JP3701682B2 - 一群の透過膜モジュールの作動および監視方法およびこの方法を実行する一群のモジュール - Google Patents

Description

本発明は、一群の透過膜モジュールの作動および監視方法と、さらに、この方法を実行する一群のモジュールとに関し、とくに、水のろ過に応用される。
発明の背景
大なり小なり汚染された自然水（湖、河川）から飲用水を取入れること、および、この技術を使用した場合に、固定された設備により、これを行うことが長年、行われていた。フィルタモジュール内に束状に配置された透過膜が最近開発されたことにより、固定された設備の故障、または、たとえば、人道主義上の援助などのような緊急時に、対処するのに適した可動設備が使用可能となった。
公知の可動設備は、少なくともブースターポンプと、膜を逆洗するためのポンプとを含むポンプで作動し、これらのポンプは大量の電力を消費する。ある場合、設備は、電力のない地域で作動する必要があり、発電ユニットとこれらのユニットを運転するのに必要な燃料とが必要である。
さらに、フィルタモジュールの作動を監視することは困難であり、異常が観察された場合にも、過度のつまり、または、モジュール内の膜の破裂などの正確な原因を発見することが困難であり、またモジュール内での逆洗不良などを発見することは非常に困難で、不可能となる。
この設備は、通常、オンデマンドで作動し、すなわち、周期的に生産を停止する。この設備は、一時的作動用に設計されている場合、長時間の不作動期間の間、損傷を受けないことも可能でなければならない。双方の場合において、膜を損傷するか、または、設備が作動状態に戻されたときに、危険性を有する可能性があるために、バクテリアの繁殖を防止するために回路を塩素処理することが必要である。塩素処理は、塩素処理された水をポンプ作用で周期的に回路内に注入することにより、行われる。
緊急時において、処理すべき水は、異常に汚染されていることがあり、周期的逆洗を行うことだけでなく、好適な洗浄物質を使用して洗浄を行うことも必要なことが多い。したがって、設備に、ポンプを必要とする洗浄回路を取付けることが必要である。
したがって、水処理組立体は、下記要求を満たさなければならない：
・この組立体は、コンパクトでなければならず、すなわち、その容積は、その搬送を容易とするために、その生産能力に比して、小さくなくてはならない。
・この組立体は、電力消費が僅かであることことが必要であり、ポンプの数はできるだけ少ないことが必要である。
・この組立体は、塩素処理回路と洗浄回路とを有することが有利である。
・この組立体は、作動異常の可能性とフィルタ膜の状況とを判断すること、および、好適な修正作業を行うことが可能でなければならない。
発明の目的および概要
本発明は、並列に接続された一群の透過膜の作動および監視方法を提供することにより課題を解決し、この方法は：
処理すべき原水を、調整された圧力で一群のモジュール内に注入し、透過水（ろ過された水）の出口圧を入口圧よりも低いが、しかし、十分逆洗可能な圧力に調整し、
一群のモジュールに、原水入口ダクトの水量計と、原水入口の第１のセンサと透過水出口の第２のセンサと逆洗回路の第３のセンサとの３つの圧力センサとを設け、これらの水量計とセンサとからコントローラに信号を送り、
これらのモジュールを、他のモジュールからの透過水を用いて順に連続的に逆洗し、これにより、逆洗中の各モジュールを個別化し、水量計と圧力センサとで、モジュールに対して特有の、したがって、個別化された逆洗中の透過性と、さらに、他のモジュールの生産透過性とを定めることを可能とし、さらに、
このようにして得た透過性の値を、理想値、閾値および／または先のサイクルからの値とを比較し、これにより、得られた判断にしたがって、逆洗の周期を変更し、一群のモジュールを洗浄し、または、作動異常を検出し、これを修正可能とする。
生産が停止している期間のための塩素処理回路と一群のモジュールを洗浄するための回路との双方が設けられているとき、ほとんど電力を消費せずかつ透過水回路に配置された低能力の共通ポンプが、洗浄物質、または、塩素処理された水を各回路のそれぞれの回りに循環する作用を果たす。
モジュール内で、ろ過は、デッドエンド（ｄｅａｄｅｎｄ）ろ過またはクロスフロー（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ）ろ過とすることができる。デッドエンドモードにおいて、設備は再循環ポンプを必要としない。しかし、再循環ポンプで、たとえば、モジュール当たり１のポンプを使用して、クロスフローろ過において運転可能である。全モジュールおよびフィルタループを通して水を再循環するために単一のポンプを使用する通常の態様の代わりに、このように行うことにより、ポンプが必要とする電力が減少し、周期的再循環を選択しかつ１または複数のモジュールでこれを行うことも可能である。
調整された圧力下、水を注入しかつ出口圧を調整することにより、他のモジュールでろ過された水を使用してモジュールを逆洗し、これにより、設備に通常、設けられている透過水タンクおよび逆洗ポンプを不要とする。これは、スペースとエネルギー消費とを減少する。
さらに、他のモジュールでろ過された水で各モジュールを連続的に洗浄する有利な点は、モジュールが、逆洗を受けているときに、個別化され、一方、生産中であれ、他のモジュールの逆洗中であれ、プロセスの残部において、一群のモジュールが一体として作動するということである。モジュールは、個別化されたときに、これに特有の逆洗中の透過性Ｌｐ_iと他のモジュールの平均透過性Ｌｐ_n-iとを、３つの圧力センサと水量計とで定めることが可能である。この測定をモジュールを１つずつ行うことにより、下記が得られる：
各モジュールの連続的逆洗中の（Ｌｐ）_iと、
１組のモジュール引く逆洗中のモジュールの生産中の（Ｌｐ）_n-i
したがって、各モジュールの透過性と、理想値、閾値、または、先のサイクルから得られた値、または、複数の先のサイクルの平均値とを比較することにより、異常作動をモジュール毎に計算で検出することが可能である。透過性は粘性の関数であるので、理想値または閾値と比較するために、ろ過される水の温度を考慮することが必要であり、したがって、温度計が透過水回路に設けられる。突然の変化の場合を除き、比較は、即座に行われず、全モジュールが逆洗された後に行われる。
したがって、たとえば、下記を検出することが可能である：
１組のモジュールが洗浄を必要とすることを意味する過度のつまりと、ろ過中の透過性と逆洗中の透過性との差は、利用可能な洗浄物質の選択も可能とし、さらに、
モジュールを作動から外しかつ交換する必要があることを意味するモジュール内の透過膜の破裂と、
弁の異常作動。
この点において知られている技術を使用して、洗浄目的のために、洗浄物質受けを含む回路が設けられ、この槽内に、オペレータが、処理すべき汚染の形式の関数として選択される好適な物質を配置する。洗浄は、原水回路を介して行われ、原水で希釈化された洗浄物質は、原水が内包することがある固体不純物を保持する膜でろ過され、したがって、この固体不純物は、ろ過水回路内を貫通しない。循環は、（トロンプ（trompe）または液体ジェットタイプの）真空効果を生じる弁を開けることにより行われ、この真空効果は、駆動パワーを最小化可能としかつほとんどエネルギーを消費しないサーキュレータポンプにより、洗浄物質を膜を通して吸引可能とする。このポンプは、透過水回路に配置される。洗浄後、設備は、空にされ、１回または複数回リンスされる。水量計は、この後、使用される洗浄物質に応じて、リンスに必要な水の量を定める作用を果たし、すなわち、オペレータは、リンスのために事前に設定された原水量が使用されるまで、リンスを停止することができない。
生産（逆洗を含まず）が停止している期間中、設備を塩素処理して、膜を損傷することがありかつ設備が作動状態に戻されたときに、処理水の汚染を生じることがあるバクテリアの繁殖を防止することが必要である。この状況下、上述のサーキュレータを使用して、透過水回路からの水を循環し、塩素デイスペンサを通過させる。塩素が膜を通過するので、設備全体が処理される。塩素処理は、処理が停止したときに、行われ、この後、周期的に、たとえば、施設が作動状態にないときに、３時間毎に１回、行われる。この後、サーキュレータは、所定の時間（数分）の間、水を循環させるために使用される。
上述の方法を実行可能とする典型的な設備を参照して以下に詳細に説明した態様で弁を開閉することにより、種々の回路が定められる。
この設備は、並列に接続されかつ共通ダクトを介して原水が供給される一群のモジュールを備え、この共通ダクトに、水量計と、入口圧から下流側の圧力の調整器と、圧力センサとが装着される。モジュールからの出口において、透過水または処理水が、圧力センサと出口圧から上流側の圧力の調整器とが取付けられた共通ダクト内に回収される。このダクトは、必要に応じ、処理水を塩素処理するための塩素デイスペンサがその出口に設けられ、処理水は、貯水槽または貯水塔を介して直接またはその他のいずれかで水道本管に供給される。
逆洗回路は、他のモジュールから供給される透過水より行われる逆洗水を各モジュールに連続的に供給する共通ダクトを備えている。これは、他のダクトの他の弁が閉じているときに、逆洗水入口ダクトの弁を開き、かつ、共通のドレンダクトに通ずる逆洗水出口ダクトを開くことにより、行われる。共通の逆洗水供給ダクトは、圧力センサを取付けられる。逆洗水は、状況に応じて、下水または周りの環境に排水される。逆洗回路は、逆洗水を塩素処理する必要がある場合、透過水回路の塩素デイスペンサを通過し、逆洗塩素処理は、公知の態様で、逆洗の有効性を改善可能とする。逆洗供給回路の圧力センサは、水量計と共働して、逆洗されているモジュールの逆洗透過性Ｌｐ_iを定め、透過水回路の圧力センサは、水量計および入口回路の圧力センサと共働して、生産透過性（ＬＰ）_n-iを定める。
【図面の簡単な説明】
この方法および設備の他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に記載されている下記詳細な説明を読んだことに明らかとなるであろう。
添付図は、本発明の設備内の種々の操作回路を示す。
より詳細な説明
原水供給ダクト１は、加圧下の処理すべき水を設備の入口弁Ｖ₁に搬送する。入口圧は、ポンプ、または、好ましくは、自然的態様：山岳地帯の強制ダクト、自然の湖、あるいは、ダムの下側に設備を配置すること、高流量を有する川のいずれかで得られる。自動洗浄プリフィルタＦ₁は、処理すべき水（被処理水）を、たとえば、（回路を簡略化するために、コントローラとセンサ部材および作動部材との接続部は示されていない）コントローラＧに接続されたパルス発信ヘッドを有する水量計Ｃ₁に送り、この後、水圧が一定の入口値、たとえば、３．２バールに調整される下流側圧力調整器ＶＲ₁を通過する。被処理は、この後、弁ＥＶ₅を介してフィルタモジュールＭ₁〜Ｍ_nへ共通ダクト２通して流れる。図示した例において、ｎは８に等しい。モジュールを他のモジュールからの透過水で逆洗可能とするために、最小数、一般的に、４つまたは５つのモジュールを有して必要な水量を確保することが必要である。より多くのモジュールが使用される場合、注入される水量は、流量リミッタ部材を有する上述のシステムで減らされる。
コントローラは、透過性の値を計算しかつ必要な比較を行うのをオペレータに任せる単なるレコーダで代えることが可能である。図示した例において、コントローラは、信号を受信し、この信号を処理し、かつ、好適なソフトウエアを用いて比較する。
各モジュール（Ｍ₁， ．．．，Ｍ₈）は、各弁ＥＶ₁₀， ．．．，ＥＶ₈₀が取付けられた各ダクト２１， ．．．，２８で供給される。各逆止弁ＡＲ₁， ．．．，ＡＲ₈が取付けられた各モジュールの透過水出口ダクト３１， ．．．，３８は、温度計Ｔが設けられた共通ダクト８と、分配本管の条件に応じて、分配のために処理水を塩素処理する塩素デイスペンサＤ₁が続く出口弁ＥＶ₃とに透過水を搬送する。上流側圧力調整器ＶＲ₂は、出口圧を、入口圧より小さな値、たとえば、２．５バールに調整する。
各ダクト２１， ．．．，２８は、デッドエンドモードにおいて、処理すべき水をモジュールに供給し、または、双方の端部で逆洗水を排水する作用を果たす分岐２１ａ， ．．．，２８ａを有している。これは、モジュールの入口に高含量の保持された不純物が形成される領域を防止可能とし、したがって、逆洗を容易化する。各分岐接続部は、各再循環ポンプＰ₁₀， ．．．，Ｐ₈₀を含んでもよく、これにより、望むならば、モジュールをクロスフローモードで作動可能とする。
逆洗前に、プリフィルタＦ₁は、弁ＥＶ₁が設けられたドレンダクト１２により、洗浄される。
定期的に逆洗、たとえば、４５分毎に１回トリガーするために、弁ＥＶ₁₀（洗浄されるモジュールに対応する弁）が、弁ＥＶ₃と同様に、閉じる。したがって、モジュール２〜８でろ過された水は、塩素デイスペンサＤ₂と位置０２の３ポート弁Ｖ₆とを通過する。逆洗のために、各モジュールは、各弁ＥＶ₁₂，．．．，ＥＶ₈₂を設けられた各ダクト５１，．．．，５８を介してダクト５に接続される。モジュールＭ₁が逆洗されるときに、対応する弁ＥＶ₁₂が開き、弁ＥＶ₂₂，．．．，ＥＶ₈₂が閉じる。モジュールＭ₂〜Ｍ₈でろ過された水は、モジュールＭ₁を逆洗し、（開いた）弁ＥＶ₁₁が取り付けられたダクト６１を介して共通ドレンダクト６内に排水される。モジュールは、対応する表示で特定された対応する弁を開閉することにより、順に洗浄され、逆洗水がダクト６２， ．．．，６８を介してダクト６に排水される。
水量計Ｃ₁は、ダクト２の圧力センサＰ₁、ダクト４のＰ₂、および、ダクト５のＰ₃と共働して上述の透過性を測定する。
モジュールの連続的な逆洗中に行われた測定が、洗浄を行う必要があることを示したときに、設備は、停止位置にされ、弁Ｖ₁およびＶ₄は、閉じて、原水供給および処理水タンクを離隔する。洗浄物質受けＢ０は、最後のフィルタモジュールＭ₈への弁Ｖ₉を有するダクト７で接続される。変形例において、洗浄物質受けは、１または複数の他のモジュール、もしくは、共通ダクト２を介して全モジュールに接続することができる。弁Ｖ₇を設けられたダクト７１は、ダクト５内を循環する水の一部を引き出して、洗浄物質受けＢ０に供給する。弁Ｖ₆が（図中、０１で参照されている矢印）洗浄位置にあるときに、Ｖ₇およびＶ₉を開け、サーキュレータＣを作動することにより、洗浄物質を回路内に漸進的に吸引させ、これにより、モジュールを洗浄する。この後、設備は、排水され、かつ、生産に戻される前に、１回または複数回リンスされる。ダクトは、環境（位置０２）へ、または、洗浄物質がこの環境に不適当な場合に、洗浄物質回収タンク（位置０１）のいずれかに排水する３ポート弁Ｖ₅を設けられている。
設備が生産開始の待機状態にあるときに、すなわち、設備外部の処理水タンクが一杯であり、水を必要としないときに、設備は、透過水回路にバクテリアが繁殖するのを防止するために、定期的な塩素処理が行われる。この目的のために、サーキュレータＣは、弁の好適な開閉で作動状態にされ、水は、ダクト４および５に沿って循環し、モジュールを通過し、また、塩素デイスペンサＤ₂を、たとえば、２から４分間、そして、たとえば、３時間毎に約１回の周期で通過する。
上述の弁の他に、このシステムは、洗浄後に行われるリンス前の排水に使用される弁ＥＶ₆と、原水および処理水のそれぞれのサンプルを取るための弁Ｖ₁₀およびＶ₁₂と、塩素デイスペンサＤ₂を解圧するための弁Ｖ₁₃とを備えている。
透過水出口ダクト４は、平行ダクト４１に対応する弁ＥＶ₂を取り付けられ、この平行ダクトは、設備を制限された流量にする流量リミッタ４２を備えている。設備は、汚染ピークを超えたかどうかを決定するために、時々、高流量で運転させる。高流量で運転できない場合、アラームがトリガーされて、洗浄が必要であること、または、原水源が汚染され過ぎている場合に、設備は停止すべきであることをオペレーターに警告する。
高レベルの汚染が一時的に発生しているときに、膜は、急速につまり、その透過性は非常に急速に低下する。ろ過水の生産中に、完全な停止を生じることがある膜への過負荷を防止するために、設備は、低流量で運転される。この低流量の表示が流量計Ｃ₁で観察されたときに、弁ＥＶ₂は、閉じ、この後、ろ過水が流量リミッタ４２を通過する。
下記表は、設備の異なる運転段階での種々の部材の状態を総括している。

注：Ｖ₅およびＶ₆は、３ポート弁である。
Ｓ＝停止
Ｏ＝開
Ｘ＝閉
逆止弁は、直接制御弁で置換可能であるが、安価である。
弁ＥＶ₁〜ＥＶ₆および弁ＥＶ₁₀〜₈₀は、原水がモジュールＭ₁〜Ｍ₈を貫通するのを可能とすることが観察されるであろう。原水がモジュールＭ₁〜Ｍ₈を離れることを可能とする弁ＥＶ₁₁〜ＥＶ₈₁および逆洗水がモジュールＭ₁〜Ｍ₈に入ることを可能とする弁ＥＶ₁₂〜ＥＶ₈₂は、全て、自動電気制御弁である。他の変形例において、上述の弁の全ては、液圧又は空圧制御式としてもよい。弁Ｖ₁〜Ｖ₁₃は、手動制御弁としてもよく、この場合、所定の運転段階を実行するためにオペレーターがいることが必須である。これらの弁の位置は、洗浄中と排水およびリンスのその後の運転中とを除き変更する必要がないことが上記表から分かる。
また、弁Ｖ₁〜Ｖ₉は、コントローラＧが、直接、逆洗中の各モジュールの透過性と処理中における他のモジュールの平均透過性とを提供する作用を果たすだけでなく、好適なソフトウエアを用いて、計算で生産中の透過性を定め、これを、理想値、閾値、および／または先のサイクル中で得られた値、もしくは、複数の先のサイクル中で得られた平均値とを比較する作用も果たすようにすれば、コントローラＧで制御することができる。弁Ｖ₁〜Ｖ₉は、電気、液圧、または、空圧式としてもよい。種々の形式の制御を組み合せることができる。
原水および処理水のそれぞれのサンプルを取るための弁Ｖ₁₀およびＶ₁₂は、手動式である。Ｖ₁₃は、塩素処理システムを減圧するための弁である。
設備が（処理条件に応じて、コンデイショナーによる処理）コンデイショニングを必要とする場合、洗浄回路はこの目的のために用いられる。
設備の塩素処理条件および処理水中の残留塩素に関する地方の規則に応じて、種々の形式の塩素デイスペンサが使用可能であるが、静的デイスペンサが用いられるのが有利である。

Claims (12)

1. 並列に接続されかつ周期的に逆洗される一群の透過膜モジュールの作動および監視方法であって、
   処理すべき原水を、調整された圧力で一群のモジュール内に注入し、透過水（ろ過された水）の出口圧を入口圧よりも低いが、しかし、十分逆洗可能な圧力に調整し、
   一群のモジュールに、原水入口ダクトの水量計と、原水入口の第１のセンサと透過水出口の第２のセンサと逆洗回路の第３のセンサとの３つの圧力センサとを設け、これらの水量計とセンサとからコントローラに信号を送り、
   これらのモジュールを、他のモジュールからの透過水を用いて順次に逆洗し、これにより、逆洗中の各モジュールを個別化し、水量計と圧力センサとで、モジュールに対して特有の、したがって、個別化された逆洗中の透過性と、さらに、他のモジュールの生産透過性とを定めることを可能とし、さらに、
   このようにして得た透過性の値を、理想値、閾値および／または先のサイクルからの値とを比較し、これにより得られた判断にしたがって、逆洗の周期を変更し、一群のモジュールを洗浄し、または、作動異常を検出し、これを修正可能とする、方法。
2. 一群のモジュールの生産の停止が延びたときに、一群のモジュールを洗浄し、かつ、回路を塩素処理し、透過水回路の共通ポンプは、洗浄回路での循環と塩素処理回路での循環とを形成する請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 前記共通ポンプを作動し、洗浄回路の弁を開くことにより、洗浄物質を洗浄回路内に吸引させ、透過膜を通過させる請求の範囲第２項に記載の方法。
4. 圧力信号と水量計信号とがオペレータに与えられ、オペレータは、透過性を計算し、これを特定基準値と比較し、必要なときに洗浄を行う請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 圧力センサと水量計信号を、コントローラに送り、このコントローラは、マイクロプロセッサを含み、このマイクロプロセッサのソフトウエアは、透過性を計算し、この透過性を特定の基準値と比較し、必要なときに自動的に洗浄する請求の範囲第１項に記載の方法。
6. 請求の範囲第１項に記載の方法を実行するための一群の透過膜モジュールを備え、群をなして平行に接続されたモジュールに、水量計と下流側圧力調整器と入口圧センサとを取り付けた共通ダクトから分岐した個々のダクトを介して原水が供給され、各モジュールからの透過水は、出口圧センサと上流側圧力調整器とを取り付けられた共通ダクトに搬送され、さらに、逆洗回路が、他のダクトの他の弁を閉じているときに、逆洗水入口ダクトの弁を開くことにより、他のモジュールにより供給された透過水たる逆洗水を連続的に各モジュールに供給する共通ダクトと、共通ドレンダクトに通ずる逆洗水の出口ダクトとを備え、さらに、共通逆洗水供給ダクトに圧力センサが取り付けられる、水処理設備。
7. 洗浄回路が、原水を少なくとも１のモジュールと弁を介してドレンダクトとに供給するための弁を設けたダクトにより接続された洗浄物質受けと、共通逆洗水供給ダクトから透過水を取り出すための弁を設けたダクトと、塩素処理回路と、前記共通供給ダクトの塩素デイスペンサと、共通逆洗水供給ダクトと共通透過水ドレンダクトとを、塩素処理回路と洗浄回路とが同じ循環ポンプを使用するように接続する循環ポンプを取り付けたダクトとを含む、請求の範囲第６項に記載の設備。
8. 洗浄回路弁を開き、循環ポンプを作動することにより、洗浄物質を洗浄物質受けから吸引し、モジュールの膜を通過させる、請求の範囲第７項に記載の設備。
9. モジュール用の個々の原水供給ダクトのそれぞれは、対応するモジュールの第２の端部にそれぞれ接続された各バイパス分岐を含む、請求の範囲第６項に記載の設備。
10. 前記バイパス分岐ダクトは、各再循環ポンプを取り付けられる、請求の範囲第９項に記載の設備。
11. 塩素処理回路の塩素デイスペンサは、静的塩素デイスペンサである、請求の範囲第６項に記載の設備。
12. 弁は、手動制御弁、電気制御弁、液圧制御弁、空圧制御弁およびこの組み合せから選択される、請求の範囲第６項に記載の設備。

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