(57)【要約】【課題】  膜モジュールに付着した微量の汚染物質を早期に確実に検出する。【解決手段】  供給された原水中の汚染物質を除去する複数の外圧式膜モジュールと、前記複数の外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給する気泡供給手段とを有してなる膜ロ過装置に、前記膜モジュールの原水出側に接続して設けられ、前記原水に同伴されて流入する気泡を液面に浮上させる気泡浮上手段と、前記気泡浮上手段で水の表面に浮上した汚染物質を測定する汚染物質測定手段と、前記汚染物質測定手段から出力される測定値に基づいて膜モジュールの汚染の程度を判定する汚染判定手段と、判定結果を表示する出力手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された原水中の汚染物質を除去する複数の外圧式膜モジュールと、前記複数の外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給する気泡供給手段と、前記膜モジュールの原水出側に接続して設けられ、前記原水に同伴されて流入する気泡を液面に浮上させるよう構成されている気泡浮上手段と、前記気泡浮上手段で液面に浮上した汚染物質を測定する汚染物質測定手段と、前記汚染物質測定手段から出力される測定値に基づいて膜モジュールの汚染の程度を判定する汚染判定手段と、判定結果を表示する出力手段とを有してなる膜ろ過装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜ろ過装置において、前記気泡浮上手段は、気泡を消滅させる消泡手段を具備することを特徴とする膜ろか装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の膜ろ過装置において、前記気泡浮上手段は、その液相部と気相部の境をなす位置に形成された開口を備え、前記汚染物質測定手段は前記開口に管路を介して接続され、前記気泡浮上手段から前記管路を経て排出される水表面の汚染物質を測定するよう構成されていることを特徴とする膜ろか装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の膜ろ過装置において、前記汚染判定手段の出力を入力として前記気泡供給手段を制御する気泡供給量制御手段を有してなることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の膜ろ過装置において、前記判定手段は、予め設定された値を格納する記憶手段を備え、入力された測定値と前記設定された値を比較して膜モジュールの汚染の程度を判定するよう構成されていることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の膜ろ過装置において、前記判定手段は、逆洗が実行される都度、前記汚染物質測定手段から出力される測定値を格納する記憶手段を備え、次回の逆洗時に前記汚染物質測定手段から出力される測定値を前記記憶手段に格納された前回逆洗時の測定値と比較して膜モジュールの汚染の程度の増減を判定するよう構成されていることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項７】
供給された原水中の汚染物質を除去する複数の外圧式膜モジュールと、前記複数の外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給する気泡供給手段と、前記膜モジュールの原水出側に接続して設けられ、前記原水に同伴されて流入する気泡を液面に浮上させるよう構成されている気泡浮上手段と、前記気泡浮上手段で水の液面に浮上した汚染物質を測定する汚染物質測定手段と、前記汚染物質測定手段から出力される測定値に基づいて膜モジュールの汚染の程度を判定する汚染判定手段と、判定結果を表示する出力手段とを有してなる膜ろ過装置の膜モジュール汚染検知方法であって、前記複数の外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給し、膜モジュールを通過した原水と前記気泡を前記気泡浮上手段に導いて消泡し、水表面に浮上した汚染物質を測定し、測定した結果に基づいて膜モジュールの汚染の程度を判定する膜ろ過装置の膜モジュール汚染検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水中に含まれる汚染物質を複数の膜モジュールを用いてろ過、除去する膜ろ過装置に係り、特に、膜モジュールの汚染状態を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理流量が５０００Ｍ３／日を越えるような中大規模の浄水プラントにおいて膜モジュールを用いた膜ろ過装置を採用する浄水プラントが増加している。それとともに、今後は、伏流水だけでなく表流水を原水とする浄水プラントも増加すると予想される。
【０００３】
地下水や伏流水に比べ、表流水は上流に油分や化学物質などの異物が混入する水質事故が起こる可能性が高い。従って膜モジュールが水質汚染物質によって汚染される可能性がある。膜が汚染されると膜目詰まりや膜劣化が加速される。また、膜破断時は、汚染物質がろ過水に流出するなど危険性が高くなる。
【０００４】
従来は、膜ろ過装置は、地下水や伏流水を原水とする場合が多く、膜ろ過装置における膜モジュールの原水中の不純物による汚染に関する技術は開示されていない。
【０００５】
膜モジュールの原水中の不純物による汚染を検知する方法としては、ろ過水、洗浄排水、原水から検出する方法が考えられる。
【０００６】
膜ろ過装置は、原水中に含まれる濁質や微生物などの不純物（以下、汚染物質という）を分離除去する装置であり、使用する膜の開口の径、つまり膜の公称口径より大きい汚染物質を完全に取り除くことができる。しかし、膜が汚染物質によって汚染されている場合においても、ろ過水は正常である為、ろ過水より膜モジュールの汚染を検知することは、不可能である。
【０００７】
洗浄排水から水質を検知するには、膜から汚染物質を分離排出して検出する必要がある。膜から汚染物質を分離する洗浄方式の代表例として空気と水を利用したエアスクラビング装置がある。特許文献１には、膜モジュールのろ過側に大気圧以上の空気を満たしてエアスクラビングを行い、水位を上下させながら薬品洗浄する方法が開示されている。
【０００８】
一方、原水から水質汚染を検知する方法としては、水質事故の過半数を占める油汚染を検出する油膜検知装置が知られている。油膜検知装置としては、水面の油膜については光反射式油膜検知器、カメラを用いた画像監視装置が主である。また水中の油分については乳化・濁度測定法または紫外線吸収測定法が主である。
【０００９】
特許文献２には、水面もしくは水中の油をセンサ部において検出し、センサ部からの信号電圧を一定時間区分に分け、ぞれぞれの時間区分内であらかじめ定めた閾値を超えた時間的な割合を判定し、その割合が予め定めた判定値よりも大きいときに警報を出力する油検出装置の判定方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２６５９３５号公報（第３〜５頁、図１〜５）
【特許文献２】特開２００２−８２０５４号公報（第６頁、図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された方法は、エアスクラビング装置を使用して膜表面に付着した汚染物質を除去する方法であり、汚染物質を検知する点についてはなんら開示されておらず、膜モジュールの汚染物質検出には適用できない。
【００１２】
また、従来の油膜検知装置は、センサやカメラを水面に浮かべて油分を検知するため、水面の表面積が小さい膜モジュール内の油汚染検知には適していない。例えば特許文献２の技術を膜ろ過装置に適用した場合、ある閾値を超えた信号を加え合わせることで油分を検知することになる。しかし、膜に付着した汚染物質が微量の場合、検出信号が一定の閾値を越えることが困難であり、警報が出力されない可能性がある。したがって膜に付着する微量の汚染物質が問題になる膜モジュールの汚染物質検出装置には適用できない。
【００１３】
このように膜ろ過装置における膜汚染物質の検知には、各膜モジュールに付着した汚染物質は微量であり、センサによる検知が困難である。
【００１４】
また波立ちや流速の変動等特殊な設置環境での使用についても述べられているが、突然の流速の変化により多量の油分を少量として誤って検知してしまう危険性がある。
【００１５】
さらに少量の油が流れてきた場合、検知した信号の時間合計が閾値を越えた場合に警報を出力する方法も知られている。しかし、単純に流れてきた油を検知した信号が出力された時間を合計しているため、油分を運ぶ流速に左右され、信号の時間合計が閾値を越えるまでに時間がかかる。
【００１６】
このように特許文献２に記載の方法では、少量の油分を早期に検知する方法については考慮されていない。そのため、膜汚染が検知できず、薬品洗浄等の対応が遅れ、膜寿命が短くなる恐れがある。かつ特許文献２に記載の方法は、油膜に対してのみの汚染検出方法である。
【００１７】
本発明の課題は、膜モジュール内に付着した微量の汚染物質を早期に確実に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題は、供給された原水中の汚染物質を除去する複数の外圧式膜モジュールと、前記複数の外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給する気泡供給手段と、前記膜モジュールの原水出側に接続して設けられ、前記原水に同伴されて流入する気泡を液面に浮上させる気泡浮上手段と、前記気泡浮上手段で水の表面に浮上した汚染物質を測定する汚染物質測定手段と、前記汚染物質測定手段から出力される測定値に基づいて膜モジュールの汚染の程度を判定する汚染判定手段と、判定結果を表示する出力手段と、を有してなる膜ろ過装置により、解決される。
【００１９】
上記構成によれば、外圧式膜モジュールの原水供給側に気泡を供給するので、外圧式膜モジュールから離脱した汚染物質は気泡に付着して原水とともに気泡浮上手段に流入する。気泡浮上手段に流入した気泡は、液面に浮上して消滅するが、気泡に付着していた汚染物質は、気泡の消滅とともに、液面に残る。このため、気泡が浮上して順次消滅するにつれ、液面には、汚染物質が溜まっていく、すなわち濃縮される。
【００２０】
この濃縮された汚染物質が汚染物質測定手段により測定され、汚染物質測定手段から出力される測定値に基づいて膜モジュールの汚染の程度が判定される。したがって、個々の膜モジュールに付着していた汚染物質が微量であっても、それらを液面に集めて濃縮し、濃縮された状態で測定するから、十分、測定可能な量となり、膜モジュールの汚染が微量な場合でも汚染の程度を検出できる。
【００２１】
さらに、気泡浮上手段に気泡を消滅させる消泡手段を設けることにより、浮上してきた気泡を速やかに消滅させて汚染物質の液面への集合を促進させるようにしてもよい。こうすれば、汚染物質測定手段が測定するときに、気泡が測定の妨げになることがなくなる。
【００２２】
また、気泡浮上手段の液面付近の水を管路を介して連続的に流出させ、気泡浮上手段から離れた場所に汚染物質測定手段を配置して流れる液面の汚染物質を測定するようにしてもよい。こうすれば、気泡浮上手段に濃縮された汚染物質を洗浄する必要はなくなる。
【００２３】
なお、気泡供給手段から供給される気泡の量や気泡を供給する時間の長さ、タイミングは、前記判定手段の出力に基づいて制御することが望ましい。このように制御することで、汚染物質の濃縮速度を早め、検知時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、外圧式膜モジュールに付着した汚染物質を液面に濃縮させて汚染物質膜を形成し検知を行うことによって少量の汚染物質を検知することができる。したがって少量の汚染物質でも早期に検知することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態に係る外圧式膜モジュールを用いた膜ろ過装置の逆洗の仕組みについて説明する。本発明の実施の形態に係る外圧式膜モジュールを用いた膜ろ過装置は、図１に示すように、互いに並列に配置された複数の外圧式膜モジュール１と、洗浄水を加圧、送水する逆洗ポンプ５と、逆洗ポンプ５の吐出側に接続され、下流端が２つに分岐した吐出配管１１と、吐出配管１１の各下流端に接続された逆洗弁６，７と、逆洗弁６，７の出側と前記複数の外圧式膜モジュール１の逆洗水入口である洗浄口１ｂを接続する逆洗水供給管１２ａ，１２ｂと、気泡を発生するエアスクラビング装置２と、エアスクラビング装置２の気泡出側と前記複数の外圧式膜モジュール１のエアスクラビング注入口２ａを、エアスクラビング弁８もしくは９を介して接続するエアスクラビング管１３ａ，１３ｂと、前記複数の外圧式膜モジュール１の洗浄排水口１ａと気泡浮上手段である濃縮槽３を接続するエアスクラビング水排出管１４ａ，１４ｂと、濃縮槽３に管路１５を介して接続された汚染物質測定手段であるセンサ部４と、センサ部４に接続された排水管路１６と、センサ部４に信号線を介して接続された水質汚染検出装置１００と、水質汚染検出装置１００と前記エアスクラビング装置２を接続する信号線と、を含んで構成されている。
【００２６】
各膜モジュール１は、複数の管状のろ過膜を円筒形の外筒内に配置して構成され、前記外筒内かつろ過膜外部に原水を供給し、ろ過膜を透過してろ過膜内に入ったろ過水を取り出すように構成されている。各膜モジュール１には、前記複数のろ過膜内部に連通するろ過水区画が設けられていて、ろ過水はこのろ過水区画から取り出されるようになっており、前記洗浄口１ｂは、前記ろ過水区画に連通し、エアスクラビング注入口２ａは、前記外筒内かつろ過膜外部の原水が供給される原水区画の底部に連通している。洗浄排水口１ａは前記原水区画の上部に配置され、ろ過膜内部からろ過膜外部に透過し、原水区画の底部のエアスクラビング注入口２ａから供給された気泡を同伴した洗浄排水（エアスクラビング水ともいう）が前記洗浄排水口１ａから排出される。
【００２７】
濃縮槽３は、図３に示すように、その底面近くに設けられたエアスクラビング水入口３ａから流入する洗浄排水を一時貯溜し、流速を低下させる。流速を低下させることにより、洗浄排水に同伴された気泡を水面に浮上させる時間を確保して、気泡に付着した汚染物質を水面に集めて濃縮する。言い換えると、洗浄排水に同伴された気泡を水面に浮上させるに十分な時間が確保できるだけの容積を備えている。濃縮槽３の気相部上部には消泡装置１０が設けられていて、水面に浮上した気泡を消滅させるようになっている。また、濃縮槽３の側壁面上部には、濃縮排水口３ｂである開口が設けられ、濃縮排水口３ｂに管路１５が接続されている。濃縮排水口３ｂである開口は、水面位置が開口部にくる位置に配置されている。
【００２８】
センサ部４は、濃縮槽３で液面に濃縮された汚染物質を測定する。センサ部４に様々な計器を用いることによって多種の汚染物質を検出することができる。例えば、光反射式油膜検知器、ＴＶカメラを用いると油膜を検知することができる。またＴＯＣ計を用い有機体炭素量をはかることによって有機性汚濁を検知することができる。
【００２９】
水質汚染検出装置１００は、図１に示すように、センサ部４が出力する測定値から膜モジュールが汚染されているかどうかや、汚染されている程度を判定する汚染判定装置１０１と、汚染判定装置１０１の判定結果を表示出力する出力装置１０３と、汚染判定装置１０１の出力を入力として信号線を介してエアスクラビング装置２を制御するエアスクラビング制御装置１０２を含んで構成されているコンピュータである。前記汚染判定装置１０１は、後述する初期値、基準値、閾値等が設定、格納される書き換え可能な記憶手段（メモリ）を備えている。
【００３０】
なお、上述の説明では、膜ろ過装置の膜モジュールの逆洗に係わる構成について述べ、通常のろ過に係わる構成については説明を省略した。
【００３１】
以下、上記構成の膜ろ過装置の逆洗操作について説明する。本実施の形態においては、膜モジュールの逆洗操作は予め定められた運転時間ごとに、前記図１には示されていない制御手段により開始が指示されるが、膜モジュールの差圧の変化を監視し、差圧が予め定められた値を超えたときに逆洗操作を行うようにしてもよい。
【００３２】
開始が指示されると、関連する弁が逆洗操作に必要な状態に操作され、逆洗が開始される。逆洗ポンプ５が起動されて逆洗用洗浄水５０が加圧され、逆洗弁６、逆洗弁７を通り、逆洗水供給管１２ａ，１２ｂを経て各外圧式膜モジュール１の洗浄口１ｂから逆洗水として注入される。また、逆洗の開始と同時に水質汚染検出装置１００内のエアスクラビング制御装置１０２に、前記制御手段から起動信号が送られる。この起動信号に基づいて、エアスクラビング制御装置１０２がエアスクラビング装置２を起動させ、エアスクラビング装置２は、気泡を生成してエアスクラビング管１３ａ、１３ｂを通して各膜モジュール１のエアスクラビング注入口２ａに送り込む。
【００３３】
膜モジュール１の洗浄口１ｂに注入された逆洗水は、ろ過水区画からろ過膜内部に入り、ろ過膜を透過して原水区画に移動するが、ろ過膜を透過する過程でろ過膜外側面に付着した疎水性の汚染物質をろ過膜から離脱させる。エアスクラビング注入口２ａに送り込まれた気泡は原水区画に流入し、上昇しながらろ過膜から離脱した汚染物質５４を気泡５３表面に付着させる。
【００３４】
原水区画に移動した逆洗水は汚染物質５４を表面に付着させた気泡５３や過膜から離脱した汚染物質５４を伴うエアスクラビング水となって上昇し、膜モジュール１の上側の洗浄排水口１ａから排出される。排出されたエアスクラビング水は、エアスクラビング水排出管１４ａ，１４ｂ、エアスクラビング水入口３ａを経て濃縮槽３に流入し、一時貯溜される。一時貯溜されたエアスクラビング水の気泡５３は汚染物質５４を付着させたまま水面へ上昇する。水面へ上昇した気泡５３は、消泡装置１０から放出される水によって消滅させられる。気泡５３が水面で消滅するため、気泡５３に付着していた汚染物質５４は水面付近で蓄積され濃縮した汚染物質５４の膜が形成される。
【００３５】
水面付近に汚染物質５４の膜が形成された濃縮槽３内のエアスクラビング水は、濃縮排水口３ｂ、管路１５を経てセンサ部４に導かれる。このとき、濃縮槽３の水面は濃縮排水口３ｂの開口内にあり、管路１５は水平を保つように配置されているから、エアスクラビング水の水面に形成された汚染物質５４の膜は破壊されることなく、センサ部４に導かれる。
【００３６】
センサ部４に導かれたエアスクラビング水表面の汚染物質５４の膜は、センサ部４にてその量（以下、汚染濃度という）を検知された後、排水管路１６を経てエアスクラビング水とともに排出される。センサ部４は、検知した汚染濃度情報を信号線を介して水質汚染検出装置１００に送信する。
【００３７】
水質汚染検出装置１００で受信された汚染濃度情報は、汚染判定装置１０１に入力され、汚染の程度が判定される。汚染判定装置１０１において判定された結果が、出力装置１０３に出力され、画面表示されるとともに印字出力される。汚染濃度が予め設定されている値を超えている場合は、音声或いは表示灯の点滅で警報が出力される。汚染判定装置１０１の判定結果は、エアスクラビング制御装置１０２に出力され、エアスクラビング制御装置１０２は前記入力された判定結果に基づいてエアスクラビング装置２を制御する。
【００３８】
図４を用いて汚染判定装置１０１の判定手順を説明する。ステップ２００はセンサ部４での処理である。ステップ２０１からステップ２０６は汚染判定装置１０１の処理であり、ステップ２０７はエアスクラビング制御装置１０２の処理である。汚染判定装置１０１の処理結果は出力装置１０３及びエアスクラビング制御装置１０２に出力される。汚染判定装置１０１の前記メモリには、予め、基準値Ａ、閾値Ｂ（Ａ＜Ｂ）が設定、格納される。基準値Ａは、膜モジュールが汚染されているかどうかを判断するための濃度情報値で、閾値Ｂは、汚染が大きいという判断をするための濃度情報値である。
【００３９】
まず、ステップ２００において、センサ部４で汚染濃度が検知され、検知された汚染濃度情報（以下、濃度Ｘという）が汚染判定装置１０１に送信される。
【００４０】
次いで、ステップ２０１において前記メモリに初期値濃度ｉが設定されているかどうかが確認され、設定されていない場合は、センサ部４から送信された濃度Ｘを初期値濃度ｉとして設定し、ステップ２０２に進む。初期値が設定済みの場合はそのまま、ステップ２０２に進む。
【００４１】
ステップ２０２では、濃度Ｘと前記基準値Ａが対比される。基準値Ａ≦濃度Ｘの場合、膜モジュール１または膜が汚染されたと判断し、ステップ２０３に進む。基準値Ａ＞濃度Ｘの場合、膜モジュール１または膜は汚染していないと判断し、ステップ２０５に進む。
【００４２】
ステップ２０３では、濃度Ｘと閾値Ｂが対比され、いずれが大きいかが判定される。濃度Ｘが閾値Ｂ以下の場合は、汚染が小さいと判断し、ステップ２０４に進む。濃度Ｘが閾値Ｂより大きい場合は、汚染が大きく、薬品洗浄または交換が必要と判定し、判定した結果を出力装置１０３に出力する。この場合、逆洗操作を停止するが、音声もしくは警報ランプの点滅で警報を行うことが望ましい。
【００４３】
ステップ２０４では、濃度Ｘと初期値濃度ｉが対比され、いずれが大きいかが判定される。濃度Ｘが濃度ｉより小さい場合は、汚染が低減に向かっていると判断し、ステップ２０５に進む。濃度Ｘが濃度ｉ以上の場合は、汚染がまだ大きく、エアスクラビング装置２のエアの強度を強くする必要があると判定し、判定した結果を出力装置１０３に出力して、ステップ２０６に進む。エア強度を強くするとは、膜モジュール１内に送っているエアスクラビングの空気量の増加、あるいは気泡を出力する時間を長くすることである。
【００４４】
ステップ２０５では、エアスクラビング装置２のエアの強度は現状維持と判定し、判定した結果を出力装置１０３に出力し、初期値を現在の濃度Ｘに書き換えてステップ２０６に進む。
【００４５】
ステップ２０６において、前記ステップ２０２、２０４の判定結果に応じた信号をエアスクラビング制御装置１０２に出力する。エアスクラビング制御装置１０２は入力された信号に基づいてエアスクラビング装置２を制御し、エアスクラビングの空気量の増加、あるいは気泡を出力する時間を長くする（ステップ２０７）。
【００４６】
以上の処理を、逆洗を行っている間、所定のサンプリング時間間隔で繰り返す。逆洗操作が終了したら、前記メモリの初期値は消去される。
【００４７】
上記実施の形態によれば、膜モジュールの逆洗操作の際、膜モジュールから除去される汚染物質が膜モジュールから出てくる逆洗水（エアスクラビング水）の表面に濃縮されるから、汚染物質の量が微量であっても、その量を検出することが可能になり、逆洗によって膜モジュールの汚染除去を確実に行うことができる。
【００４８】
逆洗時だけでなく、通常運転時にもエアスクラビング装置２を動作させることによって常時膜モジュール１の汚染検知を行うことができる。
【００４９】
また、膜モジュール１ごとに、逆洗水供給管１２ａ、１２ｂの洗浄口１ｂ直前に弁を設けることによって、各膜モジュール１ごとの汚染濃度を測り、汚染検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る膜ろ過装置の膜モジュール水質汚染検知方法を示す系統構成図である。
【図２】図１に示す膜モジュールを拡大して示す模式図である。
【図３】図１に示す濃縮槽を拡大して示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る汚染検知の手順の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  外圧式膜モジュール
１ａ  洗浄排水口
１ｂ  洗浄口
２  エアスクラビング装置
２ａ  エアスクラビング注入口
３  濃縮槽
３ａ  エアスクラビング水入口
３ｂ  濃縮排水口
４  センサ部
５  逆洗ポンプ
６、７  逆洗弁
８、９  エアスクラビング弁
１０  消泡装置
５３  気泡
５４  汚染物質
１００  水質汚染検出装置
１０１  汚染判定装置
１０２  エアスクラビング制御装置
１０３  出力装置
【図１】
2007136300.tif 000003
【図２】
2007136300.tif 000004
【図３】
2007136300.tif 000005
【図４】
2007136300.tif 000006