JP2007155458A - Filtration membrane breakage detector, membrane filtration device and filtration membrane breakage detection method - Google Patents
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Abstract
【課題】ろ過膜に破損または損傷が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過膜破損検出器、膜ろ過装置およびろ過膜破損検出方法を提供する。
【解決手段】信号処理部20は、高周波の送信信号を出力し、超音波送受波器12は、送信信号を変換した超音波の送信波を、ろ過膜を含む膜式ろ過モジュール4から流出した透過水へ送信する。そして、超音波送受波器12は、透過水からの反射波を受信して反射信号へ変換し、信号処理部20は、この反射信号に基づき透過水中の粒子の存在を判定し、この粒子の判定結果に基づきろ過膜に破損または損傷が発生したことを検出する。
【選択図】図2An inexpensive filtration membrane breakage detector, a membrane filtration device, and a filtration membrane breakage detection method capable of quickly detecting that a breakage or damage has occurred in a filtration membrane are provided.
A signal processing unit 20 outputs a high-frequency transmission signal, and an ultrasonic transducer 12 flows out an ultrasonic transmission wave obtained by converting the transmission signal from a membrane filtration module 4 including a filtration membrane. Send to permeate. Then, the ultrasonic transducer 12 receives the reflected wave from the transmitted water and converts it into a reflected signal, and the signal processing unit 20 determines the presence of particles in the transmitted water based on the reflected signal, and Based on the determination result, it is detected that the filtration membrane is broken or damaged.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ろ過膜破損検出器、膜ろ過装置、ろ過膜破損検出方法およびろ過モジュールの漏洩検出器に関し、特に、ろ過膜に破損または損傷が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過膜破損検出器、膜ろ過装置およびろ過膜破損検出方法、ならびに膜式ろ過モジュールに漏洩が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過モジュールの漏洩検出器、膜ろ過装置およびろ過モジュールの漏洩検出方法に関する。 The present invention relates to a filtration membrane breakage detector, a membrane filtration device, a filtration membrane breakage detection method, and a leak detector for a filtration module, and in particular, an inexpensive filtration membrane breakage that can quickly detect that a filtration membrane is broken or damaged. The present invention relates to a detector, a membrane filtration device, a filtration membrane breakage detection method, a leak detector for an inexpensive filtration module that can quickly detect that a leak has occurred in a membrane filtration module, a membrane filtration device, and a leak detection method for a filtration module.
膜ろ過は、所定の細孔を有するろ過膜により原水をろ過して不純物含有率の低いろ過水を得る水処理方法であり、比較的簡単な設備で清澄な水を得られる。膜ろ過装置の多くは、中空糸膜からなる多数のろ過膜をモジュール化した膜式ろ過モジュールを複数備え、これらの膜式ろ過モジュールを並列運転することにより、所要のろ過水量を得ている。 Membrane filtration is a water treatment method in which raw water is filtered through a filtration membrane having predetermined pores to obtain filtered water having a low impurity content, and clear water can be obtained with relatively simple equipment. Many membrane filtration apparatuses are provided with a plurality of membrane filtration modules obtained by modularizing a large number of filtration membranes made of hollow fiber membranes, and the required filtration water amount is obtained by operating these membrane filtration modules in parallel.
原水を凝集沈殿処理または砂ろ過処理すると、比較的大きい固形物は取り除かれる。しかし、固形物、細菌、バクテリアやそれらの死骸などからなり、原水中に懸濁または浮遊している微細な粒子(不純物粒子)は、あまり除去されない。しかし、膜ろ過処理によれば、使用するろ過膜の細孔を適切に選択することにより、不純物粒子の大部分が除去され、飲用や精密洗浄など、目的に応じた清澄なろ過水が得られる。 When raw water is subjected to a coagulation sedimentation process or a sand filtration process, relatively large solids are removed. However, fine particles (impurity particles) made of solid matter, bacteria, bacteria or their dead bodies and suspended or suspended in the raw water are not removed much. However, according to the membrane filtration treatment, by appropriately selecting the pores of the filtration membrane to be used, most of the impurity particles are removed, and clear filtered water suitable for purposes such as drinking and precision washing can be obtained. .
しかし、ろ過膜は、経時劣化や膜ろ過装置の運転ミスなどにより、破損や損傷(切断、部分的な裂傷、孔食など)を生じることがある。ろ過膜の破損や損傷を放置すると、原水がろ過水側に漏洩(リーク)して不純物粒子がろ過水中に混入し、ろ過水の水質が低下する。また、膜ろ過装置では、膜式ろ過モジュール内で、原水とろ過水とを分ける接続部などが劣化して漏洩が生じることもある。 However, the filtration membrane may be damaged or damaged (cutting, partial laceration, pitting corrosion, etc.) due to deterioration with time or operation mistake of the membrane filtration device. If the filtration membrane is left damaged or damaged, the raw water leaks to the filtered water side, causing impurity particles to enter the filtered water, and the quality of the filtered water deteriorates. Moreover, in a membrane filtration apparatus, the connection part etc. which divide raw | natural water and filtered water etc. deteriorate in a membrane-type filtration module, and a leak may arise.
したがって、ろ過水質の低下を防止するには、ろ過膜の破損や損傷の発生を迅速に発見し、ろ過膜の完全性(破損や損傷による漏洩がないこと)を常に検証しておく必要がある。ろ過膜の破損や損傷が迅速に発見できれば、このろ過膜による膜ろ過処理を直ちに停止してろ過水の水質低下を抑止でき、さらに、修理や交換などの対策を速やかに行えるので、ろ過処理容量の維持にもつながる。さらに、膜式ろ過モジュールでは、ろ過膜の破損や損傷を原因による漏洩のほか、他の原因による漏洩も発見できることが好ましい。 Therefore, in order to prevent deterioration of filtered water quality, it is necessary to quickly detect the occurrence of breakage or damage of the filtration membrane and always verify the integrity of the filtration membrane (no leakage due to breakage or damage). . If breakage or damage of the filtration membrane can be detected quickly, the membrane filtration treatment with this filtration membrane can be stopped immediately to prevent degradation of the filtered water quality, and furthermore, measures such as repair and replacement can be taken promptly. It also leads to maintenance. Further, in the membrane filtration module, it is preferable that leakage due to breakage or damage of the filtration membrane can be detected as well as leakage due to other causes.
従来、ろ過膜モジュールの完全性試験方法には、例えば次のような方法が知られている(非特許文献1参照)。
第1の方法: ろ過水(処理水)中の微粒子の数(または、数と大きさ)を、光学的に計測する方法(「微粒子計測法」、「微粒子観測法」)。
第2の方法: ろ過水の濁度を、濁度計を用いて光学的に計測する方法(「濁度観測法」)。
第3の方法: ろ過膜の片側に圧力を印加し、その際の挙動や変化を観測する方法(「プレッシャーホールド法」、「バブルポイント法」、「音波調査法」)。
Conventionally, for example, the following method is known as a method for testing the integrity of a filtration membrane module (see Non-Patent Document 1).
First method: A method of optically measuring the number (or number and size) of fine particles in filtered water (treated water) (“fine particle measurement method”, “fine particle observation method”).
Second method: A method of optically measuring the turbidity of filtered water using a turbidimeter ("turbidity observation method").
Third method: A method in which pressure is applied to one side of the filtration membrane and the behavior and changes at that time are observed (“pressure hold method”, “bubble point method”, “sonic wave survey method”).
また、従来、膜ろ過装置から流出する透過水の一部を膜モジュールに導入し、この膜モジュールから流出する濃縮水の単位体積あたりの微粒子数を、光散乱型の光学式微粒子計を用いて計数し、この計数した微粒子数によって、膜破損を検出する膜破損検出装置が知られている(特許文献1参照)。 Conventionally, a part of the permeate flowing out from the membrane filtration device is introduced into the membrane module, and the number of fine particles per unit volume of the concentrated water flowing out from the membrane module is measured using a light scattering type optical particle meter. A film breakage detection device that counts and detects film breakage based on the counted number of fine particles is known (see Patent Document 1).
しかし、前記した第1の方法では、光学的に粒子を捉えるため、検出器の光源、受光センサ、光学系について、軸合わせおよび調整が難しい問題点があった。また、投光面または受光面に不純物などが付着して曇り、検出が不正確になることがある問題点があった。さらに、受光センサや光学系は一般に高価であるため、検出器も相対的に高価になる問題点があった。 However, since the first method described above optically captures particles, there is a problem in that it is difficult to align and adjust the light source, light receiving sensor, and optical system of the detector. In addition, there is a problem that the detection or inaccuracy may occur due to fogging due to impurities or the like adhering to the light projecting surface or the light receiving surface. Furthermore, since the light receiving sensor and the optical system are generally expensive, the detector is also relatively expensive.
また、膜ろ過装置は、一般に、多数のろ過膜モジュールを備えているが、高価な検出器をすべてのろ過膜モジュールに設置するには、多額の費用がかかる。そこで、少数の検出器を備えることとした場合、漏洩が発生したろ過膜モジュールを特定するために、検出位置を変えて探索したり、ろ過水の採取位置を切り替えて計測したりする必要があり、手間が掛かるのみならず、迅速な検出ができない問題点があった。 In general, the membrane filtration apparatus includes a large number of filtration membrane modules. However, it is expensive to install expensive detectors in all the filtration membrane modules. Therefore, when it is decided to provide a small number of detectors, it is necessary to search by changing the detection position or to change the sampling position of the filtrate water in order to identify the filtration membrane module in which the leak has occurred. In addition to the time and effort, there is a problem that rapid detection is not possible.
また、前記した第2の方法では、光学的方法を用いているため、前記した第1の方法と同様の問題点があった。さらに、可視光の散乱や透過によりろ過水中の単位体積あたりの粒子の量を間接的に観測しているので、検出結果を得るまでに時間がかかり、低い濁度域での感度が低い問題点があった。 Further, since the second method described above uses an optical method, there is a problem similar to that of the first method described above. Furthermore, since the amount of particles per unit volume in filtered water is indirectly observed by scattering and transmission of visible light, it takes time to obtain detection results, and the sensitivity is low in low turbidity regions. was there.
また、前記した第3の方法では、試験を行うごとに膜ろ過を中断してろ過膜に圧力差を与える必要があるため、ろ過膜の破損や損傷を継続的に監視できず、ろ過膜の破損や損傷を発見するまでに時間がかかる問題点があった。さらに、試験を行うたびに、膜ろ過処理を中断するため、ろ過装置の運転や再開を行う手間が掛かり、また、試験中はろ過水の供給が休止されるため、膜ろ過装置の利用効率が低下する問題点があった。 In addition, in the third method described above, it is necessary to interrupt the membrane filtration every time the test is performed and to apply a pressure difference to the filtration membrane. Therefore, the filtration membrane cannot be continuously monitored for breakage or damage. There was a problem that it took time to discover breakage and damage. In addition, every time a test is performed, the membrane filtration process is interrupted, so it takes time to operate and restart the filtration device, and the supply of filtered water is suspended during the test. There was a problem of decreasing.
また、従来の膜破損検出装置(特許文献1記載)では、検出用の濃縮水を得るために、透過水を分岐するためのラインと、透過水から濃縮水を得るための膜モジュールを設置している。このため、構成が複雑になり、管理に手間が掛かる問題点があった。また、漏洩が生じてから、漏洩を検出するのに充分な濃度に検出用の濃縮中の微粒子が濃縮されるまで、時間がかかる問題点があった。さらに、この膜破損検出装置は、光散乱型の光学式微粒子計を用いているので、前記した第1の方法と同様の問題点があった。 Further, in the conventional membrane breakage detection device (described in Patent Document 1), a line for branching the permeate and a membrane module for obtaining the concentrate from the permeate are installed in order to obtain the concentrate for detection. ing. For this reason, there has been a problem that the configuration becomes complicated and management takes time. In addition, there is a problem that it takes time from the occurrence of leakage until the fine particles being concentrated for detection are concentrated to a concentration sufficient to detect the leakage. Further, since this film breakage detection apparatus uses a light scattering type optical particle meter, there is a problem similar to that of the first method described above.
そこで、本発明は、ろ過膜に破損または損傷が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過膜破損検出器、膜ろ過装置およびろ過膜破損検出方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、膜式ろ過モジュールに漏洩が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過モジュールの漏洩検出器、膜ろ過装置およびろ過モジュールの漏洩検出方法を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive filtration membrane breakage detector, a membrane filtration device, and a filtration membrane breakage detection method that can quickly detect that a breakage or damage has occurred in a filtration membrane.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an inexpensive filtration module leakage detector, a membrane filtration device, and a filtration module leakage detection method capable of quickly detecting that a leakage has occurred in the membrane filtration module.
本発明のろ過膜破損検出器は、原水をろ過膜によりろ過して透過水を得る膜ろ過装置から流出した前記透過水へ超音波の送信波を送信し、当該透過水からの反射波に基づき前記透過水中の粒子の存在を判定し、当該粒子の判定結果に基づき前記ろ過膜に破損または損傷が発生したことを検出することを特徴とする。 The filtration membrane breakage detector of the present invention transmits an ultrasonic transmission wave to the permeated water that has flowed out of a membrane filtration device that obtains permeated water by filtering raw water through a filtration membrane, and based on the reflected wave from the permeated water The presence of particles in the permeated water is determined, and it is detected that the filtration membrane is broken or damaged based on the determination result of the particles.
本発明の膜ろ過装置は、原水をろ過して透過水を得るろ過膜を含む複数の膜式ろ過モジュールと、複数の前記膜式ろ過モジュールの下流側にそれぞれ介挿され通信装置を備えた本発明の複数のろ過膜破損検出器と、前記ろ過膜破損検出器から前記ろ過膜に破損または損傷が発生したことを示す検出信号を受信する受信装置を含み、当該検出信号に基づいて制御を行う制御装置と、を具備したことを特徴とする。 The membrane filtration device of the present invention includes a plurality of membrane filtration modules including a filtration membrane that filters raw water to obtain permeated water, and a book provided with a communication device that is respectively inserted downstream of the plurality of membrane filtration modules. A plurality of filtration membrane breakage detectors of the invention, and a receiving device that receives a detection signal indicating that the filtration membrane is broken or damaged from the filtration membrane breakage detector, and performs control based on the detection signals And a control device.
本発明のろ過膜破損検出方法は、原水をろ過膜によりろ過して透過水を得る膜ろ過装置から流出した前記透過水へ超音波の送信波を送信し、当該透過水からの反射波に基づき前記透過水中の粒子の存在を判定し、当該粒子の判定結果に基づき前記ろ過膜に破損または損傷が発生したことを検出することを特徴とする。 The filtration membrane breakage detection method of the present invention transmits an ultrasonic transmission wave to the permeated water that has flowed out of a membrane filtration device that obtains permeated water by filtering raw water through a filtration membrane, and is based on the reflected wave from the permeated water. The presence of particles in the permeated water is determined, and it is detected that the filtration membrane is broken or damaged based on the determination result of the particles.
本発明によれば、ろ過膜に破損または損傷が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過膜破損検出器、膜ろ過装置およびろ過膜破損検出方法を提供できる。
また、本発明によれば、膜式ろ過モジュールに漏洩が発生したことを迅速に検出できる安価なろ過モジュールの漏洩検出器、膜ろ過装置およびろ過モジュールの漏洩検出方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive filtration membrane breakage detector, a membrane filtration device, and a filtration membrane breakage detection method that can quickly detect that the filtration membrane is broken or damaged.
Further, according to the present invention, it is possible to provide an inexpensive filtration module leakage detector, a membrane filtration device, and a filtration module leakage detection method capable of quickly detecting that a leakage has occurred in the membrane filtration module.
次に、本発明による実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
(第1実施形態)
まず、図1を参照し、第1実施形態の膜ろ過装置100の構成および処理フローについて説明する。
Next, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, with reference to FIG. 1, the structure and process flow of the membrane filtration apparatus 100 of 1st Embodiment are demonstrated.
膜ろ過装置100は、河川などから取水した原水W1をろ過膜でろ過して、原水W1中の供給水として用いるためのろ過水W2を生成するものであって、原水タンク1と、送水ポンプ2と、N個のバルブ3と、N個の膜式ろ過モジュール4と、N個のろ過膜破損検出器10とを具備している。ここで、Nは、1以上の自然数である。
The membrane filtration apparatus 100 filters raw water W1 taken from a river or the like with a filtration membrane to generate filtered water W2 to be used as supply water in the raw water W1. The raw water tank 1 and a
バルブ3と、膜式ろ過モジュール4と、ろ過膜破損検出器10とからなる組の数(=N)を少なくするほど、膜ろ過装置100が簡素になり、設置や維持などが低費用で済む。この組の数(=N)を大きくするほど、膜ろ過装置100の処理容量が大きくなり、また、一部の膜式ろ過モジュール4について保守作業を行っているとき、処理容量の低下率が少なくて済む。
The smaller the number (= N) of the
原水タンク1は、膜ろ過装置100外の河川や湖沼などから原水W1を受け入れて貯留している。原水W1は、前記したように、不純物粒子を含んでいる。原水W1を原水タンク1に受け入れる前に、あらかじめ凝集沈殿処理または砂ろ過処理を施しておけば、比較的大きな固形物が取り除かれ、膜式ろ過モジュール4の負荷を小さくできる。
The raw water tank 1 receives and stores raw water W1 from rivers and lakes outside the membrane filtration device 100. As described above, the raw water W1 contains impurity particles. If coagulation sedimentation processing or sand filtration processing is performed in advance before the raw water W1 is received in the raw water tank 1, relatively large solids are removed, and the load on the
送水ポンプ2は、動力ポンプであり、原水タンク1から原水W1を吸引し、送水管を通じて圧出する機能を有する。送水ポンプ2は、さらに、送水ポンプ2の運転を制御する制御盤(図示せず)と、この制御盤に接続された通信装置(図示せず)とを含む。
The
送水ポンプ2からの送水管は、N本の配管11に分岐され、再び1本の出水管に収束されている。後記するように、送水ポンプ2の送水管から圧出された原水W1は、配管11の各々に介挿された膜式ろ過モジュール4で膜ろ過処理されてろ過水W2となり、再び合流して、供給水として、出水管を通じ膜ろ過装置100外へ送水される。
The water supply pipe from the
N本の分岐された配管11には、それぞれ、送水方向順に、バルブ3と、膜式ろ過モジュール4と、ろ過膜破損検出器10とが介挿されている。バルブ3に加えて、あるいは、バルブ3の代わりに、同様のバルブ(図示せず)を、膜式ろ過モジュール4の下流側に介挿してもよい。
A
バルブ3は、開閉バルブであって、配管11を開閉する機能を有する。バルブ3はさらに、開閉状態を切り替えるアクチュエータと、このアクチュエータを制御する制御盤と、この制御盤に接続された通信装置(いずれも図示せず)とを含んでいる。
The
膜式ろ過モジュール4は、ろ過膜(図示せず)を含み、圧送された原水W1をこのろ過膜によってろ過して、原水W1中の不純物粒子を取り除き、ろ過水W2を生成する膜ろ過機能を有する。この膜式ろ過モジュール4は、典型的には、多数の中空糸膜を含む中空糸膜モジュールであって、中空糸膜中に原水W1を巡回させて、中空糸膜の細孔を透過したものをろ過水W2として出水し、細孔を透過できない不純物や懸濁物を多く含むものを濃縮水として処理系外へ排出する。ろ過膜は、例えば、MF膜(精密ろ過膜)またはUF膜(限外ろ過膜)であり、また、その形式は、中空糸膜のほか、平膜、スパイラル膜、プリーツ膜などのいずれでもよい。
The
このろ過膜の細孔は、バクテリアなどの不純物や懸濁物のほとんどを除去するのに充分な程度に小さいため、膜式ろ過モジュール4によれば、例えば上水用として適切な水質のろ過水W2が得られる。このろ過膜は、基本的に故障が少なく信頼性が高いが、経年劣化や運転ミスなどにより、破損や損傷を生じることがある。仮に、この破損や損傷を放置しておくと、ろ過水W2中に原水W1が混入し、ろ過水W2の水質が低下することとなる。そこで、次に述べるように、ろ過膜破損検出器10を備えて、ろ過膜の破損及び損傷を迅速に検出できるようにしている。
Since the pores of the filtration membrane are small enough to remove most impurities and suspensions such as bacteria, according to the
ろ過膜破損検出器10は、ろ過水W2中の不純物粒子の存在を判定することにより、膜式ろ過モジュール4に破損または損傷が発生したことを検出する機能を有する。原水W1には不純物粒子が含まれ、ろ過水W2には不純物粒子がほとんど含まれていないので、ろ過水W2中に不純物粒子が有意に含まれていることは、膜式ろ過モジュール4のろ過膜に破損または損傷が生じていることを意味する。
The filtration
また、ろ過膜破損検出器10は、ろ過水W2中の不純物粒子の存在を判定することにより、膜式ろ過モジュール4に漏洩が発生したことを検出するろ過モジュールの漏洩検出器として用いてもよい。原水W1には不純物粒子が含まれ、ろ過水W2には不純物粒子がほとんど含まれていないので、ろ過水W2中に不純物粒子が有意に含まれていることは、膜式ろ過モジュール4に漏洩が生じていることを意味する
Further, the filtration
ろ過膜破損検出器10は、膜式ろ過モジュール4から流出したろ過水W2に超音波(送信波)を送信し、その反射波を解析して不純物粒子の存在を判定し、この判定結果に基づいてろ過膜の破損ないし損傷の発生を検出する。ろ過膜破損検出器10はさらに、通信機能を有し、この検出結果を示す検出信号を制御装置6へ送信する。なお、ろ過膜破損検出器10の詳細な構成例および動作例については、図2を参照して後記する。
The filtration
制御装置6は、膜ろ過装置100の各部を制御する制御機能を有し、送水ポンプ2、N個のバルブ3、および、N個のろ過膜破損検出器10の各々と、有線または無線により、別個のチャネルで通信可能な通信装置(図示せず)を含んでいる。
The
制御装置6は、ろ過膜破損検出器10のいずれかから、膜式ろ過モジュール4の破損ないし損傷を表す検出信号を受信すると、このろ過膜破損検出器10の上流側に位置するバルブ3へ、閉鎖命令を送信する。バルブ3は、閉鎖命令を受信すると、閉鎖状態となってこの配管11を通じた送水を停止させるので、この下流側に位置する膜式ろ過モジュール4での膜ろ過処理が停止される。
When the
こうして、破損ないし損傷を生じた膜式ろ過モジュール4での膜ろ過処理が停止されるため、ろ過水W2に原水W1が混入せず、膜ろ過装置100から流出するろ過水W2(供給水)の水質低下が防止される。また、破損ないし損傷を生じた膜式ろ過モジュール4での処理は停止されるが、他の膜式ろ過モジュール4での処理を継続できるため、処理容量の低下を最小限に留めることができる。この場合、閉鎖したもの以外のバルブ3の開度を調整し、他の膜式ろ過モジュール4へかかる圧力を調整することが好ましい。
Thus, the membrane filtration process in the
また、制御装置6は、所定数を超えるろ過膜破損検出器10から破損または損傷を表す検出信号を受信するなど、膜ろ過装置100における重大な障害を検知した場合は、送水ポンプ2へ、運転停止命令を示す制御信号を送信する。こうして、送水ポンプ2が停止状態となって原水W1の送水が停止するので、膜ろ過装置100における膜ろ過処理が停止される。さらに、制御装置6は、膜ろ過装置100において、前記したものを含む何らかの障害を検知した場合、その旨を、膜ろ過装置100外へ送信するようにしてもよい。
When the
この膜ろ過装置100によれば、次の効果が得られる。
(1)膜式ろ過モジュール4に近接してろ過膜破損検出器10を配置することにより、ろ過膜の破損または損傷が発生したことをより迅速に検出できる。
(2)ろ過膜破損検出器10は、後記するように、安価に製造できるので、低費用ですべての膜式ろ過モジュール4に付設できる。したがって、破損または損傷が発生した膜式ろ過モジュール4を迅速に特定できる膜ろ過装置100を、低費用で構築できる。
(3)破損または損傷が生じた膜式ろ過モジュール4の上流側のバルブ3を選択的に閉鎖するので、供給水となるろ過水W2の汚染を防止しつつ、処理容量の低下を局限できる。
(4)膜式ろ過モジュール4の数を増やして、処理容量を大きくすることができ、また、膜式ろ過モジュール4の数を減らして、簡易な構成とすることが容易である。
(5)ろ過水W2を定常的に監視するので、検査に伴う運転停止の必要がない。このため、ろ過膜の破損または損傷の発生およびその発生箇所が迅速に特定され、検査を省力化でき、検査や保守に伴う処理容量の欠損や水質の低下が小さくて済む。
(6)ろ過膜破損検出器10をろ過モジュールの漏洩検出器として用いることにより、膜式ろ過モジュール4に漏洩が発生したことをより迅速に検出でき、前記した(2)〜(5)の効果も同様に得られる。
According to the membrane filtration device 100, the following effects can be obtained.
(1) By disposing the filtration
(2) Since the filtration
(3) Since the
(4) The number of
(5) Since the filtered water W2 is constantly monitored, there is no need to stop the operation accompanying the inspection. For this reason, the occurrence of breakage or damage of the filtration membrane and the occurrence location thereof can be quickly identified, labor can be saved in the inspection, and the loss of processing capacity and the deterioration of water quality associated with the inspection and maintenance can be reduced.
(6) By using the filtration
次に、図2に示すろ過膜破損検出器10を配管11(図1参照)の長手方向に沿って切断した断面を参照し、ろ過膜破損検出器10について、詳細に説明する(適宜、図1参照)。なお、図2に示す配管11において、ろ過水W2は、左手側(上流側)から流入し、右手側(下流側)へ流出するものとする。
Next, the filtration
ろ過膜破損検出器10は、膜式ろ過モジュール4の下流側の配管11の一部と、超音波送受波器12と、この超音波送受波器12に接続された信号処理部20と、整流器13とを含んで構成されている。ろ過膜の破損または損傷の発生を迅速に検出するため、膜式ろ過モジュール4からろ過膜破損検出器10までの配管11の長さは、短いほうが好ましい。
The filtration
超音波送受波器12は、信号処理部20からの高周波電気信号(送信信号)を超音波(送信波)に変換して出力し、また、ろ過水W2中から反射された超音波(反射波)を受けて高周波電気信号(反射信号)に変換し、信号処理部20へ出力する電気音響変換素子である。超音波送受波器12には、例えば、圧電素子を含む圧電型の超音波トランスデューサを用いることができる。圧電型の超音波トランスデューサは一般に安価であり、また、ろ過水W2中に長期間浸漬しても支障がないため、保守の手間を省くことができる。さらに、超音波を利用しているため、光学式センサと異なり、受光窓などの曇りにより検出精度が落ちる障害が生じない。この超音波送受波器12は、超音波の送受波面を下流側に向けて、支持部材(図示せず)によって、配管11内に保持されている。
The
また、超音波送受波器12は、収束型であって、この超音波送受波器12の送受波ビームは、超音波送受波器12の送波面に対して所定の位置(距離および方向)にある焦点Fに合焦する。したがって、焦点Fにおいて、送信波のエネルギー密度が最大となる。また、焦点Fに粒子Pが位置するとき、反射信号の利得が最大になる。具体的には、超音波送受波器12は、送受波面を凹面状とするか、超音波レンズを付加するなどして、収束型とする。
The
整流器13は、漏斗状の形状を有し、ろ過水W2を収束する収束機能と、その流れを安定させる整流機能を提供する。整流器13の上流側の開口部は、超音波送受波器12の直径(配管11の径方向と同じ方向における寸法)よりもやや大きい直径で開口している。この上流側の開口部に超音波送受面を含む超音波送受波器12の一部が挿入され、超音波送受波器12と整流器13との間隙によって、入口流路13iが形成されている。整流器13の下流側の開口部は、収束された超音波の強度分布に実質的に影響を与えない程度に絞られ、この開口部に出口流路13oが形成されている。整流器13は、超音波送受波器12の焦点Fが、出口流路13o内に位置するように、支持部材(図示せず)によって、配管11内に保持されている。
The
ろ過膜破損検出器10では、ろ過水W2の一部は、入口流路13iへ流入し、整流器13内部で収束および整流がなされ、出口流路13oから流出する。このため、出口流路13o内では、ろ過水W2の流れおよび流速が安定化されている。したがって、ろ過水W2とともに入口流路13iから流入した粒子Pは、整流器13によって出口流路13oへ集められ、一定した移動方向および速度で、超音波送受波器12の焦点近傍を通過することとなる。
In the filtration
このため、膜式ろ過モジュール4のろ過膜に破断や損傷が発生し、原水W1がろ過水W2側へ漏洩すると、原水W1に含まれる不純物粒子が超音波送受波器12の焦点F付近を通過する。超音波送受波器12からの送信波は、反復して送信されているため、不純物粒子が焦点F付近を通過するとき、この送信波が強いエネルギーで反射される。そして、この送信波の反射波が、超音波送受波器12で受波される。
For this reason, when the membrane of the
信号処理部20は、所定のタイミングで送信信号を生成して超音波送受波器12へ送出し、超音波送受波器12からの反射信号を解析して不純物粒子の存在を判定し、この判定結果に基づいて、ろ過膜の破損ないし損傷の発生を検出する機能を有し、配管11の外部に設置され、超音波送受波器12と電気的に結線されている。
The
図3に示すように、信号処理部20は、タイミング信号発生器201と、送信波形メモリ211と、D−A変換器212と、増幅器213と、送受切替器221と、遅延器231と、受信増幅器241と、ミキサ232と、A−D変換器233と、A−D変換器243と、混合波形メモリ234と、反射波形メモリ244と、解析器251と、通信装置252とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
タイミング信号発生器201は、信号処理部20内の各部の動作タイミングの基準となるタイミング信号を発生し、各部へ供給する。以下、タイミング信号が動作タイミングを与える周期を、タイミング周期という。
The timing signal generator 201 generates a timing signal that serves as a reference for the operation timing of each unit in the
送信波形メモリ211は、少なくともパルス1個分の波形のデータ(送信信号データ)を格納していて、1タイミング周期中にパルス1個分の送信信号データを、D−A変換器212へ出力する。
D−A変換器212は、この送信信号データをデジタル−アナログ変換し、送信信号を生成する。
増幅器213は、超音波送受波器12(図2参照)で充分な超音波出力が得られるレベルまでこの送信信号を増幅し、送受切替器221へ出力する。
The
The
The
送受切替器221は、超音波の送受を切り替えるための回路である。送受切替器221は、送信状態のとき、増幅器213と超音波送受波器12(図2参照)とを接続し、受信状態のとき、超音波送受波器12(図2参照)と受信増幅器241とを接続する。送受切替器221は、タイミング信号を参照し、増幅器213からの送信信号の出力開始時から、送信信号のパルス幅Δt分の時間が経過するまで(実際には、これらの前後に多少の余裕を付加した期間)、送信状態となる。その他の期間、送受切替器221は、受信状態となる。こうして、送受切替器221が送信状態となって超音波送受波器12から送信波が送信された後、送受切替器221が受信状態となって超音波送受波器12によって反射波から変換された反射信号が受信される。
The transmission /
受信増幅器241は、低雑音で低歪度の小信号増幅器であって、超音波送受波器12から送受切替器221を経て入力された反射信号を、後段の処理に充分なレベルに増幅し、ミキサ232および反射波形メモリ244へ送出する。
The
遅延器231は、D−A変換器212からの送信信号を、所定の遅延時間分遅らせて、ミキサ232へ出力する。遅延を行うことにより、ミキサ232へ入力される送信信号(遅延送信信号)の位相と、反射信号の位相とが一致するようにする。遅延時間は、超音波送受波器12から焦点Fまで距離および水中での音速を基に超音波が往復する時間を算出し、これに回路の遅延時間を加算して求めることができるが、実際のろ過膜破損検出器10を用いて、実験的に求めてもよい。
The
ミキサ232は、遅延送信信号と反射信号とを混合し、低周波分を取り出した混合信号を、A−D変換器233へ出力する。つまり、ミキサ232は、遅延送信信号を基準として反射信号を復調する復調機能を有し、混合信号は、遅延送信信号の周波数に対する反射信号の周波数差を表す。こうして、反射波の周波数変化が得られ、この周波数変化は、反射体の移動による超音波のドプラ変化を意味する。
The
A−D変換器233は、混合信号をアナログ−デジタル変換して混合波形データを生成し、混合波形メモリ234へ出力する。
混合波形メモリ234は、混合波形データを少なくとも1パルス分格納する。
A−D変換器233および混合波形メモリ234は、タイミング信号を参照し、受信時間帯(送受切替器221が受信状態である時間帯)におけるデータを処理するように構成することにより、回路規模を縮小化できる。
The A /
The
The
A−D変換器243は、反射信号をアナログ−デジタル変換して反射波形データを生成し、反射波形メモリ244へ出力する。
反射波形メモリ244は、反射波形データを少なくとも1パルス分格納する。
A−D変換器243および混合波形メモリ234は、タイミング信号を参照し、受信時間帯(送受切替器221が受信状態である時間帯)におけるデータを処理するように構成することにより、回路規模を縮小化できる。
The
The reflected
The
混合波形メモリ234および反射波形メモリ244は、タイミング信号を参照し、1タイミング周期ごとに1パルス分の混合波形データおよび反射波形データを、各々解析器251へ出力する。
The
解析器251は、タイミング信号を参照し、1回の超音波の送受信ごとに、混合波形データおよび反射波形データを解析して、膜式ろ過モジュール4(図1参照)のろ過膜に破損または損傷が発生したかどうかを判定するろ過膜損傷判定処理(図7を参照して後記する)を行い、判定結果を通信装置252へ出力する。ろ過膜損傷判定処理には、ドプラ周波数の検出処理および反射強度の算出による粒子径算出処理が含まれる。
The
通信装置252は、ろ過膜に破損または損傷が発生した旨の判定結果が入力されたとき、制御装置6または他の外部装置へ検出信号を送信する。通信装置252はさらに、制御装置6または他の外部装置から信号を受信し、解析器251に各処理に用いるパラメータを設定する機能を有してもよい。
The
次に、図4を参照し、信号処理部20内の各信号についてと、不純物粒子の移動速度を求める概念について説明する。各信号のタイミングは、横軸方向に一致させて示す。
Next, with reference to FIG. 4, the concept of obtaining the moving speed of the impurity particles will be described for each signal in the
図4(a)に示す送信信号は、タイミング信号によって供給される動作タイミングとほとんど一致する送信開始時刻t1,t3,t5,…から、パルス幅Δtを経過するまで送信される。送信開始時刻t1,t3,t5,…の間隔は、タイミング周期と同一である。 The transmission signal shown in FIG. 4A is transmitted from the transmission start times t1, t3, t5,... Almost coincident with the operation timing supplied by the timing signal until the pulse width Δt elapses. The interval between the transmission start times t1, t3, t5,... Is the same as the timing period.
図4(b)に示す反射信号は、超音波送受波器12から焦点Fまで超音波がろ過水W2を往復する時間と回路遅延分とを加算した時間分、前記した送信開始時刻t1,t3,t5,…から遅れた受信時刻t2,t4,t6,…から、パルス幅Δtを経過するまで受信される。
The reflected signal shown in FIG. 4B is the transmission start times t1 and t3 described above, which is the time obtained by adding the time required for the ultrasonic waves to reciprocate the filtered water W2 from the
図4(c)に示す遅延送信信号は、図4(a)に示す送信信号を、図4(b)に示す反射信号に対応する遅延時間分、遅延させた信号である。 The delayed transmission signal shown in FIG. 4 (c) is a signal obtained by delaying the transmission signal shown in FIG. 4 (a) by a delay time corresponding to the reflected signal shown in FIG. 4 (b).
図4(d)に示す混合信号は、ミキサ232(図3参照)からの出力であり、反射信号と遅延送信信号とを混合し、低周波成分を抽出したものである。ミキサ232からは、反射信号があるときにレベルが高くなり、反射体である不純物粒子の移動に伴って出力が変化する。各々の出力値は反射信号の振幅に応じて若干変動するが、複数の送受信パルスに対応する反射信号を混合波形メモリ234(図3参照)および反射波形メモリ244(図3参照)に記憶して同様に処理すると、その基本周波数はドプラ周波数となる。
The mixed signal shown in FIG. 4D is an output from the mixer 232 (see FIG. 3), and the low frequency component is extracted by mixing the reflected signal and the delayed transmission signal. From the
なお、本実施形態では、超音波送受波器12(図2参照)の焦点F付近でろ過水W2の流れが一定になるように整流器13を設けているので、焦点F付近を移動する不純物粒子の移動速度および移動方向が安定し、不純物粒子からの反射波のドプラ周波数を正確に検出できる。
In this embodiment, since the
解析器251(図3参照)は、出口流路13o(図2参照)での流速とほぼ同じ移動速度の反射体に関するデータを、不純物粒子の検出データとして用い、この流速からかけ離れた移動速度の反射体に関するデータを検出対象としないことにより、不純物粒子の誤検出を減少させることができる。 The analyzer 251 (see FIG. 3) uses the data regarding the reflector having the moving speed almost the same as the flow velocity in the outlet channel 13o (see FIG. 2) as the detection data of the impurity particles. By not using data related to the reflector as a detection target, erroneous detection of impurity particles can be reduced.
図5を参照し、不純物粒子の粒径を算出する概念について説明する。図5(a)〜図5(c)はいずれも、1パルス分の波形の一例であり、図4と同様に、横軸方向にタイミングを一致させて示す。 The concept of calculating the particle size of the impurity particles will be described with reference to FIG. Each of FIGS. 5A to 5C is an example of a waveform for one pulse, and the timing is shown in the horizontal axis direction in the same manner as in FIG.
図5(a)に示すように、遅延送信信号は、パルス幅Δtの間、振幅は一定であるが、その周波数が経時変化し、パルス開始時は周波数が低く、パルス終了前は周波数が高くなる。 As shown in FIG. 5A, the delayed transmission signal has a constant amplitude during the pulse width Δt, but its frequency changes with time, the frequency is low at the start of the pulse, and high before the end of the pulse. Become.
図5(b)に示すように反射信号の振幅が変化したとき、図5(c)に示す混合信号が得られる。図5(c)に示すグラフでは、信号強度が急激に上昇する点(変曲点)が確認できる。遅延送信信号の周波数変化は既知であるので、変曲点における反射波の周波数が求められる。この変曲点における周波数から、不純物粒子の大きさを求めることができる。 When the amplitude of the reflected signal changes as shown in FIG. 5B, the mixed signal shown in FIG. 5C is obtained. In the graph shown in FIG. 5C, a point (inflection point) where the signal intensity rapidly increases can be confirmed. Since the frequency change of the delayed transmission signal is known, the frequency of the reflected wave at the inflection point is obtained. From the frequency at the inflection point, the size of the impurity particles can be obtained.
所定の大きさ(周囲の長さ)を有する粒子の反射強度は、送信波の周波数に依存し、不純物粒子の周囲の長さと、送信波の波長とが等しいとき、反射強度が最大となる。送信波(送信信号)の周波数は、初めは周波数を低く(波長を長く)し、次第に周波数を高く(波長を短く)変化させているので、送信波の波長が粒子の周囲の長さと同程度になったとき、反射強度が急激に増大する箇所(変曲点)が現れる。解析器251(図3参照)は、この変曲点を基に、不純物粒子の大きさを算出し、所定範囲の大きさを示すデータを不純物粒子のものと判定して選択的に用いることにより、ノイズであるデータを排除して、不純物粒子の誤検出を減少させている。 The reflection intensity of a particle having a predetermined size (peripheral length) depends on the frequency of the transmission wave, and the reflection intensity becomes maximum when the circumference of the impurity particle is equal to the wavelength of the transmission wave. The frequency of the transmission wave (transmission signal) is initially lowered (longer wavelength) and gradually changed (higher wavelength shorter), so the wavelength of the transmitted wave is about the same as the length of the periphery of the particle. , A point (inflection point) where the reflection intensity increases rapidly appears. The analyzer 251 (see FIG. 3) calculates the size of the impurity particles based on this inflection point, and determines that the data indicating the size of the predetermined range is that of the impurity particles and selectively uses it. By eliminating data that is noise, false detection of impurity particles is reduced.
図6を参照し、超音波の波長と、球状粒子の反射断面積、すなわち反射強度との関係について説明する。球状粒子とは、原水W1に含まれている不純物粒子を模した真球状の物質を想定したものである。 With reference to FIG. 6, the relationship between the wavelength of an ultrasonic wave and the reflective cross-sectional area of spherical particles, that is, the reflection intensity will be described. The spherical particle is assumed to be a true spherical substance that imitates the impurity particles contained in the raw water W1.
このグラフの縦軸方向は、球状粒子の反射断面積を幾何学的断面積で除した値(以下、規格化された反射断面積という)の大きさを示す。すなわち、この規格化された反射断面積とは、球状粒子の投影面積である幾何学断面積を1としたときの反射強度を基準にし、検出される反射強度が幾何学断面積の何倍の値であるかを意味する。
このグラフの横軸方向は、球状粒子の円周長を、超音波の波長で除した値(以下、規格化された円周長という)の大きさを示す。
The vertical axis direction of this graph indicates the size of a value obtained by dividing the reflection cross section of the spherical particles by the geometric cross section (hereinafter referred to as a normalized reflection cross section). That is, the normalized reflection cross section is based on the reflection intensity when the geometric cross section that is the projected area of the spherical particles is 1, and the detected reflection intensity is several times the geometric cross section. It means whether it is a value.
The horizontal axis direction of this graph indicates the size of a value obtained by dividing the circumferential length of the spherical particles by the wavelength of the ultrasonic wave (hereinafter referred to as a normalized circumferential length).
水中の音速v、使用する超音波の周波数fから、この超音波の水中での波長λは、 λ=v/f により求めることができる。ここで、規格化された円周長が1.0であるとき、球状粒子の(規格化されていない)円周長をLとすると、λ=L の関係がある。したがって、規格化された円周長が1.0のとき、球状粒子の半径r、円周率πから、λ=2πr の関係が導かれる。 From the sound velocity v in water and the frequency f of the ultrasonic wave to be used, the wavelength λ of the ultrasonic wave in water can be obtained by λ = v / f. Here, when the normalized circumferential length is 1.0, if the circumferential length (not normalized) of the spherical particles is L, there is a relationship of λ = L. Therefore, when the normalized circumferential length is 1.0, the relationship of λ = 2πr is derived from the radius r of the spherical particles and the circumferential ratio π.
例えば、使用する超音波の周波数fが100[MHz]である場合、水中の音速vは1500[m/秒]であることから、この超音波の波長λは、15[μm]となる。そして、この波長λと等しい円周長を有する球状粒子の直径2rは、約4.8[μm]となる。このとき、規格化された円周長は、1.0である。 For example, when the frequency f of the ultrasonic wave to be used is 100 [MHz], the sound velocity v in water is 1500 [m / sec], so the wavelength λ of this ultrasonic wave is 15 [μm]. The diameter 2r of a spherical particle having a circumferential length equal to the wavelength λ is about 4.8 [μm]. At this time, the standardized circumferential length is 1.0.
図6のグラフを参照すると、球状粒子の規格化された断面積が1のとき(例えば、使用する超音波の周波数fが100[MHz]、球状粒子の直径2rが4.8[μm]のとき)、この球状粒子の反射断面積(反射強度を示す)は、幾何学的断面積の約3.5倍であることが分かる。なお、縦軸は、幾何学断面積で正規化した相対的な値を示し、反射断面積の絶対値を示すものではない。 Referring to the graph of FIG. 6, when the normalized cross-sectional area of the spherical particle is 1 (for example, the frequency f of the ultrasonic wave used is 100 [MHz], the diameter 2r of the spherical particle is 4.8 [μm]). ), The reflection cross section (indicating the reflection intensity) of this spherical particle is found to be about 3.5 times the geometric cross section. The vertical axis indicates a relative value normalized by the geometric cross section, and does not indicate the absolute value of the reflection cross section.
実際の断面積を考慮すると、次のような特性であることが分かる。いま、図6のグラフにおいて、横軸および縦軸の両方が1である場合を基準とする。そして、使用する周波数fは変えず(つまり、波長は変わらず)、球状粒子の直径2rを変えると、縦軸の値は、幾何学的断面積で規格化されているので、ほとんど変化しない。しかし、規格化しない反射断面積は、幾何学的断面積に応じて変化する。幾何学的断面積は、球状粒子の直径2rの二乗に比例するから、規格化しない反射断面積も、球状粒子の直径2rの二乗に比例して変化する。 Considering the actual cross-sectional area, it can be seen that the following characteristics are obtained. In the graph of FIG. 6, the case where both the horizontal axis and the vertical axis are 1 is used as a reference. When the frequency f to be used is not changed (that is, the wavelength is not changed) and the diameter 2r of the spherical particles is changed, the value on the vertical axis is normalized by the geometric cross-sectional area and hardly changes. However, the non-normalized reflection cross section varies with the geometric cross section. Since the geometric cross-sectional area is proportional to the square of the diameter 2r of the spherical particles, the non-normalized reflection cross-sectional area also changes in proportion to the square of the diameter 2r of the spherical particles.
例えば、球状粒子の直径2rが基準の10倍になった場合を考える。縦軸の値は、幾何学的断面積で規格化した値であるので、ほぼ1のままである。しかし、この場合、球状粒子の直径2rが基準の10倍であるから、規格化しない反射断面積は基準の100倍となる。つまり、(球状粒子の円周長/波長)の値が、1以上の領域では、粒子直径が10倍になると断面積は100倍になる。 For example, consider a case where the diameter 2r of the spherical particles is 10 times the standard. Since the value on the vertical axis is a value normalized by the geometric cross-sectional area, it remains almost 1. However, in this case, since the diameter 2r of the spherical particles is 10 times the standard, the non-standardized reflection cross-sectional area is 100 times the standard. That is, in a region where the value of (circumferential length / wavelength) of spherical particles is 1 or more, the cross-sectional area becomes 100 times when the particle diameter becomes 10 times.
これに対し、(球状粒子の円周長/波長)の値が、1以下の領域では断面積は急激に下がる。例えば、(球状粒子の円周長/波長)の値が0.1になったとすると、幾何学的断面積で規格化した反射断面積は0.001であるが、規格化しないと、さらにその1/100になる。以上の考察から、(球状粒子の円周長/波長)の値が、1付近を境にして、実際の反射断面積は急激な変化を生じることがわかる。 On the other hand, when the value of (circumferential length / wavelength of spherical particles) is 1 or less, the cross-sectional area decreases rapidly. For example, if the value of (circumferential length / wavelength of spherical particles) is 0.1, the reflection cross section normalized by the geometric cross section is 0.001, but if not normalized, 1/100. From the above considerations, it can be seen that the value of (circumferential length / wavelength of spherical particles) has an abrupt change in the actual reflection cross-section when the value is around 1.
このように、使用する超音波の周波数fを適切に選ぶことにより、ある大きさ以上の不純物粒子から所定以上の振幅の反射波を得ることにより、このような不純物粒子を選択的に検出対象とすることができる。さらに、使用する超音波の周波数が連続的に変化するパルス状の超音波(チャープパルス)を用いれば、反射強度の変曲点と、そのときの超音波の波長から、不純物粒子の大きさを推定できる。 In this way, by appropriately selecting the frequency f of the ultrasonic wave to be used, a reflected wave having a predetermined amplitude or more is obtained from an impurity particle having a certain size or more, thereby selectively detecting such impurity particles as a detection target. can do. Furthermore, if pulsed ultrasonic waves (chirp pulses) in which the frequency of the ultrasonic wave used changes continuously, the size of the impurity particles can be determined from the inflection point of the reflection intensity and the wavelength of the ultrasonic wave at that time. Can be estimated.
次に、図7を参照し、解析器251によるろ過膜損傷判定処理について、詳細に説明する。
まず、解析器251は、この処理で用いる各パラメータを設定し、処理変数を初期化する(ステップS1)。このパラメータは、使用する超音波の周波数f(または周波数範囲)と、ドプラ周波数の設定範囲と、粒子径の設定範囲とを含む。
Next, the filtration membrane damage determination process by the
First, the
そして、タイミング信号発生器201からタイミング信号が入力されない場合は、入力されるまで待つ(ステップS2のNo)。タイミング信号が入力されたら(ステップS2のYes)、混合波形メモリ234および反射波形メモリ244から、各々波形データを得る(ステップS3)。
If no timing signal is input from the timing signal generator 201, the process waits until it is input (No in step S2). When the timing signal is input (Yes in step S2), waveform data is obtained from the
そして、反射波形データおよび混合波形データを基に、反射信号のドプラ周波数を算出する(ステップS4)。
さらに、混合波形データを基に、反射振幅の増加点(変曲点)を検出し、そのときの超音波の周波数から反射体の直径を算出する(ステップS5)。
Then, based on the reflected waveform data and the mixed waveform data, the Doppler frequency of the reflected signal is calculated (step S4).
Furthermore, the increase point (inflection point) of the reflection amplitude is detected based on the mixed waveform data, and the diameter of the reflector is calculated from the ultrasonic frequency at that time (step S5).
検出したドプラ周波数が設定範囲内であれば(つまり、反射体の移動速度が所定範囲内であれば)、次の処理へ進み(ステップS6のYes)、設定範囲内でなければ、ステップS2に戻る。
そして、ステップS5で算出した反射体の粒子径が設定範囲内であれば、次の処理へ進み(ステップS7のYes)、設定範囲内でなければ(ステップS7のNo)、ステップS2へ戻る。あるいは、算出した反射体の粒子径が所定値(設定範囲の下限値)を超えているとき、次の処理(ステップS8)へ進み(すなわち、検出すべき不純物粒子であると判断し)、算出した反射体の粒子径が所定値以下であるとき、ステップS2に戻るようにしてもよい。
If the detected Doppler frequency is within the set range (that is, if the moving speed of the reflector is within the predetermined range), the process proceeds to the next process (Yes in step S6). If not within the set range, the process proceeds to step S2. Return.
If the particle diameter of the reflector calculated in step S5 is within the set range, the process proceeds to the next process (Yes in step S7), and if not within the set range (No in step S7), the process returns to step S2. Alternatively, when the calculated particle diameter of the reflector exceeds a predetermined value (lower limit value of the setting range), the process proceeds to the next process (step S8) (that is, it is determined that the particle is an impurity particle to be detected) and is calculated. When the particle diameter of the reflector is less than or equal to a predetermined value, the process may return to step S2.
こうして、検出したドプラ周波数および粒子径のいずれもが設定範囲内であると判断されると、この反射体は、不純物粒子であると判定できる。そこで、漏洩累算値に粒子数の1を加算して、この値を更新する。あるいは、検出された不純物粒子の量(体積)を求めて、漏洩累算値に加算し、この値を更新するようにしてもよい(ステップS8)。 Thus, if it is determined that both the detected Doppler frequency and the particle diameter are within the set range, this reflector can be determined to be an impurity particle. Therefore, 1 is added to the leakage accumulation value to update this value. Alternatively, the amount (volume) of the detected impurity particles may be obtained and added to the leakage accumulation value, and this value may be updated (step S8).
そして、漏洩累算値が、ステップS1で設定した漏洩許容値以下である場合は(ステップS9のNo)、ステップS2へ戻る。漏洩累算値は、時間あたりの増加数(増加量)が、漏洩許容以下か否かを判断するようにしてもよい。 If the accumulated leakage value is equal to or less than the allowable leakage value set in step S1 (No in step S9), the process returns to step S2. The leakage accumulation value may be determined as to whether or not the increase number (increase amount) per hour is less than or equal to leakage tolerance.
しかし、漏洩累算値が、ステップS1で設定した漏洩許容値を超えている場合は(ステップS9のNo)、膜式ろ過モジュール4のろ過膜に破損または損傷が生じたと判定し(ステップS10)、通信装置252へ判定結果を出力する(ステップS11)。
However, when the leakage accumulation value exceeds the leakage allowable value set in step S1 (No in step S9), it is determined that the filtration membrane of the
そして、ろ過膜破損検出器10を終了操作したなど、何らかの終了要因が存在している場合は(ステップS12)、処理を終了し、そうでない場合には、ステップS2に戻って、前記した処理を繰り返す。
Then, if any termination factor exists such as when the filtration
なお、ステップ11で、通信装置252へろ過膜の破断または損傷が発生したとの判定結果が出力された場合、通信装置252から、制御装置6(図1参照)へ検出信号が送信され、制御装置6は、この上流にあるバルブ3を閉鎖させ、漏洩が生じた膜式ろ過モジュール4におけるろ過を停止させる。
In
第1実施形態のろ過膜破損検出器10によれば、次の効果が得られる。
(1)粒子Pの検出に超音波を用いているため、光学式センサのように、投光窓や受光窓が曇るなどの障害が発生せず、メンテナンスフリーであり、検出精度の低下を抑制できる。
(2)ろ過水W2に対し、常に検出動作を行っているため、膜式ろ過モジュール4のろ過膜の破断または損傷の発生を遅滞なく検出できる。このため、ろ過水W2の水質を実質的に低下させずに、迅速に対策をとることができる。
(3)超音波送受波器12は、配管11内に設置してもメンテナンスは不要であり、管理手数を削減できる。
(4)圧電素子を含む超音波送受波器12を用いた場合、安価でメンテナンスを不要にできる。
(5)超音波送受波器12は、超音波の送受信ビームを収束させているため、低濁度のろ過水W2であったり、検出対象の不純物粒子の粒径が小さかったりしても、ろ過膜から漏洩した不純物粒子を高感度に検出できる。
(6)ろ過膜破損検出器10は安価に製造できるので、すべての膜式ろ過モジュール4に付設しても、低費用で済む。このため、破断や損傷が発生した膜式ろ過モジュール4を迅速に特定できる膜ろ過装置100を、低費用で構築できる。
(7)信号処理部20は、汎用のICによって構成できるので、ろ過膜破損検出器10を極めて安価に製造できる。
(8)あらかじめ設定した粒径の反射体を、不純物粒子として判定するため、検出精度を向上できる。
(9)ドプラ効果を利用して、所定の速度範囲の反射体を不純物粒子として判定しているので、雑音が分離されて、検出にかかる信号対雑音比が向上し、誤検出や検出漏れを減少できる。
(10)周波数が連続的に変化する送信波を使用しているので、反射体の大きさを算出でき、不純物粒子の誤検出を減少できる。
(11)整流器13の入口流路13iに流入したろ過水W2の水流が収束され、これに伴って不純物粒子も収束されて出口流路13oを通過するため、不純物粒子を高確度で検出できる。
(12)整流器13の出口流路13oでは、ろ過水W2の水流が整流されているため、不純物粒子の移動速度と移動方向が一定となり、検出精度を向上できる。
According to the filtration
(1) Since ultrasonic waves are used to detect the particles P, there are no obstacles such as clouding of the light projection window and light reception window unlike the optical sensor, maintenance is free, and the decrease in detection accuracy is suppressed. it can.
(2) Since the detection operation is always performed on the filtered water W2, the occurrence of breakage or damage of the filtration membrane of the
(3) Even if the
(4) When the
(5) Since the
(6) Since the filtration
(7) Since the
(8) Since a reflector having a preset particle size is determined as an impurity particle, detection accuracy can be improved.
(9) Since a reflector in a predetermined speed range is determined as an impurity particle using the Doppler effect, noise is separated, the signal-to-noise ratio for detection is improved, and false detection and detection omission are prevented. Can be reduced.
(10) Since a transmission wave having a continuously changing frequency is used, the size of the reflector can be calculated, and erroneous detection of impurity particles can be reduced.
(11) Since the water flow of the filtered water W2 flowing into the inlet channel 13i of the
(12) Since the water flow of the filtered water W2 is rectified in the outlet channel 13o of the
(第2実施形態)
図8に示すように、第2実施形態のろ過膜破損検出器10Bは、第1実施形態のろ過膜破損検出器10に加えて、超音波送受波器12bと、整流器13bとを具備し、信号処理部20の代わりに、信号処理部20Bを具備している。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 8, the filtration membrane breakage detector 10B of the second embodiment includes an
超音波送受波器12bは、超音波送受波器12と同一の構成を有し、超音波送受波器12に送受波面が対向し、相互に焦点Fが一致するように、配管11内に設置され、信号処理部20Bと電気的に結線されている。
The
整流器13bは、整流器13と同一の形状であり、整流器13と逆向きに、出口流路13oが接続されるように、配管11内に設置されている。整流器13および整流器13bは、この接続部の狭窄した流路内に、超音波送受波器12および超音波送受波器12bの焦点Fが位置するように設置される。
The rectifier 13 b has the same shape as the
信号処理部20Bは、基本的に、第1実施形態の信号処理部20(図3参照)と同一の構成である。信号処理部20Bは、まず、(1)超音波送受波器12によって、超音波の送受信を行い、次に、(2)超音波送受波器12bによって超音波の送受信を行い、(3)これらの(1)(2)の手順を繰り返す。信号処理部20の送受切替器(図示せず)は、第1実施形態の送受切替器221の構成に加えて、超音波送受波器12と超音波送受波器12bとを切り替える回路が追加されている。
The
このように、超音波送受波器12と超音波送受波器12bとを交互に繰り返し使用することにより、ドプラ周波数のずれ量は超音波送受波器12と超音波送受波器12bとで逆になる。そこで、信号処理部20Bの解析器251は、第1実施形態と同様に処理を行うが、さらに、ドプラ周波数の極性とその絶対値を比較して、不純物粒子の判定をより厳格に行う。
In this way, by alternately and repeatedly using the
第2実施形態のろ過膜破損検出器10Bによれば、不純物粒子の移動方向に対して、順方向と逆方向の超音波を使用し、検出結果を比較しているので、さらに検出精度が高まり、測定に対する信頼性を向上できる。 According to the filtration membrane breakage detector 10B of the second embodiment, the detection results are compared by using the ultrasonic waves in the forward direction and the reverse direction with respect to the moving direction of the impurity particles, so that the detection accuracy is further improved. , The reliability for measurement can be improved.
不純物粒子は、ろ過前の原水に含まれ、これがろ過水中に存在することは、ろ過膜の破断または損傷によるリークが発生したと見なせる。本発明によるろ過膜破損検出器は、高精度にリークを検出でき、低費用である。各膜式ろ過モジュールに本発明によるろ過膜破損検出器を設置すれば、リークした膜式ろ過モジュールの迅速な同定が低費用で可能である。このため、ろ過水の水質確保、ならびに設置および保守費用の低減の観点から産業上極めて有効である。 Impurity particles are contained in the raw water before filtration, and the presence of the impurity particles in the filtered water can be regarded as leakage due to breakage or damage of the filtration membrane. The filtration membrane breakage detector according to the present invention can detect a leak with high accuracy and is low in cost. If the membrane breakage detector according to the present invention is installed in each membrane filtration module, it is possible to quickly identify the leaking membrane filtration module at low cost. For this reason, it is very effective industrially from the viewpoint of ensuring the quality of filtered water and reducing the installation and maintenance costs.
1 原水タンク
2 送水ポンプ
3 バルブ
4 膜式ろ過モジュール
6 制御装置
10,10B ろ過膜破損検出器(ろ過モジュールの漏洩検出器)
11 配管
12,12b 超音波送受波器
13,13b 整流器
13i 入口流路
13o 出口流路
20,20B 信号処理部
100 膜ろ過装置
201 タイミング信号発生器
211 送信波形メモリ
212 D−A変換器
213 増幅器
221 送受切替器
231 遅延器
232 ミキサ
233,243 A−D変換器
234 混合波形メモリ
241 受信増幅器
244 反射波形メモリ
251 解析器
252 通信装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (25)
前記送信信号を前記送信波に変換して前記透過水中へ送信する超音波送受波器と、
を具備し、
前記超音波送受波器はさらに、前記反射波を受信して反射信号に変換し、
前記信号処理部はさらに、前記反射信号を基に前記反射波を解析して前記粒子の存在を判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のろ過膜破損検出器。 A signal processing unit for outputting a high-frequency transmission signal;
An ultrasonic transducer for converting the transmission signal into the transmission wave and transmitting it into the permeated water;
Comprising
The ultrasonic transducer further receives the reflected wave and converts it to a reflected signal;
The signal processing unit further analyzes the reflected wave based on the reflected signal to determine the presence of the particle;
The filtration membrane breakage detector according to claim 1.
を具備したことを特徴とする請求項3に記載のろ過膜破損検出器。 The filter membrane breakage detector according to claim 3, further comprising a rectifier that rectifies the filtered water in the vicinity of the focal point.
前記反射波の強度が急変する変曲点における当該反射波の周波数に基づき当該反射波の波源である反射体の大きさを算出し、算出した前記反射体の大きさが所定の範囲内であるとき前記粒子の存在を判定することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のろ過膜破損検出器。 The transmission wave has a predetermined change in frequency over time,
Based on the frequency of the reflected wave at the inflection point where the intensity of the reflected wave suddenly changes, the size of the reflector that is the wave source of the reflected wave is calculated, and the calculated size of the reflector is within a predetermined range. The filter membrane breakage detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the presence of the particles is determined.
前記信号処理部は、前記超音波送受波器と前記対向超音波送受波器とを交互に切り替え、
前記超音波送受波器による前記送信波および前記反射波の送受信と、前記対向超音波送受波器による前記送信波および前記反射波の送受信とを、交互に行うことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載のろ過膜破損検出器。 Comprising an opposed ultrasonic transducer having the same configuration as the ultrasonic transducer and disposed so that the focal positions coincide so that the transmission directions of the transmission waves are opposed to each other;
The signal processing unit alternately switches between the ultrasonic transducer and the opposing ultrasonic transducer,
The transmission / reception of the transmission wave and the reflected wave by the ultrasonic transducer and the transmission / reception of the transmission wave and the reflection wave by the opposed ultrasonic transducer are alternately performed. The filtration membrane breakage detector in any one of Claim 6.
ことを特徴とする請求項7に記載のろ過膜破損検出器。 The signal processing unit determines the presence of the particle with reference to both the reflected signal from the ultrasonic transducer and the reflected signal from the opposing ultrasonic transducer,
The filtration membrane breakage detector according to claim 7.
を具備したことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のろ過膜破損検出器。 A communication device that transmits a detection signal indicating that when it is detected that the filter membrane is broken or damaged,
The filtration membrane breakage detector according to any one of claims 1 to 8, characterized by comprising:
複数の前記膜式ろ過モジュールの下流側にそれぞれ介挿された請求項9に記載の複数のろ過膜破損検出器と、
前記ろ過膜破損検出器から前記ろ過膜に破損または損傷が発生したことを示す検出信号を受信する通信装置を含み、当該検出信号に基づいて制御を行う制御装置と、
を具備したことを特徴とする膜ろ過装置。 A plurality of membrane filtration modules including a filtration membrane that filters raw water to obtain permeated water;
A plurality of filtration membrane breakage detectors according to claim 9, each inserted downstream of a plurality of the membrane filtration modules,
Including a communication device that receives a detection signal indicating that the filtration membrane is broken or damaged from the filtration membrane breakage detector, and a control device that performs control based on the detection signal;
The membrane filtration apparatus characterized by comprising.
前記制御装置は、前記検出信号に基づき、破損または損傷が生じた前記膜式ろ過モジュールの上流側または下流側の前記バルブを閉鎖させる、
ことを特徴とする請求項10に記載の膜ろ過装置。 Comprising a plurality of valves that are inserted respectively upstream or downstream of the plurality of membrane filtration modules and can close the flow path of the raw water;
The control device closes the valve on the upstream side or the downstream side of the membrane filtration module that has been damaged or damaged based on the detection signal.
The membrane filtration apparatus according to claim 10.
ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の膜ろ過装置。 The control device, based on the detection signal, stops the operation of a water supply pump that supplies the raw water to each of the plurality of membrane filtration modules.
The membrane filtration device according to claim 10 or 11, characterized in that.
前記反射波の強度が急変する変曲点における当該反射波の周波数に基づき当該反射波の波源である反射体の大きさを算出し、算出した前記反射体の大きさが所定の範囲内であるとき前記粒子の存在を判定することを特徴とする請求項13から請求項15のいずれかに記載のろ過膜破損検出方法。 The transmission wave has a predetermined change in frequency over time,
Based on the frequency of the reflected wave at the inflection point where the intensity of the reflected wave suddenly changes, the size of the reflector that is the wave source of the reflected wave is calculated, and the calculated size of the reflector is within a predetermined range. The method for detecting a membrane breakage according to any one of claims 13 to 15, wherein the presence of the particles is determined.
ことを特徴とする請求項13から請求項16のいずれかに記載のろ過膜破損検出方法。 Alternately transmitting the transmitted waves in opposing transmission directions and determining the presence of the particles with reference to both of the opposing reflected waves;
The filtration membrane breakage detection method according to any one of claims 13 to 16, wherein
前記送信信号を前記送信波に変換して前記透過水中へ送信する超音波送受波器と、
を具備し、
前記超音波送受波器はさらに、前記反射波を受信して反射信号に変換し、
前記信号処理部はさらに、前記反射信号を基に前記反射波を解析して前記粒子の存在を判定する、
ことを特徴とする請求項18に記載のろ過モジュールの漏洩検出器。 A signal processing unit for outputting a high-frequency transmission signal;
An ultrasonic transducer for converting the transmission signal into the transmission wave and transmitting it into the permeated water;
Comprising
The ultrasonic transducer further receives the reflected wave and converts it to a reflected signal;
The signal processing unit further analyzes the reflected wave based on the reflected signal to determine the presence of the particle;
The leak detector of the filtration module according to claim 18.
前記超音波送受波器は、前記送信波および前記反射波のビームを、前記整流器によって整流された前記透過水中に位置する焦点に収束させることを特徴とする請求項19に記載のろ過モジュールの漏洩検出器。 Comprising a rectifier for rectifying the filtered water,
The leakage of a filtration module according to claim 19, wherein the ultrasonic transducer converges the beam of the transmitted wave and the reflected wave to a focal point located in the permeate rectified by the rectifier. Detector.
前記反射波の強度が急変する変曲点における当該反射波の周波数に基づき当該反射波の波源である反射体の大きさを算出し、算出した前記反射体の大きさが所定の範囲内であるとき、または、
前記送信波および前記反射波を基にドプラ周波数を算出し当該ドプラ周波数が所定の周波数帯内であるとき前記粒子の存在を判定することを特徴とする請求項18から請求項20のいずれかに記載のろ過モジュールの漏洩検出器。 The transmission wave has a predetermined change in frequency over time,
Based on the frequency of the reflected wave at the inflection point where the intensity of the reflected wave suddenly changes, the size of the reflector that is the wave source of the reflected wave is calculated, and the calculated size of the reflector is within a predetermined range. When or
The Doppler frequency is calculated based on the transmitted wave and the reflected wave, and the presence of the particle is determined when the Doppler frequency is within a predetermined frequency band. Leak detector for the described filtration module.
前記信号処理部は、前記超音波送受波器と前記対向超音波送受波器とを交互に切り替え、前記超音波送受波器による前記送信波および前記反射波の送受信と、前記対向超音波送受波器による前記送信波および前記反射波の送受信とを交互に行い、前記超音波送受波器からの前記反射信号と、前記対向超音波送受波器からの前記反射信号との両方を参照して前記粒子の存在を判定することを特徴とする請求項19から請求項21のいずれかに記載のろ過モジュールの漏洩検出器。 Comprising an opposed ultrasonic transducer having the same configuration as the ultrasonic transducer and disposed so that the focal positions coincide so that the transmission directions of the transmission waves are opposed to each other;
The signal processing unit alternately switches between the ultrasonic transducer and the opposed ultrasonic transducer, and transmits and receives the transmission wave and the reflected wave by the ultrasonic transducer, and the opposed ultrasonic transducer. Alternately transmitting and receiving the transmission wave and the reflected wave by a transmitter, referring to both the reflected signal from the ultrasonic transducer and the reflected signal from the opposing ultrasonic transducer The leakage detector of the filtration module according to any one of claims 19 to 21, wherein presence of particles is determined.
を具備したことを特徴とする請求項18から請求項22のいずれかに記載のろ過モジュールの漏洩検出器。 A communication device that transmits a detection signal indicating that the leakage has been detected;
The leakage detector of the filtration module according to any one of claims 18 to 22, characterized by comprising:
複数の前記膜式ろ過モジュールの下流側にそれぞれ介挿された請求項23に記載の複数のろ過モジュールの漏洩検出器と、
前記ろ過モジュールの漏洩検出器から前記膜式ろ過モジュールに漏洩が発生したことを示す検出信号を受信する通信装置を含み、当該検出信号に基づいて制御を行う制御装置と、
を具備したことを特徴とする膜ろ過装置。 A plurality of membrane filtration modules including a filtration membrane that filters raw water to obtain permeated water;
The leakage detectors of the plurality of filtration modules according to claim 23, which are respectively inserted downstream of the plurality of membrane filtration modules.
Including a communication device that receives a detection signal indicating that a leak has occurred in the membrane filtration module from a leakage detector of the filtration module, and a control device that performs control based on the detection signal;
The membrane filtration apparatus characterized by comprising.
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