JP2018167207A - バイオフィルム量監視方法及び水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも簡便に、逆浸透膜モジュールに発生するバイオフィルム量を監視する、バイオフィルム量監視方法を提供すること。
【解決手段】逆浸透膜モジュール７を備える水処理システム１におけるバイオフィルム量監視方法であって、逆浸透膜モジュール７の上流側に、生体染色色素を注入する工程と、逆浸透膜モジュール７の下流側で、生体染色色素の濃度を測定する工程と、注入した生体染色色素の色素量と、測定された生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出する工程と、付着量に基づいて、逆浸透膜モジュール７に発生したバイオフィルム量を評価する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオフィルム量監視方法及び水処理システムに関する。

食品工場、機械工場、化学工場等の洗浄工程等においては、不純物を含まない高純度の純水が使用される。この種の純水を製造するため、水処理システムにおいて、逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」ともいう）を用いることにより、供給水から、塩分、重金属イオン、溶解シリカ、硝酸性窒素、細菌類、変異原性物質、有機塩素化合物等を取り除くことができる。

逆浸透膜を用いる水処理システムの安定運用のためには、スライム傾向やバイオファウリング傾向を自動監視した上で、スライムコントロール剤やバイオファウリング抑制剤の種類を選定し、その濃度を調整する工程が重要なものとなる。ここで、バイオファウリングの原因の一つであるバイオフィルム量を特定する手段として、例えば特許文献１は、紅麹色素を用いたバイオフィルム染色剤を開示している。

特開２００５−２１０９９７号公報

しかし、逆浸透膜を用いる水処理システムに対して、特許文献１に係る技術を単に適用した場合には、水処理システムの定常運転を止めて、逆浸透膜モジュールの上流側に特許文献１に係る染色剤を投入し、染色後の逆浸透膜を逆浸透膜モジュールから取り出して、逆浸透膜の染色の度合いを定量する必要が発生し、バイオフィルム量の特定を行うために煩雑な作業を必要としていた。

従って、本発明は、従来よりも簡便に、逆浸透膜モジュールに発生するバイオフィルム量を監視する、バイオフィルム量監視方法を提供することを目的とする。

本発明は、逆浸透膜モジュールを備える水処理システムにおけるバイオフィルム量監視方法であって、前記逆浸透膜モジュールの上流側に、生体染色色素を注入する工程と、前記逆浸透膜モジュールの下流側で、前記生体染色色素の色素量を測定する工程と、注入した前記生体染色色素の色素量と、測定された前記生体染色色素の色素量とに基づいて、前記逆浸透膜モジュールに対する前記生体染色色素の付着量を算出する工程と、前記付着量に基づいて、前記逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する工程と、を有する、バイオフィルム量監視方法に関する。

また、前記水処理システムは、前記逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュールと第２逆浸透膜モジュールとを備え、更に、供給水を前記第１逆浸透膜モジュールに向けて供給する第１供給水ラインと、前記第１供給水ラインにおいて、前記第１逆浸透膜モジュールの上流側で分岐し、供給水を前記第２逆浸透膜モジュールに向けて供給する第２供給水ラインと、を備え、前記生体染色色素を注入する工程は、前記第２供給水ライン中、前記第２逆浸透膜モジュールの上流側において実行され、前記生体染色色素の色素量を測定する工程は、前記第２供給水ライン中、前記第２逆浸透膜モジュールの下流側において実行されることが好ましい。

また、上記のバイオフィルム量監視方法は、前記逆浸透膜モジュールに付着した前記生体染色色素を洗い流すリンス工程を更に有することが好ましい。

また、上記のバイオフィルム量監視方法は、前記水処理システムの定常運転時に、間欠的に実行されることが好ましい。

また、本発明は、水処理システムであって、逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜モジュールの上流側に、生体染色色素を注入する色素注入装置と、前記逆浸透膜モジュールの下流側で、前記生体染色色素の色素量を測定し、注入した前記生体染色色素の色素量と、測定された前記生体染色色素の色素量とに基づいて、前記逆浸透膜モジュールに対する前記生体染色色素の付着量を算出する付着量算出装置と、前記付着量に基づいて、前記逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する評価装置と、を備えることが好ましい。

また、上記の水処理システムは、前記逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュールと第２逆浸透膜モジュールとを備え、更に、供給水を前記第１逆浸透膜モジュールに向けて供給する第１供給水ラインと、前記第１供給水ラインにおいて、前記第１逆浸透膜モジュールの上流側で分岐し、供給水を前記第２逆浸透膜モジュールに向けて供給する第２供給水ラインと、を備え、前記色素注入装置は、前記第２逆浸透膜モジュールの上流側に設けられ、前記付着量算出装置は、前記第２逆浸透膜モジュールの下流側に設けられることが好ましい。

本発明によれば、従来よりも簡便に、逆浸透膜モジュールに発生するバイオフィルム量を監視することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る水処理システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態に係る水処理システムに備わる付着量算出装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る水処理システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る水処理システムに備わる付着量算出装置で検出する生体染色色素の色素量の経時変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る水処理システムの全体構成図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態について詳述する。図１は、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１の全体的構成を示す。

図１に示すように、水処理システム１は、前処理装置３と、色素注入装置４と、加圧ポンプ５と、インバータ６と、逆浸透膜モジュール７と、排水弁８と、付着量算出装置１００と、流量センサＦＭと、制御部３０と、を備える。

水処理システム１は、ラインとして、供給水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、濃縮水ラインＬ３とを備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。また、その由来（出所）やその水質によらず、供給水ラインＬ１、又は濃縮水ラインＬ３を流通する水を、「供給水」ともいい、濃縮水ラインＬ３を流通する水を、「濃縮水」ともいう。

供給水ラインＬ１は、原水Ｗ１１、供給水Ｗ１２及びＷ１３を逆浸透膜モジュール７に向けて供給するラインである。供給水ラインＬ１の上流側の端部は、原水Ｗ１１の水源２に接続されている。供給水ラインＬ１の下流側の端部は、逆浸透膜モジュール７の一次側入口ポートに接続されている。なお、供給水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１１を「供給水Ｗ１１」ともいう。供給水ラインＬ１には、前処理装置３、色素注入装置４、及び加圧ポンプ５が設けられる。

前処理装置３は、供給水Ｗ１１を前処理し、前処理した供給水Ｗ１２を供給水ラインＬ１に供給する装置であり、例えば供給水Ｗ１１をろ過するろ過装置、除鉄・除マンガン装置や活性炭ろ過装置等であってもよい。

色素注入装置４は、供給水Ｗ１２に対して、生体染色色素を注入する装置である。ここで、生体染色色素は、逆浸透膜モジュール７の前段でトレーサーとして供給水Ｗ１２に添加される色素であり、例えば、バイオフィルム染色剤としてのクリスタルバイオレット、コチニール色素、紅麹色素等であってもよい。供給水Ｗ１２に対し、色素注入装置４により生体染色色素が注入された供給水は、供給水Ｗ１３となる。

加圧ポンプ５は、供給水Ｗ１３を吸入し、逆浸透膜モジュール７に向けて圧送（吐出）する装置である。加圧ポンプ５には、インバータ６から周波数が変換された駆動電力が供給される。加圧ポンプ５は、供給（入力）された駆動電力の周波数（以下、「駆動周波数」ともいう）に応じた回転速度で駆動される。

インバータ６は、加圧ポンプ５に、周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路（又はその回路を持つ装置）である。インバータ６は、制御部３０と電気的に接続されている。インバータ６には、制御部３０から指令信号が入力される。インバータ６は、制御部３０により入力された指令信号（電流値信号又は電圧値信号）に対応する駆動周波数の駆動電力を加圧ポンプ５に出力する。
供給水Ｗ１３は、加圧ポンプ５を介して逆浸透膜モジュール７に供給される。

逆浸透膜モジュール７は、供給水Ｗ１３を透過水Ｗ２０と濃縮水Ｗ３０とに分離する設備である。詳細には、逆浸透膜モジュール７は、加圧ポンプ５から吐出された供給水Ｗ１３を、溶存塩類が除去された透過水Ｗ２０と、溶存塩類が濃縮された濃縮水Ｗ３０とに膜分離処理する設備である。逆浸透膜モジュール７は、単一又は複数の逆浸透膜エレメント（図示せず）を備える。逆浸透膜モジュール７は、これら逆浸透膜エレメントにより供給水Ｗ１３を膜分離処理し、透過水Ｗ２０と濃縮水Ｗ３０とを製造する。逆浸透膜エレメントは、ポリアミド等を用いて製造される。

透過水ラインＬ２は、逆浸透膜モジュール７で分離された透過水Ｗ２０を送出するラインである。透過水ラインＬ２の上流側の端部は、逆浸透膜モジュール７の二次側ポートに接続されている。透過水ラインＬ２の下流側の端部は、貯留タンク（図示せず）に接続されている。透過水ラインＬ２には、流量センサＦＭが設けられる。

流量センサＦＭは、透過水ラインＬ２を流通する透過水Ｗ２０の流量を検出する機器である。流量センサＦＭは、制御部３０と電気的に接続されている。流量センサＦＭで検出された透過水Ｗ２０の流量（以下、「検出流量値」ともいう）は、制御部３０にパルス信号として送信される。

濃縮水ラインＬ３は、逆浸透膜モジュール７で分離された濃縮水Ｗ３０が流通すると共に、濃縮水Ｗ３０を系外へ排出するラインである。濃縮水ラインＬ３には、付着量算出装置１００と、排水弁８が設置されている。濃縮水ラインＬ３の上流側の端部は、逆浸透膜モジュール７の一次側出口ポートに接続されている。また、濃縮水ラインＬ３の下流側は、排水弁８に接続されている。

付着量算出装置１００は、濃縮水Ｗ３０中の単位体積当たりの生体染色色素の色素量を測定し、色素注入装置４からの生体染色色素注入時における生体染色色素の色素量と、測定された濃縮水Ｗ３０中の生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出する。更に、付着量算出装置１００は、この付着量のデータを、後述の制御部３０に送信する。

排水弁８は、濃縮水ラインＬ３から装置外に排出される濃縮水Ｗ３０の流量を調節する弁である。排水弁８は、制御部３０と電気的に接続されている。排水弁８の弁開度は、制御部３０から送信される駆動信号により制御される。制御部３０から電流値信号（例えば、４〜２０ｍＡ）を排水弁８に送信して、弁開度を制御することにより、濃縮水Ｗ３０の排水流量を調節することができる。

制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（図示せず）により構成される。制御部３０において、マイクロプロセッサのＣＰＵは、メモリから読み出した所定のプログラムに従って、水処理システム１に係る各種の制御を実行する。以下、制御部３０の機能の一部について説明する。

制御部３０は、透過水Ｗ２０の流量が予め設定された目標流量値となるように、透過水Ｗ２０の検出流量値（系内の物理量）をフィードバック値として、加圧ポンプ５を駆動するための駆動周波数を演算し、駆動周波数の演算値に対応する指令信号（電流値信号又は電圧値信号）をインバータ６に出力する（以下、「流量フィードバック水量制御」ともいう）流量制御部として機能する。なお、流量フィードバック水量制御における駆動周波数の演算には、例えば、速度形デジタルＰＩＤアルゴリズムを用いることができる。

更に、制御部３０は、付着量算出装置１００で算出された、逆浸透膜モジュール７への生体染色色素の付着量に基づいて、逆浸透膜モジュール７に発生したバイオフィルム量を評価する評価部としても動作する。

図２は、上記の付着量算出装置１００の全体的構成を示す図である。図２に示すように、付着量算出装置１００は、主として、給水バルブ１３０と、測定セル１４０と、センサ制御部１５０と、センサ表示部１５９と、照射部１７０と、光強度測定部１８０と、攪拌部１９０と、標準水導入ラインである第１給水ラインＬ５１と、検査水導入ラインである第２給水ラインＬ５２と、標準水及び検査水の排出ラインである排水ラインＬ５３と、を備える。

測定セル１４０は、生体染色色素の色素量を測定する標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２を収容する容器である。測定セル１４０は、不透明の樹脂材料により形成されている。測定セル１４０は、その側壁に一対の光透過壁１４１，１４２を有する。光透過壁１４１，１４２には、透明な板材１４１ａ，１４２ａが嵌め込まれている。なお、ここでは、測定セル１４０を「原水収容部」とも呼称する。

第１給水ラインＬ５１は、測定セル１４０への標準水Ｗ１の導入を行う。第１給水ラインＬ５１には、給水バルブ１３０が設けられている。給水バルブ１３０は、標準水Ｗ１を採取する際に開かれる弁である。給水バルブ１３０の開閉は、センサ制御部１５０から出力される駆動信号により制御される。なお、ここで「標準水Ｗ１」とは、検査水Ｗ２中の単位体積当たりの生体染色色素の色素量を計測する上で、基準となる色素量の生体染色色素を含有する液体のことである。標準水Ｗ１は、図示しない標準水収容部に収容された標準水であってもよく、図１に記載の水処理システム１において、色素注入装置４から生体染色色素が注入された直後の供給水Ｗ１３を取水した標準水であってもよい。

第２給水ラインＬ５２は、測定セル１４０への検査水Ｗ２の導入を行う。第２給水ラインＬ５２の下流側端部は、給水バルブ１３０に接続する。給水バルブ１３０は、検査水Ｗ２を採取する際に開かれる。「検査水Ｗ２」とは、付着量算出装置１００が生体染色色素の色素量を測定する対象となる濃縮水Ｗ３０のことである。

排水ラインＬ５３は、生体染色色素の付着量の算出が済んだ後に、測定セル１４０から標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２の排出を行うラインである。なお、排出対象となる標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２のことを、ここでは「排出水Ｗ３」と呼称する。

照射部１７０は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に光を照射する設備である。照射部１７０は、図２に示すように、発光素子１７１と、発光基板１７３を備える。

発光素子１７１は、発光基板１７３に実装されている。発光素子１７１は、測定セル１４０の光透過壁１４１に向けて光を照射する素子である。本実施形態においては、発光素子１７１は、生体染色色素の色素量を測定するための光を照射可能なＬＥＤである。より具体的には、発光素子１７１は、５９０ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を照射可能である。
発光素子１７１の点灯／消灯は、センサ制御部１５０から出力される駆動信号により制御される。

光強度測定部１８０は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２を収容する測定セル１４０に光を入射した後、測定セル１４０を透過する透過光の光強度を測定する設備である。光強度測定部１８０は、受光素子１８１と受光基板１８３を備える。

受光素子１８１は、受光基板１８３に実装されている。受光素子１８１は、測定セル１４０を透過する透過光を受光する素子であり、例えばフォトトランジスタを用いて実現される。また、受光素子１８１は、受光した光の強度に対応した検出値信号をセンサ制御部１５０に出力する。

攪拌部１９０は、測定セル１４０の内部に収容される標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２を攪拌する設備である。攪拌部１９０は、攪拌子１９１と、ステータコイル１９２と、を備える。攪拌子１９１は、測定セル１４０の底部に、回転可能に配置されている。ステータコイル１９２は、測定セル１４０の周囲を囲むようにリング状に形成された電磁誘導コイルである。ステータコイル１９２に駆動電流を供給すると、電磁誘導の作用により、測定セル１４０の底部に配置された攪拌子１９１が非接触で回転する。ステータコイル１９２の動作は、センサ制御部１５０から供給される駆動電流により制御される。

センサ表示部１５９は、測定した標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に含まれる生体染色色素の色素量の測定値や付着量算出装置１００の動作状況等を表示する装置である。

センサ制御部１５０は、付着量算出装置１００の動作を制御する装置である。センサ制御部１５０は、発光素子１７１を制御する。センサ制御部１５０は、光強度測定部１８０から受信する検出値信号に基づいて、単位体積当たりの標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に含まれる生体染色色素の色素量を測定する。更に、センサ制御部１５０は、測定した標準水Ｗ１及び検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量に基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出する。一方で、センサ制御部１５０は、制御部３０に接続され、制御部３０により制御される。

センサ制御部１５０は、色素量測定部１５１と、付着量算出部１５２とを有する。
色素量測定部１５１は、光強度測定部１８０から受信した光強度の検出値信号に基づいて、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２の吸光度を測定する。更に、色素量測定部１５１は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２中の単位体積当たりの生体染色色素の色素量が高いほど、吸光度が高くなることを利用し、算出された吸光度に基づいて、生体染色色素の色素量を算出する。

付着量算出部１５２は、標準水Ｗ１中の生体染色色素の色素量と、検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出する。これは、逆浸透膜モジュール７に対して生体染色色素がより多く付着しているほど、標準水Ｗ１中の生体染色色素の色素量に比較した検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量の比率が小さくなることを利用するものである。

続いて、図３のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態に係る水処理システム１の動作について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る水処理システム１の動作例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、色素注入装置４は、供給水Ｗ１２に対して生体染色色素を注入する。

ステップＳ２において、付着量算出装置１００は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ３０）の吸光度を測定し、測定した吸光度に基づいて、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量を算出する。上記の繰り返しとなるが、これは、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２中の単位体積当たりの生体染色色素の色素量が高いほど、吸光度が高くなることを利用するものである。

ステップＳ３において、付着量算出装置１００は、標準水Ｗ１中の生体染色色素の色素量と、検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ３０）中の生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出し、算出した付着量を、制御部３０に送信する。上記の繰り返しとなるが、これは、逆浸透膜モジュール７に対して生体染色色素がより多く付着しているほど、標準水Ｗ１中の生体染色色素の色素量に比較した検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量の比率が小さくなることを利用するものである。

ステップＳ４において、制御部３０は、付着量算出装置１００から受信した、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量に基づいて、逆浸透膜モジュール７に発生したバイオフィルム量を評価する。更に、制御部３０は、このバイオフィルム量に基づいて、供給水Ｗ１２のＢＦＰ（バイオファウリングポテンシャル）を推定してもよい。

ステップＳ５において、逆浸透膜モジュール７に付着した生体染色色素を洗い流す。このリンス工程は、手動で実施してもよく、制御部３０からの制御により自動的に実施してもよい。

図３に記載のバイオフィルム量監視方法は、水処理システム１の定常運転時に、間欠的に実行されることが好ましい。

図４は、付着量算出装置１００の色素量測定部１５１が測定する、測定セル１４０中の検査水Ｗ２の色素量の経時変化を表わすグラフである。実線は、逆浸透膜モジュール７にバイオフィルムが発生している場合のグラフを示し、点線は、逆浸透膜モジュール７にバイオフィルムが発生していない場合のグラフを示す。また、縦軸は、付着量算出装置１００の色素量測定部１５１が測定する色素量を示し、横軸は、色素注入装置４が、供給水Ｗ１２に対して生体染色色素を注入してからの時間を示す。

逆浸透膜モジュール７にバイオフィルムが発生している場合と、バイオフィルムが発生していない場合との双方において、色素注入装置４が、供給水Ｗ１２に対して生体染色色素を注入してからの時間経過に伴い、検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ３０）中の生体染色色素の含有量は上昇するため、色素量測定部１５１が測定する色素量も上昇する。やがて吸光度がピークを超えると、供給水Ｗ１２中の生体染色色素の含有量は減少し、色素量測定部１５１が測定する色素量は下降する。

逆浸透膜モジュール７にバイオフィルムが発生している場合と、バイオフィルムが発生していない場合とを比較すると、バイオフィルムが発生している場合の方が、逆浸透膜モジュール７に付着する生体染色色素の量が高くなるため、検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ３０）中の生体染色色素の含有量は低くなる。これにより、バイオフィルムが発生している場合のグラフの山は、バイオフィルムが発生していない場合のグラフの山より低くなる。

従って、色素量測定部１５１によって測定される生体染色色素の色素量の経時変化を示す双方のグラフの山のピーク値の比率、又は、双方のグラフの山を供給水Ｗ１２に対して生体染色色素を注入してからの時間で積分した積分値の比率と、逆浸透膜モジュール７に発生したバイオフィルムの量とは相関することが推定される。

〔第１実施形態が奏する効果〕
上述したバイオフィルム量監視方法によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本発明のバイオフィルム量監視方法は、逆浸透膜モジュール７を備える水処理システム１におけるバイオフィルム量監視方法であって、逆浸透膜モジュール７の上流側に、生体染色色素を注入する工程と、逆浸透膜モジュール７の下流側で、生体染色色素の色素量を測定する工程と、注入した生体染色色素の色素量と、測定された生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュール７に対する生体染色色素の付着量を算出する工程と、付着量に基づいて、前記逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する工程と、を有する。

従って、逆浸透膜モジュール７の上流側に生体染色色素を注入すると共に、逆浸透膜モジュール７の上流側と下流側での生体染色色素の色素量を比較することにより、逆浸透膜モジュール７の逆浸透膜を取り出すことなく、逆浸透膜への生体染色色素の付着量を算出することが可能となる。これにより、従来よりも簡便に、逆浸透膜モジュール７におけるバイオフィルム量を評価することが可能となる。更には、評価対象であるバイオフィルム量に基づいて、スライムコントロール剤やバイオファウリング抑制剤の種類と濃度を調整することが可能となる。

また、上述したバイオフィルム量監視方法は、逆浸透膜モジュール７に付着した生体染色色素を洗い流すリンス工程を更に有する。

従って、本発明のバイオフィルム量監視方法を実行することにより、逆浸透膜モジュール７の逆浸透膜が染色されたとしても、生体染色色素を洗い流すことにより、再度、逆浸透膜モジュール７を通常運転に用いることができる。

また、上述したバイオフィルム量監視方法は、水処理システム１の定常運転時に、間欠的に実行される。

従って、水処理システム１を停止することなく、逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を監視することができる。更に、間欠的に実行することにより、バイオフィルム量が異常値を超えた場合には、即座に対応することが可能となる。

また、上述した水処理システム１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本発明の水処理システム１は、逆浸透膜モジュール７と、逆浸透膜モジュール７の上流側に、生体染色色素を注入する色素注入装置４と、逆浸透膜モジュール７の下流側で、生体染色色素の色素量を測定し、注入した生体染色色素の色素量と、測定された前記生体染色色素の色素量とに基づいて、逆浸透膜モジュールに対する生体染色色素の付着量を算出する付着量算出装置１５２と、付着量に基づいて、逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する評価装置３０と、を備える。

従って、逆浸透膜モジュールの上流側に生体染色色素を注入すると共に、逆浸透膜モジュールの上流側と下流側での生体染色色素の色素量を比較することにより、逆浸透膜モジュールの逆浸透膜を取り出すことなく、逆浸透膜への生体染色色素の付着量を算出することが可能となる。これにより、従来よりも簡便に、逆浸透膜モジュールにおけるバイオフィルム量を評価することが可能となる。更には、評価対象であるバイオフィルム量に基づいて、スライムコントロール剤やバイオファウリング抑制剤の種類と濃度を調整することが可能となる。

〔第２実施形態〕
以下、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に付いて詳述する。図５は、本発明の第１実施形態に係る水処理システム１Ａの全体的構成を示す。

本発明の水処理システム１Ａは、前処理装置３と、色素注入装置４と、加圧ポンプ５と、インバータ６と、第１逆浸透膜モジュール７と、排水弁８と、第２逆浸透膜モジュール９と、合流弁１０と、付着量算出装置１００と、流量センサＦＭと、制御部３０と、を備える。なお、第１実施形態に係る水処理システム１と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その機能の説明を省略する。

水処理システム１Ａは、ラインとして、供給水ラインＬ１と、透過水ラインＬ２と、第１濃縮水ラインＬ３と、第２濃縮水ラインＬ４とを備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。また、その由来（出所）やその水質によらず、供給水ラインＬ１、第１濃縮水ラインＬ３、又は第２濃縮水ラインＬ４を流通する水を、「供給水」ともいい、第１濃縮水ラインＬ３又は第２濃縮水ラインＬ４を流通する水を、「濃縮水」ともいう。

供給水ラインＬ１は、原水Ｗ１１及び供給水Ｗ１２を第１逆浸透膜モジュール７、及び第２逆浸透膜モジュール９に向けて供給するラインである。供給水ラインＬ１は、第１供給水ラインＬ１１、第２供給水ラインＬ１２、及び第３供給水ラインＬ１３を有する。

第１供給水ラインＬ１１の上流側の端部は、原水Ｗ１１の水源２に接続されている。なお、第１供給水ラインＬ１１を流通する原水Ｗ１１を「供給水Ｗ１１」ともいう。第１供給水ラインＬ１１には、前処理装置３が設けられる。前処理装置３を経由した後の供給水を、「供給水Ｗ１２」ともいう。

第２供給水ラインＬ１２は、分岐点Ｊ１において、第１供給水ラインＬ１１から分岐し、上流側から、色素注入装置４、第２逆浸透膜モジュール９、及び合流弁１０を備え、合流点Ｊ２において、第１供給水ラインＬ１１に合流する。分岐点Ｊ１における分岐により、供給水Ｗ１２は、引き続き第１供給水ラインＬ１１を流通する供給水Ｗ１３と、第２供給水ラインＬ１２を流通するＷ１４とに分割される。

第２逆浸透膜モジュール９は、第１逆浸透膜モジュール７に備わる逆浸透膜を染色することなく、供給水Ｗ１２のＢＦＰ（バイオファウリングポテンシャル）を推定するために設置される装置である。色素注入装置４による供給水Ｗ１４への生体染色色素の注入により、第２逆浸透膜モジュール９に備わる逆浸透膜に発生したバイオフィルムは染色される。なお、第２逆浸透膜モジュール９は、模擬的な逆浸透膜モジュールとして、第１逆浸透膜モジュール７と同一の素材を用いて製造される。

合流弁１０は、第２逆浸透膜モジュール９を透過した供給水（透過水）Ｗ１５を、第１供給水ラインＬ１１を流通する供給水Ｗ１３に合流させるための弁である。合流弁１０は、通常時には開放されており、合流弁１０を通過する供給水Ｗ１５が供給水Ｗ１３に合流し、供給水Ｗ１６となる。すなわち、供給水Ｗ１６は、供給水Ｗ１３と供給水Ｗ１５とからなる。一方、色素注入装置４から供給水Ｗ１４に対し生体染色色素を注入する際は、合流弁１０が閉じられることにより、生体染色色素を含む供給水Ｗ１５の逆浸透膜モジュール７への流入は防止される。

第２濃縮水ラインＬ４は、第２逆浸透膜モジュール９で分離された濃縮水Ｗ４０が流通するラインである。第２濃縮水ラインＬ４の上流側の端部は、第２逆浸透膜モジュール９の一次側出口ポートに接続されている。また、第２濃縮水ラインＬ４の下流側端部は、濃縮水Ｗ４０を排出するために開放されている。第２濃縮水ラインＬ４には、付着量算出装置１００が備わる。

水処理システム１Ａは、水処理システム１と全体構成は異なるが、図３に記載の動作フローと同様の動作フローを実行する。具体的には、水処理システム１Ａは、以下の動作フローを実行する。

ステップＳ１において、色素注入装置４は、供給水Ｗ１４に対して生体染色色素を注入する。

ステップＳ２において、付着量算出装置１００は、標準水Ｗ１と、検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ４０）中の生体染色色素の色素量を測定する。

ステップＳ３において、付着量算出装置１００は、標準水Ｗ１中の生体染色色素の色素量と、検査水Ｗ２（濃縮水Ｗ４０）中の生体染色色素の色素量とに基づいて、第２逆浸透膜モジュール９に対する生体染色色素の付着量を算出し、算出した付着量を、制御部３０に送信する。

ステップＳ４において、制御部３０は、付着量算出装置１００から受信した、第２逆浸透膜モジュール９に対する生体染色色素の付着量に基づいて、第２逆浸透膜モジュール９に発生したバイオフィルム量を評価する。更に、制御部３０は、このバイオフィルム量に基づいて、供給水Ｗ１２のＢＦＰ（バイオファウリングポテンシャル）を推定してもよい。

ステップＳ５において、第２逆浸透膜モジュール９に付着した生体染色色素を洗い流す。この工程は、手動で実施してもよく、制御部３０からの制御により自動的に実施してもよい。

〔第２実施形態が奏する効果〕
上述したバイオフィルム量監視方法によれば、第１実施形態に係るバイオフィルム量監視方法と同様の効果が奏される。更に、例えば、以下のような効果が奏される。

本発明のバイオフィルム量監視方法において、水処理システム１Ａは、逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュール７と第２逆浸透膜モジュール９とを備え、更に、供給水Ｗ１１を第１逆浸透膜モジュール７に向けて供給する第１供給水ラインＬ１と、第１供給水ラインＬ１において、第１逆浸透膜モジュール７の上流側で分岐し、供給水Ｗ１４を第２逆浸透膜モジュール９に向けて供給する第２供給水ラインＬ１２と、を備え、生体染色色素を注入する工程は、第２供給水ラインＬ１２中、第２逆浸透膜モジュール９の上流側において実行され、生体染色色素の色素量を測定する工程は、第２供給水ラインＬ１２中、第２逆浸透膜モジュール９の下流側において実行される。

また、本発明の水処理システム１Ａは、逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュール７と第２逆浸透膜モジュール９とを備え、更に、供給水Ｗ１１を第１逆浸透膜モジュール７に向けて供給する第１供給水ラインＬ１１と、第１供給水ラインＬ１１において、第１逆浸透膜モジュール７の上流側で分岐し、供給水Ｗ１４を第２逆浸透膜モジュール９に向けて供給する第２供給水ラインＬ１２と、を備え、色素注入装置４は、第２逆浸透膜モジュール９の上流側に設けられ、付着量算出装置１００は、第２逆浸透膜モジュール９の下流側に設けられる。

従って、実際の水処理に用いる第１逆浸透膜モジュールとは別に、模擬的な第２逆浸透膜モジュールを設け、この第２逆浸透膜モジュールへの生体染色色素の付着量を算出することにより、第１逆浸透膜モジュールの逆浸透膜を染色することなく、水処理システムの供給水のＢＦＰ（バイオファウリングポテンシャル）を推定することができる。

〔変形例〕
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

上記の実施形態においては、生体染色色素として、バイオフィルム染色剤としてのクリスタルバイオレット、コチニール色素、紅麹色素等を用いるが、これには限られない。例えば、微生物有機体に反応する蛍光染料を用いてもよい。この場合、発光素子１７１は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に含まれる蛍光物質の含有量を検知するための励起光を発光すると共に、受光素子１８１は、励起光の照射により、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に含まれる蛍光物質が放出する蛍光を受光する。更に、受光素子１８１は、受光した蛍光の強度に対応した検出値信号をセンサ制御部１５０に出力し、センサ制御部１５０は、単位体積当たりの標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２に含まれる蛍光物質の含有量を算出する。

また、上記の実施形態においては、標準水Ｗ１と検査水Ｗ２中の生体染色色素の色素量を測定し、これらの色素量から、逆浸透膜モジュールに対する生体染色色素の付着量を算出し、算出した付着量に基づいて、逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルムの量を評価したが、これには限定されない。例えば、上記のように、付着量算出装置１００の色素量測定部１５１は、標準水Ｗ１又は検査水Ｗ２の吸光度を測定し、測定した吸光度に基づき、生体染色色素の色素量を算出する。同時に、図４を用いて示したように、色素量測定部１５１が検知する色素量の経時変化のグラフに関して、グラフの山のピーク値の比率、又は、グラフの山を時間で積分した積分値の比率と、逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量とは相関をもつ。この関係を利用し、色素量測定部１５１が検出した吸光度から、直接、逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルムの量を評価してもよい。

また、上記の実施形態において、センサ制御部１５０が、色素量測定部１５１及び付着量算出部１５２を備えるとしたが、これには限定されない。例えば、色素量測定部１５１が、色素量測定装置１５１として、付着量算出装置１００とは別体となっていてもよい。また、色素量測定部１５１及び／又は付着量算出部１５２の全部及び／又は一部が、付着量算出装置１００ではなく、制御部３０に備わっていてもよい。

また、第１実施形態において、逆浸透膜モジュール７が、複数の逆浸透膜エレメントを備える場合には、色素注入装置４から供給水Ｗ１２に生体染色色素を添加し、バイオフィルム量を評価する際のみ、逆浸透膜モジュール７に単一の逆浸透膜エレメントを挿入することとしてもよい。これにより、単一の逆浸透膜エレメントを染色させるのみで、逆浸透膜モジュール７の詰まりの原因を特定することが可能となる。

また、第２実施形態に係る水処理システム１Ａは、第２逆浸透膜モジュール９を備えるが、これには限定されない。例えば、水処理システム１Ａは、第２逆浸透膜モジュール９の代わりに平膜の逆浸透膜を備えてもよい。

また、第２実施形態において、図３に示す動作フローのうち、ステップＳ５のリンス工程が省略されてもよい。

１ １Ａ 水処理システム
３ 前処理装置
４ 色素注入装置
５ 加圧ポンプ
６ インバータ
７ 逆浸透膜モジュール
９ 培養部
３０ 制御部
１００ 付着量算出装置
１３０ 給水バルブ
１４０ 測定セル（原水収容部）
１４１ １４２ 光透過壁
１５０ センサ制御部
１５１ 色素量測定部
１５２ 付着量算出部
１７０ 照射部
１８０ 光強度測定部
Ｌ１ 供給水ライン
Ｌ２ 透過水ライン
Ｌ３ 濃縮水ライン（第１濃縮水ライン）
Ｌ４ 第２濃縮水ライン
Ｌ５１ 第１給水ライン
Ｌ５２ 第２給水ライン
Ｌ５３ 排水ライン

Claims (6)

1. 逆浸透膜モジュールを備える水処理システムにおけるバイオフィルム量監視方法であって、
   前記逆浸透膜モジュールの上流側に、生体染色色素を注入する工程と、
   前記逆浸透膜モジュールの下流側で、前記生体染色色素の色素量を測定する工程と、
   注入した前記生体染色色素の色素量と、測定された前記生体染色色素の色素量とに基づいて、前記逆浸透膜モジュールに対する前記生体染色色素の付着量を算出する工程と、
   前記付着量に基づいて、前記逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する工程と、を有する、バイオフィルム量監視方法。
2. 前記水処理システムは、
   前記逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュールと第２逆浸透膜モジュールとを備え、更に、
   供給水を前記第１逆浸透膜モジュールに向けて供給する第１供給水ラインと、
   前記第１供給水ラインにおいて、前記第１逆浸透膜モジュールの上流側で分岐し、供給水を前記第２逆浸透膜モジュールに向けて供給する第２供給水ラインと、を備え、
   前記生体染色色素を注入する工程は、前記第２供給水ライン中、前記第２逆浸透膜モジュールの上流側において実行され、
   前記生体染色色素の色素量を測定する工程は、前記第２供給水ライン中、前記第２逆浸透膜モジュールの下流側において実行される、請求項１に記載のバイオフィルム量監視方法。
3. 前記逆浸透膜モジュールに付着した前記生体染色色素を洗い流すリンス工程を更に有する、請求項１又は２に記載のバイオフィルム量監視方法。
4. 前記水処理システムの定常運転時に、間欠的に実行される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオフィルム量監視方法。
5. 水処理システムであって、
   逆浸透膜モジュールと、
   前記逆浸透膜モジュールの上流側に、生体染色色素を注入する色素注入装置と、
   前記逆浸透膜モジュールの下流側で、前記生体染色色素の色素量を測定し、注入した前記生体染色色素の色素量と、測定された前記生体染色色素の色素量とに基づいて、前記逆浸透膜モジュールに対する前記生体染色色素の付着量を算出する付着量算出装置と、
   前記付着量に基づいて、前記逆浸透膜モジュールに発生したバイオフィルム量を評価する評価装置と、を備える、水処理システム。
6. 前記逆浸透膜モジュールとして、互いに同一の素材を用いて製造された、第１逆浸透膜モジュールと第２逆浸透膜モジュールとを備え、更に、
   供給水を前記第１逆浸透膜モジュールに向けて供給する第１供給水ラインと、
   前記第１供給水ラインにおいて、前記第１逆浸透膜モジュールの上流側で分岐し、供給水を前記第２逆浸透膜モジュールに向けて供給する第２供給水ラインと、を備え、
   前記色素注入装置は、前記第２逆浸透膜モジュールの上流側に設けられ、
   前記付着量算出装置は、前記第２逆浸透膜モジュールの下流側に設けられる、請求項５に記載の水処理システム。

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