JP2000342936A - 中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知方法及び膜損傷検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、簡単な手段により、中空糸膜の膜
損傷を迅速適確に検知できる中空糸膜ろ過装置の膜損傷
検知方法及び膜損傷検知装置を提供する。 【解決手段】 本発明による膜損傷検知装置は、中空糸
膜ろ過装置フローに配置され、ＵＦ膜モジュール１１の
下流側に設けた空気による圧力注入手段と、ＵＦ膜モジ
ュール１１の加圧側の圧力保持手段と、それらの制御手
段とから構成される。圧力計２０を設置し、コンプレッ
サー１９からの空気の圧送、バルブＡＶ−１、ＡＶ−
２、ＡＶ−３、ＡＶ−４による圧力保持制御、中空糸膜
に対する圧力注入時間と圧力変化率の関係から得られた
一定の圧力注入時間による中空糸膜の圧力保持率の経時
変化を求めて、正常な圧力保持率との比較値から演算し
て、中空糸膜の膜損傷を検知し、警報、さらには表示等
の処置を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空糸膜ろ過装置の
膜損傷検知方法及び膜損傷検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水用の中空糸膜ろ過装置は、従来の凝
集沈殿池及び砂ろ過設備の代替設備として、次のような
利点から脚光を浴びてきている。 （１）施設がコンパクトで、浄水場の全体面積が小さく
なり、かつ建設工期も短縮できる。（２）自動化が図れ
るため、運転及び維持管理が容易である。（３）凝集剤
等の薬品の添加が少なくてすみ、薬品費の低減化が図れ
る。（４）水質向上が図られ、高品質の飲料水が得られ
る。

【０００３】中空糸膜ろ過装置は繊維膜ろ過によるもの
であり、原理的には、多数本の中空糸状微孔性繊維を使
用し、各繊維が原水を繊維の外部から繊維壁の微孔を経
て繊維の内部へ流動させ、原水から不純物を除くもので
あり、定期的に膜の外側に付着した物質は水逆洗浄、空
気逆洗浄、又はエアスクラジング等により洗浄される。

【０００４】実用的には、数千本から数万本の繊維を束
ねてシェルに納め、所謂膜モジュールを構成している。

【０００５】膜分離方式としては、一般に、微孔の大き
さによる限外濾過膜（ＵＦ膜）及び精密濾過膜（ＭＦ
膜）が用いられ、これらの膜モジユール構造は、中空糸
膜（例えばＵＦ膜の場合、内径０．８ｍｍ、外径１．４
ｍｍで分画分子量１３０００Ｄａｌｔｏｎの多孔質中空
糸状に成形した膜）を束ねて、これをパイプ状のハウジ
ングに納めた一体構造である。

【０００６】膜モジユール一本あたり中空糸が数千本程
度充填されており、この膜が損傷していないかどうか
は、良好な水質を得るために大変重要な項目である。こ
のために、常にその安全性を確認することが必要であ
る。膜損傷の検知方法として、常時処理水水質をレーザ
ー式濁度計で監視することが行われている。

【０００７】図６は中空糸膜のレーザー式濁度計による
安全対策の状態を示す概略図である。図６において、中
空糸膜であるＵＦ膜１が原水槽２からポンプ３により供
給される原水１を膜分離して膜ろ過水５が生産される。
ＵＦ膜１の下流側にはレーザー濁度計４が設置されて常
時膜ろ過水５の水質を監視している。膜に異常があった
場合には、膜ろ過水５の濁度が変化するので、これを検
知して警報を出し、異常のあった系列を停止する。

【０００８】しかし、レーザー濁度計４を用いた水質を
検知する方法は、非常に敏感に反応するため、ろ過水の
配管の汚染、あるいは濁度計内のセンサーの汚染等が起
こらないように十分留意しなければならず、維持管理が
繁雑である。上記した漏洩の原因が中空糸膜にピンホー
ルが存在したり、装置組立て時の中空糸膜の損傷、運転
継続による膜の劣化等が挙げられることから、レーザー
濁度計４以外の検知方法として、電気伝導度の変化を検
知する方法、乾燥状態で、中空糸膜外面に加圧ガスを供
給し、リーク個所より加圧ガスを漏洩させ、漏洩ガスの
流出を光学的に検知する方法（特公昭５６−３９９２１
号）等が検討されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た種々の検知方法は以下の問題がある。

【００１０】電気伝導度の変化を検知する方法は、原液
として、処理後の液の電気伝導度に変化を与える液体を
供給する必要があり、また、検査後に再度原液を洗浄す
る工程が必要である。

【００１１】また、乾燥状態で、中空糸膜外面に加圧ガ
スを供給し、リーク個所より加圧ガスを漏洩させ、漏洩
ガスの流出を光学的に検知する方法は、炭酸ガス、メタ
ンガス等の空気と異なる屈折率の加圧ガスを用い、中空
糸膜モジュールの端部を光路内に置き、膜モジュュール
端部のリーク個所からの加圧ガスによる漏洩ガスの流出
による屈折現象を拡大し、ナイフエッジを経てスクリー
ン上に該膜モジュール端部の流出状態を明暗像として映
出すものであり、膜モジュュール筺体の外装が不透明な
場合には適用できない。また、乾燥状態で、炭酸ガス、
メタンガス等の空気と異なる屈折率の加圧ガスを供給こ
とが必要であり、繁雑である。

【００１２】本発明は上記のような問題点の解決を図っ
たものであり、レーザー式濁度計に代わって、簡単な手
段により、中空糸膜の膜損傷を迅速適確に検知すること
のできる中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知方法及び膜損傷
検知装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、中空糸膜
ろ過装置の膜損傷検知方法であって、前記中空糸膜の外
側に水を張り、内側から加圧空気を導入して、加圧空気
による圧力注入時間と圧力変化率の関係から得られた一
定の圧力注入時間を設定し、その設定時間から内側を加
圧状態に保持して、中空糸膜の圧力保持率の経時変化を
求めて、正常な状態の圧力保持率と膜損傷による状態の
圧力保持率を比較して、中空糸膜の膜損傷を検知するこ
とを特徴とする中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知方法であ
る。

【００１４】第二の発明は、第一の発明において、前記
圧力注入時間を９０〜１８０秒に設定したことを特徴と
する中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知方法である。

【００１５】第三の発明は、中空糸膜ろ過装置の膜損傷
検知装置であって、前記膜損傷検知装置は中空糸膜の下
流側に設けた空気による圧力注入手段と、中空糸膜の加
圧側の圧力保持手段と、それらの制御手段とを具備した
ことを特徴とする中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置で
ある。

【００１６】本発明によれば、上記構成により、中空糸
膜に対する圧力注入時間と圧力変化率の関係から得られ
た一定の圧力注入時間を設定し、その設定値による中空
糸膜の圧力保持率の経時変化を求めて、正常な圧力保持
率との比較値から、中空糸膜の膜損傷を迅速適確に検知
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
よって詳述する。

【００１８】図１は本発明の一実施の形態を示す図であ
る。本発明が対象とする中空糸膜装置１０はＵＦ膜モジ
ュール１１から構成されており、ＵＦ膜モジュール１１
には原水タンク１２からポンプ１３により圧送された原
水１が下部から供給され、そこでＵＦ膜モジュール１１
により膜分離される。膜ろ過水１５は頂部から流出して
浄化槽１４に流入する。膜ろ過水１５は浄化槽１４から
飲料用に使用される。原水はタンク１２に一部循環され
る。符号１６はオートストレーナーである。

【００１９】中空糸膜ろ過装置１０には、定期的に逆洗
浄するために、逆洗タンク１７が接続され、ポンプ１３
ｃにより洗浄水をＵＦモジュール膜１１の頂部から送入
してＵＦ膜の外壁に付着した物質を洗浄除去する。

【００２０】後述する試験と比較するために、従来用い
られていた濁度計１８を取付けている。

【００２１】本発明による膜損傷検知装置は、上記した
中空糸膜ろ過装置フローに配置されるものであり、ＵＦ
膜モジュール１１の下流側に設けた空気による圧力注入
手段と、ＵＦ膜モジュール１１の加圧側の圧力保持手段
と、それらの制御手段とから構成される。

【００２２】圧力注入手段にはコンプレッサー１９をＵ
Ｆ膜モジュール１１の下流側に接続して、ＵＦ膜モジュ
ール１１の頂部からＵＦ膜の内側に加圧空気を送入す
る。

【００２３】圧力保持手段には、ＵＦ膜モジュール１１
の上流側の原水供給系にバルブＡＶ−１、下流側のろ過
水排出系にバルブＡＶ−２、ＵＦ膜モジュール１１の上
部に設けた循環水系にバルブＡＶ−３、そしてコンプレ
ッサー１９からの空気送入系にバルブＡＶ−４を設け、
それらのバルブ開閉によって所定の時間を圧力保持がて
きるようにしている。圧力は圧力計２０によって検知さ
れる。

【００２４】膜損傷検知のための制御手段１８ａは、中
空糸膜ろ過装置１０のろ過処理運転による制御盤１８の
中に組入れられている。ここでは、圧力計２０を設置
し、コンプレッサー１９からの空気の圧送、バルブＡＶ
−１、ＡＶ−２、ＡＶ−３、ＡＶ−４による圧力保持制
御、前記中空糸膜に対する圧力注入時間と圧力変化率の
関係から得られた一定の圧力注入時間による中空糸膜の
圧力保持率の経時変化を求めて、正常な圧力保持率との
比較値から演算して、中空糸膜の膜損傷を検知し、警
報、さらには表示等の処置を行う。

【００２５】次に、図１による本発明の膜損傷検知装置
で試験した結果を詳述する。 １．試験装置 メーカ−旭化成製 膜モジュ−ル 膜種 中空糸限外ろ過膜（ＵＦ膜） 膜材質 ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ） 分画分子量 １３，０００Ｄａｌｔｏｎ 中空糸内径／外径 ０．８／１．４ 膜面積 ４１ｍ² 濁度計 微粒子カウンター式濁度計(脱泡塔付き) 圧力計 隔膜式圧力計

【００２６】2．.主な検討項目を以下のようにした。 （１）圧力注入試験 （２）圧力保持試験 （３）膜ろ過水の濁度測定

【００２７】３．装置フローは図１による。

【００２８】４．試験条件及び試験水準 試験条件及び試験水準を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示すように、加圧方法としてケース
１（Case１）〜ケース４（Case４）を設定し、各々のケ
ースにおいて、４種類の異なる膜状態について圧力保持
試験を実施した。ここで各ラン（Run）での繰返し試験
回数ｎ＝３とし、試験結果はその平均値を用いた。各試
験の具体的条件は以下のようである。

【００３１】「圧力注入試験」 加圧媒体 空気（装置付属のコンプレッサーにより供
給） 加圧圧力 約１００ｋＰａ 膜状態 正常（無損傷） 注入時間 ３０ ６０ １２０ １８０ ３００（秒） ホールド時間 ５分間 使用原水 硬水（濁度３〜５度）

【００３２】「圧力保持試験」（Run−１）〜（Run−１
６） 加圧媒体 空気（装置付属のコンプレッサーにより供
給） 加圧圧力 約１００ｋＰａ 膜状態 正常（無損傷）、傷、一本切断、３本切断の
計４水準 注入時間 ３００（秒） ホールド時間 ５分間 使用原水 硬水（濁度３〜５度）

【００３３】「膜ろ過水の濁度測定」 膜状態 正常（無損傷）、傷、一本切断、３本切断の
計４水準 測定時間 ２時間 使用原水 硬水（濁度３〜５度）

【００３４】５．圧力注入試験及び考察 図２は圧力注入時間と圧力変化率との関係を示す図であ
る。図２の横軸は、膜モジユールに加圧空気を注入する
時間（圧力注入試験）を表わしており、縦軸は、注入停
止直後の圧力を１００とした場合に５分間ホールド後の
圧力変化率を表わしている。図２に見られるように全て
の場合において、圧力注入時間を９０〜１５０秒に設定
すれば、注入時間の違いが圧力変化率に与える影響は無
視できるものと考えられる。実用的には１２０秒を中心
にして３０秒程度の前後の時間を設定すればよい。

【００３５】６．圧力保持試験及び考察 上記圧力注入時間と圧力変化率との関係から、膜モジユ
ールに加圧空気を注入する時間を２分間に設定して次の
試験を行った。

【００３６】圧力保持試験の場合の本発明による場合 異なる４水準の膜の状態、即ち、正常（無損傷）、傷、
一本切断及び三本切断における各々の場合での圧力保持
率の経時変化を図３に示す。

【００３７】図３は本発明による圧力保持率の経時変化
（膜３本切断状態）を示す図である。膜が正常な場合、
膜モジュール内に水を張った状態での圧力保持率は高
い。膜が損傷した場合、図３から明らかなように、すべ
ての場合において、圧力保持率は急激に低下し、膜が正
常な場合よりも顕著な差が見られる。特に、中空糸の外
側よりも内側から加圧空気を注入した場合が圧力保持率
の低下は著しい。以上の結果より、４種類の場合の中で
は、膜モジュール内の中空糸の外側に水を張った状態
で、中空糸の内側から加圧空気を注入する場合が最も感
度が高いものと見られる。中空糸に傷が生じた場合で
も、一本切断した場合と同じ程度の感度で損傷を検知で
きる。

【００３８】上記した膜モジュール内の中空糸の外側に
水を張った状態で、中空糸の内側から加圧空気を注入す
る場合には、バルブＡＶ−１、ＡＶ−２を閉とし、ＡＶ
−３、ＡＶ−４を開として、ＡＶ−４を介してコンプレ
ッサー１９により中空糸の内側を加圧し、内側の原水を
中空糸の外側に追出す。中空糸膜内側の空気圧の上昇が
安定したら、バルブＡＶ−１、ＡＶ−２、ＡＶ−４を閉
とし、ＡＶ−３を開としたものである。

【００３９】図４は本発明による膜の状態の違いによる
圧力保持率の経時変化を示す図である。図４から明らか
なように、中空糸に傷が生じた場合でも、一本切断した
場合と同程度の感度で損傷を検知できる。

【００４０】７．膜ろ過水の濁度測定 表２及び図５に、各々の膜状態における微粒子カウンタ
ー式濁度計の実測値（２時間の平均値）及び経時変化を
示した。

【００４１】図５は比較例の微粒子カウンター式濁度計
による濁度の経時変化の状態を示す図である。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２及び図５から明らかなように、膜が損
傷した場合は正常な場合よりも高い数値を示すことか
ら、膜損傷検知システムとして微粒子カウンター式濁度
計は有効なものと考えられる。しかしながら、微粒子カ
ウンター式濁度計は非常に鋭敏に反応するため、膜ろ過
水の配管の汚染あるいは濁度計内のセンサーの汚染等が
起こらないように十分留意しなければならず、維持管理
が繁雑となることが懸念される。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上のように、レーザー式濁
度計に代わって、簡単な手段により、中空糸膜の膜損傷
を迅速適確に検知することのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すフロー図である。

【図２】本発明の圧力注入時間と圧力変化率との関係を
示す図である。

【図３】本発明による圧力保持率の経時変化（膜３本切
断状態）を示す図である。

【図４】本発明による膜の状態の違いによる圧力保持率
の経時変化を示す図である。

【図５】比較例による微粒子カウンター式濁度計の濁度
の経時変化の状態を示す図である。

【図６】従来の中空糸膜のレーザー式濁度計による安全
対策の状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 原水 ５，１５ 膜ろ過水 １０ 中空糸膜装置 １１ ＵＦ膜モジュール １２ 原水タンク １３ ポンプ １４ 浄化槽 １６ オートストレーナー １７ 逆洗タンク １８ 濁度計 １９ コンプレッサー ２０ 圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 優子 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 峯岸 寅太郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA01 LA03 LA06 LA10 MA01 MA33 MB05 MC39X

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知方法であ
   って、前記中空糸膜の外側に水を張り、内側から加圧空
   気を導入して、加圧空気による圧力注入時間と圧力変化
   率の関係から得られた一定の圧力注入時間を設定し、そ
   の設定時間から内側を加圧状態に保持して、中空糸膜の
   圧力保持率の経時変化を求めて、正常な状態の圧力保持
   率と膜損傷による状態の圧力保持率を比較して、中空糸
   膜の膜損傷を検知することを特徴とする中空糸膜ろ過装
   置の膜損傷検知方法。
2. 【請求項２】 前記圧力注入時間を９０〜１８０秒に設
   定したことを特徴とする請求項１記載の中空糸膜ろ過装
   置の膜損傷検知方法。
3. 【請求項３】 中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置であ
   って、前記膜損傷検知装置は中空糸膜の下流側に設けた
   空気による圧力注入手段と、中空糸膜の加圧側の圧力保
   持手段と、それらの制御手段とを具備したことを特徴と
   する中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置。