(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、
（ａ）順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させ、全膜分離系列を用いて測定した濁度Ａと１系列のみ濾過を停止させて測定した濁度Ｂの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出する機構、
（ｂ）当該リークした分離膜モジュールを含む膜分離系列の濾過を行い、他の膜分離系列の濾過を停止させる機構、
（ｃ）当該膜分離系列のみ濾過をさせて測定した濁度Ｃと順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止して測定した濁度Ｄとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出する機構、
（ｄ）当該リークした分離膜モジュールの濾過を停止したまま当該膜分離系列および他の膜分離系列の濾過を開始する機構とを有するリーク検出システムを備えた膜分離装置。
【請求項２】
複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、全膜分離系列を用いて濾過を行い濁度を測定し、測定した濁度をＡとし、順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＢとし、ＡとＢとの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出し、次いで当該検出したリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過させて濁度を測定し、この濁度をＣとし、順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＤとし、ＣとＤとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出することを特徴とする膜分離装置のリーク検出方法。
【請求項３】
複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、全膜分離系列を用いて濾過を行い、透過液の濁度を測定し、測定した濁度をＡとし、順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＢとし、ＡとＢとの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出し、次いで当該検出したリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過させて濁度を測定し、この濁度をＣとし、順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＤとし、ＣとＤとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出し、当該リークした分離膜モジュールの濾過を停止したまま当該膜分離系列および他の膜分離系列の濾過を開始させることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リークした分離膜モジュールを検出するシステムを備えた膜分離装置および膜分離装置の運転方法等に関し、日常の管理を行いながらリークの発生した分離膜モジュールを検出でき、リーク検出後は直ちに通常運転を継続することができる膜分離装置およびそのリーク検出方法およびその運転方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、分離膜モジュールは色々な分野で使用され、例えば、従来の凝集−沈穀−砂濾過−塩素滅菌工程を経る方法に代わる新たな技術として水浄化システムヘの応用が、また食品分野においては、コーヒー、紅茶、果汁の農縮あるいは果汁の清澄化に、バイオ・酵素・製薬分野においては、無菌パイロジェンフリー精製水の製造等、さらに電子工業分野においては、ウェハー研磨排水の再利用など各種の分野で利用されている。これらに使用される分離膜モジュールには、用途や使用する分離膜に応じて種々のタイプがあり、例えば、中空糸型膜モジュール、プリーツ型膜モジュール、チューブラー型膜モジュール、プレートアンドフレーム型膜モジュールなどがある。
【０００３】
このような分離膜モジュールを用いた膜分離装置においては、分離膜の破断などの事故が膜分離装置内で発生すると、供給原液が未処理のまま分離膜の被処理液側に流入する。特に汚染された未処理流体や粒状物を含む被処理流体を処理する場合には、透過成分の汚染が著しい。また、膜分離により濃縮成分を利用する場合には、所定の膜分離効率を維持できず、濃縮度が低下する。このため分離膜自体の耐久性を向上させることが試みられている。
【０００４】
そこで、膜分離装置全体としてリークを伴うトラブルを速やかに検出し、装置の運転を制御する必要が生じる。このような膜モジュールからのリークを検出する方法としては、以下の例がある。
１）主たる濾過用分離膜と共にリーク検出用の分離膜を設け、リーク検出用分離膜の目詰まりにより生ずる濾過圧変化を検出し、主たる濾過用分離膜からのリークを検出する方法（実開平６−３４７３０号公報）。
２）膜分離装置本体からの透過水を濾過膜ユニットに通水し、当該ユニットに設けられた精密濾過膜の通水圧損の増大を検出装置で検知することにより、膜分離装置本体の分離膜からのリークを検出する方法。膜分離装置本体を複数設ける場合には、検出装置も複数必要となる（特開平６−１８２１６４号公報）。
３）複数の膜分離装置に膜分離装置毎に透過水の水質モニターを設け、懸濁物質濃度、ファウリングインデックス、ブラッキングインデックスを使用して膜分離装置内の分離膜からのリークを検出する方法（特開平６−１７０３６５号公報）。
４）被処理流体を分離するための第一の分離膜と、この分離膜からの透過水が透過する第二の分離膜を設け、第二の分離膜の透過前後の圧力または流量を検出することにより第一の分離膜からのリークを検出する方法（特開平７−４７２３６号公報）。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかし、上記の方法では分離を目的とする分離膜以外のリーク検出用の別個の分離膜が必要となる。別個の分離膜を必要としない場合でも、膜分離装置毎にリーク検出用の検出装置が設けられている。このため膜分離装置が大型である場合にはリーク検出用の多数の別個の分離膜、あるいは検出装置が必要となり、装置全体が分離本来の機能以上に大型化し、また装置全体が高値なものとなる。
そこで、平常運転による日常の管理を行いながらリークした分離膜を検出でき、リーク検出に際しても、特別の検出用の分離膜を用いることなく透過液を全体的に管理しながらリークの検出を可能とし、リーク検出後は速やかにリークした分離膜の濾過を停止し、直ちに通常運転が再開できるリーク検出システムおよびこれを可能とする膜分離装置の開発が望まれている。
【０００６】
本発明者らは分離膜モジュールあるいは膜分離系列の接続やリーク発生時の濁度の変化等について詳細に検討した結果、各分離膜モジュールあるいは膜分離系列の運転切り替えによる濁度の相対的変化を検出することで上記問題点を解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、（ａ）順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させ、全膜分離系列を用いて測定した濁度Ａと１系列のみ濾過を停止させて測定した濁度Ｂの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出する機構と、（ｂ）当該リークした分離膜モジュールを含む膜分離系列の濾過を行い、他の膜分離系列の濾過を停止させる機構と、（ｃ）当該膜分離系列のみ濾過をさせて測定した濁度Ｃと順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止して測定した濁度Ｄとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出する機構と、（ｄ）当該リークした分離膜モジュールの濾過を停止したまま当該膜分離系列および他の膜分離系列の濾過を開始する機構とを有するリーク検出システムを備えた膜分離装置を提供するものである。また、複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、全膜分離系列を用いて濾過を行い濁度を測定し、測定した濁度をＡとし、順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＢとし、ＡとＢとの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出し、次いで当該検出したリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過させて濁度を測定し、この濁度をＣとし、順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＤとし、ＣとＤとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出することを特徴とする膜分離装置のリーク検出方法を提供するものである。さらに、複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させ、各膜分離系列からの透過液の合流先にリーク検出装置を設けた膜分離装置において、全膜分離系列を用いて濾過を行い、透過液の濁度を測定し、測定した濁度をＡとし、順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＢとし、ＡとＢとの変化に基づいてリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列を検出し、次いで当該検出したリークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過させて濁度を測定し、この濁度をＣとし、順次当該膜分離系列中の１分離膜モジュールのみ濾過を停止させて濁度を測定し、この濁度をＤとし、ＣとＤとの変化によってリークした分離膜モジュールを検出し、当該リークした分離膜モジュールの濾過を停止したまま当該膜分離系列および他の膜分離系列の濾過を開始させることを特徴とする膜分離装置の運転方法を提供するものである。以下、詳細に本発明を説明する。
【０００８】
本発明の膜分離装置は、複数の分離膜モジュールを並列に接続させた膜分離系列をさらに複数列並列に接続させたものである。分離膜モジュールまたは膜分離系列を「並列に接続」するとは、分離膜モジュールまたは膜分離系列からの透過液が他の分離膜モジュールまたは膜分離系列を経由しない接続をいう。
分離膜モジュールとしては一般に使用されるものを使用でき、例えば分離膜として、中空糸型、プリーツ型、チューブラー型、プレートアンドフレーム型などの各種分離膜から使用目的に応じて選択する。各分離膜モジュールごとに異なる分離膜を使用してもよい。これら分離膜は一般にはケーシングに収納される。
各分離膜モジュールのケーシングの形態も用途等に応じて適宜選択できる。例えば、円筒形のケーシングに原液及び処理液の各出入口を有するタイプの他、ケーシングには出入口を設けず、ケーシング上部に設けたキャップに原液及び処理液の各出入口を有するタイプなど、設置場所や配管などを考慮して選択すればよい。なおケーシングの材質は、ステンレス、セラミック、ＦＲＰ、ポリサルホン、ＰＶＣ、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル系樹脂、フッ素基含有樹脂、ポリイミド、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等が例示でき、処理液の性質などを考慮して選択すればよい。
【０００９】
本発明の膜分離装置は、上記分離膜モジュールを、好ましくは５〜２０本、特に好ましくは７〜１５本を並列に接続して１の膜分離系列とし、この膜分離系列を、好ましくは３〜１５、特に好ましくは５〜１２系列、並列に接続して膜分離装置とする。各分離膜モジュールは自動弁を有し、透過液は自動弁を経て当該分離膜モジュールの属する膜分離系列のラインに合流する。各膜分離系列は系列毎に膜分離系列用自動弁を有し、透過液はこの自動弁を経て透過液合流点に１個所に合流される。
透過液合流点の先にはリーク検出装置が設置されている。リーク検出装置は経時的に透過液の濁度を測定し、膜分離装置による原液処理の状態を示すが、濁度に代え透過液に含まれる粒子数を測定してもよい。以下、濁度の測定には粒子数の測定も含まれるものとする。リーク検出装置は各自動弁の制御回路を有し、測定した濁度および濁度の変化に基づき前記自動弁を開閉させる。平常運転時の自動弁の制御、リーク検出運転時の自動弁の制御等は、リーク検出装置にプログラム記憶機構を併有させることにより行うこともできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の膜分離装置のリーク検出方法等を図を用いて説明する。
図１は本発明の膜分離装置を示す。平常運転では、全膜分離系列２（１からＮ系列）を用いて原液を処理する。原液は各分離膜モジュール１に供給される。分離膜モジュール１により濾過された透過液は、各分離膜モジュール１に設けられた自動弁３を経た後、当該分離膜モジュールの属する膜分離系列２のラインに合流する。自動弁３は平常運転においては通常は「開」である。各膜分離系列２の透過液は膜分離系列用の自動弁４を経た後、１個所に合流する。膜分離系列用の自動弁４も平常運転においては「開」である。透過液は、透過液合流先に設けられたリーク検出装置５で濁度等が測定される。
【００１１】
リーク検出方法の運転は、平常運転から透過液自動弁等の切り替えにより直ちに作動させることができる。運転は１日に１回、あるいは１週間に１回程度実施し、全分離膜系列２に含まれる分離膜モジュール１の中からリークを生じている分離膜モジュールを検出する。
【００１２】
まず各膜分離系列２の全てを作動させる平常運転を行いつつリーク検出装置によって濁度Ａを測定し、ならびにその濁度をリーク検出装置に記憶させる。次いで、順次膜分離系列中の１系列のみ濾過を停止させる。濾過の制御は膜分離系列用自動弁４を閉じることにより行う。
リーク検出装置５に記憶させた濁度Ａと１系列のみ濾過を停止させて測定した濁度Ｂに変化が無い場合または濁度Ａが濁度Ｂより小さい場合には、濾過を停止させた膜分離系列にはリークした分離膜モジュールは含まれていない。しかし濁度Ａが濁度Ｂより大きい場合には濾過を停止した膜分離系列にはリークを生じている分離膜モジュールが含まれていると考えられる。
【００１３】
濁度Ａ＞濁度Ｂの場合には、リークを生じている分離膜モジュールが含まれている膜分離系列以外の膜分離系列の濾過を停止する。濾過の停止は膜分離系列用自動弁４を「閉」にする。但し、原水の供給は継続する。原液の供給の制御は、リーク検出装置に記憶させたプログラムに従って自動弁の開閉を制御して行う。
【００１４】
次いで、あるいは膜分離系列の濾過停止と同時に、当該リークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過を開始させる。他の膜分離系列の濾過を停止させた状態で当該リークした分離膜モジュールを含む膜分離系列のみ濾過を行い、濁度を測定し併せて濁度Ｃを記憶させる。
順次、分離膜モジュールの自動弁３を閉め、当該膜分離系列中の１つの分離膜モジュールのみ濾過を停止させた状態で濁度を測定し、この濁度をＤとする。濁度Ｃと濁度Ｄが等しい場合あるいは濁度Ｃが濁度Ｄより小さい場合には、濾過を停止した分離膜モジュールにはリークは発生していない。一方、濁度Ｃが濁度Ｄより大きい場合には、当該自動弁を閉めた分離膜モジュールにはリークが発生していると考えられる。
【００１５】
濁度Ｃ＞濁度Ｄを測定した場合、リークを生じている分離膜モジュールは自動弁３が「閉」の状態である。従って、当該分離膜モジュールの自動弁３を閉じたままにし、他の分離膜モジュールおよび他の膜分離系列の自動弁を開き、濾過を再開させることができる。この自動弁の「開閉」は、リーク検出装置に記憶させたプログラムによって自動的に行わせることができる。
なお、リークを生じている分離膜モジュールは、正常な分離膜モジュールと取り替えた後、平常運転に復帰させる。
【００１６】
本発明の膜分離装置がＮ系列の膜分離系列からなり、１の膜分離系列がＭ本（図１の場合は１０本）の分離膜モジュールからなる場合には、全膜分離系列運転時の濁度はリークを発生した分離膜モジュール１本分の濁度Ｙの検出感度の１／（Ｎ×Ｍ）に低下する。このため本発明のリーク検出方法においては、使用するリーク検出装置の検出感度の下限値がＹ／（Ｎ×Ｍ）以下とならない範囲で膜分離系列数（Ｎ）および分離膜モジュール数（Ｍ）を選択し膜分離装置を構成するか、Ｙ／（Ｎ×Ｍ）以下となる場合には、リーク検出装置を複数個設け、Ｙ／（Ｎ×Ｍ）以下とならないようにする。
【００１７】
複数の膜分離系列または１系列中の複数の分離膜モジュールでリークを生じている場合にも、上記と同様の操作でリークしている分離膜モジュールを検出することができる。例えば、Ｎ番目の膜分離系列でリークしている分離膜モジュールを検出し、次いでＮ＋１番目の膜分離系列の検査を行う場合には、当該リークを生じている分離膜モジュールの自動弁３を「閉」とし、もしくは当該分離膜モジュールを交換した後に新たに濁度Ａを測定し、Ｎ＋１番目の膜分離系列を停止させ濁度Ｂを測定すればよい。
また、ある膜分離系列中でＭ番目の分離膜モジュールのリークを検出した場合に、Ｍ＋１番目の分離膜モジュールの検査を行う場合には、当該リークを生じている分離膜モジュールの自動弁３を「閉」とし、あるいは当該分離膜モジュールを交換した後に新たに濁度Ｃを測定し、Ｍ＋１番目の分離膜モジュールの自動弁３を「閉」として濁度Ｄを測定する。
【００１８】
本発明の分離膜装置は、例えば逆浸透、超濾過、限外濾過、精密濾過等の種々の分離法式を利用し、食品、廃液処理、浄水、血液等の濁度の変化により分離膜モジュールのリークを検出し得る検体の精製等に使用できる。特に、原子力発電、火力発電用の濾過、浄水の濾過、廃液処理等において分離膜モジュールのリークにより重大なトラブルが発生しやすい分野、大量の処理を必要とする分野に好適に用いられる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のリーク検出方法によれば、膜分離系列用自動弁の開閉により平常運転から容易にリーク検出方法に移行できる。また、分離膜モジュールの濾過を停止した状態でリークした分離膜モジュールが検出できるため、リーク検出と同時にリークした分離膜モジュールによる透過液汚染を防ぐことができる。しかもリークした分離膜モジュールの検出後は他の膜分離系列用自動弁の開閉により直ちに平常運転に復帰できる。
また本発明の膜分離装置はリーク検出のための特別の装置を必要とせず、各分離膜モジュールの透過液の自動弁の切り替え等によってのみ簡便に操作することができる。従って一連の操作のプログラムをリーク検出装置に記憶させることにより、全自動的に目的を達成させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１０本の分離膜モジュールからなる膜分離系列をＮ系列有する膜分離装置。
【符号の説明】
１  分離膜モジュール
２  膜分離系列
３  自動弁
４  膜分離系列用自動弁
５  リーク検出装置
【図１】
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