(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を循環しながら濾過を行うクロスフロー型の精密濾過または限外濾過装置において、濾過液流路に該濾過液流路を流通する濾過液の流量を検知する流量センサを設けると共に、濾過膜の上流側に該濾過膜への原液の入力圧力を検知する圧力センサを設け、前記流量センサの検知情報及び前記圧力センサの検知情報に選択的に対応して原液循環ポンプの出力を制御するインバータを有し、通常の濾過処理状態では前記流量センサの検知情報に基づいてインバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過液を定流量運転し、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に前記圧力センサの検知情報に基づいてインバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転するように構成したことを特徴とする濾過装置。
【請求項２】
前記インバータの周波数を変化させて前記原液循環ポンプの回転数を変化させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原液を循環しながら濾過を行う濾過装置に係り、詳細には、河川水、湖沼水、地下水或いは海水等を原水としてクロスフロー型の精密濾過または限外濾過装置により大量に浄化する水処理に好適な濾過技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クロスフロー型の精密濾過または限外濾過装置において、濾過能力の維持のために循環濾過法が用いられているが、従来のこの種の濾過装置においては、濾過処理中は定流量運転や定圧運転方式で稼働し、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗やエアバブリング時には、例えば、特開平7-275671号公報に開示されたように循環側を停止して濾過膜内の液を抜いたり、空気と置換して運転する方式となっているのが一般である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術では、逆洗やエアバブリング時に、循環側を停止して濾過膜内の液を抜いたり、空気と置換して運転した後、通常の濾過処理を開始する際に、濾過膜及び配管内の液が抜かれた状態であるため比較的軽負荷となって原液循環ポンプの回転数が不安定となり、場合によっては、原液循環ポンプの送り圧力が増大して濾過膜の耐圧限界を超える虞がある。
【０００４】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に安定した運転が出来る濾過装置を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る濾過装置は、原液を循環しながら濾過を行うクロスフロー型の精密濾過または限外濾過装置において、濾過液流路に該濾過液流路を流通する濾過液の流量を検知する流量センサを設けると共に、濾過膜の上流側に該濾過膜への原液の入力圧力を検知する圧力センサを設け、前記流量センサの検知情報及び前記圧力センサの検知情報に選択的に対応して原液循環ポンプの出力を制御するインバータを有し、通常の濾過処理状態では前記流量センサの検知情報に基づいてインバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過液を定流量運転し、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に前記圧力センサの検知情報に基づいてインバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、通常の濾過処理状態では濾過液流路に設けた流量センサの検知情報に基づいてインバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過液の流量が一定流量になるように運転し、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に濾過膜の上流側に設けた圧力センサの検知情報に基づいて前記インバータが原液循環ポンプの出力を制御して濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転させることが出来、これにより濾過膜が保護されて安定運転することが出来る。
【０００７】
また、前記インバータの周波数を変化させて前記原液循環ポンプの回転数を変化させるように構成すれば好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る濾過装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る濾過装置を適用した濾過システムの一例を示す全体図、図２は本発明に係る濾過装置の通常運転時において、濾過液を定流量運転する構成を示す模式図、図３は本発明に係る濾過装置において、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転する構成を示す模式図である。
【０００９】
図１に示す濾過システムは、原液を循環しながら濾過を行うクロスフロー型の精密或いは限外濾過装置として構成される。ここでは、濾過装置にクロスフロー方式の中空糸状膜で構成される濾過膜モジュール４が並列に６個設置されて構成された一例を示す。
【００１０】
図１において、１は原液タンクであり、濾過されるべき原液１ａが貯蔵されている。本実施形態では、原液１ａとして、例えば、河川水、湖沼水、地下水或いは海水等が使用される。原液タンク１の下流側には、各系統に夫々原液循環ポンプ２が接続されており、該原液循環ポンプ２を駆動することにより原液タンク１内の原液１ａを配管３に供給する。
【００１１】
前記配管３にはクロスフロー方式の中空糸状膜で構成される濾過膜モジュール４が６個並列に接続されており、配管３を通って濾過膜モジュール４に供給された原液１ａは、原液循環ポンプ２の作用により所定の圧力が付与されて濾過膜モジュール４の中空糸状膜の外側から内側に透過することで濾過され、濾過膜モジュール４により濾過された濾過液１ｂが中空糸状膜の内側を流通して濾過液配管５に導かれて濾過液タンク６に貯蔵される。
【００１２】
一方、配管３を通って濾過膜モジュール４に供給された原液１ａの一部は、循環戻り原液１ｃとして濾過膜モジュール４の中空糸状膜の外側を流通して原液戻り配管７に導かれて原液タンク１に戻るようになっている。
【００１３】
また、濾過膜モジュール４の濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する目的で、逆洗装置が設けられており、濾過液タンク６に一旦貯蔵された濾過液１ｂが逆洗回収ポンプ８ａ，８ｂを運転することにより逆洗配管９を流通して濾過液配管５に導かれ、濾過膜モジュール４の中空糸状膜の内側を濾過液１ｂが逆流すると共に、逆洗回収ポンプ８ａ，８ｂにより所定の圧力が付与されて濾過液１ｂが濾過膜モジュール４の中空糸状膜の内側から外側に透過することで濾過膜モジュール４の中空糸状膜の外側表面に蓄積した懸濁物質を剥離する。
【００１４】
上記逆洗運転は、例えば、６０分に１回の割合で６０秒間行なって周期的に繰り返す。
【００１５】
また、同様に濾過膜モジュール４の濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する目的で、エアバブリング装置が設けられており、コンプレッサ10により供給された圧縮空気が空気槽11を介して配管12に導かれ、濾過膜モジュール４の上流側から供給されて該濾過膜モジュール４の中空糸状膜の外側を流通して該中空糸状膜を振動させ、中空糸状膜の外側表面に蓄積した懸濁物質を剥離する。
【００１６】
上記エアバブリング運転は、例えば、先ず、濾過膜モジュール４内に原液１ａを張った状態、即ち、濾過膜モジュール４内で原液１ａが静止して滞留した状態で６０秒間、空気または窒素ガスを供給した後、更に濾過膜モジュール４に原液１ａを流した状態で６０秒間、空気または窒素ガスを供給する。そして、３日に１回の割合で前述の一連のエアバブリング運転を１２０秒間行ってこれを周期的に繰り返す。
【００１７】
そして、原液タンク１から原液循環ポンプ２により供給された原液１ａの一部である循環戻り原液１ｃが濾過膜モジュール４の中空糸状膜の外側を流通して、上述のようにして剥離した懸濁物質を押し流して排液し、剥離した懸濁物質を含む循環戻り原液１ｃは原液戻り配管７に導かれて原液タンク１に戻る。
【００１８】
上述の逆洗運転やエアバブリング運転では、通常の濾過処理運転を一旦停止させることとなり、この運転中に、濾過膜モジュール４及び各配管内の原液１ａ（及び濾過液１ｂ）が抜け出して比較的軽負荷となる。そして、従来では、逆洗運転やエアバブリング運転の終了後に停止状態から濾過処理開始への切り換え時に、原液循環ポンプ２により濾過膜モジュール４へ供給される原液１ａの入力圧力が急激に増大して濾過膜モジュール４の濾過膜に大きな圧力がかかるため、濾過膜モジュール４の濾過膜の耐圧を比較的大きく構成する必要があった。
【００１９】
そこで、以下に示す実施形態では、通常の濾過処理時には、濾過液を定流量運転すると共に、逆洗、エアバブリングまたは停止状態から通常の濾過処理開始への切り換え時に濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を所定時間低圧運転するように自動的に変更するように構成したことで、濾過処理運転開始時や通常運転時に流量や圧力の大幅な変動がなく、濾過膜モジュール４の濾過膜に衝撃を与えることがない安定した運転が出来るように構成している。
【００２０】
前記低圧運転とは、濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を通常運転時よりも低い圧力で運転するものであり、これは、通常運転圧力によっても変わるが、濾過膜へのショックを少なくするために１kg/cm2以下の圧力で運転することが好ましい。
【００２１】
図２及び図３に示すように、原液循環ポンプ２の下流側で、且つ濾過膜モジュール４の上流側には、濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を検知する圧力センサ13が設けられており、濾過液流路となる濾過液配管５には、流量センサ14が設けられている。
【００２２】
そして、前記圧力センサ13及び前記流量センサ14に接続され、該圧力センサ13の検知情報及び前記流量センサ14の検知情報に選択的に対応して原液循環ポンプ２の出力を制御するモータ２ａを制御するインバータ15が設けられている。
【００２３】
図２は、濾過装置の通常運転時において、濾過液１ｂを定流量運転する場合の構成を示し、インバータ15は濾過液配管５に設けられた流量センサ14の検知情報に基づいてモータ２ａを制御し、原液循環ポンプ２の出力を制御して濾過液１ｂを定流量運転するようになっている。
【００２４】
即ち、濾過液配管５を流通する濾過液１ｂの流量を流量センサ14により検知し、該流量センサ14の出力信号に応じてインバータ15がモータ２ａに印加する入力周波数を制御して該モータ２ａの回転数を制御し、原液循環ポンプ２の出力を制御するように構成される。
【００２５】
そして、例えば、濾過液配管５を流通する濾過液１ｂの流量が減少すると、流量センサ14の検知信号に基づいてインバータ15の周波数を増加させてモータ２ａの回転数を所定量増加させ、原液循環ポンプ２の出力を増加させる。そして、原液循環ポンプ２の出力が増加すると、濾過膜モジュール４の濾過膜に印加される濾過圧力が増加して濾過膜モジュール４を通過する濾過液１ｂの流量が増加する。
【００２６】
また、逆に、濾過液配管５を流通する濾過液１ｂの流量が増加すると、流量センサ14の検知信号に基づいてインバータ15の周波数を低下させてモータ２ａの回転数を所定量減少させ、原液循環ポンプ２の出力を減少させる。そして、原液循環ポンプ２の出力が減少すると、濾過膜モジュール４の濾過膜に印加される濾過圧力が減少して濾過膜モジュール４を通過する濾過液１ｂの流量が減少する。
【００２７】
従って、流量センサ14の検知情報によりインバータ15が作動する値を予め設定しておき、濾過液配管５を流通する濾過液１ｂの流量が一定になるようにインバータ15を作動させてモータ２ａを制御し、これにより原液循環ポンプ２を制御することで濾過液配管５を流通する濾過液１ｂの流量を一定にすることが出来る。
【００２８】
図３は、濾過装置において、濾過膜モジュール４の濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を所定時間低圧運転する構成を示し、インバータ15は原液循環ポンプ２の下流側で、且つ濾過膜モジュール４の上流側に設けられた圧力センサ13の検知情報に基づいてモータ２ａを制御し、原液循環ポンプ２の出力を制御して濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を低圧運転する。そして、インバータ15の動作をタイマー等でコントロールすることで低圧運転を所定時間行うようになっている。
【００２９】
即ち、通常の濾過処理運転を一旦停止させて、逆洗運転やエアバブリング運転を実施することで、これ等の運転中に、濾過膜モジュール４及び各配管内の原液１ａ（及び濾過液１ｂ）が抜け出して比較的軽負荷となり、圧力センサ13により検知される濾過膜モジュール４の上流側の圧力は減少する。
【００３０】
そして、逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に、圧力センサ13により検知された検知情報に基づいてインバータ15の周波数を低下させてモータ２ａの回転数を所定量減少させ、原液循環ポンプ２の出力を減少させる。そして、原液循環ポンプ２の出力が減少すると、濾過膜モジュール４の濾過膜に印加される濾過圧力が減少して、原液１ａが低圧で濾過膜モジュール４に供給される。
【００３１】
上記のように、逆洗、エアバブリングまたは停止状態から通常の濾過処理開始への切り換え時に濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を所定時間定圧運転することで、原液循環ポンプ２から供給される原液１ａが濾過膜モジュール４に入力される圧力が低圧となり、濾過膜モジュール４の濾過膜に衝撃等を与えることなく、濾過膜モジュール４の濾過膜の保全が維持できると共に、原液循環ポンプ２が安定に運転できる。
【００３２】
従って、従来例のように、逆洗運転やエアバブリング運転の終了後に停止状態から濾過処理開始への切り換え時に、原液循環ポンプ２により濾過膜モジュール４へ供給される原液１ａの入力圧力が増大し、濾過膜モジュール４の濾過膜に大きな圧力がかかり、該濾過膜に多大な負担をかけることがない。
【００３３】
低圧運転が所定時間経過し、濾過液１ｂの流量が安定した時点で、インバータ15に伝達される検知情報が、圧力センサ13からの検知情報から流量センサ14からの検知情報に自動的に変更されるようになっており、これによって、前述したように、濾過液１ｂを定流量運転する通常の濾過処理運転に移行するようになっている。
【００３４】
以上の構成により、通常の濾過処理状態では流量センサ14の検知情報に基づいてインバータ15が原液循環ポンプ２の出力を制御して定流量運転し、濾過膜モジュール４の濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時には、圧力センサ13の検知情報に基づいてインバータ15が原液循環ポンプ２の出力を制御して濾過膜モジュール４への原液１ａの入力圧力を所定時間低圧運転することが出来るものである。
【００３５】
尚、図中の16は温度センサ、17は流量センサ、18は流量弁である。前記実施形態における通常の濾過処理運転中の流量及び圧力の制御の一例として、原液循環ポンプ２の下流側で濾過膜モジュール４の上流側の原液１ａの流量が２．５ｍ3/hr、圧力が２．０kg/cm2であり、濾過膜モジュール４の下流側の濾過液１ｂの流量が２．０ｍ3/hrの定流量で、圧力が０．１kg/cm2であり、濾過膜モジュール４の下流側の循環戻り原液１ｃの流量が０．５ｍ3/hrの定流量で、圧力が１．７kg/cm2等の数値で制御される。尚、ここで使用される濾過膜モジュール４の濾過膜の耐圧は３kg/cm2に設定されている。
【００３６】
濾過膜モジュール４の濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時には、原液循環ポンプ２により供給される原液１ａが濾過膜モジュール４の上流側に入力される圧力が好ましくは１．０kg/cm2以下の範囲内で所定時間低圧運転され、所定時間が経過後は、通常の濾過処理運転の圧力が２．０kg/cm2に復帰する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、濾過処理時には、定流量運転すると共に、逆洗、エアバブリングまたは停止状態から通常の濾過処理開始への切り換え時に濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転するように自動的に変更されるようにすることで、逆洗、エアバブリングまたは停止状態から通常の濾過処理状態への移行が安定して行える。よって、濾過膜入口圧力のオーバーシュートもなくなり、濾過膜に過大な圧力がかかることがなくなり、濾過膜に衝撃等を与えることがなく、濾過膜の保全を確保することが出来る。
【００３８】
また、低圧運転から定流量運転に切り換えることで、濾過膜内に液が満たされていない状態であっても、濾過膜入口の圧力の大きな変動を生じることがないため、流量や圧力の大幅な変動がなく、安定した運転が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濾過装置を適用した濾過システムの一例を示す全体図である。
【図２】本発明に係る濾過装置の通常運転時において、濾過液を定流量運転する構成を示す模式図である。
【図３】本発明に係る濾過装置において、濾過膜に蓄積した懸濁物質を排除する逆洗、エアバブリングまたは停止状態からの濾過処理開始への切り換え時に濾過膜への原液の入力圧力を所定時間低圧運転する構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１…原液タンク
１ａ…原液
１ｂ…濾過液
１ｃ…循環戻り原液
２…原液循環ポンプ
２ａ…モータ
３…配管
４…濾過膜モジュール
５…濾過液配管
６…濾過液タンク
７…原液戻り配管
８ａ，８ｂ…逆洗回収ポンプ
９…逆洗配管
10…コンプレッサ
11…空気槽
12…配管
13…圧力センサ
14…流量センサ
15…インバータ
16…温度センサ
17…流量センサ
18…流量弁
【図１】
0003579188.tif 000002
【図２】
0003579188.tif 000003
【図３】
0003579188.tif 000004