JPH0760073A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜の破損による膜面からの一次側原液の二次
側透過水への漏出を確実に検知して、得られる処理水の
汚染を防止する。 【構成】 第１の膜モジュール１の透過水を受け入れて
膜分離処理する精密濾過膜２Ａを有する第２の膜モジュ
ール２を設け、第１の膜モジュール１の透過水を、第２
の膜モジュール２と、第２の膜モジュール２の精密濾過
膜２Ａの上流側から系外へ取り出す取出手段とに流路を
切り換える。 【効果】 第２の膜モジュール２の圧力の上昇が検出さ
れなかった場合には、第１の膜モジュール１の透過水を
直接系外へ取り出す。このため、第２の膜モジュール２
の膜２Ａが不必要に汚染されることはない。第１の膜モ
ジュール１の膜１Ａの異常により一次側原液が二次側透
過水中に漏出した場合には、第２の膜モジュール２での
処理を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は膜分離装置に係り、特
に、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜又は逆浸
透（ＲＯ）膜等を備えた膜モジュールにより原液を膜分
離処理するに当り、膜の破損による膜面からの一次側原
液の二次側透過水側への漏出を検出して、得られる処理
水の汚染を確実に防止する膜分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、膜分離技術の発達により、各種の
分野で膜濾過が適用されるようになった。

【０００３】即ち、従来、除濁、除菌などの分野におい
て、膜濾過は多用されていたが、近年、クロス・フロー
型の膜モジュールや、定期的な逆洗操作により長期間濾
過を継続できるデッドエンド型の膜モジュールの発達に
より、膜濾過を適用できる被処理液（原液）の濃度範囲
が拡大された。これらクロス・フロー型の膜モジュール
や、定期的に逆洗を行なうデッドエンド型の膜モジュー
ルを用いれば、原液の濁度変動があっても、濾過速度を
使用に耐えない程の速度にまで低下させることなく、膜
濾過を継続させることができる。

【０００４】このため、河川水、工業用水、上水をＲＯ
膜分離するための前処理として、凝集，沈殿，濾過に代
わって、ＵＦ膜やＭＦ膜で膜濾過を行い、前処理プロセ
スを簡素化することが可能になった。

【０００５】しかし、濾過水（透過水）を上水道などの
飲料水等に供じる場合には、高水質の処理水を確実に得
るために、上記の用途以上の安全装置、即ち、膜面から
の一次側原液の二次側透過水中への漏出を検出する経済
的な装置の実用化が課題であった。

【０００６】従来、膜面からの一次側原液の漏出の検出
手段としては、透過水の濁度を測定する方法が浄水処理
分野では一般的な方法であった。しかし、ＭＦ膜、ＵＦ
膜、ＲＯ膜の透過水は、原理的に濁質を含んでいないた
め、光学的に濁度を検出してその水質を比較することは
できない。

【０００７】従って、ＭＦ膜やＵＦ膜、ＲＯ膜などの膜
が損傷して微少量の一次側原液が二次側透過水中に漏出
したとしても、その量が微少量である場合には濁度とし
て検出することはできない。逆に、透過水の濁度を検出
できる場合、その処理水系は決定的な膜の損傷を抱えて
おり、これを修理、復旧するには多大な工数を必要とす
る。

【０００８】透過水を上水道などの飲料に供じる場合に
は、たとえ膜の損傷が生じたとしても、修理、復旧が速
やかにできるように、それを早期に検出することが重要
である。そこで、ＲＯ膜装置への給水水質を判定する指
標として開発されたＦＩ値の測定手法を、ＭＦ膜やＵＦ
膜、ＲＯ膜などの透過水の水質判定に転用することが、
現在行われている。

【０００９】ＦＩ値の測定手法を用いれば、膜透過水を
１０〜２０リットル、孔径０．４５μｍのメンブレンフ
ィルタで濾過するために、膜透過水中に微少量の濁質が
含まれていても、メンブレンフィルタ上に捕捉してその
存在を検出することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このＦＩ値を
測定するには、１サンプルについて約３０分を要し、大
量のサンプルを継続的に測定するには多大な費用と労力
及び時間を必要とした。

【００１１】また、ＦＩ値などで膜の損傷による微少量
の一次側原液の透過水中への漏出を検出できたとして
も、既に何らかの事故によって二次側透過水が汚染され
たことを検出したことに過ぎず、漏出を防止し得るもの
ではない。

【００１２】このようなことから、膜の損傷による微少
量の一次側原液の二次側透過水中への漏出を効率的に検
出するだけでなく、同時に漏出を防止する装置の開発が
望まれているのが現状である。

【００１３】なお、このような目的に対して、第１の膜
モジュールの透過水を第２の膜モジュールに通し、第１
の膜モジュールから漏洩した懸濁質を阻止するととも
に、第２の膜モジュールの圧力上昇を検出する方法が提
案されている。この方法においては、第２の膜モジュー
ルは第１の膜モジュールよりも幾分大きい０．１〜１μ
ｍ程度の孔径のＭＦ膜を用いる。

【００１４】しかし、本発明者は、前述したようにＦＩ
値測定などの手段による、膜損傷の検出法について検討
したところ、膜に異常がなくても、その膜の孔径より大
きい後段のＭＦ膜において、ＦＩ値が検出されることを
知見した。即ち、膜に異常がなく正常な第１の膜モジュ
ールの透過水を第２の膜モジュールのＭＦ膜に通水する
場合でも、経時により次第に第２の膜モジュールの圧力
上昇が生じることが明らかとなった。

【００１５】このように、単に第１の膜モジュールの膜
よりも幾分大きい０．１〜１μｍ程度の孔径のＭＦ膜を
備えた第２の膜モジュールを用いるだけでは、膜が正常
な場合でも、第２の膜モジュールのＭＦ膜を頻繁に取り
替える必要があり、経済的に不利である。このようなこ
とから、より有効な方法の開発が望まれている。

【００１６】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、膜の破損による膜面からの一次側原液の
二次側透過水への漏出を確実に検知して、得られる処理
水の汚染を防止する膜分離装置であって、膜の交換を頻
繁に行なう必要がない膜分離装置を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
原液を受け入れて膜分離処理する第１の膜モジュール
と、該第１の膜モジュールの透過水を受け入れて膜分離
処理するＭＦ膜を有する第２の膜モジュールと、前記第
１の膜モジュールの透過水を該ＭＦ膜よりも上流側から
系外へ取り出す取出手段と、前記第１の膜モジュールの
透過水を前記取出手段と前記第２の膜モジュールとに切
り換えて流通させるための流路切換手段とを備えてなる
ことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の膜分離装置にあっては、次のようにし
て膜分離処理を行うことができる。

【００１９】即ち、第１の膜モジュールを間欠的に運転
し、この第１の膜モジュールが運転を再開した直後の一
定期間だけ、第２の膜モジュールを運転させて、第１の
膜モジュールの透過水を第２の膜モジュールに導入する
流路を選択する。

【００２０】このとき、例えば、第２の膜モジュールの
差圧を測定し、所定の期間内に所定以上の圧力の上昇が
検出されなかった場合には、第１の膜モジュールの透過
水を第２の膜モジュールのＭＦ膜よりも上流側から系外
へ取り出す流路を選択する。

【００２１】第１の膜モジュールの膜に損傷が生じ、一
次側原液が二次側透過水中に漏出した場合には、この濁
質は第２の膜モジュールのＭＦ膜に捕捉されるため、系
外に排出される処理水（第２の膜モジュールの透過水）
に濁質が含まれることはない。この場合、所定期間内に
第２の膜モジュールの差圧の上昇が生じ、濁質の漏出が
検出されるため、第１の膜モジュールの透過水は直接系
外へ排出することなく、第２の膜モジュールに導入する
流路選択のまま処理を継続する。

【００２２】このように、第１の膜モジュールの膜の異
常により一次側原液が二次側透過水中に漏出した場合に
は、この透過水は第２の膜モジュールのＭＦ膜で処理さ
れるため、第１の膜モジュールで漏出した濁質が系外へ
排出される処理水中に混入するのを阻止することができ
る。

【００２３】また、第１の膜モジュールの膜に異常がな
く、第２の膜モジュールの差圧の上昇が規定以内の場合
には、第２の膜モジュールによる処理は継続されず、第
２の膜モジュールの運転は停止されるため、第２の膜モ
ジュールの膜が不必要な汚染を起こすことはない。

【００２４】このため、第２の膜モジュールのＭＦ膜を
頻繁に交換する必要はなくなる。

【００２５】なお、本発明の膜分離装置において、第１
の膜モジュールは間欠的に運転する場合に限られず、後
述の如く、連続運転にて行うことができることは言うま
でもない。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２７】図１，２は各々本発明の膜分離装置の一実
施例を示す系統図である。

【００２８】図１において、１は第１の膜モジュール、
２は第２の膜モジュールであり、それぞれ膜１Ａ，２Ａ
（２ＡはＭＦ膜）により原液室１ａ，２ａと透過水室１
ｂ，２ｂとに仕切られている。３は演算装置であり、１
１〜１５の各符号は配管を示す。Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₃ はバ
ルブ、Ｐ₁ ，Ｐ₂ はポンプ、ＰＩは圧力計（差圧計）で
ある。

【００２９】第２の膜モジュール２はデッドエンド濾過
方式のものであり、この第２の膜モジュール２の上流側
及び下流側に設けられたバルブＶ₁ ，Ｖ₂ は自動弁であ
って、第１の膜モジュール１の濾過工程と連動して作動
する電気操作回路を有する。

【００３０】図１において、演算装置３には圧力計ＰＩ
の測定値が入力されると共に、ポンプＰ₂ の作動、停止
及びバルブＶ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₃ の開閉制御信号が出力され
る。

【００３１】図１に示す膜分離装置は、加圧ポンプＰ₁
と吸引ポンプＰ₂ との併用により第１の膜モジュールの
濾過を行う型式のものである。

【００３２】このような膜により処理を行うには、ポン
プＰ₁ ，Ｐ₂ を作動させて配管１１より原液を第１の膜
モジュール１に導入し、透過水を配管１２より取り出
す。一方、濃縮水は配管１３より取り出す。

【００３３】このような第１の膜モジュール１による濾
過は間欠的に実施し、濾過休止時には第１の膜モジュー
ル１の膜１Ａのケーク層の除去処理を行う。このケーク
層の除去は、気液混合液による膜面の擦洗や、透過水側
からの逆流洗浄などにより行われる。

【００３４】前述の如く、第１の膜モジュール１の運転
時には、バルブＶ₁ ，Ｖ₂ が自動的に開き、一定の期
間、第１の膜モジュール１の透過水は配管１２より第２
の膜モジュール２に導入される。そして、第２の膜モジ
ュール２の透過水が配管１４より系外へ排出される。

【００３５】このように、第１の膜モジュール１及び第
２の膜モジュール２による２段膜分離処理を一定期間行
ったときに、圧力計ＰＩにより第２の膜モジュール２の
差圧の上昇が所定値以下であった場合には、演算装置３
よりバルブＶ₂ を閉、バルブＶ₃ を開とする信号を出力
し、第１の膜モジュール１の透過水を配管１２、第２の
膜モジュール２の原液室２ａ、配管１３を経て直接系外
へ排出する。

【００３６】即ち、第２の膜モジュール２において、所
定以上の差圧の上昇が認められない場合には、第１の膜
モジュール１の膜１Ａに異常がなく、第１の膜モジュー
ル１の一次側原液が二次側透過水中に漏出しておらず、
第１の膜モジュール１の透過水は高水質透過水であるこ
とを示すことから、第１の膜モジュール１の透過水は直
接系外へ排出する。

【００３７】一方、上記期間内において、第２の膜モジ
ュール２に所定以上の差圧の上昇が検出された場合に
は、このまま、第２の膜モジュール２の処理を継続し、
第１の膜モジュール１の透過水を第２の膜モジュール２
で２段処理した後、系外へ排出する。

【００３８】即ち、第２の膜モジュール２において、所
定以上の差圧の上昇が認められる場合には、第１の膜モ
ジュール１の膜１Ａに異常があり、第１の膜モジュール
１の一次側原液が二次側透過水中に漏出し、第１の膜モ
ジュール１の透過水中に濁質が含まれることを示すこと
から、第１の膜モジュール１の透過水を第２の膜モジュ
ールで処理した後、系外へ排出する。

【００３９】この場合には、必要に応じて、第１の膜モ
ジュール１の運転を停止するなどの警報信号を発信す
る。

【００４０】図２に示す膜分離装置は、第１の膜モジュ
ール１の濾過を加圧ポンプＰ₁ のみで行うものである。
また、この膜分離装置は、第１の膜モジュール１及び第
２の膜モジュール２の透過水を貯留する透過水槽４と、
この透過水槽４内の透過水を第１の膜モジュール１の透
過水室１ｂに逆流させて逆洗するための手段（配管１
６、ポンプＰ₃ 及びバルブＶ₄ ）を備える。

【００４１】この膜分離装置においても、図１に示す膜
分離装置と同様に膜分離処理を行うことができる。そし
て、第１の膜モジュール１の運転停止時には、必要に応
じて、バルブＶ₄ を開としてポンプＰ₃ を作動させて透
過水槽４中の透過水を逆流させることにより、第１の膜
モジュール１の逆洗を行うことができる。

【００４２】図１，２のいずれの膜分離装置において
も、第１の膜モジュール１の膜１Ａに異常がある場合に
は第１の膜モジュール１の透過水を第２の膜モジュール
２で処理することにより、処理水中への濁質の混入を確
実に阻止し、一方、第１の膜モジュール１の膜１Ａに異
常がなく、第１の膜モジュールの透過水が十分に高水質
である場合には、第２の膜モジュールを停止して、第２
の膜モジュール２の膜２Ａの不必要な汚染を防止するこ
とができる。

【００４３】なお、上記の説明では、第１の膜モジュー
ルを間欠運転する場合について示したが、本発明の膜分
離装置は間欠運転に限らず、第１の膜モジュールを連続
運転させることもできることは言うまでもない。この場
合には、第１の膜モジュールを連続運転させる一方、第
２の膜モジュールを一定期間毎に所定時間運転し、差圧
の上昇を調べ、差圧の上昇が認められない場合には、再
度第１の膜モジュールのみの処理とし、差圧の上昇が認
められた場合には、第１の膜モジュールと第２の膜モジ
ュールとの２段処理とし、必要に応じて膜分離装置を停
止して第１の膜モジュールの膜の交換を行えば良い。

【００４４】本発明において、第１の膜モジュールの膜
としては、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＲＯ膜のいずれをも用いる
ことができる。この第１の膜モジュールの濾過方式には
特に制限はなく、全量濾過（デッドエンド濾過）やクロ
スフロー濾過などの通水方式、或いは、単位モジュール
を接続したモジュールスタック、水槽などに膜モジュー
ルを浸漬する方式など、各種の方式を採用することがで
きる。

【００４５】一方、第２の膜モジュールのＭＦ膜として
は、孔径０．３〜０．８μｍ程度のＭＦ膜を用いたもの
が好ましい。このＭＦ膜の孔径が、０．８μｍを超える
と、正常時の圧力損失は極めて小さいものの、濁質漏出
時にも圧力損失が小さく差圧の上昇を検知しにくくな
る。逆に、孔径０．３μｍ未満のものでは、正常時の圧
力損失が極めて大きく実用に供さない。このような正常
時の圧力損失の増大は、第１の膜モジュールで阻止され
ずに流出する溶存有機物の部分的な阻止現象によるもの
と考えられている。

【００４６】本発明において、第２の膜モジュールの濾
過方式は、好ましくはデッドエンド濾過とするのが望ま
しい。

【００４７】図１，２に示す実施例のうち、図１に示す
膜は、第１の膜モジュール１の透過水取出配管に吸引ポ
ンプＰ₂ を設けたものであるが、このように、吸引ポン
プＰ₂ を設けることにより、第１の膜モジュール１の吸
引濾過の推進力と第２の膜モジュール２の加圧濾過の推
進力とを１つのポンプで共用でき、装置の簡素化に有利
である。

【００４８】なお、図１，２に示す膜分離装置はいずれ
も本発明の一実施例であって、本発明はその要旨を超え
ない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
例えば、図１，２のいずれにおいても、第１の膜モジュ
ール１の透過水は第２の膜モジュール２の原液室２ａを
経て系外に取り出す構成とされているが、この第１の膜
モジュール１の透過水は、配管１２に分岐する配管（図
１，２において破線で示す配管２０）を設け、直接系外
へ排出するようにすることもできる。

【００４９】また、図１，２においては、第１の膜モジ
ュール１個に対して、第２の膜モジュールを１個設けた
ものとしているが、第１の膜モジュールは複数並列に設
け、このようなユニットに対して、第２の膜モジュール
を１個以上設けたものとすることもできる。

【００５０】さらに、第２の膜モジュールは、差圧の測
定に限らず、膜の着色度を測定して第１の膜モジュール
の膜の異常を検知するようにしても良い。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の膜分離装置
によれば、第１の膜モジュールの膜の異常により一次側
原液が二次側透過水中に漏出した場合、この濁質を第２
の膜モジュールで除去することにより、高水質の処理水
を安定かつ確実に得ることができる。しかも、第２の膜
モジュールの運転は、必要時のみ行うため、第２の膜モ
ジュールのＭＦ膜の汚染は低減され、膜を頻繁に交換す
る必要はなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一実施例を示す系統図で
ある。

【図２】本発明の膜分離装置の別の実施例を示す系統図
である。

【符号の説明】

１ 第１の膜モジュール １Ａ 膜 １ａ 原液室 １ｂ 透過水室 ２ 第２の膜モジュール ２Ａ ＭＦ膜 ２ａ 原液室 ２ｂ 透過水室 ３ 演算装置 ４ 透過水槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原液を受け入れて膜分離処理する第１の
   膜モジュールと、 該第１の膜モジュールの透過水を受け入れて膜分離処理
   する精密濾過膜を有する第２の膜モジュールと、 前記第１の膜モジュールの透過水を該精密濾過膜よりも
   上流側から系外へ取り出す取出手段と、 前記第１の膜モジュールの透過水を前記取出手段と前記
   第２の膜モジュールとに切り換えて流通させるための流
   路切換手段とを備えてなる膜分離装置。