JP2020171892A - 中空糸膜損傷検出装置及び超純水製造装置並びに中空糸膜損傷検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空糸膜の損傷を検出する精度を高める。【解決手段】本発明の中空糸膜損傷検出装置は、計測器、透過水供給機構及び判定部を備えている。計測器は、水中に含まれる微粒子の濃度を計測する。透過水供給機構は、中空糸膜を内蔵する限外ろ過膜モジュールの一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、計測器へ個別に供給する。判定部は、前記個別に供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、前記第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の前記計測器による計測結果に基づいて、中空糸膜が損傷しているか否かを判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、中空糸膜の損傷を検出するための中空糸膜損傷検出装置及び超純水製造装置並びに中空糸膜損傷検出方法に関する。

従来、超純水製造装置は、被処理水中に含まれる微粒子を低減させるために、水処理系の最後段に限外ろ過膜装置が設置されることが多い（例えば特許文献１参照）。限外ろ過膜装置は、複数の中空糸膜を有する限外ろ過膜モジュールを内蔵しており、各中空糸膜（ろ過面）に対して被処理水を供給し、その被処理水の一部を中空糸膜で限外ろ過して透過水として吐出し、残りの微粒子など、中空糸膜（ろ過面）を透過しないものを濃縮して濃縮水として排出させるクロスフローろ過方式が一般に適用されている。

超純水製造装置では、要求水質が維持されていることを確認するために水質検査が行われている。水質管理項目の一つとして、例えば被処理水１Ｌ中に含まれる粒子径０．０５μｍ以上の粒子（微粒子）の数が２００個／Ｌ以下である微粒子濃度の計測などが挙げられる。微粒子濃度の計測には、オンラインモニタであるパーティクルカウンタなどが主に用いられている。パーティクルカウンタでは、微粒子を含む試料（被処理水）に対して発光素子側から光を照射し、受光素子側での受光の結果に基づき微粒子濃度を計測する光散乱方式や光遮蔽方式などが採用されている。

さらに、また近年の純水製造装置（超純水製造装置）の場合、より小さい微粒子を極めて低濃度まで安定して低減することが求められる場合がある。例えば、従来では０．０５μｍ以上の微粒子を高度に除去すればよかったが、近年は、０．０２μｍ以上の微粒子を５００個／Ｌ以下と高度に除去する必要が生じており、今後、０．０１μｍ等さらに細かい微粒子まで除去する必要がある。

特開２０１６−８３６４６号公報

ここで、オンラインモニタである上記したパーティクルカウンタは、時間経過に応じて逐次変動する微粒子濃度の計測値がモニタされることになる。これに加えて、パーティクルカウンタは、受光素子（光電変換素子）の温度特性の影響などにより、微粒子濃度の計測値の変動を増大させる要因を、仕様上の既存の課題として抱えている。特に、近年において必要となってきた、例えば０．０２μｍ以上の微粒子を測定可能とするパーティクルカウンタの場合、その傾向が大きくなっている。

したがって、このようなパーティクルカウンタは、微粒子濃度の計測結果のばらつき（ゼロカウント値がシフトする変動幅）が比較的大きいことから、例えば限外ろ過膜モジュール内の中空糸膜に破断などの物理的な損傷が生じていたとしても、上記したばらつきの大きい微粒子濃度の計測結果からでは、中空糸膜の損傷などを検出することが難しく、この点において改善が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、中空糸膜の損傷を検出する精度を高めることができる中空糸膜損傷検出装置及び超純水製造装置並びに中空糸膜損傷検出方法の提供を目的とする。

本発明の中空糸膜損傷検出装置は、計測器、透過水供給機構及び判定部を備えている。計測器は、水中に含まれる微粒子の濃度を計測する。透過水供給機構は、中空糸膜を内蔵する限外ろ過膜モジュールの一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、計測器へ個別に供給する。判定部は、前記個別に供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、前記第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の前記計測器による計測結果に基づいて、中空糸膜が損傷しているか否かを判定する。

前述した透過水供給機構は、第１及び第２の導水流路並びにバルブを有する。第１の導水流路は、前記第１の透過水を限外ろ過膜モジュールの一端部側から前記計測器側へ導く流路である。一方、第２の導水流路は、前記第２の透過水を限外ろ過膜モジュールの他端部側から前記計測器側へ導く流路である。バルブは、第１及び第２の導水流路上に１つ以上設けられている。

また、上記した判定部は、前記計測器によりそれぞれ計測された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の差分がしきい値以上である場合に、中空糸膜が損傷していると判定する。

さらに、本発明の超純水製造装置は、上述した中空糸膜損傷検出装置、一次純水製造部、及び二次純水製造部を備えている。一次純水製造部は、被処理水に水処理を施して一次純水を製造する。二次純水製造部は、一次純水製造部の下流側に設けられ、前記製造された一次純水にさらなる水処理を施して二次純水を製造する。この二次純水製造部は、限外ろ過膜モジュールを備えた限外ろ過膜装置を有する。

また、本発明の中空糸膜損傷検出方法は、供給する工程及び判定する工程を有する。供給する工程では、中空糸膜を内蔵する限外ろ過膜モジュールの一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、水中に含まれる微粒子の濃度を計測する計測器へ、個別に供給する。一方、判定する工程では、前記個別に供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の前記計測器による計測結果に基づいて、前記中空糸膜が損傷しているか否かを判定する。

本発明によれば、中空糸膜の損傷を検出する精度を高めることができる中空糸膜損傷検出装置及び超純水製造装置並びに中空糸膜損傷検出方法を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る超純水製造装置の構成を示すブロック図。 図１の超純水製造装置が備える二次純水製造部及び中空糸膜損傷検出装置の構成を示すブロック図。 図２の二次純水製造部に備えられた限外ろ過膜装置が有する限外ろ過膜モジュールの構成、及び中空糸膜損傷検出装置の構成を具体的に示す図。 図３の限外ろ過膜モジュールの構成を詳細に示す図。 図３の中空糸膜損傷検出装置による中空糸膜損傷検出方法を示すフローチャート。 比較例の限外ろ過膜モジュール及びパーティクルカウンタを含む装置の構成を示す図。 図３に示す実施例の中空糸膜損傷検出装置による微粒子濃度の計測結果を予測したグラフ。 図６に示す比較例の装置による微粒子濃度の計測結果を予測したグラフ。 図３の実施例の中空糸膜損傷検出装置による中空糸膜の破断（損傷）前の微粒子濃度の計測結果を示すグラフ。 図３の実施例の中空糸膜損傷検出装置による中空糸膜の破断後の微粒子濃度の計測結果を示すグラフ。 図９及び図１０に示した中空糸膜の損傷前後の平均微粒子濃度と標準偏差とを示す図。 図６の比較例の装置による中空糸膜の破断（損傷）前の微粒子濃度の計測結果を示すグラフ。 図１２中の通水時間Ａ、Ｂの期間における微粒子濃度の計測結果を拡大して示すグラフ。 図６の比較例の装置による中空糸膜の破断（損傷）前後における微粒子濃度の計測結果を示す図。 図３の中空糸膜損傷検出装置とは構成が一部異なる他の中空糸膜損傷検出装置の構成を示す図。 図３及び図１５の中空糸膜損傷検出装置とは構成が一部異なる他の中空糸膜損傷検出装置の構成を示す図。 図４の限外ろ過膜モジュールとは構成が一部異なる他の限外ろ過膜モジュールの構成を示す図。 図３、図１５及び図１６の中空糸膜損傷検出装置とは構成が一部異なる他の中空糸膜損傷検出装置の構成を示す図。 図１８の中空糸膜損傷検出装置における第２の透過水中の微粒子濃度の計測時の態様を示す図。 図３、図１５、図１６及び図１８の中空糸膜損傷検出装置とは構成が一部異なる他の中空糸膜損傷検出装置の構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る超純水製造装置１０は、被処理水を水処理して超純水を得る装置であって、前処理部１２、一次純水製造部１４、被処理水の流路１７、タンク１６、及び二次純水製造部１８、を含む水処理系１５、並びに中空糸膜損傷検出装置１９を備えている。前処理部１２は、原水として、市水、井水、工業用水などを導入する。この前処理部１２は、原水の水質などに応じて適宜の構成を有し、原水の懸濁物質を除去して前処理水を生成する。前処理部１２は、例えば砂ろ過装置や精密ろ過装置などを備え、さらに、必要に応じて被処理水の温度を調節するための熱交換器などを有している。

一次純水製造部１４は、被処理水（前処理水）に水処理を施して一次純水を製造する。この一次純水製造部１４は、前処理水中の有機成分、イオン成分、溶存ガスなどを除去して一次純水を製造し、この一次純水をタンク１６に供給する。また、一次純水製造部１４は、例えば、逆浸透膜装置、イオン交換装置（陽イオン交換装置、陰イオン交換装置、混床式イオン交換装置など）、紫外線酸化装置、及び脱気装置（真空脱気装置、脱気膜装置など）のうちの１つ以上を適宜組み合わせて構成される。一次純水は、例えば全有機炭素（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）濃度が５μｇＣ／Ｌ以下、抵抗率が１７ＭΩ・ｃｍ以上である。タンク１６は、一次純水を貯留し、その必要量を二次純水製造部１８に供給する。

一方、二次純水製造部１８は、一次純水製造部１４の下流側に設けられ、一次純水製造部１４により製造された一次純水にさらなる水処理を施して二次純水を製造する。この二次純水製造部１８は、一次純水中の不純物を除去して超純水（二次純水）を製造し、この超純水を使用場所であるユースポイント（ＰＯＵ：Point Of Use）２０に供給する。タンク１６は、一次純水製造部１４と二次純水製造部１８との間に介在されている。

ユースポイント２０は、二次純水製造部１８及び中空糸膜損傷検出装置１９の下流側に設けられている。流路１７は、水処理系１５を構成する前処理部１２、一次純水製造部１４及び二次純水製造部１８によって水処理された被処理水をユースポイント２０へ向けて送る。また、流路１７は、ユースポイント２０を通過した被処理水をタンク１６に帰還させる帰還流路（第３の帰還流路）１７ａを有している。つまり、ユースポイント２０を通過した余剰分の超純水は、流路１７の帰還流路１７ａを通ってタンク１６にて回収される。二次純水製造部１８を含む二次純水製造のための水処理系は、タンク１６、二次純水製造部１８、ユースポイント２０、帰還流路１７ａで形成される循環系を用いて、常に一定量の超純水を製造して、連続で運転される。

より具体的には、図２に示すように、二次純水製造部１８は、サークルポンプ２２、熱交換器（ＨＥＸ：Heat Exchanger）２３、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２４、膜脱気装置（ＭＤＧ：membrane degasifier）２５、ポリッシャ２６、及び限外ろ過膜（ＵＦ：Ultrafiltration Membrane）装置２７を備えている。

サークルポンプ２２は、タンク１６内に収容された被処理水（一次純水）を熱交換器２３に供給する被処理水供給ポンプである。熱交換器２３は、サークルポンプ２２から供給された被処理水の温度を調節する。この際、被処理水は、熱交換器２３によって例えば２５±３℃に温度調節される。

紫外線酸化装置２４は、熱交換器２３で温度調節された被処理水（一次純水）に紫外線を照射して、被処理水中の微量有機物を分解除去する。紫外線酸化装置２４は、例えば紫外線ランプを有し、波長１８５ｎｍ付近の紫外線を発生させる。紫外線酸化装置２４は、波長２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させるものであってもよい。このような紫外線酸化装置２４内で被処理水に紫外線が照射されると、紫外線が被処理水を分解してＯＨラジカルを生成し、主にこのＯＨラジカルが、被処理水中の有機物を酸化分解する。

膜脱気装置２５は、気体透過性の膜の二次側を減圧して、一次側を通流する被処理水中の溶存ガスのみを二次側に透過させて除去する装置である。ポリッシャ２６は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが混合された混床式のイオン交換樹脂を有し、被処理水の中の微量の陽イオン成分及び陰イオン成分を吸着除去する非再生型の混床式イオン交換装置である。

図２に示すように、限外ろ過膜装置２７は、流路１７上における最下流のユースポイント２０との間で中空糸損傷検出装置１９を挟む位置に設けられている。限外ろ過膜装置２７は、図３、図４に示す中空糸型の１つ以上の限外ろ過膜モジュール２８、並びに配管及びバルブによって構成されている。限外ろ過膜モジュール２８は、図４に示すように、複数の中空糸膜２８ｅを有している。この限外ろ過膜モジュール２８の１つあたりの通水流量は、例えば１０ｍ³／ｈである。このような限外ろ過膜モジュール２８を内蔵する限外ろ過膜装置２７は、ポリッシャ２６による被処理水をさらに水処理することにより、例えば粒子径０．０５μｍ以上の微粒子を除去して超純水（二次純水）を得る。本発明における限外ろ過膜モジュール２８は、中空糸の両端を固定した両端支持型のモジュールを好適に使用できる。また、内圧式、外圧式のいずれのモジュールも好適に使用できる。例えば、旭化成社製のＯＬＴ−６０３６等が例示される。

ここで、本実施形態の超純水製造装置１０における製造スペック内の超純水（所期の水質条件を満足する超純水）は、粒子径０．０５μｍ以上の微粒子の数が２００個／Ｌ以下であり、また、全有機炭素濃度が１μｇＣ／Ｌ以下であり、さらには抵抗率が１８ＭΩ・ｃｍ以上である。

また、上記した限外ろ過膜モジュール２８は、クロスフローろ過方式が適用されている。図３、図４には、外圧式限外ろ過モジュールを用いた場合の装置構成を示す。限外ろ過膜モジュール２８は、第１の透過水吐出口２８ａ、第２の透過水吐出口２８ｂ、濃縮水排出口２８ｃ、供給水導入口２８ｄを備えている。第１の透過水吐出口２８ａは、限外ろ過膜モジュール２８の一端部（上端部）側に設けられている。第２の透過水吐出口２８ｂは、限外ろ過膜モジュール２８の他端部（下端部）側に設けられている。ここで、上記した複数の中空糸膜２８ｅは、これらの上端部（一端部）及び下端部（他端部）が、限外ろ過膜モジュール２８の上端部（一端部）及び下端部（他端部）に両持ちで支持されている。このように、中空糸型膜モジュールの構造は、中空糸膜そのものが支持体でもあるためスペーサーなどの流路材が不要であり、膜の集積度・容積効率を高くできる長所がある。その一方で、中空糸膜２８ｅの図４中のポイントＰ１（上端部）、ポイントＰ２（下端部）において、通水時や熱収縮時に機械的ストレスが生じやすい問題点がある。

上記した供給水導入口２８ｄは、ポリッシャ２６から吐出された被処理水（供給水）を限外ろ過膜モジュール２８内に導入する。限外ろ過膜モジュール２８内では、中空糸膜２８ｅのろ過面（周面）に対して被処理水が外圧により径方向から供給される。その被処理水は、中空糸膜２８ｅのろ過面で限外ろ過された透過水と、微小なパーティクル等の中空糸膜２８ｅのろ過面を透過しないものを多量に含む濃縮水と、に分離される。透過水は、中空糸膜２８ｅの中心部を通り、第１及び第２の透過水として、第１及び第２の透過水吐出口２８ａ、２８ｂからそれぞれ吐出される。一方、濃縮水は、濃縮水排出口２８ｃから外部に排出される。

次に、本実施形態の中空糸膜損傷検出装置１９の構成について図１〜図４に基づき詳述する。中空糸膜損傷検出装置１９は、計測器としてのパーティクルカウンタ１９ａ、透過水供給機構１９ｃ及び判定部１９ｂを備えている。パーティクルカウンタ１９ａは、水中（被処理水中）に含まれる微粒子の濃度を計測する。パーティクルカウンタ１９ａは、光散乱方式や光遮蔽方式を用いて光学的に微粒子の濃度を計測する計測器であって、微粒子を含む試料（被処理水）に対して発光素子（光源）側から光を照射する一方で、受光素子側での受光の結果に基づき、微粒子濃度を時間の経過に応じて数値化するオンラインモニタである。本発明において使用されるパーティクルカウンタは、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＵｌｔｒａ ＤＩ２０（ＵＤＩ−２０）、Ｕｌｔｒａ ＤＩ５０（ＵＤＩ−５０）等がある。

ここで、パーティクルカウンタ１９ａは、時間経過に伴い逐次変動する微粒子濃度の計測値がモニタされることになる。これに加えて、パーティクルカウンタ１９ａは、受光素子（光電変換素子）の温度特性の影響などにより、微粒子濃度の計測値の変動を増大させる要因を、仕様上の既存の課題として抱えている。

そこで、透過水供給機構１９ｃは、図３に示すように、限外ろ過膜モジュール２８の上端部（一端部）側の第１の透過水吐出口２８ａ及び下端部（他端部）側の第２の透過水吐出口２８ｂからそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、パーティクルカウンタ１９ａへ個別に供給する。詳述すると、透過水供給機構１９ｃは、上記した第１の透過水と第２の透過水とを、互いの供給のタイミングを異ならせて（後述する第１及び第２の開閉バルブ１９ｇ、１９ｈを用いて供給のタイミングをずらして）、パーティクルカウンタ１９ａへ供給する。

この透過水供給機構１９ｃは、第１及び第２の吐出流路１９ｊ、１９ｋ、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆ、共用導水流路１９ｄ、並びにバルブを有する。バルブは、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆ上に１つ以上設けられている。本実施形態では、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆ上のそれぞれに例えば手動型の第１及び第２の開閉バルブ１９ｇ、１９ｈが設けられている。第１及び第２の吐出流路１９ｊ、１９ｋは、第１の透過水吐出口２８ａ及び第２の透過水吐出口２８ｂとユースポイント２０とをつなぐ流路である。

第１の導水流路１９ｅは、第１の吐出流路１９ｊから分岐し、第１の透過水を限外ろ過膜モジュール２８の一端部側からパーティクルカウンタ１９ａ側へ導く流路である。一方、第２の導水流路１９ｆは、第２の吐出流路１９ｋから分岐し、第２の透過水を限外ろ過膜モジュール２８の他端部側からパーティクルカウンタ１９ａ側へ導く流路である。共用導水流路１９ｄは、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆとパーティクルカウンタ１９ａとをつなぐ流路である。

一方、判定部１９ｂは、個別に（互いの供給のタイミングを異ならせて）供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、のパーティクルカウンタ１９ａによる計測結果に基づいて、中空糸膜２８ｅが損傷（破断）しているか否かを判定する。より具体的には、判定部１９ｂは、パーティクルカウンタ１９ａによりそれぞれ計測された第１の透過水中に含まれる一方の微粒子の濃度と、第２の透過水中に含まれる他方の微粒子の濃度と、の差分がしきい値以上である場合に、中空糸膜２８ｅが損傷していると判定する。この場合の差分とは、時間の経過に伴い変動する、一方の微粒子濃度の単位時間（規定時間）あたりの微粒子濃度平均値（平均微粒子濃度）と、他方の微粒子濃度の単位時間（規定時間）あたりの微粒子濃度平均値と、の差分などを例示することができる。

つまり、中空糸膜２８ｅの一端部側が損傷している場合では、第１の透過水中に含まれる一方の微粒子濃度が、第２の透過水中に含まれる他方の微粒子濃度よりも高い値で検出される。また、中空糸膜２８ｅの他端部側が損傷している場合では、第２の透過水中に含まれる他方の微粒子濃度が、第１の透過水中に含まれる一方の微粒子濃度よりも高い値で検出される。したがって、中空糸膜２８ｅの一端部側又は他端部側に破断などの物理的な損傷が生じていた場合、上記した一方の微粒子濃度の計測結果と他方の微粒子濃度の計測結果とに、比較的大きな差異が表れることから、中空糸膜２８ｅの損傷を比較的高い精度で検出することが可能となる。

次に、本実施形態の中空糸膜損傷検出装置１９による中空糸膜損傷検出方法を、図１〜図４に加え、図５に示すフローチャートに基づき説明する。まず、例えば、第１の導水流路１９ｅ上の第１の開閉バルブ１９ｇを開放する一方で、第２の導水流路１９ｅ上の第２の開閉バルブ１９ｈを閉鎖する（Ｓ１）。この状態で、限外ろ過膜モジュール２８における一端部（上端部）の第１の透過水吐出口２８ａから、第１の吐出流路１９ｊ、第１の導水流路１９ｅ、共用導水流路１９ｄを介して、第１の透過水を、パーティクルカウンタ１９ａ側へ導き、第１の透過水中の微粒子濃度をパーティクルカウンタ１９ａで計測する（Ｓ２）。

次に、例えば、第１の導水流路１９ｅ上の第１の開閉バルブ１９ｇを閉鎖する一方で、第２の導水流路１９ｆ上の第２の開閉バルブ１９ｈを開放する（Ｓ３）。この状態で、限外ろ過膜モジュール２８における他端部（下端部）の第２の透過水吐出口２８ｂから、第２の吐出流路１９ｋ、第２の導水流路１９ｆ、共用導水流路１９ｄを介して、第２の透過水を、パーティクルカウンタ１９ａ側へ導き、第２の透過水中の微粒子濃度をパーティクルカウンタ１９ａで計測する（Ｓ４）。

続いて、判定部１９ｂは、直近で計測した第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分、今回の場合はＳ２で計測した第１の透過水中の微粒子濃度とＳ４で計測した第２の透過水中の微粒子濃度との差分が、しきい値以上であるか否かを判別し（Ｓ５）、差分がしきい値以上である場合（Ｓ５のＹＥＳ）、中空糸膜２８ｅに損傷が有ると判定し（Ｓ６）、一方、差分がしきい値以上ではない場合（Ｓ５のＮＯ）、中空糸膜２８ｅには損傷が無いと判定する（Ｓ７）。

次に、例えば、第２の導水流路１９ｆ上の第２の開閉バルブ１９ｈを閉鎖する一方で、第１の導水流路１９ｅ上の第１の開閉バルブ１９ｇを開放する（Ｓ８）。この状態で、限外ろ過膜モジュール２８における一端部（上端部）の第１の透過水吐出口２８ａから、第１の吐出流路１９ｊ、第１の導水流路１９ｅ、共用導水流路１９ｄを介して、第１の透過水を、パーティクルカウンタ１９ａ側へ導き、第１の透過水中の微粒子濃度をパーティクルカウンタ１９ａで計測する（Ｓ９）。

続いて、判定部１９ｂは、直近で計測した第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分、今回の場合はＳ４で計測した第２の透過水中の微粒子濃度とＳ８で計測した第１の透過水中の微粒子濃度との差分が、しきい値以上であるか否かを判別し（Ｓ１０）、差分がしきい値以上である場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、中空糸膜２８ｅに損傷が有ると判定し（Ｓ１１）、一方、差分がしきい値以上ではない場合（Ｓ１０のＮＯ）、中空糸膜２８ｅには損傷が無いと判定する（Ｓ１２）。

以降は、Ｓ３に戻って同様の処理を繰り返す。なお、図５に示すように、中空糸膜２８ｅに損傷が有ると判定した後も、引き続き同様の処理を繰り返してもよい。その場合、例えば中空糸膜２８ｅに損傷が有ると判定した後の計測データも蓄積することができる等の利点がある。

ここで、前述したように、判定部１９ｂがしきい値と比較する第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分については、直近で計測した第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分が適用される。具体的には、図５に示すように、例えば１サイクル目のＳ５で適用される差分は、１サイクル目のＳ２及びＳ４でそれぞれ計測（直近で計測）された第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分が適用される。さらに、例えば１サイクル目のＳ１０で適用される差分は、１サイクル目のＳ４及びＳ９でそれぞれ計測（直近で計測）された第１及び第２の透過水中の微粒子濃度の差分が適用される。つまり、このようにして直近で計測された微粒子濃度の計測結果が当該差分の算出に適用される。

同様に、例えば２サイクル目のＳ５では、１サイクル目のＳ９及び２サイクル目のＳ４でそれぞれ計測された計測結果が差分の算出に適用され、さらに、例えば２サイクル目のＳ１０では、２サイクル目のＳ４及び２サイクル目のＳ９でそれぞれ計測された計測結果が差分の算出に適用される。言い換えると、例えば２サイクル目のＳ５において、Ｓ２での計測結果が再度用いられることや、１サイクル目のＳ４での計測結果が再度用いられることなどを避けることが好ましい。

本発明において、限外ろ過膜装置２７が、複数の限外ろ過膜モジュール２８で構成されている場合、中空糸膜損傷検出装置１９を限外ろ過膜モジュール２８と同数用意して１つずつ接続することも可能であるが、例えば１つの中空糸膜損傷検出装置１９と全ての限外ろ過膜モジュール２８を接続し、計測対象の限外ろ過膜モジュール２８をバルブで切り替えながら使用することも可能である。この場合、計測対象の限外ろ過膜モジュール２８を切り替えるタイミングとしては、Ｓ５及びＳ１０における判定を、少なくとも各１回は行った後とすることが好ましい。

既述したように、本実施形態の中空糸膜損傷検出装置１９は、パーティクルカウンタ１９ａによる微粒子濃度の計測結果のばらつき（ゼロカウント値がシフトする変動幅）が比較的大きいことを踏まえたうえで、上記した第１の透過水と第２の透過水とを、個別にパーティクルカウンタ１９ａへ供給し、第１の透過水中における一方の微粒子濃度の計測結果と第２の透過水中における他方の微粒子濃度の計測結果との差分（互いの計測値の比較結果）に基づき、中空糸膜２８ｅが損傷しているか否かを判定するものである。つまり、中空糸膜損傷検出装置１９によれば、中空糸膜２８ｅの一端部側又は他端部側が損傷しているとき、上述したように、この場合の損傷が微粒子濃度の計測結果どうしの差分として比較的明確に表れるため、これにより、中空糸膜２８ｅの損傷の検出精度を高めることができる。

ここで、Ｓ１、Ｓ３及びＳ８におけるバルブ開閉処理完了直後は、バルブから微粒子などの汚染が透過水に流出している可能性が高い。この影響を抑えるために、Ｓ２、Ｓ４及びＳ９における計測開始は、バルブ開閉処理完了から１０分以上経過後とすることが好ましく、１５分以上経過後とすることがさらに好ましい。

差分をとる対象である第１及び第２の透過水中における微粒子濃度の計測のうち、先に行う計測の開始から後に行う計測の完了までにかける時間、例えばＳ２における計測開始からＳ４における計測完了までにかける時間は、４８時間以下であることが好ましく、３０時間以下であればさらに好ましい。この時間が十分に短ければ、第１及び第２の透過水の微粒子濃度の計測値に対する先述の受光素子（光電変換素子）の温度特性の影響などによる変動を、両者で同程度とみなすことができる。すなわち、第１の透過水中の微粒子濃度と第２の透過水中の微粒子濃度との差分をとることで、変動をキャンセルすることができる。

Ｓ２、Ｓ４及びＳ９における計測時間（後述する計測時間Ｄ）は、それぞれ３時間以上であることが好ましく、５時間以上であればさらに好ましい。計測時間を十分に確保すれば、後述するパーティクルカウンタ１９ａの計測結果のブレによって瞬間的に発生する異常に大きい値、あるいは小さい値が平均微粒子濃度や標準偏差に与える影響を抑えることができる。

次に、本発明の実施例を上述した図３に加え、図６〜図１４に基づき説明する。ここで、上述した図３は、実施例として適用する中空糸膜損傷検出装置１９の構成を示している。また、図６は、比較例としての限外ろ過膜装置及びパーティクルカウンタを含む装置の構成を示している。さらに、図７は、図３に示す実施例の中空糸膜損傷検出装置１９による微粒子濃度の計測結果を予測したグラフであり、図８は、図６に示す比較例の装置による微粒子濃度の計測結果を予測したグラフである。

また、図９は、図３の実施例の中空糸膜損傷検出装置による中空糸膜の破断（損傷）前の微粒子濃度の計測結果を示すグラフであり、図１０は、図３の実施例の中空糸膜損傷検出装置１９による中空糸膜の破断後の微粒子濃度の計測結果を示すグラフである。さらに、図１１は、図９及び図１０に示した中空糸膜の損傷前後の微粒子濃度と標準偏差とを示す図である。また、図１２は、図６の比較例の装置による中空糸膜の破断（損傷）前の微粒子濃度の計測結果を示すグラフであり、図１３は、図１２中の通水時間Ａ、Ｂの期間における微粒子濃度の計測結果を拡大して示すグラフである。さらに、図１４は、図６の比較例の装置による中空糸膜の破断（損傷）前後における微粒子濃度の計測結果を示す図である。

図６に示すように、比較例の装置は、限外ろ過膜モジュール２８の上端部から吐出する第１の透過水と、限外ろ過膜モジュール２８の下端部から吐出する第２の透過水と、を第１、第２の吐出流路１９ｊ、１９ｋを介して合流した後、この合流した透過水は、開閉バルブ１９ｑが設けられた導水流路１９ｐを通じてパーティクルカウンタ１９ａに導かれる。パーティクルカウンタ１９ａは、合流した透過水に含まれる微粒子の濃度を計測する。

中空糸膜損傷検出装置１９を適用する実施例では、図７に示すように、限外ろ過膜モジュール２８の例えば一端部側が破断（損傷）した場合において、通水時間（ｈｒ）の経過に伴う当該一端部側の第１の透過水における微粒子濃度（１Ｌあたりの０．０２μｍ以上の微粒子数）の予測変化を点線で表している。さらに、図７では、通水時間の経過に伴う中空糸膜２８ｅの他端部側の第２の透過水における微粒子濃度の予測変化を実線で表している。中空糸膜２８ｅの破断前から、パーティクルカウンタ１９ａの計測値は、先述の受光素子（光電変換素子）の温度特性の影響などにより、ブレ（計測結果のばらつき）が発生している。中空糸膜２８ｅの破断後では、第１及び第２の透過水の両方の微粒子濃度が増加することが予想されるものの、中空糸膜２８ｅの破断側（一端部側）の第１の透過水における微粒子濃度の増加量が、第２の透過水における微粒子濃度の増加量よりも多くなる（その差：Ｋ１）ことが予想される。

このような微粒子濃度の差が生じることから、中空糸膜２８ｅの破断を判定することが可能となる。つまり、パーティクルカウンタ１９ａによる微粒子濃度の計測結果にブレが生じていたとしても、限外ろ過膜モジュール２８（中空糸膜２８ｅ）における一端部側及び他端部側の第１及び第２の透過水の微粒子濃度をそれぞれ計測して互いの計測結果を比較（各計測結果の差分を抽出）していることで、膜破断なのか、パーティクルカウンタ１９ａの計測結果のブレなのかを判別することができる。一方、図８に示すように、比較例の装置による予想の微粒子濃度の計測結果については、第１及び第２の透過水を合流させた透過水における微粒子濃度が、パーティクルカウンタ１９ａで計測されるため、当該図８に例示する予想の計測結果からでは、中空糸膜２８ｅの破断なのか、パーティクルカウンタ１９ａの計測のブレなのかを判別することが困難となる。

これに対して、中空糸膜損傷検出装置１９を適用する実施例では、中空糸膜２８ｅの他端部側が破断（下端部が損傷）した場合において、図９、図１０では、通水時間（ｈｒ）の経過に伴う、上端部側及び下端部側の第１及び第２の透過水における実際の微粒子濃度（１Ｌあたりの０．０２μｍ以上の微粒子数）について破断前後の各測定結果を表している。また、図１１は、図９、図１０の測定結果に対応した膜破断前後の平均微粒子濃度（図９、図１０では点線で図示）及び標準偏差を一覧表で示している。

図９、図１１に示すように、中空糸膜２８ｅの下端部側の膜破断が生じる前では、上端部側及び下端部側の第１及び第２の透過水における平均微粒子濃度は同じ値を示している。これに対して、図１０、図１１に示すように、中空糸膜２８ｅの下端部側の膜破断が生じた後では、下端部側の第２の透過水における平均微粒子濃度が、上端部側の第２の透過水における平均微粒子濃度よりも、比較的大きな値を示している。つまり、中空糸膜２８ｅの上端部側に比べて下端部側では微粒子濃度が大きく変動したことから、中空糸膜２８ｅの下端部側に膜破断が生じていると判断することが可能となる。

ここで、上述した判定部１９ｂが判定に用いるしきい値としては、粒径Ｃ以上の微粒子を濃度測定対象として、前述した計測時間Ｄ内における、第１の透過水中の平均微粒子濃度と第２の透過水中の平均微粒子濃度との差分が、Ｅ以上であることなどを例示できる。この場合の粒径Ｃは、例えば、０．０５ｕｍ以上であることが好ましく、０．０２ｕｍ以上であればより好ましい。さらに、差分Ｅは、例えば、差分をとる対象である第１及び第２の透過水中における微粒子濃度の計測のうち、先に行われた計測の標準偏差とすることが好ましい。例えば、Ｓ１０における判定であれば、Ｓ４における計測結果の標準偏差とすることができる。なお、図１１に示すように、例えば中空糸膜２８ｅの下端部側の膜破断が生じた後でも、大きく標準偏差が増大するのは下端部側の第２の透過水における計測結果のみである。すなわち、膜破断が生じた後でも、この方法であれば、上端部側の第１の透過水における計測結果の標準偏差が２回に１回はしきい値として適用されるので、膜破断が生じていると判定されなくなることはない。

また、図１２、図１３では、図６に示す装置を適用する比較例における、通水時間（ｈｒ）の経過に伴う、上端部側及び下端部側から合流した透過水中の実際の微粒子濃度（１Ｌあたりの０．０２μｍ以上の微粒子数）について、中空糸膜２８ｅの破断が起こっていない状態における、比較的長期にわたってのパーティクルカウンタ１９ａによる測定結果を表している。また、図１４は、中空糸膜２８ｅの下端部側の膜破断前後の微粒子濃度の変動、及び平均微粒子濃度（図１２では太い実線で図示、図１３及び当該図１４では点線で図示）を表している。

中空糸膜２８ｅの破断が起こっていない状態においても、測定が比較的長期にわたると、図１２、図１３に示すように、先述の受光素子（光電変換素子）の温度特性の影響などによるパーティクルカウンタ１９ａの計測値のブレが大きくなり、ゼロカウント値も大きくシフトする。このため、図１４のような値の変化が見られても、図６に示す比較例の装置による計測では、その原因が、限外ろ過膜モジュール２８の膜破断なのか、パーティクルカウンタ１９ａの計測のばらつきなのかを判別することが困難となる。

これに対して、実施例の中空糸膜損傷検出装置１９によれば、上述したように、中空糸膜２８ｅが損傷している場合の検出精度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明は、この実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよいし、上記実施形態に開示した複数の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、図３に示した中空糸膜損傷検出装置１９に代えて、図１５に示すように、中空糸膜損傷検出装置３９を適用することも可能である。中空糸膜損傷検出装置３９は、中空糸膜損傷検出装置１９の第１及び第２の開閉バルブ１９ｇ、１９ｈに代えて、例えば電磁式の３方バルブ（３方弁）１９ｒを単一のバルブとして備えている。この３方バルブ１９ｒは、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆと共用導水流路１９ｄとの互いの合流箇所に設けられている。３方バルブ１９ｒを切り替え操作することで、限外ろ過膜モジュール２８の一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、パーティクルカウンタ１９ａ側へ個別に供給することが可能となる。

ここで、中空糸膜損傷検出装置１９および中空糸膜損傷検出装置３９ともに、例えば第１の透過水をパーティクルカウンタ１９ａ側に供給している間は、第２の導水流路１９ｆ内部は第２の透過水が溜まったまま流れない溜まりとなっている。このような溜まりができている間は、そこで生菌が繁殖し、それが溜まりと接触した流水に混入することがある。中空糸膜損傷検出装置３９では、３方バルブを設けることで、例えばパーティクルカウンタ１９ａ側へ第１の透過水が供給される際に、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆと共用導水流路１９ｄとの互いの合流箇所において、第２の導水流路１９ｆ内部で溜まりになっている第２の透過水と接触する機会を抑えることができる。すなわち、先述の生菌混入によりパーティクルカウンタ１９ａの測定値に狂いが生じる機会を抑えることができる。

また、上記した中空糸膜損傷検出装置３９に代えて、図１６に示すように、中空糸膜損傷検出装置４９を適用することもできる。中空糸膜損傷検出装置４９は、中空糸膜損傷検出装置３９の３方バルブ１９ｒに代えて、例えば４方バルブ（４方弁）１９ｓを備えている。この４方バルブ１９ｓは、３方バルブ１９ｒと同様に、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆと共用導水流路１９ｄとの互いの合流箇所に設けられている。４方バルブ１９ｓを切り替え操作することにより、上記した第１の透過水と第２の透過水とを、パーティクルカウンタ１９ａ側へ個別に供給することができる。

このように４方バルブを設けることで、例えば第１の透過水がパーティクルカウンタ１９ａ側へ供給される間も、第２の導水流路１９ｆに第２の透過水を流し続けることができる。すなわち、溜まりをつくる必要がなく、好ましい。また、このとき、パーティクルカウンタ１９ａの測定を妨げることなく、第２の導水流路１９ｆに流す第２の透過水の流量をパーティクルカウンタ１９ａの測定に適した流量（測定用流量）より大きくすることができる。測定用流量より大きい流量の第２の透過水が第２の導水流路１９ｆを流れると、測定用流量の第２の透過水だけが第２の導水流路１９ｆに流れる場合よりも、第２の導水流路１９ｆの内壁への微粒子などの汚染の付着を抑えることができて好ましい。

中空糸膜損傷検出装置１９に接続される外圧式の限外ろ過膜モジュール２８については、図１７に示すように、内圧式の限外ろ過膜モジュール３８を用いることも可能である。図１７に示すように、限外ろ過膜モジュール３８は、第１の透過水吐出口３８ａ、第２の透過水吐出口３８ｂ、濃縮水排出口３８ｃ、供給水導入口３８ｄを備えている。濃縮水排出口３８ｃ及び供給水導入口３８ｄは、限外ろ過膜モジュール３８の一端部（上端部）及び他端部（下端部）における各端面にそれぞれ設けられている。第１の透過水吐出口３８ａ及び第２の透過水吐出口３８ｂは、限外ろ過膜モジュール３８の一端部及び他端部における各側面にそれぞれ設けられている。

上記した供給水導入口３８ｄは、ポリッシャ２６から吐出された被処理水（供給水）を限外ろ過膜モジュール３８内に導入する。限外ろ過膜モジュール３８内に導入された被処理水（供給水）は、中空糸膜２８ｅの中心部を通りつつ、中空糸膜２８ｅのろ過面（周面）に対して内圧により径方向に供給される。その被処理水は、中空糸膜２８ｅのろ過面で限外ろ過された透過水と、微小なパーティクルなど中空糸膜２８ｅのろ過面を透過しないものを多量に含む濃縮水と、に分離される。透過水は、第１及び第２の透過水として、第１及び第２の透過水吐出口３８ａ、３８ｂからそれぞれ吐出される。一方、濃縮水は、濃縮水排出口３８ｃから外部に排出される。

さらに、図３に示した中空糸膜損傷検出装置１９に代えて、図１８に示すように、中空糸膜損傷検出装置５９を適用することも可能である。中空糸膜損傷検出装置５９は、中空糸膜損傷検出装置１９の構成に代えて、制御部１９ｔ、分岐流路１９ｙ、１９ｚ、及び電磁弁などの自動式の開閉バルブ１９ｕ、１９ｖ、１９ｗ、１９ｘを備えている。制御部１９ｔは、開閉バルブ１９ｕ、１９ｖ、１９ｗ、１９ｘをそれぞれ開閉制御する。分岐流路１９ｙ、１９ｚは、第１、第２の導水流路１９ｅ、１９ｆからそれぞれ分岐している。開閉バルブ１９ｕ、１９ｖは、第１、第２の導水流路１９ｅ、１９ｆ上における、分岐流路１９ｙ、１９ｚへの分岐箇所よりも上流側にそれぞれ設けられている。一方、開閉バルブ１９ｗ、１９ｘは、分岐流路１９ｙ、１９ｚ上にそれぞれ設けられている。

ここで、自動式の開閉バルブ１９ｕ、１９ｖ、１９ｗ、１９ｘを、制御部１９ｔを通じて適宜開閉操作させることで、限外ろ過膜モジュール２８の一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、自動で切り替えて、パーティクルカウンタ１９ａ側へ個別に供給することが可能となる。

図１９は、例えば第２の透過水をパーティクルカウンタ１９ａ側へ供給する場合の例である。制御部１９ｔが、開閉バルブ１９ｕ、１９ｘを閉じ、さらに開閉バルブ１９ｖ、１９ｗを開くように制御すると、限外ろ過膜モジュール２８の他端部側から吐出される第２の透過水は、まず第２の導水流路１９ｆを通じて、第１及び第２の導水流路１９ｅ、１９ｆと共用導水流路１９ｄとの互いの合流箇所まで運ばれる。そこから、測定用流量は共用導水流路１９ｄを通じてパーティクルカウンタ１９ａ側へ供給され、第２の透過水中の微粒子濃度が測定される。一方、測定用流量を除く流量は、第１の導水流路１９ｅの下流側を経て分岐流路１９ｙ側に導かれる。

このとき、第１の導水流路１９ｅ内部にできる溜まりは、分岐流路１９ｙへの分岐箇所より上流側に限定される。したがって、４方バルブを使用することなく、パーティクルカウンタ１９ａ側へ供給される測定用流量の第２の透過水は、溜まりとは接触しない装置構成とすることができる。また、パーティクルカウンタ１９ａの測定を妨げることなく、少なくとも第２の導水流路１９ｆに、好ましくは第２の導水流路１９ｆ及び第１の導水流路１９ｅの下流側に、測定用流量より大きい流量の第２の透過水を流すことができる。先述のとおり、測定用流量より大きい流量の第２の透過水が流れる流路では、測定用流量の第２の透過水だけが流れる場合よりも、内壁への微粒子などの汚染の付着を抑えることができる。同様の作用は、制御部１９ｔが開閉バルブ１９ｖ、１９ｗを閉じ、さらに開閉バルブ１９ｕ、１９ｘを開くように制御する場合、すなわち第１の透過水をパーティクルカウンタ１９ａ側へ供給する場合にも成立する。

また、図１８に示した中空糸膜損傷検出装置５９に代えて、図２０に示すように、中空糸膜損傷検出装置６９を適用することも可能である。中空糸膜損傷検出装置６９は、中空糸膜損傷検出装置５９の第２の吐出流路１９ｋに代えて、第２の吐出流路１９ｍを有すると共に、例えば手動式の開閉バルブ１９ｎをさらに備えている。

ここで、限外ろ過膜モジュール２８は、複数の中空糸膜２８ｅが、所定のハウジング（ケーシング）内に収容されている。各中空糸膜２８ｅの端部は、ハウジングに対して例えばエポキシ樹脂製の接着剤により固定されている。第２の吐出流路１９ｍは、前記した接着剤の溶質成分を、限外ろ過膜モジュール２８内から外部へ積極的に排出させるために設けられている。これにより、透過水の水質を確保することが可能となる。このとき、開閉バルブ１９ｎの開度を絞って第２の吐出流路１９ｍ中の流量を低下させれば、第１の吐出流路１９ｊを通じてユースポイント２０に供給される透過水の流量も確保できる。上述した第２の吐出流路１９ｍ及び開閉バルブ１９ｎと同様の構成を、中空糸膜損傷検出装置５９の第１の吐出流路１９ｊに代えて設けてもよいが、供給水導入口２８ｄと同じ側に設けられている第２の吐出流路１９ｋに代えた図２０の構成の方がより好ましい。

１０…超純水製造装置、１４…一次純水製造部、１８…二次純水製造部、１９，３９，４９，５９，６９…中空糸膜損傷検出装置、１９ａ…パーティクルカウンタ（計測器）、１９ｂ…判定部、１９ｃ…透過水供給機構、２７…限外ろ過膜装置、２８，３８…限外ろ過膜モジュール、２８ｅ…中空糸膜、１９ｅ…第１の導水流路、１９ｆ…第２の導水流路、１９ｇ，１９ｈ，１９ｎ，１９ｕ，１９ｖ，１９ｗ，１９ｘ…開閉バルブ、１９ｒ…３方バルブ、１９ｓ…４方バルブ。

Claims (5)

1. 水中に含まれる微粒子の濃度を計測する計測器と、
   中空糸膜を内蔵する限外ろ過膜モジュールの一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、前記計測器へ個別に供給する透過水供給機構と、
   前記個別に供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、前記第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の前記計測器による計測結果に基づいて、前記中空糸膜が損傷しているか否かを判定する判定部と、
   を備える中空糸膜損傷検出装置。
2. 透過水供給機構は、
   前記第１の透過水を前記限外ろ過膜モジュールの一端部側から前記計測器側へ導く第１の導水流路と、
   前記第２の透過水を前記限外ろ過膜モジュールの他端部側から前記計測器側へ導く第２の導水流路と、
   前記第１及び第２の導水流路上に設けられた１つ以上のバルブと、
   を備える請求項１に記載の中空糸膜損傷検出装置。
3. 前記判定部は、前記計測器によりそれぞれ計測された前記第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、前記第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の差分がしきい値以上である場合に、前記中空糸膜が損傷していると判定する、
   請求項１又は２に記載の過膜損傷検出装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の中空糸膜損傷検出装置と、
   被処理水に水処理を施して一次純水を製造する一次純水製造部と、
   前記一次純水製造部の下流側に設けられ、前記製造された一次純水にさらなる水処理を施して二次純水を製造する二次純水製造部と、
   を有し、
   前記二次純水製造部は、前記限外ろ過膜モジュールを備えた限外ろ過膜装置を有する、超純水製造装置。
5. 中空糸膜を内蔵する限外ろ過膜モジュールの一端部側及び他端部側からそれぞれ吐出される第１の透過水と第２の透過水とを、水中に含まれる微粒子の濃度を計測する計測器へ、個別に供給する工程と、
   前記個別に供給された第１の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、前記第２の透過水中に含まれる微粒子の濃度と、の前記計測器による計測結果に基づいて、前記中空糸膜が損傷しているか否かを判定する工程と、
   を有する中空糸膜損傷検出方法。

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