JP7052926B1 - 分離膜モジュールの運転方法、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び造水システム - Google Patents

分離膜モジュールの運転方法、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び造水システム Download PDF

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Abstract

分離膜モジュールによって被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおいて、被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における被処理水供給部の圧力(P1)と逆洗廃水排出部の圧力(P3)との圧力差(第1抵抗R1)と、前記ろ過工程における前記圧力(P1)と処理水排出部の圧力(P2)との圧力差(第2抵抗R2)と、前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記圧力(P1)と前記圧力(P3)の圧力差(第3抵抗R3)とを演算し、演算で得られた抵抗R1~R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する。

Description

本発明は、河川水・湖水・海水などの自然水や下廃水・工業排水を処理する分離膜モジュール、造水システムに関するものである。
膜分離法は、省エネルギー・スペース、およびろ過水質向上等の特長を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜を河川水や地下水や下水処理水から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用や、海水淡水化逆浸透膜処理工程における前処理や、食品工業分野での製造プロセスへの適用があげられる。
被処理水を膜ろ過すると、処理水量に伴って、膜表面や膜細孔内及び分離膜モジュール内に汚染物質の蓄積量が増大していき、処理水量の低下あるいは差圧の上昇が問題となってくる。
そこで、ろ過とは逆方向に処理水などの清澄水を圧力で押し込み、膜表面や膜細孔内に蓄積した汚れ成分を除去する逆圧洗浄、膜の被処理水側(1次側)に気泡を導入して膜を振動させ、膜同士を触れ合わせることにより膜表面の付着物質を掻き落とす空気洗浄、空気洗浄と逆圧洗浄を同時に行う空逆同時洗浄等の物理洗浄が実用化されている。また、これらの洗浄後は、汚濁水が分離膜モジュールの1次側に滞留することになるので、分離膜モジュール内の水を排水後、新たに被処理水を給水することが一般的に行われる。
さらに安定的かつ長期間の膜ろ過連続運転を行うため、特許文献1、2には、ろ過時の膜差圧の測定値に応じて、逆圧洗浄の洗浄時間を制御する、または逆圧洗浄や空気洗浄などの物理洗浄頻度を制御する方法が提案されている。
一方で、上記の洗浄工程を行っても分離膜モジュール内の洗われやすい箇所ばかり洗われ、洗浄が不十分な箇所が発生したり、大雨等によって想定以上に高濁水が流入することで洗浄不足となる箇所が発生し、膜ろ過の安定運転が困難となる場合があった。このような課題の解決方法として、特許文献3では、分離膜モジュール内の蓄積物質の詰まり箇所を特定すると共に、蓄積物質を効率的に除去する方法が提案されている。具体的には、分離膜モジュールの1次側に被処理水を供給する工程(給水工程)における分離膜モジュールの1次側の入口側と出口側の圧力差、被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へと圧送するろ過工程における分離膜モジュールの1次側と2次側の圧力差、分離膜モジュールの2次側から1次側へ透過させる逆圧洗浄工程における分離膜モジュールの2次側と1次側の圧力差を用い、さらにそれぞれの圧力差を組み合わせた演算を行い、詰まり箇所を特定するものである。
日本国特開平11-169851号公報 日本国特開平11-019485号公報 国際公開第2018/026020号
分離膜モジュールの詰まり箇所特定において、特許文献3に記載されている従来の分離膜モジュールの詰まり箇所特定方法を用いても基本的には詰まり箇所を特定することは可能である。しかし、給水工程、ろ過工程、逆圧洗浄工程など、少なくとも3つの工程の運転データが必要であり、さらに、それぞれの工程の運転データを組み合わせた演算を行って初めて特定が出来るというものであるため、複雑であった。また、排水工程の後に給水工程を実施した場合、給水工程の開始直後は流量や圧力が不安定となりやすいため、安定したデータの取得のために長い時間を要したり、3工程が揃わない運転、例えば給水工程や排水工程を実施しない運転には適用できない場合もあった。
そこで本発明は、従来よりも簡潔・迅速に精度高く分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、次の特徴を有するものである。
(1)分離膜モジュールによって被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおいて、
分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する分離膜モジュールの運転方法であって、
前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として、
前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算し、
演算で得られたR1~R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する分離膜モジュールの運転方法。
(2)前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、(1)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(3)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第1抵抗R1の初期値からの変化量が第2抵抗R2の初期値からの変化量および第3抵抗R3の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第1抵抗R1の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(A)~(C)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(A)前記分離膜モジュール内の1次側の液面を上下させつつ空気洗浄を行う制御a
(B)排水工程の工程時間を長くする制御b
(C)排水工程時に分離膜モジュールの1次側をエアにより加圧し、排水する加圧排水を行う制御c
(4)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第1抵抗R1の初期値からの変化率が第2抵抗R2の初期値からの変化率および第3抵抗R3の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第1抵抗R1の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(A)~(C)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(A)前記分離膜モジュール内の1次側の液面を上下させつつ空気洗浄を行う制御a
(B)排水工程の工程時間を長くする制御b
(C)排水工程時に分離膜モジュールの1次側をエアにより加圧し、排水する加圧排水を行う制御c
(5)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第2抵抗R2の初期値からの変化量が前記第1抵抗R1の初期値からの変化量および第3抵抗R3の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第2抵抗R2の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(F)~(H)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(F)分離膜モジュールに薬液を供給して分離膜モジュールの洗浄を実施する制御f
(G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御g
(H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御h
(6)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第2抵抗R2の初期値からの変化率が前記第1抵抗R1の初期値からの変化率および第3抵抗R3の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第2抵抗R2の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(F)~(H)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(F)分離膜モジュールに薬液を供給して分離膜モジュールの洗浄を実施する制御f
(G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御g
(H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御h
(7)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第3抵抗R3の初期値からの変化量が前記第1抵抗R1の初期値からの変化量および第2抵抗R2の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第3抵抗R3の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(D)~(E)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(D)前記分離膜モジュールの洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水を供給する制御d
(E)分離膜モジュールの1次側の水を排出し空の状態とした後に、逆圧洗浄する制御e
(8)前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第3抵抗R3の初期値からの変化率が前記第1抵抗R1の初期値からの変化率および第2抵抗R2の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第3抵抗R3の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(D)~(E)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(D)前記分離膜モジュールの洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水を供給する制御d
(E)分離膜モジュールの1次側の水を排出し空の状態とした後に、逆圧洗浄する制御e
(9)分離膜モジュールの1次側の下部から被処理水を系外へと排出する排水工程の分離膜モジュール内の1次側圧力変動速度または排水流量から選ばれる少なくとも一つを指標とし、前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3と組み合わせて前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する、(3)~(8)のいずれかに記載の分離膜モジュールの運転方法。
(10)前記逆圧洗浄工程における前記P2と前記P1の圧力差(ΔP4)を第4抵抗R4としてさらに演算し、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4との差分(R2-R4)が設定値よりも大きい場合に、以下の(G)~(I)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
(H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
(I)給水工程時間、給水流量の少なくとも一つを変更する制御
(11)前記逆圧洗浄工程における前記P2と前記P1の圧力差(ΔP4)を第4抵抗R4としてさらに演算し、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4との比率(R2/R4)が設定値よりも大きい場合に、以下の(G)~(I)のうち少なくとも一つの制御を行う、(1)または(2)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
(H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
(I)給水工程時間、給水流量の少なくとも一つを変更する制御
(12)前記ろ過工程時のろ過流束および前記逆圧洗浄工程時の逆洗流束が同じである、(10)または(11)に記載の分離膜モジュールの運転方法。
(13)前記第2抵抗R2および第4抵抗R4が、前記圧力差、流束データ、水温データに基づいて演算された抵抗値である、(10)~(12)のいずれかに記載の分離膜モジュールの運転方法。
(14)分離膜モジュールで被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおける分離膜モジュールの詰まり箇所を特定するため、コンピュータを、分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
前記コンピュータを、前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として、
前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算する差分演算手段と、
前記差分演算手段で得られたR1~R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる、造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(15)前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、(14)記載の造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(16)分離膜モジュールで被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおける分離膜モジュールの詰まり箇所を特定するため、コンピュータを、分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる造水システムであって、
前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
前記コンピュータを、前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差ΔP2を第2抵抗R2として、
前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算する差分演算手段と、
前記差分演算手段で得られた第1抵抗R1~第3抵抗R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる、造水システム。
(17)前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、(16)記載の造水システム。
本発明によれば、分離膜モジュール内の詰まり箇所を従来よりも簡潔・迅速に精度高く特定することができ、詰まり箇所に応じて効率的に分離膜モジュールの洗浄を行って、長期にわたり処理水を安定に得ることが可能となる。
本発明が適用される造水システムの一例を示す装置概略フロー図である。 本発明が適用される分離膜モジュールの一例を示す概略図である。 本発明の実施形態を示す概略図である。 本発明の実施形態を示す概略図である。 本発明の実施形態を示す概略図であり、図5(a)は全量ろ過工程を、図5(b)は逆圧洗浄工程を示す。
以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。
本発明は分離膜モジュールの運転方法、管理プログラム、造水システムに関するものであり、分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する方法を含むものである。本発明が適用される装置には、例えば、図1に示すように、被処理水を供給する被処理水供給ポンプ1と、被処理水供給時に開となる被処理水供給弁2と、被処理水をろ過する分離膜モジュール3と、逆圧洗浄や空気洗浄する場合に開となる逆洗排水弁4と、膜ろ過時に開となる処理水排出弁5と、処理水を貯留する処理水貯留槽6と、処理水を分離膜モジュール3に供給して逆圧洗浄する逆圧洗浄ポンプ7と、逆圧洗浄する時に開となる逆圧洗浄弁8と、被処理水あるいは分離膜モジュールに薬液を供給する薬液供給ポンプ9と、薬液を貯留する薬液貯留槽10と、分離膜モジュール3の空気洗浄の空気供給源であるエアブロワー11と、空気を分離膜モジュール3の下部に供給し空気洗浄する場合に開となる空気洗浄弁12と、分離膜モジュール3の1次側の被処理水または洗浄廃水を排出する場合に開となる排水弁13と、1次側への処理水供給弁14と、被処理水バイパス弁15と、被処理水供給部の圧力(P1)を測定する1次側の供給圧力センサ16と、逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサ17と、処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサ18と、排水流量センサ19が設けられている。被処理水とは分離膜モジュールを用いて処理する溶液のことであり、河川水、地下水、海水、下水処理水、工場廃水、培養液などが例として挙げられる。
分離膜モジュール3で使用される分離膜の孔径としては、多孔質であれば特に限定しないが、所望の被処理水の性質や水量によって、MF膜(精密ろ過膜)を用いたり、UF膜(限外ろ過膜)を用いたり、あるいは両者を併用したりする。例えば、濁質成分、大腸菌、クリプトスポリジウム等を除去したい場合はMF膜でもUF膜のどちらを用いても構わないが、ウィルスや高分子有機物等も除去したい場合は、UF膜を用いるのが好ましい。分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、モノリス膜等があるが、いずれでも構わない。
分離膜の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコールおよびポリエーテルスルホンやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含んでいると好ましく、さらに膜強度や耐薬品性の点からはポリフッ化ビニリデン(PVDF)がより好ましく、親水性が高く耐汚れ性が強いという点からはポリアクリロニトリルがより好ましい。また、分離膜モジュール3は、分離膜が挿入されたケースを有しており、少なくとも被処理水供給部、逆洗廃水排出部、及び処理水排出部を有している。ケースの形状としては、筒型や多角形型など特に限定されない。
図2は本発明が適用される分離膜モジュールの一例を示しており、筒型ケース20内に複数本の中空糸膜が分離膜21として挿入され、筒型ケース20の両端で中空糸膜がポッティング材22によって接着固定されている。膜モジュール上部接着固定部では、中空糸膜の中空部が開口しており、取り外し可能なキャップ23が取り付けられている。一方、膜モジュール下部接着固定部では、中空糸膜の端部がポッティング材22によって閉塞されている。筒型ケース20の側面には、筒型ケース20の両端の接着固定部よりも内側であり、中空糸膜の外側と連通する下部サイドノズル24と上部サイドノズル25が設けられている。下部サイドノズル24は被処理水供給部として、上部サイドノズル25はエア抜きや被処理水排水、逆圧洗浄時の逆洗廃水排出部として使用できる。下部ノズル27は空気洗浄用のエア供給部や逆洗廃水排出部として使用するため、膜モジュール下部接着固定部には貫通孔28が設けられている。ろ過運転の際、供給された被処理水は中空糸膜でろ過され、処理水を上部ノズル26(処理水排出部)より得ることができる。なお、下部サイドノズルを使用しないで運転する場合や下部サイドノズルが存在しないモジュール形態の場合には、下部ノズル27をエア供給部や逆洗廃水排出部だけでなく被処理水供給部として使用することができる。図1は、下部ノズルを被処理水供給部として使用する形態を図示している。また、筒型ケース内の中空糸膜の充填率としては、30%以上80%以下が一般的である。充填率が低すぎる場合、高流量で水を流した際に接着固定部界面で中空糸膜が過度に揺れ、中空糸膜が切れる可能性がある。また、充填率が高すぎると、中空糸膜モジュールの製造工程において、筒状ケース内に中空糸膜束を挿入する作業が困難となる。ここで、中空糸膜の充填率とは、小径部での中空糸膜束の最外周に配設された中空糸膜により囲まれた部分に対する、中空糸膜束に含まれる中空糸膜の占有部分の比率とする。
筒型ケース20の素材は特に限定されず、ABS、ポリプロプレン、塩化ビニル、ポリカーボネートなどの樹脂製の容器、エポキシ樹脂、ウレンタン樹脂などにガラス繊維、炭素繊維などの強化繊維で補強された繊維強化樹脂製の容器、ステンレスなどの金属製の容器を例示することが出来る。ポッティング材22の素材としては、エポキシやポリウレタンを例示することができる。
なお、「1次側」とは、分離膜で仕切られた空間の内、被処理水が供給される側であり、「2次側」とは、被処理水を分離膜でろ過した処理水側のことである。
本発明の実施形態における詰まり箇所特定に関して、例えば、図3に示すとおり、下記の手段を有することを特徴とする。まず造水システム30からの運転データを得るコンピュータ31に運転データ記録手段40と詰まり箇所特定プログラム32が導入されている。
図1に例示する造水システム30において、被処理水は被処理水供給ポンプ1を稼動し、被処理水供給弁2と逆洗排水弁4を開にすることで、分離膜モジュール3内の1次側に供給される。この被処理水の給水工程で1次側が被処理水で満たされた後、逆洗排水弁4を閉、処理水排出弁5を開にすることで分離膜モジュール3内に備えられた分離膜でろ過が行われるろ過工程へと移る。なお、給水工程は省略することも可能である。図示してないが、逆洗排水弁4と分離膜モジュールの上部サイドノズル25の間に排気弁を設けておけば、分離膜モジュール3の1次側に空気がある状態で逆洗排水弁4を閉、処理水排出弁5を開としてろ過工程を開始しても自動で空気を押し出すことが出来る。ろ過工程では、処理水は分離膜モジュール3の2次側から処理水排出弁5を経て処理水貯留槽6へと移送される。全量ろ過の場合、逆洗排水弁4、逆圧洗浄弁8、空気洗浄弁12、排水弁13はいずれも閉である。ろ過工程中の分離膜モジュールの1次側と2次側の圧力を1次側の供給圧力センサ16、1次側の出口圧力センサ17と2次側の圧力センサ18を用いてそれぞれ測定し、運転データ記録手段40へ記録する。図示してないが、ろ過流量、水温などの運転データについても測定し、運転データ記録手段40へ記録する。
ろ過方式は全量ろ過方式、クロスフローろ過方式がある。クロスフローろ過方式はろ過工程時に逆洗排水弁4を全閉とせずに開度を調整して被処理水の一部を排水しながらろ過を行う。どちらのろ過方式でも良いが、エネルギー消費が少ないという点では全量ろ過モジュールである方が好ましい。また、後述の通り本発明の実施形態に係る分離膜モジュールの詰まり判定においても全量ろ過モジュールである方が好ましい。
ろ過経過時間に従って、分離膜モジュールのろ過抵抗が上昇する。つまり、定流量ろ過運転の場合、膜モジュール1次側と2次側の圧力差(一般的には「P2-P1」)が上昇する。この上昇を抑えるために、定期的に物理洗浄を行い、ろ過と物理洗浄を繰り返しながら運転するのが一般的である。また、ろ過時間は被処理水の性質や膜ろ過流束に応じて適宜設定するのが好ましいが、所定の膜ろ過差圧に到達するまでろ過時間を継続させてもよい。
物理洗浄では、ろ過を一時停止し、逆圧洗浄工程、空洗工程、排水工程、給水工程の順に実施するのが一般的であるが、逆圧洗浄工程と空洗工程を同時に実施する、排水工程後に逆圧洗浄工程を実施する、もしくはいずれかの工程を省略あるいは複数回実施しても問題無い。
ろ過工程終了後、被処理水供給ポンプ1を停止、被処理水供給弁2と処理水排出弁5を閉、逆圧洗浄弁8と逆洗排水弁4を開、逆圧洗浄ポンプ7を稼働し、分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程へと移る。逆圧洗浄工程時の分離膜モジュールの1次側と2次側の圧力を1次側の供給圧力センサ16、1次側の出口圧力センサ17と2次側の圧力センサ18を用いてそれぞれ測定し、運転データ記録手段40へ記録する。また図示してないが、運転データ記録手段40は、運転に関わるデータであれば特に限定されず、例えば逆圧洗浄水の流量、水温についても運転データ記録手段40へ記録される。
逆圧洗浄水としては、特に制限するものではなく、本実施形態のように被処理水を分離膜モジュールでろ過することで得られた処理水を用いることが好ましいが、工業用水、浄水、水道水、RO膜透過水、純水を用いても良い。また、逆圧洗浄時間は特に制限するものではないが1~120秒の範囲内であることが好ましい。1回の逆圧洗浄時間が1秒未満では、十分な洗浄効果が得られず、120秒を超えると分離膜モジュールの運転稼働率及び水回収率が低くなる。
逆圧洗浄工程終了後、逆圧洗浄ポンプ7を停止し、逆圧洗浄弁8を閉、空気洗浄弁12を開、エアブロワー11を稼働させ分離膜モジュール3にエアを供給し洗浄を行う空気洗浄工程に移る。空気洗浄時間は特に制限するものではないが1~120秒の範囲内であることが好ましい。1回の逆圧洗浄時間が1秒未満では、十分な洗浄効果が得られず、120秒を超えると分離膜モジュールの運転稼働率が低くなる。また、逆圧洗浄工程の途中で空気洗浄弁12を開、エアブロワー11を稼働させ空気洗浄工程を導入してもよい。
空気洗浄工程終了後、エアブロワー11を停止、空気洗浄弁12を閉、排水弁13を開とし、分離膜モジュール3内に蓄積した洗浄廃水を全量排水する排水工程に移る。排水工程は逆洗排水弁4、排水弁13を開とし、1次側の被処理水を分離膜モジュール下部より排出する。排水工程時における分離膜モジュール内1次側圧力または排水流量は、1次側の供給圧力センサ16または排水流量センサ19を用いて測定し、運転データ記録手段40へ記録される。その後、被処理水の給水工程へと戻り、膜ろ過運転を継続する。
本発明では、図3に例示の通り、運転データ記録手段40に記録された運転データを、詰まり箇所特定プログラム32に含まれる差分演算手段41、排水工程算出手段46で演算処理を行い、詰まり箇所特定手段42で分離膜モジュールの詰まり箇所を特定することを特徴としている。
差分演算手段41に含まれる具体的方法としては、例えば差分演算方法1~4がある。
差分演算方法1は、被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における被処理水供給部の圧力(P1)と逆洗廃水排出部の圧力(P3)との圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として得るものである。
差分演算方法2は、被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における逆洗廃水排出部の圧力(P3)と処理水排出部の圧力(P2)との圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として得るものである。
差分演算方法3は、分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における被処理水供給部の圧力(P1)と逆洗廃水排出部の圧力(P3)の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として得るものである。
差分演算方法4は、分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における処理水排出部の圧力(P2)と被処理水供給部の圧力(P1)の圧力差(ΔP4)を第4抵抗R4として得るものである。
なお、圧力差を演算する際は、ろ過工程中のP3、逆洗工程中のP1は静圧であることが好ましい。また、圧力P1~P3を測定する圧力計の設置高さが異なるようであれば水頭差を考慮した補正を行うことが好ましい。
第1抵抗R1~第4抵抗R4は、造水システムが定流量ろ過の運転プロセス(つまり、ろ過工程および逆圧洗浄工程がそれぞれ運転開始時から同じ流束で運転し続ける)場合は、
R1≒ΔP1=P1-P3(ろ過工程時)
R2≒ΔP2=P3-P2(ろ過工程時)
R3≒ΔP3=P1-P3(逆圧洗浄工程時)
R4≒ΔP4=P2-P1(逆圧洗浄工程時)
により演算する。なお、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4が圧力差データである場合は、ろ過工程と逆圧洗浄工程の流束を同じに設定するか、流量による圧力差の補正を行っておくことが好ましい。ろ過工程と逆圧洗浄工程の流束(流量)が一致しない場合や定圧ろ過運転などろ過流束が連続運転中に経時変化する場合は、圧力測定時の流量を考慮して各圧力差ΔPの補正を実施することが好ましい。圧力差を流量で補正を行う場合は、圧力差/流量で演算するのがよい。水温が異なる時期に取得した圧力差を比較する場合は、水温に基づき差圧データの粘度補正をさらに行うことが好ましい。
また、詳細は後述するが、第2抵抗R2および第4抵抗R4は分離膜部のろ過抵抗を示す指標である。測定条件(流束、水温)が異なる場合でも前提条件を揃えた第2抵抗R2および第4抵抗R4の比較が出来るように、圧力差データと流束データ、水温データに基づいて抵抗値に演算することも好ましい。その場合は以下の式で演算する。なお、第1抵抗R1および第3抵抗R3は分離膜モジュール1次側の流路抵抗(圧力損失)を示す指標であり、ろ過工程あるいは逆圧洗浄工程時の流束条件に依存して変化するため、流束条件を揃えて取得した圧力差データあるいは圧力差データの水温補正値を第1抵抗R1および第3抵抗R3として用いるとよい。
第2抵抗R2(1/m)=ΔP2(Pa)/(ろ過水粘度(Pa・s)×ろ過流束(m/s))
第4抵抗R4(1/m)=ΔP4(Pa)/(ろ過水粘度(Pa・s)×逆洗流束(m/s))
上記演算処理で得られた各抵抗(圧力差)の変化から、分離膜モジュールの詰まり箇所を分離膜モジュール1次側下部(被処理水供給部付近)、分離膜、分離膜モジュール1次側上部(逆洗廃水排出部付近)の大きく3つに切り分けることが出来、さらに、分離膜部の詰まりについては、2種類の詰まり方に切り分けることが可能であることを発明者らは見いだした。分離膜モジュール1次側の詰まり(濁質の蓄積による抵抗の増大)は、例えば、分離膜モジュールが洗われやすい箇所ばかり洗われ、洗浄が不十分な箇所が発生する場合や、大雨等によって想定以上に高濁水が流入することで物理洗浄不足になった場合に発生する。詰まり箇所は濁質の形状や比重、分離膜モジュールの運転条件や形状等で変化するが、上記洗浄工程中の分離膜モジュール内の水の流れから、濁質の蓄積は分離膜モジュール1次側中央付近(分離膜間)では発生せず、ほとんどが分離膜モジュールの1次側下部あるいは1次側上部である。図2に例示される分離膜モジュールの形態であれば、被処理水供給部である下部サイドノズル24または下部ノズル27で水の流入出があるため、分離膜モジュール1次側下部、つまり下部ポッティング材近傍の中空糸膜間や貫通孔28付近で濁質の蓄積が発生しやすい。また、逆洗廃水排出部である上部サイドノズル25で水の流入出があることや、空気洗浄工程の過程で、分離膜モジュール1次側上部、つまり上部ポッティング材近傍の中空糸膜間に濁質の蓄積が発生する。分離膜部の1つ目の詰まり方は、ろ過の継続に伴い被処理水中の除去対象物質が膜細孔内や膜表面に付着/堆積することで、分離膜の細孔が目詰まりあるいは細孔径が実質的に小さくなって分離膜部の抵抗が上昇する詰まり方である。2つ目は、分離膜表面の付着物質の堆積層の一部が分離膜と固着して逆止弁のような役割をする詰まり方であり、ろ過工程時には分離膜部の抵抗となるが、逆圧洗浄工程時には抵抗とならない詰まり方(付着物が膜から完全に除去されずに残っている状態)である。
特許文献3に記載されている従来の分離膜モジュールの詰まり箇所特定方法を用いても基本的には詰まり箇所を特定することは可能である。しかし、給水工程、ろ過工程、逆圧洗浄工程もしくは排水工程の少なくとも3工程の運転データが必要であり、また、それぞれの工程の運転データを組み合わせた演算を行って初めて詰まり箇所が特定出来るというものであるため、演算工程が複雑であった。また、排水工程の後に給水工程を実施した場合、給水工程の開始直後は流量や圧力が不安定となりやすいため、安定したデータの取得のために長い時間を要したり、3工程が揃わない運転、例えば給水工程や排水工程を実施しない運転には適用できない場合もあった。一方、本発明の実施形態に係る差分演算方法によれば、単一工程の運転データで分離膜モジュールの詰まり箇所を特定することが可能である。さらにろ過工程及び逆洗工程の2工程のみの運転データしか用いないため簡潔であり、従来よりも迅速に精度高く分離膜モジュールの詰まり箇所を特定することが出来る。
図5(a)に示すように、差分演算方法1の第1抵抗R1は、全量ろ過の場合、分離膜モジュール1次側下部3a付近における詰まりの程度(抵抗の増大)を示す指標である。R1はろ過工程時の分離膜モジュールの1次側入口側と1次側出口側の圧力の差分(ΔP1)から求めることができ、分離膜モジュール1次側の流路抵抗(圧力損失)を示している。全量ろ過の場合、P3は静圧であるため、P3測定部に近い分離膜モジュール1次側上部3b(逆洗廃水排出部付近)では、被処理水の流れがほとんどないために圧力損失が発生しない。つまり、全量ろ過工程中に演算したR1が経時的に増大した場合は、被処理水の流れがあり、かつ濁質の蓄積が発生しやすい部分である分離膜モジュール1次側下部3a(被処理水供給部付近)の詰まりが増大したと見なすことが出来る。なお、被処理水の給水工程やクロスフローろ過のように逆洗排水弁4が開となっている状態でP1とP3を測定した場合、P1およびP3は動圧となり、この状態で演算するR1は分離膜モジュール1次側下部に加え、分離膜モジュール1次側上部で発生する流路抵抗を含んでいる。よって、クロスフローろ過の場合は、演算した第1抵抗R1から分離膜モジュール1次側上部で発生する流路抵抗分を差し引くことで分離膜モジュール1次側下部における詰まりの程度を定量化することが出来る。例えば、差分演算方法3で演算する第3抵抗R3を用いると、R1-R3の演算結果が分離膜モジュール1次側下部の詰まり指標となる。
また、図5(a)に示すように、差分演算方法2の第2抵抗R2は、全量ろ過の場合、第1の分離膜部の詰まり指標、つまり、分離膜モジュールのろ過工程時における分離膜部の詰まりの程度(抵抗の増大)を示す指標である。R2はろ過工程時の逆洗廃水排出部の圧力(P3)と処理水排出部の圧力(P2)との圧力差(ΔP2)から求めることができる。上記の通り、全量ろ過の場合、逆洗廃水排出部の圧力(P3)は静圧である。つまり、分離膜モジュール1次側で発生する流路抵抗を含んでいないため、R2は分離膜21で発生したろ過抵抗と見なすことが出来る。クロスフローろ過の場合、逆洗廃水排出部の圧力(P3)は動圧となり、分離膜モジュール1次側上部に詰まりがあった場合は、P3は圧力損失した値となっている。P3で測定される圧力は実際にろ過に使われている圧力よりも値が小さくなるため、クロスフローろ過時のR2は分離膜21のろ過抵抗を過小に見積もることになる。このことから、クロスフローろ過の場合は、演算したR2に、さらに分離膜モジュール1次側上部で発生する流路抵抗分を足す演算を行うことが必要である。例えば、差分演算方法3で演算する第3抵抗R3を用い、R2+R3の演算を行うことで第1の分離膜部の詰まり指標とすることが出来る。なお、一般にはP2-P1を運転差圧の指標として用いるが、この場合、分離膜の詰まりに加え、分離膜モジュール1次側下部の詰まりの影響が含まれている。
図5(b)に示すように、差分演算方法3の第3抵抗R3は、分離膜モジュール1次側上部3bにおける詰まりの程度(抵抗の増大)を示す指標である。逆圧洗浄工程における分離膜モジュールの1次側入口側として被処理水供給部の圧力(P1)を測定し、1次側出口側として逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定し、これらの圧力の差分(ΔP3)から求めることができる。なお、被処理水供給部の圧力(P1)は静圧で測定することが好ましい。分離膜モジュールに関わる弁のうち、逆洗排水弁4を開、その他の弁を閉として逆圧洗浄工程を行った場合、被処理水供給部の圧力(P1)を分離膜モジュールの1次側入り口側の圧力として、逆洗廃水排出部の圧力(P3)を分離膜モジュールの1次側出口側の圧力(静圧)として測定が可能となる。これにより、分離膜モジュール1次側下部の流路抵抗が発生しないことから、R3は分離膜モジュール1次側上部で発生した流路抵抗と見なすことが出来る。なお、例えば図1に示す装置で分離膜モジュールに関わる弁のうち、逆圧洗浄弁8、排水弁13を開、その他の弁を閉として被処理水供給部から逆圧洗浄廃水を排出する逆圧洗浄工程を行う形態の場合には、逆洗廃水排出部の圧力(P3)が静圧となる。この場合、被処理水供給部の圧力(P1)と逆洗廃水排出部の圧力(P3)の差分は分離膜モジュール1次側下部における詰まりの程度(抵抗の増大)を示す指標となり、上述した全量ろ過工程時のR1と同義である。
また、図5(b)に示すように、差分演算方法4の第4抵抗R4は、第2の分離膜部の詰まり指標、つまり、分離膜モジュールの逆圧洗浄工程時における分離膜部の詰まりの程度(抵抗の増大)を示す指標である。逆圧洗浄工程における分離膜モジュールの2次側入口側として処理水排出部の圧力(P2)を測定し、1次側入口側の圧力(静圧)として被処理水供給部の圧力(P1)を測定し、これらの差分(ΔP4)から求めることが出来る。分離膜モジュール1次側入り口の圧力測定部を静圧で測定するために、逆圧洗浄廃水は分離膜モジュールの逆洗廃水排出部から排出する形態である必要がある。なお、逆圧洗浄廃水を被処理水供給部から排出する形態の場合は、P3を分離膜モジュール1次側入口側の圧力として測定し、P3-P2を演算することで第2の分離膜部の詰まり指標とすることが出来る。
また特に限定するものではないが、分離膜モジュール1次側上部とは分離膜モジュールの長さ方向に対して被処理水供給側から70%以上の部分(上部のポッティング材近傍)を示し、分離膜モジュール1次側下部とは分離膜モジュールの長さ方向に対して被処理水供給側から30%以下(下部のポッティング材近傍)の部分をいう。分離膜として中空糸膜を使用する場合、被処理水供給側が重力の方向に関して下側になることが多いため、ここでは、このように表記する。
分離膜モジュールの詰まり箇所は、上記演算により得られた各指標の初期値からの変化量を変化量記録手段43-aに記録し、変化量比較手段44-aにより比較して特定する。
また、排水工程算出手段46に含まれる具体的方法としては、測定した分離膜モジュール内の1次側圧力から圧力変動速度(kPa/sec)または排水流量(L/min)を算出する。
排水工程時の1次側圧力(P1)は分離膜モジュール1次側の水頭を示しており、1次側圧力変動速度を演算することで分離膜モジュールの排水状態の変化を把握することが出来る。分離膜モジュールの排水状態が悪化すると1次側圧力変動速度または排水流量が低下し、逆圧洗浄工程や空洗工程で分離膜から剥離した濁質が十分に排出されず分離膜モジュール内への濁質の蓄積を進行させてしまう。分離膜モジュールの排水状態の悪化は、分離膜モジュール自体、特に分離膜モジュール1次側下部の詰まりによるものと、装置の吸気状態によるものに大別される。前者は分離膜モジュールの1次側の流路が物理的に閉塞することにより1次側圧力変動速度または排水流量が低下し、後者は装置構成上、もしくは複数系列の分離膜モジュールが運転されている場合に、他系列の運転状況によって逆洗排水弁4からの吸気が低下することにより、1次側圧力変動速度または排水流量が低下する。上記、分離膜モジュールの詰まり箇所の演算と組み合わせることで、排水状態の悪化の原因特定が出来る。
表1に本発明における分離膜モジュールの運転方法(詰まり特定方法と洗浄方法)の概略を示す。
Figure 0007052926000001
分離膜モジュール1次側下部の抵抗を示す第1抵抗R1の初期値からの変化量を、分離膜モジュールの分離膜の目詰まりによる抵抗(第2抵抗R2)の初期値からの変化量と、分離膜モジュール1次側上部抵抗(第3抵抗R3)の初期値からの変化量と比較する。そして、第1抵抗R1の初期値からの変化量が最も大きい場合、あるいは前記第1抵抗R1の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、詰まり箇所特定手段42により被処理水供給部及び/または分離膜モジュール1次側下部が詰まり部位であると判断する。そして、分離膜モジュールの1次側下部を他の箇所と比べて重点的に洗浄する。また、上記比較においては上記演算により得られた値の初期値からの変化量では無く、図4のように変化率を変化率記録手段43-bに記録し、それぞれの変化率を互いに変化率比較手段44-bを用いて行っても良い。
ここで、初期値とは、分離膜モジュールの製造時または造水システムの運転開始時、薬品洗浄後の運転開始時、前回の演算処理時などの第1抵抗R1~第4抵抗R4(圧力差や抵抗の値など)のことを言う。設定値とは、詰まりを判定するために予め定めた第1抵抗R1~第4抵抗R4やそれらを組み合わせて演算した値の変化量や変化率などのことを言う。なお、初期値や設定値の設定にあたっては、詰まり判定を行うために取得する圧力差データ(第1抵抗R1~第4抵抗R4)の取得条件や演算条件を考慮して設定する必要がある。例えば、初期値と詰まり判定対象の圧力差データの取得条件(流束や水温条件等)が同じであれば、そのまま圧力差データを第1抵抗R1~第4抵抗R4として初期値と比較して問題無いが、流束や水温が異なる場合はそれらを考慮して補正した圧力差データあるいは抵抗値を初期値として設定することが好ましい。
重点的な洗浄としては制御手段45により逆洗排水弁4、排水弁13を開とし、1次側における分離膜の周囲が気体となるまで水位を下げた後、排水弁13を閉、逆圧洗浄弁8、空気洗浄弁12を開とし、1次側の液面を上下させつつ空気洗浄を行う洗浄を実施する制御a、排水工程の工程時間を長くする制御b、排水工程時に分離膜モジュールの1次側をエアにより加圧し、排水する加圧排水または逆洗排水弁4を閉、逆圧洗浄弁8及び排水弁13を開として逆圧洗浄ポンプ7を稼働して排水する逆圧洗浄下部排水を行う制御cの少なくとも一つを実施する事が有効である。それぞれの制御は1回のみでも構わないし、複数回実施しても良い。制御aは気液界面における気泡の消失効果や気泡の破裂による液面の大きな揺れによる洗浄効果を付与でき、被処理水供給部及び/または分離膜モジュール下部を効率的に洗浄することが出来る。
同様に上記演算により得られた値の初期値からの変化量を変化量記録手段43-aに記録し、変化量比較手段44-aにより分離膜モジュールの分離膜の目詰まりによる抵抗(第2抵抗R2)の初期値からの変化量と、分離膜モジュール上部抵抗(第1抵抗R1)の初期値からの変化量と、分離膜モジュール上部抵抗(第3抵抗R3)の初期値からの変化量とを比較する。そして、第2抵抗R2の初期値からの変化量が最も大きい場合、あるいは当該変化量が設定値よりも大きい場合に、詰まり箇所特定手段42により分離膜が詰まり部位であると判断する。そして、分離膜モジュールの分離膜を他の箇所と比べて重点的に洗浄する。また、上記比較においては上記演算により得られた値の初期値からの変化量では無く、図4のように変化率を変化率記録手段43-bに記録し、それぞれの変化率を互いに変化率比較手段44-bを用いて行っても良い。
重点的な洗浄としては制御手段45により逆圧洗浄工程中に薬液供給ポンプ9を稼働し薬液を2次側から分離膜モジュール3に供給する薬液強化洗浄を実施する制御f、逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御g、逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御hの少なくとも一つを実施する事が有効である。より洗浄効果を高めるため、薬液と分離膜が接触する時間を設けても良い。接触時間は5分から3時間程度が好ましい。長すぎると造水システム30を止めている時間が長くなり、造水システム30の運転効率が落ちるためである。ここで、洗浄に用いる薬液としては、膜が劣化しない程度の濃度および接触時間を適宜設定した上で選択することが出来るが、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン等を少なくとも1つ以上含有した方が、有機物に対して洗浄効果が高くなるので好ましく、また、塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸等を1つ以上含有した方が、アルミニウム、鉄、マンガン等に対して洗浄効果が高くなるので好ましい。薬液濃度は5mg/Lから10000mg/Lであることが好ましい。5mg/Lより薄くなると洗浄効果が十分でなく、100000mg/Lより濃くなると薬液のコストが高くなり不経済となるからである。薬液は1種類とするよりも2種類以上を順番に使用することが好ましく、例えば、酸と次亜塩素酸ナトリウムを交互に使用するとより好ましい。本実施形態のように2次側より薬液を分離膜モジュール3に供給することが好ましいが、1次側より薬液を分離膜モジュール3に供給しても良い。薬液強化洗浄を行うことにより分離膜の詰まりを効率よく洗浄することが出来る。
同様に上記演算により得られた値の初期値からの変化量を変化量記録手段43-aに記録し、変化量比較手段44-aにより分離膜モジュール上部抵抗(第3抵抗R3)の初期値からの変化量と、分離膜モジュール下部抵抗(第1抵抗R1)の初期値からの変化量と、分離膜モジュールの分離膜の目詰まりによる抵抗(第2抵抗R2)の初期値からの変化量とを比較する。そして、第3抵抗R3の初期値からの変化量が最も大きい場合、あるいは当該変化量が設定値よりも大きい場合に、詰まり箇所特定手段42により逆洗廃水排出部及び/または分離膜モジュール上部が詰まり部位であると判断し、分離膜モジュールの1次側上部を他の箇所と比べて重点的に洗浄する。また、上記比較においては上記演算により得られた値の初期値からの変化量では無く、図4のように変化率を変化率記録手段43-bに記録し、それぞれの変化率を互いに変化率比較手段44-bを用いて行っても良い。
重点的な洗浄としては制御手段45により被処理水バイパス弁15、逆洗排水弁4、排水弁13を開とし、洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水を供給する制御d、排水弁13を開、逆洗排水弁4を開とし分離膜モジュールの1次側の水を排出し空の状態とした後に、逆圧洗浄弁8を開、排水弁13を開としたまま、逆圧洗浄ポンプ7を稼働し分離膜モジュールを洗浄する制御eの少なくとも一つを実施する事が有効である。制御dは本実施形態のように被処理水を供給することが好ましいが、処理水や工業用水、水道水、RO膜透過水を用いても良い。洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水供給する事で逆洗廃水排出部及び/または分離膜モジュール上部を効率的に洗浄することが出来る。
前記詰まり箇所特定手段42においては、分離膜部の詰まり方を判定するため、上記演算により得られた分離膜モジュールの分離膜部の目詰まりによる抵抗である前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4との差分をさらに演算し、差分(R2-R4)が設定値よりも大きい場合、分離膜部の1次側表面の目詰まりが発生(物理洗浄不足)していると判断し、分離膜モジュールの分離膜部の膜表面を重点的に洗浄する。あるいは、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4の比率を演算し、比率(R2/R4)が設定値よりも大きい場合、分離膜モジュールの分離膜部の膜表面を重点的に洗浄する。
重点的な洗浄としては制御手段45により逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御g、逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御h、給水工程時間、給水流量の少なくとも一つを変更する制御i、の少なくとも一つを実施する事が有効である。
また、排水工程算出手段46において、測定した分離膜モジュール内の1次側圧力から圧力変動速度(kPa/sec)または排水流量(L/min)を算出する。算出した圧力変動速度(kPa/sec)または排水流量(L/min)を排水工程算出記録手段47に記録し、少なくとも一方を用いて基準値と比較し、基準値よりも大きい場合は排水トラブルとして判定する。ここで基準値とは造水装置の稼働開始時、薬品洗浄後の運転開始時の1次側圧力変動速度または排水流量算出処理時の計算値もしくは前回計算値、設定値を示す。排水トラブルが判定され、かつ詰まり箇所特定手段42によって被処理水供給部及び/または分離膜モジュール1次側下部が詰まり部位であると判定される場合には分離膜モジュール詰まりによる排水トラブルと判定できる。排水トラブルが判定され、詰まり箇所特定手段42によって被処理水供給部及び/または分離膜モジュール1次側下部に詰まりが発生していないと判定された場合には、分離膜モジュール以外の場所に異常が発生している、つまり、排水工程時の装置の吸気状態悪化が発生していると判定出来る。
上記分離膜モジュールの運転方法における詰まり箇所特定および洗浄方法の判定の頻度は特に限定するものではないが、連続運転を行う造水システムの場合は、ろ過サイクル毎に行うと詰まりが発生した際に早期に検知できるので好ましい。なお、連続運転を行う造水システムが分離膜モジュールの詰まり箇所を特定するために必要な運転データを取得できない構成であった場合は、分離膜モジュールを数週間~数年に1回、別の分離膜モジュール点検用システムに付け替えることで詰まりの程度を判定することが出来る。つまり、本発明は自動化された造水システムへの適用だけでなく、手動で操作するようなオフラインの点検用システムに適用することも好ましい態様である。その場合、詰まり箇所を特定するために必要最小限の運転工程を実施すればよい。その後、詰まり箇所判定結果に応じた対策としての洗浄方法を自動運転を行う造水システムに反映させる。分離膜モジュールの詰まり箇所特定に必要な運転工程数が従来技術よりも少なく、運転データの演算も簡略化されていることから、現場オペレーターの作業時間やデータ演算時間の短縮が可能となる。
連続運転を行う造水システムにおいて、ろ過時間に対して通常短い時間で実施される洗浄工程(逆圧洗浄、空洗、排水、給水)のデータを解析し、分離膜モジュールの詰まり箇所特定を行うためには、データの収集(サンプリング、取得あるいは記録とも言う)周期を短い時間に設定する必要があるが、運転データの保存(記録)量が増大することでサーバー容量が圧迫されることから、データの記録周期を短く設定できない場合もある。そこで、ろ過工程と洗浄工程それぞれの運転データを区別して異なる記録周期に設定するための記録周期設定手段をさらに設けることも好ましい態様である。
記録周期設定手段の記録周期としては、ろ過工程であれば数十秒~数時間単位で任意に設定してよいが、サーバー容量の圧迫を防ぐため、1分以上となるよう設定するのが好ましい。ただし、洗浄工程においてはろ過工程と比べて洗浄時間自体が短く、ろ過工程と同じ記録周期ではデータを取得することができないため、数秒~数十秒単位に設定することが好ましく、分離膜モジュールの詰まり箇所特定のためのデータ解析には5秒以下に設定することがより好ましい。このように各工程の運転データ取得を必要最小限にすることでサーバー容量の増大を防ぐことができ、インターネットを経由して運転データを取得する形態の場合は、通信費も削減可能となる。
さらに、詰まり箇所特定のために用いる運転データは、ろ過工程であればろ過工程開始直後のデータを用いることが好ましく、例えばろ過工程開始後5分以内の運転データであることが好ましい。逆圧洗浄工程であれば、逆圧洗浄工程中に徐々に分離膜部の抵抗(R4)が低減するため、逆圧洗浄工程後半あるいは終了間際の運転データを用いることが好ましい。例えば逆圧洗浄工程の設定時間が30秒であれば、15秒経過以降のデータが好ましく、25秒経過以降のデータを用いることがより好ましい。
なお上記各記録手段は、掲記した名称のデータそのものを記録するものだけでなく、掲記した名称のデータを演算可能な他の情報を記録するものであってもよい。例えば、「変化率記録手段」は変化率そのものを記録するものだけでなく、時間的な測定間隔とその間の変化量を記録するものであっても、これらから変化率を演算することができるので、変化率記録手段とすることができる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、2020年7月31日出願の日本特許出願(特願2020-129968)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
1:被処理水供給ポンプ
2:被処理水供給弁
3:分離膜モジュール
3a:分離膜モジュール1次側下部
3b:分離膜モジュール1次側上部
4:逆洗排水弁
5:処理水排出弁
6:処理水貯留槽
7:逆圧洗浄ポンプ
8:逆圧洗浄弁
9:薬液供給ポンプ
10:薬液貯留槽
11:エアブロワー
12:空気洗浄弁
13:排水弁
14:1次側への処理水供給弁
15:被処理水バイパス弁
16:1次側の供給圧力センサ
17:1次側の出口圧力センサ(P3)
18:2次側圧力センサ(P2)
19:排水流量センサ
20:筒型ケース
21:分離膜(中空糸膜)
22:ポッティング材
23:キャップ
24:下部サイドノズル
25:上部サイドノズル(逆洗廃水排出部)
26:上部ノズル(処理水排出部)
27:下部ノズル(被処理水供給部)
28:貫通孔
30:造水システム
31:コンピュータ
32:詰まり箇所特定プログラム
40:運転データ記録手段
41:差分演算手段
42:詰まり箇所特定手段
43-a:変化量記録手段
43-b:変化率記録手段
44-a:変化量比較手段
44-b:変化率比較手段
45:制御手段
46:排水工程算出手段
47:排水工程算出記録手段

Claims (17)

  1. 分離膜モジュールによって被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおいて、
    分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する分離膜モジュールの運転方法であって、
    前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
    前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
    前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
    前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として、
    前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算し、
    演算で得られた第1抵抗R1~第3抵抗R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する分離膜モジュールの運転方法。
  2. 前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、請求項1に記載の分離膜モジュールの運転方法。
  3. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第1抵抗R1の初期値からの変化量が第2抵抗R2の初期値からの変化量および第3抵抗R3の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第1抵抗R1の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(A)~(c)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (A)前記分離膜モジュール内の1次側の液面を上下させつつ空気洗浄を行う制御
    (B)排水工程の工程時間を長くする制御
    (C)排水工程時に分離膜モジュールの1次側をエアにより加圧し、排水する加圧排水を行う制御
  4. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第1抵抗R1の初期値からの変化率が第2抵抗R2の初期値からの変化率および第3抵抗R3の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第1抵抗R1の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(A)~(c)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (A)前記分離膜モジュール内の1次側の液面を上下させつつ空気洗浄を行う制御
    (B)排水工程の工程時間を長くする制御
    (C)排水工程時に分離膜モジュールの1次側をエアにより加圧し、排水する加圧排水を行う制御
  5. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第2抵抗R2の初期値からの変化量が前記第1抵抗R1の初期値からの変化量および第3抵抗R3の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第2抵抗R2の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(F)~(H)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (F)分離膜モジュールに薬液を供給して分離膜モジュールの洗浄を実施する制御
    (G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
    (H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
  6. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第2抵抗R2の初期値からの変化率が前記第1抵抗R1の初期値からの変化率および第3抵抗R3の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第2抵抗R2の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(F)~(H)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (F)分離膜モジュールに薬液を供給して分離膜モジュールの洗浄を実施する制御
    (G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
    (H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
  7. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化量を比較し、前記第3抵抗R3の初期値からの変化量が前記第1抵抗R1の初期値からの変化量および第2抵抗R2の初期値からの変化量よりも大きい場合に、あるいは前記第3抵抗R3の初期値からの変化量が設定値よりも大きい場合に、以下の(D)~(E)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (D)前記分離膜モジュールの洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水を供給する制御
    (E)分離膜モジュールの1次側の水を排出し空の状態とした後に、逆圧洗浄する制御
  8. 前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3のそれぞれの各初期値からの変化率を比較し、前記第3抵抗R3の初期値からの変化率が前記第1抵抗R1の初期値からの変化率および第2抵抗R2の初期値からの変化率よりも大きい場合に、あるいは前記第3抵抗R3の初期値からの変化率が設定値よりも大きい場合に、以下の(D)~(E)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (D)前記分離膜モジュールの洗浄廃水を排出するノズルから逆方向に被処理水を供給する制御
    (E)分離膜モジュールの1次側の水を排出し空の状態とした後に、逆圧洗浄する制御
  9. 分離膜モジュールの1次側の下部から被処理水を系外へと排出する排水工程の分離膜モジュール内の1次側圧力変動速度または排水流量から選ばれる少なくとも一つを指標とし、前記第1抵抗R1、前記第2抵抗R2、前記第3抵抗R3と組み合わせて前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する、請求項3~8のいずれか1項に記載の分離膜モジュールの運転方法。
  10. 前記逆圧洗浄工程における前記P2と前記P1の圧力差(ΔP4)を第4抵抗R4としてさらに演算し、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4との差分(R2-R4)が設定値よりも大きい場合に、以下の(G)~(I)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
    (H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
    (I)給水工程時間、給水流量の少なくとも一つを変更する制御
  11. 前記逆圧洗浄工程における前記P2と前記P1の圧力差(ΔP4)を第4抵抗R4としてさらに演算し、前記第2抵抗R2と前記第4抵抗R4との比率(R2/R4)が設定値よりも大きい場合に、以下の(G)~(I)のうち少なくとも一つの制御を行う、請求項1または2に記載の分離膜モジュールの運転方法。
    (G)逆圧洗浄時間、空洗時間の少なくとも一つを変更する制御
    (H)逆圧洗浄工程時の逆圧洗浄流量、空洗工程時のエア量の少なくとも一つを変更する制御
    (I)給水工程時間、給水流量の少なくとも一つを変更する制御
  12. 前記ろ過工程時のろ過流束および前記逆圧洗浄工程時の逆洗流束が同じであることを特徴とする、請求項10または11に記載の分離膜モジュールの運転方法。
  13. 前記第2抵抗R2および第4抵抗R4が、前記圧力差、流束データ、水温データに基づいて演算された抵抗値であることを特徴とする、請求項10~12のいずれか1項に記載の分離膜モジュールの運転方法。
  14. 分離膜モジュールで被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおける分離膜モジュールの詰まり箇所を特定するため、コンピュータを、分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
    前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
    前記コンピュータを、前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
    前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として、
    前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算する差分演算手段と、
    前記差分演算手段で得られた値の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる、造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15. 前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、請求項14に記載の造水システムの管理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  16. 分離膜モジュールで被処理水をろ過し、処理水を得る造水システムにおける分離膜モジュールの詰まり箇所を特定するため、コンピュータを、分離膜モジュール下部の抵抗、分離膜部のろ過抵抗、分離膜モジュール上部の抵抗から分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる造水システムであって、
    前記分離膜モジュールは、分離膜が挿入された筒型ケースから構成され、1次側であるその下部に前記被処理水を供給する被処理水供給部が設けられ、2次側である上部に前記処理水を排出する処理水排出部が設けられ、1次側である筒型ケースの側面上部に分離膜の外側と連通する逆圧洗浄廃水を排出する逆洗廃水排出部が設けられ、
    前記造水システムは、前記被処理水供給部の圧力(P1)を測定する供給圧力センサと、前記処理水排出部の圧力(P2)を測定する2次側圧力センサと、前記逆洗廃水排出部の圧力(P3)を測定する1次側の出口圧力センサとを備え、
    前記コンピュータを、前記被処理水を分離膜モジュールの1次側から2次側へとろ過するろ過工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP1)を第1抵抗R1として、
    前記ろ過工程における前記P3と前記P2の圧力差(ΔP2)を第2抵抗R2として、
    前記分離膜モジュールの2次側から1次側へと圧送する逆圧洗浄工程における前記P1と前記P3の圧力差(ΔP3)を第3抵抗R3として演算する差分演算手段として機能させ、
    前記差分演算手段で得られた第1抵抗R1~第3抵抗R3の各初期値からの変化量または変化率により前記分離膜モジュールの詰まり箇所を特定する詰まり箇所特定手段として機能させる、造水システム。
  17. 前記ろ過工程における前記P3および前記逆圧洗浄工程における前記P1が静圧である、請求項16に記載の造水システム。
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