JP2000342937A

JP2000342937A - 中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置及び膜損傷検知方法

Info

Publication number: JP2000342937A
Application number: JP11155119A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kageyama; 佳秀蔭山; Takeshi Higashijima; 健東島; Yuko Fujiwara; 優子藤原; Torataro Minegishi; 寅太郎峯岸
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、現場で、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
の膜損傷検知装置及び膜損傷検知方法を提供する。【解決手段】膜損傷検知装置１０は、透明管１１と、
透明管１１に設置した光学的センサー１２と、膜損傷検
知の制御手段１３と圧力空気源１４とからなり、外圧式
中空糸膜ろ過装置１５の膜損傷検知に適用する。膜損傷
検知に当たっては、ＵＦ膜１６の外側に、コンプレッサ
ー１４により空気を１００ｋＰａ程度の低い圧力で吹込
む。正常なＵＦ膜１６は膜の外側から内側に空気が透過
しないので、気泡が生じない。しかし、損傷等による異
常なＵＦ膜１６は、内側に空気が侵入し気泡が生じるの
で、内側に残存する膜ろ過水の中に、空気による気泡が
発生していることを光学的センサーにより検知して、Ｕ
Ｆ膜の損傷の有無を判断する。

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
膜損傷検知装置及び膜損傷検知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、原理的には、繊維膜
ろ過の技術によるものであり、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
ある。中空糸膜には、一般に、微孔性繊維の孔径により
限外濾過膜（ＵＦ膜）及び精密濾過膜（ＭＦ膜）が用い
られる。

【０００４】実用的には、数千本から数万本の多数の中
空糸膜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。これらの膜モジユール構造は、パイプ状のハ
ウジングに納められた一体構造となっている。例えば、
ＵＦ膜の場合、内径０．８ｍｍ、外径１．４ｍｍの中空
糸状に成形した、分画分子量１３０００Ｄａｌｔｏｎの
多孔質膜を束ねて膜モジュールとし、モジュール当りの
膜面積は４１ｍ²に達するものが実用化されている。

【０００５】膜の外側に付着した物質は、定期的に水逆
洗浄、空気逆洗浄、エアスクラジング等により洗浄され
る。膜モジユール一本あたり中空糸膜が数千本程度充填
されており、この中空糸の膜が損傷していないことが、
良好な水質を得るために大変重要である。このために、
常にその損傷の有無を確認することが必要である。膜損
傷の検知方法として、膜モジユール出側における水質を
レーザー式濁度計で常時監視することが行われている。

【０００６】図７は中空糸膜のレーザー式濁度計による
監視方法を示す概略図である。図７において、ＵＦ膜モ
ジユールＸは、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を生産する。ＵＦ膜モ
ジユールＸの下流側にはレーザー濁度計４が設置され、
常時膜ろ過水５の水質を監視している。ＵＦ膜モジユー
ルＸの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、膜ろ過水５
の生産を停止する。

【０００７】しかし、レーザー濁度計４を用いて水質を
検知する方法は、膜ろ過水５の濁度に非常に敏感に反応
するため、膜に異常が無い場合でも警報が出される場合
がある。そのため、警報による生産停止を避けるため、
膜ろ過水５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。

【０００８】上記した膜ろ過水の濁度変化の原因として
は、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による原
水の漏洩が挙げられる。このことから、レーザー濁度計
以外の検知方法として、膜ろ過水の電気伝導度の変化を
検知する方法、乾燥状態で、中空糸膜外側に加圧ガスを
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５６−３９９２
１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、レーザ
ー濁度計を用いて水質を検知する方法は、前述したよう
に、膜ろ過水の濁度に非常に敏感に反応するために問題
があり、また、電気伝導度の変化を検知する方法、漏洩
ガスの流出を光学的に検知する方法は、そのまま、レー
ザー濁度計に代えて現場に適用した場合には、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、原水
に、ろ過処理後の液の電気伝導度に変化を与える液体を
供給し、また、検査後に再度原水を洗浄する工程が必要
でり、工程が繁雑である。

【００１１】また、漏洩ガスの流出を光学的に検知する
方法は、中空糸膜モジュールの端部を光路内に置き、漏
洩ガスの流出による屈折現象の違いを利用して、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る。従って、膜モジ
ュール筺体の外装が不透明な場合には適用できない。

【００１２】この方法は、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、そのための準備等が繁雑である。

【００１３】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、現場で、
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装置及
び膜損傷検知方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、中空糸膜
モジュールを用いた外圧式中空糸膜ろ過装置の膜損傷検
知装置であって、前記中空糸膜モジュールの中空糸膜の
内側出口下流側に接続した透明管と、該透明管に設置し
た光学的センサーと、前記中空糸膜の外側に空気を吹込
む空気圧送装置とを設け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。

【００１５】第二の発明は、第一の発明の膜損傷検知装
置を用いて中空糸膜損傷を検知するにあたり、中空糸膜
モジュールに水を張り、外側から加圧空気を送入し、前
記光学的センサーにより透明管を通過する膜ろ過水への
気泡の混入により中空糸膜の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。これ
らの発明は、中空糸膜の外側に空気を吹込み、加圧し
て、中空糸膜の内側に接続された光学的センサーによ
り、膜ろ過水を観察することを特徴としている。仮に、
中空糸膜が損傷している場合は、損傷している部分を通
して、空気が中空糸膜の内側に侵入する。その結果、中
空糸膜の内側の膜ろ過水には、空気による気泡が生じ
る。この気泡が、光学的センサーにより検出されると、
中空糸膜が損傷していることが検知される。

【００１６】また、光学的センサーにより観察する対象
は、透明管を通過する膜ろ過水であるため、膜モジュー
ル筺体の外装に関係なく適用できる。このようにして、
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できる。

【００１７】第三の発明は、第二の発明において、複数
の中空糸膜モジュールの中空糸膜内側出口の下流側に各
々透明管および光学的センサーを設け、光学的制御手段
により各光学的センサーを順次作動させて、各透明管を
通過する気泡を含む膜ろ過水から中空糸膜の損傷を検知
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。

【００１８】本発明は、複数の中空糸膜モジュールにつ
いて、透明管および光学的センサーを設け、それらを順
次作動させることにより、装置全体の膜損傷検知を行
う。このようにして、多数の中空糸膜モジュールを有す
る装置においても、膜損傷検知を効率的に実施できる。

【００１９】

【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。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態を示す正面図
である。中空糸膜装置は一般に複数の中空糸膜モジュー
ルが使用されているので、ここでは二つの中空糸膜モジ
ュール（ここではＵＦ膜モジュール）からなる中空糸膜
装置について詳述する。

【００２１】膜損傷検知装置１０は、透明管１１と、透
明管１１に設置した光学的センサー１２と、膜損傷検知
の制御手段１３と圧力空気源１４とから構成されてい
る。圧力空気源１４として、一般にコンプレッサーが用
いられる。

【００２２】この装置は、中空糸膜モジュール、ここで
はＵＦ膜モジュールＸを用いた外圧式中空糸膜ろ過装置
１５の膜損傷検知に適用するものである。透明管１１
は、２個のＵＦ膜モジュールＸのＵＦ膜内側出口の下流
側に、各々設けられている。

【００２３】図２は本発明に用いる透明管の一例を示す
図である。角型透明管１１ａを用いることにより、光学
的センサー１２との接触を良好にして精度の向上を図る
と共に、その取付を簡単にしている。

【００２４】図３は本発明に用いる透明管の他の例を示
す図である。ここでは、透明管１１ｂについて、光学的
センサー１２の検出部分が他の部分より高い位置になる
よう配管することにより、膜ろ過水５に含まれる空気に
よる気泡１９を溜めるようにして、光学的センサー１２
による光透過率の感度を向上させることもできる。

【００２５】図１に戻ると、透明管１１はＵＦ膜モジュ
ールＸのＵＦ膜１６の内側出口と、その下流側に配管さ
れた集合膜ろ過水配管２２との間に設けられている。透
明管１１には光学的センサー１２の投光部１２ａと受光
器１２ｂが取付けられ、損傷検知用制御手段１３と接続
されている。コンプレッサー１４は、ＵＦ膜１６の外側
出口の上流側に接続されている。２３は循環配管であ
る。

【００２６】本発明が対象とする中空糸膜ろ過装置は、
図１に示したように、中空糸膜モジュールを用いた外圧
式中空糸膜ろ過装置１５であり、原水を中空糸膜の外側
から内側へ透過させるものである。

【００２７】膜損傷検知に当たっては、中空糸膜ろ過装
置１５の膜ろ過水の生産を停止し、弁を切替えて、ＵＦ
膜１６の外側に、コンプレッサー１４により空気を１０
０ｋＰａ程度の低い圧力で吹込む。すると、ＵＦ膜１６
の外側が加圧され、外側の原水は加圧空気に置換され
る。内側の膜ろ過水については、このような低い加圧で
ある限り、正常なＵＦ膜１６は膜の外側から内側に空気
が透過しないので、空気による気泡が生じない。

【００２８】しかし、損傷等による異常なＵＦ膜１６の
場合は、ＵＦ膜１６の外側から損傷等の異常な部分を通
して内側に空気が侵入する。その結果、内側の膜ろ過水
には空気による気泡が生じる。このように、内側に残存
する膜ろ過水の中に、空気による気泡が発生しているこ
とを光学的センサーにより検知して、ＵＦ膜の損傷の有
無を判断する。

【００２９】この場合、ＵＦ膜モジュールＸ内で、膜ろ
過水の中に存在する気泡を光学的センサーにより検知す
ることは、実用的には困難である。そこで、本発明で
は、ＵＦ膜１６の内側出口の下流側に、透明管１１を接
続して、残存する膜ろ過水の空気による気泡を検知す
る。

【００３０】光学的センサー１２は、通常知られている
光電スイッチを用いることができる。光電スイッチに
は、透過型光電スイッチを用い、透明管１１を挟んで互
いに対向する面に、投光部１２ａと受光器１２ｂを設
け、透明管１１内を通過する膜ろ過水について気泡の有
無を検知する。光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）
等が用いられ、点灯方式として直流点灯式や、パルス点
灯式がある。また、受光スイッチの受光素子としては、
ホトダイオードやホトトランジスターが用いられる。

【００３１】気泡の有無の検知は、透明管１１内の膜ろ
過水を透過する光の透過率により検知する。空気による
気泡を含んだ膜ろ過水では、透過光量が変化する。この
変化を検知して例えば、膜ろ過水が気泡を含まない場合
の透過光量を１００％として、光透過率（％）を算出
し、その低下により、膜ろ過水が空気による気泡を含ん
でいることを検知して、ＵＦ膜１６の損傷を判断する。

【００３２】これらの一連の操作は、膜損傷検知用の制
御手段１３によって行われる。光学的制御手段１３は、
一般には、後述する中空糸膜ろ過装置の制御盤に組込ま
れている。

【００３３】図４は、本発明の膜損傷検知装置を配置し
た中空糸膜ろ過装置のフロー図である。ここでは、図面
の繁雑を避けるために、単数のＵＦ膜モジュールＸを用
いた場合について詳述するが、複数のＵＦ膜モジュール
の場合も同じである。

【００３４】ＵＦ膜（中空糸限外ろ過膜）としては、一
例として膜材質が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０．８／１．４ｍｍ、膜面積４１ｍ²が用いられ
る。

【００３５】この例でも、中空糸膜ろ過装置１５は、Ｕ
Ｆ膜モジュールＸから構成されており、ＵＦ膜モジュー
ルＸには原水タンク１７からポンプ１８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
Ｘにより膜分離される。膜ろ過水５は頂部から流出して
浄水槽２０に流入する。膜ろ過水５は浄水槽２０から飲
料水等に使用される。又原水の一部は原水タンク１７に
循環される。また、ＡＶ−１〜ＡＶ−４はバルブであ
る。

【００３６】中空糸膜ろ過装置１５には、定期的に逆洗
浄するために、逆洗タンク２１が接続され、ポンプ１８
により洗浄水を中空糸膜ろ過装置１５の頂部から流入さ
せて、ＵＦ膜１６の外壁に付着した物質を洗浄除去す
る。

【００３７】本発明の膜損傷検知装置によりＵＦ膜１６
の損傷を検知する場合は、ＡＶ−１とＡＶ−３のバルブ
を閉塞し、ＡＶ−２とＡＶ−４を開いて、コンプレッサ
ー１４により１００ｋＰａ程度の圧力で加圧空気をＵＦ
膜１６の外側に吹込む。ＵＦ膜１６の外側を加圧する
と、ＵＦ膜１６の外側に残存した原水はＵＦ膜１６を透
過する。遂には、ＵＦ膜１６の外側が加圧空気により充
満し、正常なＵＦ膜１６の場合の外側の圧力は所定の圧
力で横這い状態になる。

【００３８】そこで、透明管１１に設置した光学的セン
サー１２を操作して、その場合の透明管を通過する膜ろ
過水に投光して、透過する光量を検知し、その光量を１
００％として基準値とし、膜損傷を生じた異常状態の空
気による気泡を含んだ膜ろ過水の場合に、透過する光量
が変化するので、変化した光量を検知し、基準値と比較
演算して光透過率（％）を算出し、低下した光透過率の
状態からＵＦ膜１６の損傷を判断する。

【００３９】光透過率の結果に基き、警告し、または、
該当するＵＦ膜モジュールＸへの注水の運転を停止す
る。光学的センサー１２による検知が終了した場合は、
ＡＶ−４のバルブを閉塞し、ＡＶ−１と、ＡＶ−３のバ
ルブを開いて、ＵＦ膜１６の外側の空気を排出して原水
に置換する。そして、ＡＶ−１、ＡＶ−２、ＡＶ−３の
バルブを開き、ＡＶ−４を閉じた状態で、通常の膜ろ過
水の生産を開始する。

【００４０】図５は、本発明による膜ろ過水の光透過率
の測定結果の一例を示す図である。ＵＦ膜１６が正常な
場合を１００％として、これに対して試験的にＵＦ膜を
１本、及び３本を試験的に切断して損傷した状態のＵＦ
膜モジュールを用いて、その場合の光透過率をプロット
すると、１本切断の場合の光透過率は約８５％に低下
し、３本切断の場合の光透過率は約７０％に低下し、Ｕ
Ｆ膜が正常な場合に対して顕著な差が見られた。

【００４１】図６は、本発明の他の実施の形態を示す概
略図である。複数の中空糸膜モジュールについて中空糸
膜の損傷を検知するための装置の概略を示している。図
６に示すように、中空糸膜ろ過装置１５として複数のＵ
Ｆ膜モジュールＸを配列した場合には、本発明による膜
損傷検知装置の光学的センサーを複数設置して、それら
を走査して中空糸膜の損傷を検知することができる。

【００４２】ここでは、２系列に各５個づつＵＦ膜モジ
ュールＸが配置されている。透明管１１は、ＵＦ膜モジ
ュールＸのＵＦ膜内側出口と下流側の集合膜ろ過水配管
２２との間に設けられている。光学的センサー１２の一
対の投光部１２ａと受光器１２ｂを、透明管１１に取付
けて、膜ろ過水を光学的に検知する。一対の投光部１２
ａと受光器１２ｂは、各ＵＦ膜モジュール１６からの膜
ろ過水を光学的に検知する。

【００４３】ここで、図１の光学的制御装置１３により
順次作動させることにより、各透明管１１を走査するこ
とができる。この場合、光学的制御装置１３で走査する
代りに、投光部１２ａを走行させ、各透明管１１に固定
した受光器１２ｂにより検知することもできる。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、中空糸膜モジュールの中空糸
膜の内側出口の下流側に透明管を接続し、中空糸膜の外
側に空気を吹込んだ際に膜ろ過水に発生する気泡を、光
学的センサーで観測することにより中空糸膜の膜損傷を
検知している。その結果、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
検知することを可能としている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す正面図である。

【図２】本発明に用いる透明管の一例を示す図である。

【図３】本発明による透明管の他の例を示す図である。

【図４】本発明の膜損傷検知装置を配置した中空糸膜ろ
過装置のフローを示す図である。

【図５】本発明による膜損傷のあるＵＦ膜モジュールの
膜ろ過水の光透過率の一例を示す図である。

【図６】発明の他の実施の形態を示す概略図である。

【図７】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膜ろ過水１０膜損傷検知装置１１透明管１１ａ、１１ｂ角型透明管１２光学的センサー１２ａ投光部１２ｂ受光器１３光学的制御手段１４圧力空気源１５中空糸膜ろ過装置１６ＵＦ膜１７原水タンク１８ポンプ１９気泡２０浄水槽２１逆洗タンク２２集合膜ろ過水配管２３循環配管

───────────────────────────────────────────────────── 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 HA02 HA19 JA51A JA52A JA55C KA63 KA67 KC03 KC12 KC13 KE06Q KE22Q KE24Q KE30Q LA03 MA01 MA33 MB05 MC39 PA01 PB04 PB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空糸膜モジュールを用いた外圧式中空
糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置であって、前記中空糸膜
モジュールの中空糸膜の内側出口下流側に接続した透明
管と、該透明管に設置した光学的センサーと、前記中空
糸膜の外側に空気を吹込む空気圧送装置とを設けたこと
を特徴とする中空糸膜ろ過装置の膜損傷検知装置。
【請求項２】請求項１の膜損傷検知装置を用いて中空
糸膜損傷を検知するにあたり、中空糸膜モジュールに水
を張り、外側から加圧空気を送入し、前記光学的センサ
ーにより透明管を通過する膜ろ過水への気泡の混入によ
り中空糸膜の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。
【請求項３】複数の中空糸膜モジュールの中空糸膜内
側出口の下流側に各々透明管および光学的センサーを設
け、光学的制御手段により各光学的センサーを順次作動
させて、各透明管を通過する気泡を含む膜ろ過水から中
空糸膜の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。