特開 2024-5982 膜分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005982

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】膜分離装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20240110BHJP

   B01D 65/00 20060101ALI20240110BHJP

   B01D 61/10 20060101ALI20240110BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 A

B01D65/00

B01D61/10

B01D61/58

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106499

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】591083299

【氏名又は名称】東レ・メディカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091384

【弁理士】

【氏名又は名称】伴 俊光

(74)【代理人】

【識別番号】100125760

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】内山 俊之

(72)【発明者】

【氏名】杉野 藤男

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006HA61

4D006JA57Z

4D006KA16

4D006KA46

4D006KA47

4D006KA52

4D006KA54

4D006KA56

4D006KA72

4D006KB04

4D006KC02

4D006KE03P

4D006KE07P

4D006KE08P

4D006KE09P

4D006KE19P

4D006KE21P

4D006KE24Q

4D006LA03

4D006LA10

4D006MA03

4D006PA01

4D006PB02

4D006PC44

(57)【要約】

【課題】系内の清浄度と膜分離手段の分離性能を維持しつつ運転可能な膜分離装置を提供する。
【解決手段】原水を供給して透過水と濃縮水とに分離する膜分離手段と、該膜分離手段の分離性能の劣化状況を推定する推定手段と、前記分離性能の劣化要因を判定する判定手段とからなり、前記推定手段により推定された前記劣化状態が所定レベルを超えたときに、前記判定手段により前記劣化要因を判定することを特徴とする膜分離装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水を供給して透過水と濃縮水とに分離する膜分離手段と、該膜分離手段の分離性能の劣化状況を推定する推定手段と、前記分離性能の劣化要因を判定する判定手段とからなり、
前記推定手段により推定された前記劣化状態が所定レベルを超えたときに、前記判定手段により前記劣化要因を判定することを特徴とする膜分離装置。

【請求項2】

前記劣化要因が、膜面への異物堆積、膜の目詰まり、膜の破れ、に少なくとも分類される、請求項１に記載の膜分離装置。

【請求項3】

前記判定手段により判定された前記劣化要因の除去操作を実施する、請求項２に記載の膜分離装置。

【請求項4】

前記膜分離手段が複数の膜モジュールからなり、各々の前記膜モジュールについて前記推定手段および前記判定手段が設けられ、各々の前記膜モジュールについて前記劣化要因の除去操作を実施する、請求項３に記載の膜分離装置。

【請求項5】

前記除去操作が、前記膜モジュールへの前記原水の供給中止を含む、請求項４に記載の膜分離装置。

【請求項6】

前記推定手段が少なくとも、圧力計、電導度計および流量計からなる、請求項１～５のいずれかに記載の膜分離装置。

【請求項7】

前記透過水と前記濃縮水が、前記膜分離装置の膜面を隔てて同じ向きに流れる、請求項１に記載の膜分離装置。

【請求項8】

前記透過水と前記濃縮水の流れる向きが変化する、請求項１または７に記載の膜分離装置。

【請求項9】

間欠的に運転状態と休止状態を繰り返し、前記休止状態から前記運転状態に移行する度に前記透過水と前記濃縮水の流れる向きが変化する、請求項８に記載の膜分離装置。

【請求項10】

前記膜分離装置が逆浸透膜からなる、請求項１に記載の膜分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、系内のクリーン化が図られ、高度に安定した運転性能を有する膜分離装置に関する。

【背景技術】

【0002】

透析治療のために必要な透析液を集中して調製する『セントラル透析液供給システム（ＣＤＤＳ）』は、現在 国内で主流のシステムとなっている。大量の透析液の調製には、大量の希釈用の精製水が必要であり、これを主に水道水などを原水として、逆浸透法による膜分離技術を用いた精製水製造装置によって精製水を得ている。ダイアライザーなどの血液浄化器の内部で、中空糸膜を介して患者の血液と接する透析液を希釈作製する精製水に対する清浄化の要求は高まる一方となっている。

【0003】

高い清浄度の精製水を得るためには、これらの膜モジュールに対して、熱水による消毒や低濃度の薬液による洗浄を定期的に確実に実施することが重要となるが、いったん汚染が進行すると消毒や洗浄を経ても系内を十分に清浄化できなくなる恐れがある。

【0004】

系内の汚染を防止するためには、流路に水の滞留や淀みが生じにくいような構造を採用する方法が考えられる。例えば特許文献１には、ＲＯ膜モジュールの集水管の一端側と貯水タンクが透過水ラインで接続され、貯水タンクとＲＯ膜モジュールの集水管の他端側が透過水返送ラインで接続され、透過水ライン、集水管及び透過水返送ラインにより循環洗浄ラインが形成された精製水製造装置が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、ＲＯ膜の閉塞等による逆浸透システムの動作不調を検知して対策を判定する診断装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２－１０６１８８号公報

【特許文献2】特開２０１９－２０２３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のように、ＲＯ膜等を用いた膜分離装置は、系内を清浄に保ちつつ安定した運転を行うことが求められている。そこで本発明の課題は、系内の清浄度と膜分離手段の分離性能を維持しつつ運転可能な膜分離装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係る膜分離装置は、原水を供給して透過水と濃縮水とに分離する膜分離手段と、該膜分離手段の分離性能の劣化状況を推定する推定手段と、前記分離性能の劣化要因を判定する判定手段とからなり、
前記推定手段により推定された前記劣化状態が所定レベルを超えたときに、前記判定手段により前記劣化要因を判定することを特徴とするものからなる。

【0009】

本発明の膜分離装置によれば、運転中に分離性能を監視しつつ、分離性能の劣化が生じたと推定された際には、あらかじめ定められた手順で劣化要因を判定し、適切に対処することが可能となる。

【0010】

本発明の膜分離装置において、前記劣化要因が、膜面への異物堆積、膜の目詰まり、膜の破れ、に少なくとも分類されることが好ましい。劣化要因がこれら３つ以上の項目に分類されることにより、性能回復のための処置を定型的に実施することができる。

【0011】

本発明の膜分離装置において、前記判定手段により判定された前記劣化要因の除去操作を実施するように構成されることが好ましい。特定された劣化要因ごとに適切な対処方法をあらかじめ運転制御プログラムに組み込むことにより、性能劣化が生じた場合に作業員が現場に駆け付けなくてもある程度の性能回復処置を自動的に実施することができる。

【0012】

本発明の膜分離装置において、前記膜分離手段が複数の膜モジュールからなり、各々の前記膜モジュールについて前記推定手段および前記判定手段が設けられ、各々の前記膜モジュールについて前記劣化要因の除去操作を実施するように構成することができる。このような構成を採用することにより、膜分離手段が複数の膜モジュールから構成されている場合であっても、膜分離装置全体で性能劣化が生じた際に、いずれの膜モジュールに不具合が生じているのかを特定することが可能となり、性能回復処置を適切に実施することができる。

【0013】

本発明の膜分離装置において、前記除去操作が、前記膜モジュールへの前記原水の供給中止を含むように構成することが可能である。膜分離手段が複数の膜モジュールから構成されている場合には、不具合が生じた膜モジュールへの原水供給を中止して残りの膜モジュールで膜分離を継続することができる。この場合に、一部の膜モジュールの使用を中止することになるので、あらかじめ原水負荷に余裕を持たせた装置設計をするか、あるいは予備の膜モジュールをいつでも使用開始できるように設置しておいて、不具合が生じた膜モジュールの代わりに切り替え使用することができる。

【0014】

本発明の膜分離装置において、前記推定手段が少なくとも、圧力計、電導度計および流量計からなることが好ましい。膜の破れは透過水の電導度上昇により検知可能であり、異物堆積や目詰まりは差圧上昇や流量低下の度合いから推定可能である。

【0015】

本発明の膜分離装置において、前記透過水と前記濃縮水が、前記膜分離装置の膜面を隔てて同じ向きに流れることが好ましい。いわゆる外圧式の膜分離装置で両端開放型の集水管を用いた場合には、このような並流運転の方が、対向流の場合よりも集水管上流側の原水圧力を高めることができるので、集水管内の淀みを効果的に防止することができる。

【0016】

本発明の膜分離装置において、前記透過水と前記濃縮水の流れる向きが変化することが好ましい。より具体的には、間欠的に運転状態と休止状態を繰り返し、前記休止状態から前記運転状態に移行する度に前記透過水と前記濃縮水の流れる向きが変化するように構成することが好ましい。このように透過水と濃縮水の流れる向きが入れ替わることにより、膜分離手段に掛かる原水負荷の偏りを抑制し、スケール付着による膜の目詰まりを防止することができる。また、膜面に堆積する異物も、流れ方向の変更により系外へ洗い流すことができる。

【0017】

本発明の膜分離装置は、前記膜分離装置が逆浸透膜からなる場合に好適である。透析液を希釈作製する精製水を製造する膜分離装置においては特に系内のクリーン化が求められるので、本発明の適用によりそのような要求を満たすことが可能である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、膜分離手段の分離性能の劣化状況および劣化要因を把握できるので、系内の清浄度と膜分離手段の分離性能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施態様に係る膜分離装置の概略フロー図である。

【図2】図１の膜分離装置において透過水と濃縮水を逆向きに流す場合を示す概略フロー図である。

【図3】本発明の他の実施態様に係る膜分離装置の概略フロー図である。

【図4】図３の膜分離装置において透過水と濃縮水を逆向きに流す場合を示す概略フロー図である。

【図5】図１または３の膜分離装置において膜モジュールに劣化が生じた場合の挙動を説明するための概略フロー図であり、（Ａ）は膜面への異物堆積による劣化、（Ｂ）は膜の目詰まりによる劣化、（Ｃ）は膜の破れによる劣化が生じた場合をそれぞれ示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施態様に係る膜分離装置１の構成を示す概略フロー図であり、図２は透過水と濃縮水を逆向きに流す場合を示す場合を示している。破線は弁の閉止により水が流れていない流路を示し、水が流れている流路は実線で示す。また三方弁３、１３、２３、３３、４３の閉止箇所を黒色で示す。図１および図２のいずれにおいても、ＲＯポンプ２により膜分離装置に供給される原水は、三方弁３を経て第一膜モジュール４に流入し、第一ＲＯ透過水と第一ＲＯ濃縮水に分離される。第一ＲＯ濃縮水は第二膜モジュール５に流入し、第二ＲＯ透過水と第二ＲＯ濃縮水に分離される。第一ＲＯ透過水は第一膜モジュール４の集水管４ａから流出し、第二ＲＯ透過水は第二膜モジュール５の集水管５ａから流出して、三方弁１３、２３を経て透過水タンク６に貯留される。第二濃縮水は三方弁３３、４３を経て一部は系外に排出され、一部は逆止弁７を経て原水ポンプ２の吸入側に戻される。

【0021】

透過水タンク６には殺菌灯８と液面計９が設けられ、精製水ポンプ１０により図示されない透析液製造装置に送られる。

【0022】

第一膜モジュール４および第二膜モジュール５の入口部および出口部などには圧力計１６および流量計１７が設けられている。流量計１７の設置箇所には併せて電導度計を設置してもよい。

【0023】

図３は本発明の他の実施態様に係る膜分離装置１１の構成を示す概略フロー図であり、図４は透過水と濃縮水を逆向きに流す場合を示す場合を示している。図３および図４のいずれにおいても、ＲＯポンプ２により膜分離装置に供給される原水は、三方弁３を経て第一膜モジュール１４に流入し、第一ＲＯ透過水と第一ＲＯ濃縮水に分離される。第一ＲＯ濃縮水は第二膜モジュール１５に流入し、第二ＲＯ透過水と第二ＲＯ濃縮水に分離されるが、集水管１４ａから流出した第一ＲＯ透過水が第二膜モジュール１５の集水管１５ａに流入して、集水管１５ａ内で第二ＲＯ透過水と合流し、集水管１５ａから流出した透過水が透過水タンク６に貯留される点が図１のフローと異なる。第二ＲＯ濃縮水は、図１および図２のフローと同様に、三方弁３３、４３を経て一部は系外に排出され、一部は逆止弁７を経て原水ポンプ２の吸入側に戻される。

【0024】

膜分離装置１、１１の運転方法としては、連続運転も可能であるが、透過水タンク６の容量が透過水の消費量に比して大きい場合には採水の開始および停止を繰り返す間欠運転をしてもよい。この場合、透過水と濃縮水の流れ方向を図１または図３に示した向きで採水開始して透過水タンク６が透過水で満たされた場合に採水を停止し、透過水タンク６の液面が所定レベルまで低下した際には透過水と濃縮水の流れ方向を図２または図４に示した向きに変更して採水開始することができる。このように透過水と濃縮水の流れ方向を随時入れ替えながら運転すれば、膜モジュールにかかる負荷の偏りが緩和され、膜の寿命を延ばすことが可能である。

【0025】

図５は、図１または図３の膜分離装置において、いずれかの膜モジュールに劣化が生じた場合の挙動を説明するための概略フロー図であり、（Ａ）は膜面への異物堆積による劣化、（Ｂ）は膜の目詰まりによる劣化、（Ｃ）は膜の破れによる劣化が生じた場合をそれぞれ示す。

【0026】

膜モジュールの劣化（Ａ）～（Ｃ）を検知するために、個々の膜モジュールの入口側、出口側および集水管出口側に圧力計１６、電導度計および流量計１７などを設置して、劣化状況を監視することができる。

【0027】

例えば図５（Ａ）に示すように原水入口側に異物１８が堆積した場合には、圧力や流量の変動が生じるので、変動幅が所定値を超えた場合には膜面への異物堆積による劣化（Ａ）の推定フラグが立つように劣化状況監視プログラムを設定しておく。運転を継続し、採水の開始および停止を所定回数繰り返した後に、圧力や流量の変動幅が所定値を下回った場合には、膜面への異物堆積による劣化（Ａ）がいったん生じて回復したものと判定する。採水の開始および停止を所定回数繰り返した後も、圧力や流量の変動幅が所定値を超えたままである場合には、採水停止中のタイミングで原水ラインに原水を勢いよく流して短時間のフラッシング洗浄を実施し、圧力や流量の変動幅が所定値を下回った場合には、劣化要因が膜面への異物堆積による劣化（Ａ）であり、既に回復したものと判定する。

【0028】

また、例えば図５（Ｂ）に示すように、スケール１９やその他のファウリング２０による膜の目詰まりが生じた場合には、圧力や流量の変動が生じるので、変動幅が所定値を超えた場合には膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）の推定フラグが立つように劣化状況監視プログラムを設定しておく。膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）の場合には、運転を継続しても膜面への異物堆積による劣化（Ａ）のように自然に回復することが期待できないので、採水の開始および停止を所定回数繰り返した後や、上述の短時間のフラッシング洗浄を実施した後に、圧力や流量の変動幅が所定値を下回った場合には、膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）の推定フラグをキャンセルする。所定時間を超えて膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）の推定フラグが立ったままである場合には、劣化要因が膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）であると判定し、モニター画面にその旨を表示させる。また、通信手段を用いて膜分離装置のメンテナンス会社に警報を発信することも可能である。

【0029】

さらに、例えば図５（Ｃ）に示すように、膜の破れ２１が生じた場合には、圧力や流量の変動に加えて透過水の電導度が上昇するので、電導度が所定値を超えた場合には膜の破れによる劣化（Ｃ）の推定フラグが立つように劣化状況監視プログラムを設定しておく。透過水の電導度が上昇する要因としては、膜の破れ以外に電気信号ノイズの発生、原水水質や圧力の急激な変動なども考えられるが、電導度の上昇が一定時間以上継続した場合には、採水停止中のタイミングで、圧空ポンプにて透過水ラインから膜モジュールにエアを送り込み、集水管から水を追い出した状態で圧空ポンプを停止させたときに圧力が保持できなければ、劣化要因が膜の破れによる劣化（Ｃ）であると判定し、モニター画面にその旨を表示させる。また、通信手段を用いて膜分離装置のメンテナンス会社に警報を発信することも可能である。

【0030】

また、上述のように膜の劣化状況を監視しつつ、劣化要因が膜面への異物堆積による劣化（Ａ）や膜の目詰まりによる劣化（Ｂ）であると判定されたときには、劣化要因の除去操作として洗浄工程を実施することもできる。例えば膜分離装置の原水ラインをクエン酸や酢酸または乳酸等の薬液でスケール除去を行う薬液洗浄工程や、マイクロバブルを混入させた水で原水ラインを洗浄するバブル洗浄などを行い、劣化した膜の性能回復を図ることができる。洗浄工程を実施した後に再び採水工程を実施する際には、上述の劣化状況監視プログラムに従い、劣化要因が除去されて性能回復したかどうかを確認することも可能である。

【0031】

また、上述の洗浄工程を実施する代わりに、劣化要因が膜の破れによる劣化（Ｃ）であると判定されたときには、劣化要因の除去操作として膜モジュールへの原水の供給を中止することもできる。膜の破れが生じた場合には、もはや洗浄しても性能回復が期待できないので、当該膜モジュール周りの流入弁および流出弁を遮断して利用を中止し、あらかじめ待機させていた予備の膜モジュールの利用を開始することが可能である。あるいは、原水負荷に対し膜モジュール本数に余裕を持たせた設計をしている場合には、一部の膜モジュールの利用を中止し、残りの膜モジュールだけで原水負荷を賄うようにして採水を継続してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明は、高度に安定した運転性能が求められる膜分離装置として広く利用可能である。

【符号の説明】

【0033】

１、１１ 膜分離装置
２ ＲＯポンプ
３、１３、２３、３３、４３ 三方弁
４、１４ 第一膜モジュール
４ａ、５ａ、１４ａ、１５ａ 集水管
５、１５ 第二膜モジュール
６ 透過水タンク
７ 逆止弁
８ 殺菌灯
９ 液面計
１０ 精製水ポンプ
１６ 圧力計
１７ 流量計
１８ 異物
１９ スケール
２０ ファウリング
２１ 破れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】