膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置
【課題】ろ過膜の洗浄と損傷検出とを効率的に行うことが可能な膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置を提供する。
【解決手段】膜ろ過装置であって、内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクと、前記膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記配管を介して前記膜モジュールの二次側領域へ供給する処理水供給手段と、前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給手段と、前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、を備える。
【解決手段】膜ろ過装置であって、内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクと、前記膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記配管を介して前記膜モジュールの二次側領域へ供給する処理水供給手段と、前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給手段と、前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水処理の分野では、ろ過膜を用いて水中の懸濁物質を膜ろ過する膜ろ過装置が広く用いられている。係る膜ろ過装置では、水中から懸濁物質を分離する膜ろ過工程を所定時間行った後、逆洗等の物理洗浄工程を行うことで、ろ過膜に付着した懸濁物質等のファウリング原因物質を除去している。この物理洗浄工程の実施により、ろ過性能を或る程度回復することが可能であるが、膜ろ過の時間とともに除去し難いファウリングが進行していくという問題がある。従来、この問題に対し、薬液を用いてろ過膜を洗浄する技術や、温水を用いてろ過膜を逆洗する技術が提案されている。
【０００３】
また、上記のように、ろ過膜はろ過と物理洗浄を繰返して運用されるが、使用する年月とともに劣化し、損傷する危険性がある。そのため、従来、加圧気体を用いてろ過膜の損傷状態を検出する技術が提案されており、洗浄後等の工程において、水の流れを止めたタイミングで損傷検出を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７４０２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３０５８７号公報
【特許文献３】特開２００７−１３０５３２号公報
【特許文献４】特開２００３−２１０９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ろ過膜の洗浄に薬液を用いる従来技術では、環境負荷が高くなるとともに、薬液によりろ過膜が劣化しやすい等の問題がある。また、薬液に要するランニングコストが増加し、薬液に耐性のある材質の設備とするため設備費が高額となる。一方、ろ過膜の洗浄に温水を用いる従来技術では、環境負荷も少なく、ろ過膜の劣化への影響も少ないが、洗浄のための水量に応じ加熱のためのエネルギーが増加することから、さらなる効率化が望まれている。
【０００６】
また、ろ過膜の損傷検出は、上記したように膜ろ過工程及び物理洗浄工程とは異なるタイミングで且つ水の流れを止めた上で行われるため、損傷検出のための検出時間が処理効率に直接関わってくる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態の膜ろ過装置は、膜モジュールと、処理水タンクと、処理水供給手段と、加圧空気供給手段と、損傷検出手段とを備える。膜モジュールは、内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して二次側領域から処理水として排出する。処理水タンクは、膜モジュールから排出された処理水を貯水する。処理水供給手段は、膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、膜モジュールの洗浄時に、処理水タンクに貯水された処理水を、配管を介して膜モジュールの二次側領域へ供給する。加圧空気供給手段は、処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する。損傷検出手段は、加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、ろ過膜の損傷を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る膜ろ過装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、膜ろ過装置１００の運転方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、膜ろ過装置の膜ろ過工程を説明するための図である。
【図４】図４は、膜ろ過装置の逆洗工程を説明するための図である。
【図５】図５は、膜差圧の変化例を示す図である。
【図６】図６は、膜ろ過装置の併用逆洗工程（第１工程）を説明するための図である。
【図７】図７は、膜ろ過装置の併用逆洗工程（第２工程）を説明するための図である。
【図８】図８は、膜差圧の変化例を示す図である。
【図９】図９は、損傷検出処理例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、膜ろ過装置の他の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る膜ろ過装置の構成を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、膜ろ過装置１００は、原水タンク１１と、原水ポンプ１２と、膜モジュール１３と、処理水タンク１４と、流量計１５と、逆洗ポンプ１６と、温水洗浄ポンプ１７と、温水ユニット１８と、空気圧縮機１９と、気体圧力計２０と、気体流量計２１とを備えている。
【００１１】
原水タンク１１は、図示しない供給源から供給された原水を貯水する。原水ポンプ１２は、原水タンク１１に貯水された原水を膜モジュール１３へ供給する供給ポンプである。原水ポンプ１２は、ろ過入口弁Ｖ１を介して、膜モジュール１３の一次側領域に接続配管されている。
【００１２】
膜モジュール１３は、内部を一次側領域と二次側領域とに区分けするろ過膜（図示せず）を有し、一次側領域より供給された原水をろ過膜により膜ろ過し、二次側領域から処理水として排出する。膜モジュール１３の二次側領域には、ろ過出口弁Ｖ２が設置されており、当該ろ過出口弁Ｖ２と膜モジュール１３の二次側領域とを接続する配管により、共用ラインＬ１が形成されている。膜モジュール１３の二次側領域から排出された処理水は、共用ラインＬ１を流れ、ろ過出口弁Ｖ２を介して処理水タンク１４に到達する。
【００１３】
また、膜モジュール１３の一次側領域には、膜モジュール１３内の保持液を、膜ろ過装置１００の外部に排出するための排水弁Ｖ３が設けられている。また、膜モジュール１３の一次側領域には、加圧空気を導入するためのエアスクラビング弁Ｖ７が設けられている。
【００１４】
なお、膜モジュール１３で用いるろ過膜は、精密ろ過膜、限外ろ過膜のような除濁用であり、モジュールタイプの加圧式でもよいし、吸引により膜分離する浸漬型でもよい。本実施形態では、加圧式の外圧型精密ろ過膜を用いた例について説明する。また、膜モジュール１３内において、ろ過膜は、その一端を固定しない自由端で保持、又は、両端を固定し中間に十分な余裕を持たせた状態で保持されており、加圧空気の供給により揺動可能な状態にあるものとする。
【００１５】
処理水タンク１４は、膜モジュール１３から共用ラインＬ１を介して排出された処理水を貯水する。流量計１５は、共用ラインＬ１上に設けられており、当該共用ラインＬ１を流れる水の流量を測定する。なお、流量計１５が測定する流量に基づき、後述する各工程の実施タイミングが、膜ろ過装置１００で自動制御されるようにすることもできる。
【００１６】
逆洗ポンプ１６は、逆洗弁Ｖ４を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、処理水タンク１４に貯水された処理水の一部を逆洗水として膜モジュール１３の二次側領域に供給する。
【００１７】
温水洗浄ポンプ１７は、処理水タンク１４に貯水された処理水の一部を、温水ユニット１８に供給する。温水ユニット１８は、温水洗浄ポンプ１７によって導かれた処理水を所定の温度に加熱する加熱装置である。また、温水ユニット１８は、温水洗浄弁Ｖ５を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、所定の温度に加熱した温水を膜モジュール１３の二次側領域に供給する。
【００１８】
温水ユニット１８は、例えば、温水洗浄ポンプ１７によって導かれた処理水を一時貯水する温水タンクや、温水タンクに貯水された処理水を所定温度に加熱する加熱器等により構成され、所定温度に加熱した処理水を温水として保持する。また、膜ろ過装置１００は、温水タンクを用いずに、温水洗浄ポンプ１７と温水洗浄弁Ｖ５とを接続する配管を加熱する構成としてもよい。なお、図１では、逆洗弁Ｖ４から共用ラインＬ１に至る配管系と、温水洗浄弁Ｖ５から共用ラインＬ１に至る配管系とを共用する構成としているが、これに限らず、膜ろ過装置１００に、共用ラインＬ１に至る配管系を個別に設ける構成としてもよい。
【００１９】
空気圧縮機１９は、エアコンプレッサであって、加圧した空気を、減圧弁Ｖ６を介して膜モジュール１３に供給する。ここで、減圧弁Ｖ６の出力側は、エアスクラビング弁Ｖ７を介して、膜モジュール１３の一次側領域に接続配管されている。空気圧縮機１９から供給された加圧空気は、エアスクラビング弁Ｖ７を介して膜モジュール１３の一次側領域に導入される。また、減圧弁Ｖ６の出力側は、損傷検出弁Ｖ８を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、空気圧縮機１９から供給された加圧空気が、膜モジュール１３の二次側領域に導入されるよう構成されている。
【００２０】
減圧弁Ｖ６の出力側と損傷検出弁Ｖ８との間の配管系には、気体圧力計２０及び気体流量計２１が設けられている。気体圧力計２０は、空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に供給される加圧空気の圧力を測定する。また、気体流量計２１は、空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に供給される加圧空気の流量を測定する。
【００２１】
なお、膜ろ過装置１００は、図１に示した構成に限らないものとする。例えば、膜ろ過装置１００の外部から原水が供給される場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から原水タンク１１や原水ポンプ１２を取り除いた構成としてもよい。また、膜ろ過装置１００の外部から加圧空気が供給される場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から空気圧縮機１９や減圧弁Ｖ６を取り除いた構成としてもよい。また、共用ラインＬ１に流れる水の流量を測定しないような場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から流量計１５を取り除いた構成としてもよい。
【００２２】
次に、膜ろ過装置１００の運転方法の一例について説明する。図２は、膜ろ過装置１００の運転方法の手順を示すフローチャートである。同図に示すように、膜ろ過装置１００の運転方法は、原水を膜ろ過する「膜ろ過工程」と、処理水により膜モジュール１３の逆洗を行う「逆洗工程」と、温水と加圧空気とを併用し膜モジュール１３の逆洗を行う「併用逆洗工程」と、ろ過膜の損傷検出を行う「損傷検出工程」とを含む。
【００２３】
ここで、膜ろ過工程と逆洗工程とは交互に繰り返し実施される。膜ろ過工程から逆洗工程への移行は、通常、所定時間毎に行なわれるが、流量計１５で測定される処理水の流量に基づき自動で行われるようにすることもできる。所定回数を実施後（又は所定時間の経過後）、併用逆洗工程が実施される。併用逆洗工程は第１工程と第２工程とを含み、この第２工程の実施と一体的に損傷検出工程が実施される。以下、図２に示した各工程について説明する。
【００２４】
＜膜ろ過工程＞
まず、図３を参照して、膜ろ過装置１００の膜ろ過工程について説明する。ここで、図３は、膜ろ過装置１００の膜ろ過工程を説明するための図であり、開状態の弁を白塗、閉状態の弁を黒塗で表している（以下、図４、図６及び図７も同様）。
【００２５】
膜ろ過工程では、図３に示すように、ろ過入口弁Ｖ１及びろ過出口弁Ｖ２を開とし、原水ポンプ１２を動作させることで、原水タンク１１内の原水を膜モジュール１３の一次側領域に導入する。この時、他の弁は全て閉じた状態となっている。膜モジュール１３に導入された原水は、ろ過膜により膜ろ過された後、処理水として処理水タンク１４へ排出される。
【００２６】
膜ろ過工程の時間経過に伴い、ろ過膜の一次側領域面（以下、一次側表面という）に懸濁物質等のファウリング原因物質が付着し始めると、膜差圧が上昇しろ過能力が徐々に低下していく。そこで、所定のタイミングで逆洗工程を実施し、処理水による逆洗により膜モジュール１３を洗浄する。
【００２７】
＜逆洗工程＞
図４は、膜ろ過装置１００の逆洗工程を説明するための図である。まず、原水ポンプ１２の動作を停止し、ろ過入口弁Ｖ１及びろ過出口弁Ｖ２を閉じる。次いで、排水弁Ｖ３及び逆洗弁Ｖ４を開き、逆洗ポンプ１６を動作させることで、処理水タンク１４に貯水された処理水を、逆洗水として膜モジュール１３の二次側領域から導入する。次いで、エアスクラビング弁Ｖ７を開とし、空気圧縮機１９を運転状態とすることで、膜モジュール１３の一次側領域から供給した加圧空気によりろ過膜を物理的に揺動させる、エアスクラビングを開始する。この逆洗水の導入より、ろ過膜の一次側表面に付着したファウリング原因物質が剥離され、排水弁Ｖ３を介して膜ろ過装置１００の外部に排出される。また、加圧空気の供給により、ろ過膜を揺動させることで、当該ろ過膜からファウリング原因物質をより剥離しやすくすることができる。なお、本実施形態では、処理水の供給を開始した後、エアスクラビングを開始することとしたが、これに限らず、エアスクラビングを開始した後に処理水の供給を開始する形態としてもよいし、処理水の供給とエアスクラビングとを同時に開始する形態としてもよい。これにより、ろ過膜に付着したファウリング原因物質を或る程度除去することができる。
【００２８】
ところで、ろ過膜表面の細孔構造等にろ過膜上のファウリング原因物質が捕捉されると、このファウリング原因物質を上記逆洗工程で容易に除去できないことが分かっている。例えば、膜ろ過工程の後に逆洗工程を実施することで、膜ろ過工程で上昇した膜差圧を或る程度低下（回復）させることが可能であるが、残留したファウリング原因物質が徐々に蓄積していくため、膜差圧の回復率も徐々に減少していく。
【００２９】
ここで、図５は、膜ろ過工程と逆洗工程とを交互に実施した場合における膜差圧の変化例を示す図である。同図では、ろ過膜の膜差圧（ｋＰａ）を縦軸に、経過時間（繰り返し回数）を横軸に示している。なお、１回目〜３回目の各膜ろ過工程では、膜ろ過する単位時間あたりの水量を同一条件としている。
【００３０】
図５に示すように、膜ろ過工程では経過時間に伴い、ろ過膜の一次側表面にファウリング原因物質が付着するため、膜差圧が徐々に上昇していく。そこで、逆洗工程を実施すると、ファウリング原因物質の除去により膜差圧が減少(回復)する。このとき、回復した膜差圧の値と、基準となる膜差圧Ｐ０との差ΔＰ（ΔＰ１〜ΔＰ３）が小さいほど、回復率が高いことになる。
【００３１】
しかしながら、逆洗工程で残留したファウリング原因物質が蓄積していくため、逆洗工程を繰り返し実施したとしてもΔＰ１〜ΔＰ３の値は徐々に増加し、膜ろ過に必要な膜差圧も増加する。そこで、本実施形態の膜ろ過装置１００では、ΔＰが所定の閾値を超えた時、或いは所定時間経過後等、所定のタイミングで併用逆洗工程を実施することで、ろ過膜に捕捉されたファウリング原因物質の除去を行う。以下、併用逆洗工程について説明する。
【００３２】
＜併用逆洗工程＞
併用逆洗工程は、ろ過膜の一次側表面に付着したファウリング原因物質の剥離を行う「第１工程」と、剥離したファウリング原因物質を除去する「第２工程」とを有する。なお、第１工程の実行に先駆けて、所定のタイミングで温水洗浄ポンプ１７が一時的に運転状態とされることで、処理水タンク１４の処理水が温水ユニット１８に導入されているものとする。また、温水ユニット１８では、導入された処理水を所定の温度まで加熱し、温水として保温しているものとする。ここで、温水の温度は、ろ過膜の耐温以下であれば特に問わず、例えば４０〜６０℃の範囲としてもよく、高温であるほど好ましい。
【００３３】
まず、図６を用いて、併用逆洗工程の第１工程について説明する。ここで、図６は、併用逆洗工程の第１工程を説明するための図である。第１工程では、まず、排水弁Ｖ３及び温水洗浄弁Ｖ５を開（その他の弁は閉）とし、温水洗浄ポンプ１７を運転状態（原水ポンプ１２及び逆洗ポンプ１６は停止状態）とすることで、所定温度に加熱した温水を、温水ユニット１８から膜モジュール１３の二次側領域に供給する。次いで、エアスクラビング弁Ｖ７を開とし、空気圧縮機１９を運転状態とすることで、膜モジュール１３の一次側領域から供給した加圧空気によりろ過膜を物理的に揺動させる、エアスクラビングを開始する。
【００３４】
このように、第１工程では、温水によりろ過膜を暖めることで、ろ過膜に付着や捕捉されたファウリング原因物質を剥離しやすくする。また、加圧空気の供給により、ろ過膜を揺動させることで、当該ろ過膜からファウリング原因物質をより剥離しやすくすることができる。なお、本実施形態では、温水の供給を開始した後、エアスクラビングを開始することとしたが、これに限らず、エアスクラビングを開始した後に温水の供給を開始する形態としてもよいし、温水の供給とエアスクラビングとを同時に開始する形態としてもよい。また、温水ユニット１８が膜モジュール１３の二次側領域に供給する温水の流量は、膜ろ過工程時に膜モジュール１３が排出した処理水の流量（膜ろ過流量）よりも少ないものとするが、多くても洗浄の機能を阻害することはない。
【００３５】
次に、図７を用いて、併用逆洗工程の第２工程について説明する。ここで、図７は、併用逆洗工程の第２工程を説明するための図である。第２工程では、まず、エアスクラビング弁Ｖ７を閉とすることで、ろ過膜の揺動を停止する。次いで、温水洗浄弁Ｖ５を閉とし、温水洗浄ポンプ１７を停止状態とすることで、膜モジュール１３への温水供給を停止する。このとき、共用ラインＬ１では、ろ過出口弁Ｖ２、逆洗弁Ｖ４、温水洗浄弁Ｖ５及び損傷検出弁Ｖ８が閉となり、膜モジュール１３の二次側領域との間で閉ざされるため、第１工程で供給されていた温水が残留した状態となる。
【００３６】
そして、損傷検出弁Ｖ８を開とすることで、空気圧縮機１９から供給される加圧空気により、共用ラインＬ１内に残留した温水を、膜モジュール１３の二次側領域へ一気に圧送する。この圧送により、ろ過膜の一次側表面のファウリング原因物質が剥離し、排水弁Ｖ３を介して膜ろ過装置１００の外部に排出される。
【００３７】
ここで、第２工程時に供給する加圧空気の圧力は、膜ろ過工程での膜差圧以上の圧力であることが好ましく、ろ過膜の耐圧以下である必要がある。具体的には、耐圧３００ｋＰａの膜では、２５０ｋＰａ程度が好ましい。また、加圧空気により膜モジュール１３の二次側領域へ圧送する温水の分量は、上記した圧力の下、圧送に５〜１０秒程度を要する分量が好ましく、この条件を満たす長さ／径で共用ラインＬ１が構成されることが好ましい。なお、加圧空気の供給は、続く損傷検出工程での損傷検出に用いるため、共用ラインＬ１内の温水を圧送した後も、所定時間継続させるものとする。
【００３８】
このように、併用逆洗工程では、第１工程において、ファウリング原因物質が剥離し易い状態とし、第２工程において、加圧空気により押し出された温水の水勢を用いて、ファウリング原因物質の除去を行うため、上述した逆洗工程よりも効果的にファウリング原因物質をろ過膜から除去することができる。これにより、例えば、図４に示した３回目の逆洗工程の後、４回目の膜ろ過工程を実施し、併用逆洗工程を実施したとすると、図８に示すように、膜差圧Ｐ０と同等の値まで膜差圧を回復させることが可能となる。
【００３９】
また、第２工程での加圧空気の供給により、共用ラインＬ１内に残留した温水を用いてファウリング原因物質を除去することができるため、温水ユニット１８から供給される温水のみでファウリング原因物質の除去（逆洗）を行った場合と比較し、使用する温水の水量を減少させることができる。また、これにより、温水化に必要なエネルギーを低減することができる。
【００４０】
＜損傷検出工程＞
続く、損傷検出工程では、上記第２工程で空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に加圧空気が供給されている間に、気体圧力計２０と気体流量計２１とによって膜モジュール１３に供給された空気の圧力（空気圧）と流量（空気流量）とを測定する。空気圧と空気流量の変化が安定した時、ろ過膜が損傷していれば、この損傷した部分を通って二次側領域から一次側領域に空気が漏出する。
【００４１】
ここで、図９は、膜ろ過装置１００の損傷検出処理例を示すグラフである。同図では、空気流量（１／ｍｉｎ）を縦軸に、空気圧（ｋＰａ）を横軸に示している。同図において、一点鎖線で示すグラフは、損傷が生じたろ過膜での空気圧−空気流量特性を示しており、損傷した部分を通って二次側領域から一次側領域に空気が漏出するため、加圧空気の空気圧に応じて、空気流量が流れる。また、実線で示すグラフは、損傷が生じていないろ過膜での空気圧−空気流量特性を示しており、二次側領域から一次側領域へ漏出する空気は、損傷が生じたろ過膜の特性と比べて極めて少量となる。このため、膜モジュール１３に供給した加圧空気の空気圧と空気流量との関係から、膜モジュール１３の二次側領域から一次側領域へ漏出した空気量の程度に基づき、膜モジュール１３（ろ過膜）に損傷が生じているか否かを判定することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、膜モジュール１３の二次側領域から一次側領域へ漏出した空気量を、加圧空気の空気圧−空気流量特性から特定する構成としたが、これに限らず、膜モジュール１３の一次側領域に漏出した気泡を検知する等の他の方法を用いて、漏出した空気量を特定する形態としてもよい。
【００４３】
損傷検出工程において、膜モジュール１３の損傷が検出されない場合には、損傷検出弁Ｖ８を閉とするとともに、空気圧縮機１９を停止状態とし、膜モジュール１３の一次側領域の水を、排水弁Ｖ３を介して外部に排出した後、上記膜ろ過工程に再び戻る。なお、損傷検出工程において、膜モジュール１３の損傷が検出された場合には、当該膜モジュール１３を新たな膜モジュール１３へと交換し、上記膜ろ過工程に再び戻るものとする。
【００４４】
膜ろ過装置１００では、図２に示した膜ろ過工程、逆洗工程及び併用逆洗工程（損傷検出工程）が、所定の順序やタイミングで実施されるよう自動制御されている。例えば、膜ろ過工程２２分→逆洗工程４０秒を繰り返し実施し、１日に一回、逆洗工程の代わりに、併用逆洗工程の第１工程を２分実施した後、第２工程（損傷検出工程）を実施し、ろ過膜の損傷が検出されない場合、膜ろ過工程２２分→逆洗工程４０秒の繰り返しに戻るローテーションとしてもよい。また、併用逆洗工程（損傷検出工程）の実施頻度は、原水の水質や運転方法に応じて適宜設定可能であるとするが、例えば、浄水処理においては１日に１回程度の頻度で効果を発揮できる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、上記した併用逆洗工程の実施により、ろ過膜の一次側に付着したファウリング原因物質の除去を、効率的に行うことができる。また、第１工程時に供給する温水流量を膜ろ過流量より小さくし、第２工程時は配管内に残留した温水を空気圧で押し出し洗浄効果を発揮することで、使用する温水量を低減できるため、温水化に係るエネルギー効率を向上させることができる。また、加圧空気による膜モジュール１３の洗浄時（第２工程時）に、ろ過膜の損傷検出を合わせて実施することで、膜モジュール１３の洗浄及び損傷検出を同時に行うことができるため、膜ろ過工程以外の時間を短縮でき、膜ろ過装置１００の処理効率を向上させることができる。
【００４６】
また、ろ過膜の洗浄に温水（処理水）を用いるため、薬液を用いて洗浄する場合と比較し、ランニングコストや設備費を低減することができる。また、ろ過膜の洗浄に温水（処理水）を用いるため、環境負荷を低減することができ、ろ過膜の劣化への影響も低減することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加等を行うことができる。また、上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、処理水を所定温度まで加熱した温水を用いて、ろ過膜の一次側表面に捕捉されたファウリング原因物質を剥離する形態としたが、これに限らず、加熱していない処理水を用いて上記併用逆洗工程を実施する形態としてもよい。この場合、図１に示した温水ユニット１８において、温水洗浄ポンプ１７からの処理水を膜モジュール１３の二次側領域にそのまま供給することで、加熱していない処理水を用いて上記併用逆洗工程を実施することができる。また、他の構成例の膜ろ過装置１００ａとして、図１０に示すように、図１に示した膜ろ過装置１００の構成から、温水洗浄ポンプ１７、温水ユニット１８及び温水洗浄弁Ｖ５を取り除いた構成としてもよい。この構成例の膜ろ過装置１００ａにおいては、逆洗ポンプ１６が供給する処理水を用いて上記第１工程を実施することで、続く第２工程では共用ラインＬ１に残留した処理水を膜モジュール１３の二次側領域に圧送することができる。
【００４９】
なお、併用逆洗工程で処理水を用いる場合、温水を用いた場合と比較し、ファウリング原因物質が剥離しにくいため、併用逆洗工程での第１工程の実施時間を温水使用時よりも長くすることが好ましい。また、この場合においても、膜モジュール１３の二次側領域に供給する処理水の流量は、膜ろ過工程時に膜モジュール１３が排出した処理水の流量（膜ろ過流量）よりも少ないものとするが、多くても洗浄の機能を阻害することはない。
【００５０】
また、上記実施形態では、膜モジュール１３のエアスクラビング及び共用ラインＬ１に残留した温水の圧送に係る加圧空気の供給を、同一の空気圧縮機１９を用いて実現する形態としたが、これに限らず、用途毎に空気圧縮機１９を設ける構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、併用逆洗工程（第１工程）において、加圧空気の供給によりろ過膜を揺動するエアスクラビングを実施する構成としたが、これに限らず、エアスクラビングを行わない形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１００、１００ａ 膜ろ過装置
１１ 原水タンク
１２ 原水ポンプ
１３ 膜モジュール
１４ 処理水タンク
１５ 流量計
１６ 逆洗ポンプ
１７ 温水洗浄ポンプ
１８ 温水ユニット
１９ 空気圧縮機
２０ 気体圧力計
２１ 気体流量計
Ｖ１ ろ過入口弁
Ｖ２ ろ過出口弁
Ｖ３ 排水弁
Ｖ４ 逆洗弁
Ｖ５ 温水洗浄弁
Ｖ６ 減圧弁
Ｖ７ エアスクラビング弁
Ｖ８ 損傷検出弁
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水処理の分野では、ろ過膜を用いて水中の懸濁物質を膜ろ過する膜ろ過装置が広く用いられている。係る膜ろ過装置では、水中から懸濁物質を分離する膜ろ過工程を所定時間行った後、逆洗等の物理洗浄工程を行うことで、ろ過膜に付着した懸濁物質等のファウリング原因物質を除去している。この物理洗浄工程の実施により、ろ過性能を或る程度回復することが可能であるが、膜ろ過の時間とともに除去し難いファウリングが進行していくという問題がある。従来、この問題に対し、薬液を用いてろ過膜を洗浄する技術や、温水を用いてろ過膜を逆洗する技術が提案されている。
【０００３】
また、上記のように、ろ過膜はろ過と物理洗浄を繰返して運用されるが、使用する年月とともに劣化し、損傷する危険性がある。そのため、従来、加圧気体を用いてろ過膜の損傷状態を検出する技術が提案されており、洗浄後等の工程において、水の流れを止めたタイミングで損傷検出を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７４０２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３０５８７号公報
【特許文献３】特開２００７−１３０５３２号公報
【特許文献４】特開２００３−２１０９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ろ過膜の洗浄に薬液を用いる従来技術では、環境負荷が高くなるとともに、薬液によりろ過膜が劣化しやすい等の問題がある。また、薬液に要するランニングコストが増加し、薬液に耐性のある材質の設備とするため設備費が高額となる。一方、ろ過膜の洗浄に温水を用いる従来技術では、環境負荷も少なく、ろ過膜の劣化への影響も少ないが、洗浄のための水量に応じ加熱のためのエネルギーが増加することから、さらなる効率化が望まれている。
【０００６】
また、ろ過膜の損傷検出は、上記したように膜ろ過工程及び物理洗浄工程とは異なるタイミングで且つ水の流れを止めた上で行われるため、損傷検出のための検出時間が処理効率に直接関わってくる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態の膜ろ過装置は、膜モジュールと、処理水タンクと、処理水供給手段と、加圧空気供給手段と、損傷検出手段とを備える。膜モジュールは、内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して二次側領域から処理水として排出する。処理水タンクは、膜モジュールから排出された処理水を貯水する。処理水供給手段は、膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、膜モジュールの洗浄時に、処理水タンクに貯水された処理水を、配管を介して膜モジュールの二次側領域へ供給する。加圧空気供給手段は、処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する。損傷検出手段は、加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、ろ過膜の損傷を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る膜ろ過装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、膜ろ過装置１００の運転方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、膜ろ過装置の膜ろ過工程を説明するための図である。
【図４】図４は、膜ろ過装置の逆洗工程を説明するための図である。
【図５】図５は、膜差圧の変化例を示す図である。
【図６】図６は、膜ろ過装置の併用逆洗工程（第１工程）を説明するための図である。
【図７】図７は、膜ろ過装置の併用逆洗工程（第２工程）を説明するための図である。
【図８】図８は、膜差圧の変化例を示す図である。
【図９】図９は、損傷検出処理例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、膜ろ過装置の他の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る膜ろ過装置、運転方法及び損傷検出装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る膜ろ過装置の構成を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、膜ろ過装置１００は、原水タンク１１と、原水ポンプ１２と、膜モジュール１３と、処理水タンク１４と、流量計１５と、逆洗ポンプ１６と、温水洗浄ポンプ１７と、温水ユニット１８と、空気圧縮機１９と、気体圧力計２０と、気体流量計２１とを備えている。
【００１１】
原水タンク１１は、図示しない供給源から供給された原水を貯水する。原水ポンプ１２は、原水タンク１１に貯水された原水を膜モジュール１３へ供給する供給ポンプである。原水ポンプ１２は、ろ過入口弁Ｖ１を介して、膜モジュール１３の一次側領域に接続配管されている。
【００１２】
膜モジュール１３は、内部を一次側領域と二次側領域とに区分けするろ過膜（図示せず）を有し、一次側領域より供給された原水をろ過膜により膜ろ過し、二次側領域から処理水として排出する。膜モジュール１３の二次側領域には、ろ過出口弁Ｖ２が設置されており、当該ろ過出口弁Ｖ２と膜モジュール１３の二次側領域とを接続する配管により、共用ラインＬ１が形成されている。膜モジュール１３の二次側領域から排出された処理水は、共用ラインＬ１を流れ、ろ過出口弁Ｖ２を介して処理水タンク１４に到達する。
【００１３】
また、膜モジュール１３の一次側領域には、膜モジュール１３内の保持液を、膜ろ過装置１００の外部に排出するための排水弁Ｖ３が設けられている。また、膜モジュール１３の一次側領域には、加圧空気を導入するためのエアスクラビング弁Ｖ７が設けられている。
【００１４】
なお、膜モジュール１３で用いるろ過膜は、精密ろ過膜、限外ろ過膜のような除濁用であり、モジュールタイプの加圧式でもよいし、吸引により膜分離する浸漬型でもよい。本実施形態では、加圧式の外圧型精密ろ過膜を用いた例について説明する。また、膜モジュール１３内において、ろ過膜は、その一端を固定しない自由端で保持、又は、両端を固定し中間に十分な余裕を持たせた状態で保持されており、加圧空気の供給により揺動可能な状態にあるものとする。
【００１５】
処理水タンク１４は、膜モジュール１３から共用ラインＬ１を介して排出された処理水を貯水する。流量計１５は、共用ラインＬ１上に設けられており、当該共用ラインＬ１を流れる水の流量を測定する。なお、流量計１５が測定する流量に基づき、後述する各工程の実施タイミングが、膜ろ過装置１００で自動制御されるようにすることもできる。
【００１６】
逆洗ポンプ１６は、逆洗弁Ｖ４を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、処理水タンク１４に貯水された処理水の一部を逆洗水として膜モジュール１３の二次側領域に供給する。
【００１７】
温水洗浄ポンプ１７は、処理水タンク１４に貯水された処理水の一部を、温水ユニット１８に供給する。温水ユニット１８は、温水洗浄ポンプ１７によって導かれた処理水を所定の温度に加熱する加熱装置である。また、温水ユニット１８は、温水洗浄弁Ｖ５を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、所定の温度に加熱した温水を膜モジュール１３の二次側領域に供給する。
【００１８】
温水ユニット１８は、例えば、温水洗浄ポンプ１７によって導かれた処理水を一時貯水する温水タンクや、温水タンクに貯水された処理水を所定温度に加熱する加熱器等により構成され、所定温度に加熱した処理水を温水として保持する。また、膜ろ過装置１００は、温水タンクを用いずに、温水洗浄ポンプ１７と温水洗浄弁Ｖ５とを接続する配管を加熱する構成としてもよい。なお、図１では、逆洗弁Ｖ４から共用ラインＬ１に至る配管系と、温水洗浄弁Ｖ５から共用ラインＬ１に至る配管系とを共用する構成としているが、これに限らず、膜ろ過装置１００に、共用ラインＬ１に至る配管系を個別に設ける構成としてもよい。
【００１９】
空気圧縮機１９は、エアコンプレッサであって、加圧した空気を、減圧弁Ｖ６を介して膜モジュール１３に供給する。ここで、減圧弁Ｖ６の出力側は、エアスクラビング弁Ｖ７を介して、膜モジュール１３の一次側領域に接続配管されている。空気圧縮機１９から供給された加圧空気は、エアスクラビング弁Ｖ７を介して膜モジュール１３の一次側領域に導入される。また、減圧弁Ｖ６の出力側は、損傷検出弁Ｖ８を介して共用ラインＬ１に配管接続されており、当該共用ラインＬ１を通じて、空気圧縮機１９から供給された加圧空気が、膜モジュール１３の二次側領域に導入されるよう構成されている。
【００２０】
減圧弁Ｖ６の出力側と損傷検出弁Ｖ８との間の配管系には、気体圧力計２０及び気体流量計２１が設けられている。気体圧力計２０は、空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に供給される加圧空気の圧力を測定する。また、気体流量計２１は、空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に供給される加圧空気の流量を測定する。
【００２１】
なお、膜ろ過装置１００は、図１に示した構成に限らないものとする。例えば、膜ろ過装置１００の外部から原水が供給される場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から原水タンク１１や原水ポンプ１２を取り除いた構成としてもよい。また、膜ろ過装置１００の外部から加圧空気が供給される場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から空気圧縮機１９や減圧弁Ｖ６を取り除いた構成としてもよい。また、共用ラインＬ１に流れる水の流量を測定しないような場合には、上記膜ろ過装置１００の構成から流量計１５を取り除いた構成としてもよい。
【００２２】
次に、膜ろ過装置１００の運転方法の一例について説明する。図２は、膜ろ過装置１００の運転方法の手順を示すフローチャートである。同図に示すように、膜ろ過装置１００の運転方法は、原水を膜ろ過する「膜ろ過工程」と、処理水により膜モジュール１３の逆洗を行う「逆洗工程」と、温水と加圧空気とを併用し膜モジュール１３の逆洗を行う「併用逆洗工程」と、ろ過膜の損傷検出を行う「損傷検出工程」とを含む。
【００２３】
ここで、膜ろ過工程と逆洗工程とは交互に繰り返し実施される。膜ろ過工程から逆洗工程への移行は、通常、所定時間毎に行なわれるが、流量計１５で測定される処理水の流量に基づき自動で行われるようにすることもできる。所定回数を実施後（又は所定時間の経過後）、併用逆洗工程が実施される。併用逆洗工程は第１工程と第２工程とを含み、この第２工程の実施と一体的に損傷検出工程が実施される。以下、図２に示した各工程について説明する。
【００２４】
＜膜ろ過工程＞
まず、図３を参照して、膜ろ過装置１００の膜ろ過工程について説明する。ここで、図３は、膜ろ過装置１００の膜ろ過工程を説明するための図であり、開状態の弁を白塗、閉状態の弁を黒塗で表している（以下、図４、図６及び図７も同様）。
【００２５】
膜ろ過工程では、図３に示すように、ろ過入口弁Ｖ１及びろ過出口弁Ｖ２を開とし、原水ポンプ１２を動作させることで、原水タンク１１内の原水を膜モジュール１３の一次側領域に導入する。この時、他の弁は全て閉じた状態となっている。膜モジュール１３に導入された原水は、ろ過膜により膜ろ過された後、処理水として処理水タンク１４へ排出される。
【００２６】
膜ろ過工程の時間経過に伴い、ろ過膜の一次側領域面（以下、一次側表面という）に懸濁物質等のファウリング原因物質が付着し始めると、膜差圧が上昇しろ過能力が徐々に低下していく。そこで、所定のタイミングで逆洗工程を実施し、処理水による逆洗により膜モジュール１３を洗浄する。
【００２７】
＜逆洗工程＞
図４は、膜ろ過装置１００の逆洗工程を説明するための図である。まず、原水ポンプ１２の動作を停止し、ろ過入口弁Ｖ１及びろ過出口弁Ｖ２を閉じる。次いで、排水弁Ｖ３及び逆洗弁Ｖ４を開き、逆洗ポンプ１６を動作させることで、処理水タンク１４に貯水された処理水を、逆洗水として膜モジュール１３の二次側領域から導入する。次いで、エアスクラビング弁Ｖ７を開とし、空気圧縮機１９を運転状態とすることで、膜モジュール１３の一次側領域から供給した加圧空気によりろ過膜を物理的に揺動させる、エアスクラビングを開始する。この逆洗水の導入より、ろ過膜の一次側表面に付着したファウリング原因物質が剥離され、排水弁Ｖ３を介して膜ろ過装置１００の外部に排出される。また、加圧空気の供給により、ろ過膜を揺動させることで、当該ろ過膜からファウリング原因物質をより剥離しやすくすることができる。なお、本実施形態では、処理水の供給を開始した後、エアスクラビングを開始することとしたが、これに限らず、エアスクラビングを開始した後に処理水の供給を開始する形態としてもよいし、処理水の供給とエアスクラビングとを同時に開始する形態としてもよい。これにより、ろ過膜に付着したファウリング原因物質を或る程度除去することができる。
【００２８】
ところで、ろ過膜表面の細孔構造等にろ過膜上のファウリング原因物質が捕捉されると、このファウリング原因物質を上記逆洗工程で容易に除去できないことが分かっている。例えば、膜ろ過工程の後に逆洗工程を実施することで、膜ろ過工程で上昇した膜差圧を或る程度低下（回復）させることが可能であるが、残留したファウリング原因物質が徐々に蓄積していくため、膜差圧の回復率も徐々に減少していく。
【００２９】
ここで、図５は、膜ろ過工程と逆洗工程とを交互に実施した場合における膜差圧の変化例を示す図である。同図では、ろ過膜の膜差圧（ｋＰａ）を縦軸に、経過時間（繰り返し回数）を横軸に示している。なお、１回目〜３回目の各膜ろ過工程では、膜ろ過する単位時間あたりの水量を同一条件としている。
【００３０】
図５に示すように、膜ろ過工程では経過時間に伴い、ろ過膜の一次側表面にファウリング原因物質が付着するため、膜差圧が徐々に上昇していく。そこで、逆洗工程を実施すると、ファウリング原因物質の除去により膜差圧が減少(回復)する。このとき、回復した膜差圧の値と、基準となる膜差圧Ｐ０との差ΔＰ（ΔＰ１〜ΔＰ３）が小さいほど、回復率が高いことになる。
【００３１】
しかしながら、逆洗工程で残留したファウリング原因物質が蓄積していくため、逆洗工程を繰り返し実施したとしてもΔＰ１〜ΔＰ３の値は徐々に増加し、膜ろ過に必要な膜差圧も増加する。そこで、本実施形態の膜ろ過装置１００では、ΔＰが所定の閾値を超えた時、或いは所定時間経過後等、所定のタイミングで併用逆洗工程を実施することで、ろ過膜に捕捉されたファウリング原因物質の除去を行う。以下、併用逆洗工程について説明する。
【００３２】
＜併用逆洗工程＞
併用逆洗工程は、ろ過膜の一次側表面に付着したファウリング原因物質の剥離を行う「第１工程」と、剥離したファウリング原因物質を除去する「第２工程」とを有する。なお、第１工程の実行に先駆けて、所定のタイミングで温水洗浄ポンプ１７が一時的に運転状態とされることで、処理水タンク１４の処理水が温水ユニット１８に導入されているものとする。また、温水ユニット１８では、導入された処理水を所定の温度まで加熱し、温水として保温しているものとする。ここで、温水の温度は、ろ過膜の耐温以下であれば特に問わず、例えば４０〜６０℃の範囲としてもよく、高温であるほど好ましい。
【００３３】
まず、図６を用いて、併用逆洗工程の第１工程について説明する。ここで、図６は、併用逆洗工程の第１工程を説明するための図である。第１工程では、まず、排水弁Ｖ３及び温水洗浄弁Ｖ５を開（その他の弁は閉）とし、温水洗浄ポンプ１７を運転状態（原水ポンプ１２及び逆洗ポンプ１６は停止状態）とすることで、所定温度に加熱した温水を、温水ユニット１８から膜モジュール１３の二次側領域に供給する。次いで、エアスクラビング弁Ｖ７を開とし、空気圧縮機１９を運転状態とすることで、膜モジュール１３の一次側領域から供給した加圧空気によりろ過膜を物理的に揺動させる、エアスクラビングを開始する。
【００３４】
このように、第１工程では、温水によりろ過膜を暖めることで、ろ過膜に付着や捕捉されたファウリング原因物質を剥離しやすくする。また、加圧空気の供給により、ろ過膜を揺動させることで、当該ろ過膜からファウリング原因物質をより剥離しやすくすることができる。なお、本実施形態では、温水の供給を開始した後、エアスクラビングを開始することとしたが、これに限らず、エアスクラビングを開始した後に温水の供給を開始する形態としてもよいし、温水の供給とエアスクラビングとを同時に開始する形態としてもよい。また、温水ユニット１８が膜モジュール１３の二次側領域に供給する温水の流量は、膜ろ過工程時に膜モジュール１３が排出した処理水の流量（膜ろ過流量）よりも少ないものとするが、多くても洗浄の機能を阻害することはない。
【００３５】
次に、図７を用いて、併用逆洗工程の第２工程について説明する。ここで、図７は、併用逆洗工程の第２工程を説明するための図である。第２工程では、まず、エアスクラビング弁Ｖ７を閉とすることで、ろ過膜の揺動を停止する。次いで、温水洗浄弁Ｖ５を閉とし、温水洗浄ポンプ１７を停止状態とすることで、膜モジュール１３への温水供給を停止する。このとき、共用ラインＬ１では、ろ過出口弁Ｖ２、逆洗弁Ｖ４、温水洗浄弁Ｖ５及び損傷検出弁Ｖ８が閉となり、膜モジュール１３の二次側領域との間で閉ざされるため、第１工程で供給されていた温水が残留した状態となる。
【００３６】
そして、損傷検出弁Ｖ８を開とすることで、空気圧縮機１９から供給される加圧空気により、共用ラインＬ１内に残留した温水を、膜モジュール１３の二次側領域へ一気に圧送する。この圧送により、ろ過膜の一次側表面のファウリング原因物質が剥離し、排水弁Ｖ３を介して膜ろ過装置１００の外部に排出される。
【００３７】
ここで、第２工程時に供給する加圧空気の圧力は、膜ろ過工程での膜差圧以上の圧力であることが好ましく、ろ過膜の耐圧以下である必要がある。具体的には、耐圧３００ｋＰａの膜では、２５０ｋＰａ程度が好ましい。また、加圧空気により膜モジュール１３の二次側領域へ圧送する温水の分量は、上記した圧力の下、圧送に５〜１０秒程度を要する分量が好ましく、この条件を満たす長さ／径で共用ラインＬ１が構成されることが好ましい。なお、加圧空気の供給は、続く損傷検出工程での損傷検出に用いるため、共用ラインＬ１内の温水を圧送した後も、所定時間継続させるものとする。
【００３８】
このように、併用逆洗工程では、第１工程において、ファウリング原因物質が剥離し易い状態とし、第２工程において、加圧空気により押し出された温水の水勢を用いて、ファウリング原因物質の除去を行うため、上述した逆洗工程よりも効果的にファウリング原因物質をろ過膜から除去することができる。これにより、例えば、図４に示した３回目の逆洗工程の後、４回目の膜ろ過工程を実施し、併用逆洗工程を実施したとすると、図８に示すように、膜差圧Ｐ０と同等の値まで膜差圧を回復させることが可能となる。
【００３９】
また、第２工程での加圧空気の供給により、共用ラインＬ１内に残留した温水を用いてファウリング原因物質を除去することができるため、温水ユニット１８から供給される温水のみでファウリング原因物質の除去（逆洗）を行った場合と比較し、使用する温水の水量を減少させることができる。また、これにより、温水化に必要なエネルギーを低減することができる。
【００４０】
＜損傷検出工程＞
続く、損傷検出工程では、上記第２工程で空気圧縮機１９から膜モジュール１３の二次側領域に加圧空気が供給されている間に、気体圧力計２０と気体流量計２１とによって膜モジュール１３に供給された空気の圧力（空気圧）と流量（空気流量）とを測定する。空気圧と空気流量の変化が安定した時、ろ過膜が損傷していれば、この損傷した部分を通って二次側領域から一次側領域に空気が漏出する。
【００４１】
ここで、図９は、膜ろ過装置１００の損傷検出処理例を示すグラフである。同図では、空気流量（１／ｍｉｎ）を縦軸に、空気圧（ｋＰａ）を横軸に示している。同図において、一点鎖線で示すグラフは、損傷が生じたろ過膜での空気圧−空気流量特性を示しており、損傷した部分を通って二次側領域から一次側領域に空気が漏出するため、加圧空気の空気圧に応じて、空気流量が流れる。また、実線で示すグラフは、損傷が生じていないろ過膜での空気圧−空気流量特性を示しており、二次側領域から一次側領域へ漏出する空気は、損傷が生じたろ過膜の特性と比べて極めて少量となる。このため、膜モジュール１３に供給した加圧空気の空気圧と空気流量との関係から、膜モジュール１３の二次側領域から一次側領域へ漏出した空気量の程度に基づき、膜モジュール１３（ろ過膜）に損傷が生じているか否かを判定することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、膜モジュール１３の二次側領域から一次側領域へ漏出した空気量を、加圧空気の空気圧−空気流量特性から特定する構成としたが、これに限らず、膜モジュール１３の一次側領域に漏出した気泡を検知する等の他の方法を用いて、漏出した空気量を特定する形態としてもよい。
【００４３】
損傷検出工程において、膜モジュール１３の損傷が検出されない場合には、損傷検出弁Ｖ８を閉とするとともに、空気圧縮機１９を停止状態とし、膜モジュール１３の一次側領域の水を、排水弁Ｖ３を介して外部に排出した後、上記膜ろ過工程に再び戻る。なお、損傷検出工程において、膜モジュール１３の損傷が検出された場合には、当該膜モジュール１３を新たな膜モジュール１３へと交換し、上記膜ろ過工程に再び戻るものとする。
【００４４】
膜ろ過装置１００では、図２に示した膜ろ過工程、逆洗工程及び併用逆洗工程（損傷検出工程）が、所定の順序やタイミングで実施されるよう自動制御されている。例えば、膜ろ過工程２２分→逆洗工程４０秒を繰り返し実施し、１日に一回、逆洗工程の代わりに、併用逆洗工程の第１工程を２分実施した後、第２工程（損傷検出工程）を実施し、ろ過膜の損傷が検出されない場合、膜ろ過工程２２分→逆洗工程４０秒の繰り返しに戻るローテーションとしてもよい。また、併用逆洗工程（損傷検出工程）の実施頻度は、原水の水質や運転方法に応じて適宜設定可能であるとするが、例えば、浄水処理においては１日に１回程度の頻度で効果を発揮できる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、上記した併用逆洗工程の実施により、ろ過膜の一次側に付着したファウリング原因物質の除去を、効率的に行うことができる。また、第１工程時に供給する温水流量を膜ろ過流量より小さくし、第２工程時は配管内に残留した温水を空気圧で押し出し洗浄効果を発揮することで、使用する温水量を低減できるため、温水化に係るエネルギー効率を向上させることができる。また、加圧空気による膜モジュール１３の洗浄時（第２工程時）に、ろ過膜の損傷検出を合わせて実施することで、膜モジュール１３の洗浄及び損傷検出を同時に行うことができるため、膜ろ過工程以外の時間を短縮でき、膜ろ過装置１００の処理効率を向上させることができる。
【００４６】
また、ろ過膜の洗浄に温水（処理水）を用いるため、薬液を用いて洗浄する場合と比較し、ランニングコストや設備費を低減することができる。また、ろ過膜の洗浄に温水（処理水）を用いるため、環境負荷を低減することができ、ろ過膜の劣化への影響も低減することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加等を行うことができる。また、上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、処理水を所定温度まで加熱した温水を用いて、ろ過膜の一次側表面に捕捉されたファウリング原因物質を剥離する形態としたが、これに限らず、加熱していない処理水を用いて上記併用逆洗工程を実施する形態としてもよい。この場合、図１に示した温水ユニット１８において、温水洗浄ポンプ１７からの処理水を膜モジュール１３の二次側領域にそのまま供給することで、加熱していない処理水を用いて上記併用逆洗工程を実施することができる。また、他の構成例の膜ろ過装置１００ａとして、図１０に示すように、図１に示した膜ろ過装置１００の構成から、温水洗浄ポンプ１７、温水ユニット１８及び温水洗浄弁Ｖ５を取り除いた構成としてもよい。この構成例の膜ろ過装置１００ａにおいては、逆洗ポンプ１６が供給する処理水を用いて上記第１工程を実施することで、続く第２工程では共用ラインＬ１に残留した処理水を膜モジュール１３の二次側領域に圧送することができる。
【００４９】
なお、併用逆洗工程で処理水を用いる場合、温水を用いた場合と比較し、ファウリング原因物質が剥離しにくいため、併用逆洗工程での第１工程の実施時間を温水使用時よりも長くすることが好ましい。また、この場合においても、膜モジュール１３の二次側領域に供給する処理水の流量は、膜ろ過工程時に膜モジュール１３が排出した処理水の流量（膜ろ過流量）よりも少ないものとするが、多くても洗浄の機能を阻害することはない。
【００５０】
また、上記実施形態では、膜モジュール１３のエアスクラビング及び共用ラインＬ１に残留した温水の圧送に係る加圧空気の供給を、同一の空気圧縮機１９を用いて実現する形態としたが、これに限らず、用途毎に空気圧縮機１９を設ける構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、併用逆洗工程（第１工程）において、加圧空気の供給によりろ過膜を揺動するエアスクラビングを実施する構成としたが、これに限らず、エアスクラビングを行わない形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１００、１００ａ 膜ろ過装置
１１ 原水タンク
１２ 原水ポンプ
１３ 膜モジュール
１４ 処理水タンク
１５ 流量計
１６ 逆洗ポンプ
１７ 温水洗浄ポンプ
１８ 温水ユニット
１９ 空気圧縮機
２０ 気体圧力計
２１ 気体流量計
Ｖ１ ろ過入口弁
Ｖ２ ろ過出口弁
Ｖ３ 排水弁
Ｖ４ 逆洗弁
Ｖ５ 温水洗浄弁
Ｖ６ 減圧弁
Ｖ７ エアスクラビング弁
Ｖ８ 損傷検出弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜ろ過装置であって、
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、
前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクと、
前記膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記配管を介して前記膜モジュールの二次側領域へ供給する処理水供給手段と、
前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給手段と、
前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、
を備えたことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
前記加圧空気供給手段は、前記処理水供給手段による処理水の供給停止後、当該処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
前記加圧空気供給手段は、前記加圧空気の供給により、前記配管内に残留した処理水を前記膜モジュールの二次側領域へ圧送することを特徴とする請求項１又は２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記処理水を所定温度に加熱する加熱手段を更に備え、
前記処理水供給手段は、前記加熱手段により加熱された前記処理水を、前記膜モジュールの二次側領域へ供給することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記処理水供給手段による処理水の供給時に、前記膜モジュールの一次側領域から加圧空気を供給し、前記ろ過膜を揺動する揺動手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
前記加圧空気供給手段及び前記揺動手段は、同一の空気圧縮機から供給される加圧空気を用いることを特徴とする請求項５に記載の膜ろ過装置。
【請求項７】
前記加圧空気供給手段が供給した加圧空気の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記加圧空気供給手段が供給した加圧空気の流量を測定する流量測定手段と、
を備え、
前記損傷検出手段は、前記圧力測定手段により測定された前記圧力及び前記流量測定手段により測定された前記流量に基づいて、前記ろ過膜の損傷を検出することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項８】
前記加圧空気供給手段は、前記膜ろ過時における膜差圧以上で、且つ前記ろ過膜の耐圧以下の圧力で、前記加圧空気を供給することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項９】
前記処理水供給手段は、前記膜モジュールの二次側領域に供給する処理水の流量を、前記膜ろ過時に排出された処理水の流量未満とすることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１０】
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクとを備えた膜ろ過装置の運転方法であって、
前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記膜モジュールの二次側領域に接続された配管を介して当該二次側領域へ供給する処理水供給工程と、
前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給工程と、
前記加圧空気供給工程で供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出工程と、
を含む膜ろ過装置の運転方法。
【請求項１１】
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールの損傷検出装置であって、
前記膜モジュールの逆洗後に、この逆洗に用いられた配管内に加圧空気を供給し、当該配管内に残留した前記逆洗時の処理水を、前記膜モジュールの二次側領域へ圧送する加圧空気供給手段と、
前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、
を備えたことを特徴とする損傷検出装置。
【請求項１】
膜ろ過装置であって、
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、
前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクと、
前記膜モジュールの二次側領域に配管で接続され、前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記配管を介して前記膜モジュールの二次側領域へ供給する処理水供給手段と、
前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給手段と、
前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、
を備えたことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
前記加圧空気供給手段は、前記処理水供給手段による処理水の供給停止後、当該処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
前記加圧空気供給手段は、前記加圧空気の供給により、前記配管内に残留した処理水を前記膜モジュールの二次側領域へ圧送することを特徴とする請求項１又は２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記処理水を所定温度に加熱する加熱手段を更に備え、
前記処理水供給手段は、前記加熱手段により加熱された前記処理水を、前記膜モジュールの二次側領域へ供給することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記処理水供給手段による処理水の供給時に、前記膜モジュールの一次側領域から加圧空気を供給し、前記ろ過膜を揺動する揺動手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
前記加圧空気供給手段及び前記揺動手段は、同一の空気圧縮機から供給される加圧空気を用いることを特徴とする請求項５に記載の膜ろ過装置。
【請求項７】
前記加圧空気供給手段が供給した加圧空気の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記加圧空気供給手段が供給した加圧空気の流量を測定する流量測定手段と、
を備え、
前記損傷検出手段は、前記圧力測定手段により測定された前記圧力及び前記流量測定手段により測定された前記流量に基づいて、前記ろ過膜の損傷を検出することを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項８】
前記加圧空気供給手段は、前記膜ろ過時における膜差圧以上で、且つ前記ろ過膜の耐圧以下の圧力で、前記加圧空気を供給することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項９】
前記処理水供給手段は、前記膜モジュールの二次側領域に供給する処理水の流量を、前記膜ろ過時に排出された処理水の流量未満とすることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１０】
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールと、前記膜モジュールから排出された処理水を貯水する処理水タンクとを備えた膜ろ過装置の運転方法であって、
前記膜モジュールの洗浄時に、前記処理水タンクに貯水された処理水を、前記膜モジュールの二次側領域に接続された配管を介して当該二次側領域へ供給する処理水供給工程と、
前記処理水の供給に用いられた配管内に加圧空気を供給する加圧空気供給工程と、
前記加圧空気供給工程で供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出工程と、
を含む膜ろ過装置の運転方法。
【請求項１１】
内部を一次側領域と二次側領域とに区分するろ過膜を有し、前記一次側領域より供給された原水を前記ろ過膜により膜ろ過して前記二次側領域から処理水として排出する膜モジュールの損傷検出装置であって、
前記膜モジュールの逆洗後に、この逆洗に用いられた配管内に加圧空気を供給し、当該配管内に残留した前記逆洗時の処理水を、前記膜モジュールの二次側領域へ圧送する加圧空気供給手段と、
前記加圧空気供給手段により供給された加圧空気の、前記膜モジュールの二次側領域から一次側領域への漏出量に基づき、前記ろ過膜の損傷を検出する損傷検出手段と、
を備えたことを特徴とする損傷検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６３３６７（Ｐ２０１３−６３３６７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２１３５（Ｐ２０１１−２０２１３５）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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