膜処理装置
【課題】安価かつ確実に膜破断の発生を検知する手段を備えた膜処理装置を提供する。
【解決手段】中空糸膜４に破断が有る場合、コンプレッサＣからの加圧気体は該破断部を通過して処理水室１２に流出して膜破断検知部５０を通過する。処理水中に気泡が存在する場合には、電極５４，５５間の電流又は電圧が変化する。この変化パターンから膜破断を検知する。気泡を電極５４，５５と確実に接触させるために、短管５１の天井面部位に溝５３を設け、電極５４，５５を該溝５３に設置する。
【解決手段】中空糸膜４に破断が有る場合、コンプレッサＣからの加圧気体は該破断部を通過して処理水室１２に流出して膜破断検知部５０を通過する。処理水中に気泡が存在する場合には、電極５４，５５間の電流又は電圧が変化する。この変化パターンから膜破断を検知する。気泡を電極５４，５５と確実に接触させるために、短管５１の天井面部位に溝５３を設け、電極５４，５５を該溝５３に設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水を濾過する膜を備えた中空糸膜分離装置などの膜処理装置に係り、特に膜破断を検知する手段を備えた膜処理装置に関する。詳しくは、本発明は、膜処理装置における膜破断検知を気泡の検知により行うようにした膜処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜処理装置における膜の破断を検知する技術として、空気逆洗工程において破断箇所から漏れる気泡を目視、超音波センサ、粒子計、濁度計、光電センサによって検知する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００１−２６９５５１号公報には、浄水処理装置における中空糸膜の破断を超音波流速計を用いて検知する方法が開示されている。当該公報の膜破断検知方法においては、処理水室を処理水で満たし、循環水室に加圧気体を吹き込む。中空糸膜が破断している場合には、加圧気体がこの破断部から中空糸膜内を通って処理水室に移動し、さらに処理水室に接続された処理水管から流出する。この処理水管内を通過する気体を該処理水管に設けた超音波流速計を用いて検出することによって、中空糸膜の破断を検知する。
【０００４】
また特開２０００−１２６５６３号公報には、ハウジング内が中空糸膜によって原水室と処理水室とに区画され、該ハウジングの該処理水室と接続された処理水排出管に空気溜まりが設けられた中空糸膜濾過装置において、原水室内に加圧空気を供給し、該加圧空気が中空糸膜の破断箇所から処理水室及び処理水排出管を通って空気溜まりに溜まり、該空気溜まりに溜まった空気を目視や水位計等で検知することによって中空糸膜の破断を確認する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特開２００３−１４４８６６号公報には、中空糸膜モジュール内が中空糸膜によって上部側の原水室と下部側の処理水室に区画され、該原水室の上部に中空糸膜破断検知用透明管を備えた気泡抜管が接続された中空糸膜モジュール式濾過装置において、空気逆洗時に処理水室内に圧入された空気が処理水室から中空糸膜の破断箇所及び原水室を通って気泡抜管に備えられた中空糸膜破断検知用透明管を通過し、該透明管内を通過する空気を目視又は光電センサで検知することにより、膜破断と判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２６９５５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２６５６３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
破断した膜を通過し、流路内を流れる液中に混入した気泡をセンサによって検知する場合、気泡は該流路の天井部付近に集まってくるが、流路内の水流（乱流）によって気泡が天井内面に沿って左右にぶれてしまったときには、流路内を気泡が流れても検知されないことがある。
【０００７】
本発明は、流路内を液と共に流れる気泡を確実に検知して膜破断を検知することができる膜処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の膜処理装置は、被処理液を濾過する膜と、該膜で隔てられた一方の側に気体又は気液混合液を流通させる手段と、該膜の破断検知のために該膜で隔てられた他方の側における気泡を検知する気泡検知器とを有する膜処理装置において、該膜を透過した液が流れる流路が設けられ、該流路内に臨む天井面部位に、流れ方向に沿って延在する溝が設けられ、該溝内に該気泡検知器が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の膜処理装置は、請求項１において、該検知器は、先端部が該溝内に臨むように設けられた１対の針状電極を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の膜処理装置は、請求項２において、該針状電極は、溝長手方向に離隔して設置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の膜処理装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、溝の幅Ｗが１〜２０ｍｍであり、溝の深さＤが１〜２０ｍｍであり、Ｗ／Ｄが０．０５〜２０であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の膜処理装置において、破断した膜を通過した気泡が液と共に流路内を流れる場合、気泡は該流路の天井面部位の溝内に捕集されるようになり、該流路の左右方向にぶれることが防止される。従って、この溝に気泡検知器を設けておくことにより気泡を確実に検知することができる。
【００１３】
請求項２の膜処理装置において、破断した膜を通過した気泡が溝内を流れ、針状電極と接触すると、該針状電極を流れる電流あるいは針状電極の印加電圧等が変化し、気泡が検知される。
【００１４】
請求項３の膜処理装置において、気泡が集まって溝内を流れる場合、溝に沿って気泡が長く延在したり、複数の気泡が溝に沿って列状に連なったりするようになる。そのため、溝長手方向に離隔させて１対の針状電極を配置することにより、１対の針状電極がいずれも気泡に接するようになり、気泡を確実に検知することができる。
【００１５】
請求項４の通り、溝をある程度幅狭とし且つ所要程度の深さを有したものとすることにより、溝内に流入した気泡が会合して成長したり、複数の気泡が溝に沿って列状に連なったりし易くなり、気泡検知精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１７】
第１図は本発明の実施の形態に係る膜処理装置の模式図、第２図（ａ）は第１図の膜破断検知部の流路方向に沿う断面図、第２図（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、第３図は同装置の回路図である。なお、第１図では図面を明瞭とするために中空糸膜を４本としているが、実際には中空糸膜は多数本配置されている。
【００１８】
第１図の通り、内圧式中空糸膜モジュール１のケーシング２内に、複数本の中空糸膜４が束ねられて配置されている。この中空糸膜４の束の下端及び上端はそれぞれ合成樹脂等よりなる封止材６，８によって結束されている。この封止材６，８は、例えば円盤状とされ、その外周面若しくは外周縁部がケーシング２の内面に水密的に接している。下側の封止材６の下側に原水室１０が形成され、上側の封止材８の上側に循環水室１４が形成され、両封止材６，８の間に処理水室１２が形成されている。
【００１９】
中空糸膜４の上端側は封止材８を貫通しており、その上端の開口４ａは循環水室１４に臨んでいる。同様に、中空糸膜４の下端側は封止材６を貫通しており、その下端の開口４ｂは原水室１０に臨んでいる。
【００２０】
ケーシング２の原水室１０側には、原水入口ノズル１０ａ及び気体入口ノズル１０ｂが設けられている。原水入口ノズル１０ａは、原水配管２１、原水弁Ｖ１及び原水ポンプＰを介して原水槽２０に接続されている。原水配管２１の原水ノズル１０ａと原水弁Ｖ１との間の箇所から、排水弁Ｖ２を備えた排水配管２４が分岐している。気体入口ノズル１０ｂは開閉弁Ｖ３を備えた気体配管２７を介してコンプレッサＣと接続されている。
【００２１】
ケーシング２の循環水室１４側には循環水出口ノズル１４ａが設けられている。この循環水出口ノズル１４ａは、循環水弁Ｖ４を備えた循環水配管３１を介して原水槽２０と接続されている。この循環水配管３１の循環水出口ノズル１４ａと循環水弁Ｖ４との間の箇所から、ベント弁Ｖ５を備えたベント配管３３が分岐している。
【００２２】
ケーシング２の処理水室１２側の上部には処理水出口ノズル１２ａが設けられている。この処理水出口ノズル１２ａは処理水配管４１を介して膜破断検知部５０に接続されている。なお、処理水出口ノズル１２ａは、配管４１を介さず、直接に膜破断検知部５０に接続されてもよい。この膜破断検知部５０は処理水配管４２を介して処理水槽４０に接続されている。
【００２３】
第２図の通り、膜破断検知部５０にあっては、配管４１，４２間に、短管５１が配管４１，４２と同軸状に配置されている。この短管５１の天井面部位には、平坦部５２が設けられ、この平坦部５２に、水の流れ方向（この実施の形態では短管５２の管軸方向と平行方向）に延在する溝５３が設けられている。この溝５３内に先端側が突出するようにして１対の針状電極５４，５５が設けられている。この針状電極５４，５５は、該溝５３の長手方向に間隔をおいて配置されている。
【００２４】
なお、処理水のｐＨの影響を受けないように、電極５４，５５の材料は白金やステンレスであることが好ましい。
【００２５】
膜破断検知を行うために、電極５４，５５間に電圧を印加する電源と、電極５４，５５間の電流、電圧又は導電率を計測する計測部と、電流、電圧又は導電率の経時変化を記憶する記憶部と、電流、電圧又は導電率の経時変化のパターンから気泡の発生を判定する判定部とが設けられている。
【００２６】
この膜破断検知方式を定電圧方式とした場合、電極５４，５５間に一定の電圧を印加する。この印加電圧により、電極５４，５５間に処理水の電気抵抗に応じた電流が流れる。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の電流が変化する。
【００２７】
そこで、記憶部に記憶された電流値の変化パターンと、計測した電流値の経時変化パターンとが対比され、膜破断の有無が判定される。
【００２８】
第３図には、定電圧源として乾電池を用い、電極５４，５５間に流れる電流の変化をトランジスタで増幅して検知するように構成した定電圧方式の膜破断検知回路図が示されている。
【００２９】
トランジスタＴのコレクタが抵抗Ｒ２，Ｒ１を介して電極５４と接続されている。トランジスタＴのエミッタが乾電池５８の陰極と接続されている。乾電池５８の陽極が上記抵抗Ｒ１とＲ２との間の箇所と接続されている。抵抗Ｒ２の電圧降下を測定するように電圧計Ｖが設けられている。電極５４，５５間に乾電池５８から定電圧が印加されている。溝５３内を水のみが流通するときは、電極５４，５５間の電流値は一定であるが、溝５３内を気泡が通過するとこの電流値が低下する。この電流変化がトランジスタＴで増幅され、トランジスタＴのコレクタ電流が変化し、電圧計Ｖで検出される抵抗Ｒ２の両端間の電圧が変化する。この電圧計Ｖの検出電圧の変化より、溝５３内の気泡通過が検知される。特に、この検知機構では気泡が針状電極５４，５５に接することにより、該針状電極５４，５５間を流れる電流値が大幅に変化するので、気泡を敏感に検知することができる。
【００３０】
なお、膜破断検知を定電流方式とした場合には、電極５４，５５間に定電流が流れるように電圧を印加する。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の電圧が変化する。そこで、記憶部に記憶された電圧値の変化パターンと、計測した電圧値の経時変化パターンとが対比され、膜破断の有無が判定される。
【００３１】
また、膜破断検知を導電率検知方式とした場合には、電極５４，５５間に所定の電圧を印加し、電極５４，５５間に電流を通電させる。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の導電率が変化する。そこで、記憶部に記憶された導電率の変化パターンと、計測された導電率の経時変化パターンとが判定器で対比され、膜破断の有無が判定される。
【００３２】
いずれの検知方式においても、短管５１の天井面部位に水の流れ方向に沿って溝５３が設けられているので、配管４１の天井面部位に沿って流れてきた気泡が該短管５１内に流入してきた場合、気泡が溝５３内に入り込み、針状電極５４，５５と確実に接触する。また、気泡が溝５３内に集まることにより気泡が会合して成長し易い。しかも、溝５３が水の流れ方向に沿って延在しているので、気泡が溝５３の長手方向に沿って細長く引き伸ばされたり、溝５３に沿って列状に連なった形態を取り易い。このため、針状電極５４，５５の少なくとも一方の先端が気泡でくるまれた状態となり易く、針状電極５４，５５のいずれの先端も気泡でくるまれた状態も生じ易くなる。このように、針状電極５４，５５の先端が気泡でくるまれた状態となることにより、該針状電極５４，５５間の電流、電圧又は導電率が顕著に変化するようになり気泡を確実に検知することが可能となる。この結果、膜破断を高精度にて検知することが可能となる。
【００３３】
この実施の形態では、溝５３の幅Ｗを１〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍ、深さＤを１〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍ、両者の比Ｗ／Ｄを０．０５〜２０、好ましくは０．５〜２．０とすることにより気泡が溝５３内に集まり易くなると共に、溝５３内で気泡が溝長手方向に延在したり、列状に連なって針状電極５４，５５と接触し易くなり、膜破断検知精度を著しく向上させることができる。
【００３４】
なお、第２図において、針状電極５４，５５の直径を１ｍｍとし、両者の間隔を６ｍｍとし、配管４１，４２及び短管５１の内径を８０ｍｍとし、溝５３の幅Ｗを１０ｍｍとし、深さＤを５ｍｍとした場合と、短管５１の代わりに第５図の如く円筒形の短管５１’を採用した場合とで気泡検知感度を対比したところ、第２図のものは第５図のものに比べて平均して２〜３倍の感度を示すことが認められた。
【００３５】
このように構成された膜処理装置の通常運転時及び洗浄運転時の水又は気体の流れは次の通りである。
【００３６】
［通常運転時］
通常運転時には、弁Ｖ１，Ｖ４を開とし、その他の弁（Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５）を閉とし、原水ポンプＰを作動する。原水槽２０内の原水は、原水配管２１、原水ポンプＰ、弁Ｖ１を通り、原水入口ノズル１０ａから原水室１０内に流入する。原水室１０内の原水は、中空糸膜４の下端の開口４ｂから中空糸膜４内に流入し、この原水の一部は中空糸膜４を透過して処理水室１２内に流入し、残りは中空糸膜４の上端の開口４ａから循環水室１４内に流入する。
処理水室１２内の処理水は処理水出口ノズル１２ａから流出し、処理水配管４１、膜破断検知部５０及び配管４２を介して処理水槽４０に送水される。
循環水室１４内の循環水は循環水出口ノズル１４ａから流出し、循環水配管３１、弁Ｖ４を介して原水槽２０に送水される。
【００３７】
［気水混合水による洗浄］
膜処理装置を気水混合水で洗浄するときには、上記通常運転の状態において、弁Ｖ３を開とし、コンプレッサＣを作動する。これにより、コンプレッサＣからの加圧気体が、原水ポンプＰによって供給された原水と共に中空糸膜４の内部を通過し、中空糸膜４を洗浄する。
中空糸膜４の内部を通過した気体と原水の混合物は循環水室１４に流入し、さらに排水管３３を介して系外に排出される。
【００３８】
［気体による洗浄］
気体による洗浄を行うには、上記水及び気体の混合洗浄運転において、原水ポンプＰを停止し、弁Ｖ１を閉とした状態とする。これにより、中空糸膜４の内部や原水室１０内等に残留している原水と加圧気体との混合水によって中空糸膜４が洗浄される。
【００３９】
［膜破断の検知］
膜破断を検知するには、検知作動に先立って、まず膜破断が確認されている膜モジュールを第１図の通りに組み込み、上記通常運転を行って膜モジュール内に水を満たした後、上記「気水混合水による洗浄」を行う。
この膜破断が存在する膜モジュールにおいて気水混合水による洗浄を行うと、コンプレッサＣからの加圧気体の一部は、中空糸膜４の破断部を通過して気泡となって処理水室１２に流出し、この気泡が処理水配管４１を介して膜破断検知部５０を通過する。
この気泡が膜破断検知部５０を通過する際に電極５４，５５間の導電率が変化する。即ち、電極５４，５５間に気泡が入り込んでくると、電極５４，５５間の電気抵抗が増大する。従って、電極５４，５５間に定電圧電源から定電圧を印加しているときには、この電極５４，５５間の電流値が低下し、気泡が電極５４，５５間を通り過ぎると、電極５４，５５間の電流値は元に戻る。
【００４０】
この気泡通過に伴う電流の変化を電圧変化に変換した波形図の一例が第４図（ｂ）に示されている。記憶部では、この電圧の変化パターンを記憶する。例えば、第４図（ｂ）の如き電圧の変化を２値化処理してパルス波形に変換し、パルスの周波数及び周期の平均値を記憶しておく。
【００４１】
実際の水処理装置に組み込まれた膜モジュールの膜破断検知を行うには、この膜モジュールについて気水混合水による洗浄を行い、電極５４，５５間の電流変化に伴う電圧変化を測定する。膜破断が無ければ、通常は電圧は第４図（ａ）の如く一定となるので、膜破断なしと判定される。
【００４２】
変化パターンが検知される場合、この検知された変化パターンを記憶されている変化パターンと対比し、膜破断であるか否かを判定する。例えば、電圧変化を２値化して得られたパルスパターンの周期及び周波数が記憶された平均値に基づいて定められる所定範囲内にあれば膜破断ありと判定し、該所定範囲外のものであれば膜破断なしと判定する。
【００４３】
なお、このように変化パターンを対比して膜破断の判定を行うため、原水水質の変動などの外乱に伴う電圧変化があっても膜破断とは判定されず、判定の精度がきわめて高いものとなる。
【００４４】
この説明では、定電圧電源により電極５４，５５間に電流を通電して変化を測定しているが、定電流電源により定電流を電極５４，５５間に通電し、気泡通過に伴う印加電圧変化を測定し、その変化パターンから膜破断を判定してもよい。
【００４５】
また、電極５４，５５間の導電率を測定し、この導電率の変化パターンに基づいて膜破断を判定してもよい。
【００４６】
膜破断検知工程の終了後、膜破断が有る場合は膜モジュール１内の中空糸膜４を交換し、次いで前記通常運転を再開する。
【００４７】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、洗浄運転と膜破断検知運転とを別としたが、洗浄運転中に膜破断検知部５０をＯＮとして、膜破断の有無を検知するようにしてもよい。
【００４８】
上記実施の形態では、コンプレッサＣを原水室１０と接続し、中空糸膜４の内部に気体を導入するようにしたが、コンプレッサＣを処理水室１２と接続し、中空糸膜４の外側に気体を導入して気体逆洗するようにしてもよい。この場合、膜破断検知部５０を、例えば循環水配管３１に設けることにより、膜破断を検知することができる。
【００４９】
上記実施の形態では膜モジュール１は内圧式中空糸モジュールであるが、外圧式中空糸モジュールであってもよい。この場合も、コンプレッサを原水側に設け、膜破断検知装置を処理水側に設けてもよく、逆にコンプレッサを処理水側に設け、膜破断検知装置を原水側に設けてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、膜モジュール１は１基であったが、２基以上あってもよい。膜モジュールが複数基ある場合、コンプレッサＣ及び膜破断検知部５０は各モジュール毎に１つずつ設けられていてもよく、共用されていてもよい。コンプレッサＣ及び膜破断検知部５０を共用した場合における各膜モジュールの膜破断検知手順は、例えば以下の通りである。
【００５１】
コンプレッサＣからの加圧気体を第１の膜モジュールのみに導入し、膜破断検知装置によって膜破断の有無を検知する。第１の膜モジュールの膜破断検知が終了した後、第１の膜モジュールへの加圧気体の導入を停止し、次いで第２の膜モジュールのみに加圧気体を導入し、膜破断検知装置によって膜破断の有無を検知する。同様に、第３の膜モジュールから最後の膜モジュールの膜破断検知を順次行う。
【００５２】
膜破断の発生を検知すると、例えば管理室内の警告ランプが点滅し、どの膜モジュールに膜破断が発生したかを保守管理担当者に通知する。通知を受けた保守管理担当者は膜破断が発生している膜モジュールの運転を停止し、膜モジュールを新しいものに交換し、通常運転を再開する。膜破断した膜モジュールは修理し、再利用する。
【００５３】
上記実施の形態では膜として中空糸膜を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばスパイラル膜等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態に係る膜処理装置の模式図である。
【図２】図１の膜破断検知部の断面図である。
【図３】図１の膜処理装置に組み込まれた膜破断検知部の回路図である。
【図４】（ａ）は中空糸膜が切断されていない場合における電圧の経時変化を示す図であり、（ｂ）は中空糸膜が１本切断されている場合における電圧の経時変化を示す図である。
【図５】比較例の短管の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 内圧式中空糸膜モジュール
２ ケーシング
４ 中空糸膜
６，８ 封止材
１０ 原水室
１２ 処理水室
１４ 循環水室
２０ 原水槽
４０ 処理水層
５０ 膜破断検知部
５１，５１’ 短管
５２ 平坦部
５３ 溝
５４，５５ 針状電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水を濾過する膜を備えた中空糸膜分離装置などの膜処理装置に係り、特に膜破断を検知する手段を備えた膜処理装置に関する。詳しくは、本発明は、膜処理装置における膜破断検知を気泡の検知により行うようにした膜処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜処理装置における膜の破断を検知する技術として、空気逆洗工程において破断箇所から漏れる気泡を目視、超音波センサ、粒子計、濁度計、光電センサによって検知する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００１−２６９５５１号公報には、浄水処理装置における中空糸膜の破断を超音波流速計を用いて検知する方法が開示されている。当該公報の膜破断検知方法においては、処理水室を処理水で満たし、循環水室に加圧気体を吹き込む。中空糸膜が破断している場合には、加圧気体がこの破断部から中空糸膜内を通って処理水室に移動し、さらに処理水室に接続された処理水管から流出する。この処理水管内を通過する気体を該処理水管に設けた超音波流速計を用いて検出することによって、中空糸膜の破断を検知する。
【０００４】
また特開２０００−１２６５６３号公報には、ハウジング内が中空糸膜によって原水室と処理水室とに区画され、該ハウジングの該処理水室と接続された処理水排出管に空気溜まりが設けられた中空糸膜濾過装置において、原水室内に加圧空気を供給し、該加圧空気が中空糸膜の破断箇所から処理水室及び処理水排出管を通って空気溜まりに溜まり、該空気溜まりに溜まった空気を目視や水位計等で検知することによって中空糸膜の破断を確認する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特開２００３−１４４８６６号公報には、中空糸膜モジュール内が中空糸膜によって上部側の原水室と下部側の処理水室に区画され、該原水室の上部に中空糸膜破断検知用透明管を備えた気泡抜管が接続された中空糸膜モジュール式濾過装置において、空気逆洗時に処理水室内に圧入された空気が処理水室から中空糸膜の破断箇所及び原水室を通って気泡抜管に備えられた中空糸膜破断検知用透明管を通過し、該透明管内を通過する空気を目視又は光電センサで検知することにより、膜破断と判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２６９５５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２６５６３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
破断した膜を通過し、流路内を流れる液中に混入した気泡をセンサによって検知する場合、気泡は該流路の天井部付近に集まってくるが、流路内の水流（乱流）によって気泡が天井内面に沿って左右にぶれてしまったときには、流路内を気泡が流れても検知されないことがある。
【０００７】
本発明は、流路内を液と共に流れる気泡を確実に検知して膜破断を検知することができる膜処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の膜処理装置は、被処理液を濾過する膜と、該膜で隔てられた一方の側に気体又は気液混合液を流通させる手段と、該膜の破断検知のために該膜で隔てられた他方の側における気泡を検知する気泡検知器とを有する膜処理装置において、該膜を透過した液が流れる流路が設けられ、該流路内に臨む天井面部位に、流れ方向に沿って延在する溝が設けられ、該溝内に該気泡検知器が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の膜処理装置は、請求項１において、該検知器は、先端部が該溝内に臨むように設けられた１対の針状電極を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の膜処理装置は、請求項２において、該針状電極は、溝長手方向に離隔して設置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の膜処理装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、溝の幅Ｗが１〜２０ｍｍであり、溝の深さＤが１〜２０ｍｍであり、Ｗ／Ｄが０．０５〜２０であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の膜処理装置において、破断した膜を通過した気泡が液と共に流路内を流れる場合、気泡は該流路の天井面部位の溝内に捕集されるようになり、該流路の左右方向にぶれることが防止される。従って、この溝に気泡検知器を設けておくことにより気泡を確実に検知することができる。
【００１３】
請求項２の膜処理装置において、破断した膜を通過した気泡が溝内を流れ、針状電極と接触すると、該針状電極を流れる電流あるいは針状電極の印加電圧等が変化し、気泡が検知される。
【００１４】
請求項３の膜処理装置において、気泡が集まって溝内を流れる場合、溝に沿って気泡が長く延在したり、複数の気泡が溝に沿って列状に連なったりするようになる。そのため、溝長手方向に離隔させて１対の針状電極を配置することにより、１対の針状電極がいずれも気泡に接するようになり、気泡を確実に検知することができる。
【００１５】
請求項４の通り、溝をある程度幅狭とし且つ所要程度の深さを有したものとすることにより、溝内に流入した気泡が会合して成長したり、複数の気泡が溝に沿って列状に連なったりし易くなり、気泡検知精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１７】
第１図は本発明の実施の形態に係る膜処理装置の模式図、第２図（ａ）は第１図の膜破断検知部の流路方向に沿う断面図、第２図（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、第３図は同装置の回路図である。なお、第１図では図面を明瞭とするために中空糸膜を４本としているが、実際には中空糸膜は多数本配置されている。
【００１８】
第１図の通り、内圧式中空糸膜モジュール１のケーシング２内に、複数本の中空糸膜４が束ねられて配置されている。この中空糸膜４の束の下端及び上端はそれぞれ合成樹脂等よりなる封止材６，８によって結束されている。この封止材６，８は、例えば円盤状とされ、その外周面若しくは外周縁部がケーシング２の内面に水密的に接している。下側の封止材６の下側に原水室１０が形成され、上側の封止材８の上側に循環水室１４が形成され、両封止材６，８の間に処理水室１２が形成されている。
【００１９】
中空糸膜４の上端側は封止材８を貫通しており、その上端の開口４ａは循環水室１４に臨んでいる。同様に、中空糸膜４の下端側は封止材６を貫通しており、その下端の開口４ｂは原水室１０に臨んでいる。
【００２０】
ケーシング２の原水室１０側には、原水入口ノズル１０ａ及び気体入口ノズル１０ｂが設けられている。原水入口ノズル１０ａは、原水配管２１、原水弁Ｖ１及び原水ポンプＰを介して原水槽２０に接続されている。原水配管２１の原水ノズル１０ａと原水弁Ｖ１との間の箇所から、排水弁Ｖ２を備えた排水配管２４が分岐している。気体入口ノズル１０ｂは開閉弁Ｖ３を備えた気体配管２７を介してコンプレッサＣと接続されている。
【００２１】
ケーシング２の循環水室１４側には循環水出口ノズル１４ａが設けられている。この循環水出口ノズル１４ａは、循環水弁Ｖ４を備えた循環水配管３１を介して原水槽２０と接続されている。この循環水配管３１の循環水出口ノズル１４ａと循環水弁Ｖ４との間の箇所から、ベント弁Ｖ５を備えたベント配管３３が分岐している。
【００２２】
ケーシング２の処理水室１２側の上部には処理水出口ノズル１２ａが設けられている。この処理水出口ノズル１２ａは処理水配管４１を介して膜破断検知部５０に接続されている。なお、処理水出口ノズル１２ａは、配管４１を介さず、直接に膜破断検知部５０に接続されてもよい。この膜破断検知部５０は処理水配管４２を介して処理水槽４０に接続されている。
【００２３】
第２図の通り、膜破断検知部５０にあっては、配管４１，４２間に、短管５１が配管４１，４２と同軸状に配置されている。この短管５１の天井面部位には、平坦部５２が設けられ、この平坦部５２に、水の流れ方向（この実施の形態では短管５２の管軸方向と平行方向）に延在する溝５３が設けられている。この溝５３内に先端側が突出するようにして１対の針状電極５４，５５が設けられている。この針状電極５４，５５は、該溝５３の長手方向に間隔をおいて配置されている。
【００２４】
なお、処理水のｐＨの影響を受けないように、電極５４，５５の材料は白金やステンレスであることが好ましい。
【００２５】
膜破断検知を行うために、電極５４，５５間に電圧を印加する電源と、電極５４，５５間の電流、電圧又は導電率を計測する計測部と、電流、電圧又は導電率の経時変化を記憶する記憶部と、電流、電圧又は導電率の経時変化のパターンから気泡の発生を判定する判定部とが設けられている。
【００２６】
この膜破断検知方式を定電圧方式とした場合、電極５４，５５間に一定の電圧を印加する。この印加電圧により、電極５４，５５間に処理水の電気抵抗に応じた電流が流れる。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の電流が変化する。
【００２７】
そこで、記憶部に記憶された電流値の変化パターンと、計測した電流値の経時変化パターンとが対比され、膜破断の有無が判定される。
【００２８】
第３図には、定電圧源として乾電池を用い、電極５４，５５間に流れる電流の変化をトランジスタで増幅して検知するように構成した定電圧方式の膜破断検知回路図が示されている。
【００２９】
トランジスタＴのコレクタが抵抗Ｒ２，Ｒ１を介して電極５４と接続されている。トランジスタＴのエミッタが乾電池５８の陰極と接続されている。乾電池５８の陽極が上記抵抗Ｒ１とＲ２との間の箇所と接続されている。抵抗Ｒ２の電圧降下を測定するように電圧計Ｖが設けられている。電極５４，５５間に乾電池５８から定電圧が印加されている。溝５３内を水のみが流通するときは、電極５４，５５間の電流値は一定であるが、溝５３内を気泡が通過するとこの電流値が低下する。この電流変化がトランジスタＴで増幅され、トランジスタＴのコレクタ電流が変化し、電圧計Ｖで検出される抵抗Ｒ２の両端間の電圧が変化する。この電圧計Ｖの検出電圧の変化より、溝５３内の気泡通過が検知される。特に、この検知機構では気泡が針状電極５４，５５に接することにより、該針状電極５４，５５間を流れる電流値が大幅に変化するので、気泡を敏感に検知することができる。
【００３０】
なお、膜破断検知を定電流方式とした場合には、電極５４，５５間に定電流が流れるように電圧を印加する。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の電圧が変化する。そこで、記憶部に記憶された電圧値の変化パターンと、計測した電圧値の経時変化パターンとが対比され、膜破断の有無が判定される。
【００３１】
また、膜破断検知を導電率検知方式とした場合には、電極５４，５５間に所定の電圧を印加し、電極５４，５５間に電流を通電させる。水中に気泡が存在する場合には、この気泡が電極５４，５５間を通過する際に、電極５４，５５間の導電率が変化する。そこで、記憶部に記憶された導電率の変化パターンと、計測された導電率の経時変化パターンとが判定器で対比され、膜破断の有無が判定される。
【００３２】
いずれの検知方式においても、短管５１の天井面部位に水の流れ方向に沿って溝５３が設けられているので、配管４１の天井面部位に沿って流れてきた気泡が該短管５１内に流入してきた場合、気泡が溝５３内に入り込み、針状電極５４，５５と確実に接触する。また、気泡が溝５３内に集まることにより気泡が会合して成長し易い。しかも、溝５３が水の流れ方向に沿って延在しているので、気泡が溝５３の長手方向に沿って細長く引き伸ばされたり、溝５３に沿って列状に連なった形態を取り易い。このため、針状電極５４，５５の少なくとも一方の先端が気泡でくるまれた状態となり易く、針状電極５４，５５のいずれの先端も気泡でくるまれた状態も生じ易くなる。このように、針状電極５４，５５の先端が気泡でくるまれた状態となることにより、該針状電極５４，５５間の電流、電圧又は導電率が顕著に変化するようになり気泡を確実に検知することが可能となる。この結果、膜破断を高精度にて検知することが可能となる。
【００３３】
この実施の形態では、溝５３の幅Ｗを１〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍ、深さＤを１〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍ、両者の比Ｗ／Ｄを０．０５〜２０、好ましくは０．５〜２．０とすることにより気泡が溝５３内に集まり易くなると共に、溝５３内で気泡が溝長手方向に延在したり、列状に連なって針状電極５４，５５と接触し易くなり、膜破断検知精度を著しく向上させることができる。
【００３４】
なお、第２図において、針状電極５４，５５の直径を１ｍｍとし、両者の間隔を６ｍｍとし、配管４１，４２及び短管５１の内径を８０ｍｍとし、溝５３の幅Ｗを１０ｍｍとし、深さＤを５ｍｍとした場合と、短管５１の代わりに第５図の如く円筒形の短管５１’を採用した場合とで気泡検知感度を対比したところ、第２図のものは第５図のものに比べて平均して２〜３倍の感度を示すことが認められた。
【００３５】
このように構成された膜処理装置の通常運転時及び洗浄運転時の水又は気体の流れは次の通りである。
【００３６】
［通常運転時］
通常運転時には、弁Ｖ１，Ｖ４を開とし、その他の弁（Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５）を閉とし、原水ポンプＰを作動する。原水槽２０内の原水は、原水配管２１、原水ポンプＰ、弁Ｖ１を通り、原水入口ノズル１０ａから原水室１０内に流入する。原水室１０内の原水は、中空糸膜４の下端の開口４ｂから中空糸膜４内に流入し、この原水の一部は中空糸膜４を透過して処理水室１２内に流入し、残りは中空糸膜４の上端の開口４ａから循環水室１４内に流入する。
処理水室１２内の処理水は処理水出口ノズル１２ａから流出し、処理水配管４１、膜破断検知部５０及び配管４２を介して処理水槽４０に送水される。
循環水室１４内の循環水は循環水出口ノズル１４ａから流出し、循環水配管３１、弁Ｖ４を介して原水槽２０に送水される。
【００３７】
［気水混合水による洗浄］
膜処理装置を気水混合水で洗浄するときには、上記通常運転の状態において、弁Ｖ３を開とし、コンプレッサＣを作動する。これにより、コンプレッサＣからの加圧気体が、原水ポンプＰによって供給された原水と共に中空糸膜４の内部を通過し、中空糸膜４を洗浄する。
中空糸膜４の内部を通過した気体と原水の混合物は循環水室１４に流入し、さらに排水管３３を介して系外に排出される。
【００３８】
［気体による洗浄］
気体による洗浄を行うには、上記水及び気体の混合洗浄運転において、原水ポンプＰを停止し、弁Ｖ１を閉とした状態とする。これにより、中空糸膜４の内部や原水室１０内等に残留している原水と加圧気体との混合水によって中空糸膜４が洗浄される。
【００３９】
［膜破断の検知］
膜破断を検知するには、検知作動に先立って、まず膜破断が確認されている膜モジュールを第１図の通りに組み込み、上記通常運転を行って膜モジュール内に水を満たした後、上記「気水混合水による洗浄」を行う。
この膜破断が存在する膜モジュールにおいて気水混合水による洗浄を行うと、コンプレッサＣからの加圧気体の一部は、中空糸膜４の破断部を通過して気泡となって処理水室１２に流出し、この気泡が処理水配管４１を介して膜破断検知部５０を通過する。
この気泡が膜破断検知部５０を通過する際に電極５４，５５間の導電率が変化する。即ち、電極５４，５５間に気泡が入り込んでくると、電極５４，５５間の電気抵抗が増大する。従って、電極５４，５５間に定電圧電源から定電圧を印加しているときには、この電極５４，５５間の電流値が低下し、気泡が電極５４，５５間を通り過ぎると、電極５４，５５間の電流値は元に戻る。
【００４０】
この気泡通過に伴う電流の変化を電圧変化に変換した波形図の一例が第４図（ｂ）に示されている。記憶部では、この電圧の変化パターンを記憶する。例えば、第４図（ｂ）の如き電圧の変化を２値化処理してパルス波形に変換し、パルスの周波数及び周期の平均値を記憶しておく。
【００４１】
実際の水処理装置に組み込まれた膜モジュールの膜破断検知を行うには、この膜モジュールについて気水混合水による洗浄を行い、電極５４，５５間の電流変化に伴う電圧変化を測定する。膜破断が無ければ、通常は電圧は第４図（ａ）の如く一定となるので、膜破断なしと判定される。
【００４２】
変化パターンが検知される場合、この検知された変化パターンを記憶されている変化パターンと対比し、膜破断であるか否かを判定する。例えば、電圧変化を２値化して得られたパルスパターンの周期及び周波数が記憶された平均値に基づいて定められる所定範囲内にあれば膜破断ありと判定し、該所定範囲外のものであれば膜破断なしと判定する。
【００４３】
なお、このように変化パターンを対比して膜破断の判定を行うため、原水水質の変動などの外乱に伴う電圧変化があっても膜破断とは判定されず、判定の精度がきわめて高いものとなる。
【００４４】
この説明では、定電圧電源により電極５４，５５間に電流を通電して変化を測定しているが、定電流電源により定電流を電極５４，５５間に通電し、気泡通過に伴う印加電圧変化を測定し、その変化パターンから膜破断を判定してもよい。
【００４５】
また、電極５４，５５間の導電率を測定し、この導電率の変化パターンに基づいて膜破断を判定してもよい。
【００４６】
膜破断検知工程の終了後、膜破断が有る場合は膜モジュール１内の中空糸膜４を交換し、次いで前記通常運転を再開する。
【００４７】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、洗浄運転と膜破断検知運転とを別としたが、洗浄運転中に膜破断検知部５０をＯＮとして、膜破断の有無を検知するようにしてもよい。
【００４８】
上記実施の形態では、コンプレッサＣを原水室１０と接続し、中空糸膜４の内部に気体を導入するようにしたが、コンプレッサＣを処理水室１２と接続し、中空糸膜４の外側に気体を導入して気体逆洗するようにしてもよい。この場合、膜破断検知部５０を、例えば循環水配管３１に設けることにより、膜破断を検知することができる。
【００４９】
上記実施の形態では膜モジュール１は内圧式中空糸モジュールであるが、外圧式中空糸モジュールであってもよい。この場合も、コンプレッサを原水側に設け、膜破断検知装置を処理水側に設けてもよく、逆にコンプレッサを処理水側に設け、膜破断検知装置を原水側に設けてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、膜モジュール１は１基であったが、２基以上あってもよい。膜モジュールが複数基ある場合、コンプレッサＣ及び膜破断検知部５０は各モジュール毎に１つずつ設けられていてもよく、共用されていてもよい。コンプレッサＣ及び膜破断検知部５０を共用した場合における各膜モジュールの膜破断検知手順は、例えば以下の通りである。
【００５１】
コンプレッサＣからの加圧気体を第１の膜モジュールのみに導入し、膜破断検知装置によって膜破断の有無を検知する。第１の膜モジュールの膜破断検知が終了した後、第１の膜モジュールへの加圧気体の導入を停止し、次いで第２の膜モジュールのみに加圧気体を導入し、膜破断検知装置によって膜破断の有無を検知する。同様に、第３の膜モジュールから最後の膜モジュールの膜破断検知を順次行う。
【００５２】
膜破断の発生を検知すると、例えば管理室内の警告ランプが点滅し、どの膜モジュールに膜破断が発生したかを保守管理担当者に通知する。通知を受けた保守管理担当者は膜破断が発生している膜モジュールの運転を停止し、膜モジュールを新しいものに交換し、通常運転を再開する。膜破断した膜モジュールは修理し、再利用する。
【００５３】
上記実施の形態では膜として中空糸膜を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばスパイラル膜等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態に係る膜処理装置の模式図である。
【図２】図１の膜破断検知部の断面図である。
【図３】図１の膜処理装置に組み込まれた膜破断検知部の回路図である。
【図４】（ａ）は中空糸膜が切断されていない場合における電圧の経時変化を示す図であり、（ｂ）は中空糸膜が１本切断されている場合における電圧の経時変化を示す図である。
【図５】比較例の短管の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 内圧式中空糸膜モジュール
２ ケーシング
４ 中空糸膜
６，８ 封止材
１０ 原水室
１２ 処理水室
１４ 循環水室
２０ 原水槽
４０ 処理水層
５０ 膜破断検知部
５１，５１’ 短管
５２ 平坦部
５３ 溝
５４，５５ 針状電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を濾過する膜と、
該膜で隔てられた一方の側に気体又は気液混合液を流通させる手段と、
該膜の破断検知のために該膜で隔てられた他方の側における気泡を検知する気泡検知器とを有する膜処理装置において、
該膜を透過した液が流れる流路が設けられ、該流路内に臨む天井面部位に、流れ方向に沿って延在する溝が設けられ、該溝内に該気泡検知器が設けられていることを特徴とする膜処理装置。
【請求項２】
請求項１において、該検知器は、先端部が該溝内に臨むように設けられた１対の針状電極を有することを特徴とする膜処理装置。
【請求項３】
請求項２において、該針状電極は、溝長手方向に離隔して設置されていることを特徴とする膜処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、溝の幅Ｗが１〜２０ｍｍであり、溝の深さＤが１〜２０ｍｍであり、Ｗ／Ｄが０．０５〜２０であることを特徴とする膜処理装置。
【請求項１】
被処理液を濾過する膜と、
該膜で隔てられた一方の側に気体又は気液混合液を流通させる手段と、
該膜の破断検知のために該膜で隔てられた他方の側における気泡を検知する気泡検知器とを有する膜処理装置において、
該膜を透過した液が流れる流路が設けられ、該流路内に臨む天井面部位に、流れ方向に沿って延在する溝が設けられ、該溝内に該気泡検知器が設けられていることを特徴とする膜処理装置。
【請求項２】
請求項１において、該検知器は、先端部が該溝内に臨むように設けられた１対の針状電極を有することを特徴とする膜処理装置。
【請求項３】
請求項２において、該針状電極は、溝長手方向に離隔して設置されていることを特徴とする膜処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、溝の幅Ｗが１〜２０ｍｍであり、溝の深さＤが１〜２０ｍｍであり、Ｗ／Ｄが０．０５〜２０であることを特徴とする膜処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１９２３５３（Ｐ２００６−１９２３５３Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５４１２（Ｐ２００５−５４１２）
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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