| 【発明の名称】 |
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 |
| 【発明者】 |
【氏名】安藤 雅明
【氏名】川島 敏行
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| 【要約】 |
【課題】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。
【解決手段】スパイラル型膜モジュールは、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１を備える。濾過時には、配管２７，２７ａのバルブ３０ｃ，３０ｄを閉じることにより原水出口１５を閉じ、原水入口１３を通してスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側から原水７を供給して全量濾過を行う。洗浄時には、洗浄水２１を透過水出口１４を通して集水管５の端部から導入し、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過時に、前記スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給して全量濾過を行い、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少なくとも一端部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。
【請求項２】 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過時に、前記スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給するとともに常時または間欠的に一部の原液を前記スパイラル型膜エレメント内を軸方向に流し、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前記スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端部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。
【請求項３】 前記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前記スパイラル型膜エレメントの供給側に戻す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。
【請求項４】 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１〜３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。
【請求項５】 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなる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１または複数本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、濾過時に、前記圧力容器の前記原液入口を通して前記スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給して全量濾過を行い、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少なくとも一端部から洗浄液を排出させて前記圧力容器の外部に取り出すことにより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。
【請求項６】 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に１または複数本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、濾過時に、前記圧力容器の前記原液入口を通して前記スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給するとともに、常時または間欠的に前記原液の一部を前記スパイラル型膜エレメント内を軸方向に流して前記原液出口から前記圧力容器の外部へ取り出し、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少なくとも一端部から洗浄液を排出させて前記圧力容器の外部に取り出すことにより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。
【請求項７】 前記圧力容器の外部に取り出した原液の少なくとも一部を再び前記原液入口に供給することを特徴とする請求項６記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
【請求項８】 前記圧力容器の外部に取り出した洗浄液の少なくとも一部を再び前記原液入口に供給することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
【請求項９】 洗浄時に、前記逆流洗浄と並行して前記圧力容器の前記原液入口から前記スパイラル型膜エレメント内に原液を供給し前記スパイラル型膜エレメント内で前記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５〜８のいずれかに記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
【請求項１０】 洗浄時、前記逆流洗浄を行った後に前記圧力容器の前記原液入口から前記スパイラル型膜エレメント内に原液を供給し前記スパイラル型膜エレメント内で前記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５〜８のいずれかに記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
【請求項１１】 前記スパイラル型膜エレメント内を軸方向に流して前記圧力容器の外部に取り出した原液の少なくとも一部を再び原液入口に供給することを特徴とする請求項９または１０記載のスパイラル型膜モジュールの運転方法。
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【発明の詳細な説明】【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】第１の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スパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過時に、スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給して全量濾過を行い、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少なくとも一端部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、洗浄時に、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。
【００１５】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。
【００１６】以上のように、上記のスパイラル型膜エレメントの運転方法によれば、全量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。
【００１７】第２の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スパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過時に、スパイラル型膜エレメント内へ原液を供給するとともに常時または間欠的に一部の原液をスパイラル型膜エレメント内を軸方向に流し、洗浄時に、有孔中空管の少なくとの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少なくとも一端部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するものである。
【００１８】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、洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が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。
【００１９】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、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。
【００２０】ここで、上記の運転方法においては、濾過時に、スパイラル型膜エレメント内において常時または間欠的に原液を軸方向に流す。それにより、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に付着することを抑制することが可能になるとともに、汚染物質の一部を原液とともに外部に排出することが可能となる。したがって、より安定した濾過運転を行うことが可能となる。また、この場合、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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】第３の発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法は、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１または複数本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、濾過時に、圧力容器の原液入口を通してスパイラル型膜エレメント内へ原液を供給して全量濾過を行い、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少なくとも一端部から洗浄液を排出させて圧力容器の外部に取り出すことにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄するものである。
【００２８】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、洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が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。
【００２９】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。
【００３０】以上のように、上記のスパイラル型膜モジュールの運転方法によれば、全量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。
【００３１】第４の発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に１または複数本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、濾過時に、圧力容器の原液入口を通してスパイラル型膜エレメント内へ原液を供給するとともに、常時または間欠的に原液の一部をスパイラル型膜エレメント内を軸方向に流して原液出口から圧力容器の外部に取り出し、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少なくとも一端部から洗浄液を排出させて圧力容器の外部に取り出すことにより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よれば、洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が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。
【００３３】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、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。
【００３４】ここで、上記の運転方法においては、濾過時に、スパイラル型膜エレメント内において常時または間欠的に原液を軸方向に流す。このため、原液中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの分離膜の膜面に付着することを抑制することが可能になるとともに、汚染物質の一部を原液とともに圧力容器の外部に取り出すことが可能になる。したがって、より安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００３５】また、この場合においては、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。
【００３６】圧力容器の外部に取り出した原液の少なくとも一部を再び原液入口に供給することが好ましい。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。
【００３７】上記の第３および第４の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、圧力容器の外部に取り出した洗浄液の少なくとも一部を再び原液入口に供給してもよい。このように洗浄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。
【００３８】また、洗浄時に、逆流洗浄と並行して圧力容器の原液入口からスパイラル型膜エレメント内に原液を供給し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。あるいは、洗浄時、逆流洗浄を行った後に圧力容器の原液入口からスパイラル型膜エレメント内に原液を供給し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。
【００３９】このように洗浄時にスパイラル型膜エレメント内において軸方向に原液を流すことにより、分離膜から剥離した汚染物質がスパイラル型膜エレメントの一端部から他端部へ押し流され、洗浄液とともにスパイラル型膜エレメントの他端部から排出されて圧力容器の外部に取り出される。それにより、分離膜から剥離した汚染物質を速やかに系外に排出することが可能となり、汚染物質が再び分離膜に付着することが防止される。
【００４０】さらに、洗浄時に軸方向に流した原液の少なくとも一部を再び原液入口に供給してもよい。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。
【００４１】
【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。
【００４２】図１に示すように、スパイラル型膜モジュールは、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。
【００４３】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。
【００４４】スパイラル型膜モジュールの原水入口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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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。
【００５７】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。
【００５８】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。
【００５９】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。
【００６０】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。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流しているが、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。
【００６４】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。
【００６５】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。
【００６６】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。
【００６７】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。
【００６８】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。
【００６９】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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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。
【００７６】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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】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。
【００８０】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。
【００８１】図６に示すように、本例のスパイラル型膜モジュールは、圧力容器１００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１００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１００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。
【００８２】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１００の内部空間が複数の液室に分離される。
【００８３】スパイラル型膜モジュールの原水入口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。
【００８４】スパイラル型膜モジュールの濾過時には、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。
【００８５】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１００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、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。
【００８６】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。
【００８７】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。
【００８８】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。
【００８９】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。
【００９０】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。
【００９１】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。
【００９２】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。
【００９３】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１００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１０の外部へ取り出される。
【００９４】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。
【００９５】なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流しているが、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。
【００９６】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。
【００９７】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。
【００９８】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。
【００９９】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。
【０１００】なお、上記においては、図６のスパイラル型膜モジュールを用いて図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を用いて図４の例のように一部の原水７ａを圧力容器１００の外部に取り出しつつ濾過を行ってもよい。
【０１０１】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１００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１００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１００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。
【０１０２】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。
【０１０３】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。
【０１０４】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。
【０１０５】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。
【０１０６】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。
【０１０７】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。
【０１０８】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。
【０１０９】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。
【０１１０】
【化１】
【０１１１】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。
【０１１２】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。
【０１１３】
【化２】
【０１１４】
【化３】
【０１１５】
【化４】
【０１１６】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。
【０１１７】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。
【０１１８】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。
【０１１９】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。
【０１２０】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。
【０１２１】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。
【０１２２】
【実施例】以下の実施例１および実施例２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エレメント１を作製し、このスパイラル型限外濾過エレメント１を備えた図１のスパイラル型限外濾過モジュールを用いて連続通水濾過試験を行った。
【０１２３】ここで、実施例１および実施例２のスパイラル型限外濾過膜エレメント１に用いた限外濾過膜は、以下のようにして作製した。
【０１２４】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。
【０１２５】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。
【０１２６】上記のようにして作製した限外濾過膜の透水量は４０Ｌ／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。
【０１２７】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。
【０１２８】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。
【０１２９】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限外濾過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。
【０１３０】［実施例１］実施例１においては、図１のスパイラル型限外濾過膜モジュールの濾過時に、原水７として濁度２０ＮＴＵの工業用水（ｐＨ６〜８、水温１０〜３０℃）を供給し、図２に示す運転方法により３０分間全量濾過を行った。なお、この場合においては、５Ｌ／分の透過水量が得られるように原水７の供給圧力を調整した。このようにして全量濾過を行った後、図３に示す運転方法により洗浄を行った。なお、この場合においては洗浄水２１として透過水を用い、０．２ＭＰａの背圧で１０Ｌ／分の洗浄水２１を供給して逆流洗浄を行った。逆流洗浄の時間は３０秒間とした。逆流洗浄後、原水３１をスパイラル型限外濾過膜モジュールに供給し、スパイラル型膜エレメント１内部において濾過時の原水７の供給方向と同方向に原水３１を流した。
【０１３１】上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら、３０日間連続してスパイラル型限外濾過膜エレメント１の運転を行った。運転開始から３０日経過後のスパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜間差圧を測定したところ０．１２ＭＰａであった。
【０１３２】［実施例２］実施例２においては、濾過時に原水７として濁度５０ＮＴＵの工業用水（ｐＨ６〜８、水温１０〜３０℃）を供給して図４に示す運転方法より運転を行った点を除いて、実施例１と同様の運転方法によりスパイラル型限外濾過膜モジュールにおいて濾過および洗浄を行った。なお、この場合においては、配管２７ａのバルブ３０ｄを常時開いて一部の原水７ａを外部に取り出し、この原水７ａを常時循環させた。
【０１３３】上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら３０日間連続してスパイラル型限外濾過膜モジュールの運転を行った。運転開始から３０日経過後のスパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜間差圧を測定したところ０．１７ＭＰａであった。
【０１３４】［比較例］比較例においては、背圧耐性の低い従来の限外濾過膜を有するスパイラル型限外濾過膜エレメント１（日東電工株式会社製ＮＴＵ−３１５０−Ｓ４）を備えた図１のスパイラル型限外濾過膜モジュールを用いて連続通水濾過試験を行った。
【０１３５】なお、比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメント１の限外濾過膜の背圧強度は０．０３ＭＰａ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１００％であった。
【０１３６】比較例においては、限外濾過膜の背圧耐性が低いため０．０２ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行った点を除いて、実施例１と同様の運転方法により図１のスパイラル型限外濾過膜モジュールにおいて濾過および洗浄を行った。
【０１３７】上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら２日間連続してスパイラル型限外濾過膜モジュールの運転を行った。運転開始から２日経過後のスパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜間差圧を測定したところ０．５ＭＰａであった。
【０１３８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１および比較例におけるスパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜間差圧の経時変化を示す図である。図８（ａ）に示すように、実施例１においては０．２ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うため、スパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜面に堆積した汚染物質を確実に除去することが可能である。それにより、スパイラル型限外濾過膜エレメント１における膜間差圧の変化が小さく、安定した運転を長期間継続して行うことができた。これに対し、図８（ｂ）に示すように比較例においては０．０２ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うため、膜面に堆積した汚染物質を系外に排出するだけの洗浄水２１の流量が確保できず、膜面に汚染物質が堆積して膜の抵抗が増大する。このため、スパイラル型限外濾過膜エレメント１における膜間差圧が大きくなる。このようなスパイラル型限外濾過膜エレメント１においては、安定した濾過運転を長期間継続して行うことができなかった。
【０１３９】また、実施例２に示すように、濾過時に一部の原水７ａを圧力容器１０の外部に取り出しつつ濾過を行った場合、濁度の高い原水７を処理する場合においても、スパイラル型限外濾過膜エレメント１の膜間差圧の変化が小さく、安定した運転を長期間継続して行うことができた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９６４
【氏名又は名称】日東電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２日（１９９９．１２．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８３０５
【弁理士】
【氏名又は名称】福島 祥人
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１５７８２５（Ｐ２００１−１５７８２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月１２日（２００１．６．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３４３６５０ |
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