JP7321920B2 - 検査装置と検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパイラル膜モジュールの複数枚の平膜の膜状態を検査するための検査装置と検査方法に関する。

スパイラル膜モジュールは、集水管に接続された複数の平膜（封筒状膜）がケースハウジング内に収容されているものが一般的であるが、ケースハウジングの代わりに補強用繊維により補強された合成樹脂被膜を使用したものも知られている（特許文献１）。

スパイラル膜モジュールを継続使用する過程においては、平膜の局所的な劣化が生じてしまい、ろ過性能が安定しないことがある。
このような場合に平膜の劣化状況を評価する方法としては、スパイラル膜モジュールを解体して平膜を取り出した後、評価試験を実施する方法がある。
また、スパイラル膜モジュールを解体しない方法としては、集水管にチューブを通し、長さ方向に１０分割程度して、膜透過水を採水・分析する方法はあるが、この方法では採水のためにチューブ内を陰圧にして透過液を吸引するため、上下前後の透過液が混ざったものを採水してしまい、局所的な性能を評価するためには精度が低いものと考えられる。

特許第６０６２６７２号公報

本発明は、スパイラル膜モジュールの複数枚の平膜の膜状態を運転した状態で検査することができる検査装置と、それを使用する検査方法を提供することを課題とする。

本発明は、集水管に接続された複数枚の平膜がケースハウジング内に収容されているスパイラル膜モジュールにおける前記複数枚の平膜の膜状態を検査するための検査装置であって、
前記集水管が、幅方向の断面形状が円形のものであり、長さ方向に間隔をおいて複数の集水口を有し、かつ周方向に間隔をおいて複数の集水口を有しているものであり、
前記複数の平膜のそれぞれの開口部が、平膜ごとに異なる集水口に接続されているものであり、
前記検査装置が、本体部と、前記本体部の一面に形成された凹部内に収容された採水部を有しており、
前記本体部が、前記凹部が形成されている平面部と、残部の部分球体部を有しており、前記部分球体部が、前記集水管の内壁面に沿って長さ方向および周方向に摺動可能な形状のものであり、
前記採水部が、底面部と、前記底面部から垂設された側面部を有し、前記底面部と前記側面部で包囲され、かつ前記底面部と対向する部分が開口されている採水空間部を有し、前記側面部の開口部側の先端部が前記本体部の凹部から突き出されており、前記本体部の凹部内を摺動しながら上下動可能に取り付けられているものであり、
さらに前記本体部が、第１端部側が加圧空気源と接続され、反対側の第２端部側が、前記部分球体部を貫通して前記凹部の底面と前記採水部の底面との間の空間に位置している加圧チューブと接続され、
前記採水部が、第１端部側が吸引ポンプと接続され、反対側の第２端部側が凹部から突き出された側面部を貫通して前記採水空間部に位置している採水チューブと接続されている、検査装置と、それを使用した検査方法を提供する。

本発明の検査装置とそれを使用する検査方法によれば、スパイラル膜モジュールを解体することなく、平膜ごとに劣化状態などの膜状態を検査することができる。このため、膜の交換時期などの把握が容易になり、メンテナンス作業も容易になる。

スパイラル膜モジュールからハウジングを取り除いた状態のものであり、一部を切断して展開した状態を示す斜視図。 スパイラル膜モジュールにおける集水管と平膜の接続状態を説明するための図であり、集水管と平膜を除いたものは省略している。 本発明の検査装置とその使用方法（検査方法）を説明するための断面図。 （ａ）は本発明の検査装置の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）の縦方向断面図であり、本体部と採水部を組み合わせる前の状態を示している。 （ａ）～（ｄ）は、本発明の検査装置の使用手順（検査手順）を説明するための断面図。

＜検査装置＞
図面により検査装置の一実施形態を説明する。
図１は、スパイラル膜モジュールのケースハウジングを取り除いた状態のものであり、集水管１０と、集水管１０の周囲に取り付けられた複数枚の平膜（封筒状膜）２とスペーサ３の一部を切り取って展開させた状態が示されている。
平膜２は、封筒状膜であり、三辺が閉じられており、残りの一辺の全部または一部が開口されている。
スペーサ３は、平膜２の内部と隣接する平膜２の間に配置されている。

スパイラル膜モジュールの集水管１０は、幅方向の断面形状が円形のものであり、図１に示すように長さ方向に間隔をおいた一列の複数の集水口（図１は集水口１１ａ）を有し、かつ図２に示すように周方向に間隔をおいて複数の集水口１１ａ～１１ｄを有しているものである。
図１は、集水口１１ａが長さ方向に等間隔で一列に並んで形成されている状態が示されている。
図２に示すように集水口１１ａ～１１ｄは、周方向に等間隔をおいて形成されており、さらに１１ｂ～１１ｄも集水口１１ａと同様に長さ方向に等間隔で一列に並んで形成されている。
複数の平膜２は、図２に示すようにそれぞれの開口部が集水管１０の異なる集水口１１ａ～１１ｄに接続されている。

図３、図４に示す検査装置２０は、スパイラル膜モジュールにおける複数枚の平膜２ごとの膜状態を検査するための装置である。膜状態とは、継続使用により生じる平膜の部位ごとの劣化状態（損傷状態）を含むものである。
検査装置２０は、本体部３０と、本体部３０の平面部３１に形成された凹部３２内に収容された採水部４０を有している。
本体部３０と採水部４０は、本発明の好ましい一態様はフッ素樹脂または電解研磨ステンレスからなるものである。
フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥなどを挙げることができるが、本発明の好ましい一態様はＰＴＦＥである。

本体部３０は、凹部３２が形成されている平面部３１と、残部の部分球体部３５を有している。
部分球体部３５は、球体の一部が切断され、切断面が平面部３１になっている形状のものであり、断面形状が１／２～３／４円弧を有する形状になるものである。
部分球体部３５の表面は、幅方向の断面形状が円形である集水管１０の内壁面１０ａに沿って長さ方向および周方向に摺動可能な形状のものである。

平面部３１は、本発明の好ましい一態様は平面形状が正方形のものである。
平面部３１に形成されている凹部３２の内部形状は、周壁部３３と底面部３４を有している円柱形状のものである。
凹部３２は底面部３４が円錐形状になっているが、円錐状の底面部に代えて、平坦な底面部の中心部にさらに凹部が形成されているものでもよい。

採水部４０は、外部形状が本体部３０の凹部３２内に入れることができる寸法の円柱形状のものである。
採水部４０は、底面部４１と、底面部４１から垂設された側面部４２を有し、底面部４１と側面部４２で包囲され、かつ底面部４１と対向する部分が開口されている（開口部４３）採水空間部４４を有している。
採水部４０の開口部４３の環状端面４３ａはゴムで被覆されており、前記ゴムの本発明の好ましい一態様はフッ素ゴムである。
採水部４０の側面部４２の外表面には環状溝が形成されており、環状溝にはゴムからなるＯリング４５が嵌め込まれている。Ｏリング４５は、１または２以上を使用することができる。Ｏリング４５のゴムは、本発明の好ましい一態様はフッ素ゴムである。
フッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン系(FKM)、テトラフルオロエチレン-プロピレン系(FEPM)、テトラフルオロエチレン-パープルオロビニルエーテル系(FFKM)などを挙げることができるが、本発明の好ましい一態様はＦＫＭである。

検査装置２０の本体部３０と採水部４０は、本体部３０の凹部３２内に採水部４０が入り、採水部４０の側面部４２の開口部４３側の先端部が本体部３０の凹部３２の開口部から突き出された状態になるように組み合わされている。
さらに採水部４０は、本体部３０の凹部３２の内壁面と採水部４０のＯリング４５が当接された状態で、摺動しながら上下動可能に取り付けられている。
採水部４０は、本体部３０の凹部３２の底面部３４に採水部４０の底面部４１が当接されたとき、凹部３２の底面部３４が円錐形状になっているため、採水部４０の底面部４１の下に空間部３４ａが存在している。
平坦な底面部の中心にさらに凹部が形成されている形態では、採水部４０の底面部４１の下にある凹部が空間部３４ａになる。

本体部３０は、加圧チューブ３６を介して図示していない加圧空気源と接続されている。
加圧チューブ３６は、第１端部３６ａ側が図示していない加圧空気源と接続され、反対側の第２端部３６ｂ側が、部分球体部３５を貫通して凹部３２の底面３４と採水部４０の底面部４１との間の空間部３４ａに位置している。
採水部４０は、採水チューブ４６を介して図示していない吸引ポンプと接続されている。
採水チューブ４６は、第１端部４６ａ側が図示していない吸引ポンプと接続され、反対側の第２端部４６ｂ側が本体部の凹部３２から突き出された側面部４２を貫通して採水空間部４４に位置している。

＜検査方法＞
図３～図５により上記検査装置を使用する、前記スパイラル膜モジュールにおける複数枚の平膜の膜状態を検査する検査方法を説明する。
手順１では、スパイラル膜モジュールのケースハウジングの一端部に取り付けられているキャップを外した後、集水管１０の開口部から検査装置２０を入れる。
集水管１０は、いずれか一端側は閉塞され、他端側が開口されている形態のものが通常であるため、開口部側のキャップを外して検査装置２０を入れる。
なお、本発明の検査装置を適用するスパイラル膜モジュールは、水道水、地下水などの清浄な水をろ過対象とすることができる。

手順２では、検査装置２０を集水管１０内の長さ方向に移動させ、検査対象となる集水口（複数の１１ａ、複数の１１ｂ、複数の１１ｃ、複数の１１ｄのいずれか一つの集水口であり、図５（ａ）～（ｄ）では複数の集水口１１ａのうちの一つ）に到達させる。
その後、検査装置２０の採水部４０の開口部４３（採水空間部４４）が集水口１１ａの一つと対向するようにするため、長さ方向に移動させたり周方向に回転させたりして検査装置２０の位置を調節する（図５（ａ））。

手順３では、加圧チューブ３６を介して本体部３０の底面部３４と採水部４０の底面部４１の間の空間部３４ａに加圧空気を供給して、採水部４０の開口部４３の環状端面４３ａを集水管１０の内壁面１０ａに押しつけて集水口１１ａの一つを包囲する（図５（ｂ）、図３）。
図５（ｂ）に示すとおり、集水口１１ａは採水空間部４４に面しているため、一つの集水口１１ａから流入した透過液の全量は採水空間部４４に入る。
このとき、採水部４０の開口部４３の環状端面４３ａが集水管１０の内壁面１０ａに押しつけてられているため、一つの集水口１１ａを除いた他の集水口からの透過液が採水空間部４４に混入することが防止される。

手順４では、一つの集水口１１ａから採水空間部４４内に入った透過液を採水チューブ４６で採水する。なお、採水精度を高めるため、採水から一定時間の透過液は捨てることもできる。
採水チューブ４６で採水した透過液は、サンプル瓶に入れて分析サンプルとするか、または直接分析装置に送って分析することができる。

手順４で一つの集水口１１ａからの採水終了後、検査対象となる残りの全ての集水口に対して手順２～手順４を繰り返す。
例えば、図５（ｂ）の状態から加圧チューブ３６による加圧を停止して図５（ｃ）の状態にした後、図５（ｄ）に示すとおり、検査装置２０を長さ方向に移動させて、残りの集水口１１ａの採水を行う。
また、図５（ｃ）の状態で検査装置２０を周方向に９０度回転させて、一つの集水口１１ｂから採水し、順次、集水口１１ｃ、集水口１１ｄから採水することもできる。

採水した透過液は含有成分を分析することで、一枚の平膜２の膜状態や複数の平膜２ごとの膜状態を検査することができる。
例えば、一枚の平膜２に接続された複数の集水口１１ａ（または１１ｂ～１１ｄ）の内の一つのみの含有成分が大きく異なっている場合は、前記集水口１１ａに近い部分の膜が劣化していることが考えられる。
より具体的には、例えば平膜２の一部が損傷して小さな穴が開いているような場合には、ろ過されない原液が平膜２内部に入り、それが特定の集水口１１ａ（または１１ｂ～１１ｄ）から回収されてサンプリングされた結果、他の集水口１１ａ（または１１ｂ～１１ｄ）と比べて原液成分濃度が高くなるため、膜の劣化が確認できることになる。
同様に複数の平膜２の内、いずれか一枚の平膜２のみの含有成分濃度が異なっていれば、その平膜２に劣化があることが確認できることになる。
このように本発明の検査装置を使用して検査することで、スパイラル膜モジュールを解体することなく、容易に複数の平膜の膜状態を管理することができるようになる。

各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせなどは一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲で、適宜構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。本発明は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

実施例１
スパイラル膜モジュールを使用して水道水をろ過した後、検査装置を使用して膜状態を検査した。
使用したスパイラル膜モジュールは、次のとおりである。

（スパイラル膜モジュール）
集水管：内径27ｍｍ、長さ978ｍｍの変性ポリフェニレンオキサイド製(m-PPO)で、一端側が閉塞されているもの。集水口は、図１、図２に示すとおり、集水口１１ａ～１１ｄがそれぞれ１列に40個形成されているもの。
平膜：縦755ｍｍ、横978ｍｍの封筒状膜（有効膜面積13,311ｃｍ²），材質ポリアミド系樹脂製を４枚使用。
ケースハウジング：内径205ｍｍ、長さ1378ｍｍの筒状本体の両端がキャップで閉塞されている繊維強化プラスチック(FRP)製のもの。

水道水のろ過運転を0.6～0.8MPaの圧力、400Ｌ/h.の供給流量で、１ヶ月間実施した。

その後、検査装置による検査を実施した。検査は、ケースハウジングの一方のキャップ（集水管が開口されている側のキャップ）を外し、そこから検査装置を入れて実施した。
検査は、４０個の集水口１１ａに対して手順１～手順４を実施して透過液をサンプリングした後、順次、集水口１１ｂ、集水口１１ｃ、集水口１１ｄから透過液をサンプリングした。
それぞれのサンプリング透過液を分析したところ、いずれも含有成分はほぼ同じであり、膜の損傷などの劣化がないことが確認された。

本発明の検査装置は、スパイラル膜モジュールを解体することなく、スパイラル膜モジュールで使用している平膜の劣化状態などの膜状態を検査する方法として利用することができる。

１ スパイラル膜モジュール（ケースハウジングは省略）
２ 平膜
３ スペーサ
１０ 集水管
１１ａ～１１ｄ 集水口
２０ 検査装置
３０ 本体部
４０ 採水部
４４ 採水空間部

Claims (7)

1. 集水管の複数の集水口に接続された複数枚の平膜がケースハウジング内に収容されているスパイラル膜モジュールにおける前記複数枚の平膜の膜状態を検査するための検査装置であって、
   前記スパイラル膜モジュールが、
   前記集水管が、幅方向の断面形状が円形のものであり、長さ方向に間隔をおいて複数の集水口を有し、かつ周方向に間隔をおいて複数の集水口を有しており、
   前記複数の平膜のそれぞれの開口部が、平膜ごとに異なる集水口に接続されているものであり、
   前記検査装置が、
   本体部と、前記本体部の一面に形成された凹部内に収容された採水部を有しており、
   前記本体部が、前記凹部が形成されている平面部と、残部の部分球体部を有しており、前記部分球体部が、前記集水管の内壁面に沿って長さ方向および周方向に摺動可能な形状のものであり、
   前記採水部が、底面部と、前記底面部から垂設された側面部を有し、前記底面部と前記側面部で包囲され、かつ前記底面部と対向する部分が開口されている採水空間部を有し、前記本体部の凹部内を摺動しながら上下動可能に取り付けられ、前記側面部の開口部側の先端部が前記本体部の凹部から突き出されているものであり、
   さらに前記本体部が、第１端部側が加圧空気源と接続され、反対側の第２端部側が前記部分球体部を貫通して前記凹部の底面と前記採水部の底面との間の空間に位置している加圧チューブと接続され、
   前記採水部が、第１端部側が吸引ポンプと接続され、反対側の第２端部側が凹部から突き出された側面部を貫通して前記採水空間部に位置している採水チューブと接続されている、検査装置。
2. 前記本体部の前記平面部の平面形状が正方形で、前記凹部が円柱形状のもので、底面部が円錐形状を有しているものであり、
   前記採水部が、前記本体部の凹部内に入れることができる円柱形状のものであり、
   前記本体部の凹部底面部に前記採水部の底面部が当接されたとき、前記採水部の底面部の下に空間部が位置しており、
   前記加圧チューブの第２端部が前記空間部と接続されているものである、請求項１記載の検査装置。
3. 前記採水部の開口部の環状端面がフッ素ゴムで被覆されているものである、請求項１または２記載の検査装置。
4. 前記採水部の側面部の外表面に環状溝が形成され、前記環状溝にフッ素ゴムからなるＯリングが嵌め込まれており、
   前記Ｏリングと前記本体部の凹部の内壁面が当接されているものである、請求項１～３のいずれか１項記載の検査装置。
5. 前記本体部の部分球体部の断面形状が１／２～３／４円弧を有する形状である、請求項１～４のいずれか１項記載の検査装置。
6. 前記本体部と前記採水部が、フッ素樹脂または電解研磨ステンレスからなるものである、請求項１～５のいずれか１項記載の検査装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項記載の検査装置を使用する、前記スパイラル膜モジュールにおける複数枚の平膜の膜状態を検査する検査方法であって、
   ろ過運転中の前記スパイラル膜モジュールの集水管のいずれか一端部側から検査装置を入れる手順１、
   前記検査装置を集水管内の長さ方向に移動させ、検査対象となる集水口に到達した後、必要に応じて周方向に回転させることで、前記採水部の開口部を前記検査対象となる集水口に対向させる手順２、
   前記加圧チューブを介して前記本体部の底面部と前記採水部の底面部の間の空間に加圧空気を供給して、前記採水部の開口部の環状端面を前記集水管の内壁面に押しつけて前記集水口を包囲する手順３、
   前記集水口から前記採水空間部内に入った透過液を採水チューブで採水する手順４、
   一つの集水口からの採水終了後、検査対象となる全ての集水口に対して手順２～手順４を繰り返す、検査方法。