JP2525807B2 - 膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方法 - Google Patents

膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方法

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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は分析用純水、製薬用水あるいは半導体洗浄用
の超純水等の微粒子含有量の極めて少ない高純度水を得
るために設置される限外濾過膜装置あるいは逆浸透膜装
置等の膜濾過装置について、通水によって膜が被処理水
により汚染される程度を示す汚染指標を求める方法に関
するものである。
〈従来の技術〉 従来から上水道、工業用水、地下水、河川水、湖沼
水、あるいは各種の回収水等を原水とし、種々の処理工
程を経て、たとえば半導体洗浄用の超純水等の微粒子含
有量の極めて少ない高純度水が得られている。このよう
な高純度水を得る場合、被処理水中の微粒子を除去する
ために、精密濾過膜や限外濾過膜や逆浸透膜等のその目
的に応じた各種の膜濾過装置がその処理工程中に用いら
れているのが普通である。なお逆浸透膜は当初被処理水
中の塩類を脱塩するための透過膜として開発されたもの
であるが、近年ではたとえば半導体洗浄用超純水の処理
工程の末端に設置して、純水中のT.O.C(全有機炭素)
と共に、各種細菌等の微粒子を透過により除去するため
に設置されるようになってきており、学説上では透過
(Permeation)と濾過(Filtration)とは明確に区別さ
れているが、膜を介して微粒子を濾し分けることについ
ては何ら変わりがないので、ここでは便宜上、逆浸透膜
装置も膜濾過装置として扱う。
さてこのような膜濾過装置を工程中に用いる場合、そ
の被処理水の当該濾過膜に対する汚染指標を知ることは
極めて重要である。
すなわち当該汚染指標から膜濾過装置に用いる濾過膜
の種類を決定したり、あるいは当該濾過膜の交換時期を
予測したり、あるいは当初の設計時において当該汚染指
標を用いて前処理装置の設置の必要性を判断したり、も
しくは前処理装置の種類を知る手掛りとしたり、あるい
は被処理水の汚染指標を定常的に知ることによって、前
処理装置の処理性能を管理することなどの目安に用いら
れるからである。
当該汚染指標を知る従来の測定方法として、SDI値、M
F値、FT値あるいはSI値等が用いられている。
SDI値は0.45μmのフィルターを用いて、一定圧力で
検水を濾過した際の流速から汚染指標を求めるものであ
り、またMF値は0.45μmのフィルターを用いて、一定量
の検水を一定減圧下で吸引濾過したときの濾過時間から
汚染指標を求めるものであり、またFT値は0.2μmのフ
ィルターを用いて、一定圧力で検水を濾過した際の流速
から汚染指標を求めるものであり、またSI値は0.8μm
のフィルターを用いて、一定圧力で検水を濾過した際の
流速から汚染指標を求めるものである。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところで分析用純水、製薬用水、あるいは半導体洗浄
用の超純水等は、前述したごとく種々の前処理装置、た
とえば凝集沈殿装置、砂濾過装置、2床3塔式純水製造
装置および/または混床式純水製造装置、精密濾過器等
を経て、限外濾過膜装置等の膜濾過装置で処理される場
合があるが、このような限外濾過膜装置に対する被処理
水の汚染指標を従来のSDI値、MF値、FT値、SI値等で測
定することは困難である。
というのは全く同じ原水を全く同様な種類の複数系列
の前処理装置で処理し、これらの処理水を被処理水とし
て同じ種類の限外濾過膜装置で濾過する場合、各系列別
の限外濾過膜装置の被処理水のたとえばFT値が全く同じ
数値であっても、当該限外濾過膜装置の圧力損失の上昇
の程度が全く相違するという現象が度々起こる。なおFT
値にかぎらずSDI値、MF値、SI値についても、この現象
が起こることは同様である。
これらの現象は、従来の汚染指標では測定することが
不可能な汚染物質が膜濾過装置の被処理水中に含まれて
いることを示すものである。
本発明はこのような従来の汚染指標の測定法では測定
できない比較的清澄な水を測定対象の水(以下「検水」
という)とする場合であっても、膜濾過装置に対する汚
染指標を正確に測定することができる方法を提供するこ
とを目的とするものである。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は、試験に用いる限外濾過膜と同一ないしそれ
以上の濾過性能を有する濾過膜で予め濾過処理して微粒
子を除去したブランク性能測定用の水を、一定の圧力で
当該試験用の濾過膜に通水させてその濾過流速Aを測定
し、かつ汚染指標測定対象の水(検水)をこの試験用の
限外濾過膜に対し一定量通水させた後、前記濾過流速A
を測定した時と同じ条件で前記ブランク性能測定用の水
をこの試験用の限外濾過膜に通水して濾過流速Bを測定
し、前記濾過流速Aとこの濾過流速Bの比較により、前
記測定対象水(検水)の汚染指標を求めることを特徴と
する膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方法に関
するものである。
すなわち従来の汚染指標を測定する際に用いる0.2μ
m〜0.8μmのフィルターに変えて、それより1/10ない
し1/100の孔径を有する限外濾過膜を測定試験用に用
い、かつ当該限外濾過膜を実質的に汚染する物質を含ま
ない水を、先に当該限外濾過膜又はそれ以上の濾過性能
を有する限外濾過膜に通すことで製造し、この製造した
水を、前記試験用の限外濾過膜に一定の圧力で通過させ
てその時の濾過流速を測定してブランクとし、次いでブ
ランクを測定した当該限外濾過膜に、一定量の検水(汚
染指標測定対象の水)を通過させて、該検水中の汚染物
質を当該濾過膜で捕捉し、次いで前述のブランクの測定
と全く同じ水を同条件で濾過し、その時の濾過流速を測
定することにより、検水を濾過した際に、どの程度当該
限外濾過膜が汚染されているかを両者の濾過流速から知
り、この両者の濾過流速の数値を用いて汚染指標を求め
るものである。なお本発明において「汚染指標」という
のは、膜濾過装置により濾過する水が、通水によって経
時的に該装置の膜をどの程度汚染するのかの目安をい
う。
〈作用〉 以下に本発明をその測定の手順毎に詳細に説明する。
第1図は本発明に用いる測定装置の実施態様の一例の
フローを示す説明図であり、第2図は試験用限外濾過膜
の一部切欠拡大断面図である。
第1図および第2図に示したごとく、密閉可能な濾過
水槽1と同じく密閉可能な検水槽2とを用意し、当該両
槽1および2の下方部にそれぞれ弁3および4を有する
流出管5および6の一端を接続し、当該流出管5および
6の他端を連通して、その連通部に合流管7の一端を接
続する。また当該合流管7の他端に、試験用限外濾過膜
9である中空糸状限外濾過膜の内径よりやや大きい径の
注射針8を取り付け、当該注射針8を当該限外濾過膜9
の一端の中空部に挿入して水密的に連通する。
また当該濾過膜9の他端の中空部に、当該濾過膜の内
径よりやや大きい径の針金状の密栓10を挿入して、他端
中空部を閉塞する。
さらに当該濾過膜9の下方部に、当該濾過膜から滴り
落ちる濾過水11を全て受け入れるためのメスシリンダー
12を設置する。
なお濾過水槽1および検水槽2の上部にはそれぞれ圧
力指示計13を付設するとともに、両槽1および2の上部
にそれぞれ弁14および15を有する不活性ガス流入管16を
連通する。
次に本発明における汚染指標の測定手順を説明する。
まず測定に用いる試験用限外濾過膜9と同様の限外濾
過膜あるいは、試験用限外濾過膜9より濾過性能が優れ
ている濾過膜、換言すれば当該限外濾過膜9の濾過孔径
より小さい濾過孔径を有する濾過膜を用いて、あらかじ
めたとえば純水等を被処理水として濾過し、当該濾過水
を得ておく。
一方新品の試験用限外濾過膜9を第1図のフローに準
じて測定装置にセットし、前述の操作によりあらかじめ
得た濾過水を濾過水槽1に入れ密閉した後、弁14および
3を開口して濾過水槽1に不活性ガス、たとえば窒素ガ
スを用いて一定圧力をかけ、当該圧力により濾過水槽1
内の濾過水を試験用限外濾過膜9で濾過する。
試験用限外濾過膜9の外側から滴り落ちる濾過水11を
メスシリンダー12に受けることにより、一定時間内にメ
スシリンダー12に受けた濾過水量から濾過流速Aを測定
する。
当該濾過流速Aは、膜面に汚染物質が全く付着してい
ない際の、かつ濾過中においても膜面を汚染することな
く水を濾過する際の濾過流速であり、いわゆるブランク
に相当する。なお濾過流速Aを測定する際の圧力は使用
する試験用限外濾過膜9の孔径によって異なるが、たと
えば分画分子量が10,000前後のものを用いた場合、1〜
2kgf/cm2で充分であり、また濾過時間は5分程度で充分
である。
次に汚染指標を求めようとする検水を検水槽2に入
れ、密閉した後、弁15および4を開口して検水槽2に同
じように窒素ガスを用いて圧力をかけ、一定量の検水を
前記濾過流速Aの測定に用いた試験用限外濾過膜9で濾
過する。
当該検水の濾過により、検水中の汚染物質の量に応じ
てその膜面が汚染される。
したがって検水中に含まれる汚染物質の量が比較的多
い場合は、濾過すべき検水量は少なくてよく、またその
汚染物質の量が比較的少ない場合は、濾過すべき検水量
を多くする。
たとえば試験用限外濾過膜9として、外径1.2mm、内
径0.8mm、長さ200mmの分画分子量13,000の中空糸状限外
濾過膜を用い、検水として、市水を砂濾過装置およびイ
オン交換装置で処理した純水を用いる場合は、100ml前
後とする。
このような操作により検水を濾過し、検水中の汚染物
質を膜面で捕捉した後、前述した濾過流速Aを測定した
と同じ条件で弁14、3を開口して濾過水槽1内の濾過水
を試験用限外濾過膜9で濾過し、その時の濾過流速Bを
測定する。
以上の説明で明らかなように、検水中の汚染物質の量
に応じて試験用限外濾過膜9は汚染されているから、濾
過流速Bは検水中の汚染物質の量に反比例することとな
り、ブランクとして測定した濾過流速Aと一定量の検水
を濾過した後の濾過流速Bとの関係から検水の汚染指標
を求めることができる。
なお濾過流速Aと濾過流速Bを測定するに際しては、
濾過圧力を全く同一とするとともに、濾過温度も同一と
することが好ましい。これは温度差による水の粘度が相
違することによる誤差を排除するためであり、同一の温
度で濾過することにより、各濾過流速の粘度換算の計算
を省略できる。
本発明における汚染指標(便宜上UIとする)の表示と
してはUI=濾過流速A−濾過流速Bとして表示すること
もできる。この場合、UIが大なる程、検水中の汚染物質
量は多いこととなる。しかしながらUIとしては、濾過流
速Bと濾過流速Aとの比あるいは(1)式より当該比を
百分率で表示することが好ましい。
UIを(1)式で求めた場合、この値が大なる程、検水
中の汚染物質量は少ないこととなる。すなわち(1)式
におけるUIがたとえば100の場合は、濾過流速Aと濾過
流速Bとが等しいことを示し、試験用限外濾過膜に検水
を濾過しても全く当該限外濾過膜が汚染されていないと
いうことであり、検水中に汚染物質が全く含まれていな
いことを示す。
本発明に用いる試験用限外濾過膜としては分画分子量
3,000〜50,000の範囲の孔径を有する限外濾過膜を用い
ることが好ましい。なお分画分子量が3,000以下の孔径
の小さい限外濾過膜を用いると、濾過圧力が大きくなり
すぎ濾過水槽1あるいは検水槽2とがかなり高圧の圧力
容器となり、測定装置のコストが高くなるばかりでな
く、測定時間もかなり長くなるので好ましくなく、また
分画分子量が50,000以上の孔径の大きい限外濾過膜を用
いると、検水中の比較的微細な汚染物質が限外濾過膜を
通過してしまい、測定誤差が大きくなり、従来の0.2〜
0.45μmのフィルターを用いるSDI値等と何ら変わると
ころがなくなるので好ましくない。
通常は分画分子量が10,000程度の試験用限外濾過膜を
用いることが好ましい。
なお使用する試験用限外濾過膜の形状は中空糸状、平
膜状あるいはチューブラー状等、いかなるものも用いる
ことができるが、第1図および第2図に示したごとく、
内圧式の中空糸状のものを用いた方が測定装置が簡単と
なるので好ましい。
〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。
実施例−1 原水に凝集剤として硫酸アルミニウムを添加しながら
濾過するタイプの簡易除濁濾過装置と、その後段に2床
3塔式純水製造装置を配置した水処理装置の3系列から
それぞれ得た3種類の純水(I)、(II)、(III)を
検水とし、ASTM法に準拠した汚染指標(SDI値)と本発
明の汚染指標(UI値)をそれぞれ測定した。
(1)ASTM法によるSDI値の測定方法 0.45μmの試験用フィルターを用い、2.1kgf/cm2(30
psi)の圧力で検水を濾過し、濾過水250mlを得る時間を
測定し、これをt1(秒)とする。t1を測定した後も濾過
を続行し、T分間検水を濾過した後(t1の時間も当該T
分間に含む)に、同じように濾過水250mlを得る時間を
測定し、これをt2(秒)とする。
当該t1(秒)とt2(秒)とT(分)とを用い以下の計
算式によりSDI値を求める。
Tを15分間として測定した各純水(I),(II),(II
I)のSDI値を第1表に示した。
(2)本発明によるUI値の測定方法 内径0.8mm、外径1.2mm、長さ200mmの分画分子量13,00
0の中空糸状の試験用限外濾過膜を用い、当該限外濾過
膜を第1図および第2図に示したような測定装置にセッ
トした。次いで当該試験用限外濾過膜と全く同じ限外濾
過膜を多数本束ねたモジュールであらかじめ純水を濾過
することにより得た濾過水を濾過水槽に入れ、窒素ガス
を用いて1.0kgf/cm2の圧力で当該濾過水を濾過し、その
時の濾過流速A(ml/min)を測定した。
次いで検水100mlを当該試験用限外濾過膜で濾過した
後、濾過流速Aを測定したと全く同じ圧力および温度で
前記濾過水を濾過し、その時の濾過流速B(ml/min)を
測定した。
濾過流速Aと濾過流速Bとを用い、以下の計算式より
UI値を求める。
このような方法により測定した各純水(I),(I
I),(III)のUI値を第1表に示した。
実施例−2 実施例−1の(2)で示した本発明の汚染指標の測定
方法により測定したUI値がそれぞれ98、92、84、76の4
種類の純水(なおいずれの純水もSDI値は0.3である。)
を用いて、以下の実験を行った。
すなわち分画分子量13,000の中空糸状限外濾過膜を多
数本用いた濾過面積0.2m2の内圧式モジュールを用いる
4系列の限外濾過膜装置に、前記UI値が異なる4種類の
純水をそれぞれクロスフローで3ケ月間濾過を行った。
なお濾過圧力は1.0kgf/cm2で初期における非透過水量
と透過水量はそれぞれ5l/H、40〜50l/Hであった。
同一圧力下における濾過初期の透過水流量と、3ヶ月
間を経た後の透過水流量をそれぞれの純水について測定
し、この値を第2表に示した。
なお第2表における目詰まり速度は、以下の計算式よ
り算出した。
〈効果〉 以上の実施例で明らかなごとく、従来の汚染指標であ
るSDI値で測定した場合、全く同じ数値を示す純水であ
っても、本発明の汚染指標の測定方法で測定すると、明
らかに差が生じている。したがって本発明の測定方法は
従来の測定方法では判別不可能な汚染指標でも明確に判
別できる。
また実施例−2で示したごとく、本発明の方法により
測定した汚染指標(UI値)と限外濾過膜装置の目詰まり
速度とは明らかな相関関係がなりたつので、本発明の汚
染指標を測定することにより、限外濾過膜装置等の膜濾
過装置の運転管理を効果的に行うことができる他、前処
理装置の設置の必要性が判断できたり、種々の用途に応
用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はいずれも本発明の実施態様を示す
図面であり、第1図は本発明に用いる測定装置のフロー
を示す説明図、第2図は試験用限外濾過膜の一部切欠拡
大断面図である。 1……濾過水槽、2……検水槽 3、4……弁、5、6……流出管 7……合流管、8……注射針 9……試験用限界濾過膜、10……密栓 11……濾過水、12……メスシリンダー 13……圧力指示計、14、15……弁 16……不活性ガス流入管

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試験に用いる限外濾過膜と同一ないしそれ
    以上の濾過性能を有する濾過膜で予め濾過処理して微粒
    子を除去したブランク性能測定用の水を、一定の圧力で
    当該試験用の濾過膜に通水させてその濾過流速Aを測定
    し、かつ汚染指標測定対象の水をこの試験用の限外濾過
    膜に対し一定量通水させた後、前記濾過流速Aを測定し
    た時と同じ条件で前記ブランク性能測定用の水をこの試
    験用の限外濾過膜に通水して濾過流速Bを測定し、前記
    濾過流速Aとこの濾過流速Bの比較により、前記測定対
    象水の汚染指標を求めることを特徴とする膜濾過装置で
    濾過する水の汚染指標の測定方法。
  2. 【請求項2】濾過流速Bと濾過流速Aとの比から汚染指
    標を求めることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載の膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方法。
  3. 【請求項3】試験用の限外濾過膜として、分画分子量が
    3,000〜50,000の範囲の孔径を有する限外濾過膜を用い
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    に記載の膜濾過装置で濾過する水の汚染指標の測定方
    法。
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