WO2015083783A1 - 膜分離装置、循環水利用システム - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a membrane separation device that separates water to be treated into permeated water and concentrated water using a separation membrane.
- a reverse osmosis separation method using a reverse osmosis membrane a solution in which the concentration of the solute is reduced by permeating the reverse osmosis membrane at a pressure higher than the osmotic pressure of the solution.
- it is used for desalination of seawater, production of ultrapure water, and waste water treatment.
- these separation membranes are often used, for example, in the form of a spiral element.
- the spiral type separation membrane element described in Patent Document 1 forms a bag-like membrane by overlapping the separation membrane on both sides of a permeated water spacer and bonding three sides, and the permeated water of the bag-like membrane is permeated It is attached to a water collection pipe, and it winds around the water collection pipe and is comprised with a mesh-like to-be-processed water spacer.
- a treated water passage is formed by the treated water spacers disposed between the bag-like membranes to be wound.
- To-be-treated water flows from the one end side to the other end side of the element while flowing through the separation membrane and is discharged from the to-be-treated water flow path with the permeated water flowing into the water collection pipe through the permeate flow path. It is separated into concentrated water.
- the water to be treated is formed from one end side to the other side of the separation membrane element from the one end side of the water path to be treated. , And the concentrated water is discharged from the other end side of the treated water flow path.
- one end side (supply side of the treated water) of the separation membrane element is more separated than the other end side (discharge side of the concentrated water) of the separation membrane element. It has been revealed that the progressing rate of clogging is high, and the clogging of the separation membrane is biased at one end side and the other end side of the separation membrane element.
- the separation membrane element can not be used up to the end because the separation membrane element is to be replaced although it is not so deteriorated.
- At least one embodiment of the present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and the object of the present invention is to clog the separation membrane at one end side and the other end side of the separation membrane element It is an object of the present invention to provide a membrane separation apparatus capable of suppressing the occurrence of a deviation of the
- a membrane separation apparatus for separating raw water into permeate and concentrated water using a separation membrane, Pressure-resistant container, A separation membrane element filled in the pressure container, formed from a water collecting pipe, a separation membrane provided around the water collecting pipe, and one end side to the other end of the separation membrane element along the separation membrane A separation membrane element having a treated water flow path, the treated water supplied to the treated water flow path being permeated through the separation membrane and taken out as a permeate from the water collection pipe; A pressure pump for pressurizing the water to be treated and supplying the water to the water passage; A first flow passage capable of supplying the water to be treated pressurized by the pressure pump from the one end side of the separation membrane element to the water passage to be treated; A second flow passage capable of supplying the water to be treated pressurized by the pressure pump from the other end side of the separation membrane element to the water passage to be treated; Switching means capable of switching the supply destination of the water to be treated pressurized by the pressurizing pump
- the water collection pipe by supplying the operation target water from the other end side of the separation membrane element via the second flow path to the operation water mode; Control means which can be executed by controlling the switching by the switching means, and a second operation mode for extracting the permeated water from the Have.
- the flow of the treated water from one end side of the separation membrane element to the treated water flow path formed from one end side to the other end side of the separation membrane element The water to be treated is supplied to the passage, and the concentrated water is discharged from the water passage to be treated on the other end side of the separation membrane element. That is, when the water to be treated is separated into the permeate water and the concentrated water using the separation membrane, the direction in which the water to be treated flows through the water flow path is always one direction.
- the inventors of the present invention conducted intensive studies on this separation membrane element, and as a result, the progress rate of clogging of the separation membrane is one end side of the separation membrane element (supply side of treated water) is the other end side of the separation membrane element. It became clear that it was faster than (the drain side of concentrated water). Therefore, if the separation membrane element is replaced in accordance with the degree of clogging of the separation membrane on one end side (supply side of treated water) of the separation membrane element, the degree of clogging of the separation membrane on the other end side of the separation membrane element is The separation membrane element can not be used up because the separation membrane element will be replaced although it is not so deteriorated.
- the treated water in order to switch the direction in which the treated water flows in the treated water flow path, the treated water can be supplied from the one end side of the separation membrane element to the treated water flow path A first flow path, a second flow path capable of supplying treated water to the treated water flow path from the other end side of the separation membrane element, and a first flow path and a second flow path of the treatment water supply destination And switching means capable of switching to Then, the treatment water is supplied to the treatment water flow path from one end of the separation membrane element through the first flow path to the treatment water flow path, and pressurized in the first operation mode for extracting permeated water from the water collection pipe; Controls the switching by the switching means in the second operation mode in which the permeated water is taken out from the water collection pipe by supplying the to-be-treated water from the other end side of the separation membrane element to the to-be-treated water passage Control means that can be executed by Thereby, by switching the first operation mode and the second operation mode, it is possible to suppress
- the "separation membrane” here is used in the sense that it includes at least a reverse osmosis membrane (RO membrane), a microfiltration membrane (MF membrane), an ultrafiltration membrane (UF membrane), and a nanofiltration membrane (NF membrane) ing.
- RO membrane reverse osmosis membrane
- MF membrane microfiltration membrane
- UF membrane ultrafiltration membrane
- NF membrane nanofiltration membrane
- the control means is configured to switch between the first operation mode and the second operation mode at predetermined intervals.
- the first operation mode and the second operation mode are switched at predetermined intervals to simplify the process without using a detector that detects the degree of clogging of the separation membrane.
- switching between the first operation mode and the second operation mode every predetermined period refers to switching between the first operation mode and the second operation mode once or plural times. It is used in a sense that includes both.
- the control means when the control means switches the first operation mode and the second operation mode every month and switches the predetermined number of times (for example, 12 times), the control means controls the notification means to perform the separation membrane element You may be comprised so that the notification for replacing
- the control means executes the first operation mode until the degree of clogging in the separation membrane reaches a predetermined degree, and when the degree of clogging exceeds the predetermined degree, the second operation mode Configured to perform.
- the membrane separation device described in the above (3) since the first operation mode and the second operation mode are switched in consideration of the degree of clogging, one end side and the other end of the separation membrane element It is possible to further suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane on the side and to use up the separation membrane of the separation membrane element to the end.
- the control means is configured to determine the degree of clogging based on information on the flow rate of the permeated water extracted from the water collection pipe and information on a pressure difference before and after the separation membrane.
- the relationship between the flow rate of the permeated water extracted from the water collection tube and the pressure difference before and after the separation membrane changes. That is, the higher the degree of clogging (the progress of clogging), the pressure difference between before and after the separation membrane (the pressure of the water to be treated supplied to the separation membrane and the pressure of the permeated water that has permeated the separation membrane).
- the ratio of the flow rate of the permeated water extracted from the water collection pipe to the difference tends to be smaller.
- the degree of clogging of the separation membrane is determined based on the information on the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe and the information on the pressure difference before and after the separation membrane.
- the control means By configuring the control means to make the determination, the degree of clogging of the separation membrane can be determined accurately. As a result, it is possible to further suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane on one end side and the other end side of the separation membrane element, and to use up the separation membrane of the separation membrane element to the end.
- the third flow path between the pressurizing pump and the switching means further comprises a throttling means provided so as to adjust the flow area of the third flow path.
- the control means The adjustment of the flow passage area by the throttling means is controlled so that the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe becomes constant, When the pressure difference before and after the separation membrane reaches a predetermined pressure difference, it is determined that the degree of clogging has reached the predetermined degree.
- the third flow is provided by the throttling means provided in the third flow path of the pressurizing pump and the switching means so that the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe becomes constant.
- the flow passage area of the passage is adjusted.
- the flow rate of the permeated water taken out from the water collection tube is constant
- “constant” means that it is constant for a certain period, for example, a constant flow rate in summer And the constant flow rate in winter may be different.
- the “throttling means” here includes at least a valve and a vane.
- the membrane separation device in the membrane separation device according to (5), It further comprises a hydroelectric generator including a water wheel rotated by the concentrated water discharged from the treated water flow path,
- the throttling means is configured to adjust a flow passage area of the third flow passage using electric power obtained from the hydraulic power generation device.
- the pressure of the concentrated water discharged from the to-be-treated water flow passage is used to generate electric power by the hydroelectric generator, and the obtained electric power causes the flow of the third flow passage. Since the throttling means for adjusting the passage area can be operated, the clogging of the separation membrane is uneven at one end side and the other end side of the separation membrane element while suppressing the energy consumption in the whole membrane separation device. It is possible to suppress the occurrence.
- the flow passage area of the fourth flow passage is adjusted by means.
- the flow rate of the permeated water taken out from the water collection tube is constant
- “constant” means that it is constant for a certain period, for example, a constant flow rate in summer And the constant flow rate in winter may be different.
- the “throttling means” here includes at least a valve and a vane.
- the membrane separation device in the membrane separation device according to the above (7), It further comprises a hydroelectric generator including a water wheel rotated by the concentrated water discharged from the treated water flow path,
- the throttling means is configured to adjust the flow passage area of the fourth flow passage using electric power obtained from the hydraulic power generation device.
- the pressure of the concentrated water discharged from the to-be-treated water flow path is used to generate power by the hydroelectric power generation apparatus, and the obtained electric power causes the flow of the fourth flow path. Since the throttling means for adjusting the passage area can be operated, the clogging of the separation membrane is uneven at one end side and the other end side of the separation membrane element while suppressing the energy consumption in the whole membrane separation device. It is possible to suppress the occurrence.
- control means Controlling the number of rotations of the pressure pump such that the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe is constant; When the pressure difference before and after the separation membrane reaches a predetermined pressure difference, it is determined that the degree of clogging has reached the predetermined degree.
- the control means is configured to determine the degree of clogging of the separation membrane from the pressure difference before and after the separation membrane as described in (9) above.
- the degree of clogging of the separation membrane can be determined accurately.
- it is possible to further suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane on one end side and the other end side of the separation membrane element, and to use up the separation membrane of the separation membrane element to the end.
- the flow rate of the permeated water taken out from the water collection tube is constant
- “constant” means that it is constant for a certain period, for example, a constant flow rate in summer And the constant flow rate in winter may be different.
- control means is configured to determine that the degree of clogging has reached the predetermined degree when the power consumption of the pressure pump has reached a predetermined electric power.
- the control means to determine the degree of clogging of the separation membrane from the power consumption of the pressure pump, the degree of clogging of the separation membrane is accurately determined. be able to. As a result, it is possible to further suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane on one end side and the other end side of the separation membrane element, and to use up the separation membrane of the separation membrane element to the end.
- a circulating water utilization system according to some embodiments, Circulation channels where circulating water flows, The circulating water discharged from a water demand body comprising a plurality of small water demand bodies consisting of at least one of a residence, a tenant, and an office using the circulating water flowing through the circulation flow path is circulated A discharge flow path for discharging to the flow path, Purification means for purifying circulating water including the discharged water flowing through the circulation flow path; A supply flow path for supplying circulating water purified by the purification means to the water demander; Have The membrane separation apparatus according to any one of the above (1) to (10) constitutes at least a part of the purification means.
- the membrane separation device described in any one of the above (1) to (10) constitutes at least a part of the purification means, the separation membrane It is possible to suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane on one end side and the other end side of the element, and to use up the separation membrane of the separation membrane element to the end. Therefore, the life of the separation membrane element can be extended, and maintenance of the purification means for purifying the circulating water discharged from the water demander becomes easy.
- a membrane separation apparatus it is possible to suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane at one end side and the other end side of the separation membrane element, and to prolong the life of the separation membrane element A membrane separation apparatus can be provided.
- FIG. 2 is a schematic view of a membrane separation apparatus according to some embodiments. It is a partially cutaway perspective view of the separation membrane element which a membrane separation device concerning some embodiments has.
- FIG. 2 is a schematic view of a membrane separation apparatus according to some embodiments.
- FIG. 2 is a schematic view of a membrane separation apparatus according to some embodiments.
- FIG. 1 is an overall schematic view showing a circulating water utilization system according to at least one embodiment of the present invention.
- the circulating water utilization system 1 is a system constructed for a specific area separately from the public water supply network.
- the population size targeted by this system is approximately 5,000 to 20,000.
- the target area is, for example, an apartment which is an aggregation of residences, an office building which is an aggregation of offices, a commercial facility which is an aggregation of tenants, and a complex where these are mixed.
- the circulating water utilization system 1 includes a circulating flow passage 2, a water demander 3, a discharge flow passage 4, a supply flow passage 6, a purification device 8 including a membrane separation device 18, and drinking water generation means 12. , Potable water supply means 14, etc.
- the circulation flow path 2 is configured as a pipe network formed by piping a water pipe in a closed loop.
- the raw water of the circulating water flowing through the circulation flow path 2 is not limited to the tap water supplied from the public water supply, and may be well water, water taken from a river, water desalinated from seawater, rain water or the like. Moreover, when circulating water runs short, you may comprise so that these raw waters may be taken in into the circulation flow path 2 as replenishment water from the exterior. When these raw waters are taken into the circulation flow path 2 as makeup water, they may be taken into the treatment tank of the purifier 8 described later according to the water quality level.
- the water demander 3 is a main body that uses the circulating water flowing in the circulation channel 2 as domestic water.
- the water demander 3 is configured by collecting a plurality of small-lot water demanders consisting of at least one of a residence 3a, a tenant 3b, and an office 3c.
- the residence 3a refers to a single room or a detached house of an apartment where one household lives.
- the tenant 3b refers to a store that provides services to general customers in a section of a commercial facility.
- retail stores such as fashion shops, general stores, drug stores, liquor stores, etc.
- restaurant businesses such as restaurants, cafes, sushi shops, pubs, etc. are included.
- the office 3c is a part of an office building or the like where a worker working there performs clerical work for a certain purpose.
- a use of the domestic use water in the residence 3a for example, a shower, bath, washing, washing of dishes, hand washing, face washing, toilet, and the like can be mentioned.
- Examples of uses of domestic water in the tenant 3b include cleaning and toilets.
- the amount of water demand varies greatly depending on the type of industry, for example, restaurants consume much more domestic water than retail businesses.
- the use of domestic water in the office 3c is mainly the toilet.
- drinking water is supplied to the water consumer 3 separately from the circulating water mentioned above.
- This potable water is produced by further purifying tap water delivered from a public water supply network, and has the same quality as commercially available mineral water.
- Such a mechanism can eliminate the anxiety of people who feel resistance to drinking circulating water and expect that it will be a sales point when promoting the circulating water utilization system 1 It is.
- the tap water is conducted from the public water supply network to the drinking water producing means 12 through the tap water conduit 16.
- the potable water generating means 12 purifies the introduced tap water to generate potable water for the water consumer 3.
- the potable water generated by the potable water generating means 12 is supplied by the potable water supplying means 14 to each of the retail water consumers.
- the potable water supply means 14 includes a potable water water pipe 14a, a storage tank 14b, a potable water pipe 14c, and the like.
- the potable water generated by the potable water generating means 12 is supplied to the storage tank 14b via the potable water pipe 14a, and is temporarily stored in the storage tank 14b.
- the drinking water currently stored by the storage tank 14b is supplied to each of the small water demand object which consists of the residence 3a mentioned above, the tenant 3b, and the office 3c via the drinking water piping 14c.
- the raw water of the drinking water in the circulating water utilization system 1 is not limited to a tap water,
- the water etc. which carried out well water, the water taken in from the river, and seawater which desalinated seawater etc. may be sufficient.
- the discharge flow path 4 is a flow path for discharging the discharge water discharged from the water demander 3 to the circulation flow path 2.
- the discharge water drained from the discharge flow path 4 includes, in addition to the circulating water used by the water demander 3 as household water, potable water and other water originating from outside the system.
- the supply flow path 6 is a flow path for supplying circulating water purified by the purification device 8 described later to the water demander 3 as domestic water.
- the discharge flow path 4 and the supply flow path 6 are both constituted by a conduit.
- the circulating flow path 2 is not connected to a public sewer network. As described later, excess sludge such as sludge cake generated in the process of purification of the discharged water is carried out of the system, but the other discharged water is recycled 100%. That is, the present circulating water utilization system 1 is a complete circulation type circulating water utilization system in which water supply and water treatment are cyclically performed in the system, and sewage is not discharged outside the system.
- equipment such as a pump or a valve so that the discharged water is drained to the circulation flow path 2 or that the circulating water is supplied to the water demander 3. May be properly installed in addition to the above according to the terrain conditions and the like.
- the purification means 8 is a means for purifying circulating water including the discharged water flowing through the circulation flow path 2 and has a membrane separation device 18.
- the structural example of the membrane separation apparatus 18 which comprises at least one part of the purification
- FIG. 2 is a schematic view of the membrane separation device 18 according to some embodiments
- FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the separation membrane element 20 included in the membrane separation device 18 according to some embodiments. is there.
- the membrane separation apparatus 18 shown in FIG. 2 includes the separation membrane module 24, the pressure pump 26, the first flow path 27, the second flow path 28, the third flow path 29, the fourth flow path 30, the fifth flow path 31,
- the switching means 32 including the valve 70 and the valve 72, the valve 74, the valve 76, the control means 100 and the like are provided.
- the separation membrane module 24 has a pressure resistant vessel 36 and a separation membrane element 20 filled in the pressure resistant vessel 36.
- the separation membrane element 20 is a so-called spiral separation membrane element as shown in FIGS. 2 and 3 and is separated along the water collection pipe 38, the separation membrane 40 provided around the water collection pipe 38, and the separation membrane 40.
- the to-be-processed water flow path 41 formed from the axial direction one end side 20a of the membrane element 20 to the other end side 20b is provided, and the to-be-processed water supplied to the to-be-processed water flow path 41 permeates the separation membrane 40 It is configured to be taken out of the water collection pipe 38 as permeate water.
- the separation membrane element 20 is an envelope-like membrane (bag-like membrane) by overlapping the separation membrane 40 on both sides of a mesh-like permeated water spacer 42 formed of a synthetic resin and bonding three sides. Forming an opening 44 of the envelope-like membrane 44 in the water collecting pipe 38 and spirally winding it around the outer peripheral surface of the water collecting pipe 38 together with a mesh-like treated water spacer 46 formed of a synthetic resin.
- a permeated water flow path 50 is formed inside the envelope-like membrane 44 by the permeated water spacer 42.
- the water collection pipe 38 is provided with a plurality of through holes 52 for guiding the permeated water that has permeated the separation membrane 40 into the water collection pipe.
- the permeated water spacer 42 and the treated water spacer 46 shown in FIG. 3 are not shown in FIG. 2 in order to make the flow path of the separation membrane element 20 easy to understand.
- the pressure pump 26 is provided to pressurize the water to be treated and supply it to the water passage 41, and is configured to operate at the rated output.
- the first flow path 27 is configured to be able to supply the water to be treated pressurized by the pressure pump 26 from the one end 20 a of the separation membrane element 20 to the water to be treated flow path 41.
- the second flow path 28 is configured to be able to supply the water to be treated pressurized by the pressure pump 26 from the other end 20 b of the separation membrane element 20 to the water to be treated flow path 41.
- the switching unit 32 is configured to be able to switch the supply destination of the water to be treated pressurized by the pressurizing pump 26 to the first flow passage 27 and the second flow passage 28, and in the configuration illustrated in FIG. This switching is performed by the valve 70 and the valve 72.
- the configuration of the switching means 32 is not limited to the configuration shown in FIG. 2 and, for example, the destination of the water to be treated pressurized by the pressure pump 26 may be a first channel 27 and a second channel 28 by a three-way valve. It may be configured to be switchable to
- the membrane separation apparatus 18 illustrated in FIG. 2 includes a valve 74 provided in the fourth flow passage 30 and a valve 76 provided in the fifth flow passage 31.
- the control means 100 can be implemented by controlling the switching by the switching means 32 between the first operation mode and the second operation mode as a mode for separating the water to be treated into the permeated water and the concentrated water by the separation membrane 40 Is configured.
- first operation mode water to be treated pressurized by the pressure pump 26 is supplied from the one end 20 a of the separation membrane element 20 to the water to be treated flow passage 41 via the first flow passage 27.
- the operation mode is a mode in which the permeated water is taken out, and is executed by the first operation mode execution unit 100a of the control means 100.
- the treated water pressurized by the pressurizing pump 26 is supplied from the other end 20 b of the separation membrane element 20 to the treated water flow path 41 via the second flow path 30.
- the operation mode is a mode in which the permeated water is taken out from 38, and is executed by the second operation mode execution unit 100b of the control means 100.
- the control means 100 is configured to open the valve 70 and the valve 74 and close the valve 72 and the valve 76 in the first operation mode.
- water to be treated flows into the pressure pump 26 along the arrow 110.
- the water to be treated is pressurized by the pressurizing pump 26 and then flows along the arrow 111 along the first flow path 27 and flows from the one end side opening 58 of the pressure container 36 into the first liquid chamber 60 in the pressure container.
- the to-be-treated water flowing from the first liquid chamber 60 into the to-be-treated water flow path 41 flows in the to-be-treated water flow path 41 from the one end 20a of the separation membrane element 20 to the other end 20b.
- the permeated water flows from the through hole 52 into the water collecting pipe 38 through the permeated water flow path 50, flows to the other end 20b of the separation membrane element 20, and is taken out from the water collecting pipe 38 in the direction of arrow 112.
- the concentrated water discharged from the to-be-treated water flow path 41 to the second liquid chamber 64 at the other end 20 b of the separation membrane element 20 is directed from the other end side opening 62 of the pressure container 36 to the second flow path 28 in the direction of arrow 113.
- the fluid is discharged and passes through the second flow passage 28, flows in the direction of the arrow 114 in the fourth flow passage 30, and is returned to the upstream side of the pressure pump 26.
- the concentrated water returned to the upstream side of the pressure pump 26 through the fourth flow path 30 joins the water to be treated of the arrow 110 and is pressurized again by the pressure pump 26.
- the concentrated water may be discharged from the membrane separation device 18 without being returned to the upstream side of the pressure pump 26.
- the control means 100 is configured to close the valve 70 and the valve 74 that constitute the switching means 32 and open the valve 72 and the valve 76 in the second operation mode.
- the water to be treated flows into the pressure pump 26 along the arrow 110.
- the water to be treated is pressurized by the pressure pump 26, then flows along the second flow path 28 along the arrows 115 and 116, and flows into the second liquid chamber 64 from the other end side opening 62 of the pressure container 36.
- the to-be-treated water flowing from the second liquid chamber 64 into the to-be-treated water flow path 41 flows in the to-be-treated water flow path 41 from the other end 20b of the separation membrane element 20 to the one end 20a. It is separated into permeate and concentrate.
- the permeated water flows from the through hole 52 into the water collecting pipe 38 through the permeated water flow path 50, flows to the other end 20b of the separation membrane element 20, and is taken out from the water collecting pipe 38 in the direction of arrow 112.
- Concentrated water discharged from the to-be-treated water flow path 41 to the first liquid chamber 60 at the one end 20 a of the separation membrane element 20 flows from the one end side opening 65 of the pressure container 36 to the fifth flow path 31 in the direction of arrow 117 It is returned to the upstream side of the pressure pump 26.
- the concentrated water returned to the upstream side of the pressure pump 26 through the fifth flow path 31 joins the water to be treated of the arrow 110 and is pressurized again by the pressure pump 26.
- the concentrated water may be discharged from the membrane separation device 18 without being returned to the upstream side of the pressure pump 26.
- the control means 100 By switching between the first operation mode and the second operation mode described above by the control means 100, it is possible to suppress the occurrence of deviation in clogging of the separation membrane 40 between the one end 20a and the other end 20b of the separation membrane element 20 , And the separation membrane 40 of the separation membrane element 20 can be used up to the end. Therefore, the membrane separation device 18 capable of prolonging the life of the separation membrane element 20 can be provided. Thereby, maintenance of the purification means 8 which purifies circulating water discharged
- the control means 100 shown in FIG. 2 is configured to control the degree of clogging in the separation membrane 40 until the degree of clogging reaches a predetermined degree.
- the first operation mode is executed, and the second operation mode is executed when the degree of clogging exceeds a predetermined degree.
- the determination unit 100c of the control unit 100 may determine the degree of clogging based on the information on the flow rate of the permeated water extracted from the water collection pipe 38 and the information on the pressure difference before and after the separation membrane 40. desirable.
- the relationship between the flow rate of the permeated water taken out from the water collection tube 38 and the pressure difference before and after the separation membrane 40 changes. That is, as the degree of clogging increases (the clogging progresses), the pressure difference before and after the separation membrane 40 (the pressure of the water to be treated supplied to the separation membrane 40 and the permeated water that has permeated the separation membrane 40 The ratio of the flow rate of the permeated water extracted from the water collection pipe 38 to the difference between the pressure and the pressure) tends to be small.
- control means 100 is configured to determine the degree of clogging of the separation membrane 40 based on the information on the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 and the information on the pressure difference before and after the separation membrane 40.
- the degree of clogging of the separation membrane 40 can be determined accurately.
- the membrane separation apparatus 18 shown in FIG. 2 further includes a flow rate measuring means 66 for measuring the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe 38, and a pressure measuring means 68 for measuring the pressure of the first flow passage. ing.
- the control means 100 controls the adjustment of the flow passage area of the fourth flow passage 30 by the valve 74 as the throttling means so that the flow rate of the permeated water measured by the flow rate measuring means 66 becomes constant in the first operation mode. Do. When the pressure difference before and after the separation membrane 40 reaches a predetermined pressure difference, it is determined that the degree of clogging has reached a predetermined degree.
- the pressure of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 is maintained at a substantially constant pressure such as the atmospheric pressure, and the pressure of the first flow path 27 is measured by the pressure measuring means 68.
- the pressure difference before and after the separation membrane 40 can be calculated.
- the method of determining the pressure difference before and after the separation membrane 40 is not limited thereto, and the pressure measurement means 68 is provided not in the first flow path 27 but in the fourth flow path 30. The difference with the pressure of the permeated water taken out from the above may be determined as the pressure difference across the separation membrane 40.
- the pressure of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 is maintained at a constant pressure such as the atmospheric pressure as described above, it is not necessary to measure the pressure of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 When the pressure of the permeated water taken out from the water pipe 38 is not constant, even if the pressure of the permeated water and the pressure of the fourth flow passage 30 are measured, the difference between them is also determined as the pressure difference before and after the separation membrane 40. Good.
- the membrane separation apparatus 18 shown in FIG. 2 includes hydroelectric power generation devices 90 and 92 including a water wheel rotated by concentrated water discharged from the treated water flow path 41, and the hydroelectric power generation device 90 is provided in the fourth flow path 30.
- the hydroelectric generator 92 is provided in the fifth flow path.
- the valve 74 is configured to adjust the flow passage area of the fourth flow path using the power obtained from the hydroelectric power generation devices 90 and 92, and the valve 76 uses the power obtained from the hydroelectric power generation devices 90 and 92. To adjust the flow passage area of the fifth flow passage. Thereby, the energy consumption in the whole membrane separation apparatus 18 can be suppressed.
- the flow area of the fourth flow passage 30 is set by the valve 74 as the throttling means as a configuration for making the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 constant.
- the configuration for making the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 constant is not limited to this, and for example, the configurations shown in FIG. 4 and FIG. 5 can be adopted.
- the basic configuration of the membrane separation apparatus 18 shown in FIGS. 4 and 5 is the same as that of FIG. 2, so the description of the common configuration will be omitted, and in the following, differences from FIG. 2 will be mainly described.
- the membrane separation apparatus 18 shown in FIG. 4 has a valve 78 as a throttling means capable of adjusting the flow passage area of the third flow passage 29 in the third flow passage 29, and the control means 100 is a flow rate measuring means
- the adjustment of the flow passage area of the third flow passage 29 by the valve 78 is controlled so that the flow rate of the permeated water measured by 66 becomes constant.
- the degree of clogging of the separation membrane 40 in this case can be determined by the same method as the above-described determination by the control means 100.
- the membrane separation apparatus 18 shown in FIG. 4 includes hydroelectric generators 90 and 92 including a water wheel rotated by the concentrated water discharged from the treated water flow path 41, and the valve 78 is obtained from the hydroelectric generators 90 and 92. It is configured to adjust the flow passage area of the third flow passage using the electric power that is generated. Thereby, the energy consumption in the whole membrane separation apparatus 18 can be suppressed.
- the membrane separation device 18 according to some embodiments moves the concentrated water discharged from the treated water flow path 41 to the outside of the membrane separation device 18 without returning it to the upstream side of the pressure pump 26. It may be configured to discharge.
- the control means 100 is configured to control the number of rotations of the pressure pump 26 by the inverter 80 so that the flow rate of the permeated water taken out from the water collection pipe 38 becomes constant. .
- the degree of clogging of the separation membrane 40 in this case can be determined by the same method as the above-described determination by the control means 100, but can also be determined without providing the pressure measuring means 68 in FIG. is there.
- the control means 100 shown in FIG. 5 measures the power consumption of the pressurizing pump 26 via the inverter 80, and when the measured power consumption reaches a predetermined power, the degree of clogging of the separation membrane 40 is a predetermined degree. It is determined that the first operation mode is switched to the second operation mode.
- the rotational speed of the pressurizing pump 26 increases as the degree of clogging progresses. If the power consumption of the pressure pump 26 is used as an index indicating the degree of clogging of the separation membrane 40, the degree of clogging of the separation membrane 40 is determined with a simple configuration, and one end 20a of the separation membrane element 20 and the other end The occurrence of a bias in clogging of the separation membrane 40 can be suppressed by 20b.
- control means 100 does not perform control to make the flow rate of permeate water constant in the membrane separation device 18 shown in FIG. 2, FIG. 4 and FIG.
- the degree of clogging of the separation membrane 40 may be determined based only on the flow rate of the permeated water. In this case, when the pressure pump 26 is operated at the rated output, the flow rate of the permeated water measured by the flow rate measuring means 66 decreases as the degree of clogging of the separation membrane 40 increases.
- the control means 100 is configured to perform the following, the degree of clogging of the separation membrane 40 is determined with a simple configuration, and the clogging of the separation membrane 40 is biased between the one end 20a and the other end 20b of the separation membrane element 20 Can be suppressed.
- the first operation mode and the second operation mode may be configured to be switched at predetermined intervals regardless of the pressure difference.
- the control means 100 switches between the first operation mode and the second operation mode every month, and performs notification for replacing the separation membrane element 20 at the stage of switching a predetermined number of times (for example, 12 times). May be configured to be controlled by notifying means (not shown).
- the switching between the first operation mode and the second operation mode is performed every six months, and the separation membrane element 20 is exchanged at a stage where the first operation mode and the second operation mode are executed every six months by one switching.
- the notification to be performed may be performed by controlling a notification unit (not shown).
- a notification unit not shown.
- the separation membrane element 20 can have a simple configuration without providing a device for detecting the degree of clogging of the separation membrane 40. It is possible to suppress the occurrence of a bias in the clogging of the separation membrane 40 between the one end 20a and the other end 20b, and the separation membrane 40 of the separation membrane element 20 can be used up to the end.
- At least one embodiment of the present invention can be suitably used in a circulating water utilization system constructed for a specific area separately from the public water supply network.
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Abstract
膜分離装置18は、分離膜エレメント20と、被処理水を分離膜エレメントの一端側から被処理水流路41に供給可能な第1流路27と、他端側から被処理水流路に供給可能な第2流路28と、被処理水の供給先を第1流路と第2流路とに切り換え可能な切り換え手段32と、制御手段100と、を有し、制御手段は、被処理水を、第1流路を介して分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、被処理水を、第2流路を介して分離膜エレメントの他端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を切り換え手段による切り換えを制御することで実行する。
Description
本開示は、分離膜を用いて被処理水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置に関する。
近年、被処理水を透過水と濃縮水に分離する分離膜は、省エネルギーの観点で注目され、利用が進んでいる。たとえば、逆浸透膜を用いた逆浸透分離法では、塩分等の溶質を含んだ溶液を該溶液の浸透圧以上の圧力で逆浸透膜を透過させることで、該溶質の濃度が低減された液体を得ることが可能であり、例えば海水の淡水化や、超純水の製造、排水処理に用いられている。
これらの分離膜は、平膜の場合、たとえばスパイラル型エレメントという形態で用いられることが多い。特許文献1に記載されるスパイラル型分離膜エレメントは、透過水スペーサの両面に分離膜を重ね合わせて三辺を接着することにより袋状膜を形成し、該袋状膜の開口端を透過水集水管に取り付け、網状の被処理水スペーサとともに、集水管の周りにスパイラル状に巻回して構成されている。巻回される袋状膜間に配設される被処理水スペーサにより被処理水経路が形成されている。被処理水は、エレメントの一端側から他端側へ被処理水流路を流れる間に、分離膜を透過して透過水流路を通して集水管に流入する透過水と、被処理水流路から排出される濃縮水とに分離される。
特許文献1に記載されるような従来の分離膜エレメントでは、分離膜エレメントの一端側から他端側にかけて形成される被処理水流路に対して、該被処理水流路の一端側から被処理水を供給され、該被処理水流路の他端側から濃縮水が排出されるよう構成されている。
この構成について本発明者が鋭意検討を行った結果、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)の方が分離膜エレメントの他端側(濃縮水の排出側)よりも分離膜の目詰まりの進行速度が速く、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることが明らかとなった。したがって、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)における分離膜の目詰まりの度合いに合わせて分離膜エレメントを交換すると、分離膜エレメントの他端側における分離膜の目詰まりの度合いがそれほど悪化していないにもかかわらず分離膜エレメントを交換することになるため、分離膜エレメントを最後まで使い切ることができなくなる。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントを長寿命化することが可能な膜分離装置を提供することにある。
この構成について本発明者が鋭意検討を行った結果、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)の方が分離膜エレメントの他端側(濃縮水の排出側)よりも分離膜の目詰まりの進行速度が速く、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることが明らかとなった。したがって、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)における分離膜の目詰まりの度合いに合わせて分離膜エレメントを交換すると、分離膜エレメントの他端側における分離膜の目詰まりの度合いがそれほど悪化していないにもかかわらず分離膜エレメントを交換することになるため、分離膜エレメントを最後まで使い切ることができなくなる。
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントを長寿命化することが可能な膜分離装置を提供することにある。
(1)本発明の幾つかの実施形態に係る膜分離装置は、
分離膜を用いて原水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置であって、
耐圧容器と、
前記耐圧容器に充填される分離膜エレメントであって、集水管と、前記集水管の周りに設けられた分離膜と、前記分離膜に沿って当該分離膜エレメントの一端側から他端側にかけて形成される被処理水流路と、を備え、前記被処理水流路に供給された被処理水が前記分離膜を透過して透過水として前記集水管から取り出されるよう構成された分離膜エレメントと、
前記被処理水を加圧して前記被処理水流路に供給するための加圧ポンプと、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記一端側から前記被処理水流路に供給可能な第1流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記他端側から前記被処理水流路に供給可能な第2流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水の供給先を前記第1流路と前記第2流路とに切り換え可能な切り換え手段と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第1流路を介して前記分離膜エレメントの一端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第2流路を介して前記分離膜エレメントの他端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を前記切り換え手段による前記切り換えを制御することで実行可能な制御手段と、
を有する。
分離膜を用いて原水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置であって、
耐圧容器と、
前記耐圧容器に充填される分離膜エレメントであって、集水管と、前記集水管の周りに設けられた分離膜と、前記分離膜に沿って当該分離膜エレメントの一端側から他端側にかけて形成される被処理水流路と、を備え、前記被処理水流路に供給された被処理水が前記分離膜を透過して透過水として前記集水管から取り出されるよう構成された分離膜エレメントと、
前記被処理水を加圧して前記被処理水流路に供給するための加圧ポンプと、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記一端側から前記被処理水流路に供給可能な第1流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記他端側から前記被処理水流路に供給可能な第2流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水の供給先を前記第1流路と前記第2流路とに切り換え可能な切り換え手段と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第1流路を介して前記分離膜エレメントの一端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第2流路を介して前記分離膜エレメントの他端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を前記切り換え手段による前記切り換えを制御することで実行可能な制御手段と、
を有する。
集水管の周りに分離膜が設けられた従来の分離膜エレメントでは、分離膜エレメントの一端側から他端側にかけて形成される被処理水流路に対して、分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に被処理水が供給され、分離膜エレメントの他端側で被処理水流路から濃縮水が排出されるよう構成されていた。すなわち、分離膜を用いて被処理水を透過水と濃縮水とに分離する際に、被処理水が被処理水流路を流れる方向は常に一方向であった。
この分離膜エレメントについて本発明者が鋭意検討を行った結果、分離膜の目詰まりの進行速度が、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)の方が分離膜エレメントの他端側(濃縮水の排出側)よりも速いことが明らかとなった。したがって、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)における分離膜の目詰まりの度合いに合わせて分離膜エレメントを交換すると、分離膜エレメントの他端側における分離膜の目詰まりの度合いがそれほど悪化していないにもかかわらず分離膜エレメントを交換することになるため、分離膜エレメントを使い切ることができない。
これに対し、上記(1)に記載の膜分離装置では、被処理水が被処理水流路を流れる方向を切り換えるために、被処理水を分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に供給可能な第1流路と、被処理水を分離膜エレメントの他端側から被処理水流路に供給可能な第2流路と、被処理水の供給先を第1流路と第2流路とに切り換え可能な切り換え手段と、を有している。そして、被処理水を、第1流路を介して分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、加圧ポンプによって加圧された被処理水を、第2流路を介して分離膜エレメントの他端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を切り換え手段による切り換えを制御することで実行可能な制御手段を有している。
これにより、第1運転モードと第2運転モードを切り替えることで、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。したがって、分離膜エレメントを長寿命化することが可能な膜分離装置を提供することができる。
なお、ここでの「分離膜」は、少なくとも、逆浸透膜(RO膜)、精密ろ過膜(MF膜)、限外ろ過膜(UF膜)、ナノろ過膜(NF膜)を含む意味で用いている。
この分離膜エレメントについて本発明者が鋭意検討を行った結果、分離膜の目詰まりの進行速度が、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)の方が分離膜エレメントの他端側(濃縮水の排出側)よりも速いことが明らかとなった。したがって、分離膜エレメントの一端側(被処理水の供給側)における分離膜の目詰まりの度合いに合わせて分離膜エレメントを交換すると、分離膜エレメントの他端側における分離膜の目詰まりの度合いがそれほど悪化していないにもかかわらず分離膜エレメントを交換することになるため、分離膜エレメントを使い切ることができない。
これに対し、上記(1)に記載の膜分離装置では、被処理水が被処理水流路を流れる方向を切り換えるために、被処理水を分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に供給可能な第1流路と、被処理水を分離膜エレメントの他端側から被処理水流路に供給可能な第2流路と、被処理水の供給先を第1流路と第2流路とに切り換え可能な切り換え手段と、を有している。そして、被処理水を、第1流路を介して分離膜エレメントの一端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、加圧ポンプによって加圧された被処理水を、第2流路を介して分離膜エレメントの他端側から被処理水流路に供給することで集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を切り換え手段による切り換えを制御することで実行可能な制御手段を有している。
これにより、第1運転モードと第2運転モードを切り替えることで、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。したがって、分離膜エレメントを長寿命化することが可能な膜分離装置を提供することができる。
なお、ここでの「分離膜」は、少なくとも、逆浸透膜(RO膜)、精密ろ過膜(MF膜)、限外ろ過膜(UF膜)、ナノろ過膜(NF膜)を含む意味で用いている。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の膜分離装置において、
前記制御手段は、前記第1運転モードと前記第2運転モードとを所定期間毎に切り換えるよう構成される。
前記制御手段は、前記第1運転モードと前記第2運転モードとを所定期間毎に切り換えるよう構成される。
上記(2)に記載の膜分離装置によれば、第1運転モードと第2運転モードとを所定期間毎に切り換えることで、分離膜の目詰まりの度合いを検出する検出器を用いることなく簡易な構成で、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
なお、ここでの「前記第1運転モードと前記第2運転モードとを所定期間毎に切り換える」とは、第1運転モードと前記第2運転モードとを1回切り換える場合と複数回切り換える場合の両方を含む意味で用いている。例えば、制御手段は、1カ月毎に第1運転モードと第2運転モードの切り換えを行って、所定回数(例えば12回)の切り換えを行った場合に、報知手段を制御して分離膜エレメントを交換するための報知を行うよう構成してもよい。或いは、例えば6カ月毎に第1運転モードと第2運転モードとの切り換え行って、1回の切り換えにより第1運転モードと第2運転モードを6カ月ずつ実行した場合に、報知手段を制御して分離膜エレメントを交換するための報知を行うよう構成してもよい。
なお、ここでの「前記第1運転モードと前記第2運転モードとを所定期間毎に切り換える」とは、第1運転モードと前記第2運転モードとを1回切り換える場合と複数回切り換える場合の両方を含む意味で用いている。例えば、制御手段は、1カ月毎に第1運転モードと第2運転モードの切り換えを行って、所定回数(例えば12回)の切り換えを行った場合に、報知手段を制御して分離膜エレメントを交換するための報知を行うよう構成してもよい。或いは、例えば6カ月毎に第1運転モードと第2運転モードとの切り換え行って、1回の切り換えにより第1運転モードと第2運転モードを6カ月ずつ実行した場合に、報知手段を制御して分離膜エレメントを交換するための報知を行うよう構成してもよい。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の膜分離装置において、
前記制御手段は、前記分離膜における目詰まりの度合いが所定の度合いに達するまでは前記第1運転モードを実行し、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いを超えた場合に前記第2運転モードを実行するよう構成される。
前記制御手段は、前記分離膜における目詰まりの度合いが所定の度合いに達するまでは前記第1運転モードを実行し、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いを超えた場合に前記第2運転モードを実行するよう構成される。
上記(3)に記載の膜分離装置によれば、目詰まりの度合いを考慮して第1運転モードと第2運転モードとを切り換えるよう構成されているため、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載の膜分離装置において、
前記制御手段は、前記集水管から取り出される前記透過水の流量に関する情報と、前記分離膜の前後の圧力差に関する情報と、に基づいて前記目詰まりの度合いを判定するよう構成される。
前記制御手段は、前記集水管から取り出される前記透過水の流量に関する情報と、前記分離膜の前後の圧力差に関する情報と、に基づいて前記目詰まりの度合いを判定するよう構成される。
分離膜の目詰まりの度合いによって、集水管から取り出される透過水の流量と、分離膜の前後の圧力差との関係は変化する。すなわち、目詰まりの度合いが高い(目詰まりが進行している)ほど、分離膜の前後の圧力差(分離膜に供給される被処理水の圧力と分離膜を透過した透過水の圧力との差)に対する、集水管から取り出される透過水の流量の比が小さくなる傾向にある。
したがって、上記(4)に記載の膜分離装置のように、集水管から取り出される透過水の流量に関する情報と、分離膜の前後の圧力差に関する情報とに基づいて分離膜の目詰まりの度合いを判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
したがって、上記(4)に記載の膜分離装置のように、集水管から取り出される透過水の流量に関する情報と、分離膜の前後の圧力差に関する情報とに基づいて分離膜の目詰まりの度合いを判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)に記載の膜分離装置において、
前記加圧ポンプと前記切り換え手段との間の第3流路に該第3流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
前記加圧ポンプと前記切り換え手段との間の第3流路に該第3流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
上記(5)に記載の膜分離装置では、集水管から取り出される透過水の流量が一定になるように、加圧ポンプと切り換え手段との第3流路に設けられた絞り手段によって第3流路の流路面積を調節している。このように透過水の流量が一定に制御されている場合、上記(5)に記載のように、分離膜の目詰まりの度合いを分離膜の前後の圧力差から判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
また、ここでの「絞り手段」は少なくともバルブ及びベーンを含むものとする。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
また、ここでの「絞り手段」は少なくともバルブ及びベーンを含むものとする。
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)に記載の膜分離装置において、
前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第3流路の流路面積を調節するよう構成される。
前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第3流路の流路面積を調節するよう構成される。
上記(6)に記載の膜分離装置によれば、上記被処理水流路から排出された濃縮水の圧力を利用して水力発電装置による発電を行い、得られた電力によって第3流路の流路面積の調節のための絞り手段を作動させることができるため、膜分離装置全体でのエネルギー消費を抑制しつつ、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(4)に記載の膜分離装置において、
前記被処理水流路から排出された濃縮水を前記加圧ポンプの上流側へ戻すための第4流路と、
前記第4流路に該第4流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段と、
を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記第4流路の流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
前記被処理水流路から排出された濃縮水を前記加圧ポンプの上流側へ戻すための第4流路と、
前記第4流路に該第4流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段と、
を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記第4流路の流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
上記(7)に記載の膜分離装置では、集水管から取り出される透過水の流量が一定になるように、濃縮水を加圧ポンプの上流側へ戻すための第4流路に設けられた絞り手段によって第4流路の流路面積を調節している。このように透過水の流量が一定に制御されている場合、上記(7)に記載のように、分離膜の目詰まりの度合いを分離膜の前後の圧力差から判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
また、ここでの「絞り手段」は少なくともバルブ及びベーンを含むものとする。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
また、ここでの「絞り手段」は少なくともバルブ及びベーンを含むものとする。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)に記載の膜分離装置において、
前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第4流路の流路面積を調節するよう構成される。
前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第4流路の流路面積を調節するよう構成される。
上記(8)に記載の膜分離装置によれば、上記被処理水流路から排出された濃縮水の圧力を利用して水力発電装置による発電を行い、得られた電力によって第4流路の流路面積の調節のための絞り手段を作動させることができるため、膜分離装置全体でのエネルギー消費を抑制しつつ、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制することができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(4)に記載の膜分離装置において、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記加圧ポンプの回転数を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記加圧ポンプの回転数を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
上記(9)に記載の膜分離装置では、集水管から取り出される透過水の流量が一定になるように、加圧ポンプの回転数を制御している。このように透過水の流量が一定に制御されている場合、上記(9)に記載のように、分離膜の目詰まりの度合いを分離膜の前後の圧力差から判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
なお、ここでの「前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように」に関し、「一定」とは、ある纏まった期間一定であることを意味し、例えば夏季における一定の流量と、冬季における一定の流量とは異なっていてもよい。
(10)幾つかの実施形態では、上記(9)に記載の膜分離装置において、
前記制御手段は、前記加圧ポンプの消費電力が所定電力に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
前記制御手段は、前記加圧ポンプの消費電力が所定電力に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される。
上記(10)に記載の膜分離装置では、集水管から取り出される透過水の流量が一定になるように、加圧ポンプの回転数を制御しているため、集水管から取り出される透過水の圧力が大気圧等のほぼ一定の圧力に管理されているならば、分離膜の前後の圧力差は、加圧ポンプの消費電力(単位時間あたりの消費電力量)から測定することができる。したがって、上記(10)に記載のように、分離膜の目詰まりの度合いを加圧ポンプの消費電力から判定するよう制御手段を構成することで、分離膜の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。これにより、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを一層抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。
(11)幾つかの実施形態に係る循環水利用システムは、
循環水が流れる循環流路と、
前記循環流路を流れる循環水を使用する、住居、テナント、及び事務所の内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される水需要体、から排出される排出水を前記循環流路へ排出する排出流路と、
前記循環流路を流れる前記排出水を含む循環水を浄化する浄化手段と、
前記浄化手段で浄化された循環水を前記水需要体に供給する供給流路と、
を有し、
上記(1)~(10)のいずれか1項に記載の膜分離装置が、前記浄化手段の少なくとも一部を構成する。
上記(11)に記載の循環水利用システムによれば、上記(1)~(10)のいずれか1項に記載の膜分離装置が浄化手段の少なくとも一部を構成しているため、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。したがって、分離膜エレメントを長寿命化することが可能となり、水需要体から排出された循環水を浄化する浄化手段のメンテナンスが容易となる。
循環水が流れる循環流路と、
前記循環流路を流れる循環水を使用する、住居、テナント、及び事務所の内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される水需要体、から排出される排出水を前記循環流路へ排出する排出流路と、
前記循環流路を流れる前記排出水を含む循環水を浄化する浄化手段と、
前記浄化手段で浄化された循環水を前記水需要体に供給する供給流路と、
を有し、
上記(1)~(10)のいずれか1項に記載の膜分離装置が、前記浄化手段の少なくとも一部を構成する。
上記(11)に記載の循環水利用システムによれば、上記(1)~(10)のいずれか1項に記載の膜分離装置が浄化手段の少なくとも一部を構成しているため、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントの分離膜を最後まで使い切ることができる。したがって、分離膜エレメントを長寿命化することが可能となり、水需要体から排出された循環水を浄化する浄化手段のメンテナンスが容易となる。
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、分離膜エレメントの一端側と他端側とで分離膜の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメントを長寿命化することが可能な膜分離装置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、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1は、本発明の少なくとも一実施形態にかかる循環水利用システムを示した全体模式図である。
循環水利用システム1は、公共の上水道網とは別に、特定の地域を対象として構築されるシステムである。本システムの対象となる人口規模としては、おおよそ5,000~20,000人を想定している。対象地域としては、住居の集合体であるマンション、事務所の集合体であるオフィスビル、テナントの集合体である商業施設、及びこれらが混在する複合施設などである。
循環水利用システム1は、公共の上水道網とは別に、特定の地域を対象として構築されるシステムである。本システムの対象となる人口規模としては、おおよそ5,000~20,000人を想定している。対象地域としては、住居の集合体であるマンション、事務所の集合体であるオフィスビル、テナントの集合体である商業施設、及びこれらが混在する複合施設などである。
図1に示したように、循環水利用システム1は、循環流路2、水需要体3、排出流路4、供給流路6、膜分離装置18を含む浄化装置8、飲用水生成手段12、飲用水供給手段14、などからなる。
循環流路2は、水道管が閉ループ状に配管されてなる管網として構成される。循環流路2を流れる循環水の原水は、公共の上水道から供給される水道水に限定されず、井戸水、河川から取水した水、海水を淡水化した水、雨水等であってもよい。また、循環水が不足する場合には、これらの原水を外部から補給水として循環流路2に取り入れるように構成してもよい。なお、これらの原水を補給水として循環流路2に取り入れる場合、その水質レベルに応じて後述する浄化装置8の処理槽に取り込むとよい。
水需要体3は、循環流路2を流れる循環水を生活用水として利用する主体である。水需要体3は、住居3a、テナント3b、及び事務所3cの内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される。住居3aとは、1世帯が生活するマンションの一部屋や戸建て家屋などを指す。テナント3bは、商業施設の一区画において一般顧客に対してサービスを提供する店舗などを指す。業種としては、例えば、服飾店、雑貨店、ドラッグストア、酒屋、等々の小売業や、レストラン、カフェ、寿司屋、居酒屋、等々の飲食業などを含む。事務所3cは、オフィスビルの一部分などにおいて、そこで働く勤務者が一定の目的のために事務を行う場所を指す。
住居3aにおける生活用水の用途としては、例えばシャワーや風呂、洗濯、食器の洗浄、手洗いや洗顔、トイレ、等々が挙げられる。テナント3bにおける生活用水の用途としては、洗浄やトイレ等が挙げられる。また業種によって水需要量が大きく異なっており、例えば飲食店は小売業と比べてはるかに大量の生活用水を利用する。事務所3cにおける生活用水の用途は主にトイレである。
住居3aにおける生活用水の用途としては、例えばシャワーや風呂、洗濯、食器の洗浄、手洗いや洗顔、トイレ、等々が挙げられる。テナント3bにおける生活用水の用途としては、洗浄やトイレ等が挙げられる。また業種によって水需要量が大きく異なっており、例えば飲食店は小売業と比べてはるかに大量の生活用水を利用する。事務所3cにおける生活用水の用途は主にトイレである。
また、水需要体3には、上述した循環水とは別に、飲用水が供給される。この飲用水は、公共の上水道網から導水した水道水を更に浄化することで生成され、市販のミネラルウォーターと同等の品質を有するものである。このような仕組みは、循環水を飲用することに抵抗を感じる人の不安感を解消させることができるとともに、本循環水利用システム1を普及させる際のセールスポイントとなることを期待してのものである。
水道水は、水道水導水管16を介して、公共の上水道網から飲用水生成手段12に導水される。飲用水生成手段12は、導水した水道水を浄化して水需要体3のための飲用水を生成する。
飲用水生成手段12で生成された飲用水は、飲用水供給手段14によって小口水需要体の各々に供給される。飲用水供給手段14は、飲用水送水管14a、貯留タンク14b、及び飲用水配管14cなどからなる。飲用水生成手段12で生成された飲用水は、飲用水送水管14aを介して貯留タンク14bに送水され、貯留タンク14bにて一旦貯留される。そして、貯留タンク14bに貯留されている飲用水は、飲用水配管14cを介して、上述した住居3a、テナント3b、及び事務所3cからなる小口水需要体の各々に供給される。なお、循環水利用システム1における飲用水の原水は、水道水には限定されず、例えば井戸水や河川から取水した水、海水を淡水化した水などであってもよい。
排出流路4は、水需要体3から排出される排出水を循環流路2へ排水するための流路である。この排出流路4から排水される排出水には、水需要体3が生活用水として利用した循環水の他に、飲用水やその他のシステム外由来の水も含まれている。供給流路6は、後述する浄化装置8で浄化された循環水を生活用水として水需要体3に供給するための流路である。排出流路4及び供給流路6は共に管路から構成される。
また、本循環水利用システム1において、上記循環流路2は、公共の下水道網には接続されていない。後述するように、排出水の浄化過程で発生する汚泥ケーキ等の余剰汚泥はシステム外に搬出されるが、それ以外の排出水は100%再利用される。すなわち、本循環水利用システム1は、システム内で循環的に水供給と水処理とが行われ、システム外には下水を排出しない完全循環型の循環水利用システムとなっている。
なお、排出流路4及び供給流路6には、排出水が循環流路2に排水されるように、又は循環水が水需要体3に供給されるように、ポンプやバルブなどの機器類が地形条件等に応じて上述した以外に適宜設置されてもよい。
なお、排出流路4及び供給流路6には、排出水が循環流路2に排水されるように、又は循環水が水需要体3に供給されるように、ポンプやバルブなどの機器類が地形条件等に応じて上述した以外に適宜設置されてもよい。
浄化手段8は、循環流路2を流れる排出水を含む循環水を浄化する手段であり、膜分離装置18を有している。図2に、浄化手段8の少なくとも一部を構成する膜分離装置18の構成例を示す。
次に、図2及び図3を用いて膜分離装置18について説明する。図2は、幾つかの実施形態に係る膜分離装置18の模式図であり、図3は、幾つかの実施形態に係る膜分離装置18が有する分離膜エレメント20の一部切り欠き斜視図である。
次に、図2及び図3を用いて膜分離装置18について説明する。図2は、幾つかの実施形態に係る膜分離装置18の模式図であり、図3は、幾つかの実施形態に係る膜分離装置18が有する分離膜エレメント20の一部切り欠き斜視図である。
図2に示す膜分離装置18は、分離膜モジュール24、加圧ポンプ26、第1流路27、第2流路28、第3流路29、第4流路30、第5流路31、バルブ70及びバルブ72からなる切り換え手段32、バルブ74、バルブ76及び制御手段100等を備えている。
分離膜モジュール24は、耐圧容器36と、耐圧容器36に充填される分離膜エレメント20とを有している。
分離膜エレメント20は、図2及び図3に示すように所謂スパイラル型分離膜エレメントであり、集水管38と、集水管38の周りに設けられた分離膜40と、分離膜40に沿って分離膜エレメント20の軸方向一端側20aから他端側20bにかけて形成される被処理水流路41と、を備えており、被処理水流路41に供給された被処理水が分離膜40を透過して透過水として集水管38から取り出されるよう構成されている。
分離膜モジュール24は、耐圧容器36と、耐圧容器36に充填される分離膜エレメント20とを有している。
分離膜エレメント20は、図2及び図3に示すように所謂スパイラル型分離膜エレメントであり、集水管38と、集水管38の周りに設けられた分離膜40と、分離膜40に沿って分離膜エレメント20の軸方向一端側20aから他端側20bにかけて形成される被処理水流路41と、を備えており、被処理水流路41に供給された被処理水が分離膜40を透過して透過水として集水管38から取り出されるよう構成されている。
図3に示すように、分離膜エレメント20は、合成樹脂で形成されたメッシュ状の透過水スペーサ42の両面に分離膜40を重ね合わせて3辺を接着することにより封筒状膜(袋状膜)44を形成し、その封筒状膜44の開口部を集水管38に取り付け、合成樹脂で形成されたメッシュ状の被処理水スペーサ46とともに集水管38の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。この封筒状膜44は複数設けられており、各封筒状膜44の外側(各封筒状膜44の間)に、被処理水スペーサ46に沿って被処理水流路41が形成されており、各封筒状膜44の内側に透過水スペーサ42によって透過水流路50が形成されている。集水管38には、分離膜40を透過した透過水を集水管内に導くための貫通孔52が複数設けられている。なお、図3に示した透過水スペーサ42及び被処理水スペーサ46は、図2においては分離膜エレメント20の流路を分かりやすくするために不図示としている。
図2に示す膜分離装置18において、加圧ポンプ26は、被処理水を加圧して被処理水流路41に供給するために設けられており、定格出力で運転するよう構成されている。
第1流路27は、加圧ポンプ26によって加圧された被処理水を分離膜エレメント20の一端側20aから被処理水流路41に供給可能に構成されている。第2流路28は、加圧ポンプ26によって加圧された被処理水を分離膜エレメント20の他端側20bから被処理水流路41に供給可能に構成されている。
切り換え手段32は、加圧ポンプ26によって加圧された被処理水の供給先を第1流路27と第2流路28とに切り換え可能に構成されており、図2に例示する構成においてはバルブ70及びバルブ72によってこの切り換えを行う。ただし、切り換え手段32の構成は、図2に示す構成に限らず、例えば加圧ポンプ26によって加圧された被処理水の供給先を三方弁によって第1流路27と第2流路28とに切り換え可能に構成してもよい。
また、図2に示す膜分離装置18は、バルブ70及びバルブ72の他に、第4流路30に設けられたバルブ74及び第5流路31に設けられたバルブ76を有している。
また、図2に示す膜分離装置18は、バルブ70及びバルブ72の他に、第4流路30に設けられたバルブ74及び第5流路31に設けられたバルブ76を有している。
制御手段100は、分離膜40によって被処理水を透過水と濃縮水とに分離するためのモードとして、第1運転モードと第2運転モードとを切り換え手段32による切り換えを制御することで実行可能に構成されている。第1運転モードは、加圧ポンプ26によって加圧された被処理水を、第1流路27を介して分離膜エレメント20の一端側20aから被処理水流路41に供給することで集水管38から透過水を取り出す運転モードであり、制御手段100の第1運転モード実行部100aにより実行される。第2運転モードは、加圧ポンプ26によって加圧された被処理水を、第2流路30を介して分離膜エレメント20の他端側20bから被処理水流路41に供給することで集水管38から透過水を取り出す運転モードであり、制御手段100の第2運転モード実行部100bにより実行される。
以下、この2つの運転モードについて図2を用いて説明する。
(第1運転モード)
制御手段100は、第1運転モードにおいて、バルブ70及びバルブ74を開き、バルブ72及びバルブ76を閉じるよう構成されている。第1運転モードでは、まず、被処理水が矢印110に沿って加圧ポンプ26に流入する。被処理水は加圧ポンプ26によって加圧された後、矢印111に沿って第1流路27を流れ、耐圧容器36の一端側開口58から耐圧容器内の第1液室60へ流入する。
第1液室60から被処理水流路41へ流入した被処理水は、分離膜エレメント20の一端側20aから他端側20bへ被処理水流路41を流れる間に分離膜40の前後圧力差によって透過水と濃縮水とに分離される。透過水は、透過水流路50を介して貫通孔52から集水管38に流入し、分離膜エレメント20の他端側20bへ流れて集水管38から矢印112の方向へ取り出される。分離膜エレメント20の他端側20bにおいて被処理水流路41から第2液室64へ排出された濃縮水は、耐圧容器36の他端側開口62から第2流路28へ矢印113の方向に排出されて第2流路28を通り、第4流路30を矢印114の方向に流れて加圧ポンプ26の上流側に戻される。第4流路30を通って加圧ポンプ26の上流側に戻された濃縮水は、矢印110の被処理水と合流して再び加圧ポンプ26によって加圧される。なお、この濃縮水は、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18から排出してもよい。
(第1運転モード)
制御手段100は、第1運転モードにおいて、バルブ70及びバルブ74を開き、バルブ72及びバルブ76を閉じるよう構成されている。第1運転モードでは、まず、被処理水が矢印110に沿って加圧ポンプ26に流入する。被処理水は加圧ポンプ26によって加圧された後、矢印111に沿って第1流路27を流れ、耐圧容器36の一端側開口58から耐圧容器内の第1液室60へ流入する。
第1液室60から被処理水流路41へ流入した被処理水は、分離膜エレメント20の一端側20aから他端側20bへ被処理水流路41を流れる間に分離膜40の前後圧力差によって透過水と濃縮水とに分離される。透過水は、透過水流路50を介して貫通孔52から集水管38に流入し、分離膜エレメント20の他端側20bへ流れて集水管38から矢印112の方向へ取り出される。分離膜エレメント20の他端側20bにおいて被処理水流路41から第2液室64へ排出された濃縮水は、耐圧容器36の他端側開口62から第2流路28へ矢印113の方向に排出されて第2流路28を通り、第4流路30を矢印114の方向に流れて加圧ポンプ26の上流側に戻される。第4流路30を通って加圧ポンプ26の上流側に戻された濃縮水は、矢印110の被処理水と合流して再び加圧ポンプ26によって加圧される。なお、この濃縮水は、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18から排出してもよい。
(第2運転モード)
制御手段100は、第2運転モードにおいて、切り換え手段32を構成するバルブ70及びバルブ74を閉じて、バルブ72及びバルブ76を開くよう構成されている。第2運転モードでは、まず、被処理水が矢印110に沿って加圧ポンプ26に流入する。被処理水は加圧ポンプ26によって加圧された後、矢印115、116に沿って第2流路28を流れ、耐圧容器36の他端側開口62から第2液室64へ流入する。
第2液室64から被処理水流路41へ流入した被処理水は、分離膜エレメント20の他端側20bから一端側20aへ被処理水流路41を流れる間に分離膜40の前後圧力差によって透過水と濃縮水とに分離される。透過水は、透過水流路50を介して貫通孔52から集水管38に流入し、分離膜エレメント20の他端側20bへ流れて集水管38から矢印112の方向へ取り出される。分離膜エレメント20の一端側20aにおいて被処理水流路41から第1液室60へ排出された濃縮水は、耐圧容器36の一端側開口65から第5流路31へ矢印117の方向に流れて加圧ポンプ26の上流側に戻される。第5流路31を通って加圧ポンプ26の上流側に戻された濃縮水は、矢印110の被処理水と合流して再び加圧ポンプ26によって加圧される。なお、この濃縮水は、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18から排出してもよい。
制御手段100は、第2運転モードにおいて、切り換え手段32を構成するバルブ70及びバルブ74を閉じて、バルブ72及びバルブ76を開くよう構成されている。第2運転モードでは、まず、被処理水が矢印110に沿って加圧ポンプ26に流入する。被処理水は加圧ポンプ26によって加圧された後、矢印115、116に沿って第2流路28を流れ、耐圧容器36の他端側開口62から第2液室64へ流入する。
第2液室64から被処理水流路41へ流入した被処理水は、分離膜エレメント20の他端側20bから一端側20aへ被処理水流路41を流れる間に分離膜40の前後圧力差によって透過水と濃縮水とに分離される。透過水は、透過水流路50を介して貫通孔52から集水管38に流入し、分離膜エレメント20の他端側20bへ流れて集水管38から矢印112の方向へ取り出される。分離膜エレメント20の一端側20aにおいて被処理水流路41から第1液室60へ排出された濃縮水は、耐圧容器36の一端側開口65から第5流路31へ矢印117の方向に流れて加圧ポンプ26の上流側に戻される。第5流路31を通って加圧ポンプ26の上流側に戻された濃縮水は、矢印110の被処理水と合流して再び加圧ポンプ26によって加圧される。なお、この濃縮水は、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18から排出してもよい。
以上の第1運転モードと第2運転モードとを制御手段100によって切り替えることで、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメント20の分離膜40を最後まで使い切ることができる。したがって、分離膜エレメント20を長寿命化することが可能な膜分離装置18を提供することができる。これにより、水需要体3から排出された循環水を浄化する浄化手段8のメンテナンスが容易となる。
上記第1運転モードと第2運転モードとの切り換えのタイミングに関し、幾つかの実施形態では、図2に示す制御手段100は、分離膜40における目詰まりの度合いが所定の度合いに達するまでは第1運転モードを実行し、目詰まりの度合いが所定の度合いを超えた場合に第2運転モードを実行するよう構成される。この場合、制御手段100の判定部100cは、集水管38から取り出される透過水の流量に関する情報と、分離膜40の前後の圧力差に関する情報と、に基づいて目詰まりの度合いを判定することが望ましい。
分離膜40の目詰まりの度合いによって、集水管38から取り出される透過水の流量と、分離膜40の前後の圧力差との関係は変化する。すなわち、目詰まりの度合いが高い(目詰まりが進行している)ほど、分離膜40の前後の圧力差(分離膜40に供給される被処理水の圧力と分離膜40を透過した透過水の圧力との差)に対する、集水管38から取り出される透過水の流量の比が小さくなる傾向にある。
したがって、上述のように、集水管38から取り出される透過水の流量に関する情報と、分離膜40の前後の圧力差に関する情報とに基づいて分離膜40の目詰まりの度合いを判定するよう制御手段100を構成することで、分離膜40の目詰まりの度合いを精度よく判定することができる。
図2に示す膜分離装置18は、集水管38から取り出される透過水の流量を計測するための流量計測手段66と、第1流路の圧力を計測するための圧力計測手段68とを更に備えている。制御手段100は、第1運転モードにおいて、流量計測手段66によって計測された透過水の流量が一定になるように、絞り手段としてのバルブ74による第4流路30の流路面積の調節を制御する。そして、分離膜40の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、目詰まりの度合いが所定の度合いに達したと判定するよう構成されている。
図2に示す膜分離装置18では、集水管38から取り出される透過水の圧力が大気圧等のほぼ一定の圧力に維持されており、第1流路27の圧力を圧力計測手段68によって計測すれば、分離膜40の前後の圧力差を算出することができる。ただし、分離膜40の前後の圧力差を求める方法はこれに限らず、圧力計測手段68を第1流路27ではなく第4流路30に設け、第4流路30の圧力と集水管38から取り出される透過水の圧力との差分を分離膜40の前後の圧力差として求めてもよい。また、集水管38から取り出される透過水の圧力が上述のように大気圧等の一定の圧力に維持されていれば、集水管38から取り出される透過水の圧力を測定する必要はないが、集水管38から取り出される透過水の圧力が一定でない場合は、該透過水の圧力と第4流路30の圧力とを測定してそれらの差分を分離膜40の前後の圧力差としても求めてもよい。
図2に示す膜分離装置18は、被処理水流路41から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置90、92を備えており、水力発電装置90は第4流路30に設けられ、水力発電装置92は第5流路に設けられている。バルブ74は、水力発電装置90、92から得られる電力を利用して第4流路の流路面積を調節するよう構成され、バルブ76は、水力発電装置90、92から得られる電力を利用して第5流路の流路面積を調節するよう構成される。これにより、膜分離装置18全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
図2に示した実施形態では、第1運転モードにおいて、集水管38から取り出される透過水の流量を一定にするための構成として、絞り手段としてのバルブ74によって第4流路30の流路面積を調節する構成を示した。ただし、集水管38から取り出される透過水の流量を一定にするための構成はこれに限らず、例えば、図4や図5に示す構成を採用することもできる。図4及び図5に示す膜分離装置18の基本構成は図2と同じであるため、共通する構成については説明を省略し、以下では、図2と異なる点を中心に説明する。
図4に示す膜分離装置18は、第3流路29に該第3流路29の流路面積を調節可能な絞り手段としてのバルブ78を有しており、制御手段100は、流量計測手段66によって計測された透過水の流量が一定になるように、バルブ78による第3流路29の流路面積の調節を制御するよう構成されている。この場合における分離膜40の目詰まりの度合いは、制御手段100による上述の判定と同じ方法で判定することができる。
図4に示す膜分離装置18は、被処理水流路41から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置90、92を備えており、バルブ78は、水力発電装置90、92から得られる電力を利用して第3流路の流路面積を調節するよう構成されている。これにより、膜分離装置18全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
幾つかの実施形態に係る膜分離装置18は、図4に示すように被処理水流路41から排出された濃縮水を、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18の外へ排出するよう構成してもよい。
幾つかの実施形態に係る膜分離装置18は、図4に示すように被処理水流路41から排出された濃縮水を、加圧ポンプ26の上流側に戻さずに膜分離装置18の外へ排出するよう構成してもよい。
図5に示す膜分離装置18では、制御手段100は、集水管38から取り出される透過水の流量が一定になるように、インバータ80によって加圧ポンプ26の回転数を制御するよう構成されている。この場合における分離膜40の目詰まりの度合いは、制御手段100による上述の判定と同じ方法で判定することが可能であるが、図2における圧力計測手段68を設けることなく判定することも可能である。図5に示す制御手段100は、インバータ80を介して加圧ポンプ26の消費電力を測定し、測定した消費電力が所定電力に達した場合に、分離膜40の目詰まりの度合いが所定の度合いに達したと判定して第1運転モードから第2運転モードへの切り換えを行うよう構成される。このように、加圧ポンプ26の回転数制御により集水管38から取り出される透過水の流量を一定にする構成では、目詰まりの度合いが進むにつれて加圧ポンプ26の回転数が上昇するため、加圧ポンプ26の消費電力を分離膜40の目詰まりの度合いを示す指標として用いれば、簡易な構成で分離膜40の目詰まりの度合いを判定し、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制することができる。
幾つかの実施形態では、制御手段100は、図2、図4、図5に示した膜分離装置18において、透過水の流量を一定にするための制御を行わず、流量計測手段66によって計測される透過水の流量のみに基づいて、分離膜40の目詰まりの度合いを判定してもよい。
この場合、加圧ポンプ26を定格出力で運転していると、分離膜40の目詰まりの度合いが高まるにつれて、流量計測手段66によって計測される透過水の流量が減少する。従って、流量計測手段66によって計測される透過水の流量が所定量に達した場合に、目詰まりの度合いが所定の度合いに達したと判定し、第1運転モードから第2運転モードへの切り換えを行うよう制御手段100を構成すれば、簡易な構成で分離膜40の目詰まりの度合いを判定し、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制することができる。
この場合、加圧ポンプ26を定格出力で運転していると、分離膜40の目詰まりの度合いが高まるにつれて、流量計測手段66によって計測される透過水の流量が減少する。従って、流量計測手段66によって計測される透過水の流量が所定量に達した場合に、目詰まりの度合いが所定の度合いに達したと判定し、第1運転モードから第2運転モードへの切り換えを行うよう制御手段100を構成すれば、簡易な構成で分離膜40の目詰まりの度合いを判定し、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制することができる。
第1運転モードと第2運転モードとの切り換えのタイミングに関し、幾つかの実施形態では、図2、図4、図5に示した制御手段100において、透過水の流量や分離膜40の前後の圧力差に関わらず、第1運転モードと第2運転モードとを所定期間毎に切り換えるよう構成してもよい。例えば、制御手段100は、1カ月毎に第1運転モードと第2運転モードの切り換えを行って、所定回数(例えば12回)の切り換えを行った段階で分離膜エレメント20を交換するための報知を不図示の報知手段を制御して行うよう構成してもよい。或いは、例えば6カ月毎に第1運転モードと第2運転モードとの切り換え行って、1回の切り換えにより第1運転モードと第2運転モードを6カ月ずつ実行した段階で分離膜エレメント20を交換するための報知を不図示の報知手段を制御して行うよう構成してもよい。
このように、第1運転モードと第2運転モードとを所定期間毎に切り換えることで、分離膜40の目詰まりの度合いを検出するための機器を設けることなく簡易な構成で、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメント20の分離膜40を最後まで使い切ることができる。
このように、第1運転モードと第2運転モードとを所定期間毎に切り換えることで、分離膜40の目詰まりの度合いを検出するための機器を設けることなく簡易な構成で、分離膜エレメント20の一端側20aと他端側20bとで分離膜40の目詰まりに偏りが生じることを抑制し、分離膜エレメント20の分離膜40を最後まで使い切ることができる。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
本発明の少なくとも一実施形態は、公共の上水道網とは別に、特定の地域を対象として構築される循環水利用システムにおいて好適に用いることが出来る。
1 循環水利用システム
2 循環流路
3 水需要体
3a 住居
3b テナント
3c 事務所
4 排出流路
6 供給流路
8 浄化手段
12 飲用水生成手段
14 飲用水供給手段
14a 飲用水送水管
14b 貯留タンク
14c 飲用水配管
16 水道水導水管
18 膜分離装置
20 分離膜エレメント
20a 分離膜エレメントの一端側
20b 分離膜エレメントの他端側
24 分離膜モジュール
26 加圧ポンプ
27 第1流路
28 第2流路
29 第3流路
30 第4流路
31 第5流路
32 切り換え手段
36 耐圧容器
38 集水管
40 分離膜
41 被処理水流路
42 透過水スペーサ
44 封筒状膜
46 被処理水スペーサ
50 透過水流路
52 貫通孔
58 一端側開口
60 第1液室
62 他端側開口
64 第2液室
65 一端側開口
66 流量計測手段
68 圧力計測手段
70,72,74,76,78 バルブ
80 インバータ
90,92 水力発電装置
100 制御手段
100a 第1運転モード実行部
100b 第2運転モード実行部
100c 判定部
2 循環流路
3 水需要体
3a 住居
3b テナント
3c 事務所
4 排出流路
6 供給流路
8 浄化手段
12 飲用水生成手段
14 飲用水供給手段
14a 飲用水送水管
14b 貯留タンク
14c 飲用水配管
16 水道水導水管
18 膜分離装置
20 分離膜エレメント
20a 分離膜エレメントの一端側
20b 分離膜エレメントの他端側
24 分離膜モジュール
26 加圧ポンプ
27 第1流路
28 第2流路
29 第3流路
30 第4流路
31 第5流路
32 切り換え手段
36 耐圧容器
38 集水管
40 分離膜
41 被処理水流路
42 透過水スペーサ
44 封筒状膜
46 被処理水スペーサ
50 透過水流路
52 貫通孔
58 一端側開口
60 第1液室
62 他端側開口
64 第2液室
65 一端側開口
66 流量計測手段
68 圧力計測手段
70,72,74,76,78 バルブ
80 インバータ
90,92 水力発電装置
100 制御手段
100a 第1運転モード実行部
100b 第2運転モード実行部
100c 判定部
Claims (11)
- 分離膜を用いて原水を透過水と濃縮水とに分離する膜分離装置であって、
耐圧容器と、
前記耐圧容器に充填される分離膜エレメントであって、集水管と、前記集水管の周りに設けられた分離膜と、前記分離膜に沿って当該分離膜エレメントの一端側から他端側にかけて形成される被処理水流路と、を備え、前記被処理水流路に供給された被処理水が前記分離膜を透過して透過水として前記集水管から取り出されるよう構成された分離膜エレメントと、
前記被処理水を加圧して前記被処理水流路に供給するための加圧ポンプと、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記一端側から前記被処理水流路に供給可能な第1流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を前記分離膜エレメントの前記他端側から前記被処理水流路に供給可能な第2流路と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水の供給先を前記第1流路と前記第2流路とに切り換え可能な切り換え手段と、
前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第1流路を介して前記分離膜エレメントの一端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第1運転モードと、前記加圧ポンプによって加圧された前記被処理水を、前記第2流路を介して前記分離膜エレメントの他端側から前記被処理水流路に供給することで前記集水管から透過水を取り出す第2運転モードと、を前記切り換え手段による前記切り換えを制御することで実行可能な制御手段と、
を有する膜分離装置。 - 前記制御手段は、前記第1運転モードと前記第2運転モードとを所定期間毎に切り換えるよう構成される請求項1に記載の膜分離装置。
- 前記制御手段は、前記分離膜における目詰まりの度合いが所定の度合いに達するまでは前記第1運転モードを実行し、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いを超えた場合に前記第2運転モードを実行するよう構成される請求項1に記載の膜分離装置。
- 前記制御手段は、前記集水管から取り出される前記透過水の流量に関する情報と、前記分離膜の前後の圧力差に関する情報と、に基づいて前記目詰まりの度合いを判定するよう構成される請求項3に記載の膜分離装置。
- 前記加圧ポンプと前記切り換え手段との間の第3流路に該第3流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される請求項4に記載の膜分離装置。 - 前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第3流路の流路面積を調節するよう構成される請求項5に記載の膜分離装置。 - 前記被処理水流路から排出された濃縮水を前記加圧ポンプの上流側へ戻すための第4流路と、
前記第4流路に該第4流路の流路面積を調節可能に設けられた絞り手段と、
を更に備え、
前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記絞り手段による前記第4流路の流路面積の調節を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される請求項4に記載の膜分離装置。 - 前記被処理水流路から排出された濃縮水によって回転する水車を含む水力発電装置を更に備え、
前記絞り手段は、前記水力発電装置から得られる電力を利用して前記第4流路の流路面積を調節するよう構成される請求項7に記載の膜分離装置。 - 前記制御手段は、
前記集水管から取り出される前記透過水の流量が一定になるように、前記加圧ポンプの回転数を制御し、
前記分離膜の前後の圧力差が所定圧力差に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される請求項4に記載の膜分離装置。 - 前記制御手段は、前記加圧ポンプの消費電力が所定電力に達した場合に、前記目詰まりの度合いが前記所定の度合いに達したと判定するよう構成される請求項9に記載の膜分離装置。
- 循環水利用システムであって、
循環水が流れる循環流路と、
前記循環流路を流れる循環水を使用する、住居、テナント、及び事務所の内の少なくとも一種からなる小口水需要体が複数集まって構成される水需要体、から排出される排出水を前記循環流路へ排出する排出流路と、
前記循環流路を流れる前記排出水を含む循環水を浄化する浄化手段と、
前記浄化手段で浄化された循環水を前記水需要体に供給する供給流路と、
を有し、
請求項1~10のいずれか1項に記載の膜分離装置が、前記浄化手段の少なくとも一部を構成する循環水利用システム。
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Griggs | Wholesome water, and natural water sources |
Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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