JP2021058839A

JP2021058839A - 膜濾過装置

Info

Publication number: JP2021058839A
Application number: JP2019183944A
Authority: JP
Inventors: 優也稲富; Yuya Inatomi
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-04-15
Also published as: WO2021065422A1; TW202128271A

Abstract

【課題】気体ラインに設けたバルブの異常を検知することができる膜濾過装置を提供する。【解決手段】容器１と、該容器１内に設置された中空糸膜２と、容器１内に圧気源からの空気を供給するための配管Ｌ２，Ｌ８，Ｌ９と、各配管に設けられたバルブＶ２，Ｖ８，Ｖ９とを有する膜濾過装置において、該配管の該バルブよりも前記圧気源側に圧力センサ２３又は流量センサ２４を設け、該バルブを開又は閉としたときの該圧力センサ２３又は流量センサ２４の検出値の経時変化パターンに基づいて該バルブの異常を判定装置３０で判定する。【選択図】図１

Description

本発明は膜濾過装置に関し、特に、空気ラインに設けたバルブの異常を検知する機構を備えた膜濾過装置に関する。

膜モジュールは、濁質成分や有機物を除去する手段として、純水製造や排水回収分野などで広く用いられている。中空糸膜モジュールの膜には、精密濾過膜（ＭＦ膜）や限外濾過膜（ＵＦ膜）などが分離対象に応じて使い分けられており、前者は０．１μｍ前後、後者は０．００５〜０．０５μｍの細孔が一般的である。

膜モジュールに供給する懸濁水中に濁質や有機物が大量に含まれている場合、膜の目詰まりが発生する。膜の汚染を低減するために、膜をバブリングしたり、空気逆洗することがあり、そのために、膜モジュールに空気ラインが接続されている。

特開２０１８−１６７２６２号公報

本発明は、空気等の気体ラインに設けたバルブの異常を検知することができる膜濾過装置を提供することを目的とする。

本発明の膜濾過装置は、容器と、該容器内に設置された分離膜と、該容器に被処理水を通水する被処理水通水手段と、該容器内に圧気源からの気体を供給するための気体供給用配管と、該配管に設けられたバルブとを有する膜濾過装置において、該配管の該バルブよりも前記圧気源側に設けられた圧力センサ及び流量センサの少なくとも一方よりなるセンサと、該バルブを開又は閉としたときの該センサの検出値の経時変化パターンに基づいて該バルブの異常を判定する判定装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の一態様では、前記判定装置は、バルブ正常作動時の前記検出値の経時変化パターンの記憶部と、前記センサの前記検出値の経時変化パターンと該記憶部から読み出した正常時の経時変化パターンとを対比して異常判定を行う判定部とを有する。

本発明の一態様では、前記分離膜として中空糸膜が設置されており、該中空糸膜の外側に前記被処理水が供給される。

本発明の一態様では、前記気体供給用配管として、該中空糸膜の内部に気体を供給する第１気体供給用配管が設置されている。

本発明の一態様では、前記気体供給用配管として、前記中空糸膜の外側に気体を供給する第２気体供給用配管が設置されている。

本発明の一態様では、前記分離膜を水逆洗するための逆洗水通水手段を有する。

本発明の膜濾過装置では、気体供給配管に設けたバルブを開又は閉としたときのバルブの一次側（気体供給側）の圧力又は流量の変化パターンに基づいて、バルブの異常を迅速かつ的確に検知することができる。

実施の形態に係る中空糸膜濾過装置の模式図である。洗浄処理時の中空糸膜濾過装置の模式図である。異常検知装置のブロック図である。異常検知方法を示すフローチャートである。

以下、図１〜図４を参照して実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る中空糸膜モジュールを備えた中空糸膜濾過装置の濾過工程を示す模式図である。図１に示すように、中空糸膜モジュールは、円筒の軸心線方向を上下方向（この実施形態では鉛直方向）にして配置された容器１を備えている。この容器１内に、複数の中空糸膜２が配置されている。

中空糸膜２は、容器１の上部側において、固定部としての合成樹脂製ポッティング部３で固定され、容器１の下部側では固定されていない。ポッティング部３の合成樹脂としては例えばエポキシ樹脂を用いることができる。

例えば、中空糸膜２をＵ字型に組み込み、中空糸膜の両端をポッティング部３で固定する。この場合、中空糸膜２の中間部が容器１の下部に位置する。

また、一端が開口し、他端が封止された中空糸膜２を用いる場合は、開口している中空糸膜２の一端側をポッティング部３で固定し、封止された他端側を容器１の下部に配置する。

中空糸膜２は、ＵＦ膜やＭＦ膜などのいずれでもよい。中空糸膜２は特に制限はないが、通常、内径０．２〜１．０ｍｍ、外径０．５〜２．０ｍｍ、有効長さ３００〜２５００ｍｍ程度のものが用いられる。このような中空糸膜２が容器１内に５００〜７０，０００本装填された全膜面積５〜１００ｍ^２程度のものが適当である。中空糸膜２の膜素材についても特に制限はないが、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。本実施形態では、中空糸膜２を有する中空糸膜モジュールについて説明するが、管状膜を用いた膜モジュールであればよい。

ポッティング部３の上側には処理水室７が区画形成されている。中空糸膜２の上端側はポッティング部３を貫通しており、その上端の開口は処理水室７に臨み、中空糸膜２の内部は処理水室７に連通している。中空糸膜２をＵ字型に組み込む場合は、中空糸膜２の両端がポッティング部３を貫通する。

ポッティング部３は例えば円盤状であり、その外周面又は外周縁部が容器１の内面に水密的に接している。

容器１内の下部には、中空糸膜２の下方に、散気部材として散気管１０が設けられている。該散気管１０に、バルブＶ９を有した配管Ｌ９の一端が接続されている。配管Ｌ９の他端は、コンプレッサ及び加圧空気を貯留するアキュムレータ等を備えてなる空気圧源２１からの配管２２に接続されている。配管２２に圧力センサ２３及び流量センサ２４が設置されている。

容器１の内部には、導水管４が略鉛直方向（容器１の軸方向）に延びている。導水管４は、例えば容器１の中心軸に沿って配置されている。導水管４は先端（上端）が閉じた円管であり、側周面には上下にわたって、かつ周方向に、間隔を空けて複数の噴出孔４ａが全体的に設けられている。噴出孔４ａの数は特に限定されないが、例えば５〜５０個程度である。

導水管４の高さ（上下方向の長さ）は特に限定されないが、導水管４の上端がポッティング部３の下面近傍に位置していることが好ましい。噴出孔４ａの大きさや形状は特に限定されないが、例えば口径５〜５０ｍｍの円形である。導水管４の内径は例えば１０〜１００ｍｍ程度である。また、導水管の上端がポッティング部３に埋設されていてもよい。

導水管４の下部は、容器１の底面を貫通して延設し、容器１の外部にまで延びている。導水管４には原水配管Ｌ１が接続され、原水配管Ｌ１にはポンプＰ１及びバルブＶ１が設けられている。原水配管Ｌ１には空気導入用配管Ｌ２の一端が接続されており、空気導入用配管Ｌ２にはバルブＶ２が設けられている。該配管Ｌ２の他端は、空気圧源２１からの配管２２に接続されている。

バルブＶ１とバルブＶ２の開閉を切り替えることで、容器１への原水／空気の供給を切り替えることができる。バルブＶ１を開、バルブＶ２を閉とし、ポンプＰ１により原水配管Ｌ１を介して原水を送り出すことで、導水管４の噴出孔４ａから放射方向に原水を噴出させ、容器１内に原水を供給することができる。

バルブＶ１を閉、バルブＶ２を開とし、空気導入用配管Ｌ２から空気を供給することで、導水管４の噴出孔４ａから放射方向に気泡を噴出させ、バブリング洗浄を行うことができる。バルブＶ１及びＶ２を開とし、噴出孔４ａから気液混合流を噴出させることもできる。

容器１の頂部には処理水（濾過水）の出口５が設けられている。また、容器１の側面の上部には濃縮水出口８が設けられている。濃縮水出口８はポッティング部３の下面近傍に設けられている。ポッティング部３から濃縮水出口８の上縁までの距離は０〜３０ｍｍ、特に０〜１０ｍｍ程度が好ましい。濃縮水出口８には配管Ｌ５が接続され、配管Ｌ５にはバルブＶ５が設けられている。

容器１の側面の下部には排水口６が設けられている。排水口６は、容器１の底面近傍に設けられている。排水口６には配管Ｌ６が接続され、配管Ｌ６にはバルブＶ６が設けられている。

処理水出口５には処理水取出配管Ｌ３が接続されており、処理水取出配管Ｌ３を介して処理水（濾過水）が排出される。処理水は処理水タンク９に貯留される。

処理水取出配管Ｌ３にバルブＶ３が設けられている。処理水取出配管Ｌ３には、バルブＶ３と処理水出口５との間の位置に逆洗水配管Ｌ４の一端が接続されている。逆洗水配管Ｌ４の他端側はバルブＶ４及びポンプＰ２を介して処理水タンク９に接続されている。バルブＶ３を閉、バルブＶ４を開とし、ポンプＰ２を作動させることにより逆洗水配管Ｌ４を介して処理水出口５から容器１に濾過水を流し、中空糸膜２の水逆洗を行うことができる。図１は、逆洗水配管Ｌ４を処理水タンク９に接続し、逆洗水に濾過水を用いる構成を示しているが、逆洗水は原水であってもよい。

逆洗水配管Ｌ４を流れる逆洗水に薬液を添加するように、配管Ｌ７及びバルブＶ７を有した薬液添加手段（図示略）が配管Ｌ４のポンプＰ２の上流側に接続されている。添加する薬液は、次亜塩素酸ナトリウム、強アルカリ性剤、強酸性剤等を含むものであり、膜付着物によって選択される。例えば、膜付着物が有機物、有機物を含む濁質等の場合、次亜塩素酸ナトリウムが０．０５〜０．３ｍｇＣｌ_２／Ｌ残留するように添加することが好ましい。

バルブＶ３と処理水出口５との間の配管Ｌ３に空気を供給するように、バルブＶ８を有した配管Ｌ８の一端が配管Ｌ３に接続されている。配管Ｌ８の他端は空気圧源２１からの配管２２に接続されている。

［濾過処理］
この中空糸膜濾過装置による濾過処理では、図１に示すように、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ５を開、バルブＶ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９を閉とし、ポンプＰ１を作動させ、導水管４へ原水を供給する。導水管４から孔４ａを介して容器１内に供給された原水のうち、中空糸膜２を透過した透過水が処理水として処理水出口５から取り出され、処理水取出配管Ｌ３を介して処理水タンク９に送水される。

中空糸膜２を透過しなかった濃縮水は、濃縮水出口８から配管Ｌ５を介して排出される。排出された濃縮水を原水と混合して容器１に供給するように循環させてもよい。

このように、図１に示す中空糸膜濾過装置は、中空糸膜２の外側に原水をクロスフロー方式で通水する外圧式で濾過処理する。

この濾過処理を継続して行うと、中空糸膜２に濁質が蓄積してくる。そこで、濾過処理を所定時間行った後、又は処理水量が減少してきた場合、中空糸膜２に捕捉された濁質を洗浄する洗浄処理を次の通り行う。

［洗浄処理］
中空糸膜濾過装置の洗浄処理では、まず、図２に示すように、空気逆洗を行う。即ち、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ９を閉、バルブＶ５、Ｖ８を開とし、配管Ｌ８を介して空気を処理水室７から中空糸膜２内に供給し、中空糸膜２内の透過水を原水側に押し出す空気逆洗を行う。中空糸膜２は水を透過させるが、空気は全く又は殆ど透過させない性質を有する。そのため、配管Ｌ８からの空気が中空糸膜２内に供給されると、中空糸膜２内の水が中空糸膜２外（原水側）に透過する（押し出される）。中空糸膜２内の水のすべてが中空糸膜２外に押し出されると、中空糸膜２内は空気のみとなる。この空気は中空糸膜２外へ全く又は殆ど流出しない。

その後、バルブＶ８を閉とし、バルブＶ３を開とする等して中空糸膜２内及び処理水室７内を大気に開放させ、圧力を解放する。

その後、図示は省略するが、バルブＶ５、Ｖ６を開とし、容器１内の水を配管Ｌ６を介して排水する。その後、バルブＶ６を閉とし、バルブＶ１、Ｖ５を開とし、配管Ｌ１、導水管４及び孔４ａを介して容器１内に原水を供給し、容器１内に水張りする。

次いで、バルブＶ１を閉とし、バルブＶ５、Ｖ９を開とし、散気管１０から空気を容器１に吹き込み散気管バブリングを行う。洗浄排水は、濃縮水出口８から配管Ｌ５を介して系外に排出される。

次いで、バルブＶ１を閉とした後、バルブＶ２を開とし、配管Ｌ２から空気を導水管４に供給し、噴出孔４ａから気泡を噴出させ、中空糸膜２を洗浄する。

その後、バルブＶ１、Ｖ２を閉とし、バルブＶ６を開とすることにより、容器１内の水を配管Ｌ６から排水する。

次いで、バルブＶ４を開とし、ポンプＰ２を作動させ、処理水タンク９内の処理水（濾過水）を処理水室７を介して中空糸膜２内に供給し、中空糸膜２を水逆洗する。本実施形態では、この際、バルブＶ７を開とし、処理水タンク９からの濾過水に対し薬剤を添加し、薬液にて中空糸膜２を逆洗するようにしているが、この薬剤添加は行わなくてもよい。

その後、バルブＶ４、Ｖ７を閉とし、バルブＶ２、Ｖ６を開とし、導水管４内に空気を供給し、噴出孔４ａから気泡を噴出させて中空糸膜２を洗浄すると共に、容器１内の水を配管Ｌ６から排水する。

その後、バルブＶ２、Ｖ６を閉、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ５を開とし、容器１内に原水の水張りを行い、次いで、図１の通り濾過工程を再開する。

［空気バルブの異常検知機構］
上記のバルブＶ２，Ｖ８，Ｖ９の一次側（アキュムレータ側）の配管Ｌ２，Ｌ８，Ｌ９が連なる配管２２には、空気圧検知用圧力センサ２３と流量検知用流量センサ２４とが設けられている。

配管Ｌ２，Ｌ８，Ｌ９の一次側には、アキュムレータからの空気圧が作用しているので、バルブが閉のときには、各バルブの一次側は所定圧力（アキュムレータ内の空気圧力）となっている。バルブＶ２，Ｖ９の場合、バルブを開とすると、空気がバルブを通って流出することにより、バルブ一次側の空気圧は低下し、その後該バルブが閉となると上昇し、元圧力に復帰する。

バルブＶ８の場合は、バルブを開とすると、空気がバルブＶ８を通って流出することにより、バルブＶ８の一次側の空気圧は低下する。その後、各中空糸膜２内の水がすべて原水側に押し出されると、空気は中空糸膜２を全く又は殆ど透過しないので、バルブＶ８の一次側の空気圧は上昇し、元圧力に復帰する。

この圧力の経時変化パターンは、上記のように各バルブＶ２，Ｖ８，Ｖ９において固有のものである。

本発明の一態様では、この圧力の変化パターンに基づいてバルブの異常を検知する。即ち、バルブ開信号を受けてもバルブが開にならない場合には、圧力センサの検知圧力は低下しないので、異常が生じたことが検知される。バルブが開いても全開にならない場合には、検知圧力が規定の低圧力にまで低下しないので、異常が生じたことが検知される。

バルブＶ２，Ｖ９の場合、バルブ閉信号を受けてもバルブが全閉にならないときには、圧力センサ２３の検知圧力が元圧力まで上昇（復帰）しないので、異常が生じたことが検知される。

圧力センサ２３の代りに流量センサ２４の検出値を用いても、バルブＶ２，Ｖ８，Ｖ９の異常検出を行うことができる。即ち、バルブに故障がない場合、バルブが閉のときには、流量センサ２４の検出流量はゼロである。バルブを開とすると、該センサ２４によって所定の空気流量が検出される。

バルブＶ８の場合は、バルブ開の後、各中空糸膜２内の水が原水側に押し出されると、検出空気流量は実質的にゼロとなる。

バルブＶ２，Ｖ９の場合は、バルブが閉とされると、センサ２４の検出空気流量はゼロとなる。

このように、空気流量の経時変化パターンは、各バルブＶ２，Ｖ８，Ｖ９において固有のものである。

本発明の別の一態様では、この流量の変化パターンに基づいてバルブの異常を検知する。即ち、バルブ開信号を受けてもバルブが開にならない場合には、流量センサの検知する空気流量はゼロであるので、異常が生じたことが検知される。バルブが開いても全開にならない場合には、検知流量が規定の流量にならないので、異常が生じたことが検知される。バルブＶ２，Ｖ９の場合、バルブ閉信号を受けてもバルブが全閉にならない場合には、流量センサ２４の検知流量がゼロにならないので、異常が生じたことが検知される。

圧力の変化パターンから異常を判定するための判定装置を図３に示す。この判定装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有したコンピュータにて構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、判定部３２が構成される。記憶部３１には、各バルブが正常に開閉したときの圧力変化パターンデータが記憶されている。判定部３２へは、バルブ制御回路（図示略）からのバルブ開信号及びバルブ閉信号が入力されると共に、各圧力センサの検知圧力がＡ／Ｄ変換器４０を介して入力される。判定結果は、送信部３３を介して、管理センターや運転担当者の携帯端末に送信される。

図４の通り、バルブの開信号が入力されると、判定を開始し、センサの検知圧力の変化パターンと、記憶部から読み出した正常変化パターンとを対比し、正常時の変化パターンからの乖離率が許容範囲内である場合には、異常なしと判定し、正常信号を送信し、該許容範囲を逸脱する場合には、異常ありと判定し、アラームを送信する。

図３，４の説明では、バルブを開とした時点以降の検知圧力の経時変化パターンに基づいてバルブの異常を判定しているが、バルブを閉とした時点以降の検知圧力の経時変化パターンに基づいてバルブの異常を判定するようにしてもよい。

図３，４は圧力の変化パターンから異常を判定するものとなっているが、流量の場合も同様の判定装置によって判定、送信が行われる。

本発明では、空気以外の気体を用いてもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。本発明は、バルブを開閉することにより空気等の気体が供給される図示以外の各種構成の膜濾過装置にも適用される。

１容器
２中空糸膜
３ポッティング部
４導水管
５処理水出口
６排水口
７処理水室
８濃縮水出口
９処理水タンク
１０散気管
２１空気圧源
２３圧力センサ
２４流量センサ
３０判定装置

Claims

容器と、該容器内に設置された分離膜と、該容器に被処理水を通水する被処理水通水手段と、該容器内に圧気源からの気体を供給するための気体供給用配管と、
該配管に設けられたバルブとを有する膜濾過装置において、
該配管の該バルブよりも前記圧気源側に設けられた圧力センサ及び流量センサの少なくとも一方よりなるセンサと、
該バルブを開又は閉としたときの該センサの検出値の経時変化パターンに基づいて該バルブの異常を判定する判定装置と
を備えたことを特徴とする膜濾過装置。
前記判定装置は、バルブ正常作動時の前記検出値の経時変化パターンの記憶部と、
前記センサの前記検出値の経時変化パターンと該記憶部から読み出した正常時の経時変化パターンとを対比して異常判定を行う判定部と
を有することを特徴とする請求項１の膜濾過装置。
前記分離膜として中空糸膜が設置されており、該中空糸膜の外側に前記被処理水が供給されることを特徴とする請求項１又は２の膜濾過装置。
前記気体供給用配管として、該中空糸膜の内部に気体を供給する第１気体供給用配管が設置されていることを特徴とする請求項３の膜濾過装置。
前記気体供給用配管として、前記中空糸膜の外側に気体を供給する第２気体供給用配管が設置されていることを特徴とする請求項３又は４の膜濾過装置。
前記分離膜を水逆洗するための逆洗水通水手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの膜濾過装置。