JP3965570B2

JP3965570B2 - Membrane separation method and membrane separation apparatus cleaning method

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Publication number: JP3965570B2
Application number: JP2002223637A
Authority: JP
Inventors: 恒康安藤; 明和山本
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004058022A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は膜分離方法および膜分離装置洗浄方法に関し、特には、膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる膜分離方法および膜分離装置洗浄方法に関する。つまり、本発明は物理洗浄とは異なる工程によって高アルカリ洗浄頻度を低減することができる膜分離方法および膜分離装置洗浄方法に関する。詳細には、本発明は、医薬、化粧品、食品等の製造プロセス、発酵プロセス等において利用可能な膜分離方法および膜分離装置洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、上述した医薬、化粧品、食品等の製造プロセス、醗酵プロセス等では、各種の原材料を使用し、特定の酵母や細菌等を利用して醗酵を行わせ、その醗酵液中の目的成分を抽出する工程で、中空糸膜のＭＦやＵＦ膜が利用され、目的成分が膜によって分離される。目的成分の回収率を最大値にするために、醗酵液の菌体濃度を濾過不能にならない程度に濃縮し、その後、加水を行い、再度、濾過にて再濃縮する。
【０００３】
この中空糸膜は、醗酵液により中空糸内面に醗酵液中の各種不溶解成分が濾過工程で付着し、それにより、濾過抵抗が上昇し、ついには濾過不能になってしまうおそれがある。そのため、濾過工程中には、濾過抵抗が一定値以上になったとき、あるいは、定期的に濾液による逆洗を行ったり、温水や水によるフラッシング等の物理洗浄を行って再度濾過工程を継続すること等が行われる。しかし、このような物理洗浄では、膜の分離性能を十分に回生することができないため、物理洗浄だけを実施していると、徐々に濾過抵抗は増大する。そこで、濾過抵抗が所定値以上になったところで薬剤による洗浄が行われている。
【０００４】
従来、このような薬剤による洗浄では、フィルタをｐＨ１３以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する高アルカリ洗浄工程を含むフィルタ洗浄方法が知られている。この種のフィルタ洗浄方法の例としては、例えば特開２００２−１８６９１８号公報に記載されたものがある。特開２００２−１８６９１８号公報に記載されたフィルタ洗浄方法では、フィルタ内の異物が高アルカリ洗浄液によって分解せしめられ、次いで、フィルタが振動せしめられると共に、フィルタに対して液体あるいは気体が通過せしめられ、それにより、分解せしめられた異物がフィルタから除去されている。
【０００５】
特開２００２−１８６９１８号公報に記載された高アルカリ洗浄を膜分離装置に適用することが考えられる。特開２００２−１８６９１８号公報に記載された高アルカリ洗浄を膜分離装置に適用することによっても、膜分離装置の膜を洗浄することができる。
【０００６】
一方で、膜分離装置の膜に対して高アルカリ洗浄を実施した後には十分なリンスが必要なため、高アルカリ洗浄を頻繁に実施すると操作が煩雑になってしまう。また、高アルカリ洗浄を頻繁に実施すると膜分離装置の膜が劣化してしまうおそれがある。更に、高アルカリ洗浄を頻繁に実施するとコスト面で好ましくない。そのため、高アルカリ洗浄を膜分離装置に適用する場合には、高アルカリ洗浄の頻度をある程度低減する必要がある。特開２００２−１８６９１８号公報には詳細に記載されていないが、従来から一般的に、高アルカリ洗浄の頻度を低減するためには、高アルカリ洗浄を実施する代わりに、逆洗やフラッシングなどの物理洗浄が実施されている。
【０００７】
ところが、この物理洗浄を、あまりに頻繁に実施したり、あるいは、高圧状態において実施したりしてしまうと、膜が破損するおそれが生じてしまう。また、上述した通り、物理洗浄だけでは膜の濾過抵抗が徐々に増大していくが、ある濾過抵抗以上になった後に物理洗浄を実施すると中空糸膜が破損してしまうおそれが増大することが見出された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点に鑑み、本発明は膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる膜分離方法および膜分離装置洗浄方法を提供することを目的とする。つまり、本発明は物理洗浄とは異なる工程によって高アルカリ洗浄頻度を低減することができる膜分離方法および膜分離装置洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、被処理水を膜分離装置に供給し、透過液と濃縮液とに分離する分離工程と、
前記膜分離装置をｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する第一の洗浄工程と、を含む膜分離方法であって、
前記膜分離装置をｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する第二の洗浄工程を更に含むことを特徴とする膜分離方法が提供される。
【００１０】
請求項１に記載の膜分離方法では、被処理水を透過液と濃縮液とに分離する膜分離装置を洗浄する工程として、ｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する第一の洗浄工程の他に、ｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する第二の洗浄工程が含まれている。つまり、膜分離装置をｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する第一の洗浄工程の頻度を低減するために、膜分離装置をｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する第二の洗浄工程が設けられている。そのため、膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる。具体的には、例えば被処理水を透過液と濃縮液とに分離する分離工程と、第一の洗浄工程または第二の洗浄工程とが交互に実施される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記第二の洗浄工程を５〜５０回実施する毎に前記第一の洗浄工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法が提供される。
【００１２】
請求項２に記載の膜分離方法では、膜分離装置をｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する第二の洗浄工程が５〜５０回実施される毎に、膜分離装置をｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する第一の洗浄工程が実施される。そのため、第一の洗浄工程が過剰に実施されるのに伴って高アルカリ洗浄液のコストが嵩んだり、操作が煩雑になったりしてしまうのを回避しつつ、第一の洗浄工程の実施が不十分なために膜分離装置の洗浄が不十分になってしまうのを回避することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記低アルカリ洗浄液及び／又は前記高アルカリ洗浄液の温度が４０〜８０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜分離方法が提供される。
【００１４】
請求項３に記載の膜分離方法では、低アルカリ洗浄液及び／又は高アルカリ洗浄液の温度が４０〜８０℃とされる。好ましくは、低アルカリ洗浄液及び高アルカリ洗浄液の両者の温度が４０〜８０℃とされる。そのため、低アルカリ洗浄液及び高アルカリ洗浄液の温度がその他の温度域に設定された場合よりも、膜分離装置の洗浄効率を高めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、前記高アルカリ洗浄液が界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜分離方法が提供される。
【００１６】
請求項４に記載の膜分離方法では、高アルカリ洗浄液に界面活性剤が含まれている。そのため、高アルカリ洗浄液に界面活性剤が含まれていない場合よりも、膜分離装置の洗浄効率を高めることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、膜分離装置を高アルカリ洗浄液で洗浄する高アルカリ洗浄工程と、
前記高アルカリ洗浄工程の頻度を低減するための高アルカリ洗浄頻度低減工程と、を含む膜分離装置洗浄方法であって、
前記高アルカリ洗浄頻度低減工程が、前記膜分離装置を低アルカリ洗浄液で洗浄する低アルカリ洗浄工程を含むことを特徴とする膜分離装置洗浄方法が提供される。
【００１８】
請求項５に記載の膜分離装置洗浄方法では、膜分離装置を高アルカリ洗浄液で洗浄する高アルカリ洗浄工程の頻度を低減するために、膜分離装置を低アルカリ洗浄液で洗浄する低アルカリ洗浄工程が実施される。そのため、膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の膜分離方法および膜分離装置洗浄方法を適用した醗酵プロセスでの膜分離装置の一実施形態の概略構成図である。図１において、１は原液、洗浄剤などを調整するための調整槽、２は原液（被処理水）を透過液と濃厚液（濃縮液）とに分離するための膜モジュールとしての濾過器である。３は透過液受槽、４は濃厚液受槽、５は濾過器２を洗浄するための洗浄剤Ａを貯留している洗浄剤Ａ貯槽、７は苛性ソーダを貯留している苛性ソーダ貯槽、８は濾過器２を洗浄するための洗浄剤Ｂを貯留している洗浄剤Ｂ貯槽である。Ｐ１〜Ｐ７はポンプである。
【００２１】
図１に示す膜分離装置では、まず、濾過対象となる原液が調整槽１に受け入れられる。次いで、原液が循環ポンプＰ１によって調整槽１から濾過器２に供給され、濾過器２内のＭＦ・ＵＦ膜によるクロスフロー濾過を受ける。そこで濾過された透過液は透過液受槽３に受け入れられ、次いで、移送ポンプＰ３によって次の精製工程（図示せず）に移送される。一方、濾過器２において濾過されなかったその他の液は調整槽１に戻される。詳細には、逆洗ポンプＰ２によって濾過器２の膜面の詰まりが除去され、膜間の差圧の上昇が抑えられる。但し、濾過器２の膜が逆洗によって破損してしまわないように、逆洗の頻度は抑えられている。
【００２２】
上述した濾過工程（濃縮分離工程）は通常０．５〜１０時間実施される。調整槽１に流入した原液がこのクロスフロー濾過により所定量濾過されるか、あるいは、濾過器２の膜間差圧が一定値以上になると、この濾過工程（濃縮分離工程）が終了され、次の工程が実施されるようになっている。
【００２３】
次の工程では、循環原液中に目的物質がまだ含まれている場合に、回収率を上げるべく水や製造工程液が調整槽１に注入され、ダイアフィルトレーション濾過が実施される。このダイアフィルトレーション濾過工程も通常０．５〜１０時間実施される。ダイアフィルトレーション濾過工程におけるポンプＰ１，Ｐ２の作動は、上述した濃縮分離工程におけるポンプＰ１，Ｐ２の作動と同様である。
【００２４】
濃縮分離工程およびダイアフィルトレーション濾過工程において原液中の目的物質が所期量透過された濃厚液は、調整槽１及び濾過器２及び循環配管から濃厚液受槽４に移される。濃厚液は、移送ポンプＰ４により脱水工程、乾燥工程等の次の処理（図示せず）にかけられる。
【００２５】
ダイアフィルトレーション濾過工程が終了すると、次いで、低アルカリ洗浄工程が実施される。低アルカリ洗浄工程においては、まず、調整槽１内の被処理液が、ポンプＰ１、濃厚液受槽４及びポンプＰ４を介して膜分離装置外に排出される。この排出工程は約５分程度実施される。次いで、調整槽１及び透過液受槽３に、洗浄ノズル（図示せず）で槽の内壁を洗浄しながら温水が注入され、透過液受槽３内の温水を用いて逆洗ポンプＰ２によって濾過器２の膜を逆洗する逆洗工程と、調整槽１内の温水が循環ポンプＰ１によって濾過器２に循環せしめられる順洗工程とを組み合わせた洗浄工程が実施される。この洗浄工程は２〜１０分実施される。次いで、調整槽１内の温水がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。
【００２６】
次いで、低アルカリ洗浄液による洗浄が実施される。具体的には、調整槽１に温水を貯留する際に、注入ポンプＰ７によって苛性ソーダ貯槽７から苛性ソーダが添加され、温水に苛性ソーダが添加された低アルカリ洗浄液のｐＨ調整が行われ、ｐＨ９〜１１に調整される。好ましくは、この低アルカリ洗浄液の温度が４０〜８０℃とされる。つまり、本実施形態では、物理洗浄が頻繁に実施される代わりに、この低アルカリ洗浄液による順洗もしくは逆洗が行われ、濾過器２の膜が洗浄される。この低アルカリ洗浄液の循環は、通常５〜６０分実施され、好ましくは、１０〜３０分実施される。次いで、調整槽１中の低アルカリ洗浄液がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。上述した低アルカリ洗浄液の温度は、濾過器２の膜の材質、被処理液の種類などに応じて適宜設定される。例えば、膜として金属やセラミックが使用される場合には、低アルカリ洗浄液の温度が８０℃程度の比較的高い温度に設定され、膜として有機膜が使用される場合には、低アルカリ洗浄液の温度が比較的低い温度に設定される。
【００２７】
次いで、温水による順洗もしくは逆洗が行われ、膜分離装置中に残留するアルカリが排除され、透過液への影響が排除される。この温水循環工程は２〜１０分実施される。次いで、循環せしめられた温水がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。本実施形態では、温水循環工程およびその温水の排出工程が実施されているが、被処理液のｐＨ緩衝能が高い場合に適用される他の実施形態では、これらの工程を省略することも可能である。
【００２８】
上述した濃縮分離工程、ダイアフィルトレーション濾過工程および低アルカリ洗浄工程が５〜５０回（１０〜１００時間）繰り返し実施される。
【００２９】
上述した濃縮分離工程、ダイアフィルトレーション濾過工程および低アルカリ洗浄工程を繰り返しても濾過器２の膜間差圧が上昇し、濾過性に悪影響を与えるようになった段階あるいは定期的に、後述する高アルカリ洗浄工程が実施される。
【００３０】
具体的には、高アルカリ洗浄工程は、上述したダイアフィルトレーション濾過工程に引き続いて実施される。高アルカリ洗浄工程においては、まず、調整槽１内の被処理液がポンプＰ１、濃厚液受槽４及びポンプＰ４を介して膜分離装置外に排出される。この排出工程は約５分程度実施される。次いで、調整槽１及び透過液受槽３には、洗浄ノズル（図示せず）で槽の内壁を洗浄しながら温水が注入され、透過液受槽３内の温水を用いて逆洗ポンプＰ２によって濾過器２内の膜を逆洗する逆洗工程と、調整槽１内の温水が循環ポンプＰ１によって濾過器２に循環せしめられる順洗工程とを組み合わせた洗浄工程が実施される。この洗浄工程は２〜１０分実施される。次いで、調整槽１内の温水がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。
【００３１】
次いで、高アルカリ洗浄液による洗浄が実施される。具体的には、苛性ソーダや界面活性剤（好ましくは陰イオン性界面活性剤）、ＥＤＴＡ、キレート剤、酸化剤（ＮａＯＣｌなど）等のタンパクや油脂分等の有機物膜汚染を除去するのに有効な成分を含むアルカリ洗浄剤Ａ（例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ）が、移送ポンプＰ５によって洗浄剤Ａ貯槽５から調整槽１に必要量添加され、ｐＨ１１以上、好ましくはｐＨ１２〜１４、特に好ましくはｐＨ１３〜１４の濃度の高アルカリ洗浄液になるように温水で希釈される。好ましくは、高アルカリ洗浄液の温度は４０〜８０℃とされる。この高アルカリ洗浄液が、循環ポンプＰ１によって濾過器２と調整槽１との間を循環せしめられ、洗浄が行われる。この高アルカリ洗浄液の循環は、通常５〜６０分実施され、好ましくは１０〜３０分実施される。次いで、調整槽１中の高アルカリ洗浄液がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。上述した高アルカリ洗浄液の温度は、濾過器２の膜の材質、被処理液の種類などに応じて適宜設定される。例えば、膜として金属やセラミックが使用される場合には、高アルカリ洗浄液の温度が８０℃程度の比較的高い温度に設定され、膜として有機膜が使用される場合には、高アルカリ洗浄液の温度が比較的低い温度に設定される。
【００３２】
上述した高アルカリ洗浄工程は１０〜１２０分実施される。高アルカリ洗浄工程に次いで、後述する酸化剤洗浄工程が実施される。
【００３３】
酸化剤洗浄工程においては、まず、調整槽１内の被処理液がポンプＰ１、濃厚液受槽４及びポンプＰ４を介して膜分離装置外に排出される。この排出工程は約５分程度実施される。次いで、調整槽１及び透過液受槽３には、洗浄ノズル（図示せず）で槽の内壁を洗浄しながら温水が注入され、透過液受槽３内の温水を用いて逆洗ポンプＰ２によって濾過器２内の膜を逆洗する逆洗工程と、調整槽１内の温水が循環ポンプＰ１によって濾過器２に循環せしめられる順洗工程とを組み合わせた洗浄工程が実施される。この洗浄工程は２〜１０分実施される。次いで、調整槽１内の温水がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。
【００３４】
次いで、後述する酸化剤による洗浄が実施される。具体的には、次亜塩素酸ソーダ等の酸化剤を主成分とした洗浄剤Ｂが洗浄剤Ａと同様に希釈され、循環せしめられて洗浄が行われる。この酸化剤の循環は、通常５〜６０分実施され、好ましくは１０〜３０分実施される。次いで、調整槽１中の酸化剤がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。
【００３５】
次いで、温水による順洗もしくは逆洗が行われ、膜分離装置中に残留する酸化剤が排除され、透過液への影響が排除される。この温水循環工程は２〜１０分実施される。次いで、循環せしめられた温水がポンプＰ１によって排水として排出される。この排出工程は約５分程度実施される。
【００３６】
上述した酸化剤洗浄工程は１０〜１２０分実施される。
【００３７】
つまり、本実施形態では、濾過器２の膜を洗浄する工程として、ｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する高アルカリ洗浄工程の他に、ｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する低アルカリ洗浄工程が含まれている。つまり、濾過器２の膜をｐＨ１１以上の高アルカリ洗浄液で洗浄する高アルカリ洗浄工程の頻度を低減するために、膜分離装置をｐＨ９〜１１の低アルカリ洗浄液で洗浄する低アルカリ洗浄工程が設けられている。
【００３８】
詳細には、本実施形態では、低アルカリ洗浄工程が５〜５０回実施される毎に、高アルカリ洗浄工程および酸化剤洗浄工程が実施される。また、高アルカリ洗浄工程を実施する頻度を低減するために、低アルカリ洗浄工程が実施され、それにより、逆洗やフラッシングなどの物理洗浄の頻度が抑制されている。
【００３９】
本実施形態では、上述したように高アルカリ洗浄工程に次いで酸化剤洗浄工程が実施されているが、他の実施形態では、酸化剤洗浄工程を省略することも可能である。その場合には、調整槽１中の高アルカリ洗浄液がポンプＰ１によって排水として排出されるのに次いで、温水による順洗もしくは逆洗が行われ、膜分離装置中に残留するアルカリが排除され、透過液への影響が排除される。次いで、循環せしめられた温水がポンプＰ１によって排水として排出される。
【００４０】
また、本実施形態では、上述したようにダイアフィルトレーション濾過工程が実施されているが、用水処理や排水処理を目的とする他の実施形態においては、上述したダイアフィルトレーション濾過工程は実施されない。
【００４１】
また、本実施形態では、上述した濃縮分離工程およびダイアフィルトレーション濾過工程と逆洗やフラッシングなどの物理洗浄とが併用されていないが、他の実施形態では、濾過器２の膜が破損しない程度でそれらを併用することも可能である。この実施形態においても、低アルカリ洗浄工程が実施されるため、物理洗浄を弱い条件（低圧、頻度少）で実施することにより、濾過器２の膜の劣化を抑制することができる。物理洗浄としては、例えば透過液受槽３内の透過液をポンプＰ２によって濾過器２の膜の透過液側に供給することが可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、洗浄剤Ａ貯槽５などが調整槽１を介して濾過器２と連絡せしめられているが、他の実施形態では、濾過器２と直接連絡せしめられた洗浄タンクを別個に設け、その洗浄タンクと濾過器２との間で薬剤を循環させて濾過器２を洗浄することも可能である。その場合には、濃縮分離工程とダイアフィルトレーション濾過工程との間に低アルカリ洗浄工程を実施することも可能である。つまり、低アルカリ洗浄工程中に濃厚液を排出することなく調整槽１に貯留することも可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、低アルカリ洗浄液および高アルカリ洗浄液がポンプＰ１によって循環せしめられているが、他の実施形態では、ポンプＰ１とは別個のポンプを設け、そのポンプによって低アルカリ洗浄液および高アルカリ洗浄液を循環させることも可能である。
【００４４】
また、本実施形態では、高アルカリ洗浄工程に次いで酸化剤洗浄工程が実施されているが、他の実施形態では、上述した酸化剤洗浄工程に加えて、あるいは、その代わりにクエン酸などの酸性洗浄剤による洗浄工程を実施することも可能である。
【００４５】
上述したように、本実施形態によれば、低アルカリ洗浄工程において少量の苛性ソーダが温水に添加されて濾過器２の膜が洗浄され、その後、温水によって膜分離装置全体が洗浄されてアルカリ成分が除去される。そのため、醗酵液の目的成分にアルカリ成分が混入するのを阻止しつつ、濾過器２の膜の破損を減少させることができる。
【００４６】
濾過器２の膜の破損の原因は、膜製造時の製品不良によるものと膜使用状況によるものとに大別される。膜製造時の製品不良は、製膜時のボイドが中空糸に存在し、圧力がかかった際にボイド部分が破損するものであり、初期運転時に発見される。一方、膜使用時の破損は、主として中空糸の支持部の付根部分が通液や洗浄時に振動し、その繰り返しによるせん断応力によって破損を起こすものであり、有機素材による中空糸では避けられないものである。
【００４７】
膜使用時の破損の原因を詳細に調査した結果、濾過工程での膜間差圧が一定値以上になる場合での膜破損件数と一定値以下の場合の膜破損件数とに大きな差があることが本発明者によって見出された。そこで、本実施形態では、一定量の濾過処理をした後、逆洗および湯洗による洗浄工程に苛性ソーダの添加を行い、低アルカリ洗浄の洗浄水のｐＨを９〜１１、好ましくは１０〜１１にし、低アルカリ洗浄の洗浄水の温度を４０〜８０℃、好ましくは５０〜７０℃にする。それにより、毎回の膜間差圧を一定値以下にし、濾過工程中の逆洗や洗浄工程中の逆洗による中空糸膜の振動によるせん断応力破損を減少させることができる。その結果、膜破損を減少させ、膜補修費や交換費を低減させることができる。更に、高アルカリ洗浄に用いる膜洗浄剤の使用量を減少させ、ランニングコストを低減させることができる。
【００４８】
すなわち、医薬・食品プロセスは、蛋白質、脂質などの有機物を多く含むため、医薬・食品プロセスにおける膜濾過では、膜の汚染が激しい。膜の汚染が進むと、濾過速度の低下、目的物の阻止率の上昇など、膜性能に様々な障害が生じてしまう。膜の汚染の進行を抑える方法としては、逆洗による物理的な方法、薬品洗浄による化学的な方法、あるいは、それらの組み合わせがある。逆洗を頻繁に行うと中空糸の糸切れなどの膜破損の原因になってしまい、高アルカリ洗浄のような薬品洗浄を頻繁に行うと膜が化学的に劣化したり、排水負荷量が増大したりしてしまう。
【００４９】
そこで、上述したように低アルカリ洗浄を実施することにより、逆洗のような物理洗浄の頻度を低減すると共に、高アルカリ洗浄の頻度を低減することができる。それにより、濾過器２の膜汚染の進行を抑え、安定した濾過を継続することができる。詳細には、医薬・食品プロセスでの膜汚染の主原因が膜面への蛋白質の付着である点に鑑み、低アルカリ洗浄を実施することにより、付着した蛋白質を除去する。これにより、膜汚染を抑えることができ、逆洗のような物理洗浄を最小限に減らすことができる。また、医薬・食品プロセスの濾過対象液には緩衝作用があるため、低アルカリ洗浄液で洗浄した後には、水すすぎをすることなく低アルカリ洗浄液を排出しただけで濾過対象液の濾過を行っても、濾液のｐＨは変動しない。すなわち、低アルカリ洗浄を実施しても、高アルカリ洗浄を実施した後や洗剤で洗った後のような徹底的なすすぎは必要ない。
【００５０】
［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５１】
（実施例１）
中空糸モジュール（５インチ（１２．５ｃｍ）径、６ｍ^２）を１０本装着した膜分離装置を用いて、醗酵液（ｐＨ５．２、アミノ酸生産菌２％含有）の菌体分離を行った。醗酵液２，０００Ｌを膜分離装置・循環タンクに入れ、菌体を濃縮分離して、濾液中にアミノ酸を回収した。初期の醗酵液を１，０００Ｌまで濃縮した後、定容量加水を実施した。全量で４，０００Ｌの加水を行い、４，０００Ｌの濾液を回収した。濾液は、循環流量２，０００Ｌ／ｍｉｎ、１次側の圧力０．２ＭＰａ、２次側の圧力０．０ＭＰａ、温度４０℃で行った。
【００５２】
濃縮残分をドレインした後、循環タンクに６０℃の温水１，０００Ｌを入れ、装置系内および中空糸１次側を循環洗浄した。洗浄時間は５分とした。洗浄水をドレインした後、ｐＨ１０、６０℃の希苛性ソーダ含有温水１，０００Ｌを循環タンクに入れ、同様に循環洗浄した。洗浄時間は２０分とした。洗浄水をドレインした後、再度、醗酵液を同様に装置に投入し、濾過を実施した。
【００５３】
濾過終了後、同様に洗浄した。濾過、洗浄を１５回繰り返し、醗酵液全量８０，０００Ｌを処理した後、ＣＩＰ（ｃｌｅａｎｉｎｇｉｎｐｌａｃｅ，解体せずにそのまま通液洗浄すること）洗浄を行った。ＣＩＰ洗浄は、アルカリ性洗剤（ｐＨ１３、６０℃）１，０００Ｌで８０分洗った後、次亜塩素酸ソーダ（１００ｐｐｍ）１，０００Ｌで２０分洗い、その後、１次側と２次側とを合計４，０００Ｌの水で洗った。醗酵液２，０００Ｌ処理を１バッチとして、１５バッチ運転中の平均Ｆｌｕｘ（Ｌ／ｍ^２／Ｈｒ）の変化を図２に示す。なお、ＣＩＰ洗浄終了後の水Ｆｌｕｘ（膜間差圧０．１ＭＰａ、２５℃換算）は１，０２０Ｌ／ｍ^２／Ｈｒであった。
【００５４】
（比較例１）
実施例１と同様の装置で、実施例１と同様の醗酵液を同様に膜濾過した。バッチ処理間の洗浄で、実施例１でｐＨ１０の希苛性ソーダ温水で洗った代わりに、２次側からの逆洗を１０回行った。１回の逆洗水は１５０Ｌで、逆洗時の１次側の圧力０．０ＭＰａ、２次側の圧力０．３ＭＰａであった。１５バッチ運転中の平均Ｆｌｕｘの変化を図２に示す。なお、１５バッチ運転終了後、実施例１と同様の方法でＣＩＰ洗浄を行った。ＣＩＰ洗浄の水Ｆｌｕｘ（膜間差圧０．１ＭＰａ、２５℃換算）は９８０Ｌ／ｍ^２／Ｈｒであった。
【００５５】
（比較例２）
実施例１と同様の装置で、実施例１と同様の醗酵液を同様に膜濾過した。バッチ処理間の洗浄で、実施例１ではｐＨ１０の希苛性ソーダ温水で洗った代わりに、ｐＨ１３のアルカリ洗剤１，０００Ｌで洗浄した。洗浄後のアルカリ洗剤を除去するために、アルカリ洗剤液をドレインした後、１次側と２次側とを合計４，０００Ｌの温水で洗った。１５バッチ運転中の平均Ｆｌｕｘの変化を図２に示す。なお、１５バッチ運転終了後、実施例１と同様の方法でＣＩＰ洗浄を行ったところ、ＣＩＰ洗浄後の水Ｆｌｕｘ（膜間差圧０．１ＭＰａ、２５℃換算）は１，０２０Ｌ／ｍ^２／Ｈｒであった。
【００５６】
実施例１、比較例１、比較例２の運転において、１バッチの排水量および１５バッチの運転を１ＲＵＮとして、５０ＲＵＮ運転中の中空糸の糸切れ本数を表１に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
実施例１の方法が、Ｆｌｕｘの安定化、排水量、膜破損において優れている。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、第一の洗浄工程が過剰に実施されるのに伴って高アルカリ洗浄液のコストが嵩んだり、操作が煩雑になったりしてしまうのを回避しつつ、第一の洗浄工程の実施が不十分なために膜分離装置の洗浄が不十分になってしまうのを回避することができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、低アルカリ洗浄液及び高アルカリ洗浄液の温度がその他の温度域に設定された場合よりも、膜分離装置の洗浄効率を高めることができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明によれば、高アルカリ洗浄液に界面活性剤が含まれていない場合よりも、膜分離装置の洗浄効率を高めることができる。
【００６３】
請求項５に記載の発明によれば、膜分離装置の高アルカリ洗浄頻度を低減するために物理洗浄を頻繁に実施するのに伴って膜分離装置の膜が破損してしまうのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離方法および膜分離装置洗浄方法を適用した膜分離装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】運転中のＦｌｕｘ変化を示した図である。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a membrane separation method and a membrane separation device cleaning method, and in particular, the membrane of the membrane separation device is damaged due to frequent physical cleaning to reduce the frequency of high alkali cleaning of the membrane separation device. The present invention relates to a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method capable of avoiding the occurrence of the above. That is, the present invention relates to a membrane separation method and a membrane separation device cleaning method that can reduce the frequency of high alkali cleaning by a process different from physical cleaning. More specifically, the present invention relates to a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method that can be used in manufacturing processes of pharmaceuticals, cosmetics, foods, etc., fermentation processes, and the like.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in the manufacturing process and fermentation process of medicines, cosmetics, foods and the like described above, various raw materials are used, fermentation is performed using specific yeasts and bacteria, and the purpose in the fermentation liquid. In the component extraction step, the MF or UF membrane of the hollow fiber membrane is used, and the target component is separated by the membrane. In order to maximize the recovery rate of the target component, the bacterial cell concentration of the fermentation broth is concentrated to such an extent that it cannot be filtered, then water is added, and it is re-concentrated by filtration.
[0003]
In this hollow fiber membrane, various insoluble components in the fermentation liquid adhere to the inner surface of the hollow fiber by the fermentation liquid in the filtration step, thereby increasing the filtration resistance and eventually making the filtration impossible. Therefore, during the filtration process, when the filtration resistance becomes a certain value or more, or regularly backwashing with the filtrate or performing physical washing such as flushing with warm water or water, the filtration process is continued again. Is done. However, in such physical cleaning, the separation performance of the membrane cannot be sufficiently regenerated. Therefore, when only physical cleaning is performed, the filtration resistance gradually increases. Therefore, cleaning with a chemical is performed when the filtration resistance becomes a predetermined value or more.
[0004]
Conventionally, in such cleaning with a chemical, a filter cleaning method including a highly alkaline cleaning step of cleaning a filter with a highly alkaline cleaning solution having a pH of 13 or higher is known. An example of this type of filter cleaning method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-186918. In the filter cleaning method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-186918, foreign matters in the filter are decomposed by a highly alkaline cleaning liquid, and then the filter is vibrated and liquid or gas is allowed to pass through the filter. Thereby, the decomposed foreign matter is removed from the filter.
[0005]
It is conceivable to apply the highly alkaline cleaning described in JP-A-2002-186918 to a membrane separation apparatus. The membrane of the membrane separator can also be cleaned by applying the high alkali cleaning described in JP-A-2002-186918 to the membrane separator.
[0006]
On the other hand, since sufficient rinsing is required after highly alkaline cleaning is performed on the membrane of the membrane separation apparatus, the operation becomes complicated if high alkali cleaning is frequently performed. Moreover, if the highly alkaline cleaning is frequently performed, the membrane of the membrane separation device may be deteriorated. Furthermore, frequent high alkali cleaning is not preferable in terms of cost. Therefore, when applying high alkali cleaning to a membrane separation apparatus, it is necessary to reduce the frequency of high alkali cleaning to some extent. Although not described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-186918, in order to reduce the frequency of high alkali cleaning in general, instead of performing high alkali cleaning, backwashing, flushing, etc. Physical cleaning has been carried out.
[0007]
However, if this physical cleaning is performed too frequently or in a high pressure state, the membrane may be damaged. In addition, as described above, the filtration resistance of the membrane gradually increases only by physical cleaning, but if the physical cleaning is performed after a certain filtration resistance or more, the risk of damaging the hollow fiber membrane may increase. It was found.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, the present invention can avoid the membrane of the membrane separator from being damaged as the physical cleaning is frequently performed in order to reduce the frequency of high alkali cleaning of the membrane separator. An object of the present invention is to provide a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method. That is, an object of the present invention is to provide a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method capable of reducing the frequency of high alkali cleaning by a process different from physical cleaning.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the separation step of supplying the water to be treated to the membrane separation device and separating it into the permeate and the concentrate,
A first washing step of washing the membrane separation device with a highly alkaline washing solution having a pH of 11 or more, and a membrane separation method comprising:
There is provided a membrane separation method further comprising a second washing step of washing the membrane separation device with a low alkali washing solution having a pH of 9 to 11.
[0010]
In the membrane separation method according to claim 1, as a step of washing the membrane separation device for separating the water to be treated into a permeate and a concentrated solution, in addition to the first washing step of washing with a highly alkaline washing solution having a pH of 11 or more. , A second washing step of washing with a low alkaline washing solution having a pH of 9 to 11 is included. In other words, in order to reduce the frequency of the first cleaning step of cleaning the membrane separation apparatus with a high alkaline cleaning liquid having a pH of 11 or more, a second cleaning process for cleaning the membrane separation apparatus with a low alkaline cleaning liquid of pH 9-11 is provided. ing. Therefore, it is possible to avoid the membrane of the membrane separator from being damaged as the physical cleaning is frequently performed in order to reduce the frequency of high alkali cleaning of the membrane separator. Specifically, for example, a separation step for separating the water to be treated into a permeate and a concentrated solution and a first washing step or a second washing step are alternately performed.
[0011]
According to the invention described in claim 2, the membrane separation method according to claim 1, wherein the first cleaning process is performed every time the second cleaning process is performed 5 to 50 times. Provided.
[0012]
In the membrane separation method according to claim 2, each time the second washing step of washing the membrane separation device with a low alkali washing solution having a pH of 9 to 11 is performed 5 to 50 times, the membrane separation device is made to have a high alkali of pH 11 or more. A first cleaning step of cleaning with a cleaning liquid is performed. Therefore, it is possible to carry out the first cleaning step while avoiding the increase in the cost of the highly alkaline cleaning liquid and the complicated operation as the first cleaning step is performed excessively. It can be avoided that the membrane separator is not sufficiently cleaned due to insufficientness.
[0013]
According to invention of Claim 3, the temperature of the said low alkali cleaning liquid and / or the said high alkali cleaning liquid is 40-80 degreeC, The membrane separation method of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned is provided. The
[0014]
In the membrane separation method according to claim 3, the temperature of the low alkali cleaning liquid and / or the high alkali cleaning liquid is set to 40 to 80 ° C. Preferably, the temperature of both the low alkali cleaning liquid and the high alkali cleaning liquid is 40 to 80 ° C. Therefore, the cleaning efficiency of the membrane separation apparatus can be increased as compared with the case where the temperature of the low alkali cleaning liquid and the high alkali cleaning liquid is set to other temperature ranges.
[0015]
According to invention of Claim 4, the said highly alkaline washing | cleaning liquid contains surfactant, The membrane separation method as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned is provided.
[0016]
In the membrane separation method according to claim 4, the surfactant is contained in the highly alkaline cleaning liquid. Therefore, the cleaning efficiency of the membrane separation apparatus can be increased as compared with the case where the surfactant is not contained in the high alkali cleaning liquid.
[0017]
According to the invention described in claim 5, a highly alkaline cleaning step of cleaning the membrane separation apparatus with a highly alkaline cleaning liquid;
A high alkali cleaning frequency reduction step for reducing the frequency of the high alkali cleaning step, and a membrane separation apparatus cleaning method comprising:
There is provided a membrane separation apparatus cleaning method, wherein the high alkali cleaning frequency reduction step includes a low alkali cleaning step of cleaning the membrane separation apparatus with a low alkali cleaning liquid.
[0018]
In the membrane separation apparatus cleaning method according to claim 5, in order to reduce the frequency of the high alkali cleaning process for cleaning the membrane separation apparatus with a high alkali cleaning liquid, a low alkali cleaning process for cleaning the membrane separation apparatus with a low alkali cleaning liquid is provided. To be implemented. Therefore, it is possible to avoid the membrane of the membrane separator from being damaged as the physical cleaning is frequently performed in order to reduce the frequency of high alkali cleaning of the membrane separator.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a membrane separation apparatus in a fermentation process to which a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method of the present invention are applied. In FIG. 1, 1 is an adjustment tank for adjusting a stock solution, a cleaning agent, etc., 2 is a filter as a membrane module for separating the stock solution (water to be treated) into a permeate and a concentrated solution (concentrate). is there. 3 is a permeate receiving tank, 4 is a concentrated liquid receiving tank, 5 is a cleaning agent A storage tank storing cleaning agent A for cleaning the filter 2, 7 is a caustic soda storage tank storing caustic soda, and 8 is a filter. 2 is a cleaning agent B storage tank storing cleaning agent B for cleaning 2. P1 to P7 are pumps.
[0021]
In the membrane separation apparatus shown in FIG. 1, first, a stock solution to be filtered is received in the adjustment tank 1. Next, the stock solution is supplied from the adjustment tank 1 to the filter 2 by the circulation pump P <b> 1, and is subjected to cross flow filtration using the MF / UF membrane in the filter 2. The filtered permeate is received in the permeate receiving tank 3 and then transferred to the next purification step (not shown) by the transfer pump P3. On the other hand, other liquids that have not been filtered in the filter 2 are returned to the adjustment tank 1. Specifically, clogging of the membrane surface of the filter 2 is removed by the backwash pump P2, and an increase in the differential pressure between the membranes is suppressed. However, the frequency of backwashing is suppressed so that the membrane of the filter 2 is not damaged by backwashing.
[0022]
The filtration step (concentration separation step) described above is usually performed for 0.5 to 10 hours. When the stock solution flowing into the adjustment tank 1 is filtered by a predetermined amount by this cross flow filtration, or when the transmembrane pressure difference of the filter 2 becomes a certain value or more, this filtration step (concentration separation step) is terminated. These steps are implemented.
[0023]
In the next step, when the target substance is still contained in the circulated stock solution, water or a manufacturing process solution is injected into the adjustment tank 1 to increase the recovery rate, and diafiltration is performed. This diafiltration filtration step is also usually performed for 0.5 to 10 hours. The operations of the pumps P1 and P2 in the diafiltration filtration step are the same as the operations of the pumps P1 and P2 in the concentration separation step described above.
[0024]
The concentrated liquid in which the desired amount of the target substance in the stock solution has been permeated in the concentration separation process and the diafiltration filtration process is transferred to the concentrated liquid receiving tank 4 from the adjustment tank 1, the filter 2, and the circulation pipe. The concentrated liquid is subjected to the next process (not shown) such as a dehydration process and a drying process by the transfer pump P4.
[0025]
When the diafiltration filtration step is completed, a low alkali cleaning step is then performed. In the low alkali cleaning step, first, the liquid to be treated in the adjustment tank 1 is discharged out of the membrane separation device via the pump P1, the concentrated liquid receiving tank 4, and the pump P4. This discharging process is carried out for about 5 minutes. Next, hot water is injected into the adjustment tank 1 and the permeate receiving tank 3 while washing the inner wall of the tank with a cleaning nozzle (not shown), and the filter 2 is filtered by the backwash pump P2 using the hot water in the permeate receiving tank 3. A washing process is performed by combining a backwashing process for backwashing the membrane and a forward washing process in which hot water in the adjustment tank 1 is circulated to the filter 2 by the circulation pump P1. This washing step is carried out for 2 to 10 minutes. Next, the hot water in the adjustment tank 1 is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes.
[0026]
Next, cleaning with a low alkali cleaning solution is performed. Specifically, when hot water is stored in the adjustment tank 1, caustic soda is added from the caustic soda storage tank 7 by the injection pump P7, and the pH of the low alkaline cleaning liquid in which caustic soda is added to the hot water is adjusted to pH 9-11. Adjusted. Preferably, the temperature of the low alkali cleaning liquid is set to 40 to 80 ° C. That is, in this embodiment, instead of frequently performing physical cleaning, forward cleaning or back cleaning with this low alkali cleaning liquid is performed, and the membrane of the filter 2 is cleaned. The circulation of the low alkaline cleaning liquid is usually carried out for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes. Next, the low alkaline cleaning liquid in the adjustment tank 1 is discharged as waste water by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes. The temperature of the low alkaline cleaning liquid described above is appropriately set according to the material of the membrane of the filter 2, the type of liquid to be processed, and the like. For example, when a metal or ceramic is used as the film, the temperature of the low alkaline cleaning liquid is set to a relatively high temperature of about 80 ° C., and when an organic film is used as the film, the temperature of the low alkaline cleaning liquid is set. Is set to a relatively low temperature.
[0027]
Subsequently, forward washing or backwashing with warm water is performed to eliminate the alkali remaining in the membrane separation apparatus, and the influence on the permeate is eliminated. This warm water circulation step is carried out for 2 to 10 minutes. Next, the circulated hot water is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes. In this embodiment, the warm water circulation process and the warm water discharge process are performed. However, in other embodiments applied when the pH buffering ability of the liquid to be treated is high, these processes may be omitted. It is.
[0028]
The concentration separation process, the diafiltration filtration process and the low alkali washing process described above are repeated 5 to 50 times (10 to 100 hours).
[0029]
Even if the concentration separation process, the diafiltration filtration process and the low alkali washing process described above are repeated, the transmembrane pressure difference of the filter 2 is increased, and the stage at which the filterability is adversely affected or periodically is described later. A highly alkaline cleaning step is performed.
[0030]
Specifically, the high alkali cleaning step is performed subsequent to the above-described diafiltration filtration step. In the highly alkaline cleaning step, first, the liquid to be treated in the adjustment tank 1 is discharged out of the membrane separation device via the pump P1, the concentrated liquid receiving tank 4, and the pump P4. This discharging process is carried out for about 5 minutes. Next, hot water is injected into the adjustment tank 1 and the permeate receiving tank 3 while washing the inner wall of the tank with a cleaning nozzle (not shown), and the filter is filtered by the backwash pump P2 using the hot water in the permeate receiving tank 3. The washing | cleaning process which combined the backwashing process which backwashes the film | membrane in 2 and the regular washing process by which the warm water in the adjustment tank 1 is circulated to the filter 2 with the circulation pump P1 is implemented. This washing step is carried out for 2 to 10 minutes. Next, the hot water in the adjustment tank 1 is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes.
[0031]
Next, cleaning with a highly alkaline cleaning solution is performed. Specifically, it is effective in removing organic film contamination such as proteins and oils and fats such as caustic soda, surfactant (preferably anionic surfactant), EDTA, chelating agent, oxidizing agent (NaOCl, etc.). A necessary amount of an alkaline detergent A containing components (for example, NaOH, KOH) is added to the adjustment tank 1 from the detergent A storage tank 5 by the transfer pump P5, and has a pH of 11 or more, preferably 12 to 14, particularly preferably 13 to 14. Diluted with warm water to give a highly alkaline cleaning solution. Preferably, the temperature of the highly alkaline cleaning solution is 40 to 80 ° C. This highly alkaline cleaning liquid is circulated between the filter 2 and the adjustment tank 1 by the circulation pump P1, and cleaning is performed. The circulation of the highly alkaline cleaning liquid is usually carried out for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes. Next, the highly alkaline cleaning liquid in the adjustment tank 1 is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes. The temperature of the high alkali cleaning liquid described above is appropriately set according to the material of the membrane of the filter 2, the type of liquid to be processed, and the like. For example, when a metal or ceramic is used as the film, the temperature of the highly alkaline cleaning liquid is set to a relatively high temperature of about 80 ° C., and when an organic film is used as the film, the temperature of the highly alkaline cleaning liquid is set. Is set to a relatively low temperature.
[0032]
The high alkali cleaning step described above is performed for 10 to 120 minutes. Following the high alkali cleaning step, an oxidant cleaning step described later is performed.
[0033]
In the oxidizing agent cleaning step, first, the liquid to be treated in the adjustment tank 1 is discharged out of the membrane separation device through the pump P1, the concentrated liquid receiving tank 4, and the pump P4. This discharging process is carried out for about 5 minutes. Next, hot water is injected into the adjustment tank 1 and the permeate receiving tank 3 while washing the inner wall of the tank with a cleaning nozzle (not shown), and the filter is filtered by the backwash pump P2 using the hot water in the permeate receiving tank 3. The washing | cleaning process which combined the backwashing process which backwashes the film | membrane in 2 and the regular washing process by which the warm water in the adjustment tank 1 is circulated to the filter 2 with the circulation pump P1 is implemented. This washing step is carried out for 2 to 10 minutes. Next, the hot water in the adjustment tank 1 is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes.
[0034]
Next, cleaning with an oxidizing agent described later is performed. Specifically, cleaning agent B mainly composed of an oxidizing agent such as sodium hypochlorite is diluted in the same manner as cleaning agent A, and is circulated for cleaning. This circulation of the oxidizing agent is usually carried out for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes. Subsequently, the oxidizing agent in the adjustment tank 1 is discharged as waste water by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes.
[0035]
Subsequently, forward washing or backwashing with warm water is performed, and the oxidant remaining in the membrane separation apparatus is eliminated, and the influence on the permeate is eliminated. This warm water circulation step is carried out for 2 to 10 minutes. Next, the circulated hot water is discharged as drainage by the pump P1. This discharging process is carried out for about 5 minutes.
[0036]
The above-described oxidizing agent cleaning step is performed for 10 to 120 minutes.
[0037]
That is, in this embodiment, as a process for cleaning the membrane of the filter 2, a low alkali cleaning process for cleaning with a low alkali cleaning liquid with a pH of 9 to 11 is included in addition to a high alkali cleaning process for cleaning with a high alkaline cleaning liquid with a pH of 11 or higher. include. That is, in order to reduce the frequency of the high alkali cleaning step of cleaning the membrane of the filter 2 with a high alkali cleaning solution having a pH of 11 or higher, a low alkali cleaning step of cleaning the membrane separator with a low alkaline cleaning solution of pH 9 to 11 is provided. ing.
[0038]
Specifically, in this embodiment, every time the low alkali cleaning step is performed 5 to 50 times, the high alkali cleaning step and the oxidant cleaning step are performed. Moreover, in order to reduce the frequency which implements a high alkali washing process, the low alkali washing process is implemented, and, thereby, the frequency of physical washing, such as backwashing and flushing, is suppressed.
[0039]
In the present embodiment, as described above, the oxidant cleaning process is performed after the high alkali cleaning process. However, in other embodiments, the oxidant cleaning process may be omitted. In that case, the highly alkaline cleaning liquid in the adjustment tank 1 is discharged as waste water by the pump P1, and then is washed with warm water, followed by backwashing, and the alkali remaining in the membrane separation apparatus is eliminated and permeated. The effect on the liquid is eliminated. Next, the circulated hot water is discharged as drainage by the pump P1.
[0040]
In the present embodiment, the diafiltration filtration step is performed as described above. However, in the other embodiments for water treatment and wastewater treatment, the diafiltration filtration step described above is performed. Not.
[0041]
Further, in the present embodiment, the concentration separation process and the diafiltration filtration process described above and physical washing such as back washing and flushing are not used in combination, but in other embodiments, the membrane of the filter 2 is not damaged. It is also possible to use them in combination. Also in this embodiment, since the low alkali cleaning step is performed, deterioration of the membrane of the filter 2 can be suppressed by performing physical cleaning under weak conditions (low pressure and low frequency). As physical cleaning, for example, the permeate in the permeate receiver 3 can be supplied to the permeate side of the membrane of the filter 2 by the pump P2.
[0042]
Further, in this embodiment, the cleaning agent A storage tank 5 and the like are communicated with the filter 2 via the adjustment tank 1, but in other embodiments, a cleaning tank directly communicated with the filter 2 is separately provided. It is also possible to wash the filter 2 by circulating a chemical between the washing tank and the filter 2. In that case, it is also possible to implement a low alkali washing step between the concentration separation step and the diafiltration filtration step. That is, it is possible to store the concentrated liquid in the adjustment tank 1 without discharging the concentrated liquid during the low alkali cleaning process.
[0043]
Further, in this embodiment, the low alkali cleaning liquid and the high alkali cleaning liquid are circulated by the pump P1, but in other embodiments, a pump separate from the pump P1 is provided, and the pump uses the low alkali cleaning liquid and the high alkali cleaning liquid. It is also possible to circulate the cleaning liquid.
[0044]
In this embodiment, the oxidant cleaning process is performed after the highly alkaline cleaning process. In other embodiments, in addition to or in place of the above-described oxidant cleaning process, an acid such as citric acid is used. It is also possible to carry out a cleaning step with a cleaning agent.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, a small amount of caustic soda is added to warm water in the low alkali washing step to wash the membrane of the filter 2, and then the entire membrane separation apparatus is washed with warm water to remove the alkaline component. Removed. Therefore, breakage of the membrane of the filter 2 can be reduced while preventing the alkaline component from being mixed into the target component of the fermentation liquid.
[0046]
The cause of the breakage of the membrane of the filter 2 is broadly divided into those caused by defective products during membrane production and those caused by membrane usage conditions. Product defects at the time of membrane production are those in which voids at the time of film formation are present in the hollow fiber, and voids are damaged when pressure is applied, and are found during initial operation. On the other hand, breakage when using the membrane is mainly caused by the vibration of the root part of the support part of the hollow fiber during liquid passing and washing, and damage is caused by the shearing stress caused by repeated vibration. It is.
[0047]
As a result of detailed investigation of the cause of breakage when using the membrane, there is a large difference between the number of membrane breakage when the transmembrane pressure difference in the filtration process exceeds a certain value and the number of membrane breakage when it is less than a certain value It has been found by the present inventors. Therefore, in this embodiment, after performing a certain amount of filtration treatment, caustic soda is added to the washing step by backwashing and hot water washing so that the pH of the washing water for low alkali washing is 9 to 11, preferably 10 to 11. The temperature of the washing water for low alkali washing is 40 to 80 ° C., preferably 50 to 70 ° C. Thereby, the transmembrane pressure difference of each time can be set to a certain value or less, and the shear stress breakage due to the vibration of the hollow fiber membrane caused by backwashing during the filtration step or backwashing during the washing step can be reduced. As a result, membrane breakage can be reduced, and membrane repair costs and replacement costs can be reduced. Furthermore, the usage amount of the membrane cleaner used for high alkali cleaning can be reduced, and the running cost can be reduced.
[0048]
That is, since the pharmaceutical / food process contains a large amount of organic substances such as proteins and lipids, membrane filtration in the pharmaceutical / food process causes severe membrane contamination. As the contamination of the membrane progresses, various obstacles occur in the membrane performance, such as a decrease in the filtration rate and an increase in the rejection rate of the object. As a method for suppressing the progress of the contamination of the film, there are a physical method by back washing, a chemical method by chemical washing, or a combination thereof. Frequent backwashing may cause membrane breakage such as hollow fiber breakage, and frequent chemical cleaning such as highly alkaline washing will cause the membrane to chemically deteriorate and increase the drainage load. I will do.
[0049]
Therefore, by performing low alkali cleaning as described above, the frequency of physical cleaning such as backwashing can be reduced, and the frequency of high alkali cleaning can be reduced. Thereby, the progress of membrane contamination of the filter 2 can be suppressed, and stable filtration can be continued. Specifically, in view of the main cause of membrane contamination in the pharmaceutical / food process due to protein adhesion on the membrane surface, the attached protein is removed by performing low alkali cleaning. Thereby, film | membrane contamination can be suppressed and physical washing | cleaning like backwashing can be reduced to the minimum. In addition, since the liquid to be filtered in the pharmaceutical / food process has a buffering effect, it is possible to filter the liquid to be filtered simply by discharging the low alkali washing liquid without rinsing with water after washing with the low alkali washing liquid. The pH of the filtrate does not fluctuate. In other words, even if the low alkali cleaning is performed, it is not necessary to perform a thorough rinsing after the high alkali cleaning or after the cleaning with the detergent.
[0050]
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0051]
Example 1
Hollow fiber module (5 inch (12.5cm) diameter, 6m ² ) Was used to separate cells of the fermentation broth (pH 5.2, containing 2% of amino acid-producing bacteria). 2,000 L of fermentation broth was placed in a membrane separator / circulation tank, and the bacterial cells were concentrated and separated, and amino acids were recovered in the filtrate. After the initial fermentation liquid was concentrated to 1,000 L, constant volume water addition was performed. A total of 4,000 L of water was added and 4,000 L of filtrate was recovered. The filtrate was carried out at a circulation flow rate of 2,000 L / min, a primary pressure of 0.2 MPa, a secondary pressure of 0.0 MPa, and a temperature of 40 ° C.
[0052]
After the concentration residue was drained, 1,000 L of warm water of 60 ° C. was placed in the circulation tank, and the inside of the apparatus system and the primary side of the hollow fiber were circulated and washed. The washing time was 5 minutes. After draining the washing water, 1,000 L of hot water containing dilute caustic soda having a pH of 10 and 60 ° C. was put into a circulation tank and similarly circulated and washed. The washing time was 20 minutes. After draining the washing water, the fermentation solution was again put into the apparatus in the same manner and filtered.
[0053]
After completion of filtration, washing was performed in the same manner. Filtration and washing were repeated 15 times to treat a total amount of fermentation broth of 80,000 L, followed by CIP (cleaning in place, washing as it was without disassembling) washing. For CIP cleaning, after washing with 1,000 L of alkaline detergent (pH 13, 60 ° C.) for 80 minutes, washing with 1,000 L of sodium hypochlorite (100 ppm) for 20 minutes, and then adding the primary side and the secondary side together Washed with 4,000 L of water. The average flux (L / m) during 15 batch operations, with 2,000 L of fermentation broth treated as one batch ² The change in / Hr) is shown in FIG. In addition, the water flux after completion | finish of CIP washing | cleaning (transmembrane differential pressure 0.1MPa, 25 degreeC conversion) is 1,020L / m ² / Hr.
[0054]
(Comparative Example 1)
In the same apparatus as in Example 1, the same fermentation broth as in Example 1 was membrane filtered. Instead of washing with dilute caustic soda water having a pH of 10 in Example 1 during washing between batch treatments, back washing from the secondary side was performed 10 times. One backwash water was 150 L, and the pressure on the primary side during backwashing was 0.0 MPa, and the pressure on the secondary side was 0.3 MPa. The change in average flux during 15 batch operations is shown in FIG. In addition, after 15 batch operation completion | finish, CIP washing | cleaning was performed by the method similar to Example 1. FIG. Water flux of CIP cleaning (transmembrane pressure difference 0.1MPa, converted to 25 ° C) is 980L / m ² / Hr.
[0055]
(Comparative Example 2)
In the same apparatus as in Example 1, the same fermentation broth as in Example 1 was membrane filtered. Instead of washing with dilute caustic hot water at pH 10 in Example 1 during washing between batch treatments, washing was carried out with 1,000 L of alkaline detergent at pH 13. In order to remove the alkaline detergent after washing, the alkaline detergent solution was drained, and the primary side and the secondary side were washed with a total of 4,000 L of warm water. The change in average flux during 15 batch operations is shown in FIG. After 15 batch operations, CIP cleaning was performed in the same manner as in Example 1. As a result, water flux after CIP cleaning (transmembrane pressure difference 0.1 MPa, converted to 25 ° C.) was 1,020 L / m. ² / Hr.
[0056]
In the operation of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Table 1 shows the number of hollow fiber breaks during 50 RUN operation, assuming that 1 batch of drainage and 15 batches of operation are 1 RUN.
[0057]
[Table 1]

[0058]
The method of Example 1 is excellent in flux stabilization, drainage, and membrane breakage.
[0059]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to avoid the membrane of the membrane separator from being damaged due to frequent physical cleaning in order to reduce the frequency of high alkali cleaning of the membrane separator. Can do.
[0060]
According to the second aspect of the present invention, while the first cleaning step is performed excessively, the cost of the highly alkaline cleaning liquid is increased and the operation is complicated. In addition, it is possible to avoid the membrane separator from being insufficiently cleaned due to insufficient implementation of the first cleaning step.
[0061]
According to the third aspect of the present invention, the cleaning efficiency of the membrane separation device can be increased as compared with the case where the temperature of the low alkali cleaning liquid and the high alkali cleaning liquid is set to other temperature ranges.
[0062]
According to the fourth aspect of the present invention, the cleaning efficiency of the membrane separation apparatus can be increased as compared with the case where the surfactant is not contained in the highly alkaline cleaning liquid.
[0063]
According to the fifth aspect of the present invention, the membrane of the membrane separator is prevented from being damaged with frequent physical cleaning in order to reduce the high alkali cleaning frequency of the membrane separator. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a membrane separation apparatus to which a membrane separation method and a membrane separation apparatus cleaning method of the present invention are applied.
FIG. 2 is a diagram showing a change in flux during operation.

Claims

A separation step of supplying water to be treated to a membrane separation device and separating the permeate and the concentrate;
A first washing step of washing the membrane separation device with a highly alkaline washing solution having a pH of 11 or more, and a membrane separation method comprising:
A membrane separation method, further comprising a second washing step of washing the membrane separation device with a low alkali washing solution having a pH of 9 to 11.

The membrane separation method according to claim 1, wherein the first cleaning step is performed every time the second cleaning step is performed 5 to 50 times.

The membrane separation method according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the low alkali cleaning liquid and / or the high alkali cleaning liquid is 40 to 80 ° C.

The membrane separation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the highly alkaline cleaning liquid contains a surfactant.

A highly alkaline cleaning step of cleaning the membrane separator with a highly alkaline cleaning liquid;
A high alkali cleaning frequency reduction step for reducing the frequency of the high alkali cleaning step, and a membrane separation apparatus cleaning method comprising:
The membrane separation apparatus cleaning method, wherein the high alkali cleaning frequency reduction step includes a low alkali cleaning step of cleaning the membrane separator with a low alkali cleaning liquid.