JP2004212230A - 膜濾過装置に於ける膜損傷探知システム - Google Patents

Abstract

【課題】膜濾過装置に於ける膜損傷探知システムの提供。
【解決手段】分離膜による濾過装置系内での膜損傷の探知に際し、膜の損傷に起因する濾過原水の透過水側へのリークを検知する方式に於いて、濾過工程で原水側の加圧送水を停止し、次いで透過水側に加圧気体を印加して閉鎖した後、原水側の空気逃し弁を開き、一定時間に至る加圧気体の圧力低下変動を測定する事により、膜損傷の無い分離膜による時間差による圧力低下に比べ、その変動幅が平均的変動範囲を超える圧力低下をもって膜の損傷と認定することを特徴とする膜濾過装置に於ける膜損傷探知システムにある。
全ゆる対象原水で、特に高性能を保証する中空糸で構成される膜濾過により飲料用水へ処理可能なものから飲料水を製水、配水工程に於ける膜処理を常時安全に保全するために、膜濾過で使用されている濾過膜の膜モジュール損傷を的確に検知出来る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の原水よりこれを精密な濾過膜により処理して得る飲料用水、例えば汚濁物質を含む湖沼や河川或いは井戸水又は工業用水等を高度処理して得る安全な飲料用浄化水、或いはこれらと混合する他の飲料可能な上水などを少なくとも一つの槽内に貯留し、送水に際して飲料水とする場合などがある。
これらに共通して要求される水質レベルの浄化水を製水するには、高度処理に欠かせない膜濾過装置が必要で、茲に必然的に使用される濾過膜の損傷検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、飲料用に供する水処理工程では原水から目的の処理水を得るに際し、各種原水の性状に応じ必要な各種の処理工程が採用され高度処理が施されている。
従来、処理工程に多く採用されている膜濾過による飲料用原水の高度処理に於いて、膜の破損による原水のリークによるトラブルに多大の努力が為されている。
例えば、特開２０００−３４２９３６号公報には、中空糸膜濾過装置による膜の損傷検知方法に於いて中空糸膜の外側に水を張り、内側から加圧空気を注入し圧力注入時間と圧力変化率より一定の圧力注入時間を設定し、その設定時間内の圧力保持率と定常的な圧力保持率とを比較演算し膜の損傷を検知する方法が示されている。
【０００３】
一方、特開２０００−２７９７６９号公報には、膜濾過装置のまく破損検知方法として透過水の濁度の変化が認められた時点で、膜濾過の透過側から加圧空気を導入して空気圧の低下により中空糸膜の破損を検知する膜破損検知方法が示されている。
更に、特開２００１−１９０９３８号公報には、吸引濾過方式ではあるが膜の濾過側に加圧気体を供給し加圧気体の圧力変化又は所定圧力まで降下する時間を検出して破損膜の検知を行う方法が示されている。
【０００４】
以上に例示を交え説明したとおり、これらはいずれも濾過膜の破損検知方法で、その中でも定評ある検知方法として透過水側に空気圧をかけて圧力低下を計測する方法に関しても数多くの方法が提案されている。
しかしながら、これらの代表的例についてその内容を詳細に検討すると、いずれも媒体とされる水に検査用の気体が溶解したり、測定時に印加する加圧気体の状態如何では被検査膜に変態が起こり不安定で正確な測定結果になり得ず、対象とする濾過システムによっては不適切で精密データが得がたいなどの難点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、これらの難点を克服し濾過膜の損傷検知に適切に対応できるシステムに関し鋭意検討を重ね、検査に際し用いる加圧気体の被対象濾過膜への印加方法と検査時に濾過膜を通過させる気体の環境条件を調整セッとし、普遍的な一定条件下で正常濾過膜と比較対照する事により本件目的を達成出来ることを突き止め本件発明に到達した。
【０００６】
即ち、本発明の要旨とするところは、分離膜による濾過装置系内での膜損傷の探知に際し、膜の損傷に起因する濾過原水の透過水側へのリークを検知する方式に於いて、濾過工程で原水側の加圧送水を停止し、次いで透過水側に加圧気体を印加して閉鎖した後、原水側の空気逃し弁を開き、一定時間に至る加圧気体の圧力低下変動を測定する事により、膜損傷の無い分離膜による時間差による圧力低下に比べ、その変動幅が平均的変動範囲を超える圧力低下をもって膜の損傷と認定することを特徴とする膜濾過装置に於ける膜損傷探知システムにある。
【０００７】
本発明に於ける分離膜としては特に限定されないが、中空糸膜を中心とする精密級の濾過膜モジュールタイプが対象として好ましい。
此処に言う濾過装置とは、各種の飲料水用原水を出発源としても最終的な目的は主としてを濾過し飲料水化する高度処理の装置が主対象となる。
本発明の濾過膜の機能を検知するシステムを実際の飲料水化処理装置に組み込めば、インラインにて予め設定した時間毎に該膜処理工程への流水回路を閉鎖し、次いで濾過ユニット内原水側の圧力解除後、透過水側に加圧気体を充填保持し、一定時間後の加圧気体圧力低下率を無損傷の濾過膜と比較対比して膜損傷の有無を判断する機能を導入できる。
【０００８】
本発明のシステムによれば、媒体とされる水に検査用の気体が溶解することに起因する誤差を回避でき、測定時の加圧気体の状態変化より生じる膜の変態は起こらず、正確な測定結果を得ることが出来る。
この事は本出願で提供するシステムを採用して信号を電子化すれば、濾過系の膜損傷を自動管理システムに容易に制御信号として送ることことも可能となる。
即ち、この手段を援用して、採用する濾過膜に損傷が無いことを予め確認するには、例えば濾過膜（膜モジュールなど）を透明なテストハウジングの中に収納セットし、水を充填した状態で一次側（通水側）を閉鎖し、二次側（濾過水側）より気体を圧送して一次側水中での気泡の発生を確認する方法、或いは微粒子カウンターを用いて微粒子の透過量をカウントするなどの方法を適宜採用する事が出来る。
【０００９】
本発明のシステムで無損傷濾過膜の基準値を定めるには、濾過膜の透過側に充填する気体の圧力低下率を複数例についての平均変化率を調べ、該範囲を超えると膜損傷と認定する必要が有り。これの根拠条件としては以下に示す技術的背景を有する。
本発明者等の技術的検討によれば、膜濾過に採用する膜モジュールはその濾過機能自体に基本的な固有の膜性能を有する。これを用いて一定の濾過精度を引き出すために濾過膜の性能曲線を採り不偏的な基準とするものである。
【００１０】
即ち、採用する濾過膜で使用前の損傷の無い未使用分離濾過膜に付いて、特定時間充填気体を印加して圧力低下曲線を取得する。出来るだけ多くの実例で取得しその圧力低下率を測定する。
茲に特定時間とは、長くとも１０分程度であるが実質的には５分以下とし、この際の圧力の平均低下率を計算して制御幅の認定基準とする。この際の加圧気体を透過水側に印加して充填保持時間としては、３０秒以上５分以下とするのが好ましい。
この理由として、３０秒より短いと系の状態により圧力が一定せず不安定となり、印加時間が長いと膜素材の影響で疎水化変移現象を巻き込み濾過膜機能以外のノイズの影響を受けやすく５分以内とするのが好ましい。
【００１１】
本発明では、圧力の平均低下率を用いて判断しているが、好ましくは予め調べた膜損傷の無い分離膜による圧力低下値の変動幅を平均化した値を基準として、この幅の絶対値と対象とする使用態分離濾過膜の圧力低下値の差異が常に正である範囲内を正常な状態と定めるのが好ましい。
また、この変動幅も元より普遍的な基準値では無く、適宜改変する事が必要であり、通常の連続的な実設備では少なくとも二ヶ月に一回程度修正するのが望ましい。
しかし、実際の実働工程ではこの様な精度を或る程度抑えても、圧力低下値の変動幅の管理が煩雑な管理方式とならない様に、これを避けるための手段として圧力低下値の変動幅の平均値で代替する。
【００１２】
上記で言う加圧気体として、窒素ガスなど各種の不活性気体が対象と出来るが通常空気を用いることで十分に対応が可能である。この際、除塵して使用するのが好ましい。
加圧気体の圧力として、採用する濾過膜の媒体が水における阻止孔径１．０μｍに対応するバブルポイント以上とすることが好ましい。
ここでバブルポイントとは、濾過膜が十分に水を透過した親水態で且つ膜壁内に気泡を包含しない状況下に於いて、膜の内側に気体を圧入した際に生じる膜壁面に対し直角方向に移動する気体の圧力を指称する。ここで用いる気体は、通常空気を対象とする。
例えば、延伸法で製造されたポリエチレン中空糸膜では、阻止孔径１．０μｍの膜での水を媒体としたバブルポイントは約８０ＫＰａとなり、膜素材と阻止孔径に特有の数値となる。
【００１３】
本発明で採用する好ましい分離濾過膜は、基本的にあらゆる機種に対し技術的手段が適用可能であるが、好ましくは分離膜モジュールでアウトイン型濾過態様に適合するものが望ましい。
膜モジュールの形態としても、中空糸膜、チューブラ膜、管状膜、スクリーンタイプの平膜などに適用出来る。外圧膜濾過に適合し難いスパイラル型モジュールに対しては特別な対応が必要となる。
膜素材としては、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ＰＶＤＦ、ポリエステル、ナイロンなどの合成高分子膜、セルロース、セルロースアセテートなどの再生高分子膜、セラミック膜などの無機膜などの多岐に亘り採用可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の膜濾過装置に於ける膜損傷探知システムを、その実施の態様として代表的なフローシートにより以下の如く説明する。
図１は、代表設例を説明するもので、深度１００ｍの深井戸より水中ポンプにて汲み上げた地下水に、凝集剤ＰＡＣを添加して濁度成分を凝集せしめた後、次亜塩素酸ソーダ溶液を滴下して適切なる遊離塩素分を含有する状況下にアンスラサイトなどを充填した砂濾過塔を通過した処理水２１を原水槽２２に導入して飲料用水の膜処理用原水である一次処理水とした。
【００１５】
原水槽２２中の上記一次処理水を原水ポンプ８により原水パイプ２を介し原水入口弁３を経由して硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群の一次側に供給して膜濾過を行い、透過水は二次側より集水管４を介して濾過水出口弁１４を経由して集水タンク９に貯留する。
これら硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群は缶体１０基より構成されており、一次側に設けられた缶体夫々の空気穴は空気逃し弁７に連結されて大気に開放されている。また、各缶体内部にはポリエチレン製で阻止孔径０．１μｍ、内径３７０μｍ、外径５４０μｍの中空糸膜からなる膜面積２０ｍ２のシリンダータイプ中空糸膜モジュール各１本が装着され濾過装置５を形成している。
【００１６】
本発明では、その特徴が膜濾過装置に於ける膜損傷探知システムである為に、水処理工程中に設営された濾過装置５の機能を保全する手段の設例として本件発明を説明する。
即ち、図１に示すとおり濾過装置の透過水側に位置する集水管４には、圧力計１０、空気減圧弁１１、安全弁１２を付設した無給式ンプレッサー６にて検査用加圧空気の圧送を空気圧入弁１３経由で常時実施可能な状態にある。
これらの操作は、手動にても電子回路を伴う自動制御方式にて管理する事が可能である。
以下本設例に従い、原水を地下水に発する膜濾過水を得る工程に採用した実施例を示し、本発明のシステムを説明する。
【００１７】
【実施例】
実施例１
図１に示す原水槽２２より原水ポンプ８を使い、地下水を処理した一次処理水を原水管２を通じ原水入口弁３を開として硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群に５０ＫＰａ程度で圧入して膜モジュールによる濾過を開始した。この時の流速は、１．０ｍ３時・本で、透過水は集水管４を通じて集水タンク９に集められた。
２０時間連続自動運転を行い、膜濾過水を膜濾過水送水ポンプ２３の稼動により膜濾過水送水管１５を経由して飲料用水として供給出来た。
【００１８】
濾過装置５に損傷が発生した場合を想定しその膜損傷検知機能確認の為に、２０時間目に原水ポンプ８を停止させた。次いで、無給油式コンプレサー６を作動させて空気圧入弁１３を開き濾過水出口弁１４を閉じ、加圧空気を集水管４よりハウジング缶体の透過水側に送風し、系内の圧力を１９６ＫＰａとした。
次いで、空気逃し弁７を開いて二次側の内部圧力の変化を３０秒毎の時間的変化として圧力計１０により計測した。
この方法に基づき５回繰り返して行い、３分後１９３ＫＰａ、４分後１９２ＫＰａ、６分後１９０ＫＰａ、１０分後は１８７ＫＰａと変動を把握した。
これらの数値はいずれも正常な膜機能を示した数値で、夫々の数値に関する誤差は、±０．５ＫＰａ以内で信頼出来るものであった。
【００１９】
濾過膜の損傷を検知する為に、テスト運転中である１０本の膜モジュールからランダムに１本を選び、該モジュールを構成する中空糸の１本を適宜抽選択出し故意に切断した後、ハウジング缶体に元通りに取り付けた。
他の９本のモジュールはそのままにして、上記と同じ実験により二次側の内部圧力の変化を計測した。
その結果、３分後１９２ＫＰａ、４分後１９０ＫＰａ、６分後１８８ＫＰａ、１０分後には１８３ＫＰａと変動した。この経緯を検討すれば、６分を過ぎると明らかに数値的な変化が正常なフィルターの条理を大きく逸脱し、規則性を失う現象が明確に把握された。
このことは、本発明が特徴ある濾過膜の機能検知手段として活用出来るシステムであることを確認する事が出来た。
【００２０】
本発明の特徴は、全ゆる対象原水で、膜濾過により飲料用水へ処理可能なものから飲料水を製水、配水工程に於ける膜処理を常時安全に保全するに際し、特に高性能を保証する中空糸で構成される膜濾過で、その使用されている濾過膜の膜モジュール損傷を的確に検知出来る点にある。
即ち、濾過膜自体に起因する事故を完全に阻止する手段として、濾過装置の中に組み込みインラインにて使用する膜濾過の膜モジュールの損傷を定期的にチェックする事が容易になる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のシステムでは、媒体とされる水に検査用の気体が溶解することに起因する誤差を回避でき、測定時の加圧気体の状態変化より生じる膜の変態は起こらず、正確な測定結果を得ることが出来る点及び実稼動工程に採用してインラインにて活用出来る点でも、従来から提案されている同様の手段を用いる方式に対し極めて有用である。
このシステムを、膜濾過工程に組み込み例えば井戸水やその他飲料用水として利用可能な原水よりの飲料用水の製水或いはこの様にして得られた飲料用水を住宅の専用水道、または飲料用水を使用する工場に安全に配水供給する事が可能となる。
【００２２】
飲料用水は、原料となる表流水の汚染に伴い、その水源は地下水を始めとしてその他安全な源泉を求めるべく幾多の努力がなされている。この傾向は、今後益々激しくなる傾向が予想され、併せて飲料用水の安全志向は止まらない。
このような状況下で有用な原水より膜濾過方式により製水される飲料用水は、常時安全で確実に水栓蛇口からの供給が確保され、本発明の効用は工業的に極めて著大であるものと確信する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で、飲料用原水の受け入れから膜濾過水の送水に至る経路で、膜処理工程に膜損傷検知機構を設営したフローを模式的に表した一例を図示したものである。
【符号の説明】
１ ハウジング缶体
２ 原水管
３ 原水入口弁
４ 集水管
５ 濾過装置
６ 無給油式コンプレッサー
７ 空気逃し弁
８ 原水ポンプ
９ 集水タンク
１０ 圧力計
１１ 空気減圧弁
１２ 安全弁
１３ 空気圧入弁
１４ 濾過水出口弁
１５ 膜濾過水送水管
１６ 膜濾過水送水ポンプ

Claims (4)

1. 分離膜による濾過装置系内での膜損傷の探知に際し、膜の損傷に起因する濾過原水の透過水側へのリークを検知する方式に於いて、濾過工程で原水側の加圧送水を停止し、次いで透過水側に加圧気体を印加して閉鎖した後、原水側の空気逃し弁を開き、一定時間に至る加圧気体の圧力低下変動を測定する事により、膜損傷の無い分離膜による時間差による圧力低下に比べ、その変動幅が平均的変動範囲を超える圧力低下をもって膜の損傷と認定することを特徴とする膜濾過装置に於ける膜損傷探知システム。
2. 該加圧気体として空気を用いることを特徴とする請求項１記載の膜濾過装置に於ける膜損傷探知システム。
3. 該加圧気体の印加時間として、３０秒以上５分以下とする事を特徴とする請求頃１ないし２記載の膜濾過装置に於ける膜損傷探知システム。
4. 該加圧気体の圧力として、採用濾過膜の媒体が水における阻止孔径１．０μｍに対応するバブルポイント以上とすることを特徴とする請求頃１ないし３記載の膜濾過装置に於ける膜損傷探知システム。

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