JP2001269552A - 膜分離方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜分離を継続しながら破損モジュールを検出
することができ、被処理液と処理液との水質の差が小さ
い場合でも正確に検出して破損モジュールを交換できる
膜分離方法および装置を得る。 【解決手段】 分離膜３ａ、３ｂ…を有する複数のモジ
ュール２ａ、２ｂ…からなる複数のユニット１ａ、１ｂ
…により膜分離を行い、各モジュールから得られる透過
液をユニットごとに合流して、それぞれ検出器１８ａ、
１８ｂ…を有する透過液分路１６ａ、１６ｂ…に取り出
し、各ユニットごとに実質的に同じ条件で膜分離を行い
ながら各透過液分路に設けられた検出器１８ａ、１８ｂ
…を比較して異常のあるユニットを検知し、他のユニッ
トにおける膜分離を継続した状態で、異常の検知された
ユニットにおけるモジュール２ａ、２ｂ…を順次停止し
て検出器１８ａ、１８ｂ…の検出値の変化から破損モジ
ュールを検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜分離方法および装
置に関し、特に破損モジュールの検出を容易に行うこと
ができる膜分離方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体に含まれる固形物、コロイド、ゲ
ル、溶質、気体等の被分離物を分離するために、ＵＦ
膜、ＭＦ膜、ＲＯ膜等の分離膜を用いる膜分離が行われ
ている。この方法は分離膜の片側に加圧下に液体を供給
することにより、分離膜を通して液体を透過させて処理
液を得、加圧側に被分離物を残存させて濃縮する方法で
ある。このように処理に使用される分離膜は微細な細孔
を有するものと考えられ、この細孔を通して液体が透過
し、分離が行われる。

【０００３】このような分離膜では、加圧下に被処理液
を供給して膜分離を行うが、目詰まり等により膜分離能
力が低下すると加圧を解除して反対側から液体を流す逆
洗、あるいは加圧側に水流、気液混合流等を流してフラ
ッシングする表面洗浄などの物理洗浄を行って膜分離性
能を回復する。このような洗浄を間欠的に行うことによ
り膜分離装置は長期にわたって使用可能である。

【０００４】ところがこのような膜分離装置において分
離膜を備えたモジュールが破損すると、被処理液中の被
分離物が処理液中にリークし、分離が不十分になる。こ
のようなとき破損したモジュールは新しいものに交換す
る必要があるが、膜分離装置が多数のモジュールから構
成される場合、多数の中から破損モジュールを見つけ出
す必要がある。

【０００５】図４は例えば特開平９−１０８５５０号に
示された従来の膜分離装置を簡略化して示すフロー図で
ある。図４において１ａ、１ｂ…１ｎは複数の膜分離ユ
ニットで、それぞれ分離膜を有する複数のモジュール２
ａ、２ｂ…２ｎが設けられている。それぞれのモジュー
ル２ａ、２ｂ…には弁１１ａ、１１ｂ…を有する透過液
枝路１２ａ、１２ｂ…が連絡し、弁１７ａ、１７ｂ…を
有する透過液分路１６ａ、１６ｂ…を介して検出器１８
を有する透過液路１６に連絡している。

【０００６】上記の装置による膜分離方法は、各ユニッ
ト１ａ、１ｂ…の各モジュール２ａ、２ｂ…に被処理液
を加圧下に給液して膜分離を行い、透過液を透過液枝路
１２ａ、１２ｂ…から透過液分路１６ａ、１６ｂ…を通
して透過液路１６に取り出す。従来の破損モジュールの
検出方法は、上記のような膜分離装置において透過液分
路１６ａ、１６ｂ…に弁１７ａ、１７ｂ…を設け、希釈
液路１６に検出器１８を設け、まず上記弁を順次閉じて
破損モジュールの含まれるユニットを検出し、その後他
のユニットの運転を停止し、破損モジュールの含まれる
ユニットのみを運転して各モジュールの弁１１ａ、１１
ｂ…を順次閉じて破損モジュールを検出する。

【０００７】この方法では全ての弁を開き、全てのユニ
ット１ａ、１ｂ…の全てのモジュール２ａ、２ｂ…に給
液して膜分離を行い、検出器１８で処理水の濁度の測定
値をＡとし、次に例えば弁１７ａを閉じてユニット１ａ
を停止させ、他のユニット１ｂ…を運転して膜分離を行
い、そのときの濁度をＢとし、順次他のユニットを変え
て濁度を測定する。そしてＡとＢの変化によりどのユニ
ットに破損モジュールがあるかどうかを判定する。例え
ばＡ≦Ｂの場合にはそのユニットには破損モジュールは
含まれておらず、Ａ＞Ｂの場合には破損モジュールが含
まれている。

【０００８】このようにして破損モジュールの含まれる
ユニットを決定したのち他のユニットを停止させ、その
ユニットのみに通液したときの濁度をＣとし、そのユニ
ットの弁１１ａ、１１ｂ…を順次閉じてモジュール２
ａ、２ｂ…を順次停止させたときの濁度をＤとする。そ
してＣ＞Ｄのときそのモジュールを破損モジュールとし
て交換する。

【０００９】しかしながらこのような従来の方法では、
破損モジュールの検出を行う際、破損モジュールの含ま
れるユニットを選択したのちは、他ユニットの運転を停
止して破損モジュールを検出する必要があるとともに、
破損モジュールの交換には装置全体を停止する必要があ
り、その間膜分離を行うことができない。このため連続
して処理液を必要とする場合には大型の処理液貯槽を設
ける必要がある。また１個の検出器を用いて検出を行っ
ているが、破損モジュールから出る処理液は他のモジュ
ールの処理液に希釈されるため、モジュール数およびユ
ニット数が多いときは破損モジュールによる処理液の濁
度等の変化は小さくなり、被処理液の濁度等の変化によ
る処理液の濁度等の変化との見分けができず、被処理液
と処理液との水質の差が大きい場合にしか破損モジュー
ルが検知されないという問題点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、膜分
離を継続しながら破損モジュールを検出することがで
き、被処理液と処理液との水質の差が小さい場合でも正
確に検出して破損モジュールを交換できる膜分離方法お
よび装置を得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は次の膜分離方法
および装置である。 （１） 分離膜を有する複数のモジュールからなる複数
のユニットにより膜分離を行い、各モジュールから得ら
れる透過液をユニットごとに合流して、それぞれ検出器
を有する透過液分路に取り出し、各ユニットごとに実質
的に同じ条件で膜分離を行いながら、各透過液分路に設
けられた検出器の検出値を比較して異常のあるユニット
を検知し、他のユニットにおける膜分離を継続した状態
で、異常の検知されたユニットにおけるモジュールを順
次停止して、検出器の検出値の変化または他のユニット
の検出値との比較から破損モジュールを検知する膜分離
方法。 （２） 破損モジュールの検知を分離膜の物理洗浄後３
０分以内に行う上記（１）記載の方法。 （３） 破損モジュール検知後、他のモジュールの膜分
離を継続した状態で、破損モジュールの連絡路を遮断し
て破損モジュールを交換する上記（１）または（２）記
載の方法。 （４） 分離膜を有する複数のモジュールからなる複数
のユニットと、各モジュールの透過液をユニットごとに
合流して取り出す透過液分路と、それぞれの透過液分路
に設けられた検出器と、各ユニットに実質的に同じ条件
で膜分離を行うように被処理液を給液する給液手段とを
備え、各検出器の検出値を比較して異常のあるユニット
を検知し、異常のあるユニットのモジュールを順次停止
して検出器の検出値の変化から破損モジュールを検知す
るようにした膜分離装置。 （５） 各モジュールは連絡路に弁を有し、他のモジュ
ールの膜分離を継続しながら破損モジュールの交換が可
能とされた上記（４）記載の装置。

【００１２】本発明において膜分離装置は、ＵＦ膜、Ｍ
Ｆ膜、ＲＯ膜などすべての分離膜を用いて膜分離を行う
装置に適しているが、特にＵＦ膜、ＭＦ膜等の固形物を
分離する装置が適している。モジュールとしては平膜、
スパイラル、チューブラ、中空糸など任意の形状の分離
膜を用いるものが使用できる。これらのモジュールは分
離膜により濃縮液室と透過液室を区画し、濃縮液室に被
処理液を加圧下に供給して膜分離を行い、透過液室側か
ら透過液を流出させるものが好ましいが、透過液側を吸
引して膜分離を行うものでもよい。

【００１３】このようなモジュールは複数個を並列に配
列してユニットを形成し、複数のユニットを並列に接続
して膜分離装置が形成される。各モジュールの濃縮液室
には給液枝路および濃縮液枝路を連絡し、透過液室には
透過液枝路を連絡し、これらはユニットごとに給液分
路、濃縮液分路および透過液分路を介して給液路、濃縮
液路および透過液路に連絡することができる。

【００１４】本発明では破損モジュールの検知を行うた
めに、各モジュールの透過液をユニットごとに合流して
取り出す透過液分路に検出器を設け、各ユニットに実質
的に同じ条件で膜分離を行うように被処理液を給液する
給液手段を設けるとともに、各検出器の検出値を比較し
て異常のあるユニットを検知し、異常のあるユニットの
モジュールを順次停止して検出器の検出値の変化から破
損モジュールを検知するように構成する。

【００１５】検出器は破損モジュールから漏出する被分
離物を検出できる検出器であればよく、例えばＳＳやク
リストスポリジウムなどが漏出する場合は濁度計、粒子
カウンタが使用できるが、特に高感度濁度計、微粒子カ
ウンタが好ましい。ＲＯ膜のようにイオンその他の物質
が漏出する場合は電導度計、その他の検出器が使用でき
る。各モジュールは給液枝路、濃縮液枝路、透過液枝路
等の前後の連絡路に弁を設け、他のモジュールの膜分離
を継続しながら特定のモジュールのみの運転を停止し、
かつ破損モジュールのみを切り離して交換可能に構成す
るのが好ましい。

【００１６】本発明の膜分離方法は、分離膜を有する複
数のモジュールからなる複数のユニットにより膜分離を
行い、各モジュールから得られる透過液をユニットごと
に合流して、それぞれ検出器を有する透過液分路に取り
出す。被処理液は分離膜に対応して任意の被分離物を含
むものが処理できる。ＵＦ膜、ＭＦ膜等の分離膜により
ＳＳを除去する場合は、河川水、井水、排水など任意の
被処理液を用いることができ、必要により凝集沈殿、濾
過等の前処理を行ったものを使用できる。

【００１７】破損モジュールの検知は各ユニットごとに
実質的に同じ条件で膜分離を行いながら各透過液分路に
設けられた検出器の検出値を比較して異常のあるユニッ
トを検知する。この場合各ユニットの検出値に有意の差
が出ると異常と判断できる。被処理液中の被分離物濃
度、その他の条件の変動による検出値の変動は各ユニッ
トの検出器に等しく現れるから、これらの影響を受ける
ことなく正確に検知できる。その後他のユニットにおけ
る膜分離を継続した状態で、異常の検知されたユニット
におけるモジュールを順次停止して検出器の検出値の変
化から破損モジュールを検知する。例えばモジュールの
停止により検出値が変化して他のユニットの検出値とほ
ぼ同等になるとそのモジュールが破損モジュールと検知
される。

【００１８】破損モジュールの検知を分離膜の物理洗浄
後３０分以内、好ましくは２０分以内、さらに好ましく
は２〜１０分間に行うと破損モジュールによる被反応物
の漏出が多く、検出器の検出値が大きい値となり、破損
モジュールの検知を正確に行うことができる。物理洗浄
としては、分離膜の濃縮液側および／または透過液側に
加圧気体、水、気液混合流等を供給して、分離膜に捕捉
された被分離物を除去して膜分離性能を回復する方法が
すべて採用できる。破損モジュール検知後、他のモジュ
ールの膜分離を継続した状態で、破損モジュールの連絡
路を遮断して破損モジュールを交換することができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によればユニットごとに検出器を
設けて破損モジュールを検出するようにしたので膜分離
を継続しながら破損モジュールを検出することができ、
被処理液と処理液との水質の差が小さい場合でも正確に
検出して破損モジュールを交換できる。また物理洗浄を
３０分以内に行うことにより、破損モジュールの検知を
さらに正確に行うことができる。さらに各モジュールへ
の連絡路に弁を設けて個々のモジュールを切り離すよう
にすることにより、他のモジュールの膜分離を停止する
ことなく個々のモジュールのみの停止および交換を容易
に行うことが可能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は実施形態の膜分離装置を示すフロー
図であり、ＵＦ膜を用いてＳＳを除去する場合に適用さ
れる。

【００２１】図１において、１ａ、１ｂ…１ｎは複数の
膜分離ユニットで、それぞれモジュール２ａ、２ｂ…２
ｎが設けられている。モジュール２ａ、２ｂ…２ｎはそ
れぞれ分離膜３ａ、３ｂ…３ｎにより濃縮液室４ａ、４
ｂ…４ｎおよび透過液室５ａ、５ｂ、…５ｎに区画され
ている。濃縮液室４ａ、４ｂ…４ｎには弁６ａ、６ｂ…
６ｎを有する給液枝路７ａ、７ｂ…７ｎおよび弁８ａ、
８ｂ…８ｎを有する濃縮液枝路９ａ、９ｂ…９ｎが連絡
し、透過液室５ａ，５ｂ…５ｎには弁１１ａ、１１ｂ…
１１ｎを有する透過液枝路１２ａ、１２ｂ…１２ｎが連
絡している。給液枝路７ａ、７ｂ…７ｎはポンプ１４を
有する給液分路１３ａ、１３ｂ…を介してポンプ１４を
有する給液路１３に連絡し、濃縮液枝路９ａ、９ｂ…９
ｎは濃縮液分路１５ａ、１５ｂ…を介して濃縮液路１５
に連絡し、透過液枝路１２ａ、１２ｂ…１２ｎは透過液
分路１６ａ、１６ｂ…を介して透過液路１６に連絡して
いる。透過液分路１６ａ、１６ｂには検出器１８ａ、１
８ｂが設けられ、その検出信号Ｓが検知装置１９に入力
されるように連絡している。検知装置１９は検出信号Ｓ
より異常を判定し、各モジュールごとに弁を開閉する制
御信号Ｔを出力するように構成されている。検知装置と
しては微粒子カウンタが用いられている。

【００２２】上記の装置による膜分離方法は各弁６ａ、
６ｂ…、８ａ、８ｂ…、１１ａ、１１ｂ…を開き、ポン
プ１４で被処理液を加圧して給液路１３、給液分路１３
ａ、１３ｂ…、給液枝路７ａ、７ｂ…から濃縮液室４
ａ、４ｂ…に導入し、分離膜３ａ、３ｂ…を通して膜分
離を行う。透過液は透過液室５ａ、５ｂ…から透過液枝
路１２ａ、１２ｂ…、透過液分路１６ａ、１６ｂ…を経
て透過液路１６に取り出される。濃縮液は濃縮液室４
ａ、４ｂ…から濃縮液枝路９ａ、９ｂ…、濃縮液分路１
５ａ、１５ｂ…を経て濃縮液路１５に取り出される。

【００２３】上記の装置において、分離膜の目詰まりに
より透過液量が減少したときに、あるいは一定時間毎
に、膜分離を停止して物理洗浄を行う。物理洗浄は透過
液室側に水、気体、気液混合流を導入して逆洗を行った
り、濃縮液側に水、気体、気液混合流を流してフラッシ
ングを行うなどの操作により膜分離性能を回復する。こ
れらの操作は全ユニットにつき同時に行ってもよく、ま
たユニットごとに行ってもよい。

【００２４】破損モジュールの検知は検出器を監視する
ことにより任意の時期に行うことができるが、物理洗浄
後３０分以内に行うのが好ましい。破損モジュールの検
知は各ユニットごとに実質的に同じ条件で膜分離を行い
ながら検出器１８ａ、１８ｂ…の検出値を比較すること
により破損モジュールの含まれるユニットを検知する。
検出器１８ａ、１８ｂ…の検出信号Ｓは検知装置１９に
入力され、ここで異常かどうかが判定される。検知装置
１９としてはコンピュータが使用され、検出器１８ａ、
１８ｂ…の検出信号の絶対値または差が設定値より大き
い場合を異常と判定する。例えば河川水をＵＦ膜で膜分
離する場合、特定のユニットの微粒子数が数倍ないし数
十倍の場合に異常と判定することができる。上記操作は
全てのユニットを運転しながら行うことができる。

【００２５】異常のあるユニット、すなわち検出器の検
出値が異常に高く破損モジュールが含まれていると推定
されるユニットが検知されると、他のユニットについて
は通常の通り膜分離を行いながら、そのユニットについ
て破損モジュールの検知作業を行う。この操作は異常の
あるユニットの全モジュールにつき実質的に同じ条件で
膜分離を行いながら、そのユニットを構成するモジュー
ルを１個ずつ順次停止し、検出器の検出値の変化を検知
する。モジュールの停止は弁６ａ、６ｂ…の閉止により
行うことができるが、弁８ａ、８ｂ…および１１ａ、１
１ｂ…を同時に閉止してもよい。

【００２６】検出値の変化はモジュールの停止前後の検
出値の変化を検知装置で検知してもよいが、停止後の検
出値と他のユニットの検出値を比較してもよい。特定の
モジュールの停止により検出値が変化して他のユニット
の検出値と同等の値になる場合はそのモジュールが破損
モジュールである。モジュールの停止により検出値が変
化しない場合はそのモジュールは正常である。上記の検
知作業は検知装置１９により自動的に行うことができる
が、検出器１８ａ、１８ｂ…の検出値を見ながら手動で
検知作業を行ってもよい。

【００２７】破損モジュールが検知されると、そのモジ
ュールの前後の弁６ａ、６ｂ…、８ａ、８ｂ…、１１
ａ、１１ｂ…を閉止して膜分離操作から遮断し、新しい
モジュールに交換することができる。この場合他のユニ
ット、モジュールは膜分離を継続したままモジュールの
交換を行うことができる。

【００２８】

【実施例】実施例１ 図１の装置において、分離膜としてＵＦ膜（ポリスルホ
ン系内圧型中空系膜）を用い、被処理液として河川水の
砂濾過水を供給して膜分離を行い、分離膜閉塞後物理洗
浄として透過液室側から純水を供給して逆洗を行った
後、破損モジュールの検知を行った。検出器として微粒
カウンタ（Ｃｈｅｍｔｒａｃ Ｉｎｃ社製モデル２４０
０Ｄ）を用い２〜４００μｍの微粒子数を計測した。膜
分離装置は２個のユニット１ａ、１ｂで構成し、各ユニ
ットは４個のモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成
した。ユニット１ａ、１ｂの全モジュールを運転して膜
分離したときの検出器１８ａ、１８ｂの検出値をそれぞ
れ１ａ、１ｂとし、ユニット１８ａのモジュール２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄを停止したときの検出器１８ａの検出
値をそれぞれ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとした。各検出値
の微粒子数の変化を図２に示す。

【００２９】図２から、検出値１ａ、１ｂを比較すると
検出値１ａは１ｂに比べて逆洗後３０分以内、特に２０
分以内、最も顕著には２〜１５分間において異常に高い
ことがわかり、ユニット１ａに破損モジュールが含まれ
ていると判定された。そしてユニット１ａのモジュール
２ｄを閉じたとき、検出値１ｂとほぼ同等の検出値が得
られることからモジュール２ｄが破損モジュールと判定
された。

【００３０】比較例１ 図４の膜分離装置を４個のモジュール２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄからなる５個のユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅで構成し、検出器１８を透過液路１６に１個設
けて２〜４００μｍの微粒子数を計測した。このときユ
ニット１ａ、１ｂを順次停止したときの検出器１８の検
出値を１ａ、１ｂとし、ユニット１ａ、１ｂを運転した
状態でユニット１ａのモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄを順次停止したときの検出値を２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄとした。各検出値の微粒子数の変化を図３に示す。な
お、比較例１のユニット１ａ、１ｂは実施例１のユニッ
ト１ａ、１ｂと同じものを用い、被処理液も実施例１と
同じものを使用した。図３より、検出値の差が少なく、
異常がどうかの判定が困難であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の膜分離装置のフロー図である。

【図２】実施例１の結果を示すグラフである。

【図３】比較例１の結果を示すグラフである。

【図４】従来の膜分離装置のフロー図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…１ｎ 膜分離ユニット ２ａ、２ｂ…２ｎ モジュール ３ａ、３ｂ…３ｎ 分離膜 ４ａ、４ｂ…４ｎ 濃縮液室 ５ａ、５ｂ…５ｎ 透過液室 ６ａ、６ｂ…６ｎ、８ａ、８ｂ…８ｎ、１１ａ、１１ｂ
…１１ｎ、１７ａ、１７ｂ… 弁 ７ａ、７ｂ…７ｎ 給液枝路 ９ａ、９ｂ…９ｎ 濃縮液枝路 １２ａ、１２ｂ…１２ｎ 透過液枝路 １３ 給液路 １３ａ、１３ｂ… 給液分路 １４ ポンプ １５ 濃縮液路 １５ａ、１５ｂ… 濃縮液分路 １６ 透過液路 １６ａ、１６ｂ… 透過液分路 １８、１８ａ、１８ｂ… 検出器 １９ 検知装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分離膜を有する複数のモジュールからな
   る複数のユニットにより膜分離を行い、 各モジュールから得られる透過液をユニットごとに合流
   して、それぞれ検出器を有する透過液分路に取り出し、
   各ユニットごとに実質的に同じ条件で膜分離を行いなが
   ら、各透過液分路に設けられた検出器の検出値を比較し
   て異常のあるユニットを検知し、 他のユニットにおける膜分離を継続した状態で、異常の
   検知されたユニットにおけるモジュールを順次停止し
   て、検出器の検出値の変化または他のユニットの検出値
   との比較から破損モジュールを検知する膜分離方法。
2. 【請求項２】 破損モジュールの検知を分離膜の物理洗
   浄後３０分以内に行う請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 破損モジュール検知後、他のモジュール
   の膜分離を継続した状態で、破損モジュールの連絡路を
   遮断して破損モジュールを交換する請求項１または２記
   載の方法。
4. 【請求項４】 分離膜を有する複数のモジュールからな
   る複数のユニットと、 各モジュールの透過液をユニットごとに合流して取り出
   す透過液分路と、 それぞれの透過液分路に設けられた検出器と、 各ユニットに実質的に同じ条件で膜分離を行うように被
   処理液を給液する給液手段とを備え、 各検出器の検出値を比較して異常のあるユニットを検知
   し、異常のあるユニットのモジュールを順次停止して検
   出器の検出値の変化から破損モジュールを検知するよう
   にした膜分離装置。
5. 【請求項５】 各モジュールは連絡路に弁を有し、他の
   モジュールの膜分離を継続しながら破損モジュールの交
   換が可能とされた請求項４記載の装置。