JP2018513383A - 逆浸透システムの汚損状態を評価するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記に照らすと、前述の問題の1つ又は複数を克服するか又は少なくとも緩和する、逆浸透システムの汚損状態を評価するための改良方法の必要性が存在する。
a)上記逆浸透システムに含まれている逆浸透膜の電気インピーダンススペクトルの低周波領域から複数のインピーダンス値を導出すること、及び
b)上記複数の導出インピーダンス値に基づいて、上記逆浸透システムの汚損状態を決定することを含む。
a)逆浸透膜の両側に配置されるように構成されている2つ以上の電極、
b)上記2つ以上の電極間に種々の周波数の交流電流を生成するように構成されている交流発生器、
c)上記種々の周波数において、(i)上記膜の膜内外の電圧、(ii)上記膜を通過する電流、及び(iii)上記電圧と上記電流との位相差を測定するように構成されている検出器、及び
d)上記測定された電圧、電流、及び位相差を使用して、上記膜に隣接する拡散分極層のインピーダンス値を導出するように構成されているプロセッサを含む。
第4の態様では、逆浸透膜の洗浄作業中に、洗浄の有効性及び/又は洗浄の度合いを原位置でモニタリングするための、第1の態様による方法又は第2の態様による装置の使用が提供される。
用語「複数の」は、参照されている種の1超、例えば、2、3、4、5、6、7、8、又は9以上を指す。原則として、拡散分極層の特徴周波数(時定数の逆数)が既知の場合、特定の周波数でのインピーダンス測定は1回だけでよい。しかしながら、拡散分極層の特徴周波数は、物質が拡散分極層に蓄積すると共に経時的変化を示すため、複数のインピーダンス値又は幾つかの周波数でのインピーダンス値の測定が必要である。
幾つかの実施形態では、4電極配置を使用して、4端子インピーダンス測定を実施する。インピーダンス測定のために4電極配置を使用すると、電圧電極−溶液界面での周波数依存性インピーダンスによる複雑な効果を排除することができるという利点がある。典型的には、膜の供給液側にある1対の電極を使用して、電流刺激シグナルを注入してもよく、反対側の透過液側にある他方の対の電極を使用して、応答シグナルを測定してもよい。インピーダンスの大きさ及び位相差は、刺激シグナル及び応答シグナルから決定することができる。
上述したように、複数のインピーダンス値を導出することは、好適な膜フラックスで稼働している逆浸透膜を含む逆浸透システムに、種々の周波数の交流を流すこと;上記周波数の各々にて逆浸透膜の周波数依存性インピーダンス値を決定して、電気インピーダンススペクトルを形成すること;電気インピーダンススペクトルをモデルにフィッティングすることにより、インピーダンス値を決定すること;及び上記のステップを更なるサイクルで繰り返して、逆浸透膜の更なるインピーダンス値を生成することを含んでいてもよい。こうした実施形態では、上記ステップを更なるサイクルで繰り返して、逆浸透膜の更なるインピーダンス値を生成することは、異なる膜フラックスで各インピーダンス値を生成することを含む。そうすることにより、複数のインピーダンス値の各々は、逆浸透システムに含まれている逆浸透膜が異なる膜フラックスで稼働している間に導出される。
逆浸透膜の限界フラックスの決定は、複数のインピーダンス値を、膜フラックスの関数としてプロットして曲線を生成すること、及び曲線の傾きが反転する時の膜フラックスを決定することを含んでいてもよい。
したがって、本明細書で開示されている方法は、逆浸透膜の生物汚損発生をモニターするために使用することができる。上記方法は、約0.01Hzから約10Hzまでの範囲等の、逆浸透膜の電気インピーダンススペクトルの低周波領域から、複数のコンダクタンスを導出することを含む。複数のコンダクタンス値を時間の関数としてプロットして、曲線を生成する。これは、曲線の傾きが正の傾きから負の傾きへと移行する時の存在を決定することにより、生物汚損が生じたことを示す徴候としての役割を果たす。
2つ以上の電極間に種々の周波数の交流電流を生成するように構成されている交流発生器は、複数の電極の各々と電気的に接続されている。種々の実施形態では、交流発生器は、約0.01Hzから約105Hzまでの周波数範囲の交流電流を生成するように構成されている。
種々の実施形態によるROプロセスの限界フラックス未満、限界フラックス付近、及び限界フラックスを超えたところで生じる現象を説明するための、非侵襲性の技法である電気インピーダンススペクトロスコピー(EIS)が、本明細書で開示されている。上記技法は、ほぼリアルタイムであり、非侵襲性であり、原位置である。逆浸透(RO)でのコロイド懸濁液の限界フラックスを決定することができ、限界フラックス未満、限界フラックス付近、及び限界フラックスを超えたところで膜−溶液界面で生じる変化を、EISを使用して検出することができる。実験の設定では、EISシグナルの傾向により、フラックスを段階的に変化させた場合の膜間圧力(TMP)の変化により決定される限界フラックスを特定することができた。
インピーダンス測定は、一連の既知周波数ω及び振幅i0の小正弦波交流電流i=i0sin(ωt)をシステムに注入し、試料前後の電圧v=v0sin(ωt−θ)を測定することにより実施する。電圧振幅v0、及び電圧と電流との位相差θを測定する。得られたインピーダンスを、一連の周波数にわたって決定した。
EISは、合成膜及び生物学的膜を含む種々のタイプの膜の特徴付けでの使用が成功している。膜の多孔度は、誘電率が既知である場合にEISから決定されるキャパシタンス、及び膜ポリマーの厚さから推定することができる。また、この技法は、膜プロセスでの汚損又は水垢を検出すること、又はリアルタイムで非侵襲的な様式で汚損又は水垢をモニタリングすることが可能である。
実施例3.1 ろ過実験
限界フラックス未満及び限界フラックス超で運転したクロスフローROプロセスのEIS挙動を解明するために、フラックスステップ法を採用した。フラックスステップ法は、膜へと向かう溶質の対流がろ過プロセスの経過中は一定であり、膜表面に堆積することになる材料の流動がより良好に制御されるため、限界フラックスの決定に好ましい方法である。
EIS装置の中心部品は、1対の電流注入電極、電圧を測定するための1対の電極、EIS分光計、及び増幅器ユニットが取り付けられたクロスフローインピーダンスセルである。電流電極は、システム内に電流を注入するために使用され、電圧電極は、膜内外に発生する電位差を測定するために使用される。電流と電圧との位相差は、指定範囲の周波数にて分光計により測定し、専用ソフトウェアを用いて記録する。その後、測定したパラメータから、各周波数での試料のインピーダンス又は関連キャパシタンス及びコンダクタンス(実施例1に詳述されている)を算出する。増幅器ユニットは、幅広い範囲の周波数の測定正確性を最適化することができるように、基準回路を含む。このシステムでは、4端子法を使用する。4端子法では、インピーダンス測定に4つの電極を使用して、電圧電極−溶液界面の周波数依存性インピーダンスの複雑な効果が排除される。
本研究では、モデル無機汚損物質としてコロイドシリカを使用した。コロイドシリカは、pH7.0の脱イオン水中34重量%懸濁液の形態で供給された。シリカ粒子の公称サイズは、製造業者により提供されたデータシートに基づくと、20nmであった。バックグラウンド電解質として塩化ナトリウムを使用した。Milli−Q水を使用して、シリカ及び塩化ナトリウム溶液を調製した。0.45μmフィルターを使用して塩化ナトリウム溶液をろ過し、使用前に不要な不純物を除去した。
RO実験を、ステンレス鋼RO−EISクロスフローセルを使用して実施した。このセルは、図2に示されるように、4枚のステンレス鋼プレート、及び絶縁プレートとして作用する3つのプラスチックガスケットで構成されている。供給液側空隙及び透過液側空隙を形成する2枚の内側プレートは、電流電極として作用する。
ROセットアップの模式図は、図3に示されている。高圧ポンプを使用して、溶液を10L供給液タンクからRO−EISクロスフローセルへと送達した。供給液タンクにオーバーヘッドスターラーを設置して、実験全体にわたって溶液を確実によく混合した。供給液タンクの温度は、冷却器からの冷却水で23±1℃に維持した。ろ過の経過にわたって不透過物及び透過液を供給液タンクに戻して再利用し、透過フラックスを質量流量コントローラにより制御した。
汚損実験の前に、少なくとも48時間40l/m2hのフラックスで膜を圧縮した。これは、膜特性に著しい変化がないことを保証するためであった。著しい変化があると、EISシグナルが影響を受ける可能性がある。供給液タンク中のNaCl溶液の終濃度は、汽水条件を模擬するために2000ppmに調整した。
実施例8.1 フラックスステップ法
シリカを供給液タンクに加える前に、システムを、所望の(最低)フラックス及びクロスフロー速度に調整した。システムを安定させた後、濃縮シリカを供給液タンクに加えて、200ppmの目標シリカ濃度を達成した。特定のフラックスでの汚損段階を2時間維持し、1時間及び2時間の間隔でEIS測定を行った。
システムを所望のフラックス及びクロスフロー速度に調整してから、濃縮シリカを供給液タンクを加えて200ppmの目標濃度を達成した。汚損実験を少なくとも3時間実施し、EIS測定値を定期的に記録して、実験全体にわたって膜応答をモニターした。
ナイキストプロット(図4)は、EISデータを表示する最も有用な方法の1つであり、ナイキストプロットの各データポイントは、特定の周波数から得られている。ナイキストプロットは、負の虚数インピーダンス(−ZIm)を実数インピーダンス(ZRe)に対してプロットしたものであり、プロットの形状及びプロットのシフトは、汚損プロセスの開始並びに汚損物質のタイプに関するリアルタイム情報を提供する。
限界フラックスは、通常、フラックスステップ法により決定される。これは、フラックス及び膜に向かう汚損物質の一定の流動をより容易に制御することができるため、圧力ステップ法よりも好ましい。
フラックスステップ法のTMP及び脱塩率のプロファイルは、図5(A)に示されている。TMP値は、ろ過の経過全体にわたって、15l/m2hから25l/m2hまで、ほとんど一定のままであった。傾きの変化が、約30l/m2hで生じ、着実な汚損物質蓄積及び膜汚損の開始が示唆された。図5(B)に示されているように、限界フラックスJcritは、d/dT[TMP]傾きの交点から、約28l/m2hであることが見出された。
理論的に考えると、限界フラックスも、クロスフロー速度に依存することが予想された。これを、別の一連の実験で調査した。図9に示されているd/dT[TMP]データ対フラックスは、2つのクロスフロー速度(0.15m/s及び0.30m/s)でのJcritを示している。本研究では、クロスフロー速度を増加させると(0.15m/sから0.30m/sまで)、Jcritは、より高い約37l/m2hのJcritを示した(30l/m2hから上昇した)。
図15は、フラックスステップ法を使用して得たROシステムの限界フラックスを、EISを使用して得たROシステムの限界フラックスと比較するためのフローチャートである。電気インピーダンススペクトロスコピーを使用して逆浸透膜の限界フラックスを決定するための基本的な方法論は、以下の通りである。
2.セルを、EIS分光計及び増幅器ユニットに接続する(図15)。
4.EIS分光計により提供されている制御ソフトウェアを使用して、EIS測定を開始する。
b.電圧振幅v0、及び電圧と電流との位相差θを、上記周波数の全体にわたって測定した。
8.GDPを種々のフラックスに対してプロットする。
9.最小GDPが観察される限界フラックスを特定する。
EIS汚損モニターの詳細な説明は、上記に記載されている。簡潔に述べると、システムは、1対の電流注入プレート及び1対の電圧電極が取り付けられているステンレス鋼クロスフローRO−EISセル、高解像度4端子EIS分光計、及び増幅器ユニットで構成される。RO−EISセルの寸法は、302mm×60mm×0.95mmであり、有効膜面積は、0.01812m2である。
シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa)PA01(ATCC、BAA−47)を、本研究のモデル細菌として使用した。凍結グリセロールストックから新たに培養した寒天プレートの単一コロニーを、栄養ブロス(NB)(Difco NB、BD diagnostics社)寒天プレートで継代培養した(NB、8g L−1、14g L−1の寒天で補完、Difco社製寒天、BD diagnostics社)。細菌ストック溶液は、培養を栄養ブロス(NB)(5g L−1のNB、2g L−1のNaCl)中、室温にて24時間150rpmで振とうすることにより調製した。その後、細菌細胞を、4℃にて30分間4000×gで遠心分離することにより回収した。その後、ペレットをNaCl溶液(2g L−1、実験条件と同じ濃度)で洗浄し、0.1の光学濃度(OD600)を達成するように懸濁した。
ROセットアップの模式図は、図16に示されている。セットアップの改変は、バイパス流及び濃縮液流に注入ポンプ及びマイクロフィルターを設置することを含む。
各実験の前に、ROフラットシート膜(DOW FilmTec社、TW30)を切断し、無水エタノールで2時間滅菌した。その後、膜をよくすすぎ、使用前に少なくとも24時間Milli−Q水(Millipore社)で保管した。
塩化ナトリウム溶液200g L−1を、注入ポンプを使用して、RO−EISクロスフローの高圧供給ラインに注入した。高濃度塩溶液の流速を0.6mL分−1に維持し、各パルス長を10分間継続させた。トレーサー試験中は、濃縮液及び透過液を排出し、試験の前には供給溶液を20Lまで追加した。塩パルストレーサー試験の詳細な手順は、他所に記載されている(例えば、参考文献1を参照)。
実験が終了したら、分解研究用に、RO−EISセルから汚損膜を取り外した。まず、膜を4つの区域に切断した。RO−EISセルの入口、中間部分、及び出口をカバーする3つの区域(3cm×4cm)を、生細菌数の計数、並びにEPSを構成するタンパク質及びポリサッカライドの定量化に使用した。示されている結果は、3つの試料の平均値に基づいている。他の区域(1cm×3cm)は、共焦点レーザ走査顕微鏡法(CLSM)観察用に、膜の中間部分から切断した。
EPSのポリサッカライド含有量を比色法で測定した。1mLの5%(v/v)フェノール溶液及び5mlの濃H2SO4を、2mLの試料溶液に添加した。この溶液を混合し、15分間静置して室温に冷却してから、UV分光計を使用して、490nmでのUV吸光度(A490)を測定した。ポリサッカライド標準物質としてグルコースを使用して較正を行った。
改良Miles及びMisra法を使用して生細菌計数を実施した。簡潔に述べると、10μLの10−1〜10−5稀釈液を、NB寒天プレートにピペットした。プレートを37℃で24時間インキュベートしてから、コロニーを計数した。生細胞数を、膜1cm2当たりのコロニー形成単位(cfu)として表した。
CLSM分析に使用した膜試料は、全ての実験で同じ部位から得たものであった。生物膜を、LIVE/DEAD BacLight細菌生存能キット(Molecular Probes社、L7012)を用いて、製造業者の仕様書に従って染色した。
実施例18.1 正規化GDP(GDP/GDP−0)
EIS測定から得られた実験データを、マクスウェル−ワーグナーモデルにフィッティングした。これにより、システムで生じているエレメント及び/又はプロセスの数が明らかにされる。DP層に対応する低周波数(約0.01Hz〜10Hz)でのエレメントは、実施例1に詳述されているようにフィッティングから導出することができる。
図17には、細菌をシステムに連続注入した際の、正規化TMPプロファイルが示されている。観察されたTMPプロファイルには2つの段階がある。第1段階では、0日目から1.7日目までわずかな変化しか見られない。本研究では、約1.8日でTMPの急上昇が観察され、正規化TMPは、5日目まで急速に増加した(47%)。
栄養素汚損(無細菌)の正規化GDPは、5日間の運転で増加傾向を示している(図21)。生物汚損の正規化GDPプロットとは対照的に、この場合では、極大点は観察されなかった。細菌が存在しない場合、正規化GDPの増加傾向は、栄養素の漸進的な蓄積及び濃度分極(CP)によるものである可能性が高い。バックグラウンド塩分の増強濃度分極CPも寄与したであろう。
正規化GDP傾向の極大値が、膜表面における生細菌の存在及びコロニー化と関連しているか否かを調査するために、本発明者らは、死細菌を汚損実験に使用した実験を実施した。
1、3、及び5日間の生物汚損実験の終了時に、膜表面の画像を取得した。CLSM画像から、個々の浮遊細胞(図20の挿入図)から、わずかに分散した生物膜(図19の挿入図)へと、次いで5日目にはより完全な分布(図18の挿入図)へと、生物膜が発達したことが分かる。EPSの主成分を構成するタンパク質及びポリサッカライドの濃度は、抽出法を使用して決定した。結果は、図25(A)に示されている。総EPSは、1日目から3日目まで13%増加したが、3日目から5日目までは46%増加を示した。これは、5日目のEPS量が、生物汚損プロセスの初期段階と比較して著しく高かったことを明白に示している。
生物膜成長が妨害された際のEISスペクトルを評価するために、実験中にNaN3を投与して生物汚損研究を実施した。図26(A)には、ピークの極大値が通常観察される1.5日目にNaN3をシステムへ投入した場合の正規化GDPが示されている。図18及び図19に示されている正規化GDPプロットとは対照的に、NaN3を導入した際に初期値へと低下した正規化GDPは、その後、システムを連続運転させると増加した。
生物膜成長率は、負荷フラックスと共に増加することが報告されているため、正規化GDPの初期増加を異なるフラックスで比較することは興味深かった(図27(A)〜(E))。
こうした研究は、EISが、RO膜表面への成熟生物膜の形成を検出することができ、その発生に関する洞察を提供することができることを明白に示している。正規化GDPプロット(図18及び図19)は、1.5日付近で極大点を示し、それは、TMP/TMP0の急激な上昇と良好に相関している(図17)。そのようなTMP急騰は他の研究でも観察された。
アジ化ナトリウムは、細菌の触媒活性及び増殖を阻害することが知られている。本研究では、P.エルギノーサ生物膜を成長させ、1.5日目にアジ化ナトリウムをシステムに投入した。その効果は、正規化GDPプロットから明白に観察することができた。アジ化ナトリウムをシステムに投入すると、1)P.エルギノーサの増殖が阻害され、呼吸産物の産生低減に結び付き、2)幾つかの細菌の膜表面からの剥離が引き起こされ、注入後の正規化GDPの低下がもたらされると考えられた(図26(a))。(アジ化ナトリウム投入後に)システムを稼動させ続けると、細菌を新たに供給しない場合でも、正規化GDPは、5日間の生物汚損実験の傾向に従った。これは、その後膜表面に付着した残留細胞が増殖及び成長を継続して、最終的に生物膜物質のマトリックスを形成したことを示唆している。
正規化GDPの初期増加は、細菌細胞及びそれらの呼吸産物の堆積に起因するという仮説を立てたため、フラックスの初期増加率を調査することは有益であった。正規化GDPプロットの傾きは、フラックスと共に増加した。これは、生物膜の成長率もフラックスに応じて変化することを示唆している。これは、「汚損が最小限に抑えられ、頻繁な洗浄が回避されるフラックス」と言われる持続可能なフラックスの推定を可能にする。これにより、運転を調整して、汚損を最小限に抑えるより経済的で持続可能な性能をもたらす機会を提供することができた。持続可能なフラックスを推定するためのこのタイプのモニタリングツールは、廃水産業にとって有用であり、運転開始段階でのプラントプロセスを最適化することができる。
EISをTMP及びCLSM分解検査と組み合わせると、膜表面での生物膜形成の機序に対する重要な洞察が提供されるが、TMP又はCLSMの測定だけでは、このプロセスに関する直接情報は得られない。したがって、EISは、高圧膜システムの側流「カナリアセル」内に原位置で組み込んで、生物汚損状態又は洗浄効率をリアルタイムで非侵襲的にオンラインで評価するための有望なツールである。
好適な電極を、以下のもの等の膜モジュールに取り付ける:電気インピーダンス分光計システムに接続されている「カナリア」として作用するための、(1)フラットシートモジュール、(2)螺旋状巻回、及び(3)螺旋状に巻回されたモジュールと並列に接続されている小型フラットシートクロスフローモジュール。螺旋状に巻回されたモジュールと並列に接続されているクロスフローカナリアセルは、ROプラントの汚損挙動を模倣することが目的である。
1. T.H.Chong、F.S.Wong、A.G.Fane:Journal of Membrane Science、314巻、101〜111頁、2008年
2 H.G.L.Coster、T.C.Chilcott、及びA.F.C.Coster:Bioelectrochemistry and Bioenergetics、40巻:79〜98頁、1996年
学術用語
i 交流
i0 電流の振幅
v 電圧
v0 電圧の振幅
Z インピーダンス(ohm m2)
j 虚数定数
Y アドミタンス(ohm−1m−2)
G コンダクタンス(S/m2)
C キャパシタンス(F/m2)
ZRe 実数インピーダンス(ohm m2)
ZIm 虚数インピーダンス(ohm m2)
GDP 拡散分極層のコンダクタンス(S/m2)
Gskin 膜表層のコンダクタンス(S/m2)
Gbase 膜支持層のコンダクタンス(S/m2)
Jcrit 限界フラックス(l/m2h)
略語
AC 交流
RO 逆浸透
TMP 膜間圧力
TOC 全有機炭素
CEOP 固塊増強性浸透圧
CECP 固塊増強性濃度分極
EIS 電気的インピーダンススペクトロスコピー
DP 拡散分極
EPS 細胞外高分子物質
MW マクスウェル−ワーグナー回路モデル
ギリシャ記号
θ 位相差
ω 角周波数(rad/s)
本発明は、その例示的な実施形態を参照して具体的に表示及び記載されているが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲により規定されている本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、その形態及び詳細を種々に変更することができることを理解するであろう。
Claims (36)
- 逆浸透システムの汚損状態を評価するための方法であって、
a)逆浸透システムに含まれている逆浸透膜の電気インピーダンススペクトルの低周波領域から複数のインピーダンス値を導出すること、及び
b)複数の導出インピーダンス値に基づいて、逆浸透システムの汚損状態を決定することを含む方法。 - 前記電気インピーダンススペクトルの低周波領域が、約0.01Hzから約10Hzまでの範囲である、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のインピーダンス値を導出することが、
a)好適な膜フラックスで稼動している逆浸透膜を含む逆浸透システムに種々の周波数の交流を流すこと、
b)前記周波数の各々にて逆浸透膜の周波数依存性インピーダンス値を決定して、電気インピーダンススペクトルを形成すること、
c)前記電気インピーダンススペクトルをモデルにフィッティングすることにより、インピーダンス値を決定すること;及び
d)ステップa)〜c)を更なるサイクルで繰り返して、逆浸透膜の更なるインピーダンス値を生成することを含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記逆浸透システムに種々の周波数の交流を流すことが、前記逆浸透システムに約0.01Hzから約10Hzまでの範囲の周波数の交流を流すことを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記電気インピーダンススペクトルをモデルにフィッティングすることが、前記電気インピーダンススペクトルをマクスウェル−ワーグナーモデルにフィッティングすることを含む、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記逆浸透システムに含まれている逆浸透膜の電気インピーダンススペクトルの低周波領域から複数のインピーダンスを導出することが、前記複数のインピーダンス値の各々を、初期状態のインピーダンス値で正規化することを更に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記逆浸透システムに含まれている逆浸透膜の電気インピーダンススペクトルの低周波領域から複数のインピーダンスを導出することが、前記複数のインピーダンス値の各々を、供給溶液のインピーダンス値で正規化することを更に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のインピーダンス値の各々が、逆浸透システムに含まれている逆浸透膜が同じ又は異なる膜フラックスで稼動している間に導出される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記膜フラックスの各々が、約1L m−2h−1から約100L m−2L−1までの範囲にある、請求項8に記載の方法。
- 前記複数のインピーダンス値の各々が、逆浸透システムに含まれている逆浸透膜が異なる膜フラックスで稼動している間に導出される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- インピーダンス値が導出される膜フラックスが、その次にインピーダンス値が導出される次の膜フラックスよりも小さい、請求項10に記載の方法。
- 前記逆浸透システムの汚損状態を決定することが、前記逆浸透膜の限界フラックスを決定することを含む、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記逆浸透膜の限界フラックスを決定することが、
a)前記複数のインピーダンス値を、膜フラックスの関数としてプロットして、曲線を生成すること、及び
b)前記曲線の傾きが反転する時の膜フラックスを決定することを含む、請求項10〜12のいずれか一項に記載の方法。 - 前記インピーダンス値が、コンダクタンスであり、前記曲線の傾きが反転する時の膜フラックスを決定することが、前記曲線の傾きが、負の傾きから正の傾きへと移行する時の膜フラックスを決定することを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記限界フラックスが、前記逆浸透膜システムの逆浸透膜が稼動される初期膜フラックスを決定するために使用される、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記逆浸透システムの汚損状態を決定することが、前記逆浸透膜の限界フラックス点を決定することを含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記逆浸透膜の限界フラックス点を決定することが、前記複数のインピーダンス値の各々を、断続的な時間間隔又は設定した時間間隔で導出することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記逆浸透膜の限界フラックス点を決定することが、
a)前記複数のインピーダンス値を時間の関数としてプロットして、曲線を生成すること、及び
b)前記曲線の傾きが反転する時の時間を決定することを含む、請求項16又は17に記載の方法。 - 前記インピーダンス値がコンダクタンスであり、前記曲線の傾きが反転する時の時間を決定することが、前記曲線の傾きが、負の傾きから正の傾きへと移行する時の時間を決定することを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記限界フラックス点が、前記逆浸透膜の固塊増強性濃度分極及び/又は固塊増強性浸透圧の開始を決定するために使用される、請求項16〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 逆浸透システムの汚損状態を評価するための装置であって、
a)逆浸透膜の両側に配置されるように構成されている2つ以上の電極、
b)前記2つ以上の電極間に種々の周波数の交流電流を生成するように構成されている交流発生器、
c)前記種々の周波数において、(i)前記膜の膜内外の電圧、(ii)前記膜を通過する電流、及び(iii)前記電圧と前記電流との位相差を測定するように構成されている検出器、及び
d)測定された電圧、電流、及び位相差を使用して、前記膜に隣接する拡散分極層のインピーダンス値を導出するように構成されているプロセッサを含む装置。 - 電極の数が4であり、前記電極が、逆浸透膜の両側に対で配置されるように構成されている、請求項21に記載の装置。
- 前記交流発生器が、約0.01Hzから約105Hzまでの周波数範囲の交流電流を発生させるように構成されている、請求項21又は22に記載の装置。
- 前記プロセッサが、前記測定された電圧、電流、及び位相差をモデルにフィッティングすることにより、前記膜に隣接する拡散分極層のインピーダンス値を導出するように構成されている、請求項21〜23のいずれか一項に記載の装置。
- 前記モデルが、マクスウェル−ワーグナーモデルである、請求項24に記載の装置。
- 複数のインピーダンスを、膜フラックス及び/又は時間の関数として表すように構成されているデバイスを更に含む、請求項21〜25のいずれか一項に記載の装置。
- 前記デバイスが、記録デバイス及び/又はプロットデバイスである、請求項26に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記逆浸透システムの限界フラックスを決定することにより、前記逆浸透システムの汚損状態を決定するように構成されている、請求項26又は27に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記複数のインピーダンス値を膜フラックスの関数としてプロットして曲線を生成し、前記曲線の傾きが反転する時の膜フラックスを決定することにより、前記逆浸透システムの限界フラックスを決定するように構成されている、請求項28に記載の装置。
- 前記インピーダンス値がコンダクタンスであり、前記曲線の傾きが反転する時の膜フラックスを決定することが、前記曲線の傾きが、負の傾きから正の傾きへと移行する時の膜フラックスを決定することを含む、請求項29に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記逆浸透システムの限界フラックス点を決定することにより、前記逆浸透システムの汚損状態を決定するように構成されている、請求項26又は27に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記複数のインピーダンス値を時間の関数としてプロットして曲線を生成し、前記曲線の傾きが反転する時の時間を決定することにより、前記限界フラックス点を決定するように構成されている、請求項31に記載の装置。
- 前記インピーダンス値がコンダクタンスであり、前記曲線の傾きが反転する時の時間を決定することが、前記曲線の傾きが、負の傾きから正の傾きへと移行する時の時間を決定することを含む、請求項32に記載の装置。
- 逆浸透システムの汚損状態をオンラインで評価するように構成されている、請求項21〜33にいずれか一項に記載に装置。
- 逆浸透膜の汚損を原位置でモニタリングするための、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法又は請求項21〜34のいずれか一項に記載の装置の使用。
- 逆浸透膜の洗浄作業中に、洗浄の有効性及び/又は洗浄の度合いを原位置でモニタリングするための、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法又は請求項21〜34のいずれか一項に記載の装置の使用。
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