JP5167667B2

JP5167667B2 - 分離膜エレメントの管理システム及び分離膜エレメントの管理方法

Info

Publication number: JP5167667B2
Application number: JP2007087372A
Authority: JP
Inventors: 光昭黒島; 晋福江; 拓自彦坂
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008246285A

Description

本発明は、分離膜エレメント、分離膜エレメントの管理システム及び分離膜エレメントの管理方法に関する。特に、分離膜エレメントの運転時間、洗浄履歴、性能データ等を記憶し分離膜エレメントの再利用を最適化することができる管理システム及び管理方法に関する。

従来、水処理ユニットにおいて、使用済みの分離膜エレメントの廃棄コストを削減するため、分離膜エレメントを再使用する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、分離膜エレメントを用いて所定の処理を行う複数の処理工程のうち、高い分離精度が要求される処理工程において使用した分離膜エレメントを、この処理工程よりも要求される分離精度の低い処理工程において順次再使用することを特徴とする分離膜エレメントの再使用法が開示されている。
特開２０００−１４０８４３号公報

一般的に、分離膜を濾過装置として使用できる形にしたものを分離膜モジュールといい、圧力容器内に分離膜エレメントが充填された形になっている。図１は、従来から広く用いられているスパイラル型逆浸透膜を使用した分離膜モジュールを模式的に示した図である。図１（ａ）に示すように、圧力容器（ベッセル７）に、図１（ｂ）に示すような逆浸透膜（ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓＭｅｍｂｒａｎｅ）エレメント（以下、単にＲＯ膜エレメント２という場合がある）を通常４〜６本を直列に接続して充填する。各ＲＯ膜エレメント２は、それぞれブラインシール３によって区画され、コネクタ４によって直列に接続されている。

ベッセル７に供給水が供給されると、順次各ＲＯ膜エレメント２の逆浸透膜を透過した透過水は、最終的にセンターパイプ５から取り出される。また、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水は、順次各ＲＯ膜エレメント２の逆浸透膜の膜間を通過し、最終的に非透過水の濃縮水出口６から排出される。また、各ＲＯ膜エレメント２の構成は、透過水集水用のセンターパイプ５に、逆浸透膜（ＲＯ膜）をスパイラル状に捲装した構造となっている。供給水の一部はＲＯ膜を透過し、透過水はＲＯ膜のスパイラル通路を経てセンターパイプ５に集められる。

ＲＯ膜のような分離膜は、使用に伴って劣化し、その脱塩性能（脱塩率）や、供給水の汚染物等の目詰まりにより透過性能（透過流束）が低下する。そのため、性能維持のためには分離膜エレメントを交換する必要があるが、交換された分離膜エレメントは、ただちに廃棄されるわけではなく、再生工場にて洗浄し、再生されて繰り返し使用される。しかしながら、分離膜エレメントの性能劣化は、運転時間、交換頻度、供給水の性質や汚染度等の使用状況によって変化するので、これらの使用状況の履歴を分離膜エレメント毎に現場で柔軟に管理できるシステムが望まれている。

しかしながら、特許文献１のような方法では、ある処理工程で分離精度の落ちた分離膜エレメントを、その処理工程で要求される分離精度より低い分離精度で十分な他の処理工程で再利用することが示されているのみであり、分離膜エレメントの使用状況や洗浄履歴等具体的管理方法ついては記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑み、分離膜エレメントの運転時間、洗浄履歴、性能データ等を管理することで再利用を柔軟かつ最適化することができる管理システム及び管理方法を提供することを目的とする。

本発明者では、次のような解決手段を提供する。特許請求の範囲に記載された発明の特徴は以下のとおりである。

本発明では、ＩＣチップ等を含んだＩＣタグ、すなわちＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを、交換可能な分離膜エレメントに備え付け、このＲＦＩＤタグに、分離膜エレメント毎の使用履歴データ及び／または性能データを含む個体識別データを記憶する。この個体識別データによって、分離膜エレメントの使用状況を、それを使用、再生する現場で管理する。個体識別データに含まれる性能データは、分離膜の性能を表す各種パラメータ、例えば、脱塩率、透過流束（フラックス）、生涯通水時間または総運転時間等であってよい。

このような非接触型無線通信ができるＲＦＩＤタグを用いることで、運転中であっても圧力容器（ベッセル）の外側よりデータを読んだり更新することが可能になる。また、個別データをセンターの管理サーバに格納する方式と異なり、分離膜エレメントを再生工場等の現場において、再生後（洗浄後）の分離膜エレメントの最適な使用先を決定することが可能になる。また、個体識別データには、分離膜エレメントを複数充填したベッセル内における充填位置のデータを更に含むようにしてもよい。これは、同じベッセル内でも充填位置によって性能劣化に差がでるため、この充填位置も管理する必要に応じたものである。

また、本発明では、分離膜エレメントを使用する複数の工場と分離膜エレメントの再生工場との間における分離膜エレメントの管理システムや管理方法も提供する。使用工場のシステムにおいては、分離膜エレメントの運転時間と交換履歴を含む個体識別データを、分離膜エレメントに取り付けられたＲＦＩＤタグに記録するＲＦＩＤ記憶手段を備える。

再生工場のシステムにおいては、ＲＦＩＤタグに対して分離膜エレメントの洗浄履歴と洗浄後の性能データを個体識別データに更に記憶するＲＦＩＤ更新手段を備える。そして、ＲＦＩＤタグに記憶された個体識別データに性能データを含め、分離膜エレメントの交換時期と交換場所（充填位置を含む）、及び分離膜エレメントの洗浄後（再生後）の使用先を判別する性能判別手段とを備える。性能判別手段は、例えば性能判別テーブルを備え、再生後の性能データそれぞれに対してレベル判定が行われる。

このような構成とすることで、使用工場及び再生工場の現場それぞれでＲＦＩＤタグのデータが更新でき（場合によっては運転中であっても）、再生後の性能データ毎に合わせた最適な出荷先を決定することができる。また、センターでの集中管理に比べ、より迅速かつ柔軟なシステムが提供できる。

なお、「ＲＦＩＤ」とは、ＩＤ情報を埋め込んだタグから、電磁界や電波等を用いた近距離の無線通信によって情報をやりとりするもの、及びその技術全般を指す総称であるが、本明細書では、ＲＦＩＤを、無線通信可能で情報を格納する記憶手段（例えばＩＣチップ、ＩＣラベル）を示す意味で使用している。以下、特に断らない限り、ＲＦＩＤタグを単にＲＦＩＤという。

本発明によれば、分離膜エレメントの運転時間、洗浄履歴、性能データ等をそれぞれ分離膜エレメントのＲＦＩＤに記憶するので、このデータに基づいて最適な再利用を図ることができる管理システム及び管理方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下の実施形態では、具体化のため分離膜エレメントとして、逆浸透膜エレメント（以下、ＲＯ膜エレメントと呼ぶ）を例に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係るＲＯ膜エレメントの管理システム１を示したものである。複数のＲＯ膜エレメントを使用する工場や水処理施設等（以下、単に使用工場１００と呼ぶ）においては、それぞれのＲＯ膜エレメントに装着されたＲＦＩＤに対して当該ＲＯ膜エレメント固有のデータである個別識別データを入力するための個別識別データ入力手段１１０と、実際にＲＦＩＤにデータを書き込むＲＦＩＤデータ記憶手段１２０を備えている。ここで、個別識別データには、当該ＲＯ膜エレメントの運転時間、交換履歴、ベッセル中での充填位置等のデータが含まれる。

ここで、まず個別識別データについて説明する。図３は、ＲＦＩＤに記録される個別識別データの一例を示したものである。図示するように、ＲＯ膜エレメント識別子（ＲＦＩＤ識別子）が「ＡＢＣＤ１２３４」のＲＦＩＤには、当該ＲＯ膜エレメントの総運転時間（生涯通水時間ともいう）として、８５０時間が記録されているが、ベッセル内での充填位置（Ａ−１、Ａ−２等）毎での運転時間も記録するようにする。ＲＯ膜エレメントが新品の場合は、運転時間は「ゼロ」で、交換履歴は「なし」である。ＲＯ膜エレメントの使用に伴い、運転時間（総運転時間、充填位置毎の運転時間）が記録される。記録するタイミングは定期点検時等一定期間毎であってよいが、可能なら運転中にリアルタイムに行ってもよい。

個別識別データには、運転時間の他、交換履歴（交換日時）や洗浄履歴が記録される。洗浄は、再生工場において、ＲＯ膜を洗浄した場合に洗浄前後の性能データを記録したものである。また、各性能値の改善率等を記録してもよい。性能データには、脱塩率（％）、透過流束（ｍ^３／ｍ^２・日）、及び生涯通水時間等、ＲＯ膜の各種性能値及びそれに関するデータを含んでよい。

また、前述したように、個別識別データには充填位置における運転時間も含むが、この充填位置について説明する。図４は、ベッセル内に装着されるＲＯ膜エレメントの充填位置を示した図である。充填位置は、図示するよう、例えば、供給水側に近い位置から順に、「Ａ−１」、「Ａ−２」、・・・、「Ａ−ｎ」のように定める。ここで、「Ａ」はベッセルのタイプ（種類）を表す識別子である。一般的にＲＯ膜エレメントは、ベッセルの供給水側に近いほど負荷が大きいので、使用された際の充填位置情報を運転時間に関連付けて保持することは有用である。この図では、ベッセルに直列に充填された場合を示しているが、他の充填形式であっても適切な位置情報を持たせてよい。その他、個別識別データには、使用開始前の当初の性能データを含ませるようにしてもよい。

図２に戻り、使用工場１００におけるＲＦＩＤデータ記憶手段１２０は、典型的には、ＲＦＩＤリーダ・ライタであり、ＲＯ膜エレメントに装着されたＲＦＩＤと非接触なインターフェースでデータを双方向に読み書きすることができる装置である。ＲＦＩＤとＲＦＩＤリーダ・ライタとの通信には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の様々な公知の無線通信技術が使用される。なお、ＲＦＩＤに、個別識別データを格納せず、ＲＦＩＤの識別情報のみを記録して、個々の識別情報に対応したデータは別に格納するようにしてもよいが、その場合は、センターサーバにおいて識別情報と個別データを紐つけ管理するデータベースが必要となる。

使用工場１００で使用されるＲＯ膜エレメントは、定期的に運転時間が記録される。そして、所定の運転時間が経過した場合、あるいは性能の劣化が発見された場合等は、洗浄のためＲＯ膜エレメント再生工場（以下、再生工場２００と呼ぶ）に回収される。

再生工場２００では、使用工場１００と同様に、ＲＦＩＤにデータを入力するための個別識別データ入力手段２１０とＲＦＩＤデータ更新手段２２０を備える。個別識別データ入力手段２１０は、ＲＯ膜の洗浄履歴、洗浄後の性能データを入力する。洗浄履歴には、洗浄日時の他、洗浄回数、洗浄方法、洗浄場所等のデータが含まれてよい。また、性能データには脱塩率や透過流束のデータが含まれるが、洗浄前と洗浄後の性能データそれぞれを比較のため記録するようにしてもよい。なお、ＲＦＩＤデータ更新手段２２０は、前述したように、ＲＦＩＤリーダ・ライタであってよい。

再生工場２００では、更に、性能判別手段２３０を備える。性能判別手段２３０は、図５で示すような性能判定テーブルを備え、脱塩率、透過流束等のＲＯ膜の性能に関する複数のデータに応じて、ＲＯ膜の洗浄後の性能レベルを判定する。例えば、図５のテーブルでは、脱塩率９９．５％以上が性能レベルＡ、脱塩率９９．３％以上がレベルＢのように定義している。同様に、透過流束についても、１．０ｍ^３／（ｍ^２・日）以上をレベルＡ、０．９ｍ^３／（ｍ^２・日）以上がレベルＢのように定義する。なお、性能判定テーブルには、その他、生涯通水時間等の性能を判定するための各種データを含んでもよい。

図６は、ＲＯ膜性能レベル判定処理のフローを示したものである。まず、ステップＳ１において、洗浄後の性能データの一つを読み込む。次に、ステップＳ２において、前述の性能判定テーブルの値と読み込んだ洗浄後の性能データを比較する。そして、ステップＳ３において、この性能データが性能判定テーブルのレベルＡからレベルＤのどれに相当するかを判定する。例えば、性能データが脱塩率であり、その値が９９．１％であった場合、脱塩率についての性能レベルはＣと判定する。そして、ステップＳ４において、決定された性能レベルを性能データ毎にＲＦＩＤに書き込む。以上のステップＳ１からＳ４までの処理を、全ての性能データについて繰り返す（ステップＳ５）。

なお、性能データ毎にレベル付けをしたのは、再生したＲＯ膜を使用する環境に応じたきめ細かな判断が行えるようにするためである。例えば、使用する環境によっては、脱塩率は多少低くても、透過流束のほうが重要になる場合もある。

図７は、図２における性能判別手段２３０の具体的な構成を示した図である。性能判別手段２３０は、典型的には、制御装置１０、ＲＦＩＤリーダ・ライタ１２、性能測定装置１３を含んで構成される。

性能測定装置１３は、洗浄後のＲＯ膜の各種性能データを測定するための各種の公知技術を用いた、一または複数の測定装置で構成されてよい。性能測定装置１３で得られたデータは、オフラインで操作員により制御装置１０に入力してもよいが、好ましくは、測定結果をＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークを介して、オンラインで制御装置１０に読み込まれるようにする。制御装置１０は、例えば、一般的なＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、その他のモバイル端末であってもよいし、専用の装置であってもよい。

ＲＦＩＤリーダ・ライタ１２は、ハンディターミナル型、固定型、フラット型等、市販の様々なタイプが利用できる。ＲＦＩＤリーダ・ライタ１２は、制御装置１０とＵＳＢ等の一般的なインターフェースを用いて接続される。また、ＲＦＩＤリーダ・ライタ１２は、性能判別手段２３０専用に設けてもよいが、図２におけるＲＦＩＤデータ更新手段２２０と兼用してもよい。

性能判別手段２３０は、ＲＯ膜エレメント２に装着されたＲＦＩＤ８から、制御装置１０に接続されたＲＦＩＤリーダ・ライタ１２によって、ＲＦＩＤ８の識別子（すなわちＲＯ膜エレメント２の識別子）によって識別された個別識別データを読み書きすることができる。個別識別データには、性能測定装置１３から得られた洗浄前後のデータが書き込まれる。なお、ＲＦＩＤ８には、個別識別データを格納するだけでなく、ＲＦＩＤから読み取った情報を全て制御装置１０に接続されたデータベース１１に格納するようにしてもよい。こうすることで、万一のＲＦＩＤの破損や故障においても容易にデータを復元することができる。

図８は、性能判別手段２３０によって書き込まれた性能レベルデータを用いたＲＯ膜エレメントの出荷先管理テーブルの一例である。性能レベルデータは、再生したＲＯ膜エレメントの次の使用先（出荷先）を決定するために用いられる。図示するように、出荷先の決定は、単に使用工場（交換場所）を指定するだけでなく、ベッセル内の充填位置を指定することもできる。例えば、ＩＤ「ＪＫＬＧ１８８２」の識別子を持つＲＯ膜エレメントは、工場Ａの（Ａ−１）〜（Ａ−３）の充填位置の性能要求には合わないが、工場Ａ（Ａ−４）の充填位置の性能要求には合うことを示している。また、個別識別データには過去の運転時間の他洗浄による効果（性能データ毎の改善率）も記録されているので、再生ＲＯ膜エレメントを使用する工場においては、次の効果時期の予測を立てることも可能になる。

再生ＲＯ膜エレメントが次の使用先（使用工場）に送られると、その使用開始前に、図２で説明したように、交換履歴の日時が記録され、使用先での運転開始後は、定期的に運転時間が更新されることになる。このようにして、ＲＯ膜エレメントの、運転時間、洗浄履歴、性能データの変遷がＲＯ膜エレメントに装着されたＲＦＩＤのデータを読み取ることでタイムリーに管理できると共に、ＲＯ膜エレメントの製造から破棄までのトレーサビリティを実現できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。例えば、分離膜エレメントは、様々な膜モジュール形式であってよく、図１で図示したようなスパイラル型だけでなく、平膜型、チューブラー型、中空糸型等、任意の形式に適用できる。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

本発明は、膜分離装置における分離膜エレメントの性能劣化、交換時期、交換場所等を判別する管理システムに適用できる。

スパイラル型逆浸透膜を使用した分離膜モジュールを模式的に示した図である。本発明の一実施形態に係るＲＯ膜エレメントの管理システム１を示した図である。本発明の一実施形態に係る個別識別データの一例を示した図である。本発明の一実施形態に係るＲＯ膜エレメントの充填位置を示した図である。本発明の一実施形態に係るＲＯ膜性能レベル判定テーブルの一例を示した図である。本発明の一実施形態に係るＲＯ膜性能レベル判定処理のフローを示した図である。本発明の一実施形態に係る性能判別手段の具体的な構成を示した図である。本発明の一実施形態に係る性能判別手段２３０によって書き込まれた性能レベルデータを用いたＲＯ膜エレメントの出荷先管理テーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ＲＯ膜エレメント管理システム
２ＲＯ膜エレメント
３ブラインシール
４コネクタ
５センターパイプ
６濃縮水出口
７圧力容器（ベッセル）
８ＲＦＩＤ
１０制御装置
１１データベース
１２ＲＦＩＤリーダ・ライタ
１３性能測定装置
１００ＲＯ膜エレメント使用工場
１１０，２１０個別識別データ入力手段
１２０ＲＦＩＤデータ記憶手段
２００ＲＯ膜エレメント再生工場
２２０ＲＦＩＤデータ更新手段
２３０性能判別手段

Claims

分離膜エレメントを使用する複数の使用工場と前記分離膜エレメントの再生工場との間における分離膜エレメントの管理システムであって、
前記複数の使用工場において、
前記分離膜エレメントの交換履歴を含む個体識別データを入力する、第１の個体識別データ入力手段と、
前記個体識別データを、前記分離膜エレメントに取り付けられたＲＦＩＤに記録するＲＦＩＤ記憶手段と、が設けられ、
前記再生工場において、
前記分離膜エレメントの洗浄履歴と、脱塩率及び透過流束を含む２以上のパラメータを含む洗浄後の性能データとを入力する、第２の個体識別データ入力手段と、
前記ＲＦＩＤに対して、前記分離膜エレメントの洗浄履歴と、前記洗浄後の性能データとを前記個体識別データに更に記憶するＲＦＩＤ更新手段と、
前記ＲＦＩＤに記憶された前記個体識別データに含まれる性能データに基づいて、再生後の前記分離膜エレメントの使用先を判別する性能判別手段と、が設けられ、
前記性能判別手段は、
前記分離膜エレメントの洗浄後の性能レベルを、前記洗浄後の性能データに含まれるパラメータのそれぞれについて個別に判定するための性能判定テーブルと、
再生後の前記分離膜エレメントの次の使用先を決定するための出荷先決定テーブルとを備え、
前記性能判定テーブルを参照した性能レベルの判定を前記洗浄後の性能データに含まれるパラメータのそれぞれについて行い、
前記出荷先決定テーブルを参照し、前記性能レベルの判定の結果に適した使用先を決定することを特徴とする前記分離膜エレメントの管理システム。
前記次の使用先は、再生後の前記分離膜エレメントを次に使用する工場と、前記分離膜エレメントを複数充填可能なベッセル内における再生後の前記分離膜エレメントを充填する位置との両方を含む、請求項１に記載の管理システム。
分離膜エレメントを使用する複数の使用工場と前記分離膜エレメントの再生工場との間における分離膜エレメントの管理方法であって、
前記複数の使用工場において、前記分離膜エレメントの交換履歴を含む個体識別データを入力する工程と、
前記複数の使用工場において、前記個体識別データを前記分離膜エレメントに取り付けられたＲＦＩＤに記録する工程と、
再生工場において、前記分離膜エレメントを洗浄し、脱塩率及び透過流束を含む２以上のパラメータを計測する工程と、
前記再生工場において、前記分離膜エレメントの洗浄履歴と、前記２以上のパラメータを含む洗浄後の性能データとを入力する工程と、
前記再生工場において、前記ＲＦＩＤに対して、前記分離膜エレメントの洗浄履歴と前記洗浄後の性能データとを前記個体識別データに更に記憶する工程と、
前記再生工場において、前記ＲＦＩＤに記憶された前記個体識別データに含まれる性能データに基づいて、再生後の前記分離膜エレメントの使用先を判別する工程と、を含み、
前記再生工場において、前記分離膜エレメントの洗浄後の性能レベルを、前記洗浄後の性能データに含まれるパラメータのそれぞれについて個別に判定するための性能判定テーブルと、再生後の前記分離膜エレメントの次の使用先を決定するための出荷先決定テーブルとを備える性能判別手段が設けられ、
前記性能判別手段は、
前記性能判定テーブルを参照した性能レベルの判定を前記洗浄後の性能データに含まれるパラメータのそれぞれについて行い、
前記出荷先決定テーブルを参照し、前記性能レベルの判定の結果に適した使用先を決定することを特徴とする、分離膜エレメントの管理方法。
前記次の使用先は、再生後の前記分離膜エレメントを次に使用する工場と、前記分離膜エレメントを複数充填可能なベッセル内における再生後の前記分離膜エレメントを充填する位置との両方を含む、請求項３に記載の分離膜エレメントの管理方法。