JP2006088133A - 膜破断検出装置及びその検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気などの気体漏洩による誤検出動作を未然に回避し、高精度の膜破断検出を実行する膜破断検出装置を提供することにある。
【解決手段】膜濾過装置本体１に加圧気体を供給して、膜破断検出を行なう膜破断検出装置１０において、膜破断検出装置１０は、膜破断検出工程の前工程として、加圧気体を供給して、バルブや配管の空気漏洩を検出する検出工程を実行する。膜破断検出装置１０は、当該空気漏洩の検出結果を使用して膜破断検出処理を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的には、濾過膜を使用して水を濾過する膜濾過装置に適用する膜破断検出装置及びその検出方法に関する。

従来、例えば飲料水などの上水を処理する水処理システムでは、濾過膜を使用する膜濾過装置により、水中に含まれる濁質物を除去する処理が行われている。濾過膜は、例えば合成樹脂からなる親水性の中空糸状膜がモジュール内に収納された構造である。

膜濾過装置は、処理対象の原水を導入して、当該濾過膜により濾過された処理水を排出するように構成されている。ここで、濾過膜が破損したり、取り付け位置から外れるなどの事態（総称的に膜破断と呼ぶ）が発生すると、原水に含まれている濁質物が処理水に漏洩する恐れがある。

このような事態を未然に防止するために、膜濾過装置の膜破断を検出する膜破断検出装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照）
特開２０００−９３７６５号公報

従来の膜破断検出装置は、膜濾過装置本体に加圧空気を供給して、その空気の流量（又は圧力）を測定することで、膜破断検出を行なう構成である。しかしながら、加圧空気を供給したときに、膜濾過装置本体に接続している配管やバルブから空気漏れ（空気漏洩）がある場合に、従来の膜破断検出装置は、検出動作の原理的要因から誤検出動作を行なう可能性が高い。即ち、濾過膜に破損などの異常が無い場合でも、空気漏洩から加圧空気の流量測定値が変化して、誤った破断検出を実行してしまう。

そこで、本発明の目的は、空気などの気体漏洩による誤検出動作を未然に回避し、高精度の膜破断検出を実行する膜破断検出装置を提供することにある。

本発明の観点は、膜破断検出動作の前工程として、膜濾過装置の空気などの気体漏洩を検出する検出動作を実行し、当該気体漏洩の検出結果に基づいて膜破断検出結果を決定する膜破断検出装置である。

本発明の観点に従った膜破断検出装置は、水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出装置において、前記膜濾過装置に加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、前記加圧気体の流量などの物理量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいて前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段による検出結果及び前記測定手段による測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を行う第２の検出手段とを備えた構成である。

以上本発明によれば、膜破断検出動作の前工程として膜濾過装置の空気などの気体漏洩を検出することにより、気体漏洩による膜破断検出の誤動作を未然に回避できるため、高精度の膜破断検出を実現することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に関する膜濾過装置のシステム構成を示す図である。

膜濾過装置は、膜濾過装置本体１と、原水を収納するタンク２と、処理水を収納するタンク４と、制御装置８と、膜破断検出装置１０とを有する。また、膜濾過装置は、水や空気を流通させるためのポンプ３，５、電磁弁などの自動弁（以下バルブと呼ぶ）６ａ〜６ｅ、及び図示しない配管を有する。

膜濾過装置本体１は、タンク２からポンプ３により送り込まれる原水を導入し、内蔵している濾過膜により濾過した処理水をタンク４に送出する。ここで、濾過膜は、例えば合成樹脂からなる親水性の中空糸状膜がモジュール内に収納された構造である。また、濾過膜は、中空糸状膜ではなく、平膜またはスパイラル膜などの構造でもよい。更に、濾過膜の材質としては、有機素材またはセラミック膜などの無機素材でもよい。

一方、濾過膜の洗浄工程では、膜濾過装置本体１は、タンク４からポンプ５により送り込まれる浄水（処理水）を導入する。このとき、例えば、バルブ６Ｃが開状態にされて、膜濾過装置本体１は、外部から空気が送り込まれる方式がある。

制御装置８は、膜濾過装置全体の制御を行なう装置であり、具体的にはバルブ６ａ〜６ｅ及びバルブ７の開閉制御、ポンプ３，５の起動又は停止、及び膜破断検出装置１０との通信を実行する。即ち、本実施形態の制御装置８は、膜破断検出装置１０のコントローラ２０と通信を実行し、後述するように、膜破断検出工程の前工程として空気漏洩の検出工程の実行を制御する。

（膜破断検出装置１０の構成）
図２は、膜破断検出装置１０の要部を示すブロック図である。

膜破断検出装置１０は、大別して検出装置本体１１と空気圧縮機１２とからなる。空気圧縮機１２は、空気漏洩の検出工程及び膜破断検出工程において、膜濾過装置に加圧空気を供給するための装置である。

検出装置本体１１は、空気圧縮機１２から膜濾過装置への加圧空気の供給制御を行なうための減圧弁１３及びバルブ１６を有する。また、検出装置本体１１は、加圧空気の流量を測定するための流量センサ１４及び圧力を測定するための圧力センサ１５を有する。

（作用効果）
以下図３のフローチャートを参照して、膜破断検出装置１０の検出動作を説明する。

膜破断検出装置１０のコントローラ２０は、膜破断検出動作の実行時に、制御装置８との通信によりその旨を指示する。この指示を受けて、制御装置８は、膜破断検出装置１０からの加圧空気の供給を行なうためのバルブ７を除いて、膜濾過装置のバルブ６ａ，６ｃ〜６ｅを閉状態にする（ステップＳ１）。これにより、膜濾過装置本体１に対して、膜破断検出装置１０からの加圧空気を除いて、水や空気の流通を停止させる。

ここで、膜濾過装置のバルブ６ｂを開状態にして、膜濾過装置本体１に供給された加圧空気が濾過膜を介して外部へ流出させる状態にさせる。これにより、膜濾過装置本体１に対して、空気圧縮機１２からの加圧空気のみが供給される状態となる。

次に、コントローラ２０は、空気圧縮機１２から送出される加圧空気を、開状態のバルブ７により膜濾過装置本体１に供給させる（ステップＳ２）。このとき、全バルブ６ａ〜６ｅが閉状態になっているため、加圧空気は、膜濾過装置本体１の周辺には流れない。

コントローラ２０は、加圧空気の供給を開始してから、流量センサ１４及び圧力センサ１５により、空気流量及び圧力を測定して監視している（ステップＳ３）。本実施形態のコントローラ２０は、膜破断検出工程の前工程として、膜濾過装置の全バルブ６ａ〜６ｅ又は配管からの空気漏洩を検出する検出動作を実行する（ステップＳ４）。

具体的には、加圧空気の供給を開始してから一定時間の後に、コントローラ２０は、流量センサ１４により測定される空気流量が基準値より増大している場合には、空気漏洩が発生していると判定する（ステップＳ５のＹＥＳ）。このとき、加圧空気の供給を継続させている。膜濾過装置の全バルブ６ａ〜６ｅ及び配管が正常状態であれば、流通系の中で空気漏れが無いため、空気流量の測定結果は、基準値以上には増大せずに減少していく。

また、コントローラ２０は、圧力センサ１５により測定される空気圧力が基準値より減少している場合には、空気漏洩が発生していると判定する。ここで、コントローラ２０は、加圧空気の供給を開始してから一定時間経過後に、その供給を一時的に停止させた状態で、圧力センサ１５により測定される空気圧力の降下の割合に基づいて、空気漏洩の判定を実行する。

膜濾過装置の全バルブ６ａ〜６ｅ及び配管が正常状態であれば、流通系の中で空気漏れが無いため、空気圧力は、一定時間の経過後には一定になる。なお、コントローラ２０は、流量センサ１４及び圧力センサ１５からの空気流量及び圧力の両方の測定結果に基づいて、空気漏洩を判定してもよい。

以上のように本実施形態によれば、膜破断検出工程の前工程として、膜濾過装置の全バルブ６ａ〜６ｅ又は配管からの空気漏洩を検出する工程を実行する。従って、コントローラ２０は、空気漏洩の検出結果を参考にできるため、流量センサ１４又は圧力センサ１５の測定結果に基づいて膜破断検出工程を実行するときに、誤動作を回避することができる。

コントローラ２０は、空気漏洩の検出工程において、空気漏洩が無いと判定した場合には、通常の膜破断検出工程（便宜的に第２膜破断検出動作とする）を実行する（ステップＳ５のＮＯ）。

一方、コントローラ２０は、空気漏洩の検出工程において、空気漏洩を検出した場合には、通常の膜破断検出動作（第２膜破断検出動作）をそのまま実行しても、前述したように、正確な膜破断検出結果を得ることができない。

そこで、本実施形態のコントローラ２０は、空気漏洩を検出した場合には、特定の膜破断検出動作（便宜的に第１膜破断検出動作）を実行する。以下図４のフローチャートを参照して、当該第１膜破断検出動作の手順を説明する。

コントローラ２０は、図３に示す空気漏洩の検出工程において、空気漏洩があると判定したときの流量センサ１４の測定結果である空気流量値（Ｆ１とする）を、内部メモリに記憶する（ステップＳ１１）。

次に、コントローラ２０は、制御装置８に対して、加圧空気の供給を行なうためのバルブ７を除いて、膜濾過装置のバルブ６ａ，６ｃ〜６ｅを閉状態にするように制御する（ステップＳ１２）。これにより、膜濾過装置本体１に対して、膜破断検出装置１０からの加圧空気を除いて、水や空気の流通を停止させる。

ここで、膜濾過装置のバルブ６ｂを開状態にして、膜濾過装置本体１に供給された加圧空気が濾過膜を介して外部へ流出させる状態にさせる。これにより、膜濾過装置本体１に対して、空気圧縮機１２からの加圧空気のみが供給される状態となる。

次に、コントローラ２０は、空気圧縮機１２から送出される加圧空気を、開状態のバルブ７により膜濾過装置本体１に供給させる（ステップＳ１３）。コントローラ２０は、加圧空気の供給を開始してから、流量センサ１４及び圧力センサ１５により、空気流量及び圧力を測定して監視している。

コントローラ２０は、加圧空気の供給を開始してから一定時間の経過後に、流量センサ１４により測定された空気流量値（Ｆ２とする）を取得する（ステップＳ１４）。コントローラ２０は、当該測定結果である空気流量値（Ｆ２）から、空気漏洩検出時に測定した空気流量値（Ｆ１）を差し引いた差分値を算出する（ステップＳ１５）。コントローラ２０は、算出した差分値（Ｆ２−Ｆ１）に基づいて、膜破断検出の判定処理を実行する（ステップＳ１６）。

以上のように、膜破断検出工程の前工程での空気漏洩の検出時に、コントローラ２０は、流量センサ１４の測定結果である空気流量値（Ｆ１）を内部メモリに記憶する。そして、膜破断検出工程の実行時に、コントローラ２０は、流量センサ１４の測定結果である空気流量値（Ｆ２）から、空気漏洩分に相当する誤差値として記憶した空気流量値（Ｆ１）を差し引くことにより、膜濾過装置本体１での膜破断検出に必要な空気流量値（Ｆ２−Ｆ１）を取得することができる。

従って、膜濾過装置本体１の周辺に存在するバルブ６ａ〜６ｅや配管に、空気漏洩が発生している場合でも、コントローラ２０は、空気漏洩分に相当する誤差値を考慮した空気流量値の測定結果に基づいて、正確な膜破断検出を実行することができる。

なお、本実施形態では、膜破断検出工程の前工程として空気漏洩の検出工程が実行される場合を想定したが、これに限ることはない。即ち、膜破断検出工程を実行して、膜破断の状態を検出したときに、空気漏洩の検出工程を後工程として実行することにより、膜破断検出工程の検出精度を確認する方法でもよい。

即ち、膜破断検出工程で濾過膜が破断していないと判断した場合には、配管やバルブ等からの空気漏洩もないと判断し、破断検出結果をそのまま使用する。またね空気漏洩の検出工程は実行しない。一方、膜破断検出工程で濾過膜が破断していると判断した場合には、その結果が配管やバルブ等からの空気漏洩が要因でないか否かを確認するため、空気漏洩の検出工程を実行する。

具体的には、例えば、最初に実行した膜破断検出工程での空気流量をＦ２、空気漏洩の検出工程での空気流量をＦ１とし、膜濾過装置本体１での膜破断検出に必要な空気流量値（Ｆ２−Ｆ１）を取得することができる。

（第２の実施形態）
図５及び図６は、第２の実施形態に関する膜濾過装置及び膜破断検出装置１０の構成を示す図である。なお、前述の第１の実施形態に関する膜濾過装置及び膜破断検出装置１０と同一構成要素については、図１及び図２と同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、膜破断検出装置１０に設けられた流量センサ１４とは別に、図５に示すように、膜濾過装置本体１から空気を排気させるためのバルブ６ｂの近傍に、流量センサ３０を配置させた構成である。

流量センサ３０は、図６に示すように、バルブ６ｂが開状態に制御されたときに、膜濾過装置本体１から排気される空気の流量を測定し、膜破断検出装置１０に当該測定結果を送信する。

このような構成により、膜破断検出装置１０のコントローラ２０は、膜破断検出装置１０の内部に流量センサ１４が無い場合でも、加圧空気を膜濾過装置本体１に供給したときの膜濾過装置本体１の空気流量を流量センサ３０により測定できる。但し、制御装置８は、加圧空気を膜濾過装置本体１に供給するときに、バルブ６ｂが開状態に制御する。

また、コントローラ２０は、膜破断検出装置１０内部の流量センサ１４からの測定結果及び流量センサ３０からの測定結果の両方を使用して、空気漏洩の検出及び膜濾過装置本体１の膜破断検出を実行することができる。

なお、本実施形態では、膜濾過装置本体１の膜破断検出方法としては、空気流量の測定結果または空気圧力の測定結果に基づいて検出する方法について述べたが、これに限ることなく、別の方法でもよい。具体的には、例えば、膜濾過装置本体１に供給した加圧空気に従って、当該本体１に収納された水の排出量を測定する水量測定器を使用して、この測定結果に基づいて膜濾過装置本体１の膜破断検出を実行する方法でもよい。また、別の方法としては、膜濾過装置本体１に供給した加圧空気に従って、当該本体１の内部に発生する気泡を測定する気泡測定器を使用して、この測定結果に基づいて膜濾過装置本体１の膜破断検出を実行する方法でもよい。

以上要するに、第１及び第２の実施形態に関する膜破断検出装置１０により、膜破断検出工程とは別に、空気漏洩検出工程を実行して、空気漏洩による膜破断検出の誤動作を回避することができる。従って、結果として、膜濾過装置本体１の膜破断検出を高精度に行なうことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に関する濾過膜装置のシステム構成を示す図。 本実施形態に関する膜破断検出装置の要部を示すブロック図。 本実施形態に関する空気漏洩検出の手順を説明するためのフローチャート。 本実施形態に関する膜破断検出の手順を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に関する濾過膜装置のシステム構成を示す図。 第２の実施形態に関する膜破断検出装置の要部を示すブロック図。

符号の説明

１…膜濾過装置本体、２…原水収納用タンク、３，５…ポンプ、
４…処理水収納用タンク、６ａ〜６ｅ，７…電磁弁（バルブ）、８…制御装置、
１０…膜破断検出装置、１１…検出装置本体、１２…空気圧縮機、１３…減圧弁、
１４…流量センサ、１５…圧力センサ、１６…バルブ、３０…流量センサ。

Claims (13)

1. 水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出装置において、
   前記膜濾過装置に加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、
   前記加圧気体の物理量を測定する測定手段と、
   前記測定手段による測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の検出手段による検出結果及び前記測定手段の測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行する第２の検出手段と
   を具備したことを特徴とする膜破断検出装置。
2. 前記測定手段は、前記加圧気体の流量を測定する流量測定手段を含み、
   前記第１の検出手段は、前記流量測定手段による流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出することを特徴とする請求項１に記載の膜破断検出装置。
3. 前記第２の検出手段は、前記第１の検出手段による検出結果及び前記流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行することを特徴とする請求項２に記載の膜破断検出装置。
4. 前記測定手段は、前記加圧気体の供給するときの圧力を測定する圧力測定手段を含み、
   前記第１の検出手段は、前記圧力測定手段による圧力測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出することを特徴とする請求項１に記載の膜破断検出装置。
5. 前記第２の検出手段は、前記第１の検出手段による検出結果及び前記圧力測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行することを特徴とする請求項３に記載の膜破断検出装置。
6. 前記膜濾過装置での気体及び液体を流通させるための複数のバルブ機器を制御するバルブ制御手段を有し、
   前記第１の検出手段は、
   前記バルブ制御手段を介して、前記加圧気体を前記膜濾過装置に供給するためのバルブ機器を除く全バルブ機器を閉状態に制御した後に、前記気体漏洩の検出動作を実行することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の膜破断検出装置。
7. 前記第１の検出手段により前記気体漏洩が検出されたときの前記流量測定結果を第１の流量測定結果として記憶する手段を有し、
   前記第２の検出手段は、前記第１の流量測定結果、及び前記膜破断検出動作を実行するときに前記流量測定手段から得られる第２の流量測定結果に基づいて、前記膜破断検出を実行することを特徴とする請求項３に記載の膜破断検出装置。
8. 前記膜濾過装置の本体から流出する気体の流量を測定する本体側流量測定手段を有し、
   前記第１の検出手段は、
   前記流量測定手段による流量測定結果及び当該本体側流量測定手段による測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出することを特徴とする請求項２に記載の膜破断検出装置。
9. 前記膜濾過装置の本体から流出する気体の流量を測定する本体側流量測定手段を有し、
   前記第２の検出手段は、
   前記流量測定手段による流量測定結果及び当該本体側流量測定手段による測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行することを特徴とする請求項３に記載の膜破断検出装置。
10. 水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出装置において、
    前記膜濾過装置に加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、
    前記加圧気体の流量を測定する流量測定手段と、
    前記測定手段による流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出手段と、
    前記膜濾過装置に供給される前記加圧気体に従って、前記膜濾過装置に収納された水の排出量を測定する水量測定手段と、
    前記第１の検出手段による検出結果及び前記水量測定手段の測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行する第２の検出手段と
    を具備したことを特徴とする膜破断検出装置。
11. 水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出装置において、
    前記膜濾過装置に加圧気体を供給する加圧気体供給手段と、
    前記加圧気体の流量を測定する流量測定手段と、
    前記測定手段による流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出手段と、
    前記膜濾過装置に供給される前記加圧気体に従って、前記膜濾過装置の内部に発生する気泡を測定する気泡測定手段と、
    前記第１の検出手段による検出結果及び前記気泡測定手段の測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を実行する第２の検出手段と
    を具備したことを特徴とする膜破断検出装置。
12. 水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出方法において、
    前記膜濾過装置に加圧気体を供給するステップと、
    前記加圧気体の流量を測定する測定ステップと、
    前記測定手段による流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出ステップと、
    前記第１の検出ステップによる検出結果と、前記第１の検出ステップによる検出動作後に前記測定ステップにより測定された流量測定結果とに基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を行う第２の検出ステップと
    を有する手順を実行することを特徴とする膜破断検出方法。
13. 水中の濁質物を除去するための膜濾過装置に適用する膜破断検出方法において、
    前記膜濾過装置に加圧気体を供給するステップと、
    前記加圧気体の流量を測定する第１の測定ステップと、
    前記第１の測定ステップによる第１の流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の気体漏洩を検出する第１の検出ステップと、
    前記第１の流量測定結果を記憶する記憶ステップと、
    前記第１の検出ステップによる検出動作後に、加圧気体の流量を測定する第２の測定ステップと、
    前記第２の測定ステップによる第２の流量測定結果、及び前記記憶ステップにより記憶された前記第１の流量測定結果に基づいて、前記膜濾過装置の膜破断検出を行う第２の検出ステップと
    を有する手順を実行することを特徴とする膜破断検出方法。

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