JP4505963B2

JP4505963B2 - 膜分離装置の設計方法

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Publication number: JP4505963B2
Application number: JP2000234627A
Authority: JP
Inventors: 啓二上村
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: JP2002045659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密濾過（ＭＦ）膜分離装置、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置などの膜分離装置の設計方法に関する。詳しくは膜モジュールを並列設置した膜ユニットを有する膜分離装置の設計方法であって、この膜モジュール及び膜ユニットの数が適切に選定された膜分離装置の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離装置に用いられる膜モジュールとして、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
【０００３】
図４は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【０００４】
集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回されている。
【０００５】
集水管１には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透過水流路となっている。
【０００６】
袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブラインシール８が周設されている。
【０００７】
原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過してその内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後端側からモジュール外に取り出される。
【０００８】
上記従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
▲１▼ 集水管１内の透過水流量を多くするためには該集水管１を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲２▼ 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内から集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲３▼ 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【０００９】
本発明者は、上記従来の問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールとして、袋状膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイラル型膜モジュールを特開平１０−２７２３４２号等にて提案している。
【００１０】
図５〜８は同号公報に記載のスパイラル型膜モジュールを示すものであり、図５（ａ）はスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図、図５（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図５（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図６はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図７は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図８はスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【００１１】
この袋状膜１０は、正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。この袋状膜１０は、長い一枚の分離膜フィルムを第２の辺部１２の部分で二つに折り返し、第１の辺部１１及び第３の辺部１３において折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着し、第４の辺部１４の一部については接着を行うことなく開放部とした袋状のものである。
【００１２】
第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となっている。
【００１３】
この袋状の膜１０内に透過水流路材（例えばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返したものに限らず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【００１４】
この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されている。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開放部３０に沿って付着されている。
【００１５】
複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜１０，１０同士の間には原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【００１６】
第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されている。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【００１７】
袋状膜１０をシャフト２０の周りに図６の如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き付けることにより、図７に示すように巻回体２４が形成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。
【００１８】
このようにソケット２５とフィン１９とを接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【００１９】
なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに巻き付けるに際しては、図６に示すように、袋状膜１０同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、原水流路が構成される。
【００２０】
図８に示すように、巻回体２４の前縁及び後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６の外周にブラインシール２８を周設する。
【００２１】
このように構成されたスパイラル型膜モジュールにおいては、図８に示すように、巻回体２４の前端面から原水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端面から取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流出する。
【００２２】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【００２３】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００２４】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【００２５】
また、このスパイラル型膜モジュールにあっては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【００２６】
膜分離装置の膜モジュールの洗浄は、通水運転により膜面に付着したＳＳ成分の除去を短い間隔（例えば数分〜数十分に１回）にて実施する逆洗と長い間隔（例えば数日ないし十数日に１回）にて実施する薬品洗浄（薬液を通水する洗浄）で実施されている。
【００２７】
この薬品洗浄（薬液洗浄）を行っている間には当該膜モジュールからは膜濾過水が得られないので、膜濾過水の生産が中断しないようにするために、複数の膜モジュールを並列に配置し、１個又は１グループの膜モジュールを洗浄している間に他の膜モジュールで濾過水の生産を行うようにした所謂メリーゴーランド方式の膜モジュールの運転方法が行われることがある（特開平７−２４２６５号、同１１−２４２６５号、同１１−７０３２５号）。
【００２８】
従来、この種のメリーゴーランド方式の膜分離装置の膜モジュールの数を決定するには次のようにしている。
【００２９】
即ち、必要とされる生産水量Ｐ（ｍ^３）に対し、１個の膜モジュールの単位時間当りの定格生産能力ａ（ｍ^３／ｈ）
Ｐ≦ａ×ｎ’
を満たす最小値ｎ’を求め、膜分離装置の膜モジュールの数ｎを
ｎ＝ｎ’＋１
として決定する。そして、常時ｎ個の膜モジュールに通水運転し、その間に１個の膜モジュールを薬品洗浄する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして決定されたｎ個の膜モジュールよりなるメリーゴーランド方式の膜分離装置が長期の使用に耐えるか否かについては、需要先の現場にテストプラントを設置し、長期にわたり通水して試験している。
【００３１】
上記のｎが多過ぎるときには、膜モジュールへの原水連続通水時間が過度に長くなり、生産能力継続時間Ｔを超え、薬品洗浄が不十分となる。そして、このため、膜モジュールの生産能力が次第に低下し、原水供給圧をかなり高くしなければａ（ｍ^３／ｈ）を得ることができないようになり、遂には限界水圧にまで原水圧を高めても生産水量がａ（ｍ^３／ｈ）に達しないようになる。従来では、このような回復不良が生じないことを長期（例えば数ヶ月以上）の現場通水試験で確認する必要があり、膜分離装置の受注から納品までの納期が著しく長くなっていた。
【００３２】
本発明は、このような長期の通水試験を行うことなく適正数の膜モジュールを有した膜分離装置が提供されるようにすることを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）の膜分離装置の設計方法は、並列に設置された複数の生産能力ａ（単位時間当りの生産水量。単位は例えばｍ^３／ｈ）の膜モジュールを有すると共に、一部の膜モジュールを薬品洗浄する間に他の膜モジュールに原水を通水するように原水及び洗浄薬液を各膜モジュールに切り替えて通水させる通水切替手段を有してなる膜ユニットを備えた膜分離装置の設計方法であって、該膜ユニットの数Ｎと、膜ユニットにおける膜モジュールの数ｎとが最適化された膜分離装置の設計方法に関する。
【００３４】
本発明では、原水を該膜モジュールに試験通水することにより、生産能力ａ（ｍ^３／ｈ）が継続する時間Ｔと、生産能力ａ（ｍ^３／ｈ）を回復させるのに必要な薬液洗浄時間ｔとを予め求めておき、Ｔ／ｔ≧ｍを満たす最大整数ｍを求める。また、仮想ユニット生産水量Ｑ（ｍ^３／ｈ）をＱ＝（ｍ−１）・ａより求める。そして、この仮想ユニット生産水量Ｑが該膜分離装置の必要生産水量Ｐ（ｍ^３／ｈ）よりも大きいときにはｎ＝ｍ、Ｎ＝１と決定する。
【００３５】
なお、この仮想ユニット生産水量Ｑ（ｍ^３／ｈ）が必要生産水量Ｐ（ｍ^３／ｈ）よりも小さいときには、ＮをＰ／Ｑ≦Ｎを満たす最小整数として決定し、ｎについては、必要生産水量Ｐ（ｍ^３／ｈ）をＮで除した膜ユニット割当水量Ｐ／Ｎに対しＰ／Ｎ≦ａ×（ｎ−１）を満たす最小値として決定する。
【００３７】
なお、上記の水量の単位ｍ^３，ｍ^３／ｈは一例であり、本発明ではこれ以外の水量の単位（例えばｍ^３／ｄａｙ，リットル／分）が用いられてもよいことは明らかである。
【００３８】
前記の通り、膜分離装置の膜モジュールの洗浄は、通水運転により膜面に付着したＳＳ成分の除去を短い間隔（例えば数分〜数十分に１回）にて実施する逆洗と長い間隔（例えば数日ないし十数日に１回）にて実施する薬品洗浄（薬液を通水する洗浄）で実施されている。本発明では、現場通水試験において、定格生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）の継続時間Ｔと、定格生産水量を回復させるのに必要な薬液洗浄時間ｔとを求めるだけでよい。なお、膜モジュールの生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）は、膜モジュールに対して供給する原水圧を高めることにより増大する。そして、膜モジュールの洗浄が不十分であったとしても、通水再開後の原水圧を高めることにより定格生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）を得ることはできる。ただし、このように通水再開時の原水圧を初期圧（新品の膜モジュールに通水したときに定格生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）を得るのに必要な給水圧）よりも高くしなければならないということは、薬液洗浄が不十分ということであり、この不十分な薬液洗浄が繰り返されていくと、遂には原水圧を限界まで高めても定格生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）を得ることはできない。
【００３９】
本発明では、原水圧を初期圧としても定格生産水量ａ（ｍ^３／ｈ）を得ることができるようになる十分な薬液洗浄を行う時間を薬液洗浄時間ｔとして求める。
【００４０】
この薬液洗浄時間ｔは、通水と薬液洗浄とのサイクルを数回行えば確認することができる。そのため、本発明では、現場での通水試験は１週間ないし長くても数週間行えば十分であり、数ヶ月以上かかる従来例に比べ格段に短くて足りる。また、通水試験において、定格生産水量ａを現場の水質に応じて設定し直すこともできる。
【００４１】
このように定められた生産のための通水時間Ｔと薬液洗浄時間ｔとに基づいて決定された数の膜モジュール及び膜ユニットを有する本発明の膜分離装置によれば、著しく長期にわたり確実に必要生産水量Ｐを得ることができる。
【００４２】
本発明の膜分離装置は、上記の特開平１０−２７２３４２号公報のスパイラル型膜モジュール、即ち、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているものに特に好適に適用できる。
【００４３】
このタイプのスパイラル型膜モジュールは、繰り返し逆洗が施されても破損しにくく、また逆洗が容易であり且つ逆洗により透過水量が回復し易い。
【００４４】
本発明で用いる膜モジュールは、膜孔径が１μｍ以上例えば１〜１００μｍ、特に２〜１０μｍとりわけ２〜５μｍ程度のＭＦ膜モジュールが好ましい。孔径が１μｍ未満の膜は、透過水量が少ない。
【００４５】
本発明では、原水としては井水、表流水、工場排水などが例示されるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
原水中に色度成分、フミン質、フミン状物質などの除去すべき有機物質が含まれているときには、無機凝集剤を添加してもよいが、通常は無機凝集剤の添加は不要である。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る膜分離装置の系統図である。
【００４８】
この実施の形態では、５個の膜モジュール４０が並列された膜ユニット２００，３００が並設されている。原水は、原水ライン６０から分岐した配管によって各膜モジュール４０に分配供給可能とされ、各膜モジュール４０からの生産水（透過水）は透過水取出ライン８３に合流して取り出される。
【００４９】
各膜モジュール４０の原水流入側の配管と透過水取出側の配管とには、それぞれ弁が設けられている。また、図面を簡明とするために図示はしないが、各膜モジュール４０に逆洗水の供給手段及び排出手段と、洗浄薬液の供給手段及び排出手段とがそれぞれ接続されている。
【００５０】
膜ユニット２００，３００は、いずれも、５個の膜モジュール４０のうちいずれか１個を薬液洗浄に供し、残りの４個にて透過水の生産を行っている。
【００５１】
図１では、ドットを付した各ユニット２００，３００の最上位の膜モジュール４０が薬液洗浄中であり、残りの４個の膜モジュール４０が透過水生産中である。
【００５２】
この膜ユニット及び各膜ユニットにおける膜モジュールの数の決定法について実例に即して説明する。
【００５３】
この膜モジュールは、定格生産水量ａが８．３ｍ^３／ｈである。需要家の必要生産水量Ｐは６０ｍ^３／ｈであった。
【００５４】
この膜モジュールを需要家現場に持ち込んでテストプラントを組み、現場通水試験を行った。即ち、需要家から排出される半導体洗浄排水を膜モジュールに通水し、定格生産水量継続時間Ｔと、初期圧にて定格生産水量を得ることができるようにするために必要な薬液洗浄時間ｔとを求めたところ、約１週間の通水試験の結果、定格生産水量継続時間Ｔは３０ｈ、薬液洗浄時間は４ｈであることが確認された。このデータより、
Ｔ／ｔ＝３０／４＝７．５
であるので、Ｔ／ｔ≧ｍを満たす最大整数は７であった。このｍ＝７は、１回の継続時間Ｔ＝３０ｈの間に７本の膜モジュールを薬液洗浄することができることを示す。即ち、７×４（ｈ）＝２８（ｈ）＜３０（ｈ）である。
【００５５】
この結果、１つの仮想ユニットにおいては７個の膜モジュールを備え、そのうちの１個で薬液洗浄する間に他の６個（ｍ−１＝６）で透過水生産するメリーゴーランド方式を組むことが可能である。この仮想ユニットの生産水量Ｑ（ｍ^３／ｈ）は、

と算出される。
【００５６】
このＱ＝４９．８ｍ^３／ｈは、必要生産水量Ｐ＝６０ｍ^３／ｈよりも小さいので、１個の膜ユニットではＰ＝６０ｍ^３／ｈを賄えず、２基以上の膜ユニットが必要である。
【００５７】

であるので、Ｐ／Ｑ≦Ｎを満たす最小整数はＮ＝２となり、膜ユニットを２基用いることが決定される。
【００５８】
各膜ユニットの膜モジュールの数ｎは、各膜ユニットに対する割当生産水量が

と算定されるので
Ｐ／Ｎ≦ａ×（ｎ−１）
に各値を代入し、この関係を満たす最小値として求められる。
３０≦８．３×（ｎ−１）
（ｎ−１）≧３．６
ｎ≧４．６
であるので、ｎ＝５として決定された。
【００５９】
従って、図１の通り、ａ＝８．３ｍ^３／ｈの膜モジュール４０が５個並列された膜ユニットを２基並設する。各ユニットの生産能力は８．３×４＝３３．２ｍ^３／ｈであり、２ユニットの合計の生産能力は３３．２×２＝６６．４ｍ^３／ｈとなり、必要生産水量Ｐ＝６０ｍ^３／ｈを上回る。
【００６０】
また、この場合の通水・薬液洗浄パターンは図１（ｂ）の通りとなる。Ｗは薬液洗浄時間帯、Ｆは生産時間帯を示す。この図１（ｂ）から明らかな通り、この図１の膜分離装置では、いずれの膜ユニットも１６時間原水通水、４時間薬液洗浄のパターンとなり、限界となる３０時間よりも前に余裕をもって薬液洗浄されるので、薬液洗浄により生産水量が確実に回復する。
【００６１】
〔比較例〕
比較のために、上記の膜モジュール４０を用いた場合の従来の設計手法を適用した場合について説明する。
【００６２】
この場合、必要生産水量Ｐ＝６０ｍ^３／ｈであり、

となり、Ｐ＝６０ｍ^３／ｈを得るには、同時に８個の膜モジュールを運転する必要があることが分る。従って、全膜モジュールの数は、この８個に対し、薬液洗浄中の待機膜モジュールの数１を加え９本として決定される。
【００６３】
図２（ａ）は、この従来の設計方法によって設計された膜分離装置の系統図である。１個の膜モジュール（図２の場合、最も上位のもの）が薬液洗浄している間に残りの８個の膜モジュールで透過水を生産するので、
８．３（ｍ^３／ｈ）×８＝６６．４（ｍ^３／ｈ）
の総生産水量が得られる。
【００６４】
ところが、この場合、図２（ｂ）に示すように、各膜モジュールは、４時間の薬液洗浄時間帯と３２時間の生産時間帯とを繰り返すことになり、生産時間帯が限界の３０時間を２時間だけオーバーしている。４時間の薬液洗浄では除去しきれないこの２時間分の余分の汚れが膜モジュールに少しずつ堆積することになり、数ヶ月〜１年程度経過すると、原水供給圧を許容上限まで高めても必要生産水量Ｐ＝６０ｍ^３／ｈを確保できなくなってしまう。
【００６５】
〔好ましい膜ユニットの構成例〕
次に、本発明で採用するのに好適な膜ユニットの構成例について図３を参照して説明する。
【００６６】
なお、図３では、図面を簡明にするために４個の膜モジュール４０Ａ〜４０Ｄが並設されているが、５個あるいは他の数の膜モジュールが並設される場合も同様に構成される。
【００６７】
前記図５〜８の構造のスパイラル型膜モジュール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが円筒状の耐圧ベッセル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ内に収容されている。ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの前端面の原水ポート５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄには、弁６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄを有した原水ライン６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを介して集合原水ライン６０が接続されている。各弁６１Ａ〜６１Ｄと原水ポート５１Ａ〜５１Ｄとの間の原水ライン６０Ａ〜６０Ｄは、逆洗水取出用の弁６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄを介して逆洗排水取出ライン６２に接続されている。
【００６８】
ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの後端面の中央の濃縮水ポート５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄには前記ソケット２５が内嵌している。この濃縮水ポート５２Ａ〜５２Ｄは、弁７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄを介して濃縮水ライン７０に接続されている。
【００６９】
ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの後端面の周辺側に位置する透過水ポート５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄは、透過水ライン８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ、タンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄ及び弁８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄを介して集合透過水ライン８３に接続されている。また、タンク８１Ａ〜８１Ｄと、弁８２Ａ〜８２Ｄとの間の透過水ライン８０Ａ〜８０Ｄには、気体ライン８４及び弁８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄを介してコンプレッサ等の加圧空気源から空気が供給可能とされている。
【００７０】
この膜モジュール４０Ａ〜４０Ｄを洗浄薬液で洗浄するために、２個の薬液タンク９１，９２が各ベッセル５０Ａ〜５０Ｄに接続されている。
【００７１】
薬液タンク９１にはポンプ１０１を有した配管９３が接続されており、この配管９３は弁９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃ，９３Ｄを介して各ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの濃縮水ポート５２Ａ〜５２Ｄに接続されている。
【００７２】
薬液タンク９２にはポンプ１０２を有した配管９８が接続されており、この配管９８は弁９８Ａ，９８Ｂ，９８Ｃ，９８Ｄを介して各ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの原水ポート５１Ａ〜５１Ｄに接続されている。
【００７３】
膜モジュール４０Ａ〜４０Ｄを薬液で洗浄した後にリンス（すすぎ）を行うが、このリンス排水を排出するために各ベッセル５０Ａ〜５０Ｄの濃縮水ポート５２Ａ〜５２Ｄは弁９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ，９４Ｄを介してリンス排水排出ライン９４に接続されている。
【００７４】
なお、ポンプ１０１，１０２を迂回するように配管９３，９８から分岐した配管９５，１０５がタンク９１，９２の上部に引き回され、この配管９５，１０５に弁９６，１０６が設けられている。これらの弁９６，１０６は膜モジュールの薬品洗浄のときに必要に応じ開とされる。ポンプ１０１，１０２も膜モジュールの薬品洗浄のときに必要に応じ作動される。
【００７５】
このように構成された膜分離装置にあっては、いずれか１個の膜モジュールを薬品洗浄又は休止状態とし、残りの３個の膜モジュールで定常濾過運転を行う。
【００７６】
例えば、膜モジュール４０Ａがこの定常濾過運転状態にある場合、弁６１Ａ，７１Ａ，８２Ａは開、弁６３Ａ，９８Ａ，９３Ａ，９４Ａ，８５Ａは閉とされる。原水は、ライン６０，６０Ａからベッセル５０Ａ内に流入し、膜モジュール４０Ａによって膜分離処理される。透過水はポート５３Ａからライン８０Ａ，８３を介して取り出され、濃縮水はポート５２Ａからライン７０を介して取り出される。他の膜モジュールが定常濾過運転状態とされる場合も、同様に原水、透過水及び濃縮水が流れる。
【００７７】
なお、この定常濾過運転中に短いインターバルにて膜モジュールの逆洗が行なわれる。膜モジュール４０Ａを逆洗する場合、弁６１Ａ，９８Ａ，７１Ａ，８２Ａ，９３Ａ，９４Ａは閉、弁６３Ａ，８５Ａは開とされる。これにより、加圧空気源からの空気圧がタンク８１Ａに印加され、タンク８１Ａ内の透過水がポート５３Ａを介してベッセル５０Ａ内に逆流し、膜モジュール４０Ａの透過水側（２次側）から原水又は濃縮水側（１次側）に透過水が逆流し、膜モジュール４０Ａが逆洗される。なお、タンク８１Ａ内の透過水がすべて流出した後は空気が膜モジュール４０Ａの２次側から１次側に流れ、空気逆洗が行なわれる。
【００７８】
この逆洗排水は、ライン６２を介して排出される。この透過水或いはさらに空気による逆洗は、短いインターバル（例えば、数分ないし数十分に１回）の割合で行なわれる。この逆洗は、定常濾過運転の一部として行なわれるものであり、当然ながら後述の薬品洗浄とは異なる。
【００７９】
なお、この実施の形態では透過水をタンク８１Ａ〜８１Ｄに貯留させておき、透過水によって膜モジュールを逆洗しているが、タンク８１Ａ〜８１Ｄを省略し、実質的に空気のみで逆洗するようにしてもよい。
【００８０】
逆洗排水ライン６２から流出した逆洗排水の一部又は全量を原水として利用しても良い。
【００８１】
この定常濾過運転を継続していると、逆洗を所定インターバルで実施していても、膜モジュールの膜透過差圧が次第に増大してくる。この膜透過差圧が許容値に達する寸前となるタイミングにて膜モジュールを薬品洗浄工程におき、それまで薬品洗浄状態又は休止状態にあった膜モジュールを定常濾過運転工程に復帰させる。例えば、膜モジュール４０Ａを定常濾過運転から薬品洗浄又は休止状態とし、入れ替わりに膜モジュール４０Ｄを定常濾過運転に復帰させる。
【００８２】
この薬品洗浄工程の操作手順について、膜モジュール４０Ａを薬品洗浄する場合を例にとって次に説明する。
【００８３】
弁６１Ａ，６３Ａ，９４Ａ，７１Ａ，８５Ａ，８２Ａは閉とされる。また、弁９６も閉とされ、弁１０６が開とされる。弁９３Ａ，９８Ａは開とされる。
【００８４】
この状態でポンプ１０１が作動され、タンク９１内の薬液が配管９３からポート５２Ａを介して膜モジュール４０Ａの１次側に供給される。膜モジュール４０Ａの１次側を通り抜けた薬液は、ポート５１Ａから配管１０５を介してタンク９２に導入される。
【００８５】
所定時間タンク９１側からタンク９２側へ膜モジュール４０Ａに薬液を流通した後、薬液の流れを逆にしてタンク９２内の薬液をタンク９１側へ向って膜モジュール４０Ａに流通させる。即ち、ポンプ１０１を停止し、弁９６を開とし、弁１０６を閉とし、ポンプ１０２を作動させる。これにより、タンク９２側からタンク９１側へ膜モジュール４０Ａの１次側流路内を薬液が流通する。
【００８６】
このように薬液をタンク９１からタンク９２に流し再度タンク９２からタンク９１へ戻す往復動作を必要に応じ複数回繰り返し、膜モジュール４０Ａの１次側を薬液洗浄する。
【００８７】
必要な回数だけ薬液が往復し、タンク９２側からタンク９１へ戻った後、膜モジュール４０Ａをリンス（すすぎ）する。この実施の形態では、リンス用水として原水を用いる。即ち、このリンスを行うには、弁９８Ａ，９３Ａを閉、弁６１Ａ，９４Ａを開とする。弁６３Ａ，７１Ａ，８２Ａは閉のままである。これにより、原水がライン６０，６０Ａ及びポート５１Ａを介して膜モジュール４０Ａの１次側に流通し、この１次側及びベッセル５０Ａ内に残っていた洗浄用薬液がライン９４を介して排出される。リンスに必要にして十分な量の原水を流した後、弁９４Ａを閉とする。これにより、膜モジュール４０Ａの薬液洗浄とリンスとが終了する。
【００８８】
このリンス終了後、膜モジュール４０Ａを休止状態（Ｓ）としても良い。即ち、弁９４Ａを閉としたままベッセル５０Ａ内（及び膜モジュール４０Ａの１次側）に原水を保有させておき、次回の定常濾過運転復帰を待つ。定常濾過運転復帰に際しては、弁８２Ａを開とするだけでよく、ベッセル内及び膜モジュール１次側が原水で満たされているので直ちに定常濾過運転が開始する。
【００８９】
なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジュール４０Ａ〜４０Ｄをシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置きするのが好ましい。
【００９０】
上記実施の形態においては、ソケット２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【００９１】
本発明は図５〜８の膜モジュール以外の膜モジュールを備えた膜分離装置の洗浄にも適用できる。また、膜ユニットを３基又は４基以上並列に設けてもよい。
【００９２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると膜分離装置から長期にわたり確実に必要量の生産水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係る膜分離装置を示す通水系統図、（ｂ）図はその運転スケジュール図である。
【図２】（ａ）図は従来例の通水系統図、（ｂ）図はその運転スケジュール図である。
【図３】実施の形態に係る膜ユニットの系統図である。
【図４】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【図５】（ａ）図はスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】図５のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図７】図５の膜モジュールの巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図８】図５のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【符号の説明】
１０袋状膜
１１第１の辺部
１２第２の辺部
１３第３の辺部
１４第４の辺部
１５流路材
１６，１７，１８接着剤
１９フィン
２０シャフト
２４巻回体
２５ソケット
２９メッシュスペーサ
３０透過水流出用の開放部
３１透過水流出阻止用の閉鎖部
４０膜モジュール
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄスパイラル型膜モジュール
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄベッセル
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ原水ライン
６２逆洗排水取出ライン
７０濃縮水ライン
８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ透過水ライン
８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄ透過水タンク
８３透過水取出ライン
８４気体ライン
９１，９２薬液タンク
９４リンス排水排出ライン
１０１，１０２ポンプ
２００，３００膜ユニット

Claims

並列に設置された複数の生産能力ａ（単位時間当りの生産水量）の膜モジュールを有すると共に、一部の膜モジュールを薬品洗浄する間に他の膜モジュールに原水を通水するように原水及び洗浄薬液を各膜モジュールに切り替えて通水させる通水切替手段を有してなる膜ユニットを備えた膜分離装置の設計方法であって、
該膜ユニットの数をＮ、膜ユニットにおける膜モジュールの数をｎとし、
原水を該膜モジュールに試験通水することにより予め求められている生産能力ａが継続する時間Ｔと、生産能力ａを回復させるのに必要な薬液洗浄時間ｔとから、
Ｔ／ｔ≧ｍ
を満たす最大整数ｍを求め、
仮想ユニット生産水量Ｑを
Ｑ＝（ｍ−１）・ａ
より求め、この仮想ユニット生産水量Ｑが該膜分離装置の必要生産水量Ｐよりも大きいときにはｎ＝ｍ、Ｎ＝１と決定することを特徴とする膜分離装置の設計方法。
請求項１において、前記仮想ユニット生産水量Ｑが必要生産水量Ｐよりも小さいときには、Ｎを
Ｐ／Ｑ≦Ｎ
を満たす最小整数として決定し、
ｎについては、必要生産水量ＰをＮで除した膜ユニット割当水量Ｐ／Ｎに対し
Ｐ／Ｎ≦ａ×（ｎ−１）
を満たす最小値として決定することを特徴とする膜分離装置の設計方法。