JP2014018781A - 膜処理装置の薬液循環の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】循環タンクを小容量化できる膜処理装置の薬液循環の制御装置を提供すること。
【解決手段】循環タンクと膜処理装置との間で薬液を循環してろ過膜を洗浄する際に、循環タンク内を密封可能とする開閉弁について、該タンク内の水位に基づいて、（１）水位上昇をハイレベルで検出したら開閉弁を開から閉に変更し、（２）水位低下をロウレベルで検出したら開閉弁を閉から開に変更する制御を行う膜処理装置の薬液循環の制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜処理装置の薬液循環の制御装置に関し、詳しくは、循環タンク内の薬液を、循環ポンプにより、薬液供給配管を介して膜処理装置に供給して、該膜処理装置が備える膜と接触させることにより該膜を洗浄すると共に、洗浄後の前記薬液を、薬液返送配管を介して前記循環タンクに返送する膜処理装置の薬液循環の制御装置に関する。

原油等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。

このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾の海水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。

ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する水生生物が混入しており、船舶の移動に伴い、これら水生生物が元々存在しない地域に運ばれることになる。

従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。

このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の国際会議において、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約（以下、条約という）が採択され、バラスト水処理装置を用いたバラスト水管理の実施義務が２００９年以降の建造船から適用されようとしている。

このため、バラスト水の排出時には外洋に存在する生物数の１００分の１程度まで除去あるいは殺滅することが必要となる。

本出願人は、これまでにバラスト水をろ過膜により処理する技術を提案している（特許文献１）。

特許第４４２１４９４号

バラスト水膜処理装置においては、膜ろ過処理に伴って膜に付着物が付着する。この付着物は、フラックスを低下させてしまうため、膜から除去する必要がある。

付着物の除去には、過酸化水素等の薬剤を含有した薬液による洗浄が好適である。具体的には、循環タンク内に貯留された薬液を膜処理装置に供給して、該膜処理装置が備える膜を洗浄し、洗浄後の薬液を循環タンクに返送する循環洗浄を用いることで、膜から付着物を除去して、フラックスを回復することができる。

ところが、過酸化水素等の薬剤は、膜の付着物と接触することにより分解され、該薬液中に気泡を生成する。その結果、薬液の見かけの体積が増大し、循環タンク内の水位が上昇し、循環タンクから薬液が溢れ出てしまう問題が生じる。

これに対して、水位の上昇に対応できるように、薬液を受け入れる循環タンクを大容量化することも考えられる。しかるに、大容量の循環タンクは、設置するスペースを確保することが困難であり、特に、船舶内のような限られたスペースに設置することは実用的ではない。

そこで、本発明の課題は、循環タンクを小容量化できる膜処理装置の薬液循環の制御装置を提供することにある。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
循環タンクから薬液供給配管を介して該循環タンク内の薬液をろ過膜付きの膜処理装置に供給する循環液供給系と、
前記薬液により、ろ過膜に付着した付着物を洗浄・除去する薬液洗浄系と、
洗浄後の前記薬液を循環液として薬液返送配管を介して前記循環タンクに返送する循環液返送系とを有し、
前記循環液供給系と循環液返送系を循環ポンプの動力により薬液を循環させる薬液の循環系を形成し、
前記循環タンクに、該タンク内を密封可能とする開閉弁を設けると共に、該タンク内における前記薬液の水位を検出する液面計を設け、下記（１）及び（２）の制御を行うことを特徴とする膜処理装置の薬液循環の制御装置。
（１）前記洗浄によって該薬液から発生した気泡を含む該薬液の見かけの体積の増加により前記循環タンク内における前記薬液の水位の上昇を該液面計のＨＬ（ハイレベル）で検出したら、前記開閉弁を開から閉に変更する制御を行う。
（２）前記開閉弁を閉じた後、前記循環タンク内における薬液から気泡が分離し、該薬液の見かけの体積が減少し、分離された気泡が前記上部空間を押し広げることにより生じる水位低下を該液面計のＬＬ（ロウレベル）で検出したら、前記開閉弁を閉から開に変更する制御を行う。

（請求項２）
前記薬液は、少なくとも過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１記載の膜処理装置の薬液循環の制御装置。

（請求項３）
膜処理装置は、船舶に搭載されるバラスト水膜処理装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜処理装置の薬液循環の制御装置。

本発明によれば、循環タンクを小容量化できる膜処理装置の薬液循環の制御装置を提供することができる。

本発明に係る膜処理装置の薬液循環の制御装置の一例を示す概略図 本発明の循環タンク内における薬液の水位の経時変化の一例を示すグラフ 本発明の循環タンク内における薬液の水位の経時変化の他の例を示すグラフ

以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明に係る膜処理装置の薬液循環の制御装置の一例を示す概略図である。

図１において、１は循環タンク、２は循環ポンプ、３は薬液供給配管、４はろ過膜付きの膜処理装置、５は薬液返送配管である。

本実施の態様では、循環タンク１から薬液供給配管３を介して該循環タンク１内の薬液をろ過膜付きの膜処理装置４に供給する循環液供給系１０１を有する。また、本実施の態様では、前記薬液により、ろ過膜に付着した付着物を洗浄・除去する薬液洗浄系を有する。更に、本実施の態様では、洗浄後の前記薬液を循環液として薬液返送配管５を介して前記循環タンク１に返送する循環液返送系１０２を有する。そして、本発明では、前記循環液供給系１０１と循環液返送系１０２により、薬液の循環系を形成している。薬液の循環系には、薬液を循環させる動力として循環ポンプ２を用いている。

膜処理装置４による膜処理は、格別限定的ではなく、例えば、船舶に搭載されるバラスト水膜処理装置によるバラスト水処理等を好ましく例示できる。

バラスト水処理は、膜処理装置４にバラスト水（海水など）を導入し、ろ過膜を介してろ過された処理水を生成する処理である。このような膜ろ過処理に伴って、ろ過膜にはフラックス（膜処理時の処理量）低下の原因となる付着物が付着する。この付着物は、通常は、処理対象水（原水）に含まれる成分に由来するものであり、原水が海水であれば該海水中に含まれる微生物などを主成分とする。

通常、ろ過膜への付着物は、逆洗浄など、薬液を使わない洗浄によって除去できるが、膜に対する付着状況によっては、除去できなくなることがあり、薬液洗浄が必要になる。

薬液を貯留する循環タンク１は、該循環タンク１の上方に開閉弁（バルブ）１１を備えている。具体的には、循環タンク１は、本体１ａと蓋体１ｂとから構成され、該蓋体１ｂに脱気管１ｃが設けられ、該脱気管１ｃにバルブ１１が設けられている。

循環タンク１は、バルブ１１を閉じることにより、該循環タンク１内を密封可能に構成されている。

１２は、循環タンク１内における薬液の液面（水位）Ｓより上方に形成された上部空間である。該上部空間１２と脱気管１ｃは気体が通過できるように連通している。バルブ１１によって気体の放出、密封を制御できるようになっている。

バルブ１１は、格別限定されるわけではないが、通常のコントロールバルブを用いることができる。開閉は、ＯＮ−ＯＦＦ制御であっても、比例制御であってもよい。

更に、該循環タンク１には液面計１３が設けられている。液面計１３は、循環タンク１内における薬液の水位Ｓを、所定のＨＬ（ハイレベル）と、該ＨＬよりも低水位である所定のＬＬ（ロウレベル）との２段階で検出可能に構成されている。水位ＨＬは、バルブ１１からの薬液の漏出を防止する観点から、バルブ１１の高さよりも低い位置に設定されている。

図１において、６は制御部であり、該制御部６は、水位ＨＬ又はＬＬを検出した液面計１３からの検出信号が入力されることにより、この検出信号に基づいて、バルブ１１に開閉信号を出力可能に構成されている。この具体的な制御内容については、以下に説明する。

図２は、本発明に係る膜処理装置の薬液循環の制御装置における循環タンク１内における薬液の水位Ｓの経時変化の一例を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は水位を示している。

本発明に係る膜処理装置の薬液循環の制御装置において、洗浄を開始する際には、まず循環ポンプ２を作動させて、循環タンク１内の薬液を、薬液供給配管３を介して膜処理装置４に供給する。

本発明において、供給された薬液は、膜処理装置４が備えるろ過膜に付着した付着物を除去して洗浄する。また、この洗浄に伴って、薬液中に含有される薬剤が、付着物との接触により分解されてガスを発生する。

本発明では、このガスを発生させる必要があるので、薬液は、ガスを発生させる薬剤を含むことが好ましく、このような薬剤としては、過酸化水素等の酸化剤を好ましく例示できる。過酸化水素の場合であれば、付着物との接触により分解されて酸素ガスを生成する。

発生したガスは、薬液中に気泡として含まれる。その結果、薬液の見かけの体積が増大する。薬液の見かけの体積とは、当該薬液に含まれる気泡分も含めた薬液の体積を指す。

循環タンク１に返送された薬液は、必要に応じて所定の薬剤濃度となるように適宜調整された後、再び上述した経路を循環される。

本発明では、洗浄により薬液から気泡が発生するため、薬液は、この気泡を含むことにより見かけの体積が増加し、循環タンク１内における薬液の水位Ｓが上昇する。

水位Ｓが上昇する主な原因は、気泡を含むことで見かけの体積が増大した薬液が循環タンク１に返送されることによるものである。

また、返送されてくる前であっても、循環系内（膜処理装置４近傍）で生じた見かけの体積の増大に連動して水位Ｓが上昇する場合がある。

本発明においては、制御（１）洗浄によって薬液から発生した気泡を含む該薬液の見かけの体積の増加により循環タンク１内における薬液の水位Ｓの上昇を液面計１３のＨＬ（ハイレベル）で検出したら、バルブ１１を開から閉に変更する制御を行う。

バルブ１１が閉鎖されることにより、循環タンク１内において薬液から気泡が分離され、該薬液の見かけの体積を減少させると共に、分離された気泡が循環タンク１内における薬液の水位Ｓより上方の上部空間１２を押し広げることにより該水位Ｓが低下する。

本発明においては、制御（２）バルブ１１を閉じた後、循環タンク１内における薬液から気泡が分離し、該薬液の見かけの体積が減少し、分離された気泡が上部空間１２を押し広げることにより生じる水位低下を液面計１３のＬＬ（ロウレベル）で検出したら、バルブ１１を閉から開に変更する制御を行う。

上部空間１２に集まったガスは、開放されたバルブ１１を介して脱気管１ｃから排出される。脱気されるガスは、必要に応じて無害化処理に供することもできるが、薬剤が過酸化水素であれば、該薬剤から生成するガスは酸素ガスであるため、排出に際して、無害化処理を行うことなく、大気に排出することができる。

このような制御（１）及び（２）を継続しながら、薬液洗浄を行う。

洗浄が終了したら、循環ポンプ２を停止する。

本発明によれば、洗浄に際して、薬液中の気泡の除去を好適に行うことができると共に、循環タンク１における水位上昇を制限することができるため、循環タンク１の容量を小さくすることができる効果が得られる。

図２の例では、バルブ１１を開放する制御（２）を行った後、循環タンク１内における薬液の水位Ｓが低下していく場合を示した。循環する薬液中においてガス（気泡）の生成量が減少していく場合は、このように水位Ｓが低下することになる。

一方、循環する薬液中においてガス（気泡）の生成量が増大することがあると、図３に示すように、バルブ１１を開放する制御（２）を行った後、循環タンク１内における薬液の水位Ｓが再び上昇していく場合がある。この上昇により、水位ＳがＨＬまで上昇したら再びバルブ１１を閉じる制御（１）を行う。これにより水位Ｓが再びＬＬまで低下したらバルブ１１を開放する制御（２）を行う。

このように、本発明においては、循環する薬液中におけるガス（気泡）の発生に応じて、つまり水位Ｓの変化に応じて、制御（１）及び（２）を繰り返し行うことができる。特にバラスト水膜処理装置においては、該膜処理装置４が複数の膜カートリッジを備えることが好ましいが、これら膜カートリッジを順次タイミングをずらして洗浄するような場合は、図３に示したように、水位Ｓの変化に応じて、制御（１）及び（２）を繰り返し行う方法が好ましく適用される。

本発明において、循環液供給系１０１と循環液返送系１０２とは、膜処理時における膜に対する原水の供給方向と同じ方向から薬液を供給し、膜を通過した該薬液を処理水側から回収するように構成してもよいし（順洗）、逆の方向から、つまり処理水側から、薬液を供給し、膜を通過した該薬液を原水側から回収してもよい（逆洗）。薬液がろ過膜を通過する洗浄を行う場合は、ろ過膜の洗浄効率に更に優れる効果を奏する。

あるいは、原水側から供給した薬液をろ過膜の付着物と接触させた後、ろ過膜を通過させることなく、該原水側から回収するようにしてもよい。薬液がろ過膜を通過しない洗浄を行う場合は、薬液中に含まれる微細な気泡がろ過膜中に残留することを更に防止できる効果を奏する。

本発明において、循環タンク１は、薬液生成手段を兼ねることが好ましい。例えば、図示したように、薬剤タンク１４から供給される薬剤を循環タンク１内の水に添加することで、循環タンク１内に薬液を生成するように構成されていることが好ましい。循環タンク１は、好ましくは、不図示の薬液濃度センサーを備えることにより、該循環タンク１内の薬剤が所定の濃度となるように、薬剤タンク１４からの薬剤供給量が制御されている。

一方、薬液の生成のために薬剤が添加される水としては、格別限定されないが、夾雑物が適宜除去された淡水・海水を用いることができ、特に当該膜処理装置４によって膜処理された後の処理水を好ましく用いることができる。膜処理後のバラスト処理水を特に好ましく用いることができる。

また、１５は、循環タンク１内の夾雑物を除去するための夾雑物除去手段であり、該循環タンク１に接続された循環配管１５ａと、該循環配管１５ａ上に設けられたフィルタ１５ｂ及び循環ポンプ１５ｃにより構成されている。

夾雑物除去手段１５は、循環ポンプ１５ｃにより循環タンク１内の夾雑物を薬液と共に抜き出してフィルタ１５ｂに供給し、フィルタ１５ｂによって夾雑物が除去された薬液を循環タンク１内に返送する機能を有する。

本発明において、循環タンク１は、薬液と気泡の分離を促進するための気液分離手段を備えることが好ましく、例えば、静置脱泡槽、遠心分離装置、サイクロン、気液分離膜、超音波照射装置等から選ばれる１又は２以上を組み合わせて用いることも好ましいことである。

以上、主にバラスト水の処理について詳述したが、これに限らず、原水室に供給された原水をろ過して処理水室に処理水を生成する膜カートリッジが備えるろ過膜に付着した付着物を、薬液によって効率的に洗浄する場合の薬液洗浄方法として広く適用できる。

Ｗ：薬液洗浄機構
１：循環タンク
１１：バルブ
１２：上部空間
１３：水位検出手段
１４：薬剤タンク
１５：夾雑物除去手段
１５ａ：循環配管
１５ｂ：フィルタ
１５ｃ：循環ポンプ
Ｓ：薬液水位
２：循環ポンプ
３：薬液供給配管
４：膜処理装置
５：薬液返送配管
６：制御部
１０１：循環液供給系
１０２：循環液返送系

Claims (3)

1. 循環タンクから薬液供給配管を介して該循環タンク内の薬液をろ過膜付きの膜処理装置に供給する循環液供給系と、
   前記薬液により、ろ過膜に付着した付着物を洗浄・除去する薬液洗浄系と、
   洗浄後の前記薬液を循環液として薬液返送配管を介して前記循環タンクに返送する循環液返送系とを有し、
   前記循環液供給系と循環液返送系を循環ポンプの動力により薬液を循環させる薬液の循環系を形成し、
   前記循環タンクに、該タンク内を密封可能とする開閉弁を設けると共に、該タンク内における前記薬液の水位を検出する液面計を設け、下記（１）及び（２）の制御を行うことを特徴とする膜処理装置の薬液循環の制御装置。
   （１）前記洗浄によって該薬液から発生した気泡を含む該薬液の見かけの体積の増加により前記循環タンク内における前記薬液の水位の上昇を該液面計のＨＬ（ハイレベル）で検出したら、前記開閉弁を開から閉に変更する制御を行う。
   （２）前記開閉弁を閉じた後、前記循環タンク内における薬液から気泡が分離し、該薬液の見かけの体積が減少し、分離された気泡が前記上部空間を押し広げることにより生じる水位低下を該液面計のＬＬ（ロウレベル）で検出したら、前記開閉弁を閉から開に変更する制御を行う。
2. 前記薬液は、少なくとも過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１記載の膜処理装置の薬液循環の制御装置。
3. 膜処理装置は、船舶に搭載されるバラスト水膜処理装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜処理装置の薬液循環の制御装置。

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