(57)【要約】【課題】ろ過膜損傷の検知感度を向上でき、低コストで、高精度な膜損傷検出方法および膜ろ過装置を提供する。【解決手段】膜損傷検知方法は、原水を供給する原水供給手段２０と、供給された原水から透過水を得る膜ろ過手段と、透過水の一部を膜ろ過手段に逆洗水として供給する逆洗水供給手段４０とを含み、原水供給手段２０あるいは逆洗水供給手段４０の液体の供給路に気体を混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する工程と、液体の供給路を通じて供給された微細気泡化水に基づいて、当該膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態を計測する工程と、計測された値に基づいて膜ろ過手段の損傷の有無を検知する工程とを具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2008296087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水から透過水を得る膜ろ過手段と、前記透過水の一部を前記膜ろ過手段に逆洗水として供給する逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置において前記膜ろ過手段の膜損傷を検知する膜損傷検知方法であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路に気体を混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する工程と、
前記液体の供給路を通じて供給された前記微細気泡化水に基づいて、当該膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態を計測する工程と、
計測された値に基づいて前記膜ろ過手段の損傷の有無を検知する工程とを具備したことを特徴とする膜損傷検知方法。
【請求項２】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水から透過水を得る膜ろ過手段と、前記透過水の一部を前記膜ろ過手段に逆洗水として供給する逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置において前記膜ろ過手段の膜損傷を検知する膜損傷検知方法であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路の一部を分岐してその分岐路に気体を混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する工程と、
前記分岐路を通じて供給された前記微細気泡化水に基づいて当該膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態を計測する工程と、
計測された値に基づいて前記膜ろ過手段の損傷の有無を検知する工程とを具備したことを特徴とする膜損傷検知方法。
【請求項３】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水が並列に接続され、供給された前記原水から透過水を得る複数の膜ろ過手段と、前記複数の膜ろ過手段により得られた透過水を合流させてその一部を前記複数の膜ろ過手段の全てに逆洗水として供給可能な逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置において前記膜ろ過手段の膜損傷を検知する膜損傷検知方法であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路の一部を分岐してその分岐路に気体を混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する工程と、
生成した前記微細気泡化水を前記液体の供給路の下流側へ供給し、前記複数の膜ろ過手段の全てに供給する工程と、
前記供給手段により供給された前記微細気泡化水に基づいて前記複数の膜ろ過手段のそれぞれから排出される排出水の合流水の濁質状態を計測する工程と、
合流水の濁質状態の計測値に基づいて、前記複数の膜ろ過手段全体の損傷の有無を判定する工程と、
前記複数の膜ろ過手段における損傷があると判定された場合に、前記複数の膜ろ過手段の個々の排出水の濁質状態を計測する工程と、
前記個々の排出水の濁質状態の計測値に基づいて、前記複数の膜ろ過手段のうちから損傷のある前記膜ろ過手段を特定する工程とを具備したことを特徴とする膜損傷検知方法。
【請求項４】
前記分岐路には細孔を有する微細化板が設けられており、当該微細化板に前記液体を通流させることにより前記微細化気泡水を生成させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の膜損傷検知方法。
【請求項５】
得られた前記透過水の濁質状態を計測し、該濁質状態の計測値が所定の計測値であるときに前記微細気泡化水を生成させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜損傷検知方法。
【請求項６】
前記微細気泡化水は、前記膜ろ過手段に内蔵されているろ過膜の上流側に供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の膜損傷検知方法。
【請求項７】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水から透過水を得る膜ろ過手段と、前記透過水の一部を前記膜ろ過手段に逆洗水として供給する逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路に設置され、気体供給手段からの気体を前記液体に混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する微細気泡化水生成手段と、
前記液体の供給路を通じて供給された前記微細気泡化水に基づいて当該膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態を計測する濁質計測手段と、
前記濁質計測手段による計測値に基づいて前記膜ろ過手段の損傷の有無を判定する損傷判定手段とを具備したことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項８】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水から透過水を得る膜ろ過手段と、前記透過水の一部を前記膜ろ過手段に逆洗水として供給する逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路の一部を分岐して設けられる分岐路に設置され、気体供給手段からの気体を前記液体に混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する微細気泡化水生成手段と、
前記分岐路を通じて供給された前記微細気泡化水に基づいて当該膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態を計測する濁質計測手段と、
前記濁質計測手段による計測値に基づいて前記膜ろ過手段の損傷の有無を判定する損傷判定手段とを具備したことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項９】
原水を供給する原水供給手段と、供給された前記原水が並列に接続され、供給された前記原水から透過水を得る複数の膜ろ過手段と、前記複数の膜ろ過手段により得られた透過水を合流させてその一部を前記複数の膜ろ過手段の全てに逆洗水として供給可能な逆洗水供給手段とを含む膜ろ過装置であって、
前記原水供給手段あるいは前記逆洗水供給手段の液体の供給路の一部を分岐して設けられる分岐路に設置され、気体供給手段からの気体を前記液体に混合し、濁質源としての微細気泡化水を生成する微細気泡化水生成手段と、
生成した微細気泡化水を前記液体の供給路の下流側へ供給し、前記複数の膜ろ過手段の全てに供給する供給手段と、
前記供給手段により供給された前記微細気泡化水に基づいて前記複数の膜ろ過手段のそれぞれから排出される排出水の濁質状態をそれぞれ計測する複数の濁質計測手段と、
前記供給手段により供給された前記微細気泡化水に基づいて前記複数の膜ろ過手段のそれぞれから排出される排出水の合流水の濁質状態を計測する合流水濁質計測手段と、
前記合流水濁質計測手段による計測値に基づいて前記複数の膜ろ過手段における損傷の有無を判定する損傷判定手段と、
前記損傷判定手段により前記複数の膜ろ過手段における損傷があると判定された場合に、前記複数の濁質計測手段による計測値から、損傷のある前記膜ろ過手段を特定する特定手段とを具備したことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項１０】
前記微細気泡化水生成手段は、細孔を有する微細化板を有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の膜ろ過装置。
【請求項１１】
得られた透過水の濁質状態を測定する透過水濁質状態計測手段を有し、前記微細気泡化水生成手段は、前記透過水濁質状態計測手段による透過水の計測値が所定の計測値であるときに微細気泡化水を生成することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１２】
原水側へ通じる前記液体の供給路は、前記膜ろ過手段に内蔵されているろ過膜内に連通することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜ろ過装置における膜損傷検知方法および膜ろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地下水や河川表流水などの原水を浄化する浄水施設等において、膜ろ過装置が設置されている。膜ろ過装置は、原水に含まれる濁質や病原性原虫等（以下、濁質と総称する）を分離除去するろ過膜を内蔵した膜ろ過手段（以下、膜モジュールと称す）を有しており、この膜モジュールによって、清澄で、安全なろ過水を生成する機能を有している。一般的に、膜ろ過装置は、複数の膜モジュールを並列に接続するユニット方式や、複数のユニットを並列に配置した系列方式等、浄水量の規模に応じた多数の膜モジュールを備えて構成される。
【０００３】
このような膜ろ過装置においては、ろ過工程、逆洗工程、化学洗浄工程等が繰り返し実行されるようになっており、これらの工程に伴う圧力変動や膜材質劣化等により、膜モジュール内のろ過膜が損傷・破損・破断（以下、損傷と称す）する場合がある。仮に、ろ過膜に損傷が生じると、その損傷部分から原水中の濁質が直接流出することとなるため、ろ過水が汚染される状態となる。このため、ろ過膜の損傷が発生した場合には、発生した膜モジュールを迅速に把握特定して早期対策を講じ、損傷していない正常な膜モジュールによる浄水能力を維持することが重要である。
【０００４】
ろ過膜の損傷検知方法としては、外圧型膜モジュールを対象に、原水側を空気置換し、透過側に透明管と透過型光電検知器を設置して透過水の気泡数を測定する方式（例えば、特許文献１）や、透過側から逆洗空気を注入し、透明管と光電検知器を設置して透過水の気泡有無を測定する方式（例えば、特許文献２）が知られている。また、原水で充満した密閉原水側に加圧空気を供給し、処理水中の気泡を微粒子モニターで計測する方式（例えば、特許文献３）や、内圧型の原水側から気体または気液混合液を流通させて、透過液の電気抵抗を測定して気泡有無を判定する方式（例えば、特許文献４）がある。さらに、膜ろ過手段の上流側の原水に気泡を添加する方式（例えば、特許文献５）や、空気を溶解させた加圧水を原水に供給してマイクロエアーを発生させ、透過水の気泡数を計測して損傷を検知する方式（例えば、特許文献６）等の空気注入方式がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４２９３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４４８６６号公報
【特許文献３】特開平８−１７３７７４号公報
【特許文献４】特開２００５−３４９２５３号公報
【特許文献５】特開２００７−７５６７号公報
【特許文献６】特開２００３−１１２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記した特許文献１では、外圧型の原水側を空気置換しており、一般的に外圧型の膜モジュールは、透過水側に比べて原水側の容積が数倍大きく設定されるため、置換するのに時間を要して検知が遅れるとともに、その間、ろ過水製造が中断されるという難点を有している。さらに、原水を排水して置換するため、プロセス全体の水回収率を低下させるという問題がある。
また、ろ過膜の損傷には、脱着、切断、小裂傷およびピンホール的なものまで種々のケースがあり、損傷状況によってその損傷面積も変化する。前記した特許文献１から４では、供給する気体の気泡径などに関する配慮がなされておらず、損傷の種類やその度合（損傷面積の度合）によっては検知が困難となったり検知するまでに時間を要したりするといった問題がある。
その点、前記した特許文献５および６では、これらの問題に対処して原水に気泡あるいは空気溶解加圧水を添加している。しかし、特許文献５では添加するための気泡を予め生成し、貯蔵しておく大掛かりな設備を必要とする。また、ろ過膜の損傷は突発的に発生するので、常時、気泡の生成と貯蔵が必要となる。また、特許文献６においても、空気溶解加圧水を生成し、貯蔵する新たな高圧設備が必要であるとともに、空気を溶解するまで水を加圧するので相当量のエネルギーも必要になる。このように、気泡あるいは空気溶解加圧水を添加する方式では、設備および運転コストが嵩むという問題点があった。
【０００７】
本発明は、設備による気泡貯蔵の必要がなく、現状設備を有効に利用して微細気泡化水を迅速に生成し、膜ろ過手段に直接供給してろ過膜損傷の検知感度を向上できる、低コストで、高精度な膜損傷検出方法および膜ろ過装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するための手段として本発明は、原水あるいは逆洗水とその供給手段とを利用して微細気泡化水を生成させ、生成した微細気泡化水を濁質源として直接膜ろ過手段に供給し、膜ろ過手段から排出される排出水の濁質状態に基づいて損傷の発生有無、並びに損傷したろ過膜を特定するものである。
ここで、排出水には、膜ろ過手段を透過して得られる透過水のほか逆洗水により排出される排出水がある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設備による気泡貯蔵の必要がなく、現状設備を有効に利用して微細気泡化水を迅速に生成し、膜ろ過手段に直接供給してろ過膜損傷の検知感度を向上できる、低コストで、高精度な膜損傷検出方法および膜ろ過装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の膜ろ過装置を内圧型の膜モジュールを備えた膜ろ過装置を例にして詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の膜ろ過装置１は、図１に示すように、主として膜モジュール１０、原水供給手段２０、ろ過水槽３０、逆洗水供給手段４０、微細気泡化手段５０、濁質計測手段６０、損傷判定手段７０を備えて構成されている。
【００１１】
膜モジュール１０は、上下に原水室１１，１２を備え、これらの原水室１１，１２の間に透過水室１３が配設されている。透過水室１３には、およそ数千本の中空糸膜が実装されてなるろ過膜１４が配設されており、このろ過膜１４を構成する中空糸膜の各両端は、原水室１１，１２に開口するように設けられている。ここで、原水室１１，１２と透過水室１３との間は、固定壁１５ａ，１５ｂでそれぞれ仕切られており、内蔵されたろ過膜１４を介してのみ原水室１１，１２と透過水室１３との間で液体が通流するようになっている。
【００１２】
原水室１２には、開閉弁２を介して原水が供給される原水管３が接続され、原水室１１には、開閉弁４を介して逆洗水が排出される排出管５が接続されている。また、透過水室１３の上部には、膜モジュール１０から得られたろ過水をろ過水槽３０に導くろ過水管６が接続されている。
【００１３】
原水管３は、その上流側が、地下水や河川表流水などの原水取水地に通じており、開閉弁２の上流側に、高速回転するポンプ等からなる原水供給手段２０が介設されている。そして、原水管３には、この原水供給手段２０の上流側に、微細気泡化手段５０の気液混合手段５２が介設されている。
【００１４】
微細気泡化手段５０は、空気供給手段５１と、気液混合手段５２と、前記した原水供給手段２０を含んで構成されている。空気供給手段５１は、外気を吸気する図示しない吸気口を有して気液混合手段５２に外気（空気）を供給するものである。なお、微細気泡化手段５０により発生する微細気泡を空気以外の他の気体によって発生させる場合には、吸気口を所望の気体中に開口させる。気液混合手段５２は、原水管３を通じて供給される原水（液体）に気体を混合して気体混合液体を生成する機能を有しており、例えば、ラインミキサーでもよいが、供給部分の圧力を低下させるベンチュリー構造の手段を適用すれば、空気供給手段５１の押込み圧を低減することができる。このような気液混合手段５２により生成された気体混合液体は、下流側の原水供給手段２０による回転とせん断力によって気泡が微細化された状態となり、これによって、微細気泡化水が得られる。ここで、原水と空気の供給比率を空気供給手段５１等によって調整することにより、均質で、原水の流れに沿って流動し、浮上しにくい微細気泡を生成することができる。
【００１５】
排出管５は、後記する逆洗工程時に、その途中に介設された開閉弁４が開かれて、膜モジュール１０に供給された逆洗水を排出する役割をなす。
ろ過水管６は、ろ過水を開閉弁７を介してろ過水槽３０に導くものであり、その上流側の膜モジュール１０との接続口の近傍には、濁質計測手段６０が配置されている。
【００１６】
濁質計測手段６０は、膜モジュール１０から得られる透過水（排出水）の濁質状態を計測するものであり、特に限定するものではないが、超音波や光電、音響、電気抵抗などの公知の手段を利用したセンサにて構成されている。濁質計測手段６０による計測値は、損傷判定手段７０に入力される。
【００１７】
損傷判定手段７０は、パーソナルコンピュータ等からなる診断装置であり、濁質計測手段６０から入力した計測値に基づいて膜モジュール１０のろ過膜１４の損傷の有無を判定するようになっている。例えば、損傷判定手段７０は、後記する通常ろ過モードにおいて、計測値が予め設定された閾値を超える値となったか否か、あるいは計測値の時系列的な変化勾配が所定の傾き以上となったか否か（直近の計測値よりも値が高くなったか否か）等を判定することで、ろ過膜１４の損傷の有無を判定（検知）するようになっている。
【００１８】
損傷判定手段７０は、ろ過膜１４に損傷があると判定した場合に、判定信号を制御装置７１に出力するようになっている。制御装置７１は、損傷判定手段７０からろ過膜１４の損傷の判定信号を入力すると、膜ろ過装置１の運転を停止制御する等の操作信号を、膜ろ過装置１（原水供給手段２０等）に出力して膜ろ過装置１の運転を停止させ、ろ過膜１４の交換等に備えるようになっている。
【００１９】
また、ろ過水槽３０には、逆洗水供給手段４０と開閉弁４１が配設されており、ろ過水管６に接続された逆洗水管８が挿入されている。
【００２０】
次に、このように構成された膜ろ過装置１の通常の運転動作を図２を参照して説明する。通常、膜ろ過装置１は、ろ過工程（Ｓ１）、逆洗工程（Ｓ２）、フラッシング（リンス洗浄）工程（Ｓ３）の３つの工程を繰り返し実行するように構成されている。
はじめに、ろ過工程（Ｓ１）では、原水管３の開閉弁２、およびろ過水管６の開閉弁７を開状態にし、他の開閉弁４，４１を閉状態にして、原水供給手段２０を作動させ、濁質を含む原水を膜モジュール１０の原水室１２に供給する。原水は、ろ過膜１４の内側表面（上流側）で濁質が捕捉除去されて、ろ過膜１４の外部（下流側）の透過水室１３に透過する。透過した清澄な原水（以下、透過水と称す）は、透過水室１３に接続されたろ過水管６を通ってろ過水槽３０に一定量貯留される。貯溜された透過水の大部分は、浄水として水道水に供される。
【００２１】
このようなろ過工程（Ｓ１）が所定時間行われると逆洗工程（Ｓ２）に移る。逆洗工程（Ｓ２）では、原水供給手段２０を停止させ、排出管５の開閉弁４、および逆洗水管８の開閉弁４１を開状態にし、他の開閉弁２，７を閉状態にして逆洗水供給手段４０を作動させる。逆洗水供給手段４０が作動されると、ろ過水槽３０に一定量貯留されていたろ過水が、逆洗水管８からろ過水管６を通じて膜モジュール１０の透過水室１３に供給される。そうすると、ろ過膜１４の外部からろ過膜１４の内部へろ過水が透過し、その後、原水室１１側に排出され、原水室１１から排出管５を通じて外部へ排出される。このような逆洗工程（Ｓ２）終了後に、リンス洗浄工程（Ｓ３）に移る。
【００２２】
リンス洗浄工程（Ｓ３）では、逆洗工程（Ｓ２）終了後、逆洗水供給手段４０を停止し、原水管３の開閉弁２、および排出管５の開閉弁４を開状態にし、他の開閉弁７，４１を閉状態にして原水供給手段２０を作動させる。この工程では原水室１２に供給された原水がろ過膜１４を透過することなく、原水室１１を通って排出管５から排出される。これによって、原水室１１，１２およびろ過膜１４の膜表面が洗浄される。
【００２３】
以上のようなろ過工程（Ｓ１）からリンス洗浄工程（Ｓ３）までを１サイクルとし、リンス洗浄工程（Ｓ３）終了後、前記ろ過工程（Ｓ１）に移る。これらの運転動作を通常ろ過モードと称し、制御装置７１によって、各工程の所要時間、各種手段の作動・停止や開閉動作のタイミング等が指示される。
【００２４】
次に、膜損傷検知動作について説明する。はじめに、制御装置７１からの指令によって、定期的に通常ろ過モードを膜損傷検知モードに切り替えて行う、膜損傷検知動作について説明する。
膜損傷検知モードは、図３に示すように、通常ろ過モードのろ過工程（Ｓ１）が終了する段階で切り替わる。透過・検知工程（Ｓ４）では、前記したろ過工程（Ｓ１）の運転状態で、微細気泡化手段５０を作動させ、空気供給手段５１から気液混合手段５２に空気を供給し、原水供給手段２０の通流を利用して気泡混合原水を生成させ、原水供給手段２０を通過することによって、微細気泡化水を生成させる（濁質源としての微細気泡化水を生成する工程）。
【００２５】
このように生成された微細気泡化水が膜モジュール１０の原水室１２に供給されると、ろ過膜１４に損傷がある場合には、その損傷部分を通じて、原水と同伴流動する微細気泡も透過水室１３側に一緒に流出することとなる。本発明者らの実験知見によれば、損傷部分は膜抵抗が極端に小さくなるか、ほとんど無くなる状態となるので、その流出量は、正常な部分から透過する水量に比較して割合が増加する状態になる。加えて、原水の供給量を低下させる操作を行うと、損傷部分からの流出比率を高めることが可能となることが分かった。これらのことから、原水の供給量を低減させて、透過水全体の微細気泡量を増加させるようにして、ろ過膜１４の損傷が検知され易くなるようにしてもよい。
【００２６】
そして、ろ過水管６に設置した濁質計測手段６０にて、ろ過水の濁質状態を計測する（膜ろ過手段１０から排出される排出水の濁質状態を計測する工程）。濁質計測手段６０による計測値は、損傷判定手段７０に入力され、その計測値に基づいてろ過膜１４の損傷の有無が判定される（損傷の有無を検知する工程）。例えば、計測値を、直近の通常ろ過モードにおける濁質状態の計測値と比較して、その差の絶対値が所定の閾値内（範囲内）であるか否かを判定する。そして、計測値が所定の閾値を超えているときには、ろ過膜１４に損傷が有ると判定する。この判定に基づいて、損傷判定手段７０では、損傷有無の表示、損傷有りの警報などを図示しない表示装置や警報装置に出力するとともに、制御装置７１に膜ろ過装置１における次の運転操作について指令をする。なお、濁質状態としては、濁質計測手段６０に適用するセンサに対応して、濁度、粒子数、光や超音波の減衰・反射・散乱量、電力・電流値などの各値を指標にすることができる。
【００２７】
処置工程（Ｓ５）では、制御装置７１が損傷判定手段７０からの出力情報に基づいて膜ろ過装置１の次の運転操作を実行する。例えば、ろ過膜１４の損傷が発生していない場合は、通常ろ過モードに切り替え、逆洗工程（Ｓ２）から実施するよう運転操作する。一方、損傷が発生したと判断された場合は、膜ろ過装置１を停止し、膜モジュール１０の交換や修復作業の実施を促す。そして、膜モジュール１０の交換や修復作業終了後に、通常ろ過モードで再運転を開始する。つまり、ろ過工程（Ｓ１）から運転が再開される。
【００２８】
以下では、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）大掛かりな新たな設備を設けることなく、現状設備を有効に利用して、微細気泡化水を生成して、これを膜モジュール１０に供給することができ、設備コストやランニングコストがかからず、経済的である。
（２）大掛かりな気泡貯蔵設備を必要とせず、微細気泡化水を迅速に生成してこれを直接に膜モジュール１０に供給することができるので、ろ過膜１４の損傷の検知感度を向上させることができる。
（３）迅速に生成された微細気泡化水が膜モジュール１０に供給されて、ろ過膜１４の損傷が検知されるので、高精度の膜損傷の検知を行うことができる。
（４）通常ろ過モードから膜損傷検知モードへ移行して、定期的に膜損傷検知が行われるので、ろ過膜１４の破損箇所が微小である場合であっても、計測値の変化を経時的に記録（記憶）しておく等の操作を行うことで、確実にろ過膜１４の損傷が生じていることを検知することができる。
【００２９】
なお、前記例では、定期的に膜損傷検知モードが実行されるが、図４に示すように、通常ろ過モードのろ過工程（Ｓ１）における濁質計測手段（透過水濁質状態計測手段）６０からの計測値に基づいて、損傷判定手段７０が、膜損傷検知の割込み判定を必要であるか否かを判定し、割込みが必要であると判定した場合に、制御装置７１を介して一時的に膜損傷検知モードを実行するように構成してもよい。
【００３０】
図４において、ろ過工程（Ｓ１）において、濁質計測手段６０からの計測値が、予め設定された閾値（所定値）よりも高い場合（異常である場合、Ｓ１’）には、膜損傷検知モードに移行して、透過・検知工程（Ｓ４）に移行される。なお、膜損傷検知モードでの動作手順は、前記動作手順と同様である（図２，図３参照）。また、ろ過工程（Ｓ１）において、濁質計測手段６０からの計測値が、予め設定された閾値（所定値）の範囲内（正常である場合、Ｓ１’）には、通常のように、逆洗工程（Ｓ２）に移行して、通常ろ過モードが継続される。なお、割込みの要否は、前記した例の他に、例えば、濁質計測手段６０の計測値の時系列的な変化勾配が所定の傾き以上である場合等に必要であると判定するように構成することもできる。
【００３１】
このような膜ろ過装置１によれば、濁質計測手段６０からの計測値に基づいて、必要があるときにのみ、膜損傷検知モードに移行するようになっているので、定期的に膜損傷検知モードに移行する場合に比べてろ過水の生成効率が高まり、効率的な膜ろ過運転を実現することができる。
【００３２】
図５および図６に微細気泡化手段５０のその他の構成例を示す。図５に示した例では、原水供給手段２０の下流側に細孔を有する微細化板５３が設けられている点が前記例と異なる。微細化板５３は、例えば、直径１ｍｍ以下の細孔を少なくとも１個以上有しており、原水供給手段２０からの微細気泡化水を細孔から流出させるようになっている。これにより、更に微小な気泡を有する微細気泡化水が生成されるようになり、浮上し難く、原水との流動性が向上するようになる。このような微細気泡化水を膜モジュール１０に供給することで、自己上昇する気泡が低減され、損傷時の検知感度をより高めることができる。
【００３３】
また、図６は原水供給手段２０に分岐管２１（分岐路）を設け、この分岐管２１に空気供給手段５１および気液混合手段５２を設けるとともに、微細化板５３を設けた点が前記例と異なる。なお、分岐管２１には、微細化板５３の上流側に、分岐管２１用の原水供給手段２２が設けられるとともに、原水管３との合流部位の上流側に、開閉弁２’が介設されている。原水供給手段２２としては、高速回転するポンプが用いられる。
【００３４】
このような構成では、通常ろ過モードにおいて開閉弁２’を閉状態にし、空気供給手段５１、原水供給手段２２も停止させる。また、膜損傷検知モードでは、開閉弁２’を開状態にし、原水供給手段２２を作動させるとともに、空気供給手段５１を作動させて気液混合原水を生成する。気泡混合原水は、原水供給手段２２の回転とせん断力により気泡が微細化されて微細気泡化水とされ、さらに、微細化板５３で超微細な微細気泡化水として生成される。生成された微細気泡化水は、例えば、平均径が数十から百μｍの気泡を多数含有するものとなる。分岐管２１は、膜モジュール１０の近傍の原水管３に接続されているので、微細気泡化水が膜モジュール１０に直接的に供給される。
【００３５】
なお、この例では、膜損傷検知モードにあるときに、原水供給手段２０を停止してもよい。このように、原水供給手段２０を停止させると、原水による微細気泡化水の希釈がないので、濃密な微細気泡化水となり、その結果として、膜損傷時の検知感度を向上させることができる。原水供給手段２２は、通常設置されている予備機の代用、あるいは、より少容量のものを新たに設置してもよく、微細気泡化水を低廉で、迅速に生成できるという利点が得られる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の膜ろ過装置１’について説明する。
図７に示すように、第２実施形態の膜ろ過装置１’は、外圧型の膜モジュール１０’を対象としている点が前記実施形態と異なっており、膜モジュール１０’の構成の違いのみで、原水供給系およびろ過・逆洗水系は前記した内圧型とほぼ同様の構成となっている。なお、以下の説明においては、前記実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
膜モジュール１０’は、上下に透過水室１３ａ，１３ｂが設けられ、これらの透過水室１３ａ，１３ｂの間に原水室１１が配設され、ろ過膜１４が透過水室１３ａ，１３ｂに中空糸膜の両端が開口するように配設される。透過水室１３ａ，１３ｂと原水室１１は固定壁１５ａ，１５ｂで仕切られ、原水室１１の上方に排出管５が設置されている。上部の透過水室１３ａには、濁質計測手段６０を配設したろ過水管６が接続され、このろ過水管６に逆洗水供給手段４０と開閉弁４１を介設した逆洗水管８が接続される。微細気泡化水の生成は、前記図６で示した構成と同様の微細気泡化手段５０によって行われる。
【００３８】
このような外圧型の膜モジュール１０’を用いた膜ろ過装置１’においても、膜損傷検知モードの実行時に、原水を用いて微細気泡化水を生成し、透過水の濁質状態を濁質計測手段６０で計測する内圧型と同様の検知方法を適用することができ、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の膜ろ過装置１００について説明する。図８に示すように、本実施形態では、前記した膜モジュール１０（図１参照）が複数設置されている膜ろ過設備を対象とした例である。複数設けられた膜モジュール１０ａ〜１０ｎは、内圧型であり、前記第１実施形態で説明したものと同様の構成を有している。配管系は、各膜モジュール１０ａ〜１０ｎに接続される原水分岐管３ａ’〜３ｎ’と、排出水分岐管５ａ〜５ｎと、ろ過水分岐管６ａ〜６ｎと、を有している。原水分岐管３ａ’〜３ｎ’は、途中に開閉弁３ａ〜３ｎを介設して原水管３に接続され、排出水分岐管５ａ〜５ｎは、途中に開閉弁４ａ〜４ｎを介設して排出管５に接続されており、ろ過水分岐管６ａ〜６ｎは、途中に図示しない開閉弁を介設してろ過水管６に接続されている。
【００４０】
原水管３の上流には、図６に示したものと同様の構成の微細気泡化手段５０が設けられている。また、各ろ過水分岐管６ａ〜６ｎには、前記濁質計測手段６０と同様の濁質計測手段６０ａ〜６０ｎが設置されており、これらのろ過水分岐管６ａ〜６ｎが合流したろ過水管６には、合流水濁質計測手段６５が設置されている。
【００４１】
ここで、合流水濁質計測手段６５は、レーザ方式で小数点３〜４桁までの濁度や数十個の微粒子数を計測可能な高感度濁度計や微粒子センサが用いられている。このような合流水濁質計測手段６５は、比較的高価であるため、膜ろ過装置１００内に１台の割合で設置され、膜ろ過装置１００の全体のろ過水を計測により監視（管理）する目的で設置されている。一方、濁質計測手段６０ａ〜６０ｎは、前記の合流水濁質計測手段６５よりも計測精度が低く設定されており、比較的安価なものが使用されている。この濁質計測手段６０ａ〜６０ｎは、各膜モジュール１０ａ〜１０ｎの透過水を計測により個別に監視（管理）する目的で設置されている。つまり、原水の濁質状態によっては、濁質計測手段６０ａ〜６０ｎによって異常を感知するまでには計測できない場合でも、合流水濁質計測手段６５では、これを感知することが可能となっている。
【００４２】
このような膜ろ過装置１００における膜損傷検知動作について説明する。なお、基本的動作は、前記実施形態において図４を示して説明した動作と同様であるので、ここでは、適宜図４を参照して説明する。
この膜ろ過装置１００では、損傷判定手段７０が、合流水濁質計測手段６５の計測値を常時、あるいは所定時間毎に入力し、入力した計測値が予め設定された閾値（所定値）を超えた値（透過水状態が異常、図４（Ｓ１’））となったか否か、あるいは計測値の時系列的な変化勾配（直近の計測値との増加勾配を含む）が所定の傾き以上であるか否かを判定し、異常であると判定した場合に、膜損傷検知モードに移って透過・検知工程（図４、Ｓ４）に移行する。なお、ここでは、合流水濁質計測手段６５の計測値は、全体の合流ろ過水に係るものであるので、損傷判定手段７０は、膜ろ過装置１００の膜モジュール１０ａ〜１０ｎのいずれかに損傷が発生したと判定する。
【００４３】
透過・検知工程（図４、Ｓ４）では、原水供給手段２０を停止して開閉弁２を閉状態にし、次に、開閉弁２’を開状態にして微細気泡化手段５０を作動させる。微細気泡化水は、全ての膜モジュール１０ａ〜１０ｎに供給され、その透過水の濁質状態を濁質計測手段６０ａ〜６０ｎで計測する。濁質計測手段６０ａ〜６０ｎの各計測値は、損傷判定手段７０に出力され、他の計測値より高い計測値を示しているものを特定し、あるいは計測値が増加傾向を示すものを特定し、その濁質計測手段６０ａ〜６０ｎに対応する膜モジュール１０ａ〜１０ｎが膜損傷を生じたものであると特定する。そして、損傷判定手段７０は、損傷有無の表示、損傷有りの警報や損傷した膜モジュール１０ａ〜１０ｎを特定する表示等を出力するとともに、制御装置７１に運転操作を指令する。
【００４４】
処置工程（図４、Ｓ５）では、制御装置７１が損傷判定手段７０からの出力情報に基づいて膜ろ過装置１００の次の運転操作を実行する。損傷が発生していないと判定された場合には、通常ろ過モードに切り替えられ、逆洗工程（図４、Ｓ２）から実施するよう運転操作する。また、損傷が発生していると判定し、損傷した膜モジュール（１０ａ〜１０ｎのいずれか）を特定した場合、その配管系が閉状態にされてロックされる。例えば、膜モジュール１０ｂが損傷していると特定された場合には、開閉弁３ｂ，４ｂ、およびろ過水分岐管６ｂに設けられた図示しない開閉弁が閉状態にされ、その後、通常ろ過モードに切り替えられて、逆洗工程（図４、Ｓ２）から実施するよう運転操作する。配管系が閉状態にされてロックされた膜モジュール１０ｂは、交換や修復作業を実施した後、そのロックが解除される。
【００４５】
このように、複数の膜モジュール１０ａ〜１０ｎを有する膜ろ過装置１００においても、低廉で、迅速に微細気泡化水を生成し、これを膜モジュール１０ａ〜１０ｎに供給して、膜損傷の有無と損傷した膜モジュール１０ａ〜１０ｎの特定を高精度に行うことができる。
しかも、損傷による気泡の漏洩が微量である場合にも、合流水濁質計測手段６５によって、損傷を判定することができるので、濁質計測手段６０ａ〜６０ｎの精度が必ずしも高くない場合でも、損傷の発生をいち早く検知することができる。
【００４６】
図９に変形例の膜ろ過装置１００’を示す。この例では、分岐管２１からの微細気泡化水分岐管２１ａ〜２１ｎが、それぞれの膜モジュール１０ａ〜１０ｎと、開閉弁３ａ〜３ｎの間の原水分岐管３ａ’〜３ｎ’に接続されている点で異なっている。この構成において、例えば濁質計測手段６０ｂの計測値が、所定の閾値より高い値を示した場合、あるいは計測値が増加傾向を示した場合等、損傷判定手段７０は、膜モジュール１０ｂに損傷が発生したと判定して、警報、表示等を行うとともに、制御装置７１に膜損傷検知モードの運転操作を指令する。透過・検知工程（図４、Ｓ４）では、原水供給手段２０を停止し、原水分岐管３ａ’〜３ｎ’に設置された開閉弁３ａ〜３ｎを閉じる。次に、膜モジュール１０ｂの微細気泡化水分岐管２１ｂの開閉弁２ｂ’を開状態にして、微細気泡化手段５０を作動させる。
【００４７】
この操作により、損傷の可能性のある膜モジュール１０ｂにのみ、微細気泡化水が供給されることとなり、これによって損傷の有無を正確に判定することができる。損傷の有無は、計測値が直近のろ過工程時よりも高い値を示す場合、あるいは、増加傾向を示す状態であること等から判定することができる。判定後は、微細気泡化手段５０を停止し、開閉弁２ｂ’を閉状態にする。
【００４８】
処置工程（図４、Ｓ５）では、損傷と判定された場合には、膜モジュール１０ｂに係る全ての分岐管３ｂ’，２１ｂ，５ｂの開閉弁３ｂ，２ｂ’，４ｂおよびろ過水分岐管６ｂに設けられた図示しない開閉弁を閉状態にし、膜モジュール１０ｂ以外の膜モジュール１０ａ，１０ｃ（不図示）〜１０ｎを対象に、通常ろ過モードの逆洗工程（図４，Ｓ２）から順次実行する。
【００４９】
このような膜ろ過装置１００’では、通常ろ過モードのろ過工程（図４，Ｓ１）中に、任意の濁質計測手段６０ａ〜６０ｎの計測値が異常となった場合に、好適に対処することができ、損傷の可能性のある膜モジュール１０ｂにのみ微細気泡化水を供給することで、損傷有無を正確に判定できる。また、微細気泡化水の生成量も少なくて済み、その分、微細気泡化手段５０の作動時間を減少させることができて経済的である。
【００５０】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の膜ろ過装置２００について説明する。
本実施形態では、微細気泡化水を逆洗水で生成して膜損傷を検知するようにした点が異なっている。図１０に示すように、膜ろ過装置２００は、外圧型の複数の膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’が並列に配置されている。膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’には、原水管３から分岐した原水分岐管３ａ’〜３ｎ’と、排出管５に接続されている排出水分岐管５ａ〜５ｎと、ろ過水管６に接続されているろ過水分岐管６ａ〜６ｎとが接続されている。合流水濁質計測手段６５は、前記第３実施形態で説明したものと同様に、ろ過水管６を対象に設置しており、濁質計測手段６０ａ〜６０ｎは、それぞれの排出水分岐管５ａ〜５ｎの途中に配設されている。また、原水分岐管３ａ’〜３ｎ’には、開閉弁３ａ〜３ｎが設けられ、排出水分岐管５ａ〜５ｎには、開閉弁４ａ〜４ｎが設けられ、ろ過水分岐管６ａ〜６ｎには、開閉弁６ａ’〜６ｎ’が設けられている。
【００５１】
逆洗水管８には、分岐管２１が接続されており、この分岐管２１の途中に微細気泡化手段５０が設置されている。分岐管２１の下流側はさらに分岐されて、各膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’の透過水室１３ｂにそれぞれ接続される微細気泡化水分岐管２１ａ〜２１ｎとなっている。各微細気泡化水分岐管２１ａ〜２１ｎの途中には、開閉弁２ａ’〜２ｎ’が設けられている。
【００５２】
このような膜ろ過装置２００における膜損傷の検知は、図１１に示す手順で実行される。すなわち、通常ろ過モードのろ過工程（Ｓ１）において、損傷判定手段７０は、合流水濁質計測手段６５の計測値が予め設定された閾値を超える値となった場合、あるいは計測値の時系列的な変化勾配が所定の傾き以上である場合等には、膜ろ過装置２００の膜モジュール１０ａ’〜１０ｂ’のいずれかに損傷が発生したと判断し（Ｓ１’）、割込みによる、膜損傷検知モードを実行させる。
【００５３】
膜損傷検知モードに移行すると、まず、逆洗工程（Ｓ６）を行う。この逆洗工程（Ｓ６）は、通常ろ過モードの逆洗工程（Ｓ２）と同じ工程となっており、原水供給手段２０を停止して開閉弁３ａ〜３ｎと、ろ過水の開閉弁７を閉状態にし、開閉弁６ａ’〜６ｎ’と、開閉弁４１とを開状態にして、逆洗水供給手段４０を作動させる。そうすると、ろ過水槽３０から逆洗水管８を通じてろ過水管６にろ過水が流れ、これがろ過水分岐管６ａ〜６ｎを通じて全ての膜モジュール１ａ〜１ｎに供給され、各膜モジュール１ａ〜１ｎが洗浄される。この逆洗工程により、原水室１１側のろ過膜１４に捕捉されていた濁質を剥離除去することができる。
【００５４】
次に、逆洗工程（Ｓ６）の終了後、透過・検知工程（Ｓ７）に移行する。透過・検知工程では、逆洗水供給手段４０を停止して開閉弁４１を閉じ、次に微細気泡化水分岐管２１ａ〜２１ｎの開閉弁２ａ’〜２ｎ’を開状態にして、微細気泡化手段５０を作動させる。そうすると、分岐管２１に微細気泡化水が生成されて、これが微細気泡化水分岐管２１ａ〜２１ｎを通じて透過水室１３ｂ側に供給され、その後、透過水室１３ｂ側からろ過膜１４を通じて原水室１１側に透過される。この透過水は、それぞれの排出水分岐管５ａ〜５ｎを通じて排出水として排出される。
【００５５】
これらの排出水の濁質状態を濁質計測手段６０ａ〜６０ｎで計測する。濁質計測手段６０ａ〜６０ｎの計測値は、損傷判定手段７０に出力され、損傷判定手段７０は、他の計測値より高い計測値を示しているものを特定し、あるいは計測値が増加傾向を示すもの等を特定し、その特定された濁質計測手段６０ａ〜６０ｎに対応する膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’を損傷を生じたものであると特定する。そして、損傷判定手段７０は、損傷有無の表示、損傷有りの警報や損傷した膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’を特定する表示等を出力するとともに、制御装置７１に操作指令を出力する。
【００５６】
次に、処置工程（Ｓ８）に移行し、制御装置７１が損傷判定手段７０からの出力情報に基づいて膜ろ過装置２００の次の運転操作を指令する。損傷が発生していない場合には、通常ろ過モードに切り替えられ、逆洗工程（Ｓ２）から実施するように運転操作する。また、損傷が発生していると判定し、損傷した膜モジュール（１０ａ’〜１０ｎ’のいずれか）を特定した場合、例えば膜モジュール１０ｂ’が損傷した場合には、膜モジュール１０ｂ’の全ての開閉弁２ｂ’，３ｂ，４ｂ、６ｂ’が閉状態にされ、その後、通常ろ過モードに切り替えられて、逆洗工程（図１１、Ｓ２）から実施するよう運転操作する。配管系が閉状態にされてロックされた膜モジュール１０ｂ’は、交換や修復作業を実施した後、そのロックが解除される。
【００５７】
このような膜ろ過装置２００によれば、外圧型の膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’を有しており、逆洗水で生成した微細気泡化水を膜モジュール１０ａ’〜１０ｎ’の各ろ過膜１４中に圧送するようになっているので、損傷がある部分の面積を変化させることがなく、むしろ損傷がある部分を拡大する方向に作用するため、損傷の有無を確実に把握することができる。なお、図１０に示した例では、下方の透過水室１３ｂから微細気泡化水を供給するように構成したが、上方の透過水室１３ａから供給するようにしてもよい。
【００５８】
以上、通常ろ過モードから膜損傷検知モードに切替えて膜損傷を検知する方法を説明したが、通常ろ過モードのろ過工程中に微細気泡化水を供給するようにして、膜損傷を検知するように構成してもよい。供給方法としては、図８に示した膜ろ過装置１００において、微細気泡化手段５０を所定間隔で間欠的に作動させて、微細気泡化水を断続的に供給するようにすることが挙げられる。また、図９および図１０に示した膜ろ過装置１００’，２００において、開閉弁２ａ’〜２ｎ’を順次開閉するように制御して１モジュールづつ順番に実施するようにしてもよい。また、透過水の濁質状態が異常な場合に、膜損傷検知モードに切替える方式では、微細気泡化水の生成頻度が低いので、空気供給手段５１としてボンベを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膜ろ過装置を示す図である。
【図２】通常ろ過モードにおける手順の説明図である。
【図３】通常ろ過モードおよび膜損傷検知モードにおける手順の説明図である。
【図４】通常ろ過モードおよび膜損傷検知モードにおける手順の説明図である。
【図５】微細気泡化水手段のその他の例を示す図である。
【図６】微細気泡化水手段のその他の例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る膜ろ過装置を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る膜ろ過装置を示す図である。
【図９】変形例の膜ろ過装置を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る膜ろ過装置を示す図である。
【図１１】膜損傷検知モードにおける手順の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，１’    膜ろ過装置
３      原水管
５      排出管
６      ろ過水管
１０    膜モジュール（膜ろ過手段）
１４    ろ過膜
２０    原水供給手段
２１    分岐管（分岐路）
３０    ろ過水槽
４０    逆洗水供給手段
５０    微細気泡化水手段
５３    微細化板
６０    濁質計測手段
６５    合流水濁質計測手段
７０    損傷判定手段
１００，１００’，２００  膜ろ過装置
【図１】
2008296087.tif 000003
【図２】
2008296087.tif 000004
【図３】
2008296087.tif 000005
【図４】
2008296087.tif 000006
【図５】
2008296087.tif 000007
【図６】
2008296087.tif 000008
【図７】
2008296087.tif 000009
【図８】
2008296087.tif 000010
【図９】
2008296087.tif 000011
【図１０】
2008296087.tif 000012
【図１１】
2008296087.tif 000013