JP5137935B2 - バラスト水処理用の膜処理設備 - Google Patents

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Description

本発明は、スパイラル膜モジュールを備えてなる複数の膜カートリッジからなるバラスト水処理用の膜処理設備に関する。
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、荷役を行う港湾のバラスト原水が利用される。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微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国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）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用されている。
また、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）により、バラスト水の排出基準は、バラスト水の排出時に外洋に存在する微生物数の１００分の１程度まで殺菌あるいは除菌されていることが要求されている。
バラスト水中の微生物を殺菌する技術としては、オゾン殺菌技術（特許文献１）が知られている。またオゾン使用量を削減する観点から、本出願人は、膜処理技術も提案している（特許文献２）。膜処理に用いられる膜は、一般に、分離対象となる微生物の大きさを考慮して、精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられている。膜のタイプとしては、平膜（特許文献３）やスパイラル膜（特許文献４）などが知られている。
しかし、膨大な量のバラスト水を短時間で処理するためには、膨大な量の膜を備える必要がある。
特許文献５には、カートリッジ内にスパイラル膜を直列に並設した構成が開示されているが、直列に並設したのでは、大量の膜カートリッジを備えても膜処理の高速化は見込めない。
処理を高速化するためには、大量の膜カートリッジを並列に設置する必要がある。
複数の膜カートリッジを並列に設置した例としては、ヘッダー管に対して、モノリス状フィルタを備えてなる複数の膜カートリッジを、それぞれ配管によって連結し、並列に設置する構成が知られている（特許文献６）。
ＵＳ２００３／００１５４８１ 特開２００７−２６８３７９号公報 特許第３１６０６０９号公報 特開２０００−２７１４５４号公報 特開２００２−２８４５３号公報 特開２００５−２７０８１０号公報
しかし、上述した配管で並列させて各々の膜カートリッジを独立させて運転する構成においては、原水流入配管、濃縮液配管、処理液配管などが膜カートリッジ毎に接続されているので、配管の数が膜カートリッジの数に応じて必要となる。
バラスト処理では、膜カートリッジの数が数百本必要になるので、それに応じて配管の数も必要になり、設置スペースの増大や設備コスト増を招く欠点がある。
この様な膨大な数の膜カートリッジを稼働させる際、何れかの膜カートリッジに不具合が発生した場合に、特許文献６のように、各々の膜カートリッジを独立させて運転する構成では、不具合を検出する検出器は、各々の膜カートリッジ毎に必要になり、膨大なコスト増を招く問題がある。
また、不具合を検出できても、その不具合の膜カートリッジを交換するには、交換するための作業スペースが必要になり、数百本の膜カートリッジ毎に作業スペースを確保しようとすると膨大なスペースが必要になる。船舶内という限られたスペース内で、上記の作業スペースを確保することは困難である。
さらに、バラストタンクに大量のバラスト水を充填するのに、１日程度の時間で行わなければならないというバラスト特有の課題もある。船舶が積み荷を降ろして再出港するまでの時間が限られているからである。
従って、バラスト水の漲水前に、膜の不具合検出ないし交換のために割くことができる時間は極めて限られており、短時間で行えるものでなければならない。
そこで、本発明者は、膜カートリッジの不具合を検出する際の検出器の数に伴うコスト増を抑制し、不具合のある膜カートリッジを交換する際の作業スペースを確保しつつ、全体の設備コストを抑制でき、しかも、短時間に膜カートリッジを交換するという課題をすべて解決するには、上記の従来の膜カートリッジ毎の運転という思想では限界があることを見出し、本発明に至った。
本発明の課題は、膜カートリッジの不具合を検出する際の検出器の数に伴うコスト増を抑制し、不具合のある膜カートリッジを交換する際の作業スペースを確保しつつ、全体の設備コストを抑制でき、しかも、短時間に膜カートリッジを交換できるバラスト水処理用の膜処理設備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。
本発明者は、膜カートリッジを集合させて膜ユニットを構成し、膜ユニット毎の運転を行う思想を導入し、その膜ユニット中の１本に不具合があったとしても、膜ユニット毎交換することにより、不具合の生じた膜カートリッジを迅速に交換でき、設備が低コスト且つ省スペースなバラスト水処理用の膜処理設備を提供するという課題を解決できることを見出した。つまり、不具合のない膜カートリッジも、不具合のある膜カートリッジと共に交換されることにより、無駄のように見えるが、この従来にない発想により、実用的なバラスト水処理設備を考案するに至った。
そこで、請求項１に係る発明は、バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
１又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室を有し、該バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項２に係る発明は、前記処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とすることを特徴とする請求項１記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項３に係る発明は、バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
１又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室を有し、該洗浄排液室は、膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項４に係る発明は、前記処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項３記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項５に係る発明は、バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
１又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び第１の処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記第１の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第１の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び第２の処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記第２の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第２の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備。
請求項６に係る発明は、前記第２の処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とし、
前記第１の処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項５記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項７に係る発明は、前記検出手段は、１つの膜ユニット毎に設けられることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項８に係る発明は、前記検出手段は、２以上の膜ユニット毎に設けられることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
請求項９に係る発明は、前記検出手段は、スパイラル膜のピンホールを検出するピンホール検出手段であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
請求項１０に係る発明は、前記膜ユニットは、該膜ユニットを脱着可能に棚段状に集合してなる膜ユニット集合体を形成することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備である。
本発明によれば、膜カートリッジの不具合を検出する際の検出器の数に伴うコスト増を抑制し、不具合のある膜カートリッジを交換する際の作業スペースを確保しつつ、全体の設備コストを抑制でき、しかも、短時間に膜カートリッジを交換できるバラスト水処理用の膜処理設備を提供することができる。
バラスト水処理用の膜処理設備の説明図 図１に用いられる膜カートリッジの要部断面図 検出手段の態様を示す概略図 マニホールド構造の第１態様を示す斜視図 マニホールド構造の第１態様を示す要部断面図 マニホールド構造の第２態様を示す要部断面図 マニホールド構造の第３態様を示す要部断面図 バラスト水処理用の膜処理設備の態様を示す説明図 膜ユニット集合体の第１態様を示す斜視図 膜ユニット集合体の第２態様を示す斜視図 膜ユニット集合体の第３態様を示す斜視図 ヘッダー管毎に検出器を設けた一例を示す概略図 ヘッダー管毎に検出器を設けた他の例を示す概略図
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１はバラスト水処理用の膜処理設備の説明図、図２は図１に用いられる膜カートリッジの要部断面図である。
図１において、１は膜カートリッジであり、該膜カートリッジ１は、図２に示すように、バラスト処理水集水管１００と該集水管１００の外周に巻回された複数の封筒状膜（スパイラル膜）１０１からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填している。
封筒状膜１０１は、該集水管１００の外周に高密度に巻回されている。このため、他の平膜等の膜と比べて単位体積あたりの処理量が大きく、比較的省スペースである。また、カートリッジ化されているために、槽内に浸漬して使用するタイプの膜と比べて、設置場所を選ばず、ユニット化にも好適である。
該集水管１００の外周に巻回された２以上の封筒状膜１０１の各々の封筒体の内部には、膜を封筒状に張設すると共に、処理水（透過水）を該集水管１００に移送するための支持体１０２が設けられている。
隣接する封筒状膜１０１の間には、封筒状膜同士が密着して膜面積が狭くなることを防止するため、及びバラスト原水流路１０３を形成するためにスペーサ１０４が挿設されていてもよい。なお、原水流路１０３は、スパイラル膜の外部で、該集水管１００と膜カートリッジ１の内面に形成される。
本発明において、膜カートリッジ１は、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数を備え、好ましくは、１日でバラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数を並列に設置して備えることである。
処理時間Ｔ（Ｄａｙ）の間に、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な膜カートリッジの本数ｎは、バラストタンク容量をＱ（ｍ３）、１本の膜カートリッジあたりの膜面積をＳ（ｍ２）、初期フラックス（透過流束）をＦ０（ｍ／Ｄａｙ）、処理時間をＴ（Ｄａｙ）とした場合、以下の式で表せる。
ｎ＝α・Ｑ／（Ｓ・Ｆ０・Ｔ）
従って、１日で処理水を満水にする場合は、以下の式で表せる。
ｎ＝α・Ｑ／（Ｓ・Ｆ０）
αは、ろ過時及び膜洗浄時における処理量の低下を補正する係数で、通常１．０５〜１．３０の範囲である。
例えば、１本の膜カートリッジの膜面積が、３８ｍ２のものを使用し、初期フラックスが、１．５ｍ／Ｄのものを使用する。バラストタンクの容量が２００００ｍ３の場合、１日で処理水を供給する場合には膜カートリッジは約３７０〜４６０本必要である。
これは一例であり、バラスト水処理設備では、大量のバラスト水を高速で処理する必要があるため、１つのバラスト水処理設備あたり、数百〜数万の膜カートリッジを備える場合もある。
図１において、４は膜ユニットであり、前記膜カートリッジ１を３〜２０本並設させて構成される。
前記並設の方法は、膜カートリッジ１が並列に設置されていれば、何れでもよく、従来の配管等によって構成されたマニホールド構造による並設であってもよいが、後に詳述する特有の構成を有するマニホールド構造によって並設することが好ましい。
バラスト原水１０は、バラストポンプ１１によって汲み上げられ、バラスト原水吸込み管１２を介して膜ユニット４へ供給される。１３はバラスト原水吸込み管１２に設けられる開閉弁である。１４はバラスト原水吐出管（洗浄排液放流管）、１５はバラスト原水吐出管１４に設けられる開閉弁である。洗浄排液放流管１４は、洗浄排液をたとえば海へ放流する。
本発明において、バラスト原水は、船舶バラスト水として従来使用されてきた水であればよく、海水がおもに使用される。
膜ユニット４に供給されたバラスト原水は、マニホールド構造により、ユニット化された膜ユニット４が備える複数の膜カートリッジ１の原水流路１０３に導入され、膜処理され、生じた処理水はバラストタンク１６に供給される。
１７は処理水管、１８は処理水管１７に設けられる開閉弁である。
Ｓ１及びＳ２は膜カートリッジに発生した不具合を検出する１つの検出手段を構成する要素である。例えば圧力差を検出する場合、圧力計Ｓ１と圧力計Ｓ２の計測値の差を取って圧力差を検出することが可能である。
図１の態様では、１つの膜ユニット４毎に１つの検出手段が設けられている。
本態様において、何れかの検出手段が、膜カートリッジの不具合の発生を検出した場合は、該検出手段によって監視されている膜ユニットを交換する。
また、本発明においては、２以上の膜ユニット４毎に１つの検出手段を設けてもよい。
図３は、検出手段の態様を示す概略図である。
図３において、要素Ｓ１及びＳ２からなる１つの検出手段は、２つの膜ユニット４毎に１つずつ設けられている。
本態様において、何れかの検出手段が、膜カートリッジの不具合の発生を検出した場合は、該検出手段によって監視されている膜ユニットをすべて交換する。
膜カートリッジに発生する不具合としては、フラックスの低下、液漏れ等様々な不具合が考えられるが、特に迅速な対応が要求されるのが、ピンホールの発生である。
ピンホールを有するスパイラル膜を備えた膜カートリッジを用いてバラスト水の膜処理を行った場合、バラストタンクに漲水されたバラスト水に、基準値以上の微生物が混入する恐れがある。
この様な事態が生じた場合、出港前であっても、船体のバランスを失う恐れがあるため、バラスト水の汲み直しは困難であり、出港後であれば、バラスト水を排出できないことになり、積み荷の搬入が不可能となる。
例えば膜に発生したピンホールを検出するために、処理水中の粒径等を検出可能なセンサーを設ける場合、一本一本の膜カートリッジにセンサーを取り付けたのでは高コストとなり、逆に、設備全体に１つ取り付けたのではピンホールが発生した膜カートリッジを特定することができず、全ての膜処理を停止して対応しなければならない。
これに対して、本発明においては、各々の膜ユニット毎にセンサーを設けることにより、一本一本の膜カートリッジにセンサーを取り付けた場合より低コスト化が図られる。また、不具合を発生した膜カートリッジ以外の膜カートリッジも除去され、交換されることとなるが、上述したように、不具合を生じた膜カートリッジの交換には迅速性が最優先され、更に、引き抜かれる膜カートリッジは膜処理設備を構成する全膜カートリッジのごく一部に過ぎないため、膜処理能力を維持したまま、膜カートリッジの交換等の対処が可能である。つまり、バラスト水処理用の膜処理設備においては、極めて合理的な交換方法である。
なお、上記の態様では、検出手段が要素Ｓ１及びＳ２からなる場合を示したが、要素は１又は２以上を組み合わせて１つの検出手段を構成してもよい。例えば、１つのＳ１のみを設けて、圧力差ではなく、圧力の絶対値から膜カートリッジの不具合を検出してもよい。
また、例えば、あらかじめピンホールが発生していない基準となる膜ユニットから得られる圧力と比較して、ピンホールの発生を検知してもよい。
また、検出手段による膜カートリッジに発生する不具合の監視は、膜処理中に常時又は定期的に行うことができる。
また、膜処理を始める前に空気導入手段によって空気導入したバラスト原水を膜ユニットに送液し、圧力を高めた状態を形成し、ピンホールの検出感度を向上させて検出を行うことも好ましいことである。
さらに、本発明においては、膜カートリッジ１を並設して膜ユニット４を構成する際に、特有のマニホールド構造を用いることで、更なる効果を得ることができる。
図４はマニホールド構造の第１態様を示す斜視図、図５はマニホールド構造の第１態様を示す要部断面図である。
図示の態様では、並設された６本の膜カートリッジの一端（図面上左側）に第１マニホールド２を備え、他端に第２マニホールド３を備えている。
第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１を有し、該バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また第１マニホールド２は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１と処理水室３０２を備える。洗浄排液室３０１と処理水室３０２は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接して洗浄排液室３０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に処理水室３０２を配置する態様が挙げられる。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
処理水室３０２は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口３０５と、処理水室３０２内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口３０６を備える。
処理水室３０２は、洗浄排液を外部に排出するための排出口３０７を設けることができる。この場合、前記洗浄排液出口３０４に洗浄排液排出管３０８を設け、その洗浄排液排出管３０８を排出口３０７に連結することにより、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出できる。
なお、図示の例では、洗浄排液出口３０４を洗浄排液室３０１の側壁に備えているが、洗浄排液室３０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、排出口３０７を設ける必要はない。
マニホールドによる膜カートリッジの並設の態様は、格別限定されないが、好ましくは、水平に並設される態様が挙げられるが、複数の膜カートリッジを立体的に並設してもよい。
以上のマニホールド構造を備えた膜ユニットを複数並設させて、バラスト水の処理を行うことができる。
また、本発明のマニホールド構造は、図４及び図５の態様に限定されず、図６及び図７に示す態様であってもよい。
図６は、マニホールド構造の第２態様を示す要部断面図である。
第２態様において、第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１と処理水室２０４を備える。バラスト原水室２０１と処理水室２０４は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接してバラスト原水室２０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に処理水室２０４を配置する態様が挙げられる。
バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また、バラスト原水室２０１は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
処理水室２０４は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口２０５と、処理水室２０４内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口２０６を備える。
処理水室２０４は、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入するための導入口２０７を設けることができる。この場合、前記バラスト原水導入口２０２にバラスト原水導入管２０８を設け、そのバラスト原水導入管２０８を導入口２０７に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入できる。
なお、図示の例では、バラスト原水導入口２０２をバラスト原水室２０１の側壁に備えているが、バラスト原水室２０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、導入口２０７を設ける必要はない。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１を備える。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
図７は、マニホールド構造の第３態様を示す要部断面図である。
第３態様において、第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１と第１の処理水室２０４を備える。バラスト原水室２０１と第１の処理水室２０４は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接してバラスト原水室２０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に第１の処理水室２０４を配置する態様が挙げられる。
バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また、バラスト原水室２０１は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
第１の処理水室２０４は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口２０５と、第１の処理水室２０４内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口２０６を備える。
第１の処理水室２０４は、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入するための導入口２０７を設けることができる。この場合、前記バラスト原水導入口２０２にバラスト原水導入管２０８を設け、そのバラスト原水導入管２０８を導入口２０７に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入できる。
なお、図示の例では、バラスト原水導入口２０２をバラスト原水室２０１の側壁に備えているが、バラスト原水室２０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、導入口２０７を設ける必要はない。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１と第２の処理水室３０２を備える。洗浄排液室３０１と第２の処理水室３０２は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接して洗浄排液室３０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に第２の処理水室３０２を配置する態様が挙げられる。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
第２の処理水室３０２は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口３０５と、第２の処理水室３０２内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口３０６を備える。
第２の処理水室３０２は、洗浄排液を外部に排出するための排出口３０７を設けることができる。この場合、前記洗浄排液出口３０４に洗浄排液排出管３０８を設け、その洗浄排液排出管３０８を排出口３０７に連結することにより、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出できる。
なお、図示の例では、洗浄排液出口３０４を洗浄排液室３０１の側壁に備えているが、洗浄排液室３０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、排出口３０７を設ける必要はない。
上記第３態様によれば、第１マニホールド２及び第２マニホールド３を同一の部品とすることが可能であり、装置の成形が容易である。
上記のマニホールド構造を有することにより、特許文献６に開示されているような、ヘッダー管に対して複数の膜カートリッジを、それぞれ配管によって独立に連結した場合と比較して、配管の数が大幅に削減される。例えば、６本の膜カートリッジを本発明のマニホールド構造によって連結した場合は、配管の数が１／６に削減される。
従って、膜カートリッジを交換する際、該膜カートリッジを摘出するために接続を解除すべき配管の数が大幅に削減されるため、迅速な交換が可能となる。また、配管の設置に要するコストも大幅に低減される。
上述した第１態様〜第３態様に係るマニホールド構造を有する膜ユニットを脱着可能に並設して膜ユニット集合体を形成することによって、不具合を生じた膜カートリッジを交換する際の作業スペースを確保しつつ、全体の設備コストを更に抑制でき、しかも、更なる短時間で膜カートリッジの交換が可能となる。これについて図８を参照して説明する。
図８は、バラスト水処理用の膜処理設備の態様を示す説明図である。
図８において、４は上記のマニホールド構造を備えた膜ユニットであり、５は膜ユニット４を着脱可能に並設してなる膜ユニット集合体である。
各々の膜ユニット４は、直方体状に形成された第１マニホールド２及び第２マニホールド３の下壁を膜ユニット載置部位に当接させて棚段状に載置されている。また、各々の膜ユニット４において、膜カートリッジ１は、両端をマニホールドに支持された状態で存在している。
また、各々の膜ユニット４が有するバラスト原水導入口２０２、処理水排出口３０６、及び、（洗浄排液）排出口３０７は、それぞれ、バラスト原水ヘッダー管１２ａ、処理水ヘッダー管１７ａ、及び洗浄排液ヘッダー管１４ａと、連結部によって脱着可能に連結されている。脱着可能とする一例として、伸縮可能な連結パイプによって連結する等の構成が挙げられる。
膜ユニット４を脱着可能に膜ユニット集合体５に収納することにより、膜ユニット４が膜ユニット集合体５から引き抜き可能となる。
直方体状に形成された各々のマニホールド部分の下側面には、コロやキャスター等の滑走手段を設けることができ、これによって水平方向への引き抜きが容易になる。膜ユニット４を載置する面にレールを設けて、前記滑走手段を該レールに係合させてもよい。レールの形成方向は、引き抜きの方向に合わせて適宜設定することができる。
前記膜ユニット載置部位は、Ｌ字型等のアングルによって形成した骨格であってもよいし、他の膜ユニットが有するマニホールドの上壁であってもよい。
処理水管１７はマニホールド構造の処理水排出口３０６に接続され、洗浄排液放流管１４は、マニホールド構造の排出口３０７に接続されている。
上記の構成を有する膜ユニット集合体であれば、多数の膜ユニットを備える場合であっても、奥部に埋もれた状態にある膜カートリッジを摘出する際の摘出作業が、非常に効率化する。
また、目的の膜カートリッジを含む膜ユニットを交換する際、周辺の膜ユニットを容易に引き抜いて作業スペースを確保できるため、作業スペースをあらかじめ確保する必要がなく、膜カートリッジを密な状態で並設できるため、省スペースである。
次に、図９〜図１１に、膜ユニット集合体の態様を例示する。
図９において、膜ユニット集合体５は、並設された膜カートリッジ１が形成する面が水平となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
本態様において、膜ユニットの引き抜き方向は、膜カートリッジの並設方向（ａ１）又は並設された膜カートリッジ１が形成する面に対して垂直方向（ａ２）であることが好ましい。
図１０において、膜ユニット集合体５は、膜カートリッジ１の並設方向が垂直となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
本態様において、膜ユニットの引き抜き方向は、膜カートリッジの並設方向（ｂ１）又は並設された膜カートリッジ１が形成する面に対して垂直方向（ｂ２）であることが好ましい。
図１１において、膜ユニット集合体５は、膜カートリッジ１の長手方向が鉛直方向となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
本態様において、膜ユニットの引き抜き方向は、膜カートリッジの並設方向（ｃ１）又は並設された膜カートリッジ１が形成する面に対して垂直方向（ｃ２）であることが好ましい。
上記した何れの態様においても、膜ユニットが、その両端に直方体状のマニホールドを有することにより、該マニホールドが各々の膜ユニットの配置を正確なものとし、密集した状態で整列させることが容易となる。
以上の構成により、複数の膜カートリッジ１をユニット化して膜ユニット４を形成し、更に、前記膜ユニット４を多段に構成させて膜ユニット集合体５を形成することにより、更なる省スペース化が図られる。また、これら複数の膜カートリッジ１は、マニホールドによって並列に配設されているため、同時に大量のバラスト水を処理することが可能とな
り、処理速度が高速化する。
また、各々の膜ユニットが有するバラスト原水導入口２０２、処理水排出口３０６、及び、（洗浄排液）排出口３０７を、それぞれ、バラスト原水ヘッダー管１２、処理水ヘッダー管１７ａ、及び洗浄排液ヘッダー管１４ａと、開閉弁を有する連結部で接続することにより、引き抜きを行う膜ユニットの開閉弁のみを閉じて、他の膜ユニットは運転を続行することも可能である。
以上の構成を有する膜ユニット集合体における、上述の検出手段の設置例について、図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２は、膜ユニットを複数連結するヘッダー管毎に検出器を設けた一例を示す概略図である。
図１２において、１２ａはバラスト原水ヘッダー管、１７ａは処理水ヘッダー管であり、それぞれ３つの水平方向に並設された膜ユニット４を連結している。
図１３は、膜ユニットを複数連結するヘッダー管毎に検出器を設けた他の例を示す概略図である。
図１３において、１２ａはバラスト原水ヘッダー管、１７ａは処理水ヘッダー管であり、それぞれ３つの垂直方向に並設された膜ユニット４を連結している。
また両図において、Ｓ１及びＳ２は、ピンホール検出器として用いられる圧力計であり、それぞれヘッダー管１２ａ及び１７ａに対して１つずつ設けられ、並設された膜カートリッジが備えるスパイラル膜の前後における圧力差からピンホールの発生を検出可能に構成されている。
Ｓ１のみを設けて、圧力差ではなく、圧力の絶対値からピンホールの発生を検出してもよい。
また、あらかじめピンホールが発生していない基準となる膜ユニットから得られる圧力と比較して、ピンホールの発生を検知してもよい。
上記の構成によって、膜カートリッジに発生する不具合の監視を、膜処理中に常時又は定期的に行うことができる。
また、膜処理を始める前に空気導入手段によって空気導入したバラスト原水を膜ユニットに送液し、圧力を高めた状態を形成し、ピンホールの検出感度を向上させて検出を行うことも好ましいことである。
図１２の態様において、何れかのヘッダー管においてピンホールの発生が確認された場合は、図９において示した引き抜き方向ａ１に、該ヘッダー管に連結されたすべての膜ユニットを引き抜くことが好ましい。
また、図１３の態様において、何れかのヘッダー管においてピンホールの発生が確認された場合は、図９において示した引き抜き方向ａ２に、該ヘッダー管に連結されたすべての膜ユニットを引き抜くことが好ましい。
これにより、不具合を発生した膜カートリッジ以外の膜カートリッジも除去され、交換
されることとなるが、上述したように、不具合を生じた膜カートリッジの交換には迅速性が最優先され、更に、引き抜かれる膜カートリッジは膜処理設備を構成する全膜カートリッジのごく一部に過ぎないため、バラスト水処理用の膜処理設備においては、極めて適切な対応である。
１：膜カートリッジ
１００：バラスト処理水集水管
１０１：封筒状膜（スパイラル膜）
１０２：支持体
１０３：バラスト原水流路
２：第１マニホールド
２０１：バラスト原水室
２０２：バラスト原水導入口
２０３：バラスト原水入口
２０４：処理水室
２０５：処理水導入口
２０６：処理水排出口
２０７：導入口
２０８：バラスト原水導入管
３：第２マニホールド
３０１：洗浄排液室
３０２：処理水室
３０３：洗浄排液導入口
３０４：洗浄排液出口
３０５：処理水導入口
３０６：処理水排出口
３０７：排出口
４：膜ユニット
５：膜ユニット集合体
１０：バラスト原水
１１：バラストポンプ
１２：バラスト原水吸込み管
１３：開閉弁
１４：バラスト原水吐出管（洗浄排液放流管）
１５：開閉弁
１６：バラストタンク
１７：処理水管
１８：開閉弁

Claims (10)

  1. バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
    前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
    １又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
    前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
    前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室を有し、該バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、
    前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備。
  2. 前記処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とすることを特徴とする請求項１記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  3. バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
    前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
    １又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
    前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
    前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
    前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室を有し、該洗浄排液室は、膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備。
  4. 前記処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項３記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  5. バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなる膜カートリッジを、バラストタンクへ処理水を満水にするために必要な本数備え、該膜カートリッジにバラスト原水を供給して処理水を得るバラスト水処理用の膜処理設備であって、
    前記膜カートリッジをマニホールド構造によって３〜２０本並設させて膜ユニットを構成し、
    １又は２以上の前記膜ユニット毎に、前記膜カートリッジの不具合を検出する検出手段を備えてなり、
    前記マニホールド構造は、並設された各々の膜カートリッジの一端に第１マニホールド、膜カートリッジの他端に第２マニホールドを備え、
    前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び第１の処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記第１の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第１の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
    前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び第２の処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記第２の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第２の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするバラスト水処理用の膜処理設備。
  6. 前記第２の処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とし、
    前記第１の処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項５記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  7. 前記検出手段は、１つの膜ユニット毎に設けられることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  8. 前記検出手段は、２以上の膜ユニット毎に設けられることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  9. 前記検出手段は、スパイラル膜のピンホールを検出するピンホール検出手段であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
  10. 前記膜ユニットは、該膜ユニットを脱着可能に棚段状に集合してなる膜ユニット集合体を形成することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のバラスト水処理用の膜処理設備。
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