WO2014024618A1 - 液体濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置 - Google Patents

液体濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置 Download PDF

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liquid
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宗譜 上山
金澤　進一
龍資 中井
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住友電気工業株式会社
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    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Definitions

  • the present invention relates to a liquid filtration apparatus provided with a filter for filtering turbid matters and the like, and more particularly, to a liquid filtration apparatus for treating seawater for use on ships and a ballast water treatment apparatus using the same.
  • Patent Document 1 discloses a ballast water treatment apparatus by the present inventors.
  • the apparatus is arranged in a cylinder so as to surround the axis, is provided so as to be rotatable around the axis, and has a pleated shape bent in the radial direction of the cylinder, and is processed toward the outer peripheral surface of the filter.
  • This is a filtration device provided with a filtered water flow path leading out to the outside and a discharge flow path for discharging discharged water not filtered by the filter to the outside of the case.
  • the apparatus described in Patent Document 1 is configured to intermittently wash the filter surface with water to be treated while performing filtration with a rotary filter. As a result, continuous high-flow filtration can be performed without particularly performing reverse cleaning.
  • the place where such a device is installed in a ship is a limited space such as a ship bottom.
  • the present invention provides a liquid filtration device that has a high filtration treatment capacity and can detect a breakage of a filtration membrane with a simple structure so that it can be applied to a ballast water treatment device of a large capacity ship. Objective.
  • the present invention includes a filtration membrane unit, a cleaning unit that cleans a filtration surface of the filtration membrane unit from a side to which a liquid to be filtered is supplied, and a pressure detection unit that detects a differential pressure before and after filtration by the filtration membrane unit.
  • the filtration membrane unit is a liquid filtration device provided with double filtration membranes.
  • the filtration membrane located on the side of the doubly-configured filtration membrane to which the liquid to be filtered is supplied may be broken.
  • the other filtration membrane hereinafter also referred to as “inner filtration membrane” that is doubled.
  • the inner filtration membrane does not function for cleaning by the cleaning means and gradually becomes clogged. Therefore, the pressure of the liquid to be filtered gradually increases, and the abnormality can be detected by the pressure detection means.
  • the cleaning means is means for ejecting the liquid to be filtered toward the filtration surface. It is preferable that the cleaning by the cleaning means and the filtration by the filtration membrane unit are performed simultaneously in parallel, so that a long-time filtration process is possible, and a high filtration capacity is provided. .
  • the filtration membrane unit is a filtration membrane disposed on a cylindrical side surface, and is configured to be provided with double pleated filtration membranes having folds that repeat ridges and valleys in the radial direction of the cylindrical shape. With this configuration, the filtration area is increased, and it is possible to provide a high filtration capacity in a limited space.
  • an interval in the radial direction of the cylinder of the filtration membranes provided in double is not less than 1/2 times and less than 1 times the depth of the pleated valley. This is to avoid contact between the filtration membranes as much as possible and to ensure a large space efficiency.
  • the filtration membrane unit is configured to rotate about the cylindrical shaft, and the cleaning means includes a nozzle that ejects a liquid to be filtered toward the filtration surface of the filtration membrane unit. This is preferable in that it has a high filtration capacity in a limited space.
  • the invention described above includes a ballast water treatment device mounted on a ship using the above-described liquid filtration device as a seawater filtration device.
  • a liquid filtration device that can detect breakage of a filtration membrane or the like with a simple structure while having a high filtration treatment capacity so as to be applicable to a ballast water treatment device.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the AA cross-section of FIG. 2. It is a schematic diagram explaining the pleat structure of the cylindrical filter with which the liquid filtration apparatus of this invention is provided. It is a figure explaining the double filter space
  • FIG. 1 is a diagram for explaining basic elements and operations of the liquid filtration device 1 of the present invention.
  • the filtration membrane unit 10 is configured with the filtration membranes 11a and 11b and the support 12 supporting the membranes as basic elements, and is placed in the apparatus container 20 so as to separate the filtrate supply side and the filtrate discharge side. Yes.
  • the filtration membrane unit 10 includes double filtration membranes 11a and 11b.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining basic elements and operations of the liquid filtration device 1 of the present invention.
  • the filtration membrane unit 10 is configured with the filtration membranes 11a and 11b and the support 12 supporting the membranes as basic elements, and is placed in the apparatus container 20 so as to separate the filtrate supply side and the filtrate discharge side. Yes.
  • the filtration membrane unit 10
  • the cleaning means 3 a configuration is illustrated in which a nozzle that cleans the filtration surface with a jet is moved along the filtration surface by ejecting the liquid to be filtered toward the filtration surface.
  • the to-be-filtrated liquid supplied from the to-be-filtrated liquid supply side which is the right side of a figure is filtered by permeate
  • the filtered filtrate is discharged to the outside from the filtrate discharge side on the left side of the figure.
  • the present apparatus is provided with a pressure detection means 2 for detecting a differential pressure between the filtrate to be filtered and the filtrate before and after filtration by the filtration membrane unit 10.
  • the pressure detection means 2 includes a pressure sensor 2a that detects the pressure of the filtrate to be filtered on the filtrate supply side, a pressure sensor 2b that detects the pressure of the filtrate on the filtrate discharge side, and a differential pressure from these sensor outputs. It comprises a differential pressure detector 2c for detecting. Furthermore, it is preferable to provide a filtration membrane abnormality detection means 4 that detects the state of the filtration membrane according to the output of the differential pressure detection unit 2c.
  • the differential pressure detected by the differential pressure detection unit 2c generally shows a stable value.
  • an abnormality occurs in the apparatus.
  • the filtration membrane 11a is gradually clogged, and the pressure on the side of the liquid to be treated is increased, so that the differential pressure detected by the differential pressure detector 2c increases.
  • detection of such an increase in the differential pressure can be dealt with by checking the cleaning means and improving the capacity (for example, an increase in the water flow in FIG. 1).
  • the cleaning means 3 cleans only the filtration surface of the filtration membrane 11a and does not act on the filtration membrane 11b. Therefore, turbid components and the like gradually start to accumulate on the surface of the filtration membrane 11b and gradually clog. As a result, the pressure detected by the pressure sensor 2a increases, and the value of the differential pressure in the differential pressure detector 2c increases. An abnormality can be known from the increase in the differential pressure. In such an abnormality, the increase in the differential pressure is not recovered even if the cleaning effect is improved.
  • the filtration membrane abnormality detection means 4 is a detection device for determining that the filtration membrane unit is abnormal from the differential pressure information using a microcomputer or the like and notifying the outside by means such as an alarm.
  • the filtration membrane abnormality detection means 4 is input with information on the set pressure on the filtered liquid side being operated and the state of the cleaning means. It may be programmed to determine that the differential pressure abnormality is an abnormality of the filter membrane by taking an AND between the fact that the differential pressure is increasing and that there is no change in the set pressure or the cleaning means. As described above, even when an abnormality such that turbid components or the like permeate through the filtration membrane occurs, it is an advantage of the present invention that the abnormality can be found while the filtration proceeds normally.
  • the pressure sensor detects the differential pressure by providing the pressure sensor on the filtrate side and the filtrate side, but this configuration is not necessarily required.
  • the pressure sensor may be only on the filtrate side.
  • the pressure on the liquid to be filtered side may be handled as a differential pressure.
  • the number of pressure sensors is not limited to one, and a method such as taking an average of a plurality of pressure sensors can be employed. Further, it is possible to artificially determine an abnormality from the output value from the pressure sensor or the differential pressure output value from the differential pressure detector 2c without providing the filtration membrane abnormality detection means 4.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams illustrating a typical configuration example of a rotary filter filtering device as a filtering unit.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the rotary filter filtration device
  • FIG. 3 shows an AA transverse section in FIG.
  • the cylindrical filtration membrane unit 10 is disposed so as to surround an axis C serving as a rotation center, and is rotatably attached around a central pipe 43 (pipe does not rotate) disposed at the center.
  • the filtration membrane unit 10 includes a cylindrical filtration membrane on the cylindrical side surface with the upper lid member 21 and the bottom lid member 22 as main supports. As shown in FIG.
  • the filtration membrane has a double structure of a filtration membrane 11a located outside the cylinder and a filtration membrane 11b located inside the cylinder.
  • a pleated filter shown in a perspective view in FIG. 4 is preferably used.
  • the pleated filter is obtained by continuously folding a filtration membrane so as to repeat peaks and valleys in the radial direction of the cylinder, and a large filtration area can be obtained.
  • the upper and lower surfaces of the filter are watertightly closed by the upper lid member 21 and the bottom lid member 22.
  • the bottom lid member is rotatable with respect to the central pipe 43 by the watertight bearing 25.
  • the upper lid member is provided with a rotation shaft 24.
  • the rotating shaft 24 is connected to a motor 50, and the entire filtration membrane unit 10 is rotated by driving the motor 50.
  • a case 30 is provided so as to cover the entire filtration membrane unit 10.
  • the case 30 includes an outer cylinder portion 31, a lid portion 32, and a bottom portion 33, and a drain water flow path 46 is provided in the bottom portion 33.
  • a water channel 41 to be treated for introducing seawater as water to be treated into the case 30 and a water nozzle 42 to be treated for spraying the water to be treated in the direction of the filtration surface of the filtration membrane 11a are provided.
  • the to-be-treated water nozzle 42 extends from the to-be-treated water flow path 41 so that the nozzle opening is provided in the outer cylindrical portion 31 of the case 30.
  • the water to be treated ejected from the water nozzle for treatment 42 hits the outer peripheral surface of the filtration membrane 11a, and the effect of cleaning the filtration surface is obtained by the pressure.
  • the filtration membrane unit 10 is rotated by the motor 50, the cleaning part moves sequentially, and the entire filtration surface can be cleaned.
  • the number of rotations of the motor 50 may be constant, or may be arbitrarily determined manually.
  • the turbidity of filtered water, the pressure difference between the inside and outside of the filter, etc. can be detected and controlled according to the state of filtration. preferable.
  • the treated water that has not been filtered and the turbid components that have settled in the case are sequentially discharged from the drain water flow path 46 at the bottom of the case.
  • the characteristic of this device is that the turbid component and the remaining treated water are continuously discharged while being continuously discharged, and is characterized by 10 to 20 tons / hour required for ballast water, and further 100 tons / hour. It is effective to secure a processing amount exceeding.
  • the filtered water filtered by the filtration membrane unit 10 is guided to the filtered water flow path 45 through the filtered water opening 44 provided in the central pipe 43 and led out of the case.
  • a porous resin sheet is used as the base material of the filtration membrane.
  • a porous structure such as a stretched porous body, a phase-separated porous body, or a nonwoven fabric made of polyester, nylon, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), etc. is used. Is done.
  • a non-woven fabric made of polyester such as polyethylene terephthalate is particularly preferably used because a high flow rate treatment is performed.
  • the outer diameter of the pleated filter is 700 mm
  • the axial length is 320 mm
  • the height as an effective area is 280 mm
  • the pleat depth is 70 mm
  • the number of pleats is 420 folds. It is possible to change the area or use a plurality of filters in parallel.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the double filter interval in the structure of FIG.
  • the filtration membrane 11a and the filtration membrane 11b that are doubled are both pleated filters having the same shape.
  • the depth between the peaks and valleys of one pleat filter is L (mm), and the interval between the two pleat filters that are doubled is expressed as d (mm).
  • the double filtration membrane interval is arbitrary.
  • a cylindrical pleated filter is used as a filtration membrane, there are restrictions on the configuration.
  • the crest distance d which is the distance between the double filtration membranes, is 1 ⁇ 2 times or more and less than 1 time of the crevice depth L, that is, 0.5L ⁇ d ⁇ L.
  • the circle of the filtration membrane 11b inside the cylinder becomes small, and the area of the filtration surface cannot be secured sufficiently.
  • the outer filtration membrane 11a is torn, clogging is likely to occur, and the function as a backup is hardly exhibited. If it is less than 1/2 times, the plane spacing between the pleated filters becomes too close.
  • the filtration surface is fixed by the support, the surface is always deformed by rotation and a jet of washing water. When the distance between the filtration membranes is short, the deformation membrane is likely to come into contact with the deformation, and inconveniences such as breakage due to surface rubbing or the like are likely to occur.
  • FIG. 6 shows a block diagram of a system configuration example in which the liquid filtration device described above is used as a ballast water treatment device.
  • the system shown in FIG. 6 is mounted on a ship, and seawater is filtered and stored.
  • Many ballast water treatment apparatuses are composed of a filtration unit and a sterilization unit using means such as ultraviolet rays, and the present invention can be applied as a filtration unit.
  • Seawater is taken into the apparatus from the ocean outside the ship through the intake channel 47 by the action of the pump 110.
  • the liquid filtration device 100 is a liquid filtration device that performs filtration while rotating a cylindrical filter having a filtration surface disposed on a side surface of a cylinder as described above.
  • Seawater sent to the liquid filtration device 100 through the to-be-treated water channel 41 is divided into filtered water and discharged water.
  • the discharged water is returned to the ocean again through the discharged water channel 46, and the filtered water is sent to the filtered water channel 45.
  • the filtered water is then sterilized with microorganisms by the ultraviolet irradiation device 120 and stored in the ballast water tank 130 through the tank channel 48.
  • the means of the sterilization unit is exemplified by the ultraviolet irradiation device 120, but may be replaced with other known means such as using a medicine.
  • Ballast water treatment requires a large amount of seawater to be treated in as short a time as possible, so it is required to increase the size of the filter and continuously wash it. In addition, it is necessary to identify abnormal conditions and take appropriate measures. According to the device of the invention, it can be realized with a relatively simple structure.
  • the liquid filtration device of the present invention can be continuously operated with a stable high permeation flow rate by rotary cleaning. Therefore, it is suitable for pre-filtration treatment that removes foreign substances, dust, and microorganisms in water, especially when using brackish water and seawater such as seawater desalination and ballast water, or when treating sewage, domestic wastewater, industrial wastewater, etc., especially when the amount of treated water is large.
  • pre-filtration treatment that removes foreign substances, dust, and microorganisms in water, especially when using brackish water and seawater such as seawater desalination and ballast water, or when treating sewage, domestic wastewater, industrial wastewater, etc., especially when the amount of treated water is large.
  • brackish water and seawater such as seawater desalination and ballast water

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Abstract

　濾過膜ユニットと、該濾過膜ユニットの濾過面を被濾過液が供給される側から洗浄する洗浄手段と、濾過膜ユニットによる濾過前後の差圧を検出する圧力検出手段とを備え、濾過膜ユニットは濾過膜を二重に備えている液体濾過装置とした。また、当該液体濾過装置を海水の濾過装置として用い、船舶に搭載されるバラスト水処理装置とした。

Description

液体濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置
　この発明は、濁質分等を濾過するためのフィルターを備えた液体濾過装置に関し、特に船舶搭載用の海水を処理する液体濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置に関する。
近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は船舶が空荷の状態でも安全に航行するために船舶に積載される海水である。バラスト水を浄化処理して微生物を除去あるいは死滅、不活性化する方法が種々検討されている。特許文献１には、本願発明者らによるバラスト水処理装置が開示されている。当該装置は、軸線を囲むように円筒配置され、該軸線を中心に回転自在に設けられており、円筒半径方向に折り曲げられたプリーツ形状を有するフィルターと、該フィルターの外周面に向けて被処理水を流出する被処理水ノズルと、フィルターを囲むように設けられ被処理水ノズルのノズル口を内部に備えた外筒部を有するケースと、フィルターを透過した濾過水をフィルターの円筒内部からケースの外部へ導出する濾過水流路と、フィルターで濾過されなかった排出水をケースの外部へ排出する排出流路とを備えた濾過装置である。
特許第４８３５７８５号公報
　特許文献１に記載の装置は、回転フィルターにより濾過を行いながらフィルター表面を被処理水によって断続的に洗浄する構成としている。これにより、特に逆洗浄などを行わずに連続的な高流量の濾過処理が可能である。ここで、タンカーや荷物運搬船等のような数万トン、数１０万トンという大容量の積載船ではバラスト水の処理を港湾に停泊中の短時間で行う必要がある。よって、時間当たりのバラスト水の処理量は数１００トン、数千トンというレベルに達する。このため、このような処理装置は大型の設備となる。しかし船舶内でのこのような装置を設置する場所は船底等の限られた空間である。装置の小型化が望まれると共に、フィルターの交換や装置内部の清掃など、そのメンテナンスに必要な空間も限定されることが一般的である。このためメンテナンス作業を極力少なくすると共に、濾過膜の目詰まりなど異常が生じた場合には早期に検出して対策を取る必要がある。
　特許文献１の装置においては、特段の手段を設けない限りは、フィルターの洗浄効果が落ちて目詰まりを発生した場合に、十分な濾過水量が確保できず、限られた時間内での処理が困難となる。このような目詰まりはフィルター内外の圧力検出により検出が可能である。一方、万が一フィルターにピンホールや破れ等が生じた場合には、処理は進行するものの、濾過されなかった濁質分や生物が透過してしまうことになる。このような異常は、内外の圧力差が生じにくく、その検出が困難であった。そこで本発明では、大容量の積載船のバラスト水処理装置に適用できるように、高い濾過処理能力を備えつつ、簡易な構造で濾過膜の破れ等を検出可能な液体濾過装置を提供することを目的とする。
　本願発明者らは、鋭意検討の結果、フィルターの表面が常に洗浄されており、洗浄されている限りフィルターに目詰まりが生じない点、およびフィルターに目詰まりが生じると濾過前後での圧力差が大きくなる点に着目し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、濾過膜ユニットと、該濾過膜ユニットの濾過面を被濾過液が供給される側から洗浄する洗浄手段と、前記濾過膜ユニットによる濾過前後の差圧を検出する圧力検出手段とを備える液体濾過装置であって、前記濾過膜ユニットは、濾過膜を二重に備えている液体濾過装置である。
　このような構成であれば、後述のように二重に構成された濾過膜の被濾過液が供給される側に位置する濾過膜（以降「外側濾過膜」とも呼ぶ）に破れ等が生じても、二重に構成されたもう一方の濾過膜（以降「内側濾過膜」とも呼ぶ）にて濾過が可能である。さらに、内側濾過膜は洗浄手段による洗浄が機能せず、徐々に目詰まりする。よって、被濾過液の圧力が徐々に増加し、圧力検出手段によって異常検知が可能となる。
　洗浄手段は、前記濾過面に向けて被濾過液を噴出する手段である。前記洗浄手段による洗浄と、前記濾過膜ユニットによる濾過とが、同時並行に行われるように構成されていると、連続して長時間の濾過処理が可能となり、高い濾過処理能力を備える点で好ましい。
　濾過膜ユニットは、円筒形状側面に配置された濾過膜であって、該円筒形状の半径方向に山谷を繰り返す折り目を備えたプリーツ形状の濾過膜を二重に備える構成とする。この構成により濾過面積が大きくなり、限られたスペース内で高い濾過処理能力を備えることが可能となる。
　二重に備えられた前記濾過膜の円筒半径方向の間隔が、前記プリーツ形状の山谷間深さの１／２倍以上１倍未満であることが好ましい。濾過膜同士の接触を極力回避し、かつスペース効率を大きく確保するためである。
　前記濾過膜ユニットが、前記円筒形状の軸を中心に回転するように構成されており、前記洗浄手段は、前記濾過膜ユニットの濾過面に向けて被濾過液を噴出するノズルを備える。このことは限られたスペース内で高い濾過処理能力を備える点で好ましい。
　以上の構成により、圧力検出手段により検出された差圧の増加により、濾過膜の異常を検出する濾過膜異常検知手段を備える事が可能となる。
　さらに以上の発明は、上述の液体濾過装置を海水の濾過装置として用い、船舶に搭載されるバラスト水処理装置を含む。
　本発明によれば、バラスト水処理装置に適用できるように、高い濾過処理能力を備えつつ、簡易な構造で濾過膜の破れ等を検出可能な液体濾過装置を提供することができる。
本発明の液体濾過装置の基本要素と作用を説明する模式図である。 本発明の液体濾過装置の構成例を示す縦断面模式図である。 図２のＡ－Ａ横断面を示す横断面模式図である。 本発明の液体濾過装置に供される円筒状フィルターのプリーツ構造を説明する模式図である。 図４の構造における二重のフィルター間隔を説明する図である。 本発明のバラスト水処理装置の構成を説明するブロック図である。
１　液体濾過装置
２　圧力検出手段
２ａ，２ｂ　圧力センサ
２ｃ　差圧検出部
３　洗浄手段
４　濾過膜異常検知手段
１０　濾過膜ユニット
１１ａ，１１ｂ　濾過膜
１２　支持体
２０　装置容器
２１　上蓋部材
２２　底蓋部材
２４　回転軸
２５　軸受け
３０　ケース
３１　ケース外筒部
３２　ケース蓋部
３３　ケース底部
４１　被処理水流路
４２　被処理水ノズル
４３　中心配管
４４　濾過水開口
４５　濾過水流路
４６　排出水流路
４７　取水流路
４８　タンク流路
５０　モーター
１００　液体濾過装置
１１０　ポンプ
１２０　紫外線照射装置
１３０　バラスト水タンク
本発明にかかる液体濾過装置の構成を図面を参照して説明する。異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一または相応する要素を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１は、本発明の液体濾過装置１の基本要素と作用を説明するための図である。濾過膜ユニット１０は、濾過膜１１ａおよび１１ｂと、それを支える支持体１２を基本要素として構成されており、装置容器２０内において被濾過液供給側と濾過液排出側を隔てるように置かれている。このように濾過膜ユニット１０は、二重の濾過膜１１ａ，１１ｂを備えている。濾過膜ユニット１０の濾過膜のうち、濾過膜１１ａの被濾過液供給側に面した、直接被濾過液に接する面である濾過面を、被濾過液が供給される側から洗浄する洗浄手段３が設けられる。図１では洗浄手段３として、被濾過液を濾過面に向けて噴出することにより濾過面を噴流で洗浄するノズルが濾過面に沿って移動する構成を例示している。本図において図の右側である被濾過液供給側から供給された被濾過液は、圧力差により濾過膜ユニット１０を透過することで濾過される。濾過された濾過液は、図の左側である濾過液排出側から外部に排出される。ここで、本装置には濾過膜ユニット１０による濾過前後の被濾過液と濾過液の差圧を検出する圧力検出手段２が設けられる。圧力検出手段２は、被濾過液供給側の被濾過液の圧力を検出する圧力センサ２ａと、濾過液排出側の濾過液の圧力を検出する圧力センサ２ｂと、これらのセンサ出力から差圧を検出する差圧検出部２ｃとから構成される。さらに、差圧検出部２ｃの出力にしたがって、濾過膜の状態を検知する濾過膜異常検知手段４が設けられると良い。
　上記のように安定した濾過が継続される状態において、差圧検出部２ｃで検出される差圧は概ね安定した値を示す。以下に、装置内部に異常が生じた場合を説明する。異常の１つの態様として、濁質分が想定より多い等により洗浄効果が十分に得られない場合、あるいは洗浄手段３に何らかの異常が生じた場合を考える。この場合、濾過膜１１ａが次第に目詰まりを起こし、被処理液供給側の圧力が上昇することで、差圧検出部２ｃで検出される差圧が上昇する。通常は、このような差圧上昇の検知には、洗浄手段の確認や能力向上（例えば図１での水流の増加など）により対処が可能である。別な異常として、濾過膜１１ａに破れやピンホールなど、濾過されるべき濁質分等が透過してしまうような孔が生じる場合を想定する。通常の濾過膜が１枚の装置構成であれば、濾過膜の異常を見逃すおそれがある。つまり、濾過液中の濁質分等を別な手段により検出するなどしない限りは、装置運転上の異常は検出されず、濾過が安定して進行している状態となってしまう。ここで、図１のように二重に濾過膜が構成されていると、後段の濾過膜１１ｂがいわゆるバックアップとして機能する。濾過膜１１ａを透過した濁質分等を濾過膜１１ｂが捕捉することで、濾過液への濁質分等の混入が防止できる。
　このような異常状態を検出できるのが本発明の構成である。上記の濾過膜１１ａに孔が生じる異常において、洗浄手段３は濾過膜１１ａの濾過面のみを洗浄し、濾過膜１１ｂには作用しない。よって、濾過膜１１ｂの表面には次第に濁質分等が堆積し始め、徐々に目詰まりを起こす。これにともない、圧力センサ２ａで検出される圧力が大きくなり、差圧検出部２ｃにおける差圧の値が大きくなる。当該差圧の上昇から異常を知る事が出来る。かかる異常においては洗浄効果の向上を図っても差圧の上昇は回復されない。濾過膜異常検知手段４は、マイクロコンピュータ等により、差圧情報から濾過膜ユニットの異常であることを判断し、外部に警報等の手段により知らせるための検知装置である。濾過膜異常検知手段４には、図１のように差圧検出部２ｃからの差圧情報の他、運転されている被濾過液側の設定圧力や洗浄手段の状態に関する情報が入力され、例えば、差圧が増加していることと設定圧力や洗浄手段に変化が無いことのＡＮＤをとって、差圧異常が濾過膜の異常であると判断するようにプログラムされていると良い。このように、濾過膜を濁質分等が透過するような異常が生じた場合であっても、濾過を正常に進行しつつ、その異常を発見できるところが本発明の利点である。
　なお、以上の説明において、圧力センサは被濾過液側と濾過液側にそれぞれ設けることで差圧を検出しているが、必ずしもこの構成とする必要は無い。例えば、濾過液側は自由流出であって異常状態にかかわらずほぼ一定の圧力であることを前提にすれば、圧力センサは被濾過液側のみでも良い。この場合、被濾過液側の圧力を差圧として扱うことでも良い。さらに圧力センサは１つに限られるものではなく、複数の圧力センサによる平均を取るなどの方法も採用することが可能である。また、濾過膜異常検知手段４を設けず、圧力センサからの出力値や、差圧検出部２ｃからの差圧出力値から人為的に異常を判断することも可能である。
　次に、図２および図３により、本願発明をバラスト水処理装置として用いる場合の具体的な構成例を説明する。図２および図３は、濾過手段としての回転フィルター濾過装置の代表的な構成例を説明する模式図である。図２は、回転フィルター濾過装置の縦断面、図３は、図２におけるＡ－Ａ横断面を示す。円筒形状の濾過膜ユニット１０は回転中心となる軸線Ｃを囲むように配置されており、中心に配置された中心配管４３（配管は回転しない）の周囲を回転自在に取り付けられている。濾過膜ユニット１０は、上蓋部材２１と底蓋部材２２を主な支持体として円筒形状の濾過膜を円筒側面に備えている。図３に示されるように、濾過膜は円筒外側に位置する濾過膜１１ａと円筒内側に位置する濾過膜１１ｂの二重構造となっている。当該濾過膜の具体例として、図４に斜視図で示されるプリーツフィルターが好ましく用いられる。プリーツフィルターは濾過膜を円筒の半径方向に山谷を繰り返すように連続して折り目を付けたものであり、大きな濾過面積が得られる。フィルターの上下面が上蓋部材２１と底蓋部材２２によって水密に塞がれる。底蓋部材は水密な軸受け２５により、中心配管４３に対して回転自在となる。上蓋部材には回転軸２４が設けられる。回転軸２４はモーター５０に連結されており、モーター５０の駆動によって濾過膜ユニット１０全体が回転する。
　濾過膜ユニット１０全体を覆うようにケース３０が設けられる。ケース３０は外筒部３１、蓋部３２、底部３３で構成され、底部３３には排出水流路４６が設けられる。また、ケース３０内に被処理水としての海水を導入するため被処理水流路４１と、被処理水を洗浄水として濾過膜１１ａの濾過面方向に噴出するための被処理水ノズル４２が設けられる。被処理水ノズル４２は、そのノズル口をケース３０の外筒部３１内に備えるように被処理水流路４１から延設されている。
　本例の場合、被処理水ノズル４２から噴出した被処理水は濾過膜１１ａの外周面に当たり、その圧力によって濾過面の洗浄効果が得られる。濾過膜ユニット１０がモーター５０によって回転することで、洗浄部位が順次移動し、濾過面全体が洗浄され得る。モーター５０の回転数は一定でも良いし、人為的に任意に定めることも可能であるが、濾過水の濁度やフィルター内外の圧力差などを検出して濾過の状態に応じて制御することが好ましい。
　濾過されなかった被処理水および、ケース内に沈殿した濁質分は、ケース底部の排出水流路４６から順次排出される。このように濁質分や残った被処理水が連続的に常に排出されつつ濾過が進行される点がこの装置の特徴であり、バラスト水に求められる１０～２０ｔｏｎ／時間、さらには１００ｔｏｎ／時間を超える処理量を確保するために効果がある。濾過膜ユニット１０により濾過された濾過水は中心配管４３に設けられた濾過水開口４４を通して濾過水流路４５に導かれ、ケース外部に導出される。
　濾過膜の基材には多孔質樹脂シートが用いられる。材質として例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等からなる延伸多孔質体、相分離多孔体、不織布等の多孔質構造物が利用される。バラスト水処理では高流量処理を行うため、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルからなる不織布が特に好適に用いられる。また、寸法例として、プリーツフィルターの外径は７００ｍｍ、軸方向長さ３２０ｍｍ、有効面積としての高さ２８０ｍｍ、プリーツ深さ７０ｍｍ、プリーツ数４２０折、が挙げられ、必要な処理水量に応じて有効面積を変えたり、複数のフィルターを並列に用いたりすることなどが可能である。
　図５は、図４の構造における二重のフィルター間隔を説明する図である。二重に構成された濾過膜１１ａと濾過膜１１ｂはいずれも同じ形状のプリーツフィルターである。１枚のプリーツフィルターの山谷間深さをＬ（ｍｍ）とし、二重に構成される２枚のプリーツフィルターの山間隔をｄ（ｍｍ）と表す。本発明の効果において二重の濾過膜間隔は任意である。しかし、円筒形状のプリーツフィルターを濾過膜とした構成においては、構成上の制約が生じる。この場合、二重の濾過膜の間隔である山間隔ｄが山谷間深さＬの１／２倍以上１倍未満、すなわち、０．５Ｌ≦ｄ＜Ｌ、であることが好ましい。１倍を超えると、円筒内側の濾過膜１１ｂの円が小さくなり、濾過面の面積が十分に確保できない。外側濾過膜１１ａの破れ時等に目詰まりを発生し易くなり、バックアップとしての機能が発揮しにくい。１／２倍未満であると、プリーツフィルター同士の面間隔が近くなり過ぎる。濾過面は支持体によって固定されているものの、回転や洗浄水の噴流によって常に面が変形している。濾過膜の間隔が近いと、かかる変形によって濾過膜の接触が発生しやすくなり、面の擦れ等によって破れが生じやすくなるなどの不都合が生じやすい。
　以上に説明した液体濾過装置をバラスト水処理装置として用いるシステム構成例を図６にブロック図として示す。図６で示されるシステムを船舶に搭載し、海水を濾過貯留するものである。バラスト水の処理装置は濾過装置部と紫外線等の手段による殺菌部とから構成されるものが多く、本発明は濾過装置部として適用できる。海水は、ポンプ１１０の作用によって、船舶外部の海洋から取水流路４７を通じて装置に取り込まれる。液体濾過装置１００は、前述の通り円筒の側面に濾過面が配置された円筒状フィルターを回転させつつ濾過を行う液体濾過装置である。被処理水流路４１を通じて液体濾過装置１００に送られた海水は濾過水と排出水に分かれる。排出水は排出水流路４６を通じて再び海洋に戻され、濾過水は濾過水流路４５に送られる。濾過水は次に紫外線照射装置１２０により微生物等の殺菌が行われ、タンク流路４８を通じてバラスト水タンク１３０に貯留される。なお、殺菌部の手段は紫外線照射装置１２０を例示しているが薬剤を用いる等の公知の他の手段に置き換えても良い。バラスト水の処理は大量の海水を出来るだけ短時間で処理するという要求から、フィルターの大型化、連続的な洗浄などが求められ、また、異常状態の把握と適切な対処が求められるところ、本発明の装置によれば比較的簡便な構造により実現することが可能である。
　本発明の液体濾過装置は、回転洗浄による安定した高透過流量の連続運転が可能である。そのため、海水淡水化やバラスト水などの汽水・海水利用、あるいは下水、生活排水、工業排水など、特に処理水量の大きな水処理に際して、水中の異物やゴミ、微生物を除去処理する前濾過処理に好適に利用できる。また、高濁質の水処理や濃縮処理にも優れているため、食品分野などの有価物回収分野にも応用が可能である。

Claims (7)

  1. 濾過膜ユニットと、該濾過膜ユニットの濾過面を被濾過液が供給される側から洗浄する洗浄手段と、前記濾過膜ユニットによる濾過前後の差圧を検出する圧力検出手段とを備え、前記濾過膜ユニットは濾過膜を二重に備えている液体濾過装置。
  2. 　前記洗浄手段は、前記濾過面に向けて被濾過液を噴出する手段であり、前記洗浄手段による洗浄と、前記濾過膜ユニットによる濾過とが、同時並行に行われるように構成されている、請求項１に記載の液体濾過装置。
  3. 　前記濾過膜ユニットは、円筒形状側面に配置された濾過膜であって、該円筒形状の半径方向に山谷を繰り返す折り目を備えたプリーツ形状の濾過膜を二重に備える、請求項１または２に記載の液体濾過装置。
  4. 　二重に備えられた前記濾過膜の円筒半径方向の間隔が、前記プリーツ形状の山谷間深さの１／２倍以上１倍未満である、請求項３に記載の液体濾過装置。
  5. 　前記濾過膜ユニットが、前記円筒形状の軸を中心に回転するように構成されており、前記洗浄手段は、前記濾過膜ユニットの濾過面に向けて被濾過液を噴出する被処理水ノズルを備える、請求項３または４に記載の液体濾過装置。
  6. 　前記圧力検出手段により検出された差圧の増加により、前記濾過膜の異常を検出する濾過膜異常検知手段をさらに備えた、請求項１～５のいずれか１項に記載の液体濾過装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の液体濾過装置を海水の濾過装置として用い、船舶に搭載されるバラスト水処理装置。
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