JP2016107235A - 分離膜の汚染状態分析方法、その方法を用いるろ過対象水の水質評価方法、及び分離膜の汚染状態分析方法を行うためのろ過システム - Google Patents

Abstract

【課題】水処理におけるろ過対象水の影響を受けることなく、簡易且つ迅速な分析を可能とする分離膜の汚染状態分析方法を提供すること
【解決手段】水処理におけるろ過対象水１のろ過に用いた分離膜１４の汚染状態分析方法であって、ろ過後の分離膜１４に対して蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする。これにより、ろ過対象水１ではなく分離膜１４が分析に供されるので、ろ過対象水１中に存在する物質やその物質の濃度の影響による分析誤差・検出限界等の問題を回避することができる。また、分離膜１４を分析することで膜を透過する成分が分析に与える影響を排除し、分離膜１４に捕捉される膜閉塞成分のみの選択的な分析が可能となる。さらに、前準備を含む分析操作が簡易なものとなり、簡易且つ迅速な分析が可能となる。そのうえ、分離膜の汚染状態分析方法を行うための膜ろ過システム１０及び分離膜の汚染状態分析方法を用いるろ過対象水の水質評価方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理におけるろ過対象水のろ過に用いた分離膜の汚染状態分析方法、その方法を用いるろ過対象水の水質評価方法、及び分離膜の汚染状態分析方法を行うためのろ過システムに関する。

種々の分野における水処理において分離膜によるろ過処理が実施されている。

水処理における近代的な膜ろ過がいち早く行われたのは、海水淡水化を目的として開発された逆浸透膜（ＲＯ膜）の実用化である。その後、分離膜を利用したろ過処理は、半導体製造産業における低圧ＲＯ膜などの超純水製造設備に展開し、現在は、下水処理や産業排水処理における膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）、上水道事業における浄水処理設備において分離膜が導入されるようになっている。

このような分離膜を使用する水処理設備では、分離膜への供給水側膜面や膜細孔内に供給水中に含まれる成分の付着や析出が生じて分離膜の透水性能が低下する現象、すなわち、膜ファウリングが問題となる。

膜ファウリングの抑制方法の開発に向けて、これまでに膜ファウリング原因物質やファウリング機構の解明に関して様々な研究が実施されている。膜ファウリングの原因物質については、２０００〜２０１０年頃に供給水中の親水性成分である高分子の多糖様物質が重要な汚染物質である事が明らかになっている。また、膜ファウリングの進行に関しては、１）有機物の初期吸着と細孔閉塞、２）ゲル層の堆積、３）ケーキ層の堆積、の順に膜ファウリングが進行し、高分子多糖類は初期の吸着汚染期において膜と水素結合により選択的に吸着する事が明らかになっている。

このように、明らかになってきた膜ファウリングの原因物質や膜ファウリングの進行のメカニズムに基づき、膜ファウリングの進行状態を評価し、予測する方法が提案されはじめている。

例えば、特許文献１では、分離膜に供給される供給水の水質を蛍光センサで計測し、同時に分離膜によるろ過処理前後の水の差圧を計測し、これらの計測されたデータに基づいて分離膜のファウリングの兆候を検出し、あるいは発生している膜ファウリングの要因を推定する方法が開示されている。

特許文献１の方法によれば、膜ファウリングの兆候を検出し、あるいは発生している膜ファウリングの要因を推定可能となるので、膜ファウリングの要因に応じた対策を早期に講じることが可能となる。

また、膜ファウリング物質同定のための分析手法としては、実際に閉塞した膜から薬品により閉塞成分を抽出する方法や、ＦＴＩＲ法を用いて膜表面堆積物を直接測定する方法が提案されている。

特開２０１４−１３６２１０号公報

しかしながら、特許文献１の方法によれば、膜に供給される供給水に含まれる膜ファウリングの原因物質の存在量は極めて微量であり、原因物質が蛍光センサに検出されなくても膜ファウリングが進行する場合も多い。このような場合には誤った膜ファウリングの要因の推定がなされ、したがって誤った膜ファウリングの解消策が選択されることとなってしまう。

また、薬品による実際に閉塞した分離膜からの閉塞成分（膜ファウリング成分）の抽出によれば、抽出溶媒の調整、所定の時間を要する抽出等、抽出操作に一定の手間と時間を要するうえ、抽出液性状により回収成分及び回収率が変化する。さらに、ＦＴＩＲ法を用いた膜表面堆積物の直接測定によれば、測定にサンプルの含水量が大きく影響する事から、ＦＴＩＲ法による測定には試料の完全乾燥操作が不可欠である。すなわち、薬品による抽出及びＦＴＩＲ法によれば、複雑な作業が要求され、前処理を含めた分析操作に一定の時間を要する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水処理におけるろ過対象水の影響を受けることなく、簡易且つ迅速な分析を可能とする分離膜の汚染状態分析方法を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、水処理におけるろ過対象水のろ過に用いた分離膜の汚染状態分析方法であって、前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする。
この構成によれば、ろ過対象水ではなく分離膜が蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析に供されるので、ろ過対象水中に存在する物質やその物質の濃度の影響による分析誤差・検出限界等の問題を回避することができる。また、分離膜を分析することで膜を透過する成分が分析に与える影響を排除し、分離膜に捕捉される膜閉塞成分のみの選択的な分析が可能となる。

さらに、分離膜は蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方により分析されることから、前準備を含む分析操作が簡易なものとなるとともに、要する時間も短縮され、簡易且つ迅速な分析が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法及び近赤外分光法の双方を用いることを特徴とする。

一般に、膜ファウリングに重要な影響を及ぼす物質である上述の高分子の多糖様物質が糖たんぱく質であることが明らかになっているが、蛍光分光法で検出できるのはたんぱく質構造部であり、糖構造の部分は検出することができなかった。

この構成によれば、蛍光分光法により糖たんぱく質のたんぱく質構造部を検出し、近赤外光法により糖たんぱく質の糖構造部を検出することが可能となるため、蛍光分光法と同レベルの分析の簡易性及び迅速性のメリットを維持したまま、膜ファウリング原因物質をより的確に分析することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析は、前記ろ過後の分離膜の一部を切除する切除工程と、該切除された分離膜の一部を、孔部を有するプレートの該孔部を横断するように配置し、固定する固定工程と、前記分光法に用いる分光光度計本体からの光を、それぞれ、前記分離膜の一部における前記プレートの孔部を横断する部位に前記孔部の挿通方向に照射する照射工程と、を含むことを特徴とする。

この発明は、請求項１又は２に記載の分析方法の一例を具体的に示したものであり、これによれば、分析の前処理は分離膜の一部の切除及びプレートへの固定で終了し、分析操作はプレートに固定された分離膜の一部に光を照射することで実質的に行われる。したがって、前処理及び分析操作が簡素化され、且つ分析時間が短縮され、簡易且つ迅速な分析が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析は、前記分光法に用いる分光光度計本体からの光を前記ろ過対象水の流路に設けられた前記分離膜の位置まで届く長さの一の光伝達手段を介して前記分離膜に照射し、前記分離膜からの光を前記分光光度計本体へと届く長さの他の光伝達手段を介して前記分光光度計本体に受信させる光受信工程と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、各光伝達手段によって、分光光度計本体とこの分光光度計から離間した、ろ過対象水の流路に設けられた分離膜との間での光の送受信が可能となる。すなわち、分離膜のその場（オンサイト）分析が可能となるから、分析を行うにあたりろ過対象水の流路から分離膜を取り出し、分析後に再び分離膜を流路に戻すといった作業が不要となり、さらに分離膜の汚染状態の分析に係る作業が簡易化されている。

同時に、分析は基本的に分離膜への光の照射により行われ、分離膜が切除されることもないから、分析後の分離膜を継続して使用することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法を用いることを含み、前記蛍光分光法による分析は、前記分光光度計本体から前記分離膜に照射された光が該分離膜から放出されて前記分光光度計本体に受信された後に、三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）を作成するＦＥＥＭ作成工程を含むことを特徴とする。

この構成によれば、波長の異なる励起光を順次分離膜に照射して蛍光スペクトルを測定し、その蛍光強度に従って等高線図を描くことで三次元励起蛍光マトリクススペクトルが作成される。したがって、分離膜に捕捉された各物質に由来するスペクトルの分離性能が従来よりも向上し、それらのスペクトル同士の重複が排除され、目的とする物質のスペクトルを的確に抽出することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記蛍光分光法による分析は、前記ＦＥＥＭ作成工程後に、前記ＦＥＥＭに基づき前記分離膜の汚染状態を分析するＦＥＥＭ分析工程を含み、該ＦＥＥＭ分析工程において前記作成されるＦＥＥＭのうち、蛍光波長２９０ｎｍ〜３３０ｎｍ及び励起波長２２０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲に区画される領域ＡＰ１、蛍光波長２９０ｎｍ〜３２０ｎｍ及び励起波長２６５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ１、蛍光波長３２０ｎｍ〜３９５ｎｍ及び励起波長２４５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ２、蛍光波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍ及び励起波長２５０ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ１、及び蛍光波長３９５ｎｍ〜５２０ｎｍ及び励起波長３００ｎｍ〜３７５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ２の少なくとも１個以上の領域を用いることを特徴とする。

予備的な試験結果によれば、領域ＡＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｈ１及びＨ２にスペクトルのピークが存在する物質は、膜ファウリングの進行に連れて増大するという知見が得られている。この構成によれば、膜ファウリングと関係する領域ＡＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｈ１及びＨ２にスペクトルのピークが存在する物質を選択的にモニターすることができ、目的とする物質以外からの不必要なスペクトルを排除することができる。したがって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、領域ＡＰ１、Ｐ１及びＰ２には、糖ファウリングの原因物質である糖たんぱく質のスペクトルのピークが存在し、領域Ｈ１及びＨ２には、糖ファウリングに関与する物質であるフミン物質のスペクトルのピークが存在するとの知見が得られている。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記ＦＥＥＭ作成工程において前記作成されるＦＥＥＭのうち、前記領域ＡＰ１、前記領域Ｐ１及び前記領域Ｐ２のうち少なくとも１個の領域と、前記領域Ｈ１及び前記領域Ｈ２のうち少なくとも１個の領域と、を用いることを特徴とする。

予備的な試験結果によれば、領域ＡＰ１、Ｐ１及び領域Ｐ２の蛍光強度は膜ファウリングの進行の初期〜終期にかけて漸次増加し、領域Ｈ１及びＨ２の蛍光強度は膜ファウリングの進行の初期〜中期よりも終期において大きく増大するとの知見が得られている。

この構成によれば、領域ＡＰ１、Ｐ１及び領域Ｐ２のうち少なくとも１個の領域並びに領域Ｈ１及び領域Ｈ２のうち少なくとも１個の領域を共にモニターすることで、膜ファウリングの進行及び膜ファウリングの終期をより的確に把握することができ、分離膜が完全に閉塞する前に分離膜に対する適切な処置を施すことが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記蛍光分光法による分析は、前記ＦＥＥＭ作成工程後に、前記ＦＥＥＭに基づき前記分離膜の汚染状態を分析するＦＥＥＭ分析工程を含み、該ＦＥＥＭ分析工程において、前記ＦＥＥＭが主成分分析法により変換されたデータを用いることを特徴とする。

この構成によれば、ＦＥＥＭで表わされる等高線図中の山部や谷部のうち、例えば、膜ファウリングに寄与する部分を効率良く抽出することが可能となる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記分離膜の材質がＰＶＤＦであることを特徴とする。

この構成によれば、蛍光分光法により得られるＰＶＤＦ膜に起因するスペクトルの波形と膜ファウリング原因物質に起因するスペクトルとが重複しないことから、バックグラウンドノイズがより低く抑えられ、分析の精度が向上する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９に記載の分離膜の汚染状態分析方法において、前記ろ過対象水のろ過が、少なくとも２種類の分離膜によってなされ、前記２種類の分離膜が、精密ろ過膜及び限外ろ過膜から選択されることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、ろ過に用いる少なくとも２種類の分離膜の孔径、親水性等を変更することで、分離膜に捕捉される物質の粒径、親水性等の情報を得ることができるので、簡易により的確な分離膜汚染物質の分析を行うことが可能となる。

また、２種類の分離膜が精密ろ過膜及び限外ろ過膜から選択されることから、０．０１〜１μｍ程度の粒径を有する糖たんぱく質であって膜ファウリングに関与していると考えられる成分（ＴＥＰ（透明細胞外重合物質）、ＥＰＳ（細胞外ポリマー）等）の分析が可能となる。

請求項１１に記載の発明は、水処理におけるろ過対象水の水質評価方法であって、水処理におけるろ過対象水の水質評価方法であって、膜閉塞指標値が既知のろ過対象水について請求項５〜８の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法によりＦＥＥＭを作成し、該ＦＥＥＭ及び前記既知の膜閉塞指標値の相関関係から検量線を作成する検量線作成工程と、膜閉塞指標値が未知のろ過対象水について前記検量線作成工程で用いた前記分離膜の汚染状態分析方法と同じ方法によりＦＥＥＭを作成し、得られたＦＥＥＭの値を前記検量線に当てはめて膜閉塞指標値を決定する膜閉塞指標値決定工程と、を有することを特徴とするろ過対象水の水質評価方法。

この構成によれば、ろ過対象水中の膜ファウリング原因物質（バイオポリマーと呼ばれる高分子物質群、多糖様物質）の測定は通常高度な分析機器を用いた長時間の測定が必要となるところ、請求項５〜８に係る分離膜の汚染状態分析方法により簡易に作成可能なＦＥＥＭと膜閉塞指標の相関関係から検量線を作成し、膜閉塞指標値が未知のろ過対象水についてＦＥＥＭを作成してこの検量線に当てはめるという簡易な操作で膜閉塞指標値を決定することができる。

したがって、ろ過対象水の水質を簡易且つ迅速に評価することが可能となる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１、２、４〜１０の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法を行うための膜ろ過システムであって、前記ろ過対象水の流路に設けられて該ろ過対象水を導入してろ過する分離膜と、該分離膜の前記ろ過対象水側表面に着脱可能に取り付けられるホルダと、該ホルダに分離膜側端部が接続される所定長さの一の光伝達手段と、該ホルダに分離膜側端部が接続される所定長さの他の光伝達手段と、前記各光伝達手段の他端がそれぞれ接続される分光光度計本体と、を有し、前記一の光伝達手段が前記分光光度計本体からの光を前記ホルダへと伝達可能であるとともに、前記他の光伝達手段が前記分離膜からの光を前記分光光度計本体に伝達可能である分光光度計と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、ろ過対象水ではなく分離膜が蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析に供されるので、ろ過対象水中に存在する物質やその物質の濃度の影響による分析誤差・検出限界等の問題を回避することができる。また、分離膜を分析することで膜を透過する成分が分析に与える影響を排除し、分離膜に捕捉される膜閉塞成分のみの選択的な分析が可能となる。

さらに、分離膜は蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方により分析されることから、前準備を含む分析操作が簡易なものとなるとともに、要する時間も短縮され、非常に簡易且つ迅速な分析が可能となる。

そのうえ、各光伝達手段によって、分光光度計本体とこの分光光度計離間した、ろ過対象水の流路に設けられた分離膜との間での光の送受信が可能となる。すなわち、分離膜のその場（オンサイト）分析が可能となるから、分析を行うにあたり膜ろ過装置から分離膜を取り出し、分析後に再び分離膜を膜ろ過装置に取り付けるといった作業が不要となり、さらに分離膜の汚染状態の分析に係る作業が簡易化されている。

同時に、分析は基本的に分離膜への光の照射により行われ、分離膜が切除されることもないから、分析後の分離膜を継続して使用することが可能となる。

本発明によれば、ろ過対象水ではなく分離膜が蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方による分析に供されるので、分離膜に供給されるろ過対象水に存在する物質の濃度等に影響されることなく、前準備を含む分離膜の汚染状態の分析が簡易となり、分析時間が短縮される。

本発明の第１実施の形態に係る膜ろ過システム１０を示す模式図である。 本実施の形態に係るホルダの分離膜への取付け部位の拡大図である。 本実施の形態に係る蛍光分光法及び近赤外分光法による分離膜の汚染状態分析方法のフローチャートである。 三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）を説明する図である。 総ろ過水量の変化に対する蛍光強度（積分値）の変化を示す図である。 蛍光強度（算出された積分値）とＦＰ値の相関関係から作成した検量線を示す図である。 （Ａ）本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法の一の変形例に用いる膜ろ過システムにおける分離膜の配置を示す模式図、及び（Ｂ）他の変形例に用いる膜ろ過システムにおける分離膜の配置を示す模式図である。 本発明の第２実施の形態に係る蛍光分光光度計６０のブロック図である。 本発明の第２実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法を説明する図である。 本発明の実施例に係るＦＥＥＭを示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。

（第１実施の形態）
本発明の第１実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法及び分離膜の汚染状態分析方法を行うための膜ろ過システムを、図１〜図６を参照して説明する。図１は本実施の形態に係る膜ろ過システム１０を示す模式図、図２はホルダの分離膜への取付け部位の拡大図、図３は蛍光分光法及び近赤外分光法による分離膜の汚染状態分析方法のフローチャート、図４は三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）を説明する図、図５は総ろ過水量に対する蛍光強度（積分値）の変化を示す図、及び図６は蛍光強度（算出された積分値）とＦＰ値の相関関係から作成した検量線を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るろ過システム１０は、ろ過対象水１が流入する浸漬槽１２及び浸漬槽１２に浸漬される分離膜１４を有する。分離膜１４の下流には、この分離膜１４によってろ過されたろ液２を下流に送液する送液ポンプ１６が設けられており、送液ポンプ１６を作動させることで浸漬槽１２内のろ過対象水１が分離膜１４によりろ過される。したがって、ろ過対象水１の流路３は、図１に示す破線矢印にて概念的に示される。

膜ろ過の方式としては、ケーシング型と浸漬型のどちらを選択しても良いが、分離膜１４への後述するホルダ２２、４２の取付け易さの点からは浸漬型の膜ろ過方式が好ましく、本実施の形態においては浸漬型の膜ろ過方式を採用している。

ろ過対象水１としては、海水、河川水、雨水、井水、下水、産業排水等、どのようなものであってもよい。したがって、水処理としては、海水の淡水化処理、半導体製造業における超純水製造処理、上水道事業における浄水処理、下水処理、産業排水処理等、種々の処理を挙げることができる。

本実施の形態においては、上水道事業における浄水処理に、ろ過対象水１として河川水を用いる場合を例に挙げて説明する。

分離膜１４は、平膜、中空糸膜、管状膜等、いずれの膜を用いてもよい。分離膜の材質は、ろ過対象水１の性状に合わせて、そのろ過に使用可能な材質を適宜に選択することができる。しかしながら、後述する蛍光分光法による分析を行う場合は、検出すべき膜ファウリング物質とスペクトルが重複しない材質の分離膜を用いることが好ましい。そのような分離膜の材質としては、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、セルロース糸、ＰＶＣが挙げられる。本実施の形態においては、分離膜１４の材質としてＰＶＤＦを用いている。

また、分離膜１４としては、外圧式と内圧式のものがあり、特に限定されるものではないが、後述するホルダ２２、４２の取付け易さという点から外圧式のものが好ましい。本実施の形態においては外圧式の中空糸膜を分離膜１４として用いている。

さらに、分離膜１４の孔径についても特に限定はなく、用途に応じて逆浸透膜（ＲＯ）、ナノろ過膜（ＮＦ）、限外ろ過膜（ＵＦ）及び精密ろ過膜（ＭＦ）等から選択することができる。本実施の形態においては、上水道事業における浄水処理という処理の目的から、限外ろ過膜（ＵＦ）及び精密ろ過膜（ＭＦ）から分離膜１４が選択されることが好ましい。

さらに、膜ろ過システム１０は、ろ過対象水１の流路３に設けられた分離膜１４のろ過対象水１側表面１４ａに着脱可能に取り付けられるホルダ２２を有する分光蛍光光度計２０と、同じく分離膜１４のろ過対象水１側表面１４ａに着脱可能に取り付けられるホルダ４２を有する近赤外光分光光度計４０と、を有する。

ホルダ２２以外に、分光蛍光光度計２０は、分光蛍光光度計本体３０と、ホルダ２２と分光蛍光光度計本体３０との間に介在して分光蛍光光度計本体３０からの励起光を伝達する励起光伝達手段２６（一の光伝達手段）と、同じくホルダ２２と分光蛍光光度計本体３０との間に介在して励起光を浴びた分離膜１４が放出する蛍光を伝達する蛍光伝達手段２８（他の光伝達手段）と、を有する。励起光伝達手段２６及び蛍光伝達手段２８は、これらを保護する保護チューブ２４（図２参照）により被覆されている。

ホルダ２２は、図２に示すように、分離膜１４への取付け状態において、励起光伝達手段２６及び蛍光伝達手段２８の分離膜１４側端部が固定されるホルダ本体部２２ａと、該ホルダ本体部２２ａから一端が突出し、他端に分離膜１４を構成する中空糸１４ｂを挟持するための鉤部を有する２本の挟持突起２２ｂを有する。挟持突起２２ｂと中空糸１４ｂの係合状態において、分離膜１４と分光蛍光光度計本体３０との間での光の送受信が可能となる。

励起光伝達手段２６及び蛍光伝達手段２８は、それぞれ、励起光及び蛍光を伝達可能なものであればよく、例えば、光ファイバが用いられる。

分光蛍光光度計本体３０は、図１に示すように、励起波長２２０ｎｍ〜６００ｎｍの励起光を順次照射可能な光照射部３２と、この励起光を吸収した試料が放出する蛍光を受信し、蛍光波長２２０ｎｍ〜６５０ｎｍに分光する受信・分光部３４を有する。さらに、分光蛍光光度計本体３０は、ＦＥＥＭ作成部３６を有しており、ＦＥＥＭ作成部３６、光照射部３２及び受信・分光部３４は、制御部３８により制御される。

制御部３８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えたコンピュータである。制御部３８は、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＲＡＭ上に展開して対応する処理をＣＰＵに実行させる。尚、上記プログラムはＲＯＭに記憶されている場合に限らず、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶されていればよい。

ＦＥＥＭ作成部３６は、ＦＥＥＭを作成することを目的とするプログラムである。本プログラムがＲＡＭ上に展開された場合、ＦＥＥＭ作成部３６は、光照射部３２が照射した励起波長の情報及び受信・分光部３４が受信し、分光した蛍光波長の情報に基づき、ＦＥＥＭを作成する。ＦＥＥＭとは、図４に示すように、上記励起波長ＥｘをＹ軸、上記蛍光波長ＥｍをＸ軸、蛍光の強さ（蛍光強度）をＺ軸として表される三次元スペクトルを蛍光強度に従って等高線図に書き変えて作成したものである。

次に、近赤外光分光光度計４０について説明する。近赤外光分光光度計４０は、ホルダ４２以外に、近赤外光分光光度計本体５０と、ホルダ４２と近赤外光分光光度計本体５０との間に介在して近赤外光分光光度計本体５０からの近赤外光を伝達する近赤外光伝達手段４４（一の光伝達手段）と、同じくホルダ４２と近赤外光分光光度計本体５０との間に介在して試料（分離膜１４の中空糸１４ｂ）に吸収された光以外の光を伝達する光伝達手段４６（他の光伝達手段）と、を有する。近赤外光伝達手段４４及び光伝達手段４６は、これらを保護する保護チューブ４８（図２参照）により被覆されている。

ホルダ４２は、図２に示すように、分離膜１４への取付け状態において、近赤外光伝達手段４４及び光伝達手段４６の分離膜１４側端部が固定されるホルダ本体部４２ａと、該ホルダ本体部４２ａから一端が突出し、他端に分離膜１４を構成する中空糸１４ｂを挟持するための鉤部を有する２本の挟持突起４２ｂを有する。挟持突起４２ｂと中空糸１４ｂの係合状態において、分離膜１４と近赤外光分光光度計本体５０との間での光の送受信が可能となる。

近赤外光伝達手段４４及び光伝達手段４６は、それぞれ、近赤外光及びその反射光を伝達可能なものであればよく、例えば、光ファイバが用いられる。

近赤外光分光光度計本体５０は、所定波長範囲の近赤外光を照射可能な光照射部５２と、この近赤外光を吸収した試料（分離膜の中空糸１４ｂ）が放出する光（すなわち、試料が吸収した光以外の光）を受信し、分光する受信・分光部５４を有する。さらに、近赤外光分光光度計本体５０は、吸収スペクトル作成部５６を有しており、吸収スペクトル作成部５６、光照射部５２及び受信・分光部５４は、制御部５８により制御される。

制御部５８は、分光蛍光光度計３０の制御部３８同様、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータであり、制御部５８は、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＲＡＭ上に展開して対応する処理をＣＰＵに実行させる。尚、上記プログラムはＲＯＭに記憶されている場合に限らず、ＮＶＲＡＭに記憶されていればよい。

吸収スペクトル作成部５６は、近赤外光の吸収スペクトルを作成することを目的とするプログラムである。本プログラムがＲＡＭ上に展開された場合、吸収スペクトル作成部５６は、受信・分光部５４が受信し、分光した波長の情報に基づき、吸収スペクトルを作成する。

本実施の形態において吸収スペクトルは、吸光度をＹ軸、分光した波長をＸ軸として表される二次元スペクトルであり、浸漬槽１２においてろ過対象水１で浸漬された分離膜１４のろ過後に測定した吸収スペクトルＡ_１と浸漬槽１２においてろ過対象水１で浸漬された分離膜１４のろ過前に測定した吸収スペクトルＡ_０の差分として表される。すなわち、この差分の吸収スペクトルは、ろ過により分離膜１４に捕捉された物質に由来するスペクトルを表す。

分光蛍光光度計２０及び近赤外光分光光度計４０は、常時、分離膜１４の汚染状態を分析するものでもよいが、膜ろ過システム１０の定期点検時に使用するようなものでもよい。

以上の構成を有する膜ろ過システム１０による水処理におけるろ過対象水１のろ過に用いた分離膜１４の汚染状態分析方法について、図３を参照して以下に説明する。

膜ろ過システム１０においては、既にホルダ２２が分離膜１４の中空糸１４ｂに取り付けられ、同様にホルダ４２が分離膜１４の中空糸１４ｂに取り付けられており、蛍光分光法及び近赤外分光法による分離膜１４の分析が可能な状態となっている。この状態において、分離膜１４の汚染状態分析方法の実施に先立ち、膜ろ過システム１０の運転が実施される。すなわち、送液ポンプ１６の起動により所定量のろ過対象水１（河川水）が分離膜１４によってろ過される。

次に、送液ポンプ１６を停止し、浸漬槽１２内のろ過対象水１を図示しない排水経路を介して排水し、分離膜１４をろ過対象水１から露出させる。この状態において、以下に示すようにろ過後の分離膜１４の汚染状態を分析する。なお、分離膜１４をろ過対象水１から露出させることで、以下の分析の際に後述する分離膜１４（中空糸１４ｂ）と各光伝達手段（励起光伝達手段２６、蛍光伝達手段２８、近赤外光伝達手段４４及び光伝達手段４６）の分離膜１４側端部との間にろ過対象水１が介在し、このろ過対象水１に含まれるコロイド成分及びＳＳ（懸濁物質又は浮遊物質）等の影響による不具合が回避される。したがって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

［光受信工程（Ｓ１０１）］
まず、分光蛍光光度計本体３０及び近赤外光分光光度計本体５０の電源をそれぞれ投入し、両者を起動する。

これにより、分光蛍光光度計本体３０において、制御部３８は光照射部３２及び受信・分光部３４に信号を送る。この信号により、光照射部３２は励起光伝達手段２６（一の光伝達手段）を介して分離膜１４に励起波長２２０ｎｍ〜６００ｎｍの励起光を順次照射する。そして、励起光を吸収した分離膜１４が放出した蛍光が蛍光伝達手段２８（他の光伝達手段）を介して分光蛍光光度計本体３０に伝達される。また、上記制御部３８の信号により、分光蛍光光度計本体３０に伝達された蛍光を受信・分光部３４が受信し、蛍光波長２２０ｎｍ〜６５０ｎｍに分光する。

同時に、近赤外光分光光度計本体５０において、制御部５８は光照射部５２及び受信・分光部５４に信号を送る。この信号により、光照射部５２は所定波長範囲の近赤外光を近赤外光伝達手段４４（一の光伝達手段）を介して分離膜１４に照射する。そして、分離膜１４（中空糸１４ｂ）が吸収した光以外の反射光・透過光が光伝達手段４６（他の光伝達手段）を介して近赤外光分光光度計本体５０に伝達される。また、上記制御部５８の信号により、近赤外光分光光度計本体５０に伝達された反射光・透過光を受信・分光部５４が受信し、任意の波長に分光する（以上、光受信工程Ｓ１０１）。

［分光スペクトル作成工程（Ｓ１０２）］
分光スペクトル作成工程Ｓ１０２は、蛍光分光法においてはＦＥＥＭ作成工程に対応し、近赤外分光法においては吸収スペクトル作成工程に対応する。

蛍光分光法においては、制御部３８はＦＥＥＭ作成部３６に信号を送る。これにより、ＦＥＥＭ作成部３６は、光照射部３２が照射した励起光の波長についての情報及び受信・分光部３４が受信し、分光した蛍光波長についての情報に基づき、図４に示すような三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）を作成する。

近赤外分光法においては、制御部５８は吸収スペクトル作成部５６に信号を送る。これにより、吸収スペクトル作成部５６は、受信・分光部５４が受信し、分光した波長についての情報に基づき吸収スペクトルを作成する。

［分光スペクトル分析工程（Ｓ１０３）］
分光スペクトル分析工程Ｓ１０３は、蛍光分光法においてはＦＥＥＭ分析工程に対応し、近赤外分光法においては吸収スペクトル分析工程に対応する。

蛍光分光法においては、作成されたＦＥＥＭのうち、蛍光波長２９０ｎｍ〜３３０ｎｍ及び励起波長２２０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲に区画される領域ＡＰ１、蛍光波長２９０ｎｍ〜３２０ｎｍ及び励起波長２６５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ１、蛍光波長３２０ｎｍ〜３９５ｎｍ及び励起波長２４５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ２、蛍光波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍ及び励起波長２５０ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ１、及び蛍光波長３９５ｎｍ〜５２０ｎｍ及び励起波長３００ｎｍ〜３７５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ２の少なくとも１個以上の領域を用い、当該領域の蛍光強度を積分した値（ＡＰ^ｉ、Ｐ１^ｉ、Ｐ２^ｉ、Ｈ１^ｉ、Ｈ２^ｉ）を求める。予備的な試験結果によれば、領域ＡＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｈ１及びＨ２にスペクトルのピークが存在する物質は、膜ファウリングの進行に連れて増大するという知見が得られており、分離膜１４がろ過した総ろ過水量の増加に対応した上記積分値（ＡＰ^ｉ、Ｐ１^ｉ、Ｐ２^ｉ、Ｈ１^ｉ、Ｈ２^ｉ）の変化を観察することで、分離膜１４の汚染状態を把握することができる。

また、近赤外分光法においては、作成された吸収スペクトルのうち、膜閉塞物質である糖たんぱく質の糖構造部に対応するピークの面積を算出する。そして、分離膜１４がろ過した総ろ過水量の増加に対応したこのピーク面積の変化を観察することで、分離膜１４の汚染状態を把握することができる。

なお、分光スペクトル分析工程Ｓ１０３については、制御部３８及び制御部５８の制御により行ってもよいし、蛍光分光光度計２０が作成したＦＥＥＭ及び近赤外光分光光度計４０が作成した吸収スペクトルに基づき、他の手法により行うこととしてもよい。
したがって、本実施の形態に係る分離膜１４の汚染状態分析方法及び分離膜１４の汚染状態分析方法を行うための膜ろ過システム１０によれば、ろ過対象水１ではなく分離膜１４が蛍光分光法及び近赤外分光法の双方を用いる分析に供されるので、ろ過対象水１中に存在する物質やその物質の濃度の影響による分析誤差・検出限界等の問題を回避することができる。また、分離膜１４を分析することで膜を透過する成分が分析に与える影響を排除し、分離膜１４に捕捉される膜閉塞成分のみの選択的な分析が可能となる。

さらに、分離膜１４は蛍光分光法及び近赤外分光法の双方により分析されることから、前準備を含む分析操作が簡易なものとなるとともに、要する時間も短縮され、簡易且つ迅速な分析が可能となる。

また、一般に、膜ファウリングに重要な影響を及ぼす物質である上述の高分子の多糖様物質が糖たんぱく質であることが明らかになっているが、蛍光分光法で検出できるのはたんぱく質構造部であり、糖構造の部分は検出することができなかった。

本実施の形態によれば、蛍光分光法により糖たんぱく質のたんぱく質構造部を検出し、近赤外分光法により糖たんぱく質の糖構造部を検出することが可能となるため、蛍光分光法と同レベルの分析の簡易性及び迅速性のメリットを維持したまま、膜ファウリング原因物質をより的確に分析することが可能となる。

さらに、各光伝達手段（励起光伝達手段２６、蛍光伝達手段２８、近赤外光伝達手段４４及び光伝達手段４６）によって、分光光度計本体（分光蛍光光度計本体３０及び近赤外光分光光度計本体５０）とろ過対象水１の流路３に設けられた分離膜１４との間での光の送受信が可能となる。すなわち、分離膜１４のその場（オンサイト）分析が可能となるから、分析を行うにあたり浸漬槽１２から分離膜１４を取り出し、分析後に再び分離膜１４を浸漬槽１２に取り付けるといった作業が不要となり、さらに分離膜１４の汚染状態の分析に係る作業が簡易化されている。

同時に、分析は基本的に分離膜１４への光の照射により行われ、分離膜１４が切除されることもないから、分析後の分離膜１４を継続して使用することが可能となる。

そのうえ、三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）によれば、分離膜１４に捕捉された各物質に由来するスペクトルの分離性能が従来よりも向上し
、それらのスペクトル同士の重複が排除され、目的とする物質のスペクトルを的確に抽出することが可能となる。

また、膜ファウリングと関係する領域ＡＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｈ１及びＨ２にスペクトルのピークが存在する物質を選択的にモニターすることができ、目的とする物質以外からの不必要なスペクトルを排除することができる。したがって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、領域ＡＰ１、Ｐ１及びＰ２には、糖ファウリングの原因物質である糖たんぱく質のスペクトルのピークが存在し、領域Ｈ１及びＨ２には、糖ファウリングに関与する物質であるフミン物質のスペクトルのピークが存在するとの知見が得られている。なお、ＡＰ１は、上記糖たんぱく質のうち、芳香族系の官能基を有する糖たんぱく質のスペクトルのピークが存在する領域である。

また、発明者は新たに、図５に示すように、領域ＡＰ１、Ｐ１及びＰ２の蛍光強度は膜ファウリングの進行の初期〜終期にかけて漸次増加し（同図中のＰを参照乞う）、領域Ｈ１及びＨ２の蛍光強度は膜ファウリングの進行の初期〜中期よりも終期において大きく増大する（同図中のＨを参照乞う）との知見を得た（尚、同図中、縦軸はＦＥＥＭの所定領域における蛍光強度の積分値（例えば、Ｐ１^ｉ）を示し、横軸は総ろ過水量を示す。）。

そこで、上記実施の形態におけるＦＥＥＭ分析工程（分光スペクトル分析工程Ｓ１０３）において、ＦＥＥＭ作成工程において作成されるＦＥＥＭのうち、領域ＡＰ１、Ｐ１及び領域Ｐ２のうち少なくとも１個の領域と、領域Ｈ１及び領域Ｈ２のうち少なくとも１個の領域とを用いることとしてもよい。

これによれば、領域ＡＰ１、Ｐ１及び領域Ｐ２のうち少なくとも１個の領域並びに領域Ｈ１及び領域Ｈ２のうち少なくとも１個の領域の各積分値の総ろ過水量に対する変化をモニターすることで、図５に示すように、領域Ｈ１〜Ｈ２の積分値の増加割合に対して領域ＡＰ１、Ｐ１〜Ｐ２の積分値の増加割合が大きい場合には膜ファウリングの進行が初期〜中期の段階にあり、領域ＡＰ１、Ｐ１〜Ｐ２の積分値の増加割合に対して領域Ｈ１〜Ｈ２の増加割合が大きくなる場合には、膜ファウリングの終期段階にあると判定することができる。すなわち、膜ファウリングの進行及び膜ファウリングの終期をより的確に把握することができ、分離膜１４が完全に閉塞する前に分離膜１４に対する適切な処置を施すことが可能となる。

なお、図５に示すような領域ＡＰ１、Ｐ１〜Ｐ２及び領域Ｈ１〜Ｈ２の蛍光強度の増加現象の違いは、領域ＡＰ１、Ｐ１〜Ｐ２にスペクトルのピークを有する糖たんぱく質は膜に直接付着して膜ファウリングをもたらし、領域Ｈ１〜Ｈ２にスペクトルのピークを有するフミン物質は分離膜よりも分離膜に付着した膜閉塞物質に付着して膜ファウリングを促進するという現象が生じていることに起因するものであると推察される。

また、上記実施の形態の分光スペクトル分析工程Ｓ１０３であるＦＥＥＭ分析工程において、ＦＥＥＭが主成分分析法により変換されたデータを用いることも可能である。かかる変換データによれば、ＦＥＥＭで表わされる等高線図中の山部や谷部のうち、例えば、膜ファウリングに寄与する部分を効率良く抽出することが可能となる。

さらに、本願発明は、分離膜の汚染状態分析方法において作製されるＦＥＥＭを用いたろ過対象水の水質評価法方法を提供する。以下に、上記実施の形態に係る膜ろ過システム１０を用いる場合を例に本実施の形態に係るろ過対象水の水質評価方法について、図６を参照して説明する。

［検量線作成工程（Ｓ２０１）］
まず、膜閉塞指標値が既知のろ過対象水を少なくとも３種類準備する。かかるろ過対象水としては、複数箇所の河川から採取した河川水を用いることができる。好ましくは、膜閉塞指標値が未知の測定対象となるろ過対象水と膜閉塞指標値が近いと予測されるろ過対象水を選択すべきである。

膜閉塞指標値はどのようなものを用いても良いが、例えば、ファウリングポテンシャル（登録商標）（ＦＰ）、ＭＦＩ、ＵＭＦＩ、ＭＦＩ−ＮＦ、ＣＦ−ＭＦＩを挙げることができる。本実施の形態では、ＦＰを膜閉塞指標として用いる。ＦＰは、本願発明の発明者の執筆した文献「浄水処理におけるファウリングポテンシャル（登録商標）の提案と浸漬型膜ろ過システムの適用事例」（膜（ＭＥＭＢＲＡＮＥ），３９（４），１９４−２００（２０１４））によれば、以下のように説明される。

「ファウリングポテンシャル（ＦＰ）の測定には、公称孔径０．２２μｍの疎水性ＰＶＤＦ膜（ミリポア社製ＧＶＨＰ、直径２５ｍｍ）を使用する。これを撹拌式加圧セルに装着し、ＨＰＬＣ用送液ポンプで加圧ろ過を行う。

ろ過は、セルの攪拌子を１，４５０ｒｐｍで回転させながら全量定速ろ過（膜透過流束２０ｍ／日）で行い、膜差圧がある程度上昇した後、膜をセルから取り外し、１％-シュウ酸洗浄（洗浄時間６０分、洗浄温度２０℃程度）と膜面のスポンジ洗浄を行う。洗浄後、膜をセルに再び装着し、供試水のＧＶＨＰ膜ろ過水でろ過を行い、再び膜差圧を測定する。

この膜差圧とろ過開始時の膜差圧の差（ｍ-Ａｑ ａｔ２５℃）を総ろ過水量（ｍ^３／ｍ^２-膜）で除した値をファウリングポテンシャル（ｆｏｕｌｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：ＦＰ）と定義している。なお、試料水は、予め０．４５μmのメンブレンフィルターでろ過し、濁度成分を除去した後に供試する。」

次に、膜ろ過システム１０を用いて少なくとも３種類のろ過対象水を所定量ろ過する動作を、それぞれのろ過対象水について分離膜１４を交換しつつ行う。次に、ろ過に用いた各分離膜１４についてＦＥＥＭを作成する。

そして、作成されたＦＥＥＭについて、例えば、領域Ｐ１や領域Ｐ２の積分値Ｐ１^ｉ、Ｐ２^ｉを算出し、算出した積分値をＹ軸とし、各ろ過対象水のＦＰをＸ軸として検量線を作成する。この検量線を、図６に示す（以上、検量線作成工程Ｓ２０１）。同図は、蛍光強度（算出された積分値）と後述するＦＰ値の相関関係から作成した検量線を示す図である。

［膜閉塞指標値決定工程（Ｓ２０２）］
次に、膜閉塞指標値決定工程Ｓ２０２について説明する。本工程では、膜閉塞指標値（すなわち、ＦＰ値）が未知のろ過対象水を膜ろ過システム１０を用いて上記検量線作成工程Ｓ２０１と同様の条件で膜ろ過し、膜ろ過に用いた分離膜１４についてＦＥＥＭを作成する。

そして、作成したＦＥＥＭについて、工程Ｓ２０１同様に、例えば、領域Ｐ１や領域Ｐ２の積分値Ｐ１^ｉ、Ｐ２^ｉを算出する。

この積分値を、図６に示すように、上記工程Ｓ２０１で作成した検量線に当てはめてＦＰを決定する。

したがって、本実施の形態に係るろ過対象水の水質評価方法によれば、ろ過対象水中の膜ファウリング原因物質（バイオポリマーと呼ばれる高分子物質群、多糖様物質）の測定は通常高度な分析機器を用いた長時間の測定が必要となるところ、上記実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法により簡易に作成可能なＦＥＥＭと膜閉塞指標（ＦＰ）の相関関係から予め検量線を作成しておくことで、膜閉塞指標値（ＦＰ値）が未知のろ過対象水についてＦＥＥＭを作成することで簡単にそのろ過対象水の膜閉塞指標値を決定することができる。よって、ろ過対象水の水質を簡易且つ迅速に評価することが可能となる。

また、本実施の形態に係る分離膜１４の汚染状態分析方法においては、１個の分離膜を用いてろ過対象水の膜ろ過を行い、分離膜の汚染状態の分析を行っているが、これに限定されるものではなく種々の変形が可能である。

以下に、本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法の変形例を、分離膜の配置を変更した膜ろ過システムを用いる場合を例に図７により説明する。図７において、上述の図１に示した実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付しその説明を省略する。さらに、図７においては、分光蛍光光度計２０及び近赤外光分光光度計４０の記載を省略する。
図７（Ａ）は本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法の一の変形例に用いる膜ろ過システムにおける分離膜の配置を示す模式図であり、図７（Ｂ）は本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法の他の変形例に用いる膜ろ過システムにおける分離膜の配置を示す模式図である。

一の変形例においては、同図（Ａ）に示すように、浸漬槽１２内において分離膜１４−１及び分離膜１４−２が並列に配置されており、他の変形例においては、同図（Ｂ）に示すように、浸漬槽１２内において分離膜１４−３及び分離膜１４−４が直列に配置されている。

一の変形例及び他の変形例においても、上水道事業における浄水処理という処理の目的から、上記実施の形態同様に分離膜１４−１〜４は限外ろ過膜（ＵＦ）及び精密ろ過膜（ＭＦ）から選択される。

具体的には、例えば、分離膜１４−１及び分離膜１４−３は、孔径０．４５μｍの限外ろ過膜（ＵＦ）であり、分離膜１４−２及び分離膜１４−４は、孔径０．０１μｍである。

その後、ろ過対象水１の膜ろ過、膜ろ過後の分離膜１４−１〜４の蛍光分光法及び近赤外分光法による分析がなされる。

したがって、一の変形例によれば、分離膜１４−１の分析結果から、粒径０．４５μｍ以上であって膜閉塞に寄与する成分の分析が可能となり、分離膜１４−２の分析結果から、粒径０．４５μｍ未満〜０．０１μｍ以上の範囲の膜閉塞に寄与する成分の分析を行うことが可能となる。すなわち、孔径の異なる分離膜を用いることで、膜閉塞成分の粒径についての情報をより詳細に得ることが可能となる。これにより、０．０１〜１μｍ程度の粒径を有する糖たんぱく質であって膜ファウリングに関与していると考えられる成分（ＴＥＰ（透明細胞外重合物質）、ＥＰＳ（細胞外ポリマー）等）のより精度の高い分析が可能となる。

また、他の変形例によれば、分離膜１４−３の分析結果から粒径０．４５μｍ以上であって膜閉塞に寄与する成分の分析が、分離膜１４−４の分析結果から粒径０．０１μｍ以上であって膜閉塞に寄与する成分の分析が、それぞれ可能となる。

以上のように、分離膜の孔径の差と、流路における分離膜の配置によって、より詳細な膜閉塞成分の粒子サイズに関する情報を得ることが可能となる。

また、上記変形例により得られる膜閉塞成分についての情報は、粒子サイズに関する情報のみとは限られない。例えば、親水性の異なる２種類の分離膜を用いることも可能である。これによれば、分離膜の親水性の差を利用して、膜閉塞成分の親水性の違いに関する情報を得ることが可能となる。

さらに、本変形例に係る分離膜の汚染状態分析方法は、膜ろ過システム１０における分離膜の配置を変更したものを用いて実施しているが、膜ろ過システム１０を用いることは必須ではない。すなわち、ろ過対象水のろ過を少なくとも２種類の分離膜で行う膜ろ過系であればどのような膜ろ過系を用いてもよい。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法を、図８及び図９を参照して説明する。図８は蛍光分光光度計６０のブロック図、及び図９は本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法を説明する図である。なお、本実施の形態において第１実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態においては、蛍光分光法による分析を行う。図８に示すように、本実施の形態において用いる分光蛍光光度計６０は、分析すべき試料を挿入する試料挿入部６２を有する点において上記第１実施の形態と相違する。試料挿入部６２には、試料を固定する試料固定プレート７０が挿入される。

試料固定プレート７０は、図９（Ａ）に示すように、略中央部に矩形の孔部７２を有する板状体であって、孔部７２の図示左右方向には、長さ方向略中央に湾曲した凹部７４ａを有する一対の固定ピン７４が設けられている。

また、本実施の形態においては、流路３は第１実施の形態と共通する。すなわち、ろ過対象水１は、浸漬槽１２中の分離膜１４によってろ過され、ろ液２となる。

以下、本実施の形態に係る分離膜の汚染状態分析方法を、第１実施の形態と異なる点について主に説明する。

まず、分離膜１４の汚染状態分析方法の実施に先立ち、送液ポンプ１６を起動させ、所定量のろ過対象水１（河川水）のろ過を行う。

［切除工程（Ｓ３０１）］
切除工程Ｓ３０１では、図９（Ａ）に示すように、ろ過後の分離膜１４の中空糸１４ｂの一部を切除する。切除する長さは、固定ピン７４で固定可能な長さであれば良い。

［固定工程（Ｓ３０２）］
固定工程Ｓ３０２では、切除した中空糸１４ｂの外周面を固定ピン７４の凹部７４ａにそれぞれ当接させ、プレート上に中空糸１４ｂを固定する。この際、図９（Ｂ）に示すように、中空糸１４ｂが孔部７２を横断するように行う（以上、固定工程Ｓ３０２）。

固定工程後、プレート７０を分光蛍光光度計６０の試料挿入部６２に挿入する。

［照射工程（Ｓ３０３）］
次に照射工程Ｓ３０３について説明する。試料挿入部６２にプレート７０が挿入された状態において、分光蛍光光度計６０の電源を投入して起動する。これにより、分光蛍光光度計６０において、制御部３８は光照射部３２に信号を送る。この信号により、光照射部３２は、図９（Ｂ）に示すように、矢印２００方向に、すなわち、中空糸１４ｂの孔部７２を横断する部位に孔部７２の挿通方向に励起波長２２０ｎｍ〜６００ｎｍの励起光を順次照射する（以上、照射工程Ｓ３０３）。

以降、上記第１実施の形態と同様に受信・分光部３４が蛍光を受信し、ＦＥＥＭ作成部３６がＦＥＥＭを作成し、分離膜１４の汚染状態の分析が実施される。

したがって、本実施の形態によれば、分析の前処理は分離膜１４の一部の切除及びプレート７０への固定で終了し、分析操作はプレート７０に固定された分離膜１４の一部に光を照射することで実質的に行われる。したがって、前処理及び分析操作が簡素化され、且つ分析時間が短縮され、簡易且つ迅速な分析が可能となる。

同時に、上記第１実施の形態同様、分離膜１４が蛍光分光法を用いる分析に供されるので、ろ過対象水１中に存在する物質やその物質の濃度の影響による分析誤差・検出限界等の問題を回避することができる。また、分離膜１４を分析することで膜を透過する成分が分析に与える影響を排除し、分離膜１４に捕捉される膜閉塞成分のみの選択的な分析が可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記第１実施の形態では、蛍光分光法及び近赤外分光法を用い、第２実施の形態では蛍光分光法を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、近赤外分光法のみを用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、作成されたＦＥＥＭのうち、領域ＡＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｈ１及びＨ２の少なくとも１個以上の領域をＦＥＥＭ分析工程において用いているが、当該領域を用いることは必須というわけではない。すなわち、図４に示すようなＦＥＥＭをそのままＦＥＥＭ分析工程において用いることも可能である。

これによれば、例えば、既知の膜閉塞成分を付着させた分離膜の蛍光分光法による分析から作成したＦＥＥＭと、ろ過対象水１を所定量ろ過させた分離膜１４の蛍光分光法による分析から作成したＦＥＥＭとを比較し、それらの波形パターンの共通点及び差異点の割合から、分離膜に付着した膜閉塞成分を特定し、当該膜閉塞成分の量を推定するということも可能となる。

さらに、本発明とナノ粒子計を併用してもよい。ナノ粒子計の多くは、１０〜４００ｎｍ程度の粒子の大きさの情報とゼータ電位などの電荷の情報が与えられるものであるが、多糖、たんぱく質等のポリマーの特性に関する情報は得られない。かかるナノ粒子計に対して本発明を併用する事により、膜ファウリング物質の質と大きさの両方の情報と、ろ過抵抗への関与に関する情報が得られるので、より好ましい。

なお、ナノ粒子計の計側法は、特に制限はなく、ナノ粒子追跡解析法（ＮＴＡ又はＰＴＡ）、レーザー誘起破壊検知法（ＬＩＤＢ）、電気抵抗ナノパルス法（ＴＲＰＳ、通称：ｑＮａｎｏ）、動的光散乱法（ＤＬＳ）のいずれでもよい。

以下、本発明を実施例により説明する。

１．ろ過対象水のろ過
本実施例における水処理は、原水を浄化して上水道水とするための水処理を想定しており、原水としては河川水を用いた。

ろ過対象水（河川水）を、材質がＰＶＤＦである分離膜（平膜、孔径０．２２μｍ）を用いて約１ｌろ過した。
２．蛍光分光法による分離膜の汚染状態の分析
分離膜の汚染状態の分析には、本実施の形態に係る膜ろ過システム１０にも使用可能な分光蛍光光度計（日立製作所製）を用いた。

ろ過対象水をろ過した分離膜のろ過対象水側表面に対して励起光を照射し、分離膜への励起光の照射及び分離膜からの蛍光の受信・分光を行い、ＦＥＥＭを作成した。

図１０に、作成したＦＥＥＭを示す。このように作成されたＦＥＥＭから、分離膜の汚染状態を分析可能であることが示された。

１ ろ過対象水
３ 流路
１０ 膜ろ過システム
１４ 分離膜
２０ 分光蛍光光度計（分光光度計）
２２ ホルダ
２６ 励起光伝達手段（一の光伝達手段）
２８ 蛍光伝達手段（他の光伝達手段）
３０ 分光蛍光光度計本体（分光光度計本体）
４０ 近赤外光分光光度計（分光光度計）
４２ ホルダ
４４ 近赤外光伝達手段（一の光伝達手段）
４６ 光伝達手段（他の光伝達手段）
５０ 近赤外光分光光度計本体（分光光度計本体）
７０ プレート
７２ 孔部

Claims (12)

1. 水処理におけるろ過対象水のろ過に用いた分離膜の汚染状態分析方法であって、
   前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする分離膜の汚染状態分析方法。
2. 前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法及び近赤外分光法の双方を用いることを特徴とする請求項１に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
3. 前記蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析は、
   前記ろ過後の分離膜の一部を切除する切除工程と、
   該切除された分離膜の一部を、孔部を有するプレートの該孔部を横断するように配置し、固定する固定工程と、
   前記分光法に用いる分光光度計本体からの光を、それぞれ、前記分離膜の一部における前記プレートの孔部を横断する部位に前記孔部の挿通方向に照射する照射工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
4. 前記蛍光分光法及び近赤外分光法の何れか一方又は双方を用いる分析は、
   前記分光法に用いる分光光度計本体からの光を前記ろ過対象水の流路に設けられた前記分離膜の位置まで届く長さの一の光伝達手段を介して前記分離膜に照射し、前記分離膜からの光を前記分光光度計本体へと届く長さの他の光伝達手段を介して前記分光光度計本体に受信させる光受信工程と、
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
5. 前記ろ過後の分離膜に対して蛍光分光法を用いることを含み、
   前記蛍光分光法による分析は、
   前記分光光度計本体から前記分離膜に照射された光が該分離膜から放出されて前記分光光度計本体に受信された後に、三次元励起蛍光マトリクススペクトル（ＦＥＥＭ）を作成するＦＥＥＭ作成工程を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
6. 前記蛍光分光法による分析は、
   前記ＦＥＥＭ作成工程後に、前記ＦＥＥＭに基づき前記分離膜の汚染状態を分析するＦＥＥＭ分析工程を含み、
   該ＦＥＥＭ分析工程において前記作成されるＦＥＥＭのうち、
   蛍光波長２９０ｎｍ〜３３０ｎｍ及び励起波長２２０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲に区画される領域ＡＰ１、
   蛍光波長２９０ｎｍ〜３２０ｎｍ及び励起波長２６５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ１、
   蛍光波長３２０ｎｍ〜３９５ｎｍ及び励起波長２４５ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｐ２、
   蛍光波長３９５ｎｍ〜４８０ｎｍ及び励起波長２５０ｎｍ〜２９５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ１、及び
   蛍光波長３９５ｎｍ〜５２０ｎｍ及び励起波長３００ｎｍ〜３７５ｎｍの範囲に区画される領域Ｈ２
   の少なくとも１個以上の領域を用いることを特徴とする請求項５に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
7. 前記ＦＥＥＭ作成工程において前記作成されるＦＥＥＭのうち、
   前記領域ＡＰ１、前記領域Ｐ１及び前記領域Ｐ２のうち少なくとも１個の領域と、前記領域Ｈ１及び前記領域Ｈ２のうち少なくとも１個の領域と、を用いることを特徴とする請求項６に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
8. 前記蛍光分光法による分析は、
   前記ＦＥＥＭ作成工程後に、前記ＦＥＥＭに基づき前記分離膜の汚染状態を分析するＦＥＥＭ分析工程を含み、
   該ＦＥＥＭ分析工程において、前記ＦＥＥＭが主成分分析法により変換されたデータを用いることを特徴とする請求項５〜７に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
9. 前記分離膜の材質がＰＶＤＦであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
10. 前記ろ過対象水のろ過が、少なくとも２種類の分離膜によってなされ、
    前記２種類の分離膜が、精密ろ過膜及び限外ろ過膜から選択されることを特徴とする請求項１〜９に記載の分離膜の汚染状態分析方法。
11. 水処理におけるろ過対象水の水質評価方法であって、
    膜閉塞指標値が既知のろ過対象水について請求項５〜８の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法によりＦＥＥＭを作成し、該ＦＥＥＭ及び前記既知の膜閉塞指標値の相関関係から検量線を作成する検量線作成工程と、
    膜閉塞指標値が未知のろ過対象水について前記検量線作成工程で用いた前記分離膜の汚染状態分析方法と同じ方法によりＦＥＥＭを作成し、得られたＦＥＥＭの値を前記検量線に当てはめて膜閉塞指標値を決定する膜閉塞指標値決定工程と、
    を有することを特徴とするろ過対象水の水質評価方法。
12. 請求項１、２、４〜１０の何れか１項に記載の分離膜の汚染状態分析方法を行うための膜ろ過システムであって、
    前記ろ過対象水の流路に設けられて該ろ過対象水を導入してろ過する分離膜と、
    該分離膜の前記ろ過対象水側表面に着脱可能に取り付けられるホルダと、該ホルダに分離膜側端部が接続される所定長さの一の光伝達手段と、該ホルダに分離膜側端部が接続される所定長さの他の光伝達手段と、前記各光伝達手段の他端がそれぞれ接続される分光光度計本体と、を有し、前記一の光伝達手段が前記分光光度計本体からの光を前記ホルダへと伝達可能であるとともに、前記他の光伝達手段が前記分離膜からの光を前記分光光度計本体に伝達可能である分光光度計と、
    を有することを特徴とする膜ろ過システム。

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