(57)【要約】【課題】膜破断検出を確実に行うこと。【解決手段】中空糸膜モジュールと、洗浄時に開閉する弁機構と、原水供給機構と、ろ過水案内機構と、一次側から洗浄用空気を送る機構と二次側から逆洗水を送る機構とから成る中空糸膜モジュールの洗浄機構と、一次側に供給される洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する圧力検出機構と、膜破断検出時に漏れる洗浄用空気を大気中に排気する空気抜き管とを備え、洗浄時には、弁機構を開放するとともに洗浄用空気を送る機構と逆洗水を送る機構とを同時に作動して逆洗および空洗を同時に行い、逆洗および空洗後に行われる膜破断検出時には、弁機構を閉鎖するとともに逆洗水を送る機構を停止しかつ空気抜き管の流路を開放して圧力検出機構により洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する。【選択図】      図１
2004188252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水からろ過水を得る中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜モジュールに設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時に開閉する弁機構と、
前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールに原水を供給する原水供給機構と、
前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールにて処理されたろ過水を導出するろ過水案内機構と、
前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時および膜破断検出時に前記中空糸膜モジュールに洗浄用空気を送る機構と前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時に前記中空糸膜モジュールに逆洗水を送る機構とから成る前記中空糸膜モジュールの洗浄機構と、
前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールの一次側に供給される洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する圧力検出機構と、
前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に流路を開放して前記中空糸膜モジュールの二次側に漏れる洗浄用空気を大気中に排気する空気抜き管とを備え、
前記中空糸膜モジュールの洗浄時には、前記弁機構を開放するとともに前記洗浄機構における洗浄用空気を送る機構と逆洗水を送る機構とを同時に作動して逆洗および空洗を同時に行い、前記逆洗および空洗後に行われる前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時には、前記弁機構を閉鎖するとともに前記逆洗水を送る機構を停止しかつ前記空気抜き管の流路を開放して前記圧力検出機構により前記洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出するように構成されている
ことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
請求項１記載の膜ろ過装置において、
前記中空糸膜モジュールが、ケーシング収納型外圧式である
ことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項３】
請求項１記載の膜ろ過装置において、
前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に供給される前記洗浄空気の圧力は、バブルポイントより低い圧力である
ことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項４】
請求項１記載の膜ろ過装置において、
前記圧力検出機構は、前記洗浄空気の圧力上昇度合いが遅いまたは上昇しない場合には、膜破断信号を送出する
ことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項５】
原水のろ過、前記中空糸膜モジュールの洗浄および膜破断検出を行う請求項１記載の膜ろ過装置の運転方法であって、
前記原水のろ過時には、前記原水供給機構を介して供給される前記原水を前記中空糸膜モジュールにてろ過水し、前記ろ過水を前記ろ過水案内機構を介して導出し、
前記中空糸膜モジュールの洗浄時および膜破断検出時には、前記弁機構を開放した後、前記洗浄機構における洗浄用空気を送る機構と逆洗水を送る機構とを同時に作動して前記中空糸膜モジュールの逆洗と空洗とを同時に行い、次いで、前記弁機構を閉鎖するとともに前記空気抜き管の流路を開放した後、前記洗浄用空気を送る機構を作動して前記洗浄空気を前記中空糸膜モジュールに送りながら前記圧力検出機構により前記洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する
ことを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
【請求項６】
請求項５記載の膜ろ過装置の運転方法において、
前記圧力検出機構は、前記洗浄空気の圧力上昇度合いが遅いまたは上昇しない場合には、膜破断信号を送出する
ことを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
【請求項７】
請求項５記載の膜ろ過装置の運転方法において、
前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に供給される前記洗浄空気の圧力は、バブルポイントより低い圧力である
ことを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、水道水の製造や産業用水の製造に使用する膜ろ過装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の膜ろ過装置としては、例えば、図３に示すものが知られている。
先ず、膜ろ過装置１の構成を説明する。
原水をろ過する中空糸膜モジュール２には、洗浄時に開閉する弁３，４が設けてある。中空糸膜モジュール２の一次側には、弁６を設け原水管５が取り付けられている。中空糸膜モジュール２の二次側には、膜ろ過水管７が取り付けられている。中空糸膜モジュール２の前後には、差圧を取るために原水管５と膜ろ過水管７とに圧力計８，９がそれぞれ取り付けられている。
【０００３】
原水管５には、圧力計８より上流側において洗浄空気管１０が取り付けられている。洗浄空気管１０は、コンプレッサ１２に弁１１を介して連絡している。
膜ろ過水管７には、膜ろ過水槽１３に弁１４を介して連絡している。また、膜ろ過水管７には、濁度計測管１５が弁１４より上流側に取り付けられている。濁度計測管１５には、弁１６を介して高感度濁度計１７が取り付けられている。濁度計測管１５より上流側において膜ろ過水管７と膜ろ過水槽１３とを連絡する洗浄水管１８が取り付けられている。洗浄水管１８には、弁１９を介して逆洗ポンプ２０が取り付けられている。
【０００４】
次に、このように構成された従来の膜ろ過装置１について説明する。
従来の膜ろ過装置１の運転は、次のような工程を繰り返し行っている。
ろ過工程→逆洗工程→空洗工程→ドレン工程→フラッシング工程
それぞれの水または空気の流れるラインは、次の通りである。
ろ過工程：
弁６→中空糸膜モジュール２→弁１４→膜ろ過水槽１３
逆洗工程：
膜ろ過水槽１３→逆洗ポンプ２０→弁１９→中空糸膜モジュール２→弁３
空洗工程：
コンプレッサ１２→弁１１→中空糸膜モジュール２→弁３
ドレン工程：
弁３→中空糸膜モジュール２→弁４
ここで、弁３は、ドレン排水のために空気を入れる時に開とする。
【０００５】
フラッシング工程：
弁６→中空糸膜モジュール２→弁３
そして、中空糸膜モジュール２の破断は、ろ過工程において、高感度濁度計１７を使用して検出していた。
しかし、濁度計などの水質測定計器による検出は、中空糸膜モジュール２の本数が増えるにつれて発見精度が鈍る。また、原水が極端にきれいな場合、濁度計等では検出不可能であるという問題点があった。そして、中空糸膜モジュール２では、膜が破断した状態でろ過を続けると、破断部が原水の懸濁物質により閉塞し、膜破断の検出が困難であった。
【０００６】
そこで、膜破断検出装置付き膜ろ過装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された発明を、図３の膜ろ過装置に応用すると、図４のような膜ろ過装置３０となる。
この膜ろ過装置３０では、弁２２，２３を設けた空気管２１にて、洗浄空気管１０と膜ろ過水管７を接続し、膜破断検出用の空気を膜ろ過水管７に供給できるようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−７９０６５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この膜ろ過装置３０では、洗浄空気管１０が原水管５とも接続されているため、膜ろ過水管７が汚染されるという問題点がある。
【０００９】
特に、水道水処理では、浄水、すなわち、膜ろ過水の衛生性を保つためには、原水管５と膜ろ過水管７とが連通となるような配管は避けなければならない。
また、図４に示すように、特許文献１の検出方法では、膜ろ過水管内の圧力を一定圧力まで上げた後、その後の圧力の低下度合いを中空糸膜膜破断の検出に用いている。
【００１０】
しかし、この検出方法では、中空糸膜破断の影響が大きい場合、すなわち、空気の漏れが多い場合、検出に必要なところまで圧力が上がらず、中空糸膜破断有りの場合も無しの場合も低下する圧力はほとんど差がなくなる。
その結果、特許文献１の検出方法では、中空糸膜破断が起こっていないと判断されてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、膜破断検出を確実に行うことができる膜ろ過装置およびその運転方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、原水からろ過水を得る中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールに設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時に開閉する弁機構と、前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールに原水を供給する原水供給機構と、前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールにて処理されたろ過水を導出するろ過水案内機構と、前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時および膜破断検出時に前記中空糸膜モジュールに洗浄用空気を送る機構と前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールの洗浄時に前記中空糸膜モジュールに逆洗水を送る機構とから成る前記中空糸膜モジュールの洗浄機構と、前記中空糸膜モジュールの一次側に設け前記中空糸膜モジュールの一次側に供給される洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する圧力検出機構と、前記中空糸膜モジュールの二次側に設け前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に流路を開放して前記中空糸膜モジュールの二次側に漏れる洗浄用空気を大気中に排気する空気抜き管とを備え、前記中空糸膜モジュールの洗浄時には、前記弁機構を開放するとともに前記洗浄機構における洗浄用空気を送る機構と逆洗水を送る機構とを同時に作動して逆洗および空洗を同時に行い、前記逆洗および空洗後に行われる前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時には、前記弁機構を閉鎖するとともに前記逆洗水を送る機構を停止しかつ前記空気抜き管の流路を開放して前記圧力検出機構により前記洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の膜ろ過装置において、前記中空糸膜モジュールが、ケーシング収納型外圧式であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１記載の膜ろ過装置において、前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に供給される前記洗浄空気の圧力は、バブルポイントより低い圧力であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の膜ろ過装置において、前記圧力検出機構は、前記洗浄空気の圧力上昇度合いが遅いまたは上昇しない場合には、膜破断信号を送出することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、原水のろ過、前記中空糸膜モジュールの洗浄および膜破断検出を行う請求項１記載の膜ろ過装置の運転方法であって、前記原水のろ過時には、前記原水供給機構を介して供給される前記原水を前記中空糸膜モジュールにてろ過水し、前記ろ過水を前記ろ過水案内機構を介して導出し、前記中空糸膜モジュールの洗浄時および膜破断検出時には、前記弁機構を開放した後、前記洗浄機構における洗浄用空気を送る機構と逆洗水を送る機構とを同時に作動して前記中空糸膜モジュールの逆洗と空洗とを同時に行い、次いで、前記弁機構を閉鎖するとともに前記空気抜き管の流路を開放した後、前記洗浄用空気を送る機構を作動して前記洗浄空気を前記中空糸膜モジュールに送りながら前記圧力検出機構により前記洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の膜ろ過装置の運転方法において、前記圧力検出機構は、前記洗浄空気の圧力上昇度合いが遅いまたは上昇しない場合には、膜破断信号を送出することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項５記載の膜ろ過装置の運転方法において、前記中空糸膜モジュールの膜破断検出時に供給される前記洗浄空気の圧力は、バブルポイントより低い圧力であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置およびその運転方法を示す。
先ず、本実施形態に係る膜ろ過装置５０の構成を説明する。
【００１８】
中空糸膜モジュール６０は、ケーシング収納型外圧式である。ケーシング収納型外圧式としては、精密ろ過膜または限外ろ過膜がある。また、中空糸膜モジュール６０は、ポリフッ化ビニリデン中空糸膜またはポリアクリロニトリル中空糸膜が用いられている。
【００１９】
中空糸膜モジュール６０には、洗浄時に開閉する弁６１，６２が設けてある。弁６１，６２は、中空糸膜モジュール６０の洗浄時に開閉する弁機構を構成する。
中空糸膜モジュール６０の一次側には、弁６４を設けた原水管６３が取り付けられている。原水管６３は、弁６４の手前に設けた原水ポンプ（図示せず）または原水取水弁（図示せず）に連絡しており、中空糸膜モジュール６０に原水を供給する原水供給機構を構成する。
【００２０】
原水管６３には、圧力計６６より上流側において洗浄空気管６８が取り付けられている。洗浄空気管６８は、コンプレッサ７０に弁６９を介して連絡している。洗浄空気管６８は、中空糸膜モジュール６０の洗浄時および膜破断検出時に中空糸膜モジュール６０に洗浄用空気を送る機構を構成する。
中空糸膜モジュール６０の二次側には、膜ろ過水管６５が取り付けられている。膜ろ過水管６５は、中空糸膜モジュール６０にて処理されたろ過水を導出するろ過水案内機構を構成する。
【００２１】
中空糸膜モジュール６０の前後には、差圧を取るために原水管６３と膜ろ過水管６５とに圧力計６６，６７がそれぞれ取り付けられている。圧力計６６は、中空糸膜モジュール６０の一次側に供給される洗浄用空気の圧力上昇度合いを検出する圧力検出機構を構成する。圧力計６６は、警報装置に連絡しており、膜破断時には圧力計６６から送出される信号に基づいて警報装置から警報が発せられるようになっている。
【００２２】
膜ろ過水管６５は、膜ろ過水槽７１に弁７２を介して連絡している。
また、膜ろ過水管６５には、濁度計測管７３が弁７２より上流側に取り付けられている。濁度計測管７３には、弁７４を介して高感度濁度計７５が取り付けられている。
【００２３】
濁度計測管７３より上流側において膜ろ過水管６５と膜ろ過水槽７１とを連絡する洗浄水管７６が取り付けられている。洗浄水管７６には、弁７７を介して逆洗ポンプ７８が取り付けられている。洗浄水管７６が、中空糸膜モジュール６０の洗浄時に中空糸膜モジュール６０に逆洗水を送る機構を構成する。
【００２４】
また、膜ろ過水管６５には、圧力計６７の上流側で分岐する空気抜き管８０が取り付けられている。空気抜き管８０には、弁７９が取り付けられている。弁７９は、中空糸膜モジュール６０の洗浄時に流路を開放して中空糸膜モジュール６０の二次側に漏れる洗浄用空気を大気中に排気する。
本実施形態において、洗浄空気管６８と洗浄水管７６とは、中空糸膜モジュールの洗浄機構を構成する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る膜ろ過装置５０の運転方法を説明する。
先ず、中空糸膜モジュール６０によるろ過処理時には、弁６４，７２，７４を開き、弁７７，６１，６２，６９，７９を閉じる。
次に、原水管５の弁６４の手前に設けた原水ポンプ（図示せず）または原水取水弁（図示せず）との水位差により、中空糸膜モジュール６０に原水を加圧送水する。
【００２６】
次に、中空糸膜モジュール６０によりろ過されたろ過水は、膜ろ過水管６５を介して膜ろ過水槽７１に貯水される。同時に、高感度濁度計７５にて中空糸膜モジュール６０の破断を検出する。
以上により、ろ過水を得ることができる。
次に、中空糸膜モジュール６０の洗浄について説明する。
【００２７】
先ず、原水管６３の弁６４、膜ろ過水管６５の弁７２、濁度計測管７３の弁７４を閉じる。
次に、洗浄水管７６の弁７７、中空糸膜モジュール６０の上部排水用の弁６１および下部排水用の弁６２を開き、膜ろ過水槽７１内の洗浄水を逆洗ポンプ７８により送水し、中空糸膜モジュール６０の二次側から一次側に洗浄水を通して、中空糸膜モジュール６０の逆洗を行う。
【００２８】
この逆洗と同時に、洗浄空気管６８の弁６９を開き、コンプレッサ７０から洗浄用空気を中空糸膜モジュール６０の一次側に供給し、中空糸膜モジュール６０の空洗を行う。
ここで、中空糸膜モジュール６０の洗浄は、洗浄水を中空糸膜モジュール６０の二次側から一次側に通す逆圧水洗浄と、洗浄空気を中空糸膜モジュール６０の一次側に送り膜糸を揺動させる空気洗浄とを同時に行う。この運転時間は、例えば、３０秒程度である。
【００２９】
以上により、中空糸膜モジュール６０の洗浄が終わる。
次に、上部排水用の弁６１を開き、中空糸膜モジュール６０内の一次側に溜まった水を下部排水用の弁６２からドレンする。
次に、洗浄水管７６の弁７７、中空糸膜モジュール６０の上部排水用の弁６１および下部排水用の弁６２を閉じ、空気抜き管８０の弁７９を開き、洗浄空気管６８の弁６９を開き、コンプレッサ７０から洗浄用空気を中空糸膜モジュール６０の一次側に供給する。
【００３０】
そして、この洗浄用空気の供給時の圧力上昇度合いを圧力計６６により測定し、上昇度合いが遅い場合あるいは上昇しない場合には、警報を発し膜破断を通報する。
ここで、膜破断について説明する。
膜ろ過は、膜表面に空いた微細な孔により原水をろ過してろ過水を得る。この細孔を水などの液体で湿潤させ、中空糸膜モジュール６０の一次側に空気で圧力をかけると、ある圧力で細孔内の水が空気により押し出され、中空糸膜モジュール６０の二次側に空気が通過する。この圧力をバブルポイントという。バブルポイントは、膜の細孔径にもよるが、一般的に３００ｋＰａ以下である。
【００３１】
従って、中空糸膜モジュール６０の一次側にバブルポイントより低い圧力をかけた場合、中空糸膜モジュール６０の二次側に空気は通過しないので、中空糸膜モジュール６０の一次側の圧力は、図２に示すように、供給空気圧に応じて上昇する。
しかし、膜に破断箇所がある場合、バブルポイントより低い圧力でも破断箇所から中空糸膜モジュール６０の二次側に空気が漏れるため、図２に示すように、膜に破断がない場合に比べて圧力上昇が遅いか圧力上昇が起こらない。
【００３２】
この空気圧力上昇の違いにより、膜破断を検出することができる。
以上により、膜破断検出が終了する。
次に、弁６４および６１を開き、残りの弁６２，６９，７２，７４，７７，７９を閉じてフラッシング工程を行う。
以上により、本実施形態では、ろ過工程→洗浄工程（逆洗＋空洗）→ドレン工程→膜破断検出（膜のリーク検査）→フラッシング工程を繰り返して行うことができる。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、膜ろ過装置の洗浄後に膜破断の検出を行うので、膜破断検出前に中空糸膜モジュール６０の膜の破断部の目詰まりを確実に無くすることができるため、膜破断検出を確実に行うことが可能となる。
また、膜破断の有無を、中空糸膜モジュール６０の一次側に送られる空気圧力の上昇度合いを決定因子とするので、膜破断の検出が確実となる。
【００３４】
また、膜破断の有無を、中空糸膜モジュール６０の一次側に送られる空気圧力の上昇度合いを決定因子とするので、中空糸膜モジュール６０の本数が多くても対応が可能である。
【００３５】
また、膜破断の検出に、コンプレッサ７０からの洗浄用空気を併用することができるので、特別な装置を必要としない。
また、膜破断の検出を、通常の洗浄工程に組み込むことができるので、膜破断の検出を一定サイクルで周期的に行うことが可能となり、定期的に破断のチェックを行うことができる。
【００３６】
また、原水管６３と膜ろ過水管６５とを接続しないので、膜ろ過水管６５の汚染が起こらない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、逆洗と空洗を同時に行って膜の破断部の目詰まりを確実に無くした後で膜破断検出を行うので、膜破断検出を確実に行うことができる。
【００３８】
しかも、従来の逆洗設備および空気洗浄設備を用いることができるので、特別な装置を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る膜ろ過装置の運転方法における膜破断検出を示すグラフである。
【図３】従来の膜ろ過装置を示す概念図である。
【図４】公知の膜破断検出装置を従来の膜ろ過装置に付加した例を示す概念図である。
【図５】図４に示す膜ろ過装置の運転方法における膜破断検出を示すグラフである。
【符号の説明】
５０  膜ろ過装置
６０  中空糸膜モジュール
６１，６２，６４，６９，７２，７４，７７，７９  弁
６３  原水管
６５  膜ろ過水管
６６，６７  圧力計
６８  洗浄空気管
７０  コンプレッサ
７１  膜ろ過水槽
７３  濁度計測管
７５  高感度濁度計
７６  洗浄水管
７８  逆洗ポンプ
８０  空気抜き管
【図１】
2004188252.tif 000003
【図２】
2004188252.tif 000004
【図３】
2004188252.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004188252.tif 000007