JP4583557B2 - スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法および洗浄方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜分離装置、限外濾過膜分離装置、精密濾過膜分離装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法および洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水処理および排水処理への膜分離技術の適用が広がり、従来困難であった液質への膜分離技術の応用がなされている。特に、膜分離技術を用いた産業排水の回収および再利用が強く求められている。
【０００３】
このような膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸型膜エレメントが多く使用されている。しかし、中空糸型膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
そこで、中空糸型膜エレメントに代えて、スパイラル型膜エレメントを適用することが提案されている。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸型膜エレメントと同様に単位体積当たりの膜面積を大きくとれ、しかも分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排水は多くの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質を含むため、このような排水に膜分離を行うと、これらの懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質として膜面に堆積し、水の透過速度の低下を引き起こす。特に、全量濾過を行う場合においては汚染物質が膜面に堆積しやすく、水の透過速度の低下が顕著であり、安定した濾過運転を続けることが困難である。
【０００６】
膜面への汚染物質の堆積を防止するためには、クロスフロー濾過が行われる。
このクロスフロー濾過は、原水を膜面に対して平行に流すことにより、膜面と流体との界面で生じる剪断力を利用して膜面への汚染物質の堆積を防止するものである。このようなクロスフロー濾過においては、汚染物質の膜面への堆積を防ぐために充分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには充分な流量の原水を膜面に対して平行に流す必要がある。しかしながら、膜面に平行に流す原水の流量を大きくすると、スパイラル型膜エレメント当たりの回収率が低くなるうえ、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【０００７】
一方、膜面に堆積した汚染物質を逆流洗浄により取り除くことも行われる。逆流洗浄は、中空糸型膜エレメントでは一般的に行われている。
【０００８】
スパイラル型膜エレメントへの逆流洗浄の適用は、例えば特公平６−９８２７６号公報に提案されている。しかし、従来のスパイラル型膜エレメントの分離膜は、背圧強度が低いため、逆流洗浄において分離膜に背圧が加わると、分離膜が破損するおそれがある。そのため、上記の公報によると、スパイラル型膜エレメントに０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ² （０．０１〜０．０５ＭＰａ）という低い背圧で逆流洗浄を行うことが好ましいとされている。
【０００９】
しかし、本発明者の実験によると、スパイラル型膜エレメントにおいてこのような背圧で逆流洗浄を行った場合、汚染物質の除去を充分に行うことが困難であり、長時間にわたって高い透過流束を維持することはできなかった。
【００１０】
一方、本発明者は、特開平１０−２２５６２６号公報に背圧強度が２ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の分離膜の構造および製造方法を提案している。しかしながら、このような背圧強度を有する分離膜を用いてスパイラル型膜エレメントを作製した場合に、実際にどのような背圧で逆流洗浄を行うことが可能となるか、また、どのような範囲の背圧で逆流洗浄を行った場合に長期間にわたって高い透過流束を維持できるかについては十分に検証されていなかった。さらに、上記のような背圧強度の高い分離膜を有するスパイラル型膜エレメントの運転方法およびこのようなスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転方法については検証されていなかった。
【００１１】
このような背圧強度の高い分離膜を用いた場合でも、最適な洗浄条件および洗浄方法を適用しかつ最適な運転方法により濾過運転を行わなければ、スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールにおいて長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定した濾過運転を続けることができない。
【００１２】
本発明の目的は、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ低コストで安定した濾過運転を行うことができるスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法および洗浄方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過運転時にスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出するものである。
【００１４】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの運転方法においては、濾過運転時に、スパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液が供給されるとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出される。逆流洗浄時には、洗浄液が有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入される。その洗浄液は、有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過運転時と逆方向に透過してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出されることにより、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。この場合、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。また、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される。
【００１５】
それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００１６】
さらに、上記の方法においては、汚染物質剥離作用を有する薬品が注入された原液をスパイラル型膜エレメントに供給することにより、スパイラル型膜エレメントの少なくとも膜面に汚染物質が付着するのを抑制することが可能になる。
【００１７】
また、殺菌作用を有する薬品が注入された原液をスパイラル型膜エレメントに供給することにより、スパイラル型膜エレメントの膜面において微生物等の雑菌が繁殖するのを抑制することが可能になる。
【００１８】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００１９】
薬品は次亜塩素酸ナトリウム、クロラミン、過酸化水素、過酢酸またはオゾンであってもよい。これらの薬品は、汚染物質の分解、溶解、剥離作用を有するため、スパイラル型膜エレメントの膜面に汚染物質が付着するのを抑制することが可能になる。また、殺菌作用を有するため、膜面における雑菌の繁殖を抑制することが可能になる。
【００２０】
また、薬品を含む原液が凝集剤を含んでもよい。この場合、凝集剤により原液中に含まれる汚染物質が凝集するため、凝集剤なしでは膜を通過するような汚染物質であっても凝集作用により膜面において捕捉されやすくなる。したがって、精度の高い濾過を行うことが可能となる。なお、このようにして膜面に捕捉された汚染物質は、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の高い背圧での逆流洗浄によりスパイラル型膜エレメントの外部に排出することができる。
【００２１】
また、逆流洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して有孔中空管の外周面から導出される洗浄液をスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄してもよい。
【００２２】
有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入すると、有孔中空管の外周面から導出される洗浄液が、分離膜を透過してスパイラル型膜エレメント内部を軸方向に沿って流れ、スパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出される。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面、特に膜の細孔内で捕捉された汚染物質を除去することができる。それにより、スパイラル型膜エレメントの運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００２３】
特に、この場合においては、洗浄液中に含まれる汚染物質剥離作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００２４】
また、洗浄液中に含まれる殺菌作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００２５】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００２６】
また、この場合、洗浄液として透過液を用いてもよい。
逆流洗浄時に、スパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を供給し、スパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液を軸方向に流してもよい。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質、特に、膜面上にケーク層を形成した汚染物質を除去することが可能となる。それにより、スパイラル型膜エレメントの運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００２７】
特に、この場合においては、洗浄液中に含まれる汚染物質剥離作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００２８】
また、洗浄液中に含まれる殺菌作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖をより効果的に抑制することが可能になる。
【００２９】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００３０】
また、この場合、洗浄液として原液を用いてもよい。
分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなり、透過性膜体は多孔性シート材の一面に投錨状態で接合されてなってもよい。このような分離膜においては、多孔性シート材と透過性膜体との接合が強化され、分離膜の背圧強度が向上する。それにより、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜の破損を生じることなく十分に逆流洗浄することが可能となる。
【００３１】
特に、分離膜の背圧強度は０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、高い背圧での逆流洗浄が可能となり、膜洗浄を十分に行うことによって長期間安定した膜分離処理を行うことができる。
【００３２】
特に、多孔性シート材は合成樹脂からなる織布、不織布、メッシュ状ネットまたは発泡焼結シートからなることが好ましい。
【００３３】
さらに、多孔性シート材は、厚みが０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下でかつ密度が０．５ｇ／ｃｍ³ 以上０．８ｇ／ｃｍ³ 以下の不織布からなることが好ましい。
【００３４】
これにより、０．２ＭＰａ以上の背圧強度を得るとともに、補強シートとしての強度を確保しつつ、透過抵抗の増大および透過性膜体の剥離を防止することができる。
【００３５】
第２の発明に係るスパイラル型膜エレメントの洗浄方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの洗浄方法であって、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後にスパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出するものである。
【００３６】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの洗浄方法においては、逆流洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過時と逆方向に透過してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出されることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜が逆流洗浄される。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質、特に分離膜の細孔内に詰まった汚染物質等が分離膜から剥離される。この場合、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。また、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される。
【００３７】
それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００３８】
さらに、この場合においては、洗浄液が汚染物質剥離作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質、特に膜の細孔内で目詰まりした汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００３９】
また、洗浄液が殺菌作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００４０】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００４１】
第３の発明に係るスパイラル型膜エレメントの洗浄方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの洗浄方法であって、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液を濾過運転時と同じ方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第２の端部から導出する操作と、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出する操作とを、順に行うものである。
【００４２】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの洗浄方法においては、逆流洗浄時に、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することができるので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００４３】
また、上記の方法においては、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液が濾過運転時と同じ方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第２の端部から導出される操作と、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される操作とが、順に行われる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質、特に、膜面上にケーク層を形成した汚染物質を除去することが可能となる。それにより、スパイラル型膜エレメントの運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００４４】
特に、この場合においては、洗浄液が汚染物質剥離作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００４５】
また、洗浄液が殺菌作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００４６】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００４７】
また、この場合、洗浄液として原液を用いてもよい。
第２および第３の発明に係るスパイラル型膜エレメントの洗浄方法において、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から薬品を含む洗浄液を導入して逆流洗浄を行うのと並行して、常時または定期的にスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から薬品を含む洗浄液を供給してもよい。この場合においては、膜の細孔内において目詰まりした汚染物質と膜面上にケーク層を形成した汚染物質とを同時にかつ効果的に除去することが可能となる。
【００４８】
また、薬品を含む洗浄液にスパイラル型膜エレメントを浸漬してもよい。
この場合、薬品を含む洗浄液を有孔中空管からスパイラル型膜エレメント内に導入し、スパイラル型膜エレメントを所定時間洗浄液に浸漬させる。例えば、スパイラル型膜エレメントを圧力容器内に装填してなるスパイラル型膜モジュールにおいては、圧力容器内を洗浄液で満たすことにより、スパイラル型膜エレメントを浸漬させる。その後、洗浄液を系外に排出する。このような浸漬により、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質が除去されやすくなり容易に洗浄できる。このため、より効果的に洗浄を行うことが可能となる。また、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖をより効果的に抑制することが可能となる。
【００４９】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００５０】
薬品は次亜塩素酸ナトリウム、クロラミン、硫酸、塩酸、硝酸、水酸化ナトリウム、過酢酸、イソプロピルアルコール、シュウ酸またはクエン酸であってもよい。これらの薬品は汚染物質の分解、溶解、剥離等の汚染物質除去作用を有するため、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質を除去して、効果的に洗浄を行うことが可能になる。また、殺菌作用を有するため、膜面における雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００５１】
第４の発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの運転方法であって、濾過運転時に圧力容器の原液入口を通してスパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液を供給するとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に圧力容器の原液出口を通してスパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、圧力容器の原液入口を通して外部に取り出すものである。
【００５２】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法においては、濾過運転時に、スパイラル型膜エレメントの第１の端部から原液が供給されるとともに有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出される。逆流洗浄時には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過運転時と逆方向に透過してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出されることにより、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜が逆流洗浄され、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。この場合、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。また、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される。
【００５３】
それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００５４】
さらに、上記の方法においては、汚染物質剥離作用を有する薬品が注入された原液をスパイラル型膜エレメントに供給する。このため、スパイラル型膜エレメントの膜面に汚染物質が付着するのを抑制することが可能になる。
【００５５】
また、殺菌作用を有する薬品が注入された原液をスパイラル型膜エレメントに供給するため、スパイラル型膜エレメントの膜面において微生物等の雑菌が繁殖するのを抑制することが可能になる。
【００５６】
以上のことから、スパイラル型膜モジュールにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００５７】
第５の発明に係るスパイラル膜モジュールの洗浄方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなり、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの洗浄方法であって、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させ、圧力容器の外部に取り出すことにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に圧力容器の原液出口を通してスパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入してスパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、圧力容器の原液入口を通して外部に取り出すものである。
【００５８】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの洗浄方法によれば、逆流洗浄時に、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から導入された洗浄液が有孔中空管の外周面から袋状の分離膜の内部に導出され、その分離膜を濾過時と逆方向に透過してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出されることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜が逆流洗浄される。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質が分離膜から剥離される。この場合、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。また、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で原液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される。
【００５９】
それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００６０】
特に、この場合においては、洗浄液中に含まれる汚染物質剥離作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質、特に膜の細孔内に詰まった汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００６１】
また、洗浄液中に含まれる殺菌作用を有する薬品により、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００６２】
以上のことから、スパイラル型膜モジュールにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００６３】
第６の発明に係るスパイラル型膜モジュールの洗浄方法は、有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの洗浄方法であって、逆流洗浄時に有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させ、圧力容器の外部に取り出すことにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で分離膜を逆流洗浄し、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、圧力容器の原液入口を通してスパイラル型膜エレメントの第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液を濾過運転時と同じ方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第２の端部から導出する操作と、圧力容器の原液出口を通して外部に取り出し、圧力容器の原液出口を通してスパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入してスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液を濾過運転時と逆方向に流すとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出し、圧力容器の原液入口を通して外部に取り出す操作とを、順に行うものである。
【００６４】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールの洗浄方法においては、逆流洗浄時に、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧でスパイラル型膜エレメントの分離膜を逆流洗浄することができるので、短時間に必要量の洗浄液を流すことができる。それにより、分離膜の膜面に堆積した汚染物質を効果的に除去することができる。その結果、長期間にわたって高い透過流束を維持しつつ安定した濾過運転を行うことが可能となる。
【００６５】
また、上記の方法においては、逆流洗浄前、逆流洗浄時または逆流洗浄後に、スパイラル型膜エレメントの第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液が濾過運転時と同じ方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第２の端部から導出される操作と、スパイラル型膜エレメントの第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液が導入されてスパイラル型膜エレメント内で薬品を含む洗浄液が濾過運転時と逆方向に流されるとともにスパイラル型膜エレメントの第１の端部から導出される操作とが、順に行われる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質、特に、膜面上にケーク層を形成した汚染物質を除去することが可能となる。それにより、スパイラル型膜エレメントの運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００６６】
特に、この場合においては、洗浄液が汚染物質剥離作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面に付着した汚染物質が除去されやすくなる。それにより、スパイラル型膜エレメントの洗浄を効果的に行うことが可能になる。
【００６７】
また、洗浄液が殺菌作用を有する薬品を含むことにより、スパイラル型膜エレメントの膜面における微生物等の雑菌の繁殖を効果的に抑制することが可能になる。
【００６８】
以上のことから、スパイラル型膜エレメントにおいて長期間安定した運転が可能となる。
【００６９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの例を示す模式的な断面図である。
【００７０】
図１に示すように、スパイラル型膜モジュールは、圧力容器（耐圧容器）１０内にスパイラル型膜エレメント１が収納されてなる。圧力容器１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。なお、圧力容器の構造は図１の構造に限定されず、後述するような筒形ケースに原水入口および原水出口が設けられたサイドエントリ形状の圧力容器を用いてもよい。
【００７１】
外周面の一端部近傍にパッキン１７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１を筒形ケース１１内に装填し、筒形ケース１１の両方の開口端をそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止する。集水管５の一方の開口端は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ１６が装着される。圧力容器１０の内部空間は、パッキン１７により第１の液室１８と第２の液室１９とに分離される。
【００７２】
スパイラル型膜モジュールの原水入口１３は、配管２５を通して原水タンク５００に接続されている。配管２５にはバルブ３０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側に、バルブ３０ｂが介挿された配管２６が接続されている。一方、原水出口１５には、バルブ３０ｃが介挿された配管２７が接続されており、さらにバルブ３０ｄが介挿された配管２７ａが配管２７のバルブ３０ｃ上流側に接続されている。この配管２７ａを介して原水出口１５は原水タンク５００に接続される。透過水出口１４には、バルブ３０ｅが介挿された配管２８が接続されており、このバルブ３０ｅの上流側に、バルブ３０ｆが介挿された配管２９が接続されている。
【００７３】
図５は、図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【００７４】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆される。
【００７５】
このスパイラル型膜エレメント１においては、後述する構造を有する分離膜２を用いることにより、０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行うことが可能となる。
【００７６】
図２および図３は、本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。本例の運転方法においては図１のスパイラル型膜モジュールを用いており、図２は濾過時の運転方法を示し、図３は洗浄時の運転方法を示す。
【００７７】
図２に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａおよび配管２８のバルブ３０ｅを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃ、配管２７ａのバルブ３０ｄおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【００７８】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール内において、供給された原水７は原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入され、さらに、スパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【００７９】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一方の端面側から供給された原水７は、原水スペーサ６に沿って集水管５と平行な方向（軸方向）に他方の端面側に向かって直線状に流れる。原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で、原水側と透過水側の圧力差によって原水７の一部が分離膜２を透過する。この透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【００８０】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図２に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出される。この場合、原水出口１５に接続された配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じているため、スパイラル型膜エレメント１における分離膜２の透過が促進されて全量濾過が行われる。
【００８１】
上記のような濾過過程で、原水中に含まれる懸濁物質、コロイド性物質または溶存性物質が汚染物質としてスパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、全量濾過においては分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。
このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【００８２】
図３に示すように、洗浄時には、まず配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを閉じるとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２９のバルブ３０ｆおよび配管２７のバルブ３０ｃを開き、逆流洗浄を行う。
【００８３】
逆流洗浄時には、配管２９および配管２８を通して洗浄水２１が透過水出口１４から集水管５の開口端に供給され、洗浄水２１が集水管５の内部に導入される。なお、洗浄水２１としては、例えば透過水を用いる。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。スパイラル型膜エレメント１の外周面は外装材で被覆されているので、分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント１の両端部から第１の液室１８および第２の液室１９に排出される。さらに洗浄水２１は、原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【００８４】
この場合、分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４側の圧力、原水入口１３側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の細孔内に目詰まりした汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質がスパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【００８５】
なお、本例においては原水入口１３から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２６のバルブ３０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【００８６】
また、本例においては原水出口１５から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００８７】
また、図３の例では、逆流洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の両端部から洗浄水２１が排出され、それぞれ原水入口１３および原水出口１５から配管２６および配管２７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の一端部から第１の液室１８に排出され、原水入口１３から配管２６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水入口１３側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２７のバルブ３０ｃを閉じ、原水出口１５を閉じておく。あるいは、洗浄水２１がスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出され、原水出口１５から配管２７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４側の圧力および原水出口１５側の圧力を設定してもよい。この場合、配管２６のバルブ３０ｂを閉じ、原水入口１３を閉じておく。
【００８８】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管２６のバルブ３０ｂおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じるとともに配管２５のバルブ３０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０内に供給され、第１の液室１８に導入される。原水３１は、スパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に供給され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後、他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１とともにスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から第２の液室１９に排出される。さらに、汚染物質は原水３１とともに原水出口１５から配管２７を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。
【００８９】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すことにより、スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【００９０】
上記のような洗浄時の運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となるため、膜面に汚染物質が堆積しやすい全量濾過においても、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【００９１】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流しているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流してもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどが原水３１により除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【００９２】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流してもよい。例えば上記において、洗浄時に配管２５，２６，２７，２９のバルブ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｆを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００９３】
また、本例においては原水３１を原水入口１３から供給して原水出口１５から取り出しているが、原水を原水出口１５から供給して原水入口１３から取り出し、スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【００９４】
なお、濾過時の原水の供給方向と同方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第２の液室１９に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。これに対し、濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流す場合においては、特にスパイラル型膜エレメント１の第１の液室１８に近い側に堆積した汚染物質を容易に除去して排出することが可能である。
【００９５】
また、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【００９６】
また、本例においては原水出口１５から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水として再利用してもよい。例えば上記において、配管２７のバルブ３０ｃを開くとともに配管２７ａのバルブ３０ｄを開き、原水３１の一部を配管２７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【００９７】
以上のように、図２および図３に示す本例の運転方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に堆積した汚染物質を充分に除去することができるため、図１のスパイラル型膜モジュールにおいて高い透過流束を維持しつつ安定して全量濾過を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【００９８】
ここで、本例において、供給される原水７（図２）が汚染物質の溶解、分解、剥離作用等の汚染物質除去作用または殺菌作用を有する次亜塩素酸ナトリウム等の薬品を含んでもよい。例えばスパイラル型膜エレメント１に汚染物質の剥離作用および殺菌作用を有する次亜塩素酸ナトリウムを含む原水７を供給した場合、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を剥離させ、汚染物質の堆積を抑制することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。それにより、スパイラル型膜エレメント１において、長期にわたってさらに安定した性能が得られる。
【００９９】
また、原水７が次亜塩素酸ナトリウムの代わりに、オゾン、過酸化水素、クロラミンまたは過酢酸を含んでいてもよい。これらの薬品は殺菌作用を有するため、次亜塩素酸ナトリウムを含む場合と同様、スパイラル型膜エレメント１の膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。
【０１００】
ここで、原水７への薬品の注入は、例えば、原水７がスパイラル型膜モジュールに供給されるまでの工程内において行われる。
【０１０１】
また、原水７への薬品の注入は、連続的に常時行われてもよく、あるいは間欠的に行われてもよい。間欠的に薬品を注入する場合、例えばタイマーにより薬品の注入を制御する。あるいは、スパイラル型膜エレメント１の汚染状態を操作圧力または透過水量から調べ、スパイラル型膜エレメント１に汚染物質が堆積してきた時、すなわち操作圧力の増加または透過水量の低下が見られた時に薬品注入を行ってもよい。この場合、例えば操作圧力計、透過水量計、膜間差圧計等の計測機器を、スパイラル型膜モジュールが組み込まれた装置内に設置し、これらの計測機器からの信号に従って、薬品の注入を行う。
【０１０２】
さらに、汚染物質の除去作用および殺菌作用を有する上記の薬品以外に、凝集剤を原水７に注入してもよい。この場合、原水７中の汚染物質が凝集するため、凝集剤なしではスパイラル型膜エレメントの膜を透過するような汚染物質であっても凝集作用によりスパイラル型膜エレメント１の膜面において捕捉されやすくなる。なお、このようにしてスパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質は、前述のような高い背圧での逆流洗浄により系外へ排出することができる。
【０１０３】
一方、本例において、逆流洗浄に用いる洗浄水２１（図３）として、汚染物質の溶解作用、分解作用、剥離作用等の汚染物質の除去作用を有する薬品を含む透過水８を用いてもよい。また、殺菌作用を有する薬品を含む透過水８を用いてもよい。例えば、濃度１０〜１００００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム、濃度０．１〜１０ｐｐｍのクロラミン、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酸化水素、ｐＨ１〜３の硫酸、ｐＨ１〜３の硝酸、ｐＨ１〜３の塩酸、ｐＨ１０〜１３の水酸化ナトリウム、濃度１０〜１００００ｐｐｍの過酢酸、濃度０．１〜５０％のイソプロピルアルコール、濃度０．２〜２％のクエン酸または濃度０．２〜２％のシュウ酸を含む透過水８を洗浄水２１として用いる。このような薬品を含む洗浄水２１を用いた場合、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質、特に分離膜２の細孔内において目詰まりした汚染物質を効果的に除去することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。
【０１０４】
特に、汚染物質を多く含む濁質の高い原水７（図２）を全量濾過する場合においては、原水７中の濁質成分（汚染物質）がスパイラル型膜エレメント１の分離膜２に大量に捕捉されて膜の細孔に目詰まりが生じる。このため、洗浄水２１として透過水８のみを用いる逆流洗浄では、汚染物質を完全に除去することが困難である。このような場合において、上記の薬品が注入された透過水８を逆流洗浄の洗浄水２１として用いることにより、汚染物質が除去されやすくなり、効果的に洗浄を行うことが可能になる。
【０１０５】
なお、透過水８に薬品を連続的に注入してもよく、あるいは透過水８による逆流洗浄を数回行った後に、薬品を注入してもよい。
【０１０６】
また、本例において、洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の少なくとも一端部から供給されスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に沿って流れる原水３１（図３）が、上記のような汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する薬品を含んでもよい。このような薬品を含む原水３１を用いた場合、スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質、特に膜面上に堆積してケーク層を形成した汚染物質を容易に除去することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。
【０１０７】
特に、スパイラル型膜エレメント１において、汚染物質による膜の細孔内の目詰まりおよび汚染物質が堆積して形成された膜面上のケーク層が同時に存在する場合においては、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から薬品を含む洗浄水２１を導入して逆流洗浄を行うのと並行して、常時または定期的にスパイラル型膜エレメント１の少なくとも一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に薬品を含む原水３１を導入してスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に沿って流すことが好ましい。それにより、スパイラル型膜エレメント１の膜の細孔内の目詰まりと膜面上に形成されたケーク層とを同時に除去することができ、効果的に洗浄を行うことが可能となる。
【０１０８】
さらに、上記のスパイラル型膜エレメント１の洗浄時において、薬品を含む洗浄水２１を集水管２の端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に導入するか、またはスパイラル型膜エレメント１の少なくとも一端部から薬品を含む原液３１を導入した後、スパイラル型膜エレメント１を、数十分から数時間、薬品を含む洗浄水２１または原液３１に浸漬させてもよい。これにより、スパイラル型膜エレメント１の膜の細孔内に詰まった汚染物質や膜面上に堆積してケーク層を形成した汚染物質がさらに除去されやすくなり、洗浄がより効果的に行われる。また、膜面における微生物の繁殖をより効果的に抑制することが可能になる。また、薬品を含む洗浄水２１または原液３１に浸漬させたスパイラル型膜エレメント１をさらに逆流洗浄するかスパイラル型膜エレメント１の一端部から原水３１を流すことにより、汚染物質をスパイラル型膜モジュールの外部に排出することが可能になる。
【０１０９】
なお、このような浸漬によるスパイラル型膜エレメント１の洗浄は、１日に１回〜数回行うか、あるいはスパイラル型膜モジュールの運転条件の変化、例えば操作圧力の増加、透過水量の低下等に応じて行う。
【０１１０】
図４は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。図４は濾過時の運転方法を示しており、本例においても図１のスパイラル型膜モジュールを用いる。なお、本例における洗浄時の運転方法は、前述の図３の運転方法と同様である。
【０１１１】
図４に示すように、濾過時には、配管２５のバルブ３０ａ、配管２８のバルブ３０ｅおよび配管２７ａのバルブ３０ｄを開くとともに、配管２６のバルブ３０ｂ、配管２７のバルブ３０ｃおよび配管２９のバルブ３０ｆを閉じる。
【０１１２】
この場合、図２の例と同様、原水タンク５００から取水された原水７は、配管２５を通して原水入口１３から圧力容器１０の第１の液室１８に導入される。さらに、原水７はスパイラル型膜エレメント１の一端部からスパイラル型膜エレメント１の内部に供給される。
【０１１３】
図５に示すように、スパイラル型膜エレメント１において、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出される。
【０１１４】
集水管５の端部から排出された透過水８は、図４に示すように、透過水出口１４から配管２８を通して圧力容器１０の外部へ取り出される。一方、スパイラル型膜エレメント１の他方の端面側から排出された原水７ａは、第２の液室１９に導出された後、原水出口１５から配管２７ａを通して外部へ取り出され、原水タンク５００に戻される。このように、本例においては、一部の原水７ａを原水出口１５から外部に取り出しつつスパイラル型膜モジュールにおいて濾過を行う。
それにより、スパイラル型膜エレメント１の外周面と圧力容器１０の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ、汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となる。
【０１１５】
なお、上記においては常時バルブ３０ｄを開いて原水７ａを外部に取り出しているが、間欠的にバルブ３０ｄを開いて原水７ａを取り出してもよい。この場合においても、常時原水７ａを取り出す場合と同様、分離膜２に汚染物質が付着するのを抑制することが可能となる。
【０１１６】
また、上記においては圧力容器の外部に取り出した原水７ａの全量を原水タンク５００に戻しているが、取り出した原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
例えば、バルブ３０ｄを開くとともにバルブ３０ｃを開き、配管２７を通して原水７ａの一部を系外へ排出してもよい。
【０１１７】
本例においても、洗浄時には、図３に示す洗浄時の運転方法により高い背圧で逆流洗浄を行うとともに原水３１の導入を行う。それにより、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１１８】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、長期間にわたって透過流束の低下を生じることなく安定して運転を行うことが可能となる。
【０１１９】
特に、本例においては、図４に示すように濾過時に一部の原水７ａを圧力容器１０の外部に取り出すことにより、原水中の汚染物質の膜面への沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器１０の外部に排出することが可能となるため、より安定した濾過運転を行うことが可能となる。この場合、原水出口１５から外部へ取り出した原水７ａを配管２７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１２０】
なお、図４のスパイラル型膜エレメント１の運転時においても、図１のスパイラル型膜エレメント１の運転時と同様、供給される原水７が次亜塩素酸ナトリウム等の汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する薬品を含んでもよく、あるいは凝集剤を含んでもよい。また、洗浄時に洗浄水２１として用いられる透過水８および洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の少なくとも端部から供給される原水３１が次亜塩素酸ナトリウム等の汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する薬品を含んでもよい。
【０１２１】
なお、上記においては、１本のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールの運転を行う場合について説明したが、本発明に係る運転方法は、複数のスパイラル型膜エレメントを備えたスパイラル型膜モジュールにおいても適用可能である。
【０１２２】
図６は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【０１２３】
図６に示すように、本例のスパイラル型膜モジュールは、圧力容器１００内に複数のスパイラル型膜エレメント１が収容されてなる。圧力容器１００は、筒形ケース１１１および１対の端板１２０ａ，１２０ｂにより構成される。筒形ケース１１１の底部には原水入口１３０が形成され、上部には原水出口１３１が形成されている。このように、圧力容器１００はサイドエントリ形状を有する。原水出口１３１はエアー抜きにも用いられる。また、端板１２０ａ，１２０ｂの中央部には透過水出口１４０が設けられている。
【０１２４】
インターコネクタ１１６により集水管５が直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１が筒形ケース１１１内に収容され、筒形ケース１１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂで封止される。なお、ここでは図５のスパイラル型膜エレメント１を用いている。両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管５の一端部が、アダプタ１１５を介してそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合される。各スパイラル型膜エレメント１の外周面の一端部近傍にはパッキン１７０が取り付けられており、このパッキン１７０により、圧力容器１００の内部空間が複数の液室に分離される。
【０１２５】
スパイラル型膜モジュールの原水入口１３０は、配管５５を通して原水タンク５００に接続されている。配管５５にはバルブ６０ａが介挿されており、さらに、このバルブ３０ａの下流側にバルブ６０ｂが介挿された配管５６が接続されている。一方、原水出口１３１には、バルブ６０ｃが介挿された配管５７が接続されており、さらに、バルブ６０ｄが介挿された配管５７ａが配管５７のバルブ６０ｃ上流側に接続されている。この配管５７ａを介して原水出口１３１は原水タンク５００に接続されている。端板１２０ａ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｅが介挿された配管５８ａが接続されており、このバルブ６０ｅの上流側に、バルブ６０ｇが介挿された配管５９ａが接続されている。一方、端板１２０ｂ側の透過水出口１４０には、バルブ６０ｆが介挿された配管５８ｂが接続されており、このバルブ６０ｆの上流側に、バルブ６０ｈが介挿された配管５９ｂが接続されている。
【０１２６】
スパイラル型膜モジュールの濾過時には、配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅおよび配管５８ｂのバルブ６０ｆを開くとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇ、配管５９ｂのバルブ６０ｈ、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じる。
【０１２７】
原水タンク５００から取水された原水７は、配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１００の内部に供給される。スパイラル型膜モジュール内において、原水入口１３０から供給された原水７は、端板１２０ａ側の端部に位置するスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からスパイラル型膜エレメント１の内部に導入される。このスパイラル型膜エレメント１においては、図５に示すように、一部の原水は分離膜２を透過して集水管５の内部に流れ込み、透過水８として集水管５の端部から排出される。一方、分離膜２を透過しなかった残りの原水７ａは、他方の端面側から排出される。この排出された原水７ａは、後段のスパイラル型膜エレメント１の一方の端面側からこのスパイラル型膜エレメント１の内部に導入され、前述と同様にして透過水８および原水７ａに分離される。このように、直列に連結された複数のスパイラル型膜エレメント１の各々において膜分離が行われる。この場合、配管５７のバルブ６０ｃおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じているため、図２の例と同様、各スパイラル型膜エレメント１において分離膜２の透過が促進されてスパイラル型膜モジュールにおいて全量濾過が行われる。
【０１２８】
上記の濾過過程で、原水中に含まれる汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２の膜面に堆積する。特に、上記のように複数のスパイラル型膜エレメント１を備えたスパイラル型膜モジュールにおいて全量濾過を行うと、分離膜２の膜面に汚染物質が堆積しやすい。このような汚染物質の堆積は水の透過速度の低下を引き起こすため、以下に示す洗浄を行って汚染物質を除去する。
【０１２９】
洗浄時には、まず配管５５のバルブ６０ａ、配管５８ａのバルブ６０ｅ、配管５８ｂのバルブ６０ｆおよび配管５７ａのバルブ６０ｄを閉じるとともに、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５７のバルブ６０ｃ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを開き、逆流洗浄を行う。
【０１３０】
逆流洗浄時、端板１２０ａ側においては、配管５９ａおよび配管５８ａを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の一端部に供給される。また、端板１２０ｂ側においては、配管５９ｂおよび配管５８ｂを通して洗浄水２１が透過水出口１４０から集水管５の他端部に供給される。このようにして、洗浄水２１が集水管５の両端部から集水管５の内部に導入される。集水管５の内部に導入された洗浄水２１は、各スパイラル型膜エレメント１において集水管５の外周面から分離膜２の内部へ導出され、濾過時と逆方向に分離膜２を透過する。この際に、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質が分離膜２から剥離する。分離膜２を透過した洗浄水２１は、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れ、各スパイラル型膜エレメント１の両端部から排出される。この排出された洗浄水２１は、原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通してそれぞれ外部へ取り出される。
【０１３１】
この場合、各スパイラル型膜エレメント１の分離膜２に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧が加わるように透過水出口１４０側の圧力、原水入口１３０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定する。それにより、短時間に必要量の洗浄水２１を流すことができ、分離膜２の膜面に堆積した汚染物質を効果的に剥離させることが可能になる。また、剥離した汚染物質が各スパイラル型膜エレメント１の端部から排出されるまでの間に原水スペーサ６に捕捉されるのを抑制し、汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１３２】
なお、本例においては原水入口１３０から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５６のバルブ６０ｂの下流側にさらに配管を設けるとともにこの配置を原水タンク５００に接続することにより、洗浄水２１の一部を原水タンク５００に戻してもよい。
【０１３３】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された洗浄水２１の全量を排水として系外へ排出しているが、この洗浄水２１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、洗浄水２１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１３４】
また、図６の例では、逆流洗浄時に、洗浄水２１が原水入口１３０および原水出口１３１から配管５６および配管５７を通して外部に取り出されているが、洗浄水２１が原水入口１３０から配管５６を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水入口１３０側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５７のバルブ６０ｃを閉じ、原水出口１３１を閉じておく。あるいは、洗浄水２１が原水出口１３１から配管５７を通して外部に取り出されるように透過水出口１４０側の圧力および原水出口１３１側の圧力を設定してもよい。この場合、配管５６のバルブ６０ｂを閉じ、原水入口１３０を閉じておく。
【０１３５】
上記のようにして逆流洗浄を行った後、配管５６のバルブ６０ｂ、配管５９ａのバルブ６０ｇおよび配管５９ｂのバルブ６０ｈを閉じるとともに、配管５５のバルブ６０ａを開く。それにより、原水タンク５００から取水された原水３１が配管５５を通して原水入口１３０から圧力容器１００内に供給される。各スパイラル型膜エレメント１において、原水３１はスパイラル型膜エレメント１の一端部から内部に導入され、原水スペーサ６に沿ってスパイラル型膜エレメント１の内部を軸方向に流れた後に他端部から排出される。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が原水３１によりスパイラル型膜エレメント１の一端部から他端部へ押し流され、スパイラル型膜エレメント１の内部に残存する洗浄水２１とともにスパイラル型膜エレメント１の他端部から排出される。さらに、汚染物質および洗浄水２１は原水３１とともに原水出口１３１から配管５７を通して圧力容器１００の外部へ取り出される。
【０１３６】
このように、逆流洗浄後に濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流すことにより、各スパイラル型膜エレメント１内で分離膜２から剥離した汚染物質を系外に速やかに排出することができる。それにより、分離膜２から剥離した汚染物質が再び分離膜２に付着することを防止することができる。
【０１３７】
なお、本例においては逆流洗浄後に原水３１を軸方向に流しているが、逆流洗浄前に原水３１を軸方向に流してもよい。この洗浄方法によれば、スパイラル型膜エレメント１の膜面に捕捉された汚染物質のほとんどが原水３１により除去され、さらに洗浄水２１を導入することにより、スパイラル型膜エレメント１の膜面に残存する汚染物質を除去することができる。したがって、この場合においても、上記の逆流洗浄と同様の効果が得られる。
【０１３８】
あるいは、逆流洗浄と並行して原水３１を軸方向に流してもよい。例えば上記において、洗浄時に配管５５，５６，５７，５９ａ，５９ｂのバルブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｇ，６０ｈを同時に開き、透過側から洗浄水２１を供給するとともに原水側から原水３１を供給してもよい。この場合、上記のように逆流洗浄後に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１３９】
また、本例においては原水３１を原水入口１３０から供給して原水出口１３１から取り出しているが、原水を原水出口１３１から供給して原水入口１３０から取り出し、各スパイラル型膜エレメント１の内部において濾過時の原水の供給方向と逆方向に原水を流してもよい。この場合、上記のように濾過時の原水の供給方向と同方向に原水３１を流す場合に得られる効果と同様の効果が得られる。あるいは、濾過時の原水の供給方向と同方向および逆方向に順に原水を流してもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の全体に分布した汚染物質を均一に除去して排出することが可能となる。
【０１４０】
また、本例においては原水出口１３１から取り出された原水３１の全量を排水として系外へ排出しているが、この原水３１の一部を排水として系外へ排出するとともに、一部を原水７として再利用してもよい。例えば上記において、配管５７のバルブ６０ｃを開くとともに配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、原水３１の一部を配管５７ａを通して原水タンク５００に戻してもよい。
【０１４１】
上記のような洗浄時における運転方法によれば、濾過時に分離膜２に堆積した汚染物質を効果的に除去することが可能となる。
【０１４２】
以上のように、本例における運転方法によれば、膜面に堆積した汚染物質の除去を充分に行うことができるため、汚染物質が膜面に堆積しやすい全量濾過においても高い透過流束を維持しつつ安定して運転を行い、効率よく透過水８を得ることが可能となる。この場合、全量濾過が行われるので、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１４３】
本例においても、図１に示すスパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法と同様、供給される原水７が、汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する次亜塩素酸ナトリウム等の薬品を含んでもよい。この場合、各スパイラル型膜エレメント１の膜面に付着した汚染物質を除去して、汚染物質の堆積を抑制することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。それにより、スパイラル型膜モジュールにおいて、長期にわたってさらに安定した性能が得られる。
【０１４４】
また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時において、次亜塩素酸ナトリウム等の汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する薬品を含む透過水８を逆流洗浄の洗浄水２１として用いてもよい。この場合、スパイラル型膜エレメント１の細孔内で目詰まりした汚染物質を効果的に除去することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。それにより、スパイラル型膜モジュールにおいて、長期にわたってさらに安定した性能が得られる。
【０１４５】
また、汚染物質の除去作用または殺菌作用を有する薬品を含む原水３１を洗浄時にスパイラル型膜エレメント１の少なくとも一端部から供給してもよい。この場合、各スパイラル型膜エレメント１の膜面上に堆積してケーク層を形成した汚染物質を効果的に除去することが可能になるとともに、膜面における微生物の繁殖を抑制することが可能になる。それにより、スパイラル型膜モジュールにおいて、長期にわたってさらに安定した性能が得られる。
【０１４６】
なお、上記においては、図６のスパイラル型膜モジュールを用いて図２の例のように全量濾過を行う場合について説明したが、図６のスパイラル型膜モジュールを用いて図４の例のように一部の原水７ａを圧力容器１００の外部に取り出しつつ濾過を行ってもよい。
【０１４７】
例えば、図６のスパイラル型膜モジュールの濾過時において、常時または間欠的に配管５７ａのバルブ６０ｄを開き、圧力容器１００内に供給された原水７のうちスパイラル型膜エレメント１の分離膜２を透過しなかった一部の原水７ａを原水出口１３１から配管５７ａを通して圧力容器１００の外部に取り出し、原水タンク５００に戻してもよい。それにより、各スパイラル型膜エレメント１の外周部と圧力容器１００の内周面との間の空隙における液の滞溜を抑制することが可能になる。また、各スパイラル型膜エレメント１の内部において、一端部から他端部に向かう軸方向の原水の流れが形成されるため、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を原水７ａとともに圧力容器の外部に排出することが可能となる。
【０１４８】
このような原水の一部を取り出しつつ濾過を行う運転方法によれば、長時間にわたって透過流束の低下を生じることなく、より安定して運転を行うことが可能となる。この場合、外部へ取り出した原水７ａを配管５７ａを通して循環させるため、高い回収率で透過水８を得ることが可能である。また、原水７を供給するポンプに大きなものを用いる必要がなく、システムの規模を小さくすることが可能となる。それにより、システムコストが低減される。
【０１４９】
図７は、図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。分離膜２は、多孔性補強シート（多孔性シート材）２ａの表面に実質的な分離機能を有する透過性膜体２ｂが密着一体化されて形成されている。
【０１５０】
透過性膜体２ｂは、１種類のポリスルホン系樹脂、あるいは２種類以上のポリスルホン系樹脂の混合物、さらにはポリスルホン系樹脂とポリイミド、フッ素含有ポリイミド樹脂等のポリマーとの共重合体、もしくは混合物から形成される。
【０１５１】
多孔性補強シート２ａは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等を素材とする織布、不織布、メッシュ状ネット、発泡焼結シート等から形成されており、製膜性およびコストの面から不織布が好ましい。
【０１５２】
多孔性補強シート２ａおよび透過性膜体２ｂは、透過性膜体２ｂを構成する樹脂成分の一部が多孔性補強シート２ａの孔の内部に充填された投錨状態で接合されている。
【０１５３】
多孔性補強シート２ａに裏打ちされた分離膜２の背圧強度は、０．２ＭＰａを超え、０．４〜０．５ＭＰａ程度に向上した。なお、背圧強度の規定方法については後述する。
【０１５４】
多孔性補強シート２ａとして不織布を用いて背圧強度を０．２ＭＰａ以上得るためには、不織布の厚みが０．０８〜０．１５ｍｍであり、かつ密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ³ であることが好ましい。厚みが０．０８ｍｍより薄い場合または密度が０．５ｇ／ｃｍ³ より小さい場合には、補強シートとしての強度が得られず、分離膜２の背圧強度を０．２ＭＰａ以上確保することが困難である。一方、厚みが０．１５ｍｍより厚くあるいは密度が０．８ｇ／ｃｍ³ より大きい場合には、多孔性補強シート２ａの濾過抵抗が大きくなったり、不織布（多孔性補強シート２ａ）への投錨効果が小さくなって透過性膜体２ｂと不織布との界面で剥離が起こりやすくなる。
【０１５５】
次に、上記の分離膜２の製造方法について説明する。まず、ポリスルホンに溶媒、非溶媒および膨潤剤を加えて加熱溶解し、均一な製膜溶液を調製する。ここで、ポリスルホン系樹脂は、下記の構造式（化１）に示すように、分子構造内に少なくとも１つの（−ＳＯ₂ −）部位を有するものであれば特に限定されない。
【０１５６】
【化１】

【０１５７】
ただし、Ｒは２価の芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの炭化水素基が２価の有機結合基で結合された２価の有機基を示す。
【０１５８】
好ましくは、下記の構造式（化２）〜（化４）で示されるポリスルホンが用いられる。
【０１５９】
【化２】

【０１６０】
【化３】

【０１６１】
【化４】

【０１６２】
また、ポリスルホンの溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることが好ましい。さらに、非溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等の低級脂肪族ケトンなどを用いることが好ましい。
【０１６３】
溶媒と非溶媒の混合溶媒中の非溶媒の含有量は、得られる混合溶媒が均一である限り特に制限されないが、通常５〜５０重量％、好ましくは２０〜４５重量％である。
【０１６４】
多孔質構造の形成を促進し、または制御するために用いられる膨潤剤としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、硝酸リチウム等の金属塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその金属塩、ホルムアミド等が用いられる。混合溶媒中の膨潤剤の含有量は、製膜溶液が均一である限り特に制限されないが、通常１〜５０重量％である。
【０１６５】
製膜溶液中のポリスルホンの濃度は、通常１０〜３０重量％が好ましい。３０重量％を超えるときは、得られる多孔質分離膜の透水性が実用性に乏しくなり、１０重量％より少ないときは、得られる多孔質分離膜の機械的強度が乏しくなり、充分な背圧強度を得ることができない。
【０１６６】
次に、上記の製膜溶液を不織布支持体上に製膜する。すなわち、連続製膜装置を使用し、不織布等の支持体シートを順次送り出し、その表面に製膜溶液を塗布する。塗布方法としてはナイフコータやロールコータ等のギャップコータを用いて製膜溶液を不織布支持体上に塗布する。例えば、ロールコータを使用する場合は、２本のロールの間に製膜溶液を溜め、不織布支持体上に製膜溶液を塗布すると同時に不織布の内部に充分含浸させ、その後低湿度雰囲気を通過させ、雰囲気中の微量水分を不織布上に塗布した液膜表面に吸収させ、液膜の表面層にミクロ相分離を起こさせる。その後、凝固水槽に浸漬し、液膜全体を相分離および凝固させ、さらに水洗槽で溶媒を洗浄除去する。これにより、分離膜２が形成される。
【０１６７】
このように、上記の分離膜２は背圧強度が高いため、図１および図６のスパイラル型膜エレメント１に用いた場合に０．０５〜０．３ＭＰａの背圧で逆流洗浄を行っても分離膜２の破損が生じることが防止される。
【０１６８】
【実施例】
以下の実施例１〜３および比較例においては、図７に示す構造を有する限外濾過膜を分離膜２として含むスパイラル型限外濾過膜エレメントを作製し、このスパイラル型限外濾過膜エレメントを備えた図１のスパイラル型膜モジュールを用いて後述する条件で連続通水濾過試験を行った。
【０１６９】
実施例１〜３および比較例に用いるスパイラル型限外濾過膜エレメントの仕様は以下の表１に示す通りである。
【０１７０】
【表１】

【０１７１】
ここで、実施例１〜３および比較例のスパイラル型限外濾過膜エレメントに用いた限外濾過膜は、以下のようにして作製した。
【０１７２】
まずポリスルホン（アモコ社製、Ｐ−３５００）を１６．５重量部、Ｎ−メチル−２ピロリドンを５０重量部、ジエチレングリコールを２４．５重量部およびホルムアミドを１重量部で加熱溶解し、均一な製膜溶液を得た。そして、コータギャップを０．１３ｍｍに調整したロールコータを用いて厚み０．１ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ³ のポリエステル製不織布の表面に製膜溶液を含浸塗布した。
【０１７３】
その後、相対湿度が２５％、温度が３０℃の雰囲気（低湿度雰囲気）中を所定の速度で通過させ、ミクロ相分離を生じさせた後、３５℃の凝固水槽中に浸漬して脱溶媒および凝固させ、しかる後、水洗槽で残存溶媒を洗浄除去することにより分離膜２を得た。ここで、実施例１および実施例２の分離膜２は、ミクロ相分離時間（低湿度雰囲気を通過する時間）が４．５秒である。
【０１７４】
上記のようにして作製した限外濾過膜の透水量は１７００Ｌ／ｍ² ・ｈｒであり、背圧強度は０．３ＭＰａであり、平均分子量１００万のポリエチレンオキサイドの阻止率は９９％であった。
【０１７５】
なお、背圧強度は直径４７ｍｍの膜を背圧強度ホルダ（有孔直径２３ｍｍ）にセットし、多孔性補強シート２ａ側より水圧を徐々に加え、透過性膜体２ｂが多孔性補強シート２ａから剥離するか、または透過性膜体２ｂと多孔性補強シート２ａとが同時に破裂するときの圧力で規定される。
【０１７６】
また、ポリエチレンオキサイドの阻止率は、濃度５００ｐｐｍのポリエチレンオキサイド溶液を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ² にて透過させ、原液および透過液の濃度から下式により求めた。
【０１７７】
阻止率（％）［１−（透過液濃度／原液濃度）］×１００
次に、このようにして作製した限外濾過膜を備えたスパイラル型膜モジュールの連続通水濾過試験について以下に説明する。なお、この場合の連続通水濾過試験においては原水７として工業用水（ｐＨ６〜８、水温１５〜３０℃）を供給した。
【０１７８】
［実施例１］
実施例１においては、図１のスパイラル型膜モジュールに供給する原水７中に、常時、殺菌作用および汚染物質の除去作用を有する次亜塩素酸ナトリウムを注入して濾過を行った。実施例１におけるスパイラル型膜モジュールの運転条件を以下の表２に示す。
【０１７９】
【表２】

【０１８０】
なお、逆流洗浄時においては、洗浄水２１（図３）として透過水８（図２）を用い、０．１〜０．２ＭＰａの背圧で５６Ｌ／分の流量で洗浄水２１の供給を行った。また、この場合においては、逆流洗浄後に原水３１（図３）をスパイラル型膜モジュールに供給し、スパイラル型限外濾過膜エレメント内部において濾過時の原水７（図２）の供給方向と同方向に原水３１を流した。
【０１８１】
上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら連続してスパイラル型限外濾過膜エレメントの運転を行った。そして、スパイラル型限外濾過膜エレメントにおける運転時間と膜間差圧との関係を調べた。
【０１８２】
［実施例２］
実施例２においては、図１のスパイラル型膜モジュールの逆流洗浄時に殺菌作用および汚染物質の除去作用を有する次亜塩素酸ナトリウムを洗浄水２１（図３）に注入し、この洗浄水２１（逆洗水）を用いて逆流洗浄を行った。実施例２におけるスパイラル型膜モジュールの運転条件を以下の表３に示す。
【０１８３】
【表３】

【０１８４】
なお、逆流洗浄時においては、洗浄水２１（図３）として透過水８（図２）を用い、０．１〜０．２ＭＰａの背圧で５６Ｌ／分の流量で洗浄水２１の供給を行った。また、この場合においては、逆流洗浄後に原水３１（図３）をスパイラル型膜モジュールに供給し、スパイラル型限外濾過膜エレメント内部において濾過時の原水７（図２）の供給方向と同方向に原水３１を流した。
【０１８５】
上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら連続してスパイラル型限外濾過膜エレメントの運転を行った。そして、スパイラル型限外濾過膜エレメントにおける運転時間と膜間差圧との関係を調べた。
【０１８６】
［実施例３］
実施例３においては、図１のスパイラル型膜モジュールを５日間連続運転した後、殺菌作用および汚染物質の除去作用を有する次亜塩素酸ナトリウムを注入した洗浄水をスパイラル型膜モジュールに供給してスパイラル型限外濾過膜エレメントの浸漬洗浄を行った。実施例３におけるスパイラル型膜モジュールの運転条件を以下の表４に示す。
【０１８７】
【表４】

【０１８８】
なお、逆流洗浄時においては、洗浄水２１（図３）として透過水８（図２）を用い、０．１〜０．２ＭＰａの背圧で５６Ｌ／分の流量で洗浄水２１の供給を行った。また、この場合においては、逆流洗浄後に原水３１（図３）をスパイラル型膜モジュールに供給し、スパイラル型限外濾過膜エレメント内部において濾過時の原水７（図２）の供給方向と同方向に原水３１を流した。
【０１８９】
また、本例においては、浸漬洗浄時に適宜逆流洗浄用の洗浄水２１に次亜塩素酸ナトリウムを注入し、この次亜塩素酸ナトリウムが注入された洗浄水２１を浸漬洗浄用の洗浄水として用いた。
【０１９０】
上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら連続してスパイラル型膜モジュールの運転を行った。そして、スパイラル型限外濾過膜エレメントにおける運転時間と膜間差圧との関係を調べた。
【０１９１】
［比較例］
比較例においては、図１のスパイラル型膜モジュールの濾過運転時および洗浄時において薬品注入を一切行わなかった。比較例におけるスパイラル型膜モジュールの運転条件を以下の表５に示す。
【０１９２】
【表５】

【０１９３】
なお、逆流洗浄時においては、洗浄水２１（図３）として透過水８（図２）を用い、０．１〜０．２ＭＰａの背圧で５６Ｌ／分の流量で洗浄水２１の供給を行った。また、この場合においては、逆流洗浄後に原水３１（図３）をスパイラル型膜モジュールに供給し、スパイラル型限外濾過膜エレメント内部において濾過時の原水７（図２）の供給方向と同方向に原水３１を流した。
【０１９４】
上記のような濾過および洗浄を繰り返し行いながら連続してスパイラル型膜モジュールの運転を行った。そして、スパイラル型限外濾過膜エレメントにおける運転時間と膜間差圧との関係を調べた。
【０１９５】
図８は実施例１〜３および比較例におけるスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。
【０１９６】
図８に示すように、原水７中に常時次亜塩素酸ナトリウムを注入した実施例１においては、膜面における微生物の繁殖を抑制することができるとともに膜面への汚染物質の付着を防止することができる。このため、スパイラル型限外濾過膜エレメントの膜間差圧の変化が小さく、スパイラル型膜モジュールにおいて安定した運転を長期間継続して行うことが可能であった。
【０１９７】
また、逆流洗浄時の洗浄水２１に次亜塩素酸ナトリウムを注入した実施例２においては、一定間隔でしか膜面が次亜塩素酸ナトリウムと接触しないため、実施例１に比べて効果が低くなる。しかしながら、この場合においてもスパイラル型限外濾過膜エレメントにおいて十分に膜間差圧の上昇を抑制することが可能であり、膜間差圧の変化が小さくすることができる。したがって、スパイラル型膜モジュールにおいて、安定した運転を長期間継続して行うことが可能であった。
【０１９８】
一方、実施例３においては、濾過時および逆流洗浄時に薬品注入を行わないため運転時間の経過とともに膜間差圧は上昇する。しかしながら、この場合においては、膜間差圧の上昇に伴って次亜塩素酸ナトリウムを含む洗浄水で浸漬洗浄を行うため、膜間差圧の上昇を抑制することが可能である。したがって、スパイラル型膜モジュールにおいて、安定した運転を長期間継続して行うことが可能であった。
【０１９９】
これに対して、濾過時および洗浄時に薬品の注入を全く行わない比較例においては、運転時間の経過に伴い急激な膜間差圧の上昇が生じるため、連続運転継続が不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるスパイラル型膜モジュールの一例を示す模式的な図である。
【図２】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の一例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法の他の例を示す模式的断面図である。
【図５】図１のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図６】本発明に係るスパイラル型膜モジュールの運転方法のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【図７】図５のスパイラル型膜エレメントに用いられる分離膜の断面図である。
【図８】実施例１〜３および比較例のスパイラル型膜モジュールの膜間差圧の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型膜エレメント
２ 分離膜
３ 透過水スペーサ
４ 封筒状膜
５ 集水管
６ 原水スペーサ
７，３１ 原水
８ 透過水
１０，１００ 圧力容器
１３，１３０ 原水入口
１４，１４０ 透過水出口
１５，１３１ 原水出口
２１ 洗浄水

Claims (16)

1. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの運転方法であって、濾過運転時に前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から原液を供給するとともに前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの運転方法。
2. 前記薬品は次亜塩素酸ナトリウム、クロラミン、過酸化水素、過酢酸またはオゾンであることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
3. 前記薬品を含む原液が凝集剤を含むことを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
4. 前記逆流洗浄時に、前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して前記有孔中空管の外周面から導出される洗浄液を前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
5. 前記洗浄液が透過液であることを特徴とする請求項４記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
6. 前記逆流洗浄時に、前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を供給し、前記スパイラル型膜エレメント内で前記薬品を含む洗浄液を軸方向に流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
7. 前記洗浄液が原液であることを特徴とする請求項６記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
8. 前記分離膜は多孔性シート材の一面に透過性膜体が接合されてなり、前記透過性膜体は前記多孔性シート材の一面に投錨状態で接合されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの運転方法。
9. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの洗浄方法であって、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの洗浄方法。
10. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能なスパイラル型膜エレメントの洗浄方法であって、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に、前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で前記薬品を含む洗浄液を濾過運転時と同じ方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から導出する操作と、前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で前記薬品を含む洗浄液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出する操作とを、順に行うことを特徴とするスパイラル型膜エレメントの洗浄方法。
11. 前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から前記薬品を含む洗浄液を導入して逆流洗浄を行うのと並行して、常時または定期的に前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から前記薬品を含む洗浄液を供給することを特徴とする請求項９または１０記載のスパイラル型膜エレメントの洗浄方法。
12. 前記薬品を含む洗浄液に前記スパイラル型膜エレメントを浸漬することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの洗浄方法。
13. 前記薬品は次亜塩素酸ナトリウム、クロラミン、過酸化水素、硫酸、塩酸、硝酸、水酸化ナトリウム、過酢酸、イソプロピルアルコール、シュウ酸またはクエン酸であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントの洗浄方法。
14. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの運転方法であって、濾過運転時に前記圧力容器の前記原液入口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から原液を供給するとともに前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出し、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させることにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記圧力容器の前記原液出口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出し、前記圧力容器の前記原液入口を通して外部に取り出すことを特徴とするスパイラル型膜モジュールの運転方法。
15. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなり、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの洗浄方法であって、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から排出させ、前記圧力容器の外部に取り出すことにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に前記圧力容器の前記原液出口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む原液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で原液を濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出し、前記圧力容器の前記原液入口を通して外部に取り出すことを特徴とするスパイラル型膜モジュールの洗浄方法。
16. 有孔中空管の外周面に袋状の分離膜が巻回されてなるとともに第１および第２の端部を有し、０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で逆流洗浄が可能な１または複数のスパイラル型膜エレメントが原液入口および原液出口を有する圧力容器内に収容されてなるスパイラル型膜モジュールの洗浄方法であって、逆流洗浄時に前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメントの第１および第２の端部の少なくとも一方から洗浄液を排出させ、前記圧力容器の外部に取り出すことにより０．０５ＭＰａよりも高く０．３ＭＰａ以下の背圧で前記分離膜を逆流洗浄し、前記逆流洗浄前、前記逆流洗浄時または前記逆流洗浄後に、前記圧力容器の前記原液入口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で前記薬品を含む洗浄液を濾過運転時と同じ方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から導出する操作と、前記圧力容器の前記原液出口を通して外部に取り出し、前記圧力容器の前記原液出口を通して前記スパイラル型膜エレメントの前記第２の端部から汚染物質剥離作用または殺菌作用を有する薬品を含む洗浄液を導入して前記スパイラル型膜エレメント内で前記薬品を含む洗浄液を前記濾過運転時と逆方向に流すとともに前記スパイラル型膜エレメントの前記第１の端部から導出し、前記圧力容器の前記原液入口を通して外部に取り出す操作とを、順に行うことを特徴とするスパイラル型膜モジュールの洗浄方法。

Images