膜過濾模塊及膜過濾運行裝置的製作方法

2023-05-06 07:29:01

專利名稱：膜過濾模塊及膜過濾運行裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及淨水處理、汙水處理、廢水處理等中使用的膜過濾模塊及 膜過濾運行裝置，尤其涉及用於檢測出過濾膜元件的功能劣.化(膜破損、 汙垢等)的傳感器裝置被組裝入膜過濾模塊內，從而可實現檢測精度提高 和運行成本下降的膜過濾模塊及膜過濾運行裝置。
背景技術：
利用過濾膜對被處理水進行過濾而得到雜質含有率低的過濾水的方 法，具有由較簡單構成的設備可得到清淨之水的優點。該設備中，將過濾膜元件(中空絲膜等)內藏在外殼(case housing)內的膜過濾模塊設置多 個，來得到規定的過濾水量。過濾膜模塊利用過濾膜的細孔所完成的物理 的篩選(sift)，因此具有與運行條件無關可得到穩定的過濾水質的優點。 但是，有時由於過濾膜的破損，被處理水洩漏到過濾水側，而使原本 應去除的雜質混入過濾水中。膜的破損具有膜的切斷、局部劃裂、腐蝕 等。或者有時也有過濾膜的支撐機構等的連接部分中的洩漏等。所洩漏的 雜質依賴於被處理水的性狀，是固體物、細菌、細菌或這些屍骸等原水中 懸浮的微細的粒子。當過濾水中混入這些雜質時，招致過濾水質的下降， 因此有必要早期檢測出過濾膜的破損並使運行停止來對膜進行交換或者 修補。另外，作為過濾膜的破損以外的功能劣化存在水生物汙垢。該現象是 在過濾膜的細孔中被處理水中的物質填入而堵塞，或者在過濾膜表面堆積 濾餅(cake)(過濾後的殘渣物)而使被處理水的透過性下降。水生物汙 垢的產生可通過膜間差壓(過濾前後的壓力差)進行檢測，由此需要適當 地進行逆洗淨或藥液洗淨等的再生處理。作為檢測過濾膜破損或水生物汙垢的以往的技術，例如專利文獻l中 公開那樣，已知有以下的方式通過在膜過濾模塊的外部設置高靈敏度濁
度計或壓力計等的傳感器，將其測量值通過信息通信網絡發送到監視控制 系統，進行規定的運算處理，來進行檢測。或者如專利文獻2中公開那樣， 在中空絲膜模塊的一次側設置用於檢測所提供的洗淨用空氣的壓力上升 程度的壓力檢測機構。專利文獻l:特開2005 — 87949號公報 專利文獻2:特開2004 — 188252號公報專利文獻l中記載的以往的技術，存在以下問題為了在多個膜過濾 模塊的過濾水合流後的地方進行計測，對來自所架設的傳感器數較少的反 面、破損的過濾膜的與過濾水不同的性狀的被檢測水進行計測，不僅不能 迅速地對破損產生的膜過濾模塊進行特定，也引起檢測靈敏度下降。另外， 與膜過濾模塊分開地外置傳感器，因此存在當膜過濾模塊交換或配管的替 換時不得不卸下傳感器的情況。進一步，傳感器交換或傳感器增設之際， 需要將用於傳送測量值的信息通信網絡進行連接變更或再架設，而使關聯 的作業工作數變得龐大。另外，專利文獻2中記載的以往的技術，存在以下問題對來自所架設的傳感器數較少的反面、破損的過濾膜的與過濾水不同的性狀的被檢測 水進行計測，不能迅速地對破損產生的膜過濾模塊進行特定。另外，存在 在膜過濾模塊交換或配管的替換時不得不卸下傳感器的情況。進一步，傳 感器交換或傳感器增設之際，需要將用於傳送測量值的信息通信網絡進行 連接變更或再架設，而使關聯的作業工作數變得龐大。發明內容本發明的第一目的在於，提供一種將作為被檢測水的過濾水的性狀儘可能不改變而由in—situ進行測量的、檢測靈敏度優異的膜過濾模塊及膜 過濾運行裝置。本發明的第二目的在於，提供一種在膜過濾模塊等的交換時傳感器架 設作業工數不多且的、運用成本低的膜過濾模塊及膜過濾運行裝置。為了解決上述的課題，本發明的膜過濾模塊在膜過濾模塊的外殼的過 濾水排出口組裝有傳感器裝置、設置通信裝置。由此可將過濾水的形狀在 不改變的狀態下進行測量，例如，通過使用自組織分散無線網絡(ADhoc)
通信方式，即使存在膜過濾模塊的交換，也無需對通信方式再進行調整。另外，膜過濾運行裝置由用於檢測出過濾膜的破損所引起的洩漏的傳 感器部分、和用於通過通信而集中管理檢測信號的部分構成。在用於檢測 出過濾膜的破損所引起的洩漏的傳感器部分中，檢測出有無過濾膜的破 損。在沒有過濾膜的破損所引起的洩漏的狀態下，雜質的捕捉較少且過濾 濾光器的透過光達到某一水平，但當通過洩漏而漏曳到過濾水中的雜質由 過濾濾光器進行捕捉且雜質開始由過濾濾光器捕捉時，由於該捕捉雜質而 使光被遮光，從而通過光減少。通過觀測該通過光減少的時間變化，來檢 測過濾膜破損所引起的洩漏，檢測破損。通過將該傳感器組裝進膜過濾模塊，根據檢測結果可對破損的膜過濾 模塊進行同定。透過光的數據由通信裝置發送到計算機中進行一併管理。 另外，從計算機側向傳感器也發送測定間隔/測定定時或數據發送請求等控 制信息。在功能劣化的檢測對象為水生物汙垢時，通過使用壓力傳感器可 進行應對。其結果，除了無延遲地檢測出破損產生的膜過濾模塊之外，根據需要 停止對破損模塊的原水供給等，而使確保水質的對策變為可能。本發明的膜過濾模塊組裝有附帶無線通信功能的傳感器裝置，因此能夠將被檢測水的性狀在不改變的狀態下實現in—situ的測量，能提高破損 檢測的靈敏度。另外，能進行各模塊中的測量，因此能對所破損的模塊進 行同定，為了避免處理水質惡化而可迅速採取對策。另外，在膜過濾模塊的交換等之際，用於發送測量值的信息通信網絡 不需要進行再設定，因此能削減傳感器架設相關的作業工作數，能降低成 本。


圖1是表示本發明的一實施例的膜過濾模塊的構成的圖；圖2是表示本實施例的過濾膜破損檢測用傳感器的構成的縱剖面圖；圖3是表示本實施例的電源電路和通信模塊的詳細構成的圖；圖4是表示本實施例的計算機的流程的圖；圖5是表示本實施例的微處理器的流程的圖。

l一原水容器；2 —供水泵；3 —過濾模塊；4一過濾膜破損檢測傳感器; 5 —配管；6 —通信模塊；7—閥；8 —通信裝置；9一計算機；41 —導水路; 42 —捕捉用濾光器；43 —發光元件；44一受光元件；45—電源電路；46 — 驅動機；47 —驅動用電源；51—雜質；52 —導水配管；53 —配水管；61 — 微處理器；451 —電源；452 —切換器。
具體實施方式
本實施例提供一種以高靈敏度、低成本檢測出淨水處理、汙水處理、 廢水處理等中使用的膜過濾模塊的功能劣化的方法。在膜過濾模塊中組裝 有用於測量過濾膜元件的功能劣化的傳感器裝置、和可由無線方式將該傳 感器裝置的測量值進行通信的通信裝置一體化後的附帶無線通信功能的 傳感器裝置。根據由各傳感器裝置所檢測出的測量值的時間變化等，檢測 出洩漏產生的膜過濾模塊，採取停止過濾等必要的對策。另外，從膜過濾 設備的監視控制用計算機側對傳感器裝置側發送測定間隔/測定定時或數 據發送請求等控制信息。成為對象的過濾膜元件為有機膜、無機膜(陶瓷 膜、金屬膜)等。另外，作為傳感器裝置使用用於測量透過光的光學傳感 器或壓力傳感器等。實施例利用圖1 圖5說明本發明的一實施例。圖1是表示本實施例的膜過 濾模塊的構成的圖。圖1表示過濾裝置的主要構成。如圖1所示，過濾裝置由貯存有原水 的原水容器1、與原水容器1連接且將原水送到膜過濾模塊12的供水泵2、 與供水泵2連接且被分叉的配管10、分別設置於配管10的分叉管的閥7 一l、 7_2、…7—N、分別與閥7連接的過濾模塊3 —1、 3—2、…3—N、 將分別與過濾膜3 — 1、 3 — 2、…3—N連接的出口配管5進行合流的配管 11、與設置在各過濾模塊3 — 1、 3 — 2、…3—N的通信模塊6進行數據通 信的通信裝置8、與通信裝置8連接的計算機9構成。膜過濾模塊12由多個過濾模塊3構成，用於檢測其內部的過濾膜的 斷裂、破損的傳感器即過濾膜破損檢測傳感器4被組裝到過濾模塊3內。 通信模塊6同樣也是組入型的、將過濾膜破損檢測傳感器4的檢測數據經 由通信裝置8發送到計算機9的通信用的模塊。通信模塊6從計算機9經 由通信裝置8向過濾膜破損檢測傳感器4發送參數等。對計算機9輸入用 於表示過濾設備的狀態的設備數據。當由過濾破損檢測傳感器4檢測出過濾模塊3的過濾膜的斷裂、破壞 時，根據斷裂、損傷的程度通過來自計算機9的控制信號對閥進行操作或 者通過人工對閥7進行操作，從而控制送水。圖2、圖3是詳細地表示過濾膜破損檢測傳感器4、及通信模塊6的 圖。如圖2所示，過濾膜破損檢測傳感器4設置在過濾模塊3的由過濾膜 元件過濾後的水流出的配管即出口配管5內的導水路41上。導水路41形 成為筒狀，在導水路41中具備光透過的雜質物質的捕捉用濾光器42。過 濾濾光器使用具有適當的透過粒徑且具有光透過性的濾光器。圖2表示過濾水從左向右流動的情況，過濾膜未破損時過濾正常進行， 雜質不混入過濾水中。但是，當過濾膜有破損時，原水的一部分未被過濾 而直接洩漏到過濾水側，且原水中的雜質51的量增大。雜質51由捕捉用 濾光器42捕捉。在此，為了方便將設在這些導水路41內的傳感器構成部 件稱作傳感器裝置。按照夾持捕捉用濾光器42且相對的方式設置發光元件43和受光元件 44。來自發光元件43的光通過光透過的雜質物質的捕捉用濾光器42，由 受光元件44檢測。該例中使發光元件與受光元件相對，但是按照將所發 出的光透過濾光器後進行受光的方式使用鏡子等來形成光路也可。另外， 按照捕捉用濾光器42不由壓力等而產生變形的方式，也可以使用硬質濾 光器、或者進行由不會較大地妨礙光透過的增強劑夾持等的處理。在過濾膜破損檢測傳感器4上設置電源電路45，對發光元件43和受 光元件44供給電源。圖3詳細地表示電源電路45和通信模塊6。電源電路45由電池等電 源451、電源的切換器452構成。通信模塊6由微處理器61和通信電路 62構成。通過微處理器61的控制，切換器452對發光元件43、受光元件 44供給電源。另外，微處理器61從電源451向通信電路62始終供給電源。 微處理器61具備模擬一數字變換器(以下ADC)，取入來自受光元件44
的檢測電流信號，使用通信電路62進行與外部的通信裝置8的通信。微 處理器61的控制信息(數據採取間隔、電源控制信息)經由通信電路62 由通信裝置8接收。另一方面，來自發光元件44的發光量的信號、受光元件44的受光量 的信號通過通信模塊6例如使用電波與通信裝置8進行通信。在此，對過濾膜破損檢測傳感器4的測量內容進行說明。當發光元件 43以一定的光量進行發光時，在原水未洩漏的正常情況下由受光元件44 檢測出隨著捕捉用濾光器42的材質而衰減了某程度的光量。當過濾膜破 損、原水洩漏到過濾水側時，原水中的雜質的一部分堆積到捕捉用濾光器 42而遮住發光元件43的光。因此，由於原水的洩漏而使受光元件44所檢 測出的光量減少。根據受光元件44所檢測出的光量的減少就能檢測出洩 漏的產生、過濾膜的破損。由此，由於過濾膜的破損而使濾光器透過光的衰減變大，對此由過濾 膜破損檢測傳感器4進行檢測，由此能檢測出過濾膜的破損。接著，對根據過濾膜破損檢測傳感器4的檢測信號來監視過濾設備全 體的方法進行說明。該監視網絡為了監視設備全體，不僅考慮過濾膜破損 檢測傳感器4的數據收集、也考慮各過濾膜破損檢測傳感器4的計測定時 等的控制。圖4是表示計算機9的流程的圖。當開始處理時，由步驟901設定處 理參數。這是用於監視的過濾模塊數、和其模塊與參數、數據建立對應等 監視所需的計算機9進行設定的參數。該設定中也含有後述的洩漏產生的 判斷參數。在步驟902中，對各過濾模塊的過濾膜破損檢測傳感器4設定其測定 條件。即，將感應間隔、感應時間、對一次感應的數據採取次數、數據的 通信條件等監視所需的過濾膜破損檢測傳感器4的感應參數通過通信裝置 8發送到過濾膜檢測傳感器4。通過步驟901、 902，結束計算機9的監視所需的參數設定，步驟903 以後，移行至用於監視的循環處理。在步驟903中，取得用於表示過濾設 備的運行狀態的設備信號。設備信號為壓力、流量等動作狀況。步驟904中，判斷是否接收來自過濾膜破損檢測傳感器4的信號。過濾膜破損檢測傳感器4為N個，當接 收來自其中任一個的信號時，行進至步驟905以後的處理。當未接受到信 號時，待機至接收到為止，在步驟903中輸入設備信號，對設備的動作條 件始終進行更新。當在步驟904中存在來自過濾膜破損檢測傳感器4的信號接收時，步 驟905中，將接收數據(測量時刻、測量值)儲存到相應的傳感器編號的 存儲區域。測量值如上所述為透過捕捉用濾光器42的光量，步驟906中， 通過所記錄的測量時刻、測量值的數據來計算其時間變化。步驟907中，判斷作為測量值的光量變化的時間變化率是否在預先設 定的範圍內。若在設定範圍內，則判斷為光量變化較少或者由於幹擾而變 化，返回到步驟903。在光量的時間變化超過設定值範圍時，存在洩漏產生的可能性，在步 驟908中，判斷光量變化繼續時間是否在設定範圍內。若從設定範圍偏離， 則判斷為在其過濾模塊中產生洩漏，在步驟909中，通過報警等來顯示在 該過濾模塊中產生洩漏的情況。當步驟908中的判定為光量變化繼續時間在設定範圍內時，能判斷在 該過濾模塊中可能產生洩漏，但為不確定的狀況。因此，步驟911中，判斷根據需要進一步縮短測量間隔等是否使該模 塊的傳感器參數變更，在步驟912中，根據判定結果發送參數。通過這些 一連的動作對各模塊進行監視，當產生洩漏時，立刻決定破損過濾模塊。圖1未圖示，此時通過通信等而關閉該過濾模塊的閥7，也可停止過 濾動作。通過監視時間的結束、操作員的監視結束動作等來結束程序。與 該程序動作分開地進行各傳感器或傳感器全體的數據的顯示、方位 (trend)顯示之外也進行設備數據的顯示等，但其為通常的計算機處理， 因此對其處理流程進行放棄。另外，有時將計算機9與過濾設備內的通信 網絡或網際網路連接，由此設備信息、過濾膜破損信息可與操作員共有。在 此，優選採用以下方式通過自組織分散無線網絡通信功能、即不經過訪 問點(access point)而通信模塊6彼此可進行直接通信，即使組裝到過 濾模塊3的通信模塊6存在移動或交換，不再進行通信方式的調整也能夠 進行通信。
圖5是表示設置在各過濾模塊的過濾破損檢測傳感器4的微處理器61 的流程的圖。在動作開始時，在步驟501中進行微處理器自身的參數設定 例如進行使用存儲器區域、用於動作的設定信息區等的設定，在步驟502 中，等待從通信裝置8經由通信電路62來自計算機9的感應(sensing) 設定參數的接收。在步驟503中，接收參數並設定之後，在步驟504中， 等待通過定時器成為測量時刻的時刻，開始測量。在步驟505中，濾光器的透過光的測量中，首先對在未實施測量的狀 態下遮斷電源的、發光元件、受光元件供給電源，在步驟506中，從過濾 膜破損檢測傳感器4求出受光元件的檢測光量。測量數據為光量值由ADC進行模擬/數字變換後的數據，採取數據之 後，在步驟507中，停止發光元件、受光元件的電源供給。其後，在步驟 508中，將所測量的時刻和測量數據從通信電路62經由通信裝置8向計算 機9發送。等待步驟509中的結束判斷，並結束。如圖4的步驟912所述， 也存在相應的傳感器的參數變更的情況，這作為中斷動作在圖5所示的步 驟510中執行微處理器61的參數變更。以上，如說明那樣，根據本實施例，通過由光透過型的濾光器捕捉 (trap)的雜質所產生的透過光的衰減減光，能迅速地檢測出由於過濾膜 的斷裂/損傷而使原水洩漏到過濾水側的情況。另外，可對各傳感器的數 據一併管理且能監視膜過濾設備。由此，經由雜質的洩漏，能檢測在哪個膜過濾模塊的膜中產生損傷，從過濾水的水質確保的觀點、膜過濾模塊的 迅速補修的觀點而言，能提供實用的膜過濾模塊。在通過壓力檢測出過濾膜的破損、損傷時，過濾膜破損檢測傳感器4 由壓力傳感器構成，代替上述的光學傳感器。另外，除過濾模塊3外，通 過閥7等控制設備和通信裝置8、計算機9組合後的結構，能實現用於膜 過濾的運行控制的膜過濾運行控制系統。本實施例的膜過濾模塊組裝有附帶無線通信功能的傳感器裝置，因此 實現被檢測水的性狀無需改變就可進行in — situ的測量，從而能提高破 損檢測的靈敏度。另外，各模塊中能進行測量，因此能對破損的模塊進行 同定，為了避免處理水質惡化而可迅速採取對策。另外，在膜過濾模塊的 交換等之際，不需要將用於發送測量值的信息通信網絡進行再設定，能削 減傳感器架設相關的作業工作數，使低成本的運用變為可能。因此，從處 理水質確保和成本降低的觀點而言，可認為是產業上有效的部件。
權利要求
1、一種膜過濾模塊，具備傳感器裝置，對用於構成膜過濾模塊的多個過濾模塊內所設置的道水路內過濾膜元件的斷裂、破損進行檢測；電源裝置，設置於所述過濾模塊內且對所述傳感器裝置供給電源；和通信模塊，用於發送由所述傳感器裝置檢測出的信號。
2、 根據權利要求1所述的膜過濾模塊，其特徵在於， 所述傳感器裝置由光透過的雜質物質的捕捉用濾光器、夾持該捕捉用濾光器且相對配置的發光元件及受光元件構成。
3、 根據權利要求1所述的膜過濾模塊，其特徵在於， 所述傳感器裝置通過光學傳感器測量所述過濾膜元件的破損。
4、 根據權利要求1 3中任一項所述的膜過濾模塊，其特徵在於， 所述通信模塊與相鄰的過濾模塊所具備的通信模塊之間進行自組織分散無線網絡通信。
5、 一種膜過濾運行控制裝置，具備膜過濾模塊、計算機、和通信裝 置，所述膜過濾模塊具有對用於構成膜過濾模塊的多個過濾模塊內所設 置的道水路內過濾膜元件的斷裂、破損進行檢測的傳感器裝置、設置於所 述過濾模塊且對所述傳感器裝置供給電源的電源裝置、和用於發送所述傳 感器裝置所檢測出的信號的通信模塊，所述通信裝置與上述計算機連接並 與上述通信模塊進行通信，通過所述計算機接收從所述通信模塊發送來的 所述傳感器裝置的信號，對過濾模塊的斷裂、破損進行監視，設定所述過 濾模塊的傳感器裝置的處理參數，對膜過濾模塊進行運行控制。
全文摘要
提供一種檢測過濾膜的功能劣化的、可將作為被檢水的過濾水的性狀儘量不改變而由in-situ進行測量的、在膜過濾模塊交換時傳感器架設作業工作數也較少的膜過濾模塊及膜過濾運行裝置。通過在膜過濾模塊的外殼的過濾水排出口組裝傳感器裝置、設置通信裝置，能測量過濾水的性狀，例如通過利用自組織分散無線網絡通信，即使存在膜過濾模塊的交換，也不需要對通信方式進行再調整。在沒有來自過濾膜的洩漏的狀態下，雜質物質的捕捉較少且過濾濾光器的透過光達到某一水平，但由於洩漏而漏曳到過濾水中的雜質由過濾濾光器捕捉，通過雜質物質即過濾濾光器的捕捉雜質而使光遮斷，從而透過光減少。因此通過觀測該透過光減少的時間變化，可檢測出過濾膜破損所引起的洩漏，檢測出破損。
文檔編號B01D65/00GK101152619SQ20071014114
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月8日 優先權日2006年9月28日
發明者原直樹, 圓佛伊智朗, 西野由高, 道口由博, 陰山晃治 申請人:株式會社日立製作所