CN104250041A - 水处理系统以及水处理系统的水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供水处理系统以及水处理系统的水处理方法，在水处理系统中考虑配置于分离膜间的隔离物的影响，能够提前检测出污染。水处理系统(1)包括：预处理部(20)，其用于对原水进行预处理；脱盐部(30)，其具有使用分离膜自被预处理部进行预处理后的原水分离被分离物质的分离膜单元(32)；监视部(25)，其配置于预处理部与脱盐部之间。监视部具有：监视部件(25b)，其设于旁通配管，且由至少一个面透明或者半透明的封闭容器构成；拍摄部件，其使在容器内中流动的原水自透明或者半透明的面可视化。在容器内重叠配置有分离膜和污染形成材，该分离膜具有分离膜单元，该污染形成材模拟将在分离膜单元中配置为多层的分离膜之间分离的隔离物。
Description
技术领域
本发明涉及用于净化水的水处理系统及其水处理方法，特别是涉及适合使用RO膜来净化水的情况的水处理系统以及其水处理方法。
背景技术
在用于净化海水、排水等的原水的水处理系统中，在运转方面防止分离膜的堵塞(污染)成为重要的课题。因此，对在原水、预处理水(向分离膜供给的供给水)中含有多少引起污染的原因物质进行水质评价，并控制预处理。这样的水处理方法的例子记载于WO2008/038575号公报中。
在该WO2008/038575号公报所记载的反渗透膜过滤设备中，在依次具有原水取水部、预处理部、具有反渗透膜模块的反渗透膜过滤部而成的反渗透膜过滤设备的运转方法中，在使反渗透膜过滤部内的反渗透膜供给水和/或反渗透膜非透过水以与反渗透膜过滤部的反渗透膜模块内的非透过水线速度相等的线速度流水的条件下，配置生物膜形成基材，以一天～六个月一次的频率评价生物膜形成基材状的生物模量，基于该评价结果，控制设备的运转方法。特别是，作为生物膜形成基材，使用了反渗透膜过滤设备所使用的反渗透膜。
在日本特开2008－107330号公报中记载了一种生物污染产生风险评价装置，该生物污染产生风险评价装置通过做成具有通水器、生物膜形成部、连接部、以及流出部在内的结构，能够以简单并且廉价的装置结构且高灵敏度以及高精度、立即、随时对工序的状态进行定量评价，该生物膜形成部配置有多个基材，该基材具有配置于通水器的水中且具有能够形成生物膜的透明的面，该连接部能够向通水器供给水，该流出部能够排除该通水器的水。
另外，在J.S.Vrouwenvelder,et.al.,Journal of Membrane Science,vol.281,pp.316-324,15Sept.,2006中公开了一种作为用于污染的预测以及控制的道具的污染模拟器。该文献所记载的模拟器包括与螺旋RO(reverse osmosis)膜相同的膜并且是表示相同大小以及流动状况的膜、以及检视窗。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：WO2008/038575号公报
专利文献2：日本特开2008－107330号公报
非专利文献1：J.S.Vrouwenvelder,et.al.,Journal of MembraneScience,vol.281,pp.316-324,15Sept.,2006
发明内容
发明要解决的课题
污染狭义上指的是因分离膜的堵塞等导致的膜间差压的上升。另一方面，在利用本发明处理的水处理系统所使用的分离膜中，需要在较少的体积的膜元件的内部容纳较多的膜的基础上，采用中空线、螺旋这样的结构，膜与膜之间的流路变窄。因此，堆积在分离膜上的堆积物等导致流路堵塞而使通水阻力变高。以下将该流路的堵塞作为广义的污染进行说明。
在上述WO2008/038575号公报记载的反渗透膜过滤设备中，着眼于流入作为分离膜的反渗透膜的原水、预处理水导致分离膜堵塞，在反渗透膜过滤部设置自主流分支的分支配管，介于该配管中之间设有容纳有生物膜形成基材的通水容器。而且，每隔一天～6个月的间隔自该通水容器取出生物膜基材的一部分，测量表面的生物膜量。
然而，在该WO2008/038575所记载的反渗透膜过滤设备中，为了评价而需要停止通水容器电路的原水或者预处理水的流动并将评价装置分化，处理工时增加。而且，由于仅考虑离膜下的流路堵塞，因此未充分考虑介于分离膜间的隔离物所引起的污染。而且，在该评价方法中，未检测出通水阻力，不能对应于根据通水阻力的变化发现污染的形成这种更容易评价的现场的应对方法。
在日本特开2008－107330号公报中记载有在主管路的支管连接膜工序用监控装置的连接部。但是，即使这样在支管连接有监控装置，只要支管的条件为与主管路相同的条件，污染的形成速度就与主管路相等，因此不能比主管路提前检测出污染。另外，专利文献2中的生物膜形成部为平面状，在螺旋状的情况下未考虑介于分离膜间的隔离物所引发的污染。
在J.S.Vrouwenvelder,et.al.,Journal of Membrane Science,vol.281,pp.316-324,15Sept.,2006所记载的污染模拟装置中，将流路做成近似于实际的膜元件的结构，能够检测出堵塞下的通水阻力，但是由于通过膜间差压的上升监视污染，因此不能检测出至污染的产生所引起的膜间差压产生为止的污染的产生。
解决课题的技术方案
本发明是鉴于上述现有技术而完成的，其目的在于也在水处理系统中考虑配置于螺旋构成的分离膜间的隔离物的影响，从而能够提前检测出污染。另外，其目的在于以不使水处理系统分解或者停止为前提实施污染的检测。
为了实现上述目的，本发明的特征在于，一种水处理系统，包括：预处理部，其用于对原水进行预处理；脱盐部，其具有使用分离膜自被该预处理部预处理过的原水分离被分离物质的分离膜单元；以及监视部，其处于上述预处理部与上述脱盐部之间；上述分离膜单元具有RO膜元件，该RO膜元件通过使配置为多层的分离膜与将该分离膜之间分离的隔离物呈螺旋状卷绕形成，上述监视部具有：监视部件，其设于将上述预处理部与上述脱盐部连接的配管的旁通配管，且由至少一个面透明或者半透明的密闭容器构成；以及拍摄部件，其使在该容器内流动的原水自上述透明或者半透明的面可视化；在上述容器内配置有模拟上述分离膜以及上述隔离物的污染形成材，上述拍摄部件能够自上述透明或者半透明的面拍摄在上述污染形成材中流动的原水，上述监视部件做成比上述脱盐部容易产生污染的结构。
另外，本发明的特征在于，一种水处理系统的水处理方法，是在具有使用分离膜自原水分离被分离物质的分离膜单元的水处理系统中，防止因被分离物质吸附并产生于分离膜单元内的污染导致堵塞的水处理系统的水处理方法，在上述分离膜单元的上游侧使原水旁通，使旁通后的原水在监视部件内流动，利用拍摄部件拍摄在上述污染形成材中流动的原水而预测污染的产生，上述监视部件内置有上述分离膜单元所具有的分离膜以及比隔离物容易产生污染的结构的污染形成材。
发明效果
根据本发明，能够提前检测出也包含隔离物所引起的污染在内的污染。另外，能够以不使水处理系统分解或者停止地进行监视。
附图说明
图1是本发明的海水淡化系统的一实施例的系统图。
图2是图1所示的海水淡化系统所具备的元件的局部分解立体图以及侧视图、局部详细剖视图，其中，图2的(a)是本发明的膜元件320的一实施例的立体图，且是切开局部而表示的图，图2的(b)是膜元件320的右侧的侧视图，图2的(c)是用剖面表示膜元件320的局部的图。。
图3是图1所示的海水淡化系统所具备的监视部的纵剖视图以及俯视图，其中，图3的(a)是用剖面示出监视部件25b的主视图，图3的(b)是监视部件25b的俯视图。。
图4是图1所示的海水淡化系统所具备的污染形成材的一实施例的示意图。
图5是污染形成材的其他实施例的示意图。
图6是污染形成材的另一其他实施例的示意图，且是表示俯视图以及装入监视部的状态的纵剖视图，其中，图6的(a)是污染形成材251c的俯视图，图6的(b)是装入污染形成材251c后的监视部件25b的剖视图。
图7是用于说明通水阻力的压力变化与污染产生的关系的图。
图8是用于控制污染的海水淡化系统运转方法的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本发明的水处理系统。在水处理系统中，自原水或者预处理水去除被分离物质，但是去除该被分离物质大多使用分离膜。在使用分离膜的水处理系统中，作为分离膜使用了精密过滤膜、超滤膜、反渗透膜(RO膜)、纳米过滤膜(NF膜)、离子交换膜等。其中，反渗透膜(RO膜)适合海水淡化而被较多使用。因此，在以下的说明中，以使用了具有元件构造的RO膜的海水淡水系统为例进行说明。
此外，本发明只要是以下详细叙述的隔离物与分离膜接触的构造即可，分离膜并不限于RO膜。换句话说，可以将NF膜、离子交换膜等使用于分离膜，此外，水处理系统也不仅是海水淡化系统，也可以是将地下水、河川水、排水等净化而生成再利用水的再利用水制造系统以及生成纯水、超纯水的纯水、超纯水制造系统等。
图1是表示作为水处理系统的海水淡化系统1的一实施例的系统图。在海水淡化系统1中，将海水所包含的盐分、有机物、微生物、菌类、硼、成为悬浮物质的固形浮游物等作为被分离物质去除并进行淡化。因此，自上游侧起依次配置海水取水部10以及预处理部20、脱盐部30作为主要部分。此外，在以下的记载中，微生物也包含菌类。
位于海水淡化系统1的最上游侧的海水取水部10具有将海水取入该海水淡化系统1中的取水管11、汲取海水的取水泵12、以及存储所汲取的海水的原水罐13。
这里，取水管11既可以是将顶端部投入海中而获取成为原水的海水的构造，也可以是延伸至海面上并获取深层水作为原水的构造。另外，也可以是埋设于海底并在海底砂过滤之后获取海水(原水)的构造。为了防止在取水管11内微生物、藻类、贝类等增殖而堵塞取水管11，也可以将防止这些生物的增殖的药品(杀菌剂等)注入取水管11内。取水泵12既可以如图1所示那样设置于陆地上，也可以设置于海中。
对海水取水部10所获取的海水进行处理的预处理部20具有砂过滤槽21、送水泵22a、超滤膜单元22以及供给水罐23。在砂过滤槽21中，在槽内部以预定量内置有砂，将成为被分离物质的悬浮成分(有机物)分离。超滤膜单元22具有用于过滤微生物等的超滤膜。送水泵22a自砂过滤槽21向超滤膜单元22进给过滤水。供给水罐23用于暂时存储向下游侧的脱盐部30所具有的RO膜单元32供给的原水。
在预处理部20中，执行将活着的微生物杀菌，或去除其他有机物的预处理工序。因此，预处理部20包括将多种药品注入原水的注药系统24。注药系统24按照注入原水的药品的种类而设置，分别具有药品存储用的罐与送液泵。在图1所示的海水淡化系统1的例子中，注药系统24具有杀菌剂注入部24a、pH调整剂注入部24b、絮凝剂注入部24c以及中和还原剂注入部24d。
杀菌剂注入部24a具有杀菌剂的存储罐24a1与送液泵24a2，将用于将微生物杀菌的杀菌剂经由配管24a3、24a4而注入原水的取水管11或者砂过滤槽21的上游侧。另外，在配管24a3、24a4的中途分别设有调节阀VL11、VL12。此外，向原水的取水管11注入杀菌剂的配管24a3能够根据海水的污染程度而省略。
自该杀菌剂注入部24a将作为将微生物杀菌的杀菌剂的次氯酸、氯等注入原水。自杀菌剂注入部24a间歇注入杀菌剂，根据杀菌剂的注入间隔、浓度使原水中的微生物的死亡率、存活率变化。因此，使用调节阀VL11、VL12控制杀菌剂的注入量、注入间隔。
此外，作为杀菌剂而注入的次氯酸、氯使脱盐部30的RO膜单元32所具备的RO膜的膜功能降低。因此，如后述那样，原水在被送入RO膜单元32之前还原，并且避免杀菌剂的过度注入。
pH调整剂注入部24b具有pH调整剂的存储罐24b2与送液泵24b1，为了防止多价离子引起的生水垢、提高絮凝的效率，经由配管24b3将pH调整剂注入砂过滤槽21的上游侧。在配管24b3的中途设有调节阀VL2。
为了防止多价离子所产生的生水垢，并且使絮凝效率提高，优选的是将被海水淡化系统1处理的原水调整为酸性(pH3～5)。因此，自pH调整剂注入部24b将硫酸等的pH调整剂注入原水而调整成适合的pH。利用调节阀VL2控制pH调整剂的注入量。
絮凝剂注入部24c具有絮凝剂的存储罐24c2与送液泵24c1，为了用砂过滤槽21将成为被分离物质的悬浮成分(有机物)高效地去除，经由配管24c3将絮凝剂注入砂过滤槽21的上游侧。在配管24c3的中途设有调节阀VL3。
自絮凝剂注入部24c将作为絮凝剂的聚氯化铝、氯化铁等注入原水。原水所包含的悬浮成分(有机物)的絮凝物被絮凝剂促进了生长。若注入絮凝剂，则悬浮成分0.1μm以上的微粒子容易成长成1μm以上的絮凝物，砂过滤槽21中的悬浮成分去除的效率提高。
在絮凝剂的注入量过少的情况下，絮凝物的生长变得不充分，作为被分离物质的悬浮成分(有机物)有时穿过砂过滤槽21。相反，若絮凝剂的注入量过剩，则在絮凝物的生长中未使用的多余的絮凝剂成为脱盐部30的RO膜单元32所具有的RO膜的负载。因此，使用调节阀VL3来控制絮凝剂的注入量。
中和还原剂注入部24d具有中和还原剂的存储罐24d2与送液泵24d1，将中和剂、还原剂经由配管24d3而注入超滤膜单元22的下游侧且是供给水罐23的上游侧。在配管24d3的中途设有调整阀VL4。在中和还原剂注入部24d中，将用于中和调节为pH3～5的酸性的原水的中和剂、主要用于还原杀菌剂的还原剂注入到原水中。使用调节阀VL4控制这些中和剂、还原剂的注入量。
这里，作为本发明的特征的构成，将用于监视在中和后的原水流通RO膜单元32时产生的污染的监视部25设置于预处理部20的最下游部的供给水罐23与脱盐部30之间。即，在供给水罐23的正下游设有安全过滤器23b。未被预处理部20去除的被分离物质、以及在流入安全过滤器23b之前微小的有机物再絮凝而形成的被分离物质，自配管剥离的有机物等几μm大小的被分离物质被该安全过滤器23b去除。此外，1μm以上大小的被分离物质被预处理部20去除。
自安全过滤器23b流出的原水分流并流入主配管PM与分歧配管PB。大部分的原水自主配管PM流入脱盐部30。剩余的原水被设于分歧配管PB的泵25a输送到监视部件25b。流经该分歧配管PB的原水的流量是通过基于设于分歧配管PB的压力计26a以及流量计26b的输出而控制介于分支配管之间设置的调节阀25c而确定的。监视部件25b详细如后述那样被可视化，靠近监视部件25b而配置有拍摄照相机25d。通过监视部件25b的原水与主配管PM内的流体混合而被送至下游侧的脱盐部30。
脱盐部30包括主线LM和副线LS，主线LM具有高压泵31、RO膜单元32以及淡水罐33，副线LS具有RO膜单元32、能量回收装置34、浓缩水罐35。配置于主线LM的高压泵31获得克服RO膜单元32中的流路阻力而流入原水所需的压力。
RO膜单元32具有RO膜，在RO膜表面使用有半透膜。半透膜是因水分子以及被分离物质与膜的相互作用的不同而仅使水分子透过的膜，使用了乙酸纤维素类膜与芳香族聚酰胺类膜。其中，使用了芳香族聚酰胺类的RO膜因水分子的透过性、电解质去除性能较高而被广泛用作为工业用的半透膜。
将绕中心轴线卷绕多层聚酰胺系的RO膜而作为膜元件形成的元件称为螺旋型元件。商用的螺旋型元件被各公司标准化，形成为直径为4英寸(约10cm)、8英寸(约20cm)、16英寸(约40cm)，长度为1m左右的圆筒形。将多个例如六个元件以串联的方式排列在被称为容器(vessel)的耐压容器内，将多个例如20个容器组装成矩阵状并构成RO膜单元32。淡水罐33将被RO膜单元32去除了被分离物质后的原水作为淡水而储存。
构成副线LS的能量回收装置34例如由利用储存于浓缩水罐35的高压的浓缩水(高压水)被排出时的能量旋转的涡轮以及连接于该涡轮的发电机构成。浓缩水被高压泵31加压并包含被分离物质。利用能量回收装置34发电的电力被用作高压泵31等的驱动电力。另外，作为其他方法，存在如下方法：也在利用高压的浓缩水被排出时的能量旋转的涡轮的轴向上相反一侧的端部设有涡轮，供给低压的供给水的一部分并加压(未图示)。浓缩水罐35是用于储存未透过RO膜单元32的RO膜的原水即浓缩水的罐。
以下详细描述这样构成的海水淡化系统的动作。在海水淡化系统1中，海水取水部10的取水泵12经由取水管11并自大海获取海水(原水)。所获取的原水被暂时储存于原水罐13，原水所含的被分离物质的一部分在原水罐13内被沉淀去除然后被送至预处理部20。
在预处理部20中，自杀菌剂注入部24a向原水注入杀菌剂，自pH调整剂注入部24b将pH调整剂注入原水，自絮凝剂注入部24c向原水注入絮凝剂。被注入了这些药剂的原水被导入砂过滤槽21。主要利用絮凝剂生长到1μm以上的原水内的被分离物质(有机物)的絮凝物被砂过滤槽21过滤而被去除。透过砂过滤槽21后的原水被送水泵22a送至超滤膜模块22。
在超滤膜模块22中，比被砂过滤槽21过滤后的被分离物质更细的0.05μm以上的粒子状的被分离物质、分子量为几千的高分子、细菌等被自原水分离去除。原水所包含的细菌等的微生物基本被超滤膜模块22去除了100％。
此时，原水被送水泵22a加压至0.1～0.5MPa左右，然后被送至超滤膜模块22。送至超滤膜模块22的原水越是处于高压，透过超滤膜模块22的速度越高。然而，原水的压力越高，将被分离物质自原水分离的性能(分离性能)越降低。
自中和还原剂注入部24d向透过超滤膜模块22后的原水中注入中和剂与还原剂。利用中和剂将被pH调整剂调整为酸性的原水中和。与此同时，将所注入的杀菌剂还原。这样被中和、还原后的原水被储存于RO膜供给水罐23。
储存于RO膜供给水罐23的原水被高压泵31加压输送至RO膜单元32，并被RO膜单元32过滤。被RO膜单元32去除了被分离物质后的原水被储存于淡水罐33。另一方面，未透过RO膜单元32的RO膜的原水成为包含被分离物质的浓缩水而被储存于浓缩水罐35。
此外，也可以具备使储存于浓缩水罐35的浓缩水返回例如大海的排水系统中。在该情况下，排水系统需要执行使盐分浓度降低的处理、将盐分以及可能成为化学药品的原料的物质分离的处理。
然而，RO膜单元32所具备的RO膜为半透膜，并作为仅供水分子透过的分离膜发挥作用。若该分离膜产生堵塞(污染)，则将被分离物质自原水分离的分离性能、处理能力降低。具体而言，在将多个膜元件容纳于圆筒状的容器(容器)、并将多个容器组装成矩阵状而构成的膜单元的运转中，若产生污染，则在透过水量恒定的运转的情况下压力上升，在压力恒定的运转的情况下透过水量降低。
为了避免该不良情况，在包含海水淡化系统的水处理系统中，为了防止分离膜的堵塞，将预先去除可能成为污染的原因物质的被分离物质的预处理工序加入处理工序中。此外，万一在产生了污染的情况下，根据分离膜的孔径、强度改变清洗方法，自膜元件内排出污染原因物质而维护膜单元。
接下来，使用图2详细说明在图1所示的海水淡化系统1中被用作RO膜的螺旋构造的膜元件320。图2的(a)是本发明的膜元件320的一实施例的立体图，且是切开局部而表示的图。图2的(b)是膜元件320的右侧的侧视图，图2的(c)是用剖面表示膜元件320的局部的图。
在该螺旋构造的膜元件320中，实现了错流过滤。在错流过滤中，供给水79平行地流过分离膜321的表面，一部分透过分离膜321，剩余部分沿着分离膜321的表面流过并自膜元件320排出。透过膜而流出的水流为透过水84，沿着膜表面流过并流出的水流是浓缩水85。
在膜元件320的中心部设有中空的中心管道325。多个分离膜321以两片一组进行层叠，一端侧粘接于中心管道325。通过绕中心管道325卷绕该多个槽的分离膜321，形成分离膜321的螺旋形状。分离膜321的螺旋的外侧的端部324通过密封两片一组的分离膜321彼此而形成为袋状。即，如图2的(c)所示，一组的分离膜71、72的外侧端部利用密封部73形成为袋状。
密封外侧端部而形成为袋状的分离膜321的中心管道325侧连通于中心管道325内的中空的水路。由此，分离膜321的袋的内部的水聚集于中心管道325。在分离膜321的相邻的袋之间配置有之后详细叙述的隔离物322。在分离膜321的袋的内侧配置有用于将流入分离膜321的袋内的透过水整流的网323。分离膜321的袋与隔离物322、网323一起层叠，并呈螺旋状卷绕于中心管道325的周围。呈螺旋状卷绕的分离膜321容纳于耐压性的树脂制的圆筒状外筒326内而构成膜元件320。
在使用了这样构成的膜元件320的RO膜单元32中，流入膜元件320的内部的被处理水80在分离膜321的表面错流。然后，透过分离膜321而几乎不包含被分离物质的透过水、以及浓缩了被分离物质后的浓缩水被分离，向膜元件320之外流出。
更具体而言，如图2所示，供给至分离膜321的被处理水79自圆筒形的反渗透膜的元件320的一方的轴端侧流入元件320内。然后，被导向分离膜321的袋的外表面一侧并且是配置有隔离物322的区域74、75，形成被处理水80的水流。
流入配置有隔离物322的区域74、75的被处理水80在沿轴向进入元件320内时有一部分被分离膜321去除了被处理物质而透过分离膜321。透过分离膜321后的透过水81成为净化水，膜321的袋的内部的配置有网323的区域沿周向旋转并且(在图2的(a)的展开部分向径向内侧)如箭头82所述那样流入元件320的中心部。之后，自形成于中心管道325的细孔聚集到形成于中心管道325内的流路，并自形成于元件320的侧板的中心部的流出口62向外部流出。剩余的被处理水83在通过元件320的内部时水分减少了透过分离膜321后的透过水81的水量而被浓缩，并作为浓缩水85自元件320的侧板的周围部63向外部流出。
这里，配置于引导供给水80的区域的隔离物322通过将粗细为0.5mm以下的聚乙烯、聚丙烯的纤维编织成网状而形成，网的间隔成为3～7mm左右。除此之外，也能够使用在聚乙烯、聚丙烯的片上形成多个缝隙而开设有缝隙部分而成的隔离物322。
在上述元件320中，由于将分离膜321卷绕于中心管道325，因此分离膜321与隔离物322接触，有时隔离物部分的流路宽度窄至10μm以下。特别是，在呈网状形成隔离物322的情况下，隔离物322在纤维所交叉的网格点处变厚，并相应地侵入分离膜321而使流路宽度较窄。
在由隔离物322的厚度确保的流路的宽度较窄的状态下，若含有亚微米大小的粒子的供给水流入流路74、75、自浓缩水析出被分离物质，则存在于隔离物322与分离膜321之间74、75蓄积粒子、被分离物质的隐患。在本发明人的实验研究中，明确了粒子、被分离物质的蓄积显著产生于元件320的入口侧的大致10～20cm的范围内。
这样蓄积的物质使流路堵塞，即使在不发生膜间差压上升的原因即膜面的堵塞的情况下，供给水也不会流入，使得RO膜单元32的处理能力降低。因此，由蓄积于隔离物322所形成的流路74、75的物质堵塞流路74、75，需要监视通水阻力变化或者增大。
通常，一旦流路74、75的通水阻力增大，就清洗RO膜单元32而谋求通水阻力的减少。然而，通水阻力作为压力上升被检测到时那样的堵塞了的状态下，清洗液不会充分进入至RO膜单元32的内部，清洗效果较小。
另外，在堵塞程度变大而不能期待清洗效果的情况下，不得不更换膜元件321，但是为了更换元件321，需要长时间停止海水淡化系统1，海水淡化系统的运转率降低。而且，元件321的部件费用、更换的作业费用被加入到运行成本中，海水淡化系统1的运行成本上升。
另一方面，为了消除该不良情况，也考虑以未见到压力上升的、相对来说认为是无流路堵塞的状态的较短周期定期进行清洗。然而，若以较短周期实施清洗，则清洗液的成本增大并且清洗后的废液的处理费用增大。另外，存在因频繁的清洗导致膜的透过性能被清洗液劣化的隐患。
因此，在本发明中，在RO膜供给水罐23与脱盐部30之间设置监视部25，在虽然压力未上升但是可见流路堵塞的征兆的情况下，对RO膜进行清洗。以下详细说明该监视部25。
图3是表示监视部25所具备的监视部件25b与拍摄该监视部件的拍摄部件25d、以及其图像处理部件的图。图3的(a)是用剖面示出监视部件25b的主视图，图3的(b)是监视部件25b的俯视图。此外，在本实施例中，利用拍摄部件25d监视监视部件25b并进行图像处理，但是图像处理部件25e不是必要的，也可以通过目视而监视。
如图1所示，监视部件25b配置于分支流路PB。并且，监视部件25b具有大致平行地配置的两张平板P1、P2、在形成于一方的板(在图3中为下侧的平板P2)的凹部中容纳的污染形成材251、包围污染形成构件251的周围并容纳于下侧的平板P2的凹部的间隙保持隔离物252。
在下侧的平板P2的周缘部形成有O型环槽，O型环257嵌入该槽中。两张平板P1、P2的周缘部被用作凸缘，使螺栓258a通向形成于上侧的平板P1的螺栓孔与形成于下侧的平板P2的多个螺纹孔258b，将两张平板P1、P2之间密封。
在上侧的平板P1的长度方向端部附近设有供原水(RO膜供给水)流入的流入口256a与供原水流出的流出口256b。两张平板P1、P2的至少一张为丙烯酸、玻璃等的透明的板。与透明的平板相对地配置拍摄装置25d。
由于污染形成材251模拟了配设于膜元件320内的隔离物322，因此材质优选为聚乙烯、聚丙烯。为了模拟膜元件320的隔离物322部的流路74、75内流动，污染形成材251的外观形状与膜元件320所使用的隔离物322相同。具体而言，使用将纤维交织网形状而成或具有突起的片、开设有多个孔的片等。另外，两张平板P1、P2之间做成形成有供RO膜供给水可靠地流动的缝隙的形状。
优选在不成为拍摄装置25d的阻碍的、在图3的(a)中为平板P2的凹部的底面配置与RO膜253相同材质的构件。为了配置相同的材质，只要选取将与RO膜253相同的膜的一部分粘接于平板P2的方法、在P2表面直接成膜与RO膜相同的材质的方法、在平板P2使用聚酰胺板的方法等即可。然而，P2的凹部的底面并非必须是与RO膜253相同的材质。其理由认为是，在本监视部中，污染形成材251与平板P2的缝隙的感觉成为污染形成的主要因素，平板P2的表面材质的影响较小。
对于监视部25的尺寸而言，两张平板P1、P2之间的缝隙是重要的。两张平板P1、P2的间隔被做成平行或自流入口256a朝向流出口256b去而间隔变窄。将两张平板P1、P2之间的间隔做成0.5mm以下，且比膜单元32所使用的元件321的隔离物322的厚度窄。这是为了使监视部25的污染加速。
流路255的宽度(与水的流动方向正交方向的长度)为1cm以上，优选为1.5～4cm。这是包含多个污染形成材的重复构造而使水的流动获得均匀性的宽度。
形成于平板P2的凹部的流路255的流动方向的长度为1cm～30cm。这是因为，成为通水阻力的污染的形成大多发生于自元件320的入口起约15cm左右的范围内，甚至于只要是最低1cm以上，就能够形成污染。另外，也因为即使考虑污染形成范围的下游的影响，只要有污染形成范围的两倍程度的长度，实际上就可实现与在元件320内产生的现象相同的现象。此外，考虑设备的小型化与现象的近似性，上述范围在10～20cm内足够。
此外，污染形成材251与膜元件320内的隔离物322对应。因此，只要使用与膜元件320内的隔离物322相同的隔离物，就能够在海水淡化系统1中如实地实现配置在该监视部件25b的下游的RO膜单元32内的现象。另一方面，在希望使可能在RO膜单元32内产生的现象加速并进行监视的情况下，也可以做成能够以不同形状谋求污染的预防措置。
在图4至图6中示出能够使污染形成加速的污染形成材的形状例。图4是污染形成材251a的俯视图，且是选取了一部分的图。将以间隔形成有点42的纤维41沿与RO膜供给水的流动正交的方向排列。相邻的纤维41的点42的位置交错配置。各纤维41在两端侧安装于紧固材43，且对紧固材43之间施加适度的张力，从而防止污染形成材251a的抬起等。此外，点42通过使与纤维41相同材质的纤维打卷而形成.
在图5中用主视图示出污染形成材251b的其他例。交替编织纵线44与横线45而形成网状。纵线44与横线45的交点形成网格点46。网的间隔为2mm以下，实际上通过做成比元件320所使用的隔离物322的间隔窄，从而增大污染形成材251b带来的阻力而使污染加速。
在以上两例中，优选的是纤维的材料实际上使用与元件320所使用的纤维相同的材料。即，使用聚乙烯、聚丙烯的纤维。
在图6中示出污染形成材251c的另一其他例。图6的(a)是污染形成材251c的俯视图，图6的(b)是装入污染形成材251c后的监视部件25b的剖视图。此外，在该图6的(b)中，省略了形成于监视部件25b的周缘部的密封部件以及紧固部件的图示，但是当然如图3的(b)所示，监视部件25b具有这些部件。
在透明的材质的片51的单面形成多个球状的突起52、53而调整供RO膜供给水流动的流路的缝隙。突起52、53的大小形成大小两种。另外，突起的大小也可以是3种以上。这是因为，在实际的膜元件320内流路中，构成隔离物322并编织成网状的纤维与分离膜321之间的相对关系构成无纤维的部分、仅具有一根纤维的部分、作为纤维的交点的网格点接触于分离膜321的部分。由此，在监视部件25b中，能够用无突起的片51的部分模拟无纤维的部分，用小突起53的部分模拟仅具有一根纤维的部分，大突起52模拟作为纤维的交点的网格点接触于分离膜321的部分。
利用拍摄装置25d观察监视部件25b内的RO膜供给水的行动。然后，判断是否已形成有到达流路堵塞程度的污染。此时，着眼于污染形成材251c的形状的变化、颜色的变化。给膜间差压带来影响的膜面的堵塞即使是附着极微量的有机物也会产生。在附着物的量为少量且大致可看做透明的情况下、附着物的种类为透明的材质的情况下，难以进行光学观察。
然而，若附着物附着于隔离物322部，则隔离物322部的附着物导致隔离物322膨胀、隔离物322被着色而产生能够通过目视观察到的变化。由于该变化因压力损失的变化在之前阶段产生，因此能够利用拍摄通过观察进行监控。此外，在本实施例中，虽然通过目视观察执行监控，但是也可以使用图像处理部件25e而定量掌握隔离物322部的变化、附着物的大小的变化。另外，既可以取代CCD照相机等的拍摄部件而使用分光计来判断有无定量附着，也可以同时采用两者。
图7是表示监视部件25d中的监视结果的一个例子的图表。是使用安装于监视部件25b的前后的压力计26a、26a与拍摄装置25d而调查与通水阻力和监视部件25d的拍摄图像的对应的结果。横轴表示自监视开始起的经过时间，纵轴表示两个压力计26a、26a所检测出的压力的差压。另外，使用了交织纵线与横线而做成网状的隔离物322。
在通水阻力开始上升时间t1(在图7中是100小时经过后)1，在拍摄部件25d的拍摄画面中已在隔离物322部显现出着色。然后，成为自时间t1起经过约50小时后的时间t2，通水阻力被检测出显著增加。换句话说，相比于根据被处理水的流动压力的变化检测出与流路的堵塞相关联的通水阻力的变化，通过目视观察能够提前检测出。
如上述那样，利用监视部25观察或者测量的通水阻力需要做成与RO膜单元32同时或先于RO膜单元32的状态，即，需要使RO膜单元32内的被处理水的流动如实地模拟或者加速模拟。因此，与RO膜单元32内的被处理水相同，通水阻力上升或早于RO膜单元32内的被处理水地使通水阻力上升，因此，使监视部件25b中的膜面的线流速大于或等于RO膜单元32内的膜面的线流速。
RO膜单元32内的平均线流速为0.1～0.2m/s，但是在RO膜单元32的入口侧也到达0.5～0.7m/s。因此，使形成于监视部件25b的流路255内的线流速比配置于下游的RO膜单元32的流速快而成为0.7～1.0m/s。为了使监视部件25b中的线流速增加，在监视部25中设置小型的泵25a、阀25c。或者，使流路的直径以在中途减少的方式变化。
接下来，使用图8说明具备上述监视部25的海水淡化系统1的运转例。图8是海水淡化系统1的运转流程图。
一旦开始海水淡化系统1的运转(步骤S100)，就开始利用作为拍摄部件25d的CCD照相机拍摄监视部25的监视部件25b(步骤S110)。由于监视部件25b的上表面板P1是透明的丙烯酸或者玻璃，因此在监视部件25b的内部流动的被处理水的状况可作为照相机25d所拍摄到的拍摄画面而被设于未图示的控制室的监视器监视。
一旦进行海水淡化系统1的海水淡化处理，就定期监视监视器画面。此时，以(1)去除混浊物质成分的影响、(2)抑制微生物的增殖、(3)确定RO膜的清洗时期为着重点，按照以下的顺序分析监视内容并且控制海水淡化系统1的各部分。
即，在监视部25的拍摄部件25d所拍摄到的画面中监视相当于RO膜元件的隔离物的污染形成构件251的狭窄部是否已产生变化(步骤S120)。具体而言，在交织纵线与横线而制成的污染形成构件251的情况下，对纵线与横线的网格点等观察自纤维生长成凝胶状的块、纤维状的像，设想微生物的增殖，因此增加杀菌剂的浓度、缩短投入间隔等而进行变更(步骤S130)。
接下来，监视监视部件25b的污染形成构件251是否已着色(步骤S140)。只要污染形成构件251(251a～251c)为图4、图5所示的纤维状，则对于纤维，只要是图7所示的片状的纤维就将片整体着色，于是混浊物质成分增加，因此确认以混浊物质去除为目的的预处理部20的超滤膜单元22内的分离膜的状态是否已产生异常(步骤S150)。作为确认超滤膜单元22的异常的方法，利用浊度计等测量超滤膜单元22的前后的水的混浊物质量，根据去除率是否满足标准值而判断。
一旦超滤膜单元22内的分离膜产生了不良情况，就改变运转条件(步骤S160)。具体而言，进行反洗、增加药品清洗的频率、延长它们的清洗时间、增加药品清洗用的清洗液的浓度等。在超滤膜单元22无异常的情况下，存在在自RO膜供给水罐23、超滤膜单元22至监视部25的配管内新产生混浊物质成分的可能性，因此进行清洗供给水罐23、配管或增加杀菌剂注入部24a的注入量而去除所产生的微生物膜等的对策。(步骤S170)。
接下来，由于需要定期更换或者清洗RO膜单元32内的膜元件320，因此利用监视部件25b的拍摄画面判断该更换或者清洗时期。如上述那样，利用RO膜单元32测量到的通水阻力的增加产生于比实际产生污染迟的时刻，因此在通水阻力增加而清洗液变得难以进入之前，需要清洗RO膜单元32。
因此，一旦在监视部件25b的污染形成构件251观察到附着物，则测量附着物的大小。利用图像处理部件25e对占据拍摄部件25d所拍摄的图像的附着物的投影面积进行图像处理，从而求出该测量值。只要所获得的附着物的大小为预先确定的阈值(例如5％)以上(步骤S180)，就利用清洗液清洗RO膜单元32。与此同时，对监视部件25b的内部也通过与RO膜相同的条件清洗(步骤S190)。由此，监视部件25b的污染形成材251也被清洗，从而能够确认清洗的效果。
如以上说明那样，在上述实施例的海水淡化系统1中，在RO膜单元32的上游经由分支配管设置监视部件25b，在监视部件25b的内部配设有模拟隔离物的污染形成材251。而且，由于将监视部件25b内部的被处理水的流动可视化而利用拍摄装置监视，因此能够比RO膜单元32中的压力上升即通水阻力的上升提前检测出RO膜单元32中的污染的产生。
由此，容易向RO膜单元32注入清洗液，能够防止因污染的发展导致通水阻力上升、RO膜单元32的清洗不合格这种不良情况。特别是，能够比通过压力上升检测出通水阻力的情况提前检测出污染的产生，海水淡化系统1的可靠性提高。另外，由于能够在通水阻力上升之前掌握预处理部、脱盐部的污染情况，因此通过改变这些预处理部、脱盐部的运转条件或清洗，能够始终使海水淡化系统1最佳运转，能够高效地将海水淡化。
此外，在上述实施例中，以监视部件25b的流路255朝向横向的方式设置了监视部件25b，但是也能够纵向朝向地设置。在纵向朝向地设置的情况下，自下方供给被处理水并自上方排出较好。
而且，在上述实施例中，通过可视化检测出RO膜单元中的污染的产生，但是不只是图像的着色、形状变化，也可以监视反射率的变化、反射光谱的吸光度变化等的指标的变化。另外，也可以在设置了本实施例的监视部件的位置或者比RO膜单元靠上游侧的位置并列设置能够监视分离膜的堵塞的传感器。
此外，在本实施例所示的RO膜元件中采用了错流过滤。在该错流过滤的情况下需要两种压力的管理。即，一种是分离膜321、321之间的差压，另一种是膜元件320的压力损失即供给水79侧与浓缩水85侧的压力差(通水阻力)。在本实施例中，能够检测出这两种压力中的后者、即流路堵塞下的通水阻力大小。由此，能够相比于RO膜的过滤在预处理中强化成为通水阻力的原因的堆积物的去除，能够实现最佳的水处理控制。
附图标记的说明
1…海水淡化系统(水处理系统)，10…海水取水部，20…预处理部，25…监视部，25b…监视部件，25d…拍摄部件(CCD照相机)，25e…图像处理装置，30…脱盐部，32…RO膜单元，251…污染形成材，321…RO膜，322…隔离物(RO膜被处理水侧隔离物)，P1…透明平板，P2…平板，PM…主配管，PB…分支配管(旁通配管)。
Claims (13)
1.一种水处理系统，其特征在于，该水处理系统包括：预处理部，其用于对原水进行预处理；脱盐部，其具有使用分离膜自被该预处理部预处理过的原水分离被分离物质的分离膜单元；以及监视部，其处于上述预处理部与上述脱盐部之间；
上述分离膜单元具有RO膜元件，该RO膜元件是通过使配置为多层的分离膜与将该分离膜之间分离的隔离物呈螺旋状卷绕形成的，
上述监视部具有：监视部件，其设于将上述预处理部与上述脱盐部连接的配管的旁通配管，且由至少一个面透明或者半透明的密闭容器构成；以及
拍摄部件，其使在该容器内流动的原水自上述透明或者半透明的面可视化；
在上述容器内配置有模拟上述分离膜以及上述隔离物而成的污染形成材，上述拍摄部件能够自上述透明或者半透明的面拍摄在上述污染形成材中流动的原水，上述监视部件为比上述脱盐部容易产生污染的结构。
2.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件的上述污染形成材使以预定的间隔形成有点的纤维沿与RO膜供给水的流动正交的方向排列，且相邻的纤维的点的位置交错配置。
3.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件的上述污染形成材通过将纵线与横线交替交织而形成网状，该网的间隔比上述RO膜元件的隔离物的网间隔窄。
4.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件的上述污染形成材具有多个球状的突起。
5.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件的通水阻力大于上述分离膜单元的通水阻力。
6.根据权利要求5所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件的污染形成材的膜面的线流速大于上述分离膜单元的RO膜元件的膜面的线流速。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的水处理系统，其特征在于，
上述预处理部具有注药系统与超滤膜单元，该注药系统具有将原水所包含的细菌杀菌的杀菌剂注入部与使原水所包含的被处理物质絮凝的絮凝剂注入部。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的水处理系统，其特征在于，
上述监视部件构成为，在形成于在至少一方为透明或者半透明的两张平行配置平板之间的空间的拍摄侧配置有上述污染形成材。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的水处理系统，其特征在于，
上述污染形成材利用聚乙烯、聚丙烯形成。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的水处理系统，其特征在于，
上述分离膜是反渗透膜。
11.一种水处理系统的水处理方法，是在具有使用分离膜自原水分离被分离物质的分离膜单元的水处理系统中，防止因被分离物质吸附并产生于分离膜单元内的污染导致堵塞的水处理系统的水处理方法，其特征在于，
在上述分离膜单元的上游侧使原水旁通，使旁通后的原水在监视部件内流动，利用拍摄部件拍摄在上述污染形成材中流动的原水而预测污染的产生，上述监视部件内置有上述分离膜单元所具有的分离膜以及比隔离物容易产生污染的结构的污染形成材。
12.根据权利要求11所述的水处理系统的水处理方法，其特征在于，
在上述污染形成材着色，或者吸附于上述污染形成材的吸附物的拍摄面积占据上述拍摄部件所拍摄的面积中的比例超过预定值时，当作产生上述污染，实施对水处理系统进行清洗或者药剂注入、改变超滤膜的运转条件中的至少一者。
13.根据权利要求11所述的水处理系统的水处理方法，其特征在于，
上述水处理系统为海水淡化系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141231 |