(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜を用いた濾過装置で濾過されて生じた濾液の一部を検出セルに導入し、この検出セル内の濾液に含まれる微粒子を検出することにより、濾過装置の膜破損を検知する膜破損検知装置において、
濾液の一部を検出セルに導入する第１の流路と、洗浄液を検出セルに導入する第２の流路と、これらの流路を開閉する各流路開閉手段と、これらの流路開閉手段を制御する制御手段とを備え、
第２の流路は第１の流路のバイパスになっていて、この第２の流路にイオン交換樹脂カラムと濾過膜モジュールが設置されており、第２の流路の第１の流路からの分岐点と第１の流路への合流点との間に、第１の流路の流路開閉手段が設置されていることを特徴とする膜破損検知装置。
【請求項２】
検出セルを保持するセルホルダに、超音波発振器と接続された圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項１記載の膜破損検知装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、膜を用いた濾過装置の膜破損を検知する膜破損検知装置に関する。
背景技術
従来より、河川水、湖沼水、地下水或いは海水等を大量に浄化する濾過装置として、中空糸状膜を用いた濾過装置が使用されている。この濾過装置には、濾過能力を維持する目的で、濾過膜モジュール内にある中空糸状膜に破損（糸切れ）が生じているかどうかを検知する膜破損検知装置が設置されている。
この膜破損検知装置は、例えば光散乱方式の液中微粒子検出器を備えている。この液中微粒子検出器は、濾過装置で濾過されて生じた濾液の一部を検出セルに導入し、この検出セル内の濾液にレーザビームを照射し、反射した光を受光するように構成されている。そして、この受光量から、濾液に含まれる微粒子の粒径や粒子数が測定されて、この測定結果に基づいて濾過装置の膜破損が検知されるようになっている。
この膜破損検知装置では、検出セルの内壁面に微粒子等の汚れが付着して残留すると、液中微粒子検出器による微粒子の検出精度が低下するため、比較的頻繁に検出セルの内部を洗浄する必要がある。
図６は液中微粒子検出器の内部を示す斜視図であるが、検出セル１４を洗浄する場合には、先ず、検出セル１４の入口と出口に接続されている流路１６，１７のいずれかに、純水供給装置からの配管を接続する。そして、この配管に純水供給装置から純水を導入することにより、入口側の流路１６と検出セル１４内を流水で十分に洗浄して、濾液が残らないようにする。
次に、電源を切って、カバー５９を取り外した時に光源１８からのレーザビームが外部へ漏れることを防止する。次に、カバー５９を取り外して、六角棒レンチで緩み止めねじ６０を取り外した後、セルホルダ２３の着脱ねじを緩める。検出セル１４は、このセルホルダ２３に取り付けられている。次に、流路１６，１７と検出セル１４とのセル継手をスライドさせた後、セルホルダ２３を持ち上げて取り外す。
次に、検出セル１４を、セルホルダ２３と一体のまま超音波洗浄器等に入れ、純水、アセトン、光学部品用洗剤、またはアルコール等の洗浄液で洗浄する。次に、検出セル１４の内外を純水で十分に洗浄した後、その内部を純水で満たし、外側の水分を清浄空気で飛ばす。次に、検出セル１４内に純水が入ったままの状態で、セルホルダ２３を元の位置に取り付ける。
このような洗浄作業は面倒で非常に時間がかかる。本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、検出セルの内壁面を簡単に洗浄することができる膜破損検知装置を提供することを課題とする。
発明の開示
上記課題を解決するために、本発明は、膜を用いた濾過装置で濾過されて生じた濾液の一部を検出セルに導入し、この検出セル内の濾液に含まれる微粒子の粒径や粒子数を微粒子カウンターで測定することにより、濾過装置の膜破損を検知する膜破損検知装置において、濾液の一部を検出セルに導入する第１の流路と、洗浄液を検出セルに導入する第２の流路と、これらの流路を開閉する各流路開閉手段と、これらの流路開閉手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする膜破損検知装置を提供する。
本発明の装置では、検出セル内を洗浄する際に、制御手段で、第１の流路の流路開閉手段を閉、第２の流路開閉手段を開とするとともに、洗浄液を第２の流路に供給する。これにより、第１の流路は閉鎖されて、第２の流路は開放されるため、洗浄液が第２の流路から検出セル内に導入されて、濾液は検出セル内に導入されない。
検出セル内の洗浄が終了した後には、洗浄液の第２の流路への供給を停止するとともに、制御手段で、第１の流路の流路開閉手段を開、第２の流路開閉手段を閉とする。これにより、第２の流路は閉鎖されて、第１の流路は開放されるため、濾液が検出セル内に導入されるようになり、洗浄液は第２の流路から検出セル内に導入されない。
本発明の膜破損検知装置の好ましい形態としては、第２の流路は第１の流路のバイパスになっていて、この第２の流路にイオン交換樹脂カラムと濾過膜モジュールが設置されており、第２の流路の第１の流路からの分岐点と第１の流路への合流点との間に、第１の流路の流路開閉手段が設置されているものが挙げられる。
本発明の膜破損検知装置の好ましい形態としては、また、第２の流路の上流側に洗浄液供給装置が接続され、第２の流路の下流側は、第１の流路の流路開閉手段より下流側で第１の流路と合流しているものが挙げられる。
本発明の膜破損検知装置の好ましい形態としては、また、検出セルを保持するセルホルダに、超音波発振器と接続された圧電素子が設けられているものが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態に相当する膜破損検知装置を示す概略構成図である。
図２は、図１の膜破損検知装置を構成する液中微粒子検出器を示す概略構成図である。
図３は、図１の膜破損検知装置を構成する液中微粒子検出器を示す斜視図である。
図４は、本発明の第２実施形態に相当する膜破損検知装置を示す概略構成図である。
図５は、図４の膜破損検知装置を構成する液中微粒子検出器のセルホルダを示す斜視図である。
図６は、液中微粒子検出器の内部を示す斜視図であって、セルホルダを取り外した状態を示す。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に相当する膜破損検知装置を示す概略構成図である。
この膜破損検知装置は、光散乱方式の液中微粒子検出器７を備えている。この液中微粒子検出器７は、図２および図３に示すように、石英ガラス製の検出セル１４と、検出セル１４の入口側に接続された流路１６と、検出セル１４の出口側に接続された流路１７と、検出セル１４に向けてレーザビーム１９を照射する光照射部１８と、レーザビーム１９を受光する受光部２０と、受光部２０からの信号を分析する微粒子信号分析部２１とで構成されている。
検出セル１４の断面は例えば一辺が４〜５ｍｍの矩形であり、流路１６，１７はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフルオロアクリレート（ＰＦＡ）等により形成されている。
光照射部１８は、半導体レーザ（例えば、レーザダイオード）からなる光源１８ａとレンズ系１８ｂとで構成されている。このレンズ系１８ｂにより、検出セル１４内での液体の流れる方向Ｌに対して、レーザビーム１９が所定角度θで入射されるようになっている。
受光部２０は、例えばフォトダイオードからなる受光素子２０ａと、レンズ系２０ｂとで構成され、検出セル１４の脇に配置されている。検出セル１４内の濾液中の微粒子が存在する場合には、この受光部２０により、微粒子に当たって反射したレーザビーム１９が、レンズ系２０ｂで受光素子２０ａに導かれて受光される。検出セル１４内の濾液中に微粒子が存在しない場合には、レーザビーム１９がレンズ系２０ｂに入らないため、受光部２０によって受光されない。
受光素子２０ａからの受光信号は、微粒子信号分析部２１を介して、微粒子カウンタ１５に出力されようになっている。
微粒子カウンタ１５は、微粒子信号分析部２１で分析された受光信号に基づいて、検出セル１４内の濾液に含まれる微粒子の粒径及び粒子数（濃度）を算出する。また、この算出値から、検出セル１４内の濾液に含まれる微粒子が予め設定された濃度に達したかどうかを判断し、濾過装置の膜破損を検知する。
この実施形態では、一分間に５０ｃｃの濾液を検出セル１４内に流して、この間に２００個の微粒子が検出された場合に、濾過装置の膜破損が発生したと判断するようになっている。
一方、図１に示す濾液排出配管１の上流側には、中空糸状膜を有する濾過膜モジュールを備えた濾過装置が設置され、この濾過装置で濾過されて生じた濾液が、濾液排出配管１に排出されるようになっている。微粒子カウンタ１５は、この濾過装置の制御を行う制御盤２２と接続されている。この制御盤２２は、微粒子カウンタ１５からの膜破損検知信号に基づいて、濾過装置の停止や警報の発生等を行う。
液中微粒子検出器７の入口側の流路１６と、濾液排出配管１とは、第１の流路（膜破損検知用配管）２で接続されている。この第１の流路２には、上流側から順に、バルブ３、ヒータ４、分岐管３１、電磁弁（第１の流路の開閉手段）１０、分岐管３２が設置されている。バルブ３は元バルブであって、通常は開放されている。
ヒータ４は、第１の流路２を加熱するものであり、ヒータ操作盤５と温度制御装置６により、第１の流路２を通る濾液が略一定の温度（通常１０℃以上）になるように制御される。これにより、濾液の温度が低い場合でも結露や凍結が防止される。電磁弁１０の開閉は自動弁操作盤（制御手段）９により制御される。
分岐管３１と分岐管３２との間に第２の流路（洗浄用純水生成配管）８が接続されている。すなわち、第２の流路８は第１の流路２のバイパスになっていて、分岐管３１が第２の流路８の第１の流路２からの分岐点となっており、分岐管３２が第２の流路８の第１の流路２への合流点となっている。
第２の流路８には、上流側から順に、電磁弁（第２の流路の開閉手段）１１、ポリッシャー（イオン交換樹脂カラム）１２、精密濾過（ＭＦ）膜モジュール１３が設置されている。電磁弁１１の開閉は自動弁操作盤９により制御される。精密濾過膜モジュール１３の精密濾過膜としては、中空糸状膜、プリーツ状膜、平膜、合成樹脂やセラミックスからなるＭＦカートリッジ等が使用できる。
この第２の流路８に濾水が導入されると、先ず、ポリッシャー１２により濾液中のイオンが除去されて、一次純水が生成される。次に、この一次純水が、精密濾過膜モジュール１３により更に精密濾過される。その結果、一次純水中に存在するコロイダル物質が除去されて、極めて純度の高い純水が生成される。
尚、精密濾過膜モジュール１３の代わりに、中空糸状膜を備えた限外濾過（ＵＦ）膜モジュールを採用してもよい。しかしながら、精密濾過膜は限外濾過膜よりも膜の濾過流量が高いため、精密濾過膜モジュールを使用することが好ましい。
したがって、この実施形態の膜破損検知装置では、濾液排出配管１に濾液を排出する濾過装置の膜破損（中空糸状膜の糸切れ）を検出する場合には、自動弁操作盤９を操作して、電磁弁１０を開放すると共に電磁弁１１を閉鎖する。これにより、濾液排出配管１内の濾液の一部は、第１の流路２を通って液中微粒子検出器７に導かれ、入口側の流路１６から検出セル１４内に導入される。
そして、この液中微粒子検出器７で濾液に含まれる微粒子の検出が行われ、微粒子カウンタ１５で膜破損の検知が行われる。膜破損が検知された場合には、制御盤２２により濾過装置の停止や警報の発生等が行われる。
液中微粒子検出器７の検出セル１４内を洗浄する場合には、自動弁操作盤９を操作して、電磁弁１０を閉鎖すると共に電磁弁１１を開放する。これにより、濾液排出配管１内の濾液の一部は、分岐管３１までは第１の流路２を通り、分岐管３１から第２の流路８に入る。
この第２の流路８に入った濾液は、ポリッシャー１２と精密濾過膜モジュール１３とにより、極めて純度の高い純水に浄化される。この純水は、分岐管３２から第１の流路２に入って液中微粒子検出器７に導かれて、入口側の流路１６から検出セル１４内に導入される。この純水で検出セル１４内が洗浄される。
したがって、この装置では、検出セル１４内を洗浄する際に、液中微粒子検出器７のカバーを外してセルホルダを取り出す必要がない。すなわち、この実施形態の膜破損検知装置によれば、従来の方法と比べて非常に簡単に、液中微粒子検出器７の検出セル１４の内壁面を洗浄することができる。
また、この実施形態では、膜破損検知のために導入される濾液を浄化して純水を得、この純水を洗浄液として用いているため、洗浄液を用意する必要がないという効果もある。
図４は、本発明の第２実施形態に相当する膜破損検知装置を示す概略構成図である。
この実施形態の膜破損検知装置は、図１に示す第１実施形態の膜破損検知装置と基本的な構成は同じになっている。以下に、第１実施形態と異なる点について説明する。
この実施形態の膜破損検知装置において、第１の流路２の分岐管３１は、下流側の一方の口が閉塞されており、ここには第２の流路８が接続されていない。第２の流路８の上流端には、洗浄液供給装置３４が接続されている。なお、第２の流路８の下流端は、図１と同様に、分岐管３２で第１の流路２と合流している。また、第２の流路８には電磁弁１１が設置されている。
すなわち、この実施形態では、洗浄液供給装置３４から供給される洗浄液で、液中微粒子検出器７の検出セル１４内の洗浄を行う。洗浄液供給装置３４で供給する洗浄液としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、蓚酸（Ｃ2Ｈ2Ｏ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、クエン酸（Ｃ6Ｈ8Ｏ7）等の溶液、または純水を使用することが出来る。
この実施形態ではまた、図５に示すように、液中微粒子検出器７の検出セル１４を保持するセルホルダ２３に、圧電素子２４が設けてある。この圧電素子２４は、検出セル１４に超音波振動を与えるためのものであり、液中微粒子検出器７の外部に設置された超音波発振器２５と接続されている。なお、この超音波発振器２５の制御は制御盤２２により行われる。
検出セル１４内に洗浄液を入れた状態で、セルホルダ２３を介して検出セル１４に超音波振動を与えると、検出セル１４内の洗浄液中にキャビテーションに伴う気泡が発生し、この気泡の圧壊時に局所的な高圧衝撃波が発生する。この高圧衝撃波により、検出セル１４の内壁面が効果的に洗浄される。
なお、電歪振動子である圧電素子２４に代えて、磁歪振動子を設けてもよい。また、このような振動子を、検出セル１４の内壁面に直接接着してもよい。
この実施形態ではまた、液中微粒子検出器７の廃液用配管３６に、濾液用の廃液タンク３８と洗浄液用の廃液タンク２６が接続されている。これらの廃液タンク３８，２６と廃液用配管３６とを接続する配管３８ａ，２６ａに、それぞれ電磁弁２７，２８が設置されている。これらの電磁弁２７，２８は自動弁操作盤９により制御される。
したがって、この実施形態の膜破損検知装置では、濾液排出配管１に濾液を排出する濾過装置の膜破損を検出する場合には、先ず、自動弁操作盤９を操作して、電磁弁１０を開放すると共に電磁弁１１を閉鎖し、電磁弁２７を開放すると共に電磁弁２８を閉鎖する。これにより、濾液排出配管１内の濾液の一部は、第１の流路２を通って液中微粒子検出器７に導かれ、入口側の流路１６から検出セル１４内に導入される。
そして、この液中微粒子検出器７で濾液に含まれる微粒子の検出が行われ、微粒子カウンタ１５で膜破損の検知が行われる。膜破損が検知された場合には、制御盤２２により濾過装置の停止や警報の発生等が行われる。また、検出セル１４内に導入された濾液は、出口側の流路１７から廃液用配管３６に入り、配管３８ａを通って濾液用の廃液タンク３８に回収される。
液中微粒子検出器７の検出セル１４内を洗浄する場合には、自動弁操作盤９を操作して、電磁弁１０を閉鎖すると共に電磁弁１１を開放し、電磁弁２７を閉鎖すると共に電磁弁２８を開放する。この状態で洗浄液供給装置３４から第２の流路８に洗浄液を導入すると、第２の流路８に入った洗浄液は、分岐管３２から第１の流路２を通って液中微粒子検出器７に導かれ、入口側の流路１６から検出セル１４内に導入される。
さらに、制御盤２２を操作して超音波発振器２５を作動させ、セルホルダ２３を介して検出セル１４に超音波振動を与える。これにより、第２の流路８を通って検出セル１４内に導入された洗浄液で、検出セル１４の内壁面が超音波洗浄される。なお、検出セル１４内に導入された洗浄液は、出口側の流路１７から廃液用配管３６に入り、配管２６ａを通って洗浄液用の廃液タンク２６に回収される。
したがって、この装置では、検出セル１４内を洗浄する際に、液中微粒子検出器７のカバーを外してセルホルダを取り出す必要がない。すなわち、この実施形態の膜破損検知装置によれば、従来の方法と比べて非常に簡単に、液中微粒子検出器７の検出セル１４の内壁面を洗浄することができる。
また、この実施形態では、検出セル１４の洗浄が超音波振動を与えながら行われるため、洗浄液として純水を用いた場合でも、第１実施形態の装置より高い洗浄効果が得られる。さらに、この実施形態では、洗浄液として、純水より洗浄力の高い薬液を用いることもできる。これにより、さらに高い洗浄効果を得ることができる。
なお、洗浄液として純水を用いた場合には、洗浄液の廃液を濾液用の廃液タンク３８で回収することができるため、洗浄液用の廃液タンク２６を設置する必要がない。
本発明の第３実施形態に相当する膜破損検知装置として、上記第２実施形態と基本的な構成は同じであるが、検出セル１４に超音波振動を与える機構を備えていない構成の装置が挙げられる。すなわち、この実施形態の膜破損検知装置は、セルホルダ２３に圧電素子２４が取り付けられていないし、超音波発振器２５も備えていない。
この装置は、超音波発振器２５を作動させない点を除いて、上記第２実施形態と同様に使用される。したがって、この装置では、検出セル１４内を洗浄する際に、液中微粒子検出器７のカバーを外してセルホルダを取り出す必要がない。すなわち、この実施形態の膜破損検知装置によれば、従来の方法と比べて非常に簡単に、液中微粒子検出器７の検出セル１４の内壁面を洗浄することができる。
また、この実施形態では、洗浄液として、純水より洗浄力の高い薬液を用いることもできる。これにより、第１実施形態の装置よりも高い洗浄効果を得ることができる。
なお、検出セル１４内の洗浄頻度及び時期は、検出セル１４の汚れに応じて適宜選択される。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の膜破損検知装置によれば、従来の方法と比べて非常に簡単に、液中微粒子検出器の検出セルの内部を洗浄することができる。したがって、本発明の膜破損検知装置を用いれば、必要に応じていつでも濾過装置の膜破損検知を行うことができるので、濾過装置による確実で安全な濾過を維持することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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