるため、特に設備を必要とせず、操作が容易である。また、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。なお、濾過運転時または逆流洗浄時における液封入停止の時間、液封入停止を行うタイミングおよび封入する液に関しては、図２および図３において前述した通りである。
【００９４】
なお、上記においては、１本のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転を行う場合について説明したが、本発明に係る運転方法は、複数のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールにおいても適用可能である。
【００９５】
図６は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００９６】
図６に示すように、本例のスパイラル型膜モジュール１００は、圧力容器１１０内に複数のスパイラル型膜エレメント１が収容されてなる。圧力容器１１０は、筒形ケース１１１および１対の端板１２０ａ，１２０ｂにより構成される。筒形ケース１１１の底部には原水入口１３０が形成され、上部には原水出口１３１が形成されている。このように、圧力容器１１０はサイドエントリ形状を有する。原水出口１３１はエアー抜きにも用いられる。また、端板１２０ａ，１２０ｂの中央部には透過水出口１４０が設けられている。
【００９７】
インターコネクタ１１６により集水管５が直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１が筒形ケース１１１内に収容され、筒形ケース１１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂで封止される。なお、ここでは図５のスパイラル型膜エレメント１を用いている。両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管５の一端部が、アダプタ１１５を介してそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合される。各スパイラル型膜エレメント１の外周面の一端部近傍にはパッキン１７０が取り付けられており、このパッキン１７０により、圧力容器１１０の内部空間が複数の液室に分離される。
【００９８】
スパイラル型膜モジュール１００の原水入口１３０は、配管５５を通して原水タンク５００に接続されている。配管５５にはバルブ６０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側にバルブ６０ｂが介挿された配管５６が接続されている。一方、原水出口１３１には、バルブ６０ｃが介挿された配管５７が接続されており、さらに、バルブ６０ｄが介挿された配管５７ａが配管５７のバルブ６０ｃ上流側に接続されている。この配管５７ａを介して原水出口１３１は原水タンク５００に接続されている。端板１２０ａ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｅが介挿された配管５８ａが接続されており、このバルブ６０ｅの上流側に、バルブ６０ｇが介挿された配管５９ａが接続されている。一方、端板１２０ｂ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｆが介挿された配管５８ｂが接続されており、このバルブ６０ｆの上流側に、バルブ６０ｈが介挿された配管５９ｂが接続されている。
【００９９】
スパイラル型膜モジュール１００の濾過時には、配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅおよび配管５８ｂのバルブ６０ｆを開くとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇ、配管５９ｂのバルブ６０ｈ、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じる。
【０１００】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１１０の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール１００内において、原水入口１３０から供給された原水７は、端板１２０ａ側の端部に位置するスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からスパイラル型膜エレメント１の内部に導入される。このスパイラル型膜エレメント１においては、図５に示すように、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、他方の端面側から排出される。この排出された原水７ａは、後段のスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からこのスパイラル型膜エレメント１の内部に導入され、前述と同様にして透過水８および原水７ａに分離される。このように、直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１の各々において膜分離が行われる。この場合、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じているため、図２の例と同様、各スパイラル型膜エレメント１において分離膜２の透過が促進されてスパイラル型膜モジュールにおいて全量濾過が行われる。
【０１０１】
上記のスパイラル型膜モジュール１００の濾過運転時において、一旦原水７の供給を停止するとともに、透過水出口１４０からの透過水８の取り出しを停止する。このように濾過運転を一時停止し、圧力容器１１０内に原水７および透過水８を封入した状態で所定時間保持する。このようにして所定時間液封入停止を行った後、再び原水７を供給するとともに、透過水出口１４０から透過水８を取り出し、濾過運転を再開する。
【０１０２】
以上のように、図６のスパイラル型膜モジュール１００の運転期間においては、図２および図３に示すスパイラル型膜モジュール１００の運転方法と同様、濾過運転および液封入停止を繰り返して行う。
【０１０３】
濾過運転時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００においては、各スパイラル型膜エレメント１において、分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とが大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜モジュール１００の連続濾過運転に伴って各スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させることができる。それにより、汚染物質の付着により低下した各スパイラル型膜エレメント１の膜機能が回復する。
【０１０４】
上記の濾過過程で、原水中に含まれる汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、上記のように複数のスパイラル型膜エレメント１を備えたスパイラル型膜モジュール１００において全量濾過を行うと、分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【０１０５】
洗浄時には、まず配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅ、配管５８ｂのバルブ６０ｆおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じるとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５７のバルブ６０ｃ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを開き、逆流洗浄を行う。
【０１０６】
逆流洗浄時、端板１２０ａ側においては、配管５９ａおよび配管５８ａを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の一端部に供給される。また、端板１２０ｂ側においては、配管５９ｂおよび配管５８ｂを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の他端部に供給される。このようにして、洗浄水２１が集水管５の両端部から集水管５の内部に導入される。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、各スパイラル型膜エレメント１において集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、各スパイラル型膜エレメント１の両端部から排出される。この排出された洗浄水２１は、原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【０１０７】
この場合、各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４０側の圧力、原水入口１３０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１０８】
なお、本例においては原水入口１３０から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５６のバルブ６０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【０１０９】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１１０】
また、図６の例では、逆流洗浄時に、洗浄水２１が原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１が原水入口１３０から配管５６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水入口１３０側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５７のバルブ６０ｃを閉じ、原水出口１３１を閉じておく。あるいは、洗浄水２１が原水出口１３１から配管５７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５６のバルブ６０ｂを閉じ、原水入口１３０を閉じておく。
【０１１１】
上記の逆流洗浄時に液封入停止を行ってもよい。この場合、集水管５への洗浄水２１の導入を停止するとともに、洗浄水２１の外部への排出を停止し、圧力容器１１０内に洗浄水２１を封入した状態で所定時間保持する。このようにして所定時間液封入停止を行った後、再び集水管５に洗浄水２１を導入するとともに、洗浄水２１を外部へ排出させ、逆流洗浄を再開する。
【０１１２】
逆流洗浄時に液封入停止されたスパイラル型膜モジュール１００の各スパイラル型膜エレメント１においては、分離膜の原水側の圧力と透過水側の圧力とがほぼ大気圧に保持されており、原水側および透過水側において液の流れが形成されない。このような液封入停止により、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質をより効果的に剥離させることが可能となる。
【０１１３】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを閉じるとともに、配管５５のバルブ６０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１１０内に供給される。各スパイラル型膜エレメント１において、原水３１はスパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に導入され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後に他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１によりスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から排出される。さらに、汚染物質および洗浄水２１は原水３１とともに原水出口１３１から配管５７を通して圧力容器１１０の外部へ取り出される。
【０１１４】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すフラッシングを行うことにより、各スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【０１１５】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行っているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流すフラッシングを行ってもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどがフラッシングにより除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【０１１６】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流してもよい。例えば上記において、洗浄時に配管５５，５６，５７，５９ａ，５９ｂのバルブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｇ，６０ｈを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１１７】
また、本例においては原水３１を原水入口１３０から供給して原水出口１３１から取り出しているが、原水を原水出口１３１から供給して原水入口１３０から取り出し、各スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。あるいは、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【０１１８】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、この原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば上記において、配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、原水３１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１１９】
上記のような洗浄時における運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１２０】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、汚染物質が膜面に堆積しやすい全量濾過においても高い透過流束を維持しつつ安定して運転を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１２１】
なお、上記においては、図６のスパイラル型膜モジュール１００を用いて図２の例のように全量濾過を行う場合について説明したが、図６のスパイラル型膜モジュール１００を用いて図４の例のように一部の原水７ａを圧力容器１１０の外部に取り出しつつ濾過を行ってもよい。
【０１２２】
例えば、図６のスパイラル型膜モジュールの濾過時において、常時または間欠的に配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、圧力容器１１０内に供給された原水７のうちスパイラル型膜エレメント１の分離膜２を透過しなかった一部の原水７ａを原水出口１３１から配管５７ａを通して圧力容器１１０の外部に取り出し、原水タンク５００に戻してもよい。それにより、各スパイラル型膜エレメント１の外周部と圧力容器１１０の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、各スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器の外部に排出することが可能となる。
【０１２３】
このような原水の一部を取り出しつつ濾過を行う運転方法によれば、長時間にわたって透過流束の低下を生じることなく、より安定して運転を行うことが可能となる。この場合、外部へ取り出した原水７ａを配管５７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１２４】
また、濾過運転時または逆流洗浄時においてスパイラル型膜モジュール１００の液封入停止を行うことにより、各スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、より信頼性が高く安定した運転を行うことが可能となる。なお、この場合の濾過運転時または洗浄時における液封入停止のタイミング、液封入停止を行う時間および封入する液に関しては、図２および図３において前述した通りである。このような液封入停止は、特に設備を必要とせず、また、操作が容易である。さらに、洗浄用薬品を含まない液を用いて汚染物質を剥離させることができるため、洗浄用薬品にかかるコストを削減でき、低コストでの実施が可能である。
【０１２５】
図７は、図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。分離膜２は、多孔性補強シート（多孔性シート材）２ａの表面に実質的な分離機能を有する透過性膜体２ｂが密着一体化されて形成されている。
【０１２６】
透過性膜体２ｂは、１種類のポリスルホン系樹脂、あるいは２種類以上のポリスルホン系樹脂の混合物、さらにはポリスルホン系樹脂とポリイミド、フッ素含有ポリイミド樹脂等のポリマーとの共重合体、もしくは混合物から形成される。
【０１２７】
多孔性補強シート２ａは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等を素材とする織布、不織布、メッシュ状ネット、発泡焼結シート等から形成されており、製膜性およびコストの面から不織布が好ましい。
【０１２８】
多孔性補強シート２ａおよび透過性膜体２ｂは、透過性膜体２ｂを構成する樹脂成分の一部が多孔性補強シート２ａの孔の内部に充填された投錨状態で接合されている。
【０１２９】
多孔性補強シート２ａに裏打ちされた分離膜２の背圧強度は、０．２ＭＰａを超え、０．４〜０．５ＭＰａ程度に向上した。なお、背圧強度の規定方法については後述する。
【０１３０】
多孔性補強シート２ａとして不織布を用いて背圧強度を０．２ＭＰａ以上得るためには、不織布の厚みが０．０８〜０．１５ｍｍであり、かつ密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。厚みが０．０８ｍｍより薄い場合または密度が０．５ｇ／ｃｍ3 より小さい場合には、補強シートとしての強度が得られず、分離膜２の背圧強度を０．２ＭＰａ以上確保することが困難である。一方、厚みが０．１５ｍｍより厚くあるいは密度が０．８ｇ／ｃｍ3 より大きい場合には、多孔性補強シート２ａの濾過抵抗が大きくなったり、不織布（多孔性補強シート２ａ）への投錨効果が小さくなって透過性膜体２ｂと不織布との界面で剥離が起こりやすくなる。
【０１３１】
次に、上記の分離膜２の製造方法について説明する。まず、ポリスルホンに溶媒、非溶媒および膨潤剤を加えて加熱溶解し、均一な製膜溶液を調製する。ここで、ポリスルホン系樹脂は、下記の構造式（化１）に示すように、分子構造内に少なくとも１つの（−ＳＯ2 −）部位を有するものであれば特に限定されない。
【０１３２】
【化１】
ただし、Ｒは２価の芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの炭化水素基が２価の有機結合基で結合された２価の有機基を示す。
【０１３４】
好ましくは、下記の構造式（化２）〜（化４）で示されるポリスルホンが用いられる。
【０１３５】
【化２】
【化３】
【化４】
また、ポリスルホンの溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることが好ましい。さらに、非溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等の低級脂肪族ケトンなどを用いることが好ましい。
【０１３９】
溶媒と非溶媒の混合溶媒中の非溶媒の含有量は、得られる混合溶媒が均一である限り特に制限されないが、通常５〜５０重量％、好ましくは２０〜４５重量％である。
【０１４０】
多孔質構造の形成を促進し、または制御するために用いられる膨潤剤としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、硝酸リチウム等の金属塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその金属塩、ホルムアミド等が用いられる。混合溶媒中の膨潤剤の含有量は、製膜溶液が均一である限り特に制限されないが、通常１〜５０重量％である。
【０１４１】
製膜溶液中のポリスルホンの濃度は、通常１０〜３０重量％が好ましい。３０重量％を超えるときは、得られる多孔質分離膜の透水性が実用性に乏しくなり、１０重量％より少ないときは、得られる多孔質分離膜の機械的強度が乏しくなり、充分な背圧強度を得ることができない。
【０１４２】
次に、上記の製膜溶液を不織布支持体上に製膜する。すなわち、連続製膜装置を使用し、不織布等の支持体シートを順次送り出し、その表面に製膜溶液を塗布する。塗布方法としてはナイフコータやロールコータ等のギャップコータを用いて製膜溶液を不織布支持体上に塗布する。例えば、ロールコータを使用する場合は、２本のロールの間に製膜溶液を溜め、不織布支持体上に製膜溶液を塗布すると同時に不織布の内部に充分含浸させ、その後低湿度雰囲気を通過させ、雰囲気中の微量水分を不織布上に塗布した液膜表面に吸収させ、液膜の表面層にミクロ相分離を起こさせる。その後、凝固水槽に浸漬し、液膜全体を相分離および凝固させ、さらに水洗槽で溶媒を洗浄除去する。これにより、分離膜２が形成される。
【０１４３】
このように、上記の分離膜２は背圧強度が高いため、図１および図６のスパイラル型膜エレメント１に用いた場合に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行っても分離膜２の破損が生じることが防止される。
【０１４４】
【実施例】
以下の実施例１、実施例２および比較例においては、図７に示す構造を有する限外濾過膜を分離膜２として含むスパイラル型限外濾過膜エレメントを作製し、このスパイラル型限外濾過膜エレメントを備えた図１のスパイラル型膜モジュールを用いて連続通水濾過試験を行った。
【０１４５】
ここで、実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメントに用いた限外濾過膜は、以下のようにして作製した。
【０１４６】
まずポリスルホン（アモコ社製、Ｐ−３５００）を１６．５重量部、Ｎ−メチル−２ピロリドンを５０重量部、ジエチレングリコールを２４．５重量部およびホルムアミドを１重量部で加熱溶解し、均一な製膜溶液を得た。そして、コータギャップを０．１３ｍｍに調整したロールコータを用いて厚み０．１ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 のポリエステル製不織布の表面に製膜溶液を含浸塗布した。
【０１４７】
その後、相対湿度が２５％、温度が３０℃の雰囲気（低湿度雰囲気）中を所定の速度で通過させ、ミクロ相分離を生じさせた後、３５℃の凝固水槽中に浸漬して脱溶媒および凝固させ、しかる後、水洗槽で残存溶媒を洗浄除去することにより分離膜２を得た。ここで、実施例１および実施例２の分離膜２は、ミクロ相分離時間（低湿度雰囲気を通過する時間）が４．５秒である。
【０１４８】
上記のようにして作製した限外濾過膜の透水量は１７００Ｌ／ｍ2 ・ｈｒであり、背圧強度は０．３ＭＰａであり、平均分子量１００万のポリエチレンオキサイドの阻止率は９９％であった。
【０１４９】
なお、背圧強度は直径４７ｍｍの膜を背圧強度ホルダ（有孔直径２３ｍｍ）にセットし、多孔性補強シート２ａ側より水圧を徐々に加え、透過性膜体２ｂが多孔性補強シート２ａから剥離するか、または透過性膜体２ｂと多孔性補強シート２ａとが同時に破裂するときの圧力で規定される。
【０１５０】
また、ポリエチレンオキサイドの阻止率は、濃度５００ｐｐｍのポリエチレンオキサイド溶液を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2 にて透過させ、原液および透過液の濃度から下式により求めた。
【０１５１】
阻止率（％）［１−（透過液濃度／原液濃度）］×１００
このようにして作製した限外濾過膜を備えたスパイラル型膜モジュールの連続通水濾過試験について、以下で説明する。
【０１５２】
実施例１、実施例２および比較例で用いたスパイラル型限外濾過膜エレメントの仕様を表１に示す。
【０１５３】
【表１】
［実施例１］
実施例１では、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。３日に１回濾過を停止し、逆流洗浄後に逆流洗浄に用いた洗浄液中に１時間浸漬した。逆流洗浄では、洗浄液として透過水を用い、０．２ＭＰａの背圧で６０Ｌ／分の洗浄液を供給した。運転条件を表２に示す。
【０１５５】
【表２】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と同様に、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。１０日に１回濾過を停止し、逆流洗浄後に洗浄液中に１時間浸漬した。逆流洗浄では、洗浄液として次亜塩素酸ナトリウムを含む透過水を用い、０．２ＭＰａの背圧で６０Ｌ／分の洗浄液を供給した。封入液は、次亜塩素酸ナトリウムを含む透過水である。運転条件を表３に示す。
【０１５７】
【表３】
［比較例］
比較例では、実施例１，２と同様に、工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を原水としてスパイラル型限外濾過膜エレメントに供給し、連続通水濾過実験を行った。ただし、比較例では、逆流洗浄後に濾過を停止しての液中での浸漬は行わなかった。運転条件を表４に示す。
【０１５９】
【表４】
図８は実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。実施例１では、３日に１回逆流洗浄後に逆流洗浄液中に１時間浸漬状態にする運転を行った結果、膜間差圧の上昇が抑えられ、膜間差圧０．１ＭＰａ以下での連続運転が可能であった。
【０１６１】
実施例２では、１０日に１回、１００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを含む逆流洗浄液中に１時間浸漬状態にする運転を行った結果、膜間差圧の上昇がさらに抑えられ、膜間差圧０．０６ＭＰａ以下での連続運転が可能であった。実施例２において、実施例１よりも低い膜間差圧で運転することができたのは、殺菌作用のある次亜塩素酸ナトリウムで洗浄した効果により膜面上での微生物の繁殖が抑えられたためであると考えられる。
【０１６２】
これに対して、比較例では、濾過を停止して液中での浸漬は行わなかったので、急激な膜間差圧の上昇が生じ、連続運転の継続が不可能であった。
【０１６３】
以上の実施例１，２および比較例において示すように、スパイラル型膜モジュールにおいて液封入停止を行うことにより、スパイラル型限外濾過膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を剥離させ、膜間差圧の上昇を抑制することが可能となる。それにより、信頼性の高い安定した運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。
【図５】図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図６】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【図７】図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。
【図８】実施例１、実施例２および比較例のスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型膜エレメント
２ 分離膜
３ 透過水スペーサ
４ 封筒状膜
５ 集水管
６ 原水スペーサ
７，３１ 原水
８ 透過水
１００ スパイラル型膜モジュール
１０，１１０ 圧力容器
１３，１３０ 原水入口
１４，１４０ 透過水出口
１５，１３１ 原水出口
２１ 洗浄水
Claims (12)
- 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過運転時に前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から原液を供給するとともに前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出し、前記濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止して前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記濾過運転を停止して前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持することを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記逆流洗浄を停止して前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持することを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、前記濾過運転を再開することを特徴とする請求項２記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、前記逆流洗浄することを特徴とする請求項２記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、前記逆流洗浄を再開することを特徴とする請求項３記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬した状態で所定時間保持した後、前記濾過運転を行うことを特徴とする請求項３記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記逆流洗浄と並行してまたは前記逆流洗浄後に前記圧力容器の前記原液入口および前記原液出口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部および前記第２の端部から前記濾過運転時の原液の供給方向と同方向および逆方向に順に原液を供給して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を軸方向に流すとともに前記軸方向に流した原液を前記圧力容器の外部に取り出すことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記スパイラル型膜エレメントを液中に浸漬する際に、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含む液を前記スパイラル型膜エレメントに供給し、前記薬品を含む液中に前記スパイラル型膜エレメントを浸漬することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- 前記分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなり、前記透過性膜体は前記多孔性シート材の一面に投錨状態で接合されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
- １または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの運転方法であって、前記スパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能であり、濾過運転時に前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から原液を供給するとともに前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出し、前記濾過運転または逆流洗浄を一時的に停止して前記圧力容器内に液を封入した状態で所定時間保持することを特徴とするスパイラル型膜モジュールの運転方法。
- 前記液は、殺菌作用または汚染物質剥離作用を有する薬品を含むことを特徴とする請求項１１記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
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