JP2005254192A

JP2005254192A - Membrane separation apparatus and membrane separation method

Info

Publication number: JP2005254192A
Application number: JP2004072446A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ando; 雅明安藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】前処理によって安定した分離操作が可能で、コスト的にも有利な膜分離装置および膜分離方法を提供する。
【解決手段】前処理を行うスパイラル型膜モジュール１０と、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２と、膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す経路Ｐ３と、膜モジュールＲＯ２の濃縮液を膜モジュールＲＯ１の供給側に戻す経路Ｐ４とを備える膜分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュール１０は、有孔中空管の外周に限外ろ過膜等がスパイラル状に巻回された膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備える。
【選択図】図１

The present invention provides a membrane separation apparatus and a membrane separation method capable of performing a stable separation operation by pretreatment and advantageous in cost.
A spiral membrane module 10 that performs pretreatment, a first-stage reverse osmosis membrane module RO1 that performs reverse osmosis membrane separation by supplying a permeate of the pretreatment, and a part of the permeate A second-stage reverse osmosis membrane module RO2 for supplying and performing reverse osmosis membrane separation, a path P3 for taking out the remaining permeate of the membrane module RO1 and the permeate of the membrane module RO2 as a product, and a concentrate of the membrane module RO2 Is a membrane separation device comprising a path P4 for returning the membrane module RO1 to the supply side, wherein the spiral membrane module 10 has an ultrafiltration membrane or the like wound around the outer periphery of a perforated hollow tube in a spiral shape A membrane element is provided, and a structure is provided that allows a liquid to flow from one end of the membrane element to the other end to be discharged to the outside.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数段の逆浸透膜（ＲＯ膜）モジュールにより膜分離を行う膜分離装置および膜分離方法に関し、特に海水から飲料水を生産する技術として有用である。 The present invention relates to a membrane separation apparatus and a membrane separation method for performing membrane separation with a plurality of stages of reverse osmosis membrane (RO membrane) modules, and is particularly useful as a technique for producing drinking water from seawater.

従来より、複数段の逆浸透膜モジュールを用いて、海水から飲料水を生産する方法として、図９（ａ）〜（ｄ）に示すフローを採用した膜分離方法が知られている（各々、特許文献１〜４参照）。 Conventionally, as a method for producing drinking water from seawater using a multi-stage reverse osmosis membrane module, a membrane separation method employing a flow shown in FIGS. 9 (a) to (d) is known (each, (See Patent Documents 1 to 4).

特許文献１に記載の方法（図９（ａ）に示すフロー）では、第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理するものである。しかし、この方法では、第二段目逆浸透膜モジュールへの供給水量が多く、そのため、必要膜モジュール数も多く必要であるため、コストが高くなってしまう。また、第２段目から得られる透過水は過度に脱塩されており、例えば飲料水目的の場合、再度ミネラル調整操作が必要となり、その分コストアップにつながってしまう。また、前処理については何ら言及されておらず、逆浸透膜モジュールの安定運転についての効果は得られていない。 In the method described in Patent Document 1 (the flow shown in FIG. 9A), all the permeated water obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module is processed by the second-stage reverse osmosis membrane module. However, in this method, the amount of water supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module is large, and thus the number of necessary membrane modules is also large, which increases the cost. Further, the permeated water obtained from the second stage is excessively desalted. For example, for the purpose of drinking water, a mineral adjustment operation is required again, which leads to an increase in cost. In addition, no mention is made of pretreatment, and no effect on stable operation of the reverse osmosis membrane module is obtained.

また、特許文献２に記載の方法（図９（ｂ）に示すフロー）でも、上述と同様に第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理しており、上記と同様の問題が生じる。 Moreover, also in the method described in Patent Document 2 (the flow shown in FIG. 9 (b)), all the permeated water obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module as described above is obtained by the second-stage reverse osmosis membrane module. The same problem as above occurs.

一方、特許文献３に記載の方法（図９（ｃ）に示すフロー）は、第一段目逆浸透膜モジュールの透過水の一部を第二段目逆浸透膜モジュールの原水とし、第一段目逆浸透膜モジュールの透過水と第二段目逆浸透膜モジュールの透過水を混合する処理方法である。そして、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮水を第一段目逆浸透膜モジュールの供給水に戻す点も開示されている。しかし、特許文献３では、前処理については何ら言及されておらず、逆浸透膜モジュールの安定運転についての効果は得られていない。 On the other hand, the method described in Patent Document 3 (the flow shown in FIG. 9C) uses a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module as the raw water of the second-stage reverse osmosis membrane module. It is the processing method which mixes the permeated water of a stage reverse osmosis membrane module, and the permeated water of a 2nd stage reverse osmosis membrane module. And the point which returns the concentrated water of a 2nd stage reverse osmosis membrane module to the supply water of a 1st stage reverse osmosis membrane module is also disclosed. However, in Patent Document 3, no mention is made of pretreatment, and no effect on stable operation of the reverse osmosis membrane module is obtained.

また、特許文献４に記載の方法（図９（ｄ）に示すフロー）では、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮水を第一段目逆浸透膜モジュールの供給水に戻しているが、第一段目逆浸透膜モジュールから得られた透過水全部を第二段目逆浸透膜モジュールで処理している。このため、特許文献１〜２と同様の問題が生じる。 In the method described in Patent Document 4 (the flow shown in FIG. 9 (d)), the concentrated water of the second-stage reverse osmosis membrane module is returned to the supply water of the first-stage reverse osmosis membrane module. All the permeated water obtained from the first-stage reverse osmosis membrane module is treated by the second-stage reverse osmosis membrane module. For this reason, the problem similar to patent documents 1-2 arises.

更に、前処理について分離膜による前処理が提案されているが、用いられている前処理用膜モジュールは、次の構造を有する膜エレメントを収容して成る。つまり、このスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてなるスパイラル状膜要素を含みかつスパイラル状膜要素の外周部が液体透過性材料で覆われるとともに、液体透過性材料の外周面側が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、圧力容器の原液入口を通して原液がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から供給され、透過液は有孔中空管の少なくとも一方の開ロ端から取り出される。 Further, pretreatment with a separation membrane has been proposed for pretreatment, and the pretreatment membrane module used contains membrane elements having the following structure. In other words, this spiral membrane element includes a spiral membrane element in which a plurality of independent or continuous envelope-like membranes are wound around the outer peripheral surface of a perforated hollow tube via a raw liquid flow path material, and the spiral membrane The outer peripheral portion of the element is covered with a liquid permeable material, and the outer peripheral surface side of the liquid permeable material is entirely or partially covered with a peripheral flow passage material, and the stock solution is supplied to the spiral membrane element through the stock solution inlet of the pressure vessel. The permeated liquid is supplied from at least the outer peripheral side, and is taken out from the open end of at least one of the perforated hollow tubes.

しかし、この構造の膜エレメントでは、原水が必ず外周部側から入る構造であるため、フラッシング操作を行えないという欠点を有している。このフラッシング操作とは、本来の分離操作を中断し、原水を膜エレメントの軸と平行に流して、膜面に補足された汚染物質を系外に除去する操作である。 However, the membrane element having this structure has a drawback that the flushing operation cannot be performed because the raw water always enters from the outer peripheral side. This flushing operation is an operation of interrupting the original separation operation and flowing raw water parallel to the axis of the membrane element to remove contaminants trapped on the membrane surface out of the system.

ところで、逆浸透膜分離システムを安定的に運転する条件の一つとして、逆浸透膜モジュールの供給水水質を各膜メーカーが指定する水質にする必要がある。膜分離技術が応用される範囲は、水不足や原水質の悪化に伴い、多岐にわたっており、従来、逆浸透膜モジュールの前処理として多用されてきた砂ろ過では逆浸透膜モジュールの規定供給水質が必ずしも満足できなくなってきた。前処理の能力不足は、逆浸透膜モジュールの規定供給水質以下の供給水が逆浸透膜モジュールに流入することにより、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを引き起こすことになり、高度な分離が得られるシステムを安定して稼動させることが不可能になる。 By the way, as one of the conditions for stably operating the reverse osmosis membrane separation system, the quality of water supplied to the reverse osmosis membrane module needs to be the water quality designated by each membrane manufacturer. The range of application of membrane separation technology is wide-ranging due to water shortage and deterioration of raw water quality. Conventional sand filtration, which has been widely used as a pretreatment for reverse osmosis membrane modules, does not necessarily provide the specified supply water quality for reverse osmosis membrane modules. I'm not satisfied. Insufficient capacity for pretreatment will cause troubles such as blockage of the reverse osmosis membrane module and membrane contamination due to the flow of feed water below the specified supply quality of the reverse osmosis membrane module into the reverse osmosis membrane module. It becomes impossible to stably operate a system capable of obtaining a high degree of separation.

また、近年は飲料水の製造用途に大型の逆浸透膜プラントが建設される傾向にあり、飲料水製造システム全体に飲料水の安全性が確保できる機能が求められている。従来、逆浸透膜モジュールの前処理として多用されてきた砂ろ過は分離精度が数ミクロンであり、原水質の変動により、分離精度にばらつきが生じ易い。また、原水の変動の影響を受けにくくするためには、凝集・沈殿・砂ろ過方式を採用しなければならないが、設備や敷地面積が多く必要であり、運転管理は容易ではない。たとえば、凝集・沈殿・砂ろ過方式を採用した場合でも、飲料水への混入を絶対に避けなければならないクリプトスポリジウムの除去率は、最大９９．９％とされている。更に、海水にはホウ素が含有されており、透過水のホウ素濃度を飲料水に適する程度の濃度にまで低減することが望まれている。
特開平０８−２０６４６０号公報特開平０９−０１０７６６号公報特開平１１−０１０１４６号公報特開２０００−２７１４６０号公報 In recent years, large reverse osmosis membrane plants tend to be constructed for use in drinking water production, and the entire drinking water production system is required to have a function of ensuring the safety of drinking water. Conventionally, sand filtration, which has been frequently used as a pretreatment for a reverse osmosis membrane module, has a separation accuracy of several microns, and the separation accuracy is likely to vary due to variations in raw water quality. In order to make it less susceptible to fluctuations in the raw water, a coagulation / sedimentation / sand filtration method must be adopted, but a large amount of equipment and site area are required, and operation management is not easy. For example, even when the coagulation / sedimentation / sand filtration method is employed, the removal rate of Cryptosporidium that must be absolutely avoided in drinking water is set to 99.9% at the maximum. Furthermore, since seawater contains boron, it is desired to reduce the boron concentration of the permeated water to a level suitable for drinking water.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-206460 Japanese Patent Laid-Open No. 09-010766 JP 11-010146 A JP 2000-271460 A

そこで、本発明の目的は、前処理によって安定した分離操作が可能で、コスト的にも有利であり、好ましくはホウ素を効果的に除去可能な膜分離装置および膜分離方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a membrane separation apparatus and a membrane separation method capable of performing a stable separation operation by pretreatment, advantageous in cost, and preferably capable of effectively removing boron. .

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。 The above object can be achieved by the present invention as described below.

即ち、本発明の膜分離装置は、原液を供給して前処理を行うスパイラル型膜モジュールと、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールと、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールと、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す経路と、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻す経路とを備える膜分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えることを特徴とする。膜モジュールは、容器内に単数の又は直列に接続した複数の膜エレメントを備えるものであるが、本発明において、「膜モジュール」とは、単一の膜モジュールに限らず、複数の膜モジュールが直列又は並列に接続されているものも含む意味で用いる。 That is, the membrane separation apparatus of the present invention includes a spiral membrane module that performs a pretreatment by supplying a stock solution, and a first-stage reverse osmosis membrane module that performs a reverse osmosis membrane separation by supplying a permeate from the pretreatment. Further, a second-stage reverse osmosis membrane module that supplies a part of the permeate to perform reverse osmosis membrane separation, and the remaining permeate of the first-stage reverse osmosis membrane module and the second-stage reverse osmosis membrane module A membrane separation apparatus comprising a path for removing at least the permeated liquid as a product and a path for returning the concentrated liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module to the supply side of the first-stage reverse osmosis membrane module, The membrane module includes a membrane element in which an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane is spirally wound around the outer periphery of a perforated hollow tube, and mixing of the supply side channel and the permeation side channel is prevented. Pour liquid from one end to the other Characterized in that it comprises a possible discharge structure section. A membrane module is provided with a plurality of membrane elements connected in series in a container, but in the present invention, the “membrane module” is not limited to a single membrane module, and a plurality of membrane modules It is used in the meaning including what is connected in series or in parallel.

本発明の膜分離装置によると、前処理に使用するスパイラル型膜モジュールが、スパイラル状に膜が巻回された膜エレメントを備え、その一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えるため、断続的にフラッシング操作を行えるようになる。このため、膜面に堆積する懸濁物質等を断続的に除去して、安定した前処理が行え、プロセス全体が安定した分離操作が可能となる。また、限外ろ過膜や精密ろ過膜は１ミクロン以下の分離が可能であり、原水の変動に対してもその分離の精度が変化することは少ない。したがって、逆浸透膜モジュールの前処理に限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いることで、常に濁質をほとんど含まない透過液を逆浸透膜モジュールに供給することができ、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを起こすことが回避される。 According to the membrane separation apparatus of the present invention, a spiral membrane module used for pretreatment includes a membrane element in which a membrane is wound in a spiral shape, and a structure that can flow liquid from one end to the other end and discharge it to the outside Therefore, the flushing operation can be performed intermittently. For this reason, suspended substances and the like deposited on the membrane surface are intermittently removed to perform stable pretreatment, and the entire process can be stably separated. In addition, ultrafiltration membranes and microfiltration membranes can be separated by 1 micron or less, and the accuracy of the separation hardly changes even when the raw water fluctuates. Therefore, by using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane for pretreatment of the reverse osmosis membrane module, a permeate containing almost no turbidity can always be supplied to the reverse osmosis membrane module. It is possible to avoid problems such as blockage and membrane contamination.

更に、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液の濃度は、概ね第一段目逆浸透膜モジュールの供給液濃度よりも低いため、これを系外に排出せずに、第一段目逆浸透膜モジュールの供給液に戻すことにより、その分のシステム取水量を減らすことが可能である。その結果、取水した量に対する逆浸透膜モジュールから得られる透過液量の割合は増加する事となり、経済性が高くなる。 Furthermore, since the concentration of the concentrated solution in the second-stage reverse osmosis membrane module is substantially lower than the supply liquid concentration of the first-stage reverse osmosis membrane module, the first-stage reverse osmosis membrane module is not discharged out of the system. By returning to the supply liquid of the osmotic membrane module, it is possible to reduce the amount of system water intake. As a result, the ratio of the amount of permeate obtained from the reverse osmosis membrane module to the amount of water taken increases, and the economic efficiency increases.

上記において、前記第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の経路に、ｐＨを８以上にするｐＨ調整手段を設けると共に、脱炭酸手段又はスケール防止剤注入手段の少なくとも一方を更に備えることが好ましい。このようにｐＨを８以上にするｐＨ調整手段を設けることで、中性域ではイオン状にならないホウ素をイオン状にできるため、より効果的に第二段目逆浸透膜モジュールでホウ素を除去することができる。但し、ｐＨが８以上になると、膜面への炭酸カルシウム等のスケール生成が生じ易くなるため、第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の経路に脱炭酸手段又はスケール防止剤注入手段を設けるのが有効になる。このようにして、ホウ素が十分除去されると、飲料水として適するものとなるが、本発明では、ｐＨが７以上となる第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と、ｐＨが７以下となる第一段目逆浸透膜モジュールの透過液とを、製品として取り出すため、混合によって製品を中性に近づけることができ、その場合、飲料水としてより適したものとなる。 In the above, it is preferable that a pH adjusting means for adjusting the pH to 8 or more is provided in the supply liquid path of the second-stage reverse osmosis membrane module, and at least one of a decarboxylation means and a scale inhibitor injection means is further provided. . In this way, by providing a pH adjusting means for adjusting the pH to 8 or more, boron that does not become ionic in the neutral range can be made ionic, so that boron is more effectively removed by the second-stage reverse osmosis membrane module. be able to. However, when the pH is 8 or more, scale formation of calcium carbonate or the like is likely to occur on the membrane surface. Therefore, a decarboxylation unit or a scale inhibitor injection unit is provided in the supply liquid path of the second-stage reverse osmosis membrane module. Will be effective. Thus, when the boron is sufficiently removed, it becomes suitable as drinking water, but in the present invention, the permeated liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module having a pH of 7 or more, and the pH of 7 or less. Since the permeated liquid of the first-stage reverse osmosis membrane module is taken out as a product, the product can be brought close to neutrality by mixing, and in that case, it becomes more suitable as drinking water.

一方、本発明の膜分離方法は、スパイラル型膜モジュールに原液を供給して前処理を行った後、その前処理の透過液を第一段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行い、更にその透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールに供給して逆浸透膜分離を行いながら、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールの供給側に戻しつつ、第一段目逆浸透膜モジュールの透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールの透過液を少なくとも製品として取り出す膜分離工程を備える膜分離方法であって、前記スパイラル型膜モジュールは、有孔中空管の外周に限外ろ過膜または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメントを備え、その膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備えると共に、前記膜分離工程の合間又は最中に、断続的に前記スパイラル型膜モジュールの膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出させるフラッシング工程を少なくとも行うことを特徴とする。 On the other hand, in the membrane separation method of the present invention, the raw solution is supplied to the spiral membrane module for pretreatment, and then the pretreatment permeate is supplied to the first-stage reverse osmosis membrane module to perform reverse osmosis membrane separation. Further, a part of the permeate is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module to perform reverse osmosis membrane separation, and the concentrated solution of the second-stage reverse osmosis membrane module is removed from the first-stage reverse osmosis membrane. A membrane separation method comprising a membrane separation step of removing at least the permeate of the first-stage reverse osmosis membrane module and the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module as a product while returning to the module supply side, The spiral membrane module includes a membrane element in which an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane is wound in a spiral shape on the outer periphery of a perforated hollow tube, and prevents mixing of a supply side channel and a permeate side channel, From one end of the membrane element to the other It has a structure that allows the body to flow and be discharged to the outside, and intermittently flows liquid from one end to the other end of the membrane element of the spiral-type membrane module to be discharged to the outside during or during the membrane separation step. At least a flushing step is performed.

本発明の膜分離方法によると、前処理に使用するスパイラル型膜モジュールが、スパイラル状に膜が巻回され、フラッシング操作が可能な膜エレメントを備え、前記膜分離工程の合間又は最中に、断続的にフラッシング工程を行うため、膜面に堆積する懸濁物質等を断続的に除去して、安定した前処理が行え、プロセス全体が安定した分離操作が可能となる。また、限外ろ過膜や精密ろ過膜は１ミクロン以下の分離が可能であり、原水の変動に対してもその分離の精度が変化することは少ない。したがって、常に濁質をほとんど含まない透過液を逆浸透膜モジュールに供給することができ、逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを起こすことが回避される。更に、第二段目逆浸透膜モジュールの濃縮液の濃度は、概ね第一段目逆浸透膜モジュールの供給液濃度よりも低いため、これを系外に排出せずに、第一段目逆浸透膜モジュールの供給液に戻すことにより、その分のシステム取水量を減らすことが可能である。その結果、取水した量に対する逆浸透膜モジュールから得られる透過液量の割合は増加する事となり、経済性が高くなる。 According to the membrane separation method of the present invention, the spiral membrane module used for the pretreatment includes a membrane element in which a membrane is wound in a spiral shape and capable of a flushing operation, and during or during the membrane separation step, Since the flushing process is intermittently performed, suspended substances and the like deposited on the film surface are intermittently removed to perform stable pretreatment, and the entire process can be stably separated. In addition, ultrafiltration membranes and microfiltration membranes can be separated by 1 micron or less, and the accuracy of the separation hardly changes even when the raw water fluctuates. Therefore, a permeate containing almost no turbidity can always be supplied to the reverse osmosis membrane module, and troubles such as blockage of the reverse osmosis membrane module and membrane contamination can be avoided. Furthermore, since the concentration of the concentrated solution in the second-stage reverse osmosis membrane module is substantially lower than the supply liquid concentration of the first-stage reverse osmosis membrane module, the first-stage reverse osmosis membrane module is not discharged out of the system. By returning to the supply liquid of the osmotic membrane module, it is possible to reduce the amount of system water intake. As a result, the ratio of the amount of permeate obtained from the reverse osmosis membrane module to the amount of water taken increases, and the economic efficiency increases.

上記において、前記スパイラル型膜モジュールは、０．０５ＭＰａより高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なものであり、前記フラッシング工程の前に逆流洗浄工程を更に行うことが好ましい。これによると、逆流洗浄工程によって膜面に体積した懸濁物質等を浮き上がらせられるため、フラッシング工程において懸濁物質等を除去・排出する効果がより効果的に得られるようになる。 In the above, the spiral membrane module is capable of backwashing with a back pressure higher than 0.05 MPa and lower than 0.3 MPa, and it is preferable to further perform a backwashing process before the flushing process. According to this, since suspended substances etc. that have been volumetrically floated on the membrane surface by the backflow cleaning process, the effect of removing and discharging suspended substances etc. in the flushing process can be obtained more effectively.

また、前記第二段目逆浸透膜モジュールに供給される液のｐＨを８以上にすると共に、脱炭酸を行うか及び／又はスケール防止剤を注入することが好ましい。このようにｐＨを８以上にすることで、中性域ではイオン状にならないホウ素をイオン状にできるため、より効果的に第二段目逆浸透膜モジュールでホウ素を除去することができる。但し、ｐＨが８以上になると、膜面への炭酸カルシウム等のスケール生成が生じ易くなるため、第二段目逆浸透膜モジュールの供給液の脱炭酸を行うか及び／又はスケール防止剤を注入するのが有効になる。このようにして、ホウ素が十分除去されると、飲料水として適するものとなるが、本発明では、ｐＨが７以上となる第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と、ｐＨが７以下となる第一段目逆浸透膜モジュールの透過液とを、製品として取り出すため、混合によって製品を中性に近づけることができ、その場合、飲料水としてより適したものとなる。 In addition, it is preferable that the liquid supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module has a pH of 8 or higher, and decarboxylation is performed and / or a scale inhibitor is injected. By setting the pH to 8 or higher in this way, boron that does not become ionic in the neutral region can be made ionic, so that boron can be more effectively removed by the second-stage reverse osmosis membrane module. However, when the pH is 8 or more, scale formation of calcium carbonate or the like is likely to occur on the membrane surface, so decarboxylation of the supply liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module and / or injection of a scale inhibitor It becomes effective to do. Thus, when the boron is sufficiently removed, it becomes suitable as drinking water, but in the present invention, the permeated liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module having a pH of 7 or more, and the pH of 7 or less. Since the permeated liquid of the first-stage reverse osmosis membrane module is taken out as a product, the product can be brought close to neutrality by mixing, and in that case, it becomes more suitable as drinking water.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の膜分離装置の一例を概略的に示すフローであり、図２は、図１をより具体化した膜分離装置の一例を示すフローである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart schematically showing an example of a membrane separation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing an example of a membrane separation apparatus more specific to FIG.

本発明の膜分離装置は、図１に示すように、原液を供給して前処理を行うスパイラル型膜モジュール１０と、前記前処理の透過液を供給して逆浸透膜分離を行う第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と、更にその透過液の一部を供給して逆浸透膜分離を行う第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２と、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す経路Ｐ３と、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側に戻す経路Ｐ４とを備えるものである。 As shown in FIG. 1, the membrane separation apparatus of the present invention includes a spiral membrane module 10 that performs a pretreatment by supplying a stock solution, and a first stage that performs a reverse osmosis membrane separation by supplying a permeate of the pretreatment. The reverse osmosis membrane module RO1, the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 for further supplying a part of the permeate to perform reverse osmosis membrane separation, and the remaining permeate of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1 And a path P3 for extracting at least the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 as a product, and a path for returning the concentrated liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 to the supply side of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1. P4.

前記スパイラル型膜モジュール１０は、図３に示すように、有孔中空管５の外周に限外ろ過膜２または精密ろ過膜がスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路の混合を防止した膜エレメント１を備える。また、スパイラル型膜モジュール１０は、図４（ｃ）に示すように、その膜エレメント１の一端から他端へ液体を流して外部に排出可能な構造を備える。このようなスパイラル型膜モジュールの詳細は、特開２００１−１１３１４０号公報、特開２００１−１２０９６２号公報等に詳細に記載されており、それらの何れをも本発明で使用することができる。 As shown in FIG. 3, the spiral membrane module 10 has an ultrafiltration membrane 2 or a microfiltration membrane wound around an outer periphery of a perforated hollow tube 5 in a spiral shape so that a supply side channel and a permeate side channel The membrane element 1 is prevented from being mixed. Further, as shown in FIG. 4C, the spiral membrane module 10 has a structure that allows liquid to flow from one end to the other end of the membrane element 1 and to be discharged to the outside. Details of such a spiral membrane module are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-113140 and 2001-120962, and any of them can be used in the present invention.

限外濾過膜としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリエチレン等の高分子有機膜を用いることができる。 As the ultrafiltration membrane, a polymer organic membrane such as polyvinylidene fluoride, polysulfone, polypropylene, polystyrene, polyacrylonitrile, cellulose acetate, and polyethylene can be used.

逆浸透膜モジュールを含む飲料水製造システムに前処理として、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いた場合、上記逆浸透膜モジュールの流路閉塞や、膜汚染のトラブルを回避できる効果以外に、精密ろ過膜であれば、クリプトスポリジウムの除去率は最低９９．９９％可能であり、限外ろ過膜を用いた場合、精密ろ過膜では除去不可能なウイルスまで最低９９．９９％の高い除去率を得ることができる。よって、分離膜を多重に配することにより、分離システム全体として、安全性を高度に確保することが出来る。 When using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane as a pretreatment for a drinking water production system including a reverse osmosis membrane module, in addition to the effect of avoiding channel blockage of the reverse osmosis membrane module and membrane contamination troubles, If it is a microfiltration membrane, the removal rate of Cryptosporidium can be at least 99.99%. If an ultrafiltration membrane is used, a high removal rate of at least 99.99% even for viruses that cannot be removed by the microfiltration membrane. Can be obtained. Therefore, by providing multiple separation membranes, it is possible to ensure a high level of safety for the entire separation system.

また、前処理として限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いることにより、逆浸透膜モジュールのトラブルを回避でき、システムを安定に稼動させることが可能である。また、飲料水用途の場合、上記逆浸透膜モジュールの安定運転の他にシステム全体として高い安全性を確保することが可能である。 Further, by using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane as a pretreatment, troubles of the reverse osmosis membrane module can be avoided and the system can be operated stably. In the case of drinking water, it is possible to ensure high safety as a whole system in addition to the stable operation of the reverse osmosis membrane module.

膜エレメント１は、供給側流路と透過側流路とを確保するために、各々の流路材６，３を対向する膜２の間に介在させるのが好ましい。その際、対向する膜２の間に透過側流路の流路材３を介在させつつ、その三辺を封止した封筒状膜４とするのが好ましい。図示した例では、封筒状膜４の少数（１枚）がスパイラル状に巻回されたものであるが、更に多数の封筒状膜４を有孔中空管５の外周に巻回してもよい。 In the membrane element 1, it is preferable to interpose each channel material 6, 3 between the opposing membranes 2 in order to secure a supply-side channel and a permeate-side channel. At this time, it is preferable to provide an envelope-like film 4 in which the three sides are sealed while the flow path material 3 of the permeation side flow path is interposed between the opposing films 2. In the illustrated example, a small number (one piece) of the envelope-like membrane 4 is wound in a spiral shape, but a larger number of envelope-like membranes 4 may be wound around the outer periphery of the perforated hollow tube 5. .

この膜エレメント１では、図３に示すように、原液７が濃縮液９側に向けて、有孔中空管５の軸方向に流動しながら、膜２を透過した透過液８が透過側流路の流路材３に沿って有孔中空管５に流れた後、透過液８として排出される。 In this membrane element 1, as shown in FIG. 3, the permeate 8 that has permeated the membrane 2 flows through the permeate side stream while the stock solution 7 flows in the axial direction of the perforated hollow tube 5 toward the concentrate 9. After flowing into the perforated hollow tube 5 along the channel material 3 of the path, it is discharged as a permeate 8.

スパイラル型膜モジュール１０は、図４に示すように、このような膜エレメント１の単数又は複数を、原液入口１３、透過液出口１４、及び濃縮液出口１５を備える円筒容器１１に収容して、パッキン１７、エンドキャップ１６などで、液室１８、１９などを仕切った構造を有する。 As shown in FIG. 4, the spiral membrane module 10 accommodates one or more of such membrane elements 1 in a cylindrical container 11 having a stock solution inlet 13, a permeate outlet 14, and a concentrate outlet 15. The liquid chambers 18 and 19 are partitioned by the packing 17 and the end cap 16.

スパイラル型膜モジュール１０により前処理を全濾過で行う場合、図４（ａ）に示すように、濃縮液出口１５を封鎖した状態で、原液入口１３から原液７を供給し、透過液出口１４から透過液８を排出する。 When the pretreatment is performed by total filtration by the spiral membrane module 10, as shown in FIG. 4A, the stock solution 7 is supplied from the stock solution inlet 13 while the concentrate outlet 15 is blocked, and from the permeate outlet 14. The permeate 8 is discharged.

スパイラル型膜モジュール１０により逆流洗浄を行う場合、図４（ｂ）に示すように、透過液出口１４から洗浄液２１を供給し、原液入口１３と濃縮液出口１５とから洗浄液２１を排出する。このとき、洗浄液２１としては、貯留しておいたスパイラル型膜モジュール１０の透過液８を使用するのが好ましい。なお、洗浄液２１の排出は、原液入口１３と濃縮液出口１５の一方のみから行うことも可能である。 When backflow cleaning is performed by the spiral membrane module 10, the cleaning liquid 21 is supplied from the permeate outlet 14 and the cleaning liquid 21 is discharged from the raw liquid inlet 13 and the concentrated liquid outlet 15 as shown in FIG. At this time, it is preferable to use the stored permeate 8 of the spiral membrane module 10 as the cleaning liquid 21. The cleaning liquid 21 can be discharged only from one of the stock solution inlet 13 and the concentrate outlet 15.

スパイラル型膜モジュール１０によりフラッシングを行う場合、図４（ｃ）に示すように、原液入口１３から洗浄液２１を供給し、濃縮液出口１５から洗浄液２１を排出する。このとき、洗浄液２１としては、原液７や貯留しておいたスパイラル型膜モジュール１０の透過液８を使用することができる。なお、濃縮液出口１５から洗浄液２１を供給し、原液入口１３から洗浄液２１を排出することも可能であり、また、透過液出口１４からも洗浄液２１を供給して、同時に逆流洗浄の効果を得ることも可能である。 When flushing is performed by the spiral membrane module 10, as shown in FIG. 4C, the cleaning liquid 21 is supplied from the stock solution inlet 13 and the cleaning liquid 21 is discharged from the concentrate outlet 15. At this time, the stock solution 7 or the stored permeate 8 of the spiral membrane module 10 can be used as the cleaning solution 21. It is possible to supply the cleaning liquid 21 from the concentrated liquid outlet 15 and discharge the cleaning liquid 21 from the stock liquid inlet 13, and also supply the cleaning liquid 21 from the permeated liquid outlet 14 to obtain the effect of backwashing at the same time. It is also possible.

以下、スパイラル型膜モジュール１０により前処理を行う膜分離装置の実施の形態について、より具体的に説明する。 Hereinafter, the embodiment of the membrane separation apparatus that performs the pretreatment by the spiral membrane module 10 will be described more specifically.

本実施形態では、原液のスパイラル型膜モジュール１０への供給は、ポンプ３１により行われ、これによって所定の圧力に昇圧される。限外ろ過膜を用いる場合、精密ろ過膜を用いる場合より必要とされる供給圧力が通常大きくなる。原液は、一般に図示しない貯槽に貯留され、経路Ｐ１１を経て膜分離装置内に供給される。スパイラル型膜モジュール１０の透過液は、経路Ｐ１２を経て貯槽３２に導入される。 In the present embodiment, the supply of the stock solution to the spiral membrane module 10 is performed by the pump 31 and thereby the pressure is increased to a predetermined pressure. When using an ultrafiltration membrane, the required supply pressure is usually greater than when using a microfiltration membrane. The stock solution is generally stored in a storage tank (not shown), and is supplied into the membrane separation device via a path P11. The permeated liquid of the spiral membrane module 10 is introduced into the storage tank 32 through the path P12.

貯槽３２内の前処理液は、ポンプ３３により所望の圧力まで昇圧されて、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１に供給される。第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１では、その供給液の逆浸透膜分離を行う。 The pretreatment liquid in the storage tank 32 is boosted to a desired pressure by the pump 33 and supplied to the first-stage reverse osmosis membrane module RO1. In the first-stage reverse osmosis membrane module RO1, reverse osmosis membrane separation of the supplied liquid is performed.

第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１としては、逆浸透膜分離が可能なものが何れも使用でき、例えばスパイラル型膜エレメント、中空糸型膜エレメント、チューブラー型膜エレメントなどの単数又は複数を備えるものが使用できる。複数の膜エレメントは、通常直列に接続され、複数の逆浸透膜モジュールを直列または並列に接続してもよい。 As the first-stage reverse osmosis membrane module RO1, any of those capable of reverse osmosis membrane separation can be used. For example, the first-stage reverse osmosis membrane module RO1 includes one or a plurality of spiral membrane elements, hollow fiber membrane elements, tubular membrane elements, etc. Things can be used. A plurality of membrane elements are usually connected in series, and a plurality of reverse osmosis membrane modules may be connected in series or in parallel.

逆浸透膜の材質としては、例えば酢酸セルロース、ポリエーテル系樹脂、芳香族ポリアミド、架橋芳香族ポリアミド、その他のポリアミド、シリコーン系樹脂等を用いることができる。 As a material of the reverse osmosis membrane, for example, cellulose acetate, polyether resin, aromatic polyamide, cross-linked aromatic polyamide, other polyamide, silicone resin, and the like can be used.

逆浸透膜モジュールＲＯ１の濃縮液は、経路Ｐ１４を経て系外に排出される。この経路Ｐ１４には、好ましくは圧力調整弁が設けられ、ポンプ３３の能力や設定との関係で、圧力を設定することができる。また、逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液は、その一部が第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２への供給液として経路Ｐ１７を経て貯槽３４に導入され、一方、透過液の残部は、経路Ｐ１５を経て経路Ｐ３から製品として取り出される。 The concentrated solution of the reverse osmosis membrane module RO1 is discharged out of the system via the path P14. This path P14 is preferably provided with a pressure regulating valve, and the pressure can be set in relation to the capacity and setting of the pump 33. Further, a part of the permeated liquid of the reverse osmosis membrane module RO1 is introduced into the storage tank 34 through the path P17 as a supply liquid to the second-stage reverse osmosis membrane module RO2, while the remainder of the permeated liquid is passed through the path P15. And is taken out as a product from the path P3.

本実施形態では、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の供給液の経路Ｐ１に、スケール防止剤注入手段３５を更に備える例を示す。本発明では、スケール防止剤注入手段３５に代えて又はこれと併用して、脱炭酸手段を備えていてもよい。 In the present embodiment, an example is shown in which scale inhibitor injection means 35 is further provided in the supply liquid path P1 of the second-stage reverse osmosis membrane module RO2. In the present invention, a decarboxylation means may be provided instead of or in combination with the scale inhibitor injection means 35.

スケール防止剤注入手段３５は、スケール防止剤の貯槽３５ｂとこれを供給するためのポンプ３５ａからなる。スケール防止剤は、経路Ｐ１６を経て、経路Ｐ１７に供給される。スケール防止剤としては、公知のものがいずれも使用でき、例えば、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどのイオン封鎖剤、酸化剤、キレート剤、吸着剤などが挙げられる。 The scale inhibitor injection means 35 includes a scale inhibitor storage tank 35b and a pump 35a for supplying the reservoir 35b. The scale inhibitor is supplied to the path P17 via the path P16. Any known scale inhibitor can be used, and examples thereof include sequestering agents such as sodium hexametaphosphate, oxidizing agents, chelating agents, and adsorbents.

脱炭酸手段としては、公知のものがいずれも使用でき、例えば、イオン交換樹脂、活性炭などを備える吸着装置、凝集剤を備える凝集槽などが挙げられる。 Any known decarboxylation means can be used, and examples thereof include an adsorption device equipped with an ion exchange resin and activated carbon, and a coagulation tank equipped with a coagulant.

本発明では、第二段目逆浸透膜モジュールに供給される液のｐＨを８以上にすることが好ましく、図２に示す装置の場合、ｐＨ調整手段として、スケール防止剤注入手段３５と同様の装置を用いて、ｐＨを上昇させるためのｐＨ調整剤を注入すればよい。 In the present invention, it is preferable that the pH of the liquid supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module is 8 or more. In the case of the apparatus shown in FIG. What is necessary is just to inject | pour the pH adjuster for raising pH using an apparatus.

上記のｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ、塩基性塩類、などを用いることができる。このｐＨ調整剤は、スケール防止剤の供給位置より下流側に供給するのが好ましい。 As said pH adjuster, alkalis, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, basic salts, etc. can be used. This pH adjuster is preferably supplied downstream from the supply position of the scale inhibitor.

貯槽３４内の前処理液は、ポンプ３６により所望の圧力まで昇圧されて、経路Ｐ１８を経て第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２に供給される。第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２では、その供給液の更なる逆浸透膜分離を行う。その際、透過液の塩濃度は、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１より更に低いものとなるが、ホウ素の除去を効果的に行うには、第ニ段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の塩阻止性能が、十分高いことが好ましい。あるいはホウ素を選択的に除去可能なものを使用するのも有効である。 The pretreatment liquid in the storage tank 34 is boosted to a desired pressure by the pump 36 and supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 via the path P18. The second-stage reverse osmosis membrane module RO2 performs further reverse osmosis membrane separation of the supplied liquid. At this time, the salt concentration of the permeate is lower than that of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1, but in order to effectively remove boron, the salt inhibition of the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 is performed. It is preferable that the performance is sufficiently high. Alternatively, it is effective to use one that can selectively remove boron.

このような膜エレメントは、各種市販されており、それらがいずれも使用できる。例えば、日東電工株式会社製ＥＳ２０−Ｄ４、ＥＳ２０−Ｄ８などのＥＳシリーズ、ＨＹＤＲＡＮＡＵＴＩＣＳ社製のＥＳＰＡ２などのＥＳＰＡシリーズ、Ｆｉｌｍｔｅｃｈ社製ＢＷ３０、ＢＷ３０ＬＥ、ＸＬＥ等、東レ社製ＳＵシリーズ、ＴＭ７００シリーズ、ＴＭＧシリーズなどである。これらは比較的低圧で操作が可能なため、必要電力を低減することが可能となる。但し、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１と同様のものを使用することも可能である。 Various types of such membrane elements are commercially available, and any of them can be used. For example, ES series such as ES20-D4 and ES20-D8 manufactured by Nitto Denko Corporation, ESPA series such as ESPA2 manufactured by HYDRANATICS, BW30, BW30LE and XLE manufactured by Filmtech, SU series, TM700 series and TMG series manufactured by Toray Industries, Inc. Etc. Since these can be operated at a relatively low pressure, the required power can be reduced. However, it is also possible to use the same as the first-stage reverse osmosis membrane module RO1.

逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液は、経路Ｐ４を経て第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側である貯槽３２に戻される（経路Ｐ１３でもよい）。これにより、回収率を高めることができる。この経路Ｐ４には、好ましくは圧力調整弁が設けられ、ポンプ３６の能力や設定との関係で、圧力を設定することができる。また、逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液は、経路Ｐ２を経て経路Ｐ３から製品として取り出される。この製品には、別途ミネラル成分を添加することも可能である。 The concentrated solution of the reverse osmosis membrane module RO2 is returned to the storage tank 32 on the supply side of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1 via the route P4 (may be the route P13). Thereby, the recovery rate can be increased. This path P4 is preferably provided with a pressure regulating valve, and the pressure can be set in relation to the capacity and setting of the pump 36. Further, the permeated liquid of the reverse osmosis membrane module RO2 is taken out as a product from the path P3 via the path P2. It is also possible to add a mineral component separately to this product.

本発明の膜分離方法では、以上のような膜分離装置を用いて、スパイラル型膜モジュール１０に原液を供給して前処理を行った後、その前処理の透過液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１に供給して逆浸透膜分離を行い、更にその透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２に供給して逆浸透膜分離を行いながら、第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の濃縮液を第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の供給側に戻しつつ、第一段目逆浸透膜モジュールＲＯ１の透過液の残部及び第二段目逆浸透膜モジュールＲＯ２の透過液を少なくとも製品として取り出す膜分離工程を行う。この膜分離工程の一例は、上記で説明した通りである。 In the membrane separation method of the present invention, using the membrane separation apparatus as described above, after supplying the stock solution to the spiral membrane module 10 and performing the pretreatment, the pretreatment permeate is passed through the first stage reverse osmosis. The second stage reverse osmosis membrane is supplied to the membrane module RO1 to perform reverse osmosis membrane separation, and further a part of the permeate is supplied to the second stage reverse osmosis membrane module RO2 to perform reverse osmosis membrane separation. While returning the concentrated liquid of the module RO2 to the supply side of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1, the remainder of the permeate of the first-stage reverse osmosis membrane module RO1 and the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module RO2 At least a membrane separation step for taking out as a product is performed. An example of this membrane separation step is as described above.

本発明の膜分離方法では、前記スパイラル型膜モジュール１０が例えば前記の構造を備えると共に、膜分離工程の合間又は最中に、断続的に前記スパイラル型膜モジュール１０の膜エレメントの一端から他端へ液体を流して外部に排出させるフラッシング工程を少なくとも行うものである。 In the membrane separation method of the present invention, the spiral membrane module 10 has the above-described structure, for example, and intermittently between one end and the other end of the membrane element of the spiral membrane module 10 during or during the membrane separation process. At least a flushing step of flowing a liquid to the outside and discharging it to the outside is performed.

フラッシング工程は、図２に示す装置の場合、ポンプ３１により経路Ｐ１１を経て原液がスパイラル型膜モジュール１０へ供給され、経路Ｐ２０から排出される。膜分離工程の最中にフラッシング工程を行う場合、経路Ｐ２０から排出される液量と、経路Ｐ１２を経て膜分離工程に供される液量とのバランスを調整すればよい。これは経路Ｐ２０に設けた流量調整弁などで行うことができる。 In the flushing process, in the case of the apparatus shown in FIG. 2, the stock solution is supplied to the spiral membrane module 10 by the pump 31 via the path P11 and discharged from the path P20. When the flushing step is performed during the membrane separation step, the balance between the amount of liquid discharged from the path P20 and the amount of liquid supplied to the membrane separation process via the path P12 may be adjusted. This can be performed by a flow rate adjusting valve provided in the path P20.

本発明では、前記スパイラル型膜モジュールとして、０．０５ＭＰａより高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なものを用いて、逆流洗浄工程を更に行うのが好ましい。特に、フラッシング工程の前に逆流洗浄工程を行うのが好ましい。 In the present invention, it is preferable to further perform the backwashing step using a spiral membrane module capable of backwashing with a back pressure higher than 0.05 MPa and lower than 0.3 MPa. In particular, it is preferable to perform a backwashing process before the flushing process.

逆流洗浄工程は、図２に示す装置の場合、貯槽３２の前処理液をポンプ３７により経路Ｐ１１を経てスパイラル型膜モジュール１０に供給し、経路Ｐ２０からこれを排出すればよい。逆流洗浄の圧力は、ポンプ３７の流量調整等によって主に調整できる。 In the backflow cleaning process, in the case of the apparatus shown in FIG. 2, the pretreatment liquid in the storage tank 32 may be supplied to the spiral membrane module 10 via the path P11 by the pump 37 and discharged from the path P20. The pressure of the backwashing can be mainly adjusted by adjusting the flow rate of the pump 37 or the like.

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、スパイラル型膜モジュールとして限外濾過膜を使用する例を示したが、本発明では、精密濾過膜を使用してもよい。精密濾過膜も限外濾過膜と同様にして、スパイラルエレメントにすることができるが、低圧操作で透過液の流束を大きくすることが可能なため、膜リーフ（封筒状膜）の数を多くして透過液の流路長を短くすることが可能である。 [Other Embodiments]
(1) In the above-described embodiment, an example in which an ultrafiltration membrane is used as the spiral membrane module has been described. However, in the present invention, a microfiltration membrane may be used. A microfiltration membrane can be made into a spiral element in the same way as an ultrafiltration membrane, but since the flux of permeate can be increased by low-pressure operation, the number of membrane leaves (envelope membrane) is increased. Thus, the permeate flow path length can be shortened.

精密濾過膜としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子有機膜を用いることができる。 As the microfiltration membrane, a polymer organic membrane such as polyolefin, polysulfone, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, cellulose acetate or the like can be used.

（２）前述の実施形態では、スパイラル型膜モジュールで全濾過を行う例を示したが、本発明では、膜エレメントの一端から他端へ液体を流して濃縮液を排出しながら、濾過を行うクロスフロー濾過を行ってもよい。これによって、フラッシングと同様の効果により、懸濁物質等の膜面への堆積を抑制することができる。従って、フラッシング工程までの間隔を長くしたり、フラッシング工程の時間を短縮等することができる。 (2) In the above-described embodiment, an example in which total filtration is performed by a spiral membrane module has been described. However, in the present invention, filtration is performed while a liquid is allowed to flow from one end of the membrane element to the other end to discharge the concentrate. Cross flow filtration may be performed. Accordingly, it is possible to suppress deposition of suspended substances or the like on the film surface by the same effect as flushing. Therefore, the interval until the flushing process can be lengthened, the time of the flushing process can be shortened, and the like.

具体的には、図５に示すように、原液入口１３から原液７を供給し、濃縮液出口１５から濃縮液９を排出しながら膜分離を行い、透過液出口１４から透過液８を排出する。図２に示す装置の場合、経路Ｐ２０から濃縮液を取り出した後、これを経路Ｐ１１に戻して循環させる方法や、経路Ｐ２０から濃縮液を取り出した後に図示してない貯槽に一旦これを貯留して循環させる方法などが、実施できる。 Specifically, as shown in FIG. 5, the stock solution 7 is supplied from the stock solution inlet 13, membrane separation is performed while the concentrate 9 is discharged from the concentrate outlet 15, and the permeate 8 is discharged from the permeate outlet 14. . In the case of the apparatus shown in FIG. 2, after the concentrate is taken out from the path P20, it is returned to the path P11 and circulated, or after the concentrate is taken out from the path P20, it is temporarily stored in a storage tank (not shown). The method of circulating can be implemented.

（３）前述の実施形態では、図２に示すように、経路Ｐ４から排出した濃縮液を、貯槽３２に戻す例を示したが、本発明では、この濃縮液をスパイラル型膜モジュール１０の供給側に戻すことも可能である。また、貯槽３２とは別の貯槽を設けて、その貯槽に濃縮液の一部又は全部を貯留し、これを逆流洗浄工程に使用するようにしてもよい。 (3) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the concentrated liquid discharged from the path P4 is returned to the storage tank 32. However, in the present invention, this concentrated liquid is supplied to the spiral membrane module 10. It is also possible to return to the side. Further, a storage tank different from the storage tank 32 may be provided, and a part or all of the concentrated liquid may be stored in the storage tank and used in the backwashing process.

（４）前述の実施形態では、第一段目逆浸透膜モジュールからの透過液の一部を第二段目逆浸透膜モジュールに供給し、残部を製品として取り出す際に、透過液の１つの流路を分岐する例を示したが、本発明では、透過液の組成が異なる部位から、第二段目逆浸透膜モジュールへの供給液と、製品とを別々に取り出してもよい。 (4) In the above-described embodiment, when a part of the permeate from the first-stage reverse osmosis membrane module is supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module and the remainder is taken out as a product, In the present invention, the supply liquid to the second-stage reverse osmosis membrane module and the product may be separately taken out from the portion where the composition of the permeate is different.

例えば、複数の膜モジュールや膜エレメントを直列接続して第一段目逆浸透膜モジュールを構成し、最後段の透過液と中間の透過液とを、別々に取り出して、製品及び供給液とすることが可能である。その際、透過液の組成が異なることを利用して、第二段目逆浸透膜モジュールの透過液と混合後の製品の塩濃度を調整することも可能である。 For example, a plurality of membrane modules and membrane elements are connected in series to form a first-stage reverse osmosis membrane module, and the last-stage permeate and the intermediate permeate are taken out separately to obtain products and supply liquids. It is possible. In that case, it is also possible to adjust the salt concentration of the product after mixing with the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module by utilizing the fact that the composition of the permeate is different.

（５）前述の実施形態では、二段の逆浸透膜モジュールを用いて逆浸透膜分離を行う例を示したが、本発明では、更に多段の逆浸透膜モジュールを用いることも可能である。その場合、例えば、第一段目逆浸透膜モジュールとして、より塩阻止性能の低いものを使用し、第二段目逆浸透膜モジュールの透過液の一部を第三段目逆浸透膜モジュールに供給しながら、その濃縮液を第二段目逆浸透膜モジュールより上流側に戻しつつ、第三段目逆浸透膜モジュールの透過液を製品として取り出すなどすればよい。 (5) In the above-described embodiment, an example in which reverse osmosis membrane separation is performed using a two-stage reverse osmosis membrane module has been described. However, in the present invention, a multistage reverse osmosis membrane module can also be used. In that case, for example, a first-stage reverse osmosis membrane module having a lower salt blocking performance is used, and a part of the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module is used as the third-stage reverse osmosis membrane module. While supplying, the permeate of the third-stage reverse osmosis membrane module may be taken out as a product while returning the concentrated liquid to the upstream side of the second-stage reverse osmosis membrane module.

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。 Examples and the like specifically showing the configuration and effects of the present invention will be described below.

（実施例１）
図１に示す実験装置を用いて、表１に示す条件で、海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、日東電工（株）製スパイラル型ＵＦ膜エレメントＲＳ５０を用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。 (Example 1)
Seawater was desalinated under the conditions shown in Table 1 using the experimental apparatus shown in FIG. A spiral type UF membrane element RS50 manufactured by Nitto Denko Corporation was used for UF1. Nitto Denko Corporation RO membrane element SWC4 for seawater desalination was used for RO1, and Nitto Denko Corporation ultra-low pressure RO membrane element ESPA2-4040 was used for RO2. The seawater before the treatment had a turbidity of 2 NTU, a seawater salt concentration of 45000 mg / L, and a water temperature of 35 ° C., and the target salt concentration of the finally obtained permeated water was 150 mg / L or less.

また、膜分離工程を４０分間行った後、ＵＦ１の透過液によってＵＦ１の膜負荷が１．８ｍ³／ｍ²／ｄになるように圧力を調整し、ＵＦ１の逆流洗浄を１８秒間行った。その後、ＵＦ１の供給原水である海水を用いて、モジュール出口流量１００Ｌ／分のフラッシングを４５秒間行った。これを１サイクルとして、繰り返し連続して行った。なお、表１に実験で得られた水質および運転条件を示した。 Further, after the membrane separation step was performed for 40 minutes, the pressure was adjusted by the UF1 permeate so that the membrane load of UF1 was 1.8 m ³ / m ² / d, and UF1 was backwashed for 18 seconds. Thereafter, flushing was performed for 45 seconds using the seawater, which is the supply raw water of UF1, for a module outlet flow rate of 100 L / min. This was repeated continuously as one cycle. Table 1 shows the water quality and operating conditions obtained in the experiment.

また、連続サイクル運転における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を図６のグラフに示した。

Moreover, the relationship between the operation time in continuous cycle operation and the transmembrane pressure difference during membrane separation is shown in the graph of FIG.

（比較例１）
図７の実験装置を用いて海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、特開２０００−２７１４６０で用いられているスパイラル型ＵＦ膜エレメントを用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。本実験では、実施例１において、ＵＦ膜エレメントを変更した点とフラッシングを行わない点以外は、実施例１と同じ条件にて比較を行った。表２に実験で得られた水質および運転条件を示した。また、連続サイクル運転における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を図６のグラフに示した。 (Comparative Example 1)
Seawater was desalinated using the experimental apparatus of FIG. As the UF1, a spiral UF membrane element used in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-271460 was used. Nitto Denko Corporation RO membrane element SWC4 for seawater desalination was used for RO1, and Nitto Denko Corporation ultra-low pressure RO membrane element ESPA2-4040 was used for RO2. The seawater before the treatment had a turbidity of 2 NTU, a seawater salt concentration of 45000 mg / L, and a water temperature of 35 ° C., and the target salt concentration of the finally obtained permeated water was 150 mg / L or less. In this experiment, in Example 1, the comparison was performed under the same conditions as in Example 1 except that the UF membrane element was changed and no flushing was performed. Table 2 shows the water quality and operating conditions obtained in the experiment. Further, the relationship between the operation time in the continuous cycle operation and the transmembrane pressure difference during membrane separation is shown in the graph of FIG.

図６に示すように、本実験においてはＵＦ膜エレメントの膜間差圧（ろ過に必要な圧力）は時間と共に上昇し、４０日付近で急上昇した。本実験に使用したＵＦ膜エレメントは、原水が必ず膜エレメントの外周部側から入る構造になっており、そのため、膜面に堆積した懸濁物質をエレメント軸方向に原水を流し、膜面に生じる剪断力によって膜面堆積物を系外に排出させるフラッシング操作が出来ないという欠点を有している。そのため、膜面によって捕捉された懸濁物質は膜エレメント内部に蓄積され、膜間差圧の上昇を招くため、安定した連続運転を困難にした。従って、ＵＦ膜エレメントの安定運転には、実施例１で用いられた構造が優れていると言える。

As shown in FIG. 6, in this experiment, the transmembrane pressure difference (pressure required for filtration) of the UF membrane element increased with time, and rapidly increased around 40 days. The UF membrane element used in this experiment has a structure in which the raw water always enters from the outer peripheral side of the membrane element. Therefore, the suspended water deposited on the membrane surface flows through the raw water in the element axial direction and is generated on the membrane surface. There is a drawback that the flushing operation for discharging the film surface deposit out of the system by the shearing force cannot be performed. For this reason, suspended substances trapped by the membrane surface are accumulated inside the membrane element, leading to an increase in transmembrane pressure, making stable continuous operation difficult. Therefore, it can be said that the structure used in Example 1 is excellent for stable operation of the UF membrane element.

（比較例２）
図８の実験装置を用いて海水の淡水化を行った。ＵＦ１には、日東電工（株）製スパイラル型ＵＦ膜エレメントＲＳ５０を用いた。ＲＯ１には日東電工（株）製海水淡水化用ＲＯ膜エレメントＳＷＣ４、ＲＯ２には日東電工（株）製超低圧ＲＯ膜エレメントＥＳＰＡ２−４０４０を用いた。処理前の海水は濁度２ＮＴＵ、海水塩濃度４５０００ｍｇ／Ｌ、水温３５℃であり、最終的に得られる透過水の塩濃度の目標を１５０ｍｇ／Ｌ以下とした。膜分離のサイクルは、実施例１と同じであるが、本実験では、ＲＯ１で得られ透過水を全量ＲＯ２に供給した。表３に実験で得られた水質および運転条件を示した。 (Comparative Example 2)
Seawater was desalinated using the experimental apparatus of FIG. A spiral type UF membrane element RS50 manufactured by Nitto Denko Corporation was used for UF1. Nitto Denko Corporation RO membrane element SWC4 for seawater desalination was used for RO1, and Nitto Denko Corporation ultra-low pressure RO membrane element ESPA2-4040 was used for RO2. The seawater before the treatment had a turbidity of 2 NTU, a seawater salt concentration of 45000 mg / L, and a water temperature of 35 ° C., and the target salt concentration of the finally obtained permeated water was 150 mg / L or less. The cycle of membrane separation was the same as in Example 1, but in this experiment, the permeated water obtained in RO1 was supplied to the entire amount RO2. Table 3 shows the water quality and operating conditions obtained in the experiment.

本実験においては、ＲＯ１で得られた透過水を全量ＲＯ２に供給するため、実施例１と同量の生産水量７７ｍ^３／日を得るために、ＲＯ２での必要エレメント本数、および必要電力は実施例１に対して２倍以上必要であり、処理コストがかかる結果になる。また、最終生産水として得られる水質の塩濃度は４ｍｇ／Ｌと非常に低く、飲料水に適用する場合にはミネラル添加の後処理が必要になり、更に過剰なコストが必要となる。

In this experiment, in order to supply the permeated water obtained in RO1 to the entire amount RO2, in order to obtain the same amount of production water 77m ³ / day as in Example 1, the required number of elements and required power in RO2 were implemented. As compared with Example 1, it is required to be twice or more, resulting in high processing costs. Moreover, the salt concentration of the water quality obtained as final product water is as very low as 4 mg / L, and when applying to drinking water, the post-process of mineral addition is needed and also excessive cost is needed.

本発明の膜分離装置の一例を概略的に示すフローFlow schematically showing an example of the membrane separation apparatus of the present invention 図１をより具体化した膜分離装置の一例を示すフローFlow showing an example of a membrane separation apparatus that more specifically embodies FIG. 本発明に使用する膜エレメントの一例を示す分解斜視図The exploded perspective view which shows an example of the membrane element used for this invention 本発明に使用する膜モジュールの使用状態の例を示す断面図Sectional drawing which shows the example of the use condition of the membrane module used for this invention 本発明に使用する膜モジュールの使用状態の他の例を示す断面図Sectional drawing which shows the other example of the use condition of the membrane module used for this invention 実施例１および比較例１における運転時間と膜分離の際の膜間差圧との関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the operation time in Example 1 and Comparative Example 1 and the transmembrane differential pressure in the case of membrane separation 比較例１で使用した膜分離装置を概略的に示すフローFlow schematically showing the membrane separation apparatus used in Comparative Example 1 比較例２で使用した膜分離装置を概略的に示すフローFlow schematically showing the membrane separation apparatus used in Comparative Example 2 従来の膜分離装置を概略的に示すフローFlow diagram schematically showing a conventional membrane separator

Explanation of symbols

１膜エレメント
１０スパイラル型膜モジュール
３５スケール防止剤注入手段
ＲＯ１第一段目逆浸透膜モジュール
ＲＯ２第二段目逆浸透膜モジュール
Ｐ１透過液を供給する経路
Ｐ２透過液の取り出し経路
Ｐ３製品の取り出し経路
Ｐ４濃縮液の戻り経路
Ｐ１１〜Ｐ２１その他の経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane element 10 Spiral type membrane module 35 Scale inhibitor injection means RO1 First stage reverse osmosis membrane module RO2 Second stage reverse osmosis membrane module P1 Permeate supply path P2 Permeate extraction path P3 Product extraction path P4 Concentrate return path P11-P21 Other paths

Claims

A spiral membrane module that supplies a raw solution for pretreatment, a first-stage reverse osmosis membrane module that supplies a pretreatment permeate to perform reverse osmosis membrane separation, and a part of the permeate A second-stage reverse osmosis membrane module for performing reverse osmosis membrane separation, a path for taking out the remaining permeate of the first-stage reverse osmosis membrane module and the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module as at least a product, A membrane separation device comprising a path for returning the concentrated solution of the second-stage reverse osmosis membrane module to the supply side of the first-stage reverse osmosis membrane module,
The spiral membrane module includes a membrane element in which an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane is wound in a spiral shape on the outer periphery of a perforated hollow tube, and prevents mixing of a supply side channel and a permeation side channel, A membrane separation apparatus having a structure that allows liquid to flow from one end to the other end of the membrane element to be discharged to the outside.

2. The membrane according to claim 1, further comprising a pH adjusting unit that adjusts the pH to 8 or more in the path of the supply liquid of the second-stage reverse osmosis membrane module, and at least one of a decarboxylation unit and a scale inhibitor injection unit. Separation device.

After supplying the stock solution to the spiral membrane module and performing pretreatment, the pretreatment permeate is supplied to the first-stage reverse osmosis membrane module to perform reverse osmosis membrane separation, and a part of the permeate Is supplied to the second stage reverse osmosis membrane module to perform reverse osmosis membrane separation, while returning the concentrated solution of the second stage reverse osmosis membrane module to the supply side of the first stage reverse osmosis membrane module, A membrane separation method comprising a membrane separation step of removing at least the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module and the permeate of the second-stage reverse osmosis membrane module as a product,
The spiral membrane module includes a membrane element in which an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane is wound in a spiral shape on the outer periphery of a perforated hollow tube, and prevents mixing of a supply side channel and a permeation side channel, With a structure that allows liquid to flow from one end to the other end of the membrane element and to be discharged outside,
A membrane separation method that performs at least a flushing step of intermittently flowing a liquid from one end to the other end of the membrane element of the spiral membrane module between and during the membrane separation step.

The membrane separation method according to claim 3, wherein the spiral membrane module is capable of backwashing with a back pressure of higher than 0.05 MPa and lower than 0.3 MPa, and further performing a backwashing step before the flushing step.

The membrane separation method according to claim 3 or 4, wherein the pH of the liquid supplied to the second-stage reverse osmosis membrane module is set to 8 or more, decarboxylation is performed, and / or a scale inhibitor is injected.