JPH09220452A

JPH09220452A - 膜漏れ検知装置および検知方法

Info

Publication number: JPH09220452A
Application number: JP2664296A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kumami; 和久熊見
Original assignee: DAISEN MENBUREN SYST KK
Current assignee: DAISEN MENBUREN SYST KK
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】分離膜に損傷を生じて膜漏れした場合に、迅
速に膜損傷を検知する安価で簡便な装置および方法を提
供する。【解決手段】膜漏れを検知したい対象分離膜より大き
い平均孔径と遥かに小さい膜面積とを有する検知膜
（１）、対象分離膜の透過液の一部を採取する枝配管
（２）、採取した透過液を蓄積する容器（３）および容
器の液面状態を検知するセンサー（４）を有する膜漏れ
検知装置を付設し、対象分離膜の透過液の一部を容器に
導入した後、検知膜で濾過し、膜漏れを検知膜の閉塞現
象として液面センサーにより検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分離膜モジュールの膜
漏れ検知に関し、さらに詳しくは膜濾過運転中におい
て、分離膜モジュールの膜損傷により生じた原液の膜漏
れを検知する付帯装置および検知方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、表流水や地下水の濾過、海水の淡
水化、透析水の精製、血液濾過、人口透析、製薬用水や
半導体用水の精製、果汁の濃縮や清澄化、酵素や菌体の
濃縮および濾過、し尿や排液の濾過、ガス分離濃縮、液
体の脱気、液液抽出、有機溶媒の回収など様々な分野に
おいて、膜の選択透過性を利用した膜分離が行われてい
る。これらの分離には、通常、中空糸膜型、スパイラル
型、チューブ型、プレート・アンド・フレーム型などの
膜モジュールを備えた膜分離装置が用いられる。一方、
膜分離において、膜の破損などの事故を生じると、膜の
供給側から原液が漏れ、未処理のまま透過側に流入す
る。この様な場合に、透過液が濁るなどの現象を肉眼で
確認できれば、迅速な対応が可能であるため、未処理の
原液による汚染は最小限でとどめることが可能である。
しかし、漏れ量が小さい場合は、発見が遅れやすく透過
側の汚染が進行し、処理水に影響を及ぼす。

【０００３】このため、膜分離装置全体や膜モジュール
として、漏れに伴うトラブルを速やかに検知し、装置の
運転を制御することが提案されている。例えば、特開平
６−１５２７１号公報、特開平６−１８２１６４号公
報、特開平７−４７２３６号公報および実開平６−３４
７３０号公報では、分離をつかさどる膜モジュールの透
過液を、さらに後段に設けた孔径のより大きい膜を有す
る膜モジュールで濾過し、分離をつかさどる膜モジュー
ルに漏れが生じた場合には後段の膜が詰まり、膜の差圧
が生じることから、差圧を検知することで、膜の漏れを
検知する方法が提案されている。また、実開平６−２１
７２８号公報では後段の膜の透過流束を検知することで
も膜の漏れを検知することが提案されている。また、特
開平６−１７０３６５号公報では透過液の濁度や微粒子
をセンサーによって検知する方法も使用されている。さ
らに、特開平７−２４８２９０号公報では透過水の一部
をサンプリングポンプにより分流してリーク検出用フィ
ルターに通し、フィルター入口の圧力上昇を圧力計で検
知するリーク検出器が提案されている。

【０００４】しかし、これらはいずれも大掛かりな設備
を必要としたり、また高価なセンサーによって検知する
ため、設備費用が高くなるという欠点を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、分離膜に破損を生じて膜漏れしたとしても、迅
速に膜の破損を検知する装置および方法を提案すること
にある。さらには、安価で、汎用的なもので構成されて
いる検知装置および簡便な検知方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、種々検討し
た結果、分離をつかさどる膜モジュールの透過側から枝
配管を通して透過液の一部を蓄積する容器と、容器の液
面状態を検知するセンサーと、この容器から導かれる透
過液を濾過する膜を設けることで、前記目的を達成でき
ることを見出だし、本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明の膜漏れ検知装置は、膜
漏れを検知したい対象分離膜より大きい孔径と遥かに小
さい膜面積とを有する検知膜、対象分離膜の透過液の一
部をを採取する枝配管、採取した透過液を蓄積する容器
およびこの容器の液面状態を検知するセンサーを有して
いる。また、検知膜の平均孔径は、対象分離膜の平均孔
径の２〜１００００倍であり、さらに膜漏れ検知装置
は、対象分離膜モジュール単位当たり１個取り付けられ
ている。

【０００８】また、本発明の膜漏れ検知方法は、膜漏れ
を検知したい対象分離膜の透過液の一部を枝配管により
採取し、液面状態を検知するセンサーを有する容器に導
入した後、対象分離膜より大きい平均孔径と遥かに小さ
い膜面積とを有する検知膜で濾過し、膜漏れを検知膜の
閉塞現象として前記センサーにより検知する方法であ
る。また、検知膜の平均孔径が、対象分離膜の平均孔径
の２〜１００００倍であり、さらに対象分離膜が漏れを
生じていない状態での容器に受ける透過液の流束が、検
知膜の濾過流束よりも小さい流束である膜漏れ検知方法
である。

【０００９】本発明の膜漏れ検知装置は、本来の膜分離
設備の主系列とは別に付帯的に取り付けられて用いられ
る。以下、その検知機構について説明する。

【００１０】まず、対象分離膜の透過液の一部を枝配管
により採取し、連続的もしくは定期的に容器に受け、こ
こから検知膜に透過液を流し、検知膜で濾過する。通
常、枝配管の途中には液の遮断や流束の調節のためにバ
ルブ等が設けられる。対象分離膜が膜漏れを生じていな
い場合は、検知膜の平均孔径は対象分離膜より大きいた
め、検知膜は詰まりを生じず、透過流束は一定である。
しかし、対象分離膜が破損して膜の透過側に原液の漏れ
を生じると、検知膜を詰まらせるため、検知膜の透過流
束は低下する。容器に受ける液流束よりも検知膜を透過
する液流束の方が小さくなると、容器の液面が上昇する
ため、液面状態を検知するセンサーによって膜の漏れ、
如いては膜の破損を検知することができる。

【００１１】容器に受ける液流束はいくらでもよいが、
少量でも本発明には充分に適用できることが特徴であ
る。例えば、極少量の数ｍｌ／分程度でもよい。この場
合、使用する検知膜や容器も小さくできる。例えば、使
用する検知膜として数ｃｍ²のものが可能である。これ
は、極小型の膜分離装置、例えば水道水の蛇口に取り付
けて用いられる中空糸膜型浄水器の膜面積の０．２ｍ²
＝２，０００ｃｍ²のものと比較しても遥かに小さい値
である。また、容器も数ｍｌ〜数十ｍｌ程度で充分であ
る。

【００１２】容器に受ける液流束は、対象分離膜が漏れ
を生じていない状態で、検知膜の濾過流束と同等かそれ
よりも遅い必要があり、遅い方がより好ましい。遅さの
程度は、圧力変動による容器に受ける液流束のばらつき
や、溶解有機物汚染による検知膜の濾過流束低下を勘案
して適宜決定する必要がある。

【００１３】本発明において平均孔径とは、透過成分の
サイズに対応する平均径を意味する。例えば、精密濾過
膜の場合、透過成分のサイズは平均孔径で表すことがで
きる。一方、例えば、限外濾過膜や逆浸透膜において
は、孔径の測定が困難であるため、具体的には限外濾過
膜の場合、透過成分のサイズは、通常分画分子量で表さ
れ、また、逆浸透膜の場合は、通常、食塩排除率（食塩
除去率）で表される。したがって、本発明では、例え
ば、限外濾過膜における分画分子量や逆浸透膜における
食塩排除率という透過成分のサイズを表す表現を含め
て、便宜的に平均孔径という語を用いる。因みに、精密
濾過膜の孔径は０．０８〜２．５μｍ（分画分子量１５
０，０００〜５，０００，０００）、限外濾過膜の孔径
は０．００２〜０．４μｍ（分画分子量５００〜８０
０，０００）、ルーズ逆浸透膜の孔径は０．０００７〜
０．００７μｍ（分画分子量１４０〜１５，０００）お
よび逆浸透膜の孔径（理論的に）は０〜０．００１５μ
ｍ（分画分子量０〜３００）の範囲にあるといわれてい
る。

【００１４】本発明に使用する検知膜の平均孔径は、対
象分離膜の平均孔径より大きいことが必要であり、対象
分離膜の平均孔径の２〜１００００倍であればよい。さ
らに、対象分離膜の平均孔径の１０〜１０００倍程度で
あれば、さらに好ましく、実用的である。また、検知膜
の材質は、どの様なものでもよい。例えば、酢酸セルロ
ース、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリサルホン、
ポリエーテルサルホン、ポリオレフィン、アクリル系樹
脂，フッ素基含有樹脂、セラミックおよび金属などが挙
げられる。また、検知膜の形状は、どの様なものでもよ
く、例えば、平膜、中空糸膜、チューブ膜およびスパイ
ラル膜などが挙げられる。膜面積が小さくてよい場合
は、平膜が簡単でよい。

【００１５】また、本発明に使用する液面状態を検知す
るセンサーは、液を検知できるものであれば、通常用い
られるどの様なものでもよく、例えば、電極で抵抗を測
定するものでもよいし、屈折率を測定するもの、光学的
検知でも静電容量方式でもよい。検知方法としては、容
器の壁部からセンサーを突き出し、液面を検知してもよ
いし、また容器の壁部に穴を開けて配管等を付設し、オ
ーバーフローした液を配管内部や、別に取り出して、当
該センサーで検知しても良い。

【００１６】また、本発明に使用する容器は、どの様な
ものでもよい。検知膜を入れるものも容器といえるし、
また例えば、配管そのままでもよいし、円柱状のプラス
チック容器でもよい。

【００１７】また、本発明において、容器から検知膜へ
の透過液の導入は、どの様な方法でもよいが、実用性と
コストを考慮すると、検知膜に精密濾過膜を使用して、
配管のみで導入するのがよい。この場合、検知膜を濾過
させる圧力は、配管内部に溜る液のヘッド圧力のみであ
るが、充分に濾過できる。

【００１８】検知膜で濾過した液は、対象分離膜の透過
液タンクに入れてもよいし、原液タンクに返してもよ
い。また、ドレインとして排水してもよい。本発明の装
置の利点を考慮すると、検知膜での濾過流束は、少量で
あるため、上記のどの方法を使用しても構わないが、排
水するのがコスト的に有利である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しつつ、本
発明をより詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の膜漏れ検知装置の構造の
一例を示す断面図であり、液面検知のセンサーを内部に
備えた容器の底部に、平膜の検知膜が設置してある例で
ある。本図の装置は、対象分離膜からの透過液を採取す
る枝配管（２）、透過液を受ける容器（３）、容器の空
気抜き（５）、容器に取り付けた液面検知のセンサー
（４）および平膜の検知膜（１）から構成されている。
対象分離膜から枝配管（２）により採取された透過液
は、まず容器（３）に入り、ヘッド圧力によって検知膜
（１）で濾過される。透過液の液面は、容器（３）の内
部で平衡を保っている。対象分離膜が破損し、膜漏れを
生じた場合は、漏れによって検知膜の表面が濁質分で覆
われ流束が低下する。容器内へ流入する透過液の速度
（液流束）は変わらないことから、容器内の透過液の液
面は上昇し、液面検知のセンサー（４）で検知される。

【００２１】図２は、本発明の膜漏れ検知装置の他の構
造の一例を示す断面図であり、液面検知のセンサーが、
容器の上部よりのオーバーフロー液を検知するように設
置してある。本図では、対象分離膜からの透過液を受け
る容器（３）、容器側部からでたオーバーフロー配管
（６）、漏水検知のセンサー（４）、平膜の検知膜
（１）および容器と検知膜をつなぐ配管（７）から構成
されている。図１と同様にして対象分離膜からの透過液
の液面は、容器（３）内部で平衡している。対象分離膜
が漏れを生じた場合は、容器内の透過液の液面が上昇
し、オーバーフロー配管（６）を通過して漏水検知のセ
ンサー（４）で検知される。

【００２２】図３は、図１または図２の本発明になる膜
漏れ検知装置（８）を対象分離膜モジュールの透過液配
管（１０）に取り付けた例を示す概念図である。採取さ
れる透過液は、流量調節バルブ（１１）で流束を調節し
てある。また、自動バルブ（１２）により、対象分離膜
モジュールが非定常運転（例えば、逆洗浄時）になった
場合は、液が遮断される。膜漏れを検知した場合、液面
検知のセンサー（４）により検知され、本来の膜分離設
備に信号を伝え、運転を制御することが可能となる。

【００２３】図４は、図３と同様にして本発明になる膜
漏れ検知装置（８）を、直接対象分離膜モジュールに取
り付けた例を示す概念図である。定流量弁（１３）によ
り、透過液の流量調節が行える。

【００２４】図３および図４において、流量調節バルブ
（１１）と自動バルブ（１２）との組合せ、および定流
量弁（１３）とは同じ作用をするため、どちらを使用し
てもかまわない。

【００２５】

【実施例】本発明を実施例にて具体的に説明するが、本
発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【００２６】実施例１（膜漏れ検知装置の製作例）図１に示す膜漏れ検知装置を製作した。内径２０ｍｍ高
さ３００ｍｍの透過液を受ける容器の上部に漏水検知器
（オムロン社製６１Ｆ−ＷＬＡ型）のセンサーを取り付
け、容器の下部に、検知膜として、平均孔径１μｍで、
膜直径１２ｍｍ（膜面積１．１ｃｍ²）のセルロース系
メンブレンフィルター（富士写真フイルム社製ミクロフ
ィルター、ＦＲ−１００番）を取り付けた。検知膜から
漏水検知のセンサーまでの高さは、２５０ｍｍであっ
た。また、容器の側部のセンサーより高い位置に、空気
抜きの穴を設けた。

【００２７】実施例２対象分離膜として中空糸膜モジュールＡ（ダイセン・メ
ンブレン・システムズ社製、ＦＦ０３−ＦＬ−ＦＵＳ１
０４１、膜面積２．３ｍ²、分画分子量１０万、平均孔
径０．０１μｍ）を用いた。原水に工業用水を用い、
０．２ｍ³／時間の透過速度で全量濾過運転を行った。
中空糸膜モジュールＡの透過液配管から、６００ｍｌ／
時間の速度で、透過液の一部を枝配管により採取し、膜
漏れ検知装置に導入した。１２時間運転したが何等異常
は無かった。この間、膜漏れ検知装置の容器内部の透過
液液面は、検知膜の約１５ｃｍの高さで平衡していた。
この後、中空糸膜モジュールＡの中空糸を数本切断し、
膜漏れを生じさせた。この中空糸膜モジュールＡを取り
付け同様に運転したところ、運転開始から約２０分で、
膜漏れを検知することができた。

【００２８】実施例３対象分離膜として中空糸膜モジュールＢ（ダイセン・メ
ンブレン・システムズ社製、ＦＥ１０−ＦＣ−ＦＵＣ１
５８１、膜面積５ｍ²、分画分子量１５万）を用いた。
原水に工業用水を用い、０．３ｍ³／時間の透過速度で
運転を行った。中空糸膜モジュールＡの透過液配管か
ら、４８０ｍｌ／時間の速度で、透過液の一部を枝配管
により採取し、膜漏れ検知装置に導入して１２時間運転
したが何等異常は無かった。この後、中空糸膜モジュー
ルＢの中空糸を数本切断し、膜漏れを生じさせた。この
中空糸膜モジュールＢを取り付け同様に運転したとこ
ろ、運転開始から約３０分で、膜漏れを検知することが
できた。

【００２９】

【発明の効果】本発明の膜漏れ検知装置および検知方法
は、簡単な装置で簡便な方法であるため、本装置を組み
込んだ膜設備は、コスト的に有利になる。また、コンパ
クトで、安価な装置であることから、個々の膜モジュー
ルに付設でき、膜漏れ検知の信頼性も高い。また、本発
明の膜漏れ検知装置および検知方法にて検知された信号
を、本来の膜分離設備に連動させることで、膜漏れ検知
時の膜分離設備の運転を制御したりすることも可能であ
る。

【００３０】また、本発明の膜漏れ検知装置および検知
方法は、どの様な用途のモジュールにでも適応できる。
例えば、中空糸膜モジュール、チューブラー膜モジュー
ル、プレート・アンド・フレームモジュール、スパイラ
ルモジュール、平膜モジュールなどが挙げられる。ま
た、適応できる用途は、どの様な分野でもよい。例え
ば、従来の凝集−沈殿−砂濾過−塩素滅菌工程を経る方
法に代わる新たな技術としての水浄化システムへの応用
が、また、食品分野においては、コーヒー、紅茶、果汁
の濃縮あるいは果汁の清澄化に、バイオ・酵素・製薬分
野においては、無菌パイロジェンフリー精製水の製造
等、さらに電子工業分野においては、ウェハー研磨排水
の再利用などが挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜漏れ検知装置の一例を示す断面概
略図である。

【図２】本発明の膜漏れ検知装置の他の一例を示す断
面概略図である。

【図３】本発明の膜漏れ検知装置を対象分離膜モジュ
ールの透過液配管に取り付けた一例を示す概念図であ
る。

【図４】本発明の膜漏れ検知装置を直接対象分離膜モ
ジュールに取り付けた一例を示す概念図である。

【符号の説明】

１検知膜２枝配管３容器４センサー５空気抜き６オーバーフロー配管７配管８膜漏れ検知装置９対象分離膜モジュール１０透過液配管１１流量調節バルブ１２自動バルブ１３定流量弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】膜漏れを検知したい対象分離膜より大き
い平均孔径と遥かに小さい膜面積とを有する検知膜、前
記分離膜の透過液の一部を採取する枝配管、採取した透
過液を蓄積する容器および該容器の液面状態を検知する
センサーを有することを特徴とする膜漏れ検知装置。
【請求項２】検知膜の平均孔径が、対象分離膜の平均
孔径の２〜１００００倍であることを特徴とする請求項
１記載の膜漏れ検知装置。
【請求項３】膜漏れ検知装置が、対象分離膜モジュー
ル単位当たり１個取り付けられていることを特徴とする
請求項１または２記載の膜漏れ検知装置。
【請求項４】膜漏れを検知したい対象分離膜の透過液
の一部を枝配管により採取し、液面状態を検知するセン
サーを有する容器に導入した後、前記分離膜より大きい
平均孔径と遥かに小さい膜面積とを有する検知膜で濾過
し、膜漏れを検知膜の閉塞現象として前記液センサーに
より検知することを特徴とする膜漏れ検知方法。
【請求項５】検知膜の平均孔径が、対象分離膜の平均
孔径の２〜１００００倍であることを特徴とする請求項
４記載の膜漏れ検知方法。
【請求項６】対象分離膜が漏れを生じていない状態で
の容器に受ける透過液の流束が、検知膜の濾過流束より
も小さい流束である請求項４または５記載の膜漏れ検知
方法。