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WO2013002244A1 - 膜ろ過方法および膜ろ過装置 - Google Patents

膜ろ過方法および膜ろ過装置 Download PDF

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Publication number
WO2013002244A1
WO2013002244A1 PCT/JP2012/066340 JP2012066340W WO2013002244A1 WO 2013002244 A1 WO2013002244 A1 WO 2013002244A1 JP 2012066340 W JP2012066340 W JP 2012066340W WO 2013002244 A1 WO2013002244 A1 WO 2013002244A1
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WO
WIPO (PCT)
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water
pretreatment
membrane
membrane module
filtration
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/066340
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博文 森川
一憲 富岡
智宏 前田
Original Assignee
東レ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東レ株式会社 filed Critical 東レ株式会社
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Priority to US14/128,960 priority patent/US20140131281A1/en
Priority to KR1020137034454A priority patent/KR20140040173A/ko
Priority to CA2840477A priority patent/CA2840477A1/en
Priority to AU2012276702A priority patent/AU2012276702B2/en
Priority to CN201280031141.9A priority patent/CN103619450A/zh
Priority to EP12803970.8A priority patent/EP2727644A4/en
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Definitions

  • the present invention is a membrane in which pretreated water obtained by filtering raw water with a pretreatment membrane module equipped with a filtration membrane is further treated with a reverse osmosis membrane module equipped with a reverse osmosis membrane to obtain permeated water and concentrated water.
  • the present invention relates to a filtration method and a membrane filtration device.
  • the present invention is a filtration membrane for filtering raw water to obtain pretreated water and concentrated water, for example, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or a pretreatment membrane module comprising both of these membranes.
  • a water treatment system comprising a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane to obtain permeate and concentrated water by filtering the pretreatment water obtained by the pretreatment membrane module, and reverse osmosis with these pretreatment membrane modules
  • the membrane module is combined with a pipe line with a specific relationship, and the pretreatment water flowing through the pipe line is used to backwash the filtration membrane of the pretreatment membrane module that requires backwashing of the filtration membrane.
  • the present invention relates to a membrane filtration method and a membrane filtration apparatus.
  • Membrane filtration methods using microfiltration membranes and ultrafiltration membranes have features such as energy saving, space saving, labor saving, and improved filtration water quality, so their use in various fields is expanding.
  • Membrane filtration methods using microfiltration membranes and ultrafiltration membranes are applied to, for example, water purification processes that produce industrial water and tap water from river water, groundwater, and sewage treated water, or sewage reuse reverse osmosis membranes. It is applied to the pretreatment of raw water used in the treatment process and seawater desalination reverse osmosis membrane treatment process.
  • pretreatment membrane permeation by a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane (hereinafter sometimes simply referred to as a pretreatment membrane).
  • Water hereinafter sometimes simply referred to as pretreated water
  • a reverse osmosis membrane raw water tank Water (hereinafter sometimes simply referred to as pretreated water) is temporarily stored in a reverse osmosis membrane raw water tank, and the pretreated water once stored in this tank is reverse osmosis membrane using a pressure pump. Had to supply.
  • microorganisms are likely to be generated in the pretreatment water stored in the reverse osmosis membrane raw water tank, and when the pretreatment water containing the generated microorganisms is supplied to the reverse osmosis membrane, the reverse osmosis membrane It had the problem of being contaminated by microorganisms.
  • Patent Document 1 or 2 proposes to supply pretreated water obtained by the pretreated membrane directly to the reverse osmosis membrane.
  • the feature is that it is not necessary to provide a reverse osmosis membrane raw water tank for temporarily storing pretreated water, which has been necessary in the past, and therefore, contamination of the reverse osmosis membrane by microorganisms is avoided.
  • Patent Document 1 or 2 proposes using concentrated water from a reverse osmosis membrane as backwash water for a pretreatment membrane.
  • scale substances such as calcium carbonate and calcium sulfate contained in the concentrated water of the reverse osmosis membrane are deposited, resulting in an increase in the operating pressure of the pretreatment membrane.
  • FIG. 4 of Patent Document 1 or FIG. 2 of Patent Document 2 a part of pretreated water once stored in a reverse osmosis membrane raw water tank is used as backwash water.
  • the pretreated water stored in the reverse osmosis membrane raw water tank is also supplied to the reverse osmosis membrane. Therefore, the problem of contamination of the reverse osmosis membrane by the microorganisms described above remains.
  • the object of the present invention is to further treat pretreated water obtained by filtering raw water with a filtration membrane, for example, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or a pretreatment membrane module equipped with both of these membranes.
  • a membrane filtration method and membrane filtration apparatus for treating with a reverse osmosis membrane module having a reverse osmosis membrane to obtain permeated water and concentrated water the problems of the above-mentioned conventional technology are solved, and the operation of the pretreatment membrane module
  • An object of the present invention is to provide a membrane filtration method and a membrane filtration device that can prevent an increase in pressure.
  • the membrane filtration method of the present invention for achieving the object of the present invention is as follows.
  • One or two or more pretreatment membrane modules provided with a filtration membrane for filtering raw water, and one or two or more reverse osmosis membrane modules provided with a reverse osmosis membrane for filtering pretreatment water obtained by the pretreatment membrane module The raw water is supplied to the pretreatment membrane module, the raw water is separated into pretreatment water and concentrated water by the filtration membrane, and the obtained pretreatment water is supplied to the reverse osmosis membrane module,
  • a communication pipe that directly connects the outlet of the pretreated water in the pretreatment membrane module and the inlet of the pretreated water in the reverse osmosis membrane module is provided, and the front flowing through the communication pipe
  • a branch pipe for leading a part of the treated water from the communication pipe is provided; and
  • a downstream end of the branch pipe is connected to the pretreatment membrane module via a pretreatment water storage tank for storing the pretreatment water provided in
  • a part of the pretreated water stored in the pretreated water storage tank may be returned to the raw water so as to be used as a part of the raw water.
  • the membrane filtration apparatus for achieving the object of the present invention is as follows.
  • Reverse osmosis for filtering raw water storage tank, one or more pretreatment membrane modules provided with a filtration membrane for filtering raw water supplied from the raw water storage tank, and pretreatment water obtained by the pretreatment membrane module 1 or 2 or more reverse osmosis membrane modules provided with a membrane, the raw water is supplied to the pretreatment membrane module, and the raw water is separated into pretreatment water and concentrated water by the filtration membrane,
  • a communication pipe that directly connects the outlet of the pretreated water in the pretreatment membrane module and the inlet of the pretreated water in the reverse osmosis membrane module is provided, and the front flowing through the communication pipe
  • a branch pipe for leading a part of the treated water from the communication pipe is provided; and
  • the pretreatment water of the pretreatment membrane module passes through a pretreatment water storage tank in which the
  • the downstream end of the branch pipe is directly connected to the communication pipe connected to the pretreatment water outlet of the pretreatment membrane module, and the pretreatment water flowing through the branch pipe ,
  • the membrane filtration apparatus characterized in that the filtration membrane of the pretreatment membrane module requiring backwashing of the filtration membrane is backwashed.
  • a part of the pretreated water stored in the pretreated water storage tank may be returned to the raw water storage tank.
  • a communication conduit is provided that directly connects the pretreatment water outlet in the pretreatment membrane module and the pretreatment water introduction in the reverse osmosis membrane module.
  • a branch pipe for deriving a part of the pretreated water flowing therethrough from the communication pipe, and the pretreatment led out from the communication pipe by the branch pipe.
  • the pretreatment water supplied to the reverse osmosis membrane module is directly supplied from the pretreatment membrane module to the reverse osmosis membrane module through the communication conduit, and is not temporarily stored in the storage tank as in the conventional case.
  • the backwashing of the filtration membrane of the pretreatment membrane module is performed by the pretreatment water derived from the communication pipe through the branch pipe, the pretreatment using the permeated water or concentrated water of the conventional reverse osmosis membrane module is performed.
  • a membrane filtration method and a membrane filtration device in which the above-mentioned problems in backwashing of a membrane membrane filtration membrane are solved.
  • FIG. 1 is a side schematic flow diagram illustrating a state in which constituent elements in one embodiment of the membrane filtration device of the present invention are coupled by a pipe line.
  • FIG. 2 is a front schematic flow diagram showing a state in which the constituent elements in another aspect of the membrane filtration device of the present invention are coupled by a pipe line.
  • FIG. 3 is a side schematic flow diagram showing a state in which the constituent elements in the conventional membrane filtration apparatus are coupled by a pipe line.
  • the basic technical idea of the present invention is provided with a communication conduit through which pretreatment water flows, which directly connects the pretreatment water outlet of the pretreatment membrane module and the pretreatment water introduction port of the reverse osmosis membrane module,
  • a pre-treatment that is provided with a branch pipe that leads out from the communication pipe a part of the pre-treatment water that flows through the communication pipe toward the inlet of the pre-treatment water of the reverse osmosis membrane module, and that flows through the branch pipe
  • the purpose is to backwash the filtration membrane of the pretreatment membrane module, which requires backwashing of the filtration membrane using water.
  • FIG. 1 is a side schematic flow diagram showing a state in which constituent elements in one embodiment of the membrane filtration device of the present invention are connected by a pipe line.
  • the water treatment system WT1 includes a raw water storage tank 1, a pretreatment membrane module 4, and a reverse osmosis membrane module 7.
  • raw water 1a In the raw water storage tank 1, raw water 1a is stored.
  • the raw water storage tank 1 has a raw water outlet 1c at one end thereof (the lower left end in FIG. 1). Although not shown, the raw water storage tank 1 is connected to a raw water supply pipe for continuously or intermittently supplying raw water to the raw water storage tank 1 from the outside.
  • the pretreatment membrane module 4 has a filtration membrane 4a (for example, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or a filtration membrane of both of them) that filters raw water and separates it into pretreatment water and concentrated water.
  • a filtration membrane 4a for example, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or a filtration membrane of both of them
  • the pretreatment membrane module 4 has a raw water inlet 4b at one end (the lower end in FIG. 1), a pretreatment water outlet 4c at the other end (the upper end in FIG. 1), and another other end.
  • a concentrated water outlet 4d is provided at the upper left end of the circumferential surface in FIG.
  • the reverse osmosis membrane module 7 has a reverse osmosis membrane 7a for filtering the pretreated water and separating it into permeated water and concentrated water.
  • the reverse osmosis membrane module 7 has a pretreated water introduction port 7b at one end (left end in FIG. 1), a permeate outlet port 7c at the other end (right end in FIG. 1), and other components.
  • the concentrated water outlet 7d is provided at one end (in FIG. 1, the lower right end of the circumferential surface).
  • the raw water outlet 1c of the raw water storage tank 1 and the raw water inlet 4b of the pretreatment membrane module 4 are connected by a raw water supply pipe PL1, and the raw water supply pipe PL1 is provided with a raw water supply pump 2 and downstream thereof.
  • the raw water supply valve 3 is provided on the side (raw water inlet 4b side).
  • the raw water supply pipe PL1 has a pipe branch point BP1 at a position between the raw water supply valve 3 and the raw water inlet 4b, and a drain pipe PL2 branched from the pipe branch point BP1 is coupled to the raw water supply pipe PL1.
  • a drain valve 17 is provided in the drain line PL2.
  • the pretreatment water outlet 4c of the pretreatment membrane module 4 and the pretreatment water introduction port 7b of the reverse osmosis membrane module 7 are coupled by a communication line PL3 through which the pretreatment water flows. From the outlet 4c to the pretreatment water introduction port 7b, a filtration valve 5, a pressurizing pump 18, and a water intake flow rate adjustment valve 11 are sequentially provided.
  • the communication line PL3 has a pipe branch point BP2 at a position between the filtration valve 5 and the pressurizing pump 18, and a pipe branch at a position between the pretreatment water outlet 4c and the filtration valve 5. It has a point BP3.
  • the pipeline branch point BP2 and the pipeline branch point BP3 are coupled by the branch pipeline PL4 so that the pretreated water can flow from the pipeline branch point BP2 to the pipeline branch point BP3, but the branch pipeline PL4. Is provided with a pretreated water storage tank 14 in the middle thereof.
  • the downstream end of the branch pipe PL4a in the first half of the branch pipe PL4 between the pipe branch point BP2 and the pretreatment water storage tank 14 is at one end (upper in FIG. 1) of the pretreatment water storage tank 14.
  • the pretreatment water storage tank 14 is connected so that the pretreatment water can be supplied.
  • the pretreatment water 14a stored in the pretreatment water storage tank 14 is supplied to the pretreatment water storage tank 14 from the communication pipe PL3 through the branch pipe PL4a.
  • the branch pipe PL4a is provided with a bypass flow meter 12 and a bypass flow rate adjustment valve 13 from the pipe branch point BP2 toward the pretreatment water storage tank 14.
  • a flow rate control line 12a is provided between the bypass flow meter 12 and the bypass flow rate adjustment valve 13, and based on the data detected by the flow meter, the pretreatment supplied to the pretreated water storage tank 14 by the bypass flow rate adjustment valve 13 The water flow rate can be adjusted.
  • a pretreated water outlet 14c is provided at one end of the pretreated water storage tank 14 (the lower left end in FIG. 1).
  • the pretreated water outlet 14c and the pipe branch point BP3 are the latter half of the branch pipe PL4.
  • a branch pipe PL4b is provided with a backwash pump 15 and a backwash valve 16 from the pretreated water outlet 14c toward the pipe branch point BP3.
  • a concentrated water discharge line PL5 is coupled to the concentrated water outlet 4d of the pretreatment membrane module 4, and an air vent valve 6 is provided in the concentrated water discharge line PL5.
  • the concentrated water discharge pipe PL5 is also used for discharging the backwash water, and may be referred to as a backwash water discharge pipe.
  • the permeated water outlet 7c of the reverse osmosis membrane module 7 is coupled with a permeated water outlet pipe PL6, and a permeated water flow meter 8 is provided in the permeated water outlet pipe PL6.
  • a flow rate control line 8a is provided between the permeate flow meter 8 and the intake flow rate adjustment valve 11 provided in the communication line PL3. Based on the data detected by the flow meter, reverse osmosis by the intake flow rate adjustment valve 11 is provided. The flow rate of the pretreatment water supplied to the membrane module 7 can be adjusted.
  • a concentrated water discharge line PL7 is coupled to the concentrated water outlet 7d of the reverse osmosis membrane module 7, and the concentrated water flow meter 9 and the concentrated water are connected to the concentrated water discharge line PL7 in the direction in which the concentrated water is discharged.
  • a flow rate adjustment valve 10 is provided.
  • a flow rate control line 9 a is provided between the concentrated water flow meter 9 and the concentrated water flow rate adjustment valve 10, and is discharged from the reverse osmosis membrane module 7 by the concentrated water flow rate adjustment valve 10 based on data detected by the flow meter. The flow rate of concentrated water can be adjusted.
  • the raw water supply valve 3 in the raw water supply pipeline PL1 is opened when supplying raw water from the raw water storage tank 1 to the pretreatment membrane module 4.
  • the filtration valve 5 in the communication line PL3 through which the pretreatment water flows is opened.
  • the discharge valve (air vent valve) 6 in the concentrated water discharge pipe PL5 is opened when the filtration membrane 4a is subjected to back pressure cleaning or air cleaning.
  • the backwash valve 16 in the branch line PL4b is opened when the filtration membrane 4a is backwashed.
  • the drainage valve 17 in the drainage pipe PL2 is opened when the water on the raw water side of the pretreatment membrane module 4 is discharged.
  • the pretreatment water side (pretreatment water outlet 4c) of the pretreatment membrane module 4 and the water intake side (pretreatment water introduction port 7b) of the reverse osmosis membrane module 7 are directly coupled by the communication line PL3.
  • a branch pipe PL4 (PL4a) is provided at a pipe branch point BP2 in the communication pipe PL3, and a bypass water flow meter 12 and a bypass water flow rate adjustment valve 13 are provided at the branch pipe PL4a.
  • the pretreatment that flows through the branch line PL4a by adjusting the opening degree of the bypass water flow rate adjustment valve 13 via the flow rate control line 12a according to the flow rate value of the pretreatment water detected by the bypass water flow meter 12.
  • the flow rate of water can be controlled to a constant flow rate.
  • the outlet (downstream end) of the branch pipe line PL4a in the first half of the branch pipe line PL4 is connected to the pretreatment membrane backwash water storage tank (pretreatment water storage tank) 14, and the pretreatment flowing through the branch pipe line PL4a Water is stored in the pretreatment membrane backwash water storage tank 14.
  • a backwash pump 15 is provided in the branch line PL4b in the latter half of the branch line PL4 connected to the pretreatment water outlet 14c of the pretreatment membrane backwash water storage tank 14.
  • the discharge side of the backwash pump 15 is connected to the pretreatment water side (pretreatment water outlet 4c) of the pretreatment membrane module 4 via the branch line PL4b, the pipe branch point BP3, and the communication line PL3. ing.
  • the pretreatment water stored in the pretreatment membrane backwash water storage tank 14 is supplied to the pretreatment water side (pretreatment water outlet 4c) of the pretreatment membrane module 4, and the pretreatment membrane module 4
  • the filter membrane 4a is backwashed.
  • FIG. 1 is a side view and is not shown in the figure, the water treatment system WT1 in FIG. 1 has a plurality of independent pretreatment membrane modules each positioned in parallel.
  • the pretreatment membrane module 4 located in the forefront among the plurality of pretreatment membrane modules is shown.
  • the reverse osmosis membrane module 7 is shown in FIG. 1, all the downstream ends of the respective communication pipes extending from each of the plurality of pretreatment membrane modules are coupled to the reverse osmosis membrane module 7.
  • Some of the pretreatment membrane modules among the plurality of pretreatment membrane modules continue to filter raw water, i.e. other pretreatment membrane modules that need to be backwashed during the filtration process, for example
  • the filtration process of the pretreatment membrane module 4 is stopped, and the pretreatment water stored in the pretreatment membrane backwash water storage tank 14 is poured into the pretreatment water side of the pretreatment membrane module 4 and needs to be backwashed.
  • the filtration membrane 4a of the pretreatment membrane module 4 can be backwashed.
  • the pretreatment backwash water storage tank 14 and the raw water storage tank 1 are connected by a reflux line PL8, and a part of the pretreatment water stored in the pretreatment backwash water storage tank 14 is transferred to the raw water storage tank 1. You may make it reflux.
  • the reflux line PL8 By providing the reflux line PL8, it is possible to effectively use unused pretreated water as raw water, and the water recovery rate of the water treatment system WT1 can be increased.
  • the raw water 1a stored in the raw water storage tank 1 is supplied by the raw water supply pump 2 to the raw water side of the pretreatment membrane module 4 through the raw water inlet 4b after the raw water supply valve 3 of the raw water supply pipe PL1 is opened.
  • the air accumulated on the raw water side of the pretreatment membrane module 4 is discharged from the open air vent valve 6. After the discharge of air is completed, the air vent valve 6 is closed and the filtration valve 5 of the communication line PL3 is opened.
  • Pretreatment water of the pretreatment membrane module 4 flows from the pretreatment water outlet 4c through the communication line PL3, and is supplied to the water intake side of the reverse osmosis membrane module 7 through the pretreatment water introduction port 7b.
  • a portion of the pretreated water supplied to the reverse osmosis membrane module 7 permeates the reverse osmosis membrane 7a of the reverse osmosis membrane module 7 to become reverse osmosis membrane permeated water, and the rest is reverse osmosis in which dissolved salt or the like is concentrated. It becomes membrane concentrated water.
  • the flow rate of the concentrated water flowing from the concentrated water outlet 7d through the concentrated water discharge pipe PL7 is adjusted by the flow rate control line 9a according to the flow rate value detected by the concentrated water flow meter 9. Is controlled.
  • the flow rate of the permeated water flowing from the permeated water outlet 7c through the permeated water outlet line PL6 is adjusted by the flow rate control line 8a according to the flow rate value detected by the permeated water flow meter 8. That is, the flow rate of the pretreatment water flowing into the reverse osmosis membrane module 7 from the communication line PL3 through the pretreatment water introduction port 7b (the intake water flow rate of the reverse osmosis membrane module 7) is adjusted. Is done.
  • FIG. 1 is a side view, it is not shown, but the water treatment system WT1 has a plurality of pretreatment membrane modules provided individually and in parallel. In FIG. 1, only the foremost pretreatment membrane module 4 is shown.
  • the pretreatment membrane module 4 shown in the figure is a pretreatment membrane module that requires back pressure cleaning in a state where one pretreatment membrane module (not shown) continues to filter raw water. And In this state, the raw water supply valve 3 and the filtration valve 5 are closed with respect to the pretreatment membrane module 4 that requires back pressure cleaning, and the raw water filtration process by the pretreatment membrane module 4 is stopped.
  • the air vent valve 6 of the concentrated water discharge line PL5 and the backwash valve 16 of the branch line PL4b are opened, the backwash pump 15 of the branch line PL4b is operated, and the pretreatment membrane backwash water storage tank 14 is opened.
  • the stored pretreatment water passes from the branch line PL4b through the pipe branch point BP3 and the communication line PL3, and is supplied from the pretreatment water outlet 4c to the pretreatment water side of the pretreatment membrane module 4.
  • the backwash water (pretreatment water) that has passed through the pretreatment membrane (filtration membrane) 4a in the direction opposite to that when the raw water is filtered passes through the open air vent valve 6 and is supplied to the concentrated water discharge line PL5 as washing wastewater. Discharged. This process is called a back pressure washing process. After the back pressure washing process is operated for a predetermined time, the back washing pump 15 is stopped and the back washing valve 16 is closed.
  • pressurized air is supplied to the lower portion of the pretreatment membrane module 4 to swing the pretreatment membrane (filtration membrane) 4a.
  • an air cleaning step in which the pretreatment membrane (filtration membrane) 4a is washed may be performed.
  • the drain valve 17 is opened, and the backwash water remaining on the raw water side of the pretreatment membrane module 4 is discharged from the pretreatment membrane module 4. This completes all the backwashing steps of the pretreatment membrane module 4 that required backpressure washing.
  • the raw water supply valve 3 is opened, and the raw water is supplied to the pretreatment membrane module 4 that has been backwashed.
  • the air accumulated on the raw water side of the pretreatment membrane module 4 is discharged from the open air vent valve 6.
  • the washing waste water may be discharged from the drain valve 17 or may not be discharged.
  • the air vent valve 6 After the air exhaust from the air vent valve 6 is finished, the air vent valve 6 is closed and the filtration valve 5 is opened, so that the pretreatment membrane module 4 that has completed the backwashing is different from other pretreatment membrane modules. Similarly, the process returns to the raw water filtration process.
  • the amount of pretreated water stored in the pretreated membrane backwash water storage tank 14 is preferably in accordance with the amount of pretreated water required for backwashing.
  • the pretreatment water stored in the pretreatment water storage tank in the pretreatment membrane module series in another raw water filtration step can be used. It is possible to use a pretreatment water by arranging a pipeline. However, if such a backwashing process is adopted, the operation of the water treatment system WT1 becomes complicated, and this may lead to a decrease in the production efficiency of the permeated water by the reverse osmosis membrane module that is the final purpose of the water treatment system WT1. Such a backwashing process is not preferred.
  • the pretreatment water is stored in the reflux line PL8 for returning the pretreatment water remaining in the pretreatment water storage tank 14 to the raw water side of the pretreatment membrane, that is, the raw water storage tank 1. It is preferable that the pretreatment water provided between the tank 14 and the raw water storage tank 1 and remaining in the pretreatment water storage tank 14 can be used as raw water.
  • the reflux line PL8 provides pretreatment water that exceeds the capacity when the pretreatment water storage capacity of the pretreatment water storage tank 14 is exceeded. It is also possible to use the raw water storage tank 1 so as to be refluxed. Thereby, the amount of pretreatment water that has not been used can be reduced or eliminated, and the water recovery rate in the water treatment system WT1 can be increased.
  • the water treatment system WT1 includes a plurality of pretreatment membrane modules
  • the case where there is one pretreatment membrane module is also included in the aspect of the present invention.
  • the permeated water production process by the one-line water treatment system composed of the pretreatment membrane module 4 and the reverse osmosis membrane module 7, that is, the filtration process is stopped.
  • the pretreatment water stored in the pretreatment water storage tank 14 is used to backwash the filtration membrane 4a of the pretreatment membrane module 4.
  • the permeated water production efficiency in the water treatment system is equipped with the plurality of pretreatment membrane modules described above, and one pretreatment is performed. Even when the membrane module is in the backwashing step, it is significantly lower than in the case of the water treatment system WT1 in which the other pretreatment membrane module is in the filtration step. Therefore, this embodiment is an embodiment of the present invention but is not a preferable embodiment.
  • FIG. 2 is a front schematic flow diagram showing a state in which the constituent elements in another aspect of the membrane filtration device of the present invention are coupled by a pipe line.
  • the water treatment system WT2 includes one raw water storage tank 1, three pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C that filter the raw water 1a supplied from the raw water storage tank 1, and the respective pretreatment membrane modules. It has one reverse osmosis membrane module 7 for filtering the pretreated water obtained by 4A, 4B, 4C.
  • Each of the raw water storage tank 1 and the pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C is coupled by a raw water supply pipeline PL1.
  • the raw water supply pipe PL1 is provided with one raw water supply pump 2 and raw water supply valves 3A, 3B, 3C corresponding to the respective pretreatment membrane modules 4A, 4B, 4C.
  • the raw water supply pipe PL1 is provided with a drain pipe PL2 branched between the raw water supply valves 3A, 3B, 3C and the pretreatment membrane modules 4A, 4B, 4C.
  • the drainage pipe PL2 is provided with drainage valves 17A, 17B, and 17C corresponding to the respective pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C.
  • Each of the pretreatment membrane modules 4A, 4B, 4C and the reverse osmosis membrane module 7 are coupled by a communication conduit PL3.
  • the communication line PL3 includes filtration valves 5A, 5B, and 5C corresponding to the respective pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C, one pressurizing pump 18 on the downstream side thereof, and an intake water flow rate on the downstream side thereof.
  • a regulating valve 11 is provided.
  • a branch pipe PL4 branched at a position between the filtration valves 5A, 5B, 5C and the pressurizing pump 18 is coupled to the communication pipe PL3.
  • the downstream end of the branch pipe PL4 is coupled to the communication pipe PL3 at a position between each pretreatment membrane module 4A, 4B, 4C and each filtration valve 5A, 5B, 5C.
  • a flow rate control line 12a is provided between the bypass flow meter 12 and the bypass flow rate adjustment valve 13, and the flow rate of the pretreatment water can be adjusted by the bypass flow rate adjustment valve 13 based on data detected by the flow meter. .
  • Each of the pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C is coupled with a backwash water discharge conduit PL5.
  • the backwash water discharge conduit PL5 corresponds to each of the pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C.
  • the discharge valves 6A, 6B, 6C are provided.
  • the reverse osmosis membrane module 7 is coupled with a permeated water outlet line PL6, and a permeated water flow meter 8 is provided in the permeated water outlet line PL6.
  • a flow rate control line 8a is provided between the permeate flow meter 8 and the intake flow rate adjustment valve 11 provided in the communication line PL3. Based on the data detected by the flow meter, reverse osmosis by the intake flow rate adjustment valve 11 is provided. The flow rate of the pretreatment water supplied to the membrane module 7 can be adjusted.
  • the reverse osmosis membrane module 7 is connected with a concentrated water discharge line PL7.
  • the concentrated water discharge line PL7 is provided with a concentrated water flow meter 9 and a concentrated water flow rate adjustment valve 10 in a direction in which the concentrated water is discharged. It has been.
  • a flow rate control line 9 a is provided between the concentrated water flow meter 9 and the concentrated water flow rate adjustment valve 10, and is discharged from the reverse osmosis membrane module 7 by the concentrated water flow rate adjustment valve 10 based on data detected by the flow meter. The flow rate of concentrated water can be adjusted.
  • the water treatment system WT2 includes three pretreatment membrane modules 4A, 4B, and 4C, but the number of pretreatment membrane modules may be two or four or more as necessary. Moreover, there may be a plurality of raw water storage tanks and reverse osmosis membrane modules as necessary. How to connect these elements by pipes can be understood with reference to how to connect the elements according to the purpose and action of each element in the water treatment system WT2 described below.
  • the water treatment system WT2 shown in FIG. 2 is different from the water treatment system WT1 shown in FIG. 1 in that raw water supply valves 3A, 3B and 3C, pretreatment membrane modules 4A, 4B and 4C, filtration valves 5A, 5B and 5C, The air vent valves 6A, 6B and 6C, the backwash valves 16A, 16B and 16C, and the drain valves 17A, 17B and 17C are provided in parallel to each other, and are opposite to the pretreatment water side of the pretreatment membrane module.
  • the downstream ends corresponding to the pretreatment membrane modules 4A, 4B and 4C of the branch pipes branched from the communication pipe connecting the water intake side of the osmosis membrane module are connected to the front through the backwash valves 16A, 16B and 16C. It is a point directly connected to the pretreatment water side of each of the treatment membrane modules 4A, 4B and 4C.
  • a pressurizing pump 18 is provided on a communication pipe line connecting the pretreatment water side of the pretreatment membrane module 4 and the water intake side of the reverse osmosis membrane module 7.
  • the pressure pump 18 can be omitted by applying a pressure obtained by adding the transmembrane differential pressure of the pretreatment membrane module 4 to the supply pressure required in the reverse osmosis membrane module 7.
  • the flow rate of the pretreatment water in the bypass water flow meter 12 is always the same as the pretreatment water amount for one of the pretreatment membrane modules 4A, 4B, or 4C by adjusting the opening of the bypass water flow rate adjustment valve 13. It has been adjusted.
  • the backwash water that has passed through the pretreatment membrane in the direction opposite to the filtration is discharged from the pretreatment membrane module 4C as washing wastewater through the open air vent valve 6C, and the reverse pressure of the pretreatment membrane module 4C The cleaning process is started.
  • pretreatment membrane module 4A After the back pressure cleaning for a predetermined time, the process proceeds to the back pressure cleaning step for the next pretreatment membrane module (preliminarily referred to as pretreatment membrane module 4A). That is, simultaneously with closing the air vent valve 6C and the backwash valve 16C, the raw water supply valve 3C and the filtration valve 5C are opened to start filtration of the pretreatment membrane module 4C, and at the same time, the raw water supply valve 3A and the filtration The valve 5A is closed to stop the filtration of the pretreatment membrane module 4A, and at the same time, the air vent valve 6A and the backwash valve 16A are opened. Thereby, a part of the pretreatment water is supplied to the pretreatment water side of the pretreatment membrane module 4A.
  • the backwash water that has passed through the pretreatment membrane in the direction opposite to the filtration is discharged from the pretreatment membrane module 4A as washing wastewater through the open air vent valve 6A, and the back pressure of the pretreatment membrane module 4A The cleaning process is started.
  • the process proceeds to the backwashing step for the next pretreatment membrane module 4B.
  • the reverse of the first pretreatment membrane module 4C By proceeding to the pressure washing step and repeating the same steps below, all the pretreatment membrane modules are periodically backwashed.
  • the amount of backwash water supplied to the pretreatment water side of the pretreatment membrane module is the same as the amount of pretreatment water for one pretreatment membrane module
  • the amount of backwash water can be changed. For example, in the case of four pretreatment membrane modules, if one pretreatment membrane module that moves to the back pressure washing process is left as it is, the amount of backwash water can be selected for one or two pretreatment membrane modules, If there are two pretreatment membrane modules that simultaneously shift to the back pressure washing step, the amount of backwash water supplied to one pretreatment membrane module can be selected to be one pretreatment membrane module or 0.5. Similarly, the options for the amount of backwash water can be increased by further increasing the number of pretreatment membrane modules.
  • the air washing step is backwashed.
  • the cleaning wastewater retained on the raw water side of the pretreatment membrane module can be discharged from the pretreatment membrane module by performing before and after the step or opening the drain valve after backwashing.
  • air accumulated on the raw water side of the pretreatment membrane module is discharged from the air vent valve, and in this step, the cleaning wastewater retained on the raw water side of the pretreatment membrane module is It is also possible to apply a flushing process for discharging through a vent valve.
  • the raw water side of the pretreatment membrane module is kept constant with backwashing water to which an oxidizing agent has been added. It is also preferable to perform immersion for a period every time or every certain number of times in order to suppress an increase in filtration resistance of the pretreatment membrane.
  • the filtration membrane (pretreatment membrane) 4a used in the pretreatment membrane module is a fine filtration membrane capable of blocking particles and polymers of 0.1 ⁇ m or more, and blocks particles and polymers of 2 nm or more and less than 0.1 ⁇ m.
  • As the form of the microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane used for the pretreatment membrane module a hollow fiber membrane type, a flat membrane type, a spiral type, or a tubular type can be used. A membrane type is preferred.
  • the membrane filtration method may be a total filtration module or a cross flow filtration module, but a full filtration module is preferred from the viewpoint of low energy consumption.
  • it may be a pressurization type module or an immersion type module, the pressurization type module is preferred from the viewpoint that a high flux operation is possible.
  • it may be an external pressure type that supplies raw water from the outside of the membrane and obtains permeated water from the inside, or an internal pressure type that supplies raw water from the inside of the membrane and obtains permeated water from the outside. From the viewpoint of simplicity of processing, an external pressure type is preferred.
  • the material of the filtration membrane is not particularly limited.
  • Materials for the pretreatment membrane include polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polyamide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl alcohol copolymer, cellulose, cellulose acetate Polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene and the like, and composite materials thereof can be exemplified.
  • polyvinylidene fluoride is superior in chemical resistance, so that the pretreatment membrane filtration function can be recovered by periodically cleaning the pretreatment membrane with chemicals, leading to longer life of the pretreatment membrane module. It is preferable as a material for the pretreatment film.
  • Examples of the material of the case of the pretreatment membrane module in which the filtration membrane (pretreatment membrane) is accommodated include polyolefins such as polyethylene, polypropylene and polybutene, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether Copolymer (PFA), fluorinated ethylene polypropylene copolymer (FEP), ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene trifluoride-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) Fluorine resins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and other chlorinated resins, as well as polysulfone resins, polyethersulfone resins, polyallylsulfone resins, polyphenyl ether Resin, acrylonitrile-butadiene-styrene cop
  • the reverse osmosis membrane module is a spiral-type element in which a sheet-like membrane is wrapped around a water collection pipe, or a sheet-type membrane attached on both sides of a plate-type support plate and laminated at regular intervals via spacers.
  • the element may be in any form, but it is preferable to use a spiral element from the viewpoint of operability and compatibility.
  • the number of elements can be arbitrarily set according to the membrane performance. When spiral type elements are used, the number of elements to be loaded in one module is preferably arranged in a series of about 1 to 8 elements.
  • a plurality of reverse osmosis membrane modules 7 may be arranged in parallel.
  • the reverse osmosis membrane constituting the reverse osmosis membrane module may be anything as long as it has desalting performance.
  • As the material of the membrane for example, polyamide-based, polypiperazine amide-based, polyester amide-based, or water-soluble vinyl polymer crosslinked can be used.
  • the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and has fine pores with gradually increasing pore diameters from the dense layer to the inside of the membrane or the membrane on the other side (asymmetric membrane), or such an asymmetric membrane
  • a material having a very thin separation functional layer (composite membrane) formed of another material on the dense layer of the membrane can be used.
  • a composite membrane is preferable, and among them, a polyamide-based composite membrane is preferable, and a piperazine polyamide-based composite membrane is more preferable in terms of the amount of permeated water and chemical resistance.
  • a reverse osmosis membrane module 7 was prepared by loading six spiral type reverse osmosis membrane elements SU-810 (manufactured by Toray Industries, Inc.) in series. Using these, the water treatment system WT1 shown in FIG. 1 was configured, and an experiment was performed under the following conditions.
  • Seawater was used as raw water, and the pretreatment membrane module 4 and the other one pretreatment membrane module were all filtered. After 30 minutes of membrane filtration process time, one each of the two pretreatment membrane modules, alternately, 75 L / min constant flow back pressure washing process time 30 seconds, air washing process time 30 seconds, in the pretreatment membrane module The raw water side was completely discharged, the raw water side in the pretreatment membrane module was washed with the raw water in order, and the operation of returning to the membrane filtration step was repeated. Moreover, the pretreatment water of the pretreatment membrane module was fractionated at a constant flow rate of 150 L / h through the branch pipe and stored in the pretreatment membrane backwash water storage tank 14.
  • the pretreatment water that overflowed the pretreatment membrane backwash water storage tank 14 was sent to the raw water storage tank 1. Further, the reverse osmosis membrane module 7 was operated with the permeated water amount of the reverse osmosis membrane module 7 being a constant flow rate of 1.4 m 3 / h and the concentrated water amount being a constant flow rate of 2.6 m 3 / h.
  • the membrane differential pressure in each pretreatment membrane module was 20 kPa at 25 ° C. temperature-corrected differential pressure.
  • the membrane pressure difference in each pretreatment membrane module when both of the pretreatment membrane modules were in the membrane filtration step after the operation for one month was 40 kPa at 25 ° C. temperature correction differential pressure. .
  • a lower pressure is preferable because an increase in filtration resistance of the pretreatment membrane module is suppressed.
  • the reverse washing water of the pretreatment membrane module was able to operate the reverse osmosis membrane module 7 continuously for one month without being insufficient.
  • Two pre-treatment membrane modules were prepared by arranging two external pressure PVDF hollow fiber membrane modules HFU-2020 (manufactured by Toray Industries, Inc.) in parallel.
  • a reverse osmosis membrane module was prepared in which six spiral reverse osmosis membrane elements SU-810 (manufactured by Toray Industries, Inc.) were loaded in series.
  • the conventional water treatment system WT3 shown in FIG. 3 was formed using these prepared modules.
  • the conventional water treatment system WT3 shown in FIG. 3 has a reverse osmosis membrane concentrated water storage tank 19 for storing the concentrated water of the reverse osmosis membrane module 7, and feeds water to the backwash pump 15 with reverse osmosis membrane concentrated water.
  • 1 has a communication line PL3 that connects the pretreatment water side of the pretreatment membrane module 4 and the water intake side of the reverse osmosis membrane module 7 in the water treatment system WT1 shown in FIG. 1 is the same as the water treatment system WT1 of FIG. 1 except that it does not have the branched branch line PL4 and therefore does not have the bypass water flow meter 12 and the bypass water flow rate adjustment valve 13 on the branch line PL4. It is.
  • the reverse osmosis membrane module 7 was operated with the permeated water amount of the reverse osmosis membrane module 7 being a constant flow rate of 1.4 m 3 / h and the concentrated water amount being a constant flow rate of 2.6 m 3 / h.
  • the membrane differential pressure in each pretreatment membrane module was 20 kPa at 25 ° C. temperature-corrected differential pressure.
  • the membrane differential pressure in each pretreatment membrane module when both of the pretreatment membrane modules were in the membrane filtration step after the operation for one month was 120 kPa at 25 ° C. temperature correction differential pressure.
  • the value of the membrane differential pressure is about three times the value of the membrane differential pressure in Example 1, and it can be said that the backwashing of the filtration membrane of the pretreatment membrane module using the concentrated water of the reverse osmosis membrane module is preferable. Not shown.
  • the membrane filtration method and the membrane filtration device of the present invention are prepared by filtering raw water such as river water, groundwater, sewage treated water, or seawater, and a pretreatment membrane having a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane. Filtration caused by continuous use of the pretreatment membrane module in the water purification process in which pretreatment water is obtained by filtering with the module and the obtained pretreatment water is supplied to the reverse osmosis membrane module to produce industrial water and tap water As the backwashing water used in the backwashing process of the filtration membrane to reduce the increased filtration resistance due to clogging of the membrane, the permeated water of the pretreatment membrane module, that is, the membrane filtration method when using the pretreatment water, and It is a membrane filtration device.
  • Raw water storage tank 1a Raw water 1c: Raw water outlet port 2: Raw water supply pump 3, 3A, 3B, 3C: Raw water supply valve 4, 4A, 4B, 4C: Pretreatment membrane module 4a: Filtration membrane 4b: Raw water inlet 4c: Pretreatment water outlet 4d: Concentrated water outlet 5, 5A, 5B, 5C: Filtration valve 6, 6A, 6B, 6C: Drain valve (air vent valve) 7: Reverse osmosis membrane module 7a: Reverse osmosis membrane 7b: Pretreatment water inlet 7c: Permeate outlet 7d: Concentrated water outlet 8: Permeated water flow meter 8a: Flow control line 9: Concentrated water flow meter 9a: Flow rate Control line 10: Concentrated water flow rate adjustment valve 11: Intake water flow rate adjustment valve 12: Bypass flow meter 12a: Flow rate control line 13: Bypass flow rate adjustment valve 14: Pretreatment water reservoir (pretreatment membrane backwash water reservoir) 14a: Pretreated water 14c: Pretreated water 14c

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Abstract

　原水をろ過膜でろ過して前処理水を得る前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールで得られた前処理水を逆浸透膜でろ過して透過水と濃縮水とを得る逆浸透膜モジュールと、前記前処理膜モジュールの前記前処理水の導出口と前記逆浸透膜モジュールの前記前処理水の導入口とを直接結合する連通管路と、該連通管路を流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する該連通管路から分岐した分岐管路を有し、該分岐管路により導出された前記前処理水を用いて、前記前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗を行う膜ろ過方法、および、膜ろ過装置。

Description

膜ろ過方法および膜ろ過装置
　本発明は、原水をろ過膜を備えた前処理膜モジュールでろ過して得られる前処理水を、さらに逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールで処理して透過水と濃縮水とを得る膜ろ過方法および膜ろ過装置に関する。
　詳しくは、本発明は、原水をろ過して前処理水と濃縮水を得るろ過膜、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、あるいは、これらの双方のろ過膜を備えた前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールにより得られる前処理水をろ過して透過水と濃縮水を得る逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールからなる水処理システムを用い、これらの前処理膜モジュールと逆浸透膜モジュールを特異な関係をもって管路により結合し、この管路を流れる前処理水により、ろ過膜の逆洗が必要とされる前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗を行うことを特徴とする膜ろ過方法および膜ろ過装置に関する。
　精密ろ過膜や限外ろ過膜による膜ろ過方法は、省エネルギー、省スペース、省力化、および、ろ過水質向上等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。精密ろ過膜や限外ろ過膜による膜ろ過方法は、例えば、河川水や地下水や下排水処理水から、工業用水や水道水を製造する浄水プロセスに適用され、あるいは、下排水再利用逆浸透膜処理工程や海水淡水化逆浸透膜処理工程に用いられる原水の前処理に適用されている。
　従来、例えば、特許文献１の図４、あるいは、特許文献２の図２に示されるように、精密ろ過膜や限外ろ過膜（以下において、単に、前処理膜と云う場合がある）による透過水（以下において、単に、前処理水と云う場合がある）を、一旦、逆浸透膜原水タンクに貯留し、このタンクに一旦貯留された前処理水を、加圧ポンプを用いて逆浸透膜に供給していた。しかしながら、この方法は、逆浸透膜原水タンク内に貯留されている前処理水には微生物が発生しやすく、発生した微生物を含む前処理水が逆浸透膜に供給されると、逆浸透膜が微生物により汚染されるという問題を有していた。
　この問題を解決するために、前処理膜により得られた前処理水を直接逆浸透膜に供給することが、特許文献１あるいは２に提案されている。その特徴は、従来必要であった前処理水を一旦貯留する逆浸透膜原水タンクを設ける必要がなく、従って、微生物による逆浸透膜の汚染が回避されることにある。
　一方、原水の前処理膜でのろ過を継続すると、原水に含まれる濁質や有機物、無機物等の除去対象物が前処理膜面に蓄積し、前処理膜の目詰まりが発生する。これにより前処理膜のろ過抵抗が上昇し、やがてろ過の継続ができなくなる。そこで、前処理膜のろ過抵抗上昇を抑えるため、洗浄水を前処理膜の前処理水側から原水側へ逆流させ、前処理膜を洗浄することを定期的に行うことが必要となる。この洗浄は、通常、逆洗と呼称され、あるいは、洗浄水は通常ある程度加圧され逆洗に用いられるが、あえて加圧されていることを示す場合は、逆圧洗浄と呼称されている。また、用いられる洗浄水は、通常、逆洗水、あるいは、逆圧洗浄水と呼称されている。
　従来、逆洗水として、逆浸透膜の透過水が使用される場合があるが、この透過水の使用は、水回収率の低下をもたらすという欠点を有していた。一方、特許文献１あるいは２には、逆浸透膜の濃縮水を前処理膜の逆洗水に用いることが提案されている。しかし、逆浸透膜の濃縮水に含まれる炭酸カルシウムや硫酸カルシウムなどのスケール物質が析出し、前処理膜の運転圧力の上昇をもたらすという問題があった。更には、特許文献１の図４、あるいは、特許文献２の図２に示されるように、逆洗水として、逆浸透膜原水タンクに一旦貯留された前処理水の一部が使用される場合があるが、逆浸透膜原水タンク内に貯留されている前処理水は、逆浸透膜にも供給される。そのため、上述した微生物による逆浸透膜の汚染の問題が残存している。
ＪＰ１０－２６３５３９Ａ ＪＰ２００７－１８１８２２Ａ
　本発明の目的は、原水をろ過膜、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、あるいは、これらの双方のろ過膜を備えた前処理膜モジュールでろ過して得られた前処理水を、さらに逆浸透膜を備えた逆浸透膜モジュールで処理して透過水と濃縮水とを得る膜ろ過方法、および、膜ろ過装置において、上述の従来技術の問題点を解消し、前処理膜モジュールの運転圧力上昇を防止することを可能にした膜ろ過方法、および、膜ろ過装置を提供することにある。
　本発明の目的を達成するための本発明の膜ろ過方法は、次の通りである。
　原水をろ過するろ過膜を備えた１または２以上の前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールにて得られる前処理水をろ過する逆浸透膜を備えた１または２以上の逆浸透膜モジュールからなり、前記原水が前記前処理膜モジュールに供給され、前記原水が前記ろ過膜により前処理水と濃縮水に分離され、得られた前記前処理水が前記逆浸透膜モジュールに供給され、前記前処理水が前記逆浸透膜により透過水と濃縮水に分離される水処理システムにおける膜ろ過方法において、
　（ａ）前記前処理膜モジュールにおける前記前処理水の導出口と前記逆浸透膜モジュールにおける前記前処理水の導入口を直接結合する連通管路が設けられるとともに、該連通管路を流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が設けられ、かつ、
　（ｂ１）該分岐管路の下流端が、該分岐管路の途中に設けられた前記前処理水を貯留する前処理水貯留槽を経由して、前記前処理膜モジュールに接続され、前記前処理水貯留槽から導出され前記分岐管路を流れる前記前処理水により、あるいは、
　（ｂ２）前記分岐管路の下流端が、直接前記前処理膜モジュールに接続され、前記分岐管路を流れる前記前処理水により、
前記ろ過膜の逆洗を必要とする前記前処理膜モジュールの前記ろ過膜の逆洗が行われることを特徴とする膜ろ過方法。
　この膜ろ過方法において、前記前処理水貯留槽に貯留される前記前処理水の一部が、前記原水の一部として使用されるように、前記原水に還流されるようにしても良い。
　本発明の目的を達成するための膜ろ過装置は、次の通りである。
　原水貯留槽と、該原水貯留槽から供給される原水をろ過するろ過膜を備えた１または２以上の前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールにて得られる前処理水をろ過する逆浸透膜を備えた１または２以上の逆浸透膜モジュールからなり、前記原水が前記前処理膜モジュールに供給され、前記原水が前記ろ過膜により前処理水と濃縮水に分離され、得られた前記前処理水が前記逆浸透膜モジュールに供給され、前記前処理水が前記逆浸透膜により透過水と濃縮水に分離される水処理システムにおける膜ろ過装置において、
　（ａ）前記前処理膜モジュールにおける前記前処理水の導出口と前記逆浸透膜モジュールにおける前記前処理水の導入口を直接結合する連通管路が設けられるとともに、該連通管路を流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が設けられ、かつ、
　（ｂ１）該分岐管路の下流端が、該分岐管路の途中に設けられた前記前処理水を貯留する前処理水貯留槽を経由して、前記前処理膜モジュールの前記前処理水の導出口に結合されている前記連通管路に接続され、前記前処理水貯留槽から導出され前記分岐管路を流れる前記前処理水により、あるいは、
　（ｂ２）前記分岐管路の下流端が、直接前記前処理膜モジュールの前記前処理水の導出口に結合されている前記連通管路に接続され、前記分岐管路を流れる前記前処理水により、
前記ろ過膜の逆洗を必要とする前記前処理膜モジュールの前記ろ過膜の逆洗が行われることを特徴とする膜ろ過装置。
　この膜ろ過装置において、前記前処理水貯留槽に貯留される前記前処理水の一部が、前記原水貯留槽に還流されるようにしても良い。
　本発明の膜ろ過方法、および、膜ろ過装置によれば、前処理膜モジュールにおける前処理水の導出口と逆浸透膜モジュールにおける前記前処理水の導入口を直接結合する連通管路が備えられているとともに、該連通管路に、そこを流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が備えられ、該分岐管路により前記連通管路から導出された前処理水により、ろ過膜の逆洗が必要とされる前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗が行われる。
　従って、逆浸透膜モジュールに供給される前処理水は、連通管路により、前処理膜モジュールから逆浸透膜モジュールへ直接供給され、従来のように貯留タンクに一旦貯留されることがない。その結果、上述の微生物による逆浸透膜の汚染の問題が解消された膜ろ過方法および膜ろ過装置が提供される。
　また、前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗は、連通管路から分岐管路により導出された前処理水により行われるため、従来の逆浸透膜モジュールの透過水あるいは濃縮水を用いた前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗における上述の問題が解消された膜ろ過方法および膜ろ過装置が提供される。
図１は、本発明の膜ろ過装置の一態様における各構成要素が管路で結合された状態を示す側面概略フロー図である。 図２は、本発明の膜ろ過装置の別の一態様における各構成要素が管路で結合された状態を示す正面概略フロー図である。 図３は、従来の膜ろ過装置における各構成要素が管路で結合された状態を示す側面概略フロー図である。
　図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施態様を説明する。なお、本発明は、以下の実施態様に限定されるものではない。本発明の基本的技術思想は、前処理膜モジュールにおける前処理水の導出口と逆浸透膜モジュールの前処理水の導入口を直接結合する前処理水が流れる連通管路が備えられるとともに、該連通管路を前記逆浸透膜モジュールの前処理水の導入口に向かい流れる前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が備えられ、かつ、該分岐管路を流れる前処理水を用いて、ろ過膜の逆洗が必要とされる前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗を行うことにある。
　図１は、本発明の膜ろ過装置の一態様における各構成要素が管路で結合された状態を示す側面概略フロー図である。図１において、水処理システムＷＴ１は、原水貯留槽１、前処理膜モジュール４、および、逆浸透膜モジュール７を有する。
　原水貯留槽１には、原水１ａが貯留されている。原水貯留槽１は、その一端（図１においては、左下端）に、原水導出口１ｃを有する。図示はされていないが、原水貯留槽１には、原水貯留槽１に外部から原水を連続的あるいは間欠的に供給する原水供給管路が接続されている。
　前処理膜モジュール４は、その内部に、原水をろ過して前処理水と濃縮水に分離するろ過膜４ａ（例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜、あるいは、これらの双方のろ過膜）を有する。前処理膜モジュール４は、その一端（図１においては、下端）に、原水導入口４ｂを、その他の一端（図１においては上端）に、前処理水導出口４ｃを、更に、その他の一端（図１においては周面左側上端）に、濃縮水導出口４ｄを有する。
　逆浸透膜モジュール７は、その内部に、前処理水をろ過して透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜７ａを有する。逆浸透膜モジュール７は、その一端（図１においては、左端）に、前処理水導入口７ｂを、その他の一端（図１においては、右端）に、透過水導出口７ｃを、更に、その他の一端（図１においては、周面右側下端）に、濃縮水導出口７ｄを有する。
　原水貯留槽１の原水導出口１ｃと前処理膜モジュール４の原水導入口４ｂは、原水供給管路ＰＬ１により結合され、原水供給管路ＰＬ１には、原水供給ポンプ２が設けられるとともに、その下流側（原水導入口４ｂ側）に、原水供給弁３が設けられている。また、原水供給管路ＰＬ１は、原水供給弁３と原水導入口４ｂの間の位置に管路分岐点ＢＰ１を有し、管路分岐点ＢＰ１には、そこから分岐した排水管路ＰＬ２が結合されている。排水管路ＰＬ２には、排水弁１７が設けられている。
　前処理膜モジュール４の前処理水導出口４ｃと逆浸透膜モジュール７の前処理水導入口７ｂは、前処理水が流れる連通管路ＰＬ３により結合され、連通管路ＰＬ３には、前処理水導出口４ｃから前処理水導入口７ｂに向かい、ろ過弁５、加圧ポンプ１８、および、取水流量調整弁１１が、順次設けられている。
　連通管路ＰＬ３は、ろ過弁５と加圧ポンプ１８の間の位置に、管路分岐点ＢＰ２を有し、また、前処理水導出口４ｃとろ過弁５の間の位置に、管路分岐点ＢＰ３を有する。管路分岐点ＢＰ２と管路分岐点ＢＰ３は、分岐管路ＰＬ４により、前処理水が、管路分岐点ＢＰ２から管路分岐点ＢＰ３へと流通可能に結合されているが、分岐管路ＰＬ４には、その途中に、前処理水貯留槽１４が設けられている。
　管路分岐点ＢＰ２と前処理水貯留槽１４の間の分岐管路ＰＬ４の前半部分の分岐管路ＰＬ４ａの下流端は、前処理水貯留槽１４の一端（図１においては、上部）に、前処理水貯留槽１４への前処理水の供給が可能な状態で、接続されている。前処理水貯留槽１４に貯留される前処理水１４ａは、連通管路ＰＬ３から分岐管路ＰＬ４ａを通り前処理水貯留槽１４に供給される。分岐管路ＰＬ４ａには、管路分岐点ＢＰ２から前処理水貯留槽１４に向かい、バイパス流量計１２とバイパス流量調整弁１３が設けられている。バイパス流量計１２とバイパス流量調整弁１３の間には、流量制御ライン１２ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、バイパス流量調整弁１３による前処理水貯留槽１４に供給される前処理水の流量調整が可能とされている。
　前処理水貯留槽１４の一端（図１においては、左下端）に、前処理水導出口１４ｃが設けられ、前処理水導出口１４ｃと管路分岐点ＢＰ３は、分岐管路ＰＬ４の後半部分の分岐管路ＰＬ４ｂにより結合されている。分岐管路ＰＬ４ｂには、前処理水導出口１４ｃから管路分岐点ＢＰ３に向かい、逆洗ポンプ１５と逆洗弁１６が設けられている。
　前処理膜モジュール４の濃縮水導出口４ｄには、濃縮水排出管路ＰＬ５が結合され、濃縮水排出管路ＰＬ５には、エア抜き弁６が設けられている。この濃縮水排出管路ＰＬ５は、逆洗水の排出にも使用されるため、逆洗水排出管路と呼称されることもある。
　逆浸透膜モジュール７の透過水導出口７ｃには、透過水導出管路ＰＬ６が結合され、透過水導出管路ＰＬ６には、透過水流量計８が設けられている。透過水流量計８と連通管路ＰＬ３に設けられている取水流量調整弁１１の間には、流量制御ライン８ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、取水流量調整弁１１による逆浸透膜モジュール７に供給される前処理水の流量調整が可能とされている。
　逆浸透膜モジュール７の濃縮水導出口７ｄには、濃縮水排出管路ＰＬ７が結合され、濃縮水排出管路ＰＬ７には、濃縮水が排出される方向に、濃縮水流量計９と濃縮水流量調整弁１０が設けられている。濃縮水流量計９と濃縮水流量調整弁１０の間には、流量制御ライン９ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、濃縮水流量調整弁１０による逆浸透膜モジュール７から排出される濃縮水の流量調整が可能とされている。
　原水供給管路ＰＬ１における原水供給弁３は、原水貯留槽１から前処理膜モジュール４へ原水を供給する場合に、開状態とされる。前処理水が流れる連通管路ＰＬ３におけるろ過弁５は、前処理膜モジュール４により原水をろ過する場合に、開状態とされる。濃縮水排出管路ＰＬ５における排出弁（エア抜き弁）６は、ろ過膜４ａを逆圧洗浄や空気洗浄する場合に、開状態とされる。分岐管路ＰＬ４ｂにおける逆洗弁１６は、ろ過膜４ａを逆圧洗浄する場合に、開状態とされる。排水管路ＰＬ２における排水弁１７は、前処理膜モジュール４の原水側の水を排出する場合に、開状態とされる。
　水処理システムＷＴ１において、前処理膜モジュール４の前処理水側（前処理水導出口４ｃ）と逆浸透膜モジュール７の取水側（前処理水導入口７ｂ）とが連通管路ＰＬ３により直接結合され、連通管路ＰＬ３における管路分岐点ＢＰ２に、分岐管路ＰＬ４（ＰＬ４ａ）が設けられ、分岐管路ＰＬ４ａに、バイパス水流量計１２とバイパス水流量調整弁１３が設けられている。バイパス水流量計１２が検出する前処理水の流量の値に応じて、流量制御ライン１２ａを介して、バイパス水流量調整弁１３の開度を調整することで、分岐管路ＰＬ４ａを流れる前処理水の流量を一定流量に制御することができる。
　分岐管路ＰＬ４の前半部分の分岐管路ＰＬ４ａの出口（下流端）は、前処理膜逆洗水貯留槽（前処理水貯留槽）１４に接続しており、分岐管路ＰＬ４ａを流れる前処理水は、前処理膜逆洗水貯留槽１４に貯留される。前処理膜逆洗水貯留槽１４の前処理水導出口１４ｃに接続されている分岐管路ＰＬ４の後半部分の分岐管路ＰＬ４ｂには、逆洗ポンプ１５が設けられている。逆洗ポンプ１５の吐出側は、分岐管路ＰＬ４ｂ、管路分岐点ＢＰ３、および、連通管路ＰＬ３を経て、前処理膜モジュール４の前処理水側（前処理水導出口４ｃ）に接続されている。これにより、前処理膜逆洗水貯留槽１４に貯留されている前処理水が、前処理膜モジュール４の前処理水側（前処理水導出口４ｃ）に供給され、前処理膜モジュール４のろ過膜４ａの逆洗が行われる。
　図１は側面図であるため、図には示されていないが、図１における水処理システムＷＴ１は、それぞれ並列して位置する独立した複数の前処理膜モジュールを有している。図１では、複数の前処理膜モジュールの内の一番手前にある前処理膜モジュール４が示されている。図１には、逆浸透膜モジュール７が示されているが、複数の前処理膜モジュールのそれぞれから延びるそれぞれの連通管路の下流端の全てが、この逆浸透膜モジュール７に結合されていても良く、あるいは、複数の前処理膜モジュールのそれぞれに対応している図示されていない複数の逆浸透膜モジュールが存在していても良い。
　複数の前処理膜モジュールの内の一部の前処理膜モジュールが、原水のろ過を継続している、すなわち、ろ過工程にある間に、逆洗の必要がある他の前処理膜モジュール、例えば、前処理膜モジュール４のろ過工程を停止して、前処理膜逆洗水貯留槽１４に貯留された前処理水を前処理膜モジュール４の前処理水側に流し込み、逆洗の必要がある前処理膜モジュール４のろ過膜４ａの逆洗を行うことができる。
　また、前処理逆洗水貯留槽１４と原水貯留槽１を還流管路ＰＬ８で接続し、前処理逆洗水貯留槽１４内に貯留された前処理水の一部が、原水貯留槽１に還流するようしても構わない。還流管路ＰＬ８を備えることで、未使用の前処理水を原水として有効に使用することが可能となり、水処理システムＷＴ１の水回収率を高めることができる。
　次に、図１に示す水処理システムＷＴ１で原水の処理を行う場合の工程を説明する。
　原水貯留槽１に蓄えられた原水１ａは、原水供給管路ＰＬ１の原水供給弁３が開かれてから、原水供給ポンプ２によって原水導入口４ｂを経て前処理膜モジュール４の原水側に供給される。前処理膜モジュール４の原水側に溜まっていた空気は、開かれているエア抜き弁６から排出される。空気の排出が完了した後、エア抜き弁６は閉じられ、連通管路ＰＬ３のろ過弁５が開かれる。
　前処理膜モジュール４の前処理水は、前処理水導出口４ｃから連通管路ＰＬ３を流れ、前処理水導入口７ｂを経て逆浸透膜モジュール７の取水側に供給される。逆浸透膜モジュール７に供給された前処理水は、その一部が逆浸透膜モジュール７の逆浸透膜７ａを透過して逆浸透膜透過水となり、残りは溶存塩分等が濃縮された逆浸透膜濃縮水となる。
　濃縮水導出口７ｄから濃縮水排出管路ＰＬ７を流れる濃縮水の流量は、濃縮水流量計９が検出する流量の値に応じて流量制御ライン９ａにより濃縮水流量調整弁１０の開度が調整されることで、制御される。
　透過水導出口７ｃから透過水導出管路ＰＬ６を流れる透過水の流量は、透過水流量計８が検出する流量の値に応じて流量制御ライン８ａにより取水流量調整弁１１の開度が調整されることで、すなわち、連通管路ＰＬ３から前処理水導入口７ｂを経て逆浸透膜モジュール７に流入する前処理水の流量（逆浸透膜モジュール７の取水流量）が調整されることで、制御される。
　前処理膜モジュール４のろ過膜４ａのろ過抵抗上昇を抑えるために定期的に行うろ過膜４ａの逆圧洗浄は、次のようにして行われる。図１は側面図であるため、図示されていないが、水処理システムＷＴ１は、個々に独立して並列して設けられた複数の前処理膜モジュールを有する。図１においては、一番手前の前処理膜モジュール４のみが示されている。
　そこで、例えば、図示されていない一つの前処理膜モジュールが原水のろ過を継続している状態で、逆圧洗浄が必要となった前処理膜モジュールが図示されている前処理膜モジュール４であるとする。この状態において、逆圧洗浄が必要になった前処理膜モジュール４について、原水供給弁３とろ過弁５とが閉じられ、前処理膜モジュール４による原水のろ過工程が停止される。
　次いで、濃縮水排出管路ＰＬ５のエア抜き弁６と分岐管路ＰＬ４ｂの逆洗弁１６が開かれ、分岐管路ＰＬ４ｂの逆洗ポンプ１５が作動され、前処理膜逆洗水貯留槽１４に蓄えられている前処理水が、分岐管路ＰＬ４ｂから管路分岐点ＢＰ３を経て連通管路ＰＬ３を通過して、前処理水導出口４ｃから前処理膜モジュール４の前処理水側に供給される。
　前処理膜（ろ過膜）４ａを原水のろ過のときとは反対方向に通り抜けた逆洗水（前処理水）は、開かれているエア抜き弁６を経て洗浄排水として濃縮水排出管路ＰＬ５通り排出される。この工程は、逆圧洗浄工程と呼称される。所定時間、逆圧洗浄工程が運転された後、逆洗ポンプ１５の運転が停止され、逆洗弁１６が閉じられる。
　この逆圧洗浄工程の運転と同時に、あるいは運転停止後引き続いて、図示はされていないが、前処理膜モジュール４の下部に加圧空気が供給され、前処理膜（ろ過膜）４ａを揺動させることにより前処理膜（ろ過膜）４ａの洗浄がおこなわれる空気洗浄工程が行われても良い。
　前処理膜モジュール４のろ過膜４ａの逆洗後、排水弁１７が開かれ、前処理膜モジュール４の原水側に残留している逆洗水が前処理膜モジュール４から排出される。以上で逆圧洗浄を必要としていた前処理膜モジュール４の逆洗工程の全てが終了する。
　次いで、原水供給弁３が開かれ、逆洗が完了した前処理膜モジュール４に原水が供給される。前処理膜モジュール４の原水側に溜まっていた空気は、開けられているエア抜き弁６から排出される。この工程で、前処理膜モジュール４の原水側に保持されていた洗浄排水が、エア抜き弁６を通じて排出されるフラッシング工程を適用することも可能である。その際には、洗浄排水が排水弁１７から排出される状態でも、排出されない状態でも構わない。
　エア抜き弁６からの空気の排出が終わってから、エア抜き弁６が閉じられ、ろ過弁５が開かれることで、逆洗が完了した前処理膜モジュール４は、他の前処理膜モジュールと同様に、原水のろ過工程に復帰する。
　この逆洗工程において、前処理膜逆洗水貯留槽１４に蓄えられた前処理水１４ａが不足すると、前処理膜モジュール４の逆洗時間が不足して、逆洗効果が小さくなり、前処理膜モジュール４のろ過抵抗が上昇しやすくなったり、逆浸透膜モジュール７による透過水の製造の一部または全部を停止せざるを得なくなったりする。従って、前処理膜逆洗水貯留槽１４における前処理水の貯留量は、逆洗に必要とされる前処理水の量に応じたものであることが好ましい。
　なお、逆洗のための前処理水が不足する場合、別の原水のろ過工程にある前処理膜モジュール系列における前処理水貯留槽に貯留されている前処理水の利用が可能となるように管路を配設して、そこの前処理水を利用することは可能である。しかし、このような逆洗工程を取り入れると、水処理システムＷＴ１の運転が複雑となり、水処理システムＷＴ１の最終目的である逆浸透膜モジュールによる透過水の製造効率の低下をもたらす場合があり、このような逆洗工程は、好ましいとは云えない。
　一方、逆洗工程が終了した後において、前処理水貯留槽１４に残った前処理水を前処理膜の原水側、すなわち、原水貯留槽１に還流させる還流管路ＰＬ８を、前処理水貯留槽１４と原水貯留槽１との間に設け、前処理水貯留槽１４に残った前処理水を原水として使用可能とすることが好ましい。この還流管路ＰＬ８は、前処理膜モジュールのろ過運転が継続されている間において、前処理水貯留槽１４の前処理水の貯留容量を超える場合に、容量を超えた分の前処理水を原水貯留槽１に還流させるように用いることも可能である。これにより、使用されなかった前処理水の量を減少、あるいは、無くすことができ、水処理システムＷＴ１における水回収率を高めることができる。
　ところで、上において、水処理システムＷＴ１が複数の前処理膜モジュールを備えている場合について説明したが、前処理膜モジュールが一つの場合も本発明の態様に含まれる。この場合は、逆洗工程を開始するに当たり、前処理膜モジュール４と逆浸透膜モジュール７からなる１系列の水処理システムによる透過水の製造工程、すなわち、ろ過工程が停止され、ろ過工程中に前処理水貯留槽１４に貯留された前処理水により、前処理膜モジュール４のろ過膜４ａの逆洗が行われる。
　しかしながら、この態様は、逆洗工程を行うに際して、ろ過工程が完全に停止されるため、水処理システムにおける透過水の製造効率が、上述の複数の前処理膜モジュールが装備され、一つの前処理膜モジュールが逆洗工程にある間にも他の前処理膜モジュールがろ過工程にある水処理システムＷＴ１の場合に比べ、著しく低下する。よって、この態様は、本発明の一態様ではあるが、好ましい態様とは云えない。
　次に、逆洗を必要とする前処理膜モジュールへの逆洗水（前処理水）の供給量や、逆洗時間に制限は生じるが、本発明の膜ろ過方法、および、膜ろ過装置の別の態様を、図２を参照しながら説明する。
　図２は、本発明の膜ろ過装置の別の一態様における各構成要素が管路で結合された状態を示す正面概略フロー図である。図２において、水処理システムＷＴ２は、１つの原水貯留槽１、原水貯留槽１から供給される原水１ａをろ過する３つの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃにより得られた前処理水をろ過する１つの逆浸透膜モジュール７を有する。
　原水貯留槽１と前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれは、原水供給管路ＰＬ１により結合されている。原水供給管路ＰＬ１には、１つの原水供給ポンプ２と、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対応した原水供給弁３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられている。また、原水供給管路ＰＬ１には、それぞれの原水供給弁３Ａ、３Ｂ、３Ｃとそれぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃの間において分岐した排水管路ＰＬ２が設けられている。排水管路ＰＬ２には、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対応して排水弁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃが設けられている。
　前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれと、逆浸透膜モジュール７は、連通管路ＰＬ３により結合されている。連通管路ＰＬ３には、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対応したろ過弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃと、それらの下流側に１つの加圧ポンプ１８と、さらにその下流側に取水流量調整弁１１が設けられている。
　また、連通管路ＰＬ３には、ろ過弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃと加圧ポンプ１８の間の位置において分岐した分岐管路ＰＬ４が結合されている。分岐管路ＰＬ４の下流端は、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃとそれぞれのろ過弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの間の位置において、連通管路ＰＬ３に結合されている。分岐管路ＰＬ４には、下流側に向かい、１つのバイパス流量計１２、１つのバイパス流量調整弁１３、および、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対応して、逆洗弁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが設けられている。バイパス流量計１２とバイパス流量調整弁１３の間には、流量制御ライン１２ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、バイパス流量調整弁１３による前処理水の流量調整が可能とされている。
　前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれには、逆洗水排出管路ＰＬ５が結合され、逆洗水排出管路ＰＬ５には、それぞれの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対応して、排出弁６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられている。
　逆浸透膜モジュール７には、透過水導出管路ＰＬ６が結合され、透過水導出管路ＰＬ６には、透過水流量計８が設けられている。透過水流量計８と連通管路ＰＬ３に設けられている取水流量調整弁１１の間には、流量制御ライン８ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、取水流量調整弁１１による逆浸透膜モジュール７に供給される前処理水の流量調整が可能とされている。
　逆浸透膜モジュール７には、濃縮水排出管路ＰＬ７が結合され、濃縮水排出管路ＰＬ７には、濃縮水が排出される方向に、濃縮水流量計９と濃縮水流量調整弁１０が設けられている。濃縮水流量計９と濃縮水流量調整弁１０の間には、流量制御ライン９ａが設けられ、流量計が検出したデータに基づき、濃縮水流量調整弁１０による逆浸透膜モジュール７から排出される濃縮水の流量調整が可能とされている。
　水処理システムＷＴ２は、３つの前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂ、４Ｃを有するが、前処理膜モジュールは、必要に応じて、２つあるいは４つ以上であっても良い。また、原水貯留槽および逆浸透膜モジュールも必要に応じて、複数あっても良い。これら要素の管路による結合の仕方は、次に説明する水処理システムＷＴ２における各要素の目的、作用に応じた結合の仕方を参考にして、理解することができる。
　図２に示す水処理システムＷＴ２が、図１に示す水処理システムＷＴ１と異なる点は、原水供給弁３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ、前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂおよび４Ｃ、ろ過弁５Ａ、５Ｂおよび５Ｃ、エア抜き弁６Ａ、６Ｂおよび６Ｃ、逆洗弁１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃ、および排水弁１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃが、互いに並列して設けられている点と、前処理膜モジュールの前処理水側と逆浸透膜モジュールの取水側を結合する連通管路から分岐した分岐管路の前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに対応したそれぞれの下流端が、逆洗弁１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃを介して、前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの前処理水側にそれぞれ直接結合している点である。このような構成とすることで、水処理システムＷＴ２では、前処理逆洗水貯留槽１４および逆洗ポンプ１５を省略することができる。
　図１の水処理システムＷＴ１、および、図２の水処理システムＷＴ２において、前処理膜モジュール４の前処理水側と逆浸透膜モジュール７の取水側を結合する連通管路上に、加圧ポンプ１８が設けられているが、前処理膜モジュール４の耐圧性が逆浸透膜モジュール７の供給圧力と前処理膜モジュール４の膜間差圧の和の圧力よりも高い場合は、原水供給ポンプ２で、逆浸透膜モジュール７において必要とされる供給圧力に、前処理膜モジュール４の膜間差圧を加えた圧力をかけることで、加圧ポンプ１８を省略することができる。
　次に、図２に示す水処理システムＷＴ２における、前処理膜モジュール４のろ過抵抗上昇を抑えるために定期的に行う逆圧洗浄方法を行う場合を説明する。
　一部の前処理膜モジュール（ここで仮に、前処理膜モジュール４Ａおよび４Ｂとする）が原水のろ過を継続している状態において、逆圧洗浄を行いたい残りの前処理膜モジュール（ここで仮に、前処理膜モジュール４Ｃとする）について、原水供給弁３Ｃとろ過弁５Ｃとを閉にしてろ過を停止し、エア抜き弁６Ｃと逆洗弁１６Ｃとを開にする。これにより、前処理水の一部が前処理膜モジュール４Ｃの前処理水側に供給される。
　バイパス水流量計１２における前処理水の流量は、バイパス水流量調整弁１３の開度を調整することで、常に、前処理膜モジュール４Ａ、４Ｂまたは４Ｃの１つ分の前処理水量と同じに調整されている。
　前処理膜をろ過とは反対方向に通り抜けた逆洗水は、開となっているエア抜き弁６Ｃを通して、洗浄排水として、前処理膜モジュール４Ｃから排出されて、前処理膜モジュール４Ｃの逆圧洗浄工程が開始される。
　所定時間逆圧洗浄後、次の前処理膜モジュール（ここで仮に、前処理膜モジュール４Ａとする）の逆圧洗浄工程に移行する。すなわち、エア抜き弁６Ｃと逆洗弁１６Ｃとを閉にすると同時に、原水供給弁３Ｃとろ過弁５Ｃとを開にして、前処理膜モジュール４Ｃのろ過を開始し、同時に原水供給弁３Ａとろ過弁５Ａとを閉にして、前処理膜モジュール４Ａのろ過を停止し、同時にエア抜き弁６Ａと逆洗弁１６Ａとを開にする。これにより、前処理水の一部が前処理膜モジュール４Ａの前処理水側に供給される。
　前処理膜をろ過とは反対方向に通り抜けた逆洗水は、開となっているエア抜き弁６Ａを通して、洗浄排水として、前処理膜モジュール４Ａから排出されて、前処理膜モジュール４Ａの逆圧洗浄工程が開始される。
　さらに前処理膜モジュール４Ａの所定時間逆圧洗浄後、同様に次の前処理膜モジュール４Ｂの逆圧洗浄工程に移行し、同様に所定時間逆圧洗浄後、最初の前処理膜モジュール４Ｃの逆圧洗浄工程に移行し、以下同様の工程を繰り返すことで、すべての前処理膜モジュールに対し、定期的な逆圧洗浄が行われる。
　この逆洗と同時に、図示はしないが、前処理膜モジュールの下部に加圧空気を供給し、前処理膜を揺動するように洗浄する空気洗浄工程を行うことも可能である。
　また、以上３つの前処理膜モジュールについて、前処理膜モジュールの前処理水側に供給される逆洗水量が、前処理膜モジュール１つ分の前処理水量と同じである場合を説明したが、前処理膜モジュールを４つ以上とすることで、逆洗水量を変えることができる。例えば、前処理膜モジュールが４つの場合は、逆圧洗浄工程に同時に移行する前処理膜モジュールが１つのままだと、逆洗水量は前処理膜モジュール１つ分または２つ分を選択でき、逆圧洗浄工程に同時に移行する前処理膜モジュールが２つだと、前処理膜モジュール１つに供給される逆洗水量は、前処理膜モジュール１つ分または０．５個分に選択できる。同様に、前処理膜モジュールの数をさらに増やすことで、逆洗水量の選択肢を増やすことができる。
　さらに、逆圧洗浄工程に同時に移行させることが必要な前処理膜モジュールが２つ以上の場合には、少なくとも１つの前処理膜モジュールを停止することが可能となるので、空気洗浄工程を逆洗の前後に行ったり、逆洗後、排水弁を開とすることで、前処理膜モジュールの原水側に保持されていた洗浄排水を、前処理膜モジュールから排出したりできる。また、原水供給工程で、前処理膜モジュールの原水側に溜まっていた空気をエア抜き弁から排出したり、さらにこの工程で、前処理膜モジュールの原水側に保持されていた洗浄排水を、エア抜き弁を通じて排出するフラッシング工程を適用することも可能となる。
　逆洗工程において、酸化剤を添加する逆洗を行うことや、酸化剤を添加する逆洗を行った後に、継続して酸化剤を添加した逆洗水で前処理膜モジュールの原水側を一定期間浸漬することを、毎回あるいは一定回数毎に行うことも、前処理膜のろ過抵抗の上昇を抑える上で、好ましい。
　前処理膜モジュールに用いられるろ過膜（前処理膜）４ａは、０．１μｍ以上の粒子や高分子を阻止することができる精密ろ過膜や、２ｎｍ以上０．１μｍ未満の粒子や高分子を阻止することができる限外ろ過膜、あるいは、これらと同等の性能を有するろ過膜であれば、特に限定されない。前処理膜モジュールに用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜の形態としては、中空糸膜型、平膜型、スパイラル型、またはチューブラー型を用いることができるが、コスト低減の点から中空糸膜型が好ましい。
　膜ろ過方式としては、全量ろ過型モジュールでもクロスフローろ過型モジュールであっても差し支えないが、エネルギー消費量が少ないという点から全量ろ過型モジュールである方が好ましい。さらに加圧型モジュールであっても浸漬型モジュールであっても差し支えないが、高流束運転が可能であるという点から加圧型モジュールである方が好ましい。また、膜の外側から原水を供給し、内側から透過水を得る外圧式であっても、膜の内側から原水を供給し、外側から透過水を得る内圧式であっても差し支えないが、前処理の簡便さの観点から外圧式である方が好ましい。
　ろ過膜（前処理膜）の素材は、特に限定されない。前処理膜の素材としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどや、これらの複合素材を例示することができる。なかでも、ポリフッ化ビニリデンは、耐薬品性に優れているため、前処理膜を定期的に薬品洗浄することで前処理膜のろ過機能が回復し、前処理膜モジュールの長寿命化につながるので、前処理膜の素材として好ましい。
　ろ過膜（前処理膜）が収納される前処理膜モジュールのケースの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィンや、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン－エチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂、そしてポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素樹脂、さらにポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル－スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。また、樹脂以外では、アルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用してもかまわない。
　逆浸透膜モジュールは、シート状の膜を集水管の周囲に巻囲したスパイラル型エレメントや、プレート型支持板の両面にシート状の膜を貼ったものをスペーサーを介して一定の間隔で積層してモジュール化したプレート・アンド・フレーム型エレメント、さらには、管状の膜を用いたチューブラー型エレメント、中空糸膜を束ねてケースに収納した中空糸膜エレメントを、耐圧容器に単数もしくは複数個直列に接続して収容して構成される。
　エレメントの形態としては、いずれの形態であってもよいが、操作性や互換性の観点からは、スパイラル型エレメントを使用するのが好ましい。なお、エレメント本数は、膜性能に応じて、任意に設定することができる。スパイラル型エレメントを用いた場合、１つのモジュールに装填するエレメントの本数は、直列に１本から８本程度に配列することが好ましい。また、逆浸透膜モジュール７を複数本並列に配置しても構わない。
　逆浸透膜モジュールを構成する逆浸透膜については、脱塩性能を有するものであれば、特にどのようなものであっても構わない。膜の素材としては、例えば、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを使用することができる。
　その膜構造としては、膜の少なくとも片面に、緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片面の膜に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有するもの（非対称膜）や、このような非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有するもの（複合膜）などを使用することができる。
　しかしながら、高造水量のためには、複合膜であることが好ましく、中でも、透過水量、耐薬品性等の点から、ポリアミド系複合膜が、さらにはピペラジンポリアミド系複合膜が好ましい。
　外圧式ＰＶＤＦ中空糸膜モジュールＨＦＵ－２０２０（東レ（株）製）を２本、並列に配置して、図示されている前処理膜モジュール４と図示されていない前処理膜モジュールとした。また、スパイラル型逆浸透膜エレメントＳＵ－８１０（東レ（株）製）を６本直列に装填したものを逆浸透膜モジュール７とした。これらを用いて、図１に示す水処理システムＷＴ１を構成し、以下の条件で実験を行った。
　海水を原水とし、前処理膜モジュール４および他の一つの前処理膜モジュールは、全量ろ過方式とした。膜ろ過工程時間３０分の後、２本の前処理膜モジュールの1本ずつを交互に、７５Ｌ／ｍｉｎの定流量逆圧洗浄工程時間３０秒、空気洗浄工程時間３０秒、前処理膜モジュール内の原水側の水を全量排出、前処理膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄を行い、再び膜ろ過工程に戻る操作を繰り返す運転を行った。また、前処理膜モジュールの前処理水を、分岐管路を通じて、１５０Ｌ／ｈの定流量で分取し、前処理膜逆洗水貯留槽１４に蓄えた。前処理膜逆洗水貯留槽１４をオーバーフローした前処理水は、原水貯留槽１に送水した。また、逆浸透膜モジュール７の透過水量を１．４ｍ３／ｈの定流量、濃縮水量を２．６ｍ３／ｈの定流量として、逆浸透膜モジュール７の運転を行った。
　運転初期、前処理膜モジュールが２本とも膜ろ過工程にあるときのそれぞれの前処理膜モジュールにおける膜差圧は、２５℃温度補正差圧で２０ｋＰａであった。また、１カ月間運転を行った後の、前処理膜モジュールが２本とも膜ろ過工程にあるときのそれぞれの前処理膜モジュールにおける膜差圧は、２５℃温度補正差圧で４０ｋＰａであった。この圧力が低いほど、前処理膜モジュールのろ過抵抗上昇が抑えられ、好ましい。また、前処理膜モジュールの逆洗水は、不足することなく、逆浸透膜モジュール７を１カ月間連続して運転をすることができた。
比較例１
　外圧式ＰＶＤＦ中空糸膜モジュールＨＦＵ－２０２０（東レ（株）製）を２本、並列に配置して２つの前処理膜モジュールを用意した。また、スパイラル型逆浸透膜エレメントＳＵ－８１０（東レ（株）製）を６本直列に装填した逆浸透膜モジュールを用意した。用意したこれらのモジュールを用いて、図３に示す従来の水処理システムＷＴ３を形成した。
　図３に示す従来の水処理システムＷＴ３は、逆浸透膜モジュール７の濃縮水を貯留する逆浸透膜濃縮水貯留槽１９を有し、逆洗ポンプ１５への供給水を逆浸透膜濃縮水としたことと、図１に示す水処理システムＷＴ１における前処理膜モジュール４の前処理水側と逆浸透膜モジュール７の取水側とを結合する連通管路ＰＬ３は有するが、この連通管路ＰＬ３から分岐した分岐管路ＰＬ４は有しない点、従って、分岐管路ＰＬ４上にあるバイパス水流量計１２、およびバイパス水流量調整弁１３を有さない点以外は、図１の水処理システムＷＴ１と同一である。図３に示す従来の水処理システムＷＴ３を用いて、以下の条件で実験を行った。
　海水を原水とし、前処理膜モジュール４および他の一つの前処理膜モジュールは、全量ろ過方式とした。膜ろ過工程時間３０分の後、２本の前処理膜モジュールの１本ずつを交互に、逆浸透膜モジュール７の濃縮水を用いた７５Ｌ／ｍｉｎの定流量逆圧洗浄工程時間３０秒、空気洗浄工程時間３０秒、中空糸膜モジュール内の原水側の水を全量排出、中空糸膜モジュール内の原水側を原水で満水とする順序で洗浄を行い、再び膜ろ過工程に戻る操作を繰り返す運転を行った。また、逆浸透膜モジュール７の透過水量を１．４ｍ３／ｈの定流量、濃縮水量を２．６ｍ３／ｈの定流量として、逆浸透膜モジュール７の運転を行った。
　運転初期、前処理膜モジュールが２本とも膜ろ過工程にあるときのそれぞれの前処理膜モジュールにおける膜差圧は、２５℃温度補正差圧で２０ｋＰａであった。また、１カ月間運転を行った後の、前処理膜モジュールが２本とも膜ろ過工程にあるときのそれぞれの前処理膜モジュールにおける膜差圧は、２５℃温度補正差圧で１２０ｋＰａであった。この膜差圧の値は、実施例１における膜差圧の値の約３倍であり、逆浸透膜モジュールの濃縮水を用いた前処理膜モジュールのろ過膜の逆洗は、好ましいとは云えないことが示された。
　本発明の膜ろ過方法、および、膜ろ過装置は、河川水、地下水、下水処理水、あるいは、海水などの原水を、ろ過膜、例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜を備えた前処理膜モジュールでろ過して前処理水を得て、得られた前処理水を逆浸透膜モジュールに供給して工業用水や水道水を製造する浄水プロセスにおいて、前処理膜モジュールの継続的使用により生じるろ過膜の目詰まりによる上昇したろ過抵抗を下げるためのろ過膜の逆洗工程に用いられる逆洗水として、前処理膜モジュールの透過水、すなわち、前処理水を用いる場合における膜ろ過方法、および、膜ろ過装置である。
　特に、複数の前処理膜モジュールが用いられる場合、一つの前処理膜モジュールが逆洗工程にあっても、他の前処理膜モジュールのろ過工程が維持可能で、従って、必要とされる逆洗工程は行われるものの、その間においても、逆浸透膜モジュールによる浄水プロセスの継続が可能である。
　１：原水貯留槽
　１ａ：原水
　１ｃ：原水導出口
　２：原水供給ポンプ
　３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ：原水供給弁
　４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：前処理膜モジュール
　４ａ：ろ過膜
　４ｂ：原水導入口
　４ｃ：前処理水導出口
　４ｄ：濃縮水導出口
　５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ：ろ過弁
　６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ：排出弁（エア抜き弁）
　７：逆浸透膜モジュール
　７ａ：逆浸透膜
　７ｂ：前処理水導入口
　７ｃ：透過水導出口
　７ｄ：濃縮水導出口
　８：透過水流量計
　８ａ：流量制御ライン
　９：濃縮水流量計
　９ａ：流量制御ライン
　１０：濃縮水流量調整弁
　１１：取水流量調整弁
　１２：バイパス流量計
　１２ａ：流量制御ライン
　１３：バイパス流量調整弁
　１４：前処理水貯留槽（前処理膜逆洗水貯留槽）
　１４ａ：前処理水
　１４ｃ：前処理水導出口
　１５：逆洗ポンプ
　１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ：逆洗弁
　１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ：排水弁
　１８：加圧ポンプ
　ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３：管路分岐点
　ＰＬ１：原水供給管路
　ＰＬ２：排水管路
　ＰＬ３：連通管路
　ＰＬ４、ＰＬ４ａ、ＰＬ４ｂ：分岐管路
　ＰＬ５：濃縮水排出管路
　ＰＬ６：透過水導出管路
　ＰＬ７：濃縮水排出管路
　ＰＬ８：還流管路
　ＷＴ１、ＷＴ２、ＷＴ３：水処理システム

Claims (4)

  1. 　原水をろ過するろ過膜を備えた１または２以上の前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールにて得られる前処理水をろ過する逆浸透膜を備えた１または２以上の逆浸透膜モジュールからなり、前記原水が前記前処理膜モジュールに供給され、前記原水が前記ろ過膜により前処理水と濃縮水に分離され、得られた前記前処理水が前記逆浸透膜モジュールに供給され、前記前処理水が前記逆浸透膜により透過水と濃縮水に分離される水処理システムにおける膜ろ過方法において、
    　（ａ）前記前処理膜モジュールにおける前記前処理水の導出口と前記逆浸透膜モジュールにおける前記前処理水の導入口を直接結合する連通管路が設けられるとともに、該連通管路を流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が設けられ、かつ、
    　（ｂ１）該分岐管路の下流端が、該分岐管路の途中に設けられた前記前処理水を貯留する前処理水貯留槽を経由して、前記前処理膜モジュールに接続され、前記前処理水貯留槽から導出され前記分岐管路を流れる前記前処理水により、あるいは、
    　（ｂ２）前記分岐管路の下流端が、直接前記前処理膜モジュールに接続され、前記分岐管路を流れる前記前処理水により、
    前記ろ過膜の逆洗を必要とする前記前処理膜モジュールの前記ろ過膜の逆洗が行われることを特徴とする膜ろ過方法。
  2. 　前記前処理水貯留槽に貯留される前記前処理水の一部が、前記原水の一部として使用されるように、前記原水に還流される請求項１に記載の膜ろ過方法。
  3. 　原水貯留槽と、該原水貯留槽から供給される原水をろ過するろ過膜を備えた１または２以上の前処理膜モジュールと、該前処理膜モジュールにて得られる前処理水をろ過する逆浸透膜を備えた１または２以上の逆浸透膜モジュールからなり、前記原水が前記前処理膜モジュールに供給され、前記原水が前記ろ過膜により前処理水と濃縮水に分離され、得られた前記前処理水が前記逆浸透膜モジュールに供給され、前記前処理水が前記逆浸透膜により透過水と濃縮水に分離される水処理システムにおける膜ろ過装置において、
    　（ａ）前記前処理膜モジュールにおける前記前処理水の導出口と前記逆浸透膜モジュールにおける前記前処理水の導入口を直接結合する連通管路が設けられるとともに、該連通管路を流れる前記前処理水の一部を該連通管路から導出する分岐管路が設けられ、かつ、
    　（ｂ１）該分岐管路の下流端が、該分岐管路の途中に設けられた前記前処理水を貯留する前処理水貯留槽を経由して、前記前処理膜モジュールの前記前処理水の導出口に結合されている前記連通管路に接続され、前記前処理水貯留槽から導出され前記分岐管路を流れる前記前処理水により、あるいは、
    　（ｂ２）前記分岐管路の下流端が、直接前記前処理膜モジュールの前記前処理水の導出口に結合されている前記連通管路に接続され、前記分岐管路を流れる前記前処理水により、
    前記ろ過膜の逆洗を必要とする前記前処理膜モジュールの前記ろ過膜の逆洗が行われることを特徴とする膜ろ過装置。
  4. 　前記前処理水貯留槽に貯留される前記前処理水の一部が、前記原水貯留槽に還流される請求項３に記載の膜ろ過装置。
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