(57)【要約】【課題】膜機能検知処置付飲料用水処理方法及び装置の提供。【解決手段】系内外からの原水より発する少なくとも一種の飲料用水への膜処理或いは配水経路に於いて、少なくとも一段の該膜処理工程に予め定めた条件に基づき濾過膜の機能を検知及び処置する機構を設営して得た処理水を優先的に単独供給、或いは共用可能な上水との複合供給、又は該処置による膜処理不可時には上水のみの独立供給のいずれかを選択して飲料水を供給することを特徴とする膜機能検知処置付飲料水処理方法及びその装置にある。この方法及びその装置を有効に運営する為に、濾過膜の機能を検知する手段をインラインに設営して常時濾過膜の損傷が検知出来る態勢を確保している点に特徴がある。膜濾過装置が使用不可となれば、即座に市水供給に変更可能な飲料用水の供給方法である。【選択図】      図１
2004209400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系内外からの原水より発する少なくとも一種の飲料用水への膜処理或いは配水経路に於いて、少なくとも一段の該膜処理工程に予め定めた条件に基づき濾過膜の機能を検知及び処置する機構を設営して得た処理水を優先的に単独供給、或いは共用可能な上水との複合供給、又は該処置による膜処理不可時には上水のみの独立供給のいずれかを選択して飲料水を供給することを特徴とする膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項２】
該濾過膜の機能を検知方法として、予め設定した時間毎に該膜処理工程への流水回路を閉鎖し、次いで濾過ユニット内原水側の圧力解除後、透過水側に加圧気体を充填保持し、一定時間後の加圧気体圧力低下率を無損傷の濾過膜と比較対比して膜損傷の有無を判断することを特徴とする請求項１記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項３】
該加圧気体として、空気を用いることを特徴とする請求頃１ないし２記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項４】
該加圧気体の圧力として、採用濾過膜の媒体が水における阻止孔径１．０μｍに対応するバブルポイント以上とすることを特徴とする請求頃２ないし３記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項５】
該加圧気体を充填保持時間として、３０秒以上５分以下とすることを特徴とする請求頃２ないし４記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項６】
該加圧気体圧力低下率の許容変動範囲として、無損傷の濾過膜を基準として得た圧力低下率の平均的変化率を定め、該範囲を超えると膜損傷とすることを特徴とする請求頃２ないし５記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項７】
該系内外からの原水として地下水で有ることを特徴とする請求頃１ないし６記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項８】
該処置により膜処理不可時に、上水のみの独立供給に切り替えて送水することを特徴とする請求頃１ないし７記載の膜機能検知処置付飲料水処理方法。
【請求項９】
上記請求項１ないし８の何れかを採用することを特徴とする膜機能検知処置付飲料用水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系内外からの原水より発する少なくとも一種の飲料用水の安全な処理方法、詳細には例えば汚濁物質を含む湖沼や河川或いは井戸水又は工業用水等を高度処理して得る安全な飲料用浄化水、或いはこれらと混合する他の飲料可能な上水などを少なくとも一つの槽内に貯留し、送水に際して飲料水として要求される水質レベルの浄化水から優先採水する、高度処理に欠かせない濾過膜損傷対処手段を留保した膜機能検知処置付飲料水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、飲料用に供する水処理工程では原水から目的の処理水を得るに際し、各種原水の性状に応じ必要な各種の処理工程が採用され高度処理が施されている。
従来、処理工程に多く採用されている膜濾過による飲料用原水の高度処理に於いて、膜の破損による原水のリークによるトラブルに多大の努力が為されている。
例えば、特開２０００−３４２９３６号公報には、中空糸膜濾過装置による膜の損傷検知方法に於いて中空糸膜の外側に水を張り、内側から加圧空気を注入し圧力注入時間と圧力変化率より一定の圧力注入時間を設定し、その設定時間内の圧力保持率と定常的な圧力保持率とを比較演算し膜の損傷を検知する方法が示されている。
【０００３】
一方、特開２０００−２７９７６９号公報には、膜濾過装置のまく破損検知方法として透過水の濁度の変化が認められた時点で、膜濾過の透過側から加圧空気を導入して空気圧の低下により中空糸膜の破損を検知する膜破損検知方法が示されている。
更に、特開２００１−１９０９３８号公報には、吸引濾過方式ではあるが膜の濾過側に加圧気体を供給し加圧気体の圧力変化又は所定圧力まで降下する時間を検出して破損膜の検知を行う方法が示されている。
【０００４】
以上に例示を交え説明したとおり、これらはいずれも濾過膜の破損検知方法である。その中で、定評ある検知方法として透過水側に空気圧をかけて圧力低下を計測する方法についても、数多くの方法が提案されている。
しかしながら、これらの代表例についてその方法を詳細に検討すると、いずれも媒体とされる水に検査用の気体が溶解したり、測定時の気体加圧状態如何では膜の変態が起こり正確な測定結果になり得ず、対象とする濾過システムに不適切であったりして、精密データが得がたいなどの難点があった。
【０００５】
本発明は、単に濾過膜の検知に飽き足らず、その目的及び構成並びに膜濾過システムに対する着眼点において、新規な濾過処理を擁する飲料水配水方法を提案する事を目的とする。
即ち、飲料水需要の多様化の時代、省エネ・省資源の見地から地下水を供給から安全な配水、並びに浄化装置の緊急対処を組み込んだ飲料用水の綜合的供給システムを提供する見地から、膜機能検知処置付飲料用水処理方法及び装置に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような観点から上記目的を達成するため鋭意研究し、高度処理を施せば飲料用水となる全ての水源を対象としての処理方法及び装置に関し検討した。とりわけ、地下水分野としては地下深度８０〜１５０ｍに存在する深層水帯の地下水が飲料用原水としては好ましい。
本発明は、原水を高度処理するに際し、濾過膜として中空糸などを使用した精密濾過工程では、採用する膜の損傷に極めて重大な関心を払う必要が在る。
また、本発明は濾過膜を介して浄水処理を行い、これを優先的に飲料用水として配水する方法に関するので、濾過膜の損傷を検知する機能を保持することにより安全な飲料用水を提供できることを突き止め本願発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明の要旨とするところは、系内外からの原水より発する少なくとも一種の飲料用水への膜処理或いは配水経路に於いて、少なくとも一段の該膜処理工程に予め定めた条件に基づき濾過膜の機能を検知及び処置する機構を設営して得た処理水を優先的に単独供給、或いは共用可能な上水との複合供給、又は該処置による膜処理不可時には上水のみの独立供給のいずれかを選択して飲料水を供給することを特徴とする膜機能検知処置付飲料水処理方法及びその装置にある。
【０００８】
本発明に於いて、飲料水用原水としては特に限定されないが、主として設備場所に近接して設営された井戸水を系内とすれば、それ以外に他場所より搬入された飲料水化可能な水を系外とし、或いは表流水または伏流水などの導入ほか何れも本発明の対象と出来る。
【０００９】
本発明に於いては、推奨する好ましい濾過膜の機能を検知する方法として、予め設定した時間毎に該膜処理工程への流水回路を閉鎖し、次いで濾過ユニット内原水側の圧力解除後、透過水側に加圧気体を充填保持し、一定時間後の加圧気体圧力低下率を無損傷の濾過膜と比較対比して膜損傷の有無を判断する方法を採用する。
この方法によれば、媒体とされる水に検査用の気体が溶解することに起因する誤差を回避でき、測定時の気体加圧状態より生じる膜の変態が起こらず、正確な測定結果を得ることが出来る。
【００１０】
即ち、本出願で推奨する検知方法を採用すれば、濾過系の自動管理システムに容易に制御信号を送ることことが可能となる。
この手段を援用して、採用する濾過膜に損傷が無いことを予め確認する方法としては、例えば濾過膜（膜モジュールなど）を透明なテストハウジングの中に収納セットし、水を充填した状態で一次側（通水側）を閉鎖し、二次側（濾過水側）より気体を圧送して一次側水中での気泡の発生を確認する方法、或いは微粒子カウンターを用いて微粒子の透過量をカウントするなどの方法を適宜採用する事が出来る。
【００１１】
本発明で推奨する無損傷の濾過膜を基準として行う検知方法では、充填する気体の圧力低下率の平均変化率を定め、該範囲を超えると膜損傷と認定するが根拠条件としては以下に示す技術的背景を有する。
本発明者等の技術的検討によれば、膜濾過に採用する膜モジュールはその濾過機能自体に基本的な固有の膜性能を有する。これを用いて一定の濾過精度を引き出すために濾過膜の性能曲線を不偏的な基準とするものである。
【００１２】
即ち、採用する濾過膜を使用前に、損傷の無い未使用分離濾過膜の検査に、特定時間充填気体を印加して圧力低下曲線を取得する。出来るだけ多くの実例を取得しその圧力低下率を測定するのが好ましい。
茲に特定時間とは、長くとも１０分程度であるが実質的には５分以下とし、この際の平均低下率を計算して制御幅の認定基準とする。加圧気体を透過水側に印加して充填保持時間としては、３０秒以上５分以下とするのが好ましい。
この理由として、３０秒より短いと系の状態により圧力が一定せず不安定となり、印加時間が長いと膜素材の影響で疎水化変移現象を巻き込み濾過膜機能以外のノイズの影響を受けやすく５分以内とするのが好ましい。
【００１３】
本発明では、圧力の平均低下率を用いて判断しているが、好ましくは予め調べた膜損傷の無い分離膜による圧力低下値の変動幅の平均値を基準として、この幅の絶対値と対象とする使用態分離濾過膜の圧力低下値の差異が常に正である範囲内を正常な状態と定めるのが好ましい。
また、この変動幅も元より普遍的な基準値では無く、適宜改変する事が必要であり、通常の連続的な実設備では少なくとも二ヶ月に一回程度修正するのが望ましい。
しかし、実際の実働工程ではこの様な精度を或る程度抑えても、圧力低下値の変動幅の管理が煩雑な管理方式とならない様に、これを避けるための手段として圧力低下値の変動幅の平均値で代替する。
【００１４】
上記で言う加圧気体として、窒素ガスなど各種の不活性気体が対象と出来るが通常空気を用いることで十分に対応が可能である。この際、除塵して使用するのが好ましい。
加圧気体の圧力として、採用する濾過膜の媒体が水における阻止孔径１．０μｍに対応するバブルポイント以上とすることが好ましい。
ここでバブルポイントとは、濾過膜が十分に水を透過した親水態で且つ膜壁内に気泡を包含しない状況下に於いて、膜の内側に気体を圧入した際に生じる膜壁面に対し直角方向に移動する気体の圧力を指称する。ここで用いる気体は、通常空気を対象とする。
例えば、延伸法で製造されたポリエチレン中空糸膜では、阻止孔径１．０μｍの膜での水を媒体としたバブルポイントは約８０ＫＰａとなり、膜素材と阻止孔径に特有の数値となる。
【００１５】
本発明で採用する好ましい分離濾過膜は、基本的にあらゆる機種に対し技術的手段が適用可能であるが、好ましくは分離膜モジュールでアウトイン型濾過態様に適合するものが望ましい。
膜モジュールの形態としても、中空糸膜、チューブラ膜、管状膜、スクリーンタイプの平膜などに適用出来る。外圧膜濾過に適合し難いスパイラル型モジュールに対しては特別な対応が必要となる。
膜素材としては、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ＰＶＤＦ、ポリエステル、ナイロンなどの合成高分子膜、セルロース、セルロースアセテートなどの再生高分子膜、セラミック膜などの無機膜などの多岐に亘り採用可能である。
【００１６】
本発明で原水より飲料用水への膜処理にて製水するには、公知の膜処理工程を採用する各種方式が採用されるがその代表例を示すと、微細孔濾過膜を主体とした濾材を組み込んだ精密濾過フィルターを採用した濾過装置により対処できる。
この際、必ずしも一段の膜処理工程で飲料用水と出来ない場合には多段処理を行う事が望ましい。このような手段にて、対象とする原水の幅が拡大出来る利点があり、同時に従来では再利用されずに排水されていた良質の対象水が活用できる。
本発明では、この様な飲用適質可のあらゆる原水が本発明の対象となる。
【００１７】
本発明で用いる微細孔濾過膜は前記したとおりであるが、濾過フィルターを採用する濾過装置により選択して対処する。
具体的には、濾過膜の代表として有機膜ではポリスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルなどの素材を使用した、０．０５ないし０．３ミクロンの微細孔を有する各種中空糸膜やメンブレン膜などで構成されたフィルターユニットを対象とする事が出来る。
更に、必要に応じ低圧水銀ランプなどによる紫外線照射、オゾンや二酸化塩素による殺菌などの手段と併用することも可能で、場合により活性炭吸着システムを設けることも本願の対象となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の膜機能検知処置付飲料用水処理方法を、その実施の態様として代表的なフローシートにより以下の如く説明する。
図１は、代表設例を説明するもので、深度１００ｍの深井戸より水中ポンプにて汲み上げた地下水に、凝集剤ＰＡＣを添加して濁度成分を凝集せしめた後、次亜塩素酸ソーダ溶液を滴下して適切なる遊離塩素分を含有する状況下に、アンスラサイトなどを充填した砂濾過塔を通過した処理水２１を原水槽２２に導入して飲料用水の膜処理用原水である一次処理水とした。
【００１９】
原水槽２２中の上記一次処理水を原水ポンプ８により原水パイプ２を介し原水入口弁３を経由して硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群の一次側に供給して膜濾過を行い、透過水は二次側より集水管４を介して濾過水出口弁１４を経由し集水タンク９に貯留される。
これら硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群は缶体１０基より構成されており、一次側に設けられた夫々の缶体の空気穴は空気逃し弁７に連結され大気に開放されている。また、各缶体内部にはポリエチレン製で阻止孔径０．１μｍ、内径３７０μｍ、外径５４０μｍの中空糸膜からなる膜面積２０ｍ２のシリンダータイプ中空糸膜モジュール各１本が装着され濾過装置５を形成している。
【００２０】
本発明では、その特徴として水処理工程上で重要な濾過装置５の機能を保全する手段として、濾過膜の損傷を検知する為に必要な各種の周辺機器を備えている。
即ち、図１に示すとおり濾過装置の透過水側に位置する集水管４には、圧力計１０、空気減圧弁１１、安全弁１２を付設した無給油式コンプレッサー６にて検査用加圧空気の圧送を空気圧入弁１３経由で常時実施可能な状態にある。
これらの操作は、手動にても電子回路を伴う自動制御方式にて管理する事が可能である。
【００２１】
濾過膜の損傷が無く、濾過装置５が正常に作動している状態であれば、集水タンク９に貯留された透過水は、二次処理水として濾過水送水ポンプ２３により膜濾過水送水管１５を通して受水槽２４に移送される。
受水槽は、水槽内清掃対策を考慮して２槽式として同一機能の水槽が２基バルブ付の連結管にて連結されている。また、受水槽２４には各槽夫々に膜濾過水受入レベル２５と市水受入レベル２６及び市水２７を受け入れる定水位調整弁２８が設置されている。この定水位調整弁２８はボールタップ２９と定水位調整弁選択制御弁３０で選択制御され、市水が導入出来るように配管されている。
【００２２】
以下実施例を本設例に従い、原水を地下水に発する膜濾過水を優先的に受水槽２４に受入れ、配水管１６を通して配水ポンプ３１にて飲料用水の需要先に送水する状況を説明する。
この際、膜濾過水の処理系統に異常が発生し送水が不可となれば、膜濾過水を市水２７に切り替えて受水槽２４に供給する。また、処理系統が正常に作動中であっても、一時的に使用量が増え受水槽２４の水位が市水の受入レベル２６以下になれば、自動的に制御市水２７が受け入れられる。
以上を実施例を示し、本発明の方法を以下のとおり実証する。
【００２３】
【実施例】
実施例１
図１に示す原水槽２２より原水ポンプ８を使い、地下水を処理した一次処理水を原水管２を通じ原水入口弁３を開として硬質塩ビなどで作られたハウジング缶体１群に５０ＫＰａ程度で圧入して膜モジュールによる濾過を開始した。この時の流速は、１．０ｍ３／時・本で、透過水は集水管４を通じて集水タンク９に集められた。
２０時間連続自動運転を行い、膜濾過水を優先して配水ポンプ３１を稼動して需要先に飲料用水を問題なく供給出来た。
【００２４】
濾過装置５に損傷が発生した場合を想定しその膜損傷検知機能確認の為に、２０時間目に原水ポンプ８を停止させた。次いで、無給油式コンプレサー６を作動させて空気圧入弁１３を開き濾過水出口弁１４を閉じ、加圧空気を集水管４よりハウジング缶体の透過水側に送風し、系内の圧力を１９６ＫＰａとした。
次いで、空気逃し弁７を開いて二次側の内部圧力の変化を３０秒毎の時間的変化として圧力計１０により計測した。
この方法に基づき５回繰り返して行い、３分後１９３ＫＰａ、４分後１９２ＫＰａ、６分後１９０ＫＰａ、１０分後は１８７ＫＰａと変動を把握した。
これらの数値はいずれも正常な膜機能を示した数値で、夫々の数値に関する誤差は、±０．５ＫＰａ以内で信頼出来るものであった。
【００２５】
濾過膜の損傷を検知する為に、テスト運転中である１０本の膜モジュールからランダムに１本を選び、該モジュールを構成する中空糸の１本を適宜抽選択出し故意に切断した後、ハウジング缶体に元通りに取り付けた。
他の９本のモジュールはそのままにして、上記と同じ実験により二次側の内部圧力の変化を計測した。
その結果、３分後１９２ＫＰａ、４分後１９０ＫＰａ、６分後１８８ＫＰａ、１０分後は１８３ＫＰａと変動した。この経緯を検討すれば、６分を過ぎると明らかに数値的な変化が正常なフィルターの条理を大きく逸脱し、規則性を失う現象が明確に把握された。
このことは、本発明が特徴ある濾過膜の機能検知手段を活用している為に、安全に飲料用水が供給出来る方法であることを確認する事が出来た。
【００２６】
本発明の第一の特徴は、系内外からの原水より発する全ゆる対象水で、膜濾過により飲料用水へ処理可能なものから飲料水を製水、配水工程に於ける膜処理を常時安全に保全するものである。
特に、高性能を保証する中空糸で構成される膜濾過では、その濾過膜の損傷は致命的な結果をもたらし、その影響は極めて甚大である。このような濾過膜自体に起因する事故を完全に阻止する手段を有する点で、望ましい水質を有する原水から理想的な飲料用水を安全に供給出来る。
本発明の第二の特徴は、使用する膜濾過の膜モジュールの損傷をインラインにて定期的にチェックする機能を常設し、この結果として安全な製水及び配水を可能にしており、もしも製水機能が事故で停止しても自動的に市水に切り替える対策を兼ねているものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、例えば井戸水やその他飲料用水として利用可能な原水よりの飲料用水の製水或いはこの様にして得られた飲料用水を住宅の専用水道、または飲料用水を使用する工場に安全に配水供給するもので、且つ安全手段を内蔵する膜機能検知処置付飲料水処理方法で画期的な提案である。
従来の諸方式では、膜濾過処理を採用しても濾過膜自体の損傷事故はその都度検討を行うのが通常であったが、本発明ではこれを連続的な水処理工程に組み込んだ点で極めて有用な発明である。
【００２８】
飲料用水は、原料となる表流水の汚染に伴い、その水源は地下水を始めとしてその他安全な源泉を求めるべく幾多の努力がなされている。この傾向は、今後益々激しくなる傾向が予想され、併せて飲料用水の安全志向は止まらない。
このような状況下で有用な原水より製水される飲料用水は、常時安全で確実に水栓蛇口からの供給が確保され、本発明の効用は工業的に極めて著大であるものと確信する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で、飲料用原水の受け入れから処理水の配水に至る経路で、膜処理工程に膜損傷検知機構を設営した全体フローを模式的に表した一例を図示したものである。
【符号の説明】
１    ハウジング缶体
２    原水管
３    原水入口弁
４    集水管
５    濾過装置
６    無給油式コンプレッサー
７    空気逃し弁
８    原水ポンプ
９    集水タンク
１０    圧力計
１１    空気減圧弁
１２    安全弁
１３    空気圧入弁
１４    濾過水出口弁
１５    膜濾過水送水管
１６    配水管
２１    原水
２２    原水槽
２３    膜濾過水送水ポンプ
２４    受水槽
２５    濾過水受入レベル
２６    市水受入レベル
２７    市水
２８    定水位調整弁
２９    ボールタップ
３０    定水位調整弁選択制御弁
３１    配水ポンプ
【図１】
2004209400.tif 000003