JP2001170458A - 膜浄水処理における膜破断とファウリングの検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜浄水処理装置における膜破断と膜ファウリ
ングの検出方法を提供する。 【解決手段】 膜処理設備の処理水流出側に、０，０１
度以下の濁質度検出可能な濁度計を設け、濁度０，０１
度以下か、一次，二次側の圧力差が閾値以下，流量値は
閾値以上の何れか２条件成立で膜破断を検出する。ま
た、膜ファウリングは、一次，二次側のＵＶ値と圧力差
がそれぞれ閾値以上、流量値が閾値以下の何れかの２条
件成立で膜ファウリングを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜浄水処理装置に
おける係わり、特に膜の劣化と膜ファウリングの検出方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】膜浄水処理の技術としては、主に海水の
淡水化事業や簡易水道に多く利用されてきた。膜処理設
備では、除去対象物質によって除去能力の異なる膜が選
択される。例えば、図４に示すような精密ろ過膜（Ｍ
Ｆ）、限外ろ過膜（ＵＦ）や逆浸透膜（ＲＯ）等がそれ
である。これら膜処理による除去対象物質は、以下の通
りである。

【０００３】溶解性有機物の除去（フルボ酸、フミン
質等） 鉄、マンガンの除去 濁質の除去（泥、砂、藻類等） 農薬の除去 細菌、微生物の除去（病原性大腸菌、クリプトスポル
ジウム） アンモニア、亜硝酸、硝酸の三態窒素の除去 この中でも、最近は特にクリプトスポリジウム対策とし
て小規模浄水場に膜処理が導入され始めている。しか
し、この膜処理の４方法はそれぞれ次の特徴を有してい
る。まず、精密ろ過法は、ファウリングによる膜透過流
束の低下を防止するために原液流速がかなり影響し、こ
の流速を高める必要がある。一方、懸濁粒子による膜面
への影響も考慮しなければならない。なお、無機膜は、
懸濁粒子による膜面への影響がなく、高い原液流速（５
〜７ｍ／ｓｅｃ）で行なえる。限外ろ過法は、ファウリ
ングによる透過流束の低下が大きく、１回／日と言った
頻繁な膜洗浄が必要となる場合が多い。この限外ろ過に
適用される膜としては、耐ｐＨ（全域）、耐熱性（８０
℃前後）の向上したものができている。ナノろ過法にお
いては、ポリアミド系の膜は、製膜条件によって正や負
の電荷膜としての特性があり、また、消毒副生成物生成
能であるフルボ酸、フミン質を排除できるようになって
きた。さらに逆透過膜よりルーズな表面層構造でも低濃
度の塩類に対して荷電効果による高い阻止率が得られ
る。逆浸透法は、海水淡水化に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような膜処理の
各方法においては、何れも膜の劣化やファウリングが重
要な課題となっている。ここで、劣化とは表１で定義す
るように、膜自身の変質により生じた不可逆的な膜性能
の低下を言い、ファウリングとは、膜自身の変質はなく
外的因子により生じた膜性能の低下で、その原因によっ
ては洗浄で性能が回復することを言う。

【０００５】

【表１】

【０００６】従来、膜劣化の内で膜破断に関しては微粒
子カウンタ等を駆使して処理水の濁度変化から破断を検
出する方法はあるが、ファウリングに関しては、負荷圧
力変動（圧力計の変化）による判断しかできず原因を突
き止める手段がない。したがって、本発明が目的とする
とこは、膜判断と膜ファウリングの検出方法を提供せん
とすものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、膜処理
設備への原水流入側の圧力を測定する一次側圧力計を設
け、その処理水流出側には二次側の圧力を測定する二次
側圧力計と濁度計および流量計を備えた膜浄水処理にお
いて、前記、濁度計によって検出された濁度値が０．０
１度以下となったとき膜破断と判断して信号を発するこ
とを検出するものである。本発明の第２は、前記流量計
によって検出された流量値が、閾値以上となったとき膜
破断と判断して信号を発することを検出するものであ
る。本発明の第３は、前記一次側と二次側の圧力差が閾
値以下となったとき膜破断と判断して信号を発すること
を検出するものである。本発明の第４は、前記圧力差が
閾値以下となったことと、前記流量計によって検出され
た流量値が設定値以上となったことと、前記濁度値が
０．０１度以下となったことの何れか２条件成立時に膜
破断と判断して信号を発することを検出するものであ
る。
本発明の第５は、膜処理設備への原水流入側
と流出側にそれぞれ圧力を測定する一次側圧力計と二次
側圧力計を備えた膜浄水処理において、前記、膜処理設
備の原水流入側と処理水流出側にそれぞれＵＶ計を設
け、両ＵＶ計によって検出されたＵＶ値吸光度の差分が
設定値より大となったときファウリング発生と判断し、
信号を発することを検出するものである。本発明の第６
は、前記膜処理設備の処理水流出側に流量計を設け、こ
の流量計の検出値が閾値以下となったときファウリング
発生と判断し、信号を発することを検出するものであ
る。本発明の第７は、前記一次側と二次側の圧力計によ
って検出された圧力信号の差が、閾値以上となったとき
ファウリング発生と判断して信号を発することを検出す
るものである。本発明の第８は、前記圧力信号の差が閾
値以上となったことと前記ＵＶ値吸光度の差分が設定値
より大となったことと、前記流量値が閾値以下となった
ことの条件のうち、何れか２条件成立時にファウリング
発生と判断することを検出するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
計装制御フローを示したものである。１は原水が導入さ
れる原水槽で、この原水槽１の水位は水位計ＷＬ１によ
って検出されて水位信号として制御装置７に出力され
る。２は前処理設備、３は供給水槽で、前処理設備２に
よって処理された原水はこの供給水槽を介してクロスフ
ロー方式の膜処理設備４に送られ膜処理される。ＵＶ１
は原水のＵＶ値を検出するＵＶ計，Ｔ１は水温を検出す
る温度計、Ｐ１は膜処理設備４の一次側（原水側）圧力
を検出する圧力計で、これら各計測器によって検出され
た信号はそれぞれ制御装置７に出力される。膜処理設備
４には、ファウリングと判定されたときに膜洗浄が出来
るよう薬液等の供給管が施されている。膜処理設備４に
よって膜処理された処理水は、ろ過水槽５を通って塩素
混和池６に送られる。ＵＶ２は処理水のＵＶ値を検出す
るＵＶ計、Ｐ２は膜処理設備４の二次側圧力を測定する
圧力計、Ｆ１は膜ろ過水量を測定する流量計である。ま
た、Ｄ１はろ過水の濁度を測定する濁度計、ＷＬ２はろ
過水槽の水位を測定する水位計で、各測定値はそれぞれ
制御装置７に出力される。図１で示す膜処理自体のフロ
ーは周知であるので、以下は本発明の膜破断の検出方法
について説明する。

【０００９】膜劣化（破断）検出法１ 膜処理設備４の膜破断が生ずると、原水に混入している
濁質が漏洩することによって濁度が上昇する。この場
合、微粒子の流出と微細気泡の発生から判断することが
できる。しかしながら、漏洩する濁質量は膜の破断状態
に比例して濁度上昇するために０．０１度以下の測定が
可能な高感度の濁度計が必要となる。したがって本発明
では、最近市販されたレーザを光源とした高感度濁度計
ＬＴＢ−１０００を濁度計Ｄ１として設ける。この濁度
計の検出レベルは０．００１度まで測定可能であるの
で、膜破断に伴う濁度上昇が０．０１度以下となりって
も感度良く十分に検出できる。したがって、制御装置７
では入力された検出信号と前もって設定された設定値、
例えば０．０１度と比較し、それ以下となったとき膜破
断と判断して破断表示等の警報信号を出力する。

【００１０】膜劣化検出法２ 膜処理設備４の膜破断が生じると、膜にかかる圧力は、
膜の種類にもよるが約３００〜５００ｋＰａ程度であ
る。圧力計Ｐ１、Ｐ２は、膜処理設備４における原水側
の一次圧力と、処理水側の二次圧力を検出し、その検出
信号を制御装置７に出力する。制御装置７は連続して両
者の圧力差を検出し、その差圧が徐々に低下して閾値以
下となったときに警報信号を発生する。

【００１１】膜劣化検出法３ 膜処理においては、制御装置７は圧力計Ｐ１によって検
出された圧力信号をもとに一次側圧力一定制御が行われ
ており、この制御によって膜処理時の透過水量が決ま
る。したがって、膜破断が発生すれば透過流量が多くな
る。この検出法は、この一定制御を利用するもので、膜
処理設備４の出力側にもうけられた流量計Ｆ１で透過流
量を計測し、制御装置７はこの透過流量値が設定流量値
より多く流れたときに警報信号を発生する。

【００１２】上記した検出法１〜３は、それぞれ単独の
方法でも十分に膜破断を検出することはできるが、何れ
かの２条件が合致したとき膜破断と判定することによ
り、より確実に膜破断の検出が可能となる。すなわち、
図２は制御装置７における膜破断検出のフロー図を示し
たもので、ステップＳ１では濁度信号，圧力信号，流量
信号を入力する。濁度信号についてはＳ２において０．
０１度以下であるか否かを判断し、以下のときにはステ
ップＳ６で警報信号を発生する。また、制御装置７は、
ステップＳ３において一次側と二次側との圧力差を演算
し、その差が一定値以下となったときに圧力低下信号を
発する。ステップＳ４では流量計Ｆ１よりの流量値が設
定値以上となったか否かを判断し、以上の場合には流量
上昇信号を発生する。Ｓ５では、Ｓ２とＳ３，Ｓ４の何
れかとの２条件又はＳ３，Ｓ４の２条件信号が成立した
ことを検出し、Ｓ６で膜破断の警報信号を発生する。な
お、図２は２条件判断を制御装置４が自動的に判断する
場合を示したものであるが、オペレータが判断する場合
には、Ｓ３，Ｓ４の判断結果は点線で示すようにＳ６に
入り、Ｓ６以降にＳ５相当の判断を行うことになる。

【００１３】次に膜ファウリング検出について説明す
る。

【００１４】膜ファウリング検出法１ 膜処理におけるファウリング現象は、表１で示すよう
に、付着物，スケール発生，堆積物，管路閉塞による処
理流量が低下する。本発明では、ファウリング現象を検
出するためにＵＶ計ＵＶ１，ＵＶ２が設けられている。
膜処理では、原水中のフルボ酸（トリハロメタン生成前
駆物質）等は透過性能によっても除去できる場合とでき
ない場合がある。しかしながら、原水一次側のＵＶ値
（吸光度２６０ｎｍ）と処理水二次側のＵＶ値吸光度
（Ａｂｓ．）の差分が大きくなる場合がある。これは、
膜の目詰まりによって生ずる現象でファウリングを予測
するものである。この検出方法は、この現象を捉えるた
めに、ＵＶ１とＵＶ２の検出値を制御装置７に入力して
両者のＵＶ値の差を演算し、前もって設定した差分値よ
り大きくなったときに目詰まりとなったことを知らせる
警報信号を発する。したがって、この警報信号がでたと
きに膜処理設備４の洗浄を実施する。

【００１５】膜ファウリング検出法２ 膜処理設備４の膜目詰まりが発生すると、膜処理設備４
の原水側一次水圧と処理水側二次水圧との圧力差が徐々
に高まる。本検出方法はこの現象を捉えたもので、一次
側圧力計Ｐ１と二次側圧力計Ｐ２によって検出された圧
力信号を制御装置４に入力する。制御装置４は、連続し
て入力される両圧力信号の差を演算し、前もって定めら
れた閾値以上となったときに警報信号を発生する。

【００１６】膜ファウリング検出法３ 膜処理においては、一般に一次側圧力一定制御が行われ
るため膜処理設備４より透過水量が決まる。したがっ
て、膜目詰まりが発生すると透過水量が減少することに
なる。流量計Ｆ１は、この透過水量を検出して制御装置
４に出力する。制御装置４は、入力された水量値と閾値
とを比較し、閾値より減少したとき目詰まり発生と判断
して警報信号を発生する。

【００１７】上記のように、１〜３の検出法はそれ個々
でも膜ファウリングの判定は可能であるが、より確実に
判定するためには３つの検出方法の内の何れか２条件で
判定すればよい。図３は、この判定を制御装置７が行う
場合の制御フローを示したものである。ステップＳ１１
においてＵＶ値，圧力値および流量値を導入し、Ｓ１２
で一次側と二次側とのＵＶ値の差を求め、その差分が閾
値以上であるか否かを判断し、以上の場合には信号をＳ
１５に出力する。Ｓ１３では、圧力計Ｐ１，Ｐ２よりの
検出信号からの圧力差を求め、その差分が閾値以上とな
ったか否かが判定され、以上となったときにはその判定
信号をＳ１５に出力する。Ｓ１４では、流量計Ｆ１での
検出信号が閾値以下となったか否かが判定され、以下の
場合にはその判定信号をＳ１５Ｉ送る。Ｓ１５では、Ｓ
１２，Ｓ１３，Ｓ１４からの信号の内、何れかの２条件
が成立したか否かが判定され、条件成立時にはＳ１６に
おいて目詰まり発生の予測信号（警報）を発する。な
お、この膜ファウリング検出の場合にも、前記膜破断検
出の場合同様にオペレータが判断する場合には、点線で
示すようにＳ１５に相当する判断はＳ１６以降に行われ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、膜破断
は高感度濁度計を用いるか、或いは一次，二次側の圧力
差が閾値以下か流量値が閾値以上となったかの何れかの
２条件成立時で検出するようにしたものであるから、簡
単に、しかも微少な膜破断でも検知できるものである。
また、膜ファウリングについては、ＵＶ値の差分，圧力
値の差分が一定値以上となったか、処理水の流量値が一
定値以下となったかの何れかの２条件成立で検出するよ
うにしたものであるから、装置運転を停止することなく
容易に、効率よく保守が可能となるものである。また、
両者の検出方法を組み合わせた計測制御を行えばより安
定した水質を得ることが出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す計装制御フロー図

【図２】本発明の膜破断検出制御フロー図

【図３】本発明の膜ファウリング検出制御フロー図

【図４】水中不純物と適用処理方式の関連図

【符号の説明】

１…原水槽 ２…前処理設備 ３…供給水槽 ４…膜処理設備 ５…ろ過水槽 ６…塩素混和池 ７…制御装置 ＷＬ１，ＷＬ２…水位計 ＵＶ１，ＵＶ２…ＵＶ計 Ｔ１…温度計 Ｐ１，Ｐ２…圧力計 Ｆ１…流量計 Ｄ１…濁度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秦野 薫 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA06 GA07 JA51A KA63 KA67 KA71 KB30 KD23 KE02P KE03Q KE06R KE07P KE08P KE16P KE21P KE24Q KE30R LA03 LA10 PA01 PB03 PB04 PB05 PB24

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜処理設備への原水流入側の圧力を測定
   する一次側圧力計を設け、その処理水流出側には二次側
   の圧力を測定する二次側圧力計と濁度計および流量計を
   備えた膜浄水処理において、前記、濁度計によって検出
   された濁度値が０．０１度以下となったとき膜破断と判
   断して信号を発することを特徴とした膜浄水処理におけ
   る膜破断の検出方法。
2. 【請求項２】 前記流量計によって検出された流量値
   が、閾値以上となったとき膜破断と判断して信号を発す
   ることを特徴とした請求項１記載の膜浄水処理における
   膜破断検出方法。
3. 【請求項３】 前記一次側と二次側の圧力差が閾値以下
   となったとき膜破断と判断して信号を発することを特徴
   とした請求項１又は２記載の膜浄水処理における膜破断
   検出方法。
4. 【請求項４】 前記圧力差が閾値以下となったことと、
   前記流量計によって検出された流量値が設定値以上とな
   ったことと、前記濁度値が０．０１度以下となったこと
   の何れか２条件成立時に膜破断と判断して信号を発する
   ことを特徴とした請求項１，２，３の何れか１項に記載
   の膜浄水処理における膜破断の検出方法。
5. 【請求項５】 膜処理設備への原水流入側と流出側にそ
   れぞれ圧力を測定する一次側圧力計と二次側圧力計を備
   えた膜浄水処理において、前記、膜処理設備の原水流入
   側と処理水流出側にそれぞれＵＶ計を設け、両ＵＶ計に
   よって検出されたＵＶ値吸光度の差分が設定値より大と
   なったときファウリング発生と判断し、信号を発するこ
   とを特徴とした膜浄水処理におけるファウリングの検出
   方法。
6. 【請求項６】 前記膜処理設備の処理水流出側に流量計
   を設け、この流量計の検出値が閾値以下となったときフ
   ァウリング発生と判断し、信号を発することを特徴とし
   た請求項５記載の膜浄水処理におけるファウリングの検
   出方法。
7. 【請求項７】 前記一次側と二次側の圧力計によって検
   出された圧力信号の差が、閾値以上となったときファウ
   リング発生と判断して信号を発することを特徴とした請
   求項５又は６記載のファウリングの検出方法。
8. 【請求項８】 前記圧力信号の差が閾値以上となったこ
   とと前記ＵＶ値吸光度の差分が設定値より大となったこ
   とと、前記流量値が閾値以下となったことの条件のう
   ち、何れか２条件成立時にファウリング発生と判断する
   ことを特徴とした請求項５，６，７のうち、何れか１項
   記載の膜浄水処理におけるファウリングの検出方法。