膜过滤模块及膜过滤运行装置的制作方法

专利名称：膜过滤模块及膜过滤运行装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及净水处理、污水处理、废水处理等中使用的膜过滤模块及 膜过滤运行装置，尤其涉及用于检测出过滤膜元件的功能劣.化(膜破损、 污垢等)的传感器装置被组装入膜过滤模块内，从而可实现检测精度提高 和运行成本下降的膜过滤模块及膜过滤运行装置。
背景技术：
利用过滤膜对被处理水进行过滤而得到杂质含有率低的过滤水的方 法，具有由较简单构成的设备可得到清净之水的优点。该设备中，将过滤膜元件(中空丝膜等)内藏在外壳(case housing)内的膜过滤模块设置多 个，来得到规定的过滤水量。过滤膜模块利用过滤膜的细孔所完成的物理 的筛选(sift)，因此具有与运行条件无关可得到稳定的过滤水质的优点。 但是，有时由于过滤膜的破损，被处理水泄漏到过滤水侧，而使原本 应去除的杂质混入过滤水中。膜的破损具有膜的切断、局部划裂、腐蚀 等。或者有时也有过滤膜的支撑机构等的连接部分中的泄漏等。所泄漏的 杂质依赖于被处理水的性状，是固体物、细菌、细菌或这些尸骸等原水中 悬浮的微细的粒子。当过滤水中混入这些杂质时，招致过滤水质的下降， 因此有必要早期检测出过滤膜的破损并使运行停止来对膜进行交换或者 修补。另外，作为过滤膜的破损以外的功能劣化存在水生物污垢。该现象是 在过滤膜的细孔中被处理水中的物质填入而堵塞，或者在过滤膜表面堆积 滤饼(cake)(过滤后的残渣物)而使被处理水的透过性下降。水生物污 垢的产生可通过膜间差压(过滤前后的压力差)进行检测，由此需要适当 地进行逆洗净或药液洗净等的再生处理。作为检测过滤膜破损或水生物污垢的以往的技术，例如专利文献l中 公开那样，已知有以下的方式通过在膜过滤模块的外部设置高灵敏度浊
度计或压力计等的传感器，将其测量值通过信息通信网络发送到监视控制 系统，进行规定的运算处理，来进行检测。或者如专利文献2中公开那样， 在中空丝膜模块的一次侧设置用于检测所提供的洗净用空气的压力上升 程度的压力检测机构。专利文献l:特开2005 — 87949号公报 专利文献2:特开2004 — 188252号公报专利文献l中记载的以往的技术，存在以下问题为了在多个膜过滤 模块的过滤水合流后的地方进行计测，对来自所架设的传感器数较少的反 面、破损的过滤膜的与过滤水不同的性状的被检测水进行计测，不仅不能 迅速地对破损产生的膜过滤模块进行特定，也引起检测灵敏度下降。另外， 与膜过滤模块分开地外置传感器，因此存在当膜过滤模块交换或配管的替 换时不得不卸下传感器的情况。进一步，传感器交换或传感器增设之际， 需要将用于传送测量值的信息通信网络进行连接变更或再架设，而使关联 的作业工作数变得庞大。另外，专利文献2中记载的以往的技术，存在以下问题对来自所架设的传感器数较少的反面、破损的过滤膜的与过滤水不同的性状的被检测 水进行计测，不能迅速地对破损产生的膜过滤模块进行特定。另外，存在 在膜过滤模块交换或配管的替换时不得不卸下传感器的情况。进一步，传 感器交换或传感器增设之际，需要将用于传送测量值的信息通信网络进行 连接变更或再架设，而使关联的作业工作数变得庞大。发明内容本发明的第一目的在于，提供一种将作为被检测水的过滤水的性状尽可能不改变而由in—situ进行测量的、检测灵敏度优异的膜过滤模块及膜 过滤运行装置。本发明的第二目的在于，提供一种在膜过滤模块等的交换时传感器架 设作业工数不多且的、运用成本低的膜过滤模块及膜过滤运行装置。为了解决上述的课题，本发明的膜过滤模块在膜过滤模块的外壳的过 滤水排出口组装有传感器装置、设置通信装置。由此可将过滤水的形状在 不改变的状态下进行测量，例如，通过使用自组织分散无线网络(ADhoc)
通信方式，即使存在膜过滤模块的交换，也无需对通信方式再进行调整。另外，膜过滤运行装置由用于检测出过滤膜的破损所引起的泄漏的传 感器部分、和用于通过通信而集中管理检测信号的部分构成。在用于检测 出过滤膜的破损所引起的泄漏的传感器部分中，检测出有无过滤膜的破 损。在没有过滤膜的破损所引起的泄漏的状态下，杂质的捕捉较少且过滤 滤光器的透过光达到某一水平，但当通过泄漏而漏曳到过滤水中的杂质由 过滤滤光器进行捕捉且杂质开始由过滤滤光器捕捉时，由于该捕捉杂质而 使光被遮光，从而通过光减少。通过观测该通过光减少的时间变化，来检 测过滤膜破损所引起的泄漏，检测破损。通过将该传感器组装进膜过滤模块，根据检测结果可对破损的膜过滤 模块进行同定。透过光的数据由通信装置发送到计算机中进行一并管理。 另外，从计算机侧向传感器也发送测定间隔/测定定时或数据发送请求等控 制信息。在功能劣化的检测对象为水生物污垢时，通过使用压力传感器可 进行应对。其结果，除了无延迟地检测出破损产生的膜过滤模块之外，根据需要 停止对破损模块的原水供给等，而使确保水质的对策变为可能。本发明的膜过滤模块组装有附带无线通信功能的传感器装置，因此能够将被检测水的性状在不改变的状态下实现in—situ的测量，能提高破损 检测的灵敏度。另外，能进行各模块中的测量，因此能对所破损的模块进 行同定，为了避免处理水质恶化而可迅速采取对策。另外，在膜过滤模块的交换等之际，用于发送测量值的信息通信网络 不需要进行再设定，因此能削减传感器架设相关的作业工作数，能降低成 本。


图1是表示本发明的一实施例的膜过滤模块的构成的图；图2是表示本实施例的过滤膜破损检测用传感器的构成的纵剖面图；图3是表示本实施例的电源电路和通信模块的详细构成的图；图4是表示本实施例的计算机的流程的图；图5是表示本实施例的微处理器的流程的图。

l一原水容器；2 —供水泵；3 —过滤模块；4一过滤膜破损检测传感器; 5 —配管；6 —通信模块；7—阀；8 —通信装置；9一计算机；41 —导水路; 42 —捕捉用滤光器；43 —发光元件；44一受光元件；45—电源电路；46 — 驱动机；47 —驱动用电源；51—杂质；52 —导水配管；53 —配水管；61 — 微处理器；451 —电源；452 —切换器。
具体实施方式
本实施例提供一种以高灵敏度、低成本检测出净水处理、污水处理、 废水处理等中使用的膜过滤模块的功能劣化的方法。在膜过滤模块中组装 有用于测量过滤膜元件的功能劣化的传感器装置、和可由无线方式将该传 感器装置的测量值进行通信的通信装置一体化后的附带无线通信功能的 传感器装置。根据由各传感器装置所检测出的测量值的时间变化等，检测 出泄漏产生的膜过滤模块，采取停止过滤等必要的对策。另外，从膜过滤 设备的监视控制用计算机侧对传感器装置侧发送测定间隔/测定定时或数 据发送请求等控制信息。成为对象的过滤膜元件为有机膜、无机膜(陶瓷 膜、金属膜)等。另外，作为传感器装置使用用于测量透过光的光学传感 器或压力传感器等。实施例利用图1 图5说明本发明的一实施例。图1是表示本实施例的膜过 滤模块的构成的图。图1表示过滤装置的主要构成。如图1所示，过滤装置由贮存有原水 的原水容器1、与原水容器1连接且将原水送到膜过滤模块12的供水泵2、 与供水泵2连接且被分叉的配管10、分别设置于配管10的分叉管的阀7 一l、 7_2、…7—N、分别与阀7连接的过滤模块3 —1、 3—2、…3—N、 将分别与过滤膜3 — 1、 3 — 2、…3—N连接的出口配管5进行合流的配管 11、与设置在各过滤模块3 — 1、 3 — 2、…3—N的通信模块6进行数据通 信的通信装置8、与通信装置8连接的计算机9构成。膜过滤模块12由多个过滤模块3构成，用于检测其内部的过滤膜的 断裂、破损的传感器即过滤膜破损检测传感器4被组装到过滤模块3内。 通信模块6同样也是组入型的、将过滤膜破损检测传感器4的检测数据经 由通信装置8发送到计算机9的通信用的模块。通信模块6从计算机9经 由通信装置8向过滤膜破损检测传感器4发送参数等。对计算机9输入用 于表示过滤设备的状态的设备数据。当由过滤破损检测传感器4检测出过滤模块3的过滤膜的断裂、破坏 时，根据断裂、损伤的程度通过来自计算机9的控制信号对阀进行操作或 者通过人工对阀7进行操作，从而控制送水。图2、图3是详细地表示过滤膜破损检测传感器4、及通信模块6的 图。如图2所示，过滤膜破损检测传感器4设置在过滤模块3的由过滤膜 元件过滤后的水流出的配管即出口配管5内的导水路41上。导水路41形 成为筒状，在导水路41中具备光透过的杂质物质的捕捉用滤光器42。过 滤滤光器使用具有适当的透过粒径且具有光透过性的滤光器。图2表示过滤水从左向右流动的情况，过滤膜未破损时过滤正常进行， 杂质不混入过滤水中。但是，当过滤膜有破损时，原水的一部分未被过滤 而直接泄漏到过滤水侧，且原水中的杂质51的量增大。杂质51由捕捉用 滤光器42捕捉。在此，为了方便将设在这些导水路41内的传感器构成部 件称作传感器装置。按照夹持捕捉用滤光器42且相对的方式设置发光元件43和受光元件 44。来自发光元件43的光通过光透过的杂质物质的捕捉用滤光器42，由 受光元件44检测。该例中使发光元件与受光元件相对，但是按照将所发 出的光透过滤光器后进行受光的方式使用镜子等来形成光路也可。另外， 按照捕捉用滤光器42不由压力等而产生变形的方式，也可以使用硬质滤 光器、或者进行由不会较大地妨碍光透过的增强剂夹持等的处理。在过滤膜破损检测传感器4上设置电源电路45，对发光元件43和受 光元件44供给电源。图3详细地表示电源电路45和通信模块6。电源电路45由电池等电 源451、电源的切换器452构成。通信模块6由微处理器61和通信电路 62构成。通过微处理器61的控制，切换器452对发光元件43、受光元件 44供给电源。另外，微处理器61从电源451向通信电路62始终供给电源。 微处理器61具备模拟一数字变换器(以下ADC)，取入来自受光元件44
的检测电流信号，使用通信电路62进行与外部的通信装置8的通信。微 处理器61的控制信息(数据采取间隔、电源控制信息)经由通信电路62 由通信装置8接收。另一方面，来自发光元件44的发光量的信号、受光元件44的受光量 的信号通过通信模块6例如使用电波与通信装置8进行通信。在此，对过滤膜破损检测传感器4的测量内容进行说明。当发光元件 43以一定的光量进行发光时，在原水未泄漏的正常情况下由受光元件44 检测出随着捕捉用滤光器42的材质而衰减了某程度的光量。当过滤膜破 损、原水泄漏到过滤水侧时，原水中的杂质的一部分堆积到捕捉用滤光器 42而遮住发光元件43的光。因此，由于原水的泄漏而使受光元件44所检 测出的光量减少。根据受光元件44所检测出的光量的减少就能检测出泄 漏的产生、过滤膜的破损。由此，由于过滤膜的破损而使滤光器透过光的衰减变大，对此由过滤 膜破损检测传感器4进行检测，由此能检测出过滤膜的破损。接着，对根据过滤膜破损检测传感器4的检测信号来监视过滤设备全 体的方法进行说明。该监视网络为了监视设备全体，不仅考虑过滤膜破损 检测传感器4的数据收集、也考虑各过滤膜破损检测传感器4的计测定时 等的控制。图4是表示计算机9的流程的图。当开始处理时，由步骤901设定处 理参数。这是用于监视的过滤模块数、和其模块与参数、数据建立对应等 监视所需的计算机9进行设定的参数。该设定中也含有后述的泄漏产生的 判断参数。在步骤902中，对各过滤模块的过滤膜破损检测传感器4设定其测定 条件。即，将感应间隔、感应时间、对一次感应的数据采取次数、数据的 通信条件等监视所需的过滤膜破损检测传感器4的感应参数通过通信装置 8发送到过滤膜检测传感器4。通过步骤901、 902，结束计算机9的监视所需的参数设定，步骤903 以后，移行至用于监视的循环处理。在步骤903中，取得用于表示过滤设 备的运行状态的设备信号。设备信号为压力、流量等动作状况。步骤904中，判断是否接收来自过滤膜破损检测传感器4的信号。过滤膜破损检测传感器4为N个，当接 收来自其中任一个的信号时，行进至步骤905以后的处理。当未接受到信 号时，待机至接收到为止，在步骤903中输入设备信号，对设备的动作条 件始终进行更新。当在步骤904中存在来自过滤膜破损检测传感器4的信号接收时，步 骤905中，将接收数据(测量时刻、测量值)储存到相应的传感器编号的 存储区域。测量值如上所述为透过捕捉用滤光器42的光量，步骤906中， 通过所记录的测量时刻、测量值的数据来计算其时间变化。步骤907中，判断作为测量值的光量变化的时间变化率是否在预先设 定的范围内。若在设定范围内，则判断为光量变化较少或者由于干扰而变 化，返回到步骤903。在光量的时间变化超过设定值范围时，存在泄漏产生的可能性，在步 骤908中，判断光量变化继续时间是否在设定范围内。若从设定范围偏离， 则判断为在其过滤模块中产生泄漏，在步骤909中，通过报警等来显示在 该过滤模块中产生泄漏的情况。当步骤908中的判定为光量变化继续时间在设定范围内时，能判断在 该过滤模块中可能产生泄漏，但为不确定的状况。因此，步骤911中，判断根据需要进一步縮短测量间隔等是否使该模 块的传感器参数变更，在步骤912中，根据判定结果发送参数。通过这些 一连的动作对各模块进行监视，当产生泄漏时，立刻决定破损过滤模块。图1未图示，此时通过通信等而关闭该过滤模块的阀7，也可停止过 滤动作。通过监视时间的结束、操作员的监视结束动作等来结束程序。与 该程序动作分开地进行各传感器或传感器全体的数据的显示、方位 (trend)显示之外也进行设备数据的显示等，但其为通常的计算机处理， 因此对其处理流程进行放弃。另外，有时将计算机9与过滤设备内的通信 网络或互联网连接，由此设备信息、过滤膜破损信息可与操作员共有。在 此，优选采用以下方式通过自组织分散无线网络通信功能、即不经过访 问点(access point)而通信模块6彼此可进行直接通信，即使组装到过 滤模块3的通信模块6存在移动或交换，不再进行通信方式的调整也能够 进行通信。
图5是表示设置在各过滤模块的过滤破损检测传感器4的微处理器61 的流程的图。在动作开始时，在步骤501中进行微处理器自身的参数设定 例如进行使用存储器区域、用于动作的设定信息区等的设定，在步骤502 中，等待从通信装置8经由通信电路62来自计算机9的感应(sensing) 设定参数的接收。在步骤503中，接收参数并设定之后，在步骤504中， 等待通过定时器成为测量时刻的时刻，开始测量。在步骤505中，滤光器的透过光的测量中，首先对在未实施测量的状 态下遮断电源的、发光元件、受光元件供给电源，在步骤506中，从过滤 膜破损检测传感器4求出受光元件的检测光量。测量数据为光量值由ADC进行模拟/数字变换后的数据，采取数据之 后，在步骤507中，停止发光元件、受光元件的电源供给。其后，在步骤 508中，将所测量的时刻和测量数据从通信电路62经由通信装置8向计算 机9发送。等待步骤509中的结束判断，并结束。如图4的步骤912所述， 也存在相应的传感器的参数变更的情况，这作为中断动作在图5所示的步 骤510中执行微处理器61的参数变更。以上，如说明那样，根据本实施例，通过由光透过型的滤光器捕捉 (trap)的杂质所产生的透过光的衰减减光，能迅速地检测出由于过滤膜 的断裂/损伤而使原水泄漏到过滤水侧的情况。另外，可对各传感器的数 据一并管理且能监视膜过滤设备。由此，经由杂质的泄漏，能检测在哪个膜过滤模块的膜中产生损伤，从过滤水的水质确保的观点、膜过滤模块的 迅速补修的观点而言，能提供实用的膜过滤模块。在通过压力检测出过滤膜的破损、损伤时，过滤膜破损检测传感器4 由压力传感器构成，代替上述的光学传感器。另外，除过滤模块3外，通 过阀7等控制设备和通信装置8、计算机9组合后的结构，能实现用于膜 过滤的运行控制的膜过滤运行控制系统。本实施例的膜过滤模块组装有附带无线通信功能的传感器装置，因此 实现被检测水的性状无需改变就可进行in — situ的测量，从而能提高破 损检测的灵敏度。另外，各模块中能进行测量，因此能对破损的模块进行 同定，为了避免处理水质恶化而可迅速采取对策。另外，在膜过滤模块的 交换等之际，不需要将用于发送测量值的信息通信网络进行再设定，能削 减传感器架设相关的作业工作数，使低成本的运用变为可能。因此，从处 理水质确保和成本降低的观点而言，可认为是产业上有效的部件。
权利要求
1、一种膜过滤模块，具备传感器装置，对用于构成膜过滤模块的多个过滤模块内所设置的道水路内过滤膜元件的断裂、破损进行检测；电源装置，设置于所述过滤模块内且对所述传感器装置供给电源；和通信模块，用于发送由所述传感器装置检测出的信号。
2、 根据权利要求1所述的膜过滤模块，其特征在于， 所述传感器装置由光透过的杂质物质的捕捉用滤光器、夹持该捕捉用滤光器且相对配置的发光元件及受光元件构成。
3、 根据权利要求1所述的膜过滤模块，其特征在于， 所述传感器装置通过光学传感器测量所述过滤膜元件的破损。
4、 根据权利要求1 3中任一项所述的膜过滤模块，其特征在于， 所述通信模块与相邻的过滤模块所具备的通信模块之间进行自组织分散无线网络通信。
5、 一种膜过滤运行控制装置，具备膜过滤模块、计算机、和通信装 置，所述膜过滤模块具有对用于构成膜过滤模块的多个过滤模块内所设 置的道水路内过滤膜元件的断裂、破损进行检测的传感器装置、设置于所 述过滤模块且对所述传感器装置供给电源的电源装置、和用于发送所述传 感器装置所检测出的信号的通信模块，所述通信装置与上述计算机连接并 与上述通信模块进行通信，通过所述计算机接收从所述通信模块发送来的 所述传感器装置的信号，对过滤模块的断裂、破损进行监视，设定所述过 滤模块的传感器装置的处理参数，对膜过滤模块进行运行控制。
全文摘要
提供一种检测过滤膜的功能劣化的、可将作为被检水的过滤水的性状尽量不改变而由in-situ进行测量的、在膜过滤模块交换时传感器架设作业工作数也较少的膜过滤模块及膜过滤运行装置。通过在膜过滤模块的外壳的过滤水排出口组装传感器装置、设置通信装置，能测量过滤水的性状，例如通过利用自组织分散无线网络通信，即使存在膜过滤模块的交换，也不需要对通信方式进行再调整。在没有来自过滤膜的泄漏的状态下，杂质物质的捕捉较少且过滤滤光器的透过光达到某一水平，但由于泄漏而漏曳到过滤水中的杂质由过滤滤光器捕捉，通过杂质物质即过滤滤光器的捕捉杂质而使光遮断，从而透过光减少。因此通过观测该透过光减少的时间变化，可检测出过滤膜破损所引起的泄漏，检测出破损。
文档编号B01D65/00GK101152619SQ20071014114
公开日2008年4月2日 申请日期2007年8月8日 优先权日2006年9月28日
发明者原直树, 圆佛伊智朗, 西野由高, 道口由博, 阴山晃治 申请人:株式会社日立制作所